JP2013021369A - 磁気抵抗効果素子、およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】磁化が実質的に一方向に固着された磁化固着層と、前記磁化固着層と対向するようにして形成され、磁化が外部磁界に対して変化する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に位置し、絶縁層、及びこの絶縁層を層方向に電流を通過させる導電体とを有する電流狭窄層を含むスペーサ層と具える磁気抵抗効果素子において、前記磁化固着層の層中、前記磁化自由層の層中、前記磁化固着層及び前記スペーサ層の界面、並びに前記磁化自由層及び前記スペーサ層の界面の少なくとも一か所に、Si、Mg、B、Alを含む機能層を設ける。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の磁気抵抗効果素子(CCP−CPP素子)の一例を表す斜視図である。なお、図1および以降の図は全て模式図であり、図上での膜厚同士の比率と、実際の膜厚同士の比率は必ずしも一致しない。
以下、磁気抵抗効果素子の構成要素を説明する。
下電極11は、スピンバルブ膜の垂直方向に通電するための電極である。下電極11と上電極20との間に電圧が印加されることで、スピンバルブ膜内部を膜面垂直方向に沿って電流が流れるようになる。この電流によって、磁気抵抗効果に起因する抵抗の変化を検出することで、磁気の検知が可能となる。下電極11には、電流を磁気抵抗効果素子に通電するために、電気抵抗が比較的小さい金属層が用いられる。
下地層12は、例えば、バッファ層12a、シード層12bに区分することができる。バッファ層12aは下電極11表面の荒れを緩和したりするための層である。シード層12bは、その上に成膜されるスピンバルブ膜の結晶配向および結晶粒径を制御するための層である。
ピニング層13は、その上に成膜されるピン層14となる強磁性層に一方向異方性(unidirectional anisotropy)を付与して磁化を固着する機能を有する。ピニング層13の材料としては、PtMn、PdPtMn、IrMn、RuRhMnなどの反強磁性材料を用いることができる。この内、高記録密度対応のヘッドの材料として、IrMnが有利である。IrMnは、PtMnよりも薄い膜厚で一方向異方性を印加することができ、高密度記録の為に必要な狭ギャップ化に適している。
ピン層14は、下部ピン層141(例えば、Co90Fe10 3.5nm)、磁気結合層142(例えば、Ru)、および上部ピン層143(例えば、Fe50Co50[1nm]/Cu[0.25nm])×2/Fe50Co50[1nm])からなるシンセティックピン層とすることが好ましい一例である。ピニング層13(例えば、IrMn)とその直上の下部ピン層141は一方向異方性(unidirectional anisotropy)をもつように交換磁気結合している。磁気結合層142の上下の下部ピン層141および上部ピン層143は、磁化の向きが互いに反平行になるように強く磁気結合している。
CCP−CPP素子においては、スペーサ層16の近傍で電流が狭窄されるため、スペーサ層16の界面近傍での抵抗の寄与が非常に大きい。つまり、スペーサ層16と磁性層(ピン層14、フリー層18)の界面での抵抗が、磁気抵抗効果素子全体の抵抗に占める割合が大きい。このことは、スピン依存界面散乱効果の寄与がCCP−CPP素子では非常に大きく、重要であることを示している。つまり、スペーサ層16の界面に位置する磁性材料の選択が従来のCPP素子の場合と比較して、非常に重要な意味をもつ。これが、上部ピン層143として、スピン依存界面散乱効果が大きいbcc構造をもつFeCo合金層を用いた理由であり、前述したとおりである。
下部金属層15は、電流パス162の形成に用いられ、電流パス162の供給源である。下部金属層15は、その上部の絶縁層161を形成するときに、下部に位置する上部ピン層143の酸化を抑制するストッパ層としての機能も有する。
フリー層18は、磁化方向が外部磁界によって変化する強磁性体を有する層である。例えば、界面にCoFeを挿入してNiFeを用いたCo90Fe10[1nm]/Ni83Fe17[3.5nm]という二層構成がフリー層18の一例として挙げられる。この場合、電流狭窄層16との界面には、NiFe合金よりもCoFe合金を設けることが大きなMR変化率を実現するために好ましい。高いMR変化率を得るためには、電流狭窄層16の界面に位置するフリー層18の磁性材料の選択が重要である。なお、NiFe層を用いない場合には、Co90Fe10[4nm]単層も用いることができる。また、CoFe/NiFe/CoFeなどの三層構成からなるフリー層18を用いても構わない。また、後述するように、フリー層18の一部にCoZrNbなどのアモルファス合金層を用いても構わない。
