JP2003304010A - 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ装置 - Google Patents

磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 これまでにない新規な材料を強磁性層に適用
することにより、書き込み特性及び読み出し特性を同時
に向上する。 【解決手段】 一対の強磁性層が中間層を介して対向さ
れてなり、膜面に対して垂直に電流を流すことによって
磁気抵抗変化を得る構成の磁気抵抗効果素子において、
上記強磁性層のうち少なくとも一方は、Ｆｅ、Ｃｏ及び
Ｂを含有する強磁性材料を含む。上記強磁性材料は、Ｆ
ｅａＣｏｂＮｉｃＢｄ（式中、ａ、ｂ、ｃ及びｄは原子
％を表す。また、５≦ａ≦４５、３５≦ｂ≦８５、０＜
ｃ≦３５、１０≦ｄ≦３０である。また、ａ＋ｂ＋ｃ＋
ｄ＝１００である。）を含有することが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、膜面に対して垂直
に電流を流すことによって磁気抵抗変化を得る構成の磁
気抵抗効果素子及び磁気メモリ装置に関する。
【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。
【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。
【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。
【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。
【０００６】特にスピンバルブ型のＴＭＲ素子において
は、一方の強磁性層が隣接する反強磁性層と反強磁性的
に結合することによって磁化の向きを常に一定とされ、
磁化固定層とされる。他方の強磁性層は、外部磁場等に
よって容易に磁化反転する情報記録層とされる。
【０００７】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）
【０００８】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。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＭＲＡＭの
基本的な構成は、例えば特開平１０−１１６４９０号公
報に開示されているように、複数のビット書き込み線
と、これら複数のビット書き込み線に直交する複数のワ
ード書き込み線とを設け、これらビット書き込み線とワ
ード書き込み線との交点に磁気メモリ素子としてＴＭＲ
素子が配されてなる。そして、このようなＭＲＡＭで記
録を行う際には、アステロイド特性を利用してＴＭＲ素
子に対して選択書き込みを行う。
【００１０】ＭＲＡＭに使用されるビット書き込み線及
びワード書き込み線には、通常の半導体装置の配線材料
であるＣｕ、Ａｌ等の導体薄膜が使用される。このよう
な通常の配線材料を用い、且つ０．２５μｍ線幅とされ
たビット書き込み線及びワード書き込み線によって例え
ば反転磁界が２０Ｏｅである磁気メモリ素子に対して書
き込むためには、約２ｍＡの電流が必要となる。ビット
書き込み線及びワード書き込み線の厚みが線幅と同じ
０．２５μｍである場合、このときの電流密度は、エレ
クトロマイグレーションによる断線限界値に近い３．２
×１０６Ａ／ｃｍ ３である。したがって、配線の信頼性
を維持するためには、書き込み電流の低減が不可欠であ
る。また、書き込み電流による発熱の問題や、消費電力
低減の観点からも、この書き込み電流を低減させる必要
がある。
【００１１】ＭＲＡＭにおける書き込み電流の低減を実
現する手法として、ＴＭＲ素子の保磁力を低減させるこ
とが挙げられる。ＴＭＲ素子の保磁力は、ＴＭＲ素子の
大きさ、形状、層構成、材料の選択等によって適宜決定
されるものである。しかしながら、例えばＭＲＡＭの記
録密度の向上を目的としてＴＭＲ素子を微細化した場合
には、ＴＭＲ素子の保磁力が上昇するといった不都合が
生じる。したがって、ＭＲＡＭの微細化（高集積化）と
書き込み電流の低減とを同時に達成するためには、材料
面からＴＭＲ素子の保磁力低減を達成する必要がある。
【００１２】また、ＭＲＡＭにおいてＴＭＲ素子の磁気
特性が素子毎にばらつくことや、同一素子を繰り返し測
定した場合のばらつきが存在するとアステロイド特性を
使用した選択書き込みが困難となるという問題点があ
る。したがって、ＴＭＲ素子には、理想的なアステロイ
ド曲線を描かせるための磁気特性も求められる。理想的
なアステロイド曲線を描かせるためには、ＴＭＲ測定を
行った際のＲ−Ｈ（抵抗−磁場）曲線においてバルクハ
ウゼンノイズ等のノイズがないこと、波形の角形性が良
いこと、磁化状態が安定しており保磁力Ｈｃのばらつき
が少ないことが必要である。
【００１３】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。したがって、素子間の抵抗ばらつきが同
じである場合には、ＴＭＲ比が高いほど有利であり、高
速で集積度が高く、エラーレートの低いメモリが実現さ
れる。
【００１４】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ＴＭＲ比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、バイアス電圧依存性も少ない方が読み出しエラー
の低減において有効である。
【００１５】以上のように、ＭＲＡＭに用いられるＴＭ
Ｒ素子には、上述の書き込み特性要件と読み出し特性要
件とを同時に満足することが必要である。
【００１６】しかしながら、ＴＭＲ素子の強磁性層の材
料を選択する場合に、式（１）のＰ１及びＰ２で示され
るスピン分極率が大きくなるような合金組成をＣｏ、Ｆ
ｅ、Ｎｉの強磁性遷移金属元素のみを成分とする材料か
ら選択すると、一般的にＴＭＲ素子の保磁力Ｈｃが増大
