特許 7431558 ホウ素非含有自由層のためのハイブリッド酸化物／金属キャップ層。

(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】

(24)【登録日】2024-02-06

(45)【発行日】2024-02-15

(54)【発明の名称】ホウ素非含有自由層のためのハイブリッド酸化物／金属キャップ層。

(51)【国際特許分類】

   H10N 50/10 20230101AFI20240207BHJP

   H10B 61/00 20230101ALI20240207BHJP

   H01L 29/82 20060101ALI20240207BHJP

   H01F 10/32 20060101ALI20240207BHJP

   H01F 10/30 20060101ALI20240207BHJP

【ＦＩ】

H10N50/10 Z

H10B61/00

H01L29/82 Z

H01F10/32

H01F10/30

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2019206082

(22)【出願日】2019-11-14

(65)【公開番号】P2020088388

(43)【公開日】2020-06-04

【審査請求日】2022-09-27

(31)【優先権主張番号】16/194,248

(32)【優先日】2018-11-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390019839

【氏名又は名称】三星電子株式会社

【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．

【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ－ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100091214

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 進介

(72)【発明者】

【氏名】フヌ イクタイア

(72)【発明者】

【氏名】モハマド クロウンビ

(72)【発明者】

【氏名】タン シュエティー

【審査官】脇水 佳弘

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３３８４０２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００５－０３２７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０２３１８５３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１７－５０５５４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１４２３６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００４３３０１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／００７５８３９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ１０Ｎ ５０／１０

Ｈ１０Ｂ ６１／００

Ｈ０１Ｌ ２９／８２

Ｈ０１Ｆ １０／３２

Ｈ０１Ｆ １０／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固定層と、
前記固定層上に主酸化物バリア層と、
前記主酸化物バリア層上に自由層と、
前記自由層上にハイブリッド酸化物／金属キャップ層と、を含み、
前記ハイブリッド酸化物／金属キャップ層は、
前記自由層上に第１酸化物層と、
前記第１酸化物層上に第２酸化物層と、
前記第２酸化物層上に金属キャップ層と、を含み、
前記自由層は、ホウ素（Ｂ）を含まず、
前記第１酸化物層が第１酸化物を含み、
前記第２酸化物層が第２酸化物を含み、前記第２酸化物は、前記第１酸化物のバンドギャップと同一であるか、又はそのバンドギャップより大きいバンドギャップを含み、
前記金属キャップ層は、酸化物を形成するギブス自由エネルギーが前記第１酸化物層内の金属元素が形成するギブス自由エネルギーよりも大きく、前記第２酸化物層内の金属元素が酸化物を形成するギブス自由エネルギーよりも大きい金属元素を含み、
前記第２酸化物層は、前記第１酸化物及び前記金属キャップ層に比べて酸化物を形成するギブス自由エネルギーが最も低い金属を含む、
磁気トンネル接合スタック。

【請求項2】

前記第１酸化物層は、アルミニウム酸化物（ＡｌＯ_ｘ）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ_ｘ）、チタン酸化物（ＴｉＯ_ｘ）、バナジウム酸化物（ＶＯ_ｘ）、ガリウム酸化物（ＧａＯ_ｘ）、イットリウム酸化物（ＹＯ_ｘ）、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ_ｘ）、ニオブ酸化物（ＮｂＯ_ｘ）、ハフニウム酸化物（ＨｆＯ_ｘ）、タンタル酸化物（ＴａＯ_ｘ）、シリコン酸化物（ＳｉＯ_ｘ）、マグネシウムガリウム酸化物（ＭｇＧａＯ_ｘ）、ハフニウムジルコニウム酸化物（Ｈｆ‐Ｚｒ‐Ｏ_ｘ）、ハフニウムシリコン酸化物（Ｈｆ‐Ｓｉ‐Ｏ_ｘ）、ジルコニウムシリコン酸化物（Ｚｒ‐Ｓｉ‐Ｏ_ｘ）、ハフニウムアルミニウム酸化物（Ｈｆ‐Ａｌ‐Ｏ_ｘ）、ジルコニウムアルミニウム酸化物（Ｚｒ‐Ａｌ‐Ｏ_ｘ）、及びインジウムガリウム亜鉛酸化物（Ｉｎ‐Ｇａ‐Ｚｎ‐Ｏ_ｘ）の中から選択された一つ又は複数の酸化物を含む、請求項１に記載の磁気トンネル接合スタック。

【請求項3】

前記第２酸化物層は、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）、マグネシウムアルミニウム酸化物（ＭｇＡｌＯ）、マグネシウムチタン酸化物（ＭｇＴｉＯ）、及びアルミニウム酸化物（ＡｌＯ_ｘ）の中から選択された一つ又は複数の酸化物を含む、請求項１に記載の磁気トンネル接合スタック。

【請求項4】

前記金属キャップ層は、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）、鉄ニッケル（ＦｅＮｉ）、コバルトニッケル（ＣｏＮｉ）、コバルト鉄ボロン（ＣｏＦｅＢ）、コバルト鉄ボロンモリブデン（ＣｏＦｅＢＭｏ）、及びコバルト鉄ボロンタングステン（ＣｏＦｅＢＷ）の中から選択された一つ又は複数の金属を含む、請求項１に記載の磁気トンネル接合スタック。

【請求項5】

前記ハイブリッド酸化物／金属キャップ層は、ホウ素を含まない、請求項１に記載の磁気トンネル接合スタック。

【請求項6】

前記第１酸化物層は、非晶質層又は半結晶質層である、請求項１に記載の磁気トンネル接合スタック。

【請求項7】

前記第２酸化物層は、非晶質層又は結晶質層又は半結晶質層である、請求項１に記載の磁気トンネル接合スタック。

【請求項8】

前記自由層は、Ｃｏ_ｘＦｅ_１‐ｘ（０＜ｘ＜１）、ＣｏＦｅＮｉ、Ｃｏ_２ＦｅＡｌ、Ｃｏ_２ＭｎＳｉ、Ｃｏ_２ＦｅＭｎＳｉ、Ｃｏ_２ＦｅＳｉ、ＭｎＧａ、及びＭｎＧｅのうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の磁気トンネル接合スタック。

