JP2016529739A - 磁性トンネル接合および磁性トンネル接合を形成する方法 - Google Patents
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Abstract
磁性トンネル接合のラインを形成する方法が、基板を覆った磁性記録材料、記録材料を覆った非磁性材料、非磁性材料を覆った磁性参照材料を形成することを含む。基板は、交互になった反応源材料および絶縁材料からなる外側領域を、少なくとも１つの断面に沿って有する。反応源材料は、１組の温度条件、圧力条件にさらされた場合に、記録材料と反応して誘電材料を形成する反応体を含む。参照材料は、交互になった外側領域を覆って通る長手方向に延びたラインにパターン化される。記録材料は、反応源材料の反応体と反応するように、１組の温度条件、圧力条件にさらされ、こうすることで、ラインに沿って記録材料と長手方向に交互になる誘電材料の領域が形成され、また、ラインに沿って磁性トンネル接合が形成される。磁性トンネル接合は、誘電材料領域間で長手方向に挟まれた、記録材料、非磁性材料、および参照材料を個々に含む。他の方法、および方法とは独立した磁性トンネル接合のラインも開示する。【選択図】図１
Description
本明細書中で開示する実施形態は、磁性トンネル接合および磁性トンネル接合を形成する方法に関する。
磁性トンネル接合は、薄い非磁性誘電材料で分離された２つの磁性材料を有する集積回路コンポーネントである。この誘電材料は、適切な条件下で、電子が一方の磁性材料からその誘電材料を通過して他方の誘電材料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。これら磁性材料のうちの少なくとも１つは、強磁性材料であり、その磁区（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｄｏｍａｉｎ）方向を２つの状態間で切り替えることができ、一般には「フリー（ｆｒｅｅ）」材料または「記録（ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ）」材料と呼ばれる。他方の材料は、強磁性材料でないこともあり、一般には「参照」材料または「固定（ｆｉｘｅｄ）」材料と呼ばれうる。参照材料および記録材料は、それぞれ、導電ノードに電気的に結合される。参照材料、誘電材料、および記録材料中でのそれら２つのノード間の電流フローの抵抗は、参照材料の磁区方向に対する、記録材料の磁区方向に依存する。よって、磁性トンネル接合は、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、磁性トンネル接合中の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。磁性トンネル接合は、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いる。さらに、磁性トンネル接合は、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。
記録材料の磁区方向は、外部磁界により、または、スピン偏極電流を使用してスピン移動トルク効果をもたらすことにより切り替えることが可能である。電荷キャリア（電子など）は、それに本来備わる少量の角モーメンタムである「スピン」と呼ばれる特性を有する。電流は、一般には偏極されていない（「スピン・アップ」電子を５０％、「スピン・ダウン」電子を５０％有する）。スピン偏極電流は、どちらかのスピンの電子がより多くなっている電流である。磁性材料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。スピン偏極電流が強磁性材料内に導かれる場合、角モーメンタムが材料に伝わって、その配向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、または、強磁性材料の配向／区方向を反転すること（すなわち、切り替えること）さえ可能である。
磁性トンネル接合についての既成の典型的提案では、２つの磁性材料および非磁性材料が、たとえば、円形または矩形の水平断面を有しうるピラー（ｐｉｌｌａｒ）として形成される。それらの構成は一般に、３つの材料のスタック（積層）を堆積し、次いで、スタックにエッチングを施して、それぞれ個別に３つの材料を含んだ複数の磁性トンネル接合を形成することにより作製される。悪いことに、こうした材料にエッチングを施すと、結果得られるピラーの側壁／縁部に損傷がもたらされる可能性がある。とりわけピラーがより小さく、細くなるので、こうした損傷は、デバイス動作に悪影響を及ぼすのに十分なものでありうる。
