JP2002319722A - Magnetoresistance effect element and manufacturing method therefor - Google Patents

Magnetoresistance effect element and manufacturing method therefor

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JP2002319722A
JP2002319722A JP2002013220A JP2002013220A JP2002319722A JP 2002319722 A JP2002319722 A JP 2002319722A JP 2002013220 A JP2002013220 A JP 2002013220A JP 2002013220 A JP2002013220 A JP 2002013220A JP 2002319722 A JP2002319722 A JP 2002319722A
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Masayoshi Hiramoto
雅祥 平本
Akihiro Odakawa
明弘 小田川
Nozomi Matsukawa
望 松川
Kenji Iijima
賢二 飯島
Hiroshi Sakakima
博 榊間
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    • H01F10/3254Exchange 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

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetoresistance effect element having a new intermediate layer, realizing superior characteristics. SOLUTION: The magnetoresistance effect element comprises an intermediate layer and a pair of magnetic layers which sandwich the intermediate layer. In this case, the intermediate layer contains at least three types of elements selected from among a group consisting of group II to group XVII elements, and the element is at least one type selected from among a group consisting of F, O, N, C and B.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素子
およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetoresistive element and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁性体/トンネル絶縁層(トンネル層)
/磁性体を基本構成とするTMR素子により高い磁気抵
抗変化率(MR比)を実現できることが示されて以来、
磁気ヘッド、MRAM等の応用に向け、TMR素子につ
いて活発な研究が行われている。
2. Description of the Related Art Magnetic material / tunnel insulating layer (tunnel layer)
/ Since it was shown that a high magnetoresistance ratio (MR ratio) can be realized with a TMR element having a magnetic material as a basic configuration,
Active research has been conducted on TMR elements for applications such as magnetic heads and MRAMs.

【0003】TMR素子はトンネル層を挟む2つの磁性
体の磁化相対角により、磁性体間のトンネル確率が変化
することを利用している。トンネル層としては、主とし
て酸化アルミニウムが用いられている。一般に、酸化ア
ルミニウムは、磁性体上に形成した金属アルミニウム膜
を酸化して形成される。例外的に、窒化硼素(BN)で
酸化アルミニウム以上のTMR素子を作製した例が報告
されているが(特開平4−103013号公報)、その
他多くの研究例を参考にすれば、現在のところ、酸化ア
ルミニウムが最も大きなMRを示すと考えられている。
[0003] The TMR element utilizes the fact that the tunneling probability between magnetic bodies changes depending on the relative angle of magnetization of two magnetic bodies sandwiching the tunnel layer. Aluminum oxide is mainly used for the tunnel layer. Generally, aluminum oxide is formed by oxidizing a metal aluminum film formed on a magnetic material. As an exception, there has been reported an example in which a TMR element made of boron nitride (BN) is made of aluminum oxide or more (Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-103003). , Aluminum oxide is considered to exhibit the largest MR.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】TMR素子を、磁気ヘ
ッド、MRAM等の磁気デバイスに用いるためには、磁
気記録密度やメモリ実装密度の向上の要請から、素子サ
イズを小さくすることが望まれる。素子サイズの減少に
伴ってトンネル接合抵抗は上昇するから、単位面積あた
りの接合抵抗値は小さいほうがよい。接合抵抗値を低下
させる有効な方法の一つはトンネル層の膜厚の減少であ
る。しかし、金属アルミニウム膜を薄膜化していくと、
アルミニウムが島状に形成され、トンネル層の厚みのバ
ラツキが大きくなり、ついには膜の作製が困難となる。
In order to use a TMR element in a magnetic device such as a magnetic head and an MRAM, it is desired to reduce the element size in order to improve the magnetic recording density and the memory mounting density. Since the tunnel junction resistance increases as the element size decreases, the smaller the junction resistance per unit area, the better. One effective method for reducing the junction resistance is to reduce the thickness of the tunnel layer. However, as the metal aluminum film becomes thinner,
Aluminum is formed in an island shape, and the thickness of the tunnel layer varies greatly, and eventually, it becomes difficult to form a film.

【0005】トンネル層の薄膜化を進めていくと、MR
比も低下する。これは、トンネル層が薄くなるにつれ
て、いわゆるオレンジピール効果によってトンネル層を
介した磁性層間の静磁結合やトンネル交換結合が強くな
り、磁性層間の好ましい磁化相対角が得られなくなった
り、リーク電流が増大するためと考えられる。
As the thickness of the tunnel layer is reduced, the MR
The ratio also decreases. This is because as the tunnel layer becomes thinner, the magnetostatic coupling and the tunnel exchange coupling between the magnetic layers via the tunnel layer become stronger due to the so-called orange peel effect, so that a preferable relative magnetization angle between the magnetic layers cannot be obtained or the leakage current becomes smaller. It is thought to increase.

【0006】本発明は、上記事情を鑑み、新たな中間
層、および中間層の新たな作製方法を提供することを目
的とする。
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a new intermediate layer and a new method of manufacturing the intermediate layer.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の磁気抵抗効果素
子は、中間層と、この中間層を挟持する一対の磁性層と
を有し、上記中間層が、2〜17族から選ばれる少なく
とも3種の元素を含み、この元素が、F、O、N、Cお
よびBから選ばれる少なくとも1種を含むことを特徴と
する。
According to the present invention, there is provided a magnetoresistance effect element comprising an intermediate layer and a pair of magnetic layers sandwiching the intermediate layer, wherein the intermediate layer is at least one selected from the group 2-17. It contains three kinds of elements, and this element contains at least one kind selected from F, O, N, C and B.

【0008】2〜17族は、旧IUPAC命名法に基づ
けば、IIA〜VIII族およびIB〜VIIB族に相当する。2〜
17族には、1族および18族を除くすべての元素が含
まれ、例えばランタノイドと称される原子番号57〜7
1の元素も含まれる。
[0008] Groups 2 to 17 correspond to groups IIA to VIII and IB to VIIB according to the old IUPAC nomenclature. Two
Group 17 includes all elements except Groups 1 and 18, for example, atomic numbers 57 to 7 called lanthanoids.
1 element is also included.

【0009】本発明は、中間層と、この中間層を挟持す
る一対の磁性層とを有する磁気抵抗効果素子の製造方法
も提供する。この製造方法は、中間層の前駆体を形成す
る工程と、酸素原子、窒素原子および炭素原子から選ば
れる少なくとも1つを含有する反応種を含有する反応雰
囲気において、上記前駆体を上記反応種と反応させて上
記中間層の少なくとも一部とする工程とを含む。この製
造方法では、後述するように、前駆体を複数回に分けて
形成することが好ましい。この場合は、先に形成した前
駆体を中間層の一部に変化させてから、さらに別の前駆
体を形成すればよい。
The present invention also provides a method for manufacturing a magnetoresistive element having an intermediate layer and a pair of magnetic layers sandwiching the intermediate layer. This production method comprises the steps of: forming a precursor of an intermediate layer; and reacting the precursor with the reactive species in a reaction atmosphere containing a reactive species containing at least one selected from an oxygen atom, a nitrogen atom and a carbon atom. Reacting to form at least a part of the intermediate layer. In this manufacturing method, as described later, it is preferable to form the precursor in a plurality of times. In this case, the precursor formed previously may be changed to a part of the intermediate layer, and then another precursor may be formed.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below.

【0011】中間層に含まれるF、O、N、CおよびB
から選ばれた少なくとも1種の元素は、素子の耐熱性向
上に効果がある。耐熱性の向上はMR比の向上をもたら
す。上記元素は、同時に障壁高さの上昇をもたらすが、
本発明では、中間層に、この元素を含む少なくとも3種
の元素を含ませることにより、障壁高さ(バリア高さ)
を適度に低くした。したがって、高いMR比と低い接合
抵抗とが実現できる。
F, O, N, C and B contained in the intermediate layer
At least one element selected from the above is effective in improving the heat resistance of the device. Improvement in heat resistance leads to improvement in MR ratio. The above elements simultaneously increase the barrier height,
In the present invention, by including at least three kinds of elements including this element in the intermediate layer, the barrier height (barrier height) is increased.
Was moderately low. Therefore, a high MR ratio and a low junction resistance can be realized.

【0012】中間層は、膜厚方向については絶縁体また
は半導体として機能し、さらにトンネル層またはホット
エレクトロン導電層として機能する。中間層は、磁性層
との界面近傍または中間層内部で、量子準位を形成する
こと、あるいは伝導スピンと混成軌道を形成すること等
により、さらにスピンと相互作用する層として用いても
よい。
The intermediate layer functions as an insulator or a semiconductor in the thickness direction, and further functions as a tunnel layer or a hot electron conductive layer. The intermediate layer may be used as a layer that further interacts with the spin by forming a quantum level or forming a hybrid orbit with a conduction spin near the interface with the magnetic layer or inside the intermediate layer.

【0013】中間層は、Al以外の金属元素を含んでい
てもよく、この金属元素とともにAlを含んでいること
が好ましい。別の好ましい形態では、中間層は、F、
O、C、NおよびB以外であって2〜17族から選ばれ
る少なくとも2種の元素を含む。
The intermediate layer may contain a metal element other than Al, and preferably contains Al together with this metal element. In another preferred form, the intermediate layer is F,
It contains at least two types of elements other than O, C, N and B and selected from Groups 2 to 17.

【0014】中間層は、Alと、OおよびNから選ばれ
る少なくとも一方と、Al、OおよびNから選ばれる少
なくとも一方と、Al、OおよびN以外であって2〜1
7族から選ばれる少なくとも1種の元素とを含んでいて
もよい。
The intermediate layer is made of Al, at least one selected from O and N, at least one selected from Al, O and N, and 2 to 1 other than Al, O and N.
At least one element selected from Group 7 may be included.

【0015】別の好ましい形態では、中間層は、Bと、
Nと、BおよびN以外であって2〜17族から選ばれる
少なくとも1種の元素とを含む。
[0015] In another preferred form, the intermediate layer comprises B,
N and at least one element other than B and N and selected from Groups 2 to 17 are included.

【0016】中間層は、B、Al、GaおよびInから
選ばれる少なくとも2種と、Nとを含むことが好まし
い。この中間層では、窒素量をストイキオメトリーに調
整しやすい。従って、均質な膜質のトンネル接合が実現
しやすくなる。
The intermediate layer preferably contains at least two kinds selected from B, Al, Ga and In, and N. In this intermediate layer, the amount of nitrogen is easily adjusted stoichiometrically. Therefore, a tunnel junction having a uniform film quality can be easily realized.

【0017】中間層の組成は、膜厚方向に沿って変化し
ていてもよい。中間層は、単層膜であっても多層膜であ
っても構わない。中間層の組成変調は、反応雰囲気の変
化等により単層膜の内部に導入されたものであってもよ
く、相互に異なる組成を有する膜の多層構造により導入
されたものであってもよい。多層構造を有する場合、上
記各元素は、中間層を構成する少なくとも一つの膜に含
まれていればよい。
The composition of the intermediate layer may change along the thickness direction. The intermediate layer may be a single-layer film or a multilayer film. The composition modulation of the intermediate layer may be introduced into the single layer film due to a change in the reaction atmosphere or the like, or may be introduced by a multilayer structure of films having mutually different compositions. In the case of having a multilayer structure, each of the above elements may be contained in at least one film constituting the intermediate layer.

【0018】組成変調または多層構造を有する中間層を
用いると、バイアス電流の増加に伴うMR比の低下が抑
制される。
When an intermediate layer having a composition modulation or a multilayer structure is used, a decrease in MR ratio due to an increase in bias current is suppressed.

【0019】本発明の好ましい形態では、中間層が、障
壁高さが互いに異なる2つの膜を含む。中間層が、一対
の磁性層のいずれかに接する第1中間膜と、一対の磁性
層の他方に接する第2中間膜と、これらの中間膜に挟持
された第3中間膜とを含む場合は、第3中間膜の障壁高
さを、第1中間膜の障壁高さおよび第2中間膜の障壁高
さから選ばれる少なくとも一方よりも低く設定するとよ
い。換言すれば、相対的に高い障壁高さを有する材料が
磁性層との界面に配置され、中間層の内部には相対的に
低い障壁高さを有する材料が配置されていることが好ま
しい。この好ましい配置が実現できれば、層を構成する
膜の数に限定はない。
In a preferred embodiment of the present invention, the intermediate layer includes two films having different barrier heights. When the intermediate layer includes a first intermediate film in contact with one of the pair of magnetic layers, a second intermediate film in contact with the other of the pair of magnetic layers, and a third intermediate film sandwiched between these intermediate films The barrier height of the third intermediate film may be set lower than at least one selected from the barrier height of the first intermediate film and the barrier height of the second intermediate film. In other words, it is preferable that a material having a relatively high barrier height is disposed at the interface with the magnetic layer, and a material having a relatively low barrier height is disposed inside the intermediate layer. If this preferred arrangement can be realized, the number of films constituting the layers is not limited.

【0020】中間層が多層膜である場合、中間層の好ま
しい例には、AlN、AlON、Al23およびBNか
ら選ばれる少なくとも1種からなる障壁高さが相対的に
高い第1膜と、第1膜よりも障壁高さが相対的に低い第
2膜との組み合わせが含まれる。高障壁膜/低障壁膜/
高障壁膜の3層構成は特に好ましい。この場合、低障壁
膜には、離散的なトンネル準位が形成され、この準位が
MR比の向上に寄与すると考えられる。
In the case where the intermediate layer is a multilayer film, preferred examples of the intermediate layer include a first film having a relatively high barrier height and made of at least one selected from AlN, AlON, Al 2 O 3 and BN. , A combination with the second film having a relatively lower barrier height than the first film. High barrier film / Low barrier film /
The three-layer structure of the high barrier film is particularly preferable. In this case, discrete tunnel levels are formed in the low barrier film, and this level is considered to contribute to improvement of the MR ratio.

【0021】中間層は磁性膜を含んでいてもよい。この
場合は、磁性膜と、中間層を挟持する一対の磁性層との
間に、それぞれ、少なくとも1層の非磁性膜が介在して
いることが好ましい。磁性膜としては、高分極率の材料
(例えば一対の磁性層を構成する材料よりも分極率が高
い材料)が好ましく、具体的にはハーフメタル、例えば
XMnSb(Xは、Ni、CuおよびPtから選ばれる
少なくとも1種、以下同様)、LaSrMnO、CrO
2、Fe34等が好適である。
The intermediate layer may include a magnetic film. In this case, at least one non-magnetic film is preferably interposed between the magnetic film and a pair of magnetic layers sandwiching the intermediate layer. As the magnetic film, a material having a high polarizability (for example, a material having a higher polarizability than the material forming the pair of magnetic layers) is preferable, and specifically, a half metal, for example, XMnSb (X is Ni, Cu and Pt) LaSrMnO, CrO
2 , Fe 3 O 4 and the like are preferable.

【0022】中間層は非磁性金属膜を含んでいてもよ
い。中間層の好ましい膜構成には、非磁性金属膜と誘電
体とを含む多層膜が含まれる。
The intermediate layer may include a non-magnetic metal film. A preferred film configuration of the intermediate layer includes a multilayer film including a nonmagnetic metal film and a dielectric.

【0023】中間層の膜厚は、特に制限されないが、
0.5nm以上5nm以下が好適である。0.5nmよ
りも薄くなると、中間層を挟む磁性層間の磁気的結合が
強くなりすぎてMR値が低下する。5nmを超えると、
トンネル確率が低下して接合抵抗が大きくなりすぎる。
The thickness of the intermediate layer is not particularly limited.
The thickness is preferably 0.5 nm or more and 5 nm or less. If the thickness is less than 0.5 nm, the magnetic coupling between the magnetic layers sandwiching the intermediate layer becomes too strong, and the MR value decreases. If it exceeds 5 nm,
Tunnel probability decreases and junction resistance becomes too large.

【0024】中間層は、単結晶膜、多結晶膜、アモルフ
ァス膜のいずれを含んでいてもよい。単結晶膜を用いる
と、層内のポテンシャルが一様になって均質なトンネル
伝導が生じやすい。アモルファス膜を用いると、磁性層
との間の応力を低減できる。
The intermediate layer may include any of a single crystal film, a polycrystalline film, and an amorphous film. When a single crystal film is used, the potential in the layer becomes uniform, and uniform tunnel conduction easily occurs. When an amorphous film is used, stress between the film and the magnetic layer can be reduced.

【0025】磁性層には、従来用いられていた材料を特
に制限なく使用できるが、一対の磁性層の少なくとも一
方が、F、O、N、CおよびBから選ばれる少なくとも
1種を含むことが好ましい。磁性層と中間層との界面エ
ネルギーが低下するため、薄膜化しても安定した膜を形
成しやすくなるからである。
Conventionally used materials can be used for the magnetic layer without any particular limitation. However, it is preferable that at least one of the pair of magnetic layers contains at least one selected from F, O, N, C and B. preferable. This is because the interface energy between the magnetic layer and the intermediate layer is reduced, so that a stable film can be easily formed even when the magnetic layer is thinned.

【0026】一対の磁性層の少なくとも一方と中間層と
の間に、強磁性体が介在していてもよい。この強磁性体
は、0.5nm以下の強磁性膜であることが好ましい。
この強磁性層は、例えば0.1nm以上の膜として形成
すればよいが、必ずしも膜として形成する必要はなく、
中間層との界面に微粒子として分散させてもよい。
A ferromagnetic material may be interposed between at least one of the pair of magnetic layers and the intermediate layer. This ferromagnetic material is preferably a ferromagnetic film having a thickness of 0.5 nm or less.
This ferromagnetic layer may be formed as a film having a thickness of, for example, 0.1 nm or more, but need not necessarily be formed as a film.
It may be dispersed as fine particles at the interface with the intermediate layer.

【0027】中間層との界面に介在させる強磁性体とし
ては、Fe、CoおよびNiから選ばれる少なくとも
1種の元素を含む強磁性体、またはハーフメタルが好
ましい。ハーフメタルの好ましい例には、XMnSb、
LaSrMnO、LaSrMnO、CrO2、Fe34
およびFeCr等のハーフメタル強磁性材料が含まれ
る。
The ferromagnetic material interposed at the interface with the intermediate layer is preferably a ferromagnetic material containing at least one element selected from Fe, Co and Ni, or a half metal. Preferred examples of the half metal include XMnSb,
LaSrMnO, LaSrMnO, CrO 2 , Fe 3 O 4
And half metal ferromagnetic materials such as FeCr.

