JP2003273420A - Tunnel magneto-resistance effect element and method of manufacturing the same, and magnetic memory device - Google Patents
Tunnel magneto-resistance effect element and method of manufacturing the same, and magnetic memory deviceInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、強磁性トンネル接
合を有するトンネル磁気抵抗効果素子、磁気メモリ装置
及びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tunnel magnetoresistive effect element having a ferromagnetic tunnel junction, a magnetic memory device, and a manufacturing method thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】情報通信機器、特に携帯端末等の個人用
小型機器の飛躍的な普及に伴い、これを構成するメモリ
やロジック等の素子には、高集積化、高速化、低電力化
等、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、可動部分の存在により本質
的に小型化が不可能なハードディスクや光ディスクを置
き換える技術として、ますます重要度が増している。2. Description of the Related Art With the dramatic spread of information communication equipment, especially small personal equipment such as portable terminals, the elements such as memory and logic constituting them have high integration, high speed, low power consumption, etc. However, higher performance is required. In particular, increasing the density and capacity of non-volatile memory is becoming increasingly important as a technology for replacing hard disks and optical disks, which are essentially impossible to miniaturize due to the presence of moving parts.
【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FRAM(Ferr
o electric Random Access Memory)等が挙げられる。
しかしながら、フラッシュメモリは、書き込み速度がμ
秒オーダーと遅いという欠点がある。一方、FRAM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。The nonvolatile memory includes a flash memory using a semiconductor and an FRAM (Ferr) using a ferroelectric.
o electric Random Access Memory).
However, flash memory has a write speed of μ
It has the drawback of being slow on the order of seconds. On the other hand, it has been pointed out that the FRAM has a small number of rewritable times.
【0004】これらの欠点がない不揮発性メモリとして
注目されているのが、例えば「Wanget al., IEEE Trans
Magn. 33 (1997), 4498」に記載されているような、M
RAM(Magnetic Random Access Memory)とよばれる
磁気メモリ装置である。このMRAMは、構造が単純で
あるため高集積化が容易であり、また磁気モーメントの
回転により記憶を行うために書き換え可能回数が大であ
る。また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。A non-volatile memory that does not have these drawbacks is drawing attention as, for example, “Wang et al., IEEE Trans.
Magn. 33 (1997), 4498 ”.
It is a magnetic memory device called a RAM (Magnetic Random Access Memory). Since this MRAM has a simple structure, it can be easily highly integrated, and since it is stored by rotation of a magnetic moment, it can be rewritten a large number of times. The access time is also expected to be extremely high, and it has already been confirmed that it can operate in the nanosecond range.
【0005】このMRAMに用いられる磁気抵抗効果素
子、特にトンネル磁気抵抗効果(Tunnel Magnetoresist
ance :TMR)素子は基本的に強磁性層/トンネルバリア
層/強磁性層の強磁性トンネル接合で構成される。この
素子では、強磁性層間に一定の電流を流した状態で強磁
性層間に外部磁場を印加した場合、両磁性層の磁化の相
対角度に応じて磁気抵抗効果が現れる。双方の強磁性層
の磁化の向きが反平行の場合は抵抗値が最大となり、平
行の場合は抵抗値が最小となる。メモリ素子としての機
能は外部磁場により反平行と平行の状態を作り出すこと
によってもたらされる。A magnetoresistive effect element used in this MRAM, especially a tunnel magnetoresistive effect (Tunnel Magnetoresist)
An ance: TMR) element is basically composed of a ferromagnetic tunnel junction of ferromagnetic layer / tunnel barrier layer / ferromagnetic layer. In this element, when an external magnetic field is applied between the ferromagnetic layers while a constant current is applied between the ferromagnetic layers, a magnetoresistive effect appears according to the relative angle of magnetization of both magnetic layers. When the magnetization directions of both ferromagnetic layers are antiparallel, the resistance value becomes maximum, and when they are parallel, the resistance value becomes minimum. The function as a memory element is provided by creating an antiparallel state and a parallel state by an external magnetic field.
【0006】この抵抗の変化率はそれぞれの磁性層のス
ピン分極率をP1、P2とすると、下記の式(1)で表
される。
2P1P2/(1−P1P2) ...式(1)The rate of change of this resistance is expressed by the following equation (1), where the spin polarizabilities of the respective magnetic layers are P1 and P2. 2P1P2 / (1-P1P2) ... Formula (1)
【0007】このように、それぞれのスピン分極率が大
きいほど抵抗変化率が大きくなる。強磁性層に用いる材
料と、この抵抗変化率の関係についてはこれまでに、F
e、Co、Ni等のFe族の強磁性体元素やそれら3種
類のうちの合金についての報告がなされている。As described above, the larger the spin polarizability of each, the larger the resistance change rate. Regarding the relationship between the material used for the ferromagnetic layer and this resistance change rate,
There have been reports on Fe group ferromagnetic elements such as e, Co, and Ni, and alloys of these three types.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】ところで、TMR素子
の情報読み出しは、トンネルバリア層を挟んだ一方の強
磁性層と他方の強磁性層との磁気モーメントが反平行で
あり抵抗値が高い場合を例えば"1"、その逆に各々の磁
気モーメントが平行である場合を"0"としてそれらの状
態での一定バイアス電圧での差電流や一定バイアス電流
での差電圧により読み出しを行う。従って、抵抗変化率
が高いほど有利であり、エラーレートの低いメモリが実
現される。By the way, in reading information from a TMR element, when the magnetic moments of one ferromagnetic layer sandwiching the tunnel barrier layer and the other ferromagnetic layer are antiparallel and the resistance value is high. For example, "1" is set to "0" when the respective magnetic moments are parallel to each other, and "0" is set to read out by a difference current at a constant bias voltage or a difference voltage at a constant bias current in those states. Therefore, a higher resistance change rate is more advantageous, and a memory with a lower error rate is realized.
【0009】また、TMR素子には抵抗変化率のバイア
ス電圧依存性が存在し、バイアス電圧が上昇するにつれ
て抵抗変化率が減少していくことが知られている。差電
流又は差電圧で読み出しを行う場合に、多くの場合に抵
抗変化率がバイアス電圧依存性により半減する電圧(V
h)で読み出し信号の最大値をとることが知られている
ので、バイアス依存性も少ない方が読み出しMRAMの
エラーの低減において有効である。It is known that the TMR element has a bias voltage dependency of the resistance change rate, and the resistance change rate decreases as the bias voltage increases. When reading is performed with a difference current or a difference voltage, in many cases, the voltage (V
Since it is known that the maximum value of the read signal is taken in h), it is more effective to reduce the error of the read MRAM if the bias dependence is small.
【0010】ところで、MRAMは上述したTMR素子
の他に、読み出しの際に必要なTMR素子を選択するた
めのスイッチング素子として半導体回路を備えている。By the way, in addition to the above-mentioned TMR element, the MRAM has a semiconductor circuit as a switching element for selecting a TMR element required for reading.
【0011】このような半導体回路とTMR素子とを同
一チップ内に共存させる場合には、半導体回路の作製に
400℃程度の加熱を必要とする工程があるので、TM
R素子にも同様な温度耐久性が必要とされる。しかしな
がら、Fe、Co、Ni等のFe族元素の合金等を強磁
性層に用いたTMR素子は、およそ300℃以上で抵抗
変化率が著しく劣化することが知られており、耐熱性の
面で問題を有している。この抵抗変化率の劣化は、TM
R素子の構成層の成分が熱により相互拡散し、強磁性層
又はトンネルバリア層に望まない不純物が侵入すること
によると考えられている。When such a semiconductor circuit and a TMR element are made to coexist in the same chip, there is a step that requires heating at about 400 ° C. to manufacture the semiconductor circuit.
Similar temperature durability is required for the R element. However, it is known that the TMR element using an alloy of Fe group element such as Fe, Co, and Ni in the ferromagnetic layer has a significantly deteriorated resistance change rate at about 300 ° C. or higher, and therefore, in terms of heat resistance. I have a problem. This deterioration of the resistance change rate is
It is considered that the components of the constituent layers of the R element are interdiffused by heat and unwanted impurities enter the ferromagnetic layer or the tunnel barrier layer.
【0012】以上のように、優れた読み出し特性及び半
導体回路作製プロセスとの高い親和性を両立するMRA
Mを実現するためには、TMR素子に高い抵抗変化率と
耐熱性とが求められる。As described above, the MRA has both excellent read characteristics and high compatibility with the semiconductor circuit manufacturing process.
In order to realize M, the TMR element is required to have a high resistance change rate and heat resistance.
【0013】本発明はこのような従来の問題点を解決す
るものであり、半導体回路作製プロセス等の熱処理によ
る抵抗変化率の劣化を抑制することが可能なトンネル磁
気抵抗効果素子及びその製造方法、並びに磁気メモリ装
置を提供することを目的とする。The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and a tunnel magnetoresistive effect element capable of suppressing deterioration of resistance change rate due to heat treatment in a semiconductor circuit manufacturing process and a method of manufacturing the same. Another object of the present invention is to provide a magnetic memory device.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明に係るトンネル磁気抵抗効果素子は、一対
の強磁性層の間にトンネルバリア層を挟んだ強磁性トン
ネル接合を有する磁気抵抗効果素子であって、上記強磁
性層のうち少なくとも一方は、強磁性を示す金属間化合
物を含有することを特徴とする。In order to achieve the above-mentioned object, a tunnel magnetoresistive effect element according to the present invention is a magnetic element having a ferromagnetic tunnel junction in which a tunnel barrier layer is sandwiched between a pair of ferromagnetic layers. The resistance effect element is characterized in that at least one of the ferromagnetic layers contains an intermetallic compound exhibiting ferromagnetism.
