JP2013197402A - 磁気メモリ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本実施形態の磁気メモリの製造方法は、第1基板上に剥離層を形成する工程と、前記剥離層上に、第1強磁性層、第1非磁性層、および第2強磁性層を順次形成する工程であって、前記第1および第2強磁性層のうちの少なくとも一方が単結晶構造を有する工程と、前記第2強磁性層上に第1導電性接着層を形成する工程と、トランジスタおよび配線が形成された第2基板上にトランジスタと電気的に接続している第2導電性接着層を形成する工程と、前記第1導電性接着層と前記第2導電性接着層が対向するように前記第1基板と前記第2基板を配置し、前記第1および第2導電性接着層を接着する工程と、前記剥離層により前記第1基板を前記第1強磁性層から分離する工程と、を備えている。
【選択図】図12
Description
第1実施形態による磁気メモリの製造方法について説明する。この第1実施形態の製造方法によって製造される磁気メモリは、少なくとも1個のメモリセルを有し、このメモリセルは、磁気抵抗効果素子を記憶素子として備えている。この磁気抵抗効果素子は磁気抵抗効果膜を備えており、この磁気抵抗効果膜1を図1に示す。この磁気抵抗効果膜1の製造は、まず単結晶基板、例えば(001)面を主面とするSi(以下、Si(001)ともいう)の単結晶基板11を用意し、この単結晶基板11上に剥離層12を形成する。続いて、この剥離層12上に第1強磁性層13を形成し、第1強磁性層13上に第1非磁性層14を形成する。その後、この第1非磁性層14上に第2強磁性層15を形成し、この第2強磁性層15上に導電性接着層16aを形成する。上記層の形成は、スパッタ法または分子線エピタキシー法(MBE(Molecular Beam Epitaxy)法)または電子ビーム蒸着法を用いて、真空中で連続成膜する。これにより、第1および第2強磁性層13、15は少なくともいずれか一方が単結晶構造を有する。
また、第1実施形態の第1変形例の製造方法によって製造される磁気抵抗効果膜1Aを図2に示す。この磁気抵抗効果膜1Aは、図1に示す磁気抵抗効果膜1において、格子ミスマッチングを低減させるために剥離層12と基板11の間に下地層21を形成した構成を有している。
第1実施形態の第3変形例の製造方法によって製造される磁気抵抗効果膜1Cを図4に示す。この磁気抵抗効果膜1Cは、図1に示す磁気抵抗効果膜1において、第2強磁性層15と導電性接着層16aとの間に、第2非磁性層17、第3強磁性層18をこの順序で形成した構成を有している。
Ms2×t2 < Ms3×t3
また、第1実施形態の第4変形例の製造方法によって製造される磁気抵抗効果膜1Dを図5に示す。この第4変形例による磁気抵抗効果膜1Dは、図5に示すように、第3変形例において、格子ミスマッチングを低減させるために剥離層12と基板11の間に下地層21を形成した構成となっている。
第1実施形態の第6変形例の製造方法によって製造される磁気抵抗効果膜1Fを図7に示す。この磁気抵抗効果膜1Fは、図1に示す磁気抵抗効果膜1において、剥離層12と第1強磁性層13との間に、第3強磁性層18、第2非磁性層17をこの順序で形成した構成を有している。この第6変形例によって製造される磁気抵抗効果素子1Fにおいては、第1強磁性層13は磁化の向きが固定された参照層となり、第2強磁性層15は磁化の向きが可変な記録層となっている。第3強磁性層18は、第2非磁性層17を介して第1強磁性層13と反強磁性結合(SAS結合)していてもよい。これにより、参照層となる第1強磁性層13からの漏れ磁場による、記録層となる第2強磁性層15の反転電流のシフトを緩和および調整することが可能となる。
また、第1実施形態の第7変形例の製造方法によって製造される磁気抵抗効果膜1Gを図8に示す。この第7変形例による磁気抵抗効果膜1Gは、図8に示すように、第6変形例において、格子ミスマッチングを低減させるために剥離層12と基板11の間に下地層21を形成した構成となっている。
次に、第1実施形態による磁気メモリの製造方法の一実施例を説明する。この実施例の製造方法によって製造される磁気メモリは磁気抵抗効果素子を記憶素子として有しており、この磁気抵抗効果素子は、図3に示す磁気抵抗効果膜1Bを有している。
