JP2018518037A - 磁気トンネル接合、磁気トンネル接合を形成する際に使われる方法、および磁気トンネル接合を形成する方法 - Google Patents
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Abstract
磁気トンネル接合を形成する際に使われる方法は、磁性電極材料の上に非磁性トンネル絶縁体材料を形成することを含む。トンネル絶縁体材料はＭｇＯを含み、磁性電極材料はＣｏおよびＦｅを含む。トンネル絶縁体材料および磁性電極材料の向かい合う対向面に、Ｂが近接している。磁性電極材料およびトンネル絶縁体材料の少なくとも一方の側壁を覆うように、Ｂ吸収材料が形成される。向かい合う対向面の近くから、Ｂ吸収材料へと横方向に、Ｂが吸収される。製造方法とは無関係な磁気トンネル接合を含む、他の実施形態も開示されている。【選択図】図３
Description
本明細書で開示される実施形態は、磁気トンネル接合、磁気トンネル接合を形成する際に使われる方法、および磁気トンネル接合を形成する方法に関連する。
磁気トンネル接合とは、薄い非磁性トンネル絶縁体材料（例えば誘電材料）により隔てられた二つの導電性磁性電極を有する、集積回路構成要素である。適切な条件下において、電子が一方の磁性電極から他方の磁性電極へと絶縁体材料を通ってトンネルすることができるように、絶縁体材料は十分に薄い。磁性電極のうち少なくとも一方は、その全体的な磁化の向きを、通常動作の書き込みまたは消去の電流／電圧において、二つの状態の間で反転させることができ、一般に「自由」電極または「記録」電極と呼ばれる。他方の電極は、一般に、「基準」電極、「固定」電極、または「ピン止め」電極と呼ばれ、その全体的な磁化の向きは、通常動作の書き込みまたは消去の電流／電圧の印加に際して反転しないであろう。基準電極と記録電極は、それぞれの導電性ノードに電気的に結合される。それら二つのノードの間の、基準電極と絶縁体材料と記録電極とを通る電流の流れの抵抗は、基準電極の全体的な磁化の向きに対する、記録電極の全体的な磁化の向きに依存する。したがって、少なくとも二つの状態のうちの一方へと磁気トンネル接合をプログラムすることができ、また、磁気トンネル接合を通る電流の流れを計測することによって、それらの状態を感知することができる。二つの電流導通状態の間で磁気トンネル接合を「プログラムする」ことができるので、メモリ集積回路において磁気トンネル接合を使用することが提案されてきた。さらに、メモリとは別に、またはメモリに加えて、論理回路または他の回路で、磁気トンネル接合を使うこともできる。
スピン・トランスファ・トルク（ＳＴＴ）効果を生じさせるために、電流で誘起された外部磁界により、または、スピン偏極した電流を用いることにより、記録電極の全体的な磁化の向きを反転させることができる。（電子などの）電荷キャリアは、当該キャリアに固有の少量の角運動量である「スピン」として知られる特性を有する。電流は、一般的には偏極していない（約５０％の「スピン・アップ」電子と約５０％の「スピン・ダウン」電子とを有する）。スピン偏極した電流とは、著しく多くの電子がいずれかのスピンになっている電流のことである。ある種の磁性材料（ときとして偏極子材料とも呼ばれる）を通して電流を通すことにより、スピン偏極した電流を作り出せる。スピン偏極した電流が磁性材料に向かっている場合には、スピン角運動量をその材料に伝達することができ、それによって、その材料の磁化の向きに影響を与えることができる。このことは、スピン偏極した電流が十分な大きさのものであれば、振動を励起するために使うことができ、または、磁性材料の配向／磁区方向を逆向きにする（つまり反転させる）ためにすら使うことができる。
ＣｏとＦｅとの合金またはその他の混合物は、偏極子材料として、かつ／または、磁気トンネル接合における記録電極の磁気記録材料の少なくとも一部として、使用することが提案されている、一つのよくある材料である。より具体的な例は、ｘとｙがそれぞれ１０から８０であり、かつ、ｚが０から５０であるようなＣｏｘＦｅｙＢｚであり、これは、ＣｏＦｅまたはＣｏＦｅＢと略されることがある。ＭｇＯは非磁性トンネル絶縁体として理想的な材料である。理想的には、そうした材料は、それぞれ、体心立方（ｂｃｃ）００１格子を有する結晶質のものである。任意の適切な技法を用いて、例えば物理蒸着により、そうした材料を堆積させてもよい。そうした材料におけるｂｃｃ ００１格子を最終的に作り出すのに利用可能な一つの技法は、最初に非晶質になるようにＣｏＦｅを形成することを含み、その上にＭｇＯ含有のトンネル絶縁体材料が堆積される。堆積中および／または堆積後に、ＭｇＯトンネル絶縁体とＣｏＦｅとトンネル絶縁体とが、理想的には個別に、一様なｂｃｃ ００１格子構造を達成する。
