JP2007305768A - トンネル磁気抵抗効果素子の製造方法、薄膜磁気ヘッドの製造方法及び磁気メモリの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高いＭＲ比を有すると共にピンホールの少ないバリア層を有する高品質のＴＭＲ膜を安定して得ることができるＴＭＲ素子の製造方法、薄膜磁気ヘッドの製造方法及び磁気メモリの製造方法を提供する。
【解決手段】強磁性層間にトンネルバリア層が挟設されてなるＴＭＲ素子の製造方法であって、トンネルバリア層を作製する工程が、強磁性層上に第１の金属材料膜を成膜し、成膜した第１の金属材料膜を酸化し、酸化して得た金属酸化膜上に第１の金属材料膜と同一金属材料の又は同一金属材料を主とする金属材料の第２の金属材料膜を成膜し、成膜した第２の金属材料膜を第１の金属材料膜の酸化時より低い酸素圧力で酸化することを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子の製造方法、ＴＭＲ素子を備えた薄膜磁気ヘッドの製造方法及び磁気メモリの製造方法に関する。

ＴＭＲ素子は、２つの強磁性層の間にトンネルバリア層を挟んだ強磁性トンネル接合構造を有し、一方の強磁性層のトンネルバリア層と接していない面に反強磁性層が配置されている。これにより、この一方の強磁性層は、反強磁性層との交換結合磁界により、この強磁性層の磁化が外部磁界に対して動きづらくした磁化固定層として働く。他方の強磁性層は、その磁化が外部磁界に対して変化しやすい磁化自由層として働く。このような構造により、外部磁界に対して２つの強磁性層の磁化の相対角度が変化する。磁化の相対角度によって、トンネルバリア層を介した電子のトンネル伝導確率が変動し、素子の抵抗が変化する。このようなＴＭＲ素子は、記録媒体からの磁界強度を検出する読出しヘッド素子として用いることも可能であり、また、磁気メモリである磁気ＲＡＭ（ＭＲＡＭ）セルとして使用することも可能である。

このＴＭＲ素子におけるトンネルバリア層の材料としては、一般的に、アルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）等の非晶質酸化物が用いられる（特許文献１）。

近年、マグネシウム（Ｍｇ）等の結晶質酸化物によるトンネルバリア層を用いたＴＭＲ素子が提案されている。Ｍｇ酸化物によるトンネルバリア層を用いたＴＭＲ素子は、ＡｌやＴｉ酸化物によるトンネルバリア層を用いたＴＭＲ素子に比して、より大きなＭＲ比（磁気抵抗変化率）を得ることができる。（特許文献２）。

特開２００２−２３２０４０号公報 特開２００６−０８０１１６号公報

結晶質Ｍｇ酸化物によるトンネルバリア層は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のターゲットを用いた高周波（ＲＦ）スパッタで形成する方法が一般的である。しかしながら、ＭｇＯターゲットを用いた場合、基板内のＭｇＯ膜の膜厚分布に基づく抵抗のばらつき、ＲＦスパッタによるＭｇＯ膜の成膜速度の変動等に起因して、基板間の抵抗ばらつきがどうしても生じてしまう。

このような不都合を解消するため、Ｍｇ膜を成膜後、酸化処理によりＭｇＯ膜を形成することが試みられている。この場合、ＭｇＯ膜上に形成される磁化自由層の磁性層が酸化されてしまうことを抑制する目的で、ＭｇＯ膜の上にＭｇ膜を成膜することが有利である。磁性層の酸化が抑制されることによって高いＭＲ比を得られることができる。

しかしながら、後に成膜したＭｇ膜は酸化が不充分であり、金属的な部分が残存しているため、ＭｇＯバリアとしての特性を充分に得ることができない。

なお、特許文献１には、Ａｌ膜を成膜後、酸化処理によって酸化アルミニウム（ＡｌＯ_Ｘ）膜とし、その上にＡｌ膜を成膜した後、酸化処理によってＡｌＯ_Ｘ膜として酸化アルミニウムによるトンネルバリア層を得ることが記載されており、Ａｌの代わりにＭｇを用いても良い旨が記載されているが、実際にＭｇを用いて酸化処理する点については全く開示がない。また、２回の酸化処理をどのような条件で行うかについても何ら記載されていない。