本発明のいくつかの実施形態による１つまたは複数のラインからなる磁性トンネル接合を形成する方法の例を、まず、図１〜図８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るが、この構造体には、（単体の、または他の材料をその上に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、（単体の、または他の材料をその上に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。
本明細書に記載する材料および／または構造体のうちのいずれかは、均質または不均質とすることができ、これに関わらず、任意の材料を覆った際に、切れ目を有さないこと、または切れ目を有することがある。本明細書では、「異なる組成（ｄｉｆｆｒｅｎｔ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）」と言った場合、たとえば２つの上記材料が均質でないならば、これらの材料のうち互いに直接触れうる部分が、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２つが均質でないならば、これらの材料のうち最も互いに接近する部分が、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、材料または構造体が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、これらは、他の物に「直接触れる（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（ｏｖｅｒ）」、「上に（ｏｎ）」、および「触れて（ａｇａｉｎｓｔ）」は、「直接触れる（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｇａｉｎｓｔ）」、ならびに、介在する（１つまたは複数の）材料または構造体により、上記の材料または構造体が互いに物理的に接触しない構成を包含する。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開発中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、イオン注入が例である。
図１および図２を参照すると、基板断片１０が、それぞれ反応源材料および絶縁材料からなる交互の外側領域１４、１６（例、上方から見て外側の領域）を、少なくとも１つの断面に沿って有する基板１２を備える。図２は１つの断面例にすぎず、他の線で切った断面および／または非直線で切った断面を適用することもできる。一実施形態では、図示のように、交互の外側領域１４および１６は個別に、長手方向に延び、互いに平行なライン１８および２０をそれぞれ含む。代替構成を使用することもでき、ラインを用いる場合、それらのラインは、互いに平行である必要はなく、直線である必要もない。非線構成の一例は、反応源材料からなる広区域（例、「海様域（ａ ｓｅａ）」）内に提供される絶縁材料からなる島状構造体であり、以下で他の実施形態において説明する。これに関わらず、交互の外側領域１４、１６は、上方から見た場合の最外面２２を有し、これは、一実施形態では平面状であり、一実施形態では共平面状である。一実施形態では、図示のように、反応源材料からなる外側領域１４は、断面（図１）に沿って、絶縁材料からなる外側領域１６よりも側方向において（ｌａｔｅｒａｌｌｙ）狭くなっている。
すぐ隣の外側領域１４に挟まれた外側領域１６の絶縁材料中に延びる導電性ビア２４が図示されている。これから続く議論から明らかになるように、ビア２４は個別に、形成されている磁性トンネル接合に電気的に結合される。導電性ビア２４は、任意の適当な構成とすることができ、その最大側方向（ｌａｔｅｒａｌ）寸法を、反応源材料からなる外側領域１４に対して同一寸法、より小さな寸法、または、より大きな寸法にすることができる。集積回路からなる部分的にまたは完全に作製された他の構成部品を、ビア２４および外側領域１４、１６の材料の一部分として形成すること、または、上方から見てビア２４および外側領域１４、１６の材料の内側に形成することもでき（例、ＣＭＯＳデバイスおよび少なくとも１つの段の相互接続）、こうした構成部品は、本明細書で開示する発明に対して、特に密接な関係はないものである。
