專利名稱：磁阻效應(yīng)元件的制造方法和磁阻效應(yīng)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在磁阻效應(yīng)膜的膜面的垂直方向上流過讀出電流來進(jìn)行磁性檢測(cè)的磁阻 效應(yīng)元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
通過利用巨磁阻效應(yīng)(Giant Magneto-Resistive Effect: GMR)，磁器件尤其是磁頭其 性能有飛躍式提高。具體來說，自旋閥膜(Spin-Valve: SV膜)在磁頭、MRAM (Magnetic Random Access Memory:磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)的應(yīng)用對(duì)磁器件領(lǐng)域帶來了較大的技術(shù)進(jìn)步。
"自旋閥膜"是具有在兩層鐵磁性層間夾有非磁性隔層這種結(jié)構(gòu)的疊層膜，也稱為自旋 相關(guān)散射單元。這兩層鐵磁性層其中一層(可稱為"銷釘(O)層"或"磁化固定層"等) 其磁化由反鐵磁性層所固定，而其中另一層(可稱為"自由層"或"磁化自由層"等)的磁化 則可隨外部磁場(chǎng)而旋轉(zhuǎn)。自旋閥膜可通過固定層和自由層磁化方向相對(duì)角度的變化來得到 巨大的磁阻變化。
采用自旋閥膜的磁阻效應(yīng)元件包括CIP(Current In Plane (面內(nèi)電流))-GMR元件、CPP (Current Perpendicular to Plane (與面垂直電流))-GMR元件、以及TMR (Tunneling Magneto Resistance (隧道磁阻))元件。CIP-GMR元件中沿與自旋閥膜的膜面相平行的方 向提供讀出電流，而CPP-GMR元件和TMR元件中則沿與自旋閥膜的膜面大體垂直的方 向提供讀出電流。其中相對(duì)于膜面垂直提供讀出電流的方式作為適應(yīng)未來高記錄密度磁頭 的技術(shù)而備受關(guān)注。
這里，自旋閥膜由金屬層形成的金屬CPP-GMR元件，因磁化所形成的電阻變化量較 小，難以對(duì)微弱磁場(chǎng)(例如高記錄密度的磁器件的磁場(chǎng))進(jìn)行檢測(cè)。
提出的方案有作為隔層采用在厚度方向上有電流通路的氧化物層[NOL (nano-oxide layer (納米級(jí)氧化物層))]的CPP元件(參照專利文獻(xiàn)1)。這種元件可利用電流收窄[CCP (current-confined-path:電流約束通路)]效應(yīng)來增大元件阻抗和磁阻變化率。以下，稱該 元件為CCP-CPP元件。日本特開2002-208744號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
目前HDD (硬盤驅(qū)動(dòng)器)等磁存儲(chǔ)裝置可用于PC、便攜式音樂播放器等用途。但未 來磁存儲(chǔ)裝置的用途進(jìn)一步普及、并使高密度存儲(chǔ)得到推進(jìn)的話，對(duì)可靠性的要求將更為 嚴(yán)格。舉例來說，需要提高其在較高溫度條件下、高速工作環(huán)境下的可靠性。因此，希望 磁頭的可靠性比以往有所提高。
尤其是CCP-CPP元件，與現(xiàn)有的TMR元件相比阻抗較低，因此可應(yīng)用于要求較高傳 送速率的服務(wù)器和企業(yè)級(jí)用途的高端磁存儲(chǔ)裝置。這種高端用途要求同時(shí)滿足高密度、高 可靠性這兩者。而且，這些用途希望提髙在較高溫度條件下的可靠性。也就是說，需要在 更為嚴(yán)酷的環(huán)境(高溫環(huán)境等)、更為嚴(yán)格的使用條件(讀取高速旋轉(zhuǎn)的磁盤中的信息等) 下使用CCP-CPP元件。
CCP-CPP元件為低電阻，因而在高頻響應(yīng)性及高密度記錄適應(yīng)性方面均很出色，但由 于是具有三維納米級(jí)結(jié)構(gòu)的非常復(fù)雜的方式，因而實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)如所設(shè)計(jì)的理想的結(jié) 構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)技術(shù)規(guī)格更為嚴(yán)格的服務(wù)器、企業(yè)級(jí)用途，需要實(shí)現(xiàn)形態(tài)更為理想的CCP 結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明其目的在于提供一種可應(yīng)用于高密度存儲(chǔ)的磁存儲(chǔ)裝置、可設(shè)法提高可靠性的 磁阻效應(yīng)元件。
要達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方式涉及一種磁阻效應(yīng)元件的制造方法， 該磁阻效應(yīng)元件包括磁化方向?qū)嵸|(zhì)上固定于一方向的磁化固定層；磁化方向與外部 磁場(chǎng)相對(duì)應(yīng)而變化的磁化自由層；以及設(shè)置于所述磁化固定層和所述磁化自由層兩者間、
包含絕緣層和貫通所述絕緣層的金屬層的隔層，其特征在于， 當(dāng)形成所述隔層時(shí)， 形成第一金屬層，
在所述第一金屬層上形成變換為所述絕緣層的第二金屬層， 進(jìn)行第一變換處理，將所述第二金屬層變換為所述絕緣層，并且形成貫通所述絕緣層 的所述金屬層，
在通過所述第一變換處理所形成的所述絕緣層和所述金屬層上形成變換為所述絕緣 層的第三金屬層，
進(jìn)行第二變換處理，將所述第三金屬層變換為所述絕緣層，并且形成貫通所述絕緣層 的所述金屬層。
本發(fā)明的發(fā)明者進(jìn)行了要達(dá)成到上述目的的深入研究。其結(jié)果是，在包括磁化方向 實(shí)質(zhì)上固定于一方向的磁化固定層；磁化方向與外部磁場(chǎng)相對(duì)應(yīng)而變化的磁化自由層；以
及設(shè)置于所述磁化固定層和所述磁化自由層兩者間、包含絕緣層和貫通所述絕緣層的金屬 層的隔層的，稱謂CCP結(jié)構(gòu)的磁阻效應(yīng)元件中，在形成所述隔層時(shí)，對(duì)所述隔層按照本發(fā) 明利用兩個(gè)階段的變換處理來實(shí)施，替代以往利用l個(gè)階段的變換處理來實(shí)施，從而將所 述隔層形成得相對(duì)較厚。
因而，構(gòu)成隔層的絕緣層其膜厚增大，從而可以完全抑制漏電流流過所述隔層中所形 成的電流通路層以外原本應(yīng)起到絕緣層功能的區(qū)域。因此，可以發(fā)揮更強(qiáng)的CCP效應(yīng)，并 實(shí)現(xiàn)更為牢靠的可靠性。
而且，通過加厚絕緣層膜厚，因而絕緣層的絕緣耐壓提高，所以可使靜電電荷等靜電 破壞的耐受性提高。靜電電荷耐壓高，關(guān)系到將磁頭組裝到HDD中時(shí)成品率的提高。
這樣大幅度提高可靠性性能，不僅是HDD制造時(shí)，而且可使各種狀況的破壞耐受性、 耐熱性也提高，因而適合作為需要高可靠性的服務(wù)器、企業(yè)級(jí)用途的磁頭。不只是簡(jiǎn)單地 提高記錄密度的高可靠性磁頭，在近些年HDD用途普及的狀況下變得愈加重要。磁頭壽 命的延長(zhǎng)這一點(diǎn)，因HDD使用環(huán)境變寬這一點(diǎn)變得非常重要。這種高可靠性的磁頭，作 為熱環(huán)境嚴(yán)酷的汽車導(dǎo)航用HDD來說非常有效。
當(dāng)然，具有這種高可靠性的磁頭，不僅是上面所述的高附加值的HDD，而且可以用作 民用用途的普通PC、便攜式音樂播放器、移動(dòng)電話等的HDD。
另外，盡管下面具有詳細(xì)的說明，但本發(fā)明的制造方法中對(duì)第二金屬層和第三金屬層 實(shí)施上述第一變換處理和第二變換處理來形成所要實(shí)現(xiàn)的隔層，但這時(shí)，變換處理之際構(gòu) 成所述第二金屬層下所形成的第一金屬層的原子得到移動(dòng)能量移動(dòng)至上方，因此在絕緣層 中形成金屬層(電流通路)。
所以，上述方式由于對(duì)隔層按兩個(gè)階段變換處理來實(shí)施，因而第二階段的變換處理中 也可以設(shè)法在另行通過所述第一變換處理所形成的所述絕緣層及所述金屬層和所述第三 金屬層之間形成與上述第一金屬層相同功能的金屬層(第四金屬層)。這種情況下，構(gòu)成 所述第四金屬層的原子在第二變換處理的過程中移動(dòng)至變換為絕緣層的過程的上述第三 金屬層中，從而形成電流通路。結(jié)果是可確實(shí)形成在隔層內(nèi)貫通的所述金屬層(電流通路)。
而且，上述變換處理是對(duì)應(yīng)變換為絕緣層的金屬層進(jìn)行氧化處理和氮化處理其中之任 一處理，但其可按例如以下方法實(shí)施。
具體來說，所述第一變換處理和所述第二變換處理其中至少之一通過在包含氬氣、氙 氣、氦氣、氖氣、和氪氣其中至少之一的氣體經(jīng)過離子處理或等離子處理所得到的氣體介 質(zhì)中，供給包含氧氣和氮?dú)馄渲兄辽僦坏臍怏w，并在經(jīng)過所述離子處理的氣體或經(jīng)過所 述等離子處理的氣體的氣體介質(zhì)下，對(duì)所述第二金屬層或所述第三金屬層進(jìn)行氧化處理和
氮化處理其中至少之一來實(shí)施(第一種方法)。
而且，所述第一變換處理和所述第二變換處理其中至少之一經(jīng)過下列步驟來實(shí)施 第一步驟，在將包含氬氣、氙氣、氦氣、氖氣、和氪氣其中至少之一的氣體經(jīng)過離子
處理或等離子處理所得到的氣體介質(zhì)中，供給包含氧氣和氮?dú)馄渲兄辽僦坏臍怏w，并在
