JP2006054257A - 磁気抵抗効果素子の製造方法および製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】磁化固着層と、磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた絶縁層と前記絶縁層を貫通する電流パスを含むスペーサ層とを有する磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記スペーサ層を形成するにあたり、前記電流パスを形成する第1の金属層を成膜し、前記第1の金属層上に、前記絶縁層に変換される第2の金属層を成膜し、前記第2の金属層に希ガスのイオンビームまたはRFプラズマを照射して前記第2の金属層中に前記第1の金属層の一部を侵入させる前処理を行い、酸化ガスまたは窒化ガスを供給して、前記第2の金属層を前記絶縁層に変換するとともに前記絶縁層を貫通する前記電流パスを形成する。
【選択図】 図2
Description
面積抵抗RA 100mΩμm2 370mΩμm2
面積抵抗変化量ΔRA 0.5mΩμm2 5.6mΩμm2
MR変化率 0.5% 1.5%。
図2(B)において、ピン層14上に第1の金属層m1および第2の金属層m2を成膜した後に酸化前に行う前処理(PIT)は、第2の金属層m2中に第1の金属層m1の一部を侵入させて電流パスを形成するために行われる、本発明方法において最も重要かつ特徴的な工程である。
図6に本実施例において製造した磁気抵抗効果素子(CCP−CPP素子)の斜視図を示す。図6の磁気抵抗効果素子は、図示しない基板上に下記の膜を順次積層した構造を有する。
下地層12:Ta[5nm]/Ru[2nm]
ピニング層13:Pt50Mn50[15nm]
ピン層14:Co90Fe10[3.6nm]/Ru[0.9nm]/(Fe50Co50[1nm]/Cu[0.25nm])×2/Fe50Co50[1nm]
金属層15:Cu[0.5nm]
スペーサ層(CCP−NOL)16:Al2O3絶縁層22およびCu電流パス21(Al90Cu10[1nm]を成膜した後、PIT/IAO処理)
金属層17:Cu[0.25nm]
フリー層18:Co90Fe10[1nm]/Ni83Fe17[3.5nm]
キャップ層19:Cu[1nm]/Ru[10nm]
上電極20。
様々な方法を用いてCCP−CPP素子を作製し、これらのCCP−CPP素子について特性を比較した結果を説明する。本実施例において用いた下地層12からキャップ層19までの材料は以下の通りである。
ピニング層13:Pt50Mn50[15nm]
ピン層14:Co90Fe10[4nm]/Ru[0.9nm]/Co90Fe10[4nm]
金属層15:Cu[2.5nm]
スペーサ層(CCP−NOL)16:Al2O3絶縁層22およびCu電流パス21(Al90Cu10[xnm]を成膜した後、PIT/IAO処理)
金属層17:Cu[2.5nm]
フリー層18:Co90Fe10[1nm]/Ni83Fe17[3.5nm]
キャップ層19:Cu[1nm]/Ru[10nm]
本実施例では、第2の金属層として用いたAlCuの膜厚xを0.5〜1nmの範囲で変化させて成膜した。AlCuの膜厚を変えることによってCCP−NOLの面内における電流パスの面積比率が変化するので、CCP−CPP素子のRAを調整することができる。すなわち、AlCuの膜厚を厚くするほどRAが増大する。本実施例においては、スペーサ層に近接するピン層およびフリー層の磁性材料としていずれもCo90Fe10を用いた。Co90Fe10を用いた場合には実施例1のようにFe50Co50/Cuを用いた場合よりもMR変化率が少し低くなるが、本実施例では製造方法を比較する目的で単純な構造を採用している。
本実施例においては、本発明に係る製造方法を適用して作製されるCCP−CPP素子について、高いMR変化率を得るのに有利な材料について説明する。具体的には、スペーサ層の下および上に設けられる磁性層の材料としてCo90Fe10またはFe50Co50を用いた。CCP−CPP素子の下地層からフリー層までの構成は以下の通りである。
ピニング層:PtMn[15nm]
ピン層:Co90Fe10[4nm]/Ru[0.9nm]/Mag[4nm]
金属層:Cu[2.5nm]
スペーサ層:Al2O3絶縁層22およびCu電流パス21(Al90Cu10[xnm]を成膜した後、PIT/IAO処理)
金属層:Cu[2.5nm]
フリー層:Mag[4nm]。
スペーサ層とピン層および/またはフリー層との界面に極薄酸化膜(バンド変調層)を形成してバンド構造を変化させると、MR変化率を向上させることができることが知られている(特開2004−6589号公報)。この場合、バンド変調層は、電流が十分に容易に通電されるように厚さ0.1〜1nmの極薄酸化物で形成される。本発明によるCCP−CPP素子にバンド変調層を組み合わせても構わない。
図14および図15は、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドに組み込んだ状態を示している。図14は、磁気記録媒体(図示せず)に対向する媒体対向面に対してほぼ平行な方向に磁気抵抗効果素子を切断した断面図である。図15は、この磁気抵抗効果素子を媒体対向面ABSに対して垂直な方向に切断した断面図である。
図14および図15に示した磁気ヘッドは、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込んで、磁気記録再生装置に搭載することができる。
