JP2010205931A - 磁気記憶デバイスの製造方法及び磁気記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】磁壁移動型の磁気記憶装置に使用する磁気細線の製造時に、磁気細線のフリー層とバリア層の境界部に発生するラフネスを低減して読出し素子の出力を増大する。
【解決手段】強磁性材料からなるデータ記録用の磁気細線１に、データ読出部と、データ書込部を配置した磁気記憶デバイスを製造する際に、シード層１１、ホウ素を添加したフリー層１２、バリア層１３、及びピンド層１４をこの順に積層し、この状態で熱処理を行ってフリー層１２に添加されたホウ素を拡散除去することによって磁気細線１を形成し、形成した磁気細線１の上にデータ読出部とデータ書込部を形成して磁気記憶デバイスを製造する方法である。このデバイスを複数個並列に接続すれば磁気記憶装置となる。
【選択図】図３
【解決手段】強磁性材料からなるデータ記録用の磁気細線１に、データ読出部と、データ書込部を配置した磁気記憶デバイスを製造する際に、シード層１１、ホウ素を添加したフリー層１２、バリア層１３、及びピンド層１４をこの順に積層し、この状態で熱処理を行ってフリー層１２に添加されたホウ素を拡散除去することによって磁気細線１を形成し、形成した磁気細線１の上にデータ読出部とデータ書込部を形成して磁気記憶デバイスを製造する方法である。このデバイスを複数個並列に接続すれば磁気記憶装置となる。
【選択図】図３
Description
本出願は、磁性材料を使用した細線を使用する磁壁移動型の磁気記憶デバイスの製造方法、並びにこの製造方法によって製造された磁気記憶デバイスを複数個備える磁気記憶装置に関する。
従来、コンピュータ等の情報機器の記憶装置として、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）や、フラッシュメモリが大容量化されて普及している。一方、これらのメモリに代わる次世代の超大容量不揮発性メモリの研究開発が近年活発に行われている。このような超大容量不揮発性メモリとしては、例えばＦｅＲＡＭ (Ferroelectric Random Access Memory)、ＰＲＡＭ (Phase change RAM)、ＭＲＡＭ (Magnetoresistive Random Access Memory、ＲＲＡＭ (Resistive Random Access Memory)等がある。
ＦｅＲＡＭは誘電体を利用したメモリであり、ＰＲＡＭはメモリを構成する絶縁体の相変化を利用するものである。また、ＭＲＡＭはトンネル磁気効果（ＴＭＲ効果）を利用するメモリであり、ＲＲＡＭは原理はまだ明確ではないがパルス電流の印加方向によって生じる巨大な抵抗変化を利用したメモリである。しかしながら、超大容量不揮発性メモリとして研究開発が行われているこれらのメモリデバイスは、いずれもその性能に一長一短があり、現行のＤＲＡＭやフラッシュメモリを置き換えるまでには至っていない。
そこで、近年、超大容量不揮発性メモリとして、スピン注入による磁壁移動現象とＴＭＲ効果を利用する、レーストラックメモリと呼ばれるメモリが提案されている。レーストラックメモリは、磁性材料を使用した細線を用いる技術を使用している。レーストラックメモリの技術は、例えば特許文献１〜４や、非特許文献１〜４に記載されている。なお、磁性材料を使用した細線は以後、「磁気細線」という。
磁気細線では、単一方向の微小の磁区を形成可能であり、形成した磁区（磁壁）は電流で駆動することにより、移動させることが可能である。したがって、磁気細線は、任意の微小磁区への書き込み、及び読み出しができれば、メモリとして機能させることが可能である。
図１（ａ）、（ｂ）は磁気細線１を使用した移動メモリ（磁気記憶デバイス）１０の構造を示すものであり、図１（ａ）が回路を含めた構成図、図１（ｂ）が斜視図である。移動メモリ１０は、磁気細線１、読出し素子２、書込み素子３、読取回路４、書込回路５、及び磁壁移動回路６を備えている。読出し素子２は磁気細線１に一体的に設けられており、読出し電極８で読取回路４に接続されている。書込み素子３は磁気細線１の近傍に設けられている。書込み素子３は、後述するが、書込回路５に接続する電極のみで構成することができる。また、磁壁移動回路６は磁気細線１の両端部に接続している。
磁気細線１にはデータ領域１Ｄがあり、その両側に第１のバッファ領域１Ｂ１と第２のバッファ領域１Ｂ２がある。データ領域１Ｄ内には磁壁１Ｗで区切られた微小磁区があり、この微小磁区に磁気細線１の長手方向に磁化が書き込まれる。データ領域１Ｄに書き込まれたデータの読み出しは、磁壁移動回路６からのパルス電流によって、磁気細線１内の微小磁区を移動させ、読出し素子２によって磁化方向を読み出し、読取回路４で復調することによって行う。
読出し素子２は固定であるので、データ領域１Ｄに書き込まれた磁化（データ）は、第１のバッファ領域１Ｂ１又は第２のバッファ領域１Ｂ２に移動することにより、読み出されるデータが読出し素子２の直下に移動する。この例では、読出し素子２として磁気細線１の上にトップピン型のＴＭＲ素子（磁気抵抗素子）が用いられており、ＴＭＲ素子の抵抗変化によって磁化方向を読み出している。
データの書込みには、書込み素子３として読出し素子２と同様の磁気抵抗素子を使用し、スピン注入磁化反転方式によって磁化方向を制御する方法がある。また、電極を用いた書込み配線によって生じる電流磁界方式で磁化を反転させる方法でデータを書き換える方法もある。このような構成であれば、１本の磁気細線１に多数のデータを記録できる。即ち、多値記録が可能になり、記録密度向上が容易となる。このような構成のメモリは磁壁移動型ストレージ・メモリと呼ばれ、図１（ａ）、（ｂ）に示した移動メモリ（磁気記憶デバイス）１０を、実際には多数（何百万本）個並列に接続して構成する。
Phys. Rev. Lett., 92, 077205, 2004, A. Yamaguchi et al.
