(57)【要約】磁気エレクトロニクス・デバイスへの使用に適するコバルト鉄（ＣｏＦｅ）をベースとする磁性合金から成るアモルファス層が開示される。本発明の最適な実施形態では、少なくとも一つのアモルファス層がＭＴＪ積層構造に設けられて、ＭＴＪ積層構造の種々の層の平滑性が高められ、同時に、結果として得られるデバイスの磁気性能も向上する。さらに、本発明の合金は、磁気エレクトロニクス・デバイスの信号ラインに電流により磁束を発生させるクラッド用途においても有用であり、かつ、書き込みヘッドの形成材料としても有用である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気トンネル接合部であって、
第１強磁性層と、
前記第１強磁性層上に形成されたスペーサ層と、
前記スペーサ層上に形成された第２強磁性層と、を備え、
前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層のうちの少なくとも一つがアモルファス（Ｃｏ１００−Ｘ  ＦｅＸ）１００−ＹＤＹ合金であり、該アモルファス合金においてはＸが約１０．５原子重量％〜２５原子重量％の範囲内であり、
Ｄは、ボロン（Ｂ）、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ボロン−炭素（Ｂ−Ｃ）、タンタル−炭素（Ｔａ−Ｃ）、及びハフニウム−炭素（Ｈｆ−Ｃ）のうちの少なくとも一つを含む、磁気トンネル接合部。
【請求項２】
方法であって、
第１強磁性層上にスペーサ層を形成する工程と、
前記誘電体スペーサ層上に第２強磁性層を形成する工程と、を備え、
前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層のうちの少なくとも一つがアモルファス（Ｃｏ１００−Ｘ  ＦｅＸ）１００−ＹＤＹ合金を含み、該アモルファス合金においてはＸが約１０．５原子重量％〜２５原子重量％の範囲内であり、
Ｄは、Ｂ、Ｔａ、Ｈｆ、ＢＣ、ＴａＣ、及びＨｆＣのうちの少なくとも一つを含む、方法。
【請求項３】
ＭＲＡＭ書き込みラインであって、
導電ラインと、  
磁束集中層とを備え、前記磁束集中層は前記導電ラインの少なくとも一面をほぼ覆い、前記磁束集中層はアモルファスＣｏＦｅＸ合金を含む、ＭＲＡＭ書き込みライン。
【請求項４】
磁気抵抗センサであって、
固定磁気モーメントを有する第１強磁性層と、
前記第１強磁性層上に形成されたスペーサ層と、
前記スペーサ層上に形成され、かつ前記第１強磁性層の前記固定磁気モーメントにほぼ直交する磁化容易軸に沿って配向する自由磁気モーメントを有する第２強磁性層と、を備え、
前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層のうちの少なくとも一つがアモルファス（Ｃｏ１００−Ｘ  ＦｅＸ）１００−ＹＤＹ合金であり、該アモルファス合金においてはＸが約１０．５原子重量％〜２５原子重量％の範囲内であり、
Ｄは、ボロン（Ｂ）、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ボロン−炭素（Ｂ−Ｃ）、タンタル−炭素（Ｔａ−Ｃ）、及びハフニウム−炭素（Ｈｆ−Ｃ）のうちの少なくとも一つを含む、磁気抵抗センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、磁気エレクトロニクスに関し、特に、磁気エレクトロニクス素子の材料組成に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気エレクトロニクス、スピンエレクトロニクス、及びスピントロニクスは、主として電子スピンにより生じる効果を使用する際の同義語となる。磁気エレクトロニクスは多くの情報デバイスに使用され、不揮発性、高信頼性、耐放射線性を示す高密度データ記憶及び読み出しを可能にする。多くの磁気エレクトロニクス情報デバイスは、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）、磁気センサ、及びディスクドライブ読み取りヘッドを含むが、これらに限定されない。
