(57)【要約】【課題】製造が容易であり、磁気抵抗効果素子としての十分な電気特性を有し、かつ発熱による特性劣化が起き難い構造を有する磁気抵抗効果素子、磁気メモリ、および磁気デバイスを提供する。【解決手段】本発明の磁気抵抗効果素子１００は、第１強磁性層１０１と、非磁性層１０２と、第２強磁性層１０３と、が順に積層された構造を有し、第１強磁性層１０１、非磁性層１０２、第２強磁性層１０３の外周部が、窒化シリコンを主成分として含み、さらに窒化ホウ素、または窒化アルミニウムが添加されてなる第１絶縁膜１０４で被覆されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１強磁性層と、
非磁性層と、
第２強磁性層と、が順に積層された構造を有し、
前記第１強磁性層、前記非磁性層、前記第２強磁性層の外周部が、窒化シリコンを主成分として含み、さらに窒化ホウ素、または窒化アルミニウムが添加されてなる第１絶縁膜で被覆されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記第１強磁性層、前記第２強磁性層のうち少なくとも一層に、ホウ素が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記窒化ホウ素、または窒化アルミニウムが粒を形成し、前記第１絶縁膜の内部に複数分布していることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記第１絶縁膜の表面のうち、前記非磁性層と反対側の部分が、酸化物、窒化物、酸窒化物を含む第２絶縁膜で被覆されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記非磁性層と前記第１絶縁膜との間に、酸化物、窒化物、酸窒化物を含む第３絶縁膜が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記第１絶縁膜の表面のうち、前記非磁性層と反対側に、金属元素を含む金属膜が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
第１強磁性層と、
非磁性層と、
第２強磁性層と、が順に積層された構造を有し、
前記第１強磁性層、前記非磁性層、前記第２強磁性層の外周部が、窒化シリコンを主成分として含み、さらにダイヤモンドライクカーボンが添加されてなる第５絶縁膜で被覆されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
前記第２強磁性層の表面のうち前記非磁性層と反対側の部分に、ＭｇＯあるいはスピネル構造を有するＡＢ２Ｏ４（Ａ＝Ｍｇ、又はＺｎ、Ｂ＝Ａｌ、Ｇａ、又はＩｎ）を含むキャップ層が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子を備えていることを特徴とする磁気メモリ。
【請求項１０】
請求項９に記載の磁気メモリが、内蔵メモリとしてＬＳＩ基板に搭載されていることを特徴とする磁気デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子、磁気メモリ、および磁気デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
強磁性層と非磁性層の多層膜からなる巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、および、非磁性層に絶縁層（トンネルバリア層、バリア層）を用いたトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子が知られている。一般に、ＴＭＲ素子は、ＧＭＲ素子と比較して電気抵抗が高いが、その磁気抵抗（ＭＲ）比はＧＭＲ素子より大きい。そのため、磁気センサ、高周波部品、磁気ヘッドおよび不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）用の素子として、ＴＭＲ素子に注目が集まっている。
【０００３】
これらの磁気抵抗効果素子は、保磁力の異なる２つの強磁性層で非磁性層を挟んだ構造を有し、一方の強磁性層の磁化方向と他方の強磁性層の磁化方向のなす角度に応じて、電気抵抗が変化する特性を利用して、データを読み書きすることができる。ＭＲＡＭの書き込み方式としては、電流が作る磁場を利用して書き込みを行う（磁化反転させる）方式や、磁気抵抗効果素子の積層方向に電流を流して生ずるスピントランスファートルク（ＳＴＴ）を利用して書き込みを行う（磁化反転させる）方式が知られている。
