【手続補正書】
【提出日】平成25年11月22日(2013.11.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
＜２．実験＞
［２−１：Ｆｅ−Ｎｉ］
実験として、酸化物層に接する界面がＦｅ膜、その上にＮｉ膜を形成した試料を用いて磁気特性測定を行った。まず各種膜厚に対する垂直異方性磁場の変化を調べた。
磁気特性測定用の試料としては、酸化被膜付きシリコン基板上に、図３に示すように、２ｎｍのＭｇＯ膜をｒｆマグネトロンスパッタで成膜し、その上にＦｅ膜、Ｎｉ膜をＤＣマグネトロンスパッタで成膜し、保護膜として５ｎｍのＴａを成膜した。
この場合、ＭｇＯ膜は絶縁層１６、Ｆｅ膜とＮｉ膜は記憶層１７、Ｔａ層はキャップ層１８のモデルと考えてよい。
或いは、ＭｇＯ膜は絶縁層１６、Ｆｅ膜とＮｉ膜は磁化固定層１５、Ｔａ層は下地層１４と考えることもできる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
図４（ａ）（ｂ）、図５（ａ）（ｂ）は、それぞれアニール温度を３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃とした場合の熱処理後の結果を示している。
各図の等高線は垂直異方性磁場を表し、黒丸「●」は垂直磁化曲線の角形（Ｍｒ／Ｍｓ）が０．５以上、白丸「○」は角形が０．５未満の試料である。
Ｍｓは飽和磁化、Ｍｒは残留磁化であり、完全に垂直磁化の場合は（Ｍｒ／Ｍｓ）が「１」、面内磁化の場合は（Ｍｒ／Ｍｓ）が「０」となる。０．５以上というのはほぼ十分に垂直磁気異方性が得られることを示している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
この図４，図５からわかるように、熱処理によって垂直磁気異方性が得られるＦｅ膜厚、Ｎｉ膜厚が変わるが、どの熱処理温度でも垂直磁化膜が得られる条件が存在し、優れた耐熱性を有しているといえる。
特に（Ｍｒ／Ｍｓ）が０．５以上となる●の試料に注目すると、ＭｇＯ膜側からＦｅ膜とＮｉ膜が順に形成される場合、Ｆｅ膜は膜厚が０．４〜０．５ｎｍとされ、Ｎｉ膜は膜厚が１．７〜２．５ｎｍとされているようにすればよいことがわかる。
この各膜厚範囲であれば、アニール温度を３００℃から４５０℃の範囲で適切に設定することで、良好な垂直磁気異方性が得られる。
つまりこの膜厚条件で記憶層１７又は磁化固定層１５となる垂直磁化膜を形成することで、耐熱性が高く、半導体プロセスへの適応が容易で、生産性に優れた不揮発メモリを実現できる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
［２−２：Ｆｅ−Ｐｄ］
次に、Ｎｉに代えてＰｄを用いて測定をおこなった。
即ち試料としては、酸化被膜付きシリコン基板上に、図６に示すように、２ｎｍのＭｇＯ膜をＲＦマグネトロンスパッタで成膜し、その上にＦｅ膜、Ｐｄ膜をＤＣマグネトロンスパッタで成膜し、保護膜として５ｎｍのＴａを成膜した。
この場合、ＭｇＯ膜は絶縁層１６、Ｆｅ膜とＰｄ膜は記憶層１７、Ｔａ層はキャップ層１８のモデルとなる。或いは、ＭｇＯ膜は絶縁層１６、Ｆｅ膜とＰｄ膜は磁化固定層１５、Ｔａ層は下地層１４と考えてもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
図７，図８から、Ｎｉに代えてＰｄを用いた場合、３００℃、３５０℃の熱処理では完全な垂直磁化膜にはならないが、４００℃以上の熱処理で、垂直磁化膜が得られることがわかる。
特に（Ｍｒ／Ｍｓ）が０．５以上となる●の試料に注目すると、ＭｇＯ膜側からＦｅ膜とＰｄ膜が順に形成される場合、Ｆｅ膜は膜厚が０．５〜０．７ｎｍとされ、Ｐｄ膜は膜厚が１．５〜２．５ｎｍとされているようにすれば、アニール温度を４００℃から４５０℃の範囲で適切に設定することで、良好な垂直磁気異方性が得られる。
つまりＦｅ膜、Ｐｄ膜を用いる場合でも、この膜厚条件で記憶層１７又は磁化固定層１５となる垂直磁化膜を形成することで、耐熱性が高く、半導体プロセスへの適応が容易で、生産性に優れた不揮発メモリを実現できる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
［２−３：Ｆｅ−Ｎｉ85Ｂ15］
次にＮｉ85Ｂ15を用いた試料で測定を行った。
即ち試料としては、酸化被膜付きシリコン基板上に、図９（ａ）に示すように、２ｎｍのＭｇＯ膜を成膜し、その上にＦｅ膜、Ｎｉ85Ｂ15膜を成膜し、保護膜として５ｎｍのＴａを成膜した。即ち図３のＮｉ膜を、１５原子％のＢ（ホウ素）を含むＮｉに代えたものである。
この場合、ＭｇＯ膜は絶縁層１６、Ｆｅ膜とＮｉ85Ｂ15膜は記憶層１７、Ｔａ層はキャップ層１８のモデルとなる。或いは、ＭｇＯ膜は絶縁層１６、Ｆｅ膜とＮｉ85Ｂ15膜は磁化固定層１５、Ｔａ層は下地層１４と考えてもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