図３を参照すると、基板１２を覆って磁性記録材料２６が形成され、記録材料２６を覆って非磁性材料２７が形成され、非磁性材料２７を覆って磁性参照材料２８が形成されている。これらは、形成されている磁性トンネル接合の主要材料を含んでもよい。材料２６、２７および２８には、既存または開発前の任意の組成および厚さを使用することができる。例として、非磁性材料２７は、ＭｇＯを含んでもよく、磁性参照材料２８は、コバルト、鉄、ホウ素の混合物を含んでもよく、磁性記録材料２６は、コバルト、鉄、ホウ素、更なる金属／材料（例、Ｎｉ、Ｍｇ、ＣｒＯ２、ＮｉＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｂ、ＲＸＭｎＯ３［Ｒ：希土類、Ｘ：Ｃａ、Ｂａ、および／またはＳｒ］のうちの１つ以上）の混合物を含んでもよく、少なくとも磁性材料２６は、強磁性体である。いくつかの実施形態では、材料２６、２７、および２８のうちの１つ以上が、互いに直接触れるように堆積され、かつ／または、磁性記録材料２６が、反応源材料からなる外側領域１４および／または導電性ビア２４に直接触れる。
外側領域１４の反応源材料は、１組の温度条件、圧力条件にさらされた場合に、磁性記録材料２６と反応して誘電材料を形成する反応体を含む。外側領域１６の絶縁材料は、こうした１組の温度条件、圧力条件にさらされた場合に、こうした誘電材料を形成するようには磁性記録材料２６と反応しないこと、または少なくとも、反応源材料ほどには磁性記録材料２６に対して反応性を有さないことが理想的である。一実施形態では、こうした１組の温度条件、圧力条件は、それぞれ、（たとえば、アルゴンガス中で）環境室温〜約３５０℃の温度および約１０Ｔｏｒｒを超える圧力である。一実施形態では、これら１組の温度条件、圧力条件の温度は、最低でも５０℃である。一実施形態では、反応体は、たとえば（１つまたは複数の）誘電金属酸化物を形成するために、酸素（すなわち、元素酸素および／または酸素を含有するラジアル、イオン、分子など）を含む。こうした反応源材料の具体的な例には、二酸化シリコンおよび酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つが含まれる。一実施形態では、反応体は、たとえば（１つまたは複数の）誘電金属窒化物を形成するために、窒素（すなわち、元素窒素および／または窒素を含有するラジアル、イオン、分子など）を含む。こうした反応源材料の具体的な例には、窒化シリコンおよび窒化ホウ素のうちの少なくとも１つが含まれる。
一実施形態では、反応源材料が誘電窒化物および誘電酸化物のうちの一方を含み、絶縁材料が誘電窒化物および誘電酸化物のうちの他方を含む。例として、反応源材料および絶縁材料のうちの一方は二酸化シリコンを含み、他方は窒化シリコンを含む。ただし、本発明のいくつかの実施形態は、それぞれが同じ材料を含む反応源材料および絶縁材料を包含し、たとえば、それぞれ二酸化シリコンまたは窒化シリコンを含む。例として、反応体が酸化物または窒化物のうちの１つである場合、それぞれ異なる堆積技術により、わずかにそれぞれ異なる二酸化シリコンまたは窒化シリコンをもたらすこともでき、二酸化シリコン（または窒化シリコン）の一方が、二酸化シリコン（または窒化シリコン）の他方よりも容易に酸素（または窒素）を発生させる。二酸化シリコン堆積についての例として、オゾンおよびテトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、プラズマおよびＴＥＯＳ、スピンオンガラス、またはシランを使用したＣＶＤを使用した堆積技術により、オゾンの無い状態で、ＴＥＯＳを二酸化シリコン堆積前駆物質として使用する場合の二酸化シリコンよりも、容易に酸素を発生させる材料をもたらすこともできる。
これに関わらず、一実施形態では、反応源材料は、化学量論式を有する化学量論化合物（例、ＳｉＯ２およびＳｉ３Ｎ４のうちの一方または両方）を含む。反応体は、その式のうちのある原子（例、Ｏおよび／またはＮ）を含み、反応源材料は、式中で過多な化学量論量のその原子を含むように堆積される。たとえば、二酸化シリコンおよび／または窒化シリコンを、過多な化学量論量の酸素および窒素を有するように堆積することもでき、こうすることで、記録材料２６との反応のために利用可能な量の反応体を得るのを容易にすることもできる。
図４〜図６を参照すると、参照材料２８が、交互の外側領域１４、１６を覆って通る長手方向に延びたライン３０内にパターン化されており、導電性ビア２４を覆うようにも図示されている。パターン化技術の例には、たとえばフォトリソグラフィック・パターン化およびマスキング材料内のエッチ・スルー（ｅｔｃｈ ｔｈｒｏｕｇｈ）開口部を使用したエッチングが含まれる。単一のライン３０に対する作製について議論を進めるが、図４〜図６に示す２つのライン３０のみをもって、同様な複数のライン３０が形成されるであろう。これに関わらず、形成されるライン３０は、直線状以外でもよく（図示せず）、たとえば、曲線状であってもよく、および／または、直線部分と曲線部分との組合せを含んでもよい。一実施形態では図示のように、異方性エッチングが施された側壁スペーサ３２（たとえば、二酸化シリコンおよび窒化シリコンの一方または両方から形成される）が、ライン３０の側壁３１を覆って形成されている。一実施形態では、交互の外側領域１４、１６のライン１８、２０が、それぞれ、磁性参照材料２８のライン３０に対して角度を有しており、図示の実施形態では、それに対して実質的に垂直になっている。
