JP2007027493A - Magnetoresistive element and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetoresistive element having no deterioration of characteristics such as the deterioration of MR characteristics by the increase of a series resistance for a heat treatment process in an element manufacturing process. <P>SOLUTION: The magnetoresistive element is used having an antiferromagnetic-substance layer 3, a fixed ferromagnetic-substance layer 11, a first non-magnetic substance layer 7, a free ferromagnetic-substance layer 8, and a first oxide layer 5. The antiferromagnetic-substance layer 3 is formed on the upper surface side of a substrate 1. The fixed ferromagnetic-substance layer 11 is formed on the antiferromagnetic-substance layer 3. The first non-magnetic substance layer 7 is formed on the fixed ferromagnetic-substance layer 11. The free ferromagnetic-substance layer 8 is formed on the first non-magnetic substance layer 7. The first oxide layer 5 is formed between the antiferromagnetic-substance layer 3 and the first non-magnetic substance layer 7 as a conductive material in a stoichiometric composition, and has a feature of a ferromagnetic substance or an antiferromagnetic substance at a temperature lower than a room temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、磁気抵抗効果素子およびその製造方法に関し、特に、磁気ランダムアクセスメモリのメモリセル、磁気ディスク装置における再生用磁気ヘッド、あるいは磁気センサに用いられる磁気抵抗効果素子およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a magnetoresistive effect element and a manufacturing method thereof, and more particularly to a magnetoresistive effect element used for a memory cell of a magnetic random access memory, a reproducing magnetic head in a magnetic disk device, or a magnetic sensor, and a manufacturing method thereof.

磁気ランダムアクセスメモリ(Magnetoresistive Random Access Memory; 以下「MRAM」ともいう)、再生用磁気ヘッド、磁気センサに用いられる磁気抵抗効果素子が知られている。磁気抵抗効果素子は、磁場を感知すると抵抗が変化する。現在、磁気抵抗効果素子として、巨大磁気抵抗(GMR)素子が一般に用いられている。GMR素子は、Cuなどの導電性非磁性層の上下を強磁性体層で挟んだ構造をもっている。磁気抵抗効果素子として、強磁性トンネル接合(TMR)素子が期待されている。TMR素子はGMR素子よりも室温での磁気抵抗変化率(MR比)が大きいことから、MRAMや再生用磁気ヘッドに有望である。   Magnetoresistive elements used for magnetic random access memory (hereinafter also referred to as “MRAM”), reproducing magnetic heads, and magnetic sensors are known. The magnetoresistive element changes its resistance when it senses a magnetic field. Currently, giant magnetoresistive (GMR) elements are generally used as magnetoresistive elements. The GMR element has a structure in which a conductive nonmagnetic layer such as Cu is sandwiched between ferromagnetic layers. A ferromagnetic tunnel junction (TMR) element is expected as a magnetoresistive effect element. The TMR element is promising for an MRAM and a reproducing magnetic head because it has a higher magnetoresistance change rate (MR ratio) at room temperature than a GMR element.

強磁性トンネル接合は、二つの強磁性体層の間に数オングストロームから数nmという極薄のトンネルバリア層を挟んだ構造を持つ。この接合を有するTMR素子は、下部強磁性体層の自発磁化の向きと上部強磁性体層の自発磁化の向きとの相対角が小さいときにトンネル確率が高く、大きいときにトンネル確率が低い。この現象により、磁気抵抗効果が現れる。トンネルバリア層は一般にアルミニウム(Al)などの金属を酸化することで得られる。   A ferromagnetic tunnel junction has a structure in which an extremely thin tunnel barrier layer of several angstroms to several nanometers is sandwiched between two ferromagnetic layers. The TMR element having this junction has a high tunnel probability when the relative angle between the direction of the spontaneous magnetization of the lower ferromagnetic layer and the direction of the spontaneous magnetization of the upper ferromagnetic layer is small, and the tunnel probability is low when the relative angle is large. This phenomenon causes a magnetoresistive effect. The tunnel barrier layer is generally obtained by oxidizing a metal such as aluminum (Al).

このTMR素子をMRAMや再生用磁気ヘッドのような微少な磁場で動作するデバイスに応用するために、スピンバルブ型と呼ばれる積層膜が提案されている。このスピンバルブ型TMR積層膜では、トンネルバリア層を挟む一方の強磁性体層の自発磁化の向きが外部磁場に対して自由に動くことができ、他方の強磁性体層の自発磁化の向きが固定される。自発磁化の向きが固定されている強磁性体層は固定強磁性体層と、自発磁化の向きが自由に動く強磁性体層は自由強磁性体層と呼ばれている。この方法により、固定強磁性体層の自発磁化の向きと自由強磁性体層の自発磁化の向きとの間の磁化方向の相対角を容易に変化させることができる。自発磁化の向きを固定する方法としては、一般に固定強磁性体層となる強磁性体層を反強磁性体層上に積層し、双方の膜の界面に生じる交換結合磁場によって固定強磁性体層の磁化を固定する、交換結合方式が一般的である。反強磁性体層としては、IrMn、PtMnなどのMnを含む合金が多く用いられている。   In order to apply this TMR element to a device that operates with a minute magnetic field such as an MRAM or a reproducing magnetic head, a laminated film called a spin valve type has been proposed. In this spin-valve type TMR laminated film, the direction of spontaneous magnetization of one ferromagnetic layer sandwiching the tunnel barrier layer can move freely with respect to an external magnetic field, and the direction of spontaneous magnetization of the other ferromagnetic layer is Fixed. A ferromagnetic layer in which the direction of spontaneous magnetization is fixed is called a fixed ferromagnetic layer, and a ferromagnetic layer in which the direction of spontaneous magnetization moves freely is called a free ferromagnetic layer. By this method, the relative angle of the magnetization direction between the direction of spontaneous magnetization of the fixed ferromagnetic layer and the direction of spontaneous magnetization of the free ferromagnetic layer can be easily changed. As a method of fixing the direction of spontaneous magnetization, a ferromagnetic layer generally serving as a fixed ferromagnetic layer is laminated on an antiferromagnetic layer, and a fixed ferromagnetic layer is formed by an exchange coupling magnetic field generated at the interface between both films. An exchange coupling method is generally used to fix the magnetization. As the antiferromagnetic layer, alloys containing Mn such as IrMn and PtMn are often used.

なお、この固定強磁性体層を磁性層単層とせず、強磁性体層/非磁性体層/強磁性体層の3層構造とする場合もある。この構造は、自由強磁性体層の磁化反転時の磁場の大きさを調整するために用いられる。この構造は、積層フェリ構造という。このとき、非磁性体層には1.0nm以下の極薄Ruなどが用いられる。   In some cases, the fixed ferromagnetic layer is not a single magnetic layer, but has a three-layer structure of ferromagnetic layer / nonmagnetic layer / ferromagnetic layer. This structure is used to adjust the magnitude of the magnetic field when the magnetization of the free ferromagnetic layer is reversed. This structure is called a laminated ferri structure. At this time, ultra-thin Ru of 1.0 nm or less is used for the nonmagnetic layer.

図1は、従来のTMR積層膜の積層構造の一例を示す断面図である。図1は固定強磁性体層が磁性層単層のTMR積層膜の一例である。TMR積層膜110は、基板101、バッファ層12、反強磁性体層103、固定強磁性体層104、第1非磁性体層107、自由強磁性体層108、キャップ層109を具備する。なお、各層は二層以上の構造を取る場合もある。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a laminated structure of a conventional TMR laminated film. FIG. 1 shows an example of a TMR laminated film in which the fixed ferromagnetic layer is a single magnetic layer. The TMR laminated film 110 includes a substrate 101, a buffer layer 12, an antiferromagnetic material layer 103, a fixed ferromagnetic material layer 104, a first nonmagnetic material layer 107, a free ferromagnetic material layer 108, and a cap layer 109. Each layer may have a structure of two or more layers.

図2は、従来のTMR積層膜の積層構造の一例を示す断面図である。図2は固定強磁性体層が積層フェリ構造のTMR積層膜の一例である。TMR積層膜110は、基板111、バッファ層112、反強磁性体層113、第1非磁性体層117、自由強磁性体層118、キャップ層119、固定強磁性体層114/第2非磁性体層115/固定強磁性体層116という三層構造を有する固定層121を具備する。なお、各層は二層以上の構造を取る場合もある。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a laminated structure of a conventional TMR laminated film. FIG. 2 shows an example of a TMR laminated film in which the fixed ferromagnetic layer has a laminated ferri structure. The TMR multilayer film 110 includes a substrate 111, a buffer layer 112, an antiferromagnetic layer 113, a first nonmagnetic layer 117, a free ferromagnetic layer 118, a cap layer 119, a fixed ferromagnetic layer 114 / second nonmagnetic layer. A fixed layer 121 having a three-layer structure of body layer 115 / fixed ferromagnetic layer 116 is provided. Each layer may have a structure of two or more layers.

このTMR積層膜をMRAMや再生用磁気ヘッドに応用する場合、TMR積層膜には製造プロセスにおける高温でのプロセスに耐える耐熱性が必要である。例えば、MRAMに応用する場合、半導体回路の形成工程を用いる必要があるため、350℃以上の耐熱性が求められることが想定される。しかし、このような高熱で熱処理を施すと、TMR積層膜の磁気抵抗効果が劣化しMR比が低減することが知られている。   When this TMR laminated film is applied to an MRAM or a reproducing magnetic head, the TMR laminated film needs to have heat resistance enough to withstand a process at a high temperature in the manufacturing process. For example, when applied to MRAM, it is necessary to use a process for forming a semiconductor circuit, so that heat resistance of 350 ° C. or higher is required. However, it is known that when the heat treatment is performed at such high heat, the magnetoresistance effect of the TMR laminated film is deteriorated and the MR ratio is reduced.

この劣化の原因の一つは、固定層(固定強磁性体層)/反強磁性体層の界面における相互拡散とされている。熱処理温度が上昇すると、反強磁性体層のMn合金中のMnが拡散し、このMnがトンネルバリア層/固定層の界面に達するとトンネルバリアの性質に影響を及ぼし、磁気抵抗効果を劣化させると考えられている(例えば、S.Cardoso,et al,“Spin−tunnel−junction thermal stability and interface interdiffusion above 300℃”,“APPLIED PHYSICS LETTERS”,vol.76,2000,p.610−612)。   One cause of this deterioration is interdiffusion at the interface of the fixed layer (fixed ferromagnetic layer) / antiferromagnetic layer. When the heat treatment temperature rises, Mn in the Mn alloy of the antiferromagnetic material layer diffuses, and when this Mn reaches the interface of the tunnel barrier layer / fixed layer, it affects the properties of the tunnel barrier and degrades the magnetoresistance effect. (E.g., S. Cardoso, et al, "Spin-tunnel-junction thermal stability and interface interdifference above 300 [deg.] C", "APPLIED PHYSICS LETTERS", vol. 76, 2000, p. 6).

このMn拡散を抑制する技術として、第1非磁性体層(酸化アルミニウム)と固定層(固定強磁性体層:CoFe)との間に酸化鉄(FeOx)層を挿入したTMR積層膜が報告されている(Zongzhi Zhang,et al,“40% tunneling magnetoresistance after anneal at 380℃ for tunnel junctions with Iron−oxide inter layers”,“JOURNAL OF APPLIED PHYSICS”,vol.89,2001,p.6665−6667)。この技術により、380℃の熱処理でも40%のMR比が得られている。しかし、この方法では大きなMR比の得られる熱処理条件のマージンが狭い。そのため、製造の際の歩留まりが上がらないこと、酸化物層が高抵抗層となり接合抵抗を増大させること、などの問題がある。   As a technique for suppressing Mn diffusion, a TMR laminated film in which an iron oxide (FeOx) layer is inserted between a first nonmagnetic layer (aluminum oxide) and a fixed layer (fixed ferromagnetic layer: CoFe) has been reported. (Zongzhi Zhang, et al, “40% tunneling magnetism after an annual at 380 ° C. for tunnel junctions with Iron-oxide interlayers”, 66 JOUL O66. With this technique, an MR ratio of 40% is obtained even by heat treatment at 380 ° C. However, this method has a narrow margin of heat treatment conditions that can provide a large MR ratio. For this reason, there are problems such as an increase in manufacturing yield and an increase in junction resistance because the oxide layer becomes a high resistance layer.

Mn拡散を抑制する他の技術として、固定層(固定強磁性体層:CoFe)中にCoFeOx層を挿入し、固定層をCoFe/CoFeOx/CoFeとする構成が開示されている(落合 隆夫ら、“ピン層にCoFe/CoFeOx/CoFeを用いた強磁性トンネル接合の耐熱性の改善”、“日本応用磁気学会誌”、27巻、2003、p.307−310)。この技術により、最大のMR比47%が350℃熱処理後に得られている。しかし、この方法でも大きなMR比の得られる熱処理条件のマージンは狭い。例えば300℃熱処理後ではMR比は約25%、400℃熱処理後ではMR比は約20%となるなど、安定した手法とは言えない。また、この構成でも酸化物層が高抵抗層となり接合抵抗を増大させる問題がある。   As another technique for suppressing Mn diffusion, a configuration in which a CoFeOx layer is inserted into a fixed layer (fixed ferromagnetic layer: CoFe) and the fixed layer is CoFe / CoFeOx / CoFe is disclosed (Takao Ochiai et al. “Improvement of heat resistance of a ferromagnetic tunnel junction using CoFe / CoFeOx / CoFe for the pinned layer”, “Journal of the Japan Society of Applied Magnetics”, 27, 2003, p.307-310). With this technique, a maximum MR ratio of 47% is obtained after heat treatment at 350 ° C. However, even with this method, the margin of heat treatment conditions that can provide a large MR ratio is narrow. For example, the MR ratio is about 25% after 300 ° C. heat treatment, and the MR ratio is about 20% after 400 ° C. heat treatment. Even in this configuration, there is a problem that the oxide layer becomes a high resistance layer and the junction resistance is increased.

関連する技術として特開2004−47583号公報に、磁気抵抗効果素子、磁気メモリ、磁気ヘッド及び磁気記憶装置が開示されている。この従来技術では、反強磁性層の結晶粒の大きさと固定強磁性体層の厚さを規定し、Mnの粒界拡散の影響を抑制すると記載されている。しかし、ある熱処理温度、あるいはある熱処理時間から急激にMR比が低減するという問題が生じている。この問題は特に、各層をスパッタ成膜するときの条件である、到達真空度、基板温度、スパッタガス圧力、スパッタ電力で異なっている。例えば、スパッタガス厚を0.1Paから1Paへと高くすると、熱処理温度が300℃程度と低くても、MR比は低減した。すなわち、耐熱性に優れたTMR膜を作成するためには、成膜条件を厳密に制御する必要があることを意味し、製造歩留まりの低下、製造コストの増加を招く原因となる。更に、粒界制御層である式M−Xで示される組成を有する強磁性材料が、アモルファス構造である場合を開示している。具体的にはCoFeBやNiFeBが開示されている。しかし、これらのアモルファス構造膜は、高温での熱処理で結晶化し粒界を生じる。加えて、300℃以下の熱処理であってもBの拡散が生じ、反強磁性体層のMnの拡散とは別に、Bの拡散によってトンネルバリア特性を劣化させている。   As a related technique, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-47583 discloses a magnetoresistive effect element, a magnetic memory, a magnetic head, and a magnetic storage device. This prior art describes that the size of the crystal grains of the antiferromagnetic layer and the thickness of the fixed ferromagnetic layer are defined to suppress the influence of grain boundary diffusion of Mn. However, there is a problem that the MR ratio is suddenly reduced from a certain heat treatment temperature or a certain heat treatment time. This problem is particularly different depending on the ultimate vacuum, the substrate temperature, the sputtering gas pressure, and the sputtering power, which are the conditions for forming each layer by sputtering. For example, when the sputtering gas thickness was increased from 0.1 Pa to 1 Pa, the MR ratio was reduced even when the heat treatment temperature was as low as about 300 ° C. That is, in order to produce a TMR film having excellent heat resistance, it is necessary to strictly control the film forming conditions, which causes a decrease in manufacturing yield and an increase in manufacturing cost. Furthermore, the case where the ferromagnetic material which has a composition shown by Formula MX which is a grain boundary control layer has an amorphous structure is disclosed. Specifically, CoFeB and NiFeB are disclosed. However, these amorphous structure films are crystallized by heat treatment at a high temperature to generate grain boundaries. In addition, even when heat treatment is performed at 300 ° C. or lower, diffusion of B occurs, and the tunnel barrier characteristics are deteriorated by the diffusion of B separately from the diffusion of Mn in the antiferromagnetic material layer.

