JP2003158312A - 磁気抵抗効果素子およびその製造方法並びに磁気メモリ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気抵抗効果型の記憶素子において、強磁性
体層の構造不均一性を解消することで、構造の不均一に
起因する保持力の増大を防ぎ、その記憶素子への書き込
み電流を減少させる。 【解決手段】 二つの強磁性体層２４，２６の間に非磁
性体層２５を挟んだ多層膜構造を有し、一方の強磁性体
層２４の磁化方向の変化を利用して情報記録を行う磁気
抵抗効果素子において、前記強磁性体層２４，２６のう
ちの少なくとも一方を、例えばアモルファスに代表され
るように、明瞭な結晶粒界のないシングルグレイン構造
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外部から加える磁
界によって抵抗値が変化するという、いわゆるＭＲ（Ma
gnetoResistive）効果を発生する磁気抵抗効果素子およ
びその製造方法、並びにその磁気抵抗効果素子を用いて
情報を記憶するメモリデバイスとして構成された磁気メ
モリ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報通信機器、特に携帯端末装置
等の個人用小型機器の飛躍的な普及に伴い、これを構成
するメモリやロジックといったデバイスには、高集積
化、高速化、低電力化等、より一層の高性能化が要請さ
れている。特に、不揮発性メモリの高密度・大容量化
は、可動部分（例えばヘッドシーク機構やディスク回転
機構）の存在により本質的に小型化が困難なハードディ
スク装置や光ディスク装置を置き換える相補的な技術と
して、益々重要になりつつある。

【０００３】不揮発性メモリとしては、半導体を用いた
フラッシュメモリや、強誘電体を用いたＦｅＲＡＭ（Fe
rro electric Random Access Memory）等が広く知られ
ている。ところが、フラッシュメモリは、情報の書き込
み速度がμ秒のオーダーであり、ＤＲＡＭ（Dynamic Ra
ndom Access Memory）やＳＲＡＭ（Static Random Acce
ss Memory）等の揮発性メモリに比べて遅いという欠点
がある。また、ＦｅＲＡＭにおいては、書き換え可能回
数が少ないという問題が指摘されている。

【０００４】そこで、これらの欠点を有さない不揮発性
メモリとして注目されているのが、例えば「Wang et a
l.,IEEE Trans.Magn.33（1997）,4498」に記載されてい
るような、ＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memor
y）と呼ばれる磁気メモリ装置である。ＭＲＡＭは、巨
大磁気抵抗効果（Giant Magnetoresistive；ＧＭＲ）型
またはトンネル磁気抵抗効果（Tunnel Magnetoresistiv
e；ＴＭＲ）型の記憶素子を用いて情報記録を行うもの
で、特に近年のＴＭＲ材料の特性向上により注目を集め
るようになってきている。

【０００５】詳しくは、ＭＲＡＭでは、マトリクス状に
配列された磁気抵抗効果型の記憶素子を有するととも
に、その素子群のうちの特定素子に情報を記録するため
に素子群を縦横に横切るワード書き込み線とビット書き
込み線とを有しており、その交差領域に位置する素子の
みにアステロイド特性を利用して選択的に情報の書き込
みを行うように構成されている（例えば、特開平１０−
１１６４９０公報参照）。一方、記憶素子からの情報の
読み出しは、トランジスタ等の素子を用いて記憶素子の
選択を行い、ＭＲ効果を通じてその記憶素子における磁
性体の磁化方向を電圧信号として取り出すことによって
行う。記憶素子の膜構成としては、例えば強磁性体／絶
縁体／強磁性体からなる三層構造、すなわち強磁性トン
ネル接合（Magnetic Tunnel Junction；ＭＴＪ）と呼ば
れる構造が提案されている。したがって、片方の強磁性
体の磁化の向きを固定参照層、他方を記憶層として用い
ることによって、トンネルＭＲ効果を通じて記憶層にお
ける磁化方向が電圧信号と対応するようになるので、上
述したような電圧信号としての取り出しが実現可能とな
るのである。