【０００３】
通常、磁気メモリ素子のような磁気エレクトロニクス・デバイスは、少なくとも一つの非磁性層により分離される複数の強磁性層を含む構造を有する。メモリ素子では、情報は磁気ベクトルの方向として磁性層に記憶される。一つの磁性層の磁気ベクトルは、例えば磁気的に固定または固着され、他の磁性層の磁化方向は、「平行」状態及び「反平行」状態とそれぞれ呼ばれる同じ方向と反対方向との間で自由に切り替わる。平行状態及び反平行状態に応答する形で、磁気メモリ素子は２つの異なる抵抗を示す。抵抗は、２つの磁性層の磁気ベクトルがほぼ同じ方向及び反対方向をそれぞれ指すときに最小値及び最大値を有する。従って、抵抗変化を検出することにより、ＭＲＡＭデバイスのようなデバイスは磁気メモリ素子に記憶される情報を供給することができる。最小抵抗値と最大抵抗値との差を最小抵抗値で除した値が磁気抵抗比（ＭＲ）として知られている。
【０００４】
これらの磁性素子の物理構造は通常、複数の薄層を含み、これらの層のうちの幾つかの層は数十オングストロームの範囲の厚さである。磁性層の性能は、磁性層が堆積する表面の状態にかなり敏感でもある。従って、一般的に、表面をできる限り平坦にして磁性素子の動作特性が不所望な特性を示さないようにすることが望ましい。
【０００５】
スパッタ成長、蒸着、またはエピタキシー技術により成長する金属膜を含むＭＲＡＭ素子形成のような通常の磁性素子形成の間、膜表面は完全に平坦ではなく、或る程度の表面粗さ、または界面粗さを示す。これらの強磁性層の表面及び／又は界面のこの粗さは強磁性自由層と、固定層または固着層のような他の強磁性層との間の磁気結合の原因となる。この磁気結合は通常、「トポロジカル結合」または「Ｎｅｅｌの強磁性的結合（Ｎｅｅｌ’ｓ  ｏｒａｎｇｅ  ｐｅｅｌ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）」として知られる。このような結合は一般的に磁性素子においては望ましくない。その理由は、この結合によって自由層の外部磁界に対する応答にずれが生じるからである。また、粗さによってデバイスの電気特性に或る程度の劣化が生じるが、これは伝導電子が散乱されるか、またはトンネル接合のトンネル電流にばらつきが生じることによる。
【０００６】
磁気構造は、固定層がスペーサ層よりも前に形成され、自由層がスペーサ層よりも後に形成される下部固着（ｂｏｔｔｏｍ  ｐｉｎｎｅｄ）として知られる。このような下部固着構造では、反強磁性（ＡＦ）固着化層は下部磁性電極に含まれる。従来の下部固着磁気トンネル接合（ＭＪＴｓ）構造及びスピンバルブ構造は、通常、シード層及びテンプレート層を使用して、配向結晶ＡＦ層を形成して強固な固着化力を生じさせる。
【０００７】
通常の下部固着ＭＴＪ構造の下部電極は、タンタル、ニッケル鉄合金、イリジウムマンガン、及びコバルト鉄合金（Ｔａ／ＮｉＦｅ／ＩｒＭｎ／ＣｏＦｅ）から成る積層を含み、この積層の上には酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）トンネルバリアが形成され、上部電極は通常、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）自由層を含む。この場合、タンタルニッケル鉄（Ｔａ／ＮｉＦｅ）構成のシード層／テンプレート層によって、大きな高配向イリジウムマンガン（ＩｒＭｎ）層が成長する。このような高配向ＩｒＭｎ層は、ＡｌＯｘトンネルバリア下方のＣｏＦｅ層を強固に固着することができる。しかしながら、ＩｒＭｎ層または他の同様な配向多結晶ＡＦ層には、通常、粗さが生じ、この粗さによって不所望の「Ｎｅｅｌの強磁性的結合」がＣｏＦｅ固着層と上部ＮｉＦｅ自由層との間に生じるだけでなく、他の不所望の電気特性が生じる。
