JP2008227297A - トンネル型磁気検出素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 特に、絶縁障壁層にMg−Oを用いたトンネル型磁気検出素子において、抵抗変化率(ΔR/R)を従来に比べて効果的に向上させることが可能なトンネル型磁気検出素子及びその製造方法を提供することを目的としている。
【解決手段】 フリー磁性層6は、Mg−Oの絶縁障壁層5上に、下からCo−FeあるいはFeで形成された第1磁性層6a、及びCo−Fe−BあるいはFe−Bで形成された第2磁性層6bの積層構造で形成される。これにより、従来に比べて、効果的に抵抗変化率(ΔR/R)を向上させることが可能である。
【選択図】 図1
【解決手段】 フリー磁性層6は、Mg−Oの絶縁障壁層5上に、下からCo−FeあるいはFeで形成された第1磁性層6a、及びCo−Fe−BあるいはFe−Bで形成された第2磁性層6bの積層構造で形成される。これにより、従来に比べて、効果的に抵抗変化率(ΔR/R)を向上させることが可能である。
【選択図】 図1
Description
本発明は、特に、絶縁障壁層にMg−Oを用いたトンネル型磁気検出素子において、抵抗変化率(ΔR/R)を従来に比べて効果的に向上させることが可能なトンネル型磁気検出素子及びその製造方法に関する。
トンネル型磁気検出素子(TMR素子)は、トンネル効果を利用して抵抗変化するものであり、固定磁性層の磁化と、フリー磁性層の磁化とが反平行のとき、前記固定磁性層とフリー磁性層との間に設けられた絶縁障壁層(トンネル障壁層)を介してトンネル電流が流れにくくなって、抵抗値は最大になり、一方、前記固定磁性層の磁化とフリー磁性層の磁化が平行のとき、最も前記トンネル電流は流れ易くなり抵抗値は最小になる。
この原理を利用して、外部磁界の影響を受けてフリー磁性層の磁化が変動することにより変化する電気抵抗を電圧変化としてとらえ、記録媒体からの漏れ磁界が検出されるようになっている。
特開2004−179667号公報
特開2002−141583号公報
特開2005−197764号公報
ところで、前記絶縁障壁層の材質を変えると、抵抗変化率(ΔR/R)に代表される特性が変わってしまうため、前記絶縁障壁層の材質ごとに研究を行うことが必要であった。
例えば、前記絶縁障壁層をMg−Oで形成した場合、従来では、フリー磁性層を、NiFe層と、前記NiFe層と絶縁障壁層との間に介在するCoFe層との積層構造で形成していた。
しかし上記の構成では、十分な抵抗変化率(ΔR/R)を得ることができなかった。高記録密度化に適切に対応するには、更に抵抗変化率(ΔR/R)を向上させることが必要であった。
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、絶縁障壁層にMg−Oを用いたトンネル型磁気検出素子において、抵抗変化率(ΔR/R)を従来に比べて効果的に向上させることが可能なトンネル型磁気検出素子及びその製造方法を提供することを目的としている。
本発明におけるトンネル型磁気検出素子は、
下から固定磁性層、絶縁障壁層、及び、フリー磁性層の順に、あるいは、下からフリー磁性層、絶縁障壁層、及び、固定磁性層の順に形成され、
前記絶縁障壁層は、Mg−Oで形成され、
前記フリー磁性層は、前記絶縁障壁層に接するCo−FeあるいはFeで形成された第1磁性領域と、前記第1磁性領域を挟んで前記絶縁障壁層から離れて位置し、前記第1磁性領域に接するCo−Fe−BあるいはFe−Bで形成された第2磁性領域とを有して構成されることを特徴とするものである。
下から固定磁性層、絶縁障壁層、及び、フリー磁性層の順に、あるいは、下からフリー磁性層、絶縁障壁層、及び、固定磁性層の順に形成され、
前記絶縁障壁層は、Mg−Oで形成され、
前記フリー磁性層は、前記絶縁障壁層に接するCo−FeあるいはFeで形成された第1磁性領域と、前記第1磁性領域を挟んで前記絶縁障壁層から離れて位置し、前記第1磁性領域に接するCo−Fe−BあるいはFe−Bで形成された第2磁性領域とを有して構成されることを特徴とするものである。
本発明では、前記第2磁性領域には、前記絶縁障壁層との界面方向に向けて、徐々にB濃度が減少する組成変調領域が存在することが好ましい。
あるいは本発明におけるトンネル型磁気検出素子は、
下から固定磁性層、絶縁障壁層、及び、フリー磁性層の順に、あるいは、下からフリー磁性層、絶縁障壁層、及び、固定磁性層の順に形成され、
前記絶縁障壁層は、Mg−Oで形成され、
前記フリー磁性層はCo−Fe−BあるいはFe−Bで形成された磁性領域を有し、前記磁性領域は前記絶縁障壁層と接しており、
前記磁性領域でのB濃度は、前記絶縁障壁層との界面側のほうが、前記界面と逆面側に比べて小さいことを特徴とするものである。
下から固定磁性層、絶縁障壁層、及び、フリー磁性層の順に、あるいは、下からフリー磁性層、絶縁障壁層、及び、固定磁性層の順に形成され、
前記絶縁障壁層は、Mg−Oで形成され、
前記フリー磁性層はCo−Fe−BあるいはFe−Bで形成された磁性領域を有し、前記磁性領域は前記絶縁障壁層と接しており、
前記磁性領域でのB濃度は、前記絶縁障壁層との界面側のほうが、前記界面と逆面側に比べて小さいことを特徴とするものである。
本発明では、前記磁性領域には、前記絶縁障壁層との界面方向に向けて、徐々にB濃度が減少する組成変調領域が存在することが好ましい。
また本発明では、前記フリー磁性層の少なくとも一部は、前記絶縁障壁層に接するCo−FeあるいはFeで形成された第1磁性層と、前記第1磁性層を挟んで前記絶縁障壁層から離れて位置し、前記第1磁性層に接するCo−Fe−BあるいはFe−Bで形成された第2磁性層との積層構造の前記第1磁性層と前記第2磁性層の界面にて元素拡散が生じたものであることが好ましい。
または本発明におけるトンネル型磁気検出素子は、
下から固定磁性層、絶縁障壁層、及び、フリー磁性層の順に、あるいは、下からフリー磁性層、絶縁障壁層、及び、固定磁性層の順に形成され、
前記絶縁障壁層は、Mg−Oで形成され、
前記フリー磁性層は、前記絶縁障壁層に接するCo−FeあるいはFeで形成された第1磁性層と、前記第1磁性層を挟んで前記絶縁障壁層から離れて位置し、前記第1磁性層に接するCo−Fe−BあるいはFe−Bで形成された第2磁性層とを有して構成されることを特徴とするものである。
下から固定磁性層、絶縁障壁層、及び、フリー磁性層の順に、あるいは、下からフリー磁性層、絶縁障壁層、及び、固定磁性層の順に形成され、
前記絶縁障壁層は、Mg−Oで形成され、