特開2001−6932号公報に磁気抵抗効果膜とこれを用いた磁気読み取りセンサが開示されている。この磁気抵抗効果膜は、規則型反強磁性体層と、これに接合される固定強磁性体構造部と、第1の非磁性体導電層と、少なくとも一層以上の磁性層を有する自由強磁性体層部とを有する磁気抵抗効果膜である。上記固定強磁性体構造部が、第1の強磁性体層と第2非磁性体層と、第2の強磁性体層との三層構造を一組以上含む多層膜構造である。上記第1及び第2の強磁性体層の自発磁化の向きが、互いに平行もしくは平行成分を含む。しかし、この三層構造では第2非磁性体層を介した第1の強磁性体層と第2の強磁性体層が磁気的相互作用を保つこと自体が困難である。そのため、第1及び第2の強磁性層の自発磁化の向きが、互いに平行もしくは平行成分を含むことが難しく、該三層構造が固定層として機能しにくい欠点を持つ。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-6932 discloses a magnetoresistive film and a magnetic reading sensor using the same. The magnetoresistive film includes a regular antiferromagnetic layer, a fixed ferromagnetic structure bonded thereto, a first nonmagnetic conductive layer, and a free ferromagnet having at least one magnetic layer. A magnetoresistive film having a body layer portion. The fixed ferromagnetic structure has a multilayer structure including one or more sets of a three-layer structure of a first ferromagnetic layer, a second nonmagnetic layer, and a second ferromagnetic layer. The directions of spontaneous magnetization of the first and second ferromagnetic layers include parallel or parallel components. However, with this three-layer structure, it is difficult to maintain the magnetic interaction between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer via the second nonmagnetic layer. Therefore, it is difficult for the directions of spontaneous magnetization of the first and second ferromagnetic layers to include parallel or parallel components, and thus the three-layer structure has a drawback that it does not function as a fixed layer.

また、固定強磁性体層/反強磁性体層の構造をCoFe/CoFeTaOx/PtMnとするTMR積層膜が開示されている(Yoshiyuki Fukumoto,et al,“High thermal stability of magnetic tunnel junctions with oxide diffusion barrier layers”,“APPLIED PHYSICS LETTERS”,vol.84,2004,p.233−235)。CoFeTaOxは磁性を持つアモルファス膜となり、Mnの粒界拡散を抑制することができる。380℃、1時間のアニールの後もMn原子がCoFeTaOx層にトラップされていることがTEMにより観察されている。しかしCoFeTaOxは十分な酸素を供給し、化学量論的組成を実現すれば磁性のない絶縁体となる系であり、磁性を持ち金属的に伝導するCoFeTaOxを成膜するためには酸素流量を厳しく制御する必要がある。この手法では目的の組成を持つCoFeTaOxを成膜するのに困難が伴い、製造歩留まりの低下に繋がる欠点を持つ。   Also, a TMR laminated film in which the structure of the fixed ferromagnetic layer / antiferromagnetic layer is CoFe / CoFeTaOx / PtMn has been disclosed (Yoshiyuki Fukumoto, et al, “High thermal stability of magnetic junction weights junctions x layers "," APPLIED PHYSICS LETTERS ", vol. 84, 2004, p. 233-235). CoFeTaOx becomes an amorphous film having magnetism and can suppress Mn grain boundary diffusion. It has been observed by TEM that Mn atoms are trapped in the CoFeTaOx layer even after annealing at 380 ° C. for 1 hour. However, CoFeTaOx is a system that provides sufficient oxygen and realizes a stoichiometric composition and becomes an insulator without magnetism. To form CoFeTaOx that is magnetic and conducts metallically, the oxygen flow rate is strict. Need to control. In this method, it is difficult to form a CoFeTaOx film having a target composition, and there is a disadvantage that leads to a decrease in manufacturing yield.

特開2000−242913号公報に磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果型ヘッドが開示されている。この磁気抵抗効果素子は、第1の強磁性層、非磁性層、第2の強磁性層、酸化物反強磁性体、金属反強磁性体が順次積層された構成を有する。ここで開示されている酸化物強磁性体は、NiO、CoO、α−Fe膜である。これらはいずれも化学量論的組成で導電性を持つ物質ではない。これらの膜に導電性を持たせるためには、化学量論的組成よりも酸素量を減じる必要がある。そのため、組成比の制御が必要であり、製造歩留まりの低下の要因となりうる。加えて、化学量論比からずれているため、膜質の長期安定性に悪影響のある恐れが考えられる。更に、酸化物強磁性体としてのNiO、CoO、α−Fe膜は、金属反強磁性体と共に反強磁性体層として固定層(第2の強磁性層)の自発磁化の向きを固定する旨記載されている。すなわち、この酸化物強磁性体は、反強磁性体層の一部である。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-242913 discloses a magnetoresistive element and a magnetoresistive head. This magnetoresistive effect element has a configuration in which a first ferromagnetic layer, a nonmagnetic layer, a second ferromagnetic layer, an oxide antiferromagnet, and a metal antiferromagnet are sequentially stacked. The oxide ferromagnet disclosed here is a NiO, CoO, α-Fe 2 O 3 film. None of these are stoichiometric compositions with conductivity. In order to make these films conductive, it is necessary to reduce the amount of oxygen rather than the stoichiometric composition. For this reason, it is necessary to control the composition ratio, which may cause a reduction in manufacturing yield. In addition, since it deviates from the stoichiometric ratio, there is a possibility that the long-term stability of the film quality may be adversely affected. Furthermore, the NiO, CoO, and α-Fe 2 O 3 films as the oxide ferromagnets have the spontaneous magnetization direction of the fixed layer (second ferromagnetic layer) as the antiferromagnetic layer together with the metal antiferromagnet. It is stated that it is fixed. That is, this oxide ferromagnetic material is a part of the antiferromagnetic material layer.

特開2002−150514号公報に磁気抵抗効果型磁気ヘッド及び磁気記録再生装置が開示されている。この磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、反強磁性体膜と固定強磁性体層と非磁性体膜と自由強磁性体層とが順に形成されている。固定強磁性体層は、一対の強磁性体膜の間に酸化物層が形成されている。該酸化物層の膜厚が5×10−10m以上30×10−10m以下である。該酸化物層がMg,Al,Si,Ca,Ti,Zrのうち少なくとも1種類以上の元素を含むものである。しかし、絶縁体層を拡散防止層として用いた場合、直列抵抗を付与することになる。そのため、MR特性を低下させることになる。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-150514 discloses a magnetoresistive head and a magnetic recording / reproducing apparatus. In this magnetoresistive head, an antiferromagnetic film, a fixed ferromagnetic layer, a nonmagnetic film, and a free ferromagnetic layer are formed in this order. In the fixed ferromagnetic layer, an oxide layer is formed between a pair of ferromagnetic films. The thickness of the oxide layer is 5 × 10 −10 m or more and 30 × 10 −10 m or less. The oxide layer contains at least one element selected from Mg, Al, Si, Ca, Ti, and Zr. However, when the insulator layer is used as a diffusion preventing layer, series resistance is imparted. For this reason, the MR characteristics are deteriorated.

特開2001−352112号公報に磁気抵抗効果素子及び磁気抵抗効果型磁気ヘッドが開示されている。この磁気抵抗効果素子は、反強磁性体層と、固定強磁性体層と、非磁性体層と自由強磁性体層が順次積層した多層膜である。固定強磁性体層は、外部磁界により容易には磁化回転しない。自由強磁性体層は、外部磁界により容易に磁化回転が可能である。反強磁性体層、固定強磁性体層、非磁性体層、自由強磁性体層のいずれかの層中か、または、反強磁性体層、固定強磁性体層、非磁性体層及び自由強磁性体層のいずれかの界面に酸化物層を形成している。かつ反強磁性体層、固定強磁性体層、非磁性体層及び自由強磁性体層から選ばれる少なくとも一つの層(以下「ω層」とする)と、酸化物層との間に、ω層の酸化を抑制するための酸素拡散防止層を形成している。酸素拡散防止層が、Au,Pt,Ag,Ru,Ni及びNi1−xMx合金(ただしMはFe,Co,Cr,Taのうち一種以上、0≦X<40、Xは原子組成比)から選ばれる少なくとも一つを主成分としても良い。酸化物層が元素D(ただし、DはAl,Si,Ti,Ta,Fe,Co及びNiから選ばれる少なくとも1種の元素)を主成分とする酸化物からなっていても良い。この場合も酸素拡散防止層が絶縁層となり、直列抵抗を付与することになってMR特性を低下させることになる。   JP-A-2001-352112 discloses a magnetoresistive element and a magnetoresistive head. This magnetoresistive effect element is a multilayer film in which an antiferromagnetic material layer, a fixed ferromagnetic material layer, a nonmagnetic material layer, and a free ferromagnetic material layer are sequentially laminated. The fixed ferromagnetic layer is not easily rotated by an external magnetic field. The free ferromagnetic layer can be easily rotated by an external magnetic field. In any one of the antiferromagnetic layer, the fixed ferromagnetic layer, the nonmagnetic layer, and the free ferromagnetic layer, or the antiferromagnetic layer, the fixed ferromagnetic layer, the nonmagnetic layer, and the free layer An oxide layer is formed at any interface of the ferromagnetic layer. And at least one layer selected from an antiferromagnetic layer, a fixed ferromagnetic layer, a nonmagnetic layer, and a free ferromagnetic layer (hereinafter referred to as “ω layer”) and an oxide layer, An oxygen diffusion preventing layer for suppressing the oxidation of the layer is formed. The oxygen diffusion prevention layer is selected from Au, Pt, Ag, Ru, Ni and Ni1-xMx alloy (where M is one or more of Fe, Co, Cr, Ta, 0 ≦ X <40, X is an atomic composition ratio) At least one of them may be the main component. The oxide layer may be made of an oxide whose main component is element D (where D is at least one element selected from Al, Si, Ti, Ta, Fe, Co, and Ni). In this case as well, the oxygen diffusion preventing layer becomes an insulating layer, which gives a series resistance and lowers the MR characteristics.

特開2002−158381号公報に強磁性トンネル接合素子およびその製造方法が開示されている。この強磁性トンネル接合素子は、Mnを含む反強磁性体層と、反強磁性体層上に形成された、第1及び第2の2つの強磁性体層の間に絶縁層またはアモルファス磁性層を挟んだ構造を有する固定強磁性体層と、固定強磁性体層上に形成されたトンネルバリア層と、前記トンネルバリア層上に形成された自由強磁性体層とを具備する。固定強磁性体層の絶縁層またはアモルファス磁性層が、Mnの拡散を防止する機能を有していても良い。固定強磁性体層との第1の強磁性体層を酸化雰囲気、窒化雰囲気または炭化雰囲気に曝露して、固定強磁性体層の絶縁層を形成しても良い。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-158381 discloses a ferromagnetic tunnel junction device and a manufacturing method thereof. This ferromagnetic tunnel junction element includes an antiferromagnetic layer containing Mn and an insulating layer or an amorphous magnetic layer formed between the first and second ferromagnetic layers formed on the antiferromagnetic layer. A pinned ferromagnetic layer having a structure sandwiching the layer, a tunnel barrier layer formed on the pinned ferromagnetic layer, and a free ferromagnetic layer formed on the tunnel barrier layer. The insulating layer or amorphous magnetic layer of the fixed ferromagnetic layer may have a function of preventing Mn diffusion. The insulating layer of the fixed ferromagnetic layer may be formed by exposing the first ferromagnetic layer with the fixed ferromagnetic layer to an oxidizing atmosphere, a nitriding atmosphere, or a carbonizing atmosphere.

関連する技術として特開平8−194921号公報に磁気抵抗センサと磁気再生装置が開示されている。この磁気抵抗センサは、第1強磁性層と第2強磁性層との間に非磁性層が挿入され、第1強磁性層と第2強磁性層のうちいずれか一方に反強磁性層が接合され、非磁性層が前記いずれか一方の強磁性層を介して一対の電極に接続され、第1強磁性層の磁化と第2強磁性層の磁化の向きの差による抵抗変化特性を示す磁気抵抗センサにおいて、第1強磁性層と第2強磁性層との間に挿入された非磁性層は複数の非磁性層で構成されている。   As a related technique, JP-A-8-94921 discloses a magnetoresistive sensor and a magnetic reproducing device. In this magnetoresistive sensor, a nonmagnetic layer is inserted between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer, and either one of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer has an antiferromagnetic layer. The non-magnetic layer is connected to the pair of electrodes via any one of the ferromagnetic layers, and exhibits resistance change characteristics due to the difference in magnetization direction between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer. In the magnetoresistive sensor, the nonmagnetic layer inserted between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer is composed of a plurality of nonmagnetic layers.

350℃以上の熱処理工程に対して特性が劣化せず耐熱性のある磁気抵抗効果素子が望まれる。製造が比較的容易で製造歩留まりが高く、製造コストの低い磁気抵抗効果素子が望まれる。耐熱性が高く、製造が比較的容易で製造歩留まりが高く、直列抵抗の増加によるMR特性の低下を起こさない磁気抵抗効果素子が望まれる。耐熱性が高く、製造歩留まりが高く、製造コストの低い磁気ランダムアクセスメモリ、磁気ヘッド及び磁気記憶装置が望まれる。   There is a demand for a magnetoresistive effect element that does not deteriorate in characteristics with respect to a heat treatment step of 350 ° C. or more and has heat resistance. A magnetoresistive element that is relatively easy to manufacture, has a high manufacturing yield, and has a low manufacturing cost is desired. A magnetoresistive effect element that has high heat resistance, is relatively easy to manufacture, has a high manufacturing yield, and does not cause a decrease in MR characteristics due to an increase in series resistance is desired. Magnetic random access memories, magnetic heads, and magnetic storage devices that have high heat resistance, high manufacturing yield, and low manufacturing cost are desired.

特開2004−47583号JP 2004-47583 A 特開2001−6932号JP 2001-6932 A 特開2000−242913号JP 2000-242913 特開2002−150514号JP 2002-150514 A 特開2001−352112号JP 2001-352112 A 特開2002−158381号JP 2002-158381 A 特開平8−194921号Japanese Patent Laid-Open No. 8-194921 S.Cardoso,et al,“Spin−tunnel−junction thermal stability and interface interdiffusion above 300℃”,“APPLIED PHYSICS LETTERS”,vol.76,2000,p.610−612S. Cardoso, et al, “Spin-tunnel-junction thermal stability and interface interdiffuse above 300 ° C.”, “APPLIED PHYSICS LETTERS”, vol. 76, 2000, p. 610-612 Zongzhi Zhang,et al,“40% tunneling magnetoresistance after anneal at 380℃ for tunnel junctions with Iron−oxide inter layers”,“JOURNAL OF APPLIED PHYSICS”,vol.89,2001,p.6665−6667Zongzhi Zhang, et al, “40% tunneling magnetistance after annealing at 380 ° C. for tunnel junctions with Iron-oxide interlayers”, “JOPL IOL FOIL FOLF FOLF Ov. 89, 2001, p. 6665-6667 落合 隆夫ら、“ピン層にCoFe/CoFeOx/CoFeを用いた強磁性トンネル接合の耐熱性の改善”、“日本応用磁気学会誌”、27巻、2003、p.307−310Takao Ochiai et al., “Improvement of heat resistance of a ferromagnetic tunnel junction using CoFe / CoFeOx / CoFe as a pinned layer”, “Journal of the Japan Society of Applied Magnetics”, 27, 2003, p. 307-310 Yoshiyuki Fukumoto,et al,“High thermal stability of magnetic tunnel junctions with oxide diffusion barrier layers”,“APPLIED PHYSICS LETTERS”,vol.84,2004,p.233−235Yoshiyuki Fukumoto, et al, “High thermal stability of magnetic tunnel junctions with oxide diffusion barrier layers,” “APPLIED PHYSICS ET. 84, 2004, p. 233-235

本発明の目的は、素子製造プロセスにおける熱処理工程に対して、直列抵抗の増加によるMR特性の低下のような特性の劣化が無く、耐熱性が高い磁気抵抗効果素子およびその製造方法、及びその磁気抵抗効果素子を有する磁気ランダムアクセスメモリ、磁気ヘッド及び磁気記憶装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a magnetoresistive effect element having high heat resistance without degradation of characteristics such as a decrease in MR characteristics due to an increase in series resistance with respect to a heat treatment step in the element manufacturing process, a manufacturing method thereof, and a magnetic field thereof. An object of the present invention is to provide a magnetic random access memory, a magnetic head, and a magnetic storage device having a resistance effect element.

本発明の他の目的は、製造が比較的容易で製造歩留まりが高く、製造コストの低い磁気抵抗効果素子およびその製造方法、及びその磁気抵抗効果素子を有する磁気ランダムアクセスメモリ、磁気ヘッド及び磁気記憶装置を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a magnetoresistive effect element that is relatively easy to manufacture, has a high manufacturing yield, and is low in manufacturing cost, a manufacturing method thereof, a magnetic random access memory having the magnetoresistive effect element, a magnetic head, and a magnetic storage To provide an apparatus.