本発明の目的は、高いＭＲ比を有すると共にピンホールの少ないバリア層を有する高品質のＴＭＲ膜を安定して得ることができるＴＭＲ素子の製造方法、薄膜磁気ヘッドの製造方法及び磁気メモリの製造方法を提供することにある。

本発明によれば、強磁性層間にトンネルバリア層が挟設されてなるＴＭＲ素子の製造方法であって、トンネルバリア層を作製する工程が、強磁性層上に第１の金属材料膜を成膜し、成膜した第１の金属材料膜を酸化し、酸化して得た金属酸化膜上に第１の金属材料膜と同一金属材料の又は同一金属材料を主とする金属材料の第２の金属材料膜を成膜し、成膜した第２の金属材料膜を第１の金属材料膜の酸化時より低い酸素圧力で酸化することを含むＴＭＲ素子の製造方法が提供される。

第１の金属酸化膜上に磁化自由層を直接積層すると、その磁性層が酸化されてしまうので、これを抑制する目的で、第１の金属酸化膜上に第２の金属材料膜を成膜することが行なわれる。これにより、磁性層の酸化が抑制されることによってＭＲ比を高めることができる。しかしながら、後に成膜した第２の金属材料膜に金属的な部分が残存していると、トンネルバリア層としての特性を充分に得ることができない。そこで、この第２の金属材料層をも酸化するわけであるが、その酸化処理を、その上に形成される磁化自由層の磁性層への酸化の影響がない程度の弱い酸化とする。即ち、第１の金属材料膜の酸化時より低い酸素圧力で酸化する。これによって、磁化自由層の磁性層へ影響させることなく、この第２の金属材料膜をも酸化させて第２の金属酸化膜とすることにより、バリア層のピンホールが減少し、ＴＭＲ読出しヘッド素子のＭＲ比を大幅に増大させることができる。

金属材料がＭｇ又はＭｇを含む金属材料であることが好ましい。

第１の金属材料膜の酸化及び／又は第２の金属材料膜の酸化が、フロー酸化によって酸化するものであることが好ましい。

第１の金属材料膜の酸化及び／又は第２の金属材料膜の酸化が、酸化チャンバ内での自然酸化によって酸化するものであることも好ましい。

本発明によれば、さらに、上述の製造方法を用いて読出し磁気ヘッド素子を作製する薄膜磁気ヘッドの製造方法及びセルを作製する磁気メモリの製造方法が提供される。

本発明によれば、高いＭＲ比を有すると共にピンホールの少ないバリア層を有する高品質のＴＭＲ膜を安定して得ることが可能となる。

図１は本発明の一実施形態として薄膜磁気ヘッドの製造工程を説明するフロー図であり、図２は図１の実施形態によって製造される薄膜磁気ヘッドの構成を概略的に示す断面図であり、図３は図１の製造工程において、読出しヘッド素子の製造工程の部分をより詳しく説明するフロー図であり、図４は図２の薄膜磁気ヘッドにおける読出しヘッド素子部分の構成を概略的に示す断面図である。ただし、図２は薄膜磁気ヘッドの浮上面（ＡＢＳ）及びトラック幅方向と垂直な平面による断面を示しており、図４はＡＢＳ方向から見た断面を示している。

図１及び図２に示すように、まず、アルティック（ＡｌＴｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣ）等の導電性材料から形成された基板（ウエハ）１０を用意し、この基板１０上に、例えばスパッタ法によって、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）又は酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）等の絶縁材料からなる厚さ０.０５〜１０μｍ程度の下地絶縁層１１を成膜する（ステップＳ１）。

次いで、この下地絶縁層１１上に、下部電極層を兼用する下部シールド層（ＳＦ）１２、ＴＭＲ積層体１３、絶縁層１４、磁区制御用バイアス層１５（図４参照）及び上部電極層を兼用する上部シールド層（ＳＳ１）１６を含むＴＭＲ読出しヘッド素子を形成する（ステップＳ２）。このＴＭＲ読出しヘッド素子の製造工程については、後に詳述する。