ＣｏＦｅの最初の非晶質の堆積を保証するため、またはそれをもたらすために、普通は、ＣｏＦｅの一部としてホウ素を堆積する。ＭｇＯの堆積中または堆積後に、少なくとも約３５０℃の温度で基板を焼きなます（アニールする）ことによって、ＣｏＦｅの結晶化が起こり得る。これは、形成中のＣｏＦｅ母材からのＢ原子の拡散を引き起こして、ｂｃｃ ００１ ＣｏＦｅへの結晶化を可能とするだろう。ｂｃｃ ００１ ＭｇＯは、ＣｏＦｅの結晶化の間、テンプレートとして働く。しかし、完成した磁気トンネル接合構成におけるＢは、好ましくないことに、磁気トンネル接合のトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）を低下させてしまう。
基板断片１０に関する図１から図５を参照して、本発明のいくつかの実施形態により磁気トンネル接合を形成する例示的方法がまず説明されるが、ここで基板断片１０は、半導体基板を含むことがある。本文書の文脈では、（単独の、または上に載った他の材料を含む集合体における）半導性ウエハなどのバルク半導性材料、および、（単独の、または他の材料を含む集合体における）半導性材料層を含むもののこれらには限定されない半導性の物質を含む任意の構成を意味するものとして、「半導体基板」または「半導性基板」という用語が定義される。「基板」という用語は、上記の半導性基板を含むがそれには限定されない任意の支持構造を指す。図１を参照すると、高さ方向の積層として既に様々な材料が上に形成されていることを示している、ベースまたは基板１１を、基板断片１０は含む。材料は、図１に示された材料の横にあってもよく、それらよりも高さ方向で内側にあってもよく、または、それらよりも高さ方向で外側にあってもよい。例えば、集積回路のうち、部分的に、または完全に製造された他の構成部品が、断片１０の近傍または内部のどこかに設けられていてもよい。基板１１は、伝導性（つまり本明細書では電気的に伝導性）、半導性、または絶縁性／絶縁体（つまり本明細書では電気的に絶縁性／絶縁体）の諸材料のうち、任意の一つ以上のものを含み得る。いずれにせよ、本明細書で説明される材料、領域、および構造のいずれも、均質であってもよく、あるいは均質でなくてもよいし、また、それとは関係なく、そうしたものが上に載っている任意の材料の上で、連続的であってもよいし、あるいは不連続であってもよい。さらに、別段の記述がない限り、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、およびイオン注入を例とするような、任意の適切な技法または任意のまだ開発されていない技法を用いて、各材料を形成してよい。
第１の磁性（つまり、本明細書ではフェリ磁性または強磁性）電極材料１２（つまり電気的に伝導性）が、基板１１の上に形成される。一実施形態において、磁性電極材料１２は、ＣｏおよびＦｅ（例えば、ＣｏおよびＦｅを含む合金）を含む。一実施形態において、磁性電極材料１２は非晶質であり、一実施形態においてはＢを含む。いかなる適切な組成を用いてもよく、ここで、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０はＢを含む一例である。本文書で使われているように材料または領域を「非晶質」だと特徴づけることは、記述されている材料または領域のうち、体積で少なくとも９０％が非晶質であることを要する。さらに、本明細書での「磁性」への言及は、記述されている磁性材料または磁性領域が、最初に形成された際に磁性を有することを要するのではなく、記述されている磁性材料または磁性領域のうちのいくらかの部分が、磁気トンネル接合の完成済み回路構成において、機能的に「磁性を有する」ことを要する。第１の電極材料１２は、非磁性絶縁体の材料もしくは領域、半導性の材料もしくは領域、および／または、導電性の材料もしくは領域を含んでいてもよい。しかし、本質的には局所的に非磁性および／または非導電性の、内部の一つ以上の領域を含んでいることが仮にあり得るとしても、第１の材料１２は、全体的にまとめて、磁性があり、かつ、導電性であるものとして、特徴づけられる。第１の電極材料１２は、ＣｏとＦｅとＢとを含んでいてもよく、本質的にこれらのみからなっていてもよく、または、これらのみからなっていてもよい。
第１の電極材料１２の例示的な厚さは、約１０オングストロームから約５００オングストロームである。本文書において、「厚さ」とは、それ自体では（先行する方向形容詞なしでは）、異なる組成物でできた直接隣接する材料または直接隣接する領域の最も近い表面からの、所定の材料または領域を垂直に通る平均直線距離として、定義される。さらに、本明細書で説明される様々な材料および領域は、実質的に一定の厚さのものでもよいし、または、一定しない厚さのものであってもよい。もし、一定しない厚さのものであれば、厚さとは、別段の表示がなされていない限り、平均の厚さを指す。本明細書で使われるように、「異なる組成物」とは、例えば、記述された材料が均質でない場合には、記述された二つの材料のうち、お互いに対して直接的に当たり得る部分同士が、化学的および／または物理的に異なることを要するのみである。