DE10202103A1

DE10202103A1 - Magnetowiderstandselement und Verfahren zu seiner Herstellung

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Publication number: DE10202103A1
Application number: DE10202103A
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Hiramoto; Akihiro Odagawa; Nozomu Matukawa; Kenji Iijima; Hiroshi Sakakima
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-01-22
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2002-09-12
Also published as: US7042686B2; US6771473B2; CN1367544A; US20040228046A1; KR20020077797A; US20020191355A1

Abstract

Die Erfindung stellt ein Magnetowiderstandselement bereit, das ein Paar Magnetschichten und eine Zwischenschicht zwischen den Magnetschichten aufweist. Die Zwischenschicht enthält mindestens drei Elemente, die aus den Gruppen 2 bis 17 ausgewählt sind, und die Elemente weisen mindestens eines auf, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus F, O, N, C und B besteht. Erfindungsgemäß kann ein Magnetowiderstandselement mit hohem Magnetowiderstandsänderungsverhältnis und geringem Widerstand bereitgestellt werden. Außerdem stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Magnetowiderstandselements bereit. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Bilden eines Vorläufers sowie Bilden mindestens eines Teils der Zwischenschicht aus dem Vorläufer. Der Vorläufer wird mit mindestens einer reaktionsfähigen Spezies, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Sauerstoffatomen, Stickstoffatomen und Kohlenstoffatomen besteht, in einer reaktionsfähigen Atmosphäre zur Reaktion gebracht, die die reaktionsfähige Spezies enthält.

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetowiderstandselement und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Tunnelmagnetowiderstands-(TMR)Elemente sind Gegenstand tiefgreifender Forschungsarbeiten zur Anwendung auf Magnet köpfe, MRAMs u. ä., da festgestellt wurde, daß die TMR-Ele mente mit einem Magnetmaterial/einer Tunnelisolierschicht (Tunnelschicht)/einem Magnetmaterial als Grundstruktur ein hohes Magnetowiderstandsänderungsverhältnis (MR-Verhältnis) erreichen.

Die TMR-Elemente nutzen die Tatsache, daß sich die Tun nelungswahrscheinlichkeit zwischen den Magnetmaterialien mit dem relativen Magnetisierungswinkel der beiden Magnetmateria lien ändert, zwischen denen die Tunnelschicht eingefügt ist. Gemeinhin kommt Aluminiumoxid als Tunnelschicht zum Einsatz. Allgemein erfolgt die Bildung von Aluminiumoxid durch Oxidie ren eines metallischen Aluminiumfilms, der auf einem Magnet material gebildet ist. Als Ausnahme wurde ein Beispiel für ein TMR-Element berichtet, das mit Bornitrid (BN) hergestellt ist, das einen höheren MR-Wert als der mit Aluminiumoxid er zeugte hat (JP-A-4-103013). Anhand vieler anderer Untersu chungsbeispiele geht man aber davon aus, daß Aluminiumoxid derzeit den höchsten MR-Wert bietet.

Um ein TMR-Element in einem Magnetbauelement zu verwen den, z. B. einem Magnetkopf und einem MRAM, ist es erwünscht, die Elementgröße zu verkleinern, um die magnetische Aufzeich nungsdichte und die Speicherpackungsdichte zu verbessern. Der Tunnelübergangswiderstand steigt mit abnehmender Elementgrö ße, so daß der kleinere Übergangswiderstand je Flächeneinheit besser ist. Ein wirksames Verfahren zum Reduzieren des Über gangswiderstands ist, die Dicke der Tunnelschicht zu verrin gern. Bei stärkerer Verringerung der Dicke eines metallischen Aluminiumfilms wird aber Aluminium in Inselform gebildet, so daß die Dicke der Tunnelschicht zunehmend ungleichmäßig wird, was schließlich die Bildung eines Films erschwert.

Bei Dickenverringerung der Tunnelschicht wird auch das MR-Verhältnis reduziert. Dies scheint aus folgendem Grund zu geschehen: Wird die Tunnelschicht dünn, steigt die magneto statische Kopplung oder Tunnelaustauschkopplung zwischen den Magnetschichten über die Tunnelschicht durch einen sogenann ten Orangenschaleneffekt, so daß ein bevorzugter relativer Magnetisierungswinkel zwischen den Magnetschichten nicht er halten werden kann oder der Leckstrom steigt.

Unter Berücksichtigung dessen stellt die Erfindung daher eine Zwischenschicht und ein neues Verfahren zur Herstellung der Zwischenschicht bereit.

Ein Magnetowiderstandselement der Erfindung weist ein Paar Magnetschichten und eine zwischen den Magnetschichten liegende Zwischenschicht auf. Die Zwischenschicht enthält mindestens drei aus den Gruppen 2 bis 17 ausgewählte Elemen te, und die Elemente weisen mindestens eines auf, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus F, O, N, C und B besteht.

Die Gruppen 2 bis 17 entsprechen den Gruppen IIA bis VIII und IB bis VIIB der alten Periodentafel in der Festle gung durch die International Union of Pure and Applied Chem istry (IUAPC). Die Gruppen 2 bis 17 enthalten alle Elemente außer denen der Gruppe 1 und Gruppe 18, zum Beispiel Elemente mit Atomzahlen 57 bis 71, die als Lanthanoid bezeichnet wer den.

Außerdem stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstel lung eines Magnetowiderstandselements mit einem Paar Magnet schichten und einer zwischen den Magnetschichten liegenden Zwischenschicht bereit. Dieses Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Bilden eines Vorläufers sowie Bilden mindestens eines Teils der Zwischenschicht aus dem Vorläufer. Der Vor läufer wird mit mindestens einer reaktionsfähigen Spezies, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Sauerstoffatomen, Stickstoffatomen und Kohlenstoffatomen besteht, in einer re aktionsfähigen Atmosphäre zur Reaktion gebracht, die die re aktionsfähige Spezies enthält. Das Verfahren kann zwei oder mehr Schritte der Bildung eines Vorläufers aufweisen. In die sem Fall wird ein zweiter Vorläufer gebildet, nachdem ein er star Vorläufer zu einem Teil der Zwischenschicht wird.

Fig. 1 ist eine Ansicht eines Beispiels für eine Struk tur einer Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens der Erfindung.

Fig. 2 ist eine Ansicht eines weiteren Beispiels für ei ne Struktur einer Vorrichtung zum Durchführen eines Verfah rens der Erfindung.

Fig. 3 ist eine Querschnittansicht eines Beispiels für ein Magnetowiderstandselement der Erfindung.

Fig. 4 ist eine Ansicht eines Beispiels für eine Ände rung des normalisierten Widerstands (RA) als Funktion der Dicke eines Al-Films.

Fig. 5 ist eine Ansicht eines Beispiels für eine Ände rung des MR-Verhältnisses als Funktion der Dicke eines Al- Films.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Er findung beschrieben.

Mindestens ein aus F, O, N, C und B ausgewähltes Ele ment, das in einer Zwischenschicht enthalten ist, hat einen Verbesserungseffekt für die Wärmebeständigkeit eines Ele ments. Diese Verbesserung führt zu einem steigenden MR-Ver hältnis. Das aus F, O, N, C und B ausgewählte Element bewirkt eine Erhöhung einer Barrierenhöhe. Die Barrierenhöhe läßt sich auf eine geeignete Höhe verringern, indem man die Zwi schenschicht mindestens drei Elemente enthalten läßt, u. a. das aus F, O, N, C und B ausgewählte Element. Daher kann die Erfindung für ein hohes MR-Verhältnis mit einem geringen Übergangswiderstand sorgen.

Die Zwischenschicht wirkt als Isolator oder Halbleiter im Hinblick auf die Dickenrichtung und wirkt ferner als Tun nelschicht oder Heißelektronen leitende Schicht. Die Zwi schenschicht kann als Schicht verwendet werden, die mit Spin interagiert, z. B. durch Bildung eines Quantenniveaus oder durch Bildung eines Hybridorbitals mit Leitungsspin in der Umgebung der Grenzfläche mit der Magnetschicht oder innerhalb der Zwischenschicht.

Die Zwischenschicht kann ein anderes Metallelement als Al aufweisen und enthält vorzugsweise Al zusätzlich zu diesem Metallelement. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Zwischenschicht mindestens zwei aus den Gruppen 2 bis 17 ausgewählte Elemente auf, die sich von F, O, C, N und B unterscheiden.

Die Zwischenschicht kann aufweisen: Al, mindestens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus O und N besteht, und mindestens ein aus den Gruppen 2 bis 17 ausgewähltes Element, das sich von Al, O und N unterscheidet. In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Zwischenschicht auf: B, N und mindestens ein aus den Gruppen 2 bis 17 ausgewähltes Element, das sich von B und N unterscheidet.

Bevorzugt ist, daß die Zwischenschicht mindestens zwei Elemente aufweist, die aus B, Al, Ga und In ausgewählt sind, und ferner N enthält. Diese Zwischenschicht vereinfacht die stöchiometrische Einstellung der Stickstoffmenge, was das Er reichen eines Tunnelübergangs mit gleichmäßiger Filmqualität erleichtert.

Die Zusammensetzung der Zwischenschicht kann sich in Dickenrichtung ändern. Die Zwischenschicht kann ein ein schichtiger Film oder ein mehrschichtiger Film sein. Die in der Zwischenschicht variierende Zusammensetzung läßt sich durch Ändern einer reaktionsfähigen Atmosphäre in einem Ein zelfilm einführen und kann durch eine mehrschichtige Struktur eingeführt werden, die Filme mit unterschiedlichen Zusammen setzungen aufweist. Hat die Zwischenschicht eine mehrschich tige Struktur, reicht es aus, daß die zuvor beschriebenen Elemente in mindestens einem der Filme enthalten sind, die die Zwischenschicht bilden.

Eine Zwischenschicht mit sich ändernder Zusammensetzung oder eine mehrschichtige Zwischenschicht kann verhindern, daß das MR-Verhältnis mit einem zunehmenden Vormagnetisierungs strom abnimmt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Zwischenschicht einen ersten Film und einen zweiten Film auf, der eine andere Barrierenhöhe als die des ersten Films hat. Verfügt zum Beispiel die Zwischenschicht über einen er sten Zwischenfilm, der mit einer Schicht eines Paars Magnet schichten in Berührung steht, und einen zweiten Zwischenfilm, der mit der anderen Schicht der Magnetschichten in Berührung steht, sowie einen dritten Zwischenfilm, der zwischen dem er sten und dem zweiten Zwischenfilm liegt, ist bevorzugt, daß die Barrierenhöhe des dritten Zwischenfilms niedriger ist als die Barrierenhöhe des ersten Zwischenfilms und/oder die Bar rierenhöhe des zweiten Zwischenfilms. Anders ausgedrückt ist ein Material, das ein relativ hohes Barrierenpotential hat, vorzugsweise an der Grenzfläche mit der Magnetschicht ange ordnet, während ein Material, das ein relativ niedriges Bar rierenpotential hat, vorzugsweise im Inneren der Zwischen schicht angeordnet ist. Die Anzahl der Filme ist unbegrenzt, solange sich diese bevorzugte Anordnung erreichen läßt.

Zu den bevorzugten Beispielen für die mehrschichtige Zwischenschicht gehört eine Kombination eines ersten Films aus mindestens einem Bestandteil, der aus AlN, AlON, Al₂O₃ und BN ausgewählt ist, mit einem zweiten Film, der eine geringere Barrierenhöhe als der erste Film hat. Eine Zwischenschicht mit einer dreischichtigen Struktur aus einem Film mit hoher Barriere/einem Film mit niedriger Barriere/einem Film mit hoher Barriere ist stärker bevorzugt. Der Film mit niedriger Barriere kann einige Tunnelniveaus haben, die zur Erhöhung des MR-Verhältnisses beitragen.

Die Zwischenschicht kann einen Magnetfilm aufweisen. In diesem Fall ist bevorzugt, daß mindestens ein nichtmagneti scher Film zwischen dem Magnetfilm und jeder Schicht des Paars Magnetschichten vorhanden ist, zwischen denen die Zwi schenschicht eingefügt ist. Gebildet ist der Magnetfilm vor zugsweise aus einem Material mit einer hohen Polarisierbar keit (zum Beispiel einem Material mit höherer Polarisierbar keit als die des Materials für das Paar Magnetschichten) und insbesondere aus einem Halbmetall, z. B. XMnSb (in dieser Be schreibung steht X für mindestens ein Element, das aus Ni, Cu, Pt ausgewählt ist), LaSrMnO, CrO₂ und Fe₃O₄.

Die Zwischenschicht kann einen nichtmagnetischen Metall film aufweisen. Eine bevorzugte Filmstruktur der Zwischen schicht weist einen mehrschichtigen Film mit einem nichtma gnetischen Metallfilm und einem Dielektrikum auf.