次いで、このＴＭＲ読出しヘッド素子上に非磁性中間層１７を形成する（ステップＳ３）。非磁性中間層１７は、例えばスパッタ法、化学気相成長（ＣＶＤ）法等によって、例えばＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又はダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の絶縁材料又はＴｉ、タンタル（Ｔａ）又は白金（Ｐｔ）等の金属材料を０.１〜０.５μｍ程度の厚さに形成される層である。この非磁性中間層１７は、ＴＭＲ読出しヘッド素子とその上に形成するインダクティブ書込みヘッド素子とを分離するためのものである。

その後、この非磁性中間層１７上に、絶縁層１８、バッキングコイル層１９、バッキングコイル絶縁層２０、主磁極層２１、絶縁ギャップ層２２、書込みコイル層２３、書込みコイル絶縁層２４及び補助磁極層２５を含むインダクティブ書込みヘッド素子を形成する（ステップＳ４）。本実施形態では、垂直磁気記録構造のインダクティブ書込みヘッド素子を用いているが、水平又は面内磁気記録構造のインダクティブ書込みヘッド素子を用いても良いことは明らかである。また、垂直磁気記録構造のインダクティブ書込みヘッド素子として、図２に示した構造以外にも種々の構造が適用可能であることも明らかである。

絶縁層１８は、非磁性中間層１７上に例えばＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２等の絶縁材料を例えばスパッタ法等によって成膜することによって形成される層であり、必要に応じて、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）等によって表面が平坦化される。この絶縁層１８上には、バッキングコイル層１９が例えばフレームめっき法等によって、例えばＣｕ等の導電材料を１〜５μｍ程度の厚さに形成される。このバッキングコイル層１９は、隣接トラック消去（ＡＴＥ）を回避するべく書込み磁束を誘導するためのものである。バッキングコイル絶縁層２０は、バッキングコイル層１９を覆うように、例えばフォトリソグラフィ法等によって、例えば熱硬化されたノボラック系等のレジストにより厚さ０.５〜７μｍ程度で形成される。

バッキングコイル絶縁層２０上には、主磁極層２１が形成される。この主磁極層２１は、書込みコイル層２３によって誘導された磁束を、書込みがなされる磁気ディスクの垂直磁気記録層まで収束させながら導くための磁路であり、例えばフレームめっき法等によって、例えばＦｅＡｌＳｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＮ、ＦｅＺｒＮ、ＦｅＴａＮ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ等の金属磁性材料又はこれらの材料からなる多層膜として、厚さ０.５〜３μｍ程度に形成される。

主磁極層２１上には、例えばＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２等の絶縁膜を例えばスパッタ法等によって成膜することによって絶縁ギャップ層２２が形成され、この絶縁ギャップ層２２上には、厚さ０.５〜７μｍ程度の例えば熱硬化されたノボラック系等のレジストからなる書込みコイル絶縁層２４が形成されており、その内部に、例えばフレームめっき法等によって、例えばＣｕ等の導電材料を１〜５μｍ程度の厚さの書込みコイル層２３が形成されている。

この書込みコイル絶縁層２４覆うように、例えばＦｅＡｌＳｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＮ、ＦｅＺｒＮ、ＦｅＴａＮ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ等の金属磁性材料、又はこれらの材料の多層膜からなる厚さ０.５〜３μｍ程度の補助磁極層２５が例えばフレームめっき法等によって形成される。この補助磁極層２５は、リターンヨークを構成している。

次いで、このインダクティブ書込みヘッド素子上に保護層２６を形成する（ステップＳ５）。保護層２６は、例えばスパッタ法等によって、例えばＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２等を成膜することによって形成する。

これによって、薄膜磁気ヘッドのウエハ工程が終了する。ウエハ工程以後の薄膜磁気ヘッドの製造工程、例えば加工工程等は、周知であるため、説明を省略する。

次に、ＴＭＲ読出しヘッド素子の製造工程について、図３及び図４を用いて詳しく説明する。

まず、下地絶縁層１１上に、例えばフレームめっき法等によって、例えばＦｅＡｌＳｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＮ、ＦｅＺｒＮ、ＦｅＴａＮ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ等の金属磁性材料からなる厚さ０.１〜３μｍ程度の下部電極層を兼用する下部シールド層（ＳＦ）１２を形成する（ステップＳ２０）。