經(jīng)過所述離子處理的氣體或經(jīng)過所述等離子處理的氣體的氣體介質(zhì)下，對(duì)所述第二金屬層
或所述第三金屬層進(jìn)行氧化處理和氮化處理其中至少之一；以及
第二步驟，停止供給包含所述氧氣和所述氮?dú)馄渲兄辽僦坏乃鰵怏w，并對(duì)包含氬、
氙、氦、氖、和氪其中至少之一元素的氣體進(jìn)行離子處理或等離子處理來照射膜表面(第
二種方法)。
此外，所述第一變換處理和所述第二變換處理其中至少之一經(jīng)過下列步驟來實(shí)施
第一步驟，對(duì)包含氬、氙、氦、氖、和氪其中至少之一元素的氣體進(jìn)行離子處理或等 離子處理來照射膜表面；以及
第二步驟，在將包含氬氣、氙氣、氦氣、氖氣、和氪氣其中至少之一的氣體經(jīng)過離子 處理或等離子處理所得到的氣體介質(zhì)中，供給包含氧氣和氮?dú)馄渲兄辽僦坏臍怏w，并在 經(jīng)過所述離子處理的氣體或經(jīng)過所述等離子處理的氣體的氣體介質(zhì)下，對(duì)所述第二金屬層 或所述第三金屬層進(jìn)行氧化處理和氮化處理其中至少之一 (第三種方法)。
而且，所述第一變換處理和所述第二變換處理其中至少之一經(jīng)過下列步驟來實(shí)施
第一步驟，在將包含氬氣、氙氣、氦氣、氖氣、和氪氣其中至少之一的氣體經(jīng)過離子 處理或等離子處理所得到的氣體介質(zhì)中，供給包含氧氣和氮?dú)馄渲兄辽僦坏臍怏w，并在 經(jīng)過所述離子處理的氣體或經(jīng)過所述等離子處理的氣體的氣體介質(zhì)下，對(duì)所述第二金屬層 或所述第三金屬層進(jìn)行氧化處理和氮化處理其中至少之一；
第二步驟，在將包含氬氣、氙氣、氦氣、氖氣、和氪氣其中至少之一的氣體經(jīng)過離子 處理或等離子處理所得到的氣體介質(zhì)中，供給包含氧氣和氮?dú)馄渲兄辽僦坏臍怏w，并在 經(jīng)過所述離子處理的氣體或經(jīng)過所述等離子處理的氣體的氣體介質(zhì)下，對(duì)所述第二金屬層 或所述第三金屬層進(jìn)行氧化處理和氮化處理其中至少之一；以及
第三步驟，停止供給包含所述氧氣和所述氮?dú)馄渲兄辽僦坏乃鰵怏w，并對(duì)包含氬、 氙、氦、氖、和氪其中至少之任一元素的氣體進(jìn)行離子處理或等離子處理來照射膜表面(第 四種方法)。
可通過上述方法可靠地實(shí)施上述第一變換處理和第二變換處理，能夠確實(shí)得到包含具 有上述結(jié)構(gòu)的隔層、并具有上述作用效果的、所謂CPP結(jié)構(gòu)的磁阻效應(yīng)元件。
另外，可通過上述制造方法來獲得一種磁阻效應(yīng)元件，包括磁化方向?qū)嵸|(zhì)上固定于
一方向的磁化固定層；磁化方向與外部磁場(chǎng)相對(duì)應(yīng)而變化的磁化自由層；以及設(shè)置于所述 磁化固定層和所述磁化自由層兩者間、包含絕緣層和貫通所述絕緣層的金屬層的隔層，其 特征在于，
形成所述隔層的金屬層，其基底側(cè)下部的氧濃度和基底相反一側(cè)上部的氧濃度兩者之 差為10原子％以內(nèi)。
此外，可獲得一種磁阻效應(yīng)元件，包括磁化方向?qū)嵸|(zhì)上固定于一方向的磁化固定層; 磁化方向與外部磁場(chǎng)相對(duì)應(yīng)而變化的磁化自由層；以及設(shè)置于所述磁化固定層和所述磁化 自由層兩者間、包含絕緣層和貫通所述絕緣層的金屬層的隔層，其特征在于，
形成所述隔層的金屬層，其基底側(cè)下部的開口面積和基底相反一側(cè)上部的開口面積兩 者之差為20%以內(nèi)。
綜上所述，按照本發(fā)明可以提供一種能用于高密度存儲(chǔ)的磁存儲(chǔ)裝置、可設(shè)法提高可 靠性的磁阻效應(yīng)元件。


圖1是示出本發(fā)明一例磁阻效應(yīng)元件(CCP-CPP元件)的立體圖。 圖2是示出形成本發(fā)明實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件的隔層所用的制造工序的流程圖。 圖3是示出制造本發(fā)明實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件(CCP-CPP元件)所用的裝置的概要 構(gòu)成圖。
圖4是圖3所示的一例氧化室構(gòu)成。
圖5是示出形成本發(fā)明實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件的隔層所用的制造工序的流程圖。
圖6為表示將本發(fā)明實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件組裝到磁頭中的狀態(tài)。
圖7為表示將本發(fā)明實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件組裝到磁頭中的狀態(tài)。
圖8是舉例表示磁記錄再生裝置概要構(gòu)成的主要部分立體圖。
圖9是從盤片側(cè)觀察執(zhí)行機(jī)構(gòu)臂前部的磁頭萬向架組件的放大立體圖。
圖10為表示本發(fā)明實(shí)施方式的磁存儲(chǔ)器矩陣構(gòu)成的一個(gè)例子用的圖。
圖11為表示本發(fā)明實(shí)施方式的磁存儲(chǔ)器矩陣構(gòu)成的另一例子用的圖。
圖12是示出本發(fā)明實(shí)施方式的磁存儲(chǔ)器主要部分的剖面圖。
圖13是圖12中沿A-A'線的剖面圖。
IO...磁阻效應(yīng)膜，ll...下電極，12...底層，12a.,.緩沖層，12b…籽晶層，13...釘扎層， 14…銷釘層，141…下部銷釘層，142...磁耦合層，143…上部銷釘層，15...下部金屬層，
16...隔層，161...絕緣層，162...電流通路，17…上部金屬層，18...自由層，19...罩層，20... 上電極，21...電流通路，21'…電流通路，162...使21和21，兩者結(jié)合的電流通路，22...絕 緣層，22'…絕緣層，161...使22和22'兩者結(jié)合的絕緣層
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖根據(jù)實(shí)施本發(fā)明的最佳方式來說明本發(fā)明其他特征和優(yōu)點(diǎn)。 (磁阻效應(yīng)元件)
圖1是示出本發(fā)明一例磁阻效應(yīng)元件(CCP-CPP元件)的立體圖。另外，本說明書中
總體附圖是按示意性方式繪制，所繪制的各組成部分其大小(膜厚等)以及各組成部分彼 此間的比例等與實(shí)際情形有所不同。
如圖1所示，本實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件具有磁阻效應(yīng)膜10以及從上下兩個(gè)方向夾 住該磁阻效應(yīng)膜10的上電極20和下電極11，并構(gòu)成于未圖示的基底上。
磁阻效應(yīng)膜IO通過使底層12、釘扎層13、銷釘層14、下部金屬層15、隔層(CCP-NOL) 16 (絕緣層161、電流通路162)、上部金屬層17、自由層18、罩層19依次疊層來構(gòu)成。 其中銷釘層14、下部金屬層15、隔層16、上部金屬層17、以及自由層18與兩層鐵磁性 層間夾有非磁性隔層而成的自旋閥膜相對(duì)應(yīng)。而下部金屬層15、隔層(CCP-NOL) 16、 以及上部金屬層17其總體可定義為廣義的隔層。另外，為了便于觀看，隔層16以從其上 下層(上部金屬層17和下部金屬層15)當(dāng)中切開的狀態(tài)來表示。
下面說明磁阻效應(yīng)元件的組成部分。
下電極ll是按自旋閥膜的垂直方向供電用的電極。通過在下電極11和上電極20兩者 間加上電壓來使電流在自旋閥膜內(nèi)部沿與其膜面垂直方向流過。可通過利用該電流檢測(cè)因 磁阻效應(yīng)而引起的電阻變化，來進(jìn)行磁檢測(cè)。下電極ll為了對(duì)磁阻效應(yīng)元件提供電流，而 釆用電阻相對(duì)較小的金屬層?？刹捎肗iFe、 Cu等。
底層12可劃分為例如緩沖層12a、籽晶層12b。緩沖層12a為可緩和下電極11表面粗 糙用的層。籽晶層12b則為控制形成于其上的自旋閥膜的結(jié)晶取向和結(jié)晶粒徑用的層。
作為緩沖層12a可以采用Ta、 Ti、 W、 Zr、 Hf、 Cr或者其合金。緩沖層12a的膜厚較 好是2 10納米量級(jí)，更為理想的是3 5納米量級(jí)。緩沖層12a其厚度過薄的話，會(huì)喪失 緩沖效果。而緩沖層12a其厚度過厚的話，便會(huì)使對(duì)于MR變化率沒有用的串聯(lián)阻抗增大。 另外，在形成于緩沖層12a上的籽晶層12b具有緩沖效果的情況下，并不一定要設(shè)置緩沖 層12a。作為上述其中一例優(yōu)選方式可采用Ta[3納米〗。
籽晶層12b只要是可控制其上成膜的層的結(jié)晶取向的材料即可。作為籽晶層12b較好
是具有fee結(jié)構(gòu)(face-centered cubic structure (面心立方結(jié)構(gòu)))、hep結(jié)構(gòu)(hexagonal close-packed structure (六邊形閉合封裝結(jié)構(gòu)))、或bcc結(jié)構(gòu)(body-centered cubic structure
(體心立方結(jié)構(gòu)))的金屬層等。舉例來說，可通過使用具有hcp結(jié)構(gòu)的Ru或具有fcc結(jié) 構(gòu)的NiFe作為籽晶層12b，來使其上自旋閥膜的結(jié)晶取向?yàn)閒cc (111)取向。此外，可以 使釘扎層13 (例如PtMn)的結(jié)晶取向?yàn)橐?guī)則的fct結(jié)構(gòu)(face-centered tetragonal structure(面 心正方結(jié)構(gòu)))或bcc結(jié)構(gòu)(body-centered cubic structure (體心立方結(jié)構(gòu)))(110)取向。 除此以外也可以采用Cr、 Zr、 Ti、 Mo、 Nb、 W或者其合金層等。
