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特開2022-153384調整可能な大きい垂直磁気異方性を有する磁気トンネル接合
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022153384
(43)【公開日】2022-10-12
(54)【発明の名称】調整可能な大きい垂直磁気異方性を有する磁気トンネル接合
(51)【国際特許分類】
H01L 43/08 20060101AFI20221004BHJP
H01L 43/10 20060101ALI20221004BHJP
H01L 43/12 20060101ALI20221004BHJP
H01L 21/8239 20060101ALI20221004BHJP
H01F 10/14 20060101ALI20221004BHJP
H01F 10/16 20060101ALI20221004BHJP
【ＦＩ】
H01L43/08 H
H01L43/10
H01L43/08 Z
H01L43/12
H01L27/105 447
H01F10/14
H01F10/16
【審査請求】有
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022105377
(22)【出願日】2022-06-30
(62)【分割の表示】P 2020552211の分割
【原出願日】2019-02-19
(31)【優先権主張番号】62/650,444
(32)【優先日】2018-03-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】390040660
【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】シュエ， リン
(72)【発明者】
【氏名】チン， チー ホン
(72)【発明者】
【氏名】ワン， シャオトン
(72)【発明者】
【氏名】パカラ， マヘンドラ
(72)【発明者】
【氏名】ワン， ロンジュン
(57)【要約】 （修正有）
【課題】大きい垂直磁気異方性を保持しながら高温熱処理に耐える磁気トンネル接合（ＭＴＪ）構造体を提供する。
【解決手段】ＭＲＡＭ用途および関連するＭＴＪデバイスのために、基板２００上に配置された膜積層体からＭＴＪ構造を形成するための方法は、十分に大きい垂直磁気異方性（ＰＭＡ）を有する膜積層体を生成するように、膜積層体の材料層の膜特性を形成することを含む。鉄含有酸化物キャッピング層２５０ａが、望ましいＰＭＡを生成するために利用される。鉄含有酸化物キャッピング層を利用することにより、キャッピング層の厚さを、より細かく制御することができ、磁気記憶層２４５ａ～ｃとキャッピング層２５０ａ～ｄ、ｘとの界面でのホウ素への依存が低減される。
【選択図】図２Ｃ
【解決手段】ＭＲＡＭ用途および関連するＭＴＪデバイスのために、基板２００上に配置された膜積層体からＭＴＪ構造を形成するための方法は、十分に大きい垂直磁気異方性（ＰＭＡ）を有する膜積層体を生成するように、膜積層体の材料層の膜特性を形成することを含む。鉄含有酸化物キャッピング層２５０ａが、望ましいＰＭＡを生成するために利用される。鉄含有酸化物キャッピング層を利用することにより、キャッピング層の厚さを、より細かく制御することができ、磁気記憶層２４５ａ～ｃとキャッピング層２５０ａ～ｄ、ｘとの界面でのホウ素への依存が低減される。
【選択図】図２Ｃ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
バッファ層と、
前記バッファ層の上に配置されたシード層と、
前記シード層の上に配置された第１のピン止め層と、
前記第１のピン止め層の上に配置された合成フェリ磁性体（ＳｙＦ）結合層と、
前記ＳｙＦ結合層の上に配置された第２のピン止め層と、
前記第２のピン止め層の上に配置された構造ブロッキング層と、
前記構造ブロッキング層の上に配置された磁気参照層と、
前記磁気参照層の上に配置されたトンネル障壁層と、
前記トンネル障壁層の上に配置された磁気記憶層と、
前記磁気記憶層の上に配置されたキャッピング層であって、Ｆｅ含有酸化物材料層を含むキャッピング層と、
を含む磁気トンネル接合膜積層体。
前記バッファ層の上に配置されたシード層と、
前記シード層の上に配置された第１のピン止め層と、
前記第１のピン止め層の上に配置された合成フェリ磁性体（ＳｙＦ）結合層と、
前記ＳｙＦ結合層の上に配置された第２のピン止め層と、
前記第２のピン止め層の上に配置された構造ブロッキング層と、
前記構造ブロッキング層の上に配置された磁気参照層と、
前記磁気参照層の上に配置されたトンネル障壁層と、
前記トンネル障壁層の上に配置された磁気記憶層と、
前記磁気記憶層の上に配置されたキャッピング層であって、Ｆｅ含有酸化物材料層を含むキャッピング層と、
を含む磁気トンネル接合膜積層体。
【請求項2】
前記キャッピング層が、Ｉｒ含有層、Ｒｕ含有層、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上を、さらに含む、請求項１に記載の膜積層体。
【請求項3】
前記Ｆｅ含有酸化物材料層が、ＣｏＦｅ酸化物材料、ＣｏＦｅＢ酸化物材料、ＮｉＦｅ酸化物材料、ＦｅＢ酸化物材料、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料である、請求項１に記載の膜積層体。
【請求項4】
前記ＳｙＦ結合層が、Ｉｒ含有層を含む、請求項１に記載の膜積層体。
【請求項5】
前記バッファ層が、ＣｏＦｅＢ含有層を含む、請求項１に記載の膜積層体。
【請求項6】
前記シード層が、
（ａ）ＮｉＣｒ含有層、または
（ｂ）Ｐｔ含有層、Ｉｒ含有層、およびＲｕ含有層のうちの１つ以上
を含む、請求項１に記載の膜積層体。
（ａ）ＮｉＣｒ含有層、または
（ｂ）Ｐｔ含有層、Ｉｒ含有層、およびＲｕ含有層のうちの１つ以上
を含む、請求項１に記載の膜積層体。
【請求項7】
前記シード層が、ＮｉＣｒ含有層を含み、
前記バッファ層が、ＴａＮ含有層およびＴａ含有層のうちの１つ以上をさらに含み、前記バッファ層のＣｏＦｅＢ含有層が、前記バッファ層の前記ＴａＮ含有層および前記バッファ層の前記Ｔａ含有層のうちの１つ以上の上に配置されている、請求項６に記載の膜積層体。
前記バッファ層が、ＴａＮ含有層およびＴａ含有層のうちの１つ以上をさらに含み、前記バッファ層のＣｏＦｅＢ含有層が、前記バッファ層の前記ＴａＮ含有層および前記バッファ層の前記Ｔａ含有層のうちの１つ以上の上に配置されている、請求項６に記載の膜積層体。
【請求項8】
前記シード層が、Ｐｔ含有層、Ｉｒ含有層、およびＲｕ含有層のうちの１つ以上を含み、
前記バッファ層が、ＴａＮ含有層およびＴａ含有層のうちの１つ以上をさらに含み、前記バッファ層のＣｏＦｅＢ含有層が、前記バッファ層の前記ＴａＮ含有層および前記バッファ層の前記Ｔａ含有層のうちの１つ以上の下に配置されている、請求項６に記載の膜積層体。
前記バッファ層が、ＴａＮ含有層およびＴａ含有層のうちの１つ以上をさらに含み、前記バッファ層のＣｏＦｅＢ含有層が、前記バッファ層の前記ＴａＮ含有層および前記バッファ層の前記Ｔａ含有層のうちの１つ以上の下に配置されている、請求項６に記載の膜積層体。
【請求項9】
ＣｏＦｅＢ含有層を含むバッファ層と、
前記バッファ層の上に配置されたシード層と、
前記シード層の上に配置された第１のピン止め層と、
前記第１のピン止め層の上に配置された合成フェリ磁性体（ＳｙＦ）結合層であって、Ｉｒ含有層を含むＳｙＦ結合層と、
前記ＳｙＦ結合層の上に配置された第２のピン止め層と、
前記第２のピン止め層の上に配置された構造ブロッキング層と、
前記構造ブロッキング層の上に配置された磁気参照層と、
前記磁気参照層の上に配置されたトンネル障壁層と、
前記トンネル障壁層の上に配置された磁気記憶層と、