前記フリー磁性層は、前記絶縁障壁層に接するCo−FeあるいはFeで形成された第1磁性層と、前記第1磁性層を挟んで前記絶縁障壁層から離れて位置し、前記第1磁性層に接するCo−Fe−BあるいはFe−Bで形成された第2磁性層とを有して構成されることを特徴とするものである。
本発明では、上記により、絶縁障壁層がMg−Oで形成されたトンネル型磁気検出素子において、フリー磁性層を、CoFe層とNiFe層との積層構造(CoFe層は絶縁障壁層と接する側に形成)で形成した従来例に比べて十分に高い抵抗変化率(ΔR/R)を得られることがわかった。また、フリー磁性層をCo−Feの単層で形成したものや、前記フリー磁性層をCo−Fe−Bの単層で形成した参考例に比べて、大きい抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが出来ることがわかった。
本発明では、前記第1磁性層の平均膜厚と第2磁性層の平均膜厚を足した総合膜厚は、15Å以上で80Å以下の平均膜厚で形成され、前記第1磁性層は、5Å以上で30Å以下の平均膜厚で形成され、前記第2磁性層は5Å以上の平均膜厚で形成されることが好ましい。これにより、安定して高い抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが出来る。
また本発明では、前記第1磁性層の平均膜厚と第2磁性層の平均膜厚を足した総合膜厚は、20Å以上で60Å以下の平均膜厚で形成されることがより好ましい。
また前記第1磁性層は、10Å以上20Å以下の平均膜厚で形成されることがより好ましい。
また前記第2磁性層は、10Å以上の平均膜厚で形成されることがより好ましい。
これにより、より安定して高い抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが出来る。
これにより、より安定して高い抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが出来る。
また本発明では、前記フリー磁性層と前記絶縁障壁層との界面は、膜面と平行な面に、代表的に{100}面として表される等価な結晶面が優先配向していることが好ましい。また本発明では、前記固定磁性層と前記絶縁障壁層との界面は、膜面と平行な面に、代表的に{100}面として表される等価な結晶面が優先配向していることが好ましい。これにより高い抵抗変化率(ΔR/R)を得ることができ好適である。
また本発明では、下から固定磁性層、絶縁障壁層、及び、フリー磁性層の順に形成され、前記固定磁性層は、少なくとも前記絶縁障壁層と接する部分がCo−Fe−BあるいはFe−Bで形成されることが、高い抵抗変化率(ΔR/R)を得る上で好適である。
本発明は、下から固定磁性層、絶縁障壁層、及び、フリー磁性層の順に積層した積層部分を有してなるトンネル型磁気検出素子の製造方法において、
(a) 前記固定磁性層上に、Mg−Oから成る前記絶縁障壁層を形成する工程、
(b) 前記絶縁障壁層上に、前記フリー磁性層を、下から順に、Co−FeあるいはFeからなり、前記絶縁障壁層上に接する第1磁性層と、Co−Fe−BあるいはFe−Bからなり、前記第1磁性層上に接する第2磁性層の積層部分を有して形成する工程、
(c) 熱処理を行う工程、
を有することを特徴とするものである。
(a) 前記固定磁性層上に、Mg−Oから成る前記絶縁障壁層を形成する工程、
(b) 前記絶縁障壁層上に、前記フリー磁性層を、下から順に、Co−FeあるいはFeからなり、前記絶縁障壁層上に接する第1磁性層と、Co−Fe−BあるいはFe−Bからなり、前記第1磁性層上に接する第2磁性層の積層部分を有して形成する工程、
(c) 熱処理を行う工程、
を有することを特徴とするものである。
本発明では、前記(a)工程において、前記固定磁性層の少なくとも前記絶縁障壁層と接する部分を、Co−Fe−BあるいはFe−Bで形成することが好ましい。
あるいは本発明は、下からフリー磁性層、絶縁障壁層、及び、固定磁性層の順に積層した積層部分を有してなるトンネル型磁気検出素子の製造方法において、
(d)前記フリー磁性層を、下から順に、Co−Fe−BあるいはFe−Bで形成された第2磁性層と、Co−FeあるいはFeからなり、前記第2磁性層上に接する第1磁性層の積層部分を有して形成する工程、
(e) 前記第1磁性層上に、Mg−Oから成る前記絶縁障壁層を接して形成し、前記絶縁障壁層上に前記固定磁性層を形成する工程、
(f) 熱処理を行う工程、
を有することを特徴とするものである。
(d)前記フリー磁性層を、下から順に、Co−Fe−BあるいはFe−Bで形成された第2磁性層と、Co−FeあるいはFeからなり、前記第2磁性層上に接する第1磁性層の積層部分を有して形成する工程、
(e) 前記第1磁性層上に、Mg−Oから成る前記絶縁障壁層を接して形成し、前記絶縁障壁層上に前記固定磁性層を形成する工程、
(f) 熱処理を行う工程、
を有することを特徴とするものである。
本発明では上記製造方法により、絶縁障壁層をMg−Oで形成したトンネル型磁気検出素子において、従来に比べて、抵抗変化率(ΔR/R)が高いトンネル型磁気検出素子を簡単且つ適切に製造できる。
また本発明では、前記第1磁性層の平均膜厚と第2磁性層の平均膜厚を足した総合膜厚を、15Å以上で80Å以下の平均膜厚で形成し、このとき、前記第1磁性層を、5Å以上で30Å以下の平均膜厚で形成し、前記第2磁性層を5Å以上の平均膜厚で形成することが好ましい。
また本発明では、前記第1磁性層の平均膜厚と第2磁性層の平均膜厚を足した総合膜厚を、20Å以上で60Å以下の平均膜厚で形成することがより好ましい。
また本発明では、前記第1磁性層を、10Å以上20Å以下の平均膜厚で形成することがより好ましい。
また本発明では、前記第2磁性層を、10Å以上の平均膜厚で形成することがより好ましい。
これにより、安定して抵抗変化率(ΔR/R)が高いトンネル型磁気検出素子を、簡単且つ適切に製造することが出来る。
本発明によれば、絶縁障壁層がMg−Oで形成されたトンネル型磁気検出素子において、従来に比べて、高い抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが可能になる。
図1は本実施形態のトンネル型磁気検出素子を記録媒体との対向面と平行な面から切断した断面図である。
トンネル型磁気検出素子は、例えば、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端部に設けられて、磁気記録媒体からの漏れ磁界(記録磁界)を検出するものである。なお、図中においてX方向は、トラック幅方向、Y方向は、磁気記録媒体からの漏れ磁界の方向(ハイト方向)、Z方向は、磁気記録媒体の移動方向及び前記トンネル型磁気検出素子の各層の積層方向、である。
