JP2003198003A - 磁気抵抗効果素子およびその製造方法並びに磁気メモリ装置 - Google Patents
磁気抵抗効果素子およびその製造方法並びに磁気メモリ装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁気抵抗効果素子が備える自由層について、
薄膜化による障害等を伴うことなく、その自由層の保磁
力増大の抑制を可能とし、これにより情報書き込み時の
低消費電力化を実現可能とする 【解決手段】 磁化方向の反転が可能な自由層１６を備
え、当該自由層１６における磁化方向の変化を利用して
情報記録を行う磁気抵抗効果素子において、前記自由層
１６を少なくとも二層からなる積層構造とする。そし
て、その積層構造は、少なくとも一層が強磁性体からな
る強磁性体層１６ａであり、他の少なくとも一層が当該
強磁性体層１６ａよりも小さい飽和磁化の低飽和磁化強
磁性体層１６ｂであるようにする。
薄膜化による障害等を伴うことなく、その自由層の保磁
力増大の抑制を可能とし、これにより情報書き込み時の
低消費電力化を実現可能とする 【解決手段】 磁化方向の反転が可能な自由層１６を備
え、当該自由層１６における磁化方向の変化を利用して
情報記録を行う磁気抵抗効果素子において、前記自由層
１６を少なくとも二層からなる積層構造とする。そし
て、その積層構造は、少なくとも一層が強磁性体からな
る強磁性体層１６ａであり、他の少なくとも一層が当該
強磁性体層１６ａよりも小さい飽和磁化の低飽和磁化強
磁性体層１６ｂであるようにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、外部から加える磁
界によって抵抗値が変化するという、いわゆるＭＲ（Ma
gnetoResistive）効果を発生する磁気抵抗効果素子およ
びその製造方法、並びにその磁気抵抗効果素子を用いて
情報を記憶するメモリデバイスとして構成された磁気メ
モリ装置に関する。
界によって抵抗値が変化するという、いわゆるＭＲ（Ma
gnetoResistive）効果を発生する磁気抵抗効果素子およ
びその製造方法、並びにその磁気抵抗効果素子を用いて
情報を記憶するメモリデバイスとして構成された磁気メ
モリ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、メモリデバイスとして機能する磁
気メモリ装置の一つとして、ＭＲＡＭ（Magnetic Rando
m Access Memory）が注目されている。ＭＲＡＭは、巨
大磁気抵抗効果（Giant MagnetoResistive；ＧＭＲ）型
またはトンネル磁気抵抗効果（Tunnel MagnetoResistiv
e；ＴＭＲ）型の磁気抵抗効果素子を用い、その磁気抵
抗効果素子における磁化方向の反転を利用して情報記憶
を行うものである。
気メモリ装置の一つとして、ＭＲＡＭ（Magnetic Rando
m Access Memory）が注目されている。ＭＲＡＭは、巨
大磁気抵抗効果（Giant MagnetoResistive；ＧＭＲ）型
またはトンネル磁気抵抗効果（Tunnel MagnetoResistiv
e；ＴＭＲ）型の磁気抵抗効果素子を用い、その磁気抵
抗効果素子における磁化方向の反転を利用して情報記憶
を行うものである。
【０００３】ＭＲＡＭに用いられる磁気抵抗効果素子
は、例えばＴＭＲ型のものであれば、強磁性体からなる
自由層と、絶縁体からなる非磁性の中間層と、強磁性体
からなる固定層と、その固定層の磁化方向を直接的また
は間接的に固定するための反強磁性層とが順に積層され
てなり、自由層における磁化方向によってトンネル電流
の抵抗値が変わるように構成されている。これにより、
ＭＲＡＭでは、磁気抵抗効果素子における自由層の磁化
方向に応じて、磁化がある方向を向いたときは「１」、
他方を向いたときは「０」といった情報記憶を行うこと
が可能となる。一方、記憶した情報の読み出しは、トン
ネル電流の抵抗値の変化を通じて自由層の磁化方向の違
いを電圧信号として取り出すことによって行う。
は、例えばＴＭＲ型のものであれば、強磁性体からなる
自由層と、絶縁体からなる非磁性の中間層と、強磁性体
からなる固定層と、その固定層の磁化方向を直接的また
は間接的に固定するための反強磁性層とが順に積層され
てなり、自由層における磁化方向によってトンネル電流
の抵抗値が変わるように構成されている。これにより、
ＭＲＡＭでは、磁気抵抗効果素子における自由層の磁化
方向に応じて、磁化がある方向を向いたときは「１」、
他方を向いたときは「０」といった情報記憶を行うこと
が可能となる。一方、記憶した情報の読み出しは、トン
ネル電流の抵抗値の変化を通じて自由層の磁化方向の違
いを電圧信号として取り出すことによって行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
ＭＲＡＭにおいては、その集積度を上げるために、磁気
抵抗効果素子のサイズ（平面上における面積）が小さく
なる傾向にある。したがって、磁化方向の反転（スイッ
チング動作）を行う自由層のサイズも、当然に小さくな
る傾向にある。ところが、自由層が小さくなると、これ
に伴ってその両端縁間の距離、すなわち自由層における
磁極の間隔も小さくなるため、その自由層に生じる反磁
界が大きくなってしまう。この反磁界は、外部から自由
層に加えた磁界を減少させるものである。そのため、反
磁界は、自由層における保磁力に大きな影響を与え、こ
れが増大すると、より大きな磁界を与えなければ自由層
がスイッチング動作を行わなくなってしまう。つまり、
反磁界が増大すると、自由層への磁界発生のために電極
層に印加する電流量も大きくする必要が生じてしまい、
結果として情報書き込み時の消費電力が大きくなってし
まうのである。
ＭＲＡＭにおいては、その集積度を上げるために、磁気
抵抗効果素子のサイズ（平面上における面積）が小さく
なる傾向にある。したがって、磁化方向の反転（スイッ
チング動作）を行う自由層のサイズも、当然に小さくな
る傾向にある。ところが、自由層が小さくなると、これ
に伴ってその両端縁間の距離、すなわち自由層における
磁極の間隔も小さくなるため、その自由層に生じる反磁
界が大きくなってしまう。この反磁界は、外部から自由
層に加えた磁界を減少させるものである。そのため、反
磁界は、自由層における保磁力に大きな影響を与え、こ
れが増大すると、より大きな磁界を与えなければ自由層
がスイッチング動作を行わなくなってしまう。つまり、
反磁界が増大すると、自由層への磁界発生のために電極
層に印加する電流量も大きくする必要が生じてしまい、
結果として情報書き込み時の消費電力が大きくなってし
まうのである。
【０００５】このような反磁界による保磁力増大を抑制
するためには、例えば、自由層のモーメント（自由層を
