JP2005244237A - 磁気抵抗効果素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 MR素子1におけるフリー層20は、第1および第2のFeCo層31,32と、これらよりも厚みの大きな第1〜第4のCoFe層21〜24とを含む積層体である。第1および第2のFeCo層31,32は正の磁歪定数を有する第1の強磁性材料(FeCo)によって構成され、第1〜第4のCoFe層21〜24は負の磁歪定数を有する第2の強磁性材料(CoFe)によって構成される。このため、フリー層20全体としての磁歪定数λの絶対値が低減されるうえ、フリー層20の総体的なバルク散乱係数が高まるので抵抗変化率ΔR/Rが向上する。したがって、保磁力Hcを低減しつつ、より大きな抵抗変化率ΔR/Rを確保することができるので、信号検出感度を高めることができる。
【選択図】 図1
Description
(A)基体。
(B)基体上に形成されたシード層。
(C)シード層上に形成された反強磁性ピンニング層。
(D)反強磁性ピンニング層上に、第2のピンド層と非磁性結合層と第1のピンド層とが順に積層されてなるシンセティック反強磁性ピンド層。
(E)正の磁歪定数を有する第1の強磁性材料によって形成された第1の薄層と、負の磁歪定数を有する第2の強磁性材料によって形成され、第1の薄層よりも大きな厚みを有する第2の薄層とを少なくとも1つずつ含む積層構造からなるフリー層。
(F)フリー層上に形成された保護層。
(a)基体を用意する工程。
(b)基体上にシード層を形成する工程。
(c)シード層上に反強磁性ピンニング層を形成する工程。
(d)反強磁性ピンニング層上に、第2のピンド層と非磁性結合層と第1のピンド層とを順に積層することによりシンセティック反強磁性ピンド層を形成する工程。
(e)正の磁歪定数を有する第1の強磁性材料を用いて第1の薄層を形成すると共に負の磁歪定数を有する第2の強磁性材料を用いて第1の薄層よりも大きな厚みを有するように第2の薄層を形成することにより、第1の薄層および第2の薄層を少なくとも1つずつ含む積層体としてのフリー層を形成する工程。
(f)フリー層上に保護層を形成する工程。
まず、図3を参照して、第1の変形例(変形例1)としてのMR素子1Aについて説明する。MR素子1Aは、MR素子1におけるフリー層20の構成と異なるフリー層20Aを備えるようにしたものである。なお、基層10および保護層100については図1に示したMR素子1と全く同様の構成であるので、ここではそれらの説明を省略する。
次に、図4を参照して、第2の変形例(変形例2)としてのMR素子1Bについて説明する。MR素子1Bは、MR素子1におけるフリー層20の構成と異なるフリー層20Bを備えるようにしたものである。なお、基層10および保護層100については図1に示したMR素子1と全く同様の構成であるので、ここではそれらの説明を省略する。
さらに、図5を参照して、第3の変形例(変形例3)としてのMR素子1Cについて説明する。MR素子1Cは、MR素子1におけるフリー層20の構成と異なるフリー層20Cを備えるようにしたものであり、基層10および保護層100については図1に示したMR素子1と全く同様の構成である。
CoFe(1)/Cu(0.2)/CoFe(1)/Cu(0.2)/CoFe(1)
というように、負の磁歪定数を有するCoFe層と、非磁性の銅層とを交互に積層した構造を有している。ここで、括弧内の数値は各層の厚み[nm]を表す。このような比較例1では、保磁力Hcが約6.2Oe(=6.2×103/4π A/m)となり、抵抗変化率ΔR/Rが約2.05%となった。
FeCo(1)/Cu(0.2)/FeCo(1)/Cu(0.2)/FeCo(1)
というように、正の磁歪定数を有するFeCo層と、非磁性の銅層とを交互に積層した構造を有している。すでに述べたように、フリー層に用いる材料としてFeCoが不都合な点は、図7からも明らかなように高い保磁力を有していることである。このような比較例2では、保磁力Hcが151Oe(=151×103/4π A/m)となり、抵抗変化率ΔR/Rが約2.25%となった。
CoFe(1)/FeCo(0.05)/Cu(0.2)/FeCo(0.05)/CoFe(1)/FeCo(0.05)/Cu(0.2)/FeCo(0.05)/CoFe(1)
というように、負の磁歪定数を有するCoFe層と非磁性の銅層とを交互に積層し、さらに、それらの間に正の磁歪定数を有するFeCo層を挿入するようにした構造を有している。このような実施例1では、FeCo層とCu層とを交互に積層したフリー層を備えた比較例2と同程度の抵抗変化率を確保しつつ、CoFe層とCu層とを交互に積層したフリー層を備えた比較例1と同程度の低い保磁力に抑えることができた。具体的には、保磁力Hcが約5.9Oe(=5.9×103/4π A/m)となり、抵抗変化率ΔR/Rが約2.22%となった。
Claims (24)
- 基体と、