Für die Dicke der Zwischenschicht, gilt keine spezielle Begrenzung, wenngleich eine Dicke von mindestens 0,5 nm und höchstens 5 nm bevorzugt ist. Liegt die Dicke unter 0,5 nm, ist die magnetische Kopplung zwischen den die Zwischenschicht dazwischen einfügenden Magnetschichten so stark, daß das MR- Verhältnis verringert ist. Liegt sie über 5 nm, ist die Tun nelungswahrscheinlichkeit reduziert, wodurch der Übergangswi derstand zu groß wird.

Die Zwischenschicht kann einen Einkristallfilm, einen polykristallinen Film oder einen amorphen Film aufweisen. Ein Einkristallfilm macht die Tunnelleitfähigkeit gleichmäßiger, während ein amorpher Film eine Grenzflächenspannung mit der Magnetschicht reduziert.

Die Magnetschichten können aus jedem herkömmlich verwen deten Material ohne spezielle Einschränkung gebildet sein, obzwar bevorzugt ist, daß mindestens eine Schicht des Paars Magnetschichten mindestens ein Element enthält, das aus F, O, N, C und B ausgewählt ist. Grund dafür ist, daß die Grenzflä chenenergie zwischen den Magnetschichten und der Zwischen schicht reduziert wird, was die Bildung eines stabilen Films erleichtert, auch wenn der Film dünn ist.

Ein ferromagnetisches Material kann zwischen mindestens einer Schicht des Paars Magnetschichten und der Zwischen schicht vorhanden sein. Dieses ferromagnetische Material kann eine ferromagnetische Schicht mit einer Dicke von höchstens 0,5 nm sein. Vorzugsweise ist diese ferromagnetische Schicht in Form eines Films mit einer Dicke von z. B. mindestens 0,1 nm gebildet, wenngleich es nicht unbedingt ein Film zu sein braucht und in Form von feinen Teilchen an der Grenzflä che mit der Zwischenschicht dispergiert sein kann.

Zu bevorzugten Beispielen für das an der Grenzfläche mit der Zwischenschicht vorhandene ferromagnetische Material ge hören (i) ein ferromagnetisches Material mit mindestens einem Element, das aus Fe, Co und Ni ausgewählt ist, und (ii) ein Halbmetall. Zu bevorzugten Beispielen für das Halbmetall ge hören halbmetallische ferromagnetische Materialien, z. B. XMnSb, LaSrMnO, LaSrMnO, CrO₂, Fe₃O₄ und FeCr.

Für die Magnetschicht, die mit diesem ferromagnetischen Material auf der Gegenfläche zur Zwischenschicht in Berührung steht, ist ein ferromagnetisches Material bevorzugt, das min destens 70 Atom-% mindestens eines Elements enthält, das aus Fe, Co und Ni ausgewählt ist. Bevorzugt ist, daß die Curie- Temperatur des ferromagnetischen Materials mindestens 200°C beträgt. Um die Curie-Temperatur hoch zu halten, ist bevor zugt, daß die Dicke dieser Magnetschicht über 0,5 nm liegt, was die Temperaturstabilität verbessert, insbesondere wenn das dazwischen eingefügte ferromagnetische Material ein Halb metall ist.

Als nächstes werden bevorzugte Ausführungsformen der Er findung beschrieben.

Im Herstellungsverfahren kann der Vorläufer der Zwi schenschicht in einer reaktionsfähigen Atmosphäre gebildet werden, die mindestens eine reaktionsfähige Spezies enthält, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Sauerstoffatomen, Stickstoffatomen und Kohlenstoffatomen besteht. Der Vorläufer kann in zwei oder mehr Schritten gebildet werden. In diesem Fall weist das Verfahren vorzugsweise die folgenden Schritte auf: Bilden eines ersten Vorläufers in einer ersten reakti onsfähigen Atmosphäre; Bilden eines ersten Zwischenfilms als Teil der Zwischenschicht aus dem ersten Vorläufer; Bilden ei nes zweiten Vorläufers in einer zweiten reaktionsfähigen At mosphäre; und Bilden eines zweiten Zwischenfilms als Teil der Zwischenschicht aus dem zweiten Vorläufer, wobei die zweite reaktionsfähige Atmosphäre reaktionsfähiger oder heftiger als die erste reaktionsfähige Atmosphäre ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren die folgenden Schritte auf: Bilden eines ersten Vorläufers; Bilden eines ersten Zwischenfilms als Teil der Zwischenschicht aus dem ersten Vorläufer in einer ersten re aktionsfähigen Atmosphäre; Bilden eines zweiten Vorläufers; und Bilden eines zweiten Zwischenfilms als Teil der Zwischen schicht aus dem zweiten Vorläufer in einer zweiten reaktions fähigen Atmosphäre, wobei die zweite reaktionsfähige Atmo sphäre reaktionsfähiger als die erste reaktionsfähige Atmo sphäre ist.

Eine auf den Vorläufer wirkende reaktionsfähige Spezies kann den unter dem Vorläufer liegenden Film (z. B. die Ma gnetschicht) beeinflussen. Daher kann bei Einwirkung intensi ver Reaktionsbedingungen die Magnetschicht durch Oxidation o. ä. beeinträchtigt werden. Wird dagegen ein Film zum Abdec ken der Magnetschicht zuerst unter relativ milden Bedingungen gebildet, so wird die Magnetschicht durch die reaktionsfähige Spezies kaum beeinträchtigt. Wird die Zwischenschicht gebil det, während die Reaktionsbedingungen geändert werden, läßt sich eine gewünschte Zwischenschicht rationell erhalten, wäh rend die Beeinträchtigung der Magnetschicht unterdrückt wird.

Die Reaktionsfähigkeit der Atmosphäre oder die Fähig keit, die Reaktion mit dem Vorläufer zu fördern, kann durch die Temperatur, den Aktivierungszustand der reaktionsfähigen Spezies, den Partialdruck der reaktionsfähigen Spezies o. ä. gesteuert werden. Der Partialdruck der Reaktionsspezies ist eine der Bedingungen, die sich leicht steuern läßt. In einer bevorzugten Ausführungsform verfügt das Verfahren der Erfin dung über ein Verfahren zum Erhöhen des Partialdrucks der re aktionsfähigen Spezies in der Atmosphäre für den zweiten Vor läufer relativ zu dem der reaktionsfähigen Spezies in der At mosphäre für den ersten Vorläufer.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wirkt eine "milde" Reaktionsatmosphäre ein, bevor eine "scharfe" Reaktionsatmosphäre einwirkt. Bevorzugt ist, daß die "milde" Atmosphäre eine Atmosphäre ist, die einen Vorläufer in den Zustand mit weniger als 80% einer Reaktionsspezies, z. B. F, O, N und C, im Hinblick auf den stöchiometrischen Wert über führen kann. Bevorzugt ist, daß die "schwere" Atmosphäre eine Atmosphäre ist, die einen Vorläufer in den Zustand mit minde stens 80%, vorzugsweise mindestens 99% einer Reaktionsspe zies, z. B. F, O, N und C, im Hinblick auf den stöchiometri schen Wert überführen kann.

Das Verfahren zum Bilden der Zwischenschicht kann durch Aufteilen des Verfahrens in drei oder mehr Betriebsabläufe durchgeführt werden. In diesem Fall werden das erste Bil dungsverfahren und das zweite Bildungsverfahren nicht unbe dingt nacheinander durchgeführt.

Weist ein Verfahren zur Bildung der Zwischenschicht n Vorläuferbildungsverfahren auf, ist bevorzugt, daß die reak tionsfähige Atmosphäre für das m-te Vorläuferbildungsverfah ren so eingestellt ist, daß sie reaktionsfähiger als die für das (m-1)-ten Vorläuferbildungsverfahren ist, wobei n eine Ganzzahl von mindestens 2 und m eine aus n ausgewählte Ganz zahl ist. Um einen befriedigenden Übergang mit der Zwischen schicht zu erreichen, kann es z. B. notwendig sein, den Vor läufer über eine vergleichsweise lange Reaktionszeit zu oxi dieren. Werden die Bedingungen allmählich intensiviert, kann eine befriedigende Zwischenschicht in einer kurzen Reaktions zeit gebildet werden.

Im anfänglichen Filmbildungsverfahren kann eine Reaktion mit einer reaktionsfähigen Spezies bewußt so durchgeführt werden, daß ein Teil des Vorläufers nicht umgesetzt bleibt und der nächste Vorläufer auf dem teilweise nicht umgesetzten Vorläufer gebildet wird. Eine Erwärmung kann durchgeführt werden, um eine Reaktion zwischen dem teilweise nicht umge setzten Vorläufer mit den Elementen zu bewirken, die in der unter der Zwischenschicht liegenden Magnetschicht enthalten sind. Für die Erwärmungstemperatur gilt keine spezielle Ein schränkung, wobei aber eine Temperatur von etwa 200°C bis etwa 400°C bevorzugt ist. Für diese Erwärmung kann eine Er wärmung bei einer Wärmebehandlung zum Einsatz kommen, die zur Herstellung eines Elements erforderlich ist.

Ein Element, das eine in der Magnetschicht vorhandene reaktionsfähige Spezies sein kann (z. B. mindestens eines, das aus O, N und C ausgewählt ist), kann die Kennwerte der Magnetschicht beeinträchtigen. Wird das Element mit einem nicht umgesetzten Anteil des Vorläufers zur Reaktion gebracht und entfernt, kann die Beeinträchtigung der Magnetschicht un terdrückt werden. Der nicht umgesetzte Vorläufer dient zum Schutz der darunterliegenden Magnetschicht vor Oxidation o. ä., die später durchgeführt wird. Um einen Teil des Vor läufers nicht umgesetzt zu belassen, kann die Dicke des Vor läufers so gesteuert werden, daß sie so groß ist, daß der Vorläufer unter den einwirkenden Reaktionsbedingungen nicht vollständig zur Reaktion kommt.

Ferner wurde im Rahmen der Erfindung festgestellt, daß besonders dann, wenn der Vorläufer ein anderes Element als Al enthält, das Volumenverhältnis des Vorläufers und der aus ihm hergestellten Zwischenschicht die Kennwerte der Zwischen schicht erheblich beeinflußt.

Insbesondere verfügt eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung über ein Verfahren, bei dem das Ver hältnis des Volumens Va eines aus einem Vorläufer gebildeten Films im Hinblick auf das Volumen Vb des Vorläufers minde stens 1,05 und höchstens 2,0 beträgt.

Der Vorläufer kann durch Vakuum-Filmbildungstechniken, z. B. Zerstäubung, gebildet werden. Allgemein hat der durch diese Technik gebildete Vorläufer eine Dichte von etwa 60 bis 99,9% der theoretischen Dichte. Im Vorläufer, der nicht dicht gefüllt ist (oder Poren hat), steigt oder fällt sein Volumen mit einer Reaktion mit einer reaktionsfähigen Spe zies. Liegt Va/Vb unter 1,05, kann ein Leckstrom zwischen dem Paar Magnetschichten auftreten, zwischen denen die Zwischen schicht mit einer sehr kleinen Dicke eingefügt ist. Liegt an dererseits Va/Vb über 2,0, wird die Zwischenschicht so un gleichmäßig, daß der Widerstand wahrscheinlich stark vari iert, so daß die Volumenausdehnung in einem Extremfall Risse verursachen kann.

Stärker bevorzugt ist, daß die Zwischenschicht durch Re agieren eines Zwischenschichtvorläufers mit einer Dichte von mindestens 90% der theoretischen Dichte mit einer reak tionsfähigen Spezies so gebildet wird, daß Va/Vb mindestens 1,1 und höchstens 1,5 beträgt. Dieses bevorzugte Verfahren ist zum Erreichen eines geringen Übergangswiderstands und zu gleich eines hohen MR-Verhältnisses vorteilhaft.

Um beschreibungsgemäß einen geringen Widerstand der Zwi schenschicht zu erreichen, ist es vorteilhaft, daß die Zwi schenschicht mehrere Elemente enthält. Daher ist in jedem o. g. Verfahren bevorzugt, daß der Vorläufer mindestens drei aus den Gruppen 2 bis 17 ausgewählte Elemente nach der Reak tion mit einer reaktionsfähigen Spezies aufweist.