為了充分發(fā)揮籽晶層12b改善結(jié)晶取向的作用，籽晶層12b的膜厚較好是1 5納米， 更為理想的是1.5 3納米。作為上述其中一例優(yōu)選方式可采用Ru[2納米]。
自旋閥膜、釘扎層13的結(jié)晶取向性能可通過X射線衍射進(jìn)行測(cè)定?？赏ㄟ^使旋閥膜 的fcc (111)峰值、釘扎層13 (PtMn)的fct (111)峰值或bcc (110)峰值處同步固定(口 7 * 曲線的半幅值為3.5。 6°，能得到良好的取向性。另外，該取向的擴(kuò)散角度也
可以根據(jù)用到斷面TEM的衍射光斑來判別。
作為籽晶層12b，也可用NiFe基合金(例如NixFe1(X).x (x = 90% 50%，較好是75% 85%)或通過對(duì)NiFe添加第三元素X來使之為非磁性的(NixFe脅x)跳丫XY(X = Cr、 V、 Nb、 Hf、 Zr、 Mo))來替代Ru。 NiFe基籽晶層12b可相對(duì)容易地獲得良好的結(jié)晶取向性， 能將與上述同樣方式測(cè)定的同步固定(口 '7 * >夕')曲線的半幅值作為3。 5°。
籽晶層12b不僅起到改善結(jié)晶取向的作用，而且還具有控制自旋閥膜結(jié)晶粒徑的作用。 具體來說，可以將自旋闊膜的結(jié)晶粒徑控制為5 40納米，即便是磁阻效應(yīng)元件的尺寸 較小，也能夠避免特性偏差實(shí)現(xiàn)較高的MR變化率。
這里的結(jié)晶粒徑，可通過籽晶層12b上所形成的晶粒的粒徑來判別，并利用斷面TEM 等來確定。在銷釘層14處于隔層16的下層位置的基底型自旋閥膜的情況下，可以根據(jù)籽 晶層12b上所形成的釘扎層13 (反鐵磁性層)、銷釘層14 (磁化固定層)的結(jié)晶粒徑來判 別。
與高密度記錄相對(duì)應(yīng)的再生磁頭，其元件尺寸為例如100納米或以下。結(jié)晶粒徑相對(duì) 于元件尺寸之比較大，成為元件特性偏差的原因。自旋閥膜的結(jié)晶粒徑希望不大于40納 米。具體來說，結(jié)晶粒徑較好是5 40納米范圍，更為理想的是5 20納米范圍。
單位元件面積的晶粒其數(shù)目較少的話，便會(huì)因結(jié)晶數(shù)目較少而成為特性偏差原因，所 以不太希望加大結(jié)晶粒徑。尤其是形成了電流通路的CCP-CPP元件不太希望加大結(jié)晶粒 徑。另一方面，結(jié)晶粒徑過小， 一般來說也難以維持良好的結(jié)晶取向。考慮到這些結(jié)晶粒 徑的上限和下限的較為理想的結(jié)晶粒徑范圍為5 20納米。
但作為MRAM等用途，有的元件尺寸為100納米或以上，還有結(jié)晶粒徑大到40納米 量級(jí)也沒有那樣的問題。也就是說，也有通過用籽晶層12b、即便是結(jié)晶粒徑粗大也沒有 妨礙這種情形。
為了得到上述5 20納米的結(jié)晶粒徑，作為籽晶層12b來說，在Ru[2納米]或 (NixFe跡x)跳YXy(X二Cr、 V、 Nb、 Hf、 Zr、 Mo)層的情況下，較好是第三元素X的組成 y為0% 30%大小(也包含y為0%的情形)。
另一方面，為了使用比40納米還粗大的結(jié)晶粒徑，較好是進(jìn)一步采用較多數(shù)量的添 加元素。籽晶層12b的材料為例如NiFeCr的情況下，較好是使Cr量為35% 45%左右， 并用fcc和bcc的邊界相所示的組成，用具有bcc結(jié)構(gòu)的NiFeCr層。
如前文所述，籽晶層12b的膜厚較好是1 5納米量級(jí)，較為理想的是1.5 3納 米。籽晶層12b的厚度過薄的話，便喪失結(jié)晶取向控制等效果。另一方面，籽晶層12b的 厚度過厚的話，便往往導(dǎo)致串聯(lián)阻抗增大，進(jìn)而成為自旋閥膜的界面發(fā)生凹凸的原因。
釘扎層13具有對(duì)其上成膜的作為銷釘層14的鐵磁性層賦予單一方向的各向異性 (unidirectional anisotropy)來固定磁化的作用。作為釘扎層13的材料來說，可采用PtMn、 PdPtMn、 IrMn、 RuRhMn等反鐵磁性材料。這當(dāng)中，作為適應(yīng)高記錄密度的磁頭材料來說 IrMn較為有利。IrMn可以比PtMn薄的膜厚加上單一方向的各向異性，適合高密度記錄所 需的窄禁帶化。
為了賦予足夠強(qiáng)的單一方向的各向異性，適當(dāng)設(shè)定釘扎層13的膜厚。釘扎層13的材 料為PtMn、PdPtMn的情況下，作為膜厚較好是8 20納米量級(jí)，較為理想的是10 15 納米。釘扎層13的材料為IrMn的情況下，即便為比PtMn等較薄的膜厚，也可賦予單一 方向的各向異性，較好是3 12納米，較為理想的是4 IO納米。作為上述其中一例 優(yōu)選方式可采用IrMn[7納米]。
作為釘扎層13可采用硬磁性層來替代反鐵磁性層。作為硬磁性層可采用例如CoPt(Co =50% 85%)、(GoxPt1()o.x)100.YCrY(x = 50% 85%，y = 0% 40%)、FePt(Pt = 40% 60%)。硬磁性層(具體來說為CoPt)其電阻率相對(duì)較小，因而可以抑制串聯(lián)電阻和面積電 阻RA增大。
銷釘層14其中一優(yōu)選方式為由下部銷釘層141(例如Co9oFeiC) [3.5納米])、磁耦合層 142(例如Ru)、以及上部銷釘層143 (例如(Fe5QCo5Q [1納米]/Cu
)x2/Fe5QCo50 [1 納米])所組成的復(fù)合銷釘層。釘扎層13(例如IrMn)和直接位于其上的固定層141進(jìn)行交 換磁耦合以便具有單一方向的各向異性。磁耦合層142上下方的上部銷釘層143和下部銷 釘層141進(jìn)行強(qiáng)磁耦合以便磁化方向彼此反向平行。
作為下部銷釘層141的材料可采用例如CoxFe,x合金^ = 0% 100%)、 NixFe100.x 合金(x = 0% 100%)、或上述合金中添加了非磁性元素的材料。而且，作為下部銷釘層 141的材料也可用Co、 Fe、 Ni這類單一元素或其合金。
下部銷釘層141的磁膜厚度(飽和磁化Bsx膜厚t (乘積Bs.t))最好是與上部銷釘層 143的磁膜厚度大體相等。也就是說，上部銷釘層143的磁膜厚度和下部銷釘層141的磁 膜厚度最好是兩者相對(duì)應(yīng)。舉例來說，在上部銷釘層143為(Fe5()Co5Q[l納米]/0!
)x2/Fe5oCo5o[l納米]的情況下，薄膜中的FeCo的飽和磁化為約2,2T，所以磁膜厚度 為2.2Tx3納米=6.6丁納米。由于Co9oFen)的飽和磁化為約1.8T，所以給出與上述相等 的磁膜厚度的下部銷釘層141的膜厚t為6.6 丁納米/1.8丁 = 3.66納米。因而，希望采用膜 厚約為3.6納米的Co9oFen)。而且，用IrMn作為釘扎層13的情況下，希望下部銷釘層141 的組成少于Co9()FeiQ并使Fe組分增加。具體來說，Co75Fe25等為其中一例優(yōu)選實(shí)施例。
下部銷釘層141所用的磁性層其膜厚較好是1.5 4納米量級(jí)?；卺斣鷮?3 (例 如IrMn)所形成的單一方向的各向異性磁場(chǎng)強(qiáng)度及通過磁耦合層142 (例如Ru)的下部銷 釘層141和上部銷釘層143間的反鐵磁性耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度的觀點(diǎn)。下部銷釘層141過薄的話， MR變化率便變小。而下部銷釘層141過厚的話，便難以得到器件動(dòng)作所需的足夠的單一 方向的各向異性磁場(chǎng)。作為其中一例優(yōu)選方式可列舉出膜厚為3.6納米的C07sFe25的例子。
磁耦合層142(例如Ru)具有通過使上下磁性層(上部銷釘層143和下部銷釘層141) 產(chǎn)生反鐵磁性耦合來形成復(fù)合銷釘結(jié)構(gòu)的作用。作為磁耦合層142的Ru層其膜厚較好為 0.8 l納米。另外，只要是在上下磁性層能產(chǎn)生足夠的反鐵磁性耦合的材料，也可以用 Ru以外的材料?？墒褂门cRKKY(Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida)耦合的第一峰值相對(duì)應(yīng) 的膜厚0.3 0.6納米，來替代與RKKY耦合的第二峰值相對(duì)應(yīng)的膜厚0.8 1納米。 這里可舉出一個(gè)能得到高可靠性、耦合穩(wěn)定的特性的0.9納米的Ru。
作為一例上部銷釘層143，可采用(Fe5()Co5Q [1納米]/Cu
)x2/ Fe5()Co50 [1 納米]這種磁性層。上部銷釘層143形成自旋相關(guān)散射單元其中一部分。上部銷釘層143為 對(duì)MR效應(yīng)具有直接作用的磁性層，為了得到較大的MR變化率，此構(gòu)成材料、膜厚兩者 均很重要。尤其是處于與隔層16的界面位置的磁性材料，在有助于自旋相關(guān)界面散射上 特別重要。
現(xiàn)說明將這里采用的、具有bcc結(jié)構(gòu)的Fe5oCo5o用作上部銷釘層143的效果。將具有 bcc結(jié)構(gòu)的磁性材料用作上部銷釘層143的情況下，自旋相關(guān)界面散射效應(yīng)較大，因而可 以實(shí)現(xiàn)較大的MR變化率。作為具有bcc結(jié)構(gòu)的FeCo系合金，可舉例FexCo1(X)-X(x = 30% 100%)、或FexCo1(K)-X中添加了添加元素的合金。其中，滿足各種特性的Fe4()Co6() Fe6()Co40
是較容易使用的材料。