前記基体上に形成されたシード層と、
前記シード層上に形成された反強磁性ピンニング層と、
前記反強磁性ピンニング層上に、第2のピンド層と非磁性結合層と第1のピンド層とが順に積層されてなるシンセティック反強磁性ピンド層と、
正の磁歪定数を有する第1の強磁性材料によって形成された第1の薄層と、負の磁歪定数を有する第2の強磁性材料によって形成され、前記第1の薄層よりも大きな厚みを有する第2の薄層とを少なくとも1つずつ含む積層構造からなるフリー層と、
前記フリー層上に形成された保護層と
を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 前記第1の強磁性材料は、CoXFe100-X(但し、25≦X≦75)で表されるコバルト鉄合金であり、
前記第2の強磁性材料は、Co90Fe10で表されるコバルト鉄合金である
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記第1の薄層は、0.3nm未満の厚みを有し、
前記第2の薄層は、0.25nm以上1.5nm以下の厚みを有する
ことを特徴とする請求項2に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記シンセティック反強磁性ピンド層における第1のピンド層は、
前記第1の強磁性材料からなり0.25nm以上1.5nm以下の厚みを有する第1の強磁性層と、
前記第2の強磁性材料からなり0.25nm以上1.5nm以下の厚みを有する第2の強磁性層と
を少なくとも1つずつ含んでいることを特徴とする請求項2に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記第2の薄層または前記第2の強磁性層は、厚みが0.1nm以上0.4nm以下の銅(Cu)からなるスペーサ層の上に形成されている
ことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記第1のピンド層は、厚みが0.1nm以上0.4nm以下の銅(Cu)からなるスペーサ層を少なくとも1つ含んでいる
ことを特徴とする請求項4に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記第1の薄層または前記第1の強磁性層は、厚みが0.1nm以上0.4nm以下の銅(Cu)からなるスペーサ層の上に形成されている
ことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記フリー層は、厚みが0.1nm以上0.4nm以下の銅(Cu)からなるスペーサ層を少なくとも1つ含んでいる
ことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記フリー層は、
Co90Fe10からなる第1のCoFe層と、
Fe50Co50からなる第1のFeCo層と、
Co90Fe10からなる第2のCoFe層と、
銅(Cu)からなる第1のスペーサ層と、
Co90Fe10からなる第3のCoFe層と、
Fe50Co50からなる第2のFeCo層と、
Co90Fe10からなる第4のCoFe層と、
銅(Cu)からなる第2のスペーサ層と、
Co90Fe10からなる第5のCoFe層と
が順に積層されたものである
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記第1のCoFe層は0.5nm以上1.5nm以下の厚みを有し、
前記第2から第5のCoFe層は各々0.25nm以上0.75nm以下の厚みを有し、
前記第1および第2のFeCo層は各々0.3nm未満の厚みを有し、
前記第1および第2のスペーサ層は各々0.1nm以上0.4nm以下の厚みを有する
ことを特徴とする請求項9に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記フリー層は、全体として正の磁歪定数を有している
ことを特徴とする請求項10に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記第1のピンド層は、
0.75nm以上1.5nm以下の厚みを有する第1の強磁性層としてのFe50Co50層と、0.1nm以上0.4nm以下の厚みを有するスペーサ層としての銅(Cu)層とからなる2層構造を含んでいる
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。 - 基体を用意する工程と、
前記基体上にシード層を形成する工程と、
前記シード層上に反強磁性ピンニング層を形成する工程と、
前記反強磁性ピンニング層上に、第2のピンド層と非磁性結合層と第1のピンド層とを順に積層することによりシンセティック反強磁性ピンド層を形成する工程と、