【請求項9】

前記自由層の減衰定数（α）は、０．００６以下である、請求項１に記載の磁気トンネル接合スタック。

【請求項10】

前記自由層は、Ｍ_Ｓｔが８０μｅｍｕ／ｃｍ²よりも大きく、Ｈ_ｋが＋１ｋＯｅよりも大きい、請求項１に記載の磁気トンネル接合スタック。

【請求項11】

固定層上に主酸化物バリア層を形成することと、
前記主酸化物バリア層上に自由層を形成することと、
前記自由層上にハイブリッド酸化物／金属キャップ層を形成することと、を含み、
前記ハイブリッド酸化物／金属キャップ層を形成することは、
前記自由層上に第１酸化物層を形成することと、
前記第１酸化物層上に第２酸化物層を形成することと、
前記第２酸化物層上に金属キャップ層を形成することと、を含み、
前記自由層は、ホウ素（Ｂ）を含まず、
前記第１酸化物層が第１酸化物を含み、
前記第２酸化物層が第２酸化物を含み、前記第２酸化物は、前記第１酸化物のバンドギャップと同一であるか、又はそのバンドギャップより大きいバンドギャップを含み、
前記金属キャップ層は、酸化物を形成するギブス自由エネルギーが前記第１酸化物層内の金属元素が形成するギブス自由エネルギーよりも大きく、前記第２酸化物層内の金属元素が酸化物を形成するギブス自由エネルギーよりも大きい金属元素を含み、
前記第２酸化物層は、前記第１酸化物及び前記金属キャップ層に比べて酸化物を形成するギブス自由エネルギーが最も低い金属を含む、磁気トンネル接合スタックの製造方法。

【請求項12】

前記第１酸化物層を形成すること、又は前記第２酸化物層を形成することは、酸化物ターゲットを直接スパッタリングすることである、請求項１１に記載の磁気トンネル接合スタックの製造方法。

【請求項13】

前記第１酸化物層を形成すること、又は前記第２酸化物層を形成することは、
金属層を蒸着すること、及び
前記金属層を酸化させて前記第１又は第２酸化物層を提供することを含む、請求項１１に記載の磁気トンネル接合スタックの製造方法。

【請求項14】

前記第１酸化物層は、ＡｌＯ_ｘ、ＺｎＯ_ｘ、ＴｉＯ_ｘ、ＶＯ_ｘ、ＧａＯ_ｘ、ＹＯ_ｘ、ＺｒＯ_ｘ、ＮｂＯ_ｘ、ＨｆＯ_ｘ、ＴａＯ_ｘ、ＳｉＯ_x、ＭｇＧａＯ_ｘ、Ｈｆ‐Ｚｒ‐Ｏ_ｘ、Ｈｆ‐Ｓｉ‐Ｏ_ｘ、Ｚｒ‐Ｓｉ‐Ｏ_ｘ、Ｈｆ‐Ａｌ‐Ｏ_ｘ、Ｚｒ‐Ａｌ‐Ｏ_ｘ、及びＩｎ‐Ｇａ‐Ｚｎ‐Ｏ_ｘの中から選択された一つ又は複数の酸化物を含む、請求項１１に記載の磁気トンネル接合スタックの製造方法。

【請求項15】

前記第２酸化物層は、ＭｇＯ、ＭｇＡｌＯ、ＭｇＴｉＯ、及びＡｌＯ_ｘの中から選択された一つ又は複数の酸化物を含む、請求項１１に記載の磁気トンネル接合スタックの製造方法。

【請求項16】

前記金属キャップ層は、Ｒｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮｉ、ＣｏＮｉ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＢＭｏ、及びＣｏＦｅＢＷの中から選択された一つ又は複数の金属を含む、請求項１１に記載の磁気トンネル接合スタックの製造方法。

【請求項17】

前記第１酸化物層は、１～６Åの厚さを有する、請求項１１に記載の磁気トンネル接合スタックの製造方法。

【請求項18】

前記自由層の減衰定数（α）は、０．００６以下である、請求項１１に記載の磁気トンネル接合スタックの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気トンネル接合（ＭＴＪ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｔｕｎｎｅｌ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）に関し、例えば、垂直磁気トンネル接合（ｐ‐ＭＴＪ：ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ‐Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｔｕｎｎｅｌ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のスピントルク伝達（ＳＴＴ：Ｓｐｉｎ Ｔｏｒｑｕｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）は、自由磁気層（ｆｒｅｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｌａｙｅｒ）と固定磁気層（ｐｉｎｎｅｄ ｏｒ ｆｉｘｅｄ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｌａｙｅｒ）との間に積層されるトンネルバリアを有するｐ‐ＭＴＪを介して充電電流を通過させることで、二進ビットを表す充電状態を保存する。充電電流は、自由磁気層の磁気モーメントに影響を与え、自由磁気層の磁気モーメントが（電流による影響を受けない）固定磁気層の磁気モーメントに整列するか、又は整列しないようにする。充電電流がなければ磁気モーメントの整列が変わらないため、ＭＴＪスタックは、メモリ保存に適切な双安定（ｂｉ‐ｓｔａｂｌｅ）システムで作動する。

【0003】

ｐ‐ＭＴＪでは、低いスイッチング電流、十分な熱安定性及び長い保持時間（ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ｔｉｍｅ）を同時に、又は一斉に得る必要がある。

【0004】

上述の背景技術の段落に開示している情報は、単に発明の背景を理解し易くするためのものであり、当該分野の通常の技術者に既に公知の先行技術を形成しない情報を含む。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、前記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、ホウ素非含有（ｂｏｒｏｎ‐ｆｒｅｅ）自由層を含むＭＴＪスタックを提供することにある。

【0006】

また、本発明の目的は、ホウ素非含有自由層を含むＭＴＪスタックの製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、ホウ素非含有自由層を含み、長いデータ保持時間及び良好な熱安定性を犠牲にせずに低いスイッチング電流を有する、ＭＴＪスタックに関する。

【0008】

また、本発明は、前記ＭＴＪスタックを形成する方法に関する。

【0009】

本発明の一実施形態によれば、磁気トンネル接合スタックは、固定層と、前記固定層上に主酸化物バリア層と、前記主酸化物バリア層上に自由層と、前記自由層上にハイブリッド酸化物／金属キャップ層と、を含み、前記ハイブリッド酸化物／金属キャップ層は、前記自由層上に第１酸化物層と、前記第１酸化物層上に第２酸化物層と、前記第２酸化物層上に金属キャップ層と、を含み、前記自由層は、ホウ素（Ｂ）を含まない。

