(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定された第１の磁化ベクトルを有するピン止め層および第２の磁化ベクトルを有するセンス層を含む磁気トンネル接合を形成するステップと、
前記ピン止め層および前記センス層の１つを、磁界を印加しながら選択的にアニールして、前記第１の磁化ベクトルまたは前記第２の磁化ベクトルの少なくとも１つの磁化ベクトルを、前記磁気トンネル接合を形成するステップで設定した方向より、磁気トンネル接合を切替えるための書込み電流が減少する方向に再設定するステップと、
を含むことを特徴とする磁気トンネル接合の製造方法。
【請求項２】
前記再設定するステップにおいて、
前記第１の磁化ベクトルはワード線が延在する方向と異なる角度を有する方向に再設定することを特徴とする請求項１に記載の磁気トンネル接合の製造方法。
【請求項３】
前記接合をアニールしながら、前記第１の磁化ベクトルまたは前記第２の磁化ベクトルを再設定しようとする方向に磁界を印加することにより、磁化ベクトルが再設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気トンネル接合の製造方法。
【請求項４】
前記ピン止め層に対して、前記第１の磁化ベクトルを再設定しようとする方向に磁界を印加しながら、前記第１の磁化ベクトルをピン止めする反強磁性層と前記ピン止め層との間の結合力を除去できるブロッキング温度より高い温度でアニールすることにより、前記ピン止め層磁化ベクトルが再設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気トンネル接合の製造方法。
【請求項５】
前記センス層に対して、前記第２の磁化ベクトルを再設定しようとする方向に磁界を印加しながら、前記センス層の容易軸を回転させるための閾値温度より高い温度に前記接合を加熱することにより、前記センス層の第２の磁化ベクトルが前記接合を形成するステップで設定した方向と離隔された角度で再設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気トンネル接合の製造方法。
【請求項６】
前記接合の前記センス層の磁化ベクトルの方向を変化する切替え特性を検査するステップと、
前記検査で前記切替え特性が非対称のとき、切替え特性が対称となるように少なくとも１つの磁化ベクトルを再設定するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気トンネル接合の製造方法。
【請求項７】
前記センス層磁化ベクトルおよび前記ピン止め層磁化ベクトルは、いずれも磁界を印加しながらアニールすることにより再設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気トンネル接合の製造方法。
【請求項８】
前記磁化ベクトルが、前記センス層磁化ベクトルの方向を変化させるための書込み電流が最小になるクリティカルな切替え磁界を低減するように再設定されることを特徴とする請求項７に記載の磁気トンネル接合の製造方法。
【請求項９】
前記磁化ベクトルが、同じ方向を向くように再設定されることを特徴とする請求項７に記載の磁気トンネル接合の製造方法。
【請求項１０】
前記ピン止め層磁化ベクトルは、前記再設定する前より、ピン止め層とセンス層との間の界面粗さによって引き起こされる強磁性結合は減少され、ピン止め層および第２のシード層のエッジにおける補償されない磁極によって引き起こされる反強磁性結合は強くなるように再設定されることを特徴とする請求項１に記載の磁気トンネル
接合の製造方法。
【請求項１１】
前記ピン止め層磁化ベクトルは、前記再設定する前より、前記センス層磁化ベクトルから大きい角度を有するように動かされることを特徴とする請求項１０に記載の磁気トンネル接合の製造方法。
【請求項１２】
センス層の磁化ベクトルが、ピン止め層の磁化ベクトルとは独立的に変えられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気トンネル接合の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は情報記憶デバイスに関する。より詳細には、本発明は磁気トンネル接合を含むメモリデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
