(57)【要約】      （修正有）【課題】ＳＴＴＭＲＡＭ（スピントランスファー磁気ランダムアクセス記憶素子）デバイスのＣＭＯＳプロセス技術、熱安定性および電気的特性と互換性のある材料の改良。【解決手段】金属下層３０２と、金属下層の上の、第１金属３０３ａと第２金属３０３ｂとの交代層を含むシード層３０３と、を含む磁気素子であり、第１金属と第２金属との交代層は、２≦ｎ≦２０でｎ回繰り返される。また、第１金属と第２金属の交代層を含むシード層３０３と、垂直方向を有する磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子であって、シード層の上に形成された参照層３０４、参照層の上に形成されたトンネルバリア層３０５、トンネルバリア層の上に形成された貯蔵層３０６を含む磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子と、上部電極３０７と底部電極３０１と、を含む。【選択図】図２
2015002352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属下層、および
金属下層の上のシード層であって、第１金属と第２金属との交代層を含むシード層、
を含む磁気素子。
【請求項２】
第１金属と第２金属との交代層は、２≦ｎ≦２０でｎ回繰り返される請求項１に記載の磁気素子。
【請求項３】
交代層は、それぞれが０．３ｎｍより小さい膜厚を有する請求項１に記載の磁気素子。
【請求項４】
交代層は、超格子構造を形成する請求項１に記載の磁気素子。
【請求項５】
交代層は、交互のモノレイヤである請求項１に記載の磁気素子。
【請求項６】
交代層は、ＮｉとＣｒのモノレイヤである請求項５に記載の磁気素子。
【請求項７】
金属下層は、Ｈｆ、ＴａまたはＴｉを含む請求項１に記載の磁気素子。
【請求項８】
更に、シード層の上の参照層、参照層の上のトンネルバリア層、およびトンネルバリア層の上の貯蔵層、を含む請求項１に記載の磁気素子。
【請求項９】
シード層は、参照層のより強い垂直磁気異方性を形成する請求項１に記載の磁気素子。
【請求項１０】
参照層は、シード層の上の交互の金属層の多層スタックと、多層スタックの上の偏光層とを含む請求項８に記載の磁気素子。
【請求項１１】
参照層の交互の金属層の多層スタックは、ＣｏおよびＮｉの交互の層を含む請求項１０に記載の磁気素子。
【請求項１２】
参照層は、更に、多層スタックと偏光層との間に挿入層を含む請求項８に記載の磁気素子。
【請求項１３】
挿入層は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、Ｈｆ、またはＦｅＴａのいずれかを含む請求項１２に記載の磁気素子。
【請求項１４】
基板の上の金属下層と、
金属下層の上のシード層であって、第１金属と第２金属の交代層を含むシード層と、
垂直方向を有する磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子であって、シード層の上に形成された参照層、参照層の上に形成されたトンネルバリア層、トンネルバリア層の上に形成された貯蔵層を含む磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子と、
上部電極と底部電極と、を含む垂直磁気方向を有するスピントランスファー磁気ランダムアクセスメモリ素子。
【請求項１５】
基板はＳｉ系基板であり、金属下層はＨｆ、Ｔａ、またはＴｉを含み、シード層はＮｉおよびＣｒの交互のモノレイヤまたはＮｉおよびＣｒの交代層の多層スタックを含み、挿入層はＴａまたはＴａＮまたはＴｉまたはＨｆまたはＦｅＴａを含み、偏光層はＣｏＦｅＢを含み、トンネルバリア層はＭｇＯを含み、貯蔵層はＣｏＦｅＢを含む請求項１４に記載のスピントランスファー磁気ランダムアクセスメモリ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を有する磁気メモリ素子の分野に関し、特に、垂直磁気異方性（ＰＭＡ）を有する磁気メモリ素子に関する。
