(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気記録材料を含む第一の導電性磁気電極と、
前記第一の電極から離隔され、磁気基準材料を含む第二の導電性磁気電極と、
前記第一の磁気電極と前記第二の磁気電極との間にあり、ＭｇＯを含む非磁性トンネル絶縁体材料であって、前記非磁性トンネル絶縁体材料にはＢがない、非磁性トンネル絶縁体材料と、
を含み、
前記第一の磁気電極の前記磁気記録材料および前記第二の磁気電極の前記磁気基準材料のうちの少なくとも一方は、ＣｏおよびＦｅを含みＢがない結晶質磁気領域を含み、
前記第一の磁気電極および前記第二の磁気電極のうちの前記少なくとも一方は、非磁性ＭｇＯ含有領域と、非晶質金属領域とを含み、
前記非晶質金属領域は、ａ）Ｚｒ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒの少なくとも一つと、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉの少なくとも一つとの合金、あるいは、ｂ）ＡｌとＮｉの合金であり、
Ｂがない前記ＣｏおよびＦｅを含有する結晶質磁気領域は、前記非磁性トンネル絶縁体材料と、前記非磁性ＭｇＯ含有領域との間にあり、
前記非晶質金属領域は、前記非磁性ＭｇＯ含有領域と、Ｂがない前記ＣｏおよびＦｅを含有する結晶質磁気領域と、の間にある、
磁気トンネル接合。
【請求項２】
前記非晶質金属領域は、ＡｌとＮｉの合金を含む
請求項１に記載の磁気トンネル接合。
【請求項３】
前記非晶質金属領域は、Ｚｒと、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉの少なくとも一つとの合金を含む
請求項１に記載の磁気トンネル接合。
【請求項４】
前記非晶質金属領域は、Ｗと、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉの少なくとも一つとの合金を含む
請求項１に記載の磁気トンネル接合。
【請求項５】
前記非晶質金属領域は、Ｍｏと、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉの少なくとも一つとの合金を含む
請求項１に記載の磁気トンネル接合。
【請求項６】
前記非晶質金属領域は、Ｃｒと、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉの少なくとも一つとの合金を含む
請求項１に記載の磁気トンネル接合。
【請求項７】
前記非晶質金属領域は、Ｚｒ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒの少なくとも一つと、Ｆｅを含む合金を含む
請求項１に記載の磁気トンネル接合。
【請求項８】
前記非晶質金属領域は、Ｚｒ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒの少なくとも一つと、Ｃｏを含む合金を含む
請求項１に記載の磁気トンネル接合。
【請求項９】
前記非晶質金属領域は、Ｚｒ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒの少なくとも一つと、Ｎｉを含む合金を含む
請求項１に記載の磁気トンネル接合。
【請求項１０】
前記非晶質金属領域は、Ｚｒ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒの少なくとも二つを含む合金を含む
請求項１に記載の磁気トンネル接合。
【請求項１１】
磁気記録材料を含む第一の導電性磁気電極と、
前記第一の電極から離隔され、磁気基準材料を含む第二の導電性磁気電極と、
前記第一の磁気電極と前記第二の磁気電極の間にあり、ＭｇＯを含む非磁性トンネル絶縁体材料であって、前記非磁性トンネル絶縁体材料にはＢがない、非磁性トンネル絶縁体材料と、
を含み、
前記第一の磁気電極の前記磁気記録材料および前記第二の磁気電極の前記磁気基準材料のうちの少なくとも一方は、ＣｏおよびＦｅを含みＢがない結晶質磁気領域を含み、
前記第一の磁気電極および前記第二の磁気電極のうちの前記少なくとも一方は、導電性材料と、前記導電性材料とは異なる非晶質金属領域とを含み、
前記非晶質金属領域は、ａ）Ｚｒ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒの少なくとも一つと、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉの少なくとも一つとの合金、あるいは、ｂ）ＡｌとＮｉの合金であり、
Ｂがない前記ＣｏおよびＦｅを含有する結晶質磁気領域は、前記非磁性トンネル絶縁体材料と、前記導電性材料との間にあり、
前記非晶質金属領域は、前記導電性材料と、Ｂがない前記ＣｏおよびＦｅを含有する領域との間にある、
磁気トンネル接合。
【請求項１２】
前記非晶質金属領域は、ＡｌとＮｉの合金を含む
請求項１１に記載の磁気トンネル接合。
【請求項１３】
前記非晶質金属領域は、Ｚｒと、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉの少なくとも一つとの合金を含む
請求項１１に記載の磁気トンネル接合。
【請求項１４】
前記非晶質金属領域は、Ｗと、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉの少なくとも一つとの合金を含む
請求項１１に記載の磁気トンネル接合。
【請求項１５】
前記非晶質金属領域は、Ｍｏと、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉの少なくとも一つとの合金を含む
請求項１１に記載の磁気トンネル接合。
【請求項１６】
前記非晶質金属領域は、Ｃｒと、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉの少なくとも一つとの合金を含む
請求項１１に記載の磁気トンネル接合。
【請求項１７】
