(57)【要約】【課題】物質相を金属相から絶縁相に、または、絶縁相から金属相に、または強磁性相から非強磁性相に、または非強磁性相から強磁性相に変化させる方法を提供し、この方法を用いた、低コストかつ歩留まりの高い、トンネル障壁型酸化物磁気抵抗素子の製造方法、及び金属配線方法を提供する。【解決手段】化学組成によって金属である相から絶縁物である相へと移り変わる物質の化学組成を絶縁相の化学組成とした物質の膜１を形成し、膜１に物質の絶縁相のみを励起する波長の光３を照射して、相１を金属相５に変化させる。逆に、化学組成によって金属である相から絶縁物である相へと移り変わる物質の化学組成を金属相の化学組成とした物質の膜２を形成し、膜２に物質の金属相のみを励起する波長の光４を照射して、相２を絶縁相６に変化させる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学組成によって金属相から絶縁相へと移り変わる物質に、金属相のみを励起する波長の光を照射することにより金属相を絶縁相へ、または、絶縁相のみを励起する波長の光を照射することにより絶縁相を金相属相へ変化させることを特徴とする、光照射により物質相を変化させる方法。
【請求項２】
前記化学組成によって金属相から絶縁相へと移り変わる物質は絶縁相の化学組成を有する遷移金属酸化物であり、この遷移金属酸化物膜に上記絶縁相のみを励起する波長の光を照射して、上記遷移金属酸化物膜に伝導性領域を書き込むことを特徴とする、請求項１に記載の光照射により物質相を変化させる方法。
【請求項３】
前記化学組成によって金属相から絶縁相へと移り変わる物質は金属相の化学組成を有する遷移金属酸化物であり、この遷移金属酸化物膜に上記金属相のみを励起する波長の光を照射して、上記遷移金属酸化物膜に絶縁性領域を書き込むことを特徴とする、請求項１に記載の光照射により物質相を変化させる方法。
【請求項４】
化学組成によって強磁性相から非強磁性相へと移り変わる物質に、強磁性相のみを励起する波長の光を照射することにより強磁性相を非強磁性相へ、または、非強磁性相のみを励起する波長の光を照射することにより非強磁性相を強磁性相へ変化させることを特徴とする、光照射により物質相を変化させる方法。
【請求項５】
前記化学組成によって強磁性相から非強磁性相へと移り変わる物質は非強磁性相の化学組成を有する遷移金属酸化物であり、この遷移金属酸化物膜に上記非強磁性相のみを励起する波長の光を照射して、上記遷移金属酸化物膜に強磁性領域を書き込むことを特徴とする、請求項４に記載の光照射により物質相を変化させる方法。
【請求項６】
前記化学組成によって強磁性相から非強磁性相へと移り変わる物質は強磁性相の化学組成を有する遷移金属酸化物であり、この遷移金属酸化物膜に上記強磁性相のみを励起する波長の光を照射して、上記遷移金属酸化物膜に非強磁性領域を書き込むことを特徴とする、請求項４に記載の光照射により物質相を変化させる方法。
【請求項７】
前記光は、連続光、パルス光またはこれらの光の組み合わせでなることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の光照射により物質相を変化させる方法。
【請求項８】
前記連続光は、レーザー光、放射光またはこれらの光の組み合わせでなることを特徴とする、請求項７に記載の光照射により物質相を変化させる方法。
【請求項９】
前記パルス光は、パルスレーザー光、パルス放射光またはこれらの光の組み合わせでなることを特徴とする、請求項７に記載の光照射により物質相を変化させる方法。
【請求項１０】
化学組成によって強磁性かつ金属である相から非強磁性かつ絶縁相へと移り変わる物質の化学組成を強磁性かつ金属相の化学組成とした物質の膜を形成し、この膜に上記物質の強磁性かつ金属相のみを励起する波長の光を照射してこの膜の表面から一定の深さまでを非強磁性かつ絶縁相に変化させ、この変化させた非強磁性かつ絶縁相に上記物質の非強磁性かつ絶縁相のみを励起する波長の光を照射して、この非強磁性かつ絶縁相から成る膜の表面から一定深さまでを強磁性かつ金属相に変化させることを特徴とする、トンネル障壁型磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項１１】