上部銷釘層143在由容易實(shí)現(xiàn)高M(jìn)R變化率的、具有bcc結(jié)構(gòu)的磁性層形成的情況下， 該磁性層的總膜厚較好為1.5納米或以上。這是由于穩(wěn)定地確保bcc結(jié)構(gòu)的緣故。自旋閥 膜所用的金屬材料，大多為fcc結(jié)構(gòu)或fct結(jié)構(gòu)，因而可能存在只是上部銷釘層143具有 bcc結(jié)構(gòu)的情形。因此，上部銷釘層143其膜厚過薄的話，便難以穩(wěn)定保持bcc結(jié)構(gòu)，而 無法獲得較高的MR變化率。
這里，采用包含極薄Cu疊層膜的Fe5oCoM)作為上部銷釘層143。這里，上部銷釘層 143由總膜厚為3納米的FeCo和每1納米FeCo便疊層的0.25納米的Cu所形成，總膜厚 為3.5納米。
上部銷釘層143的膜厚較好是5納米或以下。這是為了得到較大的銷釘固定磁場(chǎng)的緣 故。由于較大的銷釘固定磁場(chǎng)和bcc結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性并存，因而具有bcc結(jié)構(gòu)的上部銷釘層 143其膜厚最好為2.0 4納米量級(jí)。
上部銷釘層143可采用現(xiàn)有磁阻效應(yīng)元件中廣泛采用的具有fcc結(jié)構(gòu)的Co9oFeK)合金、 具有hcp結(jié)構(gòu)的鈷合金。作為上部銷釘層143可采用Co、 Fe、 Ni等單體金屬或者包含其 中任何一種元素的全部合金材料。作為上部銷釘層143的磁性材料，按有利于得到較大的 MR變化率的順序排列，依次為具有bcc結(jié)構(gòu)的FeCo合金材料、具有50%或以上鈷組成的 鈷合金、具有50%或以上Ni組成的鎳合金。
這里作為一例舉出的是可采用磁性層(FeCo層)和非磁性層(極薄Cu層)交替疊層 的材料作為上部銷釘層143。具有這種結(jié)構(gòu)的上部銷釘層143可利用極薄Cu層來使稱為自 旋相關(guān)體散射效應(yīng)的自旋相關(guān)散射效果有所改善。
"自旋相關(guān)體擴(kuò)散效應(yīng)"作為與自旋相關(guān)界面散射效應(yīng)成對(duì)的術(shù)語而用的。所謂自旋相 關(guān)體散射效應(yīng)是指在磁性層內(nèi)部發(fā)現(xiàn)MR效應(yīng)的現(xiàn)象。自旋相關(guān)界面散射效應(yīng)則指在隔層 和磁性層的界面發(fā)現(xiàn)MR效應(yīng)的現(xiàn)象。
下面說明磁性層和非磁性層的疊層結(jié)構(gòu)對(duì)體散射效果的改善。
CCP-CPP元件中，隔層16附近可使電流收窄，因而隔層16在界面附近的電阻抗的作 用非常大。也就是說，隔層16和磁性層(銷釘層14、自由層18)界面的電阻占磁阻效應(yīng) 元件總電阻的比例較大。這表明，自旋相關(guān)界面散射效應(yīng)的作用對(duì)CCP-CPP元件來說非 常大和重要。也就是說，隔層16處于界面位置的磁性材料的選擇與現(xiàn)有CPP元件情形相 比較，具有重要意義。這就是如前文所述將具有自旋相關(guān)界面散射效應(yīng)大的bcc結(jié)構(gòu)的FeCo 合金層用作銷釘層143的理由。
也不能勿視用體散射效果大的材料，但為了得到更高的MR變化率這仍很重要。為了
得到體散射效果極薄Cu層的膜厚較好是O.l l納米，較為理想的是0.2 0.5納米。 Cu層膜厚過薄的話，改善體散射效果的作用較弱。Cu層膜厚過厚的話，往往體散射效果 有所減弱，而且使非磁性Cu層介于兩者間的上下磁性層其磁耦合減弱，就銷釘層14的特 性而言便不充分。因此，作為一例優(yōu)選方式舉例的是采用0.25納米的Cu。
作為磁性層間的非磁性層材料，也可以用Hf、 Zr、 Ti、 Al等來替代Cu。而在插入上 述極薄的非磁性層的情況下，F(xiàn)eCo等磁性層的每一層膜厚較好是0.5 2納米量級(jí)，較 為理想的是l 1.5納米量級(jí)。
也可以采用FeCo和Cu經(jīng)過合金化的層來替換FeCo層和Cu層的交替疊層結(jié)構(gòu)作為 上銷釘部層143。作為這種FeCoCu合金，可舉出例如(FexCo脅x)跳yCuY (x = 30% 100%， y = 3% 15%左右)，但也可以采用除此以外的組成范圍。這里，作為添加到FeCo 的元素，也可以用Hf、 Zr、 Ti、 Al等其他元素來替代Cu。
上部銷釘層143也可以采用Co、 Fe、 Ni、或者其合金材料所形成的單層膜。舉例來說， 也可以采用以往廣泛使用的2 4納米的Co9oFeuj這種單層作為結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的上部銷釘層 143。也可以在這種材料中添加其他元素。
下面說明形成廣義隔層的膜的構(gòu)成。下部金屬層15在稍后說明的工藝過程中為用作 電流通路162材料的供給源之后的殘留層，作為最終形態(tài)也有未必殘留的情形。
隔層(CCP-NOL) 16具有絕緣層161、電流通路162。還可如前所述包含隔層16、下 部金屬層15、以及上部金屬層17，作為廣義的隔層使用。
絕緣層161由氧化物、氮化物、氧氮化物等所構(gòu)成。作為絕緣層161可具有Al203這 種非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、MgO這種結(jié)晶結(jié)構(gòu)兩者。為了發(fā)揮作為隔層的作用，絕緣層161其厚度較 好是l 3.5納米，較為理想的是1.5 3納米范圍。
難以如圖1那樣形成具有在納米量級(jí)上具有三維結(jié)構(gòu)這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的隔層。為了實(shí)現(xiàn) 接近理想形態(tài)的CCP結(jié)構(gòu)，顯示出本發(fā)明的制造方法有效。該制造方法是本發(fā)明中最為重 要的部分，因而具體內(nèi)容稍后說明。
作為絕緣層161所用的典型絕緣材料，具有以Al203為基體材料的絕緣材料、或其中 加有添加元素的絕緣材料。作為添加元素具有Ti、 Hf、 Mg、 Zr、 V、 Mo、 Si、 Cr、 Nb、 Ta、 W、 B、 C、 V等。上述添加元素的添加量可以在0% 50%左右范圍內(nèi)適當(dāng)變化。 作為一例可將大約2納米的Al203用作絕緣層161。
絕緣層161也可以采用Ti氧化物、Hf氧化物、Mg氧化物、Zr氧化物、Cr氧化物、 Ta氧化物、Nb氧化物、Mo氧化物、Si氧化物、V氧化物等來替代A1203這種Al氧化物。 在上述氧化物的情況下，也可以用上述材料作為添加元素。而且，添加元素的添加量可以
在0% 50%左右范圍內(nèi)適當(dāng)變化。
即便是用以如上所述A1、 Si、 Hf、 Ti、 Mg、 Zr、 V、 Mo、 Nb、 Ta、 W、 B、 C為基材 的氧氮化物、氮化物來替代上述氧化物，也只要是具有對(duì)電流絕緣的功能的材料就行。
電流通路162是使電流沿隔層16的膜面垂直方向流過的通路，是用以使電流收窄的 通路。可以起到使電流沿絕緣層161的膜面垂直方向通過的導(dǎo)電體作用，由例如Cu等金 屬層所構(gòu)成。具體來說，隔層16具有電流收窄結(jié)構(gòu)(CCP結(jié)構(gòu))，可利用電流收窄效應(yīng)增 大MR變化率。形成電流通路162 (CCP)的材料，除了Cu以外還可列舉Au、 Ag、 Al、 Ni、 Co、 Fe、或者包含上述元素其中至少之一的合金層的例子。作為一例電流通路162可 由包含Cu的合金層形成。也可以采用CuNi、 CuCo、 CuFe等合金層。這里，為了高M(jìn)R 變化率和減小銷釘層14和自由層18的層間耦合磁場(chǎng)(interiayer coupling fidd， Hin)，希 望形成為具有50%或以上Cu的組成。
電流通路162是與絕緣層161相比氧、氮含量明顯較少的區(qū)域(具有至少2倍或以上 的氧含量差、氮含量差)， 一般來說為結(jié)晶相。結(jié)晶相與非結(jié)晶相相比電阻較小，因而容 易起到電流通路162作用。
上部金屬層17形成廣義隔層的一部分。具有對(duì)其上成膜的自由層18進(jìn)行保護(hù)以避免 該自由層18與隔層16的氧化物接觸氧化的阻擋層作用，以及使自由層18的結(jié)晶性良好 的作用。例如絕緣層161的材料為非晶態(tài)(例如A1203)的情況下，其上成膜的金屬層的 結(jié)晶性能變差，但可通過配置使fcc結(jié)晶性能良好的層(例如Cu層)(膜厚以l納米或以 下量級(jí)為宜)，可顯著改善自由層18的結(jié)晶性能。
根據(jù)隔層16的材料、自由層18的材料，也可以未必設(shè)置上部金屬層17。通過使退火 條件最佳、選擇隔層16的絕緣層161材料、自由層18的材料等，可以避免結(jié)晶特性下降， 并不需要隔層16上的金屬層17。
但考慮制造上的界限，較好是在隔層16上形成上部金屬層17。作為一例優(yōu)選方式可 舉出將Cu
用作上部金屬層17的例子。
作為上部金屬層17的構(gòu)成材料，除了Cu以外也可以釆用Au、 Ag、 Ru等。上部金屬 層17的材料較好是與隔層16的電流通路162的材料相同。上部金屬層17的材料與電流 通路162的材料不同的情況下導(dǎo)致界面電阻增大，但只要兩者為相同材料，就不至于發(fā)生 界面電阻增大。
上部金屬層17的膜厚較好是0 l納米，較為理想的是O.l 0.5納米。上部金屬 層17過厚的話，由隔層16收窄的電流在上部金屬層17中擴(kuò)展，因而電流收窄效應(yīng)不夠， 導(dǎo)致MR變化率降低。