前記非晶質金属領域は、Ｚｒ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒの少なくとも一つと、Ｆｅを含む合金を含む
請求項１１に記載の磁気トンネル接合。
【請求項１８】
前記非晶質金属領域は、Ｚｒ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒの少なくとも一つと、Ｃｏを含む合金を含む
請求項１１に記載の磁気トンネル接合。
【請求項１９】
前記非晶質金属領域は、Ｚｒ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒの少なくとも一つと、Ｎｉを含む合金を含む
請求項１１に記載の磁気トンネル接合。
【請求項２０】
前記非晶質金属領域は、Ｚｒ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒの少なくとも二つを含む合金を含む
請求項１１に記載の磁気トンネル接合。
【請求項２１】
磁気記録材料を含む第一の導電性磁気電極と、
前記第一の電極から離隔され、磁気基準材料を含む第二の導電性磁気電極と、
前記第一の電極と前記第二の電極との間にあり、ＭｇＯを含む非磁性トンネル絶縁体材料であって、前記トンネル絶縁体材料にはＢがない、非磁性トンネル絶縁体材料と、
を含み、
前記第一の磁気電極および前記第二の磁気電極の前記磁気記録材料および前記磁気基準材料は、それぞれ、前記非磁性トンネル絶縁体材料のＭｇＯと直接接触する其々の結晶質磁気領域を含み、
前記第一の磁気電極および前記第二の磁気電極のうちの少なくとも一方の前記結晶質磁気領域は、ＣｏおよびＦｅを含み、Ｂがなく、
Ｂがない前記ＣｏおよびＦｅを含有する結晶質磁気領域を含む、前記第一の磁気電極および前記第二の磁気電極のうちの前記少なくとも一方は、導電性材料と、前記導電性材料とは異なる非晶質金属領域とを含み、
前記非晶質金属領域は、ａ）Ｚｒ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒの少なくとも一つと、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉの少なくとも一つとの合金、あるいは、ｂ）ＡｌとＮｉの合金であり、
Ｂがない前記ＣｏおよびＦｅを含有する結晶質磁気領域は、前記非磁性トンネル絶縁体材料と、前記導電性材料との間にあり、約３０オングストローム程の最大の厚さを有し、
前記非晶質金属領域は、前記導電性材料と、Ｂがない前記ＣｏおよびＦｅを含有する結晶質磁気領域との間にあり、約１００オングストローム程の最大の厚さを有する、
磁気トンネル接合。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される実施形態は、磁気トンネル接合と、磁気トンネル接合の磁気電極を形成する方法と、磁気トンネル接合を形成する方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気トンネル接合は、薄い非磁性トンネル絶縁体材料（例えば、誘電体材料）によって分離された二つの導電性磁気電極を有する集積回路コンポーネントである。適切な条件下で絶縁体材料を介して、一方の磁気電極から他方の磁気電極に電子がトンネルすることができるように、絶縁体材料は、十分に薄い。磁気電極のうちの少なくとも一つは、その全体の磁化方向を、通常の動作の書き込み電流／電圧または消去電流／電圧において、二つの状態間でスイッチングさせることができ、“自由”電極または“記録”電極と一般に呼ばれる。他方の磁気電極は、“基準”、“固定”または“ピン留”電極と一般に呼ばれ、その全体の磁化方向は、通常の動作の書き込み電流／電圧または消去電流／電圧の印加でスイッチングしないだろう。基準電極および記録電極は、其々の導電性ノードに電気的に結合される。基準電極、絶縁体材料および記録電極を通る、二つのノード間の電流の抵抗は、基準電極の全体の磁化方向に対する、記録電極の全体の磁化方向に依存する。したがって、磁気トンネル接合は、少なくとも二つの状態のうちの一つにプログラムされることができ、それらの状態は、磁気トンネル接合を通る電流を測定することによって検知されることができる。磁気トンネル接合は、二つの電流導通状態間で“プログラムされる”ことができるため、メモリ集積回路での利用のために提案されてきた。さらに、磁気トンネル接合は、メモリとは別に、または、メモリに加えて、論理回路または他の回路で用いられることができる。
【０００３】
記録電極の全体の磁化方向は、電流誘発外部磁界によって、または、スピントランスファートルク（ＳＴＴ）効果をもたらすスピン分極電流を用いることによって、スイッチングされることができる。電荷キャリア（電子など）は、キャリアに対して固有の少量の角運動量である、“スピン”として知られる特性を有する。電流は、通常は分極されていない（約５０％の“スピンアップ”電子と約５０％の“スピンダウン”電子とを有する）。スピン分極電流は、どちらかのスピンの電子を非常に多く有する電流である。ある種の磁気材料（ポラライザ材料と、時に呼ばれることもある）に電流を通すことによって、スピン分極電流を生成することができる。スピン分極電流が磁気材料へと向けられると、スピン角運動量は、その材料に伝達されることがあり、それによって、その磁化配向に影響を及ぼす。これは、振動を励起するため、または、スピン分極電流が十分な大きさを有する場合、磁気材料の配向／磁区方向を反転（即ち、スイッチング）するためにさえも、用いられることができる。
【０００４】
