DE60202826T2

DE60202826T2 - Magnetoresistiver Sensor und sein Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE60202826T2
Application number: DE60202826T
Authority: DE
Inventors: Takahiko Nakahara-ku Sugawara
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2001-11-05
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2022-03-09
Also published as: EP1308741A1; JP2003142755A; CN1417774A; US20030087130A1; DE60202826D1; EP1308741B1; KR100797590B1; US6828039B2; CN1223999C; KR20030038302A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen magnetoresistiven Sensor zur Verwendung in einer Magnetaufzeichnungsvorrichtung, wie ein Magnetplattenlaufwerk und ein Magnetbandlaufwerk.
Mit einer Größenreduzierung und einer Zunahme der Aufnahmedichte eines Magnetplattenlaufwerkes in den vergangenen Jahren wurde die Flughöhe eines Kopfgleiters kleiner. Es ist wünschenswert, eine Kontaktaufzeichnung/-wiedergabe so zu realisieren, dass der Kopfgleiter in einer sehr geringen Höhe über einem Aufzeichnungsmedium fliegt oder in Kontakt mit dem Aufzeichnungsmedium kommt. Ferner hat ein früher vorgeschlagener Magnetinduktionskopf den Nachteil, dass seine Wiedergabeausgabe mit einer Abnahme in der Umfangsgeschwindigkeit (Relativgeschwindigkeit zwischen dem Kopf und dem Medium) einer Magnetplatte abnimmt, die als das Aufzeichnungsmedium verwendet wird, wobei die Abnahme in der Geschwindigkeit durch eine Verringerung im Durchmesser der Magnetplatte verursacht wird. Um diesen Nachteil zu bewältigen, wurde jüngst ein magnetoresistiver Kopf (MR-Kopf), dessen Wiedergabeausgabe nicht von der Umfangsgeschwindigkeit abhängt und der geeignet ist, selbst bei einer niedrigen Umfangsgeschwindigkeit eine große Ausgabe zu erreichen, extensiv entwickelt und wird überwiegend verwendet. Ferner ist gegenwärtig auch ein Magnetkopf, der einen riesigen magnetoresistiven (GMR) Effekt hat, kommerziell verfügbar.
Mit einer hochdichteren Aufzeichnung in einem Magnetplattenlaufwerk nimmt ein Aufzeichnungsbereich von einem Bit ab und wird ein Magnetfeld, das von dem Medium erzeugt wird, entsprechend kleiner. Die Aufzeichnungsdichte eines Magnetplattenlaufwerks, wie es gegenwärtig auf dem Markt ist, ist ungefähr 10 Gbit/in², und sie erhöht sich mit einer jährlichen Rate von ungefähr 200%. Es ist daher wünschenswert, einen magnetoresistiven Sensor und einen magnetoresistiven Kopf zu entwickeln, der einen winzigen Magnetfeldbereich unterstützt und eine Änderung in kleinen externen Magnetfeldern abtasten kann.
Gegenwärtig wird ein Spinventil-Magnetoresistivsensor, der einen Spinventil-GMR-Effekt verwendet, weit verbreitet in einem Magnetkopf verwendet. In einem solchen magnetoresistiven Sensor, der eine Spinventilstruktur hat, wird eine Magnetisierungsrichtung in einer freien ferromagnetischen Schicht (freie Schicht) durch ein Signalmagnetfeld von einem Aufzeichnungsmedium geändert, so dass ein relativer Winkel dieser Magnetisierungsrichtung zu einer Magnetisierungsrichtung in einer festgelegten ferromagnetischen Schicht (festgelegte Schicht) geändert ist, was eine Änderung im Widerstand des magnetoresistiven Sensors verursacht. Wenn dieser magnetoresistive Sensor in einem Magnetkopf verwendet wird, ist die Magnetisierungsrichtung in der festgelegten Schicht auf eine Richtung parallel zur Höhe eine magnetoresistiven Elements festgelegt, und ist die Magnetisierungsrichtung in der freien Schicht in dem Zustand, in dem kein externes Magnetfeld angelegt ist, typischerweise gestaltet, um in einer Richtung parallel zur Breite des magnetoresistiven Elements zu sein, welche Richtung senkrecht zu der festgelegten Schicht ist.
