JP2003505873A - 磁気トンネル接合装置を製造する方法 - Google Patents

磁気トンネル接合装置を製造する方法

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Abstract

(57)【要約】 磁気トンネル接合装置を製造する方法では２層の磁気層（３，７）及びこれら層の間に延在する障壁層（５）を有する積層体（１）が形成される。一方の磁気層はエッチングを手段として構築され、エッチング中この層の一部はレスト層（７ｒ）が残るまで材料が除去されることで薄くされる。このレスト層は、化学転化によって不活性化される。関連する方法では、構築されるべきでない磁気層が他方の磁気層の構築中に悪影響をもたらされることが防止される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、２層の磁気層とこれら磁気層の間に延在する障壁層とを有する積層
体が形成される磁気トンネル接合装置を製造する方法に関する。
【０００２】 本発明は、このような方法を用いて得ることができる磁気トンネル接合装置、
このような装置を具備する磁場センサ、及び、このような装置を具備する磁気メ
モリに関する。
【０００３】 上述の装置は、ＷＯ−Ａ９９／２２３６８に開示される。上記特許出願から公
知の磁気トンネル接合装置は、第１及び第２の磁気層を有し、これら第１及び第
２の磁気層は絶縁中間層を間に挟み、電極層として機能する。変換素子としての
この装置は、磁気ヨークが設けられる磁場センサの一部を形成し、第１の磁気層
はヨークの一部と直接的に接触される。ヨークと同様に第１の磁気層は、軟磁性
材料から形成される。第２の磁気層は合成層であり強磁性サブ層及びピンニング
構造を有し、絶縁中間層はトンネル障壁を構築する。
【０００４】 公知の磁気トンネル接合装置では、従って、一方の磁気層、即ち、軟磁性の層
が磁束案内としても機能する。トンネル障壁に面した軟磁性の層の表面中の不規
則性による磁区壁の形成のような、この軟磁性の層の磁気特性に対する悪い影響
を防止するために、他方の磁気層、即ち、第２の磁気層だけ及び可能であれば障
壁を形成する中間層が構築されることが望ましい。
【０００５】 本発明は、一方の磁気層を構築し、他方の磁気層に到達する前に確実に停止さ
れるプロセスを有する、冒頭段落で説明したタイプの方法を提供することを目的
とする。
【０００６】 上記目的を実現するためには、本発明による方法は、一方の磁気層がエッチン
グを手段として構築され、エッチング中にレスト層が残るまで材料を除去するこ
とで関連する層の一部が薄くされ、その後レスト層の電気抵抗が化学転化によっ
て増加されることを特徴とする。本発明による方法の実施後、一方の磁気層が構
築され、得られる構造層中の望ましくない電流が使用中に抑制されるよう処理さ
れる磁気トンネル接合装置が得られる。原則的に他方の磁気層は破壊されないま
まである。
【０００７】 本発明による方法では、構築されるべき磁気層が上記エッチング処理中完全に
エッチングオフされないため他方の磁気層が到達されないことは確実であり、上
記エッチング処理は、軟磁性である又は軟磁性でもよい構築されるべき磁気層の
一部を遮蔽するよう公知の方法において使用される。エッチング後に残留するこ
の層の残りのエッチング部分はレスト層と称され、このレスト層は、化学反応を
用いて導通が乏しくされ、その後構造磁気層並びに他方の磁気層が磁気電極とし
て使用され得る。エッチングは、レスト層が１ｍｍ乃至５ｍｍの厚さに到達され
ることで好ましくは行なわれ、この処理では例えば、レスト層がいつ到達された
かを抵抗の尺度が決定する。上述の測定が上記他方の磁気層に対して悪影響を与
えないことが分かり、特に、この磁気層の磁気特性に対して悪影響を与えない。
本発明による方法は、非選択的なエッチング技法を使用するとき製造限界ががか
なり広いといった利点を利用する。最後に述べた層が軟磁性材料から形成される
、又は、この層も軟磁性から形成される場合、この層は磁束案内層として特に適
している。
【０００８】 本発明による実施例は、化学転化が酸化及び／又は窒化によって行なわれるこ
とを特徴とする。本実施例では、レスト層は公知の処理を利用して簡単な方法で
不活性化され得る。レスト層の材料が酸化物に変換されるレスト層の酸化は、熱
酸化、プラズマ酸化、又は、ＵＶ支援酸化によって実現されることが好ましい。
レスト層の材料が窒化物に変換されるレスト層の窒化は、熱窒化又はプラズマ窒
化によって実現されることが好ましい。前述の公知の化学処理では、レスト層の
磁気材料の所望の酸化又は窒化は比較的短時間内に得られ得る。多くの場合にみ
られるように障壁層が酸化物層であり、酸化処理の実施中、所与の瞬間にレスト
層における酸化を停止又は減少させる。
【０００９】 本発明による方法の実施例は、物理的なエッチングが実施されることを特徴と
する。物理的なエッチングは、スパッタエッチング、イオンミリング、及び、イ
オンビームエッチングのような電気的な荷電粒子のビームを用いてエッチングす
ることを意味すると理解される。これらエッチング方法は、本発明による方法に
対して著しく適切であることが証明された。
