JP2000251229A - 磁気センサ、その製造方法及び磁気ヘッド - Google Patents
磁気センサ、その製造方法及び磁気ヘッドInfo
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- JP2000251229A JP2000251229A JP11053020A JP5302099A JP2000251229A JP 2000251229 A JP2000251229 A JP 2000251229A JP 11053020 A JP11053020 A JP 11053020A JP 5302099 A JP5302099 A JP 5302099A JP 2000251229 A JP2000251229 A JP 2000251229A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 トンネル絶縁膜を厚くしても磁気抵抗変化率
の減少量が少ない磁気センサの製造方法を提供する。 【解決手段】 支持基板上に第１の磁性層を形成する。
純度９９．９９９％以上のアルミニウムターゲットをス
パッタリングして、第１の磁性層の上に、酸化アルミニ
ウムからなるトンネル絶縁層を形成する。トンネル絶縁
層の上に、第２の磁性層を形成する。
の減少量が少ない磁気センサの製造方法を提供する。 【解決手段】 支持基板上に第１の磁性層を形成する。
純度９９．９９９％以上のアルミニウムターゲットをス
パッタリングして、第１の磁性層の上に、酸化アルミニ
ウムからなるトンネル絶縁層を形成する。トンネル絶縁
層の上に、第２の磁性層を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気センサ及びそ
の製造方法に関し、特に強磁性トンネル接合を有する磁
気センサ及びその製造方法に関する。
の製造方法に関し、特に強磁性トンネル接合を有する磁
気センサ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属層／絶縁層／金属層がこの順番に積
層された積層構造において、絶縁層の厚さが十分薄い
（数Å〜数十Å程度）場合、両側の金属層間に電圧を印
加するとトンネル電流が流れる。このような接合をトン
ネル接合という。絶縁層として、通常、金属酸化膜が用
いられる。例えばアルミニウム層の表面層を自然酸化、
プラズマ酸化、または熱酸化等により酸化し、酸化アル
ミニウムの薄層を形成する。酸化条件を制御することに
より、この酸化アルミニウムの薄層の厚さを数Å〜数十
Å程度とすることができる。
層された積層構造において、絶縁層の厚さが十分薄い
（数Å〜数十Å程度）場合、両側の金属層間に電圧を印
加するとトンネル電流が流れる。このような接合をトン
ネル接合という。絶縁層として、通常、金属酸化膜が用
いられる。例えばアルミニウム層の表面層を自然酸化、
プラズマ酸化、または熱酸化等により酸化し、酸化アル
ミニウムの薄層を形成する。酸化条件を制御することに
より、この酸化アルミニウムの薄層の厚さを数Å〜数十
Å程度とすることができる。
【０００３】トンネル接合の両側の金属層を強磁性材料
で形成した接合は、強磁性トンネル接合と呼ばれる。強
磁性トンネル接合においては、トンネル確率（トンネル
抵抗）が両側の磁性層の磁化状態に依存する。このた
め、外部磁場を印加して磁性層の磁化状態を変化させる
ことにより、トンネル抵抗を制御することができる。言
い換えれば、トンネル抵抗の変化により、外部磁場の変
化を検出することができる。
で形成した接合は、強磁性トンネル接合と呼ばれる。強
磁性トンネル接合においては、トンネル確率（トンネル
抵抗）が両側の磁性層の磁化状態に依存する。このた
め、外部磁場を印加して磁性層の磁化状態を変化させる
ことにより、トンネル抵抗を制御することができる。言
い換えれば、トンネル抵抗の変化により、外部磁場の変
化を検出することができる。
【０００４】両磁性層間の磁化の相対角度をθとする
と、トンネル抵抗Ｒは、
と、トンネル抵抗Ｒは、
【０００５】
【数１】 Ｒ＝ＲS＋（１／２）ΔＲ（１−ｃｏｓθ） …（１） と表される。ここで、ＲSは相対角度θが０°、すなわ
ち両磁性層の磁化の方向が平行である場合のトンネル抵
抗であり、ΔＲは、両磁性層の磁化の方向が平行である
時と反平行である時のトンネル抵抗の差である。なお、
ΔＲは常に正である。
ち両磁性層の磁化の方向が平行である場合のトンネル抵
抗であり、ΔＲは、両磁性層の磁化の方向が平行である
時と反平行である時のトンネル抵抗の差である。なお、
ΔＲは常に正である。
【０００６】式（１）からわかるように、両磁性層の磁
化の方向が平行である時に、トンネル抵抗Ｒが最小にな
り、反平行である時に、トンネル抵抗Ｒが最大になる。
これは、強磁性体内の電子がスピン偏極していることに
起因する。電子は、通常上向きのスピン状態と下向きの
スピン状態のいずれかの状態をとる。上向きのスピン状
態の電子をアップスピン電子、下向きのスピン状態の電
子をダウンスピン電子と呼ぶ。
化の方向が平行である時に、トンネル抵抗Ｒが最小にな
り、反平行である時に、トンネル抵抗Ｒが最大になる。
これは、強磁性体内の電子がスピン偏極していることに
起因する。電子は、通常上向きのスピン状態と下向きの
スピン状態のいずれかの状態をとる。上向きのスピン状
態の電子をアップスピン電子、下向きのスピン状態の電
