JP7150317B2 - ELECTRONIC DEVICE, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND MAGNETORESISTIVE ELEMENT - Google Patents

ELECTRONIC DEVICE, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND MAGNETORESISTIVE ELEMENT Download PDF

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本発明は、シリコン単結晶基板上に形成される高性能の結晶性の高い電子素子及びその製造方法に関し、例えば磁気抵抗素子等に関する。 The present invention relates to a high-performance electronic device with high crystallinity formed on a silicon single crystal substrate and a manufacturing method thereof, for example, a magnetoresistive device.

近年、磁気抵抗素子の研究開発が進み、磁気メモリ(MRAM)の記録素子、ハードディスクドライブ(HDD)の再生ヘッド、HDDのアシスト記録のための高周波発振素子、磁気センサ等に利用されている。しかしながら、磁気抵抗素子が多結晶体で構成されているために、多数の結晶粒の存在に起因した、素子間の記録書込特性や読出特性のバラツキが問題である。また、素子の特性、例えば磁気抵抗比等の高性能化が望まれている。なお、磁気抵抗比とは、二つの状態の抵抗の差ΔRを低い方の抵抗値Rで割った値をいう。 In recent years, research and development of magnetoresistive elements have progressed, and they are used in magnetic memory (MRAM) recording elements, hard disk drive (HDD) read heads, high-frequency oscillation elements for HDD assist recording, magnetic sensors, and the like. However, since the magnetoresistive element is made of polycrystal, there is a problem of variations in recording/writing characteristics and reading characteristics between elements due to the existence of a large number of crystal grains. In addition, it is desired to improve the characteristics of the element, such as the magnetoresistance ratio. The magnetoresistive ratio is a value obtained by dividing the resistance difference ΔR between the two states by the resistance value R of the lower one.

磁気抵抗素子には、絶縁体層をトンネルバリア層として有するトンネル磁気抵抗効果層を備えるトンネル磁気抵抗素子、巨大磁気抵抗効果層を備える面直電流巨大磁気抵抗(CPP-GMR)素子等が知られている。トンネル磁気抵抗素子は、主たる層として、下部強磁性層と上部強磁性層と、上部と下部強磁性層の間に非磁性のトンネルバリア層を設けた構造を有する。 Known magnetoresistive elements include a tunnel magnetoresistive element having a tunnel magnetoresistive layer having an insulating layer as a tunnel barrier layer, a perpendicular current giant magnetoresistive (CPP-GMR) element having a giant magnetoresistive layer, and the like. ing. The tunnel magnetoresistive element has a structure in which main layers are a lower ferromagnetic layer, an upper ferromagnetic layer, and a non-magnetic tunnel barrier layer between the upper and lower ferromagnetic layers.

特許文献1では、大口径のシリコン単結晶基板上へ強磁性薄膜の(001)面をエピタキシャル成長させた単結晶磁気抵抗素子が、報告されている。特許文献1には、磁気抵抗素子の1例として、シリコン基板と、該シリコン基板に積層されたB2構造の下地層と、該B2構造の下地層に積層された第1の非磁性層と、下部強磁性層及び上部強磁性層、並びに当該下部強磁性層と当該上部強磁性層の間に設けられた第2の非磁性層を有する積層体層を少なくとも一つ有する巨大磁気抵抗効果層と、を備える磁気抵抗素子が示されている。また、他の例として、シリコン基板と、該シリコン基板に積層されたB2構造の下地層と、該B2構造の下地層に積層された、下部強磁性層及び上部強磁性層、並びに当該下部強磁性層と当該上部強磁性層の間に設けられた絶縁体層を有する積層体層を少なくとも一つ有するトンネル磁気抵抗効果層と、を備える磁気抵抗素子が示されている。特許文献1では、前記シリコン基板はSi(001)単結晶基板を用いている。また、前記B2構造の下地層はNiAl、CoAl、FeAlである。また、前記第1の非磁性層はAg、V、Cr、W、Mo、Au、Pt、Pd、Ta、Ru、Re、Rh、NiO、CoO、TiN、CuNからなる群から選ばれた少なくとも一種である。下部強磁性層や上部強磁性層は、Co基ホイスラー合金、Fe、CoFeからなる群から選ばれた少なくとも一種からなる。前記第2の非磁性層はAg、Cr、W、Mo、Au、Pt、Pd、TaおよびRhからなる群から選ばれた少なくとも一種からなる。前記絶縁体層はNaCl構造及びスピネル構造からなる絶縁体でありMgO系酸化物、Al、MgAl、ZnAl、MgCr、MgMn、CuCr、NiCr、GeMg、SnMg、TiMg、SiMg、CuAl、Li0.5Al2.5、γ-Alから選ばれた少なくとも一種からなる。 Patent Document 1 reports a single-crystal magnetoresistive element in which the (001) plane of a ferromagnetic thin film is epitaxially grown on a large-diameter silicon single-crystal substrate. Patent Document 1 discloses, as an example of a magnetoresistive element, a silicon substrate, a B2 structure underlayer laminated on the silicon substrate, a first nonmagnetic layer laminated on the B2 structure underlayer, a giant magnetoresistive layer having at least one laminated layer having a lower ferromagnetic layer, an upper ferromagnetic layer, and a second nonmagnetic layer provided between the lower ferromagnetic layer and the upper ferromagnetic layer; , is shown. As another example, a silicon substrate, a B2 structure underlayer laminated on the silicon substrate, a lower ferromagnetic layer and an upper ferromagnetic layer laminated on the B2 structure underlayer, and the lower ferromagnetic layer A magnetoresistive element is shown comprising a magnetic layer and a tunnel magnetoresistive layer comprising at least one laminate layer with an insulator layer provided between the upper ferromagnetic layer. In Patent Document 1, a Si (001) single crystal substrate is used as the silicon substrate. Further, the underlying layer of the B2 structure is NiAl, CoAl, or FeAl. The first nonmagnetic layer is at least one selected from the group consisting of Ag, V, Cr, W, Mo, Au, Pt, Pd, Ta, Ru, Re, Rh, NiO, CoO, TiN and CuN. is. The lower ferromagnetic layer and the upper ferromagnetic layer are made of at least one selected from the group consisting of Co-based Heusler alloy, Fe, and CoFe. The second nonmagnetic layer is made of at least one selected from the group consisting of Ag, Cr, W, Mo, Au, Pt, Pd, Ta and Rh. The insulator layer is an insulator having a NaCl structure and a spinel structure, and is made of MgO-based oxide, Al 3 O 4 , Mg 2 Al 2 O 4 , ZnAl 2 O 4 , MgCr 2 O 4 , MgMn 2 O 4 , CuCr 2 . O4 , NiCr2O4 , GeMg2O4 , SnMg2O4 , TiMg2O4 , SiMg2O4 , CuAl2O4 , Li0.5Al2.5O4 , γ - Al2O3 consisting of at least one selected from

特開2017-103419号公報JP 2017-103419 A

近年、トンネル磁気抵抗素子として、例えば、下部強磁性層と上部強磁性層として、bcc(001)配向したCoFeBをベースとする強磁性体を用い、トンネルバリア層として、cubic(001)配向したMgOをベースとする非磁性層を用いる構造が知られている。しかし、実用化されているトンネル磁気抵抗素子は多結晶体である。例えば、MRAMの記録素子直径サイズを15nmにまで小さくとすると、結晶粒サイズ(5nm程度)にくらべて高々3倍程度であることから、個々の結晶粒のわずかな傾きやラフネスが平均化されずに、素子特性として顕在化してしまうという問題がある。即ち、多結晶からなる素子構造では素子特性に限界がある。またCoFeBをベースとする強磁性体では、記録素子直径サイズを20nm未満にした場合に、垂直磁気異方性エネルギーが不足するために記録保持特性が保てないという問題がある。 In recent years, as a tunnel magnetoresistive element, for example, a ferromagnetic material based on CoFeB with bcc (001) orientation is used as the lower ferromagnetic layer and the upper ferromagnetic layer, and MgO with cubic (001) orientation is used as the tunnel barrier layer. Structures using non-magnetic layers based on . However, tunneling magnetoresistive elements in practical use are polycrystalline. For example, if the recording element diameter size of the MRAM is reduced to 15 nm, it is at most about three times as large as the crystal grain size (about 5 nm). However, there is a problem that it becomes obvious as an element characteristic. In other words, there is a limit to the device characteristics in the device structure made of polycrystal. In the case of a CoFeB-based ferromagnetic material, when the diameter size of the recording element is set to less than 20 nm, there is a problem that the perpendicular magnetic anisotropy energy is insufficient to maintain the recording retention characteristics.

そこで、素子として単結晶化が期待されている。単結晶化すれば、ウェーハ内に単一の結晶粒しか存在しないため、特性のバラツキを抑制する効果が望まれる。さらに、下部強磁性層・上部強磁性層としてCoFeB以外の材料を用いることによる特性向上がもたらされると推測される。 Therefore, single crystallization is expected as an element. If single-crystallized, only a single crystal grain exists in the wafer, so an effect of suppressing variations in characteristics is desired. Furthermore, it is presumed that the use of materials other than CoFeB for the lower ferromagnetic layer and the upper ferromagnetic layer will bring about an improvement in characteristics.

単結晶の磁気抵抗素子として、例えば単結晶MgO基板を用いる技術開発が進められてきた。一方、半導体技術で用いられるSiウェーハ上への単結晶磁気抵抗素子の実現が強く期待されていた。 As a single-crystal magnetoresistive element, for example, technological development using a single-crystal MgO substrate has been advanced. On the other hand, realization of a single crystal magnetoresistive element on a Si wafer used in semiconductor technology has been strongly expected.