Für die reaktionsfähige Spezies gilt keine spezielle Be schränkung, solange sie mit dem Vorläufer reagiert, wenn gleich die reaktionsfähige Spezies z. B. mindestens einen Be standteil enthalten kann, der aus Sauerstoff-, Stickstoff- und Kohlenstoffatomen, vorzugsweise Sauerstoffatomen und/oder Stickstoffatomen ausgewählt ist. Besonders bevorzugt ist eine Atmosphäre, die Sauerstoffatome und Stickstoffatome enthält. Insbesondere ist eine Atmosphäre bevorzugt, die mindestens einen Bestandteil enthält, der aus Ozon, Sauerstoffplasma, Stickstoffplasma, Sauerstoffradikalen und Stickstoffradikalen ausgewählt ist. In dieser Beschreibung unterliegt der Zustand von "Atomen" keiner besonderen Einschränkung. Die Atome kön nen als Moleküle, Plasma, Radikale u. ä. vorliegen.

Vorzugsweise weist die für die Reaktion des Vorläufers verwendete Atmosphäre mindestens einen Bestandteil auf, der aus Kr-Atomen und Xe-Atomen ausgewählt ist. Diese Inertgase können das Energieniveau für eine Atmosphäre gleichmäßiger machen, die Plasma oder Radikale von Sauerstoff und/oder Stickstoff oder Ozon enthält. Ferner kann diese bevorzugte Atmosphäre Ar-Atome aufweisen.

Der Vorläufer kann mit einer ersten Atmosphäre in Berüh rung gebracht werden, die mindestens einen Bestandteil auf weist, der aus Ar-Atomen und Stickstoffatomen ausgewählt ist, und kann dann mit einer zweiten Atmosphäre in Berührung ge bracht werden, die Sauerstoffatome und mindestens einen Be standteil aufweist, der aus Ar-Atomen und Stickstoffatomen ausgewählt ist. Die erste Atmosphäre hat vorzugsweise minde stens 100 mTorr, und die zweite Atmosphäre hat vorzugsweise 1 bis 100 mTorr. Der relativ hohe Druck in einer Kammer mit der ersten Atmosphäre vor Einleiten der zweiten Atmosphäre kann eine Kontamination mit Verunreinigungen unterdrücken, die mit der zweiten Atmosphäre oft in die Kammer geführt werden, was eine Beeinträchtigung der Zwischenschicht verhindert.

Je nach gewünschter Zwischenschicht kamt der Vorläufer geeignet ausgewählt sein. Um z. B. Al₂O₃ als Zwischenschicht zu bilden, kann metallisches Aluminium (Al) oder Aluminium oxid (AlO_x (× < 1,5)) verwendet werden.

Bevorzugt ist, daß der Vorläufer eine amorphe Phase auf weist. Grund dafür ist, daß ein amorpher Vorläufer die Ober fläche der Magnetschicht gleichmäßig bedecken kann. Zur Bil dung einer amorphen Phase kann ein Vorläufer, der zwei oder mehr Übergangsmetalle aufweist, oder ein Vorläufer verwendet werden, der mindestens ein Übergangsmetall und mindestens ein Element aufweist, das aus B, C, Si und P ausgewählt ist. Die se Kombinationen von Elementen können die Differenz zwischen dem Schmelzpunkt und einer Glasübergangstemperatur senken, was schelle Kristallisation verhindert.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist die folgenden Schritte auf: Bilden einer ersten Magnetschicht auf jedem von mindestens zwei Substraten; Bilden eines Vorläufers auf jeder der ersten Magnetschichten in einer Filmbildungs kammer; Transportieren der mindestens zwei Substrate aus der Filmbildungskammer zur Reaktionskammer; Bilden mindestens ei nes Teils der Zwischenschicht aus jedem der Vorläufer in ei ner reaktionsfähigen Atmosphäre der Reaktionskammer; und Bil den einer zweiten Magnetschicht auf jeder der Zwischenschich ten. Die Kennwerte der Zwischenschicht werden durch verschie dene Bedingungen des Verfahrens zur Bildung der Zwischen schicht leicht beeinflußt. Werden die Zwischenschichten im Hinblick auf mehrere Substrate gemäß der vorstehenden Be schreibung gemeinsam gebildet, läßt sich Ungleichmäßigkeit der Kennwerte des Elements von Substrat zu Substrat unter drücken. Dieses Verfahren kann mit der in Fig. 1 und 2 offen barten Vorrichtung durchgeführt werden, die eine Filmbil dungskammer 21 und 31a oder 31b und eine Reaktionskammer (Schleusenkammer) 22 und 32 hat. In dieser Vorrichtung sind die Kammern über eine Vakuumtransportkammer 23 und 33 mit Schieberventilen 25 und 35 miteinander verbunden. Substrate 24 und 34 können zwischen der Filmbildungskammer und der Re aktionskammer in einer Vakuumatmosphäre überführt werden. Die Reaktionskammer, die auch als Schleusenkammer verwendet wer den kann, kann die Vorrichtung verkleinern. Andererseits kann eine Schleusenkammer mit einer Reaktionskammer und einer Filmbildungskammer, die über Vakuumtransportkammern verbunden sind, die Produktivität verbessern.

Fig. 3 ist eine Querschnittansicht eines Beispiels für das Magnetowiderstandselement der Erfindung. Ein Magnetowi derstandselement 10 weist eine erste Magnetschicht 1, eine Zwischenschicht 2 und eine zweite Magnetschicht 3 als Grund filme auf. In diesem Element wird der elektrische Widerstand zwischen den Magnetschichten 1 und 3, zwischen denen die Zwi schenschicht 2 eingefügt ist, durch Ändern des relativen Ma gnetisierungswinkels zwischen den Magnetschichten 1 und 3 durch das äußere Magnetfeld geändert. Eine Änderung des elek trischen Widerstands wird durch Strom detektiert, der zwi schen Elektroden 11 und 13 fließt. Die vom Element abweichen de Fläche zwischen den beiden Elektroden ist durch Zwischen schichtisolierfilme 12 isoliert. Ein mehrschichtiger Film mit diesen Komponenten läßt sich auf einem Substrat 14 durch Zer stäubung o. ä. ausbilden.

Ändern läßt sich der Widerstand durch Festlegen der Magnetisierung einer der Magnetschichten 1 und 3 und Bewirken einer Magnetisierungsdrehung der anderen Magnetschicht (frei en Magnetschicht). Bevorzugt ist, eine die Magnetisierungs drehung unterdrückende Schicht auf der Magnetschicht (festen Magnetschicht) vorzusehen, deren Magnetisierung auf der zur Zwischenschicht entgegengesetzten Oberfläche fest ist. Die eine Magnetisierungsdrehung unterdrückende Schicht kann aus einem Magnetmaterial mit hoher Koerzitivkraft, einem antifer romagnetischen Material, einem laminierten ferrimagnetischen Material o. ä. gebildet sein. Ein Mehrschichtfilm aus lami niertem ferrimagnetischem Material/antiferromagnetischem Material, laminiertem ferrimagnetischem Material/Magnetma terial mit hoher Koerzitivkraft o. ä. kann als die eine Ma gnetisierungsdrehung unterdrückende Schicht verwendet werden. Ein laminiertes ferrimagnetisches Material kann als feste Ma gnetschicht verwendet werden.

FePt, CoPt, CoPtTa, CoCrPrB u. ä. sind als Magnetmateri al mit hoher Koerzitivkraft bevorzugt. Für das laminierte ferrimagnetische Material kann eine laminierte Struktur aus mindestens zwei Magnetschichten MT und mindestens einer nichtmagnetischen Schicht X verwendet werden. Das laminierte ferrimagnetische Material dient zur Verstärkung des festen Magnetfelds der festen Schicht, indem die beiden Magnet schichten über die nichtmagnetische Schicht antiferromagne tisch gekoppelt sind. X kann Cu, Ag oder Au sein, wenngleich Ru, Rh, Ir und Re bevorzugt sind und Ru besonders bevorzugt ist. Eine bevorzugte Dicke von Ru beträgt etwa 0,6 bis 0,8 nm. Für MT ist ein ferromagnetisches Material geeignet, das mindestens 70 Atom-% eines Magnetmetalls enthält, das mindestens eines ist, das aus Fe, Co und Ni ausgewählt ist. Eine bevorzugte Dicke dieses Films beträgt etwa 0,5 bis 5 nm. Als antiferromagnetisches Material sind ein einzelnes Materi al aus Cr sowie eine Legierung aus Mn und/oder Cr und minde stens einem Material, das aus Ru, Re, Ir, Rh, Pt und Pd aus gewählt ist, bevorzugt. Eine bevorzugte Dicke der antiferro magnetischen Schicht beträgt etwa 1 bis 100 nm. Zur Verbesse rung der Kennwerte des antiferromagnetischen Materials oder zur Verhinderung von Thermodiffusion zwischen dem antiferro magnetischen Material und dem nichtmagnetischen Material (z. B. Elektrode), das mit dem antiferromagnetischen Material in Berührung steht, kann eine darunterliegende Schicht oder eine Diffusion verhindernde Schicht, die aus Hf, Ta, NiFe, NiFeCr, Cr o. ä. hergestellt ist, in Berührung mit dem anti ferromagnetischen Material gebildet sein.

Für die Magnetschichten 1 und 3 können alle bekannten Materialien ohne spezielle Einschränkung zum Einsatz kommen. Als Magnetschicht ist ein Magnetmaterial, das mindestens 50 Atom-% eines metallischen Magnetelements enthält, das minde stens eines ist, das aus Fe, Co und Ni ausgewählt ist, im Be reich von mindestens 0,1 nm von der Umgebung der Grenzfläche mit der Zwischenschicht bevorzugt. Zum Material, das diese Forderung erfüllt, gehören FeCo-Legierungen, z. B. Fe₂₅Co₇₅ und Fe₅₀Co₅₀, NiFe-Legierungen, z. B. Ni₄₀Fe₆₀ und Ni₈₁Fe₁₉, NiFeCo- Legierungen und Legierungen aus einem nichtmagnetischen Ele ment und einem Magnetelement, z. B. FeCr, FeSiAl, FeSi, FeAl, FeCoSi, FeCoAl, FeCoSiAl, FeCoTi, Fe(Ni)(Co)Pt, Fe(Ni)(Co)Pd, Fe(Ni)(Co)Rh, Fe(Ni)(Co)Ir und Fe(Ni)(Co)Ru. Als Magnetmate rial können Nitride, z. B. FeN, FeTiN, FeAlN, FeSiN, FeTaN, FeCoN, FeCoTiN, FeCoAlN, FeCoSiN und FeCoTaN, Oxide, z. B. Fe₃O₄, MnZn-Ferrit, NiZn-Ferrit o. ä., oder amorphe Magnetma terialien, z. B. CoNbZr und CoTaNbZr, verwendet werden. Als Magnetmaterial können Halbmetalle (halbmetallisches ferroma gnetisches Material) verwendet werden, z. B. XMnSb, LaSrMnO, LaCaSrMnO und CrO₂. Bevorzugt ist, daß das Halbmetall in ei ner Menge von mindestens 50 Atom-% enthalten ist. Verwendet werden kann ein magnetischer Halbleiter, der durch Dotieren von ZnO mit einem Element erhalten ist, das aus V, Cr, Fe, Co und Ni ausgewählt ist.

Die Magnetschichten 1 und 3 sind nicht unbedingt durch eine gleichmäßige Zusammensetzung gebildet. Zur Umwandlung, um weichmagnetisch oder hartmagnetisch zu sein, eine hohe Spinpolarisierbarkeit in der Umgebung der Fermifläche an der Zwischenschichtgrenzfläche zu erreichen oder die Spinpolari sierbarkeit durch Bildung eines künstlichen Gitters oder Bil dung eines Quantenniveaus zu erhöhen, können mehrere Magnet materialien mit unterschiedlichen Zusammensetzungen oder Kri stallstrukturen laminiert sein, oder es können ein Magnetma terial und ein nichtmagnetisches Material laminiert sein.

Beispiele

In den Beispielen sind Materialien, die nicht analysiert wurden, durch Elemente ausgedrückt, die ohne Zahlen aufge führt sind.

Beispiel 1

In diesem Beispiel kam eine Mehrkomponenten-Filmbil dungsvorrichtung mit der Struktur gemäß Fig. 3 zum Einsatz, bei der eine Filmbildungskammer (Endvakuum 5 × 10^-9 Torr), in der Magnetronzerstäubung durchgeführt werden kann, mit einer Schleusenkammer über eine Transportkammer verbunden ist. In der Schleusenkammer kann Rückzerstäubung durchgeführt werden, Stickstoffradikale, Sauerstoff und Sauerstoffradikale können eingeleitet werden, und ein Substrat kann mit einer Lampe er wärmt werden. In der Filmbildungskammer dieser Vorrichtung wurde der folgende Film auf einem 6-Inch-Siliciumsubstrat ge bildet, das mit einem thermischen Oxidfilm versehen war: Ta(3)/Cu(750)/Ta(3)/PtMn(30)/Co₉₀Fe₁₀(3)/Ru(0,7)/Co₉₀Fe₁₀(2)/ Co₅₀Fe₅₀(1)/Zwischenschicht/Co₅₀Fe₅₀(1)/NiFe(2)/Ru(0,7)/Ni Fe(2)/Ta(5).

