(57)【要約】【課題】スピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリに使用され、非対称自由層を含む磁気接合を提供する。【解決手段】本発明による磁気接合は、磁気装置用の磁気接合において、固定層と、非磁性スペーサ層と、非対称自由層と、ＰＭＡ誘導層と、を有し、非磁性スペーサ層は、固定層と非対称自由層との間に存在し、非対称自由層は、第１ボロン含有量を有する第１強磁性層と、第２ボロン含有量を有する第２強磁性層とを含み、第２ボロン含有量は、第１ボロン含有量より小さく、第１ボロン含有量及び第２ボロン含有量は、０原子百分率より大きく、第１強磁性層及び第２強磁性層は、それぞれＣｏ及びＣｏＦｅの少なくとも一つを含み、非対称自由層は、ＰＭＡ誘導層と非磁性スペーサ層との間に存在し、磁気接合は、書き込み電流が磁気接合を通るとき、非対称自由層が複数の安定な磁気状態の間で切替え可能である。【選択図】      図３
2020043364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気装置用の磁気接合（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）において、
固定層と、
非磁性（ｎｏｎｍａｇｎｅｔｉｃ）スペーサ層と、
非対称（ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）自由層と、
ＰＭＡ（ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）誘導層と、を有し、
前記非磁性スペーサ層は、前記固定層と前記非対称自由層との間に存在し、
前記非対称自由層は、第１ボロン（ｂｏｒｏｎ）含有量を有する第１強磁性（ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）層と、第２ボロン含有量を有する第２強磁性層とを含み、
前記第２ボロン含有量は、前記第１ボロン含有量より小さく、
前記第１ボロン含有量及び第２ボロン含有量は、０原子百分率（ａｔｏｍｉｃ  ｐｅｒｃｅｎｔ）より大きく、
第１強磁性層及び第２強磁性層は、それぞれＣｏ及びＣｏＦｅの少なくとも一つを含み、
前記磁気接合は、書き込み電流（ｗｒｉｔｅ  ｃｕｒｒｅｎｔ）が前記磁気接合を通るとき、前記非対称自由層が複数の安定な磁気状態（ｓｔａｂｌｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｓｔａｔｅｓ）の間で切替え可能であることを特徴とする磁気接合。
【請求項２】
前記非対称自由層は、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に非磁性挿入層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気接合。
【請求項３】
前記非磁性挿入層は、Ｂｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｖ、Ｉ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｆ、Ｏｓ、Ｍｏ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｂａ、Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｐｂ及びＺｒの内の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２に記載の磁気接合。
【請求項４】
磁気メモリ（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｍｅｍｏｒｙ）を含む磁気装置において、
前記磁気メモリの複数の磁気記憶セル（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｓｔｏｒａｇｅ  ｃｅｌｌｓ）と、
前記複数の磁気記憶セルと結合される複数のビットラインと、を有し、
前記複数の磁気記憶セルは、それぞれ少なくとも一つの磁気接合を含み、
それぞれの前記少なくとも一つの磁気接合は、固定層と、非磁性スペーサ層と、非対称自由層と、ＰＭＡ誘導層とを含み、
前記非磁性スペーサ層は、前記非対称自由層と前記固定層との間に位置し、
前記非対称自由層は、前記非磁性スペーサ層と前記ＰＭＡ誘導層との間に位置し、
前記非対称自由層は、第１ボロン含有量を有する第１強磁性層と、第２ボロン含有量を有する第２強磁性層とを含み、
前記第２ボロン含有量は、前記第１ボロン含有量より小さく、
前記第１ボロン含有量及び第２ボロン含有量は、０原子百分率より大きく、
第１強磁性層及び第２強磁性層は、それぞれＣｏ及びＣｏＦｅの少なくとも一つを含み、
書き込み電流（ｗｒｉｔｅ  ｃｕｒｒｅｎｔ）が前記磁気接合を通るとき、前記非対称自由層が複数の安定な磁気状態の間で切替え可能であるように前記磁気接合が配置されることを特徴とする磁気装置。
【請求項５】
前記非対称自由層は、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に非磁性挿入層をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の磁気装置。
【請求項６】
前記非磁性挿入層は、Ｂｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｖ、Ｉ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｆ、Ｏｓ、Ｍｏ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｂａ、Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｐｂ、及びＺｒの内の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項５に記載の磁気装置。
【請求項７】
磁気装置の磁気接合の提供方法において、
固定層を提供する段階と、
非磁性スペーサ層を提供する段階と、
非対称自由層を提供する段階と、
ＰＭＡ誘導層を提供する段階と、を有し、
前記非磁性スペーサ層は、前記固定層と前記非対称自由層との間に配置され、
前記非対称自由層は、第１ボロン含有量を有する第１強磁性層と、第２ボロン含有量を有する第２強磁性層とを含み、前記第２ボロン含有量は前記第１ボロン含有量より小さく、前記第１ボロン含有量及び第２ボロン含有量は、０原子百分率より大きく、
第１強磁性層及び第２強磁性層は、それぞれＣｏ及びＣｏＦｅの少なくとも一つを含み、
前記非対称自由層は、前記ＰＭＡ誘導層と前記非磁性スペーサ層との間に位置し、
前記磁気接合は、書き込み電流が前記磁気接合を通るとき、前記非対称自由層が複数の安定な磁気状態間で切り替え可能であるようにする前記磁気装置内に使用されることを特徴とする磁気接合提供方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気接合及びそれを含む磁気装置並びに磁気接合提供方法に関し、特に、非対称自由層を利用したスピントルクメモリ用磁気接合及びそれを含む磁気装置並びに磁気接合提供方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気メモリ、特に磁気ランダムアクセスメモリ（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ、以下、ＭＲＡＭ）はこれらの読み込み／書き込みのハイスピード、優れた耐久性、非揮発性及び動作時の低い電力消費のような潜在力があることから関心が急増している。
ＭＲＡＭは、磁気物質を情報記憶媒体として活用して情報を保存できる。
ＭＲＡＭの一類型は、ＳＴＴ−ＭＲＡＭ（ｓｐｉｎ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｔｏｒｑｕｅ  ＭＲＡＭ）である。
ＳＴＴ−ＭＲＡＭは、磁気接合により供給される電流によって少なくとも一部が使用された磁気接合を活用する。磁気接合により供給されるスピン偏極電流（ｓｐｉｎ  ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  ｃｕｒｒｅｎｔ）は磁気接合内で磁気モーメント上のスピントルク（ｓｐｉｎ  ｔｏｒｑｕｅ）に影響を与える。結果的にはスピントルクに対応する磁気モーメントを有する層は所望する状態にスイッチされ得る。
【０００３】
例えば、図１は、従来のＳＴＴ−ＭＲＡＭで使用される従来の磁気トンネル接合（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ、以下、ＭＴＪ）１０を示す。
従来のＭＴＪ１０は通常、下部コンタクト１１上に従来のシード層１２を使用して配置され、従来のＡＦＭ（ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）層１４、従来の固定層１６、従来のトンネルバリア層１８、従来の自由層２０、及び従来のキャッピング層２２を含む。
また、上部コンタクト２４も示されている。従来の下部、上部コンタクト（１１、２４）はＣＰＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ−ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−ｐｌａｎｅ）方向、又は図１のｚ軸方向に沿って電流を供給することに使用される。
従来のシード層１２は、通常、従来のＡＦＭ層１４のような次の層が所望する結晶構造を有するように成長すること助けることに活用される。従来のトンネルバリア層１８は磁気を帯びず、例えば、ＭｇＯのような薄い絶縁体であり得る。
【０００４】
従来の固定層１６及び従来の自由層２０は磁気を帯びる。
従来の固定層１６の磁化（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ）１７は、一般的にはＡＦＭ層１４との交換バイアス相互作用（ｅｘｃｈａｎｇｅ−ｂｉａｓ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）により特定の方向に停止又は固定される。
他の類型の従来のＭＴＪ１０は、追加非磁性バリア（ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ  ｎｏｎｍａｇｎｅｔｉｃ  ｂａｒｒｉｅｒ）又は導電層（図示せず）により従来の自由層２０から分離した追加固定層（図示せず）を含み得る。
従来の自由層２０は変化可能な磁化２１を有する。
しかし、平面内に示しているが、従来の自由層２０の磁化２１は垂直異方性（ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）を有する。
いくつかの例において、従来の固定層１６及び従来の自由層２０は、それぞれの層の平面に対し垂直方向を有するこれらの磁化（１７、２１）を有し得る。
例えば、１２Å以下程度の厚さでは、ＣｏＦｅＢを含む従来の自由層２０は平面に対し垂直方向を有する磁気モーメントを有し得る。