特許文献1では、面直電流巨大磁気抵抗(CPP-GMR)素子やトンネル磁気抵抗素子を、Si(001)単結晶基板を用いて製造することが提案されている。特許文献1では、面直電流巨大磁気抵抗(CPP-GMR)素子を作製した実施例では、磁気抵抗比28%の特性が得られたことが報告されている。しかし、特許文献1では、それ以上の磁気抵抗比の実施結果は報告されていない。また、トンネル磁気抵抗素子の実施結果は報告されていない。 Patent document 1 proposes manufacturing a perpendicular current giant magnetoresistive (CPP-GMR) element and a tunnel magnetoresistive element using a Si (001) single crystal substrate. In Patent Document 1, it is reported that a magnetoresistive ratio of 28% was obtained in an example in which a plane-perpendicular current giant magnetoresistive (CPP-GMR) element was produced. However, Patent Literature 1 does not report the result of implementation of a higher magnetoresistance ratio. In addition, the implementation results of the tunneling magnetoresistive element have not been reported.

特許文献1では、Si(001)単結晶基板上にNiAlのB2構造下地層を設けた例で、NiAl層の平坦性として、(001)方向単結晶膜で最小の平均表面粗さ(Ra)が1.17nmであるものが得られたことが報告されている。また、NiAl層上にさらにAgを(001)配向単結晶成長させた例で、成膜したままでの平均表面ラフネスが0.94nm、ポストアニールした場合の平均表面ラフネスが0.29nmまで改善したことが報告されている。平均表面ラフネスの数値が低いほど平坦性が良い。 In Patent Document 1, in an example in which a NiAl B2 structure underlayer is provided on a Si (001) single crystal substrate, the flatness of the NiAl layer is the minimum average surface roughness (Ra) is reported to be 1.17 nm. In addition, in an example in which Ag (001)-oriented single crystal was further grown on the NiAl layer, the average surface roughness as formed was 0.94 nm, and the average surface roughness after post-annealing was improved to 0.29 nm. has been reported. The lower the numerical value of the average surface roughness, the better the flatness.

一般に、B2型構造とは、塩化セシウムを典型とするXY型の結晶構造をいい、X:Yが1:1の組成比を持つ結晶である。 In general, the B2 type structure refers to an XY type crystal structure typified by cesium chloride, and is a crystal having a composition ratio of X:Y of 1:1.

ところで、CPP-GMR素子では、算術平均表面粗さ(Ra)が0.3nm程度と粗くても良好な磁気抵抗比を得ることが可能である。それは、下部強磁性層と上部強磁性層の間に設けられる第2の非磁性層がAgのような金属であるからである。一方、トンネル磁気抵抗素子のように、下部強磁性層と上部強磁性層の間に設けられた第2の非磁性層が絶縁体層である場合、即ち、MgOやスピネル系(例えばMgAlO)のような絶縁体や半導体を用いる場合は、算術平均表面粗さ(Ra)が0.3nm程度では不十分な平坦度であり、表面起伏が粗いために磁気抵抗比は低くなる。磁気抵抗比は、磁気抵抗素子の最も重要な性能指標であり、MRAMでは、その数値が高いほどデータ書込が省電力となり、かつデータ読出の信頼性が向上する。磁気センサやHDD再生ヘッドでは、その数値が高いほど感度が向上する。 By the way, in the CPP-GMR element, even if the arithmetic mean surface roughness (Ra) is as rough as 0.3 nm, it is possible to obtain a good magnetoresistance ratio. This is because the second non-magnetic layer provided between the lower ferromagnetic layer and the upper ferromagnetic layer is a metal such as Ag. On the other hand, when the second non-magnetic layer provided between the lower ferromagnetic layer and the upper ferromagnetic layer is an insulating layer as in the tunnel magnetoresistive element, that is, MgO or spinel-based (for example, Mg 2 AlO 4 ), an arithmetic mean surface roughness (Ra) of about 0.3 nm is insufficient flatness, and the magnetic resistance ratio is low due to the rough surface undulations. The magnetoresistive ratio is the most important performance index of a magnetoresistive element, and in MRAM, the higher the value, the more power is saved in data writing and the more reliable data is read. In the case of magnetic sensors and HDD read heads, the higher the numerical value, the higher the sensitivity.

また、磁気抵抗素子の製造において、基板温度が500℃等のように高いと、成膜時に使用する装置、例えば静電チャック等の上限温度(およそ400℃)を上回ってしまい、実用的ではなかった。 In addition, in the manufacture of the magnetoresistive element, if the substrate temperature is as high as 500° C., the upper temperature limit (approximately 400° C.) of the apparatus used for film formation, such as an electrostatic chuck, is not practical. rice field.

本発明は、これらの問題を解決しようとするものであり、本発明は、Si(001)単結晶基板上に電子素子層を設ける際のB2構造下地層の表面が、より平坦化された電子素子を提供することを目的とする。また、これにより高性能化を実現した電子素子を提供することを目的とする。また、高性能化を実現した磁気抵抗素子を提供することを目的とする。また、Si(001)単結晶基板上に電子素子層を設ける際のB2構造下地層の表面をより平坦化できる、電子素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention is intended to solve these problems. The object is to provide an element. It is another object of the present invention to provide an electronic device with improved performance. Another object of the present invention is to provide a magnetoresistive element that achieves high performance. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing an electronic device, which can further planarize the surface of the B2 structure underlayer when providing the electronic device layer on the Si(001) single crystal substrate.

本発明は、前記目的を達成するために、以下の特徴を有するものである。 The present invention has the following features in order to achieve the above objects.

(1) 基板と、下地層と、電子素子層とが、順に積層された積層構造を有する電子素子であって、前記基板は、シリコン(001)単結晶基板であり、前記下地層は、化学量論的組成よりAlを過剰に含むXAl(Xは、Ni及びCoから選択される1以上の金属)からなるB2型構造の単結晶の下地層であることを、特徴とする、電子素子。
(2) 前記下地層は、Alを53原子%以上60原子%以下含むことを特徴とする、前記(1)記載の電子素子。
(3) 前記下地層は、表面にAlの偏析領域を有することを特徴とする、前記(1)又は(2)記載の電子素子。
(4) 前記電子素子層は、単結晶介在層を介して、前記下地層上に積層されることを特徴とする、前記(1)乃至(3)のいずれか1項記載の電子素子。
(5) 前記単結晶介在層は、bcc構造であるCr、W、Nb、V、Fe、Ta、FeCo、fcc構造であるAu、Ag、Pt、Pd、Al、Rh、Ir、cubic構造であるTiN、NbN、HfN、MoN、TaN、VN、ZrN、CrN、AlN、L10構造あるいはD022構造あるいはL12構造のXY(X=Fe、Co、Mn、Ni、Ag、Y=Al、Mg、Pt、Pd.Si、Ga、Ge)からなる群から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする、前記(4)記載の電子素子。
(6) 前記(1)乃至(5)のいずれか1項記載の電子素子が、前記電子素子層として、第1の強磁性層と、第2の強磁性層と、第1及び第2の強磁性層の間に設けられた非磁性層とを少なくとも備える磁気抵抗積層構造を有することを特徴とする、磁気抵抗素子。
(7) 前記磁気抵抗積層構造の前記非磁性層が絶縁体からなることを特徴とする、前記(6)記載の磁気抵抗素子。
(8) シリコン(001)単結晶基板上に、化学量論的組成よりAlを過剰に含むXAl(Xは、Ni及びCoから選択される1以上の金属)からなるB2型構造の単結晶の下地層を成膜する下地層形成工程と、前記下地層上に、電子素子層を順に形成する電子素子層形成工程と、を含むことを特徴とする、電子素子の製造方法。
(9) 前記下地層形成工程は、300℃以上450℃以下の温度で成膜することを特徴とする、前記(8)記載の電子素子の製造方法。
(10) 前記下地層形成工程後で、前記電子素子層形成工程前に、単結晶介在層を、前記下地層上に積層形成する工程を含むことを特徴とする、前記(8)又は(9)記載の電子素子の製造方法。
(11) 前記電子素子層形成工程が、第1の強磁性層の形成工程と、第1及び第2の強磁性層の間に設けられた非磁性層の形成工程と、第2の強磁性層の形成工程とを少なくとも備える磁気抵抗積層構造形成工程であることを特徴とする、前記(8)乃至(10)のいずれか1項記載の電子素子の製造方法。
(1) An electronic device having a laminated structure in which a substrate, an underlying layer, and an electronic element layer are laminated in this order, wherein the substrate is a silicon (001) single crystal substrate, and the underlying layer contains a chemical 1. An electronic device characterized by comprising a B2-type structure single-crystal underlayer made of XAl (X is one or more metals selected from Ni and Co) containing Al in excess of the stoichiometric composition.
(2) The electronic device according to (1), wherein the underlayer contains 53 atomic % or more and 60 atomic % or less of Al.
(3) The electronic device according to (1) or (2), wherein the underlayer has an Al segregation region on its surface.
(4) The electronic device according to any one of (1) to (3), wherein the electronic device layer is laminated on the underlying layer via a single-crystal intervening layer.
(5) The single-crystal intermediate layer has a bcc structure of Cr, W, Nb, V, Fe, Ta, FeCo, an fcc structure of Au, Ag, Pt, Pd, Al, Rh, Ir, or a cubic structure. TiN, NbN, HfN, MoN, TaN, VN, ZrN, CrN, AlN, XY of L10 structure or D022 structure or L12 structure (X = Fe, Co, Mn, Ni, Ag, Y = Al, Mg, Pt, Pd .Si, Ga and Ge).The electronic device according to (4).
(6) The electronic device according to any one of (1) to (5) above includes, as the electronic device layers, a first ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and first and second A magnetoresistive element having a magnetoresistive laminated structure comprising at least a nonmagnetic layer provided between ferromagnetic layers.
(7) The magnetoresistive element according to (6), wherein the non-magnetic layer of the magnetoresistive multilayer structure is made of an insulator.
(8) On a silicon (001) single crystal substrate, a B2 type structure single crystal made of XAl (X is one or more metals selected from Ni and Co) containing Al in excess of the stoichiometric composition. A method of manufacturing an electronic device, comprising: a base layer forming step of forming a base layer; and an electronic device layer forming step of sequentially forming an electronic device layer on the base layer.
(9) The method of manufacturing an electronic device according to (8), wherein the underlayer forming step is performed at a temperature of 300° C. or higher and 450° C. or lower.
(10) The above (8) or (9), characterized by including a step of forming a single-crystal intervening layer on the underlying layer after the underlying layer forming step and before the electronic element layer forming step. ).
(11) The step of forming the electronic element layer comprises a step of forming a first ferromagnetic layer, a step of forming a non-magnetic layer provided between the first and second ferromagnetic layers, and a step of forming a second ferromagnetic layer. The method for manufacturing an electronic device according to any one of (8) to (10) above, wherein the step of forming a magnetoresistive laminated structure includes at least a step of forming a layer.