【００１０】 本発明による方法の実施例は、構築されるべき磁気層が連続的に基本層及び基
本層の磁気ピンニングのために少なくとも更なる層を有する層構造から構築され
ることを特徴とする。基本層は、ＮｉＦｅ合金又はＣｏ合金特に、Ｃｏ−Ｆｅ合
金のような強磁性層でもよい一方でピンニング層構造は、ＦｅＭｎ合金又はＩｒ
Ｍｎ合金のような反強磁性層、Ｃｏ合金のような硬質磁気強磁性層、金属中間層
によって分離される２層の平行でない磁気層を有する人工的な反強磁性構造の可
能性のうち一つを有してもよい。このような構造は、例えば、ＦｅＭｎ合金の反
強磁性層に結合されてもよい。このような構築されるべき磁気層が形成される場
合、層構造を選択的にエッチングする、特に、基本層が到達されるまでエッチン
グ特に物理的なエッチングが行なわれる前にこの構造を選択的に化学的エッチン
グすることが好ましい。上記選択的なエッチングの一部を使用することにより、
本発明による構築処理はより短い時間内に実施され得る。選択的な化学エッチン
グは公知のエッチング技法である。
【００１１】 本発明による方法は、磁気トンネル接合装置の半製造品の磁気電極層を構築す
る方法を示し、半製造品は上記電極層、障壁層、及び、更なる磁気電極層の組立
体を有する。最後に述べた方法では、該層の構造は少なくとも悪影響といった点
では磁気トンネル接合装置の他方の磁気電極層の磁気特性に影響を及ぼさない。
エッチングが使用される本発明の特定の面は、エッチングが磁気トンネル接合装
置の障壁層ほど遠くまで行なわれないが、レスト層が障壁層上に残留する早い瞬
間にエッチング処理が停止されることである。従って、エッチング方法の層の厚
さの変化及び変更に関わらず構築されるべきでない磁気電極層がエッチングされ
ないことが確実とされる。絶縁層、低い導電率を有する層、又は、電気層である
障壁層は、通常約１ｎｍだけの厚さを有する。
【００１２】 本発明による方法によって製造される本発明による磁気トンネル接合装置は、
この方法を用いて構築される磁気層、及び、磁束案内として使用可能であり軟磁
性でもよく軟磁性を有してもよい別の磁気層を有する。このような軟磁性の層は
、例えば、ＮｉＦｅ合金又はＣｏ−Ｆｅ合金のようなＣｏ合金から形成されても
よい。軟磁性の層は、幾つかのサブ層からも構築されてもよい。
【００１３】 本発明による磁場センサには本発明による磁気トンネル接合装置が設けられる
。磁気トンネル接合装置は、本発明による磁場センサの一つ又は磁場センサの変
換要素を形成する。このセンサは、とりわけ、磁気テープ又は磁気ディスクのよ
うな磁気情報媒体から生じる磁束を復号化する磁気ヘッドとして、アースの磁場
を検出するコンパス中のセンサ、例えば、自動車の使用における位置、角、又は
、速度等を検出するセンサ、医療スキャナにおける場のセンサ、又は、電流検出
器として使用されてもよい。更に、本発明による磁気メモリ、特にＭＲＡＭは本
発明による磁気トンネル接合装置が設けられる。
【００１４】 特許請求の範囲に関して、従属項に記載される実施例の様々な組み合わせが可
能であることに注意する。
【００１５】 本発明の上記及び他の面は以下に説明する実施例を参照して明らかになり明確
にされる。
【００１６】 図１Ａは、本例ではＮｉＦｅ合金のような軟磁性材料の第１磁気層３と、本特
許では例えば、Ａｌ２Ｏ３の障壁層として参照される絶縁の、導通性が乏しい又
は誘電体の層５と、本例ではＮｉＦｅ合金である軟磁性材料の基本層７ａ及びＦ
ｅＭｎ合金のような反強磁性材料の更なる層を少なくとも有する層構造７ｂから
構築される第２の磁気層７とを有する層の積層体１を示す図である。選択的に、
基本層７ａ及び層構造７ｂを有する層構造のための第２の磁気層として硬質磁気
層が使用されてもよい。本発明による方法の実施中、例えば、図１Ｂに示すよう
にフォトレジストの遮蔽層９が示される積層体１上に設けられる。その後、エッ
チング処理が使用され、図１Ｃに示すように基本層７ａが到達されるまで層構造
７ｂが選択的にエッチング、特に化学的にエッチングされる。その後、図１Ｄに
示すように軟磁性材料のレスト層７ｒが残るまで基本層７ａがエッチングされ、
特に物理的にエッチングされる。選択的に、２つのエッチング処理の代わりに、
スパッタエッチングのような物理的なエッチングだけを使用することが十分とな
り得る。物理的なエッチングは、第２の磁気層７が硬質強磁性層である場合に使
用されることが好ましい。
【００１７】 上記方法の一つにおいて得られるレスト層７ｒは、最大５ｎｍの厚さを有する
ことが好ましい。本発明による方法の実施中、レスト層７ｒは関連する層の電気
抵抗を増加させるよう本実施例において酸化に曝される。レスト層７ｒは、図１
Ｅに示されるように本例ではＮｉ及びＦｅ酸化物を有する酸化層７Ｒに変化され
る。窒化を使用するとき、窒化物層７Ｒが得られる。本例では、この変化のため
に熱酸化又はプラズマ酸化が使用されることが好ましい。ＳｉＯ２のような絶縁
材料が堆積されることにより、保護層１１が酸化物層７Ｒ上に形成されてもよい
。遮蔽層９が除去されてもよい。
【００１８】 図２には、本発明による磁場センサが示され、この磁場センサは図１Ｅに示さ
れるタイプの磁気トンネル接合装置２０を有する。本実施例では、センサは、ブ
