(57)【要約】  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、第一強磁性体層と、トンネルバリア層と、第二強磁性体層とを有し、第一強磁性体層及び／又は第二強磁性体層が、トンネルバリア層側のＢ原子の含有量が反対側よりも小さい、Ｃｏ原子、Ｆｅ原子、Ｂ原子を含有する合金層からなる。
2010026703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、
前記基板の上に位置するトンネルバリア層、
前記トンネルバリア層の前記基板側に位置する第一面側に設置された、Ｃｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなる結晶性第一強磁性体層であって、該層の膜厚方向において、該基板側のＢ原子の含有量が該第一面側のＢ原子の含有量より大きい値を有する結晶性第一強磁性体層、並びに、
前記第一面とは反対側に位置する前記トンネルバリア層の第二面側に設置された結晶性第二強磁性体層
を有することを特徴とする磁気抵抗素子。
【請求項２】
前記トンネルバリア層は、結晶性酸化マグネシウム又は結晶性ボロンマグネシウム酸化物からなることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗素子。
【請求項３】
基板、
前記基板の上に位置するトンネルバリア層、
前記トンネルバリア層の前記基板側に位置する第一面側に設置された結晶性第一強磁性体層、並びに、
前記第一面とは反対側に位置する前記トンネルバリア層の第二面側に設置された、Ｃｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなる結晶性第二強磁性体層であって、該層の膜厚方向において、該第二面側とは反対面側のＢ原子の含有量が該第二面側のＢ原子の含有量より大きい値を有する結晶性第二強磁性体層
を有することを特徴とする磁気抵抗素子。
【請求項４】
前記トンネルバリア層は、結晶性酸化マグネシウム又は結晶性ボロンマグネシウム酸化物からなることを特徴とする請求項３に記載の磁気抵抗素子。
【請求項５】
前記結晶性第一強磁性体層が、Ｃｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなり、該層の膜厚方向において、該基板側のＢ原子の含有量が第一面側のＢ原子の含有量より大きい値を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の磁気抵抗素子。
【請求項６】
基板を用意する工程、
スパッタリング法を用いて、膜厚方向において、基板側の領域のＢ原子の含有量が該基板側とは反対面側の領域のＢ原子の含有量と比較して大きい値を有するＣｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなるアモルファス構造の第一強磁性体層を前記基板の上に成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、前記アモルファス構造の第一強磁性体層の上に、多結晶酸化マグネシウム層又は多結晶ボロンマグネシウム酸化物層を成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、前記多結晶酸化マグネシウム層又は多結晶ボロンマグネシウム酸化物層の上に第二強磁性体層を成膜する工程、並びに、
前記アモルファス構造の第一強磁性体層を結晶化する工程
を有することを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項７】
前記スパッタリング法で成膜された第二強磁性体層がアモルファス構造を有し、前記結晶化工程を用いて結晶化されることを特徴とする請求項６に記載の磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項８】
基板を用意する工程、
スパッタリング法を用いて、前記基板の上にアモルファス構造の第一強磁性体層を成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、前記アモルファス構造の第一強磁性体層の上に、多結晶酸化マグネシウム層又は多結晶ボロンマグネシウム酸化物層を成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、膜厚方向において、基板側とは反対面側の領域のＢ原子の含有量が基板側の領域のＢ原子の含有量と比較して大きい値を有するＣｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなるアモルファス構造の第二強磁性体層を前記多結晶酸化マグネシウム層又は多結晶ボロンマグネシウム酸化物層の上に成膜する工程、並びに、
前記アモルファス構造の第一強磁性体層及び前記アモルファス構造の第二強磁性体層を結晶化する工程
を有することを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項９】
基板を用意する工程、スパッタリング法を用いて、膜厚方向において、基板側の領域のＢ原子の含有量が基板側とは反対面側の領域のＢ原子の含有量と比較して大きい値を有するＣｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなるアモルファス構造の第一強磁性体層を前記基板の上に成膜する工程、スパッタリング法を用いて、前記アモルファス構造の第一強磁性体層の上に、多結晶酸化マグネシウム層又は多結晶ボロンマグネシウム酸化物層を成膜する工程、スパッタリング法を用いて、前記多結晶酸化マグネシウム層又は多結晶ボロンマグネシウム酸化物層の上に第二強磁性体層を成膜する工程、並びに、前記アモルファス構造の第一強磁性体層を結晶化する工程を用いて、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ことを特徴とした記憶媒体。
【請求項１０】
前記第二強磁性体層はアモルファス構造を有し、結晶化工程を用いて結晶化されることを特徴とする請求項９に記載の記憶媒体。
【請求項１１】
基板を用意する工程、スパッタリング法を用いて、前記基板の上にアモルファス構造の第一強磁性体層を成膜する工程、スパッタリング法を用いて、前記アモルファス構造の第一強磁性体層の上に、多結晶酸化マグネシウム層又は多結晶ボロンマグネシウム酸化物層を成膜する工程、スパッタリング法を用いて、膜厚方向において、基板側とは反対面側の領域のＢ原子の含有量が基板側の領域のＢ原子の含有量と比較して大きい値を有するＣｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなるアモルファス構造の第二強磁性体層を前記多結晶酸化マグネシウム層又は多結晶ボロンマグネシウム層の上に成膜する工程、並びに、前記アモルファス構造の第一強磁性体層及び前記アモルファス構造の第二強磁性体層を結晶化する工程を用いて、磁気抵抗素子の製造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した記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２０４００４号公報
【特許文献２】国際公開第２００５／０８８７４５号パンフレット
【特許文献３】特開２００３−３０４０１０号公報