前記磁気記憶層の上に配置されたキャッピング層であって、Ｆｅ含有酸化物材料層を含むキャッピング層と、
前記キャッピング層の上に配置されたハードマスクと、
を含む磁気トンネル接合膜積層体。
前記バッファ層の上に配置されたシード層と、
前記シード層の上に配置された第１のピン止め層と、
前記第１のピン止め層の上に配置された合成フェリ磁性体（ＳｙＦ）結合層であって、Ｉｒ含有層を含むＳｙＦ結合層と、
前記ＳｙＦ結合層の上に配置された第２のピン止め層と、
前記第２のピン止め層の上に配置された構造ブロッキング層と、
前記構造ブロッキング層の上に配置された磁気参照層と、
前記磁気参照層の上に配置されたトンネル障壁層と、
前記トンネル障壁層の上に配置された磁気記憶層と、
前記磁気記憶層の上に配置されたキャッピング層であって、Ｆｅ含有酸化物材料層を含むキャッピング層と、
前記キャッピング層の上に配置されたハードマスクと、
を含む磁気トンネル接合膜積層体。
【請求項10】
前記Ｆｅ含有酸化物材料層が、前記磁気記憶層上に前記磁気記憶層と接触して配置されている、請求項９に記載の膜積層体。
【請求項11】
前記Ｆｅ含有酸化物材料層が、ＣｏＦｅ酸化物材料、ＣｏＦｅＢ酸化物材料、ＮｉＦｅ酸化物材料、ＦｅＢ酸化物材料、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料である、請求項１０に記載の膜積層体。
【請求項12】
Ｉｒ含有層、Ｒｕ含有層、またはそれらの組み合わせが、前記Ｆｅ含有酸化物材料層上に前記Ｆｅ含有酸化物材料層と接触して配置されている、請求項９に記載の膜積層体。
【請求項13】
バッファ層と、
前記バッファ層上に前記バッファ層と接触して配置されたシード層と、
前記シード層上に前記シード層と接触して配置された第１のピン止め層と、
前記第１のピン止め層上に前記第１のピン止め層と接触して配置された合成フェリ磁性体（ＳｙＦ）結合層と、
前記ＳｙＦ結合層上に前記ＳｙＦ結合層と接触して配置された第２のピン止め層と、
前記第２のピン止め層上に前記第２のピン止め層と接触して配置された構造ブロッキング層と、
前記構造ブロッキング層上に前記構造ブロッキング層と接触して配置された磁気参照層と、
前記磁気参照層上に前記磁気参照層と接触して配置されたトンネル障壁層と、
前記トンネル障壁層上に前記トンネル障壁層と接触して配置された磁気記憶層と、
前記磁気記憶層上に前記磁気記憶層と接触して配置されたキャッピング層であって、Ｆｅ含有酸化物材料層を含むキャッピング層と、
前記キャッピング層上に前記キャッピング層と接触して配置されたハードマスクと、
を含む磁気トンネル接合膜積層体。
前記バッファ層上に前記バッファ層と接触して配置されたシード層と、
前記シード層上に前記シード層と接触して配置された第１のピン止め層と、
前記第１のピン止め層上に前記第１のピン止め層と接触して配置された合成フェリ磁性体（ＳｙＦ）結合層と、
前記ＳｙＦ結合層上に前記ＳｙＦ結合層と接触して配置された第２のピン止め層と、
前記第２のピン止め層上に前記第２のピン止め層と接触して配置された構造ブロッキング層と、
前記構造ブロッキング層上に前記構造ブロッキング層と接触して配置された磁気参照層と、
前記磁気参照層上に前記磁気参照層と接触して配置されたトンネル障壁層と、
前記トンネル障壁層上に前記トンネル障壁層と接触して配置された磁気記憶層と、
前記磁気記憶層上に前記磁気記憶層と接触して配置されたキャッピング層であって、Ｆｅ含有酸化物材料層を含むキャッピング層と、
前記キャッピング層上に前記キャッピング層と接触して配置されたハードマスクと、
を含む磁気トンネル接合膜積層体。
【請求項14】
前記Ｆｅ含有酸化物材料層が、ＣｏＦｅ酸化物材料、ＣｏＦｅＢ酸化物材料、ＮｉＦｅ酸化物材料、ＦｅＢ酸化物材料、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料である、請求項１３に記載の膜積層体。
【請求項15】
Ｉｒ含有層、Ｒｕ含有層、またはそれらの組み合わせが、前記Ｆｅ含有酸化物材料層上に前記Ｆｅ含有酸化物材料層と接触して配置されている、請求項１３に記載の膜積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［０００１］ 本開示の実施形態は、スピン注入磁気ランダムアクセスメモリ（ＳＴＴ－ＭＲＡＭ）用途で使用される構造およびデバイスを製造するための方法に関する。より具体的には、本開示の実施形態は、調整可能な大きい垂直磁気異方性を有する磁気トンネル接合の製造方法およびデバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
［０００２］ 磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）は、電子の電荷の代わりに抵抗値を用いてデータを記憶するＭＲＡＭセルのアレイを含む、メモリデバイスの一種である。一般に、各ＭＲＡＭセルは、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）構造を含む。ＭＴＪ構造は、典型的には、２つの強磁性層が、薄い非磁性誘電体、例えば絶縁性トンネル層によって分離される構成を有する磁性層の積層体を含む。上部電極と下部電極を利用して、ＭＴＪ構造を挟み、上部電極と下部電極の間に電流が流れるようにする。
【0003】
［０００３］ ＭＲＡＭセルの１つのタイプは、スピン注入磁気ランダムアクセスメモリ（ＳＴＴ－ＭＲＡＭ）である。このような製造プロセスフローでは、高温バックエンド熱処理に耐えながらも、高いトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）比を生成するために、安定な磁気トンネル接合（ＭＴＪ）積層体が利用される。ＭＴＪ積層体は、後続の層の接着およびシーディングを改善するために、多くの場合、バッファ層を利用する。ＭＴＪ積層体はまた、第１のピン止め層と第２のピン止め層とを反平行に結合するための合成フェリ磁性体（ＳｙＦ）結合層を含む。ＭＴＪ積層体の上部にキャッピング層が利用されて、積層体を腐食から保護し、またハードマスクエッチングのためのエッチストップ層としても作用する。ＭＴＪの磁気記憶層と界面接触するキャッピング層を利用して、データ保持エネルギー障壁を提供するのに十分な垂直磁気異方性（ＰＭＡ）を生成する。
【0004】
［０００４］ 従来のキャッピング層は、十分なＰＭＡを維持するために、磁気記憶層との界面においてホウ素を利用する。しかし、高温熱処理後、ホウ素は、界面から離れて拡散し、磁気記憶層のＰＭＡを弱める。このような従来のキャッピング層は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）材料を利用するが、適切なＰＭＡを維持するために、より厚いＭｇＯ材料が利用される。より厚いＭｇＯ材料は、界面の表面粗さを増加させ、ＴＭＲを減少させる。
【0005】
［０００５］ したがって、当技術分野では、ＳＴＴ－ＭＲＡＭ用途のＭＴＪ構造を製造するための改良された方法が必要とされている。また、大きいＰＭＡを保持しながら高温熱処理に耐えることができる改良されたＭＴＪ積層体が必要とされている。
【発明の概要】
【0006】
［０００６］ 一実施形態では、磁気トンネル接合膜積層体が提供される。膜積層体は、バッファ層と、バッファ層の上に配置されたシード層と、シード層の上に配置された第１のピン止め層と、第１のピン止め層の上に配置された合成フェリ磁性体結合層とを含む。合成フェリ磁性体結合層の上に第２のピン止め層が配置され、第２のピン止め層の上に構造ブロッキング層が配置され、構造ブロッキング層の上に磁気参照層が配置され、磁気参照層の上にトンネル障壁層が配置される。磁気記憶層が、トンネル障壁層の上に配置され、キャッピング層が、磁気記憶層の上に配置される。キャッピング層は、Ｆｅ含有酸化物材料層を含む。
【0007】
