JP2000188435A - 磁気トンネリング接合素子およびその製造方法、これを用いた磁気ヘッド、磁気センサ、磁気メモリならびに磁気記録再生装置、磁気センサ装置、磁気メモリ装置 - Google Patents
磁気トンネリング接合素子およびその製造方法、これを用いた磁気ヘッド、磁気センサ、磁気メモリならびに磁気記録再生装置、磁気センサ装置、磁気メモリ装置Info
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- H01F10/3254—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the spacer being semiconducting or insulating, e.g. for spin tunnel junction [STJ]
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 上部磁性層／絶縁層／下部磁性層を有する積
層体を具備する磁気トンネリング接合素子およびその製
造方法、これを用いた磁気ヘッド、磁気センサ、磁気メ
モリならびに磁気記録再生装置、磁気センサ装置、磁気
メモリ装置において、絶縁層の欠陥などを低減するとと
もに、大きな磁気抵抗変化率を有する磁気トンネリング
接合素子を提供する。 【解決手段】 基板２上に、上部磁性層６／絶縁層５／
下部磁性層４／下部電極層３を有する積層体を具備し、
絶縁層５を挟み上部磁性層６と下部磁性層４との間に流
れる電流のコンダクタンスが、上部磁性層６の磁化と下
部磁性層４の磁化との相対角度に依存する磁気トンネリ
ング効果を用いる磁気トンネリング接合素子１におい
て、下部電極層３の下部磁性層４に対する面の表面粗さ
は０．５ｎｍ以下とする。
層体を具備する磁気トンネリング接合素子およびその製
造方法、これを用いた磁気ヘッド、磁気センサ、磁気メ
モリならびに磁気記録再生装置、磁気センサ装置、磁気
メモリ装置において、絶縁層の欠陥などを低減するとと
もに、大きな磁気抵抗変化率を有する磁気トンネリング
接合素子を提供する。 【解決手段】 基板２上に、上部磁性層６／絶縁層５／
下部磁性層４／下部電極層３を有する積層体を具備し、
絶縁層５を挟み上部磁性層６と下部磁性層４との間に流
れる電流のコンダクタンスが、上部磁性層６の磁化と下
部磁性層４の磁化との相対角度に依存する磁気トンネリ
ング効果を用いる磁気トンネリング接合素子１におい
て、下部電極層３の下部磁性層４に対する面の表面粗さ
は０．５ｎｍ以下とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気トンネリング接
合素子およびその製造方法、これを用いた磁気ヘッド、
磁気センサ、磁気メモリならびに磁気記録再生装置、磁
気センサ装置、磁気メモリ装置に関し、さらに詳しく
は、磁気抵抗変化率を大とする構造に特徴を有する磁気
トンネリング接合素子およびその製造方法およびこれを
用いた磁気ヘッド、磁気センサ、磁気メモリならびに磁
気記録再生装置、磁気センサ装置、磁気メモリ装置に関
する。
合素子およびその製造方法、これを用いた磁気ヘッド、
磁気センサ、磁気メモリならびに磁気記録再生装置、磁
気センサ装置、磁気メモリ装置に関し、さらに詳しく
は、磁気抵抗変化率を大とする構造に特徴を有する磁気
トンネリング接合素子およびその製造方法およびこれを
用いた磁気ヘッド、磁気センサ、磁気メモリならびに磁
気記録再生装置、磁気センサ装置、磁気メモリ装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、基板上に形成される上部磁性層
／絶縁層／下部磁性層を有する積層体において、絶縁層
が数ｎｍ程度の場合に、両磁性層間に流れるトンネル電
流の導電率（コンダクタンス）が両磁性層の磁化の相対
角度に依存する磁気トンネリング効果が報告されてい
る。（ここで、上部、下部とは、積層体が形成される基
板に対して、基板側に近い方を下部とし、基板側から遠
い方を上部とする。） 最近、この積層体として、例えば、Ｆｅ／Ａｌ2Ｏ3／Ｆ
ｅの組み合わせにより、室温で約１８％という大きな磁
気抵抗変化率が実現され、その物理的な発現機構のみな
らず応用をも含めて大きな注目を集めている。その一方
で、この磁気トンネリング効果を利用した磁気トンネリ
ング接合素子については、未だ基礎的な検討が始まった
ばかりである。以下、この磁気トンネリング接合素子の
概略構成断面図である図１３を参照して説明する。
／絶縁層／下部磁性層を有する積層体において、絶縁層
が数ｎｍ程度の場合に、両磁性層間に流れるトンネル電
流の導電率（コンダクタンス）が両磁性層の磁化の相対
角度に依存する磁気トンネリング効果が報告されてい
る。（ここで、上部、下部とは、積層体が形成される基
板に対して、基板側に近い方を下部とし、基板側から遠
い方を上部とする。） 最近、この積層体として、例えば、Ｆｅ／Ａｌ2Ｏ3／Ｆ
ｅの組み合わせにより、室温で約１８％という大きな磁
気抵抗変化率が実現され、その物理的な発現機構のみな
らず応用をも含めて大きな注目を集めている。その一方
で、この磁気トンネリング効果を利用した磁気トンネリ
ング接合素子については、未だ基礎的な検討が始まった
ばかりである。以下、この磁気トンネリング接合素子の
概略構成断面図である図１３を参照して説明する。
【０００３】図１３のように、磁気トンネリング接合素
子３１は、基板２上に上部磁性層６／絶縁層５／下部磁
性層４を有する積層体を具備し、必要に応じて基板２と
下部磁性層４との間に下部電極層３を有する構造となっ
ている。磁気トンネリング接合素子３１は積層面に対し
て垂直方向に電流を流すＣＰＰ(Current-Perpendicular
-to-Plain)型のＭＲ（磁気抵抗）素子であり、デバイス
への応用を考えた場合、強磁性金属の下部磁性層４の下
部に非磁性金属の下部電極層３が必要になるものと考え
られる。この場合、非磁性金属の下部電極層３が電極層
として機能することを考慮すると、ある程度の膜厚が要
求され、この膜厚の増加にともない、膜の結晶粒が粗大
化して平坦性が劣化する虞がある。また、この下部電極
層３の平坦性の劣化が下部磁性層４にまで波及し、酸化
Ａｌの絶縁層５が１〜２ｎｍと極めて薄いため、ピンホ
ールなどの欠陥を生じ易く、上部磁性層６と下部磁性層
４間で短絡が生じる可能性が考えられる。その結果、絶
縁層５をトンネル電流がリークし、磁気抵抗変化率（ま
たは磁気抵抗比）が大幅に減少する虞があった。
子３１は、基板２上に上部磁性層６／絶縁層５／下部磁
性層４を有する積層体を具備し、必要に応じて基板２と
下部磁性層４との間に下部電極層３を有する構造となっ
ている。磁気トンネリング接合素子３１は積層面に対し
て垂直方向に電流を流すＣＰＰ(Current-Perpendicular
-to-Plain)型のＭＲ（磁気抵抗）素子であり、デバイス
への応用を考えた場合、強磁性金属の下部磁性層４の下
部に非磁性金属の下部電極層３が必要になるものと考え
られる。この場合、非磁性金属の下部電極層３が電極層
として機能することを考慮すると、ある程度の膜厚が要
求され、この膜厚の増加にともない、膜の結晶粒が粗大
化して平坦性が劣化する虞がある。また、この下部電極
層３の平坦性の劣化が下部磁性層４にまで波及し、酸化
Ａｌの絶縁層５が１〜２ｎｍと極めて薄いため、ピンホ
ールなどの欠陥を生じ易く、上部磁性層６と下部磁性層
４間で短絡が生じる可能性が考えられる。その結果、絶
縁層５をトンネル電流がリークし、磁気抵抗変化率（ま
たは磁気抵抗比）が大幅に減少する虞があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、係る問題点
に鑑み、基板上に上部磁性層／絶縁層／下部磁性層を有
する積層体を具備する磁気トンネリング接合素子および
その製造方法、これを用いた磁気ヘッド、磁気センサ、
磁気メモリならびに磁気記録再生装置、磁気センサ装
置、磁気メモリ装置において、絶縁層の欠陥などを低減
するとともに、大きな磁気抵抗変化率を有する磁気トン
ネリング接合素子を提供することを課題とする。
に鑑み、基板上に上部磁性層／絶縁層／下部磁性層を有
する積層体を具備する磁気トンネリング接合素子および
