磁気メモリの組成およびその製造方法
【課題】 不揮発性磁気メモリデバイスを作製する単純化された方法を提供する。
【解決手段】 １つまたはそれ以上のメモリセルを有する不揮発性磁気メモリデバイスであって、メモリセルの各々は、磁気コンポーネントと、磁気コンポーネントに近接した位置にあり、磁気コンポーネントに残留磁気極性を生じさせるのに十分な電流を受けるように連結された書き込みコイルとを含む磁気スイッチと、記憶データビットを表す残留磁気極性を検出するために、磁気コンポーネントに近接して配置したホールセンサとを含む。
【解決手段】 １つまたはそれ以上のメモリセルを有する不揮発性磁気メモリデバイスであって、メモリセルの各々は、磁気コンポーネントと、磁気コンポーネントに近接した位置にあり、磁気コンポーネントに残留磁気極性を生じさせるのに十分な電流を受けるように連結された書き込みコイルとを含む磁気スイッチと、記憶データビットを表す残留磁気極性を検出するために、磁気コンポーネントに近接して配置したホールセンサとを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の表示）
本発明は、２００５年７月２７日に出願された米国特許出願第１１／１８９，８２２号の一部継続出願であり、２００５年１月３１日に出願された米国仮特許出願第６０／６４７，８０９号および２００５年１２月２１日に出願された同第６０／７５２，０３５号の恩恵を主張し、同特許出願の内容全体は、本願明細書に参照することにより組み込まれる。
【０００２】
本発明は、メモリデバイスに関し、特に、磁気メモリ要素を使用したメモリデバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
携帯用消費者製品市場（携帯型のコンピュータおよび通信機器用の製品を含む）の急成長に伴い、記憶情報を電力なしで保持する固有の能力を備えた低電力消費の不揮発性メモリデバイスに対する需要が高まっている。
【０００４】
これらの応用に対して市場で現在利用可能な主な技術として、金属−酸化膜−半導体型（Ｎ型）のトランジスタのフローティングゲートを、これらの構造体の超薄酸化物層を通る、いわゆる、Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍトンネルを用いて充電（書き込み）または放電（消去）することに依存したＥＥＰＲＯＭ（電気的消去可能プログラム可能読み取り専用メモリ）技術がある。ゲートが充電されると、デバイスに電子反転チャネルが生じ、導電状態になる（メモリ状態１を構成）。フローティングゲートを放電すると（すなわち、負のバイアスを印加すると）、チャネルから電子を取り除き、デバイスを初期の非導電状態（すなわち、メモリ状態０）に戻す。この技術に関する１つの深刻な限界は、消去／書き込みサイクルの耐久性を制限し、突発的な故障を引き起こしうるトンネルに関係する（最大約１０6サイクル後）。さらに、およそ１ｍｓ程度の要求充電時間は、比較的長い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
性能を向上させるために、いわゆる、ＦｅＲＡＭ（強誘電体ランダムアクセスメモリ）技術が開発されてきた。ＦｅＲＡＭメモリセルは、双安定性のコンデンサからなり、分極性の電気双極子を含む強誘電性薄膜から構成される。強磁性材料の磁気モーメントに類似したこれらの双極子は、印加電場の方向に純分極を生じるように印加電場に応答する。正の電場から負の電場に印加電場を掃引するヒステリシスループが、材料の特性を規定する。印加電場を除去すると、強誘電性材料は、不揮発性方式で情報を記憶するための基準として作用する、残留分極として公知の分極を保持しうる。ＦｅＲＡＭは、ＥＥＰＲＯＭの場合の約１２〜１５Ｖと比較した場合、切り換えに必要な電圧が比較的低い電圧（典型的に、約５Ｖ）ですむため、将来的な見通しが明るい期待できる技術であると思われる。さらに、ＦｅＲＡＭデバイスの書き込み耐性は、ＥＥＰＲＯＭの約１０6と比較して、１０8〜１０10サイクルを示し、電気分極の切り換えは、ＥＥＰＲＯＭの充電にかかる約１ｍｓと比較して、約１００ｎｓ程度しか必要としない。しかしながら、読み取り目的で所与のビットを元の状態に戻す追加サイクルが必要となるのは、絶縁疲労の問題を悪化させてしまう。このことはまた、材料を分極する能力が低下してしまうという性質を持っている。さらに、キュリー温度付近でのこれらの材料の挙動と、組成の安定性（およびそれに伴ったキュリー温度の変化）により、適度な熱サイクルであっても、疲労が加速してしまう。最後に、作製プロセスの均一性および制御の課題も依然として残る。
【０００６】
今日、２０年も前に開発が始まったＭＲＡＭ（磁気抵抗ランダムアクセスメモリ）は、読み取り／書き込み耐性サイクルおよび速度の点で、既存の技術の中では最も期待されているものと思われる。この技術は、強磁性ストリップのヒステリシスループを使用する書き込みプロセスに依存する一方で、読み取りプロセスは、異方性磁気抵抗効果を伴う。基本的に、この効果（スピン軌道相互作用に基づく）は、外部印加磁場に依存した、磁気導体の抵抗の変化に関係する。ビットは、２つの強磁性膜（例えば、ＮｉＦｅ）の間に弱い導体（例えば、ＴａＮ）を挟んだストリップからなり、このストリップは、直交する導電性ストリップ線（すなわち、ワード線として知られる）の下方に配置される。書き込みには、サンドイッチストリップを電流が流れ、直交ストリップ線の電流による支援がある場合、サンドイッチストリップの最上層である強磁性層は、時計回りまたは反時計回りのいずれかで磁化される。読み取りは、サンドイッチ構造の磁気抵抗を測定することによって（すなわち、電流を流すことによって）実行される。わずか約０．５％の磁気抵抗率は典型的であるが、１００ｎｓの書き込み時間（および２５０ｎｓの読み取り時間）で動作する１６Ｋｂ ＭＲＡＭチップの作製を可能にする。後に、２５０ＫｂチップがＨｏｎｅｙｗｅｌｌ社により製造された。
【０００７】
１９８９年に、銅層を磁気薄膜で挟んで実装した、いわゆる、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）が発見され、メモリデバイスの性能がさらに向上した。ＧＭＲ構造は、約６％の磁気抵抗を示すが、磁気層間の交換により、磁化が方向を変更しうる速度が制限されてしまう。さらに、ストリップのエッジから磁化が湾曲していることで、セルサイズの縮小、いわゆる、スケーリングに制限が課せられてしまう。
【０００８】
その後、一方の磁気層が他方の磁気層より低い磁場で磁化を切り換えるように２つの磁気層を不一致にしたサンドイッチ構造で作られた、いわゆる、偽スピンバルブ（ＰＳＶ）により、期待できる結果が得られた。軟質膜は、硬質膜の磁化を（磁気抵抗効果によって）感知するために使用され、この硬質膜は、上下のいずれかの磁化（すなわち、状態０または１）を有する記憶媒体を構成する。ＰＳＶ構造は、スケーリングに適しているが、硬質磁気層を切り換えるのに必要とされる報告された磁場は、高密度集積回路の場合、依然として非常に高い。これらのデバイスは、潜在的に、ＥＥＰＲＯＭの代替となると思われる。
【０００９】
スピン依存トンネルデバイス（ＳＤＴ）を用いると、磁気抵抗がさらに改良される（すなわち、最大４０％）。これらのデバイスは、２つの磁気層間に挟められた絶縁層（すなわち、トンネル障壁）から作られる。スタックに垂直な方向において、トンネル抵抗が磁気層の磁化に依存するということに、デバイスの動作が依存する。層の磁化が逆平行である場合に最大の抵抗が得られ、平行な場合、最低の抵抗が得られる。２つの磁気層間のスピン状態密度の変動（すなわち、上または下）は、この挙動を説明する。層の一方は固定され、第２の磁気層は自由であり、情報記憶媒体として使用される。ＳＤＴは、高性能の不揮発性応用に期待できる。実際、このアプローチを用いて、１４ｎｓ程度に短い書き込み時間の値がいくつか報告されている。しかしながら、抵抗の均一性（トンネル障壁の厚みおよび品質）を制御すること、ひいては、ビットごとの切り換え挙動を制御することが、実用的な実施において解消する必要がある現実的な課題として残る。高速、高信頼性、比較的単純な設計、安価、および堅牢である不揮発性メモリデバイスが必要とされている。
【００１０】
以上のことから、本発明は、関連技術の制限および欠点による問題の１つまたはそれ以上を実質的になくす磁気メモリデバイスに関する。
【００１１】
本発明の１つの目的は、不揮発性磁気メモリデバイスにおいてメモリセルを形成するために使用される磁気スイッチを提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、不揮発性磁気メモリデバイスを作製する単純化された方法を提供することである。
【００１３】
本発明のさらなる特徴および利点は、以下の記載に示され、一部、以下の記載から明らかになるであろうし、本発明を実施することによって習得されてもよい。本発明の目的および他の利点は、本願明細書に書かれた記載および特許請求の範囲および添付の図面において特に指摘された構造によって実現され達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記および他の利点を達成するために、および、具体化され広義に記載するような本発明の目的にしたがって、１つまたはそれ以上のメモリセルを有する不揮発性磁気メモリデバイスであって、メモリセルの各々が、磁気コンポーネントと、磁気コンポーネントに近接した位置にあり、磁気コンポーネントに残留磁気極性を生じさせるのに十分な電流を受けるように連結された書き込みコイルとを含む磁気スイッチと、記憶データビットを表す残留磁気極性を検出するために、磁気コンポーネントに近接して配置したホールセンサとを含む。
【００１５】
本発明の別の態様において、不揮発性磁気メモリデバイスの１つまたはそれ以上のメモリセルの作製方法が、磁気コンポーネントと、磁気コンポーネントに近接した位置にあり、磁気コンポーネントに残留磁気極性を生じさせるのに十分な電流を受けるように連結された書き込みコイルとを含む磁気スイッチを形成するステップと、記憶データビットを表す残留磁気極性を検出するために、磁気コンポーネントに近接して配置したホールセンサを形成するステップとを含む。
【００１６】
本発明のさらなる別の態様において、不揮発性磁気メモリデバイスにおいてメモリセルの磁気スイッチを作製する方法が、書き込みコイルを形成するステップと、書き込みコイルと同軸の磁石スポットを形成するステップと、磁気コンポーネントに残留磁気極性を生じさせるのに十分な電流を受けるように連結された書き込みコイルに近接した位置に、磁気コンポーネントを形成するように、磁石スポット上の磁気材料を電気めっきするステップと、を含む。
【００１７】
前述した概要および以下の詳細な記載は共に例示的かつ説明的なものであって、特許請求の範囲に請求されている本発明のさらなる説明を与えるように意図したものであることを理解されたい。
【００１８】
本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、本願明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を示し、本願明細書とともに、本発明の原理を説明する役割を果たす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施形態を詳細に参照し、そのうちのいくつかの例を添付の図面に示す。
【００２０】
本発明は、磁気メモリデバイスに関する。特に、図１は、本発明による磁気メモリデバイスのメモリセルの例示的な実施形態を示す。本発明の例示的な実施形態によるメモリセル１０は、磁気スイッチ１２０と、センサ１３０とを含む。磁気スイッチ１２０は、データを保持するために、磁気コンポーネントまたは材料１２２と、コイル１２４とを含む。センサ１３０は、ホール効果センサ１３２と、磁気スイッチ１２０に記憶されたデータを検出するための電圧検出器（図示せず）に接続された出力端子１３６とを含む。
【００２１】
特に、磁気スイッチ１２０は、磁気コンポーネント１２２を含む。磁気コンポーネント１２２は、永久磁石または強磁性材料（例えば、ニッケルまたはニッケル−鉄磁石）であってもよい。（図示していない電流源に接続された）同軸コイル１２４が、磁気コンポーネント１２２の周りに設けられる。同軸コイル１２４は、金属Ｔｉ／Ａｕなどの導電材料から作られる。しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の他の適切な導電材料（例えば、Ｔｉ／Ｃｕ／Ｔｉ）が使用されてもよい。例示目的で、概して円筒状の形状を有する磁気コンポーネント１２２を示しているが、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の適切な形状（例えば、四角形、矩形、蹄鉄形）が使用されてもよい。さらに、例示目的で、磁気コンポーネント１２２の周りに６巻きした同軸コイル１２４を示す。しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の適切な巻数が使用されてもよい。
【００２２】
ホール効果センサ１３２は、幾何学的に既定された半導体構造を含み、その入力端子１３４は、電源１３８に接続され、出力端子１３６は、電流の流れ方向に垂直な位置に設けられる。例示目的で、「ギリシア十字」の形状を有するホール効果センサ１３２が示されているが、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の適切な形状（例えば、矩形）が使用されてもよい。
【００２３】
一般に、ホール効果センサは、入力インタフェースを通って感知される物理量（すなわち、磁気誘導）に応答し、次いで、感知した信号を出力インタフェースに出力し、この出力インタフェースは、ホール効果センサからの電気信号を指定のインジケータに変換する。この場合、ホール効果センサ１３２が、磁気コンポーネント１２２から磁場（Ｈ）を受けると、磁場の強度に比例した電位差が出力端子１３６の両端に現れる。ホール効果センサ１３２が、同等で反対の磁場を受けると、同じ出力端子１３６の両端に、同等で反対の電位差が現れる。このように、ホール効果センサ１３２は、外部印加磁場の大きさと方向の両方のセンサとして作用する。
【００２４】
一般に、磁気スイッチ１２０に使用する形状および材料は、センサ１３０の周りに磁場（Ｈ）を発生させる役割を果たす磁化（Ｍ）の強度を決定する。コイル１２４に印加された電流（Ｉ）とともに、磁気コンポーネント１２２の周りのコイル１２４の巻数は、磁化（Ｍ）の方向および強度を設定するために、磁気コンポーネント１２２の周りに発生した誘導磁化（Ｈ）の強度を決定する。磁気コンポーネント１２２の磁化（Ｍ）の方向は、磁気スイッチ１２０に記憶された磁気データの値（すなわち、「０」または「１」）を決定する。ホール効果センサ１３２は、点Ｐで検出された磁気スイッチ１２０から出る磁場（Ｈ）に応答して発生する電圧信号ＶHallによって特徴付けられる。
【００２５】
