JP5815204B2 - Tmr素子およびその形成方法 - Google Patents
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Description
(a)基体の上に、シード層と、反強磁性層と、AP2層\結合層\AP1層からなる積層構造を有しAP2層が反強磁性層に接するシンセティック反平行ピンド層とを順に含む積層体を形成する工程。
(b)一方の面がシンセティック反平行ピンド層におけるAP1層と接するようにトンネルバリア層を形成する工程。
(c)トンネルバリア層の上に、第1の層、第2の層および第3の層を順に積層することにより複合フリー層を形成する工程。
ここでは、(1)第1の層を、FeCoM(Mは、Ni,Mn,Tb,W,Hf,Zr,Nb,SiまたはBである)で表わされる鉄コバルト含有合金、またはFe 100-X Co X (但し0≦X≦100)を用いてトンネルバリア層の他方の面と接するように形成し、(2)第2の層を、(Co100-V FeV )100-Y BY (但し10≦V≦70,5≦Y≦40)で表わされる化合物、またはCoFeBQ(Qは、Ni,Mn,Tb,W,Hf,Zr,NbまたはSiである)で表わされるコバルト鉄ボロン含有合金を用いて第1の層の上に形成し、(3)第3の層を、(CoB\CoFe)n (但しnは1以上の整数)で表わされる積層構造、または(CoB\CoFe)m \CoBで表わされる積層構造(但しmは1以上の整数)を用いて第2の層の上に形成する。
フリー層18は図3に示した構造に限定されるものではない。例えば図4に示したように第3の層18cを、CoBからなる層18c1とCoFeからなる層18c2との2層構造CoB\CoFeとしてもよい。層18c1は、第2の層18bと接しており、例えば1.0nm(10Å)以上10.0nm(100Å)以下の厚さを有する。層18c2は、例えば0.2nm(2Å)以上1.0nm(10Å)以下の厚さを有するとよい。必要に応じて、層18c1をコバルトボロン含有合金(CoBQ;Qは、Ni,Mn,Tb,W,Hf,Zr,Nb,またはSiである)によって構成し、層18c2を鉄コバルト含有合金(FeCoM;Mは、Ni,Mn,Tb,W,Hf,Zr,Nb,SiまたはBである)によって構成してもよい。その場合、CoBQまたはFeCoMを占める元素Q,Mの含有率は、いずれも10原子%未満であることが望ましい。
フリー層18における第3の層18cは、例えば図5に示したように、層18c1〜18c3からなる3層構造CoB\CoFe\CoBであってもよい。この3層構造の層18cでは、いずれもCoBからなる層18c1と層18c3との間に、CoFeからなる層18c2が挟まれている。CoBからなる2つの層18c1,18c3の合計の厚さは1.0nm(10Å)以上10.0nm(100Å)以下であり、CoFeからなる層18c2は0.2nm(2Å)以上1.0nm(10Å)以下の厚さを有する。この複合のフリー層18の全体的な厚さは、10nm(100Å)未満とすることが好ましい。
さらに、フリー層18における第3の層18cは、例えば図6に示したように、層18c1〜18c4からなる4層構造CoB\CoFe\CoB\CoFeにより表される構造を有している。この構造では、それぞれCoBからなる層18c1および層18c3と、それぞれCoFeからなる層18c2および層18c4とが層18bの上に交互に配置され、CoBからなる下方の層18c1が、中間の第2の層18bと接している。層18c2および層18c4は、それぞれ0.2nm(2Å)以上1.0nm(10Å)以下の厚さとする
さらに、フリー層18における第3の層18cは、(CoB\CoFe)n (但しnは2以上の整数)で表わされる積層構造、または(CoB\CoFe)m \CoBで表わされる積層構造(但しmは1以上の整数)としてもよい(図示せず)。この場合においても、CoBからなる層の合計の厚さが1.0nm(10Å)以上10.0nm(100Å)以下であり、CoFeからなる層の各々の厚さが0.2nm(2Å)以上1.0nm(10Å)以下であるとよい。また、1以上のCoB層を、CoBQ合金層に置き換え、1以上のCoFe層を、CoFeM合金層に置き換えてもよい。
「シード層\AFM層\AP2層\Ru層\AP1層\MgO層\フリー層\キャップ層」
シード層;Ta(2)\Ru(2)
AFM層;IrMn(7)
AP2層\Ru層\AP1層(8)(=ピンド層);CoFe(2.5)\Ru(0.75)/CoFe(2.5)
MgOx(=トンネルバリア層);Mg(0.7)\NOX\Mg(0.4)
キャップ層;Ru(1)
なお、括弧内の数値は膜厚(nm)を表す。以下、同様である。本実験では、上記の積層構造をNiFeからなる下部シールド層の上に形成し、8000×103 /4π[A/m]の磁界を印加しながら真空中で表1に示した条件下においてアニール処理を行った。
Claims (14)
- シンセティック反平行(SyAP)ピンド層と、
一方の面が前記シンセティック反平行ピンド層と接するトンネルバリア層と、
第1の層、第2の層および第3の層が順に積層された複合フリー層と
を順に有し、
前記第1の層は、前記トンネルバリア層の他方の面と接し、FeCoM(Mは、Ni,Mn,Tb,W,Hf,Zr,Nb,SiまたはBである)で表わされる鉄コバルト含有合金、またはFe 100-X Co X (但し0≦X≦100)からなり、