【０００６】このような構成のＭＲＡＭは、不揮発性で
あり、非破壊読み出しおよびランダムアクセスが可能で
あるという点の他に、以下に述べるような特徴を有す
る。すなわち、構造が単純であるため高集積化が容易で
あり、また磁気抵抗効果型記憶素子における磁気モーメ
ントの回転により情報記録を行うために書き換え可能回
数が大である（例えば、１０¹⁶回以上）。さらには、ア
クセス時間についても非常に高速であることが予想さ
れ、既にナノ秒台で動作可能であることが確認されてい
る（例えば、５ｎｓ以下）。また、ＭＯＳ（Metal Oxid
e Semiconductor）作製後に配線工程のみで形成される
ため、プロセス整合性がよい。特に、書き換え可能回
数、ランダムアクセス、高速動作の３点においてフラッ
シュメモリよりも優れ、またプロセス整合性の点でＦｅ
ＲＡＭに勝る。さらには、ＤＲＡＭ並みの高集積度とＳ
ＲＡＭ並みの高速性を両立できると期待されるため、メ
モリ装置の主流となり得る可能性を秘めている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＭＲＡＭに
おいては、ワード書き込み線およびビット書き込み線に
流れる書き込み電流によって生じる合成電流磁界を情報
記録に使用するわけであるが、微細化（高密度化）の実
現、消費電力の削減、発熱の問題等を考慮すると、その
書き込み電流を極力低下させることが非常に重要とな
る。書き込み電流を低下させるためには、記憶素子の保
磁力、さらに詳しくは記憶層として用いられる強磁性体
層の保持力を小さくすることが有効である。

【０００８】しかしながら、従来、強磁性体層としては
Ｃｏ（コバルト）、Ｆｅ（鉄）、Ｎｉ（ニッケル）また
はこれらを含む合金（例えばパーマロイ）からなるもの
が一般的であるが、このような磁性材料からなる強磁性
体層では、その強磁性体層が微細な結晶粒および結晶粒
界からなる多結晶構造を有するため、構造の不均一に起
因する保持力の増大を招くおそれがある。これは、多結
晶構造ゆえに各結晶が明瞭な結晶粒界によって区切られ
ることとなり、一つ一つの結晶における特性のバラツキ
や欠陥または介在物の存在等といった構造不均一性が、
強磁性体層全体の特性に大きな影響を与えるからであ
る。すなわち、各結晶における保持力の不均一性が強磁
性体層全体の保持力にも悪影響を及ぼし、結果として保
持力を小さくすることが困難になってしまうのである。

【０００９】そこで、本発明は、強磁性体層の構造不均
一性を解消することで、構造の不均一に起因する保持力
の増大を防いで書き込み電流を減少させることのでき
る、磁気抵抗効果素子およびその製造方法並びに磁気メ
モリ装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために案出されたもので、二つの強磁性体層の間
に非磁性体層を挟んだ多層膜構造の磁気抵抗効果素子に
おいて、前記強磁性体層のうちの少なくとも一方は、明
瞭な結晶粒界のないシングルグレイン構造を有したもの
であることを特徴とする。

【００１１】上記構成の磁気抵抗効果素子によれば、強
磁性体層がシングルグレイン（single grain）構造を有
している。ここで、シングルグレイン構造としては、例
えば、全体が一つの結晶であるがゆえに明瞭な結晶粒界
（grain boundary）のない単結晶（single crystal）構
造や、非晶質（non-crystalline）であるがゆえに明瞭
な結晶粒界のないアモルファス（amorphous）構造が挙
げられる。このようなシングルグレイン構造であれば、
各結晶が明瞭な結晶粒界によって区切られる多結晶（po
lycrystal）構造の場合とは異なり、強磁性体層全体に
わたって構造の均一性を確保し得るようになり、その強
磁性体層における保持力の低減を図れるようになる。

【００１２】また、本発明の製造方法は、二つの強磁性
体層の間に非磁性体層を挟んだ多層膜構造の磁気抵抗効
果素子の製造方法において、前記強磁性体層のうちの少
なくとも一方を成膜するのにあたり被成膜物である基板
の温度を所定温度に調整する温度管理工程を含むか、あ
るいは前記強磁性体層のうちの少なくとも一方を、強磁
性材料に異種元素を所定の割合で添加した材料によって
成膜する成膜工程を含むことを特徴とする。

【００１３】上記手順の磁気抵抗効果素子の製造方法に
おいて、温度管理工程を含む場合には、基板温度を所定
温度（例えば常温）に調整することで、強磁性体層の成
膜時における結晶化が抑止されるので、その成膜後の強
磁性体層が明瞭な結晶粒界のないシングルグレイン構造
を有するようになる。成膜工程を含む場合には、異種元
素の添加によって強磁性材料の結晶化が抑止されるの
で、成膜後の強磁性体層が明瞭な結晶粒界のないシング
ルグレイン構造を有するようになる。したがって、かか
る製造方法を用いて製造した磁気抵抗効果素子によれ
ば、強磁性体層全体にわたって構造の均一性を確保し得
るようになり、その強磁性体層における保持力の低減を
図れるようになる。

