(57)【要約】【課題】接合部の全体にわたって高品質の＜１１１＞結晶組織を有する磁気メモリセルを得ること。【解決手段】磁気メモリセル（少なくとも20、80）の少なくとも１つの構成層（少なくとも21-25）内で＜１１１＞結晶組織の成長を生じさせる方法。その方法は、高品質の＜１１１＞結晶組織を得るために少なくとも１つの構成層を整列させることを可能にするだけの十分に高いレベルのイオンエネルギーでもって、少なくとも１つの構成層を付着することからなる。【選択図】図１
2005039275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気メモリセルの少なくとも１つの構成層内に＜１１１＞結晶組織の成長を生じさせる方法であって、その方法が、高品質の＜１１１＞結晶組織を得るために前記少なくとも１つの構成層の整列を可能にするのに十分に高いレベルのイオンエネルギーでもって、前記メモリセル（少なくとも２０、８０）内に前記少なくとも１つの構成層（少なくとも２１ないし２５）を付着することからなる、方法。
【請求項２】
前記高品質の＜１１１＞結晶組織を得るために少なくとも１つの構成層の整列を可能にするのに十分に高いレベルのイオンエネルギーが、
（ａ）前記イオンエネルギーのレベルを所定の最小値に設定するステップ（４１）と、
（ｂ）そのレベルのイオンエネルギーを用いて前記メモリセル内に前記少なくとも１つの構成層を付着するステップ（４２）と、
（ｃ）そのレベルのイオンエネルギーを用いて前記少なくとも１つの構成層を付着することによって生じる前記結晶組織の品質の度合いを測定するステップ（４４）と、
（ｄ）前記イオンエネルギーのレベルを所定の量だけ高いイオンエネルギーレベルにインクリメントし（４５）、所望のイオンエネルギーレベルに達するまで前記ステップ（ｂ）から繰り返すステップと、
（ｅ）前記磁気メモリセルの前記少なくとも１つの構成層内に前記高品質の＜１１１＞結晶組織を生成するために用いられるより高いイオンエネルギーレベルに前記イオンエネルギーのレベルを概ね設定するステップ（４７）とによって決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記磁気メモリセルがトンネル磁気抵抗接合（２０、８０）である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの構成層が、少なくとも、
第１の強磁性材料（５１）と、
前記第１の強磁性材料（５１）の上に製作される非磁性スペーサ層（５２）と、および
前記非磁性スペーサ層の上に製作され、前記第１の強磁性材料（５１）の磁界の向きと反対の磁界の向きを有する第２の強磁性材料（５３）とからなる合成フェリ磁性体（５０）である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
トップスピンバルブＴＭＲ接合（２０）を、高品質の＜１１１＞結晶組織がそのＴＭＲ接合（２０）の構成層内に確立されるように製造する方法であって、その方法が、
強磁性センス層（２２）をシード層（２１）に付着するステップ（１１）と、
前記強磁性センス層（２２）上にトンネル障壁層（２３）を付着するステップ（１２）と、
前記トンネル障壁層（２３）上に強磁性ピン留め層（２４）を付着するために、あるレベルのイオンエネルギーを用いるステップ（１３）であって、そのイオンエネルギーのレベルが、前記高品質の＜１１１＞結晶組織を得るために前記強磁性ピン留め層（２４）の整列を促進させるのに十分に高い、ステップと、および
前記強磁性ピン留め層（２４）上に反強磁性ピンニング層（２５）を付着するステップ（１４）であって、その反強磁性ピンニング層（２５）が前記強磁性ピン留め層（２４）に近いこと、およびそれらの層の金属特性が類似していることによって、前記反強磁性ピンニング層（２５）内に前記＜１１１＞結晶組織を成長させる、ステップとを含む、方法。
【請求項６】
前記ＴＭＲ接合（２０）の構成層内に高品質の＜１１１＞結晶組織を確立するのに十分に高いレベルのイオンエネルギーが、
（ａ）前記イオンエネルギーのレベルを所定の最小値に設定するステップ（４１）と、
