JP2001014843A - 磁性メモリ - Google Patents
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- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F10/3227—Exchange coupling via one or more magnetisable ultrathin or granular films
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
- Thin Magnetic Films (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 良好な特性の絶縁層を、簡単にしかも均一に
作製することができる生産性のよいスピントンネル磁気
抵抗効果型の磁性メモリを提供する。 【解決手段】 非磁性基板１０上には、第一磁性層１
２，グラニュラ層１４，第二磁性層１６が順に積層形成
される。グラニュラ層１４は、絶縁性マトリクス２０中
に導電性微粒子２２を分散した構造となっており、例え
ば数百nm程度の膜厚に形成される。グラニュラ層１４の
場合、膜中に導電性微粒子２２が存在するため、導電性
微粒子２２の隙間を電子がトンネルすれば電流が流れる
ようになる。従って、膜厚が厚くても、グラニュラ層１
２中をトンネル電流が流れるようになる。
作製することができる生産性のよいスピントンネル磁気
抵抗効果型の磁性メモリを提供する。 【解決手段】 非磁性基板１０上には、第一磁性層１
２，グラニュラ層１４，第二磁性層１６が順に積層形成
される。グラニュラ層１４は、絶縁性マトリクス２０中
に導電性微粒子２２を分散した構造となっており、例え
ば数百nm程度の膜厚に形成される。グラニュラ層１４の
場合、膜中に導電性微粒子２２が存在するため、導電性
微粒子２２の隙間を電子がトンネルすれば電流が流れる
ようになる。従って、膜厚が厚くても、グラニュラ層１
２中をトンネル電流が流れるようになる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁化の向きによっ
て情報を記録する磁気メモリに関し、特にスピントンネ
ル磁気抵抗効果を利用した磁性薄膜メモリの改良に関す
るものである。
て情報を記録する磁気メモリに関し、特にスピントンネ
ル磁気抵抗効果を利用した磁性薄膜メモリの改良に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】不揮発性メモリとしてフラッシュＥＥＰ
ＲＯＭなどがあるが、書き込み時間や読み出し時間の点
で必ずしも満足し得るものとはなっていない。これに対
し、大きな出力信号を得ることができるとともに、高速
読み出しも可能な巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を利用し
た磁性メモリが注目されている。巨大磁気抵抗効果と
は、公知のように、磁性層と非磁性層の積層膜の電気抵
抗が、磁性層の磁化の状態によって大きく変化する現象
である。この現象を利用したものとして、特開平７−６
６０３３号公報に開示された磁気抵抗素子ならびにそれ
を用いた磁性薄膜メモリ及び磁気抵抗センサがある。
ＲＯＭなどがあるが、書き込み時間や読み出し時間の点
で必ずしも満足し得るものとはなっていない。これに対
し、大きな出力信号を得ることができるとともに、高速
読み出しも可能な巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を利用し
た磁性メモリが注目されている。巨大磁気抵抗効果と
は、公知のように、磁性層と非磁性層の積層膜の電気抵
抗が、磁性層の磁化の状態によって大きく変化する現象
である。この現象を利用したものとして、特開平７−６
６０３３号公報に開示された磁気抵抗素子ならびにそれ
を用いた磁性薄膜メモリ及び磁気抵抗センサがある。
【０００３】この特開平７−６６０３３号公報の磁性メ
モリでは、センス電流が膜面と平行に流れる。しかし、
巨大磁気抵抗効果素子においては、センス電流は、膜面
内よりも膜面に対して垂直に流れた場合の方が大きな抵
抗変化が得られることが理論的に推測されており、それ
を裏付ける実験結果も報告され始めている（例えば、日
本応用磁気学会第８８回研究会資料，Ｐ１〜６，新庄輝
也「巨大磁気抵抗効果研究の最近の進展」参照）。ま
た、上述した特開平７−６６０３３号の従来技術では、
各セルが直列に配置されている。このため、セル数が増
大すると、同一センスライン全体の抵抗も増大する。こ
こで、同一センスライン上の一つのセルの抵抗が変化す
る場合を考えると、センスライン全体の抵抗値が高いと
きは、全抵抗に対する一つのセルの抵抗変化率が非常に
小さくなってしまう。従って、抵抗変化の検出感度は、
セル数が増大すればするほど低くならざるを得ない。
モリでは、センス電流が膜面と平行に流れる。しかし、
