JP2001236613A - 磁気センサ及びその製造方法 - Google Patents
磁気センサ及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁気センサに関し、絶縁層として酸化アルミ
ニウム層よりも絶縁障壁が低い窒化アルミニウム層を用
い、しかも、酸化アルミニウム層を用いた強磁性トンネ
ル接合と同程度のＭＲ比をもち、抵抗値が低い強磁性ト
ンネル接合をもつ磁気センサを実現しようとする。 【解決手段】 磁性層／絶縁層／磁性層の層構造をもつ
強磁性トンネル接合を含む磁気センサに於いて、前記絶
縁層の材料としてアルミニウム層にプラズマ窒化法或い
は自然窒化法を適用して生成した窒化アルミニウム層を
用いたことを特徴とする。
ニウム層よりも絶縁障壁が低い窒化アルミニウム層を用
い、しかも、酸化アルミニウム層を用いた強磁性トンネ
ル接合と同程度のＭＲ比をもち、抵抗値が低い強磁性ト
ンネル接合をもつ磁気センサを実現しようとする。 【解決手段】 磁性層／絶縁層／磁性層の層構造をもつ
強磁性トンネル接合を含む磁気センサに於いて、前記絶
縁層の材料としてアルミニウム層にプラズマ窒化法或い
は自然窒化法を適用して生成した窒化アルミニウム層を
用いたことを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスクの再
生ヘッド或いはエンコーダなどに用いられる磁気センサ
及びその製造方法の改良に関わり、特に、磁界に応じて
電気抵抗が変化する磁気抵抗効果素子として知られる強
磁性トンネル接合素子からなる磁気センサ及びその製造
方法に関する。
生ヘッド或いはエンコーダなどに用いられる磁気センサ
及びその製造方法の改良に関わり、特に、磁界に応じて
電気抵抗が変化する磁気抵抗効果素子として知られる強
磁性トンネル接合素子からなる磁気センサ及びその製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、「金属層／絶縁体層／金属層」
からなる積層構造をもつ接合に於いては、上下両面の金
属層間に電圧を印加した場合、絶縁体層が充分に薄けれ
ば僅かな電流が流れる。
からなる積層構造をもつ接合に於いては、上下両面の金
属層間に電圧を印加した場合、絶縁体層が充分に薄けれ
ば僅かな電流が流れる。
【０００３】通常、絶縁体は電流を通さないが、充分に
薄い場合、量子力学的効果に依って僅かに電子が透過す
る確率をもつ為に電流が流れるものであり、この場合の
電流を「トンネル電流」と呼び、そして、この構造をも
つ接合を「トンネル接合」と呼んでいる。
薄い場合、量子力学的効果に依って僅かに電子が透過す
る確率をもつ為に電流が流れるものであり、この場合の
電流を「トンネル電流」と呼び、そして、この構造をも
つ接合を「トンネル接合」と呼んでいる。
【０００４】ここで、絶縁体としては、上下両面の金属
層に生成された酸化層を絶縁障壁として用いることが多
く、例えば、アルミニウム（Ａｌ）層の表面に自然酸
化、プラズマ酸化、熱酸化などの手段で酸化させて得ら
れる酸化層を利用する。
層に生成された酸化層を絶縁障壁として用いることが多
く、例えば、アルミニウム（Ａｌ）層の表面に自然酸
化、プラズマ酸化、熱酸化などの手段で酸化させて得ら
れる酸化層を利用する。
【０００５】前記酸化層は、酸化条件を適切に設定する
ことで、充分に薄くすることが可能であり、この酸化
層、即ち、酸化アルミニウム層は絶縁物であるから、ト
ンネル接合の障壁層として用いることができる。
ことで、充分に薄くすることが可能であり、この酸化
層、即ち、酸化アルミニウム層は絶縁物であるから、ト
ンネル接合の障壁層として用いることができる。
【０００６】このようなトンネル接合の特徴としては、
印加電圧に対する電流が、通常の抵抗と異なって、非線
形性をもつことから、その非線形性を必要とする分野の
素子として用いられてきた。
印加電圧に対する電流が、通常の抵抗と異なって、非線
形性をもつことから、その非線形性を必要とする分野の
素子として用いられてきた。
【０００７】前記トンネル接合に於ける上下両面の金属
層を強磁性金属層に置き換えた接合を強磁性トンネル接
合と呼ばれ、その強磁性トンネル接合に於けるトンネル
確率（トンネル抵抗）は、上下両面の強磁性金属層の磁
化状態に依存することが知られている。
層を強磁性金属層に置き換えた接合を強磁性トンネル接