記述された二つの材料または領域同士がお互いに対して直接的に当たっていない場合には、そうした材料または領域が均質でないならば、「異なる組成物」とは、ただ、記述された二つの材料または領域のうち、お互いに対して最も近い部分同士が、化学的および／または物理的に異なることを要するのみである。本文書においては、記述された材料、領域、または構造同士の、お互いに対する、少なくとも何らかの物理的に触れている接点がある場合には、材料、領域、または構造が、他のものに「直接的に当たって」いる。対照的に、「直接的に」が先行しない「……を覆って／……の上に（ｏｖｅｒ）」、「……の上に（ｏｎ）」、および「……に当たって（ａｇａｉｎｓｔ）」は、記述された材料、領域、または構造同士の、お互いに対する、物理的に触れている接点が、間に介在する（一つもしくは複数の）材料、（一つもしくは複数の）領域、または（一つもしくは複数の）構造によってなくなった、という構成を包含するだけではなく、「直接的に当たっている」をも包含する。
ＭｇＯを含む非磁性のトンネル絶縁体１４が、第１の材料１２の上に形成される。トンネル絶縁体１４は、ＭｇＯを含んでいてもよく、本質的にＭｇＯのみからなっていてもよく、またはＭｇＯのみからなっていてもよい。例示的な厚さは、約５０オングストロームから約２００オングストロームである。一実施形態において、トンネル絶縁体１４のＭｇＯと、（第１の材料１２の）Ｃｏ、Ｆｅ、およびＢとは、お互いに対して直接的に当たっている。
第２の磁性電極材料１６が、トンネル絶縁体１４の上に形成される。第１の材料１２について上述した任意の（一つもしくは複数の）態様または（一つもしくは複数の）属性が、第２の材料１６についても該当し得る。一実施形態において、第１の材料１２と第２の材料１６のうち少なくとも一方が、Ｃｏ、Ｆｅ、およびＢを含む。一実施形態において、非晶質の第１の磁性電極材料１２と、第１の材料１２の上にありＭｇＯを含む非磁性トンネル絶縁体材料１４と、トンネル絶縁体材料１４の上にある非晶質の第２の磁性電極材料１６とを含む積層２０が形成され、第１の材料１２と第２の材料１６のうち少なくとも一方が、Ｃｏ、Ｆｅ、およびＢを含む。材料１２と１６の高さ方向の位置を逆にしてもよく、かつ／または、高さ方向の積層以外の方向を用いてもよい（例えば、横方向や、斜め方向や、高さ方向と水平方向と斜め方向のうちの一つ以上の組み合わせなど）。本文書において、「高さ方向の」、「上の」、「下の」、「最上部」、および「最下部」は、垂直方向に関するものである。「水平方向の」とは、製造中に基板を加工する対象となる主要な表面にほぼ沿った方向を指し、垂直方向とは、それに対してほぼ直交する方向を指す。さらに、本明細書で使われているような「垂直方向の」および「水平方向の」とは、お互いに対してほぼ垂直な方向同士のことであって、３次元空間における基板の向きとは無関係である。
材料１２と１６の各々が非晶質である一実施形態では、そうした材料を、結晶質の第１の磁性電極材料１２および結晶質の第２の磁性電極材料１６へと結晶化させる。不活性雰囲気中において、基板断片１０を約３５０℃で焼きなますことは、そうした結晶化を引き起こすための例示的技法である。本文書で使われているように材料または領域を「結晶質」だと特徴づけることは、記述されている材料または領域のうち、体積で少なくとも９０％が結晶質であることを要する。理想的には、トンネル絶縁体材料１４も、形成されたときに最初から結晶質であるか、あるいは、非晶質の第１の磁性電極材料１２および／または非晶質の第２の磁性電極材料１６を結晶化させる際に結晶質になるかの、いずれかである。結晶質の第１の材料１２および結晶質の第２の材料１６のうちの一方は、形成中の磁気トンネル接合の磁気基準材料を含む。結晶質の第１の材料１２および結晶質の第２の材料１６のうちの他方は、形成中の磁気トンネル接合の磁気記録材料を含む。
図２を参照すると、一実施形態においては、結晶質の第１の材料１２とトンネル絶縁体材料１４と結晶質の第２の材料１６とを各々含む向かい合った側壁２８および３０を有する、磁気トンネル接合の構造または構成２５を形成するように、結晶質の第１の材料１２とトンネル絶縁体材料１４と結晶質の第２の材料１６とが、パターニングされる。任意の（一つもしくは複数の）既存のパターニング技法、または任意の（一つもしくは複数の）まだ開発されていないパターニング技法を用いてよい。例示的技法は、（例えば、ピッチ変倍あり、またはピッチ変倍なしの、）フォトリソグラフィ法によるマスキングおよびエッチングを含む。上記の処理およびパターニングは、材料１２、１４、および／または１６を結晶化させる行為の後に、積層２０を加工して、向かい合った側壁２８および３０を形成する。あるいは、そのようなパターニングまたは別のパターニングは、もし使われるのであれば、材料１２、１４、および／または１６を結晶化させる行為の前に、側壁２８および３０を形成するように、実行されてもよい。