キャップ層19は、スピンバルブ膜を保護する機能を有する。キャップ層19は、例えば、複数の金属層、例えば、Cu層とRu層の2層構造(Cu[1nm]/Ru[10nm])とすることができる。また、キャップ層19として、Ruをフリー層18側に配置したRu/Cu層なども用いることができる。この場合、Ruの膜厚は0.5〜2nm程度が好ましい。この構成のキャップ層19は、特に、フリー層18がNiFeからなる場合に望ましい。RuはNiと非固溶な関係にあるので、フリー層18とキャップ層19の間に形成される界面ミキシング層の磁歪を低減できるからである。
本発明者らは、図1に示す磁気抵抗効果素子の下部ピン層141、上部ピン層143、フリー層18、またはキャップ層19の少なくとも一層に、Siからなる機能層を挿入することにより、MR変化率が向上することを発見した。下記にMR変化率の向上を確認した磁気抵抗効果膜の膜構成を示す。Si機能層の挿入をしていない、CCP−GMR膜の膜構成を示す。
・下地層12:Ta[5nm]/Ru[2nm]
・ピニング層13:Ir22Mn78[7nm]
・ピン層14:Co75Fe25[3.3nm]/Ru[0.9nm]/(Fe50Co50[1nm]/Cu[0.25nm])×2/Fe50Co50[1nm]
・金属層15:Cu[0.6nm]
・電流狭窄層16:Al2O3の絶縁層161およびCuの電流パス162・金属層17:Cu[0.25nm]
・金属層17:Cu[0.4nm]
・フリー層18:Fe40Co60[2nm]/Si[0.25nm]/Ni83Fe17[3.5nm]
・キャップ層19:Cu[1nm]/Ta[2nm]/Ru[15nm]
・上電極20
機能層挿入によるMR向上および信頼性向上の原因として、余剰酸素の捕獲効果が考えられる。図2(a)に機能層を挿入していない、従来のCCP−GMR膜の断面図を示す。図2の膜構成では、絶縁層161としてAl2O3を用いているため、Al2O3形成時に発生する余剰酸素が隣接する、ピン層14、およびフリー層18に拡散してしまう。
本実施形態の機能層21としては、Si以外にも、Mg、B、AlなどのCo、Ni、Feよりも酸化エネルギーが低く、原子番号の低い元素も用いることができる。機能層21として、非磁性材料であるSi、Mg、B、Alを挿入することで、ピン層14、またはフリー層18内(即ち、機能層21を介した上下の磁性層間)での磁気結合が分断される可能性がある。機能層21を介した磁気結合を十分大きな値として保つためには、機能層21の膜厚として、0.05nm〜1nm、さらに好ましくは0.1nm〜0.7nmが望ましい。
・下電極11
・下地層12:Ta[5nm]/Ru[2nm]
・ピニング層13:Ir22Mn78[7nm]
・ピン層14:Co75Fe25[3.3nm]/Ru[0.9nm]/(Fe50Co5[1nm]/Cu[0.25nm])×2/Fe50Co50[1nm]
・下部金属層15:Cu[0.6nm]
・電流狭窄層16:Al2O3の絶縁層161およびCuの電流パス162
・上部金属層17:Cu[0.4nm]
・フリー層18:後述
・キャップ層19:Cu[1nm]/Ta[2nm]/Ru[15nm]
・上電極20
フリー層18の構成がFe−Co[2nm]/Si[0.25nm]/Ni83Fe17[3.5nm](機能層21有)と、Fe−Co[2nm]/Ni83Fe17[3.5nm](機能層21無)とにおいて、フリー層18中のスペーサ層との界面におけるFe−Co合金の組成とSi挿入とによるMRの増大量を比較すると、Fe組成が10[at.%]で0.5%向上、Fe組成が40[at.%]で1.5%向上、Fe組成が50[at.%]で2.2%向上となった。
次に、本実施形態のCCP−CPP素子を他の参考例と対比して説明する。
メタルCPP−GMR膜において、Cuを磁性層に挿入することにより、スピン依存バルク散乱が増強し、MR変化率が向上する技術が、非特許文献1に公開されている(非特許文献1:H. Yuasa et al.、 J. Appl. Phys. 92 (5)、 2646 (2002))。また、上述した特許文献1(特開2003−133614号)及び特許文献2(特開2003−60263号)では、Cuに加えて、B、Al、Siなどで形成された挿入層がメタルCPP−GMR膜の抵抗変化量を増強するのに有効であると示してある。以下、本発明のCCP−GMR膜にSiを挿入した場合とメタルCPP−GMR膜にSiを挿入した場合との違いを説明する。
本発明の機能層は、TMR膜に適用しても、MRの向上効果が期待できる。