【特許文献４】特開２００６−０８０１１６号公報
【特許文献５】米国特許出願公開第２００６／００５６１１５号明細書
【特許文献６】米国特許第７２５２８５２号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｄ．Ｄ．Ｄｊａｙａｐｒａｗｉｒａら著「Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ」，８６，０９２５０２（２００５）
【非特許文献２】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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１は、基板、
前記基板の上に位置するトンネルバリア層、
前記トンネルバリア層の前記基板側に位置する第一面側に設置された、Ｃｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなる結晶性第一強磁性体層であって、該層の膜厚方向において、該基板側のＢ原子の含有量が該第一面側のＢ原子の含有量より大きい値を有する結晶性第一強磁性体層、並びに、
前記第一面とは反対側に位置する前記トンネルバリア層の第二面側に設置された結晶性第二強磁性体層
を有することを特徴とする磁気抵抗素子である。【０００７】
本発明の第２は、基板、
前記基板の上に位置するトンネルバリア層、
前記トンネルバリア層の前記基板側に位置する第一面側に設置された結晶性第一強磁性体層、並びに、
前記第一面とは反対側に位置する前記トンネルバリア層の第二面側に設置された、Ｃｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなる結晶性第二強磁性体層であって、該層の膜厚方向において、該第二面側とは反対面側のＢ原子の含有量が該第二面側のＢ原子の含有量より大きい値を有する結晶性第二強磁性体層
を有することを特徴とする磁気抵抗素子である。【０００８】
本発明の第２においては、前記結晶性第一強磁性体層が、Ｃｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなり、該層の膜厚方向において、該基板側のＢ原子の含有量が第一面側のＢ原子の含有量より大きい値を有することが好ましい。【０００９】
また、本発明の第１及び第２においては、前記トンネルバリア層は、結晶性酸化マグネシウム又は結晶性ボロンマグネシウム酸化物からなることが好ましい。【００１０】
本発明の第３は、基板を用意する工程、
スパッタリング法を用いて、膜厚方向において、基板側の領域のＢ原子の含有量が該基板側とは反対面側の領域のＢ原子の含有量と比較して大きい値を有するＣｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなるアモルファス構造の第一強磁性体層を前記基板の上に成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、前記アモルファス構造の第一強磁性体層の上に、多結晶酸化マグネシウム層又は多結晶ボロンマグネシウム酸化物層を成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、前記多結晶酸化マグネシウム層又は多結晶ボロンマグネシウム酸化物層の上に第二強磁性体層を成膜する工程、並びに、
前記アモルファス構造の第一強磁性体層を結晶化する工程
を有することを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法であり、
前記スパッタリング法で成膜された第二強磁性体層がアモルファス構造を有し、前記結晶化工程を用いて結晶化されることが好ましい。【００１１】
本発明の第４は、基板を用意する工程、
スパッタリング法を用いて、前記基板の上にアモルファス構造の第一強磁性体層を成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、前記アモルファス構造の第一強磁性体層の上に、多結晶酸化マグネシウム層又は多結晶ボロンマグネシウム酸化物層を成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、膜厚方向において、基板側とは反対面側の領域のＢ原子の含有量が基板側の領域のＢ原子の含有量と比較して大きい値を有するＣｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなるアモルファス構造の第二強磁性体層を前記多結晶酸化マグネシウム層又は多結晶ボロンマグネシウム酸化物層の上に成膜する工程、並びに、
前記アモルファス構造の第一強磁性体層及び前記アモルファス構造の第二強磁性体層を結晶化する工程
を有することを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法である。【００１２】
本発明の第５は、基板を用意する工程、スパッタリング法を用いて、膜厚方向において、基板側の領域のＢ原子の含有量が基板側とは反対面側の領域のＢ原子の含有量と比較して大きい値を有するＣｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなるアモルファス構造の第一強磁性体層を前記基板の上に成膜する工程、スパッタリング法を用いて、前記アモルファス構造の第一強磁性体層の上に、多結晶酸化マグネシウム層又は多結晶ボロンマグネシウム酸化物層を成膜する工程、スパッタリング法を用いて、前記多結晶酸化マグネシウム層又は多結晶ボロンマグネシウム酸化物層の上に第二強磁性体層を成膜する工程、並びに、前記アモルファス構造の第一強磁性体層を結晶化する工程を用いて、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ことを特徴とした記憶媒体であり、
前記第二強磁性体層はアモルファス構造を有し、結晶化工程を用いて結晶化されることが好ましい。【００１３】
本発明の第６は、基板を用意する工程、スパッタリング法を用いて、前記基板の上にアモルファス構造の第一強磁性体層を成膜する工程、スパッタリング法を用いて、前記アモルファス構造の第一強磁性体層の上に、多結晶酸化マグネシウム層又は多結晶ボロンマグネシウム酸化物層を成膜する工程、スパッタリング法を用いて、膜厚方向において、基板側とは反対面側の領域のＢ原子の含有量が基板側の領域のＢ原子の含有量と比較して大きい値を有するＣｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなるアモルファス構造の第二強磁性体層を前記多結晶酸化マグネシウム層又は多結晶ボロンマグネシウム層の上に成膜する工程、並びに、前記アモルファス構造の第一強磁性体層及び前記アモルファス構造の第二強磁性体層を結晶化する工程を用いて、磁気抵抗素子の製造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した記憶媒体である。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の磁気抵抗素子の一例の断面模式図である。
【図２】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。
【図３】図２の装置のブロック図である。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】本発明の別のトンネルバリア層の断面図である。
