JPWO2010026704A1 - Magnetoresistive element, manufacturing method thereof, and storage medium used in the manufacturing method - Google Patents

Magnetoresistive element, manufacturing method thereof, and storage medium used in the manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JPWO2010026704A1
JPWO2010026704A1 JP2010527667A JP2010527667A JPWO2010026704A1 JP WO2010026704 A1 JPWO2010026704 A1 JP WO2010026704A1 JP 2010527667 A JP2010527667 A JP 2010527667A JP 2010527667 A JP2010527667 A JP 2010527667A JP WO2010026704 A1 JPWO2010026704 A1 JP WO2010026704A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
atoms
magnetoresistive element
magnetization free
crystalline
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2010527667A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
正樹 栗林
正樹 栗林
ジュリアント ジャヤプラウィラ ダビッド
ジュリアント ジャヤプラウィラ ダビッド
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Anelva Corp
Original Assignee
Canon Anelva Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Anelva Corp filed Critical Canon Anelva Corp
Publication of JPWO2010026704A1 publication Critical patent/JPWO2010026704A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • C23C14/165Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon by cathodic sputtering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/3407Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/568Transferring the substrates through a series of coating stations
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/31Structure or manufacture of heads, e.g. inductive using thin films
    • G11B5/3163Fabrication methods or processes specially adapted for a particular head structure, e.g. using base layers for electroplating, using functional layers for masking, using energy or particle beams for shaping the structure or modifying the properties of the basic layers
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G11B5/3906Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G11B5/3906Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
    • G11B5/3909Arrangements using a magnetic tunnel junction
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3254Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the spacer being semiconducting or insulating, e.g. for spin tunnel junction [STJ]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3295Spin-exchange coupled multilayers wherein the magnetic pinned or free layers are laminated without anti-parallel coupling within the pinned and free layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/14Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
    • H01F41/30Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE]
    • H01F41/302Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F41/305Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices applying the spacer or adjusting its interface, e.g. in order to enable particular effect different from exchange coupling
    • H01F41/307Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices applying the spacer or adjusting its interface, e.g. in order to enable particular effect different from exchange coupling insulating or semiconductive spacer
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00Galvanomagnetic devices
    • H10N50/01Manufacture or treatment
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10Magnetoresistive devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3268Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn
    • H01F10/3272Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn by use of anti-parallel coupled [APC] ferromagnetic layers, e.g. artificial ferrimagnets [AFI], artificial [AAF] or synthetic [SAF] anti-ferromagnets

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

従来よりも高いMR比を持った磁気抵抗素子とその製造方法を提供する。基板、磁化固定層、磁化自由層、及び該磁化固定層と該磁化自由層との間に位置するトンネルバリア層を有する磁気抵抗素子において、前記磁化自由層を、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金からなる結晶性第一強磁性体層と、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有する合金からなる結晶性第二強磁性体層とからなる積層構成とする。A magnetoresistive element having a higher MR ratio than the conventional one and a method for manufacturing the same are provided. In a magnetoresistive element having a substrate, a magnetization fixed layer, a magnetization free layer, and a tunnel barrier layer positioned between the magnetization fixed layer and the magnetization free layer, the magnetization free layer is made of Co atoms, Fe atoms, and B atoms And a crystalline second ferromagnetic layer made of an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms.

Description

本発明は、磁気ディスク駆動装置の磁気再生ヘッド、磁気ランダムアクセスメモリの記憶素子及び磁気センサーに用いられる磁気抵抗素子、好ましくは、トンネル磁気抵抗素子(特に、スピンバルブ型トンネル磁気抵抗素子)に関する。さらに、磁気抵抗素子の製造方法と、該製造方法に用いる記憶媒体に関する。   The present invention relates to a magnetoresistive element used in a magnetic reproducing head of a magnetic disk drive, a storage element of a magnetic random access memory, and a magnetic sensor, preferably a tunnel magnetoresistive element (particularly, a spin valve type tunnel magnetoresistive element). Furthermore, the present invention relates to a method of manufacturing a magnetoresistive element and a storage medium used for the manufacturing method.

特許文献1乃至特許文献6、非特許文献1、2には、トンネルバリア層とその両側に設置した第一及び第二の強磁性体層からなるTMR(トンネル磁気抵抗;Tunneling Magneto Resistance)効果素子が記載されている。この素子を構成する第一及び/又は第二の強磁性体層としては、Co原子、Fe原子及びB原子を含有した合金(以下、CoFeB合金と記す)が用いられている。また、該CoFeB合金層として、多結晶構造のものが記載されている。   Patent Documents 1 to 6 and Non-Patent Documents 1 and 2 describe a TMR (Tunneling Magneto Resistance) effect element including a tunnel barrier layer and first and second ferromagnetic layers disposed on both sides thereof. Is described. As the first and / or second ferromagnetic layers constituting this element, an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms (hereinafter referred to as a CoFeB alloy) is used. In addition, a polycrystalline structure is described as the CoFeB alloy layer.

また、特許文献2乃至特許文献5、特許文献7、非特許文献1乃至非特許文献5には、単結晶又は多結晶からなる結晶性酸化マグネシウム膜をトンネルバリア膜として用いたTMR素子が記載されている。   Patent Documents 2 to 5, Patent Document 7, and Non-Patent Documents 1 to 5 describe TMR elements using a crystalline magnesium oxide film made of single crystal or polycrystal as a tunnel barrier film. ing.

特開2002−204004号公報JP 2002-204004 A 国際公開第2005/088745号パンフレットInternational Publication No. 2005/088745 Pamphlet 特開2003−304010号公報JP 2003-304010 A 特開2006−080116号公報JP 2006-080116 A 米国特許出願公開第2006/0056115号明細書US Patent Application Publication No. 2006/0056115 米国特許第7252852号明細書US Pat. No. 7,252,852 特開2003−318465号公報JP 2003-318465 A

D.D.Djayaprawiraら著「Applied Physics Letters」,86,092502(2005)D. D. “Applied Physics Letters”, 86,092502 (2005) by Djayapraira et al. 湯浅新治ら著「Japanese Journal of Applied Physics」Vol.43,No.48,pp588−590,2004年4月2日発行"Japan Journal of Applied Physics" by Shinji Yuasa et al., Vol. 43, no. 48, pp 588-590, issued April 2, 2004 C.L.Plattら著「J.Appl.Phys.」81(8),15 April 1997C. L. Platt et al., “J. Appl. Phys.” 81 (8), 15 April 1997. W.H.Butlerら著「The American Physical Society」(Physical Review Vol.63,054416)8,January 2001W. H. Butler et al., “The American Physical Society” (Physical Review Vol. 63, 0544416) 8, January 2001. S.P.Parkinら著「2004 Nature Publishing Group」Letters,pp862−887,2004年10月31日発行S. P. Published by Parkin et al., "2004 Nature Publishing Group" Letters, pp 862-887, published October 31, 2004.

本発明の課題は、従来技術と比較し、一層改善された高いMR比を持った磁気抵抗素子とその製造方法及び、該製造方法に用いる記憶媒体を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a magnetoresistive element having a further improved high MR ratio, a manufacturing method thereof, and a storage medium used in the manufacturing method as compared with the prior art.

本発明の第1は、基板、磁化固定層、磁化自由層、及び該磁化固定層と該磁化自由層との間に位置するトンネルバリア層を有する磁気抵抗素子において、
前記磁化自由層は、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金からなる結晶性第一強磁性体層、並びにNi原子、Fe原子及びB原子を含有する合金からなる結晶性第二強磁性体層を有することを特徴とする磁気抵抗素子である。
A first aspect of the present invention is a magnetoresistive element having a substrate, a magnetization fixed layer, a magnetization free layer, and a tunnel barrier layer positioned between the magnetization fixed layer and the magnetization free layer.
The magnetization free layer includes a crystalline first ferromagnetic layer made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms, and a crystalline second ferromagnetic made of an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms. A magnetoresistive element having a body layer.

本発明の第1においては、前記トンネルバリア層は、結晶性酸化マグネシウム層又は結晶性ボロンマグネシウム酸化物層を有することが好ましい。   In the first aspect of the present invention, the tunnel barrier layer preferably has a crystalline magnesium oxide layer or a crystalline boron magnesium oxide layer.

本発明の第2は、スパッタリング法を用いて、基板の上に、磁化固定層、磁化自由層、及び該磁化固定層と該磁化自由層との間に位置するトンネルバリア層を成膜する工程を有する磁気抵抗素子の製造方法において、
前記磁化自由層を成膜する工程は、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金層を成膜する工程、並びに、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有する合金からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有する合金層を成膜する工程を有することを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法である。
A second aspect of the present invention is a process of forming a magnetization fixed layer, a magnetization free layer, and a tunnel barrier layer positioned between the magnetization fixed layer and the magnetization free layer on a substrate by using a sputtering method. In the manufacturing method of the magnetoresistive element having
In the step of forming the magnetization free layer, an alloy layer containing Co atoms, Fe atoms and B atoms is formed by sputtering using a target made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms. And a step of forming an alloy layer containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms by a sputtering method using a target made of an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms. This is a method for manufacturing a magnetoresistive element.

