実施例1はSOI(Silicon on Insulator)基板を用い強 磁性体を形成する方法の例である。図3(a)か� �図3(c)は実施例1に係る強磁性体の形成方法を 示す図である。図3(a)を参照に、Si基板12、埋� ��込み酸化膜でありSiO ₂ からなる酸化シリコン層14(反応抑制層)、Si層 16(半導体層)が順次形成されたSOI基板10を形成 する。図3(b)を参照に、SOI基板10上にCo層22及� �Fe層24を蒸着法を用い形成する。これにより� ��Si層16上にCo層22及びFe層24からなる磁性元素� ��20が形成される。このとき、各層が全て反� �した場合、化学量論的にCo ₂ FeSiとなる原子が供給されるように、Si層16、C o層22及びFe層24の厚さを設定する。実施例1に� ��いては、Si層16、Co層22及びFe層の厚さを、そ れぞれ40nm、45nm及び24nmとした。なお、磁性元 素層20は磁性元素が含まれている層であれば� ��く、例えば、CoとFeとの合金層でもよい。

 図3(c)を参照に、RTA法を用い熱処理すること により合金層26を形成する。RTAは窒素雰囲気� ��で約4分間行った。熱処理温度は後述する。 酸化シリコン層14は熱的に極めて安定である� ��とから、各層が反応する程度の温度では反� ��しない。よって、酸化シリコン層14上のSi層 16、Co層22及びFe層24のみが反応する。これに� �り、形成された合金層26は化学量論的にCo ₂ FeSiの組成となる。

 ホイスラー合金であるCo ₂ FeSiの結晶構造には、図1に示したL2 ₁ 構造、図1のSiとFeの原子が不規則に配列したB 2構造、図1のCo、Fe、Siの原子が不規則に配列� ��たA2構造がある。L2 ₁ 構造が最もスピン分極率が大きく好ましい構 造である。実施例1において作製したCo ₂ FeSiの結晶構造を調べるためX線回折法による� ��定を行った。表1を参照に、L2 ₁ 構造であれば(220)基本格子線、(200)規則格子� �及び(111)規則格子線の全てが観測される。B2� ��造であれば、(220)基本格子線及び(200)規則格 子線は観測されるが(111)規則格子線は観測さ� ��ない。A2構造であれば、(220)基本格子線は観 測されるが、(200)及び(111)規則格子線は観測� �れない。

 図4は、各熱処理温度においてRTAを行った試 料についてX線回折を行った結果である。熱� �理する前は、回折線は観測されないが、熱� �理温度が600℃においてCo ₂ FeSiの(220)基本格子線が観測される。熱処理温 度が700℃以上になると、観測されるのはほと んどCo ₂ FeSiの(220)基本格子線である。この結果から、 熱処理温度が700℃以上では体心立方格子(BCC)� ��らなるホイスラー合金構造を有するCo ₂ FeSiが形成されていることが確認された。

 図5は熱処理温度が700℃の試料を用い、(200)� ��則格子線及び(111)規則格子線を観察した図� �ある。図5を参照に、(220)基本格子線に加え(2 00)規則格子線及び(111)規則格子線も観測され� ��いる。このように、実施例1で作製したCo ₂ FeSiはL2 ₁ 構造のホイスラー合金であることが確認でき た。

 図6は熱処理温度が700℃の試料を用い、SIMS(S econdary Ion Mass Spectrometry)を観察した結果で� �る。横軸は試料の表面からの深さ、縦軸は� �原子の含有量(原子%)を示している。酸化シ� �コン層14より下(図6では右側)ではCo及びFeは� �測されていない。これは、酸化シリコン層14 及びSi基板12はCo及びFeとは反応していないこ� ��を示している。すなわち、Co ₂ FeSi合金層26を構成する原子のほとんどは、Si� ��16、Co層22及びFe層24から供給された原子であ ると考えられる。合金層26の組成比は、化学� ��論的組成であるCo:Fe:Si=50:25:25にほぼ近い組� �を得ることができた。なお、Si層16、Co層22及 びFe層24の膜厚を調整することにより、完全� �化学量論的組成となるホイスラー合金を得� �ことができる。以上のように、実施例1によ� ��ば、酸化シリコン層14上にホイスラー合金� �26であるハーフメタル強磁性体層を形成する ことができた。

 実施例2はGOI(Germanium on Insulator)基板を用� ��た強磁性体の形成方法の例である。図7(a)及 び図7(b)は実施例2に係る強磁性体の形成方法� ��示す図である。図7(a)を参照に、Si基板12、� �化シリコン層14及びGe(ゲルマニウム)層16aが� �に形成されたGOI基板10a上に、蒸着法を用い� �Co層22及びFe層24からなる磁性元素層20を形成� ��る。

 図7(b)を参照に、RTA法を用い、熱処理するこ とにより、Ge層16a、Co層22及びFe層24を反応さ� �る。これにより、ホイスラー合金構造を有� �るCo ₂ FeGe合金層26aが形成される。