一実施形態では図示のように、非磁性材料２７も、長手方向に延びたライン３０からなる磁性参照材料２８とともに長手方向に延び、また、そのライン３０の一部分を形成するようにエッチングが施されている。さらに、一実施形態では図示のように、磁性記録材料２６も、長手方向に延びたライン３０からなる磁性参照材料２８とともに長手方向に延び、また、そのライン３０の一部分を形成するようにエッチングが施されている。ただし、他の実施形態では、本発明による方法が、記録材料のエッチングを含まず、こうした実施形態の例は、以下で更に説明する。
図７および図８を参照すると、記録材料２６が、１組の温度条件および圧力条件にさらされて、反応源材料の反応体と反応して、ライン３０に沿って記録材料２６と長手方向に交互になる誘電材料３５の領域を形成し、こうすることで、ライン３０に沿って磁性トンネル接合３６が形成される。こうした磁性トンネル３６は、誘電材料領域３５間で長手方向に挟まれた、記録材料２６、非磁性材料２７、および磁性参照材料２８を個々に含む。図７は、図１および図４のものに対応する概略上面図であるが、誘電材料領域３５の位置および輪郭のみを明瞭化のために実線で強調している。一実施形態では、図示のように、反応により、誘電材料領域３５が延びて、磁性記録材料２６を交差方向に貫通する。よって更に、一実施形態では、図示のように、記録材料２６は、ライン３０内で誘電材料領域３５を上方から覆わない。あるいは、理想度では劣るが、記録材料２６のいくらかが、誘電材料領域３５を上方から覆ってもよい（図示せず）。
図７および図８は、ライン３０を形成するパターン化の後に、誘電材料領域３５を形成する反応が起こる一実施形態を示す。あるいは、誘電材料領域３５を形成する反応が、ライン３０を形成するパターン化の前に起こってもよいが、これには、たとえば、パターン化の行為の前後に（その最中にさえも）反応が起こることも含まれる。さらに、パターン化の前に起こる場合には、記録材料２６の堆積物が外側領域１４の反応源材料に直接触れ次第、誘電材料領域３５を形成する反応が自然に起こることもある。少なくとも部分的にはパターン化の前に起こる場合には、誘電材料が、ライン１８に完全に沿って形成されることもある（図示せず）。その場合、誘電材料は、ライン３０のパターンの側方向での外側で取り除いても、そうしなくてもよい。
次に、図９〜図１６を参照して、１つまたは複数のラインからなる磁性トンネル接合を形成する方法の更なる実施形態を基板断片１０ａに関連して説明する。既に説明した実施形態のものと同じ参照番号を適宜使用するが、いくつかの構造上の違いを添え字「ａ」または異なる番号で示している。図９および図１０を参照すると、基板１２ａは、外側反応源材料（たとえば、既に説明した実施形態での外側領域１４の反応材料と同じ）からなる広区域４２内に、絶縁材料（たとえば、既に説明した実施形態での外側領域１６の絶縁材料と同じ）からなる外側領域の島状構造体４０を備える。一実施形態では、図示のように、島状構造体４０と、広区域４２内の反応源材料とが、繰返しの格子様パターンを形成する（ただし、図示の一実施形態では、絶縁材料からなる島状構造体４０の平行四辺形が、島状構造体４０間の反応源材料の平行四辺形様形状よりも大きく、また、それとは異なる形状になっている）。他の実施形態では、格子様パターンが形成されないこともある（図示せず）。たとえば、各島状構造体は、格子様パターンおよび／または繰返しパターンにならないようにばらばらの位置で形成されてもよい（図示せず）。
図１１を参照すると、基板１２ａを覆って磁性記録材料２６が形成され、記録材料２６を覆って非磁性材料２７が形成され、非磁性材料２７を覆って磁性参照材料２８が形成されている。
図１２〜図１４を参照すると、一実施形態では（たとえば、リソグラッフィック・パターン化が施されたマスクを使用する）エッチングにより、参照材料２８がパターン化されて、それぞれの島状構造体４０のうちの異なる複数の構造体をそれぞれが覆って通る複数の長手方向に延びたライン３０ａが形成されている。一実施形態では図示のように、記録材料２６は、広区域４２内にラインを形成するようにはエッチングが施されない。更に、一実施形態では図示のように、非磁性材料２７は、広区域４２内にラインを形成するようにはエッチングが施されず、一実施形態では、図示のように広区域４２を完全に覆う層を含む。
