JPH11353868A - 磁性薄膜メモリ素子およびその製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＳＮ比を向上させるとともに動作マージンの
拡大およびデータ保持の信頼性の良好な磁性薄膜メモリ
素子の製造方法を提供すること。 【解決手段】 低い保磁力を有する第１磁性層と、高い
保磁力を有する第２磁性層が、非磁性層を介して積層さ
れ、該第１磁性層の磁化の向きと該第２磁性層の磁化の
向きの相対角度によって異なる抵抗値を示す磁気抵抗膜
を有する磁性薄膜メモリ素子を、１８０（Ｏｅ）以上で
４５０（Ｏｅ）以下の磁界を基板面内方向に印加しなが
ら成膜して作成することを特徴とする磁性薄膜メモリ素
子の製造方法の提供。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁性薄膜メモリ素子
の製造方法に関し、さらに詳細には、ＳＮ比を向上させ
るとともに動作マージンの拡大およびデータ保持の信頼
性の良好な磁性薄膜メモリ素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁性薄膜メモリは半導体メモリと同じく
稼働部のない固体メモリであるが、電源が断たれても情
報を失わない、繰り返し書換回数が無限回、放射線が入
射しても記録内容が消失する危険性がない等、半導体メ
モリと比較して有利な点がある。特に近年、巨大磁気抵
抗（ＧＭＲ）効果を利用した薄膜磁気メモリは、従来か
ら提案されている異方性磁気抵抗効果を用いた磁性薄膜
メモリと比較して大きな出力が得られるため注目されて
いる。

【０００３】例えば日本応用磁気学会誌ＶＯＬ．２０，
（１９９６）２２には、図１４に示し たように硬質磁
性膜ＨＭ／非磁性膜ＮＭ／軟磁性膜ＳＭ／非磁性膜ＮＭ
なる構成要素を複数向積層してメモリー素子とした固体
メモリーが提案されている。このメモリー素子には金属
導体と接合されてセンス線Ｓが、また、絶縁膜Ｉによっ
て上記センス線Ｓと絶縁されたワード線Ｗが、各々設け
られており、このワード線電流及びセンス線電流によっ
て発生する磁界により情報を書き込みを行う。具体的に
は図１５に示したように、ワード線Ｗに電流Ｉを流し電
流の向きＩＤによって異なる方向の磁界を発生させて硬
質磁性膜ＨＭの磁化反転を行いメモリー状態“０”、
“１”の記録を行う。

【０００４】例えば同図（ａ）に示すように正の電流を
流して右向きの磁界を発生させて同図（ｂ）の様に硬質
磁性膜ＨＭに“１”の記録を行い、同図（ｃ）に示すよ
うに負の電流を流して左向きの磁界を発生させて同図
（ｄ）の様に硬質磁性膜ＨＭに“０”の記録を行う。

【０００５】情報の読み出しは図１６に示すようにワー
ド線Ｗに記録電流より小さい電流Ｉを流して軟磁性膜Ｓ
Ｍの磁化反転のみを起こし、その際の抵抗変化を測定す
る。巨大磁気抵抗効果を利用すれば軟磁性膜ＳＭと硬質
磁性膜ＨＭの磁化が平行の場合と反平行の場合で抵抗値
が異なるので、その時生ずる抵抗変化により“１”、
“０”のメモリー状態を判別することができる。

【０００６】図１６（ａ）に示したような正から負のパ
ルスを印加すると、軟磁性膜は右向きから左向きにな
り、メモリー状態“１”に対しては、同図（ｂ）の様に
小さい抵抗値から同図（ｃ）の様に大きい抵抗値に変化
し、メモリー状態“０”に対しては、同図（ｄ）の様に
大きい抵抗値から同図（ｅ）の様に小さい抵抗値に変化
する。このようにして抵抗の変化を読みとれば、記録後
の軟磁性膜ＳＭの磁化状態に関わらず硬質磁性膜ＨＭに
記録した情報の読み出しが可能であり、非破壊読み出し
が可能である。

【０００７】メモリ動作に適した磁気抵抗膜としては、
一例として図１３（ａ）の磁気抵抗曲線（ＭＲカーブ）
を示す膜を用いる。すなわち、硬質磁性膜と軟質磁性膜
の磁化が平行の状態から、ａ点の磁界で軟質磁性膜の磁
化が反転して、抵抗が大きくなり（ｂ点）、さらに磁界
を大きくすると、ｃ点で硬質磁性膜の磁化が反転して抵
抗値は小さくなる（ｄ点）。逆に磁界を印加するとｅ→
ｆ→ｇ→ｈの順に変化する。ここでメモリー状態
“０”、“１”をそれぞれ、例えば硬質磁性膜の磁化方
向が右向き、左向きに対応させれば、ｄもしくはｈの磁
界を印加すれば記録動作が行われ、ｂより大きくｃより
小さい磁界、もしくはｆより大きくｇより小さい磁界を
印加すれば、再生動作を行うことができる。

