JP2001119082A - Magnetoresistive element - Google Patents

Magnetoresistive element

Info

Publication number
JP2001119082A
JP2001119082A JP29860099A JP29860099A JP2001119082A JP 2001119082 A JP2001119082 A JP 2001119082A JP 29860099 A JP29860099 A JP 29860099A JP 29860099 A JP29860099 A JP 29860099A JP 2001119082 A JP2001119082 A JP 2001119082A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
film
roughness
ferromagnetic
magnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP29860099A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Ikeda
貴司 池田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP29860099A priority Critical patent/JP2001119082A/en
Publication of JP2001119082A publication Critical patent/JP2001119082A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetoresixtive element, which is small in a static magnetic connecting force of a magnetic layer as roughness of a lower electrode, a lower wiring, or the like is very low, and can obtain a superior output signal within the range of a desirable magnetic field. SOLUTION: This magnetoresistive element has an electrical conductor (a lower element 14, a lower wiring, or the like) of an AlCu alloy having composition of Cu of 20 at.% to 90 at.% on a substrate 16, and a multilayered film in which at least a first ferromagnetic layer 11, a nonmagnetic layer 12 and a second ferromagnetic layer 13 are sequentially formed thereon. It is more preferable that the composition of Cu of the AlCu alloy be 40 at.% to 60 at.%.

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、下部電極や下部配
線等の電気伝導体として表面のラフネスが小さいAlC
u合金を用いることにより、磁気抵抗効果膜の磁化の反
平行状態が容易に実現され、良好な出力信号を得ること
が可能な磁気抵抗素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an AlC having a small surface roughness as an electric conductor such as a lower electrode or a lower wiring.
The present invention relates to a magnetoresistive element capable of easily realizing an antiparallel state of magnetization of a magnetoresistive effect film by using a u alloy and obtaining a good output signal.

【0002】[0002]

【従来の技術】図15に示すように、磁気抵抗効果膜1
0は、基本的に二つの強磁性層(第1の強磁性層11、
第2の強磁性層13)の間に非磁性層12を有するサン
ドイッチ構造の多層膜からなる。この二つの強磁性層1
1、13の保磁力は異なる。したがって、外部から適当
な大きさの磁界を印加することによって、二つの強磁性
層11、13の磁化方向は平行あるいは反平行となる。
そして、この磁化状態により素子の抵抗は変化し、磁化
方向が平行であるときは素子の抵抗値は小さく、反平行
であるときは素子の抵抗値は大きくなる。つまり、素子
に一定電流を流し、磁化を平行な状態から反平行な状態
にすると素子の電圧は大きくなり、逆に反平行から平行
にすると電圧は小さくなる。
2. Description of the Related Art As shown in FIG.
0 is basically two ferromagnetic layers (first ferromagnetic layer 11,
It is composed of a multilayer film having a sandwich structure having the nonmagnetic layer 12 between the second ferromagnetic layers 13). These two ferromagnetic layers 1
The coercive forces 1 and 13 are different. Therefore, by applying an appropriate magnetic field from the outside, the magnetization directions of the two ferromagnetic layers 11 and 13 become parallel or antiparallel.
The resistance of the element changes depending on the magnetization state. When the magnetization directions are parallel, the resistance of the element is small, and when the magnetization directions are antiparallel, the resistance of the element is large. That is, when a constant current is applied to the element and the magnetization is changed from a parallel state to an anti-parallel state, the voltage of the element increases, and conversely, when the magnetization is changed from anti-parallel to parallel, the voltage decreases.

【0003】磁気抵抗効果膜10としては、従来より種
々の膜構成が提案されているが、上述の中間層(非磁性
層12)が絶縁体であり、電子がその中間層をトンネリ
ングする場合は、その磁気抵抗効果膜をスピントンネル
膜という。スピントンネル膜に一般に用いられる絶縁体
は、アルミナである。スピントンネル膜の膜厚は、エネ
ルギー障壁幅の関係から1nm〜3nm程度の膜厚が好
ましいことが、これまでの多くの研究で報告されてい
る。一方、中間層(非磁性層12)が導体である場合
は、その磁気抵抗効果膜をスピン散乱膜という。スピン
散乱膜では、電流を膜面に対して平行でも垂直でもどち
らに流しても構わない。
Various film configurations have been conventionally proposed for the magnetoresistive film 10, but when the above-mentioned intermediate layer (nonmagnetic layer 12) is an insulator and electrons tunnel through the intermediate layer. The magnetoresistive film is called a spin tunnel film. An insulator generally used for the spin tunnel film is alumina. Many studies have reported that the thickness of the spin tunnel film is preferably about 1 nm to 3 nm in view of the energy barrier width. On the other hand, when the intermediate layer (nonmagnetic layer 12) is a conductor, the magnetoresistive film is called a spin scattering film. In the case of the spin scattering film, the current may flow parallel or perpendicular to the film surface.