【0010】

前記自由層は、Ｃｏ_ｘＦｅ_1‐ｘ（０＜ｘ＜１）、ＣｏＦｅＮｉ、Ｃｏ_２ＦｅＡｌ、Ｃｏ_２ＭｎＳｉ、Ｃｏ_２ＦｅＭｎＳｉ、Ｃｏ_２ＦｅＳｉ、ＭｎＧａ、及び／又はＭｎＧｅを含む。

【0011】

前記第１酸化物層は、第１酸化物を含み、前記第２酸化物層は、第２酸化物を含み、前記第２酸化物は、前記第１酸化物のバンドギャップと同一であるか、又はそのバンドギャップより大きいバンドギャップを含む。

【0012】

前記第１酸化物層は、アルミニウム酸化物（ＡｌＯ_ｘ）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ_ｘ）、チタン酸化物（ＴｉＯ_ｘ）、バナジウム酸化物（ＶＯ_ｘ）、ガリウム酸化物（ＧａＯ_ｘ）、イットリウム酸化物（ＹＯ_ｘ）、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ_ｘ）、ニオブ酸化物（ＮｂＯ_ｘ）、ハフニウム酸化物（ＨｆＯ_ｘ）、タンタル酸化物（ＴａＯ_ｘ）、シリコン酸化物（ＳｉＯ_ｘ）、マグネシウムガリウム酸化物（ＭｇＧａＯ_ｘ）、ハフニウムジルコニウム酸化物（Ｈｆ‐Ｚｒ‐Ｏ_ｘ）、ハフニウムシリコン酸化物（Ｈｆ‐Ｓｉ‐Ｏ_ｘ）、ジルコニウムシリコン酸化物（Ｚｒ‐Ｓｉ‐Ｏ_ｘ）、ハフニウムアルミニウム酸化物（Ｈｆ‐Ａｌ‐Ｏ_ｘ）、ジルコニウムアルミニウム酸化物（Ｚｒ‐Ａｌ‐Ｏ_ｘ）、及びインジウムガリウム亜鉛酸化物（Ｉｎ‐Ｇａ‐Ｚｎ‐Ｏ_ｘ）の中から選択された一つ又は複数の酸化物を含む。

【0013】

前記第２酸化物層は、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）、マグネシウムアルミニウム酸化物（ＭｇＡｌＯ）、マグネシウムチタン酸化物（ＭｇＴｉＯ）、及びアルミニウム酸化物（ＡｌＯ_ｘ）の中から選択された一つ又は複数の酸化物を含む。

【0014】

前記金属キャップ層は、酸化物を形成するギブス自由エネルギーが前記第１酸化物層内の金属元素が形成するギブス自由エネルギーよりも大きく、前記第２酸化物層内の金属元素が酸化物を形成するギブス自由エネルギーよりも大きい金属元素を含む。

【0015】

前記金属キャップ層は、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）、鉄ニッケル（ＦｅＮｉ）、コバルトニッケル（ＣｏＮｉ）、コバルト鉄ボロン（ＣｏＦｅＢ）、コバルト鉄ボロンモリブデン（ＣｏＦｅＢＭｏ）、及びコバルト鉄ボロンタングステン（ＣｏＦｅＢＷ）の中から選択された一つ又は複数の金属を含む。

【0016】

前記ハイブリッド酸化物／金属キャップ層は、ホウ素を含まない。

【0017】

前記第１酸化物層は、非晶質層又は半結晶質層である。

【0018】

前記自由層の減衰定数（α）は、約０．００６以下である。

【0019】

前記自由層の減衰定数（α）は、約０．００４以下である。

【0020】

前記自由層は、Ｍ_Ｓｔが約８０μｅｍｕ／ｃｍ^２より大きく、Ｈ_ｋが＋１ｋＯｅより大きいので、これにより、垂直磁化に好適な自由層を提供することができる。

【0021】

本発明の一部実施形態によれば、磁気トンネル接合スタックの製造方法は、基板上に固定層を形成することと、前記固定層上に主酸化物バリア層を形成することと、前記主酸化物バリア層上に自由層を形成することと、前記自由層上にハイブリッド酸化物／金属キャップ層を形成することと、を含み、前記ハイブリッド酸化物／金属キャップ層を形成することは、前記自由層上に第１酸化物層を形成することと、前記第１酸化物層上に第２酸化物層を形成することと、前記第２酸化物層上に金属層を形成することと、を含み、前記自由層は、ホウ素（Ｂ）を含まない。

【0022】

前記第１酸化物層を形成すること、又は前記第２酸化物層を形成することは、酸化物ターゲットを直接スパッタリングすることである。

【0023】

前記第１酸化物層又は前記第２酸化物層を形成することは、金属層を蒸着し、前記金属層を酸化させて、前記第１又は第２酸化物層を提供することを含む。

【0024】

前記第１酸化物層は、第１酸化物を含み、前記第２酸化物層は、第２酸化物を含み、前記第２酸化物は、前記第１酸化物のバンドギャップと同一であるか、又はそのバンドギャップより大きいバンドギャップを含む。

【0025】

前記第１酸化物層は、ＡｌＯ_ｘ、ＺｎＯ_ｘ、ＴｉＯ_ｘ、ＶＯ_ｘ、ＧａＯ_ｘ、ＹＯ_ｘ、ＺｒＯ_ｘ、ＮｂＯ_ｘ、ＨｆＯ_ｘ、ＴａＯ_ｘ、ＳｉＯ_ｘ、ＭｇＧａＯ_ｘ、Ｈｆ‐Ｚｒ‐Ｏ_ｘ、Ｈｆ‐Ｓｉ‐Ｏ_ｘ、Ｚｒ‐Ｓｉ‐Ｏ_ｘ、Ｈｆ‐Ａｌ‐Ｏ_ｘ、Ｚｒ‐Ａｌ‐Ｏ_ｘ、及びＩｎ‐Ｇａ‐Ｚｎ‐Ｏ_ｘの中から選択された一つ又は複数の酸化物を含む。

【0026】

前記第２酸化物層は、ＭｇＯ、ＭｇＡｌＯ、ＭｇＴｉＯ、及びＡｌＯ_ｘの中から選択された一つ又は複数の酸化物を含む。

【0027】

前記金属キャップ層は、Ｒｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮｉ、ＣｏＮｉ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＢＭｏ、及びＣｏＦｅＢＷの中から選択された一つ又は複数の金属を含む。

