(57)【要約】  従来よりも高いＭＲ比を持った磁気抵抗素子を提供する。  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し、該３層がいずれもカラム状結晶の集合体によって形成された多結晶構造を有し、トンネルバリア層が、Ｂ原子を３０ａｔｏｍｉｃ％以下含有する、Ｂ原子とＭｇ原子を含有する金属酸化物層からなる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、
前記基板側に位置する結晶性第一強磁性体層、
前記結晶性第一強磁性体層の上に位置するＢ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物の結晶構造を有するトンネルバリア層、並びに、
前記トンネルバリア層の上に位置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２】
前記トンネルバリア層において、Ｂ原子の前記金属酸化物中の含有量は３０ａｔｏｍｉｃ％以下であ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】
前記トンネルバリア層は、更に、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した合金層又はＭｇ原子からなる金属層を有し、該合金層又は金属層の両側に、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物の結晶層を有する積層膜を構成してい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４】
前記結晶性第一強磁性体層と前記トンネルバリア層との間に、Ｍｇ原子からなる金属層又はＭｇ原子を含有した合金層を有す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５】
前記Ｍｇ原子を含有した合金層は、Ｍｇ原子及びＢ原子を含有した合金層であることを特徴とする請求項４に記載の磁気抵抗素子。
【請求項６】
前記結晶性第二強磁性体層と前記トンネルバリア層との間に、Ｍｇ原子からなる金属層又はＭｇ原子を含有した合金層を有す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７】
前記合金層は、Ｍｇ原子及びＢ原子を含有した合金層であることを特徴とする請求項６に記載の磁気抵抗素子。
【請求項８】
前記第一強磁性体層が、トンネルバリア層、第二強磁性体層がそれぞれ、カラム状結晶の集合体によって形成された多結晶構造を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の磁気抵抗素子。
【請求項９】
スパッタリング法を用いて、アモルファス構造の第一強磁性体層を成膜する第一工程、スパッタリング法を用いて、前記第一強磁性体層の上に、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物の結晶層を成膜する第二工程、
スパッタリング法を用いて、前記金属酸化物の結晶層の上に、アモルファス構造の第二強磁性体層を成膜する第三工程、並びに、
前記第一強磁性体層及び第二強磁性体層のアモルファス構造を結晶構造に変換する第四工程
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１０】
前記第四工程は、アニーリング工程であることを特徴とする請求項９に記載の磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第二工程は、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物から成るターゲットを用いたスパッタリングによって、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物の結晶層を成膜する工程であることを特徴とする請求項１０に記載の磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第二工程は、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した合金から成るターゲット及び酸化性ガスを用いた反応性スパッタリングによって、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物の結晶層を成膜する工程であることを特徴とする請求項１１に記載の磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項１３】
アモルファス構造の第一強磁性体層を成膜する第一スパッタリング工程、前記第一強磁性体層の上に、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物の結晶層を成膜する第二スパッタリング工程、前記金属酸化物の結晶層の上に、アモルファス構造の第二強磁性体層を成膜する第三スパッタリング工程、並びに、前記第一強磁性体層及び第二強磁性体層のアモルファス構造を結晶構造に変換する結晶化工程を用いて、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する記憶媒体。
【請求項１４】
前記結晶化工程は、アニーリング工程であることを特徴とする請求項１３に記載の記憶媒体。
【請求項１５】
前記第二スパッタリング工程は、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物から成るターゲットを用いたスパッタリング工程であることを特徴とする請求項１３に記載の記憶媒体。
【請求項１６】