【０００４】
ＳＴＴを利用したＭＲＡＭ（ＳＴＴ−ＭＲＡＭ）等の近年のデバイスでは、高速での書き込みを行うために、磁気抵抗効果素子に高い電流密度の電流が流れるように構成されている。そのため、書き込み時の磁気抵抗効果素子では、電流に起因した発熱が生じる。発熱は、強磁性層の磁化反転を容易にする反面、非磁性層の劣化や低融点金属からなる配線層を溶解させることによる故障を引き起こしたり、固定層の磁化を不安定にする等の特性劣化を生み出す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−３８８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
放熱性の高い元素として知られる窒化ホウ素を、磁気抵抗効果素子の側壁として用いる構成が、特許文献１で開示されている。しかしながら、この側壁は、窒化ホウ素を主成分とするものであり、十分な絶縁性を有しておらず、また一般的な半導体プロセスを適用した製造が困難である。また、低温または気相法で合成した窒化ホウ素は、無秩序な積層構造となりやすく、窒化ホウ素が粒成長するため、窒化ホウ素の粒同士の間に空隙が生じ、これが十分な絶縁性を有さない理由となる。また、緻密な窒化ホウ素を製造するためには、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）とアンモニアを高温で反応させる方法などが知られているが、この反応は磁気抵抗効果素子の磁気特性が劣化する原因となる。特に、ＴＭＲ素子では、トンネル電流を生じさせる非磁性トンネルバリア層が化学的な影響を受けると、出力特性が著しく劣化するという問題がある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、製造が容易であり、磁気抵抗効果素子としての十分な電気特性を有し、かつ発熱による特性劣化が起き難い構造を有する磁気抵抗効果素子、磁気メモリ、および磁気デバイス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】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
【０００９】
（１）本発明の一態様に係る磁気抵抗効果素子は、第１強磁性層と、非磁性層と、第２強磁性層と、が順に積層された構造を有し、前記第１強磁性層、前記非磁性層、前記第２強磁性層の外周部が、窒化シリコンを主成分として含み、さらに窒化ホウ素、または窒化アルミニウムが添加されてなる第１絶縁膜で被覆されている。
【００１０】
（２）上記（１）に記載の磁気抵抗効果素子において、前記第１強磁性層、前記第２強磁性層のうち少なくとも一層に、ホウ素が含まれていてもよい。
【００１１】
（３）上記（１）または（２）のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子において、前記窒化ホウ素、または窒化アルミニウムが粒を形成し、前記第１絶縁膜の内部に複数分布していることが好ましい。
【００１２】
（４）上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の磁気抵抗効果素子において、前記第１絶縁膜の表面のうち、前記非磁性層と反対側の部分が、酸化物、窒化物、酸窒化物を含む第２絶縁膜で被覆されていることが好ましい。
【００１３】
（５）上記（１）〜（４）のいずれか一つに記載の磁気抵抗効果素子において、前記非磁性層と前記第１絶縁膜との間に、酸化物、窒化物、酸窒化物を含む第３絶縁膜が設けられていることが好ましい。
【００１４】
（６）上記（１）〜（５）のいずれか一つに記載の磁気抵抗効果素子において、前記第１絶縁膜の表面のうち、前記非磁性層と反対側に、金属元素を含む金属膜が設けられていることが好ましい。
【００１５】
（７）本発明の他の一態様に係る磁気抵抗効果素子は、第１強磁性層と、非磁性層と、第２強磁性層と、が順に積層された構造を有し、前記第１強磁性層、前記非磁性層、前記第２強磁性層の外周部が、窒化シリコンを主成分として含み、さらにダイヤモンドライクカーボンが添加されてなる第５絶縁膜で被覆されている。