【0004】磁気抵抗効果膜10はメモリ素子として用
いることが可能である。この場合、磁界の印加は、例え
ば、図16に示すように直交する上部導線21と下部導
線22を配し、各配線21、22に電流Is、Iwを流
し磁界を発生させることにより行なう。磁気抵抗効果膜
10の磁化反転は、上下両導線21、22に同時に電流
が流れたときのみ生じるので、平面に複数形成された磁
気抵抗効果膜10のうち、一つの素子の磁化方向を選択
的に変化させることが可能である。上下両導線21、2
2に電流Is、Iwを流すと、それぞれの電流Is、I
wによって発生した磁界が磁気抵抗効果膜10の膜面に
平行に印加されるが、上部導線21から発生する磁界と
下部導線22から発生する磁界は、互いに90°異なる
方向で作用する。
[0004] The magnetoresistive film 10 can be used as a memory element. In this case, the application of the magnetic field is performed, for example, by arranging orthogonal upper and lower conductors 21 and 22 as shown in FIG. 16 and causing currents Is and Iw to flow through the wires 21 and 22 to generate a magnetic field. Since the magnetization reversal of the magnetoresistive film 10 occurs only when a current flows simultaneously in the upper and lower conductors 21 and 22, the magnetization direction of one element of the plurality of magnetoresistive films 10 formed on a plane is selectively changed. Can be changed to Upper and lower conductors 21, 2
2 when currents Is and Iw flow through them, respectively.
The magnetic field generated by w is applied in parallel to the film surface of the magnetoresistive film 10, but the magnetic field generated from the upper conductor 21 and the magnetic field generated from the lower conductor 22 act in directions different from each other by 90 °.

【0005】さらに、磁気抵抗効果膜10の下部磁性層
(図15では第1の強磁性層11)を電極あるいは配線
として用いない場合は、下部磁性層の下に電極あるいは
配線を設ける必要がある。
Further, when the lower magnetic layer (first ferromagnetic layer 11 in FIG. 15) of the magnetoresistive film 10 is not used as an electrode or wiring, it is necessary to provide an electrode or wiring below the lower magnetic layer. .

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】スピン散乱膜の場合、
磁気抵抗変化は中間層(非磁性層12)と磁性層(第1
の強磁性層11、第2の強磁性層13)の界面や磁性層
内部で生じ、中間層内部では生じない。したがって、中
間層の膜厚が薄い程、抵抗変化に関与する電子の割合が
高くなるので、磁気抵抗変化率は大きくなる。しかし、
中間層の膜厚が薄くなるに従い、二つの磁性層間に働く
静磁結合力が大きくなり、磁化が反平行にならなくなっ
てしまう。この原因の一つとして、オレンジピール効果
が挙げられる。つまり、磁性層と非磁性層との界面が湾
曲していると、磁化の反平行状態は実現困難となるので
ある。これは中間層の膜厚が1nm〜3nmと薄いスピ
ントンネル膜においても同様である。
SUMMARY OF THE INVENTION In the case of a spin scattering film,
The change in magnetoresistance is determined by the intermediate layer (nonmagnetic layer 12) and the magnetic layer (first layer).
This occurs at the interface between the ferromagnetic layer 11 and the second ferromagnetic layer 13) and inside the magnetic layer, and does not occur inside the intermediate layer. Therefore, the smaller the thickness of the intermediate layer, the higher the ratio of electrons involved in the resistance change, and the higher the magnetoresistance change rate. But,
As the thickness of the intermediate layer decreases, the magnetostatic coupling force acting between the two magnetic layers increases, and the magnetization does not become antiparallel. One of the causes is an orange peel effect. That is, if the interface between the magnetic layer and the nonmagnetic layer is curved, it is difficult to realize the antiparallel state of magnetization. The same applies to a spin tunnel film having a thin intermediate layer of 1 nm to 3 nm.

【0007】このような点から、磁気抵抗変化率が大き
く、かつ所望の磁界範囲内で磁化の反平行状態を得るに
は、磁性層と中間層の界面が平坦であることが望まれ
る。したがって、表面のラフネス(表面粗さRa)の小
さい基板を使用することが必要である。近年、一般的に
使用されているシリコンウエハーやガラス基板はかなり
平坦で、ラフネスは1nmよりも小さい。特にシリコン
ウエハーでは、0.1nm程度のラフネスが実現されて
いる。
From such a point, it is desirable that the interface between the magnetic layer and the intermediate layer is flat in order to obtain a large magnetoresistance change rate and an antiparallel magnetization state within a desired magnetic field range. Therefore, it is necessary to use a substrate having a small surface roughness (surface roughness Ra). In recent years, commonly used silicon wafers and glass substrates are fairly flat, with roughness less than 1 nm. In particular, roughness of about 0.1 nm is realized in a silicon wafer.