ＣｏおよびＦｅの合金または他の混合物は、ポラライザ材料として、および／または磁気トンネル接合内の記録電極の磁気記録材料の少なくとも一部として用いるために提案される一般的な材料の一つである。より具体的な一例は、ＣｏｘＦｅｙＢｚであり、ここで、ｘおよびｙは各々１０から８０であり、ｚは０から５０であり、これは、ＣｏＦｅまたはＣｏＦｅＢと略されることがある。ＭｇＯは、非磁性トンネル絶縁体として理想的な材料である。理想的には、このような材料は、各々、体心立方（ｂｃｃ）００１格子を有する結晶質である。このような材料は、任意の適切な技術を用いて、例えば、物理蒸着によって堆積されることができる。このような材料内にｂｃｃ００１格子を最終的に生成するために有用な一技術は、ＣｏＦｅを非晶質であるようにまず形成することを含み、その上にＭｇＯ含有トンネル絶縁体材料が堆積される。堆積中および／または堆積後に、ＭｇＯトンネル絶縁体、ＣｏＦｅ、およびトンネル絶縁体は、均一なｂｃｃ００１格子構造を、理想的には個々に達成する。
【０００５】
ＣｏＦｅの最初の非晶質堆積を保証するか、または提供するために、ＣｏＦｅの一部としてホウ素が通常堆積される。ＣｏＦｅの結晶化は、少なくとも約３５０℃の温度で、基板をアニールすることによって、ＭｇＯの堆積中、または堆積後に生じることができる。これは、ｂｃｃ００１ＣｏＦｅへの結晶化を可能にするために、形成されるＣｏＦｅ母材からのＢ原子の拡散を誘発するだろう。ｂｃｃ００１ＭｇＯは、ＣｏＦｅの結晶化中のテンプレートとして機能する。しかしながら、完成した磁気トンネル接合構造内におけるＢは、望ましくないことに、具体的にはＣｏＦｅ／ＭｇＯ界面において、またはＭｇＯ格子内部で、磁気トンネル接合のトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）を減少させる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】基板断片の概略断面図である。
【図２】基板断片の概略断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による、磁気トンネル接合の製造における、仕掛り中の基板断片の概略断面図である。
【図４】図３によって示された処理ステップの後の処理ステップにおける図３の基板断片の図である。
【図５】図４によって示された処理ステップの後の処理ステップにおける図４の基板断片の図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明の実施形態は、磁気トンネル接合の磁気電極を形成する方法と、磁気トンネル接合を形成する方法とを含む。さらに、本発明の実施形態は、製造方法とは関係なく、磁気トンネル接合を含む。本発明の幾つかの実施形態による例示的方法は、基板断片１０について、図１を参照して最初に記述され、基板断片１０は、半導体基板を含むことができる。本文書の文脈においては、“半導体基板”または“半導電性基板”という語は、（単独の、もしくは上に載った他の材料を含むアセンブリのいずれか）半導電性ウェーハなどのバルク半導電性材料、および（単独の、もしくは他の材料を含むアセンブリのいずれか）半導電性材料層を含むもののこれらには限定されない半導電性材料を含む、任意の構造を意味するように定義される。“基板”という語は、上述された半導電性基板を含むがそれには限定されない任意の支持構造を指す。基板断片１０は、その上に高さ方向の積層として既に様々な材料が形成されていることを示す、ベースまたは基板１１を含む。材料は、図１に示された材料からずれていたり、それらよりも高さ方向で内部にあったり、またはそれらよりも高さ方向で外部にあったりすることができる。例えば、部分的または完全に製造された、集積回路の他のコンポーネントが、断片１０の周囲または断片１０内の何処かに設けられていてもよい。基板１１は、（複数の）導電性（即ち、本明細書では電気的に導電性）材料、半導電性材料、または、絶縁性／絶縁体（即ち、本明細書では電気的に絶縁性）材料のうちの、任意の一つ以上を含むことができる。それとは関係なく、本明細書に記述される材料、領域および構造のいずれも、均質であってもよいし、均質でなくてもよく、また、それとは関係なく、これらが上を覆う任意の材料の上で、連続的であってもよいし、不連続であってもよい。さらに、他に示されない限りは、各材料は、任意の適切な技術または任意の未開発の技術を用いて形成されることができ、その技術の例は、原子層堆積、化学蒸着、物理蒸着、エピタキシャル成長、拡散ドーピングおよびイオン注入である。
【０００８】
形成される磁気（即ち、本明細書では、フェリ磁性または強磁性）電極材料の導電性材料１２が、基板１１の上に形成される。一つ以上の元素金属、二つ以上の元素金属の合金、導電性を有するようにドープされた半導電性材料および導電性金属化合物などの、任意の導電性材料が、用いられることができる。一実施形態においては、導電性材料１２は、非磁性である。一つの具体例の材料１２は、タンタル元素である。導電性材料１２に対する例示的な最大の厚さは、約５オングストロームから約５００オングストロームである。本文書においては、“厚さ”とは、それ自体では（先行する、方向を示す形容詞がないと）、異なる組成物の直接隣接する材料、または直接隣接する領域の、最も近い表面から垂直に、所定の材料または領域を通る平均直線距離として定義される。さらに、本明細書に記述される様々な材料または領域は、実質的に一定の厚さであってもよいし、または一定しない厚さであってもよい。一定しない厚さの場合には、厚さとは、他に示されない限りは平均の厚さを指す。本明細書で用いられるように、“異なる組成物”とは、例えば、二つの言及された材料又は領域が均質ではない場合には、そのような材料又は領域のうちの相互に直接接触し得る部分同士が、化学的および／または物理的に異なることのみを必要とする。二つの言及された材料または領域が相互に直接接触していない場合、“異なる組成物”は、このような材料または領域が均質ではない場合に、二つの言及された材料または領域のうち相互に対して最も近い部分同士が、化学的および／または物理的に異なることのみを必要とする。本文書においては、材料、領域または構造は、言及された材料、領域または構造の相互に対する少なくとも幾らかの物理的接触が存在する場合には、他のものに“直接接触している（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ａｇａｉｎｓｔ）”ものとされる。対照的に、“直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）”が先行していない“上（ｏｖｅｒ）”、“上（ｏｎ）”、および“接触して（ａｇａｉｎｓｔ）”は、“直接接触している”を包含するとともに、（複数の）中間材料、（複数の）中間領域、または（複数の）中間構造の結果として、言及された材料、領域、または構造の相互に対する物理的接触がない構成をも包含する。