図３を参照すると、一実施形態においては、結晶質の第１の電極材料１２とトンネル絶縁体材料１４と結晶質の第２の磁性電極材料１６の各々の側壁２８・３０を覆うように、Ｂ吸収材料が形成される。一実施形態においては、図示されているように、側壁２８および３０の各々の全体が、Ｂ吸収材料４０で覆われる。Ｂ吸収材料を形成する例示的技法は、材料４０の共形な（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）堆積に続いて、材料４０の異方性エッチングを行い、水平な表面から材料４０の大部分を除去することによるものである。一実施形態では、約１０オングストロームから約２００オングストロームという最小の横方向の厚さを有するように、Ｂ吸収材料４０を形成し、一実施形態では、約１００オングストローム以下という最小の横方向の厚さを有するように、Ｂ吸収材料４０を形成する。
図４を参照すると、ＣｏとＦｅとＢとを含む、結晶質の第１の材料１２または結晶質の第２の材料１６の少なくとも一方から、側壁２８を覆っているとともに側壁３０を覆っているＢ吸収材料４０へと、横方向にＢが吸収される。Ｂ吸収材料は、Ｂに対する親和性があり、したがって、それ自体の中へとＢを吸収することへの親和性がある組成物を有する、材料である。Ｂの吸収は、主に（すなわち、本明細書では５０％より多くが）Ｂ吸収材料４０の形成中に起こってもよく、または、主にそれより後に起こってもよい。いずれにせよ、一実施形態では、約５０℃から約４５０℃の温度でＢ吸収材料４０が焼きなまされ、例えば、それによってＢの吸収が促進されてもよい。いずれにせよ、一実施形態では、吸収されたＢの少なくとも一部が、Ｂ吸収材料と化学的に反応して、Ｂを含む反応生成物を形成する。それに代えて、またはそれに加えて、吸収されたＢが全くそのように反応しなくてもよく、または、吸収されたＢの一部がそのように反応しなくてもよい。
一実施形態では、積層の側壁が形成された後に（例えば、積層をパターニングした後に）、結晶化およびＢ吸収が起こる。そうした実施形態では、非晶質の第１および第２の磁性電極材料を結晶質の第１および第２の磁性電極材料へと結晶化させるよりも前に、非晶質の第１の磁性電極材料とトンネル絶縁体材料と非晶質の第２の磁性電極材料の各々の向かい合う側壁を覆うようにＢ吸収材料が形成され、ここで、結晶化させる行為は、ＣｏとＦｅとＢとを含む、第１および第２の材料の少なくとも一方から、向かい合う側壁を覆っているＢ吸収材料へと、横方向にＢを吸収することでもある。
一実施形態では、Ｂ吸収材料は、少なくとも吸収の後には導電性であり、一実施形態では、吸収の前および後において導電性である。例示的な導電性のＢ吸収材料は、元素形態の金属、または、二つ以上の金属元素の合金を含む。例示的な金属元素は、Ａｌ、Ｔａ、およびＷを含む。そうしたものは、吸収したＢと反応して、一つ以上の導電性の、ホウ化アルミニウム、ホウ化タンタル、またはホウ化タングステンを、それぞれ形成することがある。
一実施形態では、Ｂ吸収材料は、少なくとも吸収の後には半導性であり、一実施形態では、吸収の前および後において半導性である。例示的な半導性のＢ吸収材料は、ＡｌＮである。例として、そうした材料における、吸収されたＢは、窒化アルミニウムとホウ化アルミニウムとの半導性混合物を含むように、材料４０を形成することもある。
一実施形態では、Ｂ吸収材料は、少なくともＢの吸収の後には絶縁性であり、一実施形態では、Ｂの吸収の前および後において絶縁性である。例示的な絶縁性のＢ吸収材料は、Ａｌ２Ｏ３や、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３との組み合わせや、Ｓｉ３Ｎ４とＡｌＮとの組み合わせ（ＡｌＮの存在ゆえに半導性になるのではなく、組成物中の十分なＳｉ３Ｎ４により絶縁性となるもの）を含む。
一実施形態では、Ｂを吸収した後、Ｂ吸収材料のいかなる残留物も、ＢとＢ吸収材料とのいかなる反応生成物のいかなる残留物も、吸収されたＢも、除去される。これは、例えば、Ｂ吸収材料が（少なくとも吸収の後に）導電性または半導性である場合には、完成した回路構成において電極材料１２と１６とが電気的に一つに短絡されるのを予防するために、望ましいことがある。図５は、例として、そうした後続の処理を示しており、それにより、図４のＢ吸収材料４０（不図示）が基板から（例えば選択的エッチングにより）除去されている。例えば、少なくとも吸収の行為の後にはＢ吸収材料が絶縁性であるような一実施形態においては、Ｂ吸収材料も、ＢとＢ吸収材料とのいかなる反応生成物のいかなる残留物も、吸収されたＢも、形成中の磁気トンネル接合を包含する完成後の回路構成の中に組み込まれる。
一実施形態では、Ｂの吸収元だった、トンネル絶縁体１４ならびに磁性電極材料１２および／または１６が、Ｂの吸収の後にはＢをまったく欠いている。本文書では、「Ｂをまったく欠いている」とは、原子百分率で０％のＢから、原子百分率で０．１％以下のＢまでを意味する。