Phys. Rev. Lett., 97, 207205, 2006, H. Hayashi et al.
Science 320, 190, 2008, S. S. P. Parkin et al.
Science 320, 209, 2008, M. Hayashi et al.
ところが、このような磁壁移動型ストレージ・メモリにはいくつかの解決すべき課題が存在している。例えば、メモリの読出し素子２として使用されるトップピン型のＴＭＲ素子では、フリー層である磁気細線のラフネスによって、ＭＲ比が低下するという課題がある。この課題について図２（ａ）、（ｂ）、及び図３（ａ）を用いて説明する。
メモリの読出し素子２として使用されるトップピン型のＴＭＲ素子は、例えば図２（ａ）に示すような多層構成をしている。ＮｉＦｅで構成された磁気細線１の上には、ＣｏＦｅＢで構成されたフリー層２１、ＭｇＯで構成されたバリア層２２、ＣｏＦｅＢで構成されたリファレンス層２３、Ｒｕで構成された層間結合層２４、及びＣｏＦｅで構成されたピンド層２５がある。ピンド層２５の上にはＰｔＭｎで構成された反強磁性層７があり、その上部に読出し電極がある。磁気細線１にＮｉＦｅが使用される理由は、磁壁の導入が容易なこと、磁壁移動電流が小さいこと、発熱が小さいこと等であり、例えばアモルファス材料を使用すると発熱量が大きいことから磁壁が消失する虞がある。
このように、ＮｉＦｅの結晶性の材料は、磁気細線の特性としては良好であるが、多層の磁気細線１を形成する時に、積層されたフリー層とこれに隣接する層との間にラフネスが発生し、読出し素子３の出力が低下するという問題がある。例えば、図２（ｂ）に示すように、磁気細線１を構成するＮｉＦｅを厚膜化すると、これに伴って磁気抵抗比（ＭＲ比）が低下し、読出し素子３の出力が低下することになる。
図３（ａ）は図２（ａ）に示す磁気細線１の構成の一例を示すものである。磁気細線１は、下側から順にシード層１１、フリー層１２、バリア層１３、及び積層フェリピンド層及び反強磁性層１４が積層されて構成されている。磁壁移動型のメモリではフリー層１２が最も厚く、５０ｎｍ程度あり、前述のように結晶性のＮｉＦｅが使用される。この場合、磁気細線１を形成する時に、フリー層１２とバリア層１３の境界部にラフネスが発生すると想定される。
このようなラフネスを低減させるために、磁気細線の材料としてアモルファス材料を使用すると、アモルファス材料の比抵抗が高いために、前述のように、発熱によって磁壁が消失する問題が発生する。また、磁気細線の製造時に化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を行うと、磁気細線のコストが上昇すると共に、細線の磁気特性の劣化、膜厚分布の不均等によるＴＭＲ特性の劣化が想定される。
そこで、本出願は、磁気細線の製造方法を改良することにより、多層の磁気細線のフリー層とこれに隣接する層との境界部の平坦性を確保しつつ磁気記憶デバイスを製造する方法、並びに、その製造方法によって製造された磁気記憶デバイスを複数個接続した磁気記憶装置を提供することを目的とする。
この出願の磁気記憶デバイスの製造方法の第１の形態は、強磁性材料からなるデータ記録用の磁気細線に、データ読出し部と、データ書込み部を配置した磁気記憶デバイスの製造方法であって、シード層、ホウ素を添加したアモルファス材料を使用したフリー層、バリア層、及び積層フェリピンド層及び反強磁性層をこの順に積層して線状の積層体を形成し、積層体に熱処理を施して、フリー層に添加されたホウ素を拡散させて除去し、アモルファス材料を結晶性材料に変質させて磁気細線を形成し、磁気細線の上にデータ読出し部とデータ書込み部を形成すると共に、磁気細線の両端部に磁壁移動回路を接続することを特徴としている。
この出願の磁気記憶デバイスの製造方法の第２の形態は、強磁性材料からなるデータ記録用の磁気細線に、データ読出し部と、データ書込み部を配置した磁気記憶デバイスの製造方法であって、シード層、ホウ素を添加したアモルファス材料を使用したフリー層、バリア層、及び積層フェリピンド層及び反強磁性層をこの順に積層して熱処理を施して、フリー層に添加されたホウ素を拡散させて除去し、アモルファス材料を結晶性材料に変質させて、線状の積層体を形成し、磁気細線の上にデータ読出し部を形成して磁気細線を形成し、磁気細線の上にデータ書込み部を形成すると共に、磁気細線の両端部に磁壁移動回路を接続することを特徴としている。
