(57)【要約】【課題】従来の巨大磁気抵抗効果とは異なる非可逆性をもつ磁気抵抗特性を利用して従来の半導体および磁気デバイスに代わって利用可能な材料を作製することを目的とする。【解決手段】非可逆性をもつ磁気抵抗特性を利用するため、Ｃｏ／Ｃｕ／ＮｂＴｉ／Ｃｕ磁性多層膜を作成し、この多層膜に外部磁界を印加する。これによってシリコン基盤と酸化膜を使用せず図７のような非可逆的な磁気抵抗特性を得ることが出来るため、０と１に依らないビットの検出が可能になる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空蒸着法において形成した、絶縁体材料からなる基板上にＣｏ／Ｃｕ／ＮｂＴｉ／Ｃｕの構造を有する磁性多層膜。
【請求項２】
請求項１の磁性多層膜において、膜の温度を２８８Ｋ以下の低温状態に置き、６０Ｏｅから−６０Ｏｅの範囲において外部磁界を変化させながら印加した時に生じる、非可逆性をもつ磁気抵抗特性。また、これを複数回往復させた時に得られる磁気抵抗特性。
【請求項３】
請求項２における外部印加磁界を１０００Ｏｅから−１０００Ｏｅに置換した時に生じる同特性。
【請求項４】
請求項２における外部印加磁界をＸＯｅからＹＯｅに置換した時に生じる同特性（Ｘ、Ｙは、６０＜Ｘ＜１０００、−６０＜Ｙ＜−１０００）。
【請求項５】
請求項１の磁性多層膜において、膜の温度を２８８Ｋ以下の低温状態に置き外部磁界を印加する操作を行った場合、請求項２〜４に示した外部磁界の範囲に限らずに生じる、非可逆性をもつ磁気抵抗特性。また、これを複数回往復させた時に得られる磁気抵抗特性。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は磁気デバイスにおける磁気抵抗効果に係り、詳しくは、磁性材料及び超伝導材料を用いた多層膜材料の生成に関するものである。コンピュータ業界をはじめとする電子産業分野に寄与できる。
【背景技術】
【０００２】  近年、半導体作成技術の向上によって、半導体デバイスの微細化・高集積化に向けての技術開発が精力的に進められている。これらのことから絶縁膜の微細化に伴い、半導体プロセスが複雑化・多様化し製造コストや歩留まり率が増加する要因となっている。現在、４５ｎｍ世代に向けた低消費電力金属酸化膜半導体や６５ｎｍ／４５ｎｍプロセスに係るＭＯＳＦＥＴ、ＭＩＳＦＥＴ等がある。これらはハフニウム（Ｈｆ）と酸素（Ｏ）の化学結合を有した絶縁膜や二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜あるいは酸窒化シリコン膜等、非常に薄い絶縁膜を有しており、この絶縁膜を極力薄くし、なおかつリーク電流を低減することが求められている。【０００３】  上述したように、現在半導体デバイスは微細化するプロセスにおいて、消費電力の改善や半導体素子の性能向上が課題となっている。現段階において０と１のビットを用いた半導体素子はその計算速度をさらに向上させることが困難になってきており、０と１の重ね合わせの状態を用いた量子ビットデバイスの作成等、新たな半導体素子を作成することが必要となっている。【０００４】  磁気ディスク装置はアクセススピードや大記憶容量など、その有用性からさらなる進歩に向けて研究が進められている。これは数十年前に、磁性層を積層する事により電気伝導に差が生じて数十％もの磁気抵抗比を示す巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）が発見された事が大きく、ハードディスク（ＨＤＤ）のヘッドとして実用化され、その記憶容量も飛躍的に増加している。現段階において磁気ヘッドバルブは、巨大磁気抵抗効果で得られる現象を用い垂直磁気記録方式を採用することによって、ビットの高密度化に成功しており、０と１の信号を高い出力で利用している。【０００５】  ＧＭＲによって得られた巨大磁気抵抗効果によるビットの高密度化を考慮した場合、さらなる記憶容量の高密度化を進める上で、ビットを検出する能力においては０と１の信号に限定されるため、記憶容量の高密度化は困難である。上記の問題から、その解決方法の一つとして、多数のビット検出能力を有する磁気抵抗効果を得ることできればさらなる記憶容量の高密度化が期待される。
【特許文献】特開２０００−２２２４０号公報参照
【特許文献】特開２００６−１４０３７４号参照