【００１４】また、本発明は、上記目的を達成するため
に案出されたもので、二つの強磁性体層の間に非磁性体
層を挟んだ多層膜構造の磁気抵抗効果素子を具備し、前
記強磁性体層の磁化方向の変化を利用して情報記録を行
うように構成された磁気メモリ装置において、前記強磁
性体層のうちの少なくとも一方は、明瞭な結晶粒界のな
いシングルグレイン構造を有したものであることを特徴
とする。

【００１５】上記構成の磁気メモリ装置によれば、情報
記録を行うための磁気抵抗効果素子における強磁性体層
がシングルグレイン構造を有していることから、強磁性
体層全体にわたって構造の均一性を確保でき、その強磁
性体層における保持力の低減を図れるので、その強磁性
体層に対して情報記録を行う際の書き込み電流も低下さ
せ得るようになる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明に係る
磁気抵抗効果素子およびその製造方法並びに磁気メモリ
装置について説明する。ここでは、磁気抵抗効果素子と
してＴＭＲ型スピンバルブ素子（以下、単に「ＴＭＲ素
子」という）を、また磁気メモリ装置としてＴＭＲ素子
を具備したＭＲＡＭを、それぞれ例に挙げて説明する。

【００１７】〔磁気メモリ装置の概要〕先ず、はじめ
に、本発明に係る磁気メモリ装置全体の概略構成につい
て説明する。図１は、ＭＲＡＭの基本的な構成例を示す
模式図である。ＭＲＡＭは、マトリクス状に配された複
数のＴＭＲ素子１を備えている。さらに、これらのＴＭ
Ｒ素子１が配された行および列のそれぞれに対応するよ
うに、相互に交差するワード書き込み線２およびビット
書き込み線３が、各ＴＭＲ素子１群を縦横に横切るよう
に設けられている。そして、各ＴＭＲ素子１は、ワード
書き込み線２とビット書き込み線３とに上下から挟まれ
た状態で、かつ、これらの交差領域に位置するように、
それぞれが配置されている。なお、ワード書き込み線２
およびビット書き込み線３は、Ａｌ（アルミニウム）、
Ｃｕ（銅）またはこれらの合金等の導電性物質を、化学
的または物理的に堆積した後に選択的にエッチングす
る、といった周知の手法を用いて形成されるものとす
る。

【００１８】図２は、ＭＲＡＭを構成する単一のＴＭＲ
素子部分の断面構成の一例を示す模式図である。それぞ
れのＴＭＲ素子部分では、半導体基板４上に、ゲート電
極５、ソース領域６およびドレイン領域７からなる電界
効果トランジスタが配設され、さらにその上方に、ワー
ド書き込み線２、ＴＭＲ素子１およびビット書き込み線
３が順に配設されている。このことからも明らかなよう
に、ＴＭＲ素子１は、ワード書き込み線２とビット書き
込み線３との交差点において、これらの書き込み線２，
３に上下から挟まれるように配されている。

【００１９】このような構成により、ＭＲＡＭでは、Ｔ
ＭＲ素子１の情報記憶層に対して、ワード書き込み線２
およびビット書き込み線３の両方に電流を流すことによ
って合成電流磁界を発生させ、その合成電流磁界を用い
て情報記憶層の磁化方向を変化させることにより、情報
の書き込みを行う。また、ＴＭＲ素子１からの情報の読
み出しは、電界効果トランジスタを用いてＴＭＲ素子１
の選択を行い、そのＴＭＲ素子１における情報記憶層の
磁化方向を電圧信号として取り出すことによって行う。