次いで、この下部シールド層１２上に、多層下地膜１３０となる例えばＴａ、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、Ｔｉ、モリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）等からなる厚さ０．５〜５ｎｍ程度の第１の下地膜１３０ａ、及び例えばＮｉＣｒ、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ、Ｒｕ等からなる厚さ１〜５ｎｍ程度の第２の下地膜１３０ｂをスパッタリング法等によって成膜し、さらに、例えばＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＲｕＲｈＭｎ等からなる厚さ５〜１５ｎｍ程度の反強磁性膜１３１ａと、例えばＣｏＦｅ等からなる厚さ１〜５ｎｍ程度の第１の強磁性膜１３１ｂと、例えばルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、クロム（Ｃｒ）、レニウム（Ｒｅ）及び銅（Ｃｕ）等のうちの１つ又は２つ以上の合金からなる厚さ０.８ｎｍ程度の非磁性膜１３１ｃと、例えばＣｏＦｅＢ等からなる厚さ１〜３ｎｍ程度の強磁性膜及び例えばＣｏＦｅ等からなる厚さ０．２〜３ｎｍ程度の強磁性膜との２層構造による第２の強磁性膜１３１ｄとを順次、スパッタリング法等によって成膜する（ステップＳ２１）。反強磁性膜１３１ａ、第１の強磁性膜１３１ｂ、非磁性膜１３１ｃ及び第２の強磁性膜１３１ｄは、シンセティック型磁化固定層１３１を構成する。

次いで、形成された第２の強磁性膜１３１ｄ上に、厚さ０.３〜１ｎｍ程度の第１の金属膜、本実施形態では０．８ｎｍ厚のＭｇ膜又はＭｇを含む膜である第１のＭｇ膜１３２ａを、スパッタリング法等によって成膜する（ステップＳ２２）。

次いで、この積層膜を酸化チャンバに搬送し、この第１のＭｇ膜１３２ａを酸化する（ステップＳ２３）。この酸化処理は、真空封じした酸化チャンバ内に所定の圧力になるまでＯ_２ガスのみ、又はＯ_２ガスと清浄化ガスとを導入して酸化処理する、いわゆる自然酸化処理であっても良いし、酸化チャンバを真空ポンプで排気している状態でＯ_２ガスのみ、又はＯ_２ガスと清浄化ガスとを導入しながら多量のプロセスガスで酸化処理を行うフロー酸化処理であっても良い。清浄化ガスは、酸化に寄与しないガスであり、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス若しくはキセノン（Ｘｅ）ガス等を含む希ガス、窒素（Ｎ_２）ガス及び水素（Ｈ_２）ガス等の少なくとも１種類からなるものである。この酸化処理により、トンネルバリア層の一部となる第１の酸化Ｍｇ膜１３２ａ′が形成される。

次いで、トンネルバリア層上に形成される強磁性膜（磁化自由層）がこの第１の酸化Ｍｇ膜１３２ａ′によって酸化されるのを抑制するために、第１のＭｇ膜１３２ａと同一材料又は同一材料を主とする金属材料による金属膜、本実施形態では０．３ｎｍ厚の第２のＭｇ膜１３２ｂをさらにスパッタリング法等によって成膜する（ステップＳ２４）。

次いで、この積層膜を酸化チャンバに搬送し、この第２のＭｇ膜１３２ｂを酸化する（ステップＳ２５）。この酸化処理は、真空封じした酸化チャンバ内に所定の圧力になるまでＯ_２ガスのみ、又はＯ_２ガスと清浄化ガスとを導入して酸化処理する、いわゆる自然酸化処理であっても良いし、酸化チャンバを真空ポンプで排気している状態でＯ_２ガスのみ、又はＯ_２ガスと清浄化ガスとを導入しながら多量のプロセスガスで酸化処理を行うフロー酸化処理であっても良い。清浄化ガスは、酸化に寄与しないガスであり、例えばＨｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス若しくはＸｅガスを含む希ガス、Ｎ_２ガス及びＨ_２ガス等の少なくとも１種類からなるものである。この酸化処理により、トンネルバリア層の残りの一部となる第２の酸化Ｍｇ膜１３２ｂ′が形成され、最終的にトンネルバリア層１３２が形成される。