また、この出願の磁気記憶装置は、強磁性材料からなるデータ記録用の磁気細線に、データ読出し部と、データ書込み部を配置した磁気記憶デバイスを並列に複数個接続した磁気記憶装置であって、シード層、ホウ素を添加したアモルファス材料を使用したフリー層、バリア層、及び積層フェリピンド層及び反強磁性層をこの順に積層して熱処理を施して、フリー層に添加されたホウ素を拡散させて除去し、アモルファス材料を結晶性材料に変質させて、線状の積層体を形成し、磁気細線の上にデータ読出し部を形成して磁気細線を形成し、磁気細線の上にデータ書込み部を形成すると共に、磁気細線の両端部に磁壁移動回路を接続することを特徴としている。
本出願によれば、製造後の多層の磁気細線のフリー層とこれに隣接する層との境界部のラフネスが低減されるので、磁気細線のフリー層の膜厚を大きくしてもＭＲ比が低下することがなく、磁気細線からデータを読み出す読出し素子の出力の低下を防止することができる。
以下、添付図面を用いて本出願の実施の形態を、具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。なお、説明を分かりやすくするために、従来の移動メモリの磁気細線１と同じ構成部材については同じ符号を付して説明する。
図３（ｂ）は、本出願における磁壁メモリに使用される磁気細線１Ａの製造方法の一実施例を示す工程図である。本出願においても、磁気細線１Ａは、下側から順にシード層１１、フリー層１２、バリア層１３、及び積層フェリピンド層及び反強磁性層１４を積層して構成する。フリー層１２は５０ｎｍ程度の膜厚とするが、従来例と異なり、この実施例では、フリー層の材料として、例えば、ホウ素（ボロン）Ｂを添加したアモルファスであるＮｉＦｅＢを使用した。この場合、積層後にフリー層１２とバリア層１３との境界部は平坦となり、ラフネスの発生が見られなかった。
一方、この状態では、フリー層１２は結晶化されていない。そこで、シード層１１、フリー層１２、バリア層１３、及び積層フェリピンド層及び反強磁性層１４を積層した後に、熱処理を行ってフリー層１２のホウ素Ｂを拡散させることによって除去し、フリー層１２を結晶化する。フリー層材料としては、Ｂ添加アモルファスであるＮｉＦｅＢの他に、ＣｏＦｅＮｉＢ，ＣｏＦｅＰｔＢ，ＴｂＦｅＣｏＢ，或いはＧｄＦｅＣｏＢを使用することができる。
また、前述のような積層によって磁気細線１Ａを製造する場合に、シード層１１の下地に、フリー層１２に添加したホウ素Ｂの吸収層として、磁気細線１Ａの結晶化を促進させるチタニウムＴｉ等の材料を使用しても良い。
この出願のメモリの読出し素子２として使用されるトップピン型のＴＭＲ素子は、図２（ａ）で説明した従来のＴＭＲ素子と同じ多層構成とすれば良い。トップピン型のＴＭＲ素子には、リファレンス層としてＣｏＦｅＢ，ＣｏＦｅＮｉＢ，垂直磁化を用いる場合にはＣｏＦｅＢ／ＣｏＰｔ，垂直磁化を持つＣｏＰｔ，ＣｏＰｔ／ＣｏＦｅ，ＣｏＰｔ／ＮｉＦｅ等の積層構造が採用できる。また、ピンド層には磁化を持つＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＮｉ，ＮｉＦｅを用いることができる。更に、反強磁性層には不規則性系のＩｒＭｎ，規則性系のＭｎ３Ｉｒ，ＰｔＭｎ，ＰｄＰｔＭｎ等を使用することができ、バリア層には、ＭｇＯのほか、ＡｌＯ，ＨｆＯ，ＺｎＯ，ＴｉＯ等のアモルファス絶縁層、ＬｉＦ，ＣａＦ２，ＭｇＺｎＯ等の結晶性の絶縁層を使用することが可能である。
ここで、図４（ａ）から図７（ｂ）を用いて、この出願の磁気記憶装置の製造方法について説明する。まず、図４（ａ）に示すように、半導体素子と配線が形成されたシリコン基板３０を作る。シリコン基板３０には、以下の方法によってデータ書込み用の配線を形成することができる。
（Ａ）層間絶縁膜としてシリコン酸化膜をＣＶＤ等により２００ｎｍ形成する。
（Ｂ）この後に、従来のレジストパターニング及びドライエッチング方法により下部電極用の溝を形成する。
（Ｃ）下部電極膜をスパッタ法によりシード層を形成し、銅をめっきにより４００ｎｍ堆積させる。
（Ｄ）この後に、ＣＭＰ方法等によって平坦化し、厚み２００ｎｍの下部電極層を形成する。
（Ａ）層間絶縁膜としてシリコン酸化膜をＣＶＤ等により２００ｎｍ形成する。
（Ｂ）この後に、従来のレジストパターニング及びドライエッチング方法により下部電極用の溝を形成する。
（Ｃ）下部電極膜をスパッタ法によりシード層を形成し、銅をめっきにより４００ｎｍ堆積させる。
（Ｄ）この後に、ＣＭＰ方法等によって平坦化し、厚み２００ｎｍの下部電極層を形成する。
しかしながら、データ書込み用の配線は、シリコン基板の上に形成する磁気細線の上に設けるデータ読出し素子と同じ側に形成することができるので、ここでは、データ書込み用の配線をデータ読出し素子と同じ側に形成する場合について説明する。そして、シリコン基板３０については、これ以上の説明を省略する。
