JP2002299727A

JP2002299727A - 磁性素子、トンネル磁気抵抗効果素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP2002299727A
Application number: JP2001103185A
Authority: JP
Inventors: Akio Koganei; 昭雄小金井; Kazuhisa Okano; 一久岡野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2001-04-02
Publication date: 2002-10-11

Abstract

(57)【要約】【課題】微細化した強磁性層の保磁力を低減させるこ
とで、磁化と保磁力を自由に選択可能な磁性素子を実現
する。【解決手段】第２の磁性層１０２は第１の磁性層より
も保磁力が小さいため磁化が反転しやすい。第２の磁性
層１０２の磁化が反転すると、第２の磁性層１０２から
漏洩する磁界により、第２の磁性層１０２に接触してい
る第１の磁性層１０１の磁化が反転しやすくなる。第１
の磁性層１０１が第２の磁性層１０２から漏洩する磁界
で反転しやすくなるので、本発明の磁性素子の保磁力が
低くなる。また、本発明の磁性素子を用いたトンネル磁
気抵抗効果素子は保磁力が低くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、不揮発性の記憶素
子に関し、特に、保磁力で情報を記憶する磁性素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、強磁性体は外部から印加された
磁界によって生じた磁化が外部磁界を取り除いた後にも
残留する。また、強磁性体は、磁化の方向によってその
電気抵抗値が変化する。これは磁気抵抗効果と呼ばれて
いる。また、その電気抵抗値の変化率は磁気抵抗比（Ｍ
ａｇｎｅｔｏ−ＲｅｓｉｓｔａｎｃｅＲａｔｉｏ；Ｍ
Ｒ比）と呼ばれている。

【０００３】磁気抵抗効果を利用すれば、強磁性体の磁
化方向により情報を記憶する不揮発性のメモリを実現す
ることができる。このような不揮発性メモリは磁気メモ
リ（ＭＲＡＭ；ＭａｇｎｅｔｉｃＲａｎｄｏｍＡｃ
ｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）と呼ばれている。近年、非磁
性層を２つの強磁性層で挟んだ構造のトンネル磁気抵抗
効果（ＴＭＲ；ＴｕｎｎｅｌＭａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓ
ｉｓｔａｎｃｅ）素子により巨大磁気抵抗効果（Ｇｉａ
ｎｔＭａｇｎｅｔＲｅｇｉｓｔａｎｃｅ）が得られ
ることが発見され、注目されている。トンネル磁気抵抗
効果素子は磁気抵抗比が高いので、それを利用したＭＲ
ＡＭや磁気ヘッドの実用化に向けた開発が進められてい
る。

【０００４】この種のＭＲＡＭは、各メモリセルにトン
ネル磁気抵抗効果素子を有している。トンネル磁気抵抗
効果素子において、膜面に対して膜垂直方向に電流を流
した場合の電気抵抗値の変化は、非磁性層をトンネルバ
リア層として、２つの強磁性層のスピン分極率の差によ
り生じる。そして、電気抵抗値の変化をトンネル電流の
変化として検知すれば、記憶された情報を読み出すこと
ができる。

【０００５】ところで、昨今では携帯電話やＰＤＡ等の
モバイル機器の開発が盛んである。モバイル機器の高機
能化に伴い、その格納用メモリとして、大容量で高速ア
クセス可能な不揮発性メモリの必要性が高まっている。
また、様々な技術分野で軽量化、小型化、低消費電力化
が指向されている。これらを実現するために、ＭＲＡＭ
においては、微細化した磁性材料の磁化と保磁力という
２つのパラメータを自由に選択可能とすることが望まれ
ている。ここで、何らかの機能を実現するために微細加
工された磁性薄膜の膜片を磁性素子と呼ぶこととする。
磁性素子の開発では、サブμｍデバイス、更には１００
ｎｍデバイスを実現するために、材料の物性の極限に挑
む戦いが繰り広げられている。

【０００６】トンネル磁気抵抗効果素子の基本構造とし
ては、２つの強磁性層と、それらの間に挟まれた薄い非
磁性層とからなる。そして、２つの強磁性層は保磁力が
互いに異なっている。２つの強磁性層の磁化方向が平行
でかつ同一方向の場合（以下、平行と称す）と、平行で
かつ反対方向の場合（以下、反平行と称す）とで、トン
ネル磁気抵抗効果素子の電気抵抗値は異なる。トンネル
磁気抵抗効果素子は、この現象を利用して“０”及び
“１”の２値の状態を記憶する。

【０００７】トンネル磁気抵抗効果素子への情報の書き
込みは、保磁力が大きい方の強磁性層の磁化方向を外部
磁界により変化させることで行われる。トンネル磁気抵
抗効果素子の近傍に配置した配線に電流を流すことで、
トンネル磁気抵抗効果素子への外部磁界を発生させる方
法が知られている。

【０００８】トンネル磁気抵抗効果素子から情報を読み
出す方法としては、絶対値検出方式と差動検出方式とが
知られている。絶対値検出方式は、トンネル磁気抵抗効
果素子の電気抵抗値の絶対値で判断するものである。差
動検出方式は、書き込みの際より弱い外部磁界を印加し
て、保磁力の小さい強磁性層の磁化のみを反転させ、そ
の前後の電気抵抗値の差から、保磁力の大きい強磁性層
の状態を読み出すものである。

【０００９】トンネル磁気抵抗効果を利用した磁性素子
は、情報を磁気的に記憶するため放射線に対する耐性に
優れ、原理的に不揮発であり、高速アクセスが可能であ
り、書き込み回数に制限がない等様々な利点を有する。
また、MRAMでは、既存の半導体製造技術を流用して容易
に高密度記録が実現できるので、MRAMが将来的にはＤＲ
ＡＭに置き換わるものと期待されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】メモリ開発では、記録
密度を向上させるために、情報を記録する単位であるメ
モリセルのサイズは年々縮小している。しかし、磁性膜
は、微細化するとその保磁力が増大する傾向にある。こ
れは、微細化すると膜があるかないかの境目（端部）に
位置する部分の割合が相対的に増えることに原因がある
と考えられる。何故なら、磁極を外部に発しないよう
に、膜の端部では磁化方向が膜面に向く傾向にあるため
である。

【００１１】このように本来の磁化が容易な軸方向から
外れた成分を有する膜では交換エネルギーが大きく、磁
化反転に大きなエネルギーが必要である。磁化を反転さ
せるためのエネルギーが大きいことは、即ち保磁力が大
きいことを意味する。

【００１２】ＭＲＡＭでは、メモリセルの付近の配線に
電流を流すことで発生する外部磁界で強磁性層の磁化を
反転させる。メモリセルの保磁力が増大すれば、磁化反
転に大きな電流が必要となる。必要な電流が大きければ
それだけ消費電力が大きいので、好ましくない。

【００１３】希土類金属と遷移金属の合金磁性薄膜は特
に垂直異方性に優れており、微細化しても磁化が膜面に
対して垂直方向に安定して向くことから、Ｎｉ，Ｆｅ，
Ｃｏなどの従来より提案されてきた面内磁気異方性を有
する強磁性薄膜に比べて有利であると考えられてきた。

【００１４】しかし、希土類金属と遷移金属の合金磁性
薄膜は元来の保磁力が巨大であるため、メモリセルをサ
ブミクロン領域まで微細化すると、情報の書込み及び読
出しに必要な電流が面内磁化膜に比べて大きなものとな
ってしまうという課題があった。

【００１５】本発明の第１の目的は、微細化した強磁性
層の保磁力を低減させることで、磁化と保磁力を自由に
選択可能な磁性素子を実現することである。

【００１６】また、本発明の第２の目的は、メモリセル
の保磁力を低減させることで、磁化の反転に必要な書き
込み電流を低減し、低消費電力のMRAMを実現することで
ある。

【００１７】また、本発明の第３の目的は、コストパフ
ォーマンスと生産性の高いＭＲＡＭを提供することにあ
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の磁性素子は、強磁性体の保磁力を利用した
磁性素子であって、基板上に形成した第１の磁性層と、
前記第１の磁性層より磁気異方性が低く、前記第１の磁
性層に接触した第２の磁性層とを有している。

【００１９】第２の磁性層は、第１の磁性層より磁気異
方性が低いため、第１の磁性層よりも保磁力が小さいた
め、第１の磁性層より磁化が反転しやすい。第２の磁性
層の磁化が反転すると、第２の磁性層から漏洩する磁界
により、第１の磁性層の磁化が反転しやすくなる。した
がって、本発明の磁性素子は、第１の磁性層が単独で存
在する場合よりも小さな外部磁界で反転するので、微細
化した強磁性層において保磁力を低減させることが可能
である。

【００２０】本発明の実施態様によれば、前記第２の磁
性層は、前記第１の磁性層の周囲に接触している。

【００２１】本発明の実施態様によれば、前記第２の磁
性層は、前記第１の磁性層の上部に接触している。

【００２２】本発明の実施態様によれば、前記第１の磁
性層及び前記第２の磁性層の主たる磁化方向が膜面に対
して垂直である。

【００２３】本発明の実施態様によれば、前記第１の磁
性層及び前記第２の磁性層は、希土類金属と遷移金属と
の合金である。

【００２４】本発明の実施態様によれば、前記合金は、
Ｇｄ、Ｔｂ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少な
くとも２つを含んでいる。

【００２５】本発明の他の実施態様によれば、前記第１
の磁性層及び前記第２の磁性層の主たる磁化方向が膜面
に対して水平である。

【００２６】本発明の実施態様によれば、前記第２磁性
層が前記第１磁性層の改質物である。

【００２７】本発明の実施態様によれば、前記改質物は
Ｇａ混入物である。

【００２８】本発明の他の実施態様によれば、前記改質
物は酸化物である。

【００２９】本発明の他の磁性素子は、強磁性体の保磁
力を利用した磁性素子であって、磁気異方性の異なる磁
性層を複数有する。

【００３０】本発明のトンネル磁気抵抗効果素子は、磁
気異方性の異なる２つの磁性層が接触した構成の第１の
磁性素子と、磁気異方性の異なる２つの磁性層が接触し
た構成であり、前記第１の磁性素子と保磁力が異なる第
２の磁性素子と、前記第１の磁性素子と前記第２の磁性
素子とに挟まれた非磁性絶縁層を有している。