【０００２】
更に、本発明は、垂直磁気異方性（ＰＭＡ）を有するスピントランスファートルク磁気ランダムアクセスメモリ（ＳＴＴＭＲＡＭ）素子に関する。
【背景技術】
【０００３】
磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）は、従来の半導体メモリのための代わりとして現れてきた。ＳＲＡＭおよびＤＲＡＭに比較して、ＭＲＡＭは不揮発性の長所を有する。情報の蓄積に使用されるフラッシュメモリと比較して、ＭＲＡＭは長所として耐久性を有する。フラッシュメモリと競争するためには、チップ中のＭＲＡＭセルの密度を増やすことが必要であり、これは、ＭＲＡＭセルを可能な限り小さくすることを含む。ＳＲＡＭおよびＤＲＡＭと競争するために、密度を譲歩しない操作の速度が鍵である。
【０００４】
過去１０年の早い時期に研究された電界切り換え（field-switchable）ＭＲＡＭデバイスと比較して、近年人気のあるスピントルクトランスファー系ＭＲＡＭ（ＳＴＴＭＲＡＭ）は、非常に小さなサイズに小型化できる。しかしながら、可能な最小のセルサイズは熱安定性によってのみ制限されるのではなく、書き込み能力によっても制限される。２つの配置、即ち１つは面内の磁化で、他は面外（垂直）の磁化が調査された。前者は初心者レベルで有用に思える一方、後者は実際の磁気トンネル接合（ＭＴＪ）セルにおいて、特にスイッチングと熱安定性の観点から実施できる見込みがある。
【０００５】
ＳＴＴＭＲＡＭデバイスは、一般的に、参照層（reference layer）と貯蔵層（storage layer）との間に挟まれたトンネルバリア層を含む磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子を含む。ＰＭＡを有する単層のＣｏＦｅＢが貯蔵層と参照層の双方に使用される、例えばＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ／ＣｏＦｅＢのような垂直ＭＴＪスタック構造のような多くの材料系が提案され、従来技術で使用される。この業績は東北大学グループによりもたらされ、”A perpendicular-anisotropy CoFeB-MgO magnetic tunnel junction”のタイトルで、IkedaらによりNature Materials 9, page 721 (2010)に発表された。このスタック構造は、ＳＴＴＭＲＡＭデバイスへの応用が証明された。これは標準ＣｏＦｅＢ−ＭｇＯに基づくため、高いトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）信号、低いスイッチング電流密度（Ｊｃ）、および相当量のＰＭＡが同時に達成される。最初に証明されたＣｏＦｅＢ−ＭｇＯ構造では、貯蔵層と参照層のスイッチング磁場は、ＣｏＦｅＢ膜厚を少し変えることにより分離される。しかしながら、そのようなスタックデザインは、より薄い参照層を必要とし、結果として、参照層スイッチングに対して低いＪｃマージンとなる。
【０００６】
参照層の安定性を増すために、D.C. Worldegeらは、Applied Physics Letters 98, 022501 (2011)に、硬質層（hard layer）の中の合成反強磁性（ＳＡＦ）カップリング構造を用いることを提案し、ここではＣｏ／Ｐｄ二重層がピンニング層中で使用される。硬質層の安定性は彼らの実験で解決されたが、更にいくつかの困難が彼らの報告で示された。最初に、Ｃｏ系多層スタック中のＰｄやＰｔ中のギルバート減衰定数（Gilbert damping constant）は高かった。これは、そのような多層スタック中にＣｏを有する、ＰｄとＰｔとの間の強いスピン軌道カップリングによる。第２に、これらのＣｏ系多層スタック中のＰｄまたはＰｔは、特にエッチングの観点から、困難な材料として知られている。第３に、この材料スタックが耐える最大温度は、３００℃より高いとは報告されていない。結果として、この材料スタックは、ＳＴＴＭＲＡＭデバイスに使用される実際のＭＴＪセルに実装できない。
