(57)【要約】  垂直磁気トンネル接合（ｐＭＴＪ）デバイスを製作するための方法は、ｐＭＴＪデバイスの第１の電極上にシード層を成長させることを含む。シード層は、成長軸に沿った均一な所定の結晶方位を有する。方法はまた、シード層の均一な所定の結晶方位を維持しながら、シード層を平坦化することを含む。
2017516303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直磁気トンネル接合（ｐＭＴＪ）デバイスを製作する方法であって、
前記ｐＭＴＪデバイスの第１の電極上にシード層を成長させるステップであって、前記シード層が、少なくとも成長軸に沿った均一な所定の結晶方位を有するステップと、
前記シード層の前記均一な所定の結晶方位を維持しながら、前記シード層を平坦化するステップと
を備える方法。
【請求項２】
平坦化した後、前記シード層をエッチングするステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記シード層を平坦化するステップが、
前記シード層を化学機械研磨するステップと、
前記シード層の前記均一な所定の結晶方位を維持するように、前記シード層の前記化学機械研磨から残渣を除去するステップと
を備える、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記シード層の前記均一な所定の結晶方位が（１１１）結晶方位を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記シード層を平坦化するステップが、０．２ナノメートルを下回る２乗平均平方根（ＲＭＳ）を備える、前記シード層にとっての平滑度を達成するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記シード層の厚さが１０〜２０ナノメートルの範囲の中にある、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ｐＭＴＪデバイスを、モバイルフォン、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、コンピュータ、ハンドヘルドパーソナル通信システム（ＰＣＳ）ユニット、ポータブルデータユニット、および／または固定位置データユニットに統合するステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
垂直磁気トンネル接合（ｐＭＴＪ）デバイスであって、
前記ｐＭＴＪデバイスの第１の電極上のシード層であって、少なくとも成長軸に沿った均一な所定の結晶方位、および実質的に平坦な表面を有する前記シード層と、
前記シード層の前記実質的に平坦な表面上の磁性材料と
を備える垂直磁気トンネル接合デバイス。
【請求項９】
前記磁性材料が３ｄ積層遷移導電性材料を備える、請求項８に記載のｐＭＴＪデバイス。
【請求項１０】
前記シード層が、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ルテニウム（Ｒｕ）、または白金（Ｐｔ）の合金または積層を備える、請求項８に記載のｐＭＴＪデバイス。
【請求項１１】
前記シード層の前記実質的に平坦な表面の平滑度が、０．２ナノメートルを下回る２乗平均平方根（ＲＭＳ）を備える、請求項８に記載のｐＭＴＪデバイス。
【請求項１２】
前記シード層の厚さが１０〜２０ナノメートルの範囲の中にある、請求項１１に記載のｐＭＴＪデバイス。
【請求項１３】
モバイルフォン、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、コンピュータ、ハンドヘルドパーソナル通信システム（ＰＣＳ）ユニット、ポータブルデータユニット、および／または固定位置データユニットに統合された、請求項８に記載のｐＭＴＪデバイス。
【請求項１４】
垂直磁気トンネル接合（ｐＭＴＪ）デバイスを製作する方法であって、
前記ｐＭＴＪデバイスの第１の電極上にシード層を成長させるステップであって、前記シード層が、少なくとも成長軸に沿った均一な所定の結晶方位を有するステップと、
前記シード層の前記均一な所定の結晶方位を維持しながら、前記シード層を平坦化するステップと
を備える方法。
【請求項１５】
平坦化した後、前記シード層をエッチングするステップをさらに備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記シード層を平坦化するステップが、
前記シード層を化学機械研磨するステップと、
前記シード層の前記均一な所定の結晶方位を維持するように、前記シード層の前記化学機械研磨から残渣を除去するステップと
を備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記シード層の前記均一な所定の結晶方位が（１１１）結晶方位を備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記シード層を平坦化するステップが、０．２ナノメートルを下回る２乗平均平方根（ＲＭＳ）を備える、前記シード層にとっての平滑度を達成するステップを備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記シード層の厚さが１０〜２０ナノメートルの範囲の中にある、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ｐＭＴＪデバイスを、モバイルフォン、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、コンピュータ、ハンドヘルドパーソナル通信システム（ＰＣＳ）ユニット、ポータブルデータユニット、および／または固定位置データユニットに統合するステップをさらに備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
垂直磁気トンネル接合（ｐＭＴＪ）デバイスであって、
前記ｐＭＴＪデバイスの第１の電極上のシード層であって、少なくとも成長軸に沿った均一な所定の結晶方位、および実質的に平坦な表面を有する前記シード層と、
前記シード層の前記実質的に平坦な表面上に磁荷を生成させるための手段と
を備える垂直磁気トンネル接合デバイス。
【請求項２２】
前記磁荷生成手段が３ｄ積層遷移導電性材料を備える、請求項２１に記載のｐＭＴＪデバイス。
【請求項２３】
前記シード層が、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ルテニウム（Ｒｕ）、または白金（Ｐｔ）の合金または積層を備える、請求項２１に記載のｐＭＴＪデバイス。
【請求項２４】
前記シード層の前記実質的に平坦な表面の平滑度が、０．２ナノメートルを下回る２乗平均平方根（ＲＭＳ）を備える、請求項２１に記載のｐＭＴＪデバイス。
【請求項２５】
前記シード層の厚さが１０〜２０ナノメートルの範囲の中にある、請求項２４に記載のｐＭＴＪデバイス。
【請求項２６】