その製造方法、これを用いた磁気ヘッド、磁気センサ、
磁気メモリならびに磁気記録再生装置、磁気センサ装
置、磁気メモリ装置において、絶縁層の欠陥などを低減
するとともに、大きな磁気抵抗変化率を有する磁気トン
ネリング接合素子を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の磁気トンネリン
グ接合素子は、基板上に、上部磁性層／絶縁層／下部磁
性層／下部電極層を有する積層体を具備し、絶縁層を挟
み上部磁性層と下部磁性層との間に流れる電流のコンダ
クタンスが、上部磁性層の磁化と下部磁性層の磁化との
相対角度に依存する磁気トンネリング効果を用いる磁気
トンネリング接合素子において、下部電極層の下部磁性
層に対する面の表面粗さは０．５ｎｍ以下であることを
特徴とする。この場合、表面粗さの下限は、ほぼ０ｎｍ
であることが望ましいが、現実の材料、表面粗さ測定装
置の測定精度を考慮すると、０．１ｎｍ程度である。
（以下同様） ここで、上部、下部とは、積層構造が形成される基板に
対して、基板側に近い方を下部とし、基板側から遠い方
を上部とする。（以下同様）
グ接合素子は、基板上に、上部磁性層／絶縁層／下部磁
性層／下部電極層を有する積層体を具備し、絶縁層を挟
み上部磁性層と下部磁性層との間に流れる電流のコンダ
クタンスが、上部磁性層の磁化と下部磁性層の磁化との
相対角度に依存する磁気トンネリング効果を用いる磁気
トンネリング接合素子において、下部電極層の下部磁性
層に対する面の表面粗さは０．５ｎｍ以下であることを
特徴とする。この場合、表面粗さの下限は、ほぼ０ｎｍ
であることが望ましいが、現実の材料、表面粗さ測定装
置の測定精度を考慮すると、０．１ｎｍ程度である。
（以下同様） ここで、上部、下部とは、積層構造が形成される基板に
対して、基板側に近い方を下部とし、基板側から遠い方
を上部とする。（以下同様）
【０００６】表面粗さの定義は、中心線を基準にした粗
度曲線の平均値で、次式によって計算される平均粗度Ｒ
a を用いる。
度曲線の平均値で、次式によって計算される平均粗度Ｒ
a を用いる。
【数１】 ここで、Ｌは測定長さ、ｆ（ｘ）は粗度曲線を表す。な
お、上記の平均粗度Ｒa の定義は、JIS B 0601「表面粗
さ−定義及び表示」の附属書「中心線平均粗さの定義及
び表示」に準じている。
お、上記の平均粗度Ｒa の定義は、JIS B 0601「表面粗
さ−定義及び表示」の附属書「中心線平均粗さの定義及
び表示」に準じている。
【０００７】本発明の磁気トンネリング接合素子の製造
方法は、基板上に、上部磁性層／絶縁層／下部磁性層／
下部電極層を有する積層体を形成し、絶縁層を挟み上部
磁性層と下部磁性層との間に流れる電流のコンダクタン
スが上部磁性層の磁化と下部磁性層の磁化との相対角度
に依存する磁気トンネリング効果を用いる磁気トンネリ
ング接合素子の製造方法において、下部電極層の下部磁
性層に対する面の表面粗さを０．５ｎｍ以下に形成する
ことを特徴とする。下部電極層は、スパッタ法を用いて
成膜されるとともに、成膜条件は、基板温度が１００℃
以下およびガス圧が５Ｐａ以下であることが望ましい。
この場合、基板温度の下限値は、常温程度であり、ガス
圧の下限値は、０．１Ｐａ程度である。
方法は、基板上に、上部磁性層／絶縁層／下部磁性層／
下部電極層を有する積層体を形成し、絶縁層を挟み上部
磁性層と下部磁性層との間に流れる電流のコンダクタン
スが上部磁性層の磁化と下部磁性層の磁化との相対角度
に依存する磁気トンネリング効果を用いる磁気トンネリ
ング接合素子の製造方法において、下部電極層の下部磁
性層に対する面の表面粗さを０．５ｎｍ以下に形成する
ことを特徴とする。下部電極層は、スパッタ法を用いて
成膜されるとともに、成膜条件は、基板温度が１００℃
以下およびガス圧が５Ｐａ以下であることが望ましい。
この場合、基板温度の下限値は、常温程度であり、ガス
圧の下限値は、０．１Ｐａ程度である。
【０００８】本発明の磁気トンネリング接合素子および
磁気トンネリング接合素子の製造方法において、下部電
極層の下部磁性層に対する面の表面粗さは０．３ｎｍ以
下に形成するとともに、磁気抵抗変化率は１０％以上と
することが可能である。この場合、磁気抵抗変化率の上
限値は、現状の技術予測から必ずしも明らかではない
が、数十％程度で、例えば５０％程度である。（ただ
し、 磁気抵抗変化率＝（Ｒmax −Ｒs ）／Ｒs ×１００％ Ｒmax ： 上部磁性層と下部磁性層間の抵抗値の最大
値 Ｒs ： 下部磁性層の磁化容易軸方向に印加する磁
界が２４ｋＡ／ｍの時の抵抗値。）
磁気トンネリング接合素子の製造方法において、下部電
極層の下部磁性層に対する面の表面粗さは０．３ｎｍ以
下に形成するとともに、磁気抵抗変化率は１０％以上と
することが可能である。この場合、磁気抵抗変化率の上
限値は、現状の技術予測から必ずしも明らかではない
が、数十％程度で、例えば５０％程度である。（ただ
し、 磁気抵抗変化率＝（Ｒmax −Ｒs ）／Ｒs ×１００％ Ｒmax ： 上部磁性層と下部磁性層間の抵抗値の最大
値 Ｒs ： 下部磁性層の磁化容易軸方向に印加する磁
界が２４ｋＡ／ｍの時の抵抗値。）
【０００９】下部電極層は、Ｃｕ、Ｐｔ、ＰｄおよびＡ
ｕの非磁性金属のうちの少なくともいずれか１種を用い
ることが望ましい。
ｕの非磁性金属のうちの少なくともいずれか１種を用い
ることが望ましい。
【００１０】本発明の磁気ヘッドは、請求項１に記載の
磁気トンネリング接合素子を用いたことを特徴とする。
磁気トンネリング接合素子を用いたことを特徴とする。
【００１１】本発明の磁気センサは、請求項１に記載の
磁気トンネリング接合素子を用いたことを特徴とする。
磁気トンネリング接合素子を用いたことを特徴とする。
【００１２】本発明の磁気メモリは、請求項１に記載磁
気トンネリング接合素子を用いたことを特徴とする。
気トンネリング接合素子を用いたことを特徴とする。
【００１３】本発明の磁気記録再生装置は、請求項１に
記載の磁気トンネリング接合素子を用いた磁気ヘッドを
装着したことを特徴とする。
記載の磁気トンネリング接合素子を用いた磁気ヘッドを
装着したことを特徴とする。
【００１４】本発明の磁気センサ装置は、請求項１に記
載の磁気トンネリング接合素子を用いた磁気センサを装
着したことを特徴とする。
載の磁気トンネリング接合素子を用いた磁気センサを装
着したことを特徴とする。
【００１５】本発明の磁気メモリ装置は、請求項１に記
載の磁気トンネリング接合素子を用いた磁気メモリを装
着したことを特徴とする。
載の磁気トンネリング接合素子を用いた磁気メモリを装
着したことを特徴とする。
【００１６】本発明の磁気トンネリング接合素子および
その製造方法によれば、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕなどを
用いて下部電極層を形成することにより、容易に下部電
極層の表面粗さを小として平坦化し、かつ膜厚に依存す
ることなく形成できるので、絶縁層の欠陥などの発生を
抑制しつつ、抵抗値および磁気抵抗変化率を大とするこ
とができる。本発明の磁気トンネリング接合素子を用い
た磁気ヘッド、磁気センサ、磁気メモリおよびこれらを
装着した磁気記録再生装置、磁気センサ装置、磁気メモ
リ装置によれば、容易に下部電極層の表面粗さを小とし
て平坦化し、かつ膜厚に依存することなく形成できるの
で、絶縁層の欠陥などの発生を抑制しつつ、抵抗値およ
び磁気抵抗変化率を大とするとともに、出力および感度
などの特性が優れたデバイスおよびこれらのデバイスを
装着した装置を提供できる。
その製造方法によれば、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕなどを
用いて下部電極層を形成することにより、容易に下部電
極層の表面粗さを小として平坦化し、かつ膜厚に依存す
ることなく形成できるので、絶縁層の欠陥などの発生を
抑制しつつ、抵抗値および磁気抵抗変化率を大とするこ
とができる。本発明の磁気トンネリング接合素子を用い
た磁気ヘッド、磁気センサ、磁気メモリおよびこれらを
装着した磁気記録再生装置、磁気センサ装置、磁気メモ
リ装置によれば、容易に下部電極層の表面粗さを小とし