TMR膜は、図1に示すCCP−GMR膜のスペーサ層として用いられている、下部金属層15+電流狭窄層16+上部金属層17を、絶縁層に置き換えた構造を有する。TMR膜の絶縁層には、例えばMgOやAl2O3などの酸化物が用いられる。TMR膜では、ピン層14およびフリー層18のスピン分極率がMRを議論するのに用いられる。このスピン分極率は、MgOやAl2O3からピン層14およびフリー層18への余剰酸素の拡散により低下する。そのため、TMR膜においても、余剰酸素の拡散によるスピン分極率の低下を抑制することがMR変化率の向上に有効である。つまり、本発明の機能層をTMR膜のピン層14、フリー層18、およびキャップ層19に適用した場合でもMR変化率の向上が期待できる。
Ta[5nm]/Ru[2nm]/Ir22Mn78[7nm]/Co80Fe20[2nm]/Ru[0.9nm]/(Co80Fe20)80B20[2.4nm]/MgO[1.5nm]/Co80Fe20[1nm]/Si[0.25nm]/Ni85Fe15[3.5nm]/Cu[1nm]/Ta[2nm]/Ru[1nm]
上記の膜構成は、TMR膜のフリー層に機能層としてSi[0.25nm]を用いた場合の例である。
Ta[5nm]/Ru[2nm]/Ir22Mn78[7nm]/Co80Fe20[2nm]/Ru[0.9nm]/(Co80Fe20)80B20[0.8nm]/Si[0.125nm]/(Co80Fe20)80B20[1.6nm]/MgO[1.5nm]/Co80Fe20[1nm]/Ni85Fe15[3.5nm]/Cu[1nm]/Ta[2nm]/Ru[1nm]
上記の膜構成は、TMR膜のピン層に機能層としてSi[0.125nm]を用いた場合の例である。
Ta[5nm]/Ru[2nm]/Ir22Mn78[7nm]/Co80Fe20[2nm]/Ru[0.9nm]/(Co80Fe20)80B20[2.4nm]/MgO[1.5nm]/Co80Fe20[1nm]/Ni85Fe15[3.5nm]/Si[0.5nm]/Cu[0.5nm]/Ta[2nm]/Ru[1nm]
上記の膜構成は、TMR膜のキャップ層に機能層としてSi[0.5nm]を挿入した場合の例である。
図4は、本実施形態の磁気抵抗効果素子の製造に用いられる成膜装置の一例の概略を示す模式図である。
次に、本実施形態における磁気抵抗効果素子の製造方法の一例について詳細に説明する。
図5に磁気抵抗効果素子の製造工程のフロー図を示す。基本的な製造プロセスは、基板(図示せず)上に、下電極11、下地層12、ピニング層13、ピン層14、下部金属層15、スペーサ層16、上部金属層17、フリー層18、キャップ層19、上電極20を順に形成する。この際、基板はロードロックチャンバー51にセットし、金属の成膜を金属成膜チャンバー53、54で、酸化を酸化物層・窒化物層形成チャンバー60でそれぞれ行う。金属成膜チャンバーの到達真空度は1×10−8Torr以下とすることが好ましく、5×10−10Torr〜5×10−9Torr程度が一般的である。搬送チャンバー50の到達真空度は10−9Torrオーダーである。酸化物層・窒化物層形成チャンバー60の到達真空度は8×10−8Torr以下である。
次に、各層の製造工程について説明する。
基板(図示せず)上に、下電極11を微細加工プロセスによって前もって形成しておく。
下電極11上に、下地層12として、例えば、Ta[5nm]/Ru[2nm]を成膜する。既述のように、Taは下電極の荒れを緩和したりするためのバッファ層12aである。Ruはその上に成膜されるスピンバルブ膜の結晶配向および結晶粒径を制御するシード層12bである。
下地層12上にピニング層13を成膜する。ピニング層13の材料としては、PtMn、PdPtMn、IrMn、RuRhMnなどの反強磁性材料を用いることができる。
ピニング層13上にピン層14を形成する。ピン層14は、例えば、下部ピン層141(Co90Fe10)、磁気結合層142(Ru)、および上部ピン層143(Co90Fe10[4nm])からなるシンセティックピン層とすることができる。
次に、電流狭窄構造(CCP構造)を有する電流狭窄層16を含む、スペーサ層15〜17を形成する。スペーサ層15〜17を形成するには、酸化物層・窒化物層形成チャンバー60を用いる。
上部金属層17の上に、フリー層18として、例えば、Co90Fe10[1nm]/Ni83Fe17[3.5nm]を成膜する。ここで、フリー層18の成膜の途中で、成膜する材料を換えることにより、機能層21を形成することができる。具体的には、成膜材料をCo90Fe10からSiに切り替え、次いで、Ni83Fe17に切り替えることで、フリー層18中にSiからなる機能層21が形成される。また、Co90Fe10からSiに切り替え、Ni83Fe17に切り替えない場合は、フリー層18の表面上に機能層21が形成されることになる。