典型的な磁気ランダムアクセスメモリ（「ＭＲＡＭ」）デバイス（ＭＲＡＭ素子またはＭＲＡＭ装置。以下同じ。本明細書においてデバイスには、素子または装置が含まれる）は、メモリセルのアレイと、メモリセルの行に沿って延在するワード線と、メモリセルの列に沿って延在するビット線とを含む。各メモリセルは、ワード線とビット線との交点に配置される。
【０００３】
ＭＲＡＭメモリセルは、スピン依存トンネル（「ＳＤＴ」）接合のような磁気トンネル接合（「ＭＴＪ」）に基づくものとすることができる。典型的なＳＤＴ接合は、ピン止め層（pinned layer。ピン止めされた層または固着層。以下同じ）と、センス層（sense layer）と、ピン止め層とセンス層との間に挟まれる絶縁性トンネル障壁とを含む。ピン止め層は、対象とする範囲内に磁界がかけられている場合に回転しないように固定された磁化ベクトルを有する。センス層は、２つの方向、すなわちピン止め層の磁化ベクトルと同じ方向か、またはピン止め層の磁化ベクトルと反対の方向のいずれかに向けることができる磁化ベクトルを有する。ピン止め層とセンス層の磁化ベクトルが同じ方向である場合には、ＳＤＴ接合の向きは「平行」であると言われる。ピン止め層とセンス層の磁化ベクトルが反対の方向である場合には、ＳＤＴ接合の向きは「逆平行」であると言われる。
【０００４】
これら２つの安定した向き（配向）である、平行および逆平行は、「０」および「１」の論理値を表す。磁化の向きは、ＳＤＴ接合の抵抗に影響を及ぼす。ＳＤＴ接合の抵抗は、磁化の向きが平行である場合には第１の値であり、磁化の向きが逆平行である場合には第２の値である。ＳＤＴ接合の磁化の向き、それゆえその論理値は、その抵抗状態を読み取ることにより読み出すことができる。
【０００５】
メモリセルアレイは、磁気メモリ素子層のスタック（積み重ね）を堆積し、そのスタックをメモリ素子にパターニング（パターン形成）することにより製造することができる。メモリ素子の理想的なサイズ、形状および厚みは均一である。
【０００６】
しかしながら、実際には、厚み、サイズおよび形状は均一ではない。サイズ、形状および層厚が変動する結果として、ＭＲＡＭアレイ内のメモリ素子の磁気特性が変動するようになる。詳細には、これらのパラメータの変動はウェーハ間で生じうるが、ダイ間、およびアレイ間で生じる可能性もある。これらの変動はデータの書込みの一貫性を低減し、選択されてないビットを消去するという望ましくない副作用をもたらす場合がある。メモリ素子のサイズが小さくなると、これらの変動およびそれによる望ましくない作用は、特にセンス層の保磁力の切替えに関してより顕著になる。
【０００７】
さらに、メモリ製造業者の目標は、メモリ素子のサイズを小さくすることである。サイズを小さくすると、記憶密度が増し、それにより記憶コストが削減される。またサイズを小さくすることにより、電力消費も低下し、それにより移動体製品に対して有利になる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、サイズ等の点で従来のメモリ素子よりも優れたメモリ素子を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様によれば、磁気トンネル接合は、固定された第１の磁化ベクトルを有するピン止め層と第２の磁化ベクトルを有するセンス層とを含む磁気トンネル接合を形成すること、前記ピン止め層および前記センス層の１つを、磁界を印加しながら選択的にアニールして、前記第１の磁化ベクトルまたは前記第２の磁化ベクトルの少なくとも１つの磁化ベクトルを、前記磁気トンネル接合を形成するステップで設定した方向より、磁気トンネル接合を切替えるための書込み電流が減少する方向に再設定することとによって形成される。本発明の他の態様および利点は、添付の図面とともに、本発明の原理を例示した以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１には、ＳＤＴ接合１４の抵抗性交点アレイ１２を含むＭＲＡＭデバイス１０が示されている。ＳＤＴ接合１４は行および列（の交差部）に配列され、行はｘ方向に沿って延在し、列はｙ方向に沿って延在する。ＭＲＡＭデバイス１０の図を簡単にするために、比較的少数のＳＤＴ接合１４のみを示している。実際には、任意のサイズのアレイを用いることができる。