形成する強磁性材料の飽和磁化Ｍｓとその自由層厚さｔ
との積）を小さくし、これにより反磁界の素子寸法依存
性を緩和することが考えられる。反磁界Ｈｄと、モーメ
ントＭｓ×ｔと、磁気抵抗効果素子に磁界を加える方向
の寸法Ｗ（通常は磁化容易軸方向）との間では、Ｈｄ＝
Ａ×Ｍｓ×ｔ／Ｗ（Ａは比例係数）の関係が成り立つか
らである。ただし、自由層を形成する強磁性材料につい
ては、ＭＲ比に大きな影響を及ぼすことから、その変更
が容易ではない。そのため、自由層のモーメントを小さ
くするためには、自由層の厚さを薄くすることで対応す
る必要がある。
するためには、例えば、自由層のモーメント（自由層を
形成する強磁性材料の飽和磁化Ｍｓとその自由層厚さｔ
との積）を小さくし、これにより反磁界の素子寸法依存
性を緩和することが考えられる。反磁界Ｈｄと、モーメ
ントＭｓ×ｔと、磁気抵抗効果素子に磁界を加える方向
の寸法Ｗ（通常は磁化容易軸方向）との間では、Ｈｄ＝
Ａ×Ｍｓ×ｔ／Ｗ（Ａは比例係数）の関係が成り立つか
らである。ただし、自由層を形成する強磁性材料につい
ては、ＭＲ比に大きな影響を及ぼすことから、その変更
が容易ではない。そのため、自由層のモーメントを小さ
くするためには、自由層の厚さを薄くすることで対応す
る必要がある。
【０００６】しかしながら、自由層の厚さをあまりに薄
くすると（例えば１〜２ｎｍ程度）、自由層が連続膜で
なくなったり、熱安定性が低下したりする等の障害が生
じるおそれがある。つまり、単に自由層を薄型化するの
には限界があるため、必ずしもその薄型化によって反磁
界による保磁力増大を抑制し得るとは言えない。
くすると（例えば１〜２ｎｍ程度）、自由層が連続膜で
なくなったり、熱安定性が低下したりする等の障害が生
じるおそれがある。つまり、単に自由層を薄型化するの
には限界があるため、必ずしもその薄型化によって反磁
界による保磁力増大を抑制し得るとは言えない。
【０００７】図６には、Ｔａ（タンタル）膜／ＮｉＦｅ
（ニッケル−鉄系合金）膜／Ｔａ膜を積層した場合にお
けるＮｉＦｅ膜の飽和磁化の厚さ依存性を示す。図例か
らも明らかなように、ＮｉＦｅ膜の飽和磁化は、ある厚
さ（例えば２ｎｍ程度）より薄くなると、一定値を維持
できずに急激に低下する。これは、膜厚が薄くなると、
ＮｉＦｅ膜が例えば島状となって連続膜でなくなり、ま
た隣接層からの熱拡散の影響を受けていることに起因す
るためと考えられる。また、仮に飽和磁化が低下するこ
とを利用してモーメントの小さな自由層を得たとして
も、そのモーメントは１ｎｍ程度の膜厚の間で大きく変
化するため、再現性やばらつき等の点で問題が生じるこ
とになる。これらのことからも、自由層の薄型化には限
界があると言える。
（ニッケル−鉄系合金）膜／Ｔａ膜を積層した場合にお
けるＮｉＦｅ膜の飽和磁化の厚さ依存性を示す。図例か
らも明らかなように、ＮｉＦｅ膜の飽和磁化は、ある厚
さ（例えば２ｎｍ程度）より薄くなると、一定値を維持
できずに急激に低下する。これは、膜厚が薄くなると、
ＮｉＦｅ膜が例えば島状となって連続膜でなくなり、ま
た隣接層からの熱拡散の影響を受けていることに起因す
るためと考えられる。また、仮に飽和磁化が低下するこ
とを利用してモーメントの小さな自由層を得たとして
も、そのモーメントは１ｎｍ程度の膜厚の間で大きく変
化するため、再現性やばらつき等の点で問題が生じるこ
とになる。これらのことからも、自由層の薄型化には限
界があると言える。
【０００８】そこで、本発明は、以上のような従来の実
情に鑑みて、自由層の薄膜化による障害等を伴うことな
くその自由層の保磁力増大の抑制を可能とし、これによ
り情報書き込み時の低消費電力化を実現可能とする磁気
抵抗効果素子およびその製造方法並びに磁気メモリ装置
を提供することを目的とする。
情に鑑みて、自由層の薄膜化による障害等を伴うことな
くその自由層の保磁力増大の抑制を可能とし、これによ
り情報書き込み時の低消費電力化を実現可能とする磁気
抵抗効果素子およびその製造方法並びに磁気メモリ装置
を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る磁気抵抗効
果素子は、上記目的を達成するために案出されたもの
で、磁化方向の反転が可能な自由層を備え、当該自由層
における磁化方向の変化を利用して情報記録を行う磁気
抵抗効果素子において、前記自由層は、少なくとも二層
からなる積層構造を有しており、前記積層構造は、少な
くとも一層が強磁性体からなる強磁性体層であり、他の
少なくとも一層が当該強磁性体層よりも小さい飽和磁化
の低飽和磁化強磁性体層であることを特徴とする。
果素子は、上記目的を達成するために案出されたもの
で、磁化方向の反転が可能な自由層を備え、当該自由層
における磁化方向の変化を利用して情報記録を行う磁気
抵抗効果素子において、前記自由層は、少なくとも二層
からなる積層構造を有しており、前記積層構造は、少な
くとも一層が強磁性体からなる強磁性体層であり、他の
少なくとも一層が当該強磁性体層よりも小さい飽和磁化
の低飽和磁化強磁性体層であることを特徴とする。
【００１０】また、本発明に係る磁気抵抗効果素子の製
造方法は、磁化方向の反転が可能な自由層を備え、当該
自由層における磁化方向の変化を利用して情報記録を行
う磁気抵抗効果素子の製造方法であって、前記自由層の
成膜工程として、強磁性体からなる強磁性体層を成膜す
る工程と、前記強磁性体層よりも小さい飽和磁化の低飽
和磁化強磁性体層を成膜する工程とを含むことを特徴と
する。
造方法は、磁化方向の反転が可能な自由層を備え、当該
自由層における磁化方向の変化を利用して情報記録を行
う磁気抵抗効果素子の製造方法であって、前記自由層の
成膜工程として、強磁性体からなる強磁性体層を成膜す
る工程と、前記強磁性体層よりも小さい飽和磁化の低飽
和磁化強磁性体層を成膜する工程とを含むことを特徴と
する。
【００１１】また、本発明に係る磁気メモリ装置は、磁
化方向の反転が可能な自由層を備えた磁気抵抗効果素子
を具備し、当該磁気抵抗効果素子の自由層における磁化
方向の変化を利用して情報記録を行うように構成された
磁気メモリ装置において、前記自由層は、少なくとも二
層からなる積層構造を有しており、前記積層構造は、少
なくとも一層が強磁性体からなる強磁性体層であり、他
の少なくとも一層が当該強磁性体層よりも小さい飽和磁
化の低飽和磁化強磁性体層であることを特徴とする。
化方向の反転が可能な自由層を備えた磁気抵抗効果素子
を具備し、当該磁気抵抗効果素子の自由層における磁化
方向の変化を利用して情報記録を行うように構成された
磁気メモリ装置において、前記自由層は、少なくとも二
層からなる積層構造を有しており、前記積層構造は、少
なくとも一層が強磁性体からなる強磁性体層であり、他
の少なくとも一層が当該強磁性体層よりも小さい飽和磁