【０００８】この磁性薄膜メモリを作成する際、磁気抵
抗膜に磁気異方性を発生させるために成膜時に面内方向
に磁界を印加することが行われている。例えば、Ｊ．Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７９（１９９６）６６３９において
は、ＮｉＦｅ／Ｃｕ／Ｃｏを主構成とした磁性薄膜メモ
リ素子を１５．５（Ｏｅ）の磁界を印加しながら成膜す
ることが記述されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の磁性薄
膜メモリ素子の作成時においては、成膜時に印加する磁
界が不十分であるため、磁化転移を急峻に生じさせるこ
とができず、再生磁界マージンが狭く、動作不良によっ
て十分な機能を果たすことができないという欠点を有し
ていた。

【００１０】例えば前述したＪ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．
７９（１９９６）６６３９の論文のＦｉｇ１（ａ）にＭ
Ｒループが記載されているが、カーブの急峻性が乏し
く、図１３（ｂ）の様な形をしている。メモリ素子にお
いては、図１３（ａ）に示したようにＭＲループは急峻
に変化することが必要である。

【００１１】これは、再生時に変化する磁気抵抗値の変
化率が小さい場合には、必要なＳＮ比が得られないこと
及び再生磁界の磁界マージンが狭くなって再生時に誤記
録するためである。本発明はこの点に鑑み、抵抗変化を
急峻に起こさせることで、ＳＮ比を向上させるとともに
動作マージンの拡大およびデータ保持の信頼性を確保す
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の磁性薄膜メモリ
素子の製造方法は、低い保磁力を有する第１磁性層と、
高い保磁力を有する第２磁性層が、非磁性層を介して積
層され、該第１磁性層の磁化の向きと該第２磁性層の磁
化の向きの相対角度によって異なる抵抗値を示す磁気抵
抗膜を有する磁性薄膜メモリ素子を、１８０（Ｏｅ）以
上で４５０（Ｏｅ）以下の磁界を基板面内方向に印加し
ながら成膜して作成する。

【００１３】また、前記製造方法において、外部磁界を
永久磁石によって発生させることを特徴する製造方法お
よび、それに用いる装置を提供する。

【００１４】また、前記製造方法において、外部磁界を
ヘルムホルツコイルもしくは電磁石によって発生させる
ことを特徴とする製造方法およびそれに用いる装置を提
供する。

【００１５】また、本発明の磁性薄膜メモリ素子は、低
い保磁力を有する第１磁性層と、高い保磁力を有する第
２磁性層が、非磁性層を介して積層され、該第１磁性層
の磁化の向きと該第２磁性層の磁化の向きの相対角度に
よって異なる抵抗値を示す磁気抵抗膜を有する磁性薄膜
メモリ素子であって、該磁気抵抗値の測定磁界Ｈに対す
る傾き（式１）（数２）

【００１６】

【数２】 の絶対値が、０．８以上であることを特徴とする磁性薄
膜メモリ素子。（式１）で、Ｒは磁気抵抗膜の抵抗値
で、Ｒｍｉｎは最低の抵抗値、Ｒｍａｘは最大の抵抗値
である。

【００１７】また、本発明の磁性薄膜メモリ素子は、磁
気抵抗膜の該第１磁性層がＮｉＦｅを含む磁性膜で、該
第２磁性層がＣｏを含む磁性膜で、該非磁性層がＣｕを
含む非磁性膜であることを特徴とする。

【００１８】また、本発明の磁性薄膜メモリ素子は、該
磁性薄膜メモリ素子の該第１磁性層がＦｅＣｏを含む磁
性膜で、該第２磁性層がＣｏを含む磁性膜で、該非磁性
層が絶縁膜であることを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の磁性薄膜メモリに
用いられる磁気抵抗膜の各層の特徴を述べる。

【００２０】第１磁性層、第２磁性層は、Ｎｉ，Ｆｅ，
Ｃｏの少なくとも一種を主成分として用いられるか、Ｃ
ｏＦｅを主成分とするアモルファス合金として用いられ
ることが望ましい。例えば、ＮｉＦｅ，ＮｉＦｅＣｏ，
Ｆｅ，ＦｅＣｏ，Ｃｏ，ＣｏＦｅＢなどの磁性膜からな
る。

【００２１】（第１磁性層の材料）第１磁性層は、第２
磁性膜よりも低い保持力を有する。このため、第１磁性
層には、Ｎｉを含む軟磁性膜が好ましく、具体的には、
特にＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏを主成分として用いられて
なることが望ましい。またＦｅＣｏでＦｅ組成の多い磁
性膜、ＣｏＦｅＢなどの保磁力の低いアモルファス磁性
膜でも良い。