【００３１】２つの磁性素子と非磁性絶縁層からなるト
ンネル磁気抵抗効果素子において、磁気異方性の異なる
磁性層が接触してなる磁性素子を用いれば、保磁力の小
さいトンネル磁気抵抗効果素子を実現できる。

【００３２】本発明の他のトンネル磁気抵抗効果素子
は、単独の磁性層からなる第１の磁性素子と、磁気異方
性の異なる２つの磁性層が接触した構成であり、前記第
１の磁性素子と保磁力が異なる第２の磁性素子と、前記
第１の磁性素子と前記第２の磁性素子とに挟まれた非磁
性絶縁層を有している。

【００３３】本発明の更に他のトンネル磁気抵抗効果素
子は、磁気異方性の異なる複数の磁性層からなる第１の
磁性素子と、磁気異方性の異なる複数の磁性層からな
り、前記第１の磁性素子と保磁力が異なる第２の磁性素
子と、前記第１の磁性素子と前記第２の磁性素子とに挟
まれた非磁性絶縁層を有している。

【００３４】本発明の更に他のトンネル磁気抵抗効果素
子は、単独の磁性層からなる第１の磁性素子と、磁気異
方性の異なる複数の磁性層からなり、前記第１の磁性素
子と保磁力が異なる第２の磁性素子と、前記第１の磁性
素子と前記第２の磁性素子とに挟まれた非磁性絶縁層を
有している。

【００３５】本発明の磁性素子の製造方法は、基板上に
第１の磁性層を形成するステップと、荷電粒子を打ち込
んで前記第１の磁性層を改質し、前記第１の磁性層より
磁気異方性の低い第２の磁性層を作成するステップを有
している。

【００３６】磁性層にイオンビームを照射することによ
り荷電粒子を打ち込んで、磁気異方性の低減した磁性素
子を作成するプロセスを導入するという、マスク製造工
程が不要で容易な工程により、保磁力を低減した磁性素
子を製造することができる。

【００３７】本発明の実施態様によれば、前記荷電粒子
を前記第１の磁性層の側壁部分に打ち込む。

【００３８】本発明の他の実施態様によれば、前記荷電
粒子を前記第１の磁性層の上面部分に打ち込む。

【００３９】本発明の実施態様によれば、前記荷電粒子
を打ち込むことにより、前記第１の磁性層の概ね全体を
改質する。

【００４０】本発明の実施態様によれば、前記荷電粒子
は希ガス、窒素、酸素またはこれらの混合物を原料とす
る。

【００４１】本発明の他の実施態様によれば、前記荷電
粒子はＧａ、Ｂ、Ｐ、Ａｓまたはこれらの混合物を原料
とする。

【００４２】本発明の実施態様によれば、前記荷電粒子
の注入エネルギーが１０〜３００ｋｅＶである。

【００４３】本発明のトンネル磁気抵抗効果素子の製造
方法は、基板上に下部強磁性層、非磁性絶縁層及び上部
強磁性層を形成して素子を構成するステップと、荷電粒
子を打ち込んで、前記下部強磁性層または前記上部強磁
性層の少なくとも一方を改質するステップを有してい
る。

【００４４】強磁性層にイオンビーム等を照射すること
により荷電粒子を打ち込んで、磁気異方性の低減した磁
性素子を作成するプロセスを導入するという、マスク製
造工程が不要で容易な工程により、保磁力を低減したト
ンネル磁気抵抗効果素子を製造することができる。ま
た、ピンポイントで要所の処理を済ませることができ
る。

【００４５】本発明の実施態様によれば、前記荷電粒子
を前記素子の側壁部分に打ち込む。

【００４６】本発明の他の実施態様によれば、前記荷電
粒子を前記素子の上面部分に打ち込む。

【００４７】本発明の実施態様によれば、前記荷電粒子
を打ち込むことにより、前記上部強磁性層の概ね全体を
改質する。

【００４８】本発明の実施態様によれば、前記荷電粒子
は希ガス、窒素、酸素またはこれらの混合物を原料とす
る。

【００４９】本発明の実施態様によれば、前記荷電粒子
はＧａ、Ｂ、Ｐ、Ａｓまたはこれらの混合物を原料とす
る。

【００５０】本発明の実施態様によれば、前記荷電粒子
の注入エネルギーが１０〜３００ｋｅＶである。

【００５１】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について図面を
参照して詳細に説明する。

【００５２】本発明の磁性素子は、磁気異方性の異なる
複数の磁性層からなる。本発明の一実施形態として、互
いに磁気異方性の異なる２つの磁性層が接触している場
合を例示する。

【００５３】本実施形態の磁性素子は、第１の磁性層か
らなるドメインと、第１の磁性層に比べて磁気異方性が
低く、第１の磁性層に接触した第２の磁性層からなるド
メインとが基板上に形成されている。ここで“磁性素
子”とは、何らかの機能を実現するために、磁性薄膜を
微細加工して構成された膜片のことを指すものとする。
また“ドメイン”とは、微細加工により規定された磁性
薄膜が存在する領域のことを指すものとする。

【００５４】第２の磁性層は、第１の磁性層より磁気異
方性が低いため、第１の磁性層よりも保磁力が小さい。
外部から本実施形態の磁性素子に与える磁界を徐々に強
めていくと、第１の磁性層より先に第２の磁性層の磁化
が反転する。第２の磁性層の磁化が反転すると、第２の
磁性層からの漏洩する磁界により、第１の磁性層の磁化
が反転しやすくなる。そのため、第１の磁性層は、第２
の磁性層と接触している場合の方が、単独で存在する場
合よりも小さな外部磁界で反転する。したがって、微細
化した強磁性層において保磁力を低減させることが可能
となり、磁化と保磁力を自由に選択して磁性素子を構成
することができる。

【００５５】下部強磁性層と非磁性層と上部強磁性層か
らなるトンネル磁気抵抗効果素子において、下部又は上
部強磁性層に本実施形態の磁性素子を用いれば、保磁力
の小さい磁気メモリ（ＭＲＡＭ）を実現することができ
る。保磁力の小さい磁気メモリは、磁化の反転が生じる
外部磁界（以下、反転磁界と称す）が小さいため、低消
費電力である。

【００５６】図１は、本発明の実施形態の磁性素子の４
つの形態の斜視図である。図１（ａ）は、円筒型、図１
（ｂ）は直方体型、図１（ｃ）は上面型、図１（ｄ）は
下面型のそれぞれの磁性素子を示す。

【００５７】図１（ａ）及び（ｂ）を参照すると、第１
の磁性層１０１の周囲に第１の磁性層よりも磁気異方性
が低い第２の磁性層１０２が配置されている。図１
（ｃ）及び（ｄ）を参照すると、第１の磁性層１０１の
上或いは下に、第２の磁性層１０２が重畳されている。
いずれの場合でも、本実施形態の磁性素子は、単独の第
１の磁性層１０１に比べて保磁力が小さい。

【００５８】なお、第１の磁性層１０１と第２の磁性層
１０２の磁化の方向は、概略そろっていることが望まし
い。また、第１の磁性層１０１及び第２の磁性層１０２
は、磁化の方向が膜面に水平な面内磁化膜であってもよ
く、また、磁化の方向が膜面に対して垂直な垂直磁化膜
であってもよい。

【００５９】図２は、本実施形態の磁性素子の各磁性層
の磁化方向の変化の様子を示す断面模式図である。図２
（ａ）〜図２（ｄ）は、第１及び第２の磁性層１０１，
１０２の磁化方向がそろっている状態から、外部磁界の
印加により磁化が反転し、逆方向に揃うまでの様子を時
系列に示している。図２（ａ）において、矢印は、第１
の磁性層１０１及び第２の磁性層１０２の磁化方向を表
すベクトルである。

【００６０】なお、これは本発明のメカニズムを簡潔に
説明するために単純化したモデルである。実際の磁化反
転挙動は、マイクロマグネティクスに基づいた、微視的
でかつ複雑な反応であることは言うまでもない。

【００６１】図２を用いて本発明のメカニズムについて
説明する。

【００６２】図２（ａ）の時点では、第１の磁性層１０
１及び第２の磁性層１０２ａ，１０２ｂは共に磁化が上
向きである。ここで、磁性素子に与える下向きの外部磁
界を徐々に強めていくと、図２（ｂ）に示すように、磁
気異方性の低い第２の磁性層１０２ａ，１０２ｂの磁化
の方向が傾いてくる。

【００６３】図２（ｂ）の時点では、外部磁界の強さが
単独の第１の磁性層１０１の保磁力より小さい。第１の
磁性層１０１は、その周囲にある第２の磁性層１０２
ａ，１０２ｂから交換力を受けて、単独の場合より磁化
が反転しやすい状態となっている。そのため、図２
（ｂ）に示すように、第１の磁性層１０１の磁化の方向
も傾いている。ただし、第１の磁性層１０１の傾きは第
２の磁性層１０２ａ，１０２ｂより小さい。

【００６４】図２（ｃ）の時点では、下向きの外部磁界
が図２（ｂ）の時点より強くなっている。磁気異方性の
低い第２の磁性層１０２ａ，１０２ｂの磁化はほぼ反転
を終了している。これに対して、第１の磁性層１０１の
磁化の方向はやや遅れて回転している。ただし、単独の
第１の磁性層１０１に比べると、保磁力が低減している
ので、磁化の回転は進んでいる。

