JP2003124539A - Magnetoresistive effect film and memory using the same - Google Patents

Magnetoresistive effect film and memory using the same

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JP2003124539A
JP2003124539A JP2001311323A JP2001311323A JP2003124539A JP 2003124539 A JP2003124539 A JP 2003124539A JP 2001311323 A JP2001311323 A JP 2001311323A JP 2001311323 A JP2001311323 A JP 2001311323A JP 2003124539 A JP2003124539 A JP 2003124539A
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magnetoresistive
magnetoresistive effect
magnetic
magnetic body
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Takashi Ikeda
貴司 池田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetoresistive effect film of very small size less than submicron size, specially, a magnetoresistive effect film of minimum processing size and further a memory element using the magnetoresistive effect film. SOLUTION: Magnetic bodies 111 and 112 as constitution elements of the magnetoresistive effect film have vertical magnetism and are in such shapes that when the magnetic bodies are viewed from the laminating direction of magnetoresistive effect films, the ratio of the length of the magnetic body to the width is 0.77 to 1.30 and the length and width are both <1 μm.

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】本発明はサブミクロンサイズ
の磁気抵抗効果膜に関するものであり、また、該磁気抵
抗効果膜を用いたメモリに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a submicron size magnetoresistive effect film and a memory using the magnetoresistive effect film.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、固体メモリである半導体メモリは
情報機器に多く用いられ、DRAM(ダイナミック・ランダ
ム・アクセス・メモリ)、FeRAM(強誘電体ランダム・
アクセス・メモリ)、フラッシュEEPROM(電気的消去可
能プログラマブル読み出し専用メモリ)等その種類も様
々である。これら半導体メモリの特性は一長一短であ
り、現在の情報機器において要求されるスペックのすべ
てを満たすメモリが存在しない。例えば、DRAMは記録密
度が高く書き換え可能回数も多いが、揮発性であり電源
を切ると情報は消えてしまう。また、フラッシュEEPROM
は不揮発であるが消去の時間が長く、情報の高速処理に
は不向きである。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor memories, which are solid-state memories, have been widely used in information equipment, such as DRAM (dynamic random access memory) and FeRAM (ferroelectric random memory).
Access memory), flash EEPROM (electrically erasable programmable read-only memory), and so on. The characteristics of these semiconductor memories have advantages and disadvantages, and there is no memory that meets all of the specifications required in current information devices. For example, DRAM has a high recording density and a large number of rewritable times, but is volatile and loses information when the power is turned off. Also flash EEPROM
Is non-volatile, but has a long erasing time and is not suitable for high-speed information processing.

【0003】上記のような半導体メモリの現状に対し
て、磁気抵抗効果を用いたメモリ(MRAM;磁気ランダム
・アクセス・メモリ)は、記録時間、読み出し時間、記
録密度、書き換え可能回数、消費電力等において多くの
情報機器から求められるスペックをすべて満たすメモリ
として有望である。特に、スピン依存トンネル磁気抵抗
(TMR;Tunnel Magneto-Resistance)効果を利用したMR
AMは、大きな読み出し信号が得られることから、高記録
密度化あるいは高速読み出しに有利であり、近年の研究
報告においてMRAMとしての実現性が実証されている。
In contrast to the current state of the semiconductor memory as described above, a memory (MRAM; magnetic random access memory) using the magnetoresistive effect has a recording time, a reading time, a recording density, the number of rewritable times, power consumption, etc. It is promising as a memory that meets all the specifications required by many information devices. In particular, MR utilizing the spin-dependent tunnel magnetoresistance (TMR) effect
Since AM can obtain a large read signal, AM is advantageous for high recording density or high-speed read, and its feasibility as MRAM has been proved in recent research reports.

【0004】MRAMの素子として用いられる磁気抵抗効果
膜の基本構成は、非磁性層を介して磁性層が隣接して形
成されたサンドイッチ構造である。非磁性膜として良く
用いられる材料としてCuやAl2O3が挙げられる。磁気抵
抗効果膜において非磁性層にCu等のような導体を用いた
ものを巨大磁気抵抗効果(GMR;Giant Magneto-Resista
nce)膜といい、Al2O3などの絶縁体を用いたものをスピ
ン依存トンネル効果(TMR)膜という。一般にTMR膜はGM
R膜に比べて大きな磁気抵抗効果を示す。
The basic structure of the magnetoresistive film used as an element of the MRAM is a sandwich structure in which magnetic layers are formed adjacent to each other with a nonmagnetic layer interposed therebetween. Cu and Al 2 O 3 are examples of materials that are often used as the non-magnetic film. Giant magnetoresistive effect (GMR; Giant Magneto-Resista) is used for the magnetoresistive film that uses a conductor such as Cu for the non-magnetic layer.
nce) film, which uses an insulator such as Al 2 O 3 is called a spin-dependent tunnel effect (TMR) film. Generally TMR film is GM
It exhibits a larger magnetoresistive effect than the R film.

【0005】図8(a)に示すように、二つの磁性層の
磁化方向が平行であると磁気抵抗効果膜の電気抵抗は比
較的小さく、図8(b)に示すように、磁化方向が反平
行であると電気抵抗は比較的大きくなる。したがって、
一方の磁性層をメモリ層、他方を検出層とし、上記の性
質を利用することで情報の読み出しが可能である。例え
ば、非磁性層12の上部に位置する磁性層13をメモリ層、
下部に位置する磁性層14を検出層とし、メモリ層の磁化
方向が右向きの場合を『1』、左向きの場合を『0』とす
る。図9(a)に示すように、両磁性層の磁化方向が右
向きの場合、磁気抵抗効果膜の電気抵抗は比較的小さ
く、図9(b)に示すように、検出層の磁化方向が右向
きで、かつメモリ層の磁化方向が左向きであると電気抵
抗は比較的大きい。また、図9(c)に示すように、検
出層の磁化方向が左向きで、かつメモリ層の磁化方向が
右向きであると電気抵抗は比較的大きく、図9(d)に
示すように、両磁性層の磁化方向が左向きの場合電気抵
抗は比較的小さい。つまり、検出層の磁化方向が右向き
に固定されている場合に、電気抵抗が大きければ、メモ
リ層には『0』が記録されていることになり、電気抵抗
が小さければ、『1』が記録されていることになる。あ
るいは、検出層の磁化方向が左向きに固定されている場
合に、電気抵抗が大きければ、メモリ層には『1』が記
録されていることになり、電気抵抗が小さければ、
『0』が記録されていることになる。
As shown in FIG. 8A, when the magnetization directions of the two magnetic layers are parallel, the electric resistance of the magnetoresistive film is relatively small, and as shown in FIG. When antiparallel, the electric resistance becomes relatively large. Therefore,
Information can be read by using one of the magnetic layers as a memory layer and the other as a detection layer and utilizing the above properties. For example, the magnetic layer 13 located on the non-magnetic layer 12 is a memory layer,
The lower magnetic layer 14 is used as a detection layer, and the magnetization direction of the memory layer is "1" when the magnetization direction is rightward and "0" when the magnetization direction is leftward. When the magnetization directions of both magnetic layers are rightward as shown in FIG. 9A, the electric resistance of the magnetoresistive film is relatively small, and as shown in FIG. 9B, the magnetization direction of the detection layer is rightward. When the magnetization direction of the memory layer is leftward, the electric resistance is relatively large. Further, as shown in FIG. 9C, when the magnetization direction of the detection layer is leftward and the magnetization direction of the memory layer is rightward, the electric resistance is relatively large, and as shown in FIG. When the magnetization direction of the magnetic layer is leftward, the electric resistance is relatively small. In other words, when the magnetization direction of the detection layer is fixed to the right, if the electric resistance is large, "0" is recorded in the memory layer, and if the electric resistance is small, "1" is recorded. Has been done. Alternatively, when the magnetization direction of the detection layer is fixed to the left, if the electric resistance is large, it means that “1” is recorded in the memory layer, and if the electric resistance is small,
"0" is recorded.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】MRAMの記録密度を高く
するためには、素子サイズを小さくしていく必要がある
が、面内磁化を示す磁性体のサイズを小さくしていくと
特有の現象が現れる。E.Y. Chen, S. Tehranni, T. Zh
u, M. Durlam, and H. Goronkin: J. Appl. Phys., 81,
3992 (1997) によると、無限長薄膜磁性体の長手方向
の磁化反転磁界は、単磁区一斉回転モデルを仮定すると
1/W則に従う。これは、形状磁気異方性に起因するもの
であるが、つまり磁性体の幅を狭くしていくと磁化反転
磁界は大きくなっていくことになる。このことから、面
内磁化を示す磁性体を用いた磁気抵抗効果膜を微細化す
る場合には、磁化反転磁界に十分留意しなければならな
い。
In order to increase the recording density of MRAM, it is necessary to reduce the element size. However, if the size of the magnetic material exhibiting in-plane magnetization is reduced, a unique phenomenon occurs. Appears. EY Chen, S. Tehranni, T. Zh
u, M. Durlam, and H. Goronkin: J. Appl. Phys., 81,
According to 3992 (1997), the magnetization reversal magnetic field in the longitudinal direction of an infinite thin film magnetic material is assumed to be a single domain simultaneous rotation model.
Follow the 1 / W rule. This is due to the shape magnetic anisotropy, that is, as the width of the magnetic body is narrowed, the magnetization reversal magnetic field increases. From this fact, when miniaturizing the magnetoresistive effect film using a magnetic material exhibiting in-plane magnetization, it is necessary to pay sufficient attention to the magnetization reversal magnetic field.