【０００８】
実際のＭＴＪ素子では、下部電極は、通常、ベース金属層の上に形成され、このベース金属層によって接合についてのコンタクト抵抗が比較的小さくなる。ベース金属層は、通常、多結晶であり、ベース金属層には粗さが生じ、この粗さが今度は下部電極に進行し、スペーサ層界面にも粗さを生じさせ、ＣｏＦｅ層と上部ＮｉＦｅ自由層との間の不所望の「Ｎｅｅｌの強磁性的結合」が強くなる。ベース金属層及び下部電極から進行してくる粗さは更に不具合をもたらす。その理由は、この粗さによって、接合面積に反比例する大きさを示す大きな磁気抵抗比（ＭＲ）及びデバイス抵抗を維持しながら実現することができる最小トンネルバリア厚さが薄くなってしまうからである。従って、一般的に、可能ならば種々の層の表面粗さを減らすことが望ましい。
【０００９】
これらの層及び層界面の粗さを減らす必要があるというこのような要求により、非結晶材料またはアモルファス材料を多層ＭＴＪ積層構造の種々の層に使用するという結論に至る。アモルファス材料は、通常、他の材料が有する結晶粒界及び鮮明な結晶粒模様を示さないので、アモルファス材料を含むこれらの層から生じるトンネルバリアはデバイス性能を向上させる。しかしながら、トンネルバリアを形成するために有用で、かつ利点をもたらす特性に加えて、多くのアモルファス材料は或る不所望の特性も示す。特に、ほとんどのアモルファス合金は、低い再結晶温度、小さな磁気抵抗比（ＭＲ）、大きな分散、大きな磁気歪、または不安定な異方性のような少なくとも一つの不所望の特性を示す。特定の磁気抵抗素子の所望の性能特性にもよるが、これらの特性の幾つかは、デバイスがかなり悪い性能を有する原因となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、ＭＴＪ素子を形成する種々の層の表面粗さを減らすだけでなく、負の性能因子を結果的として得られる磁気エレクトロニクス・デバイスにもたらすことがない材料を提供することが望まれる。
【００１１】
本発明の他の所望の特性及び特徴は、次の説明及び添付の請求項を添付の図面を参照しながら一読することにより明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明について添付の図を参照しながら記載するが、これらの図においては、同様の参照番号は同様の構成要素を指す。
好適な実施形態についての次の詳細な記載は本質的に単なる例示であり、本発明または本発明の用途及び使用を制限するものではない。更に、本発明に関連して前に説明した技術的背景、または好適な例示としての実施形態に関する次の詳細な記載に含まれる理論によって本発明が限定されるものではない。
【００１３】
次の特性は、平滑な層及び高い磁気性能を磁気エレクトロニクスデバイスにおいて実現するために望ましいと考えられる。すなわち、比較的小さい磁気歪、非各区的高い再結晶温度（すなわち３００℃超）、最小の異方性分散（空間変動）、比較的高い安定性を有する異方性、ほとんどニッケルを含有しない（Ｎｉ−ｆｒｅｅ）組成によるＭＴＪ積層構造の耐熱性の強化、ほぼゼロの磁気歪（λ）、及び高い磁気抵抗比（ＭＲ％）を実現するための比較的高い分極率である。この所望特性の列挙は、排他的または包括的ではないが、強磁性層を磁気エレクトロニクス・デバイスに本発明の好適な実施形態に従って形成するために材料を選択する際に考えることができる更に顕著な特性の幾つかを示している。
【００１４】
