JP2012169626A - Ｔｍｒデバイスおよびその製造方法 - Google Patents
Ｔｍｒデバイスおよびその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012169626A JP2012169626A JP2012028363A JP2012028363A JP2012169626A JP 2012169626 A JP2012169626 A JP 2012169626A JP 2012028363 A JP2012028363 A JP 2012028363A JP 2012028363 A JP2012028363 A JP 2012028363A JP 2012169626 A JP2012169626 A JP 2012169626A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- antiparallel
- tmr device
- manufacturing
- tmr
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 32
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 54
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- 230000005290 antiferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 45
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 40
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 39
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 claims description 26
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 18
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 13
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 13
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 11
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 8
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 6
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims description 3
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims description 3
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims 2
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims 1
- 229910003321 CoFe Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910019236 CoFeB Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 4
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 229910017947 MgOx Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- -1 IrMn Chemical compound 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002772 conduction electron Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 231100000957 no side effect Toxicity 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
- H01F10/3254—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the spacer being semiconducting or insulating, e.g. for spin tunnel junction [STJ]
- H01F10/3259—Spin-exchange-coupled multilayers comprising at least a nanooxide layer [NOL], e.g. with a NOL spacer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
- H01F10/3268—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn
- H01F10/3272—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn by use of anti-parallel coupled [APC] ferromagnetic layers, e.g. artificial ferrimagnets [AFI], artificial [AAF] or synthetic [SAF] anti-ferromagnets
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
- H01F41/14—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
- H01F41/30—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE]
- H01F41/302—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F41/305—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices applying the spacer or adjusting its interface, e.g. in order to enable particular effect different from exchange coupling
- H01F41/307—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices applying the spacer or adjusting its interface, e.g. in order to enable particular effect different from exchange coupling insulating or semiconductive spacer