【0028】この強磁性体と中間層と反対側の面で接す
る磁性層には、Fe、CoおよびNiから選ばれる少な
くとも1種を70原子%以上含む強磁性体が好適であ
る。この強磁性体のキュリー温度は200℃以上が好ま
しい。キュリー温度を高く保つために、この磁性層は
0.5nmより厚くするとよい。これにより、特に介在
する強磁性体がハーフメタルである場合には、素子の温
度安定性が向上する。
For the magnetic layer in contact with the ferromagnetic material on the side opposite to the intermediate layer, a ferromagnetic material containing at least one element selected from Fe, Co and Ni in an amount of 70 atomic% or more is preferable. The Curie temperature of the ferromagnetic material is preferably 200 ° C. or higher. In order to keep the Curie temperature high, this magnetic layer should be thicker than 0.5 nm. This improves the temperature stability of the element, particularly when the intervening ferromagnetic material is a half metal.

【0029】次に、本発明の製造方法の好ましい形態に
ついて説明する。この方法では、前駆体を、酸素原子、
窒素原子および炭素原子から選ばれる少なくとも1つの
反応種を含有する反応雰囲気において成膜してもよい。
前駆体は、複数回に分けて成膜してもよい。この場合
は、第1反応雰囲気下で第1前駆体を成膜する工程と、
第1前駆体を中間層の一部となる第1中間膜とする工程
と、第1中間膜上に、第2反応雰囲気下で第2前駆体を
成膜する工程と、第2前駆体を中間層の一部となる第2
中間膜とする工程とを含み、第2反応雰囲気が第1反応
雰囲気よりも高い反応性を有する、換言すれば「強い」
雰囲気である、方法とすることが好ましい。
Next, a preferred embodiment of the production method of the present invention will be described. In this method, the precursor is converted to an oxygen atom,
The film may be formed in a reaction atmosphere containing at least one reactive species selected from a nitrogen atom and a carbon atom.
The precursor may be formed a plurality of times. In this case, a step of forming a first precursor under a first reaction atmosphere;
A step of using the first precursor as a first intermediate film that becomes a part of the intermediate layer; a step of forming a second precursor on the first intermediate film under a second reaction atmosphere; A second part of the middle layer
The second reaction atmosphere has a higher reactivity than the first reaction atmosphere, in other words, “strong”.
Preferably, the method is an atmosphere.

【0030】別の好ましい形態では、本発明は、第1前
駆体を成膜する工程と、第1前駆体を第1反応雰囲気下
で中間層の一部となる第1中間膜とする工程と、第1中
間膜上に第2前駆体を形成する工程と、第2前駆体を第
2反応雰囲気下で前記中間層の一部となる第2中間膜と
する工程とを含み、第2反応雰囲気が第1反応雰囲気よ
りも高い反応性を有する方法として用いられる。
In another preferred embodiment, the present invention comprises a step of forming a first precursor and a step of forming the first precursor into a first intermediate film which becomes a part of an intermediate layer in a first reaction atmosphere. Forming a second precursor on the first intermediate film, and forming the second precursor into a second intermediate film that becomes a part of the intermediate layer under a second reaction atmosphere. The atmosphere is used as a method having higher reactivity than the first reaction atmosphere.

【0031】前駆体に作用する反応種は、前駆体を支持
する膜(例えば磁性層)にまで影響を及ぼすことがあ
る。このため、強い反応条件を適用すると、磁性層が酸
化等により劣化するおそれがある。しかし、最初に相対
的に弱い条件を適用して磁性層を覆う膜を形成すれば、
反応種が磁性層を劣化させにくくなる。反応条件を変更
しつつ中間層を形成すれば、磁性層の劣化を抑制しつ
つ、所望の中間層を効率的に得ることができる。
The reactive species acting on the precursor may affect the film (eg, magnetic layer) supporting the precursor. Therefore, when strong reaction conditions are applied, the magnetic layer may be deteriorated by oxidation or the like. However, if a film covering the magnetic layer is formed by applying relatively weak conditions first,
Reactive species hardly deteriorate the magnetic layer. If the intermediate layer is formed while changing the reaction conditions, a desired intermediate layer can be efficiently obtained while suppressing deterioration of the magnetic layer.

【0032】反応雰囲気の「強さ」、即ち前駆体との反
応を促進する能力は、温度、反応種の活性化状態、反応
種の分圧等により、制御すればよい。反応種の分圧は、
制御しやすい条件の一つである。本発明の好ましい形態
には、第2前駆体に適用する反応雰囲気における反応種
の分圧を、第1前駆体に適用する反応雰囲気におけるそ
の反応種の分圧よりも高くする方法が含まれる。
The "strength" of the reaction atmosphere, that is, the ability to promote the reaction with the precursor may be controlled by the temperature, the activated state of the reactive species, the partial pressure of the reactive species, and the like. The partial pressure of the reactive species is
This is one of the conditions that can be easily controlled. A preferred embodiment of the present invention includes a method in which the partial pressure of the reactive species in the reaction atmosphere applied to the second precursor is higher than the partial pressure of the reactive species in the reaction atmosphere applied to the first precursor.

【0033】本発明の好ましい形態では、「弱い」反応
雰囲気を用いてから「強い」反応雰囲気を用いる。ここ
で、「弱い」反応雰囲気は、前駆体を、化学量論的な値
の80%未満の反応種(例えばF、O、NおよびC)を
有する状態にまで反応させる雰囲気が好ましい。「強
い」反応雰囲気とは、化学量論的な値の80%以上、好
ましくは99%以上にまで反応種が存在する状態にまで
前駆体を反応させうる雰囲気が好ましい。
In a preferred form of the invention, a "weak" reaction atmosphere is used followed by a "strong" reaction atmosphere. Here, the “weak” reaction atmosphere is preferably an atmosphere in which the precursor is reacted to a state having less than 80% of the stoichiometric value of the reactive species (eg, F, O, N and C). A "strong" reaction atmosphere is preferably an atmosphere that allows the precursor to react to a state in which the reactive species is present at 80% or more, preferably 99% or more of the stoichiometric value.

【0034】中間層を形成する工程は、3回以上に分け
て行ってもよい。この場合、第1前駆体と第2前駆体と
は、必ずしも連続して形成しなくてもよい。
The step of forming the intermediate layer may be performed three or more times. In this case, the first precursor and the second precursor do not necessarily need to be formed continuously.

【0035】中間層を形成するためにn回の前駆体形成
工程を含む場合には、第m回目に形成する前駆体に適用
する反応雰囲気が、第(m−1)回目に形成する前駆体
に適用する反応雰囲気よりも高い反応性を有するように
調整することが好ましい。ただし、nは2以上の整数で
あり、mはnから選ばれる整数である。中間層による良
好な接合を実現するためには、比較的長い反応時間をか
けて前駆体を酸化等することが必要となる場合がある。
徐々に条件を激しくしていくと、短い反応時間で良好な
中間層を形成できる。
In the case where the precursor is formed n times in order to form the intermediate layer, the reaction atmosphere applied to the precursor to be formed in the m-th process is the same as that in the (m-1) -th process. It is preferable to adjust so as to have a higher reactivity than the reaction atmosphere applied to. Here, n is an integer of 2 or more, and m is an integer selected from n. In order to realize good bonding by the intermediate layer, it may be necessary to oxidize the precursor over a relatively long reaction time.
If the conditions are gradually increased, a good intermediate layer can be formed in a short reaction time.

【0036】最初に形成する前駆体の一部を意図的に未
反応の状態としたまま、次の前駆体を重ねてもよい。こ
の好ましい例によれば、その後に加熱することによって
未反応の状態にある上記前駆体の一部と中間層の下地と
なる磁性層(下地磁性層)に含まれる元素とを反応させ
ることができる。加熱温度に特に制限はないが、200
〜400℃程度が好適である。この加熱は、デバイスの
製造に必要とされる熱処理工程と兼用しても構わない。
The next precursor may be stacked while a part of the precursor formed first is intentionally left unreacted. According to this preferred example, a portion of the unreacted precursor can be reacted with an element contained in the magnetic layer (underlying magnetic layer) serving as a base of the intermediate layer by heating thereafter. . The heating temperature is not particularly limited,
A temperature of about 400 ° C. is preferable. This heating may be used also as a heat treatment step required for manufacturing the device.

【0037】磁性層に混在する反応種となる元素(例え
ば、O、NおよびCから選ばれる少なくとも1種)は、
磁性層の特性を劣化させる場合がある。これら元素を前
駆体の未反応部分と反応させて除去すれば、磁性層の劣
化を抑制できる。この未反応前駆体は、その後に行われ
る酸化等から下地磁性層を保護する役割も担う。前駆体
の一部を未反応で残すには、前駆体の膜厚を適用する反
応条件ではそのすべてが反応しない程度に厚く制御する
とよい。
Elements serving as reactive species (for example, at least one selected from O, N and C) mixed in the magnetic layer are as follows:
The properties of the magnetic layer may be degraded. If these elements are reacted with unreacted portions of the precursor and removed, deterioration of the magnetic layer can be suppressed. The unreacted precursor also has a role of protecting the underlying magnetic layer from oxidation and the like performed thereafter. In order to leave a part of the precursor unreacted, it is preferable to control the thickness of the precursor so that all of the precursor does not react under the reaction conditions in which the film thickness is applied.

【0038】さらに、本発明者は、特に前駆体がAl以
外の元素を含有する場合には、前駆体とそれから生成す
る中間層との体積比が中間層の特性に大きな影響を及ぼ
していることを見出した。
Further, the present inventors have found that, particularly when the precursor contains an element other than Al, the volume ratio between the precursor and the intermediate layer formed therefrom has a great influence on the characteristics of the intermediate layer. Was found.

【0039】即ち、本発明の好ましい形態には、前駆体
の体積Vbに対する、当該前駆体から形成した膜の体積
Vaの比率(Va/Vb)を1.05以上2.0以下と
する方法が含まれる。
That is, in a preferred embodiment of the present invention, there is provided a method in which the ratio of the volume Va of the film formed from the precursor to the volume Vb of the precursor (Va / Vb) is 1.05 or more and 2.0 or less. included.

【0040】前駆体は、通常、スパッタリング法等の真
空成膜法により形成される。この方法により形成された
前駆体は、一般には理論密度の60〜99.9%程度の
密度を有する。いわば「巣が生じた」状態にある前駆体
は、反応種との反応に伴ってその体積が増加または減少
する。このとき、Va/Vbが1.05未満であると、
ごく薄い中間層を挟持する一対の磁性層の間で大きなリ
ーク電流が発生するおそれがある。一方、Va/Vbが
2.0を超えると、中間層が不均一化して抵抗値にバラ
ツキが生じやすくなり、極端な場合には体積膨張により
クラックが発生する。
The precursor is usually formed by a vacuum film forming method such as a sputtering method. The precursor formed by this method generally has a density of about 60 to 99.9% of the theoretical density. The precursor in a so-called "nested" state increases or decreases in volume as it reacts with the reactive species. At this time, if Va / Vb is less than 1.05,
A large leak current may occur between a pair of magnetic layers sandwiching a very thin intermediate layer. On the other hand, if Va / Vb exceeds 2.0, the intermediate layer becomes non-uniform and the resistance value tends to vary, and in extreme cases, cracks occur due to volume expansion.

【0041】中間層は、理論密度の90%以上の密度を
有する前駆体を、Va/Vbが1.1以上1.5以下と
なるように反応種と反応させて形成することがより好ま
しい。この好ましい製法は、低接合抵抗と高MR値との
両立に有利である。
The intermediate layer is more preferably formed by reacting a precursor having a density of 90% or more of the theoretical density with a reactive species so that Va / Vb becomes 1.1 or more and 1.5 or less. This preferred manufacturing method is advantageous for achieving both low junction resistance and high MR value.

【0042】上述したように、中間層の低抵抗化には、
複数の元素を含ませるほうがよい。従って、上記で説明
した各方法においても、中間層前駆体が、反応種との反
応後に、2〜17族から選ばれる少なくとも3種の元素
を含むことが好ましい。
As described above, to reduce the resistance of the intermediate layer,
It is better to include a plurality of elements. Therefore, in each of the methods described above, it is preferable that the intermediate layer precursor after the reaction with the reactive species contains at least three elements selected from Groups 2 to 17.

【0043】反応種は、前駆体と反応するものであれば
特に制限されないが、例えば、酸素原子、窒素原子およ
び炭素原子から選ばれる少なくとも1種、好ましくは酸
素原子および/または窒素原子を含むとよい。酸素原子
および窒素原子を含む雰囲気は特に好適である。より具
体的には、オゾン、酸素プラズマ、窒素プラズマ、酸素
ラジカルおよび窒素ラジカルから選ばれる少なくとも1
種を含む反応雰囲気が好適である。本明細書では、「原
子」が含まれている状態に特に制限はなく、分子、プラ
ズマ、ラジカル等として存在していてもよい。
The reactive species is not particularly limited as long as it reacts with the precursor. For example, if the reactive species contains at least one selected from oxygen atom, nitrogen atom and carbon atom, and preferably contains oxygen atom and / or nitrogen atom, Good. An atmosphere containing oxygen and nitrogen atoms is particularly suitable. More specifically, at least one selected from ozone, oxygen plasma, nitrogen plasma, oxygen radicals and nitrogen radicals
A reaction atmosphere containing the seed is preferred. In the present specification, there is no particular limitation on the state in which “atoms” are included, and they may exist as molecules, plasma, radicals, or the like.

【0044】前駆体の反応のために用いられる雰囲気に
は、Kr原子およびXe原子から選ばれる少なくとも1
種を含ませるとよい。これらの不活性ガスは、酸素およ
び窒素から選ばれる少なくとも一方のプラズマもしくは
ラジカル、またはオゾンのエネルギー状態を均一化す
る。これらの不活性ガスとともにAr原子を含有させて
もよい。
The atmosphere used for the reaction of the precursor includes at least one selected from Kr atoms and Xe atoms.
It is good to include seeds. These inert gases homogenize the energy state of at least one plasma or radical selected from oxygen and nitrogen, or ozone. Ar atoms may be contained together with these inert gases.

【0045】前駆体は、Ar原子および窒素原子から選
ばれる少なくとも1種を含む第1雰囲気と接触させた後
に、Ar原子および窒素原子から選ばれる少なくとも1
種と酸素原子と含む第2雰囲気と接触させてもよい。第
1雰囲気の圧力は100mTorr以上、第2雰囲気の圧力
は1〜100mTorrが好ましい。予め反応性が低い第1
雰囲気を導入して反応室内の圧力を高めてから第2雰囲
気により酸化すると、酸素と共に導入されやすい不純物
による中間層の劣化を抑制できる。
The precursor is brought into contact with a first atmosphere containing at least one selected from the group consisting of Ar atoms and nitrogen atoms, and then the precursor is mixed with at least one of the atoms selected from Ar atoms and nitrogen atoms.
You may contact with the 2nd atmosphere containing a seed and an oxygen atom. The pressure of the first atmosphere is preferably 100 mTorr or more, and the pressure of the second atmosphere is preferably 1 to 100 mTorr. First with low reactivity
Oxidation by the second atmosphere after increasing the pressure in the reaction chamber by introducing an atmosphere can suppress deterioration of the intermediate layer due to impurities easily introduced together with oxygen.

【0046】前駆体は、所望の中間層に応じて適宜選択
すればよい。例えば中間層としてAl23を形成するた
めには、金属アルミニウム(Al)またはアルミニウム
酸化物(AlOx(x<1.5))が用いられる。
The precursor may be appropriately selected according to the desired intermediate layer. For example, to form Al 2 O 3 as the intermediate layer, metallic aluminum (Al) or aluminum oxide (AlOx (x <1.5)) is used.

【0047】前駆体は、アモルファス相を含んでいても
よい。アモルファスの前駆体は、磁性層を均一に覆いや
すい。アモルファス化には、例えば2種以上の遷移金属
を含む前駆体、または少なくとも1種の遷移金属とB、
C、SiおよびPから選ばれる少なくとも1種とを含む
前駆体が適している。これらの組み合わせを用いると、
凝固点とガラス転移点との差が小さくなって結晶化が生
じにくくなる。
The precursor may include an amorphous phase. The amorphous precursor tends to cover the magnetic layer uniformly. For the amorphization, for example, a precursor containing two or more transition metals, or at least one transition metal and B,
A precursor containing at least one selected from C, Si and P is suitable. With these combinations,
The difference between the freezing point and the glass transition point becomes small, and crystallization hardly occurs.

【0048】本発明の好ましい形態は、少なくとも2枚
の基板上にそれぞれ第1磁性層を形成する工程と、同一
の成膜室において第1磁性層上にそれぞれ前駆体を形成
する工程と、上記少なくとも2枚の基板を上記成膜室か
ら反応室に移送する工程と、上記反応室において前駆体
を同一の反応雰囲気下でそれぞれ中間層の少なくとも一
部とする工程と、前記中間層上にそれぞれ第2磁性層を
形成する工程とを含む。中間層の特性には、その形成工
程の諸条件が影響を及ぼしやすい。上記のように複数の
基板について一括して中間層を成膜すれば、基板間にお
ける素子の特性のバラツキを抑制できる。この方法は、
例えば、図1および図2に示したように、成膜室21、
31a、31bと反応室(ロードロック室)22、32
とが真空搬送室23、33およびゲートバルブ25、3
5を介して接続された装置を用いて実施できる。この装
置を用いると、基板24、34は、真空状態を保持しな
がら成膜室と反応室との間を移動できる。なお、上記の
ように反応室とロードロック室とを兼用すると、装置を
小型化できる。一方、成膜室および反応室とは別にロー
ドロック室を設け、これらを接続するように真空搬送室
を配置すると、生産性の向上を図ることができる。
In a preferred embodiment of the present invention, a step of forming a first magnetic layer on at least two substrates, a step of forming a precursor on the first magnetic layer in the same film forming chamber, respectively, Transferring at least two substrates from the film formation chamber to the reaction chamber, making the precursor at least part of an intermediate layer under the same reaction atmosphere in the reaction chamber, Forming a second magnetic layer. The characteristics of the intermediate layer are likely to be affected by various conditions of the formation process. By forming the intermediate layer on a plurality of substrates at a time as described above, variation in element characteristics between the substrates can be suppressed. This method
For example, as shown in FIG. 1 and FIG.
31a, 31b and reaction chambers (load lock chambers) 22, 32
Are vacuum transfer chambers 23 and 33 and gate valves 25 and 3
5 can be carried out using a device connected via the control unit 5. When this apparatus is used, the substrates 24 and 34 can move between the film formation chamber and the reaction chamber while maintaining a vacuum state. When the reaction chamber and the load lock chamber are used as described above, the size of the apparatus can be reduced. On the other hand, when a load lock chamber is provided separately from the film formation chamber and the reaction chamber, and a vacuum transfer chamber is arranged so as to connect them, productivity can be improved.