従って、本明細書に開示するのは種々のアモルファス合金であり、この合金は種々の組み合わせにおいて、上に説明した所望の特性を示す。本発明の種々の実施形態について説明するために、本明細書において使用する「アモルファス（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）」という用語は、ｘ線回折測定を使用して容易に識別できるピークを生じさせるような広範囲に渡る結晶配列の無い材料層を意味するものとする。
【００１５】
図１を参照すると、表１００には種々のタイプの強磁性合金が示されており、これらの合金は磁気エレクトロニクス素子に使用することができると考えられる。これらの種々の合金は行１１０〜１７０に示される。行１１０〜１７０に示される各合金に関する所定の着目特性は、列１０５〜１５５に示される。ここで、図１の表１００に示すデータはＡｌＯｘ層上に成長させた合金に関するものであり、これらのデータは、磁気エレクトロニクス・デバイスを製造するために一般的に使用する種々のトンネル接合に見られるＡｌＯｘトンネルバリアの上に成長させる磁性層に関して通常得られるものである。
【００１６】
良好なスイッチング特性を有する自由層を設けるために、自由層合金は良好な軟磁特性を有するのが最も好ましい。軟磁特性には、方形の磁化容易軸ループ、比較的小さいか、または無視できる程の残留磁化を有する好適に形成されたキンク（ｋｉｎｋ）磁場（Ｈｋ）を有する磁化困難軸閉ループ、磁化容易方向及び磁化困難方向の両方における比較的小さい保磁力（Ｈｃ）、及びλ＜１０−６のような小さい磁気歪係数（λ）が含まれる。また、幾つかのデバイス設計では、例えばパーマロイ（Ｎｉ８０Ｆｅ２０）に比べて大きなＨｋを有することが望ましい。ＭＲＡＭセルでは、Ｈｋが大きいとパターニングされたビットのスイッチング磁界に対する材料の影響が大きくなる。これにより、低アスペクト比、例えば長さ／幅が２未満のビットを使用でき、デバイスを小さくすることができる。スイッチング磁界を非常に大きく変えられるように制御するために使用される場合に、比較的大きなＨｋを示す合金は、スイッチング磁界のビット間ばらつきを比較的小さく維持するために、Ｈｋの分散（空間変動）が小さいことが最も好ましい。ＭＴＪデバイスの磁化自由層または磁化固定層のいずれかに使用する場合、大きな磁気抵抗比（ＭＲ）を実現するには比較的大きな分極を示す合金が望ましい。従って、約３０％を超える磁気抵抗比（ＭＲ）を示す合金が好ましく、約４０％を超える磁気抵抗比（ＭＲ）を示す合金が最も望ましい。最後に、種々のデバイス用途における処理及びその後の使用の間において合金を安定させるために、アモルファス合金の再結晶温度は好適には少なくとも約２００℃、最適には約３００℃以上とする必要がある。
【００１７】
これらの種々の性能基準をデバイス構成のベースとして使用することにより、表１００に示す種々の合金を安定性に関して比較し、評価することができる。図１に示すように、行１３０に示すコバルト鉄ボロン（ＣｏＦｅＢ）合金は、このデバイス構成への使用に非常に良く適合する。合金のＣｏ対Ｆｅ比は、層の磁気歪及び分極の両方に影響する。合金をＭＴＪ自由層に適用する場合、磁気歪がゼロまたはほぼゼロとなるようにＦｅを選択する。合金に含まれるボロン（Ｂ）の量によって、結果として得られるＭＴＪデバイスの再結晶及び分極が制御される。ボロンの量を多くすると、再結晶温度が比較的高くなるが、分極が比較的小さくなる。従って、合金の特定の組成を特定の用途に基づいて異なる性能基準に関して最適化し得る。図１の表１００に示す値は、実験による測定値であり、この値の範囲は十分な量のＦｅを含有して所望の磁気抵抗比（ＭＲ）を示す合金を提供する。図１の表１００に示すＣｏＦｅＢ合金の他に、他の新規のＣｏＦｅ合金を使用してＭＴＪ積層構造などを形成することができる。更なる説明において、これらの種々の合金をＣｏＦｅＸで表わし、この場合、Ｘは、タンタル（Ｔａ）及びハフニウム（Ｈｆ）のような幾つかの他の適切な元素を表わす。