する傾向にある。
【００１７】例えば、Ｃｏ７５Ｆｅ２５（原子％）合金
等を情報記録層に用いた場合は、スピン分極率が大きく
４０％以上の高いＴＭＲ比が確保できるが、保磁力Ｈｃ
も大きくなる。
【００１８】代わりに、軟磁性材料として知られるパー
マロイと呼称されるＮｉ８０Ｆｅ２０（原子％）合金等
を用いた場合、保磁力Ｈｃの低減は可能であるものの、
上述のＣｏ７５Ｆｅ２５（原子％）合金と比較してスピ
ン分極率が小さいためにＴＭＲ比が３３％程度まで低下
してしまう。
【００１９】また、Ｃｏ９０Ｆｅ１０（原子％）は、約
３７％のＴＭＲ比を得られるとともに、保磁力Ｈｃを上
述のＣｏ７５Ｆｅ２５（原子％）合金とＮｉ８０Ｆｅ２
０（原子％）合金との中間程度に抑えられるが、Ｒ−Ｈ
曲線の角形性が劣り、書き込みを可能とするアステロイ
ド特性が得られない。
【００２０】そこで本発明はこのような従来の実情に鑑
みて提案されたものであり、これまでにない新規な材料
を強磁性層に適用することにより、書き込み特性及び読
み出し特性を同時に向上する磁気抵抗効果素子及び磁気
メモリ装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【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、本発明に係る磁気抵抗効果素子は、一対の強磁性
層が中間層を介して対向されてなり、膜面に対して垂直
に電流を流すことによって磁気抵抗変化を得る構成の磁
気抵抗効果素子において、上記強磁性層のうち少なくと
も一方は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＢを含有する強磁性材料を含
むことを特徴とする。
【００２２】また、本発明に係る磁気メモリ装置は、一
対の強磁性層が中間層を介して対向されてなり、膜面に
対して垂直に電流を流すことによって磁気抵抗変化を得
る構成の磁気抵抗効果素子と、上記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、Ｆｅ、Ｃｏ及びＢを含
有する強磁性材料を含むことを特徴とする。
【００２３】少なくとも一方の強磁性層が、強磁性材料
として強磁性遷移金属元素であるＦｅ及びＣｏに加えて
Ｂを含有することによって、磁気抵抗効果素子の磁気抵
抗（ＭＲ）比の向上、Ｒ−Ｈ曲線の角形性の改善、ＭＲ
比のバイアス電圧依存性の改善、保磁力のばらつきの改
善を図ることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した磁気抵抗
効果素子及び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。
【００２５】本発明を適用したトンネル磁気抵抗効果素
子（以下、ＴＭＲ素子と称する。）１は、例えば図１に
示すように、Ｓｉ等からなる基板２上に、下地層３と、
反強磁性層４と、強磁性層である磁化固定層５と、トン
ネルバリア層６と、強磁性層である情報記録層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
と情報記録層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。ＴＭＲ
素子１は、強磁性層の一方が磁化固定層５とされ、他方
が情報記録層７とされたいわゆるスピンバルブ型のＴＭ
Ｒ素子である。
【００２６】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情報記録層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。
【００２７】同図に示すスピンバルブ型のＴＭＲ素子１
においては、磁化固定層５は、反強磁性層４と反強磁性
的に結合することによって磁化の向きを一定とされる。
このため、書き込みの際の電流磁界によっても磁化固定
層５の磁化は反転しない。
【００２８】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、オゾン、窒素、ハロゲ
ン、ハロゲン化ガス等とを用いるＣＶＤ法によって得る
こともできる。
【００２９】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、情報記録層７の少
なくとも一方が、強磁性材料として強磁性遷移金属元素
であるＦｅ及びＣｏとともにＢを含有する。強磁性遷移
金属元素のみで強磁性層を構成した従来のＴＭＲ素子で
は、スピン分極率を高めると保磁力も増大するといった
不都合を伴うが、本発明ではこのような強磁性材料を含
有することによってスピン分極率の向上と保磁力の低減
とを両立し、ＴＭＲ比の向上及び書き込み電流の低減を
実現できる。しかも、本発明では、高いＴＭＲ比と低い
保磁力とを両立しつつ、Ｒ−Ｈ曲線の角形性を損なうこ
とがない。また、Ｂを含有することによって、バイアス
電圧依存性の改善も可能となる。
【００３０】ここで、情報記録層が強磁性材料として本
発明の範囲内である（Ｃｏ９０Ｆｅ１０）８０Ｂ１０を
含有するＴＭＲ素子と、情報記録層が強磁性材料として
Ｃｏ９０Ｆｅ１０を含有するＴＭＲ素子とをそれぞれ実
際に作製し、これらについて抵抗−外部磁場曲線を測定
した結果を図２に示す。図２から明らかなように、情報
記録層が強磁性材料としてＦｅ、Ｃｏ、Ｂを含有するＴ
ＭＲ素子では、Ｆｅ及びＣｏのみを含有するＴＭＲ素子
に比べて、ＴＭＲ比を高く維持しつつ保磁力Ｈｃを低減
することが可能であった。また、Ｒ−Ｈループの角形性
が向上するとともにバルクハウゼンノイズも低減され
た。したがって、本発明によれば、書き込み電流の低減
が可能となるばかりでなく、アステロイド曲線の形状も
改善されて書き込み特性が向上し、書き込みエラーの低
減を図ることが可能となる。
【００３１】このような効果が現れる原因は明確ではな
いが、Ｂを含有する強磁性層では、微視的な構造が通常
の金属組織から微結晶又はアモルファス組織へと組織形