In dem zuvor beschriebenen Film entspricht die Reihen folge jedes Films der anderen von der Substratseite, und die Zahlen in Klammern bezeichnen die Dicke des Films (die Ein heit ist nm; dies gilt auch im folgenden).

Dieser mehrschichtige Film ist wie folgt gebildet: da runterliegender Film/untere Elektrode/darunterliegender Film/antiferromagnetisches Material/laminiertes ferrima gnetisches Material/feste Magnetschicht/Zwischenschicht/ freie Magnetschicht/Schutzschicht. In Co₅₀Fe₅₀(1)/NiFe(2)/ Ru(0,7)/NiFe(2), das der freien Magnetschicht entspricht, vereinfacht ein weiches laminiertes ferrimagnetisches Materi al. in dem NiFe, die Ru dazwischen einfügen, durch Austausch kopplung gekoppelt sind, die Struktur der magnetischen Domäne von Co₅₀Fe₅₀.

Um als nächstes der festen Magnetschicht uniaxiale An isotropie zu verleihen, wurde eine Wärmebehandlung am Sub strat, das mit dem mehrschichtigen Film versehen war, bei 260°C in einem Vakuum durchgeführt, während ein Magnetfeld von 5 kOe einwirkte. Dieser Film wurde so bearbeitet, daß er eine Mesaform gemäß Fig. 1 hatte, und es wurden ein Zwischen schichtisolierfilm und eine obere Elektrode gebildet. Die Querschnittfläche des Elements der Zwischenschicht betrug 0,5 µm². Al₂O₃ mit einer Dicke von 300 nm wurde als Zwischen schichtisolierfilm verwendet. Ein Laminat aus 5 nm Ta und 750 nm Cu wurde als obere Elektrode verwendet.

Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung der Zwi schenschicht beschrieben. Zunächst erfolgte die Herstellung eines Zwischenschichtvorläufers durch Entladen von Targets aus jede Verbindung (siehe Tabelle 1) bildenden Elementen mit Ausnahme von Sauerstoff und Stickstoff in einem Ar-Gas. Die Dicke des Vorläufers betrug 0,3 bis 0,4 nm. Weisen die ande ren Elemente außer Sauerstoff und Stickstoff Kohlenstoff auf, wurde ein Carbid-Target verwendet. Sind mehrere Elemente au ßer Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff vorhanden, wurde ein Target für jedes Element vorbereitet, und mehrere Targets wurden gleichzeitig entladen.

Anschließend wurde das Substrat aus der Filmbildungskam mer zur Schleusenkammer transportiert, wo der Vorläufer oxi diert und/oder nitriert wurde. Die Oxidation erfolgte durch Einleiten von Sauerstoff bei 10 bis 600 Torr und Veranlassen einer Reaktion für etwa 10 Sekunden bis 6 Stunden. Die Ni trierung erfolgte durch 3 bis 900-sekündiges Einleiten von Stickstoffradikalen. Die Oxynitrierung erfolgte durch Durch führen der Oxidation und der Nitrierung in dieser Reihenfolge auf die gleiche Weise wie zuvor. Bestätigt wurde, daß die Oxynitrierung oder Nitrierung durch HF-Entladung mit Rückzer stäubung in einer Atmosphäre durchgeführt werden kann, die ein Stickstoffgas enthält, statt Stickstoffradikale einzulei ten.

Danach wurde der gleiche Zwischenschichtvorläufer wie zuvor so gebildet, daß er eine Dicke von 0,2 bis 0,3 nm hat te, und Oxidation, Nitrierung oder Oxynitrierung wurde in der Schleusenkammer wiederholt.

Das Widerstandsänderungsverhältnis zwischen der oberen und unteren Elektrode, das sich mit dem äußeren Magnetfilm im so hergestellten Magnetowiderstandselement ändert, wurde ge messen, indem man Strom zwischen der oberen und unteren Elek trode fließen ließ. Zusätzlich wurde ein Übergangswiderstand (RA) je Flächeneinheit (1 µm²) der Zwischenschicht gemessen. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse zusammen mit der Zusammenset zung der Zwischenschicht.

In Tabelle 1 ist der Zweckmäßigkeit halber die stöchio metrische Zusammensetzung gezeigt, wobei aber die hier gebil deten Zwischenschichten nicht unbedingt die stöchiometrische Zusammensetzung haben. Streng gesagt kann z. B. Al₂O₃ als AlO_x (x = etwa 1,1 bis 1,5) dargestellt werden. Somit weist die angegebene Zusammensetzung der Zwischenschicht Zusammenset zungen auf, die etwa 20 bis 30% von der stöchiometrischen Zusammensetzung abweichen. Für die Zwischenschicht, die meh rere Verbindungen aufweist, wurde das Verhältnis der Verbin dungen so eingestellt, daß ein Sollverhältnis von 1 : 1 er reicht wurde, wobei aber das wirkliche Verhältnis nicht be stätigt wurde, so daß es möglicherweise vom Sollverhältnis abwich. Der Effekt der Verbindung (MgO im Fall von Al₂O₃.MgO), die zur Zwischenschicht zugegeben wurde, wurde in einem breiten Bereich von 5 bis 95 Gew.-% bestätigt.

Für die Al₂O₃-Schichten wurden Proben mit den Zwischen schichtvorläufern hergestellt, deren Dicken sich allmählich weiter als oben angegeben verringern, um den RA zu reduzie ren, und die gleiche Messung wurde durchgeführt. In Tabelle 1 war die mit * bezeichnete Probe eine Zwischenschicht, die im gleichen Betriebsablauf wie für die aus anderen Materialien hergestellten Proben erhalten wurde.

Tabelle 1

Tabelle 1 zeigt, daß bei Reduzierung des RA durch Senken der Dicke des Al₂O₃-Films auch das MR-Verhältnis reduziert wird. Waren andererseits in den Zwischenschichten, die andere Elemente zusätzlich zu Al₂O₃ aufwiesen, die MR-Verhältnisse etwa gleich, war der RA geringer als der von Al₂O₃ ohne andere Elemente. Auch in den Zwischenschichten mit anderen Elementen zusätzlich zu AlN oder BN wurde ein relativ geringerer RA mit etwa dem gleichen MR-Verhältnis erhalten. War insbesondere die Zwischenschicht aus einem Nitrid mindestens eines Ele ments gebildet, das aus Al, B, Ga und In ausgewählt war, wur de ein geringer RA erreicht, während ein ausreichender MR- Wert gewährleistet wurde.

Auch bei der Herstellung von Zwischenschichten, deren Zusammensetzungen in Dickenrichtung variieren, wurden ein ho her MR- und ein niedriger RA-Wert gleichzeitig erhalten. Die Zusammensetzung läßt sich z. B. dadurch variieren, daß ein mehrschichtiger Film gebildet wird, der eine der beiden Ver bindungen gemäß Tabelle 1 aufweist, die an mehreren Targets angelegten Spannungen eingestellt werden oder Sauerstoff, Stickstoff o. ä. eingestellt wird, der als reaktionsfähige Spezies zum Einsatz kommt. Auch wenn mehrere Elemente nicht gleichmäßig in der Zwischenschicht enthalten sind, kann der Effekt der Zugabe eines Elements erhalten werden.

Für die Beziehung zwischen der Dicke der Zwischenschicht und dem RA wurde bestätigt, daß der RA als Funktion der Dicke der Zwischenschicht exponentiell zunimmt. Auf der Grundlage dieser Beziehung kann der Widerstand der Zwischenschicht in Übereinstimmung mit einem gewünschten Bauelement eingestellt werden.

Beispiel 2

Verwendet wurde eine Mehrkomponenten-Filmbildungsvor richtung gemäß Fig. 3, bei der eine Filmbildungskammer zur Magnetronzerstäubung (Endvakuum 5 × 10^-9 Torr), eine Filmbil dungskammer zur IBD (Ionenstrahlbedampfung; Endvakuum 5 × 10^-9 Torr) und eine Schleusenkammer über eine Vakuumtransportkam mer miteinander verbunden sind. Mit dieser Vorrichtung wurde der folgende Film auf einem 6-Inch-Siliciumsubstrat gebildet, das mit einem thermischen Oxidfilm versehen war: Ta(3)/Cu(500)/Ta(3)/MnRh(30)/Co₉₀Fe₁₀(3)/Ru(0,7)/Co₉₀Fe₁₀(2)/ Co₇₅Fe₂₅(1)/Zwischenschicht/Co₇₅Fe₂₅(1)/NiFe(5)/Ta(5).

Der Vorläufer für die Zwischenschicht wurde durch IBD gebildet, und die anderen Schichten außer dieser wurden durch Magnetronzerstäubung gebildet. Dieser mehrschichtige Film ist wie folgt aufgebaut: darunterliegender Film/untere Elektro de/darunterliegender Film/antiferromagnetisches Material /laminiertes ferrimagnetisches Material/feste Magnet schicht/Zwischenschicht/freie Magnetschicht/Schutz schicht.

Um dann der festen Magnetschicht uniaxiale Anisotropie zu verleihen, erfolgte eine Wärmebehandlung bei 250°C in ei nem Vakuum, während ein Magnetfeld von 5 kOe einwirkte. Die ser Film wurde zu einer Mesaform gemäß Fig. 3 so bearbeitet, daß die Elementfläche 0,5 µm² beträgt. Cu(500) diente als obere Elektrode.

In diesem Beispiel wurden Al₂O₃ mit einer Dicke von 1,5 nm und ein nichtmagnetischer Elementfilm mit einer Dicke von 0,25 nm in dieser Reihenfolge als Zwischenschicht gebil det. Zusätzlich wurde auch eine Zwischenschicht aus einem mehrschichtigen Film hergestellt, in dem ein Paar nichtmagne tische Elementfilme mit jeweils einer Dicke von 0,25 nm einen Al₂O₃-Film mit einer Dicke von 1,5 nm dazwischen einfügen.

Tabelle 2 zeigt die Filmstruktur dieses mehrschichtigen Films. Das MR-Verhältnis des hergestellten Elements wurde mit -0,5 V und 0,5 V als Vorspannung gemessen.

Tabelle 2

Die MR-Verhältnisse in Tabelle 2 sind jene, die man er hält, wenn positive und negative Vorspannungen anliegen, und der relativ kleinere Wert ist auf der linken Seite angegeben. Ferner ist das MR-Abnahmeverhältnis ein Abnahmeverhältnis des MR-Verhältnisses (das relativ größere MR-Verhältnis unter an gelegter Vorspannung) auf den Wert bei null Vorspannung. Ein negatives Abnahmeverhältnis verweist auf eine Zunahme des MR- Verhältnisses infolge der angelegten Vorspannung.

Wurden gemäß Tabelle 2 Cu, Ag, Au, Ru, Rh, Ir und Re laminiert, so wurden negative MR-Verhältnisse erhalten. Das ein negatives MR-Verhältnis zeigende Element kann als Element zur Bestimmung verwendet werden, ob die Vorspannung positiv oder negativ ist, indem es mit einem Vergleicher zum Verglei chen des Normalwiderstands kombiniert wird. Wurde ein nichtmagnetischer Film laminiert, war das Abnahmeverhältnis beim Anlegen von Vorspannung reduziert, und das MR-Verhältnis nahm in einigen Fällen zu. Ein großes asymmetrisches Profil ist für ein Bauelement von Nutzen, das eine hohe Ausgabe ein Bauelement von Nutzen, das eine hohe Ausgabe erfordert, um das S/R-Verhältnis bei den MR-Änderungen zu erhöhen.

Das zuvor beschriebene Phänomen läßt sich auch erkennen, wenn AlN oder BN statt Al₂O₃ verwendet wird. Liegt im Hinblick auf das asymmetrische Profil die Dicke der nichtmagnetischen Schicht im Bereich von 0,1 bis 1 nm, so unterscheidet sich die Vorspannungsabhängigkeit je nach Dicke, aber übersteigt die Dicke 1 nm, wird der MR-Wert kaum detektiert.

Beispiel 3

Mit der im Beispiel 2 verwendeten Mehrkomponenten-Film bildungsvorrichtung wurde der folgende Film auf einem 6-Inch- Siliciumsubstrat gebildet, das mit einem thermischen Oxidfilm versehen war: Ta(3)/Cu(500)/Ta(3)/PtMn(30)/Co(3)/Ru(0,7)/ Co(2)/Co₅₀Fe₅₀(1)/Zwischenschicht/Co₇₄Fe₂₆(1)/NiFe(5)/Ta(5).