磁場Ｈcoilを発生させるように、コイル１２４に電流（Ｉ）（例えば、電流パルス）が送られる。電流の大きさは、磁気コンポーネント１２２の磁化を変更（すなわち、フリップ）させるのに十分であるように選択される。磁気コンポーネント１２２によって発生する磁場は、センサ１３０が検出点Ｐで検出するのに十分なものである必要がある。検出後、センサ１３０は、オフセット電圧信号ＶOffより大きな応答（ＶHall）を発生する必要がある。オフセット電圧Ｖoffは、任意の有用な信号が発生する前に解消されなければならないしきい値である。さらに詳しく言えば、磁気スイッチ１２０の磁化（Ｍ）によって発生した磁場（Ｈ）は、記憶データを正確に検出できる前に、ＶOffより大きな誘導電圧をセンサ１３０に発生させるために、点Ｐで十分な強さのものでなければならない。オフセット電圧より小さな電圧信号を発生する磁場は、このＤＣバイアス条件でセンサ１３０によって検出できない。
【００２６】
図２Ａは、コイルによって取り囲まれた磁気コンポーネントの例示的な実施形態の上面図を示す。例示目的でのみ、図２Ｂは、下向きに配向した磁化（Ｍ）の最初の方向を有する磁気コンポーネント２２２の側面図を示す。図２Ｃは、コイル２２４に十分に高い電流（Ｉ）が送られた後、磁気コンポーネント２２２が、方向が上向きに配向された誘導磁化を保持することを示す。この場合、検出点Ｐで、磁気コンポーネント２２２の表面に近接した磁気誘導は、磁気コンポーネント２２２によって発生する磁場である。この磁場により、センサ１３０は、電圧信号ＶOffより大きな大きさと、磁化の方向を示す符号（例えば、「上向き」の場合、正の電圧）とをもつ電圧信号を発生する。上向きの磁化が「１」と指定されれば、センサ１３０は、記憶データが「１」であると検出する。
【００２７】
次いで、下向きの磁化（すなわち、「０」）を得るために、適切な電流（例えば、反対方向の電流パルス）が、コイル２２４に再度送られて、磁気コンポーネント２２２の磁化を変更する（すなわち、フリップする）のに十分な磁場−Ｈcoil（すなわち、Ｈcoilと反対の配向をもつ）を発生する。パルスの後、磁気コンポーネント２２２は、大きさがより小さくてもよく、方向が下向きに配向された磁化を保持する。この場合、検出点Ｐでの磁場は、磁気コンポーネント２２２によって発生する磁場である。点Ｐで検出された誘導により、センサ１３０は、大きさがより小さく、磁化方向を示す符号が反対の電圧信号（例えば、「下向き」の場合、負の電圧）を発生する。下向きまたはより小さい磁化が「０」として指定されれば、センサ１３０は、記憶されたデータが「０」であると検出する。
【００２８】
本発明の別の実施形態において、本発明による調整可能な磁気スイッチにより、作製済みの磁気メモリデバイスの動作信頼性が確保される。特に、上述したようなオフセット電圧しきい値Ｖoffは、予想以上に大きいものであってもよい。センサのオフセットは、デバイスの不均一性および作製中に生じるミスアライメントなどによって生じる。磁気スイッチ１２０の磁化（Ｍ）によって発生する磁気誘導（Ｂ）は、記憶データを正確に検出できる前に、センサ１３０において誘導電圧を発生させるのに点Ｐで十分な強さのものでなければならない。メモリセルアレイ１０を含むメモリデバイスが作製されると、内部コンポーネントは、動作オフセットしきい値Ｖoffを低減するように再配設することはできない。この問題に対処するために、本発明による調整可能な磁気スイッチにより、以下に示すように、作製プロセス後に検出された磁場を調整できるようにすることで、作製済みの磁気メモリデバイスの動作信頼性が確保される。
【００２９】
図３Ａおよび図３Ｂは、本発明による調整可能な磁気スイッチの例示的な実施形態を示す。例示目的で、図３Ａは、２つの磁気コンポーネント３２２および３３０を含む調整可能な磁気スイッチ３２０を示す。磁気コンポーネント３２２は、３巻コイルに連結される。しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の適切な巻数が使用されてもよい。磁気コンポーネント３２２は、強磁性材料（例えば、ニッケル−鉄磁石）で作られた軟質の円筒状棒磁石であってもよい。磁気コンポーネント３３０は、強磁性材料（例えば、ニッケル、コバルト、および他の関連のある合金磁石）で作られた硬質の永久磁石であってもよい。磁気コンポーネント３２２および３３０は、例示目的で特定の形状を有するように示されているが、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の適切な形状が使用されてもよい。
【００３０】
図３Ｂ（すなわち、側面図）に示すように、磁気スイッチ３２０は、磁気コンポーネント３３０によって与えられた外部磁気バイアス場Ｈbiasにさらされる。バイアス場Ｈbiasが、磁気スイッチ３２０にわたって確立されると、バイアス場Ｈbiasと同じ方向および配向を有する磁場（Ｈ）を発生するように、コイルに電流（Ｉ）（例えば、電流パルス）が送られる。電流パルスの大きさは、磁気コンポーネント３２２をその飽和磁化値にするのに十分であるように選択される。
【００３１】
例示目的でのみ、一定のバイアス場Ｈbiasと同じ方向に、最初に下向きに配向されているように、磁気コンポーネント３２２の磁化（Ｍ）の方向が示されている。電流（Ｉ）がコイル３２４に送られた後、磁気コンポーネント３２２は、高い磁化を保持する。この場合、磁気コンポーネント３２２の表面に近接した磁場は、検出点Ｐで、バイアス場Ｈbiasと、磁気コンポーネント３２２によって発生する場との組み合わせである。このように場が組み合わせられることで、磁化状態が非常に高くなり、オフセット電圧Ｖoffよりかなり高い電圧信号を発生する。したがって、センサ１３０は、例えば、磁化（Ｍ）の下向き方向が、高状態（すなわち、「１」）として指定されていると仮定すると、記憶データが「１」であると容易に検出する。
【００３２】
低状態（すなわち、「０」）を得るために、コイル３２４に適切な電流（Ｉ）（すなわち、電流パルス）が送られて、磁気コンポーネント３２２を減磁する全磁場（すなわち、Ｈcoil＋Ｈbias）を発生するのに十分なバイアス場Ｈbiasとは反対の方向に、磁場−Ｈcoilを発生させる。コイル３２４に電流が送られた後、以下、図４を参照しながらさらに説明するように、磁化（Ｍ）は、リコイル線をたどってリコイルし、磁気コンポーネント３２２に非常に低い磁化を与える。電流が十分に強ければ、磁化（Ｍ）は、反対方向に配向されてもよい。この場合、検出点Ｐの磁場は、非常に低いか、またはバイアス場Ｈbiasの反対方向のいずれかである磁気コンポーネント３２２によって発生する磁場と、バイアス場Ｈbiasとを組み合わせたものになる。いずれの場合も、点Ｐでの全磁気誘導は、高レベルの場合に相当するものより著しく低いか、存在しないか、または反対方向の場合もある。したがって、最終的な低レベル状態（すなわち、「０」）は、センサ１３０によって検出されてもよい。
【００３３】
図３Ａおよび図３Ｂに略図的に示すスイッチング挙動を、図４に示すように磁気コンポーネント３２２のヒステリシスループを用いて説明してもよい。まず、誘導負荷線と誘導ヒステリシスループとの交点は、誘導がＢ1である点「ａ」を規定する。次いで、点「ａ」は、磁化ループで対応する点「ｂ」を決定するために使用されてもよい。次いで、磁化負荷線を描くことができる。次いで、この負荷線は、磁化ヒステリシスループの点「ｅ」で新しい交点を確立するために、磁場軸に沿ってＨcoilにより平行移動される。次いで、誘導ループの対応する点「ｆ」が確立されてもよい。Ｈcoilが除去された後（すなわち、電流パルスが除去される）、磁気コンポーネント３２２はリコイルする。点「ｆ」およびリコイル透磁率を用いて、リコイル線が描かれる。最後に、リコイル線と磁化負荷線の交点「ｇ」が求められ、誘導Ｂ2を与える。次いで、誘導Ｂ2は、低状態（すなわち、「０」）を確立する際に電流（Ｉ）が除去されると、磁気コンポーネント３２２に記憶される誘導磁化（Ｍ）として設定される。
【００３４】
以下、図５〜図１０を参照しながら、作製プロセスについて説明する。メモリセル１０（図１に示す）の作製プロセスは、２つの部分、すなわち、（１）センサ１３０の作製と、（２）磁気スイッチ１２０の作製とに分けられてもよい。調整可能な磁気スイッチの場合、バイアス磁石を作成する追加プロセスが含まれる。
【００３５】
ホール効果センサ１３２は、ＩＩＩ〜Ｖ族材料（すなわち、周期表のＩＩＩ族からＶ族元素から形成された化合物）などの高移動度材料で作製される。ＩＩＩ〜ＩＶ族材料は、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、および関連する二次元電子ガス（２ＤＥＧ）構造を含むが、これらに限定されるものではない。ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓヘテロ構造に基づいた２ＤＥＧ構造が、ドープされたバンドギャップが広いＡｌＧａＡｓ材料（すなわち、障壁）と、ドープされていないバンドギャップが狭いＧａＡｓ材料（すなわち、ウェル）との間の変調ドープしたヘテロ構造のヘテロ接合界面に形成されてもよい。（ドーパントからの）イオン化キャリアが、ウェル内に移動し、２ＤＥＧを形成する。これらのキャリアは、それらのイオン化された親不純物から空間的に分離され、したがって、キャリア移動度が高くなり、ホール効果が大きくなる。ここではＩＩＩ〜ＩＶ族材料しか記述していないが、ホール効果センサ１３２を作製するために、他の材料（例えば、シリコン）が使用されてもよい。
【００３６】
図５Ａ〜図５Ｄは、本発明の例示的な実施形態によるホール効果センサ１３２のさまざまな作製段階を示す。薄いｎ型の活性ＧａＡｓ膜５３９（約０．５〜０．６μｍ）を有する半絶縁性のＧａＡｓウェハなどの適切なウェハ５３８が使用される。ウェハ５３８上に、レジスト層５４０（例えば、９５０Ｋ ＰＭＭＡ４％）がスピニングされる。以下のスピン条件が使用されてもよい。すなわち、スピン速度＝約４０００ｒｐｍ（厚み＝０．５〜２μｍ）、ベーク温度＝１６０℃、ソフトベーク時間＝７分、照射エネルギー＝２５ｋＶ、照射線量＝１５０μＣ／ｃｍ2、現像剤＝ＭＢＩＫ／ＩＰＡ混合物（１：３）、現像時間＝２５秒である。レジスト層５４０は、ＥＢＬ（すなわち、電子ビームリソグラフィ）によってパターン化されるが、任意の適切なパターン化技術（例えば、標準ＡＺレジストタイプを用いたフォトリソグラフィ）が使用されてもよい。次いで、センサを絶縁するために、メサエッチプロセスが実行される。エッチプロセスは、例えば、標準的なＨ2Ｏ2／Ｈ3ＰＯ4／Ｈ2Ｏ溶液を用いたウェットエッチングを伴う。
【００３７】
エッチングプロセスの後、入力端子１３４および出力端子１３６（図１）は、リフトオフプロセスによって堆積される。図５Ｅ〜図５Ｈに示すように、リフトオフプロセスは、（４０００ｒｐｍで）二重層コポリマー／ＰＭＭＡで作られた層５４２をスピニンングすることを伴う。リフトオフプロファイル（すなわち、アンダーエッチング）は、現像プロセス中および電子ビームへ露出した後、コポリマーとＰＭＭＡとの間の感度の違いによって与えられる。金−ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）などの適切な材料のコンタクト層５４４が、約４００ｎｍの厚みまでウェハ５３８に蒸着されて、センサ１３０の入出力端子として使用されるオーム接触１３４および１３６を形成する。コンタクト性能を高めるために、ＡｕＧｅ層５４４に、ニッケル層が追加されてもよい。
【００３８】
蒸着ステップの後、リフトオフプロセスは、ＡｕＧｅ層５４４の任意の不要な部分を除去するために、アセトンにウェハ５３８を配置することによって完了する。適切な洗浄後、コンタクト（すなわち、ＡｕＧｅ層５４４）は、高速熱アニーリング（ＲＴＡ）を受ける。アニーリングは、窒素（Ｎ2）フローで満たされたＲＴＡチャンバに、約４０秒間、約３４０℃で実行される。リフトオフプロセスは、ＡｕＧｅ層５４４の任意の不要な部分を除去するために、アセトンにウェハ５３８を配置することによって完了する。図６は、ＡｕＧｅコンタクトとＧａＡｓギリシア十字のホール効果センサを示す。また、このパターンに含まれたアライメントマーク５４６も示されている。
【００３９】
上述した例では、レジストＰＭＭＡ４％が使用されているが、ＰＭＭＡ２％などの任意の適切なレジストが使用されてもよい。さらに、必要に応じて、接着促進剤であるＨＭＤＳが使用されてもよい。ＰＭＭＡ２％をレジストとして使用すると、以下のリソグラフィ処理パラメータが使用されてもよい。すなわち、ＰＭＭＡ（２％）、照射エネルギー＝１５ｋＶ、照射線量＝１５０μＣ／ｃｍ2、現像剤＝ＭＢＩＫ／ＩＰＡ混合物（１：３）、現像時間＝２５秒である。
【００４０】
ホール効果センサ１３２が作製されると、ホール効果センサ５３２に絶縁層７４８がスピニングされる。絶縁層７４８は、誘電性ポリイミドなどの適切な材料で作られ、典型的なレジストとして処理されてもよい（すなわち、ウェハにスピニングされ、炉または熱板でベークされてもよい）。誘電性ポリイミドの１つの例は、ＨＤ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ社のＰＩ２５４５（さまざまなマイクロ電子用途で使用される金属間高温ポリイミド）である。これは、高いガラス転位温度（すなわち、約４００℃）を有し、ポジレジストでパターン化されてもよい。さらに、硬化膜は、低ＣＴＥで、延性および可撓性があり、一般的な湿式および乾式処理化学物質に耐性がある。他の適切な材料は、シリコンオキサイドおよびシリコンニトライドを含み、これらは、低温でプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって堆積されてもよい。
【００４１】
例示目的でのみ、図７Ａ〜図７Ｄは、約６０００ｒｐｍの速度でホール効果センサ５３２にスピニングされた後、熱板でソフトベークされたＰＩ２５４５の絶縁層７４８を示す。温度は、２４０℃／ｈで２５℃から１７０℃へ上昇される。炉または熱板の温度が１７０℃に達すると、温度は、９分間（すなわち、浸透時間）一定に保たれる。浸透時間経過後、熱板は、自然対流によって室温まで温度が下がる。絶縁層７４８は、約１４０℃または１７０℃の炉または熱板温度でベークされると、後でレジスト層を除去するために使用される沸騰アセトンに対して良好な耐化学性を生じさせる。
【００４２】
絶縁層７４８が堆積されると、絶縁層７４８にポジレジスト層７５０（例えば、ＰＭＭＡ４％またはＡＺ５２０６）がスピニングされる。説明目的で、ＰＭＭＡ４％が使用される。次いで、レジスト層７５０は、６℃／分のランプ速度および６分の浸透時間で、２分間、１６０℃の温度で炉または熱板においてベークされる。１６０℃のベーク温度は、ＰＭＭＡの最低安全ベーク温度である（例えば、１２０℃でベークされたＰＭＭＡは、何らかの接着不良を示すことがある）。
【００４３】
