JPWO2010029701A1 - Magnetoresistive element, manufacturing method thereof, and storage medium used in the manufacturing method - Google Patents
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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。基板と、結晶性第一強磁性体層、トンネルバリア層、結晶性第二強磁性体層、非磁性中間層、結晶性第三強磁性体層を有する磁気抵抗素子であって、第一強磁性体層がCo原子、Fe原子及びB原子を含有する合金からなり、トンネルバリア層が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し、第二強磁性体層がCo原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とFe原子を含有する合金からなり、第三強磁性体層が、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とFe原子を含有する合金から層と、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はNi原子とFe原子を含有する合金からなる層とからなる。A magnetoresistive element having a higher MR ratio than the conventional one and a method for manufacturing the same are provided. A magnetoresistive element having a substrate, a crystalline first ferromagnetic layer, a tunnel barrier layer, a crystalline second ferromagnetic layer, a nonmagnetic intermediate layer, and a crystalline third ferromagnetic layer, The magnetic layer is made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms, the tunnel barrier layer has a crystalline magnesium oxide layer or a crystalline boron magnesium oxide layer, and the second ferromagnetic layer is Co atoms, It consists of an alloy containing Fe atoms and B atoms or an alloy containing Co atoms and Fe atoms, and the third ferromagnetic layer contains an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or Co atoms and Fe atoms. And a layer made of an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms, or a layer made of an alloy containing Ni atoms and Fe 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,
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、
前記基板の上に位置し、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、
前記結晶性第一強磁性体層の上に位置し、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トンネルバリア層、
前記トンネルバリア層の上に位置し、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とFe原子とを含有する合金からなる結晶性第二強磁性体層、
前記結晶性第二強磁性体層の上に位置し、非磁性材からなる中間層、並びに、
前記中間層の上に位置し、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とFe原子とを含有する合金からなる結晶性強磁性体層、及び、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はNi原子とFe原子を含有する合金からなる結晶性強磁性体層を有する第三強磁性体層
を有することを特徴とする磁気抵抗素子である。The first of the present invention is a substrate,
A crystalline first ferromagnetic layer made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms located on the substrate;
A tunnel barrier layer located on the crystalline first ferromagnetic layer and having a crystalline magnesium oxide layer or a crystalline boron magnesium oxide layer;
A crystalline second ferromagnetic layer made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Co atoms and Fe atoms, located on the tunnel barrier layer;
An intermediate layer located on the crystalline second ferromagnetic layer and made of a nonmagnetic material, and
A crystalline ferromagnetic layer located on the intermediate layer and made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Co atoms and Fe atoms, and Ni atoms, Fe atoms and B A magnetoresistive element having a third ferromagnetic layer having a crystalline ferromagnetic layer made of an alloy containing atoms or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms.
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であって、
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層又は結晶性ボロンマグネシウム酸化物層を成膜する工程を有し、
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又はCo原子と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、前記トンネルバリア層に隣接させて、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とB原子を含有する合金からなる層を成膜する工程、
非磁性材からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、前記Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とB原子を含有する合金からなる層に隣接させて、非磁性中間層を成膜する工程、
前記非磁性中間層の上に、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とFe原子と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又はCo原子とFe原子とを含有する合金からなる層を成膜し、次いで、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はNi原子とFe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又はNi原子とFe原子を含有する合金からなる層を成膜して積層膜を形成する工程である
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. A method of manufacturing a magnetoresistive element having
The step of forming the tunnel barrier layer includes a step of forming a crystalline magnesium oxide layer or a crystalline boron magnesium oxide layer by a sputtering method,
The step of forming the magnetization free layer includes
Co atoms, Fe atoms, and B atoms are adjoined to the tunnel barrier layer by sputtering using a target comprising an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms, or an alloy containing Co atoms and B atoms. Forming a layer comprising an alloy containing or an alloy containing Co atoms and B atoms,
A nonmagnetic intermediate layer is formed adjacent to the alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or the alloy containing Co atoms and B atoms by sputtering using a target made of a nonmagnetic material. Filming process,
Co atoms, Fe atoms and B atoms are formed on the nonmagnetic intermediate layer by sputtering using a target made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Co atoms and Fe atoms. Or a target comprising an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms, or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms. It is a step of forming a laminated film by forming a layer made of an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms by sputtering using It is a manufacturing method of a magnetoresistive element.
本発明の第3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であって、
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、結晶性金属マグネシウム又は結晶性ボロンマグネシウム合金からなる層を成膜し、該金属マグネシウム又はボロンマグネシウム合金を酸化して、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形成する工程を有し、
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又はCo原子と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、前記トンネルバリア層に隣接させて、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とB原子を含有する合金からなる層を成膜する工程、
非磁性材からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、前記Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とB原子を含有する合金からなる層に隣接させて、非磁性中間層を成膜する工程、
前記非磁性中間層の上に、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とFe原子と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又はCo原子とFe原子とを含有する合金からなる層を成膜し、次いで、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はNi原子とFe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又はNi原子とFe原子を含有する合金からなる層を成膜して積層膜を形成する工程である
ことを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法である。A third 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. A method of manufacturing a magnetoresistive element having
The step of forming the tunnel barrier layer includes forming a layer made of crystalline metal magnesium or a crystalline boron magnesium alloy by a sputtering method, oxidizing the metal magnesium or boron magnesium alloy, and forming a crystalline magnesium oxide layer. Or a step of forming a crystalline boron magnesium oxide layer,
The step of forming the magnetization free layer includes
Co atoms, Fe atoms, and B atoms are adjoined to the tunnel barrier layer by sputtering using a target comprising an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms, or an alloy containing Co atoms and B atoms. Forming a layer comprising an alloy containing or an alloy containing Co atoms and B atoms,
A nonmagnetic intermediate layer is formed adjacent to the alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or the alloy containing Co atoms and B atoms by sputtering using a target made of a nonmagnetic material. Filming process,
Co atoms, Fe atoms and B atoms are formed on the nonmagnetic intermediate layer by sputtering using a target made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Co atoms and Fe atoms. Or a target comprising an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms, or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms. It is a step of forming a laminated film by forming a layer made of an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms by sputtering using It is a manufacturing method of a magnetoresistive element.