しかし、厚い厚さでは、自由層磁気モーメントは一般的に平面上に存在する。
【０００５】
従来の自由層２０の磁化２１を切替えるため、電流は平面に対し垂直に（ｚ軸に）供給される。
充分な電流が従来の上部コンタクト２４から従来の下部コンタクト１１に供給される時、従来の自由層２０の磁化２１は従来の固定層１６の磁化１７と平行するように切替えられる。
従来の下部コンタクト１１から従来の上部コンタクト２４に充分な電流が供給される時、従来の自由層２０の磁化２１は従来の固定層１６のそれと逆平行（ａｎｔｉｐａｒａｌｌｅｌ）するように切替えられる。
磁気配置での相違は磁気抵抗（ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｓ）の相違及びこれによる従来のＭＴＪ１０の互いに異なるロジカル状態（すなわち、ロジカル「０」及びロジカル「１」）と対応する。
【０００６】
多様な製品の使用に対するこれらの潜在力のゆえに、磁気メモリに関する研究は盛んに行われている。
例えば、ＳＴＴ−ＲＡＭの性能向上に対するメカニズムが要求されているという問題がある。つまり、必要なのはスピントランスファートルク（ｓｐｉｎ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｔｏｒｑｕｅ）ベースのメモリの性能を向上させることができる方法及びシステムである。
上記のような必要によりその方法及びシステムについてここで説明する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は上記従来の磁気メモリにおける問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、性能が向上した磁気装置用の磁気接合を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、性能が向上した磁気メモリ（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｍｅｍｏｒｙ）を含む磁気装置を提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、性能が向上した磁気接合提供方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するためになされた本発明による磁気接合は、磁気装置用の磁気接合（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）において、固定層と、非磁性（ｎｏｎｍａｇｎｅｔｉｃ）スペーサ層と、非対称（ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）自由層と、ＰＭＡ（ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）誘導層と、を有し、前記非磁性スペーサ層は、前記固定層と前記非対称自由層との間に存在し、前記非対称自由層は、第１ボロン（ｂｏｒｏｎ）含有量を有する第１強磁性（ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）層と、第２ボロン含有量を有する第２強磁性層とを含み、前記第２ボロン含有量は、前記第１ボロン含有量より小さく、前記第１ボロン含有量及び第２ボロン含有量は、０原子百分率（ａｔｏｍｉｃ  ｐｅｒｃｅｎｔ）より大きく、第１強磁性層及び第２強磁性層は、それぞれＣｏ及びＣｏＦｅの少なくとも一つを含み、前記磁気接合は、書き込み電流（ｗｒｉｔｅ  ｃｕｒｒｅｎｔ）が前記磁気接合を通るとき、前記非対称自由層が複数の安定な磁気状態（ｓｔａｂｌｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｓｔａｔｅｓ）の間で切替え可能であることを特徴とする。
【０００９】
前記非対称自由層は、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に非磁性挿入層をさらに含むことが好ましい。
【００１０】
前記非磁性挿入層は、Ｂｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｖ、Ｉ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｆ、Ｏｓ、Ｍｏ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｂａ、Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｐｂ及びＺｒの内の少なくとも一つを含むことが好ましい。
【００１１】
上記目的を達成するためになされた本発明による磁気装置は、磁気メモリ（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｍｅｍｏｒｙ）を含む磁気装置において、前記磁気メモリの複数の磁気記憶セル（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｓｔｏｒａｇｅ  ｃｅｌｌｓ）と、前記複数の磁気記憶セルと結合される複数のビットラインと、を有し、前記複数の磁気記憶セルは、それぞれ少なくとも一つの磁気接合を含み、それぞれの前記少なくとも一つの磁気接合は、固定層と、非磁性スペーサ層と、非対称自由層と、ＰＭＡ誘導層とを含み、前記非磁性スペーサ層は、前記非対称自由層と前記固定層との間に位置し、前記非対称自由層は、前記非磁性スペーサ層と前記ＰＭＡ誘導層との間に位置し、前記非対称自由層は、第１ボロン含有量を有する第１強磁性層と、第２ボロン含有量を有する第２強磁性層とを含み、前記第２ボロン含有量は、前記第１ボロン含有量より小さく、前記第１ボロン含有量及び第２ボロン含有量は、０原子百分率より大きく、第１強磁性層及び第２強磁性層は、それぞれＣｏ及びＣｏＦｅの少なくとも一つを含み、書き込み電流（ｗｒｉｔｅ  ｃｕｒｒｅｎｔ）が前記磁気接合を通るとき、前記非対称自由層が複数の安定な磁気状態の間で切替え可能であるように前記磁気接合が配置されることを特徴とする。
【００１２】
前記非対称自由層は、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に非磁性挿入層をさらに含むことが好ましい。
前記非磁性挿入層は、Ｂｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｖ、Ｉ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｆ、Ｏｓ、Ｍｏ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｂａ、Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｐｂ、及びＺｒの内の少なくとも一つを含むことが好ましい。
【００１３】
上記目的を達成するためになされた本発明による磁気接合提供方法は、磁気装置の磁気接合の提供方法において、固定層を提供する段階と、非磁性スペーサ層を提供する段階と、非対称自由層を提供する段階と、ＰＭＡ誘導層を提供する段階と、を有し、前記非磁性スペーサ層は、前記固定層と前記非対称自由層との間に配置され、前記非対称自由層は、第１ボロン含有量を有する第１強磁性層と、第２ボロン含有量を有する第２強磁性層とを含み、前記第２ボロン含有量は前記第１ボロン含有量より小さく、前記第１ボロン含有量及び第２ボロン含有量は、０原子百分率より大きく、第１強磁性層及び第２強磁性層は、それぞれＣｏ及びＣｏＦｅの少なくとも一つを含み、前記非対称自由層は、前記ＰＭＡ誘導層と前記非磁性スペーサ層との間に位置し、前記磁気接合は、書き込み電流が前記磁気接合を通るとき、前記非対称自由層が複数の安定な磁気状態間で切り替え可能であるようにする前記磁気装置内に使用されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る磁気接合及びそれを含む磁気装置並びに磁気接合提供方法によれば、磁気接合は向上した性能を有することができ、非対称自由層はスピントランスファートルクを利用して切替えられる。したがって、さらに限定された物理現象が磁気接合に書き込み動作を行うのに使用され得る。
磁気接合は平面に対し垂直方向に非対称自由層の安定な磁気状態を有し得、スイッチングベースのスピントランスファーを向上させる。磁気接合は非対称自由層により強化された磁気抵抗／トンネル磁気抵抗を有し得る。したがって、磁気接合を利用する装置の性能を向上させるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の磁気接合の概略断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるスピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリに使用され、非対称自由層を含む磁気接合の周辺構造を含む概略断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態によるスピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリに使用され、非対称自由層を含む磁気接合の周辺構造を除いた概略断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態によるスピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリに使用され、非対称自由層を含む磁気接合の概略断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態によるスピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリに使用され、非対称自由層を含む磁気接合の概略断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態によるスピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリに使用され、非対称自由層を含む磁気接合の概略断面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態によるスピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリに使用され、非対称自由層を含む磁気接合の概略断面図である。
【図８】本発明の第６の実施形態によるスピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリに使用され、非対称自由層を含むデュアル（ｄｕａｌ）磁気接合の周辺構造を含む概略断面図である。
【図９】本発明の第６の実施形態によるスピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリに使用され、非対称自由層を含むデュアル磁気接合の周辺構造を除いた概略断面図である。
