JP6888641B2 - 抵抗変化素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、抵抗変化素子及びその製造方法に関する。
従来、工作機械等において、移動体の回転移動や直線的移動による位置や移動量（変化量）を検出するための位置検出装置が用いられている。この位置検出装置としては、移動体の移動に伴う外部磁場の変化を検出可能な磁気センサを備えるものが知られており、磁気センサから、移動体と磁気センサとの相対的位置関係を示す信号が出力される。
かかる位置検出装置において用いられる磁気センサとしては、磁化自由層と磁化固定層とを有する積層体であって、外部磁界に応じた磁化自由層の磁化方向の変化に伴い抵抗が変化する抵抗変化膜を有する抵抗変化素子（例えば、ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子等）を備えるものが知られている。このような抵抗変化素子として、磁化自由層の初期磁化方向を所定の方向とするために、抵抗変化膜の側面に永久磁石等のハードバイアス層が設けられてなるものが知られている（特許文献１参照）。
外部環境の変化に応じて抵抗が変化する抵抗変化膜を有する抵抗変化素子が、種々の技術分野において採用されている。例えば、情報携帯端末等において大きな進展が期待されている不揮発性メモリ（例えば、ＲｅＲＡＭ（Resistance Random Access Memory）等）においても、印加電圧に応じて抵抗が変化する抵抗変化膜を有する抵抗変化素子が利用されている。例えば、下部電極及び上部電極と、それらの間に挟まれてなる抵抗変化膜と、抵抗変化膜の側面を埋める層間絶縁膜とを有する抵抗変化素子が知られている（特許文献２参照）。また、外部の温度に応じて抵抗が変化する抵抗変化膜を有する抵抗変化素子であって、上記不揮発性メモリにおける抵抗変化素子と同様の構成を有するものをサーミスタ素子として利用するサーミスタが提案されている。
上記特許文献１に記載されている抵抗変化素子においては、図７に示すように、磁化固定層２１’、非磁性層２２’及び磁化自由層２３’がこの順に積層されてなる抵抗変化層２’の側面近傍に導電材料により構成されるハードバイアス層４’が設けられている。磁化自由層２３’の磁化方向を所定の方向に安定化させるためのバイアス磁界を発生するハードバイアス層４’は、抵抗変化層２’の側面に近接させる必要がある。このようにハードバイアス層４’を抵抗変化層２’の側面に近接させると、抵抗変化素子１’の構造上、必然的にハードバイアス層４’の下面４１’と下部リード電極３１’の上面３１１’とが近接してしまう。このような構造の抵抗変化素子１’において、上部リード電極３２’、抵抗変化層２’及び下部リード電極３１’の順に通過すべきセンス電流が、ハードバイアス層４’の下面４１’と下部リード電極３１’の上面３１１’との間のトンネル電流として流れてしまうことがある。このようなトンネル電流が流れてしまうと、抵抗変化素子１’の特性を低下させてしまうという問題がある。
また、上記抵抗変化素子１’においてハードバイアス層４’が設けられていない場合、図８に示すように、抵抗変化層２’の側面の近傍において層間絶縁膜５’の厚さが薄くなってしまい、上記と同様にトンネル電流が流れてしまうことがある。すなわち、このような構造の抵抗変化素子１’においても、抵抗変化素子１’の特性を低下させてしまうという問題がある。
さらに、不揮発性メモリやサーミスタにおいて利用される抵抗変化素子１’においても、抵抗変化層２’の側面の近傍において層間絶縁膜５’の厚さが薄くなることで、上記と同様にトンネル電流が流れてしまうことがある（図９参照）。その結果、抵抗変化素子１’の特性を低下させてしまうという問題がある。
上記課題に鑑みて、本発明は、所望とする特性を安定して発揮可能な抵抗変化素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、第１リード電極と、前記第１リード電極上に設けられてなる抵抗変化層と、前記抵抗変化層上に設けられてなる第２リード電極と、前記抵抗変化層にバイアス磁界を印加するバイアス磁界発生部とを備え、前記第１リード電極における前記抵抗変化層側の表面は、前記抵抗変化層が設けられている第１領域と、当該第１領域以外の領域である第２領域とを含み、前記バイアス磁界発生部は、前記第２領域上において前記第１リード電極と前記第２リード電極との間に挟まれるようにして位置しており、前記バイアス磁界発生部における前記第１リード電極側の表面と前記第2領域との間隔が３〜２０ｎｍであり、前記第２領域には、前記第１リード電極を構成する第１材料よりも仕事関数の大きい第２材料が偏在していることを特徴とする抵抗変化素子を提供する。