【０００７】
このように、ＳＴＴＭＲＡＭデバイスのＣＭＯＳプロセス技術、熱安定性および電気的特性と互換性のある材料の改良が必要である。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、磁気メモリデバイスに関する。
【０００９】
第１の形態は、磁気素子に関し、磁気素子は、金属下層と金属下層の上のシード層を含み、シード層は第１金属および第２金属の交代層（alternating layer）を含む。
【００１０】
具体例によれば、第１金属と第２金属の交代層は、２≦ｎ≦２０でｎ回繰り返される。
【００１１】
具体例では、交代層は、０．３ｎｍより小さい膜厚を有する。
【００１２】
具体例では、交代層は、交互のモノレイヤである。
【００１３】
具体例では、シード層の交代層は、超格子構造を形成する。
【００１４】
具体例では、シード層は、ＮｉとＣｒの交代層を含む。
【００１５】
具体例では、金属下層は、Ｈｆ、ＴａまたはＴｉを含む。
【００１６】
具体例では、磁気素子は、更に、シード層の上の参照層、参照層の上のトンネルバリア層、およびトンネルバリア層の上の貯蔵層を含む。
【００１７】
具体例では、シード層は、参照層のより強い垂直磁気異方性を示すように選択される。
【００１８】
具体例では、参照層は、シード層の上の交互の金属層の多層スタックと、多層スタックの上の偏光層を含む。
【００１９】
具体例では、参照層の交互の金属層の多層スタックは、ＣｏとＮｉの交代層を含む。
【００２０】
具体例では、参照層は、更に、多層スタックと偏光層との間に挿入層を含む。
【００２１】
具体例では、挿入層は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、Ｈｆ、またはＦｅＴａのいずれかを含む。
【００２２】
第２の形態は、垂直帯磁方向を有するスピントルクトランスファートルク磁気素子に関し、素子は、基板の上の金属下層と、金属下層の上のシード層であって、第１金属と第２金属の交代層を含むシード層と、垂直方向を有する磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子であって、シード層の上に形成された参照層、参照層の上に形成されたトンネルバリア層、トンネルバリア層の上に形成された貯蔵層を含む磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子と、ＳＴＴＭＲＡＭ素子の対向する側面を電気的に接続する上部電極と底部電極と、を含む。
【００２３】
具体例では、ＳＴＴＭＲＡＭ素子は、Ｓｉ系基板の上のＨｆ、Ｔａ、またはＴｉを含む金属下層と、金属下層の上のシード層であって、ＮｉおよびＣｒの交互のモノレイヤを含むシード層と、垂直方向を有する磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子であって、シード層の上に形成された参照層であって、ＮｉおよびＣｏの交代層の多層スタック、多層スタックの上のＴａまたはＴａＮまたはＴｉまたはＨｆまたはＦｅＴａの挿入層、および挿入層の上のＣｏＦｅＢの偏光層を含む参照層、参照層の上に形成されたＭｇＯを含むトンネルバリア層、トンネルバリア層の上に形成された、ＣｏＦｅＢを含む貯蔵層、含むＭＴＪ素子と、を含む。
【００２４】
本発明の異なる具体例の長所は、超格子シード層を使用することにより、参照層に対して強い垂直磁気異方性（ＰＭＡ）が達成されることである。
【００２５】
本発明の異なる具体例にかかるＭＴＪスタックの長所は、バックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）プロセスとの互換性である。
【００２６】