【００１６】
（８）上記（１）〜（７）のいずれか一つに記載の磁気抵抗効果素子において、前記第２強磁性層の表面のうち前記非磁性層と反対側の部分に、ＭｇＯあるいはスピネル構造を有するＡＢ２Ｏ４（Ａ＝Ｍｇ、又はＺｎ、Ｂ＝Ａｌ、Ｇａ、又はＩｎ）を含むキャップ層が設けられていることが好ましい。
【００１７】
（９）本発明の一態様に係る磁気メモリは、上記（１）〜（８）のいずれか一つに記載の磁気抵抗効果素子を備えている。
【００１８】
（１０）本発明の一態様に係る磁気デバイスは、上記（９）に記載の磁気メモリが、内蔵メモリとしてＬＳＩ基板に搭載されている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、磁気抵抗効果素子を構成する第１強磁性層、非磁性層、第２強磁性層の外周部が、それぞれ、窒化シリコンを主成分として含み、さらに窒化ホウ素、または窒化アルミニウムが添加されていることにより、絶縁性および放熱性が高められた第１絶縁膜で被覆されている。そのため、第１強磁性層、非磁性層、第２強磁性層に大きい電流が流れた場合であっても、それぞれの外周部からの電流リークを抑え、かつ、電流に伴って発生した熱を外周部から効率よく放出させることができる。当該第１絶縁膜は、窒化シリコンを主成分とする膜であるため、一般的な半導体プロセスを適用して製造することができる。したがって、本発明によれば、製造が容易であり、磁気抵抗効果素子としての十分な電気特性を有し、かつ発熱による特性劣化が起き難い構造を有する磁気抵抗効果素子、磁気メモリ、および磁気デバイスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子の構成を、模式的に示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）本発明の第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造過程における、被処理体の断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る磁気メモリの構成を、模式的に示す平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態の変形例１に係る磁気抵抗効果素子の構成を、模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態の変形例２に係る磁気抵抗効果素子の構成を、模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態の変形例３に係る磁気抵抗効果素子の構成を、模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等は実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。本発明の素子において、本発明の効果を奏する範囲で他の層を備えてもよい。
【００２２】
［第１実施形態］
（磁気抵抗効果素子の構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１００の構成を模式的に示す断面図である。磁気抵抗効果素子１００は、第１強磁性層１０１と、非磁性層１０２と、第２強磁性層１０３と、が順に積層された構造を有している。以下では、第１強磁性層１０１を磁化の向きが固定されている固定層として、第２強磁性層１０３を磁化の向きを変化させることができる自由層として、説明する。
【００２３】
第１強磁性金属層１０１、第２強磁性金属層１０３は、それぞれ強磁性を有する公知の材料（好ましくは軟磁性材料）、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉからなる群から選択される金属、およびこれらの金属を１種類以上含む強磁性合金等からなる。また、第１強磁性金属層１０１、第２強磁性金属層１０３は、これらの金属と、Ｂ、Ｃ、およびＮのうち、少なくとも１種類以上の元素とを含む合金（具体的には、Ｃｏ−ＦｅやＣｏ−Ｆｅ−Ｂ）等からなる場合もある。
【００２４】
