(57)【要約】【課題】  良好な結晶性を有し、優れた磁気特性を有する磁性層を備えた磁気抵抗効果素子、及びその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明のＴＭＲ素子３０は、基板１５上に順に積層された記録層３１と絶縁層３３と固定磁性層３２とを有する磁気抵抗効果素子であり、前記記録層３１が、所定の配向面を有する遷移金属酸化物層４２を介して前記基板１５上に形成された構造を備える。遷移金属酸化物層４２の下層側にバッファ層４０を設けることが好ましい。【選択図】        図２
2005203422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上に順に積層された下部磁性層と絶縁層と上部磁性層とを有する磁気抵抗効果素子であって、
前記下部磁性層が、所定の配向面を有する遷移金属酸化物層を介して前記基体上に形成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】
前記下部磁性層が、ペロブスカイト構造を有する磁性材料からなる層を含む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】
前記遷移金属酸化物層が、ペロブスカイト構造を有する遷移金属酸化物からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記遷移金属酸化物層が、（１００）配向のエピタキシャル膜であることを特徴とする請求項３に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記遷移金属酸化物層が、ＳｒＲｕＯ３、Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３、Ｌａ−ＳｒＴｉＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３のうちから選択された少なくとも一種からなることを特徴とする請求項３又は４に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記遷移金属酸化物層が、イオンビームアシスト法によって成膜されたものであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
前記遷移金属酸化物層が、イオンビームアシスト法によって成膜されたバッファ層を介して前記基体上に形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
前記バッファ層が、（１００）配向のエピタキシャル膜を含むことを特徴とする請求項７に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
前記バッファ層が、ＮａＣｌ構造、蛍石構造、又は層状ペロブスカイト構造を有する酸化物からなる層を含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１０】
前記絶縁層が、前記下部磁性層上に結晶成長したエピタキシャル膜であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１１】
前記絶縁層が、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物の絶縁材料からなることを特徴とする請求項１０に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１２】
前記上部磁性層が、前記絶縁層上に結晶成長したエピタキシャル膜を含むことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１３】
前記上部磁性層が、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物の磁性材料からなることを特徴とする請求項１２に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１４】
前記基体の少なくとも表面が、アモルファス構造を有する絶縁性の酸化物、又は有機絶縁材料からなることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１５】
基体上に順に積層された下部磁性層と絶縁層と上部磁性層とを備えた磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
基体上に、所定の配向面を有する遷移金属酸化物層をイオンビームアシスト法により形成する工程と、
前記遷移金属酸化物層上に下部磁性層をエピタキシャル成長させて形成する工程と
を含むことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１６】
基体上に順に積層された下部磁性層と絶縁層と上部磁性層とを備えた磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
基体上に、所定の配向面を有するバッファ層をイオンビームアシスト法により形成する工程と、
前記バッファ層上に遷移金属酸化物層をエピタキシャル成長させて形成する工程と、
前記遷移金属酸化物層に下部磁性層をエピタキシャル成長させて形成する工程と
を含むことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１７】
前記遷移金属酸化物層上に、ペロブスカイト構造を有する磁性材料からなる下部磁性層を形成することを特徴とする請求項１５又は１６に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１８】
ペロブスカイト構造を有する遷移金属酸化物を（１００）配向にエピタキシャル成長させることで前記遷移金属酸化物層を形成することを特徴とする請求項１５から１７のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１９】
前記バッファ層をイオンビームアシスト法により形成する工程が、
前記基体上にイオンビームアシスト法を用いて第１バッファ層を形成する工程と、
前記第１バッファ層上に第２バッファ層をエピタキシャル成長させて形成する工程と
を含む工程であることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２０】
前記第２バッファ層上にペロブスカイト構造の金属酸化物からなる第３バッファ層をエピタキシャル成長させて形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２１】
基体上に配列された複数のメモリセルを備えた磁気メモリ装置であって、
前記各メモリセルが、請求項１から１４のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子を備えたことを特徴とする磁気メモリ装置。
【請求項２２】
前記メモリセルに接続された配線が前記基体上に形成されてなり、
前記磁気抵抗効果素子の遷移金属酸化物層又はバッファ層が、前記配線とメモリセルとの導電接続部の少なくとも一部を成していることを特徴とする請求項２１に記載の磁気メモリ装置。
【請求項２３】
磁気抵抗効果素子が、バッファ層を介して前記基体上に形成されるとともに、前記複数のメモリセルが、前記バッファ層を共有していることを特徴とする請求項２１又は２２に記載の磁気メモリ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子及びその製造方法、並びに磁気メモリ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）やＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）に代わるメモリ装置として、磁気抵抗効果を利用した磁気メモリ装置（ＭＲＡＭ：Magnetic Random Access Memory）が注目されている。ＭＲＡＭは、不揮発であること、及び高速動作、高記録密度化が可能であるという利点を有しており、携帯用電子機器の情報記憶メモリやシステムメモリとして有望視されている（例えば非特許文献１参照）。