本発明の異なる具体例にかかるＭＴＪスタックの長所は、従来技術に比較して増加した熱安定性を有し、これによりパターニングされたＭＴＪスタックを含むＭＲＡＭデバイスの更なる処理中で続く（高温）アニール工程に耐えられることである。本発明の異なる具体例の長所は、バックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）プロセスで、ＭＴＪスタックは少なくとも２時間、４００℃のアニール温度に耐えることである。本発明の異なる具体例にかかるＭＴＪスタックの長所は、非常に高い熱安定性を有し、それゆえに、データ保持の可能性は少なくとも１０年間にできることである。
【００２７】
本発明の具体例にかかるＭＴＪスタックの長所は、高いＴＭＲ信号である。
【００２８】
本発明の具体例にかかるＭＴＪスタックの長所は、全ＭＴＪスタック高さを低減できることであり、それゆえに本発明はＭＴＪデバイスを容易に作製できる。
【００２９】
本発明の他の具体例の長所は、この構造が、硬質磁気層を垂直ＭＴＪスタック中に組み込む一方で、高いＴＭＲ、低いＪｃ、より高い温度安定性のために、ＣｏＦｅＢ−ＭｇＯ系のＰＭＡを維持することである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
本発明は、更に、以下の記載と添付の図面の手段により明らかにされる。
【００３１】
【図１】本発明の具体例にかかる磁気素子の模式的描写を示す。
【図２】本発明の具体例にかかる磁気素子の模式的描写を示す。
【図３】本発明の具体例にかかる磁気素子の模式的描写を示す。
【図４Ａ】本発明の具体例にかかる磁気素子の実験結果を示す。
【図４Ｂ】本発明の具体例にかかる磁気素子の実験結果を示す。
【図５】本発明の具体例にかかる磁気素子の実験結果を示す。
【図６】本発明の具体例にかかる磁気素子の実験結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下の詳細な図面において、本発明の全体を理解するために、そして特定の具体例でどのように実施されるかを示すために、多くの特定の細部が説明される。しかしながら、本発明は、それらの特定の細部無しに実施できることが理解できるであろう。他の例では、本発明を曖昧にしないために、公知の方法、手続き、および技術は詳しくは記載されない。
【００３３】
本発明は、特定の具体例に関して、特定の図面を参照しながら記載されるが、本発明はこれに限定されない。ここに含まれて記載された図面は、模式的であり、本発明の範囲を限定しない。図面において、図示目的で、いくつかの要素のサイズは誇張されて、それゆえに縮尺通りではない。
【００３４】
本発明は、特定の具体例に関して、所定の図面を参照しながら記載されるが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲により限定される。記載された図面は単に模式的であり、限定的ではない。図面において、いくつかの要素の大きさは、図示目的で誇張され、縮尺通りには記載されていない。寸法と相対寸法は、本発明の実施のための実際の縮小に実際に対応する必要はない。
【００３５】
更に、本発明や請求の範囲中の、第１、第２、第３等の用語は、類似の要素の間で区別するために使用され、時間的、年代的順序を表す必要はない。用語は、適当な状況下で入替え可能であり、本発明の具体例は、ここに記載や図示されたものと異なる順序によっても操作できる。
【００３６】
また、本発明や請求の範囲中の、上、下、上に、下に等の用語は、記載目的のために使用され、相対的な位置を示すものではない。そのように使用される用語は、適当な状況下で入替え可能であり、ここに記載された発明の具体例は、ここに記載や図示されたものと異なる位置でも操作できる。
【００３７】
請求の範囲で使用される「含む（comprising）」の用語は、それ以降に示される要素に限定して解釈するべきではなく、他の要素や工程を排除しない。特徴、数字、工程、または成分の存在は、言及された通りに既定するものと解釈され、１またはそれ以上の他の特徴、数字、工程、または成分、またはこれらの組み合わせの存在または追加を排除してはならない。このように、「手段ＡおよびＢを含むデバイス」の表現の範囲は、構成要素ＡとＢのみを含むデバイスに限定されるべきではない。
