(57)【要約】【課題】低電流および高面密度を可能とする、垂直異方性および強化層を有する磁気トンネル接合セルを提供する。【解決手段】磁気トンネル接合セルは、強磁性自由層と、少なくとも約１５Åの厚みを有する強化層と、酸化物バリヤ層と、強磁性基準層とを含む。強化層および酸化物バリヤ層は、強磁性基準層と強磁性自由層との間に配置され、酸化物バリヤ層は強磁性基準層に隣接して配置される。強磁性自由層、強磁性基準層、および強化層は、すべて、面外の磁化方向を有する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気トンネル接合セルであって、
強磁性自由層と、
少なくとも約１５Åの厚みを有する強化層と、
酸化物バリヤ層と、
強磁性基準層とを備え、
前記強化層および前記酸化物バリヤ層は、前記強磁性基準層と前記強磁性自由層との間に配置され、前記酸化物バリヤ層は、前記強磁性基準層に隣接して配置され、
前記強磁性自由層、前記強磁性基準層、および前記強化層は、すべて、面外の磁化方向を有する、磁気トンネル接合セル。
【請求項２】
前記強化層は、前記強磁性自由層に直接隣接して配置される、請求項１に記載の磁気トンネル接合セル。
【請求項３】
前記強化層は、前記強磁性自由層からわずかに分離されている、請求項１に記載の磁気トンネル接合セル。
【請求項４】
前記強化層は、少なくとも約２０Åの厚みである、請求項１に記載の磁気トンネル接合セル。
【請求項５】
前記強化層は、約１５Åから２０Åの厚みである、請求項１に記載の磁気トンネル接合セル。
【請求項６】
前記強化層は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、またはＣｏＦｅＢを含む、請求項１に記載の磁気トンネル接合セル。
【請求項７】
前記強磁性基準層に直接隣接する固定層をさらに備える、請求項１に記載の磁気トンネル接合セル。
【請求項８】
前記強磁性自由層と前記強化層との間に配置された挿入層をさらに備える、請求項１に記載の磁気トンネル接合セル。
【請求項９】
前記挿入層は、タンタラム、ルテニウム、クロム、またはマグネシウム酸化物を含む、請求項８に記載の磁気トンネル接合セル。
【請求項１０】
前記強磁性自由層および前記強磁性基準層は、単層のＴｂＣｏＦｅ、ＧｄＣｏＦｅ、またはＦｅＰｔ、および、Ｃｏ／ＰｔＣｏ／Ｎｉのラミネート層の中から選択される、請求項１に記載の磁気トンネル接合セル。
【請求項１１】
前記強磁性自由層および前記強磁性基準層の双方は、約３５から約６０原子百分率の量の鉄（Ｆｅ）を有する、ＦｅＰｔを含む、請求項１０に記載の磁気トンネル接合セル。
【請求項１２】
前記強磁性自由層および前記強磁性基準層の双方は、約２０から約３５原子百分率の量のテルビウム（Ｔｂ）と約４０から約７５原子百分率の量の鉄（Ｆｅ）を有するＴｂＣｏＦｅを含む、請求項１０に記載の磁気トンネル接合セル。
【請求項１３】
装置であって、
磁気トンネル接合セルと、
トランジスタとを備え、
前記磁気トンネル接合セルは、
強磁性自由層と、
少なくとも約１５Åの厚みを有する強化層と、
酸化物バリヤ層と、
強磁性基準層とを含み、
前記強化層および前記酸化物バリヤ層は、前記強磁性基準層と前記強磁性自由層との間に配置され、前記酸化物バリヤ層は、前記強磁性基準層に隣接して配置され、
前記強磁性自由層、前記強磁性基準層、および前記強化層は、すべて、面外の磁化方向を有し、
前記トランジスタは、前記磁気トンネル接合セルに電気的に接続される、装置。
【請求項１４】
前記強化層は、前記強磁性自由層に直接隣接して配置される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記強化層は、少なくとも約２０Åの厚みである、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記強化層は、約１５Åから２０Åの厚みである、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
