【手続補正書】
【提出日】平成27年8月13日(2015.8.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メモリデバイス基体と、
前記メモリデバイス基体上に配置された複数のメモリセルであって、各メモリセルは、他の各メモリセルと共通の積層体に配置された複数の磁性層及び導電層を含む積層体を備える、メモリセルと、
前記メモリセルとその周囲の各メモリセルとの間に配置された注入マトリクスであって、前記注入マトリクスは、注入種と混合された各メモリセルの前記積層体の構成素材を含み、前記注入マトリクスは、非導電材料及び非磁性材料を含む、注入マトリクスと、を備え、
各メモリセルは電気的及び磁気的に互いに他のメモリセルから孤立されており、
前記注入マトリクスの外表面は、凹形状を有する、磁気メモリ。
【請求項２】
前記注入マトリクスは、酸素及びリンを含む、請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項３】
前記複数のメモリセルは、貴金属を含む少なくとも１つの層を備え、前記注入マトリクスは、前記メモリセルの単位面積あたりの濃度より低い濃度の貴金属を含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項４】
注入マトリクスの単位体積当たりの貴金属の濃度は、各メモリセルの積層体の貴金属濃度の約１０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の磁気メモリ。
【請求項５】
基板のベース部上に複数の磁性層及び複数の導電層を備える積層体を提供するステップと、
第１の保護領域上の積層体の外表面上に第１のマスクフィーチャを、第２の保護領域上の積層体の外表面上に第２のマスクフィーチャを形成するステップであって、前記第１のマスクフィーチャ及び前記第２のマスクフィーチャは、それらの間にある前記積層体の部分に前記積層体の露出領域を画定するステップと、
前記第１の保護領域を前記第２の保護領域から磁気的に孤立させるのに有効なイオン照射で前記積層体の前記露出領域の方へイオンを向けるステップと、を含み、
前記イオン照射は前記積層体の前記露出領域の外表面に凹形状を生成する、磁気メモリの形成方法。
【請求項６】
前記第１の保護領域を前記第２の保護領域から電気的に孤立させるために、第２のイオン照射で、前記露出領域にイオンを向けるステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記積層体は貴金属を含み、前記第２のイオン照射は、前記積層体から貴金属種を選択的に除去するのに有効である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のマスクフィーチャ又は前記第２のマスクフィーチャの少なくとも１つの形成後に前記積層体上にキャッピング層を形成するステップをさらに含む、請求項５〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
基板のベース部上に複数の磁性層及び複数の導電層を備える積層体を提供するステップと、
第１の保護領域上の積層体の外表面上に第１のマスクフィーチャを、第２の保護領域上の積層体の外表面上に第２のマスクフィーチャを形成するステップであって、前記第１のマスクフィーチャ及び前記第２のマスクフィーチャは、それらの間にある前記積層体の部分に前記積層体の露出領域を画定するステップと、
前記第１の保護領域を前記第２の保護領域から磁気的に孤立させるのに有効な第１のイオン照射で前記積層体の前記露出領域の方へと第１のイオンを向けるステップであって、前記第１のイオン照射はさらにゲッタリング種を含む、ステップと、
前記第１の保護領域を前記第２の保護領域から電気的に孤立させる第２のイオン照射で前記積層体の前記露出領域の方へと第２のイオンを向けるステップであって、前記第１のイオンは、前記第２のイオン照射中に前記積層体内で前記第２のイオンの拡散を低減させるのに有効であるステップとを含む、磁気メモリの形成方法。
【請求項１０】
前記第１のイオンはリン及び／又はヒ素であり、前記第２のイオンは酸素である、請求項９に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