【0007】また、面内磁化を示す磁性体を用いた磁気
抵抗効果膜が長方形である場合、その端面には磁化のカ
ーリング(端部磁区)が見られる。これは反磁界エネル
ギーを低減するために生じるものであるが、磁化反転磁
界がばらつく原因であり、磁気抵抗効果膜を用いたデバ
イスには大きな問題である。このばらつきを抑えるため
に磁性体の形状を楕円形にするという提案もあるが、こ
の場合磁化反転磁界が大きくなってしまうという問題が
ある。さらに磁性体の形状を正方形にすると磁化のカー
リングは端部のみではなく全体に広がり、磁化は渦を巻
いたような方向に向く。Pt (2nm) / Ni65Fe15Co20 (15n
m) / Al50Cu50 (25nm) / Si-waferの長方形の多層膜に
おいて、長い辺の長さを1μm一定とし幅を変えてMFM(m
agneticforce microscope)を用いて磁化状態を調べ
た。その結果、例えば長さが1μmで幅が0.6μmの長方形
の場合は、長さ方向の端部に磁極が観察されたが、長さ
と幅がともに0.6μmである正方形の場合は端部に磁極は
観察されなかった。さらに詳細に調べた結果、長さと幅
が共に1μm未満で、かつ長さと幅の比が0.77以上1.30以
下になると、零磁場中において磁化が渦を巻いたような
状態になり、端部に磁極が観察されないことがわかっ
た。また、同様の形状のPt (2nm) / Fe60Co40 (15nm) /
Al2O3 (1.2nm) / Ni65Fe15Co20 (10nm) / Al50Cu50 (2
5nm) / Si-waferの磁気抵抗曲線を調べて見ると、やは
り長さと幅の比が0.77以上1.30以下で図10に見られる
ような磁気抵抗曲線が得られることがわかった。このよ
うな状態になると、もはやこの磁気抵抗効果膜をメモリ
素子として利用することは不可能である。
When the magnetoresistive film using a magnetic material exhibiting in-plane magnetization is rectangular, curling of magnetization (end magnetic domain) is observed on the end face. This occurs in order to reduce the demagnetizing field energy, but it causes the magnetization reversal magnetic field to fluctuate, which is a serious problem in the device using the magnetoresistive effect film. There is also a proposal to make the shape of the magnetic body elliptical in order to suppress this variation, but in this case there is the problem that the magnetization reversal field becomes large. Further, when the shape of the magnetic body is made square, the curling of the magnetization spreads not only at the ends but also in the whole, and the magnetization is oriented in the direction of a vortex. Pt (2nm) / Ni 65 Fe 15 Co 20 (15n
m) / Al 50 Cu 50 (25 nm) / Si-wafer rectangular multi-layered film, long side length is fixed at 1 μm and width is changed to MFM (m
The magnetized state was investigated using an (agnetic force microscope). As a result, for example, in the case of a rectangle with a length of 1 μm and a width of 0.6 μm, a magnetic pole was observed at the end in the length direction, but in the case of a square with both length and width of 0.6 μm, a magnetic pole was found at the end. Was not observed. As a result of further detailed examination, when both the length and the width were less than 1 μm and the ratio of the length and the width was 0.77 or more and 1.30 or less, the magnetization was swirled in the zero magnetic field, and the magnetic poles were formed at the ends. Was found not to be observed. In addition, Pt (2 nm) / Fe 60 Co 40 (15 nm) /
Al 2 O 3 (1.2nm) / Ni 65 Fe 15 Co 20 (10nm) / Al 50 Cu 50 (2
When the magnetic resistance curve of (5 nm) / Si-wafer was examined, it was found that the magnetic resistance curve as shown in FIG. 10 can be obtained when the length-width ratio is 0.77 or more and 1.30 or less. In such a state, it is no longer possible to use this magnetoresistive film as a memory element.

【0008】ところで、近年の半導体微細加工技術にお
ける最小加工寸法(F)は0.13μm程度である。また、現
在用いられているメモリにおいて、SRAMのセルサイズは
40F2とされている。これに対してMRAMのセルサイズはUS
P5991193で開示されている方法によると4F2となり、SRA
MをMRAMで置き換えることを考えるならば、磁気抵抗効
果膜のサイズは0.41μm×0.41μm以下にすることが好ま
しく、さらに記録密度の高いMRAMを実現するためには、
磁気抵抗効果膜のサイズは0.13μm×0.13μmであること
が望ましい。しかし、現在精力的に研究が行われている
面内磁化を示す磁性体を用いた磁気抵抗効果膜では、上
記理由によりそのような微細化は不可能である。
Incidentally, the minimum processing dimension (F) in recent semiconductor fine processing technology is about 0.13 μm. Moreover, in the memory currently used, the cell size of SRAM is
It is said to be 40F 2 . On the other hand, the cell size of MRAM is US
According to the method disclosed in P5991193, it becomes 4F 2 and SRA
When considering replacing M with MRAM, the size of the magnetoresistive effect film is preferably 0.41 μm × 0.41 μm or less, and in order to realize MRAM with a higher recording density,
The size of the magnetoresistive film is preferably 0.13 μm × 0.13 μm. However, such miniaturization is not possible in the magnetoresistive effect film using a magnetic material exhibiting in-plane magnetization, which is being actively studied at present, for the above reason.

