JP2002520883A - 低抵抗磁気トンネル接合 - Google Patents
低抵抗磁気トンネル接合Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明によれば、低抵抗障壁層を有する低抵抗磁性トンネル接合およびその製造法法が提供される。表面(12)を有する第1磁性材料層(11)が用意され、アルミニウムのような連続的な材料層(15)が第1磁性層の表面上に形成される。連続的な材料層を処理して、低抵抗オキシナイトライド障壁材料層を形成する。第2磁性層(18)はオキシナイトライド障壁材料層上に形成され、低抵抗磁性トンネル接合を完成させる。
Description
(発明の属する技術分野) 本発明は一般にメモリ・セル用の磁気トンネル接合を形成する方法に関し、特
に、低抵抗性の障壁層を有する磁気トンネル接合を製造する方法に関する。
に、低抵抗性の障壁層を有する磁気トンネル接合を製造する方法に関する。
【0001】 (発明の背景) 磁気ランダムアクセス・メモリ(MRAM)は不揮発性メモリであり、これは一般に
磁気抵抗(MR)材料、センス・ラインおよびワード・ラインを含む。MRAMは、磁性ベ
クトルを利用してメモリ状態を格納する。あるしきい値を越える磁場がMR材料
に印加されると、MR材料中の1つまたは総ての層における磁性ベクトルは、あ
る方向から反対方向に極めて迅速に切り替えられる。MR材料中の磁性ベクトル
の方向に依存して各状態が格納され、例えば、一方の方向を論理「0」と定義し
、他の方向を論理「1」と定義することが可能である。印加される磁場がなけれ
ば、MR材料はこれらの状態を維持する。センス・ラインを利用してセルを介す
る検出電流を流すことにより、MR材料に格納された状態を読み出すことが可能
である。これは、2状態の磁気抵抗間に差異があるためである。
磁気抵抗(MR)材料、センス・ラインおよびワード・ラインを含む。MRAMは、磁性ベ
クトルを利用してメモリ状態を格納する。あるしきい値を越える磁場がMR材料
に印加されると、MR材料中の1つまたは総ての層における磁性ベクトルは、あ
る方向から反対方向に極めて迅速に切り替えられる。MR材料中の磁性ベクトル
の方向に依存して各状態が格納され、例えば、一方の方向を論理「0」と定義し
、他の方向を論理「1」と定義することが可能である。印加される磁場がなけれ
ば、MR材料はこれらの状態を維持する。センス・ラインを利用してセルを介す
る検出電流を流すことにより、MR材料に格納された状態を読み出すことが可能
である。これは、2状態の磁気抵抗間に差異があるためである。
【0002】 磁気トンネル接合(MJT: Magnetic tunneling junction)構造またはセルは、少
なくとも1対の磁性層を有し、これらの間には非磁性および非導電性トンネル層
(これらは一般に障壁層と呼ばれる。)が挟まれている。1対の磁性層間に検出
電圧が印加されると、磁性層間に挟まれた非磁性および非導電性トンネル層をト
ンネリングすることにより、電気的キャリアがその1対の磁性層間を通過する。
検出電流に対する抵抗が最大になるのは、1対の磁性層の磁気ベクトルが反平行
になるときであり、最少になるのは1対の磁性層の磁気ベクトルが平行になると
きである。最大および最少抵抗間の相違は、一般に磁気抵抗比(MR ratio)と呼ば
れている。
なくとも1対の磁性層を有し、これらの間には非磁性および非導電性トンネル層
(これらは一般に障壁層と呼ばれる。)が挟まれている。1対の磁性層間に検出
電圧が印加されると、磁性層間に挟まれた非磁性および非導電性トンネル層をト
ンネリングすることにより、電気的キャリアがその1対の磁性層間を通過する。
検出電流に対する抵抗が最大になるのは、1対の磁性層の磁気ベクトルが反平行
になるときであり、最少になるのは1対の磁性層の磁気ベクトルが平行になると
きである。最大および最少抵抗間の相違は、一般に磁気抵抗比(MR ratio)と呼ば
れている。
【0003】 MTJセルの最少抵抗(一般に面積抵抗(areal resistance)と呼ばれる)は、
MTJセルの構造および材料により決定される。理想的なMTJセルでは、この
面積抵抗は極めて低い又はゼロであり、最大抵抗は極めて高い又は無限大であり
、理想的なスイッチと同様である。従来技術にあっては、MTJセルの抵抗を減
少させるために使用されている主な方法は、障壁層をより薄く形成することであ
る。今日の電子装置においてメモリ・セル配列が有益であるために充分小さく構