いくつかの実施形態において、積層体１０４の露出領域を磁気的に不活性とするために、イオン１２２のイオン線量は２×１０１５/ｃｍ２〜５×１０１７/ｃｍ２の範囲内とする。イオン１２２の例には、窒素、酸素、リン、及びシリコンがある。様々な実施形態において、注入イオンのイオンエネルギーは、約３ｋｅＶ〜約６０ｋｅＶの範囲内とすることができ、注入イオン種及び積層体１０４内への注入イオン種の所望注入深さに従って調整することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
本発明の実施形態に一貫して、イオン種、イオンエネルギー、及びイオン線量は、イオン注入によってＭＲＡＭセルを形成する処理を最適化させるために調整することができる。図２は、イオン線量が初期の磁性層を磁気的に不活性にするのに及ぼす効果を例示する実験結果を示している。このデータは、イオン注入を用いるＭＲＡＭ製造プロセスを最適化するために用いることができる。特に、図２は、酸素（曲線２０２）、ホウ素（曲線２０４）、シリコン（曲線２０６）、アルゴン（曲線２０８）、炭素（２１０）、窒素（曲線２１２）及びリン（曲線２１４）を含むいくつかの異なる注入種に対して、５×１０１６/ｃｍ２までのイオン注入線量の関数として、Ｃｏ、Ｃｒ及びＰｔを含む１２ｎｍ厚のフィルムの磁化の測定結果を表している。全ての種に対して、磁化はイオン線量に従って単調に低減する。全てのイオン線量で、リンは磁化を低減させるのにより有効であることが観察され、リンイオンのほかにアルゴン及び炭素もまた５×１０１６/ｃｍ２の線量で磁化を実質上消去する。他の注入種では、５×１０１６/ｃｍ２で磁化は実質上低減されるが、消去はされない。したがって、本実施形態では、リンイオン注入は、図２のコバルト含有フィルムのような磁性層を含む積層体にＭＲＡＭデバイス構造を形成するのに有利に用いることができる。これにより、リン注入は、イオン線量の関数として最も迅速に磁化を破壊するため、基板の露出部分を磁気的に不活性にするのに用いられる注入種のイオン線量を最少にすることができる。しかし、他のイオン種を用いて、露出部分を磁気的に不活性にすることもできる。例えば、ＭＲＡＭセル間の露出領域の磁気モーメントが、非注入領域の約２/３に低減されたときにＭＲＡＭセルが適切に機能する場合、図２のどのイオン種によっても、５×１０１６/ｃｍ２のイオン線量で適切に磁気的に不活性にすることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
リン注入によって、デバイス構造における保護領域が有効に磁気的に孤立することが観察されていたが、保護領域を電気的に孤立させるには他のイオン種が有効なこともある。例えば、原則的には、いくつかの異なる種が、積層体内における最初は導電性の材料を電気的絶縁性の化合物、電気的絶縁性の合金、又はアモルファス混合物に変換するのに有効なこともある。したがって、様々な実施形態において、基板１００に注入するために任意の都合のよいイオン種を用いることができ、コバルト又は鉄素材のような、積層体の導電材料を電気的絶縁材料に変換するのに有効なイオン種を用いることができる。これを実現するのに有効なイオン線量は、積層体の厚さｔ（図１A）及び積層体１０４の材料の組成に応じて２×１０１５/ｃｍ２〜５×１０１７/ｃｍ２の間の範囲とすることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
図３Ａは、酸素イオン線量の関数としての例示的な積層体の組成分析結果を表している。注入前、積層体は全体の厚さが約６０ｎｍとなるように白金、タンタル及びマンガンのそれぞれが配置された複数の層で構成され、電気的に導電性であった。積層体に注入される酸素イオン線量は、５×１０１７/ｃｍ２まで増やし、その結果得られた材料を、ラザフォード後方散乱分光分析（ＲＢＳ）を用いて分析した。線量０では、多層構造の積層体のＰｔの総含有量（曲線３０４）全体は約５８％であり、Ｍｎ含有量（曲線３０６）は２２％、Ｔａ含有量（曲線３０８）は２０％であることがみられる。酸素が積層体に注入されると、酸素含有量（曲線３０２）が増加し、５×１０１７/ｃｍ２のイオン線量で約６０％に達するため、各金属種の全体の割合は減少する。とりわけ、５×１０１７/ｃｍ２の酸素イオン線量で、Ｐｔの割合は約１２％にまで減少し、その試料は４点プローブによる測定によれば電気的に絶縁性となった。さらに、ＲＢＳの結果は、積層体におけるＰｔの割合の相対的な減少のみならず、積層体におけるＰｔの量の絶対的な減少も示した。このことは、積層体の元の白金含有量の少なくとも一部が、酸素イオンの注入中にエッチングされることを示している。エッチングは、例えば物理的なスパッタリングにより行うことができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