巨大磁気抵抗効果素子においては、センス電流は、膜面
内よりも膜面に対して垂直に流れた場合の方が大きな抵
抗変化が得られることが理論的に推測されており、それ
を裏付ける実験結果も報告され始めている（例えば、日
本応用磁気学会第８８回研究会資料，Ｐ１〜６，新庄輝
也「巨大磁気抵抗効果研究の最近の進展」参照）。ま
た、上述した特開平７−６６０３３号の従来技術では、
各セルが直列に配置されている。このため、セル数が増
大すると、同一センスライン全体の抵抗も増大する。こ
こで、同一センスライン上の一つのセルの抵抗が変化す
る場合を考えると、センスライン全体の抵抗値が高いと
きは、全抵抗に対する一つのセルの抵抗変化率が非常に
小さくなってしまう。従って、抵抗変化の検出感度は、
セル数が増大すればするほど低くならざるを得ない。
【０００４】このような不都合を解消することを目的と
して、スピントンネル結合を利用した磁性メモリが提案
されている（例えば、日本応用磁気学会誌Ｖol.２０，
Ｎo.２，Ｐ３６９〜３７２，１９９６，王智剛・中村慶
久「ＧＭＲ人工格子メモリの記憶メカニズム」参照）。
スピントンネル磁気抵抗効果型の磁性メモリは、図３に
積層構造を示すように、非磁性基板１００上に、強磁性
体による第一磁性層１０２，非磁性体によるスペーサ層
もしくは絶縁層１０４，強磁性体による第二磁性層１０
６を積層形成した構成となっている。更に、情報記録用
のワード線１０８が、積層膜の上部又は下部に配置形成
されている。磁性層１０２，１０６は、保磁力に差が生
ずるように、Ｃｏ基合金の組成や成膜条件を変化させる
ことによって成膜される。各磁性層１０２，１０６は、
図示しないセンスラインに接続されている。
して、スピントンネル結合を利用した磁性メモリが提案
されている（例えば、日本応用磁気学会誌Ｖol.２０，
Ｎo.２，Ｐ３６９〜３７２，１９９６，王智剛・中村慶
久「ＧＭＲ人工格子メモリの記憶メカニズム」参照）。
スピントンネル磁気抵抗効果型の磁性メモリは、図３に
積層構造を示すように、非磁性基板１００上に、強磁性
体による第一磁性層１０２，非磁性体によるスペーサ層
もしくは絶縁層１０４，強磁性体による第二磁性層１０
６を積層形成した構成となっている。更に、情報記録用
のワード線１０８が、積層膜の上部又は下部に配置形成
されている。磁性層１０２，１０６は、保磁力に差が生
ずるように、Ｃｏ基合金の組成や成膜条件を変化させる
ことによって成膜される。各磁性層１０２，１０６は、
図示しないセンスラインに接続されている。
【０００５】ワード線１０８に電流を流すと、その電流
に応じた磁界が周囲に発生し、磁性層１０２，１０６を
磁化する。図４（Ａ）は、ワード線１０８に紙面の表側
から裏側に向けて十分な電流を流した状態である。ワー
ド線１０８に対する通電によって発生する磁界は、矢印
ＦＡで示すように紙面上で時計回りとなる。このため、
磁性層１０２，１０６の磁化の向きは、矢印Ｆａで示す
ようにいずれも左向きとなる。両磁性層の磁化の向きが
同じであるため、この状態におけるセンスラインの抵抗
は低い。
に応じた磁界が周囲に発生し、磁性層１０２，１０６を
磁化する。図４（Ａ）は、ワード線１０８に紙面の表側
から裏側に向けて十分な電流を流した状態である。ワー
ド線１０８に対する通電によって発生する磁界は、矢印
ＦＡで示すように紙面上で時計回りとなる。このため、
磁性層１０２，１０６の磁化の向きは、矢印Ｆａで示す
ようにいずれも左向きとなる。両磁性層の磁化の向きが
同じであるため、この状態におけるセンスラインの抵抗
は低い。
【０００６】図４（Ｂ）は、ワード線１０８に紙面の裏
側から表側に向けて適度な電流を流した状態である。ワ
ード線１０８に対する通電によって発生する磁界は、矢
印ＦＢで示すように紙面上で反時計回りとなる。ここで
電流値を調節すれば、矢印Ｆｂで示すように、保磁力の
小さい磁性層１０６の磁化方向のみが反転する。このた
め、磁性層１０２，１０６の磁化の向きが互いに逆向き
となり、巨大磁気抵抗効果が生じて、センスラインの抵
抗は高くなる。以上のようなセンスライン抵抗の高低に
よって、情報（論理値の「１」，「０」）を記録するこ
とができる。
側から表側に向けて適度な電流を流した状態である。ワ
ード線１０８に対する通電によって発生する磁界は、矢
印ＦＢで示すように紙面上で反時計回りとなる。ここで
電流値を調節すれば、矢印Ｆｂで示すように、保磁力の
小さい磁性層１０６の磁化方向のみが反転する。このた
め、磁性層１０２，１０６の磁化の向きが互いに逆向き
となり、巨大磁気抵抗効果が生じて、センスラインの抵
抗は高くなる。以上のようなセンスライン抵抗の高低に
よって、情報（論理値の「１」，「０」）を記録するこ
とができる。
【０００７】このように、積層構造を持つトンネル接合
において、トンネル抵抗は両磁性層１０２，１０６の磁
化方向の相対角度に依存して変化する。両強磁性層の磁
化が互いに逆方向を向いているときはトンネル抵抗は高
く、両強磁性層の磁化が同一方向を向いているときはト