本発明の第4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を実行する制御プログラムを記憶した記憶媒体であって、
前記トンネルバリア層及び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、
酸化マグネシウム又はボロンマグネシウム酸化物からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、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成膜する工程、
Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子と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、前記トンネルバリア層に隣接させて、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とB原子を含有する合金からなる層を成膜する工程、
非磁性材からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、前記Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とB原子を含有する合金からなる層に隣接させて、非磁性中間層を成膜する工程、並びに、
前記非磁性中間層の上に、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とFe原子と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又はCo原子とFe原子とを含有する合金からなる層を成膜し、次いで、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はNi原子とFe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又はNi原子とFe原子を含有する合金からなる層を成膜して積層膜を形成する工程
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 fourth 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. A storage medium storing a control program for executing manufacture of a magnetoresistive element having
A control program for executing the step of forming the tunnel barrier layer and the magnetization free layer is as follows:
A step of forming a crystalline magnesium oxide layer or a crystalline boron magnesium oxide layer by a sputtering method using a target made of magnesium oxide or boron magnesium oxide;
Co atoms, Fe atoms, and B atoms are adjoined to the tunnel barrier layer by sputtering using a target comprising an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms, or an alloy containing Co atoms and B atoms. Forming a layer comprising an alloy containing or an alloy containing Co atoms and B atoms,
A nonmagnetic intermediate layer is formed adjacent to the alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or the alloy containing Co atoms and B atoms by sputtering using a target made of a nonmagnetic material. A film forming step, and
Co atoms, Fe atoms and B atoms are formed on the nonmagnetic intermediate layer by sputtering using a target made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Co atoms and Fe atoms. Or a target comprising an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms, or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms. Control program for executing a step of forming a layered film by forming a layer made of an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms by sputtering using Is a storage medium characterized by storing.
本発明の第5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を実行する制御プログラムを記憶した記憶媒体であって、
前記トンネルバリア層及び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、
金属マグネシウム又はボロンマグネシウム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、結晶性金属マグネシウム又は結晶性ボロンマグネシウム合金からなる層を成膜し、該金属マグネシウム又はボロンマグネシウム合金を酸化して、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形成する工程、
Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子と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、前記トンネルバリア層に隣接させて、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とB原子を含有する合金からなる層を成膜する工程、
非磁性材からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、前記Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とB原子を含有する合金からなる層に隣接させて、非磁性中間層を成膜する工程、並びに、
前記非磁性中間層の上に、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とFe原子と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又はCo原子とFe原子とを含有する合金からなる層を成膜し、次いで、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はNi原子とFe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又はNi原子とFe原子を含有する合金からなる層を成膜して積層膜を形成する工程
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 fifth aspect of the present invention is 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 using a sputtering method. A storage medium storing a control program for executing manufacture of a magnetoresistive element having
A control program for executing the step of forming the tunnel barrier layer and the magnetization free layer is as follows:
A layer made of crystalline metal magnesium or a crystalline boron magnesium alloy is formed by sputtering using a target made of metal magnesium or a boron magnesium alloy, the metal magnesium or boron magnesium alloy is oxidized, and the crystalline magnesium oxide Forming a layer or a crystalline boron magnesium oxide layer,
Co atoms, Fe atoms, and B atoms are adjoined to the tunnel barrier layer by sputtering using a target comprising an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms, or an alloy containing Co atoms and B atoms. Forming a layer comprising an alloy containing or an alloy containing Co atoms and B atoms,
A nonmagnetic intermediate layer is formed adjacent to the alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or the alloy containing Co atoms and B atoms by sputtering using a target made of a nonmagnetic material. A film forming step, and
Co atoms, Fe atoms and B atoms are formed on the nonmagnetic intermediate layer by sputtering using a target made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Co atoms and Fe atoms. Or a target comprising an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms, or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms. Control program for executing a step of forming a layered film by forming a layer made of an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms by sputtering using Is a storage medium characterized by storing.
