JP7161282B2 - 磁気構造およびその形成方法 - Google Patents
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Description
熱安定性因子Δ=E/(kB・T) ……(2)
本開示はフリー層、リファレンス層、または双極子層のうちの少なくとも1つが垂直磁気異方性を有するMTJに関する。垂直磁気異方性は、埋め込み型のMRAMやSTT-RAMのような磁気デバイス、マイクロ波アシスト磁気記録(MAMR)およびスピントルク発振器(STO)などのスピントロニクスデバイス、ならびに再生ヘッドセンサにみられる様々なスピンバルブデザインにおける400℃での製造過程において維持される。
図21から図23は、カー磁気測定を用いて測定した、330℃の温度で30分間に亘ってアニールされた様々な積層体における磁気ヒステリシス曲線を示している。磁化は、-1500Oeから+1500Oeの範囲の磁場において測定されたものである。各ヒステリシス曲線のうち、増大する磁場中での磁化が破線で表され、減少する磁場中での磁化が実線で表されている。カー(Kerr)磁化信号は垂直磁化に正比例する。厚さtは、1以上の強磁性層(FML)の総厚を示す。これらの測定の利点は、ヒステリシス曲線における直角の程度(角型比)および保磁力の値である。
Claims (24)
- 基板と、
第1の酸化物層と、
垂直磁気異方性を有していて前記基板と前記第1の酸化物層との間に形成されている強磁性層と、
を備え、
前記強磁性層は、
(a)第1の強磁性副層と、
(b)SrおよびBaのうちの少なくとも1つを含む第1の非磁性層と、
(c)第2の強磁性副層と、
(d)SrおよびBaのうちの少なくとも1つを含む第2の非磁性層と、
(e)第3の強磁性副層と、
が順に積層された構造を有し、
前記第1の酸化物層と接して前記強磁性層に垂直磁気異方性をもたらす、
磁気構造。 - 前記基板は、前記第1の強磁性副層の底面と接する第2の酸化物層であり、
前記第1の酸化物層は、異方性磁場改善層であり、
前記第2の酸化物層は、トンネルバリア層であり、
前記強磁性層は、ボトムスピンバルブ構造におけるフリー層であり、またはトップスピンバルブ構造におけるリファレンス層である
請求項1記載の磁気構造。 - 前記第1の強磁性副層および前記第2の強磁性副層は、それぞれ、Fe,Co,Ni,CoFe,CoFeB,CoB,FeBおよびCoFeNiB、並びに、これらの組み合わせからなる群から選択される
請求項1記載の磁気構造。 - 前記第1の酸化物層は、Si,Ba,Ca,La,Mn,V,Al,Ti,Zn,Hf,Mg,Ta,B,CuおよびCrのうちの1つ以上からなる
請求項1に記載の磁気構造。 - 前記基板は、前記第1の強磁性副層の底面と接する第2の酸化物層であり、
前記第1の酸化物層および前記第2の酸化物層は、それぞれ、Si,Ba,Ca,La,Mn,V,Al,Ti,Zn,Hf,Mg,Ta,B,CuおよびCrのうちの1つ以上からなる
請求項1に記載の磁気構造。 - 前記第1の強磁性副層および前記第2の強磁性副層は、それぞれ、4オングストローム以上14オングストローム以下の厚さを有する
請求項1記載の磁気構造。 - 前記第1の非磁性層は、3オングストローム以上5オングストローム以下の厚さを有する
請求項1記載の磁気構造。 - 前記基板は、前記第1の強磁性副層の底面と接する第2の酸化物層であり、
前記第1の酸化物層は、前記第3の強磁性副層の垂直磁気異方性を向上させる
請求項1記載の磁気構造。 - 前記強磁性層は、第4の強磁性副層と第3の非磁性層とをさらに有し、
または、
前記強磁性層は、第4の強磁性副層および第5の強磁性副層と、第3の非磁性層および第4の非磁性層とをさらに有する
請求項1記載の磁気構造。 - 基板の上に形成されている磁気構造であって、
非磁性金属層と、
第1の酸化物層と、
垂直磁気異方性を有していて前記非磁性金属層と前記第1の酸化物層との間に形成されている強磁性層と、
を備え、
前記強磁性層は、
(a)第1の強磁性副層と、
(b)SrおよびBaのうちの少なくとも1つを含む第1の非磁性層と、
(c)第2の強磁性副層と、
(d)SrおよびBaのうちの少なくとも1つを含む第2の非磁性層と、
(e)第3の強磁性副層と、
が順に積層された構造を有し、
前記第1の酸化物層と接して前記強磁性層に垂直磁気異方性をもたらす、
磁気構造。 - 前記第1の酸化物層は、前記第1の強磁性副層の底面と接し、
前記非磁性金属層は、前記第3の強磁性副層の上面と接するキャップ層である、
請求項10記載の磁気構造。 - 基板と第1の酸化物層との間に設けられた強磁性層を備え、