第2実施形態による磁気メモリの製造方法について説明する。この第2実施形態の製造方法によって製造される磁気メモリは、少なくとも1個のメモリセルを有し、このメモリセルは、磁気抵抗効果素子を記憶素子として備えている。この磁気抵抗効果素子は磁気抵抗効果膜を備えており、この磁気抵抗効果膜1Iを図13に示す。この磁気抵抗効果膜1Iの製造は、まず単結晶基板、例えばSi(001)の単結晶基板11を用意し、この単結晶基板11上に下地層21を形成する。この下地層21上に水素雰囲気中で剥離層12Aを形成する。続いて、この剥離層12A上に格子緩和層19を形成する。この格子緩和層19上に第1強磁性層13を形成し、第1強磁性層13上に第1非磁性層14を形成する。その後、この第1非磁性層14上に第2強磁性層15を形成し、この第2強磁性層15上に導電性接着層16aを形成する。上記層の形成は、スパッタ法またはMBE法を用いて、剥離層12Aの成膜を除いて真空中で成膜する。これにより、第1および第2強磁性層13、15は単結晶構造を有する。
第2実施形態の第1変形例の製造方法によって製造される磁気抵抗効果膜1Jを図14に示す。この磁気抵抗効果膜1Jは、図13に示す磁気抵抗効果膜1Iにおいて、第2強磁性層15と導電性接着層16aとの間に、第2非磁性層17、第3強磁性層18をこの順序で形成した構成を有している。
第2実施形態の第2変形例の製造方法によって製造される磁気抵抗効果膜1Kを図15に示す。この磁気抵抗効果膜1Kは、図13に示す磁気抵抗効果膜1Iにおいて、格子緩和層19と第1強磁性層13との間に、第3強磁性層18、第2非磁性層17をこの順序で形成してもよい。この第2変形例によって製造される磁気抵抗効果素子1Kにおいては、第1強磁性層13は磁化の向きが固定された参照層となり、第2強磁性層15は磁化の向きが可変な記録層となっている。第3強磁性層18はシフト調整層とも呼ばれ、第1強磁性層13とは、磁化の向きが反平行(逆向き)の磁化を有している。第3強磁性層18は、第2非磁性層17を介して第1強磁性層13と反強磁性結合(SAS結合)していてもよい。これにより、参照層となる第1強磁性層13からの漏れ磁場による、記録層となる第2強磁性層15の反転電流のシフトを緩和および調整することが可能となる。
次に、第2実施形態による磁気メモリの製造方法の一実施例を説明する。この実施例の製造方法によって製造される磁気メモリは磁気抵抗効果素子を記憶素子として有しており、この磁気抵抗効果素子は、図13に示す磁気抵抗効果膜1Iを有している。
第3実施形態による磁気メモリの製造方法について説明する。この第3実施形態の製造方法によって製造される磁気メモリは、少なくとも1個のメモリセルを有し、このメモリセルは、磁気抵抗効果素子を記憶素子として備えている。この磁気抵抗効果素子は磁気抵抗効果膜を備えており、この磁気抵抗効果膜1Lを図18に示す。この磁気抵抗効果膜1Lの製造は、まず単結晶基板、例えばSi(001)の単結晶基板11を用意し、この単結晶基板11上に下地層21Aを形成する。この下地層21A上に真空中で第1強磁性層13を形成し、第1強磁性層13上に第1非磁性層14を形成する。その後、この第1非磁性層14上に第2強磁性層15を形成し、この第2強磁性層15上に導電性接着層16aを形成する。上記層の形成は、スパッタ法またはMBE法を用いて、真空中で連続成膜する。これにより、第1および第2強磁性層13、15は単結晶構造を有する。
第3実施形態の第1変形例の製造方法によって製造される磁気抵抗効果膜1Mを図19に示す。この磁気抵抗効果膜1Mは、図18に示す磁気抵抗効果膜1Lにおいて、第2強磁性層15と導電性接着層16aとの間に、第2非磁性層17、第3強磁性層18をこの順序で形成した構成を有している。
第3実施形態の第2変形例の製造方法によって製造される磁気抵抗効果膜1Nを図20に示す。この磁気抵抗効果膜1Nは、図18に示す磁気抵抗効果膜1Lにおいて、格子緩和層19と第1強磁性層13との間に、第3強磁性層18、第2非磁性層17をこの順序で形成してもよい。この第2変形例によって製造される磁気抵抗効果素子1Nにおいては、第1強磁性層13は磁化の向きが固定された参照層となり、第2強磁性層15は磁化の向きが可変な記録層となっている。第3強磁性層18はシフト調整層とも呼ばれ、第1強磁性層13とは、磁化の向きが反平行(逆向き)の磁化を有している。第3強磁性層18は、第2非磁性層17を介して第1強磁性層13と反強磁性結合(SAS結合)していてもよい。これにより、参照層となる第1強磁性層13からの漏れ磁場による、記録層となる第2強磁性層15の反転電流のシフトを緩和および調整することが可能となる。
