(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照層と、
第１の垂直磁気異方性（ＰＭＡ）フリー層と、ＰＭＡ支援層と、前記第１のＰＭＡフリー層と前記ＰＭＡ支援層との間のＰＭＡ結合層とを含む、複合ＰＭＡ層と、
前記参照層と前記複合ＰＭＡ層との間のトンネルバリア層と、
前記トンネルバリア層と前記複合ＰＭＡ層との間の長手磁気異方性（ＬＭＡ）フリー層と、
前記ＬＭＡフリー層と前記複合ＰＭＡ層との間のスペーサ層とを含み、
前記参照層がＬＭＡ参照層である、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）。
【請求項２】
前記複合ＰＭＡ層に結合されたＰＭＡ強化層をさらに含む、請求項１に記載のＭＴＪ。
【請求項３】
前記第１のＰＭＡフリー層の材料がＣｏＦｅＢである、請求項１に記載のＭＴＪ。
【請求項４】
前記第１のＰＭＡフリー層の厚さが２０Å未満である、請求項３に記載のＭＴＪ。
【請求項５】
前記第１のＰＭＡフリー層と前記ＰＭＡ支援層の少なくとも１つが、熱的安定性強化層を含む、請求項１に記載のＭＴＪ。
【請求項６】
携帯電話、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、コンピュータ、ハンドヘルドパーソナル通信システム（ＰＣＳ）ユニット、ポータブルデータユニット、および固定位置データユニットのうちの少なくとも１つに組み込まれる、請求項１に記載のＭＴＪ。
【請求項７】
第１の層の磁化を固定するための手段と、
第２の層においてトンネリング磁気抵抗（ＴＭＲ）をもたらすための手段と、
複合層における垂直磁気異方性（ＰＭＡ）を高めるための手段であって、第２の層においてＴＭＲをもたらすための前記手段が第１の層の磁化を固定するための前記手段と複合層におけるＰＭＡを高めるための前記手段との間に配され、前記複合層が、ＰＭＡを高めるための第１の手段と、ＰＭＡを高めるための第２の手段と、ＰＭＡを高めるための前記第１の手段およびＰＭＡを高めるための前記第２の手段を結合するための手段とを含む手段と、
トンネリングをもたらすための前記手段とＰＭＡを高めるための前記手段との間に、長手磁気異方性（ＬＭＡ）をもたらすための手段と、
ＬＭＡをもたらすための前記手段とＰＭＡを高めるための前記手段との間で、空間を開けるための手段とを含み、
磁化を固定するための前記手段がＬＭＡ参照層である、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）。
【請求項８】
前記複合層に結合された第４の層におけるＰＭＡを強化するための手段をさらに含む、請求項７に記載のＭＴＪ。
【請求項９】
ＰＭＡを高めるための前記第１の手段の材料がＣｏＦｅＢを含む、請求項７に記載のＭＴＪ。
【請求項１０】
ＰＭＡを高めるための前記第１の手段の厚さが２０Å未満である、請求項９に記載のＭＴＪ。
【請求項１１】
ＰＭＡを高めるための前記第１の手段とＰＭＡを高めるための前記第２の手段の少なくとも１つが、熱的安定性強化層を含む、請求項７に記載のＭＴＪ。
【請求項１２】
携帯電話、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、コンピュータ、ハンドヘルドパーソナル通信システム（ＰＣＳ）ユニット、ポータブルデータユニット、および固定位置データユニットのうちの少なくとも１つに組み込まれる、請求項７に記載のＭＴＪ。
【請求項１３】
垂直ＭＴＪを構築する方法であって、
長手磁気異方性（ＬＭＡ）参照層を堆積するためのステップと、
第１の垂直磁気異方性（ＰＭＡ）層と、ＰＭＡ支援層と、前記第１のＰＭＡ層と前記ＰＭＡ支援層との間のＰＭＡ結合層とを含む、複合ＰＭＡ層を堆積するためのステップと、
前記ＬＭＡ参照層と前記複合ＰＭＡ層との間にトンネルバリア層を堆積するためのステップと、
前記トンネルバリア層と前記複合ＰＭＡ層との間にＬＭＡフリー層を堆積するためのステップと、
前記ＬＭＡフリー層と前記複合ＰＭＡ層との間にスペーサ層を堆積するためのステップとを含む、方法。
【請求項１４】
携帯電話、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、コンピュータ、ハンドヘルドパーソナル通信システム（ＰＣＳ）ユニット、ポータブルデータユニット、および固定位置データユニットのうちの少なくとも１つに前記ＭＴＪを組み込むためのステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＰＭＡ結合層が、Ｒｕ、Ｃｒ、および／またはＴａから作られる、請求項１に記載のＭＴＪ。
【請求項１６】
ＰＭＡを高めるための前記第１の手段およびＰＭＡを高めるための前記第２の手段を結合するための前記手段が、Ｒｕ、Ｃｒ、および／またはＴａから作られる、請求項７に記載のＭＴＪ。
【請求項１７】