態が変化するためと考えられる。ただし、単に微視的な
構造がアモルファスであればＴＭＲ特性が改善するとい
うわけではなく、強磁性層が上述の元素を含有し、ま
た、後述する組成範囲を満足することが重要である。
【００３２】ところで、強磁性層が含有するＦｅ、Ｃ
ｏ、Ｂの合金組成には最適範囲が存在し、磁性層のうち
少なくとも一方が含有する強磁性材料は、不可避な不純
物元素を除いて、組成式ＦｅｘＣｏｙＢｚ（式中、ｘ、
ｙ及びｚは原子％を表す。）から構成され、５≦ｘ≦４
５、３５≦ｙ≦８５、１０≦ｚ≦３０であることが好ま
しいといえる。このとき、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００である。
これらの規定について以下に述べる。
【００３３】先ず、強磁性層に添加するＢについて説明
する。Ｂの添加量が１０原子％未満である場合には、ベ
ースとなるＦｅ−Ｃｏ合金の磁気特性が大きく反映さ
れ、緩やかな改善効果が認められるのみである。したが
って、１０原子％以上のＢを含有することにより、Ｆ
ｅ、Ｃｏ等を同じ比率で含む合金と比較して、ＴＭＲ比
が顕著に増大するとともに、Ｒ−Ｈ曲線の角形性が改善
される。また、ＴＭＲ比のバイアス依存性も改善され、
さらに情報記録層の磁化状態が安定しているため、保磁
力のばらつきが小さく、Ｒ−Ｈ曲線上に見られるノイズ
も大幅に低減する。また、Ｂの添加量は３０原子％以下
であることが好ましい。Ｂの添加量が３０原子％を上回
ると、情報記録層の強磁性的な特性及び磁化固定層の固
定磁界が損なわれ始める。この結果、ＴＭＲ比の低下、
Ｒ−Ｈ曲線の角形性の劣化及び保磁力の減少を招くおそ
れがある。したがって、Ｂを添加することによる本発明
の効果を確実に得るためには、Ｆｅ−Ｃｏ合金の組成に
より若干変化するが、少なくとも一方の強磁性層は１０
原子％以上、３０原子％以下のＢを含有することが好ま
しい。
【００３４】次に、ベースとなる（Ｆｅ、Ｃｏ）合金に
ついて説明する。本発明の効果を顕著に得る観点では、
Ｃｏは必須の元素である。具体的には、Ｂを含めた合金
組成で少なくとも３５原子％のＣｏが必要である。Ｂが
添加された場合の効果を促進し、しかも強磁性的な性質
を保持するためである。その上でＦｅが添加されると、
Ｃｏ−Ｆｅベース合金での変化と同様に、ＴＭＲ比の向
上及び保磁力の増大効果が認められる。しかし、Ｆｅの
含有量が４５原子％を上回ると、実際の素子寸法では保
磁力が過剰に増大し、ＴＭＲ素子として不適当である。
また、Ｆｅの含有量が５原子％未満であると強磁性層の
スピン分極率が小さく、磁気抵抗効果素子として動作す
るのに充分なＴＭＲ比が得られなくなるおそれがある。
したがって、Ｆｅの含有量は５原子％以上、４５原子％
以下とすることが好ましい。
【００３５】また、本発明の強磁性トンネル接合の強磁
性層の少なくとも一方は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｂの他にＮｉを
含有していてもかまわない。強磁性層がさらにＮｉを含
有する場合でも、保磁力の増大を抑えつつ良好なＴＭＲ
比を維持し、Ｒ−Ｈ曲線の角形性の改善効果を得られ
る。Ｎｉの含有量にも最適範囲が存在し、Ｎｉは０原子
％以上、３５原子％以下であることが好ましい。Ｎｉの
含有量が３５原子％を上回ると、保磁力が小さくなりす
ぎてＴＭＲ素子の動作の制御が困難となるおそれがある
ためである。すなわち、強磁性層のうち少なくとも一方
が含有する強磁性材料は、不可避な不純物元素を除い
て、組成式ＦｅａＣｏｂＮｉｃＢｄ（式中、ａ、ｂ、ｃ
及びｄは原子％を表す。）から構成され、５≦ａ≦４
５、３５≦ｂ≦８５、０＜ｃ≦３５、１０≦ｄ≦３０で
あることが好ましい。このとき、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１０
０である。
【００３６】以上のようなＦｅ、Ｃｏ、Ｂを含有する強
磁性材料は、情報記録層７、磁化固定層５の少なくとも
一方に適用すればよいが、少なくとも情報記録層７、よ
り好ましくは情報記録層７及び磁化固定層５の双方に適
用させることによって、本発明の効果をより顕著に得ら
れる。勿論、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｂを含有する強磁性材料を含
む強磁性層以外の強磁性層は、この種の磁気抵抗効果素
子に通常用いられる材料をいずれも使用可能である。
【００３７】また、例えば上述の材料を情報記録層７に
適用する場合、情報記録層７の膜厚は１ｎｍ以上、１０
ｎｍ以下であることが好ましく、この範囲内であること
によって良好な磁気特性を確保できる。情報記録層７の
膜厚が１ｎｍ未満である場合には磁気特性が大幅に損な
われ、逆に情報記録層７の膜厚が１０ｎｍを上回る場合
にはＴＭＲ素子の保磁力が過剰に高くなるので実用上不
適当となるおそれがあるためである。ただし、情報記録
層７が上述の元素を含む材料からなる層の単層ではな
く、例えば上述の元素を含む材料からなる層と、例えば
磁化量の小さなＮｉＦｅ層等との積層構造である場合に
は、情報記録層７の膜厚の合計は１０ｎｍを上回っても
かまわない。
【００３８】また、上述の材料を磁化固定層５に適用す
る場合、磁化固定層５の膜厚は０．５ｎｍ以上、６ｎｍ
以下であることが好ましく、この範囲内であることによ
って本発明の効果をより確実に得られる。磁化固定層５
の膜厚が０．５ｎｍ未満である場合には磁気特性が損な
われ、逆に磁化固定層の膜厚が６ｎｍを上回る場合には
反強磁性層４との交換結合磁界を充分に得られなくなる
おそれがある。
【００３９】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及び情報記録層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３