【００１１】
ワード線１６として機能するパターンが、アレイ１２の一方の側の面内のｘ方向に沿って延在する。ビット線１８として機能するパターンが、アレイ１２の隣接する側の面内のｙ方向に沿って延在する。アレイ１２の各行に対して１つのワード線１６があり、アレイ１２の各列に対して１つのビット線１８があるものとすることができる。各ＳＤＴ接合１４は、ワード線１６とビット線１８との交点に配置される。ＭＲＡＭデバイス１０は、読出し動作中に、選択されたＳＤＴ接合１４の抵抗状態を読み取り、書込み動作中に、選択されたワード線１６およびビット線１８に書込み電流を供給するための読出し／書込み回路（図示せず）を含む。
【００１２】
図２には、ＳＤＴ接合１４がさらに詳しく示されている。ＳＤＴ接合１４は、ピン止め強磁性（ＦＭ）層（pinned ferromagnetic layer）５２と、ピン止めＦＭ層５２上の絶縁性トンネル障壁５６と、トンネル障壁５６上のセンスＦＭ層５４とを含む。ピン止めＦＭ層５２は、ピン止め層５２の面内に向けられた磁化ベクトルＭ０を有する。ピン止めＦＭ層５２は、ＮｉＦｅ、酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）、酸化クロム（ＣｒＯ２）、コバルト、またはコバルト合金（たとえば、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ）のような強磁性材料から形成することができる。
【００１３】
ピン止め層５２の磁化ベクトルＭ０は、第１および第２のシード層４６および４８を含む構造と、ＡＦピニング層（AF pinning layer。または、反強磁性ピニング層）５０によってピン止めすることができる。第１のシード層４６によって、第２の層４８は、（１１１）結晶構造方位で成長できるようになり、第２のシード層４８は、ＡＦピニング層５０のための（１１１）結晶構造方位を確立する。ＡＦピニング層５０は大きなエクスチェンジフィールド（交換磁界）を生成し、それは、対象とする範囲に磁界がかけられている場合であっても、ピン止めＦＭ層５２の磁化ベクトルＭ０を一方向に保持する。これにより、ピン止めＦＭ層５２は、回転しにくい「ハードな（硬い）」ＦＭ層になる。第１のシード層４６はチタン（Ｔｉ）またはタンタル（Ｔａ）から形成することができ、第２のシード層４８はニッケル鉄（ＮｉＦｅ）またはＮｉＦｅＣｏから形成することができる。他のシード層材料にはＲｕ、ＴａＮ、ＴｉＮ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２がある。ＡＦピニング層５０は、合成強磁性材料（たとえば、ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ多層構造）または反強磁性材料（たとえば、ＩｒＭｎ、ＦｅＭｎ、ＰｔＭｎ）から形成することができる。
【００１４】
センス層５４は、ピン止めされない磁化ベクトルＭ１を有する。センス層磁化ベクトルＭ１は、対象とする範囲に印加された磁界が存在する場合（対象とする範囲内に磁界がかけられている場合）に、２つの方向のうちのいずれか一方に配向させることができる。これにより、センス層５４は「ソフトな（軟らかい）」ＦＭ層になる。ＳＤＴ接合１４の磁化の向きは、センス層磁化ベクトルＭ１がピン止め層磁化ベクトルＭ０と同じ方向に向けられるときには平行であり、センス層磁化ベクトルＭ１がピン止め層磁化ベクトルＭ０と反対の方向に向けられるときには逆平行である。センスＦＭ層材料には、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏおよびＣｏＦｅが含まれる(但し、これらには限定されない)。
【００１５】
絶縁性トンネル障壁５６によって、ピン止め層５２とセンス層５４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ており、ＳＤＴ接合１４の抵抗は、ピン止め層５２とセンス層５４の磁化の相対的な向きの関数になる。たとえば、ＳＤＴ接合１０の抵抗は、ＳＤＴ接合１４の磁化の向きが平行である場合には第１の値（Ｒ）であり、磁化の向きが逆平行である場合には第２の値（Ｒ＋ΔＲ）である。絶縁性トンネル障壁５６は、酸化アルミニウム（ＡＬ２Ｏ３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、または窒化ケイ素（ＳｉＮ４）から形成することができる。他の誘電体および所定の半導体材料を、絶縁性トンネル障壁５６に用いることができる。