前記ＰＭＡ結合層が、Ｒｕ、Ｃｒ、および／またはＴａから作られる、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年９月２２日に出願された、ＣＨＥＮらの米国仮特許出願第６１／５３７，７７８号の利益を主張するものである。
【０００２】
本開示は全般に、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスに関する。より具体的には、本開示は、ＰＭＡタイプのＭＴＪデバイスの熱的な安定性を高めることに関する。
【背景技術】
【０００３】
従来のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）チップ技法とは異なり、磁気ＲＡＭ（ＭＲＡＭ）では、データは電荷として記憶されず、代わりに記憶要素の磁気分極によって記憶される。記憶要素は、トンネリング層によって分離された２つの強磁性層から形成される。固定層またはピンド層と呼ばれる、２つの強磁性層のうちの１つは、特定の方向に固定された磁化を有する。フリー層と呼ばれる他方の強磁性磁気層は、フリー層の磁化が固定層の磁化と反平行である場合には「１」を表し、もしくは、フリー層の磁化が固定層の磁化に平行である場合には「０」を表すように、またはこの逆となるように変化し得る、磁化方向を有する。固定層とトンネリング層とフリー層とを有する１つのそのようなデバイスは、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）である。ＭＴＪの電気抵抗は、フリー層の磁化および固定層の磁化が、互いに平行か反平行かに依存する。ＭＲＡＭなどのメモリデバイスは、個別にアドレス指定可能なＭＴＪのアレイから構築される。
【０００４】
従来のＭＲＡＭにデータを書き込むには、臨界スイッチング電流を超える書込み電流がＭＴＪを通るように流される。臨界スイッチング電流を超える書込み電流は、フリー層の磁化方向を変えるのに十分である。書込み電流が第１の方向に流れる場合、ＭＴＪは、第１の状態にされてよく、または第１の状態にとどまってよく、第１の状態では、フリー層の磁化方向および固定層の磁化方向が、平行な方向に揃う。書込み電流が第１の方向とは反対の第２の方向に流れる場合、ＭＴＪは、第２の状態にされてよく、または第２の状態にとどまってよく、第２の状態では、フリー層の磁化および固定層の磁化が、反平行の方向にある。
【０００５】
従来のＭＲＡＭにおいてデータを読み取るには、読取り電流が、ＭＴＪにデータを書き込むのに使用されるのと同じ電流経路を介して、ＭＴＪを通るように流れ得る。ＭＴＪのフリー層および固定層の磁化が互いに平行に向いている場合、ＭＴＪは、フリー層および固定層の磁化が反平行の方向にある場合にＭＴＪが示すであろう抵抗とは異なる抵抗を示す。従来のＭＲＡＭでは、２つの異なる状態は、ＭＲＡＭのビットセル中のＭＴＪの２つの異なる抵抗によって定義される。２つの異なる抵抗は、ＭＴＪによって記憶される論理「０」および論理「１」の値を表す。
【０００６】
磁気ランダムアクセスメモリのビットセルは、メモリ要素（たとえば、ＭＲＡＭの場合にはＭＴＪ）のパターンを含む１つまたは複数のアレイの中に配置され得る。ＳＴＴ−ＭＲＡＭ（スピン移行トルク磁気ランダムアクセスメモリ）は、非揮発性、ｅＤＲＡＭ（埋め込みダイナミックランダムアクセスメモリ）と同等の速度、ｅＳＲＡＭ（埋め込みスタティックランダムアクセスメモリ）と比較してより小さいチップサイズ、無制限の読取り／書込み耐性、および小さいアレイ漏洩電流という利点を有する、新興の非揮発性メモリである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示のある態様によれば、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）は、参照層と、トンネルバリア層と、第１の垂直磁気異方性（ＰＭＡ）層、第２のＰＭＡ層、および第１のＰＭＡ層と第２のＰＭＡ層との間のＰＭＡ結合層を含む複合ＰＭＡ層とによって、構成される。この態様によれば、トンネルバリア層は、参照層と複合ＰＭＡ層との間に構成される。
【０００８】
本開示の他の態様は、垂直ＭＴＪを構築する方法を含む。方法は、参照層を堆積するステップと、トンネルバリア層を堆積するステップと、複合垂直磁気異方性（ＰＭＡ）層を堆積するステップとを含む。ＰＭＡ層を堆積するステップは、第１のＰＭＡ層を堆積するステップと、第２のＰＭＡ層を堆積するステップと、第１のＰＭＡ層と第２のＰＭＡ層との間にＰＭＡ結合層を堆積するステップとを含む。この態様では、トンネルバリア層は、参照層と複合ＰＭＡ層との間に堆積される。
【０００９】