【0009】本発明は、この点に鑑み、サブミクロンサ
イズ以下の微小サイズの磁気抵抗効果膜、特に最小加工
寸法の磁気抵抗効果膜を提供することを目的とし、さら
に該磁気抵抗効果膜を用いたメモリを提供することを目
的とする。
In view of this point, the present invention has an object to provide a magnetoresistive effect film of a submicron size or less, particularly a magnetoresistive effect film having a minimum processing dimension, and further to use the magnetoresistive effect film. The purpose is to provide the memory that was used.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】面内磁化を示す磁性体に
見られる端部磁区の形成を回避する方法として、例えば
特開平11-213650で述べられているように垂直磁化を示
す磁性体を用いる方法が提案されている。この方法では
磁性体端部においても磁化は膜面垂直方向に向いてい
る。また、様々な形状の磁性体においてほぼ同等の大き
さの磁化反転磁界が得られるため素子の作成が容易であ
る。さらに垂直磁化を示す磁性体を用いた磁気抵抗効果
膜では、1μm未満に微細化しても、磁化が渦巻状になる
ことはなく、零磁界においても例えば上方向や下方向と
いった2つの磁化方向を取り得るために、メモリ素子と
して利用可能である。
As a method for avoiding the formation of the end magnetic domains found in a magnetic body exhibiting in-plane magnetization, a magnetic body exhibiting perpendicular magnetization as described in, for example, JP-A-11-213650 is used. The method used is proposed. In this method, the magnetization is oriented in the direction perpendicular to the film surface even at the end of the magnetic body. Further, since magnetic reversal magnetic fields having substantially the same magnitude can be obtained in magnetic bodies of various shapes, the element can be easily manufactured. Furthermore, in a magnetoresistive effect film using a magnetic material exhibiting perpendicular magnetization, even if the size is reduced to less than 1 μm, the magnetization does not become spiral, and even in a zero magnetic field, two magnetization directions such as upward and downward directions are obtained. Since it can be used, it can be used as a memory device.

【0011】したがって、垂直磁化を示す磁性体を用い
た磁気抵抗効果膜を1μm未満のサイズに加工し、長さと
幅の比が1に近い値となるような形状とすることによっ
て、素子サイズを小さくすることが可能で有り、これを
メモリ素子とすることにより、高記録密度メモリが実現
可能である。長さと幅の比を0.77以上1.30以下の範囲内
とした場合には、面内磁化膜を用いた磁気抵抗効果膜は
メモリ素子として使用できないが、垂直磁化膜を用いた
磁気抵抗効果膜は使用可能である。
Therefore, the element size is reduced by processing the magnetoresistive effect film using a magnetic material exhibiting perpendicular magnetization into a size of less than 1 μm so that the ratio of the length to the width is close to 1. It is possible to reduce the size, and by using this as a memory element, a high recording density memory can be realized. When the ratio of length to width is within the range of 0.77 or more and 1.30 or less, the magnetoresistive effect film using the in-plane magnetized film cannot be used as a memory element, but the magnetoresistive effect film using the perpendicular magnetized film is used. It is possible.

【0012】上記形状は正方形であることを含む。The shape includes a square shape.

【0013】また、上記形状は円形であることを含む。Further, the above shape includes that it is circular.

【0014】垂直磁化膜としては、Gd、Dy、Tb等の希土
類金属から選ばれる少なくとも1種類の元素とCo、Fe、
Ni等の遷移金属から選ばれる少なくとも1種類の元素の
合金膜や人工格子膜であるフェリ磁性体、Co/Pt等遷移
金属と貴金属の人工格子膜、CoCr等の膜面垂直方向の結
晶磁気異方性を有する合金膜が主として挙げられる。こ
れらの材料の中で、希土類金属と遷移金属からなるフェ
リ磁性体は、角型比が1である磁化曲線を示し、磁界を
印加した場合に急峻な磁化反転を生じることから、メモ
リ素子として用いる磁気抵抗効果膜に最適である。
As the perpendicular magnetization film, at least one element selected from rare earth metals such as Gd, Dy and Tb and Co, Fe,
An alloy film of at least one element selected from transition metals such as Ni, a ferrimagnetic material that is an artificial lattice film, an artificial lattice film of a transition metal and a noble metal such as Co / Pt, and a crystalline magnetic anomaly in the direction perpendicular to the film surface such as CoCr. An alloy film having a directionality is mainly mentioned. Among these materials, a ferrimagnetic material composed of a rare earth metal and a transition metal exhibits a magnetization curve with a squareness ratio of 1, and causes a sharp magnetization reversal when a magnetic field is applied. Therefore, it is used as a memory element. Most suitable for magnetoresistive film.

【0015】本発明の磁気抵抗効果膜に用いられる非磁
性体は導体であっても、絶縁体であっても良い。
The non-magnetic material used in the magnetoresistive film of the present invention may be a conductor or an insulator.

【0016】本発明のメモリは、磁気抵抗効果膜をメモ
リ素子とし、該磁気抵抗効果膜に情報を記録する手段
と、記録した情報を読み出す手段を備える。
The memory of the present invention has a magnetoresistive film as a memory element, and has means for recording information on the magnetoresistive film and means for reading the recorded information.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0018】図1はPt (2nm) / Tb20(Fe60Co40)80 (15n
m) / Al2O3 (1.2nm) / Gd20(Fe60Co4 0)80 (15nm) / Al
50Cu50 (25nm) / Si-waferの磁気抵抗効果膜の磁気抵抗
曲線の測定結果である。ただし磁気抵抗効果膜は0.2μm
×0.2μmの正方形であり、Tb2 0(Fe60Co40)80とGd20(Fe
60Co40)80は垂直磁化を示す。
FIG. 1 shows Pt (2 nm) / Tb 20 (Fe 60 Co 40 ) 80 (15n
m) / Al 2 O 3 (1.2nm) / Gd 20 (Fe 60 Co 4 0 ) 80 (15nm) / Al
It is the measurement result of the magnetoresistive curve of the magnetoresistive effect film of 50 Cu 50 (25 nm) / Si-wafer. However, the magnetoresistive film is 0.2 μm
× 0.2μm square, Tb 2 0 (Fe 60 Co 40 ) 80 and Gd 20 (Fe
60 Co 40 ) 80 shows perpendicular magnetization.

【0019】図1と図10を比較してわかるように、垂
直磁化膜を用いた磁気抵抗効果膜では角形の磁気抵抗曲
線が得られ、零磁界において2つの抵抗値を取り得るの
に対し、面内磁化膜を用いた磁気抵抗効果膜では、磁気
抵抗曲線は閉じた形をしている。この原因は上述したよ
うに、磁性体のサイズが小さいために、面内磁化膜では
零磁界において磁化が渦を巻いた状態に配向することに
ある。
As can be seen by comparing FIG. 1 and FIG. 10, the magnetoresistive effect film using the perpendicularly magnetized film gives a square magnetoresistive curve and can take two resistance values at zero magnetic field. In the magnetoresistive film using the in-plane magnetized film, the magnetoresistive curve has a closed shape. This is because, as described above, the size of the magnetic substance is small, so that the magnetization is oriented in the in-plane magnetized film at the zero magnetic field in a state of swirling.

【0020】図11は上記面内磁化を示す磁性体を用い
た磁気抵抗効果膜のサイズを10μm×10μmにし、同様
に磁気抵抗曲線を測定した結果である。このように、サ
イズが大きくなると磁気抵抗曲線は角型に近い形状とな
る。
FIG. 11 shows the results of similarly measuring the magnetoresistive curve with the size of the magnetoresistive film using the magnetic material exhibiting the in-plane magnetization set to 10 μm × 10 μm. Thus, as the size increases, the magnetoresistive curve has a shape close to a rectangular shape.