【0028】

前記第１酸化物層は、約１～６Åの厚さを有する。

【0029】

前記自由層の減衰定数（α）は、約０．００６以下である。

【発明の効果】

【0030】

本発明の実施形態によれば、長いデータ保持時間及び良好な熱安定性を犠牲にせずに、低いスイッチング電流を有する、ＭＴＪスタックを提供することができる。本発明の実施形態によれば、長いデータ保持時間及び良好な熱安定性を犠牲にせずに、低いスイッチング電流を有する、ＭＴＪスタックの製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明の一実施形態によるｐ‐ＭＴＪスタックの概略断面図を示す。

【図2】本発明の一実施形態によるｐ‐ＭＴＪスタックの製造に関する方法を示すフローチャートである。

【図3】基準ｐ‐ＭＴＪスタックのブロードバンド強磁性共鳴（ＦＭＲ：Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）測定から抽出された周波数の関数としての線幅を示す。

【図4】本発明の実施形態によるｐ‐ＭＪＴスタックのＦＭＲ測定から抽出された周波数の関数としての線幅を示す。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下の詳細な説明では、単に本発明の所定の例示的な実施を示して説明する。当該分野の通常の技術者が認識できるように、本発明は、多くの様々な形態で具現化され、本明細書で説明した実施形態に限定されると解釈してはならない。それぞれの例示的な実施形態の特徴又は様相の説明は、他の類似した特徴又は様態に、通常、適用可能であると見なす。明細書全体に亘り同一の参照符号は、同一の要素を指す。

【0033】

図１は、本発明の一部実施形態によるｐ‐ＭＴＪスタックの概略断面図を示す。

【0034】

図１を参照すると、ｐ‐ＭＴＪスタックは、アンダー層１００と、アンダー層１００上の固定層２１０（例えば、固定層（ｆｉｘｅｄ ｌａｙｅｒ）又は基準層（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｌａｙｅｒ））と、固定層２１０上の主酸化物バリア層２２０（非磁性トンネルバリア層又は非磁性層ともいう）と、主酸化物バリア層２２０上の自由層２３０と、自由層上のハイブリッド酸化物／金属キャップ層３００と、を含む。

【0035】

アンダー層１００は、ＭＴＪスタックの蒸着のための基板である。アンダー層１００は、固定層２１０が形成される表面を提供する。任意の適切な材料及び構造が、アンダー層１００に使用される。

【0036】

固定層２１０は、アンダー層１００と固定層２１０との間の界面に対して垂直な磁化（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ）の固定軸（例えば、固定された、又は永久的な軸）を示す磁性材料を含む。固定層２１０は、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）、コバルト鉄ボロン合金（例えば、ＣｏＦｅＢ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）等の適切な磁性材料と、非磁性物質とを含む。主酸化物バリア層２２０は、結晶性酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、非晶質酸化アルミニウム等の非磁性物質を含む。自由層２３０は、磁性物質を含み、ホウ素は含まない。

【0037】

従来のｐ‐ＭＴＪにおいて、自由層は、典型的にはホウ素を含む。ホウ素含有自由層は、処理及び工程が容易である。しかし、ホウ素含有自由層は、短いデータ保持時間を有する傾向がある。また、適切な（例えば、高い）垂直磁気異方性（ＰＭＡ：Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）を得るために、二つの酸化層がホウ素含有自由層を間に挟むように利用される。さらに、適切な（例えば、高い）トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を得るために、ホウ素吸収層が自由層又は自由層の中間に蒸着される。アニーリング工程は、ホウ素を、自由層から拡散（ｄｉｆｆｕｓｅ）させるために利用され、自由層とこれに隣接する層との間の界面からさらに遠く拡散させるために利用される。

【0038】

自由層内のホウ素の量は、先に説明した従来のｐ‐ＭＴＪの構造と工程を介して減少するが、自由層内には残留ホウ素が存在する。また、ホウ素は自由層に隣接する吸収層及び／又は酸化層には依然として存在し、保持時間の低下を招き得る。

【0039】

本発明の実施形態によるｐ‐ＭＴＪスタックにおいて、自由層２３０は、ホウ素を含まず、ホウ素非含有自由層である。ホウ素非含有自由層２３０のために蒸着された物質は、Ｃｏ_ｘＦｅ_１‐ｘ（０≦ｘ≦１）、ＣｏＦｅＮｉ、Ｃｏ_２ＦｅＡｌ、Ｃｏ_２ＭｎＳｉ、Ｃｏ_２ＦｅＭｎＳｉ、Ｃｏ_２ＦｅＳｉ、ＭｎＧａ、及び／又はＭｎＧｅ等の３ｄ遷移金属、これらの合金及び／又はハスラー合金（Ｈｅｕｓｌｅｒ ａｌｌｏｙｓ）を含む。従って、ホウ素を含まない二元系（ｂｉｎａｒｙ）、三元系（ｔｅｎａｒｙ）及び他の合金がホウ素非含有自由層２３０を形成するために主酸化物バリア層２２０上に蒸着される。言い換えれば、ホウ素を除いた他の物質、及び／又はさらなる非磁性物質及び／又は磁性物質が、ホウ素非含有自由層に提供される。例えば、ホウ素を除いた、少なくとも一つの元素Ｆｅ、元素Ｃｏ、元素Ｎｉ、元素Ｍｎ、ＣｏＦｅ等のＦｅ含有合金、ＣｏＦｅ等のＣｏ含有合金、Ｎｉ含有合金、Ｍｎ含有合金、及びハスラー合金が、ホウ素非含有自由層２３０の形成に利用される。ホウ素非含有自由層２３０は、前述の物質を含み、多結晶、非晶質、又は結晶質‐非晶質複合体が蒸着されたものである。また、ホウ素非含有自由層２３０は、高いＰＭＡを有する。自由層２３０のＰＭＡエネルギーは、面外消磁（Ｄｅｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ）エネルギーを超える。従って、ホウ素非含有自由層２３０の磁気モーメントは、平面に対して垂直に安定する。

【0040】

ホウ素非含有自由層のさらなる例及びその製造方法は、関連の米国特許出願第１５／５９０，１０１号で確認することができ、その開示内容は、本明細書にその全体が参照として組み込まれる。