前記第二スパッタリング工程は、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した合金から成るターゲット及び酸化性ガスを用いた反応性スパッタリング工程であることを特徴とする請求項１３に記載の記憶媒体。
【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４、非特許文献１乃至５には、単結晶又は多結晶からなる結晶性酸化マグネシウム膜をトンネルバリア膜として用いたＴＭＲ（トンネル磁気抵抗；Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３１８４６５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２００６−８０１１６号公報
【特許文献４】米国特許出願公開第２００６／００５６１１５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】Ｃ．Ｌ．Ｐｌａｔｔら著「Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．」８１（８），１５  Ａｐｒｉｌ  １９９７
【非特許文献３】Ｗ．Ｈ．Ｂｕｔｌｅｒら著「Ｔｈｅ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ」（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｖｏｌ．６３，０５４４１６）８，Ｊａｎｕａｒｙ  ２００１
【非特許文献４】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
【非特許文献５】Ｓ．Ｐ．Ｐａｒｋｉｎら著「２００４  Ｎａｔｕｒｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｇｒｏｕｐ」Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｐｐ８６２−８８７，２００４年１０月３１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、
前記基板側に位置する結晶性第一強磁性体層、
前記結晶性第一強磁性体層の上に位置するＢ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物の結晶構造を有するトンネルバリア層、並びに、
前記トンネルバリア層の上に位置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。【０００７】
本発明の磁気抵抗素子においては、下記の構成を好ましい態様として含む。
前記トンネルバリア層において、Ｂ原子の前記金属酸化物中の含有量は３０ａｔｏｍｉｃ％以下である。
前記トンネルバリア層は、更に、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した合金層又はＭｇ原子からなる金属層を有し、該合金層又は金属層の両側に、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物の結晶層を有する積層膜を構成している。
前記結晶性第一強磁性体層と前記トンネルバリア層との間に、Ｍｇ原子からなる金属層又はＭｇ原子を含有した合金層を有する。
前記Ｍｇ原子を含有した合金層は、Ｍｇ原子及びＢ原子を含有した合金層である。
前記結晶性第二強磁性体層と前記トンネルバリア層との間に、Ｍｇ原子からなる金属層又はＭｇ原子を含有した合金層を有する。
前記合金層は、Ｍｇ原子及びＢ原子を含有した合金層である。
前記第一強磁性体層が、トンネルバリア層、第二強磁性体層がそれぞれ、カラム状結晶の集合体によって形成された多結晶構造を有する。【０００８】
本発明の第２は、スパッタリング法を用いて、アモルファス構造の第一強磁性体層を成膜する第一工程、
スパッタリング法を用いて、前記第一強磁性体層の上に、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物の結晶層を成膜する第二工程、
スパッタリング法を用いて、前記金属酸化物の結晶層の上に、アモルファス構造の第二強磁性体層を成膜する第三工程、並びに、
前記第一強磁性体層及び第二強磁性体層のアモルファス構造を結晶構造に変換する第四工程
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。【０００９】
本発明の磁気抵抗素子の製造方法においては、下記の構成を好ましい態様として含む。
前記第四工程は、アニーリング工程である。
前記第二工程は、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物から成るターゲットを用いたスパッタリングによって、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物の結晶層を成膜する工程である。
前記第二工程は、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した合金から成るターゲット及び酸化性ガスを用いた反応性スパッタリングによって、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物の結晶層を成膜する工程である。【００１０】
本発明の第３は、アモルファス構造の第一強磁性体層を成膜する第一スパッタリング工程、前記第一強磁性体層の上に、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物の結晶層を成膜する第二スパッタリング工程、前記金属酸化物の結晶層の上に、アモルファス構造の第二強磁性体層を成膜する第三スパッタリング工程、並びに、前記第一強磁性体層及び第二強磁性体層のアモルファス構造を結晶構造に変換する結晶化工程を用いて、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する記憶媒体である。【００１１】