合と呼ばれ、その強磁性トンネル接合に於けるトンネル
確率（トンネル抵抗）は、上下両面の強磁性金属層の磁
化状態に依存することが知られている。
【０００８】これを換言すると、磁場の如何に依ってト
ンネル抵抗を制御できることに他ならない。ここで、磁
化の相対角度をθとすると、トンネル抵抗Ｒは Ｒ＝ＲS ＋０．５ΔＲ（１−ｃｏｓθ） ・・・・（１） Ｒｓ：飽和磁場を印加した場合の抵抗 ΔＲ：最大磁場を印加した場合の抵抗変化量 で表される。
ンネル抵抗を制御できることに他ならない。ここで、磁
化の相対角度をθとすると、トンネル抵抗Ｒは Ｒ＝ＲS ＋０．５ΔＲ（１−ｃｏｓθ） ・・・・（１） Ｒｓ：飽和磁場を印加した場合の抵抗 ΔＲ：最大磁場を印加した場合の抵抗変化量 で表される。
【０００９】従って、上下両面の強磁性金属層に於ける
磁化の角度が揃っている場合（θ＝０）であればトンネ
ル抵抗Ｒは小さく（Ｒ＝ＲS ）、両強磁性金属層に於け
る磁化の向きが反対（θ＝１８０°）であればトンネル
抵抗Ｒは大きくなる（Ｒ＝Ｒ S ＋ΔＲ）。
磁化の角度が揃っている場合（θ＝０）であればトンネ
ル抵抗Ｒは小さく（Ｒ＝ＲS ）、両強磁性金属層に於け
る磁化の向きが反対（θ＝１８０°）であればトンネル
抵抗Ｒは大きくなる（Ｒ＝Ｒ S ＋ΔＲ）。
【００１０】これは、強磁性金属層内部の電子が分極し
ていることに起因する。即ち、電子は、通常、上向きの
スピン状態のもの（ｕｐ電子）と下向きのスピン状態の
もの（ｄｏｗｎ電子）とが存在するが、通常の非磁性金
属層内部の電子は、ｕｐ電子とｄｏｗｎ電子の両電子が
同数だけ存在する為、全体として磁性をもたない。
ていることに起因する。即ち、電子は、通常、上向きの
スピン状態のもの（ｕｐ電子）と下向きのスピン状態の
もの（ｄｏｗｎ電子）とが存在するが、通常の非磁性金
属層内部の電子は、ｕｐ電子とｄｏｗｎ電子の両電子が
同数だけ存在する為、全体として磁性をもたない。
【００１１】これに対し、強磁性金属層内部の電子は、
ｕｐ電子数（Ｎup）とｄｏｗｎ電子数（Ｎdown）とが異
なる為、全体としてｕｐ若しくはｄｏｗｎの磁性をもつ
ことになる。
ｕｐ電子数（Ｎup）とｄｏｗｎ電子数（Ｎdown）とが異
なる為、全体としてｕｐ若しくはｄｏｗｎの磁性をもつ
ことになる。
【００１２】電子がトンネルする場合、それらの電子
は、それぞれのスピン状態を維持したままトンネルする
ことが知られていて、従って、トンネル先の電子状態に
空きがあれば、トンネルすることは可能であるが、トン
ネル先の電子状態に空きがなければ、トンネルすること
はできない。
は、それぞれのスピン状態を維持したままトンネルする
ことが知られていて、従って、トンネル先の電子状態に
空きがあれば、トンネルすることは可能であるが、トン
ネル先の電子状態に空きがなければ、トンネルすること
はできない。
【００１３】トンネル抵抗の変化率は、電子源の偏極率
とトンネル先の偏極率との積、従って、次式で表され
る。即ち、 ΔＲ／ＲS ＝２×Ｐ１×Ｐ２／（１−Ｐ１×Ｐ２） ・・・・（２） Ｐ１及びＰ２：両強磁性金属層の分極率 であり、分極率Ｐは、 Ｐ＝２（Ｎup−Ｎdown）／（Ｎup＋Ｎdown） ・・・・（３） で表される。
とトンネル先の偏極率との積、従って、次式で表され
る。即ち、 ΔＲ／ＲS ＝２×Ｐ１×Ｐ２／（１−Ｐ１×Ｐ２） ・・・・（２） Ｐ１及びＰ２：両強磁性金属層の分極率 であり、分極率Ｐは、 Ｐ＝２（Ｎup−Ｎdown）／（Ｎup＋Ｎdown） ・・・・（３） で表される。
【００１４】分極率Ｐは、強磁性金属の種類に依存し、
例えば、ＮｉＦｅ、Ｃｏ、ＣｏＦｅの分極率は、それぞ
れ０．３、０．３４、０．４６であり、その場合、理論
的には、それぞれ約２０〔％〕、２６〔％〕、５４
〔％〕の磁気抵抗変化率（ＭＲレシオ）を期待でき、こ
のＭＲレシオの値は、異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）
や、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）よりも大きいので、磁
気センサへの応用が考えられる。
例えば、ＮｉＦｅ、Ｃｏ、ＣｏＦｅの分極率は、それぞ
れ０．３、０．３４、０．４６であり、その場合、理論
的には、それぞれ約２０〔％〕、２６〔％〕、５４
〔％〕の磁気抵抗変化率（ＭＲレシオ）を期待でき、こ