次いで、ウェハは、ＥＢＬチャンバ内に配置され、２５ｋＶの電子ビームに露光される。レジスト層７５０は、ホール効果センサのオーム接触およびアライメントマーク（存在する場合）にわたって開口を作るようにパターン化される。パターンのサイズが９×１０μｍ2の場合、適切な線量が、１６５〜１８２μＣ／ｃｍ2の範囲のものであってもよく、パターンのサイズが１７×１７μｍ2の場合、適切な線量が、１４９〜１６３μＣ／ｃｍ2の範囲のものであってもよく、パターンのサイズが１００×１１２μｍ2の場合、適切な線量が、１３２〜１４５μＣ／ｃｍ2の範囲のものであってもよい。
【００４４】
露光後、レジスト層７５０は、適切な時間量（例えば、約４０〜５５秒）の間、ＭＩＢＫ／アルコール（１：３）などの適切な溶液で現像される。次いで、ウェハは、アルコールおよび脱イオン水でリンスされる。ウェハが洗浄されると、適切な時間量（例えば、約６〜１４分またはそれ以上）の間、絶縁層をエッチングするために、希釈ＰＰＤ４５０（１：５）溶液が使用される。希釈および攪拌の程度と、現像およびエッチングの時間は、必要に応じて変更されてもよい。レジスト層７５０（すなわち、ＰＭＭＡ）を除去するために、沸騰アセトンが使用される。最後に、絶縁層７４８の作製を完了するために、絶縁層７４８は、上述したような温度ランプを用いて約２００℃でハードベークされてもよい。絶縁層は、４００℃程度の高温でハードベークされてもよい。しかしながら、このような高温は、ホール効果センサに望ましくない拡散を生じることもある。
【００４５】
センサ１３０が作製されると、磁気スイッチ１２０は、絶縁層７４８にわたって作製される。磁気スイッチ１２０を作製する一般的なアプローチは、最初にコイル１２４を作製した後、磁気コンポーネント１２２を作製することである。磁気材料（例えば、アルニコおよびマルテンサイト鋼）を作製する従来の方法は、例えば、異なるコンポーネントの溶融、鋳造、および高温（典型的に、８００℃を超える）熱処理（例えば、焼き入れ）を含む合成ルートを伴う。他の合成ルートは、焼結および押し出し成形を含む。これらの方法は、コンポーネントのサイズが極めて小さいため、マイクロ技術またはウェハスケールの処理には不適合である。
【００４６】
一方で、電気めっきにより、要素の壁上にほとんど欠陥がなく、要素の形状を比較的良好に規定することができる。また、電気めっきは、安価で、実施するプロセスが比較的簡単である。３電極システムは、堆積した合金の化学量論をモニタするために使用できる。
【００４７】
磁気スイッチ１２０の作製プロセスを説明する際に、電気めっきが使用されるが、任意の適切な合成ルートが利用されてもよい。図８に示すように、電気めっきシステム８００が、電気めっき槽８１０と、コンピュータ８２０と、コンピュータ作動によるポテンショスタット／ガルバノスタット８３０とを含む。コンピュータ８２０は、電気めっきプロセスを制御するために、ポテンショスタット／ガルバノスタット８３０によって、電気めっき槽８１０に接続される。ポテンショスタット／ガルバノスタット８３０は、ポテンショスタットまたはガルバノスタットのいずれかとして機能しうる。
【００４８】
最初に、コイルと、磁気コンポーネントが設けられるコイル内の磁石スポットまたはエリアとが、センサ１３０にわたって形成される。コイルおよび磁石スポットを形成する第１の例示的なプロセスが、チタン／金のリフトオフプロセスを伴う。図９Ａ〜図９Ｄは、本発明による金リフトオフプロセスによるさまざまな作製段階を示す。
【００４９】
絶縁層７４８（図７Ｄから）は、最初に、二重レジスト層９５４（例えば、コポリマー／ＰＭＭＡ）で覆われる。この場合、まず、ウェハにコポリマー層Ｅ１１がスピニングされる。次いで、コポリマー層は、上述したような温度ランプで、５分間、１６０℃で、熱板上でベークされる。熱板は、自然対流によって室温に温度が下がった状態にされる。次いで、アニソール中のＰＭＭＡ４％の層が、ウェハにスピニングされ、規定の温度ランプを用いて、５分間、１６０℃でベークされる。この場合も、熱板は、自然対流によって室温に温度が下がった状態にされる。
【００５０】
ウェハは、ＥＢＬチャンバ内に配置され、このチャンバにおいて、二重レジスト層９５４は、２５ｋＶの照射およびさまざまな線量で、コイル９２４および磁石スポット９２３をパターン化するように電子ビームに露光され、例えば、微細コイルパターンの場合、適切な線量が、１５０μＣ／ｃｍ2であり、磁石スポットの場合、適切な線量が、１２０μＣ／ｃｍ2であり、アライメントマークの場合（存在する場合）、適切な線量は１９５μＣ／ｃｍ2である。アライメントマークは、磁石スポットを位置決めしやすいように、パターンに含まれうる。次いで、二重レジスト層９５４は、約２０秒間、ＭＩＢＫ／アルコールなどの適切な溶液中で現像される。
【００５１】
パターニングステップ後、ウェハは、電子ビーム蒸着器内に配置され、この蒸着器で、Ｔｉ／Ａｕ層９５２を形成するために、２５ｎｍのチタン層９５２ａおよび１５０ｎｍの金層９５２ｂがパターンに堆積される。チタン層９５２ａは、接着層として使用される。最後に、ウェハは、蒸着器から除去され、約１時間、アセトンに浸漬されて、二重レジスト層９５４および任意の望ましくないＴｉ／Ａｕ層９５２を除去する。図９Ｆに示すように、コイル９２４および磁石スポット９２３が得られる。この例示的な実施形態において、１巻のみのコイル９２４が使用される。しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく、必要に応じて、異なる巻数が使用されてもよい。
【００５２】
コイル９２４、磁石スポット９２３、およびアライメントマーク（図示せず）を堆積した後、磁気コンポーネント１２２は、磁気コンポーネント１２２の形状および寸法を与える型によって、磁石スポット９２３に電気めっきされる。図１０Ａ〜図１０Ｃに示すように、このような型を作製するために、ＥＢＬが使用されて、コイル９２４、磁石スポット９２３、およびアライメントマーク（図示せず）にレジスト（例えば、ＡＺ４６２０）の厚い（例えば、約１０μｍ）層１０５８をパターン化する。レジスト層１０５８は、約４分間、約９５℃でベークされる。次いで、ＥＢＬのチャンバ内にレジスト層１０５８が配置され、アライメントマークが位置するエリアが、電子ビームに露光される。この露光後、レジスト層１０５８は、ＰＰＤ４５０などの適切な溶液中で現像され、アライメントマークが位置するエリアから除去される。ウェハは、脱イオン水で洗浄され、Ｎ2で乾かされる。次いで、ＥＢＬ（およびガイドとしてアライメントマーク）を使用して、磁石スポット９２３がパターン化され、レジスト層１０５８は、ウェル１０６０を得るために、二度目に現像される。ウェル１０６０は、磁気コンポーネントを形成するために磁気材料を電気めっきする容器として機能する。
【００５３】
次いで、レジスト鋳型付きのウェハが、電気めっき槽８１０（図８）内に配置され、そこでパルス状の堆積（例えば、２％のデューティーサイクルであり、ここで、ｔon＝１ｍｓ、ｔoff＝４９ｍｓ、およびピーク電流は約１．４ｍＡである）が、磁気材料１０７０（例えば、ニッケルまたはニッケル−鉄）を使用して、磁気スポット上にウェルを形成するレジスト鋳型に堆積することで、磁気コンポーネント１２２のアレイを形成する。純物質の堆積は、一般に容易である。しかしながら、合金が使用されてもよい。堆積可能な材料の例は、コバルト、鉄、ニッケル、ニッケル−鉄（ＮｉＦｅ）、およびコバルト−ニッケル−鉄（ＣｏＮｉＦｅ）を含む。必要であれば、これらの材料の保磁力を高めるために、異なる触媒が使用されてもよい。
【００５４】
例示目的で、２つの添加物、すなわち、サッカリン（ひずみ緩和剤として作用）およびラウリルサルフェートナトリウム（界面活性剤として作用）を含むニッケルクロライド系の溶液が、ウェル１０６０内に堆積される。磁石コンポーネントを作製するために、ＤＣ電流などの電流が使用される。より小さく、アスペクト比がより高い構造の場合、磁気材料（例えば、ニッケルまたはニッケル−鉄）をレジスト鋳型に堆積して、磁気コンポーネント１２２のアレイを形成するために、パルス状の電子堆積（例えば、２％デューティーサイクル）が使用されてもよい。電気めっき条件は、コンピュータ作動されたポテンショスタット／ガルバノスタット８３０によって制御される。磁石の形状は円筒状であるが、上記の技術を用いて、任意の形状（例えば、矩形、正方形）のものであってもよい。電着後、型（すなわち、厚いレジスト層１０５８）は、アセトンなどの適切な溶液を用いて除去される。図１１は、上記プロセスを用いて得られた磁気スイッチを示す。
【００５５】
磁気スイッチ１２０が完了すると、図３Ａおよび図３Ｂに示すような調整可能な磁気スイッチを作製するために、さらなる処理ステップが実行されてもよい。例えば、磁気スイッチ１２０の上部に、絶縁層７４８が堆積される。次いで、予め作製されたマイクロ磁石をハイブリッド集積することによって、または絶縁層７４８上にコバルトまたは選択された合金などの硬質強磁性材料を電気めっきすることによって、構造の上部に、例えば、硬質永久磁石が追加される。
【００５６】
型を作製する例示的な方法としてＥＢＬを使用しているが、フォトリソグラフィなどの任意の適切な方法が使用されてもよい。例えば、フォトリソグラフィを使用する場合、型は、予め作製された適切な硬質マスクを通してＵＶ光にレジスト層（すなわち、ＡＺ４６２０）を露光することによって形成される。
【００５７】
コイル９２４および磁石スポット９２３を作製する別のアプローチは、図１２Ａ〜図１２Ｅに示すように、同じプロセスステップでコイル９２４および磁石スポット９２３を獲得するように、シード層９５２を直接エッチングすることを伴う。１つの重要な概念は、磁気コンポーネント１２２の成長用と、同時に、コイル９２４の作製用にシード層９２５を使用することである。最初に、シード層９５２（すなわち、Ｔｉ層９５２ａ、Ｃｕ層９５２ｂ、Ｔｉ層９５２ｃ）を保持するウェハは、例えば、ＥＢＬによってパターン化される。このパターン化ステップは、ポジレジスト層１２１０およびウェットエッチングの使用を組み込むこともできる。再度言及するが、パターンは、中央の金属スポットの周りに単一ループのコイルを含み、金属経路で、コイルを電気めっき用に使用される共通電極に電気的につなげる。しかしながら、任意の適切な巻数が使用されてもよい。
【００５８】
ウェハは、約１５０℃で約３０分間、熱板上でベークすることによって乾燥される。ウェハに、レジスト層１２１０（例えば、ＡＺ５２０６Ｅ）がスピンコートされる。レジスト層１２１０はソフトベークされ、約９５℃から約８０度へと温度が下げられ、この温度変化の時間は、約６〜７分である。次いで、レジスト層１２１０が露光される（例えば、照射エネルギー＝約１０ｋＶ、線量＝約６μＣ／ｃｍ2）。露光後、ウェハは、ＰＰＤ４５０などの適切な溶液で現像される。次いで、ウェハは、脱イオン水で洗浄される。洗浄ステップ後、ウェハは、約１２５℃で約１０分間、ハードベークされる。チタン（Ｔｉ）および銅（Ｃｕ）層は、適切な溶液でエッチングされる。例えば、Ｔｉ層９５２ａおよび９５２ｃは、高希釈ＨＦ／ＨＮＯ3／Ｈ2Ｏ溶液でエッチングされてもよく、銅層９５２ｂは、ＨＣｌ／Ｈ2Ｏ2／Ｈ2Ｏ溶液でエッチングされてもよい。次いで、ウェハは、レジスト１２１０を除去するために洗浄される。洗浄ステップは、例えば、沸騰アセトン、沸騰アルコール、および脱イオン水のリンスを含みうる。シード層９５２に、コイル９２４および磁石スポット９２３が直接エッチングされると、ウェハは、上述したように磁気コンポーネントを電気めっきするための型作製プロセスを受ける。
【００５９】
ホール効果センサ上の磁気スイッチに関連して、本発明による磁気メモリデバイスを記載した。特に、電力供給なしに磁場を保持できる磁気コンポーネントと、記憶した磁場を読み取るための単純なセンサとの利点により、現在使用されている電気ベースのメモリデバイスと比較して、動作用の電力をほとんど消費しない不揮発性メモリデバイスが得られる。
【００６０】
さらに、本発明による調整可能な磁気スイッチについて記載した。本発明による調整可能な磁気スイッチの利点は多数ある。第１に、磁気コンポーネントが、誘導コイルから誘導磁化（Ｍ）を保持するために、本発明による調整可能な磁気スイッチは、不揮発性メモリを有するスイッチとして機能しうる。
【００６１】
第２に、本発明による調整可能な磁気スイッチは、センサオフセットを部分的に、または完全に保障するように、ホール効果センサに十分に高い場を与える。前者の場合、本発明による磁気スイッチが調整可能であること、すなわち、センサオフセットに対してバイアス場が調節されてもよいことで、作製制約の許容範囲が広がり、作製が非常に容易になり、デバイスの信頼性が増す。これは、デバイスのサイズのスケールダウンに伴い、センサオフセットが大きくなるため、小型化するための著しい利点となる。
【００６２】
このアプローチのさらなる別の重要な利点は、本発明による調整可能な磁気スイッチにより、アスペクト比が低い磁石を使用でき、これは、バイアス場がメモリセルの磁気コンポーネントの減磁を補償するため、作製が非常に容易である。本発明による調整可能な磁気スイッチを、ホール効果センサを用いて磁気メモリデバイスに対して記載した。しかしながら、本発明による調整可能な磁気スイッチは、磁気スイッチを調整するために使用されるバイアス磁場が、任意の磁気コンポーネントおよびセンサ構成に適用されてもよいため、他の磁気メモリデバイスとともに適用されてもよい。
【００６３】
本発明による磁気メモリデバイスは、無線周波識別タグ（ＲＦＩＤ）、パーソナルディジタルアシスタント（ＰＤＡ）、携帯電話、および他のコンピュータデバイスを含むが、これらに限定されるものではないさまざまな応用を有する。例えば、本発明による磁気メモリデバイスの用途として、航空宇宙／防衛、センサ、およびＲＦＩＤの応用がある。本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、低密度耐放射線性の応用に開発されてきた。本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、不揮発性のものであり、読み取り／書き込みアドレス可能であり、耐放射線性材料から作製される。適用可能な新興成長市場は、耐放射線性軍事およびレーダシステム、衛星、およびセキュリティ応用などの航空宇宙および防衛、センサ、およびＲＦＩＤを含む。例えば、自動車用途のセンサ、生物電子工学のような医療機器、バイオセンサ、および気体／液体／エネルギー計測、および石油およびガス探査用の地震監視のすべてが、本発明を使用する可能性として考えられる。普及するコンピュータ、ＰＤＡ、およびディスプレイ市場と同様に、さらなる成長および技術的進化が予想される。
【００６４】
当業者であれば、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、本発明の調整可能な磁気スイッチにさまざまな修正および変形がなされることが明らかであろう。このように、本発明は、特許請求の範囲およびそれと同等のものの範囲内にある本発明の修正および変形に範囲が及ぶことが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明によるメモリセルの例示的な実施形態の平面図を示す。
