JP2017527101A - 磁性コンタクトを有するスピントランスファートルクメモリ（ｓｔｔｍ）デバイス - Google Patents
磁性コンタクトを有するスピントランスファートルクメモリ（ｓｔｔｍ）デバイス Download PDFInfo
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Abstract
磁性コンタクトを有する、スピントランスファートルクメモリ（ＳＴＴＭ）デバイスのような磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を備える集積回路構造を形成するための技術を開示する。本技術は、追加的な磁性層（例えば、磁性コンタクト層のものと同様または同一の層）を、この追加的な磁性層が反強磁性結合（または実質的に反平行に結合）されるように組み込むことを含む。追加的な磁性層は、磁性コンタクト層の磁場をバランスさせる一助となり得、そうしない場合に磁性コンタクト層により引き起こされるであろう寄生フリンジ磁場を抑制する。追加的な磁性層は、例えば追加的な磁性層と磁性コンタクト層との間に非磁性スペーサ層を含めることにより、磁性コンタクト層に反強磁性結合されてよく、それにより合成反強磁性体（ＳＡＦ）を生じさせる。本技術は、例えば、ＭＴＪスタックの層と実質的に一直線上（ｉｎ−ｌｉｎｅ）または実質的に平面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）の磁気方向を有する磁性コンタクトに有益であり得る。
Description
スピントランスファートルクランダムアクセスメモリ（ＳＴＴ−ＲＡＭ）デバイスのようなスピントランスファートルクメモリ（ＳＴＴＭ）デバイスは、スピンに基づくメモリの技術を用いるものであり、少なくとも１ビットの情報を格納し得る磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を備える。通常、ＭＴＪは固定磁性層および自由磁性層を有し、自由層における磁化の方向が、ＭＴＪが高抵抗状態にあるか低抵抗状態にあるか（例えば、１を格納しているか０を格納しているか）を決定する。このように、ＳＴＴＭは不揮発性タイプのメモリである。（例えば、書き込みサイクル中に）ＭＴＪの自由層の磁気方向をスイッチングさせるのに必要な電流は、臨界電流と称される。
磁性コンタクトを有する、スピントランスファートルクメモリ（ＳＴＴＭ）デバイスのような磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を備える集積回路構造を形成するための技術を開示する。本技術は、追加的な磁性層（例えば、磁性コンタクト層のものと同様または同一の層）を、この追加的な磁性層が反強磁性結合（または実質的に反平行に結合）されるように組み込むことを含む。追加的な磁性層は、磁性コンタクト層の磁場をバランスさせる一助となり得、そうしない場合に磁性コンタクト層により引き起こされるであろう寄生フリンジ磁場を抑制する。追加的な磁性層は、例えば追加的な磁性層と磁性コンタクト層との間に非磁性スペーサ層を含めることにより、磁性コンタクト層に反強磁性結合されてよく、それにより合成反強磁性体（ＳＡＦ）を生じさせる。本技術は、例えば、ＭＴＪスタックの層と実質的に一直線上（ｉｎ−ｌｉｎｅ）または実質的に平面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）の磁気方向を有する磁性コンタクトに有益であり得る。多数の構成例および変形例が、本開示に照らして明らかとなる。
［概要］
例えばスピントランスファートルクメモリ（ＳＴＴＭ）における、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）に対する磁性コンタクトの使用には、重大な問題がある。図１Ａは、磁性コンタクト／ビアおよび非磁性コンタクト／ビアを備える、例示的なＳＴＴＭデバイスを図示する。図示の通り、ＳＴＴＭデバイスは、固定磁性層１１２および自由磁性層１１６、ならびにそれらの間に配置されたトンネルバリア層１１４で構成されるＭＴＪスタック１１０を備える。ＭＴＪスタック１１０は、磁性ビア１０２および非磁性ビア１０４に電気的に接続され、それにより、ビア１０２および１０４はＭＴＪスタック１１０に対するコンタクトとなる。また図示の通り、この構造は層間誘電体（ＩＬＤ）１００、１０１により囲繞される。図１Ｂは、図１Ａの磁性コンタクト／ビアにより引き起こされるフリンジ磁場を図示する。磁性ビア１０２の磁気モーメントおよび関連するフリンジ磁場／浮遊磁場１４０が、矢印で示されている。図示の通り、フリンジ磁場１４０はＭＴＪスタック１１０に入り、このことが望ましくない問題を引き起こすことがある。そのような問題としては、例えば、ＭＴＪスタック１１０の自由層１１６の磁気方向への干渉が挙げられてよく、これは自由層１１６の磁気方向を、ａ）（例えば、磁性ビア１０２の方向と逆の場合）弱め、スイッチングしやすくする、または、ｂ）（例えば、磁性ビア１０２の方向と平行な場合）強め、スイッチングしにくくする。さらに、いくつかの例において、磁性ビア１０２のフリンジ磁場１４０によって自由層１１６のスイッチングが極めて容易になり得、それによりＳＴＴＭデバイスの読み出し動作のみでも自由層１１６の望ましくないスイッチングが起こるおそれがある。その他の例示的な問題としては、フリンジ磁場１４０が、デバイスをスイッチングさせるのに必要な臨界電流を変化させ得、また高抵抗状態と低抵抗状態と（例えば、１を格納しているか０を格納しているか）の抵抗比も変化させ得ることが挙げられてよい。その他の例示的な問題としては、フリンジ磁場１４０が、隣接するＳＴＴＭデバイス内の他のＭＴＪスタックのような隣接するコンポーネントと干渉し得ることが挙げられてよい。
例えばスピントランスファートルクメモリ（ＳＴＴＭ）における、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）に対する磁性コンタクトの使用には、重大な問題がある。図１Ａは、磁性コンタクト／ビアおよび非磁性コンタクト／ビアを備える、例示的なＳＴＴＭデバイスを図示する。図示の通り、ＳＴＴＭデバイスは、固定磁性層１１２および自由磁性層１１６、ならびにそれらの間に配置されたトンネルバリア層１１４で構成されるＭＴＪスタック１１０を備える。ＭＴＪスタック１１０は、磁性ビア１０２および非磁性ビア１０４に電気的に接続され、それにより、ビア１０２および１０４はＭＴＪスタック１１０に対するコンタクトとなる。また図示の通り、この構造は層間誘電体（ＩＬＤ）１００、１０１により囲繞される。図１Ｂは、図１Ａの磁性コンタクト／ビアにより引き起こされるフリンジ磁場を図示する。磁性ビア１０２の磁気モーメントおよび関連するフリンジ磁場／浮遊磁場１４０が、矢印で示されている。図示の通り、フリンジ磁場１４０はＭＴＪスタック１１０に入り、このことが望ましくない問題を引き起こすことがある。そのような問題としては、例えば、ＭＴＪスタック１１０の自由層１１６の磁気方向への干渉が挙げられてよく、これは自由層１１６の磁気方向を、ａ）（例えば、磁性ビア１０２の方向と逆の場合）弱め、スイッチングしやすくする、または、ｂ）（例えば、磁性ビア１０２の方向と平行な場合）強め、スイッチングしにくくする。さらに、いくつかの例において、磁性ビア１０２のフリンジ磁場１４０によって自由層１１６のスイッチングが極めて容易になり得、それによりＳＴＴＭデバイスの読み出し動作のみでも自由層１１６の望ましくないスイッチングが起こるおそれがある。その他の例示的な問題としては、フリンジ磁場１４０が、デバイスをスイッチングさせるのに必要な臨界電流を変化させ得、また高抵抗状態と低抵抗状態と（例えば、１を格納しているか０を格納しているか）の抵抗比も変化させ得ることが挙げられてよい。その他の例示的な問題としては、フリンジ磁場１４０が、隣接するＳＴＴＭデバイス内の他のＭＴＪスタックのような隣接するコンポーネントと干渉し得ることが挙げられてよい。