本発明によれば、Si(001)単結晶基板上に電子素子層を設ける際のB2構造下地層の表面が、従来技術に比べて著しく平坦化された。例えば、算術平均表面粗さ(Ra)は、0.145nmにも達した。本発明によれば、Si(001)単結晶基板上に電子素子層を設ける際のB2構造下地層の表面が、従来より平坦化されることにより、平坦面の上に、単結晶介在層を介して若しくは介さずに形成される、電子素子層の結晶性が高くなり、高性能化を実現できる。 According to the present invention, the surface of the B2 structure underlayer when providing the electronic element layer on the Si(001) single crystal substrate is remarkably flattened compared to the prior art. For example, the arithmetic mean surface roughness (Ra) reached 0.145 nm. According to the present invention, the surface of the B2 structure underlying layer when providing the electronic element layer on the Si (001) single crystal substrate is flattened as compared with the prior art, so that the single crystal intervening layer is formed on the flat surface. The crystallinity of the electronic element layer, which is formed with or without intervening, is improved, and high performance can be achieved.

本発明によれば、電子素子層として磁気抵抗積層構造を形成した場合、磁気抵抗比が向上する。本発明の磁気抵抗素子は、従来技術のXAlが化学量論比の組成の場合に比較して、磁気抵抗比が1桁以上、ほぼ2桁増加した。例えば、磁気抵抗比は、215%にまで達した。 According to the present invention, when a magnetoresistive laminated structure is formed as an electronic element layer, the magnetoresistive ratio is improved. In the magnetoresistive element of the present invention, the magnetoresistive ratio is increased by one order or more, almost two orders of magnitude, as compared with the case of the prior art in which XAl has a stoichiometric composition. For example, the magnetoresistance ratio has reached 215%.

本発明によれば、シリコン(001)単結晶基板を用いて、単結晶の電子素子機能の主体となる電子素子層を成長させることが可能となる。本発明では、XAl単結晶層の表面が平坦性に優れているので、XAl単結晶層上に単結晶成長可能な層、たとえばbcc構造であるCr、W、Nb、V、Fe、Ta、FeCo、fcc構造であるAu、Ag、Pt、Pd、Al、Rh、Ir、cubic構造であるTiN、NbN、HfN、MoN、TaN、VN、ZrN、CrN、AlN、L21構造あるいはB2構造のCo基フルホイスラー材料(CoYZ: Y=Mn、Fe、Ti、V、Cr、 Z=Al、Si、Ga、Ge、Sn)、L10構造あるいはD022構造のMn基垂直磁化材料(MnGa、MnGe)、L10構造の垂直磁化材料(XY: X=Fe、Co、Ni、Crあるいはその合金、Y=Pd、Pt、Rhあるいはその合金)を電極又は磁性層その他として備える電子素子を実現できる。よって、従来単結晶化できなかった電子素子の単結晶化も実現できる。 According to the present invention, it is possible to grow an electronic element layer that mainly functions as a single crystal electronic element using a silicon (001) single crystal substrate. In the present invention, since the surface of the XAl single crystal layer is excellent in flatness, a layer capable of growing a single crystal on the XAl single crystal layer, such as Cr, W, Nb, V, Fe, Ta, FeCo, which have a bcc structure, is used. , fcc structure Au, Ag, Pt, Pd, Al, Rh, Ir, cubic structure TiN, NbN, HfN, MoN, TaN, VN, ZrN, CrN, AlN, L21 structure or B2 structure Co group full Heusler material (Co 2 YZ: Y=Mn, Fe, Ti, V, Cr, Z=Al, Si, Ga, Ge, Sn), L10 structure or D022 structure Mn-based perpendicular magnetization material (MnGa, MnGe), L10 It is possible to realize an electronic element having a structure with perpendicular magnetization materials (XY: X=Fe, Co, Ni, Cr or alloys thereof, Y=Pd, Pt, Rh or alloys thereof) as electrodes, magnetic layers or the like. Therefore, it is possible to achieve single crystallization of electronic elements that could not be conventionally single crystallized.

本発明の組成のB2構造下地層を用いることにより、(001)配向単結晶Siウェーハ上に(001)配向した単結晶トンネル磁気抵抗素子等の電子素子を成長させることが可能になる。 By using the B2 structure underlayer having the composition of the present invention, it becomes possible to grow an electronic element such as a (001) oriented single crystal tunnel magnetoresistive element on a (001) oriented single crystal Si wafer.

本発明の方法によれば、基板温度を従来より低い温度で、NiAl層の成膜することが可能となる。例えば、400℃未満での成膜工程を可能とすることができる。本発明によれば、B2構造の下地層を従来より低い温度で成膜できるので、製造工程として、省エネルギーな工程であり、静電チャックその他の機器が使用可能となるので、産業上の効果が大である。 According to the method of the present invention, the NiAl layer can be formed at a lower substrate temperature than conventionally. For example, it is possible to enable a film formation process at less than 400°C. According to the present invention, since the underlayer of the B2 structure can be formed at a temperature lower than that of the conventional one, the manufacturing process is an energy-saving process, and an electrostatic chuck and other equipment can be used, which is industrially effective. Large.

本発明の磁気抵抗素子の第1の基本構造を説明する断面図である。1 is a cross-sectional view illustrating a first basic structure of a magnetoresistive element of the present invention; FIG. 本発明の磁気抵抗素子の第2の基本構造を説明する断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a second basic structure of the magnetoresistive element of the present invention; 実施例1-1と1-2で製造した磁気抵抗素子の特性を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing characteristics of magnetoresistive elements manufactured in Examples 1-1 and 1-2; 実施例1-2で製造した磁気抵抗素子をAFMにより観察した像である。4 is an AFM image of the magnetoresistive element manufactured in Example 1-2. 第1の実施形態の磁気抵抗素子の断面をTEMにより観察した像である。4 is a TEM image of a cross section of the magnetoresistive element of the first embodiment. 第2の実施形態の磁気抵抗素子の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the magnetoresistive element of 2nd Embodiment. 第3の実施形態の磁気抵抗素子の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the magnetoresistive element of 3rd Embodiment. 第4の実施形態の磁気抵抗素子の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the magnetoresistive element of 4th Embodiment.

本発明の実施形態について以下説明する。 Embodiments of the present invention are described below.

本発明の実施形態では、磁気抵抗素子等の電子素子において、シリコン(001)単結晶基板上に積層する磁気抵抗素子層の単結晶化を実現するために、シリコン(001)単結晶基板と磁気抵抗素子層との間に、特定の組成比のB2型構造の単結晶の下地層を用いる。下地層として、XAl(Xは、Ni及びCoから選択される1以上の金属)からなるB2型構造の単結晶の下地層であって、化学量論的組成よりAlを過剰に含む下地層を用いる。Alの組成比は、B2構造の結晶構造を維持できる範囲内で過剰であれば、化学量論的組成(50原子%)に比べて、平坦性が向上し、同時に磁気抵抗比が向上する。過剰とは例えば、Alが51原子%以上である。実施例の結果から、磁気抵抗比の増加が顕著に見られる53原子%以上60原子%以下がより好ましい。さらに、54原子%以上59原子%以下がより好ましく、磁気抵抗比がより改善し、安定する。さらに、54原子%以上58原子%以下がより好ましく、磁気抵抗比がさらに改善し、安定する。B2構造の下地層は、10nm以上200未満であることが好ましい。また、シリコンの上層への拡散抑制と良好な平坦性のためには、10nm以上50nm未満であることがより好ましい。 In an embodiment of the present invention, in an electronic element such as a magnetoresistive element, a silicon (001) single crystal substrate and a magnetic A single crystal underlayer having a B2 type structure with a specific composition ratio is used between the resistive element layer. As the underlayer, a single crystal underlayer having a B2 type structure made of XAl (X is one or more metals selected from Ni and Co) and containing Al in excess of the stoichiometric composition. use. If the composition ratio of Al is excessive within the range in which the crystal structure of the B2 structure can be maintained, compared to the stoichiometric composition (50 atomic %), the flatness is improved and the magnetoresistive ratio is improved at the same time. Excess is, for example, 51 atomic % or more of Al. From the results of the examples, more preferably 53 atomic % or more and 60 atomic % or less where the increase in the magnetoresistance ratio is noticeable. Furthermore, 54 atomic % or more and 59 atomic % or less is more preferable, and the magnetoresistance ratio is further improved and stabilized. Furthermore, the content is more preferably 54 atomic % or more and 58 atomic % or less, which further improves and stabilizes the magnetoresistance ratio. The underlayer of the B2 structure preferably has a thickness of 10 nm or more and less than 200 nm. Further, it is more preferable that the thickness is 10 nm or more and less than 50 nm in order to suppress the diffusion of silicon to the upper layer and to achieve good flatness.