前記抵抗変化層が、磁気抵抗効果積層体であればよく、前記磁気抵抗効果積層体が、ＴＭＲ積層体又はＧＭＲ積層体であればよい。
本発明は、第１リード電極と、前記第１リード電極上に設けられてなる抵抗変化層と、前記抵抗変化層上に設けられてなる第２リード電極とを備え、前記第１リード電極における前記抵抗変化層側の表面は、前記抵抗変化層が設けられている第１領域と、当該第１領域以外の領域である第２領域とを含み、前記第２領域上において、前記第２リード電極の前記抵抗変化層側の表面と前記第２領域との間隔が３〜２０ｎｍであり、前記第２領域には、前記第１リード電極を構成する第１材料よりも仕事関数の大きい第２材料が偏在しており、前記第１領域には、前記第２材料が存在していないことを特徴とする抵抗変化素子を提供する。
前記抵抗変化層が、金属酸化物層であってもよく、外部温度によって抵抗値を変化させる層であってもよいし、前記第１リード電極又は前記第２リード電極への電圧の印加によって抵抗値を変化させる層であってもよい。前記第２材料が注入されてなる注入層が、前記第１リード電極の前記第２領域に設けられていればよく、前記第２材料の仕事関数が４．８ｅＶ以上であればよく、前記第２材料として、白金又はイリジウムを用いることができる。
本発明は、第１リード電極と、前記第１リード電極上に設けられてなる抵抗変化層と、前記抵抗変化層上に設けられてなる第２リード電極とを備える抵抗変化素子を製造する方法であって、第１材料により構成される前記第１リード電極を形成する工程と、前記抵抗変化層を構成する材料からなる抵抗変化膜を前記第１リード電極上に成膜する工程と、前記抵抗変化膜上に前記抵抗変化層に対応するレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとして前記抵抗変化膜をミリングすることで前記第１リード電極上における第１領域に前記抵抗変化層を形成する工程と、前記第１材料よりも仕事関数の大きい第２材料からなる第２材料膜を前記第１リード電極上における前記第１領域以外の領域である第２領域に形成する工程と、前記第２材料膜をミリングする工程と、前記第２領域上にバイアス磁界発生部を形成する工程と、前記抵抗変化層上に前記第２リード電極を形成する工程とを含み、前記バイアス磁界発生部を形成する工程において、前記バイアス磁界発生部における前記第１リード電極側の表面と前記第２領域との間隔が３〜２０ｎｍとなるように前記バイアス磁界発生部を形成し、前記第２材料膜をミリングする工程において、前記第１リード電極の表面に対して傾斜した角度でイオンビームを入射させることを特徴とする抵抗変化素子の製造方法を提供する。
また、本発明は、第１リード電極と、前記第１リード電極上に設けられてなる抵抗変化層と、前記抵抗変化層上に設けられてなる第２リード電極とを備える抵抗変化素子を製造する方法であって、第１材料により構成される前記第１リード電極を形成する工程と、前記抵抗変化層を構成する材料からなる抵抗変化膜を前記第１リード電極上に成膜する工程と、前記抵抗変化膜上に前記抵抗変化層に対応するレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとして前記抵抗変化膜をミリングすることで前記第１リード電極上における第１領域に前記抵抗変化層を形成する工程と、前記第１材料よりも仕事関数の大きい第２材料からなる第２材料膜を前記第１リード電極上における前記第１領域以外の領域である第２領域に形成する工程と、前記第２材料膜をミリングする工程と、前記抵抗変化層上に前記第２リード電極を形成する工程とを含み、前記第２リード電極を形成する工程において、前記第２領域上における前記第２リード電極の前記抵抗変化層側の表面と前記第２領域との間隔が３〜２０ｎｍとなるように前記第２リード電極を形成し、前記第２材料膜をミリングする工程において、前記第１リード電極の表面に対して傾斜した角度でイオンビームを入射させることを特徴とする抵抗変化素子の製造方法を提供する。
