特許 6599478 磁気トンネル接合

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6599478

(24)【登録日】2019年10月11日

(45)【発行日】2019年10月30日

(54)【発明の名称】磁気トンネル接合

(51)【国際特許分類】

   H01L 43/10 20060101AFI20191021BHJP

   H01L 21/8239 20060101ALI20191021BHJP

   H01L 27/105 20060101ALI20191021BHJP

   H01L 43/08 20060101ALI20191021BHJP

【ＦＩ】

   H01L43/10

   H01L27/105 447

   H01L43/08 Z

【請求項の数】13

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2017-557161(P2017-557161)

(86)(22)【出願日】2016年1月21日

(65)【公表番号】特表2018-515922(P2018-515922A)

(43)【公表日】2018年6月14日

(86)【国際出願番号】US2016014259

(87)【国際公開番号】WO2016178721

(87)【国際公開日】20161110

【審査請求日】2017年11月27日

(31)【優先権主張番号】14/704,023

(32)【優先日】2015年5月5日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】595168543

【氏名又は名称】マイクロン テクノロジー，インク．

(74)【代理人】

【識別番号】100074099

【弁理士】

【氏名又は名称】大菅 義之

(74)【代理人】

【識別番号】100106851

【弁理士】

【氏名又は名称】野村 泰久

(72)【発明者】

【氏名】シディック，マンザール

【審査官】 上田 智志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−０６０９７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０５４０６２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−０４０９２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０４６４９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９８８０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１０２４３９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／８２３９，２７／１０５，２９／８２，４３／０８

Ｈ０１Ｆ １０／１２

Ｇ０１Ｒ ３３／０９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁気記録材料を含む導電性の第１の磁性電極と、
前記第１の磁性電極から離隔されており、磁気参照材料を含む導電性の第２の磁性電極と、
前記第１の磁性電極と前記第２の磁性電極との間にある非磁性トンネル絶縁体材料と、
を備え、
前記第１の磁性電極の前記磁気記録材料が、ＣｏおよびＦｅを含む第１の結晶磁性領域を含み、
前記第１の磁性電極が、アモルファスＸＮを含む第２のアモルファス領域を含み、Ｘが、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＡｌおよびＴｉのうちの１つ以上であり、
前記アモルファスＸＮが、非化学量論的にＮリッチである、磁気トンネル接合。

【請求項2】

前記第１の結晶磁性領域の前記ＣｏおよびＦｅが、前記第２のアモルファス領域の前記アモルファスＸＮに直接触れている、請求項１に記載の磁気トンネル接合。

【請求項3】

前記第２のアモルファス領域が、前記アモルファスＸＮからなる、請求項１に記載の磁気トンネル接合。

【請求項4】

前記アモルファスＸＮを含む前記第２のアモルファス領域の最大の厚さが、５０オングストローム以下である、請求項１に記載の磁気トンネル接合。

【請求項5】

Ｘが、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌ、およびＴｉのうちの２つ以上を含む、請求項１に記載の磁気トンネル接合。

【請求項6】

磁気記録材料を含む導電性の第１の磁性電極と、
前記第１の磁性電極から離隔されており、磁気参照材料を含む導電性の第２の磁性電極と、
前記第１の磁性電極と前記第２の磁性電極との間にある非磁性トンネル絶縁体材料と、
を備え、
前記第１の磁性電極の前記磁気記録材料が、Ｃｏ、ＦｅおよびＢを含む第１の結晶磁性領域を含み、
前記第１の磁性電極が、アモルファスＸＮを含む第２のアモルファス領域を含み、Ｘが、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＡｌおよびＴｉのうちの１つ以上であり、
前記磁気記録材料の前記Ｃｏ、ＦｅおよびＢが、前記第２のアモルファス領域の前記アモルファスＸＮに直接触れており、
前記アモルファスＸＮが、非化学量論的にＮリッチである、磁気トンネル接合。

【請求項7】

前記非磁性トンネル絶縁体がＭｇＯを含み、前記第１の結晶磁性領域の前記Ｃｏ、ＦｅおよびＢが、前記非磁性トンネル絶縁体材料のＭｇＯに直接触れている、請求項６に記載の磁気トンネル接合。