子をダウンスピン電子と呼ぶ。
【０００７】非磁性体においては、通常アップスピン電
子とダウンスピン電子の数が等しい。このため、全体と
して磁性を示さない。一方、強磁性体内においては、ア
ップスピン電子数とダウンスピン電子数とが異なる。こ
のため、全体として上向きまたは下向きの磁化を持つ。
子とダウンスピン電子の数が等しい。このため、全体と
して磁性を示さない。一方、強磁性体内においては、ア
ップスピン電子数とダウンスピン電子数とが異なる。こ
のため、全体として上向きまたは下向きの磁化を持つ。
【０００８】電子がトンネルする場合、各電子はスピン
状態を保ったままトンネルすることが知られている。ト
ンネル先の磁性層に、当該電子のスピン状態に対応した
空きエネルギ準位があればトンネル可能であるが、空き
エネルギ準位が無ければトンネルできない。
状態を保ったままトンネルすることが知られている。ト
ンネル先の磁性層に、当該電子のスピン状態に対応した
空きエネルギ準位があればトンネル可能であるが、空き
エネルギ準位が無ければトンネルできない。
【０００９】トンネル抵抗の変化率ΔＲ／ＲSは、電子
源の分極率とトンネル先の空きエネルギ準位の分極率と
の積で表され、
源の分極率とトンネル先の空きエネルギ準位の分極率と
の積で表され、
【００１０】
【数２】 ΔＲ／ＲS＝２Ｐ1Ｐ2／（１−Ｐ1Ｐ2） …（２） となる。ここで、Ｐ1は電子源の電子のスピン分極率を
表し、Ｐ2はトンネル先の磁性層の空き準位のスピン分
極率を表す。なお、Ｐ1及びＰ2は、
表し、Ｐ2はトンネル先の磁性層の空き準位のスピン分
極率を表す。なお、Ｐ1及びＰ2は、
【００１１】
【数３】 Ｐ1，Ｐ2＝２（Ｎup−Ｎdoun）／（Ｎup＋Ｎdoun） …（３） と表される。ここで、Ｎupはアップスピン電子数または
アップスピン電子に対する準位数を表し、Ｎdownはダウ
ンスピン電子数またはダウンスピン電子に対する準位数
を表す。
アップスピン電子に対する準位数を表し、Ｎdownはダウ
ンスピン電子数またはダウンスピン電子に対する準位数
を表す。
【００１２】分極率Ｐ1、Ｐ2は強磁性材料の種類に依存
し、分極率が５０％近い値を示すものもある。この場
合、異方性磁気抵抗効果や巨大磁気抵抗効果による抵抗
変化率よりも大きな数十％程度の抵抗変化率が期待でき
る。この抵抗変化率は、異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）
や巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）による抵抗変化率よりも
大きい。
し、分極率が５０％近い値を示すものもある。この場
合、異方性磁気抵抗効果や巨大磁気抵抗効果による抵抗
変化率よりも大きな数十％程度の抵抗変化率が期待でき
る。この抵抗変化率は、異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）
や巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）による抵抗変化率よりも
大きい。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】２つの磁性層の間に挟
まれたトンネル絶縁膜を薄くすると、ピンホール等の発
生により歩留まりが低下する。ところが、ピンホールの
発生を防止するためにトンネル絶縁膜を厚くすると、磁
気抵抗変化率が減少するという問題がある。
まれたトンネル絶縁膜を薄くすると、ピンホール等の発
生により歩留まりが低下する。ところが、ピンホールの
発生を防止するためにトンネル絶縁膜を厚くすると、磁
気抵抗変化率が減少するという問題がある。
【００１４】本発明の目的は、トンネル絶縁膜を厚くし
ても磁気抵抗変化率の減少量が少ない磁気センサ及びそ
の製造方法を提供することである。
ても磁気抵抗変化率の減少量が少ない磁気センサ及びそ
の製造方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、支持基板上に第１の磁性層を形成する工程と、純度
９９．９９９％以上のアルミニウムターゲットをスパッ
タリングして、前記第１の磁性層の上に、酸化アルミニ
ウムからなるトンネル絶縁層を形成する工程と、前記ト
ンネル絶縁層の上に、第２の磁性層を形成する工程とを
有する磁気センサの製造方法が提供される。
と、支持基板上に第１の磁性層を形成する工程と、純度
９９．９９９％以上のアルミニウムターゲットをスパッ
タリングして、前記第１の磁性層の上に、酸化アルミニ
ウムからなるトンネル絶縁層を形成する工程と、前記ト
ンネル絶縁層の上に、第２の磁性層を形成する工程とを
有する磁気センサの製造方法が提供される。
【００１６】本発明の他の方法によると、支持基板上に
形成された第１の磁性層と、前記第１の磁性層の上に形
成された酸化アルミニウムからなるトンネル絶縁層であ
って、スパッタチャンバ内のスパッタリング前の到達真
空度を圧力２×１０-4Ｐａ以下とし、純度９９．９９９
％以上のアルミニウムターゲットをスパッタリングして
堆積されたアルミニウム層を酸素プラズマ中で酸化して
得られる酸化アルミニウムの純度よりも高い純度の酸化
アルミニウムからなる前記トンネル絶縁層と、前記トン
ネル絶縁層の上に形成された第２の磁性層とを有する磁
気センサが提供される。
形成された第１の磁性層と、前記第１の磁性層の上に形