本発明の更に他の目的は、素子製造プロセスにおける熱処理工程に対して、直列抵抗の増加によるMR特性の低下のような特性の劣化が無く、耐熱性が高く、製造が比較的容易で製造歩留まりが高く、製造コストの低い磁気抵抗効果素子およびその製造方法、及びその磁気抵抗効果素子を有する磁気ランダムアクセスメモリ、磁気ヘッド及び磁気記憶装置を提供することにある。   Still another object of the present invention is that there is no deterioration in characteristics such as a decrease in MR characteristics due to an increase in series resistance with respect to a heat treatment step in an element manufacturing process, high heat resistance, relatively easy manufacturing, and manufacturing yield. It is an object of the present invention to provide a magnetoresistive effect element having a high manufacturing cost and a low manufacturing cost, a manufacturing method thereof, and a magnetic random access memory, a magnetic head, and a magnetic storage device having the magnetoresistive effect element.

以下に、発明を実施するための最良の形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。   Hereinafter, means for solving the problem will be described using the numbers and symbols used in the best mode for carrying out the invention. These numbers and symbols are added with parentheses to clarify the correspondence between the description of the claims and the best mode for carrying out the invention. However, these numbers and symbols should not be used for interpreting the technical scope of the invention described in the claims.

上記課題を解決するために、本発明の磁気抵抗効果素子は、反強磁性体層(3、24)と、固定強磁性体層(11、35)と、第1非磁性体層(7、30)と、自由強磁性体層(8、31)と、第1酸化物層(5、26)とを具備する。反強磁性体層(3、24)は、基板(1、21)の上面側に形成されている。固定強磁性体層(11、35)は、反強磁性体層(3、24)の上に形成されている。第1非磁性体層(7、30)は、固定強磁性体層(11、35)の上に形成されている。自由強磁性体層(8、31)は、第1非磁性体層(7、30)の上に形成されている。第1酸化物層(5、26)は、反強磁性体層(3、24)と第1非磁性体層(7、30)との間に設けられている。第1酸化物層(5、26)は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物で、導電性を有するように形成され、室温以下の温度で強磁性体又は反強磁性体である。   In order to solve the above problems, the magnetoresistive element of the present invention includes an antiferromagnetic layer (3, 24), a fixed ferromagnetic layer (11, 35), and a first nonmagnetic layer (7, 30), free ferromagnetic layers (8, 31), and first oxide layers (5, 26). The antiferromagnetic material layers (3, 24) are formed on the upper surface side of the substrates (1, 21). The fixed ferromagnetic layer (11, 35) is formed on the antiferromagnetic layer (3, 24). The first nonmagnetic layer (7, 30) is formed on the fixed ferromagnetic layer (11, 35). The free ferromagnetic layer (8, 31) is formed on the first nonmagnetic layer (7, 30). The first oxide layers (5, 26) are provided between the antiferromagnetic layers (3, 24) and the first nonmagnetic layers (7, 30). The first oxide layers (5, 26) are oxides having conductivity in the stoichiometric composition, are formed to have conductivity, and are ferromagnetic or antiferromagnetic at a temperature of room temperature or lower. .

上記課題を解決するために、本発明の磁気抵抗効果素子は、自由強磁性体層(8、31)と、第1非磁性体層(7、30)と、固定強磁性体層(11、35)と、反強磁性体層(3、24)と、第1酸化物層(5、26)とを具備する。自由強磁性体層(8、31)は、基板(1、21)の上面側に形成されている。第1非磁性体層(7、30)は、自由強磁性体層(8、31)の上に形成されている。固定強磁性体層(11、35)は、第1非磁性体層(7、30)の上に形成されている。反強磁性体層(3、24)は、固定強磁性体層(11、35)の上に形成されている。第1酸化物層(5、26)は、反強磁性体層(3、24)と第1非磁性体層(7、30)との間に形成されている。第1酸化物層(5、26)は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物で、導電性を有するように形成され、室温以下の温度で強磁性体又は反強磁性体である。   In order to solve the above problems, the magnetoresistive element of the present invention includes a free ferromagnetic layer (8, 31), a first nonmagnetic layer (7, 30), a fixed ferromagnetic layer (11, 35), an antiferromagnetic material layer (3, 24), and a first oxide layer (5, 26). The free ferromagnetic layer (8, 31) is formed on the upper surface side of the substrate (1, 21). The first nonmagnetic layer (7, 30) is formed on the free ferromagnetic layer (8, 31). The fixed ferromagnetic layer (11, 35) is formed on the first nonmagnetic layer (7, 30). The antiferromagnetic layers (3, 24) are formed on the fixed ferromagnetic layers (11, 35). The first oxide layers (5, 26) are formed between the antiferromagnetic layers (3, 24) and the first nonmagnetic layers (7, 30). The first oxide layers (5, 26) are oxides having conductivity in the stoichiometric composition, are formed to have conductivity, and are ferromagnetic or antiferromagnetic at a temperature of room temperature or lower. .

上記の磁気抵抗効果素子において、第1酸化物層(5)は、固定強磁性体層(11)に含まれている。   In the magnetoresistive element, the first oxide layer (5) is included in the fixed ferromagnetic layer (11).

上記の磁気抵抗効果素子において、固定強磁性体層(35)は、反強磁性体層(24)側に形成された第1固定強磁性体層(34)と、第1固定強磁性体層(34)の第1非磁性体層(30)側に形成された第2非磁性体層(28)と、第2非磁性体層(28)の第1非磁性体層(30)側に形成された第2固定強磁性体層(29)とを備える。   In the magnetoresistive element, the fixed ferromagnetic layer (35) includes a first fixed ferromagnetic layer (34) formed on the antiferromagnetic layer (24) side, and a first fixed ferromagnetic layer. A second nonmagnetic layer (28) formed on the first nonmagnetic layer (30) side of (34) and a first nonmagnetic layer (30) side of the second nonmagnetic layer (28); A second fixed ferromagnetic layer (29) formed.

上記の磁気抵抗効果素子において、第1酸化物層(26)は、第2非磁性体層(28)と反強磁性体層(24)との間に形成されている。   In the magnetoresistive element, the first oxide layer (26) is formed between the second nonmagnetic layer (28) and the antiferromagnetic layer (24).

上記の磁気抵抗効果素子において、第1酸化物層(5)は、第1固定強磁性体層(34)に含まれている。   In the magnetoresistive element, the first oxide layer (5) is included in the first pinned ferromagnetic layer (34).

上記の磁気抵抗効果素子において、第1酸化物層(5、26)は、LaTiO、CeTiO、SrVO、La1−XSrVO、CaCrO、La1−XSrMnO、CaFeO、SrFeO、SrCoO、La1−XSrCoO、CaRuO、SrRuO、Ca1−XSrRuO、Ba5/6Sr1/6RuO、CrO、V2n−1、LaNiOで構成される群のうちから選択される少なくともひとつの材料で形成されている。 In the magnetoresistive effect element, the first oxide layer (5, 26) includes LaTiO 3 , CeTiO 3 , SrVO 3 , La 1-X Sr X VO 3 , CaCrO 3 , La 1-X Sr X MnO 3 , CaFeO 3, SrFeO 3, SrCoO 3 , La 1-X Sr X CoO 3, CaRuO 3, SrRuO 3, Ca 1-X Sr X RuO 3, Ba 5/6 Sr 1/6 RuO 3, CrO 2, V n O It is made of at least one material selected from the group consisting of 2n-1 and La 2 NiO 4 .

上記の磁気抵抗効果素子において、反強磁性体層(3、24)がMnを含む合金である。   In the magnetoresistive effect element described above, the antiferromagnetic material layer (3, 24) is an alloy containing Mn.

上記課題を解決するために、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、基板(1、21)の上面側に反強磁性体層(3、24)を形成する工程と、反強磁性体層(3、24)の上に第1酸化物層(5、26)を含む固定強磁性体層(11、35)を形成する工程と、固定強磁性体層(11、35)の上に第1非磁性体層(7、30)を形成する工程と、第1非磁性体層(7、30)の上に自由強磁性体層(8、31)を形成する工程とを具備する。第1酸化物層(5、26)は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物で、導電性を有するように形成され、室温以下の温度で強磁性体又は反強磁性体である。   In order to solve the above-described problems, a method of manufacturing a magnetoresistive effect element according to the present invention includes a step of forming an antiferromagnetic material layer (3, 24) on the upper surface side of a substrate (1, 21), and an antiferromagnetic material. Forming a fixed ferromagnetic layer (11, 35) including a first oxide layer (5, 26) on the layer (3, 24); and on the fixed ferromagnetic layer (11, 35). Forming a first nonmagnetic layer (7, 30) and forming a free ferromagnetic layer (8, 31) on the first nonmagnetic layer (7, 30). The first oxide layers (5, 26) are oxides having conductivity in the stoichiometric composition, are formed to have conductivity, and are ferromagnetic or antiferromagnetic at a temperature of room temperature or lower. .

上記課題を解決するために、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、基板(1、21)の上面側に自由強磁性体層(8、31)を形成する工程と、自由強磁性体層(8、31)の上に第1非磁性体層(7、30)を形成する工程と、第1非磁性体層(7、30)の上に第1酸化物層(5、26)を含む固定強磁性体層(11、35)を形成する工程と、固定強磁性体層(11、35)の上に反強磁性体層(3、24)を形成する工程とを具備する。第1酸化物層(5、26)は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物で、導電性を有するように形成され、室温以下の温度で強磁性体又は反強磁性体である。   In order to solve the above-described problems, a method of manufacturing a magnetoresistive effect element according to the present invention includes a step of forming a free ferromagnetic layer (8, 31) on the upper surface side of a substrate (1, 21), and a free ferromagnetic material. Forming a first nonmagnetic layer (7, 30) on the layer (8, 31); and a first oxide layer (5, 26) on the first nonmagnetic layer (7, 30). And a step of forming an antiferromagnetic layer (3, 24) on the fixed ferromagnetic layer (11, 35). The first oxide layers (5, 26) are oxides having conductivity in the stoichiometric composition, are formed to have conductivity, and are ferromagnetic or antiferromagnetic at a temperature of room temperature or lower. .

上記の磁気抵抗効果素子の製造方法において、固定強磁性体層(35)を形成する工程は、反強磁性体層(24)側に第1酸化物層(5)を含む第1固定強磁性体層(34)を形成する工程と、第1固定強磁性体層(34)の第1非磁性体層(30)側に第2非磁性体層(28)を形成する工程と、第2非磁性体層(28)の第1非磁性体層(30)側に第2固定強磁性体層(29)を形成する工程とを備える。   In the method of manufacturing a magnetoresistive element, the step of forming the fixed ferromagnetic layer (35) includes the first fixed ferromagnetic layer including the first oxide layer (5) on the antiferromagnetic layer (24) side. Forming the body layer (34), forming the second nonmagnetic layer (28) on the first nonmagnetic layer (30) side of the first pinned ferromagnetic layer (34), Forming a second pinned ferromagnetic layer (29) on the first nonmagnetic layer (30) side of the nonmagnetic layer (28).

上記の磁気抵抗効果素子の製造方法において、第1酸化物層(5、26)は、LaTiO、CeTiO、SrVO、La1−XSrVO、CaCrO、La1−XSrMnO、CaFeO、SrFeO、SrCoO、La1−XSrCoO、CaRuO、SrRuO、Ca1−XSrRuO、Ba5/6Sr1/6RuO、CrO、V2n−1、LaNiOで構成される群のうちから選択される少なくともひとつの材料で形成されている。 In the method of manufacturing a magnetoresistive element, the first oxide layer (5, 26) is formed of LaTiO 3 , CeTiO 3 , SrVO 3 , La 1-X Sr X VO 3 , CaCrO 3 , La 1-X Sr X MnO 3, CaFeO 3, SrFeO 3 , SrCoO 3, La 1-X Sr X CoO 3, CaRuO 3, SrRuO 3, Ca 1-X Sr X RuO 3, Ba 5/6 Sr 1/6 RuO 3, CrO 2, It is formed with at least one material selected from among the group consisting of V n O 2n-1, La 2 NiO 4.

上記課題を解決するために、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のメモリセル(60)を具備する。複数のメモリセル(60)は、上記各項のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子(55=10、40)と、磁気抵抗効果素子(55)の一端に接続された選択スイッチ(56)とを備える。   In order to solve the above problems, the magnetic random access memory of the present invention comprises a plurality of memory cells (60). The plurality of memory cells (60) include a magnetoresistive effect element (55 = 10, 40) according to any one of the above items, and a selection switch (56) connected to one end of the magnetoresistive effect element (55). ).

上記課題を解決するために本発明の磁気ヘッドは、再生部(69)と、書込み部(61)とを具備する。再生部(69)は、上記いずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子(10、40)を有し、磁気抵抗効果素子(10、40)で磁気記録媒体の磁界を感知する。書込み部(61)は、再生部(69)から所定のギャップだけ離れて設けられ、磁気記録媒体にデータを書き込む。   In order to solve the above problems, the magnetic head of the present invention includes a reproducing unit (69) and a writing unit (61). The reproducing unit (69) includes the magnetoresistive element (10, 40) described in any one of the above items, and the magnetoresistive element (10, 40) senses the magnetic field of the magnetic recording medium. The writing unit (61) is provided at a predetermined gap from the reproducing unit (69), and writes data to the magnetic recording medium.

上記課題を解決するために本発明の磁気記録装置は、磁気記録媒体(75)と、磁気ヘッド(70)と、駆動部(73)と、制御部(74)とを具備する。磁気記録媒体(75)は、データを保持する。磁気ヘッド(70)は、磁気記録媒体(75)にデータを記録し、又は、データを読み出す上記に記載のものである。駆動部(73)は、磁気ヘッド(70)と磁気記録媒体(75)とを駆動する。制御部(74)は、磁気記録媒体(75)のデータの記録又は読み出しに関する信号処理を行う。   In order to solve the above problems, the magnetic recording apparatus of the present invention comprises a magnetic recording medium (75), a magnetic head (70), a drive unit (73), and a control unit (74). The magnetic recording medium (75) holds data. The magnetic head (70) is as described above for recording data on or reading data from the magnetic recording medium (75). The drive unit (73) drives the magnetic head (70) and the magnetic recording medium (75). The control unit (74) performs signal processing relating to data recording or reading of the magnetic recording medium (75).

上記課題を解決するために本発明の磁気センサは、上記いずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子(10、40)と、磁気抵抗効果素子(10、40)の一端に接続された第1端子(82)と、磁気抵抗効果素子(10、40)の他端に接続された第2端子(83)とを具備する。   In order to solve the above problems, a magnetic sensor of the present invention includes a magnetoresistive effect element (10, 40) according to any one of the above and a first connected to one end of the magnetoresistive effect element (10, 40). A terminal (82); and a second terminal (83) connected to the other end of the magnetoresistive element (10, 40).

本発明により、素子製造プロセスにおける熱処理工程に対して、直列抵抗の増加によるMR特性の低下のような特性の劣化が無く、耐熱性が高い磁気抵抗効果素子を得ることができる。製造が比較的容易で製造歩留まりが高く、製造コストの低い磁気抵抗効果素子を得ることができる。   According to the present invention, it is possible to obtain a magnetoresistive element having high heat resistance without deterioration of characteristics such as a decrease in MR characteristics due to an increase in series resistance with respect to a heat treatment step in an element manufacturing process. A magnetoresistive effect element that is relatively easy to manufacture, has a high manufacturing yield, and has a low manufacturing cost can be obtained.

(第1の実施の形態)
以下、本発明の磁気抵抗効果素子およびその製造方法の第1の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。図3は、本発明の磁気抵抗効果素子の第1の実施の形態の構成を示す断面図である。この磁気抵抗効果素子10は、バッファ層2、反強磁性体層3、固定層11、第1非磁性体層7、自由強磁性体層8、キャップ層9、第1酸化物層5を具備している。バッファ層2は、半導体基板(素子や配線が設けられていても良い)のような基板1上に設けられている。反強磁性体層3は、基板1の上面側に形成されている。ここでは、バッファ層2上に設けられている。固定層11は、反強磁性体層3の上に形成されている。第1非磁性体層7は、固定層11の上に設けられている。自由強磁性体層8は、第1非磁性体層7の上に形成されている。キャップ層9は、自由強磁性層8の上に形成されている。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of a magnetoresistive effect element and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the magnetoresistive effect element according to the first embodiment of the present invention. The magnetoresistive element 10 includes a buffer layer 2, an antiferromagnetic material layer 3, a fixed layer 11, a first nonmagnetic material layer 7, a free ferromagnetic material layer 8, a cap layer 9, and a first oxide layer 5. is doing. The buffer layer 2 is provided on a substrate 1 such as a semiconductor substrate (elements and wirings may be provided). The antiferromagnetic material layer 3 is formed on the upper surface side of the substrate 1. Here, it is provided on the buffer layer 2. The fixed layer 11 is formed on the antiferromagnetic material layer 3. The first nonmagnetic layer 7 is provided on the fixed layer 11. The free ferromagnetic layer 8 is formed on the first nonmagnetic layer 7. The cap layer 9 is formed on the free ferromagnetic layer 8.