て平坦化し、かつ膜厚に依存することなく形成できるの
で、絶縁層の欠陥などの発生を抑制しつつ、抵抗値およ
び磁気抵抗変化率を大とするとともに、出力および感度
などの特性が優れたデバイスおよびこれらのデバイスを
装着した装置を提供できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、磁
気トンネリング接合素子の一例について、図を参照して
説明する。
気トンネリング接合素子の一例について、図を参照して
説明する。
【００１８】まず、磁気トンネリング接合素子の構造に
ついて、磁気トンネリング接合素子の概略構成断面図で
ある図１を参照して説明する。磁気トンネリング接合素
子は、センサなどへの実用化を考慮して、小さな磁界変
化を検出可能にするために、ハードディスクドライブ
（ＨＤＤ）装置に具備される磁気ヘッドの再生ヘッドに
応用されつつあるスピンバルブ型の構造を採用してい
る。すなわち、図１のように、磁気トンネリング接合素
子１は、例えば表面を熱酸化処理したＳｉウェーハなど
の基板２上に、基板２から遠い一方の上部磁性層６を反
強磁性層７に近接することでフリーに磁化が回転しない
ようにし（磁化固定層）、基板２側に近い他方の下部磁
性層４をフリーにした（磁化自由層）構成として、上部
磁性層６と下部磁性層４との間に絶縁層５を挟む構造と
している。これらの上部磁性層６および下部磁性層４と
しては、例えば磁界に対する感度がよいＮｉ−Ｆｅ層
９，１２とＣｏ層１０，１１の組み合わせが選択でき
る。Ｎｉ−Ｆｅ層９，１２としては、例えばＮｉ81Ｆｅ
19層（原子％）が好ましい。磁気トンネリング接合素子
１の磁気抵抗変化率は、絶縁層５を挟んでいる両側の上
部磁性層６および下部磁性層４の分極率が大きい程大き
い値が得られるので、例えば分極率の大きなＣｏ層１
０，１１で絶縁層５を挟む構成としている。絶縁層５と
しては、例えば酸化したＡｌ層を用い、反強磁性層７と
しては、例えばＦｅ−Ｍｎ層が用いられる。さらにＦｅ
−Ｍｎ層は、腐食しやすいために、カバー層８として、
例えばＴａ層などの非磁性金属層を有する。このような
磁気トンネリング接合素子１をデバイス化する場合、比
抵抗が小さいため、下部電極層３として、例えばＡｌ、
Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕなどを用いた電極層が下部磁性
層４と基板２との間に挿入される。
ついて、磁気トンネリング接合素子の概略構成断面図で
ある図１を参照して説明する。磁気トンネリング接合素
子は、センサなどへの実用化を考慮して、小さな磁界変
化を検出可能にするために、ハードディスクドライブ
（ＨＤＤ）装置に具備される磁気ヘッドの再生ヘッドに
応用されつつあるスピンバルブ型の構造を採用してい
る。すなわち、図１のように、磁気トンネリング接合素
子１は、例えば表面を熱酸化処理したＳｉウェーハなど
の基板２上に、基板２から遠い一方の上部磁性層６を反
強磁性層７に近接することでフリーに磁化が回転しない
ようにし（磁化固定層）、基板２側に近い他方の下部磁
性層４をフリーにした（磁化自由層）構成として、上部
磁性層６と下部磁性層４との間に絶縁層５を挟む構造と
している。これらの上部磁性層６および下部磁性層４と
しては、例えば磁界に対する感度がよいＮｉ−Ｆｅ層
９，１２とＣｏ層１０，１１の組み合わせが選択でき
る。Ｎｉ−Ｆｅ層９，１２としては、例えばＮｉ81Ｆｅ
19層（原子％）が好ましい。磁気トンネリング接合素子
１の磁気抵抗変化率は、絶縁層５を挟んでいる両側の上
部磁性層６および下部磁性層４の分極率が大きい程大き
い値が得られるので、例えば分極率の大きなＣｏ層１
０，１１で絶縁層５を挟む構成としている。絶縁層５と
しては、例えば酸化したＡｌ層を用い、反強磁性層７と
しては、例えばＦｅ−Ｍｎ層が用いられる。さらにＦｅ
−Ｍｎ層は、腐食しやすいために、カバー層８として、
例えばＴａ層などの非磁性金属層を有する。このような
磁気トンネリング接合素子１をデバイス化する場合、比
抵抗が小さいため、下部電極層３として、例えばＡｌ、
Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕなどを用いた電極層が下部磁性
層４と基板２との間に挿入される。
【００１９】次に上記の磁気トンネリング接合素子を作
製する方法を、図１および磁気トンネリング接合素子の
概略斜視図である図２を参照して説明する。基板２とし
ては、例えば表面を３００ｎｍ熱酸化処理したＳｉウェ
ーハを用い、減圧雰囲気に保たれた不図示の真空槽中で
ＤＣまたはＲＦのマグネトロン式のスパッタ法によりそ
れぞれの層を成膜する。すなわち、まず、到達真空度が
例えば４×１０-5Ｐａ以下に排気された真空槽中で、基
板２上に、下部電極層３、下部磁性層４、絶縁層５、上
部磁性層６、反強磁性層７、カバー層８の順に成膜す
る。その場合、磁性層はＤＣマグネトロン式スパッタ、
非磁性層はＲＦマグネトロン式スパッタで、例えばＡｒ
ガス圧０．３Ｐａ、投入電力４〜６．５Ｗ／ｃｍ2 で、
基板２を回転させながら成膜する。また、絶縁層５は、
Ａｌ層を成膜するとともにプラズマ酸化法を用いて酸化
Ａｌ層を形成する。すなわち、例えば、Ａｌ層を成膜
後、Ａｒ：Ｏ2 が２：１の割合で、０．３Ｐａになるよ
うに酸素ガスを導入し、逆スパッタ式で基板２側にＲＦ
電力を印加し、酸素プラズマを生成する。この場合、逆
スパッタ時にＡｌ層のエッチングの虞があるので、例え
ば放電限界に近い０．００３Ｗ／ｃｍ2 のＲＦ電力を投
入することが好ましい。この状態で酸素プラズマ中に一
定時間基板２をさらすことにより、Ａｌ層の酸化を行
う。磁気トンネリング接合素子１のパターニングは、磁
性体のメタルマスクを用いて行うことができる。
製する方法を、図１および磁気トンネリング接合素子の
概略斜視図である図２を参照して説明する。基板２とし
ては、例えば表面を３００ｎｍ熱酸化処理したＳｉウェ
ーハを用い、減圧雰囲気に保たれた不図示の真空槽中で
ＤＣまたはＲＦのマグネトロン式のスパッタ法によりそ
れぞれの層を成膜する。すなわち、まず、到達真空度が
例えば４×１０-5Ｐａ以下に排気された真空槽中で、基
板２上に、下部電極層３、下部磁性層４、絶縁層５、上
部磁性層６、反強磁性層７、カバー層８の順に成膜す
る。その場合、磁性層はＤＣマグネトロン式スパッタ、
非磁性層はＲＦマグネトロン式スパッタで、例えばＡｒ
ガス圧０．３Ｐａ、投入電力４〜６．５Ｗ／ｃｍ2 で、
基板２を回転させながら成膜する。また、絶縁層５は、
Ａｌ層を成膜するとともにプラズマ酸化法を用いて酸化
Ａｌ層を形成する。すなわち、例えば、Ａｌ層を成膜
後、Ａｒ：Ｏ2 が２：１の割合で、０．３Ｐａになるよ
うに酸素ガスを導入し、逆スパッタ式で基板２側にＲＦ
電力を印加し、酸素プラズマを生成する。この場合、逆
スパッタ時にＡｌ層のエッチングの虞があるので、例え
ば放電限界に近い０．００３Ｗ／ｃｍ2 のＲＦ電力を投
入することが好ましい。この状態で酸素プラズマ中に一
定時間基板２をさらすことにより、Ａｌ層の酸化を行
う。磁気トンネリング接合素子１のパターニングは、磁
性体のメタルマスクを用いて行うことができる。
【００２０】磁気トンネリング接合素子１は、図２のよ
うに、上部磁性層６と下部磁性層４とで絶縁層５を挟ん
だスピンバルブ型の構造をしており、例えば上部磁性層
６および下部磁性層４とに、それぞれ設けられた電圧測
定端子１３と電流供給端子１４を用いた４端子法により
抵抗特性を測定することができる。すなわち、磁気トン
ネリング接合素子１の抵抗−磁界曲線の測定は、下部磁
性層４の不図示の磁化容易軸方向に磁界を印加させて直
流４端子法で行うことができる。磁気抵抗変化率は、下
部磁性層４の磁化容易軸方向に磁界を２４ｋＡ／ｍ印加
時の上部磁性層６と下部磁性層４との間の抵抗値をＲs
、抵抗値の最大値をＲmax として、（Ｒmax −Ｒs ）
／Ｒs ×１００％と定義する。また、下部電極層３の表
面形状の観察は、例えば原子間力顕微鏡（ Atomic Forc
e Microscopy：以下ＡＦＭと略す）を用いて行うことが
できる。
うに、上部磁性層６と下部磁性層４とで絶縁層５を挟ん
だスピンバルブ型の構造をしており、例えば上部磁性層
６および下部磁性層４とに、それぞれ設けられた電圧測