次に、第3実施形態による磁気メモリの製造方法の一実施例を説明する。この実施例の製造方法によって製造される磁気メモリは磁気抵抗効果素子を記憶素子として有しており、この磁気抵抗効果素子は、図18に示す磁気抵抗効果膜1Lを有している。
第4実施形態による磁気メモリの製造方法について説明する。この第4実施形態の製造方法によって製造される磁気メモリは、少なくとも1個のメモリセルを有し、このメモリセルは、磁気抵抗効果素子を記憶素子として備えている。この磁気抵抗効果素子は磁気抵抗効果膜を備えており、この磁気抵抗効果膜1Oを図23に示す。
第5実施形態による磁気メモリについて説明する。この第5実施形態の磁気メモリは、少なくとも1個のメモリセルを有し、このメモリセルは、第1乃至第4実施形態およびそれらの変形例のいずれかで説明した磁気抵抗効果素子を記憶素子として備えている。
第6実施形態による磁気メモリについて図29乃至図32を参照して説明する。この第6実施形態の磁気メモリの斜視図を図29に示す。この第6実施形態の磁気メモリは、基板20A上に並列に配置された複数の第1配線521、522、523と、これらの配線と交差するとともに並列に配置された複数の第2配線541、542、543と、第1配線521、522と第2配線541、542、543と交差領域に設けられた磁気抵抗効果膜40を備えている。すなわち、この第6実施形態の磁気メモリはクロスポイント型である。
この第1実施例の磁気抵抗効果膜40は、第1実施形態の製造方法を用いて形成される。すなわち、第1配線521、522、523が形成された基板20A上に、厚さが10nmのTaからなる導電性接着層16a、厚さが10nmのTaからなる導電性接着層16b、厚さが30nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層15、厚さが1nmのMgOからなる非磁性層14、および厚さが10nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層13の積層構造を有する磁気抵抗効果膜40を形成する。
この第2実施例の磁気抵抗効果膜40は、第1実施形態の製造方法を用いて形成される。すなわち、第1配線521、522、523が形成された基板20A上に、厚さが10nmのTiからなる導電性接着層16a、厚さが10nmのTaからなる導電性接着層16b、厚さが30nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層15、厚さが1nmのMgOからなる非磁性層14、および厚さが10nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層13の積層構造を有する磁気抵抗効果膜40を形成する。
この第3実施例の磁気抵抗効果膜40は、第3実施形態の製造方法を用いて形成される。 すなわち、第1配線521、522、523が形成された基板20A上に、厚さが10nmのTiからなる導電性接着層16a、厚さが10nmのTiからなる導電性接着層16b、厚さが30nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層15、厚さが1nmのMgOからなる非磁性層14、および厚さが10nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層13の積層構造を有する磁気抵抗効果膜40を形成する。
この第4実施例の磁気抵抗効果膜40は、第2実施形態の製造方法を用いて形成される。 すなわち、第1配線521、522、523が形成された基板20A上に、厚さが10nmのTaからなる導電性接着層16a、厚さが10nmのTiからなる導電性接着層16b、厚さが30nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層15、厚さが1nmのMgOからなる非磁性層14、および厚さが10nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層13の積層構造を有する磁気抵抗効果膜40を形成する。
この第5実施例の磁気抵抗効果膜40は、第1実施形態の製造方法を用いて形成される。 すなわち、第1配線521、522、523が形成された基板20A上に、厚さが3nmのTiと厚さが5nmのCuがこの順序で積層された導電性接着層16a、厚さが10nmのTaからなる導電性接着層16b、厚さが30nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層15、厚さが1nmのMgOからなる非磁性層14、および厚さが10nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層13の積層構造を有する磁気抵抗効果膜40を形成する。