【００２２】ＮｉＦｅＣｏの原子組成比は、ＮｉｘＦｅ
ｙＣｏｚとした場合、ｘは４０以上９５以下、ｙは０以
上４０以下、ｚは０以上５０以下、好ましくはｘは５０
以上９０以下、ｙは０以上３０以下、ｚは０以上４０以
下、更に好ましくはｘは６０以上８５以下、ｙは１０以
上２５以下、ｚは０以上３０以下が良い。

【００２３】また、ＦｅＣｏの原子組成は、ＦｅｘＣｏ
₁₀₀−ｘとした場合、ｘは５０以上１００以下、好まし
くは、ｘは６０以上９０以下が良い。

【００２４】また、ＣｏＦｅＢの原子組成は、（Ｃｏｘ
Ｆｅ_100-ｘ）_100-ｙＢｙとした場合、ｘは８０以上９６
以下、ｙは５以上３０以下が良い。好ましくはｘは８６
以上９３以下、ｙは１０以上２５以下が良い。例えば、
Ｃｏ８４Ｆｅ９Ｂ７、Ｃｏ７２Ｆｅ８Ｂ２０等のアモル
ファス磁性膜が挙げられる。

【００２５】（第２磁性層の材料）第２磁性層は第１磁
性層よりも高い保磁力を有する。例として第１磁性層と
比較してＣｏを多く含む磁性層が望ましい。

【００２６】ＮｉｘＦｅｙＣｏｚは、それぞれ組成原子
比で、ｘは０以上４０以下、ｙは０以上５０以下、ｚは
２０以上９５以下、好ましくはｘは０以上３０以下、ｙ
は５以上４０以下、ｚは４０以上９０以下、更に好まし
くはｘは５以上２０以下、ｙは１０以上３０以下、ｚは
５０以上８０以下が良い。

【００２７】ＦｅｘＣｏ₁₀₀−ｘは、ｘは原子組成比で
０以上５０以下が良い。

【００２８】また第２磁性層に保磁力の制御、耐食性の
向上などの目的でＰｔ等の添加元素を加えても良い。

【００２９】（保磁力制御の方法）ＣｏにＦｅを添加す
ると保磁力は小さくなり、Ｐｔを添加すると保磁力は大
きくなるので、第２磁性層を例えばＣｏ１００−ｘ−ｙ
ＦｅｘＰｔｙとして元素組成ｘおよびｙを調節して保磁
力を制御すればよい。また成膜時の基板温度高くするこ
とによっても保磁力を高めることができるので別の保磁
力の制御方法として成膜時の基板温度を調節することも
よい。この方法と前述した強磁性薄膜の組成を調節する
方法とを組合せてもよい。また第１磁性層の保磁力の調
節も上述と同様に、膜組成と成膜時の基板温度で調節す
ることができる。

【００３０】また、前述の通り、Ｎｉを添加すると保磁
力を小さくすることができる。

【００３１】（層構成のタイプ）前述の通り、第１磁性
層は、第２磁性層よりも低い保磁力を有しているが、層
構成のタイプとして、以下の２種類のタイプがある。

【００３２】第１のタイプは「メモリ層（第１磁性層）
／非磁性層／ピン層（第２磁性層）」とする構成であ
る。これは、第１磁性層を磁化情報が保持されるメモリ
層、第２磁性層をその磁化方向を磁化情報に依存せず保
存時、記録時、再生時、のいずれの状態でも常に一定に
保たれているピン層とする場合で、記録電流によって第
１磁性層を反転させる。後述するように、再生は、磁性
層の磁化反転を行わずに絶対値検出を行う。

【００３３】第２のタイプは、「検出層（第１磁性層）
／非磁性層／メモリ層（第２磁性層）」とする構成であ
る。これは第１磁性層を読みだした時に相対検出させる
ために反転させる検出層、第２磁性層を磁化情報が保持
されるメモリ層とする場合で、記録電流によって第２磁
性層を反転させる。

【００３４】保磁力の範囲は、検出層では２（Ｏｅ）以
上２０（Ｏｅ）以下、より好ましくは５（Ｏｅ）以上１
０（Ｏｅ）以下が良い。また、検出層の保磁力はメモリ
層の保磁力の半分程度にすることが望ましい。メモリ層
では、５（Ｏｅ）以上５０（Ｏｅ）以下、好ましくは１
０（Ｏｅ）以上２５（Ｏｅ）以下が良い。ピン層では、
２０（Ｏｅ）以上１０ｋ（Ｏｅ）以下、好ましくは５０
（Ｏｅ）以上、１００（Ｏｅ）以下が良い。