【００２０】〔磁気抵抗効果素子の構成〕続いて、この
ようなＭＲＡＭに用いられるＴＭＲ素子１自体の構成に
ついて説明する。ＴＭＲ素子１は、ＭＴＪ構造の膜構成
を有する。図３は、ＭＴＪ構造の基本的な構成例を示す
模式図である。ＭＴＪ構造は、強磁性体／絶縁体／強磁
性体からなる三層構造からなり、片方の強磁性体層の磁
化の向きを固定参照層（ピンド層）１１、他方を記憶層
（フリー層）１２として用いる。そして、書き込み線
２，３が発生する合成電流磁界によって、その記憶層１
２の磁化方向を変化させることで、情報の書き込み（記
録）を行うとともに、トンネルＭＲ効果を通じてその記
憶層１２における磁化方向と電圧信号を対応させてい
る。これら二つの強磁性体層、すなわち固定参照層１１
および記憶層１２の間に挟まれた絶縁体層は、トンネル
障壁層１３としての機能を有する。なお、下地層１４や
保護層１５といった、その他の層は、一般には磁性を持
たない材料からなる。

【００２１】図４は、ＭＴＪ構造のＴＭＲ素子をさらに
具体的に説明するための模式図である。ＴＭＲ素子１と
しては、例えば、被成膜物である基板２１上に、下地層
１４となるＴａ（タンタル）膜２２と、反強磁性層とな
るＰｔＭｎ（白金マンガン）膜２３と、固定層となるＣ
ｏＦｅ（コバルト鉄）およびＲｕ（ルテニウム）の積層
フェリ構造を有するＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ膜２４
と、トンネル障壁層１３となるＡｌ−Ｏｘ（酸化アルミ
ニウム）膜２５と、記憶層１２となるＣｏＦｅＢ（コバ
ルト鉄ホウ素）膜２６と、保護層１５となるＴａ膜２７
とが、順に積層されてなる多層膜構造のものがある。な
お、このうち、ＰｔＭｎ膜２３とＣｏＦｅ／Ｒｕ／Ｃｏ
Ｆｅ膜２４は、互いに積層されて固定参照層１１となる
ものである。

【００２２】ところで、ここで説明するＴＭＲ素子１
は、記憶層１２であるＣｏＦｅＢ膜２６の構造に大きな
特徴がある。具体的には、一般的な強磁性体であるＣｏ
およびＦｅといった磁性材料に、これらの磁性材料とは
異なる種類の元素であるＢ（ホウ素）を添加したものか
らなり、これにより明瞭な結晶粒界のないシングルグレ
イン構造を有したものとなっている。

【００２３】ここで、このシングルグレイン構造につい
て詳しく説明する。ここでいうシングルグレイン構造と
は、文字通り単一のグレイン（結晶構造）からなるもの
をいい、広義には多層膜構造のものが各結晶粒の間に有
するような明瞭な結晶粒界が存在しないものを指す。し
たがって、シングルグレイン構造には、全体が一つの結
晶であるがゆえに明瞭な結晶粒界のない単結晶構造や、
非晶質であるがゆえに明瞭な結晶粒界のないアモルファ
ス構造等も含まれる。

【００２４】上述したＣｏＦｅＢ膜２６においては、シ
ングルグレイン構造が非晶質のアモルファス構造によっ
て実現されている。すなわち、ＣｏＦｅＢ膜２６を構成
する材料の原子が不規則（ランダム）な空間的配置をし
た状態にあり、これにより明瞭な結晶粒界のない構造と
なっている。そのため、ＣｏＦｅＢ膜２６では、各結晶
が明瞭な結晶粒界によって区切られる多結晶構造の場合
とは異なり、そのＣｏＦｅＢ膜２６全体にわたって構造
の均一性を確保し得るようになる。つまり、構造不均一
性が膜全体の保持力に悪影響を及ぼしてしまうことがな
いので、多結晶構造の場合に比べると、ＣｏＦｅＢ膜２
６における保持力の低減を図れるようになる。

【００２５】〔磁気抵抗効果素子の製造方法〕次に、以
上のような構成のＴＭＲ素子１の製造方法について説明
する。

【００２６】先ず、ＴＭＲ素子１の製造方法の第一例に
ついて説明する。第一例では、例えば背圧を超高真空領
域にまで排気したマグネトロンスパッタ装置を用いて、
表面を熱酸化したＳｉ（ケイ素）基板２１上に、Ｔａ膜
２２、ＰｔＭｎ膜２３、ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ膜２
４、Ａｌ膜を順に積層する。そして、Ａｌ膜を純酸素中
でプラズマ酸化させ、均一なＡｌ−Ｏｘ膜２５を得る。
このときのＡｌの厚さは１ｎｍとすることが考えられ
る。その後、再び例えばマグネトロンスパッタ装置を用
いて、ＣｏＦｅＢ膜２６、Ｔａ膜２７を順に成膜する。
最後に、ＰｔＭｎ膜２３の規則合金化のための熱処理
を、磁界中、例えば２８０℃で1時間行う。