本実施形態において重要な点は、第２のＭｇ膜１３２ｂに関する２回目の酸化処理の酸素圧力を第１のＭｇ膜１３２ａに関する１回目の酸化処理の酸素圧力より低い値とすることである。即ち、２回目の酸化処理を、トンネルバリア層１３２上に形成される磁化自由層の磁性層への酸化の影響がない程度の弱い酸化とすることで、第２のＭｇ膜１３２ｂをも酸化させて第２の酸化Ｍｇ膜１３２ｂ′とすることにより、ＴＭＲ読出しヘッド素子のＭＲ比を増大させているのである。

単なる一例であるが、１回目の酸化処理におけるＯ_２ガスの圧力を６．２Ｅ−０２（Ｐａ）、２回目の酸化処理におけるＯ_２ガスの圧力をこれより大幅に低い１．０Ｅ−０４（Ｐａ）とすることにより、ＭＲ比をかなりの程度高めることができる。

なお、トンネルバリア層の材料として、Ｍｇに代えて、Ｔｉ、Ｔａ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｈｆ、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ケイ素（Ｓｉ）又は亜鉛（Ｚｎ）等を用いても良い。

次いで、このように形成されたトンネルバリア層１３２上に、例えばＣｏＦｅ等からなる厚さ１ｎｍ程度の高分極率膜１３３ａと、例えばＮｉＦｅ等からなる厚さ２〜６ｎｍ程度の軟磁性膜１３３ｂとを順次、スパッタリング法等によって成膜し、磁化自由層１３３を形成する（ステップＳ２６）。

次いで、例えばＴａ、Ｒｕ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃｒ又はＷ等からなり、１層又は２層以上からなる厚さ１〜２０ｎｍ程度のキャップ層１３４をスパッタリング法等によって成膜する（ステップＳ２７）。以上で、ＴＭＲ多層膜が作製される。

磁化固定層１３１、トンネルバリア層１３２及び磁化自由層１３３からなる感磁部を構成する各膜の態様は、以上に述べたものに限定されることなく、種々の材料及び膜厚が適用可能である。例えば、磁化固定層１３１においては、反強磁性膜を除く３つの膜からなる３層構造の他に、強磁性膜からなる単層構造又はその他の層数の多層構造を採用することもできる。さらに、磁化自由層１３３においても、２層構造の他に、高分極率膜の存在しない単層構造、又は磁歪調整用の膜を含む３層以上の多層構造を採用することも可能である。またさらに、感磁部において、磁化固定層、トンネルバリア層及び磁化自由層が、逆順に、すなわち、磁化自由層、トンネルバリア層、磁化固定層の順に積層されていてもよい。ただし、この場合、磁化固定層内の反強磁性膜は最上の位置となる。

次いで、ＴＭＲ多層膜上に、例えばリフトオフ用のレジストパターンをなすレジストを形成し、このレジストをマスクとし、ＴＭＲ多層膜に対して、例えば、Ａｒイオンによるイオンビームエッチングを行うことによって、ＴＭＲ積層体１３５が形成される（ステップＳ２８）。

ＴＭＲ積層体１３５が形成された後、例えばＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２等からなる厚さ３〜２０ｎｍ程度の絶縁層１３６と、その上に例えばＴａ、Ｒｕ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒ又はＷ等からなるバイアス下地層、その上に例えばＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＰｔ等からなる磁化自由層の磁区制御用バイアス層１３７とを順次、スパッタリング法等によって成膜し、その後、リフトオフによって、レジストを剥離して磁区制御用バイアス層１５を形成する（ステップＳ２９）。

次いで、フォトリソグラフィ法等によってＴＭＲ積層体１３５をさらにパターニングして最終的なＴＭＲ積層体１３を得、さらに、スパッタリング法、イオンビームスパッタリング法等によって、絶縁層１４が成膜される（ステップＳ３０）。