【００６５】図２（ｄ）の時点では、図２（ｃ）の時点
より更に外部磁界が強くなっている。第１の磁性層１０
１及び第２の磁性層１０２ａ，１０２ｂは共に磁化の反
転が完了している。以上のように、第１の磁性層１０１
が単独の場合に比べて、小さな外部磁界で磁化が反転す
る。

【００６６】したがって、本実施形態の磁性素子をＭＲ
ＡＭに応用すれば、容易に、メモリセルの保磁力を下
げ、磁化反転に必要な書き込み電流を低減することが可
能になる。

【００６７】図３は、本実施形態の磁性素子の磁化曲線
（ａ）及び単独の第１の磁性層１０１の磁化曲線（ｂ）
の模式図である。磁化曲線とは、外部磁界（Ｈ）と磁化
の関係を示すグラフである。図３中の矢印は磁化曲線が
ヒステリシス特性を示す部分での磁化の進行方向を示
す。ここで、磁化曲線がＨ軸と交差する点における外部
磁界を保磁力と定義する。本実施形態の磁性素子の保磁
力はＨｃ１であり、単独の第１の磁性層１０１の保磁力
はＨｃ２である。

【００６８】保磁力Ｈｃ１と保磁力Ｈｃ２とは、Ｈｃ１
＞Ｈｃ２の関係にある。すなわち、本実施形態の磁性素
子は、単独の第１の磁性層１０１に比べて、弱い外部磁
界で磁化が反転する。

【００６９】図４は、希土類金属と遷移金属の合金であ
る垂直磁化膜を用いた磁性素子の磁化の様子を示す模式
図である。図４（ａ）は遷移金属優勢の場合の磁化を示
し、図４（ｂ）は希土類金属優勢の場合の磁化を示す。
太い黒矢印は希土類金属（ＲＥ）の磁化の方向を示し、
細い矢印は遷移金属（ＴＭ）の磁化の方向を示し、白抜
きの太い矢印はそれらを合算した磁化の方向を示す。

【００７０】適切な材料及び組成で組み合わせた希土類
金属―遷移金属の磁性体はフェリ磁性を示す。したがっ
て、希土類金属の磁化と遷移金属の磁化とは反平行であ
る。そして、これら主格子磁化と副格子磁化の差分が全
体の磁化として観察される。

【００７１】図４（ａ）は、第１の磁性層４０１及び第
２の磁性層４０２は共に遷移金属が優勢な合金である。
本実施形態の磁性素子は第１の磁性層４０１と第２の磁
性層４０２ａ，４０２ｂとからなる。

【００７２】第１の磁性層４０１では、遷移金属の磁化
が希土類金属の磁化より大きいが両者の差は小さい。そ
のため、第１の磁性層４０１全体の磁化は、第２の磁性
層４０２ａ，４０２ｂの磁化より小さい。第２の磁性層
４０２ａ，４０２ｂでは、遷移金属の磁化が希土類金属
の磁化よりはるかに大きい。そのため、第２の磁性層４
０２ａ，４０２ｂ全体の磁化は第１の磁性層４０１の磁
化より大きい。

【００７３】したがって、磁化が大きい、即ち、磁気異
方性が低い第２の磁性層４０２ａ，４０２ｂは、第１の
磁性層４０１よりも弱い外部磁界で磁化が反転する。

【００７４】図４（ｂ）は、第１の磁性層４０３及び第
２の磁性層４０４は共に希土類金属が優勢な合金であ
る。本実施形態の磁性素子は第１の磁性層４０３と第２
の磁性層４０４ａ，４０４ｂとからなる。

【００７５】第１の磁性層４０３では、希土類金属の磁
化が遷移金属の磁化より大きいが両者の差は小さい。そ
のため、第１の磁性層４０３全体の磁化は、第２の磁性
層４０４ａ，４０４ｂの磁化より小さい。第２の磁性層
４０４ａ，４０４ｂでは、希土類金属の磁化が遷移金属
の磁化よりはるかに大きい。そのため、第２の磁性層４
０４ａ，４０４ｂ全体の磁化は第１の磁性層４０３の磁
化より大きい。

【００７６】したがって、磁化が大きい、即ち、磁気異
方性が低い第２の磁性層４０４ａ，４０４ｂは、第１の
磁性層４０３よりも弱い外部磁界で磁化が反転する。

【００７７】したがって、磁化が大きい、即ち、磁気異
方性が低い第２の磁性層４０４ａ，４０４ｂは、第１の
磁性層４０３よりも弱い外部磁界で磁化が反転する。

【００７８】図４は、第１の磁性層の優勢な金属と第２
の磁性層の優勢な金属が同類である場合を示したが、第
１の磁性層全体の磁化が第２の磁性層全体の磁化より大
きく、方向が同じであれば、何れか一方が希土類金属優
勢で、他方が遷移金属優勢であってもよい。

【００７９】次に、本実施形態の磁性素子の製造方法に
ついて説明する。本実施形態の磁性素子の製造方法は多
数存在する。例えば、第１の磁性層を改質して第２の磁
性層を得る方法や、第２の磁性層をフォトリソグラフィ
によってパターニングして成膜する方法などがある。

【００８０】図５は、第１の磁性層に荷電粒子を注入し
て改質し、第２の磁性層を得る本実施形態の磁性素子の
製造方法を説明するための模式図である。

【００８１】図５（ａ）に示すように、基板５０１上に
第１の磁性層５０２と保護層５０３を形成する。

【００８２】第１の磁性層５０２はＧａをイオン源とす
る集束イオンビーム（加速電圧３０ｋＶ）により素子化
される。図５（ｂ）は加工の様子を示すもので、第１の
磁性層５０２は、イオンビーム５０４が照射されること
により、素子周囲に改質したテーパを生じる。第１の磁
性層５０２が改質した部分が第２の磁性層５０５とな
る。図５（ｃ）は改質により第２の磁性層５０５が生じ
た後の状態を示す。

【００８３】第２の磁性層５０５の部分では、Ｇａイオ
ンにより第１の磁性層５０２内の磁気結合鎖が部分的に
断ち切られているので、磁気異方性が減少している。

【００８４】なお、第１の磁性層５０２を改質するため
に使用されるイオン或いは荷電粒子はＧａの集束ビーム
に限定されるものではない。Ａｒ等の希ガス、反応性プ
ロセスを実現するＮ₂やＯ₂等のガス、或いは半導体の製
造工程でドーパントガスとして使用されるＧａ、Ｂ、
Ｐ、Ａｓ、及びこれらの混合物を原料とするイオンが用
いられてもよい。

【００８５】第１の磁性層５０２を改質するために使用
されるイオン或は荷電粒子の注入エネルギーとしては１
０〜３００ｋｅＶが適当である。１０ｋｅＶ以下のエネ
ルギーでは十分な改質が生じない。また、３００ｋｅＶ
を超えるエネルギーでは、対象物に物理的ダメージを生
じ、破壊してしまう場合がある。

【００８６】注入エネルギーは、荷電粒子、改質の対象
となる第１の磁性層５０２の材質や加工形状、加工場所
等に応じて適宜選択される。

【００８７】第１の磁性層５０２を改質することで第２
の磁性層５０５を作成する場所は、図５に示したような
第１の磁性層５０２の周囲に限定されるものではない。

【００８８】図１（ｃ）や図１（ｄ）に示したように、
第１の磁性層５０２の上或は下に第２の磁性層５０５を
作成した形態も考えられる。

【００８９】図６（ｂ）は、第１の磁性層５０２の上に
第２の磁性層５０５を作成したものを示す。保護層５０
３の膜厚として適当な厚さを選択することで第１の磁性
層５０２へのイオン注入量を調整し、図６（ａ）のよう
にイオンビーム５０４を第１の磁性層５０２の上面に照
射することで、第２の磁性層５０５の膜厚を所望の厚さ
とすることができる。

【００９０】保護層５０３の膜厚を更に薄くして非磁性
元素５０６が完全に浸入するようにすれば、図６（ｃ）
のように第１の磁性層５０２は全面的に改質する。

【００９１】なお、第１の磁性層５０２から第２の磁性
層５０５を作成するための製造方法は、ＦＩＢなどのイ
オンビーム照射に限定されるものではない。例えば、第
１の磁性層５０２を大気中で自然に酸化させることでも
容易に改質することができる。

【００９２】自然酸化により第１の磁性層を改質して第
２の磁性層を得る製造方法の一例を図７を用いて説明す
る。

【００９３】図７を参照すると、第１の磁性層７０１が
基板（不図示）上に形成されている。第１の磁性層７０
１において、遷移金属の磁化が希土類金属の磁化より大
きい。そして、両者の磁化の大きさの差は小さいため遷
移金属優勢である。そのため、第１の磁性層７０１は磁
気異方性が大きい。

【００９４】第１の磁性層７０１を大気中に一定時間放
置すると、第１の磁性層７０１内の希土類金属が容易に
酸化して磁化を失う。それにより磁気異方性の低い第２
の磁性層が第１の磁性層７０１の周囲に生じる。この例
では、第２の磁性層は遷移金属の磁化を主に示すことに
なる。したがって、遷移金属材料の種類によっては、磁
性素子は若干の面内磁化成分を持つようになる。しか
し、第１の磁性層と第２の磁性層の磁化方向は概ね揃っ
ているため本発明の機能が損なわれることはない。

【００９５】なお、第１の磁性層の周囲を覆う第２の磁
性層の厚さは、材料の組み合わせにより適宜選択され
る。

【００９６】また、第１の磁性層と第２の磁性層の境界
には、第１の磁性層及び第２の磁性層と異なる第３の層
が存在してもよい。第３の層は、第１の磁性層と第２の
磁性層の材料の混合物からなる場合もあり、また、全く
異なる非磁性材料からなる場合もある。いずれの場合で
も、第３の層の厚さはできるだけ薄いことが望ましい。
０〜３ｎｍの範囲であることが望ましい。第３の層が厚
すぎると、第１の磁性層と第２の磁性層との磁気的な結
合力が弱まり、保磁力を低減させるという本発明特有の
効果が低下してしまうからである。