本発明の記憶媒体においては、下記の構成を好ましい態様として含む。
前記結晶化工程は、アニーリング工程である。
前記第二スパッタリング工程は、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物から成るターゲットを用いたスパッタリング工程である。
前記第二スパッタリング工程は、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した合金から成るターゲット及び酸化性ガスを用いた反応性スパッタリング工程である。
【発明の効果】
【００１２】
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】
【００１３】
【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。
【図９】本発明の磁気抵抗素子の積層構造の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の磁気抵抗素子は、基板と、該基板側に位置する結晶性第一強磁性体層と、該結晶性第一強磁性体層の上に位置するトンネルバリア層と、該トンネルバリア層の上に位置する結晶性第二強磁性体層を有する。そして、前記トンネルバリア層は、Ｂ（ボロン）原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物（以下、ＢＭｇ酸化物と記す）の結晶構造を有する。
【００１５】
本発明の磁気抵抗素子において、前記トンネルバリア層は、該層中に、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した合金層（以下、ＢＭｇ層と記す）又はＭｇ原子からなる金属層（以下、Ｍｇ層と記す）を有していても良い。この場合、該ＢＭｇ層又はＭｇ層の両側に、ＢＭｇ酸化物の結晶層を有する積層膜を構成している。また、係るＢＭｇ層又はＭｇ層は、単一層でも２層以上の複数層としてもよく、２層以上の場合には、各層間に結晶性のＢＭｇ酸化物層が設けられる。
【００１６】
本発明に係るトンネルバリア層において、Ｂ原子の金属酸化物中の含有量は３０ａｔｏｍｉｃ％以下が好ましく、より好ましくは０．０１ａｔｏｍｉｃ％乃至２０ａｔｏｍｉｃ％の範囲である。
【００１７】
図９は、本発明の磁気抵抗素子の積層構造の一例を示す。熱酸化処理したＳｉ基板上に、Ｔａ層、ＰｔＭｎ層、Ｃｏ70Ｆｅ30層、Ｒｕ層、Ｃｏ70Ｆｅ30層、ＢＭｇＯ層、Ｃｏ90Ｆｅ10層、Ｔａ層、及びＲｕ層が順に積層されている。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。
【００１８】
表１は、図９に示す磁気抵抗素子のＢＭｇＯ層におけるＢ含有量に依存したＭＲ比を示している。これによれば、Ｂの含有量が０．０１ａｔｏｍｉｃ％乃至３０ａｔｏｍｉｃ％であれば、約１００％以上のＭＲ比を実現できることがわかる。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
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酸化物を用いても高いＭＲ比を得ることができる。
【００２１】
本発明の磁気抵抗素子においては、第一強磁性体層とトンネルバリア層との間、及び／又は、第二強磁性体層とトンネルバリア層との間に、Ｍｇ層又はＭｇ原子を含有した合金層（以下、Ｍｇ合金層と記す）を有する。係るＭｇ合金層としては、ＢＭｇが好ましく用いられる。
【００２２】
本発明で用いられる第一強磁性体層及び第二強磁性体層には、好ましくは、ＣｏとＦｅとＢからなる合金（以下、ＣｏＦｅＢと記す）、ＣｏとＦｅとの合金（以下、ＣｏＦｅと記す）が好ましく用いられる。また、ＣｏとＦｅとＮｉからなる合金（以下、ＣｏＦｅＮｉと記す）、ＣｏとＦｅとＮｉとＢからなる合金（以下、ＣｏＦｅＮｉＢと記す）も好ましく用いられる。さらに、ＮｉとＦｅとの合金（以下、ＮｉＦｅと記す）も好ましく用いられる。本発明では、上記合金群より少なくとも１種を選択することができる。
【００２３】
また、本発明に係る第一強磁性体層及び第二強磁性体層は、同一の合金であってもよく、また両者が相違した合金であってもよい。
【００２４】
本発明の磁気抵抗素子において、好ましくは、前記第一強磁性体層、トンネルバリア層、第二強磁性体層がそれぞれ、カラム状結晶（針状結晶、柱状結晶等を含む）の集合体によって形成された多結晶構造を有する。
【００２５】
図７は、ＢＭｇ酸化物のカラム状結晶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。
【００２６】
次に、本発明の磁気抵抗素子の製造方法について説明する。本発明の製造方法は、以下の工程を有する。
第一工程：スパッタリング法を用いて、アモルファス構造の第一強磁性体層を成膜する。
第二工程：スパッタリング法を用いて、前記第一強磁性体層の上に、ＢＭｇ酸化物の結晶層を成膜する。
第三工程：スパッタリング法を用いて、前記ＢＭｇ酸化物の結晶層の上に、アモルファス構造の第二強磁性体層を成膜する。
第四工程：前記第一強磁性体層及び第二強磁性体層のアモルファス構造を結晶構造に変換する。
【００２７】
本発明では、前記第一工程、前記第二工程及び前記第三工程は、夫々、独立のスパッタリング装置を用いて、実施することができる。例えば、第一スパッタリング装置を用いて第一工程を実施し、続いて、基板を第一スパッタリング装置から第二スパッタリング装置に搬入し、ここで第二工程を実施する。続いて、基板を第二スパッタリング装置から第三スパッタリング装置に搬入し、ここで第三工程を実施する。特に、本発明では、ＢＭｇ酸化物層の成膜工程と、第一及び第二強磁性体層の成膜工程とは、互いに相違したスパッタリング装置を用いて実施することが好ましい。