ＭＲＡＭは、強磁性層／絶縁層／強磁性層の強磁性トンネル接合構造を有するトンネル型磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）をメモリセルとして備え、ＴＭＲ素子における絶縁層を挟んだ強磁性層のスピンの向き（平行／反平行）による絶縁層でのトンネル抵抗の違いを、”１”、”０”の情報と対応させて記憶を行うようになっている。
【非特許文献１】Wang et al., IEEE Trans Magn. 33 (1997), 4498
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ＭＲＡＭを安定に動作させるためには、各ＴＭＲ素子にて安定なトンネル効果が得られることが重要であり、素子を構成する強磁性層の磁気特性、及び絶縁層の均一性はトンネル効果に与える影響が大きい。例えば、絶縁層においては１ｎｍ程度に薄く形成する必要があり、かつその膜厚のばらつきを１０％以下に抑えることが要求される。また、強磁性層においても良好な磁気特性を得るためには均一な膜質に形成することが重要であり、特に結晶性の磁性薄膜からなるものである場合にはその磁気特性が結晶性に大きく影響を受ける。
しかしながら、上記強磁性層は酸化シリコン等のアモルファス構造の酸化物からなる絶縁膜上に形成されるのが一般的であり、係る絶縁膜上にはエピタキシャル膜を形成するのが困難であるため、良好な結晶性を有する強磁性層が得られ難いという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、良好な結晶性を有し、優れた磁気特性を有する磁性層を備えた磁気抵抗効果素子、及びその製造方法を提供することを目的としている。また本発明は、動作安定性に優れた磁気メモリ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するために、基体上に順に積層された下部磁性層と絶縁層と上部磁性層とを有する磁気抵抗効果素子であって、前記下部磁性層が、所定の配向面を有する遷移金属酸化物層を介して前記基体上に形成されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子を提供する。
この構成によれば、所定の配向面を有して形成された遷移金属酸化物層上に下部磁性層を形成しているので、下部磁性層を遷移金属酸化物層上に良好に結晶成長させることができ、もって良好な磁気特性を有する磁気抵抗効果素子とすることができる。これにより素子のＭＲ比を高めることができるとともに、ノイズ特性にも優れ、動作安定性に優れた磁気抵抗効果素子を提供することができる。
【０００６】
本発明の磁気抵抗効果素子では、前記下部磁性層が、ペロブスカイト構造を有する磁性材料からなる層を含むことが好ましい。この構成によれば、前記遷移金属酸化物層上で良好に結晶成長し、磁気特性に優れたエピタキシャル膜の下部磁性層を得ることができる。
【０００７】
本発明の磁気抵抗効果素子では、前記遷移金属酸化物層が、ペロブスカイト構造を有する遷移金属酸化物からなることが好ましい。この構成によれば、前記下部磁性層の結晶性をさらに高め、もって素子のＭＲ比を高めることができる。
【０００８】
本発明の磁気抵抗効果素子では、前記遷移金属酸化物層が、（１００）配向のエピタキシャル膜であることが好ましい。このような構成とすることで、ペロブスカイト構造を有する磁性材料の層を良好にエピタキシャル成長させることができ、より良好な結晶性を有する下部磁性層を得ることができる。
【０００９】
本発明の磁気抵抗効果素子では、前記遷移金属酸化物層が、ＳｒＲｕＯ３、Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３、Ｌａ−ＳｒＴｉＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３のうちから選択された少なくとも一種からなることが好ましい。これらから選択される遷移金属酸化物を用いることで、ペロブスカイト構造の磁性材料を良好にエピタキシャル成長させることができるとともに、遷移金属酸化物層自身も良好な導電性を備えたものとなり、遷移金属酸化物層を素子の電極として良好に用いることができる。
【００１０】
前記遷移金属酸化物層が、イオンビームアシスト法によって成膜されたものであることが好ましい。この構成によれば、基体上の表面状態に依らずエピタキシャル成長した遷移金属酸化物層を得ることができ、その上に形成される下部磁性層を良好にエピタキシャル成長させることができるので、例えば自然酸化膜が形成されたシリコン基板表面や、トランジスタ等の半導体素子が形成され、層間絶縁膜が形成された基板表面においても、良好な特性を有する磁気抵抗効果素子が得られる。
【００１１】
本発明の磁気抵抗効果素子では、前記遷移金属酸化物層が、イオンビームアシスト法によって成膜されたバッファ層を介して前記基体上に形成されていることが好ましい。この構成によれば、より良好に遷移金属酸化物層をエピタキシャル成長させることができる。
【００１２】
本発明の磁気抵抗効果素子では、前記バッファ層が、（１００）配向のエピタキシャル膜を含むことが好ましい。この構成によれば、（１００）配向を有する遷移金属酸化物層をバッファ層上に容易に結晶成長させることができ、下部磁性層を所定方向に配向制御し得る遷移金属酸化物層を得ることができる。従って遷移金属酸化物層上に形成される下部磁性層も所定の配向面を有して成長し、良好な磁気特性を備えたものとなる。
【００１３】
本発明の磁気抵抗効果素子では、前記バッファ層が、ＮａＣｌ構造、蛍石構造、又は層状ペロブスカイト構造を有する酸化物からなる層を含むことが好ましい。この構成によれば、当該バッファ層上に形成される遷移金属酸化物層を良好に結晶成長させ得るバッファ層を容易に得ることができる。
【００１４】
本発明の磁気抵抗効果素子では、前記絶縁層が、前記下部磁性層上に結晶成長したエピタキシャル膜であることが好ましい。この構成によれば、前記絶縁層がエピタキシャル膜となるので、より良好な絶縁性を有したものとなり、上部磁性層と下部磁性層とをより良好に絶縁することが可能になるとともに、その形成領域内で均一な絶縁性を有した絶縁膜となり、均一な特性を備えた磁気抵抗効果素子を容易に形成し得る構成となる。
【００１５】
本発明の磁気抵抗効果素子では、前記絶縁層が、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物の絶縁材料からなることが好ましい。絶縁層がペロブスカイト構造で有れば、先の下部磁性層がペロブスカイト構造の磁性材料からなるものである場合により良好に下部磁性層上でエピタキシャル成長するので、特に優れた絶縁性を有する絶縁層が得られる。
【００１６】
本発明の磁気抵抗効果素子では、前記上部磁性層が、前記絶縁層上に結晶成長したエピタキシャル膜を含むことが好ましい。この構成によれば、前記上部磁性層についても良好な磁気特性を有するものとすることができ、素子のＭＲ比向上に寄与し得る構成となる。
【００１７】
本発明の磁気抵抗効果素子では、前記上部磁性層が、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物の磁性材料からなることが好ましい。上部磁性層についてもペロブスカイト構造を有するものとすることで、上記ペロブスカイト構造の絶縁層上に容易かつ良好にエピタキシャル成長するものとなる。従って下部磁性層、絶縁層、上部磁性層がいずれも良好にエピタキシャル膜であって良好な磁気特性と絶縁特性とを備えた磁気抵抗効果素子を提供することが可能になる。
【００１８】
本発明の磁気抵抗効果素子では、前記基体の少なくとも表面が、アモルファス構造を有する絶縁性の酸化物、又は有機絶縁材料からなるものであってもよい。すなわち本発明によれば、基体の表面状態によらず良好な結晶性を有する下部磁性層を備えた磁気抵抗効果素子が得られる。
【００１９】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、基体上に順に積層された下部磁性層と絶縁層と上部磁性層とを備えた磁気抵抗効果素子の製造方法であって、基体上に、所定の配向面を有する遷移金属酸化物層をイオンビームアシスト法により形成する工程と、前記遷移金属酸化物層上に下部磁性層をエピタキシャル成長させて形成する工程とを含むことを特徴としている。
この製造方法によれば、イオンビームアシスト法を用いて所定方向に配向制御されて形成された遷移金属酸化物層により、高度に配向制御され、しかも良好な結晶性を有してエピタキシャル成長された株磁性層を得ることができるので、磁気特性に優れた下部磁性層を得ることが可能である。従って本製造方法によれば、高ＭＲ比の磁気抵抗効果素子を製造することができる。