本発明の第1及び第2においては、前記トンネルバリア層は、結晶性酸化マグネシウム層又は結晶性ボロンマグネシウム酸化物層を有することが好ましい。   In the first and second aspects of the present invention, the tunnel barrier layer preferably has a crystalline magnesium oxide layer or a crystalline boron magnesium oxide layer.

本発明の第3は、基板の上に、スパッタリング法により、磁化固定層、磁化自由層、及び該磁化固定層と該磁化自由層との間に位置するトンネルバリア層を成膜する工程を用いることによって、磁気抵抗素子の製造を実行する制御プログラムを記憶した記憶媒体において、
前記磁化自由層を成膜する工程を実行する制御プログラムは、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金層を成膜する工程、並びに、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有した合金からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有した合金層を成膜する工程を用いて、該磁化自由層の成膜を実行するための制御プログラムを記憶したことを特徴とする記憶媒体である。
A third aspect of the present invention uses a step of forming a magnetization fixed layer, a magnetization free layer, and a tunnel barrier layer positioned between the magnetization fixed layer and the magnetization free layer on a substrate by a sputtering method. In the storage medium storing the control program for executing the manufacture of the magnetoresistive element,
The control program for executing the step of forming the magnetization free layer includes an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms by sputtering using a target made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms. A step of forming a layer, and a step of forming an alloy layer containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms by sputtering using a target made of an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms. And a storage medium storing a control program for executing the formation of the magnetization free layer.

本発明によれば、従来のトンネル磁気抵抗効果素子(以下、TMR素子と記す)で達成されていたMR比を大幅に改善することができる。また、本発明は、量産可能で実用性が高く、よって本発明を用いることにより、超高集積化が可能なMRAM(Magnetoresistive Random Access Memory:強誘電体メモリ)のメモリ素子が効率良く提供される。   According to the present invention, the MR ratio achieved by a conventional tunnel magnetoresistive element (hereinafter referred to as a TMR element) can be greatly improved. Further, the present invention can be mass-produced and has high practicality. Therefore, by using the present invention, a memory element of MRAM (Magnetic Resistive Random Access Memory) capable of ultra-high integration can be efficiently provided. .

本発明の磁気抵抗素子の一例の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of an example of the magnetoresistive element of this invention. 本発明の磁気抵抗素子を製造する成膜装置の一例の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of an example of the film-forming apparatus which manufactures the magnetoresistive element of this invention. 図2の装置のブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of the apparatus of FIG. 本発明の磁気抵抗素子を用いて構成されるMRAMの模式斜視図である。It is a model perspective view of MRAM comprised using the magnetoresistive element of this invention. 本発明の磁気抵抗素子を用いて構成されるMRAMの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of MRAM comprised using the magnetoresistive element of this invention. 本発明の別のトンネルバリア層の断面図である。It is sectional drawing of another tunnel barrier layer of this invention. 本発明の磁気抵抗素子に係るカラム状結晶構造の模式斜視図である。It is a model perspective view of the columnar crystal structure concerning the magnetoresistive element of this invention. 本発明の磁気抵抗素子の他の構成のTMR素子の断面図である。It is sectional drawing of the TMR element of the other structure of the magnetoresistive element of this invention.

本発明の磁気抵抗素子は、基板と、磁化固定層と、トンネルバリア層と、磁化自由層とを有している。そして、該磁化自由層が、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金(以下、CoFeBと記す)からなる結晶性第一強磁性体層、並びにNi原子、Fe原子及びB原子を含有する合金(以下、NiFeBと記す)からなる結晶性第二強磁性体層を有する。トンネルバリア層としては、好ましくは、結晶性酸化マグネシウム(以下、Mg酸化物と記す)層又は結晶性ボロンマグネシウム酸化物(以下、BMg酸化物と記す)層を有する。   The magnetoresistive element of the present invention has a substrate, a magnetization fixed layer, a tunnel barrier layer, and a magnetization free layer. The magnetization free layer contains a crystalline first ferromagnetic layer made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms (hereinafter referred to as CoFeB), and Ni atoms, Fe atoms and B atoms. It has a crystalline second ferromagnetic layer made of an alloy (hereinafter referred to as NiFeB). The tunnel barrier layer preferably includes a crystalline magnesium oxide (hereinafter referred to as Mg oxide) layer or a crystalline boron magnesium oxide (hereinafter referred to as BMg oxide) layer.

以下に、本発明の好適な実施形態を挙げてより詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.

図1は、本発明に係る磁気抵抗素子10の積層構造の一例を示し、TMR素子12を用いた磁気抵抗素子10の積層構造を示している。この磁気抵抗素子10によれば、基板11の上に、このTMR素子12を含め、例えば、10層の多層膜が形成されている。この10層の多層膜では、最下層の第1層(Ta層)から最上層の第10層(Ru層)に向かった多層膜構造体となっている。具体的には、PtMn層14、CoFe層15、非磁性Ru層16、CoFeB層121、トンネルバリア層である非磁性多結晶Mg酸化物層又はBMg酸化物層122、CoFeB層1232、NiFeB層1231が積層されている。さらにその上に、非磁性Ta層17及び非磁性Ru層18の順序で積層され、全体に磁性層及び非磁性層が積層されている。尚、図中の各層の括弧中の数値は、各層の厚みを示し、単位はnmである。当該厚みは一例であって、これに限定されるものではない。また、PtMn層はPt原子とMn原子とを含有する合金層、CoFe層はCo原子とFe原子を含有する合金層、NiFeB層はNi原子とFe原子とB原子を含有する合金層である。   FIG. 1 shows an example of the laminated structure of the magnetoresistive element 10 according to the present invention, and shows the laminated structure of the magnetoresistive element 10 using the TMR element 12. According to the magnetoresistive element 10, for example, a multilayer film of 10 layers including the TMR element 12 is formed on the substrate 11. This 10-layer multilayer film has a multilayer film structure from the lowermost first layer (Ta layer) to the uppermost 10th layer (Ru layer). Specifically, the PtMn layer 14, the CoFe layer 15, the nonmagnetic Ru layer 16, the CoFeB layer 121, the nonmagnetic polycrystalline Mg oxide layer or BMg oxide layer 122 that is a tunnel barrier layer, the CoFeB layer 1232, and the NiFeB layer 1231. Are stacked. Further thereon, a nonmagnetic Ta layer 17 and a nonmagnetic Ru layer 18 are stacked in this order, and a magnetic layer and a nonmagnetic layer are stacked as a whole. In addition, the numerical value in the bracket | parenthesis of each layer in a figure shows the thickness of each layer, and a unit is nm. The said thickness is an example and is not limited to this. The PtMn layer is an alloy layer containing Pt atoms and Mn atoms, the CoFe layer is an alloy layer containing Co atoms and Fe atoms, and the NiFeB layer is an alloy layer containing Ni atoms, Fe atoms, and B atoms.

また、本発明では、CoFeB層121と他の強磁性体層、例えばCoFe層、CoFeNi層などを積層した積層構造としても良い。   In the present invention, a CoFeB layer 121 and another ferromagnetic layer, for example, a CoFe layer, a CoFeNi layer, or the like may be laminated.

11は、ウエハー基板、ガラス基板やサファイヤ基板などの基板である。   Reference numeral 11 denotes a substrate such as a wafer substrate, a glass substrate, or a sapphire substrate.

12はTMR素子で、多結晶CoFeB層からなる強磁性体層121、トンネルバリア層122、多結晶CoFeB層からなる第一強磁性体層1232及び多結晶NiFeB層からなる第二強磁性体層1231の積膜層構造体よって構成されている。トンネルバリア層122は多結晶Mg酸化物層又は多結晶BMg酸化物層からなる。   A TMR element 12 is a ferromagnetic layer 121 made of a polycrystalline CoFeB layer, a tunnel barrier layer 122, a first ferromagnetic layer 1232 made of a polycrystalline CoFeB layer, and a second ferromagnetic layer 1231 made of a polycrystalline NiFeB layer. It is comprised by the laminated film layer structure of this. The tunnel barrier layer 122 is made of a polycrystalline Mg oxide layer or a polycrystalline BMg oxide layer.

また、本発明には、上記第一強磁性体層1232のCoFeB層は、他の原子、例えば、Pt、Ni、Mn等を微量含有(5atomic%以下、好ましくは、0.01乃至1atomic%)させることができる。微量成分としてNi原子を含有する場合のNi原子の含有量は、第二強磁性体層1231のNiFeB層中のNi原子の含有量に対して5atomic%以下、好ましくは0.01乃至1.0atomic%とするが、この範囲には限らない。   In the present invention, the CoFeB layer of the first ferromagnetic layer 1232 contains a small amount of other atoms such as Pt, Ni, Mn, etc. (5 atomic% or less, preferably 0.01 to 1 atomic%). Can be made. The content of Ni atoms when Ni atoms are contained as a minor component is 5 atomic% or less, preferably 0.01 to 1.0 atomic, with respect to the content of Ni atoms in the NiFeB layer of the second ferromagnetic layer 1231. %, But not limited to this range.

