極薄金属膜の均質酸・窒化プロセスと高性能強磁性トンネル接合膜への応用に関する研究

• Project/Area Number: 03J06862
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 電子デバイス・機器工学
• Research Institution: Nagoya University (2005); Tohoku University (2003-2004)
• Principal Investigator: 吉村 哲 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助手
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,700,000 (Direct Cost: ¥3,700,000); Fiscal Year 2005: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2004: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2003: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: 磁気ランダムアクセスメモリ / 強磁性トンネル接合膜 / 高濃度オゾン / ラジカル・イオン / 原子状酸素 / 酸化過程 / 金属膜平坦化 / プラズマトリートメント / マイクロ波励起プラズマ / 窒化過程

Research Abstract

次世代固体メモリとして注目されている実用化間近の磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)における読み出し時のエラーレートの低減や高密度化や高速動作化のためには、強磁性トンネル接合(MTJ)において、高い磁気抵抗変化率を維持しつつ、接合抵抗を低減することが必要不可欠で、ピンホールなどの欠陥の少ない均一な組織を有する極めて薄い絶縁膜を作製しなければならない。本研究では、様々な酸化もしくは窒化プロセスを用いて、様々な金属材料の酸化膜もしくは窒化膜の高品質化を実現させることを目的としている。
平成17年度は、巨大なトンネル磁気抵抗変化率が得られると予想されている、結晶質マグネシウム酸化物を絶縁層に用いたMTJの作製を試みた。マグネシウム酸化物絶縁層の形成方法として、一昨年度に確立したプラズマ酸化法・昨年度に確立したオゾン酸化法・反応性スパッタ法・直接成膜法などを用い、その構造について検討した。また積層膜の平坦化には、昨年確立した金属膜表面へのプラズマトリートメントを用いた。その結果、マグネシウム酸化物を絶縁層に用いたMTJの高結晶配向化・高平坦化を、生産プロセスに適合可能な熱酸化膜付きSiウエハ上、および生産プロセスとして使用されているスパッタ法を用いて初めて実現し、極めて高い磁気抵抗変化率を得た。本研究の今後については、本MTJをMRAMに適用すべく、接合抵抗の低減(マグネシウム酸化物絶縁層厚の低減)・強磁性層材料の最適化が挙げられる。

Research Products

• [Journal Article] Surface flattening processes of metal layer and their effect on transport properties of magnetic tunnel junctions with Al-N barrier (2005)
  • Author(s): S.Yoshimura, T.Nozawa, T.Shoyama, M.Tsunoda, M.Takahashi
  • Journal Title: Journal of Applied Physics 97
• [Journal Article] トンネル接合膜のTMR特性に及ぼすAl-N絶縁層へのイオン照射の効果 (2005)
  • Author(s): 角田 匡清, 渡辺 義彦, 今北 健一, 吉村 哲, 高橋 研
  • Journal Title: 日本応用磁気学会誌 29・6 Pages: 653-657
  • NAID: 10013768977
• [Journal Article] 高濃度オゾン酸化法による金属Al膜の酸化過程とそれを用いて作製した強磁性トンネル接合膜の磁気抵抗効果 (2005)
  • Author(s): 吉村 哲, 成澤 洋祐, 角田 匡清, 高橋 研
  • Journal Title: 日本応用磁気学会誌 29・8 Pages: 820-825
  • NAID: 110002811841
• [Journal Article] Radical nitridation of Al films for the barrier formation in ferromagnetic tunnel junctions (2005)
  • Author(s): Masakiyo Tsunoda, Toshihiro Shoyama, Satoru Yoshimura, Migaku Takahashi
  • Journal Title: Journal of Magnetism and Magnetic Materials Vol.286 Pages: 162-166
• [Journal Article] Surface flattening processes of metal layer and their effect on transport properties of magnetic tunnel junctions with Al-N barrier (2005)
  • Author(s): Satoru Yoshimura, Toshiharu Nozawa, Toshihiro Shoyama, Masakiyo Tsunoda, Migaku Takahashi
  • Journal Title: Journal of Applied Physics Vol.96(in press)
• [Journal Article] 強磁性トンネル接合用バリア層材料 (2004)
  • Author(s): 角田 匡清, 吉村 哲, 高橋 研
  • Journal Title: まてりあ 43巻・6号 Pages: 492-497
• [Patent(Industrial Property Rights)] トンネル型磁気抵抗素子とその製造方法および装置 (2004)
  • Inventor(s): 角田 匡清, 吉村 哲, 高橋 研
  • Industrial Property Rights Holder: 東北大学
  • Filing Date: 2004-05-18
• [Patent(Industrial Property Rights)] トンネル型磁気抵抗素子、その製造方法およびその製造装置 (2004)
  • Inventor(s): 高橋 研, 角田 匡清, 吉村 哲, 福田 達生, 小池 国彦
  • Industrial Property Rights Holder: 東北大学, 岩谷産業株式会社
  • Filing Date: 2004-08-19
• [Publications] 吉村 哲, 角田 匡清, 尾形 聡, 高橋 研: "強磁性トンネル接合用Al薄膜の酸化過程とマイクロ波励起プラズマ中の酸化種との相関"日本応用磁気学会誌. 27巻・12号. 1130-1134 (2003)
• [Publications] Satoru Yoshimura, Toshihiro Shoyama, Toshiharu Nozawa, Masakiyo Tsunoda, Migaku Takahashi: "Nitridation process of Al layer by microwave-excited plasma and large magnetoresistance in Co-Fe/Al-N/Co-Fe tunnel junctions"IEEE Transactions on Magnetics. Vol.40・No.4(in press). (2004)