【請求項8】

磁気記録材料を含む導電性の第１の磁性電極と、
前記第１の磁性電極から離隔されており、磁気参照材料を含む導電性の第２の磁性電極と、
前記第１の磁性電極と前記第２の磁性電極との間にある非磁性トンネル絶縁体材料と、
を備え、
前記第１の磁性電極の前記磁気記録材料が、ＣｏおよびＦｅを含む第１の結晶磁性領域を含み、
前記第１の磁性電極が、アモルファスＸＮを含む第２のアモルファス領域を含み、Ｘが、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＡｌおよびＴｉのうちの１つ以上であり、
前記第１の磁性電極が、前記非磁性トンネル絶縁体材料から離隔された非磁性のＭｇＯ含有領域を含む、磁気トンネル接合。

【請求項9】

前記ＭｇＯ含有領域のＭｇＯが、前記第２のアモルファス領域の前記アモルファスＸＮに直接触れている、請求項８に記載の磁気トンネル接合。

【請求項10】

前記第１の磁性電極が、ＣｏおよびＦｅを含む第３の結晶領域を含む、請求項８に記載の磁気トンネル接合。

【請求項11】

前記第３の結晶領域がＢを含む、請求項１０に記載の磁気トンネル接合。

【請求項12】

前記第３の結晶領域がＢを含まない、請求項１０に記載の磁気トンネル接合。

【請求項13】

前記第３の結晶領域の前記ＣｏおよびＦｅが、前記ＭｇＯ含有領域のＭｇＯに直接触れている、請求項１０に記載の磁気トンネル接合。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書中に開示する実施形態は、磁気トンネル接合、磁気トンネル接合の磁性電極を形成する方法、および、磁気トンネル接合を形成する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

磁気トンネル接合は、薄い非磁性トンネル絶縁体材料（例、誘電材料）で分離された２つの導電性の磁性電極を有する、集積回路コンポーネントである。その絶縁体材料は、適切な条件下で、電子が一方の磁性電極からその絶縁体材料を通過して他方の磁性電極にトンネリング移動することが可能なほどに、十分に薄い。これら磁性電極のうちの少なくとも１つは、通常動作のライト（ｗｒｉｔｅ）または消去の電流／電圧にて、その全体的な磁化方向を２つの状態の間で切り替えることが可能であり、一般には「フリー（ｆｒｅｅ）」電極または「記録（ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ）」電極と呼ばれる。他方の磁性電極は、一般に、「参照（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）」電極、「固定（ｆｉｘｅｄ）」電極、または「ピンド（ｐｉｎｎｅｄ）」電極と呼ばれ、その全体的な磁化方向は、通常動作のライトまたは消去の電流／電圧が印加されても切り替わらないだろう。参照電極および記録電極は、それぞれ、導電性ノードに電気的に結合される。参照電極、絶縁体材料、および記録電極を通じたそれら２つのノード間の電気抵抗は、参照電極の磁化方向に対する、記録電極の磁化方向に依存する。よって、磁気トンネル接合は、少なくとも２つの状態のうちの１つにプログラムすることが可能であり、それらの状態は、磁気トンネル接合を通る電流フローを測定することにより検知することが可能である。磁気トンネル接合は、２つの電流導通状態間で「プログラム」することが可能なので、メモリ集積回路で使用するために提案されてきた。さらに、磁気トンネル接合は、メモリとは別に論理回路もしくは他の回路で使用されること、または、メモリに加えて論理回路もしくは他の回路で使用されることもある。

【0003】

スピン・トランスファ・トルク（ＳＴＴ）効果をもたらすために、記録電極の全体的な磁化方向を、電流で誘起される外部磁界により、または、スピン偏極電流を使用することにより、切り替えることができる。電荷キャリア（電子など）は、そのキャリアに固有の少量の角運動量である、「スピン」として知られる特性を有する。電流は、一般には偏極されていない（「スピン・アップ」電子を約５０％、「スピン・ダウン」電子を約５０％有する）。スピン偏極電流は、どちらかのスピンの電子が他方よりも著しく多くなっている電流である。ある種の磁性材料（偏極子材料と呼ばれる場合もある）に電流を通すことにより、スピン偏極電流を生成することが可能である。スピン偏極電流が磁性材料内に向かっている場合、スピン角運動量がその材料に伝わって、それにより、その磁化の向きに影響を及ぼす可能性がある。これを利用して、振動を励起することが可能であり、または、スピン偏極電流が十分に大きければ、磁性材料の配向／磁区方向（ｏｒｉｅｎｔａｉｏｎ／ｄｏｍａｉｎ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）を反転すること（すなわち、切り替えること）さえ可能である。