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とで導電体層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３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
フェリ構造の導電体層５ｃに用いられる材料としては、
例えばＲｕ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ等が挙げられる。
図３のＴＭＲ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。
【００４０】また、本発明のＴＭＲ素子は、図１及び図
３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。
【００４１】さらに、本発明は、一対の強磁性層が非磁
性導体層を挟んでなり、膜面に対して垂直に電流を流す
ことによって磁気抵抗変化を得る構成のスピンバルブ型
磁気抵抗効果素子に適用した場合であっても上述の効果
を得ることができる。
【００４２】上述のようなＴＭＲ素子等の磁気抵抗効果
素子は、例えばＭＲＡＭ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ＭＲ
ＡＭについて、図４及び図５を参照しながら説明する。
【００４３】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４に示す。同図に示す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素子が配
置されてなるメモリセル１１とを有する。すなわち、こ
のＭＲＡＭアレイでは、３×３のメモリセル１１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素子に限定
されず、積層フェリ構造を有する図３に示すＴＭＲ素子
１０等、膜面に対して垂直に電流を流すことによって磁
気抵抗変化を得る構成の磁気抵抗効果素子において強磁
性層のうち少なくとも一方が上述の強磁性材料を含んで
いるのであればいかなる構成であってもかまわない。
【００４４】各メモリセル１１は、図５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。
【００４５】本発明を適用したＭＲＡＭは、先に述べた
ように、強磁性トンネル接合を構成する強磁性層のいず
れか一方が特定の元素を含有するＴＭＲ素子１を用いて
いるので、ＴＭＲ出力に極めて優れ、メモリ動作の安定
性が飛躍的に向上する。また、本発明のＭＲＡＭは、Ｔ
ＭＲ比のバイアス電圧依存特性が向上したＴＭＲ素子１
を用いているので、読み出し時に低抵抗状態と高抵抗状
態との判別が容易となり、エラーレートが低減する。さ
らに、Ｒ−Ｈ曲線においてノイズが低減し、アステロイ
ド特性が向上するので書き込みエラーの低減が図られ
る。以上まとめると、本発明のＭＲＡＭは、読み出し特
性及び書き込み特性を同時に満足することができる。
【００４６】なお、本発明のＴＭＲ素子等の磁気抵抗効
果素子は、先に述べた磁気メモリ装置のみならず、磁気
ヘッド及びこの磁気ヘッドを搭載したハードディスクド
ライブ、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。
【００４７】また、本発明は上述の記載に限定されるこ
とはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜
変更可能である。
【００４８】
【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４及び図
５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６及び図７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。
【００４９】実験１ 先ず、強磁性トンネル接合の強磁性層のいずれか一方が
Ｆｅ、Ｃｏ及びＢを含むことによる効果、並びに強磁性
層の組成の最適範囲について検討した。
【００５０】＜サンプル１＞図６及び図７に示すよう
に、本実施例で用いる特性評価用素子（Test ElementGr
oup :TEG）は、基板２１上に、ワード線ＷＬとビット線
ＢＬ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。
【００５１】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し、
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。基板とし
ては、厚み０．６ｍｍの熱酸化膜（２μｍ）付きシリコ
ン基板を用いた。
【００５２】次に、ワード線ＷＬに下記の層構成（１）
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。
【００５３】Ｔａ（３ｎｍ）／Ｃｕ（１００ｎｍ）／Ｐ
ｔＭｎ（２０ｎｍ）／ＣｏＦｅ（３ｎｍ）／Ｒｕ（０．
８ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．５ｎｍ）／Ａｌ（１ｎｍ）−
Ｏｘ／ＦｅＣｏＢ（４ｎｍ）／Ｔａ（５ｎｍ）
【００５４】上記の層構成のうち、情報記録層を構成す
るＦｅＣｏＢの組成を、Ｆｅ９Ｃｏ８１Ｂ１０（原子
％）とした。また、情報記録層以外のＣｏＦｅからなる
層の組成を、Ｃｏ７５Ｆｅ２５（原子％）とした。
【００５５】トンネルバリア層であるＡｌ−Ｏｘ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０．１ｍＴｏｒｒとし、ＩＣＰプラ
ズマにより金属Ａｌ膜をプラズマ酸化することにより形
成された。酸化時間はＩＣＰプラズマ出力に依存する
が、今回の実施例では３０秒とした。
【００５６】また、トンネルバリア層であるＡｌ−Ｏｘ
層以外は、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて成膜し