Entsprechend kann der Widerstand des magnetoresistiven Sensors linear vergrößert oder verkleinert werden, entsprechend, ob die Richtung des Signalmagnetfeldes von dem Magnetaufzeichnungsmedium parallel oder antiparallel zu der Magnetisierungsrichtung der festgelegten Schicht ist. Eine solche lineare Widerstandsänderung erleichtert die Signalverarbeitung in dem Magnetplattenlaufwerk. In einem früher vorgeschlagenen magnetoresistiven Sensor wird ein Abtaststrom in einer Richtung parallel zur Filmoberfläche des magnetoresistiven Elements geführt, um die Widerstandsänderung aufgrund eines externen Magnetfeldes zu bestimmen. In einem solchen Fall einer CIP-(Strom-in-der-Ebene-)Struktur, wobei ein Strom in einer Richtung parallel zu der GMR-Filmoberfläche geführt wird, nimmt die Ausgabe vom Sensor mit einer Abnahme im Abtastbereich ab, der durch ein Paar von Elektrodenanschlüssen definiert ist. Ferner sind in einem Spinnventil-Magnetoresistivsensor, der die CIP-Struktur hat, Isolationsfilme zwischen dem GMR-Film und einem oberen Magnetschild und zwischen dem GMR-Film und einem unteren Magnetschild erforderlich. Somit ist der Abstand zwischen den oberen und unteren Magnetschilden gleich der Summe der Dicke des GMR-Films und einem Wert des Doppelten der Dicke jedes Isolationsfilms. Gegenwärtig kann eine minimale Dicke von ungefähr 20 nm für den Isolationsfilm erhalten werden. Entsprechend wird der Abstand zwischen den oberen und unteren Magnetschilden gleich der Summe der Dicke des GMR-Films und ist ungefähr 40 nm. Jedoch ist es mit diesem Abstand schwierig, eine Verringerung in der Länge eines Aufzeichnungsbits auf dem Aufzeichnungsmedium zu unterstützen, und der gegenwärtige CIP-Spinventil-Magnetoresistivsensor kann das Erfordernis nicht erfüllen, dass der Abstand zwischen den Magnetschilden auf 40 nm oder weniger verringert werden sollte.
Unter diesen Umständen wurde in Betracht gezogen, dass ein Magnetkopf, der eine CIP-Struktur hat, die einen Spinventil-GMR Effekt verwendet, eine Aufzeichnungsdichte von 20 bis 40 Gbit/in² maximal unterstützen kann. Selbst durch Anwenden der aktuellsten Technik, Spekularstreuung, wird die maximale Aufzeichnungsdichte als 60 Gbit/in² angesehen. Wie oben erwähnt wurde, ist die Erhöhung der Aufzeichnungsdichte eines Magnetplattenlaufwerkes rapide, und es wird erwartet, dass eine Aufzeichnungsdichte von 80 Gbit/in² um 2002 erwünscht wird. Wenn die Aufzeichnungsdichte 80 Gbit/in² oder höher wird, ist es sehr schwierig, eine solche hohe Aufzeichnungsdichte selbst durch Verwendung eines CIP-Spinventil-GMR-Magnetkopfes zu unterstützen, bei welchem die aktuellste Spekularstreuung angewandt wird, aus den Gesichtspunkten der Ausgabe und des Abstandes zwischen den Magnetschilden.
Als ein Postspinventil-GMR, vorgesehen um das obige Problem zu meistern, wurde ein Tunnel-MR (TMR) und ein GMR vorgeschlagen, die eine CPP(Strom-senkrecht-zu-der-Ebene-)Struktur haben, so dass ein Strom in einer Richtung senkrecht zu der GMR-Filmoberfläche geführt wird. Die Struktur der TMR ist so, dass eine dünne Isolationsschicht zwischen zwei ferromagnetischen Schichten sandwichartig zwischengelegt ist. Die Größe des Tunnelstroms, der durch die Isolationsschicht geht, wird entsprechend den Magnetisierungsrichtungen in den zwei ferromagnetischen Schichten geändert. Die TMR zeigt eine sehr große Widerstandsänderung und hat eine gute Empfindlichkeit, so dass sie als eine vielversprechende Postspinventil-GMR erwartet wird.
Andererseits nimmt in dem Fall, dass die GMR die CPP-Struktur hat, die Ausgabe mit einer Abnahme im Schnittbereich eines Teils des GMR-Films zu, wo ein Abtaststrom hindurchgeführt wird. Dieses Merkmal der CPP-Struktur macht sie vorteilhafter zu verwenden als die CIP-Struktur. Die TMR wird auch angesehen, als eine Art von CPP-Struktur zu sein, da ein Strom durch die Isolationsschicht von einer der ferromagnetischen Schichten zu der anderen ferromagnetischen Schicht geführt wird. Daher hat die TMR auch den obigen Vorteil.