化の低飽和磁化強磁性体層であることを特徴とする。
【００１２】上記構成の磁気抵抗効果素子、若しくは上
記手順の製造方法によって構成された磁気抵抗効果素
子、または上記構成の磁気メモリ装置によれば、自由層
が少なくとも二層からなる積層構造を有しているととも
に、その積層構造は強磁性体層とこれよりも小さい飽和
磁化の低飽和磁化強磁性体層とを有している。したがっ
て、低飽和磁化強磁性体層の分だけ実質的に自由層の飽
和磁化に影響を及ぼす厚さが減少するので、自由層全体
を強磁性体の一層構造とした場合に比べて保磁力増大が
抑制されることになる。しかも、低飽和磁化強磁性体層
によって強磁性体層における膜の連続性等も補われるの
で、自由層全体を薄膜化した場合のような障害等を招く
こともない。
記手順の製造方法によって構成された磁気抵抗効果素
子、または上記構成の磁気メモリ装置によれば、自由層
が少なくとも二層からなる積層構造を有しているととも
に、その積層構造は強磁性体層とこれよりも小さい飽和
磁化の低飽和磁化強磁性体層とを有している。したがっ
て、低飽和磁化強磁性体層の分だけ実質的に自由層の飽
和磁化に影響を及ぼす厚さが減少するので、自由層全体
を強磁性体の一層構造とした場合に比べて保磁力増大が
抑制されることになる。しかも、低飽和磁化強磁性体層
によって強磁性体層における膜の連続性等も補われるの
で、自由層全体を薄膜化した場合のような障害等を招く
こともない。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明に係る
磁気抵抗効果素子およびその製造方法並びに磁気メモリ
装置について説明する。ここでは、磁気抵抗効果素子と
してＴＭＲ型スピンバルブ素子（以下、単に「ＴＭＲ素
子」という）を、また磁気メモリ装置としてＴＭＲ素子
を具備したＭＲＡＭを、それぞれ例に挙げて説明する。
磁気抵抗効果素子およびその製造方法並びに磁気メモリ
装置について説明する。ここでは、磁気抵抗効果素子と
してＴＭＲ型スピンバルブ素子（以下、単に「ＴＭＲ素
子」という）を、また磁気メモリ装置としてＴＭＲ素子
を具備したＭＲＡＭを、それぞれ例に挙げて説明する。
【００１４】〔磁気メモリ装置の概要〕先ず、はじめ
に、本発明に係る磁気メモリ装置全体の概略構成につい
て説明する。図１は、ＭＲＡＭの基本的な構成例を示す
模式図である。ＭＲＡＭは、マトリクス状に配された複
数のＴＭＲ素子１を備えている。さらに、これらのＴＭ
Ｒ素子１が配された行および列のそれぞれに対応するよ
うに、相互に交差するワード線２およびビット線３が、
各ＴＭＲ素子１群を縦横に横切るように設けられてい
る。そして、各ＴＭＲ素子１は、ワード線２とビット線
３とに上下から挟まれた状態で、かつ、これらの交差領
域に位置するように、それぞれが配置されている。な
お、ワード線２およびビット線３は、Ａｌ（アルミニウ
ム）、Ｃｕ（銅）またはこれらの合金等の導電性物質
を、化学的または物理的に堆積した後に選択的にエッチ
ングする、といった周知の手法を用いて形成されるもの
とする。
に、本発明に係る磁気メモリ装置全体の概略構成につい
て説明する。図１は、ＭＲＡＭの基本的な構成例を示す
模式図である。ＭＲＡＭは、マトリクス状に配された複
数のＴＭＲ素子１を備えている。さらに、これらのＴＭ
Ｒ素子１が配された行および列のそれぞれに対応するよ
うに、相互に交差するワード線２およびビット線３が、
各ＴＭＲ素子１群を縦横に横切るように設けられてい
る。そして、各ＴＭＲ素子１は、ワード線２とビット線
３とに上下から挟まれた状態で、かつ、これらの交差領
域に位置するように、それぞれが配置されている。な
お、ワード線２およびビット線３は、Ａｌ（アルミニウ
ム）、Ｃｕ（銅）またはこれらの合金等の導電性物質
を、化学的または物理的に堆積した後に選択的にエッチ
ングする、といった周知の手法を用いて形成されるもの
とする。
【００１５】図２は、ＭＲＡＭを構成する単一のＴＭＲ
素子部分の構成例を示す模式図である。それぞれのＴＭ
Ｒ素子部分では、半導体基板４上に、ゲート電極５、ソ
ース領域６およびドレイン領域７からなる電界効果トラ
ンジスタが配設され、さらにその上方に、ワード線２、
ＴＭＲ素子１およびビット線３が順に配設されている。
このことからも明らかなように、ＴＭＲ素子１は、ワー
ド線２とビット線３との交差点において、これらワード
線２およびビット線３に上下から挟まれるように配され
ている。なお、ＴＭＲ素子１は、バイパス線８を介して
電界効果トランジスタと接続している。
素子部分の構成例を示す模式図である。それぞれのＴＭ
Ｒ素子部分では、半導体基板４上に、ゲート電極５、ソ
ース領域６およびドレイン領域７からなる電界効果トラ
ンジスタが配設され、さらにその上方に、ワード線２、
ＴＭＲ素子１およびビット線３が順に配設されている。
このことからも明らかなように、ＴＭＲ素子１は、ワー
ド線２とビット線３との交差点において、これらワード
線２およびビット線３に上下から挟まれるように配され
ている。なお、ＴＭＲ素子１は、バイパス線８を介して
電界効果トランジスタと接続している。
【００１６】このような構成により、ＭＲＡＭでは、Ｔ
ＭＲ素子１に対して、ワード線２およびビット線３の両
方に電流を流すことによって合成電流磁界を発生させ、
その合成電流磁界を用いてＴＭＲ素子１における自由層
の磁化方向を変化させることにより、情報の書き込みを
行う。また、ＴＭＲ素子１からの情報の読み出しは、電
界効果トランジスタを用いてＴＭＲ素子１の選択を行
い、そのＴＭＲ素子１における自由層の磁化方向を電圧
信号として取り出すことによって行う。
ＭＲ素子１に対して、ワード線２およびビット線３の両
方に電流を流すことによって合成電流磁界を発生させ、
その合成電流磁界を用いてＴＭＲ素子１における自由層
の磁化方向を変化させることにより、情報の書き込みを
行う。また、ＴＭＲ素子１からの情報の読み出しは、電
界効果トランジスタを用いてＴＭＲ素子１の選択を行
い、そのＴＭＲ素子１における自由層の磁化方向を電圧
信号として取り出すことによって行う。
【００１７】〔磁気抵抗効果素子の構成〕続いて、この
ようなＭＲＡＭに用いられるＴＭＲ素子１自体の構成に
ついて説明する。ＴＭＲ素子１は、強磁性体からなる自
由層と、絶縁体からなる非磁性の中間層と、強磁性体か
らなる固定層と、その固定層の磁化方向を直接的または
間接的に固定する反強磁性層とが順に積層された、いわ
ゆる強磁性トンネル接合（Magnetic Tunnel Junction；
ＭＴＪ）と呼ばれる構造を有したもので、自由層におけ
る磁化方向の変化を利用して情報記録を行うとともに、
その磁化方向によってトンネル電流の抵抗値が変わるよ
うに構成されたものである。
ようなＭＲＡＭに用いられるＴＭＲ素子１自体の構成に