【図１０】本発明の第７の実施形態によるスピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリに使用され、非対称自由層を含むデュアル磁気接合の概略断面図である。
【図１１】本発明の第８の実施形態によるスピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリに使用され、非対称自由層を含むデュアル磁気接合の概略断面図である。
【図１２】本発明の第９の実施形態によるスピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリに使用され、非対称自由層を含むデュアル磁気接合の概略断面図である。
【図１３】本発明の第１０の実施形態によるスピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリに使用され、非対称自由層を含むデュアル磁気接合の概略断面図である。
【図１４】本発明の一実施形態による磁気接合を活用するメモリの磁気記憶セル部分の概略回路図である。
【図１５】本発明の一実施形態によるスピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリ内で使用され、非対称自由層を含む磁気接合提供方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明に係る磁気接合及びそれを含む磁気装置並びに磁気接合提供方法を実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
【００１７】
本発明の利点及び特徴、これらを達成する方法は添付する図面と共に詳細に後述する実施形態において明確になるであろう。しかし、本発明は、以下で開示する実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現されるものであり、本実施形態は、単に本発明の開示を完全にし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範囲によってのみ定義される。図面に表示する構成要素のサイズおよび相対的なサイズは説明を明瞭するため、誇張したものであり得る。
【００１８】
一つの素子（ｅｌｅｍｅｎｔｓ）が他の素子と「接続された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  ｔｏ）」又は「カップリングされた（ｃｏｕｐｌｅｄ  ｔｏ）」と指称するものは、他の素子と直接連結又はカップリングされた場合又は中間に他の素子を介在する場合をすべて含む。反面、一つの素子が他の素子と「直接接続された（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ  ｔｏ）」又は「直接カップリングされた（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｔｏ）」と指称するものは中間に他の素子を介在しないことを示す。
【００１９】
明細書全体にかけて同一符号は同一構成要素を指称し、「及び／又は」は、言及されたアイテムの各々および一つ以上のすべての組合せを含む。
素子（ｅｌｅｍｅｎｔｓ）又は層が他の素子又は層の「上（ｏｎ）」と指称する場合、他の素子の真上に又は中間に他の層又は他の素子を介在する場合のすべてを含む。反面、素子が「直接の上（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｏｎ）」又は「真上」と指称する場合は、中間に他の素子又は層を介在しないことを示す。
第１、第２などが多様な素子、構成要素を叙述するために使用するが、これら素子、構成要素はこれらの用語によって制限されないことはいうまでもない。これらの用語は、単に一つ構成要素を他の構成要素と区別するために使用するものである。したがって、以下で言及される第１構成要素は本発明の技術的思想内で第２構成要であり得ることは勿論である。
【００２０】
本明細書で使用する用語は実施形態を説明するためであり、本発明を制限しようとするものではない。本明細書で、単数型は文句で特に言及しない限り複数型も含む。明細書で使用される「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／又は「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は言及された構成要素、段層、動作及び／又は素子は一つ以上の他の構成要素、段層、動作及び／又は素子の存在又は追加を排除しない。
他に定義されなければ、本明細書で使用するすべての用語（技術及び科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に共通に理解できる意味で使用される。また一般的に使用される辞書に定義されている用語は特別に定義して明らかにしない限り理想的に又は過度に解釈されない。
【００２１】
ここで説明する磁気接合は磁気装置内で使用される。
例えば、磁気接合はスピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリの磁気記憶セルの内に位置し得る。
非揮発性保存装置を利用する磁気メモリは、電子装置内で使用され得る。
このような電子装置は携帯電話、タブレット及び他のモバイル装置を含むが、これに制限されない。
【００２２】
磁気接合は、固定層、非磁性スペーサ層、非対称自由層、及びＰＭＡ誘導層を含む。
非磁性スペーサ層は固定層と非対称自由層との間に位置する。非対称自由層は非磁性スペーサ層とＰＭＡ誘導層との間に位置する。非対称自由層は、第１ボロン含有量を有する第１強磁性層と、第２ボロン含有量を有する第２強磁性層を含む。第２ボロン含有量は第１ボロン含有量より小さい。第１及び第２ボロン含有量はそれぞれ０原子百分率より大きい。書き込み電流が磁気接合を通過するとき、非対称自由層が安定な磁気状態の間で切替え可能であるように磁気接合が配置される。
【００２３】
以下の実施形態では、特定の磁気接合及び特定の構成要素を有する磁気メモリについて叙述する。
当該技術分野の一般的な技術のうちいずれか一つに照らし、本発明は本発明とは関係ない他の追加的な構成要素及び／又は他の特徴を有する磁気接合及び磁気メモリの使用と一貫していることを理解できる。
又、本発明に係る方法及びシステムは、スピントランスファー現象、磁気異方性（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）、及び他の物理現状の現在の理解と関連付けて説明する。
結果的には、当該技術分野の一般的な技術のうち何れか一つに照らし、本発明に係る方法及びシステムの動作の理論上の説明は、スピントランスファー、磁気異方性及び他の物理現象に関する現在の理解に基づいて簡単に理解できる。
しかし、ここで説明した本発明に係る方法及びシステムは特定の物理的な説明に制限されない。当該技術分野の一般的な技術のうち何れか一つに照らし、本発明に係る方法及びシステムが基板と特定の関係を有する構造について説明されるものと理解できる。しかし、当該技術分野の一般的な技術のうち何れか一つに照らし、本発明に係る方法及びシステムが他の構造に適用されるものとしても簡単に理解できる。
さらに、本発明に係る方法及びシステムは特定の層について総合的に、又は簡潔に説明する。
しかし、当該技術分野の一般的な技術のうち何れか一つに照らし、本発明に係る層が他の構造を含むものとしても簡単に理解できる。また、本発明に係る方法及びシステムは特定の層を含む磁気接合について説明する。
しかし、当該技術分野の一般的な技術のうち何れか一つに照らし、追加的に本発明に係る方法及びシステムと関係ない他の層を含む磁気接合もまた使用され得ることを簡単に理解できる。
【００２４】
さらに、特定の構成要素は、磁気、強磁性及びフェリ磁性（ｆｅｒｒｉｍａｇｎｅｔｉｃ）で説明する。ここで使用する「磁気（ｍａｇｎｅｔｉｃ）」という用語は強磁性、フェリ磁性又はそのような構造を含み得る。したがって、ここで使用されるように「磁気」又は「強磁性」は強磁性体（ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｓ）及びフェリ磁性体（ｆｅｒｒｉｍａｇｎｅｔｓ）を含むが、制限されない。
本発明に係る方法及びシステムは、また単一磁気接合ついて説明する。
しかし、当該技術分野の一般的な技術のうち何れか一つに照らし、本発明に係る方法及びシステムは複数の磁気接合を有する磁気メモリの使用と関連するものとして簡単に理解できる。
また、ここで使用されるように、「平面上（ｉｎ−ｐｌａｎｅ）」とは、実質に磁気接合の一つ又はそれ以上の層の平面内又はその平面と平行することを意味する。逆に、「垂直（ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ）」とは、前記磁気接合の一つ又はそれ以上の層と実質に垂直方向に対応する。
【００２５】
図２は、本発明の第１の実施形態によるスピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリに使用され、非対称自由層を含む磁気接合１００の周辺構造（付加構造）を含む概略断面図である。
正確には、図２は実際の割合関係（厚さ等）を示しているものではない。
図３は、本発明の第１の実施形態によるスピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリに使用され、非対称自由層を含む磁気接合１００の周辺構造（付加構造）を除いた概略断面図である。
図２及び図３を参照すると、磁気接合は、ＳＴＴ−ＲＡＭ（ｓｐｉｎ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｔｏｒｑｕｅ  ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）のような磁気装置及びこれによる多様な電子装置内に使用され得る。
磁気接合１００は、固定層１１０、非磁性スペーサ層１２０、非対称自由層１３０、及びＰＭＡ誘導層１４０を含む。
また、図２はトランジスタ（ただし、これに制限されない）を含む装置内の下部の基板１０１が形成され得ることを示す。
【００２６】
各層（１１０、１２０、１３０）は下部の基板１０１に対して特定の方向を示しているが、他の実施形態においては方向は多様であり得る。例えば、図２及び図３に示す実施形態では、磁気接合１００は上部に固定された層接合である。したがって、非対称自由層１３０は固定層１１０よりさらに下部の基板１０１に近い。
他の実施形態では、固定層１１０が磁気接合１００の下部により近い場合もある（下部の基板１０１と最も近い場合もある）。したがって、各層（１１０、１２０、１３０、１４０）は平面に対し垂直な方向（ｚ）に逆順になる。
【００２７】
また、選択的シード層１０４及び選択的固定層１０６も示した。
選択的固定層１０６は、固定層１１０の磁化（図示せず）を固定させるのに使用され得る。いくつかの実施形態で、選択的固定層１０６は交換バイアス相互作用（ｅｘｃｈａｎｇｅ−ｂｉａｓ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）によりＡＦＭ層又は固定層１１０の磁化（図示せず）を固定する複数の層であり得る。
しかし、他の実施形態では、選択的固定層１０６は省略したり他の構造が使用され得る。