【００１８】
図２を参照すると、本発明の好適な例示としての実施形態に使用するのに適する磁性素子２００が示されている。磁性素子２００の構造は、基板２１２、第１電極多層積層構造２１４、酸化アルミニウムを含むスペーサ層２１６、及び第２電極多層積層構造２１８を含む。ここで、スペーサ層２１６の特定の組成は、形成する磁性素子のタイプによって変わることを理解されたい。更に詳細には、ＭＴＪ構造では、スペーサ層２１６は、好ましくは誘電体材料から形成され、最適には酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）から形成される。スピンバルブ構造では、スペーサ層２１６は導電材料から形成される。第１電極多層積層構造２１４及び第２電極多層積層構造２１８は複数の強磁性層を含む。これらの第１電極層２１４はベース金属層２１３上に形成され、この金属層は基板２１２上に形成される。ベース金属層２１３は、単一の金属材料または金属層からなるものとして開示されている。或いは、別の構成としてベース金属層２１３は、２以上の金属材料または金属層から成る多層積層構造とすることができる。いずれの場合においても、ベース金属層２１３は第１電極層群２１４への電気接続を可能にする。
【００１９】
第１電極層群２１４は、ベース金属層２１３上に堆積する第１シード層２２０、テンプレート層２２２、反強磁性固着化層２２４、下地反強磁性固着化層２２４の上に形成され、固着化層と交換結合する強磁性固着層２２５、及び金属結合層２２３上に形成される固定層２２６を含む。金属結合層２２３は強磁性固着層２２５上に形成される。通常、シード層２２０は窒化タンタル（ＴａＮｘ）から形成され、このシード層上にはテンプレート層２２２が設けられる。この特定の実施形態におけるテンプレート層２２２はルテニウム（Ｒｕ）から形成される。
【００２０】
強磁性層２２５及び２２６は金属結合層２２３によって分離される。金属結合層２２３は最適にはルテニウムから構成され、強磁性層２２５及び２２６と組み合わされて複合反強磁性（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔ：ＳＡＦ）自由層を形成する。金属結合層２２３を介して提供される反強磁性結合によって、磁性素子２００は印加磁界の中で更に安定する。更に、強磁性層２２５及び２２６の厚さを変えることにより、静磁結合を相殺することができ、ヒステリシスループを原点を中心とするループとすることができる。
【００２１】
強磁性層２２５及び２２６は、これらの層の磁気モーメントが印加磁界が生じている状態において回転できないという点から、固着され、かつ、固定されると記載することができる。本発明の最適な実施形態では、強磁性層２２５及び／又は強磁性層２２６は、おおよその原子量％で７１．２％のＣｏ、８．８％のＦｅ及び２０％のＢのコバルト（Ｃｏ），鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）から成る合金である。この組成は、ボロン添加されたＣｏＦｅ合金であり、（Ｃｏ８９Ｆｅ１１）８０Ｂ２０と表わすことができる。強磁性層２２５及び２２６の場合、鉄含有率は約１０．５％〜２５％の範囲とし、ボロン含有率は約１５％〜２５％の範囲とすることができる。
【００２２】
