JP2000150984A - Magnetic tunnel element using ozone-oxidized insulating film - Google Patents

Magnetic tunnel element using ozone-oxidized insulating film

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JP2000150984A
JP2000150984A JP10323333A JP32333398A JP2000150984A JP 2000150984 A JP2000150984 A JP 2000150984A JP 10323333 A JP10323333 A JP 10323333A JP 32333398 A JP32333398 A JP 32333398A JP 2000150984 A JP2000150984 A JP 2000150984A
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ozone
film
insulating film
magnetic tunnel
oxygen
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Japanese (ja)
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Sunao Horiai
直 堀合
Hiroshi Endo
博史 遠藤
Takahiro Hayashi
高▲広▼ 林
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Yamaha Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a magnetic tunnel element which can be used for a magneto- resistance memory array by interposing an insulating film between a hard magnetic film and a soft magnetic film and oxidizing the insulating film in a mixed gas of oxygen and ozone. SOLUTION: Lower electrodes 4 each composed of a first Ti conductive film 2 and a second Cu conductive film 3 are formed on an Si substrate 12. Then magnetic tunnel elements 8 each composed of a hard magnetic layer 5, an insulating film 6, and soft magnetic layer 7 are formed by successively forming Co hard magnetic layers 5 having different coercive forces, insulating films 6 which are formed by oxidizing Al films in a mixed gas of oxygen and ozone, and NiFe soft magnetic layers 7 on the electrodes 4. Therefore, a magnetic tunnel element 8 which does not cause resistance fluctuation and can be used for a magneto-resistance memory array can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、オゾン酸化絶縁膜
を使用した磁気トンネル素子に関し、特に、磁気抵抗の
バラツキを低減した磁気トンネル素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic tunnel device using an ozone oxide insulating film, and more particularly, to a magnetic tunnel device having reduced variation in magnetic resistance.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、磁気トンネル素子(以下、TMR
素子という。)は、スピンバルブより磁気抵抗変化が大
きく、また素子自体の抵抗も大きいために、TMR素子
は磁界変化に対して変化する素子の電圧変化も大きい。
このために、これからの磁気ヘッド並びに磁気抵抗メモ
リ(以下、MRAMという。)に適した材料である。
2. Description of the Related Art Conventionally, a magnetic tunnel element (hereinafter referred to as TMR)
An element. In (2), since the magnetoresistance change is larger than that of the spin valve and the resistance of the element itself is larger, the TMR element also has a larger element voltage change that changes with respect to a magnetic field change.
For this reason, it is a material suitable for future magnetic heads and magnetoresistive memories (hereinafter, referred to as MRAM).

【0003】このTMR素子は、絶縁膜を2つの磁性膜
で挟んだ構造を有しており、この2つの磁性膜のスピン
のなす角度によってこの磁性膜の間に流れる磁気トンネ
ル電流の大きさが変化することを利用して、この素子に
印加される磁界の大きさを検出するものである。
This TMR element has a structure in which an insulating film is sandwiched between two magnetic films, and the magnitude of the magnetic tunnel current flowing between the magnetic films depends on the angle between the spins of the two magnetic films. By utilizing the change, the magnitude of the magnetic field applied to this element is detected.

【0004】また、MRAMはTMR素子を利用して、
0、1からなるデジタル情報を記録したセルの抵抗の大
小等で判断できるメモリである。
[0004] Also, the MRAM utilizes a TMR element,
This is a memory that can be determined by the magnitude of the resistance of a cell in which digital information consisting of 0 and 1 is recorded.

【0005】この素子に用いる絶縁膜は、主にアルミニ
ウムの酸化膜が用いられており、その膜厚は1.5nm
程度が最適とされている。
[0005] The insulating film used for this element is mainly an aluminum oxide film having a thickness of 1.5 nm.
The degree is optimal.

【0006】従来、金属アルミニウムの酸化膜を作製す
る方法としては、大きく分けて、酸化アルミニウムの膜
をターゲットを用いて直接成膜する方法と、金属アルミ
ニウムを成膜し、その後にこれを酸化する方法との2種
類がある。金属アルミニウムを使用する方が膜のピンホ
ール等の物理的な欠陥が少なく、現在ではこの方法が主
に使用されている。この金属アルミニウムを酸化させる
方法には、従来、大きく分けてプラズマ酸化法と自然酸
化法の2種類がある。
Conventionally, a method of forming an aluminum oxide film is roughly classified into a method of directly forming an aluminum oxide film using a target and a method of forming a metal aluminum film and then oxidizing the film. There are two types of methods. The use of metallic aluminum has less physical defects such as pinholes in the film, and this method is mainly used at present. Conventionally, there are roughly two types of methods for oxidizing metallic aluminum: a plasma oxidation method and a natural oxidation method.