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は、基板と、結晶性第一強磁性体層、トンネルバリア層、結晶性第二強磁性体層、非磁性中間層、結晶性第三強磁性体層を有する。そして、第一強磁性体層が、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。また、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。さらに、第二強磁性体層はCoFeB或いは、Co原子とFe原子を含有する合金(以下、CoFeと記す)からなる。第三強磁性体層は、CoFe層又はCoFeB層からなる結晶性強磁性体層と、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はNi原子とFe原子を含有する合金からなる結晶性強磁性体層との積層膜からなる。尚、以下の説明においては、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有する合金をNiFeB、Ni原子とFe原子を含有する合金をNiFeと記す。また、酸化マグネシウムをMg酸化物、ボロンマグネシウム酸化物をBMg酸化物、金属マグネシウムをMg、ボロンマグネシウム合金をBMgと記す。 The magnetoresistive element of the present invention has a substrate, a crystalline first ferromagnetic layer, a tunnel barrier layer, a crystalline second ferromagnetic layer, a nonmagnetic intermediate layer, and a crystalline third ferromagnetic layer. The first ferromagnetic layer is made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms, and B atoms (hereinafter referred to as CoFeB). The tunnel barrier layer includes a crystalline magnesium oxide layer or a crystalline boron magnesium oxide layer. Further, the second ferromagnetic layer is made of CoFeB or an alloy containing Co atoms and Fe atoms (hereinafter referred to as CoFe). The third ferromagnetic layer is composed of a crystalline ferromagnetic layer composed of a CoFe layer or a CoFeB layer, a crystalline strong layer composed of an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms, or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms. It consists of a laminated film with a magnetic layer. In the following description, an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms is referred to as NiFeB, and an alloy containing Ni atoms and Fe atoms is referred to as NiFe. Magnesium oxide is referred to as Mg oxide, boron magnesium oxide as BMg oxide, metallic magnesium as Mg, and boron magnesium alloy as BMg.
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、12層の多層膜が形成されている。この12層の多層膜では、最下層の第1層(Ta層)から最上層の第12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、非磁性金属層(Ru)層161、第一強磁性体層である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が積層されている。さらにその上に、第二強磁性体層である多結晶CoFe層又はCoFeB層1233、非磁性Ta層162、第三強磁性体層である多結晶CoFe層又はCoFeB層1232及び多結晶NiFe層又はNiFeB層1231が積層されている。さらにまた、非磁性Ta層17及び非磁性Ru層18がこの順序で積層されている。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。
FIG. 1 shows an example of the laminated structure of the
また、本発明では、上述の第一強磁性体層121は、CoFeB層と他の強磁性体層とを加えた2層以上の積層構造としても良い。
In the present invention, the first
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。
12はTMR素子で、多結晶CoFeBからなる第一強磁性体層121、トンネルバリア層122、第二強磁性体層1233及び第三強磁性体層1232,1231の積層構造体に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酸化物層を有し、第二強磁性体層1232は多結晶CoFe層又は多結晶CoFeB層からなる。第三強磁性体層は多結晶CoFe層又はCoFeB層1232及び多結晶NiFe層又はNiFeB層1231の積層膜からなる。
上記第二強磁性体層1233と第三強磁性体層1232との間には、非磁性金属又は非磁性絶縁物の非磁性材からなる中間層162が配置される。
An
本発明によれば、上記多結晶CoFeには、他の原子、例えばPt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。 According to the present invention, the polycrystalline CoFe can contain a small amount of other atoms such as Pt (5 atomic% or less, preferably 0.01 to 1 atomic%).
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、161は第4層(Ru層)の交換結合用非磁性体層である。
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(以下、B含有量と記す)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。
The fifth layer is a ferromagnetic layer made of the
本発明では、結晶性CoFeB層121には、他の原子、例えば、Pt、Ni、Mn等を微量(5atomic%以下、好ましくは、0.01乃至1atomic%)含有させることができる。
In the present invention, the
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 a magnetization fixed
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酸化物層又は多結晶BMg酸化物層であってもよい。
A
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酸化物層又は多結晶BMg酸化物層1221、多結晶Mg層又は多結晶BMg層1222及び多結晶Mg酸化物層又は多結晶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
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、162、1231乃至1233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CoFe層又は結晶性CoFeB層1233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
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。該カラム状結晶は、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
また、本発明で用いられるBMg酸化物は、一般式BxMgyOz(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MgyOz(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, etc. in the range of 10 ppm to 100 ppm. Can do.
第7層、第9層及び第10層は、それぞれ、結晶性CoFe層又はCoFeB層1233からなる強磁性体層、結晶性CoFe層又はCoFeB層1232からなる強磁性体層、結晶性NiFe層又はNiFeB層からなる強磁性体層である。該第7層、第9層及び第10層からなる積層膜は、磁化自由層として機能することができる。
The seventh layer, the ninth layer, and the tenth layer are respectively a ferromagnetic layer made of a crystalline CoFe layer or a
本発明においては、該第7層と該第9層との間に、非磁性材からなる中間層である第8層のTa層162が配置される。第8層は、Taの他に、RuやIr等の非磁性金属、Al2O3(酸化アルミニウム)、SiO2(酸化シリコン)やSi3N4(窒化シリコン)等の非磁性絶縁物を用いることができる。また、膜厚は、好ましくは50nm以下、より好ましくは5nm乃至40nmの範囲に設定することができる。In the present invention, an
第7層及び第9層を構成する結晶性CoFe層又は結晶性CoFeB層1232は、CoFeターゲット又は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。
The crystalline CoFe layer or the
第10層を構成する結晶性NiFe層又は結晶性NiFeB層1231は、NiFeターゲット又はNiFeB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 crystalline NiFe layer or the
上記した結晶性CoFeB層121と、CoFe層又はCoFeB層1233、1232、NiFe層又はNiFeB層1231は、前述の図7に図示したカラム状結晶構造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
結晶性CoFeB層121とCoFe層又はCoFeB層1233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
17は、第10層(Ta層)の電極層である。
18は、第11層(Ru層)のハードマスク層である。第11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。
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
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
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11層までの各膜を順次に堆積することができる。
In the
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
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
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ターゲットが装着される。
In the above, for example, a Ta target is attached to the
また、カソード51にはMg酸化物ターゲットが、カソード52にはBMg酸化物ターゲットが、カソード53にMgターゲットが、カソード54にはBMgターゲットが装着される。図8に図示した構造のTMR素子122は、このカソード53又は54を用いることによって作製することができる。
The
カソード41には、第9層のためのCoFeターゲットが、カソード42には第7層のためのCoFeBターゲットが、カソード43には第8層及び第11層のためのTaターゲットが、カソード44には第12層のためのRuターゲットが装着される。カソード45には、第10層のためのNiFeターゲット又はNiFeBターゲットが装着される。
The
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
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.