 実施例3はSi基板上のGe層を用いた強磁性体� �形成方法の例である。図8(a)を参照に、Si基� �12上にGe層16a、Co層22及びFe層24を形成する。� �8(b)を参照に、SiとGeとの反応、並びにSiとCo� �びFeとの反応が起こらない温度を用い、ホイ スラー合金構造を有するCo ₂ FeGe合金層26aを形成することもできる。SiとGe� ��の反応、並びにSiとCo及びFeとの反応が起こ� ��ず、GeとCo、Feとが反応する温度としては、� ��えば300℃~400℃程度とすることができる。

 実施例3によれば、低温で磁性元素と反応 し易いGe層16aを半導体層とし、低温ではGeよ� �磁性元素と反応し難いSi基板12を反応抑制層� ��することにより、Geと磁性元素とのホイス� �ー合金を形成することができる。これによ� �、高価なSOI基板やGOI基板を用いることなく� �イスラー合金を形成することができる。

 実施例1及び実施例2と同様に、SGOI(SiGe on In sulator)を用い、ホイスラー合金構造を有するC o ₂ FeGe _0.5 Si _0.5 合金を形成することもできる。また、ホイス ラー合金としては、CoFeSi、CoFeGe等のC1 _b 構造のハーフホイスラー合金を形成すること もできる。また、Co ₂ FeAl _0.5 Si _0.5 等の4元のホイスラー合金を形成することも� �きる。

 半導体層としてSiまたはGeを含む層を用い ることにより、SiまたはGeと磁性元素とのホ� �スラー合金を形成することができる。

 実施例1及び実施例2は反応抑制層として� �化シリコン層14の例、実施例3は反応抑制層� �してSi基板12の例であった。反応抑制層は、S i層16やGe層16a等の半導体基板とCo層22やFe層24� �の反応が抑制される層であればよい。例え� �、酸化シリコン層以外の絶縁膜等を用いる� �とができる。これにより、反応抑制層上の� �導体層と磁性元素層とが反応しホイスラー� �金からなるハーフメタル強磁性体層を形成� �ることができる。また、半導体層と磁性元� �層とを反応させる方法としてRTA法を用いた� �その他の熱処理法を用いてもよい。

 実施例4はホイスラー合金を用いスピント ランジスタを製造する例である。図9(a)から� �9(d)は、実施例4に係るスピントランジスタの 製造方法を示す図である。実施例1の図3(a)と� ��様にSOI基板10を準備する。図9(b)を参照に、� ��化シリコン膜14(反応抑制層)上にSi層16(半導� ��層)が形成されたSOI基板10上にゲート酸化膜3 2を介しゲート電極30を形成する。ゲート電極 30の両側に酸化膜からなる側壁34を形成する� �図9(c)を参照に、側壁34をマスクに、チャネ� �となるべき領域の両側のSi層16上にCo層22及び Fe層24からなる磁性元素層20を蒸着法を用い形 成する。図9(d)を参照に、RTA法を用い、Si層16� ��Co層22及びFe層24を反応させることにより、� �ャネルとなるべき領域の両側の酸化シリコ� �膜14上にソース電極及びドレイン電極として ホイスラー合金層26であるハーフメタル強磁� ��体電極を形成する。

 図9(d)を参照に、実施例4に係るスピント� �ンジスタは、チャネルであるSi層16(半導体チ ャネル層)が酸化シリコン層14(反応抑制層)上� ��設けられている。ハーフメタル強磁性体電� ��であるホイスラー合金層26が、Si層16の両側� ��酸化シリコン層14上に設けられている。図9( a)から図9(d)の方法でスピントランジスタを製 造することにより、ホイスラー合金層26は、� ��導体チャネル層を構成する半導体であるSi� �磁性元素とから構成される。よって、ソー� �電極とドレイン電極とであるハーフメタル� �磁性電極の磁化方向が反平行の場合は、コ� �ダクタンスが小さくなり、ソース電極とド� �イン電極とのハーフメタル強磁性電極の磁� �方向が平行の場合は、コンダクタンスが大� �くなる。このように、大きな磁気電流比を� �ることができる。

 実施例4においては、チャネルの両側の半 導体層を用いホイスラー合金を形成する例を 説明したが、チャネルの両側のうち少なくと も一方をホイスラー合金としてもよい。すな わち、ソース電極及びドレイン電極の一方を ホイスラー合金からなるハーフメタル強磁性 体とし、他方をホイスラー合金以外の強磁性 体としてもよい。実施例4はスピントランジ� �タの製造方法に実施例1に示した強磁性体の� ��成方法を用いた例であったが、実施例2及び 実施例3の強磁性体の形成方法を用いスピン� �ランジスタを製造してもよい。実施例4のス� ��ントランジスタの製造方法のように、半導� ��層の一部に選択的にハーフメタル強磁性体� ��形成する場合、実施例1から実施例3に示し� �方法を用いることが好ましい。