定端子１３と電流供給端子１４を用いた４端子法により
抵抗特性を測定することができる。すなわち、磁気トン
ネリング接合素子１の抵抗−磁界曲線の測定は、下部磁
性層４の不図示の磁化容易軸方向に磁界を印加させて直
流４端子法で行うことができる。磁気抵抗変化率は、下
部磁性層４の磁化容易軸方向に磁界を２４ｋＡ／ｍ印加
時の上部磁性層６と下部磁性層４との間の抵抗値をＲs
、抵抗値の最大値をＲmax として、（Ｒmax −Ｒs ）
／Ｒs ×１００％と定義する。また、下部電極層３の表
面形状の観察は、例えば原子間力顕微鏡（ Atomic Forc
e Microscopy：以下ＡＦＭと略す）を用いて行うことが
できる。
【００２１】次に、本発明の別の実施の形態について説
明する。ここでは、上記の実施の形態による磁気抵抗変
化率を大とした磁気トンネリング接合素子を磁気抵抗効
果素子として用いた磁気ヘッドを作製した例を説明す
る。図３は、磁気ヘッドの概略構成断面図である。
明する。ここでは、上記の実施の形態による磁気抵抗変
化率を大とした磁気トンネリング接合素子を磁気抵抗効
果素子として用いた磁気ヘッドを作製した例を説明す
る。図３は、磁気ヘッドの概略構成断面図である。
【００２２】図３のように、磁気ヘッド１５は、上記の
磁気トンネリング接合素子１が再生ヘッドとして磁気シ
ールド１６、１７に挟まれて配設され、記録ヘッドとし
て記録用磁気ポール１８と記録用磁気コイル１９が磁気
シールド１７の外側に配設されている。磁気トンネリン
グ接合素子１は、大きな磁気抵抗変化率を有するので、
磁気ヘッド１５において、出力と感度とが優れた再生特
性を得ることが可能である。
磁気トンネリング接合素子１が再生ヘッドとして磁気シ
ールド１６、１７に挟まれて配設され、記録ヘッドとし
て記録用磁気ポール１８と記録用磁気コイル１９が磁気
シールド１７の外側に配設されている。磁気トンネリン
グ接合素子１は、大きな磁気抵抗変化率を有するので、
磁気ヘッド１５において、出力と感度とが優れた再生特
性を得ることが可能である。
【００２３】以上、磁気ヘッドの例について説明した
が、本発明の磁気トンネリング接合素子を用いた磁気セ
ンサまたは磁気メモリなどにも適用することができる。
が、本発明の磁気トンネリング接合素子を用いた磁気セ
ンサまたは磁気メモリなどにも適用することができる。
【００２４】次に、本発明のさらに別の実施の形態につ
いて説明する。ここでは、上記の実施の形態による磁気
トンネリング接合素子を用いた磁気ヘッドを搭載したＨ
ＤＤ装置などの磁気記録再生装置の例を説明する。図４
は、ＨＤＤ装置の筐体の一部を切り欠き、その要部を示
す概略斜視図である。図５は、ＨＤＤ装置の磁気ヘッド
支持体の概略構成断面図である。
いて説明する。ここでは、上記の実施の形態による磁気
トンネリング接合素子を用いた磁気ヘッドを搭載したＨ
ＤＤ装置などの磁気記録再生装置の例を説明する。図４
は、ＨＤＤ装置の筐体の一部を切り欠き、その要部を示
す概略斜視図である。図５は、ＨＤＤ装置の磁気ヘッド
支持体の概略構成断面図である。
【００２５】すなわち、ＨＤＤ装置２０において、弾性
を有する支持アーム２１の一端に磁気ヘッド支持体２２
が装着され、支持アーム２１の他端はアクチュエータ２
３が配設されている。支持アーム２１は、その支軸を中
心として自在に回動し、磁気ヘッド支持体２２に固定さ
れる磁気ヘッドを所望の位置に移動することができる。
情報を記録するハードディスク２４は、不図示のスピン
ドルモータにより回転し、磁気ヘッドとの間で情報信号
の電磁変換を行う。磁気ヘッド支持体２２は、図５に示
すように、非磁性のセラミックスからなるスライダ２５
の一端に磁気ヘッド１５が装着されている。
を有する支持アーム２１の一端に磁気ヘッド支持体２２
が装着され、支持アーム２１の他端はアクチュエータ２
３が配設されている。支持アーム２１は、その支軸を中
心として自在に回動し、磁気ヘッド支持体２２に固定さ
れる磁気ヘッドを所望の位置に移動することができる。
情報を記録するハードディスク２４は、不図示のスピン
ドルモータにより回転し、磁気ヘッドとの間で情報信号
の電磁変換を行う。磁気ヘッド支持体２２は、図５に示
すように、非磁性のセラミックスからなるスライダ２５
の一端に磁気ヘッド１５が装着されている。
【００２６】以上、磁気ヘッドを搭載したＨＤＤ装置に
ついて説明したが、固定ヘッド型のビデオテープレコー
ダなどの磁気記録再生装置にも適用できる。また、本発
明の磁気センサまたは磁気メモリを装着した磁気センサ
装置または磁気メモリ装置などにも適用することができ
る。
ついて説明したが、固定ヘッド型のビデオテープレコー
ダなどの磁気記録再生装置にも適用できる。また、本発
明の磁気センサまたは磁気メモリを装着した磁気センサ
装置または磁気メモリ装置などにも適用することができ
る。
【００２７】
【実施例】磁気トンネリング接合素子１の実施例とし
て、以下の条件で試料を作製する。磁気トンネリング接
合素子１の試料の構造と作製方法を図１を参照して説明
する。
て、以下の条件で試料を作製する。磁気トンネリング接
合素子１の試料の構造と作製方法を図１を参照して説明
する。
【００２８】磁気トンネリング接合素子１の試料の基板
２としては、表面を３００ｎｍ熱酸化処理したＳｉウェ
ーハを用い、減圧雰囲気中でＤＣ式またはＲＦマグネト
ロン式のスパッタ法によりそれぞれの層を成膜する。す
なわち、まず、到達真空度が４×１０-5Ｐａ以下に排気
された不図示の真空槽中で、基板２上に、下部電極層
３、下部磁性層４、絶縁層５、上部磁性層６、反強磁性
膜７、カバー層８の順に成膜する。その場合、磁性層は
ＤＣマグネトロン式スパッタ、非磁性層はＲＦマグネト
ロン式スパッタで、Ａｒガス圧０．３Ｐａ、投入電力４
〜６．５Ｗ／ｃｍ2 で、基板を回転させながら成膜す
る。また、絶縁層５は、Ａｌ層を成膜するとともにプラ
ズマ酸化法を用いて酸化Ａｌ層を形成する。すなわち、
Ａｌ層を成膜後、Ａｒ：Ｏ2 が２：１の割合で、０．３
Ｐａになるように酸素ガスを導入し、逆スパッタ式で基
板２側にＲＦ電力を印加し、酸素プラズマを生成する。
この場合、逆スパッタ時にＡｌ層のエッチングの虞があ
るので、放電限界に近い０．００３Ｗ／ｃｍ2 のＲＦ電
力を投入する。この状態で２００ｓｅｃ間、酸素プラズ
マ中に基板２をさらすことにより、Ａｌ層の酸化を行
う。磁気トンネリング接合素子１のパターニングは、磁
性体であるＳＵＳ４６０材のメタルマスクを用いて行
う。
２としては、表面を３００ｎｍ熱酸化処理したＳｉウェ
ーハを用い、減圧雰囲気中でＤＣ式またはＲＦマグネト
ロン式のスパッタ法によりそれぞれの層を成膜する。す
なわち、まず、到達真空度が４×１０-5Ｐａ以下に排気
された不図示の真空槽中で、基板２上に、下部電極層
３、下部磁性層４、絶縁層５、上部磁性層６、反強磁性
膜７、カバー層８の順に成膜する。その場合、磁性層は
ＤＣマグネトロン式スパッタ、非磁性層はＲＦマグネト
ロン式スパッタで、Ａｒガス圧０．３Ｐａ、投入電力４
〜６．５Ｗ／ｃｍ2 で、基板を回転させながら成膜す
る。また、絶縁層５は、Ａｌ層を成膜するとともにプラ
ズマ酸化法を用いて酸化Ａｌ層を形成する。すなわち、
Ａｌ層を成膜後、Ａｒ：Ｏ2 が２：１の割合で、０．３
Ｐａになるように酸素ガスを導入し、逆スパッタ式で基
板２側にＲＦ電力を印加し、酸素プラズマを生成する。
この場合、逆スパッタ時にＡｌ層のエッチングの虞があ
るので、放電限界に近い０．００３Ｗ／ｃｍ2 のＲＦ電
力を投入する。この状態で２００ｓｅｃ間、酸素プラズ
マ中に基板２をさらすことにより、Ａｌ層の酸化を行
う。磁気トンネリング接合素子１のパターニングは、磁
性体であるＳＵＳ４６０材のメタルマスクを用いて行
う。
【００２９】上記の方法で作製された各層の構成は以下
の通りである。表面が３００ｎｍ熱酸化処理されたＳｉ
ウエーハの基板２上に、Ｎｉ−Ｆｅ層９としてＮｉ81Ｆ
ｅ19層（原子％）を１８．８ｎｍとＣｏ層１０を３．９
ｎｍとを組み合わせた下部磁性層４が形成され、その上
に絶縁層５としてＡｌ2Ｏ3層が１．３ｎｍ形成される。
さらにその上に、下部磁性層４と同様に、Ｎｉ−Ｆｅ層
１２としてＮｉ81Ｆｅ19層（原子％）を１８．８ｎｍと
Ｃｏ層１１を２．６ｎｍとを組み合わせた上部磁性層６