【００２７】このとき、記憶層１２であるＣｏＦｅＢ膜
２６の設計組成は、（Ｃｏ９０Ｆｅ１０）９５Ｂ５（原
子％）とすることが考えられる。ただし、そのＣｏＦｅ
Ｂ膜２６を成膜するのにあたっては、被成膜物であるＳ
ｉ基板２１の温度を所定温度に調整する。具体的には、
成膜時におけるＳｉ基板２１の温度が、例えば３０℃程
度となるように冷却する。このように、ＣｏＦｅＢ膜２
６の成膜時におけるＳｉ基板２１の温度を管理した場合
には、通常は例えば２００℃程度といった高温まで上昇
する温度を、例えば３０℃といった常温程度まで冷却す
ることで、そのＣｏＦｅＢ膜２６の結晶化が抑止される
ことになる。

【００２８】したがって、上述したような温度管理工程
を含んで成膜されたＣｏＦｅＢ膜２６は、明瞭な結晶粒
界のないアモルファス構造を有するようになる。このこ
とは、成膜後のＣｏＦｅＢ膜２６を透過型電子顕微鏡
（ＴＥＭ）で観察することによっても確認されている。
これに対して、（Ｃｏ９０Ｆｅ１０）９５Ｂ５（原子
％）のＣｏＦｅＢ膜を、その成膜時の基板温度を例えば
２００℃程度とした場合、すなわち温度条件のみが異な
る場合には、そのＣｏＦｅＢ膜が微細な結晶粒および結
晶粒界からなっていることがＴＥＭ観察の結果から確認
されている。

【００２９】続いて、ＴＭＲ素子１の製造方法の第二例
について説明する。第二例においても、第一例の場合と
同様に、例えばマグネトロンスパッタ装置を用いて、Ｓ
ｉ基板２１上に、Ｔａ膜２２、ＰｔＭｎ膜２３、ＣｏＦ
ｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ膜２４、Ａｌ膜を順に積層し、その
Ａｌ膜を純酸素中でプラズマ酸化させ、均一なＡｌ−Ｏ
ｘ膜２５を得る。そして、再び例えばマグネトロンスパ
ッタ装置を用いて、ＣｏＦｅＢ膜２６、Ｔａ膜２７を順
に成膜し、最後にＰｔＭｎ膜２３の規則合金化のための
熱処理を行う。

【００３０】ただし、第二例では、第一例の場合とは異
なり、ＣｏＦｅＢ膜２６の組成を（Ｃｏ９０Ｆｅ１０）
８０Ｂ２０（原子％）とする。すなわち、ＣｏＦｅＢ膜
２６の成膜時におけるＳｉ基板２１の温度管理は行わな
いが、そのＣｏＦｅＢ膜２６を、ＣｏやＦｅといった強
磁性材料とは異種元素であるＢを所定の割合で添加した
材料によって成膜する。所定の割合としては、強磁性と
しての性質を損なうことなく、後述するようにＣｏおよ
びＦｅの結晶化を抑止し得る割合、具体的には原子％で
２０％程度の割合が考えられる。このように、ＣｏＦｅ
Ｂ膜２６の成膜時に異種元素であるＢを添加する割合を
管理した場合には、その異種元素であるＢの割合を強磁
性としての性質を損なわない程度まで増やすことで、Ｃ
ｏおよびＦｅの結晶化が抑止されることになる。

【００３１】したがって、上述したような異種元素の添
加割合を管理する成膜工程を含んで成膜されたＣｏＦｅ
Ｂ膜２６は、第一例のような温度管理工程を含まなくて
も、明瞭な結晶粒界のないアモルファス構造を有するよ
うになる。このことは、成膜後のＣｏＦｅＢ膜２６を透
過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察することによっても確
認されている。

【００３２】〔磁気抵抗効果素子の特性〕次に、以上の
ような製造方法により製造されたＴＭＲ素子１、すなわ
ちＣｏＦｅＢ膜２６がアモルファス構造を有するＴＭＲ
素子１の特性について説明する。ここでは、上述した第
一例、第二例によって得られる各ＴＭＲ素子１の特性に
ついて、その比較例となるＴＭＲ素子の特性と併せて説
明する。なお、比較例としては、（Ｃｏ９０Ｆｅ１０）
９５Ｂ５（原子％）のＣｏＦｅＢ膜を、温度管理工程を
含まずに成膜した場合を例に挙げる。