ついて説明する。ＴＭＲ素子１は、強磁性体からなる自
由層と、絶縁体からなる非磁性の中間層と、強磁性体か
らなる固定層と、その固定層の磁化方向を直接的または
間接的に固定する反強磁性層とが順に積層された、いわ
ゆる強磁性トンネル接合（Magnetic Tunnel Junction；
ＭＴＪ）と呼ばれる構造を有したもので、自由層におけ
る磁化方向の変化を利用して情報記録を行うとともに、
その磁化方向によってトンネル電流の抵抗値が変わるよ
うに構成されたものである。
【００１８】図３は、ＴＭＲ素子の積層構成の一具体例
を示す側断面図である。図例のように、ＴＭＲ素子１と
しては、例えば基板１１上に、３ｎｍ厚のＴａ膜１２
と、３０ｎｍ厚のＰｔＭｎ（白金マンガン）膜１３と、
１．５ｎｍ厚のＣｏＦｅ（コバルト鉄）膜１４ａと、
０．８ｎｍ厚のＲｕ（ルテニウム）膜１４ｂと、２ｎｍ
厚のＣｏＦｅ膜１４ｃと、１ｎｍ厚のＡｌ−Ｏｘ（酸化
アルミニウム）膜１５と、２ｎｍ厚のＮｉＦｅ膜１６ａ
と、２ｎｍ厚のＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂと、５ｎｍ厚のＴ
ａ膜１７とが、順に積層されてなる膜構成のものが挙げ
られる。なお、それぞれの膜厚は、一例に過ぎず、これ
に限定されるものではない。
を示す側断面図である。図例のように、ＴＭＲ素子１と
しては、例えば基板１１上に、３ｎｍ厚のＴａ膜１２
と、３０ｎｍ厚のＰｔＭｎ（白金マンガン）膜１３と、
１．５ｎｍ厚のＣｏＦｅ（コバルト鉄）膜１４ａと、
０．８ｎｍ厚のＲｕ（ルテニウム）膜１４ｂと、２ｎｍ
厚のＣｏＦｅ膜１４ｃと、１ｎｍ厚のＡｌ−Ｏｘ（酸化
アルミニウム）膜１５と、２ｎｍ厚のＮｉＦｅ膜１６ａ
と、２ｎｍ厚のＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂと、５ｎｍ厚のＴ
ａ膜１７とが、順に積層されてなる膜構成のものが挙げ
られる。なお、それぞれの膜厚は、一例に過ぎず、これ
に限定されるものではない。
【００１９】このような膜構成のうち、Ｔａ膜１２は下
地層として、ＰｔＭｎ膜１３は反強磁性層として、それ
ぞれ機能するようになっている。また、非磁性層である
Ｒｕ膜１４ｂを介して二つのＣｏＦｅ膜１４ａ，１４ｃ
が積層された積層フェリ構造部１４は、固定層としての
機能を有するものである。さらに、Ａｌ−Ｏｘ膜１５は
中間層として機能し、Ｔａ膜１７は、保護膜として機能
する。
地層として、ＰｔＭｎ膜１３は反強磁性層として、それ
ぞれ機能するようになっている。また、非磁性層である
Ｒｕ膜１４ｂを介して二つのＣｏＦｅ膜１４ａ，１４ｃ
が積層された積層フェリ構造部１４は、固定層としての
機能を有するものである。さらに、Ａｌ−Ｏｘ膜１５は
中間層として機能し、Ｔａ膜１７は、保護膜として機能
する。
【００２０】ところで、ここで挙げたＴＭＲ素子１で
は、ＮｉＦｅ膜１６ａおよびＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂから
なる積層構造部１６が、磁化方向の反転が可能な自由層
として機能する。すなわち、このＴＭＲ素子１における
自由層は、ＮｉＦｅ膜１６ａおよびＮｉＦｅＲｕ膜１６
ｂの二層からなる積層構造となっている。
は、ＮｉＦｅ膜１６ａおよびＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂから
なる積層構造部１６が、磁化方向の反転が可能な自由層
として機能する。すなわち、このＴＭＲ素子１における
自由層は、ＮｉＦｅ膜１６ａおよびＮｉＦｅＲｕ膜１６
ｂの二層からなる積層構造となっている。
【００２１】このうち、ＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂは、Ｎｉ
Ｆｅ膜１６ａの形成材料であるＮｉＦｅに、そのＮｉＦ
ｅとは異なる元素の材料であるＲｕが添加されたものか
らなる。すなわち、ＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂは、強磁性体
であるＮｉＦｅに他元素であるＲｕが加えられているの
で、ＮｉＦｅのみからなるＮｉＦｅ膜１６ａよりも飽和
磁化が小さなものとなっている。
Ｆｅ膜１６ａの形成材料であるＮｉＦｅに、そのＮｉＦ
ｅとは異なる元素の材料であるＲｕが添加されたものか
らなる。すなわち、ＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂは、強磁性体
であるＮｉＦｅに他元素であるＲｕが加えられているの
で、ＮｉＦｅのみからなるＮｉＦｅ膜１６ａよりも飽和
磁化が小さなものとなっている。
【００２２】一方、ＮｉＦｅ膜１６ａは、中間層として
機能するＡｌ−Ｏｘ膜１５と隣接して配されている。こ
れは、ＮｉＦｅ膜１６ａはスピン偏極率の高い材料であ
るＮｉＦｅからなり、ＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂよりも高い
ＭＲ効果を生じさせるからである。つまり、中間層に接
する部分はＴＭＲ素子１におけるＭＲ特性に大きく影響
を及ぼすため、ＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂよりも高ＭＲ効果
材料からなるＮｉＦｅ膜１６ａが、中間層に接する部分
に配されている。
機能するＡｌ−Ｏｘ膜１５と隣接して配されている。こ
れは、ＮｉＦｅ膜１６ａはスピン偏極率の高い材料であ
るＮｉＦｅからなり、ＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂよりも高い
ＭＲ効果を生じさせるからである。つまり、中間層に接
する部分はＴＭＲ素子１におけるＭＲ特性に大きく影響
を及ぼすため、ＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂよりも高ＭＲ効果
材料からなるＮｉＦｅ膜１６ａが、中間層に接する部分
に配されている。
【００２３】〔磁気抵抗効果素子の製造方法〕次に、以
上のような構成のＴＭＲ素子１の製造方法について簡単
に説明する。ＴＭＲ素子１の製造にあたっては、例えば
背圧を超高真空領域にまで排気したマグネトロンスパッ
タ装置を用いる。そして、基板１１上に、Ｔａ膜１２、
ＰｔＭｎ膜１３、ＣｏＦｅ膜１４ａ、Ｒｕ膜１４ｂ、Ｃ
ｏＦｅ膜１４ｃ、Ａｌ膜を順に積層する。その後、Ａｌ
膜を高圧力下またはプラズマ中に置き、上面から酸化を
促進させ、均一なＡｌ−Ｏｘ膜１５を得る。Ａｌ−Ｏｘ
膜１５を得た後は、再び例えばマグネトロンスパッタ装
置を用いて、ＮｉＦｅ膜１６ａ、ＮｉＦｅＲｕ膜１６
ｂ、Ｔａ膜１７を順に成膜する。その後は、ＰｔＭｎ膜
１３の規則合金化のための熱処理等を必要に応じて行
う。