また、本発明では、上記第二強磁性体層1231のNiFeB層は、他の原子、例えば、Pt、Co、Mn等を微量含有(5atomic%以下、好ましくは、0.01乃至1atomic%)させることができる。微量成分としてCo原子を含有する場合のCo原子の含有量は、第一強磁性体層1232のCoFeB層中のCo原子の含有量に対して5atomic%以下、好ましくは、0.01乃至1.0atomic%とするが、この範囲には限らない。   In the present invention, the NiFeB layer of the second ferromagnetic layer 1231 contains a small amount of other atoms such as Pt, Co, Mn, etc. (5 atomic% or less, preferably 0.01 to 1 atomic%). be able to. When Co atoms are contained as a minor component, the Co atom content is 5 atomic% or less, preferably 0.01 to 1.% with respect to the Co atom content in the CoFeB layer of the first ferromagnetic layer 1232. Although it is 0 atomic%, it is not limited to this range.

13は、第1層(Ta層)の下電極層(下地層)であり、14は、第2層(PtMn層)の反強磁性体層である。15は第3層(CoFe層)の強磁性体層で、16は第4層(Ru層)の交換結合用非磁性体層である。   Reference numeral 13 denotes a lower electrode layer (underlayer) of the first layer (Ta layer), and reference numeral 14 denotes an antiferromagnetic layer of the second layer (PtMn layer). 15 is a ferromagnetic layer of the third layer (CoFe layer), and 16 is a non-magnetic layer for exchange coupling of the fourth layer (Ru layer).

第5層は、結晶性CoFeB層121からなる強磁性体層である。結晶性CoFeB層121でのB原子の含有量は、好ましくは0.1atomic%乃至60atmic%、より好ましくは10atomic%乃至50atmic%の範囲に設定される。結晶性CoFeB層121には、他の原子、例えば、Pt、Ni、Mn等を微量含有(5atomic%以下、好ましくは、0.01乃至1atomic%)させることができる。   The fifth layer is a ferromagnetic layer made of the crystalline CoFeB layer 121. The B atom content in the crystalline CoFeB layer 121 is preferably set in the range of 0.1 atomic% to 60 atomic%, more preferably 10 atomic% to 50 atomic%. The crystalline CoFeB layer 121 can contain a small amount (5 atomic% or less, preferably 0.01 to 1 atomic%) of other atoms such as Pt, Ni, and Mn.

上述の第3層、第4層及び第5層とからなる層は、磁化固定層19である。実質的な磁化固定層19は、第5層の結晶性CoFeB層121の強磁性体層である。   The layer composed of the third layer, the fourth layer, and the fifth layer described above is the magnetization fixed layer 19. The substantial magnetization fixed layer 19 is a ferromagnetic layer of the fifth crystalline CoFeB layer 121.

122は、第6層(多結晶Mg酸化物層又はBMg酸化物層)のトンネルバリア層で、絶縁層である。トンネルバリア層122は、単一の多結晶Mg酸化物層または多結晶BMG酸化物層であってもよい。   A tunnel barrier layer 122 is a sixth layer (polycrystalline Mg oxide layer or BMg oxide layer), and is an insulating layer. The tunnel barrier layer 122 may be a single polycrystalline Mg oxide layer or a polycrystalline BMG oxide layer.

また、本発明は、トンネルバリア層122を図6に図示した構成とすることができる。即ち、多結晶Mg酸化物層1221又は多結晶BMg酸化物層1221、多結晶Mg(金属マグネシウム)層1222又は多結晶BMg(ボロンマグネシウム合金)層1222及び多結晶Mg酸化物層1223又は多結晶BMg酸化物層1223の積層構造である。さらに、図6に図示した積層膜1221、1222及び1223からなる3層を複数設けた積層構造体であってもよい。   Further, according to the present invention, the tunnel barrier layer 122 can be configured as shown in FIG. That is, the polycrystalline Mg oxide layer 1221 or the polycrystalline BMg oxide layer 1221, the polycrystalline Mg (metallic magnesium) layer 1222 or the polycrystalline BMg (boron magnesium alloy) layer 1222, and the polycrystalline Mg oxide layer 1223 or polycrystalline BMg A stacked structure of the oxide layer 1223 is shown. Furthermore, a laminated structure in which a plurality of three layers including the laminated films 1221, 1222 and 1223 illustrated in FIG. 6 are provided may be used.

図8は、本発明の別のTMR素子12の例である。図8中の符号12、121、122、1231及び1232は、上述のものと同一部材である。本例では、トンネルバリア層122は、多結晶Mg酸化物層又は多結晶BMg酸化物層82と、該層82の両側のMg層又はBMg層81及び83とからなる積層膜である。また、本発明では、層81の使用を省略し、層82を結晶性CoFeB層1232に隣接配置させることができる。又は、層83の使用を省略し、層82を結晶性CoFeB層121に隣接配置させることができる。   FIG. 8 is an example of another TMR element 12 of the present invention. Reference numerals 12, 121, 122, 1231 and 1232 in FIG. 8 are the same members as described above. In this example, the tunnel barrier layer 122 is a laminated film including a polycrystalline Mg oxide layer or polycrystalline BMg oxide layer 82 and Mg layers or BMg layers 81 and 83 on both sides of the layer 82. In the present invention, the use of the layer 81 can be omitted, and the layer 82 can be disposed adjacent to the crystalline CoFeB layer 1232. Alternatively, the use of the layer 83 can be omitted and the layer 82 can be disposed adjacent to the crystalline CoFeB layer 121.

図7は、BMg酸化物層又はMg酸化物層のカラム状結晶72の集合体71からなる多結晶構造の模式斜視図である。該多結晶構造には、多結晶領域内に部分的なアモルファス領域を含む多結晶−アモルファス混合領域の構造物も包含される。該カラム条結晶は、各カラム毎において、膜厚方向で(001)結晶面が優先的に配向した単結晶であることが好ましい。また、該カラム状単結晶の平均的な直径は、好ましくは10nm以下であり、より好ましくは2nm乃至5nmの範囲であり、その膜厚は、好ましくは10nm以下であり、より好ましくは0.5nm乃至5nmの範囲である。   FIG. 7 is a schematic perspective view of a polycrystalline structure composed of a BMg oxide layer or an aggregate 71 of columnar crystals 72 of the Mg oxide layer. The polycrystalline structure also includes a structure of a polycrystalline-amorphous mixed region including a partial amorphous region in the polycrystalline region. The column crystal is preferably a single crystal in which (001) crystal planes are preferentially oriented in the film thickness direction for each column. The average diameter of the columnar single crystal is preferably 10 nm or less, more preferably in the range of 2 nm to 5 nm, and the film thickness is preferably 10 nm or less, more preferably 0.5 nm. It is in the range of 5 nm.

また、本発明で用いられるBMg酸化物は、一般式BxMgyz(0.7≦Z/(X+Y)≦1.3であり、好ましくは、0.8≦Z/(X+Y)<1.0である)で示される。本発明では、化学論量のBMg酸化物を用いるのが好ましいが、酸素欠損のBMg酸化物であっても、高いMR比を得ることができる。Further, the BMg oxide used in the present invention has a general formula B x Mg y O z (0.7 ≦ Z / (X + Y) ≦ 1.3, preferably 0.8 ≦ Z / (X + Y) <. 1.0). In the present invention, it is preferable to use a stoichiometric amount of BMg oxide, but a high MR ratio can be obtained even with an oxygen-deficient BMg oxide.

また、本発明で用いられるMg酸化物は、一般式Mgyz(0.7≦Z/Y≦1.3であり、好ましくは、0.8≦Z/Y<1.0である)で示される。本発明では、化学論量のMg酸化物を用いるのが好ましいが、酸素欠損のMg酸化物であっても、高いMR比を得ることができる。The Mg oxide used in the present invention has a general formula Mg y O z (0.7 ≦ Z / Y ≦ 1.3, preferably 0.8 ≦ Z / Y <1.0). Indicated by In the present invention, it is preferable to use a stoichiometric amount of Mg oxide, but even with an oxygen-deficient Mg oxide, a high MR ratio can be obtained.

また、本発明で用いられる多結晶Mg酸化物又は多結晶BMg酸化物には、各種微量成分、例えばZn原子、C原子、Al原子、Ca原子、Si原子等を10ppm乃至100ppmの範囲で含有することができる。   The polycrystalline Mg oxide or polycrystalline BMg oxide used in the present invention contains various trace components such as Zn atom, C atom, Al atom, Ca atom, Si atom and the like in the range of 10 ppm to 100 ppm. be able to.

第7層及び第8層は、磁化自由層として機能することができる。第7層を構成する結晶性CoFeB層1232は、CoFeBターゲットを用いたスパッタリングにより成膜することができる。第8層を構成する結晶性NiFeB層1231は、NiFeB合金ターゲットを用いたスパッタリングにより成膜することができる。   The seventh layer and the eighth layer can function as a magnetization free layer. The crystalline CoFeB layer 1232 constituting the seventh layer can be formed by sputtering using a CoFeB target. The crystalline NiFeB layer 1231 constituting the eighth layer can be formed by sputtering using a NiFeB alloy target.