成されるならば、磁気メモリ・セルの高密度配列において個々のセルの大きさが
非常に小さくなる(サブミクロン)ことにより、セル抵抗に関する問題は更に悪
化する。すなわち、障壁層を「より薄く」形成するには、極めて薄い、または数
オングストローム厚さの範囲内でそれらを形成しなければならなくなる。
MTJセルの構造および材料により決定される。理想的なMTJセルでは、この
面積抵抗は極めて低い又はゼロであり、最大抵抗は極めて高い又は無限大であり
、理想的なスイッチと同様である。従来技術にあっては、MTJセルの抵抗を減
少させるために使用されている主な方法は、障壁層をより薄く形成することであ
る。今日の電子装置においてメモリ・セル配列が有益であるために充分小さく構
成されるならば、磁気メモリ・セルの高密度配列において個々のセルの大きさが
非常に小さくなる(サブミクロン)ことにより、セル抵抗に関する問題は更に悪
化する。すなわち、障壁層を「より薄く」形成するには、極めて薄い、または数
オングストローム厚さの範囲内でそれらを形成しなければならなくなる。
【0004】 障壁層を極めて薄い大きさに減少させる試みは未だ達成されておらず、これは
極めて薄い層が通常は連続的(continuous)でなく、すなわちピン・ホール(pin ho
le)状のものを含んでしまうためである。例えば、面積抵抗を減少させる従来の
試みの1つは、MTJの低位の磁性層上に純粋なアルミニウムを堆積し、酸素プ
ラズマにてそのアルミニウム層を酸化させるものである。このプロセスに伴う問
題は、アルミニウム層が堆積されるにつれて、ピンホールが形成され、層が薄く
なると顕著になることである。アルミニウムが酸化されると、ピンホールのいく
つかが残存し、そのアルミニウム酸化物上に第2磁性層が堆積されるとMTJに
おける短絡(short)を形成してしまう。このピンホール問題に対処するため、従
来技術による1つの手法は、低温(例えば液体窒素の温度)でアルミニウム層を
堆積し、これにより粒子(grain)の大きさを小さくするものである。この手法に
関する問題は、広範囲にわたる加熱および冷却サイクルを含み、長い時間ひいて
は多くのコストを要し、従って製造工程で使用することが可能な方法ではない。
極めて薄い層が通常は連続的(continuous)でなく、すなわちピン・ホール(pin ho
le)状のものを含んでしまうためである。例えば、面積抵抗を減少させる従来の
試みの1つは、MTJの低位の磁性層上に純粋なアルミニウムを堆積し、酸素プ
ラズマにてそのアルミニウム層を酸化させるものである。このプロセスに伴う問
題は、アルミニウム層が堆積されるにつれて、ピンホールが形成され、層が薄く
なると顕著になることである。アルミニウムが酸化されると、ピンホールのいく
つかが残存し、そのアルミニウム酸化物上に第2磁性層が堆積されるとMTJに
おける短絡(short)を形成してしまう。このピンホール問題に対処するため、従
来技術による1つの手法は、低温(例えば液体窒素の温度)でアルミニウム層を
堆積し、これにより粒子(grain)の大きさを小さくするものである。この手法に
関する問題は、広範囲にわたる加熱および冷却サイクルを含み、長い時間ひいて
は多くのコストを要し、従って製造工程で使用することが可能な方法ではない。
【0005】 より薄い層を形成する試みに伴う他の問題は、その薄い層を再生可能に(repro
ducibly)製造することが困難であることであり、熱的安定性および電気的降伏に
関する問題を含む。
ducibly)製造することが困難であることであり、熱的安定性および電気的降伏に
関する問題を含む。
【0006】 したがって、抵抗の小さい障壁層を有する磁気ランダム・アクセス・メモリ用の
磁性トンネル接合を提供することが強く望まれている。
磁性トンネル接合を提供することが強く望まれている。
【0007】 本発明は、新規で改良された抵抗の小さいMTJセルおよびその製造方法を提
供することを目的とする。
供することを目的とする。
【0008】 本発明は、新規で改良された、高品質の障壁またはトンネル層を有するMTJ
セルおよびその製造方法を提供することを更なる目的とする。
セルおよびその製造方法を提供することを更なる目的とする。
【0009】 本発明は、新規で改良された、高い磁性抵抗比を有するMTJセルを提供する
ことを更なる目的とする。
ことを更なる目的とする。
【0010】 本発明は、製造工程で容易に使用することが可能な、新規で改良されたMTJ