（ｂ）少なくとも前記シード層（２１）、前記強磁性センス層（２２）および前記トンネル障壁層（２３）を準備するステップと、
（ｃ）前記レベルのイオンエネルギーを用いて前記トンネル障壁層（２３）上に少なくとも前記強磁性ピン留め層（２４）を付着するステップ（４２）と、
（ｄ）前記レベルのイオンエネルギーを用いて前記トンネル障壁層（２３）上に少なくとも前記強磁性ピン留め層（２４）を付着することによって生じる前記結晶組織の品質の度合いを測定するステップ（４４）と、
（ｅ）前記イオンエネルギーのレベルを所定の量だけ高いイオンエネルギーレベルにインクリメントし（４５）、所望のイオンエネルギーレベルに達するまで前記ステップ（ｂ）から繰り返すステップと、および
（ｆ）前記トンネル障壁層（２３）上に前記高品質の＜１１１＞結晶組織を生成するために用いられるより高いイオンエネルギーのレベルに前記イオンエネルギーのレベルを概ね設定するステップ（４７）とによって決定される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記強磁性センス層（２２）および／または前記強磁性ピン留め層（２４）が、少なくとも、
第１の強磁性材料（５１）と、
前記第１の強磁性材料（５１）の上に製作される非磁性スペーサ層（５２）と、および
前記非磁性スペーサ層（５２）の上に製作され、前記第１の強磁性材料（５１）の磁界の向きと反対の磁界の向きを有する第２の強磁性材料（５３）とからなる合成フェリ磁性体（５０）で置き換えられる、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
ボトムスピンバルブＴＭＲ接合（８０）を、高品質の＜１１１＞結晶組織がそのＴＭＲ接合（８０）の構成層内に確立されるように製造する方法であって、その方法が、
シード層（２１）に反強磁性ピンニング層（２５）および強磁性ピン留め層（２４）を付着するために、あるレベルのイオンエネルギーを用いるステップであって、そのイオンエネルギーのレベルが、前記高品質の＜１１１＞結晶組織を得るために前記反強磁性ピンニング層（２５）の整列を促進させるのに十分に高い、ステップと、
前記強磁性ピン留め層（２４）上にトンネル障壁層（２３）を付着するステップと、および
前記トンネル障壁層（２３）上に強磁性センス層（２２）を付着するステップとを含む、方法。
【請求項９】
前記高品質の＜１１１＞結晶組織を得るために前記ＴＭＲ接合（８０）の前記構成層の整列を可能にするのに十分に高いレベルのイオンエネルギーが、
（ａ）イオンエネルギーのレベルを所定の最小値に設定するステップ（４１）と、
（ｂ）シード層（２１）を準備するステップであって、そのシード層が前記＜１１１＞結晶組織を確立している、ステップと、
（ｃ）前記レベルのイオンエネルギーを用いて前記反強磁性ピンニング層（２５）および前記強磁性ピン留め層（２４）を付着するステップ（４２）と、
（ｄ）前記強磁性ピン留め層（２５）上に前記トンネル障壁層（２３）および前記強磁性センス層（２２）を付着するステップと、
（ｅ）前記レベルのイオンエネルギーを用いて前記反強磁性ピンニング層（２５）および前記強磁性ピン留め層（２４）を付着することによって生じる前記＜１１１＞結晶組織の品質の度合いを測定するステップ（４４）と、
（ｆ）前記イオンエネルギーのレベルを所定の量だけ高いイオンエネルギーレベルにインクリメントし（４５）、所望のイオンエネルギーレベルに達するまで前記ステップ（ｂ）から繰り返すステップと、および
（ｇ）前記十分に高いイオンエネルギーのレベルを、前記ＴＭＲ接合（８０）の前記構成層内に前記高品質の＜１１１＞結晶組織を生成するために用いられるより高いイオンエネルギーレベルに設定するステップ（４７）とによって決定される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記強磁性センス層（２２）および／または前記強磁性ピン留め層（２４）が、少なくとも、
第１の強磁性材料（５１）と、
前記第１の強磁性材料（５１）の上に製作される非磁性スペーサ層（５２）と、および