次いで、絶縁層１４上及びＴＭＲ積層体１３上に、例えばフレームめっき法等によって、例えばＦｅＡｌＳｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＮ、ＦｅＺｒＮ、ＦｅＴａＮ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ等の金属磁性材料、又はこれらの材料からなる多層膜からなる厚さ０.５〜３μｍ程度の上部電極層を兼用する上部シールド層（ＳＳ１）１６を形成する（ステップＳ３１）。以上の工程によって、ＴＭＲ読出しヘッド素子の形成を完了する。

以下、本実施形態におけるトンネルバリア層作製時の２回の酸化処理について説明する。

実際に、前述した実施形態と同様な方法により第１のＭｇ膜１３２ａを成膜し、この第１のＭｇ膜１３２ａの酸化処理、即ち１回目の酸化処理、におけるＯ_２ガスの圧力を６．２Ｅ−０２（Ｐａ）として酸化し、その上に第２のＭｇ膜１３２ｂを成膜してこの第２のＭｇ膜１３２ｂの酸化処理を行なわない場合（２回目の酸化処理無し）のＴＭＲ積層体のＭＲ比を測定した。さらに、第２のＭｇ膜１３２ｂを成膜した後、この第２のＭｇ膜１３２ｂの酸化処理、即ち２回目の酸化処理、におけるＯ_２ガスの圧力を１回目の酸化処理の圧力より低い１．０Ｅ−０４（Ｐａ）として酸化した場合（２回目の酸化処理有り）のＴＭＲ積層体のＭＲ比を測定した。その結果が図５に示されている。ただし、図５において横軸は素子抵抗ＲＡであり、この素子抵抗ＲＡは１回目の酸化処理における酸化時間を変えて変化させた。

同図から分かるように、２回目の酸化処理を行うことによって、同じ素子抵抗ＲＡを有するＴＭＲ素子においても、ＭＲ比が増大している。これは、磁化自由層１３３を酸化させない程度に弱い酸素圧力で第２のＭｇ膜１３２ｂを酸化することにより、この第２のＭｇ膜１３２ｂにおける金属Ｍｇ部分をなくし、全て第２の酸化Ｍｇ膜１３２ｂ′としているためである。弱い酸化を行なっているので、磁化自由層１３３には酸化の影響がない。しかしながら、この２回目の酸化処理により磁化自由層１３３への酸化の影響が心配される場合には、第２の酸化Ｍｇ膜１３２ｂ′上にさらにＭｇ膜を成膜しても良い。

トンネルバリア層の質を評価する方法として、ＴＭＲ素子の破壊電圧を測定する方法がある。トンネルバリア層に存在するピンホール密度に対してＴＭＲ素子の面積が十分に小さい場合、同一基板内に作製したＴＭＲ素子であってもピンホールの有無が生じ、その破壊電圧は２つのグループに分かれる。ピンホールの分布がポアソン分布に従うとすると、その破壊電圧が高いＴＭＲ素子は、トンネルバリア層内にピンホールが存在しないＴＭＲ素子と考えられ、その割合とＴＭＲ素子の面積とからピンホール密度を見積ることができる。

第２のＭｇ膜１３２ｂに対しての２回目の酸化処理を行なわない場合と、行なった場合とにおけるＴＭＲ素子の素子抵抗ＲＡ、ＭＲ比及びピンホール密度Ｄを求めた結果を表１に示す。

表１から、２回目の酸化処理を行うことで、ＭＲ比の増加のみならず、ピンホール密度Ｄが大幅に低減していることが分かる。従って、２回目の酸化処理により酸化Ｍｇバリア層のピンホールが低減したことにより、バリアの質が向上してＭＲ比が増加したと考えられる。