半導体素子と配線が形成されたシリコン基板３０の上には、図４（ｂ）に示すように、多層の磁気細線膜３１と、多層の読出し素子構造膜３２を連続させて製膜する。磁気細線膜３１は、例えば、Ｔａ層、Ｔｉ層の上に、フリー層としてホウ素Ｂを添加した強磁性材料のＮｉＦｅＢ、緩和層としてＴａ，磁化フリー層としてＣｏＦｅＢを積層する。この積層工程では、フリー層と、これに隣接する層との境界部は平坦になる。Ｔａの膜厚は３ｎｍ、Ｔｉ層の膜厚は２ｎｍ、ＮｉＦｅＢの膜厚は４０ｎｍ、Ｔａの膜厚は０．２５ｎｍ、ＣｏＦｅＢの膜厚は２ｎｍ程度である。
また、素子構造膜３２は、トンネル酸化膜ＭｇＯの上に、積層フェリ構造を有する固定磁化層を製膜して構成する。例えば、ＭｇＯは１．１ｎｍ、固定磁化層は、ＣｏＦｅＢを２．０ｎｍ、ＣｏＦｅを０．５ｎｍ、Ｒｕを０．８ｎｍ、ＣｏＦｅを２ｎｍ、ＰｔＭｎを２０ｎｍ連続製膜して作れば良い。更に、接続電極膜として、例えばＴａを５ｎｍ、Ｒｕを１０ｎｍ堆積する。
以上のようにして多層の読出し素子構造膜３２を連続させて製膜した後、例えば、３００度で保持時間４時間の磁場強度１．５Ｔ磁場中で熱処理（アニール）を行う。この熱処理により、磁気細線膜３１のフリー層を構成するＮｉＦｅＢからホウ素Ｂが拡散して除去され、磁化フリー層が結晶化された再生素子であるＮｉＦｅに変質する。この熱処理によって結晶化された磁気細線膜３１のフリー層と、これに隣接する層との境界部の形状は変化せず、平坦性を維持している。
次いで、読出し素子を形成する部分の読出し素子構造膜３２をパターンでマスクし、マスクした部分以外をイオンミリング、或いは反応性イオンエッチングにより除去する。この結果、読出し素子構造膜３２は図４（ｃ）に示すように、読出し用素子部分３２Ｒのみを残して削除される。読出し用素子部分３２Ｒの寸法は９０ｎｍ×３０ｎｍ程度である。
読出し用素子部分３２Ｒを形成した後は、図５（ａ）に示すように、スパッタにより絶縁膜３３を磁気細線膜３１の上に全体的に被せる。絶縁膜３３にはＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４等の材料を用いることができ、その膜厚は２０ｎｍとすれば良い。
次に、磁気細線膜３１を所定長さだけ残して全て除去し、図５（ｂ）に示すような磁気細線１を形成する。この磁気細線１の幅は４０ｎｍ程度である。そして、出来上がった磁気細線１に対してＣＶＤ（化学気相蒸着法）、或いはスパッタにより、図５（ｃ）に示すように、絶縁膜３４を形成する。この絶縁膜３４には、Ｓｉ３Ｎ４，ＳｉＯ２等を使用することができる。
この後、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）によって絶縁膜３４を削り、絶縁膜３４の表面を平坦化して図６（ａ）に示すような形状にする。続いて、読出し用素子部分３２Ｒの上の部分の絶縁膜３３，３４を削り、図６（ｂ）に示すようなコンタクトホール３５を形成する。この状態ではコンタクトホール３５の底面に読出し用素子部分３２Ｒが露出している。そして、このコンタクトホール３５にプラグ３６を埋め込む。プラグ３６は、タングステンＷ等の導電材料をＣＶＤにて絶縁体３４とコンタクトホール３５の上に堆積させ、絶縁体３４が露出するまでＣＭＰによって削れば良い。
次に、図６（ｃ）に示すように、ＣＶＤ、或いはスパッタにより、絶縁体３４とプラグ３６の上に絶縁膜３７を形成する。この絶縁膜３７には、Ｓｉ３Ｎ４，ＳｉＯ２等を使用することができる。
続いて、図７（ａ）に示すように、絶縁膜３７のプラグ３６の上の部分にコンタクトホール３８を形成すると共に、磁気細線１の読出し用素子部分３２Ｒとは反対側の端部近傍にコンタクトホール３９を形成する。コンタクトホール３８の底面にはプラグ３６を露出させる。また、コンタクトホール３９の底面には磁気細線膜３１を露出させるか、或いはコンタクトホール３９の底面は磁気細線膜３１の近傍まで掘り下げる。
そして、コンタクトホール３９には銅等の導電材料を用いて書込み用配線４１を形成し、コンタクトホール３８には読出し用の配線４２を形成する。以上のような製造方法により、図７（ｂ）に示すような磁気細線１を作ることができる。この磁気細線１では、書込み用配線４１に入力された書込みパルスによって磁気細線３１にデータが書き込まれ、このデータが読出し用素子部分３２Ｒ、プラグ３６、及び読出し用配線４２を通じて読み出される。書込み用配線４１の位置は特定されない。なお、この実施例では、磁気細線３１への書込みはパルスで行っているが、書込みはスピン注入による磁化反転によっても行うことができる。そして、図１（ａ）に示したように、書込み用配線４１に書込回路、読出し用配線４２に読取回路、磁気細線３１の両端部に磁壁移動回路を接続すれば、磁気記憶デバイスが製造される。