例えば、仮に固定層１１０のＰＭＡエネルギが面外減磁エネルギ（ｏｕｔ  ｏｆ  ｐｌａｎｅ  ｄｅｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ  ｅｎｅｒｇｙ）を超過すると、固定層１１０の磁気モーメントは平面に対し垂直である。
上記のような実施形態では選択的固定層１０６は省略できる。磁気接合１００はまた書き込み電流が磁気接合１００を通過するとき、非対称自由層１３０が安定な磁気状態の間で切替えられることを許容する。したがって、非対称自由層１３０の磁気状態はスピントランスファートルクを利用して切替え可能である。
また、磁気接合１００は図２及び図３に示していない層を含む。例えば、磁気挿入層、シンク層及び／又は他の層も提供され得る。
【００２８】
固定層１１０は、磁気を帯びて磁気接合の動作のうち少なくとも一部のあいだ特定の方向に固定（ｐｉｎｎｅｄ）したり、停止した（ｆｉｘｅｄ）固定層１１０の磁化（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ）を有し得る。
単純な層で示しているが、固定層１１０は複数の層を含む。
例えば、固定層１１０はＲｕのような薄い層を介して反強磁性（ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ）又は強磁性（ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ）結合された磁気層を含むＳＡＦ（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔ）であり得る。
ＳＡＦ内では、複数の磁気層は、Ｒｕ又は他の物質が使用される薄い層と交差する。
固定層１１０は他の複数層になる場合もある。しかし、磁化は図２に示していないが、固定層１１０は面外減磁エネルギを超過する垂直異方性エネルギ（ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ  ｅｎｅｒｇｙ）を有し得る。
したがって、図３に示すように、固定層１１０は平面に対し垂直方向の固定層１１０の磁気モーメントを有し得る。平面上を含む固定層１１０の磁化は他の方向も可能であるが、これに制限されない。
【００２９】
非磁性スペーサ層１２０は、非磁性化されている。いくつかの実施形態では非磁性スペーサ層１２０は、例えば、トンネルバリアのような絶縁体である。
本実施形態では、非磁性スペーサ層１２０は磁気接合のＴＭＲ（ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を非対称自由層１３０の垂直磁気異方性（ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）ほどに強化させることができるＭｇＯ結晶体（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）を含み得る。
例えば、非磁性スペーサ層（トンネルバリア層）１２０は、８Å以上１２Å以下の厚さであり得る。
ＭｇＯ結晶体の非磁性スペーサ層１２０はまた非対称自由層１３０内のＣｏＦｅＢ及びＦｅＢのような物質の所望する結晶構造及び磁気異方性（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）の提供に役立つ。
他の実施形態では、非磁性スペーサ層１２０はＣｕのような導電体であるか、例えば、絶縁体マトリックス（ｍａｔｒｉｘ）の導電チャネルを含む粒状（ｇｒａｎｕｌａｒ）層のような他の構造を有し得る。
【００３０】
非対称自由層１３０は、磁気化されており、動作温度で熱的に安定（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ  ｓｔａｂｌｅ）である。したがって、いくつかの実施形態において、非対称自由層１３０の熱的平衡係数（ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）Δは動作温度（すなわち、常温より多少高い）で最低６０℃である。
いくつかの実施形態で、非対称自由層１３０は複数層である。
磁気接合１００は書き込み電流が磁気接合１００を通過するとき、非対称自由層１３０が安定な磁気状態の間で切替え可能であるようにする。
例えば、磁気接合１００は、安定状態の間で非対称自由層１３０の磁気モーメントが「＋」ｚ方向又は「−」ｚ方向へ向かうように切替えられる。
【００３１】
非対称自由層１３０は、平面に対し垂直方向（ｚ）で非対称である。
特に、非対称自由層１３０のボロン含有量は平面に対し垂直方向で変化する。
例えば、非対称自由層１３０は、下部の基板１０１に近いほどより高いボロン含有量を有し得、固定層１１０に近いほどより低いボロン含有量を有し得る。または、非対称自由層１３０は固定層１１０に近いほどより高いボロン含有量を有し得、下部の基板１０１に近いほどより低いボロン含有量を有し得る。
したがって、いくつかの実施形態で、ボロン濃度は固定層１１０との距離の増加に応じて増加する。他の実施形態では、ボロン濃度は固定層１１０との距離の増加に応じて減少する。いくつかの実施形態では、ＣｏＦｅ及び／又はＦｅは非対称自由層１３０内のボロンと組み合わせた磁気物質である。しかし、他の磁気物質も使用され得る。
【００３２】
いくつかの実施形態では、ボロン濃度のこのような非対称が複数の層の使用により提供される。このような実施形態中の何れか一つの実施形態は図３に示す。
本実施形態では、非対称自由層１３０は、ボロン低含有強磁性層１３２、選択的非磁性挿入層１３４、及びボロン高含有強磁性層１３６を含む。
ボロン低含有強磁性層１３２及びボロン高含有強磁性層１３６は二つともボロン（Ｂ）を含むが、互いに違うボロンの濃度を有する。
例えば、ボロン低含有強磁性層１３２は、２０原子百分率以下のボロン（Ｂ）を含み得る。例えば、ボロン低含有強磁性層１３２は、Ｆｅ（１−ｘ）Ｂｘ、（ＣｏＦｅ）（１−ｘ）Ｂｘであり得る。このとき、ｘは０．２以下である。ｘはｘが０．２を超過しない範囲ではボロン低含有強磁性層１３２全体にかけて変化し得る。
【００３３】
ボロン高含有強磁性層１３６は、２０原子百分率超過のボロンを含み得る。いくつかの実施形態で、ボロン高含有強磁性層１３６のボロン含有量はまた、５０原子百分率以下であり得る。
したがって、ボロン高含有強磁性層１３６は、Ｆｅ（１−ｘ）Ｂｘ、（ＣｏＦｅ）（１−ｘ）Ｂｘであり得る。このとき、ｘは０．５以下０．２以上である。
いくつかの実施形態で、ボロン高含有強磁性層１３６は２５原子百分率以上４５原子百分率以下のボロンを含む。例えば、ボロン高含有強磁性層１３６は３５原子百分率以上４５原子百分率以下のボロンを含む。
いくつかの実施形態で、したがって、ボロン高含有強磁性層１３６はＦｅ（１−ｘ）Ｂｘ、（ＣｏＦｅ）（１−ｘ）Ｂｘであり得る。このとき、ｘは０．４５以下０．３５以上である。
上記ボロンの濃度は上記説明した制限範囲内に維持されるあいだはボロン高含有強磁性層１３６内で変化し得る。
他の実施形態では、非対称自由層１３０のボロン濃度は層を明確に区別できないように実質に連続して変化し得る。ボロン低含有強磁性層１３２及びボロン高含有強磁性層１３６内のＣｏＦｅは、１：１乃至１：４の構成を含む多様な化学量論（ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｅｓ）的構成であり得、これに制限されない。いくつかの実施形態では、ＦｅとＣｏの前記比率は３：１である。
【００３４】
非対称自由層１３０はまた選択的非磁性挿入層１３４を含む。
選択的非磁性挿入層１３４は、いくつかの実施形態内で、Ｂｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｖ、Ｉ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｆ、Ｏｓ、Ｍｏ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｂａ、Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｐｂ、及びＺｒの内の少なくとも一つを含む。
選択的非磁性挿入層１３４は、ボロン低含有強磁性層１３２及びボロン高含有強磁性層１３６のＰＭＡが面外減磁エネルギを確実に超過するように助ける。
したがって、選択的非磁性挿入層１３４の存在はボロン低含有強磁性層１３２及びボロン高含有強磁性層１３６の安定状態の垂直方向を保存すると共にボロン低含有強磁性層１３２及びボロン高含有強磁性層１３６がさらに厚く使用されるようにする。
しかし、他の実施形態では、選択的非磁性挿入層１３４を省略し得る。
【００３５】
ボロン低含有強磁性層１３２及びボロン高含有強磁性層１３６の厚さは、ＰＭＡがそれぞれの層（１３２、１３６）に対する面外減磁エネルギを超過することを保障するために薄いことが好ましい。
したがって、図３に示すように、ボロン低含有強磁性層１３２及びボロン高含有強磁性層１３６の磁気モーメントは平面に対し垂直な方向であるとき安定である。
仮に、選択的非磁性挿入層１３４が省略されると、非対称自由層１３０の厚さ（ボロン低含有強磁性層１３２とボロン高含有強磁性層１３６が結合された全体の厚さ）は３０Å以下であることが好ましい。
しかし、仮に、選択的非磁性挿入層１３４が存在すると、非対称自由層１３０はさらに厚くなる。いくつかの実施形態では、非対称自由層１３０の厚さは３０Åより小さい場合もある。
【００３６】
いくつかの実施形態では、非対称自由層１３０の厚さは２０Åを超過しない。実質的に平面に対し垂直方向に磁気モーメントと自身の安定な磁気状態を有する非対称自由層１３０に対し、各層（１３２、１３６）はそれぞれ１５Åの厚さより小さいことが好ましい。
いくつかの実施形態で、ボロン低含有強磁性層１３２及びボロン高含有強磁性層１３６はそれぞれ１２Å以下３Å以上の厚さである。
さらに、ボロン低含有強磁性層１３２はボロン高含有強磁性層１３６より厚いことが好ましい。例えば、ボロン低含有強磁性層１３２が８Åの規格の厚さであるとき、ボロン高含有強磁性層１３６は６Åの規格の厚さであり得る。結果的に、ボロン低含有強磁性層１３２及びボロン高含有強磁性層１３６の磁気モーメントは平面に対し安定した垂直方向を有する。
【００３７】
非対称自由層１３０はまたＰＭＡ誘導層１４０を含み得る。
ＰＭＡ誘導層１４０は、非対称自由層１３０のＰＭＡを向上させるのに使用され得る。
例えば、ＰＭＡ誘導層１４０は、非磁性スペーサ層１２０と類似のＭｇＯ層を含み得る。しかし、ＰＭＡ誘導層１４０は、ＭｇＯの非磁性スペーサ層１２０よりさらに薄い場合もある。
いくつかの実施形態で、ＰＭＡ誘導層１４０は、４Å乃至８Åであり得る。
【００３８】
磁気接合１００は、強化された磁気抵抗（ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を有し得る。
これは非対称自由層１３０内のボロンの非対称濃度によって形成される。
仮に、非対称自由層１３０が低いボロン濃度のみを含むと（すなわち、２０原子百分率以下）、磁気接合のトンネル磁気抵抗は弱化する。