【0004】

ＣｏとＦｅの合金または他の混合物は、偏極子材料として、および／または、磁気トンネル接合内の記録電極の磁気記録材料の少なくとも一部分として、使用するのに提案される一般的な材料の１つである。より具体的な例は、Ｃｏ_ｘＦｅ_ｙＢ_ｚであり、ここで、ｘおよびｙがそれぞれ１０〜８０であり、ｚが０〜５０であるが、これは、ＣｏＦｅまたはＣｏＦｅＢと略されることもある。ＭｇＯは、非磁性トンネル絶縁体に理想的な材料である。こうした材料はそれぞれ、体心立方（ｂｃｃ）００１格子を有する結晶質であることが理想的である。こうした材料は、任意の適当な技術、たとえば物理気相成長で堆積されることもある。ｂｃｃ００１格子をこうした材料中に最終的に作るのに利用可能な技術の１つは、まず、ＣｏＦｅをアモルファスになるように形成し、その上にＭｇＯ含有トンネル絶縁体材料を堆積することを含む。堆積中および／または堆積後、ＭｇＯトンネル絶縁体、ＣｏＦｅ、およびトンネル絶縁体は、それぞれ一様なｂｃｃ００１格子構造を実現することが理想的である。

【0005】

初めのＣｏＦｅのアモルファス堆積を確実にするためには、またはそれをもたらすためには、ＣｏＦｅの一部分として、一般にホウ素が堆積される。ＭｇＯの堆積中または堆積後に、最低でも約２５０℃の温度で基板にアニーリングを行うことにより、ＣｏＦｅの結晶化を起こすことも可能である。これにより、形成中のＣｏＦｅ母材からのＢ原子の拡散が誘起されて、ｂｃｃ００１ＣｏＦｅへの結晶化が可能になるだろう。Ｂｃｃ００１ＭｇＯは、ＣｏＦｅの結晶化中にテンプレートとして機能する。しかし、完成した磁気トンネル接合構造物内のＢ、特に、ＣｏＦｅ／ＭｇＯ界面にあるＢまたはＭｇＯ格子の内側にあるＢは、望ましくないことに、磁気トンネル接合のトンネリング磁気抵抗効果（ＴＭＲ）を低減する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本発明の一実施形態による磁気トンネル接合を備える基板断片の図式的断面図である。

【図2】本発明の一実施形態による磁気トンネル接合を備える基板断片の図式的断面図である。

【図3】本発明の一実施形態による磁気トンネル接合を備える基板断片の図式的断面図である。

【図4】本発明の一実施形態による磁気トンネル接合を備える基板断片の図式的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

本発明の実施形態は、磁気トンネル接合を包含する。例示的実施形態を、まず、図１を参照して、基板断片１０に関連して説明するが、この断片は、半導体基板を含むこともある。本文書の文脈では、「半導体基板（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）」または「半導電性基板（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）」といった用語は、半導電性材料を含んだ任意の構造体を意味するように定義され、この半導電性材料には、（単体の、または上に載った他の材料を含んだアセンブリ内のいずれかの）半導電性ウエハなどのバルク半導電性材料、および、（単体の、または他の材料を含んだアセンブリ内のいずれかの）半導電性材料層が含まれるが、これらに限定されない。「基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）」という用語は、任意の支持構造を指し、これには、上記の半導電性基板が含まれるが、これに限定されない。基板断片１０は、様々な材料が縦方向スタックとしてその上に形成された様を示す、基部または基板１１を備える。図１に示す材料から横に離れた材料、図１に示す材料よりも高さ方向で内側にある材料、または、図１に示す材料よりも高さ方向で外側にある材料があってもよい。たとえば、部分的にまたは完全に作製された他の集積回路コンポーネントが、断片１０の近く、またはその中の、どこかに設けられてもよい。基板１１は、伝導性（すなわち、本明細書中では導電性）材料、半導電性材料、または、絶縁性／絶縁体（すなわち、本明細書中では電気的に絶縁性／絶縁体の）材料のうちの、任意の１つまたは複数の材料を含むこともある。これに関わらず、本明細書に記載する材料、領域、および構造体のうちのいずれのものも、均質または不均質とすることができ、これに関わらず、そうしたものが上に載っている任意の材料の上において、連続的であってもよく、または不連続であってもよい。さらに、特に別段の指示のない限り、各材料は任意の適当な技術または任意の未開発の技術を使用して形成することができ、原子層堆積、化学蒸着、物理蒸着、エピタキシャル成長、拡散ドーピング、イオン注入がそうした技術の例である。