【0008】磁気抵抗効果膜を用いたメモリ素子では、
基板から中間層の間には、少なくとも磁界を印加するた
めの導線、絶縁層そして磁性層が形成される。さらに、
磁性層を電極あるいは配線として用いない場合には、基
板と下部磁性層との間にさらに金属層が形成される。一
般に、導線や電極には電気抵抗率の小さいAlが用いら
れ、磁性層にはNi、Fe、Coやこれらの合金が用い
られる。スパッタ法で成膜すると、その薄膜のラフネス
が小さくなることが一般的に知られている。この点か
ら、導線、電極あるいは磁性層を成膜する方法として
は、スパッタ法が好ましいとされている。また、スパッ
タガス圧を高くして成膜すると、その膜は柱状構造とな
り、これが表面のラフネスを大きくする原因となる。し
たがって、スパッタガス圧は、放電が不安定とならない
範囲内で低くすることが好ましい。
In a memory device using a magnetoresistive film,
At least a conductor for applying a magnetic field, an insulating layer, and a magnetic layer are formed between the substrate and the intermediate layer. further,
When the magnetic layer is not used as an electrode or a wiring, a metal layer is further formed between the substrate and the lower magnetic layer. Generally, Al having a small electric resistivity is used for the conductive wires and electrodes, and Ni, Fe, Co, and alloys thereof are used for the magnetic layer. It is generally known that when a film is formed by a sputtering method, the roughness of the thin film is reduced. From this point, it is considered that a sputtering method is preferable as a method of forming a conductive wire, an electrode, or a magnetic layer. Further, when the film is formed by increasing the sputtering gas pressure, the film has a columnar structure, which causes an increase in surface roughness. Therefore, it is preferable to reduce the sputtering gas pressure within a range where the discharge does not become unstable.

【0009】本発明者は、上記の各点を考慮して、ガス
圧を0.3Pa程度とし、マグネトロンスパッタ法で、
シリコンウエハーやガラス基板上に、Al層、NiFe
層を順次積層形成し、そのラフネスを調べた。Al層表
面のラフネスは大きく、50nm厚のAl層のラフネス
は3.5nm程度であることが分かった。また、Al層
上部に形成した25nm厚のNiFe層の表面は、Al
層表面のラフネスとほぼ同じ値を示した。また、同様に
してAl層、SiN層(50nm厚)、NiFe層を順
次積層形成し、そのラフネスを調べた。この多層膜表面
のラフネスも、Al層表面のラフネスと大きな差は無か
った。つまり、SiN層やNiFe層は多層膜表面のラ
フネスを著しく大きくする原因とはならないが、Al膜
の表面のラフネスは大きく、磁気抵抗素子の下部電極や
下部配線としては好ましくないことが分かったのであ
る。
The present inventor has set the gas pressure at about 0.3 Pa in consideration of the above points,
Al layer, NiFe on silicon wafer or glass substrate
The layers were sequentially formed and their roughness was examined. It was found that the roughness of the surface of the Al layer was large, and the roughness of the Al layer having a thickness of 50 nm was about 3.5 nm. Further, the surface of the 25 nm thick NiFe layer formed on the Al layer
It showed almost the same value as the roughness of the layer surface. Similarly, an Al layer, a SiN layer (50 nm thick), and a NiFe layer were sequentially formed in the same manner, and the roughness was examined. The roughness of the surface of the multilayer film was not much different from the roughness of the surface of the Al layer. In other words, the SiN layer and the NiFe layer do not significantly increase the surface roughness of the multilayer film, but the surface roughness of the Al film is large, which is not preferable as the lower electrode or the lower wiring of the magnetoresistive element. is there.

【0010】本発明は、このような課題を解決する為に
なされたものであり、磁性層よりも基板側に設けられて
いる電気伝導体(下部電極や下部配線等)の表面のラフ
ネスが非常に小さいので磁性層の静磁結合力が小さく、
所望の磁界範囲内で良好な出力信号を得ることが可能な
磁気抵抗素子を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve such a problem, and the surface roughness of the electric conductor (lower electrode, lower wiring, etc.) provided on the substrate side of the magnetic layer is extremely low. The magnetic layer has a small magnetostatic coupling force,
It is an object of the present invention to provide a magnetoresistive element capable of obtaining a good output signal within a desired magnetic field range.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者は、表面のラフ
ネスが小さい電気伝導膜を実現するために鋭意検討した
結果、AlとCuの特定組成の合金が非常に適している
ことを見出し、本発明を完成するに至った。
Means for Solving the Problems The present inventors have conducted intensive studies to realize an electric conductive film having a small surface roughness, and have found that an alloy having a specific composition of Al and Cu is very suitable. The present invention has been completed.