第1酸化物層5は、反強磁性体層3と第1非磁性体層7との間に設けられている。例えば、反強磁性体層3及び第1非磁性体層7のうちのいずれかと接するように設けられていても良い。または、固定層11に含まれていても良い。図3の例では、固定層11に含まれていている例を示している。すなわち、固定層11は、固定強磁性体層4、第1酸化物層5、固定強磁性体層6を備えている。固定強磁性体層4は、反強磁性体層3の上に形成されている。第1酸化物層5は、固定強磁性体層4の上に形成されている。固定強磁性体層6は、第1酸化物層5の上に形成されている。これにより、反強磁性体層3の物質が拡散した場合でも、その物質が第1非磁性体層7又はその近傍に到達する前に、第1酸化物層5はその拡散の障壁になることができる。   The first oxide layer 5 is provided between the antiferromagnetic material layer 3 and the first nonmagnetic material layer 7. For example, it may be provided so as to be in contact with either the antiferromagnetic material layer 3 or the first nonmagnetic material layer 7. Alternatively, it may be included in the fixed layer 11. In the example of FIG. 3, an example included in the fixed layer 11 is shown. That is, the fixed layer 11 includes a fixed ferromagnetic layer 4, a first oxide layer 5, and a fixed ferromagnetic layer 6. The fixed ferromagnetic layer 4 is formed on the antiferromagnetic layer 3. The first oxide layer 5 is formed on the fixed ferromagnetic layer 4. The fixed ferromagnetic layer 6 is formed on the first oxide layer 5. Thereby, even when the material of the antiferromagnetic material layer 3 diffuses, the first oxide layer 5 becomes a barrier to the diffusion before the material reaches the first nonmagnetic material layer 7 or the vicinity thereof. Can do.

第1酸化物層5は、磁気抵抗効果素子10の動作温度(動作により、自身又は周辺が発熱して温度が上がった場合には、その上がった温度を含む)において、強磁性体ないし反強磁性体であることが好ましい。例えば、動作温度が室温又はそれ以下の温度であれば、第1酸化物層5は、室温又はそれ以下の温度において強磁性体ないし反強磁性体である。これにより、固定層11の残部(固定強磁性体層4及び固定強磁性体層6)の固定層としての機能を妨げない他、固定層としての機能を持たせることもできる。   The first oxide layer 5 is a ferromagnetic material or an anti-strong material at the operating temperature of the magnetoresistive effect element 10 (including the increased temperature when the magnetoresistive element 10 generates heat by itself or its surroundings to increase the temperature). A magnetic material is preferred. For example, if the operating temperature is room temperature or lower, the first oxide layer 5 is a ferromagnetic or antiferromagnetic material at room temperature or lower. Thus, the function of the remaining portion of the fixed layer 11 (the fixed ferromagnetic layer 4 and the fixed ferromagnetic layer 6) as a fixed layer is not disturbed, and a function as a fixed layer can be provided.

第1酸化物層5は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物材料で、導電性を有するように形成されていることが好ましい。導電性を有することにより、電流に対する抵抗にならないので、磁気抵抗効果素子10における直列抵抗の増加によるMR特性の低下を防止することができる。化学量論的組成の物質は、物質として安定的な状態にあると考えられるので、製造中や動作中においても安定していると考えられる。すなわち、長期的な劣化を防止することができる。   The first oxide layer 5 is an oxide material having conductivity in the stoichiometric composition, and is preferably formed to have conductivity. Since it has conductivity, it does not become a resistance against current, so that it is possible to prevent a decrease in MR characteristics due to an increase in series resistance in the magnetoresistive element 10. A substance having a stoichiometric composition is considered to be stable during manufacturing and operation because it is considered to be in a stable state as a substance. That is, long-term deterioration can be prevented.

第1酸化物層5は、LaTiO、CeTiO、SrVO、La1−XSrVO、CaCrO、La1−XSrMnO、CaFeO、SrFeO、SrCoO、La1−XSrCoO、CaRuO、SrRuO、Ca1−XSrRuO、Ba5/6Sr1/6RuO、CrO、V2n−1、LaNiOで構成される群のうちから選択される少なくともひとつの材料で形成されている。 The first oxide layer 5, LaTiO 3, CeTiO 3, SrVO 3, La 1-X Sr X VO 3, CaCrO 3, La 1-X Sr X MnO 3, CaFeO 3, SrFeO 3, SrCoO 3, La 1- composed of X Sr X CoO 3, CaRuO 3 , SrRuO 3, Ca 1-X Sr X RuO 3, Ba 5/6 Sr 1/6 RuO 3, CrO 2, V n O 2n-1, La 2 NiO 4 It is made of at least one material selected from the group.

これらの物質は、以下の性質を有している点で好ましい。
(1)化学量論的組成の物質は、物質として安定的な状態であると考えられる。したがって、化学量論的組成から積極的にずらした組成の物質を製造する場合と比較して、組成比の制御のような特別な制御をする必要が少なく製造が容易である。
(2)化学量論的組成の物質は、物質として安定的な状態にあると考えられる。したがって、一旦製造されれば、他の製造プロセス中や動作中においても膜として安定していると考えられる。すなわち、膜自身の劣化が起こりにくく信頼性が高い。
(3)磁気抵抗効果素子10の製造プロセス(例示:少なくとも400℃以下)において、高い耐熱性を有している。このため、製造プロセス中に、自身の物質が拡散することがなく、反強磁性体層3からの物質の拡散に対する障壁となりうる。
(4)磁気抵抗効果素子10の使用される状況で想定される動作温度において、強磁性体ないし反強磁性体である。このため、固定層11の残部の固定層としての機能を妨げない他、固定層としての機能を持たせることもできる。
(5)化学量論的組成において導電性を持っている。このため、磁気抵抗効果素子10における直列抵抗の増加によるMR特性の低下を防止することができる。
These substances are preferable in that they have the following properties.
(1) A substance having a stoichiometric composition is considered to be in a stable state as a substance. Therefore, as compared with the case of manufacturing a substance having a composition that is positively shifted from the stoichiometric composition, it is easy to manufacture since there is no need for special control such as control of the composition ratio.
(2) A substance having a stoichiometric composition is considered to be in a stable state as a substance. Therefore, once manufactured, it is considered that the film is stable during other manufacturing processes and operations. That is, the film itself does not easily deteriorate and has high reliability.
(3) In the manufacturing process of the magnetoresistive effect element 10 (example: at least 400 ° C. or less), it has high heat resistance. For this reason, the substance itself does not diffuse during the manufacturing process, which can be a barrier against the diffusion of the substance from the antiferromagnetic material layer 3.
(4) A ferromagnetic material or an antiferromagnetic material at the operating temperature assumed in the situation where the magnetoresistive element 10 is used. For this reason, in addition to not hindering the function of the remaining part of the fixed layer 11 as the fixed layer, the function as the fixed layer can be provided.
(5) It has conductivity in the stoichiometric composition. For this reason, it is possible to prevent a decrease in MR characteristics due to an increase in series resistance in the magnetoresistive element 10.

次に、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法の第1の実施の形態について説明する。
まず、基板1上にバッファ層2を形成する。次に、基板1の上面側におけるバッファ層2上に、反強磁性体層3を形成する。続いて、反強磁性体層3の上に固定強磁性体層4を形成する。その後、固定強磁性体層4の上に第1酸化物層5を形成する。ただし、第1酸化物層5は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物で、導電性を有するように形成される。続いて、第1酸化物層5の上に固定強磁性体層6を形成する。これにより、固定層11(固定強磁性体層4、第1酸化物層5及び固定強磁性体層6)が形成される。その後、固定層11の上に第1非磁性体層7を形成する。次に、第1非磁性体層7の上に自由強磁性体層8を形成する。続いて、自由強磁性体層8の上にキャップ層9を形成する。
Next, a first embodiment of the method for manufacturing a magnetoresistive element of the present invention will be described.
First, the buffer layer 2 is formed on the substrate 1. Next, the antiferromagnetic material layer 3 is formed on the buffer layer 2 on the upper surface side of the substrate 1. Subsequently, the fixed ferromagnetic layer 4 is formed on the antiferromagnetic layer 3. Thereafter, the first oxide layer 5 is formed on the fixed ferromagnetic layer 4. However, the first oxide layer 5 is an oxide having conductivity in the stoichiometric composition, and is formed to have conductivity. Subsequently, the fixed ferromagnetic layer 6 is formed on the first oxide layer 5. Thereby, the fixed layer 11 (the fixed ferromagnetic layer 4, the first oxide layer 5, and the fixed ferromagnetic layer 6) is formed. Thereafter, the first nonmagnetic layer 7 is formed on the fixed layer 11. Next, the free ferromagnetic layer 8 is formed on the first nonmagnetic layer 7. Subsequently, a cap layer 9 is formed on the free ferromagnetic layer 8.

なお、成膜方法としては、スパッタ法やCVD法など従来知られた成膜方法を使用することができる。なお、酸化膜については、上記方法のほか、金属膜を成膜後、その金属膜を酸化雰囲気中で熱処理する方法や酸素プラズマで処理する方法で酸化して形成することも可能である。   As a film forming method, a conventionally known film forming method such as a sputtering method or a CVD method can be used. In addition to the above method, the oxide film can be formed by oxidizing a metal film after forming the metal film by a method of heat-treating the metal film in an oxidizing atmosphere or a method of processing with oxygen plasma.

このようにして、図3の磁気抵抗効果素子10が製造される。   Thus, the magnetoresistive effect element 10 of FIG. 3 is manufactured.

上記の磁気抵抗効果素子10は上下逆であっても良い。それを示しているのが、図4である。図4は、本発明の磁気抵抗効果素子の第1の実施の形態の構成の変形例を示す断面図である。この磁気抵抗効果素子10aは、バッファ層2、自由強磁性体層8、第1非磁性体層7、固定層11、反強磁性体層3、キャップ層9、第1酸化物層5を具備している。バッファ層2は、基板1上に設けられている。自由強磁性体層8は、基板1の上面側に形成されている。ここでは、バッファ層2上に設けられている。第1非磁性体層7は、自由強磁性体層8の上に設けられている。固定層11は、第1非磁性体層7の上に形成されている。反強磁性体層3は、固定層11の上に形成されている。キャップ層9は、反強磁性層3の上に形成されている。   The magnetoresistive element 10 may be upside down. This is shown in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a modification of the configuration of the first embodiment of the magnetoresistive element of the present invention. The magnetoresistive effect element 10a includes a buffer layer 2, a free ferromagnetic layer 8, a first nonmagnetic layer 7, a fixed layer 11, an antiferromagnetic layer 3, a cap layer 9, and a first oxide layer 5. is doing. The buffer layer 2 is provided on the substrate 1. The free ferromagnetic layer 8 is formed on the upper surface side of the substrate 1. Here, it is provided on the buffer layer 2. The first nonmagnetic layer 7 is provided on the free ferromagnetic layer 8. The fixed layer 11 is formed on the first nonmagnetic layer 7. The antiferromagnetic material layer 3 is formed on the fixed layer 11. The cap layer 9 is formed on the antiferromagnetic layer 3.

第1酸化物層5は、反強磁性体層3と第1非磁性体層7との間に設けられている。例えば、反強磁性体層3及び第1非磁性体層7のうちのいずれかと接するように設けられていても良い。または、固定層11に含まれていても良い。図4の例では、固定層11に含まれていている例を示している。すなわち、固定層11は、固定強磁性体層6、第1酸化物層5、固定強磁性体層4を備えている。固定強磁性体層6は、第1非磁性体層7の上に形成されている。第1酸化物層5は、固定強磁性体層6の上に形成されている。固定強磁性体層4は、第1酸化物層5の上に形成されている。これにより、反強磁性体層3の物質が拡散した場合でも、その物質が第1非磁性体層7又はその近傍に到達する前に、その拡散の障壁になることができる。   The first oxide layer 5 is provided between the antiferromagnetic material layer 3 and the first nonmagnetic material layer 7. For example, it may be provided so as to be in contact with either the antiferromagnetic material layer 3 or the first nonmagnetic material layer 7. Alternatively, it may be included in the fixed layer 11. In the example of FIG. 4, an example included in the fixed layer 11 is shown. That is, the fixed layer 11 includes the fixed ferromagnetic layer 6, the first oxide layer 5, and the fixed ferromagnetic layer 4. The fixed ferromagnetic layer 6 is formed on the first nonmagnetic layer 7. The first oxide layer 5 is formed on the fixed ferromagnetic layer 6. The fixed ferromagnetic layer 4 is formed on the first oxide layer 5. Thereby, even when the substance of the antiferromagnetic material layer 3 diffuses, it can become a barrier for the diffusion before the substance reaches the first nonmagnetic material layer 7 or the vicinity thereof.

第1酸化物層5におけるその他の構成及び性質については、図3の場合と同様であるのでその説明を省略する。この場合にも、図3の場合と同様の効果を得ることができる。   Other configurations and properties of the first oxide layer 5 are the same as in the case of FIG. In this case, the same effect as in the case of FIG. 3 can be obtained.

次に、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法の第1の実施の形態の変形例について説明する。
まず、基板1上にバッファ層2を形成する。次に、基板1の上面側におけるバッファ層2上に、自由強磁性体層8を形成する。続いて、自由強磁性体層8の上に第1非磁性体層7を形成する。その後、第1非磁性体層7の上に固定強磁性体層6を形成する。次に、固定強磁性体層6の上に第1酸化物層5を形成する。ただし、第1酸化物層5は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物で、導電性を有するように形成される。続いて、第1酸化物層5の上に固定強磁性体層4を形成する。これにより、固定層11(固定強磁性体層6、第1酸化物層5及び固定強磁性体層4)が形成される。その後、固定層11の上に反強磁性体層3を形成する。続いて、反強磁性体層3の上にキャップ層9を形成する。
Next, a modification of the first embodiment of the method for manufacturing a magnetoresistive element of the present invention will be described.
First, the buffer layer 2 is formed on the substrate 1. Next, the free ferromagnetic layer 8 is formed on the buffer layer 2 on the upper surface side of the substrate 1. Subsequently, the first nonmagnetic layer 7 is formed on the free ferromagnetic layer 8. Thereafter, the fixed ferromagnetic layer 6 is formed on the first nonmagnetic layer 7. Next, the first oxide layer 5 is formed on the fixed ferromagnetic layer 6. However, the first oxide layer 5 is an oxide having conductivity in the stoichiometric composition, and is formed to have conductivity. Subsequently, the fixed ferromagnetic layer 4 is formed on the first oxide layer 5. Thereby, the fixed layer 11 (the fixed ferromagnetic layer 6, the first oxide layer 5, and the fixed ferromagnetic layer 4) is formed. Thereafter, the antiferromagnetic material layer 3 is formed on the fixed layer 11. Subsequently, a cap layer 9 is formed on the antiferromagnetic material layer 3.

なお、成膜方法としては、スパッタ法やCVD法など従来知られた成膜方法を使用することができる。なお、酸化膜については、上記方法のほか、金属膜を成膜後、その金属膜を酸化雰囲気中で熱処理する方法や酸素プラズマで処理する方法で酸化して形成することも可能である。   As a film forming method, a conventionally known film forming method such as a sputtering method or a CVD method can be used. In addition to the above method, the oxide film can be formed by oxidizing a metal film after forming the metal film by a method of heat-treating the metal film in an oxidizing atmosphere or a method of processing with oxygen plasma.

このようにして、図4の磁気抵抗効果素子10aが製造される。   Thus, the magnetoresistive effect element 10a of FIG. 4 is manufactured.

本発明では、第1非磁性体層7とMnを含む反強磁性体層3との間に、化学量論的組成で導電性を持つ酸化物層であり、室温又はそれ以下の温度で強磁性体もしくは反強磁性体である第1酸化物層5をMn拡散防止層として挿入している。Mn拡散防止層は微結晶構造を持つことが望ましい。そのような構造を有する第1酸化物層5は通常のスパッタ法等でそれが実現できる。また、これらの導電性の第1酸化物層5は、熱的に安定である。また、第1酸化物層5は導電性を持つためMR特性を劣化させることがない。また、第1酸化物層5は室温ないしそれ以下の温度で強磁性体ないし反強磁性体であるため、磁性膜に隣接あるいは挿入しても強磁性的ないし反強磁性的性質を持つため、TMR膜の磁気的特性を保つことができる。   In the present invention, an oxide layer having a stoichiometric composition and conductivity between the first nonmagnetic layer 7 and the antiferromagnetic layer 3 containing Mn is strong at room temperature or lower. A first oxide layer 5 which is a magnetic material or an antiferromagnetic material is inserted as a Mn diffusion preventing layer. The Mn diffusion preventing layer preferably has a microcrystalline structure. The first oxide layer 5 having such a structure can be realized by a normal sputtering method or the like. Also, these conductive first oxide layers 5 are thermally stable. Further, since the first oxide layer 5 has conductivity, the MR characteristics are not deteriorated. In addition, since the first oxide layer 5 is ferromagnetic or antiferromagnetic at room temperature or lower, it has ferromagnetic or antiferromagnetic properties even if it is adjacent to or inserted into the magnetic film. The magnetic characteristics of the TMR film can be maintained.

