JP2003304011A - 磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果メモリー素子 - Google Patents
磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果メモリー素子Info
- Publication number
- JP2003304011A JP2003304011A JP2002106174A JP2002106174A JP2003304011A JP 2003304011 A JP2003304011 A JP 2003304011A JP 2002106174 A JP2002106174 A JP 2002106174A JP 2002106174 A JP2002106174 A JP 2002106174A JP 2003304011 A JP2003304011 A JP 2003304011A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- underlayer
- magnetoresistive effect
- effect element
- magnetoresistive
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐熱性に優れた熱的構造安定な特性を示すＭ
Ｒ素子を提供し、このＭＲ素子を用いた磁気抵抗効果メ
モリー（ＭＲＡＭ）を提供する。 【解決手段】 少なくとも２つの磁性層が少なくとも１
つの非磁性層を介して積層された多層膜を含み、前記少
なくとも２つの磁性層における磁化方向の相対角度に応
じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子であって、前記
多層膜の下地層は粒径が１０ｎｍ以上では粒の最大高低
差が６ｎｍ以下であることを特徴とする磁気抵抗効果素
子。
Ｒ素子を提供し、このＭＲ素子を用いた磁気抵抗効果メ
モリー（ＭＲＡＭ）を提供する。 【解決手段】 少なくとも２つの磁性層が少なくとも１
つの非磁性層を介して積層された多層膜を含み、前記少
なくとも２つの磁性層における磁化方向の相対角度に応
じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子であって、前記
多層膜の下地層は粒径が１０ｎｍ以上では粒の最大高低
差が６ｎｍ以下であることを特徴とする磁気抵抗効果素
子。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気抵抗効果素子お
よびそれを用いた磁気抵抗効果メモリー（磁気ランダム
・アクセス・メモリー；以下「ＭＲＡＭ」と略す）に関
する。
よびそれを用いた磁気抵抗効果メモリー（磁気ランダム
・アクセス・メモリー；以下「ＭＲＡＭ」と略す）に関
する。
【０００２】
【従来の技術】磁気抵抗効果は、磁性体に磁界を加える
ことで電気抵抗が変化する現象であり、磁気センサーや
磁気ヘッドとして広く利用されている。近年では、磁性
層と非磁性層を交互に積層した構造を有する多層膜（磁
性層／非磁性層／磁性層／非磁性層／・・・）から大き
な磁気抵抗効果を得ることが知られており、これは巨大
磁気抵抗（ＧＭＲ）効果と呼ばれている。ＧＭＲ効果は
非磁性層を介する磁性層の磁化方向の相対的な相違に応
じて電気抵抗が変化する現象である。
ことで電気抵抗が変化する現象であり、磁気センサーや
磁気ヘッドとして広く利用されている。近年では、磁性
層と非磁性層を交互に積層した構造を有する多層膜（磁
性層／非磁性層／磁性層／非磁性層／・・・）から大き
な磁気抵抗効果を得ることが知られており、これは巨大
磁気抵抗（ＧＭＲ）効果と呼ばれている。ＧＭＲ効果は
非磁性層を介する磁性層の磁化方向の相対的な相違に応
じて電気抵抗が変化する現象である。
【０００３】通常、ＧＭＲ素子では、非磁性層にＣｕ、
Ａｕ等の導電性材料が用いられる。この素子は一般に
は、電流を膜面に平行に流して用いられる（ＣＩＰ−Ｇ
ＭＲ：Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎ Ｐｌａｎｅ−ＧＭＲ）。
これに対し、電流を膜面垂直方向に流すＧＭＲ素子はＣ
ＰＰ−ＧＭＲ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕ
ｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ Ｐｌａｎｅ−ＧＭＲ）と呼ばれ
ている。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子と
比較して磁気抵抗変化率（ＭＲ比）は大きいが抵抗値が
小さい。
Ａｕ等の導電性材料が用いられる。この素子は一般に
は、電流を膜面に平行に流して用いられる（ＣＩＰ−Ｇ
ＭＲ：Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎ Ｐｌａｎｅ−ＧＭＲ）。
