隧道磁阻效应元件、磁存储器、内置型存储器及制作隧道磁阻效应元件的方法技术

本发明专利技术提供一种TMR元件，该TMR元件(1)具备磁隧道接合元件部(2)和设置于磁隧道接合元件部的侧面且含有绝缘材料的侧壁部(17)，磁隧道接合元件部具有：参照层(3)、磁化自由层(7)、在层叠方向上层叠于参照层和磁化自由层之间的隧道势垒层(5)、以及层叠于磁化自由层的与隧道势垒层侧相反侧的盖层(9)，侧壁部含有绝缘材料，具有覆盖磁隧道接合元件部的参照层、隧道势垒层、磁化自由层、及盖层中的至少一个侧面的第一区域(R1)，第一区域含有构成磁隧道接合元件部的参照层，隧道势垒层，磁化自由层，及盖层中的至少一个层的元素(除氧以外)中的至少一种作为含有元素。

Tunnel magnetoresistive effect element, magnetic memory, built-in memory and method of making tunnel magnetoresistive effect element

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】隧道磁阻效应元件、磁存储器、内置型存储器及制作隧道磁阻效应元件的方法
本专利技术涉及隧道磁阻效应元件、磁存储器、内置型存储器及制作隧道磁阻效应元件的方法。
技术介绍
目前已知有具有依次层叠了作为磁化固定层的参照层、非磁性间隔(spacer)层、及磁化自由层的结构的巨磁阻效应(GMR)元件、及隧道磁阻效应(TMR)元件等磁阻效应元件。其中，使用绝缘层(隧道势垒层)作为非磁性间隔层的TMR元件与使用导电层作为非磁性间隔层的GMR元件相比，通常是虽然元件电阻高，但能够实现高磁阻(MR比)。因此，TMR元件作为被利用于磁传感器、磁头、及磁阻随机存取存储器(MRAM，MagneticRandomAccessMemory)等的元件备受关注(例如，下述专利文献1及2)。作为使TMR元件的磁化自由层的磁化方向反转的方法，已知有被称为“自旋注入磁化反转”的技术，该“自旋注入磁化反转”的技术是向磁化自由层流通自旋极化电流，使自旋转移力矩(spintransfertorque,STT)从电子自旋作用于磁化自由层的技术。例如由于通过将该技术应用于MRAM，不需要用于使磁化自由层的磁化方向反转的磁场发生用配线等理由，能够减小存储单元，可实现高集成化。通常，使用基于STT的磁化反转技术的MRAM被称为“STT-MRAM”。在STT-MRAM之类的半导体设备中，其制造工艺例如往往包含摄氏300度以上的高温气氛下的退火工序(例如，下述专利文献4～6)。高温气氛下的退火工序是为提高STT-MRAM所含的TMR元件的膜质及结晶性而进行的。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：日本专利第5988019号公报专利文献3：美国专利第8921961号说明书专利文献4：美国专利第8860156号说明书专利文献5：美国专利第9006704号说明书专利文献6：美国专利第8542524号说明书
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题但是，通过高温气氛下的退火工序，往往会提高TMR元件的膜质及结晶性，另一方面，例如，构成TMR元件的磁隧道接合元件部的一部分元素会通过扩散等而移至设置于该磁隧道接合元件部的外侧的侧壁部。当构成磁隧道接合元件部的一部分元素移至侧壁部时，磁隧道接合部所含的元素的组成与退火工序前相比就会发生变化，其结果是，磁隧道接合元件部有时不满足规定的特性。在高温气氛下的退火工序中，优选在提高了TMR元件的膜质及结晶性的基础上，抑制构成磁隧道接合元件部的元素向侧壁部的移动。本专利技术是鉴于上述技术问题而完成的，其目的在于，提供一种TMR元件，其能够降低构成磁隧道接合元件部的元素向侧壁部的移动。另外，其目的在于，提供一种具备该TMR元件的磁存储器、及具备该磁存储器的内置型存储器。进而，其目的在于，提供一种制作TMR元件的方法，其能够降低构成磁隧道接合元件部的元素向侧壁部的移动。用于解决技术问题的技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术的一个实施方式的隧道磁阻效应(TMR)元件具备磁隧道接合元件部和设置于磁隧道接合元件部的侧面且含有绝缘材料的侧壁部，磁隧道接合元件部具有：参照层、磁化自由层、在层叠方向上层叠于参照层和磁化自由层之间的隧道势垒层、和层叠于磁化自由层的与隧道势垒层侧相反侧的盖层，侧壁部含有上述绝缘材料，具有覆盖磁隧道接合元件部的参照层、隧道势垒层、磁化自由层、及盖层中的至少一个侧面的第一区域，第一区域含有构成磁隧道接合元件部的参照层、隧道势垒层、磁化自由层、及盖层中的至少一个层的元素(除氧以外)中的至少一种作为含有元素。根据本专利技术的一个实施方式的TMR元件，磁隧道接合元件部的侧面被含有上述绝缘材料的第一区域覆盖。由于第一区域含有构成磁隧道接合元件部中的由第一区域覆盖的层的元素作为含有元素，因此与在第一区域内仅存在与构成该覆盖的层的元素不同的元素的情况相比，该覆盖的层和第一区域中的与上述含有元素有关的熵变大。因此，与在第一区域内仅存在与构成该覆盖的层的元素不同的元素的情况相比，构成由第一区域覆盖的上述层的上述元素难以热力学地从该覆盖的层向第一区域扩散。