前記非磁性スペーサ層の上に製作され、前記第１の強磁性材料（５１）の磁界の向きと反対の磁界の向きを有する第２の強磁性材料（５３）とからなる合成フェリ磁性体（５０）で置き換えられる、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して磁気抵抗記憶デバイスに関する。より詳細には、本発明は、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）デバイスの磁気メモリセル内に高品質の＜１１１＞結晶組織を成長させることに関する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
接合部の全体にわたって高品質の＜１１１＞結晶組織を有する磁気メモリセルを開発することが有利であることが認識されている。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、磁気メモリセルの少なくとも１つの構成層内に＜１１１＞結晶組織の成長を生じさせる方法であって、この方法は、高品質の＜１１１＞結晶組織を得るために少なくとも１つの構成層の整列を可能にするのに十分に高いレベルのイオンエネルギーでもって、メモリセル内に少なくとも１つの構成層を付着することを含む。
【０００４】
本発明のさらなる特徴および利点は、一例として本発明の特徴を示す添付図面に関連してなされる、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、接合部の全体にわたって高品質の＜１１１＞結晶組織を有する磁気メモリセルを得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
ここで図面に示された例示的な実施形態を参照するが、本明細書ではそれらの図面を説明するために特定の言葉が使用される。それにもかかわらず、それによって本発明の範囲を制限することが意図されていないことは理解されたい。本開示を手にした当業者であれば思いつくような、本明細書に示される本発明の特徴の改変およびさらなる修正、ならびに本明細書に記載されるような本発明の原理のさらなる応用形態は、本発明の範囲内にあると見なされるべきである。
【０００７】
本発明によれば、磁気メモリセルの少なくとも１つの構成層内で高品質の＜１１１＞結晶組織の成長を生じさせる方法が開示される。その方法は、高品質の＜１１１＞結晶組織を得るために少なくとも１つの構成層を整列させることを可能にするのに十分に高いレベルのイオンエネルギーでもって、メモリセル内に少なくとも１つの構成層を付着することを含む。この方法は、特に、磁気メモリセル内に高品質の＜１１１＞結晶組織を成長させることを目的とするが、開示される方法は、種々の他の磁気的な検出用途に適用することができる。たとえば、ハードドライブの磁界を検出するために用いられる磁気読取りヘッドが、開示される方法を利用することから利益を得ることができる。これは特に、多くの磁気検出ヘッドがセンサとしてＴＭＲ接合を用いているという事実に基づいている。
【０００８】
上記の方法は、磁気メモリセル内の全ての構成層において高品質の＜１１１＞結晶組織を成長させることに適用可能であるが、その方法は、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）接合（磁気トンネル接合、すなわちＭＴＪとしても知られている）において特に有利である。ＴＭＲ接合では、トンネル障壁層は、＜１１１＞結晶組織の領域がトンネル障壁層の下からトンネル障壁の上にある層内に途切れることなく伝搬するのを完全に阻止するか、または大幅に減じるかのいずれかである。高いレベルのイオンエネルギーを用いてトンネル障壁層上に構成層を付着することにより、トンネル障壁上の層は、トンネル障壁層の存在にもかかわらず、＜１１１＞結晶組織を成長させる。したがって、ＦＭピン留め層およびピンニング層が酸化物層上にあるようなトップスピンバルブ構造が製作される場合、ＦＭピン留め層およびピンニング層はかなり低品質な＜１１１＞結晶組織を有することになる。同様に、センス層が酸化物層上にあるようなボトムスピンバルブ構造が製作される場合、ＦＭセンス層はかなり低品質な＜１１１＞結晶組織を有することになる。