セルの製造方法を提供することを更なる目的とする。
セルの製造方法を提供することを更なる目的とする。
【0011】 (発明の概要) 上述した問題点およびその他の課題は、低抵抗障壁層を有する低抵抗磁性トン
ネル接合およびその製造方法を使用することにより解決または少なくとも改善さ
れる。この新規な手法によれば、表面を有する第1磁性層が提供され、アルミニ
ウムなどの連続的な材料層が第1磁性層の表面上に形成される。この連続的な材
料層に対して、低抵抗かつ非導電性のオキシナイトライド障壁材料層を形成する
ための処理が施され、第2磁性層がオキシナイトライド障壁材料層上に形成され
、低抵抗磁性トンネル接合を完成させる。
ネル接合およびその製造方法を使用することにより解決または少なくとも改善さ
れる。この新規な手法によれば、表面を有する第1磁性層が提供され、アルミニ
ウムなどの連続的な材料層が第1磁性層の表面上に形成される。この連続的な材
料層に対して、低抵抗かつ非導電性のオキシナイトライド障壁材料層を形成する
ための処理が施され、第2磁性層がオキシナイトライド障壁材料層上に形成され
、低抵抗磁性トンネル接合を完成させる。
【0012】 (実施例) 各図において同様な参照番号は同様な要素を示すものとする。図1は支持基板
10を含む構造を図示し、その基板上には磁性層11が形成されている。支持基
板10は説明の便宜上単一層として描かれているが、様々な用途に合わせた付加
的な層を設けることも可能であり、その層には例えば、バッファ層、絶縁または
導電層その他の支持基板10上に設けることが可能な層を含む。磁性層11は上
部表面12を有し、これはその上に更なる層を堆積することが可能な程度に滑ら
かである。磁性層11は各種材料中の1つ、または複数材料層から形成され、こ
れ自体については周知であるので詳細を省略する。
10を含む構造を図示し、その基板上には磁性層11が形成されている。支持基
板10は説明の便宜上単一層として描かれているが、様々な用途に合わせた付加
的な層を設けることも可能であり、その層には例えば、バッファ層、絶縁または
導電層その他の支持基板10上に設けることが可能な層を含む。磁性層11は上
部表面12を有し、これはその上に更なる層を堆積することが可能な程度に滑ら
かである。磁性層11は各種材料中の1つ、または複数材料層から形成され、こ
れ自体については周知であるので詳細を省略する。
【0013】 本願における磁性セルまたはセルは、説明の便宜上部分的に描かれているが、
これらの図面は、セルまたはセルの配列の一部を表現するものであり、各セルは
長方形、円形、正方形、ひし形(ダイヤモンド形)、楕円形等の所望の形状をな
すことが可能である。当該技術分野で知られているように、長方形のセルは、セ
ルの長さ方向に実質的に沿った方向に磁性ベクトルを有し、その磁性ベクトルは
物理的異方性によりその長さに平行に維持される。これを実現するため、セルの
幅は、磁性領域壁の幅または磁性層内の遷移幅より小さく形成される。一般に、
1.0ないし1.2ミクロンより小さい幅であればそのような制約を課すことが
可能になる。一般に、高密度を実現するには、その幅は1ミクロンより小さく、
その幅は製造技術により製造可能なものと同程度に小さく、長さはその幅より長
いものである。また、磁性層の厚さは、例えば層11は、約3ないし10ナノメ
ートルであるが、他の実施例にあっては各自正装に対して異なる値を採用するこ
とも可能である。厚さの相違は、切り替え点(switching point)に影響を及ぼし
、この切り替え点はセルの読み出しおよび書き込みのための構造で使用される。
これらの図面は、セルまたはセルの配列の一部を表現するものであり、各セルは
長方形、円形、正方形、ひし形(ダイヤモンド形)、楕円形等の所望の形状をな
すことが可能である。当該技術分野で知られているように、長方形のセルは、セ
ルの長さ方向に実質的に沿った方向に磁性ベクトルを有し、その磁性ベクトルは
物理的異方性によりその長さに平行に維持される。これを実現するため、セルの
幅は、磁性領域壁の幅または磁性層内の遷移幅より小さく形成される。一般に、
1.0ないし1.2ミクロンより小さい幅であればそのような制約を課すことが
可能になる。一般に、高密度を実現するには、その幅は1ミクロンより小さく、
その幅は製造技術により製造可能なものと同程度に小さく、長さはその幅より長
いものである。また、磁性層の厚さは、例えば層11は、約3ないし10ナノメ