【0021】図12は上記面内磁化を示す磁性体を用い
た磁気抵抗効果膜のサイズを0.2μm×1μmにし、同様
に磁気抵抗曲線を測定した結果である。ただし、長手方
向に一軸磁気異方性がある。このように、一辺の長さが
0.2μmと短い場合でも長さと幅が十分に異なる長方形
であると、磁気抵抗曲線はほぼ角型になる。
FIG. 12 shows the results of similarly measuring the magnetoresistive curve with the size of the magnetoresistive film using the magnetic material exhibiting the in-plane magnetization set to 0.2 μm × 1 μm. However, there is uniaxial magnetic anisotropy in the longitudinal direction. Thus, the length of one side
Even if it is as short as 0.2 μm, if it is a rectangle whose length and width are sufficiently different, the magnetoresistive curve becomes almost rectangular.

【0022】上記の結果においてもわかるように、面内
磁化膜を用いた磁気抵抗効果膜では、小さなサイズのメ
モリ素子を実現することはできず、垂直磁化膜を用いた
場合は実現可能である。この垂直磁化膜を用いた磁気抵
抗効果膜の形状は、正方形に限らず例えば円形でも良
い。後述する実施例を含む実験の結果によれば、垂直磁
化膜を用いた磁気抵抗効果膜の場合、積層方向から磁性
体を見た形状が、磁性体の幅に対する長さの比が0.77以
上1.30以下の範囲であれば長さと幅のいずれもが1μm未
満であってもメモリ素子として充分使用可能な磁気抵抗
曲線を示すことが判った。
As can be seen from the above results, the magnetoresistive effect film using the in-plane magnetized film cannot realize a memory element having a small size, and the perpendicular magnetized film can realize it. . The shape of the magnetoresistive effect film using this perpendicularly magnetized film is not limited to a square and may be, for example, a circle. According to the results of experiments including examples described later, in the case of a magnetoresistive effect film using a perpendicular magnetization film, the shape of the magnetic body viewed from the stacking direction has a ratio of the length to the width of the magnetic body of 0.77 or more and 1.30 or more. It has been found that if the length and width are both less than 1 μm in the following range, a magnetoresistive curve that can be sufficiently used as a memory element is exhibited.

【0023】垂直磁化を示す磁性体に用いられる希土類
金属はGd、Dy、Tbが好適に用いられる。磁化反転磁界を
小さくする場合にはGdを用いることが好ましい。あるい
は逆に磁化反転磁界を大きくする場合にはTbを用いるこ
とが好ましい。また、遷移金属としてはFe、Co、Niが好
適に用いられるが、FeとCoの合金はスピン分極率が大き
いので、大きな磁気抵抗変化を得ることが可能である。
Gd, Dy, and Tb are preferably used as the rare earth metal used for the magnetic body exhibiting perpendicular magnetization. Gd is preferably used to reduce the magnetization reversal field. On the contrary, when increasing the magnetization reversal magnetic field, it is preferable to use Tb. Further, although Fe, Co, and Ni are preferably used as the transition metal, since the alloy of Fe and Co has a large spin polarization, it is possible to obtain a large magnetoresistance change.

【0024】磁気抵抗効果膜の2つの磁性体の間に形成
されている非磁性膜は導体でも絶縁体でもどちらにおい
ても磁気抵抗変化が生じる。ただし、導体の場合は絶縁
体の場合と比較すると一般に磁気抵抗変化の大きさは小
さい。この非磁性膜として導体を用いる場合はCuが好適
に選択される。また、絶縁体の場合にはAl2O3が好適に
選択される。
The non-magnetic film formed between the two magnetic bodies of the magnetoresistive effect film has a magnetoresistance change regardless of whether it is a conductor or an insulator. However, in the case of a conductor, the magnitude of change in magnetoresistance is generally smaller than that in the case of an insulator. When a conductor is used as this non-magnetic film, Cu is preferably selected. In the case of an insulator, Al 2 O 3 is preferably selected.

【0025】本発明の磁気抵抗効果膜は、メモリ素子と
して使用することにより、記録密度を高くすることが可
能である。
By using the magnetoresistive film of the present invention as a memory element, the recording density can be increased.

【0026】磁気抵抗効果膜への情報の記録は一般的に
は磁界の印加によって行われる。複数並べられたメモリ
素子の中から選択的に記録を行うには、所望のメモリ素
子の磁化のみ反転させるように磁界を印加する必要があ
る。
Recording of information on the magnetoresistive film is generally performed by applying a magnetic field. To selectively perform recording from a plurality of arranged memory elements, it is necessary to apply a magnetic field so that only the magnetization of a desired memory element is reversed.

【0027】これを実現する方法として、例えばそれぞ
れのメモリ素子の間に導線を配し、これに電流を流して
メモリ素子の膜面に対して垂直方向の磁界を発生させ
る。記録しようとするメモリ素子の周りにある4本の導
線に、メモリ素子に対して同じ方向に磁界が印加される
ように電流を流すと、所望のメモリ素子にのみ最も大き
な磁界が印加され、このメモリ素子にのみ記録が行われ
る。
As a method for realizing this, for example, a conductive wire is arranged between the respective memory elements, and a current is passed through the conductive wires to generate a magnetic field in a direction perpendicular to the film surface of the memory element. When a current is applied to the four conductors around the memory element to be recorded so that the magnetic field is applied in the same direction to the memory element, the largest magnetic field is applied only to the desired memory element. Recording is performed only in the memory element.

【0028】上記記録方法は、メモリ素子に対して垂直
方向の磁界のみを用いる方法であるが、メモリ素子に対
して膜面内方向の磁界を印加することによっても、選択
的な記録が可能である。例えば、メモリ素子の間に導線
を配すと共に、メモリ素子の上部あるいは下部にも導線
を配する。ただし、素子間の導線と素子の上部あるいは
下部の導線は一平面内に存在しないようにねじれの位置
で、かつこれら導線を真上から見ると直交するように配
する。このように配された導線のうち記録しようとする
所望のメモリ素子のすぐ横にある導線に電流を流して、
メモリ素子の膜面に対して垂直方向に磁界を印加すると
共に、メモリ素子の上部あるいは下部に配されている導
線にも電流を流しメモリ素子に膜面内方向の磁界を印加
する。このようにすると、膜面内方向の磁界と、膜面垂
直方向の磁界を同時に印加されたメモリ素子のみ記録可
能となる。膜面内方向の磁界を発生させるための導線
は、上記のように別に設けても良いが、ビット線を利用
することで膜面内磁界発生用の導線を省略することが可
能である。
The above-mentioned recording method is a method of using only the magnetic field in the direction perpendicular to the memory element, but selective recording can also be performed by applying a magnetic field in the in-plane direction to the memory element. is there. For example, a conductive wire is arranged between the memory elements, and a conductive wire is also arranged above or below the memory element. However, the conductors between the elements and the conductors above or below the elements are arranged at twisted positions so that they do not exist in one plane, and these conductors are arranged orthogonally when viewed from directly above. An electric current is passed through a conductor wire just next to a desired memory element to be recorded among the conductor wires arranged in this way,
A magnetic field is applied in a direction perpendicular to the film surface of the memory element, and a current is also applied to a conductor wire arranged above or below the memory element to apply a magnetic field in the film surface direction to the memory element. By doing so, it becomes possible to record only the memory element to which the magnetic field in the film plane direction and the magnetic field in the film plane perpendicular direction are simultaneously applied. The conducting wire for generating the magnetic field in the in-plane direction of the film may be separately provided as described above, but the conducting wire for generating the in-film magnetic field can be omitted by using the bit line.