のＭＲレシオの値は、異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）
や、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）よりも大きいので、磁
気センサへの応用が考えられる。
【００１５】また、トンネル抵抗Ｒは、次式から、絶縁
層に於ける絶縁障壁高さφ及び障壁幅Ｗに依存すること
が理解される。即ち、 Ｒ∝Ｅｘｐ（Ｗx （φ）1/2 ） ・・・・（４） であり、従って、トンネル抵抗Ｒは、絶縁障壁高さφが
低い場合、また、書癖幅Ｗが狭い場合には小さくなる。
層に於ける絶縁障壁高さφ及び障壁幅Ｗに依存すること
が理解される。即ち、 Ｒ∝Ｅｘｐ（Ｗx （φ）1/2 ） ・・・・（４） であり、従って、トンネル抵抗Ｒは、絶縁障壁高さφが
低い場合、また、書癖幅Ｗが狭い場合には小さくなる。
【００１６】図４は従来の技術に依るスピンバルブ構造
の強磁性トンネル接合を表す要部説明図であって、
（Ａ）は要部切断側面を、また、（Ｂ）は要部平面をそ
れぞれ示している。尚、（Ａ）は（Ｂ）に見られる中央
を円形に切り取った部分のみを表している。
の強磁性トンネル接合を表す要部説明図であって、
（Ａ）は要部切断側面を、また、（Ｂ）は要部平面をそ
れぞれ示している。尚、（Ａ）は（Ｂ）に見られる中央
を円形に切り取った部分のみを表している。
【００１７】図に於いて、１はＳｉ基板、２はＳｉＯ2
からなる絶縁膜、３はＮｉＦｅからなる下層、４はＣｏ
Ｆｅからなる下層、５はＡｌ−Ａｌ2 Ｏ3 からなる障壁
層、６はＣｏＦｅからなる上層、７はＩｒＭｎからなる
上層、８はＡｌからなる酸化防止層をそれぞれ示してい
る。
からなる絶縁膜、３はＮｉＦｅからなる下層、４はＣｏ
Ｆｅからなる下層、５はＡｌ−Ａｌ2 Ｏ3 からなる障壁
層、６はＣｏＦｅからなる上層、７はＩｒＭｎからなる
上層、８はＡｌからなる酸化防止層をそれぞれ示してい
る。
【００１８】この強磁性トンネル接合を作製するには、 スパッタリング法を適用することに依り、例えばＮ
ｉ板からなるメタル・マスクを用い、Ｓｉ基板１を覆う
絶縁膜２上に厚さが例えば２４〔ｎｍ〕であるＮｉＦｅ
からなるストライプの下層３を成膜し、引き続き、厚さ
が例えば１０〔ｎｍ〕であるＣｏＦｅからなる下層４を
成膜する。尚、成膜中は、一方向、即ち、ストライプの
長手方向に磁場を印加する。
ｉ板からなるメタル・マスクを用い、Ｓｉ基板１を覆う
絶縁膜２上に厚さが例えば２４〔ｎｍ〕であるＮｉＦｅ
からなるストライプの下層３を成膜し、引き続き、厚さ
が例えば１０〔ｎｍ〕であるＣｏＦｅからなる下層４を
成膜する。尚、成膜中は、一方向、即ち、ストライプの
長手方向に磁場を印加する。
【００１９】ここで成膜した下層３及び下層４は、磁場
に対して磁化が自由に回転する強磁性層として機能す
る。
に対して磁化が自由に回転する強磁性層として機能す
る。
【００２０】また、ＣｏＦｅはＮｉＦｅに比較して分極
率が大きいので、強磁性トンネル抵抗変化を大きくする
目的で挿入するものである。
率が大きいので、強磁性トンネル抵抗変化を大きくする
目的で挿入するものである。
【００２１】 スパッタリング法を適用することに依
り、前記同様、メタル・マスクを用いて、厚さが例えば
１．６〔ｎｍ〕である円形のＡｌ膜を形成し、次いで、
例えば酸素ガス圧：１．８〔Ｐａ〕、酸化時間：６０
〔秒〕なる条件で表面をプラズマ酸化してＡｌ−Ａｌ2
Ｏ3 からなる障壁層５を形成する。
り、前記同様、メタル・マスクを用いて、厚さが例えば
１．６〔ｎｍ〕である円形のＡｌ膜を形成し、次いで、
例えば酸素ガス圧：１．８〔Ｐａ〕、酸化時間：６０
〔秒〕なる条件で表面をプラズマ酸化してＡｌ−Ａｌ2
Ｏ3 からなる障壁層５を形成する。
【００２２】 スパッタリング法を適用することに依
り、厚さが例えば１０〔ｎｍ〕であるＣｏＦｅからなる
上層６を成膜し、次いで、厚さが例えば５０〔ｎｍ〕で
あるＩｒＭｎからなる上層７を成膜する。尚、成膜中
は、下層４などのストライプと略直交する方向のストラ
イプに磁場を印加する。
り、厚さが例えば１０〔ｎｍ〕であるＣｏＦｅからなる
上層６を成膜し、次いで、厚さが例えば５０〔ｎｍ〕で
あるＩｒＭｎからなる上層７を成膜する。尚、成膜中
は、下層４などのストライプと略直交する方向のストラ
イプに磁場を印加する。
【００２３】 スパッタリング法を適用することに依
り、厚さが例えば１０〔ｎｍ〕であるＡｌからなる酸化
防止膜８を形成する。