ートルであるが、他の実施例にあっては各自正装に対して異なる値を採用するこ
とも可能である。厚さの相違は、切り替え点(switching point)に影響を及ぼし
、この切り替え点はセルの読み出しおよび書き込みのための構造で使用される。
【0014】 例えば円形、正方形、ひし形(ダイヤモンド形)、楕円形のセルのように、単
独の磁性層のアスペクト比(幅に対する長さ)が1に近づくと、形状の異方性に
起因する切り替え場(switching field)は最少になる。たとえば円形セルの場合
、好適な磁性方向は、一軸結晶場異方性(uniazial crystal field anisotoropy)
(または磁性結晶異方性)により決定される。この好適な磁性方向は、バイアス
・フィールドによる薄膜堆積中に設定される。または、上昇温度(例えば200
℃から300℃)における強磁場中(例えば、数kOe)での堆積後その薄膜をア
ニールすることにより設定される。正方形またはひし形の場合は、例えば、一軸
結晶異方性はその正方形の対角線方向に沿って設定される。楕円形セルの場合は
、一軸結晶異方性は、セルの長軸に沿って設定される。要するに、狭いセル幅に
おいて必要とされる切り替え場を発生させることに寄与する形状効果を小さくし
、結晶場異方性を利用してメモリ・セルで必要とされる好適な磁化方向を設定す
る。
独の磁性層のアスペクト比(幅に対する長さ)が1に近づくと、形状の異方性に
起因する切り替え場(switching field)は最少になる。たとえば円形セルの場合
、好適な磁性方向は、一軸結晶場異方性(uniazial crystal field anisotoropy)
(または磁性結晶異方性)により決定される。この好適な磁性方向は、バイアス
・フィールドによる薄膜堆積中に設定される。または、上昇温度(例えば200
℃から300℃)における強磁場中(例えば、数kOe)での堆積後その薄膜をア
ニールすることにより設定される。正方形またはひし形の場合は、例えば、一軸
結晶異方性はその正方形の対角線方向に沿って設定される。楕円形セルの場合は
、一軸結晶異方性は、セルの長軸に沿って設定される。要するに、狭いセル幅に
おいて必要とされる切り替え場を発生させることに寄与する形状効果を小さくし
、結晶場異方性を利用してメモリ・セルで必要とされる好適な磁化方向を設定す
る。
【0015】 図2を参照すると、連続的な材料層15が磁性層11の表面12上に形成され
ている。本願において、「連続的な(continuous)」とは、磁性層11とほぼ同程
度の広がりを有し、ピンホール状のものを含まないことを意味する。層15は、
アルミニウムのような純粋な材料または元素から構成されることが可能であり、
MTJにおける障壁層用に非導電性の低抵抗性材料を形成するために容易に酸化
および窒化することが可能である。好適実施例にあっては、層15は、容易に酸
化および窒化することが可能な支配材料または元素(dominant material or elem
ent)と、この支配材料の原子とは異なる原子を有する1以上の他の微量材料(tra
ce)とを含む。一般に支配元素の量は90%以上であり、連続的な層を形成する
ように、この支配材料単独による粒状物よりも小さい粒状物を層15内に形成す
るに過ぎない程度に充分な量を含む。好適実施例にあっては、支配元素はアルミ
ニウムであり、微量材料は、Cu, Si, Ta, Ti等のいずれか又はこれらの組み合わ
せとすることが可能である。
ている。本願において、「連続的な(continuous)」とは、磁性層11とほぼ同程
度の広がりを有し、ピンホール状のものを含まないことを意味する。層15は、
アルミニウムのような純粋な材料または元素から構成されることが可能であり、
MTJにおける障壁層用に非導電性の低抵抗性材料を形成するために容易に酸化
および窒化することが可能である。好適実施例にあっては、層15は、容易に酸
化および窒化することが可能な支配材料または元素(dominant material or elem
ent)と、この支配材料の原子とは異なる原子を有する1以上の他の微量材料(tra
ce)とを含む。一般に支配元素の量は90%以上であり、連続的な層を形成する
ように、この支配材料単独による粒状物よりも小さい粒状物を層15内に形成す
るに過ぎない程度に充分な量を含む。好適実施例にあっては、支配元素はアルミ
ニウムであり、微量材料は、Cu, Si, Ta, Ti等のいずれか又はこれらの組み合わ
せとすることが可能である。