【００２８】
本発明で用いられるスパッタリング装置は、ターゲットに高周波電力（例えば、ＲＦ電力）を印加するマグネトロンスパッタリング装置が好ましい。
【００２９】
本発明においては、前記第四工程としては、アニーリング工程や超音波印加工程などを用いることができるが、特に、アニーリング工程を用いることが好ましい。アニーリング工程中では、ＢＭｇ酸化物の結晶層の界面に位置する第一強磁性体及び第二強磁性体のアモルファス構造が、該界面から、結晶構造にエピタキャル成長を開始する。この結果、上記界面からの第一強磁性体層及び第二強磁性体層の層厚方向において、カラム状結晶が形成される。
【００３０】
本発明で用いられるアニーリング工程は、２００℃乃至３５０℃（好ましくは、２３０℃乃至３００℃）で、１時間乃至６時間（好ましくは、２時間乃至５時間）で実施される。このアニーリング工程の温度及び加熱時間に応じて、生成される結晶の結晶化度を変化させることができる。本発明では、結晶化度を対全体積当り９０％以上とすることができ、特に、結晶化度１００％とすることができる。
【００３１】
本発明に係る前記第二工程は、ＢＭｇ酸化物から成るターゲットを用いたスパッタリングによって、ＢＭｇ酸化物の結晶層を成膜する工程が好ましい。特に、該ターゲットと酸化性ガスを用いた反応性スパッタリングが好ましく、該酸化性ガスとしては、酸素ガス、オゾンガス、水蒸気等が好ましく用いられる。
【００３２】
次に、本発明の記憶媒体について説明する。係る記憶媒体には次の工程を用いて磁気抵抗素子を実行するための制御プログラムが記憶されている。
第一スパッタリング工程：アモルファス構造の第一強磁性体層を成膜する。
第二スパッタリング工程：前記第一強磁性体層の上に、ＢＭｇ酸化物の結晶層を成膜する。
第三スパッタリング工程：前記金属酸化物の結晶層の上に、アモルファス構造の第二強磁性体層を成膜する。
結晶化工程：前記第一強磁性体層及び第二強磁性体層のアモルファス構造を結晶構造に変換する。
【００３３】
前記結晶化工程は、好ましくはアニーリング工程である。また、第二スパッタリング工程は、好ましくはＢＭｇ酸化物からなるターゲットを用いたスパッタリング工程、特に、該ターゲットと酸化性ガスを用いた反応性スパッタリング工程である。また、酸化性ガスとしては、酸素ガス、オゾンガス、水蒸気等が好ましく用いられる。
【００３４】
本発明の記憶媒体としては、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。
【００３５】
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。
【００３６】
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ＴＭＲ素子１２を備え、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、ＣｏＦｅ層、非磁性Ｒｕ層、ＣｏＦｅＢ層、非磁性ＢＭｇ酸化物層、ＣｏＦｅＢ層、非磁性Ｔａ層及び非磁性Ｒｕ層の順序で磁性層及び非磁性層が積層されている。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原子を含有する合金層である。
【００３７】
図１において、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、第一強磁性体層１２１、トンネルバリア層１２２及び第二強磁性体層１２３によって構成されている。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、１２１は第５層（結晶性ＣｏＦｅＢ層）の強磁性体層で、これら第３層、第４層及び第５層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１９は、第５層の結晶性ＣｏＦｅＢ層から成る強磁性体層１２１であり、本発明に係る前記第一強磁性体層に相当する。
【００３８】
１２２は、第６層（多結晶ＢＭｇ酸化物）のトンネルバリア層で、絶縁層である。本発明に係るトンネルバリア層１２２は、単一の多結晶ＢＭｇ酸化物層であってもよい。
【００３９】
また、本発明は、図６に図示したように、多結晶ＢＭｇ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。この場合、ＢＭｇ層又はＭｇ層１２２２の両側に多結晶ＢＭｇ酸化物層１２２１及び１２２３を設けた積層構造とする。さらに、図６に図示したＢＭｇ層又はＭｇ層１２２２を２層以上とした複数層とし、ＢＭｇ酸化物層と交互に積層した交互層とすることができる。
【００４０】
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、１２１、１２２及び１２３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、上述例の層８１をＢＭｇ層とし、層８３をＭｇ層としてもよく、又は上述例の層８１をＭｇ層とし、層８３を層ＢＭｇ層としてもよい。また、本発明では、上述の層８１の使用を省略し、層８２を結晶性強磁性体層１２３に隣接配置することができ、又は上述の層８３の使用を省略し、層８２を第二強磁性体層１２１に隣接配置することができる。
【００４１】
図１において、１２３は、第７層（ＣｏＦｅＢ層）の結晶性強磁性体層であり、磁化自由層であり、本発明に係る前記第二強磁性体層に相当する。第７層１２３は、上記の他に、カラム状結晶の集合体からなる多結晶ＮｉＦｅを用いた結晶性強磁性体層であってもよい。