上のような構成のＴＭＲ素子１の製造方法について簡単
に説明する。ＴＭＲ素子１の製造にあたっては、例えば
背圧を超高真空領域にまで排気したマグネトロンスパッ
タ装置を用いる。そして、基板１１上に、Ｔａ膜１２、
ＰｔＭｎ膜１３、ＣｏＦｅ膜１４ａ、Ｒｕ膜１４ｂ、Ｃ
ｏＦｅ膜１４ｃ、Ａｌ膜を順に積層する。その後、Ａｌ
膜を高圧力下またはプラズマ中に置き、上面から酸化を
促進させ、均一なＡｌ−Ｏｘ膜１５を得る。Ａｌ−Ｏｘ
膜１５を得た後は、再び例えばマグネトロンスパッタ装
置を用いて、ＮｉＦｅ膜１６ａ、ＮｉＦｅＲｕ膜１６
ｂ、Ｔａ膜１７を順に成膜する。その後は、ＰｔＭｎ膜
１３の規則合金化のための熱処理等を必要に応じて行
う。
【００２４】このように、ＴＭＲ素子１の製造にあたっ
ては、そのＴＭＲ素子１を構成する自由層の成膜工程と
して、強磁性体からなるＮｉＦｅ膜１６ａを成膜する工
程と、そのＮｉＦｅ膜１６ａよりも小さい飽和磁化のＮ
ｉＦｅＲｕ膜１６ｂを成膜する工程とを含む。
ては、そのＴＭＲ素子１を構成する自由層の成膜工程と
して、強磁性体からなるＮｉＦｅ膜１６ａを成膜する工
程と、そのＮｉＦｅ膜１６ａよりも小さい飽和磁化のＮ
ｉＦｅＲｕ膜１６ｂを成膜する工程とを含む。
【００２５】このうち、ＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂの成膜工
程では、そのＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂを、例えばＮｉＦｅ
とＲｕとの同時スパッタによって成膜する。そして、そ
の際におけるＲｕのスパッタレートを調整することによ
って、ＮｉＦｅへのＲｕの添加量を可変させる。この添
加量の可変により、成膜後のＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂは、
飽和磁化がゼロ（非磁性）となったり、あるいは予め設
定された所定の値となったりすることになる。
程では、そのＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂを、例えばＮｉＦｅ
とＲｕとの同時スパッタによって成膜する。そして、そ
の際におけるＲｕのスパッタレートを調整することによ
って、ＮｉＦｅへのＲｕの添加量を可変させる。この添
加量の可変により、成膜後のＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂは、
飽和磁化がゼロ（非磁性）となったり、あるいは予め設
定された所定の値となったりすることになる。
【００２６】一方、ＮｉＦｅ膜１６ａの成膜工程では、
そのＮｉＦｅ膜１６ａを、例えばＮｉＦｅのみのスパッ
タによって成膜する。ただし、自由層がＮｉＦｅ膜１６
ａとＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂとの積層構造となっているこ
とから、従来のように自由層が強磁性体（例えばＮｉＦ
ｅ）による単層構造の場合に比べて、その膜厚を薄く形
成する。具体的には、上述したように、積層構造の自由
層全体が４ｎｍ厚であるのに対して、ＮｉＦｅ膜１６ａ
を２ｎｍ厚とするといった具合である。
そのＮｉＦｅ膜１６ａを、例えばＮｉＦｅのみのスパッ
タによって成膜する。ただし、自由層がＮｉＦｅ膜１６
ａとＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂとの積層構造となっているこ
とから、従来のように自由層が強磁性体（例えばＮｉＦ
ｅ）による単層構造の場合に比べて、その膜厚を薄く形
成する。具体的には、上述したように、積層構造の自由
層全体が４ｎｍ厚であるのに対して、ＮｉＦｅ膜１６ａ
を２ｎｍ厚とするといった具合である。
【００２７】〔磁気抵抗効果素子の特性〕次に、以上の
ような各成膜工程を含んで製造されたＴＭＲ素子１の特
性について説明する。ここでは、上述したＴＭＲ素子１
の自由層と同様の構造を有する積層膜について磁気特性
の測定し、その測定結果を用いて当該ＴＭＲ素子１の特
性についての説明を行う。図４はＴＭＲ素子の特性を説
明するための積層膜の一具体例を示す側断面図であり、
図５はその積層膜における磁気特性の測定結果を示す説
明図である。
ような各成膜工程を含んで製造されたＴＭＲ素子１の特
性について説明する。ここでは、上述したＴＭＲ素子１
の自由層と同様の構造を有する積層膜について磁気特性
の測定し、その測定結果を用いて当該ＴＭＲ素子１の特
性についての説明を行う。図４はＴＭＲ素子の特性を説
明するための積層膜の一具体例を示す側断面図であり、
図５はその積層膜における磁気特性の測定結果を示す説
明図である。
【００２８】磁気特性の測定対象となった積層膜は、図
４に示すように、基板１１／Ｔａ膜１２（３ｎｍ厚）／
ＮｉＦｅ膜１６ａ（２ｎｍ厚）／ＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂ
（２ｎｍ厚）／Ｔａ膜１７（５ｎｍ）が順に積層された
膜構成のものである。なお、ＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂにお
けるＲｕ添加量は、上述したように、Ｒｕのスパッタレ
ートによって調整している。
４に示すように、基板１１／Ｔａ膜１２（３ｎｍ厚）／
ＮｉＦｅ膜１６ａ（２ｎｍ厚）／ＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂ
（２ｎｍ厚）／Ｔａ膜１７（５ｎｍ）が順に積層された
膜構成のものである。なお、ＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂにお
けるＲｕ添加量は、上述したように、Ｒｕのスパッタレ
ートによって調整している。
【００２９】このような膜構成の積層膜について、単位
面積当たりの磁気モーメントを測定したところ、図５に
示すように、その測定結果がＲｕ添加量依存性を示すこ
とがわかった。
面積当たりの磁気モーメントを測定したところ、図５に
示すように、その測定結果がＲｕ添加量依存性を示すこ
とがわかった。
【００３０】すなわち、図例によれば、ＮｉＦｅへのＲ
ｕ添加量が増えるのに従って、ＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂに
おける磁化モーメントが低下し、これに伴い膜全体の磁
化モーメントも低下しているが、Ｒｕ添加量が略２５％
を超えると、磁化モーメントの低下が抑制され、それ以
降略一定になっている。これは、Ｒｕ添加量の増加に伴
ってＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂ自体の磁化モーメントが消失
し、ＮｉＦｅ膜１６ａの磁化モーメントのみが作用して