Die 1 der begleitenden Zeichnungen zeigt eine schematische Schnittansicht eines früher vorgeschlagenen magnetoresistiven Sensors 2, der eine CCP Struktur hat. Der magnetoresistive Sensor 2 besteht aus einer unteren Elektrodenschicht 4, einer Isolatormatrix 6, einem magnetoresistiven Film 8 und einer oberen Elektrodenschicht 10. Ein Kontaktloch 12 ist an einem im wesentlichen zentralen Teil der Isolatormatrix 6 gebildet. Der magnetoresistive Film ist in Kontakt mit der unteren Elektrodenschicht 4 am Kontaktloch 12. Ein Abtaststrom wird von der oberen Elektrodenschicht 10 durch das Kontaktloch 12 des magnetoresistiven Films 8 zu der unteren Elektrodenschicht 4 geführt.
Trockenätzen, das zur Mikrofabrikation geeignet ist, wird für die Bildung des Kontaktloches 12 verwendet. Die Relation zwischen der Ausgabe ΔR von dem magnetoresistiven Sensor 2 und dem Durchmesser D des Kontaktlochs 12 ist folgendermaßen ausgedrückt: ΔR ∝ 1/D2
In den meisten früher vorgeschlagenen Vorrichtungen, die auf den Gebieten der Informationsverarbeitung, Kommunikation, Magnetaufzeichnung, optische Aufzeichnung, etc., verwendet werden, ist die elektrische Verbindung von zwei Leitern, zwischen welchen ein Isolator zwischengelegt ist, durch ein kreisartiges Loch (Kontaktloch) eingerichtet, das in dem Isolator ausgebildet ist. Typischerweise ist das Kontaktloch durch Trockenätzen gebildet, das für die Mikrofabrikation von Vorrichtungen geeignet ist.
Das Trockenätzen ist ein Prozess, der ein Zersetzen eines zugeführten Gases durch ein Plasma, um aktive Spezies zu erzeugen, wie Ionen und Radikale, und ein Exponieren eines Substrates gegenüber den aktiven Spezies enthält, um eine Reaktion zwischen den aktiven Spezies und einem zu ätzenden Material zu verursachen, wodurch ein Mustern und eine Resistentfernung ausgeführt wird. Jedoch ist der minimale Durchmesser eines Kontaktloches, das durch eine gegenwärtige Trockenätztechnik gebildet wird, 200 nm im Fall einer Verwendung eines i-Linien-Steppers oder 100 nm selbst im Fall einer Verwendung eines FIB (fokussierter Ionenstrahl). Im letzteren Fall gibt es ein intrinsisches Problem, indem Metallatome an einer Seitenwand anhaften.
Um die Leistung und Charakteristika eines magnetoresistiven Sensors zu verbessern, ist eine mikroskopische Struktursteuerung in der Größenordnung von Nanometern erforderlich und es ist daher notwendig, ein mikroskopisches Kontaktloch zu bilden. Jedoch kann ein solches mikroskopisches Kontaktloch nicht durch die gegenwärtige Trockenätztechnik gebildet werden. Zusätzlich gebildet werden. Zusätzlich sind auch eine Ätzgleichmäßigkeit und Mustergrößensteuerbarkeit erforderlich.
Entsprechend ist es wünschenswert, einen magnetoresistiven Sensor mit einem Kontaktloch von mikroskopischer Größe in der Größenordnung von Nanometern im Hinblick auf eine Erhöhung der Ausgabe zu schaffen und daher die Empfindlichkeit zu verbessern.
Die JP 2001-143227 offenbart einen magnetoresistiven Sensor, der obere und untere Elektrodenschichten, eine Leitungspfadschicht, die zwischen den oberen und unteren Elektrodenschichten vorgesehen ist, und einen magnetoresistiven Film enthält, der zwischen der Leitungspfadschicht und der unteren Elektrodenschicht vorgesehen ist. Die Leitungspfadschicht ist aus einer Isolatormatrix gebildet, in welcher granulare Metallteilchen dispergiert sind.
Gemäss einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein magnetoresistiver Sensor geschaffen enthaltend:
obere und untere Elektrodenschichten; eine Leitungspfadschicht, die zwischen den oberen und unteren Elektrodenschichten vorgesehen ist; und einen magnetoresistiven Film, der zwischen der Leitungspfadschicht und der oberen oder unteren Elektrodenschicht vorgesehen ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungspfadschicht durch Anordnen eines Zylinders in einem Isolator gebildet ist, welcher Zylinder ein rohrartiges Nichtmetall und ein zylindrisches Metall enthält, das von dem rohrartigen Nichtmetall umgeben ist. Die Leitungspfadschicht kann eine erste Region und eine zweite Region haben, die in der Filmdicke kleiner als die erste Region ist.