【００４２】
結晶性強磁性体層１２１と１２３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、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。
【００４４】
上記磁化固定層のうちの第５層である強磁性体層１２１（ＣｏＦｅＢ層）とトンネルバリア層１２２である第６層（多結晶ＢＭｇ酸化物層）と磁化自由層である第７層の強磁性体層１２３（ＣｏＦｅＢ層）とによって、ＴＭＲ素子１２が形成される。
【００４５】
トンネルバリア層１２２（ＢＭｇ酸化物層）、結晶性強磁性体層１２１（ＣｏＦｅＢ層）及び結晶性強磁性体層１２３は、前述の図７に図示したカラム状結晶構造７１を有することが好ましい。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
上記において、例えば、カソード３１にはＴａ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ターゲットが、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。また、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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
カソード５１にはＣｏＦｅＢターゲットが、カソード５２にはＴａターゲットが、カソード５３にはＲｕターゲットが装着される。また、カソード５４は、ターゲットを未装着とするか、又は、ＣｏＦｅＢターゲット、Ｔａターゲット、又はＲｕターゲットをリザーブ用として適宜装着することができる。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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、第２層１４、第３層１５、第４層１６及び第５層１２１が順次積層される。この段階での第５層１２１のＣｏＦｅＢ層は、好ましくはアモルファス構造となっているが、多結晶構造であってもよい。
【００６０】
上記積層プロセスは、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。
【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１２１のアモルファスＣｏＦｅＢ層の上に、第６層１２２として、多結晶ＢＭｇ酸化物層の成膜を実行する。第６層１２２の成膜は、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３０７，３０９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。上記各種装置としては、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まで積層した基板は、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ＢＭｇ酸化物層の上に、第７層１２３、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１２３のＣｏＦｅＢ層は、好ましくは、アモルファス構造となっているが、多結晶構造であってもよい。
【００６３】
第９層までの積層は、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３０７，３１０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。上記各種装置としては、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】
本発明の記憶媒体３１２としては、前述したように、ハードディスク媒体、光磁気ディスク媒体、フロッピーディスク媒体、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。
【００６５】
上記第５層１２１及び第７層１２３のアモルファスＣｏＦｅＢ層のアニーリングによる多結晶化を促す、及び、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。
【００６６】
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。
【００６７】
また、本発明では、上記第５層１２１及び第７層１２３として、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、ＣｏＦｅＴａＺｒ層、ＣｏＴａＺｒ層、ＣｏＦｅＮｂＺｒ層、ＣｏＦｅＺｒ層、ＦｅＴａＣ層、ＦｅＴａＮ層、又はＦｅＣ層などの多結晶強磁性体層を用いることができる。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
本発明では、上記第５層１２１の多結晶ＣｏＦｅＢ層を多結晶ＣｏＦｅＢ層と多結晶ＣｏＦｅ層（基板側に位置させる）との二積層膜とすることができる。この場合、基板側に位置する上記多結晶ＣｏＦｅ層は、スパッタリング法により第４層のＰｔＭｎ層の上に多結晶状態での成膜が可能である。
【００７１】
尚、本発明者らは、上記多結晶ＣｏＦｅ層の成膜に続く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。よって、上記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化させることができる。
【００７２】