【図２】本発明による磁気スイッチの例示的な実施形態の上面図を示す。また、図２Ａに示す磁気スイッチの例示的な実施形態の側面図を示す。
【図３】本発明による調整可能な磁気スイッチの例示的な実施形態の概念図を示す。
【図４】本発明の磁気スイッチのリコイル磁化を決定するためのヒステリシスループを示すグラフを示す。
【図５】本発明による例示的なセンサのさまざまな例示的な作製段階を示す。
【図６】本発明による作製済みの例示的なセンサの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の画像を示す。
【図７】本発明による例示的なセンサを絶縁するためのさまざまな例示的な作製段階を示す。
【図８】本発明による電気めっきシステムの例示的な実施形態を示す。
【図９】本発明による例示的なコイルおよび磁石スポット用の作製プロセス（すなわち、リフトオフ）のさまざまな例示的な段階を示す。また、本発明の作製プロセスによる作製済みの例示的なセンサのＳＥＭ画像を示す。
【図１０】本発明による磁石スポット上に磁気材料を堆積するためのさまざまな例示的な作製段階を示す。
【図１１】本発明による作製済みの磁気スイッチのＳＥＭ画像を示す。
【図１２】本発明による例示的なコイルおよび磁石スポット用の別の作製プロセス（すなわち、直接エッチング）のさまざまな例示的な段階を示す。また、本発明の別の作製プロセスによる作製済みの例示的なセンサのＳＥＭ画像を示す。
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の表示）
本発明は、２００５年７月２７日に出願された米国特許出願第１１／１８９，８２２号の一部継続出願であり、２００５年１月３１日に出願された米国仮特許出願第６０／６４７，８０９号および２００５年１２月２１日に出願された同第６０／７５２，０３５号の恩恵を主張し、同特許出願の内容全体は、本願明細書に参照することにより組み込まれる。
【０００２】
本発明は、メモリデバイスに関し、特に、磁気メモリ要素を使用したメモリデバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
携帯用消費者製品市場（携帯型のコンピュータおよび通信機器用の製品を含む）の急成長に伴い、記憶情報を電力なしで保持する固有の能力を備えた低電力消費の不揮発性メモリデバイスに対する需要が高まっている。
【０００４】
これらの応用に対して市場で現在利用可能な主な技術として、金属−酸化膜−半導体型（Ｎ型）のトランジスタのフローティングゲートを、これらの構造体の超薄酸化物層を通る、いわゆる、Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍトンネルを用いて充電（書き込み）または放電（消去）することに依存したＥＥＰＲＯＭ（電気的消去可能プログラム可能読み取り専用メモリ）技術がある。ゲートが充電されると、デバイスに電子反転チャネルが生じ、導電状態になる（メモリ状態１を構成）。フローティングゲートを放電すると（すなわち、負のバイアスを印加すると）、チャネルから電子を取り除き、デバイスを初期の非導電状態（すなわち、メモリ状態０）に戻す。この技術に関する１つの深刻な限界は、消去／書き込みサイクルの耐久性を制限し、突発的な故障を引き起こしうるトンネルに関係する（最大約１０6サイクル後）。さらに、およそ１ｍｓ程度の要求充電時間は、比較的長い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
性能を向上させるために、いわゆる、ＦｅＲＡＭ（強誘電体ランダムアクセスメモリ）技術が開発されてきた。ＦｅＲＡＭメモリセルは、双安定性のコンデンサからなり、分極性の電気双極子を含む強誘電性薄膜から構成される。強磁性材料の磁気モーメントに類似したこれらの双極子は、印加電場の方向に純分極を生じるように印加電場に応答する。正の電場から負の電場に印加電場を掃引するヒステリシスループが、材料の特性を規定する。印加電場を除去すると、強誘電性材料は、不揮発性方式で情報を記憶するための基準として作用する、残留分極として公知の分極を保持しうる。ＦｅＲＡＭは、ＥＥＰＲＯＭの場合の約１２〜１５Ｖと比較した場合、切り換えに必要な電圧が比較的低い電圧（典型的に、約５Ｖ）ですむため、将来的な見通しが明るい期待できる技術であると思われる。さらに、ＦｅＲＡＭデバイスの書き込み耐性は、ＥＥＰＲＯＭの約１０6と比較して、１０8〜１０10サイクルを示し、電気分極の切り換えは、ＥＥＰＲＯＭの充電にかかる約１ｍｓと比較して、約１００ｎｓ程度しか必要としない。しかしながら、読み取り目的で所与のビットを元の状態に戻す追加サイクルが必要となるのは、絶縁疲労の問題を悪化させてしまう。このことはまた、材料を分極する能力が低下してしまうという性質を持っている。さらに、キュリー温度付近でのこれらの材料の挙動と、組成の安定性（およびそれに伴ったキュリー温度の変化）により、適度な熱サイクルであっても、疲労が加速してしまう。最後に、作製プロセスの均一性および制御の課題も依然として残る。
【０００６】
今日、２０年も前に開発が始まったＭＲＡＭ（磁気抵抗ランダムアクセスメモリ）は、読み取り／書き込み耐性サイクルおよび速度の点で、既存の技術の中では最も期待されているものと思われる。この技術は、強磁性ストリップのヒステリシスループを使用する書き込みプロセスに依存する一方で、読み取りプロセスは、異方性磁気抵抗効果を伴う。基本的に、この効果（スピン軌道相互作用に基づく）は、外部印加磁場に依存した、磁気導体の抵抗の変化に関係する。ビットは、２つの強磁性膜（例えば、ＮｉＦｅ）の間に弱い導体（例えば、ＴａＮ）を挟んだストリップからなり、このストリップは、直交する導電性ストリップ線（すなわち、ワード線として知られる）の下方に配置される。書き込みには、サンドイッチストリップを電流が流れ、直交ストリップ線の電流による支援がある場合、サンドイッチストリップの最上層である強磁性層は、時計回りまたは反時計回りのいずれかで磁化される。読み取りは、サンドイッチ構造の磁気抵抗を測定することによって（すなわち、電流を流すことによって）実行される。わずか約０．５％の磁気抵抗率は典型的であるが、１００ｎｓの書き込み時間（および２５０ｎｓの読み取り時間）で動作する１６Ｋｂ ＭＲＡＭチップの作製を可能にする。後に、２５０ＫｂチップがＨｏｎｅｙｗｅｌｌ社により製造された。
【０００７】
１９８９年に、銅層を磁気薄膜で挟んで実装した、いわゆる、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）が発見され、メモリデバイスの性能がさらに向上した。ＧＭＲ構造は、約６％の磁気抵抗を示すが、磁気層間の交換により、磁化が方向を変更しうる速度が制限されてしまう。さらに、ストリップのエッジから磁化が湾曲していることで、セルサイズの縮小、いわゆる、スケーリングに制限が課せられてしまう。
【０００８】
その後、一方の磁気層が他方の磁気層より低い磁場で磁化を切り換えるように２つの磁気層を不一致にしたサンドイッチ構造で作られた、いわゆる、偽スピンバルブ（ＰＳＶ）により、期待できる結果が得られた。軟質膜は、硬質膜の磁化を（磁気抵抗効果によって）感知するために使用され、この硬質膜は、上下のいずれかの磁化（すなわち、状態０または１）を有する記憶媒体を構成する。ＰＳＶ構造は、スケーリングに適しているが、硬質磁気層を切り換えるのに必要とされる報告された磁場は、高密度集積回路の場合、依然として非常に高い。これらのデバイスは、潜在的に、ＥＥＰＲＯＭの代替となると思われる。
【０００９】
スピン依存トンネルデバイス（ＳＤＴ）を用いると、磁気抵抗がさらに改良される（すなわち、最大４０％）。これらのデバイスは、２つの磁気層間に挟められた絶縁層（すなわち、トンネル障壁）から作られる。スタックに垂直な方向において、トンネル抵抗が磁気層の磁化に依存するということに、デバイスの動作が依存する。層の磁化が逆平行である場合に最大の抵抗が得られ、平行な場合、最低の抵抗が得られる。２つの磁気層間のスピン状態密度の変動（すなわち、上または下）は、この挙動を説明する。層の一方は固定され、第２の磁気層は自由であり、情報記憶媒体として使用される。ＳＤＴは、高性能の不揮発性応用に期待できる。実際、このアプローチを用いて、１４ｎｓ程度に短い書き込み時間の値がいくつか報告されている。しかしながら、抵抗の均一性（トンネル障壁の厚みおよび品質）を制御すること、ひいては、ビットごとの切り換え挙動を制御することが、実用的な実施において解消する必要がある現実的な課題として残る。高速、高信頼性、比較的単純な設計、安価、および堅牢である不揮発性メモリデバイスが必要とされている。
【００１０】
以上のことから、本発明は、関連技術の制限および欠点による問題の１つまたはそれ以上を実質的になくす磁気メモリデバイスに関する。
【００１１】
本発明の１つの目的は、不揮発性磁気メモリデバイスにおいてメモリセルを形成するために使用される磁気スイッチを提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、不揮発性磁気メモリデバイスを作製する単純化された方法を提供することである。
【００１３】
本発明のさらなる特徴および利点は、以下の記載に示され、一部、以下の記載から明らかになるであろうし、本発明を実施することによって習得されてもよい。本発明の目的および他の利点は、本願明細書に書かれた記載および特許請求の範囲および添付の図面において特に指摘された構造によって実現され達成される。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記および他の利点を達成するために、および、具体化され広義に記載するような本発明の目的にしたがって、１つまたはそれ以上のメモリセルを有する不揮発性磁気メモリデバイスであって、メモリセルの各々が、磁気コンポーネントと、磁気コンポーネントに近接した位置にあり、磁気コンポーネントに残留磁気極性を生じさせるのに十分な電流を受けるように連結された書き込みコイルとを含む磁気スイッチと、記憶データビットを表す残留磁気極性を検出するために、磁気コンポーネントに近接して配置したホールセンサとを含む。
【００１５】
本発明の別の態様において、不揮発性磁気メモリデバイスの１つまたはそれ以上のメモリセルの作製方法が、磁気コンポーネントと、磁気コンポーネントに近接した位置にあり、磁気コンポーネントに残留磁気極性を生じさせるのに十分な電流を受けるように連結された書き込みコイルとを含む磁気スイッチを形成するステップと、記憶データビットを表す残留磁気極性を検出するために、磁気コンポーネントに近接して配置したホールセンサを形成するステップとを含む。
【００１６】
本発明のさらなる別の態様において、不揮発性磁気メモリデバイスにおいてメモリセルの磁気スイッチを作製する方法が、書き込みコイルを形成するステップと、書き込みコイルと同軸の磁石スポットを形成するステップと、磁気コンポーネントに残留磁気極性を生じさせるのに十分な電流を受けるように連結された書き込みコイルに近接した位置に、磁気コンポーネントを形成するように、磁石スポット上の磁気材料を電気めっきするステップと、を含む。
【００１７】
前述した概要および以下の詳細な記載は共に例示的かつ説明的なものであって、特許請求の範囲に請求されている本発明のさらなる説明を与えるように意図したものであることを理解されたい。
【００１８】
本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、本願明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を示し、本願明細書とともに、本発明の原理を説明する役割を果たす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施形態を詳細に参照し、そのうちのいくつかの例を添付の図面に示す。
【００２０】
本発明は、磁気メモリデバイスに関する。特に、図１は、本発明による磁気メモリデバイスのメモリセルの例示的な実施形態を示す。本発明の例示的な実施形態によるメモリセル１０は、磁気スイッチ１２０と、センサ１３０とを含む。磁気スイッチ１２０は、データを保持するために、磁気コンポーネントまたは材料１２２と、コイル１２４とを含む。センサ１３０は、ホール効果センサ１３２と、磁気スイッチ１２０に記憶されたデータを検出するための電圧検出器（図示せず）に接続された出力端子１３６とを含む。
【００２１】
特に、磁気スイッチ１２０は、磁気コンポーネント１２２を含む。磁気コンポーネント１２２は、永久磁石または強磁性材料（例えば、ニッケルまたはニッケル−鉄磁石）であってもよい。（図示していない電流源に接続された）同軸コイル１２４が、磁気コンポーネント１２２の周りに設けられる。同軸コイル１２４は、金属Ｔｉ／Ａｕなどの導電材料から作られる。しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の他の適切な導電材料（例えば、Ｔｉ／Ｃｕ／Ｔｉ）が使用されてもよい。例示目的で、概して円筒状の形状を有する磁気コンポーネント１２２を示しているが、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の適切な形状（例えば、四角形、矩形、蹄鉄形）が使用されてもよい。さらに、例示目的で、磁気コンポーネント１２２の周りに６巻きした同軸コイル１２４を示す。しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の適切な巻数が使用されてもよい。
【００２２】
ホール効果センサ１３２は、幾何学的に既定された半導体構造を含み、その入力端子１３４は、電源１３８に接続され、出力端子１３６は、電流の流れ方向に垂直な位置に設けられる。例示目的で、「ギリシア十字」の形状を有するホール効果センサ１３２が示されているが、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の適切な形状（例えば、矩形）が使用されてもよい。
【００２３】
一般に、ホール効果センサは、入力インタフェースを通って感知される物理量（すなわち、磁気誘導）に応答し、次いで、感知した信号を出力インタフェースに出力し、この出力インタフェースは、ホール効果センサからの電気信号を指定のインジケータに変換する。この場合、ホール効果センサ１３２が、磁気コンポーネント１２２から磁場（Ｈ）を受けると、磁場の強度に比例した電位差が出力端子１３６の両端に現れる。ホール効果センサ１３２が、同等で反対の磁場を受けると、同じ出力端子１３６の両端に、同等で反対の電位差が現れる。このように、ホール効果センサ１３２は、外部印加磁場の大きさと方向の両方のセンサとして作用する。
【００２４】