別の態様では、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）は、第１の層の磁化を固定するための手段と、第２の層においてトンネリング磁気抵抗（ＴＭＲ）をもたらすための手段とを有する。装置はまた、複合層における垂直磁気異方性（ＰＭＡ）を高めるための手段を有する。複合層は、ＰＭＡを高めるための第１の手段と、ＰＭＡを高めるための第２の手段と、ＰＭＡを高めるための第１の手段およびＰＭＡを高めるための第２の手段を結合するための手段とを含む。
【００１０】
上記は、以下の詳細な説明がよりよく理解され得るように、本開示の特徴および技術的な利点を、かなり大まかに概説したものである。本開示のさらなる特徴および利点は、以下で説明される。本開示と同じ目的を実行するための他の構造を修正または設計するための基礎として、本開示が容易に利用され得ることを当業者は諒解されたい。そのような等価な構成は、添付の特許請求の範囲に記載される本開示の教示から逸脱しないことも当業者は認識されたい。機構と動作方法の両方に関して本開示の特性であると考えられる新規の特徴は、添付の図面と併せて考慮されれば、さらなる目的および利点とともに、以下の説明からよりよく理解されよう。しかしながら、図面の各々は例示および説明のみを目的として提供され、本開示の範囲を規定するものとして意図されないことを明確に理解されたい。
【００１１】
本開示のより完全な理解のために、ここで、添付の図面と併せて以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の態様による、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）構造の断面図である。
【図２】本開示の態様による、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）構造の断面図である。
【図３】本開示の態様による、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）構造の断面図である。
【図４】本開示の態様による、ＰＭＡタイプのＭＲＡＭセルの熱的な安定性を高める方法を示すプロセス流れ図である。
【図５】本開示の態様が有利に利用され得る例示的なワイヤレス通信システムを示すブロック図である。
【図６】一態様による、半導体コンポーネントの回路設計、レイアウト設計、および論理設計に使用される、設計用ワークステーションを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ＭＲＡＭセルの１つのカテゴリーでは、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）のフリー層および参照層の分極の方向は、それぞれの層の面に平行である。そのようなメモリセルは、面内磁気異方性または長手磁気異方性（ＬＭＡ）を有すると呼ばれる。面内磁気異方性を有するＭＲＡＭセルの磁気分極の方向は、楕円のような細長い形状を有するメモリセルを構築することによって、与えられる。細長い形状は、磁気モーメントがそこに向かいまたはそこから離れるような、各端部における極の位置を与える。
【００１４】
ＭＲＡＭセルの別のカテゴリーでは、ＭＴＪのフリー層および参照層の分極の方向は、それぞれの層の面に垂直である。そのようなメモリセルは、垂直磁気異方性（ＰＭＡ）を有すると呼ばれる。ＰＭＡタイプのＭＲＡＭセルの層における磁気分極の方向は、本質的に指向性であり、すなわち、層に垂直である。したがって、ＰＭＡタイプのＭＲＡＭセルは、細長い面内ＭＲＡＭセルよりも容易に製造することができる、円形のような対称的な形状を有し得る。
【００１５】
円形のＰＭＡタイプのＭＲＡＭセルは、細長い面内ＭＲＡＭセルよりも面積が小さいので、より微細なメモリデバイスの開発を容易にし得る。また、ＭＲＡＭセルのスイッチング電流はその面積に比例するので、ＰＭＡタイプのＭＲＡＭセルは、面内タイプのＭＲＡＭセルよりも消費電力が少なくなり得る。
【００１６】
フリー層および参照層の分極は、対応する層の材料の磁気モーメントに対応する。ＰＭＡタイプのＭＲＡＭの開発の１つの課題は、薄膜中の磁気モーメントが薄膜層に沿って配向するため、磁気モーメントの少なくとも１つの成分の大半が層中にとどまるという傾向により提示される。「面内磁気異方性」と呼ばれるこの傾向は、強い垂直磁気異方性の印加により解消され得る。強い垂直磁気異方性を印加する１つの方法は、非常に強い結晶異方性を示し薄膜層の平面に垂直な正味の磁気モーメントを有する材料を使用することである。そのような結晶性材料の正味の垂直磁気モーメントは、面内磁気異方性よりも強いことがある。しかしながら、強い結晶異方性を示す材料は、既存のＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）の製造プロセスにはあまり適合しない。
【００１７】