【００１６】
ＳＤＴ接合１４と接触するワード線１６およびビット線１８に電流（Ｉｙ、Ｉｘ）を供給することにより、ＳＤＴ接合１４に磁界（Ｈｘ、Ｈｙ）を印加することができる。ワード線１６とビット線１８が直交する場合には、印加される磁界（Ｈｘ、Ｈｙ）も直交することになる。
【００１７】
ネールの「オレンジピール（orange-peel）」結合（ＨＮ）は、ＦＭ結合とも呼ばれ、ピン止め層５２とセンス層５４との間の界面粗さによって引き起こされるものと考えられている。ＦＭ結合の大きさは以下の通りである。
【００１８】
【数１】
0004456805.tif 000002
【００１９】
ここで、ｈ、λはそれぞれ界面粗さの大きさ（または高さ）と波長であり、ＭＳはセンス層５４の飽和磁化である。項ｔＦおよびｔＳはそれぞれ、センス層５４および絶縁性トンネル障壁５６の厚みである。
【００２０】
静磁気結合（Ｈｄ）は、反強磁性（ＡＦ）結合とも呼ばれ、ピン止め層５２および第２のシード層４８のエッジにおける補償されない磁極（非補償磁極）によって引き起こされるものと考えられている。平均ＡＦ結合は以下の通りである。
【００２１】
【数２】
0004456805.tif 000003
【００２２】
ここで、ＷおよびＬは接合の幅および長さであり、Ａは定数であり、αはＳＤＴ接合１４の寸法に依存する。αの値は、ピン止め層５２とセンス層５４との間の分離（すなわち間隔）がそれらの幅よりも非常に大きい場合に１に接近する。αの値は、ピン止め層５２とセンス層５４との間の分離がそれらの幅よりも非常に小さい場合に０に接近する。
【００２３】
ＦＭ結合は、ＳＤＴ接合１４の領域にわたって一定のままであり、ＳＤＴ接合１４のサイズとは無関係である。対照的に、ＡＦ結合はＳＤＴ接合１４の領域にわたって、かつＳＤＴ接合１４の体積内ではなはだ不均一である。またＡＦ結合は、接合のサイズおよび形状にも依存する。接合の寸法がサブミクロンに接近するにしたがってＡＦ結合は著しく強くなる。
【００２４】
ＦＭ結合は、センス層５４の磁化ベクトルＭ１を、ピン止め層５２の磁化ベクトルＭ０と平行な向きに整列させる傾向がある。ＡＦ結合は、センス層５４の磁化ベクトルＭ１を強制的に、ピン止め層５２の磁化ベクトルＭ０から引き離す傾向がある。結果として、製造中に、センス層磁化ベクトルＭ１は、ＦＭ結合とＡＦ結合との最終的な結果である向きに沿って整列することになる。センス層５４の結晶異方性および磁気ひずみも、センス層磁化ベクトルＭ１の向きおよび回転に影響を及ぼす。
【００２５】
図３には、ＳＤＴ接合１４を製造する方法が示されている。ウェーハ上にワード線が形成され（２００）、そのワード線上に第１および第２のシード層が堆積される（２０２）。第２のシード層上にＡＦピニング層が堆積され（２０４）、ＡＦピニング層上にピン止めＦＭ層が堆積される（２０６）、ＦＭ層は通常、一軸磁気異方性を確立するために、磁界が印加された状態で堆積される。
【００２６】
絶縁性トンネル障壁がピン止めＦＭ層の上に堆積される（２０８）。オプションの境界層によって、絶縁性トンネル障壁を挟むことができる。
【００２７】
センスＦＭ層が絶縁性トンネル障壁の上に堆積され（２１０）、その層が、ＳＤＴ接合のアレイにパターン形成され（２１２）、ＳＤＴ接合上にビット線が形成される（２１４）。センス層５４の（磁化）困難軸（または困難方向）および（磁化）容易軸（または容易方向）がそれぞれＨＡおよびＥＡによって示されている（図４（ｂ）、（ｃ））。製造のこの段階では、センス層磁化ベクトルＭ１は容易軸ＥＡと整列し、容易軸ＥＡはセンス層５４のｘ軸と整列する（図４（ｂ）を参照）。センス層磁化ベクトルＭ１の角度（θ１）は、θ１＝０°である。さらに、ピン止め層磁化ベクトルＭ０およびセンス層磁化ベクトルＭ１の角度（θ０、θ１）は必ずしも同じではない。ピン止め層５２の磁化は、ビットのパターニング（パターン形成）中に比較的高温にさらさられることにより変化する場合がある。
【００２８】