【００３５】（第１磁性層の膜厚）第１磁性層の膜厚
は、散乱型の巨大磁気抵抗効果が効率よく発生するよう
に設定する。具体的には、第１磁性層の膜厚が電子の平
均自由行程より大幅に大きくなると、フォノン散乱を受
けてその効果が薄れるため、少なくとも２００Ａ以下で
あることが望ましい。さらに好ましくは１５０Ａ以下が
良い。しかし、薄すぎるとセルの低抗値が小さくなり再
生信号出力が減少してしまい、また磁化を保持できなく
なるので、２０Ａ以上が望ましく、さらには８０Ａ以上
が望ましい。

【００３６】（第２磁性層の膜厚）第２磁性層の膜厚も
第１磁性層の場合と同様に、散乱型の巨大磁気抵抗効果
が効率よく発生するように、少なくとも２００Ａ以下で
あることが望ましい。さらに好ましくは１５０Ａ以下が
良い。しかしあまり薄すぎるとメモリ保持性能が劣化
し、また再生信号出力が減少するため、また、セル抵抗
値が小さくなり、また磁化を保持できなくなるので、２
０Ａ以上が望ましく、さらには８０Ａ以上が望ましい。

【００３７】（非磁性層の材料、膜厚）非磁性層は良導
体からなり、好ましくはＣｕを主成分として用いられる
ことが、磁性層とフェルミエネルギー準位が近く、密着
性もよいため、磁化方向が変わるときに界面で抵抗が生
じ易く大きな磁気抵抗比を得るのに好都合である。ま
た、非磁性層の膜厚は５Ａ以上６０Ａ以下であることが
望ましい。

【００３８】（その他の構成）第１磁性層と非磁性層の
間、もしくは第２磁性層と非磁性層の間、もしくは第１
磁性層と非磁性層の間および第２磁性層と前記非磁性層
の間にＣｏを主成分とする磁性層が設けられると、磁気
抵抗比が高くなるため、より高いＳ／Ｎ比が得られるた
め望ましい。この場合のＣｏを主成分とする層の厚みは
２０Ａ以下が好ましく、また、十分な効果を発揮させる
ために５Ａ以上が好ましい。

【００３９】またＳ／Ｎを向上させるために、｛第１磁
性層／非磁性層／第２磁性層／非磁性層｝を１つのユニ
ットとして、このユニットを積層しても良い。

【００４０】積層する組数は多い程ＭＲ比が大きくなり
好ましいが、余り多くするとＭＲ磁性層が厚くなり電流
を多く必要とする。このため、積層の回数は４０組以
下、さらに好ましくは３〜２０組程度に設けられるのが
好ましい。

【００４１】また、本発明の磁性薄膜メモリ素子は、低
い保磁力を有する第１磁性層と、高い保磁力を有する第
２磁性層が、非磁性層を介して積層され、該第１磁性層
の磁化と該第２磁性層の磁化が平行の時は低い抵抗値を
示し、反平行の時は高い抵抗値を示す磁気抵抗膿を有す
る磁性薄膜メモリ素子であって、該磁気抵抗値の測定磁
界Ｈに対する傾き（式１）（数３）

【００４２】

【数３】 の絶対値が、好ましくは０．８以上である。式１で、Ｒ
は磁気抵抗膜の抵抗値でＲｍｉｎは最低の抵抗値、Ｒｍ
ａｘは最大の抵抗値である。

【００４３】また、本発明の磁性薄膜メモリ素子は、磁
気抵抗膜の該第１磁性層がＮｉＦｅを含む磁性膜で、該
第２磁性層がＣｏを含む磁性膜で、該非磁性層がＣｕを
含む非磁性膜であることを特徴とする。

【００４４】

【作用】本発明に関わる磁性薄膜メモリの製造方法にお
いては、磁気抵抗膜の成膜時に大きな磁界を印加してい
るため、磁界が印加された際に急峻に磁気抵抗値が変化
する。このためＳＮ比が向上し、動作マージンの拡大お
よびデータ保持の信頼性を確保することが可能となる。

【００４５】

【実施例】本発明の実施例を、図面を用いてより詳細に
説明する。

【００４６】実験例１ 図１は、本発明の磁性薄膜メモリを作成する製造方法を
示した成膜装置である。本発明の装置では、基板ホルダ
ーに７０×１０×６ｍｍの大きさで６ｍｍの方向に磁化
されたＳｍＣｏマグネットを２個、Ｎ極とＳ極が互いに
向き合うように基板ホルダーに装着して、成膜中に基板
面に平行に一方向の磁界が印加されるようにした。

【００４７】この成膜装置を用いて、ガラス基板上に下
地層としてＳｉＮ膜を２０ｎｍ成膜した後、ＮｉＦｅ膜
（低保磁力層、検出層）（Ｎｉの原子組成比８０％）を
１０ｎｍ、Ｃｕ膜を５ｎｍ、Ｃｏ膜（高保磁力層、メモ
リ層）を１０ｎｍの順でマグネトロンスパックにより成
膜して磁気抵抗膜を作成した。