［０００７］ 別の実施形態では、磁気トンネル接合膜積層体が提供される。膜積層体は、ＣｏＦｅＢ含有層を含むバッファ層と、バッファ層の上に配置されたシード層と、シード層の上に配置された第１のピン止め層と、第１のピン止め層の上に配置された、Ｉｒ含有層を含む合成フェリ磁性体結合層とを含む。合成フェリ磁性体結合層の上に第２のピン止め層が配置され、第２のピン止め層の上に構造ブロッキング層が配置され、構造ブロッキング層の上に磁気参照層が配置され、磁気参照層の上にトンネル障壁層が配置される。磁気記憶層が、トンネル障壁層の上に配置され、Ｆｅ含有酸化物材料層を含むキャッピング層が、磁気記憶層の上に配置され、ハードマスクが、キャッピング層の上に配置される。
【0008】
［０００８］ さらに別の実施形態では、磁気トンネル接合膜積層体が提供される。膜積層体は、バッファ層と、バッファ層上にバッファ層と接触して配置されるシード層と、シード層上にシード層と接触して配置される第１のピン止め層と、第１のピン止め層上に第１のピン止め層と接触して配置される合成フェリ磁性体結合層とを含む。第２のピン止め層が、合成フェリ磁性体結合層上に合成フェリ磁性体結合層と接触して配置され、構造ブロッキング層が、第２のピン止め層上に第２のピン止め層と接触して配置され、磁気参照層が、構造ブロッキング層上に構造ブロッキング層と接触して配置され、トンネル障壁層が、磁気参照層上に磁気参照層と接触して配置される。磁気記憶層が、トンネル障壁層上にトンネル障壁層と接触して配置され、Ｆｅ含有酸化物材料層を含むキャッピング層が、磁気記憶層上に磁気記憶層と接触して配置され、ハードマスクが、キャッピング層上にキャッピング層と接触して配置される。
【0009】
［０００９］ 本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約した本開示のより具体的な説明を、実施形態を参照することによって行うことができ、そのいくつかを添付の図面に示す。しかしながら、添付の図面は、例示的な実施形態のみを例示し、したがって、その範囲を限定すると見なされるべきではなく、他の同等に有効な実施形態を認めることができることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本明細書に記載の一実施形態による、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）構造の製造方法を示す流れ図を示す。
【図2A】本明細書に記載の実施形態による、膜積層体の一部の概略図を示す。
【図2B】本明細書に記載の実施形態による、膜積層体の一部の概略図を示す。
【図2C】本明細書に記載の実施形態による、膜積層体の一部の概略図を示す。
【図3A】本明細書に記載の実施形態による、キャッピング層の概略図を示す。
【図3B】本明細書に記載の実施形態による、キャッピング層の概略図を示す。
【図3C】本明細書に記載の実施形態による、キャッピング層の概略図を示す。
【図3D】本明細書に記載の実施形態による、キャッピング層の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0011】
［００１８］ 理解を容易にするために、図面に共通する同一の要素は、可能であれば、同一の参照番号を使用して示してある。１つの実施形態の要素および特徴は、さらなる列挙なしに他の実施形態に有益に組み込まれ得ることが、企図される。しかしながら、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示し、したがって、本開示は他の等しく有効な実施形態を認めることができるので、その範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。
【0012】
［００１９］ 本開示の実施形態は、ＭＲＡＭ用途および関連するＭＴＪデバイスのために基板上に配置された膜積層体からＭＴＪ構造を形成するための方法を提供する。本明細書に記載の方法は、十分に大きい垂直磁気異方性（ＰＭＡ）を有する膜積層体を生成するように、膜積層体の材料層の膜特性を形成することを含む。鉄含有酸化物キャッピング層が、望ましいＰＭＡを生成するために利用される。鉄含有酸化物キャッピング層を利用することにより、キャッピング層の厚さを、より細かく制御することができ、磁気記憶層とキャッピング層との界面でのホウ素への依存が低減される。
【0013】
［００２０］ 図１は、本開示の一実施形態による、ＭＲＡＭ用途のために基板上にＭＴＪ構造を製造するためのプロセス１００を示す流れ図を示す。いくつかの実施形態では、プロセス１００は、プロセスフローであり、工程１０１～１０６は、個々のプロセスである。プロセス１００は、プラズマ処理チャンバおよび熱処理チャンバまたは他の適切なプラズマ浸漬イオン注入システムもしくはエッチングチャンバ内で実行されるように構成される。プロセス１００はまた、ＰＶＤチャンバ、ＣＶＤチャンバ、およびリソグラフィツールなどの他のツールを使用することもできる。
【0014】
［００２１］ プロセス１００は、上に膜積層体が配置された基板を用意することによって、工程１０１で開始する。いくつかの実施形態では、基板は、金属またはガラス、シリコン、誘電性バルク材料および金属合金または複合ガラス、結晶性シリコン（例えば、Ｓｉ＜１００＞またはＳｉ＜１１１＞）、酸化シリコン、ひずみシリコン、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、ドープまたは非ドープポリシリコン、ドープまたは非ドープシリコンウェハおよびパター二ングまたは非パター二ングウェハシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、カーボンドープ酸化シリコン、窒化シリコン、ドープシリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、ガラス、またはサファイアを含む。基板は、約２００ｍｍ、約３００ｍｍ、約４５０ｍｍまたは他の直径などの様々な寸法を有することができ、さらに長方形または正方形のパネルであってもよい。特に断りのない限り、本明細書に記載の例は、直径２００ｍｍ、直径３００ｍｍ、または直径４５０ｍｍの基板上で実施される。一実施形態では、基板は、基板上に配置された膜積層体を含む。
【0015】
［００２２］ 固定磁性層、任意選択の構造デカップリング層、トンネル障壁層、磁気記憶層、磁気参照層、およびキャッピング層は、ＰＶＤプロセスなどの、適切な手法と適切な方法によって形成され得ることに留意されたい。これらの層を形成するために使用できるシステムの例には、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手可能なＥＮＤＵＲＡ（登録商標）ＰＶＤシステムが含まれる。他の製造業者から入手可能なものを含む他の処理システムが、本開示を実施するように適合され得ることが企図される。
【0016】
［００２３］ 工程１０２でＭＴＪ積層体堆積を実行する前に、他のプロセスを利用して、当業者に知られているトランジスタおよび相互接続層を形成することができる。工程１０６でポストパターニングアニールを実行した後、残りの相互接続層およびコンタクトパッドを完成させるための工程などの追加の工程を実行することができる。
【0017】
［００２４］ 工程１０２～１０４で、ＭＴＪ積層体堆積、プレパターニングアニール、およびＭＴＪパターニングが実行される。工程１０２～１０４は、下にある基板が露出されるまで、エッチングマスク層（図示せず）によって露出および画定された膜積層体の一部を基板から除去するために実行されるパターニングプロセス、例えば、エッチングプロセスを含む。膜積層体をパター二ングするためのパター二ングプロセスは、各層に含まれる材料に応じて、異なる層をエッチングするための異なるガス混合物またはエッチャントを供給するように構成された、いくつかの個別の工程または異なるレシピを含む。パターニング中、エッチングガス混合物または異なるエッチング種を有するいくつかのガス混合物が、基板表面に順次供給されて、膜積層体の一部を基板から除去する。工程１０４でのパターニングプロセスの終点は、時間または他の適切な方法によって制御される。例えば、パター二ングプロセスは、基板が露出されるまで約２００秒間と約１０分間の間の時間パター二ングプロセスを実行した後に終了される。別の例では、パター二ングプロセスは、終点検出器からの決定によって終了される。