一般に、磁気スイッチ１２０に使用する形状および材料は、センサ１３０の周りに磁場（Ｈ）を発生させる役割を果たす磁化（Ｍ）の強度を決定する。コイル１２４に印加された電流（Ｉ）とともに、磁気コンポーネント１２２の周りのコイル１２４の巻数は、磁化（Ｍ）の方向および強度を設定するために、磁気コンポーネント１２２の周りに発生した誘導磁化（Ｈ）の強度を決定する。磁気コンポーネント１２２の磁化（Ｍ）の方向は、磁気スイッチ１２０に記憶された磁気データの値（すなわち、「０」または「１」）を決定する。ホール効果センサ１３２は、点Ｐで検出された磁気スイッチ１２０から出る磁場（Ｈ）に応答して発生する電圧信号ＶHallによって特徴付けられる。
【００２５】
磁場Ｈcoilを発生させるように、コイル１２４に電流（Ｉ）（例えば、電流パルス）が送られる。電流の大きさは、磁気コンポーネント１２２の磁化を変更（すなわち、フリップ）させるのに十分であるように選択される。磁気コンポーネント１２２によって発生する磁場は、センサ１３０が検出点Ｐで検出するのに十分なものである必要がある。検出後、センサ１３０は、オフセット電圧信号ＶOffより大きな応答（ＶHall）を発生する必要がある。オフセット電圧Ｖoffは、任意の有用な信号が発生する前に解消されなければならないしきい値である。さらに詳しく言えば、磁気スイッチ１２０の磁化（Ｍ）によって発生した磁場（Ｈ）は、記憶データを正確に検出できる前に、ＶOffより大きな誘導電圧をセンサ１３０に発生させるために、点Ｐで十分な強さのものでなければならない。オフセット電圧より小さな電圧信号を発生する磁場は、このＤＣバイアス条件でセンサ１３０によって検出できない。
【００２６】
図２Ａは、コイルによって取り囲まれた磁気コンポーネントの例示的な実施形態の上面図を示す。例示目的でのみ、図２Ｂは、下向きに配向した磁化（Ｍ）の最初の方向を有する磁気コンポーネント２２２の側面図を示す。図２Ｃは、コイル２２４に十分に高い電流（Ｉ）が送られた後、磁気コンポーネント２２２が、方向が上向きに配向された誘導磁化を保持することを示す。この場合、検出点Ｐで、磁気コンポーネント２２２の表面に近接した磁気誘導は、磁気コンポーネント２２２によって発生する磁場である。この磁場により、センサ１３０は、電圧信号ＶOffより大きな大きさと、磁化の方向を示す符号（例えば、「上向き」の場合、正の電圧）とをもつ電圧信号を発生する。上向きの磁化が「１」と指定されれば、センサ１３０は、記憶データが「１」であると検出する。
【００２７】
次いで、下向きの磁化（すなわち、「０」）を得るために、適切な電流（例えば、反対方向の電流パルス）が、コイル２２４に再度送られて、磁気コンポーネント２２２の磁化を変更する（すなわち、フリップする）のに十分な磁場−Ｈcoil（すなわち、Ｈcoilと反対の配向をもつ）を発生する。パルスの後、磁気コンポーネント２２２は、大きさがより小さくてもよく、方向が下向きに配向された磁化を保持する。この場合、検出点Ｐでの磁場は、磁気コンポーネント２２２によって発生する磁場である。点Ｐで検出された誘導により、センサ１３０は、大きさがより小さく、磁化方向を示す符号が反対の電圧信号（例えば、「下向き」の場合、負の電圧）を発生する。下向きまたはより小さい磁化が「０」として指定されれば、センサ１３０は、記憶されたデータが「０」であると検出する。
【００２８】
本発明の別の実施形態において、本発明による調整可能な磁気スイッチにより、作製済みの磁気メモリデバイスの動作信頼性が確保される。特に、上述したようなオフセット電圧しきい値Ｖoffは、予想以上に大きいものであってもよい。センサのオフセットは、デバイスの不均一性および作製中に生じるミスアライメントなどによって生じる。磁気スイッチ１２０の磁化（Ｍ）によって発生する磁気誘導（Ｂ）は、記憶データを正確に検出できる前に、センサ１３０において誘導電圧を発生させるのに点Ｐで十分な強さのものでなければならない。メモリセルアレイ１０を含むメモリデバイスが作製されると、内部コンポーネントは、動作オフセットしきい値Ｖoffを低減するように再配設することはできない。この問題に対処するために、本発明による調整可能な磁気スイッチにより、以下に示すように、作製プロセス後に検出された磁場を調整できるようにすることで、作製済みの磁気メモリデバイスの動作信頼性が確保される。
【００２９】
図３Ａおよび図３Ｂは、本発明による調整可能な磁気スイッチの例示的な実施形態を示す。例示目的で、図３Ａは、２つの磁気コンポーネント３２２および３３０を含む調整可能な磁気スイッチ３２０を示す。磁気コンポーネント３２２は、３巻コイルに連結される。しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の適切な巻数が使用されてもよい。磁気コンポーネント３２２は、強磁性材料（例えば、ニッケル−鉄磁石）で作られた軟質の円筒状棒磁石であってもよい。磁気コンポーネント３３０は、強磁性材料（例えば、ニッケル、コバルト、および他の関連のある合金磁石）で作られた硬質の永久磁石であってもよい。磁気コンポーネント３２２および３３０は、例示目的で特定の形状を有するように示されているが、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の適切な形状が使用されてもよい。
【００３０】
図３Ｂ（すなわち、側面図）に示すように、磁気スイッチ３２０は、磁気コンポーネント３３０によって与えられた外部磁気バイアス場Ｈbiasにさらされる。バイアス場Ｈbiasが、磁気スイッチ３２０にわたって確立されると、バイアス場Ｈbiasと同じ方向および配向を有する磁場（Ｈ）を発生するように、コイルに電流（Ｉ）（例えば、電流パルス）が送られる。電流パルスの大きさは、磁気コンポーネント３２２をその飽和磁化値にするのに十分であるように選択される。
【００３１】
例示目的でのみ、一定のバイアス場Ｈbiasと同じ方向に、最初に下向きに配向されているように、磁気コンポーネント３２２の磁化（Ｍ）の方向が示されている。電流（Ｉ）がコイル３２４に送られた後、磁気コンポーネント３２２は、高い磁化を保持する。この場合、磁気コンポーネント３２２の表面に近接した磁場は、検出点Ｐで、バイアス場Ｈbiasと、磁気コンポーネント３２２によって発生する場との組み合わせである。このように場が組み合わせられることで、磁化状態が非常に高くなり、オフセット電圧Ｖoffよりかなり高い電圧信号を発生する。したがって、センサ１３０は、例えば、磁化（Ｍ）の下向き方向が、高状態（すなわち、「１」）として指定されていると仮定すると、記憶データが「１」であると容易に検出する。
【００３２】
低状態（すなわち、「０」）を得るために、コイル３２４に適切な電流（Ｉ）（すなわち、電流パルス）が送られて、磁気コンポーネント３２２を減磁する全磁場（すなわち、Ｈcoil＋Ｈbias）を発生するのに十分なバイアス場Ｈbiasとは反対の方向に、磁場−Ｈcoilを発生させる。コイル３２４に電流が送られた後、以下、図４を参照しながらさらに説明するように、磁化（Ｍ）は、リコイル線をたどってリコイルし、磁気コンポーネント３２２に非常に低い磁化を与える。電流が十分に強ければ、磁化（Ｍ）は、反対方向に配向されてもよい。この場合、検出点Ｐの磁場は、非常に低いか、またはバイアス場Ｈbiasの反対方向のいずれかである磁気コンポーネント３２２によって発生する磁場と、バイアス場Ｈbiasとを組み合わせたものになる。いずれの場合も、点Ｐでの全磁気誘導は、高レベルの場合に相当するものより著しく低いか、存在しないか、または反対方向の場合もある。したがって、最終的な低レベル状態（すなわち、「０」）は、センサ１３０によって検出されてもよい。
【００３３】
図３Ａおよび図３Ｂに略図的に示すスイッチング挙動を、図４に示すように磁気コンポーネント３２２のヒステリシスループを用いて説明してもよい。まず、誘導負荷線と誘導ヒステリシスループとの交点は、誘導がＢ1である点「ａ」を規定する。次いで、点「ａ」は、磁化ループで対応する点「ｂ」を決定するために使用されてもよい。次いで、磁化負荷線を描くことができる。次いで、この負荷線は、磁化ヒステリシスループの点「ｅ」で新しい交点を確立するために、磁場軸に沿ってＨcoilにより平行移動される。次いで、誘導ループの対応する点「ｆ」が確立されてもよい。Ｈcoilが除去された後（すなわち、電流パルスが除去される）、磁気コンポーネント３２２はリコイルする。点「ｆ」およびリコイル透磁率を用いて、リコイル線が描かれる。最後に、リコイル線と磁化負荷線の交点「ｇ」が求められ、誘導Ｂ2を与える。次いで、誘導Ｂ2は、低状態（すなわち、「０」）を確立する際に電流（Ｉ）が除去されると、磁気コンポーネント３２２に記憶される誘導磁化（Ｍ）として設定される。
【００３４】
以下、図５〜図１０を参照しながら、作製プロセスについて説明する。メモリセル１０（図１に示す）の作製プロセスは、２つの部分、すなわち、（１）センサ１３０の作製と、（２）磁気スイッチ１２０の作製とに分けられてもよい。調整可能な磁気スイッチの場合、バイアス磁石を作成する追加プロセスが含まれる。
【００３５】
ホール効果センサ１３２は、ＩＩＩ〜Ｖ族材料（すなわち、周期表のＩＩＩ族からＶ族元素から形成された化合物）などの高移動度材料で作製される。ＩＩＩ〜ＩＶ族材料は、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、および関連する二次元電子ガス（２ＤＥＧ）構造を含むが、これらに限定されるものではない。ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓヘテロ構造に基づいた２ＤＥＧ構造が、ドープされたバンドギャップが広いＡｌＧａＡｓ材料（すなわち、障壁）と、ドープされていないバンドギャップが狭いＧａＡｓ材料（すなわち、ウェル）との間の変調ドープしたヘテロ構造のヘテロ接合界面に形成されてもよい。（ドーパントからの）イオン化キャリアが、ウェル内に移動し、２ＤＥＧを形成する。これらのキャリアは、それらのイオン化された親不純物から空間的に分離され、したがって、キャリア移動度が高くなり、ホール効果が大きくなる。ここではＩＩＩ〜ＩＶ族材料しか記述していないが、ホール効果センサ１３２を作製するために、他の材料（例えば、シリコン）が使用されてもよい。
【００３６】
図５Ａ〜図５Ｄは、本発明の例示的な実施形態によるホール効果センサ１３２のさまざまな作製段階を示す。薄いｎ型の活性ＧａＡｓ膜５３９（約０．５〜０．６μｍ）を有する半絶縁性のＧａＡｓウェハなどの適切なウェハ５３８が使用される。ウェハ５３８上に、レジスト層５４０（例えば、９５０Ｋ ＰＭＭＡ４％）がスピニングされる。以下のスピン条件が使用されてもよい。すなわち、スピン速度＝約４０００ｒｐｍ（厚み＝０．５〜２μｍ）、ベーク温度＝１６０℃、ソフトベーク時間＝７分、照射エネルギー＝２５ｋＶ、照射線量＝１５０μＣ／ｃｍ2、現像剤＝ＭＢＩＫ／ＩＰＡ混合物（１：３）、現像時間＝２５秒である。レジスト層５４０は、ＥＢＬ（すなわち、電子ビームリソグラフィ）によってパターン化されるが、任意の適切なパターン化技術（例えば、標準ＡＺレジストタイプを用いたフォトリソグラフィ）が使用されてもよい。次いで、センサを絶縁するために、メサエッチプロセスが実行される。エッチプロセスは、例えば、標準的なＨ2Ｏ2／Ｈ3ＰＯ4／Ｈ2Ｏ溶液を用いたウェットエッチングを伴う。
【００３７】
エッチングプロセスの後、入力端子１３４および出力端子１３６（図１）は、リフトオフプロセスによって堆積される。図５Ｅ〜図５Ｈに示すように、リフトオフプロセスは、（４０００ｒｐｍで）二重層コポリマー／ＰＭＭＡで作られた層５４２をスピニンングすることを伴う。リフトオフプロファイル（すなわち、アンダーエッチング）は、現像プロセス中および電子ビームへ露出した後、コポリマーとＰＭＭＡとの間の感度の違いによって与えられる。金−ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）などの適切な材料のコンタクト層５４４が、約４００ｎｍの厚みまでウェハ５３８に蒸着されて、センサ１３０の入出力端子として使用されるオーム接触１３４および１３６を形成する。コンタクト性能を高めるために、ＡｕＧｅ層５４４に、ニッケル層が追加されてもよい。
【００３８】
蒸着ステップの後、リフトオフプロセスは、ＡｕＧｅ層５４４の任意の不要な部分を除去するために、アセトンにウェハ５３８を配置することによって完了する。適切な洗浄後、コンタクト（すなわち、ＡｕＧｅ層５４４）は、高速熱アニーリング（ＲＴＡ）を受ける。アニーリングは、窒素（Ｎ2）フローで満たされたＲＴＡチャンバに、約４０秒間、約３４０℃で実行される。リフトオフプロセスは、ＡｕＧｅ層５４４の任意の不要な部分を除去するために、アセトンにウェハ５３８を配置することによって完了する。図６は、ＡｕＧｅコンタクトとＧａＡｓギリシア十字のホール効果センサを示す。また、このパターンに含まれたアライメントマーク５４６も示されている。
【００３９】
上述した例では、レジストＰＭＭＡ４％が使用されているが、ＰＭＭＡ２％などの任意の適切なレジストが使用されてもよい。さらに、必要に応じて、接着促進剤であるＨＭＤＳが使用されてもよい。ＰＭＭＡ２％をレジストとして使用すると、以下のリソグラフィ処理パラメータが使用されてもよい。すなわち、ＰＭＭＡ（２％）、照射エネルギー＝１５ｋＶ、照射線量＝１５０μＣ／ｃｍ2、現像剤＝ＭＢＩＫ／ＩＰＡ混合物（１：３）、現像時間＝２５秒である。
【００４０】
ホール効果センサ１３２が作製されると、ホール効果センサ５３２に絶縁層７４８がスピニングされる。絶縁層７４８は、誘電性ポリイミドなどの適切な材料で作られ、典型的なレジストとして処理されてもよい（すなわち、ウェハにスピニングされ、炉または熱板でベークされてもよい）。誘電性ポリイミドの１つの例は、ＨＤ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ社のＰＩ２５４５（さまざまなマイクロ電子用途で使用される金属間高温ポリイミド）である。これは、高いガラス転位温度（すなわち、約４００℃）を有し、ポジレジストでパターン化されてもよい。さらに、硬化膜は、低ＣＴＥで、延性および可撓性があり、一般的な湿式および乾式処理化学物質に耐性がある。他の適切な材料は、シリコンオキサイドおよびシリコンニトライドを含み、これらは、低温でプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって堆積されてもよい。
【００４１】
例示目的でのみ、図７Ａ〜図７Ｄは、約６０００ｒｐｍの速度でホール効果センサ５３２にスピニングされた後、熱板でソフトベークされたＰＩ２５４５の絶縁層７４８を示す。温度は、２４０℃／ｈで２５℃から１７０℃へ上昇される。炉または熱板の温度が１７０℃に達すると、温度は、９分間（すなわち、浸透時間）一定に保たれる。浸透時間経過後、熱板は、自然対流によって室温まで温度が下がる。絶縁層７４８は、約１４０℃または１７０℃の炉または熱板温度でベークされると、後でレジスト層を除去するために使用される沸騰アセトンに対して良好な耐化学性を生じさせる。
【００４２】