【００９７】本実施形態の磁性素子は、トンネル磁気抵
抗効果素子に応用することができる。

【００９８】図８は、本実施形態の磁性素子で非磁性絶
縁層を挟んだ構成のトンネル磁気抵抗効果素子の一例を
示す斜視図である。

【００９９】従来のトンネル磁気抵抗効果素子は、下部
強磁性層と非磁性絶縁層と上部強磁性層とからなり、上
部及び下部強磁性層は共に単独の層である。

【０１００】図３を参照すると、本実施形態のトンネル
磁気抵抗効果素子の下部強磁性層は、第１の磁性層８０
１及び第２の磁性層８０４から構成された第１の磁性素
子８１０である。また、非磁性絶縁層はトンネル膜８０
２である。また、上部強磁性層は、第１の磁性層８０３
及び第２の磁性層８０５から構成された第２の磁性素子
８２０である。

【０１０１】下部強磁性層と上部強磁性層の保磁力は互
いに異なる。保磁力の小さい方がフリー層となり、保磁
力の大きい方がピン層となる。

【０１０２】本実施形態では、第１の磁性素子８１０の
第２の磁性層８０４は、第１の磁性層８０１の周囲を覆
うよう配置されている。第２の磁性素子８２０の第２の
磁性層８０５は第１の磁性層８０３の周囲を覆うよう配
置されている。そして、第１及び第２の磁性素子８１
０，８２０でトンネル磁気抵抗効果素子が構成されてい
る。

【０１０３】トンネル磁気抵抗効果素子は、下部センス
線８０６及び上部センス線８０７ａ，８０７ｂに電気的
に接続されている。図８中では、上部センス線８０７は
構造を見やすくするために８０７ａ及び８０７ｂに分割
されているが、実際には一つの配線である。

【０１０４】下部センス線８０６には、第１磁性素子８
１０の第１の磁性層８０１及び第２の磁性層８０４が接
続されている。上部センス線８０７には第２磁性素子８
２０の第１の磁性層８０３及び第２の磁性層８０５が接
続されている。そして、センス電流は、一方のセンス線
から、トンネル磁気抵抗効果素子を通って、他方のセン
ス線に流れる。なお、図８中では、センス電流を流すた
めに必要な絶縁層は図示されていない。

【０１０５】本実施形態の磁性素子は保磁力が小さいた
め、外部磁界を印加することにより情報を容易に書込む
ことができる。

【０１０６】トンネル磁気抵抗効果素子は、構成要素と
して、保磁力の互いに異なる上部強磁性層と下部強磁性
層とを有する。これらは保磁力が互いに異なり、磁化の
反転し易さが異なる。磁化が反転し易い方が軟磁性材料
であり、磁化が反転し難い方が硬磁性材料である。軟磁
性材料は容易に磁化が反転するので、情報を読み出すと
きに磁化が反転される再生層として機能する。

【０１０７】また、硬磁性材料は軟磁性材料よりも磁化
が反転し難いので、情報を記憶するメモリ層として機能
する。

【０１０８】この軟磁性材料及び硬磁性材料は２つの強
磁性層間における保磁力の大小関係で定義されるもので
保磁力が大きいものを硬磁性材料とする。

【０１０９】なお、本実施形態の磁性素子をトンネル磁
気抵抗効果素子に応用する場合、図８に示したように上
部強磁性層及び下部強磁性層の双方に用いる以外に、上
部強磁性層のみに適用する場合も考えられる。

【０１１０】イオンビームにより上部強磁性層を改質す
る場合、上述したように、上部強磁性層の一部を改質し
てもよく、また、上部強磁性層の概ね全体を改質しても
よい。

【０１１１】図９は、上部強磁性層の一部を改質して作
成したトンネル磁気抵抗効果素子の斜視図である。

【０１１２】図９において、下部強磁性層は第１の磁性
素子８３０である。また、非磁性絶縁層はトンネル膜８
０２である。また、上部強磁性層は、第１の磁性層８０
３と第２の磁性層８０５からなる第２の磁性素子８４０
である。そして、導電性保護層３０８によりイオン注入
ダメージを防止している。

【０１１３】下部強磁性層と上部強磁性層の保磁力は互
いに異なり、保磁力の小さい方がフリー層となり、保磁
力の大きい方がピン層となる。ここでは上部強磁性層が
ピン層であるとする。

【０１１４】製造方法としては、メモリセルのエリアを
規定するための加工の後に、イオンビームを照射して第
２の磁性素子８４０の第１の磁性層８０３を改質し、第
１の磁性層８０３の上部に第２の磁性層８０５を生成す
る。

【０１１５】第２の磁性層８０５では、Ｇａイオンによ
り第１の磁性層８０３内の磁気結合鎖が部分的に断ち切
られ、磁気異方性が減少している。ピン層となる第２磁
性素子８４０の保磁力は、導電性保護層８０８の膜厚を
選択することにより調整できる。

【０１１６】本実施形態の磁性素子は保磁力が小さいた
め、図９のトンネル磁気抵抗効果素子は外部磁界を印加
することにより情報を容易に記録することができる。

【０１１７】図１０は、上部強磁性層全体を改質して作
成したトンネル磁気抵抗効果素子の斜視図である。

【０１１８】図１０において、下部強磁性層は第１の磁
性素子８３０である。非磁性絶縁層はトンネル膜８０２
である。上部強磁性層は第２の磁性素子８５０である。
なお、図１０の場合も図９と同様に上部強磁性層がピン
層であるとする。

【０１１９】メモリセルのエリアを規定するための加工
の後に、イオンビームを照射して上部強磁性層全体を改
質して第２の磁性素子８５０を生成する。第２の磁性素
子８５０には、非磁性元素８０９が注入されている。こ
のときの注入エネルギーを選択することで、ピン層とな
る第２磁性素子８５０の保磁力を調整することができ
る。

【０１２０】本実施形態の磁性素子は保磁力が小さいた
め、図１０のトンネル磁気抵抗効果素子は外部磁界を印
加することにより容易に情報を記録することができる。

【０１２１】なお、トンネル磁気抵抗効果素子の製造工
程において、イオンビームを照射して磁気異方性の低減
した磁性素子を作成するプロセスを導入することは、マ
スク製造工程が不要なため比較的容易である。また、ピ
ンポイントで要所の処理を済ませることができるので、
保磁力を低減させるための加工の生産性が高い。

【０１２２】なお、本実施形態の磁性素子の応用範囲
は、トンネル磁気抵抗効果素子のみに限定されるもので
はない。本実施形態の磁性素子は、微細加工を施した磁
気応用製品において保磁力の低い磁性素子が要求される
場合に、広く適用することが可能なのは言うまでもな
い。

【０１２３】次に、本発明の具体的な実施例について詳
細に説明する。（第１の実施例）第１の磁性層の周囲に第１の磁性層の
改質物である第２の磁性層を配置することにより、保磁
力を低下させた磁性素子の一例を示す。

【０１２４】磁性膜をＦＩＢ（集束イオンビーム）装置
を使って微細加工し、０．３〜０．７［μｍ］角の図５
（ｃ）に示したような磁性素子を作成した。そして、素
子サイズに依存して保磁力がどのように変化したかを検
証した。

【０１２５】このとき、磁性素子の保磁力として、磁気
力顕微鏡（ＭＦＭ）で測定した磁気情報を用いた。ま
た、振動式磁気測定装置（ＶＳＭ）により測定した１ｃ
ｍ角の垂直異方性磁化単層膜を比較対象とした。また、
実験には、遷移金属が優勢なフェリ磁性体を使った。

【０１２６】第１の磁性層としてＴｂ₂₀Ｆｅを用い、膜
厚を３０ｎｍとした。Ｔｂ−Ｆｅ系の垂直磁化膜ではＴ
ｂ成分が２５％付近に補償組成があるので、２５％以下
では遷移金属であるＦｅが優勢となり、２５％以上では
希土類金属であるＴｂ優勢となる。

【０１２７】先ず、第１の磁性層としてＴｂ₂₀Ｆｅを基
板上に成膜した。ここで用いた基板は、（１，０，０）
の結晶方位を持つ４インチのＳｉウエハに１μｍの熱酸
化膜を形成したものである。Ｔｂ₂₀Ｆｅの成膜にはマグ
ネトロンスパッタ法を用い、ＴｂターゲットとＦｅター
ゲットによるコスパッタを行った。希土類金属は酸化し
やすいためロードロック室を有する装置を使った。スパ
ッタ室の到達圧力は−５乗Ｐａ以下であった。

【０１２８】第１の磁性層を成膜した後、保護膜として
４５ｎｍのＳｉをマグネトロンスパッタにて成膜した。

【０１２９】次に、基板を取り出してＦＩＢ装置に投入
した。ＦＩＢ装置では、加速電圧３０ｋＶ、ビーム電流
１１ｐＡでＧａイオンを引き出してボックス・イン・ボ
ックス形状に磁性膜を加工し、各サイズの磁性膜を周囲
から切り出した。切り出した磁性膜から周囲の膜までの
切り離し距離は３μｍとした。

【０１３０】次に、ＦＩＢ装置から基板を取り出した
後、２ｎｍのＰｔをスパッタして加工面に酸化防止膜を
形成した。

【０１３１】次に、基板の膜面に対して垂直方向に＋１
８ｋＯｅの磁界を掛けて着磁を行った。着磁後の基板を
ＭＦＭ装置に導入し、サンプルの磁化方向を確認した。

【０１３２】表１は、着磁後を行った後に、磁界をマイ
ナス方向に掃引し、その後にゼロ磁界下においてＭＦＭ
測定を行ったときのＭＦＭイメージを示したものであ
る。表１では、磁化が＋側であった場合が白丸で示さ
れ、磁化が−側であった場合が黒丸で示されている。