(第2の実施の形態)
以下、本発明の磁気抵抗効果素子およびその製造方法の第2の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。図5は、本発明の磁気抵抗効果素子の第2の実施の形態の構成を示す断面図である。この磁気抵抗効果素子40は、下部電極層22、バッファ層23、反強磁性体層24、固定層35、第1非磁性体層30、自由強磁性体層31、上部電極層32、第1酸化物層26を具備している。下部電極層22は、半導体基板(素子や配線が設けられていても良い)のような基板21上に設けられている。バッファ層23は、下部電極層22の上に設けられている。反強磁性体層24は、基板21の上面側に形成されている。ここでは、バッファ層23上に設けられている。固定層35は、反強磁性体層24の上に形成されている。第1非磁性体層30は、固定層35の上に設けられている。自由強磁性体層31は、第1非磁性体層30の上に形成されている。上部電極層32は、自由強磁性層31の上に形成されている。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the magnetoresistive effect element and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 5 is a sectional view showing the configuration of the second embodiment of the magnetoresistive element of the present invention. The magnetoresistive element 40 includes a lower electrode layer 22, a buffer layer 23, an antiferromagnetic material layer 24, a fixed layer 35, a first nonmagnetic material layer 30, a free ferromagnetic material layer 31, an upper electrode layer 32, and a first electrode layer 32. An oxide layer 26 is provided. The lower electrode layer 22 is provided on a substrate 21 such as a semiconductor substrate (elements and wirings may be provided). The buffer layer 23 is provided on the lower electrode layer 22. The antiferromagnetic material layer 24 is formed on the upper surface side of the substrate 21. Here, it is provided on the buffer layer 23. The fixed layer 35 is formed on the antiferromagnetic material layer 24. The first nonmagnetic layer 30 is provided on the fixed layer 35. The free ferromagnetic layer 31 is formed on the first nonmagnetic layer 30. The upper electrode layer 32 is formed on the free ferromagnetic layer 31.

第1酸化物層26は、反強磁性体層24と第1非磁性体層30との間に設けられている。例えば、反強磁性体層24及び第1非磁性体層30のうちのいずれかと接するように設けられていても良い。または、固定層35に含まれていても良い。図3の例では、固定層35に含まれていている例を示している。すなわち、固定層35は、固定強磁性体層34、第2非磁性体層28、第2固定強磁性体層29を備えている。固定強磁性体層34は、反強磁性体層24の上に形成されている。固定強磁性体層34は、第1固定強磁性体層25と第1酸化物層26と第1固定強磁性体層27とをこの順に積層して含む。第2非磁性体層28は、第1固定強磁性体層27の上に形成されている。第2固定強磁性体層29は、第2非磁性体層28の上に形成されている。これにより、反強磁性体層24の物質が拡散した場合でも、その物質が第1非磁性体層30又はその近傍に到達する前に、第1酸化物層26はその拡散の障壁になることができる。   The first oxide layer 26 is provided between the antiferromagnetic material layer 24 and the first nonmagnetic material layer 30. For example, it may be provided so as to be in contact with either the antiferromagnetic material layer 24 or the first nonmagnetic material layer 30. Alternatively, it may be included in the fixed layer 35. In the example of FIG. 3, an example included in the fixed layer 35 is illustrated. That is, the fixed layer 35 includes a fixed ferromagnetic layer 34, a second nonmagnetic layer 28, and a second fixed ferromagnetic layer 29. The fixed ferromagnetic layer 34 is formed on the antiferromagnetic layer 24. The fixed ferromagnetic layer 34 includes a first fixed ferromagnetic layer 25, a first oxide layer 26, and a first fixed ferromagnetic layer 27 stacked in this order. The second nonmagnetic layer 28 is formed on the first fixed ferromagnetic layer 27. The second pinned ferromagnetic layer 29 is formed on the second nonmagnetic layer 28. Thereby, even when the material of the antiferromagnetic material layer 24 diffuses, the first oxide layer 26 becomes a barrier to the diffusion before the material reaches the first nonmagnetic material layer 30 or the vicinity thereof. Can do.

ここで、第1酸化物層26の材料の種類、機能、特徴(性質)、効果については、第1の実施の形態における第1酸化物層5と同様であるのでその説明を省略する。   Here, since the material type, function, feature (property), and effect of the first oxide layer 26 are the same as those of the first oxide layer 5 in the first embodiment, the description thereof is omitted.

次に、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法の第2の実施の形態について説明する。
まず、基板21上に下部電極層22を形成する。続いて、下部電極層22の上にバッファ層23を形成する。次に、基板21の上面側におけるバッファ層23上に、反強磁性体層24を形成する。続いて、反強磁性体層24の上に第1固定強磁性体層25を形成する。その後、第1固定強磁性体層25の上に第1酸化物層26を形成する。ただし、第1酸化物層26は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物で、導電性を有するように形成される。続いて、第1酸化物層26の上に第1固定強磁性体層27を形成する。次に、第1固定強磁性体層27の上に第2非磁性体層28を形成する。その後、第2非磁性体層28の上に第2固定強磁性体層29を形成する。これにより、固定強磁性体層34(第1固定強磁性体層25、第1酸化物層26及び第1固定強磁性体層27)が形成される。同時に、固定層35(固定強磁性体層34、第2非磁性体層28及び第2固定強磁性体層29)が形成される。その後、固定層35の上に第1非磁性体層30を形成する。次に、第1非磁性体層30の上に自由強磁性体層31を形成する。続いて、自由強磁性体層31の上に上部電極層32を形成する。
Next, a second embodiment of the magnetoresistive effect element manufacturing method of the present invention will be described.
First, the lower electrode layer 22 is formed on the substrate 21. Subsequently, the buffer layer 23 is formed on the lower electrode layer 22. Next, the antiferromagnetic material layer 24 is formed on the buffer layer 23 on the upper surface side of the substrate 21. Subsequently, a first pinned ferromagnetic layer 25 is formed on the antiferromagnetic layer 24. Thereafter, the first oxide layer 26 is formed on the first pinned ferromagnetic layer 25. However, the first oxide layer 26 is an oxide having conductivity in the stoichiometric composition, and is formed to have conductivity. Subsequently, a first pinned ferromagnetic layer 27 is formed on the first oxide layer 26. Next, the second nonmagnetic layer 28 is formed on the first pinned ferromagnetic layer 27. Thereafter, a second pinned ferromagnetic layer 29 is formed on the second nonmagnetic layer 28. As a result, the fixed ferromagnetic layer 34 (the first fixed ferromagnetic layer 25, the first oxide layer 26, and the first fixed ferromagnetic layer 27) is formed. At the same time, the fixed layer 35 (the fixed ferromagnetic layer 34, the second nonmagnetic layer 28, and the second fixed ferromagnetic layer 29) is formed. Thereafter, the first nonmagnetic layer 30 is formed on the fixed layer 35. Next, the free ferromagnetic layer 31 is formed on the first nonmagnetic layer 30. Subsequently, the upper electrode layer 32 is formed on the free ferromagnetic layer 31.

なお、成膜方法としては、スパッタ法やCVD法など従来知られた成膜方法を使用することができる。なお、酸化膜については、上記方法のほか、金属膜を成膜後、その金属膜を酸化雰囲気中で熱処理する方法や酸素プラズマで処理する方法で酸化して形成することも可能である。   As a film forming method, a conventionally known film forming method such as a sputtering method or a CVD method can be used. In addition to the above method, the oxide film can be formed by oxidizing a metal film after forming the metal film by a method of heat-treating the metal film in an oxidizing atmosphere or a method of processing with oxygen plasma.

このようにして、図5の磁気抵抗効果素子10が製造される。   In this way, the magnetoresistive effect element 10 of FIG. 5 is manufactured.

上記の磁気抵抗効果素子40は上下逆であっても良い。それを示しているのが、図6である。図6は、本発明の磁気抵抗効果素子の第2の実施の形態の構成の変形例を示す断面図である。この磁気抵抗効果素子40aは、下部電極層22、バッファ層23、自由強磁性体層31、第1非磁性体層30、固定層35、反強磁性体層24、上部電極層32、第1酸化物層26を具備している。下部電極層22は、半導体基板(素子や配線が設けられていても良い)のような基板21上に設けられている。バッファ層23は、下部電極層22の上に設けられている。自由強磁性体層31は、基板21の上面側に形成されている。ここでは、バッファ層23上に設けられている。第1非磁性体層30は、自由強磁性層31の上に形成されている。固定層35は、第1非磁性体層30の上に形成されている。反強磁性体層24は、固定層35の上に設けられている。上部電極層32は、反強磁性体層24の上に形成されている。   The magnetoresistive element 40 may be upside down. This is shown in FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a modification of the configuration of the second embodiment of the magnetoresistive element of the present invention. The magnetoresistive element 40a includes a lower electrode layer 22, a buffer layer 23, a free ferromagnetic layer 31, a first nonmagnetic layer 30, a fixed layer 35, an antiferromagnetic layer 24, an upper electrode layer 32, a first layer An oxide layer 26 is provided. The lower electrode layer 22 is provided on a substrate 21 such as a semiconductor substrate (elements and wirings may be provided). The buffer layer 23 is provided on the lower electrode layer 22. The free ferromagnetic layer 31 is formed on the upper surface side of the substrate 21. Here, it is provided on the buffer layer 23. The first nonmagnetic layer 30 is formed on the free ferromagnetic layer 31. The fixed layer 35 is formed on the first nonmagnetic layer 30. The antiferromagnetic material layer 24 is provided on the fixed layer 35. The upper electrode layer 32 is formed on the antiferromagnetic material layer 24.

第1酸化物層26は、反強磁性体層24と第1非磁性体層30との間に設けられている。例えば、反強磁性体層24及び第1非磁性体層30のうちのいずれかと接するように設けられていても良い。または、固定層35に含まれていても良い。図6の例では、固定層35に含まれていている例を示している。すなわち、固定層35は、第2固定強磁性体層29、第2非磁性体層28、固定強磁性体層34を備えている。第2固定強磁性体層29は、第1非磁性体層30の上に形成されている。第2非磁性体層28は、第2固定強磁性体層29の上に形成されている。固定強磁性体層34は、第1固定強磁性体層27と第1酸化物層26と第1固定強磁性体層25とをこの順に積層して含む。固定強磁性体層34は、第2非磁性体層28の上に形成されている。これにより、反強磁性体層24の物質が拡散した場合でも、その物質が第1非磁性体層30又はその近傍に到達する前に、第1酸化物層26はその拡散の障壁になることができる。   The first oxide layer 26 is provided between the antiferromagnetic material layer 24 and the first nonmagnetic material layer 30. For example, it may be provided so as to be in contact with either the antiferromagnetic material layer 24 or the first nonmagnetic material layer 30. Alternatively, it may be included in the fixed layer 35. In the example of FIG. 6, an example included in the fixed layer 35 is illustrated. That is, the fixed layer 35 includes a second fixed ferromagnetic layer 29, a second nonmagnetic layer 28, and a fixed ferromagnetic layer 34. The second pinned ferromagnetic layer 29 is formed on the first nonmagnetic layer 30. The second nonmagnetic layer 28 is formed on the second pinned ferromagnetic layer 29. The fixed ferromagnetic layer 34 includes a first fixed ferromagnetic layer 27, a first oxide layer 26, and a first fixed ferromagnetic layer 25 stacked in this order. The fixed ferromagnetic layer 34 is formed on the second nonmagnetic layer 28. Thereby, even when the material of the antiferromagnetic material layer 24 diffuses, the first oxide layer 26 becomes a barrier to the diffusion before the material reaches the first nonmagnetic material layer 30 or the vicinity thereof. Can do.

ここで、第1酸化物層26の材料の種類、機能、特徴(性質)、効果については、第1の実施の形態における第1酸化物層5と同様であるのでその説明を省略する。   Here, since the material type, function, feature (property), and effect of the first oxide layer 26 are the same as those of the first oxide layer 5 in the first embodiment, the description thereof is omitted.

次に、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法の第2の実施の形態について説明する。
まず、基板21上に下部電極層22を形成する。続いて、下部電極層22の上にバッファ層23を形成する。次に、基板21の上面側におけるバッファ層23上に、自由強磁性体層31を形成する。続いて、自由強磁性体層31の上に第1非磁性体層30を形成する。その後、第1非磁性体層30の上に第2固定強磁性体層29を形成する。続いて、第2固定強磁性体層29の上に第2非磁性体層28を形成する。次に、第2非磁性体層28の上に第1固定強磁性体層27を形成する。その後、第1固定強磁性体層27の上に第1酸化物層26を形成する。ただし、第1酸化物層26は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物で、導電性を有するように形成される。次に、第1酸化物層26の上に第1固定強磁性体層25を形成する。これにより、固定強磁性体層34(第1固定強磁性体層27、第1酸化物層26及び第1固定強磁性体層25)が形成される。同時に、固定層35(第2固定強磁性体層29、第2非磁性体層28及び固定強磁性体層34)が形成される。その後、固定層35の上に反強磁性体層24を形成する。続いて、反強磁性体層24の上に上部電極層32を形成する。
Next, a second embodiment of the magnetoresistive effect element manufacturing method of the present invention will be described.
First, the lower electrode layer 22 is formed on the substrate 21. Subsequently, the buffer layer 23 is formed on the lower electrode layer 22. Next, a free ferromagnetic layer 31 is formed on the buffer layer 23 on the upper surface side of the substrate 21. Subsequently, the first nonmagnetic layer 30 is formed on the free ferromagnetic layer 31. Thereafter, the second pinned ferromagnetic layer 29 is formed on the first nonmagnetic layer 30. Subsequently, a second nonmagnetic layer 28 is formed on the second pinned ferromagnetic layer 29. Next, the first pinned ferromagnetic layer 27 is formed on the second nonmagnetic layer 28. Thereafter, the first oxide layer 26 is formed on the first pinned ferromagnetic layer 27. However, the first oxide layer 26 is an oxide having conductivity in the stoichiometric composition, and is formed to have conductivity. Next, the first pinned ferromagnetic layer 25 is formed on the first oxide layer 26. As a result, the fixed ferromagnetic layer 34 (the first fixed ferromagnetic layer 27, the first oxide layer 26, and the first fixed ferromagnetic layer 25) is formed. At the same time, the fixed layer 35 (second fixed ferromagnetic layer 29, second nonmagnetic layer 28, and fixed ferromagnetic layer 34) is formed. Thereafter, the antiferromagnetic material layer 24 is formed on the fixed layer 35. Subsequently, the upper electrode layer 32 is formed on the antiferromagnetic material layer 24.

なお、成膜方法としては、スパッタ法やCVD法など従来知られた成膜方法を使用することができる。なお、酸化膜については、上記方法のほか、金属膜を成膜後、その金属膜を酸化雰囲気中で熱処理する方法や酸素プラズマで処理する方法で酸化して形成することも可能である。   As a film forming method, a conventionally known film forming method such as a sputtering method or a CVD method can be used. In addition to the above method, the oxide film can be formed by oxidizing a metal film after forming the metal film by a method of heat-treating the metal film in an oxidizing atmosphere or a method of processing with oxygen plasma.

このようにして、図6の磁気抵抗効果素子40aが製造される。   Thus, the magnetoresistive effect element 40a of FIG. 6 is manufactured.

本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。   Also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

(実施例)
本発明の磁気抵抗効果素子の実施例について図5を参照して以下に説明する。
基板21は、例えば、絶縁膜が形成された半導体基板やガラス基板などに例示される。電子素子や配線が設けられていても良い。下部電極層22は、基板21の上面側に形成されている。その材料は、例えば、Ta、Ti、V、Nb、Mo、Zr、Hf、Cr、Al、Pt、Ir、Au、Ru、Rh、Pd、Ag、Cuから選択される少なくとも一種類の金属や少なくとも一種類を含む合金、あるいはTaN、TiNなどの金属の窒化物が好ましい。これにより抵抗値の小さい下部電極層22を実現できる。バッファ層23は、下部電極層22の上に形成されている。その材料は、例えば、NiFe、NiCr、NiFeCr、Ru、Cuが好ましい。これにより、バッファ層23上に積層される反強磁性体層24の結晶性を制御することができる。
(Example)
An embodiment of the magnetoresistive element of the present invention will be described below with reference to FIG.
The substrate 21 is exemplified by, for example, a semiconductor substrate or a glass substrate on which an insulating film is formed. Electronic elements and wiring may be provided. The lower electrode layer 22 is formed on the upper surface side of the substrate 21. The material is, for example, at least one metal selected from Ta, Ti, V, Nb, Mo, Zr, Hf, Cr, Al, Pt, Ir, Au, Ru, Rh, Pd, Ag, Cu, or at least An alloy including one kind or a metal nitride such as TaN or TiN is preferable. Thereby, the lower electrode layer 22 having a small resistance value can be realized. The buffer layer 23 is formed on the lower electrode layer 22. The material is preferably NiFe, NiCr, NiFeCr, Ru, or Cu, for example. Thereby, the crystallinity of the antiferromagnetic material layer 24 laminated on the buffer layer 23 can be controlled.