化学組成によって強磁性かつ金属である相から非強磁性かつ絶縁相へと移り変わる物質の化学組成を強磁性かつ金属相の化学組成とした物質の膜を形成し、この膜に上記物質の強磁性かつ金属相のみを励起する波長の光を照射してこの膜を非強磁性かつ絶縁相に変化させることを特徴とする、トンネル障壁型磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項１２】
前記光は、連続光、パルス光またはこれらの光の組み合わせでなることを特徴とする、請求項１０または１１に記載のトンネル障壁型磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項１３】
前記連続光は、レーザー光、放射光またはこれらの光の組み合わせでなることを特徴とする請求項１２に記載のトンネル障壁型磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項１４】
前記パルス光は、パルスレーザー光、パルス放射光またはこれらの光の組み合わせでなることを特徴とする、請求項１２に記載のトンネル障壁型磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項１５】
化学組成によって金属である相から絶縁物である相へと移り変わる物質の化学組成を絶縁相の化学組成とした物質の膜を形成し、この膜に上記物質の絶縁相のみを励起する波長の光を照射して、この相を金属相に変化させることを特徴とする、金属配線方法。
【請求項１６】
化学組成によって金属である相から絶縁物である相へと移り変わる物質の化学組成を金属相の化学組成とした物質の膜を形成し、この膜に上記物質の金属相のみを励起する波長の光を照射して、この相を絶縁相に変化させることを特徴とする、金属配線方法。
【請求項１７】
前記光は、連続光、パルス光またはこれらの光の組み合わせでなることを特徴とする、請求項１５または１６に記載の金属配線方法。
【請求項１８】
前記連続光は、レーザー光、放射光またはこれらの光の組み合わせでなることを特徴とする、請求項１７に記載の金属配線方法。
【請求項１９】
前記パルス光は、パルスレーザー光、パルス放射光またはこれらの光の組み合わせでなることを特徴とする、請求項１７に記載の金属配線方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物質相の変化方法及びそれを利用したデバイスの作製方法に関するのである。
【０００２】
【従来の技術】
物性の異なる物質相を積層し、これらの物質相の物性の違いを利用して特定の機能を実現するデバイスがある。例えば、磁界によって抵抗値が変化するトンネル障壁型磁気抵抗素子は、ｎｍオーダーの厚さの絶縁相から成るトンネル障壁層を挟んで、ハーフメタル等の強磁性相からなる強磁性層を積層した構造を有しており（非特許文献１参照）、トンネル障壁層を挟んだ２つのの強磁性層の磁化方向が一致したときにトンネル電流が流れ、一致しないときにトンネル電流が流れないことを利用し、磁界を検出する機能を実現している。
また、さらに広くは、プリント基板やＬＳＩの電気配線も絶縁相からなる物質上に金属相からなる物質を積層し、絶縁相と金属相の物性の違いを利用して、特定の部分に電流を導くという機能を実現しているといえる。
【０００３】
ところで、これらの物性の異なる物質相を積層した機能デバイスの従来の製造方法は、もっぱら、各層を独立に形成するものである。例えば、トンネル障壁型磁気抵抗素子は、上記参照文献に示されているように、分子線エピタキシー法等を使用して、ｎｍオーダーの精度で厚さを制御して、基板上に順次、強磁性相、絶縁相、強磁性相を積層する。また、プリント配線基板やＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）の電気配線は、絶縁相である絶縁層上に金属相である金属層パターンを印刷したり、あるいは金属層を所望のパターンに加工して形成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、トンネル障壁型磁気抵抗素子の従来の製造方法は、絶縁層であるトンネル障壁層の厚さを１原子層レベルの精度で制御しなければならないために、極めて高度な膜作製技術を必要とする。また、各層毎に蒸着物質を変えたり蒸着条件を変えたりすることが必要である。このためコストが高くなり、また歩留まりも悪いという課題がある。