【０００９】
図１および図２に示されるように、高品質の＜１１１＞結晶組織がＴＭＲ接合の構成層内に確立されるようにトップスピンバルブＴＭＲ接合２０を製造するための本発明による方法１０が示される。最初に、後続の層の成長を＜１１１＞結晶組織方位に確立するシード層２１とＦＭセンス層２２が付着される（１１）。ＦＭセンス層２２は、シード層２１によって確立された＜１１１＞結晶組織を呈することができる。ＦＭセンス層２２の磁化ベクトルは、図２に点線の矢印によって示されるように自由に向きを切り替える。ＦＭセンス層２２の磁化ベクトルの向きがＴＭＲ接合２０に格納されるデータビットの値を決定するので、ＦＭセンス層２２はデータ層とも呼ばれる。
【００１０】
第２に、ＦＭセンス層２２上にトンネル障壁層２３が付着される（１２）。トンネル障壁層２３によって、ＦＭセンス層２２とＦＭピン留め層２４との間に量子力学的トンネル効果が生じるようになる。このトンネル現象は電子スピンに依存し、それにより磁気トンネル接合の抵抗が、ＦＭピン留め層２４とＦＭセンス層２２の磁化ベクトルの相対的な向きの関数になる。トンネル障壁層２３は非晶質の態様で成長し、それによりその上に成長する層の＜１１１＞結晶組織はその下にある層よりも品質が劣る。
【００１１】
第３に、高品質の＜１１１＞結晶組織を得るためにＦＭピン留め層２４の整列を促進させるのに十分に高いレベルのイオンエネルギーを用いて、トンネル障壁層２３上にＦＭピン留め層２４が付着される（１３）。
【００１２】
第４に、ＦＭピン留め層２４上にピンニング層２５が形成される（１４）。ＦＭピンニング層２５も高いレベルのイオンエネルギーを用いて付着され得る。ピンニング層２５はそれ自体の磁化を持たないが、代わりに、ＦＭピン留め層２４の磁化ベクトルを１つの向きに強制的に固定する。ピンニング層２５は、反強磁性（ＡＦＭ）材料から形成され得る。ピンニング層２５およびピン留め層２４の＜１１１＞結晶組織は、ピンニング層２５およびピン留め層２４のための強い交換バイアスを生成するので、ＦＭピン留め層およびＡＦＭピンニング層は高品質の＜１１１＞結晶組織を確立することが重要である。強い交換バイアスは、ＦＭピン留め層２４を１つの方向に強制的に固定するものである。
【００１３】
図３に示されるように、ＴＭＲ接合のヒステリシスループ３０は、ＡＦＭピンニング層およびＦＭピン留め層を堆積するために用いられるイオンエネルギーのレベルに応じて、変更され得る。ヒステリシスループは、強磁性（ＦＭ）物質の磁気的な向きを変更するために必要とされる磁界強度の記述である。図３において、第１のＴＭＲ接合のＡＦＭピンニング層およびＦＭピン留め層は５４ワット（３１）のエネルギーレベルを用いて堆積され、一方、第２のＴＭＲ接合のＡＦＭピンニング層およびＦＭピン留め層は１０８ワット（３２）のエネルギーレベルを用いて堆積された。結果として、１０８Ｗで堆積されたＦＭピン留め層の磁気的な向きを変更するために必要とされる磁界は、５４Ｗで堆積されたＦＭピン留め層の場合よりも約７９００Ａ／ｍ（１００エルステッド）大きかった。この増加は、そのＦＭピン留め層を堆積する際に用いられたエネルギーレベルがより高いことに起因して、第２のＴＭＲ接合内のＡＦＭピンニング層およびＦＭピン留め層においてより良好な＜１１１＞結晶組織が確立されたために生じる。結果として生じる＜１１１＞結晶組織はピン留め層およびピンニング層のための強い交換バイアスを生じさせ、それにより、ピン留め層の磁気的な向きが１つの方向に「強制」、すなわち「固定」される。この「強制」は、５４Ｗで堆積されたＦＭピン留め層内よりも、１０８Ｗで堆積されたＦＭピン留め層内で高いので、１０８Ｗで堆積されたＦＭピン留め層の磁化ベクトルを変更するためには、より高い磁界が必要とされる。ピン留め層の目的は、１つの方向に固定され、ＦＭセンス層に対する基準層として用いられ得るようにすることであるので、これは非常に望ましい結果である。
【００１４】