しかし、前述したようにボロン高含有強磁性層１３６はボロン低含有強磁性層１３２が低いボロン濃度を有することとは違い、高いボロン濃度を有し得る。ボロン濃度の勾配は磁気接合１００の強化された磁気抵抗を形成し得る。
例えば、２００パーセント又はそれ以上程度のトンネル磁気抵抗は非対称自由層１３０の各層（１３２、１３６）内にＣｏＦｅＢを含むことと、各層（１２０、１４０）にＭｇＯを使用することによって達成される。
高いボロン濃度は例えば、ボロン高含有強磁性層１３６内で（さらには下部の基板１０１から）ＭｇＯを含む各層（１２０、１４０）の結晶化度（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ）を向上させるものとして理解される。これは次のように理解され得る。
【００３９】
例えば、ＰＭＡ誘導層１４０が先に蒸着され、非磁性スペーサ層１２０、ＰＭＡ誘導層１４０がＭｇＯと仮定する。
しかし、仮に非磁性スペーサ層１２０が先に形成された場合はこのような議論が成立しない場合もある。先に蒸着されたＰＭＡ誘導層１４０の結晶構造は２番目に蒸着された非磁性スペーサ層１２０の結晶構造に影響を及ぼす。
仮に、ボロンの低い濃度のみが自由層に提供されると、後に形成された非磁性スペーサ層１２０は所望する結晶構造を有し得ない場合もある。
しかし、非対称自由層１３０は実際に非対称ボロン濃度を有する。
すなわち、非対称自由層１３０は、ボロン高含有強磁性層１３６を含み得る。
ボロン高含有強磁性層１３６内のさらに高いボロン濃度が非磁性スペーサ層１２０上のＰＭＡ誘導層１４０の結晶構造の効果を防いだり、緩和させたり遅延させるものとして理解され得る。
結果的に、非磁性スペーサ層１２０は所望する構造及び方向に結晶化されやすくなる。
例えば、［００１］ＭｇＯはＰＭＡ誘導層１４０だけでなく非磁性スペーサ層１２０の内でも提供されやすい。結果的には、磁気接合１００の磁気抵抗が向上できる。
しかし、このような向上が特定のメカニズム（すなわち、非対称自由層１３０のボロン濃度）によって議論されたが、ここで説明した構造はこのようなメカニズムに制限されない。さらに、前述したメカニズム及び／又は効果がない実施においてもここで説明した構造が使用され得る。
【００４０】
磁気接合１００及び非対称自由層１３０は向上した性能を有し得る。
非対称自由層１３０の磁気状態は、スピントランスファートルクを利用して切り替えられる。
したがって、さらに限定された（ｌｏｃａｌｉｚｅｄ）物理現象が磁気接合１００に書き込み（ｗｒｉｔｅ）を遂行するのに使用され得る。
磁気接合１００は、平面に対し垂直方向の非対称自由層１３０の安定な磁気状態を有し得、強化された磁気抵抗／トンネル磁気抵抗、及び向上したスイッチングベースのスピントランスファー（ｓｐｉｎ  ｔｒａｎｓｆｅｒ）を有する。
ＰＭＡ誘導層１４０及び非磁性スペーサ層１２０に対するＭｇＯのようなトンネルバリア層は自由層磁気モーメントが平面に対し垂直方向を有することを保障する。
非対称自由層１３０／（ボロン低含有強磁性層１３２、ボロン高含有強磁性層１３６）内に使用される磁気物質と、その厚さは、磁気モーメントが平面に対し垂直方向を成すように決定される。
選択的非磁性挿入層１３４の存在はこのような磁気方向を得ることにさらに役立つ。
結果的には、磁気接合１００のスピントランスファースイッチングを向上できる。
さらに、前述したように磁気接合１００の磁気抵抗は強化され得る。したがって、磁気接合１００を利用する装置の性能を向上できる。
【００４１】
図４は、本発明の第２の実施形態によるスピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリに使用され、非対称自由層を含む磁気接合１００’の概略断面図である。
磁気接合１００’が使用される磁気装置は多様な応用製品に使用され得る。例えば、磁気装置及びこれによる磁気接合はＳＴＴ−ＭＲＡＭのような磁気メモリ内に使用され得る。正確には、図４は実際の割合関係（厚さ等）で示すものではない。
【００４２】
磁気接合１００’は第１の実施形態の磁気接合（図２及び図３の符号１００）と近似する。従って、近似する構成要素は同様の図面符号で表示する。
つまり、磁気接合１００’は固定層１１０、非磁性スペーサ層１２０、非対称自由層１３０、及びＰＭＡ誘導層１４０を図２及び図３に示すものと同様に含む。
非対称自由層１３０はまたボロン低含有強磁性層１３２、選択的非磁性挿入層１３４及びボロン高含有強磁性層１３６を含む場合を示す。
しかし、各層（１１０、１２０、１３０、１４０）を特定の方向（積層方向）で示しているが、この方向は他の実施形態では変更できる。
例えば、固定層１１０は、磁気接合１００’の底面に近くてもよく、各層（１１０、１２０、１３０、１４０）の順序は逆でもよい。
同様に、ボロン低含有強磁性層１３２、選択的非磁性挿入層１３４、ボロン高含有強磁性層１３６を特定の方向（積層方向）で示している。他の実施形態では、この方向を変更し得る。
例えば、ボロン低含有強磁性層１３２、選択的非磁性挿入層１３４、ボロン高含有強磁性層１３６の順序はボロン低含有強磁性層１３２がＰＭＡ誘導層１４０と最も近くなる場合のように逆でもよい。
磁気接合１００’はまた書き込み電流が磁気接合１００’を通過するとき、非対称自由層１３０が安定な磁気状態の間で切り替えられることを許容する。したがって、非対称自由層１３０はスピントランスファートルクを利用して磁気状態の切り替えが可能である。
【００４３】
各層（１１０、１２０、１３０（１３２、１３４、１３６）、１４０）の構造及び機能は前述した説明と近似する。
例えば、非対称自由層１３０は安定しているとき、図４に示すように平面に対し垂直方向の自身の磁気モーメントを有し、非対称のボロン濃度を有する。
非対称自由層１３０及びボロン低含有強磁性層１３２、ボロン高含有強磁性層１３６のボロン濃度の勾配は前述した内容と近似する。いくつかの実施形態で、選択的非磁性挿入層１３４は省略できる。
【００４４】
磁気接合１００’はまた非磁性スペーサ層１２０と非対称自由層１３０との間に磁気挿入層１２２含む。
例えば、磁気挿入層１２２は、Ｆｅ及びＣｏＦｅの内の少なくとも一つを含み得る。
いくつかの実施形態で、磁気挿入層１２２はＦｅ層であり得る。
いくつかの実施形態で、ＣｏＦｅからなる磁気挿入層１２２はＣｏ及びＦｅの比率が１：３であることが好ましい。
いくつかの実施形態で、磁気挿入層１２２は非対称自由層１３０の一部分として考慮され得る。磁気挿入層１２２は一般的に薄いことが好ましい。
例えば、磁気挿入層１２２は、２Å以上６Å以下の厚さであり得る。いくつかの実施形態で、磁気挿入層１２２は４Å規格の厚さを有し得る。磁気挿入層１２２の使用は磁気接合１００’の磁気抵抗を向上させる。
【００４５】
磁気接合１００’は向上した性能を有し得る。
非対称自由層１３０の磁気状態はスピントランスファートルクを利用して切替えられる。
したがって、さらに限定された物理現象が磁気接合１００’に書き込み動作を行うのに使用され得る。
磁気接合１００’は、平面に対し垂直方向に非対称自由層１３０の安定な磁気状態を有し得、これはスイッチング基盤のスピントランスファーを向上させる。磁気接合１００’は非対称自由層１３０により強化された磁気抵抗／トンネル磁気抵抗を有し得る。したがって、磁気接合１００’を利用する装置の性能を向上できる。
【００４６】
図５は、本発明の第３の実施形態によるスピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリに使用され、非対称自由層を含む磁気接合１００’’の概略断面図である。
磁気接合１００’’が使用される磁気装置は多様な応用製品に使用され得る。例えば、磁気装置及びこれによる磁気接合はＳＴＴ−ＭＲＡＭのような磁気メモリ内に使用され得る。正確には、図５は実際の割合関係（厚さ等）で示しているものではない。
【００４７】
磁気接合１００’’は、図２乃至図４の第１及び第２の実施形態の磁気接合１００、１００’と近似する。
従って、近似する構成要素は同様の図面符号で表示する。
つまり、磁気接合１００’’は、固定層１１０、非磁性スペーサ層１２０、非対称自由層１３０’及びＰＭＡ誘導層１４０を図２乃至図４に示すものと同様に含む。
非対称自由層１３０’は、ボロン低含有強磁性層１３２及びボロン高含有強磁性層１３６を含む場合を示している。
しかし、各層（１１０、１２０、１３０’、１４０）を特定の方向（積層方向）で示しているが、この方向は他の実施形態では変更できる。
例えば、固定層１１０は磁気接合１００’’の底面に近くてもよく、各層（１１０、１２０、１３０’、１４０）の順序が逆でもよい。
同様にボロン低含有強磁性層１３２、ボロン高含有強磁性層１３６を特定の方向（積層方向）で示している。他の実施形態では、この方向を変更できる。
例えば、ボロン低含有強磁性層１３２、ボロン高含有強磁性層１３６の順序はボロン低含有強磁性層１３２がＰＭＡ誘導層１４０と最も近くなる場合のように逆でもよい。
磁気接合１００’’はまた書き込み電流が磁気接合１００’’を通過するとき、非対称自由層１３０’が安定な磁気状態の間で切り替えられることを許容する。
したがって、非対称自由層１３０’の磁気状態はスピントランスファートルクを利用しての切り替えが可能である。
【００４８】
各層（１１０、１２０、１３０’（１３２、１３６）、１４０）の構造及び機能はそれぞれ各層（１１０、１２０、１３０（１３２、１３６）、１４０）について前述した内容と近似する。
例えば、非対称自由層１３０’は安定しているとき、図５に示すように平面に対し垂直方向の自身の磁気モーメントを有し、非対称のボロン濃度を有する。
非対称自由層１３０’及びボロン低含有強磁性層１３２、ボロン高含有強磁性層１３６のボロン濃度の勾配は前述した内容と近似する。
【００４９】
磁気接合１００’’内で非磁性挿入層は非対称自由層１３０’から省略できる。
したがって、ボロン低含有強磁性層１３２とボロン高含有強磁性層１３６は界面を共有する。
結果的には非対称自由層１３０’は非対称自由層１３０’の磁気モーメントが平面に対し垂直方向になることを保障するためにさらに薄くなる。
例えば、ボロン低含有強磁性層１３２とボロン高含有強磁性層１３６の厚さの合計は１２Å程度であり得る。
【００５０】
磁気接合１００’’は向上した性能を有し得る。
非対称自由層１３０’の磁気状態は、スピントランスファートルクを利用して切り替えられる。
したがって、さらに限定された物理現象が磁気接合１００’’に書き込み動作を行うのに使用され得る。
磁気接合１００’’は、平面に対し垂直方向に非対称自由層１３０’の安定な磁気状態を有し得、これはスイッチングベースのスピントランスファーを向上させる。
磁気接合１００’’は、非対称自由層１３０’により強化された磁気抵抗／トンネル磁気抵抗を有し得る。したがって、磁気接合１００’’を利用する装置の性能を向上できる。
【００５１】
図６は、本発明の第４の実施形態によるスピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリに使用され、非対称自由層を含む磁気接合１００’’’の概略断面図である。
磁気接合１００’’’が使用される磁気装置は多様な応用製品に使用され得る。例えば、磁気装置及びこれによる磁気接合はＳＴＴ−ＭＲＡＭのような磁気メモリ内に使用され得る。正確には、図６は実際の割合関係（厚さ等）で示しているものではない。
【００５２】