【0029】また、情報の読み出しには磁気抵抗効果膜
に電流を流し、磁気抵抗効果膜の電圧を検出することで
行われる。GMR膜の場合流す電流の方向は膜面内方向で
も膜面垂直方向でもどちらでも構わない。しかし、膜面
垂直方向に流した方が比較的大きな磁気抵抗効果が得ら
れることがわかっている。メモリ素子がTMR膜の場合に
は電流は絶縁膜を電子がトンネルするように膜面垂直方
向に流す必要がある。
Information is read out by passing a current through the magnetoresistive film and detecting the voltage of the magnetoresistive film. In the case of the GMR film, the direction of the current to flow may be either in the film surface direction or in the film surface vertical direction. However, it is known that a relatively large magnetoresistive effect can be obtained by flowing in the direction perpendicular to the film surface. When the memory element is a TMR film, current must flow in the direction perpendicular to the film surface so that electrons tunnel through the insulating film.

【0030】[0030]

【実施例】次に、本発明の磁気抵抗効果膜について、実
施例に基づいてさらに詳しく説明する。
EXAMPLES Next, the magnetoresistive film of the present invention will be described in more detail based on examples.

【0031】(実施例−1)図2に実施例−1の磁気抵
抗効果膜の断面を模式的に示す。
(Example-1) FIG. 2 schematically shows a cross section of the magnetoresistive film of Example-1.

【0032】本実施例では、基板としてSi(シリコ
ン)基板100を用い、この上に第1の磁性膜111と
して15nmの膜厚のGd20(Fe55Co45)80膜、非磁性膜(トン
ネル絶縁膜)113として1.3nmの膜厚のAl2O3膜、第2
の磁性膜112として15nmの膜厚のTb20(Fe50Co50)
80膜、保護膜114として2nmのPt膜を順次形成した。P
t膜は磁性膜の酸化等の腐食を防ぐのに有効である。こ
こでGd20(Fe55Co45)80膜およびTb20(Fe50Co50)80膜はど
ちらも遷移金属副格子磁化優勢である。次に得られた多
層膜の上部に0.8μm角のレジスト膜を形成し、ドライエ
ッチングによってレジストに覆われていない部分の磁気
抵抗効果膜を除去した。エッチング後、34nmの膜厚のAl
2O3膜を成膜し、さらにレジストおよびその上部のAl2O3
膜を除去し、上部電極とGd20(Fe60Co40)80膜との間の電
気絶縁を行うための絶縁膜121を形成した。その後、
リフトオフ法によって上部電極122をAl膜により作製
し、上部電極に覆われていない部分のAl2O3膜を一部除
去して測定回路を接続するための電極パットとした。
In this embodiment, a Si (silicon) substrate 100 is used as a substrate, and a 15 nm thick Gd 20 (Fe 55 Co 45 ) 80 film and a non-magnetic film (tunnel) are used as the first magnetic film 111. As an insulating film) 113, an Al 2 O 3 film having a thickness of 1.3 nm, the second
Magnetic film 112 of 15 nm thick Tb 20 (Fe 50 Co 50 ).
A 80 nm film and a 2 nm Pt film were sequentially formed as the protective film 114. P
The t film is effective in preventing corrosion such as oxidation of the magnetic film. Here, both the Gd 20 (Fe 55 Co 45 ) 80 film and the Tb 20 (Fe 50 Co 50 ) 80 film are dominant in the transition metal sublattice magnetization. Next, a 0.8 μm square resist film was formed on the obtained multilayer film, and the magnetoresistive film not covered with the resist was removed by dry etching. After etching, 34 nm thick Al
2 O 3 film is formed, and the resist and Al 2 O 3 on top of it are also formed.
The film was removed, and an insulating film 121 for performing electrical insulation between the upper electrode and the Gd 20 (Fe 60 Co 40 ) 80 film was formed. afterwards,
The upper electrode 122 was formed of an Al film by the lift-off method, and the Al 2 O 3 film in the portion not covered with the upper electrode was partially removed to provide an electrode pad for connecting a measurement circuit.

【0033】得られた磁気抵抗効果膜は膜面垂直方向に
2MA/mの磁界を印加し、Tb20(Fe50Co 50)80膜の磁化を印
加磁界方向に向け着磁を行った。ただし、1cm角のTb
20(Fe50Co50)80膜の保磁力は0.6MA/mと大きな値を示
し、得られた磁気抵抗効果膜の保磁力も同程度の大きな
値を示すと予想される。
The obtained magnetoresistive film is perpendicular to the film surface.
Applying a magnetic field of 2 MA / m, Tb20(Fe50Co 50)80Mark the magnetization of the film
Magnetization was performed in the direction of the applied magnetic field. However, 1 cm square Tb
20(Fe50Co50)80The coercive force of the film shows a large value of 0.6 MA / m.
However, the coercive force of the obtained magnetoresistive film is as large as
Expected to show value.

【0034】磁気抵抗効果膜の上部電極122と下部電
極(Si基板100)に定電流電源を接続してGd20(Fe
60Co40)80膜とTb20(Fe50Co50)80膜の間のAl2O3膜113を
電子がトンネルするように一定電流を流す。磁気抵抗効
果膜の膜面に垂直方向に磁界を印加し、その大きさと方
向を変えることにより磁気抵抗効果膜の電圧の変化(磁
気抵抗曲線)を測定した。その結果を図3に示す。
A constant current power source was connected to the upper electrode 122 and the lower electrode (Si substrate 100) of the magnetoresistive film to make Gd 20 (Fe
A constant current is passed so that electrons tunnel through the Al 2 O 3 film 113 between the 60 Co 40 ) 80 film and the Tb 20 (Fe 50 Co 50 ) 80 film. A magnetic field was applied in a direction perpendicular to the surface of the magnetoresistive film, and the magnitude and direction of the magnetic field were changed to measure the change in the voltage of the magnetoresistive film (magnetoresistance curve). The result is shown in FIG.

【0035】(実施例−2)本実施例は、実施例−1のレ
ジスト寸法(加工寸法)を0.2μm×0.2μmとした以外
は実施例−1と同様とした。その磁気抵抗曲線の測定結
果を図4に、磁気抵抗効果膜の断面の模式図を図2に示
す。
(Example-2) This example was the same as Example-1 except that the resist size (processing size) of Example-1 was 0.2 μm × 0.2 μm. The measurement result of the magnetoresistive curve is shown in FIG. 4, and the schematic view of the cross section of the magnetoresistive film is shown in FIG.

【0036】(実施例−3)本実施例は、実施例−1のレ
ジスト形状を直径0.2μmの円形とした以外は実施例−1
と同様とした。その磁気抵抗曲線の測定結果を図5に、
磁気抵抗効果膜の断面の模式図を図2に示す。
(Embodiment 3) This embodiment is the same as Embodiment 1 except that the resist shape of Embodiment 1 is a circle having a diameter of 0.2 μm.
Same as. The measurement result of the magnetic resistance curve is shown in FIG.
A schematic view of a cross section of the magnetoresistive film is shown in FIG.

【0037】(実施例−4)Si基板(Siウエハ)上
にトランジスタや配線層等を形成した後に実施例−1〜
3で用いた膜構成の磁気抵抗効果膜を成膜し、さらにそ
れを3行3列の9つのメモリ素子に加工し、メモリセル
アレイを構成した。このようなメモリセルアレイを含む
このメモリの回路構成を図6に示す。このメモリでは、
情報の記録は、所望のメモリ素子に面内磁界と垂直磁界
を印加して行われる。ここで面内磁界は、ビット線に電
流を流して発生させる。
(Example-4) Examples-1 to 1 after forming transistors, wiring layers, etc. on a Si substrate (Si wafer)
A magnetoresistive film having the film structure used in 3 was formed and further processed into 9 memory elements in 3 rows and 3 columns to form a memory cell array. A circuit configuration of this memory including such a memory cell array is shown in FIG. In this memory,
Information recording is performed by applying an in-plane magnetic field and a vertical magnetic field to a desired memory element. Here, the in-plane magnetic field is generated by passing a current through the bit line.