この第6実施例の磁気抵抗効果膜40は、第3実施形態の製造方法を用いて形成される。 すなわち、第1配線521、522、523が形成された基板20A上に、厚さが10nmのTaからなる導電性接着層16a、厚さが2nmのRuと厚さが10nmのTaがこの順序で積層された導電性接着層16b、厚さが30nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層15、厚さが1nmのMgOからなる非磁性層14、および厚さが10nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層13の積層構造を有する磁気抵抗効果膜40を形成する。
この第7実施例の磁気抵抗効果膜40は、第2実施形態の製造方法を用いて形成される。 すなわち、第1配線521、522、523が形成された基板20A上に、厚さが3nmのTiと厚さが5nmのCuがこの順序で積層された導電性接着層16a、厚さが10nmのTiからなる導電性接着層16b、厚さが30nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層15、厚さが1nmのMgOからなる非磁性層14、および厚さが10nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層13の積層構造を有する磁気抵抗効果膜40を形成する。
この第8実施例の磁気抵抗効果膜40は、第2実施形態の製造方法を用いて形成される。 すなわち、第1配線521、522、523が形成された基板20A上に、厚さが10nmのTaからなる導電性接着層16a、厚さが10nmのTiNからなる導電性接着層16b、厚さが30nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層15、厚さが1nmのMgOからなる非磁性層14、および厚さが10nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層13の積層構造を有する磁気抵抗効果膜40を形成する。
この第9実施例の磁気抵抗効果膜40は、第1実施形態の製造方法を用いて形成される。 すなわち、第1配線521、522、523が形成された基板20A上に、厚さが10nmのTaからなる導電性接着層16a、厚さが10nmのTaNからなる導電性接着層16b、厚さが30nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層15、厚さが1nmのMgOからなる非磁性層14、および厚さが10nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層13の積層構造を有する磁気抵抗効果膜40を形成する。その後、第2配線541〜543を形成する。
この第10実施例の磁気抵抗効果膜40は、第3実施形態の製造方法を用いて形成される。すなわち、第1配線521、522、523が形成された基板20A上に、厚さが5nmのTaからなる導電性接着層16a、厚さが5nmのTaからなる導電性接着層16b、厚さが30nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層15、厚さが1.8nmのSrTiO3からなる非磁性層14、および厚さが10nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層13の積層構造を有する磁気抵抗効果膜40を形成する。
この第11実施例の磁気抵抗効果膜40は、第2実施形態の製造方法を用いて形成される。すなわち、第1配線521、522、523が形成された基板20A上に、厚さが5nmのTaからなる導電性接着層16a、厚さが5nmのTaからなる導電性接着層16b、厚さが30nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層15、厚さが1.0nmのMgOからなる非磁性層14、および厚さが10nmである単結晶構造のMnGaと厚さが1nmである単結晶構造のMnAlがこの順序で積層された強磁性層13の積層構造を有する磁気抵抗効果膜40を形成する。