Vorzugsweise enthält das rohrartige Nichtmetall Kohlenstoff und enthält das zylindrische Metall Chrom. Der Isolator kann aus SiO₂ gebildet sein.
Gemäss einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungsverfahren für einen magnetoresistiven Sensor geschaffen, enthaltend die Schritte: Ablagern einer unteren Elektrodenschicht auf einem Substrat; Bilden eines zylindrischen Metalls, das von einem rohrartigen Nichtmetall umgeben ist, auf der unteren Elektrodenschicht; Ablagern eines Isolators auf der unteren Elektrodenschicht nach dem Bilden des zylindrischen Metalls und des rohrartigen Nichtmetalls, so dass das zylindrische Metall in dem Isolator eingebettet ist, um dadurch eine Leitungspfadschicht zu bilden; Ablagern eines magnetoresistiven Films auf der Leitungspfadschicht; und Ablagern einer oberen Elektrodenschicht auf dem magnetoresistiven Film.
Vorzugsweise enthält das Herstellungsverfahren ferner die Schritte des Bildens eines Resistmusters auf der Leitungspfadschicht, bevor der magnetoresistive Film abgelagert wird; und des teilweisen Ätzens der Leitungspfadschicht durch Verwendung des Resistmusters als eine Maske.
Nun wird exemplarisch auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in welchen:
1 (oben beschrieben) eine schematische Schnittansicht eines früher vorgeschlagenen magnetoresistiven Sensors ist;
2 eine schematische Schnittansicht eines magnetoresistiven Sensors gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine vergrößerte Schnittansicht eines wesentlichen Teils des magnetoresistiven Sensors ist, der in der 2 gezeigt ist;
4 ein Querschnitt längs der Linie IV-IV in der 3 ist;
5 eine Längsschnittansicht eines Nanorohrs ist;
6a eine fotografische Ansicht des Nanorohrs durch ein Transmissionselektronenmikroskop betrachtet ist;
6b eine vergrößerte Ansicht eines Teils ist, das durch einen Pfeil 34 in der 6a bezeichnet ist; und
6c eine vergrößerte Ansicht eines Teils ist, das durch einen Pfeil 36 in der 6a bezeichnet ist.
Bezugnehmend auf die 2 ist dort eine schematische Schnittansicht eines magnetoresistiven Sensors 14 gezeigt, der eine CPP-Struktur gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat. Der magnetoresistive Sensor 14 besteht aus einer unteren Elektrodenschicht 16, einem Nanorohrstrukturfilm 18, der auf der unteren Elektrodenschicht 16 gebildet ist, einem magnetoresistiven Film (MR-Film) 28, der auf dem Nanorohrstrukturfilm 18 gebildet ist, und einer oberen Elektrodenschicht 30, die auf dem MR-Film 28 gebildet ist. Sowohl die untere Elektrodenschicht 16 als auch die obere Elektrodenschicht 30 sind aus Cu oder Kombination von Cu und Au gebildet. Der Nanorohrstrukturfilm 18 enthält eine Isolatormatrix 20, die zum Beispiel aus SiO₂ gebildet ist, und eine Mehrzahl von Nanorohren 22, die verteilt in der Isolatormatrix 20 angeordnet sind.
Jedes Nanorohr 22 besteht aus einem kreisartigen rohrartigen Nichtmetall 24 und einem kreisartigen zylindrischen Metall 26, das von dem kreisartigen rohrartigen Nichtmetall 24 umgeben ist. Das kreisartige rohrartige Nichtmetall 24 ist zum Beispiel aus Kohlenstoff gebildet, und das kreisartige zylindrische Metall ist zum Beispiel aus Chrom gebildet. Der Nanorohrstrukturfilm 18 ist teilweise in seiner zentralen Region geätzt, so dass die Oberseite eines Teils der Nanorohre 22 frei liegt. Eine Leitung einer Ladung tritt zwischen der oberen Elektrodenschicht 30 und der unteren Elektrodenschicht 16 an dieser geätzten Region durch den magnetoresistiven Film 28 und die kreisartigen zylindrischen Metalle 26 der frei liegenden Nanorohre 22 auf. Das heißt, dass die kreisartigen zylindrischen Metalle 26 der Nanorohre 22, die an der geätzten Region des Nanorohrstrukturfilms 18 vorliegen, ein Kontaktloch bilden.