【００４８】ターゲットは、ＳｉＮ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｃｕを用いてＮｉＦｅはＮｉ，Ｆｅの各ターゲット
のパワーを調節して同時スパッタリングにより作成し
た。ターゲットと基板間の距離は１５０ｍｍとした。基
板にかかる磁界は磁石の距離を変えることで調節し、距
離を４０ｍｍとして２９６（Ｏｅ）の磁界が印加される
ようにした。

【００４９】成膜後にサンプル板を５ｍｍ×２６ｍｍに
切断して、磁気抵抗曲線（ＭＲカーブ）を測定した。Ｍ
Ｒカーブは、基板の面内方向に最大±５０（Ｏｅ）の磁
界を印加しながら４端子法により測定した。図９はその
結果を示したものである。縦軸のＭＲ比は（測定抵抗値
Ｒ−最低抵抗値Ｒｍｉｎ）／最低抵抗値Ｒｍｉｎとして
あらわした。

【００５０】図９より、２９６（Ｏｅ）の磁界を印加し
ながら磁気抵抗膜を作成すると、約１０（Ｏｅ）におい
てＮｉＦｅ層が、また約２８（Ｏｅ）においてＣｏ層
が、それそれ急峻に磁化反転しており、急峻な抵抗変化
が得られる。

【００５１】さらに磁石間の距離を５０ｍｍとして成膿
時の磁界を１８５（Ｏｅ）に設定し、同様に磁気抵抗膜
を作成してＭＲカーブを測定した。図８にその結果を示
したが、１８５（Ｏｅ）の成膜磁界の場合も、２９６
（Ｏｅ）の成膜磁界と同様に急峻な抵抗変化が得られる
ことがわかる。

【００５２】本実施例及び以下の実施例において、第１
磁性層、第２磁性層、非磁性層の材質や膜厚等は前記し
たものが用いられる。

【００５３】比較例１ 比較例として、磁石を取り払って成膜時の磁界を０とし
た場合、およびＳｍＣｏ磁石の幅を１２０ｍｍ、７８ｍ
ｍ、６０ｍｍとして、各々３３（Ｏｅ），８６（Ｏ
ｅ），１５０（Ｏｅ）の磁界を発生させて、同様に磁気
抵抗膜を作成して、ＭＲカーブを測定した。磁気抵抗膜
の作成手順及びＭＲカーブの測定手順は、成膜時の磁界
の大きさを除けば、実験例１と同じである。

【００５４】図４、５、６、７にそれそれ、０（Ｏ
ｅ），３３（Ｏｅ），８６（Ｏｅ），１５０（Ｏｅ）の
成膜磁界のＭＲカーブを示した。図より、成膜磁界の大
きさを変えるに従い、ＭＲカーブはやや良好なものにな
ったが十分ではなかった。

【００５５】実施例２ 本発明である１８５（Ｏｅ）、２９６（Ｏｅ）の成膜磁
界を印加した場合、および比較例である０（Ｏｅ），３
３（Ｏｅ），８６（Ｏｅ），１５０（Ｏｅ）の成膜磁界
を印加した場合のＭＲカーブを部分的に拡大して示した
のが図１０である。図１０では比較のために各々のカー
ブのＭＲ比を最低抵抗値Ｒｍｉｎが０、最大抵抗値Ｒｍ
ａｘが１となるようにを規格化して示した。図で、本発
明の磁気抵抗膜は２（Ｏｅ）以内の磁界範囲で磁化反転
のほとんどを終了しているのに対して、比較例では反転
に４（Ｏｅ）以上の範囲の磁界を必要とすることがわか
る。（数４）

【００５６】より定量的にこの差異をみるため、図１０
のＭＲカーブの測定磁界Ｈに対する傾き

【００５７】

【数４】 を成膜磁界に対してプロットしたのが図１１である。本
発明の１８０（Ｏｅ）以上の成膜磁界ではＭＲカーブの
傾きは０．８以上であり、比較例である１５０（Ｏｅ）
以下の成膜磁界では約０．３以下と十分な変化率が得ら
れていないことがわかる。

【００５８】成膜時に基板に印加する磁界の大きさを１
８０（Ｏｅ）以上とすることで磁気抵抗変化を急峻にす
ることが可能となる。ＭＲカーブの測定磁界Ｈに対する
傾きの絶対値を０．６以上にすると、ＳＮ比の高い再生
を行うことができる。より望ましくは０．７以上、さら
に望ましくは０．８以上とするのが良い。

