JP6708232B2

JP6708232B2 - 磁気抵抗効果素子とその製造方法、及び磁気センサ

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Publication number: JP6708232B2
Application number: JP2018161738A
Authority: JP
Inventors: 康平本間; 三浦　聡; 聡三浦
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2017-11-13
Filing date: 2018-08-30
Publication date: 2020-06-10
Anticipated expiration: 2038-08-30
Also published as: JP2019091881A

Description

本発明は磁気抵抗効果素子とその製造方法、及び磁気センサに関し、特に磁気抵抗効果素子のバリア層の構成に関する。

磁気抵抗効果素子を備える磁気センサにおいて、磁気抵抗効果素子はＣＩＰ（Current-In-Plane）−ＧＭＲ（Gigantic Magneto Resistive）素子、ＡＭＲ（Anisotropic Magneto Resistive）素子などから形成される。特許文献１〜３には、より高いＭＲ比が得られるＴＭＲ（Tunnel Magneto Resistance）素子を用いた磁気抵抗効果素子が開示されている。一般に、ＴＭＲ素子を用いた磁気抵抗効果素子は、外部磁界に対して磁化方向が変化する磁化自由層と、外部磁界に対して磁化方向が固定された磁化固定層と、磁化自由層と磁化固定層との間に位置し、磁気抵抗効果を奏するバリア層と、を含む多層膜で構成されている。バリア層は金属酸化物で形成され、特に１００％を超える高いＭＲ比が得られるＭｇＯで形成されることが多い。

特許第５２９４０４３号明細書特許第５５８６０２８号明細書特許第５９８８０１９号明細書

磁気センサにおいては、一般に電気抵抗を所望の範囲に収めることが求められる。ＴＭＲ素子を用いた磁気センサでは、回路の電気抵抗値がほぼＴＭＲ素子のトンネル抵抗で決定されるため、製造工程において、ＴＭＲ素子のトンネル抵抗値を精度よく管理することが重要である。ＭｇＯからなるバリア層はＭｇ膜をスパッタリングなどで成膜した後、Ｍｇ膜を酸化させることによって形成されることがある。しかし、Ｍｇ膜を酸化させる際にＭｇ膜の表面に不動態が形成されやすく、Ｍｇ膜の内部に酸化不足のＭｇが残存しやすい。

ＴＭＲ素子の電気抵抗はバリア層の膜厚、バリア層のトンネル障壁高さなどを変数とする指数関数で近似することができる。トンネル障壁高さは材料に依存する変数であり、例えば、バリア層内における酸化不足のＭｇの残存度合によって大きく変化する。従って、製造プロセスのばらつきによってトンネル障壁高さが変動し、その結果、トンネル障壁高さの指数関数で近似されるＴＭＲ素子の電気抵抗も大きく変動することとなる。一般的にＴＭＲ素子はウエハプロセスによって作成されるため、Ｍｇ膜の酸化状態のばらつきはＴＭＲ素子の電気抵抗のウエハ間のばらつきにつながる。このことは磁気センサの歩留まりや品質管理上大きな問題となる。

本発明は、高いＭＲ比を確保しつつ、バリア層の電気抵抗のばらつきが軽減された磁気抵抗効果素子を提供することを目的とする。

本発明の磁気抵抗効果素子は、外部磁界に対して磁化方向が変化する磁化自由層と、外部磁界に対して磁化方向が固定された磁化固定層と、磁化自由層と磁化固定層との間に位置し、磁気抵抗効果を奏するバリア層と、を有している。バリア層は、ＭｇとＡｌとからなりＡｌの原子分率が４０％以上、６０％以下である合金の酸化物であり、結晶質領域と非晶質領域とを含む。