り、厚さが例えば１０〔ｎｍ〕であるＡｌからなる酸化
防止膜８を形成する。
【００２４】図５は図４について説明した工程を経て作
製したスピンバルブ構造の強磁性トンネル接合の磁気抵
抗効果曲線（ＭＲ曲線）を表す線図である。
製したスピンバルブ構造の強磁性トンネル接合の磁気抵
抗効果曲線（ＭＲ曲線）を表す線図である。
【００２５】前記のように、「磁性層（フリー層）」／
絶縁層（障壁層）／磁性層（ピンド層）／反強磁性層
（ピン層）」なる構成を採った場合、ピンド層であるＣ
ｏＦｅ層がピン層であるＩｒＭｎ層と交換結合し、ピン
ド層の磁化方向が固定される。
絶縁層（障壁層）／磁性層（ピンド層）／反強磁性層
（ピン層）」なる構成を採った場合、ピンド層であるＣ
ｏＦｅ層がピン層であるＩｒＭｎ層と交換結合し、ピン
ド層の磁化方向が固定される。
【００２６】従って、外部から磁場を印加すると、下層
（フリー層）のみが磁化回転し、下層と上層との磁化の
相対角度が変化する為、式（１）に見られるように、磁
場に依存してトンネル抵抗が変化する。
（フリー層）のみが磁化回転し、下層と上層との磁化の
相対角度が変化する為、式（１）に見られるように、磁
場に依存してトンネル抵抗が変化する。
【００２７】ところで、前記したように、従来の強磁性
トンネル接合では、障壁層である絶縁層の材料には主と
して酸化アルミニウムが用いられているのであるが、磁
性トンネル接合を磁気センサ、特に、超高密度記録用磁
気ヘッドの構成部材として用いる場合、酸化アルミニウ
ムを用いたトンネル接合では、抵抗値が大きいので、そ
れを低下させる必要がある。
トンネル接合では、障壁層である絶縁層の材料には主と
して酸化アルミニウムが用いられているのであるが、磁
性トンネル接合を磁気センサ、特に、超高密度記録用磁
気ヘッドの構成部材として用いる場合、酸化アルミニウ
ムを用いたトンネル接合では、抵抗値が大きいので、そ
れを低下させる必要がある。
【００２８】抵抗値を低下させる手段としては、式
（４）から看取できるように、絶縁層の層厚を薄くする
か、絶縁障壁高さを低くすることが考えられる。
（４）から看取できるように、絶縁層の層厚を薄くする
か、絶縁障壁高さを低くすることが考えられる。
【００２９】絶縁層の層厚を薄くする手段を採る場合、
ピンホールが無いようにしなければならないが、現用の
酸化アルミニウム層の厚さは約１６〔Å〕と薄く、これ
以上に薄くしてピンホールが存在しない絶縁層を形成す
ることは困難である。
ピンホールが無いようにしなければならないが、現用の
酸化アルミニウム層の厚さは約１６〔Å〕と薄く、これ
以上に薄くしてピンホールが存在しない絶縁層を形成す
ることは困難である。
【００３０】また、絶縁障壁高さを低くする手段を採る
場合、酸化アルミニウム層に代えて窒化アルミニウム層
を用いる方法が提案されている（要すれば、「Ｊ．Ｊ．
Ｓｕｎ，Ｒ．Ｃ．Ｓｏｕｓａ：Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｓｏｃ．
Ｊａｐａｎ ２３，５５（１９９９）」、を参照）。
場合、酸化アルミニウム層に代えて窒化アルミニウム層
を用いる方法が提案されている（要すれば、「Ｊ．Ｊ．
Ｓｕｎ，Ｒ．Ｃ．Ｓｏｕｓａ：Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｓｏｃ．
Ｊａｐａｎ ２３，５５（１９９９）」、を参照）。
【００３１】然しながら、この窒化アルミニウム層を用
いる従来の技術に於いては、窒化アルミニウム層を成膜
する際、Ａｒ＋Ｎ2 混合ガスを用い、反応性スパッタリ
ング法を適用して作製していて、高いＭＲ比、即ち、２
〔％〕以上のＭＲ比は得られていない。
いる従来の技術に於いては、窒化アルミニウム層を成膜
する際、Ａｒ＋Ｎ2 混合ガスを用い、反応性スパッタリ
ング法を適用して作製していて、高いＭＲ比、即ち、２
〔％〕以上のＭＲ比は得られていない。
【００３２】
【発明が解決しようとする課題】本発明では、絶縁層と
して酸化アルミニウム層よりも絶縁障壁が低い窒化アル
ミニウム層を用い、しかも、酸化アルミニウム層を用い
た強磁性トンネル接合と同程度のＭＲ比をもち、抵抗値
が低い強磁性トンネル接合をもつ磁気センサを実現しよ
うとする。
して酸化アルミニウム層よりも絶縁障壁が低い窒化アル
ミニウム層を用い、しかも、酸化アルミニウム層を用い
た強磁性トンネル接合と同程度のＭＲ比をもち、抵抗値