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/01—Manufacture or treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/10—Magnetoresistive devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/82—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of the magnetic field applied to the device
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Magnetic Heads (AREA)
Abstract
【課題】優れたピンニング強度およびＭＲ比を呈するＴＭＲデバイスを提供する。
【解決手段】本発明のＴＭＲデバイスは、シールド層と、シード層と、反強磁性層と、プラズマ処理部分を含む第２の反平行層と、４Åの厚さを有するルテニウム層と、ＣｏＦｅx 層と、第１の反平行層と、トンネルバリア層と、磁気フリー層と、キャップ層とを順に備える。ここでシールド層は、その磁化容易方向に沿って磁化されており、磁気フリー層は、その磁化困難軸方向に沿って磁化されている。
【選択図】図４
【解決手段】本発明のＴＭＲデバイスは、シールド層と、シード層と、反強磁性層と、プラズマ処理部分を含む第２の反平行層と、４Åの厚さを有するルテニウム層と、ＣｏＦｅx 層と、第１の反平行層と、トンネルバリア層と、磁気フリー層と、キャップ層とを順に備える。ここでシールド層は、その磁化容易方向に沿って磁化されており、磁気フリー層は、その磁化困難軸方向に沿って磁化されている。
【選択図】図４
Description
本発明は、磁気抵抗効果（ＭＲ）デバイス一般に関し、特に、抵抗変化率（ＭＲ比）およびシンセティック部分におけるピンニング強度の向上の両立を図るようにしたＴＭＲデバイスおよびその製造方法に関する。
ＲＫＫＹ結合は、伝導電子間の交換相互作用に起因する磁気結合の特有の型であり、ＡＰ２／Ｒｕ／ＡＰ１からなるシンセティック反平行構造（ＳｙＡＰ構造）を実現可能とする。
ＭｇＯバリアを備えたＴＭＲセンサにおける典型的な構造は以下のとおりである。
「シード層／反強磁性層／ＡＰ２層／Ｒｕ層／ＡＰ１層／ＭｇＯx層／フリー層／キャップ層」
「シード層／反強磁性層／ＡＰ２層／Ｒｕ層／ＡＰ１層／ＭｇＯx層／フリー層／キャップ層」
上記のルテニウム層は例えば７．５Å（０．７５ｎｍ）の厚さを有する。界面状態の変化にあまり敏感ではないので、ＳｙＡＰ構造に用いられる。しかしながら、デバイスあるいは薄膜積層体としての寸法はより縮小化されており、ＳｙＡＰ構造の飽和磁界Ｈｓによって制限されるピンニング磁界は、デバイス安定性の確保のために、寸法の縮小化に応じてより大きくする必要がある。
従来技術の調査を行った結果、以下のものが見つかった。
飽和磁界Ｈｓは、一般には、ＡＰ１，ＡＰ２の磁気モーメントの低下、およびＡＰ１層とＡＰ２層との磁気モーメントの差分により増大する。しかし、ＭＲ比は、一旦、臨界値の厚さを下回った場合、ＭＲ比は低下してしまう。よって、０．７５ｎｍ厚のＲｕ層を備えたＳｙＡＰ構造は、もはや十分な飽和磁界Ｈｓを実現することが困難である。
従来のＭｇＯを備えたＴＭＲでは、高いアニール処理温度が高ＴＭＲ比をもたらし、その結果、高い振幅が得られていた。したがって、他の磁気特性、例えばフリー層の保磁力やピンニング強度に対する副作用がなければ、ＴＭＲセンサのアニール処理を高温で行うことが望ましい。しかしながら、図１Ａと図１Ｂとの比較からわかるように、０．７５ｎｍ厚のＲｕ層を備えたＳｙＡＰ構造では、アニール処理温度を例えば２８０℃から３２０℃へ上げると、飽和磁界Ｈｓは７６００Ｏｅ（エルステッド）から６０００Ｏｅへ低下した。なお、アニール処理時間はいずれも２時間とした。このピンニング磁界強度の減少は、図２Ａと図２Ｂとの比較からわかるように、Ｒｕ層の厚さが０．４ｎｍであるＳｙＡＰ構造を備えたＴＭＲセンサにおいても同様に生じた。図２Ｂでは、シンセティック交換結合はほとんど損なわれた。図１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂでは、縦軸（Ｙ軸）は磁化の大きさを共通する相対値で表している。Ｈｓは、Ｙ軸に示した磁化の変動が５％以内に収まる範囲でのＸ軸に示した印加磁界の最小値として規定される。
例えば３００℃以上の高温下でアニール処理を行った場合でも強固なピンニング磁界が確保されるようにするため、ＳｙＡＰ構造のさらなる最適化が必要とされている。しかしながら、ＭＲセンサ（ＴＭＲセンサ）の抵抗変化率（ＭＲ比）を向上させるには、高いアニール処理温度が必要となる。ＴＭＲセンサにおいてより大きな振幅（抵抗変化）が得るには、上記の問題を取り扱わなければならない。
本発明の第１の目的は、高い内部ピンニング強度と高いＭＲ比とを発現するＭＲデバイスの製造方法を提供することにある。
本発明の第２の目的は、上記の方法と同様にして製造されたＴＭＲデバイスを提供することにある。
本発明の第３の目的は、高い内部ピンニング強度と高いＭＲ比とを発現するＴＭＲデバイスの製造方法を提供することにある。
本発明の第４の目的は、高い分解能を有する、厚さの薄いＴＭＲデバイスの製造方法を提供することにある。
これらの目的は、ＳｙＡＰ構造においてＡＰ１とＡＰ２との間に設けられたルテニウム層の界面粗さを低減することにより達成される。これにより、ＡＰ１層からルテニウム層へのボロンの拡散を最小限度に抑えると共に、反強磁性層からルテニウム層へのマンガンの拡散を最小限度に抑えることができるからである。
特に、反強磁性層の成膜ののちルテニウム層の成膜をする前に、第２の反平行層および反強磁性層の少なくとも一方に対してプラズマ処理を行うことでルテニウム層の成長の際の界面粗さを小さくすることができる。さらに、ルテニウム層の成膜ののち、直ちに薄いＣｏＦｅx層を形成することで、ＡＰ１層からのボロンの拡散を防止できる。さらに、界面活性層またはナノ酸化層をＡＰ２層に挿入するとよい。
本発明の第１のＴＭＲデバイスの製造方法は、Ｂ（硼素）を含む第１の反平行層と、ルテニウム層と、第２の反平行層と、Ｍｎ（マンガン）を含む反強磁性層とを順に備えたＴＭＲデバイスの製造方法であって、アニール処理の前段階として、ルテニウム層の界面粗さを低減することで、第１の反平行層からルテニウム層へのＢの拡散を最小化すると共に反強磁性層からルテニウム層へのＭｎの拡散を最小化するものである。
本発明の第２のＴＭＲデバイスの製造方法は、Ｂ（硼素）を含む第１の反平行層と、ルテニウム層と、第２の反平行層とを順に備えたＴＭＲデバイスの製造方法であって、アニール処理の前段階として、ルテニウム層の界面粗さを低減することで、第１の反平行層からルテニウム層へのＢの拡散を最小化するものである。
本発明のＴＭＲデバイスの製造方法は、内部ピンニング強度に優れ、かつ高ＭＲ比を発現するＴＭＲデバイスの製造方法であって、以下の（１）〜（１１）の要件を含むものである。
（１）シールド層上に、シード層を介して設けられた反強磁性層を用意すること。
（２）反強磁性層の上に第２の反平行層を形成すること。
（３）第２の反平行層および反強磁性層の少なくとも一方に対し、プラズマ処理を施すこと。
（４）第２の反平行層の上に、４Å（０．４ｎｍ）の厚さを有するルテニウム層を形成すること。
（５）ルテニウム層の上にＣｏＦｅx 層を形成すること。
（６）ＣｏＦｅx 層の上に第１の反平行層を形成すること。
（７）第１の反平行層の上にトンネルバリア層を形成すること。
（８）トンネルバリア層の上に磁気フリー層を形成すること。
（９）磁気フリー層の上にキャップ層を形成すること。
（１０）全ての層に対し、シールド層の磁化容易軸方向に沿った第１の外部磁界を印加しつつ、３２０℃の温度で少なくとも１分間に亘る第１のアニール処理を行うこと。