いるためと考えられる。このことは、略一定になった磁
化モーメントの値が、従来のような単層構造のＮｉＦｅ
膜が４ｎｍ厚で形成された場合の値（図６参照）に比べ
て約半分程度となっていること、すなわち２ｎｍ厚のＮ
ｉＦｅ膜１６ａ相当の磁化モーメント値となっているこ
とからもわかる。
ｕ添加量が増えるのに従って、ＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂに
おける磁化モーメントが低下し、これに伴い膜全体の磁
化モーメントも低下しているが、Ｒｕ添加量が略２５％
を超えると、磁化モーメントの低下が抑制され、それ以
降略一定になっている。これは、Ｒｕ添加量の増加に伴
ってＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂ自体の磁化モーメントが消失
し、ＮｉＦｅ膜１６ａの磁化モーメントのみが作用して
いるためと考えられる。このことは、略一定になった磁
化モーメントの値が、従来のような単層構造のＮｉＦｅ
膜が４ｎｍ厚で形成された場合の値（図６参照）に比べ
て約半分程度となっていること、すなわち２ｎｍ厚のＮ
ｉＦｅ膜１６ａ相当の磁化モーメント値となっているこ
とからもわかる。
【００３１】また、Ｒｕ添加量が略２５％以下という領
域にあっても、従来のようにＮｉＦｅ膜の厚さが２ｎｍ
程度以下で飽和磁化が急激に低下するのではなく（図６
参照）、むしろ磁化モーメント値が増加傾向にある。こ
のことは、スピン偏極率の高い材料からなるＮｉＦｅ膜
１６ａが薄くても、問題なく機能する高スピン偏極率層
が形成されていることを意味する。これは、隣接するＮ
ｉＦｅＲｕ膜１６ｂが純粋な非磁性層ではないため高ス
ピン偏極率層であるＮｉＦｅ膜１６ａへの熱拡散が少な
いこと、すなわちＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂの存在によって
Ｔａ膜１７からＮｉＦｅ膜１６ａへの拡散が抑制されて
いるからであり、またＮｉＦｅ膜１６ａが薄くてもＮｉ
ＦｅＲｕ膜１６ｂがＮｉ、Feを含むため連続膜として成
立し易いからであると考えられる。
域にあっても、従来のようにＮｉＦｅ膜の厚さが２ｎｍ
程度以下で飽和磁化が急激に低下するのではなく（図６
参照）、むしろ磁化モーメント値が増加傾向にある。こ
のことは、スピン偏極率の高い材料からなるＮｉＦｅ膜
１６ａが薄くても、問題なく機能する高スピン偏極率層
が形成されていることを意味する。これは、隣接するＮ
ｉＦｅＲｕ膜１６ｂが純粋な非磁性層ではないため高ス
ピン偏極率層であるＮｉＦｅ膜１６ａへの熱拡散が少な
いこと、すなわちＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂの存在によって
Ｔａ膜１７からＮｉＦｅ膜１６ａへの拡散が抑制されて
いるからであり、またＮｉＦｅ膜１６ａが薄くてもＮｉ
ＦｅＲｕ膜１６ｂがＮｉ、Feを含むため連続膜として成
立し易いからであると考えられる。
【００３２】これらのことから、上述した膜構成の積層
膜においては、ＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂにおけるＮｉＦｅ
へのＲｕ添加量を調整することによって、安定し、か
つ、的確に磁化モーメントを調整できると言える。した
がって、かかる積層膜と同様の構造を有するＴＭＲ素子
１においても、自由層全体の薄型化により自由層として
機能する部分の体積の小型化等を招くことなく、安定か
つ的確に磁化モーメントを調整することができ、これに
より自由層の保磁力増大の抑制を行うことが可能にな
る。
膜においては、ＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂにおけるＮｉＦｅ
へのＲｕ添加量を調整することによって、安定し、か
つ、的確に磁化モーメントを調整できると言える。した
がって、かかる積層膜と同様の構造を有するＴＭＲ素子
１においても、自由層全体の薄型化により自由層として
機能する部分の体積の小型化等を招くことなく、安定か
つ的確に磁化モーメントを調整することができ、これに
より自由層の保磁力増大の抑制を行うことが可能にな
る。
【００３３】以上のように、本実施形態のＴＭＲ素子１
においては、自由層が二層からなる積層構造を有してい
るとともに、その積層構造がスピン偏極率の高い材料か
らなるＮｉＦｅ膜１６ａとこれよりも小さい飽和磁化の
ＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂとによって構成されている。した
がって、ＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂの分だけ実質的に自由層
の飽和磁化に影響を及ぼす厚さが減少するので、自由層
全体を単層構造とした場合に比べて保磁力増大が抑制さ
れることになる。しかも、ＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂによっ
てＮｉＦｅ膜１６ａにおける膜の連続性等も補われるの
で、自由層全体を薄膜化した場合のような障害等を招く
こともない。
においては、自由層が二層からなる積層構造を有してい
るとともに、その積層構造がスピン偏極率の高い材料か
らなるＮｉＦｅ膜１６ａとこれよりも小さい飽和磁化の
ＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂとによって構成されている。した
がって、ＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂの分だけ実質的に自由層
の飽和磁化に影響を及ぼす厚さが減少するので、自由層
全体を単層構造とした場合に比べて保磁力増大が抑制さ
れることになる。しかも、ＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂによっ
てＮｉＦｅ膜１６ａにおける膜の連続性等も補われるの
で、自由層全体を薄膜化した場合のような障害等を招く
こともない。
【００３４】このことから、本実施形態のＴＭＲ素子１
を用いてＭＲＡＭを構成すれば、そのＴＭＲ素子１にお
ける自由層の薄膜化による障害等を伴うことなく、その
自由層での保磁力増大を抑制し得るので、情報書き込み
時の低消費電力化が実現可能となり、ＭＲＡＭの集積度
向上等にも容易に対応することができる。
を用いてＭＲＡＭを構成すれば、そのＴＭＲ素子１にお
ける自由層の薄膜化による障害等を伴うことなく、その
自由層での保磁力増大を抑制し得るので、情報書き込み
時の低消費電力化が実現可能となり、ＭＲＡＭの集積度
向上等にも容易に対応することができる。
【００３５】ところで、本実施形態のＴＭＲ素子１で
