JP4876708B2 - 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

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。このような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。しかしながら、Ｍｇはトンネルバリア層の材料として一般に用いられるＡｌよりも酸素に対して活性な材料であるため、酸化雰囲気の清浄性、主に水分不純物濃度の影響を受けやすく、その結果、高いＭＲ比を有するＴＭＲ素子を安定して得ることが非常に困難であった。

なお、特許文献１には、Ａｌ膜を成膜後、酸化処理によってアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）膜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工程については全く開示がない。

従って本発明の目的は、高いＭＲ比を有するＴＭＲ素子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の金属材料膜を不純物濃度が１Ｅ−０２以下の環境下で酸化することを含むＴＭＲ素子の製造方法が提供される。

トンネルバリア層を作製する際に、成膜した第１の金属材料膜を酸化する際の環境として、不純物濃度が１Ｅ−０２以下の雰囲気として高い清浄性を維持する。これによって、従来のバリア材料例えばＡｌよりも酸素に対して活性の高いバリア材料例えばＭｇを用いた場合にも、より高いＭＲ比を安定して得ることが可能となる。

上述の酸化が、成膜した第１の金属材料膜を不純物濃度が１Ｅ−０３以下の環境下で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は、酸化チャンバを真空ポンプで排気している状態で酸素（Ｏ_２）ガスを流すフロー酸化であることが好ましい。

フロー酸化が、Ｏ_２ガスのみを流すものであることも好ましい。Ｏ_２ガスの流量を高めることにより、酸化雰囲気の清浄性を高めることができる。

フロー酸化が、Ｏ_２ガスと酸化に寄与しない清浄化ガスとを流すものであることも好ましい。酸化に寄与しない清浄化ガスをＯ_２ガスと共に大流量流すことによっても酸化雰囲気の清浄性を高めることができる。この場合、清浄化ガスが、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）ガスの少なくとも１種類であることがより好ましい。

第１の金属材料膜の酸化の後、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することも好ましい。

金属材料がＭｇ又はＭｇを含む金属材料であることがより好ましい。

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、従来のバリア材料例えばＡｌよりも酸素に対して活性の高いバリア材料例えばＭｇを用いた場合にも、より高いＭＲ比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程度の金属膜、本実施形態では０．８ｎｍ厚のＭｇ膜又はＭｇを含む金属膜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、Ｍｇ膜１３２ａをフロー酸化する（ステップＳ２３）。このフロー酸化は、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、Ｏ_２ガスと例えば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種類からなる清浄化ガスとを導入しながら酸化処理を行うものであり、多量のプロセスガス（Ｏ_２ガス＋清浄化ガス）で酸化処理することが可能となる。このフロー酸化により、トンネルバリア層となる酸化Ｍｇ膜１３２ａ′が形成される。

本実施形態では、特に、プロセス中の不純物濃度を低減した環境下でフロー酸化を行ない、ＭＲ比（磁気抵抗変化率）を増大させるようにしている。特に、酸化プロセス中の不純物濃度（Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ Ｉｍｐｕｒｉｔｙ Ｌｅｖｅｌ、ＣＩＬ）が１Ｅ−０２以下の環境下でフロー酸化することで、従来の酸化Ａｌのトンネルバリア層より高いＭＲ比を得ることができる。さらに、プロセス中の不純物濃度ＣＩＬが１Ｅ−０３以下の環境下でフロー酸化することによって、より高いＭＲ比を得ることができる。このフロー酸化プロセスの内容については後に詳しく説明する。

次いで、図３及び図４に示すように、トンネルバリア層上に形成される強磁性膜（磁化自由層）がこの酸化Ｍｇ膜１３２ａ′によって酸化されるのを抑制するために、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）。これにより、トンネルバリア層１３２が形成される。

なお、トンネルバリア層の材料として、Ｍｇに代えて、Ａｌよりも酸素に対して活性な金属材料を用いても良い。

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Ｓ２５）。

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Ｓ２６）。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Ｓ２７）。