た。
【００５７】上記の膜を積層した後、磁場中熱処理炉に
て、１０ｋＯｅ、２７０℃、４時間の熱処理を行い、反
強磁性層であるＰｔＭｎ層の規則化熱処理を行い、強磁
性トンネル接合を得た。
【００５８】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６及び図７に示すＴＥＧを得た。
【００５９】＜サンプル２＞強磁性トンネル接合の層構
成（１）のうち、情報記録層の組成を、Ｆｅ８Ｃｏ７２
Ｂ２０（原子％）としたこと以外はサンプル１と同様に
してＴＥＧを得た。
【００６０】＜サンプル３＞強磁性トンネル接合の層構
成（１）のうち、情報記録層の組成を、Ｆｅ７Ｃｏ６３
Ｂ３０（原子％）としたこと以外はサンプル１と同様に
してＴＥＧを得た。
【００６１】＜サンプル４＞強磁性トンネル接合の層構
成（１）のうち、情報記録層の組成を、Ｆｅ２２．５Ｃ
ｏ６７．５Ｂ１０（原子％）としたこと以外はサンプル
１と同様にしてＴＥＧを得た。
【００６２】＜サンプル５＞強磁性トンネル接合の層構
成（１）のうち、情報記録層の組成を、Ｆｅ２０Ｃｏ６
０Ｂ２０（原子％）としたこと以外はサンプル１と同様
にしてＴＥＧを得た。
【００６３】＜サンプル６＞強磁性トンネル接合の層構
成（１）のうち、情報記録層の組成を、Ｆｅ１７．５Ｃ
ｏ５２．５Ｂ３０（原子％）としたこと以外はサンプル
１と同様にしてＴＥＧを得た。
【００６４】＜サンプル７＞強磁性トンネル接合の層構
成（１）のうち、情報記録層の組成を、Ｆｅ３６Ｃｏ５
４Ｂ１０（原子％）としたこと以外はサンプル１と同様
にしてＴＥＧを得た。
【００６５】＜サンプル８＞強磁性トンネル接合の層構
成（１）のうち、情報記録層の組成を、Ｆｅ３２Ｃｏ４
８Ｂ２０（原子％）としたこと以外はサンプル１と同様
にしてＴＥＧを得た。
【００６６】＜サンプル９＞強磁性トンネル接合の層構
成（１）のうち、情報記録層の組成を、Ｆｅ２８Ｃｏ４
２Ｂ３０（原子％）としたこと以外はサンプル１と同様
にしてＴＥＧを得た。
【００６７】＜サンプル１０＞強磁性トンネル接合の層
構成（１）のうち、情報記録層の組成を、Ｆｅ２５Ｃｏ
７５（原子％）としたこと以外はサンプル１と同様にし
てＴＥＧを得た。
【００６８】＜サンプル１１＞強磁性トンネル接合の層
構成（１）のうち、情報記録層の組成を、Ｆｅ１０Ｃｏ
８２Ｂ８（原子％）としたこと以外はサンプル１と同様
にしてＴＥＧを得た。
【００６９】＜サンプル１２＞強磁性トンネル接合の層
構成（１）のうち、情報記録層の組成を、Ｆｅ５０Ｃｏ
４３Ｂ７（原子％）としたこと以外はサンプル１と同様
にしてＴＥＧを得た。
【００７０】＜サンプル１３＞強磁性トンネル接合の層
構成（１）のうち、情報記録層の組成を、Ｃｏ９５Ｂ５
（原子％）としたこと以外はサンプル１と同様にしてＴ
ＥＧを得た。
【００７１】＜サンプル１４＞強磁性トンネル接合の層
構成（１）のうち、情報記録層の組成を、Ｆｅ１０Ｃｏ
５５Ｂ３５（原子％）としたこと以外はサンプル１と同
様にしてＴＥＧを得た。
【００７２】＜サンプル１５＞強磁性トンネル接合の層
構成（１）のうち、情報記録層の組成を、Ｆｅ３０Ｃｏ
３５Ｂ３５（原子％）としたこと以外はサンプル１と同
様にしてＴＥＧを得た。
【００７３】＜サンプル１６＞強磁性トンネル接合の層
構成（１）のうち、情報記録層の組成を、Ｆｅ４０Ｃｏ
３０Ｂ３０（原子％）としたこと以外はサンプル１と同
様にしてＴＥＧを得た。
【００７４】＜サンプル１７＞強磁性トンネル接合の層
構成（１）のうち、情報記録層の組成を、Ｆｅ５０Ｃｏ
３０Ｂ２０（原子％）としたこと以外はサンプル１と同
様にしてＴＥＧを得た。
【００７５】以上のように作製されたサンプル１〜サン
プル１７のＴＥＧについて、下記のようにしてＴＭＲ
比、保磁力Ｈｃのばらつき、角形比及びバイアス電圧依
存性を測定した。
【００７６】ＴＭＲ比の測定 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
を磁化反転させることにより、ＴＭＲ比の測定を行っ
た。すなわち、先ず、ＴＭＲ素子の情報記録層を磁化反
転させるための外部磁界を、情報記録層の磁化容易軸に
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。次に、情報記録層の
磁化容易軸の一方から見て−５００Ｏｅから＋５００Ｏ
ｅまで掃引するのと同時に、ワード線ＷＬの端子パッド
２３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。そして、磁化固定層と
情報記録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、磁化固定層と情報記録層との磁化が
平衡の状態であって抵抗が低い状態での抵抗値の比を、
ＴＭＲ比とした。なお、良好な読み出し特性を得るとい
った観点から、このＴＭＲ比は、４５％以上であること
が好ましい。
【００７７】保磁力Ｈｃのばらつきの測定 保磁力（Ｈｃ）は、上記のＴＭＲ比の測定法から求めら
れるＲ−Ｈ曲線から求めた。そして、同一素子に対して
Ｒ−Ｈ曲線を５０回繰り返し測定し、最大抵抗値と最小
抵抗値との半分の値に対し、保磁力（Ｈｃ）のばらつき
を求めた。ばらつき値は、ΔＨｃ／Ｈｃ平均値として算
出した。なお、書き込み特性の向上を図るといった観点
から、保磁力（Ｈｃ）のばらつきは４％以下であること
が好ましい。
【００７８】角形比の測定 Ｒ−Ｈ曲線から波形の角形比を求めた。すなわち、測定
時の−５００Ｏｅから＋５００Ｏｅまでの磁場範囲での
Ｒ−Ｈ曲線のＲ１ｍａｘ−Ｒ１ｍｉｎとゼロ磁場（Ｈ＝
０）でのＲ２ｍａｘ−Ｒ２ｍｉｎの比、（Ｒ２ｍａｘ−
Ｒ２ｍｉｎ）／（Ｒ１ｍａｘ−Ｒ１ｍｉｎ）の値を示
す。角形比は、書き込み特性の向上を図るといった観点
から、０．９以上であることが好ましい。
【００７９】バイアス電圧依存性の測定 バイアス電圧を１００ｍＶから１０００ｍＶまで１０ｍ
Ｖ刻みに変化させながらＲ−Ｈ曲線の測定を行い、ＴＭ