成された酸化アルミニウムからなるトンネル絶縁層であ
って、スパッタチャンバ内のスパッタリング前の到達真
空度を圧力２×１０-4Ｐａ以下とし、純度９９．９９９
％以上のアルミニウムターゲットをスパッタリングして
堆積されたアルミニウム層を酸素プラズマ中で酸化して
得られる酸化アルミニウムの純度よりも高い純度の酸化
アルミニウムからなる前記トンネル絶縁層と、前記トン
ネル絶縁層の上に形成された第２の磁性層とを有する磁
気センサが提供される。
【００１７】純度９９．９９９％以上のアルミニウムタ
ーゲットを用いると、トンネル絶縁膜を厚くした場合に
も比較的大きなＭＲ比を得ることができる。トンネル絶
縁膜を厚くすると、ピンホールの発生等による歩留まり
の低下を防止することができる。
ーゲットを用いると、トンネル絶縁膜を厚くした場合に
も比較的大きなＭＲ比を得ることができる。トンネル絶
縁膜を厚くすると、ピンホールの発生等による歩留まり
の低下を防止することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１（Ａ）は、実施例による磁気
センサの平面図を示す。Ｓｉ基板の表面上に、図の縦方
向に延在する下部磁性層１０が形成され、そのほぼ中央
部に、下部磁性層１０を覆うようにトンネル絶縁層を含
む中間層２０が形成されている。中間層２０が形成され
ている領域において、下部磁性層１０と交差するよう
に、図の横方向に延在する上部磁性層３０が形成されて
いる。各層は、例えばその層の形状に対応した開口を有
するメタルマスクを配したスパッタリングにより形成さ
れる。
センサの平面図を示す。Ｓｉ基板の表面上に、図の縦方
向に延在する下部磁性層１０が形成され、そのほぼ中央
部に、下部磁性層１０を覆うようにトンネル絶縁層を含
む中間層２０が形成されている。中間層２０が形成され
ている領域において、下部磁性層１０と交差するよう
に、図の横方向に延在する上部磁性層３０が形成されて
いる。各層は、例えばその層の形状に対応した開口を有
するメタルマスクを配したスパッタリングにより形成さ
れる。
【００１９】下部磁性層１０と上部磁性層３０との間に
は、電圧計３及び電流源２が接続されている。下部磁性
層１０と上部磁性層３０との間に電流を流し、両者間の
電圧を測定することにより、トンネル抵抗を求めること
ができる。
は、電圧計３及び電流源２が接続されている。下部磁性
層１０と上部磁性層３０との間に電流を流し、両者間の
電圧を測定することにより、トンネル抵抗を求めること
ができる。
【００２０】図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の一点鎖線Ｂ１
−Ｂ１における断面図を示す。Ｓｉ基板１の表面上に形
成された下部磁性層１０は、ＮｉＦｅ層１１とＣｏ層１
２との積層により構成されている。なお、本明細書にお
いて化合物の組成比を明記していない場合、その組成比
は１つに限定されない。例えば、ＮｉＦｅは、ＮｉとＦ
ｅの組成比が１：１である場合に限定されない。
−Ｂ１における断面図を示す。Ｓｉ基板１の表面上に形
成された下部磁性層１０は、ＮｉＦｅ層１１とＣｏ層１
２との積層により構成されている。なお、本明細書にお
いて化合物の組成比を明記していない場合、その組成比
は１つに限定されない。例えば、ＮｉＦｅは、ＮｉとＦ
ｅの組成比が１：１である場合に限定されない。
【００２１】ＮｉＦｅ層１１及びＣｏ層１２の堆積は、
基板面に平行、かつ下部磁性層１０の延在する方向に平
行な方向の磁場中で行う。ＮｉＦｅ層１１及びＣｏ層１
２の厚さは、例えばそれぞれ１７．１ｎｍ及び３．３ｎ
ｍである。
基板面に平行、かつ下部磁性層１０の延在する方向に平
行な方向の磁場中で行う。ＮｉＦｅ層１１及びＣｏ層１
２の厚さは、例えばそれぞれ１７．１ｎｍ及び３．３ｎ
ｍである。
【００２２】下部磁性層１０の上に形成されたトンネル
絶縁層２２はＡｌＯにより形成されている。中間層２０
は、例えば厚さ１．３〜３．５ｎｍのＡｌ層を堆積した
後、酸素プラズマ中でその表面を酸化することにより形
成される。酸化が不十分なとき、ＡｌＯ層の下にＡｌ層
２１が残ることも考えられる。
絶縁層２２はＡｌＯにより形成されている。中間層２０
は、例えば厚さ１．３〜３．５ｎｍのＡｌ層を堆積した
後、酸素プラズマ中でその表面を酸化することにより形
成される。酸化が不十分なとき、ＡｌＯ層の下にＡｌ層
２１が残ることも考えられる。
【００２３】このＡｌ層の堆積は、スパッタリングによ
り行う。用いるターゲット材料は、純度９９．９９９％
（５Ｎ）のアルミニウムである。また、スパッタリング
に先立って、スパッタチャンバ内を圧力２×１０-4Ｐａ
以下まで真空排気する。酸素プラズマ中での酸化時間
は、約４０秒である。
り行う。用いるターゲット材料は、純度９９．９９９％
（５Ｎ）のアルミニウムである。また、スパッタリング
に先立って、スパッタチャンバ内を圧力２×１０-4Ｐａ
以下まで真空排気する。酸素プラズマ中での酸化時間
は、約４０秒である。
【００２４】中間層２０の上に形成された上部磁性層３
０は、厚さ３．３ｎｍのＣｏ層３１、厚さ１７．１ｎｍ
のＮｉＦｅ層３２、厚さ４５ｎｍのＦｅＭｎ層３３、及
び厚さ１０ｎｍのＮｉＦｅ層３４の積層により構成され
ている。上部磁性層３０の各層の堆積は、基板面に平
行、かつ下部磁性層１０の延在する方向に直交する方向
の磁場中で行う。上部磁性層３０の各層が、図１（Ｂ）
の紙面に垂直な方向に磁化される。