フリー層18の上に、キャップ層19として例えば、Cu[1nm]/Ru[10nm]を積層する。ここで、キャップ層19の成膜の途中で、成膜する材料を換えることにより、機能層22を形成することができる。具体的には、成膜材料をCuからSiに切り替えて、次にCuに切り替えることで、キャップ層19中にSiからなる機能層21を形成することができる。
以下、本発明の実施例につき説明する。以下に本発明の実施例に係る磁気抵抗効果膜の基本膜構成を以下に示す。
・下電極11
・下地層12:Ta[5nm]/Ru[2nm]
・ピニング層13:Ir22Mn78[7nm]
・ピン層14:Co75Fe25[3.3nm]/Ru[0.9nm]/(Fe50Co50[1nm]/Cu[0.25nm])×2/Fe50Co50[1nm]
・下部金属層15:Cu[0.6nm]
・電流狭窄層16:Al2O3の絶縁層161およびCuの電流パス162
・上部金属層17:Cu[0.4nm]
・フリー層18:後述
・キャップ層19:Cu[1nm]/Ta[2nm]/Ru[15nm]
・上電極20
本実施例では、機能層をフリー層18、キャップ層19の様々な箇所に挿入して比較を行った。以下に実施例2の基本膜構成を示す。
・下電極11
・下地層12:Ta[5nm]/Ru[2nm]
・ピニング層13:Ir22Mn78[7nm]
・ピン層14:Co75Fe25[3.9nm]/Ru[0.9nm]/(Fe50Co50[1.8nm]/Cu[0.25nm]/Fe50Co50[1.8nm]
・金属層15:Cu[0.6nm]
・電流狭窄層16:Al2O3の絶縁層161およびCuの電流パス162・金属層17:Cu[0.25nm]
・金属層17:Cu[0.4nm]
・フリー層18:後述
・キャップ層19:後述
・上電極20
本実施例では、実施例2のピン層14にさらに機能層を挿入した場合の比較を行った。以下に実施例3の基本膜構成を示す。
・下電極11
・下地層12:Ta[5nm]/Ru[2nm]
・ピニング層13:Ir22Mn78[7nm]
・ピン層14:後述
・下部金属層15:Cu[0.6nm]
・電流狭窄層16:Al2O3の絶縁層161およびCuの電流パス162
・上部金属層17:Cu[0.4nm]
・フリー層18:後述
・キャップ層19:Cu[1nm]/Ta[2nm]/Ru[15nm]
・上電極20
本実施例では、機能層の膜厚を変えた場合の比較を行った。以下に実施例3の基本膜構成を示す。
・下電極11
・下地層12:Ta[5nm]/Ru[2nm]
・ピニング層13:Ir22Mn78[7nm]
・ピン層14:Co75Fe25[3.9nm]/Ru[0.9nm]/(Fe50Co50[1.8nm]/Cu[0.25nm]/Fe50Co50[1.8nm]
・下部金属層15:Cu[0.6nm]
・電流狭窄層16:Al2O3の絶縁層161およびCuの電流パス162
・上部金属層17:Cu[0.4nm]
・フリー層18:後述
・キャップ層19:Cu[1nm]/Ta[2nm]/Ru[15nm]
・上電極20
本実施例では、異なる構成のフリー層18にSiを挿入した場合の比較を行った。以下に実施例2の基本膜構成を示す。
・下電極11
・下地層12:Ta[5nm]/Ru[2nm]
・ピニング層13:Ir22Mn78[7nm]
・ピン層14:Co75Fe25[3.9nm]/Ru[0.9nm]/(Fe50Co50[1.8nm]/Cu[0.25nm]/Fe50Co50[1.8nm]
・下部金属層15:Cu[0.6nm]
・電流狭窄層16:Al2O3の絶縁層161およびCuの電流パス162・金属層17:Cu[0.25nm]
・上部金属層17:Cu[0.4nm]
・フリー層18:後述
・キャップ層19:Cu[1nm]/Ta[2nm]/Ru[15nm]
・上電極20
以下、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子(CCP−CPP素子)の応用について説明する。
図6および図7は、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドに組み込んだ状態を示している。図6は、磁気記録媒体(図示せず)に対向する媒体対向面に対してほぼ平行な方向に磁気抵抗効果素子を切断した断面図である。図7は、この磁気抵抗効果素子を媒体対向面ABSに対して垂直な方向に切断した断面図である。
図6および図7に示した磁気ヘッドは、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込んで、磁気記録再生装置に搭載することができる。