また、結晶性Mg酸化物層は、Mgターゲットを用いたスパッタリング法により、結晶性(好ましくは、多結晶)Mg層を成膜し、該Mgを酸化性ガス導入の酸化チャンバ(不図示)内で酸化することにより得ることができる。 In addition, as the crystalline Mg oxide layer, a crystalline (preferably polycrystalline) Mg layer is formed by a sputtering method using an Mg target, and the Mg is placed in an oxidizing gas introduction chamber (not shown). It can be obtained by oxidation with.
また、結晶性BMg酸化物層は、BMgターゲットを用いたスパッタリング法により、結晶性(好ましくは、多結晶)BMg層を成膜し、該BMgを酸化性ガス導入の酸化チャンバ(不図示)内で酸化することにより得ることができる。 The crystalline BMg oxide layer is formed by depositing a crystalline (preferably polycrystalline) BMg layer by sputtering using a BMg target, and depositing the BMg in an oxidizing gas introduction chamber (not shown). It can be obtained by oxidation with.
上記酸化性ガスとしては、酸素ガス、オゾンガス、水蒸気等が挙げられる。 Examples of the oxidizing gas include oxygen gas, ozone gas, and water vapor.
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
本発明では、ロードロック・アンロードロックチャンバ305内の基板(不図示)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。この演算結果に基づく制御信号が、バスライン307,311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。該各種装置としては、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る。
In the present invention, a substrate (not shown) in the load lock / unload
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(Ta層13)、第2層(PtMn層14)、第3層(CoFe層15)、第4層(Ru層161)及び第5層(CoFeB層121)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よい。
The substrate transferred to the
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307,308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によって実施される。該各種装置としては、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 above-described stacking, a control signal calculated based on a control program stored in the
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
成膜チャンバ303内で、上記第5層のアモルファスCoFeB121層の上に、第6層として、多結晶Mg酸化物層又は多結晶BMg酸化物層122の成膜を実行する。該成膜は、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、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
上記第6層のMg酸化物層又は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 or
成膜チャンバ304内で、上記第6層122の上に、第7層(CoFe層又はCoFeB層1233)、第8層(Ta層162)、第9層(CoFe層又はCoFe層1232)、第10層(NiFe層又はNiFeB層1231)が積層される。次いで、第11層(Ta層17)及び第12層(Ru層18)が順次積層される。この段階での第7層のCoFe層又はCoFeB層1233、第9層のCoFe層又はCoFeB層1232及び第10層のNiFe層又は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
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によって実施される。該各種装置としては、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 above-described stacking, the control signals calculated based on the control program stored in the
尚、第8層のTa層162及び第11層のTa層17は、カソード54に装着した同一のターゲットを用いて成膜される。
The
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
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
また、本発明は、成膜直後の上記第5層(CoFeB層121)、第7層及び第9層(CoFe層又はCoFeB層1233,1232)及び第10層(NiFe層又はNiFeB層1231)のアモルファス状態をアニーリングにより結晶化することができる。その結果、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、上記第5層121、第7層1233、第9層1232及び第10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。
Further, the present invention provides the fifth layer (CoFeB layer 121), the seventh layer and the ninth layer (CoFe layer or
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。
At this time, magnetism can be imparted to the
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(図示せず、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
また、本発明では、上記第4層161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
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層等の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 an OsMn layer 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
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
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
CoFeB層121は、CoFeB組成比(atomic:原子比)60/20/20のターゲットを用い、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。
The
続いて、スパッタリング装置(チャンバ201C)に換えて、MgO組成比(atomic:原子比)50/50のMgOターゲットを用いてトンネルバリア層122を成膜した。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Mg酸化物層を成膜した。この時、Mg酸化物層は、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, the
さらに、基板をスパッタリング装置(チャンバ201B)に導入して、磁化自由層(第7層のCoFeB層1233、第8層のTa層162、第9層のCoFe層1232及び第10層のNiFe層1231)である強磁性体層を成膜した。
Further, the substrate is introduced into the sputtering apparatus (chamber 201B), and the magnetization free layer (the
CoFeB層1233とCoFe層1232とNiFe層1231とは、Arをスパッタガスとし、その圧力を0.03Paとし、マグネトロンDCスパッタ(チャンバ201B)によりスパッタレート0.64nm/secで成膜した。この時、それぞれ、CoFeB組成比(atomic)25/25/50、CoFe組成比(atomic)50/50及びNiFe組成比(atomic)40/60のターゲットを用いた。この成膜直後において、CoFeB層1233、CoFe層1232と、NiFe層1231とは、アモルファス構造であった。
The
本例では、Mg酸化物層の成膜速度は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 example, the deposition rate of the Mg oxide layer 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、201B及び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、BoFeB層1233、CoFe層1232及びNiFe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
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
比較例として、上記第8層のTa層162、第9層のCoFe層1232及び第10層のNiFe層1231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, a magnetoresistive element was formed using the same method as in the above example except that the use of the