【0015】また、本発明に係る磁気メモリ装置は、一
対の強磁性層の間にトンネルバリア層を挟んだ強磁性ト
ンネル接合を有するトンネル磁気抵抗効果素子と、上記
トンネル磁気抵抗効果素子を厚み方向に挟むワード線及
びビット線とを備え、上記強磁性層のうち少なくとも一
方は、強磁性を示す金属間化合物を含有することを特徴
とする。Further, the magnetic memory device according to the present invention includes a tunnel magnetoresistive effect element having a ferromagnetic tunnel junction in which a tunnel barrier layer is sandwiched between a pair of ferromagnetic layers, and the tunnel magnetoresistive effect element. And a word line and a bit line sandwiched therebetween, and at least one of the ferromagnetic layers contains an intermetallic compound exhibiting ferromagnetism.
【0016】強磁性トンネル接合を形成するためには、
例えばCr、Mn、Fe、Co、Ni等の3d遷移金属
元素を含む強磁性層とトンネルバリア層とが接触してい
る必要がある。In order to form a ferromagnetic tunnel junction,
For example, it is necessary that the ferromagnetic layer containing a 3d transition metal element such as Cr, Mn, Fe, Co, and Ni be in contact with the tunnel barrier layer.
【0017】しかしながらトンネルバリア層は、一般的
にその膜厚が6Å〜15Åと極めて薄いものであり、且
つ強磁性層が含むCr、Mn、Fe、Co、Ni等の3
d遷移金属元素の汚染に対して非常に敏感である。した
がって、トンネルバリア層が例えば熱拡散等によってこ
れらの元素で汚染されると、トンネルバリア層中でトン
ネル伝導電子のスピンが散乱されるため、TMR特性が
著しく損なわれるという不都合が生じる。However, the tunnel barrier layer generally has an extremely thin film thickness of 6Å to 15Å, and the ferromagnetic layer contains 3 such as Cr, Mn, Fe, Co and Ni.
It is very sensitive to contamination with d-transition metal elements. Therefore, when the tunnel barrier layer is contaminated with these elements by, for example, thermal diffusion, spins of tunnel conduction electrons are scattered in the tunnel barrier layer, resulting in a disadvantage that the TMR characteristics are significantly impaired.
【0018】これに対して本発明は、3d遷移金属元素
を用いた強磁性層に金属間化合物を用いることによって
3d遷移金属元素と化合物元素との結合状態に共有結合
的成分を含ませる。これにより3d遷移金属元素の熱拡
散を抑制するので、強磁性層の成分がトンネルバリア層
を汚染することなく、熱処理が行われても高いTMR特
性を維持できる。On the other hand, in the present invention, an intermetallic compound is used in the ferromagnetic layer using the 3d transition metal element, so that the bonding state between the 3d transition metal element and the compound element contains a covalent bond component. As a result, the thermal diffusion of the 3d transition metal element is suppressed, so that the components of the ferromagnetic layer do not contaminate the tunnel barrier layer, and high TMR characteristics can be maintained even if heat treatment is performed.
【0019】また、本発明に係るトンネル磁気抵抗効果
素子の製造方法は、一対の強磁性層の間にトンネルバリ
ア層を挟んだ強磁性トンネル接合を有するトンネル磁気
抵抗効果素子の製造方法であって、上記強磁性トンネル
接合の成膜中又は成膜後に熱処理を行うことにより、上
記強磁性層のうち少なくとも一方に強磁性を示す金属間
化合物を形成することを特徴とする。A method of manufacturing a tunnel magnetoresistive effect element according to the present invention is a method of manufacturing a tunnel magnetoresistive effect element having a ferromagnetic tunnel junction in which a tunnel barrier layer is sandwiched between a pair of ferromagnetic layers. A heat treatment is performed during or after the formation of the ferromagnetic tunnel junction to form an intermetallic compound exhibiting ferromagnetism in at least one of the ferromagnetic layers.
【0020】強磁性トンネル接合の成膜中又は成膜後に
熱処理を行うことにより、金属間化合物の相を確実に形
成し、熱安定性の高いトンネル磁気抵抗効果素子を得る
ことができる。By performing heat treatment during or after the formation of the ferromagnetic tunnel junction, the phase of the intermetallic compound can be surely formed and a tunnel magnetoresistive effect element having high thermal stability can be obtained.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】以下、本発明を適用したトンネル
磁気抵抗効果素子及びその製造方法、並びに磁気メモリ
装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A tunnel magnetoresistive element, a method of manufacturing the same, and a magnetic memory device to which the present invention is applied will be described below in detail with reference to the drawings.
【0022】本発明のトンネル磁気抵抗効果素子(以
下、TMR素子と称する。)1の基本構造は、例えば図
1に示すように、基板2上に、下地層3と、反強磁性層
4と、強磁性体からなる磁化固定層5と、トンネルバリ
ア層6と、強磁性体からなる自由層7と、トップコート
層8とがこの順に積層されて構成される。このTMR素
子1は、一対の強磁性層である磁化固定層5と自由層7
とでトンネルバリア層6を挟み込むことにより、強磁性
トンネル接合9を形成している。The basic structure of the tunnel magnetoresistive effect element (hereinafter referred to as TMR element) 1 of the present invention is, for example, as shown in FIG. 1, an underlayer 3, an antiferromagnetic layer 4 and a substrate 2 on a substrate 2. The magnetization fixed layer 5 made of a ferromagnetic material, the tunnel barrier layer 6, the free layer 7 made of a ferromagnetic material, and the top coat layer 8 are laminated in this order. The TMR element 1 includes a pair of ferromagnetic layers, a magnetization fixed layer 5 and a free layer 7.
By sandwiching the tunnel barrier layer 6 with and, the ferromagnetic tunnel junction 9 is formed.
【0023】そして本発明では、強磁性トンネル接合9
のうち、強磁性層である磁化固定層5、自由層7の少な
くとも一方が、強磁性を示す金属間化合物を含有する。In the present invention, the ferromagnetic tunnel junction 9 is used.
Among them, at least one of the magnetization fixed layer 5 and the free layer 7, which are ferromagnetic layers, contains an intermetallic compound exhibiting ferromagnetism.
【0024】ここでいう金属間化合物とは、原子の比率
が比較的簡単な整数比で表されるような化合物のことで
あり、例えば化学式WiXj、WiXjYk、又はWi
XjYkZl(式中W、X、Y及びZは、Fe、Co、
Ni、Cr及びMnからなる第1の群、並びに半金属元
素及び3B族から6B族の元素群からなる第2の群から
選ばれる元素である。また、式中W、Xのうち一方は第
1の群から選ばれ、他方は第2の群から選ばれる。ま
た、式中i、j、k及びlは、整数値又は整数に近い値
の簡単な比である。)で表されることができる。The intermetallic compound as referred to herein is a compound in which the ratio of atoms is represented by a relatively simple integer ratio, for example, the chemical formula W i X j , W i X j Y k , or W. i
X j Y k Z l (W, X, Y and Z are Fe, Co,
It is an element selected from the first group consisting of Ni, Cr and Mn, and the second group consisting of metalloid elements and 3B to 6B group elements. In the formula, one of W and X is selected from the first group, and the other is selected from the second group. Further, in the formula, i, j, k, and l are integer values or simple ratios of values close to integers. ) Can be represented by.
【0025】金属間化合物は、TMR効果を発現させる
観点から、3d軌道のスピンアップ状態とスピンダウン
状態とで電子の状態密度が異なる元素であるCr、M
n、Fe、Co、Ni等を含むことが好ましい。From the viewpoint of exhibiting the TMR effect, the intermetallic compound is an element in which the density of states of electrons is different between the spin-up state and the spin-down state of the 3d orbit, Cr and M.
It is preferable to contain n, Fe, Co, Ni and the like.
【0026】また、加熱状態での原子の拡散を抑制する
観点から、金属間化合物は、先に述べたCr、Mn、F
e、Co、Ni等の元素と共有結合的に結合して金属間
化合物を生成することが可能な、半金属元素又は周期律
表上で3B族から6B族の元素をさらに含むことが好ま
しい。このような半金属元素又は周期律表上で3B族か
ら6B族の元素としては、具体的にはB、C、Ge、A
l、N、P、As、Sb、Bi、O、S、Se、Te、
Po等が挙げられる。From the viewpoint of suppressing the diffusion of atoms in the heated state, the intermetallic compound is the above-mentioned Cr, Mn, F.
It is preferable to further include a metalloid element or an element of Group 3B to Group 6B on the periodic table, which is capable of forming an intermetallic compound by covalently bonding with an element such as e, Co, or Ni. Specific examples of such metalloid elements or elements of Groups 3B to 6B on the periodic table include B, C, Ge, and A.
l, N, P, As, Sb, Bi, O, S, Se, Te,
Po etc. are mentioned.
【0027】ところで、強磁性を示す金属間化合物とし
ては、主な磁性発現の原因であるスピンアップとスピン
ダウンの数が異なっている金属元素が単体であっても強
磁性体である場合と、金属元素単体の場合は強磁性を示
さないが化合物で強磁性を示すものとに分けられる。By the way, as an intermetallic compound exhibiting ferromagnetism, a case where a metal element having different numbers of spin-ups and spin-downs, which are the main causes of manifestation of magnetism, is a ferromagnetic substance even if it is a simple substance, A metal element alone does not exhibit ferromagnetism, but is divided into compounds that exhibit ferromagnetism.
【0028】例えば前者としては、例えばCo3B、C
o2B、Fe2B、FeB、Co20Al3B6、Co
21Ge2B6等のホウ化物が挙げられる。また、ホウ
化物としては、Cr、Mn、Fe、Co、Niから選ば
れる元素を主に含んでいれば良く、例えば磁性元素の部
分がFe及びCoから構成される(Co1−xFex)
3B、(Co1−xFex)2B、(Co1−xF
ex)B等であってもよい。For example, as the former, for example, Co 3 B, C
o 2 B, Fe 2 B, FeB, Co 20 Al 3 B 6 , Co
Examples thereof include borides such as 21 Ge 2 B 6 . Further, the boride may mainly contain an element selected from Cr, Mn, Fe, Co, and Ni, and for example, the magnetic element portion is composed of Fe and Co (Co 1-x Fe x ).