従って、本開示の１または複数の実施形態により、磁性コンタクトを有するＳＴＴＭデバイスを形成するための技術を開示する。本開示に照らして明らかとなる通り、いくつかの実施形態において、ＳＴＴＭデバイスに対して（またはＭＴＪを備えるその他のデバイスに対して）磁性コンタクト／ビアを用いることに付随する上述の問題は、別の磁性層を組み込むことにより抑制することができる。別の磁性層は、この追加的な磁性層が反強磁性結合される、または実質的に反平行に結合される（例えば、それらの磁性層の磁気モーメントが実質的に反平行となる）ように挿入される。このように、追加的な磁性層からの磁場が磁性コンタクト層の磁場をバランスまたはほぼバランスさせ得、従って磁性コンタクト層の寄生フリンジ磁場を抑制する。いくつかの実施形態において、それら２つの磁性層はスペーサ層（例えばルテニウム（Ｒｕ）の層）により隔てられてよく、スペーサ層はそれら２つの磁性層の反強磁性結合を容易にする。いくつかの実施形態において、それらの磁性層（例えば強磁性層）およびそれらの間に配置されたスペーサ層は、合成反強磁性体（ＳＡＦ）を生じさせる。
いくつかの実施形態においては、ＭＴＪに対する一方のコンタクトのみが磁性体であって（かつそれに反強磁性結合された追加的な磁性層を備えて）よいが、他の実施形態においては、ＭＴＪに対する両方のコンタクトが磁性体であって（それぞれの磁性コンタクトがそれに反強磁性結合された対応する追加的な磁性層を備えて）もよい。磁性コンタクトの磁場により引き起こされる寄生フリンジ磁場を低減するには、完全な反強磁性結合が好適であるとはいえ、対応する追加的な磁性層との反強磁性結合が完全なものである必要はない。換言すると、結合されているそれらの磁性層が、それらの磁性層の磁気モーメントが厳密に反平行となる（または厳密にバランスされる）ように結合される必要はない。いくつかの実施形態において、磁性コンタクト層を追加的な磁性層と、それらの磁性層の磁気モーメントが実質的に反平行（例えば、厳密に反平行なものから１５度以内）となるように結合させることにより、利益が実現され得る。いくつかの実施形態において、ＳＴＴＭデバイスは、結合された２つの磁性層の磁気モーメントが実質的に一直線上（ｉｎ−ｌｉｎｅ）となる（例えば、実質的に互いに向き合うよう方向づけられる、または実質的に互いに逆向きになるよう方向づけられる）ように構成されてよい。いくつかの実施形態において、ＳＴＴＭデバイスは、結合された２つの磁性層の磁気モーメントが実質的に平面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）となる（例えば、実質的に平行な２つの平面において互いに逆向きになるよう方向づけられる）ように構成されてよい。
（例えば、走査型／透過型電子顕微鏡法（ＳＥＭ／ＴＥＭ）および／または組成マッピングを用いた）分析によれば、１または複数の実施形態に従って構成される構造は、実質上、本明細書で様々に記載されるような、少なくとも１つの磁性コンタクトおよびそれに結合された追加的な磁性層を有するＭＴＪを備える集積回路構造（例えばＳＴＴＭデバイス）を示すこととなる。例えば、いくつかの実施形態においては、磁性コンタクトが追加的な磁性層と反強磁性結合されてよい（例えば、ＳＡＦを生じさせる）が、いくつかの実施形態においては、磁性コンタクト層の磁気モーメントが追加的な磁性層の磁気モーメントに対して実質的に反平行となっても（または実質的にバランスされても）よい。いくつかの実施形態において、それらの磁性層を反強磁性結合させる（またはそれらを実質的に反平行に結合させる）ことは、それらがその一部となるデバイスのＭＴＪに寄生フリンジ磁場が悪影響を及ぼすこと、および／または隣接するデバイスに寄生フリンジ磁場が悪影響を及ぼすことを抑制する一助となり得る。多数の構成例および変形例が、本開示に照らして明らかとなる。
［アーキテクチャおよび方法論］
図２は、本開示の１または複数の実施形態に係る、少なくとも１つの磁性コンタクトを有するスピントランスファートルクメモリ（ＳＴＴＭ）デバイスを形成する方法２００を図示する。本開示に照らして明らかとなる通り、それぞれの磁性コンタクトは対応する磁性ビア層を備え、それらの磁性層はスペーサ層により隔てられ、スペーサ層はそれらの磁性層を反強磁性結合させる、またはそれらを実質的に反平行に結合させる。図３Ａ〜３Ｉは、様々な実施形態に係る、図２の方法２００を実施した場合に形成される例示的構造を図示する。本明細書に開示の構造および技術は、主にＳＴＴＭデバイスに関して例示および記載されるが、本明細書で様々に記載されるものと同様の原理および技術が、他の集積回路構造に用いられてもよい。例えば、本明細書に記載の技術は、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）または熱アシストスイッチングＭＲＡＭ（ＴＡＳ−ＭＲＡＭ）のような、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を備える他の構造に用いられてもよい。換言すると、本明細書に記載の技術は、１または複数のＳＡＦコンタクトを用いることによる利益を得る、任意の好適な構造またはデバイスに用いることができ、例えば、磁性コンタクトの使用に関連するフリンジ磁場からの影響を低減または排除する一助となる。
図２は、本開示の１または複数の実施形態に係る、少なくとも１つの磁性コンタクトを有するスピントランスファートルクメモリ（ＳＴＴＭ）デバイスを形成する方法２００を図示する。本開示に照らして明らかとなる通り、それぞれの磁性コンタクトは対応する磁性ビア層を備え、それらの磁性層はスペーサ層により隔てられ、スペーサ層はそれらの磁性層を反強磁性結合させる、またはそれらを実質的に反平行に結合させる。図３Ａ〜３Ｉは、様々な実施形態に係る、図２の方法２００を実施した場合に形成される例示的構造を図示する。本明細書に開示の構造および技術は、主にＳＴＴＭデバイスに関して例示および記載されるが、本明細書で様々に記載されるものと同様の原理および技術が、他の集積回路構造に用いられてもよい。例えば、本明細書に記載の技術は、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）または熱アシストスイッチングＭＲＡＭ（ＴＡＳ−ＭＲＡＭ）のような、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を備える他の構造に用いられてもよい。換言すると、本明細書に記載の技術は、１または複数のＳＡＦコンタクトを用いることによる利益を得る、任意の好適な構造またはデバイスに用いることができ、例えば、磁性コンタクトの使用に関連するフリンジ磁場からの影響を低減または排除する一助となる。
図２に図示の通り、一実施形態によると、方法２００は、図３Ａに示す基板のような下部磁性ビアを備える基板を提供する段階２０２を含む。図３Ａは、ＳＡＦコンタクトを有するＳＴＴＭデバイスが形成され得る例示的な基板を示す。この例示的実施形態において、基板は、磁性ビア３０２の両側部に層間誘電体（ＩＬＤ）３００を有する第１の（または下部）磁性ビア３０２を備える。本開示に照らして明らかとなる通り、磁性ビア３０２は、例えばビット線に繋がる配線であってよく、またはその配線まで延在するものであってもよい。磁性ビア３０２は、任意の好適な技術を用いて、任意の好適な導電性の磁性材料（または複数の材料の組み合わせ）で形成されてよく、磁性ビア３０２の寸法（例えば厚み、深さ等）は、所与の対象用途またはエンドユースに合わせて所望の通りにカスタマイズ可能である。例えば、いくつかの場合において、磁性ビア３０２は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、および／またはニッケル（Ｎｉ）のような１または複数の強磁性材料で構成されてよい。いくつかの場合において、磁性ビア３０２は、マンガン（Ｍｎ）、ＣｏＦｅＢ、または任意の他の好適な磁性材料を含んでよい。いくつかの実施形態において、磁性ビア３０２は、電気的にグラウンドされてもよく、または電圧源（例えば、トランジスタまたはダイオード）に電気的に接続されてもよい。いくつかのそのような実施形態において、本開示に照らして明らかとなる通り、磁性ビア３０２が電気的にグラウンドされるか電圧源に電気的に接続されるかは、その後堆積されるＭＴＪスタックの向きによるものであってよい。また、磁性ビア３０２は、ＭＴＪスタックの向き（例えば、自由磁性層をスタックの最下部にしてスタックが形成されるか、自由磁性層をスタックの最上部にしてスタックが形成されるか）に応じて、ビット線またはワード線に電気的に接続されてよい。ＩＬＤ３００は、任意の好適な技術を用いて、任意の好適な誘電体または絶縁体材料（もしくはそのような複数の材料の組み合わせ）から形成されてよい。例えば、いくつかの場合において、誘電体３００は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）もしくは炭素ドープ酸化物（ＣＤＯ）のような酸化物、窒化ケイ素、ペルフルオロシクロブタンもしくはポリテトラフルオロエチレンのような有機ポリマー、フルオロケイ酸塩ガラス（ＦＳＧ）、および／またはシルセスキオキサン、シロキサン、もしくは有機ケイ酸塩ガラスのような有機ケイ酸塩を含んでよい。