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Ｓ２８）。

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Ｓ２９）。

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Ｓ３０）。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フロー酸化プロセスについて説明する。

酸化プロセス中の不純物量は、酸化チャンバからの不純物ガス放出量（ビルドアップレート、Ｑ_ｉｃ）と酸化プロセスガス中の不純物ガス量（Ｑ_ｉｇ）とによって簡易的に表現することができる。従って、酸化プロセス中の不純物濃度（ＣＩＬ）を、酸化プロセスガス流量（Ｑ_ｇａｓ）中に占める不純物量によって評価すると、以下のようになる。

ＣＩＬ＝（Ｑ_ｉｃ＋Ｑ_ｉｇ）／Ｑ_ｇａｓ

酸化プロセスガス中の不純物ガス量Ｑ_ｉｇは、酸化プロセスガス流量と純度との積で表される。例えば、純度が１０ｐｐｂである場合、ビルドアップレートＱ_ｉｃと酸化プロセス中の不純物濃度ＣＩＬとの関係は、図５に示すようになる。ただし、同図においては、酸化プロセスガス流量Ｑ_ｇａｓ（単位：Ｐａ Ｌ／ｓｅｃ）をパラメータとしている。

同図より、酸化チャンバのビルドアップレートＱ_ｉｃが、Ｑ_ｉｃ＝１Ｅ−０３（Ｐａ Ｌ／ｓｅｃ）である場合、酸化プロセス中の不純物濃度ＣＩＬは酸化プロセスガス流量Ｑ_ｇａｓの増加と共に単調に減少することが分かる。従って、酸化プロセス中の不純物濃度ＣＩＬを低減するためには、酸化プロセスガス流量Ｑ_ｇａｓの増加と、ビルドアップレートＱ_ｉｃの低減とが有効となり、そのような装置構成とすることによって本発明を実現することができる。

しかしながら、酸化プロセスガス流量Ｑ_ｇａｓを増加させた場合、酸化圧力が増加し、酸化速度も同時に増加する。このため、作製すべきＴＭＲ読出しヘッド素子の素子抵抗ＲＡによっては、酸化時間が短くなり過ぎて酸化プロセスの制御性に問題が生じる。これを回避するためには、酸化チャンバと真空ポンプとの間のコンダクタンスを高めたり、真空ポンプの排気速度を高めることで、大流量でも酸素圧力を所定の値にとどめることが有効であるが、それには装置の大幅な改良を要する。また、ビルドアップレートＱ_ｉｃを低減させるためにも、同様に、酸化チャンバを含む装置の改良が必要となる。

そこで、酸化速度に影響がなく、不純物としても膜特性に影響のないガス（本明細書では清浄化ガスと呼んでいる）をＯ_２ガスと共に大流量で流すことが有効となる。清浄化ガスの純度がＯ_２ガスの純度と等しい場合、Ｏ_２ガスの流量を固定とし、清浄化ガス流量を増すことによって、酸化速度を変えずに、酸化プロセスガス流量Ｑ_ｇａｓを増加させることができる。即ち、図５の酸化プロセスガス流量Ｑ_ｇａｓを増加した場合と同様のプロセス中不純物濃度の低減を、酸化速度を変えずに達成することができる。

実際に、前述した実施形態と同様な方法により酸化Ｍｇバリア層を有するＴＭＲ多層膜を作製し、そのフロー酸化プロセスにおいて、Ｏ_２ガスのみを用いた場合、Ｏ_２ガス＋Ａｒガス（清浄化ガス）を用いた場合について、それぞれＭＲ比を測定した。その結果が図６及び図７に示されている。

図６はＯ_２ガス流量Ｑ_ｇａｓを変えた場合のＭＲ比の変化を示している。Ｏ_２ガス流量を変更した際、同等の素子抵抗ＲＡが得られるように酸化時間を調整している。比較のため、酸化Ａｌバリア層を有しかつ同等の素子抵抗ＲＡを有するＴＭＲ多層膜についてのＭＲ比も示している。酸化Ａｌ膜は、真空封じされた酸化チャンバ内に所定の圧力になるまで酸素ガスを導入して酸化処理する、いわゆる自然酸化処理を行って形成した。