ンネル抵抗は低くなる。
において、トンネル抵抗は両磁性層１０２，１０６の磁
化方向の相対角度に依存して変化する。両強磁性層の磁
化が互いに逆方向を向いているときはトンネル抵抗は高
く、両強磁性層の磁化が同一方向を向いているときはト
ンネル抵抗は低くなる。
【０００８】ところで、前記文献によれば、スピントン
ネル磁気抵抗効果を利用した磁性メモリは高Ｓ／Ｎが期
待できることが報告されている。このタイプでは、セン
ス電流が膜面に対して垂直方向に流れ、各セルは並列に
配置されている。スピントンネル結合の場合、スペ−サ
となる非磁性層が絶縁体によって形成される。このた
め、膜面に対する垂直方向の抵抗がある程度大きくなっ
て、センス電流を膜面に対して垂直方向に流すことが可
能となる。
ネル磁気抵抗効果を利用した磁性メモリは高Ｓ／Ｎが期
待できることが報告されている。このタイプでは、セン
ス電流が膜面に対して垂直方向に流れ、各セルは並列に
配置されている。スピントンネル結合の場合、スペ−サ
となる非磁性層が絶縁体によって形成される。このた
め、膜面に対する垂直方向の抵抗がある程度大きくなっ
て、センス電流を膜面に対して垂直方向に流すことが可
能となる。
【０００９】以上のようなスピントンネル磁気抵抗効果
を得るためには、絶縁層に対して、 電子がトンネルできる薄さであること，ピンホール
などがなく、しかも均一な絶縁膜であることが求められ
る。このため、絶縁層は数nmという極薄膜にする必要が
あり、しかも欠陥などによって上下の磁性層がショート
しないようにする必要がある。このような点から、絶縁
層としてはＡｌ（アルミニウム）酸化物が多く使われて
おり、その膜厚は数nm以下の厚さとなっている。また、
欠陥が生じないように、Ａｌの自然酸化法が多く用いら
れている。
を得るためには、絶縁層に対して、 電子がトンネルできる薄さであること，ピンホール
などがなく、しかも均一な絶縁膜であることが求められ
る。このため、絶縁層は数nmという極薄膜にする必要が
あり、しかも欠陥などによって上下の磁性層がショート
しないようにする必要がある。このような点から、絶縁
層としてはＡｌ（アルミニウム）酸化物が多く使われて
おり、その膜厚は数nm以下の厚さとなっている。また、
欠陥が生じないように、Ａｌの自然酸化法が多く用いら
れている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た超薄膜を均一にしかもピンホールや異物の影響がない
ように形成することは非常に難しく、必ずしも量産向き
ではない。上述した方法では、正常に動作するセルが得
られる確率は非常に低い。また、超薄膜のため、基板の
表面性の影響を直接受けやすく、基板の超平滑化が必要
となってくる。このような基板の平滑化の点からもコス
ト高となってしまう。
た超薄膜を均一にしかもピンホールや異物の影響がない
ように形成することは非常に難しく、必ずしも量産向き
ではない。上述した方法では、正常に動作するセルが得
られる確率は非常に低い。また、超薄膜のため、基板の
表面性の影響を直接受けやすく、基板の超平滑化が必要
となってくる。このような基板の平滑化の点からもコス
ト高となってしまう。
【００１１】本発明は、以上の点に着目したもので、良
好な特性の絶縁層を簡単にしかも均一に作製することが
できる生産性のよいスピントンネル磁気抵抗効果型の磁
性メモリを提供することを、その目的とするものであ
る。
好な特性の絶縁層を簡単にしかも均一に作製することが
できる生産性のよいスピントンネル磁気抵抗効果型の磁
性メモリを提供することを、その目的とするものであ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、第一の強磁性
膜と第二の強磁性膜の間にトンネル電流を制御するスペ
ーサ層を積層形成した磁性メモリにおいて、前記スペー
サ層を、絶縁性マトリクス中に導電性微粒子を分散した
グラニュラ膜によって形成したことを特徴とする。主要
な形態の一つは、前記絶縁性マトリクスとしてＳｉＯ２
を使用し、前記導電性微粒子として金属微粒子を使用し
たことを特徴とする。更に他の形態は、前記金属微粒子
として、ＣｒもしくはＮｉＦｅを使用したことを特徴と
する。
膜と第二の強磁性膜の間にトンネル電流を制御するスペ
ーサ層を積層形成した磁性メモリにおいて、前記スペー
サ層を、絶縁性マトリクス中に導電性微粒子を分散した
グラニュラ膜によって形成したことを特徴とする。主要
な形態の一つは、前記絶縁性マトリクスとしてＳｉＯ２
を使用し、前記導電性微粒子として金属微粒子を使用し
たことを特徴とする。更に他の形態は、前記金属微粒子
として、ＣｒもしくはＮｉＦｅを使用したことを特徴と
する。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。 ＜実施形態１＞……図１（Ａ）には、本発明の実施形態
１にかかる磁性メモリの積層構造が示されている。同図
において、非磁性基板１０上には、まず第一磁性層１２