ＣｏＦｅＢは、ＣＭＯＳプロセシングに適合し面内タイプのＭＲＡＭセルに一般に使用される材料である。たとえば、面内タイプのＭＲＡＭセルのフリー層は通常、厚さ２ｎｍのＣｏＦｅＢの層である。ＣｏＦｅＢは、強い結晶異方性および／または面異方性を示さないので、材料中の磁化の方向は、薄膜層のダイの中で反磁場の方向にとどまる傾向がある。しかしながら、ＣｏＦｅＢの面内異方性は、薄膜の厚さを減らして鉄の含有量を増やすことによって解消され得ることが認められている。ＣｏＦｅＢの非常に薄い層を使用することによって、通常は薄膜の面異方性により支配されている薄膜の特性が、代わりに、薄膜のバルク結晶異方性により支配される。ＭｇＯバリア層とともに使用されるＣｏＦｅＢ層のそのような非常に薄い層は、ＰＭＡを示すことが認められている。
【００１８】
熱障壁はメモリセルの体積に基づくので、ＣｏＦｅＢのそのような非常に薄い層によって構築されるＭＲＡＭセルの熱障壁は、好ましくないことに低い。たとえば、ＣｏＦｅＢの非常に薄い層によって構築されるそのようなＰＭＡタイプのメモリセルでは、約４０ｋＴの熱障壁が観測されている。この値は、大規模なメモリアレイにおけるデータの保持を確実にするのに十分な、約６０ｋＴという望ましい熱障壁よりもはるかに低い。
【００１９】
垂直ＭＴＪを、円形にパターニングすることができ、それによって、ＭＴＪのサイズを、面内ＭＴＪが十分な形状異方性を有するための楕円状にパターニングされたＭＴＪを使用する場合と比較して小さくできるので、垂直ＭＴＪのスイッチング電流は、大きく低減し得る。しかしながら、非常に薄いＣｏＦｅＢフリー層を有する垂直ＭＴＪのスイッチング電流密度（Ｊｃ）は、そのような薄膜が、スイッチング電流密度Ｊｃに直接影響するパラメータである高い減衰定数（α）を有するので、増大する傾向がある。スイッチング電流はスイッチング電流密度ＪｃとＭＴＪの面積の積であるので、スイッチング電流密度Ｊｃの増大は、ＭＴＪの面積の低減によるスイッチング電流の低減を打ち消す。
【００２０】
本開示の態様によれば、ＣｏＦｅＢの比較的厚い層が使用され得るので、減衰定数は実質的に増大しない。本明細書で開示されるＣｏＦｅＢ層は、上で説明されたようなＰＭＡを示すために認められる非常に薄い構造を有さなくても、ＰＭＡを示し得る。また、厚さの増大により、説明される層は、許容可能な熱障壁をもたらすのに十分な増大した体積をもたらす。
【００２１】
本開示の態様によれば、磁気モーメントが層の面内で揃うことなくＣｏＦｅＢの層の厚さが増大され得るように、面内異方性の影響が解消され得る。一態様では、面内異方性は、垂直磁気異方性を印加することができる層をメモリセルに追加することによって解消され、垂直磁気異方性は、厚いＣｏＦｅＢ層では（Ｋｕ）である。
【００２２】
一例では、比較的厚いＣｏＦｅＢのフリー層が設けられる。追加の垂直磁気異方性を印加しなければ、比較的厚い層における面内異方性は、層の磁気モーメントを薄膜の面内にとどまらせる。本開示の態様によれば、垂直に磁化され得る支援層が、ＭＲＡＭセル中の厚いＣｏＦｅＢ層とともに層の堆積に追加される。本開示のある態様によれば、支援層は、垂直に磁化され得る非常に薄いＣｏＦｅＢの層であり得る。支援層は、支援層とフリー層との間にＰＭＡ結合層を設けることによって、フリー層に結合され得る。
【００２３】
本開示の態様によれば、支援層は、比較的厚い層における面内異方性を解消するために、フリー層に垂直な追加の界面異方性を与える。この構成によりもたらされる追加のフリー層の厚さは、十分な体積をもたらし、これにより許容可能な熱障壁が得られる。
【００２４】
本開示の態様は、ＣｏＦｅＢでできたＰＭＡタイプのＭＲＡＭセルのスイッチング電流を増やすことなく、熱的な安定性を高めるための方法を提供する。一例では、４０ｎｍ×４０ｎｍのＭＲＡＭセル中の支援層に結合された厚さ２０ÅのＣｏＦｅＢの層の熱障壁（Ｅｂ）は、約４７ｋＴであると推定される。これは、ＰＭＡを示す非常に薄いＣｏＦｅＢの層について推定される約２９ｋＴという熱障壁Ｅｂと比較して、かなりの改善である。許容可能な熱障壁をもたらすことに加えて、この例は、改善された減衰定数α、および、ＰＭＡを実現するために非常に薄いＣｏＦｅＢの層のみを使用した場合に観測されるものと同等の対応するスイッチング電流をもたらす。
【００２５】
図１は、本開示のある態様による、代表的な磁気トンネル接合（ＭＴＪ）構造１０２の層の構成の断面図である。ＭＴＪ構造１０２は、固定されたＰＭＡ参照層１０４と、ＰＭＡ参照層１０４上に堆積されたトンネルバリア層１０６とを含む。ＰＭＡ参照層１０４は、たとえば、ＰＭＡ−ＣｏＦｅＢ、ＰＭＡ−ＦｅＢ、ＰＭＡ−ＣｏＦｅ、ＦｅＰｔ、ＦｅＰｄ、またはＲＥ−ＴＭ合金の単一の層であってよい。あるいは、ＰＭＡ参照層１０４は、たとえば、ＣｏとＰｔ、ＣｏとＰｄ、またはＣｏとＮｉの多層の組合せであってよい。