これに対し、電流を膜面垂直方向に流すＧＭＲ素子はＣ
ＰＰ−ＧＭＲ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕ
ｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ Ｐｌａｎｅ−ＧＭＲ）と呼ばれ
ている。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子と
比較して磁気抵抗変化率（ＭＲ比）は大きいが抵抗値が
小さい。
【０００４】また、大きな動作磁界を必要としないＧＭ
Ｒ素子として、スピンバルブ型素子が知られている。こ
の素子では、非磁性層を介して自由磁性層と固定磁性層
とが積層されており、自由磁性層の磁化回転に応じて生
じる両磁性層の磁化方向が為す角度の相対的な変化が利
用される。スピンバルブ型ＧＭＲ素子としては、例えば
反強磁性材料であるＦｅ−Ｍｎを磁化回転制御層とし
て、Ｎｉ−Ｆｅ／Ｃｕ／Ｎｉ−Ｆｅ多層膜に積層した素
子が提案されている。この素子は、動作磁界が小さく、
直線性にも優れているが、ＭＲ比が小さい。磁性層にＣ
ｏＦｅ強磁性材料、反強磁性層にＰｔＭｎ，ＩｒＭｎ強
磁性材料をそれぞれ用いることによって、ＭＲ比を向上
させたスピンバルブ型ＧＭＲ素子も報告されている。
Ｒ素子として、スピンバルブ型素子が知られている。こ
の素子では、非磁性層を介して自由磁性層と固定磁性層
とが積層されており、自由磁性層の磁化回転に応じて生
じる両磁性層の磁化方向が為す角度の相対的な変化が利
用される。スピンバルブ型ＧＭＲ素子としては、例えば
反強磁性材料であるＦｅ−Ｍｎを磁化回転制御層とし
て、Ｎｉ−Ｆｅ／Ｃｕ／Ｎｉ−Ｆｅ多層膜に積層した素
子が提案されている。この素子は、動作磁界が小さく、
直線性にも優れているが、ＭＲ比が小さい。磁性層にＣ
ｏＦｅ強磁性材料、反強磁性層にＰｔＭｎ，ＩｒＭｎ強
磁性材料をそれぞれ用いることによって、ＭＲ比を向上
させたスピンバルブ型ＧＭＲ素子も報告されている。
【０００５】さらに高いＭＲ比を得るために、非磁性層
に絶縁性材料を用いた素子も提案されている。この素子
は垂直方向に電流がながれ、絶縁性材料を用いた非磁性
層（トンネル層）を確率的に透過するトンネル電流を利
用した磁気抵抗効果、いわゆるトンネル磁気抵抗（ＴＭ
Ｒ）効果と呼ばれている。ＴＭＲ素子は絶縁層を挟む磁
性層のスピン分極率が高いほど、大きなＭＲ比が期待さ
れる。これに従うと磁性層としては、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｃｏ
合金、Ｎｉ−Ｆｅ合金等の磁性金属、ハーフメタリック
強磁性体等が適している。
に絶縁性材料を用いた素子も提案されている。この素子
は垂直方向に電流がながれ、絶縁性材料を用いた非磁性
層（トンネル層）を確率的に透過するトンネル電流を利
用した磁気抵抗効果、いわゆるトンネル磁気抵抗（ＴＭ
Ｒ）効果と呼ばれている。ＴＭＲ素子は絶縁層を挟む磁
性層のスピン分極率が高いほど、大きなＭＲ比が期待さ
れる。これに従うと磁性層としては、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｃｏ
合金、Ｎｉ−Ｆｅ合金等の磁性金属、ハーフメタリック
強磁性体等が適している。
【０００６】また、トンネル層を透過するトンネル電流
を利用しているので素子の抵抗はトンネル層の厚さに依
存する。低抵抗化を図るためにはトンネル層（障壁）の
厚さを薄くすればよい。こうすることで、素子抵抗は小
さくなり、大きな電流を流すことが可能となり、大きな
出力電圧を得ることが可能である。
を利用しているので素子の抵抗はトンネル層の厚さに依
存する。低抵抗化を図るためにはトンネル層（障壁）の
厚さを薄くすればよい。こうすることで、素子抵抗は小
さくなり、大きな電流を流すことが可能となり、大きな
出力電圧を得ることが可能である。
【０００７】しかし、極めて薄いトンネル層とするに
は、トンネル層表面が極めて平滑性がよい面であること
が必要となる。平滑性が悪く薄いトンネル層はピンホー
ルが発生し、ピンホールでリーク電流が発生し大きな出
力を得ることができなくなる。
は、トンネル層表面が極めて平滑性がよい面であること
が必要となる。平滑性が悪く薄いトンネル層はピンホー
ルが発生し、ピンホールでリーク電流が発生し大きな出
力を得ることができなくなる。
【０００８】また、ＴＭＲ素子をＣＭＯＳ上に作成して
ＭＲＡＭデバイスとして応用する研究が進んでいるが、
ＣＭＯＳプロセスでは４００℃〜４５０℃の非常に高温
の熱処理行程を行うことが不可避であり、その高温熱処
理によるＴＭＲ素子の特性劣化が生ずる。特に固定層に
Ｆｅ−ＭｎやＩｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−ＭｎといったＭｎ系反
強磁性膜を用いたスピンバルブ型ＭＲ素子においてはＭ
ｎが高温熱処理によって拡散し３００℃以上で特性が劣