ピン止めＦＭ層は、この時点でポストアニール（post-annealing）される（ブロック２１６）。ピン止めＦＭ層は、そのブロッキング温度（ＴＢ）より高い温度に加熱され、ある時間にわたって磁界をかけることにより、ピン止め層５２のｘ軸に対する、ピン止め層磁化ベクトルＭ０の所望の角度（θ０）（図４（ａ）を参照）が設定される。たとえば、ピン止め層５２の磁化ベクトル角（θ０）を、磁化ベクトルＭ０の所望の角度（θ０）に平行な方向に２０００エルステッド（Ｏｅ）の強い磁界をかけ、材料に依存して、１５分〜数時間の間、１８０℃〜３００℃の温度までＳＤＴ接合を加熱することにより設定することができる。その後、ＳＤＴ接合は、この磁界の存在下で冷却され、ピン止め層磁化が所望の角度（θ０）に固定される。ＡＦ層とピン止め層との間の磁気交換結合（exchange coupling。または、交換カップリング）が、磁化ベクトルＭ０をピン止めし続ける。
【００２９】
ＳＤＴ接合は、ＡＦ結合がＦＭ結合より大きいか否かを判定するために検査される（２１８）。これは、ＳＤＴ接合の切替え特性（スイッチング特性）を測定することにより行うことができる。材料の欠陥、ならびにサイズおよび形状の変化によって、それぞれのＳＤＴ接合がそれぞれ異なる切替え曲線（スイッチング曲線）有するようにすることができる。適切な磁化ベクトル角（θ０、θ１）でポストアニールするための統計的手段を得るために、多くの接合について検査を実行することができる。
【００３０】
センス層磁化ベクトル角のみ、ピン止め層磁化ベクトル角のみ、またはセンス層とピン止め層の両方の磁化ベクトル角を変化させる（２２０）。センス層のみの磁化角度は以下のように変更することができる。センス層が、容易軸回転のための閾値温度より高い温度（しかしながら、ピン止め層のブロッキング温度（blocking temperature）より低い温度）に加熱され、容易軸に対して所望の角度で磁界が印加される。再アニール（再アニーリング）はピン止めＦＭ層の磁化角度を変更しないが、印加される外部磁界に沿ってセンス層容易軸を再設定する。たとえば、ＮｉＦｅセンスＦＭ層の磁化角度を、１０００エルステッド（Ｏｅ）の外部磁界を印加しながら、１５〜３０分間、１８０〜２５０℃の温度でＳＤＴ接合をアニールすることにより変化させることができる。実際の温度、持続時間および磁界は材料に依存し、かつ層構造に依存する。結果として、センス層磁化角度（θ１）は、図４（ｃ）に示されるような新たな角度に変化する。
【００３１】
ピン止め層のみの磁化ベクトル角（θ０）は以下のように変更することができる。ＳＤＴ接合を、ピン止め層材料のブロッキング温度以上でアニールする。その温度は材料によるが、通常、２００〜２８０℃の範囲であろう。アニーリングの加熱および冷却段階中に、ＳＤＴ接合を、磁化ベクトルの方向を設定する磁界にさらす。センス層の磁化ベクトルも、ピン止め層の磁化ベクトルと同じ方向に設定されるであろう。それゆえ、センス層の磁化ベクトルを元に戻すために、後続の低温アニーリングステップが実行される。
【００３２】
図５（ａ）に、ｘ軸およびｙ軸に関する第１、第２、第３の対のＳＤＴ接合切替え曲線１１０ａおよび１１０ｂ、１１２ａおよび１１２ｂ、１１４ａおよび１１４ｂをそれぞれ示す。この特定の例では、データが大きなデバイスから収集されたため、ＡＦ結合は、強磁性結合（ＦＭ）に比べて小さい。第１の対の切替え曲線１１０ａおよび１１０ｂは、ピン止め層およびセンス層磁化ベクトル（Ｍ０およびＭ１）がいずれもｘ軸に沿って向いており、それによりセンス層磁化ベクトル（Ｍ０）とピン止め層磁化ベクトル（Ｍ１）との間の角度が０°または１８０°のいずれかである場合には（図６（ａａ）によって示される）、アニールする前に生じることができる。
【００３３】
低抵抗状態から高抵抗状態に切り替えるために、結合された磁界＋Ｈｘおよび＋Ｈｙ（または−Ｈｙ）が接合に印加される。＋Ｈｙまたは−Ｈｙ磁界によって、センス層磁化ベクトル（Ｍ１）は容易軸ＥＡから離れるように移動するが、ピン止め層からのＦＭ結合磁界が、センス層磁化ベクトル（Ｍ１）を引っ張って、ピン止め層磁化ベクトル（Ｍ０）と整列させようとするので、ベクトル（Ｍ０とＭ１）間の角度分離は徐々にしか変化しない。センス層磁化ベクトル（Ｍ１）と＋Ｈｘ磁界との間の低トルク角に起因して、ＳＤＴ接合の状態を切り替えるために、より大きな＋Ｈｘ磁界が必要とされる（曲線１１０ｂによって示される）。一方、高抵抗状態から低抵抗状態に切り替えるために、必要とされる−Ｈｘ磁界がより小さくように、ＦＭ結合磁界が−Ｈｘ磁界を補助する（曲線１１０ａによって示される）。こうして、論理「０」よりも論理「１」を書き込むために、より高い結合磁界が必要とされる（ベクトルＡ、Ｂ、ＣおよびＤの相対的な大きさによって示される）。