3 B, (Co 1-x Fe x ) 2 B, (Co 1-x F
e x ) B or the like.
【0029】また、Al、C、Si、Sn、N、P、S
を含む金属間化合物としては、Fe 3Al、Ni3A
l、Fe3Ge、Fe3C、Fe2C、Fe3Si、F
e5Si3、Fe3Sn2、Fe4N、Fe8N、Fe
3NiN、Fe3PtN、Fe 3P、Fe2.4Co
0.6P、NiCoSb、FeCoS2等が挙げられ
る。Al, C, Si, Sn, N, P, S
Fe as an intermetallic compound containing ThreeAl, NiThreeA
l, FeThreeGe, FeThreeC, FeTwoC, FeThreeSi, F
e5SiThree, FeThreeSnTwo, FeFourN, Fe8N, Fe
ThreeNiN, FeThreePtN, Fe ThreeP, Fe2.4Co
0.6P, NiCoSb, FeCoSTwoEtc.
It
【0030】また、例えばFe3(C1−xBx)等の
ように、遷移金属元素以外の部分においても異なる半金
属元素等が混合している金属間化合物であってもよい。Further, it may be an intermetallic compound such as Fe 3 (C 1-x B x ), in which different metalloid elements are mixed in a portion other than the transition metal element.
【0031】また、強磁性を示す金属間化合物としては
以上に列挙した金属間化合物に限定されず、例えば微量
の添加元素を含む等の部分的な変更があってもかまわな
い。Further, the intermetallic compound exhibiting ferromagnetism is not limited to the intermetallic compounds listed above, and may be partially modified such as containing a trace amount of additional element.
【0032】後者、すなわち単体では強磁性を示さない
金属元素を含む金属間化合物の例としては、Mn、Cr
等を含むものが挙げられる。具体的には、ホイスラー合
金として知られるCu2MnAl、Cu2MnIn、N
i2MnIn、Co2MnSi、Cu2MnSn、Ni
2MnSn、Co2MnSn等が挙げられる。また、M
nB、Mn5SiB2等のホウ化物、MnSb、CoM
nSb、PdMnSb等のアンチモン化合物等も可能で
ある。その他にも、MnBi、Mn4N、Mn 4(N
1−xCx)、Mn3ZnC、Co2Mn2C、MnA
s0.5Sb0. 5等が挙げられる。また、Crの金属
間化合物として、CuCr2Se4、HgCr2S
e4、CdCr3Se4、Cr7Te8、Cr5T
e6、Cr3Te4、Cr2Te3、TiCr2T
e4、CuCr2Te4等が挙げられる。前者の例と同
様に、後者の例の金属間化合物についても、以上に列挙
した金属間化合物に限定されず、例えば微量の添加元素
を含む等の部分的な変更があってもかまわない。The latter, that is, a single element does not exhibit ferromagnetism
Examples of the intermetallic compound containing a metal element include Mn and Cr.
And the like are included. Specifically, for Heusler
Cu known as goldTwoMnAl, CuTwoMnIn, N
iTwoMnIn, CoTwoMnSi, CuTwoMnSn, Ni
TwoMnSn, CoTwoMnSn etc. are mentioned. Also, M
nB, Mn5SiBTwoBorides such as MnSb, CoM
Antimony compounds such as nSb and PdMnSb are also available
is there. In addition, MnBi, MnFourN, Mn Four(N
1-xCx), MnThreeZnC, CoTwoMnTwoC, MnA
s0.5Sb0. 5Etc. Also, the metal of Cr
As an intercalation compound, CuCrTwoSeFour, HgCrTwoS
eFour, CdCrThreeSeFour, Cr7Te8, Cr5T
e6, CrThreeTeFour, CrTwoTeThree, TiCrTwoT
eFour, CuCrTwoTeFourEtc. Same as the former example
Similarly, the latter examples of intermetallic compounds are also listed above.
Not limited to the intermetallic compound
It does not matter if there is a partial change such as including.
【0033】これらの金属間化合物のキュリー温度は室
温以上であることが好ましく、これにより通常の環境下
で動作可能なTMR素子やMRAMを実現できる。逆に
金属間化合物のキュリー温度が室温未満である場合に
は、TMR素子やMRAMが室温で動作しないという不
都合が生じる。The Curie temperature of these intermetallic compounds is preferably room temperature or higher, which makes it possible to realize a TMR element or MRAM that can operate in a normal environment. On the contrary, if the Curie temperature of the intermetallic compound is lower than room temperature, the TMR element and the MRAM do not operate at room temperature.
【0034】強磁性トンネル接合9の磁化固定層5及び
自由層7に挟まれるトンネルバリア層6は、磁化固定層
5と自由層7との磁気的結合を切るとともに、トンネル
電流を流すための層である。トンネルバリア層6を構成
する材料としては、例えばAl、Mg、Si、Li、C
a等の酸化物、窒化物、ハロゲン化物等の絶縁材料を使
用できる。The tunnel barrier layer 6 sandwiched between the magnetization fixed layer 5 and the free layer 7 of the ferromagnetic tunnel junction 9 is a layer for cutting the magnetic coupling between the magnetization fixed layer 5 and the free layer 7 and passing a tunnel current. Is. Examples of the material forming the tunnel barrier layer 6 include Al, Mg, Si, Li and C.
Insulating materials such as oxides such as a, nitrides and halides can be used.
【0035】トンネルバリア層6は、スパッタリング法
や蒸着法等によって成膜された金属膜を、酸化又は窒化
することにより得ることができる。また、トンネルバリ
ア層6は、有機金属と、酸素ガス、オゾンガス、窒素ガ
ス又はハロゲンガスとを用いるCVD法によって得るこ
ともできる。The tunnel barrier layer 6 can be obtained by oxidizing or nitriding a metal film formed by a sputtering method, an evaporation method or the like. The tunnel barrier layer 6 can also be obtained by a CVD method using an organic metal and oxygen gas, ozone gas, nitrogen gas or halogen gas.
【0036】また、図1に示すTMR素子1の、強磁性
トンネル接合9を構成する強磁性層以外の構成について
以下に説明する。The structure of the TMR element 1 shown in FIG. 1 other than the ferromagnetic layer forming the ferromagnetic tunnel junction 9 will be described below.
【0037】反強磁性層4は、強磁性層の一方である磁
化固定層5と反強磁性的に結合することにより、書き込
みのための電流磁界によっても磁化固定層5の磁化を反
転させず、磁化固定層5の磁化の向きを常に一定とする
ための層である。すなわち、図1に示すTMR素子1に
おいては、他方の強磁性層である自由層7だけを外部磁
場等によって磁化反転させる。反強磁性層4を構成する
材料としては、Fe、Ni、Pt、Ir、Rh等を含む
Mn合金、Co酸化物、Ni酸化物等を使用することが
できる。The antiferromagnetic layer 4 is antiferromagnetically coupled with the magnetization fixed layer 5, which is one of the ferromagnetic layers, so that the magnetization of the magnetization fixed layer 5 is not inverted even by the current magnetic field for writing. Is a layer for always keeping the magnetization direction of the magnetization fixed layer 5 constant. That is, in the TMR element 1 shown in FIG. 1, only the free layer 7, which is the other ferromagnetic layer, has its magnetization reversed by an external magnetic field or the like. As a material forming the antiferromagnetic layer 4, a Mn alloy containing Fe, Ni, Pt, Ir, Rh, etc., a Co oxide, a Ni oxide, or the like can be used.
【0038】以上のような強磁性を示す金属間化合物
は、その結合状態が金属結合的成分と共有結合的成分と
を兼ね備えているので、その結果として、電子伝導性と
高い結合エネルギーとを兼ね備えることとなる。このう
ち電子伝導性は、メモリ素子として使用する際に読み出
し電流を流すために必要な特性である。一方、共有結合
的な高い結合エネルギーは、結晶構造の安定化を図るの
で、高温でも結晶構造を安定なものとする。すなわち、
共有結合的な高い結合エネルギーを有する金属間化合物
により強磁性層の熱安定性が向上し、強磁性層を構成す
る3d遷移金属元素が熱拡散することに起因するトンネ
ルバリア層の汚染を抑制する。The intermetallic compound exhibiting ferromagnetism as described above has a binding state having both a metallic binding component and a covalent binding component, and as a result, has both electronic conductivity and high binding energy. It will be. Among these, the electronic conductivity is a characteristic required to flow a read current when used as a memory element. On the other hand, a high covalent bond energy stabilizes the crystal structure, and thus stabilizes the crystal structure even at high temperatures. That is,
The intermetallic compound having a high covalent bond energy improves the thermal stability of the ferromagnetic layer, and suppresses the contamination of the tunnel barrier layer due to the thermal diffusion of the 3d transition metal element forming the ferromagnetic layer. .
【0039】したがって、本発明のTMR素子1は、例
えば300℃を上回るような高温で熱処理を施されたと
しても、トンネル伝導電子のスピン散乱要因となる3d
遷移金属元素によるトンネルバリア層の汚染が防止さ
れ、高いTMR特性を維持することができる。すなわ
ち、本発明のTMR素子1は、例えば磁気メモリ装置等
に供されたときの製造プロセス過程で熱処理を施される
ことも可能である。Therefore, even if the TMR element 1 of the present invention is subjected to a heat treatment at a high temperature of, for example, over 300 ° C., it becomes a spin scattering factor of tunnel conduction electrons 3d.
Contamination of the tunnel barrier layer by the transition metal element is prevented, and high TMR characteristics can be maintained. That is, the TMR element 1 of the present invention can be subjected to heat treatment during the manufacturing process when it is used in, for example, a magnetic memory device.