本発明の実施形態は、磁気トンネル接合を形成する際に使われる方法を包含する。そうした方法は、ＣｏおよびＦｅを含む磁性電極材料（結晶質か非晶質かは問わない）の上に、ＭｇＯを含む非磁性トンネル絶縁体材料を、（磁気トンネル接合の一つよりも多い磁性電極の磁性電極材料が形成されるか否かとは関係なく）形成することを含む。トンネル絶縁体材料および磁性電極材料の、向かい合う対向面に、Ｂが近接している（つまり、本明細書では、１００オングストローム以内にある）（つまり、Ｂが磁性電極材料内にあるか否かによらず、また、ＭｇＯとＣｏとＦｅとＢとが直接的にお互いに当たっているか否かによらない）。例えば、単なる例示としてであるが、図１および図２は、トンネル絶縁体材料１４および磁性電極材料１２それぞれの、向かい合う表面５０および７０に近接しているＢを示しており、Ｂの結果は、材料１２の中にあるか、または材料１２の一部である。その代わりに、またはそれに加えて、例として、磁性電極材料１２および／または１６の中にＢがあるか否かによらず、ＭｇＯの中にＢがあってもよい。さらに、例として、（具体的には図示も指定もされていないが）１００オングストローム以下の最小の厚さを有する他の何らかのＢ含有材料が、磁性電極材料１２または１６と、トンネル誘電体１４との間にあってもよく、そうしたものがあると、それによって、内部のＢが、トンネル絶縁体材料および磁性電極材料の向かい合う対向面に近接することになる。いずれにせよ、磁性電極材料およびトンネル絶縁体材料のうち少なくとも一方の側壁（例えば、側壁２８・３０の一方または双方）を覆うように、Ｂ吸収材料が形成される。向かい合う面５０・７０に近接するＢは、Ｂ吸収材料へと横方向に吸収される。上述したような、かつ／または、図面に示したような、任意の他の（一つもしくは複数の）属性または（一つもしくは複数の）態様を、用いてもよい。
本発明の実施形態は、製造方法とは無関係に、磁気トンネル接合（つまり構造）を包含する。そうした磁気トンネル接合は、磁気記録材料を含む導電性の第１の磁性電極と、第１の電極から隔てられており磁気基準材料を含む導電性の第２の磁性電極とを含む。非磁性トンネル絶縁体材料が、第１の電極と第２の電極との間にある。磁気記録材料と磁気基準材料のうち少なくとも一方が、ＣｏおよびＦｅを含む。トンネル絶縁体材料はＭｇＯを含む。第１の磁性電極、第２の磁性電極、およびトンネル絶縁体材料は、向かい合う側壁を有する積層を含む。横方向において、絶縁性の材料が、対向する積層側壁に近接しており、一実施形態では、対向する積層側壁に直接的に当たっている。絶縁性の材料は、Ｂと、ＳｉとＡｌのうち少なくとも一方と、ＮとＯのうち少なくとも一方とを含む。
一実施形態では、絶縁性の材料がＡｌを含み、一実施形態ではＮを含む。一実施形態では、絶縁性の材料がＡｌとＮとを含む。一実施形態では、絶縁性の材料がＯを含み、一実施形態ではＡｌとＯとを含む。一実施形態では、絶縁性の材料の中に、原子百分率で少なくとも約１０パーセントの濃度でＢが存在し、一実施形態では、原子百分率で少なくとも約２０パーセントで存在する。上述したような、かつ／または、図面に示したような、任意の他の（一つもしくは複数の）属性または（一つもしくは複数の）態様を、磁気トンネル接合デバイスの実施形態において用いてもよい。
図１から図５の例示的実施形態は、単一磁気トンネル接合（ＳＭＴＪ）を表している。しかし、二重磁気トンネル接合（ＤＭＴＪ）または二重（二つ）より多くの磁気トンネル接合が考えられる。
［結論］
いくつかの実施形態において、磁気トンネル接合を形成する際に使われる方法は、磁性電極材料の上に非磁性トンネル絶縁体材料を形成することを含む。トンネル絶縁体材料はＭｇＯを含み、磁性電極材料はＣｏおよびＦｅを含む。トンネル絶縁体材料および磁性電極材料の、向かい合う対向面に、Ｂが近接している。磁性電極材料およびトンネル絶縁体材料の少なくとも一方の側壁を覆うように、Ｂ吸収材料が形成される。Ｂは、向かい合う対向面の近くから、Ｂ吸収材料へと横方向に吸収される。
いくつかの実施形態において、磁気トンネル接合を形成する際に使われる方法は、磁性電極材料の上に非磁性トンネル絶縁体材料を形成することを含む。トンネル絶縁体材料はＭｇＯを含み、磁性電極材料はＣｏおよびＦｅを含む。トンネル絶縁体材料および磁性電極材料の、向かい合う対向面に、Ｂが近接している。磁性電極材料およびトンネル絶縁体材料の少なくとも一方の側壁を覆うように、Ｂ吸収材料が形成される。Ｂは、向かい合う対向面の近くから、Ｂ吸収材料へと横方向に吸収される。