【0016】 ある特定の手法にあっては、支配金属および微量金属または材料が同時に堆積
され、混合物を形成し、より小さな粒状物を形成するようにして連続的な層を形
成する。第2の手法にあっては、種材料(seed material)が適切な手法により磁
性層11の表面12上に堆積される。この種材料は連続的な層であってもなくて
も良い。その後種材料を利用して支配材料が形成され、種材料が存在することに
より、支配材料が実質的により薄い連続的な層になることが促進される。好適実
施例にあっては、種材料は、1以上のCu, Si, Ta, Ti等を含み、支配材料はアル
ミニウムを含む。
され、混合物を形成し、より小さな粒状物を形成するようにして連続的な層を形
成する。第2の手法にあっては、種材料(seed material)が適切な手法により磁
性層11の表面12上に堆積される。この種材料は連続的な層であってもなくて
も良い。その後種材料を利用して支配材料が形成され、種材料が存在することに
より、支配材料が実質的により薄い連続的な層になることが促進される。好適実
施例にあっては、種材料は、1以上のCu, Si, Ta, Ti等を含み、支配材料はアル
ミニウムを含む。
【0017】 上記の手法のいずれにあっても、層15は、ピンホール状のものがない連続的
なものであり、約0.3nmないし3nmの範囲内の厚さを有し、好適には約1.5
nmである。例えば、良質の障壁層を形成するための連続アルミニウム層15の最
少厚さは、約1.5nmであり、減少したMR比を与える、より薄い連続アルミニ
ウム層となる。しかしながら、アルミニウム以外の支配材料が使用される場合に
あっては、MR比を小さくせずに達成可能な最も薄い連続層は先に述べたものと
異なるものとすることが可能である。アルミニウム内に微量材料を加えることは
、トンネリング・エネルギ障壁をも低減させることが可能であり、このためMJ
Tの抵抗をより低くすることが可能になる。また、層15は、以下に説明するよ
うにより低い抵抗を有するオキシ・ナイトライド(oxynitride)に変換されるので
、従来の酸化物に要求されていた薄さと同程度に形成する必要がない一方、従来
の酸化物と同等以上の結果物を生成することが可能である。
なものであり、約0.3nmないし3nmの範囲内の厚さを有し、好適には約1.5
nmである。例えば、良質の障壁層を形成するための連続アルミニウム層15の最
少厚さは、約1.5nmであり、減少したMR比を与える、より薄い連続アルミニ
ウム層となる。しかしながら、アルミニウム以外の支配材料が使用される場合に
あっては、MR比を小さくせずに達成可能な最も薄い連続層は先に述べたものと
異なるものとすることが可能である。アルミニウム内に微量材料を加えることは
、トンネリング・エネルギ障壁をも低減させることが可能であり、このためMJ
Tの抵抗をより低くすることが可能になる。また、層15は、以下に説明するよ
うにより低い抵抗を有するオキシ・ナイトライド(oxynitride)に変換されるので
、従来の酸化物に要求されていた薄さと同程度に形成する必要がない一方、従来
の酸化物と同等以上の結果物を生成することが可能である。
【0018】 連続的な層15が純粋材料の形式でまたは支配材料および微量材料の形式で適
切に形成されると、図3に図示されているように処理された非導電性材料の障壁
層またはトンネル層16を形成するための処理工程が行われる。好適実施例にあ
っては、この処理は、酸素および窒素の混合物からプラズマを生成すること、お
よびプラズマ酸化と同様な手法によりオキシ・ナイトライドに対する連続層15
を被覆することを含む。オキシナイトライドを形成するために使用した材料に依
存して、酸素および窒素の混合プラズマを変化させ、最適な結果物を得るように
することが可能である。例えば、使用された材料がアルミニウムである場合、純
粋なまたは混合された微量材料とともに、プラズマ処理によりAlOxNyが生じ、こ
こで、xおよびyはアルミニウム・オキシナイトライドにおける酸化物および窒
化物の成分である。一般に連続層15はその完全性を維持しつつ非常に薄く作成
することが可能であり、このため非常にエネルギ障壁が高く非常に薄い障壁層又
はトンネル層16が得られ、その結果面積抵抗を実質的に減少させることが可能
になる。層15が連続的であるということは、障壁又はトンネル層16の品質な
いし信頼性を実質的に改善することも意味する。さらに、オキシナイトライド障