【0041】

ホウ素非含有自由層２３０は、ポストアニール工程後に結晶質構造を有する。本発明の実施形態による自由層２３０の形成には、ホウ素が含まれないため、ホウ素吸収層を必要とせず、自由層に隣接する層にホウ素を誘導するポストアニール工程を必要としない。また、ホウ素がなければ、高いＴＭＲ及び高いＰＭＡを得る製造工程で、もはやホウ素拡散の細かな制御が争点（例えば、主な争点）とならないため、ｐ‐ＭＴＪスタックは、より高い自由度を有する。

【0042】

ｐ‐ＭＴＪに関する好ましい特性の一部は、記録（ｗｒｉｔｅ）効率及びデータ保持の改善のために低いスイッチング電流、十分な熱安定性、及び／又は長い保持時間を含む。このような特性は、飽和磁化、減衰定数、異方性磁界、及び自由層の他の特性によって影響を受ける。例えば、十分な飽和磁化及び高い異方性磁界は、装置の長い保持時間及び熱安定性が要求される。

【0043】

ホウ素非含有自由層２３０は、高いＰＭＡを有し、これにより、ｐ‐ＭＴＪスタックにおいて十分なデータ保持時間を提供する。例えば、ホウ素非含有自由層２３０は、約８０μｅｍｕ／ｃｍ²より大きいＭ_Ｓｔ、例えば、１２０μｅｍｕ／ｃｍ²より大きいか、又は１８０μｅｍｕ／ｃｍ²より大きいＭ_Ｓｔを有し、且つ＋１ｋＯｅより大きいＨ_ｋ、例えば、＋４ｋＯｅより大きいＨ_ｋを有する。Ｍ_Ｓｔ及びＨ_ｋの値が前記範囲内にある場合に、自由層は、（例えば、容易に、又は適切に）自由層の物理的な平面に垂直な磁化方向に垂直磁化する。

【0044】

本発明の実施形態によるハイブリッド酸化物／金属キャップ層３００は、第１自由層２３０上の第１酸化物層３１０と、第１酸化物層３１０上の第２酸化物層３２０と、第２酸化物層３２０上の金属キャップ層３３０と、を含む。

【0045】

第１酸化物層３１０は、ホウ素非含有自由層２３０と接触し、第２酸化物層３２０は、第１酸化物層３１０と接触する。第１酸化物層３１０は、第２酸化物層３２０のバンドギャップと同一であるか、又はそのバンドギャップより低いバンドギャップの酸化物からなるので、ハイブリッド酸化物／金属キャップ層３００の寄生抵抗を低減させるか、又は最小化することができる。

【0046】

第１酸化物層３１０を形成するための酸化物の非制限的な例は、ＡｌＯ_ｘ、ＺｎＯ_ｘ、ＴｉＯ_ｘ、ＶＯ_ｘ、ＧａＯ_ｘ、ＹＯ_ｘ、ＺｒＯ_ｘ、ＮｂＯ_ｘ、ＨｆＯ_ｘ、ＴａＯ_ｘ、ＳｉＯ_ｘ、ＭｇＧａＯ_ｘ、Ｈｆ‐Ｚｒ‐Ｏ_ｘ、Ｈｆ‐Ｓｉ‐Ｏ_ｘ、Ｚｒ‐Ｓｉ‐Ｏ_ｘ、Ｈｆ‐Ａｌ‐Ｏ_ｘ、Ｚｒ‐Ａｌ‐Ｏ_ｘ、及びＩｎ‐Ｇａ‐Ｚｎ‐Ｏ_ｘを含む。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、任意の適切な金属酸化物が、第１酸化物層３１０を形成するために利用される。

【0047】

本発明の実施形態によるｐ‐ＭＴＪスタックにおいて、ホウ素は自由層を形成するために利用されない。従って、ホウ素非含有自由層２３０と第１酸化物層３１０との間の界面付近にはホウ素が存在しない。

【0048】

第２酸化物層３２０は、第１酸化物層３１０及び金属キャップ層３３０よりも酸化物を形成し易い金属を含む。即ち、第２酸化物層３２０は、第１酸化物層３１０及び金属キャップ層３３０に比べて、酸化物を形成するギブス自由エネルギーが最も低い金属を含む。第２酸化物層３２０を形成するための酸化物の非制限的な例としては、ＭｇＯ、ＭｇＡｌＯ、ＭｇＴｉＯ、及びＡｌＯ_ｘがある。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、任意の適切な金属酸化物が、第２酸化物層３２０を形成するために利用される。

【0049】

第１酸化物層３１０は、非晶質層又は半結晶質層（又は非晶質と結晶質の複合構造を有する層）である。即ち、第１酸化物層３１０は、原子及び／又は分子からなる規則正しい配列を有さないか、又はそのような規則正しい配列のない領域と原子及び／又は分子からなる規則正しい配列の領域が混合した領域を有する。一方、ホウ素非含有自由層２３０は、（例えば、結晶構造を有する）結晶質層又は結晶‐非晶質複合層である。典型的には、結晶質のホウ素非含有自由層上に（ＭｇＯ、ＭｇＡｌＯ_ｘ、ＭｇＴｉＯ_ｘ等のような第２酸化物層３２０として利用される）結晶酸化物が直接蒸着される場合に、それに相応する酸化物層は結晶質である。従って、ホウ素非含有自由層２３０と第２酸化物層３２０との間の格子構造は一致しない。本発明の実施形態による非晶質又は半結晶構造を有する第１酸化物層３１０がホウ素非含有自由層２３０と第２酸化物層３２０との間に挿入される場合に、格子構造における不一致が緩和又は減少し、これにより、これらの層間の界面における張力（ｔｅｎｓｉｏｎ）が減少する。第１酸化物層３１０の挿入（例えば、第１酸化物層３１０上に直接第２酸化物層３２０を蒸着）はまた、第２酸化物層３２０を非晶質層又は半結晶質層にすることができる。このように、第２酸化物層３２０は、非晶質層又は半結晶質層（又は非晶質及び結晶質の複合構造を有する層）でもある。

【0050】

第１酸化物層３１０の厚さは、約１～６Åである。例えば、第１酸化物層３１０は、約１～３Åの厚さを有する。第１酸化物層３１０の厚さが前記範囲内である場合に、非晶質層又は半結晶質層が形成される。第２酸化物層３２０は、約１～８Åの厚さを有する。例えば、第２酸化物層３２０は、約３～８Åの厚さを有する。第１酸化物層３１０及び第２酸化物層３２０の総厚は、約４～１４Åである。

