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

超薄金属薄膜均匀氧化/氮化过程及其在高性能铁磁隧道结薄膜中的应用研究

• 批准号: 03J06862
• 负责人: 吉村 哲
• 金额: $ 2.37万
• 依托单位: Nagoya University (2005)Tohoku University (2003-2004)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J06862/
• 关键词: 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

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。

作为下一代固态存储器而备受关注且即将投入实用的磁性随机存取存储器（MRAM），为了降低读取错误率、提高密度、提高运算速度， ，需要铁磁隧道结（MTJ），同时保持高磁阻变化率，并且需要制造具有均匀结构且很少有针孔等缺陷的极薄绝缘膜。本研究的目的是利用各种氧化或氮化工艺提高各种金属材料的氧化物或氮化物薄膜的质量。 2005年，我们尝试用结晶氧化镁作为绝缘层制造MTJ，有望提供巨大的隧道磁阻比。作为氧化镁绝缘层的形成方法，使用了前年确立的等离子体氧化法、去年确立的臭氧氧化法、反应溅射法、直接成膜法，并研究了其结构。另外，为了使层压薄膜平坦化，我们对去年确立的金属薄膜表面进行了等离子处理。结果，我们成功地在具有热氧化膜的Si晶片上使用氧化镁作为绝缘层，实现了MTJ的高晶体取向和高平坦度，这与生产工艺兼容，并使用生产中使用的溅射方法这是首次实现的，并且获得了极高的磁阻变化率。这项研究的未来计划包括降低结电阻（减少氧化镁绝缘层的厚度）和优化铁磁层材料，以便将该 MTJ 应用于 MRAM。

项目成果

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

高浓度臭氧氧化法金属Al薄膜的氧化过程及其制备的铁磁隧道结薄膜的磁阻效应

• 发表时间: 2005
• 期刊: 日本応用磁気学会誌 29・8
• 作者: 吉村 哲;成澤 洋祐;角田 匡清;高橋 研
• 通讯作者: 高橋 研

Radical nitridation of Al films for the barrier formation in ferromagnetic tunnel junctions

用于铁磁隧道结势垒形成的铝膜的自由基氮化

• 发表时间: 2005
• 期刊: Journal of Magnetism and Magnetic Materials Vol.286
• 作者: Masakiyo Tsunoda;Toshihiro Shoyama;Satoru Yoshimura;Migaku Takahashi
• 通讯作者: Migaku Takahashi

強磁性トンネル接合用バリア層材料

铁磁隧道结的势垒层材料

• 发表时间: 2004
• 期刊: まてりあ 43巻・6号
• 作者: 角田 匡清;吉村 哲;高橋 研
• 通讯作者: 高橋 研

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

隧道磁阻元件及其制造方法及其制造装置

• 发表时间: 2004

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)

Satoshi Yoshimura、Masakiyo Tsunoda、Satoshi Ogata、Ken Takahashi：“铁磁隧道结的 Al 薄膜的氧化过程与微波激发等离子体中氧化物质的相关性”，日本应用磁学学会杂志，第 27 卷。 12. 1130 -1134 (2003)