前記強化層は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、またはＣｏＦｅＢを含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１８】
メモリアレイであって、
複数の並列の導電ビットラインと、
前記ビットラインに概して直交する複数の並列の導電ワードラインと、
複数の磁気トンネル接合セルとを備え、
各磁気トンネル接合セルは、
強磁性自由層と、
少なくとも約１５Åの厚みを有する強化層と、
酸化物バリヤ層と、
強磁性基準層とを含み、
前記強化層および前記酸化物バリヤ層は、前記強磁性基準層と前記強磁性自由層との間に配置され、前記酸化物バリヤ層は、前記強磁性基準層に隣接して配置され、
前記強磁性自由層、前記強磁性基準層、および前記強化層は、すべて、面外の磁化方向を有し、
複数の磁気トンセル接合セルの各々は、前記ビットラインおよびワードラインの交点に配置される、メモリアレイ。
【請求項１９】
前記強化層は、少なくとも約２０Åの厚みである、請求項１８に記載のメモリアレイ。
【請求項２０】
前記強化層は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、またはＣｏＦｅＢを含む、請求項１８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気トンネル接合セル、装置、およびメモリアレイに関し、より特定的には、磁気異方性および強化層を有する磁気トンネル接合セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
新しいタイプのメモリは、一般に利用されるメモリの形式と競合するような、顕著な潜在能力を発揮した。たとえば、不揮発性スピントランスファトルクランダムアクセスメモリ（ここでは、ＳＴ−ＲＡＭとも称する。）は、「万能」メモリとして論じられた。磁気トンネル接合（Magnetic Tunnel Junction：ＭＴＪ）セルは、その高速で、相対的に高密度かつ低消費電力のために、ＳＴ−ＲＡＭにおけるそれらの用途について大きく注目された。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
大部分の活動は、面内磁気異方性を有するＭＴＪセルに焦点が向けられてきた。しかしながら、適正な温度安定性のために、スイッチング電流をどれだけ低くできるかについて制限があり、それは、ＣＭＯＳトランジスタのサイズをさらに制限し、最終的にはメモリアレイの密度を制限する。さらに、セル形状および端部粗さの許容値が非常に低く、それは、フォトリソグラフィ技術の挑戦であり得る。磁気トンネル接合セル構造および材料を改善するために設計された技術、設計、および修正は、ＳＴ−ＲＡＭの利点を最大化するための進歩の重要な領域を残している。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
簡単な要約
本開示は、しばしば磁気トンネル接合セルと称される、磁気スピントルクメモリセルに関し、それは、ウェハ平面に垂直に揃えられた、または「面外」の、関連した強磁性層の磁気異方性（すなわち、磁化方向）を有する。
【０００５】
本開示の１つの特定の実施形態は、強磁性層と、少なくとも約１５Åの厚みを有する強化層と、酸化物バリヤ層と、強磁性基準層とを含む磁気トンネル接合セルである。強化層および酸化物バリヤ層は強磁性基準層と強磁性自由層との間に配置され、酸化物バリヤ層は強磁性基準層に隣接して配置される。強磁性自由層、強磁性基準層、および強化層は、すべて、面外の磁化方向を有する。
【０００６】
