JP2002374020A - 磁気抵抗素子の製造方法および磁気抵抗素子 - Google Patents
磁気抵抗素子の製造方法および磁気抵抗素子Info
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- H01F41/305—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices applying the spacer or adjusting its interface, e.g. in order to enable particular effect different from exchange coupling
- H01F41/307—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices applying the spacer or adjusting its interface, e.g. in order to enable particular effect different from exchange coupling insulating or semiconductive spacer
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Abstract
(57)【要約】
【課題】加熱処理しても、スピントンネル効果膜の短絡
および磁化特性の劣化を招くことのない、良好な磁気抵
抗比が得られる磁気抵抗素子の製造方法を提供する。 【解決手段】 基板１上に下部電極２を形成し、さらに
その上に強磁性層３、トンネル絶縁膜４を順次形成する
工程と、トンネル絶縁膜４の表面にレーザ光を一様に照
射して加熱処理を行い、加熱処理後に、トンネル絶縁膜
４上に強磁性層５を形成する工程とを含む。ここまでの
工程で、スピントンネル効果膜が形成されるとともに、
磁気抵抗比の増大及び安定を図るための熱処理が施され
たことになる。
および磁化特性の劣化を招くことのない、良好な磁気抵
抗比が得られる磁気抵抗素子の製造方法を提供する。 【解決手段】 基板１上に下部電極２を形成し、さらに
その上に強磁性層３、トンネル絶縁膜４を順次形成する
工程と、トンネル絶縁膜４の表面にレーザ光を一様に照
射して加熱処理を行い、加熱処理後に、トンネル絶縁膜
４上に強磁性層５を形成する工程とを含む。ここまでの
工程で、スピントンネル効果膜が形成されるとともに、
磁気抵抗比の増大及び安定を図るための熱処理が施され
たことになる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二つ以上の強磁性
層が非磁性層を介して積層されて成る磁気抵抗素子の製
造方法および構造に関する。
層が非磁性層を介して積層されて成る磁気抵抗素子の製
造方法および構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、軟磁性材料の持つ異方性磁気
抵抗効果（ＡＭＲ効果）を利用した磁気ヘッドの開発が
進められており、ハードディスクの高密度記録が達成さ
れている。ここで、ＡＭＲ効果とは、パーマロイ合金な
どの磁性材料に任意の方向に電流を流し、電流の方向と
磁性材料の磁化の方向のなす角度に依存して磁性材料の
抵抗が変化する現象をいう。このＡＭＲ効果を利用する
ものとしては、磁気ヘッド以外では磁気センサなどがあ
る。このようなＡＭＲ効果を持つ磁性材料を用いた磁気
ヘッドや磁気センサは、温度安定性が良く、広い機器用
途で使用できるという特徴を有する。
抵抗効果（ＡＭＲ効果）を利用した磁気ヘッドの開発が
進められており、ハードディスクの高密度記録が達成さ
れている。ここで、ＡＭＲ効果とは、パーマロイ合金な
どの磁性材料に任意の方向に電流を流し、電流の方向と
磁性材料の磁化の方向のなす角度に依存して磁性材料の
抵抗が変化する現象をいう。このＡＭＲ効果を利用する
ものとしては、磁気ヘッド以外では磁気センサなどがあ
る。このようなＡＭＲ効果を持つ磁性材料を用いた磁気
ヘッドや磁気センサは、温度安定性が良く、広い機器用
途で使用できるという特徴を有する。
【０００３】ＡＭＲ効果膜を用いた固体メモリデバイス
がL.Jschweeによって提案されている（Proc.INTERMAG C
onf. IEEE Trans.Magn.,Kyoto, p.405）。この固体メモ
リデバイスは、既存のＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等の電子の電
荷を利用した半導体固体メモリ素子とは異なり、電子の
スピンを利用して情報の記録再生を行うため、記録され
た情報の保存性が高く、かつ情報の高速な記録や消去が
可能である。
がL.Jschweeによって提案されている（Proc.INTERMAG C
onf. IEEE Trans.Magn.,Kyoto, p.405）。この固体メモ
リデバイスは、既存のＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等の電子の電
荷を利用した半導体固体メモリ素子とは異なり、電子の
スピンを利用して情報の記録再生を行うため、記録され
た情報の保存性が高く、かつ情報の高速な記録や消去が
可能である。
【０００４】しかし、ＡＭＲ効果による磁気抵抗効果率
は室温で６％程度と小さい。そのため、例えばハードデ
ィスクの記録密度がさらに高くなった場合には、十分な
検出出力が得られないという問題がある。
は室温で６％程度と小さい。そのため、例えばハードデ
ィスクの記録密度がさらに高くなった場合には、十分な
検出出力が得られないという問題がある。
【０００５】そこで、さらに高い記録密度を持つハード
ディスクの磁気ヘッドに巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効
果）を利用したものが用いられつつある。このＧＭＲ効
果は、１９８８年にBaibichらによって報告された現象
であり、その磁気抵抗変化率は室温で２０程度で、ＡＭ
Ｒ効果のそれよりも大きな値を示す（M.N.Baibich, J.
M.Broto, A.Fert, F.Nguyen van Dau, F.Petroff, P.Et
ienne, G.Greuzet, A.Friederich and J.Chazelas: Phy
s. Rev. Lett., 61, 2473(1988)）。この報告では、磁
性金属薄膜と非磁性金属薄膜とが交互に幾層にも積層さ
れた構造を持ち、非磁性層を介して並ぶ磁性層の磁気モ
ーメントが反平行状態で磁気的に結合された金属人工格
子膜が用いられている。ＧＭＲ効果を示す材料として様
々なものがあり、例えば、Ｆｅ／Ｃｒ金属人工格子膜や
Ｃｏ／Ｃｕ金属人工格子膜などが見出されている。ＧＭ
Ｒ効果の発現機構は、ＡＭＲ効果のそれとは異なってお
り、磁性層と非磁性層の界面における伝導電子の散乱が
磁性層のスピンの向きに依存することが主因と考えられ
ている。
ディスクの磁気ヘッドに巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効
果）を利用したものが用いられつつある。このＧＭＲ効
果は、１９８８年にBaibichらによって報告された現象
であり、その磁気抵抗変化率は室温で２０程度で、ＡＭ
Ｒ効果のそれよりも大きな値を示す（M.N.Baibich, J.