次に、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を搭載した磁気メモリについて説明する。すなわち、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を用いて、例えばメモリセルがマトリクス状に配置されたランダムアクセス磁気メモリ(magnetic random access memory、MRAM)などの磁気メモリを実現できる。
Claims (16)
- 磁化方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた絶縁層と前記絶縁層を貫通する電流パスを含むスペーサ層とを有する磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記スペーサ層を形成するにあたり、
前記電流パスを形成する第1の金属層を成膜し、
前記第1の金属層上に、前記絶縁層に変換される第2の金属層を成膜し、
前記第2の金属層に希ガスのイオンビームまたはRFプラズマを照射する前処理を行い、
酸化ガスまたは窒化ガスを供給して、前記第2の金属層を前記絶縁層に変換することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 前記スペーサ層上に、さらに金属層を形成す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の製造方法。
- 前記第2の金属層に希ガスのイオンビームまたはRFプラズマを照射する前処理により、前記第2の金属層中に前記第1の金属層の一部を侵入させることを特徴とする請求項1記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記酸化ガスまたは前記窒化ガスを供給して、第2の金属層を前記絶縁層に変換するとともに前記絶縁層を貫通する前記電流パスを形成することを特徴とする請求項1記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記前処理は、前記希ガスのイオンビームまたはRFプラズマの加速電圧を30V以上130V以下に設定して行うことを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記前処理は、前記希ガスのイオンビームまたはRFプラズマの加速電圧を40V以上60V以下に設定して行うことを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記変換処理は、前記第2の金属層に希ガスのイオンビームまたはRFプラズマを照射しながら、酸化ガスまたは窒化ガスを供給することにより行うことを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記変換処理は、前記希ガスのイオンビームまたはRFプラズマの加速電圧を40V以上200V以下に設定して行うことを特徴とする請求項7に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記変換処理は、前記希ガスのイオンビームまたはRFプラズマの加速電圧を50V以上100V以下に設定して行うことを特徴とする請求項8に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記第1の金属層は、Cu、AuおよびAgからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むことを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記絶縁層は、Al、Si、Hf、Ti、Ta、Mo、W、Nb、CrおよびZrからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含む酸化物または窒化物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の製造方法。
- 前記磁化固着層は、前記スペーサ層との界面で、体心立方構造を有す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の製造方法。
- 前記磁化固着層は、強磁性層と厚さ0.1nm以上1nm以下のCuとの積層膜を含むことを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 請求項1記載の方法に用いられる磁気抵抗効果素子の製造装置であって、
基板をセットするロードロック室と、
前記基板上に金属層を成膜する成膜室と、
酸化ガスまたは窒化ガスを供給する手段および希ガスを励起してプラズマを発生させ前記金属層にイオンビームを照射するイオンソースを備えた反応室と、
真空バルブを介してこれらの各室と接続された基板搬送室と
を具備したことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造装置。 - 前記反応室のイオンソースは、イオンビームの加速電圧を30V以上200V以下の範囲で制御できるグリッドを有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装置。
- 前記グリッドと基板が設置される基板テーブルとの間に電子放出源が配置され、前記電子放出源から放出される電子を前記イオンソース内へ流入させ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装置。
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