本発明の実施形態の電子素子の第1及び第2の基本構造について、それぞれ図1A及びBを参照して以下説明する。 A first and second basic structure of an electronic device according to an embodiment of the invention will now be described with reference to FIGS. 1A and 1B, respectively.

図1Aは、本発明の電子素子の第1の基本構造を説明する断面図である。第1の基本構造は、シリコン(001)単結晶基板1と、B2構造下地層2と、単結晶介在層3と、電子素子層(4、5、6)とを備える。電子素子が磁気抵抗素子の場合、単結晶介在層は非磁性層であり、電子素子層4、5、6は磁気抵抗積層構造であり、下部強磁性層4と非磁性層5と上部強磁性層6とを含む。 FIG. 1A is a cross-sectional view illustrating the first basic structure of the electronic device of the present invention. The first basic structure comprises a silicon (001) single crystal substrate 1, a B2 structure underlayer 2, a single crystal intervening layer 3, and electronic element layers (4, 5, 6). When the electronic element is a magnetoresistive element, the intervening single crystal layer is a non-magnetic layer, the electronic element layers 4, 5 and 6 have a magnetoresistive laminated structure, the lower ferromagnetic layer 4, the non-magnetic layer 5 and the upper ferromagnetic layer. layer 6;

図1Bは、本発明の電子素子の第2の基本構造を説明する断面図である。第2の基本構造は、シリコン(001)単結晶基板1と、B2構造下地層2と、電子素子層(4、5、6)とを備える。電子素子が磁気抵抗素子の場合、電子素子層(4、5、6)は磁気抵抗積層構造であり、下部強磁性層4と非磁性層5と上部強磁性層6とを含む。 FIG. 1B is a cross-sectional view illustrating the second basic structure of the electronic device of the present invention. The second basic structure comprises a silicon (001) single crystal substrate 1, a B2 structure underlayer 2, and electronic element layers (4, 5, 6). When the electronic element is a magneto-resistive element, the electronic element layers (4, 5, 6) are magneto-resistive laminate structures and include a lower ferromagnetic layer 4, a non-magnetic layer 5 and an upper ferromagnetic layer 6. FIG.

第1及び第2の基本構造において、いずれもシリコン(001)単結晶基板を用いて、単結晶の電子素子機能の主体となる電子素子層を成長させることが可能となる。XAl単結晶層の表面が著しく平坦性に優れているので、XAl単結晶層上に単結晶成長した層を備える電子素子を作製できる。 In both the first and second basic structures, a silicon (001) single crystal substrate can be used to grow an electronic element layer that mainly functions as a single crystal electronic element. Since the surface of the XAl single crystal layer is remarkably excellent in flatness, it is possible to fabricate an electronic device having a layer grown as a single crystal on the XAl single crystal layer.

単結晶介在層3の材料は、bcc構造であるCr、W、Nb、V、Fe、Ta、FeCo、fcc構造であるAu、Ag、Pt、Pd、Al、Rh、Ir、cubic構造であるTiN、NbN、HfN、MoN、TaN、VN、ZrN、CrN、AlN、L10構造あるいはD022構造あるいはL12構造のXY(X=Fe、Co、Mn、Ni、Ag、Y=Al、Mg、Pt、Pd.Si、Ga、Ge)からなる群から選ばれた少なくとも一種である。膜厚は、0.5nm以上100nm未満が好ましい。 The material of the single-crystal intermediate layer 3 is Cr, W, Nb, V, Fe, Ta, FeCo, which has a bcc structure, Au, Ag, Pt, Pd, Al, Rh, Ir, which has a fcc structure, and TiN, which has a cubic structure. , NbN, HfN, MoN, TaN, VN, ZrN, CrN, AlN, L10 structure or D022 structure or L12 structure XY (X=Fe, Co, Mn, Ni, Ag, Y=Al, Mg, Pt, Pd. It is at least one selected from the group consisting of Si, Ga and Ge). The film thickness is preferably 0.5 nm or more and less than 100 nm.

電子素子層の例である磁気抵抗積層構造を構成する各層として、次の材料が挙げられる。単結晶の場合、下部強磁性層・上部強磁性層の材料としては、単結晶Feやbcc構造のFeCo、L21構造あるいはB2構造のCo基フルホイスラー材料(CoYZ: Y=Mn、Fe、Ti、V、Cr、 Z=Al、Si、Ga、Ge、Sn)、L10構造あるいはD022構造のMn基垂直磁化材料(MnGa、MnGe)、L10構造の垂直磁化材料(XY: X=Fe、Co、Ni、Crあるいはその合金、Y=Pd、Pt、Rhあるいはその合金)といった材料が挙げられる。なお、本発明においては、トンネル磁気抵抗素子の場合、基板から非磁性トンネルバリア層までの積層構造が少なくとも単結晶であればよい。上部強磁性層が多結晶であってもよい。その場合、上部強磁性層として、多結晶CoFeB等も挙げられる。トンネル磁気抵抗素子の場合、下部強磁性層の膜厚は、1nm以上50nm未満が好ましく、上部強磁性層の膜厚は、1nm以上が好ましい。面直電流巨大磁気抵抗素子の場合、下部強磁性層の膜厚は、3nm以上10nm未満が好ましく、上部強磁性層の膜厚は、3nm以上10nm未満が好ましい。 The following materials can be used for each layer constituting the magnetoresistive laminated structure, which is an example of the electronic element layer. In the case of a single crystal, materials for the lower and upper ferromagnetic layers include single crystal Fe, bcc structure FeCo, L21 structure or B2 structure Co-based full Heusler material (Co 2 YZ: Y=Mn, Fe, Ti, V, Cr, Z=Al, Si, Ga, Ge, Sn), L10 structure or D022 structure Mn-based perpendicular magnetization material (MnGa, MnGe), L10 structure perpendicular magnetization material (XY: X=Fe, Co , Ni, Cr or alloys thereof, Y=Pd, Pt, Rh or alloys thereof). In the present invention, in the case of the tunnel magnetoresistive element, at least the laminated structure from the substrate to the non-magnetic tunnel barrier layer should be a single crystal. The upper ferromagnetic layer may be polycrystalline. In that case, the upper ferromagnetic layer may also be polycrystalline CoFeB or the like. In the case of the tunnel magnetoresistive element, the film thickness of the lower ferromagnetic layer is preferably 1 nm or more and less than 50 nm, and the film thickness of the upper ferromagnetic layer is preferably 1 nm or more. In the case of the perpendicular current giant magnetoresistive element, the film thickness of the lower ferromagnetic layer is preferably 3 nm or more and less than 10 nm, and the film thickness of the upper ferromagnetic layer is preferably 3 nm or more and less than 10 nm.

トンネル磁気抵抗素子の非磁性層としては、MgO系酸化物(MgFeO、MgMnO、MgTiO、MgVO、MgCuO、MgZnO)、スピネル系絶縁体(MgAlO、MgGaO4、γ-Al)、カルコパライト系化合物半導体(CuIn1-xGaSe、ZnSe、CuGaSe、ZnS、CuInS)等が挙げられる。非磁性層のトンネルバリア層の膜厚は、膜厚が0.5nm以上4nm未満が好ましい。 As the non-magnetic layer of the tunnel magnetoresistive element, MgO-based oxides (MgFeO, MgMnO, MgTiO, MgVO, MgCuO, MgZnO), spinel-based insulators (Mg 2 AlO 4 , Mg 2 GaO 4, γ-Al 2 O 3 ), chalcopalite-based compound semiconductors (CuIn 1-x Ga x Se 2 , ZnSe, CuGaSe 2 , ZnS, CuInS 2 ), and the like. The film thickness of the tunnel barrier layer of the non-magnetic layer is preferably 0.5 nm or more and less than 4 nm.

巨大磁気抵抗効果層の下部及び上部強磁性層の間に設けられる非磁性層は、Ag、Cr、W、Mo、Au、Pt、Pd、TaおよびRhからなる群から選ばれた少なくとも一種からなる。非磁性層の膜厚は、1nm以上20nm未満が好ましい。 The non-magnetic layer provided between the lower and upper ferromagnetic layers of the giant magnetoresistive layer is made of at least one selected from the group consisting of Ag, Cr, W, Mo, Au, Pt, Pd, Ta and Rh. . The film thickness of the non-magnetic layer is preferably 1 nm or more and less than 20 nm.

なお、第1や第2の基本構造の説明では、上部強磁性層の上に形成する層については説明していないが、磁気抵抗素子の種類や種々の用途に応じて必要とされる積層構造が、上部強磁性層の上に付加される。これらを総称して、本発明では、キャップ層という。例えば、磁化固定層(IrMn膜等)、保護層等が挙げられる。FeやCoなどの面内磁化をもつ材料では磁化方向固定層が必要であるが、STT-MRAMに用いられる垂直磁化をもつ材料では、層間交換結合により強固な磁化固定がもたらされ、磁化方向固定層が不要である。磁気抵抗が発現するために重要な層は上部強磁性層までである。本発明では、上述の基本構造にさらにキャップ層を設けた構造で実用化される。 In addition, in the description of the first and second basic structures, the layer formed on the upper ferromagnetic layer is not described. is applied over the top ferromagnetic layer. These are collectively referred to as a cap layer in the present invention. For example, a magnetization fixed layer (IrMn film, etc.), a protective layer, and the like can be used. Materials with in-plane magnetization, such as Fe and Co, require a magnetization direction pinned layer, but materials with perpendicular magnetization used in STT-MRAM provide strong magnetization pinning due to interlayer exchange coupling, and the magnetization direction is fixed. No fixed layer is required. The layers up to the upper ferromagnetic layer are important for the development of magnetoresistance. In the present invention, a structure in which a cap layer is further provided on the basic structure described above is put into practical use.