が形成される。そして、この第一磁性層１２上に、グラ
ニュラ層１４が形成され、このグラニュラ層１４を挟ん
で第二磁性層１６が形成される。情報記録用のワード線
１８は、積層膜の上部又は下部に配置形成される。磁性
層１２，１６は、保磁力に差が生ずるように、Ｃｏ基合
金の組成や成膜条件を変化させることによって成膜され
る。また、それら磁性層１２，１６は、図示しないセン
スラインに接続される。
て詳細に説明する。 ＜実施形態１＞……図１（Ａ）には、本発明の実施形態
１にかかる磁性メモリの積層構造が示されている。同図
において、非磁性基板１０上には、まず第一磁性層１２
が形成される。そして、この第一磁性層１２上に、グラ
ニュラ層１４が形成され、このグラニュラ層１４を挟ん
で第二磁性層１６が形成される。情報記録用のワード線
１８は、積層膜の上部又は下部に配置形成される。磁性
層１２，１６は、保磁力に差が生ずるように、Ｃｏ基合
金の組成や成膜条件を変化させることによって成膜され
る。また、それら磁性層１２，１６は、図示しないセン
スラインに接続される。
【００１４】前記グラニュラ層１４は、図１（Ｂ）に示
すように、絶縁性マトリクス（絶縁膜）２０中に導電性
微粒子２２を分散した構造となっている。絶縁性マトリ
クス２０としては、例えばＳｉ０２が使用される。導電
性微粒子２２としては、例えばＣｒ，ＮｉＦｅなどの金
属微粒子が使用される。本形態では、グラニュラ膜１４
は、例えば数百nm程度の膜厚に形成される。
すように、絶縁性マトリクス（絶縁膜）２０中に導電性
微粒子２２を分散した構造となっている。絶縁性マトリ
クス２０としては、例えばＳｉ０２が使用される。導電
性微粒子２２としては、例えばＣｒ，ＮｉＦｅなどの金
属微粒子が使用される。本形態では、グラニュラ膜１４
は、例えば数百nm程度の膜厚に形成される。
【００１５】次に、本形態の作用を説明すると、上述し
た従来技術のＡｌ酸化膜の場合は、膜厚を数nmにしない
とトンネル電流は流れない。これに対し、本形態のグラ
ニュラ層１４の場合は、その特殊な構造から膜厚が厚く
てもトンネル電流が流れるようになる。すなわち、図１
（Ｂ）に矢印で示すように、導電性微粒子２２が存在す
るため、その隙間の絶縁性マトリクス中を電子が移動で
きれば、グラニュラ層全体としてトンネル電流が流れる
ようになる。従って、グラニュラ層１４が厚くても、良
好にトンネル電流が流れるようになる。続いて、図２を
参照しながら本形態の実施例について説明する。図２
は、各層の形成の様子を平面的に見た図である。
た従来技術のＡｌ酸化膜の場合は、膜厚を数nmにしない
とトンネル電流は流れない。これに対し、本形態のグラ
ニュラ層１４の場合は、その特殊な構造から膜厚が厚く
てもトンネル電流が流れるようになる。すなわち、図１
（Ｂ）に矢印で示すように、導電性微粒子２２が存在す
るため、その隙間の絶縁性マトリクス中を電子が移動で
きれば、グラニュラ層全体としてトンネル電流が流れる
ようになる。従って、グラニュラ層１４が厚くても、良
好にトンネル電流が流れるようになる。続いて、図２を
参照しながら本形態の実施例について説明する。図２
は、各層の形成の様子を平面的に見た図である。
【００１６】実施例１……６インチのターゲットを有す
るＤＣマグネトロンスパッタ装置（図示せず）に、非磁
性基板１０としてガラス基板をセットする。このガラス
基板には、（２〜５mm）×１０mmの大きさの窓を設けた
メタルマスクが取り付けられており、これによって所望
の形状のパターンが形成される。次に、スパッタチャン
バを、到達真空度４×１０-5Ｐａ（３×１０-7Torr）ま
で真空排気する。最初に第一磁性層１２としてＦｅを、
０．１３３Ｐａ（１mTorr，すなわち１×１０- 3Torr）
のアルゴン（Ａｒ）スパッタ圧において５０nm成膜す
る。
るＤＣマグネトロンスパッタ装置（図示せず）に、非磁
性基板１０としてガラス基板をセットする。このガラス
基板には、（２〜５mm）×１０mmの大きさの窓を設けた
メタルマスクが取り付けられており、これによって所望
の形状のパターンが形成される。次に、スパッタチャン
バを、到達真空度４×１０-5Ｐａ（３×１０-7Torr）ま
で真空排気する。最初に第一磁性層１２としてＦｅを、
０．１３３Ｐａ（１mTorr，すなわち１×１０- 3Torr）
のアルゴン（Ａｒ）スパッタ圧において５０nm成膜す
る。
【００１７】続いて、この第一磁性層１２上に、絶縁膜
形成用のメタルマスクを取り付けるとともに、６インチ
のターゲットを有するＲＦスパッタ装置（図示せず）に
セットする。そして、Ｓｉ０２ターゲット上に５×５mm
形状のＮｉ２０Ｆｅ８０チップを２００個置き、２Ｐａ
（１５mTorr）のＡｒスパッタ圧，高周波電力３００Ｗ
の条件でＳｉＯ２−ＮｉＦｅグラニュラ層１４を１００
nm形成する。この形成は、図２に示すように、第一磁性
層１２の中心に４．５mmφの大きさに行われる。そし
て、基板を再びＤＣマグネトロンスパッタ装置に戻し、