ＭｇとＡｌを含む合金膜を酸化する場合、Ｍｇ膜を酸化する場合と比べて膜の内部での酸化が促進されやすい。従って、酸化の再現性が高くウエハ間のばらつきを低減することができる。このようなバリア層は結晶質領域と非晶質領域とを含んでいる。従って、本発明によれば、高いＭＲ比を確保しつつ、バリア層の電気抵抗のばらつきが軽減された磁気抵抗効果素子を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子の概略斜視図である。バリア層の内部の酸化状態を示す模式図である。実施例のＭＴＪの製造プロセスを示す概念図である。酸素暴露量とＲＡの関係を示すグラフである。規準化ＲＡと規準化ＭＲ比との関係を示すグラフである。酸素暴露量と規準化ＭＲ比との関係を示すグラフである。Ａｌの原子分率とＲＡ及びＭＲ比との関係を示すグラフである。Ａｌの原子分率と結晶化領域の体積比との関係を示すグラフである。結晶化領域の体積比とＲＡ及びＭＲ比との関係を示すグラフである。Ｚ軸磁気センサの構成を示す概略斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の磁気抵抗効果素の実施形態について説明する。以下の説明において、Ｘ方向は磁気抵抗効果素子が磁界を検出する感磁方向である。Ｙ方向はＸ方向と直交する方向であり、Ｘ及びＹ方向は磁気抵抗効果素子の設置面と平行である。Ｚ方向はＸ方向及びＹ方向と直交する方向であり、磁気抵抗効果素子を構成する複数の膜が積層される方向に一致している。

図１は磁気抵抗効果素子の概略構成を示す断面図である。磁気抵抗効果素子１は、磁気トンネル接合部（ＭＴＪ（Magnetic Tunnel Junction）２）と、Ｚ方向にＭＴＪ２を挟む一対のリード電極３，４と、を有している。ＭＴＪ２は、磁化自由層２４と、磁化固定層２２と、磁化自由層２４と磁化固定層２２とに挟まれ、磁気抵抗効果を有するバリア層２３と、を有する。従って、本実施形態の磁気抵抗効果素子１はＴＭＲ素子である。磁化自由層２４はＣｏＦｅなどの軟磁性体で形成され、外部磁界に対する磁化方向がＸ方向とＹ方向を含む平面内で変化する。本実施形態では、磁化自由層２４はＣｏＦｅからなる第１の磁化自由層２４ａと、ＣｏＦｅＢからなる第２の磁化自由層２４ｂとよりなっている。磁化自由層２４はＹ方向の長さがＸ方向の長さより十分に長く、外部磁界がないときまたは外部磁界が弱いときは、形状異方性によって磁化方向がＹ方向に向けられている。磁化方向をＹ方向に向けるため、磁化自由層２４のＹ方向両側に硬磁性体からなるバイアス層を設けてもよい。磁化固定層２２の磁化方向は外部磁界に対し固定されている。

磁化固定層２２は第１の磁化固定層２２ａと、非磁性中間層２２ｂと、第２の磁化固定層２２ｃと薄いＣｏＦｅ層２２ｄとがこの順番に積層されたものである。ＣｏＦｅ層２２ｄを設けることによって、第２の磁化固定層２２ｃとバリア層２３を直接接合させた場合に対してＭＲ比を高めることができる。ＣｏＦｅ層２２ｄは省略することもできる。第１の磁化固定層２２ａと第２の磁化固定層２２ｃはＣｏＦｅなどの軟磁性体で形成され、非磁性中間層２２ｂはＲｕ、ＲｈまたはＩｒ、あるいはそれらの合金で形成されている。第１の磁化固定層２２ａと第２の磁化固定層２２ｃは非磁性中間層２２ｂを介して反強磁性結合をする。第１の磁化固定層２２ａの下に、ＩｒＭｎなどからなり、第１の磁化固定層２２ａと交換結合をする反強磁性層２１が設けられている。磁化自由層２４はＴａなどで形成された保護層２５で覆われている。ＣｏＦｅ層２２ｄを介してバリア層２３と隣接している第２の磁化固定層２２ｃと、第２の磁化自由層２４ｂの少なくともいずれかは、ＣｏとＦｅを含み、さらにＳｉ，Ｂ，Ｎ，Ｐのいずれかを含んでいてもよい。（Ｓｉ，Ｂ，Ｎ，Ｐのいずれかを加えることでＭＲ比をさらに高めることができる。また、第２の磁化固定層２２ｃと第２の磁化自由層２４ｂは製造工程中のアニールによって結晶化される。この際、第２の磁化固定層２２ｃのうち、少なくともＣｏＦｅ層２２ｄとの境界部分が、ＣｏＦｅ層２２ｄの原子配列との連続的な周期性をもった原子配列で結晶化していることが望ましい。また、第２の磁化自由層２４ｂと第１の磁化自由層２４ａとの境界部分も同様の態様で結晶化されていることが望ましい。また、ＣｏＦｅ層２２ｄとバリア層２３との境界部分及び、第１の磁化自由層２４ａとバリア層２３との境界部分が結晶化されていることが望ましい。これらによって、ＭＲ比を高めることができる。