【0018】
［００２５］ 工程１０４でのパター二ングプロセス中に膜積層体が除去された基板の部分上に、封止および絶縁層を形成するために、さらなる堆積プロセスが実行される。封止は、適切なステップカバレッジと気密性を可能にし、多くの場合、窒化ケイ素系の材料で構成される材料の堆積を含む。絶縁は、酸化物系の材料を利用し、封止材料の厚さよりも厚い材料の堆積を含む。絶縁層は、適切な絶縁材料から形成され、その後、一連のエッチングおよび堆積プロセスによって処理されて、絶縁層内に相互接続構造を形成して（例えば、バックエンドプロセス）、デバイス構造製造プロセスを完了する。一例では、絶縁層は、酸化ケイ素層または他の適切な材料である。
【0019】
［００２６］ 工程１０６で、熱アニーリングプロセスが実行される。アニーリングに使用できるシステムの例には、急速熱アニールチャンバが含まれる。急速熱アニールチャンバの一例は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手可能なＲＡＤＩＡＮＣＥ（登録商標）チャンバである。他の製造業者から入手可能なものを含む他の処理システムが、本開示を実施するように適合され得ることが企図される。熱アニーリングプロセスは、膜積層体、詳細には膜積層体に含まれる磁気記憶層および磁気参照層の格子構造を修復、緻密化、および強化するために実行される。熱アニーリングプロセスの後、磁気記憶層および磁気参照層は、実質的に単一平面内に結晶配向を有する結晶化磁気記憶層および結晶化磁気参照層に変換される。磁気記憶層および磁気参照層の所望の結晶化が得られると、ＭＴＪデバイスを製造するための膜積層体の全体的な電気的特性が改善される。
【0020】
［００２７］ いくつかの実施形態では、所望の実施態様に応じて、工程１０３および１０６のうちの１つ（または任意の他の同等のアニールプロセス）を使用することができる。以下に説明するように、本開示のＭＴＪ膜積層体は、高温熱プロセスに耐え、電気的および磁気的特性を改善することができる。
【0021】
［００２８］ 図２Ａ～図２Ｃのそれぞれは、様々な実施形態による、膜積層体の一部の概略図を個別に示している。膜積層体は、基板２００および底部コンタクト２０４を含む。一実施形態では、底部コンタクト２０４は、パター二ングされている。一実施形態では、底部コンタクト２０４は、基板２００上に基板２００と接触して配置されている。図２Ａ～図２Ｃには示されていないが、１つ以上の層の形態のトランジスタおよび相互接続構造などの他の層が、基板２００と底部コンタクト２０４との間に配置されてもよい。図２Ｂと図２Ｃに示されている膜積層体の違いには、バッファ層２０５／２０５’、シード層２１０／２１０’、および第１のピン止め層２１５／２１５’が含まれる。いくつかの実施形態では、膜積層体は、底部コンタクト、バッファ層、シード層、第１のピン止め層、合成フェリ磁性体（ＳｙＦ）結合層、第２のピン止め層、構造ブロッキング層、磁気参照層、トンネル障壁層、磁気記憶層、キャッピング層、およびハードマスクのうちの１つ以上を含む。いくつかの実施形態では、これらの層のそれぞれが、個別に１つ以上の層を含む。
【0022】
［００２９］ いくつかの実施形態では、図２Ａ～図２Ｃに示されるように、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）構造を形成するために利用される膜積層体は、底部コンタクト２０４の上に配置される。ＭＴＪ構造は、底部コンタクト２０４の上に配置されたバッファ層２０５／２０５’、バッファ層２０５／２０５’の上に配置されたシード層２１０／２１０’、シード層２１０／２１０’の上に配置された第１のピン止め層２１５／２１５’、第１のピン止め層２１５／２１５’の上に配置された合成フェリ磁性体（ＳｙＦ）結合層２２０、ＳｙＦ結合層２２０の上に配置された第２のピン止め層２２５、第２のピン止め層２２５の上に配置された構造ブロッキング層２３０、構造ブロッキング層２３０の上に配置された磁気参照層２３５、磁気参照層２３５の上に配置されたトンネル障壁層２４０、トンネル障壁層２４０の上に配置された磁気記憶層２４５、磁気記憶層２４５の上に配置されたキャッピング層２５０であって、１つ以上の層を含むキャッピング層、およびキャッピング層２５０の上に配置されたハードマスク２５５を含み、キャッピング層、バッファ層、およびＳｙＦ結合層のうちの少なくとも１つは、Ｒｕから製造されていない。一実施形態では、膜積層体の隣接する層が、隣接する層の上または下に配置されていると言及される場合、各層は、互いに接触して配置されていると見なされる。
【0023】
［００３０］ 膜積層体は、底部コンタクト２０４の上に配置されたバッファ層２０５／２０５’を含む。バッファ層２０５／２０５’は、底部コンタクト２０４とシード層２１０／２１０’との間に挟まれている。一実施形態では、バッファ層２０５／２０５’は、その後に堆積される層の接着およびシーディングを改善する。一実施形態では、バッファ層２０５／２０５’は、１つ以上の層を含む。一実施形態では、バッファ層２０５／２０５’は、Ｒｕから製造されていない。
【0024】
［００３１］ 一実施形態では、バッファ層２０５／２０５’は、ＣｏＦｅＢ含有層２０５ａ／２０５ａ’を含む。バッファ層２０５／２０５’中のホウ素（Ｂ）の重量％（ｗｔ％）は、約１０ｗｔ％から約４０ｗｔ％の間、例えば、約２０ｗｔ％から４０ｗｔ％の間、例えば、約２５ｗｔ％から約４０ｗｔ％の間である。バッファ層２０５／２０５’中の鉄のｗｔ％は、約２０ｗｔ％から約６０ｗｔ％の間、例えば、約４０ｗｔ％から６０ｗｔ％の間、例えば、約４５ｗｔ％から約６０ｗｔ％の間である。ＣｏＦｅＢ含有層２０５ａ／２０５ａ’の厚さは、約０Åから約２０Åの間、例えば、約１０Åである。
【0025】
［００３２］ 一実施形態では、バッファ層２０５／２０５’は、ＴａＮ含有層２０５ｂ／２０５ｂ’および／またはＴａ含有層２０５ｃ／２０５ｃ’を含む。一実施形態では、ＴａＮ含有層２０５ｂ／２０５ｂ’およびＴａ含有層２０５ｃ／２０５ｃ’は、ＣｏＦｅＢ層２０５ａの上に配置されている。あるいは、ＴａＮ含有層２０５ｂ／２０５ｂ’およびＴａ含有層２０５ｃ／２０５ｃ’は、ＣｏＦｅＢ層２０５ａ’の下に配置されてもよい。ＴａＮ含有層およびＴａ含有層の厚さは、約０Åから約４０Åの間、例えば、約１５Åである。
【0026】
［００３３］ 膜積層体は、バッファ層２０５／２０５’の上に配置されたシード層２１０／２１０’を含む。シード層２１０／２１０’は、バッファ層２０５／２０５’と第１のピン止め層２１５／２１５’との間に挟まれている。
【0027】
［００３４］ いくつかの実施形態では、シード層２１０は、Ｐｔ含有層、Ｉｒ含有層、およびＲｕ含有層のうちの１つ以上を含む。Ｐｔ含有層、Ｉｒ含有層、およびＲｕ含有層のうちの１つ以上を有するシード層２１０の厚さは、約０Åから約６０Åの間、例えば、約２５Åである。実施形態において、シード層２１０が、Ｐｔ含有層、Ｉｒ含有層、およびＲｕ含有層のうちの１つ以上を含む場合、バッファ層２０５／２０５’のＣｏＦｅＢ含有層２０５ａは、バッファ層２０５／２０５’のＴａＮ含有層２０５ｂ（および／またはＴａ含有層２０５ｃ）の下に配置される。
【0028】