【0007】自然酸化法は、成膜された金属アルミニウ
ム膜を大気中で、温度及び湿度を制御した雰囲気中で、
又は純酸素雰囲気中で所定の時間放置することにより金
属アルミニウムを酸化アルミニウムに酸化する方法であ
る。
[0007] In the natural oxidation method, a formed metal aluminum film is formed in the atmosphere in an atmosphere where the temperature and humidity are controlled.
Alternatively, it is a method in which metal aluminum is oxidized to aluminum oxide by leaving it in a pure oxygen atmosphere for a predetermined time.

【0008】酸素プラズマ中で酸化する方法は、金属ア
ルミニウムを成膜した後に、引き続き所定の圧力の酸素
をチャンバ内に導入して酸素プラズマを発生させ、金属
アルミニウム膜を酸化する方法である。
The method of oxidizing in an oxygen plasma is a method in which after a metal aluminum film is formed, oxygen at a predetermined pressure is successively introduced into a chamber to generate an oxygen plasma to oxidize the metal aluminum film.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
酸化方法で作製される絶縁膜は、自然酸化方法の場合に
は、大気又は純酸素雰囲気では十分な酸素がアルミニウ
ムに供給されないため、これらの手法で作製した膜中に
は多くの欠陥が含まれたり、生成される酸化膜の膜厚及
び膜質がいずれもウェハー中の位置により大きく異な
る。
However, in the case of the natural oxidation method, sufficient oxygen is not supplied to aluminum in the atmosphere or pure oxygen atmosphere in the case of the natural oxidation method. Many defects are included in the film manufactured by the method described above, and the thickness and quality of an oxide film to be formed vary greatly depending on the position in the wafer.

【0010】また、酸素プラズマ中で酸化する方法は、
イオン化した酸素を膜に当てることにより、自然酸化方
法に比較して短時間で金属アルミニウム膜を酸化するこ
とができるが、プラズマによりできた酸化膜にダメージ
を与え、その結果均質な接合面が得られないという欠点
がある。
The method of oxidizing in oxygen plasma is as follows.
By applying ionized oxygen to the film, the metal aluminum film can be oxidized in a shorter time than the natural oxidation method.However, the oxide film formed by the plasma is damaged, and as a result, a uniform bonding surface is obtained. There is a disadvantage that it cannot be done.

【0011】従って、上述の酸化方法を用いて作製した
TMR素子を特にMRAMアレイに使用する場合に、各
セルごとのバラツキが抵抗変化の割合より大きくなる
と、メモリアレイの各セルの状態を抵抗の大小からは判
断できなくなる虞がある。
Therefore, when the TMR element manufactured by using the above-described oxidation method is used particularly for an MRAM array, if the variation of each cell becomes larger than the rate of the resistance change, the state of each cell of the memory array is changed to the resistance. There is a possibility that judgment cannot be made from the magnitude.

【0012】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、酸素及びオゾンを含む混合気中で金属アル
ミニウムを酸化させることにより、得られた酸化膜にダ
メージを与えることがなく、またオゾンによる十分な酸
素を酸化膜成膜時に膜に供給して欠陥が少ない絶縁膜を
作製し、MRAMアレイに使用可能な磁気トンネル素子
を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such a problem, and oxidizes metallic aluminum in a gaseous mixture containing oxygen and ozone so as not to damage an obtained oxide film. An object of the present invention is to provide a magnetic tunnel element which can be used for an MRAM array by producing an insulating film with few defects by supplying sufficient oxygen by ozone to a film at the time of forming an oxide film.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明に係る磁気トンネ
ル素子は、保磁力が相互に異なる硬磁性膜及び軟磁性膜
と、両者間に介在する絶縁膜とを有する磁気トンネル素
子において、前記絶縁膜は酸素及びオゾンの混合気中で
酸化されたものであることを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a magnetic tunnel element having a hard magnetic film and a soft magnetic film having different coercive forces and an insulating film interposed therebetween. The film is characterized by being oxidized in a mixture of oxygen and ozone.