（１１）磁気フリー層の磁化困難軸方向に沿った第２の外部磁界を印加しつつ、第１のアニール処理における温度よりも２０℃以上低い温度で少なくとも５分間に亘る第２のアニール処理を行うこと。
（１）シールド層上に、シード層を介して設けられた反強磁性層を用意すること。
（２）反強磁性層の上に第２の反平行層を形成すること。
（３）第２の反平行層および反強磁性層の少なくとも一方に対し、プラズマ処理を施すこと。
（４）第２の反平行層の上に、４Å（０．４ｎｍ）の厚さを有するルテニウム層を形成すること。
（５）ルテニウム層の上にＣｏＦｅx 層を形成すること。
（６）ＣｏＦｅx 層の上に第１の反平行層を形成すること。
（７）第１の反平行層の上にトンネルバリア層を形成すること。
（８）トンネルバリア層の上に磁気フリー層を形成すること。
（９）磁気フリー層の上にキャップ層を形成すること。
（１０）全ての層に対し、シールド層の磁化容易軸方向に沿った第１の外部磁界を印加しつつ、３２０℃の温度で少なくとも１分間に亘る第１のアニール処理を行うこと。
（１１）磁気フリー層の磁化困難軸方向に沿った第２の外部磁界を印加しつつ、第１のアニール処理における温度よりも２０℃以上低い温度で少なくとも５分間に亘る第２のアニール処理を行うこと。
本発明のＴＭＲデバイスは、シールド層上にシード層を介して設けられたＴＭＲデバイスであって、以下の（１）〜（８）の構成要素を備える。
（１）シード層の上に形成された反強磁性層。
（２）反強磁性層の上に形成された第２の反平行層。
（３）第２の反平行層の上に形成され、４Å（０．４ｎｍ）の厚さを有するルテニウム層。
（４）ルテニウム層の上に形成されたＣｏＦｅx 層。
（５）ＣｏＦｅx 層の上に形成された第１の反平行層。
（６）第１の反平行層の上に形成されたトンネルバリア層。
（７）トンネルバリア層の上に形成された磁気フリー層。
（８）磁気フリー層の上に形成されたキャップ層。
ここで、シールド層は、その磁化容易方向に沿って磁化されており、磁気フリー層は、その磁化困難軸方向に沿って磁化されている。また、反強磁性層および第２の反平行層のうちの少なくとも一方はプラズマ処理部分を含む。
（１）シード層の上に形成された反強磁性層。
（２）反強磁性層の上に形成された第２の反平行層。
（３）第２の反平行層の上に形成され、４Å（０．４ｎｍ）の厚さを有するルテニウム層。
（４）ルテニウム層の上に形成されたＣｏＦｅx 層。
（５）ＣｏＦｅx 層の上に形成された第１の反平行層。
（６）第１の反平行層の上に形成されたトンネルバリア層。
（７）トンネルバリア層の上に形成された磁気フリー層。
（８）磁気フリー層の上に形成されたキャップ層。
ここで、シールド層は、その磁化容易方向に沿って磁化されており、磁気フリー層は、その磁化困難軸方向に沿って磁化されている。また、反強磁性層および第２の反平行層のうちの少なくとも一方はプラズマ処理部分を含む。
本発明のＴＭＲデバイスおよびその製造方法によれば、シンセティック構造を構成するルテニウム層の界面粗さをプラズマ処理等によって小さくするようにしたので、従来よりも高い温度でアニール処理を実施しても飽和磁界の劣化を抑えつつピンニング強度を向上させることができる。
本発明は、Ｒｕ層の第１のピークでの（すなわち、ルテニウム層の厚さを０．４ｎｍとしたときの）改良されたＳｙＡＰ構造の使用により、ＴＭＲセンサにおけるより高い（飽和磁界）Ｈｓを確保し、その結果、より高いＭＲ比（抵抗変化率）を導くための、そのＴＭＲセンサに対する高温でのアニール処理を可能とする手法を開示するものである。
本発明の目的、特徴および利点は、以下に記載の好適な実施の形態の説明に照らして理解される。
図４は、本発明の一実施の形態としてのＴＭＲセンサにおける断面構成例を表すものである。このＴＭＲセンサは、ＮｉＦｅからなるシールド層３１と、シード層３２と、例えばＩｒＭｎなどのマンガンを含む反強磁性（ＡＦＭ）層３３と、ＡＰ２層３４と、ルテニウム層３５と、例えばボロンを含むＡＰ１層３６と、トンネルバリア層３７（例えばＭｇＯｘからなる）と、フリー層３８と、キャップ層３８とが順に積層されたものである。ここで、ＡＰ２層３４、ルテニウム層３５およびＡＰ１層３６がＳｙＡＰ構造を構成している。なお、符号４０〜４２は、それぞれ、後述する第１〜第３のプラズマ処理を実施する箇所を示している。例えば、プラズマ処理部分が、反強磁性層３３の上面に位置する場合、ＡＰ２層３４の上面に位置する場合、あるいはＡＰ２層３４の内部に位置する場合がある。但し、符号４０〜４２で示した全ての箇所においてプラズマ処理が実施される場合に限定されない。したがって、反強磁性層３３およびＡＰ２層３４のうちの少なくとも一方は、プラズマ処理がなされたプラズマ処理部分を含んでいる。また、ＡＰ２層３４には、界面活性層およびナノ酸化層の少なくとも一方が挿入されることが望ましい。符号４３は、ＣｏＦｅx 層が挿入される場所を示している。また、ルテニウム層３５は、ＡＰ１層３６とＡＰ２層３４とが反強磁性結合を生じ、かつ、維持するように、３Å（０．３ｎｍ）以上４．５Å（０．４５ｎｍ）以下、特に好ましくは０．４ｎｍの厚さを有しているとよい。
先に述べたように、第１のピークである０．４ｎｍ厚のルテニウム層を備えたＳｙＡＰ構造は、本質的には、第２のピークである０．７５ｎｍ厚のルテニウム層を備えたＳｙＡＰ構造よりも著しく大きな飽和磁界Ｈｓを発現する。したがって、高温環境下でアニール処理をした後であっても良好なデバイス特性を確保するために必要とされるピンニング強度を維持するためには、ルテニウム層を用いたＳｙＡＰ層においてピンニング特性の改善を図る必要がある。
上記課題を達成するには、高いアニール処理温度での飽和磁界Ｈｓの劣化を取り除き、または十分に抑制する必要がある。そこで、我々は、このような飽和磁界Ｈｓの劣化は以下の要因により引き起こされると考えた。
（１）高いアニール処理温度での結晶成長に起因したルテニウム層の界面粗さの増大。
（２）ＣｏＦｅＢからなるＡＰ１層３６からルテニウム層３５へのＢ（ボロン）の拡散。
（３）ＩｒＭｎからなる反強磁性層３３からＡＰ２層３４を介したルテニウム層３５へのＭｎ（マンガン）の拡散。
（１）高いアニール処理温度での結晶成長に起因したルテニウム層の界面粗さの増大。
（２）ＣｏＦｅＢからなるＡＰ１層３６からルテニウム層３５へのＢ（ボロン）の拡散。
（３）ＩｒＭｎからなる反強磁性層３３からＡＰ２層３４を介したルテニウム層３５へのＭｎ（マンガン）の拡散。
上記（１）〜（３）の要因を最小限に抑えることで、飽和磁界Ｈｓの望ましい改善を図ることができると考えられる。そこで、飽和磁界Ｈｓの望ましい改善を図るために極めて重要な２つの方法を提示する。
（第１の方法）
第１の方法は、反強磁性層３３の形成後、ルテニウム層３５の形成を行う前にプラズマ処理（ＰＴ）を行うものである。その結果得られるＴＭＲセンサの構造は、例えば以下のように表すことができる。
「シード層３２／ＡＦＭ層３３／ＡＰ２層３４／ＰＴ／Ｒｕ層３５（０．４ｎｍ厚）／ＡＰ１層３６／トンネルバリア層３７（ＭｇＯ）／フリー層３８／キャップ層３９」
第１の方法は、反強磁性層３３の形成後、ルテニウム層３５の形成を行う前にプラズマ処理（ＰＴ）を行うものである。その結果得られるＴＭＲセンサの構造は、例えば以下のように表すことができる。
「シード層３２／ＡＦＭ層３３／ＡＰ２層３４／ＰＴ／Ｒｕ層３５（０．４ｎｍ厚）／ＡＰ１層３６／トンネルバリア層３７（ＭｇＯ）／フリー層３８／キャップ層３９」
このプラズマ処理ＰＴは、ルテニウム層３５を成膜する際の界面粗さの増大を緩和するために行われる。このプラズマ処理は、プラズマエッチングまたはイオンビームエッチング（通常、アルゴンを用いて行われる）を含む処理である。イオンビームエッチングは、例えば５〜５０ワット（Ｗ）のパワーレベルで、３０〜２００ＳＣＣＭのガス流量で２０〜６００秒間に亘って行われる。