実施例の磁気抵抗素子と比較例の磁気抵抗素子との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 between the magnetoresistive element of the example and the magnetoresistive element of the comparative example was 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. It was improved by a numerical value of 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、上記実施例において、第7層のCoFeB層1233をCoFe(原子組成比50/50)に変更した他は、全く同様の方法を用いて、磁気抵抗素子を作製したところ、上記実施例と同様の効果が得られた。
Further, in the above example, a magnetoresistive element was manufactured using the same method except that the
また、上記実施例において、第9層のCoFe層1232をCoFeB(原子組成比;50/30/20)に変更した他は、全く同様の方法を用いて、磁気抵抗素子を作製したところ、上記実施例と同様の効果が得られた。
In the above example, a magnetoresistive element was fabricated using the same method except that the
また、上記実施例において、第10層のNiFe層1231をNiFeB(原子組成比;50/30/20)に変更した他は、全く同様の方法を用いて、磁気抵抗素子を作製したところ、上記実施例と同様の効果が得られた。
Further, in the above example, a magnetoresistive element was produced using the same method except that the
また、上述の実施例で用いた第6層の多結晶Mg酸化物層に換えて、第6層として多結晶BMg酸化物層を用いた他は、全く同様の方法で磁気抵抗素子を作製し、MR比を測定した。BMgO組成比(atomic:原子比)25/25/50のBMgOターゲットを用い、成膜速度は0.14nm/secとした。その結果、上述の多結晶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。 Further, a magnetoresistive element was fabricated in exactly the same manner except that a polycrystalline BMg oxide layer was used as the sixth layer instead of the sixth polycrystalline Mg oxide layer used in the above-described embodiment. The MR ratio was measured. A BMgO target having a BMgO composition ratio (atomic ratio) of 25/25/50 was used, and the film formation rate was 0.14 nm / sec. As a result, as compared with the example using the polycrystalline Mg oxide layer described above, the MR ratio significantly improved compared to the example using the polycrystalline Mg oxide layer (1. MR ratio of 5 times or more) was obtained.
さらに、比較例として、磁化固定層のCoFeB層121をCoFe(原子組成比;50/50)層に変更した他は、上記実施例と全く同様の方法を用いて、磁気抵抗素子を作製し、MR比を測定した。その結果、本発明の磁気抵抗素子により得たMR比の1/100以下と全く低い測定結果であった。
Further, as a comparative example, a magnetoresistive element was fabricated using the same method as in the above example except that the
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:NiFe/NiFeB強磁性体層(第10層;磁化自由層)、1232:CoFe/CoFeB強磁性体層(第9層;磁化自由層)、1233:CoFeB/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)、161:交換結合用非磁性層(第4層)、162:非磁性中間層(第8層)、17:上電極層(第11層)、18:ハードマスク層(第12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:カラム状結晶群の集合体、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: NiFe / NiFeB ferromagnetic layer (first layer) 10 layers; magnetization free layer), 1232: CoFe / CoFeB ferromagnetic layer (9th layer; magnetization free layer), 1233: CoFeB / 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), 161: nonmagnetic layer for exchange coupling (fourth layer), 162: Nonmagnetic intermediate layer (eighth layer), 17: upper electrode layer (11th layer), 18: hard mask layer (12th layer), 19: magnetization fixed layer, 200: magnetoresistive element creation apparatus, 201A to 201C: Deposition chamber 202: Transfer chamber 203: Etch Chamber, 204: Gate valve, 205, 206: Load lock / unload lock chamber, 31 to 35, 41 to 45, 51 to 54: Cathode, 207A to 207C: Power supply unit, 301: Transfer chamber, 302 to 304: Deposition 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: aggregate of columnar crystal group, 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、
前記基板の上に位置し、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、
前記結晶性第一強磁性体層の上に位置し、下記一般式の結晶性ボロンマグネシウム酸化物層を有するトンネルバリア層、
前記トンネルバリア層の上に位置し、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とFe原子とを含有する合金からなる結晶性第二強磁性体層、
前記結晶性第二強磁性体層の上に位置し、非磁性材からなる中間層、並びに、
前記中間層の上に位置し、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とFe原子とを含有する合金からなる結晶性強磁性体層、及び、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はNi原子とFe原子を含有する合金からなる結晶性強磁性体層を有する第三強磁性体層
を有することを特徴とする磁気抵抗素子である。
一般式
B x Mg y O z
(但し、X、Y及びZは、0.8≦Z/(X+Y)<1.0の関係を満たす)
The first of the present invention is a substrate,
A crystalline first ferromagnetic layer made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms located on the substrate;
A tunnel barrier layer located on the crystalline first ferromagnetic layer and having a crystalline boron magnesium oxide layer of the following general formula ;
A crystalline second ferromagnetic layer made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Co atoms and Fe atoms, located on the tunnel barrier layer;
An intermediate layer located on the crystalline second ferromagnetic layer and made of a nonmagnetic material, and
A crystalline ferromagnetic layer located on the intermediate layer and made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Co atoms and Fe atoms, and Ni atoms, Fe atoms and B A magnetoresistive element having a third ferromagnetic layer having a crystalline ferromagnetic layer made of an alloy containing atoms or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms.