本実施形態における下地層等の各層の成膜は、従来の磁気抵抗素子で用いられている薄膜技術で実施できる。例えば、スパッタ法、真空蒸着法が挙げられる。また、XAlの組成比の調整は、スパッタ法の場合は、複数のターゲットを用いる放電出力値を制御することにより、行うことができる。また、所望の組成比を有するターゲットを予め準備してもよい。真空蒸着法の場合、複数のソースを用いて各成膜レートを制御することにより、行うことができる。また、所望の組成比を有するソースを予め準備してもよい。 Film formation of each layer such as the underlayer in this embodiment can be carried out by thin film technology used in conventional magnetoresistive elements. For example, a sputtering method and a vacuum deposition method can be used. In the case of the sputtering method, the composition ratio of XAl can be adjusted by controlling the discharge output value using a plurality of targets. Alternatively, a target having a desired composition ratio may be prepared in advance. In the case of the vacuum deposition method, it can be carried out by controlling each film formation rate using a plurality of sources. Alternatively, a sauce having a desired composition ratio may be prepared in advance.

(第1の実施形態)
本実施形態は、電子素子におけるB2構造下地層としてNiAlを用いる場合に関する。本実施形態について、図を参照して、以下詳しく説明する。本実施形態では、第1の基本構造において、B2構造下地層としてNiAlを用い、その組成を変化させた場合の特性を調べた。本実施形態では、例として磁気抵抗素子を作製して、特性として磁気抵抗比を調べた。
(First embodiment)
This embodiment relates to the case of using NiAl as a B2 structure underlayer in an electronic device. This embodiment will be described in detail below with reference to the drawings. In this embodiment, in the first basic structure, NiAl was used as the B2 structure underlayer, and the characteristics were examined when the composition was changed. In this embodiment, a magnetoresistive element was produced as an example, and the magnetoresistive ratio was investigated as a characteristic.

本実施形態の磁気抵抗素子は、シリコン(001)単結晶基板1と、B2構造下地層2と、Crからなる単結晶介在層3と、Fe/Coからなる下部強磁性層4、MgAlOからなる非磁性層5、Co/Feからなる上部強磁性層6の積層構造とを備える。さらに、キャップ層を備えるので、本実施形態の積層構造は、シリコン(001)/NiAl/Cr/Fe/Co/MgAlO/Co/Fe/IrMn/Ta/Ruである。 The magnetoresistive element of this embodiment includes a silicon (001) single crystal substrate 1, a B2 structure underlayer 2, a single crystal intervening layer 3 made of Cr, a lower ferromagnetic layer 4 made of Fe/Co, and Mg2AlO . 4 and a laminated structure of an upper ferromagnetic layer 6 made of Co/Fe. Furthermore, with the cap layer, the laminated structure of this embodiment is silicon (001)/NiAl/Cr/Fe/Co/Mg 2 AlO 4 /Co/Fe/IrMn/Ta/Ru.

[実施例1-1]
シリコン(001)単結晶基板1を準備した。加熱した前記単結晶基板上に、NiAl膜(30nm厚)を、アルゴンガス雰囲気で、NiターゲットとAlターゲットを用いた多元同時スパッタ法により、エピタキシャル成長させた。基板温度の条件を、300~450℃に設定して複数の試料を作製した。NiAlの組成比は、NiターゲットとAlターゲットの放電出力値を制御することにより変化させて、複数の試料を作製した。次に、Cr膜(30nm厚)を、室温、アルゴンガス雰囲気でスパッタ法により、エピタキシャル成長させた後に、230℃、20分間のランプによる表面加熱処理をした。次に、Fe膜(3nm厚)を、室温、アルゴンガス雰囲気でスパッタ法により、エピタキシャル成長させた。次に、Co膜(0.4nm厚)を、室温、アルゴンガス雰囲気でスパッタ法により、エピタキシャル成長させた。次に、MgAlO膜(2nm厚)を、室温、アルゴンガス雰囲気でスパッタ法により、エピタキシャル成長させた後に、450℃、6分間のランプによる表面加熱処理をした。次に、Co膜(0.4nm厚)を、室温、アルゴンガス雰囲気でスパッタ法により、エピタキシャル成長させた。次に、Fe膜(2.5nm厚)を、室温、アルゴンガス雰囲気でスパッタ法により、エピタキシャル成長させた後に、180℃、7分間のランプによる表面加熱処理をした。次に、Fe膜の磁化方向固定のために、IrMn膜(10nm厚)を、磁界中、室温、クリプトンガス雰囲気でスパッタ法により、エピタキシャル成長させた。IrMn膜は磁化方向固定層である。次に、Ta膜を、室温、クリプトンガス雰囲気でスパッタ法により、成膜した。次に、Ru膜を、室温、アルゴンガス雰囲気でスパッタ法により、成膜した。Ta膜およびRu膜は、表面保護のための層である。
[Example 1-1]
A silicon (001) single crystal substrate 1 was prepared. A NiAl film (thickness of 30 nm) was epitaxially grown on the heated single crystal substrate in an argon gas atmosphere by a multi-target simultaneous sputtering method using a Ni target and an Al target. A plurality of samples were prepared by setting the substrate temperature to 300 to 450.degree. A plurality of samples were prepared by changing the composition ratio of NiAl by controlling the discharge output values of the Ni target and the Al target. Next, a Cr film (thickness of 30 nm) was epitaxially grown by sputtering in an argon gas atmosphere at room temperature, and then subjected to surface heat treatment with a lamp at 230° C. for 20 minutes. Next, an Fe film (thickness of 3 nm) was epitaxially grown by sputtering in an argon gas atmosphere at room temperature. Next, a Co film (0.4 nm thick) was epitaxially grown at room temperature in an argon gas atmosphere by sputtering. Next, a Mg 2 AlO 4 film (thickness of 2 nm) was epitaxially grown by sputtering in an argon gas atmosphere at room temperature, and then subjected to surface heat treatment with a lamp at 450° C. for 6 minutes. Next, a Co film (0.4 nm thick) was epitaxially grown at room temperature in an argon gas atmosphere by sputtering. Next, an Fe film (2.5 nm thick) was epitaxially grown by sputtering in an argon gas atmosphere at room temperature, and then subjected to surface heat treatment with a lamp at 180° C. for 7 minutes. Next, in order to fix the magnetization direction of the Fe film, an IrMn film (10 nm thick) was epitaxially grown by sputtering in a magnetic field at room temperature in a krypton gas atmosphere. The IrMn film is a magnetization direction fixed layer. Next, a Ta film was formed by a sputtering method in a krypton gas atmosphere at room temperature. Next, a Ru film was formed by sputtering in an argon gas atmosphere at room temperature. The Ta film and Ru film are layers for surface protection.

[実施例1-2]
MgAlOからなる非磁性層5の成膜において、酸素欠損がないようにMgAlOスパッタ成膜直後に、酸素ガス雰囲気にMgAlO表面を曝露させ、その後に450℃、6分間のランプによる表面加熱処理を行った。酸素ガス雰囲気への曝露時間と磁気抵抗比の関係を予め調べ、磁気抵抗比が最高となるように曝露時間を決定した。
[Example 1-2]
In the film formation of the non-magnetic layer 5 made of Mg 2 AlO 4 , the Mg 2 AlO 4 surface was exposed to an oxygen gas atmosphere immediately after the Mg 2 AlO 4 sputter film formation so as not to cause oxygen deficiency, and then the Mg 2 AlO 4 surface was heated at 450° C. for 6 hours. A surface heat treatment was performed with a lamp for 1 minute. The relationship between the exposure time to the oxygen gas atmosphere and the magnetoresistance ratio was investigated in advance, and the exposure time was determined so as to maximize the magnetoresistance ratio.

図2に、実施例1-1と1-2で製造した磁気抵抗素子の特性を示す。横軸がAl組成比(原子%)で、縦軸が磁気抵抗比(%)である。実施例1-1による結果を黒四角印で示し、実施例1-2による結果を円印で示す。作製した磁気抵抗素子のNiAl層の組成は、蛍光X線解析およびICP発光分光分析により同定した。磁気抵抗比は、多端子プローブ面内通電トンネル磁気抵抗測定装置により、室温において計測した。 FIG. 2 shows the characteristics of the magnetoresistive elements manufactured in Examples 1-1 and 1-2. The horizontal axis is the Al composition ratio (atomic %), and the vertical axis is the magnetoresistance ratio (%). The results of Example 1-1 are indicated by black squares, and the results of Example 1-2 are indicated by circles. The composition of the NiAl layer of the fabricated magnetoresistive element was identified by fluorescent X-ray analysis and ICP emission spectroscopic analysis. The magnetoresistance ratio was measured at room temperature using a multi-terminal probe in-plane current tunneling magnetoresistance measuring device.

実施例1-1によるものは、図2に示すように、Al組成比が49.5原子%で磁気抵抗比2%(以下、「Al49.5原子%でMR比2%」のように示す。)、Al50.1原子%でMR比2%、Al50.6原子%でMR比5%、Al51.5原子%でMR比37%、Al52.4原子%でMR比98%、Al53.2原子%でMR比142%、Al54原子%でMR比149%、Al55.9原子%でMR比146%、Al57.6原子%でMR比143%、Al59原子%でMR比144%、Al59.7原子%でMR比146%、Al60.4原子%でMR比146%、Al61.2原子%でMR比144%、Al63原子%でMR比130%、Al64原子%でMR比120%、であった。 In Example 1-1, as shown in FIG. 2, the Al composition ratio is 49.5 atomic % and the magnetoresistance ratio is 2% (hereinafter referred to as "49.5 atomic % Al and 2% MR ratio"). ), Al 50.1 atomic %, MR ratio 2%, Al 50.6 atomic %, MR ratio 5%, Al 51.5 atomic %, MR ratio 37%, Al 52.4 atomic %, MR ratio 98%, Al 53.2 MR ratio is 142% at 54 at.% Al, MR ratio is 149% at 54 at.% Al, MR ratio is 146% at 55.9 at.% Al, MR ratio is 143% at 57.6 at.% Al, MR ratio is 144% at 59 at.% Al, 59.9 at. The MR ratio is 146% with 7 atomic %, 146% with 60.4 atomic % of Al, 144% with 61.2 atomic % of Al, 130% with 63 atomic % of Al, and 120% with 64 atomic % of Al. there were.