【００２０】
また本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、基体上に順に積層された下部磁性層と絶縁層と上部磁性層とを備えた磁気抵抗効果素子の製造方法であって、基体上に、所定の配向面を有するバッファ層をイオンビームアシスト法により形成する工程と、前記バッファ層上に遷移金属酸化物層をエピタキシャル成長させて形成する工程と、前記遷移金属酸化物層に下部磁性層をエピタキシャル成長させて形成する工程とを含むことを特徴としている。
この製造方法によれば、基体上に所定方向に配向制御されたバッファ層を形成し、係るバッファ層上に順次遷移金属酸化物層、下部磁性層を形成するので、良好な結晶性のエピタキシャル膜からなる下部磁性層とともに良好な結晶性の遷移金属酸化物層を得られ、高性能の電極としても利用可能な遷移金属酸化物層を備えた磁気抵抗効果素子を製造することができる。
【００２１】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法では、前記遷移金属酸化物層上に、ペロブスカイト構造を有する磁性材料からなる下部磁性層を形成することが好ましい。この製造方法によれば、遷移金属酸化物からなる層の上に容易にエピタキシャル成長し、かつ高ＭＲ比が得られる磁性層を形成できる。
【００２２】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法では、ペロブスカイト構造を有する遷移金属酸化物を（１００）配向にエピタキシャル成長させることで前記遷移金属酸化物層を形成することが好ましい。この製造方法によれば、特にペロブスカイト構造を有する金属酸化物からなる蕪磁性層をエピタキシャル成長させるのに都合がよい。
【００２３】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法では、前記バッファ層をイオンビームアシスト法により形成する工程が、前記基体上にイオンビームアシスト法を用いて第１バッファ層を形成する工程と、前記第１バッファ層上に第２バッファ層をエピタキシャル成長させて形成する工程とを含む工程であることが好ましい。この製造方法によれば、極めて良好に遷移金属酸化物層をエピタキシャル成長させ得るバッファ層を得ることができる。
【００２４】
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法では、前記第２バッファ層上にペロブスカイト構造の金属酸化物からなる第３バッファ層をエピタキシャル成長させて形成する工程をさらに含むことが好ましい。この製造方法によれば、さらに良好に遷移金属酸化物層をエピタキシャル成長させ得るバッファ層が得られる。
【００２５】
次に、本発明の磁気メモリ装置は、基体上に配列された複数のメモリセルを備えた磁気メモリ装置であって、前記各メモリセルが、先に記載の本発明の磁気抵抗効果素子を備えたことを特徴とする。この構成によれば、良好な結晶性を有して形成された下部磁性層、絶縁層、上部磁性層を有し、高ＭＲ比で動作マージンの大きい、高性能な磁気抵抗効果素子をメモリセルに備えた磁気メモリ装置が提供される。
【００２６】
本発明の磁気メモリ装置では、前記メモリセルに接続された配線が前記基体上に形成されてなり、前記磁気抵抗効果素子の遷移金属酸化物層又はバッファ層が、前記配線とメモリセルとの導電接続部の少なくとも一部を成していることが好ましい。この構成によれば、各メモリセルへの導電接続部を磁気抵抗効果素子の形成工程にて同時に作り込むことが可能な構成とすることが可能になる。
【００２７】
本発明の磁気メモリ装置では、磁気抵抗効果素子が、バッファ層を介して前記基体上に形成されるとともに、前記複数のメモリセルが、前記バッファ層を共有していることが好ましい。この構成によれば、各メモリセルがバッファ層を共有しているため、各メモリセルの磁気抵抗効果素子の特性についてばらつきが少なく、動作マージンが大きくなる。これにより、安定に動作可能な磁気メモリ装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
（磁気抵抗効果素子）
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施の形態であるトンネル型磁気抵抗効果素子（以下、ＴＭＲ素子と略記する。）の斜視構成図であり、図２は、図１に示すＴＭＲ素子３０の断面構成図である。
図１に示すように、ＴＭＲ素子３０は、基板（基体）１５上に互いに交差して配置された記録層（下部磁性層）３１と固定磁性層（上部磁性層）３２との間に絶縁層３３を挟んだ構造であって、前記記録層と固定磁性層との交点部に対応する位置に形成されている。断面構造を見ると、ＴＭＲ素子３０は、図２に示す如く基板１５上に形成された絶縁膜３５上に、バッファ層４０と、遷移金属酸化物層４２と、記録層３１と、絶縁層３３と、固定磁性層３２とを順次積層した構成を備えている。また固定磁性層３２は、絶縁層３３側から磁化固定層４５と反強磁性層４６とを積層した構成を備えている。
【００２９】
尚、この構成では、下部磁性層が記録層（フリー層）を成し、上部磁性層が固定磁性層（ピン層）を成しているが、下部磁性層がピン層であり、上部磁性層がフリー層である構成であっても構わない。また、本実施形態では、ＴＭＲ素子３０に１層の絶縁層３３が設けられている構成としたが、記録層３１と固定磁性層３２との間に、２層の絶縁層と、それらの間に挟まれる強磁性層とを備えた構成とすることもできる。この構成では複数の絶縁層に挟まれた強磁性層が記録層となる。
【００３０】
遷移金属酸化物層４２は、詳細は後述するが、導電性又は絶縁性の遷移金属酸化物からなる層であり、特にペロブスカイト構造を有する金属酸化物からなるものであることが好ましく、擬立方晶で（１００）配向していることが望ましい。またこのような配向状態を達成するためにバッファ層４０を設けることができる。
記録層３１は、磁気メモリ装置に用いた際の書き込み電流の磁界によって磁化方向を反転される層であり、その磁化方向を固定磁性層３２の磁化方向に対して平行／反平行に変化させることができるようになっている。この記録層を構成する材料としては、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏから選ばれる２種以上からなる合金や、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物の磁性材料、マグネタイト、ＣｒＯ２、及びＮｉＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｂ等のホイスラー合金等を用いることができる。記録層３１を構成する材料には、強磁性を失わない範囲でＡｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｓｉ，Ｂｉ，Ｔａ，Ｂ，Ｃ，Ｏ，Ｎ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｚｒ，Ｉｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂ等の元素が含まれていても構わない。
本実施形態の場合、上記遷移金属酸化物層４２を設けているので、特にペロブスカイト構造を有する金属酸化物の磁性材料、例えばＬａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３が好適である。係る金属酸化物は遷移金属酸化物層４２上にて良好にエピタキシャル成長し、良好なＭＲ比を得ることができるからである。尚、遷移金属酸化物層４２上にエピタキシャル成長し得るものであれば、ペロブスカイト型の金属酸化物以外の磁性材料であっても構わない。
【００３１】
絶縁層３３は、記録層３１と、後述の磁化固定層４５とを磁気的に分離するとともに、トンネル電流を流すための機能を有する。典型的には、厚さが０．５ｎｍ〜５ｎｍの酸化アルミニウムが使われるが、本実施形態の場合、下層を成す記録層３１上に良好にエピタキシャル成長し、良好な絶縁性を得られるペロブスカイト構造を有する金属酸化物からなるものとすることが好ましい。このようなペロブスカイト構造を有する絶縁性の金属酸化物としては、例えばＳｒＴｉＯ３や、ＢａＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３等を挙げることができる。またこのように記録層３１上にエピタキシャル成長した絶縁層３３を設けるならば、係る絶縁層３３上に形成する磁化固定層４５の結晶性を向上させるという効果を得られる点で好ましい。