【０１３３】

【表１】

【０１３４】図１１は、着磁方向によるＭＦＭ像の違い
を示す図である。図１１（ａ）は、１μｍ角の素子の膜
面に対して垂直で上向きに着磁した場合である。図１１
（ｂ）は、同様の素子に垂直で下向きに着磁した場合で
ある。ＭＦＭプローブの磁化方向は下向きとした。

【０１３５】ＭＦＭはＣｏＣｒでコートされたプローブ
を用いた位相検出で画像化しており、カラーテーブルが
白いほど斥力が強く働き、黒いほど引力が強く働く関係
となるよう設定されている。リフトスキャンの高さは３
０ｎｍである。サンプルの着磁方向に依存して白黒が明
瞭に反転している。

【０１３６】ＶＳＭにより測定した１ｃｍ角の垂直異方
性磁化単層膜の保磁力は１２．７２［ｋＯｅ］であり、
磁化は９２．２ｅｍｕ／ｃｃであった。

【０１３７】これに対して、０．５［μｍ］〜０．７
［μｍ］角サイズの素子は着磁磁場２〜３［ｋＯｅ］の
間で磁化反転していた。また、０．３［μｍ］〜０．４
［μｍ］角サイズの素子は１〜２［ｋＯｅ］の間で磁化
反転していた。

【０１３８】これは、素子サイズが小さくなるほど素子
の保磁力が低下することを示している。素子サイズが小
さいほど素子全体の面積に対するＧａイオン照射部分面
積が増大するからである。すなわち、第１の磁性層の側
壁を改質することで第１の磁性層の周囲に生成した第２
の磁性層を配置することで保磁力を低下させることがで
きた。（第２の実施例）第１の磁性層の周囲に第１の磁性層の
改質物である第２の磁性層を配置することにより、保磁
力を低下させた磁性素子の他の例を示す。

【０１３９】ＦＩＢを使って磁性膜を改質し、図６
（ｂ）に示したように第１の磁性層の上部に第２の磁性
層を作成した。

【０１４０】第１の磁性層としてＴｂ₂₀Ｆｅを用い、膜
厚を３０ｎｍとした。先ず、第１の磁性層としてＴｂ₂₀
Ｆｅを基板上に成膜した。ここで用いた基板は、（１，
０，０）の結晶方位を持つ４インチのＳｉウエハに１μ
ｍの熱酸化膜を形成したものである。Ｔｂ₂₀Ｆｅの成膜
にはマグネトロンスパッタ法を用い、Ｔｂターゲットと
Ｆｅターゲットによるコスパッタを行った。希土類金属
は酸化しやすいためロードロック室を持つ装置を使っ
た。スパッタ室の到達圧力は−５乗Ｐａ以下であった。

【０１４１】第１の磁性層の成膜した後、保護膜として
２５ｎｍのＳｉをマグネトロンスパッタにて成膜した。
こうして得られた磁性膜をフォトリソグラフィによるマ
スク形成と、イオンミリングとにより孤立した磁性素子
に加工した。素子サイズは１μｍ角とした。磁性素子か
ら周囲の膜までの切り離し距離は３μｍとした。

【０１４２】磁性素子を加工した後に、２ｎｍのＰｔを
スパッタして加工面に酸化防止膜を形成した。

【０１４３】次に、Ｇａをイオン源とする集束イオンビ
ーム（加速電圧３０ｋＶ）で第１の磁性層を改質した。
保護膜であるＳｉが第１の実施例に比べ薄いため、図６
（ａ）のようにイオンビーム５０４を第１の磁性層に注
入すると、図６（ｂ）のように第１の磁性層５０２の上
部に異方性が低下した第２の磁性層５０５が形成され
た。なお、３０ｋＶの集束イオンビームによるＧａイオ
ンの注入量は、Ｊ．ＥｌｅｃｔｏｒｏｎＭｉｃｒｏｓ
ｃ４３，３２２（１９９４）よれば、単結晶Ｓｉ基板
に対して３０ｎｍ程度である。

【０１４４】次に、基板の膜面に対して垂直方向に２５
ｋＯｅの磁界を掛けて着磁を行った。次に、着磁した後
の基板をＭＦＭ装置に導入し、第１の実施例と同様の方
法でサンプルの磁化状態を確認した。

【０１４５】表２に、Ｓｉ保護膜２５ｎｍとした第２の
実施例におけるサンプルの保磁力と、注入による磁気異
方性の低減が生じていない、保護膜が４５ｎｍの比較用
サンプルの保磁力とを測定した結果を示す。（第３の実施例）第１の磁性層の周囲にフォトリソグラ
フィで第２の磁性層を形成することにより、反転磁界を
低減した磁性素子の例を示す。

【０１４６】ここでは、遷移金属優勢の希土類―遷移金
属からなるフェリ磁性体を磁性素子の構成材料として用
いた。

【０１４７】図１２を参照して、フォトリソグラフィに
よって第２の磁性層を成膜する方法を説明する。

【０１４８】先ず、基板上に第１の磁性層をパターン形
状に形成する。図１２（ａ）はパターニングが完了した
模様を示す図であり、基板１２１上に第１の磁性層１２
２が形成されている。なお、第１の磁性層１２２のパタ
ーニング方法としてはリフトオフやエッチング等があ
る。

【０１４９】次に、第２の磁性層をパターン形状に形成
する。図１２（ｂ）は第２の磁性層１２２のパターニン
グが完了した模様を示す図であり、第２の磁性層１２３
が形成されている。第１の磁性層１２２を成膜した後に
第２の磁性層１２３を重畳したため、図１２（ｂ）を参
照すると、基板１２１の中央部では、第１の磁性層１２
２と第２の磁性層１２３が重なっている。第２の磁性層
１２３のパターニング方法としては、リフトオフやエッ
チング等が挙げられる。最後に、第２の磁性層１２３の
第１の磁性層１２２上に重なっていた部分を除去するこ
とで磁性素子を作成する。

【０１５０】なお、ここで第１の磁性層１２２と同じ形
状のマスクパターンを残して第２の磁性層１２３を成膜
することにより第１の磁性層１２２と第２の磁性層１２
３が重ならないようにすることも考えられる。しかし、
実際にはパターン形状の位置ずれを回避することはでき
ないので、どうしても第１の磁性層１２２と第２の磁性
層１２３とが重なる領域が生じてしまう。したがって、
第１の磁性層１２２と同じ形状のマスクパターンを残す
ような複雑なことをせず、単純なマスク形状で第１の磁
性層１２２に第２の磁性層１２３を重ね、重なった領域
があるという前提でプロセスを組んだ方が不安定な位置
ずれ領域を生じず、加工の信頼性は向上する。

【０１５１】図１２（ｃ）は、全てのパターニングが完
了した状態を示すものであり、第１の磁性層１２２の周
囲に第２の磁性層１２３が配置されている。図１２
（ｂ）の状態から第２の磁性層１２３が第１の磁性層１
２２に重なった部分をＣＭＰ等の手法で研磨するか、或
は、重なった部分を指定してエッチングすることによ
り、図１２（ｃ）の形状を得ることができる。

【０１５２】ここでは、遷移金属が優勢なフェリ磁性体
を使って上述した方法により実験を行った。第１の磁性
層としてＴｂ₂₀Ｆｅを用い、第２の磁性層としてＴｂ₁₈
Ｆｅを用いて、それぞれの膜厚を３０ｎｍとした。Ｔｂ
−Ｆｅ系の垂直磁化膜ではＴｂ成分が２５％付近に補償
組成があるので、２５％以下では遷移金属である遷移金
属が優勢となり、２５％以上では希土類金属である希土
類金属が優勢となる。

【０１５３】図１２の手順に従って、先ず、第１の磁性
層としてＴｂ₂₀Ｆｅを基板上に成膜した。ここで用いた
基板は、（１，０，０）の結晶方位を持つ４インチのＳ
ｉウエハに１μｍの熱酸化膜を形成したものである。Ｔ
ｂ₂₀Ｆｅの成膜にはマグネトロンスパッタ法を用い、Ｔ
ｂターゲットとＦｅターゲットによるコスパッタを行っ
た。希土類金属は酸化しやすいためロードロック室を持
つ装置を使った。スパッタ室の到達圧力は−５乗Ｐａ以
下であった。

【０１５４】予め、フォトリソグラフィによりレジスト
マスクを作成した基板上に、マグネトロンスパッタに
て、第１の磁性層として３０ｎｍのＴｂ₂₀Ｆｅを成膜
し、次に、酸化防止膜として２ｎｍのＰｔを成膜した。
取り出した基板に対してアセトンの超音波洗浄でリフト
オフを行い、パターン形状を形成した。

【０１５５】次に、フォトリソグラフィにより、第２の
磁性層のパターン形状のレジストマスクを作成した。マ
スクが作成された基板を再びマグネトロンスパッタ装置
に投入し、十分な脱気後に、第２の磁性層であるＴｂ₁₈
Ｆｅを３０ｎｍ成膜し、次に、酸化防止膜としてＰｔを
２ｎｍ成膜した。

【０１５６】これらが成膜された後の基板は、アセトン
の超音波洗浄でリフトオフを行った。

【０１５７】次に、第２の磁性層のパターニングが終了
した基板を、再びマグネトロンスパッタ装置に投入し、
今度はマスクなしで全体に１００ｎｍのＳｉＮを成膜し
た。

【０１５８】次に、基板をＣＭＰ装置に投入し、第１の
磁性層と第２の磁性層が重なった領域を平坦化した。

【０１５９】平坦化が終了した基板の膜面に対して垂直
方向に２５ｋＯｅの磁界を掛けて着磁を行った。次に、
着磁した後の基板をＭＦＭ装置に導入し、サンプルの磁
化方向を確認した。