【００５９】成膜時に基板に印加する磁界を大きくすれ
ば磁気抵抗変化が、あまり大きすぎると、成膜プロセス
自体に悪影響を及ぼす。すなわち、磁性膜の成膜で一般
に使用されるマグネトロンスパッタリングは、ターゲッ
ト直上に磁界を収束させてＡｒガスをイオン化させてそ
のイオン化したＡｒをターゲットに衝突させて成膜をお
こなう。このため、基板にかかる磁界が大きくなると、
成膜チャンバー内のプラズマがターゲットだけでなく基
板側にも広がるので、基板温度が上昇する、成膜速度が
遅くなる、磁性膜がプラズマの影響を受けて変質する、
等の悪影響が発生する。また大面積の基板に磁界を印加
して成膜する場合、大規模の磁界発生装置が必要で製造
装置のコストが増加する。

【００６０】このため、成膜時に基板に印加する磁界の
大きさは、少なくとも４５０（Ｏｅ）以内、望ましくは
４００（Ｏｅ）以内、さらに望ましくは３００（Ｏｅ）
以内とするのが良い。

【００６１】実施例３ 磁気抵抗比（ＭＲ比）を成膜磁界に対して示したのが図
１２である。ＨＲ比は、（最大抵抗値Ｒｎａｘ−最低抵
抗値Ｒｍｉｎ）／最低抵抗値Ｒｍｉｎとして定義した。
図１２からＭＲ比は成膜磁界を大きくするに伴っておお
きくなり１８５（Ｏｅ）以上で飽和することがわかる。

【００６２】実施例４ 次に上記の磁気抵抗膜のメモリ素子の録再性能が成膜磁
界にどのように影響するかを調べた。まず、実施例１及
び比較例１に示された磁気抵抗膜を５×５μｍに加工し
て両側に磁気抵抗測定用のＣｕからなる電極版（パッ
ド）を作成した後、磁気抵抗膜上に０．１μｍの厚みの
絶縁膜を介して０．５μｍの厚みのＡｌからなる書込み
線を設けて図２に示した磁性薄膜メモリ素子を作成し
た。図で、記号２は書込み線、記号１１はＮｉＦｅ検出
層、記号１２はＣｏメモリ層、記号１３はＣｕ非磁性層
を示す。（ａ），（ｂ）はそれぞれ平行、反平行の磁化
状態を示したものである。 次にその書込み線に電流パ
ルスを印加して磁界を発生させ、その際に現れた磁気抵
抗値を微分検出して、メモリ層に保持された磁化記録情
報を読みだした。その際に、記録された情報が正しく再
生されるかどうか調べたところ、成膜磁界が３３（Ｏ
ｅ）、８６（Ｏｅ）、１５０（Ｏｅ）、１８５（Ｏ
ｅ）、２９６（Ｏｅ）の各１００個中の磁気抵抗膜で、
正しく再生されなかった膜は、それぞれ２０個、１５
個、１２個、０個、０個であった。成膜磁界が０の場合
は再生信号は小さすぎて測定不可能であった。

【００６３】再生時の誤り率は、メモリ素子として信頼
性を得るためには、少なくとも１０％未満が必要であ
り、本発明の成膜方法で作成された磁性薄膜メモリにお
いては、十分な信頼性が得られることがわかる。また誤
り率が低ければ、より微細化して高集積化することが可
能で、例えば、図３に示したように磁気抵抗膜上に複数
の書込み線２を設けて、より高い集積度の磁性薄膜メモ
リを実現することも可能である。

【００６４】なお、上述の実施例においては、ＮｉＦ
ｅ，Ｃｏからなる磁性膜の例を示したが、他にもＦｅＣ
ｏ，ＣｏＦｅＢ等の磁性膜を用いた場合でも本発明の効
果が得られる。また、上述の実施例では、磁性膜間の非
磁性膜はＣｕからなる良導体を用いたが、他の良導体、
もしくは酸化アルミニウムなどの絶縁膜として、スピン
トンネル型の磁気抵抗膜を用いたメモリ素子としてもよ
い。

【００６５】実施例５ 次に、実施例１記載のスピン散乱型の磁気抵抗膜のＮｉ
Ｆｅ層を膜厚１５ｎｍのＦｅＣｏ層に、非磁性層Ｃｕを
膜厚２ｎｍのＡｌ₂Ｏ₃に変え、さらに磁気抵抗膜の膜厚
方向の上下にＣｕからなる電極線を取り付けて、スピン
トンネル型の磁気抵抗膜を作成した。実施例１と同様に
磁性膜の成膜時の印加磁界を変えて、ＭＲカーブを測定
したところ、実施例１及び比較例１と同様に１８０（Ｏ
ｅ）以上の磁界を印加することによって、１５０（Ｏ
ｅ）以下の成膜磁界の場合と比較して、２倍以上のＭＲ
カーブの傾きが得られるようになり、本発明の磁性薄膜
の作成方法は、スピントンネル型のメモリ素子にも適用
できることが分かった。