ここで、この特定の実施形態では、磁気抵抗比（ＭＲ）はこの範囲の鉄（Ｆｅ）濃度により比較的急激に大きくなることに注目されたい。また、ＣｏＦｅ合金に含ませるボロン、またはハフニウム（Ｈｆ）またはタンタル（Ｔａ）のような他の適切な材料の量を選択する際に、少なくとも一つの他の考察を行なうことができる。すなわち、ボロンの量を増やすと熱安定性が良くなる傾向を示すが、関連する信号（磁気抵抗比：ＭＲ）が小さくなり易い。従って、熱安定性を求める場合には、ボロン濃度を大きくすることができ、大きな磁気抵抗比（ＭＲ）を求める場合には、ボロン濃度を小さくすることができる。ボロンの量は約１０％〜２５％の範囲とすることができ、本発明の最適な実施形態では、ボロンの量を約１５％〜２０％の範囲とする。
【００２３】
第２電極積層構造２１８は、強磁性自由層２２８及び保護コンタクト層２３０を含む。強磁性自由層２２８の磁気モーメントは交換結合によって固定または固着されることがないので、印加磁界の下で自由に回転することができる。本発明の最適な実施形態では、強磁性自由層２２８もまた、おおよその原子量％で７１．２％のＣｏ、８．８％のＦｅ及び２０％のＢのコバルト（Ｃｏ），鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）から成る合金から形成される。この組成はボロン添加されたＣｏＦｅ合金であり、（Ｃｏ８９Ｆｅ１１）８０Ｂ２０と表わすことができる。強磁性層２２８の場合、鉄含有率は約１０．５％〜１３．５％の範囲とし、ボロン含有率は約１５％〜２５％の範囲とすることができる。
【００２４】
特に、２つのＣｏＦｅＢ層に挟まれるルテニウム（Ｒｕ）またはロジウム（Ｒｈ）のような遷移金属を含むＳＡＦ自由層は、２つの磁性層間の反強磁性結合を強めることができる。更に、ＣｏＦｅＢ及びＲｕまたはＲｈの追加層ペアを含む多層積層構造は、種々の自由層に有用である。
【００２５】
上記したＣｏＦｅＢ合金の他に、他の適切なアモルファス合金を図２の強磁性固着層２２５及び強磁性固定層２２６に使用すれば良好な結果が得られる。特に、強磁性層２２５及び２２６の磁気モーメントは、通常動作中は回転しないか、または切り替わらないので、デバイスはこれらの層における大きな磁気歪に耐えることができる。従って、強磁性層２２５及び２２６のＦｅ含有量を増加することで、分極を大きくすることができる。強磁性固着層２２５及び強磁性固定層２２６への使用に適する他の安定なアモルファス合金としては、ＣｏＦｅＴａ及びＣｏＦｅＨｆが挙げられる。
【００２６】
Ｔａ及びＨｆは共に、再結晶温度が比較的高い（３５０℃超）。一般的に、本発明の新規の合金は、（Ｃｏ１００−ＸＦｅＸ）１００−ＹＤＹとして表わすことができ、これはＣｏＦｅ合金に不純物Ｄが添加されていることを示している。この組成式において、ｘはＣｏＦｅ合金に含まれるＦｅのおおよその原子量％を表わし、ｙは合金に含まれる不純物Ｄのおおよその原子量％を表わす。本発明の最適な実施形態では、これらの合金はｘが約１０．５％〜２５％の範囲、そしてｙが約５％〜１５％の範囲の組成を有する。本発明の最適な実施形態では、ＤはＴａ，Ｈｆ，ＴａＨｆ，ＴａＣ，ＨｆＣ，またはＴａＨｆＣのいずれか一つとすることができる。
【００２７】
図１の表１００のデータから分かるように、ＣｏＦｅＴａ合金及びＣｏＦｅＨｆ合金は、測定上、ほとんどの強磁性材料よりも大きなＨｋを示す。これらの特定の合金を図２の層２２５及び２２６に使用する場合、比較的大きな固有異方性によって、ＡＦ固着化層２２４を含まない本発明の少なくとも一つの実施形態が可能となる。本実施形態では、層２２５及び２２６は、ほぼ同じ厚さ、または特に同じ磁気モーメントを有するので、これらの層はバランス化ＳＡＦ構造を形成する。ＳＡＦはほぼバランスするので、ゼロ磁界ではＳＡＦの正味磁気モーメントがほとんど無くなるか、またはゼロになり、中程度の磁界が印加されているときには、これらの磁気モーメントの間の角度が小さいので、ＳＡＦには小さなモーメントしか生じない。比較的小さい正味モーメントが比較的大きな固有異方性と組み合わされることで、自由層２２８を切り替えるために印加される磁界において、このＳＡＦ構造は、固着化を引き起こすことなく、比較的安定する。従って、本発明のＣｏＦｅＴａ合金及びＣｏＦｅＨｆ合金を使用することにより、ＡＦ固着化層２２４を含まない簡易な薄膜積層構造を実現することができる。