化し、ＭＲＡＭとして応用するには困難である。
ＭＲＡＭデバイスとして応用する研究が進んでいるが、
ＣＭＯＳプロセスでは４００℃〜４５０℃の非常に高温
の熱処理行程を行うことが不可避であり、その高温熱処
理によるＴＭＲ素子の特性劣化が生ずる。特に固定層に
Ｆｅ−ＭｎやＩｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−ＭｎといったＭｎ系反
強磁性膜を用いたスピンバルブ型ＭＲ素子においてはＭ
ｎが高温熱処理によって拡散し３００℃以上で特性が劣
化し、ＭＲＡＭとして応用するには困難である。
【０００９】Ｍｎの拡散のメカニズムは未だ明確には解
明されていないが、薄くて平滑性が悪いトンネル層で
は、トンネル層に発生しているピンホール等によってＭ
ｎの拡散がさらに広範囲に広がっていると思われる。
明されていないが、薄くて平滑性が悪いトンネル層で
は、トンネル層に発生しているピンホール等によってＭ
ｎの拡散がさらに広範囲に広がっていると思われる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、トン
ネル層を薄くしてもピンホールの発生を防ぎ、耐熱性に
優れた熱的構造安定な特性を示すＭＲ素子を提供し、こ
のＭＲ素子を用いた磁気抵抗効果メモリー（ＭＲＡＭ）
を提供することにある。
ネル層を薄くしてもピンホールの発生を防ぎ、耐熱性に
優れた熱的構造安定な特性を示すＭＲ素子を提供し、こ
のＭＲ素子を用いた磁気抵抗効果メモリー（ＭＲＡＭ）
を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、本発明の磁気抵抗効果素子は、少なくとも２つの磁
性層が少なくとも１つの非磁性層を介して積層された多
層膜を含み、前記少なくとも２つの磁性層における磁化
方向の相対角度に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果
素子であって、前記多層膜の下地層は粒径が１０ｎｍ以
上の粒の最大高低差が６ｎｍ以下であり、平均高低差が
５ｎｍ以下であることを特徴とする。
に、本発明の磁気抵抗効果素子は、少なくとも２つの磁
性層が少なくとも１つの非磁性層を介して積層された多
層膜を含み、前記少なくとも２つの磁性層における磁化
方向の相対角度に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果
素子であって、前記多層膜の下地層は粒径が１０ｎｍ以
上の粒の最大高低差が６ｎｍ以下であり、平均高低差が
５ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１２】また、前記多層膜の下地層の粒径が１０ｎ
ｍ以下であることを特徴とする。
ｍ以下であることを特徴とする。
【００１３】また、本発明によれば、前記下地層は材料
Ａであり、前記材料ＡはＣｕより原子番号が大きい元素
Ｘ（Ｘは４族から１１族の元素）から選ばれた少なくと
も１種の金属または、前記元素Ｘより選ばれた少なくと
も２種類以上の合金または２種類以上の単元素金属で構
成される混合物であることを特徴とする。
Ａであり、前記材料ＡはＣｕより原子番号が大きい元素
Ｘ（Ｘは４族から１１族の元素）から選ばれた少なくと
も１種の金属または、前記元素Ｘより選ばれた少なくと
も２種類以上の合金または２種類以上の単元素金属で構
成される混合物であることを特徴とする。
【００１４】または、前記下地層は、前記材料Ａから選
ばれた少なくとも２種類以上の材料で積層された多層膜
構造であることを特徴とする。
ばれた少なくとも２種類以上の材料で積層された多層膜
構造であることを特徴とする。
【００１５】または、前記下地層は、抵抗率が４μΩｃ
ｍ以下である低抵抗率材料と前記低抵抗率材料に前記材
料Ａより選ばれた少なくとも１種類以上の材料で積層さ
れた多層構造であり、前記材料Ａの少なくとも１層の膜
厚が前記低抵抗率材料層の膜厚の１０％以上であること
を特徴とする。
ｍ以下である低抵抗率材料と前記低抵抗率材料に前記材
料Ａより選ばれた少なくとも１種類以上の材料で積層さ
れた多層構造であり、前記材料Ａの少なくとも１層の膜
厚が前記低抵抗率材料層の膜厚の１０％以上であること
を特徴とする。
【００１６】または、前記下地層は、前記低抵抗率材料
層と前記低抵抗率材料層に前記材料Ａより選ばれた少な
くとも１種類以上の材料で積層された多層構造であり、
前記材料Ａ層の前記非磁性層側の表面が電子サイクロト
ロン共鳴プラズマ法によって、５ｎｍ以上エッチング処
理され、前記材料Ａ層の膜厚が前記低抵抗率材料層の膜
厚の１０％以下であることを特徴とする。
層と前記低抵抗率材料層に前記材料Ａより選ばれた少な
くとも１種類以上の材料で積層された多層構造であり、
前記材料Ａ層の前記非磁性層側の表面が電子サイクロト
ロン共鳴プラズマ法によって、５ｎｍ以上エッチング処
理され、前記材料Ａ層の膜厚が前記低抵抗率材料層の膜
厚の１０％以下であることを特徴とする。
【００１７】また、前記下地層の膜厚が５〜２０００ｎ