自由層18是一層磁化方向隨外部磁場(chǎng)變化的鐵磁性體層。舉例來說，作為一例自由 層18可舉出在界面上插入CoFe采用NiFe的Co9()Fe10[l納米]/Ni83Fen[3.5納米]這種雙層 構(gòu)成。這種情況下，較好是在與隔層16的界面上設(shè)置CoFe合金而非NiFe合金。為了得 到較高的MR變化率，選擇處于隔層16界面位置的自由層18的磁性材料很重要。另外， 在不用NiFe的情況下，可以采用Co9oFe1()[4納米]單層。而且，用CoFe/NiFe/CoFe等3層 構(gòu)成的自由層也行。
CoFe合金等當(dāng)中，也由于其軟磁特性穩(wěn)定，希望為Co9()Fe1()。采用Co9oFe1C)附近的 CoFe的情況下，膜厚較好是0.5 4納米。此外，較好是CoxFe跳x (x = 70 90)。
而且，作為自由層18也可以采用1 2納米的CoFe層或Fe層和0.1 0.8納米量 級(jí)的極薄Cu層多層交替疊層的自由層。
隔層16由Cu層形成的情況下，與銷釘層14同樣，自由層18也將bcc的FeCo層用 作與隔層16的界面材料的話，MR變化率便變大。作為與隔層16的界面材料也可采用bcc 的FeCo合金來替代fcc的CoFe合金。這種情況下，可以采用容易形成bcc層的FexCo100.x (x = 30 100)、其中添加有添加元素的材料。上述構(gòu)成當(dāng)中， 一例優(yōu)選實(shí)施例可以采 用Co9oFen)[1納米]/Ni83Fen[3.5納米]。
罩層19具有保護(hù)自旋閥膜的作用。罩層19可以形成為例如多層金屬層，例如是Cu 層和Ru層的雙層結(jié)構(gòu)(Cu[l納米]/Ru[10納米])。而且，作為罩層19也可用在Ru的自由 層18—側(cè)配置的Ru/Cu層等。這種情況下，Ru的膜厚較好是0.5 2納米量級(jí)。這種構(gòu) 成的罩層19尤其是自由層18由NiFe層形成的情況下較為理想。這是因?yàn)?，Ru與Ni存在 非固溶的關(guān)系，因而可以降低自由層18和罩層19之間形成的界面混合層的磁致伸縮。
罩層19為Cu/Ru、Ru/Cu其中任何一種情況下，Cu層的膜厚可較好是0.5 10納米 量級(jí)，Ru層的膜厚較好是0.5 5納米量級(jí)。Ru其比電阻值較高，因而不希望用太厚的 Ru層，因而較好是選這種膜厚范圍。
作為罩層19也可以設(shè)置另一金屬層來替代Cu層、Ru層。罩層19的構(gòu)成并未特別限 定，只要是可形成罩蓋自保護(hù)自旋閥膜的材料，也可以用其他材料。但有時(shí)因罩層的選擇 而改變MR變化率、長(zhǎng)期可靠性，因而需要注意。Cu、 Ru正是出于上述觀點(diǎn)為理想的罩 層材料例。
上電極20是沿旋閥膜的垂直方向供電用的電極。通過在下電極11和上電極20兩者間 加上電壓，從而自旋閥膜內(nèi)部在該膜垂直方向有電流流過。上部電極層20可采用低電阻 的材料(例如Cu、 Au、 Ni、 Fe等)。 (磁阻效應(yīng)元件的制造方法)
下面說明本實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件的制造方法。
圖2是示出本發(fā)明實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件其形成隔層15、 16、 17所用的制造工序 的流程圖。參照?qǐng)D2 (A) 圖2 (G)概要說明本發(fā)明的磁阻效應(yīng)元件(CCP-CPP元件) 的制造方法。
如圖2(A)所示，在預(yù)先形成有下電極的基底上形成底層和釘扎層(上述部分未圖示)， 釘扎層上成膜形成銷釘層14。銷釘層14上形成有形成電流通路的第一金屬層ml (例如 Cu)。第一金屬層ml上形成有可變換為絕緣層的第二金屬層m2 (例如AlCu、 Al)。
接著，如圖2 (B)和圖2 (C)所示，進(jìn)行表面氧化處理或表面氮化處理，用以在第 二金屬層m2表面形成具有絕緣層和電流通路的部分CCP結(jié)構(gòu)。該表面氧化處理和表面氮 化處理具體可經(jīng)過下面詳細(xì)說明的工序來進(jìn)行，但上述處理與簡(jiǎn)單的氧化處理等有所不 同，如圖2 (B)和圖2 (C)所示進(jìn)行用以形成第二金屬層m2的絕緣層處理和對(duì)第一金 屬層ml賦予移動(dòng)能量形成金屬層(電流通路)的、形成CPP結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)變換處理(第一 變換處理)。
圖2 (C)中形成的CCP結(jié)構(gòu)和ml、 m2—起以較薄的膜厚形成，以便很容易實(shí)現(xiàn)接 近理想形態(tài)的CCP結(jié)構(gòu)。該膜厚較厚的話，便難以實(shí)現(xiàn)具有圖2 (C)那樣理想形態(tài)的CCP 結(jié)構(gòu)。但若保持較薄的膜厚，NOL的絕緣層作用便會(huì)不足，而且有漏電流流過，或成為靜 電破壞電壓值較低的值，因而仍然成問題。因此，需要圖2 (D)其后的形成過程。
接著，如圖2 (D)所示與圖2 (A)同樣形成有形成電流通路的第四金屬層m4 (例如 Cu)。第四金屬層m4上形成可變換為絕緣層的第三金屬層m3 (例如AlCu、 Al)。
接下來，如圖2 (E)所示與圖2 (B)同樣進(jìn)行表面氧化處理或表面氮化處理，用以 在第三金屬層m3表面上形成具有絕緣層和電流通路的部分CCP結(jié)構(gòu)。因此，可實(shí)現(xiàn)圖2 (F)這樣的結(jié)構(gòu)。該表面氧化處理和表面氮化處理具體可經(jīng)過下面詳細(xì)說明的工序來進(jìn) 行，但上述處理與簡(jiǎn)單的氧化處理等有所不同，如圖2 (E)和圖2 (F)所示進(jìn)行用以形 成第三金屬層m3的絕緣處理和對(duì)第四金屬層m4賦予移動(dòng)能量來形成金屬層(電流通路) 的、形成CPP結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)變換處理(第二變換處理)。
另外，和m3、 m4—起以相對(duì)較薄的膜厚形成，以便很容易實(shí)現(xiàn)接近理想形態(tài)的CCP 結(jié)構(gòu)。該膜厚較厚的話，便難以實(shí)現(xiàn)具有圖2 (F)那樣的理想形態(tài)的CCP結(jié)構(gòu)。只有一 層這樣的結(jié)構(gòu)其NOL的絕緣作用不足，但由于圖2 (C)中已經(jīng)制作了一層CCP-NOL結(jié) 構(gòu)，因而圖2 (E)所形成的CCP-NOL較薄的膜厚便足夠。這樣，可以通過將CCP-NOL 形成過程分為兩個(gè)階段，來實(shí)現(xiàn)圖2 (F)這樣的接近理想形態(tài)的CCP-NOL結(jié)構(gòu)。
接著，如圖2 (G)所示，根據(jù)需要在隔層16上形成Cu等金屬層17，再在其上形成
有自由層18。另外，隔層16上的金屬層17具有防止其上形成的自由層受氧化影響的作用，
但并不一定要設(shè)置。
可以通過采用本發(fā)明實(shí)施方式的方法，與上下層位置無關(guān)地提高貫通隔層16的絕緣 層22的電流通路21的純度，而且可以制造CCP形狀上下對(duì)稱性良好、具有高M(jìn)R變化率、 并且可靠性良好的磁阻效應(yīng)元件。
另外，上述示例中設(shè)置用以在CCP-NOL結(jié)構(gòu)中形成金屬層(電流通路)的第四金屬 層m4，但本發(fā)明中該層并非是必需的組成部分。即便是金屬層m4不存在的情況下，通過 進(jìn)行上述第二變換處理，構(gòu)成第一金屬層ml的原子進(jìn)一步得到移動(dòng)能量，在向上方移動(dòng) 成為絕緣層的第三金屬層m3中形成電流通路。
但，通過形成上述第四金屬層m4，就能很簡(jiǎn)單地以良好的狀態(tài)在第三金屬層m3組成 的絕緣層中形成電流通路。
下面進(jìn)一步詳細(xì)說明上述工序。
圖2 (A)中，ml是形成電流通路用的材料，m2是通過氧化、氮化、或氧氮化處理 變換為絕緣層的金屬層。作為ml來說較好是Cu、 Au、 Ag、 Al等金屬層。作為m2來說 較好是氧化、氮化時(shí)具有良好的絕緣功能的，由包含A1、 Si、 Mg、 Ti、 Hf、 Zr、 Cr、 Mo、 Nb、 W其中至少一個(gè)元素的材料所形成?？梢允巧鲜鼋饘賳钨|(zhì)，也可是合金材料。作為 ml膜厚來說，較好是O.l 1.5納米量級(jí)，作為m2膜厚來說，較好是0.3 1納米量 級(jí)。
圖2 (B)中，銷釘(t' > )層14上形成第一金屬層ml和第二金屬層m2之后進(jìn)行的 表面氧化處理或表面氮化處理，是為了使一部分第一金屬層ml滲入第二金屬層m2中， 并使金屬層m2變換為絕緣層22所進(jìn)行的工序。這樣，為了在從金屬變換至絕緣層的變換 處理的同時(shí)，按納米量級(jí)制作電流通路，上述表面氧化處理或上述表面氮化處理例如可按 下面所述方式來實(shí)施。
首先，為了使ml滲入m2當(dāng)中，需要提供原子移動(dòng)能量。為此，進(jìn)行氧化處理或氮 化處理時(shí)，較好是利用照射處于離子狀態(tài)或等離子狀態(tài)的氣體而產(chǎn)生的能量，而不只是使 氧氣或氮?dú)夂?jiǎn)單地流入加工室中的自然氧化過程或自然氮化過程。而且，為了將ml形成 為作為氧化物、氮化物、或氧氮化物具有良好的耐絕緣性的材料，較好是氧化處理和氮化 處理也按提供能量的狀態(tài)來形成。
出于這種觀點(diǎn)，較好是將氬氣、氙氣、氦氣、氖氣、氪氣等氣體離子處理或等離子處 理，并在這種離子處理氣體介質(zhì)或等離子氣體介質(zhì)中提供氧氣、氮?dú)獾?，并且在受到所?氣體介質(zhì)中離子、等離子輔助的狀態(tài)下，進(jìn)行所述氧化處理和氮化處理(第一種方法)。
而且，上述氧化處理和氮化處理中，為了有效實(shí)施上述輔助，較好是實(shí)施下面所述的 多道工序。