尚、絶縁層３３には、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化マグネシウム、窒化シリコン、酸化窒化アルミニウム、酸化窒化マグネシウムもしくは酸化窒化シリコン、酸化タンタル、酸化ニオブ等を用いることも可能である。特に酸化アルミニウムは高い絶縁性が得られるために、メモリ素子として良好なＭＲ比を発現することができる。
【００３２】
固定磁性層３２は、絶縁層３３側から磁化固定層（ピニング層）４５と、反強磁性層（ピンド層）４６とを積層した構成を備えている。磁化固定層４５は、反強磁性層４６と反強磁性的に結合することで磁化の向きを固定された層であり、磁気メモリ装置に用いた際に書き込み電流の磁界によっても磁化が反転せず、一定の磁化方向を維持する。この磁化固定層４５には、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏから選ばれる２種以上からなる合金や、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物の磁性材料を用いることができる。特にペロブスカイト構造を有する金属酸化物の絶縁材料（Ｌａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３等）を用いるならば、絶縁層３３上に良好にエピタキシャル成長させることができ、磁気特性の向上に有効である。
反強磁性層４６は、磁化固定層４５の磁化の向きを固定するための層であり、この反強磁性層４６を構成する材料としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ等を含むＭｎ合金、Ｃｏ酸化物、Ｎｉ酸化物等を使用することができる。また、反強磁性層４６の外側（図示上面側）に、さらにカバー層としてＦｅＮｉ等の磁性材料からなる層を設けることもできる。
【００３３】
以下、本実施形態に係るＴＭＲ素子３０の特徴とするところであるバッファ層４０及び遷移金属酸化物層４２について詳細に説明する。
バッファ層４０としては、単一配向している（厚さ方向にのみ配向方位が揃っている）ものであればよいが、さらに面内配向している（三次元方向の全てに配向方位が揃っている）ものであるのが好ましい。このようなバッファ層４０を設けることにより、酸化シリコン等の絶縁膜３５が形成された基板１５と後述する遷移金属酸化物層４２との間で優れた接合性（密着性）を得ることもできるからである。
【００３４】
このバッファ層４０は、ＮａＣｌ構造の金属酸化物、蛍石型構造の金属酸化物、ペロブスカイト構造の金属酸化物等のうちの少なくとも１種を含むものが好ましく、特に、ＮａＣｌ構造の金属酸化物又は蛍石型構造の金属酸化物と、ペロブスカイト構造の金属酸化物とが積層された構造となっているの好ましい。ＮａＣｌ構造の金属酸化物や蛍石型構造の金属酸化物は、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物との格子不整合が小さいので、後述するように遷移金属酸化物層４２として特にペロブスカイト構造の遷移金属酸化物を成膜する場合に、その下地となるペロブスカイト構造の層を形成するうえで有利となるからである。
【００３５】
以上の理由により、本実施形態におけるバッファ層４０は、ＮａＣｌ構造の金属酸化物又は蛍石型構造の金属酸化物からなる第１バッファ層５１及び第２バッファ層５２と、この第２バッファ層５２の上に形成されたペロブスカイト構造を有する金属酸化物からなる第３バッファ層５３とによって構成されている。
第１バッファ層５１は、特に本発明においてイオンビームアシスト法で形成されたバッファ層となるものであって、本実施形態では立方晶（１００）配向のイットリア安定化ジルコニア（以下、ＹＳＺ）からなり、厚さが例えば１μｍ程度に厚く形成されたものである。ただし、安定化ジルコニアとしては、以下の式で表されるものを任意に用いることができる。
Ｚｒ１−ｘＬｎｘＯｙ（但し、０≦ｘ≦１．０、ＬｎはＹ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕから選ばれる１種の金属元素。）
【００３６】
ここで、この第１バッファ層５１を厚く形成しておけば、磁気メモリ装置のメモリセルにＴＭＲ素子３０を適用する場合に都合がよい。すなわち、にエッチングによって積層膜をパターニングする際に、この第１バッファ層５１をエッチングストッパ層として機能させることができる。
【００３７】
第１バッファ層５１は、前記基板１５上に直接形成されるものであるが、基体１５表面にはシリコン酸化膜や、層間絶縁膜を成すポリイミド等の有機絶縁膜が形成されていることが多く、シリコン基板等ではその表面に自然酸化膜が形成されている場合もある。このような絶縁膜３５上にＹＳＺをエピタキシャル成長させるのは一般的な成膜法では難しいことから、本実施形態では、後述するように特にイオンビームアシスト法を用いてエピタキシャル成長させることにより、この第１バッファ層５１を形成するものとしている。尚、基板１５表面に形成されている絶縁膜１５は、アモルファス膜であってもよい。
第２バッファ層５２は、立方晶（１００）配向のＣｅＯ２からなるもので、第１バッファ層５１上にエピタキシャル成長したものである。その厚さは例えば１００ｎｍ程度である。
【００３８】
尚、これら第１バッファ層５１及び第２バッファ層５２としては、ＹＳＺやＣｅＯ２に限定されることなく、任意のＮａＣｌ構造の金属酸化物や蛍石型構造の金属酸化物を用いることができる。ＮａＣｌ構造の金属酸化物としては、例えばＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＭｎＯ、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、またはこれらを含む固溶体等が挙げられるが、これらの中でも、特に、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、または、これらを含む固溶体のうちの少なくとも１種を用いるのが好ましい。このようなＮａＣｌ構造の金属酸化物は、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物との格子不整合が特に小さくなる。
【００３９】
一方、蛍石型構造の金属酸化物としては、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、ＴｈＯ２、ＵＯ２、またはこれらを含む固溶体等が挙げられるが、これらの中でも、ＹＳＺ、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、またはこれらを含む固溶体のうちの少なくとも１種を用いるのが好ましい。このような蛍石型構造の金属酸化物も、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物との格子不整合が特に小さいものとなる。
【００４０】
次に、第３バッファ層５３は、層状ペロブスカイト型酸化物であるＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ（ｘは例えば７）からなるもので、第２バッファ層５２上に斜方晶（００１）配向でエピタキシャル成長させられて、厚さが例えば３０ｎｍ程度に形成されたものである。このようにペロブスカイト構造を有する金属酸化物からなるものとされたことで、この第３バッファ層５３は、前述したように第２バッファ層５２との間で格子不整合が特に小さいものとなっている。従って、欠陥等がない良好な結晶構造を有するものとなるとともに、この第３バッファ層５３上に、ペロブスカイト型の遷移金属酸化物層４２を良好にエピタキシャル成長させることができるものとなっている。
【００４１】
尚、第３バッファ層５３としては、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘに限定されることなく、他のペロブスカイト型金属酸化物を用いることもできる。例えば、ＣａＲｕＯ３、ＳｒＲｕＯ３、ＢａＲｕＯ３、ＳｒＶＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｒＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３、または、これらを含む固溶体等を用いることもできる。
【００４２】
次に、遷移金属酸化物層４２は、第３バッファ層５３と同様にペロブスカイト型の金属酸化物からなるものとすることが好ましく、擬立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長され、厚さが例えば５０ｎｍ程度に形成されたものとするのがよい。この遷移金属酸化物層４２を形成するペロブスカイト型の金属酸化物としては、前記第３バッファ層５３として使用可能なものがそのまま使用可能であるが、特にＳｒＲｕＯ３、Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３、Ｌａ−ＳｒＴｉＯ３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３のうちから選択された少なくとも一種が好適に用いられる。ここで、Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３はＳｒＴｉＯ３にＮｂをドープしたものであり、Ｌａ−ＳｒＴｉＯ３はＳｒＴｉＯ３にＬａをドープしたものである。これらの金属酸化物は、導電性や化学的安定性に優れているため、これらから形成される遷移金属酸化物層４２も導電性や化学的安定性に優れたものとなる。また、その上にペロブスカイト型の磁性金属酸化物である例えばＬａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３をより良好に形成することができ、エピタキシャル膜の記録層３１を形成することができる。
【００４３】
そして、本実施形態では、遷移金属酸化物層４２上にエピタキシャル成長したペロブスカイト構造を有する記録層３１上に、絶縁層３３が形成されるので、絶縁層３３はペロブスカイト型の結晶構造を有する例えばＳｒＴｉＯ３からなるものとされ、もって記録層３１上でエピタキシャル成長可能とされることが好ましい。またさらに、この絶縁層３３がエピタキシャル膜となっていれば、その上に形成される磁化固定層４５に、ペロブスカイト型の磁性金属酸化物、例えばＬａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３を用いることで、エピタキシャル膜の磁化固定層４５を得られ、その磁気特性をより良好なものとすることができる。記録層３１、磁化固定層４５がともにエピタキシャル膜となっていれば、それらの層で層厚方向に磁化が発現してノイズが増大するのを防止することができ、良好なＭＲ特性を得られるようになる。
【００４４】
このように、本実施形態に係るＴＭＲ素子３０によれば、バッファ層４０を介して基板１５上に形成された遷移金属酸化物層４２上に、順次記録層３１、絶縁層３３、磁化固定層４５が積層されるので、絶縁膜３５上に直接記録層３１を形成する場合に比して良好な結晶性を有する記録層３１を得られ、もって良好なＭＲ特性を得ることができるようになっている。特にこれらの層についてペロブスカイト構造を有する金属酸化物を形成材料とするならば、遷移金属酸化物層４２上に順次記録層３１、絶縁層３３、磁化固定層４５をエピタキシャル成長させることができ、さらに高いＭＲ比を有するＴＭＲ素子とすることができる。
【００４５】
（磁気抵抗効果素子の製造方法）
次に、本発明に係る磁気抵抗効果素子の製造方法について、図２を参照しつつ説明する。
上述した構成のＴＭＲ素子３０を作製するには、まず、基板１５を用意する。基板の構成材料に限定はないが、典型的には表面が（１１０）面のＳｉ基板が用いられる。Ｓｉ基板の場合、表面に自然酸化膜が形成されているのが通常であり、先の実施形態の如く絶縁膜３５上に形成されたＴＭＲ素子３０とする場合と同様の基板表面状態となる。また、係る基板を用いて磁気メモリ装置を作製する場合には、Ｓｉ基板上にトランジスタが形成され、トランジスタを覆う層間絶縁膜として酸化シリコン膜やポリイミド膜が設けられるので、係る用途においても絶縁膜３５が形成された上にＴＭＲ素子３０を形成する場合と同様の状況である。
【００４６】
基板１５を用意したならば、基板１５を基板ホルダーに装填し、真空装置（図示せず）内に設置する。この真空装置内には、基板１５に対向して、前記バッファ層５１、５２、５３の構成元素を含む各ターゲット（バッファ層用ターゲット）、遷移金属酸化物層４２、記録層３１、絶縁層３３、固定磁性層３２の構成元素を含む各ターゲットを所定距離、離間して配置しておく。ここで、各ターゲットとしては、目的とする第１バッファ層５１、第２バッファ層５２、第３バッファ層５３、遷移金属酸化物層４２、記録層３１、絶縁層３３、固定磁性層３２の各組成と同一または近似した組成のものがそれぞれ好適に用いられる。
【００４７】
すなわち、第１バッファ層５１用のターゲットとしては、所望のＹＳＺ組成またはこれに近似の組成のものを用い、第２バッファ層５２用のターゲットとしては、所望のＣｅＯ２組成またはこれに近似の組成のものを用い、第３バッファ層５３用のターゲットとしては、所望のＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ組成またはこれに近似の組成のものを用いる。
また、遷移金属酸化物層４２のターゲットとしては、例えばＳｒＲｕＯ３組成またはこれに近似の組成のものを用いる。記録層３１及び磁化固定層４５用のターゲットとしては、例えばＬａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３組成またはこれに近似の組成のものを用い、絶縁層３３用のターゲットとしては、例えばＳｒＴｉＯ３組成またはこれに近似の組成のものを用いる。さらに反強磁性層４６用のターゲットとしては、例えばＦｅＭｎ組成またはこれに近似の組成のものを用いる。
【００４８】
次いで、前述したようにイオンビームアシスト法を用いて、基板１５の絶縁膜３５上に第１バッファ層５１を直接形成する。すなわち、レーザー光を第１バッファ層５１用のターゲットに照射し、このターゲットから酸素原子および金属原子を含む原子を叩き出すレーザーアブレーション法により、プルームを発生させる。すると、このプルームは基板１５上に向けて出射し、基板１５と接触するようになる。
また、これとほぼ同時に、基板１５の表面に対して、イオンビームを後述する所定角度で照射（入射）し、イオンビームアシストを行う。すると、基板１５表面に絶縁膜３５が形成されているにもかかわらず、この基板１５上に、立方晶（１００）配向のＹＳＺがエピタキシャル成長し、第１バッファ層５１が形成される。
【００４９】
尚、前記ＹＳＺの構成原子をターゲットから叩き出す方法としては、前述したようにレーザー光をターゲット表面に照射する方法の他、例えば、アルゴンガス（不活性ガス）プラズマや電子線等をターゲット表面に照射（入射）する方法を用いることもできる。ただし、これらの中では、レーザー光をターゲット表面に照射する方法が最も好ましい。このような方法によれば、レーザー光の入射窓を備えた簡易な構成の真空装置を用いることにより、原子をターゲットから容易にかつ確実に叩き出すことができる。
【００５０】
このターゲットに照射するレーザー光としては、波長が１５０〜３００ｎｍ程度、パルス長が１〜１００ｎｓ程度のパルス光が好適に用いられる。具体的には、ＡｒＦエキシマレーザー、ＫｒＦエキシマレーザー、ＸｅＣｌエキシマレーザー等のエキシマレーザー、さらにＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＣＯ２レーザーなどが挙げられる。これらの中でも、特にＡｒＦエキシマレーザーまたはＫｒＦエキシマレーザーが好適とされる。ＡｒＦエキシマレーザーおよびＫｒＦエキシマレーザーは、いずれも取り扱いが容易であり、また、より効率よく原子をターゲットから叩き出すことができる。
【００５１】
一方、基板１５の表面にイオンビームアシストとして照射するイオンビームについては、特に限定されないものの、例えばアルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノン、クリプトンのような不活性ガスのうちの少なくとも１種のイオン、または、これらのイオンと酸素イオンとの混合イオン等が好適に用いられる。このイオンビームのイオン源としては、例えば、Kauffmanイオン源等を用いるのが好ましい。このイオン源を用いることにより、イオンビームを比較的容易に生成することができる。
【００５２】