また図３Ａに図示の通り、この例示的な場合において、磁性ビア３０２は両側部に任意選択層３０３を備え、任意選択層３０３は磁性ビア３０２とＩＬＤ３００との間に位置する。任意選択層３０３（および本明細書に記載のその他の任意選択層）は、（本明細書で様々に記載される磁性ビアおよび／または磁性コンタクトの）磁性材料が周囲のＩＬＤ材料中へと拡散しないようにする一助となるように存在し得るが、いくつかの実施形態においては、任意選択層がそれらの磁性層のいずれかのいずれの側部にも備えられなくてよい。任意選択層３０３は、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、または何らかの他の好適な材料のような非磁性クラッド層を含んでよい。いくつかの例において、任意選択層３０３は、例えば、対応する隣接する磁性層（例えば、この例示的な場合においては磁性ビア３０２）に磁気遮蔽を提供する一助となるバリア層であってよい。任意選択層３０３は、所与の対象用途またはエンドユースに応じて、１〜１５ｎｍの範囲の厚み（例えば、磁性ビア３０２とＩＬＤ３００との間の寸法）、またはいくらかの他の好適な厚みを有してよい。
一実施形態によると、方法２００は、図３Ｂに示す例示的構造を形成するべく、図３Ａに示す基板上にスペーサ層３２２および磁性コンタクト層３３２を堆積させる段階２０４に続く。スペーサ層３２２および磁性コンタクト層３３２の堆積２０４は、任意の好適なプロセスまたは技術を用いて実行されてよい。例えば、堆積２０４は、物理蒸着（ＰＶＤ）プロセス（スパッタ堆積など）、化学蒸着（ＣＶＤ）プロセス、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス、および／または分子線エピタキシ（ＭＢＥ）プロセスを用いて実行されてよい。本開示に照らして明らかとなる通り、磁性コンタクト層３３２は、最終的にはＳＴＴＭデバイスのＭＴＪスタックに対する磁性コンタクトとなる。スペーサ層３２２（結合層とも称される）は、磁性ビア３０２と磁性コンタクト層３３２との間の中間層であり、それによってそれら２つの磁性層が実質的に反平行な結合を有する、および／または反強磁性結合となることが可能になる。従って、スペーサ層３２２の具体的な材料および／または寸法（例えば厚み、深さ等）は、磁性ビア３０２および／または磁性コンタクト層３３２によって、スペーサ層３２２の選択された材料／厚みがそれら２つの磁性層が反強磁性結合されることを可能とするように決定されてよい。例えば、スペーサ層３２２は、所与の対象用途またはエンドユースに応じて、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、レニウム（Ｒｅ）、クロム（Ｃｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、銅（Ｃｕ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、イリジウム（Ｉｒ）、バナジウム（Ｖ）、およびそれらの合金、ならびに／または任意の他の好適な材料のうちの少なくとも１つを含んでよい。スペーサ層３２２はまた、所与の対象用途またはエンドユースに応じて、０．５〜１．５ｎｍの範囲の厚み、または任意の他の好適な厚みを有してよい。一例示的実施形態において、スペーサ層３２２は、ルテニウム（Ｒｕ）を含み／備え、０．７〜１．０ｎｍの間の厚み（例えば、この例示的な場合においては磁性ビア３０２と磁性コンタクト層３３２との間の寸法）を有する。
磁性コンタクト層３３２は、任意の好適な導電性の磁性材料（または複数の材料の組み合わせ）で構成されてよく、磁性コンタクト層３３２の寸法（例えば厚み、深さ等）は、所与の対象用途またはエンドユースに合わせて所望の通りにカスタマイズ可能である。例えば、いくつかの場合において、磁性コンタクト層３３２は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、および／またはニッケル（Ｎｉ）のような１または複数の強磁性材料で構成されてよい。いくつかの場合において、磁性コンタクト層３３２は、ＣｏＦｅＢ、もしくはホイスラー合金もしくはハーフホイスラー合金（ＭｎｘＧａもしくはＣｏ２ＹＺ（Ｙ＝Ｍｎ、Ｃｒ、ＦｅかつＺ＝Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ）など）、または任意の他の好適な（複数の）磁性材料を含んでよい。本明細書に記載の通り、いくつかの実施形態において、磁性コンタクト３３２は、磁性ビア３０２と反強磁性結合するように選択されてよい。いくつかのそのような実施形態において、磁性コンタクト層３３２は磁性ビア３０２と同一または同様のものであってよく、それにより磁性コンタクト層３３２、スペーサ層３２２、および磁性ビア３０２は、例えば図３Ｊにおける実施形態を参照してより詳細に本明細書で論じるように、合成反強磁性体（ＳＡＦ）を生じさせる。
一実施形態によると、方法２００は、図３Ｃに示す例示的構造を形成するべく、固定層３１２、トンネルバリア層３１４、および自由層３１６を含む磁気トンネル接合（ＭＴＪ）層を堆積させる段階２０６に続く。ＭＴＪ層３１２、３１４および３１６の堆積２０６は、本明細書に記載の例示的な技術（例えばＰＶＤ、ＣＶＤ、ＡＬＤ、ＭＢＥ等）を用いて、または任意の他の好適な技術を用いて実行されてよい。本開示に照らして明らかとなる通り、ＭＴＪ層３１２、３１４および３１６は、ＭＴＪスタック３１０を形成するべくエッチングされることとなる。ここで、トンネルバリア層３１４は、固定層３１２と自由層３１６との間に配置される。本明細書では３つの層３１２、３１４および３１６のみを有するＭＴＪスタック３１０について論じるが、ＭＴＪスタックは、スペーサ層もしくはバリア層、追加的な固定磁性層および／または追加的な自由磁性層等のような追加的な層を含んでよい。従って、本開示のＭＴＪスタックは、固定磁性層、トンネルバリア層、および自由磁性層のみを有するものに限定されないが、例示の目的でそれらのような層を有するものとして提供されている。例えば、いくつかの場合において、固定磁性層および／または自由磁性層は、それぞれの層と同一の機能を実行する複数の層を含んでよい。この例示的実施形態においては、ＭＴＪスタックを固定層の上方に自由層を有するものとして示すが、本開示はそのように限定される必要はなく、他の実施形態においては、固定層の下方に自由層が形成されてもよい（例えば、一例示的実施形態においては固定層３１２の位置と自由層３１６の位置とが入れ替わってもよい）ことに留意されたい。