また、プリント配線基板やＬＳＩの電気配線も、金属層をマスクを用いて印刷したり、絶縁層上に積層した金属層をフォトリソグラフィとエッチングを用いてパターンニングするため、コストが高く成るという課題がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−９２２８７号公報
【特許文献２】
特開平１０−２６１２９１号公報
【非特許文献１】
Ｙ．Ｍｏｒｉｔｏｍｏ，Ａ．Ｍａｃｈｉｄａ，Ｔ．Ｎｏｎｏｂｅ　ａｎｄ　Ｋ．Ｏｈｏｙａｍａ　“Ｎｅｕｔｒｏｎ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｒｕ−ｄｏｐｅｄ　Ｎｄ０．５　Ｃａ０．５　ＭｎＯ３　：Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｗｉｔｈ　Ｃｒ−ｄｏｐｅｄ　Ｎｄ０．５　Ｃａ０．５　ＭｎＯ３　”　Ｊ．Ｐｈｙｓ．　Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．Ｖｏｌ．７１，ｉｎ　ｐｒｅｓｓ．
【非特許文献２】
Ａ．Ｍａｃｈｉｄａ，Ｙ．Ｍｏｒｉｔｏｍｏ，Ｋ．Ｏｈｏｙａｍａ，Ｔ．Ｋａｔｓｕｆｕｊｉ　ａｎｄ　Ａ．Ｎａｋａｍｕｒａ　“Ｐｈａｓｅ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｂ−ｓｉｔｅ　ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄ　Ｎｄ０．５　Ｃａ０．５　ＭｎＯ３　”　Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ　Ｖｏｌ．６５，０６４４３５（２００２）（６　ｐａｇｅｓ）．
【非特許文献３】
Ｙ．Ｍｏｒｉｔｏｍｏ　ａｎｄ　Ａ．Ｍａｃｈｉｄａ，“Ｐｈａｓｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｉｎ　ｄｏｐｅｄ　ｍａｎｇａｎｉｔｅｓ（ｒｅｖｉｅｗ　ｐａｐｅｒ）”　Ｔｒａｎｓｗｏｒｌｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｎｅｔｗｏｒｋ，Ｖｏｌ．４７／６６１，３６１−３４４（２００２）．
【非特許文献４】
Ａ．Ｍａｃｈｉｄａ，Ｙ．Ｍｏｒｉｔｏｍｏ，Ｋ．Ｏｈｏｙａｍａ　ａｎｄ　Ａ．Ｎａｋａｍｕｒａ，“Ｎｅｕｔｒｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｔｂ１−ｘ　Ｃａｘ　ＭｎＯ３　（ｘ＞０．５）”　Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．，Ｖｏｌ．７０，３７３９−３７４６（２００１）．
【非特許文献５】
Ａ．Ｍａｃｈｉｄａ，Ｙ．Ｍｏｒｉｔｏｍｏ，Ｅ．Ｎｉｓｈｉｂｏｒｉ，Ｍ．Ｔａｋａｔａ　ａｎｄ　Ｍ．Ｓａｋａｔａ，Ｋ．Ｏｈｏｙａｍａ，Ｓ．Ｍｏｒｉ，Ｎ．Ｙａｍａｍｏｔｏ　ａｎｄ　Ａ．Ｎａｋａｍｕｒａ　“Ｐｈａｓｅ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−ｍｅｔａｌ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ｄｏｐｅｄ　ｍａｎｇａｎｉｔｅｓ”　Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ　Ｖｏｌ．６２，３８８２−３８８７（２０００）．
【非特許文献６】
Ａ．Ｍａｃｈｉｄａ，Ｙ．Ｍｏｒｉｔｏｍｏ，Ｅ．Ｎｉｓｈｉｂｏｒｉ，Ｍ．Ｔａｋａｔａ　ａｎｄ　Ｍ．Ｓａｋａｔａ，Ｋ．Ｏｈｏｙａｍａ，Ｓ．Ｍｏｒｉ，Ｎ．Ｙａｍａｍｏｔｏ　ａｎｄ　Ａ．Ｎａｋａｍｕｒａ　“Ｍｉｃｒｏｄｏｍａｉｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　Ｃｒ−ｄｏｐｅｄ　ｍａｎｇａｎｉｔｅｓ：　Ｎｄ０．５　Ｃａ０．５　（Ｍｎ，Ｃｒ）Ｏ３　”　Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．，Ｖｏｌ．６９，３５３６−３５３９（２０００）．