が形成され、反強磁性層７としてＦｅ50Ｍｎ50層（原子
％）が４５ｎｍ形成される。反強磁性層７上には、カバ
ー層８として、Ｔａ層が２０ｎｍ形成される。その場
合、上記の層構成において、基板２と下部磁性層４との
間に、非磁性金属の下部電極層３として、それぞれＡ
ｌ、Ｃｕ、Ｐｔを用いた電極層を、膜厚を変化させて形
成したものをそれぞれ試料として用意する。そして、こ
れらの試料について、抵抗特性と、下部電極層３の表面
粗さの測定を以下のように行い、図７〜図１２のような
測定結果を得た。
の通りである。表面が３００ｎｍ熱酸化処理されたＳｉ
ウエーハの基板２上に、Ｎｉ−Ｆｅ層９としてＮｉ81Ｆ
ｅ19層（原子％）を１８．８ｎｍとＣｏ層１０を３．９
ｎｍとを組み合わせた下部磁性層４が形成され、その上
に絶縁層５としてＡｌ2Ｏ3層が１．３ｎｍ形成される。
さらにその上に、下部磁性層４と同様に、Ｎｉ−Ｆｅ層
１２としてＮｉ81Ｆｅ19層（原子％）を１８．８ｎｍと
Ｃｏ層１１を２．６ｎｍとを組み合わせた上部磁性層６
が形成され、反強磁性層７としてＦｅ50Ｍｎ50層（原子
％）が４５ｎｍ形成される。反強磁性層７上には、カバ
ー層８として、Ｔａ層が２０ｎｍ形成される。その場
合、上記の層構成において、基板２と下部磁性層４との
間に、非磁性金属の下部電極層３として、それぞれＡ
ｌ、Ｃｕ、Ｐｔを用いた電極層を、膜厚を変化させて形
成したものをそれぞれ試料として用意する。そして、こ
れらの試料について、抵抗特性と、下部電極層３の表面
粗さの測定を以下のように行い、図７〜図１２のような
測定結果を得た。
【００３０】磁気トンネリング接合素子１は、図２のよ
うに、上部磁性層６と下部磁性層４とで絶縁層５を挟ん
だスピンバルブ型の構造をしており、上部磁性層６およ
び下部磁性層４とに、それぞれ設けられた電圧測定端子
１３と電流供給端子１４とを用いた４端子法により、抵
抗特性を測定することができる。抵抗値は、電圧測定端
子１３による測定電圧を抵抗値に換算して得られる。磁
気トンネリング接合素子１の抵抗−磁界曲線の測定は、
下部磁性層４の不図示の磁化容易軸方向に磁界を印加さ
せて直流４端子法で行う。この場合の磁気トンネリング
接合素子１の試料の接合部の面積は１００μｍ×１００
μｍである。磁気抵抗変化率（磁気抵抗比）は、下部磁
性層４の磁化容易軸方向に磁界を２４ｋＡ／ｍ印加時の
上部磁性層６と下部磁性層４間の抵抗値をＲs 、抵抗値
の最大値をＲmax として、（Ｒmax −Ｒs ）／Ｒs ×１
００％と定義する。
うに、上部磁性層６と下部磁性層４とで絶縁層５を挟ん
だスピンバルブ型の構造をしており、上部磁性層６およ
び下部磁性層４とに、それぞれ設けられた電圧測定端子
１３と電流供給端子１４とを用いた４端子法により、抵
抗特性を測定することができる。抵抗値は、電圧測定端
子１３による測定電圧を抵抗値に換算して得られる。磁
気トンネリング接合素子１の抵抗−磁界曲線の測定は、
下部磁性層４の不図示の磁化容易軸方向に磁界を印加さ
せて直流４端子法で行う。この場合の磁気トンネリング
接合素子１の試料の接合部の面積は１００μｍ×１００
μｍである。磁気抵抗変化率（磁気抵抗比）は、下部磁
性層４の磁化容易軸方向に磁界を２４ｋＡ／ｍ印加時の
上部磁性層６と下部磁性層４間の抵抗値をＲs 、抵抗値
の最大値をＲmax として、（Ｒmax −Ｒs ）／Ｒs ×１
００％と定義する。
【００３１】また、下部電極層３の表面形状の観察は、
ＡＦＭを用いて行う。ＡＦＭ装置としては、例えばデジ
タルインスツルメント社製のnanoscope 3a-D3000を使用
する。ＡＦＭによる表面粗さＲａの測定条件は以下の通
りである。ＡＦＭの測定条件は、例えば触針の走査範囲
を１μｍ×１μｍとし、走査周波数を１Ｈｚで行う。す
なわち、触針の走査方法としては、図６に示すように、
上記の走査範囲２６において、測定開始点２７から図中
のＸ方向へ、Ｘ方向の走査ピッチ２８を１μｍ／５１２
点（０．００１９５３μｍ）で、１μｍを１秒間に１回
走査し、１μｍ走査した後、次に図中のＹ方向の走査ピ
ッチ２９をＸ方向の走査ピッチ２８と同じ走査ピッチで
Ｙ方向へ移動し、Ｘ方向の反対方向へ同様に走査し、こ
れらの走査を測定終了点３０まで繰り返して、図中でＸ
Ｙ面に垂直な高さ方向の値（表面粗さに相当）の測定を
行う。そして、上記の高さ方向の値の全測定点のデータ
処理を行い、図中の中央部であるＡ−Ａ方向の表面粗さ
曲線のプロファイルを決定し、表面粗さの値Ｒａは、こ
のプロファイルから算出する。
ＡＦＭを用いて行う。ＡＦＭ装置としては、例えばデジ
タルインスツルメント社製のnanoscope 3a-D3000を使用
する。ＡＦＭによる表面粗さＲａの測定条件は以下の通
りである。ＡＦＭの測定条件は、例えば触針の走査範囲
を１μｍ×１μｍとし、走査周波数を１Ｈｚで行う。す
なわち、触針の走査方法としては、図６に示すように、
上記の走査範囲２６において、測定開始点２７から図中
のＸ方向へ、Ｘ方向の走査ピッチ２８を１μｍ／５１２
点（０．００１９５３μｍ）で、１μｍを１秒間に１回
走査し、１μｍ走査した後、次に図中のＹ方向の走査ピ
ッチ２９をＸ方向の走査ピッチ２８と同じ走査ピッチで
Ｙ方向へ移動し、Ｘ方向の反対方向へ同様に走査し、こ
れらの走査を測定終了点３０まで繰り返して、図中でＸ
Ｙ面に垂直な高さ方向の値（表面粗さに相当）の測定を
行う。そして、上記の高さ方向の値の全測定点のデータ
処理を行い、図中の中央部であるＡ−Ａ方向の表面粗さ
曲線のプロファイルを決定し、表面粗さの値Ｒａは、こ
のプロファイルから算出する。
【００３２】抵抗値と下部電極層３の膜厚との関係を図
７に示す。図７のように、Ａｌを下部電極層３に用いた
場合は、抵抗値のばらつきがＡｌ電極層の膜厚の増加に
ともなって著しく増大し、抵抗値が数十Ωから数百Ωに
ばらついている。Ｃｕ、Ｐｔを下部電極層３に用いた場
合には、データのばらつきはあるものの、抵抗値は電極
層厚にあまり依存しない。
７に示す。図７のように、Ａｌを下部電極層３に用いた
場合は、抵抗値のばらつきがＡｌ電極層の膜厚の増加に
ともなって著しく増大し、抵抗値が数十Ωから数百Ωに
ばらついている。Ｃｕ、Ｐｔを下部電極層３に用いた場
合には、データのばらつきはあるものの、抵抗値は電極
層厚にあまり依存しない。
【００３３】磁気抵抗変化率と下部電極層３の膜厚との
関係を図８に示す。図８のように、下部電極層３が、Ａ
ｌ電極層の場合には、電極層厚の増加とともに、磁気抵
抗変化率は減少し、電極層厚が３０ｎｍを超えると磁気
抵抗効果が発現しなくなる。一方、Ｃｕ電極層の場合
は、電極層厚を８０ｎｍまで厚くしても磁気抵抗変化率
は最大で１０％以上の値が得られている。また、Ｐｔ電
極層の場合は、磁気抵抗変化率が現れているものの、膜
厚の増加とともに、磁気抵抗変化率は徐々に減少する。
上記の非磁性金属の材料のなかでは、磁気トンネリング
接合の下部電極層３の材料としてはＣｕが有望であるこ
とがわかる。
関係を図８に示す。図８のように、下部電極層３が、Ａ
ｌ電極層の場合には、電極層厚の増加とともに、磁気抵
抗変化率は減少し、電極層厚が３０ｎｍを超えると磁気
抵抗効果が発現しなくなる。一方、Ｃｕ電極層の場合
は、電極層厚を８０ｎｍまで厚くしても磁気抵抗変化率
は最大で１０％以上の値が得られている。また、Ｐｔ電
極層の場合は、磁気抵抗変化率が現れているものの、膜
厚の増加とともに、磁気抵抗変化率は徐々に減少する。
上記の非磁性金属の材料のなかでは、磁気トンネリング
接合の下部電極層３の材料としてはＣｕが有望であるこ
とがわかる。
【００３４】次に磁気抵抗変化率の変化が下部電極層３
の付与による下部電極層３の表面の平坦性の劣化による
ものと考え、下部電極層３の厚さと電極層材料を変化さ
せた試料面をＡＦＭで観察した。ＡＦＭで測定した下部
電極層３の表面粗さと膜厚との関係を図９に示す。図９
のように、Ｃｕ電極層、Ｐｔ電極層の場合は、電極層を
付与しても表面粗さＲａの増大は、ほとんど認められ
ず、Ａｌ電極層の場合は、電極層の厚さが１０ｎｍを超
えると急激にＲａが増大している。
の付与による下部電極層３の表面の平坦性の劣化による
ものと考え、下部電極層３の厚さと電極層材料を変化さ
せた試料面をＡＦＭで観察した。ＡＦＭで測定した下部
電極層３の表面粗さと膜厚との関係を図９に示す。図９