【0012】すなわち本発明は、基板上に、Cuの組成
が20at.%以上90at.%以下であるAlCu合金
の電気伝導体を有し、その上に少なくとも第1の強磁性
層、非磁性層及び第2の強磁性層が順次形成された多層
膜を有する磁気抵抗素子である。
That is, the present invention provides an AlCu alloy electric conductor having a Cu composition of 20 at.% Or more and 90 at.% Or less on a substrate, on which at least a first ferromagnetic layer and a non-magnetic layer are formed. And a multi-layer film in which a second ferromagnetic layer is sequentially formed.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の磁気抵抗素子の
一実施形態として、スピントンネル膜の膜構成を示す断
面図である。図中、16は基板、14は下部電極、11
は第1の強磁性層、12は非磁性層(中間層)、13は
第2の強磁性層、15は上部電極である。下部電極14
及び上部電極15は、電気抵抗率が小さいことが必要で
あり、従来技術ではAlが多く用いられている。ところ
が、先に説明した様にAl層表面のラフネスが大きいの
で、磁化の反平行状態を実現することが従来技術では困
難である。ラフネスと二つの磁性層11、13の磁気的
結合の関係は、ネールによって提案されたトポグラフィ
ーモデルによって理解される。このモデルによれば、強
磁性層11、13と非磁性層12の界面の凹凸が低いほ
ど強磁性層11、13の静磁的結合力が小さくなるの
で、磁化の反平行状態は実現し易くなる。したがって、
導線や電極には、その表面のラフネスが小さい材料が用
いられることが好ましいのである。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a film configuration of a spin tunnel film as one embodiment of a magnetoresistive element of the present invention. In the figure, 16 is a substrate, 14 is a lower electrode, 11
Is a first ferromagnetic layer, 12 is a non-magnetic layer (intermediate layer), 13 is a second ferromagnetic layer, and 15 is an upper electrode. Lower electrode 14
The upper electrode 15 needs to have a small electric resistivity, and Al is often used in the conventional technology. However, since the roughness of the surface of the Al layer is large as described above, it is difficult to realize an anti-parallel state of magnetization with the related art. The relationship between the roughness and the magnetic coupling of the two magnetic layers 11, 13 is understood by the topography model proposed by Nehru. According to this model, the lower the unevenness of the interface between the ferromagnetic layers 11 and 13 and the nonmagnetic layer 12 is, the smaller the magnetostatic coupling force between the ferromagnetic layers 11 and 13 is. Become. Therefore,
It is preferable that a material having a small surface roughness is used for the conductor and the electrode.

【0014】図2は、AlCu合金層のCu組成に対す
るラフネスの変化を示すグラフである。ここでは、表面
のラフネスが0.16nm程度のシリコンウエハー上に
成膜した50nm厚のAlCu合金層の表面のラフネス
を測定した。また、このラフネス(表面粗さRa)は、
JIS B0601の中心線平均粗さ(Ra)であり、
カットオフ値は標準値を採用した。
FIG. 2 is a graph showing a change in roughness with respect to the Cu composition of the AlCu alloy layer. Here, the surface roughness of a 50 nm thick AlCu alloy layer formed on a silicon wafer having a surface roughness of about 0.16 nm was measured. The roughness (surface roughness Ra) is
It is the center line average roughness (Ra) of JIS B0601,
The standard value was adopted as the cutoff value.

【0015】図2に示す結果から分かるように、Cu組
成が20at.%以上90at.%以下の範囲では、ラフ
ネスは1nm以下の小さい値であり、さらに40at.
%以上60at.%以下の範囲では、ラフネスは0.2n
m程度の非常に小さな値となっている。
As can be seen from the results shown in FIG. 2, when the Cu composition is in the range of 20 at.% To 90 at.%, The roughness is a small value of 1 nm or less, and the roughness is 40 at.
% To 60 at.% Or less, the roughness is 0.2 n.
It is a very small value of about m.

【0016】本発明の重要な技術的意義は、AlCu合
金を用いた方が、Alを用いた場合と比較して、表面の
ラフネスが小さい膜を得ることができ、これが磁気抵抗
素子の下部電極や下部配線等に非常に有用であるという
点に有る。しかも、ラフネスの具体的な数値は、材料以
外の諸条件にも影響されるので、本発明においては、そ
の具体的範囲に関し特に制限は無い。ただし、磁気抵抗
素子の要求性能を考慮すると、一般的にはAlCu合金
膜の表面のラフネスは、1.0nm以下が好ましく、0.
3nm以下がより好ましい。
An important technical significance of the present invention is that a film having a lower surface roughness can be obtained by using an AlCu alloy as compared with the case of using Al. It is very useful for wiring and lower wiring. In addition, since the specific numerical value of the roughness is affected by various conditions other than the material, there is no particular limitation on the specific range in the present invention. However, considering the required performance of the magnetoresistive element, generally, the roughness of the surface of the AlCu alloy film is preferably equal to or less than 1.0 nm, and is preferably 0.1 nm or less.
3 nm or less is more preferable.

【0017】また、図1では、下部電極14にAlCu
合金を用いたものを好適な形態として示したが。本発明
はこれに限定されない。例えば、下部配線、その他、第
1の強磁性層11と基板16の間に位置する各種の電気
伝導体に対して、AlCu合金を用いることは可能であ
る。
In FIG. 1, the lower electrode 14 is made of AlCu.
Although the one using an alloy is shown as a preferred form. The present invention is not limited to this. For example, it is possible to use an AlCu alloy for the lower wiring and other various electric conductors located between the first ferromagnetic layer 11 and the substrate 16.