(I) 在上述第一方法中的氧化處理或氮化處理之后，對(duì)膜表面照射上述稀有氣體的離 子或等離子(第二種方法)。
本方法中，實(shí)施上述第一方法中的氧化處理或氮化處理之后，對(duì)膜表面照射包含氬、 氙、氦、氖、氪其中至少之任一元素的離子、或等離子。而且，作為對(duì)上述稀有氣體的替 代，也可照射氧或氮的離子、或等離子。
按照該方法，便可通過離子照射或等離子照射事后促進(jìn)上述氧化處理和氮化處理，對(duì) 例如第一金屬層ml等附加進(jìn)一步的移動(dòng)能量，并簡(jiǎn)單地形成大小以及特性均勻的電流通 路。
(II) 在上述第一方法中的氧化處理或氮化處理之前，對(duì)膜表面照射上述稀有氣體的 離子或等離子(第三種方法)。
這種情況下，對(duì)膜表面照射包含氬、氙、氦、氖、氪其中至少之任一元素的稀有氣體 的離子或等離子。這種情況下，也可以對(duì)例如第一金屬層ml等預(yù)先附加移動(dòng)量能，可以 通過經(jīng)過后續(xù)的氧化處理等簡(jiǎn)單地形成大小以及特性均勻的電流通路。
(III) 在上述第一方法中的氧化處理或氮化處理的前后，對(duì)膜表面照射上述稀有氣體 的離子或等離子(第四種方法)。
該法是將上述方法(I)和方法(II)組合后得到的方法。因而，第一種方法中的氧化 處理或氮化處理之后的離子或等離子照射可與上述(I)情形同樣地進(jìn)行，因而，第一種方 法中的氧化處理或氮化處理之前的離子或等離子照射可與上述(II)情形同樣地進(jìn)行。
下面具體說明如上所述過程中(I)的氧化處理等之后進(jìn)行的處理或(II)的氧化處理 等之前所進(jìn)行的處理的離子束或等離子的照射條件(第二種方法 第四種方法)。
對(duì)上述稀有氣體進(jìn)行離子處理時(shí)、或進(jìn)行等離子處理時(shí)，較好是將加速電壓V設(shè)定為 +30 130V，將束電流Ib設(shè)定為20 200mA。這些條件與進(jìn)行離子束蝕刻時(shí)的條件相 比較的話，為明顯較弱的條件。這里，采用離子束，但用RF等離子這類等離子替代離子 束，也可完全同樣地進(jìn)行制作。
離子束的入射角度，將相對(duì)于膜面垂直入射的情形定義為0°，而相對(duì)于膜面平行入射 的情形定義為90°，因而在0° 80。范圍內(nèi)適當(dāng)變更。該工序的處理時(shí)間較好是15秒 180 秒，從控制性等觀點(diǎn)出發(fā)較為理想的是30秒或以上。處理時(shí)間過長(zhǎng)的話，CCP-CPP元件 的生產(chǎn)效率差，因而不理想。出于上述觀點(diǎn)，處理時(shí)間最好是30秒 180秒。
通過照射具有如上所述能量的離子束，第一金屬層ml的構(gòu)成原子得到較高移動(dòng)能量
而往上吸滲入第二金屬層m2中，便形成電流通路。
如上所述，作為第二金屬層m2來說，可采用AlCu、 Al。將不含Cu的Al用作第二金 屬層m2的情況下，只產(chǎn)生從第一金屬層ml的Cu往上吸。作為第二金屬層m2來說，可 采用A1以外的金屬材料。舉例來說，作為第2金屬層m2可以采用可變換為穩(wěn)定氧化物的 Si、 Hf、 Zr、 Ti、 Mg、 Cr、 Mo、 Nb、 W等。
接著，就利用離子或等離子時(shí)的具體條件說明上述氧化處理(第一種方法和第二種方 法 第四種方法中的步驟)。這時(shí)的離子或等離子的照射條件較好是將加速電壓V設(shè)定為 +40 200V，將束電流Ib設(shè)定為30 300mA。氧化處理時(shí)間較好是15秒 300級(jí)， 較為理想的是20秒 180秒。用較強(qiáng)的離子束時(shí)縮短處理時(shí)間，而用較弱的離子束時(shí)則延 長(zhǎng)處理時(shí)間。
氧化時(shí)曝氧量的較佳范圍，采用離子或等離子的氧化處理時(shí)為1000 5000L (l!^lxlO-葉orr秒)，自然氧化時(shí)則為3000 30000L。
可通過在圖2所示的各工序中用如上所述的適當(dāng)條件來實(shí)現(xiàn)接近理想形態(tài)的CCP結(jié)構(gòu)。
圖2 (D)中，m3、 m4可以是與ml、 m2分別相同的材料，也可不同。 一般來說，用 相同材料為優(yōu)選實(shí)施方式。具體來說，m4可由包含Cu、 Au、 Ag、 Al其中至少之任一元 素的金屬層來形成，作為m3來說較好是由氧化、氮化時(shí)具有良好絕緣功能的A1、 Si、 Mg、 Ti、 Hf、 Zr、 Cr、 Mo、 Nb、 W其中至少之任一元素的材料所形成?？梢允巧鲜鼋饘賳钨|(zhì)， 為合金材料也行。
作為m3的膜厚來說，較好是0.1 1.5納米量級(jí)，作為m4的膜厚來說，較好是0.3 1納米量級(jí)。
另外，以上所述中，專門記載有進(jìn)行氧化處理時(shí)的具體條件，但氮化處理也可以采用 類似條件。
圖2 (G)中，形成有上部金屬層17、自由層18，但作為上部金屬層17來說，可以與 構(gòu)成CCP的材料相同，也可為為不同種類的材料。作為優(yōu)選方式來說，Cu、 Au、 Ag、 Al 等為理想的實(shí)施方式。作為上部金屬層17來說，0 l納米為優(yōu)選值。
圖3示出制造本發(fā)明實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件(CCP-CPP元件)用的裝置的概要構(gòu)成。 如圖3所示，以輸送室(TC) 50為中心，通過各自的真空閥設(shè)置有裝載固定室51、預(yù)凈 化室52、第一金屬膜形成室(MC1) 53、第二金屬膜形成室(MC2) 54、氧化室(OC) 60。該裝置可在通過真空閥連接的各工作室之間在真空中輸送基底，因而可保持基底表面 潔凈。 金屬膜形成室43、 54具有多個(gè)(5 10個(gè))靶標(biāo)。成膜方式可列舉出DC磁控濺射、 RF磁控濺射等濺射法，離子束濺射法，蒸鍍法，CVD (化學(xué)氣相沉積)法，以及MBE (分 子束外延)法等例子。
表面氧化處理可利用離子束機(jī)構(gòu)、RF等離子機(jī)構(gòu)、或具有加熱機(jī)構(gòu)的工作室，而且需 要與金屬膜形成室分開。
作為上述真空室的典型真空度數(shù)值，是10力Torr左右，可允許l(r8Torr左右的值。
本發(fā)明中具有特征的ml、 m2、 m3、 m4的薄膜形成可在金屬膜形成室53、 54之任一 中進(jìn)行，表面氧化處理在氧化室60中進(jìn)行。ml、 m2形成薄膜后通過輸送室50將晶片輸 送至氧化室60進(jìn)行氧化處理。然后輸送至金屬膜形成室53、 54中之任一，形成m3、 m4 膜以后，再次通過輸送室50將晶片輸送至氧化處理室60，進(jìn)行氧化處理。然后，輸送至 金屬膜形成室53、 54中之任一形成上部金屬層17、自由層18。
圖4是圖3所示的氧化室60構(gòu)成的一個(gè)例子。這里，氧化室60為具有離子束的工作 室。如圖所示，氧化室60由真空泵61抽真空，并從供氧管62將由質(zhì)量流量控制器(MFC) 63進(jìn)行流量控制的氧氣導(dǎo)入氧化室60。氧化室60內(nèi)設(shè)置有離子源70。離子源的形式可列 舉出ICP (電感耦合等離子)型、電容耦合等離子型、ECR (電子回旋加速器諧振)型、 考夫曼(Kauffinann)型等。配置基底保持座80和基底1使其與離子源70對(duì)向。
在來自離子源70的離子的射出口處設(shè)置有對(duì)離子加速度進(jìn)行調(diào)整的3片柵極71、 72、 73。離子源70的外側(cè)設(shè)置有對(duì)離子進(jìn)行中和的中和器74?；妆３肿?0以可傾斜地支持。 離子至基底1的入射角度可在較寬范圍內(nèi)改變，但典型的入射角度值為15° 60°。
該氧化室60中，可以通過對(duì)基底l照射Ar這類離子束，隨同采用離子的表面氧化處 理進(jìn)行能量促進(jìn)，可以通過在從供氧管62供給氧氣的同時(shí)對(duì)基底1照射Ar這類離子束， 進(jìn)一步促進(jìn)從金屬層變換至氧化層。
這里作為氧化室盡管是具有離子束的工作室，但為RF等離子工作室等也具有完全同 等的效果。不論哪一種，都如前文所述需要在表面氧化處理過程中進(jìn)行提供能量的處理， 因而需要在可產(chǎn)生離子或等離子的工作室中進(jìn)行表面氧化處理。
此外，作為提供能量用的手段，也可進(jìn)行加熱處理。這種情況下，有時(shí)以10(TC 300。C 的溫度進(jìn)行幾十秒至幾分鐘的處理。也可以作為表面氧化處理的一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行該處理。 (磁阻效應(yīng)元件的制造方法的總體說明)
下面利用圖1詳細(xì)說明磁阻效應(yīng)元件的總體制造方法。
首先，在基底(未圖示)上依次形成下電極ll、底層12、釘扎層13、銷釘層14、下 部金屬層15、隔層16、上部金屬層17、自由層18、罩層19、以及上電極20。
接著，用圖3這種裝置構(gòu)成將基底設(shè)置于裝載固定室51中，分別在金屬膜形成室53 或54中形成金屬膜，在氧化物層及氮化物層形成室60中進(jìn)行氧化。金屬膜形成室所達(dá)到 的真空度較好為lxlO-s丁orr或以下， 一般來說為5xlO-1QTorr 5xlO-9T0rr量級(jí)。輸送室50 所達(dá)到的真空度為10^Torr量級(jí)。氧化物層及氮化物層形成室60所達(dá)到的真空度為 8xl(r8Torr或以下。
(1) 底層12的形成
基底(未圖示)上預(yù)先通過精細(xì)加工工藝形成有下電極11。下電極11上形成例如Ta[5 納米]/Ru[2納米]，作為底層12。如前文所述，Ta為用以緩和下電極粗糙的緩沖層12a。 Ru為對(duì)形成于其上的自旋閥膜的結(jié)晶取向和結(jié)晶粒徑進(jìn)行控制的籽晶層12b。