ＰＭＡ参照層１０４はまた、ＣｏＦｅＢ（および／またはＣｏＦｅ）／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ（および／またはＣｏＦｅ）、ＣｏＣｒＰｔ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ、（Ｃｏ／Ｐｔ  ＭＬｓ）／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ、ＰＭＡ−多層／Ｒｕ／ＰＭＡ−多層／ＣｏＦｅＢ（および／またはＣｏＦｅ）のような、合成反強磁性（ＳＡＦ）材料複合体、反強磁性または合成反強磁性材料であり得る。ＰＭＡ参照層１０４はまた、たとえば、複合反強磁性（ＡＦ）／ＳＡＦ層であってよい。トンネルバリア層１０６は、ＭｇＯであってよい。下部フリー層１０８は、トンネルバリア層１０６上に堆積される。下部フリー層１０８は、たとえば、約２０Åよりも薄いＰＭＡ−ＣｏＦｅＢの層であってよく、または、ＰＭＡ−ＦｅＢの層であってよい。上部フリー層１１２は、下部フリー層１０８上に堆積される。上部フリー層１１２は、たとえば、約２０Åよりも薄いＰＭＡ−ＣｏＦｅＢの別の層であってよく、または、ＰＭＡ−ＦｅＢもしくはＰＭＡ−ＣｏＦｅの層であってよい。
【００２６】
ＰＭＡ結合層１１０は、下部フリー層１０８と上部フリー層１１２の間に堆積される。ＰＭＡ結合層１１０は、下部フリー層１０８と上部フリー層１１２との間で強い層間結合をもたらす、ＲｕまたはＣｒの層であってよい。あるいは、ＰＭＡ結合層１１０は、下部フリー層１０８と上部フリー層１１２との間で弱い間接的な層間結合をもたらす、Ｃｕ、ＰｄまたはＰｔの層であってよい。ＰＭＡ結合層１１０はまた、たとえば、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌ、もしくはＨｆのような薄い金属の層であってよく、または、下部フリー層１０８と上部フリー層１１２との間で層間結合もしくは静磁気結合をもたらす、ＭｇＯ、ＴａＯｘ、ＴｉＯｘ、ＨｆＯｘ、もしくはＡｌＯｘのような薄い絶縁体であってよい。ＰＭＡ強化層１１４は、上部フリー層１１２上に堆積される。ＰＭＡ強化層１１４は、電気抵抗×面積（ＲＡ）の小さいＭｇＯまたはＡｌＯｘ、Ｒｕ、Ｒｕ／ＭｇＯ、Ｔａ／ＭｇＯ、ＡｌＯｘ／ＭｇＯ、ＭｇＯ／ＡｌＯｘ、Ｃｒ、Ｃｒ／ＭｇＯ、Ｐｄ、Ｐｄ／ＭｇＯ、Ｐｔ、または、Ｐｔ／ＭｇＯのような、Ｂａｃｋ  Ｅｎｄ  Ｏｆ  Ｌｉｎｅ（ＢＥＯＬ）の熱サイクルに耐性のある材料であってよい。キャップ層１１６またはハードマスクは、ＰＭＡ強化層１１４の上に堆積され得る。
【００２７】
あるいは、本開示の一態様（図示せず）によれば、下部フリー層１０８と上部フリー層１１２との間にＰＭＡ結合層１１０を堆積する代わりに、ＰＭＡ強化層１１４が、下部フリー層１０８と上部フリー層１１２との間に堆積され得る。
【００２８】
図２は、本開示の別の態様による、代表的な磁気トンネル接合（ＭＴＪ）構造２０２の層の構成の断面図である。ＭＴＪ構造２０２は、固定されたＰＭＡ参照層２０４と、ＰＭＡ参照層２０４上に堆積されたトンネルバリア層２０６とを含む。ＰＭＡ参照層２０４は、たとえば、ＰＭＡ−ＣｏＦｅＢ、ＰＭＡ−ＣｏＦｅ、ＦｅＰｔ、ＦｅＰｄ、またはＲＥ−ＴＭ合金の単一の層であってよい。あるいは、ＰＭＡ参照層２０４は、たとえば、ＣｏとＰｔ、ＣｏとＰｄ、またはＣｏとＮｉの多層の組合せであってよい。ＰＭＡ参照層２０４はまた、ＣｏＦｅＢ（および／またはＣｏＦｅ）／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ（および／またはＣｏＦｅ）、ＣｏＣｒＰｔ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ、（Ｃｏ／Ｐｔ  ＭＬｓ）／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢのような、合成反強磁性（ＳＡＦ）材料複合体、反強磁性または合成反強磁性材料であり得る。ＰＭＡ参照層２０４はまた、たとえば、複合反強磁性（ＡＦ）／ＳＡＦ層であってよい。トンネルバリア層２０６は、ＭｇＯであってよい。
【００２９】
フリー層２０８は、トンネルバリア層２０６上に堆積される。フリー層２０８は、たとえば、約２０Åよりも薄いＰＭＡ−ＣｏＦｅＢまたはＰＭＡ−ＦｅＢの層であってよい。高いエネルギー障壁（ＫｕＶ）を伴うＰＭＡ材料を有する熱的安定性強化層２１２が、フリー層２０８上に堆積される。熱的安定性強化層２１２は、ＰＭＡ−ＣｏＦｅＢの層であってよく、または、たとえば、厚さ若しくは組成を変えることによって、又はＰＭＡ強化層によって調整され得る高いＫｕＶを伴う、ＰＭＡ−ＣｏＦｅの層であってよい。
【００３０】
ＰＭＡ結合層２１０は、フリー層２０８と熱的安定性強化層２１２の間に堆積される。ＰＭＡ結合層２１０は、フリー層２０８と熱的安定性強化層２１２との間で強い層間結合をもたらす、Ｒｕ、Ｃｒ、または薄いＴａの層であってよい。ＰＭＡ強化層２１４は、熱的安定性強化層２１２上に堆積される。ＰＭＡ強化層２１４は、ＲＡの小さいＭｇＯまたはＡｌＯｘ、Ｒｕ、Ｒｕ／ＭｇＯ、Ｔａ／ＭｇＯ、ＡｌＯｘ／ＭｇＯ、ＭｇＯ／ＡｌＯｘ、Ｃｒ、Ｃｒ／ＭｇＯ、Ｐｄ、Ｐｄ／ＭｇＯ、Ｐｔ、または、Ｐｔ／ＭｇＯのような、Ｂａｃｋ  Ｅｎｄ  Ｏｆ  Ｌｉｎｅ（ＢＥＯＬ）の熱サイクルに耐性のある材料であってよい。キャップ層２１６またはハードマスクは、ＰＭＡ強化層２１４の上に堆積され得る。