実施例1-2によるものは、図2に示すように、Al54原子%でMR比157%、Al55原子%でMR比200%、Al55.7原子%でMR比215%、Al57.6原子%でMR比196%、Al59.5原子%でMR比165%であった。 In Example 1-2, as shown in FIG. 2, Al 54 atomic % and MR ratio 157%, Al 55 atomic % and MR ratio 200%, Al 55.7 atomic % and MR ratio 215%, Al 57.6 atomic % , the MR ratio was 196% with Al 59.5 atomic % and the MR ratio was 165%.

図2に示すように、Al組成比が、50原子%よりも過剰、例えば、51原子%以上64原子%以下の広い範囲で50原子%の場合より高い磁気抵抗比を示していることが分かる。Al組成比が52原子%以上64原子%以下の範囲で磁気抵抗比およそ70%以上、Al組成比が53原子%以上60原子%以下で磁気抵抗比およそ131%以上が得られた。また、磁気抵抗素子の非磁性層の最適条件に基づいた作製を行った場合は、Al組成が54原子%以上59原子%以下で、さらに優れた磁気抵抗比149%以上を示していることが分かる。磁気抵抗比の最高値215%を得ることができた。 As shown in FIG. 2, it can be seen that the Al composition ratio exceeds 50 atomic %, for example, in a wide range of 51 atomic % to 64 atomic %, the magnetoresistance ratio is higher than that of 50 atomic %. . A magnetoresistance ratio of about 70% or more was obtained when the Al composition ratio was 52 atomic % or more and 64 atomic % or less, and a magnetoresistance ratio of about 131% or more was obtained when the Al composition ratio was 53 atomic % or more and 60 atomic % or less. Further, when the non-magnetic layer of the magnetoresistive element is manufactured under the optimum conditions, the Al composition is 54 atomic % or more and 59 atomic % or less, and an excellent magnetoresistance ratio of 149% or more is exhibited. I understand. A maximum magnetoresistance ratio of 215% was obtained.

実施例1-2のAl組成比55.7原子%における、NiAl層(30nm厚)表面の5um平方のエリアを、原子間力顕微鏡(AFM)により観察した。図3に、AFMによる像を示す。縦横軸は、5um平方のエリアを示し、図の濃淡は、表面の凹凸を示す。表面のAFM観察の結果によれば、算術平均表面粗さ(Ra)は、0.145nmであった。50原子%の場合の従来技術に比べて、著しく良好な平坦性が得られた。 A 5 μm square area on the surface of the NiAl layer (thickness of 30 nm) having an Al composition ratio of 55.7 atomic % in Example 1-2 was observed with an atomic force microscope (AFM). FIG. 3 shows an image obtained by AFM. The vertical and horizontal axes indicate a 5 um square area, and the shading in the figure indicates the unevenness of the surface. According to the results of AFM observation of the surface, the arithmetic mean surface roughness (Ra) was 0.145 nm. Remarkably good flatness was obtained compared to the prior art in the case of 50 atomic %.

以上の結果から、磁気抵抗比の高低はNiAl層の平坦性を反映すると考えられる。より平坦であるほど、より高い磁気抵抗比が得られる。本実施形態のように、(001)配向絶縁体トンネルバリアと(001)配向強磁性体によって構成される磁気抵抗素子においては、コヒーレントトンネリングを発現メカニズムとする磁気抵抗比が、(001)結晶配向度に敏感である。つまり平坦性が磁気抵抗比の大小を左右する。XY型のB2型結晶構造は、化学量論組成ではX:Y=50:50原子%であるが、本実施形態の実施例の結果によれば、Alが50原子%よりも過剰となることにより、NiAl層の表面平坦性が向上することが分かる。 From the above results, it is considered that the level of the magnetoresistance ratio reflects the flatness of the NiAl layer. The flatter the better, the higher the magnetoresistance ratio. As in the present embodiment, in a magnetoresistive element composed of a (001) oriented insulator tunnel barrier and a (001) oriented ferromagnet, the magnetoresistive ratio with coherent tunneling as an expression mechanism is the (001) crystal orientation Sensitive to temperature. In other words, the flatness determines the magnitude of the magnetoresistance ratio. The XY-type B2-type crystal structure has a stoichiometric composition of X:Y=50:50 atomic %, but according to the results of the examples of the present embodiment, Al is in excess of 50 atomic %. Thus, the surface flatness of the NiAl layer is improved.

図4は、本実施形態の磁気抵抗素子の断面を透過型電子顕微鏡(TEM)により観察した像を積層順に並べた図である。像では、Siウェーハから磁気抵抗素子のキャップ層を除く最上層まで単結晶成長していることが確認された。このとき、NiAl層とその上層のCr層との界面は、原子レベルでの超平坦性を示しており、その上のCr層、Fe/Co層、MgAlO層、Co/Fe層の平坦性および単結晶高配向性を与えている。またNiAl層の格子面間隔および配向より、NiAlはB2構造であることがわかった。Siウェーハ表面は平坦性が悪いものの、この条件で堆積したNiAl層により、各層が平坦かつ単結晶である磁気抵抗素子が実現される。観察した際に、組成プロファイルを取得したところ、NiAl層表面にAlがわずかに偏析したことがわかった。このAl偏析が表面平坦性をもたらしている可能性が考えられ、Al偏析を生じさせるためのAl過剰組成である可能性が高い。 FIG. 4 is a diagram showing images of the cross section of the magnetoresistive element of this embodiment observed with a transmission electron microscope (TEM) arranged in the order of lamination. In the image, it was confirmed that a single crystal had grown from the Si wafer to the uppermost layer of the magnetoresistive element excluding the cap layer. At this time, the interface between the NiAl layer and the upper Cr layer exhibits superflatness at the atomic level, and the Cr layer, the Fe/Co layer, the Mg 2 AlO 4 layer, and the Co/Fe layer thereon exhibit flatness. It provides flatness and high single crystal orientation. Also, from the lattice spacing and orientation of the NiAl layer, it was found that NiAl had a B2 structure. Although the surface of the Si wafer has poor flatness, the NiAl layer deposited under these conditions provides a magnetoresistive element in which each layer is flat and single crystal. A composition profile was obtained during the observation, and it was found that Al was slightly segregated on the NiAl layer surface. It is conceivable that this Al segregation may bring about surface flatness, and there is a high possibility that it is an excessive Al composition for causing Al segregation.

図4の断面TEM像によれば、NiAl層上に(001)配向した単結晶Cr層が得られている。従来技術として、単結晶MgO基板上に成長したCr(001)層上にL21構造あるいはB2構造のCo基フルホイスラー材料(CoYZ: Y=Mn、Fe、Ti、V、Cr、 Z=Al、Si、Ga、Ge、Sn)、L10構造あるいはD022構造のMn基垂直磁化材料(MnGa、MnGe)、L10構造の垂直磁化材料(XY: X=Fe、Co、Ni、Crあるいはその合金、Y=Pd、Pt、Rhあるいはその合金)といった材料の形成が実現している。本実施形態のAl過剰のNiAl層を用いれば、大径Si単結晶ウェーハ上においても、単結晶MgO基板で開発されているこれらの高性能材料を下部強磁性層・上部強磁性層とする磁気抵抗素子の形成が可能である。 According to the cross-sectional TEM image of FIG. 4, a (001) oriented single crystal Cr layer is obtained on the NiAl layer. As a conventional technique, a Co-based full-Heusler material (Co 2 YZ: Y=Mn, Fe, Ti, V, Cr, Z=Al) having an L21 structure or a B2 structure is grown on a Cr(001) layer grown on a single-crystal MgO substrate. , Si, Ga, Ge, Sn), L10 structure or D022 structure Mn-based perpendicular magnetization materials (MnGa, MnGe), L10 structure perpendicular magnetization materials (XY: X=Fe, Co, Ni, Cr or alloys thereof, Y = Pd, Pt, Rh or alloys thereof) have been realized. If the Al-excess NiAl layer of the present embodiment is used, even on a large-diameter Si single crystal wafer, these high-performance materials developed for a single crystal MgO substrate can be used as the lower ferromagnetic layer and the upper ferromagnetic layer. It is possible to form a resistive element.

(第2の実施形態)
本実施形態は、電子素子におけるB2構造下地層としてCoAlを用いる場合に関する。その他は第1の実施形態で説明したと同様である。
(Second embodiment)
This embodiment relates to the case of using CoAl as a B2 structure underlayer in an electronic device. Others are the same as those described in the first embodiment.

[実施例2]
B2構造下地層として用いるCoAlの組成を変化させた磁気抵抗素子を複数作製し、それぞれの場合の特性を調べた。図5に、本実施形態の磁気抵抗素子の特性を示す。横軸がCoAlにおけるAl組成比(原子%)で、縦軸が磁気抵抗比(%)である。
[Example 2]
A plurality of magneto-resistive elements were produced by changing the composition of CoAl used as the B2 structure underlayer, and the characteristics of each case were investigated. FIG. 5 shows the characteristics of the magnetoresistive element of this embodiment. The horizontal axis is the Al composition ratio (atomic %) in CoAl, and the vertical axis is the magnetoresistance ratio (%).