【0014】本発明においては、前記酸素及びオゾンの
混合気中のオゾン濃度が10ppm以上であること及び
/又は並びに前記酸素及びオゾンの混合気の圧力が1T
orr乃至大気圧であることが好ましい。
In the present invention, the ozone concentration in the mixture of oxygen and ozone is 10 ppm or more and / or the pressure of the mixture of oxygen and ozone is 1T.
The pressure is preferably from orr to atmospheric pressure.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係る磁気
抵抗素子を使用したMRAMの製造方法について、添付
の図面を参照して具体的に説明する。図1は本発明の実
施例に係る磁気抵抗メモリを示す断面図である。図1に
示すように、Si基板12の上に、Tiからなる第1導
電膜2及びCuからなる第2導電膜3とで構成される下
部電極4が形成されている。下部電極4の上にCoから
なる硬磁性層5が形成され、この硬磁性層5の上にAl
膜を酸化処理することにより形成された絶縁膜6が設け
られ、また、この絶縁膜6の上にNiFeからなる軟磁
性層7が形成されている。これらの硬磁性層5、絶縁膜
6及び軟磁性層7とにより磁気トンネル素子8が形成さ
れている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method for manufacturing an MRAM using a magnetoresistive element according to an embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a magnetoresistive memory according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a lower electrode 4 composed of a first conductive film 2 made of Ti and a second conductive film 3 made of Cu is formed on a Si substrate 12. A hard magnetic layer 5 made of Co is formed on the lower electrode 4.
An insulating film 6 formed by oxidizing the film is provided, and a soft magnetic layer 7 made of NiFe is formed on the insulating film 6. The hard magnetic layer 5, the insulating film 6, and the soft magnetic layer 7 form a magnetic tunnel element 8.

【0016】基板12、下部電極4及び磁気トンネル素
子8を覆う領域にSiO2からなる層間絶縁膜9が形成
されている。層間絶縁膜9には、磁気トンネル素子8の
上にコンタクトホール10が形成されている。更にま
た、コンタクトホール10を埋設するようにCuからな
る上部電極11が形成されている。このようにして、磁
気抵抗メモリ1は構成されている。
An interlayer insulating film 9 made of SiO 2 is formed in a region covering the substrate 12, the lower electrode 4, and the magnetic tunnel element 8. In the interlayer insulating film 9, a contact hole 10 is formed on the magnetic tunnel element 8. Furthermore, an upper electrode 11 made of Cu is formed so as to bury the contact hole 10. Thus, the magnetoresistive memory 1 is configured.

【0017】次に、図1に示すMRAMの製造方法につ
いて説明する。図2(a)乃至(e)は磁気抵抗メモリ
の製造方法を工程順に示す断面図である。
Next, a method of manufacturing the MRAM shown in FIG. 1 will be described. 2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a magnetoresistive memory in the order of steps.

【0018】図2(a)に示すように、先ず、予め洗浄
したSi基板12をスパッタ装置に取り付け、例えば、
スパッタ装置の真空チャンバを真空度が1.0×10-7
Torr以下になるように真空排気した後、4mTor
rのArガスを真空チャンバに導入する。真空チャンバ
に備えられているターゲットサイズが例えば126mm
のスパッタガンに例えば、200Wの直流電力を印加し
て、例えば、第1導電膜2としてTi膜を15nmの厚
さに形成し、次いで、第2導電膜3としてCu膜を30
0nmの厚さに形成する。
As shown in FIG. 2A, first, a pre-cleaned Si substrate 12 is attached to a sputtering apparatus.
The vacuum chamber of the sputtering apparatus has a degree of vacuum of 1.0 × 10 −7.
After evacuating to Torr or less, 4 mTorr
r Ar gas is introduced into the vacuum chamber. The target size provided in the vacuum chamber is, for example, 126 mm.
For example, a DC power of 200 W is applied to the sputtering gun to form, for example, a Ti film with a thickness of 15 nm as the first conductive film 2, and then form a Cu film with a thickness of 30
It is formed to a thickness of 0 nm.

【0019】引き続き、例えば、4mTorrのArガ
ス雰囲気下において、ターゲットサイズが126mmの
スパッタガンに100Wの直流電力を印加して、成膜速
度を6nm/分として硬磁性層5としてのCo膜を例え
ば、30nm形成する。
Subsequently, in a 4 mTorr Ar gas atmosphere, for example, a Co film as the hard magnetic layer 5 is formed by applying a DC power of 100 W to a sputtering gun having a target size of 126 mm at a deposition rate of 6 nm / min. , 30 nm.