いくつかの実施形態において、磁気トンネル接合を形成する方法は、非晶質の第１の磁性電極材料と、第１の材料の上にあってＭｇＯを含む非磁性トンネル絶縁体材料と、トンネル絶縁体材料の上にある非晶質の第２の磁性電極材料とを含む積層を形成することを含む。第１の材料と第２の材料のうち少なくとも一方は、ＣｏとＦｅとＢとを含む。非晶質の第１および第２の磁性電極材料は、結晶質の第１および第２の磁性電極材料へと結晶化される。結晶質の第１の材料と結晶質の第２の材料のうちの一方が、形成中の磁気トンネル接合の磁気基準材料を含む。結晶質の第１の材料と結晶質の第２の材料のうちの他方は、形成中の磁気トンネル接合の磁気記録材料を含む。結晶化の後、結晶質の第１の磁性電極材料とトンネル絶縁体材料と第２の磁性電極材料の各々の、向かい合う側壁を覆うように、Ｂ吸収材料が形成される。ＣｏとＦｅとＢとを含む、結晶質の第１および第２の材料のうちの前記の少なくとも一方から、前記の向かい合う側壁を覆うＢ吸収材料へと、横方向にＢが吸収される。
いくつかの実施形態において、磁気トンネル接合を形成する方法は、非晶質の第１の磁性電極材料を基板の上に形成することを含む。第１の材料は、ＣｏとＦｅとＢとを含む。ＭｇＯを含む非磁性トンネル絶縁体材料が、第１の材料の上に形成される。非晶質の第２の磁性電極材料がトンネル絶縁体材料の上に形成され、これは、ＣｏとＦｅとＢとを含む。非晶質の第１および第２の磁性電極材料、ならびにトンネル絶縁体材料を基板の上に形成した後、非晶質の第１および第２の磁性電極材料は、結晶質の第１および第２の磁性電極材料へと結晶化される。結晶化の後、結晶質の第１の材料とトンネル絶縁体材料と結晶質の第２の材料とを各々含む向かい合った側壁を有する磁気トンネル接合構造を形成するように、結晶質の第１の材料とトンネル絶縁体材料と結晶質の第２の材料とが、パターニングされる。結晶質の第１の材料と結晶質の第２の材料のうちの一方が、形成中の磁気トンネル接合の磁気基準材料を含む。結晶質の第１の材料と結晶質の第２の材料のうちの他方は、形成中の磁気トンネル接合の磁気記録材料を含む。前記の向かい合う側壁の全体が、Ｂ吸収材料で覆われる。第１および第２の材料から、前記の向かい合う側壁の全体を覆うＢ吸収材料へと、横方向にＢが吸収される。吸収されたＢのうちの少なくとも一部をＢ吸収材料と反応させて、Ｂを含む反応生成物を形成する。
いくつかの実施形態において、磁気トンネル接合は、磁気記録材料を含む導電性の第１の磁性電極と、第１の電極から隔てられており磁気基準材料を含む導電性の第２の磁性電極とを含む。非磁性トンネル絶縁体材料が、第１の電極と第２の電極との間にある。磁気記録材料と磁気基準材料のうち少なくとも一方が、ＣｏおよびＦｅを含む。トンネル絶縁体材料はＭｇＯを含む。第１の磁性電極、第２の磁性電極、およびトンネル絶縁体材料は、向かい合う側壁を有する積層を含む。絶縁性の材料が、横方向において、対向する積層側壁に近接している。そうした絶縁性の材料は、Ｂと、ＳｉとＡｌのうち少なくとも一方と、ＮとＯのうち少なくとも一方とを含む。
いくつかの実施形態において、磁気トンネル接合を形成する方法は、非晶質の第１の磁性電極材料と、第１の材料の上にあってＭｇＯを含む非磁性トンネル絶縁体材料と、トンネル絶縁体材料の上にある非晶質の第２の磁性電極材料とを含む積層を形成することを含む。第１の材料と第２の材料の少なくとも一方は、ＣｏとＦｅとＢとを含む。非晶質の第１の磁性電極材料とトンネル絶縁体材料と非晶質の第２の磁性電極材料の各々の、向かい合う側壁を覆うように、Ｂ吸収材料が形成される。非晶質の第１および第２の磁性電極材料は、結晶質の第１および第２の磁性電極材料へと結晶化される。結晶質の第１の材料と結晶質の第２の材料のうちの一方が、形成中の磁気トンネル接合の磁気基準材料を含む。結晶質の第１の材料と結晶質の第２の材料のうちの他方は、形成中の磁気トンネル接合の磁気記録材料を含む。結晶化の行為は、ＣｏとＦｅとＢとを含む、第１および第２の材料のうちの前記の少なくとも一方から、前記の向かい合う側壁を覆うＢ吸収材料へと、横方向にＢを吸収しもする。
法令にしたがって、本明細書に開示される主題を、構造に関する特徴および方法に関する特徴について、ほぼ具体的な言葉で記述してきた。しかし、本明細書に開示されている手段は例示的実施形態を含むものであるため、請求項は、図示および記述された具体的な特徴に限定されるわけではない、ということが理解されるべきである。よって、請求項には、言葉で表現された文言どおりの完全な範囲が与えられるべきであるし、また、請求項は、均等論にしたがって適切に解釈されるべきである。
Claims (41)
- 磁気トンネル接合を形成する際に使われる方法であって、
磁性電極材料の上に非磁性トンネル絶縁体材料を形成する過程であって、前記トンネル絶縁体材料はＭｇＯを含み、前記磁性電極材料はＣｏおよびＦｅを含み、前記トンネル絶縁体材料および前記磁性電極材料の向かい合う対向面にはＢが近接している、前記過程と、
前記磁性電極材料および前記トンネル絶縁体材料の少なくとも一方の側壁を覆うように、Ｂ吸収材料を形成し、前記向かい合う対向面の近くから、前記Ｂ吸収材料へと横方向にＢを吸収することと、