【0051】

金属キャップ層３３０は、第１酸化物層３１０及び第２酸化物層３２０に利用される金属元素よりも酸化物を形成するギブス自由エネルギーがさらに高い（即ち、酸化物の形成がより困難な）金属元素からなる。従って、金属キャップ層３３０は、高温アニール時に相応する酸化物を容易に形成できないため、第１酸化物層３１０及び第２酸化物層３２０からの酸素拡散を防止又は抑制できる。金属キャップ層３３０を形成するための金属の非制限的な例としては、Ｒｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮｉ、ＣｏＮｉ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＢＭｏ、及びＣｏＦｅＢＷを含む。しかし、本発明はこれに限定されず、任意の適切な金属が金属キャップ層３３０を形成するために利用される。

【0052】

ハイブリッド酸化物／金属キャップ層３００は、主酸化物バリア層２２０よりも低い電気抵抗を有する。第１酸化物層３１０及び第２酸化物層３２０の総厚は、主酸化物バリア層２２０の厚さよりも薄い。

【0053】

ｐ‐ＴＭＪは、記録効率及びデータ保持の改善のために、低いスイッチング電流、十分な熱安定性、及び長い保持時間の全てを必要とする。本発明の実施形態によるホウ素非含有自由層２３０は、高いＰＭＡを有するので、十分なデータ保持時間及び熱安定性を提供する。スイッチング電流Ｊｃ（即ち、自由層の磁気モーメントをスイッチングするために必要な最低電流）は、以下の数式（１）で表される。

【0054】

【数1】

数式（１）において、それぞれ、ｅは電子の電荷、μ_０は真空の透磁率、ｔは自由層の厚さ、Ｍ_ｓは飽和磁化、ηはスピンの伝達効率、

はプランク定数、αは減衰定数、Ｈ_ｋは異方性磁界である。素子の長い保持時間及び熱安定性のためには、十分な面積磁化（厚さｔ及び飽和磁化Ｍ_Ｓの積）Ｍ_Ｓｔ、及び高い異方性磁界Ｈ_ｋが好ましいので、本発明の実施形態によれば、低いスイッチング電流を達成し、電力消費の効率を改善するために減衰定数αは減少する。

【0055】

本発明の実施形態によるｐ‐ＴＭＪスタックにおいて、ホウ素非含有自由層２３０の減衰定数は、ハイブリッド酸化物／金属キャップ層３００を介して変更される。本発明の実施形態による減衰定数は０．００６以下である。例えば、減衰定数は０．００５以下又は０．００４以下である。減少した減衰定数により、本発明の実施形態によるｐ‐ＴＭＪスタックは、同時に又は一斉に低いスイッチング電流、高い保持時間及び良好な熱安定性を有する。

【0056】

図２は、本発明の一実施形態によるｐ‐ＭＴＪスタックを製造する過程を示すフローチャートである。

【0057】

図２を参照すると、段階１００２において、垂直磁気トンネル接合スタックの固定層２１０及び主酸化物バリア層２２０と、固定層２１０の下の他の適切な層とが形成される。固定層２１０は、適切な蒸着技術を利用して、アンダー層１００上に蒸着される。蒸着技術の非制限的な例としては、化学気相蒸着（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、プラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ：Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ ＣＶＤ）、高周波ＣＶＤ（ＲＦＣＶＤ：Ｒａｄｉｏ‐Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＣＶＤ）、物理的気相蒸着（ＰＶＤ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、原子層蒸着（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、分子ビーム蒸着（ＭＢＤ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、パルスレーザー蒸着（ＰＬＤ：Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）及び／又は液体ミスト化学蒸着（ＬＳＭＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｓｏｕｒｃｅ Ｍｉｓｔｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング、及び／又はメッキを含む。固定層２１０は、Ｃｏ、Ｆｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒ、及び／又はこのような適切な磁性物質及び非磁性物質から形成される。

【0058】

主酸化物バリア層２２０は、適切な蒸着技術を利用して、固定層２１０上に形成される。蒸着技術の非制限的な例としては、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＲＦＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤ、ＭＢＤ、ＰＬＤ及び／又はＬＳＭＣＤ、スパッタリング、及び／又はメッキを含む。主酸化物バリア層２２０は、結晶性酸化マグネシウム、非晶質酸化アルミニウム等の非磁性物質を含む。

【0059】

段階１００４において、ホウ素非含有自由層２３０が蒸着される。関連の米国特許出願第１５／５９０，１０１号では、ホウ素非含有自由層を形成するための適切な方法の例を開示しており、その開示内容は、本明細書に含まれる。ホウ素非含有自由層２３０は、Ｃｏ_ｘＦｅ_１‐ｘ（０≦ｘ≦１）、ＣｏＦｅＮｉ、Ｃｏ_２ＦｅＡｌ、Ｃｏ_２ＭｎＳｉ、Ｃｏ_２ＦｅＭｎＳｉ、Ｃｏ_２ＦｅＳｉ、ＭｎＧａ及びＭｎＧｅ等のような３ｄ遷移金属、これらの合金及び／又はハスラー合金を含む。

【0060】

段階１００６において、第１酸化物層３１０が蒸着される。第１酸化物層３１０は、酸化物ターゲットの直接的なスパッタリングによって、又は金属層の酸化によって蒸着される。例えば、第１酸化物層３１０は、まず、ホウ素非含有自由層上に金属層を蒸着した後に、金属層を酸化させることによって形成される。金属層は、適切な蒸着技術を利用して自由層２３０上に蒸着される。蒸着技術の非制限的な例は、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＲＦＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤ、ＭＢＤ、ＰＬＤ及び／又はＬＳＭＣＤ、スパッタリング、及び／又はメッキを含む。次いで、金属層が酸化工程を利用して酸化され、例えば、酸化工程は、約１７８Ｋ～４７８Ｋの範囲の適切な温度で金属層上に酸素が流れて、金属層を金属酸化層に酸化させる。第１酸化物層３１０は、第２酸化物層３２０のバンドギャップと同一であるか、又はそのバンドギャップより低い酸化物からなり、その結果、ハイブリッド酸化物／金属キャップ層３００の寄生抵抗を低減又は最小化できる。