本開示の他の特定の実施形態は、磁気トンネル接合セルとトランジスタとを備える装置である。磁気トンネル接合セルは、強磁性自由層と、少なくとも約１５Åの厚みを有する強化層と、酸化物バリヤ層と、強磁性基準層とを含む。強化層および酸化物バリヤ層は強磁性基準層と強磁性自由層との間に配置され、酸化物バリヤ層は強磁性基準層に隣接して配置される。強磁性自由層、強磁性基準層、および強化層は、すべて、面外の磁化方向を有する。トランジスタは、磁気トンネル接合セルに電気的に接続される。
【０００７】
本開示のさらに他の実施形態は、複数の並列の導電ビットラインと、ビットラインに概して直交する複数の並列の導電ワードラインと、複数の磁気トンネル接合セルとを備えるメモリアレイである。各磁気トンネル接合セルは、強磁性自由層と、少なくとも約１５Åの厚みを有する強化層と、酸化物バリヤ層と、強磁性基準層とを含む。強化層および酸化物バリヤ層は強磁性基準層と強磁性自由層との間に配置され、酸化物バリヤ層は強磁性基準層に隣接して配置される。強磁性自由層、強磁性基準層、および強化層は、すべて、面外の磁化方向を有する。複数の磁気トンネル接合セルの各々は、ビットラインおよびワードラインの交点に配置される。
【０００８】
これらの、およびさまざまな他の特徴および利点が、以下の詳細な説明の解釈から明らかになるであろう。
【０００９】
本開示は、添付の図面に関連して、本開示のさまざまな実施形態についての以下の詳細な説明を考慮して、より完全に理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】例示的なＭＴＪセルの概略図である。
【図１Ｂ】任意的な固定層を含む、例示的なＭＴＪセルの概略図である。
【図１Ｃ】任意的な強化層ならびに第１および第２の電極を含む、例示的なＭＴＪセルの概略図である。
【図１Ｄ】低抵抗状態における、面外磁化方向を有する例示的なＭＴＪセルの概略図である。
【図１Ｅ】高抵抗状態における、例示的な磁気トンネル接合メモリセルの概略側面図である。
【図２】メモリセルおよび半導体トランジスタを含む、例示的なメモリユニットの概略図である。
【図３】例示的なメモリアレイの概略図である。
【図４Ａ】１０Å  ＣｏＦｅＢ強化層を有するＭＴＪセルについての、印加磁界に対する垂直磁気モーメントのグラフである。
【図４Ｂ】２０Å  ＣｏＦｅＢ強化層を有するＭＴＪセルについての、印加磁界に対する垂直磁気モーメントのグラフである。
【図５】２０Å  ＣｏＦｅＢ強化層を有するＭＴＪセルについての、ＴＭＲ比およびスイッチング電流（Ａ／ｃｍ2）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図は、必ずしも縮尺通りではない。図において用いられる同じ符合は、同じ構成要素を示す。しかしながら、所与の図において構成要素を示すための符号の使用は、同じ符号が付された他の構成要素に限定することを意図したものではないことが、理解されるだろう。
【００１２】
詳細な説明
本開示は、ウェハ平面に垂直に揃えられた、または「面外」の、関連した強磁性層の磁化方向をもたらす磁気異方性を有する、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）セルのさまざまな実施形態に向けられる。
【００１３】
以下の説明においては、本明細書の一部を形成するとともに、さまざまな特定の実施形態の例として示される、添付の１組の図面が参照される。他の実施形態が予期され、本開示の範囲または精神から逸脱することなくなされ得ることが理解されるべきである。したがって、以下の詳細な説明は、限定の意味で採用されるべきではない。本明細書で与えられるすべての定義は、ここで頻繁に用いられる特定の用語の理解を容易にするものであり、本開示の範囲を限定することを意図したものではない。
【００１４】
