(57)【要約】【課題】垂直磁気異方性が増大し且つ高スピン分極率を有するホイスラー合金層を備えた磁気抵抗素子を提供する。【解決手段】ＦｅＣｏ酸化物であるＦｅＯ層１３からなる下地層を用いて形成される（１００）面方位に高い結晶配向度を持つＰｄ層１４（バッファ層）を有し、Ｐｄ層１４の結晶配向を利用してその上部に形成された高結晶配向のＣＭＳ層１５（ホイスラー合金層）を有してなる磁気抵抗素子である。【選択図】図１
2014123629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦｅＣｏ酸化物からなる下地層を用いて形成される（１００）面方位に高い結晶配向度を持つＰｄバッファ層を有し、当該Ｐｄバッファ層の結晶配向を利用してその上部に形成された高結晶配向のホイスラー合金層を有してなる磁気抵抗素子。
【請求項２】
前記ＦｅＣｏ酸化物からなる下地層が、ウスタイト型結晶構造を有する請求項１に記載の磁気抵抗素子。
【請求項３】
前記ＦｅＣｏ酸化物からなる下地層は、対向ターゲット式スパッタ装置で形成されてなる請求項１または請求項２記載の磁気抵抗素子。
【請求項４】
前記ＦｅＣｏ酸化物の下地層としてＦｅＣｏ層をさらに有する請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の磁気抵抗素子。
【請求項５】
前記ＦｅＣｏ酸化物からなる下地層の膜厚が１０ｎｍ以上である請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の磁気抵抗素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＴＴ−ＭＲＡＭ（Spin Transfer Torque Magnetic Random Access Memory：磁気メモリ）、レーストラックメモリ（Racetrack-memory：磁気ベースの不揮発性メモリ）、ＨＤＤの読み出しヘッド等の垂直磁化強磁性体の磁気抵抗効果を用いた磁気抵抗素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
垂直磁化を有し磁気抵抗効果によって読み出しを行う磁気抵抗素子は、微細化に対する熱擾乱耐性が高く、次世代のメモリ等として期待されている。しかしながら、その主要構成部分である高い垂直磁気異方性を持つ強磁性体薄膜を形成するのは難しく、高性能な磁気抵抗素子の作製の問題となっている。
【０００３】
従来の磁気抵抗素子としては、例えば、下地層と、当該下地層上に設けられた第１の磁性層と、前記第１の磁性層上に設けられた第１の非磁性層と、前記第１の非磁性層上に設けられた第２の磁性層と、を有し、前記下地層による配向促進を行うことで磁化反転の際の反転電流密度のばらつきを低減する磁気抵抗素子が紹介されている。（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００４】
また、下地層と、当該下地層上の第１の磁性層と、前記第１の磁性層上のトンネルバリア層と、前記トンネルバリア層上の第２の磁性層とを有し、前記トンネルバリア層の下地が前記第１の磁性層となり、前記下地層及び前記第１の磁性層の構成元素、組成比及び厚さにより、前記第１の磁性層の表面電位を中性化させることで高ＴＭＲ（Tunneling Magneto Resistance：トンネル磁気抵抗効果）比及び低電流でのスピン注入磁化反転を可能とする磁気抵抗素子が紹介されている。（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
さらにまた、中間層と、当該中間層を挟持する一対の磁性層とを含み、前記磁性層の一方が、他方の磁性層よりも外部磁界に対して磁化回転しにくい固定磁性層であり、前記固定磁性層が、少なくとも１層の非磁性体層と、前記非磁性体層を挟持する磁性体層とからなる多層膜であり、前記磁性体層が、前記非磁性体層を介して互いに静磁結合している磁気抵抗素子が紹介されている。（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２３９１２０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３２４９９号公報
【特許文献３】特開２００９−２３９１２１号公報
【特許文献４】特開２００２−１９０６３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