【0049】図3は、本発明の磁気抵抗効果素子の一例
の断面である。磁気抵抗素子10は、第1磁性層1、中
間層2、第2磁性層3を基本的な膜として含む。この素
子では、外部磁界に応じて磁性層1、3の磁化相対角が
変化することにより、中間層2を介した磁性層1、3間
の電気抵抗が変化する。この電気抵抗の変化が電極1
1、13間を流れる電流により検出される。両電極間の
素子以外の領域は、層間絶縁膜12により絶縁されてい
る。これら各部材を含む多層膜は、基板14上に、スパ
ッタリング法等によって形成すればよい。
FIG. 3 is a cross section of an example of the magnetoresistive element of the present invention. The magnetoresistive element 10 includes a first magnetic layer 1, an intermediate layer 2, and a second magnetic layer 3 as basic films. In this element, the electrical resistance between the magnetic layers 1 and 3 via the intermediate layer 2 changes by changing the relative magnetization angle of the magnetic layers 1 and 3 according to the external magnetic field. This change in electrical resistance is
It is detected by the current flowing between 1 and 13. The region other than the element between the two electrodes is insulated by the interlayer insulating film 12. The multilayer film including these members may be formed on the substrate 14 by a sputtering method or the like.

【0050】両磁性層1、3のいずれか一方の磁化を固
定し、他方の磁性層(自由磁性層)の磁化回転により、
抵抗の変化を生じさせてもよい。磁化を固定する磁性層
(固定磁性層)には、中間層と反対側の面に、磁化回転
抑制層を配置することが好ましい。磁化回転抑制層とし
ては、高保磁力磁性体、反強磁性体、積層フェリ等が挙
げられる。磁化回転抑制層として、積層フェリ/反強磁
性体、積層フェリ/高保磁力磁性体等の多層膜を用いて
もよい。積層フェリ自体を固定磁性層として用いても構
わない。
The magnetization of one of the magnetic layers 1 and 3 is fixed, and the rotation of the magnetization of the other magnetic layer (free magnetic layer) is performed.
A change in resistance may be caused. It is preferable to arrange a magnetization rotation suppressing layer on the surface opposite to the intermediate layer in the magnetic layer for fixing the magnetization (fixed magnetic layer). Examples of the magnetization rotation suppressing layer include a high coercive force magnetic material, an antiferromagnetic material, and a laminated ferrimagnetic material. As the magnetization rotation suppressing layer, a multilayer film such as a laminated ferrimagnetic / antiferromagnetic material, a laminated ferrimagnetic / high coercive force magnetic material may be used. The laminated ferrimagnetic material itself may be used as the fixed magnetic layer.

【0051】高保磁力磁性体としては、FePt、Co
Pt、CoPtTa、CoCrPtB等が好ましい。積
層フェリには、少なくとも2層の磁性層MTと少なくと
も1層の非磁性層Xとの積層構造を用いればよい。積層
フェリは、非磁性層を介して2層の磁性層が反強磁性的
に結合して固定層の固定磁界を高める働きをする。X
は、Cu、Ag、Auであってもよいが、界面の熱的安
定性からはRu、Rh、Ir、Reが好ましく、特にR
uが優れている。Ruの好ましい膜厚は、0.6〜0.
8nm程度である。MTはFe、CoおよびNiから選
ばれる少なくとも1種の磁性金属を70原子%以上含む
強磁性体が適している。この層の好ましい膜厚は0.5
〜5nmである。反強磁性体としては、Cr単体に加
え、Ru、Re、Ir、Rh.PtおよびPdから選ば
れる少なくとも1種の元素とMnおよび/またはCrと
の合金が好ましい。反強磁性体の好ましい厚みは1〜1
00nm程度である。なお、反強磁性体の特性を向上さ
せるため、あるいは反強磁性体とこれが接する非磁性体
(例えば電極)との間の熱拡散を防止するために、反強
磁性体に接して、Hf、Ta、NiFe、NiFeC
r、Cr等の下地層または拡散防止層を形成してもよ
い。
As the high coercivity magnetic material, FePt, Co
Pt, CoPtTa, CoCrPtB and the like are preferable. The laminated ferri structure may have a laminated structure of at least two magnetic layers MT and at least one nonmagnetic layer X. In the laminated ferrimagnetic layer, two magnetic layers are antiferromagnetically coupled via a nonmagnetic layer, and function to increase the fixed magnetic field of the fixed layer. X
May be Cu, Ag, or Au, but is preferably Ru, Rh, Ir, or Re from the viewpoint of the thermal stability of the interface.
u is excellent. The preferable thickness of Ru is 0.6 to 0.5.
It is about 8 nm. As the MT, a ferromagnetic material containing at least 70 atomic% of at least one magnetic metal selected from Fe, Co and Ni is suitable. The preferred thickness of this layer is 0.5
55 nm. As the antiferromagnetic material, in addition to Cr alone, Ru, Re, Ir, Rh. An alloy of Mn and / or Cr with at least one element selected from Pt and Pd is preferable. The preferred thickness of the antiferromagnetic material is 1-1.
It is about 00 nm. In order to improve the characteristics of the antiferromagnetic material or to prevent thermal diffusion between the antiferromagnetic material and a non-magnetic material (eg, an electrode) in contact with the antiferromagnetic material, Hf, Ta, NiFe, NiFeC
A base layer of r, Cr, or the like or a diffusion prevention layer may be formed.

【0052】磁性層1、3には、上述のとおり、公知の
材料を特に制限なく使用できる。磁性層は、中間層界面
近傍から少なくとも0.1nmの範囲において、Fe、
CoおよびNiから選ばれる少なくとも1種の金属磁性
元素を50原子%以上含む磁性体が好ましい。この条件
を満たす材料には、Fe25Co75、Fe50Co50等のF
eCo合金、Ni40Fe60、Ni81Fe19等のNiFe
合金、NiFeCo合金が含まれ、またFeCr、Fe
SiAl、FeSi、FeAl、FeCoSi、FeC
oAl、FeCoSiAl、FeCoTi、Fe(N
i)(Co)Pt、Fe(Ni)(Co)Pd、Fe
(Ni)(Co)Rh、Fe(Ni)(Co)Ir、F
e(Ni)(Co)Ru等の非磁性元素と磁性元素との
合金が含まれる。上記磁性体として、FeN、FeTi
N、FeAlN、FeSiN、FeTaN、FeCo
N、FeCoTiN、FeCoAlN、FeCoSi
N、FeCoTaN等の窒化物、Fe34、MnZnフ
ェライト、NiZnフェライト等の酸化物、CoNbZ
r、CoTaNbZr等のアモルファス磁性材料を用い
てもよい。上記磁性体として、XMnSb、LaSrM
nO、LaCaSrMnO、CrO2等のハーフメタル
(ハーフメタリック強磁性体)を用いてもよい。ハーフ
メタルは50原子%以上含まれていることが好ましい。
ZnO中に、V、Cr、Fe、CoおよびNiから選ば
れる元素をドープした磁性半導体を用いてもよい。
As described above, known materials can be used for the magnetic layers 1 and 3 without any particular limitation. The magnetic layer has a thickness of at least 0.1 nm from the vicinity of the interface between the intermediate layer and Fe.
A magnetic material containing at least 50 atomic% of at least one metal magnetic element selected from Co and Ni is preferable. Materials that satisfy this condition include F 25 Co 75 and Fe 50 Co 50
eCo alloys, NiFe such as Ni 40 Fe 60 , Ni 81 Fe 19
Alloys, NiFeCo alloys, and FeCr, Fe
SiAl, FeSi, FeAl, FeCoSi, FeC
oAl, FeCoSiAl, FeCoTi, Fe (N
i) (Co) Pt, Fe (Ni) (Co) Pd, Fe
(Ni) (Co) Rh, Fe (Ni) (Co) Ir, F
An alloy of a non-magnetic element such as e (Ni) (Co) Ru and a magnetic element is included. As the magnetic material, FeN, FeTi
N, FeAlN, FeSiN, FeTaN, FeCo
N, FeCoTiN, FeCoAlN, FeCoSi
N, nitrides such as FeCoTaN, oxides such as Fe 3 O 4 , MnZn ferrite, NiZn ferrite, CoNbZ
r, an amorphous magnetic material such as CoTaNbZr may be used. XMnSb, LaSrM as the magnetic material
A half metal (half metallic ferromagnetic material) such as nO, LaCaSrMnO, or CrO 2 may be used. The half metal is preferably contained in an amount of 50 atomic% or more.
A magnetic semiconductor doped with an element selected from V, Cr, Fe, Co and Ni in ZnO may be used.

【0053】磁性層1、3は、それ自体が均一な組成で
構成されていなくてもよい。軟磁性化、硬質磁性化もし
くは中間層界面でのフェルミ面近傍の高スピン分極率
化、または人工格子形成もしくは量子準位形成によるス
ピン分極率の増大のため、互いに組成や結晶構造の異な
る複数の磁性体を積層して用いてもよく、磁性体と非磁
性体を積層して用いてもよい。
The magnetic layers 1 and 3 do not have to have a uniform composition. In order to increase soft polarizability, hard magnetizability, high spin polarizability near the Fermi surface at the interface of the intermediate layer, or increase in spin polarizability due to formation of artificial lattice or quantum level, multiple compounds with different compositions and crystal structures from each other A magnetic material may be laminated and used, or a magnetic material and a non-magnetic material may be laminated and used.

【0054】[0054]

【実施例】以下の実施例では、組成分析を行っていない
材料については、数値を付さず元素を並べて記載する。
EXAMPLES In the following examples, elements that have not been subjected to composition analysis are described without elements by arranging elements.

【0055】(実施例1)本実施例では、マグネトロン
スパッタが可能である成膜室(到達真空度5×10-9To
rr)と、逆スパッタが可能であり、窒素ラジカル、酸素
および酸素ラジカルが導入でき、かつランプによる基板
加熱が可能なロードロック室とを、真空搬送室で接続し
た図1と同様の構成を有する多元成膜装置を用いた。こ
の装置の成膜室において、6インチの熱酸化膜付きシリ
コン基板上に、以下の膜を形成した。
(Embodiment 1) In this embodiment, a film forming chamber (attained vacuum degree of 5 × 10 -9 To
rr) and a load lock chamber capable of reverse sputtering, capable of introducing nitrogen radicals, oxygen and oxygen radicals, and capable of heating a substrate by a lamp, has a configuration similar to that of FIG. A multi-layer film forming apparatus was used. In a film forming chamber of this apparatus, the following films were formed on a 6-inch silicon substrate provided with a thermal oxide film.

【0056】Ta(3)/Cu(750)/Ta(3)/PtMn(30)/Co90Fe
10(3)/Ru(0.7)/Co90Fe10(2)/Co50Fe50(1)/中間層/Co50F
e50(1)/NiFe(2)/Ru(0.7)/NiFe(2)/Ta(5) ただし、上記は基板側から順に各膜を示したものであ
り、括弧内は膜厚を示す(単位はnm;以下、同様)。
Ta (3) / Cu (750) / Ta (3) / PtMn (30) / Co 90 Fe
10 (3) / Ru (0.7) / Co 90 Fe 10 (2) / Co 50 Fe 50 (1) / interlayer / Co 50 F
e 50 (1) / NiFe (2) / Ru (0.7) / NiFe (2) / Ta (5) However, the above shows each film in order from the substrate side, and the thickness in parentheses indicates the film thickness ( The unit is nm; the same applies hereinafter).

【0057】この多層膜は、下地膜/下部電極/下地膜
/反強磁性体/積層フェリ/固定磁性層/中間層/自由
磁性層/保護層から構成される。ここで、自由磁性層に
相当するCo50Fe50(1)/NiFe(2)/Ru(0.7)/NiFe(2)では、
Ruを挟んだNiFeが交換結合で結合したソフトな積
層フェリが、Co50Fe50の磁区構造を単純化してい
る。
This multilayer film is composed of a base film, a lower electrode, a base film, an antiferromagnetic material, a laminated ferrimagnetic layer, a fixed magnetic layer, an intermediate layer, a free magnetic layer, and a protective layer. Here, in Co 50 Fe 50 (1) / NiFe (2) / Ru (0.7) / NiFe (2) corresponding to the free magnetic layer,
Soft laminated ferrimagnetic across the ru NiFe is bound by exchange coupling, which simplifies the magnetic domain structure of Co 50 Fe 50.

【0058】次いで、固定磁性層に一軸異方性を付与す
るために、多層膜を形成した基板を、真空中、260
℃、5kOeの磁界をかけて熱処理を行った。この膜を、
図3のように、メサ形状に加工し、さらに層間絶縁膜と
上部電極を形成した。中間層の素子断面積は0.5μm
2とした。層間絶縁膜としては膜厚300nmのAl2
3を用い、上部電極には膜厚5nmのTaと膜厚750
nmのCuとの積層体を用いた。
Next, uniaxial anisotropy is imparted to the fixed magnetic layer.
For this purpose, the substrate on which the multilayer film is formed
The heat treatment was performed by applying a magnetic field of 5 kOe. This membrane
As shown in FIG. 3, it is processed into a mesa shape, and further an interlayer insulating film is formed.
An upper electrode was formed. The element cross section of the intermediate layer is 0.5 μm
TwoAnd 300 nm thick Al as the interlayer insulating filmTwoO
ThreeThe upper electrode is made of Ta having a thickness of 5 nm and a thickness of 750.
A laminate with Cu of nm was used.

【0059】中間層の作製方法を以下に説明する。ま
ず、各化合物を構成する元素(表1参照)から酸素およ
び窒素を除いた元素からなるターゲットをArガス中で
放電することにより中間層前駆体を作製した。この前駆
体の膜厚は0.3〜0.4nmとした。ただし、酸素お
よび窒素を除く上記元素が炭素を含む場合は、炭化物タ
ーゲットを用いた。酸素、窒素および炭素を除く元素が
複数の場合は、それら元素ごとにターゲットを準備し、
これらターゲットを同時放電した。
The method for forming the intermediate layer will be described below. First, an intermediate layer precursor was produced by discharging a target composed of elements obtained by removing oxygen and nitrogen from the elements constituting each compound (see Table 1) in Ar gas. The thickness of this precursor was 0.3 to 0.4 nm. However, when the above elements other than oxygen and nitrogen contained carbon, a carbide target was used. If there are multiple elements except oxygen, nitrogen and carbon, prepare a target for each of those elements,
These targets were discharged simultaneously.

【0060】次いで、基板を成膜室からロードロック室
に搬送し、前駆体の酸化および/または窒化を行った。
酸化は、酸素を10〜600Torr導入し、10秒〜6時
間程度反応させて行った。窒化は、窒素ラジカルを3〜
900秒導入することで作製した。酸窒化は、上記と同
様にして、酸化および窒化をこの順に実施することで作
製した。なお、窒素ラジカルの導入に代えて、窒素ガス
を導入した雰囲気における逆スパッタRF放電によって
も、酸窒化または窒化を行えることが確認された。
Next, the substrate was transferred from the film forming chamber to the load lock chamber, and the precursor was oxidized and / or nitrided.
Oxidation was performed by introducing oxygen at 10 to 600 Torr and reacting for 10 seconds to 6 hours. Nitriding converts nitrogen radicals into 3 ~
It was produced by introducing for 900 seconds. Oxynitridation was produced by performing oxidation and nitridation in this order in the same manner as described above. In addition, it was confirmed that oxynitriding or nitriding could be performed by reverse sputtering RF discharge in an atmosphere in which nitrogen gas was introduced instead of introducing nitrogen radicals.

【0061】引き続き、先と同じ中間層前駆体を0.2
〜0.3nmの膜厚となるように成膜し、ロードロック
室での酸化、窒化または酸窒化を繰り返した。
Subsequently, the same intermediate layer precursor as above was added in an amount of 0.2%.
A film was formed to have a thickness of about 0.3 nm, and oxidation, nitridation, or oxynitridation in the load lock chamber was repeated.

【0062】こうして作製した磁気抵抗効果素子につい
て、上部電極と下部電極との間に電流を流し、外部磁場
により変化する電極間の抵抗変化率を測定した。また、
中間層単位面積(1μm2)あたりの接合抵抗値(R
A)を測定した。結果を中間層の組成とともに表1に示
す。
A current was applied between the upper electrode and the lower electrode of the magnetoresistive element thus manufactured, and the rate of change in resistance between the electrodes, which was changed by an external magnetic field, was measured. Also,
The junction resistance (R) per unit area (1 μm 2 ) of the intermediate layer
A) was measured. The results are shown in Table 1 together with the composition of the intermediate layer.

【0063】なお、表1では、便宜上、化学量論組成を
示したが、ここで形成した中間層は必ずしも同組成を有
するものではない。例えばAl23は、正確には、Al
Ox(x=1.1〜1.5程度)である。このように、
各中間層の表示は、化学量論組成から20〜30%程度
ずれた組成も含んでいる。また、複数の化合物が示され
ている中間層では、各化合物の比率を1:1を目標に調
整したが、確認していないため、この比率からずれてい
る可能性はある。中間層に添加する化合物(Al23
MgOにおけるMgO)の効果は、5〜95重量%の広
い範囲で確認されている。
Although the stoichiometric composition is shown in Table 1 for convenience, the intermediate layer formed here does not always have the same composition. For example, Al 2 O 3
Ox (x = about 1.1 to 1.5). in this way,
The indication of each intermediate layer also includes a composition deviating from the stoichiometric composition by about 20 to 30%. In addition, in the intermediate layer in which a plurality of compounds are shown, the ratio of each compound was adjusted with a target of 1: 1. However, since the ratio has not been confirmed, the ratio may deviate from this ratio. Compound to be added to the intermediate layer (Al 2 O 3.
The effect of MgO on MgO has been confirmed in a wide range of 5 to 95% by weight.

【0064】Al23層については、RAを減少させる
ために、上記よりも中間層前駆体の膜厚を漸次減少させ
たサンプルを作製して同様の測定を実施した。表1にお
いて、*を付したサンプルが他の材料のサンプルと同様
の操作によって得た中間層である。
With respect to the Al 2 O 3 layer, in order to reduce RA, a sample in which the thickness of the intermediate layer precursor was gradually reduced from that described above was prepared, and the same measurement was performed. In Table 1, the sample marked with * is an intermediate layer obtained by the same operation as the samples of other materials.