のように、Ｃｕ電極層、Ｐｔ電極層の場合は、電極層を
付与しても表面粗さＲａの増大は、ほとんど認められ
ず、Ａｌ電極層の場合は、電極層の厚さが１０ｎｍを超
えると急激にＲａが増大している。
【００３５】磁気抵抗変化率と下部電極層３の表面粗さ
との関係を図１０に示す。図１０のように、磁気抵抗変
化率は、電極層材料に依存せず、表面粗さＲａの増加に
ともない、減少している。この結果、磁気抵抗変化率が
１０％以上を得るためは、Ｒａを０．３ｎｍ以下に抑え
る必要があることがわかる。Ｃｕを下部電極層３に用い
た場合、Ｒａが０．３〜０．４ｎｍの間に入っており、
１０％程度の磁気抵抗変化率が得られている。
との関係を図１０に示す。図１０のように、磁気抵抗変
化率は、電極層材料に依存せず、表面粗さＲａの増加に
ともない、減少している。この結果、磁気抵抗変化率が
１０％以上を得るためは、Ｒａを０．３ｎｍ以下に抑え
る必要があることがわかる。Ｃｕを下部電極層３に用い
た場合、Ｒａが０．３〜０．４ｎｍの間に入っており、
１０％程度の磁気抵抗変化率が得られている。
【００３６】さらに、下部電極層３の表面粗さに影響を
及ぼすと考えられる成膜時の基板温度とガス圧の影響
を、Ｃｕ電極層について調べた。下部電極層の成膜時の
基板温度と表面粗さとの関係を図１１に示す。図１１の
ように、下部電極層３の表面粗さＲa は、成膜時に基板
温度Ｔsub が１００℃を超えると急激に増大している。
したがって、基板温度は、１００℃以下で成膜した場合
には０．３ｎｍ以下の表面粗さとなっており磁気抵抗変
化率が１０％以上と大になることが推測される。
及ぼすと考えられる成膜時の基板温度とガス圧の影響
を、Ｃｕ電極層について調べた。下部電極層の成膜時の
基板温度と表面粗さとの関係を図１１に示す。図１１の
ように、下部電極層３の表面粗さＲa は、成膜時に基板
温度Ｔsub が１００℃を超えると急激に増大している。
したがって、基板温度は、１００℃以下で成膜した場合
には０．３ｎｍ以下の表面粗さとなっており磁気抵抗変
化率が１０％以上と大になることが推測される。
【００３７】次に、下部電極層の成膜時のガス圧と表面
粗さの関係を図１２に示す。図１２のように、下部電極
層３をガス圧Ｐspが５Ｐａを超えて成膜した場合は、下
部電極層３の表面の平坦性が劣化していることがわか
る。したがって、ガス圧は５Ｐａ以下で成膜した場合
に、表面粗さＲａは０．３ｎｍ以下となっており磁気抵
抗変化率が１０％以上と大になることが推測される。し
たがって、以上のことから、下部電極層３としてＣｕ電
極層を用いた場合、成膜時の条件として、成膜温度１０
０℃以下、ガス圧５Ｐａ以下であることが望ましいこと
がわかる。
粗さの関係を図１２に示す。図１２のように、下部電極
層３をガス圧Ｐspが５Ｐａを超えて成膜した場合は、下
部電極層３の表面の平坦性が劣化していることがわか
る。したがって、ガス圧は５Ｐａ以下で成膜した場合
に、表面粗さＲａは０．３ｎｍ以下となっており磁気抵
抗変化率が１０％以上と大になることが推測される。し
たがって、以上のことから、下部電極層３としてＣｕ電
極層を用いた場合、成膜時の条件として、成膜温度１０
０℃以下、ガス圧５Ｐａ以下であることが望ましいこと
がわかる。
【００３８】上記の下部電極層３を用いた試料として
は、Ａｌ電極層の場合が、電極層表面の平坦性の劣化が
著しい。一方、Ｃｕ電極層、Ｐｔ電極層の場合は、平坦
性がそれほど変化しない。これらの原因は、電極層の金
属材料の融点の違いによるものと考えられる。すなわ
ち、Ａｌは他の金属と比べて９３３Ｋと融点が極めて低
い。そのため、スパッタされたＡｌ原子が基板上で凝集
しやすいために結晶粒が膜の厚さ方向に成長して、その
結果、平坦性が劣化しやすいものと考えられる。一方、
Ｃｕ、Ｐｔの融点は、それぞれ１３５７Ｋ、２０４１Ｋ
となっており、Ａｌよりも高い。したがって、上記の電
極層と他の金属材料においても、融点がＡｌよりも高
く、Ｎｉ−Ｆｅの面心立方格子（１１１）面への結晶配
向性を阻害しない、例えばＡｕ、Ｐｄなどが下部電極層
３の材料として適するものと考えられる。
は、Ａｌ電極層の場合が、電極層表面の平坦性の劣化が
著しい。一方、Ｃｕ電極層、Ｐｔ電極層の場合は、平坦
性がそれほど変化しない。これらの原因は、電極層の金
属材料の融点の違いによるものと考えられる。すなわ
ち、Ａｌは他の金属と比べて９３３Ｋと融点が極めて低
い。そのため、スパッタされたＡｌ原子が基板上で凝集
しやすいために結晶粒が膜の厚さ方向に成長して、その
結果、平坦性が劣化しやすいものと考えられる。一方、
Ｃｕ、Ｐｔの融点は、それぞれ１３５７Ｋ、２０４１Ｋ
となっており、Ａｌよりも高い。したがって、上記の電
極層と他の金属材料においても、融点がＡｌよりも高
く、Ｎｉ−Ｆｅの面心立方格子（１１１）面への結晶配
向性を阻害しない、例えばＡｕ、Ｐｄなどが下部電極層
３の材料として適するものと考えられる。
【００３９】
【発明の効果】本発明の磁気トンネリング接合素子およ
びその製造方法によれば、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕなど
を用いて容易に平坦な下部電極層を形成することができ
るので、抵抗値および磁気抵抗変化率を大とすることが
できる。本発明の磁気トンネリング接合素子を用いた磁
気ヘッド、磁気センサ、磁気メモリおよびこれらを装着
した磁気記録再生装置、磁気センサ装置、磁気メモリ装
置によれば、容易に平坦な下部電極層を形成できるとと
もに抵抗値および磁気抵抗変化率を大とできるので、出
力および感度などの特性が優れたデバイスおよびこれら
のデバイスを装着した装置を提供できる。
びその製造方法によれば、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕなど
を用いて容易に平坦な下部電極層を形成することができ
るので、抵抗値および磁気抵抗変化率を大とすることが
できる。本発明の磁気トンネリング接合素子を用いた磁
気ヘッド、磁気センサ、磁気メモリおよびこれらを装着
した磁気記録再生装置、磁気センサ装置、磁気メモリ装
置によれば、容易に平坦な下部電極層を形成できるとと
もに抵抗値および磁気抵抗変化率を大とできるので、出
力および感度などの特性が優れたデバイスおよびこれら
のデバイスを装着した装置を提供できる。
【図１】 本発明に係わる磁気トンネリング接合素子の
概略構成断面図である。
概略構成断面図である。
【図２】 本発明に係わる磁気トンネリング接合素子の
概略斜視図である。
概略斜視図である。
【図３】 本発明に係わる磁気トンネリング接合素子を
用いた磁気ヘッドの概略構成断面図である。
用いた磁気ヘッドの概略構成断面図である。
【図４】 本発明に係わる磁気ヘッドを装着したＨＤＤ
装置の概略斜視図である。
装置の概略斜視図である。
【図５】 本発明に係わるＨＤＤ装置の磁気ヘッド支持
体の概略構成断面図である。
体の概略構成断面図である。
【図６】 本発明に係わる磁気トンネリング接合素子の
表面観察のためのＡＦＭの触針の走査範囲を示す模式図
である。
表面観察のためのＡＦＭの触針の走査範囲を示す模式図
である。
【図７】 本発明に係わる磁気トンネリング接合素子の
抵抗値と下部電極層の膜厚との関係である。
抵抗値と下部電極層の膜厚との関係である。
【図８】 本発明に係わる磁気トンネリング接合素子の
磁気抵抗変化率と下部電極層の膜厚との関係である。
磁気抵抗変化率と下部電極層の膜厚との関係である。
【図９】 本発明に係わる磁気トンネリング接合素子の
下部電極層の、ＡＦＭで測定した表面粗さと膜厚との関
係である。
下部電極層の、ＡＦＭで測定した表面粗さと膜厚との関
係である。
【図１０】 本発明に係わる磁気トンネリング接合素子
の磁気抵抗変化率と下部電極層の表面粗さとの関係であ
る。
の磁気抵抗変化率と下部電極層の表面粗さとの関係であ
る。
【図１１】 本発明に係わる磁気トンネリング接合素子
の下部電極層の成膜時の基板温度と表面粗さとの関係で
ある。
の下部電極層の成膜時の基板温度と表面粗さとの関係で
ある。
【図１２】 本発明に係わる磁気トンネリング接合素子
の下部電極層の成膜時のガス圧と表面粗さとの関係であ
る。
の下部電極層の成膜時のガス圧と表面粗さとの関係であ