モバイルフォン、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、コンピュータ、ハンドヘルドパーソナル通信システム（ＰＣＳ）ユニット、ポータブルデータユニット、および／または固定位置データユニットに統合された、請求項２１に記載のｐＭＴＪデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、Ｍａｔｔｈｉａｓ  Ｇｅｏｒｇ  Ｇｏｔｔｗａｌｄらの名義の２０１４年４月２８日に出願された米国仮特許出願第６１／９８５，４４４号、およびＭａｔｔｈｉａｓ  Ｇｅｏｒｇ  Ｇｏｔｔｗａｌｄらの名義の２０１４年４月２９日に出願された米国仮特許出願第６１／９８６，０５９号の利益を主張し、上記の仮出願の開示は、参照により全体が本明細書に明示的に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、一般に、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスに関する。より詳細には、本開示は、高垂直磁気異方性材料用の均一な所定の結晶方位シード層に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）チップ技術とは異なり、磁気ＲＡＭ（ＭＲＡＭ）の中の記憶素子の磁化によってデータが記憶される。記憶素子の基本構造は、薄いトンネリング障壁によって隔てられたメタリック強磁性層からなる。通常、障壁の下の強磁性層（たとえば、ピン層）は、特定の方向に固定されている磁化を有する。トンネリング障壁の上の強磁性層（たとえば、自由層）は、磁化の方向が「１」または「０」のいずれかを表すように変えられ得る。たとえば、自由層の磁化が固定層の磁化と反平行であるとき、「１」が表され得る。さらに、自由層の磁化が固定層の磁化と平行であるとき、「０」が表され得、またはその逆も同様である。固定層、トンネリング層、および自由層を有する１つのそのようなデバイスが、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）である。ＭＴＪの電気抵抗は、自由層の磁化および固定層の磁化が、互いに平行であるのか、それとも反平行であるのかに依存する。ＭＲＡＭなどのメモリデバイスは、個別にアドレス可能なＭＴＪのアレイから構築される。
【０００４】
従来のＭＲＡＭにデータを書き込むために、臨界スイッチング電流を超える書込み電流がＭＴＪを通って印加される。臨界スイッチング電流を超える書込み電流を印加することが、自由層の磁化の方向を変化させる。書込み電流が第１の方向に流れるとき、ＭＴＪは、第１の状態に置かれるか、または第１の状態にとどまることができ、第１の状態では、その自由層の磁化方向および固定層の磁化方向が、平行な向きに揃う。書込み電流が第１の方向と反対の第２の方向に流れるとき、ＭＴＪは、第２の状態に置かれるか、または第２の状態にとどまることができ、第２の状態では、その自由層の磁化および固定層の磁化が、反平行の向きにある。
【０００５】
従来のＭＲＡＭにおいてデータを読み取るために、ＭＴＪにデータを書き込むために使用される同じ電流経路を介して、読取り電流がＭＴＪを通って流れ得る。ＭＴＪの自由層および固定層の磁化が互いに平行に向いている場合、ＭＴＪは平行の抵抗値を示す。平行の抵抗値は、自由層および固定層の磁化が反平行の向きにあればＭＴＪが示すことになる（反平行の）抵抗値と異なる。従来のＭＲＡＭでは、２つの異なる状態は、ＭＲＡＭのビットセルの中のＭＴＪの２つの異なる抵抗値によって定義される。２つの異なる抵抗値は、ＭＴＪによって論理「０」の値が記憶されているのか、それとも論理「１」の値が記憶されているのかを示す。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
垂直磁気トンネル接合（ｐＭＴＪ）デバイスを製作する方法は、ｐＭＴＪデバイスの第１の電極上にシード層を成長させることを含む。シード層は、成長軸に沿った均一な所定の結晶方位を有する。方法はまた、シード層の均一な所定の結晶方位を維持しながら、シード層を平坦化することを含む。
【０００７】
ｐＭＴＪデバイスは、ｐＭＴＪデバイスの第１の電極上にシード層を含む。シード層は、成長軸に沿った均一な所定の結晶方位、および実質的に平坦な表面を有する。ｐＭＴＪデバイスはまた、シード層の実質的に平坦な表面上に磁性材料を含む。
【０００８】
ｐＭＴＪデバイスは、ｐＭＴＪデバイスの第１の電極上にシード層を含む。シード層は、少なくともその成長軸に沿った均一な所定の結晶方位、および実質的に平坦な表面を有する。ｐＭＴＪデバイスはまた、シード層の実質的に平坦な表面上に磁荷を生成するための手段を含む。
【０００９】
上記は、以下の発明を実施するための形態がよりよく理解され得るように、本開示の特徴および技術的利点について、かなり大まかに概説している。本開示のさらなる特徴および利点が、以下に説明される。本開示が、本開示と同じ目的を果たすための他の構造を変更または設計するための基礎として容易に利用され得ることを、当業者は諒解されたい。そのような均等構成が、添付の特許請求の範囲に記載されるような本開示の教示から逸脱しないことも、当業者には理解されたい。本開示の機構と動作方法の両方に関して本開示の特徴になると考えられる新規の特徴が、さらなる目的および利点とともに、以下の説明を添付の図と併せて検討することからより深く理解されるであろう。しかしながら、図の各々が、例示および説明のために提供されるにすぎず、本開示の範囲を定めるものではないことを明確に理解されたい。
【００１０】
本開示のより完全な理解が得られるように、ここで、添付の図面と併せて以下の説明が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】アクセストランジスタに接続された磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスの図である。
【図２】ＭＴＪを含む従来の磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セルの概念図である。
【図３】本開示の態様による垂直磁気トンネル接合（ｐＭＴＪ）構造の概略断面図である。
【図４】本開示の態様によるシード層製造プロセスを示すｐＭＴＪ構造の概略断面図である。
【図５Ａ】従来のシード層製造プロセス対本開示の態様によるシード層製造プロセスを用いて製作されるｐＭＴＪ構造の概略断面図である。
【図５Ｂ】従来のシード層製造プロセス対本開示の態様によるシード層製造プロセスを用いて製作されるｐＭＴＪ構造の概略断面図である。
【図６】本開示の態様によるｐＭＴＪデバイスを製作する方法を示すプロセスフロー図である。
【図７】本開示の一構成が有利に採用され得る例示的なワイヤレス通信システムを示すブロック図である。
【図８】一構成による半導体構成要素の回路設計、レイアウト設計、および論理設計のために使用される設計用ワークステーションを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
添付の図面に関して以下に記載する詳細な説明は、様々な構成の説明として意図されており、本明細書で説明する概念が実施され得る唯一の構成を表すことは意図されていない。詳細な説明は、様々な概念の完全な理解をもたらすことを目的とした具体的な詳細を含む。しかしながら、これらの概念がこれらの具体的な詳細なしに実施され得ることが当業者には明らかであろう。場合によっては、そのような概念を曖昧にすることを回避するために、よく知られている構造および構成要素がブロック図の形で示される。本明細書で説明するとき、「および／または」という用語の使用は、「包含的論理和」を表すことが意図され、「または」という用語の使用は、「排他的論理和」を表すことが意図される。