そうでないと示されない場合には、明細書および特許請求の範囲で用いられるフィーチャサイズ、量、および物理特性を表現するすべての数値は、「約」の語句によってすべての事例において修正されるものと理解されるべきである。したがって、反対であることが示されていなければ、上記の明細書および添付の特許請求の範囲に記載された数値パラメータは、本明細書に開示された教示を利用して当業者が得ようとする所望の特性に応じて変化することができる概算値である。
【００１５】
本明細書および添付の特許請求の範囲において用いられるように、「a」、「an」および「the」の単数形は、その内容が明らかにそうでないと示していなければ、複数の参照を含む実施形態を網羅する。本明細書および添付の特許請求の範囲において用いられるように、語句「または」は、その内容が明らかにそうでないと示していなければ、一般的に「および／または」を含む意味が採用される。
【００１６】
本開示は、あまり限定されないが、本開示のさまざまな局面の理解は、以下に与えられる例の議論を通して深まるであろう。
【００１７】
図１Ａは、垂直または面外磁化方向を有する例示的なＭＴＪセルを示す。ＭＴＪセル１００は、比較的緩い（soft）強磁性自由層１１０と、強磁性基準（たとえば、固定））層１４０とを含む。強磁性自由層１１０および強磁性基準層１４０は、酸化物バリヤ層１３０または非磁気トンネルバリヤ層によって分離される。ＭＴＪセル１００は、強化層１２０も含む。強化層１２０は、酸化物バリヤ層１３０に隣接して、自由層１１０に隣接して、または、酸化物バリヤ層１３０および自由層１１０の双方に隣接して配置することができる。ＭＴＪセル１００は、強化層および酸化物バリヤが強磁性基準層と強磁性自由層との間に配置されるとともに、酸化物バリヤ層が強磁性基準層に隣接して配置されるものとしても記述され得る。
【００１８】
自由層１１０、基準層１４０、および強化層１２０は、各々、関連した磁化方向を有する。層１１０，１２０，１４０の磁化方向は、層の伸延方向、およびメモリセル１００が形成されるウェハ基板の平面に不平行に向けられる。いくつかの実施形態においては、層１１０，１２０，１４０の磁化方向は「面外」と称され得る。いくつかの実施形態においては、層１１０，１２０，１４０の磁化方向は「少なくとも実質的に垂直」と称され得る。いくつかの実施形態においては、層１１０，１２０，１４０の磁化方向は「垂直」と称され得る。いくつかの実施形態においては、層１１０および１４０の磁化方向は「垂直」であり、層１２０の磁化方向は「面外」または「少なくとも実質的に垂直」と称され得る。自由層１１０の磁化方向は、基準層１４０および強化層１２０双方の磁化方向よりも、より容易に切換可能である。シード層またはキャッピング層のような他の任意の層は、明確性のために、これらの図には示されていない。
【００１９】
自由層１１０および基準層１４０は、たとえば、Ｆｅ、Ｃｏ，またはＮｉのような任意の有用な強磁性（ferromagnetic：ＦＭ）材料、およびＮｉＦｅおよびＣｏＦｅのようなそれらの合金で、独立して製造され得る。自由層１１０および基準層１４０のいずれか、または双方は、単層あるいは複層（マルチレイヤ）のいずれかであり得る。自由層および固定層を構成することができる材料の特定の例は、ＴｂＣｏＦｅ，ＧｄＣｏＦｅ，ＦｅＰｔのような垂直異方性を有する単一の層、Ｃｏ／ＰｔＣｏ／Ｎｉマルチレイヤのようなラミネート層、ならびに、Ｃｏ／ＦｅおよびＣｏＦｅＢ合金のような高スピン偏極強磁性材料で積層された垂直異方性材料を含み得る。
【００２０】
実施形態においては、少なくとも自由層１１０（および実施形態においては、基準層１４０も）を構成する材料の組成は、補償温度、垂直異方性、および隣接する強化層との交換カップリング（exchange coupling）を強化するように選択され得る。少なくとも自由層のために利用され得るＦｅＰｔの例示的な組成は、３５〜６０原子百分率の範囲の鉄（Ｆｅ）の量、および４０〜６５原子百分率の範囲のプラチナ（Ｐｔ）の量を有し得る。少なくとも自由層のために利用され得るＴｂＣｏＦｅの例示的な組成は、２０〜３５原子百分率の範囲のテルビウム（Ｔｂ）の量、４０〜７５原子百分率の範囲の鉄（Ｆｅ）の量、および５〜４０原子百分率の範囲のコバルト（Ｃｏ）の量を有し得る。