【０００９】
Ｃｏ、ＦｅおよびＢを含む材料１４は、導電性材料１２の上に形成される。一実施形態においては、材料１４は、ＣｏおよびＦｅの合金を含み、非晶質Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０がその一例である。本文書で用いられる場合、材料または領域を“非晶質”であると特徴づけることは、言及された材料のうち、体積で少なくとも９０％が非晶質であることを必要とする。材料１４が用いられる場合、その例示的な最大の厚さは、約２オングストロームから約６オングストロームである。
【００１０】
非磁性ＭｇＯ含有材料１６は、（材料１４の有無とは関係なく）導電性材料１２の上に形成される。材料１６は、ＭｇＯを含むか、ＭｇＯで実質的に構成されるか、ＭｇＯで構成されてもよい。ＭｇＯ含有材料１６に対する例示的な最大の厚さは、約３オングストロームから約１０オングストロームである。材料１４を含む目的は、ＭｇＯの堆積中に、ｂｃｃ００１ＭｇＯを形成することを容易にすることである。材料１６を含む目的は、形成される導電性磁気電極の磁気材料内の垂直方向の磁気異方性を容易にすることであり、それは、幾つかの磁気トンネル接合で望ましい動作上の特性である。
【００１１】
非晶質金属１８は、ＭｇＯ含有材料１６の上に形成され、一実施形態においては、図示されるように、ＭｇＯ含有材料１６に直接接触して形成される。一実施形態においては、非晶質金属１８は、遷移金属の合金を含み、一実施形態においては、遷移金属の合金で実質的に構成されるか、または遷移金属の合金で構成される。一実施形態においては、非晶質金属１８は、Ｆｅ、Ｃｏおよび別の遷移金属を含む合金を含む。一実施形態においては、非晶質金属１８は、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ、ＣｒおよびＴａのうちの少なくとも一つと、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉのうちの少なくとも一つとの合金を含む。一実施形態においては、非晶質金属１８は、Ｗ合金、例えば、Ｗと、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉのうちの任意の一つ以上との合金を含む。一実施形態においては、非晶質金属１８は、約３オングストロームから約５オングストロームの最大の厚さを有する。
【００１２】
ＣｏおよびＦｅを含む非晶質磁気電極材料２０は、非晶質金属１８の上に形成され、一実施形態においては、非晶質金属１８に直接接触して形成される。非晶質磁気電極材料２０には、Ｂがない。本文書においては、“Ｂがない”とは、０原子％のＢから０．１原子％以下のＢを意味する。本明細書での“磁気を有すること”に対する言及は、言及された磁気材料または磁気領域が最初に形成されるときに磁気を有することを必要としないが、磁気トンネル接合の完成した回路構造においては、言及された磁気材料または磁気領域のうちの幾らかの部分が機能的に“磁気を有する”ことを必要とする。一実施形態においては、非晶質磁気電極材料２０のＣｏおよびＦｅは、非晶質金属１８に直接接触して形成される。一実施形態においては、非晶質磁気電極材料２０は、０℃から約３０℃の温度で形成され、このような一実施形態においては、少なくとも約２０℃の温度で形成される。一実施形態においては、非晶質磁気電極材料２０は、約−２５０℃から０℃未満の温度で形成され、このような一実施形態においては、約−２５０℃から約−２０℃の温度で形成される。３０℃未満、理想的には０℃未満での電極材料２０の形成は、このような材料にＢがなく、かつ非晶質金属１８が存在するときの、電極材料２０の非晶質での形成を容易にする。材料２０に対する例示的な最大の厚さは、約７オングストロームから約１５オングストロームである。
【００１３】
ＭｇＯを含む非磁性トンネル絶縁体材料２２は、非晶質磁気電極材料２０に直接接触して形成される。トンネル絶縁体材料２２には、Ｂがない。非磁性トンネル絶縁体材料２２は、ＭｇＯを含むか、ＭｇＯで実質的に構成されるか、ＭｇＯで構成されてもよい。トンネル絶縁体材料２２に対する例示的な最大の厚さは、約５オングストロームから約２５オングストロームである。
【００１４】
材料１２、１４、１６、１８および２０は、形成される磁気トンネル接合の導電性磁気電極２５を最終的に形成するために、まとめて用いられるだろう。材料２４は、トンネル絶縁体材料２２の外側に向けて形成されるものとして示され、一実施形態においては、材料２２に直接接触して形成されるものとして示され、形成される磁気トンネル接合の別の導電性磁気電極２７を形成するうえで最終的に利用されるだろう。電極２５および２７のうちの一方は、磁気記録材料を含むように構成されるが、電極２５および２７のうちの他方は、磁気基準材料を含むように構成されるだろう。電極２５および２７は、非磁性絶縁体材料もしくは領域、半導電性材料もしくは領域、および／または導電性材料もしくは領域を、個々に含むことができる。しかしながら、個々に考えるとき、電極２５および２７は、本質的には局所的に非磁性および／または非導電性である内部の一つ以上の領域を当該電極が有し得るとしても、全体としてはまとめて、磁性を有し、かつ導電性であるものとして、特徴づけられる。電極２７に対する例示的な最大の厚さは、約２０オングストロームから約１５０オングストロームである。ほんの一例として、材料２４は、トンネル絶縁体材料２２に直接接触している１３オングストロームのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０を含み、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０に直接接触している３オングストロームのＴａを含み、Ｔａに直接接触している４０オングストロームの、Ｐｄ／Ｐｔを伴うＣｏの合金／複数層を含み、電極２７は、このような例においては、磁気基準電極として機能する。このような諸材料は、このような例においては、その磁気基準材料を集合的に構成する。例えば、結晶化した際には材料２０が磁気記録材料として最終的に機能する一方で、このような例における電極２５は、磁気記録電極として機能する。