また、本発明は、第１リード電極と、前記第１リード電極上に設けられてなる抵抗変化層と、前記抵抗変化層上に設けられてなる第２リード電極とを備える抵抗変化素子を製造する方法であって、第１材料により構成される前記第１リード電極を形成する工程と、前記抵抗変化層を構成する材料からなる抵抗変化膜を前記第１リード電極上に成膜する工程と、前記抵抗変化膜上に前記抵抗変化層に対応するレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとして前記抵抗変化膜をミリングすることで前記第１リード電極上における第１領域に前記抵抗変化層を形成する工程と、前記第１材料よりも仕事関数の大きい第２材料からなる第２材料膜を前記第１リード電極上における前記第１領域以外の領域である第２領域に形成する工程と、前記第２材料膜をミリングする工程と、前記抵抗変化層上に前記第２リード電極を形成する工程とを含み、前記第２リード電極を形成する工程において、前記第２領域上における前記第２リード電極の前記抵抗変化層側の表面と前記第２領域との間隔が３〜２０ｎｍとなるように前記第２リード電極を形成し、前記第２材料膜をミリングする工程において、前記第１リード電極の表面に対して傾斜した角度でイオンビームを入射させることを特徴とする抵抗変化素子の製造方法を提供する。
前記第１リード電極の表面に対する前記イオンビームの入射角度が、５〜４５°であればよい。
本発明によれば、所望とする特性を安定して発揮可能な抵抗変化素子及びその製造方法を提供することができる。
本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る抵抗変化素子の一態様である磁気抵抗効果素子の概略構成を示す断面図であり、図２は、本実施形態に係る抵抗変化素子の一態様である磁気抵抗効果素子の他の例の概略構成を示す断面図であり、図３は、本実施形態に係る抵抗変化素子の一態様であるサーミスタ素子及び不揮発メモリ素子の概略構成を示す断面図であり、図４は、本実施形態に係る抵抗変化素子の第１リード電極の概略構成を示す斜視図である。
図１〜図３に示すように、本実施形態に係る抵抗変化素子１は、抵抗変化層２と、抵抗変化層２を電気的に直列に接続するリード電極３とを備える。本実施形態に係る抵抗変化素子１は、抵抗変化層２の面直方向（図１〜図３における上方向又は下方向）に沿ったセンス電流の印加によって外部環境（外部磁界や外部温度）に起因する抵抗変化層２の抵抗値変化を検出可能としたり、当該センス電流の印加（電圧の印加）により抵抗変化層２の抵抗値を変化させたりすることを目的とする素子である。すなわち、本実施形態に係る抵抗変化素子１は、磁気センサ、磁気ヘッド、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）、スピントルクダイオード、スピントルク発振器等のスピントロニクス分野に属する各種製品や、ＲｅＲＡＭ等の記憶装置、ＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）サーミスタ等に適用され得る。
具体的には、抵抗変化素子１は、第１リード電極３１と、抵抗変化層２と、第２リード電極３２とを有する。図１及び図２に示す抵抗変化素子（磁気抵抗効果素子）１において、抵抗変化層２は、ＴＭＲ素子（Tunnel Magnetoresistance element）又はＧＭＲ素子（Giant Magnetoresistance element）であり、磁化方向が固定された磁化固定層２１と、印加される磁界の方向に応じて磁化方向が変化する磁化自由層２３と、磁化固定層２１及び磁化自由層２３の間に配置される非磁性層２２とを有し、第１リード電極３１側から磁化固定層２１、非磁性層２２及び磁化自由層２３がこの順に積層されてなる積層体である。なお、磁化固定層２１と第１リード電極３１との間には、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、ニッケル、銅、イリジウム、クロム及び鉄のグループの中から選ばれる少なくとも１種の元素とマンガンとを含む反強磁性材料（マンガン含有量：３５〜９５原子％程度）により構成され、磁化固定層２１との間での交換結合により、磁化固定層２１の磁化の方向を固定する役割を果たす反強磁性層（図示省略）が設けられていてもよい。また、磁化自由層２３と第２リード電極３２との間にキャップ層（保護層）を有していてもよい。
磁化自由層２３は、第２リード電極３２に電気的に接続され、磁化固定層２１は、第１リード電極３１に電気的に接続されている。磁化自由層２３及び磁化固定層２１を構成する材料としては、例えば、パーマロイ、コバルト鉄、コバルト鉄ボロン、コバルト鉄ニッケル、コバルトマンガンシリコン合金、コバルトマンガンゲルマニウム合金、酸化鉄等が挙げられる。磁化自由層２３及び磁化固定層２１の厚さは、それぞれ、１〜１０ｎｍ程度である。