また、より高い出力を得るためにはＣｏ２ＦｅＳｉ等のホイスラー合金を用いることが好ましい。ホイスラー合金は、Ｘ２ＹＺの化学組成をもつ金属間化合物を含む。Ｘは、周期表上でＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、あるいはＣｕ族の遷移金属元素または貴金属元素であり、Ｙは、Ｍｎ、Ｖ、ＣｒあるいはＴｉ族の遷移金属、または、Ｘと同じ元素であり、Ｚは、ＩＩＩ族からＶ族の典型元素である。ホイスラー合金としては、例えば、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＳｉやＣｏ２Ｍｎ１−ａＦｅａＡｌｂＳｉ１−ｂ等が挙げられる。
【００２５】
第１強磁性金属層１０１の材料として、第２強磁性金属層１０３の材料より保持力の大きいものを選択することにより、第１強磁性金属層１０１は、第２強磁性金属層１０３に比べて磁化反転し難くなる。この場合には、第１強磁性金属層１０１を磁化固定層とし、第２強磁性金属層１０３を磁化自由層として扱うことができる。
【００２６】
第１強磁性金属層１０１の材料として、第２強磁性金属層１０３の材料と保持力の同じものを選択する場合には、第１強磁性金属層１０１の表面または内部にピニング層を設け、第１強磁性金属層１０１の磁化を固定する。ピニング層としては、例えば、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎなどの反強磁性材料の層が挙げられる。第１強磁性金属層１０１の磁化が、反強磁性層の磁化との交換結合によって、より強く固定されることになるため、この場合にも、第１強磁性金属層１０１は、第２強磁性金属層１０３に比べて磁化反転し難くなる。
【００２７】
さらに、第１強磁性金属層１０１は、磁化の向きを積層面に対して垂直にする場合には、ＣｏとＰｔを含む積層膜とすることが好ましい。具体的な層構成としては、例えば、［Ｃｏ（０．２４ｎｍ）／Ｐｔ（０．１６ｎｍ）］６／Ｒｕ（０．９ｎｍ）／［Ｐｔ（０．１６ｎｍ）／Ｃｏ（０．１６ｎｍ）］４／Ｔａ（０．２ｎｍ）／ＦｅＢ（１．０ｎｍ）を挙げることができる。（）内の数値は膜厚を示している。
【００２８】
第１強磁性金属層１０１および第２強磁性金属層１０３は、各層の表面に対して、磁化方向が平行な面内磁化膜であってもよいし、垂直な垂直磁化膜であってもよい。
【００２９】
非磁性層１０２には、公知の材料を用いることができる。例えば、非磁性層１０２が絶縁体からなる場合、その材料としては、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、および、ＭｇＡｌ２Ｏ４等を用いることができる。また、これらの他にも、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇの一部が、Ｚｎ、Ｂｅ等に置換された材料等も用いることができる。これらの中でも、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４は、コヒーレントトンネルを実現する材料であるため、スピンを効率よく注入することができる。また、非磁性層１０２が金属からなる場合、その材料としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等を用いることができる。
【００３０】
磁気抵抗効果素子１００は、非磁性層１０２が絶縁体からなる場合には、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子に相当し、非磁性層１０２が金属からなる場合には、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子に相当する。
【００３１】
第１強磁性層１０１、非磁性層１０２、第２強磁性層１０３の外周部（積層方向と交差する方向にある側面）は、窒化シリコンを主成分として含み、さらに窒化ホウ素、または窒化アルミニウムが添加されてなる第１絶縁膜１０４で被覆されている。第１絶縁膜１０４は、磁気抵抗効果素子の側壁部分を構成する膜である。第１絶縁膜１０４における窒化ホウ素、または窒化アルミニウムの面積含有率は、３％以上３０％以下であることが好ましい。窒化ホウ素、または窒化アルミニウムの面積含有率が多くなると絶縁特性が劣化し、第１強磁性層１０１、非磁性層１０２、第２強磁性層１０３の外周部としての機能を果たさなくなる。したがって、窒化ホウ素、または窒化アルミニウムの粒の周りが主として窒化シリコンに接するようにして、十分な絶縁特性を保持させる必要がある。また、第１絶縁膜１０４における窒化ホウ素、または窒化アルミニウムの体積含有率は、磁気抵抗効果素子の断面をＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分析）によってマッピングし、第１絶縁膜１０４においてホウ素が含まれている部分と、シリコンが含まれている部分との面積比からも求めることができる。