【００２１】
自由層１１０および基準層１４０は、一般的に、少なくとも２０Åの厚みを有し得る。実施形態においては、自由層１１０および基準層１４０は少なくとも５０Åの厚みを有し得る。実施形態においては、自由層１１０および基準層１４０は８０Åの厚みを有し得る。実施形態においては、自由層１１０および基準層１４０は８０Åの厚みを有し、たとえばＴｂＣｏＦｅで作られる。
【００２２】
バリヤ層１３０は、たとえば、酸化物材料（たとえば、ＡＬ2Ｏ3，ＴｉＯx，またはＭｇＯx）または半導体材料のような、電気絶縁材料で作られ得る。バリヤ層１３０は、単層ともできるし、あるいは、他の酸化物や金属（たとえば、Ｍｇ／ＭｇＯバリヤ）で積層された層ともできる。バリヤ層１３０は、プロセスの実行可能性および装置の信頼性に応じて、任意的に、自由層１１０または基準層１４０とパターン化されてもよい。
【００２３】
強化層１２０は、自由層１１０に近接して配置され得る。実施形態においては、強化層１２０は、自由層１１０に直接隣接して配置され得る。強化層１２０は、自由層のスピン偏極を強化するように機能し、それはより高いトンネリング磁気抵抗（ＴＭＲ）をもたらす。開示された強化層１２０は、自由層１１０からわずかに分離され得る。これは、強化層１２０を相対的に厚くすることによって、（自由層１１０に対して）わずかに傾いた磁気モーメントを有することによって、あるいはこれらの組み合わせによって達成することができる。自由層１１０に対する強化層１２０のわずかに傾いた磁気モーメントは、ウェハ基板に対して実質的に垂直だけであるように特徴付けられる。
【００２４】
実施形態においては、強化層１２０は比較的厚くされ得る。実施形態においては、強化層１２０は、少なくとも１５オングストローム（Å）の厚みであり得る。実施形態においては、強化層１２０は２０Åの厚みであり得る。実施形態においては、強化層１２０は、１５Å〜２０Åであり得る。実施形態においては、強化層１２０は、１８Å〜２２Åであり得る。強化層１２０の厚み、すなわち少なくとも１５Åは、自由層１１０と強化層１２０との間の交換カップリングを弱めることができ、それによって、強化層の磁気モーメントがいくらか傾けられる。強化層の厚みのこの効果は、自由層１１０の磁気モーメントからわずかに軸がずれている強化層１２０の磁気モーメントを示す矢印によって、図１Ａの概略図において見ることができる。強化層における傾斜した磁気モーメントによって、強化層のＴＭＲをさらに増加し得るが、同時にスイッチング電流を低減することができる。
【００２５】
強化層１２０は、一般的に、任意の強磁性材料で作ることができる。実施形態においては、強化層１２０は、高いスピン偏極を有する強磁性材料で作ることができる。たとえば、強化層１２０は、Ｆｅ、ＣｏまたはＮｉ、および、たとえばＮｉＦｅ、ＣｏＦｅまたはＣｏＦｅｂ合金のようなそれらの合金で作ることが出来る。実施形態においては、強化層１２０は、２０〜８６原子百分率の組成のＣｏと、１０〜６０原子百分率の組成のＦｅと、４〜２０原子百分率の組成のＢとを有するＣｏＦｅＢ合金であり得る。実施形態においては、強化層１２０はＣｏＦｅＢで作られ、１５Å〜２５Åの厚みを有する。
【００２６】
強化層１２０は、また、任意的に任意の厚みを有し得るが、自由層の垂直軸からわずかにずれた磁気モーメントを有するように形成され得る。これは、図１Ａにおいて概略的に示される。そのような実施形態においては、強化層の効果は必ずしも必要ではないが、より効果的なスピントルクトランスファを可能とし得る強化層の磁気モーメント自体が必要であり、それはスイッチング電流の低減をもたらす。
【００２７】