本発明は、磁気メモリセルを構成する層において得られる＜１１１＞結晶組織の度合いがそれらの層の堆積中に用いられるイオンエネルギーレベルの関数であることを開示する。トンネル障壁は、＜１１１＞結晶組織の領域がトンネル障壁層の下からトンネル障壁の上にある層内に途切れることなく伝搬するのを完全に阻止するか、または大幅に減じるかのいずれかであるので、これは特に、トンネル障壁層上に層を堆積する際に重要である。一般的な原理では、磁気メモリセル内に層を堆積している間に用いられるイオンエネルギーのレベルが高いほど、それらの層内に結果として生じる＜１１１＞結晶組織が良好になる。この一般原理が当てはまるのは、イオンエネルギーのレベルが高いために、新たな層のための原子が適所に移動しないでそこから外れて、先行する層内の原子に衝突するようになる点までである。言い換えると、使用されるイオンエネルギーのレベルが高すぎるので、新たな層を堆積するプロセスを停止した時に、先行の層をエッチングし始める。
【００１５】
有効な＜１１１＞結晶組織を得るために必要とされるイオンエネルギーのレベルは、堆積システム毎に異なるであろう。「高いレベルのイオンエネルギー」を引き起こす特定の電力レベルを定義することは可能であるが、これは各堆積システムに極めて特有のものであろう。最適なレベルのイオンエネルギーに影響を及ぼすことができる要因は、堆積システムの寸法、ターゲットの寸法、および堆積システムとターゲットとの間の距離を含むことができる。しかしながら、イオンエネルギーのレベルが高くなる結果としてより良好な＜１１１＞結晶組織が得られるという一般的な原理は、どのタイプの堆積システムが用いられているかにかかわらず当てはまる。
【００１６】
図４に示されるように、高品質の＜１１１＞結晶を得るために少なくとも１つの構成層を整列させることを可能にするのに十分に高いレベルのイオンエネルギーを見いだすための本発明による方法４０が示される。最初に、構成層を堆積するために用いられるイオンエネルギーのレベルが所定の最小レベルに設定される（４１）。第２に、ステップ４１において設定されたレベルのイオンエネルギーを用いて、少なくとも１つの構成層がメモリセル内に付着される（４２）。その構成層はＦＭ層からなることができる。そのレベルのイオンエネルギーを用いて少なくとも１つの構成層を付着する前に、メモリセル内に少なくとも１つのトンネル障壁層が堆積され得る。第３に、そのレベルのイオンエネルギーを用いて少なくとも１つの構成層を付着することによる＜１１１＞結晶組織の品質の度合いが測定される（４４）。第４に、そのイオンエネルギーのレベルが、所定の量だけ高いイオンエネルギーレベルにインクリメントされる（４５）。そのプロセスは、所望のイオンエネルギーレベルに達するまで、第２のステップから繰り返される（４６）。最後に、イオンエネルギーレベルが所定の最大レベルに達したとき、イオンエネルギーのレベルは、磁気メモリセルの少なくとも１つの構成層内に高品質の＜１１１＞結晶組織を生成するために用いられるイオンエネルギーよりも概ね高いレベルに設定される（４７）。イオンエネルギーの十分に高いレベルは、製造業者の要件に応じて、高品質の＜１１１＞結晶組織を生み出したレベル、あるいはその＜１１１＞結晶組織に対して測定された最も高い品質を生み出したレベルのいずれかとすることができる。このプロセスはわずかに変更されることができ、以下に詳細に説明されるトップスピンバルブＴＭＲ構造およびボトムスピンバルブＴＭＲ構造にも同様に有効に適用することができる。
【００１７】
トップスピンバルブ構造を用いることにより、ＦＭセンス層２２が、シード層２１の上に直に成長できるようになる。結果として、その構造は、センス層２２がトンネル障壁層２３上に成長するボトムスピンバルブ構造である場合よりもはるかに滑らかになる。この結果として、より大きい均一性と、より制御された磁気特性とが与えられる。センス層表面の応力または粗さが低減されるとき、磁気ひずみと磁気異方性も低減される。さらに、センス層２２はこの時点で、ボトム電極のボトム導体ワード線の近くに配置されることができ、ボトム導体ワード線の電気パルスに対するその応答が改善される。これは、より効率的なビット切替えを可能にし、切替え磁界の要件を緩和する。これは全て、高いイオンエネルギーでトンネル障壁層上にＦＭ層からなる磁性層を堆積することにより達成される。