【図７】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。
【図８】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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の磁気抵抗素子は、基板と、結晶性第一強磁性体層と、トンネルバリア層と、結晶性第二強磁性体層とを有する。そして、第一強磁性体層及び／又は第二強磁性体層が、トンネルバリア層側のＢ原子の含有量が反対側よりも小さい、Ｃｏ原子、Ｆｅ原子、Ｂ原子を含有する合金（以下、ＣｏＦｅＢと記す）層からなる。具体的には、好ましくは、少なくとも第一強磁性体層及び／又は第二強磁性体層をＢ原子の含有量が大である（以下、Ｂｒｉｃｈと記す）ＣｏＦｅＢ層と、該Ｂｒｉｃｈ層よりもＢ原子の含有量が少ない（以下、Ｂｐｏｏｒと記す）ＣｏＦｅＢ層とから構成する。トンネルバリア層としては、結晶性酸化マグネシウム（以下、Ｍｇ酸化物と記す）層又は結晶性ボロンマグネシウム酸化物（以下、ＢＭｇ酸化物と記す）層が好ましく用いられる。
【００１７】
尚、本発明において、トンネルバリア層の基板面側が第一面側、該第一面とは反対面側が第二面側である。
【００１８】
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。
【００１９】
図１は、本発明の磁気抵抗素子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、９層の多層膜が形成されている。この９層の多層膜では、最下層の第１層（Ｔａ層）から最上層の第９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Ｒｕ層１６、ＣｏＦｅＢ（Ｂｒｉｃｈ）層１２１１、ＣｏＦｅＢ（Ｂｐｏｏｒ）層１２１２、非磁性Ｍｇ酸化物又はＢＭｇ酸化物層１２２が積層されている。さらにその上に、ＣｏＦｅＢ（Ｂｐｏｏｒ）層１２３２、ＣｏＦｅＢ（Ｂｒｉｃｈ）層１２３１、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。また、ＰｔＭｎ層はＰｔ原子とＭｎ原子とを含有する合金層、ＣｏＦｅ層はＣｏ原子とＦｅ原子を含有する合金層である。
【００２０】
上記積層体のうち、本発明に係る結晶性第一強磁性体層は、ＣｏＦｅＢ（Ｂｐｏｏｒ）層１２１２及びＣｏＦｅＢ（Ｂｒｉｃｈ）層１２１１に相当する。また、結晶性第二強磁性体層は、ＣｏＦｅＢ（Ｂｒｉｃｈ）層１２３１及びＣｏＦｅＢ（Ｂｐｏｏｒ）層１２３２に相当する。
【００２１】
また、本発明では、上述の第一及び第二強磁性体層は、上記２層構造に限定されるものではない。
【００２２】
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。１２はＴＭＲ素子で、Ｂｒｉｃｈの強磁性体層１２１１、Ｂｐｏｏｒの強磁性体層１２１２、トンネルバリア層１２２、Ｂｐｏｏｒの強磁性体層１２３２、及びＢｒｉｃｈの強磁性体層１２３１によって構成されている。
【００２３】
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、１６は第４層（Ｒｕ層）の交換結合用非磁性体層である。
【００２４】
第５層は、結晶性ＣｏＦｅＢ層からなる上記強磁性体層１２１１及び１２１２で構成した積層体である。該第５層の膜厚方向において、結晶性ＣｏＦｅＢ層１２１１のＢ原子の含有量（率）（以下、Ｂ含有量と記す）は、結晶性ＣｏＦｅＢ層１２１２のＢ含有量よりも大きい値に設定されている。尚、第５層を構成する結晶性ＣｏＦｅＢ層１２１１及び１２１２におけるＢ含有量は、第５層の膜厚方向において、基板１１側でＢ含有量が大きくなるように、傾斜分布されていても良い。
【００２５】
結晶性ＣｏＦｅＢ層１２１１でのＢ含有量は、１０ａｔｏｍｉｃ％乃至６０ａｔｍｉｃ％が好ましく、より好ましくは１５ａｔｏｍｉｃ％乃至５０ａｔｍｉｃ％の範囲に設定される。また、結晶性ＣｏＦｅＢ層１２１２でのＢ含有量は、好ましくは０．１ａｔｏｍｉｃ％乃至４０ａｔｍｉｃ％、より好ましくは０．５ａｔｏｍｉｃ％乃至１０ａｔｍｉｃ％の範囲に設定される。
【００２６】
また、結晶性ＣｏＦｅＢ層１２１２でのＢ含有量／結晶性ＣｏＦｅＢ層１２１１でのＢ含有量は、ａｔｏｍｉｃ％（原子比）で１／５乃至１／１００、好ましくは、１／１０乃至１／５０に設定されることができる。
【００２７】
第５層を構成する結晶性ＣｏＦｅＢ層１２１１及び１２１２は、上記Ｂ含有量が上記の範囲となるように調整した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。また、上述したＢ原子の傾斜分布でのＢ含有量は、ＣｏＦｅＢターゲットを用いたスパッタリング中で、モノボラン（ＢＨ3）ガスやジボラン（Ｂ2Ｈ6）ガス等のボロン原子含有ガスの導入量を時間軸で可変することで、達成される。
【００２８】
上述の第３層１５、第４層１６及び第５層１２１１，１２１２とから成る層が、磁化固定層１９である。実質的な磁化固定層は、第５層の結晶性ＣｏＦｅＢ層から成る強磁性体層１２１１及び１２１２である。
【００２９】
１２２は、第６層（多結晶ＢＭｇ酸化物又は多結晶Ｍｇ酸化物）のトンネルバリア層で、絶縁層である。本発明で用いたトンネルバリア層１２２は、単一の多結晶ＢＭｇ酸化物層又は多結晶Ｍｇ酸化物層であってもよい。
【００３０】
また、本発明は、図６に図示したように、多結晶ＢＭｇ酸化物層又は多結晶Ｍｇ酸化物層の中に微結晶、多結晶又は単結晶等の結晶性ＢＭｇ層又はＭｇ層１２２２を設けても良い。ＢＭｇ層はＢ原子とＭｇ原子からなる合金層、Ｍｇ層はＭｇ金属からなる金属層である。この場合、ＢＭｇ層又はＭｇ層１２２２の両側に多結晶ＢＭｇ酸化物層又は多結晶Ｍｇ酸化物層１２２１及び１２２３を設けた積層構造のトンネルバリア層とする。また、ＢＭｇ層又はＭｇ層１２２２を２層以上とした複数層とし、ＢＭｇ酸化物層又はＭｇ酸化物層と交互に積層した交互層とすることができる。
【００３１】
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、１２１１、１２１２、１２３１及び１２３２は、図１と同一部材である。本例では、トンネルバリア層１２２は、ＢＭｇ酸化物層又はＭｇ酸化物層８２、並びに、該層８２の両側のＢＭｇ層又はＭｇ層８１及び８３からなる積層膜である。また、層８１がＢＭｇ層で、層８３がＭｇ層であってもよく、或いは、層８１がＭｇ層で、層８３がＢＭｇ層であってもよい。さらに、本例では、層８１の使用が省略され、層８２を結晶性強磁性体層１２３２に隣接配置させることができる。或いは、層８３の使用が省略され、層８２を結晶性強磁性体層１２１２に隣接配置させることができる。
【００３２】
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。該カラム条結晶は、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。
【００３３】
また、本発明で用いられるＢＭｇ酸化物は、一般式ＢxＭｇyＯz（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。
【００３４】