Der Vorläufer für die Zwischenschicht und Co₇₄Fe₂₆ wurde durch IBD gebildet, und die anderen Schichten außer dieser wurden durch Magnetronzerstäubung gebildet. Dieser mehr schichtige Film ist wie folgt gebildet: darunterliegender Film/untere Elektrode/darunterliegender Film/antiferro magnetisches Material/laminiertes ferrimagnetisches Materi al/feste Magnetschicht/Zwischenschicht/freie Magnet schicht/Schutzschicht. Danach erfolgten eine Wärmebehand lung, Mesabearbeitung und Bildung einer oberen Elektrode auf die gleiche Weise wie im Beispiel 2.

Die Filmstrukturen gemäß Tabelle 3 wurden für die Zwi schenschicht verwendet. Jeder der Al₂O₃-Filme an beiden Enden eines Dreischichtfilms wurde hergestellt durch Bilden eines Al-Films mit einer Dicke von 0,3 nm, Oxidieren des Al-Films bei 20°C in einer Sauerstoffatmosphäre bei 20 Torr für eine Minute und dann in einer Sauerstoffatmosphäre bei 200 Torr für eine Minute, Bilden eines weiteren Al-Films mit einer Dicke von 0,2 nm sowie Oxidieren des Al-Films in einer Sauer stoffatmosphäre bei 200 Torr für drei Minuten. Ein einzelner Al₂O₃-Film wurde durch Wiederholen der zuvor beschriebenen Verfahren so hergestellt, daß die Gesamtdicke der Al-Filme vor Oxidation 1 nm betrug.

Die AlN-Filme an beiden Enden eines Dreischichtfilms wurden durch Bilden eines Al-Films mit einer Dicke von 0,5 nm und anschließendes Durchführen von Rückzerstäubung in einer Atmosphäre aus Ar + N₂ für 10 Sekunden gebildet.

Der AlN-Film und der BN-Film in der Mitte eines Drei schichtfilms wurden unter Verwendung eines AlN-Targets bzw. eines BN-Targets in einer Dicke von 0,2 nm gebildet, während Stickstoffplasma als Hilfsgas zum Einsatz kam. Ähnlich wurden andere in der Mitte angeordnete Verbindungsfilme in einer Di cke von 0,2 nm mit Targets der entsprechenden Verbindungen gebildet.

Gemessen wurden die MR-Verhältnisse der so hergestellten Elemente. Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse zusammen mit der Struktur der Zwischenschicht. In Tabelle 3 ist bei Heusler schen Legierungen (NiMnSb, CuMnSb und PtMnSb) die Zusammen setzungsabweichung infolge von Zerstäubung groß, so daß nur Komponenten angegeben sind. In den Filmen mit dem Zusammen setzungsverhältnis kann der gleiche Effekt auch dann erhalten werden, wenn das Zusammensetzungsverhältnis vom stöchiometri schen Verhältnis um etwa 10% abweicht.

Tabelle 3

Gemäß Tabelle 3 wurden höhere MR-Verhältnisse von den Elementen unter Verwendung einer dreischichtigen Zwischen schicht als von jenen erhalten, die eine Zwischenschicht aus einem einschichtigen Al₂O₃-Film verwenden.

Würde die Dicke der Mittelschicht im Bereich von 0,1 bis 1,2 nm variiert, während die Gesamtdicke der Zwischenschicht mit einer Dreischichtstruktur auf 0,1 bis 2 nm beschränkt blieb, wurden noch höhere MR-Verhältnisse erhalten.

Betrug ferner die Dicke der Mittelschicht 0,2 nm und wurde die Dicke der Al₂O₃-Filme und AlN-Filme an beiden Enden variiert, so wurden hohe MR-Verhältnisse im Bereich der Dicke der gesamten Zwischenschicht von 0,5 bis 5 nm erhalten.

Als nächstes wurde die Stabilität der Zwischenschicht untersucht, während die Gesamtdicke der Zwischenschicht geän dert wurde, wobei das Dickenverhältnis der die Zwischen schicht bildenden Schichten unverändert blieb.

In diesem Beispiel wurden ein Element mit einer Film struktur aus Ta(3)/Cu(500)/Cr(2,2)/Co(3)/Ru(0,7)/Co(2)/Fe(1)/ Zwischenschicht/Fe(1)/NiFe(5)/Ta(5) und Elemente hergestellt, in denen die Fe-Schicht in dieser Filmstruktur durch FeN, FeHfC, FeTaC, FeTaN, FeHfN, FeZrN, FeNbB, FeAlO, FeSiO oder FeAlF ersetzt ist. Bei Meßdurchführung unter Einwirkung eines Magnetfelds von 600 Oe zeigte sich, daß die hergestellten Elemente eine spinventilartige MR-Kurve ohne Verwendung eines antiferromagnetischen Materials hatten. Wird aber die Zwi schenschicht dünn, wurde in den Elementen unter Verwendung von Fe als Magnetschicht der MR-Wert nicht detektiert. Ande rerseits wurde bestätigt, daß wenn das Magnetmaterial mit mindestens einem Element, das aus F, O, C und. N ausgewählt ist, als Zwischenschicht verwendet wurde, MR-Verhältnisse de tektiert wurden, solange die Dicke der Zwischenschicht minde stens etwa 0,5 nm beträgt.

Beispiel 4

Mit der im Beispiel 2 verwendeten Mehrkomponenten-Film bildungsvorrichtung wurde der folgende Film auf einem 6-Inch- Siliciumsubstrat gebildet, das mit einem thermischen Oxidfilm versehen war: Ta(3)/Cu(500)/Ta(3)/PtPdMn(30)/Co(3)/Ru(0,7)/ Co(2)/Fe₂₄Co₇₆(1)/AlON/freie Magnetschicht/Ta(5).

Ein erster Magnetfilm in der freien Magnetschicht wurde durch IBD gebildet, und die anderen Schichten außer dieser wurden durch Magnetronzerstäubung gebildet. Dieser mehr schichtige Film ist wie folgt gebildet: darunterliegender Film/untere Elektrode/darunterliegender Film/antiferro magnetisches Material/laminiertes ferrimagnetisches Materi al/feste Magnetschicht/Zwischenschicht/freie Magnet schicht/Schutzschicht.

In diesem Beispiel wurde die AlON-Zwischenschicht durch Bilden eines Al-Films und anschließendes Einleiten von Misch radikalen von Sauerstoff und Stickstoff gebildet. Die freie Magnetschicht hat eine Zweischichtstruktur aus einem ersten Magnetfilm und einem zweiten Magnetfilm, die in dieser Rei henfolge von der Zwischenschicht gebildet sind, und die Ma gnetschicht gemäß Tabelle 4 wurde als erster Magnetfilm ver wendet, und das Fe₅₀Cu₅₀ mit einer Dicke von 5 nm wurde als zweiter Magnetfilm verwendet.

Um dann der festen Magnetschicht uniaxiale Anisotropie zu verleihen, wurde eine Wärmebehandlung bei 250°C in einem Vakuum durchgeführt, während ein Magnetfeld von 5 kOe ein wirkte. Dieser Film wurde zu einer Mesaform so bearbeitet, daß die Fläche des Elements der Zwischenschicht 0,5 µm² be trug. Cu(500) wurde als obere Elektrode gebildet, und die MR- Verhältnisse wurden gemessen. Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse.

Tabelle 4

Tabelle 4 bestätigt, daß bei Vorhandensein eines ferro magnetischen Materials mit einer Dicke von 0,1 bis 0,5 nm zwischen der Magnetschicht und der Zwischenschicht das MR- Verhältnis steigt.

Beispiel 5

In diesem Beispiel wurde eine Mehrkomponenten-Filmbil dungsvorrichtung (siehe die vereinfachte Zeichnung von Fig. 1) verwendet, bei der eine Filmbildungskammer zur Magnetron zerstäubung (Endvakuum 5 × 10^-9 Torr) sowie eine Reaktions- und Schleusenkammer (Endvakuum 8 × 10^-8 Torr) miteinander über eine Vakuumtransportkammer (Endvakuum 1 × 10^-8 Torr) und ein Schieberventil verbunden waren. Zwölf Siliciumsubstrate mit einem Durchmesser von 6 Inch (S1 bis S12), die mit thermi schen Oxidfilmen versehen waren, wurden in der Reaktions- und Schleusenkammer angeordnet.

Zunächst wurde das Substrat S1 zu einer Filmbildungskam mer transportiert, wo der folgende mehrschichtige Film gebil det wurde, und dann wurde das Substrat zur Schleusenkammer zurückgeführt: Ta(3)/Cu(500)/Ta(3)/PtMn(30)/Co₉₀Fe₁₀(3)/ Ru(0,7)/Co₉₀Fe₁₀(3)/Al(0,4).

Dieser Film ist wie folgt gebildet: darunterliegender Film/untere Elektrodenschicht/darunterliegender Film/ antiferromagnetisches Material/feste Magnetschicht (lami niertes ferrimagnetisches Material)/Zwischenschichtvorläu fer.

Ähnlich wurde für die Substrate S2 bis S12 der mehrschichtige Film nacheinander auf diesen Substraten gebildet, und die Substrate wurden wieder zur Schleusenkammer transportiert.

Anschließend wurde die Evakuierung der Schleusenkammer gestoppt, und es wurde eine Reaktion bei einem O₂-Gas-Parti aldruck von 150 Torr für eine Minute zur gleichzeitigen Oxi dation der Zwischenschichtvorläufer auf den 12 Substraten veranlaßt. Danach wurde die Schleuse wieder evakuiert, und die 12 Substrate wurden zur Filmbildungskammer transportiert, wo ein 0,3 nm dicker Al-Film, der ein Zwischenschichtvorläu fer sein sollte, auf jedem Substrat gebildet wurde. Ferner wurden die 12 Substrate wieder zur Schleusenkammer transpor tiert, wo die Vorläufer unter den gleichen Bedingungen wie zuvor gleichzeitig oxidiert wurden.

Im Anschluß daran wurden die 12 Substrate zur Filmbil dungskammer transportiert, und ein weiterer Film aus Co₉₀Fe₁₀(1)/NiFe(3)/Ta(15) wurde auf der Zwischenschicht (Al₂O₃) gebildet. Co₉₀Fe₁₀(1)/NiFe(3) ist eine freie Magnetschicht.

Um der festen Magnetschicht uniaxiale Anisotropie zu verleihen, erfolgte eine Wärmebehandlung bei 280°C in einem Vakuum, während ein Magnetfeld von 5 kOe einwirkte. Dieser Film wurde einer Mesabearbeitung so unterzogen, daß die Quer schnittfläche des Elements 2 µm² betrug. Cu(500)/Ta(5) wurde als obere Elektrode gebildet.

Bei Messung der MR-Verhältnisse der so hergestellten Substrate S1 bis S12 betrug für alle Substrate RA = 30 Ωµm², und das MR-Verhältnis betrug etwa 33%. Die Abweichung der MR-Verhältnisse zwischen den Substraten lag innerhalb von 5%.

Bei gleichzeitiger Oxidation gemäß der vorstehenden Be schreibung war die durch die Oxidation erforderliche Zeit er heblich verkürzt. Dadurch verringerte sich die Zeit zur Bil dung des gesamten mehrschichtigen Films auf etwa 1/3 der mit einzelner Oxidation.

Ferner wurden Elemente unter verschiedenen Sauerstoff partialdrücken in der Schleusenkammer, Reaktionszeiten und Substraterwärmungstemperaturen durch Strahlungswärme herge stellt, und mehrere Sätze von Oxidationsbedingungen wurden erhalten, die ein MR-Verhältnis von mindestens etwa 30% lie fern konnten. Bei der gleichen Probe waren die Oxidationsbe dingungen zweier Betriebsabläufe für den durch die zwei Be triebsabläufe gebildeten Vorläufer gleich.

Ein Al-Film mit einer Dicke von 0,3 nm wurde direkt auf dem Substrat gebildet, und der Al-Film wurde unter den erhal tenen Oxidationsbedingungen oxidiert. Dieses Verfahren wurde wiederholt, um einen Aluminiumoxid-(AlO_x)Film mit einer Di cke von 50 nm zu erhalten. Beim Analysieren dieses Films durch ein RBS-Verfahren wurde bestätigt, daß Werte von x, die ein MR-Verhältnis von mindestens 30% liefern können, im Be reich von 1,2 bis 1,5 lagen.

Die gleichen Experimente wurden für Aluminiumnitrid (AlN_x) unter variierten Partialdrücken von Stickstoffradika len, Reaktionszeiten und Bedingungen für die Substraterwär mung durchgeführt. Als Ergebnis wurde festgestellt, daß x, mit dem ein MR-Verhältnis von mindestens 30% erhalten werden konnte, 0,8 bis 1 beträgt.