本出願における磁気記憶装置は、以上のようにして製造した磁気記憶デバイスを並列に相当数並べて接続することによって巨大なメモリとして製造することが可能である。そして、以上のような製造方法で作られた磁気記憶装置では、製造後の多層の磁気細線のフリー層とこれに隣接する層との境界部のラフネスが低減されるので、磁気細線のフリー層の膜厚を大きくしてもＭＲ比が低下することがなく、磁気細線からデータを読み出すＴＭＲ素子の出力の低下を防止することができる。
以上説明したトップ型の磁気記憶デバイスの製造方法では、磁気細線のフリー層とこれに隣接する層の境界部を平坦にすることができるので、この製造方法は磁気ヘッドの製造方法にも適用が可能である。特に、結晶化制御や配向制御が必要なハーフメタル材料，垂直磁化材料への適用が考えられる。
以上、本出願を特にその好ましい実施の形態を参照して詳細に説明した。本出願の容易な理解のために、本出願の具体的な形態を以下に付記する。
（付記１） 強磁性材料からなるデータ記録用の磁気細線に、データ読出し部と、データ書込み部を配置した磁気記憶デバイスの製造方法であって、
シード層、ホウ素を添加したアモルファス材料を使用したフリー層、バリア層、及び積層フェリピンド層及び反強磁性層をこの順に積層して線状の積層体を形成し、
前記積層体に熱処理を施して、前記フリー層に添加されたホウ素を拡散させて除去し、前記アモルファス材料を結晶性材料に変質させて磁気細線を形成し、
前記磁気細線の上に前記データ読出し部と前記データ書込み部を形成すると共に、前記磁気細線の両端部に磁壁移動回路を接続して磁気記憶デバイスを製造する方法。
（付記２） 強磁性材料からなるデータ記録用の磁気細線に、データ読出し部と、データ書込み部を配置した磁気記憶デバイスの製造方法であって、
シード層、ホウ素を添加したアモルファス材料を使用したフリー層、バリア層、及び積層フェリピンド層及び反強磁性層をこの順に積層して熱処理を施して、フリー層に添加されたホウ素を拡散させて除去し、アモルファス材料を結晶性材料に変質させて、線状の積層体を形成し、
前記磁気細線の上に前記データ読出し部を形成して磁気細線を形成し、
前記磁気細線の上に前記データ書込み部を形成すると共に、前記磁気細線の両端部に磁壁移動回路を接続して磁気記憶デバイスを製造する方法。
（付記３） 前記データ読出し部は、前記磁気細線の上側に配置されたトップピン型の読出し部であることを特徴とする付記１又は２に記載の磁気記憶デバイスを製造する方法。
（付記４） 前記データ読出し部には磁気抵抗素子が用いられていることを特徴とする付記３に記載の磁気記憶デバイスを製造する方法。
（付記５） 前記データ書込み部は、前記磁気細線の近傍に設けられた導電体であることを特徴とする付記３に記載の磁気記憶デバイスを製造する方法。
シード層、ホウ素を添加したアモルファス材料を使用したフリー層、バリア層、及び積層フェリピンド層及び反強磁性層をこの順に積層して線状の積層体を形成し、
前記積層体に熱処理を施して、前記フリー層に添加されたホウ素を拡散させて除去し、前記アモルファス材料を結晶性材料に変質させて磁気細線を形成し、
前記磁気細線の上に前記データ読出し部と前記データ書込み部を形成すると共に、前記磁気細線の両端部に磁壁移動回路を接続して磁気記憶デバイスを製造する方法。
（付記２） 強磁性材料からなるデータ記録用の磁気細線に、データ読出し部と、データ書込み部を配置した磁気記憶デバイスの製造方法であって、
シード層、ホウ素を添加したアモルファス材料を使用したフリー層、バリア層、及び積層フェリピンド層及び反強磁性層をこの順に積層して熱処理を施して、フリー層に添加されたホウ素を拡散させて除去し、アモルファス材料を結晶性材料に変質させて、線状の積層体を形成し、
前記磁気細線の上に前記データ読出し部を形成して磁気細線を形成し、
前記磁気細線の上に前記データ書込み部を形成すると共に、前記磁気細線の両端部に磁壁移動回路を接続して磁気記憶デバイスを製造する方法。
（付記３） 前記データ読出し部は、前記磁気細線の上側に配置されたトップピン型の読出し部であることを特徴とする付記１又は２に記載の磁気記憶デバイスを製造する方法。
（付記４） 前記データ読出し部には磁気抵抗素子が用いられていることを特徴とする付記３に記載の磁気記憶デバイスを製造する方法。
（付記５） 前記データ書込み部は、前記磁気細線の近傍に設けられた導電体であることを特徴とする付記３に記載の磁気記憶デバイスを製造する方法。
（付記６） 前記データ書込み部にはパルス信号発生源が接続され、書込み用信号としてパルス信号が入力されることを特徴とする付記５に記載の磁気記憶デバイスを製造する方法。