プラズマ処理ＰＴは、（Ａ）成膜後の反強磁性層３３の上面に対して施され、（Ｂ）ＡＰ２層３４を成膜する間、その成膜過程のＡＰ２層３４に対して施され、あるいは、（Ｃ）成膜後のＡＰ２層の表面に施される。または、それら（Ａ）〜（Ｃ）３種類のプロセスの任意の組み合わせでもよい。ただし一般的には、ＡＰ２層の上面に対するプラズマ処理の適用が、上記３種類のうち最も容易であると考えられる。
（第２の方法）
第２の方法は、プラズマ処理に加え、ルテニウム層３５の形成ののち、ＡＰ１層３６からのボロンの拡散を防止するため、直ぐに厚さｔの薄いＣｏＦｅx 層を挿入するというものである。ここで、ｘの値は例えば０〜０．９５である。またｔは、例えば０．２ｎｍ以上０．６ｎｍ以下（２Å以上６Å以下）であり、特に０．３ｎｍ以上０．４ｎｍ以下（３Å以上４Å以下）であることが望ましい。その結果得られるＴＭＲセンサの構造は、例えば以下のように表すことができる。
「シード層３２／ＡＦＭ層３３／ＡＰ２層３４／ＰＴ／Ｒｕ層３５（０．４ｎｍ厚）／ＣｏＦｅx 層（厚さｔ）／ＡＰ１層３６／トンネルバリア層３７（ＭｇＯ）／フリー層３８／キャップ層３９」
という構成となる。
第２の方法は、プラズマ処理に加え、ルテニウム層３５の形成ののち、ＡＰ１層３６からのボロンの拡散を防止するため、直ぐに厚さｔの薄いＣｏＦｅx 層を挿入するというものである。ここで、ｘの値は例えば０〜０．９５である。またｔは、例えば０．２ｎｍ以上０．６ｎｍ以下（２Å以上６Å以下）であり、特に０．３ｎｍ以上０．４ｎｍ以下（３Å以上４Å以下）であることが望ましい。その結果得られるＴＭＲセンサの構造は、例えば以下のように表すことができる。
「シード層３２／ＡＦＭ層３３／ＡＰ２層３４／ＰＴ／Ｒｕ層３５（０．４ｎｍ厚）／ＣｏＦｅx 層（厚さｔ）／ＡＰ１層３６／トンネルバリア層３７（ＭｇＯ）／フリー層３８／キャップ層３９」
という構成となる。
我々は、さらなる特性改善の実現のため、以下の追加のステップを加えるとよいことを見出した。
（第１の追加のステップ）
第１の追加のステップは、ＡＰ２層３４の内部に、界面活性層（ＳＬ；surfactant layer）またはナノ酸化層（ＮＯＬ；nano-oxide layer）を挿入するものである。その結果得られるＴＭＲセンサの構造は、例えば
「シード層／ＡＦＭ／ＡＰ２ａ／ＳＬ／ＡＰ２ｂ／ＰＴ／Ｒｕ（０．４ｎｍ厚）／ＣｏＦｅx （厚さｔ）／ＡＰ１／ＭｇＯ／フリー層／キャップ層」
または
「シード層／ＡＦＭ／ＡＰ２ａ／ＮＯＬ／ＡＰ２ｂ／ＰＴ／Ｒｕ（０．４ｎｍ厚）／ＣｏＦｅx （厚さｔ）／ＡＰ１／ＭｇＯ／フリー層／キャップ層」
である。
第１の追加のステップは、ＡＰ２層３４の内部に、界面活性層（ＳＬ；surfactant layer）またはナノ酸化層（ＮＯＬ；nano-oxide layer）を挿入するものである。その結果得られるＴＭＲセンサの構造は、例えば
「シード層／ＡＦＭ／ＡＰ２ａ／ＳＬ／ＡＰ２ｂ／ＰＴ／Ｒｕ（０．４ｎｍ厚）／ＣｏＦｅx （厚さｔ）／ＡＰ１／ＭｇＯ／フリー層／キャップ層」
または
「シード層／ＡＦＭ／ＡＰ２ａ／ＮＯＬ／ＡＰ２ｂ／ＰＴ／Ｒｕ（０．４ｎｍ厚）／ＣｏＦｅx （厚さｔ）／ＡＰ１／ＭｇＯ／フリー層／キャップ層」
である。
抵抗増大に関連した問題を回避するため、挿入されたＳＬもしくはＮＯＬにおける酸化の程度は低くなければならない。例えば、ＡＰ２ａ層の界面でＳＬを形成する際には比較的少ない酸素流量（例えば０．０５ＳＣＣＭ）が流入される。また、ＮＯＬを形成する際には、薄いＣｏＦｅもしくはＣｏＦｅＢ層が僅かに（浅く）酸化される程度でよい。
（第２の追加のステップ）
第２の追加のステップは、マンガンの拡散を抑制するため、ＡＦＭ層３３の表面粗さを低減すると共にその厚さを薄くするというものである。例えばＩｒＭｎからなる反強磁性層の場合、通常７ｎｍ（７０Å）である反強磁性層の厚さを、５ｎｍ以下、好ましくは４〜５ｎｍ程度に薄くしつつ、並はずれて高い飽和磁界Ｈｓによりピンニング強度を高く維持するようにする。極端な例では、ＡＦＭ層は完全に取り除くことができる。したがって、より改善されたパターン分解能（読み出し分解能）を提供することのできる、より薄いスタックの形成が可能となる。
第２の追加のステップは、マンガンの拡散を抑制するため、ＡＦＭ層３３の表面粗さを低減すると共にその厚さを薄くするというものである。例えばＩｒＭｎからなる反強磁性層の場合、通常７ｎｍ（７０Å）である反強磁性層の厚さを、５ｎｍ以下、好ましくは４〜５ｎｍ程度に薄くしつつ、並はずれて高い飽和磁界Ｈｓによりピンニング強度を高く維持するようにする。極端な例では、ＡＦＭ層は完全に取り除くことができる。したがって、より改善されたパターン分解能（読み出し分解能）を提供することのできる、より薄いスタックの形成が可能となる。
ＴＭＲセンサは、主にＮｉＦｅによって形成される磁気シールドの上面に形成されるので、ＴＭＲセンサに対する高温でのアニール処理が磁気シールドの容易磁化方向をかき乱すことのないようにする必要がある。幸運なことに、アニール処理温度が３００℃程度の高温であるとき、ＮｉＦｅからなるシールドの磁化容易方向は印加磁界の方向へしっかりと方向付けされており、それ以降のアニール温度がそれを下回る限り、その磁化容易軸方向は固定されたままである。
ＮｉＦｅからなるシールドの磁化容易軸の意図しない回転という可能性を取り除くため、一連のアニール処理は２段階のステップで実施される。第１段階のアニール処理は、例えば３２０℃という高温下で、シールドの磁化容易軸と同じ方向の磁界中で実施される。続く第２段階のアニール処理は、ピンニング磁界方向を決定するため、例えば２８０℃という比較的低い温度下で、磁化困難軸に沿った磁界中で行われる。このように、ピンニング磁界の増大により、ＮｉＦｅシールドの磁化を妨げることなくより高いＴＭＲ比が達成される。
本発明のプロセスおよび構造の効果を確認するため、以下に実施例を示す。
図３（Ａ）は、以下の構造のスタックに対応したＭＨループを表す。
「Ｔａ（２ｎｍ）／Ｒｕ（２ｎｍ）／ＩｒＭｎ（７ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．３ｎｍ）／ＰＴ（１００秒）／Ｒｕ（０．４ｎｍ）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（０．４ｎｍ）／ＣｏＦｅＢ（１．２ｎｍ）ＣｏＦｅ（０．８ｎｍ）／Ｒｕ（１．０ｎｍ）／Ｔａ（４ｎｍ）／Ｒｕ（３．０ｎｍ）」
「Ｔａ（２ｎｍ）／Ｒｕ（２ｎｍ）／ＩｒＭｎ（７ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．３ｎｍ）／ＰＴ（１００秒）／Ｒｕ（０．４ｎｍ）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（０．４ｎｍ）／ＣｏＦｅＢ（１．２ｎｍ）ＣｏＦｅ（０．８ｎｍ）／Ｒｕ（１．０ｎｍ）／Ｔａ（４ｎｍ）／Ｒｕ（３．０ｎｍ）」
また、図３（Ｂ）は、以下の構造のスタックに対応したＭＨループを表す。
「Ｔａ（２ｎｍ）／Ｒｕ（２ｎｍ）／ＩｒＭｎ（７ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．３ｎｍ）／ＰＴ（１００秒）／Ｒｕ（０．４ｎｍ）／Ｃｏ７５Ｆｅ２５（０．４ｎｍ）／ＣｏＦｅＢ（１．２ｎｍ）ＣｏＦｅ（０．８ｎｍ）／Ｒｕ（１．０ｎｍ）／Ｔａ（４ｎｍ）／Ｒｕ（３．０ｎｍ）」
ここで、ＰＴ（１００秒）は、アルゴンガス（流量１２０ＳＣＣＭ）を使用したパワーレベル１６ワットでの１００秒間に亘るプラズマエッチング処理を意味する。