【００３３】上述した第一例、第二例によって得られる
各ＴＭＲ素子１と、その比較例のＴＭＲ素子とについ
て、これらの保磁力および磁気抵抗変化率（いわゆるＴ
ＭＲ比）を磁気抵抗−外部磁界曲線から求めたところ、
第一例によるものは３４Ｏｅ、４５％、第二例によるも
のは３０Ｏｅ、４５％であるのに対し、比較例によるも
のは４４Ｏｅ、３９％であることがわかった。

【００３４】このことは、記憶層１２であるＣｏＦｅＢ
膜２６をアモルファス構造とすることによって、ＴＭＲ
素子１におけるＴＭＲ比を高く維持しつつ、ＣｏＦｅＢ
膜２６の保磁力を大きく低減できることを意味してい
る。これは、ＣｏＦｅＢ膜２６がアモルファス構造であ
るがゆえに、多結晶構造のように明瞭な結晶粒界によっ
て区切られることがなく、一つ一つの結晶における特性
のバラツキや欠陥または介在物の存在等といった構造不
均一性が生じないため、その構造不均一性がＣｏＦｅＢ
膜２６全体の特性に悪影響を与えるのを防止できると考
えられるからである。つまり、各結晶における保持力の
不均一性がＣｏＦｅＢ膜２６全体の保持力に悪影響を及
ぼすことがないため、結果としてそのＣｏＦｅＢ膜２６
の保持力を小さくするができるのである。

【００３５】このように、本実施形態で説明したＴＭＲ
素子１は、記憶層１２であるＣｏＦｅＢ膜２６がアモル
ファス構造であるため、そのＣｏＦｅＢ膜２６における
保持力の低減が図れ、これに伴い磁化方向の反転も容易
化する。したがって、かかるＴＭＲ素子１を用いたＭＲ
ＡＭにおいては、ワード書き込み線２およびビット書き
込み線３に流す書き込み電流を低下させることが可能と
なり、微細化（高密度化）の実現、消費電力の削減、発
熱の問題等の点で非常に好適なものとなる。

【００３６】なお、本実施形態では、記憶層１２である
ＣｏＦｅＢ膜２６がアモルファス構造である場合を例に
挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものでは
ない。すなわち、明瞭な結晶粒界のないシングルグレイ
ン構造であれば、例えばこれを単結晶構造によって実現
した場合であっても、アモルファス構造の場合と全く同
様に保持力の低減が図れるようになる。

【００３７】ただし、本実施形態で説明したように、ア
モルファス構造によってシングルグレイン構造を実現し
た場合には、例えば成膜時の温度管理工程または異種元
素の添加割合を管理する成膜工程を含むだけでアモルフ
ァス構造が得られるため、そのシングルグレイン構造の
実現が非常に容易かつ確実なものとなる。

【００３８】また、本実施形態では、記憶層１２である
ＣｏＦｅＢ膜２６のみをシングルグレイン構造とした場
合を例に挙げて説明したが、強磁性体からなる固定参照
層１１についても記憶層１２と同様にシングルグレイン
構造としてもよく、その場合であっても記憶層１２にお
ける保持力の低減が図れるようになる。また、固定参照
層１１のみをシングルグレイン構造とした場合について
は、直接的な記憶層１２の保持力低減の効果は期待でき
ないが、固定参照層１１の構造不均一性から生じる悪影
響の解消を通じて、記憶層１２の保持力低減を実現可能
にすることも考えられる。したがって、シングルグレイ
ン構造は、強磁性体からなる記憶層１２および固定参照
層１１の少なくとも一方に適用されていればよい。

【００３９】また、本実施形態では、記憶層１２がＣｏ
およびＦｅからなる磁性材料に異種元素のＢを添加した
ＣｏＦｅＢ膜２６である場合を例に挙げて説明したが、
記憶層１２（または固定参照層１１）の組成はこれに限
定されることはなく、Ｃｏ、ＦｅおよびＮｉのうちの少
なくとも一つを含む磁性材料に、例えばＳｉ、Ｐ（リ
ン）、Ａｌ、Ｃ（炭素）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｔａ、
Ｎ（窒素）、Ｃｕ、Ｎｂ（ニオブ）等といった一つ以上
の異種元素を添加したものであっても構わない。