を含む方法。 - 前記吸収することが、主に前記Ｂ吸収材料の前記形成の間に起こる、請求項１の方法。
- 前記吸収することが、主に前記Ｂ吸収材料の前記形成の後に起こる、請求項１の方法。
- 前記吸収されたＢのうち少なくとも一部が、前記Ｂ吸収材料と化学的に反応して、Ｂを含む反応生成物を形成する、請求項１の方法。
- 少なくとも前記吸収することの後には前記Ｂ吸収材料が導電性である、請求項１の方法。
- 前記Ｂ吸収材料が、元素形態の金属、または二つ以上の金属元素の合金を含む、請求項５の方法。
- 前記金属が、Ａｌ、Ｔａ、またはＷを含む、請求項６の方法。
- 少なくとも前記吸収することの後には前記Ｂ吸収材料が半導性である、請求項１の方法。
- 前記半導性のＢ吸収材料がＡｌＮを含む、請求項８の方法。
- 少なくとも前記吸収することの後には前記Ｂ吸収材料が絶縁性である、請求項１の方法。
- 前記絶縁性のＢ吸収材料がＡｌ２Ｏ３を含む、請求項１０の方法。
- 前記絶縁性のＢ吸収材料がＳｉ３Ｎ４とＡｌＮとの組み合わせを含む、請求項１０の方法。
- 前記絶縁性のＢ吸収材料がＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３との組み合わせを含む、請求項１０の方法。
- 約１０オングストロームから２００オングストロームまでの最小の横方向の厚さを有するように、前記Ｂ吸収材料が形成される、請求項１の方法。
- 約１００オングストローム以下の最小の横方向の厚さを有するように、前記Ｂ吸収材料が形成される、請求項１４の方法。
- 前記Ｂを吸収することの後に、前記Ｂ吸収材料のいかなる残留物も、Ｂと前記Ｂ吸収材料とのいかなる反応生成物のいかなる残留物も、前記吸収されたＢも、除去することを含む、請求項１の方法。
- 前記Ｂ吸収材料も、Ｂと前記Ｂ吸収材料とのいかなる反応生成物のいかなる残留物も、前記吸収されたＢも、形成中の前記磁気トンネル接合を包含する完成後の回路構成の中に組み込むことを含む、請求項１の方法。
- 前記磁性電極材料の前記側壁の全体を前記Ｂ吸収材料で覆うことを含む、請求項１の方法。
- 前記トンネル絶縁体材料の側壁を覆うように、前記Ｂ吸収材料を形成することを含む、請求項１の方法。
- 前記磁性電極材料の前記側壁の全体と、前記トンネル絶縁体の前記側壁の全体とを、前記Ｂ吸収材料で覆うことを含む、請求項１９の方法。
- 約５０℃から４５０℃の温度で前記Ｂ吸収材料を焼きなますことを含む、請求項１の方法。
- 前記向かい合う対向面と、前記トンネル絶縁体と、前記磁性電極材料とが、Ｂを前記吸収することの後には、Ｂをまったく欠いている、請求項１の方法。
- 前記Ｂと、前記トンネル絶縁体材料の前記ＭｇＯと、前記磁性電極材料の前記ＣｏおよびＦｅとが、直接的にお互いに当たっている、請求項１の方法。
- 磁気トンネル接合を形成する方法であって、
非晶質の第１の磁性電極材料と、前記第１の材料の上にあってＭｇＯを含む非磁性トンネル絶縁体材料と、前記トンネル絶縁体材料の上にある非晶質の第２の磁性電極材料とを含む積層を、形成する過程であって、前記第１および第２の材料のうち少なくとも一方がＣｏとＦｅとＢとを含む、前記過程と、
前記非晶質の第１および第２の磁性電極材料を、結晶質の第１および第２の磁性電極材料へと結晶化する過程であって、前記結晶質の第１の材料と前記結晶質の第２の材料のうちの一方が、形成中の前記磁気トンネル接合の磁気基準材料を含み、前記結晶質の第１の材料と前記結晶質の第２の材料のうちの他方は、形成中の前記磁気トンネル接合の磁気記録材料を含む、前記過程と、
前記結晶質の第１の磁性電極材料と前記トンネル絶縁体材料と前記第２の磁性電極材料の各々の、向かい合う側壁を覆うように、前記結晶化の後にＢ吸収材料を形成することと、
ＣｏとＦｅとＢとを含む、前記結晶質の第１および第２の材料のうちの前記少なくとも一方から、前記向かい合う側壁を覆う前記Ｂ吸収材料へと、横方向にＢを吸収することと、
を含む方法。 - 前記向かい合う側壁が、前記積層をパターニングすることにより形成され、前記向かい合う側壁を形成するための、前記積層をパターニングすることが、前記結晶化の後に起こる、請求項２４の方法。
- 前記向かい合う側壁が、前記積層をパターニングすることにより形成され、前記向かい合う側壁を形成するための、前記積層をパターニングすることが、前記結晶化の前に起こる、請求項２４の方法。
- 少なくとも前記吸収することの後には、前記Ｂ吸収材料が導電性または半導性であり、
前記Ｂを吸収することの後に、前記Ｂ吸収材料のいかなる残留物も、Ｂと前記Ｂ吸収材料とのいかなる反応生成物のいかなる残留物も、前記吸収されたＢも、除去することをさらに含む、
請求項２４の方法。 - 少なくとも前記吸収することの後には、前記Ｂ吸収材料が絶縁性であり、
前記Ｂ吸収材料も、Ｂと前記Ｂ吸収材料とのいかなる反応生成物のいかなる残留物も、前記吸収されたＢも、形成中の前記磁気トンネル接合を包含する完成後の回路構成の中に組み込むことをさらに含む、