（付記７） 前記データ書込み部にはスピン注入磁化反転信号を発生する磁化反転信号発生源が接続され、書込み用信号として磁化反転信号が入力されることを特徴とする付記５に記載の磁気記憶デバイスを製造する方法。
（付記８） 前記アモルファス材料が、ホウ素が８〜２０ａｔ％添加されたＮｉＦｅＢ、ＣｏＦｅＢ，ＣｏＦｅＮｉＢ，ＣｏＦｅＰｔＢ、ＣｏＰｔＢ，ＦｅＰｔＢ，ＣｏＦｅＰｔＢ，ＴｂＦｅＣｏＢ，ＧｄＦｅＣｏＢの何れかであることを特徴とする付記１から７の何れかに記載の磁気記憶デバイスを製造する方法。
（付記９） 前記磁気細線の下地層として、前記磁気細線の結晶化を促進させるように前記ホウ素を吸収する材料が積層されていることを特徴とする付記１から８の何れかに記載の磁気記憶デバイスを製造する方法。
（付記１０） 付記１から９の何れか１項に記載の磁気記憶デバイスを製造する方法によって製造されたデバイスを、並列に複数個接続して個々のデバイスにアクセスできるようにした磁気記憶装置。
（付記７） 前記データ書込み部にはスピン注入磁化反転信号を発生する磁化反転信号発生源が接続され、書込み用信号として磁化反転信号が入力されることを特徴とする付記５に記載の磁気記憶デバイスを製造する方法。
（付記８） 前記アモルファス材料が、ホウ素が８〜２０ａｔ％添加されたＮｉＦｅＢ、ＣｏＦｅＢ，ＣｏＦｅＮｉＢ，ＣｏＦｅＰｔＢ、ＣｏＰｔＢ，ＦｅＰｔＢ，ＣｏＦｅＰｔＢ，ＴｂＦｅＣｏＢ，ＧｄＦｅＣｏＢの何れかであることを特徴とする付記１から７の何れかに記載の磁気記憶デバイスを製造する方法。
（付記９） 前記磁気細線の下地層として、前記磁気細線の結晶化を促進させるように前記ホウ素を吸収する材料が積層されていることを特徴とする付記１から８の何れかに記載の磁気記憶デバイスを製造する方法。
（付記１０） 付記１から９の何れか１項に記載の磁気記憶デバイスを製造する方法によって製造されたデバイスを、並列に複数個接続して個々のデバイスにアクセスできるようにした磁気記憶装置。
（付記１１） 半導体素子と配線が形成された基板の上に、多層の磁気細線膜と読出し素子構造膜を連続させて製膜し、磁気細線膜にはホウ素を添加した強磁性材料の層をフリー層として含ませ、
製膜後、熱処理を行って磁気細線膜のフリー層からホウ素が拡散して除去して、フリー層を結晶化された再生素子に変質させ、
読出し素子に対応する前記読出し素子構造膜の部分をパターンでマスクし、マスクした部分以外を除去して読出し用素子部分を形成し、
第１の絶縁膜を前記磁気細線膜の上に全体的に被せた後に、前記磁気細線膜を所定長さだけ残して全て除去し、
出来上がった磁気細線に対して第２の絶縁膜を被せた後、該絶縁膜の表面を平坦化して読出し用素子部分の上の部分に第１のコンタクトホールを形成してここに導電性のプラグを埋め込み、
前記第２の絶縁体と前記プラグの上に第３の絶縁膜を被せた後、前記第３の絶縁膜のプラグの上の部分に第２のコンタクトホールを形成すると共に、前記磁気細線の読出し用素子部分とは反対側の端部近傍に第３のコンタクトホールを形成し、
前記第２のコンタクトホールには導電材料を用いて書き込み用の配線を形成し、前記第３のコンタクトホールには読出し用の配線を形成して磁気細線を作り、
前記書き込み用の配線には書込回路、前記読出し用の配線には読取回路、前記磁気細線には磁壁移動回路を接続して磁気記憶デバイスを製造する方法。
（付記１２） 前記強磁性材料が、ホウ素が８〜２０ａｔ％添加されたＮｉＦｅＢ、ＣｏＦｅＢ，ＣｏＦｅＮｉＢ，ＣｏＦｅＰｔＢ、ＣｏＰｔＢ，ＦｅＰｔＢ，ＣｏＦｅＰｔＢ，ＴｂＦｅＣｏＢ，ＧｄＦｅＣｏＢの何れかであることを特徴とする付記１１に記載の磁気記憶デバイスを製造する方法。
（付記１３） 前記磁気細線の下地層として、前記磁気細線の結晶化を促進させるように前記ホウ素を吸収する材料が積層されていることを特徴とする付記１１又は１２に記載の磁気記憶デバイスを製造する方法。
（付記１４） 半導体素子と配線が形成された基板の上に、多層の磁気細線膜と読出し素子構造膜を連続させて製膜し、磁気細線膜にはホウ素を添加した強磁性材料の層をフリー層として含ませ、
製膜後、熱処理を行って磁気細線膜のフリー層からホウ素が拡散して除去して、フリー層を結晶化された再生素子に変質させ、
読出し素子に対応する前記読出し素子構造膜の部分をパターンでマスクし、マスクした部分以外を除去して読出し用素子部分を形成し、
第１の絶縁膜を前記磁気細線膜の上に全体的に被せた後に、前記磁気細線膜を所定長さだけ残して全て除去し、
出来上がった磁気細線に対して第２の絶縁膜を被せた後、該絶縁膜の表面を平坦化して読出し用素子部分の上の部分に第１のコンタクトホールを形成してここに導電性のプラグを埋め込み、
前記第２の絶縁体と前記プラグの上に第３の絶縁膜を被せた後、前記第３の絶縁膜のプラグの上の部分に第２のコンタクトホールを形成すると共に、前記磁気細線の読出し用素子部分とは反対側の端部近傍に第３のコンタクトホールを形成し、