【００４０】さらには、ＴＭＲ素子１の膜構成も例示し
たものには限られない。例えば、記憶層１２よりも固定
参照層１１のほうが先に（下方に）積層される、いわゆ
るボトム型のＴＭＲ素子１ではなく、記憶層が固定参照
層よりも先に（下方に）積層される、いわゆるトップ型
のＴＭＲ素子についても全く同様である。また、ＴＭＲ
素子のみならず、記憶層と固定参照層との間の非磁性体
層がＣｕ等で構成されたＧＭＲ型のものであっても構わ
ないことは勿論である。

【００４１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明は、磁気
抵抗効果素子における強磁性体層を明瞭な結晶粒界のな
いシングルグレイン構造とすることにより、その強磁性
体層の構造不均一性を解消する。したがって、構造の不
均一性に起因する保磁力の増大を防ぐことができ、その
磁気抵抗効果素子を用いて磁気メモリ装置を構成した際
の書き込み電流を減少させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＭＲＡＭの基本的な構成例を示す模式図であ
る。

【図２】ＭＲＡＭを構成する単一のＴＭＲ素子部分の断
面構成の一例を示す模式図である。

【図３】ＭＴＪ構造の基本的な構成例を示す模式図であ
る。

【図４】ＭＴＪ構造のＴＭＲ素子をさらに具体的に説明
するための模式図である。

【符号の説明】

１…ＴＭＲ素子、１１…固定参照層、１２…記憶層、１
３…トンネル障壁層、１４…下地層、１５…保護層、２
１…基板、２２…Ｔａ膜、２３…ＰｔＭｎ膜、２４…Ｃ
ｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ膜、２５…Ａｌ−Ｏｘ膜、２６
…ＣｏＦｅＢ膜、２７…Ｔａ膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水口 徹也 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 細見 政功 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 大場 和博 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 2G017 AD55 AD63 AD65 5F083 FZ10

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二つの強磁性体層の間に非磁性体層を挟
   んだ多層膜構造の磁気抵抗効果素子において、 前記強磁性体層のうちの少なくとも一方は、明瞭な結晶
   粒界のないシングルグレイン構造を有したものであるこ
   とを特徴とする磁気抵抗効果素子。
2. 【請求項２】 前記シングルグレイン構造は、非晶質の
   アモルファス構造であることを特徴とする請求項１記載
   の磁気抵抗効果素子。
3. 【請求項３】 前記アモルファス構造を有する強磁性体
   層は、コバルト、鉄およびニッケルのうちの少なくとも
   一つを含む磁性材料に、一つ以上の異種元素を添加した
   ものからなることを特徴とする請求項２記載の磁気抵抗
   効果素子。
4. 【請求項４】 二つの強磁性体層の間に非磁性体層を挟
   んだ多層膜構造の磁気抵抗効果素子の製造方法におい
   て、 前記強磁性体層のうちの少なくとも一方を成膜するのに
   あたり被成膜物である基板の温度を所定温度に調整する
   温度管理工程を含むことを特徴とする磁気抵抗効果素子
   の製造方法。
5. 【請求項５】 二つの強磁性体層の間に非磁性体層を挟
   んだ多層膜構造の磁気抵抗効果素子の製造方法におい
   て、 前記強磁性体層のうちの少なくとも一方を、強磁性材料
   に異種元素を所定の割合で添加した材料によって成膜す
   る成膜工程を含むことを特徴とする磁気抵抗効果素子の
   製造方法。
6. 【請求項６】 二つの強磁性体層の間に非磁性体層を挟
   んだ多層膜構造の磁気抵抗効果素子を具備し、前記強磁
   性体層の磁化方向の変化を利用して情報記録を行うよう
   に構成された磁気メモリ装置において、 前記強磁性体層のうちの少なくとも一方は、明瞭な結晶
   粒界のないシングルグレイン構造を有したものであるこ
   とを特徴とする磁気メモリ装置。
7. 【請求項７】 前記シングルグレイン構造は、非晶質の
   アモルファス構造であることを特徴とする請求項６記載
   の磁気メモリ装置。
8. 【請求項８】 前記アモルファス構造を有する強磁性体
   層は、コバルト、鉄およびニッケルのうちの少なくとも
   一つを含む磁性材料に、一つ以上の異種元素を添加した
   ものからなることを特徴とする請求項７記載の磁気メモ
   リ装置。