【００２８】
ここで、反転した、またはフリップした構造も本開示箇所から想到することが分かるであろう。特に、開示した磁性素子は、上部固定層または上部固着層を含むように形成することができると考えられ、従って、この磁性素子は上部固着構造として記載することができる。
【００２９】
本発明の更に別の好適な実施形態では、本明細書に開示するアモルファス合金を使用してハードディスクドライブなどのような直接アクセス記憶装置（ｄｉｒｅｃｔ  ａｃｃｅｓｓ  ｓｔｏｒａｇｅ  ｄｅｖｉｃｅ：ＤＡＳＤ）の読み出しヘッド用の磁気抵抗（ＭＲ）センサを形成することができる。この用途では、多層積層構造２００を標準の読み出しヘッドに組み込み、回転磁気ディスクのような、移動している磁気媒体から放出される磁界に晒す。センサを作製するために、材料を処理して自由層の磁化容易軸が固定層の磁化と直交するようにする。
【００３０】
この環境下では、ＭＲセンサを取り囲む磁界が変化して、磁気ディスクに予め記憶されている情報を示すようになる。磁界のこの変化によって、自由層の磁気モーメントがその磁化容易軸から傾いて大きさ及び方向が変化するが、この変化はディスクに記憶されている情報が何であるかによって変わる。自由層の磁気モーメントのモーメントに関連する抵抗の変化をモニターすることにより、磁気ディスクに記憶されている情報が何であるかが分かる。
【００３１】
上述の磁気抵抗素子において使用する他に、良好な軟磁特性、分散の小さいＨｋ、及び大きな分極を示す合金に特有の、中から大への磁化を有する安定なアモルファス合金を磁束集中材料（クラッド材）に使用することもでき、この材料はＭＲＡＭ素子の書き込みラインに使用される。これらの特性によって、先行技術に関して記載したＮｉＦｅ合金またはＮｉＦｅＣｏ合金に比べて高性能のクラッド材が実現するが、これは不所望の磁区壁または磁束渦が形成され難くなるようにクラッド層を薄くすることにより可能になる。材料のアモルファス性もまた、側壁の平滑性を良くし、そして堆積プロセス中に生じる不所望の異方性を更に最小化するために有利となる。本発明のＣｏＦｅをベースとする合金のこのような用途について図３を参照して更に説明する。
【００３２】
図３を参照すると、本発明の好適な例示としての実施形態による被覆加工された（ｃｌａｄｄｅｄ）銅ダマシン・デジット・ライン及びビット構造３００が示されている。被覆加工された銅ダマシン・デジット・ライン３２８は、特定のＣｏＦｅ組成を有し、この組成はこれまでに実施されているクラッド材よりも良好なクラッド特性を実現するように調整される。この特定の実施形態では、ＭＲＡＭビット３１０は、この技術分野で公知の方法に従って形成される標準のＭＲＡＭビットである。都合上、標準のＭＲＡＭビットを本明細書に示すが、この技術分野の当業者であれば、多くの他のタイプの半導体素子を設けることができることを理解できるであろう。また、ここでは、単一のＭＲＡＭビット３１０が示されているが、例えば完全な素子アレイ、または磁気メモリビット群から成るアレイの周辺近傍の制御／ドライバ回路を形成することができることを理解できるであろう。更に、図３はＭＲＡＭビット３１０をトランジスタ（この図には示さず）に接続するコンタクト金属層３１６及びビットラインをデジットライン３２８から絶縁する絶縁層３３０を含む。
【００３３】