正の磁歪定数を有する第1の強磁性材料を用いて第1の薄層を形成すると共に負の磁歪定数を有する第2の強磁性材料を用いて前記第1の薄層よりも大きな厚みを有するように第2の薄層を形成することにより、前記第1の薄層および第2の薄層を少なくとも1つずつ含む積層体としてのフリー層を形成する工程と、
前記フリー層上に保護層を形成する工程と
を含むことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 前記第1の強磁性材料として、CoXFe100-X(但し、25≦X≦75)で表されるコバルト鉄合金を用い、
前記第2の強磁性材料として、Co90Fe10で表されるコバルト鉄合金を用いる
ことを特徴とする請求項13に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 0.3nm未満の厚みとなるように前記第1の薄層を形成し、
0.25nm以上1.5nm以下の厚みとなるように前記第2の薄層を形成する
ことを特徴とする請求項14に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 前記シンセティック反強磁性ピンド層を形成する工程では、
前記第1の強磁性材料を用いて0.25nm以上1.5nm以下の厚みとなるように第1の強磁性層を形成する工程と、
前記第2の強磁性材料を用いて0.25nm以上1.5nm以下の厚みとなるように第2の強磁性層を形成する工程と
を含むようにして前記第1のピンド層を形成する
ことを特徴とする請求項14に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 銅(Cu)を用いて0.1nm以上0.4nm以下の厚みとなるようにスペーサ層を形成したのち、このスペーサ層の上に前記第2の薄層または前記第2の強磁性層を形成する
ことを特徴とする請求項15または請求項16に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 銅(Cu)を用いて0.1nm以上0.4nm以下の厚みとなるようにスペーサ層を形成する工程を含むようにして前記第1のピンド層を形成する
ことを特徴とする請求項15または請求項16に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 銅(Cu)を用いて0.1nm以上0.4nm以下の厚みとなるようにスペーサ層を形成したのち、このスペーサ層の上に前記第1の薄層または前記第1の強磁性層を形成する
ことを特徴とする請求項15または請求項16に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 前記フリー層を形成する工程は、
銅(Cu)を用いて0.1nm以上0.4nm以下の厚みとなるようにスペーサ層を形成する工程を含む
ことを特徴とする請求項15または請求項16に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。 - Co90Fe10からなる第1のCoFe層と、
Fe50Co50からなる第1のFeCo層と、
Co90Fe10からなる第2のCoFe層と、
銅(Cu)からなる第1のスペーサ層と、
Co90Fe10からなる第3のCoFe層と、
Fe50Co50からなる第2のFeCo層と、
Co90Fe10からなる第4のCoFe層と、
銅(Cu)からなる第2のスペーサ層と、
Co90Fe10からなる第5のCoFe層と
を順に積層することにより、前記フリー層を形成する
ことを特徴とする請求項13に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 0.5nm以上1.5nm以下の厚みとなるように前記第1のCoFe層を形成し、
0.25nm以上0.75nm以下の厚みとなるように前記第2から第5のCoFe層をそれぞれ形成し、
0.3nm未満の厚みとなるように前記第1および第2のFeCo層をそれぞれ形成し、
0.1nm以上0.4nm以下の厚みとなるように前記第1および第2のスペーサ層をそれぞれ形成する
ことを特徴とする請求項21に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 全体として正の磁歪定数を発現するように前記フリー層を形成する
ことを特徴とする請求項22に記載のシンセティックスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 0.75nm以上1.5nm以下の厚みを有する第1の強磁性層としてのFe50Co50膜と、0.1nm以上0.4nm以下の厚みを有するスペーサ層としての銅(Cu)膜とを積層してなる2層構造を形成する工程を含むようにして前記第1のピンド層を形成する
ことを特徴とする請求項13に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
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