高い垂直磁気異方性を有し、かつ高いスピン分極率を持つ強磁性材料は、ＳＴＴ−ＭＲＡＭ等の次世代高集積メモリの基本構成材料として期待されているが、単結晶基板上への成膜の必要性や高い熱処理温度に伴う特性劣化等が懸念されている。
【０００８】
また、高い垂直磁気異方性を有する強磁性体薄膜を形成する従来の手法として、単結晶基板上に基板温度を数１００℃に上げて多層の金属下地層を形成し、さらに高温の熱処理により、強磁性体薄膜の結晶配向度を増大させる必要があるが、この方法では、結晶配向度増大のために熱処理温度を上げると、下地層の多層金属元素が熱拡散してしまうことから、十分な結晶配向度を得ることができない。また、単結晶基板は、入手が困難であり、量産化のためには低価格なシリコン基板やガラス基板等を用いる必要がある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、垂直磁気異方性が増大し且つ高スピン分極率を有するホイスラー合金層を備えた磁気抵抗素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するため本発明は、ＦｅＣｏ酸化物からなる下地層を用いて形成される（１００）面方位に高い結晶配向度を持つＰｄバッファ層を有し、当該Ｐｄバッファ層の結晶配向を利用してその上部に形成された高結晶配向のホイスラー合金層を有してなる磁気抵抗素子を提供するものである。
【００１１】
この構成を備えた磁気抵抗素子は、ＦｅＣｏ酸化物を結晶配向の誘導層とすることができるため、特に高温の熱処理を行うことなく、（１００）面方位に高い結晶配向度を持つＰｄバッファ層を形成することができ、このＰｄバッファ層の結晶配向を利用してその上部にホイスラー合金層形成することができる。したがって、ホイスラー合金層を含む人工格子層の垂直磁気異方性を増大させることができ、且つホイスラー合金層のスピン分極率を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明に係る磁気抵抗素子は、前記ＦｅＣｏ酸化物からなる下地層がウスタイト型結晶構造を有することで、前記Ｐｄバッファ層を（１００）面方位にさらに配向し易くすることができる。
【００１３】
そしてまた、前記ＦｅＣｏ酸化物からなる下地層は、対向ターゲット式スパッタ装置で形成することができる。
【００１４】
また、本発明に係る磁気抵抗素子は、ＦｅＣｏ酸化物の下地層としてＦｅＣｏ層をさらに有することもできる。このようにすることで、前記Ｐｄバッファ層を（１００）面方位にさらに配向し易くすることができる。
【００１５】
さらにまた、前記Ｐｄバッファ層を（１００）面方位にさらに配向し易くするために、前記ＦｅＣｏ酸化物からなる下地層の膜厚は、１０ｎｍ以上にすることが好ましい。前記ＦｅＣｏ酸化物からなる下地層の膜厚が１０ｎｍ未満であると、前記Ｐｄバッファ層を（１００）面方位に配向しにくくなる傾向がある。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、垂直磁気異方性が増大し且つ高スピン分極率を有するホイスラー合金層を備えた磁気抵抗素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る磁気抵抗素子の主要部を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る磁気抵抗素子の特性比較に用いた素子の主要部を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る磁気抵抗素子及び特性比較に用いた磁気抵抗素子のＸ線回折の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明の実施形態に係る磁気抵抗素子について図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係る磁気抵抗素子の主要部を模式的に示す断面図である。なお、前記各図では、説明を判り易くするため、各部材の厚さやサイズ、拡大・縮小率等は、実際のものとは一致させずに記載した。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態に係る磁気抵抗素子は、ガラス基板１１上に形成されたＦｅＣｏ層１２（膜厚：１０ｎｍ）と、ＦｅＣｏ層１２上に形成されたＦｅＯ層１３（膜厚：２０ｎｍ）と、ＦｅＯ層１３上に形成されたＰｄ層１４（膜厚：２０ｎｍ）と、Ｐｄ層１４上に形成されたＣｏ２ＭｎＳｉ層１５（以下、「ＣＭＳ層」という）と、ＣＭＳ層１５（膜厚：０．６ｎｍ）上に形成されたＰｄ層１６（膜厚：２ｎｍ）と、Ｐｄ層１６上に形成されたＴａ層１７（膜厚：５ｎｍ）を有している。なお、ＣＭＳ層１５とＰｄ層１６は、互いに交互に４回ずつ形成されている。即ち、Ｐｄ層１４上には、ＣＭＳ層１５とＰｄ層１６からなる二層構造が４層形成されている。また、ＦｅＯは、ＦｅＣｏの酸化物であり、ＦｅＯ層１３は、ＦｅＣｏ酸化物層である。