０は、厚さ３．３ｎｍのＣｏ層３１、厚さ１７．１ｎｍ
のＮｉＦｅ層３２、厚さ４５ｎｍのＦｅＭｎ層３３、及
び厚さ１０ｎｍのＮｉＦｅ層３４の積層により構成され
ている。上部磁性層３０の各層の堆積は、基板面に平
行、かつ下部磁性層１０の延在する方向に直交する方向
の磁場中で行う。上部磁性層３０の各層が、図１（Ｂ）
の紙面に垂直な方向に磁化される。
【００２５】Ｃｏの分極率は、ＮｉＦｅの分極率よりも
大きい。このため、ＮｉＦｅ層１１と中間層２０との
間、及びＮｉＦｅ層３２と中間層２０との間に、それぞ
れＣｏ層１２及びＣｏ層３１を挿入することにより、式
（２）に示すトンネル抵抗の変化率ΔＲ／ＲSを大きく
することができる。ＦｅＭｎ層３３上のＮｉＦｅ層３４
は、ＦｅＭｎ層３３の酸化を防止する。
大きい。このため、ＮｉＦｅ層１１と中間層２０との
間、及びＮｉＦｅ層３２と中間層２０との間に、それぞ
れＣｏ層１２及びＣｏ層３１を挿入することにより、式
（２）に示すトンネル抵抗の変化率ΔＲ／ＲSを大きく
することができる。ＦｅＭｎ層３３上のＮｉＦｅ層３４
は、ＦｅＭｎ層３３の酸化を防止する。
【００２６】ＮｉＦｅは強磁性体であり、ＦｅＭｎは反
強磁性体である。上部磁性層３０のＦｅＭｎ層３３とＮ
ｉＦｅ層３２とが磁気的に交換相互作用を及ぼし合い、
強磁性体であるＮｉＦｅ層３２の磁化方向が外部磁場の
方向に依らず固定される。同様に、上部磁性層３０のＣ
ｏ層３１の磁化方向も固定される。これに対し、下部磁
性層１０のＮｉＦｅ層１１及びＣｏ層１２の磁化方向
は、外部磁場の影響を受けて変化する。
強磁性体である。上部磁性層３０のＦｅＭｎ層３３とＮ
ｉＦｅ層３２とが磁気的に交換相互作用を及ぼし合い、
強磁性体であるＮｉＦｅ層３２の磁化方向が外部磁場の
方向に依らず固定される。同様に、上部磁性層３０のＣ
ｏ層３１の磁化方向も固定される。これに対し、下部磁
性層１０のＮｉＦｅ層１１及びＣｏ層１２の磁化方向
は、外部磁場の影響を受けて変化する。
【００２７】従って、下部磁性層１０に外部から磁場を
印加すると、下部Ｃｏ層１２と上部Ｃｏ層３１との間の
磁化の相対角度が変化する。両者の磁化の相対角度が変
化すると、式（１）で示したように、トンネル抵抗が変
化する。このトンネル抵抗を電圧計３で測定することに
より、外部磁場の変化を検出することができる。
印加すると、下部Ｃｏ層１２と上部Ｃｏ層３１との間の
磁化の相対角度が変化する。両者の磁化の相対角度が変
化すると、式（１）で示したように、トンネル抵抗が変
化する。このトンネル抵抗を電圧計３で測定することに
より、外部磁場の変化を検出することができる。
【００２８】図２は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す
磁気センサのトンネル抵抗変化率の磁場依存性を示す。
横軸は外部磁場を単位Ｏｅで表し、縦軸はトンネル抵抗
変化率を単位％で表す。なお、外部磁場の符号は、その
向きが上部磁性層３０の磁化方向と反対のときを正とす
る。図１（Ｂ）の紙面に垂直な方向の磁場を印加して下
部ＮｉＦｅ層１１及び下部Ｃｏ層１２の磁化方向を回転
させ、上部Ｃｏ層３１の磁化の向きと平行また反平行と
する。両者が平行の時、トンネル抵抗が最小値を示し、
反平行のとき最大値を示す。ＭＲ比は、
磁気センサのトンネル抵抗変化率の磁場依存性を示す。
横軸は外部磁場を単位Ｏｅで表し、縦軸はトンネル抵抗
変化率を単位％で表す。なお、外部磁場の符号は、その
向きが上部磁性層３０の磁化方向と反対のときを正とす
る。図１（Ｂ）の紙面に垂直な方向の磁場を印加して下
部ＮｉＦｅ層１１及び下部Ｃｏ層１２の磁化方向を回転
させ、上部Ｃｏ層３１の磁化の向きと平行また反平行と
する。両者が平行の時、トンネル抵抗が最小値を示し、
反平行のとき最大値を示す。ＭＲ比は、
【００２９】
【数４】 ＭＲ比＝（（ρMAX−ρMIN）／ρMIN）×１００ …（４） で定義される。ここで、ρMAX及びρMINは、それぞれト
ンネル抵抗率の最大値及び最小値を表す。
ンネル抵抗率の最大値及び最小値を表す。
【００３０】なお、２本の曲線が現れているのは、磁場
を−１００Ｏｅから＋１００Ｏｅまで変化させる場合
と、＋１００Ｏｅから−１００Ｏｅまで変化させる場合
とでＭＲ比の変化の様子が異なっているためである。外
部磁場が−１０Ｏｅ以下のとき、上部Ｃｏ層３１と下部
Ｃｏ層１２との磁化方向が平行になっているため、トン
ネル抵抗はρMINに等しく、磁気抵抗変化率はほぼ０％
である。磁場を−１０Ｏｅ以上にすると、下部Ｃｏ層１
２の磁化の向きが変化し始め、磁気抵抗変化率が上昇す
る。外部磁場が約＋１５Ｏｅになると、上下のＣｏ層の
磁化の向きが反平行になり、トンネル抵抗が最大とな
る。このとき磁気抵抗変化率は約２０％になる。すなわ
ち、ＭＲ比は約２０％である。
を−１００Ｏｅから＋１００Ｏｅまで変化させる場合
と、＋１００Ｏｅから−１００Ｏｅまで変化させる場合
とでＭＲ比の変化の様子が異なっているためである。外
部磁場が−１０Ｏｅ以下のとき、上部Ｃｏ層３１と下部
Ｃｏ層１２との磁化方向が平行になっているため、トン
ネル抵抗はρMINに等しく、磁気抵抗変化率はほぼ０％
である。磁場を−１０Ｏｅ以上にすると、下部Ｃｏ層１
２の磁化の向きが変化し始め、磁気抵抗変化率が上昇す
る。外部磁場が約＋１５Ｏｅになると、上下のＣｏ層の
磁化の向きが反平行になり、トンネル抵抗が最大とな
る。このとき磁気抵抗変化率は約２０％になる。すなわ