ｍであり、前記下地層が下部電極であることを特徴とす
る。
ｍであり、前記下地層が下部電極であることを特徴とす
る。
【００１８】また、本発明の磁気抵抗効果メモリーは前
記磁気抵抗効果素子と情報を記録するための情報記録導
体線と前記情報を読み出すための情報読み出し用導体線
を含むことを特徴とする。
記磁気抵抗効果素子と情報を記録するための情報記録導
体線と前記情報を読み出すための情報読み出し用導体線
を含むことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を説明する。
を説明する。
【００２０】図１は本発明の一実施形態に係る磁気抵抗
効果素子を示す断面図である。
効果素子を示す断面図である。
【００２１】図１に示す磁気抵抗効果素子は、絶縁性材
料を用いた非磁性層（トンネル層）２を介して積層され
た磁性層１、３、下地層４が基板５の上に積層されてお
り、磁性層１，３に磁界が加わると磁性層１，３の磁化
方向に相対的な相違が生じ、トンネル層２を流れるトン
ネル電流の大きさが変化する、トンネル磁気抵抗効果素
子である。
料を用いた非磁性層（トンネル層）２を介して積層され
た磁性層１、３、下地層４が基板５の上に積層されてお
り、磁性層１，３に磁界が加わると磁性層１，３の磁化
方向に相対的な相違が生じ、トンネル層２を流れるトン
ネル電流の大きさが変化する、トンネル磁気抵抗効果素
子である。
【００２２】下地層４のトンネル層２側の表面、つまり
磁性層３と接する側の下地層４の表面粗さが、粒径が１
０ｎｍ以上では粒の最大高低差が６ｎｍ以下であり、平
均高低差が５ｎｍ以下であることが好ましい。または、
粒径が１０ｎｍ以下の結晶質であり、ＸＲＤにて観察す
ると観察ピークをもち、ピークの半値幅が３°以下であ
ることがより好ましい。
磁性層３と接する側の下地層４の表面粗さが、粒径が１
０ｎｍ以上では粒の最大高低差が６ｎｍ以下であり、平
均高低差が５ｎｍ以下であることが好ましい。または、
粒径が１０ｎｍ以下の結晶質であり、ＸＲＤにて観察す
ると観察ピークをもち、ピークの半値幅が３°以下であ
ることがより好ましい。
【００２３】上記のような表面粗さである下地層４とす
るには、Ｃｕより原子番号が大きい元素Ｘ（Ｘは４族か
ら１１族の元素）から選ばれた少なくとも１種の金属ま
たは、前記元素Ｘより選ばれた少なくとも２種類以上の
合金または２種類以上の単元素金属で構成される混合物
である材料を用いることが好ましい。
るには、Ｃｕより原子番号が大きい元素Ｘ（Ｘは４族か
ら１１族の元素）から選ばれた少なくとも１種の金属ま
たは、前記元素Ｘより選ばれた少なくとも２種類以上の
合金または２種類以上の単元素金属で構成される混合物
である材料を用いることが好ましい。
【００２４】金属をスパッタするときは、原子番号が大
きい金属ほど大きいエネルギーをもつ反跳Ａｒがターゲ
ット面より反射し、基板をたたくことになる。それによ
り基板表面においてターゲット材料の表面拡散が生じや
すくなり、膜質が高密度であり、膜表面は平坦化が図ら
れる。
きい金属ほど大きいエネルギーをもつ反跳Ａｒがターゲ
ット面より反射し、基板をたたくことになる。それによ
り基板表面においてターゲット材料の表面拡散が生じや
すくなり、膜質が高密度であり、膜表面は平坦化が図ら
れる。
【００２５】よって、Ｃｕより原子番号が大きい元素Ｘ
（Ｘは４族から１１族の元素）を下地層４として用いる
ことにより、表面が平坦化された下地層４を得ることが
できる。
（Ｘは４族から１１族の元素）を下地層４として用いる
ことにより、表面が平坦化された下地層４を得ることが
できる。
【００２６】また、前記元素Ｘより選ばれた少なくとも
２種類以上の合金または２種類以上の単元素金属で構成
される混合物であっても同様の効果が期待できる。
２種類以上の合金または２種類以上の単元素金属で構成
される混合物であっても同様の効果が期待できる。
【００２７】さらに、下地層４を下部電極とするのであ
れば、前記元素ＸはＮｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａ
ｇ，Ｉｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ等、抵抗率が２
０．０×１０-6Ωｃｍ以下である元素であることが好ま
しい。
れば、前記元素ＸはＮｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａ
ｇ，Ｉｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ等、抵抗率が２
０．０×１０-6Ωｃｍ以下である元素であることが好ま
しい。
【００２８】また、下地層４は前記元素Ｘから選ばれた
少なくとの２つの異なる元素により、積層された多層構
造であってもよい。
少なくとの２つの異なる元素により、積層された多層構
造であってもよい。
【００２９】また、下地層４に抵抗率が４μΩｃｍ以下
である低抵抗率材料を用いて、下地層４を下部電極とす