【0040】上述のような、強磁性を示す金属間化合物
を含有する強磁性層は、真空蒸着法、スパッタ蒸着法、
CVD(Chemical Vapor Deposition)法等の気相成長
法や、電解めっき、無電解めっき法等によって作製され
る。The ferromagnetic layer containing the intermetallic compound exhibiting ferromagnetism as described above is formed by the vacuum vapor deposition method, the sputter vapor deposition method,
It is produced by a vapor phase growth method such as a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, an electrolytic plating method, an electroless plating method, or the like.
【0041】ところで、金属間化合物を含有する強磁性
層は、その組成によっては室温で作製した場合には金属
間化合物組織が成長せずに、非晶質組織又は微結晶組織
となる場合がある。By the way, depending on the composition of the ferromagnetic layer containing the intermetallic compound, the intermetallic compound structure may not grow and may have an amorphous structure or a microcrystalline structure depending on its composition. .
【0042】TMR効果の発現は、強磁性層が非晶質組
織であっても直ちに損なわれない場合もあるが、特にM
n、Cr等の単体では強磁性を示さない3d遷移金属元
素を用いる場合には、充分に金属間化合物組織を成長さ
せて所望の強磁性を得るために、強磁性層の作製後に熱
処理を行って原子の再配列を促進する方法、作製時に基
板加熱する方法等を採用することが好ましい。強磁性層
中に金属化合物相を確実に生成させるといった観点か
ら、成膜中に加熱処理を行う場合、熱処理条件を100
℃以上とすることが好ましく、また、成膜後に加熱処理
を行う場合、熱処理条件を340℃以上とすることが好
ましい。The TMR effect may not be immediately impaired even if the ferromagnetic layer has an amorphous structure.
When a 3d transition metal element that does not exhibit ferromagnetism by itself such as n or Cr is used, heat treatment is performed after the production of the ferromagnetic layer in order to sufficiently grow the intermetallic compound structure and obtain the desired ferromagnetism. It is preferable to employ a method of accelerating the rearrangement of atoms, a method of heating the substrate at the time of production, or the like. When heat treatment is performed during film formation, the heat treatment condition is set to 100 from the viewpoint of reliably generating a metal compound phase in the ferromagnetic layer.
C. or higher, and when heat treatment is performed after film formation, the heat treatment condition is preferably 340.degree. C. or higher.
【0043】また、金属間化合物の組成によっては、強
磁性層が金属間化合物の単結晶からなる場合にTMR比
や結晶磁気異方性が著しく向上することもあるので、M
BE(Molecular Beam Epitaxy)等の成膜法を用いて金
属間化合物の単結晶膜をエピタキシャル成長させること
も有効である。Depending on the composition of the intermetallic compound, the TMR ratio and the magnetocrystalline anisotropy may be significantly improved when the ferromagnetic layer is made of a single crystal of the intermetallic compound.
It is also effective to epitaxially grow a single crystal film of an intermetallic compound by using a film forming method such as BE (Molecular Beam Epitaxy).
【0044】なお、本発明のTMR素子としては、図1
に示すような磁化固定層5及び自由層7のそれぞれが単
層から構成される場合に限定されない。例えば図2に示
すように、磁化固定層5が、第1の磁化固定層5aと第
2の磁化固定層5bとで中間層5cを挟み込んでなる積
層フェリ構造とされる場合であっても、本発明の効果を
得ることができる。図2に示すTMR素子10では、第
1の磁化固定層5aが反強磁性層4と接しており、これ
らの層間に働く交換相互作用によって、第1の磁化固定
層5aは強い一方向の磁気異方性を持つ。積層フェリ構
造の中間層5cに用いられる材料としては、例えばR
u、Cu、Cr、Au、Ag等が挙げられる。図2のT
MR素子10の他の層については、図1に示すTMR素
子1とほぼ同様の構成であるため、図1と同じ符号を付
し詳細な説明を省略する。The TMR element of the present invention is shown in FIG.
It is not limited to the case where each of the magnetization fixed layer 5 and the free layer 7 as shown in (4) is composed of a single layer. For example, as shown in FIG. 2, even when the magnetization fixed layer 5 has a laminated ferri structure in which the intermediate layer 5c is sandwiched between the first magnetization fixed layer 5a and the second magnetization fixed layer 5b, The effect of the present invention can be obtained. In the TMR element 10 shown in FIG. 2, the first magnetization fixed layer 5a is in contact with the antiferromagnetic layer 4, and the exchange interaction acting between these layers causes the first magnetization fixed layer 5a to have a strong unidirectional magnetic field. Has anisotropy. The material used for the intermediate layer 5c of the laminated ferri structure is, for example, R
Examples include u, Cu, Cr, Au, Ag and the like. T in FIG.
The other layers of the MR element 10 have substantially the same structure as the TMR element 1 shown in FIG. 1, and therefore, the same reference numerals as in FIG. 1 are given and detailed description thereof is omitted.
【0045】また、本発明は、磁化固定層5及び自由層
7の少なくとも一方が強磁性を示す金属間化合物のみか
らなる場合に限定されず、磁化固定層5及び自由層7の
少なくとも一方が強磁性を示す金属間化合物を部分的に
含有する場合であってもかまわない。例えば、磁化固定
層5及び自由層7の少なくとも一方において非晶質組織
中に強磁性を示す金属間化合物が部分的に析出している
場合も、本発明の範囲内に含めることとする。The present invention is not limited to the case where at least one of the magnetization fixed layer 5 and the free layer 7 is made of only an intermetallic compound exhibiting ferromagnetism, and at least one of the magnetization fixed layer 5 and the free layer 7 is strong. It does not matter even if the intermetallic compound showing magnetism is partially contained. For example, a case where an intermetallic compound exhibiting ferromagnetism is partially precipitated in an amorphous structure in at least one of the magnetization fixed layer 5 and the free layer 7 is also included in the scope of the present invention.
【0046】さらに、本発明のTMR素子は、図1及び
図2に示す層構成に限定されず、公知の様々な層構成を
とりうることは勿論である。Further, the TMR element of the present invention is not limited to the layer structure shown in FIG. 1 and FIG. 2 and can of course have various known layer structures.
【0047】上述のようなTMR素子は、例えばMRA
M等の磁気メモリ装置に用いられて好適である。以下、
本発明のTMR素子を用いたMRAMについて、図3及
び図4を参照しながら説明する。The TMR element as described above is, for example, MRA.
It is suitable for use in a magnetic memory device such as M. Less than,
An MRAM using the TMR element of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
【0048】本発明のTMR素子を有するクロスポイン
ト型のMRAMアレイを、図3に示す。図3に示すMR
AMアレイは、複数のワード線WLと、これらワード線
WLと直交する複数のビット線BLとを有し、ワード線
WLとビット線BLとの交点に本発明のTMR素子1が
配置されてなるメモリセル11とを有する。すなわち、
図3に示すMRAMアレイでは、3×3のメモリセル1
1がマトリクス状に配列される。勿論、MRAMアレイ
に用いられるTMR素子としては、図1に示すTMR素
子1に限定されず、積層フェリ構造を有する図2に示す
TMR素子10等、強磁性トンネル接合の強磁性層のう
ち少なくとも一方が強磁性を示す金属間化合物を含んで
いるのであればいかなる構成であってもかまわない。A cross-point type MRAM array having the TMR element of the present invention is shown in FIG. MR shown in FIG.
The AM array has a plurality of word lines WL and a plurality of bit lines BL orthogonal to these word lines WL, and the TMR element 1 of the present invention is arranged at the intersection of the word lines WL and the bit lines BL. The memory cell 11 is included. That is,
In the MRAM array shown in FIG. 3, 3 × 3 memory cells 1
1 are arranged in a matrix. Of course, the TMR element used in the MRAM array is not limited to the TMR element 1 shown in FIG. 1, but at least one of the ferromagnetic layers of the ferromagnetic tunnel junction, such as the TMR element 10 shown in FIG. 2 having a laminated ferri structure. Any structure may be used as long as it contains an intermetallic compound exhibiting ferromagnetism.
【0049】各メモリセル11は、図4に示すように、
例えばシリコン基板12上に、ゲート電極13、ソース
領域14及びドレイン領域15からなるトランジスタ1
6を有する。ゲート電極13は、読み出し用のワード線
WL1を構成している。ゲート電極13上には、絶縁層
を介して書き込み用のワード線WL2が形成されてい
る。トランジスタ16のドレイン領域15にはコンタク
トメタル17が接続され、さらにコンタクトメタル17
には下地層18が接続されている。この下地層18上の
書き込み用のワード線WL2の上方に対応する位置に、
本発明のTMR素子1が形成されている。このTMR素
子1上に、ワード線WL1及びWL2と直交するビット
線BLが形成されている。Each memory cell 11 has, as shown in FIG.
For example, a transistor 1 including a gate electrode 13, a source region 14 and a drain region 15 on a silicon substrate 12.
Have six. The gate electrode 13 constitutes a read word line WL1. A word line WL2 for writing is formed on the gate electrode 13 via an insulating layer. A contact metal 17 is connected to the drain region 15 of the transistor 16, and the contact metal 17
An underlayer 18 is connected to the underlayer. At a position corresponding to above the write word line WL2 on the base layer 18,
The TMR element 1 of the present invention is formed. A bit line BL orthogonal to the word lines WL1 and WL2 is formed on the TMR element 1.
【0050】本発明を適用したMRAMは、先に述べた
ように耐熱性の高いTMR素子を有するので、熱処理工
程を経ても高い信号強度を維持し、エラーレートの増大
が抑えられて、優れた読み出し特性を実現することがで
きる。また、例えば300℃以上の熱処理を含む既存の
CMOSプロセスとの親和性が向上し、実用性を大幅に
向上させることができる。Since the MRAM to which the present invention is applied has the TMR element having high heat resistance as described above, it maintains the high signal strength even after the heat treatment step and suppresses the increase of the error rate, which is excellent. Readout characteristics can be realized. Further, for example, the affinity with the existing CMOS process including the heat treatment at 300 ° C. or higher is improved, and the practicability can be greatly improved.