【００１８】
高いレベルのイオンエネルギーを用いて磁気メモリセル内に層を堆積する技術は、ＦＭ層が合成フェリ磁性体（ＳＦ）に置き換えられる場合にも有益である。図５に示されるように、最も基本的なＳＦ層５０は２つのＦＭ層５１および５３からなる。第１のＦＭ層５１は、薄い非磁性スペーサ層５２によって第２のＦＭ層５３から分離される。スペーサ層５２は、２つのＦＭ層５１および５３が互いに強く交換結合されるようにする特性を有する。この結合によって、それらのＦＭ層は、各層内の方向の矢印によって示されるように逆向きに揃えられ、正味０または０に近い磁化を生成する。この３層構造はＳＦ層の最も簡単な形態であるが、それぞれがスペーサによって分離された３つ以上のＦＭ層もＳＦ構造を形成することができる。この場合、その磁化は、隣接する層において逆方向に、すなわち＋、−、＋などのように向けられる。
【００１９】
しかしながら、有効な＜１１１＞結晶組織を用いることなく強い交換結合を達成することは難しい。ＳＦ層５０がトンネル障壁層５３上に堆積されるとき、＜１１１＞結晶組織は減じられるか、または完全になくなり、それによりＳＦ層５０内の２つのＦＭ層５１と５３との間の交換結合が減少する。ＳＦ層５０を高いレベルのイオンエネルギーで堆積することにより、＜１１１＞結晶組織がＳＦ層５０に成長する。こうして、２つのＦＭ層５１と５３との間に強い交換結合が生じる。
【００２０】
ＦＭ層をＳＦ層構造５０に置き換える１つの利点は、ＭＲＡＭスタックが長方形、長円形、または他の幾何学的に有用なビット形状にパターニングされるときに、ビットエッジにおいて一般に生成される強い減磁界が低減されることである。２つの層５１および５３の磁化ベクトルは逆の方向を指すので、エッジにおけるそれらの正味の減磁界は０に近づく。注目すべきは、ＳＦ層５０をＦＭセンス層２２として用いることにより、境界における減磁界の低減が改善されることであり、それはＦＭセンス層２２のヒステリシスループが減磁界からの異方性寄与に非常に影響されやすいからである。これらの利点は、ＦＭピン留め層２４およびＦＭセンス層２２の両方がＳＦ層５０で置き換えられるときに最大になる。図６は、ＦＭピン留め層２４およびＦＭセンス層２２の両方がＳＦ層５０で置き換えられている、トップスピンバルブ構造のＴＭＲ接合の断面図である。
【００２１】
２つのＦＭ層５１、５３および非磁性スペーサ層５２は、厚みまたは組成に関して全く同じである必要はなく、実際には、わずかに不均衡なＳＦ層５０を生成するために意図的に異ならせることができる。この不均衡なＳＦ層５０は、ＦＭピン留め層２４またはＦＭセンス層２２として用いられるときに利点を有する。不均衡の程度は制御され得るので、Ｒ−Ｈ特性と呼ばれるヒステリシスループの変化を計算して、調整することができる。Ｒ−Ｈ特性を調整することにより、ＦＭ層５１および５３の磁化ベクトルの切替えの挙動が制御され得る。これにより、ＦＭセンス層２２の磁化ベクトルを切り替えるために使用される電流をより良好に制御できるようになる。
【００２２】
図７および図８に示されるように、ＴＭＲ接合を構成する層内に高品質の＜１１１＞結晶組織が確立されるようなボトムスピンバルブＴＭＲ接合８０を製造するための本発明による方法７０が示される。最初に、反強磁性ピンニング層２５および強磁性ピン留め層２４が、高品質の＜１１１＞結晶組織を得るためにその反強磁性ピンニング層および強磁性ピン留め層の整列を促進させるのに十分な高いレベルのイオンエネルギーを用いてシード層２１に付着される（７１）。第２に、ＦＭピン留め層２４上にトンネル障壁層２３が成長させられる（７２）。上述のように、一般に、トンネル障壁層２３によって、トンネル障壁層２３上に成長する層の＜１１１＞結晶組織は、トンネル障壁層２３の下にある層より品質が悪い。第３に、トンネル障壁層２３上にＦＭセンス層２２が堆積される（７３）。センス層２２も、高いレベルのイオンエネルギーを用いて堆積され得る。しかしながら、多くの場合に、センス層は＜１１１＞結晶組織を持たないことが望ましい。こうした場合には、センス層は、高いレベルとは対照的に、通常のレベルのイオンエネルギーを用いて付着される。