Die 3 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines wesentlichen Teils des bevorzugten Ausführungsbeispiels, das in der 2 gezeigt ist, die 4 ist ein Querschnitt längs der Linie IV-IV in der 3, und die 5 ist eine Längsschnittansicht jedes Nanorohrs 22. Wie in der 5 gezeigt ist, hat das kreisartige rohrartige Nichtmetall 24 jedes Nanorohrs 22 einen Außendurchmesser d₁ und einen Innendurchmesser d₂ und hat das kreisartige zylindrische Metall 26 jedes Nanorohrs 22 den Durchmesser d₂. Jedes Nano rohr 22 hat eine Länge l. Wie aus den 2 bis 4 ersichtlich ist, ist der magnetoresistive Film 28 durch die Nanorohre 22 mit der unteren Elektrodenschicht 16 an der geätzten Region des Nanorohrstrukturfilms 18 verbunden. Entsprechend fließt, wenn ein Abtaststrom zwischen der oberen Elektrodenschicht 30 und der unteren Elektrodenschicht 16 geführt wird, der Abtaststrom konzentrisch in den kreisartigen zylindrischen Metallen 16, die einen niedrigen spezifischen Widerstand haben, statt in der Isolatormatrix 20 und den kreisartigen rohrartigen Nichtmetallen 24, die jeweils einen hohen spezifischen Widerstand haben. Als ein Ergebnis ist es möglich, denselben Effekt zu erhalten wie jenen, der durch Verringern des Durchmessers eines Kontaktloches erhalten wird.
Ein früher vorgeschlagener magnetoresistiver Sensor 2, der in der 1 gezeigt ist, stellt eine Ausgabe umgekehrt proportional zum Quadrat des Durchmessers eines Teils des magnetoresistiven Films 8 bereit, der in Kontakt mit der unteren Elektrodenschicht 4 ausgebildet ist, d.h. dem Durchmesser des Kontaktlochs 12. Dagegen stellt der magnetoresistive Sensor 14 gemäss dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in der 2 gezeigt ist, eine Ausgabe umgekehrt proportional zu der Querschnittsfläche und einer Anzahl der kreisartigen zylindrischen Metalle 26 bereit, die in Kontakt mit dem magnetoresistiven Film 28 und der unteren Elektrodenschicht 16 ausgebildet sind. Bei der obigen Konfiguration, die den Nanorohrstrukturfilm 18, die untere Elektrodenschicht 16, die in Kontakt mit einer der entgegengesetzten Oberflächen des Nanorohrstrukturfilms 18 ausgebildet ist, und den magnetoresistiven Film 28 enthält, der in Kontakt mit der anderen Oberfläche des Nanorohrstrukturfilms 18 aus gebildet ist, wird nun der Durchmesser eines Kontaktteils zwischen den kreisartigen zylindrischen Metallen 26 und der unteren Elektrodenschicht 16, d.h. der auftretende Durchmesser D' eines Kontaktloches, berechnet. Die folgenden Annahmen werden für die Berechnung verwendet.

(1) Die Anzahl der kreisartigen zylindrischen Metalle 26, die in Kontakt mit dem magnetoresistiven Film 28 und der unteren Elektrodenschicht 16 gebildet sind, ist n.
(2) Jedes kreisartige zylindrische Metall 26 hat den Durchmesser d₂.
(3) Der Kontaktteil jedes kreisartigen zylindrischen Metallteils 26, das in Kontakt mit dem magnetoresistiven Film 28 und der unteren Elektrodenschicht 16 gebildet ist, ist kreisartig.

Anhand der obigen Annahmen ist der auftretende Durchmesser D' des Kontaktlochs folgendermaßen ausgedrückt: D' = d2·ni/2 (1)
Als ein Beispiel jedes Nanorohrs 22, das das kreisartige rohrartige Nichtmetall 24 und das kreisartige zylindrische Metall 26 enthält, das von dem kreisartigen rohrartigen Nichtmetall 24 umgeben ist, ist Cr-C bekannt. Die 6a zeigt eine fotografische Ansicht von Cr-C durch ein Transmissionselektronikmikroskop betrachtet (Bildung von Kohlenstoffnanorohren und ihrer Füllung mit metallischen Fasern an Ionen-Emissionsfeldanoden: J. Appl. Phys., 84(3), 1626 (1998)). Wie aus der 6a ersichtlich ist, bildet der Cr- C eine Struktur, in welcher ein kreisartiges rohrartiges Nichtmetall von C ein kreisartiges zylindrisches Metall von Cr umgibt, d.h. ein sogenanntes Nanorohr bildet. Die 6b ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils, der durch einen Pfeil 34 in der 6a bezeichnet ist, und die 6c ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils, der durch einen Pfeil 36 in der 6a bezeichnet ist. Wie aus der 6b ersichtlich ist, ist der Durchmesser des kreisartigen zylindrischen Metalls aus Cr ungefähr 8 nm.