【0051】なお、本発明のTMR素子は、先に述べた
磁気メモリ装置のみならず、磁気ヘッド、集積回路チッ
プ、さらにはパソコン、携帯端末、携帯電話をはじめと
する各種電子機器、電気機器等に適用することが可能で
ある。The TMR element of the present invention is not limited to the magnetic memory device described above, but also a magnetic head, an integrated circuit chip, and various electronic equipment such as personal computers, mobile terminals, and mobile phones, electric equipment, etc. Can be applied to.
【0052】[0052]
【実施例】以下、本発明を適用した具体的な実施例につ
いて、実験結果に基づいて説明する。なお、図2及び図
3を用いて説明したように、MRAMにはTMR素子以
外にスイッチング用のトランジスタ等が存在するが、本
実施例ではTMR特性を調べるために図5及び図6に示
すような強磁性トンネル接合のみを形成したウェハによ
り検討を行った。EXAMPLES Specific examples to which the present invention is applied will be described below based on experimental results. As described with reference to FIGS. 2 and 3, the MRAM has switching transistors and the like in addition to the TMR element. However, in this embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, in order to examine the TMR characteristics. The study was performed with a wafer on which only a strong ferromagnetic tunnel junction was formed.
【0053】<実施例1>図5及び図6に示すように、
本実施例で用いる特性評価用素子(Test ElementGroup
:TEG)は、基板21上に、ワード線WLとビット線B
Lとが直交して配され、これらワード線WLとビット線
BLとの交差する部分に磁気抵抗効果素子22が形成さ
れている。ここで形成される磁気抵抗効果素子22は、
短軸0.5μm×長軸1.0μmの楕円形状を呈する。
また、ワード線WL及びビット線BLの両端には、それ
ぞれ端子パッド23,24が形成されている。また、ワ
ード線WLとビット線BLとは、Al2O3からなる絶
縁膜25によって電気的に絶縁される。<Example 1> As shown in FIGS. 5 and 6,
A characteristic evaluation element (Test Element Group) used in this example.
: TEG) is a word line WL and a bit line B on the substrate 21.
The magnetoresistive effect element 22 is formed at the intersection of the word line WL and the bit line BL. The magnetoresistive element 22 formed here is
It has an elliptical shape with a short axis of 0.5 μm and a long axis of 1.0 μm.
Further, terminal pads 23 and 24 are formed on both ends of the word line WL and the bit line BL, respectively. Further, the word line WL and the bit line BL are electrically insulated by the insulating film 25 made of Al 2 O 3 .
【0054】このようなTEGは、以下のようにして作
製される。先ず、基板21上にワード線材料を成膜し、
フォトリソグラフィによってマスクした後にワード線以
外の部分をArプラズマにより選択的にエッチングを行
い、ワード線を形成した。このとき、ワード線以外の領
域は、基板の深さ5nmまでエッチングされた。Such a TEG is manufactured as follows. First, a word line material is formed on the substrate 21,
After masking by photolithography, a portion other than the word line was selectively etched by Ar plasma to form a word line. At this time, the region other than the word line was etched to a depth of 5 nm of the substrate.
【0055】次に、ワード線WL上に下記の層構成から
なる強磁性トンネル接合、つまりTMR素子を、公知の
リソグラフィ法及びエッチングにより作製した。括弧内
は膜厚を示す。Next, a ferromagnetic tunnel junction having the following layer structure, that is, a TMR element was formed on the word line WL by a known lithography method and etching. The film thickness is shown in parentheses.
【0056】Ta(3nm)/Cu(100nm)/P
tMn(20nm)/CoFe(2nm)/Ru(0.
8nm)/Co3B(3nm)/Al(1nm)−Ox
/Co 3B(3nm)/Ta(5nm)Ta (3 nm) / Cu (100 nm) / P
tMn (20 nm) / CoFe (2 nm) / Ru (0.
8nm) / CoThreeB (3 nm) / Al (1 nm) -Ox
/ Co ThreeB (3 nm) / Ta (5 nm)
【0057】上記の膜構成のうち、Al−Oxからなる
トンネルバリア層は、先ず金属Al膜をDCスパッタ法
により1nm堆積させ、その後に、酸素/アルゴンの流
量比を1:1とし、チャンバーガス圧を0.1mTor
rとし、プラズマ電力値を500Wとした条件で金属A
l膜をプラズマ酸化することにより形成された。In the above-mentioned film structure, the tunnel barrier layer made of Al—O x is formed by first depositing a metal Al film by DC sputtering to a thickness of 1 nm, and then setting the oxygen / argon flow rate ratio to 1: 1. Gas pressure 0.1mTorr
r under the condition that the plasma power value is 500 W
It was formed by plasma-oxidizing the 1 film.
【0058】また、Al−Oxからなるトンネルバリア
層以外は、合金ターゲットを用いたマグネトロンスパッ
タ法を用いて成膜した。このうち磁化固定層及び自由層
を作製する際には、約1kOe(エルステッド)の磁場
を印加しながら成膜を行った。また、CoFeからなる
層の組成は、Co90at%−Fe10at%とした。Further, except the tunnel barrier layer made of Al—O x, the film was formed by the magnetron sputtering method using an alloy target. Of these, when forming the magnetization fixed layer and the free layer, film formation was performed while applying a magnetic field of about 1 kOe (oersted). The composition of the layer made of CoFe was set to Co90at% -Fe10at%.
【0059】また、金属間化合物であるCo3Bからな
る、磁化固定層のうちトンネルバリア層に接する強磁性
層(以下、参照層と称する。)及び自由層を作製する際
には、Co67at%−B33at%の合金ターゲット
を用いたスパッタリングを行った。成膜後、270℃〜
450℃の温度範囲条件で、磁場印加熱処理を行った。
この磁場印加熱処理は、原子の再配列による反強磁性層
であるPtMn層の規則化及び磁化の固定、強磁性層に
対する磁気異方性の付加、並びに自由層及び参照層にお
いて金属間化合物を生じせしめるための処理である。When a ferromagnetic layer (hereinafter referred to as a reference layer) which is in contact with the tunnel barrier layer of the magnetization fixed layer and which is made of Co 3 B which is an intermetallic compound, and a free layer are produced, Co 67 at% is produced. Sputtering was performed using an alloy target of -B33 at%. After film formation, 270 ° C-
Magnetic field application heat treatment was performed in the temperature range of 450 ° C.
This magnetic field application heat treatment causes the PtMn layer, which is an antiferromagnetic layer, to be ordered and fixed in magnetization by rearrangement of atoms, adds magnetic anisotropy to the ferromagnetic layer, and produces intermetallic compounds in the free layer and the reference layer. This is a process for punishing.
【0060】上記のような強磁性トンネル接合の作製
後、Al2O3をスパッタすることにより厚さ100n
m程度の絶縁層25を成膜し、さらにフォトリソグラフ
ィによりビット線BL及び端子パッド24を形成するこ
とで、図5及び図6に示すTEGを得た。After the ferromagnetic tunnel junction as described above is formed, Al 2 O 3 is sputtered to form a film having a thickness of 100 n.
The TEG shown in FIGS. 5 and 6 was obtained by forming the insulating layer 25 of about m in thickness and further forming the bit line BL and the terminal pad 24 by photolithography.
【0061】<実施例2>強磁性トンネル接合の層構成
を下記のとおりにしたこと以外は、実施例1と同様にし
てTEGを得た。すなわち、実施例2では自由層にCo
3Bを用いている。なお、CoFeからなる磁化固定層
及び参照層の組成は、Co90at%−Fe10at%
である。Example 2 A TEG was obtained in the same manner as in Example 1 except that the layer structure of the ferromagnetic tunnel junction was changed as follows. That is, in Example 2, Co was formed in the free layer.
It is used 3 B. The composition of the magnetization fixed layer and the reference layer made of CoFe is Co90at% -Fe10at%.
Is.
【0062】Ta(3nm)/Cu(100nm)/P
tMn(20nm)/CoFe(2nm)/Ru(0.
8nm)/CoFe(3nm)/Al(1nm)−Ox
/Co 3B(3nm)/Ta(5nm)Ta (3 nm) / Cu (100 nm) / P
tMn (20 nm) / CoFe (2 nm) / Ru (0.
8 nm) / CoFe (3 nm) / Al (1 nm) -Ox
/ Co ThreeB (3 nm) / Ta (5 nm)
【0063】<実施例3>強磁性トンネル接合の層構成
を下記のとおりにしたこと以外は、実施例1と同様にし
てTEGを得た。すなわち、実施例3では参照層及び自
由層にFe3Siを用いている。なお、CoFeからな
る磁化固定層の組成は、Co90at%−Fe10at
%である。<Example 3> A TEG was obtained in the same manner as in Example 1 except that the layer structure of the ferromagnetic tunnel junction was changed as follows. That is, in Example 3, Fe 3 Si is used for the reference layer and the free layer. The composition of the magnetization fixed layer made of CoFe is Co90at% -Fe10at.
%.
【0064】Ta(3nm)/Cu(100nm)/P
tMn(20nm)/CoFe(2nm)/Ru(0.
8nm)/Fe3Si(3nm)/Al(1nm)−O
x/Fe3Si(3nm)/Ta(5nm)Ta (3 nm) / Cu (100 nm) / P
tMn (20 nm) / CoFe (2 nm) / Ru (0.
8nm) / Fe 3 Si (3nm ) / Al (1nm) -O
x / Fe 3 Si (3 nm) / Ta (5 nm)
【0065】<実施例4>強磁性トンネル接合の層構成
を下記のとおりにしたこと以外は、実施例1と同様にし
てTEGを得た。すなわち、実施例4では自由層にFe
3Siを用いている。なお、CoFeからなる磁化固定
層及び参照層の組成は、Co90at%−Fe10at
%である。Example 4 A TEG was obtained in the same manner as in Example 1 except that the layer structure of the ferromagnetic tunnel junction was changed as follows. That is, in Example 4, Fe was formed in the free layer.