メタルマスクを交換して第一磁性層１２と直角する方向
であって、グラニュラ層１４の中心上に、第二磁性層１
６としてＣｏを、Ａｒスパッタ圧１．３３Ｐａ（１０mT
orr）において、１．７×１０mmの大きさで１００nmの
膜厚に成膜する。以上のようにして、実施例１の試料を
得る。
形成用のメタルマスクを取り付けるとともに、６インチ
のターゲットを有するＲＦスパッタ装置（図示せず）に
セットする。そして、Ｓｉ０２ターゲット上に５×５mm
形状のＮｉ２０Ｆｅ８０チップを２００個置き、２Ｐａ
（１５mTorr）のＡｒスパッタ圧，高周波電力３００Ｗ
の条件でＳｉＯ２−ＮｉＦｅグラニュラ層１４を１００
nm形成する。この形成は、図２に示すように、第一磁性
層１２の中心に４．５mmφの大きさに行われる。そし
て、基板を再びＤＣマグネトロンスパッタ装置に戻し、
メタルマスクを交換して第一磁性層１２と直角する方向
であって、グラニュラ層１４の中心上に、第二磁性層１
６としてＣｏを、Ａｒスパッタ圧１．３３Ｐａ（１０mT
orr）において、１．７×１０mmの大きさで１００nmの
膜厚に成膜する。以上のようにして、実施例１の試料を
得る。
【００１８】実施例２……前記実施例１において、Ｓｉ
０２−ＮｉＦｅのグラニュラ層１４の膜厚を２００nmと
する以外は実施例１と同様とした。 実施例３……前記実施例１において、Ｓｉ０２−ＮｉＦ
ｅグのラニュラ層１４の膜厚を５０nmとする以外は実施
例１と同様とした。
０２−ＮｉＦｅのグラニュラ層１４の膜厚を２００nmと
する以外は実施例１と同様とした。 実施例３……前記実施例１において、Ｓｉ０２−ＮｉＦ
ｅグのラニュラ層１４の膜厚を５０nmとする以外は実施
例１と同様とした。
【００１９】比較例１……前記実施例１において、Ｓｉ
０２−ＮｉＦｅのグラニュラ層１４の代わりに、Ａｌ酸
化物を１００nm形成する以外は実施例１と同様とした。
Ａｌ酸化物は、ＤＣマグネトロンスパッタ装置により、
Ａｒガス中に酸素量を５％添加した混合ガスを用い、
１．３３Ｐａ（１０mTorr）のスパッタ圧で形成した。
０２−ＮｉＦｅのグラニュラ層１４の代わりに、Ａｌ酸
化物を１００nm形成する以外は実施例１と同様とした。
Ａｌ酸化物は、ＤＣマグネトロンスパッタ装置により、
Ａｒガス中に酸素量を５％添加した混合ガスを用い、
１．３３Ｐａ（１０mTorr）のスパッタ圧で形成した。
【００２０】上記各実施例及び比較例の試料に対し、印
加磁場を−５００→０→＋５００→０→−５００（Ｏ
ｅ）と変化させながら抵抗値変化を直流４端子法で測定
した。各試料の抵抗変化率は、磁性層の磁化の向きが互
いに逆方向のときのトンネル抵抗Ｒと、磁性層の磁化の
向きが同じ方向のときのトンネル抵抗Ｒｓとの差をＲｓ
で割った百分率（（Ｒ−Ｒｓ）／Ｒｓ×１００）で定義
した。
加磁場を−５００→０→＋５００→０→−５００（Ｏ
ｅ）と変化させながら抵抗値変化を直流４端子法で測定
した。各試料の抵抗変化率は、磁性層の磁化の向きが互
いに逆方向のときのトンネル抵抗Ｒと、磁性層の磁化の
向きが同じ方向のときのトンネル抵抗Ｒｓとの差をＲｓ
で割った百分率（（Ｒ−Ｒｓ）／Ｒｓ×１００）で定義
した。
【００２１】作製した各試料における抵抗変化率を示す
と、表１のようになる。この表１に示すように、実施例
１〜３では１％程度の抵抗変化率が得られているが、比
較例では抵抗変化率が得られない。これは、比較例のよ
うなＡｌ酸化物による絶縁膜では、膜厚が厚すぎてトン
ネル電流が流れないためであると考えられる。比較例の
ような絶縁膜でトンネル電流を得るためには数nm以下の
極薄膜にする必要がある。
と、表１のようになる。この表１に示すように、実施例
１〜３では１％程度の抵抗変化率が得られているが、比
較例では抵抗変化率が得られない。これは、比較例のよ
うなＡｌ酸化物による絶縁膜では、膜厚が厚すぎてトン
ネル電流が流れないためであると考えられる。比較例の
ような絶縁膜でトンネル電流を得るためには数nm以下の
極薄膜にする必要がある。
【００２２】
【表１】
【００２３】これに対し、実施例のグラニュラ膜の場合
は、５０〜２００nm程度の厚さにおいても抵抗変化が得
られており、Ｓｉ０２マトリクス中にあるＮｉＦｅ金属
によってトンネル電流を流す効果があると考えられる。
数１０nmの膜厚は、作製する上で制御が容易であり、基
板表面の平滑化にそれほど配慮する必要がない。従っ
て、生産性の観点からも有利となる。なお、磁性メモリ
とするためには、上述した実施例の積層構造に記録再生
用の線を形成すればよい。
は、５０〜２００nm程度の厚さにおいても抵抗変化が得
られており、Ｓｉ０２マトリクス中にあるＮｉＦｅ金属
によってトンネル電流を流す効果があると考えられる。
数１０nmの膜厚は、作製する上で制御が容易であり、基
板表面の平滑化にそれほど配慮する必要がない。従っ
て、生産性の観点からも有利となる。なお、磁性メモリ
とするためには、上述した実施例の積層構造に記録再生
用の線を形成すればよい。
【００２４】＜実施形態２＞……次に、本発明の実施形