固定磁性層３１２（ピン磁性層とも称される）は、任意の好適な磁性材料（またはそのような複数の材料の組み合わせ）から形成されてよい。いくつかの実施形態において、固定磁性層３１２は、固定的な多数スピン（ｍａｊｏｒｉｔｙ ｓｐｉｎ）を維持するための材料または複数の材料のスタックで構成される。例えば、いくつかの実施形態によると、固定磁性層３１２は、鉄（Ｆｅ）、タンタル（Ｔａ）、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）、コバルト−パラジウム（ＣｏＰｄ）もしくはコバルト−白金（ＣｏＰｔ）のような１または複数の遷移金属の合金、コバルト−鉄−ホウ素（ＣｏＦｅＢ）のような１または複数の遷移金属とメタロイドとの合金、および／またはそれらのうち任意の１または複数のものの合金から形成されてよい。いくつかの実施形態においては、固定磁性層３１２は単一のＣｏＦｅＢ層で構成されるが、他の実施形態においては、固定層３１２は例えばＣｏＦｅＢ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢのスタックで構成される。いくつかの実施形態において、固定磁性層３１２は、例えば２０〜３０ｎｍの範囲の厚みのような任意の好適な厚みを有してよい。固定層３１２の他の好適な材料および厚みは、所与の用途によるものであり、本開示に照らして明らかとなる。
トンネルバリア層３１４は、任意の好適な電気絶縁材料（またはそのような複数の材料の組み合わせ）から形成されてよい。いくつかの実施形態において、トンネルバリア層３１４は、トンネリングバリア層またはトンネルバリア層の場合に通例である通り、少数スピン（ｍｉｎｏｒｉｔｙ ｓｐｉｎ）の電流が当該層を通過することを（少なくともある程度）妨げつつ、多数スピン（ｍａｊｏｒｉｔｙ ｓｐｉｎ）の電流が当該層を通過することを可能とするのに好適な材料で構成される。例えば、いくつかの場合において、トンネルバリア層３１４は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）のような酸化物、または任意の他の好適なトンネル材料から形成されてよい。いくつかの実施形態において、トンネルバリア層３１４は、例えば１ｎｍ以下の厚みのような任意の好適な厚みを有してよい。トンネルバリア層２１４の他の好適な材料および厚みは、所与の用途によるものであり、本開示に照らして明らかとなる。
自由磁性層３１６（メモリ層とも称される）は、例えば、固定磁性層３１２に関して本明細書で論じる例示的な磁性材料のうちのいずれかから形成されてよい。いくつかの実施形態において、自由磁性層３１６は、用途に応じて、多数スピン（ｍａｊｏｒｉｔｙ ｓｐｉｎ）と少数スピン（ｍｉｎｏｒｉｔｙ ｓｐｉｎ）との間を遷移するのに好適な材料で構成される。さらに、自由磁性層３１６は、その磁化が変化することが許容されてよく、従って一般的な意味で自由なまたは動的な磁性層であると考えてよい。従って、いくつかの例において、自由層３１６は強磁性メモリ層と称されてよい。いくつかの例示的な場合において、自由磁性層３１６はＣｏＦｅＢの単層として形成されてよい。いくつかの実施形態において、自由磁性層３１６は、例えば１〜２ｎｍの範囲の厚みのような任意の好適な厚みを有してよい。自由磁性層３１６の他の好適な材料および厚みは、所与の用途によるものであり、本開示に照らして明らかとなる。
一実施形態によると、方法２００は、図３Ｄに示す例示的構造を形成するべく、追加的な磁性コンタクト層３３４およびスペーサ層３２４を堆積させる段階２０８に続く。任意選択層３３４および３２４の堆積２０８は、本明細書に記載の例示的な技術（例えば、ＰＶＤ、ＣＶＤ、ＡＬＤ、ＭＢＥ等）を用いて、または任意の他の好適な技術を用いて実行されてよい。図４における実施形態を参照するなどしてより詳細に本明細書で記載されるように、ＭＴＪスタック３１０に対する両方のコンタクトがＳＡＦコンタクトである必要はないので、堆積２０８は任意選択的なものである。しかし、この例示的実施形態においては、追加的なＳＡＦコンタクト（この例示的な場合においては上部コンタクト）を後に形成するべく、磁性コンタクト層３３４およびスペーサ層３２４が堆積される。磁性コンタクト層３３４は、磁性コンタクト層３３２について本明細書で論じた材料のような任意の好適な磁性材料（もしくは複数の材料の組み合わせ）、または任意の他の好適な（複数の）材料を含んでよい。さらに、磁性コンタクト層３３４の寸法（例えば厚み、深さ等）は、所与の対象用途またはエンドユースに合わせて所望の通りにカスタマイズ可能であり、磁性コンタクト層３３２について本明細書で論じた厚みもしくは厚み範囲、または任意の他の好適な厚みを有してよい。
本開示に照らして明らかとなる通り、スペーサ層３２４は、磁性コンタクト層３３４と磁性ビア３０４との間の中間層であり、スペーサ層３２４により、それら２つの磁性層が反強磁性結合されることが可能となる。従って、スペーサ層３２４の具体的な材料および／または寸法（例えば厚み、深さ等）は、磁性コンタクト層３３４および／または磁性ビア３０４によって、スペーサ層３２４の選択された材料／厚みがそれら２つの磁性層が実質的に反平行な結合を有する、および／または反強磁性結合されることを可能とするように決定されてよい。スペーサ層３２４は、スペーサ層３２２について本明細書で論じた材料のような任意の好適な材料（もしくは複数の材料の組み合わせ）、または任意の他の好適な（複数の）材料を含んでよい。さらに、スペーサ層３２４の寸法（例えば厚み、深さ等）は、所与の対象用途またはエンドユースに合わせて所望の通りにカスタマイズ可能であり、スペーサ層３２２について本明細書で論じた厚みもしくは厚み範囲、または任意の他の好適な厚みを有してよい。例えば図３Ｊにおける実施形態を参照してより詳細に本明細書で論じるように、磁性コンタクト３３４、スペーサ層３２４、および磁性ビア３０４は、ＭＴＪスタック３１０に対するＳＡＦコンタクトを生じさせるよう構成されてよい。
一実施形態によると、方法２００は、図３Ｅに示す例示的構造を形成するべく、基板（例えば、図３Ａで提供される基板）上に堆積された全ての層（例えば、層３２２、３３２、３１２、３１４、３１６、３３４および３２４）をエッチングする段階２１０に続く。エッチング２１０は、任意の好適なエッチング技術を用いて実行されてよく、任意の数の好適なパターニングプロセスを含んでよい。例えば、いくつかの実施形態において、エッチング２１０は、任意の好適なドライまたはウェットエッチングプロセスを含んでよい。いくつかの実施形態において、エッチング２１０は、インサイチュで／エアブレイク（ａｉｒ ｂｒｅａｋ）なしで実行されてもよく、またはエクスサイチュで実行されてもよい。いくつかのそのような実施形態において、ＭＴＪスタック２１０の層を保護する一助とする、例えば自由層２１６の酸化を防ぐ一助とするなどの目的で、インサイチュでのエッチングが実行されてよい。いくつかの実施形態において、エッチング２１０は、アルゴンおよび／またはクリプトンイオン衝撃を用いるなど、揮発性でないエッチング剤を用いて実行されてよい。
一実施形態によると、方法２００は、図３Ｆに示す構造を形成するべく、層間誘電体（ＩＬＤ）３０１を堆積させる段階２１２に続く。堆積２１２は、本明細書に記載の例示的な技術（例えばＰＶＤ、ＣＶＤ、ＡＬＤ、ＭＢＥ等）を用いて、または任意の他の好適な技術を用いて実行されてよい。ＩＬＤ３０１は、任意の好適な誘電体または絶縁体材料（もしくはそのような複数の材料の組み合わせ）から形成されてよい。例えば、いくつかの場合において、誘電体３０１は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）もしくは炭素ドープ酸化物（ＣＤＯ）のような酸化物、窒化ケイ素、ペルフルオロシクロブタンもしくはポリテトラフルオロエチレンのような有機ポリマー、フルオロケイ酸塩ガラス（ＦＳＧ）、および／またはシルセスキオキサン、シロキサン、もしくは有機ケイ酸塩ガラスのような有機ケイ酸塩を含んでよい。
一実施形態によると、方法２００は、図３Ｇに示すように、堆積されることになる上部ビアのための開口スペース３５０を形成する／生じさせるべく、ＩＬＤ３０１をエッチングする段階２１４に続く。エッチング２１４は、任意の好適なエッチング技術を用いて実行されてよく、任意の数の好適なパターニングプロセスを含んでよい。