3 Si is used. The composition of the magnetization fixed layer and the reference layer made of CoFe is Co90at% -Fe10at.
%.
【0066】Ta(3nm)/Cu(100nm)/P
tMn(20nm)/CoFe(2nm)/Ru(0.
8nm)/CoFe(3nm)/Al(1nm)−Ox
/Fe 3Si(3nm)/Ta(5nm)Ta (3 nm) / Cu (100 nm) / P
tMn (20 nm) / CoFe (2 nm) / Ru (0.
8 nm) / CoFe (3 nm) / Al (1 nm) -Ox
/ Fe ThreeSi (3 nm) / Ta (5 nm)
【0067】<実施例5>強磁性トンネル接合の層構成
を下記のとおりにしたこと以外は、実施例1と同様にし
てTEGを得た。すなわち、実施例5では参照層及び自
由層にMnSbを用いている。なお、CoFeからなる
磁化固定層の組成は、Co90at%−Fe10at%
である。Example 5 A TEG was obtained in the same manner as in Example 1 except that the layer structure of the ferromagnetic tunnel junction was changed as follows. That is, in Example 5, MnSb is used for the reference layer and the free layer. The composition of the magnetization fixed layer made of CoFe is Co90at% -Fe10at%.
Is.
【0068】Ta(3nm)/Cu(100nm)/P
tMn(20nm)/CoFe(2nm)/Ru(0.
8nm)/MnSb(5nm)/Al(1nm)−Ox
/MnSb(5nm)/Ta(5nm)Ta (3 nm) / Cu (100 nm) / P
tMn (20 nm) / CoFe (2 nm) / Ru (0.
8 nm) / MnSb (5 nm) / Al (1 nm) -O x
/ MnSb (5 nm) / Ta (5 nm)
【0069】<実施例6>強磁性トンネル接合の層構成
を下記のとおりにしたこと以外は、実施例1と同様にし
てTEGを得た。すなわち、実施例6では参照層及び自
由層にPdMnSbを用いている。なお、CoFeから
なる磁化固定層の組成は、Co90at%−Fe10a
t%である。Example 6 A TEG was obtained in the same manner as in Example 1 except that the layer structure of the ferromagnetic tunnel junction was changed as follows. That is, in Example 6, PdMnSb is used for the reference layer and the free layer. The composition of the magnetization fixed layer made of CoFe is Co90at% -Fe10a.
t%.
【0070】Ta(3nm)/Cu(100nm)/P
tMn(20nm)/CoFe(2nm)/Ru(0.
8nm)/PdMnSb(5nm)/Al(1nm)−
Ox/PdMnSb(3nm)/Ta(5nm)Ta (3 nm) / Cu (100 nm) / P
tMn (20 nm) / CoFe (2 nm) / Ru (0.
8 nm) / PdMnSb (5 nm) / Al (1 nm)-
O x / PdMnSb (3 nm) / Ta (5 nm)
【0071】<実施例7>強磁性トンネル接合の層構成
を下記のとおりにしたこと以外は、実施例1と同様にし
てTEGを得た。すなわち、実施例7では参照層及び自
由層にCo2MnSiを用いている。なお、CoFeか
らなる磁化固定層の組成は、Co90at%−Fe10
at%である。Example 7 A TEG was obtained in the same manner as in Example 1 except that the layer structure of the ferromagnetic tunnel junction was changed as follows. That is, in Example 7, Co 2 MnSi is used for the reference layer and the free layer. The composition of the magnetization fixed layer made of CoFe is Co90at% -Fe10.
It is at%.
【0072】Ta(3nm)/Cu(100nm)/P
tMn(20nm)/CoFe(2nm)/Ru(0.
8nm)/Co2MnSi(5nm)/Al(1nm)
−Ox/Co2MnSi(5nm)/Ta(5nm)Ta (3 nm) / Cu (100 nm) / P
tMn (20 nm) / CoFe (2 nm) / Ru (0.
8 nm) / Co 2 MnSi (5 nm) / Al (1 nm)
-O x / Co 2 MnSi (5nm ) / Ta (5nm)
【0073】<比較例>強磁性トンネル接合の層構成を
下記のとおりにしたこと以外は、実施例1と同様にして
TEGを得た。なお、CoFeからなる磁化固定層の組
成は、Co90at%−Fe10at%である。Comparative Example A TEG was obtained in the same manner as in Example 1 except that the layer structure of the ferromagnetic tunnel junction was changed as follows. The composition of the magnetization fixed layer made of CoFe is Co90at% -Fe10at%.
【0074】Ta(3nm)/Cu(100nm)/P
tMn(20nm)/CoFe(2nm)/Ru(0.
8nm)/CoFe(2nm)/Al(1nm)−Ox
/CoFe(2nm)/Ta(5nm)Ta (3 nm) / Cu (100 nm) / P
tMn (20 nm) / CoFe (2 nm) / Ru (0.
8 nm) / CoFe (2 nm) / Al (1 nm) -O x
/ CoFe (2 nm) / Ta (5 nm)
【0075】以上のように作製された実施例1〜実施例
7及び比較例のTEGについて、下記のようにして熱処
理温度とTMR比との関係及び金属間化合物の同定を行
った。With respect to the TEGs of Examples 1 to 7 and the comparative example produced as described above, the relationship between the heat treatment temperature and the TMR ratio and the intermetallic compound were identified as follows.
【0076】通常のMRAM等の磁気メモリ装置では、
電流磁界によって磁気抵抗効果素子を磁化反転させて情
報を書き込むが、本実施例では、外部磁界によって磁気
抵抗効果素子を磁化反転させて、TMR比を測定した。In a magnetic memory device such as an ordinary MRAM,
The information is written by reversing the magnetization of the magnetoresistive effect element by the current magnetic field, but in the present embodiment, the magnetization reversal of the magnetoresistive effect element was reversed by the external magnetic field and the TMR ratio was measured.
【0077】このとき、磁気抵抗効果素子の自由層を磁
化反転させるための外部磁界を、自由層の磁化容易軸に
対して平行となるように印加した。測定のための外部磁
界の大きさは、500Oeとした。そして、自由層の磁
化容易軸の一方から見て、−500Oeから+500O
eまで掃引すると同時に、ワード線WLの端子パッド2
3とビット線BLの端子パッド24とにかかるバイアス
電圧が100mVとなるように調節して、強磁性トンネ
ル接合にトンネル電流を流した。このときの、各外部磁
界に対する抵抗値を測定した。At this time, an external magnetic field for reversing the magnetization of the free layer of the magnetoresistive element was applied so as to be parallel to the easy axis of magnetization of the free layer. The magnitude of the external magnetic field for measurement was 500 Oe. When viewed from one of the easy magnetization axes of the free layer, −500 Oe to +500 Oe
At the same time as sweeping to e, terminal pad 2 of word line WL
The bias voltage applied to the terminal 3 and the terminal pad 24 of the bit line BL was adjusted to 100 mV, and a tunnel current was passed through the ferromagnetic tunnel junction. At this time, the resistance value to each external magnetic field was measured.
【0078】TMR比は、磁化固定層と自由層との磁化
が反平行の状態であって抵抗が高い状態での抵抗値と、
磁化固定層と自由層との磁化が平行の状態であって抵抗
が低い状態での抵抗値との比をとることによって示され
る。The TMR ratio is the resistance value when the magnetization of the magnetization fixed layer and the free layer is antiparallel and the resistance is high,
It is shown by taking the ratio with the resistance value in the state where the magnetization of the magnetization fixed layer and the free layer are parallel and the resistance is low.
【0079】また、各実施例の参照層及び/又は自由層
の微細構造の観察は、透過型電子顕微鏡(Transmission
Electron Microscope :TEM)及びX線回折により行っ
た。なお、上記のような強磁性トンネル接合を構成する
ような膜厚はX線が透過してしまい、回折図形を得るた
めには不十分であるので、X線回折により金属間化合物
相を同定する際には、同条件にて成膜した膜厚500n
mの単層膜を別途用意し、測定に供した。Further, the observation of the fine structure of the reference layer and / or the free layer in each example is conducted by a transmission electron microscope (Transmission electron microscope).
Electron Microscope (TEM) and X-ray diffraction. Since the X-rays are transmitted through the film having such a thickness as to form the ferromagnetic tunnel junction, which is insufficient for obtaining a diffraction pattern, the intermetallic compound phase is identified by X-ray diffraction. In this case, the film thickness of 500 n formed under the same conditions
A monolayer film of m was separately prepared and used for the measurement.
【0080】最初に、参照層及び/又は自由層に強磁性
金属元素と半金属元素との金属間化合物を用いた場合、
すなわち実施例1〜実施例4の結果について説明する。
実施例1及び実施例2で用いたCo3Bからなる膜厚5
00nmの単層膜を熱処理後、X線回折により相の同定
を行った結果、Co3Bの金属間化合物の相が得られて
いることを確認した。First, when an intermetallic compound of a ferromagnetic metal element and a metalloid element is used for the reference layer and / or the free layer,
That is, the results of Examples 1 to 4 will be described.
Co 3 B film thickness 5 used in Examples 1 and 2
After the heat treatment of the 00 nm single layer film, the phases were identified by X-ray diffraction, and as a result, it was confirmed that the phase of the intermetallic compound of Co 3 B was obtained.