【００３１】
図３は、本開示の別の態様による、代表的な磁気トンネル接合（ＭＴＪ）構造３０２の層の断面図である。ＭＴＪ構造３０２は、長手磁気異方性（ＬＭＡ）固定参照層３０４と、ＬＭＡ参照層３０４上に堆積されたトンネルバリア層３０６とを含む。ＬＭＡ参照層３０４は、ＰｔＭｎ／（ＣｏＦｅおよび／またはＣｏＦｅＢ）／Ｒｕ／（ＣｏＦｅＢおよび／またはＣｏＦｅ）のような、ＡＦ／ＳＡＦ多層であってよい。トンネルバリア層３０６は、ＭｇＯであってよい。ＬＭＡフリー層３０８は、トンネルバリア層３０６上に堆積される。ＬＭＡフリー層３０８は、層ＬＭＡ−ＣｏＦｅＢまたは他のＬＭＡ複合体であってよい。Ｔａ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ｃｒ、または、ＭｇＯもしくはＡｌＯｘのような薄い絶縁体の、スペーサ層３０９が、ＬＭＡフリー層３０８上に堆積され得る。
【００３２】
下部ＰＭＡスイッチング支援層３１１は、ＬＭＡフリー層３０８および／またはスペーサ層３０９の上に堆積される。下部ＰＭＡスイッチング支援層３１１は、たとえば、約２０Åよりも薄いＰＭＡ−ＣｏＦｅＢの層であってよい。上部ＰＭＡスイッチング支援層３１３は、下部ＰＭＡスイッチング支援層３１１上に堆積される。ＰＭＡスイッチング支援層３１３は、たとえば、約２０Åよりも薄いＰＭＡ−ＣｏＦｅＢの別の層であってよく、または、ＰＭＡ−ＣｏＦｅの層であってよい。
【００３３】
ＰＭＡ結合層３１２は、下部ＰＭＡスイッチング支援層３１１と上部ＰＭＡスイッチング支援層３１３の間に堆積される。ＰＭＡ結合層３１２は、下部ＰＭＡスイッチング支援層３１１と上部ＰＭＡスイッチング支援層３１３との間で強い層間結合をもたらす、ＲｕまたはＣｒの層であってよい。あるいは、ＰＭＡ結合層３１２は、下部ＰＭＡスイッチング支援層３１１と上部ＰＭＡスイッチング支援層３１３との間で弱い間接的な層間結合をもたらす、Ｃｕ、Ｐｄ、またはＰｔの層であってよい。ＰＭＡ結合層３１２はまた、たとえば、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌ、もしくはＨｆのような薄い金属の層であってよく、または、下部ＰＭＡスイッチング支援層３１１と上部ＰＭＡスイッチング支援層３１３との間で層間結合もしくは静磁気結合をもたらす、ＭｇＯ、ＴａＯｘ、ＴｉＯｘ、ＨｆＯｘ、またはＡｌＯｘのような薄い絶縁体であってよい。
【００３４】
ＰＭＡ強化層３１４は、上部ＰＭＡスイッチング支援層３１３上に堆積される。ＰＭＡ強化層３１４は、ＲＡの小さいＭｇＯまたはＡｌＯｘ、Ｒｕ、Ｒｕ／ＭｇＯ、Ｔａ／ＭｇＯ、ＡｌＯｘ／ＭｇＯ、ＭｇＯ／ＡｌＯｘ、Ｃｒ、Ｃｒ／ＭｇＯ、Ｐｄ、Ｐｄ／ＭｇＯ、Ｐｔ、または、Ｐｔ／ＭｇＯのような、Ｂａｃｋ  Ｅｎｄ  Ｏｆ  Ｌｉｎｅ（ＢＥＯＬ）の熱サイクルに耐性のある材料であってよい。キャップ層３１６またはハードマスクは、ＰＭＡ強化層３１４の上に堆積され得る。
【００３５】
あるいは、本開示の一態様（図示せず）によれば、下部ＰＭＡスイッチング支援層３１１と上部ＰＭＡスイッチング支援層３１３との間にＰＭＡ結合層３１２を堆積する代わりに、ＰＭＡ強化層３１４が、下部ＰＭＡスイッチング支援層３１１と上部ＰＭＡスイッチング支援層３１３との間に堆積され得る。
【００３６】
ＰＭＡ結合層３１２によって結合されるＭＴＪ構造３０２の２つのＰＭＡスイッチング支援層３１１、３１３は、長手磁気異方性（ＬＭＡ）フリー層３０８のスイッチング電流密度を低減する。
【００３７】
一構成では、ＭＴＪは、第１の層の磁化を固定するための手段と、第２の層においてトンネリング磁気抵抗（ＴＭＲ）をもたらすための手段と、複合層における垂直磁気異方性（ＰＭＡ）を高めるための手段とを含む。この構成では、複合層は、ＰＭＡを高めるための第１の手段と、ＰＭＡを高めるための第２の手段と、ＰＭＡを高めるための第１の手段およびＰＭＡを高めるための第２の手段を結合するための手段とを含む。この構成はまた、複合層に結合された第４の層におけるＰＭＡを強化するための手段を含む。
【００３８】
図１を参照すると、磁化を固定するための手段は、たとえば、ＰＭＡ参照層１０４であり得る。ＴＭＲをもたらすための手段は、たとえば、トンネルバリア層１０６であり得る。ＰＭＡを高めるための手段は、ＰＭＡを高めるための第１の手段である下部フリー層１０８と、ＰＭＡを高めるための第２の手段である上部フリー層１１２と、ＰＭＡを高めるための第１の手段とＰＭＡを高めるための第２の手段を結合するための手段であるＰＭＡ結合層１１０とを含む、複合層であり得る。ＰＭＡを高めるための手段は、たとえば、ＰＭＡ強化層１１４であり得る。