【０１６０】また、比較用サンプルとして、第１の磁性
層及び第２の磁性層をＴｂ₂₀Ｆｅとしたサンプルを作成
した。そして、第３の実施例のサンプルと比較用サンプ
ルとで、磁化方向を反転させるために必要な磁界の大き
さを比較した。

【０１６１】評価方法としては、ＭＦＭ装置を用いてサ
ンプルの磁化方向を確認し、反転に必要な印可磁界の大
きさを比較することで評価した。実験の結果、第３の実
施例のサンプルは、比較用サンプルよりも小さな磁界が
印加されるだけで磁化が反転することが観察された。結
果を表２に示す。（第４の実施例）第１の磁性層の周囲にフォトリソグラ
フィで第２の磁性層を形成することにより、反転磁界を
低減した磁性素子の他の例を示す。

【０１６２】ここでは、希土類金属が優勢な希土類―遷
移金属からなるフェリ磁性体を磁性素子の構成材料とし
て用いた。

【０１６３】第１の磁性層としてＴｂ₂₆Ｆｅを用い、第
２の磁性層としてＴｂ₂₈Ｆｅを用いて、それぞれの膜厚
を３０ｎｍとした。Ｔｂ−Ｆｅ系の垂直磁化膜ではＴｂ
成分が２５％付近に補償組成があるので、２５％以下で
は遷移金属であるＦｅが優勢となり、２５％以上では希
土類金属であるＴｂが優勢となる。

【０１６４】図１２の手順に従って、先ず、第１の磁性
層であるＴｂ₂₆Ｆｅを基板上に成膜した。ここで用いた
基板は、（１，０，０）の結晶方位を持つ４インチのＳ
ｉウエハに１μｍの熱酸化膜を形成したものである。Ｔ
ｂ₂₆Ｆｅの成膜にはマグネトロンスパッタ法を用い、Ｔ
ｂターゲットとＦｅターゲットによるコスパッタを行っ
た。希土類金属は酸化しやすいためロードロック室を持
つ装置を使った。スパッタ室の到達圧力は−５乗Ｐａ以
下であった。

【０１６５】予め、フォトリソグラフィによりレジスト
マスクを作成した基板上に、マグネトロンスパッタに
て、第１の磁性層として３０ｎｍのＴｂ₂₆Ｆｅを成膜
し、次に、酸化防止膜として２ｎｍのＰｔを成膜した。
取り出した基板に対してアセトンの超音波洗浄でリフト
オフを行い、パターン形状を形成した。

【０１６６】次に、フォトリソグラフィにより、第２の
磁性層のパターン形状のレジストマスクを作成した。マ
スクが作成された基板を再びマグネトロンスパッタ装置
に投入し、十分な脱気後に、第２の磁性層であるＴｂ₂₈
Ｆｅを３０ｎｍ成膜し、次に、酸化防止膜としてＰｔを
２ｎｍ成膜した。

【０１６７】これらが成膜された後の基板は、アセトン
の超音波洗浄でリフトオフを行った。

【０１６８】次に、第２の磁性層のパターニングが終了
した基板を、再びマグネトロンスパッタ装置に投入し、
今度はマスクなしで全体に１００ｎｍのＳｉＮを成膜し
た。

【０１６９】次に、基板をＣＭＰ装置に投入し、第１の
磁性層と第２の磁性層が重なった領域を平坦化した。

【０１７０】平坦化が終了した基板の膜面に対して垂直
方向に２５ｋＯｅの磁界を掛けて着磁を行った。次に、
着磁した後の基板をＭＦＭ装置に導入し、サンプルの磁
化方向を確認した。

【０１７１】また、比較用サンプルとして、第１の磁性
層及び第２の磁性層をＴｂ₂₆Ｆｅとしたサンプルを作成
した。そして、第４の実施例のサンプルと比較用サンプ
ルとで、磁化方向を反転させるために必要な磁界の大き
さを比較した。

【０１７２】評価方法としては、ＭＦＭ装置を用いてサ
ンプルの磁化方向を確認し、反転に必要な印可磁界の大
きさを比較することで評価した。実験の結果、第４の実
施例のサンプルは、比較用サンプルより小さな磁界を印
加されるだけで磁化が反転することが観察された。結果
を表２に示す。（第５の実施例）第１の磁性層の周囲に第１の磁性層の
改質物である第２の磁性層を配置することにより、保磁
力を低下させた磁性素子の他の例を示す。第１の磁性層
を酸化させることにより、第１の磁性層の側壁部に第２
の磁性層を作成した。

【０１７３】ここでは、遷移金属が優勢なフェリ磁性体
を使って実験を行った。

【０１７４】第１の磁性層としてＴｂ₂₀Ｆｅを用い、膜
厚を３０ｎｍとした。Ｔｂ−Ｆｅ系の垂直磁化膜ではＴ
ｂ成分が２５％付近に補償組成があるため、２５％以下
では遷移金属であるＦｅが優勢となり、２５％以上では
希土類金属であるＴｂが優勢となる。

【０１７５】図１２の手順に従って、先ず、第１の磁性
層であるＴｂ₂₀Ｆｅを基板上に成膜した。ここで用いた
基板は、（１，０，０）の結晶方位を持つ４インチのＳ
ｉウエハに１μｍの熱酸化膜を形成したものである。Ｔ
ｂ₂₀Ｆｅの成膜にはマグネトロンスパッタ法を用い、Ｔ
ｂターゲットとＦｅターゲットによるコスパッタを行っ
た。希土類金属は酸化しやすいためロードロック室を持
つ装置を使った。スパッタ室の到達圧力は−５乗Ｐａ以
下であった。

【０１７６】予め、フォトリソによりレジストマスクを
作成した基板上に、マグネトロンスパッタにて、第１の
磁性層として３０ｎｍのＴｂ₂₀Ｆｅを成膜した。次に、
取り出した基板は、アセトンの超音波洗浄でリフトオフ
を行い、パターン形状を形成した。

【０１７７】次に、パターニングの完了した基板を大気
中に約１日放置して、第１の磁性層の周囲を酸化させ
た。酸化した第１の磁性層ではＴｂの磁性が失われるた
め、より遷移金属が優勢の傾向が強まる。したがって、
第１の磁性層の周囲には磁気異方性が小さい第２の磁性
層が実質的に形成される。

【０１７８】基板の膜面に対して垂直方向に２５ｋＯｅ
の磁界を掛けて着磁を行った。次に、着磁した後の基板
をＭＦＭ装置に導入し、サンプルの磁化方向を確認し
た。

【０１７９】また、比較用サンプルとして、第１の磁性
層を成膜した直後に、マグネトロンスパッタにて２ｎｍ
のＰｔを酸化防止膜として成膜したサンプルを作成し
た。そして、第５の実施例のサンプルと比較用サンプル
とで、磁化方向を反転させるために必要な磁界の大きさ
を比較した。

【０１８０】評価方法としては、ＭＦＭ装置を用いてサ
ンプルの磁化方向を確認し、反転に必要な印可磁界の大
きさを比較することで評価した。実験の結果、第５の実
施例のサンプルは、比較用サンプルより小さな磁界を印
可するだけで磁化が反転することが観察された。結果を
表２に示す。（第６の実施例）第１の磁性層の周囲にフォトリソグラ
フィで第２の磁性層を形成することにより、反転磁界を
低減した磁性素子の他の例を示す。磁性素子の構成材料
としては面内磁化膜を用いた。面内磁化膜の一例として
ＦｅとＣｏを使った。

【０１８１】第１の磁性層としてＦｅを用い、第２の磁
性層としてＣｏを用い、それぞれの膜厚を３０ｎｍとし
た。

【０１８２】図１２の手順に従って、先ず、第１の磁性
層であるＦｅを基板上に成膜した。ここで用いた基板
は、（１，０，０）の結晶方位を持つ４インチのＳｉウ
エハに１μｍの熱酸化膜を形成したものである。ロード
ロック室を持つ装置を使い、スパッタ室の到達圧力は−
５乗Ｐａ以下であった。

【０１８３】予め、フォトリソグラフィによりレジスト
マスクを作成した基板上に、マグネトロンスパッタに
て、第１の磁性層として３０ｎｍのＦｅを成膜し、次
に、酸化防止膜として２ｎｍのＰｔを成膜した。

【０１８４】取り出された基板は、アセトンの超音波洗
浄でリフトオフを行い、パターン形状を形成した。

【０１８５】次に、フォトリソグラフィにより、第２の
磁性層のパターン形状のレジストマスクを作成した。マ
スクが作成された基板を再びマグネトロンスパッタ装置
に投入し、十分な脱気後に、第２の磁性層であるＣｏを
３０ｎｍ成膜し、次に、酸化防止膜としてＰｔを２ｎｍ
成膜した。

【０１８６】これらが成膜された後の基板は、アセトン
の超音波洗浄でリフトオフを行った。

【０１８７】次に、第２の磁性層のパターニングが終了
した基板を、再びマグネトロンスパッタ装置に投入し、
今度はマスクなしで全体に１００ｎｍのＳｉＮを成膜し
た。

【０１８８】次に、基板をＣＭＰ装置に投入し、第１の
磁性層と第２の磁性層の重なった領域を平坦化した。

【０１８９】平坦化が終了した基板の膜面に対して垂直
方向に２５ｋＯｅの磁界を掛けて着磁を行った。次に、
着磁した後の基板をＭＦＭ装置に導入し、サンプルの磁
化方向を確認した。

【０１９０】また、比較用サンプルとして、第１の磁性
層及び第２の磁性層をＦｅとしたサンプルを作成した。
そして、第６の実施例のンプルと比較用サンプルとで、
磁化方向を反転させるために必要な磁界の大きさを比較
した。

【０１９１】評価方法としては、ＭＦＭ装置を用いてサ
ンプルの磁化方向を確認し、反転に必要な印可磁界の大
きさを比較することで評価した。実験の結果、本発明の
サンプルの方が、比較用サンプルと比べ、小さな印可磁
界で磁化反転が観察されることがわかった。結果を表２
に示す。