Ｒ比を求め、バイアス電圧に対してプロットした。そし
て、外挿された０ｍＶでのＴＭＲ比に対して、半分にな
るバイアス電圧を求め、これをＶhalfとした。Ｖhalf
は、５５０ｍＶ以上であることが好ましい。
【００８０】以上のサンプル１〜サンプル１７の情報記
録層の組成及び膜厚を、下記の表１に示す。また、以上
のように求められたＴＭＲ比、保磁力Ｈｃのばらつき、
角形比及びバイアス電圧依存性の結果を下記表２に示
す。
【００８１】
【表１】
【００８２】
【表２】
【００８３】以上の表１及び表２から明らかなように、
磁化固定層及び情報記録層のいずれにおいてもＢを含有
しないサンプル１０は、例えば情報記録層にＢを僅かに
含むサンプル１１〜サンプル１３がバイアス電圧依存性
Ｖhalfに限っては良好な値を示したのに対して、ＴＭＲ
比、保磁力（Ｈｃ）のばらつき、角形比及びバイアス電
圧依存性Ｖhalfのいずれにおいても劣っていた。このこ
とから、強磁性トンネル接合の少なくとも一方の強磁性
層がＦｅ、ＣｏとともにＢを含有することにより、書き
込み特性の改善効果が得られることがわかる。
【００８４】また、本発明の合金組成の範囲内であるサ
ンプル１〜サンプル９は、４５％以上のＴＭＲ比が得ら
れ、角形比が０．９以上と優れたＴＭＲ特性を示した。
また、サンプル１〜サンプル９は、保磁力（Ｈｃ）のば
らつきが４％以下に抑制されており、磁気的に非常に安
定した状態といえる。さらに、サンプル１〜サンプル９
は、Ｖhalfが５５０ｍＶ以上の高い値を示しているの
で、ＭＲＡＭとしての動作時において０／１の差電圧が
大きくなる。したがって、サンプル１〜サンプル９は、
書き込み特性及び読み出し特性の双方に優れ、書き込み
及び読み出しのいずれにおいてもエラーの非常に小さな
ＭＲＡＭを実現することができる。これに対して、本発
明の組成の範囲外であるサンプル１０〜サンプル１７
は、ＴＭＲ比、保磁力（Ｈｃ）のばらつき、角形比及び
Ｖhalfに劣り、書き込み特性及び読み出し特性が不十分
なものであるとわかる。
【００８５】図８は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｂの三元系状態図で
あり、上述のサンプル１〜サンプル１７をプロットした
ものである。同図中の数値はサンプル番号を表す。図８
の斜線で示す領域は、本願の組成範囲、すなわちＦｅが
５原子％以上４５原子％以下、Ｃｏが３５原子％以上８
５原子％以下、Ｂが１０原子％以上３０原子％以下の組
成範囲であり、サンプル１〜サンプル９はこの範囲内に
おさまる。
【００８６】以上のことから、強磁性トンネル接合のう
ちいずれか一方の強磁性層が、Ｆｅ、Ｃｏ及びＢを含有
し、Ｆｅが５原子％以上４５原子％以下、Ｃｏが３５原
子％以上８５原子％以下、Ｂが１０原子％以上３０原子
％以下であることが好ましいとわかった。
【００８７】実験２ 次に、強磁性トンネル接合の層構成を変化させた上で、
情報記録層の最適な膜厚範囲について検討した。
【００８８】＜サンプル１８＞強磁性トンネル接合の層
構成を下記のような層構成（２）とするとともに、磁化
固定層及び情報記録層の組成を変化させたこと以外は、
サンプル１と同様にしてＴＥＧを得た。すなわち、この
サンプル１８では、磁化固定層の組成を、本発明の組成
範囲内であるＦｅ２０Ｃｏ６０Ｂ２０（原子％）とし
た。また、このサンプル１８の情報記録層の組成を、Ｆ
ｅ４５Ｃｏ４５Ｂ２０（原子％）とした。さらに、この
サンプル１８においては、サンプル１〜サンプル１７と
は異なり、情報記録層の膜厚を５ｎｍとした。 Ｔａ（３ｎｍ）／Ｃｕ（１００ｎｍ）／ＰｔＭｎ（２０
ｎｍ）／ＣｏＦｅ（３ｎｍ）／Ｒｕ（０．８ｎｍ）／Ｃ
ｏＦｅ（２ｎｍ）／ＣｏＦｅＢ（１ｎｍ）／Ａｌ（１ｎ
ｍ）−Ｏｘ／ＦｅＣｏＢ（５ｎｍ）／Ｔａ（５ｎｍ）
【００８９】＜サンプル１９＞強磁性トンネル接合の層
構成（２）のうち、情報記録層の組成をＦｅ４０Ｃｏ４
０Ｂ２０（原子％）としたこと以外はサンプル１８と同
様にしてＴＥＧを得た。
【００９０】＜サンプル２０＞強磁性トンネル接合の層
構成（２）のうち、情報記録層の組成をＦｅ３５Ｃｏ３
５Ｂ３０（原子％）としたこと以外はサンプル１８と同
様にしてＴＥＧを得た。
【００９１】＜サンプル２１＞強磁性トンネル接合の層
構成（２）のうち、情報記録層の組成をＦｅ８Ｃｏ７２
Ｂ２０（原子％）とし、さらに情報記録層の膜厚を２．
５ｎｍとしたこと以外はサンプル１８と同様にしてＴＥ
Ｇを得た。
【００９２】＜サンプル２２＞強磁性トンネル接合の層
構成（２）のうち、情報記録層の組成をＦｅ２０Ｃｏ６
０Ｂ２０（原子％）としたこと以外はサンプル２１と同
様にしてＴＥＧを得た。
【００９３】＜サンプル２３＞強磁性トンネル接合の層
構成（２）のうち、情報記録層の組成をＦｅ３２Ｃｏ４
８Ｂ２０（原子％）としたこと以外はサンプル２１と同
様にしてＴＥＧを得た。
【００９４】＜サンプル２４＞強磁性トンネル接合の層
構成（２）のうち、情報記録層の組成をＦｅ４０Ｃｏ４
０Ｂ２０（原子％）としたこと以外はサンプル２１と同
様にしてＴＥＧを得た。
【００９５】＜サンプル２５＞強磁性トンネル接合の層
構成（２）のうち、情報記録層の組成をＦｅ８Ｃｏ７２
Ｂ２０（原子％）とし、さらに情報記録層の膜厚を１．
８ｎｍとしたこと以外はサンプル１８と同様にしてＴＥ
Ｇを得た。
【００９６】＜サンプル２６＞強磁性トンネル接合の層
構成（２）のうち、情報記録層の組成をＦｅ２０Ｃｏ６
０Ｂ２０（原子％）としたこと以外はサンプル２５と同
様にしてＴＥＧを得た。
【００９７】＜サンプル２７＞強磁性トンネル接合の層
構成（２）のうち、情報記録層の組成をＦｅ３２Ｃｏ４
８Ｂ２０（原子％）としたこと以外はサンプル２５と同
様にしてＴＥＧを得た。
【００９８】＜サンプル２８＞強磁性トンネル接合の層
構成（２）のうち、情報記録層の組成をＦｅ９Ｃｏ８１
Ｂ１０（原子％）とし、さらに情報記録層の膜厚を１
０．５ｎｍとしたこと以外はサンプル１８と同様にして
ＴＥＧを得た。
【００９９】＜サンプル２９＞強磁性トンネル接合の層