M.Broto, A.Fert, F.Nguyen van Dau, F.Petroff, P.Et
ienne, G.Greuzet, A.Friederich and J.Chazelas: Phy
s. Rev. Lett., 61, 2473(1988)）。この報告では、磁
性金属薄膜と非磁性金属薄膜とが交互に幾層にも積層さ
れた構造を持ち、非磁性層を介して並ぶ磁性層の磁気モ
ーメントが反平行状態で磁気的に結合された金属人工格
子膜が用いられている。ＧＭＲ効果を示す材料として様
々なものがあり、例えば、Ｆｅ／Ｃｒ金属人工格子膜や
Ｃｏ／Ｃｕ金属人工格子膜などが見出されている。ＧＭ
Ｒ効果の発現機構は、ＡＭＲ効果のそれとは異なってお
り、磁性層と非磁性層の界面における伝導電子の散乱が
磁性層のスピンの向きに依存することが主因と考えられ
ている。
【０００６】しかし、上記のような金属人工格子膜にお
いて、ＧＭＲ効果を得る為には、数百Ｏｅ（エルステッ
ド）以上の飽和磁界が必要であり、また多くの積層膜が
必要なため、磁気ヘッド等の材料としては不適当であ
る。
いて、ＧＭＲ効果を得る為には、数百Ｏｅ（エルステッ
ド）以上の飽和磁界が必要であり、また多くの積層膜が
必要なため、磁気ヘッド等の材料としては不適当であ
る。
【０００７】上記の金属人工格子膜の他、ＧＭＲ効果を
示す材料としてスピンバルブ膜が提案されている。これ
は強磁性層/非磁性層/強磁性層/反強磁性層からなる積
層膜であり、一方の強磁性層の磁化を反強磁性層により
固定し、他方の強磁性層を外部磁界により容易に磁化反
転できるように構成されている。非磁性層にはＣｕ等の
導体が用いられる。
示す材料としてスピンバルブ膜が提案されている。これ
は強磁性層/非磁性層/強磁性層/反強磁性層からなる積
層膜であり、一方の強磁性層の磁化を反強磁性層により
固定し、他方の強磁性層を外部磁界により容易に磁化反
転できるように構成されている。非磁性層にはＣｕ等の
導体が用いられる。
【０００８】上記のスピンバルブ膜では、両方の強磁性
層のスピンが平行な場合は抵抗が低く、スピンが反平行
な場合には抵抗が高くなる。このスピンバルブ膜の飽和
磁界は数Ｏｅと小さく、金属人工格子膜のように大きな
磁界を印加することなくＧＭＲ効果を得ることが可能で
ある。なお、スピンバルブ膜の一方の磁性層の磁化方向
は固定されているが、特に磁化方向を固定しなくても、
二つの磁性層の磁化方向が平行である状態と反平行であ
る状態を作り出すことができれば、ＧＭＲ効果は出現す
る。したがって、例えば、反強磁性層を設けずに、二つ
の磁性層の保磁力の大きさを異なるものとし、印加する
磁界の大きさを調整してもよい。このような膜構成のＧ
ＭＲ膜は、保磁力差型ＧＭＲ膜あるいは弱結合型ＧＭＲ
膜と呼ばれている。
層のスピンが平行な場合は抵抗が低く、スピンが反平行
な場合には抵抗が高くなる。このスピンバルブ膜の飽和
磁界は数Ｏｅと小さく、金属人工格子膜のように大きな
磁界を印加することなくＧＭＲ効果を得ることが可能で
ある。なお、スピンバルブ膜の一方の磁性層の磁化方向
は固定されているが、特に磁化方向を固定しなくても、
二つの磁性層の磁化方向が平行である状態と反平行であ
る状態を作り出すことができれば、ＧＭＲ効果は出現す
る。したがって、例えば、反強磁性層を設けずに、二つ
の磁性層の保磁力の大きさを異なるものとし、印加する
磁界の大きさを調整してもよい。このような膜構成のＧ
ＭＲ膜は、保磁力差型ＧＭＲ膜あるいは弱結合型ＧＭＲ
膜と呼ばれている。
【０００９】しかし、上述のスピンバルブ膜の磁気抵抗
変化率は室温で１０％程度と比較的小さいため、前述の
ＡＭＲ膜と同様、ハードディスクの記録密度がさらに高
くなった場合には、十分な検出出力が得られないという
問題がある。
変化率は室温で１０％程度と比較的小さいため、前述の
ＡＭＲ膜と同様、ハードディスクの記録密度がさらに高
くなった場合には、十分な検出出力が得られないという
問題がある。
【００１０】そこで、上述のＡＭＲ素子、ＧＭＲ素子に
代わるものとして、以下のような強磁性スピントンネル
効果（ＴＭＲ効果）を利用するものが提案され、実用化
されている。
代わるものとして、以下のような強磁性スピントンネル
効果（ＴＭＲ効果）を利用するものが提案され、実用化
されている。
【００１１】薄い絶縁膜の膜厚方向に電圧を印加すると
トンネリングによって電子が流れるが、この絶縁薄膜を
磁性体によって挟み込むと、トンネリング現象が磁性層
の磁化方向に依存するようになる。この現象がＴＭＲ効
果である。このＴＭＲ効果を利用したＴＭＲ素子の基本
的な膜構造は、強磁性層／非磁性層（絶縁層）／強磁性
層のサンドイッチ構造であり、非磁性層が絶縁体である
こと以外は先に述べたＧＭＲ素子と同じである。このＴ
ＭＲ素子においても、膜構造をスピンバルブ型にするこ
とができる。
トンネリングによって電子が流れるが、この絶縁薄膜を
磁性体によって挟み込むと、トンネリング現象が磁性層
の磁化方向に依存するようになる。この現象がＴＭＲ効
果である。このＴＭＲ効果を利用したＴＭＲ素子の基本
的な膜構造は、強磁性層／非磁性層（絶縁層）／強磁性
層のサンドイッチ構造であり、非磁性層が絶縁体である
こと以外は先に述べたＧＭＲ素子と同じである。このＴ
ＭＲ素子においても、膜構造をスピンバルブ型にするこ
とができる。
【００１２】図５（ａ）はＴＭＲ素子の２つの強磁性層
の磁化の方向が平行のときの磁化状態を示す模式図、
（ｂ）は２つの強磁性層の磁化の方向が反平行のときの
磁化状態を示す模式図である。このＴＭＲ素子は、磁化
され易い軸（磁化容易軸）が膜面に対して垂直である２
つ強磁性層１０、１２が絶縁層１１を介して積層された
構造になっている。図５（ａ）の例では、強磁性層１
０、１２の磁化の向きはともに同じ向き（平行）になっ
ており、図５（ｂ）の例では、強磁性層１０、１２の磁
化の向きは互いに反対向き（反平行）になっている。図
５（ａ）の平行状態の場合は電気抵抗値は小さくなり、
反対に図５（ｂ）の反平行状態の場合は電気抵抗値は大
きくなる。このＴＭＲ素子は、室温で理論上４０％以上
もの高い磁気抵抗変化率が得られる。
の磁化の方向が平行のときの磁化状態を示す模式図、
（ｂ）は２つの強磁性層の磁化の方向が反平行のときの
磁化状態を示す模式図である。このＴＭＲ素子は、磁化
され易い軸（磁化容易軸）が膜面に対して垂直である２
つ強磁性層１０、１２が絶縁層１１を介して積層された
構造になっている。図５（ａ）の例では、強磁性層１
０、１２の磁化の向きはともに同じ向き（平行）になっ
ており、図５（ｂ）の例では、強磁性層１０、１２の磁
化の向きは互いに反対向き（反平行）になっている。図
５（ａ）の平行状態の場合は電気抵抗値は小さくなり、
反対に図５（ｂ）の反平行状態の場合は電気抵抗値は大
きくなる。このＴＭＲ素子は、室温で理論上４０％以上
もの高い磁気抵抗変化率が得られる。
【００１３】ＴＭＲ素子を形成する場合は、まず基板上
に下部電極を形成し、次いでその下部電極上に第１の強
磁性層、非磁性層（トンネル絶縁膜）、第２の強磁性層
を順次形成し、最後に第２の強磁性層上に上部電極を形
成する。第１および第２の強磁性層には例えばＦｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｏ、Ｇｄ、Ｔｂおよびこれらの合金、ＬａＸＳｒ
1-ＸＭｎＯ9、ＬａＸＣａ1-ＸＭｎＯ9などの複合酸化物
などの材料が用いられ、トンネル絶縁膜には例えばＡｌ
2Ｏ3のような酸化物絶縁材料が用いられる。ＴＭＲ素子
のトンネル絶縁膜は、膜厚が２ｎｍと非常に薄いため、
通常は、ＡｌあるいはＡｌ2Ｏ3をスパッタリングにより
成膜した後、大気中にて自然酸化させ、あるいは真空槽