この第12実施例の磁気抵抗効果膜40は、第1実施形態の製造方法を用いて形成される。すなわち、第1配線521、522、523が形成された基板20A上に、厚さが5nmのTaからなる導電性接着層16a、厚さが5nmのTaからなる導電性接着層16b、厚さが10nmである単結晶構造のMnGaと厚さが2nmである単結晶構造のMnAlがこの順序で積層された強磁性層15、厚さが1.0nmのMgOからなる非磁性層14、および厚さが10nmである単結晶構造のMnGaと厚さが1nmである単結晶構造のMnAlがこの順序で積層された強磁性層13の積層構造を有する磁気抵抗効果膜40を形成する。
この第13実施例の磁気抵抗効果膜40は、第1実施形態の製造方法を用いて形成される。すなわち、第1配線521、522、523が形成された基板20A上に、厚さが5nmのTaからなる導電性接着層16a、厚さが5nmのTaからなる導電性接着層16b、厚さが30nmである単結晶構造のCoFeからなる強磁性層15、厚さが1.0nmのMgOからなる非磁性層14、および厚さが10nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層13の積層構造を有する磁気抵抗効果膜40を形成する。
この第14実施例の磁気抵抗効果膜40は、第2実施形態の製造方法を用いて形成される。すなわち、第1配線521、522、523が形成された基板20A上に、厚さが5nmのTaからなる導電性接着層16a、厚さが5nmのTaからなる導電性接着層16b、厚さが30nmである単結晶構造のTbFe2からなる強磁性層15、厚さが1.0nmのMgOからなる非磁性層14、および厚さが10nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層13の積層構造を有する磁気抵抗効果膜40を形成する。
この第15実施例の磁気抵抗効果膜40は、第2実施形態の製造方法を用いて形成される。すなわち、第1配線521、522、523が形成された基板20A上に、厚さが10nmのTaからなる導電性接着層16a、厚さが10nmのTaからなる導電性接着層16b、厚さが30nmである単結晶構造のMnGaと厚さが1nmである単結晶構造のCoFeがこの順序で積層された強磁性層15、厚さが1.0nmのMgOからなる非磁性層14、および厚さが10nmである単結晶構造のMnGaと厚さが1nmである単結晶構造のCoFeがこの順序で積層された強磁性層13の積層構造を有する磁気抵抗効果膜40を形成する。
この第16実施例の磁気抵抗効果膜40は、第1実施形態の製造方法を用いて形成される。すなわち、第1配線521、522、523が形成された基板20A上に、厚さが10nmのTaからなる導電性接着層16a、厚さが10nmのTaからなる導電性接着層16b、厚さが30nmである単結晶構造のMnGaと厚さが1nmである単結晶構造のCoFeBがこの順序で積層された強磁性層15、厚さが1.0nmのMgOからなる非磁性層14、および厚さが10nmである単結晶構造のMnGaと厚さが1nmである単結晶構造のCoFeBがこの順序で積層された強磁性層13の積層構造を有する磁気抵抗効果膜40を形成する。
この第17実施例の磁気抵抗効果膜40は、第1実施形態の製造方法を用いて形成される。すなわち、第1配線521、522、523が形成された基板20A上に、厚さが3nmのTiと厚さが5nmのCuがこの順序で積層された導電性接着層16a、厚さが10nmのTaからなる導電性接着層16b、厚さが30nmのMnGaと厚さが1nmのCoFeBがこの順序で積層された強磁性層15、厚さが1.0nmのMgOからなる非磁性層14、および厚さが10nmのMnGaからなる強磁性層13の積層構造を有する磁気抵抗効果膜40を形成する。
この第18実施例の磁気抵抗効果膜40は、第2実施形態の製造方法を用いて形成される。すなわち、第1配線521、522、523が形成された基板20A上に、厚さが5nmのTaと厚さが3nmのCuがこの順序で積層された導電性接着層16a、厚さが10nmのTaからなる導電性接着層16b、厚さが30nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層15、厚さが1.0nmのMgOからなる非磁性層14、および厚さが10nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層13の積層構造を有する磁気抵抗効果膜40を形成する。