【００３８】
本発明は、本発明の多くの具体例の詳細な記載により記載される。
【００３９】
本発明は、異なる層を含む磁気記憶素子に関する。従来技術では、異なる層に対して異なる用語が使用される。磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子は、一般に、参照層と貯蔵層との間に挟まれたトンネルバリア層を含む。参照層はしばしば固定層またはピンニング層または硬質磁性層と呼ばれる。自由層はしばしば貯蔵層またはピンニング層または軟磁性層と呼ばれる。
【００４０】
半導体基板上に底部電極を含む磁気素子が記載される（図１）。
【００４１】
半導体基板２００は、例えばシリコン系半導体基板でも良い。
【００４２】
底部電極２０１は、好適には、Ｔａ、Ｔｉ、ＴａＮ、ＴｉＮまたはＴａＴｉのようなそれらの組み合わせ、またはＣｕのような他の導電層からなる。
【００４３】
底部電極２０１の上に、金属下層２０２が形成される。
【００４４】
金属下層２０２は、基板に対して良好な接着力を含み、更に下層２０２は、（下層２０２の上に形成された）シード層２０３および（磁気素子の一部でありシード層２０３の上に形成された）磁気層２０４の双方のために所望の結晶学的組織を強化する。下層２０２はまた磁気層２０４のＰＭＡを増加させる。シード層２０３とともに下層２０２は、磁気層２０４の成長のために、良好な結晶性と界面を促進する。
【００４５】
ここで、磁気層２０４は主にＣｏ／Ｎｉ多層を意味する。下層２０２は、Ｈｆ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｗ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｃｕ、またはそれらの組み合わせのような金属層でも良い。
【００４６】
金属下層２０２の上にはシード層２０３が形成される。シード層は、第１金属Ｍ１および第２金属Ｍ２からなる交代層２０３ａ、２０３ｂを含む。更に、シード層２０３は、交互の金属モノレイヤにより形成される超格子を含む。
【００４７】
本発明の鍵となる特徴は、多層のシード層である。シード層は、このように、異なる材料の交代層、特に２つの金属材料からなる交代層、更には２つの金属材料からなる交互のモノレイヤを含む。
【００４８】
具体例では、多層構造は、２つより多い金属材料の交互の層を含んでも良い。
【００４９】
シード層ための多層構造は、超格子シード層と呼ばれる。なぜならば、交代層のそれぞれは、好適には約０．２ｎｍで、０．３ｎｍより小さい膜厚を有するからである。好適には、シード層は、膜厚ｔ１の第１金属Ｍ１と膜厚ｔ２の第２金属Ｍ２からなる交互のモノレイヤからなる超格子（Ｍ１（ｔ１）／Ｍ２（ｔ２））ｎを含み、ここでは金属Ｍ１／金属Ｍ２の配置はｎ回繰り返される。膜厚ｔ１および膜厚ｔ２は、好適には０．３ｎｍより小さい。金属Ｍ１は好適にはＮｉ、Ｃｏ、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉから選択され、金属Ｍ２は好適にはＣｒ、Ｒｕ、ＣｒＲｕ、ＣｏＣｒ、Ｍｏ、ＭｏＲｕから選択される。
【００５０】
第２層は、好適にはＮｉとＣｒの交互のモノレイヤを有する超格子を含む。
【００５１】
シード層のために超格子層を選択することにより、参照層２０４の垂直磁気異方性（ＰＭＡ）は維持されて、拡大さえする。そうでなければ超格子シード層は、参照層中のＰＭＡを強力に発展させる。
【００５２】
磁気素子２は、更に、シード層２０３の上の参照層２０４、参照層２０４の上のトンネルバリア層２０５、トンネルバリア層２０５の上の貯蔵層２０６、および上部電極２０７を含む。
【００５３】
