磁阻效应元件制造技术

本发明专利技术提供一种能够实现较高的MR比的磁阻效应元件。该磁阻效应元件具有层叠体，该层叠体中按顺序层叠有：基底层、第一铁磁性金属层、隧道势垒层、第二铁磁性金属层，所述基底层由氮化物构成，所述隧道势垒层由选自MgAl2O4、ZnAl2O4、MgO及γ‑Al2O3中的任一种构成，所述隧道势垒层的晶格常数和所述基底层可采用的结晶结构的晶格常数的晶格非匹配度为5％以内。

【技术实现步骤摘要】
磁阻效应元件
本专利技术涉及磁阻效应元件。
技术介绍
已知由铁磁性层和非磁性层的多层膜构成的巨大磁阻(GMR)元件，及在非磁性层使用了绝缘层(隧道势垒层，势垒层)的隧道磁阻(TMR)元件。一般而言，TMR元件的元件电阻比GMR元件的元件电阻高，但TMR元件的磁阻(MR)比比GMR元件的MR比大。因此，作为磁传感器、高频零件、磁头及非易失性随机存取存储器(MRAM)用的元件，TMR元件备受关注。TMR元件能够根据电子的隧道传导的机制的不同而分类成两种。一种是，仅利用了铁磁性层间的波动函数的渗出效应(隧道效应)的TMR元件。另一种是，在产生隧道效应时利用了隧穿的非磁性绝缘层的特定轨道的传导的相干隧道(只有具有特定的波动函数的对称性的电子才进行隧穿)主导的TMR元件。已知，与仅利用了隧道效应的TMR元件相比，相干隧道主导的TMR元件得到较大的MR比。磁阻效应元件中，为了得到相干隧道效应，需要两个铁磁性金属层和隧道势垒层相互为结晶质，且两个铁磁性金属层与隧道势垒层的界面成为结晶学上连续的状态。作为能够得到相干隧道效应的隧道势垒层，广泛已知的有MgO。另外，还对替代MgO的材料进行了研究。例如，专利文献1中，作为代替MgO的材料，报告有具有尖晶石结构的MgAl2O4。另外，专利文献2中记载了将具有无规尖晶石结构的MgAl2O4用于隧道势垒层的技术。[现有技术文献]专利文献专利文献1：日本专利第5586028号公报专利文献2：日本特开2013-175615号公报非专利文献非专利文献1：日本国立研究开发法人物质和材料研究机构、“AtomWork”、[2016年8月23日检索]、因特网〈URL：http：//crystdb.nims.go.jp/〉.非专利文献2：YibinXu，MasayoshiYamazaki，andPierreVillars.InorganicMaterialsDatabaseforExploringtheNatureofMaterial.JPn.J.Appl.Phys.50(2011)11RH02.
技术实现思路
[专利技术所要解决的技术问题]但是，虽然这些隧道势垒层与铁磁性层的晶格匹配性良好，但未必能够直接应用于批量生产。例如，磁头中，需要在磁阻效应元件的下方设置磁屏蔽性。另外，MRAM中，需要在磁阻效应元件的下方设置半导体电路。即，在批量生产时，有时在材料选择上受到限制。为了避免这种限制，还存在使用容易结晶化且适于磁阻效应元件的构成元素的结晶结构的晶种层材料的方法，但在批量生产时仍存在需要解决的技术问题，例如，为了确保晶种层的结晶性，需要增厚膜的厚度等。在存在这种技术问题的情况下，将构成隧道势垒层的材料从MgO变更成其它材料时，有时得不到充分的MR比。例如，专利文献1及2中，降低隧道势垒层与铁磁性层的晶格不匹配，提高MR比。但是，即使使得隧道势垒层与铁磁性层的晶格匹配，有时也得不到充分的MR比。[用于解决技术问题的技术手段]本专利技术是鉴于上述情况而研发的，其目的在于，提供一种磁阻效应元件，其在较高的偏压下产生比使用了现有的隧道势垒的TMR元件更高的MR比。用于解决技术问题的技术手段本专利技术者们进行了潜心研究，其结果发现：构成隧道势垒层的材料的结晶的晶格常数与构成基底层的氮化物可采用的结晶的晶格常数之差越小，MR比越大。这是推翻现有的常识的结果。一般而言，通过反应性溅射法成膜的氮化物膜为非晶。于是，通过反应性溅射法成膜的基底层也是非晶。实际上，即使在透射电子显微镜(TEM)图像及电子衍射图像中也都没有确认到基底层的结晶性。如果基底层为完全的非晶，则应与位于其上的层在结晶学上没有相关性。与之相对，研究的结果是，得到的MR比与基底层具有相关关系。推测其原因时，认为：基底层不全是结晶，但也不是完全的非晶。即，认为，接近于现实的描述应该是：基底层的原子排列的规则性并没有达到能够通过TEM或电子显微镜得到图像那样的程度，但局部具有结晶性的部分，或具有残留有结晶结构的痕迹的松散的规则性。现有技术中认为通过反应性溅射法成膜的基底层为非晶，相对于此，调整基底层与隧道势垒层的关系这一技术手段，开启了提高磁阻效应元件的MR比的新的方向性。(1)本专利技术的一个方式提供一种磁阻效应元件，其中，具有层叠体，所述层叠体中按顺序层叠有基底层、第一铁磁性金属层、隧道势垒层、第二铁磁性金属层，所述基底层由氮化物构成，所述隧道势垒层由选自MgAl2O4、ZnAl2O4、MgO及γ-Al2O3中的任一种构成，所述隧道势垒层的晶格常数和所述基底层可采用的结晶结构的晶格常数的晶格非匹配度为5％以内。(2)所述方式的磁阻效应元件中，所述基底层可采用的结晶结构为四方晶结构。(3)所述方式的磁阻效应元件中，所述隧道势垒层可以为MgAl2O4或ZnAl2O4，所述基底层可以为含有选自Ti、V、Mo、Ga及Al中的任一种的氮化物。(4)所述方式的磁阻效应元件中，所述隧道势垒层可以为MgO，所述基底层可以为含有选自Ti、Nb、V、Ta及Mo中的任一种的氮化物。(5)所述方式的磁阻效应元件中，所述隧道势垒层可以为γ-Al2O3，所述基底层可以为含有选自V、Ga及Al中的任一种的氮化物。(6)所述方式的磁阻效应元件中，所述基底层的电阻率可以为200μΩ·cm以下。(7)所述方式的磁阻效应元件中，所述第一铁磁性金属层及所述第二铁磁性金属层可以由以Fe和Co中的至少一方为主成分的铁磁性体构成。(8)所述方式的磁阻效应元件中，所述第一铁磁性金属层的厚度也可以为3nm以下。(9)所述方式的磁阻效应元件中，所述基底层的厚度也可以为1.0nm以上且20.0nm以下。(10)所述方式的磁阻效应元件中，也可以在所述第二铁磁性金属层的与隧道势垒层一侧相反的一侧的表面还层叠有覆盖层。(11)所述方式的磁阻效应元件中，所述覆盖层也可以由原子序数为钇以上的非磁性金属构成。[专利技术效果]根据本专利技术能够提供一种产生高MR比的磁阻效应元件。附图说明图1是本实施方式的磁阻效应元件的剖面示意图。图2是尖晶石的结晶结构的图。图3是表示规则性尖晶石及Sukenel结构的构成单元的图。图4是隧道势垒层和铁磁性金属层晶格匹配的部分的一例。图5是包含与隧道势垒层3的层叠方向平行的方向的截面的结构示意图。图6是具备本专利技术的一个方式的磁阻效应元件的磁阻效应装置的侧面示意图。图7是从层叠方向俯视磁阻效应装置的示意图。符号说明1…第一铁磁性金属层、2…第二铁磁性金属层、3…隧道势垒层、4…基底层、5…覆盖层、10…磁阻效应元件、11…基板、12…电极层、13…电源、14…电压计、15…接触电极、20…磁阻效应装置具体实施方式以下，参照附图详细地说明本专利技术的实施方式。此外，在附图的说明中，对相同的要素标注相同的符号，并省略重复的说明。<磁阻效应元件>图1是本实施方式的磁阻效应元件的剖面示意图。图1所示的磁阻效应元件10设于基板11上。图1所示的磁阻效应元件10中，从基板11侧起按照基底层4、第一铁磁性金属层1、隧道势垒层3、第二铁磁性金属层2、覆盖层5的顺序层叠。覆盖层5不是必须的层，也可以除去。首先，具体地说明构成磁阻效应元件10的各层的结构。(第一铁磁性金属层，第二铁磁性金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁阻效应元件，其中，具有叠层体，所述叠层体中按顺序叠层有基底层、第一铁磁性金属层、隧道势垒层、第二铁磁性金属层，所述基底层由氮化物构成，所述隧道势垒层由选自MgAl2O4、ZnAl2O4、MgO及γ‑Al2O3中的任一种构成，所述隧道势垒层的晶格常数和所述基底层可采用的结晶结构的晶格常数的晶格非匹配度为5％以内。