また、基板１５表面に対するイオンビームの照射（入射）角度、すなわち前記の所定角度としては、特に限定されないものの、基板１５の表面に対して３５〜６５°程度傾斜した角度とするのが好ましい。特に、ＮａＣｌ構造の金属酸化物を主材料として第１バッファ層５１を形成する場合には、前記照射角度を４２〜４７°程度、また、蛍石型構造の金属酸化物を主材料として第１バッファ層５１を形成する場合には、前記照射角度を５２〜５７°程度とするのがより好ましい。尚、本実施形態では、蛍石型構造の金属酸化物であるＹＳＺによって第１バッファ層５１を形成するので、前記照射角度を５２〜５７°程度、特に５５°程度としている。このような照射角度でイオンビームを基板１５表面に照射することにより、立方晶（１００）配向の第１バッファ層５１を良好に形成することができる。
【００５３】
また、ターゲットに対してはアルゴン等のイオンを（１１１）方向から入射させつつ、レーザーアブレーションを行うようにする。ただし、ＭｇＯ等のＮａＣｌ構造の金属酸化物によって第１バッファ層５１を形成する場合には、そのターゲットに対し、アルゴン等のイオンを（１１０）方向で入射させつつ、レーザーアブレーションを行うようにする。
【００５４】
また、このような第１バッファ層５１の形成における各条件については、第１バッファ層５１がエピタキシャル成長し得るものであれば特に限定されることなく、例えば次のような条件を採用することができる。
レーザー光の周波数は、３０Ｈｚ以下とするのが好ましく、１５Ｈｚ以下とするのがより好ましい。レーザー光のエネルギー密度は、０．５Ｊ／ｃｍ２以上とするのが好ましく、２Ｊ／ｃｍ２以上とするのがより好ましい。イオンビームの加速電圧は、１００〜３００Ｖ程度とするのが好ましく、１５０〜２５０Ｖ程度とするのがより好ましい。また、イオンビームの照射量は、１〜３０ｍＡ程度とするのが好ましく、５〜１５ｍＡ程度とするのがより好ましい。
【００５５】
基板１５の温度は、０〜５０℃程度とするのが好ましく、室温（５〜３０℃）程度とするのがより好ましい。また、基板１５とターゲットとの距離は、６０ｍｍ以下とするのが好ましく、４５ｍｍ以下とするのがより好ましい。
【００５６】
真空装置内の圧力は、１３３×１０−１Ｐａ（１×１０−１Ｔｏｒｒ）以下とするのが好ましく、１３３×１０−３Ｐａ（１×１０−３Ｔｏｒｒ）以下とするのがより好ましい。真空装置内の雰囲気は、不活性ガスと酸素との混合比を、体積比で３００：１〜１０：１程度とするのが好ましく、１５０：１〜５０：１程度とするのがより好ましい。
第１バッファ層５１の成膜条件をそれぞれ前記範囲とすれば、第１バッファ層５１をエピタキシャル成長させつつ効率よく形成することができる。
【００５７】
また、このとき、レーザー光およびイオンビームの照射時間を適宜設定することにより、第１バッファ層５１の平均厚さを前記厚さ、すなわち１００ｎｍ程度に調整することができる。このレーザー光およびイオンビームの照射時間は、前記各条件によっても異なるものの、通常、２００秒以下とするのが好ましく、１００秒以下とするのがより好ましい。
【００５８】
このような第１バッファ層５１の形成方法によれば、イオンビームの照射角度を調整するイオンビームアシスト法を採用することにより、基板１５表面に絶縁膜３５が形成されているにもかかわらず、前述したように立方晶（１００）配向の第１バッファ層５１を良好に形成することができる。また、このように第１バッファ層５１の配向方位を精度よく揃えることができるので、第１バッファ層５１の平均厚さをより小さくすることができると。
【００５９】
このようにして第１バッファ層５１を形成したら、図２に示すように、第１バッファ層５１上に第２バッファ層５２を形成する。この第２バッファ層５２の形成では、絶縁膜３５上に形成する第１バッファ層５１の場合とは異なり、良好な結晶構造を有する第１バッファ層５１の上に形成することから、イオンビームアシスト法を用いることなく、単にレーザーアブレーション法を用いることで行うことができる。
すなわち、前記の第１バッファ層５１用のターゲットに代えて、所望のＣｅＯ２組成またはこれに近似した組成の第２バッファ層５２用ターゲットを用い、これにレーザー光を照射してこれから酸素原子および金属原子を含む原子を叩き出し、プルームを発生させる。そして、このプルームを基板１５上の第１バッファ層５１に向けて出射させ接触させることにより、第２バッファ層５２をエピタキシャル成長させて形成する。
尚、この第２バッファ層５２を形成するためのレーザーアブレーション法等の成膜条件については、前記の第１バッファ層５１を形成するに際してのレーザーアブレーション法等の条件と同様とすればよい。
【００６０】
次いで、この第２バッファ層５２上に、図２に示すように第３バッファ層５３を形成し、これにより第１バッファ層５１、第２バッファ層５２、第３バッファ層５３からなるバッファ層４０を得る。第３バッファ層５３の形成では、前記第２バッファ層５２の場合と同様にレーザーアブレーション法を単独で用いる。すなわち、まず、前記の第２バッファ層５２用のターゲットに代えて、所望のＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ組成またはこれに近似の組成の第３バッファ層５３用ターゲットを用意する。そして、これにレーザー光を照射し、これから酸素原子および金属原子を含む原子を叩き出し、プルームを発生させる。そして、このプルームを基板１５上の第２バッファ層５２に向けて出射させ接触させることにより、第３バッファ層５３をエピタキシャル成長させて形成する。
【００６１】
尚、この第３バッファ層５３の形成では、必要に応じて、前記第１バッファ層５１の形成工程と同様に、イオンビームアシストを用いるようにしてもよい。すなわち、第２バッファ層５２の表面にイオンビームを照射しつつ、これの上に第３バッファ層５３を形成するようにしてもよい。イオンビームアシストを用いることで、より効率よく第３バッファ層５３を形成できるようになる。
【００６２】
また、第３バッファ層５３の形成における各条件については、各種金属原子が、所定の比率（すなわち、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物における組成比）で、第２バッファ層５２上に到達し、かつ、第３バッファ層５３がエピタキシャル成長し得るものであれば特に限定されることなく、例えば次のような条件を採用することができる。
【００６３】
レーザー光の周波数は、３０Ｈｚ以下程度とするのが好ましく、１５Ｈｚ以下程度とするのがより好ましい。レーザー光のエネルギー密度は、０．５Ｊ／ｃｍ２以上とするのが好ましく、２Ｊ／ｃｍ２以上とするのがより好ましい。
【００６４】
第２バッファ層５２が形成された基板１５の温度は、３００〜８００℃程度とするのが好ましく、７００℃程度とするのがより好ましい。但し、イオンビームの照射を併用する場合には、この温度を、０〜５０℃程度とするのが好ましく、室温（５〜３０℃）程度とするのが好ましい。
第２バッファ層５２が形成された基板１５とターゲットとの距離は、６０ｍｍ以下とするのが好ましく、４５ｍｍ以下とするのがより好ましい。
【００６５】
また、真空装置内の圧力は、１気圧以下が好ましく、そのうち、酸素分圧については、３９９×１０−３Ｐａ（３×１０−３Ｔｏｒｒ）程度とするのが好ましい。但し、イオンビームの照射を併用する場合には、真空装置内の圧力を、１３３×１０−１Ｐａ（１×１０−１Ｔｏｒｒ）以下とするのが好ましく、１３３×１０−３Ｐａ（１×１０−３Ｔｏｒｒ）以下とするのがより好ましい。またこの場合、真空装置内の雰囲気は、不活性ガスと酸素との混合比を、体積比で３００：１〜１０：１程度とするのが好ましく、１５０：１〜５０：１程度とするのがより好ましい。
【００６６】
第３バッファ層５３の形成条件をそれぞれ前記範囲とすれば、第３バッファ層５３をエピタキシャル成長によってより効率よく形成することができる。またこのとき、レーザー光およびイオンビームの照射時間を適宜設定することにより、第３バッファ層５３の平均厚さを前記厚さ、すなわち３０ｎｍ程度に調整することができる。このレーザー光の照射時間は、前記各条件によっても異なるものの、通常、３〜９０分程度とするのが好ましく、１５〜４５分程度とするのがより好ましい。
【００６７】
このようにして第３バッファ層５３を形成し、バッファ層４０を形成したならば、図２に示すように第３バッファ層５３（バッファ層４０）上にペロブスカイト構造を有する遷移金属酸化物からなる遷移金属酸化物層４２を形成する。この遷移金属酸化物層４２の形成では、良好なペロブスカイト型の結晶構造を有する第３バッファ層５３の上に形成することから、イオンビームアシスト法を用いることなく、単にレーザーアブレーション法を用いることで行うことができる。