上記した結晶性CoFeB層121、CoFeB層1232及びNiFeB層1231は、前述の図7に図示したカラム結晶構造72からなる集合体71と同一の構造の結晶構造のものであってもよい。   The crystalline CoFeB layer 121, the CoFeB layer 1232, and the NiFeB layer 1231 described above may have a crystal structure having the same structure as the aggregate 71 including the column crystal structure 72 illustrated in FIG.

結晶性CoFeB層121とCoFeB層1232とは、中間に位置するトンネルバリア層122と隣接させて設けることが好ましい。製造装置においては、これら3層は真空を破ることなく、順次、積層される。   The crystalline CoFeB layer 121 and the CoFeB layer 1232 are preferably provided adjacent to the tunnel barrier layer 122 located in the middle. In the manufacturing apparatus, these three layers are sequentially stacked without breaking the vacuum.

17は、第9層(Ta層)の電極層である。   Reference numeral 17 denotes an electrode layer of a ninth layer (Ta layer).

18は、第10層(Ru層)のハードマスク層である。第10層は、ハードマスクとして用いられた際には、磁気抵抗素子から除去されていてもよい。   Reference numeral 18 denotes a hard mask layer of the tenth layer (Ru layer). The tenth layer may be removed from the magnetoresistive element when used as a hard mask.

次に、図2を参照して、上記の積層構造を有する磁気抵抗素子10を製造する装置と製造方法を説明する。図2は磁気抵抗素子10を製造する装置の概略的な平面図であり、本装置は複数の磁性層及び非磁性層を含む多層膜を作製することのできる装置であり、量産型スパッタリング成膜装置である。   Next, with reference to FIG. 2, an apparatus and a manufacturing method for manufacturing the magnetoresistive element 10 having the above laminated structure will be described. FIG. 2 is a schematic plan view of an apparatus for manufacturing the magnetoresistive element 10, which is an apparatus capable of producing a multilayer film including a plurality of magnetic layers and a nonmagnetic layer, and is a mass production type sputtering film formation. Device.

図2に示された磁性多層膜作製装置200は、クラスタ型製造装置であり、スパッタリング法に基づく3つの成膜チャンバを備えている。本装置200では、ロボット搬送装置(不図示)を備える搬送チャンバ202が中央位置に設置している。磁気抵抗素子製造のための製造装置200の搬送チャンバ202には、2つのロードロック・アンロードロックチャンバ205及び206が設けられ、それぞれにより基板(例えば、シリコン基板)11の搬入及び搬出が行われる。これらのロードロック・アンロードロックチャンバ205及び206を交互に、基板の搬入搬出を実施することによって、タクトタイムを短縮させ、生産性よく磁気抵抗素子を作製できる構成となっている。   The magnetic multilayer film manufacturing apparatus 200 shown in FIG. 2 is a cluster type manufacturing apparatus and includes three film forming chambers based on a sputtering method. In this apparatus 200, a transfer chamber 202 provided with a robot transfer apparatus (not shown) is installed at a central position. Two load lock / unload lock chambers 205 and 206 are provided in the transfer chamber 202 of the manufacturing apparatus 200 for manufacturing the magnetoresistive element, and the substrate (for example, silicon substrate) 11 is carried in and out, respectively. . By alternately loading and unloading the substrate between these load lock / unload lock chambers 205 and 206, the tact time is shortened and a magnetoresistive element can be manufactured with high productivity.

磁気抵抗素子製造のための製造装置200では、搬送チャンバ202の周囲に、3つの成膜用マグネトロンスパッタリングチャンバ201A乃至201Cと、1つのエッチングチャンバ203とが設けられている。エッチングチャンバ203では、TMR素子10の所要表面をエッチング処理する。各チャンバ201A乃至201C及び203と搬送チャンバ202との間には、開閉自在なゲートバルブ204が設けられている。尚、各チャンバ201A乃至201C及び202には、不図示の真空排気機構、ガス導入機構、電力供給機構などが付設されている。成膜用マグネトロンスパッタリングチャンバ201A乃至201Cは、高周波スパッタリング法を用いて、基板11の上に、真空を破らずに、前述した第1層から第10層までの各膜を順次に堆積することができる。   In the manufacturing apparatus 200 for manufacturing a magnetoresistive element, three film forming magnetron sputtering chambers 201 </ b> A to 201 </ b> C and one etching chamber 203 are provided around a transfer chamber 202. In the etching chamber 203, a required surface of the TMR element 10 is etched. A gate valve 204 that can be opened and closed is provided between each of the chambers 201A to 201C and 203 and the transfer chamber 202. Each chamber 201A to 201C and 202 is provided with an unillustrated evacuation mechanism, gas introduction mechanism, power supply mechanism, and the like. The magnetron sputtering chambers 201A to 201C for film formation can sequentially deposit each film from the first layer to the tenth layer on the substrate 11 using a high frequency sputtering method without breaking the vacuum. it can.

成膜用マグネトロンスパッタリングチャンバ201A乃至201Cの天井部には、それぞれ、適当な円周の上に配置された4基または5基のカソード31乃至35、41乃至45、51乃至54が配置される。さらに当該円周と同軸上に位置する基板ホルダ上に基板11が配置される。また、上記カソード31乃至35、41乃至45、51乃至54に装着したターゲットの背後にマグネットを配置したマグネトロンスパッタリング装置とするのが好ましい。   Four or five cathodes 31 to 35, 41 to 45, 51 to 54 are arranged on an appropriate circumference on the ceiling of the magnetron sputtering chambers 201A to 201C for film formation. Further, the substrate 11 is disposed on a substrate holder located coaxially with the circumference. Further, a magnetron sputtering apparatus in which a magnet is disposed behind the targets mounted on the cathodes 31 to 35, 41 to 45, 51 to 54 is preferable.

上記装置においては、電力投入手段207A乃至207Cから、上記カソード31乃至35、41乃至45、51乃至54にラジオ周波数(RF周波数)のような高周波電力が印加される。高周波電力としては、0.3MHz乃至10GHzの範囲、好ましくは、5MHz乃至5GHzの範囲の周波数及び10W乃至500Wの範囲、好ましくは、100W乃至300Wの範囲の電力を用いることができる。   In the apparatus, high-frequency power such as a radio frequency (RF frequency) is applied to the cathodes 31 to 35, 41 to 45, 51 to 54 from the power input means 207A to 207C. As the high frequency power, a frequency in the range of 0.3 MHz to 10 GHz, preferably a frequency in the range of 5 MHz to 5 GHz and a power in the range of 10 W to 500 W, preferably in the range of 100 W to 300 W can be used.

上記において、例えば、カソード31にはTaターゲットが、カソード32にはPtMnターゲットが、カソード33にはCoFeBターゲットが、カソード34にはCoFeターゲットが、カソード35には、Ruターゲットがそれぞれ装着される。   In the above, for example, a Ta target is attached to the cathode 31, a PtMn target is attached to the cathode 32, a CoFeB target is attached to the cathode 33, a CoFe target is attached to the cathode 34, and a Ru target is attached to the cathode 35.

また、カソード41には、Mg酸化物ターゲットが、カソード42にはBMg酸化物ターゲットが装着される。   The cathode 41 is equipped with a Mg oxide target, and the cathode 42 is fitted with a BMg oxide target.

また、必要に応じて、カソード43にMgターゲットを装着し、カソード44にはBMgターゲットを装着することができる。図8に図示した構造のトンネルバリア層122は、このカソード43又は44を用いることによって作製することができる。   If necessary, an Mg target can be attached to the cathode 43, and a BMg target can be attached to the cathode 44. The tunnel barrier layer 122 having the structure shown in FIG. 8 can be produced by using the cathode 43 or 44.

カソード51には第7層のためのCoFeBターゲットが、カソード52には第9層のTa層のためのTaターゲットが、カソード53には第10層のためのRuターゲットが、カソード54は、第8層のためのNiFeBターゲットがそれぞれ装着される。   The cathode 51 is a CoFeB target for the seventh layer, the cathode 52 is a Ta target for the ninth Ta layer, the cathode 53 is a Ru target for the tenth layer, and the cathode 54 is NiFeB targets for 8 layers are each mounted.

上記カソード31乃至35、41乃至45、51乃至54に装着した各ターゲットの各面内方向と基板の面内方向とは、互いに、非平行に配置することが好ましい。該非平行な配置を用いることによって、基板径より小径のターゲットを回転させながら、スパッタリングすることによって、高効率で、且つ、ターゲット組成と同一組成の磁性膜及び非磁性膜を堆積させることができる。   The in-plane directions of the targets mounted on the cathodes 31 to 35, 41 to 45, and 51 to 54 are preferably arranged non-parallel to each other. By using the non-parallel arrangement, a magnetic film and a nonmagnetic film having the same composition as the target composition can be deposited by sputtering while rotating a target having a smaller diameter than the substrate diameter.