ち、ＭＲ比は約２０％である。
【００３１】外部磁場が＋６０Ｏｅを超えると、上部Ｃ
ｏ層３１の磁化の向きも外部磁場の向きに揃うため、上
下のＣｏ層の磁化の向きが平行になる。このため、トン
ネル抵抗がほぼ最小値を示し、磁気抵抗変化率がほぼ０
％になる。
ｏ層３１の磁化の向きも外部磁場の向きに揃うため、上
下のＣｏ層の磁化の向きが平行になる。このため、トン
ネル抵抗がほぼ最小値を示し、磁気抵抗変化率がほぼ０
％になる。
【００３２】外部磁場を＋１００Ｏｅから徐々に低下さ
せる場合には、外部磁場が約＋３５Ｏｅ以下になると、
上部Ｃｏ層３１内の磁化の向きがＦｅＭｎ層３３の初期
磁化方向に揃い、トンネル抵抗が最大値を示す。外部磁
場が約−１０Ｏｅになると、上下のＣｏ層内の磁化の向
きが揃い、トンネル抵抗が最小になる。
せる場合には、外部磁場が約＋３５Ｏｅ以下になると、
上部Ｃｏ層３１内の磁化の向きがＦｅＭｎ層３３の初期
磁化方向に揃い、トンネル抵抗が最大値を示す。外部磁
場が約−１０Ｏｅになると、上下のＣｏ層内の磁化の向
きが揃い、トンネル抵抗が最小になる。
【００３３】図３（Ａ）は、上記実施例による方法で作
製した磁気センサのＭＲ比の、Ａｌ膜厚依存性を示す。
横軸は、酸化前のＡｌ膜の膜厚を単位ｎｍで表し、縦軸
は、ＭＲ比を単位％で表す。図中の黒丸記号が、実施例
による磁気センサのＭＲ比を示す。なお、比較例による
方法で作製した磁気センサのＭＲ比を白丸記号で示す。
比較例では、Ａｌ膜の形成に用いるターゲット材とし
て、純度９９．９９％（４Ｎ）のものを使用した。
製した磁気センサのＭＲ比の、Ａｌ膜厚依存性を示す。
横軸は、酸化前のＡｌ膜の膜厚を単位ｎｍで表し、縦軸
は、ＭＲ比を単位％で表す。図中の黒丸記号が、実施例
による磁気センサのＭＲ比を示す。なお、比較例による
方法で作製した磁気センサのＭＲ比を白丸記号で示す。
比較例では、Ａｌ膜の形成に用いるターゲット材とし
て、純度９９．９９％（４Ｎ）のものを使用した。
【００３４】比較例による方法で作製した磁気センサの
ＭＲ比は、Ａｌ膜の膜厚が１．７ｎｍ以上の領域で低く
なっている。これに対し、実施例による方法で作製した
磁気センサの場合には、Ａｌ膜の膜厚が１．７ｎｍ以上
になっても、そのＭＲ比は比較的高く維持されている。
また、実施例による方法で作製した磁気センサは、比較
例による方法で作製した磁気センサに比べて、ＭＲ比の
ばらつきが少なくなっていることがわかる。
ＭＲ比は、Ａｌ膜の膜厚が１．７ｎｍ以上の領域で低く
なっている。これに対し、実施例による方法で作製した
磁気センサの場合には、Ａｌ膜の膜厚が１．７ｎｍ以上
になっても、そのＭＲ比は比較的高く維持されている。
また、実施例による方法で作製した磁気センサは、比較
例による方法で作製した磁気センサに比べて、ＭＲ比の
ばらつきが少なくなっていることがわかる。
【００３５】Ａｌ膜の形成に用いるＡｌターゲット材の
純度を９９．９９９％以上とすることにより、Ａｌ膜を
厚くしても比較的高いＭＲ比を得ることができる。特
に、Ａｌ膜の膜厚を１．７〜３．５ｎｍとする場合に、
高い効果が期待できる。このとき、Ａｌ膜を酸化した後
のＡｌ膜とＡｌＯ膜との合計の厚さは約８ｎｍになると
考えられる。
純度を９９．９９９％以上とすることにより、Ａｌ膜を
厚くしても比較的高いＭＲ比を得ることができる。特
に、Ａｌ膜の膜厚を１．７〜３．５ｎｍとする場合に、
高い効果が期待できる。このとき、Ａｌ膜を酸化した後
のＡｌ膜とＡｌＯ膜との合計の厚さは約８ｎｍになると
考えられる。
【００３６】図３（Ｂ）は、Ａｌ膜形成時のスパッタリ
ング前の、スパッタチャンバ内の到達真空度を変化させ
た場合のＭＲ比の変化の様子を示す。なお、Ａｌ膜の膜
厚は３．５ｎｍとした。到達真空度が低くなる（圧力が
高くなる）と、ＭＲ比が減少している。これは、チャン
バ内に残留する水分の影響により、トンネル絶縁膜の膜
質が劣化するためと思われる。高いＭＲ比を得るために
は、到達圧力を２×１０-4Ｐａ以下とすることが好まし
い。
ング前の、スパッタチャンバ内の到達真空度を変化させ
た場合のＭＲ比の変化の様子を示す。なお、Ａｌ膜の膜
厚は３．５ｎｍとした。到達真空度が低くなる（圧力が
高くなる）と、ＭＲ比が減少している。これは、チャン
バ内に残留する水分の影響により、トンネル絶縁膜の膜
質が劣化するためと思われる。高いＭＲ比を得るために
は、到達圧力を２×１０-4Ｐａ以下とすることが好まし
い。
【００３７】図４（Ａ）は、上記実施例による磁気セン
サを用いたハードディスク装置用磁気ヘッドの上面図を
示し、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の磁気ヘッドを矢印Ａ
Ｒの方向から見た正面図（磁気ディスクに対向する面）
を示す。以下、図４（Ａ）及び４（Ｂ）を参照しなが
ら、磁気ヘッドの構成及び動作を説明する。
サを用いたハードディスク装置用磁気ヘッドの上面図を
示し、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の磁気ヘッドを矢印Ａ
Ｒの方向から見た正面図（磁気ディスクに対向する面）
を示す。以下、図４（Ａ）及び４（Ｂ）を参照しなが
ら、磁気ヘッドの構成及び動作を説明する。
【００３８】支持基板７０の上にＮｉＦｅまたはＦｅＮ
等からなる下部シールド層５０が形成されている。支持