リード電極３，４はＭＴＪ２にセンス電流を供給する。センス電流に対するＭＴＪ２の電気抵抗は磁化自由層２４と磁化固定層２２の磁化方向が互いに反平行のときに最大となり、ＭＴＪ２を流れる電流は最小となる。一方、磁化自由層２４と磁化固定層２２の磁化方向が平行のときはＭＴＪ２の電気抵抗は最小となり、ＭＴＪ２を流れる電流は最大となる。従って、ＭＴＪ２の電気抵抗の変化（電圧の変化）から外部磁界の大きさと向きを検知することができる。

バリア層２３はＭｇとＡｌを含む合金の酸化物である。合金はＭｇとＡｌとからなるが、Ｍｇの代わりに／またはＭｇに加えて、Ｚｎ及び／またはＴｉを含んでいてもよい。これによって、酸化工程中のＭｇの不動態形成（後述）を抑制するとともに、バリア層２３の多晶質構造（後述）の形成を促進することができる。

これに対し、従来のバリア層２３は例えば、高いＭＲ比を得ることのできるＭｇＯで形成されている。ここで、ＭｇＯからなるバリア層２３の課題について説明する。ＭｇＯのバリア層２３は、スパッタリングで成膜されたＭｇ膜を酸化する方法、またはＭｇＯを直接スパッタリングで成膜する方法で形成することができる。前者の方法は、ＭｇＯを直接スパッタリングする方法に対して、耐電圧信頼性の高いＴＭＲ膜を作製できるという特長がある。

前者の方法を採用する場合、成膜されたＭｇ膜が内部まで酸化されることが重要である。すなわち、トンネル効果は絶縁体であるＭｇＯのトンネル障壁効果によって得られるため、酸化不足により多量の酸素欠陥を含む酸化マグネシウムがバリア層２３中に残存すると、所望のトンネル効果が得られなくなる。しかし、Ｍｇ膜は酸化されたときに表面に不動態が形成され、内部の酸化が進行しにくいという性質がある。ここで、ＴＭＲ素子の素子電気抵抗はほぼバリア層２３のトンネル抵抗で決まり、具体的には、
Ｒ∝ｅｘｐ（γｔΦ）
の関係がある。ここで、ＲはＴＭＲ素子の素子抵抗、γは定数、ｔはバリア層２３の膜厚、Φはトンネル障壁高さで、材料に依存する。このように、ＴＭＲ素子の電気抵抗は、バリア層２３の膜厚とバリア層２３のトンネル障壁高さ（すなわち、バリア層２３の材料）に指数関数的に依存する。電気抵抗Ｒは酸化のプロセス条件を変えることで変化する。なぜなら、酸化のプロセス条件によってバリア層２３の組成が変化するため、バリア層２３の実質的なトンネル障壁高さΦが変わるからである。Φの変化に対して電気抵抗Ｒが指数関数的に変化する性質はＴＭＲ素子に特有のものであり、このことはＴＭＲ素子の電気抵抗のばらつきの一因となっている。酸化プロセスはウエハ単位で行われるため、わずかなプロセス条件のばらつきがＴＭＲ素子の電気抵抗のウエハ単位のばらつきとして現れる。これに対し、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子やＡＭＲ素子は金属膜のみから形成されるため、電気抵抗はおおよそ素子断面積に反比例し、素子長さに比例する。従って、これらの素子では電気抵抗やＭＲ比のばらつきがほぼ成膜レートのばらつきのみに依存するため、生産上の特性ばらつきがＴＭＲ素子に比べて小さい。