上記非平行な配置は、例えば、ターゲット中心軸と基板中心軸との交差角を45°以下、好ましくは5°乃至30°となる様に、両者を非平行に配置することができる。また、この時の基板は、10rpm乃至500rpmの回転速度、好ましくは、50rpm乃至200rpmの回転速度を用いることができる。   In the non-parallel arrangement, for example, they can be arranged non-parallel so that the crossing angle between the target central axis and the substrate central axis is 45 ° or less, preferably 5 ° to 30 °. Further, the substrate at this time can use a rotation speed of 10 rpm to 500 rpm, preferably a rotation speed of 50 rpm to 200 rpm.

図3は、本発明に用いられる成膜装置のブロック図である。図中、301は図2中の搬送チャンバ202に相当する搬送チャンバ、302は成膜用マグネトロンスパッタリングチャンバ201Aに相当する成膜チャンバ、303は成膜用マグネトロンスパッタリングチャンバ201Bに相当する成膜チャンバである。また、304は成膜用マグネトロンスパッタリングチャンバ201Cに相当する成膜チャンバ、305はロードロック・アンロードロックチャンバ205及び206に相当するロードロック・アンロードロックチャンバである。さらに、306は記憶媒体312を内蔵した中央演算器(CPU)である。符号309乃至311は、CPU306と各処理チャンバ301乃至305とを接続するバスラインで、各処理チャンバ301乃至305の動作を制御する制御信号がCPU306より各処理チャンバ301乃至305に送信される。   FIG. 3 is a block diagram of a film forming apparatus used in the present invention. In the figure, 301 is a transfer chamber corresponding to the transfer chamber 202 in FIG. 2, 302 is a film forming chamber corresponding to the film forming magnetron sputtering chamber 201A, and 303 is a film forming chamber corresponding to the film forming magnetron sputtering chamber 201B. is there. Reference numeral 304 denotes a film forming chamber corresponding to the film forming magnetron sputtering chamber 201C, and reference numeral 305 denotes a load lock / unload lock chamber corresponding to the load lock / unload lock chambers 205 and 206. Reference numeral 306 denotes a central processing unit (CPU) having a built-in storage medium 312. Reference numerals 309 to 311 denote bus lines that connect the CPU 306 and the processing chambers 301 to 305, and control signals for controlling the operations of the processing chambers 301 to 305 are transmitted from the CPU 306 to the processing chambers 301 to 305.

本発明の磁気抵抗素子の製造においては、例えば、ロードロック・アンロードロックチャンバ305内の基板(図示せず)は搬送チャンバ301に搬出される。この基板搬出工程は、CPU306が記憶媒体312に記憶させた制御プログラムに基づいて演算する。そして、この演算結果に基づく制御信号が、バスライン307及び311を通して、ロードロック・アンロードロックチャンバ305及び搬送チャンバ301に搭載した各種装置の実行を制御することによって実施される。上記各種装置としては、例えば、不図示のゲートバルブ、ロボット機構、搬送機構、駆動系等が挙げられ、記憶媒体312が前述した本発明の記憶媒体に相当する。   In the manufacture of the magnetoresistive element of the present invention, for example, a substrate (not shown) in the load lock / unload lock chamber 305 is carried out to the transfer chamber 301. This substrate unloading step is calculated based on a control program stored in the storage medium 312 by the CPU 306. A control signal based on the calculation result is executed by controlling the execution of various devices mounted in the load lock / unload lock chamber 305 and the transfer chamber 301 through the bus lines 307 and 311. Examples of the various devices include a gate valve (not shown), a robot mechanism, a transport mechanism, and a drive system, and the storage medium 312 corresponds to the storage medium of the present invention described above.

搬送チャンバ301に搬送された基板は、成膜チャンバ302に搬出される。成膜チャンバ302に搬入された基板は、ここで、図1の第1層13乃至第5層(CoFeB層)までが順次積層される。この段階での第5層のCoFeB層121は、好ましくは、アモルファス構造となっているが、多結晶構造であっても良い。   The substrate transferred to the transfer chamber 301 is transferred to the film formation chamber 302. Here, the first layer 13 to the fifth layer (CoFeB layer) in FIG. 1 are sequentially stacked on the substrate carried into the film forming chamber 302. The CoFeB layer 121 of the fifth layer at this stage preferably has an amorphous structure, but may have a polycrystalline structure.

上記積層プロセスは、CPU306内で、記憶媒体312に記憶させた制御プログラムに基づいて演算された制御信号が、バスライン307,308を通して搬送チャンバ301及び成膜チャンバ302に搭載した各種装置の実行を制御することで実施される。係る各種装置としては、例えば、不図示のカソードへの電力投入機構、基板回転機構、ガス導入機構、排気機構、ゲートバルブ、ロボット機構、搬送機構、駆動系等が挙げられる。   In the stacking process, control signals calculated based on the control program stored in the storage medium 312 in the CPU 306 execute various apparatuses mounted on the transfer chamber 301 and the film forming chamber 302 through the bus lines 307 and 308. Implemented by controlling. Examples of such various devices include a power supply mechanism to a cathode (not shown), a substrate rotation mechanism, a gas introduction mechanism, an exhaust mechanism, a gate valve, a robot mechanism, a transport mechanism, and a drive system.

上記第5層までの積層膜を持った基板は、一旦、搬送チャンバ301に戻され、その後成膜チャンバ303に搬入される。   The substrate having the laminated film up to the fifth layer is once returned to the transfer chamber 301 and then transferred into the film formation chamber 303.

成膜チャンバ303内で、上記第5層のCoFeB121層の上に、第6層として、多結晶Mg酸化物層122又は多結晶BMg酸化物層122の成膜を実行する。第6層の成膜は、CPU306内で、記憶媒体312に記憶させた制御プログラムに基づいて演算された制御信号が、バスライン307,309を通して、搬送チャンバ301及び成膜チャンバ303に搭載した各種装置の実行を制御することによって実施される。該各種装置としては、例えば、図示していないカソードへの電力投入機構、基板回転機構、ガス導入機構、排気機構、ゲートバルブ、ロボット機構、搬送機構、駆動系等が挙げられる。   In the film formation chamber 303, a polycrystalline Mg oxide layer 122 or a polycrystalline BMg oxide layer 122 is formed as a sixth layer on the fifth CoFeB 121 layer. In the sixth layer deposition, various control signals calculated based on the control program stored in the storage medium 312 in the CPU 306 are mounted on the transfer chamber 301 and the deposition chamber 303 through the bus lines 307 and 309. This is done by controlling the execution of the device. Examples of the various devices include a power supply mechanism to a cathode (not shown), a substrate rotation mechanism, a gas introduction mechanism, an exhaust mechanism, a gate valve, a robot mechanism, a transport mechanism, and a drive system.

上記第6層のMg酸化物層122又はBMg酸化物層122までの積層膜を持った基板は、再度、一旦、搬送チャンバ301に戻され、その後成膜チャンバ304に搬入される。   The substrate having the laminated film up to the sixth Mg oxide layer 122 or BMg oxide layer 122 is once again returned to the transfer chamber 301 and then transferred into the film formation chamber 304.

成膜チャンバ304内で、上記第6層の多結晶Mg酸化物層122又はBMg酸化物層122の上に、第7層(CoFeB層1232)、第8層(NiFeB層1231)、第9層(Ta層17)及び第10層(Ru層18)が順次積層される。この段階での第7層のCoFeB層1232及び第8層のNiFeB層1231は、好ましくは、アモルファス構造となっているが、多結晶構造であってもよい。   In the film forming chamber 304, the seventh layer (CoFeB layer 1232), the eighth layer (NiFeB layer 1231), and the ninth layer are formed on the polycrystalline Mg oxide layer 122 or the BMg oxide layer 122 of the sixth layer. The (Ta layer 17) and the tenth layer (Ru layer 18) are sequentially stacked. The seventh CoFeB layer 1232 and the eighth NiFeB layer 1231 at this stage preferably have an amorphous structure, but may have a polycrystalline structure.

上記積層は、CPU306内で、記憶媒体312に記憶させた制御プログラムに基づいて演算された制御信号が、バスライン307,310を通して、搬送チャンバ301及び成膜チャンバ304に搭載した各種装置の実行を制御することで実施される。該各種装置としては、例えば、図示していないカソードへの電力投入機構、基板回転機構、ガス導入機構、排気機構、ゲートバルブ、ロボット機構、搬送機構、駆動系等が挙げられる。   In the above-described stacking, the control signals calculated based on the control program stored in the storage medium 312 in the CPU 306 execute various apparatuses mounted on the transfer chamber 301 and the film forming chamber 304 through the bus lines 307 and 310. Implemented by controlling. Examples of the various devices include a power supply mechanism to a cathode (not shown), a substrate rotation mechanism, a gas introduction mechanism, an exhaust mechanism, a gate valve, a robot mechanism, a transport mechanism, and a drive system.

記憶媒体312は、本発明の記憶媒体であり、係る記憶媒体には磁気抵抗素子の製造を実行するための制御プログラムが記憶されている。   The storage medium 312 is a storage medium of the present invention, and a control program for executing manufacture of the magnetoresistive element is stored in the storage medium.