【００２１】
Ｐｄ層１４は、ホイスラー合金であるＣＭＳ層１５のバッファ層であり、ＦｅＣｏの酸化物であるＦｅＯ層１３を下地層として成膜される。したがって、その結晶配向性が、（１１１）配向から（１００）配向に変化する。即ち、アモルファスのガラス基板１１上に、ホイスラー合金であるＣＭＳ層１５のバッファ層としてのＰｄ層１４を、ＣＭＳ層１５の（１００）配向に有利な（１００）配向となるように形成することができる。
【００２２】
また、ＦｅＯ層１３の下地として、ＦｅＣｏ層１２が形成されているため、ＦｅＯ層１３が（１００）配向となり易く、Ｐｄ層１４の結晶配向性が、（１１１）配向から（１００）配向にさらに変化し易くなる。なお、ＦｅＯ層１３の膜厚は、１０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００２３】
次に、比較として、図２に示す従来の磁気抵抗素子（サンプルＢ）を作製した。図２に示す磁気抵抗素子は、ガラス基板１１上にＦｅＣｏ層１２及びＦｅＯ層１３を形成する代わりに、Ｔａ層２１（膜厚：５ｎｍ）とＰｄ層２４（膜厚：２０ｎｍ）が形成されている以外は、図１に示す磁気抵抗素子と同様の構成を備えている。
【００２４】
また、比較として、ＦｅＣｏ層１２（膜厚：１０ｎｍ）と、ＦｅＣｏ層１２上に形成されたＦｅＯ層１３（膜厚：２０ｎｍ）と、ＦｅＯ層１３上に形成されたＰｄ層１４（膜厚：２０ｎｍ）からなるサンプルＣを作製した。
【００２５】
次に、本実施形態に係る磁気抵抗素子（サンプルＡ）と、比較として作成したサンプルＢ及びＣについてＸ線回折を行った。この結果を図３に示す。なお、図３において、Ｐｄの（１１１）回折ピーク位置は４０．１０８度である。
【００２６】
図３から、ガラス基板上にＦｅＣｏ層１２及びＦｅＯ層１３の下地を形成したサンプルＡのＰｄ層１４の結晶配向性は、Ｐｄ（２００）回折ピークが強く、Ｐｄ（１１１）回折ピークが弱いことから、（１００）配向となっていることが分かる。一方、Ｔａ層２１のみが下地のサンプルＢのＰｄ層２４の結晶配向性は、Ｐｄ（１１１）回折ピークが強く、Ｐｄ（２００）回折ピークが弱いことから、（１１１）配向となっていることが分かる。さらに、ＣＭＳ層１５とＰｄ層１６の人工格子層を積層しないサンプルＣにおいても、Ｐｄ層１４の結晶配向性はサンプルＢと比べて（１００）配向が強くなっている。つまり、ＦｅＯ層１２およびＦｅＯ層１３の存在により、その上に形成したＰｄ層１４の結晶配向性が（１００）配向となることが確認された。
【００２７】
なお、機能層であるＣＭＳ層１５の配向を制御するＰｄ層１４を（１００）配向させるためにはＦｅＯ層１３がウスタイト型結晶構造を有することが重要であり、このＦｅＯ層１３を設けたことで、従来の金属多層膜からなる下地層では得られなかった低温での高配向性を実現することができる。
【００２８】
また、ＦｅＯ層１３の成膜に、プラズマによるダメージが少ない対向ターゲット式スパッタ装置を用いることにより、室温成膜でも良好なＦｅＯ層１３の配向が得られる。また、ウスタイト型結晶構造を有するＦｅＯ層１３を用いることにより、Ｐｄ層１４の（１００）配向性が大きく増大し、Ｐｄ層１４が（１００）面方位に高い結晶配向度を持つことで、（１００）配向のＣＭＳ層１５を成膜し易くすることができる。その結果として、ＣＭＳ層１５とＰｄ層１６とを交互に積層した人工格子層の垂直磁気異方性を増大させることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１１    ガラス基板
１２    ＦｅＣｏ層
１３    ＦｅＯ層
１４、１６    Ｐｄ層
１５    ＣＭＳ層
１７    Ｔａ層
【図１】
2014123629.tif 000003
【図２】
2014123629.tif 000004
【図３】
2014123629.tif 000005