図２はバリア層２３の内部の酸化のしやすさを示す模式図である。Ｍｇ膜もＭｇＡｌ膜も膜の表面は完全に酸化されるが、Ｍｇ膜は内部の酸化が進行しにくい。図示は省略するが、Ａｌ膜もＭｇ膜と同様の傾向を示す。すなわち、バリア層２３をＡｌ_２Ｏ_３で形成する場合も同様の課題がある。これに対し、ＭｇＡｌ膜は酸素雰囲気中で不動態の形成が抑制され、膜の内部の酸化が促進されやすい。本実施形態では、ＭｇＡｌ膜を用いているため、バリア層２３の酸化の程度を膜厚方向に制御することが容易であり、電気抵抗のばらつきを低減することが可能である。

次にいくつかの実施例について述べる。各実施例においては、図３に示す方法でＭＴＪ２を作成した。具体的には、図３（ａ）に示すように、基板のウエハ３１上に、下部リード３を模擬する多結晶電極膜３２と、磁化自由層２４となるべき金属層であるＣｏＦｅＢ層３３及びＣｏＦｅ層３４と、Ｍｇ膜３５と、ＭｇＡｌ膜３６（合金層）と、を順に形成した。ＣｏＦｅＢ層３３は実施形態の第２の磁化自由層２４ｂに対応し、ＣｏＦｅ層３４は第１の磁化自由層２４ａに対応する。ＣｏＦｅＢ層３３はこの段階では非晶質である。ＭｇＡｌ膜３６はアルゴンガス等の不活性ガスをＭｇのターゲットとＡｌのターゲットに同時に衝突させることによって形成する。ＣｏＦｅ層３４とＭｇＡｌ膜３６の間に膜厚０．４〜１ｎｍ程度のＭｇ膜３５を形成することで、ＭＲ比が高められる。次に、図３（ｂ）に示すように、ウエハを酸化チャンバに収容し酸化工程を行う。これによってＭｇＡｌ膜３６が酸化され、ＭｇＡｌＯからなるバリア層３６１が形成される。次に、図３（ｃ）に示すように、ＣｏＦｅ層３７と、ＣｏＦｅＢ層３８と、Ｒｕ層３９と、ＣｏＦｅ層４０と、ＩｒＭｎからなる反強磁性層４１と、をバリア層３６１の上に形成する。最後にＲｕとＴａからなる保護層４２を形成する。ＣｏＦｅ層３７と、ＣｏＦｅＢ層３８と、Ｒｕ層３９と、ＣｏＦｅ層４０はそれぞれ、ＣｏＦｅ層２２ｄと、第２の磁化固定層２２ｃと、非磁性中間層２２ｂと、第１の磁化固定層２２ａに対応し、反強磁性層４１は反強磁性層２１に対応する。ＣｏＦｅＢ層３８とはこの段階では非晶質である。次に、磁界を印加しながらアニールを行う。アニールの温度は反強磁性層４１のブロッキング温度以上で、かつ３００℃以下とした。これによって、ＣｏＦｅ４０の磁化方向が反強磁性層４１で固定されるとともに、ＣｏＦｅ層３７及びＣｏＦｅＢ層３８とＣｏＦｅ層４０とがＲｕ層３９介して反強磁性結合する。ＣｏＦｅ層３７及びＣｏＦｅＢ層３８の磁化方向はＣｏＦｅ４０の磁化方向と反平行の向きに固定される。また、アニールの際にＣｏＦｅＢ層３３が結晶質に変化し、ＣｏＦｅＢ層３３がＣｏＦｅ層３７と連続的な原子配置をとる結晶質となることによって、磁化自由層２４と磁化固定層２２が形成される。比較例のＭＴＪ２の製造プロセスは、バリア層３６１の製造プロセスを除き実施例と同様とした。実施例のＭｇＡｌ膜３６あるいは比較例のＭｇ膜の上下の磁性層（ＣｏＦｅＢ層３３，３８）の組成（原子分率）はＣｏ_１７Ｆｅ_５９Ｂ_２４とした。また、反強磁性層４１の組成（原子分率）はＩｒ２３Ｍｎ７７とした。なお、実施例では磁化自由層２４が基板側に形成されるが、図１に示すように磁化固定層２２を基板側に形成することもできる。すなわち、磁化固定層２２と磁化自由層２４はバリア層２３をＺ方向両側から挟むように配置されていればよく、バリア層２３のどちら側に設けられてもよい。