【0061】

第１酸化物層３１０は、例えば、ＡｌＯ_ｘ、ＺｎＯ_ｘ、ＴｉＯ_ｘ、ＶＯ_ｘ、ＧａＯ_ｘ、ＹＯ_ｘ、ＺｒＯ_ｘ、ＮｂＯ_ｘ、ＨｆＯ_ｘ、ＴａＯ_ｘ、ＳｉＯ_ｘ、ＭｇＧａＯ_ｘ、Ｈｆ‐Ｚｒ‐Ｏ_ｘ、Ｈｆ‐Ｓｉ‐Ｏ_ｘ、Ｚｒ‐Ｓｉ‐Ｏ_ｘ、Ｈｆ‐Ａｌ‐Ｏ_ｘ、Ｚｒ‐Ａｌ‐Ｏ_ｘ、及びＩｎ‐Ｇａ‐Ｚｎ‐Ｏ_ｘを含む。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、任意の適切な金属酸化物が、第１酸化物層３１０を形成するために利用される。

【0062】

段階１００８において、第２酸化物層３２０が蒸着される。第２酸化物層３２０は、酸化物ターゲットの直接的なスパッタリングによって、又は金属層の酸化によって蒸着される。例えば、第２酸化物層３２０は、まず、ホウ素非含有自由層上に金属層を蒸着した後に、金属層を酸化させることによって形成される。金属層は、適切な蒸着技術を利用して自由層２３０上に蒸着される。蒸着技術の非制限的な例は、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＲＦＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤ、ＭＢＤ、ＰＬＤ及び／又はＬＳＭＣＤ、スパッタリング、及び／又はメッキを含む。次いで、金属層が酸化工程を利用して酸化され、例えば、酸化工程は、約１７８Ｋ～４７８Ｋの範囲の適切な温度で金属層上に酸素が流れて、金属層を金属酸化層に酸化させる。第２酸化物層３２０は、第１酸化物層３１０及び金属キャップ層３３０よりも酸化物を形成し易い金属を含む。即ち、第２酸化物層３２０は、酸化物を形成するギブス自由エネルギーが最も低い金属（即ち、酸化物を最も形成し易い金属）を含む。第２酸化物層３２０を形成するための酸化物の非制限的な例として、ＭｇＯ、ＭｇＡｌＯ、ＭｇＴｉＯ、及びＡｌＯ_ｘを含む。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、任意の適切な金属酸化物が、第２酸化物層３２０を形成するために利用される。

【0063】

第１酸化物層３１０は、非晶質層又は半結晶質層（又は非晶質及び結晶質複合構造を有する層）である。ホウ素非含有自由層２３０は、結晶質層又は結晶質‐非晶質複合体層である。典型的には、結晶質酸化物（ＭｇＯ、ＭｇＡｌＯ_ｘ、ＭｇＴｉＯ_ｘ等のように第２酸化物層３２０として利用される）がホウ素非含有自由層上に直接蒸着される場合に、相応する酸化物層は結晶質である。従って、ホウ素非含有自由層２３０と第２酸化物層３２０との間の格子構造は一致しない。本発明の実施形態による非晶質又は半結晶構造を有する第１酸化物層３１０がホウ素非含有自由層２３０と第２酸化物層３２０との間に挿入される場合に、格子構造における不一致が緩和又は減少し、これにより、これらの層間の界面における張力が減少する。第１酸化物層３１０の挿入（例えば、第１酸化物層３１０上に直接第２酸化物層３２０を蒸着）はまた、第２酸化物層３２０を非晶質層又は半結晶質層にすることができる。このように、第２酸化物層３２０は、非晶質層又は半結晶質層（又は非晶質及び結晶質の複合構造を有する層）でもある。

【0064】

第１酸化物層３１０は、約１～６Åの厚さを有する。例えば、第１酸化物層３１０は、約１～３Åの厚さを有する。第１酸化物層３１０の厚さが前記範囲内である場合に、非晶質層又は半結晶質層が形成される。第２酸化物層３２０は、約１～８Åの厚さを有する。例えば、第２酸化物層３２０は、約３～８Åの厚さを有する。第１酸化物層３１０及び第２酸化物層３２０の総厚は４～１４Åである。

【0065】

段階１０１０において、金属キャップ層３３０が蒸着される。金属キャップ層３３０は、第１酸化物層３１０及び第２酸化物層３２０に利用される金属元素よりも酸化物を形成するギブス自由エネルギーがさらに高い（即ち、酸化物の形成がより困難な）金属元素からなる。従って、金属キャップ層３３０は、高温アニール時に相応する酸化物を容易に形成できないため、第１酸化物層３１０及び第２酸化物層３２０からの酸素拡散を防止又は抑制できる。金属キャップ層３３０を形成するための金属の非制限的な例としては、Ｒｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮｉ、ＣｏＮｉ、ＣｏＦｅＢｉ、ＣｏＦｅＢＭｏ、及びＣｏＦeＢＷを含む。しかし、本発明はこれに限定されず、任意の適切な金属が金属キャップ層３３０を形成するために利用される。

【0066】

段階１０１２において、さらなる金属層及び／又はハードマスク４００が金属キャップ層３３０上に蒸着される。さらなる金属層及び／又はハードマスク４００は、任意の適切な技術を利用して蒸着され、任意の適切な物質から形成される。

【0067】

ＭＴＪスタックは、適切な温度、例えば、４００℃でさらにポストアニールが行われる。第１酸化物層３１０及び第２酸化物層３２０は、界面で相互拡散する。自由層にホウ素が存在しないため、ＭＴＪスタックは熱的に安定し、高い垂直異方性及び低い（例えば、超低）減衰定数を有する。また、ハイブリッド酸化物／金属キャップ層にはホウ素がない。即ち、ホウ素非含有自由層２３０、第１酸化物層３１０及び第２酸化物層３２０、並びにこれらの層間の界面には、いずれもホウ素がない。

【0068】

本発明の実施形態による減衰定数は０．００６以下である。例えば、減衰定数は０．００５以下又は０．００４以下である。

【0069】

図３は、基準自由層のスタックのＦＭＲ測定から抽出された周波数の関数としての線幅を示す。基準自由層のスタックは、アンダー層／ＭｇＯ／ホウ素非含有自由層（１３Å）／ＭｇＯ／金属キャップ層の順に積層される構造を有し、４００℃で３０分間アニールを行う。この基準自由層のスタックには、第１酸化物層を含まない。図３のデータと振動試料型磁力計を使用する別途の測定から、図３の自由層は、次のパラメータを有することが計算される。Ｍ_Ｓｔ＝１８３．７μｅｍｕ／ｃｍ²、α＝０．００６７、及びＨ_ｋ＝７．３７ｋＯｅ。