次に、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を搭載した磁気メモリについて説明する。すなわち、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を用いて、例えばメモリセルがマトリクス状に配置されたランダムアクセス磁気メモリ(MRAM: magnetic random access memory)などの磁気メモリを実現できる。
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。 磁気抵抗効果膜の具体的な構造や、その他、電極、バイアス印加膜、絶縁膜などの形状や材質に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる。
11 下電極
12 下地層
13 ピニング層
14 ピン層
15 下部(非磁性)金属層
16 電流狭窄層
17 上部(非磁性)金属層
18 フリー層
19 キャップ層
20 上電極
21 機能層
150 磁気記録再生装置
152 スピンドル
153 ヘッドスライダ
154 サスペンション
155 アクチュエータアーム
156 ボイスコイルモータ
157 スピンドル
160 磁気ヘッドアッセンブリ
164 リード線
200 磁気記録磁気ディスク
311 記憶素子部分
312 アドレス選択用トランジスタ部分
312 選択用トランジスタ部分
321 磁気抵抗効果素子
322 ビット線
322 配線
323 ワード線
323 配線
324 下部電極
326 ビア
328 配線
330 スイッチングトランジスタ
332 ゲート
332 ワード線
334 ビット線
334 ワード線
350 列デコーダ
351 行デコーダ
352 センスアンプ
360 デコーダ
Claims (27)
- 第1の電極と、
第2の電極と、
前記1の電極と前記第2の電極との間に設けられた反強磁性層と、
前記第2の電極と前記反強磁性層との間に設けられ磁化が実質的に一方向に固着された磁化固着層と、
前記第2の電極と前記磁化固着層との間に設けられ、絶縁層、及びこの絶縁層を層方向に電流を通過させる導電体とを有する電流狭窄層を含むスペーサ層と、
前記第2の電極と前記スペーサ層との間に設けられ磁化が外部磁界に対して変化する磁化自由層と、
前記第2の電極と前記磁化自由層との間に設けられた薄膜層と、
前記磁化固着層の層中、前記磁化自由層の層中、前記磁化固着層及び前記スペーサ層の界面、並びに前記磁化自由層及び前記スペーサ層の界面の少なくとも一か所に設けられ、Si、Mg、B、及びAlから選択される一つの元素、又はSi、Mg、B、及びAlから選択される一つの元素と、Co、Ni及びFeから選択される一つの元素とを含む機能層と、
を具えることを特徴とする、磁気抵抗効果素子。 - 第1の電極と、
第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に設けられ磁化が外部磁界に対して変化する磁化自由層と、
前記第2の電極と前記磁化自由層との間に設けられ、絶縁層、及びこの絶縁層を層方向に電流を通過させる導電体とを有する電流狭窄層を含むスペーサ層と、
前記第2の電極と前記スペーサ層との間に設けられ磁化が実質的に一方向に固着された磁化固着層と、
前記第1の電極と前記磁化自由層との間に設けられた薄膜層と、
前記磁化固着層の層中、前記磁化自由層の層中、前記磁化固着層及び前記スペーサ層の界面、並びに前記磁化自由層及び前記スペーサ層の界面の少なくとも一か所に設けられ、Si、Mg、B、及びAlから選択される一つの元素、又はSi、Mg、B、及びAlから選択される一つの元素と、Co、Ni及びFeから選択される一つの元素とを含む機能層と、
を具えることを特徴とする、磁気抵抗効果素子。 - 前記機能層は、Siを含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記機能層の膜厚が0.1nm以上10nm以下であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記スペーサ層は、前記電流狭窄層と、前記磁化固着層及び前記磁化自由層の少なくとも一方と隣接するようにして形成された金属層を含むことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記金属層は、Cu、Ag、Auのいずれかを含むことを特徴とする、請求項5に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記電流狭窄層を構成する前記導電体は、Cu、Ag、Auのいずれかを主成分とすることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記磁化固着層及び前記磁化自由層の少なくとも一方はFeを含むことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一に磁気抵抗効果素子。