図1の最も下に形成されているのは、例えばNi−Feで形成された下部シールド層21である。前記下部シールド層21上に積層体T1が形成されている。なお前記トンネル型磁気検出素子は、前記積層体T1と、前記積層体T1のトラック幅方向(図示X方向)の両側に形成された下側絶縁層22、ハードバイアス層23、上側絶縁層24とで構成される。
前記積層体T1の最下層は、Ta,Hf,Nb,Zr,Ti,Mo,Wのうち1種または2種以上の元素の非磁性元素で形成された下地層1である。この下地層1の上に、シード層2が設けられる。前記シード層2は、例えば、Ni−Fe−Cr、Cr、あるいはRuによって形成される。前記シード層2は単層構造でなく材質の異なる積層構造で形成されてもよい。なお、前記下地層1は形成されなくともよい。
前記シード層2の上に形成された反強磁性層3は、元素X(ただしXは、Pt,Pd,Ir,Rh,Ru,Osのうち1種または2種以上の元素である)とMnとを含有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。
また前記反強磁性層3は、元素Xと元素X′(ただし元素X′は、Ne,Ar,Kr,Xe,Be,B,C,N,Mg,Al,Si,P,Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Zr,Nb,Mo,Ag,Cd,Sn,Hf,Ta,W,Re,Au,Pb、及び希土類元素のうち1種または2種以上の元素である)とMnとを含有する反強磁性材料で形成されてもよい。
前記反強磁性層3は例えばIr−Mnで形成される。
前記反強磁性層3上には固定磁性層4が形成されている。前記固定磁性層4は、下から第1固定磁性層4a、非磁性中間層4b、第2固定磁性層4cの順で積層された積層フェリ構造である。前記反強磁性層3との界面での交換結合磁界及び非磁性中間層4bを介した反強磁性的交換結合磁界(RKKY的相互作用)により前記第1固定磁性層4aと第2固定磁性層4cの磁化方向は互いに反平行状態にされる。前記固定磁性層4を積層フェリ構造で形成することにより前記固定磁性層4の磁化を安定した状態にできる。また前記固定磁性層4と反強磁性層3との界面で発生する交換結合磁界を見かけ上大きくすることができる。なお前記第1固定磁性層4a及び第2固定磁性層4cは例えば12〜40Å程度で形成され、非磁性中間層4bは8Å〜10Å程度で形成される。
前記反強磁性層3上には固定磁性層4が形成されている。前記固定磁性層4は、下から第1固定磁性層4a、非磁性中間層4b、第2固定磁性層4cの順で積層された積層フェリ構造である。前記反強磁性層3との界面での交換結合磁界及び非磁性中間層4bを介した反強磁性的交換結合磁界(RKKY的相互作用)により前記第1固定磁性層4aと第2固定磁性層4cの磁化方向は互いに反平行状態にされる。前記固定磁性層4を積層フェリ構造で形成することにより前記固定磁性層4の磁化を安定した状態にできる。また前記固定磁性層4と反強磁性層3との界面で発生する交換結合磁界を見かけ上大きくすることができる。なお前記第1固定磁性層4a及び第2固定磁性層4cは例えば12〜40Å程度で形成され、非磁性中間層4bは8Å〜10Å程度で形成される。
前記第1固定磁性層4aは、例えばCo−Feで形成される。第2固定磁性層4cは、例えばCo−Fe−BあるいはFe−Bで形成される。前記第2固定磁性層4cは、{Co100−αFeα}100−βBβの組成式からなり、原子比率αは、25〜100、B濃度βは10〜30at%で形成される。また非磁性中間層4bは、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cuなどの非磁性導電材料で形成される。
前記固定磁性層4上に形成された絶縁障壁層5は、Mg−O(酸化マグネシウム)で形成されている。Mg−Oは、Mg組成比が40〜60at%の範囲内であることが好ましく、最も好ましくはMg50at%O50at%である。
なお前記絶縁障壁層5と前記第2固定磁性層4c間に、非常に薄い膜厚(例えば1〜6Å)のMg層が設けられてもよい。
前記絶縁障壁層5上には、フリー磁性層6が形成されている。前記フリー磁性層6は、下からCo−FeあるいはFeで形成された第1磁性層6aと、前記CoFe層上に形成されたCo−Fe−BあるいはFe−Bから成る第2磁性層6bの積層構造で形成される。
前記フリー磁性層6のトラック幅方向(図示X方向)の幅寸法でトラック幅Twが決められる。
前記フリー磁性層6上にはTa等で形成された保護層7が形成されている。
前記フリー磁性層6上にはTa等で形成された保護層7が形成されている。
前記積層体T1のトラック幅方向(図示X方向)における両側端面12,12は、下側から上側に向けて徐々に前記トラック幅方向の幅寸法が小さくなるように傾斜面で形成されている。
図1に示すように、前記積層体T1の両側に広がる下部シールド層21上から前記積層体T1の両側端面12上にかけて下側絶縁層22が形成され、前記下側絶縁層22上にハードバイアス層23が形成され、さらに前記ハードバイアス層23上に上側絶縁層24が形成されている。
前記下側絶縁層22と前記ハードバイアス層23間にバイアス下地層(図示しない)が形成されていてもよい。前記バイアス下地層は例えばCr、W、Tiで形成される。
前記絶縁層22,24はAl2O3やSiO2等の絶縁材料で形成されている。前記絶縁層22,24は、前記積層体T1内を各層の界面と垂直方向に流れる電流が、前記積層体T1のトラック幅方向の両側に分流するのを抑制すべく前記ハードバイアス層23の上下を絶縁するものである。前記ハードバイアス層23は例えばCo−Pt(コバルト−白金)合金やCo−Cr−Pt(コバルト−クロム−白金)合金などで形成される。
前記積層体T1上及び上側絶縁層24上にはNi−Fe等で形成された上部シールド層26が形成されている。
図1に示す実施形態では、前記下部シールド層21及び上部シールド層26が前記積層体T1に対する電極層として機能し、前記積層体T1の各層の膜面に対し垂直方向(図示Z方向と平行な方向)に電流が流される。
前記フリー磁性層6は、前記ハードバイアス層23からのバイアス磁界を受けてトラック幅方向(図示X方向)と平行な方向に磁化されている。一方、固定磁性層4を構成する第1固定磁性層4a及び第2固定磁性層4cはハイト方向(図示Y方向)と平行な方向に磁化されている。前記固定磁性層4は積層フェリ構造であるため、第1固定磁性層4aと第2固定磁性層4cはそれぞれ反平行に磁化されている。前記固定磁性層4の磁化は固定されている(外部磁界によって磁化変動しない)が、前記フリー磁性層6の磁化は外部磁界により変動する。