【0008】

磁気トンネル接合１５が、基板１１の上にあり、磁気記録材料を含む導電性の第１の磁性（すなわち、本明細書中ではフェリ磁性または強磁性）電極２５と、第１の電極２５から離隔されており磁気参照材料を含む導電性の第２の磁性電極２７とを備える。第１の電極と第２の電極との間に、非磁性トンネル絶縁体材料２２（例、ＭｇＯを含む、実質的にＭｇＯからなる、または、ＭｇＯのみからなる）がある。電極２５および２７はそれぞれ、非磁性絶縁体の材料もしくは領域、半導電性の材料もしくは領域、および／または、導電性の材料もしくは領域を含有することもある。しかし、電極２５および２７を個別に考えると、たとえ本質的には局所的に非磁性であり、かつ／または非導電性である１つまたは複数の領域を当該電極がその内部に有することがあるとしても、電極２５および２７は、全体的かつ集合的には、磁性および導電性を呈するものとして特徴付けられる。さらに、本明細書中で「磁性」と言った場合、記載されている磁性材料または磁性領域が初めに形成されたときには磁性を有する必要はないが、その記載されている磁性材料または磁性領域のいくらかの部分が、磁気トンネル接合の完成した回路構造体内で機能的に「磁性を有する」ことが必要とされる。

【0009】

コンポーネント２５および２７それぞれの例示的な最大厚さは、約２０オングストローム〜約１５０オングストロームであり、コンポーネント２２については、約５オングストローム〜約２５オングストロームである。本文書では、「厚さ」と単独で（先行する方向形容詞なしで）言った場合、それは、所与の材料または領域を、直接隣接する組成が異なる材料に最も近い、または直接隣接する領域に最も近い面から垂直に切った場合の平均直線距離として定義される。さらに、本明細書に記載する様々な材料および領域の厚さは、実質的に一定であっても、一定でなくてもよい。厚さが一定でない場合、特に指示のない限り、厚さとは平均の厚さを指す。本明細書で使われるように、「異なる組成（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）」と言った場合には、たとえば記載される２つの材料または領域が均質でないならば、これらの材料または領域のうち互いに直接触れうる部分同士が、化学的および／または物理的に異なることのみが必要である。上記の材料または領域の２つが互いに直接触れない場合、「異なる組成（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）」と言えば、上記材料または領域の２つが均質でないならば、記載されたこれら２つの材料または領域のうち最も互いに接近している部分同士が、化学的および／または物理的に異なることのみが必要である。本文書では、記載する材料、領域または構造体同士の、互いに対する少なくとも何らかの物理的接触が存在する場合に、材料、領域または構造体が、他の物に「直接触れている（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｇａｉｎｓｔ）」と言う。これに対して、その前に「直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）」とは言っていない場合の「覆って／上に（ｏｖｅｒ）」、「上に（ｏｎ）」、および「触れて（ａｇａｉｎｓｔ）」は、「直接触れている（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｇａｉｎｓｔ）」を包含し、かつ、介在する（１つもしくは複数の）材料、領域、または構造体により、上記の材料、領域、または構造体同士が互いに物理的に接触しない構成をも包含する。

【0010】

電極２５および２７の縦方向位置を反対にすることもでき、かつ／または、縦方向スタック以外の向きを使用することもできる（例、横方向、斜め方向、および、縦方向と水平方向と斜め方向のうちの１つまたは複数の組合せなど）。本文書では、「縦方向」、「上」、「下」、「上端」、および「下端」は、垂直方向に対するものである。「水平方向」は、作製中に基板を加工する対象となる主要面に沿った概ねの方向を指し、その方向に概ね直交する方向が垂直方向である。さらに、本明細書中で使用する「垂直方向」および「水平方向」は、互いに対して概ね垂直の方向のことであり、３次元空間内での基板の向きとは無関係である。

