JP4864464B2 - 磁気抵抗効果素子とその製造方法、およびそれを用いた磁気ヘッドと磁気再生装置と磁気メモリ - Google Patents
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Description
N. Garcia, M. Munoz and Y. -W. Zhao, Physical Review Letters, vol.82, p2923 (1999) J. J. Versluijs, M. A. Bari and J. M. D. Coey, Physical Review Letters, vol.87, p26601-1 (2001) N. Garcia et al., Appl. Phys. Lett., vol.80, p1785 (2002) H. D. Chopra and S. Z. Hua, Phys. Rev.B, vol.66, p.20403-1 (2002)
この実施例1においては、ニッケル(Ni)−タングステン(W)系積層膜を用いて形成した微細構造体層を中間層として有する磁気抵抗効果素子について述べる。素子構造は図2における第1の磁性層5を磁化固着層とし、第2の磁性層7を磁化自由層とした。従って、反強磁性層9は第1の磁性層5の下側に配置した。具体的な素子構造は、下部電極を兼ねる基板3/下地層8/反強磁性層9/磁化固着層5/中間層6/磁化自由層7/保護層10/上部電極4である。磁化固着層5はシンセティック構造とした。
選択的に酸化した。次いで、磁化自由層7としてのCoFe層から上部電極4としてのCu層までを成膜した後、5kOeの磁界を印加した状態で、270℃で10時間の熱処理を行った。その後、通常の半導体プロセスを用いて、磁気抵抗効果素子を作製した。このようにして作製した磁気抵抗効果素子の磁気抵抗変化率MRと面積抵抗RAは、MR=25.0%、RA=0.80Ωμm2であった。
実施例2においては、実施例1と同様な素子構造を有する磁気抵抗効果素子を作製した。各層の成膜方法も実施例1と概ね同様とした。実施例2の磁気抵抗効果素子を構成する各層の膜厚と構成材料は以下に示す通りである。すなわち、層構造はSi基板(3)/Ta[5nm](8)/Cu[200nm](8)/(Ni0.8Fe0.2)78Cr22[5nm](8)/PtMn[10nm](9)/CoFe[2.5nm](5)/Ru[0.9nm](5)/CoFe[2.5nm](5)/Fe[1.0nm](21(6))/Ta[2.0nm](22(6))/CoFe[3.0nm](7)/Ta[2nm](10)/Cu[200nm](4)である。
Claims (12)
- 磁化方向が実質的に一方向に固着された強磁性体膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する強磁性体膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に介在され、磁性領域と前記磁性領域より電気抵抗が高い非磁性領域とを有する中間層とを備える磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直方向にセンス電流を通電するように設けられた一対の電極とを具備し、
前記非磁性領域は前記磁性領域に含まれる磁性金属元素より表面エネルギーが大きい非磁性金属元素を含み、
前記中間層の前記磁性領域は、前記磁化固着層と前記磁化自由層とを接続するように、前記非磁性領域を局部的に貫通して膜面垂直方向に延伸しており、かつ前記磁性領域の上端部は前記非磁性領域を突き抜けていると共に、前記非磁性領域上にテラス状に広がっていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 請求項1記載の磁気抵抗効果素子において、
前記磁性領域はFe、NiおよびCoから選ばれる少なくとも1種の磁性金属元素を含み、かつ前記非磁性領域はNb、V、Ta、Mo、W、Ti、ZrおよびHfから選ばれる少なくとも1種の非磁性金属元素を含むことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 請求項1または請求項2記載の磁気抵抗効果素子において、
前記非磁性領域は非磁性金属元素の酸化物、窒化物、炭化物およびフッ化物から選ばれる少なくとも1種を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか1項記載の磁気抵抗効果素子において、
前記磁性領域は前記中間層の膜厚に対して0.1〜5倍の範囲の最小径を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 下部電極上に配置された第1の磁性層上に、磁性金属元素を含む第1の層と前記磁性金属元素より表面エネルギーが大きい非磁性金属元素を含む第2の層とを積層して形成する工程と、
前記積層膜間並びに膜表面における原子の移動、拡散を促進するように、前記積層膜にエネルギーを付与し、前記非磁性金属元素を含む非磁性領域を局部的に貫通して膜面垂直方向に延伸する、前記磁性金属元素を含む磁性領域を形成する工程と、
前記磁性領域と前記非磁性領域とを有する中間層上に、第2の磁性層を形成する工程と、
前記第1の磁性層、前記中間層および前記第2の磁性層を備える磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直方向にセンス電流を通電するように、前記第2の磁性層上に上部電極を配置する工程とを具備し、
前記エネルギーの付与工程で、前記磁性領域をその上端部が前記非磁性領域を突き抜けると共に、前記非磁性領域上にテラス状に広がって存在するように形成することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 請求項5記載の磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記第1の層は結晶質相を有し、かつ前記第2の層は非晶質相を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 請求項5または請求項6記載の磁気抵抗効果素子の製造方法において、
さらに、前記エネルギーの付与工程と同時にまたは工程後に、前記非磁性領域を選択的に酸化、窒化、炭化またはフッ化する工程を具備することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 請求項5ないし請求項7のいずれか1項記載の磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記磁性金属元素はFe、NiおよびCoから選ばれる少なくとも1種からなり、前記非磁性金属元素はNb、V、Ta、Mo、W、Ti、ZrおよびHfから選ばれる少なくとも1種からなることを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 請求項5ないし請求項8のいずれか1項記載の磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記第1および第2の磁性層のいずれか一方は、磁化方向が実質的に一方向に固着された強磁性体膜を有する磁化固着層であり、他方は磁化方向が外部磁界に対応して変化する強磁性体膜を有する磁化自由層であることを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか1項記載の磁気抵抗効果素子を具備することを特徴とする磁気ヘッド。
- 磁気記録媒体と、
前記磁気記録媒体に磁気的に記録された情報を読み出す磁気ヘッドであって、請求項1ないし請求項4のいずれか1項記載の磁気抵抗効果素子を備える磁気ヘッドと
を具備することを特徴とする磁気再生装置。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか1項記載の磁気抵抗効果素子を具備することを特徴とする磁気メモリ。
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