壁層16に対して層15を被覆することにより、MTJはより小さな抵抗を有す
ることになる。
切に形成されると、図3に図示されているように処理された非導電性材料の障壁
層またはトンネル層16を形成するための処理工程が行われる。好適実施例にあ
っては、この処理は、酸素および窒素の混合物からプラズマを生成すること、お
よびプラズマ酸化と同様な手法によりオキシ・ナイトライドに対する連続層15
を被覆することを含む。オキシナイトライドを形成するために使用した材料に依
存して、酸素および窒素の混合プラズマを変化させ、最適な結果物を得るように
することが可能である。例えば、使用された材料がアルミニウムである場合、純
粋なまたは混合された微量材料とともに、プラズマ処理によりAlOxNyが生じ、こ
こで、xおよびyはアルミニウム・オキシナイトライドにおける酸化物および窒
化物の成分である。一般に連続層15はその完全性を維持しつつ非常に薄く作成
することが可能であり、このため非常にエネルギ障壁が高く非常に薄い障壁層又
はトンネル層16が得られ、その結果面積抵抗を実質的に減少させることが可能
になる。層15が連続的であるということは、障壁又はトンネル層16の品質な
いし信頼性を実質的に改善することも意味する。さらに、オキシナイトライド障
壁層16に対して層15を被覆することにより、MTJはより小さな抵抗を有す
ることになる。
【0019】 図4を参照すると、磁性層18が障壁又はトンネル層16上に堆積され、電気
接続、保護被覆(図示せず)を行い、完全なセル20および/またはセル・アレイ
が提供される。一般に、磁性層18の厚さは、約3ないし10ナノメートルであ
るが、他の実施例にあってはこれと異なる数値をとることも可能である。上述し
たように、磁性層の厚さの相違は、切り替え点に影響を及ぼし、これはセルの読
み出しおよび書き込み機能用の構造において利用される。障壁層16は磁性層1
1および18の双方に隣接するように説明および図示がなされてきたが、他の用
途にあっては、障壁層16と磁性層11,18のうちの一方又は双方との間に付
加的な材料層(例えば、薄い導電層)を包含することも可能である。セル20内
にこのような付加的な層を包含する場合にあっては、下位の層(すなわち、基板
10,磁性層11および存在する任意の付加的な層)は、一般に支持基板として
の意義を有し、磁性層18および存在する任意の付加的な層は被覆構造としての
意義を有する。
接続、保護被覆(図示せず)を行い、完全なセル20および/またはセル・アレイ
が提供される。一般に、磁性層18の厚さは、約3ないし10ナノメートルであ
るが、他の実施例にあってはこれと異なる数値をとることも可能である。上述し
たように、磁性層の厚さの相違は、切り替え点に影響を及ぼし、これはセルの読
み出しおよび書き込み機能用の構造において利用される。障壁層16は磁性層1
1および18の双方に隣接するように説明および図示がなされてきたが、他の用
途にあっては、障壁層16と磁性層11,18のうちの一方又は双方との間に付
加的な材料層(例えば、薄い導電層)を包含することも可能である。セル20内
にこのような付加的な層を包含する場合にあっては、下位の層(すなわち、基板
10,磁性層11および存在する任意の付加的な層)は、一般に支持基板として
の意義を有し、磁性層18および存在する任意の付加的な層は被覆構造としての
意義を有する。
【0020】 具体例として、層11が約100オングストローム厚さのコバルト(Co)より成
り(一般に10オングストロームないし200オングストロームの範囲内にある
)、層16が約25オングストローム厚さのアルミニウム・オキシナイトライド(
AlOxNy)より成り(一般に10オングストロームないし100オングストローム
の範囲内にある)、および磁性層18が約100オングストローム厚さのニッケ
ル鉄(NiFe)より成るものが挙げられる(一般に10オングストロームないし20
0オングストロームの範囲内にある)。抵抗値に対する抵抗変化((デルタR)/R
)は、一般に10%ないし30%の範囲内にある。したがって、磁性セル20の
状態は、磁性層11から磁性層18(又はその逆)へ検出電流を流すことによっ
て比較的容易に検出することが可能である。セル20における抵抗変化は、セル
20に対する電圧降下の変化として容易に読み取ることが可能であり、メモリ・
アレイ等の用途において使用するのに適している。
り(一般に10オングストロームないし200オングストロームの範囲内にある