【００１５】
トンネル絶縁体材料２２の形成後、非晶質でＣｏおよびＦｅを含有する磁気電極材料２０は、少なくとも約２５０℃の温度で（例えば、不活性雰囲気中で）アニールされ、トンネル絶縁体材料２２のＭｇＯ含有表面から（例えば、表面２３から）、結晶質でＣｏおよびＦｅを含有する磁気電極材料２０を形成する。結晶質でＣｏおよびＦｅを含有する磁気電極材料２０には、Ｂがない。アニール用の例示的な望ましい上限温度は、４５０℃である。本文書において用いられるとき、材料または領域が“結晶質”であると特徴づけることは、言及された材料または領域のうちの少なくとも９０％の体積が結晶質であることを必要とする。一実施形態においては、結晶質でＣｏおよびＦｅを含有する磁気電極材料２０は、約７オングストロームから約１５オングストロームの最大の厚さを有する。
【００１６】
材料１２、１４、１６、１８、２０、２２および２４は、形成される磁気トンネル接合の所望の完成回路構造を形成するために、基板１１の上に全体を覆うように形成され、その後、まとめてパターニングされることができる。あるいは、このような一つ以上の材料のパターニングは、任意のこのような材料が基板１１の上に形成される前、形成中、もしくは形成後、および／または任意のアニール前、アニール中もしくはアニール後に、起こり得る。それとは関係なく、一実施形態においては、導電性磁気電極２５は、磁気記録材料（例えば、結晶質でＣｏおよびＦｅを含有する材料２０）を含み、導電性磁気電極２７は、磁気基準材料を含む。追加的または代替的に考えると、電極２５および２７の高さ方向の位置は、逆転されてもよく、および／または高さ方向の積層以外の方向づけ（例えば、横方向や、斜め方向や、高さ方向と水平方向と斜め方向のうちの一つ以上の組み合わせなど）が用いられてもよい。本文書においては、“高さ方向（ｅｌｅｖａｔｉｏｎａｌ）”、“上（ｕｐｐｅｒ）”、“下（ｌｏｗｅｒ）”、“上部（ｔｏｐ）”、“底部（ｂｏｔｔｏｍ）”とは、垂直方向についての言及である。“水平方向（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）”とは、基板が製造中に加工される対象となる主表面にほぼ沿った方向を指し、垂直方向とは、それに対してほぼ直交する方向である。さらに、本明細書で用いられるように“垂直方向”および“水平方向”とは、三次元空間において、相互に対して、ほぼ垂直な方向同士のことであって、基板の方向づけとは関係しない。
【００１７】
磁気トンネル接合の磁気電極を形成する別の実施形態の方法が、基板断片１０ａについて、図２を参照して次に記述される。上記の実施形態での類似の参照番号が、適切な場合には用いられ、幾つかの構造的差異は、添え字“ａ”で示される。非晶質金属１８ａは、（導電性材料１２または他の材料の有無とは関係なく）基板１１の上に形成される。一実施形態においては、図示されるように、非晶質金属１８ａは、形成される磁気電極２５ａのうち物理的および／または化学的に異なる他の導電性材料１２と直接接触して形成される。一実施形態においては、非晶質金属１８ａは、約１０オングストロームから約１００オングストロームの最大の厚さを有する。
【００１８】
ＣｏおよびＦｅを含む（Ｂがない）非晶質磁気電極材料２０は、約−２５０℃から約３０℃の温度で非晶質金属１８ａの上に形成される。一実施形態においては、非晶質磁気電極材料２０ａは、０℃から約３０℃の温度で形成される。一実施形態においては、非晶質磁気電極材料２０は、約−２５０℃から約０℃未満までの温度で形成され、一実施形態においては、約−２０℃未満までの温度で形成される。
【００１９】
ＭｇＯを含む（Ｂがない）非磁性トンネル絶縁体材料２２は、非晶質磁気電極材料２０に直接接触して形成される。トンネル絶縁体材料２２を形成した後、非晶質でＣｏおよびＦｅを含有する磁気電極材料２０は、少なくとも約２５０℃の温度でアニールされ、トンネル絶縁体材料２２のＭｇＯ含有表面から（例えば、表面２３から）、結晶質でＣｏおよびＦｅを含有する磁気電極材料２０（Ｂがない）を形成する。上述されたような、および／または図１に示されたような、任意の他の（複数の）属性または（複数の）態様は、図２の実施形態で用いられることができる。
【００２０】
本発明の幾つかの実施形態により磁気トンネル接合を形成する方法が、基板断片１０ｂについて図３を参照することから始めて、次に記述される。上述された実施形態と類似の参照番号が、適切な場合には用いられ、幾つかの構造的差異は、添え字“ｂ”または異なる参照番号で示される。内側磁気電極材料２５ｂが、基板１１の上に形成される。電極２５ｂは、上述された実施形態のような材料１２、１４、１６、１８／１８ａおよび２０（図示せず）、ならびに／または追加の、もしくは他の（複数の）材料のうちの、任意の一つ以上を含むことができ、上述されたか、または他の（複数の）プロセスのうちの、任意のプロセスを用いて形成されることができる。ＭｇＯを含む（Ｂがない）非磁性トンネル絶縁体材料２２は、内側磁気電極材料２５ｂの上に形成される。
【００２１】
トンネル絶縁体材料２２を形成した後、トンネル絶縁体材料２２は、少なくとも約２５０℃の温度で、一実施形態においては、約３００℃から約５５０℃の温度で、アニールされる。これは、トンネル絶縁体材料２２のＭｇＯの結晶化を誘発するため、および／またはｂｃｃ００１格子方位などの、所望の均一な結晶をその中に生成するために、実施されることができる。
【００２２】