るのであれば、平坦化させるために前記低抵抗率材料と
前記低抵抗率材料に前記材料Ａより選ばれた少なくとも
１種類以上の材料で積層された多層構造であり、前記材
料Ａの少なくとも１層の膜厚が前記低抵抗率材料層の膜
厚の１０％以上である下地層とすることが好ましい。
である低抵抗率材料を用いて、下地層４を下部電極とす
るのであれば、平坦化させるために前記低抵抗率材料と
前記低抵抗率材料に前記材料Ａより選ばれた少なくとも
１種類以上の材料で積層された多層構造であり、前記材
料Ａの少なくとも１層の膜厚が前記低抵抗率材料層の膜
厚の１０％以上である下地層とすることが好ましい。
【００３０】低抵抗率材料として、例えばＣｕやＡｌと
すると、下地層４としてＣｕやＡｌのみを用いると従来
通り、粒径が１０ｎｍであり、最大高低差が６ｎｍ以上
であり、平均高低差が５ｎｍ以上である非常に荒れた下
地表面となり、トンネル層２にピンホールが発生し、リ
ーク電球が発生するが、低抵抗率材料に前記材料Ａより
選ばれた少なくとも１種類以上の材料で積層された多層
構造にすることにより、非常に平坦な下地層表面とな
る。
すると、下地層４としてＣｕやＡｌのみを用いると従来
通り、粒径が１０ｎｍであり、最大高低差が６ｎｍ以上
であり、平均高低差が５ｎｍ以上である非常に荒れた下
地表面となり、トンネル層２にピンホールが発生し、リ
ーク電球が発生するが、低抵抗率材料に前記材料Ａより
選ばれた少なくとも１種類以上の材料で積層された多層
構造にすることにより、非常に平坦な下地層表面とな
る。
【００３１】しかし、低抵抗率材料の上に積層された材
料の内、少なくとも１種類は低抵抗率材料の膜厚の１０
％以上であることが好ましい。この積層膜が平坦化する
のも、原子番号の大きい元素をスパッタすることによる
反跳Ａｒ効果によるものであるが、その膜厚が１０％以
下であるならば、その効果は期待できない。
料の内、少なくとも１種類は低抵抗率材料の膜厚の１０
％以上であることが好ましい。この積層膜が平坦化する
のも、原子番号の大きい元素をスパッタすることによる
反跳Ａｒ効果によるものであるが、その膜厚が１０％以
下であるならば、その効果は期待できない。
【００３２】もし、低抵抗率材料の上に積層する１つ１
つの材料の膜厚を低抵抗率材料の１０％未満にするので
あれば、積層する材料の少なくとも１つを成膜後に、電
子サイクロトロン共鳴プラズマ法によって５ｎｍ以上エ
ッチング処理し、膜厚を調節することが好ましい。
つの材料の膜厚を低抵抗率材料の１０％未満にするので
あれば、積層する材料の少なくとも１つを成膜後に、電
子サイクロトロン共鳴プラズマ法によって５ｎｍ以上エ
ッチング処理し、膜厚を調節することが好ましい。
【００３３】また、下地層４と磁性層３の界面が前記材
料Ａより選ばれた少なくとも１種類以上の材料を用いた
薄膜層であれば、低抵抗率材料と基板との間に前記材料
Ａより選ばれた少なくとも１種類以上の材料が積層され
ていてもよい。
料Ａより選ばれた少なくとも１種類以上の材料を用いた
薄膜層であれば、低抵抗率材料と基板との間に前記材料
Ａより選ばれた少なくとも１種類以上の材料が積層され
ていてもよい。
【００３４】ここで、高低差とは１つの結晶粒の最大凸
部と、最小凹部の差である。
部と、最小凹部の差である。
【００３５】以下に本発明の実施例について説明する。
【００３６】熱酸化膜付Ｓｉ基板（３インチφ）上に多
元マグネトロンスパッタリング法を用いて、下地層、Ｐ
ｔＭｎからなる反強磁性層を２０ｎｍ、からなる強磁性
層を２ｎｍ、Ａｌ2Ｏ3からなるトンネル層１ｎｍ、Ｃｏ
Ｆｅからなる強磁性層を積層し、素子面積が３０μｍ×
３０μｍから２μｍ×２μｍまでのＴＭＲ素子を作製し
２８０℃、５ｋＯｅの磁界中で３時間熱処理して反強磁
性に一軸異方性を付与した後のＭＲ特性と、引き続き４
００℃で熱処理した後のＭＲ特性を調べた。また、粒径
は高分解能透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で測定し、表面粗
さは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）にて測定した。また、粒
径が１０ｎｍ以下の試料はＸＤを用いて測定し、回折ピ
ークの半値幅を測定した。
元マグネトロンスパッタリング法を用いて、下地層、Ｐ
ｔＭｎからなる反強磁性層を２０ｎｍ、からなる強磁性
層を２ｎｍ、Ａｌ2Ｏ3からなるトンネル層１ｎｍ、Ｃｏ
Ｆｅからなる強磁性層を積層し、素子面積が３０μｍ×
３０μｍから２μｍ×２μｍまでのＴＭＲ素子を作製し
２８０℃、５ｋＯｅの磁界中で３時間熱処理して反強磁
性に一軸異方性を付与した後のＭＲ特性と、引き続き４
００℃で熱処理した後のＭＲ特性を調べた。また、粒径
は高分解能透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で測定し、表面粗
さは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）にて測定した。また、粒