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。
【００７３】
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】
【００７４】
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。【００７５】
強磁性体層１２１はＣｏＦｅＢ組成比（ａｔｏｍｉｃ：原子比）６０／２０／２０のターゲットを用い、Ａｒガス圧力０．０３Ｐａで、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（強磁性体層１２１）は、アモルファス構造を有していた。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、スパッタガスの圧力は好適範囲０．０１乃至０．４Ｐａの圧力範囲のうち、０．２Ｐａ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。【００７６】
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１２３を成膜した。第７層のＣｏＦｅＢ層（強磁性体層１２３）は、アモルファス構造であることを確認した。【００７７】
本例では、ＢＭｇ酸化物層の成膜速度は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。【００７８】
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層のＣｏＦｅＢ層は、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となったことが確認された。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。【００７９】
本発明の比較例として、第６層１２２で使用した多結晶ＢＭｇ酸化物層からなるトンネルバリア層１２２に換えて、Ｂ原子の使用を省略した多結晶Ｍｇ酸化物層を用いた磁気抵抗素子を作成した。【００８０】
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ＭＲ比は、比較例のＭＲ比の１．２倍乃至１．５倍以上の数値で改善されていた。【００８１】
尚、本例で使用したトンネルバリア層のＢＭｇ酸化物は、一般式ＢxＭｇyＯz（Ｚ／（Ｘ＋Ｙ）＝０．９５）で示す酸素欠損のＢＭｇ酸化物であった。【００８２】
また、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。
【符号の説明】
【００８３】
１０：磁気抵抗素子、１１：基板、１２：ＴＭＲ素子、１２１：第一強磁性体層（第５層）、１２２：トンネルバリア層（第６層）、１２３：第二強磁性体層（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：カラム状結晶群の集合体、７２：カラム状結晶、８１：ＢＭｇ層又はＭｇ層、８２：ＢＭｇ酸化物層、８３：ＢＭｇ層又はＭｇ層
【図１】
2010023833.tif 000004
【図２】
2010023833.tif 000005
【図３】
2010023833.tif 000006
【図４】
2010023833.tif 000007
【図５】
2010023833.tif 000008
【図６】
2010023833.tif 000009
【図７】
2010023833.tif 000010
【図８】
2010023833.tif 000011
【図９】
2010023833.tif 000012
【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、
前記基板側に位置する結晶性第一強磁性体層、
前記結晶性第一強磁性体層の上に位置する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、並びに、
前記トンネルバリア層の上に位置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。
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】
前記トンネルバリア層において、Ｂ原子の前記金属酸化物中の含有量は３０ａｔｏｍｉｃ％以下であ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、
前記基板側に位置する結晶性第一強磁性体層、
前記結晶性第一強磁性体層の上に位置するＢ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物の結晶構造を有するトンネルバリア層、並びに、
前記トンネルバリア層の上に位置する結晶性第二強磁性体層を有する磁気抵抗素子であって、
前記トンネルバリア層は、更に、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した合金層又はＭｇ原子からなる金属層を有し、該合金層又は金属層の両側に、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物の結晶層を有する積層膜を構成していることを特徴とする磁気抵抗素子。
【請求項４】
基板、
前記基板側に位置する結晶性第一強磁性体層、
前記結晶性第一強磁性体層の上に位置するＢ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物の結晶構造を有するトンネルバリア層、並びに、
前記トンネルバリア層の上に位置する結晶性第二強磁性体層を有する磁気抵抗素子であって、
前記結晶性第一強磁性体層と前記トンネルバリア層との間に、Ｍｇ原子からなる金属層又はＭｇ原子を含有した合金層を有することを特徴とする磁気抵抗素子。