同図より、Ｏ_２ガス流量Ｑ_ｇａｓの増加と共にＭＲ比は増大する傾向を示していることが分かる。酸化Ｍｇバリア層を作製する際のフロー酸化において、Ｏ_２ガス流量Ｑ_ｇａｓが１．０Ｅ−０１（Ｐａ Ｌ／ｓｅｃ）以上であれば、酸化Ａｌバリア層の場合よりもＭＲ比の高い優れた特性を得ることができる。

図６のＯ_２ガス流量Ｑ_ｇａｓからプロセス中の不純物濃度ＣＩＬを前述の式ＣＩＬ＝（Ｑ_ｉｃ＋Ｑ_ｉｇ）／Ｑ_ｇａｓを用いて見積ると、図７に示すようになる。図７は酸化プロセス中の不純物濃度とＭＲ比との関係を示している。

プロセス中の不純物濃度ＣＩＬを低減することで、ＭＲ比が増大することが分かる。プロセス中の不純物濃度ＣＩＬを１Ｅ−０２以下にすることで、酸化Ａｌバリア層の場合よりも高いＭＲ比の優れた特性を得ることができる。さらに、プロセス中の不純物濃度ＣＩＬを１Ｅ−０３以下とすることによって、より高いＭＲ比を得ることができる。

また、図７にはＯ_２ガス流量を１．７（Ｐａ Ｌ／ｓｅｃ）に固定し、清浄化ガスとして用いたＡｒガス流量を、１７（Ｐａ Ｌ／ｓｅｃ）、１７０（Ｐａ Ｌ／ｓｅｃ）、３４０（Ｐａ Ｌ／ｓｅｃ）と変えた場合の結果をも示している。このようにＡｒガス流量を増大することによってもＭＲ比が増大する傾向が見られる。このことは、酸化速度を変えることなく酸化プロセス雰囲気の清浄化を行えることを意味する。実際に、酸化時間は一定で、同等の素子抵抗ＲＡが得られている。

以上説明したように、本実施形態によれば、トンネルバリア層１３２を作製する際に、成膜したＭｇ膜１３２ａをフロー酸化によって酸化し、酸化した酸化Ｍｇ膜１３２ａ′上に同じ材料のＭｇ膜１３２ａを成膜する。このフロー酸化を行う際に、Ｏ_２ガス単独の流量を大流量とする、又は酸化に寄与しない清浄化ガスであるＡｒガスをＯ_２ガスと共に大流量流すことによって、不純物濃度ＣＩＬが１Ｅ−０２以下、より望ましくは１Ｅ−０３以下の雰囲気として高い清浄性を維持しているので、従来のバリア材料であるＡｌよりも酸素に対して活性の高いＭｇを用いた場合にも、より高いＭＲ比を安定して得ることが可能となる。

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。 酸化プロセス中の不純物濃度とビルドアップレートとの関係を示す特性図である。 酸化プロセスガス流量とＭＲ比との関係を示す特性図である。 酸化プロセス中の不純物濃度とＭＲ比と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、１３２ｂ Ｍｇ膜
１３２ａ′ 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 (8)

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、酸素ガスと酸化に寄与しない清浄化ガスとを流すことにより、不純物濃度が１Ｅ−０２以下の環境下でフロー酸化するものであり、前記清浄化ガスの流量が前記酸素ガスの流量の１０倍以上である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. 前記酸化が、前記成膜した第１の金属材料膜を不純物濃度が１Ｅ−０３以下の環境下で酸化するものであることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 前記清浄化ガスが、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス若しくはキセノンガスを含む希ガス、窒素ガス及び水素ガスのうちの少なくとも１種類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の後、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することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の製造方法。
5. 前記金属材料がアルミニウムよりも酸素に対して活性な金属材料であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の製造方法。
6. 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から４のいずれか１項に記載の製造方法。
7. 請求項１から６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。
8. 請求項１から６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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