JPH09269361A - 磁気トンネリング接合素子 - Google Patents

磁気トンネリング接合素子

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JPH09269361A
JPH09269361A JP8077980A JP7798096A JPH09269361A JP H09269361 A JPH09269361 A JP H09269361A JP 8077980 A JP8077980 A JP 8077980A JP 7798096 A JP7798096 A JP 7798096A JP H09269361 A JPH09269361 A JP H09269361A
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静似 熊谷
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俊彦 矢追
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定的に磁気トンネリング効果を発現させる
ことができる磁気トンネリング接合素子を提供する 【解決手段】 第１の磁性金属層と第２の磁性金属層と
が絶縁層を介して強磁性トンネル接合されてなり、これ
ら磁性金属層の磁化の相対角度によってトンネル電流の
導電率が変化する磁気トンネリング接合素子において、
上記強磁性トンネル接合の接合面積を１×１０-9ｍ2以
下とする。強磁性トンネル接合の接合面積を確実に規制
するためには、例えば、絶縁層を、強磁性トンネル接合
のための第１の絶縁層と、この第１の絶縁層上に形成さ
れ強磁性トンネル接合の接合面積を規制する第２の絶縁
層とから構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁性金属層／絶縁
層／磁性金属層よりなる３層構造を有し、絶縁層の厚さ
が数十Å程度の場合に流れるトンネル電流の導電率（コ
ンダクタンス）が両磁性金属層の磁化方向の相対角度に
依存して変化する，いわゆる磁気トンネリング効果を発
現する磁気トンネリング接合素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】磁性金属層／絶縁層／磁性金属層よりな
る３層構造において、絶縁層の厚さが数十Å程度の場合
に流れるトンネル電流の導電率が両磁性金属層の磁化の
相対角度に依存する磁気トンネリング効果が報告されて
いる。
【０００３】この現象では、両磁性金属層の磁化の分極
率により磁気抵抗比を理論的に計算することができ、例
えば両磁性金属層にＦｅを用いた場合には、非常に大き
な磁気抵抗比が得られると予測されていた。
【０００４】この予測は、長い間実現されずにいたが、
近年、Ｆｅ／Ａｌ2Ｏ3／Ｆｅの組み合わせにより、室温
で約１８％という大きな抵抗変化比が実現されるに至
り、その物理的な発現機構のみならず、例えば新しい電
磁変換素子としての応用等を含めて大きな注目を集めて
いる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この磁気ト
ンネリング効果を利用した磁気トンネリング接合素子に
おいては、スパッタ酸化による絶縁層の形成や、フォト
リソグラフィによる微細接合の作製等、素子化に関する
基礎的な検討が始まったばかりである。
【０００６】このような状況下、最も大きな問題となっ
ているのが、接合部分の欠陥により抵抗変化が生じない
場合が多々あることである。磁気トンネリング効果にお
ける絶縁層にピンホール等の欠陥がある場合や、構造的
に絶縁が破壊され易い形状が存在する場合には、電気的
なリークが生じ、たちどころに抵抗変化を生じなくな
る。
【０００７】本発明は、このような問題に鑑み提案され
たものであって、安定的に磁気トンネリング効果を発現
させることができる磁気トンネリング接合素子を提供す
ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的を
達成するために、第１の磁性金属層と第２の磁性金属層
とが絶縁層を介して強磁性トンネル接合されてなり、こ
れら磁性金属層の磁化の相対角度によってトンネル電流
の導電率が変化する磁気トンネリング接合素子におい
て、上記強磁性トンネル接合の接合面積が１×１０-9ｍ
2以下であることを特徴とするものである。
【０００９】このように、接合面積を微細にすること
で、接合部分にピンホールが存在する確率が減少し、安
定的に磁気トンネリング効果が発現される。
【００１０】上述のように、本発明においては強磁性ト
ンネル接合の接合面積を確実に規制する必要があるが、
そのためには、例えば、絶縁層を、強磁性トンネル接合
のための第１の絶縁層と、この第１の絶縁層上に形成さ
れ強磁性トンネル接合の接合面積を規制する第２の絶縁
層とから構成することが好ましい。
【００１１】これにより、強磁性トンネル接合の接合面
積が確実に規制され、しかも絶縁性の良い構造となっ
て、より安定的に磁気トンネリング効果が発現される。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した磁気トン
ネリング接合素子の具体例について、図面や実験結果を
参照しながら説明する。
【００１３】磁気トンネリング接合素子は、図１及び図
２に示すように、基本的には、直交配置される一対の磁
性金属層１、２を、非常に薄い絶縁層３を介して接合し
てなるものである。
【００１４】本例では、基板４の上にＡｌ2Ｏ3よりなる
下地層５を形成し、この上に第１の磁性金属層１、強磁