前記第２のコンタクトホールには導電材料を用いて書き込み用の配線を形成し、前記第３のコンタクトホールには読出し用の配線を形成して磁気細線を作り、
前記書き込み用の配線には書込回路、前記読出し用の配線には読取回路、前記磁気細線には磁壁移動回路を接続して磁気記憶デバイスを製造し、
製造されたデバイスを、並列に複数個接続して個々のデバイスにアクセスできるようにした磁気記憶装置。
（付記１５） 前記強磁性材料が、ホウ素が８〜２０ａｔ％添加されたＮｉＦｅＢ、ＣｏＦｅＢ，ＣｏＦｅＮｉＢ，ＣｏＦｅＰｔＢ、ＣｏＰｔＢ，ＦｅＰｔＢ，ＣｏＦｅＰｔＢ，ＴｂＦｅＣｏＢ，ＧｄＦｅＣｏＢの何れかであることを特徴とする付記１４に記載の磁気記憶装置。
製膜後、熱処理を行って磁気細線膜のフリー層からホウ素が拡散して除去して、フリー層を結晶化された再生素子に変質させ、
読出し素子に対応する前記読出し素子構造膜の部分をパターンでマスクし、マスクした部分以外を除去して読出し用素子部分を形成し、
第１の絶縁膜を前記磁気細線膜の上に全体的に被せた後に、前記磁気細線膜を所定長さだけ残して全て除去し、
出来上がった磁気細線に対して第２の絶縁膜を被せた後、該絶縁膜の表面を平坦化して読出し用素子部分の上の部分に第１のコンタクトホールを形成してここに導電性のプラグを埋め込み、
前記第２の絶縁体と前記プラグの上に第３の絶縁膜を被せた後、前記第３の絶縁膜のプラグの上の部分に第２のコンタクトホールを形成すると共に、前記磁気細線の読出し用素子部分とは反対側の端部近傍に第３のコンタクトホールを形成し、
前記第２のコンタクトホールには導電材料を用いて書き込み用の配線を形成し、前記第３のコンタクトホールには読出し用の配線を形成して磁気細線を作り、
前記書き込み用の配線には書込回路、前記読出し用の配線には読取回路、前記磁気細線には磁壁移動回路を接続して磁気記憶デバイスを製造する方法。
（付記１２） 前記強磁性材料が、ホウ素が８〜２０ａｔ％添加されたＮｉＦｅＢ、ＣｏＦｅＢ，ＣｏＦｅＮｉＢ，ＣｏＦｅＰｔＢ、ＣｏＰｔＢ，ＦｅＰｔＢ，ＣｏＦｅＰｔＢ，ＴｂＦｅＣｏＢ，ＧｄＦｅＣｏＢの何れかであることを特徴とする付記１１に記載の磁気記憶デバイスを製造する方法。
（付記１３） 前記磁気細線の下地層として、前記磁気細線の結晶化を促進させるように前記ホウ素を吸収する材料が積層されていることを特徴とする付記１１又は１２に記載の磁気記憶デバイスを製造する方法。
（付記１４） 半導体素子と配線が形成された基板の上に、多層の磁気細線膜と読出し素子構造膜を連続させて製膜し、磁気細線膜にはホウ素を添加した強磁性材料の層をフリー層として含ませ、
製膜後、熱処理を行って磁気細線膜のフリー層からホウ素が拡散して除去して、フリー層を結晶化された再生素子に変質させ、
読出し素子に対応する前記読出し素子構造膜の部分をパターンでマスクし、マスクした部分以外を除去して読出し用素子部分を形成し、
第１の絶縁膜を前記磁気細線膜の上に全体的に被せた後に、前記磁気細線膜を所定長さだけ残して全て除去し、
出来上がった磁気細線に対して第２の絶縁膜を被せた後、該絶縁膜の表面を平坦化して読出し用素子部分の上の部分に第１のコンタクトホールを形成してここに導電性のプラグを埋め込み、
前記第２の絶縁体と前記プラグの上に第３の絶縁膜を被せた後、前記第３の絶縁膜のプラグの上の部分に第２のコンタクトホールを形成すると共に、前記磁気細線の読出し用素子部分とは反対側の端部近傍に第３のコンタクトホールを形成し、
前記第２のコンタクトホールには導電材料を用いて書き込み用の配線を形成し、前記第３のコンタクトホールには読出し用の配線を形成して磁気細線を作り、
前記書き込み用の配線には書込回路、前記読出し用の配線には読取回路、前記磁気細線には磁壁移動回路を接続して磁気記憶デバイスを製造し、
製造されたデバイスを、並列に複数個接続して個々のデバイスにアクセスできるようにした磁気記憶装置。
（付記１５） 前記強磁性材料が、ホウ素が８〜２０ａｔ％添加されたＮｉＦｅＢ、ＣｏＦｅＢ，ＣｏＦｅＮｉＢ，ＣｏＦｅＰｔＢ、ＣｏＰｔＢ，ＦｅＰｔＢ，ＣｏＦｅＰｔＢ，ＴｂＦｅＣｏＢ，ＧｄＦｅＣｏＢの何れかであることを特徴とする付記１４に記載の磁気記憶装置。
（付記１６） 前記磁気細線の下地層として、前記磁気細線の結晶化を促進させるように前記ホウ素を吸収する材料が積層されていることを特徴とする付記１４又は１５に記載の磁気記憶装置。
１ 磁気細線
１Ｂ１ 第１のバッファ部
１Ｂ２ 第２のバッファ部
１Ｄ データ領域
２ 読出し素子
３ 書込み素子
６ 磁壁移動回路
７ 反強磁性層（ＰｔＭｎ）
１０ 移動メモリ
１１ シード層
１２ フリー層