【非特許文献７】
Ｙ．Ｍｏｒｉｔｏｍｏ，Ａ．Ｍａｃｈｉｄａ，Ｓ．Ｍｏｒｉ，Ｎ．Ｙａｍａｍｏｔｏ　ａｎｄ　Ａ．Ｎａｋａｍｕｒａ，“Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｐｈａｓｅ　ｄｉａｇｒａｍ　ａｎｄ　ｐｈａｓｅ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｉｎＣｒ−ｄｏｐｅｄ　ｍａｎｇａｎｉｔｅｓ．”Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ　Ｖｏｌ．６０，９２２０−９２２３（１９９９）．
【非特許文献８】
守友　浩．“粉末構造解析による遷移金属酸化物の研究”固体物理、Ｖｏｌ．３７，６４３−６５２（２００２）．
【非特許文献９】
守友　浩．“マンガン酸化物の相分離現象”　日本物理学会誌、Ｖｏｌ．５７，８４−８９（２００２）．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ２．ｉｐｄｌ．ｊｐｏ．ｇｏ．ｊｐ／ＢＥ０／　で検索．
【非特許文献１０】
Ｙ．Ｏｋｉｍｏｔｏ　ｅｔ　ａｌ．，　“Ｄｉｒｅｃｔ　Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｈｏｔｏｉｎｄｕｃｅｄ　ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎｉｎ　ａ　ｒｅｌａｘｏｒ　ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔ”　Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８０（２００２）１０３１．
【０００６】
上記課題に鑑み、本発明は物質相を金属相から絶縁相に、または、絶縁相から金属相に、または強磁性相から非強磁性相に、または非強磁性相から強磁性相に変化させる方法を提供するとともに、この方法を用いた、低コストかつ歩留まりの高い、トンネル障壁型磁気抵抗素子の製造方法、及び金属配線方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の光照射により物質相を変化させる方法は、化学組成によって金属相から絶縁相へと移り変わる物質に、金属相のみを励起する波長の光を照射することにより金属相を絶縁相へ、または、絶縁相のみを励起する波長の光を照射することにより絶縁相を金相属相へ変化させることを特徴とする。
この方法によれば、金属相の化学組成を有する物質に、金属相のみを励起する波長の光を照射することにより金属相が励起状態となり、励起状態の金属相から絶縁相が形成される。照射する光の位置及び光量を制御すれば、金属相物質の表面の所望の位置に所望の深さで絶縁相を形成することができる。
また、絶縁相の化学組成を有する物質に、絶縁相のみを励起する波長の光を照射することにより絶縁相が励起状態となり、励起状態の絶縁相から金属相が形成される。照射する光の位置及び光量を制御すれば、絶縁相物質の表面の所望の位置に所望の深さで金属相を形成することができる。
【０００８】
また、本発明の光照射により物質相を変化させる方法は、化学組成によって強磁性相から非強磁性相へと移り変わる物質に、強磁性相のみを励起する波長の光を照射することにより強磁性相を非強磁性相へ、または、非強磁性相のみを励起する波長の光を照射することにより非強磁性相を強磁性相へ変化させることを特徴とする。
この方法によれば、強磁性相の化学組成を有する物質に、強磁性相のみを励起する波長の光を照射することにより強磁性相が励起状態となり、励起状態の強磁性相から非強磁性相が形成される。照射する光の位置及び光量を制御すれば、強磁性相物質の表面の所望の位置に所望の深さで非強磁性相を形成することができる。