内に酸素を導入し高周波電力にてプラズマ酸化させる、
といった手法が用いられる。
に下部電極を形成し、次いでその下部電極上に第１の強
磁性層、非磁性層（トンネル絶縁膜）、第２の強磁性層
を順次形成し、最後に第２の強磁性層上に上部電極を形
成する。第１および第２の強磁性層には例えばＦｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｏ、Ｇｄ、Ｔｂおよびこれらの合金、ＬａＸＳｒ
1-ＸＭｎＯ9、ＬａＸＣａ1-ＸＭｎＯ9などの複合酸化物
などの材料が用いられ、トンネル絶縁膜には例えばＡｌ
2Ｏ3のような酸化物絶縁材料が用いられる。ＴＭＲ素子
のトンネル絶縁膜は、膜厚が２ｎｍと非常に薄いため、
通常は、ＡｌあるいはＡｌ2Ｏ3をスパッタリングにより
成膜した後、大気中にて自然酸化させ、あるいは真空槽
内に酸素を導入し高周波電力にてプラズマ酸化させる、
といった手法が用いられる。
【００１４】上述のようにして形成されるＴＭＲ素子に
おいて、積層されたスピントンネル効果膜（第１の強磁
性層／非磁性層（トンネル絶縁膜）／第２の強磁性層）
を熱処理することで、さらなる磁気抵抗比の増大及び安
定を図ることができる。これは、以下のような理由によ
ると考えられている。
おいて、積層されたスピントンネル効果膜（第１の強磁
性層／非磁性層（トンネル絶縁膜）／第２の強磁性層）
を熱処理することで、さらなる磁気抵抗比の増大及び安
定を図ることができる。これは、以下のような理由によ
ると考えられている。
【００１５】膜厚２〜３ｎｍのトンネル絶縁膜（Ａｌ2
Ｏ3膜）のみをプラズマ酸化させるように制御すること
は非常に困難であり、通常はＮｉＦｅやＣｏなどの第１
の強磁性層の表面もわずかながら酸化することになる。
この結果、第１の強磁性層の分極率が低下し、磁気抵抗
比が低下する。
Ｏ3膜）のみをプラズマ酸化させるように制御すること
は非常に困難であり、通常はＮｉＦｅやＣｏなどの第１
の強磁性層の表面もわずかながら酸化することになる。
この結果、第１の強磁性層の分極率が低下し、磁気抵抗
比が低下する。
【００１６】熱処理を行うことで、第１の強磁性層（Ｎ
ｉＦｅやＣｏなど）の表面に形成された酸化層中の酸素
がＮｉＦｅやＣｏより酸素との結合エネルギの大きなＡ
ｌ2Ｏ3膜（トンネル絶縁膜）に移動する。この酸素の移
動により、第１の強磁性層ではＮｉＦｅやＣｏ本来の分
極率が戻る。また、Ａｌ2Ｏ3膜（トンネル絶縁膜）にお
いても第１の強磁性層から酸素を吸収することで、Ａｌ
2Ｏ3膜中の酸素欠損を補うことができ、より均一性の良
いＡｌ2Ｏ3構造になる。
ｉＦｅやＣｏなど）の表面に形成された酸化層中の酸素
がＮｉＦｅやＣｏより酸素との結合エネルギの大きなＡ
ｌ2Ｏ3膜（トンネル絶縁膜）に移動する。この酸素の移
動により、第１の強磁性層ではＮｉＦｅやＣｏ本来の分
極率が戻る。また、Ａｌ2Ｏ3膜（トンネル絶縁膜）にお
いても第１の強磁性層から酸素を吸収することで、Ａｌ
2Ｏ3膜中の酸素欠損を補うことができ、より均一性の良
いＡｌ2Ｏ3構造になる。
【００１７】上記の知見から、従来は、真空中において
スピントンネル効果膜を熱ヒーターにより２００℃〜３
００℃で数時間にわたって熱処理することで磁気抵抗比
の増加を図っていた。
スピントンネル効果膜を熱ヒーターにより２００℃〜３
００℃で数時間にわたって熱処理することで磁気抵抗比
の増加を図っていた。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スピン
トンネル効果膜を熱ヒータにより加熱する従来のＴＭＲ
素子の製造方法では、熱ヒータの過渡応答を考慮する
と、目標温度に達するにはかなりの時間を要するため、
生産性の面で問題がある。
トンネル効果膜を熱ヒータにより加熱する従来のＴＭＲ
素子の製造方法では、熱ヒータの過渡応答を考慮する
と、目標温度に達するにはかなりの時間を要するため、
生産性の面で問題がある。
【００１９】また、強磁性層が長時間にわたって高温加
熱されるため、強磁性層に粒成長が生じ、強磁性層の粗
粒化、肥大化を招く。粗粒化し肥大化した強磁性層は、
トンネル絶縁層を突き破り、短絡の原因となる。加え
て、高温加熱によって粗粒化し肥大化した結晶粒は強磁
性層内に拡散し、磁化特性を劣化させ、磁気抵抗比の低
下を引き起こす。
熱されるため、強磁性層に粒成長が生じ、強磁性層の粗
粒化、肥大化を招く。粗粒化し肥大化した強磁性層は、
トンネル絶縁層を突き破り、短絡の原因となる。加え
て、高温加熱によって粗粒化し肥大化した結晶粒は強磁
性層内に拡散し、磁化特性を劣化させ、磁気抵抗比の低
下を引き起こす。
【００２０】さらに、熱ヒータによるスピントンネル効
果膜の加熱では、その上下に設けられた上部電極および
下部電極にも熱応力が加わり、断線を引き起こす場合が
ある。
果膜の加熱では、その上下に設けられた上部電極および
下部電極にも熱応力が加わり、断線を引き起こす場合が
ある。
【００２１】本発明の目的は、上記各問題を解決し、加
熱処理しても、スピントンネル効果膜の短絡および磁化
特性の劣化を招くことのない、良好な磁気抵抗比が得ら
れる磁気抵抗素子の製造方法を提供することにある。
熱処理しても、スピントンネル効果膜の短絡および磁化
特性の劣化を招くことのない、良好な磁気抵抗比が得ら
れる磁気抵抗素子の製造方法を提供することにある。
【００２２】本発明のさらなる目的は、加熱処理時の熱
応力によって上部電極および下部電極に断線が生じるこ
とのない、磁気抵抗素子の製造方法および磁気抵抗素子
を提供することにある。
応力によって上部電極および下部電極に断線が生じるこ
とのない、磁気抵抗素子の製造方法および磁気抵抗素子
を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の磁気抵抗素子の製造方法は、基板上に第１
の強磁性層、トンネル絶縁膜を順次形成する工程と、前
記トンネル絶縁膜の表面をレーザ光により一様に加熱す
る工程と、前記レーザ光による加熱の後、前記トンネル
絶縁膜上に第２の強磁性層を形成する工程とを含むこと
を特徴とする。この場合、基板上に金属配線層を形成す
る工程と、前記金属配線層上に所定の材料よりなる保護
層を形成する工程とをさらに含み、第１の強磁性層、ト
ンネル絶縁膜を前記保護層上に順次形成してもよい。ま
た、レーザ光による加熱は、前記レーザ光をトンネル絶
縁膜の表面に集光する集光光学系の焦点が前記トンネル
絶縁膜の表面に合うように調節した上で行ってもよい。
め、本発明の磁気抵抗素子の製造方法は、基板上に第１
の強磁性層、トンネル絶縁膜を順次形成する工程と、前
記トンネル絶縁膜の表面をレーザ光により一様に加熱す
る工程と、前記レーザ光による加熱の後、前記トンネル
絶縁膜上に第２の強磁性層を形成する工程とを含むこと
を特徴とする。この場合、基板上に金属配線層を形成す
る工程と、前記金属配線層上に所定の材料よりなる保護
層を形成する工程とをさらに含み、第１の強磁性層、ト
ンネル絶縁膜を前記保護層上に順次形成してもよい。ま
た、レーザ光による加熱は、前記レーザ光をトンネル絶
縁膜の表面に集光する集光光学系の焦点が前記トンネル
絶縁膜の表面に合うように調節した上で行ってもよい。
【００２４】本発明の磁気抵抗素子は、金属配線層が形
成された基板上に第１の強磁性層、トンネル絶縁膜、第
２の強磁性層が順次積層されてなる磁気抵抗素子におい
て、前記金属配線層と前記第１の強磁性層との間に所定
の材料よりなる保護層を有することを特徴とする。この
場合、保護層がＴｉ膜であってもよい。
成された基板上に第１の強磁性層、トンネル絶縁膜、第
２の強磁性層が順次積層されてなる磁気抵抗素子におい
て、前記金属配線層と前記第１の強磁性層との間に所定