すなわち、前記の第３バッファ層５３用のターゲットに代えて、所望のＳｒＲｕＯ３組成またはこれに近似した組成の遷移金属酸化物層４２用ターゲットを用い、これにレーザー光を照射してこれから酸素原子および金属原子を含む原子を叩き出し、プルームを発生させる。そして、このプルームを基板１５上の第３バッファ層５３に向けて出射させ接触させることにより、遷移金属酸化物層４２をエピタキシャル成長で形成する。
【００６８】
遷移金属酸化物層４２を形成するための各条件については、各種金属原子が、所定の比率（すなわち、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物における組成比）で、第３バッファ層５３上に到達し、かつ、遷移金属酸化物層４２がエピタキシャル成長し得るものであれば特に限定されることはなく、例えば、前記の第３バッファ層５３形成の際の、レーザーアブレーション法等の条件と同様の条件を採用できる。
尚、この遷移金属酸化物層４２の形成においても、前記第３バッファ層５３の形成工程と同様に、必要に応じてイオンビームアシストを用いるようにしてもよい。すなわち、第３バッファ層５３の表面にイオンビームを照射しつつ、これの上に遷移金属酸化物層４２を形成するようにしてもよい。イオンビームアシストを用いることで、より効率よく遷移金属酸化物層４２を形成することができる。
【００６９】
次いで、図２に示す記録層３１を、上記遷移金属酸化物層４２上に形成する。この記録層３１の形成でも、良好なペロブスカイト型結晶構造を有する遷移金属酸化物層４２の上に形成することから、イオンビームアシスト法を用いることなく、単にレーザーアブレーション法を用いることで、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物の磁性材料、例えばＬａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３からなる記録層３１を形成することができる。すなわち、前記の遷移金属酸化物層４２用のターゲットに代えて、所望のＬａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３組成またはこれに近似の組成の記録層３１用ターゲットを用い、これにレーザー光を照射してこれから酸素原子および金属原子を含む原子を叩き出し、プルームを発生させる。そして、このプルームを基板１５上の遷移金属酸化物層４２に向けて出射させ接触させることにより、（１００）配向の記録層３１をエピタキシャル成長させて形成することができる。
【００７０】
ここで、記録層３１用のターゲットとしては、Ｌａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３組成、あるいは近似組成のものを用いることができ、これらのターゲットは、目的とする記録層の特性に応じて適宜選択すればよい。
【００７１】
記録層３１を形成するための各条件については、各種金属原子が、所定の比率（すなわち、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物における組成比）で、遷移金属酸化物層４２上に到達し、かつ、記録層３１がエピタキシャル成長し得るものであれば特に限定されることはなく、例えば、前記の第３バッファ層５３や遷移金属酸化物層４２を形成するに際してのレーザーアブレーション法等の条件と同様の成膜条件が採用できる。
尚、この記録層３１の形成においても、前記第３バッファ層５３の形成工程と同様に、必要に応じてイオンビームアシストを用いるようにしてもよい。すなわち、遷移金属酸化物層４２の表面にイオンビームを照射しつつ、これの上に記録層３１を形成するようにしてもよい。イオンビームアシストを用いることで、より効率よく良好な結晶性の記録層３１を形成することができ、ＭＲ比の向上に有利である。
【００７２】
次いで、図２に示す絶縁層３３を、上記記録層３１上に形成する。この記録層３１の形成でも、良好なペロブスカイト型結晶構造を有する記録層３１の上に形成することから、イオンビームアシスト法を用いることなく、単にレーザーアブレーション法を用いることで、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物の絶縁材料、例えばＳｒＴｉＯ３からなる絶縁層３１を形成することができる。すなわち、前記の記録層３１用のターゲットに代えて、所望のＳｒＴｉＯ３組成またはこれに近似の組成の絶縁層３３用ターゲットを用い、これにレーザー光を照射してこれから酸素原子および金属原子を含む原子を叩き出し、プルームを発生させる。そして、このプルームを基板１５上の記録層３１に向けて出射させ接触させることにより、所定方向に配向制御された絶縁層３３をエピタキシャル成長させて形成することができる。
【００７３】
ここで、絶縁層３３用のターゲットとしては、ＳｒＴｉＯ３からなる組成のものを用いてもよいが、ＳｒＴｉＯ３と同様のペロブスカイト構造を有する絶縁材料、例えばＣａＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３等の金属酸化物の絶縁材料も好適に用いることができる。これらのターゲットは、目的とする絶縁層の特性、ないし記録層３１の構成材料との格子整合性に応じて適宜選択すればよい。
【００７４】
絶縁層３３を形成するための各条件については、各種金属原子が、所定の比率（すなわち、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物における組成比）で、記録層３１上に到達し、かつ、絶縁層３３がエピタキシャル成長し得るものであれば特に限定されることはなく、例えば、前記の第３バッファ層５３や記録層３１を形成するに際してのレーザーアブレーション法等の条件と同様の成膜条件が採用できる。
尚、この絶縁層３３の形成においても、前記第３バッファ層５３の形成工程と同様に、必要に応じてイオンビームアシストを用いるようにしてもよい。すなわち、記録層３１の表面にイオンビームを照射しつつ、これの上に絶縁層３３を形成するようにしてもよい。イオンビームアシストを用いることで、より効率よく良好な結晶性の絶縁層３３を形成することができ、トンネル接合部の信頼性、及び均一性を高めることができる。
【００７５】
次いで、図２に示す磁化固定層４５を、上記絶縁層３３上に形成する。この磁化固定層４５の形成でも、良好なペロブスカイト型結晶構造を有する絶縁層３３の上に形成することから、イオンビームアシスト法を用いることなく、単にレーザーアブレーション法を用いることで、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物の磁性材料、例えばＬａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３からなる磁化固定層４５を形成することができる。すなわち、前記の絶縁層３３用のターゲットに代えて、所望のＬａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３組成またはこれに近似の組成の磁化固定層４５用ターゲットを用い、これにレーザー光を照射してこれから酸素原子および金属原子を含む原子を叩き出し、プルームを発生させる。そして、このプルームを基板１５上の絶縁層３３に向けて出射させ接触させることにより、（１００）配向の磁化固定層４５をエピタキシャル成長させて形成することができる。
【００７６】
ここで、磁化固定層４５用のターゲットとしては、Ｌａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３からなる組成のものを用いることができる。
【００７７】
磁化固定層４５を形成するための各条件については、各種金属原子が、所定の比率（すなわち、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物における組成比）で、絶縁層３３上に到達し、かつ、磁化固定層４５がエピタキシャル成長し得るものであれば特に限定されることはなく、例えば、前記の第３バッファ層５３や記録層３１を形成するに際してのレーザーアブレーション法等の条件と同様の成膜条件が採用できる。
