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公開番号2024162252
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-21
出願番号2023077596
出願日2023-05-10
発明の名称磁気抵抗素子及び半導体装置
出願人三星電子株式会社,Samsung Electronics Co.,Ltd.
代理人個人
主分類H10B 61/00 20230101AFI20241114BHJP()
要約【課題】磁気特性を向上させることができる磁気抵抗素子及び半導体装置を提供する。
【解決手段】磁気抵抗素子1は、SOT電極層20と、金属酸化物層30と、第1非磁性層A10と、第1磁性層B10と、第2非磁性層A20と、第2磁性層B20と、を備え、第1磁性層B10、第2非磁性層A20及び第2磁性層B20は、磁気トンネル接合素子を構成し、SOT電極層20は、材料として、BiSbを含み、金属酸化物層30は、材料として、金属酸化物を含み、第1非磁性層A10は、少なくとも一部にアモルファスを含み、前記SOT電極層に含まれた結晶と、前記第1磁性層に含まれた結晶とは、これらの層の積層方向を回転軸とする結晶の回転対称性が異なる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ＳＯＴ電極層と、
前記ＳＯＴ電極層上に設けられた金属酸化物層と、
前記金属酸化物層上に設けられた第１非磁性層と、
前記第１非磁性層上に設けられた第１磁性層と、
前記第１磁性層上に設けられた第２非磁性層と、
前記第２非磁性層上に設けられた第２磁性層と、
を備え、
前記第１磁性層、前記第２非磁性層及び前記第２磁性層は、
磁気トンネル接合素子を構成し、
前記ＳＯＴ電極層は、
材料として、ＢｉＳｂを含み、
前記金属酸化物層は、
材料として、金属酸化物を含み、
前記第１非磁性層は、
少なくとも一部にアモルファスを含み、
前記ＳＯＴ電極層に含まれた結晶と、前記第１磁性層に含まれた結晶とは、
これらの層の積層方向を回転軸とする結晶の回転対称性が異なる、
磁気抵抗素子。
続きを表示（約 990 文字）【請求項２】
前記金属酸化物層と、前記第１非磁性層との間に設けられた
第３磁性層
をさらに備え、
前記第３磁性層は、
前記第１磁性層と磁気的に結合する、
請求項１に記載の
磁気抵抗素子。
【請求項３】
前記金属酸化物層と、前記第３磁性層との間に設けられた
第３非磁性層をさらに備え、
前記第３非磁性層は、
前記金属酸化物層と前記第３磁性層との結晶格子の不整合を緩和する結晶構造を有する、
請求項２に記載の
磁気抵抗素子。
【請求項４】
前記金属酸化物層と、前記第３磁性層との間に設けられた
第３非磁性層をさらに備え、
前記第３非磁性層上に形成された前記第３磁性層は、
島状成長が抑制され、
平坦性が改善されている、
請求項２に記載の
磁気抵抗素子。
【請求項５】
前記金属酸化物層は、
第１金属酸化物層及び第２金属酸化物層を含み、
前記第１金属酸化物層は、
材料として、前記第２金属酸化物層と異なる前記金属酸化物を含む、
請求項２に記載の
磁気抵抗素子。
【請求項６】
前記金属酸化物層は、
スピン拡散長が前記ＳＯＴ電極層と前記第１磁性層との間の距離よりも長い
前記金属酸化物を含む、
請求項１に記載の
磁気抵抗素子。
【請求項７】
前記第１磁性層は、４回の回転対称性の前記結晶を含み、
前記ＳＯＴ電極層は、３回の回転対称性の前記結晶を含む、
請求項１に記載の
磁気抵抗素子。
【請求項８】
前記金属酸化物層は、材料として、Ｃｒ
２
Ｏ
３
を含む、
請求項１に記載の
磁気抵抗素子。
【請求項９】
前記金属酸化物層の厚さは、０．５～２．５ｎｍである、
請求項８に記載の
磁気抵抗素子。
【請求項１０】
前記第１非磁性層は、少なくとも一部にアモルファス金属を含む、
請求項１に記載の
磁気抵抗素子。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、磁気抵抗素子及び半導体装置に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
スピン軌道トルク（ＳｐｉｎＯｒｂｉｔＴｏｒｑｕｅ、以下、ＳＯＴと呼ぶ。）－磁気抵抗メモリ（ＭａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅＲａｎｄａｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ、以下、ＭＲＡＭと呼ぶ。）のスイッチング電流の低減のため、ＳＯＴ電極における電流からスピン流への変換効率であるスピンホール角を増大することが求められている。
【０００３】
特許文献１には、トポロジカル絶縁体（ＴｏｐｏｌｏｇｉｃａｌＩｎｓｕｌａｔｏｒ）のビスマスアンチモン（ＢｉｓｍｕｔｈＡｎｔｉｍｏｎｙ、以下、ＢｉＳｂと呼ぶ。）を（０１２）結晶配向させたＳＯＴ電極を用いることにより、スピンホール角を大幅に増大させ、スイッチング電流を低減させる技術が提案されている。
【０００４】
特許文献２には、ＢｉＳｂのＳＯＴ電極において、大きなスピンホール角が得られる（０１２）結晶配向を促進するためのバッファ層の構成が提案されている。
【０００５】
分子線エピタキシー法（ＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｅａｍＥｐｉｔａｘｙ、以下、ＭＢＥ法と呼ぶ。）によって、（０１２）面方位に結晶配向したＢｉＳｂのＳＯＴ電極を用いることにより、スピンホール角として、５２という、これまでのタングステン（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ、以下、Ｗと呼ぶ。）及びタンタル（Ｔａｎｔａｌｕｍ、以下、Ｔａと呼ぶ。）等の重金属のＳＯＴ電極を用いた場合と比べて、非常に大きい値を得ることができる。
【０００６】
さらに、省電力化の指標であるスピンホール伝導度は、これまでのＷ及びＴａの場合と比べて、約２桁増大したという結果が得られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１９－０５４４８４号公報
特開２０２１－１２８８１４号公報
特開２０２１－０５７３５７号公報
【非特許文献】
【０００８】
L. Zhu et al., Phys. Rev. Lett. 126 (2021) 107204
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ＳＯＴ－ＭＲＡＭの製造に、より適したスパッタ成膜による方法では、ＢｉＳｂの平坦な薄膜を得られることが困難であることが知られている。このような平坦性が低下したＢｉＳｂ薄膜上に磁気トンネル接合（ＭａｇｎｅｔｉｃＴｕｎｎｅｌＪｕｎｃｔｉｏｎ、以下、ＭＴＪと呼ぶ。）素子を構成する強磁性層を積層した場合には、ＢｉＳｂ／強磁性層の界面は、荒れたものとなる。その結果、ＢｉＳｂ／強磁性層の界面においてスピン拡散損失が起きるため、スピンホール角が大きく低下するという問題がある。
【００１０】
さらに、ＢｉＳｂ材料は、拡散し易い特性を持つため、スパッタ成膜直後でもＢｉＳｂのＳｂがＣｏＰｔ等を含む強磁性層に拡散し、逆に、ＢｉＳｂ層にＰｔが拡散するという相互拡散という問題がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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