この第19実施例の磁気抵抗効果膜40は、第1実施形態の製造方法を用いて形成される。すなわち、第1配線521、522、523が形成された基板20A上に、厚さが5nmのTaと厚さが3nmのCuがこの順序で積層された導電性接着層16a、厚さが5nmのTaと厚さが3nmのCuがこの順序で積層された導電性接着層16b、厚さが30nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層15、厚さが1.0nmのMgOからなる非磁性層14、および厚さが10nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層13の積層構造を有する磁気抵抗効果膜40を形成する。
この第20実施例の磁気抵抗効果膜40は、第2実施形態の製造方法を用いて形成される。すなわち、第1配線521、522、523が形成された基板20A上に、厚さが10nmのTaからなる導電性接着層16a、厚さが10nmのTaからなる導電性接着層16b、厚さが10nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層15、厚さが1.0nmのMgOからなる非磁性層14、および厚さが30nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層13の積層構造を有する磁気抵抗効果膜40を形成する。
この第21実施例の磁気抵抗効果膜40は、第2実施形態の製造方法を用いて形成される。すなわち、第1配線521、522、523が形成された基板20A上に、厚さが5nmのTiからなる導電性接着層16a、厚さが5nmのTaからなる導電性接着層16b、厚さが10nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層15、厚さが1.0nmのMgOからなる非磁性層14、および厚さが30nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層13の積層構造を有する磁気抵抗効果膜40を形成する。
この第22実施例の磁気抵抗効果膜40は、第1実施形態の製造方法を用いて形成される。すなわち、第1配線521、522、523が形成された基板20A上に、厚さが5nmのTaと厚さが3nmのCuがこの順序で積層された導電性接着層16a、厚さが10nmのTaからなる導電性接着層16b、厚さが10nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層15、厚さが1.0nmのMgOからなる非磁性層14、および厚さが30nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層13の積層構造を有する磁気抵抗効果膜40を形成する。
この第23実施例の磁気抵抗効果膜40は、第2実施形態の製造方法を用いて形成される。すなわち、第1配線521、522、523が形成された基板20A上に、厚さが10nmのTaからなる導電性接着層16a、厚さが10nmのTaからなる導電性接着層16b、厚さが10nmである単結晶構造のMnGaと厚さが1nmである単結晶構造のMnAlがこの順序で積層された強磁性層15、厚さが1.0nmのMgOからなる非磁性層14、および厚さが30nmである単結晶構造のMnGaと厚さが2nmである単結晶構造のMnAlがこの順序で積層された強磁性層13の積層構造を有する磁気抵抗効果膜40を形成する。
この第24実施例の磁気抵抗効果膜40は、第3実施形態の製造方法を用いて形成される。すなわち、第1配線521、522、523が形成された基板20A上に、厚さが5nmのTaからなる導電性接着層16a、厚さが5nmのTaからなる導電性接着層16b、厚さが10nmである単結晶構造のMnGaと厚さが1nmである単結晶構造のCoFeがこの順序で積層された強磁性層15、厚さが1.0nmのMgOからなる非磁性層14、および厚さが30nmである単結晶構造のMnGaと厚さが1nmである単結晶構造のCoFeがこの順序で積層された強磁性層13の積層構造を有する磁気抵抗効果膜40を形成する。
この第25実施例の磁気抵抗効果膜40は、第1実施形態の製造方法を用いて形成される。すなわち、第1配線521、522、523が形成された基板20A上に、厚さが5nmのTaからなる導電性接着層16a、厚さが5nmのTaからなる導電性接着層16b、厚さが10nmである単結晶構造のMnGaと厚さが1nmである単結晶構造のCoFeBがこの順序で積層された強磁性層15、厚さが1.0nmのMgOからなる非磁性層14、および厚さが30nmである単結晶構造のMnGaと厚さが1nmである単結晶構造のCoFeBがこの順序で積層された強磁性層13の積層構造を有する磁気抵抗効果膜40を形成する。