【請求項５】
前記Ｍｇ原子を含有した合金層は、Ｍｇ原子及びＢ原子を含有した合金層であることを特徴とする請求項４に記載の磁気抵抗素子。
【請求項６】
基板、
前記基板側に位置する結晶性第一強磁性体層、
前記結晶性第一強磁性体層の上に位置するＢ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物の結晶構造を有するトンネルバリア層、並びに、
前記トンネルバリア層の上に位置する結晶性第二強磁性体層を有する磁気抵抗素子であって、
前記結晶性第二強磁性体層と前記トンネルバリア層との間に、Ｍｇ原子からなる金属層又はＭｇ原子を含有した合金層を有することを特徴とする磁気抵抗素子。
【請求項７】
前記合金層は、Ｍｇ原子及びＢ原子を含有した合金層であることを特徴とする請求項６に記載の磁気抵抗素子。
【請求項８】
前記第一強磁性体層が、トンネルバリア層、第二強磁性体層がそれぞれ、カラム状結晶の集合体によって形成された多結晶構造を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の磁気抵抗素子。
【請求項９】
スパッタリング法を用いて、アモルファス構造の第一強磁性体層を成膜する第一工程、
スパッタリング法を用いて、前記第一強磁性体層の上に、下記一般式の金属酸化物の結晶層を成膜する第二工程、
スパッタリング法を用いて、前記金属酸化物の結晶層の上に、アモルファス構造の第二強磁性体層を成膜する第三工程、並びに、
前記第一強磁性体層及び第二強磁性体層のアモルファス構造を結晶構造に変換する第四工程
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１０】
前記第四工程は、アニーリング工程であることを特徴とする請求項９に記載の磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第二工程は、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物から成るターゲットを用いたスパッタリングによって、前記一般式の金属酸化物の結晶層を成膜する工程であることを特徴とする請求項９に記載の磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第二工程は、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した合金から成るターゲット及び酸化性ガスを用いた反応性スパッタリングによって、前記一般式の金属酸化物の結晶層を成膜する工程であることを特徴とする請求項９に記載の磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項１３】
アモルファス構造の第一強磁性体層を成膜する第一スパッタリング工程、前記第一強磁性体層の上に、下記一般式の金属酸化物の結晶層を成膜する第二スパッタリング工程、前記金属酸化物の結晶層の上に、アモルファス構造の第二強磁性体層を成膜する第三スパッタリング工程、並びに、前記第一強磁性体層及び第二強磁性体層のアモルファス構造を結晶構造に変換する結晶化工程を用いて、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する記憶媒体。
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１４】
前記結晶化工程は、アニーリング工程であることを特徴とする請求項１３に記載の記憶媒体。
【請求項１５】
前記第二スパッタリング工程は、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物から成るターゲットを用いたスパッタリング工程であることを特徴とする請求項１３に記載の記憶媒体。
【請求項１６】
前記第二スパッタリング工程は、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した合金から成るターゲット及び酸化性ガスを用いた反応性スパッタリング工程であることを特徴とする請求項１３に記載の記憶媒体。
【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、
前記基板側に位置する結晶性第一強磁性体層、
前記結晶性第一強磁性体層の上に位置する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、並びに、
前記トンネルバリア層の上に位置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。
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】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の磁気抵抗素子においては、下記の構成を好ましい態様として含む。
前記トンネルバリア層において、Ｂ原子の前記金属酸化物中の含有量は３０ａｔｏｍｉｃ％以下である。
本発明の第２は、基板、
前記基板側に位置する結晶性第一強磁性体層、
前記結晶性第一強磁性体層の上に位置するＢ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物の結晶構造を有するトンネルバリア層、並びに、
前記トンネルバリア層の上に位置する結晶性第二強磁性体層を有する磁気抵抗素子であって、
前記トンネルバリア層は、更に、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した合金層又はＭｇ原子からなる金属層を有し、該合金層又は金属層の両側に、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物の結晶層を有する積層膜を構成していることを特徴とする磁気抵抗素子である。