が低い強磁性トンネル接合をもつ磁気センサを実現しよ
うとする。
【００３３】
【課題を解決するための手段】本発明では、強磁性トン
ネル接合に於ける絶縁障壁として作用する絶縁層として
プラズマ窒化法を適用して形成した窒化アルミニウム層
を用いることが基本になっている。
ネル接合に於ける絶縁障壁として作用する絶縁層として
プラズマ窒化法を適用して形成した窒化アルミニウム層
を用いることが基本になっている。
【００３４】前記したところから、本発明に依る磁気セ
ンサに於いては、（１）磁性層／絶縁層／磁性層の層構
造をもつ強磁性トンネル接合を含む磁気センサに於い
て、前記絶縁層の材料としてアルミニウム層にプラズマ
窒化法を適用して生成した窒化アルミニウム層を用いた
ことを特徴とするか、或いは、
ンサに於いては、（１）磁性層／絶縁層／磁性層の層構
造をもつ強磁性トンネル接合を含む磁気センサに於い
て、前記絶縁層の材料としてアルミニウム層にプラズマ
窒化法を適用して生成した窒化アルミニウム層を用いた
ことを特徴とするか、或いは、
【００３５】（２）磁性層／絶縁層／磁性層の層構造を
もつ強磁性トンネル接合を含む磁気センサに於いて、前
記絶縁層の材料としてアルミニウム層に自然窒化法を適
用して生成した窒化アルミニウム層を用いたことを特徴
とするか、或いは、
もつ強磁性トンネル接合を含む磁気センサに於いて、前
記絶縁層の材料としてアルミニウム層に自然窒化法を適
用して生成した窒化アルミニウム層を用いたことを特徴
とするか、或いは、
【００３６】（３）前記（１）又は（２）に於いて、前
記窒化アルミニウム層の厚さが１．６〔ｎｍ〕を越えな
いことを特徴とするか、或いは、
記窒化アルミニウム層の厚さが１．６〔ｎｍ〕を越えな
いことを特徴とするか、或いは、
【００３７】（４）磁性層／プラズマ窒化法或いは自然
窒化法で生成された窒化アルミニウムからなる絶縁層／
磁性層の層構造をもつ強磁性トンネル接合を成膜する工
程と、その後、温度を２００〔℃〕乃至３００〔℃〕の
範囲として真空中で熱処理する工程とが含まれてなるこ
とを特徴とする。
窒化法で生成された窒化アルミニウムからなる絶縁層／
磁性層の層構造をもつ強磁性トンネル接合を成膜する工
程と、その後、温度を２００〔℃〕乃至３００〔℃〕の
範囲として真空中で熱処理する工程とが含まれてなるこ
とを特徴とする。
【００３８】前記手段を採ることに依り、低抵抗で且つ
高い磁気抵抗変化率（ＭＲ比）をもつ高性能の磁気セン
サを実現することができる。
高い磁気抵抗変化率（ＭＲ比）をもつ高性能の磁気セン
サを実現することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】本発明に依る磁気センサは、絶縁
障壁として作用する絶縁層が特徴的であり、その外見構
成は例えば図６について説明した磁気センサと同様であ
って良く、従って、図４の磁気センサを参照しつつ、製
造工程の一例について説明する。
障壁として作用する絶縁層が特徴的であり、その外見構
成は例えば図６について説明した磁気センサと同様であ
って良く、従って、図４の磁気センサを参照しつつ、製
造工程の一例について説明する。
【００４０】（１）スパッタリング法を適用することに
依り、例えばＮｉ板からなるメタル・マスクを用い、Ｓ
ｉ基板１を覆う絶縁膜２上に厚さが例えば２４〔ｎｍ〕
であるＮｉＦｅからなるストライプの下層３を成膜し、
引き続き、厚さが例えば１０〔ｎｍ〕であるＣｏＦｅ31
からなる下層４を成膜する。
依り、例えばＮｉ板からなるメタル・マスクを用い、Ｓ
ｉ基板１を覆う絶縁膜２上に厚さが例えば２４〔ｎｍ〕
であるＮｉＦｅからなるストライプの下層３を成膜し、
引き続き、厚さが例えば１０〔ｎｍ〕であるＣｏＦｅ31
からなる下層４を成膜する。
【００４１】これ等の成膜中に於いて、ストライプの長
手方向に磁場を印加する点は従来の技術と変わりなく、
また、成膜した下層３及び下層４は、磁場に対して磁化
が自由に回転する強磁性層として機能する点も同じであ
る。
手方向に磁場を印加する点は従来の技術と変わりなく、
また、成膜した下層３及び下層４は、磁場に対して磁化
が自由に回転する強磁性層として機能する点も同じであ
る。
【００４２】（２）スパッタリング法を適用することに
依り、前記同様、メタル・マスクを用いて、厚さが例え
ば１．６〔ｎｍ〕である円形のＡｌ膜を形成し、次い
で、例えば窒素ガス圧：１．８〔Ｐａ〕、窒化時間：６