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  半導体製造に関しては、設計において種々のプロセスがあり、それにより製造設備が重複化されるなど、集積化・微細化が進むにつれて技術的には複雑さを増している。また、磁気ヘッドに使用されるスピンバルブにおいては０と１という限られた信号を用いており、さらなる記憶容量の高密度化は困難である。本発明は上記のような事情を鑑みてなされたものであり、スピンバルブのＧＭＲ効果を発展させ、従来の半導体に代わって利用可能な材料作製を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  上記の目的を達成するため、本発明では真空蒸着スパッタリング法によりマイクロカバーガラス基板上にＣｏ／Ｃｕ／ＮｂＴｉ／Ｃｕ磁性多層膜を作成することで得られる非可逆性をもつ磁気抵抗特性を利用する。【０００８】上記記載の非可逆性をもつ磁気抵抗特性は磁性多層膜の膜温度を２８８Ｋ以下の低温状態に置き、外部磁界を印加したとき生じる特性である。
【発明の効果】
【０００９】  本発明により、従来の巨大磁気抵抗効果では得られなかった非可逆性をもつ磁気抵抗特性が得られた。従来の半導体プロセスによってもたらされた種々のプロセスの一部を省略または簡略化することにより半導体デバイスの低コスト化が期待できる。また、この非可逆性をもつ磁気抵抗特性によって０と１によらないビット信号の検出を可能とし、従来の磁気ヘッドバルブなどの磁気デバイスのさらなる高密度化を進めることが期待される。さらに、半導体記憶装置分野においては、外部磁界を除荷しない限り不揮発性が維持されるため、これを用いた新たな装置・機器類の作成が期待される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】  本発明は真空蒸着スパッタリング法により磁性多層膜を作成する。スパッタリングにはＡｒガスを用い、装置のチャンバー内真空度を０．０００２６６Ｐａまで真空度を上げて作成する。【００１１】  上記における基板はマイクロカバーガラスを用いる。そのサイズは１０ｍｍ×１０ｍｍとし、中性洗剤による洗浄を行った後、クロム硫酸中にガラスを一昼夜浸すことで化学洗浄処理を施し、３０分間超音波によるガラスの洗浄を行い、仕上げに蒸留水による洗浄を行った後乾燥させる。【００１２】  高周波マグネトロンスパッタリング装置にて真空蒸着スパッタリング法により、洗浄済みのマイクロカバーガラス基板上にＣｏ／Ｃｕ／ＮｂＴｉ／Ｃｕを積層し、磁性多層膜を作成する。その際の真空度・電力および堆積速度をＮｂＴｉ０．６Ｐａ・３４．４Ｗ・０．５Å／ｓｅｃ、Ｃｏ０．６Ｐａ・３７Ｗ・１．０Å／ｓｅｃ、Ｃｕ０．６Ｐａ・１７．３Ｗ・１．０Å／ｓｅｃに設定する。尚、マイクロカバーガラス基板の温度は常温（２９５Ｋ）とする。【００１３】  各々の積層材料の純度はＣｏ、Ｃｕ、ＮｂＴｉすべて９９．９％である。またＮｂＴｉの混合比率は６３：３７である。【００１４】  真空蒸着スパッタリング法において常温状態を維持したガラス基板上にＣｏ／Ｃｕ／ＮｂＴｉ／Ｃｕを積層し、膜全体をＣｏで挟むという理由でＣｏを、膜自体の酸化防止のためにＣｕを積層した磁性多層膜を作成する（図１参照）。【００１５】  上記の磁性多層膜を１パターンとして、２パターン繰り返した後、上記の理由により、Ｃｏ／Ｃｕを積層した磁性多層膜の作成する（図２参照）。【００１６】  上記の磁性多層膜を１パターンとして、５パターン繰り返した後、上記の理由により、Ｃｏ／Ｃｕを積層した磁性多層膜の作成する（図３参照）。【００１７】  上記の方法で作成した磁性多層膜を直流四端子法により、磁気抵抗測定を行う。初期印加磁界は膜面に対して平行とし、磁界方向と電流方向とを一致させることで測定上における最大磁界を印加する。【００１８】  次に、電流を減少させて磁界を弱め、磁性多層膜を回転させることで膜面に対して平行に印加していた磁界を減衰させ、結果的に印加磁界を減少させる。外部印加磁界が０の地点においては、膜面と磁界方向は垂直となっている。【００１９】  また、上記の磁気抵抗測定時において膜の温度を２８８Ｋ以下に維持する。ここで、測定環境の温度に依らず膜の温度を２８８Ｋ以下に維持することが重要である。【００２０】  磁性多層膜の磁気抵抗特性を示す磁気抵抗比（以下、ＭＲ比と記述）の大きさは、ＭＲ比＝｛（Ｒ−Ｒａ）／Ｒａ｝×１００で算出され、その単位は％である。このとき、Ｒは測定時の各印加磁界における抵抗値を、Ｒａは測定された最小抵抗を示している。【００２１】  上記の磁気抵抗特性の測定に関する外部印加磁界は、その磁界変化範囲を６０Ｏｅから−６０Ｏｅ、１０００Ｏｅから−１０００Ｏｅに設定し測定を行う（図４、図５参照）。【００２２】  上記の測定方法から外部印加磁界を複数回往復させたときに得られる磁気抵抗特性を示す（図６、図７参照）。