前記強磁性層は、SrおよびBaのうちの少なくとも1つを含む非磁性元素がドープまたは埋設されており、
前記強磁性層は、
(a)第1の強磁性副層と、
(b)SrおよびBaのうちの少なくとも1つを含む第1の非磁性層と、
(c)第2の強磁性副層と、
(d)SrおよびBaのうちの少なくとも1つを含む第2の非磁性層と、
(e)第3の強磁性副層と、
が順に積層された構造を有し、
前記第1の酸化物層と接して前記強磁性層に垂直磁気異方性をもたらす、
垂直磁気異方性を伴う磁気構造。 - 前記強磁性層は、Fe,Co,NiおよびそれらのB合金のうちの1以上を含んでなる
請求項12記載の磁気構造。 - 前記強磁性層に対する前記非磁性元素の含有率は、0.1以上30原子%以下である
請求項12記載の磁気構造。 - 前記第1の酸化物層は、Si,Ba,Ca,La,Mn,V,Al,Ti,Zn,Hf,Mg,Ta,B,CuおよびCrの1つ以上からなる
請求項10記載の磁気構造。 - (a)トンネルバリア層の上に第1の強磁性層を形成することと、
(b)前記第1の強磁性層の上に第1の再スパッタリングレートで、SrおよびBaのうちの1つである非磁性層を形成することと、
(c)前記非磁性層の上に、第2の強磁性層を形成することと、
(d)前記第2の強磁性層の上面に、キャップ層を形成することと
を含み、
前記第2の強磁性層は、前記第2の強磁性層の上面が平滑になるように前記第1の再スパッタリングレートよりも遅い第2の再スパッタリングレートで形成する
垂直磁気異方性を伴う磁気構造の形成方法。 - (a)前記キャップ層の上面をフォトレジスト層で被覆すると共に、前記フォトレジスト層のパターニングを行い、前記フォトレジスト層の側壁を形成することと、
(b)前記磁気構造のうち前記フォトレジスト層によって保護されていない部分を除去するようにイオンビームエッチングまたは反応性イオンエッチングを行い、前記磁気構造の側壁を形成することと、
(c)前記磁気構造の側壁と隣接し、前記キャップ層と同じ高さを有する誘電体層を形成することと、
(d)パターニングされた前記フォトレジスト層を除去すると共に前記誘電体層の上面を研磨するように化学機械研磨を行い、前記キャップ層の上面と前記誘電体層の上面とが共通の平面に含まれるようにすることと
をさらに含む
請求項16記載の磁気構造の形成方法。 - 前記誘電体層は、アルミナ,二酸化ケイ素または窒化ケイ素である
請求項17記載の磁気構造の形成方法。 - 前記キャップ層は、Si,Ba,Ca,La,Mn,V,Al,Ti,Zn,Hf,Mg,Ta,B,CuおよびCrのうちの1つ以上からなる酸化物層である
請求項16記載の磁気構造の形成方法。 - (a)基板の上に第1の強磁性層を形成することと、
(b)前記第1の強磁性層の上に第1の再スパッタリングレートで、SrおよびBaのうちの1つである非磁性層を形成することと、
(c)前記非磁性層の上に、第2の強磁性層を形成することと、
(d)前記第2の強磁性層の上面に、トンネルバリア層を形成することと
(e)磁気構造の最上層としてキャップ層を形成することと
を含み、
前記第2の強磁性層は、前記第2の強磁性層の上面が平滑になるように前記第1の再スパッタリングレートよりも遅い第2の再スパッタリングレートで形成する
垂直磁気異方性を伴う磁気構造の形成方法。 - (a)前記キャップ層の上面をフォトレジスト層で被覆すると共に、前記フォトレジスト層のパターニングを行い、前記フォトレジスト層の側壁を形成することと、
(b)前記磁気構造のうち前記フォトレジスト層によって保護されていない部分を除去するようにイオンビームエッチングまたは反応性イオンエッチングを行い、前記磁気構造の側壁を形成することと、
(c)前記磁気構造の側壁と隣接し、前記キャップ層と同じ高さを有する誘電体層を形成することと、
(d)パターニングされた前記フォトレジスト層を除去すると共に前記誘電体層の上面を研磨するように化学機械研磨を行い、前記キャップ層の上面と前記誘電体層の上面とが共通の平面に含まれるようにすることと
をさらに含む
請求項20記載の磁気構造の形成方法。 - 前記誘電体層は、アルミナまたは二酸化ケイ素である
請求項21記載の磁気構造の形成方法。 - 前記キャップ層は、Si,Ba,Ca,La,Mn,V,Al,Ti,Zn,Hf,Mg,Ta,B,CuおよびCrのうちの1つ以上からなる酸化物層である
請求項20記載の磁気構造の形成方法。 - 前記基板はシード層である
請求項20記載の磁気構造の形成方法。
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