【0065】 (表1−1) ―――――――――――――――――――――――――――――――――― 中間層 MR(%) RA(Ωμm2) ―――――――――――――――――――――――――――――――――― Al23 3 1 Al23 8 5 Al23 15 10 Al23 21 15 Al23 28 20 *Al23 38 30 Al23・MgO 31 15 Al23・SrTiO3 35 18 Al23・Y23 37 14 Al23・CeO2 33 13 Al23・TiO2 36 12 Al23・ZrO2 35 14 Al23・HfO2 37 18 Al23・V25 33 16 Al23・Nb25 34 17 Al23・Ta25 38 18 Al23・Cr23 35 16 Al23・MnO 30 12 Al23・Cu2O 37 10 Al23・ZnO 30 14 Al23・Ga23 33 16 Al23・SiO2 34 12 Al23・AlF3 31 15 Al23・Al43 28 10 Al23・AlN 26 10 ――――――――――――――――――――――――――――――――――(Table 1-1) Intermediate layer MR (%) RA ―――――――――――――――――――――――――――――――― (Ωμm 2 ) ―――――――――――――――――――――――――――――――― Al 2 O 3 3 1 Al 2 O 3 8 5 Al 2 O 3 15 10 Al 2 O 3 21 15 Al 2 O 3 28 20 * Al 2 O 3 38 30 Al 2 O 3 · MgO 31 15 Al 2 O 3 · SrTiO 3 35 18 Al 2 O 3 · Y 2 O 3 37 14 Al 2 O 3 · CeO 2 33 13 Al 2 O 3 · TiO 2 36 12 Al 2 O 3 · ZrO 2 35 14 Al 2 O 3 · HfO 2 37 18 Al 2 O 3 · V 2 O 5 33 16 Al 2 O 3 .Nb 2 O 5 34 17 Al 2 O 3 .Ta 2 O 5 3818 Al 2 O 3 .Cr 2 O 3 35 16 Al 2 O 3 .MnO 30 12 Al 2 O 3. Cu 2 O 37 10 Al 2 O 3 · ZnO 30 14 Al 2 O 3 · Ga 2 O 3 33 16 Al 2 O 3 · SiO 2 34 12 Al 2 O 3 · AlF 3 31 15 Al 2 O 3 · Al 4 C 3 28 10 Al 2 O 3 .AlN 26 10 ――――――――――――――――――――――――――――――――

【0066】 (表1−2) ―――――――――――――――――――――――――――――――――― 中間層 MR(%) RA(Ωμm2) ―――――――――――――――――――――――――――――――――― AlN 24 18 AlN・HfN 25 8 AlN・ZrN 24 7 AlN・TiN 23 6 AlN・TaN 25 5 AlN・NbN 26 6 AlN・VN 24 7 AlN・BN 31 5 AlN・GaN 28 3 AlN・InN 26 3 AlN・Al43 20 3 ――――――――――――――――――――――――――――――――――(Table 1-2) Intermediate layer MR (%) RA ―――――――――――――――――――――――――――――――― (Ωμm 2 ) ―――――――――――――――――――――――――――――――― AlN 24 18 AlN · HfN 258 AlN · ZrN 24 7 AlN · TiN 23 6 AlN · TaN 25 5 AlN · NbN 26 6 AlN · VN 24 7 AlN · BN 31 5 AlN · GaN 28 3 AlN · InN 26 3 AlN · Al 4 C 3 20 3 ------ ――――――――――――――――――――――――――――

【0067】 (表1−3) ―――――――――――――――――――――――――――――――――― 中間層 MR(%) RA(Ωμm2) ―――――――――――――――――――――――――――――――――― BN 18 12 BN・HfN 22 2 BN・ZrN 19 1 BN・TiN 18 3 BN・TaN 19 2 BN・NbN 18 2 BN・VN 16 1 BN・GaN 20 1 BN・InN 19 1 ――――――――――――――――――――――――――――――――――(Table 1-3) ―――――――――――――――――――――――――――――――― Middle layer MR (%) RA (Ωμm 2 ) ―――――――――――――――――――――――――――――――― BN 18 12 BN / HfN 22 2 BN / ZrN 19 1 BN / TiN 183 BN / TaN 192 BN / NbN 182 BN / VN 161 BN / GaN 201 1 BN / InN 19 1 ------ ―――――――――――――――

【0068】表1より、単に、Al23膜の膜厚を減少
させることでRAを低下させると、MR比も同時に低下
する。これに対し、Al23に他の元素を添加した中間
層では、MR比が同程度であれば、RAはAl23のみ
の場合よりも低くなった。同様に、AlN,BNに他の
元素を添加した中間層でも、同程度のMR比で相対的に
低いRAが得られた。特に、Al,B,Ga,Inから
選ばれる少なくとも1種の窒化物を中間層の材料とする
と、MR比を確保しつつ低いRAを実現できた。
[0068] From Table 1, simply decreasing the RA by decreasing the thickness of the Al 2 O 3 film, MR ratio is also reduced at the same time. In contrast, other and in the intermediate layer adding an element to the Al 2 O 3, as long as MR ratio is the same, RA was lower than the case where only Al 2 O 3. Similarly, a relatively low RA was obtained at the same MR ratio in the intermediate layer obtained by adding other elements to AlN and BN. In particular, when at least one kind of nitride selected from Al, B, Ga, and In is used as the material of the intermediate layer, a low RA can be realized while ensuring an MR ratio.

【0069】なお、膜厚方向に組成変調した中間層を作
製した場合にも、上記と同様、高いMRと低いRAとを
両立できた。組成変調は、表中に併記した2つの化合物
のいずれかを含む膜を積層した多層膜の形成、複数のタ
ーゲットへの印加電圧の調整、反応種とする酸素、窒素
の調整等により行うことができる。複数の元素が中間層
に均一に含まれていなくても、元素添加の効果は得られ
る。
When an intermediate layer whose composition was modulated in the film thickness direction was produced, a high MR and a low RA could both be achieved in the same manner as described above. The composition modulation can be performed by forming a multilayer film in which films containing any one of the two compounds described in the table are stacked, adjusting voltages applied to a plurality of targets, adjusting oxygen and nitrogen as reactive species, and the like. it can. Even if the plurality of elements are not uniformly contained in the intermediate layer, the effect of adding the elements can be obtained.

【0070】さらに、各中間層の膜厚とRAとの関係に
ついては、中間層の膜厚に対し、RAが指数関数的に増
加することが確認できた。これに基づき、目的とするデ
バイスに応じて中間層の抵抗値を調整するとよい。
Further, regarding the relationship between the thickness of each intermediate layer and RA, it was confirmed that RA increased exponentially with respect to the thickness of the intermediate layer. Based on this, the resistance value of the intermediate layer may be adjusted according to the target device.

【0071】(実施例2)マグネトロンスパッタ(到達
真空度5×10-9Torr)用の成膜室、IBD(イオンビ
ームデポジション;到達真空度5×10-9Torr)用の成
膜室およびロードロック室が互いに真空搬送室で接続さ
れた図2と同様の構成を有する多元成膜装置を準備し
た。この装置を用いて、6インチの熱酸化膜付きシリコ
ン基板上に、以下の膜を形成した。
(Example 2) A film forming chamber for magnetron sputtering (attained vacuum of 5 × 10 -9 Torr), a film forming chamber for IBD (ion beam deposition; ultimate vacuum of 5 × 10 -9 Torr), and A multi-layer film forming apparatus having a configuration similar to that of FIG. 2 in which the load lock chambers were connected to each other by a vacuum transfer chamber was prepared. Using this apparatus, the following films were formed on a 6-inch silicon substrate with a thermal oxide film.

【0072】Ta(3)/Cu(500)/Ta(3)/MnRh(30)/Co90Fe10
(3)/Ru(0.7)/Co90Fe10(2)/Co75Fe25(1)/中間層/Co75Fe2
5(1)/NiFe(5)/Ta(5) 中間層を形成する前駆体はIBDにより、それ以外の各
層はマグネトロンスパッタにより形成した。この多層膜
は、下地膜/下部電極/下地膜/反強磁性体/積層フェ
リ/固定磁性層/中間層/自由磁性層/保護層から構成
されている。
Ta (3) / Cu (500) / Ta (3) / MnRh (30) / Co90Fe10
(3) / Ru (0.7) / Co90Fe10 (2) / Co75Fe25 (1) / Intermediate layer / Co75Fe2
The precursor for forming the 5 (1) / NiFe (5) / Ta (5) intermediate layer was formed by IBD, and the other layers were formed by magnetron sputtering. This multilayer film is composed of a base film / lower electrode / base film / antiferromagnetic material / stacked ferri / fixed magnetic layer / intermediate layer / free magnetic layer / protective layer.

【0073】次に、固定磁性層に一軸異方性を付与する
ために、真空中で250℃、5kOeの磁界をかけて熱処
理を行った。この膜を、図3に示したように素子面積が
0.5μm2となるようにメサ加工を行い、上部電極と
してCu(500)を形成した。
Next, in order to impart uniaxial anisotropy to the fixed magnetic layer, a heat treatment was performed in a vacuum at 250 ° C. by applying a magnetic field of 5 kOe. This film was subjected to mesa processing so that the element area became 0.5 μm 2 as shown in FIG. 3, and Cu (500) was formed as an upper electrode.

【0074】ここでは、中間層として、膜厚1.5nm
のAl23膜と、膜厚0.25nmの非磁性元素膜と、
をこの順に形成した。また、膜厚0.25nmの一対の
非磁性元素で膜厚1.5nmのAl23膜を挟持した多
層膜の中間層も作製した。
Here, the thickness of the intermediate layer is 1.5 nm.
An Al 2 O 3 film, a non-magnetic element film having a thickness of 0.25 nm,
Were formed in this order. Further, an intermediate layer of a multilayer film in which an Al 2 O 3 film having a thickness of 1.5 nm was sandwiched between a pair of nonmagnetic elements having a thickness of 0.25 nm was also prepared.

【0075】この多層膜の膜構成を表2に示す。作製し
た素子のMR比を、測定バイアスを−0.5Vおよび
0.5Vとして測定した。
Table 2 shows the film configuration of this multilayer film. The MR ratio of the fabricated device was measured with measurement biases of -0.5 V and 0.5 V.

【0076】 (表2) ―――――――――――――――――――――――――――――――――― 中間層 MR(%) MR低下率(%) ―――――――――――――――――――――――――――――――――― Al23 15/15 50 Al23/Cu −3/3 −20 Al23/Ag −0.1/0.5 −30 Al23/Au −2/2 −10 Al23/Ru −2/2 −15 Ru/Al23/Ru −3/5 −20 Al23/Rh −1/2 −5 Al23/Ir −1/2 −10 Al23/Re −2/3 −10 Al23/Pt 12/18 30 Al23/Pd 15/18 40 Al23/Ti 11/21 20 Al23/Zr 11/16 30 Al23/Hf 12/17 40 Al23/V 11/18 30 Al23/Nb 13/19 20 Al23/Ta 15/20 30 Al23/Cr 13/23 20 Al23/Mo 11/15 10 Al23/W 13/15 20 ――――――――――――――――――――――――――――――――――(Table 2) ―――――――――――――――――――――――――――――――― Middle layer MR (%) MR reduction rate (%) ―――――――――――――――――――――――――――――――― Al 2 O 3 15/15 50 Al 2 O 3 / Cu -3/3 -20 Al 2 O 3 / Ag -0.1 / 0.5 -30 Al 2 O 3 / Au -2/2 -10 Al 2 O 3 / Ru -2/2 -15 Ru / Al 2 O 3 / Ru -3/5 -20 Al 2 O 3 / Rh -1/2 -5 Al 2 O 3 / Ir -1/2 -10 Al 2 O 3 / Re -2/3 -10 Al 2 O 3 / Pt 12/18 30 Al 2 O 3 / Pd 15/18 40 Al 2 O 3 / Ti 11/21 20 Al 2 O 3 / Zr 11/16 30 Al 2 O 3 / Hf 12/17 40 Al 2 O 3 / V 11 / 18 30 Al 2 O 3 / Nb 13/19 20 Al 2 O 3 / Ta 15/20 30 Al 2 O 3 / Cr 13/23 20 Al 2 O 3 / Mo 11/15 10 Al 2 O 3 / W 13 / 15 20 ――――――――――――――――――――――――――――――――――

【0077】表2におけるMR比には、正負のバイアス
を印加したときの値を、相対的に小さい値が左側になる
ように示す。また、MR低下率とは、ゼロバイアスの場
合に対するMR比(バイアス印加時の相対的に大きいM
R比)の低下率を示す。負の低下率は、バイアス印加に
よるMR比の上昇を示す。
In the MR ratio in Table 2, values when positive and negative biases are applied are shown such that a relatively small value is on the left side. In addition, the MR reduction rate is defined as an MR ratio (a relatively large M
R ratio). A negative decrease rate indicates an increase in the MR ratio due to bias application.

【0078】表2に示したように、Cu、Ag、Au、
Ru、Rh、Ir、Reを積層すると負のMR比が観察
された。負のMR比を示す素子は、標準抵抗値と比較す
るコンパレータ等を組み合わせることにより、バイアス
の符号を判定する素子として用いることができる。ま
た、非磁性膜を積層すると、バイアス印加時の低下率が
小さくなり、MR比が増大することもあった。強い非対
称性は、MR変化のS/Nを上げるために高出力が必要
なデバイスに有用である。
As shown in Table 2, Cu, Ag, Au,
When Ru, Rh, Ir, and Re were laminated, a negative MR ratio was observed. An element exhibiting a negative MR ratio can be used as an element for determining the sign of a bias by combining a comparator or the like for comparing with a standard resistance value. In addition, when a non-magnetic film is stacked, the rate of decrease when bias is applied is reduced, and the MR ratio may be increased. Strong asymmetry is useful for devices that require high power to increase the S / N of the MR change.

【0079】以上の現象は、Al23に代えて、Al
N、BNを用いた場合にも発現する。また、非対称性
は、非磁性層の厚みが0.1〜1nmの範囲では膜厚に
応じて異なるバイアス依存性を見せるが、1nmを超え
るとMRがほとんど観察されなくなる。
The above phenomenon is caused by the fact that Al 2 O 3 is used instead of Al 2 O 3.
It is also expressed when N and BN are used. In addition, asymmetry shows different bias dependence depending on the thickness of the nonmagnetic layer in the range of 0.1 to 1 nm, but almost no MR is observed when the thickness exceeds 1 nm.

【0080】(実施例3)実施例2で用いた多元成膜装
置を用いて、6インチの熱酸化膜付きシリコン基板上
に、以下の膜を形成した。
Example 3 Using the multi-layer film forming apparatus used in Example 2, the following films were formed on a 6-inch silicon substrate with a thermal oxide film.

【0081】Ta(3)/Cu(500)/Ta(3)/PtMn(30)/Co(3)/Ru
(0.7)/Co(2)/Co50Fe50(1)/中間層/Co74Fe26(1)/NiFe(5)
/Ta(5) 中間層を形成する前駆体およびCo74Fe26はIBDによ
り、それ以外の各層はマグネトロンスパッタにより形成
した。この膜は、下地/下部電極層/下地/反強磁性体
/積層フェリ/固定磁性層/中間層/自由磁性層/保護
層から構成されている。次いで、実施例2と同様にし
て、熱処理、メサ加工および上部電極の形成を行った。
Ta (3) / Cu (500) / Ta (3) / PtMn (30) / Co (3) / Ru
(0.7) / Co (2) / Co50Fe50 (1) / Intermediate layer / Co74Fe26 (1) / NiFe (5)
The precursor for forming the / Ta (5) intermediate layer and Co74Fe26 were formed by IBD, and the other layers were formed by magnetron sputtering. This film is composed of an underlayer, a lower electrode layer, an underlayer, an antiferromagnetic material, a laminated ferrimagnetic layer, a fixed magnetic layer, an intermediate layer, a free magnetic layer, and a protective layer. Next, in the same manner as in Example 2, heat treatment, mesa processing, and formation of an upper electrode were performed.

【0082】中間層としては、表3に示す膜構成を採用
した。3層膜の両端のAl23膜は、それぞれ、膜厚
0.3nmのAlを成膜後、20℃で20Torrの酸素雰
囲気で1分、200Torrの酸素雰囲気で1分酸化した
後、さらに膜厚0.2nmのAlを成膜し、200Torr
の酸素雰囲気で3分酸化して作製した。単層のAl23
膜は、酸化前のAl厚の層厚合計が1nmとなるように
上記工程を繰り返して形成した。
As the intermediate layer, a film configuration shown in Table 3 was employed. The Al 2 O 3 films at both ends of the three-layer film were formed by forming an Al film having a thickness of 0.3 nm, and then oxidizing at 20 ° C. for 1 minute in a 20 Torr oxygen atmosphere and for 1 minute in a 200 Torr oxygen atmosphere. A film of Al having a thickness of 0.2 nm is formed at 200 Torr.
For 3 minutes in an oxygen atmosphere. Single layer of Al 2 O 3
The film was formed by repeating the above steps so that the total thickness of the Al thickness before oxidation was 1 nm.

【0083】3層膜の両端のAlN膜は、0.5nmの
Alを成膜後、Ar+N2雰囲気中で逆スパッタを10
秒行って形成した。
The AlN film at both ends of the three-layer film is formed by depositing 0.5 nm of Al, and then performing reverse sputtering in an Ar + N 2 atmosphere for 10 minutes.
Seconds and formed.

【0084】3層膜の中央のAlN膜およびBN膜は、
窒素プラズマのアシストを行いながら、それぞれAlN
およびBNターゲットを用い、膜厚0.2nmに成膜し
た。同じく中央に配置される他の化合物膜は、各化合物
のターゲットを用いて膜厚0.2nmに成膜した。
The AlN film and BN film at the center of the three-layer film
While assisting with nitrogen plasma,
And a BN target to form a film having a thickness of 0.2 nm. Other compound films similarly arranged at the center were formed to a film thickness of 0.2 nm using targets of each compound.

【0085】以上のようにして作製した素子について、
MR比を測定した。中間層の構成とともに、結果を表3
に示す。なお、表3では、ホイスラ合金(NiMnS
b,CuMnSb,PtMnSb)については、スパッ
タによる組成ずれが大きいため、成分のみを示してい
る。ただし、表示した膜では、化学量論比からの組成ず
れが10%程度あっても同様の効果が得られる。
For the device fabricated as described above,
The MR ratio was measured. Table 3 shows the results together with the composition of the intermediate layer.
Shown in In Table 3, the whistler alloy (NiMnS
b, CuMnSb, PtMnSb) show only the components because the compositional deviation due to sputtering is large. However, in the film shown, the same effect can be obtained even if the composition deviation from the stoichiometric ratio is about 10%.

【0086】 (表3) ――――――――――――――――――――――――――――― 中間層 MR(%) ――――――――――――――――――――――――――――― Al23 40 ――――――――――――――――――――――――――――― Al23/Fe34/Al23 49 Al23/NiMnSb/Al23 52 Al23/CuMnSb/Al23 53 Al23/PtMnSb/Al23 55 Al23/LaSrMnO/Al23 51 Al23/CrO2/Al23 55 ――――――――――――――――――――――――――――― Al23/AlN/Al23 46 Al23/BN/Al23 45 AlN/BN/AlN 45 ―――――――――――――――――――――――――――――(Table 3) ――――――――――――――――――――――――――――― Middle class MR (%) ―――――――― ――――――――――――――――――――― Al 2 O 3 40 ―――――――――――――――――――――――― ------ Al 2 O 3 / Fe 3 O 4 / Al 2 O 3 49 Al 2 O 3 / NiMnSb / Al 2 O 3 52 Al 2 O 3 / CuMnSb / Al 2 O 3 53 Al 2 O 3 / PtMnSb / Al 2 O 3 55 Al 2 O 3 / LaSrMnO / Al 2 O 3 51 Al 2 O 3 / CrO 2 / Al 2 O 3 55 ――――――――――――――――――― ―――――――――― Al 2 O 3 / AlN / Al 2 O 3 46 Al 2 O 3 / BN / Al 2 O 3 45 AlN / BN / AlN 45 ―――――――――― ――――――――――――― ――――――

【0087】表3に示すように、3層膜の中間層を用い
た素子からは、Al23単層膜の中間層を用いた場合よ
りも高いMR比が得られた。
As shown in Table 3, a higher MR ratio was obtained from the element using the three- layered intermediate layer than from the element using the Al 2 O 3 single-layered intermediate layer.