(2) 釘扎層13的形成
底層12上形成釘扎層13。作為釘扎層13的材料來說，可以采用PtMn、PdPtMn、IrMn、 RuRhMn等反鐵磁性材料。
(3) 銷釘層14的形成
釘扎層13上形成銷釘(t' ^)層14。銷釘層14可以為由例如下部銷釘層141(Co9oFeK))、 磁耦合層142 (Ru)、以及上部銷釘層143 (Co9oFeu)[4納米])組成的復(fù)合銷釘層。
(4) 隔層16的形成
接著形成具有電流收窄結(jié)構(gòu)(CCP結(jié)構(gòu))的隔層(CCP-NOL) 16。這為本發(fā)明中最具 特征的工序，因而下面具體說明。
首先，為了形成隔層16，在金屬膜形成室中形成銷釘層14之后，輸送至氧化物層及 氮化物層形成室60，在60內(nèi)進(jìn)行處理。
這里敘述隔層16的理想形態(tài)。作為隔層16，希望實(shí)現(xiàn)相對(duì)較厚的隔層16。作為其理 由有，通過使標(biāo)準(zhǔn)和絕緣層膜厚變厚，往往可完全抑制電流通路層以外原本必須起到絕緣 層作用的區(qū)域有漏電流流過的現(xiàn)象，并可發(fā)揮更強(qiáng)的CCP效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)更為牢靠的可靠性。 而且，通過絕緣層膜厚變厚，從而絕緣層的絕緣耐壓提高，因而可使ESD (靜電電荷)等 抗靜電破壞的性能提高。ESD耐壓高，關(guān)系到將磁頭組裝到HDD中時(shí)成品率的提高。
象這樣可靠性性能有較大的提高，不僅是HDD制造，而且也可使各種狀況的破壞耐 受性、耐熱性有所提高，因而適合作為需要高可靠性的服務(wù)器、企業(yè)級(jí)用途的磁頭。不只 是簡(jiǎn)單提高記錄密度的高可靠性磁頭，在近些年HDD用途普及的狀況下變得愈加重要。 磁頭壽命的延長(zhǎng)這一點(diǎn)，因HDD使用環(huán)境變寬而變得非常重要。這種高可靠性的磁頭， 作為熱環(huán)境嚴(yán)酷的汽車導(dǎo)航用HDD來說非常有效。
當(dāng)然，具有這種高可靠性的磁頭，不僅是上面所述的高附加值的HDD,而且可以用作
民用用途的普通PC、便攜式音樂播放器、移動(dòng)電話等的HDD。
另外，如上所述希望形成膜厚較厚的隔層，但其實(shí)現(xiàn)的工藝不容易。作為一種現(xiàn)有的 隔層16形成方法有例如日本專利申請(qǐng)2004-233641等。但現(xiàn)有工藝中伴隨而來的是難以形 成較厚的隔層。這很容易想象出，當(dāng)想將將ml往m2中吸這種工序時(shí)，較厚的膜厚便會(huì) 無法達(dá)到從膜表面開始的能量處理。
另一方面，為了提供足夠的能量而過分加大離子束、等離子能量的話，這樣就會(huì)因蝕 刻而發(fā)生剝落，并非將ml上吸到m2中，單獨(dú)蝕刻m2而剝落，極端的情況下甚至?xí)l(fā)生 無法隨m2、 ml—起蝕刻。這會(huì)造成完全沒有能量促進(jìn)效果。
由上面可知道，伴隨而來的是難以用現(xiàn)有的工藝形成較厚的隔層16。
另一方面，形成較薄的隔層16相對(duì)較容易，但這無法充分發(fā)揮CCP的作用。舉例來 說，原本應(yīng)起到絕緣層作用的部分也會(huì)有隧道電流流過，這就是漏電流。而且，絕緣層膜 厚較薄的話，絕緣耐壓便會(huì)變?nèi)酰蚨鳨SD等也變?nèi)?，制造工序上需要作各種加工，會(huì)引 起成品率降低。
這樣，在現(xiàn)有工藝中，需要這樣一種磁頭，該磁頭在實(shí)用方面發(fā)揮充分的作用的，要 求高可靠性的用途、或進(jìn)一步提高制造成品率的觀點(diǎn)上，具有更高的可靠性。
為了解決這種問題，通過釆用如上所述的本發(fā)明的制造方法，構(gòu)成隔層的絕緣層膜厚 增大，從而可以完全抑制漏電流流過所述隔層中所形成的電流通路層以外原本應(yīng)起到絕緣 層功能的區(qū)域。因此，可以發(fā)揮更強(qiáng)的CCP效應(yīng)，并實(shí)現(xiàn)更為牢靠的可靠性。而且，絕緣 層膜厚較厚，因而絕緣層的絕緣耐壓提高，所以可使靜電電荷(ESD)等抗靜電破壞的性
為了形成本發(fā)明的隔層16，采用圖2所示這種步驟。這里，以形成隔層16該隔層16 在具有非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的由Al203所形成的絕緣層161中包含具有金屬結(jié)晶結(jié)構(gòu)的由Cu所形成 的電流通路162，以這種情形為例具體說明。
首先，上部銷釘層143上形成成為電流通路的供給源的金屬層ml (例如Cu)以后， 下部金屬層ml上形成作為絕緣層161的一部分變換的被氧化金屬層m2(例如AlCu、 Al)。
接著，對(duì)被氧化金屬層進(jìn)行變換處理。該變換處理可經(jīng)過如上所述的氧化處理或氮化 處理來進(jìn)行。而且，這種變換處理可經(jīng)過多個(gè)步驟來實(shí)施。舉例來說，作為變換處理的第 一步驟，照射稀有氣體(例如Ar)的離子束。將該處理稱為PIT (預(yù)離子處理)。該P(yáng)IT 的結(jié)果是，下部金屬層其中一部分上吸滲入到被氧化金屬層中。作為一種進(jìn)行能量處理所 用的手段，PIT很有效。
另外，作為提供上述能量的另一手段，對(duì)膜表面進(jìn)行加熱等的手段也很有效。這時(shí)，
有以10(TC 30(TC溫度進(jìn)行加熱的手段等。而且，也可以是如前文所述用氧氣變換為氧化 膜之后，再用Ar等稀有氣體進(jìn)行能量處理的方法。將該后續(xù)處理稱為AIT(后離子處理)。
而且，除了上述PIT等以外，本例中在上述離子束等存在的情況下提供氧氣、氮?dú)獾龋?并在得到能量促進(jìn)的狀態(tài)下進(jìn)行氧化處理或氮化處理。上述處理為本發(fā)明主流，例如稱為 IAO (離子束促進(jìn)氧化)等。
通過經(jīng)如上所述處理，可將第一金屬層ml的Cu上吸至AlCu層中，第二金屬層m2 可從金屬狀態(tài)變換至絕緣層狀態(tài)。
PIT和AIT按加速電壓30 150V、束電流20 200mA、處理時(shí)間30 180秒的條件 照射Ar離子。上述加速電壓當(dāng)中，較好是40 60V電壓范圍。在比這高的電壓范圍的情 況下，由于PIT、 AIT以后表面粗糙等的影響，有時(shí)發(fā)生MR變化率降低的情形。而作為 電流值來說，可在30 80mA的范圍內(nèi)利用，作為照射時(shí)間來說，則可在60 150秒的范 圍內(nèi)利用。
此外，作為PIT、 AIT處理的替代，也有以偏置濺射法形成AlCu、 Al等的作為絕緣層 161的一部分變換之前的金屬層這種方法。這種情況下，偏置濺射的能量，在直流偏置的 情況下可設(shè)定為30 200V，而在RF偏壓的情況下可設(shè)定為30 200W。
另外，IAO按加速電壓40 200V、束電流30 200mA、處理時(shí)間15 300秒條件照 射Ar離子。上述加速電壓當(dāng)中，較好是50 100V電壓范圍。加速電壓比這高的話，由于 PIT以后表面粗糙等的影響，有可能發(fā)生MR變化率降低。而作為束電流來說，可利用40 100mA，作為照射時(shí)間來說，則可采用30 180秒。
作為IAO氧化時(shí)的供氧量來說，1000 3000L為優(yōu)選范圍。IAO時(shí)不僅是Al，而且氧 化至下部磁性層(固定層14)的話，CCP-CPP元件耐熱性、可靠性降低便不理想。為了 提高可靠性，處于隔層16下部位置的磁性層(銷釘層14)不氧化，而處于金屬狀態(tài)這一 點(diǎn)很重要。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，需要將供氧量設(shè)定為上述范圍。
而且，為了利用所提供的氧形成穩(wěn)定的氧化物，希望僅在對(duì)基底表面照射離子束的期 間使氧氣流過。也就是說，希望未對(duì)基底表面照射離子束時(shí)不使氧氣流過。
經(jīng)過上述這種處理之后，形成具有例如Al203所形成的絕緣層161和Cu所形成的電流 通路162的隔層16其中一部分。是一種利用A1容易氧化、Cu難以氧化，兩者氧化能量之 差的處理。
就以上為止的工藝而言，與日本專利申請(qǐng)2004-233641相同，但本發(fā)明中，為了實(shí)現(xiàn) 更為接近理想形態(tài)的CCP結(jié)構(gòu)，ml、 m2的膜厚都采用較薄的膜厚。由于減薄，所以能更 為容易地實(shí)現(xiàn)形態(tài)良好的CCP結(jié)構(gòu)。
作為具體的ml膜厚來說，較好是O.l 1.5納米量級(jí)，而作為m2的膜厚來說，較 好是0.3 l納米量級(jí)。
作為形成電流通路的第一金屬層ml (下部金屬層15)的材料，也可以采用Au、 Ag、 Al、或者包含上述元素其中至少之一的金屬來替代Cu。但與Au、 Ag相比，Cu其相對(duì)于 熱處理的穩(wěn)定性高，因而較為理想。作為第一金屬層ml的材料，也可以用磁性材料來替 代上述非磁性材料。作為磁性材料來說，可列舉Co、 Fe、 Ni、或者其合金。
第二金屬層m2用Al9oCuu)的話，PIT工序中不僅往上吸第一金屬層ml中的Cu，還 使AlCu中的Cu與Al分離。也就是說，由第一、第二金屬層m2兩者形成電流通路162。 在PIT工序之后進(jìn)行離子束促進(jìn)氧化的情況下，利用離子束的促進(jìn)效果促進(jìn)Al和Cu的分 離，同時(shí)進(jìn)行氧化。