態２について説明する。上述した実施形態では、グラニ
ュラ層１４に金属微粒子としてＮｉＦｅを分散したが、
本形態では、金属微粒子としてＣｒが使用される。本形
態でも、グラニュラ層１４（図１参照）はＲＦスパッタ
リングで成膜される。その成膜条件は、次の通りであ
る。前記実施例１と同様の６インチのＳｉ０２ターゲッ
ト上に縦５mm×横５mm×厚さ１mmのＣｒチップを４９個
配置し、２ＰａのＡｒスパッタ圧，高周波電力３００
Ｗ，基板加熱温度０〜２００℃，１００nmの膜厚にグラ
ニュラ膜を形成する。他の各層については、前記実施例
１と同様である。
態２について説明する。上述した実施形態では、グラニ
ュラ層１４に金属微粒子としてＮｉＦｅを分散したが、
本形態では、金属微粒子としてＣｒが使用される。本形
態でも、グラニュラ層１４（図１参照）はＲＦスパッタ
リングで成膜される。その成膜条件は、次の通りであ
る。前記実施例１と同様の６インチのＳｉ０２ターゲッ
ト上に縦５mm×横５mm×厚さ１mmのＣｒチップを４９個
配置し、２ＰａのＡｒスパッタ圧，高周波電力３００
Ｗ，基板加熱温度０〜２００℃，１００nmの膜厚にグラ
ニュラ膜を形成する。他の各層については、前記実施例
１と同様である。
【００２５】図５には、前記グラニュラ層１４の形成時
に非磁性基板１０側を加熱しない場合のセル面積と、グ
ラニュラ層１４の垂直方向抵抗値（図１の上下方向）の
関係が示されている。グラニュラ層１４の抵抗値は、４
端子法を用いて測定した。図５中、横軸はセル面積，縦
軸はグラニュラ層１４の垂直方向抵抗値である。同図に
示すように、抵抗値はセルの面積が大きくなるに従って
減少しており、グラニュラ層１４の膜厚が１００nmであ
りながら、セル面積によってトンネル電流がコントロー
ルされている。
に非磁性基板１０側を加熱しない場合のセル面積と、グ
ラニュラ層１４の垂直方向抵抗値（図１の上下方向）の
関係が示されている。グラニュラ層１４の抵抗値は、４
端子法を用いて測定した。図５中、横軸はセル面積，縦
軸はグラニュラ層１４の垂直方向抵抗値である。同図に
示すように、抵抗値はセルの面積が大きくなるに従って
減少しており、グラニュラ層１４の膜厚が１００nmであ
りながら、セル面積によってトンネル電流がコントロー
ルされている。
【００２６】図６には、グラニュラ層１４の形成時に非
磁性基板１０側を２００℃に加熱した場合のセル面積
と、グラニュラ層１４の垂直方向抵抗値の関係が示され
ている。前記図５と同様に、グラニュラ層１４の抵抗値
は４端子法を用いて測定し、図６の横軸はセル面積，縦
軸はグラニュラ層１４の垂直方向抵抗値である。この場
合、抵抗値は、前記図５と比較して大きな値を示してい
る。これは、グラニュラ層１４の構造が変化したためで
ある。抵抗値は、前記図５と同様に、セルの面積が大き
くなるに従って減少しており、本例でもグラニュラ層１
４の膜厚が１００nmでありながら、セル面積によってト
ンネル電流がコントロールされている。
磁性基板１０側を２００℃に加熱した場合のセル面積
と、グラニュラ層１４の垂直方向抵抗値の関係が示され
ている。前記図５と同様に、グラニュラ層１４の抵抗値
は４端子法を用いて測定し、図６の横軸はセル面積，縦
軸はグラニュラ層１４の垂直方向抵抗値である。この場
合、抵抗値は、前記図５と比較して大きな値を示してい
る。これは、グラニュラ層１４の構造が変化したためで
ある。抵抗値は、前記図５と同様に、セルの面積が大き
くなるに従って減少しており、本例でもグラニュラ層１
４の膜厚が１００nmでありながら、セル面積によってト
ンネル電流がコントロールされている。
【００２７】上述したように、Ａｌの酸化膜を用いた背
景技術では、その膜厚を数nmにしないとトンネル電流が
流れない。一方、グラニュラ層１４は、その特殊な構造
から膜厚が厚くてもトンネル電流が流れる。本実施形態
に関して磁性メモリを試作したところ、グラニュラ層１
４の膜厚を１０００nmとしても正常なメモリ動作を示
し、作製したセルの安定性も大きく向上した。また、上
述したように、成膜時の基板加熱温度を変えることによ
ってグラニュラ層１４の抵抗値もコントロールできた。
景技術では、その膜厚を数nmにしないとトンネル電流が
流れない。一方、グラニュラ層１４は、その特殊な構造
から膜厚が厚くてもトンネル電流が流れる。本実施形態
に関して磁性メモリを試作したところ、グラニュラ層１
４の膜厚を１０００nmとしても正常なメモリ動作を示
し、作製したセルの安定性も大きく向上した。また、上
述したように、成膜時の基板加熱温度を変えることによ
ってグラニュラ層１４の抵抗値もコントロールできた。
【００２８】なお、本発明は何ら上記実施形態に限定さ
れるものではなく、例えば以下のようなものも含まれ
る。 （１）前記実施形態では、グラニュラ層の作製にＲＦス
パッタ法を用いたが、蒸着法など他の公知の成膜方法を
用いてよい。また、前記実施形態では、パターン形成に
メタルマスクを用いたが、フォトリソグラフィ法など公