は、積層構造を構成するＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂにおける
Ｒｕ添加量によって自由層の磁化モーメントを調整でき
るので、そのＲｕ添加量によってＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂ
の飽和磁化をゼロとすれば、ＮｉＦｅ膜１６ａの厚さ分
のみが実質的に自由層の飽和磁化に影響を及ぼすことに
なるので、結果としてその自由層での保磁力増大の抑制
に非常に好適なものとなる。
は、積層構造を構成するＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂにおける
Ｒｕ添加量によって自由層の磁化モーメントを調整でき
るので、そのＲｕ添加量によってＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂ
の飽和磁化をゼロとすれば、ＮｉＦｅ膜１６ａの厚さ分
のみが実質的に自由層の飽和磁化に影響を及ぼすことに
なるので、結果としてその自由層での保磁力増大の抑制
に非常に好適なものとなる。
【００３６】一方、本実施形態のＴＭＲ素子１では、Ｒ
ｕ添加量によって自由層の磁化モーメントを調整できる
ので、ＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂの飽和磁化を予め設定され
た所定の値とすることもできる。この場合には、自由層
での保磁力を所望値に合わせることが可能となるので、
自由層全体の厚さに拘わらずに、ＴＭＲ素子１の消費電
力の調整等が行えるようになる。
ｕ添加量によって自由層の磁化モーメントを調整できる
ので、ＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂの飽和磁化を予め設定され
た所定の値とすることもできる。この場合には、自由層
での保磁力を所望値に合わせることが可能となるので、
自由層全体の厚さに拘わらずに、ＴＭＲ素子１の消費電
力の調整等が行えるようになる。
【００３７】また、本実施形態のＴＭＲ素子１は、積層
構造を構成するＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂが、ＮｉＦｅ膜１
６ａの形成材料であるＮｉＦｅに、これとは異なる元素
のＲｕが添加されたものからなる。したがって、上述し
たように、Ｒｕ添加量によって自由層の磁化モーメント
の調整が可能になり、さらにはＮｉＦｅ膜１６ａにおけ
る膜の連続性等も補われるのでＮｉＦｅ膜１６ａを薄く
することによる障害の発生等も確実に回避できるのであ
る。
構造を構成するＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂが、ＮｉＦｅ膜１
６ａの形成材料であるＮｉＦｅに、これとは異なる元素
のＲｕが添加されたものからなる。したがって、上述し
たように、Ｒｕ添加量によって自由層の磁化モーメント
の調整が可能になり、さらにはＮｉＦｅ膜１６ａにおけ
る膜の連続性等も補われるのでＮｉＦｅ膜１６ａを薄く
することによる障害の発生等も確実に回避できるのであ
る。
【００３８】なお、ここでは、添加する異種元素として
Ｒｕを例に挙げて説明したが、必ずしもこれに限定され
るわけではない。例えば、Ｒｕ以外にも、Ｔａ、Ａｌ、
Ｃｕ、Ｃｒ（クロム）、Ｖ（バナジウム）、Ｗ（タング
ステン）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔｉ（チタン）、Ｓｉ（ケ
イ素）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｍｎ
（マンガン）のうちのいずれか一つまたは複数の元素を
含む材料を添加することも考えられ、その場合であって
も上述した実施形態の場合と全く同様の効果を得られる
と考えられる。
Ｒｕを例に挙げて説明したが、必ずしもこれに限定され
るわけではない。例えば、Ｒｕ以外にも、Ｔａ、Ａｌ、
Ｃｕ、Ｃｒ（クロム）、Ｖ（バナジウム）、Ｗ（タング
ステン）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔｉ（チタン）、Ｓｉ（ケ
イ素）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｍｎ
（マンガン）のうちのいずれか一つまたは複数の元素を
含む材料を添加することも考えられ、その場合であって
も上述した実施形態の場合と全く同様の効果を得られる
と考えられる。
【００３９】さらには、ＮｉＦｅ膜１６ａの形成材料お
よびＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂの被添加材料であるＮｉＦｅ
についても全く同様のことが言える。すなわち、高ＭＲ
効果材料である強磁性体であれば、ＮｉＦｅ以外にも、
ＣｏＦｅ（コバルト−鉄系材料）またはＮｉＦｅＣｏ
（ニッケル−鉄−コバルト系材料）のいずれかを用いる
ことが考えられる。
よびＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂの被添加材料であるＮｉＦｅ
についても全く同様のことが言える。すなわち、高ＭＲ
効果材料である強磁性体であれば、ＮｉＦｅ以外にも、
ＣｏＦｅ（コバルト−鉄系材料）またはＮｉＦｅＣｏ
（ニッケル−鉄−コバルト系材料）のいずれかを用いる
ことが考えられる。
【００４０】ただし、この高ＭＲ効果材料からなる高ス
ピン偏極率層は、Ａｌ−Ｏｘ膜１５等の中間層と隣接し
て配されていることが望ましい。中間層に接する部分
は、ＴＭＲ素子１におけるＭＲ特性に大きく影響を及ぼ
すからである。すなわち、高ＭＲ効果材料からなる高ス
ピン偏極率層を中間層と隣接させれば、良好なＭＲ特性
ＴＭＲ素子１を構成することが可能となる。
ピン偏極率層は、Ａｌ−Ｏｘ膜１５等の中間層と隣接し
て配されていることが望ましい。中間層に接する部分
は、ＴＭＲ素子１におけるＭＲ特性に大きく影響を及ぼ
すからである。すなわち、高ＭＲ効果材料からなる高ス
ピン偏極率層を中間層と隣接させれば、良好なＭＲ特性
ＴＭＲ素子１を構成することが可能となる。
【００４１】また、自由層を構成する積層構造は、二層
構造に限定されるものではなく、少なくとも一層がＮｉ
Ｆｅ膜１６ａのような強磁性体からなる強磁性体層であ
り、他の少なくとも一層がＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂのよう
な低飽和磁化の低飽和磁化強磁性体層であれば、他の層
を加えた三層以上からなる積層構造であっても構わな
い。
構造に限定されるものではなく、少なくとも一層がＮｉ
Ｆｅ膜１６ａのような強磁性体からなる強磁性体層であ