磁気接合１００’’’は、図２〜図５の第１〜第３の実施形態の磁気接合（１００、１００’及び／又は１００’’）と近似する。
従って、近似する構成要素は同様の図面符号で表示する。
つまり、磁気接合１００’’’は、固定層１１０、非磁性スペーサ層１２０、非対称自由層１３０、及びＰＭＡ誘導層１４０を図２〜図５に示すものと同様に含む。
非対称自由層１３０はまたボロン低含有強磁性層１３２、選択的非磁性挿入層１３４、及びボロン高含有強磁性層１３６を含む場合を示している。
しかし、各層（１１０、１２０、１３０、１４０）を特定の方向（積層方向）で示しているが、この方向は他の実施形態では変更できる。
例えば、固定層１１０は、磁気接合１００’’’の底面に近くてもよく、各層（１１０、１２０、１３０、１４０）の順序は逆でもよい。
同様にボロン低含有強磁性層１３２、選択的非磁性挿入層１３４、及びボロン高含有強磁性層１３６は特定の方向（積層方向）で示している。他の実施形態では、この方向を変更できる。
例えば、ボロン低含有強磁性層１３２、選択的非磁性挿入層１３４、及びボロン高含有強磁性層１３６の順序がボロン低含有強磁性層１３２がＰＭＡ誘導層１４０と最も近くなる場合のように逆でもよい。
磁気接合１００’’’はまた書き込み電流が磁気接合１００’’’を通過するとき、非対称自由層１３０が安定な磁気状態の間で切り替えられることを許容する。
したがって、非対称自由層１３０の磁気状態はスピントランスファートルクを利用して切り替え可能である。
【００５３】
各層（１１０、１２０、１３０（１３２、１３４、１３６）、１４０）の構造及び機能は前述した内容と近似する。
例えば、非対称自由層１３０は安定しているとき、図６に示すように平面に対し垂直方向の自身の磁気モーメントを有し、非対称のボロン濃度を有する。
非対称自由層１３０及びボロン低含有強磁性層１３２、ボロン高含有強磁性層１３６のボロン濃度の勾配は前述した内容と近似する。いくつかの実施形態では、選択的非磁性挿入層１３４は省略できる。
【００５４】
磁気接合１００’’’はまたＰＭＡ誘導層１４０がボロンシンク層１４２と非対称自由層１３０との間に位置するようにボロンシンク層１４２を含む。
ボロンシンク層１４２はシード層（ｓｅｅｄ  ｌａｙｅｒ）としても機能する。
しかし、他の実施形態では、例えば、仮にＰＭＡ誘導層１４０が磁気接合１００’’’の下部から最も遠い場合、ボロンシンク層１４２はキャッピング層であり得る。
ボロンシンク層１４２は、ボロンと親和性を有する物質を含み得る。
例えば、Ｔａ、Ｗ、Ｆｅ及び／又はＣｏＦｅのような物質が使用され得る。
ボロンシンク層１４２は、熱処理又は磁気接合１００’’’の他の工程のあいだボロンが拡散する場所を提供できる。
したがって、残りの各層（１１０、１２０、１３０、１４０）の化学量論的に所望する形態にさらに近くなる。
【００５５】
磁気接合１００’’’は向上した性能を有する。
非対称自由層１３０の磁気状態はスピントランスファートルクを利用して切り替えられる。
したがって、さらに限定された物理現象が磁気接合１００’’’に書き込み動作を行うのに使用され得る。
磁気接合１００’’’は、平面に対し垂直方向に非対称自由層１３０の安定な磁気状態を有し得、これはスイッチングベースのスピントランスファーを向上させる。
磁気接合１００’’’は、非対称自由層１３０により強化された磁気抵抗／トンネル磁気抵抗を有し得る。したがって、磁気接合１００’’’を利用する装置の性能は向上できる。
【００５６】
図７は、本発明の第５の実施形態によるスピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリに使用され、非対称自由層を含む磁気接合１００’’’’の概略断面図である。
磁気接合１００’’’’が使用される磁気装置は多様な応用製品に使用され得る。例えば、磁気装置及びこれによる磁気接合はＳＴＴ−ＭＲＡＭのような磁気メモリ内に使用され得る。正確には、図７は実際の割合関係（厚さ等）で示しているものではない。
【００５７】
磁気接合１００’’’’は、図２〜図６の第１〜第４の実施形態の磁気接合（１００、１００’、１００’’及び／又は１００’’’）と近似する。
従って、近似する構成要素は同様の図面符号で表示する。
つまり、磁気接合１００’’’’は、固定層１１０、非磁性スペーサ層１２０、非対称自由層１３０’’、及びＰＭＡ誘導層１４０を図２〜図６に示すものと同様に含む。
非対称自由層１３０’’はまたボロン低含有強磁性層１３２、選択的非磁性挿入層１３４、及びボロン高含有強磁性層１３６を含む場合を示している。
しかし、各層（１１０、１２０、１３０’’、１４０）を特定の方向（積層方向）で示しているが、この方向は他の実施形態では変更できる。
例えば、固定層１１０は、磁気接合１００’’’’の底面に近くてもよく、各層（１１０、１２０、１３０’’、１４０）の順序が逆でもよい。
同様にボロン低含有強磁性層１３２、選択的非磁性挿入層１３４、及びボロン高含有強磁性層１３６は特定の方向（積層方向）で示している。他の実施形態では、この方向を変更できる。
例えば、ボロン低含有強磁性層１３２、選択的非磁性挿入層１３４、及びボロン高含有強磁性層１３６の順序がボロン低含有強磁性層１３２がＰＭＡ誘導層１４０と最も近くなる場合のように逆でもよい。
磁気接合１００’’’’はまた書き込み電流が磁気接合１００’’’’を通過するとき、非対称自由層１３０’’が安定な磁気状態の間で切り替えられることを許容する。
したがって、非対称自由層１３０’’の磁気状態はスピントランスファートルクを利用して切り替え可能である。
【００５８】
各層（１１０、１２０、１３０’’（１３２、１３４、１３６）、１４０）の構造及び機能は前述した説明と近似する。
例えば、非対称自由層１３０’’は安定しているとき、図７に示すように平面に対し垂直方向の自身の磁気モーメントを有し、非対称のボロン濃度を有する。
非対称自由層１３０’’及びボロン低含有強磁性層１３２、ボロン高含有強磁性層１３６のボロン濃度の勾配は前述した内容と近似する。いくつかの実施形態では、選択的非磁性挿入層１３４は省略できる。
また磁気接合１００’’’’は、図に示すように（選択的）ボロンシンク層１４２及び（選択的）磁気挿入層１２２を含む。
（選択的）ボロンシンク層１４２及び（選択的）磁気挿入層１２２は前述した説明と近似する。（選択的）ボロンシンク層１４２及び（選択的）磁気挿入層１２２の内の一つ又は二つは磁気接合１００’’’’内に含まれ得る。あるいは、（選択的）ボロンシンク層１４２及び（選択的）磁気挿入層１２２の内の一つまたは二つは何れも省略できる。
【００５９】
磁気接合１００’’’’は、向上した性能を有し得る。
非対称自由層１３０’’の磁気状態はスピントランスファートルクを利用して切り替えられる。
したがって、さらに限定された物理現象が磁気接合１００’’’’に書き込み動作を行うのに使用され得る。
磁気接合１００’’’’は平面に対し垂直方向に非対称自由層１３０’’の安定な磁気状態を有し得、これはスイッチングベースのスピントランスファーを向上させる。
磁気接合１００’’’’は、非対称自由層１３０’’により強化された磁気抵抗／トンネル磁気抵抗を有し得る。したがって、磁気接合１００’’’’を利用する装置の性能が向上できる。
【００６０】
図２〜図７は、特定の特徴について説明した。
例えば、特定層は多様な実施形態で含まれたり省略した。
しかし、前記技術分野の一般的な技術のうち何れか一つに照らし、図２〜図７内に示す第１〜第の５実施形態の磁気接合（１００、１００’、１００’’、１００’’’及び／又は１００’’’’）内の前記一つ又は複数の特徴は結合され得る。
【００６１】
図８及び図９は、本発明の第６の実施形態によるスピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリに使用され、非対称自由層を含む磁気接合２００の概略断面図である。
図８は、本発明の第６の実施形態による磁気接合２００を周辺の構造と共に示す図であり、図９は、本発明の第６の実施形態による磁気接合２００を周辺の構造を除いて示す概略断面図である。
磁気接合２００が使用される磁気装置は多様な応用製品に使用され得る。
例えば、磁気装置及びこれによる磁気接合はＳＴＴ−ＭＲＡＭのような磁気メモリ内に使用され得る。正確には、図８及び図９は実際の割合関係（厚さ等）で示しているものではない。
【００６２】
磁気接合２００は、図２〜図７の第１〜第５の実施形態の磁気接合（１００、１００’、１００’’、１００’’’及び／又は１００’’’’）と近似する。
従って、近似する構成要素は同様の図面符号で表示する。
つまり、磁気接合２００は、固定層２１０、非磁性スペーサ層２２０、及び非対称自由層２３０を図２〜図７に示したものと同様に含む。
磁気接合２００はまた第２非磁性スペーサ層／ＰＭＡ誘導層２４０及び第２固定層２５０を含む。
第２非磁性スペーサ層／ＰＭＡ誘導層２４０はＰＭＡ誘導層１４０及び非磁性スペーサ層１２０と近似する。
第２固定層２５０は、固定層（１１０／２１０）と近似する。
したがって、磁気接合２００は、デュアル磁気接合である。
図８は、また基板１０１、下部コンタクト１０２、選択的シード層１０４、選択的固定層１０６及び上部コンタクト１０３とそれぞれ近似する基板２０１、下部コンタクト２０２、選択的シード層２０４、選択的固定層２０６、及び上部コンタクト２０３を含んで示す。
磁気接合２００はまた選択的固定層２０６と近似する選択的第２固定層２６０を含む。
【００６３】
非対称自由層２３０は、図９に示すようにボロン低含有強磁性層２３２、選択的非磁性挿入層２３４、及びボロン高含有強磁性層２３６を含む。
ボロン低含有強磁性層２３２、選択的非磁性挿入層２３４、及びボロン高含有強磁性層２３６はそれぞれ第１〜第５の実施形態の対応する各層の説明と近似する。
ボロン低含有強磁性層２３２、選択的非磁性挿入層２３４、及びボロン高含有強磁性層２３６を特定の方向（積層方向）で示している。他の実施形態では、この方向を変更できる。
例えば、ボロン低含有強磁性層２３２、選択的非磁性挿入層２３４、及びボロン高含有強磁性層２３６の順序はボロン低含有強磁性層２３２が第２非磁性スペーサ層／ＰＭＡ誘導層２４０と最も近くなる場合のように逆でもよい。
磁気接合２００はまた書き込み電流が磁気接合２００を通過するとき、非対称自由層２３０が安定な磁気状態の間で切り替えられることを許容する。したがって、非対称自由層２３０の磁気状態はスピントランスファートルクを利用して切り替え可能である。
【００６４】
各層（２１０、２２０、２３０（２３２、２３４、２３６）２４０）の構造及び機能は第１〜第５の実施形態の対応する各層に対し説明した内容と近似する。
例えば、非対称自由層２３０は安定しているとき、平面に対し垂直方向の自身の磁気モーメントを有し、非対称のボロン濃度を有する。
非対称自由層２３０、及びボロン低含有強磁性層２３２、ボロン高含有強磁性層２３６のボロン濃度の勾配は第１〜第５の実施形態の対応する各層に対し説明した内容と近似する。いくつかの実施形態で、選択的非磁性挿入層２３４は省略できる。
【００６５】
固定層２１０及び第２固定層２５０は磁気を有し、磁気接合の動作の少なくとも一部のあいだ特定の方向に固定されたり、停止した自身の磁化を有し得る。
しかし、図では単純な（単一）層で示しているが、固定層２１０及び／又は第２固定層２５０は複数の層を含み得る。