【００２３】
ボトムスピンバルブ構造も、ＦＭセンス層２２およびＦＭピン留め層２４をＳＦ層５０と置き換えることにより利益を得ることができる。これらの層をＳＦ層と置き換えることにより、エッジにおけるそれらの正味の減磁界が０に近づく。しかしながら、本発明において開示されるように、もしその堆積中に高いレベルのイオンエネルギーが用いられなかったなら、トンネル障壁層２３上のＳＦ層５０の２つのＦＭ層５１と５３との間に必要な交換結合を生じるのは難しいであろう。
【００２４】
ＴＭＲ構造を製造するためのプロセスは、種々のタイプの化学蒸着法、原子層堆積、分子ビームエピタキシ、電子ビーム蒸着、レーザアブレーション、プラズマ堆積、および高イオンエネルギーの利用に適した他の方法を含むことができる。ＦＭ層の厚みは、必要とされる減磁を制御するために変更され得る。ＦＭ層が堆積されるとき、適切な組成を有する予め製作されたターゲットから、または制御された比で２つ以上のターゲットからのいくつかの材料を同時に堆積することにより、合金堆積が実行され得る。最初の層は一般に、マグネトロンスパッタリングまたはイオンビーム堆積を用いて付着される。上述の処理技術は、ボトムスピンバルブ構造およびトップスピンバルブ構造の両方に利用され得る。
【００２５】
ここで、種々の層のために使用され得る材料を詳細に説明する。ＦＭピン留め層およびＦＭセンス層を製造または製作するために、いくつかの異なるタイプの材料が用いられる。ＦＭピン留め層２４およびＦＭセンス層２２は、ＦＭ材料、一般的にはＮｉ、Ｆｅおよび／またはＣｏからなる二元合金または三元合金から作成される。層２４および２２は同じまたは異なる材料から形成され得る。他の可能なＦＭ層材料には、ドープドアモルファス強磁性合金およびパーマロイ（登録商標）、ならびにＮｂ、Ｂ、Ｈｆ、ＳｉおよびＮのようなアモルファス化作用物を種々の度合いにドープされたＮｉ／Ｆｅ／Ｃｏの合金であるドープドアモルファスＦＭ材料が含まれる。
【００２６】
ＳＦ層５０がＦＭピン留め層２４またはＦＭセンス層２２として役割を果たすとき、ＳＦ層５０は、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅ、またはＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏの他の磁気的に軟らかい合金からなる第１の層と、Ｒｕ、Ｒｅ、ＲｈまたはＣｕのスペーサ層と、第１の層に類似した第３の層とを含むことができる。ドープドアモルファスＦＭ合金を用いることもできる。
【００２７】
ＡＦＭピンニング層２５は、一般にＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎから製造される。
【００２８】
シード層２１は実際には２つの目的を果たすことができる。シード層としての役割を果たすほかに、シード層２１は、特定の動作中に電流が流れるための経路を提供するボトム導体としての役割も果たすことができる。シード層２１を製作するための好ましい材料は、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔａ／Ｒｕ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、またはＴａ／ＮｉＦｅ、Ｔａ／Ｃｕ、Ｔａ／Ｒｕ、Ｃｕ／Ｒｕ、Ｔａ／Ｒｕ、Ｔａ／Ｃｕ／Ｒｕ、Ｔａ／Ｒｕ／ＦＭ、Ｔａ／Ｒｕ／ＳＦなどの多層の組み合わせである。Ｔａ／ＮｉＦｅまたはＴａ／Ｃｕ／ＮｉＦｅの多層は望ましい特性を有するが、それらの材料は避けられるべきである。したがって、Ｔａ／ＳＦまたはＴａ／Ｃｕ／ＳＦは実現可能で有用な代替材料として提案されるが、必ずしも好ましくはない。Ｒｕは完全に非磁性であるため、それがシード層として用いられるとき、全ての減磁界の問題は解消される。Ｒｕを用いることに関するさらなる利点は、ＲｕがＴａとＦＭまたはＳＦ層との間のあらゆる相互作用を阻止することである。一般に、Ｔａと隣接する磁性層との間には相互作用が生じ、磁性層のモーメントの損失をまねき、そのデバイスの熱安定性も低下する（そのいずれも、製造中の特性の均一性に関して、および長期の信頼性に関しても望ましくない）。