非磁性層２２は、トンネルバリア層であり、本実施形態における抵抗変化層２にトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ効果）を発現させるための必須の膜である。非磁性層２２を構成する材料としては、銅、金、銀、亜鉛、ガリウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、窒化ガリウム、酸化インジウムスズ、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム等を例示することができる。非磁性層２２は、２層以上の積層膜により構成されていてもよい。例えば、非磁性層２２は、銅／酸化亜鉛／銅の３層積層膜や、一つの銅を亜鉛で置換した銅／酸化亜鉛／亜鉛の３層積層膜により構成され得る。なお、非磁性層２２の厚さは、０．１〜５ｎｍ程度である。
本実施形態における抵抗変化層２において、磁化自由層２３の磁化の方向が磁化固定層２１の磁化の方向に対してなす角度に応じて抵抗値が変化し、この角度が０°（互いの磁化方向が平行）のときに抵抗値が最小となり、１８０°（互いの磁化方向が反平行）のときに抵抗値が最大となる。
図１に示す抵抗変化素子（磁気抵抗効果素子）１において、抵抗変化層２の側面２Ａに近接するようにしてバイアス磁界発生部４が設けられている。バイアス磁界発生部４から発生するバイアス磁界が磁化自由層２３に印加されることで、磁化自由層２３の磁化方向を安定化させることができる。バイアス磁界発生部４及び抵抗変化層２の側面２Ａの間隙、並びにバイアス磁界発生部４及び第１リード電極３１の間隙には、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等により構成される層間絶縁膜５が設けられている。
バイアス磁界発生部４は、例えば、コバルト白金、コバルトクロム白金、コバルトパラジウム白金等の磁性合金により構成されるハードバイアス層（永久磁石）等であればよく、白金を含む磁性合金により構成されているのが好ましい。バイアス磁界発生部４は、抵抗変化層２の側面２Ａ近傍、すなわち第１リード電極３１と第２リード電極３２との間隙に配置されるため、その体積には限界がある。その一方で、磁化自由層２３の磁化方向を安定化させるために必要な磁場強度のバイアス磁界をバイアス磁界発生部４から発生させようとすると、バイアス磁界発生部４が第１リード電極３１に近接することになる。バイアス磁界発生部４と第１リード電極３１（第１面３１１）との間隔Ｄは、例えば、３〜２０ｎｍ程度となる。
図３に示す抵抗変化素子１において、抵抗変化層２は、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化鉄、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化銅、酸化亜鉛、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化バリウム、チタン酸バリウム等の金属酸化物により構成される。図３に示す抵抗変化素子１がサーミスタ素子である場合、抵抗変化層２は、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化鉄、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化銅、酸化亜鉛、酸化バリウム、チタン酸バリウム等の金属酸化物により構成され、外部温度に応じて抵抗値を変化させることができる。一方、図３に示す抵抗変化素子１が不揮発性メモリ素子（例えば、ＲｅＲＡＭ用の素子）である場合、抵抗変化層２は、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ハフニウム、酸化ニッケル、酸化アルミニウム等の金属酸化物により構成され、第１リード電極３１又は第２リード電極３２を介した電圧の印加により抵抗値を変化させることができる。
図２及び図３に示す抵抗変化素子１においては、図１に示す抵抗変化素子１と異なり、抵抗変化層２の側面２Ａにバイアス磁界発生部４が設けられていない。このような態様の抵抗変化素子１を製造する工程においては、後述するように、第１リード電極３１の第１領域３１１Ａに抵抗変化層２を形成した後、第２領域３１１Ｂ上に酸化アルミニウム、酸化ケイ素等により構成される層間絶縁膜５を形成する。このとき、抵抗変化層２の側面２Ａの近傍において、層間絶縁膜５の膜厚が薄くなってしまう。そのため、当該層間絶縁膜５上に第２リード電極３２を形成することで、第２リード電極３２が部分的に第１リード電極３１に近接してしまい、その部分における第１リード電極３１と第２リード電極３２との間隔Ｄが、例えば、３〜２０ｎｍ程度となる。