)、層16が約25オングストローム厚さのアルミニウム・オキシナイトライド(
AlOxNy)より成り(一般に10オングストロームないし100オングストローム
の範囲内にある)、および磁性層18が約100オングストローム厚さのニッケ
ル鉄(NiFe)より成るものが挙げられる(一般に10オングストロームないし20
0オングストロームの範囲内にある)。抵抗値に対する抵抗変化((デルタR)/R
)は、一般に10%ないし30%の範囲内にある。したがって、磁性セル20の
状態は、磁性層11から磁性層18(又はその逆)へ検出電流を流すことによっ
て比較的容易に検出することが可能である。セル20における抵抗変化は、セル
20に対する電圧降下の変化として容易に読み取ることが可能であり、メモリ・
アレイ等の用途において使用するのに適している。
【0021】 以上により、新規で改良された抵抗の小さいMTJセルの製造方法が開示され
た。この新規で改良された方法は、高品質の障壁またはトンネル層を有し、高い
磁性抵抗比を有するMTJセルを提供する。この新規で改良された方法は連続的
な材料層を提供し、これを処理して、MTJセル内における障壁又はトンネル層
を形成するための低抵抗オキシナイトライド層を生成する。低抵抗オキシナイト
ライド層を生成するための処理は、製造工程中に容易に組み込むことが可能であ
る。
た。この新規で改良された方法は、高品質の障壁またはトンネル層を有し、高い
磁性抵抗比を有するMTJセルを提供する。この新規で改良された方法は連続的
な材料層を提供し、これを処理して、MTJセル内における障壁又はトンネル層
を形成するための低抵抗オキシナイトライド層を生成する。低抵抗オキシナイト
ライド層を生成するための処理は、製造工程中に容易に組み込むことが可能であ
る。
【0022】 以上本発明を特定の実施例に関連して説明してきたが、当業者であれば更なる
修正や改良をすることも可能であろう。本発明は上述した特定の実施例に限定さ
れず、本発明の精神から逸脱することなく様々な改良や変形を行うことが可能で
あろう。
修正や改良をすることも可能であろう。本発明は上述した特定の実施例に限定さ
れず、本発明の精神から逸脱することなく様々な改良や変形を行うことが可能で
あろう。
【図1】 本発明による構造を製造するための各段階の1つに関する概略断
面図を示す。
面図を示す。
【図2】 本発明による構造を製造するための各段階の1つに関する概略断
面図を示す。
面図を示す。
【図3】 本発明による構造を製造するための各段階の1つに関する概略断
面図を示す。
面図を示す。
【図4】 本発明による構造を製造するための各段階の1つに関する概略断
面図を示す。
面図を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レニュー・ウィグ アメリカ合衆国アリゾナ州チャンドラー、 ウエスト・メガン・ストリート6069 Fターム(参考) 5E049 AC05 BA30 DB12
Claims (9)
- 【請求項1】 低抵抗障壁層を有する磁気トンネル接合を作成する方法であ
って: 第1磁性材料層(11)を含む支持基板(10,11)を設けるする段階; 前記支持基板上に連続的な材料層(15)を前記第1磁性層に平行に形成する
段階; 前記連続的な材料層に処理を施してオキシナイトライド材料の障壁層(16)
を生成する段階;および オキシナイトライド材料の前記障壁層上に第2磁性材料層(18)を含む被覆
構造を形成する段階であって、前記障壁層および前記第1磁性層に対する磁性ト
ンネル接合を形成するように、前記第2磁性層が前記第1磁性層と平行に設けら
れるところの段階; より成ることを特徴とする方法。 - 【請求項2】 前記材料がアルミニウムであり、前記連続的な材料層に処理
を施す段階が、酸素および窒素のプラズマを生成し、アルミニウムの前記連続的
な材料層を該プラズマにさらし、アルミニウム・オキシナイトライド層を生成す
る段階より成ることを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 前記連続的な材料層を形成する段階が、アルミニウムと原子
とは異なる原子を有する微量材料を有する連続的なアルミニウムを形成する段階
より成ることを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項4】 微量材料を有する前記連続的な材料層を形成する段階が、Cu
, Si, Ta またはTiのうちの1つの微量材料を有する連続的なアルミニウム層を