［００３５］ いくつかの実施形態では、シード層２１０’は、ＮｉＣｒ含有層を含む。ＮｉＣｒ含有層を有するシード層２１０’の厚さは、約０Åから約１００Åの間、例えば、約５０Åである。実施形態において、シード層が、ＮｉＣｒ含有層を含む場合、バッファ層２０５／２０５’のＣｏＦｅＢ含有層２０５ａ’は、バッファ層２０５／２０５’のＴａＮ含有層２０５ｂ’（および／またはＴａ含有層２０５ｃ’）の上に配置される。
【0029】
［００３６］ 一実施形態では、膜積層体は、シード層２１０／２１０’の上に配置された第１のピン止め層２１５／２１５’を含む。第１のピン止め層２１５／２１５’は、シード層２１０／２１０’とＳｙＦ結合層２２０との間に挟まれている。第１のピン止め層２１５／２１５’は、１つ以上の層を含み得る。第１のピン止め層２１５／２１５’は、ドーパント、例えば、ホウ素ドーパント、酸素ドーパントを含む金属合金、または他の適切な材料などの、いくつかの磁性材料から製造される。適切な金属合金には、Ｎｉ含有材料、Ｐｔ含有材料、Ｒｕ含有材料、Ｃｏ含有材料、Ｔａ含有材料、およびＰｄ含有材料が含まれる。磁性材料の適切な例には、Ｒｕ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｎｉ、ＴａＮ、ＮｉＦｅＯｘ、ＮｉＦｅＢ、ＣｏＦｅＯｘＢ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅ、ＮｉＯｘＢ、ＣｏＢＯｘ、ＦｅＢＯｘ、ＣｏＦｅＮｉＢ、ＣｏＰｔ、ＣｏＰｄ、ＣｏＮｉ、およびＴａＯｘが含まれる。
【0030】
［００３７］ 一実施形態では、第１のピン止め層２１５は、Ｃｏ／Ｐｔ含有層２１５ａの上に配置されたＣｏ含有層２１５ｂを含む。Ｃｏ含有層２１５ｂの厚さは、約０Åから約１０Åの間、例えば、約５Åである。Ｃｏ／Ｐｔ含有層２１５ａは、
［Ｃｏ（ｘ）／Ｐｔ（ｙ）］ｍ
を含む組成物を有することができ、ここで、ｘは、約０Åから約１０Åの間、例えば、約０．５Åから約７Åの間のＣｏの厚さを有し、ｙは、約０Åから約１０Åの間、例えば、約０．５Åから約８Åの間のＰｔの厚さを有し、ｍは、約３から約１０の間の整数であり、ここで、ｍは、膜積層体内に繰り返し形成されたＣｏ／Ｐｔ含有層２１５ａの数を表す。例えば、ｘが５Å、ｙが３Å、ｍが整数２の場合、Ｃｏ／Ｐｔ層は、Ｃｏ層（５Å）／Ｐｔ層（３Å）／Ｃｏ層（５Å）／Ｐｔ層（３Å）で構成される。
［Ｃｏ（ｘ）／Ｐｔ（ｙ）］ｍ
を含む組成物を有することができ、ここで、ｘは、約０Åから約１０Åの間、例えば、約０．５Åから約７Åの間のＣｏの厚さを有し、ｙは、約０Åから約１０Åの間、例えば、約０．５Åから約８Åの間のＰｔの厚さを有し、ｍは、約３から約１０の間の整数であり、ここで、ｍは、膜積層体内に繰り返し形成されたＣｏ／Ｐｔ含有層２１５ａの数を表す。例えば、ｘが５Å、ｙが３Å、ｍが整数２の場合、Ｃｏ／Ｐｔ層は、Ｃｏ層（５Å）／Ｐｔ層（３Å）／Ｃｏ層（５Å）／Ｐｔ層（３Å）で構成される。
【0031】
［００３８］ 一実施形態では、第１のピン止め層２１５’は、Ｃｏ／Ｎｉ含有層２１５ａ’の上に配置されたＣｏ含有層２１５ｂ’を含む。Ｃｏ含有層２１５ｂの厚さは、約０Åから約１０Åの間、例えば、約５Åである。Ｃｏ／Ｎｉ含有層２１５ａ’は、
［Ｃｏ（ｘ１）／Ｎｉ（ｙ１）］ｎ
を含む組成物を有することができ、ここで、ｘ１は、約０Åから約１０Åの間、例えば、約１Åから約８Åの間のＣｏの厚さを有し、ｙ１は、約０Åから約１０Åの間、例えば、約１Åから約８Åの間のＮｉの厚さを有し、ｎは、約１から約１０の間の整数であり、ここで、ｎは、膜積層体内に繰り返し形成されたＣｏ／Ｎｉ含有層２１５ａ’の数を表す。
［Ｃｏ（ｘ１）／Ｎｉ（ｙ１）］ｎ
を含む組成物を有することができ、ここで、ｘ１は、約０Åから約１０Åの間、例えば、約１Åから約８Åの間のＣｏの厚さを有し、ｙ１は、約０Åから約１０Åの間、例えば、約１Åから約８Åの間のＮｉの厚さを有し、ｎは、約１から約１０の間の整数であり、ここで、ｎは、膜積層体内に繰り返し形成されたＣｏ／Ｎｉ含有層２１５ａ’の数を表す。
【0032】
［００３９］ 実施形態において、第１のピン止め層２１５が、Ｃｏ／Ｐｔ含有層２１５ａを含む場合、シード層２１０は、Ｐｔ含有層、Ｉｒ含有層、およびＲｕ含有層のうちの１つ以上を含む。実施形態において、第１のピン止め層２１５’が、Ｃｏ／Ｎｉ含有層２１５ａ’を含む場合、シード層２１０は、ＮｉＣｒ含有層を含む。
【0033】
［００４０］ 膜積層体は、第１のピン止め層２１５／２１５’の上に配置された合成フェリ磁性体（ＳｙＦ）結合層２２０を含む。一実施形態では、ＳｙＦ結合層２２０は、第１のピン止め層２１５／２１５’と第２のピン止め層２２５との間に挟まれている。ＳｙＦ結合層２２０は、第１のピン止め層２１５／２１５’と第２のピン止め層２２５を反平行に結合するために使用される。一実施形態では、ＳｙＦ結合層２２０は、Ｉｒ含有層、Ｒｕ含有層、Ｒｈ含有層、およびＣｒ含有層のうちの１つ以上を含む。一実施形態では、ＳｙＦ結合層は、Ｉｒ含有層である。別の実施形態では、ＳｙＦ結合層は、Ｒｕから製造されていない。ＳｙＦ結合層２２０の厚さは、約３Åから約１０Åの間である。ＳｙＦ結合層２２０が、Ｒｕ含有層である場合、ＳｙＦ結合層２２０の厚さは、約４Åから約５Åの間、または約７Åから約９Åの間である。ＳｙＦ結合層２２０が、Ｉｒ含有層である場合、ＳｙＦ結合層２２０の厚さは、約４Åから約６Åの間である。
【0034】
［００４１］ 膜積層体は、ＳｙＦ結合層２２０の上に配置された第２のピン止め層２２５を含む。一実施形態では、第２のピン止め層２２５は、ＳｙＦ結合層２２０と構造ブロッキング層２３０との間に挟まれている。一実施形態では、第２のピン止め層２２５は、１つ以上の層を含む。第２のピン止め層２２５は、ドーパント、例えば、ホウ素ドーパント、酸素ドーパントを含む金属合金、または他の適切な材料などの、いくつかの磁性材料から製造される。適切な金属合金には、Ｎｉ含有材料、Ｐｔ含有材料、Ｒｕ含有材料、Ｃｏ含有材料、Ｔａ含有材料、およびＰｄ含有材料が含まれる。磁性材料の適切な例には、Ｒｕ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｎｉ、ＴａＮ、ＮｉＦｅＯｘ、ＮｉＦｅＢ、ＣｏＦｅＯｘＢ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅ、ＮｉＯｘＢ、ＣｏＢＯｘ、ＦｅＢＯｘ、ＣｏＦｅＮｉＢ、ＣｏＰｔ、ＣｏＰｄ、ＣｏＮｉ、およびＴａＯｘが含まれる。
【0035】
［００４２］ 一実施形態では、第２のピン止め層２２５は、Ｃｏ／Ｐｔ含有層２１５ａの上に配置されたＣｏ含有層２２５ｂを含む。Ｃｏ含有層２２５ｂの厚さは、約０Åから約１０Åの間、例えば、約５Åである。Ｃｏ／Ｐｔ含有層２１５ａは、
［Ｃｏ（ｘ２）／Ｐｔ（ｙ２）］ｐ
を含む組成物を有することができ、ここで、ｘ２は、約０Åから約１０Åの間、例えば、約０．５Åから約７Åの間のＣｏの厚さを有し、ｙ２は、約０Åから約１０Åの間、例えば、約０．５Åから約８Åの間のＰｔの厚さを有し、ｐは、約０から約５の間の整数であり、ここで、ｐは、膜積層体内に繰り返し形成されたＣｏ／Ｐｔ含有層２２５ａの数を表す。
［Ｃｏ（ｘ２）／Ｐｔ（ｙ２）］ｐ
を含む組成物を有することができ、ここで、ｘ２は、約０Åから約１０Åの間、例えば、約０．５Åから約７Åの間のＣｏの厚さを有し、ｙ２は、約０Åから約１０Åの間、例えば、約０．５Åから約８Åの間のＰｔの厚さを有し、ｐは、約０から約５の間の整数であり、ここで、ｐは、膜積層体内に繰り返し形成されたＣｏ／Ｐｔ含有層２２５ａの数を表す。
【0036】
［００４３］ 膜積層体は、第２のピン止め層２２５の上に配置された構造ブロッキング層２３０を含む。一実施形態では、構造ブロッキング層２３０は、第２のピン止め層２２５と磁気参照層２３５との間に挟まれている。一実施形態では、構造ブロッキング層２３０は、１つ以上の層を含む。一実施形態では、構造ブロッキング層２３０は、金属含有材料または磁性材料のうちの１つ以上、例えば、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、ＣｏＦｅ、およびＣｏＦｅＢ、Ｔａ含有層、Ｍｏ含有層、およびＷ含有層のうちの１つ以上を含む。第２のピン止め層２２５の厚さは、約０Åから約８Åの間、例えば、約４Åである。