【００２９】
シード層材料は、ＮｉＦｅ  ＦＭ層内の有効な異方性、またはＡＦＭピンニング層からの高いピンニング磁界を提供する＜１１１＞結晶組織を有する薄膜のその後の成長を向上させる能力によって選択される。これにより、シード層上にＮｉＦｅの層またはＳＦ層を後に堆積し、その結晶組織がより高い＜１１１＞方位を有することができるようになる。この成長方位は、ＡＦＭピンニング層内のピンニング効果を達成するために必要とされる。＜１１１＞結晶組織は、ＭＲＡＭスタックにおいてＳＦ層が用いられるときに、交換結合も改善する。Ｒｕ／Ｃｕ／Ｔａからなる非磁性層のみを用いる方がより容易であるので、磁性シード層は現在のＭＲＡＭ製作プロセスにおいては利用されない。
【００３０】
トンネル障壁２３の層は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、窒化シリコン（ＳｉＮ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮｘ）または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）から作成され得る。トンネル障壁層のために、他の誘電体およびある特定の半導体材料を用いることもできる。トンネル障壁層２３の厚みは、約０．５ナノメートル〜約３ナノメートルの範囲にすることができる。
【００３１】
先に参照された構成は本発明の原理に関する用途の例示であることは理解されたい。本発明は、本発明の１つまたは複数の典型的な実施形態とともに図示され、説明されてきたが、本発明の思想および範囲から逸脱することなく、多くの変更および代替の構成を考案することができる。たとえば、スピンバルブ構造はメモリの用途のみに限定されない。全く同じ構造を、磁界センサおよび磁気読取りヘッドに用いることができる。それぞれの用途は当然、トンネル接合特性（ＴＭＲ値、絶対抵抗、保磁力、切替え磁界など）の再設計を必要とするであろうが、そのような再設計は、簡素な実験を行うだけで、当業者が十分に実施できる範囲内にある。特許請求の範囲に記載される本発明の原理および概念から逸脱することなく、多くの変更を行うことができることは、当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】トップスピンバルブ構造において＜１１１＞結晶組織を成長させるために用いられる方法を示す流れ図である。
【図２】図１に示されるトップスピンバルブ構造の断面図である。
【図３】イオンエネルギーのレベルがＴＭＲ接合のヒステリシスループに如何に影響を及ぼすかを示すプロットである。
【図４】高品質の＜１１１＞結晶組織を得るために整列させることを可能にするだけの十分に高いイオンエネルギーのレベルを判定するために用いられる方法を示す流れ図である。
【図５】合成フェリ磁性体の断面図である。
【図６】強磁性層が合成フェリ磁性体に置き換えられているトップスピンバルブ構造の断面図である。
【図７】ボトムスピンバルブ構造において＜１１１＞結晶組織を成長させるために用いられる方法を示す流れ図である。
【図８】図７に示されたボトムスピンバルブ構造の断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
20  トップスピンバルブＴＭＲ接合
21  シード層
22  ＦＭセンス層
23  トンネル障壁層
24  ＦＭピン留め層
25  ピンニング層
50  ＳＦ層
51、53  ＦＭ層
52  非磁性スペーサ層
80  ボトムスピンバルブＴＭＲ接合
【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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【図７】
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【図８】
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