図１〜図３に示す抵抗変化素子１において、第１リード電極３１及び第２リード電極３２は、例えば、銅、アルミニウム、金、タンタル、チタン、ルテニウム等のうちの１種の導電材料（第１金属材料）又は２種以上の導電材料（第１金属材料）の積層膜により構成されていてもよいが、第２リード電極３２は、第１リード電極３１を構成する第１金属材料よりも仕事関数の大きい導電材料（例えば、後述する注入層６を構成する第２金属材料等）により構成されているのが好ましい。第２リード電極３２が第２金属材料により構成されていることで、後述する第２領域３１１Ｂ（図４参照）において第１リード電極３１と第２リード電極３２とが近接していたとしても（特に図２及び図３参照）、それらの間に位置する層間絶縁膜５を介してトンネル電流が流れるのを防止することができる。第１リード電極３１及び第２リード電極３２の厚さは、それぞれ０．３〜２．０μｍ程度である。第１リード電極３１は、半導体基板（図示省略）上に酸化アルミニウム等からなる下地絶縁膜（図示省略）を間に介在させて設けられていればよい。
図４に示すように、第１リード電極３１は、抵抗変化層２が設けられる第１面３１１と、第１面３１１に対向する第２面３１２とを有する板状体である。第１リード電極３１の第１面３１１は、抵抗変化層２が設けられている第１領域３１１Ａと、第１領域３１１Ａ以外の領域である第２領域３１１Ｂとを含む。
第２領域３１１Ｂには、第１リード電極３１を構成する第１金属材料の仕事関数よりも大きな仕事関数を有する第２金属材料が注入され、第２金属材料が第１面３１１側に偏在してなる注入層６が設けられている。本実施形態に係る抵抗変化素子１において、第２領域３１１Ｂにおける第１面３１１側に第２金属材料が偏在してなる注入層６が設けられていることで、第１リード電極３１と第２リード電極３２とが近接していても、それらの間隙に位置する層間絶縁膜５を介してトンネル電流が流れてしまうことを防止することができる。
第１リード電極３１の第１面３１１側に第２金属材料が偏在しているというのは、図５に示すように、第１リード電極３１の厚さ方向において第１面３１１側から第２面３１２側に向かって第２金属材料の濃度が薄くなるような濃度勾配が存在することを意味する。第１リード電極３１の第１面３１１の表面における金属材料の元素比によって決定される仕事関数が相対的に大きいことで、第１リード電極３１と第２リード電極３２との間隙に位置する層間絶縁膜５を介してトンネル電流が流れてしまうのを防止することができる。本実施形態においては、第１リード電極３１の第２領域３１１Ｂの第１面３１１側に第２金属材料が偏在していることで、第１リード電極３１の第１面３１１の表面における第２金属材料の元素比を大きくし、当該表面における仕事関数を相対的に大きくすることができるため、上記トンネル電流が流れてしまうのを防止することができる。
第２金属材料の仕事関数は、第１金属材料の仕事関数よりも大きければよく、好ましくは、４．８ｅＶ以上であり、特に好ましくは５．０ｅＶ以上である。第２金属材料の仕事関数が４．８ｅＶ以上であることで、第１リード電極３１からの電子の放出を抑制することができ、第１リード電極３１と第２リード電極３２との間隙に位置する層間絶縁膜５を介してトンネル電流が流れてしまうのを防止することができる。
第２金属材料は、例えば、仕事関数が５．６５ｅＶの白金、５．２７ｅＶのイリジウム等であればよい。第２金属材料としてこれらの材料を用いることで、第１リード電極３１と第２リード電極３２との間隙に位置する層間絶縁膜５を介してセンス電流が流れてしまうのを防止することができる。
上述した構成を有する抵抗変化素子１の製造方法を説明する。
図６（Ａ）〜（Ｄ）は、本実施形態に係る抵抗変化素子１の製造工程を切断端面図にて示す工程フロー図である。なお、図６においては、図１及び図２に示される抵抗変化層２を有する抵抗変化素子１を製造する方法を図示しているが、図３に示される抵抗変化層２を有する抵抗変化素子１も同様の工程を経て製造され得る。
図６（Ａ）〜（Ｄ）は、本実施形態に係る抵抗変化素子１の製造工程を切断端面図にて示す工程フロー図である。なお、図６においては、図１及び図２に示される抵抗変化層２を有する抵抗変化素子１を製造する方法を図示しているが、図３に示される抵抗変化層２を有する抵抗変化素子１も同様の工程を経て製造され得る。