其结果是，在制作TMR元件时，即使磁隧道接合元件部在高温气氛下被退火，第一区域也降低上述含有元素向侧壁部的移动。由于构成磁隧道接合元件部的元素的组成的变化得到抑制，因此本专利技术的一个实施方式的TMR元件能够维持高MR比之类的规定的特性。进而，在本专利技术的一个实施方式的TMR元件中，侧壁部可含有绝缘材料，具有覆盖第一区域的外缘的第二区域，第一区域可位于磁隧道接合元件部和第二区域之间。由此，由于含有绝缘材料的第二区域设置于侧壁部，因此侧壁部的绝缘性进一步提高。进而，在本专利技术的一个实施方式的TMR元件中，第一区域可具有含有B、Al及Si中的至少一种作为上述含有元素的氮化物，第二区域可具有含有B、Al及Si中的至少一种作为含有元素的氮化物。由此，第一区域及第二区域均具有高绝缘性。另外，由于这些元素在磁隧道接合元件部的退火工序中，很少在磁隧道接合元件部和侧壁部之间相互扩散，因此退火工序前后的TMR元件的元件电阻的变化进一步降低。进而，在本专利技术的一个实施方式的TMR元件中，从第一区域的外缘到参照层的侧面的距离可为3nm以上。由此，即使通过摄氏400度之类的高温气氛下的磁隧道接合元件部的退火，也会特别降低构成磁隧道接合元件部的参照层的元素向侧壁部移动。TMR元件中的磁特性的降低可得到抑制。进而，在本专利技术的一个实施方式的TMR元件中，从第一区域的外缘到隧道势垒层的侧面的距离可比从第一区域的外缘到盖层的侧面的距离大。由此，会特别降低给TMR元件的特性造成较大影响的隧道势垒层的元素的移动。进而，在本专利技术的一个实施方式的TMR元件中，第一区域可具有含有Co、Fe及Ta中的至少一种作为含有元素的氮化物。由此，由于第一区域含有Co、Fe及Ta之类的特别容易移动的元素，因此通过第一区域，来阻止这些元素的退火时的移动。因此，会特别有效地发挥降低构成磁隧道接合元件部的元素向侧壁部移动等的本专利技术的效果。进而，在本专利技术的一个实施方式的TMR元件中，参照层的磁化方向实质上固定于沿着层叠方向的方向，盖层可包含垂直磁化感应层，垂直磁化感应层可对磁化自由层赋予沿着层叠方向的方向的磁各向异性。进而，在本专利技术的一个实施方式的TMR元件中，隧道势垒层可由用通式：AB2O4(式中，A是选自Mg及Zn中的至少一种元素，B是选自Al、Ga及In中的至少一种元素)表示的具有尖晶石构造的氧化物材料构成。根据本专利技术的一个实施方式的TMR元件，隧道势垒层由可用多种元素来置换的具有晶体结构的尖晶石构造的氧化物材料构成。因为这些材料能够特别有效地对磁化自由层赋予沿着层叠方向的方向的磁各向异性，所以能够将磁化自由层的易磁化轴的方向特别稳定地设定成垂直方向。另外，本专利技术的一个实施方式的磁存储器具备上述中的任一个TMR元件作为存储元件。另外，本专利技术的一个实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道磁阻效应元件，其中，/n具备：/n磁隧道接合元件部、和/n设置于所述磁隧道接合元件部的侧面且含有绝缘材料的侧壁部，/n所述磁隧道接合元件部具有：/n参照层、/n磁化自由层、/n在层叠方向上层叠于所述参照层和所述磁化自由层之间的隧道势垒层、以及/n层叠于所述磁化自由层的与所述隧道势垒层侧为相反侧的盖层，/n所述侧壁部含有所述绝缘材料，并具有覆盖所述磁隧道接合元件部的所述参照层、所述隧道势垒层、所述磁化自由层、及所述盖层中的至少一个侧面的第一区域，/n所述第一区域含有构成所述磁隧道接合元件部的所述参照层、所述隧道势垒层、所述磁化自由层、及所述盖层中的所述至少一个层的除氧以外的元素中的至少一种作为含有元素。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种隧道磁阻效应元件，其中，
具备：
磁隧道接合元件部、和
设置于所述磁隧道接合元件部的侧面且含有绝缘材料的侧壁部，
所述磁隧道接合元件部具有：
参照层、
磁化自由层、
在层叠方向上层叠于所述参照层和所述磁化自由层之间的隧道势垒层、以及
层叠于所述磁化自由层的与所述隧道势垒层侧为相反侧的盖层，
所述侧壁部含有所述绝缘材料，并具有覆盖所述磁隧道接合元件部的所述参照层、所述隧道势垒层、所述磁化自由层、及所述盖层中的至少一个侧面的第一区域，
所述第一区域含有构成所述磁隧道接合元件部的所述参照层、所述隧道势垒层、所述磁化自由层、及所述盖层中的所述至少一个层的除氧以外的元素中的至少一种作为含有元素。


2.根据权利要求1所述的隧道磁阻效应元件，其中，
所述侧壁部含有所述绝缘材料，并具有覆盖所述第一区域的外缘的第二区域，
所述第一区域位于所述磁隧道接合元件部和所述第二区域之间。


3.根据权利要求2所述的隧道磁阻效应元件，其中，
所述第一区域具有含有B、Al及Si中的至少一种作为所述含有元素的氮化物，所述第二区域具有含有B、Al及Si中的至少一种作为含有元素的氮化物。


4.根据权利要求2或3所述的隧道磁阻效应元件，其中，
从所述第一区域的外缘到所述参照层的侧面的距离为3nm以上。


5.根据权利要求1～4中任一项所述的隧道磁阻效应元件，其中，
从所述第一区域的外缘到所述隧道势垒层的侧面的距离比从所述第一区域的外缘到所述盖层的侧面的距离大。


6.根据权利要求1～5中任一项所述的隧道...

【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