【0038】情報の記録を行うための構成として、図6
に示すように、メモリセルアレイには9個のメモリ素子
(磁気抵抗効果膜)101〜109が3×3に配列して
おり、メモリ素子の各行を挟むように、列方向に伸びる
書き込み線311〜314が設けられている。これらの
書き込み線311〜314の図示上端は共通に接続し、
図示下端には、それぞれ、これら書き込み線311〜3
14を電源411に接続するためのトランジスタ211
〜214と、配線300に接続するためのトランジスタ
215〜218とが設けられている。
As a configuration for recording information, FIG.
As shown in FIG. 9, nine memory elements (magnetoresistive effect films) 101 to 109 are arranged in a 3 × 3 array in the memory cell array, and write lines 311 to 311 extending in the column direction sandwich each row of the memory elements. 314 is provided. The upper ends of the write lines 311 to 314 in the drawing are commonly connected,
These writing lines 311 to 311 are respectively provided at the lower ends of the drawings.
Transistor 211 for connecting 14 to the power supply 411
To 214 and transistors 215 to 218 for connecting to the wiring 300 are provided.

【0039】また、情報の読み出しを行うための構成と
して、各メモリ素子(磁気抵抗効果膜)101〜109
の一端には、それぞれ直列にそのメモリ素子を接地する
ためのトランジスタ231〜239が形成されている。
ビット線331〜333は行ごとに設けられており、ビ
ット線331〜333の図示右端には、それぞれ、固定
抵抗150を介してこれらビット線331〜333を電
源412に接続するためのトランジスタ240〜242
と、これらビット線331〜333を配線300に接続
するためのトランジスタ221〜223が設けられてい
る。ビット線331は磁気抵抗効果膜101〜103の
他端に接続し、ビット線332は磁気抵抗効果膜104
〜106の他端に接続し、ビット線333は磁気抵抗効
果膜107〜109の他端に接続する。ビット線331
〜333の図示左端は共通接続されるとともに、トラン
ジスタ251を介してこれらビット線の電位と基準電圧
Refとの差を増幅するセンスアンプ500に接続し、
またトランジスタ224を介して接地電位に接続してい
る。さらに、ワード線341〜343が列ごとに設けら
れており、ワード線341はトランジスタ231,23
4,237のゲートに接続し、ワード線342はトラン
ジスタ232,235,238のゲートに接続し、ワー
ド線343はトランジスタ233,236,239のゲ
ートに接続している。
As a structure for reading information, each memory element (magnetoresistive film) 101-109.
Transistors 231 to 239 for grounding the memory element are formed in series at one end of each.
Bit lines 331 to 333 are provided for each row, and transistors 240 to connect the bit lines 331 to 333 to a power supply 412 via fixed resistors 150 at the right ends of the bit lines 331 to 333, respectively. 242
And transistors 221 to 223 for connecting these bit lines 331 to 333 to the wiring 300. The bit line 331 is connected to the other ends of the magnetoresistive effect films 101 to 103, and the bit line 332 is connected to the magnetoresistive effect film 104.
To 106, and the bit line 333 is connected to the other ends of the magnetoresistive films 107 to 109. Bit line 331
The left ends of ˜333 in the figure are commonly connected, and are connected via a transistor 251 to a sense amplifier 500 for amplifying the difference between the potential of these bit lines and the reference voltage Ref.
Further, it is connected to the ground potential through the transistor 224. Further, word lines 341 to 343 are provided for each column, and the word line 341 is the transistors 231 and 23.
4, 237, the word line 342 is connected to the gates of the transistors 232, 235, 238, and the word line 343 is connected to the gates of the transistors 233, 236, 239.

【0040】選択したメモリ素子の磁性膜の磁化を選択
的に反転させる方法について説明する。例えば、磁気抵
抗効果膜105の磁化を選択的に反転させる場合、トラ
ンジスタ212,217,222,224を導通状態に
し、その他のトランジスタは遮断状態にしておく。この
ようにすると電流は、書き込み線312,313を流
れ、磁気抵抗効果膜105の膜面に対して垂直な方向に
磁界が印加される。さらに、ビット線332にも電流が
流れ、これによって発生する磁界は磁気抵抗効果膜10
5の膜面に対して面内方向に印加される。したがって磁
気抵抗効果膜105には膜面内方向の磁界と比較的大き
な膜面垂直方向の磁界とが印加されるので、磁気抵抗効
果膜105の磁化を反転することが可能である。その他
の磁気抵抗効果膜101〜104,106〜109につ
いては、磁気抵抗効果膜105に印加されるほどの磁界
は印加されないので、その磁化方向が反転しないように
することができる。結局、電流の大きさを適切に定める
ことによって、磁気抵抗効果膜105のみ磁化を反転さ
せることが可能となる。また、ここで述べたのとは上下
逆方向の磁界を磁気抵抗効果膜105に印加する場合
は、トランジスタ213,216,222,224を導
通状態にし、その他のトランジスタは遮断状態にしてお
く。このようにすると電流がビット線332を流れて磁
気抵抗効果膜105に対して膜面内方向に磁界が印加さ
れるとともに、書き込み線313,312を上述とは逆
の方向に電流が流れ、磁気抵抗効果膜105へは逆方向
の膜面垂直方向の磁界が印加される。したがって、磁気
抵抗効果膜105には二値の情報のうち上述とは異なる
ものが記録されることになる。
A method of selectively reversing the magnetization of the magnetic film of the selected memory element will be described. For example, when selectively reversing the magnetization of the magnetoresistive effect film 105, the transistors 212, 217, 222, and 224 are made conductive, and the other transistors are made in a cutoff state. By doing so, current flows through the write lines 312 and 313, and a magnetic field is applied in a direction perpendicular to the film surface of the magnetoresistive effect film 105. Further, a current also flows through the bit line 332, and the magnetic field generated by the current flows in the magnetoresistive film 10.
It is applied in the in-plane direction to the film surface of No. 5. Therefore, since a magnetic field in the in-plane direction and a relatively large magnetic field in the direction perpendicular to the film plane are applied to the magnetoresistive effect film 105, the magnetization of the magnetoresistive effect film 105 can be reversed. Since no magnetic field is applied to the other magnetoresistive effect films 101 to 104 and 106 to 109 as much as that applied to the magnetoresistive effect film 105, the magnetization direction can be prevented from being reversed. After all, it is possible to reverse the magnetization of only the magnetoresistive film 105 by appropriately setting the magnitude of the current. Further, when a magnetic field in the direction opposite to that described above is applied to the magnetoresistive effect film 105, the transistors 213, 216, 222, and 224 are turned on, and the other transistors are turned off. In this way, a current flows through the bit line 332 and a magnetic field is applied to the magnetoresistive effect film 105 in the in-plane direction, and at the same time, a current flows through the write lines 313 and 312 in the opposite direction to the direction described above. A magnetic field perpendicular to the film surface in the opposite direction is applied to the resistance effect film 105. Therefore, binary information different from the above is recorded on the magnetoresistive film 105.