前記第2の層は、前記第1の層の上に形成され、(Co100-V FeV )100-Y BY (但し10≦V≦70,5≦Y≦40)で表わされる化合物、またはCoFeBQ(Qは、Ni,Mn,Tb,W,Hf,Zr,NbまたはSiである)で表わされるコバルト鉄ボロン含有合金からなり、
前記第3の層は、前記第2の層の上に形成され、(CoB\CoFe)n (但しnは1以上の整数)で表わされる積層構造、または(CoB\CoFe)m \CoBで表わされる積層構造(但しmは1以上の整数)からなる
TMR素子。 - 前記第1の層は、0.2nm(2Å)以上1.5nm(15Å)以下の厚さを有する
請求項1に記載のTMR素子。 - 前記トンネルバリア層は、MgO,MgZnO,ZnO,Al2 O3 ,TiOx ,AlTiO,HfOx およびZrOx のいずれか、またはこれらを2種以上混合した材料からなる
請求項1に記載のTMR素子。 - 前記第2の層は、0.2nm(2Å)以上1.0nm(10Å)以下の厚さを有する
請求項1に記載のTMR素子。 - 前記第3の層は、CoB\CoFeで表わされる積層構造からなり、CoBからなる層が1.0nm(10Å)以上10.0nm(100Å)以下の厚さを有し、CoFeからなる層が0.2nm(2Å)以上1.0nm(10Å)以下の厚さを有する
請求項1に記載のTMR素子。 - 前記第3の層は、(CoB\CoFe)n (但しnは2以上の整数)で表わされる積層構造、または(CoB\CoFe)m \CoBで表わされる積層構造(但しmは1以上の整数)からなり、CoBからなる層の合計の厚さが1.0nm(10Å)以上10.0nm(100Å)以下であり、CoFeからなる層がそれぞれ0.2nm(2Å)以上1.0nm(10Å)以下の厚さを有する
請求項1に記載のTMR素子。 - (a)基体の上に、シード層と、反強磁性層と、AP2層\結合層\AP1層からなる積層構造を有し、前記AP2層が前記反強磁性層に接するシンセティック反平行ピンド層とを順に含む積層体を形成する工程と、
(b)一方の面が前記シンセティック反平行ピンド層におけるAP1層と接するようにトンネルバリア層を形成する工程と、
(c)前記トンネルバリア層の上に、第1の層、第2の層および第3の層を順に積層することにより複合フリー層を形成する工程と
を含み、
(1)前記第1の層を、FeCoM(Mは、Ni,Mn,Tb,W,Hf,Zr,Nb,SiまたはBである)で表わされる鉄コバルト含有合金、またはFe 100-X Co X (但し0≦X≦100)を用いて前記トンネルバリア層の他方の面と接するように形成し、
(2)前記第2の層を、(Co100-V FeV )100-Y BY (但し10≦V≦70,5≦Y≦40)で表わされる化合物、またはCoFeBQ(Qは、Ni,Mn,Tb,W,Hf,Zr,NbまたはSiである)で表わされるコバルト鉄ボロン含有合金を用いて前記第1の層の上に形成し、
(3)前記第3の層を、(CoB\CoFe)n (但しnは1以上の整数)で表わされる積層構造、または(CoB\CoFe)m \CoBで表わされる積層構造(但しmは1以上の整数)を用いて前記第2の層の上に形成する
TMR素子の形成方法。 - 前記第3の層の上にキャップ層を形成する工程を含む
請求項7に記載のTMR素子の形成方法。 - 前記第1の層を、0.2nm(2Å)以上1.5nm(15Å)以下の厚さとし、前記第2の層を、0.2nm(2Å)以上1.0nm(10Å)以下の厚さとする
請求項7に記載のTMR素子の形成方法。 - 前記トンネルバリア層を、MgO,MgZnO,ZnO,Al2 O3 ,TiOx ,AlTiO,HfOx およびZrOx のいずれか、またはこれらを2種以上混合した材料により形成する
請求項7に記載のTMR素子の形成方法。 - 前記トンネルバリア層を、
前記AP1層の上にスパッタ蒸着法により第1のMg層を成膜したのち、前記第1のMg層に対して自然酸化処理を行うことによりMgO層を形成し、さらに前記MgO層の上にスパッタ蒸着法により第2のMg層を成膜することにより形成する
請求項10に記載のTMR素子の形成方法。 - 前記第3の層を、CoB\CoFeで表わされる積層構造とし、CoBからなる層が1.0nm(10Å)以上10.0nm(100Å)以下の厚さを有し、CoFeからなる層が0.2nm(2Å)以上1.0nm(10Å)以下の厚さを有するように形成する
請求項7に記載のTMR素子の形成方法。 - 前記第3の層を、(CoB\CoFe)n (但しnは2以上の整数)で表わされる積層構造、または(CoB\CoFe)m \CoBで表わされる積層構造(但しmは1以上の整数)とし、CoBからなる層の合計の厚さが1.0nm(10Å)以上10.0nm(100Å)以下となり、CoFeからなる層の各々の厚さが0.2nm(2Å)以上1.0nm(10Å)以下となるように形成する
請求項7に記載のTMR素子の形成方法。 - 前記基体上に設けられた積層体、トンネルバリア層、複合フリー層の全体を、2×106/π[A/m]以上13×106/(4π)[A/m]以下の印加磁場中において、250℃以上270℃以下の温度により、2時間以上5時間以下に亘ってアニール処理を行う工程を含む
請求項7に記載のTMR素子の形成方法。
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