【００１３】
ＭＲＡＭは、磁性素子を使用する不揮発性メモリ技術である。たとえば、スピントランスファートルク磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＳＴＴ−ＭＲＡＭ）は、電子が薄膜（スピンフィルタ）を通過するときにスピン偏極された状態になる電子を使用する。ＳＴＴ−ＭＲＡＭは、スピントランスファートルクＲＡＭ（ＳＴＴ−ＲＡＭ）、スピントルクトランスファー磁化スイッチングＲＡＭ（スピンＲＡＭ）、およびスピンモーメントトランスファー（ＳＭＴ−ＲＡＭ）とも呼ばれる。
【００１４】
磁気ランダムアクセスメモリのビットセルは、記憶素子（たとえば、ＭＲＡＭの場合にはＭＴＪ）のパターンを含む１つまたは複数のアレイの中に配置され得る。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（ＳＴＴ−ＭＲＡＭ）は、不揮発性という利点を有する新興の不揮発性メモリである。詳細には、ＳＴＴ−ＭＲＡＭは、オフチップのダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）よりも高速に動作する。さらに、ＳＴＴ−ＭＲＡＭは、埋込みスタティックランダムアクセスメモリ（ｅＳＲＡＭ）よりもチップサイズが小さく、読取り／書込みの耐久性に制限がなく、アレイ漏れ電流が小さい。
【００１５】
垂直磁気トンネル接合（ｐＭＴＪ）は、ＳＴＴ−ＭＲＡＭ内の素子であり得る。しかしながら、ｐＭＴＪなどのデバイスは、基準層として使用され得る高垂直磁気異方性（ＰＭＡ）材料を使用することを規定する。３ｄ磁性素子だけを含む垂直磁気積層を使用することは有益と見なされ、ここで、３ｄは周期表の中での化学元素の位置を指す（たとえば、元素２１〜３０）。高ＰＭＡ材料として使用され得る３ｄ磁性素子を含む磁気積層の例は、コバルトニッケル（Ｃｏ／Ｎｉ）またはコバルト鉄／ニッケル（ＣｏＦｅ／Ｎｉ）を含む。詳細には、３ｄ元素を使用することは、それらの使用が反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）の有効性およびスピントランスファートルク効率を改善するので、パターニングプロセスの点から有益であり得る。厚さ１０〜２０ナノメートルのニッケルクロム（ＮｉＣｒ）合金を含み得るこれらの材料はまた、高テクスチャおよび小さい格子不整合をもたらす結晶性シード層を規定することがある。残念ながら、シード層の結晶化度は、粗度（たとえば、０．５ナノメートルよりも大きい）につながることがある。この粗度は、たとえば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）ベースのトンネリングデバイスまたは他のＭＲＡＭベースのデバイスの高い磁気抵抗性能を得ることと親和性がない場合がある。
【００１６】
本開示の一態様は、垂直磁性材料素子用の高結晶性テクスチャを有するシード層（たとえば、［ＣｏＦｅ／Ｎｉ］積層用のＮｉＣｒ合金シード層）を製造するための２ステップ手法を含む。この２ステップ手法はまた、高性能ＭｇＯベースのｐＭＴＪのトポロジー仕様を満たす。第１のステップは、ｐＭＴＪの第１の電極上にシード層を成長させることを含み得、シード層は、シード層の成長軸に沿った均一な所定の結晶方位を有する。第２のステップは、成長方向、すなわち、シード層の成長軸の方向に沿った均一な所定の結晶方位を維持しながら、シード層を平坦化することを含み得る。シード層を平坦化するために、化学機械研磨（ＣＭＰ）などのエッチングプロセスが採用され得る。たとえば、ＣＭＰは、デバイスの結晶性テクスチャ（すなわち、成長軸に沿った結晶性方位）を変えることなく、０．２ナノメートルを下回る２乗平均平方根（ＲＭＳ）である所定の平滑度にシード層を平坦化することができる。シード層の初期厚さは、２５〜３０ナノメートルであってよい。平坦化の後のシード層の厚さは、１０〜２０ナノメートルの範囲の中にあってよい。シード層の成長方向に沿った均一な所定の結晶方位は、たとえば、（１１１）結晶方位であってよい。
【００１７】
図１は、アクセストランジスタ１０４に結合された磁気トンネル接合（ＭＴＪ）１０２を含むメモリデバイスのメモリセル１００を示す。メモリデバイスは、個別にアドレス可能なＭＴＪのアレイから構築される磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）デバイスであってよい。ＭＴＪスタックは、自由層、固定層、およびそれらの間のトンネル障壁層、ならびに１つまたは複数の強磁性層を含んでよい。典型的に、ＭＴＪ１０２の自由層１１０は、ビット線１１２に結合される。アクセストランジスタ１０４は、ＭＴＪ１０２の固定層１０６と固定電位ノード１２２との間に結合される。トンネル障壁層１１４は、固定層１０６と自由層１１０との間に結合される。アクセストランジスタ１０４は、ワード線１１８に結合されたゲート１１６を含む。
【００１８】
固定層１０６および自由層１１０を形成するために、合成反強磁性材料が使用され得る。たとえば、固定層１０６は、コバルト鉄ホウ素（ＣｏＦｅＢ）層、ルテニウム（Ｒｕ）層、およびコバルト鉄（ＣｏＦｅ）層を含む複数の材料層を備え得る。さらに、自由層１１０も、コバルト鉄ホウ素（ＣｏＦｅＢ）層、ルテニウム（Ｒｕ）層、およびコバルト鉄（ＣｏＦｅ）層を含む複数の材料層を含み得る。さらに、トンネル障壁層１１４は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）であってよい。
【００１９】
図２は、従来のＳＴＴ−ＭＲＡＭビットセル２００を示す。ＳＴＴ−ＭＲＡＭビットセル２００は、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）記憶素子２０５、トランジスタ２０１、ビット線２０２、およびワード線２０３を含む。たとえば、ＭＴＪ記憶素子は、その各々が磁場または磁気偏極を保持することができる、少なくとも２つの強磁性層（ピン層および自由層）から形成され、薄い非磁性の絶縁層（トンネリング障壁）によって隔てられている。２つの強磁性層からの電子は、強磁性層に印加されるバイアス電圧のもとでのトンネル効果により、トンネリング障壁を透過することができる。自由層の磁気偏極は、ピン層および自由層の極性が、実質的に揃うか、または反対になるかのいずれかとなるように反転され得る。ＭＴＪを通る電気経路の抵抗値は、ピン層および自由層の偏極の整合に応じて変化する。抵抗値のこの変化は、ビットセル２００をプログラムするとともにビットセル２００を読み取るために使用され得る。ＳＴＴ−ＭＲＡＭビットセル２００はまた、ソース線２０４、センス増幅器２０８、読取り／書込み回路２０６、およびビット線基準２０７を含む。
【００２０】