前記フリー磁性層6が、外部磁界により磁化変動すると、第2固定磁性層4cとフリー磁性層6との磁化が反平行のとき、前記第2固定磁性層4cとフリー磁性層6との間に設けられた絶縁障壁層5を介してトンネル電流が流れにくくなって、抵抗値は最大になる。一方、前記第2固定磁性層4cとフリー磁性層6との磁化が平行のとき、最も前記トンネル電流は流れ易くなり抵抗値は最小になる。
この原理を利用して、外部磁界の影響を受けてフリー磁性層6の磁化が変動することにより変化する電気抵抗を電圧変化としてとらえ、磁気記録媒体からの漏れ磁界が検出されるようになっている。
本実施形態におけるトンネル型磁気検出素子の特徴的部分について以下に説明する。
本実施形態では、前記絶縁障壁層5はMg−O(酸化マグネシウム)で形成されている。前記絶縁障壁層5上に形成されるフリー磁性層6は、第1磁性層6aと第2磁性層6bとの積層構造で形成され、前記第1磁性層6aは前記絶縁障壁層5に接して形成されている。
本実施形態では、前記絶縁障壁層5はMg−O(酸化マグネシウム)で形成されている。前記絶縁障壁層5上に形成されるフリー磁性層6は、第1磁性層6aと第2磁性層6bとの積層構造で形成され、前記第1磁性層6aは前記絶縁障壁層5に接して形成されている。
上記構成とすることで、後述する実験によれば、前記フリー磁性層を、CoFe層とNiFe層との積層構造(CoFe層を絶縁障壁層に接する位置に形成)で形成した従来例や、前記フリー磁性層を、Co−Feの単層構造、あるいはCo−Fe−Bの単層構造で形成した参考例に比べて、効果的に高い抵抗変化率(ΔR/R)を得られることがわかっている。
また、RA(素子抵抗R×素子面積A)は、高速データ転送の適正化、高記録密度化等に極めて重要な値であるが、本実施形態では、前記RAを3〜4(Ω・μm2)程度に小さくしても、大きな抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが可能である。
上記の従来例のようにフリー磁性層を、CoFe層とNiFe層との積層構造(CoFe層を絶縁障壁層に接する位置に形成)で形成した場合、前記NiFe層は、非熱処理(as depo)状態では、膜面(X−Y面)と平行な面に、代表的に{111}面として表される等価な面心立方構造の結晶面が優先配向しやすい。そして熱処理を施しても、前記CoFe層の原子再配列を前記NiFe層が妨げ、前記CoFe層と絶縁障壁層5との界面では、膜面(X−Y面)と平行な面に、代表的に{100}面として表される等価な結晶面が優先配向し難くなると考えられる。このため、従来例のフリー磁性層の構造では、十分に高い抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが出来ない。
また上記の参考例のように、フリー磁性層を、Co−Feの単層構造で形成した場合、絶縁障壁層5との界面付近では、スピン分極率を大きく出来るので、従来例に比べて高い抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが出来るが、CoFe層は、非熱処理(as depo)状態であっても、結晶化しやすい。このとき、前記CoFe層が体心立方構造であるとき、膜面(X−Y面)と平行な面に、代表的に{110}面として表される等価な結晶面が優先配向しやすい。よって、熱処理を行っても、CoFe層と絶縁障壁層との界面では、膜面(X−Y面)と平行な面に、代表的に{100}面として表される等価な結晶面が優先配向しにくく、この結果、フリー磁性層の膜厚を同じにして本実施形態と対比したとき、抵抗変化率(ΔR/R)は本実施形態よりも小さくなる。また、フリー磁性層全体をCo−Feで形成すると、フリー磁性層の保磁力Hcや磁歪が増大するといった問題がある。
また上記の参考例のように、フリー磁性層を、Co−Fe−Bの単層構造で形成した場合、CoFeB層は、B濃度を20〜30at%程度に調整すると、非熱処理(as depo)状態では、アモルファスが支配的となる。理想的には、熱処理を施したあとに原子再配列によってCoFeB層と絶縁障壁層との界面で、膜面(X−Y面)と平行な面に、代表的に{100}面として表される等価な結晶面が優先配向することが好ましい。しかし、Mg−Oの絶縁障壁層5上にCoFeB層を設けた形態では、結晶化温度が高くなり、具体的には300℃以上の熱処理温度が必要となる。
このように熱処理温度が高くなると、固定磁性層4の磁化固定力の低下(例えば交換結合磁界(Hex)の低下)や、フリー磁性層6と固定磁性層4間に作用する層間結合磁界Hinの増大を招き、ヘッド信頼性が低下するといった問題が生じる。一方、熱処理温度を、従来と同様の温度、例えば270℃とした場合、後述する実験結果に示すように、CoFeB層の結晶化が不十分なためか、十分な抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが出来ない。
一方、本実施形態では、前記フリー磁性層6と絶縁障壁層5との界面が、膜面(X−Y面)と平行な面に、代表的に{100}面として表される等価な結晶面が優先配向していることが好適である。ここで、「代表的に{100}面として表される結晶面」とは、ミラー指数を用いて表した結晶格子面を示し、前記{100}面として表される等価な結晶面としては、(100)面、(−100)面、(010)面(0−10)面、(001)面、(00−1)面が存在する。
Co−Fe−BあるいはFe−Bで形成された前記第2磁性層6bは、非熱処理(as depo)では、アモルファスが支配的であるため、熱処理を行ったとき、前記絶縁障壁層5上では、Co−FeあるいはFeで形成された前記第1磁性層6aは、原子再配列しやすい。よって、熱処理により、Mg−Oで形成された前記絶縁障壁層5上では、前記第1磁性層6aは、膜面(X−Y面)と平行な面に、代表的に{100}面として表される等価な結晶面が優先配向するように原子再配列しやすい。
また前記第2磁性層6bと第1磁性層6aとの界面での格子ミスマッチは小さいため、熱処理によって、前記第2磁性層6bも、膜面(X−Y面)と平行な面に、代表的に{100}面として表される等価な結晶面が優先配向していると考えられる。また、Mg−Oで形成される絶縁障壁層5上にCoFeB層を設けるよりも、Co−FeあるいはFeから成る第1磁性層6a上に、Co−Fe−BあるいはFe−Bから成る第2磁性層6bを設けることで、前記第2磁性層6bの結晶化温度を低減でき、従来と同様の熱処理温度でも適切に第2磁性層の結晶化を促進できる。