【0037】
［００４４］ 膜積層体は、構造ブロッキング層２３０の上に配置された磁気参照層２３５を含む。一実施形態では、磁気参照層２３５は、構造ブロッキング層２３０とトンネル障壁層２４０との間に挟まれている。一実施形態では、磁気参照層２３５は、１つ以上の層を含む。磁気参照層２３５は、ドーパント、例えば、ホウ素ドーパント、酸素ドーパントを含む金属合金、または他の適切な材料などの、いくつかの磁性材料から製造される。適切な金属合金には、Ｎｉ含有材料、Ｐｔ含有材料、Ｒｕ含有材料、Ｃｏ含有材料、Ｔａ含有材料、およびＰｄ含有材料が含まれる。磁性材料の適切な例には、Ｒｕ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｎｉ、ＴａＮ、ＮｉＦｅＯｘ、ＮｉＦｅＢ、ＣｏＦｅＯｘＢ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅ、ＮｉＯｘＢ、ＣｏＢＯｘ、ＦｅＢＯｘ、ＣｏＦｅＮｉＢ、ＣｏＰｔ、ＣｏＰｄ、ＣｏＮｉ、およびＴａＯｘが含まれる。
【0038】
［００４５］ 一実施形態では、磁気参照層２３５の層のうちの１つ以上の層が、ＣｏＦｅＢ含有層を含む。磁気参照層２３５中のホウ素（Ｂ）の重量％（ｗｔ％）は、約１０ｗｔ％から約４０ｗｔ％の間、例えば、約２０ｗｔ％から４０ｗｔ％の間、例えば、約２５ｗｔ％から約４０ｗｔ％の間である。磁気参照層２３５中の鉄のｗｔ％は、約２０ｗｔ％から約６０ｗｔ％の間、例えば、約４０ｗｔ％から６０ｗｔ％の間、例えば、約４５ｗｔ％から約６０ｗｔ％の間である。磁気参照層２３５の厚さは、約５Åから約２０Åの間、例えば、約１０Åである。
【0039】
［００４６］ 一実施形態では、膜積層体は、磁気参照層２３５の上に配置されたトンネル障壁層２４０を含む。一実施形態では、トンネル障壁層２４０は、磁気参照層２３５と磁気記憶層２４５との間に挟まれている。一実施形態では、トンネル障壁層２４０は、酸化物障壁層である。この実施形態では、トンネル障壁層２４０は、ＭｇＯ、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２、ＴａＯｘ、Ａｌ２Ｏ３、または他の適切な材料を含む。一実施形態では、トンネル障壁層２４０は、約１Åから約１５Åの間、例えば、約１０Åの厚さを有するＭｇＯである。トンネル障壁層２４０は、例えば、急速熱アニール（ＲＴＰ）プロセスを使用して、堆積中または堆積後のいずれかにアニールされてもよい。
【0040】
［００４７］ 一実施形態では、膜積層体は、トンネル障壁層２４０の上に配置された磁気記憶層２４５を含む。一実施形態では、磁気記憶層２４５は、トンネル障壁層２４０とキャッピング層２５０との間に挟まれている。磁気記憶層２４５は、ドーパント、例えば、ホウ素ドーパント、酸素ドーパントを含む金属合金、または他の適切な材料などの、いくつかの磁性材料から製造される。適切な金属合金には、Ｎｉ含有材料、Ｐｔ含有材料、Ｒｕ含有材料、Ｃｏ含有材料、Ｔａ含有材料、および／またはＰｄ含有材料が含まれる。磁性材料の適切な例には、Ｒｕ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｎｉ、ＴａＮ、ＮｉＦｅＯｘ、ＮｉＦｅＢ、ＣｏＦｅＯｘＢ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅ、ＮｉＯｘＢ、ＣｏＢＯｘ、ＦｅＢＯｘ、ＣｏＦｅＮｉＢ、ＣｏＰｔ、ＣｏＰｄ、ＣｏＮｉ、およびＴａＯｘが含まれる。
【0041】
［００４８］ 一実施形態では、磁気記憶層２４５は、ＣｏＦｅＢ含有材料、ＣｏＦｅＮｉＢ含有材料、Ｔａ含有材料、Ｍｏ含有材料、もしくはＷ含有材料、それらの組み合わせ、または他の適切な層である。例えば、図２に示される実施形態では、磁気記憶層２４５は、中間層２４５ｂを挟む第１のＣｏＦｅＢ含有層２４５ａおよび第２のＣｏＦｅＢ含有層２４５ｃを含む。第１のＣｏＦｅＢ含有層２４５ａは、約５Åから約２０Å、例えば、約１０Åの厚さを有する。第１のＣｏＦｅＢ含有層２４５ａ中のホウ素（Ｂ）の重量％（ｗｔ％）は、約１０ｗｔ％から約４０ｗｔ％の間、例えば、約２０ｗｔ％から４０ｗｔ％の間、例えば、約２５ｗｔ％から約４０ｗｔ％の間である。第１のＣｏＦｅＢ含有層２４５ａ中の鉄のｗｔ％は、約２０ｗｔ％から約６０ｗｔ％の間、例えば、約４０ｗｔ％から６０ｗｔ％の間、例えば、約４５ｗｔ％から約６０ｗｔ％の間である。
【0042】
［００４９］ 第２のＣｏＦｅＢ含有層２４５ｃは、約５Åから約２０Å、例えば、約１０Åの厚さを有する。第２のＣｏＦｅＢ含有層２４５ｃ中のホウ素（Ｂ）の重量％（ｗｔ％）は、約１０ｗｔ％から約４０ｗｔ％の間、例えば、約２０ｗｔ％から４０ｗｔ％の間、例えば、約２５ｗｔ％から約４０ｗｔ％の間である。第２のＣｏＦｅＢ含有層２４５ａ中の鉄のｗｔ％は、約２０ｗｔ％から約６０ｗｔ％の間、例えば、約４０ｗｔ％から６０ｗｔ％の間、例えば、約４５ｗｔ％から約６０ｗｔ％の間である。
【0043】
［００５０］ 磁気記憶層２４５の中間層２４５ｂは、Ｔａ含有層、Ｍｏ含有層、およびＷ含有層のうちの少なくとも１つ以上の１つ以上の層を含む。中間層２４５ｂは、約０Åから約８Å、例えば、約３Åの厚さを有する。
【0044】
［００５１］ 膜積層体は、磁気記憶層２４５の上に配置されたキャッピング層２５０を含む。一実施形態では、キャッピング層２５０は、磁気記憶層２４５とハードマスク２５５との間に挟まれている。ＭＴＪ積層体の上部にキャッピング層２５０が利用されて、積層体を腐食から保護し、またハードマスクエッチングのためのエッチストップ層としても作用する。一実施形態では、キャッピング層２５０は、単一の層を含む。別の実施形態では、キャッピング層２５０は、複数の層から形成される。この実施形態では、キャッピング層２５０は、第１の層２５０ａ、第２の層２５０ｂ、第３の層２５０ｃ、および第４の層２５０ｄを含む。
【0045】
［００５２］ 第１の層２５０ａは、Ｆｅ含有酸化物材料などの酸素含有層の１つ以上の層を含む。一実施形態では、酸素含有層は、Ｆｅ酸化物材料、ＣｏＦｅ酸化物材料、ＣｏＦｅＢ酸化物材料、ＮｉＦｅ酸化物材料、ＦｅＢ酸化物材料、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上である。第１の層２５０ａは、約０Åから約１５Åの間、例えば、約２Åから約１０Åの間の厚さを有する。
【0046】
［００５３］ 一実施形態では、第１の層２５０ａは、磁気記憶層２４５上にＦｅ含有金属をスパッタリング（すなわち、ＰＶＤ堆積プロセス）することによって製造される。この実施形態で、Ｆｅ含有金属は、続いて、酸素含有周囲環境中で酸化される。酸素含有周囲環境がプロセスチャンバ内に形成されて、またはＦｅ含有金属が大気に曝露されて、Ｆｅ含有酸化物材料を形成することができる。別の実施形態では、Ｆｅ含有金属が、酸素含有ガスの存在下で磁気記憶層２４５上に反応的にスパッタリングされて、Ｆｅ含有酸化物材料を形成する。この実施形態では、酸素含有ガスは、約１ｓｃｃｍから約６０ｓｃｃｍの間、例えば、約１０ｓｃｃｍから約３０ｓｃｃｍの間、例えば、約２０ｓｃｃｍの流量でプロセス環境に送られる。
【0047】
［００５４］ Ｆｅ材料の酸化を促進するための酸素曝露の期間は、約１秒から約１８０秒の間、例えば、約５秒から約６０秒の間である。一例では、Ｆｅ含有金属は、約１０秒間、酸素含有環境（大気または酸素含有ガスのいずれか）に曝され、その結果、膜積層体は、約５８１Ｏｅの保磁力場（Ｈｃ）と約４１ｋＴのデータ保持障壁（Ｅｂ）を示す。別の例では、Ｆｅ含有金属は、約３０秒間、酸素含有環境（大気または酸素含有ガスのいずれか）に曝され、その結果、膜積層体は、約９１８Ｏｅの保磁力場（Ｈｃ）と約４５ｋＴのデータ保持障壁（Ｅｂ）を示す。別の例では、Ｆｅ含有金属は、約６０秒間、酸素含有環境（大気または酸素含有ガスのいずれか）に曝され、その結果、膜積層体は、約１０２９Ｏｅの保磁力場（Ｈｃ）と約５１ｋＴのデータ保持障壁（Ｅｂ）を示す。