る。
【図１３】 従来の磁気トンネリング接合素子の概略構
成断面図である。
成断面図である。
１，３１…磁気トンネリング接合素子、２…基板、３…
下部電極層、４…下部磁性層、５…絶縁層、６…上部磁
性層、７…反強磁性層、８…カバー層、９，１２…Ｎｉ
−Ｆｅ層、１０，１１…Ｃｏ層、１３…電圧測定端子、
１４…電流供給端子、１５…磁気ヘッド、１６，１７…
磁気シールド、１８…記録用磁気ポール、１９…記録用
磁気コイル、２０…ＨＤＤ装置、２１…支持アーム、２
２…磁気ヘッド支持体、２３…アクチュエータ、２４…
ハードディスク、２５…スライダ、２６…走査範囲、２
７…測定開始点、２８…Ｘ方向の走査ピッチ、２９…Ｙ
方向の走査ピッチ、３０…測定終了点
下部電極層、４…下部磁性層、５…絶縁層、６…上部磁
性層、７…反強磁性層、８…カバー層、９，１２…Ｎｉ
−Ｆｅ層、１０，１１…Ｃｏ層、１３…電圧測定端子、
１４…電流供給端子、１５…磁気ヘッド、１６，１７…
磁気シールド、１８…記録用磁気ポール、１９…記録用
磁気コイル、２０…ＨＤＤ装置、２１…支持アーム、２
２…磁気ヘッド支持体、２３…アクチュエータ、２４…
ハードディスク、２５…スライダ、２６…走査範囲、２
７…測定開始点、２８…Ｘ方向の走査ピッチ、２９…Ｙ
方向の走査ピッチ、３０…測定終了点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G017 AD55 AD62 AD63 AD65 5D034 BA05 BA09 BA15 BB12 DA07 5E049 AA04 AA07 AA09 AC00 AC05 BA12 BA16 CB02 DB02 DB14 GC01
Claims (13)
- 【請求項１】 基板上に、上部磁性層／絶縁層／下部磁
性層／下部電極層を有する積層体を具備し、前記絶縁層
を挟み前記上部磁性層と前記下部磁性層との間に流れる
電流のコンダクタンスが、前記上部磁性層の磁化と前記
下部磁性層の磁化との相対角度に依存する磁気トンネリ
ング効果を用いる磁気トンネリング接合素子において、 前記下部電極層の前記下部磁性層に対する面の表面粗さ
は０．５ｎｍ以下であることを特徴とする磁気トンネリ
ング接合素子。 - 【請求項２】 前記下部電極層の前記下部磁性層に対す
る面の表面粗さは０．３ｎｍ以下であるとともに、磁気
抵抗変化率は１０％以上であることを特徴とする請求項
１に記載の磁気トンネリング接合素子。（ただし、 磁気抵抗変化率＝（Ｒmax −Ｒs ）／Ｒs ×１００％ Ｒmax ： 前記上部磁性層と前記下部磁性層との間の
抵抗値の最大値 Ｒs ： 前記下部磁性層の磁化容易軸方向に印加す
る磁界が２４ｋＡ／ｍの時の前記抵抗値。） - 【請求項３】 前記下部電極層は、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄお
よびＡｕの非磁性金属のうちの少なくともいずれか１種
を用いることを特徴とする請求項１に記載の磁気トンネ
リング接合素子。 - 【請求項４】 請求項１に記載の磁気トンネリング接合
素子を用いたことを特徴とする磁気ヘッド。 - 【請求項５】 請求項１に記載の磁気トンネリング接合
素子を用いたことを特徴とする磁気センサ。 - 【請求項６】 請求項１に記載の磁気トンネリング接合
素子を用いたことを特徴とする磁気メモリ。 - 【請求項７】 請求項１に記載の磁気トンネリング接合
素子を用いた磁気ヘッドを装着したことを特徴とする磁
気記録再生装置。 - 【請求項８】 請求項１に記載の磁気トンネリング接合
素子を用いた磁気センサを装着したことを特徴とする磁
気センサ装置。 - 【請求項９】 請求項１に記載の磁気トンネリング接合
素子を用いた磁気メモリを装着したことを特徴とする磁
気メモリ装置。 - 【請求項１０】 基板上に、上部磁性層／絶縁層／下部
磁性層／下部電極層を有する積層体を形成し、前記絶縁
層を挟み前記上部磁性層と前記下部磁性層との間に流れ
る電流のコンダクタンスが前記上部磁性層の磁化と前記
下部磁性層の磁化との相対角度に依存する磁気トンネリ
ング効果を用いる磁気トンネリング接合素子の製造方法
において、 前記下部電極層の前記下部磁性層に対する面の表面粗さ
を０．５ｎｍ以下に形成することを特徴とする磁気トン
ネリング接合素子の製造方法。 - 【請求項１１】 前記下部電極層の前記下部磁性層に対
する面の表面粗さを０．３ｎｍ以下に形成するととも
に、磁気抵抗変化率を１０％以上とすることを特徴とす
る請求項１０に記載の磁気トンネリング接合素子の製造
方法。（ただし、 磁気抵抗変化率＝（Ｒmax −Ｒs ）／Ｒs ×１００％ Ｒmax ： 前記上部磁性層と前記下部磁性層との間の
抵抗値の最大値 Ｒs ： 前記下部磁性層の磁化容易軸方向に印加す
る磁界が２４ｋＡ／ｍの時の前記抵抗値。） - 【請求項１２】 前記下部電極層は、スパッタ法を用い
て成膜されるとともに、前記成膜条件は、基板温度が１
００℃以下およびガス圧が５Ｐａ以下であることを特徴
とする請求項１０に記載の磁気トンネリング接合素子の
製造方法。 - 【請求項１３】 前記下部電極層は、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ
およびＡｕの非磁性金属のうちの少なくともいずれか１
種を用いることを特徴とする請求項１０に記載の磁気ト
ンネリング接合素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10365596A JP2000188435A (ja) | 1998-12-22 | 1998-12-22 | 磁気トンネリング接合素子およびその製造方法、これを用いた磁気ヘッド、磁気センサ、磁気メモリならびに磁気記録再生装置、磁気センサ装置、磁気メモリ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10365596A JP2000188435A (ja) | 1998-12-22 | 1998-12-22 | 磁気トンネリング接合素子およびその製造方法、これを用いた磁気ヘッド、磁気センサ、磁気メモリならびに磁気記録再生装置、磁気センサ装置、磁気メモリ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000188435A true JP2000188435A (ja) | 2000-07-04 |
Family
ID=18484664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10365596A Pending JP2000188435A (ja) | 1998-12-22 | 1998-12-22 | 磁気トンネリング接合素子およびその製造方法、これを用いた磁気ヘッド、磁気センサ、磁気メモリならびに磁気記録再生装置、磁気センサ装置、磁気メモリ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000188435A (ja) |
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003092084A1 (fr) * | 2002-04-23 | 2003-11-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Element magnetoresistif, procede de fabrication associe, tete magnetique, memoire magnetique et dispositif d'enregistrement magnetique utilisant un tel element |
| US6826078B2 (en) | 2002-03-27 | 2004-11-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive effect element and magnetic memory having the same |
| US7031186B2 (en) | 2002-12-21 | 2006-04-18 | Hynix Semiconductor Inc. | Biosensor and sensing cell array using the same |