【0020】更に、硬磁性層5の上に、例えば、ターゲ
ットサイズが126mmのスパッタガンに20Wの直流
電力を印加し、成膜速度が2nm/分で、Al膜を例え
ば1.8nm形成する。Al膜の成膜後、真空を破らず
に、基板12を処理室に移動させて、無声放電式のオゾ
ン発生器に純度が99.9999%の酸素を導入し、流
量及び電圧を制御することにより得た所定の濃度の酸素
及びオゾン混合気を例えば、100Torr導入し、例
えば、5分間放置し、Al膜の酸化処理を行う。これに
より、酸化アルミニウムで形成される絶縁膜6を得る。
Further, on the hard magnetic layer 5, for example, a DC power of 20 W is applied to a sputtering gun having a target size of 126 mm, and an Al film is formed, for example, at 1.8 nm at a film forming rate of 2 nm / min. After the Al film is formed, the substrate 12 is moved to the processing chamber without breaking the vacuum, and oxygen with a purity of 99.9999% is introduced into the silent discharge type ozone generator to control the flow rate and the voltage. A mixture of oxygen and ozone of a predetermined concentration obtained by the above is introduced, for example, at 100 Torr and left for 5 minutes, for example, to oxidize the Al film. Thus, an insulating film 6 formed of aluminum oxide is obtained.

【0021】絶縁膜6の上に例えば、ターゲットサイズ
が126mmのスパッタガンに100Wの直流電力を印
加し、成膜速度を65nm/分として、軟磁性層7とし
てのNiFe膜を例えば、20nm形成する。
On the insulating film 6, for example, a DC power of 100 W is applied to a sputtering gun having a target size of 126 mm to form a NiFe film of 20 nm as the soft magnetic layer 7 at a film forming speed of 65 nm / min. .

【0022】なお、Al膜の酸化処理方法は、酸素及び
オゾン混合気を封じ込めた方法又はポンプで引きながら
流す方法のいずれかであってもよい。また、Alの成膜
及び軟磁性層7を形成する場合の真空チャンバ及び成膜
のガス圧は、硬磁性層5の場合と同じ条件である。
The method of oxidizing the Al film may be either a method in which a mixture of oxygen and ozone is sealed or a method in which the mixture is drawn while being pumped. The vacuum chamber and the gas pressure for the film formation for forming the Al film and the soft magnetic layer 7 are the same as those for the hard magnetic layer 5.

【0023】次いで、MRAMの製造方法について説明
する。図2(b)に示すように、始めに、下部電極4の
所望の形状にレジストをパターニングする。イオンミリ
ング装置を使用して、例えば、投入電力500V、40
0mA、ガス圧0.2mTorr、エッチング速度70
nm/分で下部電極4をエッチングすることにより、所
望の形状を得る。その後、アセトンでレジストを除去す
る。
Next, a method of manufacturing the MRAM will be described. As shown in FIG. 2B, first, a resist is patterned into a desired shape of the lower electrode 4. Using an ion milling device, for example, input power 500 V, 40
0 mA, gas pressure 0.2 mTorr, etching rate 70
A desired shape is obtained by etching the lower electrode 4 at nm / min. After that, the resist is removed with acetone.

【0024】そして、磁気トンネル素子8を所望の形状
にレジストをパターニングする。イオンミリング装置を
使用して、例えば、投入電力500V、400mA、ガ
ス圧0.2mTorr、エッチング速度12nm/分で
磁気トンネル素子8をエッチングすることにより、所望
の形状を得る。その後、アセトンでレジストを除去す
る。
Then, the resist is patterned into a desired shape for the magnetic tunnel element 8. The desired shape is obtained by etching the magnetic tunnel element 8 using, for example, an input power of 500 V, 400 mA, a gas pressure of 0.2 mTorr, and an etching rate of 12 nm / min using an ion milling apparatus. After that, the resist is removed with acetone.

【0025】図2(c)に示すように、再度、スパッタ
装置の真空チャンバ内に基板12を設置し、例えば、真
空チャンバ内を2.0×10-6Torr以下に真空排気
した後、5mTorrのArガスを導入する。SiO2
のターゲットに電力を例えば、900W印加し、成膜速
度を13nm/分として層間絶縁膜9としてのSiO 2
膜を例えば、100nm形成する。
[0025] As shown in FIG.
The substrate 12 is placed in a vacuum chamber of the apparatus, and for example,
2.0 × 10 in empty chamber-6Evacuation below Torr
After that, an Ar gas of 5 mTorr is introduced. SiOTwo
For example, an electric power of 900 W is applied to the
SiO 2 as the interlayer insulating film 9 at a degree of 13 nm / min. Two
A film is formed, for example, to 100 nm.