反強磁性体層24は、バッファ層64の上に積層されている。その材料は、例えばMn−Xのような反強磁性体が好ましい。ただし、XはPt、Ir、Pd、Rh、Fe、Co、Niから選択される少なくとも一種類の金属である。これにより第1固定強磁性体層25の自発磁化の向きを固定することができる。第1固定強磁性体層25、第1酸化物層26、第1固定強磁性体層27、第2非磁性体層28及び第2固定強磁性体層29は、自発磁化の向きを固定する層として作用する。これらの各層については後述する。   The antiferromagnetic material layer 24 is stacked on the buffer layer 64. The material is preferably an antiferromagnetic material such as Mn-X. X is at least one metal selected from Pt, Ir, Pd, Rh, Fe, Co, and Ni. Thereby, the direction of the spontaneous magnetization of the first fixed ferromagnetic layer 25 can be fixed. The first pinned ferromagnetic layer 25, the first oxide layer 26, the first pinned ferromagnetic layer 27, the second nonmagnetic layer 28, and the second pinned ferromagnetic layer 29 fix the direction of spontaneous magnetization. Acts as a layer. Each of these layers will be described later.

第1非磁性体層30は、第2固定強磁性体層29の上に形成されている。第1非磁性体層30をトンネルバリア層とする場合、第1非磁性体層30の材料は、非磁性の絶縁体または半導体であれば特に限定されない。例えば、Mg、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Zn、Al、Ga、Si、Ni、Fe、Co、IIa〜VIa族およびIIb〜IVb族から選ばれる少なくとも一種の元素と、F、O、C、N及びBから選ばれる少なくとも一種の元素との化合物を用いることが望ましい。特に絶縁性に優れかつ薄膜化が可能であり安定性や再現性にも優れているAlもしくはMgの酸化物、窒化物、または酸窒化物がより好ましい。   The first nonmagnetic layer 30 is formed on the second pinned ferromagnetic layer 29. When the first nonmagnetic layer 30 is a tunnel barrier layer, the material of the first nonmagnetic layer 30 is not particularly limited as long as it is a nonmagnetic insulator or semiconductor. For example, at least one element selected from Mg, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Zn, Al, Ga, Si, Ni, Fe, Co, IIa-VIa group and IIb-IVb group, It is desirable to use a compound with at least one element selected from F, O, C, N and B. In particular, an oxide or nitride of Al or Mg, nitride, or oxynitride that is excellent in insulation, can be thinned, and is excellent in stability and reproducibility is more preferable.

自由強磁性体層31は、第1非磁性体層30の上に形成されている。その材料は例えばFe、Co、Niから選択される少なくとも一種類の金属を主成分とすることが望ましい。これらの金属及び合金はスピン分極率が高く、MR比の大きい磁気抵抗効果素子を得ることができる。また、その金属または合金が、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Al、Si、Ir、Pt、B、C、N、Oから選ばれる少なくとも一種類の元素を含んでいても良い。これらの元素の添加により、磁気特性の改善が可能である。   The free ferromagnetic layer 31 is formed on the first nonmagnetic layer 30. The material is preferably composed mainly of at least one metal selected from, for example, Fe, Co, and Ni. These metals and alloys have a high spin polarizability and can provide a magnetoresistive element having a large MR ratio. Further, the metal or alloy contains at least one element selected from Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Al, Si, Ir, Pt, B, C, N, and O. It may be included. By adding these elements, the magnetic properties can be improved.

上部電極層32は、自由強磁性体層31の上に形成されている。その材料は例えばTa、Ti、V、Nb、Mo、Zr、Hf、Cr、Al、Pt、Ir、Au、Ru、Rh、Pd、Ag、Cuから選択される少なくとも一種類の金属ないし少なくとも一種類の金属を含む合金か、窒化Ta、窒化Ti等が適当である。これにより抵抗値の小さい上部電極層を実現できる。   The upper electrode layer 32 is formed on the free ferromagnetic layer 31. The material is at least one metal selected from, for example, Ta, Ti, V, Nb, Mo, Zr, Hf, Cr, Al, Pt, Ir, Au, Ru, Rh, Pd, Ag, Cu or at least one kind An alloy containing any of these metals, Ta nitride, Ti nitride or the like is suitable. Thereby, an upper electrode layer having a small resistance value can be realized.

固定層35として作用する第1固定強磁性体層25、第1酸化物層26、第1固定強磁性体層27、第2非磁性体層28及び第2固定強磁性体層29について説明する。
第1固定強磁性体層25及び第1固定強磁性体層27は、固定強磁性体層34の下部及び上部である。その材料は例えばFe、Co、Niから選択される少なくとも一種類の金属を主成分とすることが好ましい。また、その金属または合金が、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Al、Si、Ir、Pt、B、C、N、Oから選ばれる少なくとも一種類の元素を含んでいても良い。これらの元素の添加により、磁気特性の改善が可能である。
The first pinned ferromagnetic layer 25, the first oxide layer 26, the first pinned ferromagnetic layer 27, the second nonmagnetic layer 28, and the second pinned ferromagnetic layer 29 acting as the pinned layer 35 will be described. .
The first fixed ferromagnetic layer 25 and the first fixed ferromagnetic layer 27 are a lower portion and an upper portion of the fixed ferromagnetic layer 34. The material is preferably composed mainly of at least one metal selected from, for example, Fe, Co, and Ni. Further, the metal or alloy contains at least one element selected from Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Al, Si, Ir, Pt, B, C, N, and O. It may be included. By adding these elements, the magnetic properties can be improved.

第2固定強磁性体層29は、その材料が例えばFe、Co、Niから選択される少なくとも1種類の金属を主成分とすることが好ましい。また、その金属または合金が、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Al、Si、Ir、Pt、B、C、N、Oから選ばれる少なくとも一種類の元素を含んでいても良い。これらの元素の添加により、磁気特性の改善が可能である。   The second fixed ferromagnetic layer 29 is preferably composed mainly of at least one metal selected from Fe, Co, and Ni, for example. Further, the metal or alloy contains at least one element selected from Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Al, Si, Ir, Pt, B, C, N, and O. It may be included. By adding these elements, the magnetic properties can be improved.

第2非磁性体層28は、この第2非磁性体層28を挟んで第1固定強磁性体層25及び第1固定強磁性体層27と第2固定強磁性体層29とが磁気的に相互作用を持ち、第1固定強磁性体層25及び第1固定強磁性体層27と第2固定強磁性体層29の自発磁化の結合が反平行になる。第2非磁性体層28の材料としてはRu、Cr、Rh、Os、Irから選ばれる少なくとも一種の元素からなる金属もしくはその化合物であることが好ましい。   In the second nonmagnetic layer 28, the first pinned ferromagnetic layer 25, the first pinned ferromagnetic layer 27, and the second pinned ferromagnetic layer 29 are magnetically sandwiched between the second nonmagnetic layer 28. And the coupling of the spontaneous magnetization of the first pinned ferromagnetic layer 25, the first pinned ferromagnetic layer 27, and the second pinned ferromagnetic layer 29 is antiparallel. The material of the second nonmagnetic layer 28 is preferably a metal composed of at least one element selected from Ru, Cr, Rh, Os, and Ir, or a compound thereof.

第1酸化物層26は、室温又はそれ以下の温度で強磁性体となる導電性酸化物からなる第1酸化物層である。この図の例では、第1固定強磁性体層25と第1固定強磁性体層27との間に挿入されている。この第1酸化物層26が、反強磁性体層24のMnの拡散を抑制する層として働く。第1酸化物層26の挿入場所は、第1固定強磁性体層25と第1固定強磁性体層27との間のみに限定されることはない。反強磁性体層24と第1非磁性体層30との間に挿入されればMn拡散を抑制する層として働かせることができる。第1固定強磁性体層25と第1固定強磁性体層27との間以外のところに挿入すれば、第1固定強磁性体層25と第1固定強磁性体層27とは一体の第1固定強磁性体層となる。なお、第1酸化物層26の挿入場所は、反強磁性体層24と第2非磁性体層29との間に挿入することがより好ましい。Mnが第2非磁性体層29内に拡散すると、第1固定強磁性体層25及び第1固定強磁性体層27と第2強磁性体層29との自発磁化の結合が反平行になる効果が弱くなるためである。   The first oxide layer 26 is a first oxide layer made of a conductive oxide that becomes a ferromagnetic material at room temperature or lower. In the example of this figure, it is inserted between the first fixed ferromagnetic layer 25 and the first fixed ferromagnetic layer 27. The first oxide layer 26 functions as a layer that suppresses the diffusion of Mn in the antiferromagnetic material layer 24. The insertion location of the first oxide layer 26 is not limited to be between the first pinned ferromagnetic layer 25 and the first pinned ferromagnetic layer 27. If it is inserted between the antiferromagnetic material layer 24 and the first nonmagnetic material layer 30, it can function as a layer for suppressing Mn diffusion. If inserted between the first pinned ferromagnetic layer 25 and the first pinned ferromagnetic layer 27, the first pinned ferromagnetic layer 25 and the first pinned ferromagnetic layer 27 are integrated with each other. One fixed ferromagnetic layer. It is more preferable that the first oxide layer 26 is inserted between the antiferromagnetic material layer 24 and the second nonmagnetic material layer 29. When Mn diffuses into the second nonmagnetic layer 29, the coupling of spontaneous magnetization of the first pinned ferromagnetic layer 25, the first pinned ferromagnetic layer 27, and the second ferromagnetic layer 29 becomes antiparallel. This is because the effect is weakened.

なお、図5において第2非磁性体層28、第2固定強磁性体層29を使用せず、第1固定強磁性体層25及び第1固定強磁性体層27のみを使用する場合もある。このときにも第1酸化物層26の挿入場所は第1固定強磁性体層25と第1固定強磁性体層27との間のみとは限らず、反強磁性体層24と第1非磁性体層30との間に挿入されればMnの拡散を抑制する層として働かせることができる。   In FIG. 5, the second nonmagnetic layer 28 and the second pinned ferromagnetic layer 29 may not be used, and only the first pinned ferromagnetic layer 25 and the first pinned ferromagnetic layer 27 may be used. . Also at this time, the insertion position of the first oxide layer 26 is not limited to the position between the first pinned ferromagnetic layer 25 and the first pinned ferromagnetic layer 27, but the antiferromagnetic layer 24 and the first non-ferromagnetic layer 24. If it is inserted between the magnetic layer 30, it can act as a layer that suppresses the diffusion of Mn.

第1酸化物層26は、LaTiO、CeTiO、SrVO、La1−XSrVO、LaCrO、La1−XSrMnO、CaFeO、SrFeO、SrCoO、La1−XSrCoO、CaRuO、SrRuO、Ca1−XSrRuO、Ba5/6Sr1/6RuO、CrO、V2n−1、LaNiOのうちのいずれかを用いる。 The first oxide layer 26, LaTiO 3, CeTiO 3, SrVO 3, La 1-X Sr X VO 3, LaCrO 3, La 1-X Sr X MnO 3, CaFeO 3, SrFeO 3, SrCoO 3, La 1- X Sr X CoO 3, CaRuO 3 , SrRuO 3, Ca 1-X Sr X RuO 3, Ba 5/6 Sr 1/6 RuO 3, CrO 2, V n O 2n-1, La which of the 2 NiO 4 Is used.

以下、SrRuOを用いた場合の成膜方法を一例として説明する。図5の下部電極層22、バッファ層23、反強磁性体層24及び第1固定強磁性体層25を成膜し、第1固定強磁性体層25の成膜の後に真空を破ることなく連続して第1酸化物層26をスパッタリング法にて真空中で成膜する。このとき成膜チャンバの成膜前の真空度は3x10−6Pa以下となることが好ましい。膜中に取り込まれる水素や水蒸気といった不純物を少なくするためである。第1酸化物層26の成膜後、真空を破ることなく連続して第1固定強磁性体層27を成膜する。図5の各層のうち必ずしも全ての膜を、真空を破ることなく連続して行う必要はない。第1酸化物層26をスパッタリング法にて真空中で成膜する時にはSrRuOターゲットを用いる。成膜する際に純酸素を導入しても良い。 Hereinafter, a film forming method using SrRuO 3 will be described as an example. The lower electrode layer 22, the buffer layer 23, the antiferromagnetic layer 24, and the first pinned ferromagnetic layer 25 of FIG. 5 are formed, and the vacuum is not broken after the first pinned ferromagnetic layer 25 is formed. The first oxide layer 26 is continuously formed in vacuum by a sputtering method. At this time, the degree of vacuum before film formation in the film formation chamber is preferably 3 × 10 −6 Pa or less. This is to reduce impurities such as hydrogen and water vapor taken into the film. After the formation of the first oxide layer 26, the first fixed ferromagnetic layer 27 is formed continuously without breaking the vacuum. It is not always necessary to perform all of the layers in FIG. 5 continuously without breaking the vacuum. A SrRuO 3 target is used when forming the first oxide layer 26 in a vacuum by sputtering. Pure oxygen may be introduced when the film is formed.

この導電性酸化物層(第1酸化物層26)をTMR膜に適用した場合、この導電性酸化物層に要求される抵抗率はTMR膜の抵抗に対応して変化する。この導電性酸化物層の膜厚は特に制限を定めないが、現実的には極薄膜である必要があり0.1nm〜5nm程度である。抵抗Rと抵抗率ρ、膜厚d、膜面積をSとすると、膜に縦に流れる電流に発生する抵抗は
R(Ω)=ρ(Ω・cm)×d(cm)/S(cm) (1)
から求められる。仮にトンネル抵抗を100kΩ、導電性酸化物層の膜厚を1nm、TMR素子面積を0.5μmとするとMR特性に与える影響をMR比の1%以下に抑えるためには、1kΩ以下となれば良いのだから、ρ<50Ω・cmでなければならない。仮にトンネル抵抗が5Ωであれば、MR特性に与える影響をMR比の1%以下に抑えるためには、ρ<2.5x10−3Ω・cmが必要である。
When this conductive oxide layer (first oxide layer 26) is applied to the TMR film, the resistivity required for this conductive oxide layer changes corresponding to the resistance of the TMR film. The film thickness of the conductive oxide layer is not particularly limited, but actually it needs to be a very thin film and is about 0.1 nm to 5 nm. When the resistance R, the resistivity ρ, the film thickness d, and the film area are S, the resistance generated in the current flowing vertically through the film is R (Ω) = ρ (Ω · cm) × d (cm) / S (cm 2 (1)
It is requested from. If the tunnel resistance is 100 kΩ, the thickness of the conductive oxide layer is 1 nm and the TMR element area is 0.5 μm 2 , in order to suppress the influence on the MR characteristics to 1% or less of the MR ratio, Since it is good, it must be ρ <50Ω · cm. If the tunnel resistance is 5Ω, ρ <2.5 × 10 −3 Ω · cm is required to suppress the influence on the MR characteristics to 1% or less of the MR ratio.

本発明の磁気抵抗効果素子は、拡散抑制層として働く第1酸化物層26を有している。この層によるMnの拡散を抑制する機能により、素子製造プロセスにおける熱処理に伴う第1非磁性体層30へのMnの拡散を防止することができる。それにより、350℃以上の熱処理であっても、磁気抵抗効果素子の特性の劣化を防止することができる。それとともに製造歩留まりを向上させることができ、製造コストの低い磁気抵抗効果膜を得ることが可能となる。また、導電性酸化物としてあげたLaTiO、CeTiO、SrVO、La1−XSrVO、LaCrO、La1−XSrMnO、CaFeO、SrFeO、SrCoO、La1−XSrCoO、CaRuO、SrRuO、Ca1−XSrRuO、Ba5/6Sr1/6RuO、CrO、V2n−1、LaNiOは概ね室温での抵抗率が1x10−3Ω・cm以下である。したがって、どの抵抗のTMR膜にも対応可能でMR特性を低下させることはない。 The magnetoresistive effect element of the present invention has a first oxide layer 26 that functions as a diffusion suppression layer. Due to the function of suppressing the diffusion of Mn by this layer, the diffusion of Mn into the first nonmagnetic material layer 30 accompanying the heat treatment in the element manufacturing process can be prevented. Thereby, deterioration of the characteristics of the magnetoresistive element can be prevented even by heat treatment at 350 ° C. or higher. At the same time, the manufacturing yield can be improved, and a magnetoresistive film having a low manufacturing cost can be obtained. Further, LaTiO was raised as a conductive oxide 3, CeTiO 3, SrVO 3, La 1-X Sr X VO 3, LaCrO 3, La 1-X Sr X MnO 3, CaFeO 3, SrFeO 3, SrCoO 3, La 1 -X Sr X CoO 3, CaRuO 3 , SrRuO 3, Ca 1-X Sr X RuO 3, Ba 5/6 Sr 1/6 RuO 3, CrO 2, V n O 2n-1, La 2 NiO 4 is approximately room temperature The resistivity at is 1 × 10 −3 Ω · cm or less. Therefore, it can be applied to any resistance TMR film and does not degrade the MR characteristics.