図１５および図１６を参照すると、記録材料２６が、１組の温度条件および圧力条件にさらされて、反応源材料の反応体と反応して、個別のライン３０ａに沿って記録材料２６と長手方向に交互になる誘電材料領域３５を形成する。こうすることで、個々のライン３０に沿って磁性トンネル接合３６ａが形成される。磁性トンネル接合３６ａは、誘電材料領域３５間で長手方向に挟まれた、記録材料２６、非磁性材料２７、および参照材料２８を個々に含む。更に、図示のように、材料２６の反応および外側領域１４の反応から形成される誘電材料が、ライン３０ａの側方向での外側で形成されることもあり、一実施形態では、島状構造体４０の周りで切れ目なく形成されることもある。
図１〜図８の実施形態について先で述べた他の任意の属性が、図９〜図１６について述べた実施形態で使用されること、または起こることがある。
本発明の実施形態は、本作製方法とは関係のない１つのラインからなる磁性トンネル接合も包含する。これに関わらず、１つのラインからなる磁性トンネル接合は、図中に示し、図１〜図１６について先で説明した構造的属性のうちのいずれの属性を有してもよい。これに関わらず、本発明の実施形態による１つのラインからなる磁性トンネル接合は、非磁性材料（例、材料２７）を間に挟んだ磁性記録材料（例、材料２６）と磁性参照材料（例、材料２８）を備える。参照材料は、ラインに沿って、切れ目なく長手方向に延びる。たとえば、図７、図８、図１５、および図１６の実施形態のそれぞれでの参照材料２８は、ライン３０、３０ａに沿って、切れ目なく長手方向に延びる。こうしたラインは、ライン（例、ライン３０、３０ａ）に沿って記録材料（例、材料２６）と長手方向に交互になる誘電材料の領域（すなわち、領域３５）を備える。磁性トンネル接合（例、接合３６、３６ａ）は、ラインに沿って誘電材料領域間で長手方向に挟まれた、記録材料、非磁性材料、および参照材料を個々に備える。
たとえば図７、図８および図１５、図１６の実施形態のそれぞれに示すように、非磁性材料は、ラインに沿って切れ目なく長手方向に延びてもよい。さらに、ラインは、側方向で最外となる長手方向に延びた縁部を備えるものとみなすこともでき、非磁性材料は、これら縁部を側方向に越えて延びない。たとえば、このことを図７、図８の実施形態で示しているが、図１５、図１６の実施形態ではそうではない。一実施形態では、たとえば、図４〜図８の実施形態で縁部３１および３３について示すように、非磁性材料が、側方向で最外となる長手方向に延びたライン縁部と側方向および長手方向で重なる、側方向で最外となる長手方向に延びた縁部３３を備えることもある。
一実施形態では、非磁性材料が、それらの長手方向に延びた縁部を側方向に越えて延びることもある（例、図１５、図１６の実施形態）。一実施形態では、非磁性材料が、少なくとも１つの断面内で、磁性トンネル接合のラインのうちの直接隣り合うライン間で切れ目なく延びる層を含み（例、図１５および図１６の実施形態）、一実施形態では、直接隣り合うライン間で、これらのラインの長手方向の寸法の少なくとも大部分に沿って、切れ目なく側方向および長手方向に延びる（例、図１５、１６の実施形態）。一実施形態では、たとえば、図７、図８および図１５、図１６の実施形態のそれぞれに示すように、記録材料は、ラインからなる磁性トンネル接合に沿って切れ目なく長手方向に延びはしない。
［結論］
いくつかの実施形態では、１つのラインからなる磁性トンネル接合を形成する方法は、基板を覆った磁性記録材料、記録材料を覆った非磁性材料、非磁性材料を覆った磁性参照材料を形成することを含む。基板は、反応源材料および絶縁材料からなる交互になった外側領域を、少なくとも１つの断面に沿って備える。反応源材料は、１組の温度条件、圧力条件にさらされた場合に、記録材料と反応して誘電材料を形成する反応体を含む。参照材料は、交互になった外側領域を覆って通る長手方向に延びたラインにパターン化される。記録材料は、１組の温度条件、圧力条件にさらされて、反応源材料の反応体と反応して、ラインに沿って記録材料と長手方向で交互になる誘電材料の領域を形成し、また、ラインに沿って磁性トンネル接合を形成する。磁性トンネル接合は、誘電材料領域間で長手方向に挟まれた、記録材料、非磁性材料、および参照材料を個々に含む。
いくつかの実施形態では、１つのラインからなる磁性トンネル接合を形成する方法は、基板を覆った磁性記録材料、記録材料を覆った非磁性材料、非磁性材料を覆った磁性参照材料を形成することを含む。基板は、反応源材料および絶縁材料からなる交互になった外側領域を、少なくとも１つの断面に沿って備える。反応源材料は、１組の温度条件、圧力条件にさらされた場合に、記録材料と反応して誘電材料を形成する反応体を含む。参照材料は、交互になった外側領域を覆って通る長手方向に延びたラインにパターン化される。記録材料は、１組の温度条件、圧力条件にさらされて、反応源材料の反応体と反応して、ラインに沿って記録材料と長手方向で交互になる誘電材料の領域を形成し、また、ラインに沿って磁性トンネル接合を形成する。磁性トンネル接合は、誘電材料領域間で長手方向に挟まれた、記録材料、非磁性材料、および参照材料を個々に含む。