【0088】また、3層構造を有する中間層の膜厚の合
計を0.1〜2nmの膜厚に制限しながら、中央の層の
膜厚を0.1〜1.2nmの範囲で変化させたところ、
さらに高いMR比が得られた。
Further, while limiting the total thickness of the intermediate layer having a three-layer structure to a thickness of 0.1 to 2 nm, the thickness of the central layer is changed in a range of 0.1 to 1.2 nm. Where
A higher MR ratio was obtained.

【0089】さらに、中央の層の膜厚を0.2nmと
し、両端の層となるAl23膜およびAlN膜の膜厚を
変化させたところ、中間層全体の膜厚が0.5nm〜5
nmの範囲で高いMR比が得られた。
Further, when the thickness of the center layer was set to 0.2 nm and the thicknesses of the Al 2 O 3 film and the AlN film as the both end layers were changed, the total thickness of the intermediate layer was 0.5 nm to 5
A high MR ratio was obtained in the range of nm.

【0090】次に、中間層を構成する各層の膜厚比率を
同一に保ちながら、中間層の全膜厚を変化させて中間層
の安定性を調べた。
Next, while maintaining the same thickness ratio of each layer constituting the intermediate layer, the stability of the intermediate layer was examined by changing the total thickness of the intermediate layer.

【0091】ここでは、Ta(3)/Cu(500)/Cr(2.2)/Co(3)/
Ru(0.7)/Co(2)/Fe(1)/中間層/Fe(1)/NiFe(5)/Ta(5)の膜
構成を有する素子と、この膜構成においてFe層をFe
N、FeHfC、FeTaC、FeTaN、FeHf
N、FeZrN、FeNbB、FeAlO、FeSiO
またはFeAlFで置換した素子とを作製した。印加磁
界を600Oeとして測定したところ、作製した素子は、
何れも、反強磁性体を用いずともスピンバルブ型のMR
曲線を示した。しかし、中間層が薄くなるにつれ、Fe
を磁性層とした素子ではMRが観測できなくなった。一
方、F,O,CおよびNから選ばれる少なくとも1種を
含む上記磁性材料を中間層として用いると、中間層の膜
厚が、0.5nm程度以上あれば、MRを示すことが確
認された。
Here, Ta (3) / Cu (500) / Cr (2.2) / Co (3) /
An element having a film configuration of Ru (0.7) / Co (2) / Fe (1) / intermediate layer / Fe (1) / NiFe (5) / Ta (5), and in this film configuration, the Fe layer is made of Fe
N, FeHfC, FeTaC, FeTaN, FeHf
N, FeZrN, FeNbB, FeAlO, FeSiO
Alternatively, an element substituted with FeAlF was produced. When the applied magnetic field was measured at 600 Oe, the fabricated element was
In any case, a spin-valve MR without using an antiferromagnetic material
The curves are shown. However, as the intermediate layer becomes thinner, Fe
Cannot be observed in the element having a magnetic layer. On the other hand, when the above magnetic material containing at least one selected from F, O, C and N was used as the intermediate layer, it was confirmed that MR was exhibited when the thickness of the intermediate layer was about 0.5 nm or more. .

【0092】(実施例4)実施例2で用いた多元成膜装
置を用いて、6インチの熱酸化膜付きシリコン基板上
に、以下の膜を形成した。
Example 4 Using the multi-layer film forming apparatus used in Example 2, the following films were formed on a 6-inch silicon substrate with a thermal oxide film.

【0093】Ta(3)/Cu(500)/Ta(3)/PtPdMn(30)/Co(3)/R
u(0.7)/Co(2)/Fe24Co76(1)/AlON/自由磁性層/Ta(5) 自由磁性層を構成する第1磁性膜はIBDにより、それ
以外の各層はマグネトロンスパッタにより形成した。こ
の多層膜は、下地/下部電極層/下地/反強磁性体/積
層フェリ/固定磁性層/中間層/自由磁性層/保護膜か
ら構成されている。
Ta (3) / Cu (500) / Ta (3) / PtPdMn (30) / Co (3) / R
u (0.7) / Co (2) / Fe24Co76 (1) / AlON / free magnetic layer / Ta (5) The first magnetic film constituting the free magnetic layer was formed by IBD, and the other layers were formed by magnetron sputtering. This multilayer film is composed of an underlayer, a lower electrode layer, an underlayer, an antiferromagnetic material, a laminated ferrimagnetic layer, a fixed magnetic layer, an intermediate layer, a free magnetic layer, and a protective film.

【0094】ここで、AlON中間層は、Alを成膜し
た後、酸素・窒素混合ラジカルを導入することにより形
成した。また、自由磁性層は、中間層側から第1磁性膜
および第2磁性膜の2層構造として、第1磁性膜には表
4に示した磁性層を用い、第2磁性膜には厚み5nmの
Fe50Co50を用いた。
Here, the AlON intermediate layer was formed by introducing an oxygen / nitrogen mixed radical after forming Al. The free magnetic layer has a two-layer structure of a first magnetic film and a second magnetic film from the intermediate layer side. The first magnetic film uses the magnetic layers shown in Table 4, and the second magnetic film has a thickness of 5 nm. of
Fe50Co50 was used.

【0095】次いで、固定層に一軸異方性を付与するた
めに、真空中で250℃、5kOeの磁界をかけて熱処理
を行った。この膜を素子面積が0.5μm2となるよう
にメサ加工を行い、上部電極としてCu(500)を形成し、
MR比を測定した。結果を表4に示す。
Next, in order to impart uniaxial anisotropy to the fixed layer, a heat treatment was performed in a vacuum at 250 ° C. by applying a magnetic field of 5 kOe. This film is subjected to mesa processing so that the element area becomes 0.5 μm 2, and Cu (500) is formed as an upper electrode,
The MR ratio was measured. Table 4 shows the results.

【0096】(表4) ――――――――――――――――――――――――――――― 第1磁性膜(膜厚;単位nm) MR(%) ――――――――――――――――――――――――――――― なし 40 Fe34(0.1) 43 Fe34(0.25) 48 Fe34(0.5) 46 Fe34(1) 40 NiMnSb(0.1) 45 NiMnSb(0.25) 47 NiMnSb(0.5) 45 NiMnSb(1.0) 40 CuMnSb(0.25) 46 PtMnSb(0.25) 45 LaSrMnO(0.25) 45 CrO2(0.25) 48 FeCr(0.25) 49 Co75Fe25(0.25) 49 Co80Fe20(0.25) 49 ―――――――――――――――――――――――――――――(Table 4) First magnetic film (thickness; unit: nm) MR (% ) ――――――――――――――――――――――――――――― None 40 Fe 3 O 4 (0.1) 43 Fe 3 O 4 (0.25) ) 48 Fe 3 O 4 (0.5) 46 Fe 3 O 4 (1) 40 NiMnSb (0.1) 45 NiMnSb (0.25) 47 NiMnSb (0.5) 45 NiMnSb (1.0) 40 CuMnSb ( 0.25) 46 PtMnSb (0.25) 45 LaSrMnO (0.25) 45 CrO 2 (0.25) 48 FeCr (0.25) 49 Co 75 Fe 25 (0.25) 49 Co 80 Fe 20 (0 .25) 49 ―――――――――――――――――――――――――――――

【0097】表4より、0.1〜0.5nmの厚みを有
する強磁性体を、磁性層と中間層との間に介在させる
と、MR比が高くなることが確認できる。
From Table 4, it can be confirmed that when a ferromagnetic material having a thickness of 0.1 to 0.5 nm is interposed between the magnetic layer and the intermediate layer, the MR ratio is increased.

【0098】(実施例5)本実施例では、マグネトロン
スパッタ成膜室(到達真空度5×10-9Torr)および反
応室兼ロードロック室(到達真空度8×10-8Torr)が
それぞれ真空搬送室(到達真空度1×10-8Torr)とゲ
ートバルブを通じて接続された多元成膜装置(図1の簡
易図参照)を用いた。反応室兼ロードロック室に12枚
の直径6インチのの熱酸化膜付きシリコン基板(基板S
1〜S12)を装着した。
(Embodiment 5) In this embodiment, the magnetron sputtering film forming chamber (attained vacuum degree of 5 × 10 -9 Torr) and the reaction chamber / load lock chamber (attained vacuum degree of 8 × 10 -8 Torr) are each evacuated. A multi-layer film forming apparatus (see a simplified diagram in FIG. 1) connected to a transfer chamber (a degree of ultimate vacuum of 1 × 10 −8 Torr) through a gate valve was used. Twelve 6 inch diameter silicon substrates with a thermal oxide film (substrate S)
1 to S12).

【0099】まず、基板S1を成膜室に搬送して、以下
の多層膜を成膜し、ロードロック室へと戻した。
First, the substrate S1 was transported to the film forming chamber, where the following multilayer film was formed, and returned to the load lock chamber.

【0100】Ta(3)/Cu(500)/Ta(3)/PtMn(30)/Co90Fe10
(3)/Ru(0.7)/Co90Fe10(3)/Al(0.4) この膜は、下地/下部電極層/下地/反強磁性体/固定
磁性層(積層フェリ)/中間層前駆体から構成されてい
る。
Ta (3) / Cu (500) / Ta (3) / PtMn (30) / Co90Fe10
(3) / Ru (0.7) / Co90Fe10 (3) / Al (0.4) This film is composed of underlayer / lower electrode layer / underlayer / antiferromagnet / pinned magnetic layer (stacked ferri) / interlayer precursor. ing.

【0101】同様に、基板S2〜S12について、順
次、上記多層膜を成膜して再びロードロック室に搬送し
た。
Similarly, with respect to the substrates S2 to S12, the above-mentioned multilayer films were sequentially formed and transported again to the load lock chamber.

【0102】次いで、ロードロック室の排気を止め、O
2ガス分圧を150Torrの条件で1分反応させ、12枚
の基板における中間層前駆体を一括して酸化した。その
後、ロードロック室を再び真空排気し、12枚の基板を
再び成膜室に搬入し、中間層前駆体となる膜厚0.3n
mのAlを成膜した。さらに、12枚の基板を、再びロ
ードロック室へと搬送し、上記と同様の条件で前駆体の
一括酸化を行った。
Next, the exhaust of the load lock chamber is stopped, and O
The two gases were reacted at a partial pressure of 150 Torr for 1 minute to oxidize the intermediate layer precursors on the 12 substrates at once. After that, the load lock chamber is evacuated again, and the 12 substrates are transported again into the film formation chamber, where the thickness of the intermediate layer precursor becomes 0.3 n.
m of Al was deposited. Further, the twelve substrates were transported again to the load lock chamber, and the precursors were oxidized at once under the same conditions as described above.

【0103】引き続き、12枚の基板を成膜室へと搬送
し、中間層(Al23)上に、さらにCo90Fe10(1)/NiFe
(3)/Ta(15)を成膜した。Co90Fe10(1)/NiFe(3)は自由磁
性層である。
Subsequently, the twelve substrates were transported to the film formation chamber, and Co90Fe10 (1) / NiFe was further placed on the intermediate layer (Al 2 O 3 ).
(3) / Ta (15) was deposited. Co90Fe10 (1) / NiFe (3) is a free magnetic layer.

【0104】固定磁性層に一軸異方性を付与するため
に、真空中で280℃、5kOeの磁界をかけ熱処理を行
った。この膜を素子断面積が2μm2となるようにメサ
加工を行い、上部電極としてCu(500)/Ta(5)を形成し
た。
In order to impart uniaxial anisotropy to the fixed magnetic layer, a heat treatment was performed by applying a magnetic field of 280 ° C. and 5 kOe in a vacuum. This film was subjected to mesa processing so that the element cross-sectional area became 2 μm 2, and Cu (500) / Ta (5) was formed as an upper electrode.

【0105】作製した基板1〜12についてMRを測定
したところ、いずれもRA=30Ωμm2で33%程度
のMR比が得られた。基板間のMR比のバラツキは5%
以内であった。
The MR of each of the fabricated substrates 1 to 12 was measured. As a result, an MR ratio of about 33% was obtained with RA = 30 Ωμm 2 . Variation in MR ratio between substrates is 5%
Was within.

【0106】上記のような一括酸化法を適用すると、酸
化に要する時間を大幅に削減できた。その結果、個別に
酸化した場合と比較して上記多層膜全体の形成時間を約
1/3に短縮できた。
By applying the batch oxidation method as described above, the time required for oxidation can be greatly reduced. As a result, the formation time of the entire multilayer film could be reduced to about 1/3 as compared with the case of individually oxidizing.

【0107】さらに、ロードロック室における酸素分
圧、反応時間および輻射熱による基板加熱温度を種々変
更して素子を作製し、30%程度以上のMR比が得られ
る酸化条件を数種類求めた。同一サンプルでは、2回に
分けて成膜する前駆体の酸化条件は同一とした。
Further, devices were fabricated by variously changing the oxygen partial pressure in the load lock chamber, the reaction time, and the substrate heating temperature by radiant heat, and several types of oxidation conditions for obtaining an MR ratio of about 30% or more were obtained. For the same sample, the oxidation conditions of the precursor to be formed into the film twice were the same.

【0108】上記基板上に直接、膜厚0.3nmのAl
を成膜し、このAl膜を上記で求めた酸化条件を適用し
て酸化した。この工程を繰り返し、膜厚50nmの酸化
アルミニウム(AlOx)膜を得た。この膜をRBS法
で分析したところ、30%以上のMR比が得られるXの
値は、1.2〜1.5であることが確認できた。
A 0.3-nm thick Al film was directly formed on the substrate.
Was formed, and this Al film was oxidized by applying the oxidation conditions determined above. This process was repeated to obtain an aluminum oxide (AlOx) film having a thickness of 50 nm. When this film was analyzed by the RBS method, it was confirmed that the value of X at which an MR ratio of 30% or more was obtained was 1.2 to 1.5.

【0109】同様の実験を、窒化アルミニウム(AlN
x)について、窒素ラジカルの分圧、反応時間、基板加
熱の条件を変えて行った。その結果、30%以上のMR
が得られるXは、0.8〜1となった。
A similar experiment was conducted using aluminum nitride (AlN).
About x), it carried out by changing the partial pressure of nitrogen radical, the reaction time, and the conditions of substrate heating. As a result, MR of 30% or more
X obtained was 0.8-1.

【0110】(実施例6)本実施例では、反応性マグネ
トロンスパッタ用の第1成膜室(到達真空度5×10-9
Torr)およびマグネトロンスパッタ用の第2成膜室(到
達真空度5×10 -9Torr)および反応室兼ロードロック
室(到達真空度8×10-8Torr)がそれぞれ真空搬送室
(到達真空度1×10-8Torr)にゲートバルブを通じて
接続された図2と同様の構成を有する多元成膜装置を用
いた。この装置の反応室兼ロードロック室に12枚の直
径6インチの熱酸化膜付きシリコン基板(基板S1〜S
12)を装着した。
(Embodiment 6) In this embodiment, the reactive magnet
First film forming chamber for tron sputtering (attainable vacuum of 5 × 10-9
Torr) and a second film forming chamber (for
Ultimate vacuum 5 × 10 -9Torr) and reaction chamber and load lock
Chamber (attained vacuum of 8 × 10-8Torr) is the vacuum transfer chamber
(Degree of ultimate vacuum 1 × 10-8Torr) through the gate valve
A multi-layer film forming apparatus having the same configuration as that of FIG.
Was. Twelve sheets are placed in the reaction chamber and load lock chamber of this device.
6 inch diameter silicon substrate with thermal oxide film (substrates S1-S
12) was attached.

【0111】基板S1を搬送室から第2成膜室に搬送
し、以下の構成の多層膜を成膜した。
The substrate S1 was transferred from the transfer chamber to the second film formation chamber, and a multilayer film having the following structure was formed.

【0112】Ta(3)/Cu(500)/Ta(3)/PtPdMn(30)/Co90Fe1
0(3)/Ru(0.7)/Co90Fe10(3) この多層膜は、下地/下部電極層/下地/反強磁性体/
固定磁性層の膜構成を有する。
Ta (3) / Cu (500) / Ta (3) / PtPdMn (30) / Co90Fe1
0 (3) / Ru (0.7) / Co90Fe10 (3) This multilayer film is composed of an underlayer, a lower electrode layer, an underlayer, an antiferromagnetic material,
It has a fixed magnetic layer film configuration.

【0113】次いで、基板S1を第1成膜室へと搬送
し、この成膜室でArガスに酸素ガスを加えた雰囲気で
反応性スパッタにより第1中間層前駆体として膜厚0.
3nmのAl−Oを成膜した。その後、この基板を再び
ロードロック室へと搬送した。
Next, the substrate S1 is transported to a first film forming chamber, where the first intermediate layer precursor having a thickness of 0.1 mm is formed as a first intermediate layer precursor by reactive sputtering in an atmosphere in which an oxygen gas is added to an Ar gas.
A 3 nm Al-O film was formed. Thereafter, the substrate was transported to the load lock chamber again.

【0114】同様にして、基板S2〜S12に多層膜を
成膜した後、ロードロック室へ搬送することを繰り返し
た。
Similarly, after forming a multilayer film on the substrates S2 to S12, the transfer to the load lock chamber was repeated.

【0115】12枚の成膜後の基板をロードロック室に
搬送した後、ロードロック室の排気を止め、60Torr、
1分の条件で12枚の基板を一括して酸化した。ロード
ロック室を再び真空排気した後、酸化したそれぞれ12
枚の基板を再び、順次、第1成膜室へと搬送し、第1中
間層前駆体と同じ酸素分圧の下で第2中間層前駆体とし
て膜厚0.2nmのAl−Oを成膜した。前駆体を基板
ごとに成膜した後、再びロードロック室において、上記
と同じ条件で中間層前駆体を一括して酸化した。
After the 12 substrates after film formation were transferred to the load lock chamber, the exhaust of the load lock chamber was stopped, and the pressure was reduced to 60 Torr.
Twelve substrates were collectively oxidized under the condition of one minute. After evacuating the load lock chamber again, the oxidized 12
The two substrates are sequentially transported again to the first film forming chamber, and 0.2-nm thick Al—O is formed as the second intermediate layer precursor under the same oxygen partial pressure as the first intermediate layer precursor. Filmed. After the precursor was formed for each substrate, the intermediate layer precursor was oxidized at once in the load lock chamber under the same conditions as above.