例えば、固定層２１０及び／又は第２固定層２５０はＳＡＦであり得る。
固定層２１０及び／又は第２固定層２５０はまた他の複数層になる。
図９に示すように、固定層２１０及び／又は第２固定層２５０は面外減磁エネルギを超過する垂直異方性エネルギを有し得る。
したがって、図９に示すように、固定層２１０及び／又は第２固定層２５０は平面に対し垂直方向の自身の磁気モーメントを有し得る。
平面上を含む固定層２１０及び／又は第２固定層２５０の前記磁化の他の方向も可能であるが、これに制限されない。
固定層２１０及び第２固定層２５０の磁気モーメントはデュアル状態（ｄｕａｌ  ｓｔａｔｅ）でアンチパラレルに（ａｎｔｉｐａｒａｌｌｅｌ）示している。
しかし、他の実施形態又は特定工程の内では固定層２１０及び第２固定層２５０の磁気モーメントは平行であり得る。
上記のような方向は磁気抵抗を強化することができる。他の実施形態では、固定層２１０及び第２固定層２５０の磁気モーメントの前記方向は読み込み及び書き込み動作で互いに異なるように形成され得る。
【００６６】
非磁性スペーサ層２２０及び第２非磁性スペーサ層／ＰＭＡ誘導層２４０は非磁性化されている。
いくつかの実施形態では非磁性スペーサ層２２０及び第２非磁性スペーサ層／ＰＭＡ誘導層２４０は例えば、トンネル障壁のような絶縁体である。
本実施形態では、非磁性スペーサ層２２０及び／又は第２非磁性スペーサ層／ＰＭＡ誘導層２４０は磁気接合のＴＭＲを非対称自由層２３０の垂直磁気異方性ほどに強化させ得るＭｇＯ結晶体を含み得る。
ＭｇＯ結晶体の非磁性スペーサ層２２０はまた非対称自由層２３０内のＣｏＦｅＢ及びＦｅＢのような物質の所望する結晶構造及び磁気異方性の提供に役立つ。
本実施形態では、一方又は両方の非磁性スペーサ層２２０及び第２非磁性スペーサ層／ＰＭＡ誘導層２４０は２Å以上５Å以下の厚さを有し得る。
他の実施形態では、スペーサ層２２０はＣｕのような導電体であるか、例えば、絶縁体マトリックス（ｍａｔｒｉｘ）の導電チャネルを含む粒状（ｇｒａｎｕｌａｒ）層のような他の構造を有し得る。
非磁性スペーサ層２２０及び第２非磁性スペーサ層／ＰＭＡ誘導層２４０は一般的に互いに異なる厚さを有することが好ましい。例えば、非磁性スペーサ層２２０及び第２非磁性スペーサ層／ＰＭＡ誘導層２４０の厚さは１０パーセントほど異なってもよい。
【００６７】
磁気接合２００は向上した性能を有し得る。
非対称自由層２３０の磁気状態はスピントランスファートルクを利用して切り替えられる。
したがって、さらに限定された物理現象が磁気接合２００に書き込み動作を行うのに使用され得る。
磁気接合２００は、平面に対し垂直方向に非対称自由層２３０の安定な磁気状態を有し得、これはスイッチングベースのスピントランスファーを向上させる。
磁気接合２００は、非対称自由層２３０により強化された磁気抵抗／トンネル磁気抵抗を有し得る。したがって、磁気接合２００を利用する装置の性能を向上できる。
【００６８】
図１０は、本発明の第７の実施形態によるスピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリに使用され、非対称自由層を含む磁気接合２００’  の概略断面図である。
磁気接合２００’が使用される磁気装置は多様な応用製品に使用され得る。
例えば、磁気装置及びこれによる磁気接合はＳＴＴ−ＭＲＡＭのような磁気メモリ内に使用され得る。正確には、図１０は実際の割合関係（厚さ等）で示しているものではない。
【００６９】
（デュアル）磁気接合２００’は（デュアル）磁気接合（図９の符号２００）と近似する。
従って、近似する構成要素は同様の図面符号で表示する。
つまり、磁気接合２００’は、固定層２１０、非磁性スペーサ層２２０、非対称自由層２３０、第２非磁性スペーサ層／ＰＭＡ誘導層２４０、及び固定層２５０を図８及び図９に示すものと同様に含む。
非対称自由層２３０はまたボロン低含有強磁性層２３２、選択的非磁性挿入層２３４、及びボロン高含有強磁性層２３６を含む場合を示している。
ボロン低含有強磁性層２３２、選択的非磁性挿入層２３４、及びボロン高含有強磁性層２３６は特定の方向（積層方向）に示している。他の実施形態では、この方向を変更できる。
例えば、ボロン低含有強磁性層２３２、選択的非磁性挿入層２３４、及びボロン高含有強磁性層２３６の順序はボロン低含有強磁性層２３２が第２非磁性スペーサ層／ＰＭＡ誘導層２４０と最も近くなる場合のように逆でもよい。
磁気接合２００’はまた書き込み電流が磁気接合２００’を通過するとき、非対称自由層２３０が安定な磁気状態の間で切替えられることを許容する。
したがって、非対称自由層２３０の磁気状態はスピントランスファートルクを利用して切り替え可能である。
【００７０】
各層（２１０、２２０、２３０（２３２、２３４、２３６）、２４０、２５０）の構造及び機能は前述した実施形態の対応する各層に対する説明と近似する。
例えば、非対称自由層２３０は安定しているとき、図１０に示すように平面に対し垂直方向の自身の磁気モーメントを有し、非対称のボロン濃度を有する。非対称自由層２３０及びボロン低含有強磁性層２３２、ボロン高含有強磁性層２３６のボロン濃度の勾配は前述した内容と近似する。いくつかの実施形態で、選択的非磁性挿入層２３４は省略できる。
【００７１】
磁気接合２００’はまた選択的磁気挿入層（２２２、２４１）を含む。
選択的磁気挿入層（２２２、２４１）は図４に示す磁気挿入層１２２と近似する。
図１０を再び参照すると、選択的磁気挿入層（２２２、２４１）の内の一つ又は両方とも提供され得る。
選択的磁気挿入層（２２２、２４１）はＦｅ及びＣｏＦｅの内の少なくとも一つを含み得る。
選択的磁気挿入層（２２２、２４１）はＦｅが豊富であることが好ましい。例えば、Ｆｅ層又はＣｏ１Ｆｅ３層が使用され得る。
いくつかの実施形態では、選択的磁気挿入層（２２２及び／又は２４１）は非対称自由層２３０の一部として考慮される。選択的磁気挿入層（２２２、２４１）はそれぞれ２Å以上、６Å以下の厚さであり得る。
いくつかの実施形態で、選択的磁気挿入層（２２２、２４１）は４Åの規格の厚さであり得る。選択的磁気挿入層の使用は磁気接合２００’の磁気抵抗を向上させる。
【００７２】
磁気接合２００’は向上した性能を有し得る。
非対称自由層２３０の磁気状態はスピントランスファートルクを利用して切り替えられる。
したがって、さらに限定された物理現象が磁気接合２００’に書き込み動作を行うのに使用され得る。
磁気接合２００’は平面に対し垂直方向に非対称自由層２３０の安定な磁気状態を有し得、これはスイッチングベースのスピントランスファーを向上させる。
磁気接合２００’は非対称自由層２３０により強化された磁気抵抗／トンネル磁気抵抗を有し得る。したがって、磁気接合２００’を利用する装置の性能を向上できる。
【００７３】
図１１は、本発明の第８の実施形態によるスピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリに使用され、非対称自由層を含む磁気接合２００’’の概略断面図である。
磁気接合２００’’が使用される磁気装置は多様な応用製品に使用され得る。
例えば、磁気装置及びこれによる磁気接合はＳＴＴ−ＭＲＡＭのような磁気メモリ内に使用され得る。正確には、図１１は実際の割合関係（厚さ等）で示しているものではない。
【００７４】
磁気接合２００’’は、図８〜図１０の第６の実施形態の磁気接合（２００及び／又は２００’）と近似している。
従って、近似する構成要素は同様の図面符号で表示する。
つまり、磁気接合２００’’は、固定層２１０、非磁性スペーサ層２２０、非対称自由層２３０’、第２非磁性スペーサ／ＰＭＡ誘導層２４０、及び第２固定層２５０を図８〜図１０に示したものと同様に含む。
非対称自由層２３０’はまたボロン低含有強磁性層２３２及びボロン高含有強磁性層２３６を含む場合を示している。
ボロン低含有強磁性層２３２及びボロン高含有強磁性層２３６は特定の方向（積層方向）に示す。他の実施形態では、この方向を変更できる。
例えば、ボロン低含有強磁性層２３２とボロン高含有強磁性層２３６の順序はボロン低含有強磁性層２３２が第２非磁性スペーサ／ＰＭＡ誘導層２４０と最も近くなる場合と逆でもよい。
磁気接合２００’’はまた書き込み電流が磁気接合２００’’を通過するとき、非対称自由層２３０’が安定な磁気状態の間で切り替えられることを許容する。したがって、非対称自由層２３０の磁気状態はスピントランスファートルクを利用して切り替え可能である。
【００７５】
各層（２１０、２２０、２３０’（２３２、２３６）、２４０、２５０）の構造及び機能は第６、第７の実施形態の対応する各層に対し前述した説明と近似する。
例えば、非対称自由層２３０’は安定しているとき、図１１に示すように平面に対し垂直方向の自身の磁気モーメントを有し、非対称のボロン濃度を有する。非対称自由層２３０’及びボロン低含有強磁性層２３２、ボロン高含有強磁性層２３６のボロン濃度の勾配は前述した内容と近似する。
【００７６】
磁気接合２００’’内で、非磁性挿入層は非対称自由層２３０’から省略できる。
したがって、ボロン低含有強磁性層２３２及びボロン高含有強磁性層２３６は界面を互いに共有する。
結果的には非対称自由層２３０’は非対称自由層２３０’の磁気モーメントが平面に対し垂直方向になることを保障するためにさらに薄くなる。例えば、ボロン低含有強磁性層２３２及びボロン高含有強磁性層２３６の厚さの合計は１２Å程度であり得る。
【００７７】
磁気接合２００’’は向上した性能を有する。
非対称自由層２３０’の磁気状態はスピントランスファートルクを利用して切り替えられる。
したがって、さらに限定された物理現象が磁気接合２００’’に書き込み動作を行うのに使用され得る。
磁気接合２００’’は、平面に対し垂直方向に非対称自由層２３０’の安定な磁気状態を有し、これはスイッチングベースのスピントランスファーを向上させる。
磁気接合２００’’は、非対称自由層２３０’により強化された磁気抵抗／トンネル磁気抵抗を有する。したがって、磁気接合２００’’を利用する装置の性能を向上できる。
【００７８】
図１２は本発明の第９の実施形態によるスピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリに使用され、非対称自由層を含む磁気接合２００’’’の概略断面図である。
磁気接合２００’’’が使用される磁気装置は多様な応用製品に使用され得る。
例えば、磁気装置及びこれによる磁気接合はＳＴＴ−ＭＲＡＭのような磁気メモリ内に使用され得る。正確には、図１２は実際の割合関係（厚さ等）で示すものではない。
【００７９】
磁気接合２００’’’は、図８〜図１１の第６〜第８の実施形態の磁気接合（２００、２００’及び／又は２００’’）と近似する。
従って、近似する構成要素は同様の図面符号で表示する。
つまり、磁気接合２００’’’は、固定層２１０、非磁性スペーサ層２２０、非対称自由層２３０、及び第２非磁性スペーサ／ＰＭＡ誘導層２４０を図８〜図１１に示したものと同様に含む。
非対称自由層２３０はまたボロン低含有強磁性層２３２、選択的非磁性挿入層２３４、及びボロン高含有強磁性層２３６を含む場合を示している。
しかし、ボロン低含有強磁性層２３２、選択的非磁性挿入層２３４、及びボロン高含有強磁性層２３６を特定の方向（積層方向）で示している。他の実施形態では、この方向を変更できる。