また、本発明で用いられるＭｇ酸化物は、一般式ＭｇyＯz（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。
【００３５】
また、本発明で用いられる多結晶Ｍｇ酸化物又は多結晶ＢＭｇ酸化物には、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。
【００３６】
第７層は、結晶性ＣｏＦｅＢ層からなる強磁性体層１２３１及び１２３２で構成した積層体である。該第７層の膜厚方向において、結晶性ＣｏＦｅＢ層１２３１のＢ含有量は、結晶性ＣｏＦｅＢ層１２３２のＢ含有量より大きい値に設定されている。また、該第７層は、磁化自由層として機能することが出来る。
【００３７】
第７層を構成する結晶性ＣｏＦｅＢ層１２３１及び１２３２におけるＢ含有量は、第７層の膜厚方向において、基板１１に近い側でＢ含有量が小さく、基板１１より遠い側で大きくなるように、傾斜分布されていても良い。
【００３８】
結晶性ＣｏＦｅＢ層１２３１でのＢ含有量は、好ましくは１０ａｔｏｍｉｃ％乃至６０ａｔｍｉｃ％、より好ましくは１５ａｔｏｍｉｃ％乃至５０ａｔｍｉｃ％の範囲に設定される。結晶性ＣｏＦｅＢ層１２１２での含有量は、好ましくは０．１ａｔｏｍｉｃ％乃至４０ａｔｍｉｃ％、より好ましくは０．５ａｔｏｍｉｃ％乃至１０ａｔｍｉｃ％の範囲に設定される。
【００３９】
また、結晶性ＣｏＦｅＢ層１２３２でのＢ含有量／結晶性ＣｏＦｅＢ層１２１１でのＢ含有量は、ａｔｏｍｉｃ％（原子比）で好ましくは１／５乃至１／１００、より好ましくは１／１０乃至１／５０に設定される。
【００４０】
第７層を構成する結晶性ＣｏＦｅＢ層１２３１及び１２３２は、上記Ｂ含有量が上記の範囲となるように調整した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。また、上述したＢ原子の傾斜分布でのＢ含有は、ＣｏＦｅＢターゲットを用いたスパッタリング中で、モノボラン（ＢＨ3）ガスやジボラン（Ｂ2Ｈ6）ガス等のボロン原子含有ガスの導入量を、時間軸で、可変することで達成される。
【００４１】
上記した結晶性ＣｏＦｅＢ層１２１１、１２１２、１２３１及び１２３２は、前述の図７に図示したカラム状結晶構造７１と同一の構造の結晶構造のものであってもよい。
【００４２】
また、結晶性ＣｏＦｅＢ層１２１２と１２３２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。
【００４３】
１７は、第８層（Ｔａ層）の電極層である。
【００４４】
１８は、第９層（Ｒｕ層）のハードマスク層である。第９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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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９層までの各膜を順次に堆積することができる。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
上記において、例えば、カソード３１にはＣｏＦｅＢ（Ｂｐｏｏｒ）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（Ｂｒｉｃｈ）ターゲットがそれぞれ装着される。また、カソード３４にはＣｏＦｅターゲットが、カソード３５にはＲｕターゲットがそれぞれ装着される。カソード４１にはＢＭｇ酸化物ターゲット又はＢＭｇターゲットが装着される。ＢＭｇターゲットを用いる時は、酸化性ガスとともに反応性スパッタリングを実施するための反応性スパッタリング用チャンバ（不図示）を搬送チャンバ２０２に接続して実施することができる。
【００５１】
また、ＢＭｇターゲットを用いたスパッタリングにより多結晶ＢＭｇ層を成膜した後、酸化性ガス（例えば、酸素ガス、オゾンガス、水蒸気等）を用いた酸化チャンバ（不図示）にて、多結晶ＢＭｇ酸化物層に化学変化させることができる。
【００５２】
また、別の形態例として、カソード４１にＢＭｇ酸化物ターゲットを、カソード４２にＢＭｇターゲットを装着することもできる。この時、カソード４３乃至４５にはターゲットを未装着とすることができ、また、カソード４３乃至４５にも、ＢＭｇ酸化物ターゲット、又はＢＭｇターゲットが装着することもできる。
【００５３】
カソード５１にはＣｏＦｅＢターゲットが、カソード５２には第１層のＴａ層のためのＴａターゲットが、カソード５３にはＲｕターゲットが、カソード５４には第８層のＴａ層のためのＴａターゲットが装着される。
【００５４】
上記カソード３１乃至３５、４１乃至４５、並びに、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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
本発明の磁気抵抗素子の製造においては、例えば、ロードロック・アンロードロックチャンバ３０５内の基板（図示せず）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。そして、この演算結果に基づく制御信号が、バスライン３０７及び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。上記各種装置としては、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、記憶媒体３１２が前述した本発明の記憶媒体に相当する。
【００５８】
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１３が成膜される。搬送から成膜までは、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３０２に搭載した各種装置の実行を制御することで実施される。係る各種装置としては、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。
【００５９】
上記第１層の成膜工程が終了した後、基板は、搬送チャンバ３０１に戻され、続いて、この搬送チャンバ３０１から成膜チャンバ３０２に搬入され、図１の第２層１４、第３層１５、第４層１６及び第５層１２１１と１２１２が順次積層される。尚、この段階での第５層１２１１と１２１２のＣｏＦｅＢ層は、好ましくはアモルファス構造となっているが、この段階での第５層１２１１と１２１２のＣｏＦｅＢ層の両方、又はその一方は、多結晶構造であってもよい。
【００６０】
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。
【００６１】
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。成膜チャンバ３０３内で、上記第５層１２１１と１２１２のアモルファスＣｏＦｅＢ層の上に、第６層１２２として、多結晶Ｍｇ酸化物層の成膜を実行する。係る成膜は、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及び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で実施される。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。
【００６２】