【0011】

第１の電極２５の磁気記録材料は、ＣｏおよびＦｅを含む第１の結晶磁性領域２０を含む。本文書で使用するように材料または領域を「結晶（質）」だと特徴づけることには、記載する材料または領域の体積の少なくとも９０％が結晶質であることが必要である。一実施形態では、第１の結晶磁性領域２０はＢを含み（例、Ｃｏ_４５Ｆｅ_４５Ｂ_１０）、一代替実施形態では、Ｂを含まない。本文書では、「Ｂを含まない（ｄｅｖｏｉｄ ｏｆ Ｂ）」とは、Ｂの原子百分率が０以上、０．１以下であることを意味する。第１の結晶磁性領域２０は、ＣｏおよびＦｅを含むか、実質的にＣｏおよびＦｅからなるか、または、ＣｏおよびＦｅのみからなる場合もある。第１の結晶磁性領域２０は、Ｃｏ、ＦｅおよびＢを含むか、実質的にＣｏ、ＦｅおよびＢからなるか、または、Ｃｏ、ＦｅおよびＢのみからなる場合もある。領域２０は、形成当初に１５原子パーセント以上のＢを含む場合には、アモルファスである場合もある。後続の専用のアニールにより、または、後続の処理中に、それにつきものの高温に晒されることにより、領域２０からＢを取り除いて、濃度を０〜約１０原子パーセントにすることもでき、これにより、領域２０が結晶質になる。一実施形態では、非磁性トンネル絶縁体材料２２がＭｇＯを含み、第１の結晶磁性領域２０のＣｏおよびＦｅが、非磁性トンネル絶縁体材料２２のＭｇＯに直接触れている。Ｂが第１の結晶磁性領域の一部分であり、非磁性トンネル絶縁体材料２２がＭｇＯを含む一実施形態では、第１の結晶磁性領域２０のＣｏ、ＦｅおよびＢが、非磁性トンネル絶縁体材料２２のＭｇＯに直接触れている。領域２０の厚さの一例は、約７オングストローム〜約２０オングストロームである。

【0012】

第１の電極２５は、アモルファスＸＮを含む第２のアモルファス領域１８を含み、ただし、Ｘは、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌ、およびＴｉのうちの１つまたは複数である。Ｎはもちろん窒素であり、ＸＮは、化学量論性を示すことを必ずしも意図してはいない。本文書で使用するように材料または領域を「アモルファス」と特徴づけることには、記載する材料または領域の体積の少なくとも９０％がアモルファスであることが必要である。領域１８は、アモルファスＸＮを含むか、実質的にアモルファスＸＮからなるか、または、アモルファスＸＮのみからなる場合もある。一実施形態では、第２のアモルファス領域１８のアモルファスＸＮが、第１の結晶磁性領域２０のＣｏおよびＦｅに直接触れている。第１の結晶磁性領域２０がＢを含む一実施形態では、第２のアモルファス領域１８のアモルファスＸＮが、第１の結晶磁性領域２０のＣｏ、Ｆｅ、およびＢに直接触れている。一実施形態では、Ｘは、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＡｌおよびＴｉのうちの２つ以上を含む（すなわち、２つまたは３つ以上）。一実施形態では、アモルファスＸＮは化学量論的である。一実施形態では、アモルファスＸＮは、非化学量論的にＮリッチである（これにより、たとえば、化学量論的ＸＮの導電率よりも導電率が低減される）。一実施形態では、アモルファスＸＮを含む第２のアモルファス領域１８の最大厚さが、約１０オングストローム以下である。

【0013】

一実施形態では、第１の電極２５は、非磁性トンネル絶縁体材料２２から（例えば領域１８および２０により）離隔された、非磁性のＭｇＯ含有領域１６を含む。領域１６は、ＭｇＯを含むか、実質的にＭｇＯからなるか、または、ＭｇＯのみからなる場合もある。一実施形態では、ＭｇＯ含有領域１６のＭｇＯが存在する場合、それは、第２のアモルファス領域１８のアモルファスＸＮに直接触れている。ＭｇＯ含有領域１６が存在する場合、その最大厚さの一例は、約３オングストローム〜約１０オングストロームである。