（実施例１）
酸素暴露量をパラメータとして複数のＭＴＪを作成し、酸素曝露量とＲＡの関係を求めた。ＲＡはＭＴＪの電気抵抗Ｒとセンス電流が通る断面の素子断面積Ａの積であり、磁気抵抗効果素子の特性を表す指標の一つである。ＲＡの目安値は、磁気センサなどの磁気抵抗効果素子が組み込まれる製品によって設定されており、一般にＲＡは製品ごとに一定の範囲に収めることが要求されている。従って、磁気抵抗効果素子には酸素暴露量に対するＲＡの変動ないし敏感性が小さいことが要求される。

図４に、実施例及び比較例における酸素暴露量とＲＡの関係を示す。酸素暴露量は酸化チャンバ内の酸化圧力（Ｐａ）×暴露時間（ｓｅｃ）として定義される。ＲＡをｙ、酸素曝露量をｘとして、ｙとｘの関係をｙ＝α×Ｌｎ（ｘ）＋βで近似した。傾きαは酸素曝露量に対するＲＡの敏感性を示す指標であり、αが大きいほど酸素暴露量に対するＲＡの敏感性が大きいこと、すなわち素子電気抵抗のばらつきが増加しやすいことを意味する。βは定数である。αはＲＡの絶対値に依存するため、図３に示す４つの領域Ｄ１〜Ｄ４で評価を行った。ＭｇＯに対するαをαMgO、ＭｇＡｌＯに対するαをαMgAlOとしたときの各領域の値を表１に示す。また、各領域Ｄ１〜Ｄ４におけるαMgAlO／αMgOを表２に示す。いずれの領域でもαMgAlO／αMgOは２１％以下であった。すなわち、ＲＡが１×１０^１〜１×１０^３のオーダーの広い領域で、ＭｇＡｌＯは酸化条件の変化に対する敏感性が小さかった。

（実施例２）
図５は規準化ＲＡと規準化ＭＲ比の関係を示す。図５では、比較例（バリア層３６１がＭｇＯ）のＲＡとＭＲ比をそれぞれ１として実施例（バリア層３６１がＭｇＡｌＯ）のＲＡとＭＲ比を規準化している。実施例のＲＡと比較例のＲＡは同程度である。実施例のＭＲ比は比較例のＭＲ比の８５％程度であった。バリア層がＭｇＯであるＴＭＲ素子のＭＲ比が典型的には１５０〜２００％、バリア層がＡｌ_２Ｏ_３であるＴＭＲ素子のＭＲ比が高々８０％であることを踏まえると、バリア層がＭｇＡｌＯである実施例のＴＭＲ素子は、ＭＲ比の観点からは、バリア層がＭｇＯである従来のＴＭＲ素子に代替可能なＭＲ特性を有していることが分かった。

図６は酸素暴露量と規準化ＭＲ比の関係を示す図であり、ＭＲ比が最大値の９８．５％以上となる暴露量の範囲αを併せて示している。αMgOは比較例の範囲αを、αMgAlOは実施例の範囲αを示している。αMgAlO＝７２００００（Ｐａ・ｓｅｃ）、αMgO＝３００００（Ｐａ・ｓｅｃ）であり、αMgAlOはαMgOより２０倍以上大きい。これは酸素暴露量の変動に対するＭＲ比の変化が実施例のほうがはるかに小さいことを示している。すなわち、実施例ではＭＲ比のウエハ間のばらつきが小さいことがわかる。