さらに、Ru等の非磁性中間層4b上の第2固定磁性層4cは、Co−Fe−BあるいはFe−Bで形成され、熱処理後、少なくとも、前記第2固定磁性層4cと絶縁障壁層5との界面は、膜面(X−Y面)と平行な面に、代表的に{100}面として表される等価な結晶面が優先配向している。
本実施形態では、第2固定磁性層4c、絶縁障壁層5、第1磁性層6a及び第2磁性層6bが全体として、膜面と平行な面(図示X−Y面)に、代表的に{100}面として表される等価な結晶面が優先配向していることがより好適である。
前記第2固定磁性層4c、第1磁性層6a及び第2磁性層6bは、熱処理後において、体心立方構造(bcc構造)であることが好適である。
また、絶縁障壁層5は、塩化ナトリウム型構造であることが好適である。
また、上記した結晶配向性の向上に加え、前記絶縁障壁層5と接する側にスピン分極率が高いCo−Feで形成された第1磁性層6aを配置したことも抵抗変化率(ΔR/R)が増大した要因と考えられる。
また、上記した結晶配向性の向上に加え、前記絶縁障壁層5と接する側にスピン分極率が高いCo−Feで形成された第1磁性層6aを配置したことも抵抗変化率(ΔR/R)が増大した要因と考えられる。
本実施形態では、前記第1磁性層6aの平均膜厚と第2磁性層6bの平均膜厚を足した総合膜厚(図1ではフリー磁性層6の全膜厚)は、15Å以上で80Å以下の平均膜厚で形成され、前記第1磁性層6aは、5Å以上で30Å以下の平均膜厚で形成され、前記第2磁性層6bは5Å以上の平均膜厚で形成されることが好ましい。これにより、安定して高い抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが可能である。
また本実施形態では、前記第1磁性層6aの平均膜厚と第2磁性層6bの平均膜厚を足した総合膜厚は、20Å以上で60Å以下の平均膜厚で形成されることがより好ましい。
また本実施形態では、前記第1磁性層6aは、10Å以上20Å以下の平均膜厚で形成されることがより好ましい。
また本実施形態では、前記第2磁性層6bは、10Å以上の平均膜厚で形成されることがより好ましい。
これにより、より確実に安定して高い抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが出来る。
これにより、より確実に安定して高い抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが出来る。
本実施形態では、前記第1磁性層6aは、Co100−vFevの組成式で形成され、Fe濃度vは、25at%〜100at%であることが好適である。なおFe濃度vは25at%以上で90at%以下であることがより好適である。
本実施形態では、前記第2磁性層6bは、{Co100−yFey}100−zBzの組成式で形成され、原子比率yは、25〜100で、B濃度zは、10at%〜30at%の範囲内であることが好ましい。なお原子比率yは、25〜90であることがより好適である。
トンネル型磁気検出素子は、後述するように製造工程において熱処理(アニール処理)が施される。熱処理は例えば、200〜290℃程度の温度で行われる。この熱処理は、固定磁性層4を構成する第1固定磁性層4aと前記反強磁性層3との間で交換結合磁界(Hex)を生じさせるための磁場中アニール処理等である。
例えば、前記熱処理処理の温度が200℃より低い温度であると、前記第1磁性層6aと第2磁性層6bとの界面での構成元素の相互拡散は生じず、あるいは相互拡散が生じても小規模(例えば界面の全域で拡散が生じず、間欠的に生じている等)であり、ほぼ界面の状態を保っていると考えられる。
一方、例えば、前記熱処理温度が200℃〜290℃の範囲内で且つ熱処理時間が1時間以上であると、図2あるいは図3に示すように、第1磁性層6aと第2磁性層6bとの界面で、構成元素の相互拡散が生じて、前記界面の存在が無くなり、B濃度の組成変調領域が形成されると考えられる。
図2に示す実施形態では、第1磁性層6aと第2磁性層6bとの界面にて元素拡散が生じ、前記フリー磁性層6は、Co−Fe−BあるいはFe−Bで形成された第2磁性領域10と前記第2磁性領域10と前記絶縁障壁層5との間に位置するCo−FeあるいはFeで形成された第1磁性領域11とで構成される。
図2に示すように、前記第1磁性領域11には、Bは含まれていない。図2の右図に示すように、前記第2磁性領域10には、前記絶縁障壁層5との界面方向(図示下方向)に向って徐々にB濃度が減少する組成変調領域が存在している。また、前記第2磁性領域10の上面付近では、B濃度が、その内部側よりも低下しているが、これは、保護層7との間での元素拡散により低下したものである。
一方、図3に示す実施形態では、前記フリー磁性層6全体がCo−Fe−BあるいはFe−Bで形成されるが、B濃度は、前記絶縁障壁層5と接する下面側のほうが、前記保護層7と接する上面側よりも小さくなっている。また図3に示すように、前記フリー磁性層6には、前記保護層7と接する上面側から前記絶縁障壁層5と接する下面側に向けて徐々にB濃度が低下する組成変調領域が存在する。また図3に示すように、前記フリー磁性層6の上面付近では、B濃度が、その内部側よりも低下しているが、これは、保護層7との間での元素拡散により低下したものである。
上記した組成変調領域の存在も結晶構造等に影響を与えて抵抗変化率(ΔR/R)の向上等に寄与しているとも推測される。
また本実施形態では、前記フリー磁性層6は、Co−FeあるいはFeで形成された第1磁性層6aと、Co−Fe−BあるいはFe−Bで形成された第2磁性層6bとの2層構造、あるいはその2層構造が元素拡散した構造であったが、前記フリー磁性層6は3層以上で形成されてもよい。例えば、前記フリー磁性層6は、前記第2磁性層6b上に、さらにNi−Feで形成された第3磁性層が設けられた3層構造、あるいはその3層構造が元素拡散した構造であってもよい。
図1に示す実施形態では、下から反強磁性層3、固定磁性層4、絶縁障壁層5及びフリー磁性層6の順で積層されているが、下からフリー磁性層6、絶縁障壁層5、固定磁性層4及び反強磁性層3の順で積層されていてもよい。このとき、前記フリー磁性層6は下から第2磁性層6b、第1磁性層6aの順で形成され、前記第1磁性層6a上に前記絶縁障壁層5が接して形成される。