【0014】

一実施形態では、第１の電極２５が、ＣｏおよびＦｅを含む第３の結晶領域１４を含む。一実施形態では、第３の結晶領域１４はＢを含み（例、Ｃｏ_４５Ｆｅ_４５Ｂ_１０）、一代替実施形態では、Ｂを含まない。領域１４が存在する場合その最大の厚さの一例は、約４オングストローム〜約１０オングストロームである。領域１４および１６が存在する一実施形態では、領域１６のＭｇＯが、第３の結晶領域１４のＣｏおよびＦｅに直接触れている。領域１４および１６が存在し、領域１４がＢを含む一実施形態では、領域１６のＭｇＯが、第３の結晶領域１４のＣｏ、ＦｅおよびＢに直接触れている。材料１４を含めることの目的の１つは、堆積中にｂｃｃ００１ＭｇＯを形成することを容易にすることである。材料１６を含めることの目的の１つは、導電性の磁性電極の磁性材料内での垂直磁気異方性を促進することであるが、この垂直磁気異方性は、ある種の磁気トンネル接合の望ましい動作特性である。先に述べた領域２０と同様に、領域１４は、形成当初に１５原子パーセント以上のＢを含む場合には、アモルファスである場合もある。後続の専用のアニールにより、または、後続の処理中に、それにつきものの高温に晒されることにより、領域１４からＢを取り除いて、濃度を０〜約１０原子パーセントにすることもでき、これにより、領域１４が結晶質になる。

【0015】

一実施形態では、第１の電極２５は、非磁性金属領域１２を含む。例には、１つまたは複数の元素金属、および、２つ以上の元素金属の合金が含まれる。領域１２の材料の具体例の１つは、元素タンタルである。金属領域１２が存在する場合に、その最大の厚さの一例は、約５オングストローム〜約５００オングストロームである。

【0016】

トンネル絶縁体材料２２よりも外側に材料２４が図示されており、これは、磁気トンネル接合１５の第２の導電性磁性電極２７を含む。１つの例にすぎないが、材料２４は、トンネル絶縁体材料２２に直接触れている１３オングストロームのＣｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０（堆積当初のモル量であり、必ずしも最終構造物内のものではない）と、Ｃｏ_４０Ｆｅ_４０Ｂ_２０に直接触れている３オングストロームのＴａと、Ｔａに直接触れている４０オングストロームの、Ｐｄ／Ｐｔを伴うＣｏの合金／マルチレイヤとを含み、こうした例での電極２７は、磁気参照電極として機能する。こうした諸材料は、そのような例では、それら材料でできた磁気参照材料を集合的に構成する。

【0017】

次に、基板断片１０ａについての図２を参照して、他の例示的実施形態の磁気トンネル接合１５ａを説明する。上記の実施形態のものと同様の番号を適宜使用しており、いくつかの構造上の差は、添え字「ａ」で示している。図１の領域１４および１６（図示せず）を欠くように、磁気トンネル接合１５ａが図示されている。一実施形態では、第２のアモルファス領域１８ａのアモルファスＸＮが、非磁性金属領域１２の金属に直接触れている。一実施形態では、アモルファスＸＮを含む第２のアモルファス領域１８ａの最大厚さが、約５０オングストローム以下であり、こうした実施形態では、最小厚さが、約２０オングストローム以上である。上で説明した他の任意の属性もしくは態様、および／または、図１に示す任意の他の属性もしくは態様を、図２の実施形態で使用することもできる。

【0018】

磁気トンネル接合内では、必要とされるライト電流が低いことが一般に所望される。磁気記録材料のダンピングを低減することで、必要とされるライト電流を下げることもできるが、これは、磁気記録材料からのスピンポンピングを軽減することで実現される場合もある。図１および図２の例示的実施形態について先で説明したように、磁気トンネル接合にＸＮを組み込むことで、スピンポンピングを軽減することができ、それにより必要とされるライト電流を下げることもできる。

【0019】

次に、基板断片１０ｂについての図３を参照して、他の例示的実施形態の磁気トンネル接合１５ｂを説明する。上記の実施形態のものと同様の番号を適宜使用しており、いくつかの構造上の差は、添え字「ｂ」または異なる数字で示している。第１の電極２５ｂの磁気記録材料は、第１の結晶磁性領域２１（Ｃｏおよび／またはＦｅを必ずしも含まない）を含む。一実施形態では、第１の結晶磁性領域２１が、ＣｏおよびＦｅを含む。一実施形態では、第１の結晶磁性領域２１はＢを含み（例、Ｃｏ_４５Ｆｅ_４５Ｂ_１０）、一代替実施形態では、Ｂを含まない。第１の結晶磁性領域２１は、ＣｏおよびＦｅを含むか、実質的にＣｏおよびＦｅからなるか、または、ＣｏおよびＦｅのみからなる場合もある。第１の結晶磁性領域２１は、Ｃｏ、ＦｅおよびＢを含むか、実質的にＣｏ、ＦｅおよびＢからなるか、または、Ｃｏ、ＦｅおよびＢのみからなる場合もある。非磁性トンネル絶縁体材料２２がＭｇＯを含む一実施形態では、第１の結晶磁性領域２１内にＣｏおよびＦｅが存在する場合、それらは、非磁性トンネル絶縁体材料２２のＭｇＯに直接触れている。Ｂが第１の結晶磁性領域２１の一部分である一実施形態では、アモルファスのＣｏ、ＦｅおよびＢが第１の結晶磁性領域２１内に存在する場合、それらは、非磁性トンネル絶縁体材料２２のＭｇＯに直接触れている。領域２１の厚さの一例は、約７オングストローム〜約２０オングストロームである。