General formula
B x Mg y O z
(However, X, Y, and Z satisfy the relationship 0.8 ≦ Z / (X + Y) <1.0)
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であって、
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、下記一般式の結晶性ボロンマグネシウム酸化物層を成膜する工程を有し、
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又はCo原子と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、前記トンネルバリア層に隣接させて、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とB原子を含有する合金からなる層を成膜する工程、
非磁性材からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、前記Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とB原子を含有する合金からなる層に隣接させて、非磁性中間層を成膜する工程、
前記非磁性中間層の上に、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とFe原子と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又はCo原子とFe原子とを含有する合金からなる層を成膜し、次いで、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はNi原子とFe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又はNi原子とFe原子を含有する合金からなる層を成膜して積層膜を形成する工程である
ことを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法である。
一般式
B x Mg y O z
(但し、X、Y及びZは、0.8≦Z/(X+Y)<1.0の関係を満たす)
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. A method of manufacturing a magnetoresistive element having
The step of forming the tunnel barrier layer has a step of forming a crystalline boron magnesium oxide layer of the following general formula by a sputtering method,
The step of forming the magnetization free layer includes
Co atoms, Fe atoms, and B atoms are adjoined to the tunnel barrier layer by sputtering using a target comprising an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms, or an alloy containing Co atoms and B atoms. Forming a layer comprising an alloy containing or an alloy containing Co atoms and B atoms,
A nonmagnetic intermediate layer is formed adjacent to the alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or the alloy containing Co atoms and B atoms by sputtering using a target made of a nonmagnetic material. Filming process,
Co atoms, Fe atoms and B atoms are formed on the nonmagnetic intermediate layer by sputtering using a target made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Co atoms and Fe atoms. Or a target comprising an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms, or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms. It is a step of forming a laminated film by forming a layer made of an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms by sputtering using It is a manufacturing method of a magnetoresistive element.
General formula
B x Mg y O z
(However, X, Y, and Z satisfy the relationship 0.8 ≦ Z / (X + Y) <1.0)
本発明の第3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であって、
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、結晶性ボロンマグネシウム合金からなる層を成膜し、該ボロンマグネシウム合金を酸化して、下記一般式の結晶性ボロンマグネシウム酸化物層を形成する工程を有し、
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又はCo原子と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、前記トンネルバリア層に隣接させて、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とB原子を含有する合金からなる層を成膜する工程、
非磁性材からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、前記Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とB原子を含有する合金からなる層に隣接させて、非磁性中間層を成膜する工程、
前記非磁性中間層の上に、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とFe原子と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又はCo原子とFe原子とを含有する合金からなる層を成膜し、次いで、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はNi原子とFe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又はNi原子とFe原子を含有する合金からなる層を成膜して積層膜を形成する工程である
ことを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法である。
一般式
B x Mg y O z
(但し、X、Y及びZは、0.8≦Z/(X+Y)<1.0の関係を満たす)
A third 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. A method of manufacturing a magnetoresistive element having
Step of forming the tunnel barrier layer by a sputtering method, a layer made of a sintered-crystalline boron magnesium alloy is deposited, by oxidizing 該Bo Ron magnesium alloy, crystalline boron magnesium oxide layer having the following general formula Having a step of forming
The step of forming the magnetization free layer includes
Co atoms, Fe atoms, and B atoms are adjoined to the tunnel barrier layer by sputtering using a target comprising an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms, or an alloy containing Co atoms and B atoms. Forming a layer comprising an alloy containing or an alloy containing Co atoms and B atoms,
A nonmagnetic intermediate layer is formed adjacent to the alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or the alloy containing Co atoms and B atoms by sputtering using a target made of a nonmagnetic material. Filming process,
Co atoms, Fe atoms and B atoms are formed on the nonmagnetic intermediate layer by sputtering using a target made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Co atoms and Fe atoms. Or a target comprising an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms, or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms. It is a step of forming a laminated film by forming a layer made of an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms by sputtering using It is a manufacturing method of a magnetoresistive element.
General formula
B x Mg y O z
(However, X, Y, and Z satisfy the relationship 0.8 ≦ Z / (X + Y) <1.0)
本発明の第4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を実行する制御プログラムを記憶した記憶媒体であって、
前記トンネルバリア層及び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、
ボロンマグネシウム酸化物からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、下記一般式の結晶性ボロンマグネシウム酸化物層を成膜する工程、
Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子と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、前記トンネルバリア層に隣接させて、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とB原子を含有する合金からなる層を成膜する工程、
非磁性材からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、前記Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とB原子を含有する合金からなる層に隣接させて、非磁性中間層を成膜する工程、並びに、
前記非磁性中間層の上に、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とFe原子と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又はCo原子とFe原子とを含有する合金からなる層を成膜し、次いで、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はNi原子とFe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又はNi原子とFe原子を含有する合金からなる層を成膜して積層膜を形成する工程
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。
一般式
B x Mg y O z
(但し、X、Y及びZは、0.8≦Z/(X+Y)<1.0の関係を満たす)
A fourth 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. A storage medium storing a control program for executing manufacture of a magnetoresistive element having
A control program for executing the step of forming the tunnel barrier layer and the magnetization free layer is as follows:
By a sputtering method using a target made of borate Ron magnesium oxide, a step of forming a crystalline boron magnesium oxide layer having the following general formula,
Co atoms, Fe atoms, and B atoms are adjoined to the tunnel barrier layer by sputtering using a target comprising an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms, or an alloy containing Co atoms and B atoms. Forming a layer comprising an alloy containing or an alloy containing Co atoms and B atoms,
A nonmagnetic intermediate layer is formed adjacent to the alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or the alloy containing Co atoms and B atoms by sputtering using a target made of a nonmagnetic material. A film forming step, and
Co atoms, Fe atoms and B atoms are formed on the nonmagnetic intermediate layer by sputtering using a target made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Co atoms and Fe atoms. Or a target comprising an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms, or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms. Control program for executing a step of forming a layered film by forming a layer made of an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms by sputtering using Is a storage medium characterized by storing.