あるいは、下から、下側反強磁性層、下側固定磁性層、下側絶縁障壁層、フリー磁性層、上側絶縁障壁層、上側固定磁性層、及び上側反強磁性層が順に積層されてなるデュアル型のトンネル型磁気検出素子であってもよい。このとき、前記フリー磁性層は、下からCo−FeあるいはFeで形成された第1磁性層、Co−Fe−BあるいはFe−Bで形成された第2磁性層、Co−FeあるいはFeで形成された第1磁性層の順で積層されることが好適である。
ただし、図1ないし図3に示すように、下から反強磁性層3、固定磁性層4、絶縁障壁層5及びフリー磁性層6の順に積層された構成に本実施形態を適用することが後述する実験結果にも示すように、従来に比べて効果的に高い抵抗変化率(ΔR/R)を得ることができて好適である。
本実施形態のトンネル型磁気検出素子の製造方法について説明する。図4ないし図7は、製造工程中におけるトンネル型磁気検出素子の部分断面図である。図4〜図7は、いずれも図1に示すトンネル型磁気抵抗効果素子と同じ位置での断面を示している。
図4に示す工程では、下部シールド層21上に、下から順に、下地層1、シード層2、反強磁性層3、第1固定磁性層4a、非磁性中間層4b、及び第2固定磁性層4c、絶縁障壁層5を連続成膜する。
図4に示すように、第2固定磁性層4c上にMg−O(酸化マグネシウム)から成る絶縁障壁層5を形成する。例えば、所定の組成比で形成されたMg−Oから成るターゲットを用意して、Mg−Oからなる絶縁障壁層5を前記第2固定磁性層4c上にスパッタ成膜する。
次に、図5に示すように、前記絶縁障壁層5上に、Co−FeあるいはFeから成る第1磁性層6aをスパッタ成膜し、さらに前記第1磁性層6a上に、Co−Fe−BあるいはFe−Bから成る第2磁性層6bをスパッタ成膜する。本実施形態では、前記第1磁性層6aと第2磁性層6bとでフリー磁性層6を構成する。
また本実施形態では、前記第1磁性層6aの平均膜厚と第2磁性層6bの平均膜厚を足した総合膜厚を、15Å以上で80Å以下の平均膜厚で形成し、このとき、前記第1磁性層6aを、5Å以上で30Å以下の平均膜厚で形成し、前記第2磁性層6bを5Å以上の平均膜厚で形成することが好ましい。
また本実施形態では、前記第1磁性層6aの平均膜厚と第2磁性層6bの平均膜厚を足した総合膜厚を、20Å以上で60Å以下の平均膜厚で形成することがより好ましい。
また本実施形態では、前記第1磁性層6aを、10Å以上20Å以下の平均膜厚で形成することがより好ましい。
また本実施形態では、前記第2磁性層6bを、10Å以上の平均膜厚で形成することがより好ましい。
上記に示すように膜厚調整を行うことで、安定して高い抵抗変化率(ΔR/R)を有するトンネル型磁気検出素子を簡単且つ適切に製造できる。
図5に示すように前記フリー磁性層6上に、保護層7をスパッタ成膜する。以上により下地層1から保護層7までが積層された積層体T1を形成する。
次に、前記積層体T1上に、リフトオフ用レジスト層30を形成し、前記リフトオフ用レジスト層30に覆われていない前記積層体T1のトラック幅方向(図示X方向)における両側端部をエッチング等で除去する(図6を参照)。
次に、前記積層体T1のトラック幅方向(図示X方向)の両側であって前記下部シールド層21上に、下から下側絶縁層22、ハードバイアス層23、及び上側絶縁層24の順に積層する(図7を参照)。
そして前記リフトオフ用レジスト層30を除去し、前記積層体T1及び前記上側絶縁層24上に上部シールド層26を形成する。
上記したトンネル型磁気検出素子の製造方法では、前記積層体T1の形成後に熱処理を含む。代表的な熱処理は、前記反強磁性層3と第1固定磁性層4a間に交換結合磁界(Hex)を生じさせるための熱処理である。
例えば、前記熱処理の温度が200℃より低い温度であると、各層の界面での構成元素の相互拡散は生じず、あるいは相互拡散が生じても小規模(例えば界面の全域で拡散が生じず、間欠的に生じている等)であり、ほぼ界面の状態を保っていると考えられる。
一方、前記熱処理の温度が、例えば、200℃〜290℃の範囲内で且つ熱処理時間が1時間以上であると、各層の界面で構成元素の相互拡散が生じると考えられる。このような相互拡散により、前記フリー磁性層6の内部では、図2や図3に示すように、第1磁性層6aと第2磁性層6bとの界面が無くなり、B濃度の組成変調領域が生じているものと考えられる。
本実施形態では上記製造方法により、絶縁障壁層5をMg−Oで形成したトンネル型磁気検出素子において、従来に比べて抵抗変化率(ΔR/R)が高いトンネル型磁気検出素子を簡単且つ適切に製造できる。
なお、図2、図3に示すB濃度の組成変調領域を有するフリー磁性層6を形成するには上記した製造方法以外に、B濃度が異なるCo−Fe−BあるいはFe−Bのターゲットを複数用意し、前記フリー磁性層6の下面側から上面側に向かうにしたがって徐々にB濃度が大きくなっていくように、前記ターゲットを変更しながら前記フリー磁性層6をスパッタ成膜してもよい。
本実施形態のトンネル型磁気検出素子は、ハードディスク装置に内蔵される磁気ヘッドとしての用途以外に、MRAM(磁気抵抗メモリ)や磁気センサとして用いることも出来る。
図1に示すトンネル型磁気検出素子を形成した。
積層体T1を、下から、下地層1;Ta(30)/シード層2;Ru(40)/反強磁性層3;Ir26at%Mn74at%(80)/固定磁性層4[第1固定磁性層4a;Co70at%Fe30at%(22)/非磁性中間層4b;Ru(9.1)/第2固定磁性層4c;{Co50Fe50}80at%B20at%(26)]/絶縁障壁層5;Mg−O(11)/フリー磁性層6/Ru(20)/保護層7;Ta(180)の順に積層した。
積層体T1を、下から、下地層1;Ta(30)/シード層2;Ru(40)/反強磁性層3;Ir26at%Mn74at%(80)/固定磁性層4[第1固定磁性層4a;Co70at%Fe30at%(22)/非磁性中間層4b;Ru(9.1)/第2固定磁性層4c;{Co50Fe50}80at%B20at%(26)]/絶縁障壁層5;Mg−O(11)/フリー磁性層6/Ru(20)/保護層7;Ta(180)の順に積層した。
実験では、フリー磁性層6を下から第1磁性層;Co50at%Fe50at%(10)/第2磁性層;{Co50Fe50}70at%B30at%(t1)の順に積層した。
なお上記の積層体における各層の括弧内の数値は平均膜厚を示し単位はÅである。実施例1におけるフリー磁性層6の全膜厚は(10+t1)Åである。
前記積層体を形成した後、270℃で3時間40分間、アニール処理を行った。
前記積層体を形成した後、270℃で3時間40分間、アニール処理を行った。
