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JP5694366B2

Magnetic tunnel junction device

Abstract

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JP5694366B2, drawing sheet 1
Sheet 1 of 7

Term

Projected expiry 8 December 2030.

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  5. Projected expiry

37 claims: 19 independent, 18 dependent

  1. 1
    半導体デバイスを備えた磁気トンネル接合デバイスであって、 前記半導体デバイスが、 第1自由層;第2自由層;スピントルク強化層;および 前記第1自由層と前記第2自由層との間のスペーサー層を備え、 前記スペーサー層が、1つの材料を含み、前記第1自由層と前記第2自由層との間の交換結合を実質的に抑制する厚さを有し、 前記スペーサー層が、少なくとも2つの層を備え、 前記第1自由層が、前記第2自由層と静磁的に結合されたことを特徴とする磁気トンネル接合デバイス。
  2. 2
    前記第1自由層が、CoFeBを含むことを特徴とする請求項1に記載の磁気トンネル接合デバイス。
  3. 3
    前記第2自由層が、NiFeを含むことを特徴とする請求項1に記載の磁気トンネル接合デバイス。
  4. 4
    合成反-強磁性(SAF)層をさらに備え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デバイス。
  5. 5
    前記SAF層内の磁場の方向をピン止めするための反-強磁性(AFM)ピン止め層をさらに備えることを特徴とする請求項4に記載の磁気トンネル接合デバイス。
  6. 6
    前記スペーサー層の厚さが、少なくとも4オングストロームであ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デバイス。
  7. 7
    前記スペーサー層の厚さが、少なくとも10オングストロームであ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デバイス。
  8. 8
    前記スペーサー層の材料が、TaおよびMgOのうちの1つを含むことを特徴とする請求項1に記載の磁気トンネル接合デバイス。
  9. 9
    前記第2自由層の厚さが、前記第1自由層の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の磁気トンネル接合デバイス。
  10. 10
    前記磁気トンネル接合デバイスが、メモリセル内に存在し、 前記磁気トンネル接合デバイスを流れる書き込み電流が、前記メモリセル内に記憶されたデータ値を変更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デバイス。
  11. 11
    前記第1自由層内の磁気-歪みが、前記第2自由層によって低減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デバイス。
  12. 12
    前記第1自由層内の第1磁気モーメントと、前記第2自由層内の第2磁気モーメントと、が、逆-平行であ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デバイス。
  13. 13
    前記スピントルク強化層と隣接するキャッピング層をさらに備え、 前記キャッピング層が、スピンバリアを形成するが、ピン止め層ではないことを特徴とする請求項1に記載の磁気トンネル接合デバイス。
  14. 14
    前記スピントルク強化層と前記第2自由層との間にスピン蓄積層をさらに備え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デバイス。
  15. 15
    前記第1自由層の厚さが、15~20オングストロームの間であ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デバイス。
  16. 16
    前記第2自由層の厚さが、10~60オングストロームの間であ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デバイス。
  17. 17
    前記第2自由層の厚さが、15~40オングストロームの間であ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デバイス。
  18. 18
    少なくとも1つの半導体ダイ内に組み込ま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デバイス。
  19. 19
    セットトップボックス、音楽プレーヤー、ビデオプレーヤー、エンタテイメントユニット、ナビゲーションデバイス、通信デバイス、携帯情報端末(PDA)、固定位置データユニット、およびコンピューターからなる群から選択されるデバイスであって、その中に前記半導体デバイスが組み込まれるデバイスをさらに備え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デバイス。
  20. 20
    磁気トンネル接合構造のトンネルバリア層上に第1自由層を堆積するステップ;前記第1自由層上にスペーサー層を堆積するステップ;前記スペーサー層上に第2自由層を堆積するステップ;および 前記第2自由層の上にスピントルク強化層を堆積するステップ;を含み、 前記第1自由層が、磁気透過性材料を含み、第1厚さを有し、 前記スペーサー層が、実質的に、非-磁気透過性絶縁材料を含み、前記第1自由層と前記第2自由層との間の交換結合を実質的に抑制する第2厚さを有し、 前記スペーサー層が、少なくとも2つの層を備え、 前記第2自由層が、磁気透過性材料を含み、第3厚さを有し、 前記スピントルク強化層が、第4厚さを有することを特徴とする磁気トンネル接合デバイスの製造方法。
  21. 21
    基板と前記第1自由層との間に合成反-強磁性(SAF)層を堆積するステップをさらに含むことを特徴とする 請求項20 に記載の方法。