０〔秒〕なる条件で表面をプラズマ窒化してＡｌ−Ａｌ
Ｎからなる障壁層５Ａを形成する。尚、障壁層５の厚さ
が１．６〔ｎｍ〕を越えると抵抗値が大きくなって実用
にならない。
依り、前記同様、メタル・マスクを用いて、厚さが例え
ば１．６〔ｎｍ〕である円形のＡｌ膜を形成し、次い
で、例えば窒素ガス圧：１．８〔Ｐａ〕、窒化時間：６
０〔秒〕なる条件で表面をプラズマ窒化してＡｌ−Ａｌ
Ｎからなる障壁層５Ａを形成する。尚、障壁層５の厚さ
が１．６〔ｎｍ〕を越えると抵抗値が大きくなって実用
にならない。
【００４３】（３）スパッタリング法を適用することに
依り、厚さが例えば１０〔ｎｍ〕であるＣｏＦｅ31から
なる上層６を成膜し、次いで、厚さが例えば５０〔ｎ
ｍ〕であるＩｒＭｎからなる上層７を成膜する。尚、成
膜中は、下層４などのストライプと略直交する方向の磁
場を印加する。
依り、厚さが例えば１０〔ｎｍ〕であるＣｏＦｅ31から
なる上層６を成膜し、次いで、厚さが例えば５０〔ｎ
ｍ〕であるＩｒＭｎからなる上層７を成膜する。尚、成
膜中は、下層４などのストライプと略直交する方向の磁
場を印加する。
【００４４】（４）スパッタリング法を適用することに
依り、厚さが例えば１０〔ｎｍ〕であるＡｌからなる酸
化防止膜８を形成する。
依り、厚さが例えば１０〔ｎｍ〕であるＡｌからなる酸
化防止膜８を形成する。
【００４５】図１は窒化アルミニウム層を絶縁層とした
強磁性トンネル接合、並びに、酸化アルミニウム層を絶
縁層とした強磁性トンネル接合のＭＲ曲線を表す線図で
あって、（Ａ）が窒化アルミニウム層を用いた場合、
（Ｂ）が酸化アルミニウム層を用いた場合である。
強磁性トンネル接合、並びに、酸化アルミニウム層を絶
縁層とした強磁性トンネル接合のＭＲ曲線を表す線図で
あって、（Ａ）が窒化アルミニウム層を用いた場合、
（Ｂ）が酸化アルミニウム層を用いた場合である。
【００４６】図１に於ける（Ａ）及び（Ｂ）の何れの場
合も、接合の層構造、ガス圧や窒化或いは酸化時間など
作製条件は同じである。
合も、接合の層構造、ガス圧や窒化或いは酸化時間など
作製条件は同じである。
【００４７】図１の（Ａ）に於ける具体的な積層構造
は、ＮｉＦｅ（２４〔ｎｍ〕）／ＣｏＦｅ31（１０〔ｎ
ｍ〕）／Ａｌ−Ｎ（１．６〔ｎｍ〕）／ＣｏＦｅ31（１
０〔ｎｍ〕）／ＩｒＭｎ（５０〔ｎｍ〕）／Ａｌ（１０
〔ｎｍ〕）であり、また、同じく（Ｂ）に於ける具体的
な積層構造は、ＮｉＦｅ（２４〔ｎｍ〕）／ＣｏＦｅ31
（１０〔ｎｍ〕）／Ａｌ−Ｏ（１．６〔ｎｍ〕）／Ｃｏ
Ｆｅ31（１０〔ｎｍ〕）／ＩｒＭｎ（５０〔ｎｍ〕）／
Ａｌ（１０〔ｎｍ〕）である。尚、「31」は組成を示し
ている。
は、ＮｉＦｅ（２４〔ｎｍ〕）／ＣｏＦｅ31（１０〔ｎ
ｍ〕）／Ａｌ−Ｎ（１．６〔ｎｍ〕）／ＣｏＦｅ31（１
０〔ｎｍ〕）／ＩｒＭｎ（５０〔ｎｍ〕）／Ａｌ（１０
〔ｎｍ〕）であり、また、同じく（Ｂ）に於ける具体的
な積層構造は、ＮｉＦｅ（２４〔ｎｍ〕）／ＣｏＦｅ31
（１０〔ｎｍ〕）／Ａｌ−Ｏ（１．６〔ｎｍ〕）／Ｃｏ
Ｆｅ31（１０〔ｎｍ〕）／ＩｒＭｎ（５０〔ｎｍ〕）／
Ａｌ（１０〔ｎｍ〕）である。尚、「31」は組成を示し
ている。
【００４８】また、図中には、各接合の障壁高さφと障
壁幅Ｗとをシモンズの式を用いて求めた値を併記してあ
る。
壁幅Ｗとをシモンズの式を用いて求めた値を併記してあ
る。
【００４９】図からすると、ＭＲ比は両接合とも１０
〔％〕を越え、略同じ値になっているのであるが、抵抗
値は窒化アルミニウム層を用いた接合の方が小さくなっ
ていることが看取されよう。
〔％〕を越え、略同じ値になっているのであるが、抵抗
値は窒化アルミニウム層を用いた接合の方が小さくなっ
ていることが看取されよう。
【００５０】この理由は、窒化アルミニウム層を絶縁層
とした方が、絶縁障壁高さφが低く且つ障壁幅Ｗも狭い
ことに依る。
とした方が、絶縁障壁高さφが低く且つ障壁幅Ｗも狭い
ことに依る。
【００５１】図２及び図３はＭＲ比及び抵抗のアニール
温度依存性を表す線図であり、図２は絶縁層が窒化アル
ミニウム層である場合、また、図３は絶縁層が酸化アル
ミニウム層である場合、そして、各図に於いて、（Ａ）
はＭＲ比を、また、（Ｂ）は飽和磁場を加えた際の抵抗
ＲS をそれぞれ示している。
温度依存性を表す線図であり、図２は絶縁層が窒化アル
ミニウム層である場合、また、図３は絶縁層が酸化アル
ミニウム層である場合、そして、各図に於いて、（Ａ）