【0081】また、実施例1、実施例2及び比較例の熱
処理温度とTMR比との関係を、図7に示す。参照層及
び自由層にCo3Bの金属間化合物を用いた実施例1で
は、熱処理温度が高温である場合にも高いTMR比を維
持しており、最も高い耐熱性を示した。また、自由層の
みにCo3Bを用いる実施例2も、自由層及び参照層に
CoFeを用いる比較例に比べて高い耐熱性を示した。
このような耐熱性の向上の原因は明確ではないが、Co
−Bの結合エネルギーがCo−CoやCo−Feの金属
結合の結合エネルギーよりも高いためであると考えられ
る。FIG. 7 shows the relationship between the heat treatment temperature and the TMR ratio in Examples 1, 2 and Comparative Example. In Example 1 using the intermetallic compound of Co 3 B for the reference layer and the free layer, the high TMR ratio was maintained even when the heat treatment temperature was high, and the highest heat resistance was exhibited. In addition, Example 2 using Co 3 B only in the free layer also showed higher heat resistance than the comparative example using CoFe in the free layer and the reference layer.
Although the cause of such improvement in heat resistance is not clear, Co
It is considered that this is because the binding energy of -B is higher than the binding energy of the metal bond of Co-Co or Co-Fe.
【0082】次に、実施例3及び実施例4の評価結果に
ついて説明する。実施例3及び実施例4で用いたFe3
Siからなる膜厚500nmの単層膜を熱処理後、X線
回折により相の同定を行った結果、Fe3Siの金属間
化合物の相が得られていることを確認した。Next, the evaluation results of Example 3 and Example 4 will be described. Fe 3 used in Examples 3 and 4
After the heat treatment of the single-layer film made of Si with a thickness of 500 nm, the phases were identified by X-ray diffraction, and as a result, it was confirmed that the phase of the intermetallic compound of Fe 3 Si was obtained.
【0083】また、実施例3、実施例4及び比較例の熱
処理温度とTMR比との関係を、図8に示す。参照層及
び自由層にFe3Siの金属間化合物を用いた実施例3
では、熱処理温度が高温である場合にも高いTMR比を
維持しており、最も高い耐熱性を示した。また、自由層
のみにFe3Siを用いる実施例4も、自由層及び参照
層にCoFeを用いる比較例に比べて高い耐熱性を示し
た。このような耐熱性の向上の原因は明確ではないが、
Co3Bの場合と同様に、Fe−Siの結合エネルギー
がCo−CoやCo−Feの金属結合の結合エネルギー
よりも高いためであると考えられる。FIG. 8 shows the relationship between the heat treatment temperature and the TMR ratio in Examples 3, 4 and Comparative Example. Example 3 using an intermetallic compound of Fe 3 Si for the reference layer and the free layer
In, the high TMR ratio was maintained even when the heat treatment temperature was high, and the highest heat resistance was exhibited. Further, Example 4 using Fe 3 Si only in the free layer also showed higher heat resistance than the comparative example using CoFe in the free layer and the reference layer. Although the cause of such improvement in heat resistance is not clear,
It is considered that, as in the case of Co 3 B, the bond energy of Fe—Si is higher than the bond energy of the metal bond of Co—Co or Co—Fe.
【0084】以上の実施例1〜実施例4から、強磁性金
属元素と半金属元素との金属間化合物を強磁性トンネル
接合の強磁性層のいずれか一方に用いることにより、耐
熱性の向上効果を得られることがわかった。From the above Examples 1 to 4, the use of the intermetallic compound of the ferromagnetic metal element and the semimetal element in either one of the ferromagnetic layers of the ferromagnetic tunnel junction has the effect of improving the heat resistance. I found that I can get
【0085】なお、以上の結果から、金属間化合物の強
磁性金属としてFe及びCoのみならずNiを用いた系
であっても、このような耐熱性の向上効果を得られるこ
とは容易に予想される。また、金属間化合物の半金属成
分として実施例1〜実施例4ではB及びSiを用いた
が、これら以外にCo−Fe系やFe−Si系と同様に
金属間化合物を生成する元素を用いた系であってもこの
ような耐熱性の向上効果を得られることは容易に予想さ
れる。From the above results, it is easily predicted that such a heat resistance improving effect can be obtained even in the system using not only Fe and Co but also Ni as the ferromagnetic metal of the intermetallic compound. To be done. Further, although B and Si were used as the semi-metal component of the intermetallic compound in Examples 1 to 4, in addition to these, an element that produces an intermetallic compound is used in the same manner as in the Co-Fe system or the Fe-Si system. It is easily expected that such a heat resistance improvement effect can be obtained even in a conventional system.
【0086】さらに、参照層及び/又は自由層に単体で
は強磁性を示さない金属元素を含む金属間化合物を用い
た場合、すなわち実施例5〜実施例7の結果について説
明する。Further, the results of Examples 5 to 7 in the case of using an intermetallic compound containing a metal element that does not exhibit ferromagnetism by itself in the reference layer and / or the free layer will be described.
【0087】実施例5で用いたMnSbからなる膜厚5
00nmの単層膜を340℃以上にて熱処理後、X線回
折により相の同定を行った結果、MnSbの金属間化合
物の相が得られていることを確認した。同様にして、実
施例6で用いたPdMnSbからなる膜厚500nmの
単層膜を340℃以上にて熱処理後、X線回折により相
の同定を行った結果、PdMnSbの金属間化合物の相
が得られていることを確認した。また、実施例7で用い
たCo2MnSiからなる膜厚500nmの単層膜を3
40℃以上にて熱処理後、X線回折により相の同定を行
った結果、Co 2MnSiの金属間化合物の相が得られ
ていることを確認した。Thickness 5 of MnSb used in Example 5
After heat-treating a single layer film of 00 nm at 340 ° C or higher, X-ray
As a result of identifying the phase by folding, the intermetallic compound of MnSb
It was confirmed that the product phase was obtained. Similarly,
The film thickness of 500 nm made of PdMnSb used in Example 6
After heat treatment of the monolayer film at 340 ° C or higher,
Of PdMnSb as an intermetallic compound
It was confirmed that was obtained. Also used in Example 7.
CoTwoA single layer film made of MnSi and having a thickness of 500 nm is used.
After heat treatment at 40 ° C or higher, the phase is identified by X-ray diffraction.
As a result, Co TwoA phase of MnSi intermetallic compound is obtained
I confirmed that.
【0088】また、実施例5〜実施例7及び比較例の熱
処理温度とTMR比との関係を、図9に示す。参照層及
び自由層にMnSb、PdMnSb、Co2MnSiを
それぞれ用いた実施例5〜実施例7は、熱処理温度が高
温である場合にも高いTMR比を維持しており、いずれ
も高い耐熱性を示した。このような耐熱性の向上の原因
は明確ではないが、Co3B及びFe3Siの場合と同
様に、Mn−Sb、Co−Si等の共有結合的な結合エ
ネルギーがCo−CoやCo−Feの金属結合の結合エ
ネルギーよりも高いためであると考えられる。FIG. 9 shows the relationship between the heat treatment temperature and the TMR ratio in Examples 5 to 7 and Comparative Example. Examples 5 to 7 in which MnSb, PdMnSb, and Co 2 MnSi are used for the reference layer and the free layer maintain a high TMR ratio even when the heat treatment temperature is high, and all have high heat resistance. Indicated. Although the cause of such improvement in heat resistance is not clear, as in the case of Co 3 B and Fe 3 Si, the covalent bond energy of Mn—Sb, Co—Si, or the like is Co—Co or Co—. It is considered that this is because it is higher than the binding energy of the metal bond of Fe.
【0089】以上の実施例5〜実施例7から、単体で強
磁性を示す金属元素を含む金属間化合物だけでなく、単
体では強磁性を示さないが化合物を形成して初めて強磁
性を示す金属間化合物でも、実施例1〜実施例4と同様
に耐熱性の向上効果を得られることがわかった。From the above Examples 5 to 7, not only intermetallic compounds containing a metal element exhibiting ferromagnetism alone, but metals exhibiting ferromagnetism only after forming a compound which does not exhibit ferromagnetism by itself. It has been found that the intermetallic compound can also obtain the effect of improving heat resistance as in Examples 1 to 4.
【0090】なお、以上の結果から、MnのみならずC
rを用いた金属間化合物であっても、このような耐熱性
の向上効果を得られることは容易に予想される。また、
金属間化合物の半金属成分としても、実施例5〜実施例
7で用いた元素に限定されず、これら以外であってもこ
のような耐熱性の向上効果を得られることは容易に予想
される。From the above results, not only Mn but also C
Even with an intermetallic compound using r, it is easily expected that such an effect of improving heat resistance can be obtained. Also,
The semimetal component of the intermetallic compound is not limited to the elements used in Examples 5 to 7, and it is easily expected that such an effect of improving heat resistance can be obtained even if it is other than these. .
【0091】[0091]
【発明の効果】以上の説明のように、本発明によれば例
えば300℃以上の高温の熱処理によってもTMR特性
の劣化を抑制しうる、優れた耐熱性を実現するトンネル
磁気抵抗効果素子を提供することができる。As described above, according to the present invention, there is provided a tunnel magnetoresistive effect element capable of suppressing deterioration of TMR characteristics even by heat treatment at a high temperature of 300 ° C. or more and realizing excellent heat resistance. can do.
【0092】また、このような高い耐熱性を有するトン
ネル磁気抵抗効果素子を用いることにより、製造プロセ
スに熱処理工程を含む場合でも、エラーレートの増大を
抑えて優れた読み出し特性を維持することが可能な磁気
メモリ装置を実現できる。すなわち、本発明に係る磁気
メモリ装置は、優れた読み出し特性を維持しつつ、CM
OSプロセスとの親和性の大幅な向上を図ることができ
る。Further, by using such a tunnel magnetoresistive effect element having high heat resistance, it is possible to suppress an increase in error rate and maintain excellent read characteristics even when a heat treatment step is included in the manufacturing process. A magnetic memory device can be realized. That is, the magnetic memory device according to the present invention maintains CM with excellent read characteristics.
It is possible to significantly improve the affinity with the OS process.