Beispiel 6

In diesem Beispiel kam eine Mehrkomponenten-Filmbil dungsvorrichtung mit der gleichen Struktur wie in Fig. 2 zum Einsatz, bei der eine erste Filmbildungskammer zur reaktiven Magnetronzerstäubung (Endvakuum 5 × 10^-9 Torr), eine zweite Filmbildungskammer zur Magnetronzerstäubung (Endvakuum 5 × 10^-9 Torr) und eine Reaktions- und Schleusenkammer (Endvakuum 8 × 10^-8 Torr) über eine Vakuumtransportkammer (Endvakuum 1 × 10^-8 Torr) und ein Schieberventil miteinander verbunden waren. Zwölf Siliciumsubstrate mit jeweils einem Durchmesser von 6 Inch (S1 bis S12), die mit thermischen Oxidfilmen versehen waren, wurden in der Reaktions- und Schleusenkammer dieser Vorrichtung angeordnet.

Das Substrat S1 wurde aus der Transportkammer zur zwei ten Filmbildungskammer transportiert, wo der mehrschichtige Film mit der folgenden Struktur gebildet wurde: Ta(3)/ Cu(500)/Ta(3)/PtPdMn(30)/Co₉₀Fe₁₀(3)/Ru(0,7)/Co₉₀Fe₁₀(3).

Dieser Film hat die folgende Filmstruktur: darunterliegender Film/untere Elektrodenschicht/ darunterliegender Film/antiferromagnetisches Material/ feste Magnetschicht.

Danach wurde das Substrat S1 zur ersten Filmbildungskam mer transportiert, wo ein Al-O-Film mit einer Dicke von 0,3 nm als erster Zwischenschichtvorläufer in einer Atmosphä re aus Ar-Gas und Sauerstoffgas durch reaktive Zerstäubung gebildet wurde. Anschließend wurde das Substrat wieder zur Schleusenkammer transportiert.

Ähnlich wurden mehrschichtige Filme auf den Substraten S2 bis S12 gebildet, wonach die Substrate wiederholt zur Schleusenkammer transportiert wurden.

Waren die 12 mit den Filmen versehenen Substrate zur Schleusenkammer transportiert, wurde die Evakuierung der Schleusenkammer gestoppt, und die 12 Substrate wurden gleich zeitig einer einminütigen Oxidation bei 60 Torr unterzogen. Die Schleusenkammer wurde erneut evakuiert, wonach die 12 oxidierten Substrate nacheinander zur ersten Filmbildungskam mer transportiert wurden, wo ein 0,2 nm dicker Al-O-Film als zweiter Zwischenschichtvorläufer bei dem gleichen Sauerstoff partialdruck wie für den ersten Zwischenschichtvorläufer ge bildet wurde. Nach der Bildung des Vorläufers auf jedem Sub strat wurden die Zwischenschichtvorläufer unter den gleichen Bedingungen wie zuvor wieder in der Schleusenkammer gleich zeitig oxidiert.

Ferner wurde ein Film aus Co₉₀Fe₁₀(1)/NiFe(3)/Ta(15) auf der so hergestellten Zwischenschicht gebildet. Um der festen Magnetschicht uniaxiale Anisotropie zu verleihen, wurde eine Wärmebehandlung bei 260°C in einem Vakuum durchgeführt, wäh rend ein Magnetfeld von 5 kOe einwirkte. Dieser Film wurde so mesabearbeitet, daß die Querschnittfläche des Elements 5 µm² betrug. Cu(500)/Ta(5) wurde als obere Elektrode gebildet.

Gemessen wurden die MR-Verhältnisse (%) und der normali sierte Widerstand RA (Ωµm²) bei Änderung des Sauerstoff durchflusses O₂/(Ar + O₂) bei der Al-O-Filmbildung unter den o. g. Bedingungen im Bereich von 0% bis 2%. Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse.

Bei Messung der MR-Verhältnisse der hergestellten Sub strate S1 bis S12 wurde festgestellt, daß die Abweichung zwi schen den unter den gleichen Bedingungen hergestellten Sub straten innerhalb von 5% lag.

Tabelle 5

Tabelle 5 bestätigte, daß bei den Proben, bei denen die Zwischenschichtvorläufer mit einem Sauerstoffdurchfluß von 0,05 bis 1% während der Al-Filmbildung hergestellt wurden, ein geringer RA- und ein hoher MR-Wert zugleich erhalten wer den können. Allerdings wurde der RA mit zunehmendem Sauer stoffdurchfluß groß, und der MR-Wert war bei einem Durchfluß von 2% oder mehr verringert. Der Al-O-Film, der direkt auf dem Substrat so gebildet war, daß die Dicke 100 nm betrug, während der Sauerstoffdurchfluß geändert wurde, wurde durch XRD (Röntgenstrahlbeugung) untersucht. Dabei wurde bestätigt, daß mit zunehmendem Sauerstoffdurchfluß die Kristallkörner feiner waren und bei einem Durchfluß von mindestens 0,5% ei ne amorphe Phase enthalten war.

Beim Bestimmen des Widerstandsverhältnisses des Al-O- Films durch ein Vierpolverfahren und ein Brückenverfahren wurde festgestellt, daß der Film auch bei einem Durchfluß von 2% leitend war, der den höchsten Widerstand lieferte. Dies zeigt, daß der Al-O-Film kein perfektes stöchiometrisches Oxid war. Ein Al-O-Film wurde auf einem Kohlenstoffsubstrat bei einem Sauerstoffdurchfluß von 2% gebildet und durch RBS gemessen. Dabei betrug x im AlO_x etwa 1,18.

Der Effekt einer Verkleinerung der Kristallkörner wurde nicht nur bei der Verwendung von Sauerstoffgas bestätigt, sondern auch beim Einsatz von Stickstoff-, Ammoniakgas u. ä.

Als nächstes wurden im o. g. Verfahren Elemente bei ei nem Sauerstoffdurchfluß von 2% während der Bildung des zwei ten Zwischenschichtvorläufers und bei einem Sauerstoffdurch fluß von 0 bis 1% während der Bildung des ersten Zwischen schichtvorläufers hergestellt. Tabelle 6 zeigt die MR-Ver hältnisse und die RA-Werte der gemessenen Elemente.

Tabelle 6

Tabelle 6 bestätigte, daß bei Bildung des ersten Zwi schenschichtvorläufers in einer weniger reaktionsfreudigen Atmosphäre als die für den zweiten Zwischenschichtvorläufer der MR-Wert verbessert war. Die gleichen Ergebnisse wurden erhalten, wenn Nitride, z. B. Al-N, oder Carbide, z. B. Si-C, hergestellt wurden.

Beispiel 7

Ein mehrschichtiger Film mit der folgenden Struktur wur de auf einem 6-Inch-Siliciumsubstrat gebildet, das mit einem thermischen Oxidfilm versehen war: Ta(3)/Cu(500)/Ta(3)/ PtMn(30)/Co₉₀Fe₁₀(3)/Ru(0,7)/Co₉₀Fe₁₀(3).

Danach wurde ein Al-Film mit einer Dicke von 0,3 nm als erster Zwischenschichtvorläufer gebildet und in einer Atmo sphäre mit einem Sauerstoffpartialdruck von 0,2 Torr 3 Minu ten gehalten, wonach er in einer Atmosphäre mit einem Sauer stoffpartialdruck von 60 Torr 30 Sekunden gehalten wurde. An schließend wurde ein Al-Film mit einer Dicke von 0,3 nm als zweiter Zwischenschichtvorläufer gebildet und in einer Atmo sphäre mit einem Sauerstoffpartialdruck von 0,2 Torr 3 Minu ten gehalten, wonach er in einer Atmosphäre mit einem Sauer stoffpartialdruck von 60 Torr 30 Sekunden gehalten wurde. Die Oxidation der Vorläufer erfolgte durch Einleiten eines Misch gases aus Ar und Sauerstoff in die Schleusenkammer wie in den zuvor beschriebenen Beispielen.

Im Anschluß daran wurde Co₉₀Fe₁₀(1)/NiFe(5)/Ta(15) auf dem mehrschichtigen Film gebildet, und eine Wärmebehandlung bei 280°C wurde in einem Magnetfeld durchgeführt. Ferner wurde der Film einer Mesabearbeitung mit einem Stepper so unterzo gen, daß die Übergangsfläche 0,2 bis 4 µm² betrug, und eine obere Elektrode wurde darauf laminiert, um ein MR-Element herzustellen. Dadurch wurde eine Probe a erhalten.

Zum Vergleich erfolgte die Herstellung eines Elements (Probe b), bei dem sowohl der erste als auch der zweite Zwi schenschichtvorläufer bei einem Sauerstoffpartialdruck von 0,2 Torr für 3 Minuten oxidiert wurden, und eines Elements (Probe c), bei dem sowohl der erste als auch der zweite Zwi schenschichtvorläufer bei einem Sauerstoffpartialdruck von 60 Torr für 30 Sekunden oxidiert wurden.

Bei Messung der MR-Verhältnisse und des RA-Werts jeder Probe betrug z. B. für Probe a das MR-Verhältnis 10%, und der RA-Wert betrug 7 Ωµm². Andererseits lag keine MR-Ände rung bei Probe b vor, und der RA-Wert betrug höchstens 0,1 Ωµm². Für Probe c betrug das MR-Verhältnis nur etwa 5%.

Auf die gleiche Weise wie für Probe a erfolgte die Her stellung der Zwischenschichten durch Oxidieren von Al-Filmen mit verschiedener Dicke zuerst in einer Atmosphäre mit einem relativ geringen Sauerstoffpartialdruck und dann in einer At mosphäre mit einem relativ hohen Sauerstoffpartialdruck.

Fig. 4 zeigt den RA-Wert als Funktion der Gesamtdicke von Al, und Fig. 5 zeigt den MR-Wert als Funktion der Gesamt dicke von Al. Aus Fig. 4 geht hervor, daß der RA-Wert im Hin blick auf die Gesamtdicke von Al exponentiell steigt. Dies zeigt, daß die erzeugte AlO_x-Zwischenschicht als Tunnelwider stand wirkt und daß die Filmqualität unabhängig von der Dicke der Zwischenschicht gleichmäßig ist, bis RA nahe an mehreren Ω bis mehreren MΩ liegt. Anhand von Fig. 5 sowie Fig. 4 bestätigt sich, daß ein hoher MR-Wert in einem breiten RA- Bereich erhalten werden kann.

Auch bei Bildung mehrerer Elemente in einem Siliciumsub strat lieferte das zuvor beschriebene Verfahren eine Abwei chung der MR-Verhältnisse im Substrat von höchstens 5%. Zum Vergleich wurde die gleiche Messung an einem Element mit ei ner Zwischenschicht durchgeführt, die durch Plasmaoxidation eines Al-Films mit einer Dicke von 1 nm gebildet war. Dabei betrug die Abweichung des MR-Verhältnisses etwa 10%.

Bei den Zwischenschichten aus Nitriden oder Carbiden können Elemente mit einem hohen MR-Verhältnis von einem ge ringen Übergangswiderstand zu einem hohen Übergangswiderstand mit einer kleinen Abweichung hergestellt werden, indem der Zwischenschichtvorläufer zuerst in einer weniger reaktionsfä higen Atmosphäre und dann einer stärker reaktionsfähigen At mosphäre gebildet wird.

Beispiel 8

Ein mehrschichtiger Film mit der folgenden Struktur wur de auf einem Siliciumsubstrat gebildet, das mit einem thermi schen Oxidfilm versehen war: Ta(3)/Cu(500)/Ta(2)/NiFeCr(3)/ PtMn(30)/Co₇₅Fe₂₅(3)/Ru(0,7)/Co₇₅Fe₂₅(3).

Ferner wurde ein Al-Film als Zwischenschichtvorläufer gebildet, wonach ein Verfahren zum Nitrieren des Vorläufers mit Stickstoffradikalen dreimal wiederholt wurde, um AlN_x als Zwischenschicht zu bilden. Die Dicke des Vorläufers und der Grad der Nitrierung wurden gemäß Tabelle 7 geändert. In Ta belle 7 bedeutet z. B. "(0,3, 1,0)", daß ein Vorläufer (Al) mit einer Dicke von 0,3 nm unter den Bedingungen nitriert wird, die 1,0 als x von AlN_x erreichen können. Unter vorbe stimmten Bedingungen wurde "x" mit dem Mittel der Zusammen setzung von AlN_x abgeschätzt, die auf folgende Weise erhalten wurde: Ein Al-Film mit einer vorbestimmten Dicke wurde auf einem Kohlenstoffsubstrat gebildet und unter den vorbestimm ten Bedingungen nitriert. Dieser Vorgang wurde wiederholt, um AlN_x mit einer Dicke von 100 nm zu bilden, und die Zusammen setzung des AlN_x wurde durch Rutherford-Rückstreuungsspektro skopie (RBS) erhalten.