  22. 22
    前記基板と前記SAF層との間に反-強磁性(AFM)ピン止め層を堆積するステップをさらに含むことを特徴とする 請求項21 に記載の方法。
  23. 23
    前記第1自由層が、鉄合金を含むことを特徴とする 請求項20 に記載の方法。
  24. 24
    前記第2自由層が、鉄合金を含むことを特徴とする 請求項20 に記載の方法。
  25. 25
    前記第1自由層、前記第2自由層、および前記スペーサー層の少なくとも1つが、蒸着プロセスによって堆積されることを特徴とする 請求項20 に記載の方法。
  26. 26
    前記スペーサー層の第1層が、Ta、Mg、MgO、Ru、AlCu、AlRu、AlAg、TaMg、TaRu、MgOTa、MgTa、およびRuTaの少なくとも1つを含むことを特徴とする 請求項20 に記載の方法。
  27. 27
    前記スペーサー層が、AlCu、AlRu、およびAlAgの1つを含むことを特徴とする 請求項20 に記載の方法。
  28. 28
    磁気トンネル接合構造のトンネルバリア層上に第1自由層を堆積する第1ステップ;前記第1自由層上にスペーサー層を堆積する第2ステップ;前記スペーサー層上に第2自由層を堆積する第3ステップ;および 前記第2自由層上にスピントルク強化層を 堆積する第4ステップ ;を含み、 前記第1自由層が、磁気透過性材料を含み、第1厚さを有し、 前記スペーサー層が、実質的に、非-磁気透過性絶縁材料を含み、前記第1自由層と前記第2自由層との間の交換結合を実質的に抑制する第2厚さを有し、 前記スペーサー層が、少なくとも2つの層を備え、 前記第2自由層が、磁気透過性材料を含むことを特徴とする方法。
  29. 29
    コンピューターによって実行可能な命令を記憶するコンピューター可読有形的表現媒体であって、 前記命令が、 磁気トンネル接合構造のトンネルバリア層上の第1自由層の堆積を制御するように、前記コンピューターによって実行可能な命令;前記第1自由層上のスペーサー層の堆積を制御するように、前記コンピューターによって実行可能な命令;前記スペーサー層上の第2自由層の堆積を制御するように、前記コンピューターによって実行可能な命令;および 前記第2自由層上のスピントルク強化層の堆積を制御するように、前記コンピューターによって実行可能な命令;を含み、 前記第1自由層が、磁気透過性材料を含み、第1厚さを有し、 前記スペーサー層が、実質的に非-磁気透過性絶縁材料を含み、前記第1自由層と前記第2自由層との間の交換結合を実質的に抑制する第2厚さを有し、 前記スペーサー層が、少なくとも2つの層を備え、 前記第2自由層が、磁気透過性材料を含むことを特徴とするコンピューター可読有形的表現媒体。
  30. 30
    半導体デバイスの少なくとも1つの物理的特性を示す設計情報を受け取るステップ;ファイルフォーマットに適合するように前記設計情報を変換するステップ;および 変換された前記設計情報を含むデータファイルを生成するステップ;を含み、 前記半導体デバイスが、 第1自由層;第2自由層;スピントルク強化層;および 前記第1自由層と前記第2自由層との間のスペーサー層;を含み、 前記スペーサー層が、1つの材料を含み、前記第1自由層と前記第2自由層との間の交換結合を実質的に抑制する厚さを有し、 前記スペーサー層が、少なくとも2つの層を備え、 前記第1自由層が、前記第2自由層と静磁的に結合されることを特徴とする方法。
  31. 31
    半導体デバイスと対応する設計情報を含むデータファイルを受け取るステップ;および 前記設計情報に従って前記半導体デバイスを製造するステップ;を含み、 前記半導体デバイスが、 第1自由層;第2自由層;スピントルク強化層;および 前記第1自由層と前記第2自由層との間のスペーサー層;を含み、 前記スペーサー層が、1つの材料を含み、前記第1自由層と前記第2自由層との間の交換結合を実質的に抑制する厚さを有し、 前記スペーサー層が、少なくとも2つの層を備え、 前記第1自由層が、前記第2自由層と静磁的に結合されることを特徴とする方法。
  32. 32
    前記データファイルが、GDSIIフォーマットを有することを特徴とする 請求項31 に記載の方法。
  33. 33
    回路基板上におけるパッケージ化半導体デバイスの物理的な位置決め情報を含む設計情報を受け取るステップ;および データファイルを生成するように前記設計情報を変換するステップ;を含み、 前記パッケージ化半導体デバイスが、半導体構造を含み、 前記半導体構造が、 第1自由層;第2自由層;スピントルク強化層;および 前記第1自由層と前記第2自由層との間のスペーサー層;を備え、 前記スペーサー層が、1つの材料を含み、前記第1自由層と前記第2自由層との間の交換結合を実質的に抑制する厚さを有し、 前記スペーサー層が、少なくとも2つの層を備え、 前記第1自由層が、前記第2自由層と静磁的に結合されることを特徴とする方法。
  34. 34
    前記データファイルが、GERBERフォーマットを有することを特徴とする 請求項33 に記載の方法。
  35. 35
    回路基板上におけるパッケージ化半導体デバイスの物理的な位置決め情報を含む設計情報を有するデータファイルを受け取るステップ;および 前記設計情報に従って前記パッケージ化半導体デバイスを受け入れるように構成された前記回路基板を製造するステップ;を含み、 前記パッケージ化半導体デバイスが、 第1自由層;第2自由層;スピントルク強化層;および 前記第1自由層と前記第2自由層との間のスペーサー層;を備え、 前記スペーサー層が、1つの材料を含み、前記第1自由層と前記第2自由層との間の交換結合を実質的に抑制する厚さを有し、 前記スペーサー層が、少なくとも2つの層を備え、 前記第1自由層が、前記第2自由層と静磁的に結合されることを特徴とする方法。
  36. 36
    前記データファイルが、GERBERフォーマットを有することを特徴とする 請求項35 に記載の方法。
  37. 37
    セットトップボックス、音楽プレーヤー、ビデオプレーヤー、エンタテイメントユニット、ナビゲーションデバイス、通信デバイス、携帯情報端末(PDA)、固定位置データユニット、およびコンピューターからなる群から選択されるデバイスに、前記回路基板を組み込むステップをさらに含むことを特徴とする 請求項35 に記載の方法。
Independent claims37