絶縁層７４８が堆積されると、絶縁層７４８にポジレジスト層７５０（例えば、ＰＭＭＡ４％またはＡＺ５２０６）がスピニングされる。説明目的で、ＰＭＭＡ４％が使用される。次いで、レジスト層７５０は、６℃／分のランプ速度および６分の浸透時間で、２分間、１６０℃の温度で炉または熱板においてベークされる。１６０℃のベーク温度は、ＰＭＭＡの最低安全ベーク温度である（例えば、１２０℃でベークされたＰＭＭＡは、何らかの接着不良を示すことがある）。
【００４３】
次いで、ウェハは、ＥＢＬチャンバ内に配置され、２５ｋＶの電子ビームに露光される。レジスト層７５０は、ホール効果センサのオーム接触およびアライメントマーク（存在する場合）にわたって開口を作るようにパターン化される。パターンのサイズが９×１０μｍ2の場合、適切な線量が、１６５〜１８２μＣ／ｃｍ2の範囲のものであってもよく、パターンのサイズが１７×１７μｍ2の場合、適切な線量が、１４９〜１６３μＣ／ｃｍ2の範囲のものであってもよく、パターンのサイズが１００×１１２μｍ2の場合、適切な線量が、１３２〜１４５μＣ／ｃｍ2の範囲のものであってもよい。
【００４４】
露光後、レジスト層７５０は、適切な時間量（例えば、約４０〜５５秒）の間、ＭＩＢＫ／アルコール（１：３）などの適切な溶液で現像される。次いで、ウェハは、アルコールおよび脱イオン水でリンスされる。ウェハが洗浄されると、適切な時間量（例えば、約６〜１４分またはそれ以上）の間、絶縁層をエッチングするために、希釈ＰＰＤ４５０（１：５）溶液が使用される。希釈および攪拌の程度と、現像およびエッチングの時間は、必要に応じて変更されてもよい。レジスト層７５０（すなわち、ＰＭＭＡ）を除去するために、沸騰アセトンが使用される。最後に、絶縁層７４８の作製を完了するために、絶縁層７４８は、上述したような温度ランプを用いて約２００℃でハードベークされてもよい。絶縁層は、４００℃程度の高温でハードベークされてもよい。しかしながら、このような高温は、ホール効果センサに望ましくない拡散を生じることもある。
【００４５】
センサ１３０が作製されると、磁気スイッチ１２０は、絶縁層７４８にわたって作製される。磁気スイッチ１２０を作製する一般的なアプローチは、最初にコイル１２４を作製した後、磁気コンポーネント１２２を作製することである。磁気材料（例えば、アルニコおよびマルテンサイト鋼）を作製する従来の方法は、例えば、異なるコンポーネントの溶融、鋳造、および高温（典型的に、８００℃を超える）熱処理（例えば、焼き入れ）を含む合成ルートを伴う。他の合成ルートは、焼結および押し出し成形を含む。これらの方法は、コンポーネントのサイズが極めて小さいため、マイクロ技術またはウェハスケールの処理には不適合である。
【００４６】
一方で、電気めっきにより、要素の壁上にほとんど欠陥がなく、要素の形状を比較的良好に規定することができる。また、電気めっきは、安価で、実施するプロセスが比較的簡単である。３電極システムは、堆積した合金の化学量論をモニタするために使用できる。
【００４７】
磁気スイッチ１２０の作製プロセスを説明する際に、電気めっきが使用されるが、任意の適切な合成ルートが利用されてもよい。図８に示すように、電気めっきシステム８００が、電気めっき槽８１０と、コンピュータ８２０と、コンピュータ作動によるポテンショスタット／ガルバノスタット８３０とを含む。コンピュータ８２０は、電気めっきプロセスを制御するために、ポテンショスタット／ガルバノスタット８３０によって、電気めっき槽８１０に接続される。ポテンショスタット／ガルバノスタット８３０は、ポテンショスタットまたはガルバノスタットのいずれかとして機能しうる。
【００４８】
最初に、コイルと、磁気コンポーネントが設けられるコイル内の磁石スポットまたはエリアとが、センサ１３０にわたって形成される。コイルおよび磁石スポットを形成する第１の例示的なプロセスが、チタン／金のリフトオフプロセスを伴う。図９Ａ〜図９Ｄは、本発明による金リフトオフプロセスによるさまざまな作製段階を示す。
【００４９】
絶縁層７４８（図７Ｄから）は、最初に、二重レジスト層９５４（例えば、コポリマー／ＰＭＭＡ）で覆われる。この場合、まず、ウェハにコポリマー層Ｅ１１がスピニングされる。次いで、コポリマー層は、上述したような温度ランプで、５分間、１６０℃で、熱板上でベークされる。熱板は、自然対流によって室温に温度が下がった状態にされる。次いで、アニソール中のＰＭＭＡ４％の層が、ウェハにスピニングされ、規定の温度ランプを用いて、５分間、１６０℃でベークされる。この場合も、熱板は、自然対流によって室温に温度が下がった状態にされる。
【００５０】
ウェハは、ＥＢＬチャンバ内に配置され、このチャンバにおいて、二重レジスト層９５４は、２５ｋＶの照射およびさまざまな線量で、コイル９２４および磁石スポット９２３をパターン化するように電子ビームに露光され、例えば、微細コイルパターンの場合、適切な線量が、１５０μＣ／ｃｍ2であり、磁石スポットの場合、適切な線量が、１２０μＣ／ｃｍ2であり、アライメントマークの場合（存在する場合）、適切な線量は１９５μＣ／ｃｍ2である。アライメントマークは、磁石スポットを位置決めしやすいように、パターンに含まれうる。次いで、二重レジスト層９５４は、約２０秒間、ＭＩＢＫ／アルコールなどの適切な溶液中で現像される。
【００５１】
パターニングステップ後、ウェハは、電子ビーム蒸着器内に配置され、この蒸着器で、Ｔｉ／Ａｕ層９５２を形成するために、２５ｎｍのチタン層９５２ａおよび１５０ｎｍの金層９５２ｂがパターンに堆積される。チタン層９５２ａは、接着層として使用される。最後に、ウェハは、蒸着器から除去され、約１時間、アセトンに浸漬されて、二重レジスト層９５４および任意の望ましくないＴｉ／Ａｕ層９５２を除去する。図９Ｆに示すように、コイル９２４および磁石スポット９２３が得られる。この例示的な実施形態において、１巻のみのコイル９２４が使用される。しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく、必要に応じて、異なる巻数が使用されてもよい。
【００５２】
コイル９２４、磁石スポット９２３、およびアライメントマーク（図示せず）を堆積した後、磁気コンポーネント１２２は、磁気コンポーネント１２２の形状および寸法を与える型によって、磁石スポット９２３に電気めっきされる。図１０Ａ〜図１０Ｃに示すように、このような型を作製するために、ＥＢＬが使用されて、コイル９２４、磁石スポット９２３、およびアライメントマーク（図示せず）にレジスト（例えば、ＡＺ４６２０）の厚い（例えば、約１０μｍ）層１０５８をパターン化する。レジスト層１０５８は、約４分間、約９５℃でベークされる。次いで、ＥＢＬのチャンバ内にレジスト層１０５８が配置され、アライメントマークが位置するエリアが、電子ビームに露光される。この露光後、レジスト層１０５８は、ＰＰＤ４５０などの適切な溶液中で現像され、アライメントマークが位置するエリアから除去される。ウェハは、脱イオン水で洗浄され、Ｎ2で乾かされる。次いで、ＥＢＬ（およびガイドとしてアライメントマーク）を使用して、磁石スポット９２３がパターン化され、レジスト層１０５８は、ウェル１０６０を得るために、二度目に現像される。ウェル１０６０は、磁気コンポーネントを形成するために磁気材料を電気めっきする容器として機能する。
【００５３】
次いで、レジスト鋳型付きのウェハが、電気めっき槽８１０（図８）内に配置され、そこでパルス状の堆積（例えば、２％のデューティーサイクルであり、ここで、ｔon＝１ｍｓ、ｔoff＝４９ｍｓ、およびピーク電流は約１．４ｍＡである）が、磁気材料１０７０（例えば、ニッケルまたはニッケル−鉄）を使用して、磁気スポット上にウェルを形成するレジスト鋳型に堆積することで、磁気コンポーネント１２２のアレイを形成する。純物質の堆積は、一般に容易である。しかしながら、合金が使用されてもよい。堆積可能な材料の例は、コバルト、鉄、ニッケル、ニッケル−鉄（ＮｉＦｅ）、およびコバルト−ニッケル−鉄（ＣｏＮｉＦｅ）を含む。必要であれば、これらの材料の保磁力を高めるために、異なる触媒が使用されてもよい。
【００５４】
例示目的で、２つの添加物、すなわち、サッカリン（ひずみ緩和剤として作用）およびラウリルサルフェートナトリウム（界面活性剤として作用）を含むニッケルクロライド系の溶液が、ウェル１０６０内に堆積される。磁石コンポーネントを作製するために、ＤＣ電流などの電流が使用される。より小さく、アスペクト比がより高い構造の場合、磁気材料（例えば、ニッケルまたはニッケル−鉄）をレジスト鋳型に堆積して、磁気コンポーネント１２２のアレイを形成するために、パルス状の電子堆積（例えば、２％デューティーサイクル）が使用されてもよい。電気めっき条件は、コンピュータ作動されたポテンショスタット／ガルバノスタット８３０によって制御される。磁石の形状は円筒状であるが、上記の技術を用いて、任意の形状（例えば、矩形、正方形）のものであってもよい。電着後、型（すなわち、厚いレジスト層１０５８）は、アセトンなどの適切な溶液を用いて除去される。図１１は、上記プロセスを用いて得られた磁気スイッチを示す。
【００５５】
磁気スイッチ１２０が完了すると、図３Ａおよび図３Ｂに示すような調整可能な磁気スイッチを作製するために、さらなる処理ステップが実行されてもよい。例えば、磁気スイッチ１２０の上部に、絶縁層７４８が堆積される。次いで、予め作製されたマイクロ磁石をハイブリッド集積することによって、または絶縁層７４８上にコバルトまたは選択された合金などの硬質強磁性材料を電気めっきすることによって、構造の上部に、例えば、硬質永久磁石が追加される。
【００５６】
型を作製する例示的な方法としてＥＢＬを使用しているが、フォトリソグラフィなどの任意の適切な方法が使用されてもよい。例えば、フォトリソグラフィを使用する場合、型は、予め作製された適切な硬質マスクを通してＵＶ光にレジスト層（すなわち、ＡＺ４６２０）を露光することによって形成される。
【００５７】
コイル９２４および磁石スポット９２３を作製する別のアプローチは、図１２Ａ〜図１２Ｅに示すように、同じプロセスステップでコイル９２４および磁石スポット９２３を獲得するように、シード層９５２を直接エッチングすることを伴う。１つの重要な概念は、磁気コンポーネント１２２の成長用と、同時に、コイル９２４の作製用にシード層９２５を使用することである。最初に、シード層９５２（すなわち、Ｔｉ層９５２ａ、Ｃｕ層９５２ｂ、Ｔｉ層９５２ｃ）を保持するウェハは、例えば、ＥＢＬによってパターン化される。このパターン化ステップは、ポジレジスト層１２１０およびウェットエッチングの使用を組み込むこともできる。再度言及するが、パターンは、中央の金属スポットの周りに単一ループのコイルを含み、金属経路で、コイルを電気めっき用に使用される共通電極に電気的につなげる。しかしながら、任意の適切な巻数が使用されてもよい。
【００５８】
ウェハは、約１５０℃で約３０分間、熱板上でベークすることによって乾燥される。ウェハに、レジスト層１２１０（例えば、ＡＺ５２０６Ｅ）がスピンコートされる。レジスト層１２１０はソフトベークされ、約９５℃から約８０度へと温度が下げられ、この温度変化の時間は、約６〜７分である。次いで、レジスト層１２１０が露光される（例えば、照射エネルギー＝約１０ｋＶ、線量＝約６μＣ／ｃｍ2）。露光後、ウェハは、ＰＰＤ４５０などの適切な溶液で現像される。次いで、ウェハは、脱イオン水で洗浄される。洗浄ステップ後、ウェハは、約１２５℃で約１０分間、ハードベークされる。チタン（Ｔｉ）および銅（Ｃｕ）層は、適切な溶液でエッチングされる。例えば、Ｔｉ層９５２ａおよび９５２ｃは、高希釈ＨＦ／ＨＮＯ3／Ｈ2Ｏ溶液でエッチングされてもよく、銅層９５２ｂは、ＨＣｌ／Ｈ2Ｏ2／Ｈ2Ｏ溶液でエッチングされてもよい。次いで、ウェハは、レジスト１２１０を除去するために洗浄される。洗浄ステップは、例えば、沸騰アセトン、沸騰アルコール、および脱イオン水のリンスを含みうる。シード層９５２に、コイル９２４および磁石スポット９２３が直接エッチングされると、ウェハは、上述したように磁気コンポーネントを電気めっきするための型作製プロセスを受ける。
【００５９】
ホール効果センサ上の磁気スイッチに関連して、本発明による磁気メモリデバイスを記載した。特に、電力供給なしに磁場を保持できる磁気コンポーネントと、記憶した磁場を読み取るための単純なセンサとの利点により、現在使用されている電気ベースのメモリデバイスと比較して、動作用の電力をほとんど消費しない不揮発性メモリデバイスが得られる。
【００６０】
さらに、本発明による調整可能な磁気スイッチについて記載した。本発明による調整可能な磁気スイッチの利点は多数ある。第１に、磁気コンポーネントが、誘導コイルから誘導磁化（Ｍ）を保持するために、本発明による調整可能な磁気スイッチは、不揮発性メモリを有するスイッチとして機能しうる。
【００６１】
第２に、本発明による調整可能な磁気スイッチは、センサオフセットを部分的に、または完全に保障するように、ホール効果センサに十分に高い場を与える。前者の場合、本発明による磁気スイッチが調整可能であること、すなわち、センサオフセットに対してバイアス場が調節されてもよいことで、作製制約の許容範囲が広がり、作製が非常に容易になり、デバイスの信頼性が増す。これは、デバイスのサイズのスケールダウンに伴い、センサオフセットが大きくなるため、小型化するための著しい利点となる。
【００６２】
このアプローチのさらなる別の重要な利点は、本発明による調整可能な磁気スイッチにより、アスペクト比が低い磁石を使用でき、これは、バイアス場がメモリセルの磁気コンポーネントの減磁を補償するため、作製が非常に容易である。本発明による調整可能な磁気スイッチを、ホール効果センサを用いて磁気メモリデバイスに対して記載した。しかしながら、本発明による調整可能な磁気スイッチは、磁気スイッチを調整するために使用されるバイアス磁場が、任意の磁気コンポーネントおよびセンサ構成に適用されてもよいため、他の磁気メモリデバイスとともに適用されてもよい。
【００６３】
本発明による磁気メモリデバイスは、無線周波識別タグ（ＲＦＩＤ）、パーソナルディジタルアシスタント（ＰＤＡ）、携帯電話、および他のコンピュータデバイスを含むが、これらに限定されるものではないさまざまな応用を有する。例えば、本発明による磁気メモリデバイスの用途として、航空宇宙／防衛、センサ、およびＲＦＩＤの応用がある。本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、低密度耐放射線性の応用に開発されてきた。本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、不揮発性のものであり、読み取り／書き込みアドレス可能であり、耐放射線性材料から作製される。適用可能な新興成長市場は、耐放射線性軍事およびレーダシステム、衛星、およびセキュリティ応用などの航空宇宙および防衛、センサ、およびＲＦＩＤを含む。例えば、自動車用途のセンサ、生物電子工学のような医療機器、バイオセンサ、および気体／液体／エネルギー計測、および石油およびガス探査用の地震監視のすべてが、本発明を使用する可能性として考えられる。普及するコンピュータ、ＰＤＡ、およびディスプレイ市場と同様に、さらなる成長および技術的進化が予想される。
【００６４】