【００３４】
ＦＭ結合の影響は、接合を再アニールして、ピン止め層磁化ベクトル（Ｍ０）を、ｘ軸からある角度（たとえば、θ０＝＋２０°）に設定することにより低減することができる（図６（ａｂ）を参照）。センス層磁化ベクトル（Ｍ１）の向きは変更されない。結果として、＋Ｈｙ磁界が印加されると、センス層磁化ベクトル（Ｍ１）は、ピン止めされた磁化からさらに離れるように押される。その結果が、曲線１１２ｂの右上部分である。曲線１１２ｂの右下部分は−Ｈｙ磁界の結果であり、それはセンス層磁化ベクトルＭ１をピン止め層磁化ベクトルＭ０に向けて押す。したがって、ＦＭ結合はより強く、回転に対する抵抗がより大きくなる。曲線１１２ａの左側は、同じようには変化しない。２つの磁化ベクトルが互いに対して概ね逆平行であるため、ＦＭ結合がセンス層５４の回転に及ぼす影響はより小さい。
【００３５】
切替え曲線１１２ａと１１２ｂの上半分の対称性が、ＳＤＴ接合の動作を可能にする。＋Ｈｙ磁界を＋Ｈｘ磁界と組み合わせて用いて、ＳＤＴ接合を論理「０」から論理「１」に切り替える磁界ベクトルＡ’を生成することができる。同様に、＋Ｈｙ磁界を−Ｈｘ磁界と組み合わせて用いて、ＳＤＴ接合を論理「１」から論理「０」に切り替える磁界ベクトルＢを生成することができる。この対称性のため、ベクトルＡ’およびＢは概ね同じ大きさであり、そのいずれの大きさもベクトルＡの大きさより小さい。したがって、アニーリングは、書込み磁界の大きさを小さくするのに役立ち、それゆえ、書込み磁界を生成するために必要とされる電流を低減するのに役立つ。
【００３６】
逆の角度（たとえば、θ０＝−２０°）が再設定される場合には、類似の曲線１１４が生じる（図６（ａｃ）を参照）。曲線１１４の下半分はｙ軸に沿って対称である。ＳＤＴ接合は、切替え曲線の下半分において動作するようになされる。−Ｈｙ磁界を、＋Ｈｘ磁界とともに印加して、ＳＤＴ接合を論理「０」から論理「１」に切り替えるベクトルＤ’を生成することができる。同様に、−Ｈｘ磁界を−Ｈｙ磁界とともに印加して、ＳＤＴ接合を論理「１」から論理「０」に切り替えるベクトルＣを生成することができる。ここでもまた、ある角度でピン止め層をアニールすることにより得られる対称性のため、ベクトルＤ’およびＣは概ね同じ大きさであり、いずれもベクトルＤの大きさより小さい。
【００３７】
図５（ｂ）に、ｘおよびｙ軸に関して第１および第２のＳＤＴ接合切替え曲線２１０および２１２ａ／ｂ／ｃ／ｄを示す。この特定の例では、接合サイズは１μｍ以下である。それゆえ、ＡＦ結合磁界は非常に大きく、センス層の保磁力Ｈｃも大きく増加する。接合が容易軸ＥＡおよびセンス層磁化ベクトルＭ１をｘ軸に沿って整列させるようにアニールされるので、切替え曲線２１０が生じる。論理「１」および論理「０」を書き込むためには、大きなＨｘおよびＨｙ磁界が必要とされる。結合された磁界ＨｘおよびＨｙがベクトルＥおよびＦによって表されている。
【００３８】
ＳＤＴ接合を再アニールして、ピン止め層およびセンス層両方の磁化ベクトルがｘ軸に対して同じ角度（たとえば、θ０＝θ１＝＋２０°）をなすようにすることにより、ＡＦ結合の影響を低減することができる。ピン止め層磁化ベクトルＭ０は、ある角度に固定される。センス層磁化ベクトル（Ｍ１）を、図６（ｂ）に示すように、ピン止め層磁化ベクトル（Ｍ０）と概ね平行または逆平行にすることができる。ＦＭ結合磁界およびＡＦ結合磁界もこの新たなＥＡに沿って向いており、それらは互いに対向している。この切替え曲線２１２は、４つの部分２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃおよび２１２ｄを有し、それぞれｘおよびｙ軸上の象限に対応する。部分２１２ａは第１象限にあり、センス層磁化ベクトル（Ｍ１）をｘ軸に向けて押す＋Ｈｙを有し、それゆえ＋Ｈｘ磁界とさらに整列するようになる。これにより、平行から逆平行へのセンス層磁化ベクトル（Ｍ１）の切替えが、低トルク効果に起因して印加される＋Ｈｘ磁界の影響を受けにくくなる。第４象限にある部分２１２ｂは、−Ｈｙおよび＋Ｈｘ磁界がＳＤＴ接合に印加されるときに、センス層磁化ベクトル（Ｍ１）を平行から逆平行状態に切り替えることに対応する。この場合に、−Ｈｙ磁界が、センス層磁化ベクトル（Ｍ１）を、水平なｘ軸からさらに離れるように押している。したがって、トルク角は−Ｈｙが大きくなると大きくなり、センス層磁化ベクトル（Ｍ１）は＋Ｈｘ磁界の影響を受けやすくなる。