【0048】
［００５５］ さらに別の実施形態では、Ｆｅ含有酸化物材料が、磁気記憶層２４５上に直接スパッタリングされて、Ｆｅ含有酸化物材料を形成する。前述の実施形態のうちの１つ以上において、Ｆｅ金属の酸化は、その後の大気への曝露および自然Ｆｅ酸化物の形成を回避するために、インシトゥ（その場）で行われる。
【0049】
［００５６］ 磁気記憶層２４５と直接界面接触するキャッピング層２５０ａにＦｅ含有酸化物材料を利用することにより、いくつかの利点の実現が可能になる。Ｆｅ含有酸化物材料は、ＭＴＪのＰＭＡを増加させる従来のキャッピング層材料よりも強いバルクＰＭＡを有する。さらに、ＰＭＡの増加により、キャッピング層２５０ａと磁気記憶層２４５との間の界面でのホウ素への依存が減少し、特定の実施形態では、実質的に除去され、ホウ素は、典型的には、ＭＴＪの熱処理中に界面から離れて拡散する。さらに、ＰＭＡは、Ｆｅ含有酸化物材料の厚さを制御することによって調整できる。したがって、適切なＰＭＡを提供するＦｅ含有酸化物材料の十分に薄い層を利用しながら、膜表面粗さの望ましくない増加を回避し、ＭＴＪのＴＭＲへの影響を回避することができる。その結果、電気的性能、材料の安定性、調整可能性、製造可能性などのＭＴＪの性能が向上する。
【0050】
［００５７］ 第２の層２５０ｂは、Ｒｕ含有層および／またはＩｒ含有層の１つ以上の層を含む。第２の層２５０ｂは、約０Åから約３０Åの間、例えば、約２０Åの厚さを有する。第３の層２５０ｃは、Ｔａ含有材料の１つ以上の層を含む。第３の層２５０ｃは、約０Åから約３０Åの間、例えば、約１０Åの厚さを有する。第４の層２５０ｄは、Ｉｒ含有層およびＲｕ含有層の１つ以上の層、例えば、１つ以上のＩｒ含有層を含む。第４の層２５０ｄは、約０Åから約５０Åの間、例えば、約３０Åの厚さを有する。
【0051】
［００５８］ 一実施形態では、キャッピング層２５０は、任意選択の層２５０ｘを含む。任意選択の層２５０ｘは、第１の層２５０ａと第２の層２５０ｂとの間に配置される。一実施形態では、任意選択の層２５０ｘは、Ｉｒ含有層および／またはＲｕ含有層の１つ以上の層を含む。別の実施形態では、任意選択の層２５０ｘは、上記のものなどのＦｅ含有酸化物材料である。任意選択の層２５０ｘは、約０Åから約３０Åの間、例えば、約２０Åの厚さを有する。
【0052】
［００５９］ 実施形態では、キャッピング層２５０が、任意選択の層２５０ｘを含む場合、第２の層２５０ｂは、使用されない。そのような実施形態では、任意選択の層２５０ｘは、第１の層２５０ａの上にある。一実施形態では、任意選択の層２５０ｘは、直接に第１の層２５０ａ上に第１の層２５０ａと接触して配置される。
【0053】
［００６０］ 図３Ａ～図３Ｄは、上で論じたようなキャッピング層２５０の様々な実施形態を示している。図３Ａは、第１の層２５０ａ、第１の層２５０ａの上に配置された任意選択の層２５０ｘ、任意選択の層２５０ｘの上に配置された第２の層２５０ｂ、第２の層２５０ｂの上に配置された第３の層２５０ｃ、および第３の層２５０ｃの上に配置された第４の層２５０ｄ、を含むキャッピング層２５０を示している。層２５０ａ、２５０ｘ、２５０ｂ、２５０ｃ、２５０ｄのそれぞれの材料、組成、および厚さの範囲は、上で議論されている。
【0054】
［００６１］ 図３Ｂは、第１の層２５０ａ、第１の層２５０ａの上に配置された第２の層２５０ｂ、第２の層２５０ｂの上に配置された第３の層２５０ｃ、および第３の層２５０ｃの上に配置された第４の層２５０ｄ、を含むキャッピング層２５０を示している。層２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｃ、２５０ｄのそれぞれの材料、組成、および厚さの範囲は、上で議論されている。
【0055】
［００６２］ 図３Ｃは、第１の層２５０ａ、第１の層２５０ａの上に配置された任意選択の層２５０ｘ、任意選択の層２５０ｘの上に配置された第３の層２５０ｃ、および第３の層２５０ｃの上に配置された第４の層２５０ｄ、を含むキャッピング層２５０を示している。層２５０ａ、２５０ｘ、２５０ｃ、２５０ｄのそれぞれの材料、組成、および厚さの範囲は、上で議論されている。
【0056】
［００６３］ 図３Ｄは、第１の層２５０ａおよび第１の層２５０ａの上に配置された任意選択の層２５０ｘを含むキャッピング層２５０を示している。層２５０ａ、２５０ｘのそれぞれの材料、組成、および厚さの範囲は、上で議論されている。
【0057】
［００６４］ 図２Ａ～図２Ｃは、バッファ層、ＳｙＦ結合層、およびキャッピング層のうちの１つ以上がＲｕから製造されていない例示的なＭＴＪ膜積層体を示している。いくつかの実施形態では、ＭＴＪ膜積層体は、ＣｏＦｅＢベースのバッファ層２０５／２０５’を含み、これは、任意選択で、いくらかのＴａＮおよび／またはＴａを含み得る。ＣｏＦｅＢ層は、ＴａＮおよび／またはＴａを含む層の上または下に配置することができる。ＣｏＦｅＢベースのバッファ層のホウ素のｗｔ％は、約１０ｗｔ％より大きく、例えば、約２５ｗｔ％より大きくなければならない。いくつかの実施形態では、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、および／またはＣｒが、ＳｙＦ結合層２２０として使用され得る。いくつかの実施形態では、Ｉｒおよび／またはＲｕは、キャッピング層２５０の最上層金属であり得る。
【0058】
［００６５］ Ｒｕ含有バッファ層の代わりにＣｏＦｅＢベースのバッファ層を使用すると、４５０℃までの温度でアニーリングした後でも優れた磁気ピン止めでトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）が増加することが実証されている。強いＳｙＦ結合、固定層と参照層の大きい垂直磁気異方性、および自由層の制御可能な垂直磁気異方性が実現される。ＣｏＦｅＢバッファ層（２５ｗｔ％のホウ素を含む）を実装するいくつかの実施形態は、従来のＴａ／Ｒｕ／Ｔａバッファ層から１０％を超えるＴＭＲ（％）の改善を示す。ＣｏＦｅＢ層は、増加した粗さが底部コンタクトからＭＴＪ膜積層体に達するのをブロックする。
【0059】
［００６６］ さらに、ＳｙＦ結合層とキャッピング層でＲｕをＩｒに置き換えると、４５０℃までの温度でアニーリングした後でもＴＭＲ（％）が増加することが実証されている。Ｉｒ含有ＳｙＦ結合層を実装するいくつかの実施形態は、従来のＲｕ含有ＳｙＦ結合層から１０％を超えるＴＭＲ（％）の改善を示す。さらに、ＳｙＦ結合層とキャッピング層のＲｕを除去することにより、膜のＴＭＲが、ＭｇＯへのＲｕの拡散を除去することにより、向上する。ＲｕＯ４よりも高いＩｒＯ２の熱安定性が、拡散を除去することにおいて役割を果たしている可能性がある。
【0060】
［００６７］ 図２Ａ～図２Ｃのような構成は、従来の膜積層体よりも優れた利点を提供する。第１の利点は、高温熱プロセスでもバッファがアモルファスのままであり、底部コンタクトからのテクスチャをブロックすることである。第２の利点は、Ｉｒによってもたらされるピン止め層間の強い反平行結合である。第３の利点は、新しいバッファ層を使用し、積層体からＲｕを除去することによる、ＴＭＲの改善である。これらの利点により、ＭＴＪの性能が向上し（高いＴＭＲ、強いＳｙＦ結合、固定層と参照層の大きい垂直磁気異方性、自由層の制御可能な垂直磁気異方性など）、製造可能性が向上する。ＭＴＪ膜積層体は、ＳＴＴ－ＭＲＡＭ用途のメモリセルや、ＭＴＪをユニットビルディングブロックとして使用する他のメモリおよびロジックデバイスの製造に使用できる。物理気相堆積システム（ＥＮＤＵＲＡ（登録商標）ＳＴＴＭＲＡＭなど）を使用して、高性能ＳＴＴ－ＭＲＡＭチップ用のＭＴＪ膜積層体を堆積できる。本明細書に記載されるように、高温熱プロセスに耐えることができるＭＴＪ膜積層体は、ＭＴＪの電気的および磁気的特性の両方を改善する。