 実施例5はチャネルである半導体層の両側 に低抵抗の領域を形成する例である。図10(a)� ��ら図10(c)は、実施例5に係るスピントランジ� ��タの製造方法を示す図である。図10(a)を参� �に、実施例4の図9(b)の後、斜めから不純物を イオン注入する。これにより、ソース及びド レインとなるべき領域とともに、側壁34下のS i層16にも不純物が注入される。その後、熱処 理することにより、高ドープSi層40を形成す� �ことができる。なお、nチャネルデバイスの� ��合、注入するイオンはAsやPを用いる。すな� ��ち高ドープSi層40は高ドープn型層となる。� �方、pチャネルデバイスの場合、注入するイ� ��ンはBを用いる。すなわち高ドープSi層40は� �ドープp型層となる。また、斜めから不純物� ��注入する代わりに、側壁34を形成する前に� �ゲート電極30をマスクにSi層16に不純物をイ� �ン注入してもよい。

 図10(b)を参照に、ソース及びドレインと� �るべき領域に磁性元素層20を形成する。図10( c)を参照に、実施例4の図9(d)と同様に、高ド� �プSi層40、Co層22及びFe層24からホイスラー合� �層26を形成する。このとき、側壁34下の高ド� ��プSi層40は反応しないため、半導体チャネル であるSi層16と強磁性体電極であるホイスラ� �合金層26との間に、高ドープSi層40が残存し� �導体チャネルよりドーパントを高濃度に含� �抵抗率の小さな半導体領域が形成される。

 図9(d)を参照に、実施例4によれば、磁性� �素層20とゲート電極30との接触を抑制するた� ��側壁34が形成されている。しかしながら、� �壁34下にSi層16が残存しているため、ソース� �びドレインに寄生抵抗が発生し、トランジ� �タ性能(電流駆動能力)が低下してしまう。実 施例5によれば、図10(c)のように、側壁34下に� ��ドープSi層40が形成されていることにより、 ソース抵抗及びドレイン抵抗を低減し、トラ ンジスタ性能を向上させることができる。

 実施例6は、ホイスラー合金を側壁下まで 形成する例である。図11を参照に、ホイスラ� ��合金層26を形成する際、侵食反応を用い側� �34下まで侵食するようにホイスラー合金層26� ��形成する。これにより、強磁性体電極が側� ��34の下26bまで形成される。よって、ソース� �抗及びドレイン抵抗を低減し、トランジス� �性能を向上させることができる。

 実施例7は、ホイスラー合金を形成する際 、偏析層を形成する例である。図12(a)から図1 2(c)は、実施例7に係るスピントランジスタの� ��造方法を示す図である。図12(a)を参照に、� �施例4の図9(b)の後、不純物をイオン注入する 。これにより、ソース及びドレインとなるべ き領域のSi層16に不純物が注入され、Si層16に� ��純物導入層42が形成される。なお、nチャネ� ��デバイスの場合、注入するイオンはAsやPを� ��いる。一方、pチャネルデバイスの場合、注 入するイオンはBを用いる。また、不純物導� �層42はSi層16の一部の層であってもよい。図12 (b)を参照に、熱処理を行わず、ソース及びド レインとなるべき領域に磁性元素層20を形成� ��る。

 図12(c)を参照に、RTA法を用い熱処理する� �とにより、ホイスラー合金層26を形成する。 このとき、半導体チャネルであるSi層16とホ� �スラー合金層26との間に不純物が偏析し偏析 層44が形成される。偏析層44により、Si層16と� ��イスラー合金層26との間のショットキ障壁� �低くすることができる。よって、ソース抵� �及びドレイン抵抗を低減し、トランジスタ� �能を向上させることができる。なお、実施� �7の図12(c)においては、実施例6の図11と同様� �侵食反応を行っているが、実施例4の図9(d)の ように侵食反応は行わなくてもよい。

 前述のように、スパッタ法や分子線エピ� ��キシー法を用いホイスラー合金を形成する� ��法では、従来のMOSFETにおいて用いられてい� ��製造方法を適用することができない。一方� ��実施例4から実施例7においては、スピント� �ンジスタの強磁性体電極を、MOSFETにおける� �タルソース及びドレインの形成工程と同様� �、金属のシリサイドまたはジャーマナイド� �より形成している。このように、強磁性体� �極を従来のMOSFETのメタルソース及びドレイ� �の形成と同様の工程を用いるとにより、実� �例6のように、侵食反応を利用することがで� ��る。また、実施例7のように、偏析現象を用 いることができる。

 なお、実施例1から実施例7において、強� �性体層および強磁性体電極としてスピン分� �率が100%のハーフメタル強磁性体を例に説明� ��たが、スピン分極率は100%に近いことが好ま しいものの100%より小さい強磁性体でもよい� �

 以上、発明の好ましい実施例について詳� ��したが、本発明は係る特定の実施例に限定� ��れるものではなく、特許請求の範囲に記載� ��れた本発明の要旨の範囲内において、種々� ��変形・変更が可能である。