いくつかの実施形態では、複数のラインからなる磁性トンネル接合を形成する方法が、基板を覆った磁性記録材料、記録材料を覆った非磁性材料、非磁性材料を覆った磁性参照材料を形成することを含む。基板は、外側反応源材料の広区域内に、絶縁材料からなる外側領域の島状構造体を備える。反応源材料は、１組の温度条件、圧力条件にさらされた場合に、記録材料と反応して誘電材料を形成する反応体を含む。参照材料にエッチングが施されて、島状構造体のうちの異なる複数の構造体をそれぞれが覆って通る、長手方向に延びた複数のラインからなる参照材料が形成される。記録材料は、広区域内にラインを形成するようにはエッチングを施されない。記録材料は、１組の温度条件、圧力条件にさらされて、反応源材料の反応体と反応して、個々のラインに沿って記録材料と長手方向に交互になる誘電材料の領域を形成し、また、個々のラインに沿って磁性トンネル接合を形成する。磁性トンネル接合は、誘電材料領域間で長手方向に挟まれた、記録材料、非磁性材料、および参照材料を個々に含む。
いくつかの実施形態では、１つのラインからなる磁性トンネル接合が、非磁性材料を間に挟んだ磁性記録材料と磁性参照材料とを備える。参照材料は、ラインに沿って、切れ目なく長手方向に延びる。こうしたラインは、そのラインに沿って記録材料と長手方向に交互になる誘電材料の領域を備える。磁性トンネル接合は、ラインに沿って誘電材料領域間で長手方向に挟まれた、記録材料、非磁性材料、および参照材料を個々に備える。
規定に従って、本明細書中に開示する主題を、構造的特徴および系統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が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、請求項は、文字通り言い表した全ての範囲が与えられ、均等論の原則にしたがって適宜解釈されるべきである。
Claims (46)
- 複数の磁性トンネル接合のラインを形成する方法であって、
基板を覆った磁性記録材料、前記記録材料を覆った非磁性材料、前記非磁性材料を覆った磁性参照材料を形成することであって、前記基板が、反応源材料および絶縁材料からなる交互になった複数の外側領域を、少なくとも１つの断面に沿って備え、前記反応源材料が、１組の温度条件、圧力条件にさらされた場合に、前記記録材料と反応して誘電材料を形成する反応体を含む、ことと、
前記参照材料を、前記交互になった複数の外側領域を覆って通る長手方向に延びたラインにパターン化することと、
前記反応源材料の前記反応体と反応するように、前記記録材料を前記１組の温度条件、圧力条件にさらすことであって、こうすることで、前記ラインに沿って前記記録材料と長手方向で交互になる前記誘電材料の複数の領域が形成され、また、前記ラインに沿って複数の磁性トンネル接合が形成され、前記複数の磁性トンネル接合が、前記複数の誘電材料領域間で長手方向に挟まれた、前記記録材料、前記非磁性材料、および前記参照材料を個々に含む、ことと、
を含む、
ことを特徴とする方法。 - 前記絶縁材料が、前記１組の温度条件、圧力条件にさらされた場合に、前記誘電材料を形成するようには前記記録材料と反応しない、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記反応が、前記パターン化することの後に起こる、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記反応が、前記パターン化することの前に起こる、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記記録材料の堆積物が前記反応源材料に直接触れ次第、前記反応が自然に起こる、
ことを特徴とする請求項４に記載の方法。 - 前記記録材料の堆積物が前記反応源材料に直接触れた後に、前記反応が起こる、
ことを特徴とする請求項４に記載の方法。 - 前記パターン化することの後で、前記反応が起こる、
ことを特徴とする請求項４に記載の方法。 - 前記記録材料の堆積物が前記反応源材料に直接触れ次第、前記反応が自然に起こる、
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。 - 前記反応が、前記複数の誘電材料領域を延ばして、前記記録材料を交差方向に貫通させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記反応体が酸素を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記反応源材料が、二酸化シリコンおよび酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。 - 前記反応体が窒素を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記反応源材料が、窒化シリコンおよび窒化ホウ素のうちの少なくとも１つを含む、