なお、この技術はTMR膜ばかりではなく、GMR膜にも応用することが可能である。この場合、図5の第1非磁性体層30として導電性材料を用いる。このとき、非磁性のCu、Au、Ag、RuおよびCrから選ばれる少なくとも一種の元素を用いることが好ましい。このとき、上記元素の単体膜を用いても、合金膜を用いても良い。   This technique can be applied not only to the TMR film but also to the GMR film. In this case, a conductive material is used as the first nonmagnetic layer 30 in FIG. At this time, it is preferable to use at least one element selected from nonmagnetic Cu, Au, Ag, Ru, and Cr. At this time, a single film of the above element or an alloy film may be used.

上記第1の実施の形態及び第2の実施の形態において、自由強磁性体層31は積層フェリ構造を有していても良い。すなわち、自由強磁性体層31は、非磁性層を介して反強磁性的に結合した第1磁性層と第2磁性層とを備えていても良い。第1磁性層と第2磁性層の材料として、Ni、Fe、Co、Mn及びこれらのうちの少なくとも一つを含む化合物から構成されるグループのうちから選択される材料が例示される。第1磁性層と第2磁性層2の膜厚として、1.5nm〜10nmが例示される。非磁性層の材料として、Ru、Os、Re、Ti、Cr、Rh、Cu、Pt、Pd及びこれらのうちの少なくとも一つを含む化合物から構成されるグループから選択される材料が例示される。非磁性膜の膜厚として、0.4nm〜3nmが例示される。   In the first and second embodiments, the free ferromagnetic layer 31 may have a laminated ferrimagnetic structure. That is, the free ferromagnetic layer 31 may include a first magnetic layer and a second magnetic layer that are antiferromagnetically coupled via a nonmagnetic layer. Examples of the material for the first magnetic layer and the second magnetic layer include materials selected from the group consisting of Ni, Fe, Co, Mn, and compounds containing at least one of these. Examples of the film thickness of the first magnetic layer and the second magnetic layer 2 include 1.5 nm to 10 nm. Examples of the material for the nonmagnetic layer include materials selected from the group consisting of Ru, Os, Re, Ti, Cr, Rh, Cu, Pt, Pd, and compounds containing at least one of them. Examples of the film thickness of the nonmagnetic film include 0.4 nm to 3 nm.

このような自由強磁性体層31に積層フェリ構造を有する磁気抵抗効果素子は、通常のMRAMのほか、トグル型MRAMに対しても同様に用いることができる。その場合にも、第1の実施の形態及び第2の実施の形態と同様の効果を得ることができる。   Such a magnetoresistive effect element having a laminated ferrimagnetic structure on the free ferromagnetic layer 31 can be similarly used for a toggle type MRAM in addition to a normal MRAM. Even in that case, the same effects as those of the first embodiment and the second embodiment can be obtained.

(第3の実施の形態)
第1及び第2の実施の形態で説明した磁気抵抗効果素子は、MRAMに用いることができる。図7は、本発明のMRAMの実施の形態の構成を示すブロック図である。MRAMは、メモリセルアレイ51、複数の書き込みワード線53、複数の読み出しワード線52、複数のビット線54、X側セレクタ46、X側電流源回路50、X側終端回路47、Y側セレクタ48、Y側電流終端回路49、Y側電流源回路42、読み出し電流負荷回路43及びセンスアンプ45を具備する。
(Third embodiment)
The magnetoresistive effect element described in the first and second embodiments can be used for an MRAM. FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the embodiment of the MRAM of the present invention. The MRAM includes a memory cell array 51, a plurality of write word lines 53, a plurality of read word lines 52, a plurality of bit lines 54, an X-side selector 46, an X-side current source circuit 50, an X-side termination circuit 47, a Y-side selector 48, A Y-side current termination circuit 49, a Y-side current source circuit 42, a read current load circuit 43, and a sense amplifier 45 are provided.

メモリセルアレイ51は、メモリセル60が行列に配列されている。X側セレクタ46は、X軸方向に延設された複数の読み出しワード線52及び複数の書き込みワード線53から、読み出し動作時には所望の選択読み出しワード線52sを、書き込み動作時には所望の選択書き込みワード線53sを選択する。X側電流源回路50は、書き込み動作時に、定電流を供給する。X側電流源終端回路47は、複数の書き込みワード線53を終端する。Y側セレクタ48は、Y軸方向に延設された複数のビット線54から、所望の選択ビット線54sを選択する。読み出し電流負荷回路43は、読み出し動作時に、選択されたメモリセル60(選択セル60s)とリファレンスセル用のメモリセル60r(リファレンスセル)とに所定の電流を供給する。Y側電流終端回路49は、複数のビット線54を終端する。センスアンプ45は、リファレンスセル60rにつながるリファレンス用のビット線54rの電圧と、選択セル60sにつながるビット線54の電圧との差に基づいて、選択セル60sのデータを出力する。   In the memory cell array 51, memory cells 60 are arranged in a matrix. The X-side selector 46 selects a desired selected read word line 52s during a read operation from a plurality of read word lines 52 and a plurality of write word lines 53 extending in the X-axis direction, and a desired selected write word line during a write operation. Select 53s. The X-side current source circuit 50 supplies a constant current during a write operation. The X-side current source termination circuit 47 terminates the plurality of write word lines 53. The Y-side selector 48 selects a desired selected bit line 54s from a plurality of bit lines 54 extending in the Y-axis direction. The read current load circuit 43 supplies a predetermined current to the selected memory cell 60 (selected cell 60s) and the reference cell memory cell 60r (reference cell) during a read operation. The Y-side current termination circuit 49 terminates the plurality of bit lines 54. The sense amplifier 45 outputs data of the selected cell 60s based on the difference between the voltage of the reference bit line 54r connected to the reference cell 60r and the voltage of the bit line 54 connected to the selected cell 60s.

複数のメモリセル60は、複数の読み出しワード線52及び複数の書き込みワード線53と、複数のビット線54との交点の各々に対応して設けられている。メモリセル60は、メモリセル60の選択時に同時にONとなるMOSトランジスタ56と、磁気抵抗効果素子55とを含み、それらが直列に接続されている。磁気抵抗効果素子5は、データが“1”と“0”とで実効的な抵抗値が変わる(RとR+ΔR)ので、可変抵抗器で示している。   The plurality of memory cells 60 are provided corresponding to the intersections of the plurality of read word lines 52 and the plurality of write word lines 53 and the plurality of bit lines 54. The memory cell 60 includes a MOS transistor 56 that is simultaneously turned on when the memory cell 60 is selected, and a magnetoresistive element 55, which are connected in series. The magnetoresistive effect element 5 is shown as a variable resistor because the effective resistance value changes between data “1” and “0” (R and R + ΔR).

図8は、本発明のMRAMの実施の形態における磁気抵抗効果素子の構成を示す断面図である。磁気抵抗効果素子55(10)は、キャップ層9を介して、上部をビット線53に接続され、バッファ層2及び下部電極層12を介してMOSトランジスタ56と接続されている。磁気抵抗効果素子55は、第1及び第2の実施の形態で説明した磁気抵抗効果素子10、10a、40、40aのいずれかと同じである。したがって、磁気抵抗効果素子55の詳細について説明を省略する。磁気抵抗効果素子55からやや離れた下部には、書き込みワード線53が配線されている。   FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of the magnetoresistive element in the embodiment of the MRAM of the present invention. The magnetoresistive effect element 55 (10) is connected to the bit line 53 through the cap layer 9 and to the MOS transistor 56 through the buffer layer 2 and the lower electrode layer 12. The magnetoresistive effect element 55 is the same as any of the magnetoresistive effect elements 10, 10a, 40, and 40a described in the first and second embodiments. Therefore, description of the details of the magnetoresistive effect element 55 is omitted. A write word line 53 is wired at a lower portion slightly away from the magnetoresistive effect element 55.

図8(a)に示す書き込み動作時には、この書込みワード線53を流れる書き込み電流IWLと、ビット線53を流れる書き込み電流IBLとが作る磁界により、自由強磁性体層8の自発磁化の向きを変化させて、磁気抵抗効果素子55にデータを記憶する。 In the write operation shown in FIG. 8 (a), a write current I WL flowing through the write word line 53, by a magnetic field formed by the meeting of a write current I BL through the bit line 53, the spontaneous magnetization of the free ferromagnetic layer 8 orientation And the data is stored in the magnetoresistive effect element 55.

図8(b)に示す読み出し動作時には、ビット線54−磁気抵抗効果素子55−MOSトランジスタ56−接地の経路へ読み出し電流Iを流して、磁気抵抗効果素子55の抵抗を測定することにより、磁気抵抗効果素子55のデータを読み出す。 The read operation shown in FIG. 8 (b), by passing a read current I R to the bit line 54-magnetoresistive element 55-MOS transistors 56-ground path, by measuring the resistance of the magnetoresistive element 55, Data of the magnetoresistive effect element 55 is read.

本実施の形態においても、第1及び第2の実施の形態と同様の効果を得ることができる。   Also in this embodiment, the same effect as in the first and second embodiments can be obtained.

(第4の実施の形態)
第1及び第2の実施の形態で説明した磁気抵抗効果素子は、磁気ヘッドの再生部に用いることができる。図9は、本発明の磁気ヘッドの実施の形態の構成を示す断面図である。磁気ヘッド70は、磁気媒体にデータを書き込む書き込み部61と、磁気媒体の磁界を感知する再生部69とを具備する。
(Fourth embodiment)
The magnetoresistive effect element described in the first and second embodiments can be used for a reproducing portion of a magnetic head. FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the embodiment of the magnetic head of the present invention. The magnetic head 70 includes a writing unit 61 that writes data to the magnetic medium and a reproducing unit 69 that senses the magnetic field of the magnetic medium.

書き込み部61は、第2磁気コア62、非磁性絶縁体63、コイル64、第1磁気コア65を備える。第1磁気コア65は、再生部69から離れて設けられている。第2磁気コア62は、第1磁気コア65に関して再生部69と反対の側に、所定のギャップを形成するように、第1磁気コア65から離れて設けられている。コイル64は、第1磁気コア65と第2磁気コア62との間に絶縁層である非磁性絶縁体63を介して設けられている。再生部69は、上部シールド66、磁気抵抗効果素子10、下部電極層67、非磁性絶縁体68を備える。磁気抵抗効果素子10は、第1及び第2の実施の形態で説明した磁気抵抗効果素子10であり、第1及び第2の実施の形態で説明した磁気抵抗効果素子10a、40、40aのいずれかであっても良い。   The writing unit 61 includes a second magnetic core 62, a nonmagnetic insulator 63, a coil 64, and a first magnetic core 65. The first magnetic core 65 is provided apart from the reproducing unit 69. The second magnetic core 62 is provided away from the first magnetic core 65 so as to form a predetermined gap on the side opposite to the reproducing unit 69 with respect to the first magnetic core 65. The coil 64 is provided between the first magnetic core 65 and the second magnetic core 62 via a nonmagnetic insulator 63 that is an insulating layer. The reproducing unit 69 includes an upper shield 66, the magnetoresistive effect element 10, a lower electrode layer 67, and a nonmagnetic insulator 68. The magnetoresistive effect element 10 is the magnetoresistive effect element 10 described in the first and second embodiments, and any of the magnetoresistive effect elements 10a, 40, and 40a described in the first and second embodiments. It may be.

このような磁気ヘッド70において、再生部69で磁気媒体のデータを読み出すとき、まず、磁気記録媒体が再生部69へ接近される。このとき、磁気記録媒体の磁界により自由強磁性体層8の自発磁化の向きが変化することで、磁気抵抗効果素子10の抵抗が変化する。上部シールド66−磁気抵抗効果素子10−下部電極層67の経路へ電流を流していると、その抵抗の変化を感知することができる。それにより、磁気記録媒体の磁界を感知することができる。   In such a magnetic head 70, when data on the magnetic medium is read by the reproducing unit 69, first, the magnetic recording medium is approached to the reproducing unit 69. At this time, the direction of the spontaneous magnetization of the free ferromagnetic layer 8 is changed by the magnetic field of the magnetic recording medium, whereby the resistance of the magnetoresistive effect element 10 is changed. When a current is passed through the path of the upper shield 66, the magnetoresistive effect element 10, and the lower electrode layer 67, a change in resistance can be sensed. Thereby, the magnetic field of the magnetic recording medium can be sensed.

また、上記の磁気ヘッドを適用して、HDD(Hard Disk Drive)などの磁気記録装置78を構成することができる。図10は、本発明の磁気記録装置の実施の形態の構成を示す概略図である。磁気記録装置78は、磁気記録媒体75、磁気ヘッド70、駆動部73、制御部74を備える。磁気記録媒体75は、磁気的にデータを記録する。磁気ヘッド70は、磁気記録媒体75の磁化を変化させ(磁気的にデータを書き込み)、及び、磁界の変化を感知する(磁気的にデータを読み出す)。図9に示しているように、本発明の磁気抵抗効果素子10を含む。駆動部73は、磁気ヘッド70を保持するアーム部71と、アーム部71及び磁気記録媒体75を駆動/制御する駆動制御部72とを有する。制御部74は、信号処理を行う。磁気ヘッドとして本発明の磁気ヘッド70を用いることで熱に対する耐久性のある安定した磁気記録装置78とすることができる。   Further, a magnetic recording device 78 such as an HDD (Hard Disk Drive) can be configured by applying the above magnetic head. FIG. 10 is a schematic diagram showing the configuration of the embodiment of the magnetic recording apparatus of the present invention. The magnetic recording device 78 includes a magnetic recording medium 75, a magnetic head 70, a drive unit 73, and a control unit 74. The magnetic recording medium 75 records data magnetically. The magnetic head 70 changes the magnetization of the magnetic recording medium 75 (magnetically writes data) and senses a change in magnetic field (magnetically reads data). As shown in FIG. 9, the magnetoresistive effect element 10 of the present invention is included. The drive unit 73 includes an arm unit 71 that holds the magnetic head 70 and a drive control unit 72 that drives / controls the arm unit 71 and the magnetic recording medium 75. The control unit 74 performs signal processing. By using the magnetic head 70 of the present invention as the magnetic head, a stable magnetic recording device 78 having durability against heat can be obtained.

(第5の実施の形態)
第1及び第2の実施の形態で説明した磁気抵抗効果素子は、磁気センサに用いることができる。図11は、本発明の磁気センサの実施の形態の構成を示す概略図である。図11(a)を参照して、磁気センサ80は、上部電極層82、磁気抵抗効果素子10、下部電極層83を具備する。磁気抵抗効果素子10は、第1及び第2の実施の形態で説明した磁気抵抗効果素子10であり、第1及び第2の実施の形態で説明した磁気抵抗効果素子10a、40、40aのいずれかであっても良い。上部電極層82は、磁気抵抗効果素子10の一端に接続されている。下部電極層83は、磁気抵抗効果素子10の他端に接続されている。
(Fifth embodiment)
The magnetoresistive element described in the first and second embodiments can be used for a magnetic sensor. FIG. 11 is a schematic diagram showing the configuration of an embodiment of the magnetic sensor of the present invention. With reference to FIG. 11A, the magnetic sensor 80 includes an upper electrode layer 82, the magnetoresistive effect element 10, and a lower electrode layer 83. The magnetoresistive effect element 10 is the magnetoresistive effect element 10 described in the first and second embodiments, and any of the magnetoresistive effect elements 10a, 40, and 40a described in the first and second embodiments. It may be. The upper electrode layer 82 is connected to one end of the magnetoresistive effect element 10. The lower electrode layer 83 is connected to the other end of the magnetoresistive effect element 10.

磁気センサ80は、外部磁界中に置かれ、その磁界により自由強磁性体層8の自発磁化の向きが変化して、磁気抵抗効果素子10の抵抗が変化する。そのとき、上部電極層82−磁気抵抗効果素子10−下部電極層83と電流が流されていると、その抵抗値の変化を読み取ることで磁界を感知することができる。本発明の磁気抵抗効果素子10を磁気センサとすることで、耐熱性に優れた高感度の磁気センサ80を実現することができる。   The magnetic sensor 80 is placed in an external magnetic field, the direction of spontaneous magnetization of the free ferromagnetic layer 8 is changed by the magnetic field, and the resistance of the magnetoresistive effect element 10 is changed. At this time, if a current flows between the upper electrode layer 82, the magnetoresistive effect element 10, and the lower electrode layer 83, a magnetic field can be sensed by reading the change in the resistance value. By using the magnetoresistive effect element 10 of the present invention as a magnetic sensor, a highly sensitive magnetic sensor 80 having excellent heat resistance can be realized.