【0026】図2(d)に示すように、その後、層間絶
縁膜9を所望の形状にレジストをパターニングする。イ
オンミリング装置を使用してエッチングし、その後に層
間絶縁膜9をアセトンに浸し、超音波洗浄機中で30分
処理することにより、レジストを除去して所望の形状の
コンタクトホール10を形成する。
Then, as shown in FIG. 2D, a resist is patterned into a desired shape for the interlayer insulating film 9. Etching is performed using an ion milling device, and then the interlayer insulating film 9 is immersed in acetone and treated in an ultrasonic cleaner for 30 minutes to remove the resist and form a contact hole 10 having a desired shape.

【0027】図2(e)に示すように、コンタクトホー
ル10が形成されたものを真空チャンバにセットして、
例えば、真空チャンバ内を2.0×10-6Torr以下
に真空排気した後、5mTorrのArガスを導入す
る。Cuのターゲットに例えば、電力を200W、成膜
速度を30nm/分として、上部電極11としてCu膜
を300nm形成する。そして、上部電極11を所望の
形状にレジストをパターニングする。イオンミリング装
置を使用して、例えば、投入電力500V、400m
A、ガス圧0.2mTorr、エッチング速度70nm
/分で上部電極11をエッチングすることにより、所望
の形状を得る。その後、アセトンでレジストを除去す
る。以上の工程により、MRAM1が得られる。
As shown in FIG. 2 (e), the one having the contact hole 10 formed therein is set in a vacuum chamber,
For example, after evacuating the inside of the vacuum chamber to 2.0 × 10 −6 Torr or less, an Ar gas at 5 mTorr is introduced. For example, a 300 nm Cu film is formed as the upper electrode 11 on a Cu target at an electric power of 200 W and a film formation rate of 30 nm / min. Then, the resist is patterned into a desired shape for the upper electrode 11. Using an ion milling device, for example, input power 500 V, 400 m
A, gas pressure 0.2 mTorr, etching rate 70 nm
The desired shape is obtained by etching the upper electrode 11 at a rate of / min. After that, the resist is removed with acetone. Through the above steps, the MRAM 1 is obtained.

【0028】本実施例によれば、絶縁膜として、Al膜
を酸素及びオゾンの混合気中で酸化処理を行なうことに
より損傷の少ない酸化アルミニウムを得る。即ち、物理
的欠陥の少ない絶縁膜が形成されるので、各セルごとの
バラツキが磁気抵抗変化の割合より大きくならず、MR
AM1の各セルの状態を抵抗の大小から判断して、MR
AM1に蓄積されている情報の静的読み出しをすること
ができる。
According to this embodiment, as the insulating film, aluminum oxide with little damage is obtained by oxidizing the Al film in a mixture of oxygen and ozone. That is, since an insulating film with few physical defects is formed, the variation among cells does not become larger than the ratio of the magnetoresistance change,
The state of each cell of AM1 is judged from the magnitude of the resistance, and MR
The information stored in the AM 1 can be statically read.

【0029】上記実施例において、Al膜はスパッタ蒸
着法で形成しているがこれに限定されるものではなく、
高真空蒸着法、イオンビームスパッタ法等で成膜しても
よい。
In the above embodiment, the Al film is formed by the sputter deposition method, but is not limited thereto.
The film may be formed by a high vacuum evaporation method, an ion beam sputtering method, or the like.

【0030】また、上記実施例において、硬磁性層5及
び軟磁性層7は、それぞれCo及びNiFeを使用して
いるが、これに限定されるものではなく、FeCo、N
iFeCo等の他の磁性材料を使用することもできる。
In the above embodiment, the hard magnetic layer 5 and the soft magnetic layer 7 are made of Co and NiFe, respectively. However, the present invention is not limited thereto.
Other magnetic materials such as iFeCo can also be used.

【0031】更に、上記実施例において、酸素及びオゾ
ンの混合気の圧力は、オゾンは減圧下では分解速度が速
いので、混合気の圧力は、1Torr以上が好ましい。
Further, in the above embodiment, the pressure of the mixture of oxygen and ozone is preferably 1 Torr or more because ozone has a high decomposition rate under reduced pressure.

【0032】[0032]

【実施例】以下、本発明の実施例について、その特許請
求の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明す
る。
EXAMPLES Examples of the present invention will be specifically described below in comparison with comparative examples that fall outside the scope of the claims.