【0070】

図４は、本発明の実施形態による自由層のスタックのＦＭＲ測定から抽出された周波数の関数としての線幅を示す。自由層のスタックは、アンダー層／ＭｇＯ／ホウ素非含有自由層（１３Å）／第１酸化物層／ＭｇＯ／金属キャップ層の順に積層される構造を有し、４００℃で３０分間アニールを行う。ここで、図４の自由層のスタックは、図３と同一の下部層、固定層、ホウ素非含有自由層、固定層とホウ素非含有自由層との間のＭｇＯ、及び金属キャップ層等の自由層のスタックを使用し、第１酸化物層を含むものは除外される。図４のデータと振動試料型磁力計を使用する別の測定から、自由層（又は自由層のスタック）は、次のパラメータを有することが計算される。Ｍ_Ｓｔ＝１７７．８μｅｍｕ／ｃｍ²、α＝０．００３１及びＨ_ｋ＝８．２ｋＯｅ。

【0071】

図４と図３の自由層のスタックを比較すると、本発明の実施形態による自由層のスタック（例えば、第１金属酸化物層及び第２金属酸化物層を含む）は、高いＭ_Ｓｔ及び高いＨ_ｋを保持しながら、かなり低い減衰定数αを有する。このように、本発明の実施形態による自由層のスタックは、長い保持時間、良好な熱安定性及び低い臨界電流密度を同時に有する。

【0072】

「第１」、「第２」、「第３」等の用語は、本明細書において様々な成分、構成要素、領域、層及び／又はセクションを説明するために用いられるが、これらの成分、構成要素、領域、層及び／又はセクションは、上述の用語に限定されない。このような用語は、一つの成分、構成要素、領域、層又はセクションを他の成分、構成要素、領域、層又はセクションと区別するために用いられる。従って、ここで論ずる第１要素、第１構成要素、第１領域、第１層又は第１セクションは、本発明の思想及び範囲を逸脱することなく、第２要素、第２構成要素、第２領域、第２層、又は第２セクションと称することができる。

【0073】

また、一つの層が二つの層間にあると言及する場合に、その層は、二つの層間の唯一の層であるか、又は一つ又は複数の中間層が存在する。

【0074】

本明細書で用いる用語は、特定の実施形態を説明するためのものであり、本発明の概念を限定するものではない。本明細書で用いる単数形は、文脈上明らかに別の指示がない限り複数形も含む。「含む」という用語は、本明細書で用いる場合に、言及する特徴、定数、段階、動作、成分、及び／又は構成要素の存在を特定するものであるが、一つ又は複数の他の特徴、定数、段階、動作、成分、構成要素、及び／又はこれらのグループの存在及び追加を排除するものではない。本明細書で用いる「及び／又は」という用語は、一つ又は複数の関連する目録化された項目の任意の組合せ及び全ての組合せを含む。構成要素の目録の前の「少なくとも一つ」等の表現は、構成要素の全目録を修飾し、目録の個別構成要素を修飾しない。また、本発明の概念の実施形態を記述する際に用いる「できる」という表現は、「本発明の概念の一つ又は複数の実施形態」を意味する。

【0075】

構成要素又は層が、他の構成要素又は層の「上に」、「連結された」、「結合された」、又は「隣接する」とした場合に、これはその構成要素又は層が、他の構成要素又は層に直接連結され、又は他の要素又は層に隣接して結合されるか、又は一つ又は複数の介在要素又は層が存在する。構成要素又は層が、他の構成要素又は層に「直接」、「直接連結された」、「直接結合された」、又は「隣接する」とした場合に、介在する要素又は層は存在しない。

【0076】

本明細書で用いる「実質的に」、「約」及びこれと同様の用語は、近似（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ）の用語として用いられ、程度（ｄｅｇｒｅｅ）の用語としては用いられず、通常の知識を有する者にとって自明に認識される測定値又は計算値の固有の変化を説明するものである。

【0077】

本明細書で用いる「使用」、「使用する」及び「使用される」という用語は、それぞれ、「利用」、「利用する」及び「利用される」と同義語とみなす。

【0078】

ｐ‐ＭＴＪを図示しているが、本発明の実施形態は、これに限定されない。ホウ素非含有自由層を有する他の磁気トンネル接合は、ハイブリッド酸化物／金属キャップ層が利用できる。

【0079】

本明細書に記述した本発明の実施形態によるｐ‐ＭＴＪ及び／又は任意の他の関連装置又は構成要素は、任意の適切なハードウェア、ファームウェア（例えば、特定用途の集積回路）、ソフトウェア、又は適切なソフトウェア、ファームウェア及びハードウェアの組合せを利用して具現される。例えば、ｐ‐ＭＴＪの様々な構成要素は、一つの集積回路（ＩＣ）チップ上に、又は個別ＩＣチップ上に形成される。さらに、ｐ‐ＭＴＪの様々な構成要素は、フレキシブルプリント回路フィルム、テープキャリアパッケージ（ＴＣＰ：Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）、プリント回路基板（ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）上に具現されるか、又は同じ基板上に形成される。また、ｐ‐ＭＴＪの様々な構成要素は、本明細書に記述した様々な機能を実行するために一つ又は複数のプロセッサ上で実行され、一つ又は複数のコンピューティングデバイスでコンピュータプログラムの命令語を実行し、他のシステム構成要素と相互作用する、プロセス又はスレッド（ｔｈｒｅａｄ）である。

【0080】

本発明は、本発明の例示的な実施形態に関する特定の例で詳細に説明しているが、本明細書で説明した実施形態が完全であったり、発明の範囲を開示した正確な形態に限定したりしようとするものではない。本発明の属する技術及びその技術分野の当業者は、開示された組立、動作の構造及び方法に関する変更、及び変化が、本願発明の原理、思想及び範囲を逸脱することなく、明示された請求項及びその均等の範囲で実施できることが理解される。

【符号の説明】

【0081】

１００：アンダー層
２１０：固定層
２２０：主酸化物バリア層
２３０：自由層、ホウ素非含有自由層
３００：ハイブリッド酸化物／金属キャップ層
３１０：第１酸化物層
３２０：第２酸化物層
３３０：金属キャップ層
４００：金属層及び／又はハードマスク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】