１３ バリア層
１４ ピンド層
２１ フリー層（ＣｏＦｅＢ）
２２ バリア層（ＭｇＯ）
２３ リファレンス層（ＣｏＦｅＢ）
２４ 層間結合層（Ｒｕ）
２５ ピンド層（ＣｏＦｅ）
３０ シリコン基板
３１ 磁気細線膜
３２ 読出し素子構造膜
３２Ｒ 読出し用素子部分
３３，３４，３７ 絶縁膜
３５，３８，３９ コンタクトホール
３６ プラグ
４１ 書込み用配線
４２ 読出し用配線
１Ｂ１ 第１のバッファ部
１Ｂ２ 第２のバッファ部
１Ｄ データ領域
２ 読出し素子
３ 書込み素子
６ 磁壁移動回路
７ 反強磁性層（ＰｔＭｎ）
１０ 移動メモリ
１１ シード層
１２ フリー層
１３ バリア層
１４ ピンド層
２１ フリー層（ＣｏＦｅＢ）
２２ バリア層（ＭｇＯ）
２３ リファレンス層（ＣｏＦｅＢ）
２４ 層間結合層（Ｒｕ）
２５ ピンド層（ＣｏＦｅ）
３０ シリコン基板
３１ 磁気細線膜
３２ 読出し素子構造膜
３２Ｒ 読出し用素子部分
３３，３４，３７ 絶縁膜
３５，３８，３９ コンタクトホール
３６ プラグ
４１ 書込み用配線
４２ 読出し用配線
Claims (10)
- 強磁性材料からなるデータ記録用の磁気細線に、データ読出し部と、データ書込み部を配置した磁気記憶デバイスの製造方法であって、
シード層、ホウ素を添加したアモルファス材料を使用したフリー層、バリア層、及び積層フェリピンド層及び反強磁性層をこの順に積層して線状の積層体を形成し、
前記積層体に熱処理を施して、前記フリー層に添加されたホウ素を拡散させて除去し、前記アモルファス材料を結晶性材料に変質させて磁気細線を形成し、
前記磁気細線の上に前記データ読出し部と前記データ書込み部を形成すると共に、前記磁気細線の両端部に磁壁移動回路を接続して磁気記憶デバイスを製造する方法。 - 強磁性材料からなるデータ記録用の磁気細線に、データ読出し部と、データ書込み部を配置した磁気記憶デバイスの製造方法であって、
シード層、ホウ素を添加したアモルファス材料を使用したフリー層、バリア層、及び積層フェリピンド層及び反強磁性層をこの順に積層して熱処理を施して、フリー層に添加されたホウ素を拡散させて除去し、アモルファス材料を結晶性材料に変質させて、線状の積層体を形成し、
前記磁気細線の上に前記データ読出し部を形成して磁気細線を形成し、
前記磁気細線の上に前記データ書込み部を形成すると共に、前記磁気細線の両端部に磁壁移動回路を接続して磁気記憶デバイスを製造する方法。 - 前記データ読出し部は、前記磁気細線の上側に配置されたトップピン型の読出し部であることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気記憶デバイスを製造する方法。
- 前記データ読出し部には磁気抵抗素子が用いられていることを特徴とする請求項３に記載の磁気記憶デバイスを製造する方法。
- 前記データ書込み部は、前記磁気細線の近傍に設けられた導電体であることを特徴とする請求項３に記載の磁気記憶デバイスを製造する方法。
- 前記データ書込み部にはパルス信号発生源が接続され、書込み用信号としてパルス信号が入力されることを特徴とする請求項５に記載の磁気記憶デバイスを製造する方法。
- 前記データ書込み部にはスピン注入磁化反転信号を発生する磁化反転信号発生源が接続され、書込み用信号として磁化反転信号が入力されることを特徴とする請求項５に記載の磁気記憶デバイスを製造する方法。
- 前記アモルファス材料が、ホウ素が８〜２０ａｔ％添加されたＮｉＦｅＢ、ＣｏＦｅＢ，ＣｏＦｅＮｉＢ，ＣｏＦｅＰｔＢ、ＣｏＰｔＢ，ＦｅＰｔＢ，ＣｏＦｅＰｔＢ，ＴｂＦｅＣｏＢ，ＧｄＦｅＣｏＢの何れかであることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の磁気記憶デバイスを製造する方法。
- 前記磁気細線の下地層として、前記磁気細線の結晶化を促進させるように前記ホウ素を吸収する材料が積層されていることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の磁気記憶デバイスを製造する方法。
- 請求項１から９の何れか１項に記載の磁気記憶デバイスを製造する方法によって製造されたデバイスを、並列に複数個接続して個々のデバイスにアクセスできるようにした磁気記憶装置。
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2009
- 2009-03-03 JP JP2009049793A patent/JP2010205931A/ja not_active Withdrawn
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