「Ｔａ（２ｎｍ）／Ｒｕ（２ｎｍ）／ＩｒＭｎ（７ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．３ｎｍ）／ＰＴ（１００秒）／Ｒｕ（０．４ｎｍ）／Ｃｏ７５Ｆｅ２５（０．４ｎｍ）／ＣｏＦｅＢ（１．２ｎｍ）ＣｏＦｅ（０．８ｎｍ）／Ｒｕ（１．０ｎｍ）／Ｔａ（４ｎｍ）／Ｒｕ（３．０ｎｍ）」
ここで、ＰＴ（１００秒）は、アルゴンガス（流量１２０ＳＣＣＭ）を使用したパワーレベル１６ワットでの１００秒間に亘るプラズマエッチング処理を意味する。
図３（Ａ），３（Ｂ）に対応するサンプルは、いずれも上記の２段階のアニール処理を行ったものである。ここで、第１のアニール処理は、３２０℃の温度下で１８ｋＯｅの磁場を印加しつつ２時間に亘って実施した。第２のアニール処理は、２８０℃の温度下で１８ｋＯｅの磁場を印加しつつ２時間に亘って実施した。その結果、図３（Ａ），３（Ｂ）に示したように、いずれのサンプルにおいても、９０００Ｏｅを超える高い飽和磁界Ｈｓが得られた。
図１（Ａ）に示した結果（７６００Ｏｅ）と比較して、より高い温度でアニール処理を行ったにもかかわらず、飽和磁界Ｈｓの値は十分に高いものとなった。
本発明の利点および本発明が解決した課題は、以下の通りである。
３００℃以上の高いアニール処理温度によって得られるピンニング特性の重要な改善により、ＴＭＲセンサがより高いＴＭＲ比を発現することを可能とした。また、ピンニング特性の改善により、反強磁性層の薄型化がもたらされる。例えば下記の積層構造では、３２０℃のアニール処理を行った場合であっても、９３００Ｏｅの飽和磁界Ｈｓが得られた。
「Ｔａ（０．８ｎｍ）／Ｒｕ（１．３ｎｍ）／ＩｒＭｎ（６．０ｎｍ）／Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２．３ｎｍ）／ＨＰＰＴ／Ｒｕ（０．４ｎｍ）／ＣｏＦｅ（０．３ｎｍ）／ＣｏＦｅＢ（１．２ｎｍ）ＣｏＦｅ（０．９ｎｍ）／キャップ層」
ここで、 ＨＰＰＴは、高圧プラズマ処理を意味する。
「Ｔａ（０．８ｎｍ）／Ｒｕ（１．３ｎｍ）／ＩｒＭｎ（６．０ｎｍ）／Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２．３ｎｍ）／ＨＰＰＴ／Ｒｕ（０．４ｎｍ）／ＣｏＦｅ（０．３ｎｍ）／ＣｏＦｅＢ（１．２ｎｍ）ＣｏＦｅ（０．９ｎｍ）／キャップ層」
ここで、 ＨＰＰＴは、高圧プラズマ処理を意味する。
これに対し、下記の積層構造では、３２０℃のアニール処理を行った場合、５０００Ｏｅの飽和磁界Ｈｓに留まった。
「Ｔａ（０．８ｎｍ）／Ｒｕ（１．３ｎｍ）／ＩｒＭｎ（６．０ｎｍ）／Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２．３ｎｍ）／Ｒｕ（０．７５ｎｍ）／ＣｏＦｅＢ（１．２ｎｍ）ＣｏＦｅ（１．２ｎｍ）／キャップ層」
「Ｔａ（０．８ｎｍ）／Ｒｕ（１．３ｎｍ）／ＩｒＭｎ（６．０ｎｍ）／Ｃｏ７５Ｆｅ２５（２．３ｎｍ）／Ｒｕ（０．７５ｎｍ）／ＣｏＦｅＢ（１．２ｎｍ）ＣｏＦｅ（１．２ｎｍ）／キャップ層」
要約すると、本発明によれば、ルテニウム層における界面粗さの最適化（optimization）およびルテニウム層と接する材料の最適化により、強靱なピンニング磁場をもたらす高い温度でのアニール処理を実施しても、十分に高い飽和磁界Ｈｓを得ることができることがわかった。その結果、高温でのアニール処理を許容できる、より良好なＴＭＲ比を発現するＴＭＲセンサが得られる。具体的には、例えば５０％以上のＴＭＲ比と、５０００Ｏｅ以上のピンニング強度とを呈するＴＭＲセンサが得られる。また、このようなＴＭＲセンサを製造する際の、新規の一連のアニール処理についても本発明によって明らかにされた。
以上、本発明のＴＭＲデバイスに関して述べたが、本発明の技術的思想および根底にある原理は、磁気抵抗効果を基礎とした一般的なデバイスに適用されるものである。そのようなデバイスでは、例えばフリー層の磁化の方向と、シンセティック反平行結合により固定された、ピンド層の磁化の方向との比較により、格納された磁気情報の読み出しが行われる。ここではＴＭＲセンサを例示して説明したが、本発明はこれに限定されず、例えばＧＭＲセンサやデュアルスピンバルブセンサなど、他の磁界センサにも適用可能である。
３１…シールド層、３２…シード層３２、３３…反強磁性層、３４…ＡＰ２層、３５…ルテニウム層、３６…ＡＰ１層、３７…トンネルバリア層、３８…フリー層、３９…キャップ層。
Claims (24)
- Ｂ（硼素）を含む第１の反平行層と、ルテニウム層と、第２の反平行層と、Ｍｎ（マンガン）を含む反強磁性層とを順に備えたＴＭＲデバイスの製造方法であって、
アニール処理の前段階として、前記ルテニウム層の界面粗さを低減することで、前記第１の反平行層から前記ルテニウム層へのＢの拡散を最小化すると共に前記反強磁性層から前記ルテニウム層へのＭｎの拡散を最小化する
ＴＭＲデバイスの製造方法。 - 前記ＴＭＲデバイスを、５０％以上のＴＭＲ比と、５０００Ｏｅ以上のピンニング強度とを有するものとする
請求項１記載のＴＭＲデバイスの製造方法。 - 前記ルテニウム層は、前記第１の反平行層と前記第２の反平行層とが反強磁性結合を生じ、かつ、維持するように、３Å（０．３ｎｍ）以上４．５Å（０．４５ｎｍ）以下の厚さを有している
請求項１記載のＴＭＲデバイスの製造方法。 - 前記反強磁性層はＩｒＭｎからなる
請求項１記載のＴＭＲデバイスの製造方法。 - Ｂ（硼素）を含む第１の反平行層と、ルテニウム層と、第２の反平行層とを順に備えたＴＭＲデバイスの製造方法であって、
アニール処理の前段階として、前記ルテニウム層の界面粗さを低減することで、前記第１の反平行層から前記ルテニウム層へのＢの拡散を最小化する
ＴＭＲデバイスの製造方法。 - 内部ピンニング強度に優れ、かつ高ＭＲ比を発現するＴＭＲデバイスの製造方法であって、
シールド層上に、シード層を介して設けられた反強磁性層を用意することと、
前記反強磁性層の上に第２の反平行層を形成することと、
前記第２の反平行層および反強磁性層の少なくとも一方に対し、プラズマ処理を施すことと、
前記第２の反平行層の上に、４Å（０．４ｎｍ）の厚さを有するルテニウム層を形成することと、
前記ルテニウム層の上にＣｏＦｅx 層を形成することと、
前記ＣｏＦｅx 層の上に第１の反平行層を形成することと、
前記第１の反平行層の上にトンネルバリア層を形成することと、
前記トンネルバリア層の上に磁気フリー層を形成することと、
前記磁気フリー層の上にキャップ層を形成することと、
全ての層に対し、前記シールド層の磁化容易軸方向に沿った第１の外部磁界を印加しつつ、３２０℃の温度で少なくとも１分間に亘る第１のアニール処理を行うことと、
前記磁気フリー層の磁化困難軸方向に沿った第２の外部磁界を印加しつつ、前記第１のアニール処理における温度よりも２０℃以上低い温度で少なくとも５分間に亘る第２のアニール処理を行うことと
を含むＴＭＲデバイスの製造方法。 - 前記ＴＭＲデバイスを、５０％以上のＴＭＲ比と、５０００Ｏｅ以上のピンニング強度とを有するものとする
請求項６記載のＴＭＲデバイスの製造方法。 - 前記プラズマ処理は、２０秒以上６００秒以下の時間内に３０ＳＣＣＭ以上２００ＳＣＣＭ以下の流量で投入されたアルゴン雰囲気中において５ワット以上５０ワット以下のパワーレベルで行うプラズマエッチングまたはイオンビームエッチングを含むものである
請求項６記載のＴＭＲデバイスの製造方法。 - 前記プラズマ処理を、前記反強磁性層の上面に対して行う
請求項８記載のＴＭＲデバイスの製造方法。 - 前記プラズマ処理を、前記第２の反平行層の上面に対して行う
請求項８記載のＴＭＲデバイスの製造方法。 - 前記プラズマ処理を、前記第２の反平行層の成長過程において、前記第２の反平行層の一部分に対して行う
請求項８記載のＴＭＲデバイスの製造方法。 - 前記ＣｏＦｅx 層を、０．２ｎｍ以上０．６ｎｍ以下の厚さを有し、ｘを０から０．９５とする