の材料よりなる保護層を有することを特徴とする。この
場合、保護層がＴｉ膜であってもよい。
【００２５】上記のとおりの本発明においては、以下の
ような作用により前述の課題が解決される。
ような作用により前述の課題が解決される。
【００２６】従来のヒータによる加熱では加熱処理に数
時間かかっていたが、本発明のレーザ光による加熱では
加熱処理は数十分程度と短い。このため、生産性が従来
の場合より格段に向上することとなり、また、熱による
第１の強磁性層の粗粒化、肥大化も生じない。
時間かかっていたが、本発明のレーザ光による加熱では
加熱処理は数十分程度と短い。このため、生産性が従来
の場合より格段に向上することとなり、また、熱による
第１の強磁性層の粗粒化、肥大化も生じない。
【００２７】また、本発明によれば、集光光学系の焦点
がトンネル絶縁膜の表面に合うように調節されているの
で、レーザ光による加熱の際の第１の強磁性層への熱の
影響はより少なくなる。
がトンネル絶縁膜の表面に合うように調節されているの
で、レーザ光による加熱の際の第１の強磁性層への熱の
影響はより少なくなる。
【００２８】さらに、本発明によれば、金属配線層と第
１の強磁性層との間に所定の材料（高融点材料）の保護
層が設けられるので、レーザ光による加熱の際に、金属
配線層が熱応力により断線することはない。
１の強磁性層との間に所定の材料（高融点材料）の保護
層が設けられるので、レーザ光による加熱の際に、金属
配線層が熱応力により断線することはない。
【００２９】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。
図面を参照して説明する。
【００３０】図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の磁気抵抗
素子の製造方法の一手順を示す工程断面図である。
素子の製造方法の一手順を示す工程断面図である。
【００３１】まず、図１（ａ）に示すように、基板１上
に下部電極２を形成し、さらにその上に強磁性層３、ト
ンネル絶縁膜４を順次形成する。次いで、図１（ｂ）に
示すように、トンネル絶縁膜４の表面にレーザ光を一様
に照射して加熱処理を行い、その後、図１（ｃ）に示す
ように、トンネル絶縁膜４上に強磁性層５を形成する。
ここまでの工程で、スピントンネル効果膜が形成される
とともに、磁気抵抗比の増大及び安定を図るための熱処
理が施されたことになる。
に下部電極２を形成し、さらにその上に強磁性層３、ト
ンネル絶縁膜４を順次形成する。次いで、図１（ｂ）に
示すように、トンネル絶縁膜４の表面にレーザ光を一様
に照射して加熱処理を行い、その後、図１（ｃ）に示す
ように、トンネル絶縁膜４上に強磁性層５を形成する。
ここまでの工程で、スピントンネル効果膜が形成される
とともに、磁気抵抗比の増大及び安定を図るための熱処
理が施されたことになる。
【００３２】次いで、図１（ｄ）に示すように、基板１
上に形成されたスピントンネル効果膜をフォトリソグラ
フィ法とリフトオフ法を併用して所定のサイズ（数μｍ
サイズ）となるように加工（エッチング）する。最後
に、図１（ｅ）に示すように、スピントンネル効果膜加
工時のエッチングにより露出した下部電極２の表面に所
定の膜厚の絶縁層６を形成した後、強磁性層５の表面お
よび絶縁層６の表面の一部を覆うように上部電極７を形
成する。
上に形成されたスピントンネル効果膜をフォトリソグラ
フィ法とリフトオフ法を併用して所定のサイズ（数μｍ
サイズ）となるように加工（エッチング）する。最後
に、図１（ｅ）に示すように、スピントンネル効果膜加
工時のエッチングにより露出した下部電極２の表面に所
定の膜厚の絶縁層６を形成した後、強磁性層５の表面お
よび絶縁層６の表面の一部を覆うように上部電極７を形
成する。
【００３３】以上の工程により、図２に示すような磁気
抵抗素子（ＴＭＲ素子）を得る。このＴＭＲ素子の下部
電極１、７の材料としては、電極表面を平滑にできるも
ので、電気抵抗が小さく、かつ、加工の容易なものが好
ましい。例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｗ等の金属または
これらの合金が挙げられる。なかでもＡｌＣｕ合金は平
滑な電極表面を得られることから、特に好ましい。
抵抗素子（ＴＭＲ素子）を得る。このＴＭＲ素子の下部
電極１、７の材料としては、電極表面を平滑にできるも
ので、電気抵抗が小さく、かつ、加工の容易なものが好
ましい。例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｗ等の金属または
これらの合金が挙げられる。なかでもＡｌＣｕ合金は平
滑な電極表面を得られることから、特に好ましい。
【００３４】強磁性層３、５としては、磁気抵抗メモリ
としての所望の作用効果を十分に奏するものであれば良
い。具体的には、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ等の遷移金属やこれ
らの合金、あるいはＧｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｎｄ等の希土類
金属と遷移金属の合金等が使用可能であるが、遷移金属
と希土類金属の合金によって構成することが好ましい。
としての所望の作用効果を十分に奏するものであれば良
い。具体的には、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ等の遷移金属やこれ
らの合金、あるいはＧｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｎｄ等の希土類
金属と遷移金属の合金等が使用可能であるが、遷移金属
と希土類金属の合金によって構成することが好ましい。
【００３５】トンネル絶縁膜４としては、特に限定は無
いが、より大きいな磁気抵抗変化率を得られるＡｌ2Ｏ3
を用いるのが好ましい。Ａｌ2Ｏ3を用いる場合、その層
厚は１〜２ｎｍ程度が好ましい。そのＡｌ2Ｏ3膜の作製
方法としては、Ａｌ2Ｏ3等の酸化ターゲットを直接スパ
ッタリングする方法の他、Ａｌ膜をスパッタリングで形
成した後、大気中で数時間放置してＡｌ膜を自然酸化さ
せる、あるいは成膜装置内に酸素を導入して高周波電力
によりプラズマを発生させてＡｌ膜を酸化させる方法が
ある。いずれの方法によっても、トンネル絶縁膜４を形
成することができる。
いが、より大きいな磁気抵抗変化率を得られるＡｌ2Ｏ3
を用いるのが好ましい。Ａｌ2Ｏ3を用いる場合、その層
厚は１〜２ｎｍ程度が好ましい。そのＡｌ2Ｏ3膜の作製
方法としては、Ａｌ2Ｏ3等の酸化ターゲットを直接スパ
ッタリングする方法の他、Ａｌ膜をスパッタリングで形
成した後、大気中で数時間放置してＡｌ膜を自然酸化さ
せる、あるいは成膜装置内に酸素を導入して高周波電力
によりプラズマを発生させてＡｌ膜を酸化させる方法が
ある。いずれの方法によっても、トンネル絶縁膜４を形
成することができる。
【００３６】絶縁体６としては、窒化物からなる絶縁材
料が用いられる。その窒化物としては、特に制限は無
く、絶縁体として機能し得る窒化物であればどのような
ものであっても良い。例えば、Si3N4、AlN等を用いるこ
とができる。
料が用いられる。その窒化物としては、特に制限は無
く、絶縁体として機能し得る窒化物であればどのような
ものであっても良い。例えば、Si3N4、AlN等を用いるこ
とができる。
【００３７】本形態の磁気抵抗素子の製造方法では、従
来行われていたヒータによる加熱処理に代えて、図１
（ｂ）のレーザ光を用いた加熱処理が行われており、こ
れにより、磁気抵抗比の増大及び安定を図っている。こ
のレーザ光を用いた加熱処理においても、トンネル絶縁