（実施例３）
ＭｇＡｌ膜３６におけるＭｇとＡｌの割合（原子分率）の好適な範囲を検討した。具体的には、ＭｇＡｌ膜３６の膜厚を１．５ｎｍとし、Ａｌの原子分率を変えて複数のＭＴＪを作成した。すべてのケースで酸化条件は同一とした。図７はＡｌの原子分率とＲＡの関係、及びＡｌの原子分率とＭＲ比の関係を示す。Ａｌの原子分率が７８％ａｔ以上の領域でＭＲ比が大幅に低下する傾向がみられる。従って、ＭＲ比の観点からは、Ａｌの原子分率は７５％ａｔ以下とすることが好ましい。ＲＡはＡｌの原子分率が２０％ａｔ程度及び７８％ａｔ程度で最大値の２０〜３０％程度まで減少する。これらの領域ではバリア層３６１内に多くの酸化不足領域未酸化領域が存在していると考えられる。それらの存在はＭＲ比だけでなく、耐電圧性などの信頼性の観点からも不利である。ＲＡ（すなわち、未酸化領域の存在）の観点からは、Ａｌの原子分率は３０％ａｔ以上、７５％ａｔ以下とすることが好ましく、４０％ａｔ以上、６０％ａｔ以下とすることがさらに好ましい。

（各実施例におけるバリア層３６１の組成）
アニール後はＭｇ元素とＡｌ元素とＯ元素がバリア層３６１内で均一に拡散していた。また、バリア層３６１は多晶質であった。多晶質とは、結晶層と非晶質層とが混在し、結晶層が多結晶である材料の状態のことである。このＭｇＡｌＯバリア層は、ＭｇＯバリア層（結晶質）やＡｌＯバリア層（非晶質）とは異なる固相の状態であることが分かった。すなわち、実施例のＭｇＡｌＯバリア層は、一部領域が結晶質酸化物となり一部領域が非晶質酸化物となって、深さ方向に緻密に酸化された状態となっていた。結晶化している領域も、下地磁性層（ＣｏＦｅＢ層３３）の配向面に応じて積層面が異なる様子が観測された。下地磁性層には、積層方向にｂｃｃ（００１）面を向いたドメイン、歪んだｂｃｃ構造の（１１２）面が１５°程度の傾きでバリア層３６１と接するドメイン等、複数の領域が確認された。

（実施例４）
まず、実施例３のＭＴＪのＴＥＭ分析を行った。Ａｌの原子分率が６５％の場合、バリア層３６１全体の体積の約８０％が結晶化領域であった。Ａｌの原子分率が３５％の場合、バリア層３６１全体の体積の約９０％が結晶化領域であった。図８はＡｌの原子分率と結晶化領域の体積比の関係を示す。これより、非晶質層の割合はＭｇとＡｌの組成（原子分率）に依存することが分かる。

次に、Ａｌの原子分率を変えて結晶化領域の体積比が異なるいくつかのＭＴＪを作成し、結晶化領域の体積比とＭＲ比との関係、及び結晶化領域の体積比とＲＡとの関係を求めた。図９に結果を示す。結晶化領域の体積比が７５％を下回るとＭＲ比が急激に低下する。また、結晶化領域の体積比の大きい領域と小さい領域ではＲＡの低下が著しく、これらの中間で高いＲＡが得られた。これは前述のとおり、結晶化領域の体積比の大きい領域と小さい領域では、バリア層３６１内に未酸化領域が存在していることを示唆している。これより、バリア層３６１における結晶質領域の体積比は７５％以上、９０％以下であることが好ましい。

次に、以上説明した磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサの一例について説明する。本発明の磁気抵抗効果素子は磁界を検出するあらゆる磁気センサに適用することができる。このような磁気センサには、地磁気等の純粋な磁界検出用のセンサのほか、電流線を流れる電流によって誘起された磁界を検出することで電流を測定する電流センサなども含まれる。図１０は磁気抵抗効果素子の多層膜と垂直な方向の磁化を検出するいわゆるＺ軸センサ１０の例であるが、本発明がこれに限定されるわけではない。磁気センサ１０は、基板６と、基板６上にＸ方向に配列された第１〜第４の磁気抵抗効果素子１ａ〜１ｄと、を有している。第１〜第４の磁気抵抗効果素子１ａ〜１ｄは、Ｘ方向とＹ方向とを含む面に配置され、Ｘ方向の磁界を検出する。第１〜第４の磁気抵抗効果素子１ａ〜１ｄはＸ方向よりＹ方向に長い略長方形の平面形状を有している。第１〜第４の磁気抵抗効果素子１ａ〜１ｄはブリッジ回路（図示せず）で相互に接続されており、これによって、磁気センサ１０は外部磁界を測定することができる。