いくつかの実施形態によると、方法２００は、上部ビア材料を堆積させる段階２１６に続く。堆積２１６は、本明細書に記載の例示的な技術（例えばＰＶＤ、ＣＶＤ、ＡＬＤ、ＭＢＥ等）を用いて、または任意の他の好適な技術を用いて実行されてよい。例えば、図３Ｈに示す実施形態において、上部ビア材料は、図３Ｇに示す構造上に堆積２１６された任意選択層３０５および磁性ビア層３０４を備える。しかし、上部ビアは、例えば図４における実施形態を参照して本明細書で論じるように、非磁性材料であってもよい。図３Ｈに示す例示的実施形態において、任意選択層３０５は、堆積され、次いでＩＬＤ３０１の開口スペース３５０の側部のみに任意選択層３０５を保持するようにエッチングされ、次に磁性ビア層３０４がその上に堆積された。しかし、層３０５は任意選択的なものであるため、当該層が存在する必要はない。前述の通り、任意選択層３０５は、磁性材料（この例示的な場合においては磁性ビア３０４の材料）が周囲のＩＬＤ材料（この例示的な場合においてはＩＬＤ３０１）中へと拡散しないようにする一助とするべく形成されてよい。任意選択層３０５はまた、例えば隣接する構造から磁性ビア３０４の磁場を遮蔽する一助とするための磁気遮蔽を提供する一助とするべく形成されてよい。
一実施形態によると、方法２００は、図３Ｉに示す構造を形成するべく、図３Ｈの構造を任意選択的に平坦化および／または研磨する段階２１８に続く。この例示的実施形態においては、余分な磁性ビア３０４の材料（および全ての残っている任意選択層３０５の材料）をＩＬＤ３０１の上から除去するべく、平坦化／研磨２１８が実行された。平坦化／研磨は、化学機械平坦化／研磨（ＣＭＰ）または任意の他の好適なプロセスのような任意の好適な技術を用いて実行されてよい。
代替的実施形態において、方法２００は、上部ビア材料（例えば磁性ビア層３０４）を、例えば図３Ｄに示す構造上に（例えばスペーサ層３２４の上に）堆積させる段階を含んでよい。そのような実施形態において、次に上部ビア層が、基板上にブランケット堆積された他の層と共にエッチングされ得、エッチングされたスタックがその上に上部ビア（例えば磁性ビア３０４）を備えるという以外は図３Ｅに示すものと同様の構造を形成し得る。さらに、そのような実施形態において、例えば、ＩＬＤ材料がこの構造上全体に堆積され得、ＭＴＪスタックの最上部との電気的接続を確立するための上部ビアへのアクセスを得るべく、ＩＬＤの一部が開口され得る。多数の他の構成例および変形例が、本開示に照らして明らかとなる。
図３Ｊは、図３ＩのＳＴＴＭデバイスを図示するものであり、一実施形態に係る、複数の磁性層の磁化のモーメントおよび複数の磁性層のフリンジ磁場を示す。図３Ｊの例示的実施形態に図示の通り、磁性ビア３０２は磁気モーメントＭ１およびフリンジ磁場３４１を有し、磁性コンタクト３３２は磁気モーメントＭ２およびフリンジ磁場３４２を有し、磁性コンタクト３３４は磁気モーメントＭ３およびフリンジ磁場３４３を有し、磁性ビア３０４は磁気モーメントＭ４およびフリンジ磁場３４４を有する。例示を目的として、それぞれの磁性層の磁気モーメントは破線の矢印で示され、フリンジ磁場はフリンジ磁場の磁気方向を示す矢印を備える破線の楕円で示される。さらに、スペーサ層３２２は磁性ビア３０２を磁性コンタクト３３２と反強磁性結合させ、スペーサ層３２４は磁性ビア３０４を磁性コンタクト３３４と反強磁性結合させる。またこの例示的実施形態に図示の通り、Ｍ１はＭ２と反平行かつ一直線上（ｉｎ−ｌｉｎｅ）であり、Ｍ３はＭ４と反平行かつ一直線上（ｉｎ−ｌｉｎｅ）である。それらの磁気モーメントは、ＭＴＪスタック３１０とも一直線上（ｉｎ−ｌｉｎｅ）であることに留意されたい。またこの例示的実施形態においては、結合されたそれらの磁性層の一直線上（ｉｎ−ｌｉｎｅ）の磁気モーメント（この例示的な場合においてはＭ１／Ｍ２およびＭ３／Ｍ４）は互いに向き合うよう方向づけられるが、別の例示的実施形態においては、結合されたそれらの磁性層の一直線上（ｉｎ−ｌｉｎｅ）の磁気モーメントは互いに逆向きになるような方向に配向されてよいことにも留意されたい。いくつかの例において、磁性コンタクトは、（図３Ｊに示すように）磁性コンタクトが磁性ビアに対して反平行な配向に整列されてよいという以外は、磁性ビアと同様または同一（例えば、材料が同様または同一）のものであってよい。いくつかの実施形態において、磁性ビア／磁性コンタクトの組み合わせの磁気モーメント（この例示的な場合においてはＭ１／Ｍ２および／またはＭ３／Ｍ４）は、それらのそれぞれのフリンジ磁場の影響を低減する一助となるよう、実質的に反平行であってよい。従って、いくつかの実施形態において、磁性層の寄生フリンジ磁場を抑制または完全に低減する一助とするためには、それらの磁気モーメントが厳密に反平行であるまたは完全に反強磁性結合される必要はない（例えば、それらの磁気モーメントが少なくともほぼバランスされた反強磁性結合を有してもよい）。
図３Ｊに図示の通り、磁性ビア３０２、３０４の磁場はそれぞれ磁性コンタクト３３２、３３４によりバランスされているので、磁性ビア３０２、３０４のそれぞれのフリンジ磁場３４１、３４４はＭＴＪスタック３１０に侵入しない。フリンジ磁場３４１、３４４は、ＭＴＪスタックに対するフリンジ磁場の位置の差異をみるべく、図１Ｂにおけるフリンジ磁場１４０と比較され得ることに留意されたい。また、磁性コンタクト３３２、３３４の磁場がそれぞれ磁性ビア３０２、３０４によりバランスされているので、この例示的実施形態においては、磁性コンタクト３３２、３３４のフリンジ磁場３４２、３４３がＭＴＪスタック３１０に侵入しないことにも留意されたい。従って、追加的な磁性層を磁性ビア／コンタクト層と反強磁性結合（または実質的に反平行に結合）させることは、寄生フリンジ磁場を抑制する一助となる。いくつかの実施形態において、実質的に反平行とは、厳密に反平行なものから５、１０、１５、２０、２５もしくは３０度以内、または本開示に照らして明らかとなるいくらかの他の好適な角度量以内であることを意味してよい。
この例示的実施形態において、図３Ｊにおける複数の磁性層は、３０２／３２２／３３２および３０４／３２４／３３４の層スタックがそれぞれＭＴＪスタック３１０に対する合成反強磁性（ＳＡＦ）コンタクトを形成するように構成される。換言すると、この例示的実施形態において、磁性ビア／スペーサ層／磁性コンタクトのそれぞれのスタックが、ＭＴＪスタック３１０に対するＳＡＦコンタクトを形成する。いくつかの実施形態において、磁性ビア／スペーサ層／磁性コンタクトのスタックは、Ｃｏ／Ｒｕ／Ｃｏ、Ｃｏ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＢ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＢ／Ｒｕ／Ｃｏ、または本開示に照らして明らかとなる何らかの他の好適な組み合わせを含んでよい。それらの層の寸法（例えば厚み、深さ等）は、使用される材料および所与の対象用途またはエンドユースに基づいて調整されてよい。
図４は、一実施形態に係る、１つの磁性コンタクトおよび１つの非磁性コンタクトを備える例示的なＳＴＴＭデバイスを図示する。図４に示す構造は、上部コンタクトが図３ＪにおいてはＳＡＦコンタクトであり、図４においては非磁性材料であるという以外は、図３Ｊに示す構造と同様のものである。図示の通り、図４は上部非磁性ビア／コンタクト４０４を含む。例えば、一実施形態によると、このような構造は図２の方法２００を用いて形成されてよく、ここで任意選択的な堆積２０８は実行されず、上部ビア材料の堆積２１６は非磁性材料の堆積である。この構造は、両方のコンタクトが、本明細書で様々に記載されるような、反強磁性結合（または実質的に反平行に結合）された磁性材料である必要はないことを例示するべく提供される。そのような実施形態において、上部または下部ビア／コンタクトが非磁性材料であってよい（この例示的な場合においては上部ビア／コンタクト４０４として示す）。例えば、非磁性ビア４０４は、銅（Ｃｕ）、または何らかの他の非磁性材料を含んでよい。さらに、非磁性ビア／コンタクトは、ＭＴＪスタックの固定層もしくは自由層（例えば、ＭＴＪスタック３１０の固定層３１２もしくは自由層３１６）に、または本明細書で様々に記載されるような、任意の他の好適なＭＴＪスタックの何らかの他の（複数の）層に電気的に接続されてよい。