【0033】第1実施例 図2に示す実施例の製造方法により製造したMRAM1
0のセルアレイと比較例の製造方法により製造したMR
AM10のセルアレイとの両者の特性を比較した結果に
ついて説明する。
First Embodiment An MRAM 1 manufactured by the manufacturing method of the embodiment shown in FIG.
0 and a MR array manufactured by the manufacturing method of the comparative example.
The result of comparing the characteristics of the AM10 cell array and the AM10 cell array will be described.

【0034】なお、比較例のMRAM10は下記(a)
乃至(c)のいずれかの工程により絶縁膜を形成した。
なお、比較例においては、絶縁膜の形成方法が実施例と
異なるだけで、それ以外の構成及び製造方法は同一であ
る。
The MRAM 10 of the comparative example has the following (a)
The insulating film was formed by any one of the steps (c) to (c).
In the comparative example, only the method of forming the insulating film is different from that of the example, and the other configuration and the manufacturing method are the same.

【0035】(a)自然酸化膜法 硬磁性層の上にAl膜を1.8nm形成した後に、真空
チャンバから取り出し、温度30℃、相対湿度0%に制
御した恒温恒湿槽内に24時間放置し、Al膜から酸化
アルミニウム膜を得た。
(A) Natural Oxide Film Method After forming an Al film on the hard magnetic layer to a thickness of 1.8 nm, it is taken out of the vacuum chamber and placed in a thermo-hygrostat controlled at a temperature of 30 ° C. and a relative humidity of 0% for 24 hours. The aluminum oxide film was obtained from the Al film.

【0036】(b)純酸素酸化法 硬磁性層の上にAl膜を1.8nm形成した後に、真空
を破らずに100mTorrまで99.9999%の純
度の酸素ガスを導入した後、所定の時間放置することに
より酸化アルミニウム膜を得た。
(B) Pure oxygen oxidation method After forming an Al film on the hard magnetic layer to a thickness of 1.8 nm, oxygen gas having a purity of 99.9999% up to 100 mTorr is introduced without breaking vacuum, and then for a predetermined time. The aluminum oxide film was obtained by leaving it to stand.

【0037】(c)プラズマ酸化法 硬磁性層の上にAl膜を1.8nm形成した後に、真空
を破らずに100mTorrまで99.9999%の純
度の酸素ガスを導入した後、電極に50Wの周波数1
3.56MHzの高周波を印加して、酸素プラズマを発
生させて、プラズマ中に1分間さらすことにより酸化ア
ルミニウム膜を得た。
(C) Plasma Oxidation Method After forming an Al film on the hard magnetic layer to a thickness of 1.8 nm, an oxygen gas having a purity of 99.9999% up to 100 mTorr was introduced without breaking vacuum. Frequency 1
An oxygen plasma was generated by applying a high frequency of 3.56 MHz, and exposed to the plasma for 1 minute to obtain an aluminum oxide film.

【0038】上述の実施例及び比較例により製造された
磁気抵抗メモリをヘルムホルツコイル中に置き、上部及
び下部電極間に所定の定電流を流して、磁場の大きさに
対する上下電極間にかかる電圧変化を測定した。その結
果を図3及び図4に示す。図3は、縦軸に抵抗率、横軸
に実施例及び比較例(a)乃至(c)の酸化方法をと
り、実施例及び比較例の抵抗率を示している。図4は、
縦軸に磁気トンネル抵抗変化率、横軸に実施例及び比較
例(a)乃至(c)の酸化方法をとり、実施例及び比較
例の磁気トンネル抵抗変化率を示している。
The magnetoresistive memories manufactured according to the above-described embodiment and comparative example are placed in a Helmholtz coil, and a predetermined constant current is applied between the upper and lower electrodes to change the voltage applied between the upper and lower electrodes with respect to the magnitude of the magnetic field. Was measured. The results are shown in FIGS. In FIG. 3, the vertical axis shows the resistivity, and the horizontal axis shows the oxidation methods of the examples and comparative examples (a) to (c), and shows the resistivity of the examples and comparative examples. FIG.
The ordinate indicates the magnetic tunnel resistance change rate, and the abscissa indicates the oxidization methods of the examples and comparative examples (a) to (c), and indicates the magnetic tunnel resistance change rates of the examples and comparative examples.