【0018】第1の強磁性層11及び第2の強磁性層1
3には、従来より磁気抵抗素子の多層膜中の強磁性層と
して知られる各種の材料が使用可能である。特に、Ni
Fe、Fe、Co、CoFe等が好適に用いられ、第1
の強磁性層11と第2の強磁性層13が異なる磁界で磁
化反転するように適宜選定すればよい。例えば、第1の
強磁性層11を比較的保磁力の小さなNiFe層とし、
第2の強磁性層13を比較的保磁力の大きなCo層とす
る。
First ferromagnetic layer 11 and second ferromagnetic layer 1
For 3, various materials conventionally known as ferromagnetic layers in a multilayer film of a magnetoresistive element can be used. In particular, Ni
Fe, Fe, Co, CoFe, etc. are preferably used,
The ferromagnetic layer 11 and the second ferromagnetic layer 13 may be appropriately selected so that the magnetizations are reversed by different magnetic fields. For example, the first ferromagnetic layer 11 is a NiFe layer having a relatively small coercive force,
The second ferromagnetic layer 13 is a Co layer having a relatively large coercive force.

【0019】スピントンネル膜の非磁性層12にも、従
来よりスピントンネル膜の中間層として知られる各種の
絶縁体が使用可能である。通常はアルミナが用いられ
る。その作製方法としては、(1)Al層を形成し、こ
れを自然酸化させる方法、(2)Al層を形成し、これ
をプラズマ等でエネルギーを与え酸化させる方法、
(3)Alターゲットを反応性スパッタリングする方
法、(4)アルミナターゲットを用いて直接成膜する方
法等が挙げられる。
As the nonmagnetic layer 12 of the spin tunnel film, various insulators conventionally known as an intermediate layer of the spin tunnel film can be used. Usually, alumina is used. (1) a method of forming an Al layer and spontaneously oxidizing the same; (2) a method of forming an Al layer and oxidizing the same by applying energy with plasma or the like;
(3) a method of reactive sputtering an Al target, and (4) a method of directly forming a film using an alumina target.

【0020】また図1では、スピントンネル膜を用いた
ものを好適な形態として示したが。本発明はこれに限定
されない。例えば、非磁性層12として導体を用い、ス
ピン散乱膜を構成してもよい。スピン散乱膜の非磁性層
12にも、従来よりスピン散乱膜の中間層として知られ
る導体が使用可能である。通常はCuが好ましい。
FIG. 1 shows a preferred embodiment using a spin tunnel film. The present invention is not limited to this. For example, a spin scattering film may be formed using a conductor as the nonmagnetic layer 12. As the nonmagnetic layer 12 of the spin scattering film, a conductor conventionally known as an intermediate layer of the spin scattering film can be used. Usually, Cu is preferred.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明を、実施例により更に詳細に説
明する。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples.

【0022】<実施例1〜4>成膜チャンバー内を1×
10-5Pa以下まで真空にした後、DCマグネトロンス
パッタ法によってAlターゲットとCuターゲットをコ
スパッタし、シリコンウエハー上に下部電極14として
50nm厚のAlCu合金膜を成膜した。
<Examples 1 to 4> The inside of the film forming chamber was 1 ×
After evacuating to 10 −5 Pa or less, an Al target and a Cu target were co-sputtered by DC magnetron sputtering to form an AlCu alloy film having a thickness of 50 nm as the lower electrode 14 on the silicon wafer.

【0023】その後、第1の強磁性層11として25n
m厚のNi80Fe20層、非磁性層12として2nm厚の
アルミナ層、第2の強磁性層13として25nm厚のC
o層を、真空を破ることなく連続して成膜した。ここ
で、強磁性層11、13はDCマグネトロンスパッタ法
で各ターゲットをスパッタし、アルミナ層(非磁性層1
2)はRFマグネトロンスパッタ法でアルミナターゲッ
トをスパッタして成膜した。各層のスパッタガス圧は、
何れも0.3Pa程度とした。
Thereafter, 25n is formed as the first ferromagnetic layer 11.
m thick Ni 80 Fe 20 layer, non-magnetic layer 12 is 2 nm thick alumina layer, and second ferromagnetic layer 13 is 25 nm thick C
The o layer was continuously formed without breaking vacuum. Here, the ferromagnetic layers 11 and 13 are formed by sputtering each target by a DC magnetron sputtering method and forming an alumina layer (nonmagnetic layer 1).
2) was formed by sputtering an alumina target by RF magnetron sputtering. The sputtering gas pressure of each layer is
In each case, the pressure was about 0.3 Pa.

【0024】上記のようにして得られたスピントンネル
膜(磁気抵抗効果膜)の表面に、図3に示すように第1
のレジスト17を形成した。次に、これをイオンミリン
グ装置によってCo層(第2の強磁性層13)、アルミ
ナ層(非磁性層12)及びNiFe層(第1の強磁性層
11)を、図4に示すように部分的に除去した。
As shown in FIG. 3, the first surface of the spin tunnel film (magnetoresistance effect film)
Of the resist 17 was formed. Next, the Co layer (the second ferromagnetic layer 13), the alumina layer (the nonmagnetic layer 12) and the NiFe layer (the first ferromagnetic layer 11) were partially removed by an ion milling device as shown in FIG. Was removed.