基板７０は、Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ下地基板の上にアルミナ
（Ａｌ2Ｏ3）層を形成したものである。下地シールド層
５０の上にＡｌ2Ｏ3からなる下部ギャップ層５１が形成
されている。下部ギャップ層５１の一部の領域上に、下
部磁性層５２が形成されている。下部磁性層５２の幅Ｗ
Ｌは、例えば０．８μｍである。下部磁性層５２の両側
に、その端面に接するように、それぞれＣｏＣｒＰｔ層
５３Ａ及び５３Ｂが形成されている。ＣｏＣｒＰｔ層５
３Ａ及び５３Ｂは、下部磁性層５２に電気的に接続され
ている。
等からなる下部シールド層５０が形成されている。支持
基板７０は、Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ下地基板の上にアルミナ
（Ａｌ2Ｏ3）層を形成したものである。下地シールド層
５０の上にＡｌ2Ｏ3からなる下部ギャップ層５１が形成
されている。下部ギャップ層５１の一部の領域上に、下
部磁性層５２が形成されている。下部磁性層５２の幅Ｗ
Ｌは、例えば０．８μｍである。下部磁性層５２の両側
に、その端面に接するように、それぞれＣｏＣｒＰｔ層
５３Ａ及び５３Ｂが形成されている。ＣｏＣｒＰｔ層５
３Ａ及び５３Ｂは、下部磁性層５２に電気的に接続され
ている。
【００３９】ＣｏＣｒＰｔ層５３Ａ及び５３Ｂの上に、
それぞれＴａ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｗ等からなる電極５４Ａ及
び５４Ｂが形成されている。電極５４Ａ及び５４Ｂは、
それぞれＣｏＣｒＰｔ層５３Ａ及び５３Ｂに電気的に接
続されている。ＣｏＣｒＰｔ層５３Ａ及び５３Ｂは着磁
されており、下部磁性層５２を単磁区化して磁壁の突発
的な変化を抑制し、動作の不安定性を解消する。下部磁
性層５２、電極５４Ａ及び５４Ｂを覆うように、中間層
５５が形成されている。
それぞれＴａ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｗ等からなる電極５４Ａ及
び５４Ｂが形成されている。電極５４Ａ及び５４Ｂは、
それぞれＣｏＣｒＰｔ層５３Ａ及び５３Ｂに電気的に接
続されている。ＣｏＣｒＰｔ層５３Ａ及び５３Ｂは着磁
されており、下部磁性層５２を単磁区化して磁壁の突発
的な変化を抑制し、動作の不安定性を解消する。下部磁
性層５２、電極５４Ａ及び５４Ｂを覆うように、中間層
５５が形成されている。
【００４０】中間層５５の上面のうち下部磁性層５２に
対応する領域上に上部磁性層５６が形成され、その上に
Ｔａ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｗ等からなる上部電極５７が形成さ
れている。上部磁性層５６の幅ＷＨは、例えば０．５μ
ｍである。上部電極５７及びトンネル絶縁層５５を覆う
ように、Ａｌ2Ｏ3からなる上部ギャップ層５８が形成さ
れ、その上にＮｉＦｅ等からなる上部シールド層５９が
形成されている。下部磁性層５２、中間層５５、及び上
部磁性層５６により上述の実施例による磁気センサが形
成される。
対応する領域上に上部磁性層５６が形成され、その上に
Ｔａ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｗ等からなる上部電極５７が形成さ
れている。上部磁性層５６の幅ＷＨは、例えば０．５μ
ｍである。上部電極５７及びトンネル絶縁層５５を覆う
ように、Ａｌ2Ｏ3からなる上部ギャップ層５８が形成さ
れ、その上にＮｉＦｅ等からなる上部シールド層５９が
形成されている。下部磁性層５２、中間層５５、及び上
部磁性層５６により上述の実施例による磁気センサが形
成される。
【００４１】図４（Ａ）に示すように、磁気ディスク６
０が図４（Ｂ）に示す端面に対向する。磁気ディスク６
０は、図４（Ｂ）に示す端面との間隙を維持したまま下
部磁性層５２の上面または下面の法線方向（図４（Ｂ）
の縦方向）に移動する。磁気ディスク６０の磁化状態に
より、下部磁性層５２内に発生する磁場の向き及び大き
さが変化する。
０が図４（Ｂ）に示す端面に対向する。磁気ディスク６
０は、図４（Ｂ）に示す端面との間隙を維持したまま下
部磁性層５２の上面または下面の法線方向（図４（Ｂ）
の縦方向）に移動する。磁気ディスク６０の磁化状態に
より、下部磁性層５２内に発生する磁場の向き及び大き
さが変化する。
【００４２】磁化情報の読出時には、左側の下部電極５
４Ａと上部電極５７との間に一定の電流を流しておき、
両電極間の電圧を検出する。また、右側の下部電極５４
Ｂと上部電極５７との間に一定の電流を流しておき、左
側の下部電極５４Ａと上部電極５７との間の電圧を検出
してもよい。また、その逆としてもよい。
４Ａと上部電極５７との間に一定の電流を流しておき、
両電極間の電圧を検出する。また、右側の下部電極５４
Ｂと上部電極５７との間に一定の電流を流しておき、左
側の下部電極５４Ａと上部電極５７との間の電圧を検出
してもよい。また、その逆としてもよい。
【００４３】上記実施例では、強磁性材料としてＣｏ、
ＦｅＮｉ、反強磁性材料としてＦｅＭｎを用いた場合を
説明したが、その他の材料を用いてもよい。また、図４
では、実施例による磁気センサを磁気ディスク用磁気ヘ
ッドに適用した場合を説明したが、上記実施例による磁
気センサは、その他の装置に適用することも可能であ
る。例えば、ロータリエンコーダの磁気センサとして用
いることも可能である。