【００３２】
第１絶縁膜１０４は、例えば、イオンビーム法で窒化シリコンと窒化ホウ素とを同時にスパッタリングすることによっても形成することができる。
【００３３】
形成された第１絶縁膜１０４では、主成分である窒化シリコンの膜中に、窒化ホウ素が粒径０．５〜１０ｎｍ程度の複数の粒を形成し、第１強磁性層１０１、非磁性層１０２、第２強磁性層１０３との界面１０４ａと略平行な方向にほぼ均一に分布（点在）している。第１絶縁膜の界面１０４ａと略垂直な方向においては、少なくとも界面１０４ａの近傍（５ｎｍ程度の範囲）に分布していればよく、界面１０４ａから遠ざかるにつれて、粒の濃度が連続的または断続的に下がるように分布していてもよい。これは、次の理由による。磁気抵抗効果素子において主として、トンネルバリアである非磁性層が発熱し、非磁性層に接する第１強磁性層１０１と第２強磁性層１０３に熱伝導を引き起こす。第１強磁性層１０１及び第２強磁性層１０３に接する金属層に、さらに熱伝導を起こすが、第１絶縁膜１０４にも熱伝導を生じる。特に、磁気抵抗効果素子のサイズが十分小さい場合には第１絶縁膜１０４の影響が大きくなるため、界面１０４ａ付近の熱伝導が大きいことが好ましい。界面１０４ａ付近に熱伝導を起こすと、実効的な磁気抵抗効果素子のサイズが大きくなっていくため、粒の濃度が連続的または断続的に下がるように分布していても、十分な放熱機能を有することになる。
【００３４】
第１絶縁膜１０４は、粒状の窒化ホウ素、または窒化アルミニウムを含むことにより、第１強磁性層１０１、非磁性層１０２、第２強磁性層１０３との密着度が高まり、膜剥がれの発生を抑えることができる。これは、窒化ホウ素、または窒化アルミニウムは熱膨張率が低いため、第１絶縁膜１０４と磁気抵抗効果素子の金属部分との温度差を生じても、密着性が大きく変化しないためである。
【００３５】
第２強磁性層１０３の表面のうち、非磁性層１０２と反対側（図１では第２強磁性層１０３の上側）の部分には、酸化物、例えば、ＭｇＯあるいはスピネル構造を有するＡＢ２Ｏ４（ＡはＭｇ、Ｚｎのいずれか、ＢはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎのいずれか）を含む、キャップ層１０５が設けられていることが好ましい。
【００３６】
第２強磁性層１０３が垂直磁化膜である場合には、第２強磁性層１０３と非磁性層１０２との界面において、第２強磁性層１０３中の磁性元素と非磁性層１０２中の酸素元素とが結合することによって垂直磁化が発生する。キャップ層１０５が設けられている場合には、さらに、第２強磁性層１０３とキャップ層１０５との界面において、第２強磁性層１０３中の磁性元素とキャップ層１０５中の酸素元素とが結合することによっても垂直磁化が発生する。つまり、キャップ層１０５は、第２強磁性層１０３の垂直方向（積層方向）Ｄの磁化を補強する役割を担っている。
【００３７】
キャップ層１０５中の酸化物は、アニール処理によって酸素が欠損した状態になりやすく、欠損部分を補うように、周囲の膜が酸素を含むものである場合、そこから酸素を奪う傾向にある。その結果として、酸素を奪われた周囲の膜の電気伝導性が高くなり、電気的な特性が設計値からずれてしまうことになる。
【００３８】
このような問題を回避するため、キャップ層１０５の周囲の膜は、第１絶縁膜１０４と同様に、窒化物を主成分とする膜で構成されていることが好ましい。この膜は、第１絶縁膜１０４と接続されていてもよいし、分離されていてもよいが、製造プロセスを簡略化する観点、被覆面積を最大にする観点から、接続されていることが好ましい。
【００３９】
さらに、キャップ層１０５の表面のうち、第２強磁性層１０３と反対側（図１ではキャップ層１０５の上側）の部分には、Ｔａ等の重金属元素あるいはＴｉＮ、ＴａＮ等の硬度の高い元素からなるマスク層１０６が設けられていてもよい。このマスク層１０６は、エッチングする際に磁気抵抗効果素子として残す部分を保護する役割を担っている。