図１Ｂは、ＭＴＪセルの他の例示的な実施形態を示す。このＭＴＪセル１０１は、基準層１４０に近接、または隣接して配置される任意的な固定層１５０を含む。固定層１５０は、もし存在すれば、基準層１４０の磁化方向を固定する。いくつかの実施形態においては、このような固定層１５０は、ゼロ磁化を有してもよいが、依然として基準層１４０の磁化を固定し得る。固定層は、もしあれば、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎなどのような、反強磁性方向材料（ＡＦＭ）としてもよい。
【００２８】
図１Ｃは、上述のようなＭＴＪセル１０３を含む例示的なスタックまたは装置１０２を示す。このような装置１０２は、強磁性自由層１１０の電気的に接触する第１の電極と、強磁性基準層１４０あるいはこの特定の実施形態においては固定層１５０と電気的に接触する第２の電極とを有する。電極１６０，１７０は、強磁性自由層１１０および強磁性基準層１４０を、層１１０，１４０を流れる読取電流および書込電流を与える制御回路へ電気的に接続する。ＭＴＪセル１０３の抵抗は、強磁性層１１０，１４０の磁化ベクトルまたは磁化方向の相対方向によって定められる。図示された実施形態においては、強磁性基準層１４０の磁化方向は、固定層１５０によって予め定められた方向に固定され、一方、強磁性自由層１１０の磁化方向は、スピントルクの影響下で回転するように自由である。
【００２９】
図１Ｃに示されるような実施形態においては、自由層１１０および強化層１２０は、任意的な挿入層１２５によって分離され得る。任意的な挿入層１２５は高磁気抵抗比を達成するために、バリヤ品質を向上し、中間層カップリングを低減し、さらに耐食性を向上するように機能し得る。挿入層は、金属材料、半導体材料、または絶縁材料で作ることができる。例示的な材料は、たとえば、タンタラム（Ｔａ）、ルテニウム（Ｒｕ）、クロム（Ｃｒ）、または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含み得る。
【００３０】
図１Ｄは、自由層１１０の磁化方向が基準層１４０の磁化方向と同じである低抵抗状態にある磁気トンネル接合メモリセル１０５を示す。図１Ｅにおいては、磁気トンネル接合メモリセル１０６は、自由層１１０の磁化方向が基準層１４０の磁化方向と反対である高抵抗状態にある。いくつかの実施形態においては、低抵抗状態は「０」データ状態であり、高抵抗状態は「１」データ状態であり得る。一方、他の実施形態においては、低抵抗状態を「１」データ状態とし、高抵抗状態を「０」データ状態としてもよい。
【００３１】
磁気トンネル接合メモリセル１０５の磁気層を流れる電流が、スピン偏極されスピントルクを自由層１１０に与えると、スピントランスファを介して、抵抗状態すなわち磁気トンネル接合メモリセル１０５のデータ状態の切換えが生じる。十分なスピントルクが自由層１１０に印加されると、自由層１１０の磁化方向は、２つの対向する方向の間で切換えられ、したがって、磁気トンネル接合メモリセル１０５を、低抵抗状態と高抵抗状態との間で切換えることができる。
【００３２】
図２は、導電素子２４０を介して、半導体ベーストランジスタのようなトランジスタ２２０と電気的に接続されるメモリ素子２１０を含む、例示的なメモリユニット２００の概略図である。メモリ素子２１０は、本明細書で説明されたどのようなＭＴＪセルであってもよい。トランジスタ２２０は、（たとえば、ｎドープ領域として図示される）ドープ領域およびドープ領域間の（たとえば、ｐドープチャネル領域として図示される）チャネル領域を有する半導体基板２５０を含む。トランジスタ２２０は、ワードラインＷＬに電気的に結合されて、選択およびビットラインＢＬからメモリ素子２１０へ電流を流すことを可能とするゲート２６０を含む。プログラマブル金属化メモリユニット２００のアレイは、半導体製造技術を利用して、半導体基板上に形成され得る。
【００３３】