膜４の形成に伴って強磁性層３の表面に形成された酸化
層中の酸素がトンネル絶縁膜４内に移動し、これによ
り、（１）強磁性層が本来の分極率に戻る。
来行われていたヒータによる加熱処理に代えて、図１
（ｂ）のレーザ光を用いた加熱処理が行われており、こ
れにより、磁気抵抗比の増大及び安定を図っている。こ
のレーザ光を用いた加熱処理においても、トンネル絶縁
膜４の形成に伴って強磁性層３の表面に形成された酸化
層中の酸素がトンネル絶縁膜４内に移動し、これによ
り、（１）強磁性層が本来の分極率に戻る。
【００３８】（２）トンネル絶縁膜中の酸素欠損を補
う。といった、前述のヒータによる加熱処理の場合と同
様の効果を得られる。
う。といった、前述のヒータによる加熱処理の場合と同
様の効果を得られる。
【００３９】このレーザ光による加熱では、所望の部分
を瞬時に加熱することが可能であり、トンネル絶縁膜全
体を加熱するのに要する時間は数十分程度で済む。さら
には、レーザ光はトンネル絶縁膜４の表面に集光される
が、このレーザ光を集光する光学系の焦点をトンネル絶
縁膜４の表面近傍に合せることで、強磁性層３、さらに
は下部電極２への熱の影響を小さくすることができる。
このようなことから、レーザ光による加熱処理では、熱
による強磁性層３の粗粒化、肥大化は生じなし、下部電
極２の熱応力による変形も抑制することができる。
を瞬時に加熱することが可能であり、トンネル絶縁膜全
体を加熱するのに要する時間は数十分程度で済む。さら
には、レーザ光はトンネル絶縁膜４の表面に集光される
が、このレーザ光を集光する光学系の焦点をトンネル絶
縁膜４の表面近傍に合せることで、強磁性層３、さらに
は下部電極２への熱の影響を小さくすることができる。
このようなことから、レーザ光による加熱処理では、熱
による強磁性層３の粗粒化、肥大化は生じなし、下部電
極２の熱応力による変形も抑制することができる。
【００４０】図３に、レーザ光による加熱処理を行う熱
処理装置の概略構成を示す。この熱処理装置は、加熱処
理を行うための光源であるＡｒレーザ２０と、加熱処理
が施されるウェハ３０を収容する真空チャンバー２５
と、ウェハ３０の位置決めのためのＨｅ−Ｎｅレーザ２
７を有する。
処理装置の概略構成を示す。この熱処理装置は、加熱処
理を行うための光源であるＡｒレーザ２０と、加熱処理
が施されるウェハ３０を収容する真空チャンバー２５
と、ウェハ３０の位置決めのためのＨｅ−Ｎｅレーザ２
７を有する。
【００４１】真空チャンバー２５は、側面に窓２５ａが
設けられ、内部にはウェハ３０が固定されるＸＹステー
ジ２５ｂが設けられている。ＸＹステージ２５ｂは、外
部の制御部からの制御信号に基づいてＸＹ方向へ移動す
ることができる２次元ステージである。また、真空チャ
ンバー２５にはポンプ２６が設けられており、このポン
プ２６によりチャンバー内部の空気が排気されること
で、所定の内部圧力（真空度）を得られる。
設けられ、内部にはウェハ３０が固定されるＸＹステー
ジ２５ｂが設けられている。ＸＹステージ２５ｂは、外
部の制御部からの制御信号に基づいてＸＹ方向へ移動す
ることができる２次元ステージである。また、真空チャ
ンバー２５にはポンプ２６が設けられており、このポン
プ２６によりチャンバー内部の空気が排気されること
で、所定の内部圧力（真空度）を得られる。
【００４２】Ａｒレーザ２０から出射したレーザ光の進
行方向には、音響光学変調器（acousto-optic modulato
r：ＡＯ変調器）２１、電気光学変調器（electro-optic
modulator：ＥＯ変調器）２２、光学系２３が配置され
ており、さらに光学系２３を通過したレーザ光の進行方
向にはビームスプリッタ２９、対物レンズ２４が配置さ
れている。ＡＯ変調器２１およびＥＯ変調器２２は、外
部の制御部から入力される変調信号に基づいてＡｒレー
ザ２０からのレーザ光の光強度を変調する。この変調光
は対物レンズ２４によって集光され、窓２５ａから真空
チャンバー２５内部のウェハ３０の表面に照射される。
行方向には、音響光学変調器（acousto-optic modulato
r：ＡＯ変調器）２１、電気光学変調器（electro-optic
modulator：ＥＯ変調器）２２、光学系２３が配置され
ており、さらに光学系２３を通過したレーザ光の進行方
向にはビームスプリッタ２９、対物レンズ２４が配置さ
れている。ＡＯ変調器２１およびＥＯ変調器２２は、外
部の制御部から入力される変調信号に基づいてＡｒレー
ザ２０からのレーザ光の光強度を変調する。この変調光
は対物レンズ２４によって集光され、窓２５ａから真空
チャンバー２５内部のウェハ３０の表面に照射される。
【００４３】Ｈｅ−Ｎｅレーザ２７から出射したレーザ
光の進行方向には光学系２８、ビームスプリッタ２９が
配置されている。Ｈｅ−Ｎｅレーザ２７からのレーザ光
はビームスプリッタ２９にて反射され、該反射光が対物
レンズ２４にって真空チャンバー２５内部のウェハ３０
の表面に集光される。
光の進行方向には光学系２８、ビームスプリッタ２９が
配置されている。Ｈｅ−Ｎｅレーザ２７からのレーザ光
はビームスプリッタ２９にて反射され、該反射光が対物
レンズ２４にって真空チャンバー２５内部のウェハ３０
の表面に集光される。
【００４４】図３に示した熱処理装置では、まず、前述
の図１（ａ）の工程により下部電極２、強磁性層３、ト
ンネル絶縁膜４が形成されたウェハ３０を真空チャンバ
ー２５内のＸＹステージ２５ｂ上に固定し、ポンプ２６
によりチャンバー内が所定の真空度になるまで減圧す
る。次いで、Ｈｅ−Ｎｅレーザ２７からのレーザ光を用
いてウェハ３０の位置決めを行う。この位置決めの際、
対物レンズの焦点がウェハ３０の表面、すなわちトンネ
ル絶縁膜４の表面にくるように合せる。最後に、Ａｒレ
ーザ２０からのレーザ光をウェハ３０の表面に照射しな
がらＸＹステージ２５ｂをＸＹ方向に移動させてウェハ
３０の表面を一様に加熱する。このような動作により、
図１（ｂ）に示したレーザ光による加熱処理が実現され
る。
の図１（ａ）の工程により下部電極２、強磁性層３、ト
ンネル絶縁膜４が形成されたウェハ３０を真空チャンバ
ー２５内のＸＹステージ２５ｂ上に固定し、ポンプ２６
によりチャンバー内が所定の真空度になるまで減圧す
る。次いで、Ｈｅ−Ｎｅレーザ２７からのレーザ光を用
いてウェハ３０の位置決めを行う。この位置決めの際、
対物レンズの焦点がウェハ３０の表面、すなわちトンネ
ル絶縁膜４の表面にくるように合せる。最後に、Ａｒレ
ーザ２０からのレーザ光をウェハ３０の表面に照射しな
がらＸＹステージ２５ｂをＸＹ方向に移動させてウェハ
３０の表面を一様に加熱する。このような動作により、
図１（ｂ）に示したレーザ光による加熱処理が実現され
る。
【００４５】なお、上記の熱処理装置は一例であって、
その構成は変更可能である。例えば、Ａｒレーザ２０に
代えて他のレーザ光源（例えば、ＣＯ2レーザ）を用い
ることもできる。
その構成は変更可能である。例えば、Ａｒレーザ２０に
代えて他のレーザ光源（例えば、ＣＯ2レーザ）を用い
ることもできる。
【００４６】上述の図１（ａ）〜（ｅ）に示した製造工
程において、下部電極２と強磁性層３との間に耐熱性の
優れた保護層（高融点材料）、例えばＴｉ保護層を設け
ることで、レーザ光による加熱処理時の下部電極２の熱
応力による変形を防ぐことができる。
程において、下部電極２と強磁性層３との間に耐熱性の
優れた保護層（高融点材料）、例えばＴｉ保護層を設け
ることで、レーザ光による加熱処理時の下部電極２の熱
応力による変形を防ぐことができる。
【００４７】また、強磁性層５を形成した後に、その表
面に保護層を設けて、強磁性層５の酸化を防ぐようにし
