JPWO2010029701A1 - 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

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    • 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

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, 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、
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、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 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 12-layer multilayer film including the TMR element 12 is formed on the substrate 11. This 12-layer multilayer film has a multilayer film structure from the lowermost first layer (Ta layer) to the uppermost twelfth layer (Ru layer). Specifically, a PtMn layer 14, a CoFe layer 15, a nonmagnetic metal layer (Ru) layer 161, a CoFeB layer 121 as a first ferromagnetic layer, a nonmagnetic polycrystalline Mg oxide layer or BMg as a tunnel barrier layer An oxide layer 122 is stacked. Further thereon, a polycrystalline CoFe layer or CoFeB layer 1233 as a second ferromagnetic layer, a nonmagnetic Ta layer 162, a polycrystalline CoFe layer or CoFeB layer 1232 as a third ferromagnetic layer, and a polycrystalline NiFe layer or A NiFeB layer 1231 is stacked. Furthermore, the nonmagnetic Ta layer 17 and the nonmagnetic Ru layer 18 are laminated in this order. 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.

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 ferromagnetic layer 121 described above may have a laminated structure of two or more layers in which a CoFeB layer and another ferromagnetic layer are added.

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。   Reference numeral 12 denotes a TMR element, which is composed of a laminated structure of a first ferromagnetic layer 121 made of polycrystalline CoFeB, a tunnel barrier layer 122, a second ferromagnetic layer 1233, and third ferromagnetic layers 1232 and 1231. . The tunnel barrier layer 122 has a polycrystalline Mg oxide layer or a polycrystalline BMg oxide layer, and the second ferromagnetic layer 1232 is made of a polycrystalline CoFe layer or a polycrystalline CoFeB layer. The third ferromagnetic layer is composed of a multilayer film of a polycrystalline CoFe layer or CoFeB layer 1232 and a polycrystalline NiFe layer or NiFeB layer 1231.

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 intermediate layer 162 made of a nonmagnetic material such as a nonmagnetic metal or a nonmagnetic insulator is disposed between the second ferromagnetic layer 1233 and the third ferromagnetic layer 1232.

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。   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 161 is a nonmagnetic 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(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 crystalline CoFeB layer 121. The B atom content (hereinafter referred to as B 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%.

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 crystalline CoFeB layer 121 can contain other atoms such as Pt, Ni, Mn and the like in a trace amount (5 atomic% or less, preferably 0.01 to 1 atomic%).

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 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酸化物層又は多結晶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 tunnel barrier layer 122 can be configured as shown in FIG. That is, a stacked structure of a polycrystalline Mg oxide layer or polycrystalline BMg oxide layer 1221, a polycrystalline Mg layer or polycrystalline BMg layer 1222, and a polycrystalline Mg oxide layer or polycrystalline BMg oxide layer 1223. 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、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 TMR element 12 of the present invention. Reference numerals 12, 121, 122, 162, and 1231 to 1233 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 CoFe layer or the crystalline CoFeB layer 1233. 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 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 columnar crystal is preferably a single crystal having a (001) crystal plane 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 CoFeB layer 1233, a ferromagnetic layer made of a crystalline CoFe layer or a CoFeB layer 1232, a crystalline NiFe layer, or This is a ferromagnetic layer made of a NiFeB layer. The laminated film including the seventh layer, the ninth layer, and the tenth layer can function as a magnetization free layer.

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、Al23(酸化アルミニウム)、SiO2(酸化シリコン)やSi34(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 eighth Ta layer 162 which is an intermediate layer made of a nonmagnetic material is disposed between the seventh layer and the ninth layer. The eighth layer is made of nonmagnetic metal such as Ru or Ir, nonmagnetic insulator such as Al 2 O 3 (aluminum oxide), SiO 2 (silicon oxide) or Si 3 N 4 (silicon nitride) in addition to Ta. Can be used. Further, the film thickness can be set in a range of preferably 50 nm or less, more preferably 5 nm to 40 nm.

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 crystalline CoFeB layer 1232 constituting the seventh layer and the ninth layer can be formed by sputtering using a CoFe target or a CoFeB target.

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 crystalline NiFeB layer 1231 constituting the tenth layer can be formed by sputtering using a NiFe target or a NiFeB target.

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 crystalline CoFeB layer 121, the CoFe layers or CoFeB layers 1233 and 1232, and the NiFe layer or NiFeB layer 1231 have the same crystal structure as the aggregate 71 composed of the columnar crystal structure 72 shown in FIG. It may be.

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 crystalline CoFeB layer 121 and the CoFe layer or CoFeB layer 1233 are preferably provided adjacent to the tunnel barrier layer 122 located in the middle. In the manufacturing apparatus, these three layers are sequentially laminated without breaking the vacuum.

17は、第10層(Ta層)の電極層である。   Reference numeral 17 denotes an electrode layer of the tenth layer (Ta layer).

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。   Reference numeral 18 denotes an eleventh layer (Ru layer) hard mask layer. The eleventh 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11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 eleventh layer on the substrate 11 without breaking the vacuum using a high frequency sputtering method. 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 cathode 51 is provided with an Mg oxide target, the cathode 52 is provided with a BMg oxide target, the cathode 53 is provided with an Mg target, and the cathode 54 is provided with a BMg target. The TMR element 122 having the structure shown in FIG. 8 can be manufactured by using the cathode 53 or 54.

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 cathode 41 has a CoFe target for the ninth layer, the cathode 42 has a CoFeB target for the seventh layer, the cathode 43 has Ta targets for the eighth and eleventh layers, Is equipped with a Ru target for the 12th layer. The cathode 45 is mounted with a NiFe target or a NiFeB target for the tenth layer.