【００３９】
特定の手段が説明されたが、当業者には、開示される実施形態を実施するうえで開示された手段のすべてが必要とされるとは限らないことが理解されよう。その上、本開示に対する注目を維持するために、よく知られているいくつかの手段は説明されなかった。
【００４０】
図４は、垂直ＭＴＪを構築する方法を示すプロセス流れ図である。方法は、ブロック４０２において参照層を堆積するステップと、ブロック４０３においてトンネルバリア層を堆積するステップと、ブロック４０４において複合ＰＭＡ層を堆積するステップとを含む。トンネルバリア層は、参照層と複合ＰＭＡ層との間に堆積される。ブロック４０４において複合ＰＭＡ層を堆積するステップは、ブロック４０６において第１のＰＭＡ層を堆積するステップと、ブロック４０８において第２のＰＭＡ層を堆積するステップと、ブロック４１０において第１のＰＭＡ層と第２のＰＭＡ層との間にＰＭＡ結合層を堆積するステップとを含む。
【００４１】
図５は、本開示の態様が有利に利用され得る例示的なワイヤレス通信システム５００を示すブロック図である。例示のために、図５は、３つの遠隔ユニット５２０、５３０および５５０、ならびに２つの基地局５４０を示す。ワイヤレス通信システムがこれよりも多くの遠隔ユニットおよび基地局を有してもよいことが、認識されよう。遠隔ユニット５２０、５３０および５５０は、ＩＣデバイス５２５Ａ、５２５Ｃおよび５２５Ｂを含み、これらは開示されるＭＲＡＭを含む。基地局、スイッチングデバイス、およびネットワーク機器のような他のデバイスも、開示されるＭＲＡＭを含み得ることが認識されよう。図５は、基地局５４０から遠隔ユニット５２０、５３０および５５０への順方向リンク信号５８０、ならびに遠隔ユニット５２０、５３０および５５０から基地局５４０への逆方向リンク信号５９０を示す。
【００４２】
図５では、遠隔ユニット５２０は携帯電話として示され、遠隔ユニット５３０はポータブルコンピュータとして示され、遠隔ユニット５５０はワイヤレスローカルループシステム内の固定位置の遠隔ユニットとして示されている。たとえば、遠隔ユニットは、携帯電話、ハンドヘルドパーソナル通信システム（ＰＣＳ）ユニット、携帯情報端末などのポータブルデータユニット、ＧＰＳ対応デバイス、ナビゲーションデバイス、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、メータ読取り機器などの固定位置のデータユニット、または、データもしくはコンピュータ命令の記憶もしくは取り出しを行う他のデバイス、またはそれらの組合せであり得る。図５は、本開示の教示による遠隔ユニットを示すが、本開示は、これらの示された例示的なユニットには限定されない。本開示の態様は、ＭＲＡＭを含む多くのデバイスにおいて適切に利用され得る。
【００４３】
図６は、上で開示されたＭＲＡＭのような、半導体コンポーネントの回路設計、レイアウト設計、および論理設計のために使用される、設計用ワークステーションを示すブロック図である。設計用ワークステーション６００は、オペレーティングシステムソフトウェア、支援ファイル、および、ＣａｄｅｎｃｅまたはＯｒＣＡＤなどの設計用ソフトウェアを含むハードディスク６０１を含む。設計用ワークステーション６００はまた、回路６１０、またはＭＲＡＭのような半導体コンポーネント６１２の設計を容易にするために、ディスプレイ６０２を含む。記憶媒体６０４が、回路設計６１０または半導体コンポーネント６１２を有形に記憶するために提供される。回路設計６１０または半導体コンポーネント６１２は、ＧＤＳＩＩまたはＧＥＲＢＥＲのようなファイルフォーマットで、記憶媒体６０４に記憶され得る。記憶媒体６０４は、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ハードディスク、フラッシュメモリ、または他の適切なデバイスであってよい。さらに、設計用ワークステーション６００は、記憶媒体６０４からの入力を受け入れ、または記憶媒体６０４に出力を書き込むための、駆動装置６０３を含む。
【００４４】
記憶媒体６０４に記録されるデータは、論理回路構成、フォトリソグラフィマスク用のパターンデータ、または電子ビームリソグラフィなどの連続書込みツール用のマスクパターンデータを指定し得る。さらに、データは、論理シミュレーションと関連付けられたタイミングダイヤグラムまたはネット回路などの論理検証データを含み得る。記憶媒体６０４にデータを提供すると、半導体ウェハを設計するためのプロセス数を減少させることによって、回路設計６１０または半導体コンポーネント６１２の設計が容易になる。
【００４５】