てもよい。この場合、保護層を構成する材料は、そのよ
うな機能を持ち、かつ、非磁性材料であれば特に限定さ
れない。
面に保護層を設けて、強磁性層５の酸化を防ぐようにし
てもよい。この場合、保護層を構成する材料は、そのよ
うな機能を持ち、かつ、非磁性材料であれば特に限定さ
れない。
【００４８】さらに、上述の説明では、ＴＭＲ膜の強磁
性層は２層になっているが、本発明の製造方法は強磁性
層が３層以上のＴＭＲ膜にも適用することができる。
性層は２層になっているが、本発明の製造方法は強磁性
層が３層以上のＴＭＲ膜にも適用することができる。
【００４９】次に、本発明の磁気抵抗素子の製造方法に
ついて具体的な例を挙げる。
ついて具体的な例を挙げる。
【００５０】（実施例１）まず、表面を酸化処理したシ
リコンウェハ（結晶方位（1.0.0））を基板１として用
い、その基板１上に膜厚２０ｎｍのＡｌＣｕ合金よりな
る下部電極２をスパッタリングにより形成した後、さら
にその上に保護膜として膜厚５ｎｍのＴｉ膜を形成し
た。続いて、Ｔｉ膜上に膜厚２０ｎｍのＮｉＦｅよりな
る強磁性層３を形成した後、さらにその上に、Ａｌ2Ｏ3
ターゲットを直接スパッタリングすることで膜厚２ｎｍ
のトンネル絶縁層４を形成した。
リコンウェハ（結晶方位（1.0.0））を基板１として用
い、その基板１上に膜厚２０ｎｍのＡｌＣｕ合金よりな
る下部電極２をスパッタリングにより形成した後、さら
にその上に保護膜として膜厚５ｎｍのＴｉ膜を形成し
た。続いて、Ｔｉ膜上に膜厚２０ｎｍのＮｉＦｅよりな
る強磁性層３を形成した後、さらにその上に、Ａｌ2Ｏ3
ターゲットを直接スパッタリングすることで膜厚２ｎｍ
のトンネル絶縁層４を形成した。
【００５１】次いで、上述の図３に示した熱処理装置を
用いてレーザー光による加熱処理を行った。この加熱処
理では、真空チャンバー２５内の真空度を７．０×１０
-4Ｐａとし、レーザ強度が２０ｍＷのＡｒレーザー２０
を用いた。Ａｒレーザー２０から出射したレーザ光のウ
ェハ表面におけるビームスポットの径を４５０〜５００
ｎｍに絞り、そのビームスポットをウェハ表面上でＸ方
向、Ｙ方向に走査した。このときのビームスポットの移
動速度は２０ｎｍ／ｓｅｃとした。
用いてレーザー光による加熱処理を行った。この加熱処
理では、真空チャンバー２５内の真空度を７．０×１０
-4Ｐａとし、レーザ強度が２０ｍＷのＡｒレーザー２０
を用いた。Ａｒレーザー２０から出射したレーザ光のウ
ェハ表面におけるビームスポットの径を４５０〜５００
ｎｍに絞り、そのビームスポットをウェハ表面上でＸ方
向、Ｙ方向に走査した。このときのビームスポットの移
動速度は２０ｎｍ／ｓｅｃとした。
【００５２】上記の熱処理の後、基板１を真空チャンバ
ー２５から取り出し、トンネル絶縁層４上に膜厚２０ｎ
ｍのＣｏよりなる強磁性層５を形成し、さらにその上に
保護層として膜厚２ｎｍのＰｔ膜をスパッタリングによ
り形成した。ここまでの工程で、基板１上には、トンネ
ル絶縁膜の上下にＮｉＦｅ膜、Ｃｏ膜が設けられた磁気
抵抗効果膜（ＴＭＲ薄膜）がスパッタリングにより形成
されたことになる。
ー２５から取り出し、トンネル絶縁層４上に膜厚２０ｎ
ｍのＣｏよりなる強磁性層５を形成し、さらにその上に
保護層として膜厚２ｎｍのＰｔ膜をスパッタリングによ
り形成した。ここまでの工程で、基板１上には、トンネ
ル絶縁膜の上下にＮｉＦｅ膜、Ｃｏ膜が設けられた磁気
抵抗効果膜（ＴＭＲ薄膜）がスパッタリングにより形成
されたことになる。
【００５３】次いで、基板１上に積層されたＴＭＲ薄膜
を以下の順序で、フォトリソグラフィ法とリフトオフ法
を併用して数μｍサイズに加工した。
を以下の順序で、フォトリソグラフィ法とリフトオフ法
を併用して数μｍサイズに加工した。
【００５４】まず、ＴＭＲ薄膜が積層された基板１上に
感光性硬化樹脂（フォトレジスト）を周知のスピンコー
ターを用いて１μｍの厚さに塗布した。本例では、粘度
が６ｃｐのフォトレジストを用いてスピンコーターを３
０００ｒｐｍで回転することで膜厚１μｍのフォトレジ
スト膜を実現した。
感光性硬化樹脂（フォトレジスト）を周知のスピンコー
ターを用いて１μｍの厚さに塗布した。本例では、粘度
が６ｃｐのフォトレジストを用いてスピンコーターを３
０００ｒｐｍで回転することで膜厚１μｍのフォトレジ
スト膜を実現した。
【００５５】次いで、フォトレジストが形成された基板
１に、約９０℃に保たれたヒーターで３０秒間、ベーク
処理を施した。次いで、このベーク処理が施された基板
１をその温度が室温になるまで冷却した後、周知の露光
装置（波長４３６ｎｍ）で、Ｃｒを材質とするメタルマ
スクを用いて基板１上に第１のフォトレジストパターン
を形成した。
１に、約９０℃に保たれたヒーターで３０秒間、ベーク
処理を施した。次いで、このベーク処理が施された基板
１をその温度が室温になるまで冷却した後、周知の露光
装置（波長４３６ｎｍ）で、Ｃｒを材質とするメタルマ
スクを用いて基板１上に第１のフォトレジストパターン
を形成した。
【００５６】次いで、第１のフォトレジストパターンを
マスクとして用いてＡｒイオンガスによるドライエッチ
ング（切削処理）を行った。この切削処理により、切削
された部分ではＴＭＲ薄膜下部に設けられた下部電極の
表面が露出する。次いで、切削した部分（下部電極の露
出面）にＳｉ3Ｎ4よりなる絶縁層６を、その膜厚が切削
した深さと同等かそれより数ｎｍ厚くなるようにスパッ
タリングにより形成した。本例では、上記の切削処理に
より、ＴＭＲ薄膜の寸法が０．６μｍ×０．３μｍとな
るようにした。
マスクとして用いてＡｒイオンガスによるドライエッチ
ング（切削処理）を行った。この切削処理により、切削
された部分ではＴＭＲ薄膜下部に設けられた下部電極の
表面が露出する。次いで、切削した部分（下部電極の露
出面）にＳｉ3Ｎ4よりなる絶縁層６を、その膜厚が切削
した深さと同等かそれより数ｎｍ厚くなるようにスパッ
タリングにより形成した。本例では、上記の切削処理に
より、ＴＭＲ薄膜の寸法が０．６μｍ×０．３μｍとな
るようにした。
【００５７】次いで、絶縁層６が形成された基板１を既
存の超音波洗浄機に投入し、第１のフォトレジストパタ
ーンをリフトオフさせた。第１のフォトレジストパター
ンを取り除いた後、上記の第１のフォトレジストパター
ン形成時と同じ手順で基板１上に第２のフォトレジスト
パターンを形成し、さらにその上に膜厚５０ｎｍのＡｌ
膜をスパッタリングにより形成した。
存の超音波洗浄機に投入し、第１のフォトレジストパタ
ーンをリフトオフさせた。第１のフォトレジストパター
ンを取り除いた後、上記の第１のフォトレジストパター
ン形成時と同じ手順で基板１上に第２のフォトレジスト
パターンを形成し、さらにその上に膜厚５０ｎｍのＡｌ
膜をスパッタリングにより形成した。
【００５８】最後に、Ａｌ膜が形成された基板１を周知
の超音波洗浄機に投入し、第２のフォトレジストパター
ンをリフトオフさせることで、Ａｌ膜からなる上部電極
７を形成た。
の超音波洗浄機に投入し、第２のフォトレジストパター
ンをリフトオフさせることで、Ａｌ膜からなる上部電極
７を形成た。
【００５９】以上のようにして作製された磁気抵抗素子
の磁気抵抗変化率を図４に示す。本例の場合、磁気抵抗
変化率が２０％以上のＴＭＲ膜を作製できることが確認
された。また、その作製されたＴＭＲ膜の磁化特性を観
測した結果、保磁力差が存在する二段のヒステリシス曲
線が観測された。
の磁気抵抗変化率を図４に示す。本例の場合、磁気抵抗
変化率が２０％以上のＴＭＲ膜を作製できることが確認
された。また、その作製されたＴＭＲ膜の磁化特性を観
測した結果、保磁力差が存在する二段のヒステリシス曲
線が観測された。
【００６０】（実施例２）本例では、上述の図３に示し