上記第６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。成膜チャンバ３０４内で、上記第６層１２２の多結晶Ｍｇ酸化物層の上に、第７層１２３１と１２３２、第８層１７及び第９層１８が順次積層される。この段階での第７層１２３１と１２３２のＣｏＦｅＢ層は、好ましくはアモルファス構造となっているが、この段階での第７層１２３１及び１２３２の両方、又は一方のＣｏＦｅＢ層が多結晶構造であってもよい。
【００６３】
係る積層工程は、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及び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で実施される。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。
【００６４】
記憶媒体３１２は、本発明の記憶媒体であり、係る記憶媒体には次の工程を用いて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。
基板を用意する工程
アモルファス構造の第一強磁性体層を成膜する工程
多結晶Ｍｇ酸化物層又は多結晶ＢＭｇ酸化物層を成膜する工程
アモルファス構造の第二強磁性体層を成膜する工程
【００６５】
尚、上記第一磁性体層及び／又は第二磁性体層が、Ｂｒｉｃｈ及びＢｐｏｏｒのＣｏＦｅＢ層からなる場合には、対応する成膜工程において、多結晶Ｍｇ酸化物層又は多結晶ＢＭｇ酸化物層側がＢｐｏｏｒになるように設定される。
【００６６】
本発明で用いられる記憶媒体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。
【００６７】
上記第５層１２１１，１２１２、第７層１２３１，１２３２のアモルファスＣｏＦｅＢ層のアニーリングによる多結晶化と第２層１４のＰｔＭｎ層の磁気付与を促すために、第１層乃至第９層からなる積層膜をアニーリング炉（不図示）に搬入することができる。
【００６８】
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（例えば、不図示のヒータ機構、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。
【００６９】
また、本発明では、上記第５層１２１１及び１２１２、並びに、第７層１２３１及び１２３２のいずれか一方を、上述のＣｏＦｅＢ層に換えて、他の合金層を用いることができる。具体的には、ＣｏＦｅＴａＺｒＢ層、ＣｏＴａＺｒＢ合金層、ＣｏＦｅＮｂＺｒＢ層、ＣｏＦｅＺｒＢ層、ＦｅＴａＣＢ層、ＦｅＴａＮＢ層、又はＦｅＣＢ層などのＢ含有の多結晶強磁性体層を用いることができる。
【００７０】
また、第５層及び第７層は、２層の積層からなるＣｏＦｅＢ層に、更に、上述の多結晶強磁性体層を積層して、３層以上の積層構造とすることができる。
【００７１】
また、本発明では、上記第４層１６のＲｕ層に換えて、Ｒｈ層又はＩｒ層を用いることができる。
【００７２】
さらに、本発明では、上記第２層１４のＰｔＭｎ層に換えて、ＩｒＭｎ層、ＩｒＭｎＣｒ層、ＮｉＭｎ層、ＰｄＰｔＭｎ層、ＲｕＲｈＭｎ層やＯｓＭｎ層等の各合金層が好ましく用いられる。又、その膜厚は、１０乃至３０ｎｍが好ましい。
【００７３】
また、基板側に位置する多結晶ＣｏＦｅ層１５は、スパッタリング法により、第２層のＰｔＭｎ層１４の上に、多結晶状態での成膜が可能である。
【００７４】
本発明者らは、上記多結晶ＣｏＦｅ層１５の成膜に続くＣｏＦｅＢ層は、スパッタリング成膜直後（アニーリング工程前）でアモルファス構造であることを確認した。本発明では、アモルファス構造のＣｏＦｅＢ層をアニーリングすることにより、エピタキシャル多結晶構造に相変換させることができる。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【実施例】
【００７７】
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。【００７８】
ＣｏＦｅＢ層１２１１は、ＣｏＦｅＢ組成比（ａｔｏｍｉｃ：原子比）６０／２０／２０のターゲットを用いた。ＣｏＦｅＢ層１２１２は、ＣｏＦｅＢ組成比（ａｔｏｍｉｃ：原子比）６５／２５／５のターゲットを用いた。【００７９】
ＣｏＦｅＢ層１２１１及び１２１２は、Ａｒガスをスパッタガスとし、その圧力を０．０３Ｐａとした。ＣｏＦｅＢ層１２１１及び１２１２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（ＣｏＦｅＢ層１２１１と１２１２）は、アモルファス構造を有していた。【００８０】
続いて、スパッタリング装置（チャンバ２０１Ｂ）に換えた。ＢＭｇＯ組成比（ａｔｏｍｉｃ：原子比）２５／２５／５０のターゲットを用い、スパッタガスとしてＡｒガスを用い、好適範囲０．０１乃至０．４Ｐａの圧力範囲のうち、０．２Ｐａの圧力とした。この条件でマグネトロンＲＦスパッタリング（１３．５６ＭＨｚ）により、第６層のＢＭｇ酸化物層であるトンネルバリア層１２２を成膜した。この際、ＢＭｇ酸化物層（トンネルバリア層１２２）は、カラム状結晶の集合体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。【００８１】
さらに続けて、スパッタリング装置（チャンバ２０１Ｃ）に換えて、磁化自由層（第７層のＣｏＦｅＢ層）である強磁性体層１２３１と１２３２を成膜した。【００８２】
ＣｏＦｅＢ層１２３１及び１２３２は、Ａｒガスをスパッタガスとし、その圧力を０．０３Ｐａとした。ＣｏＦｅＢ層１２３１及び１２３２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、ＣｏＦｅＢ層１２３１は、ＣｏＦｅＢ組成比（ａｔｏｍｉｃ：原子比）５５／１５／３０のターゲットを用い、ＣｏＦｅＢ層１２３２は、ＣｏＦｅＢ組成比（ａｔｏｍｉｃ：原子比）６５／２５／５のターゲットを用いた。この成膜直後において、ＣｏＦｅＢ層１２３１と１２３２はアモルファス構造であった。【００８３】
この本例では、ＢＭｇ酸化物膜の成膜速度は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。【００８４】
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。その結果、アモルファス構造の第５層及び第７層であるＣｏＦｅＢ層１２１１、１２１２、１２３１及び１２３２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。【００８５】
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。【００８６】
比較例として、上記第５層及び第７層のＣｏＦｅＢ層の層中のＢ含有量を、膜厚方向において、一定の２０ａｔｏｍｉｃ％とした他は、上記実施例と同様の方法を用いて、磁気抵抗素子を作成した。【００８７】
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。【００８８】
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。【００８９】