General formula
B x Mg y O z
(However, X, Y, and Z satisfy the relationship 0.8 ≦ Z / (X + Y) <1.0)
本発明の第5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を実行する制御プログラムを記憶した記憶媒体であって、
前記トンネルバリア層及び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、
ボロンマグネシウム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、結晶性ボロンマグネシウム合金からなる層を成膜し、該ボロンマグネシウム合金を酸化して、下記一般式の結晶性ボロンマグネシウム酸化物層を形成する工程、
Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子と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、前記トンネルバリア層に隣接させて、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とB原子を含有する合金からなる層を成膜する工程、
非磁性材からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、前記Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とB原子を含有する合金からなる層に隣接させて、非磁性中間層を成膜する工程、並びに、
前記非磁性中間層の上に、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とFe原子と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又はCo原子とFe原子とを含有する合金からなる層を成膜し、次いで、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はNi原子とFe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又はNi原子とFe原子を含有する合金からなる層を成膜して積層膜を形成する工程
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。
一般式
B x Mg y O z
(但し、X、Y及びZは、0.8≦Z/(X+Y)<1.0の関係を満たす)
A fifth aspect of the present invention is 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 using a sputtering method. A storage medium storing a control program for executing manufacture of a magnetoresistive element having
A control program for executing the step of forming the tunnel barrier layer and the magnetization free layer is as follows:
By a sputtering method using a target made of borate Ron magnesium alloy, a layer made of a sintered-crystalline boron magnesium alloy is deposited, by oxidizing 該Bo Ron magnesium alloy, the crystalline boron magnesium oxide layer having the following general formula Forming step,
Co atoms, Fe atoms, and B atoms are adjoined to the tunnel barrier layer by sputtering using a target comprising an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms, or an alloy containing Co atoms and B atoms. Forming a layer comprising an alloy containing or an alloy containing Co atoms and B atoms,
A nonmagnetic intermediate layer is formed adjacent to the alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or the alloy containing Co atoms and B atoms by sputtering using a target made of a nonmagnetic material. A film forming step, and
Co atoms, Fe atoms and B atoms are formed on the nonmagnetic intermediate layer by sputtering using a target made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Co atoms and Fe atoms. Or a target comprising an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms, or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms. Control program for executing a step of forming a layered film by forming a layer made of an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms by sputtering using Is a storage medium characterized by storing.
General formula
B x Mg y O z
(However, X, Y, and Z satisfy the relationship 0.8 ≦ Z / (X + Y) <1.0)
Claims (6)
前記基板の上に位置し、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、
前記結晶性第一強磁性体層の上に位置し、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トンネルバリア層、
前記トンネルバリア層の上に位置し、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とFe原子とを含有する合金からなる結晶性第二強磁性体層、
前記結晶性第二強磁性体層の上に位置し、非磁性材からなる中間層、並びに、
前記中間層の上に位置し、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とFe原子とを含有する合金からなる結晶性強磁性体層、及び、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はNi原子とFe原子を含有する合金からなる結晶性強磁性体層を有する第三強磁性体層
を有することを特徴とする磁気抵抗素子。substrate,
A crystalline first ferromagnetic layer made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms located on the substrate;
A tunnel barrier layer located on the crystalline first ferromagnetic layer and having a crystalline magnesium oxide layer or a crystalline boron magnesium oxide layer;
A crystalline second ferromagnetic layer made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Co atoms and Fe atoms, located on the tunnel barrier layer;
An intermediate layer located on the crystalline second ferromagnetic layer and made of a nonmagnetic material, and
A crystalline ferromagnetic layer located on the intermediate layer and made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Co atoms and Fe atoms, and Ni atoms, Fe atoms and B A magnetoresistive element comprising a third ferromagnetic layer having a crystalline ferromagnetic layer made of an alloy containing atoms or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms.
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層又は結晶性ボロンマグネシウム酸化物層を成膜する工程を有し、
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又はCo原子と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、前記トンネルバリア層に隣接させて、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とB原子を含有する合金からなる層を成膜する工程、
非磁性材からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、前記Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とB原子を含有する合金からなる層に隣接させて、非磁性中間層を成膜する工程、
前記非磁性中間層の上に、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とFe原子と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又はCo原子とFe原子とを含有する合金からなる層を成膜し、次いで、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はNi原子とFe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又はNi原子とFe原子を含有する合金からなる層を成膜して積層膜を形成する工程である
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 A method,
The step of forming the tunnel barrier layer includes a step of forming a crystalline magnesium oxide layer or a crystalline boron magnesium oxide layer by a sputtering method,
The step of forming the magnetization free layer includes
Co atoms, Fe atoms, and B atoms are adjoined to the tunnel barrier layer by sputtering using a target comprising an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms, or an alloy containing Co atoms and B atoms. Forming a layer comprising an alloy containing or an alloy containing Co atoms and B atoms,
A nonmagnetic intermediate layer is formed adjacent to the alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or the alloy containing Co atoms and B atoms by sputtering using a target made of a nonmagnetic material. Filming process,
Co atoms, Fe atoms and B atoms are formed on the nonmagnetic intermediate layer by sputtering using a target made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Co atoms and Fe atoms. Or a target comprising an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms, or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms. It is a step of forming a laminated film by forming a layer made of an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms by sputtering using A method of manufacturing a magnetoresistive element.