[従来例]
上記の実施例1欄に記載した積層体T1のうち、フリー磁性層を、Co50at%Fe50at%(10)/Ni87at%Fe13at%(t2)の積層で形成した。よって従来例におけるフリー磁性層の全膜厚は(10+t2)Åである。
上記の実施例1欄に記載した積層体T1のうち、フリー磁性層を、Co50at%Fe50at%(10)/Ni87at%Fe13at%(t2)の積層で形成した。よって従来例におけるフリー磁性層の全膜厚は(10+t2)Åである。
[参考例1]
上記の実施例1欄に記載した積層体T1のうち、フリー磁性層を、Co50at%Fe50at%(t3)の単層で形成した。よって参考例1におけるフリー磁性層の膜厚はt3である。
上記の実施例1欄に記載した積層体T1のうち、フリー磁性層を、Co50at%Fe50at%(t3)の単層で形成した。よって参考例1におけるフリー磁性層の膜厚はt3である。
[参考例2]
上記の実施例1欄に記載した積層体T1のうち、フリー磁性層を、{Co50Fe50}80at%B20at%(t4)の単層で形成した。よって参考例2におけるフリー磁性層の膜厚はt4である。
上記の実施例1欄に記載した積層体T1のうち、フリー磁性層を、{Co50Fe50}80at%B20at%(t4)の単層で形成した。よって参考例2におけるフリー磁性層の膜厚はt4である。
実験では、各平均膜厚t1〜t4を夫々変化させて、各トンネル型磁気抵抗効果素子のフリー磁性層の全膜厚と、抵抗変化率(ΔR/R)との関係を調べた。その実験結果を図8に示す。
図8に示すように、実施例1でのトンネル型磁気検出素子の抵抗変化率(ΔR/R)は、従来例、参考例1及び参考例2のトンネル型磁気検出素子の抵抗変化率(ΔR/R)に比べて大きくなることがわかった。
図8に示すように、実施例1においてフリー磁性層の全膜厚(第1磁性層の平均膜厚と第2磁性層の平均膜厚を足した総合膜厚)を、15Å以上にすると抵抗変化率(ΔR/R)を安定して大きく出来ることがわかった。また前記フリー磁性層の全膜厚が厚くなりすぎると単位面積当たりの磁気モーメント(飽和磁化Ms×膜厚t)が大きくなり、フリー磁性層の磁気感度が低下するので、前記フリー磁性層の全膜厚の最大値は80Åであることが好適である。
また上記のようにフリー磁性層の全膜厚を15Å以上で80Å以下に設定したとき、図8の実験結果から第2磁性層の平均膜厚(t1)を、5Å以上に設定することが好適であることがわかった。
また、図8に示すように、実施例1においてフリー磁性層の全膜厚(第1磁性層の平均膜厚と第2磁性層の平均膜厚を足した総合膜厚)を、20Å以上で60Å以下に設定すると抵抗変化率(ΔR/R)をより安定して大きく出来ることがわかった。
また図8の実験結果から第2磁性層の平均膜厚(t1)を、10Å以上に設定することがより好適であることがわかった。
図1に示すトンネル型磁気検出素子を形成した。
積層体T1を、下から、下地層1;Ta(30)/シード層2;Ru(40)/反強磁性層3;Ir26at%Mn74at%(80)/固定磁性層4[第1固定磁性層4a;Co70at%Fe30at%(22)/非磁性中間層4b;Ru(9.1)/第2固定磁性層4c;{Co50Fe50}80at%B20at%(26)]/絶縁障壁層5;Mg−O(11)/フリー磁性層6/Ru(20)/保護層7;Ta(180)の順に積層した。
積層体T1を、下から、下地層1;Ta(30)/シード層2;Ru(40)/反強磁性層3;Ir26at%Mn74at%(80)/固定磁性層4[第1固定磁性層4a;Co70at%Fe30at%(22)/非磁性中間層4b;Ru(9.1)/第2固定磁性層4c;{Co50Fe50}80at%B20at%(26)]/絶縁障壁層5;Mg−O(11)/フリー磁性層6/Ru(20)/保護層7;Ta(180)の順に積層した。
実験では、フリー磁性層6を下から第1磁性層;Co50at%Fe50at%(t5)/第2磁性層;{Co50Fe50}70at%B30at%(20)の順に積層した。
なお上記の積層体における各層の括弧内の数値は平均膜厚を示し単位はÅである。
前記積層体を形成した後、270℃で3時間40分間、アニール処理を行った。
前記積層体を形成した後、270℃で3時間40分間、アニール処理を行った。
実験では、第1磁性層の平均膜厚t5を変化させて、第1磁性層(Co−Fe)の平均膜厚t5と抵抗変化率(ΔR/R)との関係を調べた。またRAも測定した。以下の表1に、フリー磁性層を構成する第1磁性層と第2磁性層の各層の平均膜厚、RA及び抵抗変化率(ΔR/R)が示されている。
また、第1磁性層(Co−Fe)の平均膜厚(t5)と抵抗変化率(ΔR/R)との関係を図9に示した。
図9に示すように、第1磁性層の平均膜厚を5Å以上で30Å以下に設定すると、安定して高い抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが出来るとわかった。
また、図9に示すように、第1磁性層の平均膜厚を10Å以上で20Å以下に設定すると、より安定して高い抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが出来るとわかった。
表1に示すように、RAは3〜4Ω・μm2の範囲に収まることがわかった。
表1に示すように、RAは3〜4Ω・μm2の範囲に収まることがわかった。
図8、図9に示す実験結果から、第1磁性層の平均膜厚と第2磁性層の平均膜厚を足した総合膜厚(実験ではフリー磁性層の平均膜厚)を15Å以上で80Å以下に設定し、このとき、第1磁性層の平均膜厚(t5)を5以上で30以下に設定し、第2磁性層の平均膜厚(t1)を、5Å以上に設定することが好ましいとした。
また、第1磁性層の平均膜厚と第2磁性層の平均膜厚を足した総合膜厚(実験ではフリー磁性層の平均膜厚)を20Å以上で60Å以下に設定することがより好ましいとした。また、第1磁性層の平均膜厚(t5)を、10Å以上で20Å以下に設定することがより好ましいとした。また、第2磁性層の平均膜厚(t1)を、10Å以上に設定することがより好ましいとした。
3 反強磁性層
4、 固定磁性層
4a 第1固定磁性層
4b 非磁性中間層
4c 第2固定磁性層
5 絶縁障壁層
6 フリー磁性層
6a 第1磁性層
6b 第2磁性層
10 第2磁性領域
11 第1磁性領域
7 保護層
22、24 絶縁層
23 ハードバイアス層
4、 固定磁性層
4a 第1固定磁性層
4b 非磁性中間層
4c 第2固定磁性層
5 絶縁障壁層
6 フリー磁性層
6a 第1磁性層
6b 第2磁性層
10 第2磁性領域
11 第1磁性領域