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。 - 前記反応源材料が、化学量論式を有する化学量論化合物を含み、
前記反応体が、前記式のうちのある原子を含み、
前記反応源材料が、過多な化学量論量の前記原子を前記式中に含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記反応源材料が、誘電窒化物および誘電酸化物のうちの一方を含み、
前記絶縁材料が、誘電窒化物および誘電酸化物のうちの他方を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記反応源材料および前記絶縁材料のそれぞれが、二酸化シリコンまたは窒化シリコンを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記絶縁材料が、前記１組の温度条件、圧力条件にさらされた場合に、前記誘電材料を形成するようには前記記録材料と反応しない、
ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。 - 前記１組の温度条件、圧力条件が、それぞれ、環境室温から約３５０℃の温度および約１０Ｔｏｒｒを超える圧力である、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記１組のうちの温度が、最低でも５０℃である、
ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。 - 前記ラインの複数の側壁を覆って、異方性エッチングが施された複数の側壁スペーサを形成することを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記交互になった複数の外側領域がそれぞれ、長手方向に延び、互いに平行な複数のラインであって、前記参照材料のラインに対して角度を有する複数のラインを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記長手方向に延び、互いに平行な複数のラインが、前記参照材料のラインに対して実質的に垂直な角度を有する、
ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。 - 前記参照材料をパターン化することが、前記交互になった複数の外側領域をそれぞれが覆って通る長手方向に延びた複数のラインにパターン化することであり、
前記記録材料を前記１組の温度条件、圧力条件にさらすことで、前記反応源材料の前記反応体との反応が起こって、前記ラインのうちのそれぞれに沿って、前記記録材料と長手方向に交互になった前記誘電材料の複数の領域が形成され、また、前記ラインのうちのそれぞれに沿って複数の磁性トンネル接合が形成され、
前記複数の磁性トンネル接合が、そのライン内で前記複数の誘電材料領域間で長手方向に挟まれた、前記記録材料、前記非磁性材料、および前記参照材料を個々に含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記交互になった複数の外側領域が、外側反応源材料からなる広区域内の絶縁材料からなる複数の島状構造体を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記パターン化することがエッチングを施すことを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記交互になった複数の外側領域を覆って通る前記参照材料の前記長手方向に延びたラインの一部分とともに長手方向に延び、前記一部分をように、前記非磁性材料にエッチングを施すことを含む、
ことを特徴とする請求項２５に記載の方法。 - 前記交互になった複数の外側領域を覆って通る前記参照材料の前記長手方向に延びたラインの一部分とともに長手方向に延び、前記一部分をように、前記記録材料にエッチングを施すことを含む、
ことを特徴とする請求項２６に記載の方法。 - 前記記録材料のエッチングを含まない、
ことを特徴とする請求項２５に記載の方法。 - 前記反応源材料および前記絶縁材料の前記交互になった複数の外側領域が、平面状となる、上方から見た場合の複数の最外面を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記面が共平面状である、