図５は、一実施形態に係る、平面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）の磁気モーメントを有する複数の磁性コンタクトを備える、例示的なＳＴＴＭデバイスを図示する。図５に示す構造は図３Ｊに示す構造と同様のものであり、従ってこの構造の複数のコンポーネントを説明するのに同様の符号が用いられている。それらのコンポーネントには、図３Ｊでは３００番台、図５では５００番台の符号が付されている（例えば、ＩＬＤ３００はＩＬＤ５００と同様のものであり、ＭＴＪスタック３１０はＭＴＪスタック５１０と同様のものである、等）。従って、ここで提供される要素についての説明は、図５における要素にも適用可能である。図５における構造と図３Ｊにおける構造との間の差異は、図３Ｊにおける複数の磁性層の磁気モーメントＭ１〜４が一直線上（ｉｎ−ｌｉｎｅ）（例えば、互いに一直線上（ｉｎ−ｌｉｎｅ）かつＭＴＪスタック３１０と一直線上（ｉｎ−ｌｉｎｅ））であることと比較して、図５における複数の磁性層の磁気モーメントＭ５〜８は平面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）（例えば、互いに平面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）かつＭＴＪスタック５１０と平面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ））であることである。
図５の例示的実施形態に図示の通り、磁性ビア５０２は磁気モーメントＭ５およびフリンジ磁場５４５を有し、磁性コンタクト５３２は磁気モーメントＭ６およびフリンジ磁場５４６を有し、磁性コンタクト５３４は磁気モーメントＭ７およびフリンジ磁場５４７を有し、磁性ビア５０４は磁気モーメントＭ８およびフリンジ磁場５４８を有する。例示を目的として、それぞれの磁性層の磁気モーメントは破線の矢印で示され、フリンジ磁場はフリンジ磁場の磁気方向を示す矢印を備える破線の楕円で示される。さらに、スペーサ層５２２は磁性ビア５０２を磁性コンタクト５３２と反強磁性結合させ、スペーサ層５２４は磁性ビア５０４を磁性コンタクト５３４と反強磁性結合させる。またこの例示的実施形態に図示の通り、Ｍ５はＭ６と反平行かつ平面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）であり、Ｍ７はＭ８と反平行かつ平面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）である。本明細書に記載の通り、磁性ビア／磁性コンタクトの組み合わせの磁気モーメント（この例示的な場合においてはＭ５／Ｍ６およびＭ７／Ｍ８）は、ＳＡＦ結合をもたらすべく厳密に反平行となるが、磁性層の寄生フリンジ磁場を抑制または完全に低減する一助とするためには、それらが厳密に反平行であるまたは完全に反強磁性結合される必要はない（例えば、それらの磁気モーメントが少なくともほぼバランスされた反強磁性結合を有してもよい）。（例えば、図５に示すように）それらの磁性層の磁気モーメントが平面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）である場合、それぞれの磁性層を別の磁性層と反強磁性結合（またはそれらを実質的に反平行に結合）させることは、フリンジ磁場が近傍のデバイスに悪影響を及ぼすことを抑制する一助となり得る。
図５と図３Ｊとの間の別の差異は、図５における磁性層（すなわち磁性ビア５０２、５０４および磁性コンタクト５３２、５３４）が全て、それぞれの磁性層の両側部に任意選択層（すなわち、それぞれ任意選択層５０３、５０５、５３３、５３５）を有することである。本明細書に記載の通り、任意選択層がそれらの磁性層のうちのいずれかまたはその全ての両側部に（もしくは複数の側部に）あってよいか、あるいは任意選択層がそれらの磁性層の両側部に（もしくは複数の側部に）なくてもよく、任意選択層は例えば、磁性材料がＩＬＤ材料中へと拡散することを防ぐ一助とすること、および／または周囲の材料に対するバリアを提供すること（例えば、磁気遮蔽を提供すること）のような利益を実現し得る。
［例示的システム］
図６は、様々な例示的実施形態に係る、本明細書に開示の技術を用いて形成された集積回路構造またはデバイス（例えば、スピントランスファートルクメモリ（ＳＴＴＭ）デバイス）とともに実装されるコンピューティングシステム１０００を図示する。図示の通り、コンピューティングシステム１０００は、マザーボード１００２を収容する。マザーボード１００２は、プロセッサ１００４および少なくとも１つの通信チップ１００６を含むがこれらに限定されない複数のコンポーネントを備えてよく、そのそれぞれがマザーボード１００２に物理的かつ電気的に結合されるか、さもなければマザーボード１００２内に集積され得る。マザーボード１００２は、例えば、メインボード、メインボードに搭載されたドーターボード、またはシステム１０００の唯一のボード等の、任意のプリント回路基板であってよいことが理解されよう。
図６は、様々な例示的実施形態に係る、本明細書に開示の技術を用いて形成された集積回路構造またはデバイス（例えば、スピントランスファートルクメモリ（ＳＴＴＭ）デバイス）とともに実装されるコンピューティングシステム１０００を図示する。図示の通り、コンピューティングシステム１０００は、マザーボード１００２を収容する。マザーボード１００２は、プロセッサ１００４および少なくとも１つの通信チップ１００６を含むがこれらに限定されない複数のコンポーネントを備えてよく、そのそれぞれがマザーボード１００２に物理的かつ電気的に結合されるか、さもなければマザーボード１００２内に集積され得る。マザーボード１００２は、例えば、メインボード、メインボードに搭載されたドーターボード、またはシステム１０００の唯一のボード等の、任意のプリント回路基板であってよいことが理解されよう。
コンピューティングシステム１０００は、その用途に応じて、マザーボード１００２に物理的かつ電気的に結合されてもされなくてもよい１または複数の他のコンポーネントを備えてよい。これら他のコンポーネントとしては、揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ）、不揮発性メモリ（例えばＲＯＭ、ＳＴＴＭ、ＳＴＴ−ＲＡＭ等）、グラフィクスプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ、暗号プロセッサ、チップセット、アンテナ、ディスプレイ、タッチスクリーンディスプレイ、タッチスクリーンコントローラ、バッテリ、オーディオコーデック、ビデオコーデック、電力増幅器、全地球測位システム（ＧＰＳ）デバイス、コンパス、加速度計、ジャイロスコープ、スピーカ、カメラ、大容量記憶装置（ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）等）が挙げられてよいが、これらに限定されない。コンピューティングシステム１０００に備えられる複数のコンポーネントのいずれかは、一例示的実施形態に係る、開示された技術を用いて形成された１または複数の集積回路構造またはデバイスを備えてよい。例えば、いくつかの実施形態において、コンピューティングシステムの複数のコンポーネントのうちの１または複数は、本明細書で様々に記載されるような、１または複数のＳＡＦコンタクトを含むＳＴＴＭを備えてよい。いくつかの実施形態において、１または複数のチップ内に複数の機能が集積されてよい（例えば、通信チップ１００６が、プロセッサ１００４の一部であり得るか、さもなければプロセッサ１００４内に集積され得ることに留意されたい）。