り、他の少なくとも一層がＮｉＦｅＲｕ膜１６ｂのよう
な低飽和磁化の低飽和磁化強磁性体層であれば、他の層
を加えた三層以上からなる積層構造であっても構わな
い。
【００４２】さらにまた、本実施形態においては、磁気
抵抗効果素子としてＴＭＲ素子を例に挙げて説明してき
たが、自由層と固定層との間の非磁性体層がＣｕ等で構
成されたＧＭＲ型のものであっても、全く同様に適用可
能であることは言うまでもない。
抵抗効果素子としてＴＭＲ素子を例に挙げて説明してき
たが、自由層と固定層との間の非磁性体層がＣｕ等で構
成されたＧＭＲ型のものであっても、全く同様に適用可
能であることは言うまでもない。
【００４３】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、自由層の薄層化による磁化モーメント調整と同様の
効果を、その自由層の膜厚を厚くしたままで得ることが
でき、しかも自由層を構成する膜が不連続となることが
なく、隣接層からの拡散により困難であった低モーメン
ト化も実現できる。つまり、本発明によれば、自由層の
薄膜化による障害等を伴うことなく、その自由層の保磁
力増大を抑制することができ、これにより情報書き込み
時の低消費電力化を実現可能とすることができるという
効果を奏する。
は、自由層の薄層化による磁化モーメント調整と同様の
効果を、その自由層の膜厚を厚くしたままで得ることが
でき、しかも自由層を構成する膜が不連続となることが
なく、隣接層からの拡散により困難であった低モーメン
ト化も実現できる。つまり、本発明によれば、自由層の
薄膜化による障害等を伴うことなく、その自由層の保磁
力増大を抑制することができ、これにより情報書き込み
時の低消費電力化を実現可能とすることができるという
効果を奏する。
【図１】ＭＲＡＭの基本的な構成例を示す模式図であ
る。
る。
【図２】ＭＲＡＭを構成する単一のＴＭＲ素子部分の構
成例を示す模式図である。
成例を示す模式図である。
【図３】ＭＴＪ構造を有するＴＭＲ素子の積層構成の一
具体例を示す側断面図である。
具体例を示す側断面図である。
【図４】ＴＭＲ素子の特性を説明するための積層膜の一
具体例を示す側断面図である。
具体例を示す側断面図である。
【図５】図４に示した積層膜における磁気特性の測定結
果を示す説明図である。
果を示す説明図である。
【図６】従来のＴＭＲ素子に用いられる積層膜における
飽和磁化の厚さ依存性を示す説明図である。
飽和磁化の厚さ依存性を示す説明図である。
１…ＴＭＲ素子、１１…基板、１２…Ｔａ膜、１３…Ｐ
ｔＭｎ膜、１４ａ，１４ｃ…ＣｏＦｅ膜、１４ｂ…Ｒｕ
膜、１５…Ａｌ−Ｏｘ膜、１６ａ…ＮｉＦｅ膜、１６ｂ
…ＮｉＦｅＲｕ膜、１７…Ｔａ膜
ｔＭｎ膜、１４ａ，１４ｃ…ＣｏＦｅ膜、１４ｂ…Ｒｕ
膜、１５…Ａｌ−Ｏｘ膜、１６ａ…ＮｉＦｅ膜、１６ｂ
…ＮｉＦｅＲｕ膜、１７…Ｔａ膜
Claims (9)
- 【請求項１】 磁化方向の反転が可能な自由層を備え、
当該自由層における磁化方向の変化を利用して情報記録
を行う磁気抵抗効果素子において、 前記自由層は、少なくとも二層からなる積層構造を有し
ており、 前記積層構造は、少なくとも一層が強磁性体からなる強
磁性体層であり、他の少なくとも一層が当該強磁性体層
よりも小さい飽和磁化の低飽和磁化強磁性体層であるこ
とを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２】 前記低飽和磁化強磁性体層は、飽和磁化
がゼロであることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗
効果素子。 - 【請求項３】 前記低飽和磁化強磁性体層は、飽和磁化
が予め設定された所定の値であることを特徴とする請求
項１記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項４】 前記低飽和磁化強磁性体層は、前記強磁
性体層の形成材料に当該形成材料とは異なる元素の材料
が添加されたものからなることを特徴とする請求項１記
載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項５】 前記低飽和磁化強磁性体層は、前記強磁
性体層の形成材料であるニッケル−鉄系合金に、ルテニ
ウム、タンタル、アルミニウム、銅、クロム、バナジウ
ム、タングステン、ニオブ、チタン、ケイ素、ロジウ
ム、モリブデン、マンガンのうちの少なくとも一つの元
素を含む材料が添加されたものからなることを特徴とす
る請求項４記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項６】 前記自由層は、非磁性の中間層に隣接し
て配されるとともに、前記積層構造を構成する各層のう
ちの前記中間層に接する層が、前記各層の中で最も高い
磁気抵抗効果を生じさせる高磁気抵抗効果材料からなる
ことを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項７】 前記高磁気抵抗効果材料は、ニッケル−
鉄系材料、コバルト−鉄系材料またはニッケル−鉄−コ
バルト系材料のいずれかであることを特徴とする請求項
６記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項８】 磁化方向の反転が可能な自由層を備え、
当該自由層における磁化方向の変化を利用して情報記録
を行う磁気抵抗効果素子の製造方法であって、 前記自由層の成膜工程として、強磁性体からなる強磁性
体層を成膜する工程と、前記強磁性体層よりも小さい飽
和磁化の低飽和磁化強磁性体層を成膜する工程とを含む
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 【請求項９】 磁化方向の反転が可能な自由層を備えた
磁気抵抗効果素子を具備し、当該磁気抵抗効果素子の自
由層における磁化方向の変化を利用して情報記録を行う
ように構成された磁気メモリ装置において、 前記自由層は、少なくとも二層からなる積層構造を有し
ており、 前記積層構造は、少なくとも一層が強磁性体からなる強
磁性体層であり、他の少なくとも一層が当該強磁性体層
よりも小さい飽和磁化の低飽和磁化強磁性体層であるこ
とを特徴とする磁気メモリ装置。
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| JP2001396212A JP2003198003A (ja) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | 磁気抵抗効果素子およびその製造方法並びに磁気メモリ装置 |
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