- 前記磁化固着層の、前記スペーサ層の界面から1nm以内の領域、及び前記磁化自由層の、前記スペーサ層の界面から1nm以内の領域の少なくとも一方において、Fe含有量が10[at.%]以上であることを特徴とする、請求項8に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記磁化固着層の、前記スペーサ層の界面から1nm以内の領域、及び前記磁化自由層の、前記スペーサ層の界面から1nm以内の領域の少なくとも一方において、Fe含有量が40[at.%]以上であることを特徴とする、請求項9に記載の磁気抵抗効果素子。
- 第1の電極と、
第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に設けられた反強磁性層と、
前記第1の電極と前記反強磁性層との間に設けられ磁化が実質的に一方向に固着された磁化固着層と、
前記第1の電極と前記磁化固着層との間に設けられ、順次に積層されてなるCu、Ag、Auのいずれかを含む第1の金属層、Alを含む絶縁層、この絶縁層を層方向に電流を通過させるCu、Ag、Auのいずれかを含む導電体を有する電流狭窄層、及びCu、Ag、Auのいずれかを含む第2の金属層を含むスペーサ層と、
前記第1の電極と前記スペーサ層との間に設けられ磁化が外部磁界に対して変化する磁化自由層と、
前記第1の電極と前記磁化自由層との間に設けられた薄膜層と、
前記磁化固着層の層中、前記磁化自由層の層中、前記磁化固着層及び前記スペーサ層の界面、並びに前記磁化自由層及び前記スペーサ層の界面の少なくとも一か所に設けられ、Si、Mg、B、及びAlから選択される一つの元素、又はSi、Mg、B、及びAlから選択される一つの元素と、Co、Ni及びFeから選択される一つの元素とを含む機能層と、を具え、
前記磁化固着層の、前記スペーサ層の界面から1nm以内の領域、及び前記磁化自由層の、前記スペーサ層の界面から1nm以内の領域の少なくとも一方において、Fe含有量が10[at.%]以上であることを特徴とする、磁気抵抗効果素子。 - 前記磁化固着層の、前記スペーサ層の界面から1nm以内の領域、及び前記磁化自由層の、前記スペーサ層の界面から1nm以内の領域の少なくとも一方において、Fe含有量が40[at.%]以上であることを特徴とする、請求項11に記載の磁気抵抗効果素子。
- 第1の電極上に下地層を形成する工程と、
前記下地層上に反強磁性層を形成する工程と、
前記反強磁性層上に磁化が実質的に一方向に固着された磁化固着層を形成する工程と、
前記磁化固着層上に、絶縁層、及びこの絶縁層を層方向に電流を通過させる導電体を有する電流狭窄層を含むスペーサ層を形成する工程と、
前記スペーサ層上に、磁化が外部磁界に対して変化する磁化自由層を形成する工程と、
前記磁化自由層上に薄膜層を形成する工程と、
前記薄膜層上に第2の電極を形成する工程と、を具え、
前記磁化固着層を形成する工程及び前記磁化自由層を形成する工程は、これらの層中、前記磁化固着層及び前記スペーサ層の界面、並びに前記磁化自由層及び前記スペーサ層の界面の少なくとも一か所に、Si、Mg、B、及びAlから選択される一つの元素、又はSi、Mg、B、及びAlから選択される一つの元素と、Co、Ni及びFeから選択される一つの元素とを含む機能層を形成する工程を含むことを特徴とする、磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 第1の電極上に薄膜層を形成する工程と、
前記薄膜層上に磁化が外部磁界に対して変化する磁化自由層を形成する工程と、
前記磁化自由層上に、絶縁層、及びこの絶縁層を層方向に電流を通過させる導電体を有する電流狭窄層を含むスペーサ層を形成する工程と、
前記スペーサ層上に磁化が実質的に一方向に固着された磁化固着層を形成する工程と、
前記磁化固着層上に反強磁性層を形成する工程と、
前記反強磁性層上にキャップ層を形成する工程と、
前記キャップ層上に第2の電極を形成する工程と、を具え、