図３は、例示的なメモリアレイ３００の概略回路図である。本明細書で説明された複数のメモリユニット３５０が、アレイ内に配列されて、メモリアレイ３００が形成される。メモリアレイ３００は、多くの平行な導通ビットライン３１０を含む。メモリアレイ３００は、ビットライン３１０に概して直交する、多くの平行な導通ワードライン３２０を含む。ワードライン３２０およびビットライン３１０は、交点アレイを形成し、その各交点にメモリユニット３５０が配置される。メモリユニット３５０およびメモリアレイ３００は、従来の半導体製造技術を用いて形成することができる。
【００３４】
本明細書に開示されたＭＴＪセルは、たとえば、プラズマ蒸着（plasma vapor deposition：ＰＶＤ）、蒸着および分子線エピタキシー（molecular beam epitaxy：ＭＢＥ）を含む、さまざまな技術を用いて製造することができる。
【００３５】
本明細書に開示されたＭＴＪセルは、ＭＲＡＭアプリケーション、記録ヘッド、および大ＭＲ比を利用する任意の用途において使用することができるが、依然として、温度安定性および製造の容易性は必要とされる。そのようなさまざまな用途には、たとえば、センサ用途、および発振器用途を含み得る。
【００３６】
８０ÅのＴｂＣｏＦｅ層および１０ÅのＣｏＦｅＢ強化層を有するＭＴＪセルおよび８０ÅのＴｂＣｏＦｅ層および２０ÅのＣｏＦｅＢ強化層を有するＭＴＪセルの垂直磁気モーメントが、印加磁場の関数として比較された。図４Ａ（１０ÅのＣｏＦｅＢ強化層）および図４Ｂ（２０ÅのＣｏＦｅＢ強化層）に、結果が示される。より滑らかな推移によって示されるように、２０ÅのＣｏＦｅＢ強化層を有するＭＴＪセルにおいては、強化層の自由層への結合はあまり強くない。図５は、２０ÅのＣｏＦｅＢ強化層を有するＭＴＪセルについての、ＴＭＲ比およびスイッチング電流（Ａ／ｃｍ2）を示す。図５から理解されるように、２０ÅのＣｏＦｅＢ強化層を有するＭＴＪセルは、ＲＡと３５Ω／μｍ2との積で、１６０％のＴＭＲ比を達成した。このようなＭＴＪセルが、ＭＲＡＭアプリケーションで用いられる場合、臨界スイッチング電流は、１．５×１０6Ａ／ｃｍ2と同じ位低く、それは、より低エネルギ消費メモリを提供するために非常に有益であり得る。
【００３７】
本開示においては、垂直磁気異方性を有する磁気トンネル接合セルのさまざまな構成設計が提供された。その設計およびパターニングプロセスは、適切な温度安定性を有する低スイッチング電流を可能とするとともに、プロセスバリエーションに対する増加された許容範囲を有する高面密度を可能とする。
【００３８】
このように、「垂直異方性および強化層を有する磁気トンネル接合セル」の実施形態が開示される。上述された実行例および他の実行例は、以下の特許請求の範囲の範囲内である。当業者は、本発明がこれらの開示以外の実施形態で実行され得ることを理解するであろう。開示された実施形態は、限定ではなく例示のために提示され、本開示は以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００３９】
１００，１０１，１０３  ＭＴＪセル、１０２  装置、１０５，１０６  磁気トンネル接合メモリセル、１１０  強磁性自由層１１０、１２０  強化層、１２５  挿入層、１３０  酸化物バリヤ層、１４０  強磁性基準層、１５０  固定層、１６０，１７０  電極、２００，３５０  メモリユニット、２１０  メモリ素子、２２０  トランジスタ、２４０  導通素子、２５０  半導体基板、２６０  ゲート、３００  メモリアレイ、３１０，ＢＬ  ビットライン、３２０，ＷＬ  ワードライン。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２】
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【図３】
2012099816.tif 000009
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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