径が１０ｎｍ以下の試料はＸＤを用いて測定し、回折ピ
ークの半値幅を測定した。
【００３７】各下地層を用いたＴＭＲ素子の表面粗さお
よび各熱処理後のＭＲ特性を表１に示す。ここでは一例
としてＣｕより原子番号の大きい元素としてＴａ、Ｐ
ｔ、Ａｕ、ＰｄおよびＷを用いたＴＭＲ素子の特性を示
す。
よび各熱処理後のＭＲ特性を表１に示す。ここでは一例
としてＣｕより原子番号の大きい元素としてＴａ、Ｐ
ｔ、Ａｕ、ＰｄおよびＷを用いたＴＭＲ素子の特性を示
す。
【００３８】
【表１】
【００３９】ＭＲ特性はＴＭＲ素子に最大１ｋＯｅの磁
界を印加して直流４端子法を用いて評価し、ＭＲ比は最
大抵抗値をＲｍａｘ、最小抵抗値をＲｍｉｎとし次式に
より求めた。
界を印加して直流４端子法を用いて評価し、ＭＲ比は最
大抵抗値をＲｍａｘ、最小抵抗値をＲｍｉｎとし次式に
より求めた。
【００４０】ＭＲ比＝｛（Ｒｍａｘ−Ｒｍｉｎ）／Ｒｍ
ｉｎ｝×１００（％） 表１において下地層のカッコ内の数値は膜厚を示し（単
位：ｎｍ）、表面粗さの単位はｎｍである。またＭＲ比
の単位は％である。また、試料番号１から３は本発明の
下地層以外の下地層であるＴＭＲ素子であり、試料番号
４から３４の下地層をもつＴＭＲ素子が本発明のＴＭＲ
素子である。なお、試料番号１２，１３の試料は粒径が
１０ｎｍ以下であり、最大高低差が０．５ｎｍ以下であ
り、ＸＲＤにて回折ピークを測定すると半値幅が３°以
下であり結晶質であることを確認している。試料番号２
６から３０の下地層のＣｕの上に積層されている材料Ａ
は、材料Ａを１０ｎｍ成膜した後、電子サイクロトロン
共鳴プラズマ法により７ｎｍエッチング処理して作製し
た薄膜である。試料番号１から３までの試料と比べる
と、表面粗さが平坦化されていることがわかる。
ｉｎ｝×１００（％） 表１において下地層のカッコ内の数値は膜厚を示し（単
位：ｎｍ）、表面粗さの単位はｎｍである。またＭＲ比
の単位は％である。また、試料番号１から３は本発明の
下地層以外の下地層であるＴＭＲ素子であり、試料番号
４から３４の下地層をもつＴＭＲ素子が本発明のＴＭＲ
素子である。なお、試料番号１２，１３の試料は粒径が
１０ｎｍ以下であり、最大高低差が０．５ｎｍ以下であ
り、ＸＲＤにて回折ピークを測定すると半値幅が３°以
下であり結晶質であることを確認している。試料番号２
６から３０の下地層のＣｕの上に積層されている材料Ａ
は、材料Ａを１０ｎｍ成膜した後、電子サイクロトロン
共鳴プラズマ法により７ｎｍエッチング処理して作製し
た薄膜である。試料番号１から３までの試料と比べる
と、表面粗さが平坦化されていることがわかる。
【００４１】表１により、試料番号１から３は表面も粗
く、４００℃におけるＭＲ比の劣化が見られる。試料番
号４から３４までの本発明の下地層を用いたＴＭＲ素子
は４００℃におけるＭＲ比は試料によってやや小さくな
るものがあるが、その割合は９５％（４００℃のＭＲ比
／２８０℃のＭＲ比）以上であり、耐熱に優れたＴＭＲ
素子であることがわかる。
く、４００℃におけるＭＲ比の劣化が見られる。試料番
号４から３４までの本発明の下地層を用いたＴＭＲ素子
は４００℃におけるＭＲ比は試料によってやや小さくな
るものがあるが、その割合は９５％（４００℃のＭＲ比
／２８０℃のＭＲ比）以上であり、耐熱に優れたＴＭＲ
素子であることがわかる。
【００４２】ここでは一例としてＣｕより原子番号の大
きい元素としてＴａ、Ｐｔ、Ａｕ、ＰｄおよびＷを用い
たが、その他、本発明の範囲にある元素を用いた下地層
をもつＴＭＲ素子においても同様の結果が得られた。
きい元素としてＴａ、Ｐｔ、Ａｕ、ＰｄおよびＷを用い
たが、その他、本発明の範囲にある元素を用いた下地層
をもつＴＭＲ素子においても同様の結果が得られた。
【００４３】また、反強磁性層をＩｒＭｎ，ＮｉＭｎ，
ＦｅＭｎ，ＰｔＰｄＭｎ、ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｆｅｒ
ｒｉｍａｇｎｅｔを用いた強磁性固定層、強磁性自由層
にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系強磁性で構成されるようなＴＭＲ
素子であっても、本発明の範囲にある下地層を用いるこ
とにより、同様な結果が得られる。
ＦｅＭｎ，ＰｔＰｄＭｎ、ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｆｅｒ
ｒｉｍａｇｎｅｔを用いた強磁性固定層、強磁性自由層
にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系強磁性で構成されるようなＴＭＲ
素子であっても、本発明の範囲にある下地層を用いるこ
とにより、同様な結果が得られる。
【００４４】
【発明の効果】以上の結果により本発明によれば、４０
０℃以上の高温の熱処理を行ってもＴＭＲ素子の特性に
劣化は起こらず、ＣＭＯＳプロセスにも耐えうるＴＭＲ
素子であり、ＭＲＡＭデバイスとして実現可能な磁気抵
抗素子を提供することができる。