ことを特徴とする請求項２９に記載の方法。 - 前記反応源材料の複数の外側領域が、前記断面に沿って、前記絶縁材料の複数の外側領域よりも側方向に狭くなっている、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 複数の磁性トンネル接合の複数のラインを形成する方法であって、
基板を覆った磁性記録材料、前記記録材料を覆った非磁性材料、前記非磁性材料を覆った磁性参照材料を形成することであって、前記基板が、外側反応源材料からなる広区域内の絶縁材料の複数の外側領域からなる複数の島状構造体を含み、前記反応源材料が、１組の温度条件、圧力条件にさらされた場合に、前記記録材料と反応して誘電材料を形成する反応体を含む、ことと、
前記参照材料にエッチングを施すことであって、こうすることで、前記複数の島状構造体のうちの異なる複数の島状構造体をそれぞれが覆って通る、前記参照材料の長手方向に延びた複数のラインが形成され、前記記録材料が、前記広区域内で複数のラインを形成するようにはエッチングを施されない、ことと、
前記反応源材料の前記反応体と反応するように、前記記録材料を前記１組の温度条件、圧力条件にさらすことであって、こうすることで、前記複数のラインのうちのそれぞれのラインに沿って前記記録材料と長手方向に交互になる前記誘電材料の複数の領域が形成され、また、前記ラインのうちのそれぞれのラインに沿って複数の磁性トンネル接合が形成され、前記複数の磁性トンネル接合が、前記複数の誘電材料領域間で長手方向に挟まれた、前記記録材料、前記非磁性材料、および前記参照材料を個々に含む、ことと、
を含む、
ことを特徴とする方法。 - 前記複数の島状構造体と外側反応源材料とが、格子様パターンを形成する、
ことを特徴とする請求項３２に記載の方法。 - 前記非磁性材料が、前記広区域内でラインを形成するようにはエッチングを施されない、
ことを特徴とする請求項３２に記載の方法。 - 前記非磁性材料が、前記広区域を完全に覆う層を備える、
ことを特徴とする請求項３４に記載の方法。 - 前記誘電材料が、前記複数のラインの側方向での外側で形成される、
ことを特徴とする請求項３２に記載の方法。 - 前記複数の島状構造体の周りで切れ目なく誘電材料が形成される、
ことを特徴とする請求項３６に記載の方法。 - 複数の磁性トンネル接合のラインであって、
非磁性材料を間に挟んだ磁性記録材料および磁性参照材料を備え、
前記参照材料が、前記ラインに沿って、切れ目なく長手方向に延び、
前記ラインが、誘電材料の複数の領域であって、前記ラインに沿って前記記録材料と長手方向に交互になった誘電材料の複数の領域を含み、
前記複数の磁性トンネル接合が、前記ラインに沿って前記複数の誘電材料領域間で長手方向に挟まれた、前記記録材料、前記非磁性材料、および前記参照材料を個々に含む、
ことを特徴とする複数の磁性トンネル接合のライン。 - 前記非磁性材料が、前記ラインに沿って切れ目なく長手方向に延びる、
ことを特徴とする請求項３８に記載の複数の磁性トンネル接合のライン。 - 前記ラインが、側方向で最外となる長手方向に延びた複数の縁部を備え、
前記非磁性材料が、前記長手方向に延びた複数の縁部を側方向に越えて延びない、
ことを特徴とする請求項３９に記載の複数の磁性トンネル接合のライン。 - 前記非磁性材料が、前記ラインの前記長手方向に延びた複数の縁部と側方向および長手方向で重なる、側方向で最外となる長手方向に延びた複数の縁部を備える、
ことを特徴とする請求項４０に記載の複数の磁性トンネル接合のライン。 - 前記ラインが、側方向で最外となる長手方向に延びた複数の縁部を備え、
前記非磁性材料が、前記長手方向に延びた複数の縁部を側方向に越えて延びる、
ことを特徴とする請求項３９に記載の複数の磁性トンネル接合のライン。 - 前記ラインを複数備え、
前記非磁性材料が、少なくとも１つの断面内で、前記複数のラインのうちの直接隣り合うライン間で切れ目なく延びる層を含む、
ことを特徴とする請求項３８に記載の複数の磁性トンネル接合のライン。 - 前記層が、前記複数のラインのうちの直接隣り合うライン間で、前記複数のラインの長手方向の寸法の少なくとも大部分に沿って、切れ目なく長手方向および側方向に延びる、
ことを特徴とする請求項４３に記載の複数の磁性トンネル接合のライン。 - 前記記録材料が、前記ライン内で前記複数の誘電材料領域を上方から覆わない、
ことを特徴とする請求項３８に記載の複数の磁性トンネル接合のライン。 - 前記記録材料が、前記ラインに沿って切れ目なく長手方向に延びない、
ことを特徴とする請求項３８に記載の複数の磁性トンネル接合のライン。
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