【0025】次いで、第1のレジスト17を除去し、さ
らに第2のレジスト18を図5に示すように形成し、R
Fマグネトロンスパッタ法によって、絶縁層19として
の窒化シリコン膜を成膜した。ここで、図5(a)は断
面図、図5(b)は平面図である[後の図6(a)
(b)及び図7(a)(b)についても同様]。
Next, the first resist 17 is removed, and a second resist 18 is formed as shown in FIG.
A silicon nitride film as the insulating layer 19 was formed by F magnetron sputtering. Here, FIG. 5A is a cross-sectional view, and FIG. 5B is a plan view.
(B) and FIGS. 7 (a) and 7 (b).]

【0026】その後、第2のレジスト18を除去し、図
6に示すように第3のレジスト20を形成した。次い
で、DCマグネトロンスパッタ法によって、50nm厚
のAl膜を成膜し、第3のレジスト20を除去すること
で、上部電極15及び電極パットを形成し、図7に示す
ようなスピントンネル素子とした。
After that, the second resist 18 was removed, and a third resist 20 was formed as shown in FIG. Next, an Al film having a thickness of 50 nm was formed by a DC magnetron sputtering method, and the third resist 20 was removed to form an upper electrode 15 and an electrode pad, thereby forming a spin tunnel element as shown in FIG. .

【0027】ここでは、下部電極14であるAlCu合
金膜のCu組成が、それぞれ20at.%(実施例
1)、40at.%(実施例2)、60at.%(実施例
3)、90at.%(実施例4)である4種類のスピン
トンネル素子を作製した。これら実施例1〜4のスピン
トンネル素子の磁気抵抗曲線の測定結果を、図8〜図1
1に示す。この測定は、探針プローブを各電極パットに
接触させ、直流四端子法で行った。
Here, the Cu composition of the AlCu alloy film as the lower electrode 14 is 20 at.% (Example 1), 40 at.% (Example 2), 60 at.% (Example 3), and 90 at. Four types of spin tunnel devices (Example 4) were produced. The measurement results of the magnetoresistance curves of the spin tunnel devices of Examples 1 to 4 are shown in FIGS.
It is shown in FIG. This measurement was performed by a direct current four-terminal method by bringing a probe into contact with each electrode pad.

【0028】<比較例1>下部電極14をCu単独で形
成したこと以外は、実施例1〜4と同様にしてスピント
ンネル素子を作製した。磁気抵抗曲線の測定結果を、図
12に示す。
Comparative Example 1 A spin tunnel device was manufactured in the same manner as in Examples 1 to 4, except that the lower electrode 14 was formed of Cu alone. FIG. 12 shows the measurement results of the magnetoresistance curve.

【0029】<比較例2>下部電極14をAl単独で形
成したこと以外は、実施例1〜4と同様にしてスピント
ンネル素子を作製した。磁気抵抗曲線の測定結果を、図
13に示す。
Comparative Example 2 A spin tunnel device was manufactured in the same manner as in Examples 1 to 4, except that the lower electrode 14 was formed of Al alone. FIG. 13 shows the measurement results of the magnetoresistance curve.

【0030】<比較例3>下部電極14であるAlCu
合金膜のCu組成を10at.%にしたこと以外は、実
施例1〜4と同様にしてスピントンネル素子を作製し
た。磁気抵抗曲線の測定結果を、図14に示す。
Comparative Example 3 AlCu as Lower Electrode 14
Spin tunnel devices were fabricated in the same manner as in Examples 1 to 4, except that the Cu composition of the alloy film was changed to 10 at.%. FIG. 14 shows the measurement results of the magnetoresistance curve.

【0031】<評価結果>実施例1〜4では、Cu組成
が20at.%以上90at.%以下のAlCu合金膜を
下部電極14に用いているので、図8〜図11に示すよ
うに磁気抵抗効果膜の磁気抵抗変化率が大きく、かつ抵
抗が高くなる磁界範囲が広い。特に、実施例3及び4で
は、Cu組成が40at.%及び60at.%なので、図
9及び図10に示すように、抵抗が高くなる磁界範囲は
特に広くなっている。
<Evaluation Results> In Examples 1 to 4, an AlCu alloy film having a Cu composition of not less than 20 at.% And not more than 90 at.% Is used for the lower electrode 14, and therefore, as shown in FIGS. The magnetic field range where the magnetoresistance change rate of the effect film is large and the resistance is high is wide. Particularly, in Examples 3 and 4, since the Cu composition is 40 at.% And 60 at.%, The magnetic field range where the resistance is high is particularly wide as shown in FIGS. 9 and 10.

【0032】比較例1〜3では、Cu膜、Al膜、ある
いはAl90Cu10膜を下部電極14に用いているので、
図12〜図14に示すように、各実施例と比較して、磁
気抵抗変化率が低く、抵抗が高くなる磁界範囲も狭い。
In Comparative Examples 1 to 3, since a Cu film, an Al film, or an Al 90 Cu 10 film is used for the lower electrode 14,
As shown in FIGS. 12 to 14, the magnetoresistance ratio is low and the magnetic field range in which the resistance is high is narrower than in each embodiment.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
磁性層の静磁結合力が小さく、所望の磁界範囲内で良好
な出力信号を得ることが可能な磁気抵抗素子を提供でき
る。
As described above, according to the present invention,
A magnetoresistive element having a small magnetostatic coupling force of a magnetic layer and capable of obtaining a good output signal within a desired magnetic field range can be provided.