また、上述の実施例で用いた第６層の多結晶ＢＭｇ酸化物層に換えて、第６層として多結晶Ｍｇ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成し、ＭＲ比を測定した。ターゲットとしてはＭｇＯ組成比（ａｔｏｍｉｃ：原子比）５０／５０のターゲットを用いた。その結果、上述の比較例よりも高いＭＲ比が得られた。
【符号の説明】
【００９０】
１０：磁気抵抗素子、１１：基板、１２：ＴＭＲ素子、１２１１：ＣｏＦｅＢ（Ｂｒｉｃｈ）強磁性体層（第５層）、１２１２：ＣｏＦｅＢ（Ｂｐｏｏｒ）強磁性体層（第５層）、１２２：トンネルバリア層（第６層）、１２３１：ＣｏＦｅＢ（Ｂｒｉｃｈ）強磁性体層（第７層；磁化自由層）、１２３２：ＣｏＦｅＢ（Ｂｐｏｏｒ）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：反強磁性体層（第２層）、１５：強磁性体層（第３層）、１６：交換結合用非磁性層（第４層）、１７：上電極層（第８層）、１８：ハードマスク層（第９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：カラム状結晶の集合体、７２：カラム状結晶、８１：ＢＭｇ層又はＭｇ層、８２：ＢＭｇ酸化物層又はＭｇ酸化物層、８３：ＢＭｇ層又はＭｇ層
【図１】
2010026703.tif 000003
【図２】
2010026703.tif 000004
【図３】
2010026703.tif 000005
【図４】
2010026703.tif 000006
【図５】
2010026703.tif 000007
【図６】
2010026703.tif 000008
【図７】
2010026703.tif 000009
【図８】
2010026703.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月11日(2009.12.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、
前記基板の上に位置し、下記一般式の金属酸化物の結晶構造を有するトンネルバリア層、
前記トンネルバリア層の前記基板側に位置する第一面側に設置された、Ｃｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなる結晶性第一強磁性体層であって、該層の膜厚方向において、該基板側のＢ原子の含有量が該第一面側のＢ原子の含有量より大きい値を有する結晶性第一強磁性体層、並びに、
前記第一面とは反対側に位置する前記トンネルバリア層の第二面側に設置された結晶性第二強磁性体層
を有することを特徴とする磁気抵抗素子。
一般式
ＢｘＭｇｙＯｚ
（但し、Ｘ、Ｙ及びＺは、０．８≦Ｚ／（Ｘ＋Ｙ）＜１．０の関係を満たす）
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
基板、
前記基板の上に位置するトンネルバリア層、
前記トンネルバリア層の前記基板側に位置する第一面側に設置された結晶性第一強磁性体層、並びに、
前記第一面とは反対側に位置する前記トンネルバリア層の第二面側に設置された、Ｃｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなる結晶性第二強磁性体層であって、該層の膜厚方向において、該第二面側とは反対面側のＢ原子の含有量が該第二面側のＢ原子の含有量より大きい値を有する結晶性第二強磁性体層
を有することを特徴とする磁気抵抗素子。
【請求項４】
前記トンネルバリア層は、結晶性酸化マグネシウム又は結晶性ボロンマグネシウム酸化物からなることを特徴とする請求項３に記載の磁気抵抗素子。
【請求項５】
前記結晶性第一強磁性体層が、Ｃｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなり、該層の膜厚方向において、該基板側のＢ原子の含有量が第一面側のＢ原子の含有量より大きい値を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の磁気抵抗素子。
【請求項６】
基板を用意する工程、
スパッタリング法を用いて、膜厚方向において、基板側の領域のＢ原子の含有量が該基板側とは反対面側の領域のＢ原子の含有量と比較して大きい値を有するＣｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなるアモルファス構造の第一強磁性体層を前記基板の上に成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、前記アモルファス構造の第一強磁性体層の上に、下記一般式の結晶ボロンマグネシウム酸化物層を成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、前記結晶ボロンマグネシウム酸化物層の上に第二強磁性体層を成膜する工程、並びに、
前記アモルファス構造の第一強磁性体層を結晶化する工程
を有することを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法。
一般式
ＢｘＭｇｙＯｚ
（但し、Ｘ、Ｙ及びＺは、０．８≦Ｚ／（Ｘ＋Ｙ）＜１．０の関係を満たす）
【請求項７】
前記スパッタリング法で成膜された第二強磁性体層がアモルファス構造を有し、前記結晶化工程を用いて結晶化されることを特徴とする請求項６に記載の磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項８】
基板を用意する工程、
スパッタリング法を用いて、前記基板の上にアモルファス構造の第一強磁性体層を成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、前記アモルファス構造の第一強磁性体層の上に、結晶酸化マグネシウム層又は結晶ボロンマグネシウム酸化物層を成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、膜厚方向において、基板側とは反対面側の領域のＢ原子の含有量が基板側の領域のＢ原子の含有量と比較して大きい値を有するＣｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなるアモルファス構造の第二強磁性体層を前記結晶酸化マグネシウム層又は結晶ボロンマグネシウム酸化物層の上に成膜する工程、並びに、
前記アモルファス構造の第一強磁性体層及び前記アモルファス構造の第二強磁性体層を結晶化する工程
を有することを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項９】
基板を用意する工程、スパッタリング法を用いて、膜厚方向において、基板側の領域のＢ原子の含有量が基板側とは反対面側の領域のＢ原子の含有量と比較して大きい値を有するＣｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなるアモルファス構造の第一強磁性体層を前記基板の上に成膜する工程、スパッタリング法を用いて、前記アモルファス構造の第一強磁性体層の上に、下記一般式の結晶ボロンマグネシウム酸化物層を成膜する工程、スパッタリング法を用いて、前記結晶ボロンマグネシウム酸化物層の上に第二強磁性体層を成膜する工程、並びに、前記アモルファス構造の第一強磁性体層を結晶化する工程を用いて、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ことを特徴とした記憶媒体。
一般式
ＢｘＭｇｙＯｚ