【００６６】実施例６ 次に実施例１に記載したＳｍＣｏマグネットを取り払
い、代わりに直径３０ｃｍのヘルムホルツコイルを成膜
チャンバーの内部に取り付けて、実施例１及び比較例１
と同じ大きさの磁界を成膜時に発生させて磁気抵抗膜を
作成して、同様にＭＲカーブの測定を行ったところ、実
施例１及び比較例１とほぼ同様の結果が得られ、本発明
の効果は、ヘルムホルツコイルで磁界を発生させても達
成できることがわかった。

【００６７】実施例７ 実施例６と同様にマグネットの代わりに直径２０ｃｍの
大きさの電磁石を用いて同様に磁界を発生させて磁気抵
抗膜を作成してＭＲカーブを測定したところ、実施例１
及び比較例１とほぼ同様の結果が得られ、本発明の効果
は電磁石で磁界を発生させても達成できることがわかっ
た。

【００６８】実施例８ 本発明の磁性薄膜メモリ素子の第１の例は、スピン依存
散乱により磁気抵抗効果が生じることを特徴とする。こ
のスピン依存散乱による磁気抵抗効果は、第１磁性層／
非磁性層／第２磁性層の構造をなすが、非磁性層には良
導体からなる金属層を用いる。このスピン依存散乱によ
り磁気抵抗効果は、伝導電子の散乱がスピンによって大
きく異なることに由来している。即ち、非磁性層を介し
た各種磁性層が同じ磁化方向をもつ場合は、磁化と同じ
向きのスピンを持つ伝導電子はあまり散乱されないため
抵抗が小さくなる。一方、前記の非磁性層を介した各磁
性層が反強磁性配列となって反平行の磁化配列となる場
合は、いずれ方向のスピンを持つ伝導電子も反対方向の
スピンを持った磁性原子によって同等に散乱されるため
に前記の磁性層が同一の磁化をもつ場合の抵抗値よりも
大きくなる。再生電流は膜面に平行もしくは垂直に流す
２つの方式のどちらでもよい。再生時に電流を膜面に対
して垂直に流すＣＰＰ（Current Perpendicular to the
film Plane）−ＭＲ（Magneto-Resistance）効果は膜
面 に平行に電流を流すＣＩＰ（Current Inplane to th
e film Plane）−ＭＲ効果よりも伝導電子が界面を横切
る確率が増えるため大きな抵抗変化率が得られる信号検
出感度を高くすることができる。

【００６９】実施例９ 本発明の磁性薄膜メモリ素子の一例は、スピントンネル
型により磁気抵抗効果が生じることを特徴とする。この
スピントンネリングによる磁気抵抗効果は、第１磁性層
／非磁性層／第２磁性層の構造をなすが、非磁性層には
薄い絶縁層を用いる。そして、再生時に電流を膜面に対
して垂直に流した際に第１磁性層から第２磁性層へ電子
のトンネル現象がおきるようにする。

【００７０】本発明のスピントンネル型の磁性薄膜メモ
リ素子は、強磁性体金属において伝導電子がスピン偏極
を起こしているため、フェルミ面における上向きスピン
と下向きスピンの電子状態が異なっており、このような
強磁性体金属を用いて、強磁性体と絶縁体と強磁性体か
らなる強磁性トンネル接合を作ると、伝導電子はそのス
ピンを保ったままトンネルするため、両磁性層の磁化状
態によってトンネル確率が変化し、それがトンネル抵抗
の変化となって現れる。これにより、第１磁性層と第２
磁性層の磁化が平行の場合は抵抗が小さく第１磁性層と
第２磁性層の磁化が反平行の場合は抵抗が大きくなる。
上向きスピンと下向きスピンの状態密度の差が大きい方
がこの抵抗値は大きくなりより大きな再生信号が得られ
るので、第１磁性層と第２磁性層はスピン分極率の高い
磁性材料を用いることが望ましい。具体的には第１磁性
層と第２磁性層は、フェルミ面における上下スピンの偏
極量が大きいＦｅを選定し、Ｃｏを第２成分として選定
してなる。具体的にはＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉを主成分とした
材料から選択して用いられてなることが望ましい。好ま
しくは、Ｆｅ，Ｃｏ，ＦｅＣｏ，ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣ
ｏ等が良い。具体的には、Ｆｅ，Ｃｏ、Ｎｉ８０Ｆｅ２
０、Ｎｉ７２Ｆｅ２８，Ｎｉ５１Ｆｅ４９、Ｎｉ４２Ｆ
ｅ５８、Ｎｉ２５Ｆｅ７５，Ｎｉ９Ｆｅ９１等が挙げら
れる。

【００７１】さらに、第１磁性層は保持力を小さくする
ために、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、Ｆｅ等がより望まし
いまた、第２磁性層は、保持カを大きくするために、Ｃ
ｏを主成分とする材料が望ましい。