【００４０】
マスク層１０６は、重金属元素で構成されているため、削れやすいレジストと異なり、削れ過ぎることを考慮する必要がない分、より薄く形成することができる。したがって、磁気抵抗効果素子の集積度を高めて製造する場合であっても、エッチング時のマスク層によるシャドー効果の影響を回避することができる。なお、磁気抵抗効果素子の集積度を高くしない場合には、マスク層にレジストを用いてもよい。
【００４１】
重金属元素で構成されるマスク層１０６は、第１絶縁膜１０４と同様に、ホウ素を吸収しやすい。そのため、例えば第１強磁性層１０１、第２強磁性層１０３にホウ素が含まれている場合に、そのホウ素をマスク層１０６に誘導し、他の部分への拡散を抑えることができる。
【００４２】
（磁気抵抗効果素子の製造方法）
磁気抵抗効果素子１００の製造方法の一例について、図２（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。
【００４３】
まず、図２（ａ）に示すように、支持体となる基材１０の一面１０ａに、物理的気相成長（ＰＶＤ）法、化学的気相成長（ＣＶＤ）法等の公知の成膜法を用いて、第１強磁性層、非磁性層、第２強磁性層、キャップ層、マスク層を構成するそれぞれの膜１０１Ａ、１０２Ａ、１０３Ａ、１０５Ａ、１０６Ａを、順に形成する。物理的気相成長法としては、例えば、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、イオンプレーティング法、イオンビームデポジション法、スパッタリング法等が挙げられる。化学的気相成長法としては、例えば、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、原子層堆積（ＡＬＤ）法等が挙げられる。
【００４４】
第１強磁性層、非磁性層、第２強磁性層で構成される機能部をＴＭＲ素子とする場合、非磁性層はトンネルバリア層となる。トンネルバリア層は、例えば以下の手順んで形成する。まず、第１強磁性層上にスパッタリングを行うことにより、最初に０．４〜２．０ｎｍ程度のマグネシウム、アルミニウム、および複数の非磁性元素の二価の陽イオンからなる金属薄膜を形成する。続いて、プラズマ酸化あるいは酸素導入による自然酸化を行い、その後に熱処理を行うことによってトンネルバリア層が得られる。
【００４５】
反応性スパッタで形成した層はアモルファスであり、結晶化する必要があるため、得られた機能部は、アニール処理することが好ましい。
【００４６】
アニール処理して得られる機能部は、アニール処理しないで得られる機能部と比較して、磁気抵抗比が向上する。これはアニール処理によって、非磁性層（トンネルバリア層）の結晶サイズの均一性および配向性が向上するためであると考えられる。
【００４７】
アニール処理としては、Ａｒなどの不活性雰囲気中で、３００℃以上５００℃以下の温度範囲で５分以上１００分以下の時間加熱した後、２ｋＯｅ以上１０ｋＯｅ以下の磁場を印加した状態で、１００℃以上５００℃以下の温度で、１時間以上１０時間以下の時間加熱することが好ましい。
【００４８】
次に、図２（ｂ）に示すように、形成した５つの膜１０１Ａ、１０２Ａ、１０３Ａ、１０５Ａ、１０６Ａを、フォトリソグラフィー法、イオンミリング法、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法等を用いて不要な部分を除去することにより、所望の形状となるように加工する。加工によって形成される各層１０１、１０２、１０３、１０５、１０６の断面のテーパーは、可能な限り小さくすることが好ましい。
【００４９】
次に、図２（ｃ）に示すように、ＣＶＤ法を用いて、基材の一面１０ａ、第１強磁性層１０１、非磁性層１０２、第２強磁性層１０３、キャップ層１０５、マスク層１０６の露出している部分が被覆されるようにシリコン窒化膜１０４Ａを形成する。
【００５０】
さらに、形成したシリコン窒化膜の最表面を、ＣＭＰ処理を行って平坦化する。このＣＭＰ処理は、シリコン窒化膜の最表面をマスク層１０６が露出するまで（図２の破線の位置まで）行ってもよいが、マスク層１０６上にシリコン窒化膜が残った状態で止めてもよい。
【００５１】