成長軸に沿った結晶性方位（たとえば、テクスチャ）は、シード層と高垂直磁気異方性（ＰＭＡ）材料との間で均一であるべきである。テクスチャは、Ｘ線回折を使用することによって材料の中で測定され得る。本明細書で説明するように、「高い」または「良好な」テクスチャという用語は、シード層の成長軸に沿った均一な結晶性方位であり得る。高ＰＭＡはまた、静磁気学と反対の状態で発生し得る。たとえば、厚さが横方向の寸法よりも薄い薄膜では、静磁気反磁場は面内磁化を促進し得る。
【００２１】
磁性材料にとって強いＰＭＡが望まれる場合、結晶性構造内の機構は、面に直交する結晶性の対称を破壊するように規定される。すなわち、ある種の「対称性破壊」力または他の機構が結晶性構造の中にもたらされる。さらに、磁性材料は結晶性であってよい。その結果、この磁性材料は、磁化が導かれるのを好む、本明細書で「容易軸」と呼ぶ特別な結晶性軸を示し得る。したがって、強いＰＭＡが望まれる場合、結晶成長または成長軸の方向は、容易軸が向いている方向と同じ方向に延びる。
【００２２】
結晶成長の方向は、磁気結晶性材料の中で強いＰＭＡをもたらすためだけでなく、結晶性材料の界面において強いＰＭＡをもたらすためにも重要である。たとえば、コバルトニッケル界面が適用されることになる。検討すべき重要な特性は、所与の結晶の成長方向と、結晶性材料の界面異方性または界面ＰＭＡが特定の成長方向に対して高いまたは低いか否かであることになる。たとえば、コバルトニッケルの場合、（１１１）結晶方位方向は、結晶性の観点から、また同様に界面異方性の観点から、最高のＰＭＡを実現する。したがって、コバルトニッケルまたはコバルト鉄ニッケルが、（１１１）結晶方位軸に沿って成長することが重要である。
【００２３】
図３は、本開示の態様による垂直磁気トンネル接合（ｐＭＴＪ）構造３００の概略断面図である。ｐＭＴＪ構造３００（たとえば、ｐＭＴＪデバイス）は、第１の電極３０２、シード層３０４、高垂直磁気異方性（ＰＭＡ）層３０６、およびテクスチャ破壊層３０８を含む。ｐＭＴＪ構造３００はまた、コバルト（Ｃ）鉄（Ｆｅ）およびホウ素（Ｂ）（ＣＦＢ）ベースのスピン偏極層３１０、トンネリング障壁３１２、自由層３１４、および第２の電極３１６を含む。
【００２４】
第１の電極３０２上のシード層３０４は、シード層３０４の成長軸に沿った均一な所定の結晶方位、ならびにシード層３０４の実質的に平坦な表面を有し得る。シード層のテクスチャは、特定の結晶方位内または対象の方向内での材料の中の結晶性秩序の程度、すなわち所与の材料がどれくらい良好に結晶化されているのかを指し得る。一構成では、シード層の成長軸に沿った均一な所定の結晶方位は、（１１１）結晶方位である。高ＰＭＡ層３０６は、シード層３０４の実質的に平坦な表面上の磁性材料であってよい。シード層３０４は、所定の平滑度をもたらすように１０〜２０ナノメートルの範囲の中の厚さに平坦化され得る。
【００２５】
本開示の一態様によれば、結晶性構造の表面の平滑度は、成長軸に沿ったその結晶性構造の結晶性方位と一緒に見いだされる性質である。結晶性構造の平滑度は、成長軸に沿った結晶性テクスチャまたは結晶性方位を変えることなく、０．２ナノメートルを下回る２乗平均平方根（ＲＭＳ）であり得る。たとえば、上記で説明した平滑度は、厚さが１０〜２０ナノメートルの範囲の中の材料に対して規定され得る。この例示的な厚さ範囲は、化学機械研磨（ＣＭＰ）が実現可能である厚さ範囲である。対照的に、他の従来の平滑度技法（たとえば、プラズマ平滑化処置）は、規模がずっと小さい厚さにだけ適用可能であり得、または異なる平滑化処置は、規模がずっと大きい厚さにだけ適用可能であり得る。
【００２６】
第１の電極３０２および第２の電極３１６は、銅またはアルミニウムなどの任意の導電性材料であってよい。シード層３０４は、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）の合金もしくは積層、または同様に高い結晶化度を有し得る高テクスチャおよび小さい格子不整合を有する類似の材料から作られてよく、またはそれらを含んでよい。高ＰＭＡ層３０６は、コバルトを伴うパラジウムもしくは白金などの高価な導電性材料に基づく積層から作られてよく、またはコバルトニッケルもしくはコバルト鉄ニッケルのような遷移導電性材料に基づく３ｄ金属積層から作られてもよい。テクスチャ破壊層３０８は、タンタル、鉄、および／または鉄タンタルであってよく、通常、高ＰＭＡ層３０６とＣＦＢベースのスピン偏極層３１０との間に挿入される。ＣＦＢベースのスピン偏極層３１０は、コバルト、鉄、および／またはホウ素であってよい。トンネリング障壁３１２は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）であってよい。ＭＴＪの場合、トンネリング障壁３１２は、ＭＴＪの障壁層として機能し得る。基準層または固定層は、第１の電極３０２とトンネリング障壁３１２の表面との間の材料を含む。
【００２７】
ｐＭＴＪ構造における高ＰＭＡ材料とシード層の組合せについての仕様は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と親和性のあるトポロジー、パターニングにとって親和性のある反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）化学作用、および高いスピントランスファートルク（ＳＴＴ）効率と親和性のある全体的な構造を含むことがある。構造の中の良好に適合された結晶化度を高性能デバイスに与えるように、ｐＭＴＪ構造の製作が実行される。構造の中の結晶化度は、コバルトまたはニッケルの積層メタリック構造などの３ｄ遷移金属に基づき得る、垂直材料にとって所望の磁気特性を可能にする。
【００２８】
シード層３０４が構築されるとき、シード層３０４の厚さとテクスチャとの間にトレードオフが生じる。たとえば、シード層３０４が薄すぎる場合、テクスチャの程度は不十分である。一方、シード層３０４が厚すぎるとき、シード層は極めて粗い表面を見せる。シード層３０４は、増大された厚さおよび高テクスチャを有するべきである。さらに、シード層３０４の表面は、比較的滑らかであるべきである。化学機械研磨（ＣＭＰ）などのプロセスは、シード層３０４の表面を、たとえば、数ナノメートルの程度に平滑化することができる。滑らかな表面を有する一部のシード層はまた、そのようなシード層の中にいくつかの結晶性材料がすでに存在するので、依然として高密度のテクスチャを有し得る。
【００２９】
一構成では、シード層３０４は、増大した厚さおよび所定の平滑度を有する。この構成では、所定の平滑度は、０．２ナノメートル未満の２乗平均平方根（ＲＭＳ）であり得る。この構成では、ｐＭＴＪ（たとえば、ＭＴＪスタック）は、パターニングの際の容易さ、高いスピントルクトランスファー効率、製造材料のより効率的な使用、より精密なデバイス整合、およびより小さいデバイス分散のためのより低いデバイス信頼性を含む、いくつかの性能優位性をもたらすシード層３０４を有する。より滑らかなシード層および／または他の層を有することによって、全体的なデバイス性能を改善する、層間の効果的な界面も維持される。
【００３０】
この構成では、ＣＦＢベースのスピン偏極層３１０の表面３１８に対して規定される高い結晶性平滑度をもたらすために、ＣＭＰを使用してシード層３０４が平滑化される。シード層３０４における粗さは、ＣＦＢベースのスピン偏極層３１０の表面３１８が所望の平滑度を有することを妨げる。適合された結晶化度レベル３２０は、ＣＦＢベースのスピン偏極層３１０およびトンネリング障壁３１２の表面３１８に対して規定される高い結晶性平滑度を達成するために平滑化される、シード層３０４および高ＰＭＡ層３０６の適合された結晶化度を規定する。適合された結晶化度は、高ＰＭＡ材料の磁気結晶異方性および磁気界面異方性の垂直部分を実質的に増大させる結晶性方位として定義され得る。