参照層３０４は、好適には、図２に示すように、交互の、磁気層３０４ａ／Ｎｉ系磁気層３０４ｂを有する多層スタック３０４を含む（第１磁気層３０４ａはＣｏ、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉ、ＦｅＮｉから選択でき、第２Ｎｉ系磁気層３０４ｂはＮｉまたはＮｉＦｅから選択できる（図２参照））。そのような多層スタックの例は、（Ｃｏ／Ｎｉ）ｎ（ｎ＝２とｎ＝２０の間で変化し、ｎ回繰り返される）である。参照層中の複数のＣｏ層のそれぞれは、０．２ｎｍから０．５ｎｍの膜厚を有し、参照層中の複数のＮｉ層のそれぞれは、０．５ｎｍから１ｎｍの膜厚を有する。
【００５４】
具体例によれば、参照層３０４は、更に例えばＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅ、Ｆｅまたはそれらの組み合わせの層のような磁気層（または偏光層と呼ばれる）３０８を、多層スタック３０４の上に含んでも良い。磁気層３０８は、参照層の上の多層スタック３０４と、トンネルバリア層３０５との間に、界面として形成される。
【００５５】
トンネルバリア層２０５は、好適にはＭｇＯから形成されるが、ＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＺｒＯｘ、ＡｌｘＯｙ、ＡｌＴｉＯｘ、ＭｇｚＴｉｙＯｘ、ＭｇｚＡｌｙＯｘのような他の絶縁性トンネルバリア材料を用いても良い。
【００５６】
磁気層および／またはトンネルバリア層の異なる形状は、当業者に知られたように可能である。
【００５７】
ここに記載された磁気素子中の全ての層は、当業者に知られたスパッタ堆積システム中に形成される。
【００５８】
本発明の具体例にかかる例示の磁気素子は図２に示される。
【００５９】
磁気素子は、例えばＳｉ基板のような基板３００、基板３００の上の、例えばＴａまたはＴａＮまたはＴｉまたはＴｉＮ層のような底部電極３０１、選択的に、底部電極上の、例えばＴａ層またはＨｆ層またはＴｉ層またはＣｒ層またはＲｕ層またはＣｕ層またはＺｒ層またはＶ層のような下層３０２、底部電極３０１（またはもし存在するのであれば下層３０２）の上に形成された、Ｎｉ３０３ａおよびＣｒ３０３ｂの交互のモノレイヤを有する超格子シード層３０３を含む。Ｃｏ／Ｎｉのバイレイヤ（後述）中に強い垂直磁気異方性を形成するための、（１モノレイヤ毎に繰り返される）ＣｒおよびＮｉがｎ回繰り返された超格子からなるシード層が提案される。ＣｒおよびＮｉの膜厚は、約１モノレイヤ（約０．２ｎｍから約０．３ｎｍ）で、ｎは２から２０回の間で変化する（２≦ｎ≦２０）。
【００６０】
超格子シード層の上に存在する参照層は、ＣｏおよびＮｉの交代層（Ｃｏ／Ｎｉ）ｎのスタック３０４を含む。Ｃｏ層は膜厚が約０．３ｎｍのモノレイヤのみでもよく、Ｎｉ層は膜厚が約０．６ｎｍの約２モノレイヤでも良い。Ｃｏ層の膜厚は、好適にはＮｉ層の膜厚の半分である。垂直磁気異方性を達成するために、２回と２０回の間（２≦ｎ≦２０）で層が繰り返される。参照層は更に、多層スタックの上に、ＣｏＦｅＢ３０８の硬質磁気層を含む。硬質ＣｏＦｅＢ層は、約１．１ｎｍでも良い。
【００６１】
磁気素子は更に、参照層のＣｏＦｅＯ層の上にＭｇＯからなるトンネルバリア層３０５、例えば約１．３ｎｍのＣｏＦｅＢである軟質磁気材料の貯蔵層３０６、および貯蔵層３０６の上の上部電極３０７を含む。
【００６２】
任意的に、Ｔａ層（挿入層）は、貯蔵層３０６と上部電極３０７との間に存在して、１〜１０ｎｍの膜厚を有し、ＰＭＡを形成するために下部のＣｏＦｅＢ層３０６に対して良好な界面を形成する。
【００６３】
本発明の具体例にかかる他の例示的な磁気素子が図３に示される。磁気素子は、図２と同じ要素を含む（参照番号４０１は３０１と同様、４０２は３０２と同様等）が、層間拡散を低減するために追加の挿入層４０９を含む。挿入層４０９は、Ｔａ、ＴａＮ、Ｒｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、またはＣｒを含んでも良い。強固な層の膜厚は、０．２ｎｍと１ｎｍの間で変化しても良く、磁気層は互いに接続される。
【００６４】