請求項６記載のＴＭＲデバイスの製造方法。 - 前記第２の反平行層に界面活性層（a surfactant layer）を挿入することを含む
請求項６記載のＴＭＲデバイスの製造方法。 - 前記第２の反平行層にナノ酸化層を挿入することを含む
請求項６記載のＴＭＲデバイスの製造方法。 - 空間分解能を向上させるため、前記反強磁性層の厚さを０ｎｍ超５ｎｍ以下とする
請求項６記載のＴＭＲデバイスの製造方法。 - シールド層上にシード層を介して設けられたＴＭＲデバイスであって、
前記シード層の上に形成された反強磁性層と、
前記反強磁性層の上に形成された第２の反平行層と、
前記第２の反平行層の上に形成され、４Å（０．４ｎｍ）の厚さを有するルテニウム層と、
前記ルテニウム層の上に形成されたＣｏＦｅx 層と、
前記ＣｏＦｅx 層の上に形成された第１の反平行層と、
前記第１の反平行層の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の上に形成された磁気フリー層と、
前記磁気フリー層の上に形成されたキャップ層と
を備え、
前記反強磁性層および第２の反平行層のうちの少なくとも一方はプラズマ処理部分を含み、
前記シールド層は、その磁化容易方向に沿って磁化されており、
前記磁気フリー層は、その磁化困難軸方向に沿って磁化されている
ＴＭＲデバイス。 - ５０％以上のＴＭＲ比と、５０００Ｏｅ以上のピンニング強度とを有するものとする
請求項１６記載のＴＭＲデバイス。 - 前記プラズマ処理部分は、前記反強磁性層の上面に位置する
請求項１６記載のＴＭＲデバイス。 - 前記プラズマ処理部分は、前記第２の反平行層の上面に位置する
請求項１６記載のＴＭＲデバイス。 - 前記プラズマ処理部分は、前記第２の反平行層の内部に位置する
請求項１６記載のＴＭＲデバイス。 - 前記ＣｏＦｅx 層は、０．２ｎｍ以上０．６ｎｍ以下の厚さを有し、ｘが０から０．９５のものである
請求項１６記載のＴＭＲデバイス。 - 前記第２の反平行層に界面活性層（a surfactant layer）が挿入されている
請求項１６記載のＴＭＲデバイス。 - 前記第２の反平行層にナノ酸化層が挿入されている
請求項１６記載のＴＭＲデバイス。 - 空間分解能を向上させるため、前記反強磁性層は０ｎｍ超５ｎｍ以下の厚さを有する
請求項１６記載のＴＭＲデバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US12/931,849 | 2011-02-11 | ||
| US12/931,849 US8325448B2 (en) | 2011-02-11 | 2011-02-11 | Pinning field in MR devices despite higher annealing temperature |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2012169626A true JP2012169626A (ja) | 2012-09-06 |
| JP5940825B2 JP5940825B2 (ja) | 2016-06-29 |
Family
ID=46636247
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012028363A Expired - Fee Related JP5940825B2 (ja) | 2011-02-11 | 2012-02-13 | Ｔｍｒデバイスおよびその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8325448B2 (ja) |
| JP (1) | JP5940825B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10312433B2 (en) * | 2012-04-06 | 2019-06-04 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd | Reduction of capping layer resistance area product for magnetic device applications |
| KR102082328B1 (ko) | 2013-07-03 | 2020-02-27 | 삼성전자주식회사 | 수직 자기터널접합을 구비하는 자기 기억 소자 |
| KR102126975B1 (ko) | 2013-12-09 | 2020-06-25 | 삼성전자주식회사 | 자기 기억 소자 및 그 제조 방법 |
| US9230565B1 (en) | 2014-06-24 | 2016-01-05 | Western Digital (Fremont), Llc | Magnetic shield for magnetic recording head |
| US9634237B2 (en) * | 2014-12-23 | 2017-04-25 | Qualcomm Incorporated | Ultrathin perpendicular pinned layer structure for magnetic tunneling junction devices |
| CN104659202A (zh) * | 2015-02-13 | 2015-05-27 | 西南应用磁学研究所 | 提高隧道结薄膜磁电阻效应的制备方法 |
| US10784310B2 (en) | 2018-11-08 | 2020-09-22 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Cooling for PMA (perpendicular magnetic anisotropy) enhancement of STT-MRAM (spin torque transfer-magnetic random access memory) devices |
Citations (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000156530A (ja) * | 1998-03-20 | 2000-06-06 | Toshiba Corp | 積層薄膜機能デバイス及び磁気抵抗効果素子 |
| JP2003086866A (ja) * | 2001-09-13 | 2003-03-20 | Anelva Corp | スピンバルブ型巨大磁気抵抗薄膜の製造方法 |
| JP2003318461A (ja) * | 2002-04-22 | 2003-11-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 磁気抵抗効果素子とこれを用いた磁気ヘッドおよび磁気メモリならびに磁気記録装置 |
| JP2004023015A (ja) * | 2002-06-20 | 2004-01-22 | Sony Corp | 磁気抵抗効果素子およびその製造方法並びに磁気メモリ装置 |
| JP2004063592A (ja) * | 2002-07-25 | 2004-02-26 | Sony Corp | 磁気抵抗効果素子および磁気メモリ装置 |
| JP2006179566A (ja) * | 2004-12-21 | 2006-07-06 | Tdk Corp | 磁気抵抗効果素子、該磁気抵抗効果素子を備えた薄膜磁気ヘッド、該薄膜磁気ヘッドを備えたヘッドジンバルアセンブリ、該ヘッドジンバルアセンブリを備えた磁気ディスク装置、及び該磁気抵抗効果素子の製造方法 |