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

【図1】本発明の磁気抵抗素子の一実施形態として、ス
ピントンネル膜の膜構成を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a film configuration of a spin tunnel film as one embodiment of a magnetoresistive element of the present invention.

【図2】AlCu合金のCu組成に対するラフネスの変
化を示すを示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a change in roughness with respect to a Cu composition of an AlCu alloy.

【図3】第1のレジスト形成後のスピントンネル膜断面
図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a spin tunnel film after forming a first resist.

【図4】Co層、アルミナ層及びNiFe層を除去した
後のスピントンネル膜断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the spin tunnel film after removing a Co layer, an alumina layer, and a NiFe layer.

【図5】第2のレジスト形成後のスピントンネル膜を示
す図であり、(a)は断面図、(b)は平面図である。
5A and 5B are views showing a spin tunnel film after forming a second resist, wherein FIG. 5A is a cross-sectional view and FIG. 5B is a plan view.

【図6】第3のレジスト形成後のスピントンネル膜を示
す図であり、(a)は断面図、(b)は平面図である。
6A and 6B are diagrams showing a spin tunnel film after forming a third resist, wherein FIG. 6A is a cross-sectional view and FIG. 6B is a plan view.

【図7】加工後のスピントンネル素子を示す図であり、
(a)は断面図、(b)は平面図である。
FIG. 7 is a view showing a spin tunnel device after processing;
(A) is a sectional view, and (b) is a plan view.

【図8】Al80Cu20下部電極を用いた実施例1のスピ
ントンネル素子の磁気抵抗曲線を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a magnetoresistance curve of the spin tunnel device of Example 1 using an Al 80 Cu 20 lower electrode.

【図9】Al60Cu40下部電極を用いた実施例2のスピ
ントンネル素子の磁気抵抗曲線を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing a magnetoresistance curve of a spin tunnel device of Example 2 using an Al 60 Cu 40 lower electrode.

【図10】Al40Cu60下部電極を用いた実施例3のス
ピントンネル素子の磁気抵抗曲線を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing a magnetoresistance curve of a spin tunnel device of Example 3 using an Al 40 Cu 60 lower electrode.

【図11】Al10Cu90下部電極を用いた実施例4のス
ピントンネル素子の磁気抵抗曲線を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing a magnetoresistance curve of a spin tunnel device of Example 4 using an Al 10 Cu 90 lower electrode.

【図12】Cu下部電極を用いた参考例1のスピントン
ネル素子の磁気抵抗曲線を示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing a magnetoresistance curve of the spin tunnel device of Reference Example 1 using a Cu lower electrode.

【図13】Al下部電極を用いた比較例2のスピントン
ネル素子の磁気抵抗曲線を示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing a magnetoresistance curve of a spin tunnel device of Comparative Example 2 using an Al lower electrode.

【図14】Al90Cu10下部電極を用いた比較例1のス
ピントンネル素子の磁気抵抗曲線を示すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing a magnetoresistance curve of a spin tunnel device of Comparative Example 1 using an Al 90 Cu 10 lower electrode.

【図15】磁気抵抗効果膜の基本的膜構成の断面図であ
る。
FIG. 15 is a sectional view of a basic film configuration of a magnetoresistive film.

【図16】磁気抵抗効果膜と導線の配置図である。FIG. 16 is a layout diagram of a magnetoresistive film and a conductive wire.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 磁気抵抗効果膜 11 第1の強磁性層 12 非磁性層 13 第2の強磁性層 14 下部電極 15 上部電極 16 基板 17 第1のレジスト 18 第2のレジスト 19 絶縁層 20 第3のレジスト DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Magnetoresistive film 11 1st ferromagnetic layer 12 Non-magnetic layer 13 2nd ferromagnetic layer 14 Lower electrode 15 Upper electrode 16 Substrate 17 1st resist 18 2nd resist 19 Insulating layer 20 3rd resist

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に、Cuの組成が20at.%以
上90at.%以下であるAlCu合金の電気伝導体を
有し、その上に少なくとも第1の強磁性層、非磁性層及
び第2の強磁性層が順次形成された多層膜を有する磁気
抵抗素子。
1. An AlCu alloy electric conductor having a Cu composition of not less than 20 at.% And not more than 90 at.% On a substrate, and at least a first ferromagnetic layer, a non-magnetic layer and a second A magnetoresistive element having a multilayer film in which ferromagnetic layers are sequentially formed.
【請求項2】 前記合金のCuの組成が40at.%以
上60at.%以下である請求項1記載の磁気抵抗素
子。
2. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the composition of Cu in the alloy is 40 at.% To 60 at.%.
JP29860099A 1999-10-20 1999-10-20 Magnetoresistive element Pending JP2001119082A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29860099A JP2001119082A (en) 1999-10-20 1999-10-20 Magnetoresistive element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29860099A JP2001119082A (en) 1999-10-20 1999-10-20 Magnetoresistive element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001119082A true JP2001119082A (en) 2001-04-27