た熱処理装置のＡｒレーザに代えてレーザ強度が２０μ
ＷのＣＯ2レーザを用いてトンネル絶縁膜の熱処理を行
った。
た熱処理装置のＡｒレーザに代えてレーザ強度が２０μ
ＷのＣＯ2レーザを用いてトンネル絶縁膜の熱処理を行
った。
【００６１】まず、表面を酸化処理したＳｉウェハ上を
基板１として用い、その基板１上に膜厚２０ｎｍのＡｌ
Ｃｕ合金よりなる下部電極２をスパッタリングにより形
成した後、その上に膜厚２０ｎｍのＮｉＦｅよりなる強
磁性層３を形成した。さらにその上にＡｌ2Ｏ3ターゲッ
トを直接スパッタリングすることで、膜厚２ｎｍのトン
ネル絶縁層４を形成した。その後、真空度が７．０×１
０-4Ｐａの真空チャンバー２５内において、ビームスポ
ット径を４５０〜５００ｎｍに絞ったＣＯ2レーザ光を
ウェハ表面上でＸ方向、Ｙ方向に走査した。このときの
ビームスポットの移動速度は１０ｍｍ／ｓｅｃとした。
基板１として用い、その基板１上に膜厚２０ｎｍのＡｌ
Ｃｕ合金よりなる下部電極２をスパッタリングにより形
成した後、その上に膜厚２０ｎｍのＮｉＦｅよりなる強
磁性層３を形成した。さらにその上にＡｌ2Ｏ3ターゲッ
トを直接スパッタリングすることで、膜厚２ｎｍのトン
ネル絶縁層４を形成した。その後、真空度が７．０×１
０-4Ｐａの真空チャンバー２５内において、ビームスポ
ット径を４５０〜５００ｎｍに絞ったＣＯ2レーザ光を
ウェハ表面上でＸ方向、Ｙ方向に走査した。このときの
ビームスポットの移動速度は１０ｍｍ／ｓｅｃとした。
【００６２】上記のＣＯ2レーザ光による加熱処理の
後、基板１を真空チャンバー２５から取り出し、トンネ
ル絶縁層４上に膜厚２０ｎｍのＣｏよりなる強磁性層５
を形成し、さらにその上に保護層として膜厚２ｎｍのＰ
ｔ膜をスパッタリングにより形成して、ＴＭＲ膜を完成
させた。
後、基板１を真空チャンバー２５から取り出し、トンネ
ル絶縁層４上に膜厚２０ｎｍのＣｏよりなる強磁性層５
を形成し、さらにその上に保護層として膜厚２ｎｍのＰ
ｔ膜をスパッタリングにより形成して、ＴＭＲ膜を完成
させた。
【００６３】次に、フォトリソグラフィ法とリフトオフ
法を併用してＴＭＲ膜を０．６μｍ×０．３μｍサイズ
に加工した。このようにして完成したＴＭＲ素子の磁気
抵抗変化率は、２０％以上であった。。
法を併用してＴＭＲ膜を０．６μｍ×０．３μｍサイズ
に加工した。このようにして完成したＴＭＲ素子の磁気
抵抗変化率は、２０％以上であった。。
【００６４】（実施例３）本例では、下部電極２の熱応
力による変形を防ぐ為に、下部電極２と強磁性層３との
間に耐熱性の優れた材料よりなる保護層、例えばＴｉ保
護層を設けるようにした。
力による変形を防ぐ為に、下部電極２と強磁性層３との
間に耐熱性の優れた材料よりなる保護層、例えばＴｉ保
護層を設けるようにした。
【００６５】まず、表面を酸化処理したＳｉウェハ上を
基板１として用い、その基板１上に膜厚２０ｎｍのＡｌ
Ｃｕ合金よりなる下部電極２をスパッタリングにより形
成し、さらにその上に保護層として膜厚５ｎｍのＴｉ膜
を形成した。次いで、Ｔｉ膜上に、膜厚２０ｎｍのＮｉ
Ｆｅよりなる強磁性層３を形成した後、その上にＡｌ 2
Ｏ3ターゲットを直接スパッタリングすることで、膜厚
２ｎｍのトンネル絶縁層４を形成した。次いで、上述の
実施例１の場合と同様に、真空チャンバー２５内におい
て、Ａｒレーザ光をウェハ表面上でＸ方向、Ｙ方向に走
査した。
基板１として用い、その基板１上に膜厚２０ｎｍのＡｌ
Ｃｕ合金よりなる下部電極２をスパッタリングにより形
成し、さらにその上に保護層として膜厚５ｎｍのＴｉ膜
を形成した。次いで、Ｔｉ膜上に、膜厚２０ｎｍのＮｉ
Ｆｅよりなる強磁性層３を形成した後、その上にＡｌ 2
Ｏ3ターゲットを直接スパッタリングすることで、膜厚
２ｎｍのトンネル絶縁層４を形成した。次いで、上述の
実施例１の場合と同様に、真空チャンバー２５内におい
て、Ａｒレーザ光をウェハ表面上でＸ方向、Ｙ方向に走
査した。
【００６６】上記のＡｒレーザ光による加熱処理の後、
基板１を真空チャンバー２５から取り出し、トンネル絶
縁層４上に膜厚２０ｎｍのＣｏよりなる強磁性層５を形
成し、さらにその上に保護層として膜厚２ｎｍのＰｔ膜
をスパッタリングにより形成して、ＴＭＲ膜を完成させ
た。
基板１を真空チャンバー２５から取り出し、トンネル絶
縁層４上に膜厚２０ｎｍのＣｏよりなる強磁性層５を形
成し、さらにその上に保護層として膜厚２ｎｍのＰｔ膜
をスパッタリングにより形成して、ＴＭＲ膜を完成させ
た。
【００６７】次に、フォトリソグラフィ法とリフトオフ
法を併用してＴＭＲ膜を０．６μｍ×０．３μｍサイズ
に加工した。このようにして完成したＴＭＲ素子の磁気
抵抗変化率は、２０％以上であった。また、その作製さ
れたＴＭＲ膜の磁化特性を観測した結果、保磁力差が存
在する二段のヒステリシス曲線が観測された。
法を併用してＴＭＲ膜を０．６μｍ×０．３μｍサイズ
に加工した。このようにして完成したＴＭＲ素子の磁気
抵抗変化率は、２０％以上であった。また、その作製さ
れたＴＭＲ膜の磁化特性を観測した結果、保磁力差が存
在する二段のヒステリシス曲線が観測された。
【００６８】以上説明した本発明の磁気抵抗素子の製造
方法により形成された磁気抵抗素子は、例えば、トンネ
ル絶縁膜の上下に設けられた二つの磁性層のうちどちら
か一方の磁化方向を固定し、他方の磁性層の磁化方向は
任意の方向に向けることにより、磁気抵抗メモリ素子と
して利用することができる。
方法により形成された磁気抵抗素子は、例えば、トンネ
ル絶縁膜の上下に設けられた二つの磁性層のうちどちら
か一方の磁化方向を固定し、他方の磁性層の磁化方向は
任意の方向に向けることにより、磁気抵抗メモリ素子と
して利用することができる。
【００６９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱による強磁性層の粗粒化、肥大化は生じないので、ト
ンネル絶縁膜の短絡および強磁性層の劣化を防止するこ
とができ、信頼性の高い磁気抵抗素子を提供することが
できる。
熱による強磁性層の粗粒化、肥大化は生じないので、ト
ンネル絶縁膜の短絡および強磁性層の劣化を防止するこ
とができ、信頼性の高い磁気抵抗素子を提供することが
できる。
【００７０】また、金属配線層の熱応力による断線も生
じないので、さらに信頼性の高い磁気抵抗素子を提供す
ることができる。
じないので、さらに信頼性の高い磁気抵抗素子を提供す
ることができる。
【図１】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の磁気抵抗素子の製
造方法の一手順を示す工程断面図である。
造方法の一手順を示す工程断面図である。
【図２】図１の（ａ）〜（ｅ）の製造工程により作製さ
れた磁気抵抗素子の一例を示す断面図である。
れた磁気抵抗素子の一例を示す断面図である。
【図３】レーザ光による加熱処理を行う熱処理装置の一
例を示すブロック図である。
例を示すブロック図である。
【図４】本発明の磁気抵抗素子の製造方法により作製さ
れた磁気抵抗素子の磁気抵抗変化率を示す図である。
れた磁気抵抗素子の磁気抵抗変化率を示す図である。
【図５】（ａ）はＴＭＲ素子の２つの強磁性層の磁化の
方向が平行のときの磁化状態を示す模式図、（ｂ）はＴ
ＭＲ素子の２つの強磁性層の磁化の方向が反平行のとき
の磁化状態を示す模式図である。
方向が平行のときの磁化状態を示す模式図、（ｂ）はＴ
ＭＲ素子の２つの強磁性層の磁化の方向が反平行のとき
の磁化状態を示す模式図である。