性トンネル接合のための絶縁層３、第２の磁性金属層２
が順次形成されている。
【００１５】上記第１の磁性金属層１は、ＮｉＦｅ合金
により形成されており、その厚さは１０００Åである。
【００１６】上記第２の磁性金属層２は、Ｃｏにより形
成されており、その厚さは、やはり１０００Åに設定さ
れている。
【００１７】また、絶縁層３は、Ａｌ2Ｏ3により形成さ
れており、その厚さは、トンネル電流が流れるに必要な
厚さとされている。具体的には、数十Å、本例では５０
Åとされている。
【００１８】各磁性金属層１、２には、その両端部に幅
広の電極部１ａ、２ａが形成されており、その上には導
電材料、例えばＣｕからなる電極６、７が形成されてい
る。
【００１９】一方、上記絶縁層３上には、ＳｉＯ2から
なる第２の絶縁層８が積層形成されており、この第２の
絶縁層８に設けられた開口部８ａによって絶縁層３によ
る強磁性トンネル接合の接合面積が規制されている。
【００２０】図３は、前記磁気トンネリング接合素子の
平面構造を模式的に示すものであり、上記接合面積Ｓ
は、第２の絶縁層８に設けられた開口部８ａの縦横寸法
の積（Ｌ×Ｗ）によって求められる。
【００２１】本発明者等は、接合面積が特性に与える影
響を調べるために、接合面積８５×８５μｍ2から３×
３μｍ2の間で数種類のパターンを作成し、接合面積に
対する抵抗変化率の変化を調べた。
【００２２】測定に際しては、端子との接触を良好に保
つために、先にも述べたように、各磁性金属層１、２の
電極部１ａ、２ａの最上面にＣｕを成膜した。また、抵
抗変化は、直流四端子法により測定した。
【００２３】図４に接合面積に対する抵抗変化率の値を
示す。接合面積が、１０-8ｍ2から１０-9ｍ2のオーダー
では、接合面積が小さくなるに伴い抵抗変化率が大きく
なる傾向にあるが、それ以下では接合面積に依存した変
化は見られない。
【００２４】このことから、接合面積は１０-9ｍ2以下
であれば安定的に磁気トンネリング効果の出現が可能で
あることが判明した。
【００２５】また、このときに得られた磁界−抵抗変化
曲線の一例を図５に示す。両磁性金属層１、２の間の磁
化の相対角度に応じて抵抗値が変化しており、磁気トン
ネリング効果が観測された。
【００２６】次に、上述の構成の磁気トンネリング接合
素子の製造方法について説明する。
【００２７】本例では、センサ等への実用化を考慮し
て、磁性金属層の材料としては、小さな磁界変化で抵抗
変化が得られる期待されるＮｉＦｅとＣｏの組み合わせ
を選択し、強磁性トンネル接合のための絶縁層には、酸
化したＡｌ膜を用いた。なお、磁性金属層の材料につい
ては、磁気トンネリング効果が得られる材料であれば、
特にこの材料に限定されるものではない。
【００２８】各層の成膜は、スパッタ法により行った。
基板には、ガラス基板を用い、基板表面の平坦度を向上
させるために、厚さ２０００ÅのＡｌ2Ｏ3を成膜して下
地層とし、これをバフ研磨によって厚さ１０００Åまで
研磨した。
【００２９】そして、先ず、図６に示すように、前記下
地層を形成した基板上に、ＮｉＦｅ膜をスパッタ法によ
り厚さ１０００Åに成膜し、これをＡｒイオンによるミ
リングで所定の形状とし、これを第１の磁性金属層１１
とした。
【００３０】次に、図７に示すように、この上にＡｌ膜
を成膜し、リフトオフにより所定のパターンとした後、
これを酸化して第１の絶縁層１２とした。Ａｌ膜の酸化
は、成膜後に大気中に４８時間放置することで行った。
この第１の絶縁層１２は、強磁性トンネル接合のために
絶縁層である。
【００３１】このように第１の絶縁層１２を成膜した
後、図８に示すように、接合領域を規定し、さらには接
合端部における短絡防止のために、ＳｉＯ2により第２
の絶縁層１３を形成した。この第２の絶縁層１３には、
前記接合領域を規定するための開口部１３ａが形成され
るが、ここではリフトオフによってこの開口部１３ａを
形成した。勿論、これに限らず、エッチング等、他のフ
ォトリソグラフィの手法を用いて形成することも可能で
ある。
【００３２】以上のように、予め平坦な磁性金属層１１
上にトンネル障壁となる第１の絶縁層１２を形成するこ
とで、接合領域内で一様な膜厚を実現することができ
る。また、第２の絶縁層１３の段差近傍部での欠陥も解
消される。例えば、予め第２の絶縁層に開口部を形成し
ておき、この中に絶縁層を成膜してトンネル障壁となる
第１の絶縁層を形成しようとすると、開口部の内周縁部
において、第１の絶縁層の厚さが薄くなる傾向にあり、
欠陥によるリークが発生し易くなる。
【００３３】次いで、図９に示すように、この上に上部
磁性層となるＣｏを成膜し、これを先の第１の磁性金属
層１１と同様にミリングによりパターンを形成し、第２
の磁性金属層１４とした。さらに、各磁性金属層１１、
１４の電極部分の最表面にＣｕ１５を成膜し、例えば測
定の際に端子との接触状態を良好に保つことができるよ
うにした。
【００３４】以上によって、図１及び図２に示す構成を
有する磁気トンネリング接合素子が作製される。
【００３５】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明においては、強磁性トンネル接合の接合面積を所定範
囲に規定しているので、磁気トンネリング現象を安定的
に出現させることが可能である。
【００３６】また、このとき、トンネル障壁となる第１
の絶縁層の上に接合面積を規定するための第２の絶縁層
を形成すれば、第１の絶縁層の膜厚を一様なものとする
ことができ、膜厚ムラによる欠陥を防止することができ
るとともに、強磁性トンネル接合部以外の部分の絶縁を
