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磁気抵抗素子および磁気抵抗素子の製造方法

国内特許コード P120007608
整理番号 K020P55-4
掲載日 2012年5月28日
出願番号 特願2011-226907
公開番号 特開2012-039144
登録番号 特許第5002788号
出願日 平成23年10月14日(2011.10.14)
公開日 平成24年2月23日(2012.2.23)
登録日 平成24年6月1日(2012.6.1)
優先権データ
  • 特願2004-071186 (2004.3.12) JP
  • 特願2004-313350 (2004.10.28) JP
発明者
  • 湯浅 新治
出願人
  • 独立行政法人科学技術振興機構
  • 独立行政法人産業技術総合研究所
発明の名称 磁気抵抗素子および磁気抵抗素子の製造方法
発明の概要

【課題】従来のTMR素子に比べて磁気抵抗を大きくし、出力電圧を大きくすることを目的とする。
【解決手段】磁気抵抗素子は、基板と、前記基板上に形成されたCo,Fe,Bを含む磁性合金からなる強磁性体層と、前記強磁性体層上にトンネル障壁層として(001)結晶面が優先配向した多結晶MgOとを有することに特徴がある。
【選択図】図11

従来技術、競合技術の概要


MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)は、現在広く用いられている記憶素子であるDRAMに代わる大容量向け記憶素子であり、かつ、高速な不揮発性メモリとして広く研究開発が行われており、例えば、4MbitのMRAMがサンプル出荷されたという実績がある。



図8は、MRAMの心臓部であるトンネル磁気抵抗素子(以下、「TMR素子」と称する)の構造と、その動作原理を示す図である。図8(A)に示すように、TMR素子においては、酸化物からなるトンネル障壁(以下、「バリア層」とも称する)の両側を強磁性金属からなる第1及び第2の2つの電極により挟んだトンネル構造を有している。トンネル障壁層としては、アモルファスのAl-O層が用いられている(非特許文献1参照)。図8(A)に示すように、第1の強磁性電極と第2の強磁性電極との磁化の向きが平行な平行磁化の場合には、トンネル構造の界面における法線方向に関する素子の電気抵抗が小さくなる。一方、図8(B)に示すように、第1の強磁性電極と第2の強磁性電極との磁化の向きが平行な反平行磁化の場合には、トンネル構造の界面における法線方向に関する素子の電気抵抗が大きくなる。この抵抗値は、一般的な状態では変化せず、抵抗値が高いか低いかに基づいて情報“1”、“0”として記憶される。平行磁化と反平行磁化とは不揮発に記憶されるため、不揮発性メモリの基本素子として用いることができる。



図9は、MRAMの基本構造例を示す図であり、図9(A)はMRAMの斜視図であり、図9(B)は模式的な回路構成図であり、図9(C)は、構造例を示す断面図である。図9(A)に示すように、MRAMにおいてはワード線WLとビット線BLとが交差するように配置され、交差部にMRAMセルが配置されている。図9(B)に示すように、ワード線とビット線との交差部に配置されたMRAMセルは、TMR素子と、このTMR素子と直列接続されたMOSFETとを有しており、負荷抵抗として機能するTMR素子の抵抗値をMOSFETにより読み取ることにより、記憶情報を読み出すことができる。尚、情報の書き換えは、例えば、TMR素子への磁場の印加により行うことができる。図9(C)に示すように、MRAMメモリセルは、p型Si基板101内に形成されたソース領域105とドレイン領域103と、その間に画定されるチャネル領域に対して形成されたゲート電極111とを有するMOSFET100と、TMR素子117とを有している。ソース領域105は接地(GND)され、ドレインは、TMR素子を介してビット線BLに接続されている。ワード線WLはゲート電極111に対して図示しない領域において接続されている。



以上に説明したように、不揮発性メモリMRAMは、1つのMOSFET100とTMR素子117とにより1つのメモリセルを形成することができるため、高集積化に適したメモリ素子ということができる。

産業上の利用分野


本発明は、磁気抵抗素子及びその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
基板と、前記基板上に形成されたCo、FeおよびBを含む結晶化している磁性合金からなる強磁性体層と、前記強磁性体層上にトンネル障壁層として(001)結晶面が優先配向した多結晶MgOと、を有する磁気抵抗素子であって、
前記強磁性体層がアモルファス状態からアニールにより結晶化したものであることを特徴とする磁気抵抗素子

【請求項2】
前記磁性合金が、FeCoB、FeCoBSiおよびFeCoBPのいずれかであることを特徴とする請求項1記載の磁気抵抗素子。
産業区分
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2011226907thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
参考情報 (研究プロジェクト等) さきがけ ナノと物性 領域
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