０℃以上の高温の熱処理を行ってもＴＭＲ素子の特性に
劣化は起こらず、ＣＭＯＳプロセスにも耐えうるＴＭＲ
素子であり、ＭＲＡＭデバイスとして実現可能な磁気抵
抗素子を提供することができる。
【図１】本発明の磁気抵抗効果素子の断面図
１ 磁性層
２ トンネル層
３ 磁性層
４ 下地層
５ 基板
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 松川 望
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
(72)発明者 杉田 康成
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
(72)発明者 森永 泰規
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
Ｆターム(参考） 5F083 FZ10 GA11 JA37 JA38 JA39
Claims (9)
- 【請求項１】 少なくとも２つの磁性層が少なくとも１
つの非磁性層を介して積層された多層膜を含み、前記少
なくとも２つの磁性層における磁化方向の相対角度に応
じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子であって、前記
多層膜の下地層は粒径が１０ｎｍ以上では粒の最大高低
差が６ｎｍ以下であり、平均高低差が５ｎｍ以下である
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２】 前記下地層の粒径が１０ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項３】 前記下地層は材料Ａであり、前記材料Ａ
はＣｕより原子番号が大きい元素Ｘ（Ｘは４族から１１
族の元素）から選ばれた少なくとも１種の金属または、
前記元素Ｘより選ばれた少なくとも２種類以上の合金ま
たは２種類以上の単元素金属で構成される混合物である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気抵抗効
果素子。 - 【請求項４】 前記下地層は、前記材料Ａから選ばれた
少なくとも２種類以上の材料で積層された多層膜構造で
あることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気抵
抗効果素子。 - 【請求項５】 前記下地層は、抵抗率が４μΩｃｍ以下
である低抵抗率材料と前記低抵抗率材料に前記材料Ａよ
り選ばれた少なくとも１種類以上の材料で積層された多
層構造であり、前記材料Ａの少なくとも１層の膜厚が前
記低抵抗率材料層の膜厚の１０％以上であることを特徴
とする請求項１または２に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項６】 前記下地層は、前記低抵抗率材料層と前
記低抵抗率材料層に前記材料Ａより選ばれた少なくとも
１種類以上の材料で積層された多層構造であり、前記材
料Ａ層の前記非磁性層側の表面が電子サイクロトロン共
鳴プラズマ法によって、５ｎｍ以上エッチング処理さ
れ、前記材料Ａ層の膜厚が前記低抵抗率材料層の膜厚の
１０％以下であることを特徴とする請求項１または２に
記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項７】 前記下地層の膜厚が５〜２０００ｎｍで
あることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載
の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項８】 前記下地層が下部電極であることを特徴
とする請求項１から７のいずれかに記載の磁気抵抗効果
素子。 - 【請求項９】 請求項１から８のいずれかに記載の磁気
抵抗素子と情報を記録するための情報記録導体線と前記
情報を読み出すための情報読み出し用導体線を含むこと
を特徴とする磁気抵抗効果メモリー素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002106174A JP2003304011A (ja) | 2002-04-09 | 2002-04-09 | 磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果メモリー素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002106174A JP2003304011A (ja) | 2002-04-09 | 2002-04-09 | 磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果メモリー素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003304011A true JP2003304011A (ja) | 2003-10-24 |