図４を参照すると、アニールした後、一実施形態においては、外側結晶質磁気電極材料３０が、アニールされたトンネル絶縁体材料２２のＭｇＯ含有表面から（例えば、表面２９から）、少なくとも約１５０℃（一実施形態においては、約２５０℃未満）の温度で形成される。外側結晶質磁気電極材料３０は、ＣｏとＦｅとを含み、Ｂがない。上述された、ＣｏおよびＦｅを含有する材料（でＢがないもの）のうちの、任意の材料が用いられることができる。
【００２３】
別の一実施形態においては、トンネル絶縁体材料２２をアニールした後、外側非晶質磁気電極材料３０が、アニールされたトンネル絶縁体材料２２に直接接触して、約−２５０℃から約０℃未満の温度で形成される。このような外側非晶質磁気電極材料３０は、ＣｏとＦｅとを含み、Ｂがない。それは、アニールされたトンネル絶縁体材料２２のＭｇＯ含有表面から（例えば、表面２９から）、外側の結晶質でＣｏおよびＦｅを含有する磁気電極材料３０（Ｂがない）を形成するために、少なくとも約２５０℃の温度でその後アニールされる。一実施形態においては、外側非晶質磁気電極材料３０のＣｏおよびＦｅは、約−２０℃以下の温度で、アニールされたトンネル絶縁体材料２２に直接接触して形成される。一実施形態においては、外側結晶質磁気電極材料３０を形成するためのアニールは、少なくとも約３００℃の温度で実施され、一実施形態においては、約４００℃ほどの温度で、実施される。
【００２４】
図５を参照すると、追加材料２４ｂが、導電性磁気電極２７ｂの一部をなすように、外側結晶質磁気電極材料３０の上に堆積される。一実施形態においては、外側結晶質磁気電極材料３０は、約５オングストロームから約１５オングストロームの最大の厚さを有する。上述された、ならびに／または図１および図２に示された、任意の他の（複数の）属性または（複数の）態様は、図３から図５の実施形態で用いられることができる。
【００２５】
本発明の実施形態は、上記の記述のうちの任意のものにしたがって製造された、磁気トンネル接合の磁気電極を含む。本発明の実施形態は、また、上記の記述のうちの任意のものにしたがって製造された、磁気トンネル接合も含む。
【００２６】
さらに、本発明の実施形態は、製造方法によらない磁気トンネル接合を含み、また、議論はそのように進んで結論に至る。このような実施形態は、磁気記録材料を含む第一の導電性磁気電極と、第一の電極から離隔され、磁気基準材料を含む、第二の導電性磁気電極とを含む。上述された例示的な電極２５、２５ａ、２５ｂ、２７および２７ｂは、このような第一の電極または第二の電極を含むことができる。代替的または追加的に考えると、磁気トンネル接合が材料の積層として製造されるとき、高さ方向の外側の電極または高さ方向の内側の電極のいずれかが、磁気記録材料または磁気基準材料を含むことができる。それとは関係なく、ＭｇＯを含む非磁性トンネル絶縁体材料（例えば、トンネル絶縁体材料２２）は、第一の電極と第二の電極との間にある。トンネル絶縁体には、Ｂがない。一実施形態においては、非磁性トンネル絶縁体材料は、約２０オングストロームほどの最大の厚さを有する。
【００２７】
一実施形態においては、磁気記録材料と磁気基準材料のうちの少なくとも一つは、ＣｏおよびＦｅを含みＢがない結晶質磁気領域を含み、このような領域は、約３０オングストローム程の最大の厚さを有し、一実施形態においては約２０オングストロームほど、一実施形態においては約１５オングストロームほどの、最大の厚さを有する。このような結晶質磁気領域のＣｏおよびＦｅは、トンネル絶縁体のＭｇＯに直接接触している。例として、コンポーネント２０および／または３０（Ｂがない場合）は、電極２５／２５ａ／２５ｂまたは電極２７／２７ｂのうちの一方の一部である、磁気記録材料または磁気基準材料でできた、そうした結晶質磁気領域を含むことができる。一実施形態においては、磁気記録材料および磁気基準材料の双方は、ＣｏおよびＦｅを含み、Ｂがなく、トンネル絶縁体材料のＭｇＯと直接接触し、約３０オングストロームほどの最大の厚さを有する、結晶質磁気領域を有する。上述されたような、および／または図面に示されたような、他の任意の（複数の）属性または（複数の）態様が用いられることができる。
【００２８】
一実施形態においては、ＭｇＯを含む非磁性トンネル絶縁体材料は、約２０オングストローム程の最大の厚さを有する。第一の電極および第二の電極の磁気記録材料および磁気基準材料は、ＣｏおよびＦｅを含み、Ｂがなく、約３０オングストローム程の最大の厚さを有する、其々の結晶質磁気領域を、このような結晶質磁気領域のＣｏおよびＦｅがトンネル絶縁体材料のＭｇＯと直接接触するか否かとは関係なく、各々含む。一実施形態においては、ＢがなくＣｏおよびＦｅを含有する結晶質磁気領域は、約２０オングストローム程の最大の厚さを其々有し、一実施形態においては、約１５オングストローム程の最大の厚さを其々有する。一実施形態においては、第二の電極の、ＢがなくＣｏおよびＦｅを含有する結晶質磁気領域は、第一の電極のものよりも大きい最大の厚さを有する。上述されたような、および／または図面に示されたような、任意の他の（複数の）属性または（複数の）態様が用いられることができる。
【００２９】
一実施形態においては、第一の電極および第二の電極のうちの少なくとも一方の磁気記録材料または磁気基準材料は、ＣｏおよびＦｅを含み、Ｂがない、結晶質磁気領域（例えば、材料２０）を含む。このような一実施形態においては、このような領域は、約２０オングストローム程の最大の厚さを有する。第一の電極および第二の電極のうちのこのような少なくとも一方は、また、非磁性ＭｇＯ含有領域（例えば、材料１６）および非晶質金属領域（例えば、材料１８）も含む。ＢがなくＣｏおよびＦｅを含有する磁気領域（例えば、材料２０）は、トンネル絶縁体材料（例えば、材料２２）と、ＭｇＯ含有領域（例えば、材料１６）との間にある。非晶質金属領域（例えば、材料１８）は、ＭｇＯ含有領域（例えば、材料１６）と、ＢがなくＣｏおよびＦｅを含有する磁気領域（材料２０）との間にある。このような一実施形態においては、ＭｇＯ含有領域は、約３オングストロームから約１０オングストロームの最大の厚さを有する。