構成（２）のうち、情報記録層の組成をＦｅ８Ｃｏ７２
Ｂ２０（原子％）としたこと以外はサンプル２８と同様
にしてＴＥＧを得た。
【０１００】＜サンプル３０＞強磁性トンネル接合の層
構成（２）のうち、情報記録層の組成をＦｅ７Ｃｏ６３
Ｂ３０（原子％）としたこと以外はサンプル２８と同様
にしてＴＥＧを得た。
【０１０１】以上のサンプル１８〜サンプル３０の情報
記録層の組成及び膜厚を、下記の表３に示す。また、以
上のように求められたＴＭＲ比、保磁力Ｈｃのばらつ
き、角形比及びバイアス電圧依存性の結果を下記表４に
示す。
【０１０２】
【表３】
【０１０３】
【表４】
【０１０４】以上の表３及び表４から明らかなように、
情報記録層の膜厚が１．８ｎｍであるサンプル２５〜サ
ンプル２７及び情報記録層の膜厚が１０．５ｎｍである
サンプル２８〜サンプル３０は、サンプル１８〜サンプ
ル２４に比べて、各特性のいずれかが若干劣るものであ
った。したがって、情報記録層の膜厚には最適範囲が存
在し、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、特に２．５ｎｍ以上７
ｎｍ以下であることが好ましいとわかった。
【０１０５】実験３ 次に、強磁性トンネル接合を構成する強磁性層のいずれ
か一方が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｂの他にさらにＮｉを含有する
場合について検討する。
【０１０６】＜サンプル３１＞強磁性トンネル接合の層
構成（１）のうち、情報記録層の組成をＦｅ２０Ｃｏ３
５Ｎｉ３５Ｂ１０（原子％）としたこと以外はサンプル
１と同様にしてＴＥＧを得た。
【０１０７】＜サンプル３２＞強磁性トンネル接合の層
構成（１）のうち、情報記録層の組成をＦｅ１０Ｃｏ３
５Ｎｉ３５Ｂ２０（原子％）としたこと以外はサンプル
１と同様にしてＴＥＧを得た。
【０１０８】＜サンプル３３＞強磁性トンネル接合の層
構成（１）のうち、情報記録層の組成をＦｅ７Ｃｏ３５
Ｎｉ２８Ｂ３０（原子％）としたこと以外はサンプル１
と同様にしてＴＥＧを得た。
【０１０９】＜サンプル３４＞強磁性トンネル接合の層
構成（１）のうち、情報記録層の組成をＦｅ１５Ｃｏ５
０Ｎｉ２５Ｂ１０（原子％）としたこと以外はサンプル
１と同様にしてＴＥＧを得た。
【０１１０】＜サンプル３５＞強磁性トンネル接合の層
構成（１）のうち、情報記録層の組成をＦｅ１５Ｃｏ４
０Ｎｉ２５Ｂ２０（原子％）としたこと以外はサンプル
１と同様にしてＴＥＧを得た。
【０１１１】＜サンプル３６＞強磁性トンネル接合の層
構成（１）のうち、情報記録層の組成をＦｅ１０Ｃｏ３
５Ｎｉ２５Ｂ３０（原子％）としたこと以外はサンプル
１と同様にしてＴＥＧを得た。
【０１１２】＜サンプル３７＞強磁性トンネル接合の層
構成（１）のうち、情報記録層の組成をＦｅ１０Ｃｏ３
５Ｎｉ３５Ｂ２０（原子％）とし、情報記録層の膜厚を
２．５ｎｍとしたこと以外はサンプル１と同様にしてＴ
ＥＧを得た。
【０１１３】＜サンプル３８＞強磁性トンネル接合の層
構成（１）のうち、情報記録層の組成をＦｅ１５Ｃｏ４
０Ｎｉ２５Ｂ２０（原子％）とし、情報記録層の膜厚を
２．５ｎｍとしたこと以外はサンプル１と同様にしてＴ
ＥＧを得た。
【０１１４】＜サンプル３９＞強磁性トンネル接合の層
構成（１）のうち、情報記録層の組成をＦｅ２０Ｃｏ３
０Ｎｉ３０Ｂ２０（原子％）としたこと以外はサンプル
１と同様にしてＴＥＧを得た。
【０１１５】＜サンプル４０＞強磁性トンネル接合の層
構成（１）のうち、情報記録層の組成をＦｅ５Ｃｏ４０
Ｎｉ４５Ｂ１０（原子％）としたこと以外はサンプル１
と同様にしてＴＥＧを得た。
【０１１６】以上のサンプル３１〜サンプル４０の情報
記録層の組成及び膜厚を、下記の表５に示す。また、以
上のように求められたＴＭＲ比、保磁力Ｈｃのばらつ
き、角形比及びバイアス電圧依存性の結果を下記表６に
示す。
【０１１７】
【表５】
【０１１８】
【表６】
【０１１９】以上の表５及び表６から明らかなように、
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｂの組成範囲が適正な範囲内であるサンプ
ル３１〜サンプル３８は、さらにＮｉを含有した場合で
あっても優れた書き込み特性及び読み出し特性を得られ
ることがわかった。しかしなら、Ｎｉの含有量が４５原
子％であるサンプル４０は、ＴＭＲ比の低下、角形比の
劣化及びＶhalfの低下を引き起こした。このことから、
Ｎｉの含有量には最適な範囲が存在し、３５原子％以下
であることが好ましいとわかった。また、Ｃｏ含有量が
不足しているサンプル３９ではＴＭＲ比が低下している
ことから、強磁性層のベースとなる合金として、Ｆｅ及
びＣｏの含有量が重要であるとわかった。
【０１２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＭＲ比の向上、Ｒ−Ｈ曲線の角形性の改善、ＭＲ比のバ
イアス電圧依存性の改善、保磁力のばらつきの改善を図
ることにより、磁気メモリ装置等に用いられたときに書
き込み特性及び読み出し特性を同時に満足し得る磁気抵
抗効果素子を提供することが可能である。
【０１２１】また、このような磁気抵抗効果素子を用い
ることにより、書き込み特性及び読み出し特性を同時に
満足することが可能な磁気メモリ装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【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。
【図２】情報記録層にＦｅ、Ｃｏ、Ｂを含有する強磁性
材料を用いたＴＭＲ素子、及び情報記録層にＦｅ、Ｃｏ
を含有する強磁性材料を用いたＴＭＲ素子の抵抗−外部
磁場曲線を示す特性図である。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】図４に示すメモリセルの拡大断面図である。
【図６】ＴＭＲ素子評価用のＴＥＧの平面図である。
【図７】図６中Ａ−Ａ線の断面図である。