より確実なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した磁気トンネリング接合素子の
一構成例を示す分解斜視図である。
【図２】本発明を適用した磁気トンネリング接合素子の
一構成例を示す要部概略断面図である。
【図３】本発明を適用した磁気トンネリング接合素子の
一構成例を模式的に示す平面図である。
【図４】抵抗変化率の接合面積依存性を示す特性図であ
る。
【図５】磁界−抵抗変化曲線の一例を示す特性図であ
る。
【図６】磁気トンネリング接合素子の製造方法の一例を
工程順に示すものであり、第１の磁性金属層の形成工程
を示す平面図及び断面図である。
【図７】トンネル障壁となる第１の絶縁層の形成工程を
示す平面図及び断面図である。
【図８】第２の絶縁層の形成工程を示す平面図及び断面
図である。
【図９】第２の磁性金属層の形成工程を示す平面図及び
断面図である。
【符号の説明】
１，１１ 第１の磁性金属層、２，１４ 第２の磁性金
属層、３，１２ 第１の絶縁層、８，１３ 第２の絶縁
層、８ａ，１３ａ 開口部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の磁性金属層と第２の磁性金属層と
    が絶縁層を介して強磁性トンネル接合されてなり、これ
    ら磁性金属層の磁化の相対角度によってトンネル電流の
    導電率が変化する磁気トンネリング接合素子において、 上記強磁性トンネル接合の接合面積が１×１０-9ｍ2以
    下であることを特徴とする磁気トンネリング接合素子。
  2. 【請求項２】 上記第１の磁性金属層がＮｉＦｅ合金よ
    りなり、第２の磁性金属層がＣｏよりなることを特徴と
    する請求項１記載の磁気トンネリング接合素子。
  3. 【請求項３】 上記絶縁層が、強磁性トンネル接合のた
    めの第１の絶縁層と、この第１の絶縁層上に形成され強
    磁性トンネル接合の接合面積を規制する第２の絶縁層か
    らなることを特徴とする請求項１記載の磁気トンネリン
    グ接合素子。
  4. 【請求項４】 上記第１の絶縁層がＡｌ2Ｏ3よりなり、
    第２の絶縁層がＳｉＯ2よりなることを特徴とする請求
    項３記載の磁気トンネリング接合素子。
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ID28920A (id) * 1999-07-22 2001-07-12 Koninkl Philips Electronics Nv Metode pembuatan peranti sambungan saluran magnetik
US6881993B2 (en) * 2002-08-28 2005-04-19 Micron Technology, Inc. Device having reduced diffusion through ferromagnetic materials
US7355884B2 (en) * 2004-10-08 2008-04-08 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetoresistive element
US8629539B2 (en) * 2012-01-16 2014-01-14 Allegro Microsystems, Llc Methods and apparatus for magnetic sensor having non-conductive die paddle
US9812588B2 (en) 2012-03-20 2017-11-07 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor integrated circuit with integral ferromagnetic material
US9666788B2 (en) 2012-03-20 2017-05-30 Allegro Microsystems, Llc Integrated circuit package having a split lead frame
US10234513B2 (en) 2012-03-20 2019-03-19 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor integrated circuit with integral ferromagnetic material
US9494660B2 (en) 2012-03-20 2016-11-15 Allegro Microsystems, Llc Integrated circuit package having a split lead frame
US9411025B2 (en) 2013-04-26 2016-08-09 Allegro Microsystems, Llc Integrated circuit package having a split lead frame and a magnet

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5650958A (en) * 1996-03-18 1997-07-22 International Business Machines Corporation Magnetic tunnel junctions with controlled magnetic response

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