Ein Herstellungsverfahren für den magnetoresistiven Sensor 14 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird nun beschrieben. Zuerst wird ein Cu-Film, der eine Dicke von 500 nm hat, als die untere Elektrodenschicht 16 auf einem Substrat (nicht gezeigt) abgelagert, und als nächstes wird ein Resistmuster auf dem Cu-Film gebildet. Der Cu-Film wird dann durch Verwenden des Resistmusters als eine Maske geätzt, um die untere Elektrodenschicht 16 zu bilden, die eine gewünschte Form hat. Die mehreren Cr-C-Nanorohre 22, von denen jedes eine Länge von 30 nm hat, werden als nächstes auf der unteren Elektrodenschicht 16 gebildet.
Die Bildung der Nanorohre 22 wird in der folgenden Weise ausgeführt. Das Substrat, auf welchem die untere Elektrodenschicht 16 ausgebildet wurde, wird als eine Anode in einer Pyrex-Glaskammer angeordnet. Nach dem Evakuieren der Kammer auf 1 × 10^–6 Torr werden Naphthalen C₁₀H₈ und Hexacarbonylchrom Cr(CO)₆ Gase in einem gegebenen Verhältnis gemischt und wird die Mischung mit einem Gesamtdruck von 0,06 Torr in die Kammer eingeführt. Die Elektroden werden auf einer gegebenen hohen Temperatur, z. B. 1100 bis 1200°C gehalten und eine Spannung von 4 bis 6 kV wird zwischen den Elektroden angelegt, um dadurch die Nanorohre 22 aus Cr-C auf der unteren Elektrodenschicht 16 als der Anode zu bilden.
Nach dem Bilden der Nanorohre 22 wird ein SiO₂-Film, der eine Dicke von 50 nm hat, als die Isolatormatrix 20 kontinuierlich durch Sputtern abgelagert. Ein Resistmuster wird als nächstes auf dem SiO₂-Film gebildet, und der SiO₂-Film wird als nächstes unter Verwendung des Resistmusters als eine Maske geätzt, um einen unerwünschten Teil des SiO₂-Films zu entfernen. Weiter wird ein Resistmuster wieder auf dem SiO₂-Film gebildet, und wird der SiO₂-Film als nächstes teilweise durch Verwenden des Resistmusters als eine Maske geätzt, um den Nanorohrstrukturfilm 18 zu bilden, dessen zentrale Region als ein Kontaktloch eine Dicke von 10 nm hat.
Danach wird der magnetoresistive Film 28, der eine Dicke von 40 nm hat, auf dem Nanorohrstrukturfilm 18 durch Sputtern abgelagert. Der magnetoresistive Film 28 enthält wenigstens einen Niederwiderstandsfilm und wenigstens zwei ferromagnetische Filme, die den Niederwiderstandsfilm sandwichartig zwischen sich haben. Alternativ hat der magnetoresistive Film 28 eine ferromagnetische Tunnelverbindungsstruktur oder eine Mehrschichtfilmstruktur, die aus einer ferromagnetischen Schicht und einer unmagnetischen Schicht besteht. In anderen Worten kann der magnetoresistive Film 28 durch einen Spinventil-GMR-Film, wie einen NiFe/Cu/NiFe/IrMn-Mehrschichtfilm, einen laminierten Ferrispinventil-GMR-Film, wie einen NiFe/Cu/CoFeB/Ru/CoFeB/PdPtMn-Mehrschichtfilm, oder einen Tunnelverbindungstyp-MR-Film (TMR-Film), wie einen NiFe/Al₂O₃/NiFe/PdPtMn-Mehrschichtfilm, enthalten.
Danach wird ein Cu-Film, der eine Dicke von 300 nm hat, als die obere Elektrodenschicht 13 auf dem magnetoresistiven Film 28 durch Sputtern abgelagert. Ein Resistmuster wird als nächstes auf dem Cu-Film gebildet, und dann wird der Cu-Film durch Verwenden des Resistmusters als eine Maske geätzt, um die obere Elektrodenschicht 30 zu bilden, die eine gewünschte Form hat. Somit ist der magnetoresistive Sensor 14 vervollständigt.