知の他のパターン形成法を用いてよい。 （２）前記実施形態では、グラニュラ層を、絶縁性マト
リクスであるＳｉ０２と導電性微粒子であるＮｉＦｅも
しくはＣｒによって形成したが、他の各種の導電性材料
を用いてよい。また、膜厚も、所要の特性が得られるよ
う適宜設定してよい。他の非磁性基板や磁性層について
も同様である。
れるものではなく、例えば以下のようなものも含まれ
る。 （１）前記実施形態では、グラニュラ層の作製にＲＦス
パッタ法を用いたが、蒸着法など他の公知の成膜方法を
用いてよい。また、前記実施形態では、パターン形成に
メタルマスクを用いたが、フォトリソグラフィ法など公
知の他のパターン形成法を用いてよい。 （２）前記実施形態では、グラニュラ層を、絶縁性マト
リクスであるＳｉ０２と導電性微粒子であるＮｉＦｅも
しくはＣｒによって形成したが、他の各種の導電性材料
を用いてよい。また、膜厚も、所要の特性が得られるよ
う適宜設定してよい。他の非磁性基板や磁性層について
も同様である。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次のような効果がある。 （１）磁性層中に、トンネル電流を制御するスペーサ層
を形成した積層構造の磁性メモリにおいて、前記スペー
サ層を絶縁性マトリクス中に導電性微粒子を分散したグ
ラニュラ膜によって形成したので、膜厚が厚くても良好
なトンネル効果を得ることができるとともに、基板表面
の平坦性に対して格別配慮する必要がなく、生産性の向
上も図ることができる。 （２）グラニュラ膜を構成する絶縁性マトリクスとして
ＳｉＯ２を使用し、導電性微粒子としてＣｒを使用した
ので、グラニュラ膜の抵抗値の制御が容易となり、セル
の安定性も向上する。
次のような効果がある。 （１）磁性層中に、トンネル電流を制御するスペーサ層
を形成した積層構造の磁性メモリにおいて、前記スペー
サ層を絶縁性マトリクス中に導電性微粒子を分散したグ
ラニュラ膜によって形成したので、膜厚が厚くても良好
なトンネル効果を得ることができるとともに、基板表面
の平坦性に対して格別配慮する必要がなく、生産性の向
上も図ることができる。 （２）グラニュラ膜を構成する絶縁性マトリクスとして
ＳｉＯ２を使用し、導電性微粒子としてＣｒを使用した
ので、グラニュラ膜の抵抗値の制御が容易となり、セル
の安定性も向上する。
【図１】本発明の実施形態の磁性メモリにおける積層構
造及びグラニュラ膜の様子を示す図である。
造及びグラニュラ膜の様子を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における平面構造の一例を示
す図である。
す図である。
【図３】スピントンネル磁気抵抗効果型の磁性メモリの
積層構造を示す図である。
積層構造を示す図である。
【図４】前記図３の磁性メモリにおける磁化の様子を示
す図である。
す図である。
【図５】本発明の実施形態のセル面積とグラニュラ層の
垂直方向抵抗値の関係を示す図である。
垂直方向抵抗値の関係を示す図である。
【図６】基板を加熱したときの本発明の実施形態のセル
面積とグラニュラ層の垂直方向抵抗値の関係を示す図で
ある。
面積とグラニュラ層の垂直方向抵抗値の関係を示す図で
ある。
１０…非磁性基板 １２…第一磁性層 １４…グラニュラ層 １６…第二磁性層 １８…ワード線 ２０…絶縁性マトリクス ２２…導電性微粒子
Claims (3)
- 【請求項１】 第一の強磁性膜と第二の強磁性膜の間に
トンネル電流を制御するスペーサ層を積層形成した磁性
メモリにおいて、 前記スペーサ層を、絶縁性マトリクス中に導電性微粒子
を分散したグラニュラ膜によって形成したことを特徴と
する磁性メモリ。 - 【請求項２】 前記絶縁性マトリクスとしてＳｉＯ２を
使用し、前記導電性微粒子として金属微粒子を使用した
ことを特徴とする請求項１記載の磁性メモリ。 - 【請求項３】 前記金属微粒子として、ＣｒもしくはＮ
ｉＦｅを使用したことを特徴とする請求項１又は２記載
の磁性メモリ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11276576A JP2001014843A (ja) | 1999-04-30 | 1999-09-29 | 磁性メモリ |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12355599 | 1999-04-30 | ||
| JP11-123555 | 1999-04-30 | ||
| JP11276576A JP2001014843A (ja) | 1999-04-30 | 1999-09-29 | 磁性メモリ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001014843A true JP2001014843A (ja) | 2001-01-19 |
Family