【0039】図3及び図4より、オゾン酸化法を使用し
た本実施例は、各セルの従来の方法で得られる最大の磁
気トンネル抵抗変化率である15%に対して、抵抗率の
バラツキが約8%となり、情報の静的読み出しが可能で
ある。これに対して、比較例(a)乃至(c)において
は、各セルのバラツキが磁気トンネル抵抗変化率より大
きく、抵抗の大小で情報の判断ができない。
From FIGS. 3 and 4, in this embodiment using the ozone oxidation method, the variation in resistivity is 15%, which is the maximum magnetic tunnel resistance change rate obtained by the conventional method for each cell. This is about 8%, and static reading of information is possible. On the other hand, in Comparative Examples (a) to (c), the variation of each cell is larger than the magnetic tunnel resistance change rate, and the information cannot be determined due to the magnitude of the resistance.

【0040】第2実施例 上述の実施例により製造された絶縁膜のオゾン濃度が異
なる種々の磁気メモリに対して、磁気抵抗メモリをヘル
ムホルツコイル中に置き、上部及び下部電極間に所定の
定電流を流して、磁場の大きさに対する上下電極間にか
かる電圧変化を測定した。その結果を図5に示す。図5
は、縦軸に抵抗及び磁気トンネル抵抗変化率、横軸にオ
ゾン混合比をとり、オゾン混合比と抵抗及び磁気トンネ
ル抵抗変化率との関係を示している。また、表1はオゾ
ン混合比が30ppmにおける放置時間と抵抗及び磁気
抵抗変化率を示す。そして、図6は、表1を図示したも
のであり、縦軸に抵抗及び磁気トンネル抵抗変化率、横
軸に放置時間をとり、オゾン混合比が30ppmにおけ
る放置時間と抵抗及び磁気トンネル抵抗変化率との関係
を示している。なお、図中、◆は抵抗を示し、■は磁気
トンネル抵抗変化率を示している。
Second Embodiment For various magnetic memories with different ozone concentrations in the insulating films manufactured by the above-described embodiment, a magnetoresistive memory is placed in a Helmholtz coil, and a predetermined constant current is applied between the upper and lower electrodes. And the change in voltage applied between the upper and lower electrodes with respect to the magnitude of the magnetic field was measured. The result is shown in FIG. FIG.
Indicates the relationship between the ozone mixture ratio and the resistance and the magnetic tunnel resistance change rate, with the ordinate representing the resistance and the magnetic tunnel resistance change rate and the abscissa representing the ozone mixture ratio. Table 1 shows the standing time, the resistance and the magnetoresistance ratio when the ozone mixture ratio is 30 ppm. FIG. 6 shows Table 1, in which the vertical axis represents the resistance and the magnetic tunnel resistance change rate, and the horizontal axis represents the standing time. The standing time and the resistance and the magnetic tunnel resistance change rate at an ozone mixture ratio of 30 ppm are shown. The relationship is shown. In the drawing, ◆ indicates resistance, and ■ indicates the rate of change in magnetic tunnel resistance.

【0041】図5において、オゾン濃度が増加すると、
抵抗及び磁気トンネル抵抗変化率がいずれも増加する。
この条件下では、オゾン混合比が100ppm以上の場
合に、各セル間で8%の抵抗のバラツキを超える磁気ト
ンネル抵抗変化率が得られている。この磁気トンネル抵
抗変化率の値は、オゾンの混合比が100ppm未満で
あっても、絶縁膜をオゾンの混合気に長時間さらすこと
により、オゾン混合比が100ppmを超える場合と同
等の結果を得ることができる。図6及び表1に示すよう
に、例えば、オゾン混合比が30pppmのオゾンの混
合気を使用した場合には、約10分間放置することによ
り、オゾン混合比が100ppmと同等の抵抗及び磁気
抵抗変化率を得ることができる。
In FIG. 5, when the ozone concentration increases,
Both the resistance and the magnetic tunnel resistance change rate increase.
Under these conditions, when the ozone mixture ratio is 100 ppm or more, a magnetic tunnel resistance change rate exceeding the 8% resistance variation between cells is obtained. Even when the mixture ratio of ozone is less than 100 ppm, the same value as the case where the mixture ratio of ozone exceeds 100 ppm can be obtained by exposing the insulating film to the mixture of ozone for a long time even if the mixture ratio of ozone is less than 100 ppm. be able to. As shown in FIG. 6 and Table 1, for example, when an ozone mixture having an ozone mixture ratio of 30 ppm is used, the ozone mixture ratio is changed to a resistance and a magnetoresistance equivalent to 100 ppm by leaving the mixture for about 10 minutes. Rate can be obtained.