Family
ID=29390572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002106174A Pending JP2003304011A (ja) | 2002-04-09 | 2002-04-09 | 磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果メモリー素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003304011A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100618372B1 (ko) * | 2003-11-24 | 2006-08-30 | 샤프 가부시키가이샤 | ３ｄ ｒｒａｍ |
-
2002
- 2002-04-09 JP JP2002106174A patent/JP2003304011A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100618372B1 (ko) * | 2003-11-24 | 2006-08-30 | 샤프 가부시키가이샤 | ３ｄ ｒｒａｍ |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3976231B2 (ja) | トンネル磁気抵抗効果素子およびその製造方法ならびにトンネル磁気抵抗効果型ヘッドおよびその製造方法 | |
| JP4421822B2 (ja) | ボトムスピンバルブ磁気抵抗効果センサ素子およびその製造方法 | |
| JP5138204B2 (ja) | トンネルバリア層の形成方法、ならびにｔｍｒセンサおよびその製造方法 | |
| JP3219713B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子の製造方法 | |
| JPH11134620A (ja) | 強磁性トンネル接合素子センサ及びその製造方法 | |
| JP2009004784A (ja) | 交換結合膜およびこれを用いた磁気抵抗効果素子、並びに磁気抵抗効果素子の製造方法 | |
| US7005691B2 (en) | Magnetoresistance element and magnetoresistance storage element and magnetic memory | |
| JP2000137906A (ja) | 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置 | |
| JPH10284321A (ja) | 交換結合膜とそれを用いた磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドおよび磁気記憶装置 | |
| JP2002076472A (ja) | スピンバルブ型薄膜磁気素子およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッド | |
| JP3276264B2 (ja) | 磁気抵抗効果多層膜およびその製造方法 | |
| JPH10198927A (ja) | 磁気抵抗効果膜およびその製造方法 | |
| JPH10188235A (ja) | 磁気抵抗効果膜及びその製造方法 | |
| JP3558951B2 (ja) | 磁気メモリ素子及びそれを用いた磁気メモリ | |
| JP3473016B2 (ja) | 強磁性トンネル接合素子と磁気ヘッドと磁気メモリ | |
| JP3585807B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置 | |
| KR102127043B1 (ko) | 자기 소자 | |
| JPH10116728A (ja) | 磁気抵抗効果膜及びその製造方法 | |
| JP4575101B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子および磁気メモリ | |
| JP2002208120A (ja) | 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置 | |
| JP2003304011A (ja) | 磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果メモリー素子 | |
| JPH08138935A (ja) | 交換結合膜および磁気抵抗効果素子 | |
| JP2000068569A (ja) | 交換結合膜およびそれを用いた磁気抵抗効果素子 | |
| JPH11175919A (ja) | 磁気抵抗効果型磁気ヘッド | |
| JP3264663B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置 |