【０１９２】

【表２】

【０１９３】（第７の実施例）保磁力を低減させた磁性
素子を用いたトンネル磁気抵抗効果素子の一例を示す。

【０１９４】トンネル磁気抵抗効果素子は、下部強磁性
層と上部強磁性層で非磁性絶縁層を挟んだ構成であり、
本発明により保磁力を低減させた磁性素子を上部及び下
部強磁性層として用いた。

【０１９５】図８に示すように、イオンミリングによる
加工後の酸化処理で側壁部を改質する製造方法で上部及
び下部強磁性層の双方を作成した。

【０１９６】図１３を参照してトンネル磁気抵抗効果素
子の作成方法について説明する。

【０１９７】図１３（ａ）は、加工する前のトンネル接
合の断面形状を示す模式図である。基板１３１上に、フ
リー層となる磁性層１３２、ピン層となる磁性層１３
４、導電性保護層１３５、パターン形成後のレジスト１
３６が形成されている。磁性層１３２と磁性層１３４の
間にトンネル膜１３３がある。ここで、素子の加工はイ
オンミリングやＲＩＥ等により行われる。また、加工の
後に、レジスト１３６を残したまま絶縁膜で周りを埋め
込み、リフトオフによってトンネル接合を完成させる手
法が広く用いられている。

【０１９８】図１３（ｂ）は、比較用の例であり、フォ
トリソグラフィで作成したレジストマスクでイオンミリ
ングすることで素子を作成する加工の後のトンネル接合
部の断面図である。図１３（ｂ）を参照すると、レジス
ト１３６を残した領域にトンネル接合が形成されてい
る。その領域の両脇は絶縁層１３９で埋められている。

【０１９９】図１３（ｃ）は、第１の磁性層の側壁部を
酸化処理することで、第１の磁性層の改質物である第２
の磁性層を作成したトンネル接合部の断面図である。

【０２００】図１３（ｂ）と比較すると判るように、ト
ンネル接合の周囲に、磁性層１３２から改質した磁性層
１３７と、磁性層１３４から改質した磁性層１３８が形
成されている。磁性層１３７は、磁性層１３２を第１の
磁性層とした場合の第２の磁性層に相当する。磁性層１
３８は、磁性層１３４を第１の磁性層とした場合の第２
の磁性層に相当する。

【０２０１】次に、実験に供した材料を具体的に述べな
がら工程を説明する。

【０２０２】基板１３１は１μｍの熱酸化膜を形成した
（１，０，０）のＳｉウエハである。

【０２０３】基板１３１上に成膜した磁性層１３２，１
３４、トンネル膜１３３及び導電性保護層１３５の各材
質と膜厚を表３に示す。これらの成膜はマグネトロンス
パッタで行った。トンネル膜１３４は、Ａｌ₂Ｏ₃をＲｆ
スパッタで成膜した後に、酸素プラズマ処理（０．２Ｐ
ａ，Ｒｆ５Ｗ，３０ｓｅｃ）をすることで形成した。

【０２０４】

【表３】

【０２０５】成膜が終了したサンプルにレジストを塗布
し、フォトリソグラフィによってトンネル接合のマスク
パターンを形成した。具体的には、東京応化ＬＯＲ−Ｐ
００３を用いて約１．２μｍ厚のレジスト膜を形成し、
ハロゲン光による密着露光６秒を行ってパターンを形成
した。

【０２０６】レジストパターンが形成された基板をイオ
ンミリング装置に導入し、トンネル素子を形成するため
の加工を行った。

【０２０７】ここで、加工が終了した直後に、絶縁層の
成膜を行ったものを比較用サンプルとした。比較用サン
プルは、図１３（ｂ）に示したような断面形状である。

【０２０８】また、加工が終了した後に一旦大気暴露し
て磁性層１３７，１３８を形成し、更に、絶縁層１３９
の成膜を行ったものを第７の実施例のサンプルとした。
第７の実施例のサンプルは、図１３（ｃ）に示したよう
な断面形状である。

【０２０９】次に、トンネル接合の加工が終了した基板
を再びフォトリソグラフィ工程に戻し、上部電極用のレ
ジストマスクを形成した。次に、マグネトロンスパッタ
装置で５０ｎｍのＡｌを上部電極膜として成膜し、トン
ネル磁気抵抗効果素子を完成させた。接合面積は２００
μｍ²である。

【０２１０】ここで、素子の特性を磁気抵抗測定装置で
測定し、評価した。外部磁界は１ｋＯｅまで印加し、素
子に流す電流は１μＡとした。また、プローブによる接
触抵抗の影響を取り除くため４端子測定を行った。磁化
反転が生じる磁界をＨｃとして第７の実施例のサンプル
と比較用サンプルとで、磁界Ｈｃの値を比較した。結果
を表４に示す。（第８の実施例）保磁力を低減させた磁性素子を用いた
トンネル磁気抵抗効果素子の他の例を示す。

【０２１１】トンネル磁気抵抗効果素子は、下部強磁性
層と上部強磁性層で非磁性絶縁層を挟んだ構成であり、
本発明により保磁力を低減させた磁性素子を上部及び下
部強磁性層として用いた。

【０２１２】図８に示すように、ＦＩＢで側壁部を改質
する製造工程で上部及び下部強磁性層の双方を作成し
た。ここで、実験に供したサンプルの基板及び磁性膜の
層構成と、比較用サンプルは第７の実施例同一である。

【０２１３】成膜が終了した後に、サンプルに対してフ
ォトリソグラフィにより微細加工して下部電極等を形成
した。更に、単層膜からなる磁性素子を形成し、図５
（ｂ）と同様にして、Ｇａをイオン源とする集束イオン
ビーム（加速電圧３０ｋＶ）でトンネル素子を形成する
加工を行った。

【０２１４】その際に図５（ｂ）と同様に、素子周囲に
テーパが生じるように集束イオンビームを照射すること
により、上部及び下部強磁性層の素子周囲部分を改質し
た。改質した部分では、Ｇａイオンにより上部強磁性層
内部の磁気結合鎖が部分的に断ち切られているので、磁
気異方性が減少している。

【０２１５】トンネル接合の加工が終了した基板を再び
フォトリソ工程に戻し、上部電極用のレジストマスクを
形成した。マグネトロンスパッタ装置で、５０ｎｍのＡ
ｌを上部電極膜として成膜し、トンネル磁気抵抗効果素
子を完成させた。

【０２１６】そして、磁性素子の特性を第７の実施例と
同一条件で評価した。結果を表４に示す。（第９の実施例）保磁力を低減させた磁性素子を用いた
トンネル磁気抵抗効果素子の他の例を示す。

【０２１７】トンネル磁気抵抗効果素子は、下部強磁性
層と上部強磁性層で非磁性絶縁層を挟んだ構成であり、
本発明により保磁力を低減させた磁性素子を上部及び下
部強磁性層として用いた。

【０２１８】図９に示すように、イオンビーム照射によ
り上部強磁性層を部分的に改質した。ここで、実験に供
したサンプルの基板及び磁性膜の層構成と、比較用サン
プルは非磁性導電層を除き、第７の実施例と同一であ
る。また、非磁性導電層の厚さは、部分的なイオン注入
を可能にするため２５ｎｍのＳｉとした。

【０２１９】成膜が終了した後に、サンプルに対してフ
ォトリソグラフィにより微細加工し、下部電極及びトン
ネル素子を形成した。更に、単層膜からなる磁性素子を
形成し、図６（ａ）と同様に、Ｇａをイオン源とする集
束イオンビーム（加速電圧３０ｋＶ）で上部強磁性層を
部分的に改質する加工を行った。

【０２２０】その際に図６（ｂ）と同様に、上部強磁性
層内部にＧａイオンを注入するため素子上部の全面にイ
オンビームを照射した。Ｇａの上部強磁性層への注入を
完全に防ぎ切れないような導電性保護層の膜厚に設定さ
れているので、イオンが上部強磁性層内部の磁気結合鎖
を部分的に断ち切り、上部強磁性層の一部が低保磁力層
となる。

【０２２１】トンネル接合の加工が終了した基板を再び
フォトリソグラフィ工程に戻し、上部電極用のレジスト
マスクを形成した。マグネトロンスパッタ装置で、５０
ｎｍのＡｌを上部電極膜として成膜し、トンネル磁気抵
抗効果素子を完成させた。

【０２２２】そして、磁性素子の特性を第７の実施例と
同一条件で評価した。結果を表４に示す。（第１０の実施例）保磁力を低減させた磁性素子を用い
たトンネル磁気抵抗効果素子の他の例を示す。

【０２２３】トンネル磁気抵抗効果素子は、下部強磁性
層と上部強磁性層で非磁性絶縁層を挟んだ構成であり、
本発明により保磁力を低減させた磁性素子を上部及び下
部強磁性層として用いた。

【０２２４】図１０に示すように、イオンビーム照射に
より上部強磁性層を全面的に改質した。ここで、実験に
供したサンプルの基板及び磁性膜の層構成と、比較用サ
ンプルは非磁性導電層を除き、第７の実施例と同一であ
る。また、非磁性導電層の厚さは、全面的なイオン注入
を可能にするため５ｎｍのＳｉとした。

【０２２５】成膜が終了した後に、サンプルに対してフ
ォトリソグラフィにより微細加工し、下部電極等を形成
した。更に、単層膜からなる磁性素子を形成し、図６
（ａ）と同様に、Ｇａをイオン源とする集束イオンビー
ム（加速電圧３０ｋＶ）で上部強磁性層を全面的に改質
する加工を行った。

【０２２６】その際に図６（ｃ）と同様に、上部強磁性
層内部にＧａイオンを注入するため素子上部の全面にイ
オンビームを照射した。Ｇａが上部強磁性層の膜厚全域
に渡り注入され、上部強磁性層内部の磁気結合鎖を部分
的に断ち切ることで、上部強磁性層の全体が低保磁力層
に改質される。