【0041】次に読み出し時の動作を説明する。例え
ば、磁気抵抗効果膜105に記録された情報を読み出す
ものとする。この場合、トランジスタ235,241を
導通状態にする。すると電源412、固定抵抗150お
よび磁気抵抗効果膜105が直列に接続された回路とな
る。したがって、電源電圧は、固定抵抗150の抵抗値
と磁気抵抗効果膜105の抵抗値との割合でそれぞれの
抵抗に分圧される。電源電圧は固定されているので、磁
気抵抗効果膜の抵抗値が変化するとそれにしたがって、
磁気抵抗効果膜にかかる電圧は変化する。この電圧値を
センスアンプ500で読み出すことにより、磁気抵抗効
果膜105に記録されている情報を読み出すことができ
る。
Next, the read operation will be described. For example, it is assumed that the information recorded on the magnetoresistive film 105 is read. In this case, the transistors 235 and 241 are turned on. Then, the power source 412, the fixed resistor 150, and the magnetoresistive film 105 are connected in series. Therefore, the power supply voltage is divided into respective resistances at a ratio of the resistance value of the fixed resistance 150 and the resistance value of the magnetoresistive effect film 105. Since the power supply voltage is fixed, if the resistance value of the magnetoresistive film changes,
The voltage applied to the magnetoresistive film changes. By reading this voltage value with the sense amplifier 500, the information recorded in the magnetoresistive effect film 105 can be read.

【0042】図7は、このようなメモリ素子の1つ分の
周辺部分の立体構造を模式的に示している。ここでは、
図3、図4及び図5における磁気抵抗効果膜105の近
傍が示されている。例えば、p型Si基板161に2つ
のn型拡散領域162,163が形成されており、これ
らの間に絶縁層123を介してワード線(ゲート電極)
342が形成されている。コンタクトプラグ351を介
してn型拡散領域162に接地線356を接続し、コン
タクトプラグ352,353,354,357とローカ
ル配線358とを介してn型拡散領域163に磁気抵抗
効果膜105を接続する。磁気抵抗効果膜105は、さ
らに、コンタクトプラグ355を介してビット線332
に接続されている。磁気抵抗効果膜105の横には、磁
界を発生させるための書き込み線312,313が配さ
れている。
FIG. 7 schematically shows the three-dimensional structure of one peripheral portion of such a memory element. here,
The vicinity of the magnetoresistive effect film 105 in FIGS. 3, 4 and 5 is shown. For example, two n-type diffusion regions 162 and 163 are formed in a p-type Si substrate 161, and a word line (gate electrode) is interposed between these n-type diffusion regions 162 and 163.
342 is formed. The ground line 356 is connected to the n-type diffusion region 162 via the contact plug 351, and the magnetoresistive film 105 is connected to the n-type diffusion region 163 via the contact plugs 352, 353, 354, 357 and the local wiring 358. . The magnetoresistive film 105 is further provided with a bit line 332 via a contact plug 355.
It is connected to the. Write lines 312 and 313 for generating a magnetic field are arranged beside the magnetoresistive film 105.

【0043】(比較例)図2は比較例の磁気抵抗効果膜
の断面を模式的に示す。
(Comparative Example) FIG. 2 schematically shows a cross section of a magnetoresistive effect film of a comparative example.

【0044】基板としてSi基板100を用い、この上
に第1の磁性膜111として15nmの膜厚のNi65Fe15Co20
膜、非磁性膜(トンネル絶縁膜)113として1.3nmの
膜厚のAl2O3膜、第2の磁性膜112として15nmの膜厚
のFe60Co40膜、保護膜114として2nmのPt膜を順次形
成した。次に得られた多層膜の上部に0.8μm角のレジス
ト膜を形成し、ドライエッチングによってレジストに覆
われていない部分の磁気抵抗効果膜を除去した。エッチ
ング後、34nmの膜厚のAl2O3膜を成膜し、さらにレジス
トおよびその上部のAl2O3膜を除去し、上部電極とNi65F
e15Co20膜との間の電気絶縁を行うための絶縁膜121
を形成した。その後、リフトオフ法によって上部電極1
22をAl膜により作製し、上部電極に覆われていない部
分のAl2O 3膜を一部除去して測定回路を接続するための
電極パットとした。
A Si substrate 100 is used as a substrate, and
The first magnetic film 111 is made of Ni with a thickness of 15 nm.65Fe15Co20
Film, non-magnetic film (tunnel insulating film) 113 of 1.3 nm
Thickness of Al2O3Film, 15 nm thick as the second magnetic film 112
Fe60Co40A 2 nm Pt film is sequentially formed as the film and the protective film 114.
I made it. Next, a 0.8 μm square resist is placed on top of the resulting multilayer film.
Coating film and cover the resist by dry etching.
The part of the magnetoresistive film that was not exposed was removed. Etch
Al film with a thickness of 34 nm2O3Form a film, then register
And the upper Al2O3Remove the film and remove the upper electrode and Ni65F
e15Co20Insulating film 121 for electrically insulating the film
Was formed. After that, the upper electrode 1 is formed by the lift-off method.
22 is made of Al film and is not covered by the upper electrode
Minute Al2O 3For removing a part of the membrane and connecting the measurement circuit
The electrode pad was used.

【0045】このようにして得られた磁気抵抗効果膜に
対し、膜面面内方向に2MA/mの磁界を印加し、Fe60Co40
膜の磁化を印加磁界方向に向け着磁を行った。
A magnetic field of 2 MA / m was applied to the magnetoresistive effect film thus obtained in the in-plane direction of the film surface, and Fe 60 Co 40
The film was magnetized by directing the magnetization of the film in the direction of the applied magnetic field.

【0046】磁気抵抗効果膜の上部電極122と下部電
極(Si基板100)に定電流電源を接続してNi65Fe15
Co20膜とFe60Co40膜の間のAl2O3膜113を電子がトン
ネルするように一定電流を流す。磁気抵抗効果膜の膜面
に面内方向に磁界を印加し、その大きさと方向を変える
ことにより磁気抵抗効果膜の電圧の変化(磁気抵抗曲
線)を測定した。その結果を図13に示す。
A constant current power source was connected to the upper electrode 122 and the lower electrode (Si substrate 100) of the magnetoresistive film, and Ni 65 Fe 15 was used.
A constant current is passed so that electrons tunnel through the Al 2 O 3 film 113 between the Co 20 film and the Fe 60 Co 40 film. A magnetic field was applied to the surface of the magnetoresistive film in the in-plane direction, and the magnitude and direction of the magnetic field were changed to measure the change in the voltage of the magnetoresistive film (magnetoresistance curve). The result is shown in FIG.

【0047】[0047]

【発明の効果】上記の様に、本発明によるとサブミクロ
ンサイズ以下の大きさの小さな磁気抵抗効果膜を提供す
ることが可能で有り、さらに該磁気抵抗効果膜をメモリ
素子として用いることによって記録密度の高いメモリの
提供が可能である。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a small magnetoresistive effect film having a size of submicron size or less, and further recording by using the magnetoresistive effect film as a memory element. It is possible to provide a high-density memory.

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

【図1】0.2μm×0.2μmのサイズの本発明の磁気抵抗
効果膜の磁気抵抗曲線の測定結果である。
FIG. 1 is a measurement result of a magnetoresistive curve of a magnetoresistive film of the present invention having a size of 0.2 μm × 0.2 μm.

【図2】実施例−1、2、3および比較例に記載の磁気
抵抗効果膜の断面を模式的に示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross section of a magnetoresistive effect film described in Examples-1, 2, 3 and Comparative Example.