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、結晶性金属マグネシウム又は結晶性ボロンマグネシウム合金からなる層を成膜し、該金属マグネシウム又はボロンマグネシウム合金を酸化して、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形成する工程を有し、
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又はCo原子と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、前記トンネルバリア層に隣接させて、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とB原子を含有する合金からなる層を成膜する工程、
非磁性材からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、前記Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とB原子を含有する合金からなる層に隣接させて、非磁性中間層を成膜する工程、
前記非磁性中間層の上に、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とFe原子と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又はCo原子とFe原子とを含有する合金からなる層を成膜し、次いで、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はNi原子とFe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又はNi原子とFe原子を含有する合金からなる層を成膜して積層膜を形成する工程である
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 A method,
The step of forming the tunnel barrier layer includes forming a layer made of crystalline metal magnesium or a crystalline boron magnesium alloy by a sputtering method, oxidizing the metal magnesium or boron magnesium alloy, and forming a crystalline magnesium oxide layer. Or a step of forming a crystalline boron magnesium oxide layer,
The step of forming the magnetization free layer includes
Co atoms, Fe atoms, and B atoms are adjoined to the tunnel barrier layer by sputtering using a target comprising an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms, or an alloy containing Co atoms and B atoms. Forming a layer comprising an alloy containing or an alloy containing Co atoms and B atoms,
A nonmagnetic intermediate layer is formed adjacent to the alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or the alloy containing Co atoms and B atoms by sputtering using a target made of a nonmagnetic material. Filming process,
Co atoms, Fe atoms and B atoms are formed on the nonmagnetic intermediate layer by sputtering using a target made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Co atoms and Fe atoms. Or a target comprising an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms, or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms. It is a step of forming a laminated film by forming a layer made of an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms by sputtering using A method of manufacturing a magnetoresistive element.
前記トンネルバリア層及び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、
酸化マグネシウム又はボロンマグネシウム酸化物からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、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成膜する工程、
Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子と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、前記トンネルバリア層に隣接させて、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とB原子を含有する合金からなる層を成膜する工程、
非磁性材からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、前記Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とB原子を含有する合金からなる層に隣接させて、非磁性中間層を成膜する工程、並びに、
前記非磁性中間層の上に、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とFe原子と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又はCo原子とFe原子とを含有する合金からなる層を成膜し、次いで、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はNi原子とFe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又はNi原子とFe原子を含有する合金からなる層を成膜して積層膜を形成する工程
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。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 A storage medium storing a control program for executing
A control program for executing the step of forming the tunnel barrier layer and the magnetization free layer is as follows:
A step of forming a crystalline magnesium oxide layer or a crystalline boron magnesium oxide layer by a sputtering method using a target made of magnesium oxide or boron magnesium oxide;
Co atoms, Fe atoms, and B atoms are adjoined to the tunnel barrier layer by sputtering using a target comprising an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms, or an alloy containing Co atoms and B atoms. Forming a layer comprising an alloy containing or an alloy containing Co atoms and B atoms,
A nonmagnetic intermediate layer is formed adjacent to the alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or the alloy containing Co atoms and B atoms by sputtering using a target made of a nonmagnetic material. A film forming step, and
Co atoms, Fe atoms and B atoms are formed on the nonmagnetic intermediate layer by sputtering using a target made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Co atoms and Fe atoms. Or a target comprising an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms, or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms. Control program for executing a step of forming a layered film by forming a layer made of an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms by sputtering using A storage medium characterized by storing.
前記トンネルバリア層及び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、
金属マグネシウム又はボロンマグネシウム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、結晶性金属マグネシウム又は結晶性ボロンマグネシウム合金からなる層を成膜し、該金属マグネシウム又はボロンマグネシウム合金を酸化して、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形成する工程、
Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子と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、前記トンネルバリア層に隣接させて、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とB原子を含有する合金からなる層を成膜する工程、
非磁性材からなるターゲットを用いたスパッタリング法により、前記Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とB原子を含有する合金からなる層に隣接させて、非磁性中間層を成膜する工程、並びに、
前記非磁性中間層の上に、Co原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はCo原子とFe原子と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又はCo原子とFe原子とを含有する合金からなる層を成膜し、次いで、Ni原子、Fe原子及びB原子を含有する合金又はNi原子とFe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又はNi原子とFe原子を含有する合金からなる層を成膜して積層膜を形成する工程
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。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 A storage medium storing a control program for executing
A control program for executing the step of forming the tunnel barrier layer and the magnetization free layer is as follows:
A layer made of crystalline metal magnesium or a crystalline boron magnesium alloy is formed by sputtering using a target made of metal magnesium or a boron magnesium alloy, the metal magnesium or boron magnesium alloy is oxidized, and the crystalline magnesium oxide Forming a layer or a crystalline boron magnesium oxide layer,
Co atoms, Fe atoms, and B atoms are adjoined to the tunnel barrier layer by sputtering using a target comprising an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms, or an alloy containing Co atoms and B atoms. Forming a layer comprising an alloy containing or an alloy containing Co atoms and B atoms,
A nonmagnetic intermediate layer is formed adjacent to the alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or the alloy containing Co atoms and B atoms by sputtering using a target made of a nonmagnetic material. A film forming step, and
Co atoms, Fe atoms and B atoms are formed on the nonmagnetic intermediate layer by sputtering using a target made of an alloy containing Co atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Co atoms and Fe atoms. Or a target comprising an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms, or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms. Control program for executing a step of forming a layered film by forming a layer made of an alloy containing Ni atoms, Fe atoms and B atoms or an alloy containing Ni atoms and Fe atoms by sputtering using A storage medium characterized by storing.
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