【００７２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように、ＳＮ比
を向上させて高い集積度を実現でき、動作マージンの拡
大およびデータ保持の信頼性が確保できるという効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の磁性薄膜メモリを作成する製造方法
に用いる成膜装置を示す図面である。

【図２】 本発明の磁性薄膜メモリ素子の図である。

【図３】 本発明の実施例４で示された磁性薄膜メモ
リの図である。

【図４】 成膜磁界＝０（Ｏｅ）のＭＲカーブを示
す。

【図５】 成膜磁界＝３３（Ｏｅ）のＭＲカーブを示
す。

【図６】 成膜磁界＝８６（Ｏｅ）のＭＲカーブを示
す。

【図７】 成膜磁界＝１５０（Ｏｅ）のＭＲカーブを
示す。

【図８】 成膜磁界＝１８５（Ｏｅ）のＭＲカーブを
示す。

【図９】 成膜磁界＝２９６（Ｏｅ）のＭＲカーブを
示す。

【図１０】 ＭＲカーブを示す。

【図１１】 ＭＲカーブの測定磁界Ｈに対する傾きを成
膜磁界に対してプロットしたの図１１である。

【図１２】 磁気抵抗比（ＭＲ比）を成膜磁界に対して
示した図である。

【図１３】 （ａ）メモリ素子でのＭＲループの図の
一例である。 （ｂ）メモリ素子でのＭＲループの図の一例である。

【図１４】 従来の硬質磁性膜ＨＭ／非磁性膜ＮＭ／
軟磁性膜ＳＭ／非磁性膜ＮＭなる構成要素を複数向積層
してメモリー素子とした固体メモリーの図である。

【図１５】 従来技術での、ワード線Ｗに電流Ｉを流し
電流の向きＩＤによって異なる方向の磁界を発生させて
硬質磁性膜ＨＭの磁化反転を行いメモリー状態“０”、
“１”の記録を行う方法を説明する図である。

【図１６】例えば同図（ａ）に示すように正の電流を流
して右向きの磁界を発生させて同図（ｂ）の様に硬質磁
性膜ＨＭに“１”の記録を行い、同図（ｃ）に示すよう
に負の電流を流して左向きの磁界を発生させて同図
（ｄ）の様に硬質磁性膜ＨＭに“０”の記録を行った説
明の図である。

【符号の説明】

２ 書込み線 １１ ＮｉＦｅ検出層 １２ Ｃｏメモリ層 １３ Ｃｕ非磁性層

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低い保磁力を有する第１磁性層と、高い
   保磁力を有する第２磁性層が、非磁性層を介して積層さ
   れ、該第１磁性層の磁化の向きと該第２磁性層の磁化の
   向きの相対角度によって異なる抵抗値を示す磁気抵抗膜
   を有する磁性薄膜メモリ素子を、１８０（Ｏｅ）以上で
   ４５０（Ｏｅ）以下の磁界を基板面内方向に印加しなが
   ら成膜して作成することを特徴とする磁性薄膜メモリ素
   子の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の製造方法において用いる
   装置であって、磁界を永久磁石によって発生させること
   を特徴とする磁性薄膜メモリ素子の製造装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の製造方法において用いる
   装置であって、磁界をヘルムホルツコイルもしくは電磁
   石によって発生させることを特徴とする磁性薄膜メモリ
   素子の製造装置。
4. 【請求項４】 低い保磁力を有する第１磁性層と、高い
   保磁力を有する第２磁性層が、非磁性層を介して積層さ
   れ、該第１磁性層の磁化の向きと該第２磁性層の磁化の
   向きの相対角度によって異なる抵抗値を示す磁気抵抗膜
   を有する磁性薄膜メモリ素子であって、該磁気抵抗値の
   測定磁界Ｈに対する傾き（式１）（数１） 【数１】 の絶対値が、０．８以上であることを特徴とする磁性薄
   膜メモリ素子。（式１）で、Ｒは磁気抵抗膜の抵抗値
   で、Ｒｍｉｎは最低の抵抗値、Ｒｍａｘは最大の抵抗値
   である。
5. 【請求項５】 請求項４記載の磁性薄膜メモリ素子であ
   って、該磁性薄膜メモリ素子の磁気抵抗膜の該第１磁性
   層がＮｉＦｅを含む磁性膜であり、該第２磁性層がＣｏ
   を含む磁性膜で、該非磁性層がＣｕを含む非磁性膜であ
   ることを特徴とする磁性薄膜メモリ素子。
6. 【請求項６】 請求項４記載の磁性薄膜メモリ素子であ
   って、該磁性薄膜メモリ素子の該第１磁性層がＦｅＣｏ
   を含む磁性膜で、該第２磁性層がＣｏを含む磁性膜で、
   該非磁性層が絶縁膜であることを特徴とする磁性薄膜メ
   モリ素子。