【００３１】
ｐＭＴＪ製造プロセスは、本開示の一態様によれば、シード層３０４における良好な性能と良好なテクスチャの両方を得る。たとえば、シード層３０４上でＣＭＰを使用することは、良好なテクスチャと良好な性能の両方をもたらす。しかしながら、シード層３０４上でのＣＭＰは、シード層３０４を汚す場合がある。本開示の一態様によれば、シード層３０４におけるいかなる汚れまたは汚れの副産物も、プレスパッタリングまたはマイルドエッチングなどのプロセスによって除去され得る。
【００３２】
図４Ａ〜図４Ｃは、本開示の態様によるシード層製造プロセスを示すｐＭＴＪ構造の概略断面図である。
【００３３】
図４Ａは、第１の電極４０２および粗いシード層４０４を有するｐＭＴＪ構造４００を示す。粗いシード層４０４は、高テクスチャならびに大きい粗さを含む。図４Ａは、最初に粗いシード層４０４が第１の電極４０２上に堆積するときを示す。一構成では、粗いシード層材料のおよそ２５〜３０ｎｍが第１の電極４０２上に堆積する。一構成では、粗いシード層４０４は、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ルテニウム（Ｒｕ）、または白金（Ｐｔ）の合金または積層を含む材料である。
【００３４】
図４Ｂは、第１の電極４０２および平滑化されたシード層４０６を有するｐＭＴＪ構造４１０を示す。ｐＭＴＪ構造４１０の平滑化されたシード層４０６は、図４ＡにおけるｐＭＴＪ構造４００の粗いシード層４０４に適用されたＣＭＰまたは別の平滑化プロセスから得られる。平滑化されたシード層４０６は、ほとんど粗さがなく滑らかであるが、依然として高テクスチャを含む。一構成では、平滑化されたシード層４０６は、ＣＭＰを用いて材料のおよそ１０〜２０ｎｍに削減される。ＣＭＰの場合、大量の材料を除去しなければならないことは望まれない。
【００３５】
図４Ｃは、第１の電極４０２、平滑化されたシード層４０６、および高垂直磁気異方性（ＰＭＡ）層４０８を有するｐＭＴＪ構造４２０を示す。高ＰＭＡ層４０８は、平滑化されたシード層４０６上に堆積したとき、滑らかであっても粗くてもよい。平滑化されたシード層４０６を覆う高ＰＭＡ層４０８は、ｐＭＴＪ構造４２０を高性能のｐＭＴＪ構造にさせる、適合された結晶化度をもたらす。高ＰＭＡ層４０８はまた、様々な材料から作られたシード層の上で良好に成長でき、同様にＳＴＴ−ＭＲＡＭ用途にとっていくつかの利点を有し得る、コバルト白金ベースの材料または基準層であってよい。シード層はまた、たとえば、コバルトニッケル、またはコバルト鉄ニッケルなどの積層遷移金属層に適合され得る。一構成では、白金またはパラジウムベースの層は、ｐＭＴＪ構造の層において避けられる。
【００３６】
たとえば、高ＰＭＡ層４０８の中での使用にとって良好なＰＭＡをもたらすことができる２種類の積層がある。第１に、コバルトを伴うパラジウムまたは白金などの高価な導電性材料に基づく積層がある。第２に、コバルトニッケル、またはコバルト鉄ニッケルのような３ｄ遷移導電性材料だけから作られる積層がある。ＳＴＴ−ＭＲＡＭの観点から、３ｄ遷移導電性材料だけの積層を使用することが望ましい。それらの３ｄ遷移導電性材料だけの積層は、極めて良好に適合されたシード層を有するはずである。そのような良好に適合されたシード層の例は、たとえば、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）である。さらに、良好に適合されたシード層は、良好なテクスチャおよび結晶化度を得るために、できるだけ厚くするべきである。しかしながら、粗さの問題が、−図４Ａにおいて上記に示したような−シード層において起こる場合がある。結果として、本開示は、粗さ問題を解決するとともに滑らかなシード層を生み出すための手法を提供する。
【００３７】
図５Ａ〜図５Ｂは、従来のシード層製造プロセス対本開示の態様によるシード層製造プロセスを用いて製作されるｐＭＴＪ構造の概略断面図である。
【００３８】
図５Ａは、炭素鉄（Ｆｅ）ホウ素（ＣＦＢ）ベースであってよい、第１の電極５０２、粗いシード層５０４、粗い高ＰＭＡ層５０６、粗いスピン偏極層５０８、粗いトンネリング障壁５１２、および粗い自由層５１４を有するｐＭＴＪ構造５００を示す。シード層および高ＰＭＡ層領域５１０は、第１の電極５０２、粗いシード層５０４、および粗い高ＰＭＡ層５０６を含む。障壁領域５１６を有するトンネリング構造は、粗いスピン偏極層５０８、粗いトンネリング障壁５１２、および粗い自由層５１４を含む。
【００３９】
図５Ｂは、平滑化された第１の電極５０２’、平滑化されたシード層５０４’、平滑化された高ＰＭＡ層５０６’、平滑化されたスピン偏極層５０８’、平滑化されたトンネリング障壁５１２’、および平滑化された自由層５１４’を有するｐＭＴＪ構造５００を示す。平滑化されたシード層および高ＰＭＡ層領域５１０’は、平滑化された第１の電極５０２’、平滑化されたシード層５０４’、および平滑化された高ＰＭＡ層５０６’を含む。障壁領域５１６’を有する平滑化されたトンネリング構造は、平滑化されたスピン偏極層５０８’、平滑化されたトンネリング障壁５１２’、および平滑化された自由層５１４’を含む。ｐＭＴＪ構造５００の粗いシード層５０４がＣＭＰなどの平滑化プロセスを受けたとき、ｐＭＴＪ構造５２０が生じる。
【００４０】
一構成では、粗いスピン偏極層５０８および平滑化されたスピン偏極層５０８’は、図３のＣＦＢベースのスピン偏極層３１０に相当し、粗いトンネリング障壁５１２および平滑化されたトンネリング障壁５１２’は、図３のトンネリング障壁３１２に相当し、粗い自由層５１４および平滑化された自由層５１４’は、図３の自由層３１４に相当する。
【００４１】
第１の電極５０２（および、図４Ａ〜図４Ｃの第１の電極４０２）の上の平滑化されたシード層５０４’（および、図４Ｂ〜図４Ｃの平滑化されたシード層４０６）は、少なくともそれらのそれぞれの成長軸に沿った均一な所定の結晶方位、ならびに実質的に平坦な表面を有し得る。一構成では、成長軸に沿った均一な所定の結晶方位は、（１１１）結晶方位である。高ＰＭＡ層５０６’（および、図４Ｃの高ＰＭＡ層４０８）は、平滑化されたシード層５０４’および４０６の実質的に平坦な表面上にある磁性材料であってよい。
【００４２】
図６は、本開示の態様によるｐＭＴＪデバイスを製作する方法６００を示すプロセスフロー図である。ブロック６０２において、シード層（たとえば、シード層３０４、粗いシード層４０４、粗いシード層５０４）が、垂直磁気トンネル接合（たとえば、ｐＭＴＪ構造３００、４００、４１０、４２０、５００、５２０）の第１の電極（たとえば、第１の電極３０２、第１の電極４０２、第１の電極５０２、平滑化された第１の電極５０２’）の上で成長する。シード層は、シード層の成長軸に沿った均一な所定の結晶方位を有する。ブロック６０４において、シード層は、シード層の成長軸に沿ったシード層の均一な所定の結晶方位を維持しながら平坦化される（たとえば、平滑化されたシード層４０６、平滑化されたシード層５０４’になるように）。