Ein magnetoresistiver Sensor als ein Vergleich wurde in der folgenden Weise hergestellt. Eine Mehrzahl von Cr-C-Nanorohren, von denen jedes eine Länge von 10 nm hat, wurde auf einer unteren Elektrodenschicht gebildet. Danach wurde ein SiO₂-Film, der eine Dicke von 30 nm hat, auf der unteren Elektrodenschicht abgelagert, um die Nanorohre vollständig zu bedecken, womit ein Nanorohrstrukturfilm gebildet wurde. Danach wurde der Nanorohrstrukturfilm nicht geätzt, und ein magnetoresistiver Film und eine obere Elektrodenschicht wurden sequenziell auf dem Nanorohrstrukturfilm abgelagert.
Durch Verwenden von Proben des Vergleichs und des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wurde der Widerstand durch ein DC-Vieranschlussverfahren gemessen. Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse des Messens der Ausgabe und des Widerstandes der Struktur, die die vorliegende Erfindung verkörpert, des MR-Sensors, der zum Vergleich mit der letzteren hergestellt wurde, und eines früher vorgeschlagenen magnetoresistiven Sensors, der eine CPP-Struktur hat. Die Messung der Ausgabe erfolgte mittels eines normalen Vieranschlussverfahrens unter Verwendung eines 2 mA Stroms und Anlegen eines 10⁵ A/m Magnetfeldes.
[Tabelle 1]
Wie aus der Tabelle 1 ersichtlich ist, wird eine Ausgabe von 10 mV von dem magnetoresistiven Sensor erhalten, der die vorliegende Erfindung verkörpert, und wird eine Ausgabe von 1 mV von dem früher vorgeschlagenen magnetoresistiven Sensor erhalten. Das heißt, dass die Ausgabe von dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung 10 mal die Ausgabe von dem früheren Vorschlag ist. Entsprechend ist bestätigt, dass der Nanorohrstrukturfilm gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung den Durchmesser des Kontaktloches verringern kann und die Ausgabe verbessern kann. In der Tabelle 1 ist die Ausgabe des Vergleichs aus dem Grund Null, dass alle die Nanorohre als das Kontaktloch vollständig in dem SiO₂-Film eingebettet sind, so dass keine Leitung zwischen dem magnetoresistiven Film 28 und der unteren Elektrodenschicht 16 auftreten kann.
Die Anzahl von Nanorohren, die als das Kontaktloch in dem Nanorohrstrukturfilm fungieren, wird nun bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel berechnet. Der Durchmesser des Kontaktlochs bei dem magnetoresistiven Sensor des Standes der Technik ist 0,2 μm. Daher wird der auftretende Durchmesser D' des Kontaktloches bei dem magnetoresistiven Sensor, der die vorliegende Erfindung verkörpert, dessen Ausgabe 10 mal jene des früher vorgeschlagenen magnetoresistiven Sensors ist, 0,2 × 1/10^1/2 ≒ 0,063 μm. Unter der Annahme, dass der Durchmesser des kreisartigen zylindrischen Metalls 26 jedes Nanorohrs 22 8 nm ist, wird die Anzahl n von Nanorohren 22 als das Kontaktloch abgeschätzt, um 0,063²/0,008² ≒ 62 zu sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist es, wie oben beschrieben wurde, möglich, einen magnetoresistiven Sensor, der eine CPP-Struktur hat, mit einer verbesserten Ausgabe und bei dem der auftretende Durchmesser eines Kontaktloches verringert sein kann, bereit zu stellen. Ferner kann durch Beachten der Bedingungen des Bildens des Nanorohrstrukturfilms die Größe und Anzahl von effektiven Nanorohren als ein Kontaktloch gesteuert werden.

Claims

Magnetoresistiver Sensor, enthaltend: obere und untere Elektrodenschichten (30, 16); eine Leitungspfadschicht (18), die zwischen den oberen und unteren Elektrodenschichten vorgesehen ist; und einen magnetoresistiven Film (28), der zwischen der Leitungspfadschicht und der oberen oder unteren Elektrodenschicht vorgesehen ist; dadurch gekennzeichnet: dass die Leitungspfadschicht durch Anordnen eines Zylinders (22) in einem Isolator (20) gebildet ist, welcher Zylinder ein rohrartiges Nichtmetall (24) und ein zylindrisches Metall (26) enthält, das von dem rohrartigen Nichtmetall umgeben ist.
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 1, wobei: die Leitungspfadschicht (18) eine erste Region und eine zweite Region hat, die in der Filmdicke kleiner als die erste Region ist.
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das rohrartige Nichtmetall (24) aus einem Material gebildet ist, das von jenem des Isolators (20) verschieden ist.
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 3, wobei das rohrartige Nichtmetall Kohlenstoff enthält.