【0116】こうして作製した中間層上に、さらにCo90
Fe10(1)/NiFe(3)/Ta(15)を成膜した。次いで、固定磁性
層に一軸異方性を付与するために、真空中で260℃、
5kOeの磁界をかけて熱処理を行った。この膜を素子面
積が0.5μm2となるようにメサ加工を行い。さらに
上部電極としてCu(500)/Ta(5)を形成した。
On the intermediate layer thus produced, Co90 was further added.
A film of Fe10 (1) / NiFe (3) / Ta (15) was formed. Then, in order to impart uniaxial anisotropy to the fixed magnetic layer, 260 ° C. in vacuum,
The heat treatment was performed by applying a magnetic field of 5 kOe. This film is subjected to mesa processing so that the element area becomes 0.5 μm 2 . Further, Cu (500) / Ta (5) was formed as an upper electrode.

【0117】以上の条件で、Al−O成膜時の酸素流量
比O2/(Ar+O2) を0%〜2%変化させた時のそ
れぞれのMR比(%)と規格化抵抗RA(Ωμm2)を測
定した。結果を表5に示す。
Under the above conditions, when the oxygen flow ratio O 2 / (Ar + O 2 ) during the Al—O film formation is changed from 0% to 2%, the respective MR ratios (%) and the normalized resistance RA (Ωμm 2 ) was measured. Table 5 shows the results.

【0118】作製した基板1〜12のMRを測定したと
ころ、同一条件で作製した基板間のバラツキは5%以内
であった。
When the MR of the fabricated substrates 1 to 12 was measured, the variation among the substrates fabricated under the same conditions was within 5%.

【0119】 (表5) ―――――――――――――――――――――――――――――― 酸素流量比(%) RA(Ωμm2) MR(%) ―――――――――――――――――――――――――――――― 0 8 5 0.05 8 14 0.1 8 16 0.5 9 15 1.0 10 14 2.0 11 5 ―――――――――――――――――――――――――――――― *酸素流量比は第1前駆体、第2前駆体に共通(Table 5) ―――――――――――――――――――――――――― Oxygen flow ratio (%) RA (Ωμm 2 ) MR ( %) ―――――――――――――――――――――――――――――― 0 8 5 0.05 8 14 0.1 8 16 0.5 9 15 1.0 10 14 2.0 11 5 ―――――――――――――――――――――――――――― Oxygen flow ratio is the first precursor, Common to the second precursor

【0120】表5より、Al成膜時に0.05〜1%の
酸素を流しながら中間層前駆体を作製したサンプルで
は、低RAと高MRとを両立したことが確認できる。し
かし、酸素流量の増加に伴ってRAが大きくなり、2%
以上の流量ではMRが低下した。なお、上記基板上に直
接、酸素流量比を変えながら膜厚100nmとなるよう
に成膜したAl−O膜をXRDで調べたところ、酸素流
量比が多くなるにつれて、結晶粒が微細化され、流量が
0.5%以上ではアモルファス相が含まれることが確認
できた。
From Table 5, it can be confirmed that in the sample in which the intermediate layer precursor was produced while flowing 0.05 to 1% of oxygen during the Al film formation, both low RA and high MR were compatible. However, RA increases with an increase in oxygen flow rate, and 2%
At the above flow rates, the MR decreased. In addition, when the Al—O film formed to have a thickness of 100 nm directly on the substrate while changing the oxygen flow ratio was examined by XRD, as the oxygen flow ratio increased, the crystal grains became finer, At a flow rate of 0.5% or more, it was confirmed that an amorphous phase was contained.

【0121】このAl−O膜の抵抗率を四端子法とブリ
ッジ法により求めたところ、最も抵抗値が高い流量比2
%の場合にも、膜には導電性が認められた。これは、A
l−O膜が完全な化学量論酸化物にはなっていないこと
を示している。酸素流量比を2%として作製したAl−
O膜をカーボン基板上に成膜してRBSにより測定した
ところ、AlOxにおいてxは1.18程度であった。
The resistivity of this Al—O film was determined by the four-terminal method and the bridge method.
%, The film was conductive. This is A
This indicates that the l-O film is not completely stoichiometric oxide. Al- produced at an oxygen flow rate ratio of 2%
When an O film was formed on a carbon substrate and measured by RBS, x was about 1.18 in AlOx.

【0122】結晶粒を微細化する効果は、酸素に加え、
窒素、アンモニアガス等でも確認できた。
The effect of making the crystal grains fine is that, in addition to oxygen,
Nitrogen, ammonia gas, etc. were also confirmed.

【0123】次に、上記の方法において、第2中間層前
駆体を成膜する際の酸素流量比を2%とし、第1中間層
前駆体を成膜する際の酸素流量比を0〜1%として、素
子を作製した。測定した素子のMR比およびRAを表6
に示す。
Next, in the above method, the oxygen flow rate when forming the second intermediate layer precursor was set to 2%, and the oxygen flow rate when forming the first intermediate layer precursor was set to 0 to 1%. %, An element was produced. Table 6 shows the measured MR ratio and RA of the device.
Shown in

【0124】 (表6) ―――――――――――――――――――――――――――――― 酸素流量比(%) RA(Ωμm2) MR(%) ―――――――――――――――――――――――――――――― 0 9 12 0.05 9 16 0.1 9 18 0.5 9 17 1.0 10 16 ―――――――――――――――――――――――――――――― *酸素流量比は第1前駆体に適用、第2前駆体の酸素流量比は2%(Table 6) ―――――――――――――――――――――――――――― Oxygen flow rate ratio (%) RA (Ωμm 2 ) MR ( %) ―――――――――――――――――――――――――――― 0 9 12 0.05 9 16 0.1 9 18 0.5 9 17 1.0 10 16 ―――――――――――――――――――――――――――― * Oxygen flow rate applies to the first precursor, the second precursor Body oxygen flow ratio is 2%

【0125】表6より、第1中間層前駆体を第2中間層
前駆体よりも反応性が低い雰囲気で成膜すると、MRが
改善されることが確認できた。同様の現象は、Al−
N、Si−C等の窒化物、炭化物作製時においても測定
できた。
From Table 6, it was confirmed that MR was improved when the first intermediate layer precursor was formed in an atmosphere having lower reactivity than the second intermediate layer precursor. A similar phenomenon occurs when Al-
Measurement was also possible during the production of nitrides and carbides such as N and Si-C.

【0126】(実施例7)直径6インチの熱酸化膜付き
シリコン基板上に、以下の構成の多層膜を形成した。
(Example 7) A multilayer film having the following structure was formed on a silicon substrate with a thermal oxide film having a diameter of 6 inches.

【0127】Ta(3)/Cu(500)/Ta(3)/PtMn(30)/Co90e10
(3)/Ru(0.7)/Co90Fe10(3) 次いで、第1中間層前駆体として膜厚0.3nmのAl
を成膜し、酸素分圧0.2Torrの雰囲気中に3分間保持
した後、酸素分圧60Torrの雰囲気に30秒間保持し
た。引き続いて第2中間層前駆体として膜厚0.3nm
のAlを成膜し、酸素分圧0.2Torrの雰囲気中に3分
間保持した後、酸素分圧60Torrの雰囲気に30秒間保
持した。前駆体の酸化は、上記各実施例と同様、ロード
ロック室にArと酸素との混合ガスを導入することによ
り行った。
Ta (3) / Cu (500) / Ta (3) / PtMn (30) / Co90e10
(3) / Ru (0.7) / Co90Fe10 (3) Then, as a first intermediate layer precursor, a 0.3 nm thick Al
Was held in an atmosphere having an oxygen partial pressure of 0.2 Torr for 3 minutes, and then held in an atmosphere having an oxygen partial pressure of 60 Torr for 30 seconds. Subsequently, as a second intermediate layer precursor, a film thickness of 0.3 nm
Was deposited in an atmosphere having an oxygen partial pressure of 0.2 Torr for 3 minutes, and then held in an atmosphere having an oxygen partial pressure of 60 Torr for 30 seconds. Oxidation of the precursor was performed by introducing a mixed gas of Ar and oxygen into the load lock chamber as in each of the above embodiments.

【0128】引き続き、多層膜上にCo90Fe10(1)/NiFe
(5)/Ta(15)を成膜し、磁場中280℃で熱処理を行っ
た。さらに、ステッパーを用いて、接合面積が0.2〜
4μm2となるようにメサ加工し、上部電極を積層して
MR素子を作製した。こうしてサンプルaの素子を得
た。
Subsequently, Co90Fe10 (1) / NiFe
(5) / Ta (15) was formed and heat-treated at 280 ° C. in a magnetic field. Furthermore, using a stepper, the bonding area is 0.2 to
Mesa processing was performed so as to have a thickness of 4 μm 2, and an upper electrode was laminated to produce an MR element. Thus, the device of Sample a was obtained.

【0129】比較のため、第1および第2中間層前駆体
を、ともに酸素分圧0.2Torrの雰囲気に3分間保持し
て酸化した素子(サンプルb)、および酸素分圧60To
rrの雰囲気に30秒間保持して酸化した素子(サンプル
c)を作製した。
For comparison, an element (sample b) in which the first and second intermediate layer precursors were both oxidized by holding them in an atmosphere having an oxygen partial pressure of 0.2 Torr for 3 minutes, and an oxygen partial pressure of 60
An oxidized element (sample c) was produced by holding the atmosphere for 30 seconds in an atmosphere of rr.

【0130】各サンプルのMR比およびRAを測定した
ところ、サンプルaではMR比10%、RA7Ωμm2
が得られた。一方、サンプルbではMRの変化が認めら
れず、RAは0.1Ωμm2 以下であった。サンプルc
ではMR比が5%程度にとどまった。
When the MR ratio and RA of each sample were measured, the sample a had an MR ratio of 10% and RA of 7 Ωμm 2
was gotten. On the other hand, in sample b, no change in MR was observed, and RA was 0.1 Ωμm 2 or less. Sample c
Then, the MR ratio was only about 5%.

【0131】サンプルaのように、様々な厚みのAl
を、酸素分圧が相対的に低い雰囲気で予め酸化してから
相祖分圧が相対的に高い雰囲気で酸化することにより、
中間層を作製した。
As shown in sample a, various thicknesses of Al
Is oxidized in advance in an atmosphere where the oxygen partial pressure is relatively low and then oxidized in an atmosphere where the relative partial pressure is relatively high,
An intermediate layer was produced.

【0132】Alの総膜厚を横軸に対するRAを図4
に、Alの総膜厚に対するMR比を図5にそれぞれ示
す。図4より、Alの総膜厚に対してRAは指数関数的
に増大していることがわかる。これは、作製されたAl
Ox中間層がトンネル抵抗として作用していること、お
よび、RAが数Ωから数MΩ近くに至るまで中間層の厚
みにかかわらず膜質が均一であることを示す。また、図
5を併せて参照すると、RAの広い範囲で、高いMRが
得られていることが確認できる。
FIG. 4 shows RA with respect to the total axis of the Al film thickness on the horizontal axis.
FIG. 5 shows the MR ratio with respect to the total thickness of Al. FIG. 4 shows that RA increases exponentially with respect to the total thickness of Al. This is the Al
This shows that the Ox intermediate layer acts as a tunnel resistor, and that the film quality is uniform regardless of the thickness of the intermediate layer from RA of several Ω to close to several MΩ. Also, referring to FIG. 5, it can be confirmed that high MR is obtained in a wide range of RA.

【0133】1つのシリコン基板上において複数の素子
を形成した場合においても、上記方法によると、基板内
のMR比のバラツキは5%以内となった。比較のため
に、膜厚1nmのAl膜をプラズマ酸化して形成して中
間層とした素子についても同様の測定を行ったところ、
MR比のバラツキは10%程度となった。
In the case where a plurality of elements were formed on one silicon substrate, the variation of the MR ratio in the substrate was within 5% according to the above method. For comparison, the same measurement was performed on an element formed as an intermediate layer by forming an Al film having a thickness of 1 nm by plasma oxidation.
The variation of the MR ratio was about 10%.

【0134】窒化物や炭化物の中間層についても、中間
層前駆体を弱い反応雰囲気に曝してから強い反応雰囲気
に曝して形成することにより、バラツキが少なく、低接
合抵抗から高接合抵抗に至るまで高いMR比を有する素
子を作製できる。
The intermediate layer of nitride or carbide is also formed by exposing the precursor of the intermediate layer to a weak reaction atmosphere and then to a strong reaction atmosphere, so that the dispersion is small, and from the low junction resistance to the high junction resistance. An element having a high MR ratio can be manufactured.

【0135】(実施例8)熱酸化膜付きシリコン基板上
に、以下の多層膜を形成した。
Example 8 The following multilayer film was formed on a silicon substrate provided with a thermal oxide film.

【0136】Ta(3)/Cu(500)/Ta(2)/NiFeCr(3)/PtMn(30)
/Co75Fe25(3)/Ru(0.7)/Co75Fe25(3) さらに、中間層前駆体としてAlを成膜した後、この前
駆体をラジカル窒素中で窒化する工程を3回繰り返して
中間層であるAlNxを形成した。前駆体の厚みおよび
窒化の程度は表7のように変化させた。表中、例えば
(0.3,1.0)とは、膜厚0.3nmの前駆体(Al)
を、AlNxにおけるxが1.0となる条件で窒化する
ことを意味する。なお、所定条件におけるxは、カーボ
ン基板上に所定の厚みのAlを成膜し、これを上記所定
条件下で窒化することを繰り返して作製した膜厚100
nmのAlNxの組成をRBSで求めた平均値により見
積もった。
Ta (3) / Cu (500) / Ta (2) / NiFeCr (3) / PtMn (30)
/Co75Fe25(3)/Ru(0.7)/Co75Fe25(3) Further, after forming an Al film as an intermediate layer precursor, a step of nitriding this precursor in radical nitrogen was repeated three times to obtain an AlNx as an intermediate layer. Was formed. The thickness of the precursor and the degree of nitriding were varied as shown in Table 7. In the table, for example
(0.3, 1.0) means a precursor (Al) having a thickness of 0.3 nm
Is nitrided under the condition that x in AlNx becomes 1.0. Note that x under a predetermined condition is a film thickness 100 formed by repeatedly forming an Al film having a predetermined thickness on a carbon substrate and nitriding it under the predetermined condition.
The composition of AlNx in nm was estimated by the average value obtained by RBS.

【0137】さらに、中間層上に、Co75Fe25(1)/NiFe
(3)/Ta(5)を成膜し、280℃で磁場中熱処理を行った
後、メサ加工し、上部電極を設けることでMR素子を作
製した。各MR素子についてMRおよびRAを測定し
た。結果を表7に示す。
Further, Co75Fe25 (1) / NiFe
(3) / Ta (5) was deposited and heat-treated in a magnetic field at 280 ° C., followed by mesa processing, and an upper electrode was provided to produce an MR element. MR and RA were measured for each MR element. Table 7 shows the results.

【0138】 (表7) ――――――――――――――――――――――――――――― 中間層作製条件 MR RA (1回目/2回目/3回目) (%) (Ωμm2) ――――――――――――――――――――――――――――― (0.3, 0.7)/(0.3, 0.7)/(0.3, 0.7) 5 40 (0.3, 1.0)/(0.3, 1.0)/(0.3, 1.0) 22 430 (0.3, 1.0)/(0.3, 0.7)/(0.3, 0.5) 6 130 (0.3, 0.5)/(0.3, 0.7)/(0.3, 1.0) 47 300 (0.3, 0.7)/(0.3, 0.9)/(0.3, 1.0) 49 320 ―――――――――――――――――――――――――――――(Table 7) ――――――――――――――――――――――――――――― Intermediate layer preparation conditions MR RA (1st time / 2nd time / 3 (Time) (%) (Ωμm 2 ) ――――――――――――――――――――――――――――― (0.3, 0.7) / (0.3, 0.7) / (0.3, 0.7) 540 (0.3, 1.0) / (0.3, 1.0) / (0.3, 1.0) 22 430 (0.3, 1.0) / (0.3, 0.7) / (0.3, 0.5) 6 130 (0.3, 0.5) /(0.3, 0.7) / (0.3, 1.0) 47 300 (0.3, 0.7) / (0.3, 0.9) / (0.3, 1.0) 49 320 ――――――――――――――――――― ――――――――――――

【0139】表7より、n回(nは2以上の整数)に分
けて中間層を作製する際には、nの増加に応じて反応条
件を強くしていくと高いMRが得られることがわかる。
n回目に作製する中間層前駆体に適用する反応条件は、
(n−1)回目に作製する中間層前駆体に適用する反応
条件よりも強いことが好ましい。
From Table 7, it can be seen that when the intermediate layer is formed n times (n is an integer of 2 or more), a high MR can be obtained by increasing the reaction conditions as n increases. Understand.
The reaction conditions applied to the intermediate layer precursor prepared for the nth time are as follows:
It is preferable that the reaction conditions be stronger than the reaction conditions applied to the intermediate layer precursor prepared in the (n-1) time.

【0140】このような反応条件の設定は、窒化物に限
らず、AlOx、SiOx、TaOx等の酸化、SiC
等の炭化物、例えばグラファイトのダイヤモンド化反応
においても同様の効果がある。
The setting of such reaction conditions is not limited to nitrides, but includes oxidation of AlOx, SiOx, TaOx, etc., SiC
The same effect can be obtained in the diamond conversion reaction of carbides such as graphite.

【0141】(実施例9)マグネトロンスパッタが可能
な成膜室(到達真空度5×10-9Torr)と逆スパッタが
可能であって、窒素ラジカル、酸素および酸素ラジカル
が導入でき、かつランプ加熱による基板加熱が可能な反
応室とを真空搬送室で接続した多元成膜装置を用いて、
直径3インチの熱酸化膜付きシリコン基板上に、次に示
す多層膜を形成した。
(Embodiment 9) A film forming chamber (attainable vacuum of 5 × 10 −9 Torr) capable of magnetron sputtering, reverse sputtering is possible, nitrogen radicals, oxygen and oxygen radicals can be introduced, and lamp heating is performed. Using a multi-layer film forming apparatus in which a reaction chamber capable of heating substrates by
The following multilayer film was formed on a silicon substrate with a thermal oxide film having a diameter of 3 inches.