（但し、Ｘ、Ｙ及びＺは、０．８≦Ｚ／（Ｘ＋Ｙ）＜１．０の関係を満たす）
【請求項１０】
前記第二強磁性体層はアモルファス構造を有し、結晶化工程を用いて結晶化されることを特徴とする請求項９に記載の記憶媒体。
【請求項１１】
基板を用意する工程、スパッタリング法を用いて、前記基板の上にアモルファス構造の第一強磁性体層を成膜する工程、スパッタリング法を用いて、前記アモルファス構造の第一強磁性体層の上に、結晶酸化マグネシウム層又は結晶ボロンマグネシウム酸化物層を成膜する工程、スパッタリング法を用いて、膜厚方向において、基板側とは反対面側の領域のＢ原子の含有量が基板側の領域のＢ原子の含有量と比較して大きい値を有するＣｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなるアモルファス構造の第二強磁性体層を前記結晶酸化マグネシウム層又は結晶ボロンマグネシウム酸化物層の上に成膜する工程、並びに、前記アモルファス構造の第一強磁性体層及び前記アモルファス構造の第二強磁性体層を結晶化する工程を用いて、磁気抵抗素子の製造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した記憶媒体。
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月4日(2011.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の第１は、基板、
前記基板の上に位置し、下記一般式の金属酸化物の結晶構造を有するトンネルバリア層、
前記トンネルバリア層の前記基板側に位置する第一面側に設置された、Ｃｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなる結晶性第一強磁性体層であって、該層の膜厚方向において、該基板側のＢ原子の含有量が該第一面側のＢ原子の含有量より大きい値を有する結晶性第一強磁性体層、並びに、
前記第一面とは反対側に位置する前記トンネルバリア層の第二面側に設置された結晶性第二強磁性体層
を有することを特徴とする磁気抵抗素子である。
一般式
ＢxＭｇyＯz
（但し、Ｘ、Ｙ及びＺは、０．８≦Ｚ／（Ｘ＋Ｙ）＜１．０の関係を満たす）
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、本発明の第２においては、前記トンネルバリア層は、結晶性酸化マグネシウム又は結晶性ボロンマグネシウム酸化物からなることが好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の第３は、基板を用意する工程、
スパッタリング法を用いて、膜厚方向において、基板側の領域のＢ原子の含有量が該基板側とは反対面側の領域のＢ原子の含有量と比較して大きい値を有するＣｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなるアモルファス構造の第一強磁性体層を前記基板の上に成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、前記アモルファス構造の第一強磁性体層の上に、下記一般式の結晶ボロンマグネシウム酸化物層を成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、前記結晶ボロンマグネシウム酸化物層の上に第二強磁性体層を成膜する工程、並びに、
前記アモルファス構造の第一強磁性体層を結晶化する工程
を有することを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法であり、
前記スパッタリング法で成膜された第二強磁性体層がアモルファス構造を有し、前記結晶化工程を用いて結晶化されることが好ましい。
一般式
ＢxＭｇyＯz
（但し、Ｘ、Ｙ及びＺは、０．８≦Ｚ／（Ｘ＋Ｙ）＜１．０の関係を満たす）
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の第４は、基板を用意する工程、
スパッタリング法を用いて、前記基板の上にアモルファス構造の第一強磁性体層を成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、前記アモルファス構造の第一強磁性体層の上に、結晶酸化マグネシウム層又は結晶ボロンマグネシウム酸化物層を成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、膜厚方向において、基板側とは反対面側の領域のＢ原子の含有量が基板側の領域のＢ原子の含有量と比較して大きい値を有するＣｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなるアモルファス構造の第二強磁性体層を前記結晶酸化マグネシウム層又は結晶ボロンマグネシウム酸化物層の上に成膜する工程、並びに、
前記アモルファス構造の第一強磁性体層及び前記アモルファス構造の第二強磁性体層を結晶化する工程
を有することを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明の第５は、基板を用意する工程、
スパッタリング法を用いて、膜厚方向において、基板側の領域のＢ原子の含有量が基板側とは反対面側の領域のＢ原子の含有量と比較して大きい値を有するＣｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなるアモルファス構造の第一強磁性体層を前記基板の上に成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、前記アモルファス構造の第一強磁性体層の上に、下記一般式の結晶ボロンマグネシウム酸化物層を成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、前記結晶ボロンマグネシウム酸化物層の上に第二強磁性体層を成膜する工程、並びに、
前記アモルファス構造の第一強磁性体層を結晶化する工程を用いて、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ことを特徴とした記憶媒体であり、
前記第二強磁性体層はアモルファス構造を有し、結晶化工程を用いて結晶化されることが好ましい。
一般式
ＢxＭｇyＯz
（但し、Ｘ、Ｙ及びＺは、０．８≦Ｚ／（Ｘ＋Ｙ）＜１．０の関係を満たす）
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明の第６は、基板を用意する工程、
スパッタリング法を用いて、前記基板の上にアモルファス構造の第一強磁性体層を成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、前記アモルファス構造の第一強磁性体層の上に、結晶酸化マグネシウム層又は結晶ボロンマグネシウム酸化物層を成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、膜厚方向において、基板側とは反対面側の領域のＢ原子の含有量が基板側の領域のＢ原子の含有量と比較して大きい値を有するＣｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなるアモルファス構造の第二強磁性体層を前記結晶酸化マグネシウム層又は結晶ボロンマグネシウム酸化物層の上に成膜する工程、並びに、