【００３９】
ｘ−ｙ軸の第３および第２の象限にある切替え曲線２１２ｃおよび２１２ｄの部分でも同様の結果が生じる。＋Ｈｙ磁界はセンス層磁化ベクトル（Ｍ１）をｘ軸からさらに離れるように押し、−Ｈｘ磁界は、センス層磁化ベクトルを逆平行から平行に反転させる。したがって、センス層磁化ベクトル（Ｍ１）の切替えは、−Ｈｘ磁界の影響を受ける。一方、−Ｈｙ磁界はセンス層磁化ベクトル（Ｍ１）をｘ軸に向けて押し、−Ｈｘ磁界は、センス層磁化ベクトル（Ｍ１）を逆平行から平行に反転させる。結果として、センス層磁化ベクトル（Ｍ１）の切替えは、−Ｈｘ磁界の影響をより受けにくい。結果として、ｘ−ｙ座標の中心に対して、曲線２１２ａ／２１２ｃと、２１２ｂ／２１２ｄとには良好な対称性がある。ベクトルＥ’およびＦ’は、逆平行から平行に（すなわち、論理「０」を書き込むために）、および平行から逆平行に（すなわち、論理「１」を書き込むために）ＳＤＴ接合を切り替えるための結合されたクリティカルな磁界を表す。ベクトルＥ’およびＦ’の大きさは、ベクトルＥおよびＦの大きさよりも小さい。したがって、ＳＤＴ接合を切り替えるために必要とされる書込み電流は小さくなる。
【００４０】
図５（ｃ）に、アニール中に負の角度（たとえば、θ０＝θ１＝−２０°）が設定されるときの切替え曲線の４つの部分２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃおよび２１４ｄを示す（図６（ｃ）も参照されたい）。４つの部分２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃおよび２１４ｄは、図５（ｂ）に示した４つの部分２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃおよび２１２ｄと鏡面対称に見える。
【００４１】
ＳＤＴ接合がウェーハ上に製造される場合には、ＳＤＴ接合のアレイの角度を同時に変えることができる。磁化ベクトル角の再設定は、ウェーハにわたる接合の特性、特に同じサイズおよび形状を有するＳＤＴ接合の場合の特性の変動を低減する。したがって、製造中に、より良好なプロセス制御が達成される。
【００４２】
再アニール中に種々の角度を設定することができる。その角度は、所望の切替え特性に依存するであろう。この自由度によって、メモリ製造業者は、製造偏差を補償できるようになる。
【００４３】
さらに、クリティカルな切替え磁界（critical switching field。または臨界切替え磁界）が低減され、対称性が高くなる。切替え磁界の対称性を改善することにより、制御回路の複雑さが低減され、片側選択（half-select）マージンが改善される。切替え磁界を低減することにより、ポータブル装置にとっては重要な電力消費が低減される。
【００４４】
磁化ベクトル角を再設定することにより書込み性能が改善され、片側選択に起因する誤り率が低減される。したがって、ＭＲＡＭデバイスの動作の信頼性が高くなり、歩留まりが改善され、コストが削減される。
【００４５】
本発明によるＭＲＡＭデバイスを多種多様な応用形態において用いることができる。たとえば、コンピュータにおいて、ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、フラッシュおよび他の高速、短期記憶用メモリの代わりに用いることができる。あるコンピュータでは、長期データ記憶装置として用いることができる。そのようなデバイスは、ハードドライブ、および他の従来の長期データ記憶デバイスに比べて多くの利点（たとえば、高速化、小型化）を提供する。本発明によるＭＲＡＭデバイスは、デジタル画像の長期記憶のためにデジタルカメラにおいて用いることができる。
【００４６】
ＳＤＴ接合は、正方形または長方形の幾何学的形状に限定されない。たとえば、ＳＤＴ接合は楕円形の幾何学的形状を有することもできる。
【００４７】