【００４３】
一構成では、平坦化した後、シード層はエッチングされる。別の構成では、シード層を平坦化することは、シード層を化学機械研磨（ＣＭＰ）することと、シード層の成長軸に沿ったシード層の均一な所定の結晶性方位を維持するように、シード層の化学機械研磨から残渣を除去することとを含む。
【００４４】
本開示の一態様によれば、垂直磁気トンネル接合（ｐＭＴＪ）デバイスは、ｐＭＴＪデバイスの第１の電極上のシード層、成長軸に沿った均一な所定の結晶方位を有するシード層、およびシード層の実質的に平坦な表面を備える。ｐＭＴＪデバイスはまた、シード層の実質的に平坦な表面上に磁荷を生成するための手段を含む。一構成では、磁荷生成手段は、高ＰＭＡ層３０６、高ＰＭＡ層４０８、粗い高ＰＭＡ層５０６、および／または平滑化された高ＰＭＡ層５０６’である。別の構成では、前述の手段は、前述の手段によって説明された機能を実行するように構成された任意の材料または任意の層であってよい。特定の手段が説明されてきたが、開示した手段のすべてが、開示した構成を実施するのに必要になるとは限らないことを、当業者なら諒解されよう。その上、本開示に対する注目を維持するために、よく知られているいくつかの手段は説明されていない。
【００４５】
一構成では、第１の電極３０２、４０２、５０２、平滑化された第１の電極５０２’、および第２の電極３１６を含む様々な導電層用に使用される導電性材料は、銅（Ｃｕ）、または高い導電率を有する他の導電性材料である。あるいは、導電性材料は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、軟銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、カルシウム（Ｃａ）、タングステン（Ｗ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、リチウム（Ｌｉ）、または鉄（Ｆｅ）を含んでよい。前述の導電性材料層はまた、電気めっき、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、スパッタリング、または蒸着によって堆積されてよい。
【００４６】
シード層（たとえば、シード層３０４、粗いシード層４０４、粗いシード層５０４、平滑化されたシード層４０６、平滑化されたシード層５０４’）は、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ルテニウム（Ｒｕ）、もしくは白金（Ｐｔ）の合金もしくは積層、または白金以外の前に記載した材料のいずれかの合金もしくは積層を含む材料であってよい。
【００４７】
高ＰＭＡ層３０６、４０８、５０６、および５０６’は、コバルトパラジウム（Ｃｏ／Ｐａ）もしくはコバルト白金（Ｃｏ／Ｐｔ）などのコバルトを伴うパラジウムもしくは白金などの高価な導電性材料、または前に記載した材料のいずれかの合金に基づく積層を含んでよい。前述の高ＰＭＡ層はまた、コバルトニッケル（Ｃｏ／Ｎｉ）もしくはコバルト鉄／ニッケル（ＣｏＦｅ／Ｎｉ）、または前に記載した材料の合金のような、３ｄ遷移導電性材料だけから作られた積層を含んでよい。３ｄは、周期表の中での化学元素の位置を指す（たとえば、元素２１〜３０）。
【００４８】
前述のｐＭＴＪ構造のいずれかにおいて使用される任意の絶縁材料は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）とフッ素ドープ体、炭素ドープ体、および多孔質炭素ドープ体、ならびにポリイミド、ポリノルボルネン、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのスピンオン有機ポリマー誘電体、スピンオンシリコーンベースポリマー誘電体、および窒素含有シリコンオキシカーバイド（ＳｉＣＯＮ）を含む、低ｋすなわち低誘電率値を有する材料から作られてよい。
【００４９】
上記のプロセスステップでは述べていないが、フォトレジスト、マスクを通した紫外線露光、フォトレジスト現像、およびリソグラフィが使用されてよい。フォトレジスト層は、スピンコーティング、液滴によるフォトレジスト堆積、吹付け、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、スパッタリング、または蒸着によって堆積されてよい。フォトレジスト層は、次いで露光され、次いで、露光されたフォトレジスト部分を洗い流すために塩化鉄（ＦｅＣｌ３）、塩化銅（ＣｕＣｌ２）、もしくはアルカリ性アンモニア（ＮＨ３）などの溶液を使用する化学エッチングプロセス、またはプラズマを使用するドライエッチングプロセスによってエッチングされてよい。フォトレジスト層はまた、化学フォトレジスト剥離プロセス、または、アッシングと呼ばれる、酸素などのプラズマを使用するドライフォトレジスト剥離プロセスによって剥離されてよい。
【００５０】
図７は、本開示の一態様が有利に採用され得る例示的なワイヤレス通信システム７００を示すブロック図である。例示のために、図７は、３つの遠隔ユニット７２０、７３０、および７５０、ならびに２つの基地局７４０を示す。ワイヤレス通信システムがより多くの遠隔ユニットおよび基地局を有してよいことが認識されよう。遠隔ユニット７２０、７３０、および７５０は、開示したｐＭＴＪデバイスを含むＩＣデバイス７２５Ａ、７２５Ｃ、および７２５Ｂを含む。他のデバイスも、基地局、スイッチングデバイス、およびネットワーク機器などの、開示したｐＭＴＪデバイスを含み得ることが認識されよう。図７は、基地局７４０から遠隔ユニット７２０、７３０、および７５０への順方向リンク信号７８０、ならびに、遠隔ユニット７２０、７３０、および７５０から基地局７４０への逆方向リンク信号７９０を示す。
【００５１】
図７では、遠隔ユニット７２０は携帯電話として示され、遠隔ユニット７３０はポータブルコンピュータとして示され、遠隔ユニット７５０はワイヤレスローカルループシステムにおける固定位置遠隔ユニットとして示される。たとえば、遠隔ユニットは、モバイルフォン、ハンドヘルドパーソナル通信システム（ＰＣＳ）ユニット、携帯情報端末などのポータブルデータユニット、ＧＰＳ対応デバイス、ナビゲーションデバイス、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、メーター読取り機器などの固定位置データユニット、またはデータもしくはコンピュータ命令を記憶する、もしくは取り出す他のデバイス、またはそれらの組合せであってよい。図７は本開示の教示による遠隔ユニットを示すが、本開示はこれらの例示的な示されたユニットに限定されない。本開示の態様は、開示したｐＭＴＪデバイスを含む多くのデバイスにおいて適切に採用され得る。
【００５２】