本発明で用いる記憶媒体312としては、ハードディスク媒体、光磁気ディスク媒体、フロッピー(登録商標)ディスク媒体、フラッシュメモリやMRAM等の不揮発性メモリ全般を挙げることができ、プログラム格納可能な媒体を含むものである。   Examples of the storage medium 312 used in the present invention include a hard disk medium, a magneto-optical disk medium, a floppy (registered trademark) disk medium, and a nonvolatile memory such as a flash memory and an MRAM. .

また、成膜直後の上記第5層121、第7層1232、第8層1231のアモルファス状態をアニーリングにより、図7に図示した多結晶構造とすることができる。このため、本発明の製造方法では、成膜直後の磁気抵抗素子10をアニーリング炉(不図示)に搬入し、ここで、第5層121、第7層1232及び第8層1231のアモルファス状態を結晶状態に相変化させることができる。また、この時、第2層であるPtMn層14に磁気を付与することができる。   Further, the amorphous state of the fifth layer 121, the seventh layer 1232, and the eighth layer 1231 immediately after the film formation can be made into the polycrystalline structure shown in FIG. 7 by annealing. For this reason, in the manufacturing method of the present invention, the magnetoresistive element 10 immediately after film formation is carried into an annealing furnace (not shown), where the fifth layer 121, the seventh layer 1232, and the eighth layer 1231 are in an amorphous state. The phase can be changed to a crystalline state. At this time, magnetism can be imparted to the PtMn layer 14 as the second layer.

上記記憶媒体312には、アニーリング炉での工程を実施するための制御プログラムが記憶されている。よって、該制御プログラムに基づく、CPU306の演算により得た制御信号によって、アニーリング炉内の各種装置(例えば、ヒータ機構、排気機構、搬送機構等)を制御し、アニーリング工程を実行することができる。   The storage medium 312 stores a control program for performing the process in the annealing furnace. Therefore, the annealing process can be executed by controlling various devices (for example, a heater mechanism, an exhaust mechanism, a transport mechanism, etc.) in the annealing furnace by a control signal obtained by calculation of the CPU 306 based on the control program.

また、上記第5層のCoFeB層121に換えて、CoFeTaZr層、CoTaZr層、CoFeNbZr層、CoFeZr層、FeTaC層、FeTaN層、又はFeC層など合金層からなる結晶性強磁性体層を用いることができる。   Further, instead of the fifth CoFeB layer 121, a crystalline ferromagnetic layer made of an alloy layer such as a CoFeTaZr layer, a CoTaZr layer, a CoFeNbZr layer, a CoFeZr layer, a FeTaC layer, a FeTaN layer, or a FeC layer may be used. it can.

また、本発明では、上記第4層16のRu層に換えて、Rh層又はIr層を用いることができる。   In the present invention, an Rh layer or an Ir layer can be used instead of the Ru layer of the fourth layer 16.

また、本発明では、上記第2層のPtMn14層に換えて、IrMn層、IrMnCr層、NiMn層、PdPtMn層、RuRhMn層やOsMn等の各合金層も好ましく用いられる。又、その膜厚は、10乃至30nmが好ましい。   In the present invention, an alloy layer such as an IrMn layer, an IrMnCr layer, a NiMn layer, a PdPtMn layer, a RuRhMn layer, or OsMn is preferably used instead of the second PtMn14 layer. The film thickness is preferably 10 to 30 nm.

図4は、本発明の磁気抵抗素子をメモリ素子として用いたMRAM401の模式図である。MRAM401において、402は本発明のメモリ素子、403はワード線、404はビット線である。多数のメモリ素子402のそれぞれは、複数のワード線403と複数のビット線404の各交点位置に配置され、格子状の位置関係に配置される。多数のメモリ素子402のそれぞれが1ビットの情報を記憶することができる。   FIG. 4 is a schematic diagram of an MRAM 401 using the magnetoresistive element of the present invention as a memory element. In the MRAM 401, 402 is a memory element of the present invention, 403 is a word line, and 404 is a bit line. Each of the large number of memory elements 402 is arranged at each intersection position of a plurality of word lines 403 and a plurality of bit lines 404, and is arranged in a lattice-like positional relationship. Each of the large number of memory elements 402 can store 1-bit information.

図5は、MRAM401のワード線403とビット線404の交点位置において、1ビットの情報を記憶するTMR素子10と、スイッチ機能を有するトランジスタ501とで構成した等価回路図である。   FIG. 5 is an equivalent circuit diagram including the TMR element 10 that stores 1-bit information and the transistor 501 having a switch function at the intersection of the word line 403 and the bit line 404 of the MRAM 401.

図1に示した磁気抵抗素子を図2に示した成膜装置を用いて作製した。主要部であるTMR素子12の成膜条件は以下の通りである。   The magnetoresistive element shown in FIG. 1 was produced using the film forming apparatus shown in FIG. The film forming conditions of the TMR element 12 which is the main part are as follows.

CoFeB層121は、CoFeB組成比(atomic:原子比)60/20/20のターゲットを用いた。CoFeB層121は、Arをスパッタガスとし、その圧力を0.03Paとした。CoFeB層121の成膜は、マグネトロンDCスパッタ(チャンバ201A)によりスパッタレート0.64nm/secで成膜した。この時のCoFeB層121は、アモルファス構造を有していた。   For the CoFeB layer 121, a target having a CoFeB composition ratio (atomic ratio) of 60/20/20 was used. In the CoFeB layer 121, Ar was used as a sputtering gas, and its pressure was set to 0.03 Pa. The CoFeB layer 121 was formed by magnetron DC sputtering (chamber 201A) at a sputtering rate of 0.64 nm / sec. At this time, the CoFeB layer 121 had an amorphous structure.

続いて、スパッタリング装置(チャンバ201B)に換えて、MgO組成比(atomic:原子比)50/50のターゲットを用いた。スパッタガスとしてArを用い、好適範囲0.01乃至0.4Paの圧力範囲のうち、0.2Paの圧力を用いて、マグネトロンRFスパッタリング(13.56MHz)により、第6層のMg酸化物層であるトンネルバリア層122を成膜した。この際、Mg酸化物層(トンネルバリア層122)は、図7に図示したカラム状結晶72の集合体71よりなる多結晶構造であった。また、この時のマグネトロンRFスパッタリング(13.56MHz)の成膜レートは、0.14nm/secであった。   Subsequently, a target with an MgO composition ratio (atomic ratio) of 50/50 was used instead of the sputtering apparatus (chamber 201B). Ar is used as a sputtering gas, and a pressure of 0.2 Pa is used in a pressure range of 0.01 to 0.4 Pa, and magnetron RF sputtering (13.56 MHz) is used to form a sixth Mg oxide layer. A certain tunnel barrier layer 122 was formed. At this time, the Mg oxide layer (tunnel barrier layer 122) had a polycrystalline structure composed of the aggregate 71 of columnar crystals 72 shown in FIG. Further, the deposition rate of magnetron RF sputtering (13.56 MHz) at this time was 0.14 nm / sec.

さらに続けて、スパッタリング装置(チャンバ201C)に換えて、磁化自由層(第7層のCoFeB層1232)である強磁性体層を成膜した。CoFeB層1232は、Arをスパッタガスとし、その圧力を0.03Paとした。CoFeB層1232の成膜は、スパッタレート0.64nm/secで成膜した。この時、CoFeB層1232は、CoFeB組成比(atomic:原子比)40/40/20のターゲットを用いた。この成膜直後において、CoFeB層1232はアモルファス構造であった。   Subsequently, instead of the sputtering apparatus (chamber 201C), a ferromagnetic layer which is a magnetization free layer (seventh CoFeB layer 1232) was formed. In the CoFeB layer 1232, Ar was used as a sputtering gas, and its pressure was set to 0.03 Pa. The CoFeB layer 1232 was formed at a sputtering rate of 0.64 nm / sec. At this time, the CoFeB layer 1232 was a target having a CoFeB composition ratio (atomic ratio) of 40/40/20. Immediately after the film formation, the CoFeB layer 1232 had an amorphous structure.

さらに続けて、同一のチャンバ201Cで、磁化自由層(第8層のNiFeB層1231)である強磁性体層を成膜した。NiFeB層1231は、Arをスパッタガスとし、その圧力を0.03Paとした。NiFeB層1231の成膜は、スパッタレート0.64nm/secで成膜した。この時、NiFeB層1231は、NiFeB組成比(atomic:原子比)40/40/20のターゲットを用いた。この成膜直後において、NiFeB層1231は、アモルファス構造であった。   Subsequently, in the same chamber 201C, a ferromagnetic layer which is a magnetization free layer (eighth NiFeB layer 1231) was formed. In the NiFeB layer 1231, Ar was used as a sputtering gas, and its pressure was set to 0.03 Pa. The NiFeB layer 1231 was formed at a sputtering rate of 0.64 nm / sec. At this time, the NiFeB layer 1231 used a target having an NiFeB composition ratio (atomic ratio) of 40/40/20. Immediately after this film formation, the NiFeB layer 1231 had an amorphous structure.

本実施例では、MgO膜の成膜速度は0.14nm/secであったが、0.01nm乃至1.0nm/secの範囲で成膜しても問題ない。   In this embodiment, the deposition rate of the MgO film was 0.14 nm / sec, but there is no problem even if it is deposited in the range of 0.01 nm to 1.0 nm / sec.