本発明の第３は、基板、
前記基板側に位置する結晶性第一強磁性体層、
前記結晶性第一強磁性体層の上に位置するＢ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物の結晶構造を有するトンネルバリア層、並びに、
前記トンネルバリア層の上に位置する結晶性第二強磁性体層を有する磁気抵抗素子であって、
前記結晶性第一強磁性体層と前記トンネルバリア層との間に、Ｍｇ原子からなる金属層又はＭｇ原子を含有した合金層を有することを特徴とする磁気抵抗素子である。
本発明の第３の磁気抵抗素子においては、下記の構成を好ましい態様として含む。
前記Ｍｇ原子を含有した合金層は、Ｍｇ原子及びＢ原子を含有した合金層である。
本発明の第４は、基板、
前記基板側に位置する結晶性第一強磁性体層、
前記結晶性第一強磁性体層の上に位置するＢ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物の結晶構造を有するトンネルバリア層、並びに、
前記トンネルバリア層の上に位置する結晶性第二強磁性体層を有する磁気抵抗素子であって、
前記結晶性第二強磁性体層と前記トンネルバリア層との間に、Ｍｇ原子からなる金属層又はＭｇ原子を含有した合金層を有することを特徴とする磁気抵抗素子である。
本発明の第４の磁気抵抗素子においては、下記の構成を好ましい態様として含む。
前記合金層は、Ｍｇ原子及びＢ原子を含有した合金層である。
前記第一強磁性体層、トンネルバリア層、第二強磁性体層がそれぞれ、カラム状結晶の集合体によって形成された多結晶構造を有する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の第５は、スパッタリング法を用いて、アモルファス構造の第一強磁性体層を成膜する第一工程、
スパッタリング法を用いて、前記第一強磁性体層の上に、下記一般式の金属酸化物の結晶層を成膜する第二工程、
スパッタリング法を用いて、前記金属酸化物の結晶層の上に、アモルファス構造の第二強磁性体層を成膜する第三工程、並びに、
前記第一強磁性体層及び第二強磁性体層のアモルファス構造を結晶構造に変換する第四工程
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。
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】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の磁気抵抗素子の製造方法においては、下記の構成を好ましい態様として含む。
前記第四工程は、アニーリング工程である。
前記第二工程は、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した金属酸化物から成るターゲットを用いたスパッタリングによって、前記一般式の金属酸化物の結晶層を成膜する工程である。
前記第二工程は、Ｂ原子及びＭｇ原子を含有した合金から成るターゲット及び酸化性ガスを用いた反応性スパッタリングによって、前記一般式の金属酸化物の結晶層を成膜する工程である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の第６は、アモルファス構造の第一強磁性体層を成膜する第一スパッタリング工程、前記第一強磁性体層の上に、下記一般式の金属酸化物の結晶層を成膜する第二スパッタリング工程、前記金属酸化物の結晶層の上に、アモルファス構造の第二強磁性体層を成膜する第三スパッタリング工程、並びに、前記第一強磁性体層及び第二強磁性体層のアモルファス構造を結晶構造に変換する結晶化工程を用いて、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する記憶媒体である。
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６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
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、１２１、１２２及び１２３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、上述例の層８１をＢＭｇ層とし、層８３をＭｇ層としてもよく、又は上述例の層８１をＭｇ層とし、層８３をＢＭｇ層としてもよい。また、本発明では、上述の層８３の使用を省略し、層８２を結晶性強磁性体層１２３に隣接配置することができ、又は上述の層８１の使用を省略し、層８２を第二強磁性体層１２１に隣接配置することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
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３０７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。
【手続補正８】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
前記第一強磁性体層、トンネルバリア層、第二強磁性体層がそれぞれ、カラム状結晶の集合体によって形成された多結晶構造を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の磁気抵抗素子。
【国際調査報告】
2010023833.tif 000013
2010023833.tif 000014
2010023833.tif 000015
2010023833.tif 000016