次に、窒化シリコン膜１０４Ａに対し、イオンビーム法を用いて窒化ホウ素、または窒化アルミニウムを打ち込こむことによって、本実施形態の第１絶縁膜を形成することができる。この場合、窒化ホウ素、または窒化アルミニウムの打ち込みによるダメージを回復させるために、アニール処理を続けて行うことが好ましい。なお、第１絶縁膜は、基材の一面１０ａ、第１強磁性層１０１、非磁性層１０２、第２強磁性層１０３、キャップ層１０５、マスク層１０６の露出している部分に対して、ＣＶＤ処理を行う代わりに、窒化シリコンと窒化ホウ素、または窒化アルミニウムとを同時にスパッタリングすることによっても形成することができる。
【００５２】
上述した工程を経ることによって、本実施形態の磁気抵抗効果素子１００を得ることができる。なお、磁気抵抗効果素子１００の用途に応じて、支持体として用いた基材１０は除去してもよい。
【００５３】
磁気抵抗効果素子１００は、第１強磁性層１０１の磁化方向と第２強磁性層１０３の磁化方向のなす角度に応じて、素子抵抗が変化する特性を利用して、データを読み書きする磁気メモリとして動作させることができる。図３に示すように、磁気メモリ１５０は、各磁気抵抗効果素子１００の一方の配線層同士がソース線（ビット線）ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３、・・・で連結され、他方の配線層同士がワード線ＷＬ１、ＷＬ２、ＷＬ３、・・・で連結されている。このような磁気メモリを、内蔵メモリとしてＬＳＩ基板に複数搭載することにより、磁気抵抗効果素子１００間の距離に比例する遅延の影響を軽減させた磁気デバイスを得ることができる。
【００５４】
以上のように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１００では、第１強磁性層１０１、非磁性層１０２、第２強磁性層１０３の外周部が、それぞれ、窒化シリコンを主成分として含み、さらに窒化ホウ素、または窒化アルミニウムが添加されていることにより、絶縁性および放熱性が高められた第１絶縁膜１０４で被覆されている。そのため、第１強磁性層１０１、非磁性層１０２、第２強磁性層１０３に大きい電流が流れた場合であっても、それぞれの外周部からの電流リークを抑え、かつ、電流に伴って発生した熱を外周部から効率よく放出させることができる。当該第１絶縁膜１０４は、窒化シリコンを主成分とする膜であるため、一般的な半導体プロセスを適用して製造することができる。したがって、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１００によれば、製造が容易であり、磁気抵抗効果素子としての十分な電気特性を有し、かつ発熱による素子故障が起き難い構造を有する磁気抵抗効果素子、磁気メモリ、および磁気デバイスを得ることができる。
【００５５】
（変形例１）
図４は、本実施形態の変形例１に係る磁気抵抗効果素子１１０の構成を、模式的に示す断面図である。磁気抵抗効果素子１１０は、第１絶縁膜１１４の表面のうち、非磁性層１１２と反対側の部分が、酸化物、窒化物、酸窒化物を含む第２絶縁膜１１７で被覆されている。酸化物、窒化物、酸窒化物の膜は、一般的な半導体プロセスを適用することにより、比較的容易に製造することができる。この場合、第１絶縁膜１１４は、第２絶縁膜１１７を形成した分だけ狭くなるため、窒化ホウ素、または窒化アルミニウムの注入領域を減らすことができる。したがって、窒化ホウ素、または窒化アルミニウムの注入に要する時間およびコストを削減することができる。第２絶縁膜１１７以外の構成については、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１００の構成と同様であり、磁気抵抗効果素子１００と同等の効果を奏する。
【００５６】
（変形例２）
図５は、本実施形態の変形例２に係る磁気抵抗効果素子１２０の構成を、模式的に示す断面図である。磁気抵抗効果素子１２０は、非磁性層１２２と第１絶縁膜１２４との間に、酸化物、窒化物、酸窒化物を含む第３絶縁膜１２８が設けられている。第３絶縁膜１２８は、図５に示すように、第１絶縁膜１２４と非磁性層１２２との間だけでなく、第１絶縁膜１２４と他の層１２１、１２３、１２５、１２６との間に設けられていてもよい。