曲線３０６，３０８について、積層体におけるＭｎの割合及びＴａの割合はそれぞれ非注入状態と酸素イオン線量５×１０１７/ｃｍ２との間で減少するが、この割合の減少の大部分は目下注入されている積層体における酸素含有量の増加によるものである。さらに、元のＴａ及びＣｏの含有量の一部も積層体から除去されるが、ＲＢＳの結果は、比較的あまりエッチングされないＭｎ及びＴａに比べて、白金が積層体から優先的に取り除かれることを示している。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
この現象は、Ｐｔ、Ｔａ及びＣｏを含んでいる積層体についてさらに詳しく調べた。図３Ｂは、酸素イオン線量の関数としての、このような積層体の組成分析の結果を表している。注入前に、積層体は、その全体の厚さが約６０ｎｍとなるように白金、タンタル及びコバルトそれぞれが配置された複数の層で構成し、Ｐｔ層に相当する層の全体の厚さは約２６〜２７ｎｍであり、電気的に導電性であった。積層体内に注入される酸素イオン線量は５×１０１７/ｃｍ２までに増加させ、その結果得られた材料を、ラザフォード後方散乱分光分析（ＲＢＳ）を用いて分析した。イオン線量０では、多層構造の積層体のＰｔの総含有量（曲線３１４）全体は約４５％であり、Ｃｏ含有量（曲線３１６）３８％、Ｔａ含有量（曲線３１８）１８％であることがみられる。酸素が積層体に注入されると、酸素含有量（曲線３１２）が増加し、５×１０１７/ｃｍ２の線量で約７０％に達するため、各金属種の全体の割合は減少する。とりわけ、５×１０１７/ｃｍ２の酸素イオン線量で、Ｐｔの割合は約５％にまで減少し、その試料は４点プローブによる測定によれば電気的に絶縁性となった。さらに、ＲＢＳの結果は、積層体におけるＰｔの割合の相対的な減少のみならず、積層体におけるＰｔの量の絶対的な減少も示した。このことは、積層体の元の白金含有量の少なくとも一部が、酸素イオンの注入中にエッチングされることを示している。エッチングは、例えば物理的なスパッタリングにより行うことができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
曲線３１６，３１８について、積層体におけるＣｏの割合及びＴａの割合はそれぞれ非注入状態と酸素イオン線量５×１０１７/ｃｍ２との間に、約２分の１に減少するが、この割合の減少の大部分は目下注入された積層における酸素含有量の増加によるものである。さらに、元のＴａ及びＣｏの含有量の一部も積層体から除去されるが、ＲＢＳの結果は、Ｐｔが積層体から優先的に除去されたことを示した。これらの結果を確認するために、様々な量の酸素イオン注入にさらされた所定の試料に断面走査電子顕微鏡法を行った。酸素イオン注入をせずに、積層体は数ある層の中でも特に２つの埋め込みＰｔ層を含むものとした。積層体を２．５×１０１７/ｃｍ２の酸素イオン線量でさらしたら、単一のＰｔ層が基板から離れた外面上に見られ、これは酸素注入によって、積層体の露出表面の方へＰｔの予期せぬ外方拡散が誘発されていることを示している。積層体が５×１０１７/ｃｍ２の酸素イオン線量にさらされると、Ｐｔはほとんど残らず、注入された積層体の表面のアイランドに散乱し、Ｐｔが注入された積層体全体のわずか約５％を構成することを示すＲＢＳの結果と一致している。さらに、積層体の全体に残っている厚さは約４０ｎｍであり、元の積層体からＴａとＣｏの部分は実質的に残っていることを示している。
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
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