図11(b)を参照すると、この磁気センサチップ90は、二つの磁気センサ80を角度90度をつけて配置している。出力は端子85から取り出す。この場合、それぞれが感知した磁界から、外部磁界の方向と大きさを検出することができる。この場合も、本発明の磁気抵抗効果素子10を磁気センサとすることで、耐熱性に優れた高感度の磁気センサチップ90を実現することができる。   Referring to FIG. 11B, this magnetic sensor chip 90 has two magnetic sensors 80 arranged at an angle of 90 degrees. The output is taken out from the terminal 85. In this case, the direction and magnitude of the external magnetic field can be detected from the magnetic field sensed by each. Also in this case, by using the magnetoresistive element 10 of the present invention as a magnetic sensor, a highly sensitive magnetic sensor chip 90 excellent in heat resistance can be realized.

図1は、従来のTMR積層膜の積層構造の一例を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a laminated structure of a conventional TMR laminated film. 図2は、従来のTMR積層膜の積層構造の一例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a laminated structure of a conventional TMR laminated film. 図3は、本発明の磁気抵抗効果素子の第1の実施の形態の構成を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the magnetoresistive effect element according to the first embodiment of the present invention. 図4は、本発明の磁気抵抗効果素子の第1の実施の形態の構成の変形例を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a modification of the configuration of the first embodiment of the magnetoresistive element of the present invention. 図5は、本発明の磁気抵抗効果素子の第2の実施の形態の構成を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing the configuration of the second embodiment of the magnetoresistive element of the present invention. 図6は、本発明の磁気抵抗効果素子の第2の実施の形態の構成の変形例を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a modification of the configuration of the second embodiment of the magnetoresistive element of the present invention. 図7は、本発明のMRAMのの実施の形態の構成を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the embodiment of the MRAM according to the present invention. 図8は、本発明のMRAMの実施の形態における磁気抵抗効果素子の構成を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of the magnetoresistive element in the embodiment of the MRAM of the present invention. 図9は、本発明の磁気ヘッドの実施の形態の構成を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the embodiment of the magnetic head of the present invention. 図10は、本発明の磁気記録装置の実施の形態の構成を示す概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing the configuration of the embodiment of the magnetic recording apparatus of the present invention. 図11は、本発明の磁気センサの実施の形態の構成を示す概略図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing the configuration of an embodiment of the magnetic sensor of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、21 基板
2、23 バッファ層
3、24 反強磁性体層
4、6、 固定強磁性体層
5、26 第1酸化物層
7、30 第1非磁性体層
8、31 自由強磁性体層
9 キャップ層
10、10a、40、40a、55 磁気抵抗効果素子
11、35 固定層
12 下部電極層
25、27 第1固定強磁性体層
28 第2非磁性体層
29 第2固定強磁性体層
22 下部電極層
32 上部電極層
34 固定強磁性体層
42 Y側電流源回路
43 読み出し電流負荷回路
45 センスアンプ
46 X側セレクタ
47 X側終端回路
48 Y側セレクタ
49 Y側電流終端回路
50 X側電流源回路
51 メモリセルアレイ
52 読み出しワード線
53 書き込みワード線
54 ビット線
55 磁気抵抗効果素子
56 MOSトランジスタ
60 メモリセル
61 書き込み部
62 第2磁気コア
63 非磁性絶縁体
64 コイル
65 第1磁気コア
66 上部シールド
67 下部電極層
68 磁性絶縁体
69 再生部
70 磁気ヘッド
71 アーム部
72 駆動制御部
73 駆動部
74 制御部
75 磁気記録媒体
78 磁気記録装置
80 磁気センサ
82 上部電極層
83 下部電極層
85 端子
90 磁気センサチップ
101、111 基板
102、112 バッファ層
103、113 反強磁性体層
104、114、116 固定強磁性体層
107、117 第1非磁性体層
115 第2非磁性体層
108、118 自由強磁性体層
109、119 キャップ層
110、120 TMR積層膜
121 固定層
1, 21 Substrate 2, 23 Buffer layer 3, 24 Antiferromagnetic layer 4, 6, Fixed ferromagnetic layer 5, 26 First oxide layer 7, 30 First nonmagnetic layer 8, 31 Free ferromagnetic material Layer 9 Cap layer 10, 10a, 40, 40a, 55 Magnetoresistive element 11, 35 Fixed layer 12 Lower electrode layer 25, 27 First fixed ferromagnetic layer 28 Second nonmagnetic layer 29 Second fixed ferromagnetic Layer 22 Lower electrode layer 32 Upper electrode layer 34 Fixed ferromagnetic layer 42 Y side current source circuit 43 Read current load circuit 45 Sense amplifier 46 X side selector 47 X side termination circuit 48 Y side selector 49 Y side current termination circuit 50 X Side current source circuit 51 Memory cell array 52 Read word line 53 Write word line 54 Bit line 55 Magnetoresistive element 56 MOS transistor 60 Memory cell 61 Write Unit 62 Second magnetic core 63 Non-magnetic insulator 64 Coil 65 First magnetic core 66 Upper shield 67 Lower electrode layer 68 Magnetic insulator 69 Playback unit 70 Magnetic head 71 Arm unit 72 Drive control unit 73 Drive unit 74 Control unit 75 Magnetic Recording medium 78 Magnetic recording device 80 Magnetic sensor 82 Upper electrode layer 83 Lower electrode layer 85 Terminal 90 Magnetic sensor chip 101, 111 Substrate 102, 112 Buffer layer 103, 113 Antiferromagnetic material layer 104, 114, 116 Fixed ferromagnetic material layer 107, 117 First nonmagnetic layer 115 Second nonmagnetic layer 108, 118 Free ferromagnetic layer 109, 119 Cap layer 110, 120 TMR laminated film 121 Fixed layer

Claims (16)

基板の上面側に形成された反強磁性体層と、
前記反強磁性体層の上に形成された固定強磁性体層と、
前記固定強磁性体層の上に形成された第1非磁性体層と、
前記第1非磁性体層の上に形成された自由強磁性体層と、
前記反強磁性体層と前記第1非磁性体層との間に設けられた第1酸化物層と
を具備し、
前記第1酸化物層は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物で、導電性を有するように形成され、室温以下の温度で強磁性体又は反強磁性体である
磁気抵抗効果素子。
An antiferromagnetic layer formed on the upper surface side of the substrate;
A fixed ferromagnetic layer formed on the antiferromagnetic layer;
A first nonmagnetic layer formed on the fixed ferromagnetic layer;
A free ferromagnetic layer formed on the first nonmagnetic layer;
A first oxide layer provided between the antiferromagnetic layer and the first nonmagnetic layer;
The first oxide layer is an oxide having conductivity in a stoichiometric composition, is formed so as to have conductivity, and is a ferromagnetic material or an antiferromagnetic material at a temperature below room temperature. .
基板の上面側に形成された自由強磁性体層と、
前記自由強磁性体層の上に形成された第1非磁性体層と、
前記第1非磁性体層の上に形成された固定強磁性体層と、
前記固定強磁性体層の上に形成された反強磁性体層と、
前記反強磁性体層と前記第1非磁性体層との間に形成された第1酸化物層と
を具備し、
前記第1酸化物層は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物で、導電性を有するように形成され、室温以下の温度で強磁性体又は反強磁性体である
磁気抵抗効果素子。
A free ferromagnetic layer formed on the upper surface of the substrate;
A first nonmagnetic layer formed on the free ferromagnetic layer;
A fixed ferromagnetic layer formed on the first nonmagnetic layer;
An antiferromagnetic layer formed on the fixed ferromagnetic layer;
A first oxide layer formed between the antiferromagnetic layer and the first nonmagnetic layer;
The first oxide layer is an oxide having conductivity in a stoichiometric composition, is formed so as to have conductivity, and is a ferromagnetic material or an antiferromagnetic material at a temperature below room temperature. .
請求項1又は2に記載の磁気抵抗効果素子において、
前記第1酸化物層は、前記固定強磁性体層に含まれている
磁気抵抗効果素子。
In the magnetoresistive effect element according to claim 1 or 2,
The first oxide layer is included in the fixed ferromagnetic layer.
請求項1又は2に記載の磁気抵抗効果素子において、
前記固定強磁性体層は、
前記反強磁性体層側に形成された第1固定強磁性体層と、
前記第1固定強磁性体層の前記第1非磁性体層側に形成された第2非磁性体層と、
前記第2非磁性体層の前記第1非磁性体層側に形成された第2固定強磁性体層と
を備える
磁気抵抗効果素子。
In the magnetoresistive effect element according to claim 1 or 2,
The fixed ferromagnetic layer is
A first pinned ferromagnetic layer formed on the antiferromagnetic layer side;
A second nonmagnetic layer formed on the first nonmagnetic layer side of the first pinned ferromagnetic layer;
A magnetoresistive effect element comprising: a second fixed ferromagnetic layer formed on the first nonmagnetic layer side of the second nonmagnetic layer.
請求項4に記載の磁気抵抗効果素子において、
前記第1酸化物層は、前記第2非磁性体層と前記反強磁性体層との間に形成されている
磁気抵抗効果素子。
In the magnetoresistive effect element according to claim 4,
The first oxide layer is formed between the second nonmagnetic material layer and the antiferromagnetic material layer.
請求項5に記載の磁気抵抗効果素子において、
前記第1酸化物層は、前記第1固定強磁性体層に含まれている
磁気抵抗効果素子。
The magnetoresistive effect element according to claim 5,
The first oxide layer is included in the first fixed ferromagnetic layer. Magnetoresistive element.
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子において、
前記第1酸化物層は、LaTiO、CeTiO、SrVO、La1−XSrVO、CaCrO、La1−XSrMnO、CaFeO、SrFeO、SrCoO、La1−XSrCoO、CaRuO、SrRuO、Ca1−XSrRuO、Ba5/6Sr1/6RuO、CrO、V2n−1、LaNiOで構成される群のうちから選択される少なくともひとつの材料で形成されている
磁気抵抗効果素子。
In the magnetoresistive effect element according to any one of claims 1 to 6,
Wherein the first oxide layer, LaTiO 3, CeTiO 3, SrVO 3, La 1-X Sr X VO 3, CaCrO 3, La 1-X Sr X MnO 3, CaFeO 3, SrFeO 3, SrCoO 3, La 1- composed of X Sr X CoO 3, CaRuO 3 , SrRuO 3, Ca 1-X Sr X RuO 3, Ba 5/6 Sr 1/6 RuO 3, CrO 2, V n O 2n-1, La 2 NiO 4 A magnetoresistive element formed of at least one material selected from the group.
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子において、
前記反強磁性体層がMnを含む合金である
磁気抵抗効果素子。
In the magnetoresistive effect element according to any one of claims 1 to 7,
A magnetoresistive effect element, wherein the antiferromagnetic material layer is an alloy containing Mn.
基板の上面側に反強磁性体層を形成する工程と、
前記反強磁性体層の上に第1酸化物層を含む固定強磁性体層を形成する工程と、
前記固定強磁性体層の上に第1非磁性体層を形成する工程と、
前記第1非磁性体層の上に自由強磁性体層を形成する工程と
を具備し、
前記第1酸化物層は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物で、導電性を有するように形成され、室温以下の温度で強磁性体又は反強磁性体である
磁気抵抗効果素子の製造方法。
Forming an antiferromagnetic layer on the upper surface side of the substrate;
Forming a fixed ferromagnetic layer including a first oxide layer on the antiferromagnetic layer;
Forming a first nonmagnetic layer on the fixed ferromagnetic layer;
Forming a free ferromagnetic layer on the first nonmagnetic layer, and
The first oxide layer is an oxide having conductivity in a stoichiometric composition, is formed so as to have conductivity, and is a ferromagnetic material or an antiferromagnetic material at a temperature below room temperature. Manufacturing method.
基板の上面側に自由強磁性体層を形成する工程と、
前記自由強磁性体層の上に第1非磁性体層を形成する工程と、
前記第1非磁性体層の上に第1酸化物層を含む固定強磁性体層を形成する工程と、
前記固定強磁性体層の上に反強磁性体層を形成する工程と
を具備し、
前記第1酸化物層は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物で、導電性を有するように形成され、室温以下の温度で強磁性体又は反強磁性体である
磁気抵抗効果素子の製造方法。
Forming a free ferromagnetic layer on the upper surface of the substrate;
Forming a first nonmagnetic layer on the free ferromagnetic layer;
Forming a fixed ferromagnetic layer including a first oxide layer on the first nonmagnetic layer;
Forming an antiferromagnetic layer on the fixed ferromagnetic layer, and
The first oxide layer is an oxide having conductivity in a stoichiometric composition, is formed so as to have conductivity, and is a ferromagnetic material or an antiferromagnetic material at a temperature below room temperature. Manufacturing method.
請求項9又は10に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記固定強磁性体層を形成する工程は、
前記反強磁性体層側に前記第1酸化物層を含む第1固定強磁性体層を形成する工程と、
前記第1固定強磁性体層の前記第1非磁性体層側に第2非磁性体層を形成する工程と、
前記第2非磁性体層の前記第1非磁性体層側に第2固定強磁性体層を形成する工程と
を備える
磁気抵抗効果素子の製造方法。
In the manufacturing method of the magnetoresistive effect element according to claim 9 or 10,
The step of forming the fixed ferromagnetic layer includes
Forming a first pinned ferromagnetic layer including the first oxide layer on the antiferromagnetic layer side;
Forming a second nonmagnetic layer on the first nonmagnetic layer side of the first pinned ferromagnetic layer;
Forming a second pinned ferromagnetic layer on the first nonmagnetic layer side of the second nonmagnetic layer. A method of manufacturing a magnetoresistive element.
請求項9乃至11のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記第1酸化物層は、LaTiO、CeTiO、SrVO、La1−XSrVO、CaCrO、La1−XSrMnO、CaFeO、SrFeO、SrCoO、La1−XSrCoO、CaRuO、SrRuO、Ca1−XSrRuO、Ba5/6Sr1/6RuO、CrO、V2n−1、LaNiOで構成される群のうちから選択される少なくともひとつの材料で形成されている
磁気抵抗効果素子の製造方法。
In the manufacturing method of the magneto-resistance effect element according to any one of claims 9 to 11,
Wherein the first oxide layer, LaTiO 3, CeTiO 3, SrVO 3, La 1-X Sr X VO 3, CaCrO 3, La 1-X Sr X MnO 3, CaFeO 3, SrFeO 3, SrCoO 3, La 1- composed of X Sr X CoO 3, CaRuO 3 , SrRuO 3, Ca 1-X Sr X RuO 3, Ba 5/6 Sr 1/6 RuO 3, CrO 2, V n O 2n-1, La 2 NiO 4 A method for manufacturing a magnetoresistive element, wherein the magnetoresistive element is made of at least one material selected from the group.
複数のメモリセルを具備し、
前記複数のメモリセルは、
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の一端に接続された選択スイッチと
を備える
磁気ランダムアクセスメモリ。
Comprising a plurality of memory cells;
The plurality of memory cells include
The magnetoresistive effect element according to any one of claims 1 to 8,
A magnetic random access memory comprising: a selection switch connected to one end of the magnetoresistive effect element.
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子を有し、前記磁気抵抗効果素子で磁気記録媒体の磁界を感知する再生部と、
前記再生部から所定のギャップだけ離れて設けられ、磁気記録媒体にデータを書き込む書込み部と
を具備する
磁気ヘッド。
A reproducing unit comprising the magnetoresistive element according to any one of claims 1 to 8, wherein the magnetoresistive element senses a magnetic field of a magnetic recording medium,
A magnetic head comprising: a writing unit that is provided apart from the reproducing unit by a predetermined gap and writes data to a magnetic recording medium.
データを保持する磁気記録媒体と、
前記磁気記録媒体にデータを記録し、又は、データを読み出す請求項14に記載の磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッドと磁気記録媒体とを駆動する駆動部と、
前記磁気記録媒体のデータの記録又は読み出しに関する信号処理を行う制御部と
を具備する
磁気記録装置。
A magnetic recording medium for holding data;
The magnetic head according to claim 14, wherein data is recorded on or read from the magnetic recording medium,
A drive unit for driving the magnetic head and the magnetic recording medium;
A magnetic recording apparatus comprising: a control unit that performs signal processing related to data recording or reading of the magnetic recording medium.
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の一端に接続された第1端子と、
前記磁気抵抗効果素子の他端に接続された第2端子と
を具備する
磁気センサ。
The magnetoresistive effect element according to any one of claims 1 to 8,
A first terminal connected to one end of the magnetoresistive element;
A magnetic sensor comprising: a second terminal connected to the other end of the magnetoresistive element.
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