実施例2によるものは、図5に示すように、Al50.4原子%でMR比3%、Al51.7原子%でMR比3%、Al53.1原子%でMR比118%、Al54.6原子%でMR比150%、Al56原子%でMR比110%、Al57.5原子%でMR比110%、Al60原子%でMR比20%、であった。 In Example 2, as shown in FIG. 5, Al 50.4 atomic % and MR ratio 3%, Al 51.7 atomic % and MR ratio 3%, Al 53.1 atomic % and MR ratio 118%, Al 54.6 The MR ratio was 150% at atomic %, 110% at 56 atomic % Al, 110% at 57.5 atomic % Al, and 20% at 60 atomic % Al.

図5に示すように、XがCoの場合においても、磁気抵抗比の変化を調べた結果、Al組成比の最適範囲はXがNiの場合と同様の傾向にあることがわかった。図5に示すように、Al組成比が、50原子%よりも過剰、例えば、52原子%以上60原子%以下の広い範囲で、50原子%の場合より高い磁気抵抗比を示していることが分かる。Al組成比が53原子%以上60原子%以下で磁気抵抗比20%以上が得られた。また、Al組成が54原子%以上59原子%以下で、さらに優れた磁気抵抗比56%以上を示していることが分かる。Al組成が54原子%以上58原子%以下で、さらに優れた磁気抵抗比およそ90%以上を示していることが分かる。磁気抵抗比の最高値150%を得ることができた。 As shown in FIG. 5, even when X is Co, as a result of investigating changes in the magnetoresistance ratio, it was found that the optimum range of the Al composition ratio has the same tendency as when X is Ni. As shown in FIG. 5, the Al composition ratio exceeds 50 atomic %, for example, in a wide range of 52 atomic % to 60 atomic %, the magnetoresistance ratio is higher than that of 50 atomic %. I understand. A magnetoresistance ratio of 20% or more was obtained when the Al composition ratio was 53 atomic % or more and 60 atomic % or less. Moreover, it can be seen that an Al composition of 54 atomic % or more and 59 atomic % or less exhibits a further excellent magnetoresistance ratio of 56% or more. It can be seen that when the Al composition is 54 atomic % or more and 58 atomic % or less, an excellent magnetoresistance ratio of approximately 90% or more is exhibited. A maximum magnetoresistance ratio of 150% was obtained.

(第3の実施形態)
本実施形態は、電子素子におけるB2構造下地層が、XAl(Xは、Ni及びCoから選択される1以上の金属)からなるB2型構造の単結晶で、特に、XがCoとNiの複数元素からなる場合に関する。その他は第1の実施形態で説明したと同様である。
(Third Embodiment)
In this embodiment, the B2 structure underlayer in the electronic element is a single crystal having a B2 type structure made of XAl (X is one or more metals selected from Ni and Co), and in particular, X is a plurality of Co and Ni. Consists of elements. Others are the same as those described in the first embodiment.

[実施例3]
B2構造下地層として、(CoNi100―x45Al55(但し、xは0以上100以下。)で表される組成xを変化させた下地層を用いて、磁気抵抗素子を作製した。第1及び第2の実施形態から、最適なAl組成比がおよそ55原子%であるので、Al=55原子%とした場合の、NiとCoを0:100から100:0まで混合させた場合の磁気抵抗比の変化を調べた。図6に、本実施形態の磁気抵抗素子の特性を示す。横軸がCoの混合割合原子%(x)で、縦軸が磁気抵抗比(%)である。図6に示すように、全域において磁気抵抗比100%以上が得られることがわかった。Al組成が上述の範囲にあれば、X=Ni-Coの混合組成でも優れた磁気抵抗比が得られることが分かる。
[Example 3]
A magnetoresistive element was fabricated using an underlayer with a varied composition x represented by (Co x Ni 100-x ) 45 Al 55 (where x is 0 or more and 100 or less) as the B2 structure underlayer. . From the first and second embodiments, the optimum Al composition ratio is about 55 atomic %, so when Ni and Co are mixed from 0: 100 to 100: 0 when Al = 55 atomic % We investigated the change in the magnetoresistance ratio of FIG. 6 shows the characteristics of the magnetoresistive element of this embodiment. The horizontal axis is the mixing ratio atomic % (x) of Co, and the vertical axis is the magnetoresistive ratio (%). As shown in FIG. 6, it was found that a magnetoresistance ratio of 100% or more was obtained over the entire region. It can be seen that if the Al composition is within the above range, an excellent magnetoresistance ratio can be obtained even with a mixed composition of X=Ni—Co.

(第4の実施形態)
本実施形態は、電子素子におけるB2構造下地層を形成する工程の温度条件に関する。本実施形態で特に記載する点を除いて、第1の実施形態で説明したと同様である。
(Fourth embodiment)
The present embodiment relates to temperature conditions in a process of forming a B2 structure underlayer in an electronic device. This embodiment is the same as that described in the first embodiment, except for points that are specifically described in this embodiment.

[実施例4]
本実施例では、Al組成比を55原子%としたB2構造下地層を成膜する際の、シリコン基板温度を変えた場合の磁気抵抗比を調べた。図7は、本実施例の磁気抵抗比の計測結果である。横軸はSi(001)単結晶基板のウェーハ温度(300℃から450℃まで)で、縦軸は作製した磁気抵抗素子の磁気抵抗比(%)である。図7によれば、ウェーハ温度が300℃以上450℃以下で十分優れた磁気抵抗比が得られることが分かる。また、340℃まで下げた条件で製造した場合でも、ウェーハ温度が450℃の場合とほぼ同じ磁気抵抗比210%以上が得られた。よって、340℃以上450℃以下であることが、より好ましい。Al組成が最適範囲にある場合、静電ウェーハチャック機構を使用可能な最高温度400℃未満の成膜プロセスを可能とする。
[Example 4]
In this example, the magnetoresistive ratio was investigated by changing the silicon substrate temperature when forming a B2 structure underlayer with an Al composition ratio of 55 atomic %. FIG. 7 shows the measurement results of the magnetoresistance ratio of this example. The horizontal axis is the wafer temperature of the Si (001) single crystal substrate (from 300° C. to 450° C.), and the vertical axis is the magnetoresistance ratio (%) of the fabricated magnetoresistance element. According to FIG. 7, it can be seen that a sufficiently excellent magnetoresistance ratio can be obtained at a wafer temperature of 300° C. or higher and 450° C. or lower. Also, even when the wafer temperature was lowered to 340° C., a magnetoresistance ratio of 210% or more was obtained, which was substantially the same as when the wafer temperature was 450° C. Therefore, it is more preferable that the temperature is 340° C. or higher and 450° C. or lower. When the Al composition is in the optimum range, the deposition process can be performed at a maximum temperature of less than 400° C. where the electrostatic wafer chuck mechanism can be used.

(第5の実施形態)
本実施形態では、第2の基本構造の電子素子(磁気抵抗素子)について説明する。第1乃至3の実施形態に示すように、B2構造の下地層の表面が平坦性がよいので、第1の基本構造でB2構造下地層の上に設けられる単結晶非磁性層を、適宜省略し、第2の基本構造で電子素子を作製することができる。
(Fifth embodiment)
In this embodiment, an electronic element (magnetoresistive element) having a second basic structure will be described. As shown in the first to third embodiments, since the surface of the B2 structure underlayer has good flatness, the single crystal non-magnetic layer provided on the B2 structure underlayer in the first basic structure is omitted as appropriate. Then, an electronic device can be manufactured with the second basic structure.

(第6の実施形態)
本実施形態では、B2構造下地層として、XAl(Xは、Ni及びCoから選択される1以上の金属)からなるB2型構造の単結晶を用いた場合の、面直電流巨大磁気抵抗素子について説明する。本実施形態の面直電流巨大磁気抵抗素子は、(001)シリコン基板と、該シリコン基板に積層されたAl過剰のXAlからなるB2構造の下地層と、該B2構造の下地層に積層された任意で設けられる単結晶介在層の非磁性層と、下部強磁性層及び上部強磁性層、並びに当該下部強磁性層と当該上部強磁性層の間に設けられた非磁性層を有する積層体層を少なくとも一つ有する巨大磁気抵抗効果層と、を備える。例えば、前記下地層の上に、L21構造あるいはB2構造のCo基フルホイスラー材料(CoYZ: Y=Mn、Fe、Ti、V、Cr、 Z=Al、Si、Ga、Ge、Sn)である下部強磁性層、非磁性層(Ag、Al、Mg)、上部強磁性層を積層し、面直電流巨大磁気抵抗素子を作製する。
(Sixth embodiment)
In the present embodiment, a perpendicular current giant magnetoresistive element is used when a single crystal having a B2 type structure made of XAl (where X is one or more metals selected from Ni and Co) is used as the B2 structure underlayer. explain. The plane-perpendicular-current giant magnetoresistive element of this embodiment comprises a (001) silicon substrate, a B2 structure underlayer made of Al-excess XAl laminated on the silicon substrate, and a B2 structure underlayer laminated on the B2 structure underlayer. Laminate layer having optionally provided non-magnetic layer of single crystal intervening layer, lower ferromagnetic layer and upper ferromagnetic layer, and non-magnetic layer provided between said lower ferromagnetic layer and said upper ferromagnetic layer and a giant magnetoresistive layer having at least one of For example, a Co-based full Heusler material (Co 2 YZ: Y=Mn, Fe, Ti, V, Cr, Z=Al, Si, Ga, Ge, Sn) having an L21 structure or a B2 structure is deposited on the underlayer. A lower ferromagnetic layer, a non-magnetic layer (Ag, Al, Mg) and an upper ferromagnetic layer are stacked to fabricate a perpendicular current giant magnetoresistive element.