【0020】

第１の電極２５ｂは、Ｃｏ、ＦｅおよびＮ（例、Ｃｏ_ｘＦｅ_ｙＮ_ｚ、ただし、ｘおよびｙはそれぞれ１０〜８０であり、ｚは０．１〜５０）を含む第２の領域１９を含む。領域１９は、Ｃｏ、ＦｅおよびＮを含むか、実質的にＣｏ、ＦｅおよびＮからなるか、または、Ｃｏ、ＦｅおよびＮのみからなる場合もある。第１の結晶磁性領域２１がＣｏおよびＦｅを含む一実施形態では、そのＣｏおよびＦｅが、第２の領域１９のＣｏ、ＦｅおよびＮに直接触れている。一実施形態では、第２の領域１９はアモルファスである。一実施形態では、第２の領域２０は結晶質である。最終的にアモルファス状態か結晶質状態かに関係なく、形成当初の第２の領域１９はアモルファスであることが理想的である。第１の結晶磁性領域２１がＢを含む一実施形態では、その領域のＣｏ、ＦｅおよびＢが、第２の領域１９のＣｏ、ＦｅおよびＮに直接触れている。一実施形態では、Ｃｏ、ＦｅおよびＮを含む第２の領域１９の最大厚さは、約２オングストローム〜約１５オングストロームである。

【0021】

一実施形態では、第１の電極２５ｂは、非磁性トンネル絶縁体材料２２から（例えば領域１９および２１により）離隔された、非磁性のＭｇＯ含有領域１６を含む。領域１６は、ＭｇＯを含むか、実質的にＭｇＯからなるか、または、ＭｇＯのみからなる場合もある。ＭｇＯ含有領域１６が存在する場合、その最大厚さの一例は、約３オングストローム〜約１０オングストロームである。

【0022】

一実施形態では、第１の電極２５ｂが、ＣｏおよびＦｅを含む第３の結晶領域１４を含む。一実施形態では、第３の結晶領域１４はＢを含み（例、Ｃｏ_４５Ｆｅ_４５Ｂ_１０）、一代替実施形態では、Ｂを含まない。領域１４が存在する場合、その最大の厚さの一例は、約４オングストローム〜約１０オングストロームである。領域１４および１６が存在する一実施形態では、領域１６のＭｇＯが、第３の結晶領域１４のＣｏおよびＦｅに直接触れている。領域１４および１６が存在し、かつ領域１４がＢを含む一実施形態では、領域１６のＭｇＯが、第３の結晶領域１４のＣｏ、ＦｅおよびＢに直接触れている。一実施形態では、非磁性のＭｇＯ含有領域１６と、Ｃｏ、ＦｅおよびＮを含む第２の領域との間にアモルファス金属領域１７が存在する。領域１７のアモルファス金属の例には、Ｔａ、Ｗ、ＣｏＦｅＷ、およびＺＮのうちの１つまたは複数が含まれる（ただし、Ｚは、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌ、およびＴｉのうちの１つまたは複数である）。領域１７の厚さの一例は、約１オングストローム〜約２０オングストロームである。アモルファス金属領域１７を含めることの目的の１つは、第２の領域１９の堆積中にその領域のアモルファス成長を容易にすることである。一実施形態では、ＭｇＯ含有領域１６のＭｇＯは、第２の領域１９のＣｏ、ＦｅおよびＮに直接触れていない。先に述べたように、材料１４を含めることの目的の１つは、堆積中にｂｃｃ００１ＭｇＯを形成することを容易にすることである。材料１６を含めることの目的の１つは、導電性の磁性電極の磁性材料内での垂直磁気異方性を促進することである。一実施形態では、第１の電極２５ｂが、非磁性の金属領域１２を含む。