7 保護層
22、24 絶縁層
23 ハードバイアス層
Claims (20)
- 下から固定磁性層、絶縁障壁層、及び、フリー磁性層の順に、あるいは、下からフリー磁性層、絶縁障壁層、及び、固定磁性層の順に形成され、
前記絶縁障壁層は、Mg−Oで形成され、
前記フリー磁性層は、前記絶縁障壁層に接するCo−Fe、あるいはFeで形成された第1磁性領域と、前記第1磁性領域を挟んで前記絶縁障壁層から離れて位置し、前記第1磁性領域に接するCo−Fe−BあるいはFe−Bで形成された第2磁性領域とを有して構成されることを特徴とするトンネル型磁気検出素子。 - 前記第2磁性領域には、前記絶縁障壁層との界面方向に向けて、徐々にB濃度が減少する組成変調領域が存在する請求項1記載のトンネル型磁気検出素子。
- 下から固定磁性層、絶縁障壁層、及び、フリー磁性層の順に、あるいは、下からフリー磁性層、絶縁障壁層、及び、固定磁性層の順に形成され、
前記絶縁障壁層は、Mg−Oで形成され、
前記フリー磁性層はCo−Fe−BあるいはFe−Bで形成された磁性領域を有し、前記磁性領域は前記絶縁障壁層と接しており、
前記磁性領域でのB濃度は、前記絶縁障壁層との界面側のほうが、前記界面と逆面側に比べて小さいことを特徴とするトンネル型磁気検出素子。 - 前記磁性領域には、前記絶縁障壁層との界面方向に向けて、徐々にB濃度が減少する組成変調領域が存在する請求項3記載のトンネル型磁気検出素子。
- 前記フリー磁性層の少なくとも一部は、前記絶縁障壁層に接するCo−FeあるいはFeで形成された第1磁性層と、前記第1磁性層を挟んで前記絶縁障壁層から離れて位置し、前記第1磁性層に接するCo−Fe−BあるいはFe−Bで形成された第2磁性層との積層構造の前記第1磁性層と前記第2磁性層の界面にて元素拡散が生じたものである請求項1ないし4のいずれかに記載のトンネル型磁気検出素子。
- 下から固定磁性層、絶縁障壁層、及び、フリー磁性層の順に、あるいは、下からフリー磁性層、絶縁障壁層、及び、固定磁性層の順に形成され、
前記絶縁障壁層は、Mg−Oで形成され、
前記フリー磁性層は、前記絶縁障壁層に接するCo−FeあるいはFeで形成された第1磁性層と、前記第1磁性層を挟んで前記絶縁障壁層から離れて位置し、前記第1磁性層に接するCo−Fe−BあるいはFe−Bで形成された第2磁性層とを有して構成されることを特徴とするトンネル型磁気検出素子。 - 前記第1磁性層の平均膜厚と第2磁性層の平均膜厚を足した総合膜厚は、15Å以上で80Å以下の平均膜厚で形成され、前記第1磁性層は、5Å以上で30Å以下の平均膜厚で形成され、前記第2磁性層は5Å以上の平均膜厚で形成される請求項5又は6に記載のトンネル型磁気検出素子。
- 前記第1磁性層の平均膜厚と第2磁性層の平均膜厚を足した総合膜厚は、20Å以上で60Å以下の平均膜厚で形成される請求項7記載のトンネル型磁気検出素子。
- 前記第1磁性層は、10Å以上20Å以下の平均膜厚で形成される請求項7又は8に記載のトンネル型磁気検出素子。
- 前記第2磁性層は、10Å以上の平均膜厚で形成される請求項7ないし9のいずれかに記載のトンネル型磁気検出素子。
- 前記フリー磁性層と前記絶縁障壁層との界面は、膜面と平行な面に、代表的に{100}面として表される等価な結晶面が優先配向している請求項1ないし10のいずれかに記載のトンネル型磁気検出素子。
- 前記固定磁性層と前記絶縁障壁層との界面は、膜面と平行な面に、代表的に{100}面として表される等価な結晶面が優先配向している請求項1ないし11のいずれかに記載のトンネル型磁気検出素子。
- 下から固定磁性層、絶縁障壁層、及び、フリー磁性層の順に形成され、前記固定磁性層は、少なくとも前記絶縁障壁層と接する部分がCo−Fe−BあるいはFe−Bで形成される請求項1ないし12のいずれかに記載のトンネル型磁気検出素子。
- 下から固定磁性層、絶縁障壁層、及び、フリー磁性層の順に積層した積層部分を有してなるトンネル型磁気検出素子の製造方法において、
(a) 前記固定磁性層上に、Mg−Oから成る前記絶縁障壁層を形成する工程、
(b) 前記絶縁障壁層上に、前記フリー磁性層を、下から順に、Co−FeあるいはFeからなり、前記絶縁障壁層上に接する第1磁性層と、Co−Fe−BあるいはFe−Bからなり、前記第1磁性層上に接する第2磁性層の積層部分を有して形成する工程、
(c) 熱処理を行う工程、
を有することを特徴とするトンネル型磁気検出素子の製造方法。 - 前記(a)工程において、前記固定磁性層の少なくとも前記絶縁障壁層と接する部分を、Co−Fe−BあるいはFe−Bで形成する請求項14記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。
- 下からフリー磁性層、絶縁障壁層、及び、固定磁性層の順に積層した積層部分を有してなるトンネル型磁気検出素子の製造方法において、
(d)前記フリー磁性層を、下から順に、Co−Fe−BあるいはFe−Bで形成された第2磁性層と、Co−FeあるいはFeからなり、前記第2磁性層上に接する第1磁性層の積層部分を有して形成する工程、
(e) 前記第1磁性層上に、Mg−Oから成る前記絶縁障壁層を接して形成し、前記絶縁障壁層上に前記固定磁性層を形成する工程、
(f) 熱処理を行う工程、
を有することを特徴とするトンネル型磁気検出素子の製造方法。 - 前記第1磁性層の平均膜厚と第2磁性層の平均膜厚を足した総合膜厚を、15Å以上で80Å以下の平均膜厚で形成し、このとき、前記第1磁性層を、5Å以上で30Å以下の平均膜厚で形成し、前記第2磁性層を5Å以上の平均膜厚で形成する請求項14ないし16のいずれかに記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。
- 前記第1磁性層の平均膜厚と第2磁性層の平均膜厚を足した総合膜厚を、20Å以上で60Å以下の平均膜厚で形成する請求項17記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。
- 前記第1磁性層を、10Å以上20Å以下の平均膜厚で形成する請求項17又は18に記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。
- 前記第2磁性層を、10Å以上の平均膜厚で形成する請求項17ないし19のいずれかに記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。
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