１ 基板 ２ 下部電極 ３、５、１０、１２ 強磁性層 ４ トンネル絶縁膜 ６、１１ 絶縁層 ７ 上部電極 ２０ Ａｒレーザ ２１ ＡＯ変調器 ２２ ＥＯ変調器 ２３、２８ 光学系 ２４ 対物レンズ ２５ 真空チャンバー ２５ａ 窓 ２５ｂ ＸＹステージ ２６ ポンプ ２７ Ｈｅ−Ｎｅレーザ ２９ ビームスプリッタ ３０ ウェハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 43/08 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AD55 AD65 5D034 BA03 BA08 BA15 BA17 CA00 DA04 DA07 5E049 AA00 BA12 BA16 CB02 DB12 5F083 FZ10 GA27 JA02 JA36 JA37 PR22 PR33
Claims (7)
- 【請求項１】 基板上に第１の強磁性層、トンネル絶縁
膜を順次形成する工程と、 前記トンネル絶縁膜の表面をレーザ光により一様に加熱
する工程と、 前記レーザ光による加熱の後、前記トンネル絶縁膜上に
第２の強磁性層を形成する工程とを含むことを特徴とす
る磁気抵抗素子の製造方法。 - 【請求項２】 レーザ光による加熱を所定の真空度に減
圧された真空チャンバー内で行うことを特徴とする請求
項１に記載の磁気抵抗素子の製造方法。 - 【請求項３】 レーザ光による加熱は、前記レーザ光を
トンネル絶縁膜の表面に集光する集光光学系の焦点が前
記トンネル絶縁膜の表面に合うように調節した上で行う
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗素子の製造
方法。 - 【請求項４】 基板上に金属配線層を形成する工程と、 前記金属配線層上に所定の材料よりなる保護層を形成す
る工程とをさらに含み、第１の強磁性層、トンネル絶縁
膜を前記保護層上に順次形成することを特徴とする請求
項１に記載の磁気抵抗素子の製造方法。 - 【請求項５】 保護層がＴｉ膜である請求項４に記載の
磁気抵抗素子の製造方法。 - 【請求項６】 金属配線層が形成された基板上に第１の
強磁性層、トンネル絶縁膜、第２の強磁性層が順次積層
されてなる磁気抵抗素子において、 前記金属配線層と前記第１の強磁性層との間に所定の材
料よりなる保護層を有することを特徴とする磁気抵抗素
子。 - 【請求項７】 保護層がＴｉ膜である請求項６に記載の
磁気抵抗素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001181595A JP2002374020A (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 磁気抵抗素子の製造方法および磁気抵抗素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001181595A JP2002374020A (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 磁気抵抗素子の製造方法および磁気抵抗素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002374020A true JP2002374020A (ja) | 2002-12-26 |
Family
ID=19021835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001181595A Pending JP2002374020A (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 磁気抵抗素子の製造方法および磁気抵抗素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002374020A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007193901A (ja) * | 2006-01-20 | 2007-08-02 | Hitachi Computer Peripherals Co Ltd | ピンローテーション修正方法及び同修正装置 |
| JP2009094104A (ja) * | 2007-10-03 | 2009-04-30 | Toshiba Corp | 磁気抵抗素子 |
| US8130476B2 (en) | 2007-05-11 | 2012-03-06 | Tdk Corporation | Tunneling magnetic sensing element and method for manufacturing the same |
| JP2013070008A (ja) * | 2011-09-26 | 2013-04-18 | Toshiba Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| CN108574042A (zh) * | 2018-06-12 | 2018-09-25 | 美新半导体（无锡）有限公司 | 一种单芯片单轴或多轴磁阻传感器及其制造方法 |
| DE102021212669A1 (de) | 2021-11-10 | 2023-05-11 | 3D-Micromac Ag | Verfahren und System zur Herstellung eines xMR-Magnetfeldsensors |
-
2001
- 2001-06-15 JP JP2001181595A patent/JP2002374020A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007193901A (ja) * | 2006-01-20 | 2007-08-02 | Hitachi Computer Peripherals Co Ltd | ピンローテーション修正方法及び同修正装置 |
| US8130476B2 (en) | 2007-05-11 | 2012-03-06 | Tdk Corporation | Tunneling magnetic sensing element and method for manufacturing the same |
| JP2009094104A (ja) * | 2007-10-03 | 2009-04-30 | Toshiba Corp | 磁気抵抗素子 |
| US8604569B2 (en) | 2007-10-03 | 2013-12-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive element |
| JP2013070008A (ja) * | 2011-09-26 | 2013-04-18 | Toshiba Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| CN108574042A (zh) * | 2018-06-12 | 2018-09-25 | 美新半导体（无锡）有限公司 | 一种单芯片单轴或多轴磁阻传感器及其制造方法 |
| CN108574042B (zh) * | 2018-06-12 | 2024-03-12 | 美新半导体（无锡）有限公司 | 一种单芯片单轴或多轴磁阻传感器及其制造方法 |
| DE102021212669A1 (de) | 2021-11-10 | 2023-05-11 | 3D-Micromac Ag | Verfahren und System zur Herstellung eines xMR-Magnetfeldsensors |
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