成膜用マグネトロンスパッタリングチャンバ201A乃至201Cのそれぞれでスパッタリング成膜を行って積層が完了した磁気抵抗素子10は、熱処理炉において、約300℃及び4時間で、8kOeの磁場中で、アニーリング処理を実施した。この結果、アモルファス構造のCoFeB層121、CoFeB層1232及びNiFeB層1231は、図7に図示したカラム状結晶72の集合体71よりなる多結晶構造であったことが確認された。   The magnetoresistive element 10 which has been laminated by performing sputtering film formation in each of the magnetron sputtering chambers 201A to 201C for film formation is subjected to an annealing process in a magnetic field of 8 kOe in a heat treatment furnace at about 300 ° C. for 4 hours. did. As a result, it was confirmed that the CoFeB layer 121, the CoFeB layer 1232, and the NiFeB layer 1231 having an amorphous structure had a polycrystalline structure composed of the aggregates 71 of the columnar crystals 72 illustrated in FIG.

このアニーリング工程により、磁気抵抗素子10は、TMR効果を持った磁気抵抗素子として作用することができる。また、このアニーリング工程により、第2層のPtMn層である反強磁性体層14には、所定の磁化が付与されていた。   By this annealing step, the magnetoresistive element 10 can act as a magnetoresistive element having a TMR effect. Also, by this annealing step, predetermined magnetization was imparted to the antiferromagnetic material layer 14 which is the second PtMn layer.

本発明の比較例として、上記第8層のNiFeB層の使用を省略した他は、上記実施例と同様の方法を用いて磁気抵抗素子を作製した。   As a comparative example of the present invention, a magnetoresistive element was manufactured using the same method as in the above example except that the use of the NiFeB layer as the eighth layer was omitted.

実施例の磁気抵抗素子と比較例の磁気抵抗素子のMR比を測定し、対比したところ、実施例の磁気抵抗素子のMR比は、比較例の磁気抵抗素子のMR比と比較し、1.2倍乃至1.5倍以上の数値で改善されていた。   When the MR ratio of the magnetoresistive element of the example and the magnetoresistive element of the comparative example were measured and compared, the MR ratio of the magnetoresistive element of the example was compared with the MR ratio of the magnetoresistive element of the comparative example. The numerical value was improved by 2 times to 1.5 times or more.

MR比は、外部磁界に応答して磁性膜または磁性多層膜の磁化方向が変化するのに伴って膜の電気抵抗も変化する磁気抵抗効果に関するパラメータで、その電気抵抗の変化率を磁気抵抗変化率(MR比)としたものである。   The MR ratio is a parameter related to the magnetoresistive effect in which the electric resistance of the film also changes as the magnetization direction of the magnetic film or the magnetic multilayer film changes in response to an external magnetic field. Rate (MR ratio).

また、上記実施例で用いた多結晶Mg酸化物のトンネルバリア層122に変えて、多結晶BMg酸化物のトンネルバリア層122を用いた他は、上記実施例と全く同様の方法により、磁気抵抗素子を作製し、MR比を測定した。ターゲットにはBMgO組成比(atomic:原子比)25/25/50のターゲットを用いた。その結果、多結晶Mg酸化物層を用いた実施例と比較して、一層、顕著に改善されたMR比(多結晶Mg酸化物層を用いた実施例によるMR比に対し、1.5倍以上のMR比)が得られた。   In addition, the magnetoresistive resistance was changed in the same manner as in the above example except that the polycrystalline Mg oxide tunnel barrier layer 122 was used instead of the polycrystalline Mg oxide tunnel barrier layer 122 used in the above example. An element was fabricated and the MR ratio was measured. A target having a BMgO composition ratio (atomic ratio) of 25/25/50 was used. As a result, as compared with the example using the polycrystalline Mg oxide layer, the MR ratio was remarkably improved (1.5 times the MR ratio according to the example using the polycrystalline Mg oxide layer). The above MR ratio) was obtained.

10:磁気抵抗素子、11:基板、12:TMR素子、121:CoFeB強磁性体層(第5層)、122:トンネルバリア層(第6層)、1231:NiFeB強磁性体層(第8層;磁化自由層)、1232:CoFeB強磁性体層(第7層;磁化自由層)、13:下電極層(第1層;下地層)、14:反強磁性層(第2層)、15:強磁性体層(第3層)、16:交換結合用非磁性層(第4層)、17:上電極層(第9層)、18:ハードマスク層(第10層)、19:磁化固定層、200:磁気抵抗素子作成装置、201A乃至201C:成膜チャンバ、202:搬送チャンバ、203:エッチングチャンバ、204:ゲートバルブ、205,206:ロードロック・アンロードロックチャンバ、31乃至35,41乃至45,51乃至54:カソード、207A乃至207C:電力投入部、301:搬送チャンバ、302乃至304、成膜チャンバ、305:ロードロック・アンロードロックチャンバ、306:中央演算器(CPU)、307乃至311:バスライン、312:記憶媒体、401:MRAM、402:メモリ素子、403:ワード線、404:ビット線、501:トランジスタ、71:カラム状結晶の集合体、72:カラム状結晶、81:Mg層又はBMg層、82:Mg酸化物層又はBMg酸化物層、83:Mg層又はBMg層   10: magnetoresistive element, 11: substrate, 12: TMR element, 121: CoFeB ferromagnetic layer (fifth layer), 122: tunnel barrier layer (sixth layer), 1231: NiFeB ferromagnetic layer (eighth layer) Magnetization free layer), 1232: CoFeB ferromagnetic layer (seventh layer; magnetization free layer), 13: lower electrode layer (first layer; underlayer), 14: antiferromagnetic layer (second layer), 15 : Ferromagnetic layer (third layer), 16: nonmagnetic layer for exchange coupling (fourth layer), 17: upper electrode layer (9th layer), 18: hard mask layer (10th layer), 19: magnetization Fixed layer, 200: magnetoresistive element creation apparatus, 201A to 201C: film forming chamber, 202: transfer chamber, 203: etching chamber, 204: gate valve, 205, 206: load lock / unload lock chamber, 31 to 35, 41 to 45, 51 54: cathode, 207A to 207C: power input unit, 301: transfer chamber, 302 to 304, film forming chamber, 305: load lock / unload lock chamber, 306: central processing unit (CPU), 307 to 311: bus line 312: Storage medium, 401: MRAM, 402: Memory element, 403: Word line, 404: Bit line, 501: Transistor, 71: Aggregation of columnar crystal, 72: Columnar crystal, 81: Mg layer or BMg Layer, 82: Mg oxide layer or BMg oxide layer, 83: Mg layer or BMg layer

本発明の第1は、基板、反強磁性層、該反強磁性層の隣接位置に位置する磁化固定層、磁化自由層、及び該磁化固定層と該磁化自由層との間に位置するトンネルバリア層を有する磁気抵抗素子において、
前記磁化自由層は、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金からなる結晶性第一強磁性体層、並びにNi原子、Fe原子及びB原子を含有する合金からなる結晶性第二強磁性体層を有し、
前記トンネルバリア層は、結晶性酸化マグネシウム又は結晶性ボロンマグネシウム酸化物を有する
ことを特徴とする磁気抵抗素子である。
The first of the present invention is a substrate, an antiferromagnetic layer, a magnetization fixed layer positioned adjacent to the antiferromagnetic layer, a magnetization free layer, and a tunnel positioned between the magnetization fixed layer and the magnetization free layer In a magnetoresistive element having a barrier layer,
The magnetization free layer includes a crystalline first ferromagnetic layer made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms, and a crystalline second ferromagnetic made of an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms. It has a body layer,
The tunnel barrier layer is a magnetoresistive element including crystalline magnesium oxide or crystalline boron magnesium oxide .

本発明の第2は、スパッタリング法を用いて、基板の上に、反強磁性層、該反強磁性層の隣接位置に位置する磁化固定層、磁化自由層、及び該磁化固定層と該磁化自由層との間に位置するトンネルバリア層を成膜する工程を有する磁気抵抗素子の製造方法において、
前記磁化自由層を成膜する工程は、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金層を成膜する工程、並びに、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有する合金からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有する合金層を成膜する工程を有し、
前記トンネルバリア層を成膜する工程は、スパッタリング法により、結晶性酸化マグネシウム又は結晶性ボロンマグネシウム酸化物を成膜する工程を有する
ことを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法である。
According to a second aspect of the present invention, an antiferromagnetic layer, a magnetization fixed layer positioned adjacent to the antiferromagnetic layer, a magnetization free layer, and the magnetization fixed layer and the magnetization are formed on a substrate by using a sputtering method. In the method of manufacturing a magnetoresistive element, including the step of forming a tunnel barrier layer positioned between the free layer and
In the step of forming the magnetization free layer, an alloy layer containing Co atoms, Fe atoms and B atoms is formed by sputtering using a target made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms. step, and, by a sputtering method using a target made of an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms, have a step of forming an alloy layer containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms,
The step of forming the tunnel barrier layer includes a step of forming crystalline magnesium oxide or crystalline boron magnesium oxide by a sputtering method. .