通信チップ１００６は、コンピューティングシステム１０００へのおよびコンピューティングシステム１０００からのデータ転送を行うための無線通信を可能とする。用語「無線」およびその派生語は、非固体媒体を介し変調電磁放射を用いてデータ通信をし得る回路、デバイス、システム、方法、技術、通信チャネル等について説明するのに用いられてよい。この用語は、関連付けられた複数のデバイスが電線を全く含まないことを示唆するものではないが、いくつかの実施形態においては全く含まないこともある。通信チップ１００６は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）（ＩＥＥＥ８０２．１１ファミリ）、ＷｉＭＡＸ（登録商標）（ＩＥＥＥ８０２．１６ファミリ）、ＩＥＥＥ８０２．２０、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）、Ｅｖ−ＤＯ、ＨＳＰＡ＋、ＨＳＤＰＡ＋、ＨＳＵＰＡ＋、ＥＤＧＥ、ＧＳＭ（登録商標）、ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＤＥＣＴ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、それらの派生物、ならびに３Ｇ、４Ｇ、５Ｇおよびそれ以降として指定される任意の他の無線プロトコルを含むがこれらに限定されない、複数の無線規格または無線プロトコルのいずれかを実装してよい。コンピューティングシステム１０００は、複数の通信チップ１００６を備えてよい。例えば、第１の通信チップ１００６は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）およびＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）のような短距離無線通信専用であってよく、第２の通信チップ１００６は、ＧＰＳ、ＥＤＧＥ、ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ、ＷｉＭＡＸ（登録商標）、ＬＴＥ、Ｅｖ−ＤＯのような長距離無線通信専用であってよい。
コンピューティングシステム１０００のプロセッサ１００４は、プロセッサ１００４内にパッケージ化された集積回路ダイを備える。いくつかの実施形態において、プロセッサの集積回路ダイは、本明細書で様々に記載されるような、開示された技術を用いて形成された１または複数の集積回路構造またはデバイスとともに実装されるオンボード回路を備える。用語「プロセッサ」は、例えば、レジスタおよび／またはメモリからの電子データを処理して、その電子データをレジスタおよび／またはメモリに格納され得る他の電子データに変換する任意のデバイスまたはデバイスの一部を指してよい。
通信チップ１００６はまた、通信チップ１００６内にパッケージ化された集積回路ダイを備えてよい。いくつかのそのような例示的実施形態によると、通信チップの集積回路ダイは、本明細書で様々に記載されるような、開示された技術を用いて形成された１または複数の集積回路構造またはデバイスを備える。本開示に照らして理解される通り、マルチ規格の無線機能がプロセッサ１００４内に直接集積されてよい（例えば、別個の通信チップを有するのではなく、任意のチップ１００６の機能がプロセッサ１００４内に集積される）ことに留意されたい。さらに、プロセッサ１００４はそのような無線機能を有するチップセットであってよいことに留意されたい。つまり、任意の数のプロセッサ１００４および／または通信チップ１００６を用いることができる。同様に、任意の１つのチップまたはチップセットが、その内部に集積された複数の機能を有することができる。
様々な実装において、コンピューティングデバイス１０００は、ラップトップ、ネットブック、ノートブック、スマートフォン、タブレット、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、ウルトラモバイルＰＣ、携帯電話、デスクトップコンピュータ、サーバ、プリンタ、スキャナ、モニタ、セットトップボックス、エンタテインメントコントロールユニット、デジタルカメラ、携帯音楽プレーヤー、デジタルビデオレコーダ、または、データを処理する、あるいは本明細書で様々に記載されるような開示された技術を用いて形成された１または複数の集積回路構造またはデバイスを採用する、任意の他の電子デバイスであってよい。
［さらなる例示的実施形態］
以下の例はさらなる実施形態に関し、それらから多数の変形例および構成例が明らかとなるであろう。
以下の例はさらなる実施形態に関し、それらから多数の変形例および構成例が明らかとなるであろう。
例１は、固定磁性層、自由磁性層、および固定磁性層と自由磁性層との間に配置されたトンネリングバリア層を含む磁気トンネル接合（ＭＴＪ）と、少なくとも１つのコンタクトが磁性体である、ＭＴＪの両側にある複数のコンタクトと、少なくとも１つの磁性コンタクトに反強磁性結合された追加的な磁性層とを備える、スピントランスファートルクメモリ（ＳＴＴＭ）デバイスである。
例２は、例１の主題を含み、少なくとも１つの磁性コンタクトおよび／または対応する追加的な磁性層は、少なくとも１つの強磁性材料を含む。
例３は、例１から２のいずれかの主題を含み、少なくとも１つの磁性コンタクトおよび／または対応する追加的な磁性層は、ＣｏＦｅＢを含む。
例４は、例１から３のいずれかの主題を含み、非磁性スペーサ層が、それぞれの磁性コンタクトと対応する追加的な磁性層との間に配置される。
例５は、例４の主題を含み、それぞれの非磁性スペーサ層は、０．７〜１．０ｎｍの間の厚みを有する。
例６は、例４から５のいずれかの主題を含み、それぞれの非磁性スペーサ層は、ルテニウム（Ｒｕ）を含む。
例７は、例１から６のいずれかの主題を含み、それぞれの磁性コンタクトおよび対応する追加的な磁性層は、一直線上（ｉｎ−ｌｉｎｅ）の磁気モーメントを有する。
例８は、例１から６のいずれかの主題を含み、それぞれの磁性コンタクトおよび対応する追加的な磁性層は、平面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）の磁気モーメントを有する。
例９は、少なくとも１つの磁性コンタクトおよび／または対応する追加的な磁性層の両側部にある非磁性クラッド層をさらに備える、例１から８のいずれかの主題を含み、非磁性クラッド層は、磁性材料が周囲の材料中へと拡散することを防ぐ一助となる。
例１０は、例９の主題を含み、非磁性クラッド層は、窒化チタン（ＴｉＮ）またはタンタル（Ｔａ）を含む。
例１１は、例９から１０のいずれかの主題を含み、非磁性クラッド層は、２〜１０ｎｍの範囲の厚みを有する。
例１２は、例１から１１のいずれかの主題を含み、両方のコンタクトは、磁性体であり、対応する追加的な磁性層に反強磁性結合される。
例１３は、例１から１２のいずれかの主題を含み、それぞれの追加的な磁性層は、対応する磁性コンタクトからの複数のフリンジ磁場がＭＴＪに侵入することを防ぐ一助となる。例１４は、例１から１３のいずれかの主題を含むコンピューティングシステムである。
例１５は、固定磁性層、自由磁性層、および固定磁性層と自由磁性層との間に配置されたトンネリングバリア層を含む磁気トンネル接合（ＭＴＪ）と、ＭＴＪの少なくとも片側に電気的に接続された磁性コンタクト層と、スペーサ層により磁性コンタクト層から隔てられた追加的な磁性層とを備え、磁性コンタクト層および追加的な磁性層の磁気モーメントは、実質的に反平行である、集積回路である。
例１６は、例１５の主題を含み、磁性コンタクト層および／または追加的な磁性層は、少なくとも１つの強磁性材料を含む。
例１７は、例１５から１６のいずれかの主題を含み、磁性コンタクト層および／または追加的な磁性層は、ＣｏＦｅＢを含む。
例１８は、例１５から１７のいずれかの主題を含み、スペーサ層は、０．７〜１．０ｎｍの間の厚みを有する。
例１９は、例１５から１８のいずれかの主題を含み、スペーサ層は、非磁性材料を含む。
例２０は、例１５から１９のいずれかの主題を含み、スペーサ層は、ルテニウム（Ｒｕ）を含む。
例２１は、例１５から２０のいずれかの主題を含み、磁性コンタクト層および追加的な磁性層の磁気モーメントは、実質的に一直線上（ｉｎ−ｌｉｎｅ）である。
例２２は、例１５から２０のいずれかの主題を含み、磁性コンタクト層および追加的な磁性層の磁気モーメントは、実質的に平面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）である。
例２３は、例１５から２２のいずれかの主題を含み、磁性コンタクト層および／または追加的な磁性層の両側部にある非磁性クラッド層をさらに備え、非磁性クラッド層は、磁性材料が周囲の材料中へと拡散することを防ぐ一助となる。
例２４は、例２３の主題を含み、非磁性クラッド層は、窒化チタン（ＴｉＮ）またはタンタル（Ｔａ）を含む。