Family

ID=17861841

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP29860099A Pending JP2001119082A (en) 1999-10-20 1999-10-20 Magnetoresistive element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001119082A (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003086866A (en) * 2001-09-13 2003-03-20 Anelva Corp Method for manufacturing spin valve type large magnetic resistance thin film
JP2003101099A (en) * 2001-09-20 2003-04-04 Ken Takahashi Tunneling magnetoresistive element, magnetic device using the same, and manufacturing method therefor
WO2004006335A1 (en) * 2002-07-09 2004-01-15 Nec Corporation Magnetic random access memory
JP2004266252A (en) * 2003-03-03 2004-09-24 Samsung Electronics Co Ltd Magnetic tunnel junction structure and method of manufacturing the same
JP2009055050A (en) * 2008-10-06 2009-03-12 Canon Anelva Corp Method for manufacturing spin-valve giant magnetoresistive film or tunnel magnetoresistive film
JP2009158089A (en) * 2009-04-06 2009-07-16 Canon Anelva Corp Method of manufacturing spin valve type massive magnetic reluctance film or tmr film
RU2539496C1 (en) * 2014-01-10 2015-01-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" Method for obtaining multilayer composite based on copper and aluminium using combined machining
RU2554834C1 (en) * 2014-01-10 2015-06-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" Method of producing multilayer nickel- and aluminium-based composite using combined mechanical processing

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003086866A (en) * 2001-09-13 2003-03-20 Anelva Corp Method for manufacturing spin valve type large magnetic resistance thin film
JP2003101099A (en) * 2001-09-20 2003-04-04 Ken Takahashi Tunneling magnetoresistive element, magnetic device using the same, and manufacturing method therefor
WO2004006335A1 (en) * 2002-07-09 2004-01-15 Nec Corporation Magnetic random access memory
JPWO2004006335A1 (en) * 2002-07-09 2005-11-10 日本電気株式会社 Magnetic random access memory
US7126201B2 (en) 2002-07-09 2006-10-24 Nec Corporation Magnetic random access memory
CN100461419C (en) * 2002-07-09 2009-02-11 日本电气株式会社 Magnetic random access memory
JP4595541B2 (en) * 2002-07-09 2010-12-08 日本電気株式会社 Magnetic random access memory
JP2004266252A (en) * 2003-03-03 2004-09-24 Samsung Electronics Co Ltd Magnetic tunnel junction structure and method of manufacturing the same
JP2009055050A (en) * 2008-10-06 2009-03-12 Canon Anelva Corp Method for manufacturing spin-valve giant magnetoresistive film or tunnel magnetoresistive film
JP2009158089A (en) * 2009-04-06 2009-07-16 Canon Anelva Corp Method of manufacturing spin valve type massive magnetic reluctance film or tmr film
RU2539496C1 (en) * 2014-01-10 2015-01-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" Method for obtaining multilayer composite based on copper and aluminium using combined machining
RU2554834C1 (en) * 2014-01-10 2015-06-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" Method of producing multilayer nickel- and aluminium-based composite using combined mechanical processing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1279176B1 (en) Magnetic element with insulating veils and fabricating method thereof
CN103022342B (en) Structure and the method for the MRAM device of protective layer is absorbed for having oxygen
Rishton et al. Magnetic tunnel junctions fabricated at tenth-micron dimensions by electron beam lithography
JP2001203405A (en) Magnetic element improved in magnetic field response and method of manufacturing the same
WO2001035112A1 (en) Uniform sense condition magnetic field sensor
KR20080106882A (en) A novel buffer(seed) layer for making a high-performance magnetic tunneling junction mram
US20020145835A1 (en) Magnetic resistance device
US7390584B2 (en) Spin dependent tunneling devices having reduced topological coupling
EP1151482A1 (en) Spin dependent tunneling sensor
JP2000099922A (en) Magnetic tunnel element and its production
US11177433B2 (en) Spin-transfer torque device
US20210057642A1 (en) Electronic circuit structure and method of fabricating electronic circuit structure having magnetoresistance element with improved electrical contacts
JP2001119082A (en) Magnetoresistive element
JP2000099923A (en) Magnetic tunnel element and its manufacturing method
JPH07221363A (en) Magnetoresistive element
KR100883164B1 (en) Method for producing magnetic multilayer film
JP2000195251A (en) Magnetoresistance random access memory
US5886523A (en) Magnetic field responsive device having giant magnetoresistive material and method for forming the same
JP5053788B2 (en) Conductive probe, conductive probe manufacturing method, and magnetic property measuring method
Wong et al. High conductance small area magnetoresistive tunnel junctions
JPH11289115A (en) Spin polarization element
CN2556792Y (en) Tunnel effect magneto-resistance device
KR19990006709A (en) Magnetic tunnel elements
JP4810005B2 (en) Magnetic field detection element
Vdovichev et al. Tunnel magnetoresistance of bilayer ferromagnetic nanoparticles with magnetostatic interlayer interaction