この第26実施例の磁気抵抗効果膜40は、第1実施形態の製造方法を用いて形成される。すなわち、第1配線521、522、523が形成された基板20A上に、厚さが5nmのTaからなる導電性接着層16a、厚さが5nmのTaからなる導電性接着層16b、厚さが30nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層15、厚さが0.4nmのMgO、厚さが1.8nmのSrTiO3、厚さが0.4nmのMgOがこの順序で積層された非磁性層14、および厚さが10nmである単結晶構造のMnGaからなる強磁性層13の積層構造を有する磁気抵抗効果膜40を形成する。
11 単結晶基板
12 剥離層
12A 剥離層
13 第1強磁性層
14 第1非磁性層
15 第2強磁性層
16a 導電性接着層
16b 導電性接着層
17 第2非磁性層
18 第3強磁性層(シフト調整層)
19 格子緩和層
20 基板
21 下地層
21A 下地層
23 強磁性層(シフト調整層)
Claims (17)
- 第1基板上に剥離層を形成する工程と、
前記剥離層上に、第1強磁性層、第1非磁性層、および第2強磁性層を順次形成する工程であって、前記第1および第2強磁性層のうちの少なくとも一方が単結晶構造を有する工程と、
前記第2強磁性層上に第1導電性接着層を形成する工程と、
トランジスタおよび配線が形成された第2基板上にトランジスタと電気的に接続している第2導電性接着層を形成する工程と、
前記第1導電性接着層と前記第2導電性接着層が対向するように前記第1基板と前記第2基板を配置し、前記第1および第2導電性接着層を接着する工程と、
前記剥離層により前記第1基板を前記第1強磁性層から分離する工程と、
を備えていることを特徴とする磁気メモリの製造方法。 - 前記剥離層は潮解性材料を含み、前記第1基板を分離する工程は、前記剥離層を水で溶解することを特徴とする請求項1記載の磁気メモリの製造方法。
- 前記剥離層は、Li、Na、K、Rb、およびCsの群から選択された少なくとも一つの元素を含むフッ化物、Na、Mg、Ca、Sr、およびBaの群から選択された少なくとも1つの元素を含む塩化物、またはLi、Na、K、Rb、およびCsの群から選択された少なくとも1つの元素を含む酸化物を備えていることを特徴とする請求項1または2記載の磁気メモリの製造方法。
- 前記剥離層は水素またはヘリウムを含む脆化作用のある材料を含み、前記剥離層の形成は、水素またはヘリウムを含む雰囲気で行うことを特徴とする請求項1記載の磁気メモリの製造方法。
- 前記第1基板を分離する工程は、前記剥離層に衝撃を与えることにより行うことを特徴とする請求項4記載の磁気メモリの製造方法。
- 前記剥離層は、水素吸蔵合金またはペロブスカイト構造の材料を含むことを特徴とする請求項1、4、または5記載の磁気メモリの製造方法。
- 前記剥離層を形成する前に前記第1基板上に下地層を形成する工程を備え、前記剥離層は前記下地層上に形成されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の磁気メモリの製造方法。
- 前記下地層は、
{001}配向したNaCl構造を有し、かつTi、Zr、Nb、V、Hf、Ta、Mo、W、B、Al、Ceの群から選択される少なくとも1つの元素を含む窒化物の層、
ABO3からなる{001}配向したペロブスカイト系酸化物の層であって、サイトAはSr、Ce、Dy、La、K、Ca、Na、Pb、Baのうちから選択された少なくとも1つの元素を含み、サイトBはTi、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ga、Nb、Mo、Ru、Ir、Ta、Ce、Pbのうちから選択された少なくとも1つの元素を含むペロブスカイト系酸化物の層、
{001}配向したNaCl構造を有し、かつMg、Al、Ceの群から選択される少なくとも1つの元素を含む酸化物の層、および
正方晶構造または立方晶構造を有し{001}配向し、かつAl、Cr、Fe、Co、Rh、Pd、Ag、Ir、Pt、Auの群から選択される少なくとも1つの元素を含む層のいずれかを備えていることを特徴とする請求項7記載の磁気メモリの製造方法。 - 前記第1強磁性層を形成する前に、前記剥離層上に格子緩和層を形成する工程を更に備えていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の磁気メモリの製造方法。