この場合、第３絶縁膜１２８がヒートシンクとして機能し、磁気抵抗化素子の内部で発生した熱を吸収するため、第１強磁性層、非磁性層、第２強磁性層等の機能部を構成する層が、発熱によって受けるダメージを軽減することができる。第３絶縁膜１２８以外の構成については、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１００の構成と同様であり、磁気抵抗効果素子１００と同等の効果を奏する。
【００５７】
（変形例３）
図６は、本実施形態の変形例３に係る磁気抵抗効果素子１３０の構成を、模式的に示す断面図である。磁気抵抗効果素子１３０は、第１絶縁膜１３４の表面のうち、非磁性層１３２と反対側の部分が、金属元素（強磁性金属）を含む金属膜（強磁性金属膜）１３９で被覆されている。これにより、磁気抵抗効果素子１３０は、側壁全体が窒化シリコンを主成分とする絶縁膜で構成される場合と比べて、さらに高い放熱性を有するものとなり、発熱による特性劣化がより起き難い構造となっている。変形例３の構成では、高い絶縁性を維持するために、非磁性層１３２と金属膜１３９との距離（すなわち第１絶縁膜１３４の厚さ）が、約３０ｎｍ以上であることが好ましい。金属膜１３９以外の構成については、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１００の構成と同様であり、磁気抵抗効果素子１００と同等の効果を奏する。
【００５８】
［第２実施形態］
第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１００は、第１強磁性層１０１、非磁性層１０２、第２強磁性層１０３の外周部が、窒化シリコンを主成分として含み、さらに窒化ホウ素、または窒化アルミニウムが添加されてなる第１絶縁膜１０４で被覆されたものである。これに対し、第２実施形態に係る磁気抵抗効果素子は、第１強磁性層、非磁性層、第２強磁性層の外周部が、窒化シリコンを主成分として含み、さらにダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）が添加されてなる第５絶縁膜で被覆されたものである。第５絶縁膜におけるダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）の面積含有率は、３％以上３０％以下であることが好ましい。第５絶縁膜以外については、第１実施形態の磁気抵抗効果素子１００の構成と同様であり、磁気抵抗効果素子１００と同等の効果を奏する。
【００５９】
第５絶縁膜は、例えば、窒化シリコンとダイヤモンドライクカーボンとを同時にスパッタリングすることによっても形成することができる。
【００６０】
本実施形態に係る磁気抵抗効果素子では、第１強磁性層、非磁性層、第２強磁性層の外周部が、それぞれ、窒化シリコンを主成分として含み、さらにダイヤモンドライクカーボンが添加されていることにより、絶縁性および放熱性が高められた第５絶縁膜で被覆されている。そのため、第１強磁性層、非磁性層、第２強磁性層に大きい電流が流れた場合であっても、それぞれの外周部からの電流リークを抑え、かつ、電流に伴って発生した熱を外周部から効率よく放出させることができる。当該第５絶縁膜は、窒化シリコンを主成分とする膜であるため、一般的な半導体プロセスを適用して製造することができる。したがって、本実施形態の磁気抵抗効果素子によれば、製造が容易であり、磁気抵抗効果素子としての十分な電気特性を有し、かつ発熱による特性劣化が起き難い構造を有する磁気抵抗効果素子、磁気メモリ、および磁気デバイスを得ることができる。
【符号の説明】
【００６１】
１００、１１０、１２０、１３０・・・磁気抵抗効果素子
１０１、１１１、１２１、１３１・・・第１強磁性層
１０２、１１２、１２２、１３２・・・非磁性層
１０３、１１３、１２３、１３３・・・第２強磁性層
１０４、１１４、１２４、１３４・・・第１絶縁膜
１０４ａ・・・界面
１０５、１１５、１２５、１３５・・・キャップ層
１０６、１１６、１２６、１３６・・・マスク層
１１７・・・第２絶縁膜
１２８・・・第３絶縁膜
１３９・・・金属膜
１５０・・・磁気メモリ
１０・・・基材
１０ａ・・・基材の一面
Ｄ・・・積層方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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