以上説明したように、第１の酸化Ｍｇ膜１３２ａ′上に磁化自由層１３３を直接積層すると、その磁性層が酸化されてしまうので、これを抑制する目的で、第１の酸化Ｍｇ膜１３２ａ′上に第２のＭｇ膜１３２ｂを成膜することが行なわれる。これにより、磁性層の酸化が抑制されることによってＭＲ比を高めることができる。しかしながら、後に成膜した第２のＭｇ膜１３２ｂに金属的な部分が残存していると、トンネルバリア層としての特性を充分に得ることができない。そこで、この第２のＭｇ層１３２ｂをも酸化するわけであるが、本実施形態においては、その酸化処理を、その上に形成される磁化自由層１３３の磁性層への酸化の影響がない程度の弱い酸化とする。即ち、第１のＭｇ膜１３２ａの酸化時より低い酸素圧力で酸化する。これによって、磁化自由層１３３の磁性層へ影響させることなく、この第２のＭｇ膜１３２ｂをも酸化させて第２の酸化Ｍｇ膜１３２ｂ′とすることにより、ＴＭＲ読出しヘッド素子のＭＲ比を大幅に増大させることができる。

なお、上述した実施形態は、ＴＭＲ素子を読出しヘッド素子とした薄膜磁気ヘッドの製造方法について説明したが、本発明は、磁気メモリの製造、例えばＭＲＡＭセルの製造、を行う場合にも同様に適用できる。ＭＲＡＭセルは、例えばビット線となる下部導体層上に、磁化固定層、トンネルバリア層、磁化自由層、例えばワード線となる上部導体層を順次積層したＴＭＲ構造を有するものである。

以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

本発明の一実施形態として薄膜磁気ヘッドの製造工程を説明するフロー図である。 図１の実施形態によって製造される薄膜磁気ヘッドの構成を概略的に示す断面図である。 図１の製造工程において、読出しヘッド素子の製造工程の部分をより詳しく説明するフロー図である。 図２の薄膜磁気ヘッドにおける読出しヘッド素子部分の構成を概略的に示す断面図である。 １回目の酸化処理のみ及び２回目の酸化処理をも行なった場合の素子抵抗ＲＡに対するＭＲ比の関係を示す特性図である。

符号の説明

１０ 基板
１１ 下地絶縁層
１２ 下部シールド層
１３ ＴＭＲ積層体
１４、１８、１３６ 絶縁層
１５ 磁区制御用バイアス層
１６ 上部シールド層
１７ 非磁性中間層
１９ バッキングコイル層
２０ バッキングコイル絶縁層
２１ 主磁極層
２２ 絶縁ギャップ層
２３ 書込みコイル層
２４ 書込みコイル絶縁層
２４ 補助磁極層
２６ 保護層
１３０ 多層下地膜
１３０ａ 第１の下地膜
１３０ｂ 第２の下地膜
１３１ シンセティック型磁化固定層
１３１ａ 反強磁性膜
１３１ｂ 第１の強磁性膜
１３１ｃ 非磁性膜
１３１ｄ 第２の強磁性膜
１３２ トンネルバリア層
１３２ａ 第１のＭｇ膜
１３２ａ′ 第１の酸化Ｍｇ膜
１３２ｂ 第２のＭｇ膜
１３２ｂ′ 第２の酸化Ｍｇ膜
１３３ 磁化自由層
１３３ａ 高分極率膜
１３３ｂ 軟磁性膜
１３４ キャップ層
１３５ ＴＭＲ積層体

Claims (6)

1. 強磁性層間にトンネルバリア層が挟設されてなるトンネル磁気抵抗効果素子の製造方法であって、前記トンネルバリア層を作製する工程が、前記強磁性層上に第１の金属材料膜を成膜し、該成膜した第１の金属材料膜を酸化し、該酸化して得た金属酸化膜上に前記第１の金属材料膜と同一金属材料の又は同一金属材料を主とする金属材料の第２の金属材料膜を成膜し、該成膜した第２の金属材料膜を前記第１の金属材料膜の酸化時より低い酸素圧力で酸化することを含むことを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子の製造方法。
2. 前記金属材料がマグネシウム又はマグネシウムを含む金属材料であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 前記第１の金属材料膜の酸化及び／又は前記第２の金属材料膜の酸化が、フロー酸化によって酸化するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
4. 前記第１の金属材料膜の酸化及び／又は前記第２の金属材料膜の酸化が、酸化チャンバ内での自然酸化によって酸化するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の製造方法を用いて読出し磁気ヘッド素子を作製することを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
6. 請求項１から４のいずれか１項に記載の製造方法を用いてセルを作製することを特徴とする磁気メモリの製造方法。

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