はＭＲ比を、また、（Ｂ）は飽和磁場を加えた際の抵抗
ＲS をそれぞれ示している。
【００５２】図からすると、ＭＲ比は熱処理温度と共に
増加し、熱処理温度が２５０〔℃〕（酸化アルミニウム
層の場合は２２５〔℃〕）でＭＲ比は３０〔％〕を越え
ていることが看取され、そして、抵抗ＲS は窒化アルミ
ニウム層を用いた場合の方が小さくなっていることは云
うまでもない。
増加し、熱処理温度が２５０〔℃〕（酸化アルミニウム
層の場合は２２５〔℃〕）でＭＲ比は３０〔％〕を越え
ていることが看取され、そして、抵抗ＲS は窒化アルミ
ニウム層を用いた場合の方が小さくなっていることは云
うまでもない。
【００５３】本発明に於いては、前記実施の形態に限ら
れることなく、且つ、特許請求の範囲に記載された範囲
を逸脱することなく、他に多くの改変を実現することが
できる。
れることなく、且つ、特許請求の範囲に記載された範囲
を逸脱することなく、他に多くの改変を実現することが
できる。
【００５４】例えば、絶縁層を形成する際、前記実施の
形態では、窒化アルミニウム層を生成させる為、プラズ
マ窒化法を適用したが、これはスパッタリング法を適用
してアルミニウム層を成膜した後、スパッタリング装置
内に窒素ガスを流してアルミニウム層表面を窒化させる
自然窒化法に依存しても良い。
形態では、窒化アルミニウム層を生成させる為、プラズ
マ窒化法を適用したが、これはスパッタリング法を適用
してアルミニウム層を成膜した後、スパッタリング装置
内に窒素ガスを流してアルミニウム層表面を窒化させる
自然窒化法に依存しても良い。
【００５５】また、強磁性トンネル接合を形成した後、
温度を２００〔℃〕〜３００〔℃〕の範囲として真空中
で熱処理を行なうと層質が良くなる。
温度を２００〔℃〕〜３００〔℃〕の範囲として真空中
で熱処理を行なうと層質が良くなる。
【００５６】本発明に依って作製された磁気センサは、
ハード・ディスク装置、ディスク・アレイ装置、エンコ
ーダ装置などに用いて好適である。
ハード・ディスク装置、ディスク・アレイ装置、エンコ
ーダ装置などに用いて好適である。
【００５７】
【発明の効果】本発明に依る磁気センサに於いては、磁
性層／絶縁層／磁性層の層構造をもつ強磁性トンネル接
合を含む磁気センサに於いて、前記絶縁層の材料として
アルミニウム層にプラズマ窒化法或いは自然窒化法を適
用して生成した窒化アルミニウム層を用いる。
性層／絶縁層／磁性層の層構造をもつ強磁性トンネル接
合を含む磁気センサに於いて、前記絶縁層の材料として
アルミニウム層にプラズマ窒化法或いは自然窒化法を適
用して生成した窒化アルミニウム層を用いる。
【００５８】前記構成を採ることに依り、低抵抗で且つ
高い磁気抵抗変化率（ＭＲ比）をもつ高性能の磁気セン
サを実現することができる。
高い磁気抵抗変化率（ＭＲ比）をもつ高性能の磁気セン
サを実現することができる。
【図１】窒化アルミニウム層を絶縁層とした強磁性トン
ネル接合、並びに、酸化アルミニウム層を絶縁層とした
強磁性トンネル接合のＭＲ曲線を表す線図である。
ネル接合、並びに、酸化アルミニウム層を絶縁層とした
強磁性トンネル接合のＭＲ曲線を表す線図である。
【図２】ＭＲ比及び抵抗のアニール温度依存性を表す線
図である。
図である。
【図３】ＭＲ比及び抵抗のアニール温度依存性を表す線
図である。
図である。
【図４】従来の技術に依るスピンバルブ構造の強磁性ト
ンネル接合を表す要部説明図である。
ンネル接合を表す要部説明図である。
【図５】図４について説明した工程を経て作製したスピ
ンバルブ構造の強磁性トンネル接合の磁気抵抗効果曲線
（ＭＲ曲線）を表す線図である。
ンバルブ構造の強磁性トンネル接合の磁気抵抗効果曲線
（ＭＲ曲線）を表す線図である。
１ Ｓｉ基板 ２ ＳｉＯ2 からなる絶縁膜 ３ ＮｉＦｅからなる下層 ４ ＣｏＦｅからなる下層 ５ Ａｌ−Ａｌ2 Ｏ3 からなる障壁層 ６ ＣｏＦｅからなる上層 ７ ＩｒＭｎからなる上層 ８ Ａｌからなる酸化防止層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 和雄 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） 5D034 BA03 BA15 DA07
Claims (4)
- 【請求項１】磁性層／絶縁層／磁性層の層構造をもつ強
磁性トンネル接合を含む磁気センサに於いて、 前記絶縁層の材料としてアルミニウム層にプラズマ窒化