例２５は、例２３から２４のいずれかの主題を含み、非磁性クラッド層は、２〜１０ｎｍの範囲の厚みを有する。
例２６は、例１５から２５のいずれかの主題を含み、磁性コンタクト層および追加的な磁性層は、合成反強磁性体（ＳＡＦ）を生じさせる。
例２７は、例１５から２６のいずれかの主題を含み、追加的な磁性層は、磁性コンタクト層からの複数のフリンジ磁場がＭＴＪに侵入することを防ぐ一助となる。例２８は、例１５から２７のいずれかの主題を含む、埋め込みメモリデバイスである。
例２９は、例２８の主題を含み、埋め込みメモリデバイスは、スピントランスファートルクメモリ（ＳＴＴＭ）デバイスである。
例３０は、下部磁性ビアを含む基板を提供する段階と、スペーサ層、磁性コンタクト層、複数の磁気トンネル接合（ＭＴＪ）層、および上部ビア層を含む多層スタックを基板上に形成する段階とを含む、スピントランスファートルクメモリ（ＳＴＴＭ）デバイスを形成する方法である。
例３１は、例３０の主題を含み、複数のＭＴＪ層は、固定磁性層、自由磁性層、およびトンネリングバリア層を含む。
例３２は、例３０から３１のいずれかの主題を含み、スタックは、下部磁性ビアの幅と同様の幅を有する。
例３３は、例３０から３２のいずれかの主題を含み、上部ビア材料は、非磁性体である。
例３４は、複数のＭＴＪ層上に追加的な磁性コンタクト層を形成する段階と、追加的な磁性コンタクト層と上部ビア層との間にスペーサ層を形成する段階とをさらに含む、例３０から３２のいずれかの主題を含む。
例３５は、例３４の主題を含み、上部ビア材料は、強磁性体である。
例３６は、例３０から３５のいずれかの主題を含み、それぞれの磁性コンタクト層は、対応する磁性ビアと反強磁性結合される。
例３７は、例３０から３６のいずれかの主題を含み、多層スタックは、スタックを構成する全ての層を基板上に堆積させる段階と、およびスタックを構成する全ての層を、所望の幅にエッチングする段階とにより形成される。
例３８は、例３０から３３のいずれかの主題を含み、多層スタックは、スペーサ層、磁性コンタクト層、および複数のＭＴＪ層を基板上に堆積させる段階と、堆積されたスペーサ層、磁性コンタクト層、および複数のＭＴＪ層を、所望の幅にエッチングする段階と、層間誘電体（ＩＬＤ）材料を堆積させる段階と、複数のＭＴＪ層の上方にスペースを生じさせるべく、ＩＬＤをエッチングする段階と、複数のＭＴＪ層の上方のスペースに、上部ビア層を形成する段階とにより形成される。
例示的実施形態についての上述の記載は、例示および説明を目的として提示されている。網羅的であること、または本開示を開示された形態に厳密に限定することは意図されていない。本開示に照らして、多くの修正および変形が可能である。本開示の範囲は、この詳細な説明によってではなく、本明細書に添付の特許請求の範囲によって限定されることが意図される。本出願に対する優先権を主張して今後なされる出願は、開示された主題を異なる態様で特許請求する可能性があり、概して、本明細書で様々に開示された、あるいは別途示された１または複数の限定の任意のセットを含む可能性がある。
Claims (25)
- 固定磁性層、自由磁性層、および前記固定磁性層と前記自由磁性層との間に配置されたトンネリングバリア層を含む磁気トンネル接合（ＭＴＪ）と、
少なくとも１つのコンタクトが磁性体である、前記ＭＴＪの両側にある複数のコンタクトと、
前記少なくとも１つの磁性コンタクトに反強磁性結合された追加的な磁性層と
を備える、スピントランスファートルクメモリ（ＳＴＴＭ）デバイス。 - 前記少なくとも１つの磁性コンタクトおよび対応する追加的な磁性層のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの強磁性材料を含む、請求項１に記載のデバイス。
- 前記少なくとも１つの磁性コンタクトおよび対応する追加的な磁性層のうちの少なくとも１つは、ＣｏＦｅＢを含む、請求項１に記載のデバイス。
- 非磁性スペーサ層が、それぞれの磁性コンタクトと対応する追加的な磁性層との間に配置される、請求項１に記載のデバイス。
- それぞれの非磁性スペーサ層は、０．７〜１．０ｎｍの間の厚みを有する、請求項４に記載のデバイス。
- それぞれの非磁性スペーサ層は、ルテニウム（Ｒｕ）を含む、請求項４に記載のデバイス。
- それぞれの磁性コンタクトおよび対応する追加的な磁性層は、一直線上（ｉｎ−ｌｉｎｅ）の磁気モーメントを有する、請求項１に記載のデバイス。
- それぞれの磁性コンタクトおよび対応する追加的な磁性層は、平面内（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）の磁気モーメントを有する、請求項１に記載のデバイス。
- 前記少なくとも１つの磁性コンタクトおよび対応する追加的な磁性層のうちの少なくとも１つの両側部に非磁性クラッド層をさらに備え、前記非磁性クラッド層は、磁性材料が周囲の材料中へと拡散することを防ぐ一助となる、請求項１に記載のデバイス。
- 前記非磁性クラッド層は、窒化チタン（ＴｉＮ）またはタンタル（Ｔａ）を含む、請求項９に記載のデバイス。
- 前記非磁性クラッド層は、２〜１０ｎｍの範囲の厚みを有する、請求項９に記載のデバイス。
- 両方のコンタクトは、磁性体であり、対応する追加的な磁性層に反強磁性結合される、請求項１に記載のデバイス。
- それぞれの追加的な磁性層は、対応する磁性コンタクトからの複数のフリンジ磁場が前記ＭＴＪに侵入することを防ぐ一助となる、請求項１に記載のデバイス。
- 請求項１から１３のいずれか１項に記載のＳＴＴＭデバイスを備える、コンピューティングシステム。
- 固定磁性層、自由磁性層、および前記固定磁性層と前記自由磁性層との間に配置されたトンネリングバリア層を含む磁気トンネル接合（ＭＴＪ）と、
前記ＭＴＪの少なくとも片側に電気的に接続された磁性コンタクト層と、
スペーサ層により前記磁性コンタクト層から隔てられた追加的な磁性層と
を備え、
前記磁性コンタクト層および前記追加的な磁性層の磁気モーメントは、実質的に反平行である、集積回路。 - 前記スペーサ層は、０．７〜１．０ｎｍの間の厚みを有する、請求項１５に記載の集積回路。
- 前記磁性コンタクト層および前記追加的な磁性層は、合成反強磁性体（ＳＡＦ）を生じさせる、請求項１５に記載の集積回路。
- 請求項１５から１７のいずれか１項に記載の集積回路を備える、埋め込みメモリデバイス。
- 前記埋め込みメモリデバイスは、スピントランスファートルクメモリ（ＳＴＴＭ）デバイスである、請求項１８に記載の埋め込みメモリデバイス。
- 下部磁性ビアを含む基板を提供する段階と、
スペーサ層、磁性コンタクト層、複数の磁気トンネル接合（ＭＴＪ）層、および上部ビア層を含む多層スタックを前記基板上に形成する段階と
を備える、スピントランスファートルクメモリ（ＳＴＴＭ）デバイスを形成する方法。 - 前記複数のＭＴＪ層は、固定磁性層、自由磁性層、およびトンネリングバリア層を含む、請求項２０に記載の方法。
- 前記複数のＭＴＪ層上に追加的な磁性コンタクト層を形成する段階と、
前記追加的な磁性コンタクト層と前記上部ビア層との間にスペーサ層を形成する段階と
をさらに備える、請求項２０に記載の方法。 - 前記上部ビア材料は、強磁性体である、請求項２２に記載の方法。
- 前記多層スタックは、
前記多層スタックを構成する全ての層を前記基板上に堆積させる段階と、
前記多層スタックを構成する全ての層を、所望の幅にエッチングする段階と
により形成される、請求項２０から２３のいずれか１項に記載の方法。 - 前記多層スタックは、
前記スペーサ層、前記磁性コンタクト層、および前記複数のＭＴＪ層を前記基板上に堆積させる段階と、
堆積された前記スペーサ層、前記磁性コンタクト層、および前記複数のＭＴＪ層を、所望の幅にエッチングする段階と、
層間誘電体（ＩＬＤ）材料を堆積させる段階と、
前記複数のＭＴＪ層の上方にスペースを生じさせるべく、前記ＩＬＤをエッチングする段階と、
前記複数のＭＴＪ層の上方の前記スペースに、前記上部ビア層を形成する段階と
により形成される、請求項２０から２３のいずれか１項に記載の方法。
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