【０２２７】トンネル接合の加工が終了した基板を再び
フォトリソグラフィ工程に戻し、上部電極用のレジスト
マスクを形成した。マグネトロンスパッタ装置で、５０
ｎｍのＡｌを上部電極膜として成膜し、トンネル磁気抵
抗効果素子を完成させた。

【０２２８】そして、磁性素子の特性を第７の実施例と
同一条件で評価した。結果を表４に示す。

【０２２９】

【表４】

【０２３０】

【発明の効果】本発明によれば、第２の磁性層は、第１
の磁性層より磁気異方性が低いため、第１の磁性層より
も保磁力が小さいため、第１の磁性層より磁化が反転し
やすい。第２の磁性層の磁化が反転すると、第２の磁性
層から漏洩する磁界により、第１の磁性層の磁化が反転
しやすくなる。したがって、本発明の磁性素子は、第１
の磁性層が単独で存在する場合よりも小さな外部磁界で
反転するので、微細化した強磁性層において保磁力を低
減させることが可能となり、磁化と保磁力を自由に選択
して磁性素子を構成することができる。

【０２３１】また、本発明によれば、２つの磁性素子と
非磁性絶縁層からなるトンネル磁気抵抗効果素子におい
て、磁気異方性の異なる磁性層が接触してなる磁性素子
を用いれば、保磁力の小さいトンネル磁気抵抗効果素子
を実現できる。保磁力の小さい磁気メモリは、磁化の反
転が生じる外部磁界が小さいため、低消費電力である。

【０２３２】また、本発明によれば、強磁性層にイオン
ビーム等を照射することにより荷電粒子を打ち込んで、
磁気異方性の低減した磁性素子を作成するプロセスを導
入するという、マスク製造工程が不要で容易な工程によ
り、保磁力を低減したトンネル磁気抵抗効果素子を製造
することができる。また、ピンポイントで要所の処理を
済ませることができる。ので、保磁力を低減させるため
の加工の生産性が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の磁性素子の４つの形態の斜
視図である。

【図２】本実施形態の磁性素子の各磁性層の磁化方向の
変化の様子を示す断面模式図である。

【図３】本実施形態の磁性素子の磁化曲線（ａ）及び単
独の第１の磁性層１０１の磁化曲線（ｂ）の模式図であ
る。

【図４】希土類金属と遷移金属の合金である垂直磁化膜
を用いた磁性素子の磁化の様子を示す模式図である。

【図５】第１の磁性層に荷電粒子を注入して改質し、第
２の磁性層を得る本実施形態の磁性素子の製造方法を説
明するための模式図である。

【図６】第１の磁性層に荷電粒子を注入して改質し、第
２の磁性層を得る本実施形態の磁性素子の製造方法を説
明するための模式図である。

【図７】自然酸化により第１の磁性層を改質して第２の
磁性層を得る製造方法の一例を説明するための模式図で
ある。

【図８】本実施形態の磁性素子で非磁性絶縁層を挟んだ
構成のトンネル磁気抵抗効果素子の一例を示す斜視図で
ある。

【図９】上部強磁性層の一部を改質して作成したトンネ
ル磁気抵抗効果素子の斜視図である。

【図１０】上部強磁性層全体を改質して作成したトンネ
ル磁気抵抗効果素子の斜視図である。

【図１１】着磁方向によるＭＦＭ像の違いを示す図であ
る。

【図１２】フォトリソグラフィによって第２の磁性層を
成膜する方法を説明するための模式図である。

【図１３】トンネル磁気抵抗効果素子の作成方法につい
て説明するための模式図である。

【符号の説明】

１０１第１の磁性層１０２，１０２ａ，１０２ｂ第２の磁性層４０１第１の磁性層４０２，４０２ａ，４０２ｂ第２の磁性層５０１基板５０２第１の磁性層５０３保護層５０４イオンビーム５０５第２の磁性層５０６非磁性元素７０１第１の磁性層８０１第１の磁性層８０２トンンル膜８０３第１の磁性層８０４第２の磁性層８０５第２の磁性層８０６下部センス線８０７，８０７ａ，８０７ｂ上部センス線８０８導電性保護層８０９非磁性元素８１０，８３０第１の磁性素子８２０，８４０，８５０第２の磁性素子１２１基板１２２第１の磁性層１２３第２の磁性層１３１基板１３２，１３４，１３７，１３８磁性層１３３トンネル膜１３５導電性保護層１３６レジスト１３９絶縁層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｆ 10/32 Ｈ０１Ｌ 43/12 Ｈ０１Ｌ 27/105 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ 43/12 Ｈ０１Ｌ 27/10 ４４７Ｆターム(参考） 2G017 AA10 AD55 5E049 AA04 BA06 5F083 FZ10 GA05 GA09 GA28 JA60 PR04 PR22 PR36 PR40

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】強磁性体の保磁力を利用した磁性素子で
あって、基板上に形成した第１の磁性層と、前記第１の磁性層より磁気異方性が低く、前記第１の磁
性層に接触した第２の磁性層とを有する磁性素子。
【請求項２】前記第２の磁性層は、前記第１の磁性層
の周囲に接触している、請求項１記載の磁性素子。
【請求項３】前記第２の磁性層は、前記第１の磁性層
の上部に接触している、請求項１記載の磁性素子。
【請求項４】前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層
の主たる磁化方向が膜面に対して垂直である、請求項１
記載の磁性素子。
【請求項５】前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層
は、希土類金属と遷移金属との合金である、請求項４記
載の磁性素子。
【請求項６】前記合金は、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｈｏ、Ｄｙ、
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも２つを含む、請求項
５記載の磁性素子。
【請求項７】前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層
の主たる磁化方向が膜面に対して水平である、請求項１
記載の磁性素子。
【請求項８】前記第２磁性層が前記第１磁性層の改質
物である、請求項１記載の磁性素子。
【請求項９】前記改質物はＧａ混入物である、請求項
８記載の磁性素子。
【請求項１０】前記改質物は酸化物である、請求項８
記載の磁性素子。
【請求項１１】強磁性体の保磁力を利用した磁性素子
であって、磁気異方性の異なる磁性層を複数有する磁性素子。
【請求項１２】磁気異方性の異なる２つの磁性層が接
触した構成の第１の磁性素子と、磁気異方性の異なる２つの磁性層が接触した構成であ
り、前記第１の磁性素子と保磁力が異なる第２の磁性素
子と、前記第１の磁性素子と前記第２の磁性素子とに挟まれた
非磁性絶縁層を有するトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項１３】単独の磁性層からなる第１の磁性素子
と、磁気異方性の異なる２つの磁性層が接触した構成であ
り、前記第１の磁性素子と保磁力が異なる第２の磁性素
子と、前記第１の磁性素子と前記第２の磁性素子とに挟まれた
非磁性絶縁層を有するトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項１４】磁気異方性の異なる複数の磁性層から
なる第１の磁性素子と、磁気異方性の異なる複数の磁性層からなり、前記第１の
磁性素子と保磁力が異なる第２の磁性素子と、前記第１の磁性素子と前記第２の磁性素子とに挟まれた
非磁性絶縁層を有するトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項１５】単独の磁性層からなる第１の磁性素子
と、磁気異方性の異なる複数の磁性層からなり、前記第１の
磁性素子と保磁力が異なる第２の磁性素子と、前記第１の磁性素子と前記第２の磁性素子とに挟まれた
非磁性絶縁層を有するトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項１６】基板上に第１の磁性層を形成するステ
ップと、荷電粒子を打ち込んで前記第１の磁性層を改質し、前記
第１の磁性層より磁気異方性の低い第２の磁性層を作成
するステップを有する、磁性素子の製造方法。
【請求項１７】前記荷電粒子を前記第１の磁性層の側
壁部分に打ち込む、請求項１６記載の磁性素子の製造方
法。
【請求項１８】前記荷電粒子を前記第１の磁性層の上
面部分に打ち込む、請求項１６記載の磁性素子の製造方
法。
【請求項１９】前記荷電粒子を打ち込むことにより、
前記第１の磁性層の概ね全体を改質する、請求項１６記
載の磁性素子の製造方法。
【請求項２０】前記荷電粒子は希ガス、窒素、酸素ま
たはこれらの混合物を原料とする、請求項１６記載の磁
性素子の製造方法。
【請求項２１】前記荷電粒子はＧａ、Ｂ、Ｐ、Ａｓま
たはこれらの混合物を原料とする、請求項１６記載の磁
性素子の製造方法。
【請求項２２】前記荷電粒子の注入エネルギーが１０〜
３００ｋｅＶである、請求項２０または２１記載の磁性
素子の製造方法。
【請求項２３】基板上に下部強磁性層、非磁性絶縁層
及び上部強磁性層を形成して素子を構成するステップ
と、荷電粒子を打ち込んで、前記下部強磁性層または前記上
部強磁性層の少なくとも一方を改質するステップを有す
る、トンネル磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２４】前記荷電粒子を前記素子の側壁部分に
打ち込む、請求項２３記載のトンネル磁気抵抗効果素子
の製造方法。
【請求項２５】前記荷電粒子を前記素子の上面部分に
打ち込む、請求項２３のトンネル磁気抵抗効果素子の製
造方法。
【請求項２６】前記荷電粒子を打ち込むことにより、
前記上部強磁性層の概ね全体を改質する、請求項２３記
載のトンネル磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２７】前記荷電粒子は希ガス、窒素、酸素ま
たはこれらの混合物を原料とする、請求項２３記載のト
ンネル磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２８】前記荷電粒子はＧａ、Ｂ、Ｐ、Ａｓま
たはこれらの混合物を原料とする、請求項２３記載のト
ンネル磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２９】前記荷電粒子の注入エネルギーが１０
〜３００ｋｅＶである、請求項２７または２８記載のト
ンネル磁気抵抗効果素子の製造方法。