ッリジされた中断部２２ａを有しトンネル接合装置２０と磁気接触される磁気ヨ
ーク２２を有する。磁気ヨーク２２は、ＮｉＦｅ合金のような軟磁性材料から形
成される。センサは、非磁性の変換ギャップ２６に隣接するセンサ面２４を有す
る。中断部２２ａ及びギャップ２６は、例えば、ＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３の絶縁
層によって形成される。
【００１９】 本発明は、示される実施例に制限されないことに注意する。例えば、本発明の
範囲内で方法の幾つかの段階の変形例が可能である。更に、示されるセンサは、
磁気記録媒体を走査する磁気ヘッドとして形成されてもよい。このような構造は
、組み合わされた読取り／書き込みヘッドの一部として形成されてもよい。本発
明の方法に従って得られる磁気トンネル接合装置は、磁気メモリの一部を形成し
てもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 本発明による方法の実施例から得られる第１の中間物を示す図である。
【図１Ｂ】 本発明による方法の上記実施例から得られる第２の中間物を示す図である。
【図１Ｃ】 本発明による方法の実施例から得られる第３の中間物を示す図である。
【図１Ｄ】 第４の中間物を示す図である。
【図１Ｅ】 本発明による方法の説明された実施例に従って形成される本発明による磁気ト
ンネル接合装置の実施例を示す図である。
【図２】 本発明による磁場センサの実施例を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 43/08 Ｚ Ｈ０１Ｌ 27/105 27/10 ４４７ 43/08 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ (72)発明者 クーホールン，レインデル オランダ国，5656 アーアー アインドー フェン，プロフ・ホルストラーン ６ (72)発明者 ファン ゾン，ヨアネス ベー アー デ ー オランダ国，5656 アーアー アインドー フェン，プロフ・ホルストラーン ６ Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AD55 AD65 5D034 AA02 BA03 DA07 5E049 BA16 CB01 5F083 FZ10 PR03

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２層の磁気層と上記磁気層の間に延在する障壁層とを有する
    積層体が形成される磁気トンネル接合装置を製造する方法であって、 一方の上記磁気層はエッチングを用いて形成され、 上記エッチング中、上記一方の磁気層はレスト層が残るまで材料を除去するこ
    とで薄くされ、その後上記レスト層の電気抵抗が化学転化によって増加されるこ
    とを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 上記化学転化は酸化及び／又は窒化によって行なわれること
    を特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 物理的なエッチングが実施されることを特徴とする請求項１
    記載の方法。
  4. 【請求項４】 構築されるべき上記磁気層は、基本層及び上記基本層の磁気
    ピンニングのために少なくとも更なる層を有する層構造から連続的に構築される
    ことを特徴とする請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 上記物理的なエッチングの前に上記層構造は上記基本層が到
    達されるまで化学的にエッチングされることを特徴とする請求項３及び４記載の
    方法。
  6. 【請求項６】 上記レスト層の酸化は熱酸化、プラズマ、酸化、又は、ＵＶ
    支援酸化によって行なわれることを特徴とする請求項２記載の方法。
  7. 【請求項７】 上記レスト層の窒化は熱窒化又はプラズマ窒化によって行な
    われることを特徴とする請求項２記載の方法。
  8. 【請求項８】 請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の方法を用いて得ら
    れる磁気トンネル接合装置。
  9. 【請求項９】 上記構築される磁気層以外の他方の層は磁束案内として使用
    可能な軟磁性の層を有する請求項８記載の磁気トンネル接合装置。
  10. 【請求項１０】 請求項８記載の磁気トンネル接合装置を具備する磁場セン
    サ。
  11. 【請求項１１】 上記磁気トンネル接合装置の上記軟磁性の層と磁気接触さ
    れる磁気ヨークを具備する請求項９記載の磁場センサ。
  12. 【請求項１２】 請求項８記載の磁気トンネル接合装置を具備する磁気メモ
    リ。
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EP99202418.2 1999-07-22
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