前記アモルファス構造の第一強磁性体層及び前記アモルファス構造の第二強磁性体層を結晶化する工程を用いて、磁気抵抗素子の製造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した記憶媒体である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、
前記基板の上に位置し、下記一般式の金属酸化物の結晶構造を有するトンネルバリア層、
前記トンネルバリア層の前記基板側に位置する第一面側に設置された、Ｃｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなる結晶性第一強磁性体層であって、該層の膜厚方向において、該基板側のＢ原子の含有量が該第一面側のＢ原子の含有量より大きい値を有する結晶性第一強磁性体層、並びに、
前記第一面とは反対側に位置する前記トンネルバリア層の第二面側に設置された結晶性第二強磁性体層
を有することを特徴とする磁気抵抗素子。
一般式
ＢxＭｇyＯz
（但し、Ｘ、Ｙ及びＺは、０．８≦Ｚ／（Ｘ＋Ｙ）＜１．０の関係を満たす）
【請求項２】
基板、
前記基板の上に位置するトンネルバリア層、
前記トンネルバリア層の前記基板側に位置する第一面側に設置された結晶性第一強磁性体層、並びに、
前記第一面とは反対側に位置する前記トンネルバリア層の第二面側に設置された、Ｃｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなる結晶性第二強磁性体層であって、該層の膜厚方向において、該第二面側とは反対面側のＢ原子の含有量が該第二面側のＢ原子の含有量より大きい値を有する結晶性第二強磁性体層
を有することを特徴とする磁気抵抗素子。
【請求項３】
前記トンネルバリア層は、結晶性酸化マグネシウム又は結晶性ボロンマグネシウム酸化物からなることを特徴とする請求項２に記載の磁気抵抗素子。
【請求項４】
前記結晶性第一強磁性体層が、Ｃｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなり、該層の膜厚方向において、該基板側のＢ原子の含有量が第一面側のＢ原子の含有量より大きい値を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の磁気抵抗素子。
【請求項５】
基板を用意する工程、
スパッタリング法を用いて、膜厚方向において、基板側の領域のＢ原子の含有量が該基板側とは反対面側の領域のＢ原子の含有量と比較して大きい値を有するＣｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなるアモルファス構造の第一強磁性体層を前記基板の上に成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、前記アモルファス構造の第一強磁性体層の上に、下記一般式の結晶ボロンマグネシウム酸化物層を成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、前記結晶ボロンマグネシウム酸化物層の上に第二強磁性体層を成膜する工程、並びに、
前記アモルファス構造の第一強磁性体層を結晶化する工程
を有することを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法。
一般式
ＢxＭｇyＯz
（但し、Ｘ、Ｙ及びＺは、０．８≦Ｚ／（Ｘ＋Ｙ）＜１．０の関係を満たす）
【請求項６】
前記スパッタリング法で成膜された第二強磁性体層がアモルファス構造を有し、前記結晶化工程を用いて結晶化されることを特徴とする請求項５に記載の磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項７】
基板を用意する工程、
スパッタリング法を用いて、前記基板の上にアモルファス構造の第一強磁性体層を成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、前記アモルファス構造の第一強磁性体層の上に、結晶酸化マグネシウム層又は結晶ボロンマグネシウム酸化物層を成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、膜厚方向において、基板側とは反対面側の領域のＢ原子の含有量が基板側の領域のＢ原子の含有量と比較して大きい値を有するＣｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなるアモルファス構造の第二強磁性体層を前記結晶酸化マグネシウム層又は結晶ボロンマグネシウム酸化物層の上に成膜する工程、並びに、
前記アモルファス構造の第一強磁性体層及び前記アモルファス構造の第二強磁性体層を結晶化する工程
を有することを特徴とする磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項８】
基板を用意する工程、
スパッタリング法を用いて、膜厚方向において、基板側の領域のＢ原子の含有量が基板側とは反対面側の領域のＢ原子の含有量と比較して大きい値を有するＣｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなるアモルファス構造の第一強磁性体層を前記基板の上に成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、前記アモルファス構造の第一強磁性体層の上に、下記一般式の結晶ボロンマグネシウム酸化物層を成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、前記結晶ボロンマグネシウム酸化物層の上に第二強磁性体層を成膜する工程、並びに、
前記アモルファス構造の第一強磁性体層を結晶化する工程を用いて、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ことを特徴とした記憶媒体。
一般式
ＢxＭｇyＯz
（但し、Ｘ、Ｙ及びＺは、０．８≦Ｚ／（Ｘ＋Ｙ）＜１．０の関係を満たす）
【請求項９】
前記第二強磁性体層はアモルファス構造を有し、結晶化工程を用いて結晶化されることを特徴とする請求項８に記載の記憶媒体。
【請求項１０】
基板を用意する工程、
スパッタリング法を用いて、前記基板の上にアモルファス構造の第一強磁性体層を成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、前記アモルファス構造の第一強磁性体層の上に、結晶酸化マグネシウム層又は結晶ボロンマグネシウム酸化物層を成膜する工程、
スパッタリング法を用いて、膜厚方向において、基板側とは反対面側の領域のＢ原子の含有量が基板側の領域のＢ原子の含有量と比較して大きい値を有するＣｏ原子、Ｆｅ原子及びＢ原子を含有した合金からなるアモルファス構造の第二強磁性体層を前記結晶酸化マグネシウム層又は結晶ボロンマグネシウム酸化物層の上に成膜する工程、並びに、
前記アモルファス構造の第一強磁性体層及び前記アモルファス構造の第二強磁性体層を結晶化する工程を用いて、磁気抵抗素子の製造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した記憶媒体。
【国際調査報告】
2010026703.tif 000011
2010026703.tif 000012
2010026703.tif 000013
2010026703.tif 000014