【0061】
［００６８］ 表１および表２は、基板上に磁気トンネル接合（ＭＴＪ）構造を形成するために利用される膜積層体の例示的な組成を示している。ハードマスク層および底部コンタクト層の材料、組成、および厚さは、当業者に既知である。
【0062】
［００６９］ 上記のように（２５０ｘで表される）、キャッピング層内の追加の（および任意選択の）Ｉｒおよび／またはＲｕ層を、酸素含有層の上に配置することができる。この層の厚さは、約０Åから約３０Åの間であり得る。いくつかの実施形態では、追加のＩｒおよび／またはＲｕ層が使用される場合、キャッピング層のＣｏＦｅＢ層は使用されない。
【0063】
【0064】
【0065】
［００７０］ 本明細書の開示は、特定の実施形態を参照して説明されてきたが、これらの実施形態は、本開示の原理および適用の単なる例示であることが理解されるべきである。本開示の精神および範囲から逸脱することなく、本開示の方法および装置に様々な修正および変形を行うことができることは、当業者には明らかであろう。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらの同等物の範囲内にある修正および変形を含むことが意図されている。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【手続補正書】
【提出日】2022-07-26
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
バッファ層と、
前記バッファ層の上に配置されたシード層と、
前記シード層の上に配置された合成フェリ磁性体（ＳｙＦ）結合層と、
前記ＳｙＦ結合層の上に配置された磁気参照層と、
前記磁気参照層の上に配置されたトンネル障壁層と、
前記トンネル障壁層の上に配置された磁気記憶層と、
前記磁気記憶層の上に配置されたキャッピング層と、
を含む磁気トンネル接合膜積層体。
前記バッファ層の上に配置されたシード層と、
前記シード層の上に配置された合成フェリ磁性体（ＳｙＦ）結合層と、
前記ＳｙＦ結合層の上に配置された磁気参照層と、
前記磁気参照層の上に配置されたトンネル障壁層と、
前記トンネル障壁層の上に配置された磁気記憶層と、
前記磁気記憶層の上に配置されたキャッピング層と、
を含む磁気トンネル接合膜積層体。
【請求項2】
前記キャッピング層が、Ｉｒ含有層、Ｒｕ含有層、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上を、さらに含む、請求項１に記載の膜積層体。
【請求項3】
前記キャッピング層が、ＣｏＦｅ酸化物材料、ＣｏＦｅＢ酸化物材料、ＮｉＦｅ酸化物材料、ＦｅＢ酸化物材料、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料である、請求項１に記載の膜積層体。
【請求項4】
前記キャッピング層が、前記磁気記憶層上に前記磁気記憶層と接触して配置されている、請求項３に記載の膜積層体。
【請求項5】
前記キャッピング層が、Ｔａ含有層をさらに含む、請求項３に記載の膜積層体。
【請求項6】
前記キャッピング層が、Ｉｒ含有層、Ｒｕ含有層、またはそれらの組み合わせを含む、請求項４に記載の膜積層体。
【請求項7】
前記キャッピング層が、約２Åから約１０Åの間の厚さを有する、請求項１に記載の膜積層体。
【請求項8】
前記ＳｙＦ結合層が、Ｉｒ含有層を有する、請求項１に記載の膜積層体。
【請求項9】
前記バッファ層が、ＣｏＦｅＢ含有層を含む、請求項１に記載の膜積層体。
【請求項10】
前記バッファ層中のホウ素のｗｔ％が、約２０ｗｔ％から約４０ｗｔ％の間である、請求項９に記載の膜積層体。
【請求項11】
前記シード層が、
（ａ）ＮｉＣｒ含有層、または
（ｂ）Ｐｔ含有層、Ｉｒ含有層、およびＲｕ含有層のうちの１つ以上
を含む、請求項１に記載の膜積層体。
（ａ）ＮｉＣｒ含有層、または
（ｂ）Ｐｔ含有層、Ｉｒ含有層、およびＲｕ含有層のうちの１つ以上
を含む、請求項１に記載の膜積層体。
【請求項12】
前記バッファ層が、ＴａＮ含有層およびＴａ含有層のうちの１つ以上をさらに含み、前記バッファ層のＣｏＦｅＢ含有層が、前記バッファ層の前記ＴａＮ含有層および前記バッファ層の前記Ｔａ含有層のうちの１つ以上の上に配置されている、請求項９に記載の膜積層体。
【請求項13】
前記シード層が、Ｐｔ含有層、Ｉｒ含有層、およびＲｕ含有層のうちの１つ以上を含む、請求項１２に記載の膜積層体。
【請求項14】
合成フェリ磁性体（ＳｙＦ）結合層と、
前記ＳｙＦ結合層の上に配置されたピン止め層と、
前記ピン止め層の上に配置された構造ブロッキング層と、
前記構造ブロッキング層の上に配置された磁気参照層と、
前記磁気参照層の上に配置されたトンネル障壁層と、
前記トンネル障壁層の上に配置された磁気記憶層と、
前記磁気記憶層の上に配置されたＦｅ含有酸化物材料層と、
を含む磁気トンネル接合膜積層体。
前記ＳｙＦ結合層の上に配置されたピン止め層と、
前記ピン止め層の上に配置された構造ブロッキング層と、
前記構造ブロッキング層の上に配置された磁気参照層と、
前記磁気参照層の上に配置されたトンネル障壁層と、
前記トンネル障壁層の上に配置された磁気記憶層と、
前記磁気記憶層の上に配置されたＦｅ含有酸化物材料層と、
を含む磁気トンネル接合膜積層体。
【請求項15】
前記Ｆｅ含有酸化物材料層が、前記磁気記憶層上に前記磁気記憶層と接触して配置されている、請求項１４に記載の膜積層体。
【請求項16】
前記Ｆｅ含有酸化物材料層が、ＣｏＦｅ酸化物材料、ＣｏＦｅＢ酸化物材料、ＮｉＦｅ酸化物材料、ＦｅＢ酸化物材料、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料である、請求項１５に記載の膜積層体。
【請求項17】
Ｉｒ含有層、Ｒｕ含有層、またはそれらの組み合わせが、前記Ｆｅ含有酸化物材料層上に前記Ｆｅ含有酸化物材料層と接触して配置されている、請求項１４に記載の膜積層体。
【請求項18】
合成フェリ磁性体（ＳｙＦ）結合層と、
前記ＳｙＦ結合層上に前記ＳｙＦ結合層と接触して配置されたピン止め層と、
前記ピン止め層上に前記ピン止め層と接触して配置された構造ブロッキング層と、
前記構造ブロッキング層上に前記構造ブロッキング層と接触して配置された磁気参照層と、
前記磁気参照層上に前記磁気参照層と接触して配置されたトンネル障壁層と、
前記トンネル障壁層上に前記トンネル障壁層と接触して配置された磁気記憶層と、
前記磁気記憶層上に前記磁気記憶層と接触して配置されたＦｅ含有酸化物材料層と、
を含む磁気トンネル接合膜積層体。
前記ＳｙＦ結合層上に前記ＳｙＦ結合層と接触して配置されたピン止め層と、
前記ピン止め層上に前記ピン止め層と接触して配置された構造ブロッキング層と、
前記構造ブロッキング層上に前記構造ブロッキング層と接触して配置された磁気参照層と、
前記磁気参照層上に前記磁気参照層と接触して配置されたトンネル障壁層と、
前記トンネル障壁層上に前記トンネル障壁層と接触して配置された磁気記憶層と、
前記磁気記憶層上に前記磁気記憶層と接触して配置されたＦｅ含有酸化物材料層と、
を含む磁気トンネル接合膜積層体。
【請求項19】
前記Ｆｅ含有酸化物材料層が、ＣｏＦｅ酸化物材料、ＣｏＦｅＢ酸化物材料、ＮｉＦｅ酸化物材料、ＦｅＢ酸化物材料、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される材料である、請求項１８に記載の膜積層体。
【請求項20】
Ｉｒ含有層、Ｒｕ含有層、またはそれらの組み合わせが、前記Ｆｅ含有酸化物材料層上に前記Ｆｅ含有酸化物材料層と接触して配置されている、請求項１８に記載の膜積層体。
【外国語明細書】