ＭＲＡＭデバイスはＳＤＴ接合に限定されない。巨大な磁気抵抗（ＣＭＲ：colossal magneto-resistive）および巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）接合のような他のタイプの磁気トンネル接合を用いることができる。
【００４８】
本発明は、抵抗性交点アレイを含むＭＲＡＭデバイスにも限定されない。本発明を、磁気の向きを所定の方向に固定させる必要がある磁気メモリデバイスを含む任意のメモリデバイスに適用することができる。
【００４９】
本発明は、上記の図示し説明した特定の実施形態に限定されない。本発明は特許請求の範囲にしたがって解釈される。
【００５０】
以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
１．ピン止め層およびセンス層を含む磁気トンネル接合を形成するステップ（２０６および２１０）と、
前記層の少なくとも１つの磁化ベクトルを再設定するステップ（２２０）
を含む、方法。
２．前記接合をアニールしながら、対象とする（または目的とする）方向に磁界を印加することにより、磁化ベクトルが再設定される、上項１に記載の方法。
３．前記ピン止め層に対して、対象とする（または目的とする）方向に磁界を印加しながら、前記ピン止め層のブロッキング温度より高い温度でアニールすることにより、前記ピン止め層磁化ベクトルが再設定される、上項１に記載の方法。
４．前記センス層に対して、対象とする（または目的とする）方向に磁界を印加しながら、前記センス層の容易軸を回転させるための閾値温度より高い温度に前記接合を加熱することにより、前記センス層磁化ベクトル（または磁化角度）が再設定される、上項１に記載の方法。
５．前記接合の切替え特性を検査するステップ（２２０）と、
検査結果にしたがって少なくとも１つの磁化ベクトルを再設定するステップ（２２０）
をさらに含む、上項１に記載の方法。
６．前記センス層磁化ベクトルおよび前記ピン止め層磁化ベクトルはいずれも、再アニールすることにより再設定される、上項１に記載の方法。
７．前記ピン止め層磁化ベクトルは、強い強磁性結合および弱い反強磁性結合を補償するように再設定される、上項１に記載の方法。
８．少なくとも１つの磁化ベクトルが、切替え曲線の対称性を改善するように再設定される、上項１に記載の方法。
９．少なくとも１つの磁化ベクトルが、クリティカルな切替え磁界を低減するように再設定される、上項１に記載の方法。
１０．少なくとも１つの磁化ベクトルが、同じ方向を向くように再設定される、上項１に記載の方法。
【００５１】
本発明では、ピン止めされた層とセンス層を形成し(206,210)、それらの層のうちの少なくとも１つの層の磁化ベクトルを再設定する(220)ことによって、磁気トンネル接合を製造する。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、メモリデバイスの磁気特性の変動を抑えて、従来のメモリデバイスよりも性能の優れたメモリデバイスを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＤＴ接合のアレイを含むＭＲＡＭデバイスの図である。
【図２】ＳＤＴ接合の基本構造の図である。
【図３】ＳＤＴ接合を製造する方法の図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれＳＤＴ接合の例示的なセンス層磁化ベクトルの図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ異なるＳＤＴ接合切替え曲線の図である。
【図６】（ａａ）、（ａｂ）、（ａｃ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれＳＤＴ接合の他の例示的なセンス層磁化ベクトルの図である。
【符号の説明】
１０  ＭＲＡＭデバイス
１２  抵抗性交点アレイ
１４  ＳＤＴ接合
１６  ワード線
１８  ビット線
５２  ピン止めされた強磁性層
５４  センス強磁性層
５６  絶縁性トンネル障壁
４６、４８  シード層
【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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