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 in non-parallel to each other. By using the non-parallel arrangement, sputtering can be performed while rotating a target having a diameter smaller than the substrate diameter, so that a magnetic film and a nonmagnetic film having the same composition as the target composition can be deposited.

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 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 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 implemented by controlling the execution of various apparatuses 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.

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 transfer chamber 301 is transferred to the film formation chamber 302. The substrates carried into the film forming chamber 302 are the first layer (Ta layer 13), the second layer (PtMn layer 14), the third layer (CoFe layer 15), and the fourth layer (Ru layer) in FIG. 161) and the fifth layer (CoFeB layer 121) are sequentially stacked. The fifth CoFeB layer 121 at this stage preferably has 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307,308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 storage medium 312 in the CPU 306 executes various apparatuses mounted on the transfer chamber 301 and the film forming chamber 302 through the bus lines 307 and 308. It is 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.

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 film forming chamber 303, a polycrystalline Mg oxide layer or a polycrystalline BMg oxide layer 122 is formed as a sixth layer on the fifth amorphous CoFeB 121 layer. In the film formation, control signals calculated based on the control program stored in the storage medium 312 in the CPU 306 are executed by various apparatuses mounted on the transfer chamber 301 and the film formation chamber 303 through the bus lines 307 and 309. It is 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.

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 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 deposition chamber 304, on the sixth layer 122, a seventh layer (CoFe layer or CoFeB layer 1233), an eighth layer (Ta layer 162), a ninth layer (CoFe layer or CoFe layer 1232), Ten layers (NiFe layer or NiFeB layer 1231) are laminated. Next, an eleventh layer (Ta layer 17) and a twelfth layer (Ru layer 18) are sequentially stacked. At this stage, the seventh CoFe layer or CoFeB layer 1233, the ninth CoFe layer or CoFeB layer 1232 and the tenth NiFe layer or NiFeB layer 1231 preferably have an amorphous structure. It may be a 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 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. It is 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.

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 eighth Ta layer 162 and the eleventh Ta layer 17 are formed using the same target attached to the cathode 54.

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、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 CoFeB layer 1233, 1232) and the tenth layer (NiFe layer or NiFeB layer 1231) immediately after film formation. The amorphous state can be crystallized by annealing. As a result, the polycrystalline structure shown in FIG. 7 can be obtained. For this reason, in 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 1233, the ninth layer 1232, and the tenth layer 1231 Amorphous state can be changed to crystalline state.

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 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(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 storage medium 312 stores a control program for performing the process in the annealing furnace. Therefore, various devices in the annealing furnace (not shown, for example, a heater mechanism, an exhaust mechanism, a transport mechanism, etc.) are controlled by the control signal obtained by the calculation of the CPU 306 based on the control program, and the annealing process is executed. Can do.

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 fourth layer 161.

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 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、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 CoFeB layer 121 uses a target having a CoFeB composition ratio (atomic ratio) of 60/20/20, Ar is a sputtering gas, and its pressure is 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 tunnel barrier layer 122 was formed using an MgO target with an MgO composition ratio (atomic ratio) of 50/50 instead of the sputtering apparatus (chamber 201C). Ar was used as a sputtering gas, and a Mg oxide layer was formed by magnetron RF sputtering (13.56 MHz) using a pressure of 0.2 Pa in a pressure range of 0.01 to 0.4 Pa. At this time, the Mg oxide layer 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、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 seventh CoFeB layer 1233, the eighth Ta layer 162, the ninth CoFe layer 1232, and the tenth NiFe layer 1231). ) Was formed.

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 CoFeB layer 1233, the CoFe layer 1232, and the NiFe layer 1231 were formed at a sputtering rate of 0.64 nm / sec by magnetron DC sputtering (chamber 201B) using Ar as a sputtering gas and a pressure of 0.03 Pa. At this time, targets having a CoFeB composition ratio (atomic) 25/25/50, a CoFe composition ratio (atomic) 50/50, and a NiFe composition ratio (atomic) 40/60 were used. Immediately after the film formation, the CoFeB layer 1233, the CoFe layer 1232, and the NiFe layer 1231 had an amorphous structure.

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 magnetoresistive element 10 that has been laminated by performing sputtering film formation in each of the magnetron sputtering chambers 201A, 201B, and 201C for film formation is annealed in a heat treatment furnace in a magnetic field of 8 kOe at about 300 ° C. for 4 hours. Carried out. As a result, it was confirmed that the CoFeB layer 121, the BoFeB layer 1233, the CoFe layer 1232, and the NiFe 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.

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 eighth Ta layer 162, the ninth CoFe layer 1232, and the tenth NiFe layer 1231 was omitted. Was made.

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 seventh CoFeB layer 1233 was changed to CoFe (atomic composition ratio 50/50). Similar effects were obtained.

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 ninth CoFe layer 1232 was changed to CoFeB (atomic composition ratio: 50/30/20). The same effect as in the example was obtained.

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 10th NiFe layer 1231 was changed to NiFeB (atomic composition ratio; 50/30/20). The same effect as in the example was obtained.

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 CoFeB layer 121 of the magnetization fixed layer was changed to a CoFe (atomic composition ratio; 50/50) layer. MR ratio was measured. As a result, the measurement result was as low as 1/100 or less of the MR ratio obtained by the magnetoresistive element of the present invention.

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
x Mg y 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
x Mg y 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
x Mg y 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、
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
x Mg y 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、
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
x Mg y 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)

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。
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.
前記非磁性材は、非磁性金属又は非磁性絶縁物であ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 nonmagnetic material is a nonmagnetic metal or a nonmagnetic insulator. 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。
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.
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。
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.
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。
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.
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。
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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