尚、この磁化固定層４５の形成においても、前記第３バッファ層５３の形成工程と同様に、必要に応じてイオンビームアシストを用いるようにしてもよい。すなわち、絶縁層３３の表面にイオンビームを照射しつつ、これの上に磁化固定層４５を形成するようにしてもよい。イオンビームアシストを用いることで、より効率よく良好な結晶性の磁化固定層４５を形成することができ、ＭＲ比の向上に有利である。
【００７８】
次に、図２に示した反強磁性層４６を上記磁化固定層４５上に形成して、本発明の一実施形態となるＴＭＲ素子３０を得る。この反強磁性層４６の形成でも、先の遷移金属酸化物層４２や記録層３１の形成のときと同様、良好なペロブスカイト型結晶構造を有する磁化固定層４５の上に形成することから、イオンビームアシスト法を用いることなく、単にレーザーアブレーション法を用いることで、良好な結晶性を有する反強磁性層４６を形成することができる。
すなわち、前記の磁化固定層４５用のターゲットに代えて、所望のＦｅＭｎ組成またはこれに近似の組成の反強磁性層４６用ターゲットを用い、これにレーザー光を照射してこれから酸素原子および金属原子を含む原子を叩き出し、プルームを発生させる。そして、このプルームを基板１５上の磁化固定層４５に向けて出射させ接触させることにより、反強磁性層４６をエピタキシャル成長させて形成する。
【００７９】
反強磁性層４６を形成するための各条件については、各種金属原子が、所定の比率（すなわち、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物における組成比）で、磁化固定層４５上に到達し、かつ、反強磁性層４６がエピタキシャル成長し得るものであれば特に限定されることはなく、例えば、前記の第３バッファ層５３や記録層３１を形成するに際しての、レーザーアブレーション法等の条件と同様の成膜条件を採用することができる。
尚、この反強磁性層４６の形成においても、前記磁化固定層４５の形成工程等と同様に、必要に応じてイオンビームアシストを用いるようにしてもよい。すなわち、磁化固定層４５の表面にイオンビームを照射しつつ、これの上に反強磁性層４６を形成するようにしてもよい。イオンビームアシストを用いることで、より効率よく良好な結晶性の反強磁性層４６を形成することができ、薄い膜厚でも磁化固定層４５の磁化方向を強固に固定できる反強磁性層４６が得られる。
【００８０】
このようにして得られたＴＭＲ素子３０について、本発明者らがＸ線回折によって解析したところ、ＴＭＲ素子３０を構成する各層は良好に配向されたエピタキシャル膜となっており、記録層３１及び磁化固定層４５はペロブスカイト構造の（１００）配向となっていた。
よって、本実施形態のＴＭＲ素子３０にあっては、記録層３１及び磁化固定層４５が良好な磁気特性を有し、またトンネルバリア層である絶縁層３３が良好な配向性を有して均一に形成されていることから、ＴＭＲ素子として高性能なものとなる。また、基板１５への直接的な作り込みが可能であることから、ＴＭＲ素子３０を形成するべき基板１５の表面状態にほぼ制限がなく、効率的かつ低コストに製造することが可能になっている。
【００８１】
（磁気メモリ装置）
次に、本発明に係る磁気メモリ装置の実施形態について図３から図５を参照して説明する。
図３は、先の実施形態のＴＭＲ素子３０をメモリセルに備えた磁気メモリ装置１００の平面構成図であり、図４は、同、メモリセルの断面構成図である。
【００８２】
磁気メモリ装置１００は、平面視で互いに交差する方向に延びる複数のワード線２１及び複数のビット線２２を備え、ワード線２１とビット線２２との各交点に対応する位置に、先の実施形態のＴＭＲ素子３０を備えたメモリセル５０が配設されたクロスポイント型の磁気メモリ装置である。従って１つのワード線２１と１つのビット線２２とを選択することで交点のメモリセル５０を選択して書き込み／読み出しを行うようになっている。
【００８３】
図４に示すメモリセル５０の断面構造を見ると、基板１５上に絶縁膜３５を介してバッファ層４０及び遷移金属酸化物層４２が形成されており、この遷移金属酸化物層４２上に記録層３１と絶縁膜３３と固定磁性層３２とからなるトンネル接合部が設けられている。このトンネル接合部は層間絶縁膜２４により覆われており、その上面部に設けられたコンタクトホールを介してビット線２２と固定磁性層３２とが接続されている。尚、ビット線２２と固定磁性層３２（反強磁性層４６）との間には、図示略のｐｎ接合ダイオードが設けられており、このダイオードは固定磁性層３２側からｎ層、ｐ層の順で積層されている。また、ワード線２１は、隣接する遷移金属酸化物４２を接続するように形成される。
【００８４】
上記構成を備えた磁気メモリ装置１００では、メモリセル５０に先の実施形態のＴＭＲ素子３０が備えられているので、記録層及び磁化固定層の優れた磁気特性により大きなＭＲ比が得られ、またトンネルバリア層を成す絶縁層の均一性によりメモリセル間での特性ばらつきも少なくなっている。
また図４に示すように、バッファ層４０は、複数のメモリセル５０のＴＭＲ素子３０で共有されている構成とすることができる。この場合、バッファ層４０に含まれる第１バッファ層（ＹＳＺ）５１をエッチストッパーにすることもできるため、製造の容易性にも優れたものとなっている。
【００８５】
また、先の実施形態のＴＭＲ素子３０は、図５に示す選択トランジスタ型の磁気メモリ装置１１０にも好適に用いることができる。図５は本発明に係る磁気メモリ装置の他の実施形態を示す平面構成図、図６は、図５に示すメモリセル６０の断面構成図である。
【００８６】
磁気メモリ装置１１０は、平面視で互いに交差する方向に延びる複数のワード線２１及び複数のビット線２２を備え、ワード線２１とビット線２２との各交点に対応する位置に、先の実施形態のＴＭＲ素子３０を備えたメモリセル６０が配設された構成を備えている。またワード線２１に沿って延びるセンス線６２と、ゲート線６１とを備えており、これらの配線６１，６２とＴＭＲ素子３０との間に選択トランジスタ５５が介挿されている。
【００８７】
図６に示す断面構造をみると、半導体基板１５上に、ゲート電極（ゲート線）６１、ソース電極（センス線）６２、ドレイン電極６３とを備えた選択トランジスタ５５が設けられており、選択トランジスタ５５の上方に絶縁層６６を介してＴＭＲ素子３０が配設されている。選択トランジスタ５５のドレイン電極６３とＴＭＲ素子３０とが、バッファ層４０により電気的に接続されている。ＴＭＲ素子３０は、バッファ層４０上に形成された遷移金属酸化物層４２を備えており、この遷移金属酸化物層４２上に、記録層３１と絶縁膜３３と固定磁性層３２とからなるトンネル接合部が設けられ、固定磁性層３２とビット線２２とが接続されている。また、ワード線２１はトンネル接合部下層側のバッファ層４０と絶縁層を介して対向配置されている。
【００８８】
上記構成を備えた磁気メモリ装置１１０では、選択トランジスタ５５により選択状態としたメモリセル６０のみに選択的に書き込み／読み出し動作を行えるので、配列された複数のメモリセル間で動作の干渉が生じるのを効果的に防止することができ、動作安定性に優れた磁気メモリ装置となる。
また先の実施形態のＴＭＲ素子３０が備えられているので、記録層及び磁化固定層の優れた磁気特性により大きなＭＲ比が得られ、またトンネルバリア層を成す絶縁層の均一性によりメモリセル間での特性ばらつきも少なくなっている。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】図１は、実施形態に係る磁気抵抗効果素子の斜視構成図。
【図２】図２は、同、断面構成図。
【図３】図３は、磁気メモリ装置の一例を示す平面構成図。
【図４】図４は、図３に示すメモリセルの断面構成図。
【図５】図５は、磁気メモリ装置の他の例を示す平面構成図。
【図６】図６は、図５に示すメモリセルの断面構成図。
【符号の説明】
【００９０】
１５  基板（基体）、２１  ワード線、２２  ビット線、３０  ＴＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）、３１  記録層（下部磁性層）、３２  固定磁性層（上部磁性層）、３３  磁性層、３５  絶縁膜、４０  バッファ層、４２  遷移金属酸化物層、４５  磁化固定層、４６  反強磁性層、５０，６０  メモリセル、５１  第１バッファ層、５２  第２バッファ層、５３  第３バッファ層、６１  ゲート線、６２  センス線、１００，１１０  磁気メモリ装置
【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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