ファームウェアおよび／またはソフトウェアの実装形態では、これらの方法は、本明細書で説明される機能を実行するモジュール（たとえば、プロシージャ、関数など）によって実装され得る。本明細書で説明される方法を実装する際に、命令を有形に具現化する機械可読媒体が使用され得る。たとえば、ソフトウェアコードはメモリに記憶され、プロセッサユニットにより実行され得る。メモリは、プロセッサユニット内に実装されてよく、またはプロセッサユニットの外部に実装されてよい。本明細書で使用される場合、「メモリ」という用語は、長期メモリ、短期メモリ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、または他のメモリという複数の種類を指し、メモリの特定の種類もしくはメモリの数、またはメモリが記憶される媒体の種類に限定されない。
【００４６】
ファームウェアおよび／またはソフトウェアで実装される場合、機能は、コンピュータ可読媒体に１つまたは複数の命令またはコードとして記憶され得る。これらの例には、データ構造によって符号化されたコンピュータ可読媒体およびコンピュータプログラムによって符号化されたコンピュータ可読媒体が含まれる。コンピュータ可読媒体は、物理的なコンピュータ記憶媒体を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされ得る入手可能な媒体であり得る。限定ではなく、例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭまたは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージまたは他の磁気記憶デバイス、あるいは、所望のプログラムコードを命令またはデータ構造の形で記憶するのに使用することができ、かつコンピュータからアクセスすることのできる他の媒体を含んでよく、本明細書で使用されるディスク（ｄｉｓｋおよびｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（ｄｉｓｃ）（ＣＤ）、レーザディスク（ｄｉｓｃ）、光ディスク（ｄｉｓｃ）、デジタル多用途ディスク（ｄｉｓｃ）（ＤＶＤ）、フロッピーディスク（ｄｉｓｋ）、およびブルーレイディスク（ｄｉｓｃ）を含み、ディスク（ｄｉｓｋ）は通常、データを磁気的に再生し、一方、ディスク（ｄｉｓｃ）はデータをレーザによって光学的に再生する。上記の組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲内に含めるべきである。
【００４７】
命令および／またはデータは、コンピュータ可読媒体に記憶されるのに加えて、通信装置に含まれる伝送媒体上の信号として提供され得る。たとえば、通信装置は、命令およびデータを示す信号を有する送受信機を含み得る。命令およびデータは、１つまたは複数のプロセッサに、特許請求の範囲において概説される機能を実施させるように構成される。
【００４８】
本開示およびその利点が詳細に説明されたが、添付の特許請求の範囲によって規定される本開示の技術から逸脱することなく、本明細書において様々な変更、代用および改変が行われ得ることを理解されたい。たとえば、「上」および「下」などの関係語が、基板または電子デバイスに関して使用される。もちろん、基板または電子デバイスが逆転した場合には、上は下に、下は上になる。さらに、横向きの場合、上および下は、基板または電子デバイスの側面を指すことがある。その上、本出願の範囲は、本明細書で説明されたプロセス、機械、製造、物質組成、手段、方法、およびステップの特定の構成に限定されることは意図されない。当業者が本開示から容易に諒解するように、本明細書で説明された対応する構成と実質的に同じ機能を実行するか、または実質的に同じ結果を実現する、現存するまたは今後開発されるプロセス、機械、製造、物質組成、手段、方法、またはステップが、本開示に従って利用され得る。したがって、添付の特許請求の範囲は、そのようなプロセス、機械、製造、物質組成、手段、方法、またはステップをその範囲内に含むことが意図される。
【符号の説明】
【００４９】
１０４  ＰＭＡ参照層
１０６  トンネルバリア層
１０８  下部フリー層
１１０  ＰＭＡ結合層
１１２  上部フリー層
１１４  ＰＭＡ強化層
１１６  キャップ層またはハードマスク
２０２  ＭＴＪ構造
２０４  ＰＭＡ参照層
２０６  トンネルバリア層
２０８  フリー層
２１０  ＰＭＡ結合層
２１２  熱的安定性強化層
２１４  ＰＭＡ強化層
２１６  キャップ層またはハードマスク
３０２  ＭＴＪ構造
３０４  ＬＭＡ参照層
３０６  トンネルバリア層
３０８  ＬＭＡフリー層
３０９  スペーサ層
３１１  下部ＰＭＡスイッチング支援層
３１２  ＰＭＡ結合層
３１３  上部ＰＭＡスイッチング支援層
３１４  ＰＭＡ強化層
３１６  キャップ層またはハードマスク
【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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