Magnetoresistiver Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zylindrische Metall (26) Chrom enthält.
Magnetoresistiver Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Isolator (20) aus SiO₂ gebildet ist.
Magnetoresistiver Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: die Leitungspfadschicht (18) an der unteren Elektrodenschicht (16) vorgesehen ist; der magnetoresistive Film (28) an der Leitungspfadschicht vorgesehen ist; die obere Elektrodenschicht (30) an dem magnetoresistiven Film vorgesehen ist; die Leitungspfadschicht eine Isolatormatrix und eine Mehrzahl von Nanoröhren enthält, die dispersiv in der Isolatormatrix angeordnet sind; jede der Nanoröhren ein kreisartiges rohrartiges Nichtmetall (24) und ein kreisartiges zylindrisches Metall (26) enthält, das von dem kreisartigen rohrartigen Nichtmetall umgeben ist; und die Leitungspfadschicht teilweise in einer zentralen Region davon geätzt ist, um eine Leitung der oberen Elektrodenschicht und der unteren Elektrodenschicht durch den magnetoresistiven Film und das kreisartige zylindrische Metall jeder Nanoröhre in der zentralen Region herzustellen.
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 7, wobei das kreisartige rohrartige Nichtmetall aus Kohlenstoff gebildet ist und das kreisartige zylindrische Metall aus Chrom gebildet ist.
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Isolatormatrix aus SiO₂ gebildet ist.
Herstellungsverfahren für einen magnetoresistiven Sensor, enthaltend die Schritte: Ablagern einer unteren Elektrodenschicht (16) auf einem Substrat; Bilden eines zylindrischen Metalls (26), das von einem rohrartigen Nichtmetall (24) umgeben ist, auf der unteren Elektrodenschicht; Ablagern eines Isolators (18) auf der unteren Elektrodenschicht nach dem Bilden des zylindrischen Metalls und des rohrartigen Nichtmetalls, so dass das zylindrische Metall in dem Isolator eingebettet ist, um dadurch eine Leitungspfadschicht zu bilden; Ablagern eines magnetoresistiven Films (28) auf der Leitungspfadschicht; und Ablagern einer oberen Elektrodenschicht (30) auf dem magnetoresistiven Film.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 10, ferner enthaltend die Schritte des Bildens eines Resistmusters auf der Leitungspfadschicht, bevor der magnetoresistive Film abgelagert wird; und teilweises Ätzen der Leitungspfadschicht durch Verwendung des Resistmusters als eine Maske.
Herstellungsverfahren für einen magnetoresistiven Sensor nach Anspruch 10, enthaltend die Schritte: Bilden eines ersten Resistmusters auf der unteren Elektrodenschicht; Ätzen der unteren Elektrodenschicht unter Verwendung des ersten Resistmusters als eine Maske, um die untere Elektrodenschicht in einer gewünschten Form zu bilden; welcher Schritt des Bildens ein Bilden einer Mehrzahl von Nanoröhren aus Cr-C auf der unteren Elektrodenschicht enthält; welcher Schritt des Ablagerns eines Isolators ein Ablagern einer Isolatormatrix auf der unteren Elektrodenschicht enthält, so dass die Mehrzahl von Nanoröhren in der Isolatormatrix eingebetet sind, um einen Nanoröhrenstrukturfilm zu bilden; Bilden eines zweiten Resistmusters auf dem Nanoröhrenstrukturfilm; Ätzen des Nanoröhrenstrukturfilms unter Verwendung des zweiten Resistmusters als eine Maske, um einen unerwünschten Teil des Nanoröhrenstrukturfilms zu entfernen; Bilden eines dritten Resistmusters auf dem Nanoröhrenstrukturfilm; Ätzen einer zentralen Region des Nanoröhrenstrukturfilms unter Verwendung des dritten Resistmusters als eine Maske, so dass die Oberseite jeder Nanoröhre frei liegt, die in der zentralen Region vorhanden ist; welcher Schritt des Ablagerns eines magnetoresistiven Films ein Ablagern eines magnetoresistiven Films auf dem Nanoröhrenstrukturfilm enthält; Bilden eines vierten Resistmusters auf der oberen Elektrodenschicht; und Ätzen der oberen Elektrodenschicht unter Verwendung des vierten Resistmusters als eine Maske, um die obere Elektrodenschicht in einer gewünschten Form zu bilden.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 12, wobei jede Nanoröhre eine kreisartige Röhre, die aus C gebildet ist, und einen kreisartigen Zylinder enthält, der aus Cr gebildet ist, welcher kreisartige Zylinder von der rohrartigen Röhre umgeben ist.