一実施形態においては、非晶質金属領域は、約３オングストロームから約５オングストロームの最大の厚さを有する。一実施形態においては、結晶質磁気領域のＣｏおよびＦｅは、トンネル絶縁体材料のＭｇＯと直接接触し、一実施形態においては、非晶質金属領域と直接接触する。一実施形態においては、非晶質金属領域は、ＭｇＯ含有領域のＭｇＯと直接接触する。一実施形態においては、第一の電極および第二の電極のうちの少なくとも一方は、Ｃｏ、ＦｅおよびＢを含む別の領域（例えば、材料１４）を含む。一実施形態においては、その別の領域は、約１０オングストローム未満の最大の厚さを有する。一実施形態においては、その別の領域のＣｏ、ＦｅおよびＢは、ＭｇＯ含有領域のＭｇＯと直接接触する。上述されたような、および／または図面に示されたような、任意の他の（複数の）属性または（複数の）態様を用いることができる。
【００３０】
一実施形態においては、第一の電極および第二の電極のうちの少なくとも一方の磁気記録材料または磁気基準材料は、ＣｏおよびＦｅを含みＢがない結晶質磁気領域（例えば、Ｂがないときの材料２０または材料３０）を含む。第一の電極および第二の電極のうちのこのような少なくとも一方は、導電性材料（例えば、材料１２）と、導電性材料とは異なる非晶質金属領域（例えば、材料１８／１８ａ）とを含む。ＢがなくＣｏおよびＦｅを含有する結晶質磁気領域（例えば、材料２０）は、トンネル絶縁体材料（例えば、材料２２）と導電性材料（例えば、材料１２）との間にある。非晶質金属領域（例えば、材料１８／１８ａ）は、導電性材料（例えば、材料１２）と、ＢがなくＣｏおよびＦｅを含有する結晶質磁気領域（例えば、材料２０）との間にある。一実施形態においては、結晶質磁気領域のＣｏおよびＦｅは、非晶質金属領域に直接接触し、一実施形態においては、トンネル絶縁体材料のＭｇＯと直接接触する。一実施形態においては、非晶質金属領域は、導電性材料に直接接触し、一実施形態においては、約１０オングストロームから約１００オングストロームの最大の厚さを有する。一実施形態においては、結晶質磁気領域は、約７オングストロームから約１５オングストロームの最大の厚さを有する。上述されたような、および／または図面に示されたような、任意の他の（複数の）属性または（複数の）態様が用いられることができる。
【００３１】
一実施形態においては、第一の電極および第二の電極の磁気記録材料および磁気基準材料は、トンネル絶縁体材料のＭｇＯと直接接触する、其々の結晶質磁気領域（例えば、材料２０および材料３０）を含む。第一の電極および第二の電極のうちの少なくとも一方の結晶質磁気領域は、ＣｏおよびＦｅを含み、Ｂがない。ＢがなくＣｏおよびＦｅを含有する結晶質磁気領域を含む、第一の電極および第二の電極のうちのこのような少なくとも一方は、導電性材料（例えば、材料１２）と、導電性材料とは異なる非晶質金属領域（例えば、材料１８／１８ａ）とを含む。ＢがなくＣｏおよびＦｅを含有する結晶質磁気領域（例えば、材料２０）は、トンネル絶縁体材料（例えば、材料２２）と導電性材料（例えば、材料１２）との間にあって、約３０オングストローム程の最大の厚さを有する。非晶質金属領域（例えば、材料１８／１８ａ）は、導電性材料（例えば、材料１２）と、ＢがなくＣｏおよびＦｅを含有する結晶質磁気領域（例えば、材料２０）との間にあって、約１００オングストローム程の最大の厚さを有する。上述されたような、および／または図面に示されたような、任意の他の（複数の）属性または（複数の）態様が用いられることができる。
【００３２】
製造の方法とは独立した、上述された磁気トンネル接合構造の実施形態の各々は、方法の実施形態に関して図示され、および／または上述された、構造的特徴または属性のうちの、任意のものを組み込むことができ、無論、このような方法の実施形態のうちの任意の（複数の）態様または（複数の）属性を用いて製造されることができる。
【００３３】
図１から図４の例示的実施形態は、単一の磁気トンネル接合（ＳＭＴＪ）を示す。しかしながら、デュアル磁気トンネル接合（ＤＭＴＪ）またはデュアル（２つ）より多い磁気トンネル接合が考えられる。
【００３４】
［結論］
幾つかの実施形態においては、磁気トンネル接合の磁気電極を形成する方法は、形成される磁気電極の導電性材料の上に、非磁性ＭｇＯ含有材料を形成することを含む。非晶質金属は、ＭｇＯ含有材料の上に形成される。ＣｏおよびＦｅを含む非晶質磁気電極材料は、非晶質金属の上に形成される。非晶質磁気電極材料には、Ｂがない。ＭｇＯを含む非磁性トンネル絶縁体材料は、非晶質磁気電極材料に直接接触して形成される。トンネル絶縁体材料には、Ｂがない。トンネル絶縁体材料を形成した後、非晶質でＣｏおよびＦｅを含有する磁気電極材料は、少なくとも約２５０℃の温度でアニールされ、トンネル絶縁体材料のＭｇＯ含有表面から、結晶質でＣｏおよびＦｅを含有する磁気電極材料を形成する。結晶質でＣｏおよびＦｅを含有する磁気電極材料には、Ｂがない。
【００３５】
幾つかの実施形態においては、磁気トンネル接合の磁気電極を形成する方法は、基板の上に非晶質金属を形成することを含む。ＣｏおよびＦｅを含む非晶質磁気電極材料は、約−２５０℃から約３０℃の温度で非晶質金属の上に形成される。非晶質磁気電極材料には、Ｂがない。ＭｇＯを含む非磁性トンネル絶縁体材料は、非晶質磁気電極材料に直接接触して形成される。トンネル絶縁体材料には、Ｂがない。トンネル絶縁体材料を形成した後、非晶質でＣｏおよびＦｅを含有する磁気電極材料は、少なくとも約２５０℃の温度でアニールされ、トンネル絶縁体材料のＭｇＯ含有表面から、結晶質でＣｏおよびＦｅを含有する磁気電極材料を形成する。結晶質でＣｏおよびＦｅを含有する磁気電極材料には、Ｂがない。
【００３６】
幾つかの実施形態においては、磁気トンネル接合を形成する方法は、基板の上に内側磁気電極材料を形成することを含む。ＭｇＯを含む非磁性トンネル絶縁体材料は、内側磁気電極材料の上に形成される。トンネル絶縁体材料には、Ｂがない。トンネル絶縁体材料を形成した後、トンネル絶縁体材料は、少なくとも約２５０℃の温度でアニールされる。アニール後、外側結晶質磁気電極材料は、アニールされたトンネル絶縁体材料のＭｇＯ含有表面から、少なくとも約１５０℃の温度で形成される。外側結晶質磁気電極材料は、ＣｏおよびＦｅを含み、Ｂがない。