形成工程では、構造は次のようにして形成される。すなわち、まず、誘電体層３８０にトレンチをパターニング及びエッチングし、次に第１バリア層３２０、磁束集中層３２２、第２バリア層３２４、銅（Ｃｕ）シード層３２６、最後に銅（Ｃｕ）メッキ層３２７を堆積させ、これら全てが銅ダマシンライン３２８を形成する。本発明の最適な実施形態では、磁束集中層３２２はアモルファス磁性材料から形成される。磁束集中層３２２は、導電体を流れる電流により生じる磁束を集中させて、所望の作用を生じさせるために必要な電流の大きさを小さくする特性を有する。
【００３４】
本発明の最適な実施形態では、磁束集中層３２２はアモルファスＣｏＦｅ−Ｘ合金であり、この合金の透磁性は、磁束を所望領域に集中させるために十分であり、この合金には残りの材料構造に対する金属処理を適用することができる。本発明の最適な実施形態では、磁束集中層３２２は、コバルト（Ｃｏ），鉄（Ｆｅ）及びボロン（Ｂ）から成る合金であり、この組成は、おおよその原子量％で７１．２％のＣｏ、８．８％のＦｅ及び２０％のＢである。この組成はボロン添加されたＣｏＦｅ合金を表わし、（Ｃｏ８９Ｆｅ１１）８０Ｂ２０と表わすことができる。鉄含有率は約９．５％〜１３．５％の範囲とし、ボロン含有率は約１０％〜３０％の範囲、最適には約１５％〜２５％の範囲とすることができる。
【００３５】
磁束集中層３２２は、最適にはニッケルを含有しない（Ｎｉ−ｆｒｅｅ）合金である。これは重要な要件である。その理由は、Ｎｉを従来のクラッド用途に使用すると、通常、クラッド層に含まれるＮｉが銅（Ｃｕ）ダマシン・ビット・ラインに拡散するのを防止するために、拡散バリア層３２４を設ける必要があるからである。また、Ｎｉは反応性が高く、熱的に不安定であることが知られており、これらの特性は共に、本用途には不所望な特性と考えられる。最後に、本発明の合金により提供される平滑層によって、クラッドを形成するための堆積を行なうと非常に優れた磁気動作が得られる。ここで、磁束を下方にむけて集中させる反転構造も本明細書に開示するクラッド用途に適用することができることに留意されたい。
【００３６】
上記したように、ＣｏＦｅＢ合金を含む所定のＣｏＦｅＸ合金を、本明細書に開示する磁気エレクトロニクス素子に種々の形で適用することによって、この技術分野の当業者には、明白であると思われる大きな利点がもたらされる。更に、これまでの説明においては複数の実施形態を示してきたが、非常に多くの変更をこれらの実施形態に対して為し得ることを理解できるであろう。最後に、これらの実施形態は、好適な例示としての実施形態であるに過ぎず、決して本発明の技術範囲、適用可能性、または構成を制限するものではないことを理解できるであろう。これまでの詳細な説明により、この技術分野の当業者は、本発明の好適な例示としての実施形態を実施するための利便性のある指標を得ることができる。添付の請求項に示す本発明の技術思想及び技術範囲から逸脱しない範囲で、例示としての好適な実施形態に記載された構成要素の機能及び構成に種々の変更を加え得ることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の好適な例示としての実施形態による最も好適であると考えられる一つの特殊合金を含む、ＭＴＪ用途における使用に適する幾つかの合金の種々の特性を比較した表である。
【図２】本発明の好適な例示としての実施形態による改良型磁気構造を備える磁性素子の断面図である。
【図３】本発明の好適な例示としての実施形態によるクラッド層を備えるデジットラインの断面図である。
【図１】
2005539376.tif 000002
【図２】
2005539376.tif 000003
【図３】
2005539376.tif 000004
【国際調査報告】
2005539376.tif 000005
2005539376.tif 000006
2005539376.tif 000007
2005539376.tif 000008
2005539376.tif 000009