(第7の実施形態)
第1乃至6の実施形態では、磁気抵抗素子の例について説明したが、電子素子は、磁気抵抗素子に限定されない。シリコン(001)単結晶基板の上に、Al過剰なXAl単結晶層を形成し、その平坦性に優れた単結晶層表面の上に、単結晶成長可能な層、例えば、L21構造あるいはB2構造のCo基フルホイスラー材料(CoYZ: Y=Mn、Fe、Ti、V、Cr、 Z=Al、Si、Ga、Ge、Sn)、L10構造あるいはD022構造のMn基垂直磁化材料(MnGa、MnGe)、L10構造の垂直磁化材料(XY: X=Fe、Co、Ni、Crあるいはその合金、Y=Pd、Pt、Rhあるいはその合金)といった材料の層を、電極又は磁性層その他として備える電子素子を作製する。
(Seventh embodiment)
In the first to sixth embodiments, examples of the magnetoresistive element have been described, but the electronic element is not limited to the magnetoresistive element. An Al-excess XAl single crystal layer is formed on a silicon (001) single crystal substrate, and a layer capable of single crystal growth, such as an L21 structure or a B2 structure, is formed on the surface of the single crystal layer having excellent flatness. Co-based full Heusler materials (Co 2 YZ: Y=Mn, Fe, Ti, V, Cr, Z=Al, Si, Ga, Ge, Sn), L10 structure or D022 structure Mn-based perpendicular magnetization materials (MnGa, MnGe), L10 structure perpendicular magnetization materials (XY: X=Fe, Co, Ni, Cr or alloys thereof, Y=Pd, Pt, Rh or alloys thereof) as electrodes or magnetic layers, etc. Fabricate the device.

なお、上記実施の形態等で示した例は、発明を理解しやすくするために記載したものであり、この形態に限定されるものではない。 It should be noted that the examples shown in the above embodiments and the like are described to facilitate understanding of the invention, and the invention is not limited to this form.

本発明の磁気抵抗素子等の電子素子は、単結晶化を実現可能とすることから、磁気抵抗比などの素子特性を格段に改善でき、また製造工程の省エネルギー化を図ることができるので、産業上有用である。 Since the electronic element such as the magnetoresistive element of the present invention can be made single crystal, the element characteristics such as the magnetoresistive ratio can be significantly improved, and the energy saving in the manufacturing process can be achieved. It is useful for

1 シリコン(001)単結晶基板
2 B2構造下地層
3 単結晶介在層
4 下部強磁性層
5 非磁性層
6 上部強磁性層

REFERENCE SIGNS LIST 1 silicon (001) single crystal substrate 2 B2 structure underlayer 3 single crystal intermediate layer 4 lower ferromagnetic layer 5 nonmagnetic layer 6 upper ferromagnetic layer

Claims (10)

基板と、下地層と、電子素子層とが、順に積層された積層構造を有する電子素子であって、
前記基板は、シリコン(001)単結晶基板であり、
前記下地層は、化学量論的組成よりAlを過剰に含むXAl(Xは、Ni及びCoから選択される1以上の金属)からなるB2型構造の単結晶の下地層であり、表面にAlの偏析領域を有することを特徴とする、電子素子。
An electronic device having a laminated structure in which a substrate, a base layer, and an electronic device layer are laminated in order,
The substrate is a silicon (001) single crystal substrate,
The underlayer is a single-crystal underlayer having a B2 type structure made of XAl (X is one or more metals selected from Ni and Co) containing Al in excess of the stoichiometric composition , and An electronic device comprising an Al segregation region .
前記下地層は、Alを53原子%以上60原子%以下含むことを特徴とする、請求項1記載の電子素子。 2. The electronic device according to claim 1, wherein the underlayer contains 53 atomic % or more and 60 atomic % or less of Al. 前記電子素子層は、単結晶介在層を介して、前記下地層上に積層されることを特徴とする、請求項1または2記載の電子素子。3. The electronic device according to claim 1, wherein said electronic device layer is laminated on said underlying layer via a single-crystal intervening layer. 前記単結晶介在層は、bcc構造であるCr、W、Nb、V、Fe、Ta、FeCo、fcc構造であるAu、Ag、Pt、Pd、Al、Rh、Ir、cubic構造であるTiN、NbN、HfN、MoN、TaN、VN、ZrN、CrN、AlN、L10構造あるいはD022構造あるいはL12構造のXY(X=Fe、Co、Mn、Ni、Ag、Y=Al、Mg、Pt、Pd.Si、Ga、Ge)からなる群から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする、請求項3記載の電子素子。The single-crystal intervening layer includes Cr, W, Nb, V, Fe, Ta, FeCo having a bcc structure, Au, Ag, Pt, Pd, Al, Rh, Ir having a fcc structure, and TiN and NbN having a cubic structure. , HfN, MoN, TaN, VN, ZrN, CrN, AlN, L10 structure or D022 structure or L12 structure XY (X = Fe, Co, Mn, Ni, Ag, Y = Al, Mg, Pt, Pd.Si, 4. The electronic device according to claim 3, wherein the element is at least one selected from the group consisting of Ga and Ge. 請求項1~4のいずれか1項記載の電子素子が、前記電子素子層として、第1の強磁性層と、第2の強磁性層と、第1及び第2の強磁性層の間に設けられた非磁性層とを少なくとも備える磁気抵抗積層構造を有することを特徴とする、磁気抵抗素子。The electronic device according to any one of claims 1 to 4, wherein the electronic device layers include a first ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and between the first and second ferromagnetic layers A magnetoresistive element having a magnetoresistive laminated structure comprising at least a nonmagnetic layer provided. 前記磁気抵抗積層構造の前記非磁性層が絶縁体からなることを特徴とする、請求項5記載の磁気抵抗素子。6. A magnetoresistive element according to claim 5, wherein said non-magnetic layer of said magnetoresistive laminated structure is made of an insulator. シリコン(001)単結晶基板上に、化学量論的組成よりAlを過剰に含むXAl(Xは、Ni及びCoから選択される1以上の金属)からなるB2型構造の単結晶の下地層であって、表面にAlの偏析領域を有する下地層を成膜する下地層形成工程と、A single-crystal underlayer having a B2 type structure made of XAl (X is one or more metals selected from Ni and Co) containing Al in excess of the stoichiometric composition on a silicon (001) single-crystal substrate. A base layer forming step of forming a base layer having an Al segregation region on the surface;
前記下地層上に、電子素子層を順に形成する電子素子層形成工程と、an electronic element layer forming step of sequentially forming electronic element layers on the underlayer;
を含むことを特徴とする、電子素子の製造方法。A method for manufacturing an electronic device, comprising:
前記下地層形成工程は、300℃以上450℃以下の温度で前記下地層を成膜することを特徴とする、請求項7記載の電子素子の製造方法。8. The method of manufacturing an electronic device according to claim 7, wherein said base layer forming step forms said base layer at a temperature of 300[deg.] C. or more and 450[deg.] C. or less. 前記下地層形成工程後で、前記電子素子層形成工程前に、After the base layer forming step and before the electronic element layer forming step,
単結晶介在層を、前記下地層上に積層形成する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項7または8記載の電子素子の製造方法。 9. The method of manufacturing an electronic device according to claim 7, further comprising the step of laminating a single-crystal intervening layer on said underlying layer.
前記電子素子層形成工程が、第1の強磁性層の形成工程と、第1及び第2の強磁性層の間に設けられた非磁性層の形成工程と、第2の強磁性層の形成工程とを少なくとも備える磁気抵抗積層構造形成工程であることを特徴とする、請求項7~9のいずれか1項記載の電子素子の製造方法。The electronic element layer forming step includes a step of forming a first ferromagnetic layer, a step of forming a nonmagnetic layer provided between the first and second ferromagnetic layers, and a step of forming a second ferromagnetic layer. 10. The method of manufacturing an electronic device according to any one of claims 7 to 9, characterized in that the step of forming a magnetoresistive multilayer structure comprises at least the steps of:
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111490157A (en) * 2020-04-23 2020-08-04 中国科学院空天信息创新研究院 Single crystal spinning electronic device, preparation method and three-dimensional integrated preparation method thereof
JP2022129848A (en) * 2021-02-25 2022-09-06 国立大学法人東北大学 Magnetic material, laminate, and manufacturing method of laminate, thermoelectric conversion element, and magnetic sensor

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003228815A (en) 2002-01-31 2003-08-15 Toshiba Corp Perpendicular magnetic recording medium and magnetic recording and reproducing device using the same
WO2016080373A1 (en) 2014-11-19 2016-05-26 株式会社 東芝 Magneto-resistive device and magnetic memory
JP2017103419A (en) 2015-12-04 2017-06-08 国立研究開発法人物質・材料研究機構 Single crystal magnetoresistive element, method for manufacturing the same, and method for using the same
WO2017135251A1 (en) 2016-02-02 2017-08-10 国立研究開発法人物質・材料研究機構 Ferromagnetic tunnel junction, magnetoresistive effect element and spintronics device in which said ferromagnetic tunnel junction is used, and method of manufacturing ferromagnetic tunnel junction

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003228815A (en) 2002-01-31 2003-08-15 Toshiba Corp Perpendicular magnetic recording medium and magnetic recording and reproducing device using the same
WO2016080373A1 (en) 2014-11-19 2016-05-26 株式会社 東芝 Magneto-resistive device and magnetic memory
JP2016100415A (en) 2014-11-19 2016-05-30 株式会社東芝 Magnetic resistance element and magnetic memory
US20170179374A1 (en) 2014-11-19 2017-06-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetoresistive element and magnetic memory
JP2017103419A (en) 2015-12-04 2017-06-08 国立研究開発法人物質・材料研究機構 Single crystal magnetoresistive element, method for manufacturing the same, and method for using the same
US20170229643A1 (en) 2015-12-04 2017-08-10 National Institute For Materials Science Monocrystalline magneto resistance element, method for producing the same and method for using same
WO2017135251A1 (en) 2016-02-02 2017-08-10 国立研究開発法人物質・材料研究機構 Ferromagnetic tunnel junction, magnetoresistive effect element and spintronics device in which said ferromagnetic tunnel junction is used, and method of manufacturing ferromagnetic tunnel junction

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