ＦｅＮｉ、反強磁性材料としてＦｅＭｎを用いた場合を
説明したが、その他の材料を用いてもよい。また、図４
では、実施例による磁気センサを磁気ディスク用磁気ヘ
ッドに適用した場合を説明したが、上記実施例による磁
気センサは、その他の装置に適用することも可能であ
る。例えば、ロータリエンコーダの磁気センサとして用
いることも可能である。
【００４４】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【００４５】
【発明の効果】強磁性トンネル接合のトンネル絶縁膜形
成のためのＡｌ膜を成膜する際に、純度の高いＡｌター
ゲット材を用いることにより、トンネル絶縁膜を厚くし
ても、ＭＲ比を比較的高く維持することができる。トン
ネル絶縁膜を厚くすることにより、ピンホール等による
歩留まり低下を防止することができる。
成のためのＡｌ膜を成膜する際に、純度の高いＡｌター
ゲット材を用いることにより、トンネル絶縁膜を厚くし
ても、ＭＲ比を比較的高く維持することができる。トン
ネル絶縁膜を厚くすることにより、ピンホール等による
歩留まり低下を防止することができる。
【図１】本発明の実施例による磁気センサの平面図及び
断面図である。
断面図である。
【図２】実施例による磁気センサの磁気抵抗変化率の外
部磁場依存性を示すグラフである。
部磁場依存性を示すグラフである。
【図３】トンネル絶縁膜を形成するためのＡｌ膜の膜厚
と磁気センサのＭＲ比との関係を示すグラフ、及びＡｌ
膜のスパッタリングによる成膜前のスパッタチャンバ内
の到達真空度と磁気センサのＭＲ比との関係を示すグラ
フである。
と磁気センサのＭＲ比との関係を示すグラフ、及びＡｌ
膜のスパッタリングによる成膜前のスパッタチャンバ内
の到達真空度と磁気センサのＭＲ比との関係を示すグラ
フである。
【図４】実施例による磁気センサの製造方法を用いた磁
気ヘッドの平面図及び正面図である。
気ヘッドの平面図及び正面図である。
１ 支持基板 ２ 電流源 ３ 電圧計 １０ 下部磁性層 １１ 下部ＮｉＦｅ層 １２ 下部Ｃｏ層 ２０ 中間層 ２１ Ａｌ層 ２２ ＡｌＯ層 ３０ 上部磁性層 ３１ 上部Ｃｏ層 ３２ 上部ＮｉＦｅ層 ３３ ＦｅＭｎ層 ３４ ＮｉＦｅ層 ５０ 下部シールド層 ５１ 下部ギャップ層 ５２ 下部磁性層 ５３Ａ、５３Ｂ ＣｏＣｒＰｔ層 ５４Ａ、５４Ｂ 下部電極 ５５ 中間層 ５６ 上部磁性層 ５７ 上部電極 ５８ 上部ギャップ層 ５９ 上部シールド層 ６０ 磁気ディスク ７０ 支持基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 雅重 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AD55 AD59 AD63 AD65 5D034 BA03 BA15 DA04 DA07
Claims (8)
- 【請求項１】 支持基板上に第１の磁性層を形成する工
程と、 純度９９．９９９％以上のアルミニウムターゲットをス
パッタリングして、前記第１の磁性層の上に、酸化アル
ミニウムからなるトンネル絶縁層を形成する工程と、 前記トンネル絶縁層の上に、第２の磁性層を形成する工
程とを有する磁気センサの製造方法。 - 【請求項２】 前記トンネル絶縁層を形成する工程が、 純度９９．９９９％以上のアルミニウムターゲットをス
パッタリングしてアルミニウム層を形成する工程と、 前記アルミニウム層を酸化する工程とを含む請求項１に
記載の磁気センサの製造方法。 - 【請求項３】 前記アルミニウム層を形成する工程にお
いて堆積するアルミニウム層の膜厚が１．７〜３．５ｎ
ｍである請求項２に記載の磁気センサの製造方法。 - 【請求項４】 前記アルミニウムターゲットをスパッタ
リングする前に、さらに、スパッタリングを行うチャン
バ内を、圧力２×１０-4Ｐａ以下の圧力まで真空排気す
る工程を含む請求項１〜３のいずれかに記載の磁気セン
サの製造方法。 - 【請求項５】 前記第１及び第２の磁性層のうち一方の
磁性層内の磁化方向が外部磁場によって自由に変化し、
他方の磁性層内の磁化方向は、外部磁場の大きさがある
値よりも小さいときには、外部磁場の影響を受けず固定
されている請求項１〜４のいずれかに記載の磁気センサ
の製造方法。 - 【請求項６】 支持基板上に形成された第１の磁性層
と、 前記第１の磁性層の上に形成された酸化アルミニウムか
らなるトンネル絶縁層であって、スパッタチャンバ内の
スパッタリング前の到達真空度を圧力２×１０ -4Ｐａ以
下とし、純度９９．９９９％以上のアルミニウムターゲ
ットをスパッタリングして堆積されたアルミニウム層を
酸素プラズマ中で酸化して得られる酸化アルミニウムの
純度よりも高い純度の酸化アルミニウムからなる前記ト
ンネル絶縁層と、 前記トンネル絶縁層の上に形成された第２の磁性層とを
有する磁気センサ。 - 【請求項７】 さらに、前記第１の磁性層と第２の磁性
層との間のトンネル抵抗の変化を検出する検出手段を有
する請求項６に記載の磁気センサ。 - 【請求項８】 請求項６または７に記載の磁気センサを
用いた磁気ヘッド。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11053020A JP2000251229A (ja) | 1999-03-01 | 1999-03-01 | 磁気センサ、その製造方法及び磁気ヘッド |