図８は、上記で開示したｐＭＴＪデバイスなどの、半導体構成要素の回路設計、レイアウト設計、および論理設計のために使用される設計用ワークステーションを示すブロック図である。設計用ワークステーション８００は、オペレーティングシステムソフトウェア、サポートファイル、およびＣａｄｅｎｃｅやＯｒＣＡＤなどの設計ソフトウェアを収容するハードディスク８０１を含む。設計用ワークステーション８００はまた、回路８１０、またはｐＭＴＪデバイスなどの半導体構成要素８１２の設計を容易にするためにディスプレイ８０２を含む。回路設計８１０または半導体構成要素８１２を有形に記憶するために、記憶媒体８０４が設けられる。回路設計８１０または半導体構成要素８１２は、ＧＤＳＩＩまたはＧＥＲＢＥＲなどのファイル形式で記憶媒体８０４に記憶され得る。記憶媒体８０４は、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ハードディスク、フラッシュメモリ、または他の適切なデバイスであってよい。さらに、設計用ワークステーション８００は、記憶媒体８０４から入力を受け取る、または記憶媒体８０４に出力を書き込むための、ドライブ装置８０３を含む。
【００５３】
記憶媒体８０４に記録されるデータは、論理回路構成、フォトリソグラフィマスク用のパターンデータ、または電子ビームリソグラフィなどの連続描画ツール用のマスクパターンデータを規定し得る。データは、論理シミュレーションに関連したタイミング図またはネット回路などの論理検証データをさらに含み得る。記憶媒体８０４上にデータを与えることは、半導体ウェハを設計するためのプロセス数を減らすことによって、回路設計８１０または半導体構成要素８１２の設計を容易にする。
【００５４】
ファームウェアおよび／またはソフトウェアの実装形態の場合、方法は、本明細書で説明する機能を実行するモジュール（たとえば、手順、機能など）を用いて実施され得る。本明細書で説明する方法を実施する際に、命令を有形に具現する機械可読媒体が使用され得る。たとえば、ソフトウェアコードは、メモリに記憶され得、プロセッサユニットによって実行され得る。メモリは、プロセッサユニット内またはプロセッサユニットの外部に実装され得る。本明細書では、「メモリ」という用語は、長期メモリ、短期メモリ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、または他のメモリのタイプを指し、特定のタイプのメモリもしくは特定の数のメモリ、またはメモリが格納される媒体のタイプに限定すべきではない。
【００５５】
ファームウェアおよび／またはソフトウェアで実装される場合、機能は、コンピュータ可読媒体上に１つまたは複数の命令またはコードとして記憶され得る。例は、データ構造を用いて符号化されたコンピュータ可読媒体、およびコンピュータプログラムを用いて符号化されたコンピュータ可読媒体を含む。コンピュータ可読媒体は物理的コンピュータ記憶媒体を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされ得る利用可能な媒体であり得る。限定ではなく例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭもしくは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージもしくは他の磁気記憶デバイス、または、所望のプログラムコードを命令もしくはデータ構造の形で記憶するために使用され得るとともに、コンピュータによってアクセスされ得る他の媒体を含むことができ、本明細書において使用されるディスク（ｄｉｓｋ）およびディスク（ｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（ｄｉｓｃ）（ＣＤ）、レーザーディスク（登録商標）（ｄｉｓｃ）、光ディスク（ｄｉｓｃ）、デジタル多用途ディスク（ｄｉｓｃ）（ＤＶＤ）、フロッピーディスク（ｄｉｓｋ）、およびブルーレイディスク（ｄｉｓｃ）を含み、ディスク（ｄｉｓｋ）は通常、データを磁気的に再生し、ディスク（ｄｉｓｃ）はデータをレーザーを用いて光学的に再生する。上記のものの組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。
【００５６】
コンピュータ可読媒体に記憶することに加えて、命令および／またはデータは、通信装置に含まれる伝送媒体上の信号として提供され得る。たとえば、通信装置は、命令およびデータを示す信号を有するトランシーバを含み得る。命令およびデータは、１つまたは複数のプロセッサに、特許請求の範囲において概説される機能を実施させるように構成される。
【００５７】
本明細書で説明される例示的な態様は、少なくとも上記で説明したプロセス関連の損傷からＭＴＪスタックを有益に保護できるようにし、それによって、ＭＴＪの製作における高い歩留まりを実現する。ＭＴＪスタックの様々な層が説明のために提供されるにすぎず、限定のために提供されるものでないことを諒解されたい。さらなる層が追加されてもよく、かつ／または、層は除去もしくは結合されてもよく、その時は示されたものと異なる材料を備えてもよい。
【００５８】
本明細書で説明するＭＴＪ記憶素子を含むメモリデバイスは、モバイルフォン、ポータブルコンピュータ、ハンドヘルドパーソナル通信システム（ＰＣＳ）ユニット、携帯情報端末（ＰＤＡ）のなどのポータブルデータユニット、ＧＰＳ対応デバイス、ナビゲーションデバイス、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、メーター読取り機器などの固定位置データユニット、データもしくはコンピュータ命令を記憶する、もしくは取り出す任意の他のデバイス、またはそれらの任意の組合せの中に含まれ得ることを諒解されたい。したがって、本開示の態様は、本明細書で開示するＭＴＪ記憶素子を有するメモリを含む、能動集積回路を含む任意のデバイスにおいて適切に採用され得る。
【００５９】
さらに、様々なメモリデバイスが本明細書で開示するようなＭＴＪ記憶素子のアレイを含み得ることを諒解されたい。さらに、本明細書で開示するＭＴＪ記憶素子は、論理回路などの様々な他の用途において使用され得る。したがって、前述の開示の部分はスタンドアロンのＭＴＪ記憶素子を説明するが、ＭＴＪ記憶素子が組み込まれるデバイスを様々な態様が含み得ることを諒解されたい。
【００６０】
したがって、態様は、プロセッサによって実行されたとき、プロセッサおよび他の協働する要素を、命令によって規定されたように本明細書で説明した機能を実行するための機械に変換する命令を実施する機械可読媒体またはコンピュータ可読媒体を含むことができる。
【００６１】
上記の開示は例示的な態様を示すが、添付の特許請求の範囲によって定義されるような本開示の範囲から逸脱することなく、本明細書において様々な変更および修正がなされ得ることに留意されたい。本明細書で説明する態様による方法クレームの機能、ステップ、および／または動作は、いかなる特定の順序で実行される必要もない。さらに、態様の要素は、単数形で説明または特許請求されていることがあるが、単数形への限定が明示的に述べられていない限り複数形が企図される。
【００６２】
本開示およびその利点が詳細に説明されたが、添付の特許請求の範囲によって定められるような本開示の技術から逸脱することなく、本明細書において様々な変更、置換、および改変が行われ得ることを理解されたい。たとえば、「上方」、「下方」、「上部」、および「下部」などの関係性の用語が、基板または電子デバイスに関して使用される。当然、基板または電子デバイスが反転される場合、上方は下方になり、上部は下部になり、その逆も同様である。加えて、たとえば、横向きにされた場合、「上方」、「下方」、「上部」、および「下部」という用語は、基板または電子デバイスの側部を指し得る。