請求項２４の方法。 - 磁気トンネル接合を形成する方法であって、
非晶質の第１の磁性電極材料と、前記第１の材料の上にあってＭｇＯを含む非磁性トンネル絶縁体材料と、前記トンネル絶縁体材料の上にある非晶質の第２の磁性電極材料とを含む積層を、形成する過程であって、前記第１および第２の材料のうち少なくとも一方がＣｏとＦｅとＢとを含む、前記過程と、
前記非晶質の第１の磁性電極材料と前記トンネル絶縁体材料と前記非晶質の第２の磁性電極材料の各々の、向かい合う側壁を覆うように、Ｂ吸収材料を形成することと、
前記非晶質の第１および第２の磁性電極材料を、結晶質の第１および第２の磁性電極材料へと結晶化する過程であって、前記結晶質の第１の材料と前記結晶質の第２の材料のうちの一方が、形成中の前記磁気トンネル接合の磁気基準材料を含み、前記結晶質の第１の材料と前記結晶質の第２の材料のうちの他方は、形成中の前記磁気トンネル接合の磁気記録材料を含み、前記結晶化の行為は、ＣｏとＦｅとＢとを含む、前記第１および第２の材料のうちの前記少なくとも一方から、前記向かい合う側壁を覆う前記Ｂ吸収材料へと、横方向にＢを吸収しもする、前記過程と、
を含む方法。 - 磁気トンネル接合を形成する方法であって、
非晶質の第１の磁性電極材料を基板の上に形成する過程であって、前記第１の材料がＣｏとＦｅとＢとを含む、前記過程と、
ＭｇＯを含む非磁性トンネル絶縁体材料を前記第１の材料の上に形成することと、
非晶質の第２の磁性電極材料を前記トンネル絶縁体材料の上に形成する過程であって、前記第２の材料がＣｏとＦｅとＢとを含む、前記過程と、
前記非晶質の第１および第２の磁性電極材料、ならびに前記トンネル絶縁体材料を、前記基板の上に形成した後に、前記非晶質の第１および第２の磁性電極材料を、結晶質の第１および第２の磁性電極材料へと結晶化することと、
前記結晶化することの後に、前記結晶質の第１の材料と前記トンネル絶縁体材料と前記結晶質の第２の材料とをパターニングして、前記結晶質の第１の材料と前記トンネル絶縁体材料と前記結晶質の第２の材料とをそれぞれ含む向かい合う側壁を有する磁気トンネル接合構造を形成する過程であって、前記結晶質の第１の材料と前記結晶質の第２の材料のうちの一方が、形成中の前記磁気トンネル接合の磁気基準材料を含み、前記結晶質の第１の材料と前記結晶質の第２の材料のうちの他方は、形成中の前記磁気トンネル接合の磁気記録材料を含む、前記過程と、
前記向かい合う側壁の全体をＢ吸収材料で覆うことと、
前記第１および第２の材料から、前記向かい合う側壁の全体を覆う前記Ｂ吸収材料へと、横方向にＢを吸収することと、
前記吸収されたＢのうち少なくとも一部を前記Ｂ吸収材料と反応させて、Ｂを含む反応生成物を形成することと、
を含む方法。 - 少なくとも前記吸収することの後には、前記Ｂ吸収材料が導電性または半導性であり、
前記Ｂを吸収することの後に、前記Ｂ吸収材料のいかなる残留物も、前記反応生成物のいかなる残留物も、前記吸収されたＢも、除去することをさらに含む、
請求項３０の方法。 - 少なくとも前記吸収することの後には、前記Ｂ吸収材料が絶縁性であり、
前記Ｂ吸収材料も、前記反応生成物のいかなる残留物も、前記吸収されたＢも、形成中の前記磁気トンネル接合を包含する完成後の回路構成の中に組み込むことをさらに含む、
請求項３０の方法。 - 磁気記録材料を含む、導電性の第１の磁性電極と、
前記第１の電極とは隔てられており、磁気基準材料を含む、導電性の第２の磁性電極と、
前記第１および第２の電極の間にある、非磁性トンネル絶縁体材料であって、前記磁気記録材料と前記磁気基準材料のうち少なくとも一方がＣｏとＦｅとを含み、前記トンネル絶縁体材料がＭｇＯを含み、前記第１の磁性電極と前記第２の磁性電極と前記トンネル絶縁体材料とが、向かい合う側壁を有する積層を含む、前記非磁性トンネル絶縁体材料と、
横方向において、前記向かい合う積層側壁に近接する絶縁性材料であって、前記絶縁性材料が、Ｂと、ＳｉとＡｌのうち少なくとも一方と、ＮとＯのうち少なくとも一方とを含む、前記絶縁性材料と
を含む、磁気トンネル接合。 - 前記絶縁性材料がＡｌを含む、請求項３３の磁気トンネル接合。
- 前記絶縁性材料がＳｉを含む、請求項３３の磁気トンネル接合。
- 前記絶縁性材料がＮを含む、請求項３３の磁気トンネル接合。
- 前記絶縁性材料がＡｌを含む、請求項３６の磁気トンネル接合。
- 前記絶縁性材料がＯを含む、請求項３３の磁気トンネル接合。
- 前記絶縁性材料がＡｌを含む、請求項３８の磁気トンネル接合。
- 原子百分率で少なくとも約１０パーセントの濃度で、前記絶縁性材料の中にＢが存在する、請求項３３の方法。
- 原子百分率で少なくとも約２０パーセントの濃度で、前記絶縁性材料の中にＢが存在する、請求項３３の方法。
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