半導体基板上に形成されている酸化アルミニウム等の下地絶縁膜上に、第１金属材料により構成される第１リード電極３１を形成する。次に、第１リード電極３１を被覆するようにして抵抗変化膜２０（例えば、強磁性膜２１０、非磁性膜２２０及び強磁性膜２３０をこの順で積層した積層膜等）をスパッタリング等により形成し、抵抗変化層２に対応するレジストパターンＲＰを抵抗変化膜２０上に形成する（図６（Ａ）参照）。そして、当該レジストパターンＲＰをマスクとして用いたミリング処理を経て、第１リード電極３１の第１領域３１１Ａに抵抗変化層２を形成する（図６（Ｂ）参照）。
続いて、第１リード電極３１の第２領域３１１Ｂ、抵抗変化層２の側面２Ａ及びレジストパターンＲＰを被覆するように第２金属材料膜６０をスパッタリング等により形成する。その後、第１リード電極３１の第１面３１１に対して傾斜した角度でイオンビームＩＢを入射させて、抵抗変化層２の側面２Ａ上の第２金属材料膜６０を除去する（図６（Ｃ）参照）。このとき、イオンビームの入射角度を、第１面３１１に対して５〜４５°とすることで、抵抗変化層２の側面２Ａ上の第２金属材料膜６０を除去しつつ、第２領域３１１Ｂ上の第２金属材料膜６０を構成する第２金属材料を第１リード電極３１の第２領域３１１Ｂに注入させることができる。これにより、第２領域３１１Ｂの表面に第２金属材料が偏在する（高濃度に存在する）注入層６を形成することができる（図６（Ｄ）参照）。
次に、第１リード電極３１の第２領域３１１Ｂ上に酸化アルミニウム等の層間絶縁膜５を形成し、所望によりバイアス磁界発生部４を形成した後、抵抗変化層２に電気的に接続する第２リード電極３２を形成する。このようにして、本実施形態に係る抵抗変化素子１（図１〜３参照）が製造され得る。本実施形態においては、第２領域３１１上に形成される層間絶縁膜５の膜厚が薄くなってしまうが（図１〜３参照）、第２領域３１１に注入層６が形成されていることで、第１リード電極３１とバイアス磁界発生部４又は第２リード電極３２との間にトンネル電流が流れてしまうのを防止することができる。
上述したように、本実施形態に係る抵抗変化素子１によれば、第１リード電極３１の第２領域３１１Ｂの第１面３１１側に第２金属材料が偏在していることで、第１リード電極３１の第１面３１１の表面における第２金属材料の元素比を大きくし、当該表面における仕事関数を相対的に大きくすることができるため、第１リード電極３１と第２リード電極３２との間隙に位置する層間絶縁膜５を介してセンス電流が流れてしまうのを防止することができる。そのため、本実施形態に係る抵抗変化素子１においては、所望とする特性が安定的に発揮され得る。よって、本実施形態に係る抵抗変化素子１を用いた磁気センサ等によれば、当該磁気センサにおける検出対象である物理量（例えば、回転角度等）を高精度に検出することができる。また、本実施形態に係る抵抗変化素子１を用いたサーミスタ等によれば、高精度に温度検出が可能となる。さらに、本実施形態に係る抵抗変化素子１を用いたＲｅＲＡＭ等の記憶装置によれば、情報の記録や読出を確実に行うことができる。
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
１…抵抗変化素子
２…抵抗変化層
３…リード電極
３１…第１リード電極
３２…第２リード電極
２…抵抗変化層
３…リード電極
３１…第１リード電極
３２…第２リード電極
Claims (13)
- 第１リード電極と、
前記第１リード電極上に設けられてなる抵抗変化層と、
前記抵抗変化層上に設けられてなる第２リード電極と、
前記抵抗変化層にバイアス磁界を印加するバイアス磁界発生部と
を備え、
前記第１リード電極における前記抵抗変化層側の表面は、前記抵抗変化層が設けられている第１領域と、当該第１領域以外の領域である第２領域とを含み、
前記バイアス磁界発生部は、前記第２領域上において前記第１リード電極と前記第２リード電極との間に挟まれるようにして位置しており、
前記バイアス磁界発生部における前記第１リード電極側の表面と前記第２領域との間隔が３〜２０ｎｍであり、
前記第２領域には、前記第１リード電極を構成する第１材料よりも仕事関数の大きい第２材料が偏在していることを特徴とする抵抗変化素子。 - 前記抵抗変化層が、磁気抵抗効果積層体であることを特徴とする請求項１に記載の抵抗変化素子。
- 前記磁気抵抗効果積層体が、ＴＭＲ積層体又はＧＭＲ積層体であることを特徴とする請求項２に記載の抵抗変化素子。
- 第１リード電極と、
前記第１リード電極上に設けられてなる抵抗変化層と、
前記抵抗変化層上に設けられてなる第２リード電極と
を備え、