第１の磁気抵抗効果素子１ａと第２の磁気抵抗効果素子１ｂとの間には軟磁性体からなる第１のヨーク５ａが、第３の磁気抵抗効果素子１ｃと第４の磁気抵抗効果素子１ｄとの間には軟磁性体からなる第２のヨーク５ｂが配置されている。第１及び第２のヨーク５ａ，５ｂはＮｉＦｅなどで形成されている。第１のヨーク５ａはＸ方向において第１及び第２の磁気抵抗効果素子１ａ，１ｂに隣接し、第２のヨーク５ｂはＸ方向において第３及び第４の磁気抵抗効果素子１ｃ，１ｄに隣接している。第１及び第２のヨーク５ａ，５ｂは、これらのヨーク５ａ，５ｂに吸収された第３の方向Ｚの磁束を磁気抵抗効果素子１ａ〜１ｄの感磁方向、すなわちＸ方向に誘導する。磁気センサ１０に第３の方向Ｚから外部磁界が印加されると、磁束は第１及び第２のヨーク５ａ，５ｂに吸収され（図に太い矢印で示す）、Ｘ方向に曲げられる。第１及び第２の磁気抵抗効果素子１ａ，１ｂには第１のヨーク５ａを通過してＸ方向の成分が増加した磁界が印加され、第３及び第４の磁気抵抗効果素子１ｃ，１ｄには第２のヨーク５ｂを通過してＸ方向の成分が増加した磁界が印加される。このため、磁気センサ１０は第１及び第２のヨーク５ａ，５ｂがない場合と比べてより効率的にＺ方向の磁界成分を検出することができる。

１磁気センサ
２磁気抵抗効果素子
２２磁化固定層
２３，３５１バリア層
２４磁化自由層

Claims

外部磁界に対して磁化方向が変化する磁化自由層と、外部磁界に対して磁化方向が固定された磁化固定層と、前記磁化自由層と前記磁化固定層との間に位置し、磁気抵抗効果を奏するバリア層と、を有し、
前記バリア層は、ＭｇとＡｌとからなりＡｌの原子分率が４０％以上、６０％以下である合金の酸化物であり、結晶質領域と非晶質領域とを含む、磁気抵抗効果素子。
前記バリア層における前記結晶質領域の体積比は７５％以上、９０％以下である、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
前記磁化自由層と前記磁化固定層はＣｏとＦｅを含み、さらにＳｉ，Ｂ，Ｎ，Ｐの少なくとも一つを含む、請求項１または２に記載の磁気抵抗効果素子。
前記磁化固定層と前記バリア層との間にＣｏＦｅ層が設けられ、前記磁化固定層の前記ＣｏＦｅ層との境界部分と、前記磁化自由層の前記バリア層との境界部分の少なくともいずれかは結晶質である、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
請求項１から４のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子を有する磁気センサ。
外部磁界に対して磁化方向が変化する磁化自由層と、外部磁界に対して磁化方向が固定された磁化固定層となるべき金属層のいずれか一方の層を形成することと、
前記一方の層の上にＭｇとＡｌとからなりＡｌの原子分率が４０％以上、６０％以下である合金膜を形成することと、
前記合金膜を酸化して、磁気抵抗効果を奏し、結晶質領域と非晶質領域とを含むバリア層を形成することと、
前記バリア層の上に前記磁化自由層と前記金属層のいずれか他方の層を形成することと、
前記金属層の磁化方向を固定し、前記磁化固定層を形成することと、
を有する、磁気抵抗効果素子の製造方法。
前記金属層と前記バリア層との間にＣｏＦｅ層が設けられ、前記磁化自由層と前記金属層は非晶質であり、アニールによって、前記磁化自由層の少なくとも前記バリア層との境界部分と、前記金属層の少なくとも前記ＣｏＦｅ層との境界部分が結晶化される、請求項６に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。