【0142】Ta(3)/Cu(750)/Ta(3)/NiFeCr(4)/PtMn(30)
/Co90Fe10(3)/Ru(0.9)/Co90Fe10(3)/中間層/Ni60Fe40
(4)/Ru(0.9)/NiFe(4)/Ta(5) 次いで、この多層膜の固定磁性層(Co90Fe10(3)/Ru(0.
9)/Co90Fe10(3))に一軸異方性を付与するために、真空
中、350℃で、5kOeの磁界を印加した。この多層膜
を中間層における素子面積が0.5μm2となるように
レジストパターンを用いて、メサ形状に加工し、さらに
層間絶縁膜と上部電極とを設けた。層間絶縁膜としては
膜厚300nmのアルミナを用い、上部電極にはTaを
イオンミリングを施した後、Cu(750)を形成した。
Ta (3) / Cu (750) / Ta (3) / NiFeCr (4) / PtMn (30)
/Co90Fe10(3)/Ru(0.9)/Co90Fe10(3)/interlayer/Ni60Fe40
(4) / Ru (0.9) / NiFe (4) / Ta (5) Then, the fixed magnetic layer (Co90Fe10 (3) / Ru (0.
9) / Co90Fe10 (3)) in order to give uniaxial anisotropy, a magnetic field of 5 kOe was applied at 350 ° C. in vacuum. This multilayer film was processed into a mesa shape using a resist pattern so that the element area in the intermediate layer became 0.5 μm 2 , and an interlayer insulating film and an upper electrode were further provided. A 300-nm-thick alumina was used as the interlayer insulating film, and Ta (ion) was ion-milled on the upper electrode, and then Cu (750) was formed.

【0143】中間層としては、表8に示す化合物を用い
て以下の手順で作製した。まず、酸素および窒素を除く
組成からなるターゲットを用い、Arガス雰囲気中で、
中間層前駆体を膜厚が0.3〜0.4nmとなるように
成膜した。次いで、中間層が酸化物の場合は、この前駆
体をロードロック室へと搬送し、ここに酸素を10〜6
00Torr導入し、10秒〜6時間程度反応させることに
より前駆体を酸化した。中間層が酸窒化物である場合
は、同様に酸化を行った後、さらにロードロック室内に
窒素ラジカルを3〜900秒の間導入することで作製し
た。
The intermediate layer was prepared by using the compounds shown in Table 8 in the following procedure. First, using a target having a composition excluding oxygen and nitrogen, in an Ar gas atmosphere,
The intermediate layer precursor was formed to have a thickness of 0.3 to 0.4 nm. Next, when the intermediate layer is an oxide, this precursor is transported to a load lock chamber, where oxygen is added to the load lock chamber for 10 to 6 hours.
The precursor was oxidized by introducing 00 Torr and reacting for about 10 seconds to 6 hours. When the intermediate layer was an oxynitride, the intermediate layer was oxidized in the same manner, and was further manufactured by introducing nitrogen radicals into the load lock chamber for 3 to 900 seconds.

【0144】さらに、同じ中間層前駆体を膜厚が0.2
〜0.3nmとなるように成膜し、これを上記と同様に
してロードロック室で酸化(酸窒化)した。
Further, the same intermediate layer precursor was used in a thickness of 0.2
A film was formed to have a thickness of about 0.3 nm, and this was oxidized (oxynitrided) in a load lock chamber in the same manner as described above.

【0145】作製した各素子について、MRを測定し
た。また、酸化(酸窒化)による中間層前駆体の体積変
化率を測定した。ここでは、体積変化率を、未反応の中
間層前駆体の膜厚に対する、反応後の中間層の膜厚の比
率とした。膜厚の比率は透過型電子顕微鏡(TEM)を
用いて測定した。
The MR of each fabricated device was measured. Further, the volume change rate of the intermediate layer precursor due to oxidation (oxynitridation) was measured. Here, the volume change rate was a ratio of the thickness of the intermediate layer after the reaction to the thickness of the unreacted intermediate layer precursor. The ratio of the film thickness was measured using a transmission electron microscope (TEM).

【0146】体積変化率とMRとを表8に示す。Table 8 shows the volume change rate and MR.

【0147】 (表8) ――――――――――――――――――――――――――――― 中間層 体積変化率(%) MR(%) ――――――――――――――――――――――――――――― MgO 0.8 10 CaO 0.6 1 FeO 2.1 0 WO3 3.5 0 Cr23 2.1 1 ――――――――――――――――――――――――――――― MgO・Cr23 1.05 25 Al23・Cu2O 1.4 27 Al23・MgO 1.1 32 Al23・FeO 1.5 37 Al23・WO3 2.1 10 Al23・Cr23 2.0 21 Al23・AlN 1.2 35 ―――――――――――――――――――――――――――――(Table 8) ――――――――――――――――――――――――――― Middle layer Volume change rate (%) MR (%) ―― ――――――――――――――――――――――――――― MgO 0.8 10 CaO 0.61 FeO 2.10 WO 3 3.50 Cr 2 O 3 2.1 1 ――――――――――――――――――――――――――――― MgO ・ Cr 2 O 3 1.05 25 Al 2 O 3・Cu 2 O 1.427 Al 2 O 3 · MgO 1.132 Al 2 O 3 · FeO 1.537 Al 2 O 3 · WO 3 2.110 Al 2 O 3 · Cr 2 O 3 2.0 21 Al 2 O 3 · AlN 1.2 35 ―――――――――――――――――――――――――――――

【0148】表8より、体積変化率が1.05〜2.
0、特に1.1〜1.5の範囲でMRが高くなることが
わかる。また、それぞれのリーク電流を評価したとこ
ろ、酸窒化したAl23・AlNが最も低いリーク電流
特性を示した。
From Table 8, it can be seen that the volume change rate is 1.05 to 2.
It can be seen that the MR increases in the range of 0, especially in the range of 1.1 to 1.5. When the respective leak currents were evaluated, the oxynitrided Al 2 O 3 .AlN showed the lowest leak current characteristics.

【0149】(実施例10)マグネトロンスパッタによ
る多元成膜装置を用い、直径6インチの熱酸化膜付きシ
リコン基板上に、以下の構成を有する多層膜を成膜し
た。
Example 10 A multi-layer film having the following structure was formed on a silicon substrate having a 6-inch diameter thermal oxide film using a multi-layer film forming apparatus using magnetron sputtering.

【0150】Ta(3)/Cu(750)/Ta(3)/Ni60Fe40(4)/中間層
/Co76Fe24(3)/Ru(0.9)/Co76Fe24(1)/N80iFe20(3)/PtMn
(30)/Ta(5) この多層膜の固定磁性層(Co76Fe24(3)/Ru(0.9)/Co76Fe
24(1))に一軸異方性を付与するために、真空中で、3
50℃、5kOeの磁界を印加した。
Ta (3) / Cu (750) / Ta (3) / Ni60Fe40 (4) / intermediate layer
/Co76Fe24(3)/Ru(0.9)/Co76Fe24(1)/N80iFe20(3)/PtMn
(30) / Ta (5) Fixed magnetic layer of this multilayer film (Co76Fe24 (3) / Ru (0.9) / Co76Fe
24 (1)) in vacuum to give uniaxial anisotropy
A magnetic field of 50 ° C. and 5 kOe was applied.

【0151】なお、Ni80Fe20は、この上に形成するPt
Mnの(111)面への結晶配向性を高めるために形成
されている。PtMnの結晶配向性を高めると、一方向
異方性Huaが向上し、熱処理の際のMnの拡散を抑制
できる。
It should be noted that Ni80Fe20 is made of Pt formed thereon.
It is formed to increase the crystal orientation of Mn to the (111) plane. When the crystal orientation of PtMn is increased, the unidirectional anisotropy Hua is improved, and the diffusion of Mn during heat treatment can be suppressed.

【0152】次いで、中間層の素子面積が1μm2とな
るようにレジストパターンを用いてメサ形状への加工を
行い、さらに層間絶縁膜と上部電極を設けた。層間絶縁
膜としてアルミナを300nm、また上部電極にはTa
をイオンミリングを施した後、Cu(750)を形成した。
Then, the intermediate layer was processed into a mesa shape using a resist pattern so that the element area became 1 μm 2 , and an interlayer insulating film and an upper electrode were further provided. Alumina is 300 nm as an interlayer insulating film, and Ta is
Was subjected to ion milling to form Cu (750).

【0153】中間層としては、表9に示すP1〜P3を
順次適用して、Al酸化物またはAl酸窒化物を形成した。
As an intermediate layer, P1 to P3 shown in Table 9 were sequentially applied to form an Al oxide or an Al oxynitride.

【0154】P1は、下地磁性層であるNi60Fe40表面の
酸化または窒化処理の工程である。P2は、真空引きし
て成膜したAl膜(膜厚0.4nm)の酸化条件であ
る。P3は、真空引きして成膜したAl膜(膜厚0.3
nm)の酸化条件である。
P1 is a step of oxidizing or nitriding the surface of Ni60Fe40, which is the underlying magnetic layer. P2 is an oxidation condition of the Al film (0.4 nm in film thickness) formed by evacuation. P3 is an Al film (thickness 0.3) formed by evacuation.
nm) oxidation conditions.

【0155】表9におけるP1〜P3では、ガスの種類
とその圧力をこの順に表示した。例えば、O2/10T
は、酸素ガス10Torrの反応雰囲気に対応する。雰囲気
中に保持した時間は1分間とした。作製した素子のMR
およびRAを表9に示す。
In P1 to P3 in Table 9, the types of gases and their pressures are displayed in this order. For example, O 2 / 10T
Corresponds to a reaction atmosphere of 10 Torr of oxygen gas. The time kept in the atmosphere was 1 minute. MR of fabricated device
And RA are shown in Table 9.

【0156】 (表9) ―――――――――――――――――――――――――――――――――― サンプル P1 P2 P3 RA MR (Ωμm2) (%) ―――――――――――――――――――――――――――――――――― S1 なし O2/10T O2/10T 30 25 S2 N2/10T O2/10T O2/10T 30 38 S3 O2/10T O2/10T O2/10T 45 40 S4 なし O2/10T O2/100T 35 26 S5 N2/10T O2/10T O2/1T 30 41 S6 O2/10T O2/10T O2/1T 45 42 ――――――――――――――――――――――――――――――――――(Table 9) ―――――――――――――――――――――――――――――――― Sample P1 P2 P3 RA MR (Ωμm 2 ) (%) ―――――――――――――――――――――――――――――――― S1 None O 2 / 10T O 2 / 10T 30 25 S2 N 2 / 10T O 2 / 10T O 2 / 10T 30 38 S3 O 2 / 10T O 2 / 10T O 2 / 10T 45 40 S4 No O 2 / 10T O 2 / 100T 35 26 S5 N 2 / 10T O 2 / 10T O 2 / 1T 30 41 S6 O 2 / 10T O 2 / 10T O 2 / 1T 45 42 ―――――――――――――――――――――――――――― ――――――

【0157】表9より、下地磁性層であるNi60Fe40を窒
化または酸化するP1を実施すると、高いMRが得られ
ることがわかる。但し、P1での酸化または窒化条件が
強すぎると、下地磁性層が磁気劣化を起こし、MRは減
少する。
Table 9 shows that a high MR can be obtained by performing P1 for nitriding or oxidizing Ni60Fe40 as the underlying magnetic layer. However, if the oxidation or nitridation conditions at P1 are too strong, the underlying magnetic layer undergoes magnetic deterioration, and the MR decreases.

【0158】(実施例11)マグネトロンスパッタが可
能な成膜室(到達真空度5×10-9Torr)と逆スパッタ
が可能で、窒素ラジカル、酸素および酸素ラジカルが導
入でき、かつランプ加熱による基板加熱が可能な反応室
とを真空搬送室で接続した多元成膜装置を用いた。この
装置を用いて、直径3インチの熱酸化膜付きシリコン基
板上に、以下に示す多層膜を形成した。
(Example 11) A film forming chamber capable of magnetron sputtering (attained vacuum of 5 × 10 -9 Torr), reverse sputtering was possible, nitrogen radicals, oxygen and oxygen radicals could be introduced, and the substrate was heated by a lamp. A multi-layer film forming apparatus in which a reaction chamber capable of heating was connected by a vacuum transfer chamber was used. Using this apparatus, the following multilayer film was formed on a silicon substrate with a thermal oxide film having a diameter of 3 inches.

【0159】Ta(3)/Cu(750)/Ta(3)/NiFeCr(4)/PtMn(30)
/Co91Zr5Ta4(3)/Ru(0.9)/CoZrTa(1.5)/Co75Fe25(1)/中
間層/Ni60Fe40(4)/Ru(0.9)/NiFe(3)/Ru(0.9)/NiFe(2)/T
a(5) この多層膜において、NiFe/Ru/NiFe/Ru/NiFe層は、積層
フェリ型自由磁性層である。積層フェリを用いると自由
磁性層の熱安定性が高くなる。NiFeCrは、PtMnの結
晶性を高めることにより、層間のMnの拡散を抑制し、
素子の耐熱性を向上させる。Co91Zr5Ta4はアモルファス
であることにより、同様の効果を奏する。
Ta (3) / Cu (750) / Ta (3) / NiFeCr (4) / PtMn (30)
/Co91Zr5Ta4(3)/Ru(0.9)/CoZrTa(1.5)/Co75Fe25(1)/Interlayer/Ni60Fe40(4)/Ru(0.9)/NiFe(3)/Ru(0.9)/NiFe(2)/T
a (5) In this multilayer film, the NiFe / Ru / NiFe / Ru / NiFe layer is a laminated ferrimagnetic free magnetic layer. When a laminated ferrimagnetic layer is used, the thermal stability of the free magnetic layer increases. NiFeCr suppresses the diffusion of Mn between layers by increasing the crystallinity of PtMn,
Improve the heat resistance of the element. Since Co91Zr5Ta4 is amorphous, it has the same effect.

【0160】多層膜の固定磁性層に一軸異方性を付与す
るために、真空中で、350℃、5kOeの磁界を印加し
た。次いで、中間層の素子面積が0.01μm2となる
ようにレジストパターンを用いて、メサ形状に加工し、
さらに層間絶縁膜と上部電極とを設けた。層間絶縁膜と
してアルミナを300nm、また上部電極にはTaをイ
オンミリングを施した後、Cu(750)を形成した。
In order to impart uniaxial anisotropy to the fixed magnetic layer of the multilayer film, a magnetic field of 5 kOe was applied at 350 ° C. in a vacuum. Next, using a resist pattern so that the element area of the intermediate layer is 0.01 μm 2 , processing into a mesa shape,
Further, an interlayer insulating film and an upper electrode were provided. 300 nm of alumina was used as an interlayer insulating film, and Ta (ion) was ion-milled on the upper electrode, and then Cu (750) was formed.

【0161】中間層は、膜厚0.7nmのAl膜を表1
0に示す混合ガスのラジカルと反応させることにより作
製した。反応時間は、それぞれの混合ガス条件下で、M
R値が最大となるように最適化した。
As the intermediate layer, an Al film having a thickness of 0.7 nm was formed as shown in Table 1.
It was made by reacting with a radical of a mixed gas shown in FIG. The reaction time is M under each mixed gas condition.
Optimized to maximize the R value.

【0162】 (表10) ―――――――――――――――――――――――――――――― ガス種 RA MR (Ωμm2) (%) ―――――――――――――――――――――――――――――― Ar+O2 120 28 Kr+O2 110 42 Xe+O2 110 40 ―――――――――――――――――――――――――――――― Ar+Kr+O2 110 37 Ar+Xe+O2 110 36 ―――――――――――――――――――――――――――――― Ar+N2 100 32 Ar+Kr+N2 100 37 Ar+Xe+N2 100 35 ―――――――――――――――――――――――――――――― Ar+Kr+N2+O2 110 43 Ar+Xe+N2+O2 110 41 ―――――――――――――――――――――――――――――― Kr+N2+O2 110 45 Xe+N2+O2 110 43 ――――――――――――――――――――――――――――――(Table 10) ―――――――――――――――――――――――――――― Gas type RA MR (Ωμm 2 ) (%) ―――――――――――――――――――――――――――― Ar + O 2 120 28 Kr + O 2 110 42 Xe + O 2 110 40 ―――――――――― ―――――――――――――――――――― Ar + Kr + O 2 110 37 Ar + Xe + O 2 110 36 ―――――――――――――――――――――― ―――――――― Ar + N 2 100 32 Ar + Kr + N 2 100 37 Ar + Xe + N 2 100 35 ―――――――――――――――――――――――――――――― Ar + Kr + N 2 + O 2 110 43 Ar + Xe + N 2 + O 2 110 41 ――――――――――――――――――――――― ――――――― Kr + N 2 + O 2 110 45 Xe + N 2 + O 2 110 43 ――――――――――――――――――――――――――――――

【0163】表10より、KrまたはXeを含む雰囲気
で前駆体を酸素および/または窒素と反応させると、M
Rは高くなった。酸素と窒素とを含む雰囲気、特にこれ
にKrを加えた混合ガスが最適であった。
As shown in Table 10, when the precursor was reacted with oxygen and / or nitrogen in an atmosphere containing Kr or Xe, M
R increased. An atmosphere containing oxygen and nitrogen, particularly a mixed gas obtained by adding Kr to this atmosphere was optimal.

【0164】(実施例12)マグネトロンスパッタが可
能な成膜室(到達真空度5×10-9Torr)と逆スパッタ
が可能で、窒素ラジカル、酸素および酸素ラジカルが導
入でき、かつランプ加熱による基板加熱が可能な反応室
とを真空搬送室で接続した多元成膜装置を用いた。この
装置を用いて直径3インチの熱酸化膜付きシリコン基板
上に、以下の多層膜を形成した。
Example 12 A film formation chamber (attainable vacuum of 5 × 10 −9 Torr) capable of magnetron sputtering, reverse sputtering was possible, nitrogen radicals, oxygen and oxygen radicals could be introduced, and the substrate was heated by lamp heating. A multi-layer film forming apparatus in which a reaction chamber capable of heating was connected by a vacuum transfer chamber was used. Using this apparatus, the following multilayer film was formed on a silicon substrate having a thermal oxide film having a diameter of 3 inches.

【0165】Ta(3)/Cu(750)/Ta(3)/NiFeCr(4)/PtMn(30)
/Co75Fe25(3)/第1中間層/Fe(4)/第2中間層/Cu(10)/Ta
(5) 第1中間層はトンネル絶縁層であり、第2中間層はホッ
トエレクトロンを伝導する絶縁層である。この多層膜
を、中間層での素子面積が1μm2となるようにメサ形
状に加工し、さらに層間絶縁膜と上部電極とを設けた。
層間絶縁膜としてアルミナを300nm、また上部電極
にはTaをイオンミリングを施した後、Cu(750)を形成
した。
Ta (3) / Cu (750) / Ta (3) / NiFeCr (4) / PtMn (30)
/ Co75Fe25 (3) / first intermediate layer / Fe (4) / second intermediate layer / Cu (10) / Ta
(5) The first intermediate layer is a tunnel insulating layer, and the second intermediate layer is an insulating layer that conducts hot electrons. This multilayer film was processed into a mesa shape so that the element area of the intermediate layer was 1 μm 2 , and an interlayer insulating film and an upper electrode were further provided.
300 nm of alumina was used as an interlayer insulating film, and Ta (ion) was ion-milled on the upper electrode, and then Cu (750) was formed.