当業者であれば、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、本発明の調整可能な磁気スイッチにさまざまな修正および変形がなされることが明らかであろう。このように、本発明は、特許請求の範囲およびそれと同等のものの範囲内にある本発明の修正および変形に範囲が及ぶことが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明によるメモリセルの例示的な実施形態の平面図を示す。
【図２】本発明による磁気スイッチの例示的な実施形態の上面図を示す。また、図２Ａに示す磁気スイッチの例示的な実施形態の側面図を示す。
【図３】本発明による調整可能な磁気スイッチの例示的な実施形態の概念図を示す。
【図４】本発明の磁気スイッチのリコイル磁化を決定するためのヒステリシスループを示すグラフを示す。
【図５】本発明による例示的なセンサのさまざまな例示的な作製段階を示す。
【図６】本発明による作製済みの例示的なセンサの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の画像を示す。
【図７】本発明による例示的なセンサを絶縁するためのさまざまな例示的な作製段階を示す。
【図８】本発明による電気めっきシステムの例示的な実施形態を示す。
【図９】本発明による例示的なコイルおよび磁石スポット用の作製プロセス（すなわち、リフトオフ）のさまざまな例示的な段階を示す。また、本発明の作製プロセスによる作製済みの例示的なセンサのＳＥＭ画像を示す。
【図１０】本発明による磁石スポット上に磁気材料を堆積するためのさまざまな例示的な作製段階を示す。
【図１１】本発明による作製済みの磁気スイッチのＳＥＭ画像を示す。
【図１２】本発明による例示的なコイルおよび磁石スポット用の別の作製プロセス（すなわち、直接エッチング）のさまざまな例示的な段階を示す。また、本発明の別の作製プロセスによる作製済みの例示的なセンサのＳＥＭ画像を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたはそれ以上のメモリセルを有する不揮発性磁気メモリデバイスであって、前記メモリセルの各々が、
磁気コンポーネントと、前記磁気コンポーネントに近接した位置にあり、前記磁気コンポーネントに残留磁気極性を生じさせるのに十分な電流を受けるように連結された書き込みコイルとを含む磁気スイッチと、
記憶データビットを表す残留磁気極性を検出するために、前記磁気コンポーネントに近接して配置したホールセンサと、
を備えるデバイス。
【請求項２】
前記磁気コンポーネントが、永久強磁性材料の１つである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記磁気コンポーネントが、ニッケルまたはニッケル−鉄合金から作られる、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記書き込みコイルが、１巻コイルである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記書き込みコイルが、Ｔｉ／ＡｕおよびＴｉ／Ｃｕ／Ｔｉの１つから作られる、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記磁気コンポーネントが、前記書き込みコイルと同軸である、請求項４に記載のデバイス。
【請求項７】
前記ホールセンサが、ギリシア十字型のホールセンサである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記ホールセンサが、
前記磁気コンポーネントの残留磁気極性に応答する電流の流れ方向を有する検出部と、
前記検出部に電流を供給するように、前記検出部に連結される入力線と、
前記検出部から電流を受けるように、前記検出部に連結される出力線と、
前記検出部から電流を収集し、前記出力線に電流を通して、記憶データビット値を示すように、前記出力線と前記入力線との間の前記検出部の側面に沿って、前記出力線と前記検出部との両方に連結されたコレクタと
を含む、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記不揮発性メモリデバイスが、無線周波識別（ＲＦＩＤ）デバイス、携帯電話、パーソナルディジタルアシスタント（ＰＤＡ）の１つに組み込まれる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記不揮発性メモリデバイスが、耐放射線性材料から作られる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
不揮発性磁気メモリデバイスの１つまたはそれ以上のメモリセルを作製する方法であって、
磁気コンポーネントと、前記磁気コンポーネントに近接した位置にあり、前記磁気コンポーネントに残留磁気極性を生じさせるのに十分な電流を受けるように連結された書き込みコイルとを含む磁気スイッチを形成するステップと、
記憶データビットを表す残留磁気極性を検出するために、前記磁気コンポーネントに近接して配置したホールセンサを形成するステップと
を含む方法。
【請求項１２】
前記磁気スイッチを形成するステップが、
前記書き込みコイルを形成するステップと、
前記書き込みコイルと同軸の磁石スポットを形成するステップと、
前記磁石スポット上に磁気材料を電気めっきするステップと
を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
電気めっき前に、前記磁石スポット上に磁石の型を形成するステップをさらに含み、磁石の型を形成するステップが、
前記書き込みコイルおよび前記磁石スポット上に厚いレジスト層を形成するステップと、
前記レジストをベークするステップと、
前記磁石スポットの周りにウェルを形成するために、前記レジストをパターン化するステップと
を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記レジストが、ＡＺ４６２０であり、前記レジスト層が、約４分間、約９５℃でベークされる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記磁気材料が、２％デューティーサイクルでパルス堆積によって磁石スポットに電気めっきされ、この場合、Ｖonが約１ｍｓであり、Ｖoffが約４９ｍｓであり、ピーク電流が約１．４ｍＡである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記磁気材料が、ニッケル、ニッケル−鉄、コバルト、鉄、およびＣｏＮｉＦｅの１つである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記書き込みコイルおよび前記磁石スポットが、同じプロセス中に同時に形成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記書き込みコイルを形成するステップおよび前記磁石スポットを形成するステップが、
コポリマーおよびポリイミドの二重層を形成するステップと、
前記二重層をパターン化するステップと、
電気めっきによって導体を堆積するステップと、
前記二重層を除去することによって、前記書き込みコイルおよび前記磁石スポットを形成するステップと
を含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記コポリマーがＥ１１であり、前記ポリイミドがＰＭＭＡである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記二重層を形成するステップが、
約５分間、約１６０℃で前記二重層をベークするステップと、
室温に冷却するステップと
を含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記二重層が、電子ビームリソグラフィによってパターン化され、この場合、照射エネルギーが約２５ｋＶであり、書き込みコイル線量が約１５０μＣ／ｃｍ2であり、磁石スポット線量が約１２０μＣ／ｃｍ2である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記導体が、チタン層および金層から形成される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記チタン層が約２５ｎｍであり、前記金層が約１５０ｎｍである、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記書き込みコイルを形成するステップおよび前記磁石スポットを形成するステップが、
導電材料のシード層を形成するステップと、
前記シード層上にレジスト層を形成するステップと、
前記レジスト層をソフトベークするステップと、
前記レジスト層をパターン化するステップと、
前記パターン化されたレジストをハードベークするステップと、
前記シード層をエッチングすることにより、前記書き込みコイルおよび前記磁石スポットを形成するステップと
を含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
前記シード層が、Ｔｉ／Ｃｕ／Ｔｉで形成される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記Ｔｉ層が、ＨＦ／ＨＮＯ3／Ｈ2Ｏ溶液でエッチングされ、Ｃｕ層が、ＨＣｌ／Ｈ2Ｏ2／Ｈ2Ｏ溶液でエッチングされる、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記レジストが、ＡＺ５２０６である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記レジスト層が、約９５℃でソフトベークされ、約６〜７分間、約８０℃に温度が下げられ、前記パターン化されたレジスト層が、約１０分間、約１２５℃でハードベークされる、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記レジスト層が、電子ビームリソグラフィによってパターン化され、この場合、照射エネルギーが約１０ｋＶであり、線量が約６μＣ／ｃｍ2である、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記ホールセンサを形成するステップが、
基板上に活性層を形成するステップと、
前記活性層上にレジスト層を形成するステップと、
前記レジスト層をパターン化するステップと、
エッチングによって検出部を形成するステップと、
前記検出部上に入出力端子を形成するステップと、
前記ホールセンサ上に絶縁層を形成するステップと
を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項３１】
前記基板が、半絶縁性ＧａＡｓウェハであり、前記活性層が、薄いｎ型の活性ＧａＡｓ膜である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記ＧａＡｓ膜が、約０．５μｍ〜約０．６μｍである、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記レジストがＰＭＭＡ４％であり、前記レジスト層が、電子ビームリソグラフィによってパターン化され、この場合、照射エネルギーが約２５ｋＶであり、照射線量が約１５０μＣ／ｃｍ2であり、現像剤が約１：３の比率のＭＢＩＫ／ＩＰＡ混合物であり、現像時間が約２５秒である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記レジストがＰＭＭＡ２％であり、前記レジスト層が、電子ビームリソグラフィによってパターン化され、この場合、照射エネルギーが約１５ｋＶであり、照射線量が約１５０μＣ／ｃｍ2であり、現像剤が約１：３の比率のＭＢＩＫ／ＩＰＡ混合物であり、現像時間が約２５秒である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
前記レジスト層を形成するステップが、
約０．５μｍ〜約２μｍの厚みを形成するために、約４０００ｒｐｍのスピン速度で前記レジストをスピニングするステップと、
約７分間、約１６０℃で前記レジスト層をベークするステップと
を含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】
前記入出力端子が、
コポリマーおよびＰＭＭＡの二重層を形成するステップと、
コンタクト層を形成するステップと、
前記二重層に急速熱アニーリングを適用するステップと
を含むリフトオフプロセスによって形成される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３７】
前記コンタクト層が、約４００ｎｍの厚みのＡｕＧｅと、前記ＡｕＧｅ層上のニッケルとで作られる、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記急速熱アニーリングステップが、窒素フローで４０秒間、３４０℃で実行される、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記レジストが、約６０００ｒｐｍのスピン速度でスピニングされ、２４０Ｃ／ｈで約２５℃〜約１７０℃でソフトベークされた誘電体ポリイミドＰＩ２５４５である、請求項３０に記載の方法。
【請求項４０】
不揮発性磁気メモリデバイスにおいてメモリセルの磁気スイッチを作製する方法であって、
書き込みコイルを形成するステップと、
前記書き込みコイルと同軸の磁石スポットを形成するステップと、
磁気コンポーネントに残留磁気極性を生じさせるのに十分な電流を受けるように連結された前記書き込みコイルに近接した位置に、前記磁気コンポーネントを形成するように、前記磁石スポット上の磁気材料を電気めっきするステップと
を含む方法。
【請求項４１】
前記書き込みコイルを形成するステップおよび前記磁石スポットを形成するステップが、
コポリマーおよびポリイミドの二重層を形成するステップと、
前記二重層をパターン化するステップと、
電気めっきによって導体を堆積するステップと、
前記二重層を除去することによって、前記書き込みコイルおよび前記磁石スポットを同時に形成するステップと
を含む請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記導体が、チタン層および金層で形成される、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記書き込みコイルを形成するステップおよび前記磁石スポットを形成するステップが、
導電材料のシード層を形成するステップと、
前記シード層上にレジスト層を形成するステップと、
前記レジスト層をソフトベークするステップと、
前記レジスト層をパターン化するステップと、
前記パターン化されたレジストをハードベークするステップと、
前記シード層をエッチングすることによって、前記書き込みコイルおよび前記磁石スポットを同時に形成するステップと