【図3】実施例−1に記載の本発明の磁気抵抗効果膜の
磁気抵抗曲線の測定結果である。
FIG. 3 is a measurement result of a magnetoresistive curve of the magnetoresistive film of the present invention described in Example-1.

【図4】実施例−2に記載の本発明の磁気抵抗効果膜の
磁気抵抗曲線の測定結果である。
FIG. 4 is a measurement result of a magnetoresistive curve of the magnetoresistive film of the present invention described in Example-2.

【図5】実施例−3に記載の本発明の磁気抵抗効果膜の
磁気抵抗曲線の測定結果である。
5 is a measurement result of a magnetoresistive curve of the magnetoresistive effect film of the present invention described in Example-3. FIG.

【図6】実施例−4のメモリの磁界印加用配線および検
出用配線の電気回路の概略図である。
FIG. 6 is a schematic diagram of an electric circuit of a magnetic field application wiring and a detection wiring of the memory of Example-4.

【図7】実施例−4のメモリの一部分の断面を示した模
式図である。
FIG. 7 is a schematic view showing a cross section of a part of the memory of Example-4.

【図8】(a)は磁気抵抗効果膜の磁化が平行な状態を
模式的に示す断面図、(b)は磁気抵抗効果膜の磁化が
反平行な状態を模式的に示す断面図である。
8A is a sectional view schematically showing a state where the magnetizations of the magnetoresistive effect film are parallel, and FIG. 8B is a sectional view schematically showing a state where the magnetizations of the magnetoresistive effect film are antiparallel. .

【図9】面内磁化膜を用いた従来の磁気抵抗効果膜にお
ける記録再生原理を説明するための図であって、(a)
および(c)は、記録情報「1」の読み出しを行う場合
の磁化の状態を模式的に示す断面図、(b)および
(d)は、記録情報「0」の読み出しを行う場合の磁化
の状態を模式的に示す断面図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining a recording / reproducing principle in a conventional magnetoresistive effect film using an in-plane magnetized film, FIG.
And (c) are cross-sectional views that schematically show the state of magnetization when reading recorded information “1”, and (b) and (d) show the magnetization state when reading recorded information “0”. It is sectional drawing which shows a state typically.

【図10】従来の磁気抵抗効果膜の磁気抵抗曲線の測定
結果である。
FIG. 10 is a measurement result of a magnetoresistive curve of a conventional magnetoresistive film.

【図11】従来の磁気抵抗効果膜の磁気抵抗曲線の測定
結果である。
FIG. 11 is a measurement result of a magnetoresistive curve of a conventional magnetoresistive film.

【図12】従来の磁気抵抗効果膜の磁気抵抗曲線の測定
結果である。
FIG. 12 is a measurement result of a magnetoresistive curve of a conventional magnetoresistive film.

【図13】比較例に記載の従来の磁気抵抗効果膜の磁気
抵抗曲線の測定結果である。
FIG. 13 is a measurement result of a magnetoresistive curve of a conventional magnetoresistive film described in Comparative Example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12 非磁性膜 13,14,111,112 磁性膜 100 Si基板 101〜109 磁気抵抗効果膜 113 非磁性膜(トンネル絶縁膜) 114 保護膜 121,123 絶縁膜 122 上部電極 150 固定抵抗 161 p型Si基板 162,163 n型拡散領域 211〜218,221〜224,231〜242,2
51 トランジスタ 311〜314 導線(書き込み線) 331〜333 ビット線 341〜343 ワード線(ゲート電極) 351〜355,357 コンタクトプラグ 356 接地線 358 ローカル配線 411,412 電源 500 センスアンプ
12 non-magnetic film 13, 14, 111, 112 magnetic film 100 Si substrate 101-109 magnetoresistive effect film 113 non-magnetic film (tunnel insulating film) 114 protective film 121, 123 insulating film 122 upper electrode 150 fixed resistance 161 p-type Si Substrates 162, 163 n-type diffusion regions 211-218, 221-224, 231-242, 2
51 transistors 311 to 314 conducting wires (writing lines) 331 to 333 bit lines 341 to 343 word lines (gate electrodes) 351 to 355, 357 contact plugs 356 ground lines 358 local wiring 411, 412 power supply 500 sense amplifier

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) H01F 10/16 H01F 10/16 10/30 10/30 10/32 10/32 H01L 27/105 H01L 27/10 447 Front page continuation (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01F 10/16 H01F 10/16 10/30 10/30 10/32 10/32 H01L 27/105 H01L 27/10 447

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 磁気抵抗効果膜の構成要素である磁性体
において、磁性体は垂直磁化を示し、磁気抵抗効果膜の
積層方向から磁性体を見た形状が、磁性体の幅に対する
長さの比が0.77以上1.30以下の範囲内で有り、かつ長さ
と幅がどちらも1μm未満であることを特徴とする磁気抵
抗効果膜。
1. In a magnetic body that is a constituent element of a magnetoresistive effect film, the magnetic body exhibits perpendicular magnetization, and the shape of the magnetic body seen from the stacking direction of the magnetoresistive effect film has a length relative to the width of the magnetic body. A magnetoresistive film having a ratio of 0.77 or more and 1.30 or less and a length and a width of less than 1 μm.
【請求項2】 前記形状が正方形であることを特徴とす
る請求項1に記載の磁気抵抗効果膜。
2. The magnetoresistive film according to claim 1, wherein the shape is a square.
【請求項3】 前記形状が円形であることを特徴とする
請求項1に記載の磁気抵抗効果膜。
3. The magnetoresistive film according to claim 1, wherein the shape is circular.
【請求項4】 前記磁性体が希土類金属、FeおよびCoを
主成分とするフェリ磁性体であることを特徴とする請求
項1から3のいずれか一に記載の磁気抵抗効果膜。
4. The magnetoresistive effect film according to claim 1, wherein the magnetic substance is a ferrimagnetic substance containing a rare earth metal, Fe and Co as main components.
【請求項5】 前記磁気抵抗効果膜が少なくとも第1の
磁性体、非磁性体および第2の磁性体が順に積層されて
なる複合体であり、前記非磁性体が導体であることを特
徴とする請求項1から4のいずれか一に記載の磁気抵抗
効果膜。
5. The magnetoresistive film is a composite body in which at least a first magnetic body, a non-magnetic body and a second magnetic body are sequentially stacked, and the non-magnetic body is a conductor. The magnetoresistive effect film according to any one of claims 1 to 4.
【請求項6】 前記磁気抵抗効果膜が少なくとも第1の
磁性体、非磁性体および第2の磁性体が順に積層されて
なる複合体であり、前記非磁性体が絶縁体であることを
特徴とする請求項1から4のいずれか一に記載の磁気抵
抗効果膜。
6. The magnetoresistive film is a composite body in which at least a first magnetic body, a non-magnetic body and a second magnetic body are sequentially laminated, and the non-magnetic body is an insulator. The magnetoresistive effect film according to any one of claims 1 to 4.
【請求項7】 磁気抵抗効果膜に膜面垂直方向に電流を
流した場合に、スピントンネル効果を示すことを特徴と
する請求項6に記載の磁気抵抗効果膜。
7. The magnetoresistive film according to claim 6, wherein the magnetoresistive film exhibits a spin tunnel effect when an electric current is applied to the magnetoresistive film in a direction perpendicular to the film surface.
【請求項8】 請求項1から7のいずれか一に記載の磁
気抵抗効果膜をメモリ素子とし、情報を記録する手段
と、記録された情報を読み出す手段を備えたメモリ。
8. A memory comprising the magnetoresistive effect film according to claim 1 as a memory element, and means for recording information, and means for reading the recorded information.
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