| WO2006129576A1 (ja) * | 2005-06-01 | 2006-12-07 | Nec Corporation | 磁気ランダムアクセスメモリ |
| JP2008066612A (ja) * | 2006-09-11 | 2008-03-21 | Fujitsu Ltd | トンネル磁気抵抗効果素子及びその製造方法。 |
| JP2008152898A (ja) * | 2006-12-13 | 2008-07-03 | Tdk Corp | 磁区制御用反強磁性層を備えた磁気抵抗効果薄膜磁気ヘッド |
| JP2008166524A (ja) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Alps Electric Co Ltd | トンネル型磁気検出素子 |
| JP2008218735A (ja) * | 2007-03-05 | 2008-09-18 | Alps Electric Co Ltd | トンネル型磁気検出素子 |
| JP2009059950A (ja) * | 2007-08-31 | 2009-03-19 | Fujitsu Ltd | 磁気抵抗効果膜、磁気ヘッド、磁気ディスク装置、磁気メモリ装置、及び磁気抵抗効果膜の製造方法 |
| JP2009170926A (ja) * | 2000-09-11 | 2009-07-30 | Toshiba Corp | 強磁性トンネル接合素子およびその製造方法 |
| JP2009278130A (ja) * | 2008-03-07 | 2009-11-26 | Canon Anelva Corp | 磁気抵抗素子の製造方法 |
| JP2010093157A (ja) * | 2008-10-10 | 2010-04-22 | Fujitsu Ltd | 磁気抵抗効果素子、磁気再生ヘッド、磁気抵抗デバイスおよび情報記憶装置 |
| JP2010102805A (ja) * | 2008-10-27 | 2010-05-06 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands Bv | トンネル接合型磁気抵抗効果ヘッド |
| JP2010123978A (ja) * | 2007-05-07 | 2010-06-03 | Canon Anelva Corp | 磁気抵抗素子の製造方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6853520B2 (en) * | 2000-09-05 | 2005-02-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistance effect element |
| JP3657875B2 (ja) | 2000-11-27 | 2005-06-08 | Ｔｄｋ株式会社 | トンネル磁気抵抗効果素子 |
| US6954342B2 (en) * | 2001-04-30 | 2005-10-11 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. | Underlayer for high amplitude spin valve sensors |
| US6841395B2 (en) * | 2002-11-25 | 2005-01-11 | International Business Machines Corporation | Method of forming a barrier layer of a tunneling magnetoresistive sensor |
| US6947264B2 (en) * | 2002-12-06 | 2005-09-20 | International Business Machines Corporation | Self-pinned in-stack bias structure for magnetoresistive read heads |
| US6934131B2 (en) * | 2003-01-13 | 2005-08-23 | Veeco Instruments, Inc. | Spin valve with thermally stable pinned layer structure having ruthenium oxide specular reflecting layer |
| US7377025B2 (en) | 2004-10-29 | 2008-05-27 | Headway Technologies, Inc. | Method of forming an improved AP1 layer for a TMR device |
| US7780820B2 (en) | 2005-11-16 | 2010-08-24 | Headway Technologies, Inc. | Low resistance tunneling magnetoresistive sensor with natural oxidized double MgO barrier |
| US7750421B2 (en) | 2007-07-23 | 2010-07-06 | Magic Technologies, Inc. | High performance MTJ element for STT-RAM and method for making the same |
-
2011
- 2011-02-11 US US12/931,849 patent/US8325448B2/en active Active
-
2012
- 2012-02-13 JP JP2012028363A patent/JP5940825B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000156530A (ja) * | 1998-03-20 | 2000-06-06 | Toshiba Corp | 積層薄膜機能デバイス及び磁気抵抗効果素子 |
| JP2009170926A (ja) * | 2000-09-11 | 2009-07-30 | Toshiba Corp | 強磁性トンネル接合素子およびその製造方法 |
| JP2003086866A (ja) * | 2001-09-13 | 2003-03-20 | Anelva Corp | スピンバルブ型巨大磁気抵抗薄膜の製造方法 |
| JP2003318461A (ja) * | 2002-04-22 | 2003-11-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 磁気抵抗効果素子とこれを用いた磁気ヘッドおよび磁気メモリならびに磁気記録装置 |
| JP2004023015A (ja) * | 2002-06-20 | 2004-01-22 | Sony Corp | 磁気抵抗効果素子およびその製造方法並びに磁気メモリ装置 |
| JP2004063592A (ja) * | 2002-07-25 | 2004-02-26 | Sony Corp | 磁気抵抗効果素子および磁気メモリ装置 |
| JP2006179566A (ja) * | 2004-12-21 | 2006-07-06 | Tdk Corp | 磁気抵抗効果素子、該磁気抵抗効果素子を備えた薄膜磁気ヘッド、該薄膜磁気ヘッドを備えたヘッドジンバルアセンブリ、該ヘッドジンバルアセンブリを備えた磁気ディスク装置、及び該磁気抵抗効果素子の製造方法 |
| WO2006129576A1 (ja) * | 2005-06-01 | 2006-12-07 | Nec Corporation | 磁気ランダムアクセスメモリ |