また、非強磁性相の化学組成を有する物質に、非強磁性相のみを励起する波長の光を照射することにより非強磁性相が励起状態となり、励起状態の非強磁性相から強磁性相が形成される。照射する光の位置及び光量を制御すれば、非強磁性相物質の表面の所望の位置に所望の深さで強磁性相を形成することができる。
【０００９】
本発明の光照射により物質相を変化させる方法は、化学組成によって金属相から絶縁相へと移り変わる物質が絶縁相の化学組成を有する遷移金属酸化物であり、遷移金属酸化物膜に絶縁相のみを励起する波長の光を照射して、遷移金属酸化物膜に伝導性領域を書き込むことを特徴とする。
この方法によれば、絶縁相の化学組成を有する遷移金属酸化物膜に、絶縁相のみを励起する波長の光を照射することにより絶縁相が励起状態となり、励起状態の絶縁相から金属相が形成される。照射する光の位置及び光量を制御すれば、遷移金属酸化物膜表面の所望の位置に所望の深さで伝導性領域を書き込むことができる。
【００１０】
また本発明の光照射により物質相を変化させる方法は、化学組成によって金属相から絶縁相へと移り変わる物質が金属相の化学組成を有する遷移金属酸化物であり、遷移金属酸化物膜に金属相のみを励起する波長の光を照射して、遷移金属酸化物膜に絶縁性領域を書き込むことを特徴とする。
この方法によれば、金属相の化学組成を有する遷移金属酸化物膜に、金属相のみを励起する波長の光を照射することにより金属相が励起状態となり、励起状態の金属相から絶縁相が形成される。照射する光の位置及び光量を制御すれば、遷移金属酸化物膜表面の所望の位置に所望の深さで絶縁性領域を書き込むことができる。
【００１１】
また本発明の光照射により物質相を変化させる方法は、化学組成によって強磁性相から非強磁性相へと移り変わる物質が非強磁性相の化学組成を有する遷移金属酸化物であり、遷移金属酸化物膜に非強磁性相のみを励起する波長の光を照射して遷移金属酸化物膜に強磁性領域を書き込むことを特徴とする。
この方法によれば、非強磁性相の化学組成を有する遷移金属酸化物膜に、非強磁性相のみを励起する波長の光を照射することにより非強磁性相が励起状態となり、励起状態の非強磁性相から強磁性相が形成される。照射する光の位置及び光量を制御すれば、遷移金属酸化物膜表面の所望の位置に所望の深さで強磁性相を書き込むことができる。
【００１２】
また本発明の光照射により物質相を変化させる方法は、化学組成によって強磁性相から非強磁性相へと移り変わる物質が強磁性相の化学組成を有する遷移金属酸化物であり、遷移金属酸化物膜に強磁性相のみを励起する波長の光を照射して遷移金属酸化物膜に非強磁性領域を書き込むことを特徴とする。
この方法によれば、強磁性相の化学組成を有する遷移金属酸化物膜に、強磁性相のみを励起する波長の光を照射することにより強磁性相が励起状態となり、励起状態の強磁性相から非強磁性相が形成される。照射する光の位置及び光量を制御すれば、遷移金属酸化物膜表面の所望の位置に所望の深さで非強磁性相を書き込むことができる。
【００１３】
また本発明のトンネル障壁型磁気抵抗素子の製造方法は、化学組成によって強磁性かつ金属である相から非強磁性かつ絶縁物である相へと移り変わる物質の化学組成を強磁性かつ金属相の化学組成とした物質の膜を形成し、膜に物質の強磁性かつ金属相のみを励起する波長の光を照射して膜の表面から一定の深さまでを非強磁性かつ絶縁相に変化させ、変化させた非強磁性かつ絶縁相に物質の非強磁性かつ絶縁相のみを励起する波長の光を照射して、非強磁性かつ絶縁相から成る膜の表面から一定深さまでを強磁性かつ金属相に変化させることを特徴とする。この方法によれば、強磁性かつ金属相である膜の表面に、強磁性かつ金属相のみを励起する波長の光を光量を制御して照射することにより、強磁性かつ金属相の膜の表面から一定深さまで、非強磁性かつ絶縁相が形成される。形成された非強磁性かつ絶縁相の膜の表面に、非強磁性かつ絶縁相のみを励起する波長の光を光量を制御して照射することにより、非強磁性かつ絶縁相の膜の表面から一定深さまで、強磁性かつ金属相が形成される。すなわち、非強磁性かつ絶縁相からなる層の両側を強磁性かつ金属相からなる層で積層したトンネル障壁型磁気抵抗素子が形成される。
この方法によれば、単一の強磁性かつ金属相の膜から、波長と光量を制御した光の照射のみによってトンネル障壁型磁気抵抗素子が形成できるので、層毎に膜厚を制御して蒸着する従来の方法に比べて、低コストであり、かつ、歩留まりが高い。
【００１４】
また、本発明の他のトンネル障壁型磁気抵抗素子の製造方法は、化学組成によって強磁性かつ金属である相から非強磁性かつ絶縁相へと移り変わる物質の化学組成を強磁性かつ金属相の化学組成とした物質の膜を形成し、物質の強磁性かつ金属相のみを励起する波長の光を照射してこの膜を非強磁性かつ絶縁相に変化させることを特徴とする。
この方法によれば、膜に強磁性かつ金属相のみを励起する波長の光を照射することによって照射部分を非強磁性かつ絶縁相に変化させることにより、この非強磁性かつ絶縁相をトンネル障壁層とし、その両側の膜を２つの強磁性層としたトンネル障壁型磁気抵抗素子を形成できる。
この方法によれば、唯１回の光照射でトンネル障壁型磁気抵抗素子が形成できるので、極めて低コストで製造でき、かつ、歩留まりが高い。
【００１５】
本発明の金属配線方法は、化学組成によって金属である相から絶縁物である相へと移り変わる物質の化学組成を絶縁相の化学組成とした物質の膜を形成し、この膜に上記物質の絶縁相のみを励起する波長の光を照射して、この相を金属相に変化させることを特徴とする。
この方法によれば、絶縁相の膜の表面に、絶縁相のみを励起する波長の光を光量を制御して照射することにより、絶縁相の膜の表面から一定深さまで、強磁性かつ金属相が形成される。所望の配線経路に沿って光の照射を走査すれば、所望の金属配線が得られる。
【００１６】
また、本発明の金属配線方法は、化学組成によって金属である相から絶縁物である相へと移り変わる物質の化学組成を金属相の化学組成とした物質の膜を形成し、この膜に上記物質の金属相のみを励起する波長の光を照射して、この相を絶縁相に変化させることを特徴とする。
この方法によれば、金属相の膜の表面に、金属相のみを励起する波長の光を光量を制御して照射することにより、金属相の膜が絶縁相に変化する。所望の配線経路に対応して光の照射を走査すれば、所望の金属配線が得られる。
【００１７】
また上記の、物質相を変化させる方法、トンネル障壁型磁気抵抗素子の製造方法、または、金属配線方法のいずれかの方法において使用する光は、連続光であってもよく、パルス光であってもよく、または、これらの光の組み合わせであっても良い。
また、連続光はレーザー光であれば好ましく、また、指向性のある放射光であればさらに好ましく、または、これらの光の組み合わせであっても良い。
また、パルス光は、パルスレーザー光であれば好ましく、また、指向性のあるパルス放射光であればさらに好ましく、または、これらの光の組み合わせであっても良い。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
なお、実施の形態において、実質的に同一の部材又は部分には同一の符号を付して説明する。
図１は本発明の光照射により物質相を変化させる方法を示す模式図である。図において、１は、化学組成によって金属相から絶縁相へと移り変わる物質の化学組成を金属相の化学組成とした物質の膜を表し、２は、この物質の化学組成を絶縁相の化学組成とした物質の膜を表す。これらの物質は、例えば、Ｍｎ（マンガン）酸化物等の遷移金属酸化物である。
３は、膜１に照射する光線を表し、膜１に吸収され膜１を励起する波長を有しており、４は膜２に照射する光線を表し、膜２に吸収され膜２を励起する波長を有している。本方法を用いて物質相を素早く、あるいは物質相を厚く変化させるためには、光の輝度が高く、また指向性が高いことが望ましい。このような光はレーザー光、あるいはパルスレーザー光であれば良い。さらに、シンクロトロン放射光等の放射光は、輝度が高く、可視光からＸ線にわたって任意の波長が選択可能であり、かつ、指向性が高いのでもっとも好ましい。
【００１９】
図１（ａ）は絶縁相である膜１に所望の金属相を形成する場合を示している。光線３を所定の光量照射することによって、照射部分５を金属相に変える。所望のパターンに沿って光線３を走査することによって、絶縁相１中に所望の金属相パターン５を形成する。
図１（ｂ）は金属相である膜２に所望の絶縁相を形成する場合を示している。光線４を所定の光量照射することによって、照射部分６を絶縁相に変える。所望のパターンに沿って光線４を走査することによって、金属相中に所望の絶縁相パターン６を形成する。
【００２０】
上記説明は、化学組成によって金属相から絶縁相へと移り変わる物質を用いた場合を示しているが、化学組成によって強磁性相から非強磁性相に移り変わる物質の場合には、膜１が化学組成を強磁性相の化学組成とした物質の膜であり、膜２が化学組成を非強磁性相の化学組成とした物質の膜であり、また、光線３は、強磁性膜１に吸収され強磁性膜１を励起する波長を有した光線を表し、光線４は、非強磁性膜２に吸収され非強磁性膜２を励起する波長を有した光線を表している。また、化学組成によって強磁性かつ金属相から非強磁性かつ絶縁相に移り変わる物質の場合も、同様である。
【００２１】
次に、トンネル障壁型磁気抵抗素子の製造方法を説明する。
図２はトンネル障壁型磁気抵抗素子の製造方法を示す模式図である。（ａ）は強磁性かつ金属相の組成を有する物質の膜７を形成した状態の断面図を示している。図２（ｂ）は、膜７に強磁性かつ金属相を励起する波長の光３を照射し、膜７を表面から所定の深さｄ１まで、非強磁性かつ絶縁相８に変化させた状態を示し、図２（ｃ）は、非強磁性かつ絶縁相８に非強磁性かつ絶縁相を励起する波長の光４を照射し、非強磁性かつ絶縁相８を表面から所定の深さｄ２まで、強磁性かつ金属相７に変化させた状態を示す。
強磁性かつ金属相７を上部強磁性体層、非強磁性かつ絶縁相８をトンネル障壁層、強磁性かつ金属相の組成を有する物質の膜７を下部強磁性体層としたトンネル障壁型磁気抵抗素子を製造することができる。
【００２２】
この方法は、単一の強磁性かつ金属相の膜から波長と光量を制御した光の照射のみによってトンネル障壁型磁気抵抗素子が形成できるので、層毎に膜厚を制御して蒸着する従来の方法に比べて、低コストであり、かつ、歩留まりが高い。
【００２３】
次に、本発明の他のトンネル障壁型磁気抵抗素子の製造方法を説明する。
図３はトンネル障壁型磁気抵抗素子の他の製造方法を示す模式図である。図３（ａ）に示すように、基板１１上に強磁性かつ金属相の組成を有する物質の膜７を形成する。次に、図３（ｂ）に示すように、膜７の所定の位置、所定の幅に強磁性かつ金属相を励起する波長の光３を照射し、膜７の表面から基板１１に至る強磁性かつ金属相を、非強磁性かつ絶縁相８に変化させる。これによって、非強磁性かつ絶縁相８をトンネル障壁層、非強磁性かつ絶縁相８の両側の強磁性かつ金属相７ａ，７ｂを２つの強磁性層としたトンネル障壁型磁気抵抗素子を形成することができる。
この方法は、単一の強磁性かつ金属層に、唯１回の光照射を行うことによってトンネル障壁型磁気抵抗素子が形成できるので、極めてコストが低く、かつ、歩留まりが高い製造方法である。
【００２４】
次に、本発明の方法の作用を説明する。
図４は化学組成によって相が移り変わる物質の相図である。図において、Ａ相，Ｂ相は、例えばＡ相が金属層でありＢ相が絶縁相、あるいは、Ａ相が強磁性相でありＢ相は非強磁性相といった化学組成によって互いに移り変わる相を示し、縦軸は温度Ｔ、横軸はこの物質の化学組成Ｘを示す。曲線９はＡ相の固相と液相の境界を表し、曲線１０はＢ相の固相と液相の境界を表す。Ｘｅ　は、曲線９と曲線１０の交点組成を示す。
【００２５】
良く知られているように、曲線９と曲線１０の交点組成Ｘｅの近傍Ｘｅ±ΔＸにおいては、Ａ相もＢ相も安定なため両相が共存する。図４（ａ）は、照射する光の波長をＡ相の吸収帯に合わせた場合を示し、このようにするとＡ相だけが励起され、Ａ相の一部がＢ相になる。照射する光量を十分大きくすれば、Ａ相全てをＢ相に変えることができる。図４（ｂ）は、照射する光の波長をＢ相の吸収帯に合わせた場合を示し、このようにするとＢ相だけが励起され、Ｂ相の一部がＡ相になる。照射する光の光量を十分大きくすれば、Ｂ相全てをＡ相に変えることができる。
【００２６】
この方法が適用できる物質は遷移金属酸化物である。例えば、Ｒ１−ｘ　Ａｘ　（Ｍｎ１−ｙ　Ｍｙ　）Ｏ３　（ただし、ＲはＬａ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｓｍ等の希土類金属元素であり、ＡはＣａ，Ｓｒ，Ｂａ等のアルカリ土類金属元素であり、ＭはＣｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｒｕ，Ｍｏ等の遷移金属元素）があり、この物質のＡ相は強磁性かつ金属相であり、Ｂ相は非強磁性かつ絶縁相である。