【0042】[0042]

【表1】 [Table 1]

【0043】しかし、工業的に見ると短時間の処理が好
ましい。この点を考慮すると、オゾン混合比は100p
pm以上が好ましい。また、高オゾン濃度に関しては、
オゾン濃度が2.5%以上からは殆どセルの特性への改
善は見られない。
However, a short treatment is preferable from an industrial viewpoint. Considering this point, the ozone mixture ratio is 100p
pm or more is preferred. As for the high ozone concentration,
From an ozone concentration of 2.5% or more, there is almost no improvement in cell characteristics.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
オゾン酸化絶縁膜を使用することにより、抵抗のバラツ
キがない磁気トンネル素子を得ることができる。従っ
て、情報の静的読み出しができる磁気抵抗メモリアレイ
を実現することができる。
As described in detail above, according to the present invention,
By using the ozone oxide insulating film, a magnetic tunnel element having no variation in resistance can be obtained. Therefore, a magnetoresistive memory array capable of statically reading information can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例の磁気抵抗メモリを示す断面図
である。
FIG. 1 is a sectional view showing a magnetoresistive memory according to an embodiment of the present invention.

【図2】(a)乃至(e)は本発明の磁気抵抗メモリの
製造方法を工程順に示す断面図である。
2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a magnetoresistive memory according to the present invention in the order of steps.

【図3】各方法で絶縁膜を形成した磁気抵抗メモリアレ
イの抵抗のバラツキを示すグラフ図である。
FIG. 3 is a graph showing resistance variations of a magnetoresistive memory array on which an insulating film is formed by each method.

【図4】各方法で絶縁膜を形成した磁気抵抗メモリアレ
イの磁気抵抗変化率のバラツキを示すグラフ図である。
FIG. 4 is a graph showing a variation in a magnetoresistance change rate of a magnetoresistive memory array in which an insulating film is formed by each method.

【図5】オゾン混合比と抵抗及び磁気トンネル抵抗変化
率特性の関係を示すグラフ図である。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the ozone mixture ratio and the resistance and magnetic tunnel resistance change rate characteristics.

【図6】オゾン混合比が30ppmにおける放置時間と
抵抗及び磁気抵抗変化率の関係を示すグラフ図である。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the standing time, the resistance and the magnetoresistance ratio when the ozone mixture ratio is 30 ppm.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1;磁気抵抗メモリ、 2;第1導電膜、 3;第2導
電膜、 4;下部電極、5;硬磁性層、 6;絶縁膜、
7;軟磁性層、 8;磁気トンネル素子、9;層間絶
縁膜、 10;コンタクトホール、 11;上部電極、
12;基板
1; magnetoresistive memory; 2; first conductive film; 3; second conductive film; 4; lower electrode; 5; hard magnetic layer;
7; soft magnetic layer; 8; magnetic tunnel element; 9; interlayer insulating film; 10; contact hole;
12; substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 高▲広▼ 静岡県浜松市中沢町10番1号 ヤマハ株式 会社内 Fターム(参考) 5D034 BA03 BA15 DA07  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Takashi Hayashi ▲ Hiro ▼ F-term (reference) in Yamaha Co., Ltd. 10-1 Nakazawacho, Hamamatsu-shi, Shizuoka 5D034 BA03 BA15 DA07

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 保磁力が相互に異なる硬磁性膜及び軟磁
性膜と、両者間に介在する絶縁膜とを有する磁気トンネ
ル素子において、 前記絶縁膜は酸素及びオゾンの混合気中で酸化されたも
のであることを特徴とするオゾン酸化絶縁膜を使用した
磁気トンネル素子。
1. A magnetic tunnel device having a hard magnetic film and a soft magnetic film having different coercive forces and an insulating film interposed therebetween, wherein the insulating film is oxidized in a mixture of oxygen and ozone. A magnetic tunnel element using an ozone oxide insulating film, wherein
【請求項2】 前記酸素及びオゾンの混合気中のオゾン
濃度が10ppm以上であることを特徴とする請求項1
に記載のオゾン酸化絶縁膜を使用した磁気トンネル素
子。
2. An ozone concentration in a mixture of oxygen and ozone is 10 ppm or more.
A magnetic tunnel element using the ozone oxide insulating film according to the above.
【請求項3】 前記酸素及びオゾンの混合気の圧力が1
Torr乃至大気圧であることを特徴とする請求項1又
は2に記載のオゾン酸化絶縁膜を使用した磁気トンネル
素子。
3. The pressure of the mixture of oxygen and ozone is 1
The magnetic tunnel element using the ozone oxide insulating film according to claim 1, wherein the pressure is from Torr to atmospheric pressure.
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