【技术特征摘要】
2016.09.29 JP 2016-1920071.一种磁阻效应元件，其中，具有叠层体，所述叠层体中按顺序叠层有基底层、第一铁磁性金属层、隧道势垒层、第二铁磁性金属层，所述基底层由氮化物构成，所述隧道势垒层由选自MgAl2O4、ZnAl2O4、MgO及γ-Al2O3中的任一种构成，所述隧道势垒层的晶格常数和所述基底层可采用的结晶结构的晶格常数的晶格非匹配度为5％以内。2.根据权利要求1所述的磁阻效应元件，其中，所述基底层可采用的结晶结构为四方晶结构。3.根据权利要求1所述的磁阻效应元件，其中，所述隧道势垒层为MgAl2O4或ZnAl2O4，所述基底层为含有选自Ti、V、Mo、Ga及Al中的任一种的氮化物。4.根据权利要求2所述的磁阻效应元件，其中，所述隧道势垒层为MgAl2O4或ZnAl2O4，所述基底层为含有选自Ti、V、Mo、Ga及Al中的任一种的氮化物。5.根据权利要求1所述的磁阻效应元件，其中，所述隧道势垒层为MgO，所述基底层为含有选自Ti、Nb、V、Ta及Mo中的任一种的氮化物。6.根据权利要求2所述的磁阻效应元件，其中，所述隧道势垒层为...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐佐木智生，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP