JP5535161B2 - 磁気抵抗効果素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
図1および図2を用いて、各実施形態に係るMARMの構成例について説明する。
図3乃至図20を用いて、第1の実施形態に係る磁気抵抗効果素子MTJについて説明する。第1の実施形態は、磁気抵抗効果素子MTJにおいて、トンネルバリア層34の下部に位置する参照層界面層32が、中央部の磁化領域(第1領域)38と磁化領域38よりも磁化の小さい端部の失活領域(第2領域)39とで構成される例である。以下に、第1の実施形態に係る磁気抵抗効果素子MTJについて詳説する。
第1の実施形態に係る磁気抵抗効果素子MTJの構造について説明する。
第1の実施形態に係る磁気抵抗効果素子MTJの変形例の構造について説明する。
第1の実施形態に係る磁気抵抗効果素子MTJの製造方法について説明する。
上記第1の実施形態によれば、記憶層35とそれより径の大きい参照層33とを有する磁気抵抗効果素子MTJにおいて、参照層界面層32が中央部(内側)の磁化領域38と磁化領域38よりも磁化の小さい端部(外側)の失活領域39とで構成される。これにより、記憶層35のパターニング工程において、記憶層35と参照層界面層32との間に位置するトンネルバリア層34の端部(外側)が不均一にエッチングされても、その直下に位置する失活領域39の磁化方向が乱れることはない。したがって、参照層33における磁気特性の劣化を抑制することができる。以下に、上記効果についてより詳細に説明する。
図21および図22を用いて、第2の実施形態に係る磁気抵抗効果素子MTJについて説明する。第2の実施形態は、磁気抵抗効果素子MTJにおいて、磁化方向が不変で、かつ参照層33の磁化方向とは反対の磁性層であるシフト調整層50が形成される例である。以下に、第2の実施形態に係る磁気抵抗効果素子MTJについて詳説する。なお、第2の実施形態において、上記第1の実施形態と同様の点については説明を省略し、主に異なる点について説明する。
第2の実施形態に係る磁気抵抗効果素子MTJの構造について説明する。
第2の実施形態に係る磁気抵抗効果素子MTJの変形例の構造について説明する。
第2の実施形態に係る磁気抵抗効果素子MTJの製造方法について説明する。
第2の実施形態に係る磁気抵抗効果素子MTJの変形例の製造方法について説明する。
上記第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
図23を用いて、第3の実施形態に係る磁気抵抗効果素子MTJについて説明する。第3の実施形態は、磁気抵抗効果素子MTJにおいて、参照層33として、参照層界面層32および参照層本体層31の積層構造ではなく、これらが一体化して形成される例である。以下に、第3の実施形態に係る磁気抵抗効果素子MTJについて詳説する。なお、第3の実施形態において、上記第1の実施形態と同様の点については説明を省略し、主に異なる点について説明する。
第3の実施形態に係る磁気抵抗効果素子MTJの構造について説明する。
第3の実施形態に係る磁気抵抗効果素子MTJの製造方法について説明する。
上記第3の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
Claims (13)
- 磁化方向が膜面に対して垂直でかつ不変である第1磁性層と、
前記第1磁性層上に形成された非磁性のトンネルバリア層と、
前記トンネルバリア層上に形成され、磁化方向が膜面に対して垂直でかつ可変である第2磁性層と、
を具備し、
前記第1磁性層は、上部側に形成され、前記トンネルバリア層の下部に接する界面層と、下部側に形成され、垂直磁気異方性の起源となる本体層と、を有し、
前記界面層は、内側に設けられて前記本体層と同一の磁化を有し、前記トンネルバリア層との界面で垂直磁気異方性を生じさせる第1領域と、その外側に前記第1領域を取り囲むように設けられた前記第1領域よりも磁化が小さい又は磁化を有さない第2領域と、を含む
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 前記第2領域は、前記第1領域に含まれる第1元素と前記第1元素と異なる第2元素とを含むことで、前記第1領域よりも磁化が小さくな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。
- 前記第2元素は、第V族元素または第IV族元素であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記第2元素は、N、P、As、Sb、C、Si、Ge、He、F、B、Zr、Tb、Ti、Mg、S、またはOのうち少なくとも1つであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記第2領域は、前記第2元素が前記第1元素と化学的な結合を作り、化合物を形成する、もしくは、前記第2元素が前記第1元素の作る格子間に入り結晶構造を変化させることで、前記第1領域よりも磁化が小さくなることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記第1磁性層の径は前記第2磁性層の径より大きく、前記第1領域の径は前記第2磁性層の径と同等であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の磁気メモリ。
- 前記第2磁性層は、前記第2領域上には存在しないことを特徴とする請求項6に記載の磁気メモリ。
- 前記第1磁性層の下部、もしくは前記第2磁性層の上部に、磁化方向が前記第1磁性層の磁化方向と反対方向でかつ不変であり、前記第2磁性層にかかる前記第1磁性層からの漏洩磁界を打ち消す第3磁性層をさらに具備することを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。
- 磁化方向が膜面に対して垂直でかつ不変である第1磁性層と、
前記第1磁性層上に形成された非磁性のトンネルバリア層と、
前記トンネルバリア層上に形成され、磁化方向が膜面に対して垂直でかつ可変である第2磁性層と、
を具備し、
前記第1磁性層は、上部側の内側に設けられて前記トンネルバリア層との界面で垂直磁気異方性を生じさせる第1領域と、その外側に前記第1領域を取り囲むように設けられた前記第1領域よりも磁化が小さい又は磁化を有さない第2領域と、を含む
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 磁化方向が膜面に対して垂直でかつ不変であり、第1元素を含む第1磁性層を形成する工程と、
前記第1磁性層上に、非磁性のトンネルバリア層を形成する工程と、
前記トンネルバリア層上に、磁化方向が膜面に対して垂直でかつ可変である第2磁性層を形成する工程と、
前記第2磁性層上に、ハードマスク層を形成する工程と、
前記ハードマスクをマスクとして、前記第2磁性層をパターニングする工程と、
前記パターニングによって露出した上面に対して、前記第1元素と異なる第2元素を導入することで、前記第1磁性層の上部側の内側に設けられ、前記トンネルバリア層との界面で垂直磁気異方性を生じさせる第1の領域と、その外側に前記第1の領域を取り囲むように設けられた前記第1領域よりも磁化の小さい第2領域とを設ける工程と、
を具備することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 前記パターニングする工程は、イオンビームエッチングを用いて行うことを特徴とする請求項10に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記パターニングする工程によって露出する面は、前記トンネルバリア層、または前記第1磁性層であることを特徴とする請求項10または請求項11に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記第2元素は、N、P、As、Sb、C、Si、Ge、He、F、B、Zr、Tb、Ti、Mg、S、またはOのうち少なくとも1つであることを特徴とする請求項10乃至請求項12のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
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