【0023】

コンポーネント２５／２５ａ、２７、および２２について上で説明した他の任意の属性もしくは態様、ならびに／または、コンポーネント２５／２５ａ、２７、および２２について図１および図２に示す任意の他の属性もしくは態様を、図３の実施形態で使用することもできる。

【0024】

次に、基板断片１０ｃについての図４を参照して、他の例示的実施形態の磁気トンネル接合１５ｃを説明する。上記の実施形態のものと同様番号を適宜使用しており、いくつかの構造上の差は、添え字「ｃ」で示している。図３の領域１４および１６（図示せず）を欠くように、磁気トンネル接合１５ｃの第１の電極２５ｃが図示されている。上で説明した他の任意の属性もしくは態様、および／または、図３に示す任意の他の属性もしくは態様を、図４の実施形態で使用することもできる。

【0025】

磁気トンネル接合内の必要とされるライト電流密度は次のように表すことも可能である。

【数1】

ただし、Ｍ_ｓは飽和磁化、ｔは厚さ、Ｈ_ｋは磁気記録材料の垂直磁気異方性である。図３および図４の例示的実施形態について先に説明したように、Ｃｏ、Ｆｅ、およびＮを含む領域を磁気トンネル接合内で使用することで、高速切替え、良好な記憶保持、および低い切替え電流を実現する際に、低いＭ_ｓｔと高いＨ_ｋとの間の良好なバランスを可能にすることもできる。

【0026】

結論
いくつかの実施形態では、磁気トンネル接合が、磁気記録材料を含む導電性の第１の磁性電極を含む。導電性の第２の磁性電極が、第１の電極から離隔されており、磁気参照材料を含む。第１の電極と第２の電極との間に、非磁性トンネル絶縁体材料が存在する。第１の電極の磁気記録材料が、ＣｏおよびＦｅを含む第１の結晶磁性領域を含む。第１の電極が、アモルファスＸＮを含む第２のアモルファス領域を含み、ただし、Ｘは、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＡｌおよびＴｉのうちの１つまたは複数である。

【0027】

いくつかの実施形態では、磁気トンネル接合が、磁気記録材料を含む導電性の第１の磁性電極を含む。導電性の第２の磁性電極が、第１の電極から離隔されており、磁気参照材料を含む。第１の電極と第２の電極との間に、非磁性トンネル絶縁体材料が存在する。第１の電極の磁気記録材料が、Ｃｏ、ＦｅおよびＢを含む第１の結晶磁性領域を含む。第１の電極が、アモルファスＸＮを含む第２のアモルファス領域を含み、ただし、Ｘは、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＡｌおよびＴｉのうちの１つまたは複数である。磁気記録材料のＣｏ、Ｆｅ、およびＢが、第２のアモルファス領域のアモルファスＸＮに直接触れている。

【0028】

いくつかの実施形態では、磁気トンネル接合が、磁気記録材料を含む導電性の第１の磁性電極を含む。導電性の第２の磁性電極が、第１の電極から離隔されており、磁気参照材料を含む。第１の電極と第２の電極との間に、非磁性トンネル絶縁体材料が存在する。第１の電極の磁気記録材料が、第１の結晶磁性領域を含む。第１の電極が、Ｃｏ、ＦｅおよびＮを含む第２の領域を含む。

【0029】

いくつかの実施形態では、磁気トンネル接合が、磁気記録材料を含む導電性の第１の磁性電極を含む。導電性の第２の磁性電極が、第１の電極から離隔されており、磁気参照材料を含む。第１の電極と第２の電極との間に、非磁性トンネル絶縁体材料が存在する。第１の電極の磁気記録材料が、Ｃｏ、ＦｅおよびＢを含む第１の結晶磁性領域を含む。第１の電極が、Ｃｏ、ＦｅおよびＮを含む第２の領域を含む。磁気記録材料のＣｏ、Ｆｅ、およびＢが、第２の領域のＣｏ、Ｆｅ、およびＮに直接触れている。

【0030】

法令に従って、本明細書中に開示する主題を、構造的特徴および方法的特徴についてある程度具体的な言葉で説明してきた。しかし、本明細書中で開示する手段は例示的実施形態を含むので、特許請求の範囲が、図示および説明を行った具体的な特徴には限定されないことが理解されるはずである。したがって、請求項には、文字通り言い表した全ての範囲が与えられるべきであり、また、請求項は、均等論にしたがって適宜解釈されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】