Ferner wurde ein Film aus Co₇₅Fe₂₅(1)/NiFe(3)/Ta(5) auf der Zwischenschicht gebildet, und es erfolgte eine Wärmebe handlung bei 280°C in einem Magnetfeld, wonach eine Mesa bearbeitung durchführt und eine obere Elektrode gebildet wur de, so daß ein MR-Element hergestellt war. Der MR- und RA- Wert jedes MR-Elements wurden gemessen. Tabelle 7 zeigt die Ergebnisse.

Tabelle 7

Tabelle 7 zeigt, daß bei Herstellung der Zwischenschicht in n Betriebsabläufen (n ist eine Ganzzahl von mindestens 2) und bei Intensivierung der Reaktionsbedingungen mit zunehmen dem n ein hoher MR-Wert erhalten werden kann. Bevorzugt ist, daß die Reaktionsbedingungen für den Zwischenschichtvorläufer der n-ten Herstellung stärker als die für den Zwischen schichtvorläufer der (n-1)-ten Herstellung sind.

Diese Art der Einstellung der Reaktionsbedingungen hat den gleichen Effekt auf Oxide, z. B. AlO_x, SiO_x und TaO_x, Car bide, z. B. SiC, und beispielsweise eine Graphit in Diamant umwandelnde Reaktion wie den auf Nitride.

Beispiel 9

Eine Mehrkomponenten-Filmbildungsvorrichtung kam zum Einsatz, bei der eine Filmbildungskammer (Endvakuum 5 × 10^-9 Torr), in der Magnetronzerstäubung durchgeführt werden kann, mit einer Reaktionskammer über eine Vakuumtransportkammer verbunden war. In der Reaktionskammer kann Rückzerstäubung durchgeführt werden, Stickstoffradikale, Sauerstoff und Sau erstoffradikale können eingeleitet werden, und ein Substrat kann durch Lampenerwärmung erwärmt werden. Mit dieser Vor richtung wurde ein mehrschichtiger Film mit der folgenden Struktur auf einem 3-Inch-Siliciumsubstrat gebildet, das mit einem thermischen Oxidfilm versehen war: Ta(3)/Cu(750)/Ta(3)/ NiFeCr(4)/PtMn(30)/Co₉₀Fe₁₀(3)/Ru(0,9)/Co₉₀Fe₁₀(3)/Zwischen schicht/Ni₆₀Fe₄₀(4)/Ru(0,9)/NiFe(4)/Ta(5).

Um anschließend der festen Magnetschicht (Co₉₀Fe₁₀(3)/ Ru(0,9)/Co₉₀Fe₁₀(3)) Anisotropie zu verleihen, wirkte ein Ma gnetfeld von 5 kOe bei 350°C in einem Vakuum ein. Dieser mehrschichtige Film wurde zu einer Mesaform mit einem Re sistmuster so bearbeitet, daß die Fläche des Elements in der Zwischenschicht 0,5 µm² betrug, und es wurden ein Zwischen schichtisolierfilm und eine obere Elektrode gebildet. Alumi niumoxid mit einer Dicke von 300 nm wurde als Zwischen schichtisolierfilm verwendet, und für die obere Elektrode wurde Cu(750) auf Ta gebildet, das Ionenstrahlätzen unterzo gen worden war.

Die Zwischenschicht wurde mit den Verbindungen gemäß Ta belle 8 auf die folgende Weise gebildet: Zuerst wurde ein Zwischenschichtvorläufer in einer Dicke von 0,3 bis 0,4 nm mit einem Target, das andere Komponenten als Sauerstoff und Stickstoff aufwies, in einer Ar-Gasatmosphäre gebildet. Da nach wurde beim Bilden der Zwischenschicht als Oxid der Vor läufer zur Schleusenkammer transportiert, in die Sauerstoff bei 10 bis 600 Torr eingeleitet wurde, und es wurde eine Re aktion für 10 Sekunden bis 6 Stunden veranlaßt, um den Vor läufer zu oxidieren. Beim Bilden der Zwischenschicht als Oxy nitrid erfolgte die Oxidation auf die gleiche Weise wie zu vor, wonach Stickstoffradikale für 3 bis 900 Sekunden in die Schleusenkammer eingeleitet wurden.

Ferner wurde der gleiche Zwischenschichtvorläufer wie zuvor in einer Dicke von 0,2 bis 0,3 nm gebildet und in der Schleusenkammer auf die gleiche Weise wie zuvor oxidiert (oxynitriert).

Gemessen wurde der MR-Wert jedes der so erzeugten Ele mente, und das Volumenänderungsverhältnis des Zwischen schichtvorläufers infolge von Oxidation (Oxynitrierung) wurde ebenfalls gemessen. Hierbei war das Volumenänderungsverhält nis das Verhältnis der Dicke der Zwischenschicht nach der Re aktion zur Dicke der nicht umgesetzten Zwischenschicht. Das Verhältnis der Dicke wurde mit einem Transmissions-Elektro nenmikroskop (TEM) gemessen.

Tabelle 8 zeigt das Volumenänderungsverhältnis und den MR-Wert.

Tabelle 8

Tabelle 8 zeigt, daß der MR-Wert hoch ist, wenn das Vo lumenänderungsverhältnis im Bereich von 1,05 bis 2,0, insbe sondere im Bereich von 1,1 bis 1,5 liegt. Bei der Bewertung des Leckstroms jedes Elements wurde festgestellt, daß oxyni triertes Al₂O₃.AlN die geringsten Leckstromkennwerte hatte.

Beispiel 10

Unter Verwendung einer Vorrichtung zum Bilden eines Mehrkomponentenfilms durch Magnetronzerstäubung wurde ein mehrschichtiger Film mit der folgenden Struktur auf einem 6- Inch-Siliciumsubstrat gebildet, das mit einem thermischen Oxidfilm versehen war: Ta(3)/Cu(750)/Ta(3)/Ni₆₀Fe₄₀(4)/Zwi schenschicht/Co₇₆Fe₂₄(3)/Ru(0,9)/Co₇₆Fe₂₄(1)/Ni₈₀Fe₂₀(3)/ PtMn(30)/Ta(5).

Um anschließend der festen Magnetschicht (Co₇₆Fe₂₄(3)/ Ru(0,9)/Co₇₆Fe₂₄(1)) Anisotropie zu verleihen, wirkte ein Ma gnetfeld von 5 kOe bei 350°C in einem Vakuum ein.

Ni₈₀Fe₂₀(3) wurde so gebildet, daß die Kristallorientie rung zur Ebene (111) von PtMn erhöht war, das darauf gebildet wurde. Bei erhöhter Kristallorientierung von PtMn verbessert sich die unidirektionale Anisotropie Hua, so daß die Diffusi on von Mn während einer Wärmebehandlung unterdrückt sein kann.

Danach wurde der mehrschichtige Film zu einer Mesaform mit einem Resistmuster so bearbeitet, daß die Fläche des Ele ments in der Zwischenschicht 1 µm² betrug, und es wurden ein Zwischenschichtisolierfilm und eine obere Elektrode gebildet. Aluminiumoxid mit einer Dicke von 300 nm wurde als Zwischen schichtisolierfilm verwendet, und für die obere Elektrode wurde Cu(750) auf Ta gebildet, das Ionenstrahlätzen unterzo gen worden war.

Als Zwischenschicht wurde ein Al-Oxid oder ein Al-Oxyni trid durch Einsatz von P1 bis P3 gemäß Tabelle 9 in dieser Reihenfolge hergestellt.

P1 bezeichnet Bedingungen für eine Oxidations- oder Ni trierungsbehandlung der Oberfläche von Ni₆₀Fe₄₀, das eine da runterliegende Magnetschicht ist. P2 bezeichnet Oxidationsbe dingungen eines Al-Films (Dicke 0,4 mn), der in einem Vakuum gebildet wird, und P3 bezeichnet Oxidationsbedingungen eines Al-Films (Dicke 0,3 nm), der in einem Vakuum gebildet wird.

In P1 bis P3 in Tabelle 9 sind die Art und der Druck von Gas in dieser Reihenfolge gezeigt. Zum Beispiel entspricht O₂/10T einer Reaktionsatmosphäre aus Sauerstoffgas bei 10 Torr. Die Haltezeit in einer Atmosphäre betrug eine Minute. Tabelle 9 zeigt die MR- und RA-Werte der hergestellten Ele mente.

Tabelle 9

Tabelle 9 zeigt, daß bei Durchführung von P1 zum Nitrie ren oder Oxidieren von Ni₆₀Fe₄₀, das die darunterliegende Schicht ist, ein hoher MR-Wert erhalten werden kann. Sind a ber die Oxidations- oder Nitrierungsbedingungen zu stark, wird die Magnetisierung der darunterliegenden Magnetschicht beeinträchtigt, so daß der MR-Wert abnimmt.

Beispiel 11

Eine Mehrkomponenten-Filmbildungsvorrichtung kam zum Einsatz, bei der eine Filmbildungskammer (Endvakuum 5 × 10^-9 Torr), in der Magnetronzerstäubung durchgeführt werden konn te, mit einer Reaktionskammer über eine Vakuumtransportkammer verbunden war. In der Reaktionskammer kann Rückzerstäubung durchgeführt werden, Stickstoffradikale, Sauerstoff und Sau erstoffradikale können eingeleitet und ein Substrat kann durch Lampenerwärmung erwärmt werden. Mit dieser Vorrichtung wurde ein mehrschichtiger Film mit der folgenden Struktur auf einem 3-Inch-Siliciumsubstrat gebildet, das mit einem thermi schen Oxidfilm versehen war: Ta(3)/Cu(750)/Ta(3)/NiFeCr(4)/ PtMn(30)/Co₉₁Zr₅Ta₄(3)/Ru(0,9)/CoZrTa(1,5)/Co₇₅Fe₂₅(1)/Zwischen schicht/Ni₆₀Fe₄₀(4)/Ru(0,9)/NiFe(3)/Ru(0,9)/NiFe(2)/Ta(5).

In diesem mehrschichtigen Film ist die NiFe/Ru/NiFe/Ru/ NiFe-Schicht eine freie Magnetschicht vom Typ mit laminiertem ferrimagnetischem Material. Bei Gebrauch des laminierten fer rimagnetischen Materials erhöht sich die Wärmestabilität der. freien Magnetschicht. NiFe steigert die Kristallinität von PtMn, so daß die Diffusion von Mn zwischen Schichten unter drückt und die Wärmebeständigkeit des Elements verbessert werden kann. Co₉₁Zr₅Ta₄ ist amorph, so daß es den gleichen Ef fekt hat.

Um der festen Magnetschicht des mehrschichtigen Films uniaxiale Anisotropie zu verleihen, wirkte ein Magnetfeld von 5 kOe bei 350°C in einem Vakuum ein. Dann wurde der mehr schichtige Film zu einer Mesaform mit einem Resistmuster so bearbeitet, daß die Fläche des Elements in der Zwischen schicht 0,01 µm² betrug, und es wurden ein Zwischenschicht isolierfilm und eine obere Elektrode gebildet. Aluminiumoxid mit einer Dicke von 300 nm wurde als Zwischenschichtisolier film verwendet, und für die obere Elektrode wurde Cu(750) auf Ta gebildet, das Ionenstrahlätzen unterzogen worden war.

Die Zwischenschicht wurde hergestellt, indem ein Al-Film mit einer Dicke von 0,7 nm mit Radikalen eines Mischgases ge mäß Tabelle 10 zur Reaktion gebracht wurde. Die Reaktionszeit war so optimiert, daß das größte MR-Verhältnis unter jeder Mischgasbedingung erreicht wurde.

Tabelle 10

Aus Tabelle 10 wird deutlich, daß bei Reaktion des Vor läufers mit Sauerstoff und/oder Stickstoff in einer Kr oder Xe enthaltenden Atmosphäre der MR-Wert hoch war. Am besten geeignet war eine Atmosphäre, die Sauerstoff und Stickstoff, insbesondere Sauerstoff, Stickstoff und Kr enthielt.

Beispiel 12

Eine Mehrkomponenten-Filmbildungsvorrichtung kam zum Einsatz, bei der eine Filmbildungskammer (Endvakuum 5 × 10^-9 Torr), in der Magnetronzerstäubung durchgeführt werden konn te, mit einer Reaktionskammer über eine Vakuumtransportkammer verbunden war. In der Reaktionskammer kann Rückzerstäubung durchgeführt werden, Stickstoffradikale, Sauerstoff und Sau erstoffradikale können eingeleitet werden, und ein Substrat kann durch Lampenerwärmung erwärmt werden. Mit dieser Vor richtung wurde ein mehrschichtiger Film mit der folgenden Struktur auf einem 3-Inch-Siliciumsubstrat gebildet, das mit einem thermischen Oxidfilm versehen war: Ta(3)/Cu(750)/Ta(3)/ NiFeCr(4)/PtMn(30)/Co₇₅Fe₂₅(3)/erste Zwischenschicht/Fe(4)/ zweite Zwischenschicht/Cu(10)/Ta(5).