【産業上の利用可能性】
【００２３】本発明は半導体及び磁性半導体関連分野に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】  本発明の実施の形態に係るＣｏ／Ｃｕ／ＮｂＴｉ／Ｃｕ磁性多層膜の６層形成図である。
【図２】  本発明の実施の形態に係るＣｏ／Ｃｕ／ＮｂＴｉ／Ｃｕ磁性多層膜の１０層形成図である。
【図３】  本発明の実施の形態に係るＣｏ／Ｃｕ／ＮｂＴｉ／Ｃｕ磁性多層膜の２２層形成図である。
【図４】  本発明の実施の形態に係るＣｏ／Ｃｕ／ＮｂＴｉ／Ｃｕ磁性多層膜から得られる特性のうち、外部印加磁界を６０Ｏｅから−６０Ｏｅの範囲で変化させ測定した場合における、ＭＲ比の磁場依存性を示す説明図である。
【図５】  本発明の実施の形態に係るＣｏ／Ｃｕ／ＮｂＴｉ／Ｃｕ磁性多層膜から得られる特性のうち、外部印加磁界を１０００Ｏｅから−１０００Ｏｅの範囲で変化させ測定した場合における、ＭＲ比の磁場依存性を示す説明図である。
【図６】  本発明の実施の形態に係るＣｏ／Ｃｕ／ＮｂＴｉ／Ｃｕ磁性多層膜から得られる特性のうち、外部印加磁界を２往復測定した場合における、ＭＲ比の磁場依存性を示す説明図である。
【図７】  本発明の実施の形態に係るＣｏ／Ｃｕ／ＮｂＴｉ／Ｃｕ磁性多層膜から得られる特性のうち、外部印加磁界を５往復測定した場合における、ＭＲ比の磁場依存性を示す説明図である。
【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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【図７】
2009152515.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月13日(2008.7.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正の内容】
2009152515.tif 000010
2009152515.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成20年9月29日(2008.9.29)
【手続補正２】
【補正対象書類名】手続補正書
【補正対象項目名】手続補正１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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】
真空蒸着法において形成した、絶縁体材料からなる基板上にＣｏ／Ｃｕ／ＮｂＴｉ／Ｃｕの構造を有する磁性多層膜。
【請求項２】
請求項１の磁性多層膜において、膜の温度を２００Ｋ以上２８８Ｋ以下の低温状態に置き、外部磁界を＋６０Ｏｅから−６０Ｏｅの範囲で印加した時に生じる、非可逆な磁気抵抗特性が得られる磁性多層膜の製造方法。また、これを複数回往復させた時に生じる、非可逆磁気抵抗特性が得られる磁性多層膜の製造方法。
【請求項３】
請求項２における外部印加磁界を＋１０００Ｏｅから−１０００Ｏｅに置換した時に生じる、非可逆磁気抵抗特性が得られる磁性多層膜の製造方法。
【請求項４】
請求項２における外部印加磁界をＸＯｅからＹＯｅ（Ｘ、Ｙは、６０＜Ｘ＜１０００、−６０＜Ｙ＜−１０００）に置換した時に生じる、非可逆磁気抵抗特性が得られる磁性多層膜の製造方法。
【請求項５】
請求項１の磁性多層膜において、膜の温度を２００Ｋ以上２８８Ｋ以下の低温状態に置き、外部磁界を印加する操作を行った場合、請求項２〜４に示した外部磁界の範囲に限らずに生じる、非可逆な磁気抵抗特性が得られる磁性多層膜の製造方法。また、これを複数回往復させた時に生じる、非可逆な磁気抵抗特性が得られる磁性多層膜の製造方法。