前記磁化自由層を形成する工程及び前記磁化固定層を形成する工程は、これらの層中、前記磁化固着層及び前記スペーサ層の界面、並びに前記磁化自由層及び前記スペーサ層の界面の少なくとも一か所に、Si、Mg、B、及びAlから選択される一つの元素、又はSi、Mg、B、及びAlから選択される一つの元素と、Co、Ni及びFeから選択される一つの元素とを含む機能層を形成する工程を含むことを特徴とする、磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 前記機能層は、Siを含むことを特徴とする、請求項13又は14に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記スペーサ層を形成する工程は、前記電流狭窄層の、前記磁化固着層及び前記磁化自由層と対向する側において金属層を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項13〜15のいずれか一に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記金属層は、Cu、Ag、Auのいずれかを含むことを特徴とする、請求項16に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 第1の電極と、
第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に設けられた反強磁性層と、
前記第2の電極と前記反強磁性層との間に設けられ磁化が実質的に一方向に固着された磁化固着層と、
前記第2の電極と前記磁化固着層との間に設けられトンネル電流が通過する絶縁スペーサ層と、
前記第2の電極と前記絶縁スペーサ層との間に設けられ磁化が外部磁界に対して変化する磁化自由層と、
前記第2の電極と前記磁化自由層との間に設けられた薄膜層と、
前記磁化固着層の層中、前記磁化自由層の層中、前記磁化固着層及び前記スペーサ層の界面、並びに前記磁化自由層及び前記スペーサ層の界面の少なくとも一か所に設けられ、Si、Mg、B、及びAlから選択される一つの元素、又はSi、Mg、B、及びAlから選択される一つの元素と、Co、Ni及びFeから選択される一つの元素とを含む機能層と、
を具えることを特徴とする、磁気抵抗効果素子。 - 第1の電極と、
第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に設けられ磁化が外部磁界に対して変化する磁化自由層と、
前記第2の電極と前記磁化自由層との間に設けられトンネル電流が通過する絶縁スペーサ層と、
前記第2の電極と前記絶縁スペーサ層との間に設けられ磁化が実質的に一方向に固着された磁化固着層と、
前記第2の電極と前記磁化固着層との間に設けられた反強磁性層と、
前記第1の電極と前記磁化自由層との間に設けられた薄膜層と、
前記磁化固着層の層中、前記磁化自由層の層中、前記磁化固着層及び前記スペーサ層の界面、並びに前記磁化自由層及び前記スペーサ層の界面の少なくとも一か所に設けられ、Si、Mg、B、及びAlから選択される一つの元素、又はSi、Mg、B、及びAlから選択される一つの元素と、Co、Ni及びFeから選択される一つの元素とを含む機能層と、
を具えることを特徴とする、磁気抵抗効果素子。 - 前記機能層は、Siを含むことを特徴とする、請求項18又は19に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記機能層の膜厚が0.1nm以上10nm以下であることを特徴とする、請求項18〜20のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記磁化固着層及び前記磁化自由層の少なくとも一方はFeを含むことを特徴とする、請求項18〜21のいずれか一項に磁気抵抗効果素子。
- 前記磁化固着層の、前記絶縁スペーサ層の界面から1nm以内の領域、及び前記磁化自由層の、前記絶縁スペーサ層の界面から1nm以内の領域の少なくとも一方において、Fe含有量が10[at.%]以上であることを特徴とする、請求項22に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記磁化固着層の、前記スペーサ層の界面から1nm以内の領域、及び前記磁化自由層の、前記スペーサ層の界面から1nm以内の領域の少なくとも一方において、Fe含有量が40[at.%]以上であることを特徴とする、請求項23に記載の磁気抵抗効果素子。
- 請求項1〜12、18〜24のいずれか一つに記載の磁気抵抗効果素子を具えることを特徴とする磁気ヘッド
- 磁気記録媒体と、請求項25に記載の磁気ヘッドとを具えることを特徴とする磁気記録再生装置。
- 請求項1〜12、18〜24のいずれか一つに記載の磁気抵抗効果素子を具えることを特徴とする磁気メモリ。
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