本発明の第3は、基板の上に、スパッタリング法により、反強磁性層、該反強磁性層の隣接位置に位置する磁化固定層、磁化自由層、及び該磁化固定層と該磁化自由層との間に位置するトンネルバリア層を成膜する工程を用いることによって、磁気抵抗素子の製造を実行する制御プログラムを記憶した記憶媒体において、
前記磁化自由層を成膜する工程を実行する制御プログラムは、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金層を成膜する工程、並びに、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有した合金からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有した合金層を成膜する工程を用いて、該磁化自由層の成膜を実行するための制御プログラムであり、
前記トンネルバリア層を成膜する工程を実行する制御プログラムは、スパッタリング法により、結晶性酸化マグネシウム又は結晶性ボロンマグネシウム酸化物を成膜する工程を実行するための制御プログラムであることを特徴とする記憶媒体である。
According to a third aspect of the present invention, an antiferromagnetic layer, a magnetization fixed layer positioned adjacent to the antiferromagnetic layer, a magnetization free layer, and the magnetization fixed layer and the magnetization free layer are formed on a substrate by sputtering. In a storage medium storing a control program for executing manufacture of a magnetoresistive element by using a step of forming a tunnel barrier layer positioned between
The control program for executing the step of forming the magnetization free layer includes an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms by sputtering using a target made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms. A step of forming a layer, and a step of forming an alloy layer containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms by sputtering using a target made of an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms. And a control program for executing the film formation of the magnetization free layer ,
The control program for executing the step of forming the tunnel barrier layer is a control program for executing the step of forming crystalline magnesium oxide or crystalline boron magnesium oxide by a sputtering method. It is a storage medium.

Claims (5)

基板、磁化固定層、磁化自由層、及び該磁化固定層と該磁化自由層との間に位置するトンネルバリア層を有する磁気抵抗素子において、
前記磁化自由層は、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金からなる結晶性第一強磁性体層、並びにNi原子、Fe原子及びB原子を含有する合金からなる結晶性第二強磁性体層を有することを特徴とする磁気抵抗素子。
In a magnetoresistive element having a substrate, a magnetization fixed layer, a magnetization free layer, and a tunnel barrier layer positioned between the magnetization fixed layer and the magnetization free layer,
The magnetization free layer includes a crystalline first ferromagnetic layer made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms, and a crystalline second ferromagnetic made of an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms. A magnetoresistive element comprising a body layer.
前記トンネルバリア層は、結晶性酸化マグネシウム層又は結晶性ボロンマグネシウム酸化物層を有することを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗素子。   The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the tunnel barrier layer includes a crystalline magnesium oxide layer or a crystalline boron magnesium oxide layer. スパッタリング法を用いて、基板の上に、磁化固定層、磁化自由層、及び該磁化固定層と該磁化自由層との間に位置するトンネルバリア層を成膜する工程を有する磁気抵抗素子の製造方法において、
前記磁化自由層を成膜する工程は、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金層を成膜する工程、並びに、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有する合金からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有する合金層を成膜する工程を有することを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法。
Production of magnetoresistive element having a step of forming a magnetization fixed layer, a magnetization free layer, and a tunnel barrier layer positioned between the magnetization fixed layer and the magnetization free layer on a substrate using a sputtering method In the method
In the step of forming the magnetization free layer, an alloy layer containing Co atoms, Fe atoms and B atoms is formed by sputtering using a target made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms. And a step of forming an alloy layer containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms by a sputtering method using a target made of an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms. A method for manufacturing a magnetoresistive element.
前記トンネルバリア層は、結晶性酸化マグネシウム層又は結晶性ボロンマグネシウム酸化物層を有することを特徴とする請求項3に記載の磁気抵抗素子の製造方法。   4. The method of manufacturing a magnetoresistive element according to claim 3, wherein the tunnel barrier layer has a crystalline magnesium oxide layer or a crystalline boron magnesium oxide layer. 基板の上に、スパッタリング法により、磁化固定層、磁化自由層、及び該磁化固定層と該磁化自由層との間に位置するトンネルバリア層を成膜する工程を用いることによって、磁気抵抗素子の製造を実行する制御プログラムを記憶した記憶媒体において、
前記磁化自由層を成膜する工程を実行する制御プログラムは、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金層を成膜する工程、並びに、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有した合金からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有した合金層を成膜する工程を用いて、該磁化自由層の成膜を実行するための制御プログラムを記憶したことを特徴とする記憶媒体。
By using a step of forming a magnetization fixed layer, a magnetization free layer, and a tunnel barrier layer positioned between the magnetization fixed layer and the magnetization free layer on a substrate by a sputtering method, In a storage medium storing a control program for executing manufacture,
The control program for executing the step of forming the magnetization free layer includes an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms by sputtering using a target made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms. A step of forming a layer, and a step of forming an alloy layer containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms by sputtering using a target made of an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms. A storage medium characterized by storing a control program for executing film formation of the magnetization free layer.
JP2010527667A 2008-09-04 2009-08-12 Magnetoresistive element, manufacturing method thereof, and storage medium used in the manufacturing method Withdrawn JPWO2010026704A1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008227178 2008-09-04
JP2008227178 2008-09-04
PCT/JP2009/003872 WO2010026704A1 (en) 2008-09-04 2009-08-12 Magnetoresistive element, method for manufacturing same, and storage medium used in the manufacturing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPWO2010026704A1 true JPWO2010026704A1 (en) 2012-01-26

Family

ID=41796890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010527667A Withdrawn JPWO2010026704A1 (en) 2008-09-04 2009-08-12 Magnetoresistive element, manufacturing method thereof, and storage medium used in the manufacturing method

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPWO2010026704A1 (en)
WO (1) WO2010026704A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6279326B2 (en) * 2014-01-08 2018-02-14 Jx金属株式会社 Manufacturing method of sputtering target
JP6227419B2 (en) * 2014-01-08 2017-11-08 Jx金属株式会社 Method for manufacturing magnetic material sputtering target

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6841484B2 (en) * 2003-04-17 2005-01-11 Chentsau Ying Method of fabricating a magneto-resistive random access memory (MRAM) device
JP4581133B2 (en) * 2004-03-12 2010-11-17 独立行政法人科学技術振興機構 Magnetoresistive element
JP2006190838A (en) * 2005-01-06 2006-07-20 Sony Corp Memory element and memory
JP4951858B2 (en) * 2005-01-12 2012-06-13 ソニー株式会社 memory
JP2006295000A (en) * 2005-04-13 2006-10-26 Sony Corp Storage element and memory
JP4496189B2 (en) * 2006-09-28 2010-07-07 株式会社東芝 Magnetoresistive element and magnetoresistive random access memory
US8497559B2 (en) * 2007-10-10 2013-07-30 Magic Technologies, Inc. MRAM with means of controlling magnetic anisotropy
JP2009152333A (en) * 2007-12-20 2009-07-09 Fujitsu Ltd Ferromagnetic tunnel junction element, magnetic head, and magnetic storage

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010026704A1 (en) 2010-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2010109319A (en) Fabricating method of magnetoresistive element, and storage medium
US20100080894A1 (en) Fabricating method of magnetoresistive element, and storage medium
WO2010026705A1 (en) Magnetoresistive element, method for manufacturing same, and storage medium used in the manufacturing method
JP4292128B2 (en) Method for manufacturing magnetoresistive element
JP4908556B2 (en) Method for manufacturing magnetoresistive element
US20110143460A1 (en) Method of manufacturing magnetoresistance element and storage medium used in the manufacturing method
JP4774082B2 (en) Method for manufacturing magnetoresistive element
WO2010023833A1 (en) Magnetoresistive element, method for manufacturing same, and storage medium used in the manufacturing method
JP2011138954A (en) Method of manufacturing magnetic tunnel junction device using perpendicular magnetization of ferromagnetic layer
WO2015121905A1 (en) Tunnel magnetoresistive effect element manufacturing method and sputtering apparatus
WO2010095525A1 (en) Magnetoresistive element and method for manufacturing magnetoresistive element
WO2010026725A1 (en) Magnetoresistive element, method for manufacturing same, and storage medium used in the manufacturing method
WO2010026703A1 (en) Magnetoresistive element, method for manufacturing same, and storage medium used in the manufacturing method
WO2010026704A1 (en) Magnetoresistive element, method for manufacturing same, and storage medium used in the manufacturing method
JP4774092B2 (en) Magnetoresistive element and MRAM using the same
JP4902686B2 (en) Method for manufacturing magnetoresistive element
WO2010029701A1 (en) Magnetoresistive element, method for manufacturing same, and storage medium used in the manufacturing method
JP2011040496A (en) Method of manufacturing magnetic medium, and sputtering device
WO2010064564A1 (en) Magnetoresistive element, method of producing same, and storage medium used in method of producing same
JP4774116B2 (en) Magnetoresistive effect element
JP2011018693A (en) Method of manufacturing magnetic medium and film depositing apparatus
JP2009044173A (en) Magnetic multilayer film forming apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20120419