【００３７】
幾つかの実施形態においては、磁気トンネル接合を形成する方法は、基板の上に内側磁気電極材料を形成することを含む。ＭｇＯを含む非磁性トンネル絶縁体材料は、内側磁気電極材料の上に形成される。トンネル絶縁体材料には、Ｂがない。トンネル絶縁体材料を形成した後、トンネル絶縁体材料は、少なくとも約２５０℃の温度でアニールされる。トンネル絶縁体材料のアニールの後、外側非晶質磁気電極材料は、アニールされたトンネル絶縁体材料に直接接触して、約−２５０℃から０℃未満の温度で形成される。外側非晶質磁気電極材料は、アニールされたトンネル絶縁体材料に直接接触しているＣｏおよびＦｅを含み、Ｂがない。外側の非晶質でＣｏおよびＦｅを含有する磁気電極材料は、少なくとも約２５０℃の温度でアニールされ、アニールされたトンネル絶縁体材料のＭｇＯ含有表面から、外側の結晶質でＣｏおよびＦｅを含有する磁気電極材料を形成する。結晶質でＣｏおよびＦｅを含有する外側磁気電極材料には、Ｂがない。
【００３８】
幾つかの実施形態においては、磁気トンネル接合は、磁気記録材料を含む第一の導電性磁気電極を含む。第二の導電性磁気電極は、第一の電極から離隔され、磁気基準材料を含む。ＭｇＯを含む非磁性トンネル絶縁体材料は、第一の電極と第二の電極との間にある。トンネル絶縁体材料は、Ｂがなく、約２０オングストローム程の最大の厚さを有する。磁気記録材料および磁気基準材料のうちの少なくとも一方は、ＣｏおよびＦｅを含みＢがない結晶質磁気領域を含む。ＢがなくＣｏおよびＦｅを含有する結晶質磁気領域は、約３０オングストローム程の最大の厚さを有する。結晶質磁気領域のＣｏおよびＦｅは、トンネル絶縁体材料のＭｇＯと直接接触する。
【００３９】
幾つかの実施形態においては、磁気トンネル接合は、磁気記録材料を含む第一の導電性磁気電極を含む。第二の導電性磁気電極は、第一の電極から離隔され、磁気基準材料を含む。ＭｇＯを含む非磁性トンネル絶縁体材料は、第一の電極と第二の電極との間にある。トンネル絶縁体は、Ｂがなく、約２０オングストローム程の最大の厚さを有する。第一の電極および第二の電極の磁気記録材料および磁気基準材料は、ＣｏおよびＦｅを含み、Ｂがなく、約３０オングストローム程の最大の厚さを有する、其々の結晶質磁気領域を各々含む。
【００４０】
幾つかの実施形態においては、磁気トンネル接合は、磁気記録材料を含む第一の導電性磁気電極を含む。第二の導電性磁気電極は、第一の電極から離隔され、磁気基準材料を含む。ＭｇＯを含む非磁性トンネル絶縁体材料は、第一の電極と第二の電極との間にある。トンネル絶縁体材料には、Ｂがない。第一の電極および第二の電極のうちの少なくとも一方の磁気記録材料または磁気基準材料は、ＣｏおよびＦｅを含みＢがない結晶質磁気領域を含む。第一の電極および第二の電極のうちの上記の少なくとも一方は、非磁性ＭｇＯ含有領域と非晶質金属領域とを含む。ＢがなくＣｏおよびＦｅを含有する結晶質磁気領域は、トンネル絶縁体材料とＭｇＯ含有領域との間にある。非晶質金属領域は、ＭｇＯ含有領域と、ＢがなくＣｏおよびＦｅを含有する結晶質磁気領域との間にある。
【００４１】
幾つかの実施形態においては、磁気トンネル接合は、磁気記録材料を含む第一の導電性磁気電極を含む。第二の導電性磁気電極は、第一の電極から離隔され、磁気基準材料を含む。ＭｇＯを含む非磁性トンネル絶縁体材料は、第一の電極と第二の電極との間にある。トンネル絶縁体材料には、Ｂがない。第一の電極および第二の電極のうちの少なくとも一方の磁気記録材料または磁気基準材料は、ＣｏおよびＦｅを含みＢがない結晶質磁気領域を含む。第一の電極および第二の電極のうちの上記の少なくとも一方は、導電性材料と、導電性材料とは異なる非晶質金属領域とを含む。ＢがなくＣｏおよびＦｅを含有する結晶質磁気領域は、トンネル絶縁体材料と導電性材料との間にある。非晶質金属領域は、導電性材料と、ＢがなくＣｏおよびＦｅを含有する領域との間にある。
【００４２】
幾つかの実施形態においては、磁気トンネル接合は、磁気記録材料を含む第一の導電性磁気電極を含む。第二の導電性磁気電極は、第一の電極から離隔され、磁気基準材料を含む。ＭｇＯを含む非磁性トンネル絶縁体材料は、第一の電極と第二の電極との間にある。トンネル絶縁体材料には、Ｂがない。第一の電極および第二の電極の磁気記録材料および磁気基準材料は、トンネル絶縁体材料のＭｇＯと直接接触する、其々の結晶質磁気領域を含む。第一の電極および第二の電極のうちの少なくとも一方の結晶質磁気領域は、ＣｏおよびＦｅを含み、Ｂがない。ＢがなくＣｏおよびＦｅを含有する結晶質磁気領域を含む、第一の電極および第二の電極のうちの上記の少なくとも一方は、導電性材料と、導電性材料とは異なる非晶質金属領域とを含む。ＢがなくＣｏおよびＦｅを含有する結晶質磁気領域は、トンネル絶縁体材料と、導電性材料との間にあり、約３０オングストローム程の最大の厚さを有する。非晶質金属領域は、導電性材料と、ＢがなくＣｏおよびＦｅを含有する結晶質磁気領域との間にあり、約１００オングストローム程の最大の厚さを有する。
【００４３】
法令に従って、本明細書に開示された主題は、構造的特徴および方法的特徴に関して、多かれ少なかれ、具体的に言語で記述されてきた。しかしながら、請求項は、図示され、記述された特定の特徴には限定されないことを理解されたい。なぜなら、本明細書に開示された手段は、例示的実施形態を含むからである。したがって、請求項には、言語で表現された通りの完全な範囲が与えられるべきであって、また、請求項は、均等論に従って、適切に解釈されるべきである。
【図１】
0006563507.tif 000002
【図２】
0006563507.tif 000003
【図３】
0006563507.tif 000004
【図４】
0006563507.tif 000005
【図５】
0006563507.tif 000006