形成する段階より成ることを特徴とする請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 磁性トンネル接合を形成する方法であって: 第1磁性材料層(11)を含む支持基板(10,11)を提供する段階; 前記支持基板上に連続的なアルミニウム合金層を前記第1磁性層と平行に1nm
ないし3nmの範囲内の厚さで形成する段階であって、前記アルミニウム合金層は
、90%以上のアルミニウム原子と、そのアルミニウム原子とは異なる原子を有
する微量材料とを含み、アルミニウムによる粒状物とは異なる粒状物を生成する
ところの段階; 酸素および窒素のプラズマを生成し、前記連続的なアルミニウム合金層を前記
プラズマにさらし、アルミニウム・オキシナイトライド層(16)を生成する段
階;および 前記アルミニウム・オキシナイトライド層上に第2磁性層を含む被覆構造を形
成し、アルミニウム・オキシナイトライド層および第1磁性層に対する磁性トン
ネル接合を形成する段階; より成ることを特徴とする方法。 - 【請求項6】 微量材料を有する連続的な金属層を形成する段階が、Cu, Si
, TaまたはTiのうちの1つの微量材料を有する連続的なアルミニウム層を形成す
る段階より成ることを特徴とする請求項5記載の方法。 - 【請求項7】 磁性トンネル接合であって: 第1磁性材料(11)を含む支持基板(10,11); 前記支持基板上に設けられ前記第1磁性層に平行な連続的なオキシナイトライ
ド金属層(15);および 前記オキシナイトライド層および前記第1磁性層に対する磁性トンネル接合を
形成するように、前記連続的な層上に形成され第2磁性層(18)を含む被覆構
造; を備えることを特徴とする磁性トンネル接合。 - 【請求項8】 前記連続的な層が、原子を有する支配材料と、この支配材料
の原子とは異なる原子を有する微量材料とを含むことを特徴とする請求項7記載
の方法。 - 【請求項9】 前記連続的な層が、アルミニウム原子と、このアルミニウム
原子とは異なる原子を有する微量材料を有することを特徴とする請求項7記載の
方法。
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US09/119,537 | 1998-07-20 | ||
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---|---|---|---|
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---|---|
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US6730395B2 (en) | 2000-12-18 | 2004-05-04 | Seagate Technology Llc | Magnetic tunnel junction using nanoparticle monolayers and applications therefor |
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-
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-
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- 1999-07-15 WO PCT/US1999/016195 patent/WO2000004591A1/en active Application Filing
- 1999-07-15 JP JP2000560619A patent/JP2002520883A/ja active Pending
- 1999-11-16 TW TW088112223A patent/TW432482B/zh active
-
2000
- 2000-08-14 US US09/639,746 patent/US6261646B1/en not_active Expired - Lifetime
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A711 | Notification of change in applicant |
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