JP6583814B2 - 垂直磁化膜構造およびその製造方法、それを用いた磁気抵抗素子およびその製造方法、ならびにこれらを用いたスピントロニクスデバイス - Google Patents
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Description
する非磁性層(5)を有することを特徴とする。
以下、図1および図2を参照しながら、本発明の各実施形態に係る垂直磁化膜構造1、垂直型磁気抵抗素子(垂直MTJ素子膜6)について詳細に説明する。
下地層3は導電性のある金属もしくは合金からなり、好ましくはCr、Ag、Au、Ru、Re、これらの合金、もしくはB2型の結晶構造を持つNiAl合金である。
い。非磁性層5は垂直磁化層4からAl原子を一部もしくは大部分を吸収することで元々含まれるAlの組成よりも多くなっていることを特徴とする。非磁性層5の膜厚は典型的には0.5〜4nm程度である。非磁性層5の上に保護層として別の非磁性層、Ruや金(Au)などの金属層を形成してもよい。
以下、図1および図2を用いて本発明の実施形態である垂直磁化膜構造1、および垂直MTJ素子膜6の製造方法について記述する。以下垂直磁化層4および第一の垂直磁化層9に用いるCo基ホイスラー合金としてCo2FeAl(CFA)を、非磁性層5および11に用いる酸化物としてMg−Al−Oを例として説明する。
次に図3ないし図13を参照して、本実施形態の垂直磁化膜について以下の実施例として説明する。
次に図7ないし図10を参照して、本形態の垂直磁化膜構造の結晶構造について説明する。
図7(A)はtCFA=1nm、MgAl膜厚tMgAl=0.65nm、Tex=275℃とし、プラズマ酸化を用いて作製した垂直磁化膜構造素子断面の高角散乱環状暗視野走査電子透過顕微鏡像(HAADF−STEM像)を示したものである。図7(B)は縦方向の結晶格子を強調するために図7(A)の像について高速フーリエ変換(FFT)を用いて得たフィルター像を示す。Cr下地、CFA層、Mg−Al−O(図ではMAOと表記)層ははっきりと層状構造を持ち、さらに、(001)面方位に成長していることがわかる。また、図7(B)から観察領域には面内方向に全く格子不整合が存在せず、完全に格子整合構造が得られていることがわかる。特にCFA/Mg−Al−O界面は非常に平坦であることがわかる。
[比較例1]
2、7 基板、
3、8 下地層、
4 垂直磁化層、
5、10 非磁性層、
6 垂直MTJ素子膜、
9 第一の垂直磁化層、
11 第二の垂直磁化層、
12 上部電極
Claims (6)
- (001)面方位の立方晶系単結晶または(001)面方位をもって成長した立方晶系配向膜を有する基板と、
当該基板の上に位置するとともに金属からなる下地層と、
当該下地層の上に位置するとともに、組成材料としてアルミニウムを含むコバルト基フルホイスラー合金もしくはコバルト基フルホイスラー合金の生成物層からなり(001)面方位をもって成長した立方晶材料よりなる垂直磁化層と、
当該垂直磁化層の上に位置するとともにスピネル構造もしくはスピネル構造の陽イオンサイトが不規則化した構造を持つ酸化物であり、(001)方位を有する非磁性層と、
を備える垂直磁化膜構造において、
前記垂直磁化層の膜厚は0.5〜2nmの範囲にあり、
前記非磁性層の膜厚は0.5〜4nmの範囲にあると共に、前記垂直磁化層と前記非磁性層の格子不整合は2%以下であり、
前記垂直磁化層と前記非磁性層の膜厚は、面内に磁化しようと働く結晶磁気異方性エネルギー(KB<0)と形状異方性(−2πMs2<0)の和よりも、垂直磁化層/非磁性層界面に誘起された垂直磁気異方性エネルギー(Ks>0)の寄与が大きくなることによって垂直磁化を保つように定められることを特徴とする垂直磁化型トンネル磁気抵抗素子。 - 請求項1に記載の前記垂直磁化膜構造と、
前記垂直磁化層の上に直接位置するとともに、組成材料としてコバルト基フルホイスラー合金、コバルト−鉄合金、コバルト−鉄−ホウ素合金、L10系合金XY(X=Fe、Co、Y=Pt、Pd)、マンガン−ガリウム合金、およびマンガン−ゲルマニウム合金からなる群より選ばれた(001)方位に成長した強磁性材料よりなる第2の垂直磁化層を備えることを特徴とする垂直磁化型トンネル磁気抵抗素子。 - 請求項2に記載の垂直磁化型トンネル磁気抵抗素子を有することを特徴とするスピントロニクスデバイス。
- (001)面方位の立方晶系単結晶または(001)面方位をもって成長した立方晶系配向膜を有する基板を提供する工程と、
当該基板の上に、金属からなる下地層を形成する工程と、
当該下地層の上に、アルミニウムを含むコバルト基フルホイスラー合金層の成膜を行う工程であって、前記コバルト基フルホイスラー合金層の膜厚は0.5〜1.5nmの範囲にあり、
当該コバルト基フルホイスラー合金層の上に、スピネル構造もしくはスピネル構造の陽イオンサイトが不規則化した構造を持つ酸化物を構成する金属元素からなる合金膜の成膜を行う工程であって、前記合金膜の膜厚は0.3〜2nmの範囲にあり、
前記合金膜へ酸化処理を行うことによって酸化物層を形成するとともに、前記コバルト基フルホイスラー合金層からアルミニウムを前記酸化物層へ固相拡散処理を促進して、垂直磁化層を形成する工程と、
当該垂直磁化層の上に位置するとともに、(001)方位を有する非磁性層を形成する工程とを有すると共に、
アニール温度が200〜350℃の範囲にあることを特徴とする垂直磁化膜構造の製造方法。 - 請求項4に記載の垂直磁化膜構造の製造方法を用いて、基板、下地層、垂直磁化層、並びに非磁性層を形成する工程と、
前記非磁性層の上に位置するとともに、組成材料としてコバルト基フルホイスラー合金、コバルト−鉄合金、コバルト−鉄−ホウ素合金、L10系合金XY(X=Fe、Co、Y=Pt、Pd)、マンガン−ガリウム合金、およびマンガン−ゲルマニウム合金からなる群より選ばれた(001)方位に成長した強磁性材料よりなる第2の垂直磁化層を形成する工程を有することを特徴とする垂直磁化型トンネル磁気抵抗素子の製造方法。 - 請求項5に記載の垂直磁化型トンネル磁気抵抗素子の製造方法を含むことを特徴とするスピントロニクスデバイスの製造方法。
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