この場合、熱処理温度が上がると垂直磁気異方性の良好な領域は狭くなるが、４００℃熱処理後においても垂直磁化が得られる領域が存在する。
特に（Ｍｒ／Ｍｓ）が０．５以上となる●の試料に注目すると、ＭｇＯ膜側からＦｅ膜とＮｉ85Ｂ15膜が順に形成される場合、Ｆｅ膜は膜厚が０．４〜０．８ｎｍとされ、Ｎｉ85Ｂ15膜は膜厚が１．６〜２．６ｎｍとされているようにすれば、アニール温度を３００℃から４００℃の範囲で適切に設定することで、良好な垂直磁気異方性が得られる。
つまりＦｅ膜、Ｎｉ85Ｂ15膜を用いる場合でも、この膜厚条件で記憶層１７又は磁化固定層１５となる垂直磁化膜を形成することで、耐熱性が高く、半導体プロセスへの適応が容易で、生産性に優れた不揮発メモリを実現できる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
［２−４：Ｆｅ−Ｎｉ90Ｂ10］
次にＮｉＢ膜のＢの割合を代えて実験した。
試料としては、酸化被膜付きシリコン基板上に、図１１（ａ）に示すように、２ｎｍのＭｇＯ膜、Ｆｅ膜、Ｎｉ90Ｂ10膜、５ｎｍのＴａを成膜した。即ちＮｉＢ膜は、１０原子％のＢを含む組成とした。
この場合も、ＭｇＯ膜は絶縁層１６、Ｆｅ膜とＮｉ90Ｂ10膜は記憶層１７、Ｔａ層はキャップ層１８と考えてよい。或いは、ＭｇＯ膜は絶縁層１６、Ｆｅ膜とＮｉ90Ｂ10膜は磁化固定層１５、Ｔａ層は下地層１４と考えてもよい。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
この場合も、熱処理温度が上がると垂直磁化が得られる領域は狭くなるが、４００℃熱処理後においても垂直磁化が得られる領域が存在する。
特に（Ｍｒ／Ｍｓ）が０．５以上となる●の試料に注目すると、ＭｇＯ膜側からＦｅ膜とＮｉ90Ｂ10膜が順に形成される場合、Ｆｅ膜は膜厚が０．４〜０．７ｎｍとされ、Ｎｉ90Ｂ10膜は膜厚が１．０〜３．０ｎｍとされているようにすれば、アニール温度を３００℃から４００℃の範囲で適切に設定することで、良好な垂直磁気異方性が得られる。
つまりＦｅ膜、Ｎｉ90Ｂ10膜を用いる場合でも、この膜厚条件で記憶層１７又は磁化固定層１５となる垂直磁化膜を形成することで、耐熱性が高く、半導体プロセスへの適応が容易で、生産性に優れた不揮発メモリを実現できる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
図１３（ｂ）から、Ｂの添加量が多い方がＮｉＢの膜厚に対して垂直異方性磁場の変化が少なく、広い範囲で垂直磁化が得られる。特に、異方性磁場の最大値はＢが１０原子％の付近が最も高いことがわかる。
以上の結果から、Ｎｉ対するＢの添加量は２０原子％以下が好ましいといえる。
またＢを添加しない場合（Ｎｉ膜の場合）と比較すると、Ｂの添加により、Ｆｅ膜上に形成するＮｉを含む膜の厚みの自由度、或いはマージンが広くとれることになるといえる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
［２−８：Ｆｅ−Ｎｉ−Ｆｅでの膜厚依存性］
次に上下にＭｇＯ層を形成する場合について述べる。
試料として図１６（ａ）に示すように、酸化被膜付きシリコン基板上に、２ｎｍのＭｇＯ膜、第１Ｆｅ膜、Ｎｉ膜、第２Ｆｅ膜、２ｎｍのＭｇＯを成膜した。
この場合、図中下側のＭｇＯ膜は絶縁層１６、第１Ｆｅ膜とＮｉ膜と第２Ｆｅ膜は記憶層１７、図中上側のＭｇＯ層はキャップ層１８と考えてよい。
或いは、図中下側のＭｇＯ膜は下地層１４、第１Ｆｅ膜とＮｉ膜と第２Ｆｅ膜は磁化固定層１５、図中上側のＭｇＯ層は絶縁層１６と考えてもよい。
第１Ｆｅ膜の膜厚は０．５ｎｍ、Ｎｉ膜の膜厚は２ｎｍとした。そして第２Ｆｅ膜の膜厚ｔFeを変化させた試料を用意した。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
この実験から、記憶層１７もしくは磁化固定層１５としての層は、絶縁層１６の界面において、Ｆｅ組成が５０％以上であることが適切であることがわかる。
そして、Ｆｅ膜と、Ｎｉを含む膜は、熱処理によってＦｅとＮｉが拡散し、傾斜組成分布が形成されるが、従って、図３、図９、図１１、図１３（ａ）、図１４（ａ）、図１５（ａ）、図１６（ａ）で述べた場合も、ＦｅとＮｉの傾斜組成分布が形成される。ここで、これらの層構造において、熱処理後の状態で、絶縁層１６の界面において、Ｆｅ組成が５０％以上の傾斜組成分布が形成されていることが適切となる。
つまり実施の形態としては、Ｆｅ膜、Ｎｉ膜（又はＮｉＢ膜、ＮｉとＰｄの合金膜や積層膜）の各膜厚が上述してきた各膜厚に設定されて、熱処理温度が適切に選定されていることによれば、熱処理後において絶縁層１６との界面側でＮｉに対するＦｅの組成比が５０％以上の傾斜組成分布が形成されている記憶素子が形成できる。