前記第１リード電極における前記抵抗変化層側の表面は、前記抵抗変化層が設けられている第１領域と、当該第１領域以外の領域である第２領域とを含み、
前記第２領域上において、前記第２リード電極の前記抵抗変化層側の表面と前記第２領域との間隔が３〜２０ｎｍであり、
前記第２領域には、前記第１リード電極を構成する第１材料よりも仕事関数の大きい第２材料が偏在しており、
前記第１領域には、前記第２材料が存在していないことを特徴とする抵抗変化素子。 - 前記抵抗変化層が、金属酸化物層であることを特徴とする請求項４に記載の抵抗変化素子。
- 前記抵抗変化層は、外部温度によって抵抗値を変化させる層であることを特徴とする請求項４に記載の抵抗変化素子。
- 前記抵抗変化層は、前記第１リード電極又は前記第２リード電極への電圧の印加によって抵抗値を変化させる層であることを特徴とする請求項４に記載の抵抗変化素子。
- 前記第２材料が注入されてなる注入層が、前記第１リード電極の前記第２領域に設けられてなることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の抵抗変化素子。
- 前記第２材料の仕事関数が４．８ｅＶ以上であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の抵抗変化素子。
- 前記第２材料が白金又はイリジウムであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の抵抗変化素子。
- 第１リード電極と、前記第１リード電極上に設けられてなる抵抗変化層と、前記抵抗変化層上に設けられてなる第２リード電極とを備える抵抗変化素子を製造する方法であって、
第１材料により構成される前記第１リード電極を形成する工程と、
前記抵抗変化層を構成する材料からなる抵抗変化膜を前記第１リード電極上に成膜する工程と、
前記抵抗変化膜上に前記抵抗変化層に対応するレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記抵抗変化膜をミリングすることで前記第１リード電極上における第１領域に前記抵抗変化層を形成する工程と、
前記第１材料よりも仕事関数の大きい第２材料からなる第２材料膜を前記第１リード電極上における前記第１領域以外の領域である第２領域に形成する工程と、
前記第２材料膜をミリングする工程と、
前記第２領域上にバイアス磁界発生部を形成する工程と、
前記抵抗変化層上に前記第２リード電極を形成する工程と
を含み、
前記バイアス磁界発生部を形成する工程において、前記バイアス磁界発生部における前記第１リード電極側の表面と前記第２領域との間隔が３〜２０ｎｍとなるように前記バイアス磁界発生部を形成し、
前記第２材料膜をミリングする工程において、前記第１リード電極の表面に対して傾斜した角度でイオンビームを入射させることを特徴とする抵抗変化素子の製造方法。 - 第１リード電極と、前記第１リード電極上に設けられてなる抵抗変化層と、前記抵抗変化層上に設けられてなる第２リード電極とを備える抵抗変化素子を製造する方法であって、
第１材料により構成される前記第１リード電極を形成する工程と、
前記抵抗変化層を構成する材料からなる抵抗変化膜を前記第１リード電極上に成膜する工程と、
前記抵抗変化膜上に前記抵抗変化層に対応するレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記抵抗変化膜をミリングすることで前記第１リード電極上における第１領域に前記抵抗変化層を形成する工程と、
前記第１材料よりも仕事関数の大きい第２材料からなる第２材料膜を前記第１リード電極上における前記第１領域以外の領域である第２領域に形成する工程と、
前記第２材料膜をミリングする工程と、
前記抵抗変化層上に前記第２リード電極を形成する工程と
を含み、
前記第２リード電極を形成する工程において、前記第２領域上における前記第２リード電極の前記抵抗変化層側の表面と前記第２領域との間隔が３〜２０ｎｍとなるように前記第２リード電極を形成し、
前記第２材料膜をミリングする工程において、前記第１リード電極の表面に対して傾斜した角度でイオンビームを入射させることを特徴とする抵抗変化素子の製造方法。 - 前記第１リード電極の表面に対する前記イオンビームの入射角度が、５〜４５°であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の抵抗変化素子の製造方法。
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