法を適用して生成した窒化アルミニウム層を用いたこと
を特徴とする磁気センサ。 - 【請求項２】磁性層／絶縁層／磁性層の層構造をもつ強
磁性トンネル接合を含む磁気センサに於いて、 前記絶縁層の材料としてアルミニウム層に自然窒化法を
適用して生成した窒化アルミニウム層を用いたことを特
徴とする磁気センサ。 - 【請求項３】前記窒化アルミニウム層の厚さが１．６
〔ｎｍ〕を越えないことを特徴とする請求項１或いは請
求項２記載の磁気センサ。 - 【請求項４】磁性層／プラズマ窒化法或いは自然窒化法
で生成された窒化アルミニウムからなる絶縁層／磁性層
の層構造をもつ強磁性トンネル接合を成膜する工程と、 その後、温度を２００〔℃〕乃至３００〔℃〕の範囲と
して真空中で熱処理する工程とが含まれてなることを特
徴とする磁気センサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000040751A JP2001236613A (ja) | 2000-02-18 | 2000-02-18 | 磁気センサ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000040751A JP2001236613A (ja) | 2000-02-18 | 2000-02-18 | 磁気センサ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001236613A true JP2001236613A (ja) | 2001-08-31 |
Family
ID=18564084
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000040751A Withdrawn JP2001236613A (ja) | 2000-02-18 | 2000-02-18 | 磁気センサ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001236613A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030071063A (ko) * | 2002-02-27 | 2003-09-03 | 주식회사 엘지이아이 | 자기 터널 접합 제조 방법 |
| 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 |
| WO2004025744A1 (ja) * | 2002-09-13 | 2004-03-25 | Fujitsu Limited | 感磁素子及びその製造方法、並びにその感磁素子を用いた磁気ヘッド、エンコーダ装置、及び磁気記憶装置 |
| 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 |
-
2000
- 2000-02-18 JP JP2000040751A patent/JP2001236613A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| KR20030071063A (ko) * | 2002-02-27 | 2003-09-03 | 주식회사 엘지이아이 | 자기 터널 접합 제조 방법 |
| 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 |
| US6943041B2 (en) | 2002-04-23 | 2005-09-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magnetoresistive element and method for producing the same, as well as magnetic head, magnetic memory and magnetic recording device using the same |
| WO2004025744A1 (ja) * | 2002-09-13 | 2004-03-25 | Fujitsu Limited | 感磁素子及びその製造方法、並びにその感磁素子を用いた磁気ヘッド、エンコーダ装置、及び磁気記憶装置 |
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