例えば、ボロン低含有強磁性層２３２、選択的非磁性挿入層２３４、及びボロン高含有強磁性層２３６の順序はボロン低含有強磁性層２３２が第２非磁性スペーサ層／ＰＭＡ誘導層２４０と最も近くなる場合のように逆でもよい。
磁気接合２００’’’はまた書き込み電流が磁気接合２００’’’を通過するとき、非対称自由層２３０が安定な磁気状態の間で切り替えられることを許容する。したがって、非対称自由層２３０の磁気状態はスピントランスファートルクを利用して切り替え可能である。
【００８０】
各層（２１０、２２０、２３０（２３２、２３４、２３６）、２４０、２５０）の構造及び機能は前述した説明と近似する。
例えば、非対称自由層２３０は安定しているとき、図１２に示すように平面に対し垂直方向の自身の磁気モーメントを有し、非対称のボロン濃度を有する。
非対称自由層２３０及びボロン低含有強磁性層２３２、ボロン高含有強磁性層２３６のボロン濃度の勾配は前述した内容と近似する。いくつかの実施形態では、選択的非磁性挿入層２３４は省略できる。
【００８１】
磁気接合２００’’’はまた第２非磁性スペーサ／ＰＭＡ誘導層２４０がボロンシンク層２４２と非対称自由層２３０との間に位置するようにボロンシンク層２４２を含む。
ボロンシンク層２４２は図６に示すボロンシンク層１４２と近似する。
図１２に示す実施形態で分かるように、ボロンシンク層２４２はシード層としても機能する。
しかし、他の実施形態では、例えば仮に、第２非磁性スペーサ／ＰＭＡ誘導層２４０が磁気接合２００’’’の下部から最も遠いと、ボロンシンク層２４２はキャッピング層であり得る。
ボロンシンク層２４２はボロンと親和的な物質を含み得る。例えば、Ｔａ、Ｆｅ及び／又はＣｏＦｅのような物質が使用され得る。ボロンシンク層２４２は熱処理又は磁気接合２００’’’の他の工程あいだボロンが拡散される場所を提供できる。
したがって、残った各層（２１０、２２０、２３０、２４０、２５０）の化学量論的に所望する形にさらに近くなる。
【００８２】
磁気接合２００’’’は向上した性能を有し得る。
非対称自由層２３０の磁気状態はスピントランスファートルクを利用して切り替えられる。
したがって、さらに限定された物理現象が磁気接合２００’’’に書き込み動作を行うのに使用され得る。
磁気接合２００’’’は平面に対し垂直方向に非対称自由層２３０の安定な磁気状態を有し得、これはスイッチングベースのスピントランスファーを向上させる。
磁気接合２００’’’は、非対称自由層２３０により強化された磁気抵抗／トンネル磁気抵抗を有し得る。したがって、磁気接合２００’’’を利用する装置の性能は向上できる。
【００８３】
図１３は、本発明の第１０の実施形態によるスピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリに使用され、非対称自由層を含むデュアル磁気接合２００’’’’の概略断面図である。
磁気接合２００’’’’が使用される磁気装置は多様な応用製品に使用され得る。
例えば、磁気装置及びこれによる磁気接合はＳＴＴ−ＭＲＡＭのような磁気メモリ内に使用され得る。正確には、図１３は実際の割合関係（厚さ等）で示すものではない。
【００８４】
磁気接合２００’’’’は、図８〜図１２の第６〜第９の実施形態のデュアル磁気接合（２００、２００’、２００’’及び／又は２００’’’）と近似する。
従って、近似する構成要素は同様の図面符号で表示する。
つまり、磁気接合２００’’’’は、固定層２１０、非磁性スペーサ層２２０、非対称自由層２３０’’、第２非磁性スペーサ層／ＰＭＡ誘導層２４０、及び第２固定層２５０を図８〜図１２に示すものと同様に含む。
非対称自由層２３０’’はまたボロン低含有強磁性層２３２、選択的非磁性挿入層２３４及びボロン高含有強磁性層２３６を含む場合を示す。
磁気接合２００’’’’はまた書き込み電流が磁気接合２００’’’’を通過するとき、非対称自由層２３０’’が安定な磁気状態の間で切り替えられることを許容する。したがって、非対称自由層２３０’’の磁気状態はスピントランスファートルクを利用して切り替え可能である。
【００８５】
各層（２１０、２２０、２３０’’（２３２、２３４、２３６）、２４０、２５０）の構造及び機能は前述した説明と近似する。
例えば、非対称自由層２３０’’は安定しているとき、図１３に示すように平面に対し垂直方向の自身の磁気モーメントを有し、非対称のボロン濃度を有する。
非対称自由層２３０’’及びボロン低含有強磁性層２３２、ボロン高含有強磁性層２３６のボロン濃度の勾配は前述した内容と近似する。
しかし、図に示す実施形態においてボロン低含有強磁性層２３２、選択的非磁性挿入層２３４、及びボロン高含有強磁性層２３６の順序はボロン低含有強磁性層２３２が第２非磁性スペーサ／ＰＭＡ誘導層２４０と最も近くなる場合のように逆でもよい。いくつかの実施形態で選択的非磁性挿入層２３４は省略できる。
【００８６】
磁気接合２００’’’’はまた、示すように選択的にボロンシンク層２４２及び選択的磁気挿入層（２２２、２４１）を含む。
ボロンシンク層２４２及び選択的磁気挿入層（２２２、２４１）は前述した説明と近似する。ボロンシンク層２４２及び選択的磁気挿入層（２２２、２４１）の一つ又はそれ以上のいくつかの組み合わせは磁気接合２００’’’’内に含まれる。あるいは、一つ又はそれ以上のボロンシンク層２４２及び選択的磁気挿入層（２２２、２４１）は省略できる。
【００８７】
磁気接合２００’’’’は向上した性能を有し得る。
非対称自由層２３０’’の磁気状態はスピントランスファートルクを利用して切り替えられる。
したがって、さらに限定された物理現象が磁気接合２００’’’’に書き込み動作を行うのに使用され得る。
磁気接合２００’’’’は平面に対し垂直方向に非対称自由層２３０’’の安定な磁気状態を有し得、これはスイッチングベースのスピントランスファーを向上させる。
磁気接合２００’’’’は非対称自由層２３０’’により強化された磁気抵抗／トンネル磁気抵抗を有し得る。したがって、磁気接合２００’’’’を利用する装置の性能を向上できる。
【００８８】
図８〜図１３は特定の特徴について説明した。
例えば、特定層は多様な実施形態で含まれたり省略した。
しかし、前記技術分野の一般的な技術のうち何れか一つに照らし、図８〜図１３内に示す第６〜第１０の実施形態の磁気接合（２００、２００’、２００’’、２００’’’及び／又は２００’’’’）内の前記一つ又は複数の特徴は結合され得る。
【００８９】
図１４は、本発明の一実施形態による磁気接合（１００、１００’、１００’’、１００’’’、１００’’’’、２００、２００’、２００’’、２００’’’及び／又は２００’’’’）の内の少なくとも一つを活用するメモリ３００の磁気記憶セル部分の概略回路図である。
しかし、その磁気接合（１００、１００’、１００’’、１００’’’、１００’’’’、２００、２００’、２００’’、２００’’’及び／又は２００’’’’）の内の少なくとも一つは互いに異なる装置及び／又は互いに異なる構成を有するメモリに使用され得る。
メモリ３００はワードライン選択ドライバ３０４とリード／ライトコラム選択ドライバ（３０２、３０６）を含む。その他の構成要素及び／又は他の構成要素が提供される。
メモリ３００の保存領域は磁気記憶セル３１０を含む。
それぞれの磁気記憶セルは少なくとも一つ磁気接合３１２及び少なくとも一つの選択装置３１４を含む。
いくつかの実施形態で、選択装置３１４はトランジスタである。磁気接合３１２はここで説明された磁気接合（１００、１００’、１００’’、１００’’’、１００’’’’、２００、２００’、２００’’、２００’’’及び／又は２００’’’’）の内の一つであり得る。
したがって、磁気接合３１２の自由層は非対称である。ここでは、磁気記憶セル３１０当り一つの磁気接合３１２を示しているが、他の実施形態では、セル当りまた他の数字の磁気接合３１２が提供され得る。これによって、磁気メモリ３００は前述した効果を奏する。
【００９０】
図１５は、本発明の一実施形態によるスピントランスファートルクを利用してプログラム可能な磁気メモリ内で使用され、非対称自由層を含む磁気接合提供方法４００を説明するためのフローチャートである。
簡単には、いくつかのステップは省略されたり結合され得る。
磁気接合提供方法４００は、磁気接合１００について説明する。
磁気接合提供方法４００はまた少なくとも一つの磁気接合（１００’、１００’’、１００’’’、１００’’’’、２００、２００’、２００’’、２００’’’及び／又は２００’’’’）の製造に使用される。
磁気接合提供方法４００は互いに異なる磁気接合に使用され得る。さらに、磁気接合提供方法４００は磁気メモリの製造に含まれる。したがって、磁気接合提供方法４００はＳＴＴ−ＭＲＡＭ又は他の磁気メモリの製造に使用され得る。
【００９１】
ステップＳ４０２にて固定層１１０を提供する。
ステップＳ４０２は所望する物質で固定層１１０の所望する厚さまで蒸着するステップを含み得る。
ステップＳ４０４にて非磁性層１２０を提供する。
ステップＳ４０４は非磁性物質を蒸着するステップを含み得る。例えば、ＭｇＯを蒸着できる。さらに物質の所望する厚さはステップＳ４０４で蒸着できる。
ステップＳ４０６にて非対称自由層１３０を提供する。
ステップＳ４０６はボロン低含有強磁性層１３２、選択的非磁性挿入層１３４、及びボロン高含有強磁性層１３６を提供するステップを含み得る。
他の実施形態で、実質的にはボロン濃度の連続的な変化率を有する単一層が提供され得る。
ステップＳ４０８にてＰＭＡ誘導層１４０を提供する。
仮に磁気接合（２００、２００’、２００’’、２００’’’及び／又は２００’’’’）のようなデュアル磁気接合が提供されると、ステップＳ４０８により提供された層もデュアル接合の非磁性スペーサ層である。
ステップＳ４１０にて固定層２５０を選択的に提供する。
磁気接合１００の製造はステップＳ４１２により完了する。
結果的には、磁気接合（１００、１００’、１００’’、１００’’’、１００’’’’、２００、２００’、２００’’、２００’’’及び／又は２００’’’’）の効果が達成される。
【００９２】
尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１００、１００’、１００’’、１００’’’、１００’’’’、２００、２００’、２００’’、２００’’’、２００’’’’    磁気接合
１０１、２０１    基板
１０２、２０２    下部コンタクト
１０３、２０３    上部コンタクト
１０４、２０４    選択的シード層
１０６、２０６    選択的固定層
１１０、２１０    固定層
１２０、２２０    非磁性スペーサ層
１２２    磁気挿入層
１３０、１３０’，１３０’’、２３０、２３０’、２３０’’    非対称自由層
１３２、２３２    ボロン低含有強磁性層
１３４、２３４    選択的非磁性挿入層
１３６、２３６    ボロン高含有強磁性層
１４０    ＰＭＡ誘導層
１４２、２４２    ボロンシンク層
２２２、２４１    選択的磁気挿入層
２４０    第２非磁性スペーサ層／ＰＭＡ誘導層
２５０    第２固定層
２６０    選択的第２固定層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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