【図８】本発明の最適な合金組成を説明するための三元
系状態図である。
【符号の説明】
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 情報記録層 ８ トップコート層 ９ 強磁性トンネル接合
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 10/32 Ｈ０１Ｆ 10/32 Ｈ０１Ｌ 27/105 Ｈ０１Ｌ 27/10 ４４７ (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 (72)発明者 別所 和宏 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 山元 哲也 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 鹿野 博司 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） 5E049 AA01 AA04 AA07 AA09 AC00 AC01 AC05 CB02 DB12 GC01 5F083 FZ10 GA11 JA36 JA37 JA38 JA39 JA56 MA06 MA19

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一対の強磁性層が中間層を介して対向さ
    れてなり、膜面に対して垂直に電流を流すことによって
    磁気抵抗変化を得る構成の磁気抵抗効果素子において、 上記強磁性層のうち少なくとも一方は、Ｆｅ、Ｃｏ及び
    Ｂを含有する強磁性材料を含むことを特徴とする磁気抵
    抗効果素子。
  2. 【請求項２】 上記強磁性材料は、ＦｅａＣｏｂＮｉｃ
    Ｂｄ（式中、ａ、ｂ、ｃ及びｄは原子％を表す。また、
    ５≦ａ≦４５、３５≦ｂ≦８５、０＜ｃ≦３５、１０≦
    ｄ≦３０である。また、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００であ
    る。）を含有す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】 上記強磁性材料は、ＦｅｘＣｏｙＢｚ
    （式中、ｘ、ｙ及びｚは原子％を表す。また、５≦ｘ≦
    ４５、３５≦ｙ≦８５、１０≦ｚ≦３０である。また、
    ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００である。）を含有することを特徴と
    する請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
  4. 【請求項４】 上記強磁性材料はアモルファスであるこ
    とを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
  5. 【請求項５】 上記中間層としてトンネルバリア層を用
    いたトンネル磁気抵抗効果素子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。
  6. 【請求項６】 上記強磁性層のうち一方が磁化固定層で
    あり、他方が情報記録層であるスピンバルブ型磁気抵抗
    効果素子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。
  7. 【請求項７】 積層フェリ構造を有することを特徴とす
    る請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
  8. 【請求項８】 一対の強磁性層が中間層を介して対向さ
    れてなり、膜面に対して垂直に電流を流すことによって
    磁気抵抗変化を得る構成の磁気抵抗効果素子と、 上記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、Ｆｅ、Ｃｏ及び
    Ｂを含有する強磁性材料を含むことを特徴とする磁気メ
    モリ装置。
  9. 【請求項９】 上記強磁性材料は、ＦｅａＣｏｂＮｉｃ
    Ｂｄ（式中、ａ、ｂ、ｃ及びｄは原子％を表す。また、
    ５≦ａ≦４５、３５≦ｂ≦８５、０＜ｃ≦３５、１０≦
    ｄ≦３０である。また、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００であ
    る。）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。
  10. 【請求項１０】 上記強磁性材料は、ＦｅｘＣｏｙＢｚ
    （式中、ｘ、ｙ及びｚは原子％を表す。また、５≦ｘ≦
    ４５、３５≦ｙ≦８５、１０≦ｚ≦３０である。また、
    ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００である。）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。
  11. 【請求項１１】 上記強磁性材料はアモルファスである
    ことを特徴とする請求項８記載の磁気メモリ装置。
  12. 【請求項１２】 上記磁気抵抗効果素子は、上記中間層
    としてトンネルバリア層を用いたトンネル磁気抵抗効果
    素子であることを特徴とする請求項８記載の磁気メモリ
    装置。
  13. 【請求項１３】 上記磁気抵抗効果素子は、上記強磁性
    層のうち一方が磁化固定層であり、他方が情報記録層で
    あるスピンバルブ型磁気抵抗効果素子であることを特徴
    とする請求項８記載の磁気メモリ装置。
  14. 【請求項１４】 積層フェリ構造を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。
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