【0093】また、本発明のトンネル磁気抵抗効果素子
の製造方法によれば、金属間化合物の相を強磁性層の少
なくとも一方に確実に形成し、熱安定性の高いトンネル
磁気抵抗効果素子を得ることができる。According to the method of manufacturing a tunnel magnetoresistive effect element of the present invention, the phase of the intermetallic compound is surely formed in at least one of the ferromagnetic layers, and the tunnel magnetoresistive effect element having high thermal stability is obtained. be able to.
【図1】本発明を適用したTMR素子の一例を示す要部
概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of an essential part showing an example of a TMR element to which the present invention is applied.
【図2】本発明を適用したTMR素子の他の例であっ
て、積層フェリ構造を有するTMR素子を示す要部概略
断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a main part of another example of a TMR element to which the present invention is applied, showing a TMR element having a laminated ferri structure.
【図3】本発明のTMR素子をメモリセルとして有す
る、クロスポイント型MRAMアレイの要部概略斜視図
である。FIG. 3 is a schematic perspective view of a main part of a cross-point type MRAM array having a TMR element of the present invention as a memory cell.
【図4】図3に示すメモリセルの拡大断面図である。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the memory cell shown in FIG.
【図5】TMR素子評価用のTEGの平面図である。FIG. 5 is a plan view of a TEG for evaluating a TMR element.
【図6】図5中A−A線の断面図である。6 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
【図7】金属間化合物としてCo3Bを含有するTMR
素子の、TMR比の熱処理温度依存性を説明するための
特性図である。FIG. 7: TMR containing Co 3 B as an intermetallic compound
It is a characteristic view for demonstrating the heat treatment temperature dependence of a TMR ratio of an element.
【図8】金属間化合物としてFe3Siを含有するTM
R素子の、TMR比の熱処理温度依存性を説明するため
の特性図である。FIG. 8: TM containing Fe 3 Si as an intermetallic compound
It is a characteristic view for explaining the heat treatment temperature dependence of the TMR ratio of the R element.
【図9】金属間化合物としてMnSb、PdMnSb又
はCo2MnSiを含有するTMR素子の、TMR比の
熱処理温度依存性を説明するための特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram for explaining the heat treatment temperature dependence of the TMR ratio of a TMR element containing MnSb, PdMnSb or Co 2 MnSi as an intermetallic compound.
1 TMR素子 2 基板 3 下地層 4 反強磁性層 5 磁化固定層 6 トンネルバリア層 7 自由層 8 トップコート層 9 強磁性トンネル接合 1 TMR element 2 substrates 3 Underlayer 4 Antiferromagnetic layer 5 Magnetization pinned layer 6 Tunnel barrier layer 7 free layer 8 Top coat layer 9 Ferromagnetic tunnel junction
───────────────────────────────────────────────────── 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 27/105 H01L 43/12 43/12 27/10 447 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 27/105 H01L 43/12 43/12 27/10 447
Claims (15)
を挟んだ強磁性トンネル接合を有するトンネル磁気抵抗
効果素子であって、 上記強磁性層のうち少なくとも一方は、強磁性を示す金
属間化合物を含有することを特徴とするトンネル磁気抵
抗効果素子。1. A tunnel magnetoresistive element having a ferromagnetic tunnel junction in which a tunnel barrier layer is sandwiched between a pair of ferromagnetic layers, wherein at least one of the ferromagnetic layers is an intermetallic layer exhibiting ferromagnetism. A tunnel magnetoresistive effect element comprising a compound.
i、Cr、Mnから選ばれる少なくとも1種を含有する
ことを特徴とする請求項1記載のトンネル磁気抵抗効果
素子。2. The intermetallic compound is Fe, Co, N.
2. The tunnel magnetoresistive effect element according to claim 1, containing at least one selected from i, Cr, and Mn.
又は3B族から6B族の元素群から選ばれる少なくとも
1種の元素を含有することを特徴とする請求項2記載の
トンネル磁気抵抗効果素子。3. The tunnel magnetoresistive effect element according to claim 2, wherein the intermetallic compound further contains a metalloid element or at least one element selected from the group of 3B to 6B elements. .
WiXjYk、又はW iXjYkZl(式中W、X、Y
及びZは、Fe、Co、Ni、Cr及びMnからなる第
1の群、並びに半金属元素及び3B族から6B族の元素
群からなる第2の群から選ばれる元素である。また、式
中W、Xのうち一方は第1の群から選ばれ、他方は第2
の群から選ばれる。また、式中i、j、k及びlは、整
数値又は整数に近い値の簡単な比である。)で表される
ことを特徴とする請求項1記載のトンネル磁気抵抗効果
素子。4. The intermetallic compound has the chemical formula WiXj,
WiXjYk, Or W iXjYkZl(W, X, Y in the formula
And Z are Fe, Co, Ni, Cr and Mn
Group 1 and metalloid elements and elements from groups 3B to 6B
It is an element selected from the second group consisting of the group. Also, the formula
One of the middle W and X is selected from the first group and the other is the second
Selected from the group of. Further, in the formula, i, j, k and l are integers.
It is a simple ratio of numbers or values close to integers. )
The tunnel magnetoresistance effect according to claim 1, characterized in that
element.
ラー合金、アンチモン化合物、カルコゲナイト、MnB
i、MnAlの少なくとも1種であることを特徴とする
請求項1記載のトンネル磁気抵抗効果素子。5. The intermetallic compound is boride, Heusler alloy, antimony compound, chalcogenite, MnB.
2. The tunnel magnetoresistive effect element according to claim 1, which is at least one of i and MnAl.
上記金属間化合物の単結晶からなる層を少なくとも1層
有することを特徴とする請求項1記載のトンネル磁気抵
抗効果素子。6. At least one of the ferromagnetic layers is
2. The tunnel magnetoresistive effect element according to claim 1, further comprising at least one layer made of a single crystal of the intermetallic compound.
を挟んだ強磁性トンネル接合を有するトンネル磁気抵抗
効果素子と、 上記トンネル磁気抵抗効果素子を厚み方向に挟むワード
線及びビット線とを備え、 上記強磁性層のうち少なくとも一方は、強磁性を示す金
属間化合物を含有することを特徴とする磁気メモリ装
置。7. A tunnel magnetoresistive element having a ferromagnetic tunnel junction in which a tunnel barrier layer is sandwiched between a pair of ferromagnetic layers, and a word line and a bit line sandwiching the tunnel magnetoresistive element in the thickness direction. A magnetic memory device comprising at least one of the ferromagnetic layers containing an intermetallic compound exhibiting ferromagnetism.
i、Cr、Mnから選ばれる少なくとも1種を含有する
ことを特徴とする請求項7記載の磁気メモリ装置。8. The intermetallic compound is Fe, Co, N.
8. The magnetic memory device according to claim 7, which contains at least one selected from i, Cr, and Mn.
又は3B族から6B族の元素群から選ばれる少なくとも
1種の元素を含有することを特徴とする請求項8記載の
磁気メモリ装置。9. The magnetic memory device according to claim 8, wherein the intermetallic compound further contains at least one element selected from the group consisting of a semi-metal element or a group of 3B to 6B elements.
iXj、WiXjYk、又はWiXjYkZl(式中
W、X、Y及びZは、Fe、Co、Ni、Cr及びMn
からなる第1の群、並びに半金属元素及び3B族から6
B族の元素群からなる第2の群から選ばれる元素であ
る。また、式中W、Xのうち一方は第1の群から選ば
れ、他方は第2の群から選ばれる。また、式中i、j、
k及びlは、整数値又は整数に近い値の簡単な比であ
る。)で表されることを特徴とする請求項7記載の磁気
メモリ装置。10. The intermetallic compound has the chemical formula W
i X j , W i X j Y k , or W i X j Y k Z l (W, X, Y, and Z in the formula are Fe, Co, Ni, Cr, and Mn.
A first group consisting of, and metalloid elements and 3B to 6
It is an element selected from the second group consisting of the group B elements. In the formula, one of W and X is selected from the first group, and the other is selected from the second group. Also, in the formula, i, j,
k and l are simple ratios of integer values or near integer values. 8. The magnetic memory device according to claim 7, wherein
スラー合金、アンチモン化合物、カルコゲナイト、Mn
Bi、MnAlの少なくとも1種であることを特徴とす
る請求項7記載の磁気メモリ装置。11. The intermetallic compound is boride, Heusler alloy, antimony compound, chalcogenite, Mn.
8. The magnetic memory device according to claim 7, wherein the magnetic memory device is at least one of Bi and MnAl.
は、上記金属間化合物の単結晶からなる層を少なくとも
1層有することを特徴とする請求項7記載の磁気メモリ
装置。12. The magnetic memory device according to claim 7, wherein at least one of the ferromagnetic layers has at least one layer made of a single crystal of the intermetallic compound.
層を挟んだ強磁性トンネル接合を有するトンネル磁気抵
抗効果素子の製造方法であって、上記強磁性トンネル接
合の成膜中又は成膜後に熱処理を行うことにより、上記
強磁性層のうち少なくとも一方に強磁性を示す金属間化
合物を形成することを特徴とするトンネル磁気抵抗効果
素子の製造方法。13. A method for manufacturing a tunnel magnetoresistive element having a ferromagnetic tunnel junction in which a tunnel barrier layer is sandwiched between a pair of ferromagnetic layers, the method comprising: forming the ferromagnetic tunnel junction or after forming the ferromagnetic tunnel junction. A method for manufacturing a tunnel magnetoresistive effect element, characterized by forming an intermetallic compound exhibiting ferromagnetism in at least one of the ferromagnetic layers by performing heat treatment.
行うことを特徴とする請求項13記載のトンネル磁気抵
抗効果素子の製造方法。14. The method for manufacturing a tunnel magnetoresistive effect element according to claim 13, wherein the heat treatment during the film formation is performed at 100 ° C. or higher.
行うことを特徴とする請求項13記載のトンネル磁気抵
抗効果素子の製造方法。15. The method for manufacturing a tunnel magnetoresistive element according to claim 13, wherein the heat treatment after the film formation is performed at 340 ° C. or higher.
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