| US7042686B2 (en) | 2001-01-22 | 2006-05-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magnetoresistive element and method for producing the same |
| US7079361B2 (en) | 2001-04-24 | 2006-07-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magnetoresistive element and magnetoresistive magnetic head, magnetic recording apparatus and magnetoresistive memory device using the same |
| KR100609650B1 (ko) | 2004-01-14 | 2006-08-08 | 학교법인고려중앙학원 | 상지층을 포함하는 자기 저항 소자 |
| US7483245B2 (en) | 2000-09-11 | 2009-01-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistance effect element, and magnetic head and magnetic recording and/or reproducing system utilizing the magnetoresistance element |
| US7504266B2 (en) | 2003-03-03 | 2009-03-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Magnetic tunnel junction structures and methods of fabrication |
| US7897201B2 (en) | 2006-02-09 | 2011-03-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method for manufacturing magnetoresistance effect element |
| US8031443B2 (en) | 2007-03-27 | 2011-10-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magneto-resistance effect element, magnetic head, magnetic recording/reproducing device and method for manufacturing a magneto-resistance effect element |
| US8048492B2 (en) | 2005-12-21 | 2011-11-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive effect element and manufacturing method thereof |
| US8111489B2 (en) | 2006-07-07 | 2012-02-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magneto-resistance effect element |
| US8184408B2 (en) | 2008-01-30 | 2012-05-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive element and method of manufacturing the same |
| US8199443B2 (en) | 2007-03-27 | 2012-06-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magneto-resistance effect element, magnetic head, magnetic recording device and magnetic memory |
| US8228643B2 (en) | 2008-09-26 | 2012-07-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method for manufacturing a magneto-resistance effect element and magnetic recording and reproducing apparatus |
| US8274765B2 (en) | 2008-09-29 | 2012-09-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of manufacturing magnetoresistive element, magnetoresistive element, magnetic head assembly and magnetic recording apparatus |
| US8274766B2 (en) | 2006-04-28 | 2012-09-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic recording element including a thin film layer with changeable magnetization direction |
| US8331062B2 (en) | 2006-09-28 | 2012-12-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magneto-resistance effect element, magnetic head, magnetic recording/reproducing device and magnetic memory |
| US9028909B2 (en) | 2008-01-30 | 2015-05-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive element and method of manufacturing the same |
-
1998
- 1998-12-22 JP JP10365596A patent/JP2000188435A/ja active Pending
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| US7079361B2 (en) | 2001-04-24 | 2006-07-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magnetoresistive element and magnetoresistive magnetic head, magnetic recording apparatus and magnetoresistive memory device using the same |
| US7355824B2 (en) | 2002-03-27 | 2008-04-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive effect element and magnetic memory having the same |
| US6826078B2 (en) | 2002-03-27 | 2004-11-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive effect element and magnetic memory having the same |
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