ID=26460446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11276576A Pending JP2001014843A (ja) | 1999-04-30 | 1999-09-29 | 磁性メモリ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001014843A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005505888A (ja) * | 2001-10-09 | 2005-02-24 | インフィネオン テクノロジーズ アクチエンゲゼルシャフト | ワード線とビット線との交差点に磁気抵抗記憶セルが配置された、半導体記憶装置 |
| WO2005086140A1 (es) * | 2004-03-01 | 2005-09-15 | Consejo Superior De Investigaciones Científicas | Dispositivo spintrónico magnetoresistivo, su procedimiento de fabricación y sus aplicaciones |
| US7379280B2 (en) | 2002-12-16 | 2008-05-27 | Nec Corporation | Magnetic tunnel magneto-resistance device and magnetic memory using the same |
| CN100394628C (zh) * | 2001-12-27 | 2008-06-11 | 富士通株式会社 | 磁电阻元件 |
| US7394626B2 (en) | 2002-11-01 | 2008-07-01 | Nec Corporation | Magnetoresistance device with a diffusion barrier between a conductor and a magnetoresistance element and method of fabricating the same |
-
1999
- 1999-09-29 JP JP11276576A patent/JP2001014843A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005505888A (ja) * | 2001-10-09 | 2005-02-24 | インフィネオン テクノロジーズ アクチエンゲゼルシャフト | ワード線とビット線との交差点に磁気抵抗記憶セルが配置された、半導体記憶装置 |
| CN100394628C (zh) * | 2001-12-27 | 2008-06-11 | 富士通株式会社 | 磁电阻元件 |
| US7394626B2 (en) | 2002-11-01 | 2008-07-01 | Nec Corporation | Magnetoresistance device with a diffusion barrier between a conductor and a magnetoresistance element and method of fabricating the same |
| US7742263B2 (en) | 2002-11-01 | 2010-06-22 | Nec Corporation | Magnetoresistance device with a diffusion barrier between a conductor and a magnetoresistance element and method of fabricating the same |
| US7379280B2 (en) | 2002-12-16 | 2008-05-27 | Nec Corporation | Magnetic tunnel magneto-resistance device and magnetic memory using the same |
| WO2005086140A1 (es) * | 2004-03-01 | 2005-09-15 | Consejo Superior De Investigaciones Científicas | Dispositivo spintrónico magnetoresistivo, su procedimiento de fabricación y sus aplicaciones |
| ES2249974A1 (es) * | 2004-03-01 | 2006-04-01 | Consejo Sup. Investig. Cientificas | Dispositivo spintronico magnetoresistivo, su procedimiento de fabricacion y sus aplicaciones. |
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