【００６３】
「例示的」という言葉は、本明細書では、「例、事例、または例示として機能する」ことを意味するために使用される。「例示的」として本明細書で説明するいずれの態様も、他の態様よりも好ましい、または有利であるものとして必ずしも解釈されるとは限らない。同様に、「本開示の態様」という用語は、本開示のすべての態様が、説明される特徴、利点、または動作モードを含むことを必要としない。本明細書で使用される用語は、特定の態様を説明することのみを目的とし、本開示の態様を限定することは意図されない。
【００６４】
本明細書で使用される単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が別段に明確に示さない限り複数形を含むことを意図する。本明細書で使用されるとき、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、および／または「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらのグループの存在または追加を排除しないことがさらに理解されよう。
【００６５】
その上、本出願の範囲は、本明細書で説明するプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法、およびステップの特定の構成に限定されることを意図していない。本開示から当業者が容易に諒解するように、本明細書で説明される対応する構成と実質的に同じ機能を実行するかまたは実質的にそれと同じ結果を達成する、現存するかまたは今後開発されるプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法、またはステップが、本開示に従って利用され得る。したがって、添付の特許請求の範囲は、そのようなプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法、またはステップをそれらの範囲内に含むことを意図する。
【符号の説明】
【００６６】
１０４  アクセストランジスタ
１０６  固定層
１１０  自由層
１１２  ビット線
１１４  トンネル障壁層
１１６  ゲート
１１８  ワード線
１２２  固定電位ノード
２００  ＳＴＴ−ＭＲＡＭビットセル
２０１  トランジスタ
２０２  ビット線
２０３  ワード線
２０４  ソース線
２０５  磁気トンネル接合記憶素子
２０６  読取り／書込み回路
２０７  ビット線基準
２０８  センス増幅器
３００  垂直磁気トンネル接合構造
３０２  第１の電極
３０４  シード層
３０６  高垂直磁気異方性層
３０８  テクスチャ破壊層
３１０  スピン偏極層
３１２  トンネリング障壁
３１４  自由層
３１６  第２の電極
４０２  第１の電極
４０４  粗いシード層
４０６  平滑化されたシード層
４０８  高垂直磁気異方性層
５０２  第１の電極
５０４  粗いシード層
５０６  粗い高ＰＭＡ層
５０８  粗いスピン偏極層
５１２  粗いトンネリング障壁
５１４  粗い自由層
５０２’  平滑化された第１の電極
５０４’  平滑化されたシード層
５０６’  平滑化された高ＰＭＡ層
５０８’  平滑化されたスピン偏極層
５１２’  平滑化されたトンネリング障壁
５１４’  平滑化された自由層
【図１】
2017516303.tif 000003
【図２】
2017516303.tif 000004
【図３】
2017516303.tif 000005
【図４Ａ−４Ｃ】
2017516303.tif 000006
【図５Ａ】
2017516303.tif 000007
【図５Ｂ】
2017516303.tif 000008
【図６】
2017516303.tif 000009
【図７】
2017516303.tif 000010
【図８】
2017516303.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月26日(2016.10.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直磁気トンネル接合（ｐＭＴＪ）デバイスであって、
前記ｐＭＴＪデバイスの第１の電極の表面の直上のシード層であって、少なくとも成長軸に沿った均一な所定の結晶方位、および実質的に平坦な表面を有する前記シード層と、
前記シード層の前記実質的に平坦な表面上の磁性材料と、
前記磁性材料上のテクスチャ破壊層と、
前記テクスチャ破壊層上のスピン偏極層と
を備える垂直磁気トンネル接合デバイス。
【請求項２】
前記磁性材料が３ｄ積層遷移導電性材料を備える、請求項１に記載のｐＭＴＪデバイス。
【請求項３】
前記シード層が、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ルテニウム（Ｒｕ）、または白金（Ｐｔ）の合金または積層を備える、請求項１に記載のｐＭＴＪデバイス。
【請求項４】
前記シード層の前記実質的に平坦な表面の平滑度が、０．２ナノメートルを下回る２乗平均平方根（ＲＭＳ）を備える、請求項１に記載のｐＭＴＪデバイス。
【請求項５】
前記シード層の厚さが１０〜２０ナノメートルの範囲の中にある、請求項１に記載のｐＭＴＪデバイス。
【請求項６】
モバイルフォン、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、コンピュータ、ハンドヘルドパーソナル通信システム（ＰＣＳ）ユニット、ポータブルデータユニット、および／または固定位置データユニットに統合された、請求項１に記載のｐＭＴＪデバイス。
【請求項７】
垂直磁気トンネル接合（ｐＭＴＪ）デバイスであって、
前記ｐＭＴＪデバイスの第１の電極の表面の直上のシード層であって、少なくとも成長軸に沿った均一な所定の結晶方位、および実質的に平坦な表面を有する前記シード層と、
前記シード層の前記実質的に平坦な表面上に磁荷を生成させるための手段と、
前記磁荷生成手段上のテクスチャ破壊層と、
前記テクスチャ破壊層上のスピン偏極層と
を備える垂直磁気トンネル接合デバイス。
【請求項８】
前記磁荷生成手段が３ｄ積層遷移導電性材料を備える、請求項７に記載のｐＭＴＪデバイス。
【請求項９】
前記シード層が、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ルテニウム（Ｒｕ）、または白金（Ｐｔ）の合金または積層を備える、請求項７に記載のｐＭＴＪデバイス。
【請求項１０】
前記シード層の前記実質的に平坦な表面の平滑度が、０．２ナノメートルを下回る２乗平均平方根（ＲＭＳ）を備える、請求項７に記載のｐＭＴＪデバイス。
【請求項１１】
前記シード層の厚さが１０〜２０ナノメートルの範囲の中にある、請求項７に記載のｐＭＴＪデバイス。
【請求項１２】
モバイルフォン、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、コンピュータ、ハンドヘルドパーソナル通信システム（ＰＣＳ）ユニット、ポータブルデータユニット、および／または固定位置データユニットに統合された、請求項７に記載のｐＭＴＪデバイス。
【国際調査報告】
2017516303.tif 000012
2017516303.tif 000013