更に、挿入層４０９は、ＭｇＯからなるトンネルバリア層に隣接する参照層のＣｏＦｅＢ４０８に対してシード層として機能し、０．７ｎｍから１．５ｎｍの範囲のＣｏＦｅＢ膜厚を有する垂直偏光層を形成しても良い。挿入層は、ＣｏＦｅＢ偏光層を通って組織を壊し、これはＣｏ／Ｎｉバイレイヤ多層スタックから始まる。挿入層は、Ｃｏ／ＮｉバイレイヤとＣｏＦｅＢ層との間に磁気接続を形成するために十分薄くなければならない。
【００６５】
本発明の具体例にかかる他の例示的な磁気素子は、底部電極、底部電極の上の、６ｎｍのＨｆ層とＨｆ層の上の２ｎｍのＴａ層からなる下層、（Ｎｉ３．５Å／Ｃｒ３．５Å）がｎ回繰り返され、ｎは２、４、６、８、１０または２０である超格子からなるシード層、シード層の上の、（Ｃｏ３Å／Ｎｉ６Å）のバイレイヤが１０回繰り返された多層、多層の上の４ÅのＴａ層からなる挿入層、およびＴａ層の上の１１ÅのＣｏＦｅＢ層からなる硬質磁器層とからなる参照層、参照層のＣｏＦｅＢの上の、ＣｏＦｅＢ層の上の１ｎｍのＭｇＯ層からなるトンネルバリア層、トンネルバリアの上の、１．３μｍのＣｏＦｅＢ層とＣｏＦｅＢ層の上の１０ÅＴａ層とからなる貯蔵層、Ｔａ層の上の上部電極、のスタックでも良い。要約したスタックは、ＢＥ／Ｈｆ６ｎｍ／Ｔａ２ｎｍ／（Ｎｉ３．５Å／Ｃｒ３．５Å）ｘ／（Ｃｏ３Å／Ｎｉ６Å）１０／Ｔａ４Å／ＣｏＦｅＢ１１Å／ＭｇＯ１ｎｍ／ＣｏＦｅＢ１３Å／上部電極と表される。
【００６６】
図４Ａおよび図４Ｂは、Ｃｏ／Ｎｉ磁気ヒステリシス測定の実験結果を示す。異なるＮｉおよびＣｒのバイレイヤの数を有する（Ｃｏ３Å／Ｎｉ６Å）１０バイレイヤが、Ｈｆ６ｎｍ／Ｔａ２ｎｍ／（Ｎｉ３．５Å／Ｃｒ３．５Å）ｘの上に堆積された。図は、この例示の磁気素子に対して印加された磁場（図４Ａでは垂直、図４Ｂでは面内）の関数として、測定された磁気モーメント（ｅｍｕ）を示す。図４Ｂから、少ない数のバイレイヤに対して、磁気異方性場の減少は大きくない。しかしながら、Ｎｉ／Ｃｒシード層にｎが２のバイレイヤが使用された場合、より鋭いスイッチングが観察され、一方でＮｉ／Ｃｒバイレイヤの数が増加した場合（ｘ≧４）、磁気スイッチングは平面方向から傾く。Ｎｉ／Ｃｒ超格子中で少数のバイレイヤが使用された場合でさえも、鋭いスイッチングを伴うそのような強い磁場異方性は、Ｃｏ／Ｎｉバイレイヤの強いＰＭＡの証拠となりうる。この少数のバイレイヤは、そのようなスタックを、低減されたスタック高さとシード層膜厚による粗さの減少のためのポテンシャルにする。
【００６７】
図５は、３００℃で３０分間ＭＴＪスタックをアニールした後の、ｎ回繰り返すＮｉ／Ｃｒ超格子の数を関数とした、トンネル磁気抵抗信号（ＴＭＲ）の実験結果を示す。ＴＭＲは、Ｎｉ／Ｃｒバイレイヤのｎ＝１０とｎ＝２０の繰り返しで低下する。
【００６８】
図６は、異なるアニールパラメータ（温度および時間）を用いた異なるアニール工程後の、Ｎｉ／Ｃｒ超格子のＮｉ層およびＣｒ層の膜厚を関数とした、トンネル磁気抵抗信号（ＴＭＲ）の実験結果を示す。完全なＳＴＴＭＲＡＭスタックは、ＢＥ（底部電極）／Ｈｆ６ｎｍ／Ｔａ２ｎｍ／（Ｎｉｘ／Ｃｒｙ）１０／（Ｃｏ３Å／Ｎｉ６Å）１０／Ｔａ４Å／ＣｏＦｅＢ１１Å／ＭｇＯ１ｎｍ／ＣｏＦｅＢ１３Å／Ｔａ１０Å／ＴＥ（上部電極）である。ボックス７００中で、最も小さい膜厚を有する層に対して、最良の結果（高いＴＭＲ）が得られる。Ｎｉ層および／またはＣｒ層の膜厚は、約１．７５Åであり、これはモノレイヤの約半分（０．５ｍｌ）に等しい。１モノレイヤ（ｍｌ）は約３．５Åである。
【図１】
2015002352.tif 000003
【図２】
2015002352.tif 000004
【図３】
2015002352.tif 000005
【図４Ａ】
2015002352.tif 000006
【図４Ｂ】
2015002352.tif 000007
【図５】
2015002352.tif 000008
【図６】
2015002352.tif 000009
【外国語明細書】
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