| JP2008066612A (ja) * | 2006-09-11 | 2008-03-21 | Fujitsu Ltd | トンネル磁気抵抗効果素子及びその製造方法。 |
| JP2008152898A (ja) * | 2006-12-13 | 2008-07-03 | Tdk Corp | 磁区制御用反強磁性層を備えた磁気抵抗効果薄膜磁気ヘッド |
| JP2008166524A (ja) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Alps Electric Co Ltd | トンネル型磁気検出素子 |
| JP2008218735A (ja) * | 2007-03-05 | 2008-09-18 | Alps Electric Co Ltd | トンネル型磁気検出素子 |
| JP2010123978A (ja) * | 2007-05-07 | 2010-06-03 | Canon Anelva Corp | 磁気抵抗素子の製造方法 |
| JP2009059950A (ja) * | 2007-08-31 | 2009-03-19 | Fujitsu Ltd | 磁気抵抗効果膜、磁気ヘッド、磁気ディスク装置、磁気メモリ装置、及び磁気抵抗効果膜の製造方法 |
| JP2009278130A (ja) * | 2008-03-07 | 2009-11-26 | Canon Anelva Corp | 磁気抵抗素子の製造方法 |
| JP2010093157A (ja) * | 2008-10-10 | 2010-04-22 | Fujitsu Ltd | 磁気抵抗効果素子、磁気再生ヘッド、磁気抵抗デバイスおよび情報記憶装置 |
| JP2010102805A (ja) * | 2008-10-27 | 2010-05-06 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands Bv | トンネル接合型磁気抵抗効果ヘッド |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20120205757A1 (en) | 2012-08-16 |
| JP5940825B2 (ja) | 2016-06-29 |
| US8325448B2 (en) | 2012-12-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20210234092A1 (en) | Reduction of Barrier Resistance X Area (RA) Product and Protection of Perpendicular Magnetic Anisotropy (PMA) for Magnetic Device Applications | |
| JP5940825B2 (ja) | Ｔｍｒデバイスおよびその製造方法 | |
| US9577184B2 (en) | TMR device with novel free layer structure | |
| US8456781B2 (en) | TMR device with novel free layer structure | |
| US7602033B2 (en) | Low resistance tunneling magnetoresistive sensor with composite inner pinned layer | |
| US8059374B2 (en) | TMR device with novel free layer structure | |
| US7780820B2 (en) | Low resistance tunneling magnetoresistive sensor with natural oxidized double MgO barrier | |
| US9484049B2 (en) | TMR device with novel free layer | |
| US20090229111A1 (en) | Two step annealing process for TMR device with amorphous free layer | |
| JP2016071925A (ja) | ＭｇＯトンネル型バリア層およびホウ素の拡散を最少化する窒素含有層を含むトンネル型磁気抵抗（ＴＭＲ）素子 | |
| WO2018159624A1 (ja) | 強磁性多層膜、磁気抵抗効果素子、及び強磁性多層膜を製造する方法 | |
| US9230565B1 (en) | Magnetic shield for magnetic recording head | |
| JP2011082477A (ja) | 磁気トンネル接合デバイスおよびその製造方法 | |
| JP2011009748A (ja) | 磁気抵抗装置およびその製造方法 | |
| JP5647406B2 (ja) | フリー層およびその形成方法、磁気抵抗効果素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20121217 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140326 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140328 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20140624 |
|
| A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20140627 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20140723 |
|
| A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20140728 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140826 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150310 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20150528 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20150623 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20150807 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150826 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160105 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160404 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160426 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160519 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5940825 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |