高濃度オゾン酸化法による酸化物ハーフメタルの形成と高性能トンネル接合膜の作製

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本研究では、キュリー温度が高くかつスピン分極率が高いハーフメタル材料として知られているフルホイスラー系の規則合金(X_2YZ:X=Co,Fe,Y=Mn,Cr,Z=Ge,Siなど)や特にマグネタイト(Fe_3O_4)に注目し、それらを用いた強磁性トンネル接合(MTJ)を作製することを目的とした。Fe_3O_4の場合は、金属Feスパッタ時におけるウエハ近傍への高濃度オゾンフロー、更にはそのオゾンへの紫外光照射を行うことで、平坦かつストイキオメトリックなFe_3O_4強磁性層の直接形成を目指している。最終的には、やバッファ層を介して、結晶質MgO膜を絶縁層に用いた、Fe_3O_4もしくはX_2YZ(001)/MgO(001)/Fe_3O4もしくはX_2YZ(001)エピタキシャル積層膜を作製し、高性能Gbit級磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)の実現に必要不可欠な、高MR比・低RA・MR比の高V_hを有する、高性能MTJの作製を図る。昨年度は、金属薄膜の高濃度オゾン酸化過程、下地層によるハーフメタル薄膜の(001)配向化について検討した。本年度は、ハーフメタル薄膜の配向制御ならびに表面平坦化を目指し、様々な下地層材料・バッファ層材料を用いた実験を行った。アモルファスTa下地層を用い、Cuバッファ層の製膜条件を最適化することにより、Cuバッファ層が(111)配向化し、その上にハーフメタル薄膜を(110)配向化させることに成功した。ここで、いずれの配向を有するハーフメタル薄膜においても、その配向度が改善するに従い、表面平坦性に優れることがわかった。そして、(110)配向したハーフメタル薄膜の方が、(001)配向したそれよりも、表面平坦性に優れることがわかった。これら、材料による配向面および配向度の違い、並びに配向面による表面平坦性の違いについては、積層界面における反応生成物や合金の生成に由来する表面エネルギー・界面エネルギーの変化により、説明できることを示した。