Die erste Zwischenschicht ist eine Tunnelisolierschicht, und die zweite Zwischenschicht ist eine Heißelektronen lei tende Schicht. Danach wurde der mehrschichtige Film zu einer Mesaform mit einem Resistmuster so bearbeitet, daß die Fläche des Elements in der Zwischenschicht 1 µm² betrug, und es wur den ein Zwischenschichtisolierfilm und eine obere Elektrode gebildet. Aluminiumoxid mit einer Dicke von 300 nm wurde als Zwischenschichtisolierfilm verwendet, und für die obere Elek trode wurde Cu(750) auf Ta gebildet, das Ionenstrahlätzen un terzogen worden war.

Bei Probe A wurde die erste Zwischenschicht durch Oxi dieren jedes der Al-Filme mit einer Dicke von 0,3 nm, 0,2 nm oder 0,2 nm gebildet, die in drei Betriebsabläufen gebildet wurden. Die zweite Zwischenschicht wurde durch Oxidieren je des der Al-Filme mit einer Gesamtdicke von 1 nm gebildet, die in vier Betriebsabläufen gebildet wurden.

Bei Probe B wurde der auf die gleiche Weise wie für Pro be A gebildete Film als erste Zwischenschicht verwendet. Die zweite Zwischenschicht wurde durch Bilden von Al-Filmen mit einer Gesamtdicke von 1 nm, die in vier Betriebsabläufen ge bildet wurden, und Oxidieren jeder von AlMg-Legierungen ge bildet.

Untersucht wurde der MR-Wert anhand von Änderungen des Potentials zwischen den Magnetschichten, zwischen denen die erste Zwischenschicht eingefügt ist, bei Einwirkung eines äu ßeren Magnetfelds, wonach festgestellt wurde, daß Probe B ei nen höheren MR-Wert zeigte. Ohne sich auf einen speziellen Grund dafür festlegen zu wollen, wird davon ausgegangen, daß das dritte Element (Mg) der zweiten Zwischenschicht dazu bei trägt.

Beispiel 13

Mit einer Vorrichtung zum Bilden eines Mehrkomponenten films durch Magnetronzerstäubung wurde ein mehrschichtiger Film mit der folgenden Struktur auf einem 6-Inch-Siliciumsub strat gebildet, das mit einem thermischen Oxidfilm versehen war: Ta(3)/Cu(750)/Ta(3)/NiFeCr(4)/PtMn(30)/Co₇₅Fe₂₅(4)/erste Zwischenschicht/Ni₆₀Fe₄₀(4)/Ru(0,9)/Ni₆₀Fe₄₀(4)/Ru(0,9)/ Ni₆₀Fe₄₀(4)/zweite Zwischenschicht/Co₇₅Fe₂₅(4)/PtMn(30)/Ta(5).

Um der festen Magnetschicht des mehrschichtigen Films uniaxiale Anisotropie zu verleihen, wirkte ein Magnetfeld von 5 kOe bei 280°C in einem Vakuum ein. In diesem Element ist ein Paar feste Magnetschichten (Co₇₅Fe₂₅) so angeordnet, daß sie die freie Magnetschicht (NiFe/Ru/NiFe/Ru/NiFe) dazwischen einfügen. Sowohl die erste als auch die zweite Zwischen schicht sind Tunnelisolierschichten. Dieser mehrschichtige Film wurde zu einer Mesaform mit einem Resistmuster so bear beitet, daß die Fläche jedes der Element in den beiden Zwi schenschichten 0,5 µm² betrug, und es wurden ein Zwischen schichtisolierfilm und eine obere Elektrode gebildet. Alumi niumoxid mit einer Dicke von 300 nm wurde als Zwischen schichtisolierfilm verwendet, und für die obere Elektrode wurde Cu(750) auf Ta gebildet, das Ionenstrahlätzen unterzo gen worden war.

Als erste und zweite Zwischenschicht wurden Al-Oxide oder Al-Oxynitride mit P1 bis P3 gemäß Tabelle 11 erzeugt.

P1 zeigt die Art und den Druck des Gases, das auf Al mit einer Dicke von 0,4 nm, das auf der Oberfläche von Co₇₅Fe₂₅ ge bildet war, nach Evakuierung der Kammer auf ein Vakuum einge leitet wurde. P2 zeigt die Art und den Druck des Gases, wenn Sauerstoff bei 100 Torr im Anschluß an das Verfahren von P1 eingeleitet wurde. P3 zeigt die Oxidationsbedingungen eines Al-Films mit einer Dicke von 0,3 nm, der anschließend gebil det wurde, nachdem die Kammer auf ein Vakuum evakuiert war.

In P1 bis P3 in Tabelle 11 sind die Art und der Druck des Gases in dieser Reihenfolge angegeben. Beispielsweise entspricht O₂/100T einer Reaktionsatmosphäre von Sauerstoff gas bei 100 Torr. P2 zeigt den Gesamtdruck des in P1 und P2 eingeleiteten Gases. Die Haltezeit in der Atmosphäre betrug eine Minute für alle Fälle von P1 bis P3. In Tabelle 11 sind die MR- und RA-Werte der hergestellten Filme angegeben.

Tabelle 11

Tabelle 11 zeigt, daß sich ausgezeichnete MR-Kennwerte in den Proben S2 bis S4 erhalten lassen, die durch Halten des gebildeten Al-Films in einer Atmosphäre erhalten werden, die mindestens ein Element aufweist, das aus Ar und N₂ ausgewählt ist.

Claims

1. Magnetowiderstandselement mit einem Paar Magnetschich ten und einer Zwischenschicht zwischen den Magnet schichten, wobei die Zwischenschicht mindestens drei Elemente ent hält, die aus den Gruppen 2 bis 17 ausgewählt sind, und die Elemente mindestens eines aufweisen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus F, O, N, C und B be steht.

2. Magnetowiderstandselement nach Anspruch 1, wobei die Zwischenschicht ein anderes Metallelement als Al aufweist.

3. Magnetowiderstandselement nach Anspruch 1, wobei die Zwischenschicht mindestens zwei aus den Grup pen 2 bis 17 ausgewählte andere Elemente als F, O, C, N und B aufweist.

4. Magnetowiderstandselement nach Anspruch 1, wobei die Zwischenschicht N und mindestens zwei Elemen te aufweist, die aus B, Al, Ga und In ausgewählt sind.

5. Magnetowiderstandselement nach Anspruch 1, wobei sich die Zusammensetzung der Zwischenschicht in Dickenrichtung ändert.

6. Magnetowiderstandselement nach Anspruch 1, wobei die Zwischenschicht eine Mehrschichtstruktur hat.

7. Magnetowiderstandselement nach Anspruch 6, wobei die Zwischenschicht einen ersten Film und einen zweiten Film aufweist und sich eine Barrierenhöhe des ersten Films von einer Barrierenhöhe des zweiten Films unterscheidet.

8. Magnetowiderstandselement nach Anspruch 7,
wobei die Zwischenschicht einen ersten Zwischenfilm in Berührung mit einer Schicht des Paars Magnetschichten, einen zweiten Zwischenfilm in Berührung mit der anderen Schicht des Paars Magnetschichten und einen dritten Zwischenfilm zwischen dem ersten Zwischenfilm und dem zweiten Zwischenfilm aufweist und
eine Barrierenhöhe des dritten Zwischenfilms niedriger als mindestens eine ist, die aus der Gruppe aus einer Barrierenhöhe des ersten Zwischenfilms und einer Bar rierenhöhe des zweiten Zwischenfilms ausgewählt ist.

9. Magnetowiderstandselement nach Anspruch 6, wobei die Zwischenschicht einen Magnetfilm aufweist und mindestens ein nichtmagnetischer Film zwischen dem Ma gnetfilm und jeder Schicht des Paars Magnetschichten eingefügt ist.

10. Magnetowiderstandselement nach Anspruch 6, wobei die Zwischenschicht einen nichtmagnetischen Me tallfilm aufweist.

11. Magnetowiderstandselement nach Anspruch 1, wobei mindestens eine Schicht des Paars Magnetschichten mindestens ein Element aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus F, O, N, C und B besteht.

12. Magnetowiderstandselement nach Anspruch 1, wobei ein ferromagnetisches Material, das eine Dicke von höchstens 0,5 nm hat, zwischen mindestens einer Schicht des Paars Magnetschichten und der Zwischen schicht eingefügt ist.

13. Magnetowiderstandselement nach Anspruch 1, wobei eine Dicke der Zwischenschicht mindestens 0,5 nm und höchstens 5 nm beträgt.

14. Verfahren zur Herstellung eines Magnetwiderstandsele ments mit einem Paar Magnetschichten und einer Zwi schenschicht zwischen den Magnetschichten, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bilden eines Vorläufers; und
Bilden mindestens eines Teils der Zwischenschicht aus dem Vorläufer;
wobei der Vorläufer mit mindestens einer reaktionsfähi gen Spezies, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Sauerstoffatomen, Stickstoffatomen und Kohlenstoffato men besteht, in einer reaktionsfähigen Atmosphäre zur Reaktion gebracht wird, die die reaktionsfähige Spezies enthält.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Vorläufer in einer reaktionsfähigen Atmosphä re gebildet wird, die mindestens eine reaktionsfähige Spezies enthält, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Sauerstoffatomen, Stickstoffatomen und Kohlenstoff atomen besteht.

16. Verfahren nach Anspruch 14 mit den folgenden Schritten:
Bilden eines ersten Vorläufers in einer ersten reakti onsfähigen Atmosphäre;
Bilden eines ersten Zwischenfilms als Teil der Zwischen schicht aus dem ersten Vorläufer;
Bilden eines zweiten Vorläufers in einer zweiten reak tionsfähigen Atmosphäre; und
Bilden eines zweiten Zwischenfilms als Teil der Zwi schenschicht aus dem zweiten Vorläufer,
wobei die zweite reaktionsfähige Atmosphäre reaktions fähiger als die erste reaktionsfähige Atmosphäre ist.

17. Verfahren nach Anspruch 14 mit den folgenden Schritten:
Bilden eines ersten Vorläufers;
Bilden eines ersten Zwischenfilms als Teil der Zwischen schicht aus dem ersten Vorläufer in einer ersten reak tionsfähigen Atmosphäre;
Bilden eines zweiten Vorläufers; und
Bilden eines zweiten Zwischenfilms als Teil der Zwi schenschicht aus dem zweiten Vorläufer in einer zweiten reaktionsfähigen Atmosphäre,
wobei die zweite reaktionsfähige Atmosphäre reaktions fähiger als die erste reaktionsfähige Atmosphäre ist.

18. Verfahren nach Anspruch 14, wobei ein Verhältnis eines Volumens Va eines Films aus dem Vorläufer im Hinblick auf ein Volumen Vb des Vorläufers mindestens 1,05 und höchstens 2,0 beträgt.

19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Vorläufer ein an deres Metallelement als Al aufweist.

20. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die reaktionsfähige Atmosphäre mindestens Sauerstoffatome und Stickstoff atome aufweist.

21. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die reaktionsfähige Atmosphäre mindestens einen Bestandteil aufweist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kr-Atomen und Xe-Atomen besteht.

22. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Vorläufer mit ei ner ersten Atmosphäre in Berührung gebracht wird, die mindestens einen Bestandteil enthält, der aus der Grup pe ausgewählt ist, die aus Ar-Atomen und Stickstoffato men besteht, und dann mit einer zweiten Atmosphäre in Berührung gebracht wird, die Sauerstoffatome sowie min destens einen Bestandteil enthält, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ar-Atomen und Stickstoffatomen besteht.

23. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Zwischenschicht vorläufer eine amorphe Phase enthält.

24. Verfahren zur Herstellung eines Magnetowiderstandsele ments nach Anspruch 14 mit den folgenden Schritten:
Bilden einer ersten Magnetschicht auf jedem von minde stens zwei Substraten;
Bilden eines Vorläufers auf jeder der ersten Magnet schichten in einer Filmbildungskammer;
Transportieren der mindestens zwei Substrate aus der Filmbildungskammer zu einer Reaktionskammer;
Bilden mindestens eines Teils der Zwischenschicht aus jedem der Vorläufer in einer reaktionsfähigen Atmosphä re der Reaktionskammer; und
Bilden einer zweiten Magnetschicht auf jeder der Zwi schenschichten.