また、他の遷移金属酸化物でも良い。例えば、ペロブスカイト型チタン酸化物でもよく、この物質のＡ相は金属相であり、Ｂ相は絶縁相である。また、ペロブスカイト型バナジウム酸化物でもよく、この物質のＡ相は金属相であり、Ｂ相は絶縁相である。また、ペロブスカイト型コバルト酸化物でもよく、この物質のＡ相は金属相であり、Ｂ相は絶縁相である。一方、二重ペロブスカイト型モリブデン酸化物でもよく、この物質のＡ相は強磁性かつ金属相であり、Ｂ相は非金属かつ絶縁相である。また、二重ペロブスカイト型レニウム酸化物でもよく、この物質のＡ相は強磁性かつ金属相であり、Ｂ相は非金属かつ絶縁相である。
【００２７】
上記方法及び物質を用いれば、下記（１）〜（６）が行なえる。
すなわち、（１）光を照射することにより、金属層を絶縁相へ、または、絶縁相を金属層へ変化させることができる。
（２）光を照射することにより、強磁性相を非強磁性相へ、または、非強磁性相を強磁性相へ変化させることができる。
（３）光を用いて、遷移金属酸化物膜に伝導性領域を書き込むことができる。
（４）光を用いて、遷移金属酸化物膜に絶縁領域を書き込むことができる。
（５）光を用いて、遷移金属酸化物膜に強磁性領域を書き込むことができる。また、（６）光を用いて、遷移金属酸化物膜に非強磁性領域を書き込むことができる。
【００２８】
次に、実施例を示す。
図５は、本発明の方法により絶縁相が金属相に変化した結果を示す図である。縦軸は試料の比抵抗を示し、横軸はレーザー光の照射時間を示す。レーザー光の波長は３８８０Å（３．２ｅＶ）であり、強度は６ｍＪ／ｃｍ２　・ｓｅｃ　である。下向き矢印はレーザー光の照射を開始した時刻を示し、上向き矢印はレーザー光の照射を停止した時刻を示す。レーザー光照射時の試料の温度は約１００Ｋである。
試料に用いた遷移金属酸化物は、Ｎｄ０．５　Ｃａ０．５　Ｍｎ０．９９Ｒｕ０．０１Ｏ３　である。この化学組成では、中性子回折実験により、強磁性金属相と非強磁性絶縁相が共存し、強磁性金属相の割合は約１０％程度であることがわかっている。図からわかるように、レーザー光の照射開始と共に比抵抗が減少し、約２４５０秒の照射で飽和する。これはレーザー光の照射で絶縁相が金属層に変化したためである。
【００２９】
【発明の効果】
上記説明から理解されるように、本発明によれば、光照射によって、物質相を金属相から絶縁相に、または、絶縁相から金属相に変化させることができる。また、強磁性相から非強磁性相に、または、非強磁性相から強磁性相に変化させることができる。また、強磁性かつ金属相を非強磁性かつ絶縁相に、または、非強磁性かつ絶縁相を強磁性かつ金属相に変化させることができる。
この方法を用いれば低コストでかつ歩留まりよく、例えば、トンネル障壁型磁気抵抗素子を製造することができ、また、金属配線ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光照射により物質相を変化させる方法を示す模式図である。
【図２】トンネル障壁型磁気抵抗素子の製造方法を示す模式図である。
【図３】トンネル障壁型磁気抵抗素子の他の製造方法を示す模式図である。
【図４】化学組成によって相が移り変わる物質の相図である。
【図５】本発明の方法により絶縁相が金属相に変化した結果を示す図である。
【符号の説明】
１　　金属相の化学組成とした物質
２　　絶縁相の化学組成とした物質
３　　金属相の化学組成とした物質膜を励起する波長の光
４　　絶縁相の化学組成とした物質膜を励起する波長の光
５　　絶縁相
６　　金属相
７　　強磁性・金属相の膜
８　　非強磁性・絶縁相の膜
９　　Ａ相の固相・液相境界曲線
１０　Ｂ相の固相・液相境界曲線
１１　基板
【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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