| CNB2004100058314A CN1267895C (zh) | 1999-03-01 | 2000-01-25 | 磁检测器及其制造方法，铁磁隧道结器件及其制造方法，以及使用它的磁头 |
| CNB008004595A CN1165777C (zh) | 1999-03-01 | 2000-01-25 | 磁检测器及其制造方法,以及使用它的磁头 |
| PCT/JP2000/000351 WO2000052489A1 (fr) | 1999-03-01 | 2000-01-25 | Capteur magnetique et son procede de fabrication, dispositif de liaison a tunnel ferromagnetique et son procede de fabrication, tete magnetique comportant ces organes |
| KR1020007012085A KR100722334B1 (ko) | 1999-03-01 | 2000-01-25 | 자기 센서 및 강자성 터널 접합 소자 |
| DE10080670T DE10080670T1 (de) | 1999-03-01 | 2000-01-25 | Magnetsensor und Herstellungsverfahren dafür, ferromagnetisches Tunnelübergangselement und Magnetkopf |
| US09/704,010 US6741434B1 (en) | 1999-03-01 | 2000-11-01 | Magnetic sensor and production method thereof, ferromagnetic tunnel junction element, and magnetic head |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11053020A JP2000251229A (ja) | 1999-03-01 | 1999-03-01 | 磁気センサ、その製造方法及び磁気ヘッド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000251229A true JP2000251229A (ja) | 2000-09-14 |
Family
ID=12931228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11053020A Pending JP2000251229A (ja) | 1999-03-01 | 1999-03-01 | 磁気センサ、その製造方法及び磁気ヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000251229A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002190632A (ja) * | 2000-12-20 | 2002-07-05 | Yamaha Corp | 酸化膜形成法と磁気トンネル接合素子の製法 |
| JP2003008101A (ja) * | 2001-06-20 | 2003-01-10 | Ricoh Co Ltd | トンネル磁気抵抗効果素子及びこの素子を用いた方位検知システム |
| US6914257B2 (en) | 2001-04-16 | 2005-07-05 | Nec Corporation | Magnetoresistive device and method of producing the same |
-
1999
- 1999-03-01 JP JP11053020A patent/JP2000251229A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002190632A (ja) * | 2000-12-20 | 2002-07-05 | Yamaha Corp | 酸化膜形成法と磁気トンネル接合素子の製法 |
| US6764960B2 (en) | 2000-12-20 | 2004-07-20 | Yamaha Corp. | Manufacture of composite oxide film and magnetic tunneling junction element having thin composite oxide film |
| US6914257B2 (en) | 2001-04-16 | 2005-07-05 | Nec Corporation | Magnetoresistive device and method of producing the same |
| JP2003008101A (ja) * | 2001-06-20 | 2003-01-10 | Ricoh Co Ltd | トンネル磁気抵抗効果素子及びこの素子を用いた方位検知システム |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040324 |
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|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060829 |