を含む請求項４０に記載の方法。
【請求項４４】
前記シード層が、Ｔｉ／Ｃｕ／Ｔｉで形成される、請求項４３に記載の方法。
【請求項１】
１つまたはそれ以上のメモリセルを有する不揮発性磁気メモリデバイスであって、前記メモリセルの各々が、
磁気コンポーネントと、前記磁気コンポーネントに近接した位置にあり、前記磁気コンポーネントに残留磁気極性を生じさせるのに十分な電流を受けるように連結された書き込みコイルとを含む磁気スイッチと、
記憶データビットを表す残留磁気極性を検出するために、前記磁気コンポーネントに近接して配置したホールセンサと、
を備えるデバイス。
【請求項２】
前記磁気コンポーネントが、永久強磁性材料の１つである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記磁気コンポーネントが、ニッケルまたはニッケル−鉄合金から作られる、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記書き込みコイルが、１巻コイルである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記書き込みコイルが、Ｔｉ／ＡｕおよびＴｉ／Ｃｕ／Ｔｉの１つから作られる、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記磁気コンポーネントが、前記書き込みコイルと同軸である、請求項４に記載のデバイス。
【請求項７】
前記ホールセンサが、ギリシア十字型のホールセンサである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記ホールセンサが、
前記磁気コンポーネントの残留磁気極性に応答する電流の流れ方向を有する検出部と、
前記検出部に電流を供給するように、前記検出部に連結される入力線と、
前記検出部から電流を受けるように、前記検出部に連結される出力線と、
前記検出部から電流を収集し、前記出力線に電流を通して、記憶データビット値を示すように、前記出力線と前記入力線との間の前記検出部の側面に沿って、前記出力線と前記検出部との両方に連結されたコレクタと
を含む、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記不揮発性メモリデバイスが、無線周波識別（ＲＦＩＤ）デバイス、携帯電話、パーソナルディジタルアシスタント（ＰＤＡ）の１つに組み込まれる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記不揮発性メモリデバイスが、耐放射線性材料から作られる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
不揮発性磁気メモリデバイスの１つまたはそれ以上のメモリセルを作製する方法であって、
磁気コンポーネントと、前記磁気コンポーネントに近接した位置にあり、前記磁気コンポーネントに残留磁気極性を生じさせるのに十分な電流を受けるように連結された書き込みコイルとを含む磁気スイッチを形成するステップと、
記憶データビットを表す残留磁気極性を検出するために、前記磁気コンポーネントに近接して配置したホールセンサを形成するステップと
を含む方法。
【請求項１２】
前記磁気スイッチを形成するステップが、
前記書き込みコイルを形成するステップと、
前記書き込みコイルと同軸の磁石スポットを形成するステップと、
前記磁石スポット上に磁気材料を電気めっきするステップと
を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
電気めっき前に、前記磁石スポット上に磁石の型を形成するステップをさらに含み、磁石の型を形成するステップが、
前記書き込みコイルおよび前記磁石スポット上に厚いレジスト層を形成するステップと、
前記レジストをベークするステップと、
前記磁石スポットの周りにウェルを形成するために、前記レジストをパターン化するステップと
を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記レジストが、ＡＺ４６２０であり、前記レジスト層が、約４分間、約９５℃でベークされる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記磁気材料が、２％デューティーサイクルでパルス堆積によって磁石スポットに電気めっきされ、この場合、Ｖonが約１ｍｓであり、Ｖoffが約４９ｍｓであり、ピーク電流が約１．４ｍＡである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記磁気材料が、ニッケル、ニッケル−鉄、コバルト、鉄、およびＣｏＮｉＦｅの１つである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記書き込みコイルおよび前記磁石スポットが、同じプロセス中に同時に形成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記書き込みコイルを形成するステップおよび前記磁石スポットを形成するステップが、
コポリマーおよびポリイミドの二重層を形成するステップと、
前記二重層をパターン化するステップと、
電気めっきによって導体を堆積するステップと、
前記二重層を除去することによって、前記書き込みコイルおよび前記磁石スポットを形成するステップと
を含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記コポリマーがＥ１１であり、前記ポリイミドがＰＭＭＡである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記二重層を形成するステップが、
約５分間、約１６０℃で前記二重層をベークするステップと、
室温に冷却するステップと
を含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記二重層が、電子ビームリソグラフィによってパターン化され、この場合、照射エネルギーが約２５ｋＶであり、書き込みコイル線量が約１５０μＣ／ｃｍ2であり、磁石スポット線量が約１２０μＣ／ｃｍ2である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記導体が、チタン層および金層から形成される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記チタン層が約２５ｎｍであり、前記金層が約１５０ｎｍである、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記書き込みコイルを形成するステップおよび前記磁石スポットを形成するステップが、
導電材料のシード層を形成するステップと、
前記シード層上にレジスト層を形成するステップと、
前記レジスト層をソフトベークするステップと、
前記レジスト層をパターン化するステップと、
前記パターン化されたレジストをハードベークするステップと、
前記シード層をエッチングすることにより、前記書き込みコイルおよび前記磁石スポットを形成するステップと
を含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
前記シード層が、Ｔｉ／Ｃｕ／Ｔｉで形成される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記Ｔｉ層が、ＨＦ／ＨＮＯ3／Ｈ2Ｏ溶液でエッチングされ、Ｃｕ層が、ＨＣｌ／Ｈ2Ｏ2／Ｈ2Ｏ溶液でエッチングされる、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記レジストが、ＡＺ５２０６である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記レジスト層が、約９５℃でソフトベークされ、約６〜７分間、約８０℃に温度が下げられ、前記パターン化されたレジスト層が、約１０分間、約１２５℃でハードベークされる、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記レジスト層が、電子ビームリソグラフィによってパターン化され、この場合、照射エネルギーが約１０ｋＶであり、線量が約６μＣ／ｃｍ2である、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記ホールセンサを形成するステップが、
基板上に活性層を形成するステップと、
前記活性層上にレジスト層を形成するステップと、
前記レジスト層をパターン化するステップと、
エッチングによって検出部を形成するステップと、
前記検出部上に入出力端子を形成するステップと、
前記ホールセンサ上に絶縁層を形成するステップと
を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項３１】
前記基板が、半絶縁性ＧａＡｓウェハであり、前記活性層が、薄いｎ型の活性ＧａＡｓ膜である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記ＧａＡｓ膜が、約０．５μｍ〜約０．６μｍである、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記レジストがＰＭＭＡ４％であり、前記レジスト層が、電子ビームリソグラフィによってパターン化され、この場合、照射エネルギーが約２５ｋＶであり、照射線量が約１５０μＣ／ｃｍ2であり、現像剤が約１：３の比率のＭＢＩＫ／ＩＰＡ混合物であり、現像時間が約２５秒である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記レジストがＰＭＭＡ２％であり、前記レジスト層が、電子ビームリソグラフィによってパターン化され、この場合、照射エネルギーが約１５ｋＶであり、照射線量が約１５０μＣ／ｃｍ2であり、現像剤が約１：３の比率のＭＢＩＫ／ＩＰＡ混合物であり、現像時間が約２５秒である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
前記レジスト層を形成するステップが、
約０．５μｍ〜約２μｍの厚みを形成するために、約４０００ｒｐｍのスピン速度で前記レジストをスピニングするステップと、
約７分間、約１６０℃で前記レジスト層をベークするステップと
を含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】
前記入出力端子が、
コポリマーおよびＰＭＭＡの二重層を形成するステップと、
コンタクト層を形成するステップと、
前記二重層に急速熱アニーリングを適用するステップと
を含むリフトオフプロセスによって形成される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３７】
前記コンタクト層が、約４００ｎｍの厚みのＡｕＧｅと、前記ＡｕＧｅ層上のニッケルとで作られる、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記急速熱アニーリングステップが、窒素フローで４０秒間、３４０℃で実行される、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記レジストが、約６０００ｒｐｍのスピン速度でスピニングされ、２４０Ｃ／ｈで約２５℃〜約１７０℃でソフトベークされた誘電体ポリイミドＰＩ２５４５である、請求項３０に記載の方法。
【請求項４０】
不揮発性磁気メモリデバイスにおいてメモリセルの磁気スイッチを作製する方法であって、
書き込みコイルを形成するステップと、
前記書き込みコイルと同軸の磁石スポットを形成するステップと、
磁気コンポーネントに残留磁気極性を生じさせるのに十分な電流を受けるように連結された前記書き込みコイルに近接した位置に、前記磁気コンポーネントを形成するように、前記磁石スポット上の磁気材料を電気めっきするステップと
を含む方法。
【請求項４１】
前記書き込みコイルを形成するステップおよび前記磁石スポットを形成するステップが、
コポリマーおよびポリイミドの二重層を形成するステップと、
前記二重層をパターン化するステップと、
電気めっきによって導体を堆積するステップと、
前記二重層を除去することによって、前記書き込みコイルおよび前記磁石スポットを同時に形成するステップと
を含む請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記導体が、チタン層および金層で形成される、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記書き込みコイルを形成するステップおよび前記磁石スポットを形成するステップが、
導電材料のシード層を形成するステップと、
前記シード層上にレジスト層を形成するステップと、
前記レジスト層をソフトベークするステップと、
前記レジスト層をパターン化するステップと、
前記パターン化されたレジストをハードベークするステップと、
前記シード層をエッチングすることによって、前記書き込みコイルおよび前記磁石スポットを同時に形成するステップと
を含む請求項４０に記載の方法。
【請求項４４】
前記シード層が、Ｔｉ／Ｃｕ／Ｔｉで形成される、請求項４３に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公表番号】特表２００８−５２９２８７（Ｐ２００８−５２９２８７Ａ）
【公表日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５５２４７７（Ｐ２００７−５５２４７７）
【出願日】平成１８年１月３１日（２００６．１．３１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＡ２００６／０００１１３
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０７９２１５
【国際公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【出願人】（５０７０２９８１２）ユニバーシティー オブ トロント (3)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月３１日（２００６．１．３１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＡ２００６／０００１１３
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０７９２１５
【国際公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【出願人】（５０７０２９８１２）ユニバーシティー オブ トロント (3)
【Ｆターム（参考）】
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