【0166】サンプルAでは、第1中間層として、0.
3nm、0.2nmおよび0.2nmの3回に分けて形
成したAl膜をそれぞれ酸化した層を、第2中間層とし
て、合計膜厚1nmとなるように4回に分けて形成した
Al膜をそれぞれ酸化した層を用いた。
[0166] In sample A, the first intermediate layer had a thickness of 0.1 mm.
A layer obtained by oxidizing the Al film formed in three steps of 3 nm, 0.2 nm and 0.2 nm, respectively, is used as a second intermediate layer to form an Al film formed in four steps so as to have a total thickness of 1 nm. Each oxidized layer was used.

【0167】サンプルBでは、第1中間層をサンプルA
と同様にして形成した層を、第2中間層として、合計膜
厚が1nmとなるように4回に分けて形成してAlMg
合金をそれぞれ酸化させて層を用いた外部磁場を印加し
た際の第1中間層を挟む磁性層間における電位の変化か
らMRを調べたところ、サンプルBがより高いMRを示
した。この理由の詳細は不明であるが、第2中間層の第
三の元素(Mg)が寄与していると考えられる。
In sample B, the first intermediate layer was
A layer formed in the same manner as described above is formed as a second intermediate layer in four times so that the total film thickness becomes 1 nm.
When the MR was examined from the change in potential between the magnetic layers sandwiching the first intermediate layer when an external magnetic field using the layers was applied by oxidizing the alloy, Sample B showed a higher MR. Although the details of this reason are unknown, it is considered that the third element (Mg) of the second intermediate layer contributes.

【0168】(実施例13)マグネトロンスパッタによ
る多元成膜装置を用いて、直径6インチの熱酸化膜付き
シリコン基板上に、以下の多層膜を形成した。
Example 13 The following multilayer film was formed on a silicon substrate having a 6-inch diameter thermal oxide film using a multi-layer film forming apparatus using magnetron sputtering.

【0169】Ta(3)/Cu(750)/Ta(3)/NiFeCr(4)/PtMn(30)
/Co75Fe25(4)/第1中間層/Ni60Fe40(4)/Ru(0.9)/Ni60Fe
40(4)/Ru(0.9)/Ni60Fe40(4)/第2中間層/Co75Fe25(4)/P
tMn(30)/Ta(5) この多層膜の固定磁性層に一軸異方性を付与するため
に、真空中で、280℃、5kOeの磁界を印加した。こ
の素子では自由磁性層(NiFe/Ru/NiFe/Ru/NiFe)を挟持
するように1対の固定磁性層(Co75Fe25)が配置されて
いる。第1中間層および第1中間層はともにトンネル絶
縁層である。この多層膜を、2つの中間層での素子面積
がそれぞれ0.5μm2となるようにレジストパターン
を用いてメサ形状に加工し、さらに層間絶縁膜と上部電
極を設けた。層間絶縁膜としてアルミナを300nm、
また上部電極にはTaをイオンミリングを施した後、Cu
(750)を形成した。
Ta (3) / Cu (750) / Ta (3) / NiFeCr (4) / PtMn (30)
/ Co75Fe25 (4) / First intermediate layer / Ni60Fe40 (4) / Ru (0.9) / Ni60Fe
40 (4) / Ru (0.9) / Ni60Fe40 (4) / second intermediate layer / Co75Fe25 (4) / P
tMn (30) / Ta (5) A magnetic field of 280 ° C. and 5 kOe was applied in vacuum to impart uniaxial anisotropy to the fixed magnetic layer of the multilayer film. In this device, a pair of fixed magnetic layers (Co75Fe25) are arranged so as to sandwich a free magnetic layer (NiFe / Ru / NiFe / Ru / NiFe). The first intermediate layer and the first intermediate layer are both tunnel insulating layers. This multilayer film was processed into a mesa shape using a resist pattern so that the element area of each of the two intermediate layers was 0.5 μm 2 , and an interlayer insulating film and an upper electrode were provided. 300 nm of alumina as an interlayer insulating film,
Also, after ion milling Ta on the upper electrode, Cu
(750) was formed.

【0170】第1中間層および第2中間層としては、表
11に示すP1〜P3の手順で、Al酸化物またはAl
酸窒化物を形成した。
The first intermediate layer and the second intermediate layer were made of Al oxide or Al by the procedures of P1 to P3 shown in Table 11.
An oxynitride was formed.

【0171】P1は、Co75Fe25の表面に成膜した膜厚
0.4nmのAlに、真空に排気した後に導入したガス
の種類とガス圧である。P2では、P1に引き続いて酸
素を100Torr導入したときのガスの種類とガス圧であ
る。P3を、引き続き真空に排気した後に成膜した膜厚
0.3nmのAlの酸化条件である。
P1 is the type and pressure of the gas introduced into the 0.4-nm thick Al film formed on the surface of Co75Fe25 after being evacuated to a vacuum. P2 indicates the gas type and gas pressure when oxygen is introduced at 100 Torr after P1. P3 is an oxidation condition for a 0.3-nm-thick Al film formed after evacuating to vacuum.

【0172】ここでも、P1〜P3では、ガスの種類と
ガス圧とをこの順に記載する。例えば、O2/100T
は、酸素ガス100Torrの反応雰囲気を示す。P2は、
P1で導入したガスとの合計のガス圧が表示されてい
る。雰囲気中の保持時間はP1〜P3とも1分間とし
た。作製した膜のMRおよびRAを表11に示す。
Here, in P1 to P3, the type of gas and the gas pressure are described in this order. For example, O 2 / 100T
Indicates a reaction atmosphere of 100 Torr of oxygen gas. P2 is
The total gas pressure with the gas introduced at P1 is displayed. The holding time in the atmosphere was 1 minute for each of P1 to P3. Table 11 shows the MR and RA of the fabricated films.

【0173】 (表11) ―――――――――――――――――――――――――――――――――― サンプル P1 P2 P3 RA MR (Ωμm2) (%) ―――――――――――――――――――――――――――――――――― S1 なし O2/100T O2/100T 60 32 S2 N2/100T O2+N2/200T O2/100T 30 39 S3 Ar/100T O2+Ar/200T O2/100T 45 38 S4 Ar+N2/100T O2+N2+Ar/10T O2/100T 35 38 ――――――――――――――――――――――――――――――――――(Table 11) ―――――――――――――――――――――――――――――――― Sample P1 P2 P3 RA MR (Ωμm 2 ) (%) ―――――――――――――――――――――――――――――――― S1 None O 2 / 100T O 2 / 100T 60 32 S2 N 2 / 100T O 2 + N 2 / 200T O 2 / 100T 30 39 S3 Ar / 100T O 2 + Ar / 200T O 2 / 100T 45 38 S4 Ar + N 2 / 100T O 2 + N 2 + Ar / 10T O 2 / 100T 35 38 ――――――――――――――――――――――――――――――――――

【0174】表11より、成膜したAl膜を、Arおよ
びN2から選ばれる少なくとも一種を含む雰囲気で保持
したサンプルS2〜S4において、優れたMR特性が得
られることがわかる。
[0174] From Table 11, the film-formed Al film, the sample S2~S4 held in an atmosphere containing at least one selected from Ar and N 2, it can be seen that excellent MR characteristics can be obtained.

【0175】[0175]

【発明の効果】本発明によれば、新たな中間層を備えた
磁気抵抗効果素子を提供できる。この磁気抵抗効果素子
は、従来の素子よりも優れた特性の実現、例えば高いM
R比と低い接合抵抗値(RA)との両立に適している。
According to the present invention, a magnetoresistive element having a new intermediate layer can be provided. This magnetoresistive effect element realizes characteristics superior to the conventional element, for example, a high M
It is suitable for achieving both the R ratio and a low junction resistance (RA).

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の方法を実施するための装置の構成例
を示す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an apparatus for performing a method of the present invention.

【図2】 本発明の方法を実施するための装置の別の構
成例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing another configuration example of an apparatus for performing the method of the present invention.

【図3】 本発明の磁気抵抗効果素子の一例を示す断面
図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing one example of a magnetoresistive element of the present invention.

【図4】 Al膜の膜厚に対する規格化抵抗値(RA)
の変化の例を示す図である。
FIG. 4 is a normalized resistance value (RA) with respect to the thickness of an Al film.
It is a figure showing an example of change of.

【図5】 Al膜の膜厚に対するMR値の変化の例を示
す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a change in MR value with respect to the thickness of an Al film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01F 41/32 H01L 43/12 H01L 43/12 G01R 33/06 R (72)発明者 松川 望 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 飯島 賢二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 榊間 博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 2G017 AD55 AD63 AD65 5D034 BA03 BA15 DA07 5E049 BA12 CB02 DB12 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01F 41/32 H01L 43/12 H01L 43/12 G01R 33/06 R (72) Inventor Nozomi Matsukawa Kazuma, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Kenji Iijima 1006 Ojimon Kadoma, Kadoma City, Osaka Pref. Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. F term (for reference) 2G017 AD55 AD63 AD65 5D034 BA03 BA15 DA07 5E049 BA12 CB02 DB12

Claims (24)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 中間層と、前記中間層を挟持する一対の
磁性層とを含み、前記中間層が、2〜17族から選ばれ
る少なくとも3種の元素を含み、前記元素が、F、O、
N、CおよびBから選ばれる少なくとも1種を含む磁気
抵抗効果素子。
1. An intermediate layer comprising: an intermediate layer; and a pair of magnetic layers sandwiching the intermediate layer, wherein the intermediate layer includes at least three kinds of elements selected from Groups 2 to 17, wherein the elements are F, O ,
A magnetoresistive element including at least one selected from N, C and B.
【請求項2】 Al以外の金属元素を含む請求項1に記
載の磁気抵抗効果素子。
2. The magnetoresistive element according to claim 1, which contains a metal element other than Al.
【請求項3】 中間層が、F、O、C、NおよびB以外
であって2〜17族から選ばれる少なくとも2種の元素
を含む請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。
3. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the intermediate layer contains at least two kinds of elements other than F, O, C, N and B and selected from Groups 2 to 17.
【請求項4】 中間層が、B、Al、GaおよびInか
ら選ばれる少なくとも2種の元素と、Nとを含む請求項
1に記載の磁気抵抗効果素子。
4. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the intermediate layer contains at least two elements selected from B, Al, Ga and In, and N.
【請求項5】 中間層の組成が、膜厚方向に沿って変化
している請求項1に記載の磁気抵抗素子。
5. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the composition of the intermediate layer changes along the thickness direction.
【請求項6】 中間層が多層構造を有する請求項1に記
載の磁気抵抗効果素子。
6. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the intermediate layer has a multilayer structure.
【請求項7】 中間層が、障壁高さが互いに異なる2つ
の膜を含む請求項6に記載の磁気抵抗効果素子。
7. The magnetoresistive element according to claim 6, wherein the intermediate layer includes two films having different barrier heights.
【請求項8】 中間層が、一対の磁性層のいずれかに接
する第1中間膜と、前記一対の磁性層の他方に接する第
2中間膜と、前記第1中間膜と前記第2中間膜とに挟持
された第3中間膜とを含み、前記第3中間膜の障壁高さ
が前記第1中間膜の障壁高さおよび前記第2中間膜の障
壁高さから選ばれる少なくとも一方よりも低い請求項7
に記載の磁気抵抗効果素子。
8. A first intermediate film in which the intermediate layer is in contact with one of the pair of magnetic layers, a second intermediate film in contact with the other of the pair of magnetic layers, the first intermediate film and the second intermediate film. And a third intermediate film sandwiched between the first and second intermediate films, wherein a barrier height of the third intermediate film is lower than at least one selected from a barrier height of the first intermediate film and a barrier height of the second intermediate film. Claim 7
3. The magnetoresistive effect element according to 1.
【請求項9】 中間層が磁性膜を含み、前記磁性膜と前
記一対の磁性層との間に、それぞれ、少なくとも1層の
非磁性膜が介在している請求項6に記載の磁気抵抗効果
素子。
9. The magnetoresistance effect according to claim 6, wherein the intermediate layer includes a magnetic film, and at least one nonmagnetic film is interposed between the magnetic film and the pair of magnetic layers. element.
【請求項10】 中間層が非磁性金属膜を含む請求項6
に記載の磁気抵抗効果素子。
10. The intermediate layer includes a non-magnetic metal film.
3. The magnetoresistive effect element according to 1.
【請求項11】 一対の磁性層の少なくとも一方が、
F、O、N、CおよびBから選ばれる少なくとも1種を
含む請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。
11. At least one of the pair of magnetic layers is
2. The magnetoresistance effect element according to claim 1, comprising at least one selected from F, O, N, C and B.
【請求項12】 一対の磁性層の少なくとも一方と中間
層との間に、膜厚が0.5nm以下の強磁性体が介在し
た請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。
12. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein a ferromagnetic material having a thickness of 0.5 nm or less is interposed between at least one of the pair of magnetic layers and the intermediate layer.
【請求項13】 中間層の膜厚が、0.5nm以上5n
m以下である請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。
13. The intermediate layer has a thickness of 0.5 nm or more and 5 n or more.
The magnetoresistive element according to claim 1, wherein m is equal to or less than m.
【請求項14】 中間層と、前記中間層を挟持する一対
の磁性層とを有する磁気抵抗効果素子の製造方法であっ
て、 前駆体を成膜する工程と、酸素原子、窒素原子および炭
素原子から選ばれる少なくとも1つの反応種を含有する
反応雰囲気において、前記前駆体を前記反応種と反応さ
せて前記中間層の少なくとも一部とする工程とを含む磁
気抵抗効果素子の製造方法。
14. A method of manufacturing a magnetoresistive element having an intermediate layer and a pair of magnetic layers sandwiching the intermediate layer, wherein a step of forming a precursor is performed, and wherein an oxygen atom, a nitrogen atom, and a carbon atom are formed. Reacting the precursor with the reactive species in a reaction atmosphere containing at least one reactive species selected from the group consisting of at least one reactive species to form at least a part of the intermediate layer.
【請求項15】 前駆体を、酸素原子、窒素原子および
炭素原子から選ばれる少なくとも1つの反応種を含有す
る反応雰囲気において成膜する請求項14に記載の磁気
抵抗効果素子の製造方法。
15. The method according to claim 14, wherein the precursor is formed in a reaction atmosphere containing at least one reactive species selected from an oxygen atom, a nitrogen atom, and a carbon atom.
【請求項16】 第1反応雰囲気下で第1前駆体を成膜
する工程と、前記第1前駆体を前記中間層の一部となる
第1中間膜とする工程と、前記第1中間膜上に、第2反
応雰囲気下で第2前駆体を成膜する工程と、前記第2前
駆体を前記中間層の一部となる第2中間膜とする工程と
を含み、 前記第2反応雰囲気が前記第1反応雰囲気よりも高い反
応性を有する請求項15に記載の磁気抵抗効果素子の製
造方法。
16. A step of forming a first precursor in a first reaction atmosphere, a step of forming the first precursor into a first intermediate film that becomes a part of the intermediate layer, and a step of forming the first intermediate film. A step of forming a second precursor film under a second reaction atmosphere, and a step of forming the second precursor into a second intermediate film that becomes a part of the intermediate layer, wherein the second reaction atmosphere The method of manufacturing a magnetoresistive effect element according to claim 15, wherein the first element has a higher reactivity than the first reaction atmosphere.
【請求項17】 第1前駆体を成膜する工程と、前記第
1前駆体を第1反応雰囲気下で前記中間層の一部となる
第1中間膜とする工程と、前記第1中間膜上に第2前駆
体を形成する工程と、前記第2前駆体を第2反応雰囲気
下で前記中間層の一部となる第2中間膜とする工程とを
含み、 前記第2反応雰囲気が前記第1反応雰囲気よりも高い反
応性を有する請求項14に記載の磁気抵抗効果素子の製
造方法。
17. A step of forming a first precursor, a step of forming the first precursor into a first intermediate film that becomes a part of the intermediate layer in a first reaction atmosphere, and a step of forming the first intermediate film. Forming a second precursor thereon, and forming the second precursor into a second intermediate film that becomes a part of the intermediate layer in a second reaction atmosphere, wherein the second reaction atmosphere is The method for manufacturing a magnetoresistive element according to claim 14, wherein the method has a higher reactivity than the first reaction atmosphere.
【請求項18】 前駆体の体積Vbに対する、前記前駆
体から形成した膜の体積Vaの比率が1.05以上2.
0以下である請求項14に記載の磁気抵抗効果素子の製
造方法。
18. The ratio of the volume Va of the film formed from the precursor to the volume Vb of the precursor is 1.05 or more.
The method of manufacturing a magnetoresistive element according to claim 14, wherein the value is 0 or less.
【請求項19】 前駆体がAl以外の金属元素を含む請
求項18に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
19. The method according to claim 18, wherein the precursor contains a metal element other than Al.
【請求項20】 反応雰囲気が、少なくとも酸素原子お
よび窒素原子を含む請求項14に記載の磁気抵抗効果素
子の製造方法。
20. The method according to claim 14, wherein the reaction atmosphere contains at least oxygen atoms and nitrogen atoms.
【請求項21】 反応雰囲気が、Kr原子およびXe原
子から選ばれる少なくとも1種を含む請求項14に記載
の磁気抵抗効果素子の製造方法。
21. The method according to claim 14, wherein the reaction atmosphere contains at least one kind selected from Kr atoms and Xe atoms.
【請求項22】 前駆体を、Ar原子および窒素原子か
ら選ばれる少なくとも1種を含む第1雰囲気に接触させ
た後に、Ar原子および窒素原子から選ばれる少なくと
も1種と酸素原子と含む第2雰囲気に接触させる請求項
14に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
22. A second atmosphere containing at least one selected from Ar and nitrogen atoms and an oxygen atom after contacting the precursor with a first atmosphere containing at least one selected from Ar atoms and nitrogen atoms. The method for manufacturing a magnetoresistive element according to claim 14, wherein
【請求項23】 中間層前駆体が、アモルファス相を含
む請求項14に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
23. The method according to claim 14, wherein the intermediate layer precursor contains an amorphous phase.
【請求項24】 少なくとも2枚の基板上にそれぞれ第
1磁性層を形成する工程と、同一の成膜室において前記
第1磁性層上にそれぞれ前駆体を形成する工程と、前記
少なくとも2枚の基板を前記成膜室から反応室に移送す
る工程と、前記反応室において前記前駆体を同一の反応
雰囲気下でそれぞれ中間層の少なくとも一部とする工程
と、前記中間層上にそれぞれ第2磁性層を形成する工程
とを含む請求項14に記載の磁気抵抗効果素子の製造方
法。
24. A step of forming a first magnetic layer on each of at least two substrates; a step of forming a precursor on each of the first magnetic layers in the same film forming chamber; Transferring the substrate from the film forming chamber to the reaction chamber, making the precursor at least part of an intermediate layer in the reaction chamber under the same reaction atmosphere, and forming a second magnetic layer on the intermediate layer, respectively. The method for manufacturing a magnetoresistive element according to claim 14, comprising a step of forming a layer.
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