- 前記格子緩和層は、
{001}配向したNaCl構造を有し、かつTi、Zr、Nb、V、Hf、Ta、Mo、W、B、Al、Ceの群から選択される少なくとも1つの元素を含む窒化物の層、
ABO3からなる{001}配向したペロブスカイト系酸化物の層であって、サイトAはSr、Ce、Dy、La、K、Ca、Na、Pb、Baのうちから選択された少なくとも1つの元素を含み、サイトBはTi、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ga、Nb、Mo、Ru、Ir、Ta、Ce、Pbのうちから選択された少なくとも1つの元素を含むペロブスカイト系酸化物の層、
{001}配向したNaCl構造を有し、かつMg、Al、Ceの群から選択される少なくとも1つの元素を含む酸化物の層、および
正方晶構造または立方晶構造を有し{001}配向し、かつAl、Cr、Fe、Co、Rh、Pd、Ag、Ir、Pt、Auの群から選択される少なくとも1つの元素を含む層のいずれかを備えていることを特徴とする請求項9記載の磁気メモリの製造方法。 - 前記第1導電性接着層を形成する前に、前記第2強磁性層上に、第2非磁性層を形成し、前記第2非磁性層上に第3強磁性層を形成する工程を更に備え、前記第1および第2導電性接着層を接着したときに、前記第3強磁性層の磁化の方向が前記第2強磁性層の磁化の方向と互いに反対であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の磁気メモリの製造方法。
- 前記第1強磁性層を形成する前に、前記剥離層上に第3強磁性層を形成し、前記第3強磁性層上に第2非磁性層を形成する工程を更に備え、前記第1および第2導電性接着層を接着したときに、前記第3強磁性層の磁化の方向が前記第1強磁性層の磁化の方向と互いに反対であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の磁気メモリの製造方法。
- 前記第2導電性接着層を前記第2基板上に形成する前に、前記第2基板上に第4強磁性層を形成する工程を更に備え、前記第2導電性接着層は前記第4強磁性層上に形成され、前記第1および第2導電性接着層を接着したときに、前記第4強磁性層の磁化の方向が前記第2強磁性層の磁化の方向と互いに反対であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の磁気メモリの製造方法。
- 前記第1および第2導電性接着層は、Au、Cu、Pt、Ag、Al、Ta、Ti、W、Cr、Mo、V、Nb、Zr、Hf、Mg、Ruより選択された少なくとも1つ以上の元素を含む金属、窒化物、ホウ化物、酸化物あるいは炭化物であり、第1および第2導電性接着層は互いに同一材料あるいは異なる材料であることを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の磁気メモリの製造方法。
- 前記第1基板は、Si、MgO、Al2O3、SrTiO3、MgAl2O4、TiO2より選択された単結晶基板であることを特徴とする請求項1乃至14のいずれかに記載の磁気メモリの製造方法。
- 前記第1および第2強磁性層は、
Mn、Ga、Alの群から選択された少なくとも1つの元素を含む磁性層、
Fe、Co、Niの群から選択された少なくとも1つの元素を含む磁性層、
Fe、Co、Niの群から選択された少なくとも1つの元素と、Cr、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Os、Re、Au、Cuの群から選択された少なくとも1つの元素とを含む磁性層、および
Fe、Co、Niの群から選択された少なくとも1つの元素と、Tb、Dy、Sm、Er、Tmの群から選択された少なくとも1つの元素とを含む磁性層
のいずれかを備えていることを特徴とする請求項1乃至15のいずれかに記載の磁気メモリの製造方法。 - 複数のメモリセルを有し、各メモリセルは、
第1導電性接着層と、
前記第1導電性接着層上に設けられた第2導電性接着層と、
前記第2導電性接着層上に設けられた第1強磁性層と、
前記第1強磁性層上に設けられた第2強磁性層と、
前記第1強磁性層と前記第2強磁性層との間に設けられた第1非磁性層と、
を含む磁気抵抗効果素子を備え、
前記第1および第2強磁性層のうちの少なくとも一方が単結晶構造を有することを特徴とする磁気メモリ。
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