[发明专利]磁性多层膜制作装置

说明书

本申请是2005年9月7日提交的、名称为“磁电阻效应元件及其制造方法”的、申请号为200510098765.4号中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及磁电阻效应元件及其制造方法，特别是涉及利用简单的溅射成膜法制作的具有极高磁电阻比的磁电阻效应元件及其制造方法。

背景技术

近年来，作为不挥发性储存器的被称为MRAM(MagnetoresistiveRandom Aceess Memory)的磁存储器装置受到瞩目，并逐渐进入实用化阶段。MRAM结构简单，容易达到千兆比特级的超高集成化，由于利用磁性动量的旋转而产生储存作用，从而具有可擦写的次数极大、并且能够使动作速度达到纳秒量级的特性。

图4所示的是MRAM的结构。在MRAM101中，102是存储器元件，103是字线，104是位线。多个储存器元件102分别配置在多个字线103和多个位线104的各交点位置，配置成网格状的位置关系。多个储存器元件102分别储存1比特的信息。

如图5所示，MRAM101的存储器元件102由在字线103和位线104的交点位置储存1比特信息的磁电阻效应元件即TMR元件110和具有开关功能的晶体管106组成。该存储器元件102中主要的特点是使用了TMR(Tunneling Magneto resistance)元件110。如图6所示，TMR元件的基本结构是强磁性金属电极(强磁性层)107/隧穿势垒层108/强磁性金属电极(强磁性层)109所组成的3层积层的结构。TMR元件110由一对强磁性层107、109和位于其中间的隧穿势垒层108构成。

如图6所示，TMR元件110具有以下特性：在隧穿势垒层108两侧的强磁性层107、109之间施加所需要的电压而流过恒定电流的状态下，施加外加磁场，强磁性层107、109的磁化方向同向平行时(所谓‘平行状态’)，TMR元件的电阻为最小((A)的状态：电阻值R_P)，强磁性层的磁化方向反向平行时(所谓‘反平行状态’)，TMR元件的电阻为最大((B)的状态：电阻值R_A)。因此，TMR元件110能够通过利用外加磁场得到平行状态和反平行状态，利用电阻值变化来进行信息的储存。

对于以上的TMR元件，为了实现具有实用性的千兆比特级的MRAM，需要使‘平行状态’的电阻值R_P和‘反平行状态’的电阻值R_A之差大。作为其指标使用的是磁电阻比(MR比)。MR比定义为[(R_A-R_P)÷R_P]。

为了提高MR，原来所进行的是使强磁性金属电极(强磁性层)的电极材料最佳化，或在隧穿势垒层的制造方法上下功夫。例如，在特开2003-304010号公报和特开2004-63592号公报中提出了对强磁性金属电极(强磁性层)的材料使用Fe_xCo_yB_z等几个最佳实施例的方案。

上述特开2003-304010号公报和特开2004-63592号公报中所公布的TMR元件的MR比低于70％，需要进一步提高MR比。

此外，最近，有关使用了MgO势垒层的单晶TMR薄膜，有报道使用MBE和超高真空蒸发装置制作Fe/MgO/Fe的单晶TMR薄膜，得到了MR比88％(汤浅新治、及另外4人，“High Tunnel Megnetoresistance atroom temperature in Fully Epitaxial Fe/MgO/Tunnel Junctions due toCoherent Spin-Polarized Tunneling”，纳米电子学研究所，应用物理的日本期刊，2004年4月2日出版，第43卷、第4B号，p.L588-L590)。该TMR薄膜具有完全外延单晶的结构。

为了制作使用了上述文献中的单晶MgO势垒层的单晶TMR薄膜，需要使用昂贵的MgO单晶基片。此外，还有以下缺点：需要昂贵的MBE装置制备Fe膜的外延生长或超高真空电子束蒸发制备MgO薄膜等先进的成膜技术，成膜时间变长等不适合于批量生产的问题。

发明内容

本发明的目的是提供具有高MR比，提高量产性、提高实用性的磁电阻效应元件及其制造方法。

本发明的磁电阻效应元件及其制造方法为了达成上述目的，而采用以下结构。