作為第二金屬層m2也可以用不含電流通路162的構(gòu)成材料Cu的Al單質(zhì)金屬來替代 Al90CUl()。這種情況下，電流通路162的構(gòu)成材料Cu僅由底層的第一金屬層ml提供。第 二金屬層m2用AlCu的情況下，PIT工序中也從第二金屬層m2提供電流通路162的材料 Cu。因此，即便是形成較厚的絕緣層161的情形，也能夠相對(duì)容易地形成電流通路162。 在用Al作為第二金屬層m2的情況下，難以將Cu混入通過氧化形成的Ab03中，因而容 易形成耐壓高的八1203。 Al、 AlCu各有優(yōu)勢(shì)，因而可根據(jù)情況分別使用。
第二金屬層m2的膜厚，在AlCu、 Al的情況下較好是0.3 1納米量級(jí)。該膜厚范 圍也包含想要僅用ml、 m2形成隔層16時(shí)所稱的過薄的膜厚范圍。舉例來說，用0.3納米 Al的情況下，僅據(jù)此終止隔層16形成的話，便為厚度不足的膜厚。但如稍后所述，再一 次利用其他工藝來形成隔層16，到本步驟為止形成隔層16的一部分，因而如上所述較薄 的膜厚從形成CCP這種觀點(diǎn)來看為理想范圍。
作為第二金屬層m2的AlCu，較好是具有能按AlxCuux).x (x=100 70)表示的組 成。AlCu也可以添加Ti、 Hf、 Zr、 Nb、 Mg、 Mo、 Si等元素。這種情況下，添加元素的 組分較好是2% 30%左右。添加上述元素的話，有可能CCP結(jié)構(gòu)的形成變得很容易。而 且，A1203的絕緣層161和Cu的電流通路162兩者間的邊界區(qū)域內(nèi)上述添加元素的分布比 其他區(qū)域富集的話，很有可能提高絕緣層161和電流通路162的貼緊性能，從而提高承受 電遷移(electro-migration)的性能。
CCP-CPP元件中，隔層16的金屬電流通路所流過的電流其密度為107 101()^01112這 種巨大值。因此，電遷移的承受性較高，可確保電流通電時(shí)Cu電流通路162的穩(wěn)定性很 重要。但若能形成適當(dāng)?shù)腃CP結(jié)構(gòu)，即便對(duì)第2金屬層m2不加元素，也可實(shí)現(xiàn)足夠良好 的電遷移(electro-migration)的承受性。
第二金屬層m2的材料不限于形成Al203用的Al合金，也可以是以Hf、 Mg、 Zr、 Ti、 Ta、 Mo、 W、 Nb、 Si等為主要成分的合金。而且，由第二金屬層m2變換的絕緣層161 不限于氧化物，也可以是氮化物、氧氮化物。
不論用何種材料作為第二金屬層m2，成膜時(shí)的膜厚較好是0.5 2納米，變換為氧 化物、氮化物、或氧氮化物時(shí)的膜厚較好是0.8 3.5納米量級(jí)。
絕緣層161不僅是含各自單質(zhì)元素的氧化物，也可以是合金材料的氧化物、氮化物、 氧氮化物。舉例來說，以八1203為母材，也可以用Ti、 Mg、 Zr、 Ta、 Mo、 W、 Nb、 Si等 其中之任一元素、或者Al中含有0 50%多個(gè)元素的氧化物材料等。
而且，第三金屬層m3膜厚較好是0.3 1.0納米，而第四金屬層m4膜厚較好是0.1 1.5納米。對(duì)于該第三金屬層m3和第四金屬層m4來說也進(jìn)行與上述情形同樣的變換處理。 第三金屬層m3可以由AlCu、 Al構(gòu)成，第四金屬層m4可以由Cu等構(gòu)成。
如上所述，本例中分別對(duì)第一金屬層ml和第二金屬層m2以及第三金屬層m3和第四 金屬層m4進(jìn)行變換處理，以便以兩個(gè)階段的變換處理構(gòu)成隔層。因而可以呈較厚的CCP 結(jié)構(gòu)的層構(gòu)成所述隔層。
而且，上述具體例中按兩個(gè)階段實(shí)施變換處理，但當(dāng)然可實(shí)施3個(gè)階段或以上的變換 處理來形成CCP型隔層。但在現(xiàn)實(shí)要求的CPP結(jié)構(gòu)的磁阻效應(yīng)元上件，可僅經(jīng)過上述兩 個(gè)階段的變換處理得到所要實(shí)現(xiàn)的特性的CPP結(jié)構(gòu)的磁阻效應(yīng)元件。 (5)上部金屬層17、自由層18的形成
接著在隔層16上形成例如Cu
作為上部金屬層17。理想的膜厚范圍為0.2 l.O納米量級(jí)。用0,25納米量級(jí)的話，便有容易提高自由層18結(jié)晶性這種優(yōu)勢(shì)。但也可擇 情不形成該上部金屬層。
上部金屬層17上形成有自由層18，例如Co9oFe1()[l納米]/Ni83Fen[3.5納米]。為了得 到較高的MR變化率，處于與隔層16的界面位置的自由層18其磁性材料的選擇相當(dāng)重要。 這種情況下，與隔層16的界面上最好設(shè)置CoFe合金而非NiFe合金。CoFe合金當(dāng)中也可 以采用尤其是軟磁特性穩(wěn)定的Co9()Fei()[l納米]。其他組成中也可采用CoFe合金。
采用Co9oFeu)附近的CoFe合金的情況下，最好是將膜厚設(shè)定為0.5 4納米。采用 其他組成的CoFe合金(例如Co5QFe5Q)的情況下，最好是將膜厚設(shè)定為0.5 2納米。 為了提高自旋相關(guān)界面散射效果，例如將FesoC05()(或FexCo咖-x (x = 45 85))用于自 由層18的情況下，為了維持作為自由層18的軟磁性，銷釘層14這種較厚的膜厚難以使 用。因此，0.5 l納米為理想的膜厚范圍。在采用不含Co的Fe的情況下，軟磁特性相 對(duì)良好，因而可以將膜厚設(shè)定為0.5 4納米量級(jí)。
CoFe層上設(shè)置的MFe層由軟磁特性穩(wěn)定的材料所形成。CoFe合金的軟磁特性沒有如 此穩(wěn)定，但可以在其上設(shè)置NiFe合金來補(bǔ)充軟磁特性。將NiFe用作自由層18，可使用在 與隔層16的界面處可實(shí)現(xiàn)高M(jìn)R變化率的材料，自旋閥膜的總體特性方面較為理想。
NiFe合金的組成最好是NixFe1G().x (x = 78 85)。這里，最好是用富Ni組成(例如 Ni83Fe17)，而不是通常所用的NiFe的組成N^Fe^。這是用以實(shí)現(xiàn)零磁致伸縮。CCP結(jié)構(gòu) 的隔層16上形成薄膜的NiFe，與金屬Cu制的隔層上形成薄膜的NiFe相比，磁致伸縮更 為偏移至正側(cè)。為了抵消磁致伸縮偏移至正側(cè)，而采用Ni組成比通常多的負(fù)側(cè)NiFe組成。
NiFe層的總體膜厚最好為2 5納米量級(jí)(例如3.5納米)。在不用NiFe層的情況 下，也可以用l 2納米的CoFe層或Fe層和0.1 0.8納米量級(jí)的極薄Cu層多層交替 疊層得到的自由層18。
(6)罩層19和上電極20的形成
自由層18上疊層例如Cu[l納米]/Ru[10納米]作為罩層19。罩層19上形成有對(duì)自旋閥 膜垂直供電用的上電極20。 [實(shí)施例] (實(shí)施例1)
下面說明本發(fā)明實(shí)施例。以下示出本發(fā)明實(shí)施例的磁阻效應(yīng)膜10的構(gòu)成。 *下電極ll
*底層12: Ta[3納米]/Ru[2納米] *釘扎層13: Ir22Mn78[7納米]
* 銷釘(t° > )層14: Co9oFe1()[3.6納米]/Ru
/ (Fe5QCo5()[l納米]/Cu
)x2/Fe5QCo5Q[l納米]
*金屬層15: Cu
* 隔層(CCP-NOL) 16:八1203的絕緣層161和Cu的電流通路162 *金屬層17: Cu
*自由層18: Co90Fe10[l纟內(nèi)米]/Nis3Fen[3.5納米]
* 罩層19: Cu[l納米]/Ru[10納米] *上電極20
CCP-NOL的制作方法
下面稍稍具體說明本發(fā)明具有特征的CCP-NOL的制作方法。從形成膜至銷釘層14為 止，并從將基底輸送至氧化室60的狀態(tài)開始說明。
首先，作為圖2 (A)步驟，形成Cu膜0.3納米作為ml，形成AlCu膜0.6納米作為m2。
作為圖2 (B)步驟，進(jìn)行第1階段的變換處理。作為具體的變換處理，按照如下所述 的多個(gè)步驟進(jìn)行。首先，在對(duì)試樣表面照射Ar離子束的狀態(tài)下使氧氣流至氧化室。Ar離 子束的能量用60V (IAO)。然后，停止氧氣流動(dòng)，僅進(jìn)行Ar離子束的照射。這時(shí)的Ar 離子束條件與氧化時(shí)所用的條件完全相同。進(jìn)行60秒的離子束照射(AIT)。因此，可形 成如圖2 (C)所示這種方式。
接著，作為圖2 (D)步驟，形成Cu膜0.3納米作為m3，形成AlCu膜0.6納米作為m2。
接下來，作為圖2 (E)的工藝，進(jìn)行第2階段的變換處理。作為具體的變換處理，以 如下所述的多個(gè)步驟進(jìn)行。首先，在對(duì)試樣表面照射Ar離子束的狀態(tài)下使氧氣流至氧化 室。Ar離子束的能量用60V (IAO)。然后，停止氧氣流動(dòng)，僅進(jìn)行Ar離子束的照射。這 時(shí)的Ar離子束條件與氧化時(shí)所用的條件完全相同。進(jìn)行60秒的離子束照射(AIT)。最終， 可形成如圖2 (F)所示的方式。
作為圖2 (G)的工藝，形成0.25納米的上部金屬層17，完成隔層15、 16、 17。
這里，圖中示出的構(gòu)成為使CCP-CPP元件完全形成膜之后進(jìn)行的熱處理的最終形態(tài)， 因而也有在CCP-CPP元件形成膜中的階段當(dāng)中未成為圖中示出的最終構(gòu)成的情形。實(shí)際 上利用至CCP-CPP膜罩層形成所有的膜后所進(jìn)行的熱處理也有能量促進(jìn)效果，因而在熱 處理結(jié)束的狀態(tài)下成為最終形態(tài)。熱處理?xiàng)l件為按290度溫度進(jìn)行4小時(shí)。
隔層形成一結(jié)束，就從氧化室60輸出，輸送至金屬膜形成室。在金屬膜形成室形成 自由層。
(實(shí)施例的評(píng)價(jià))
將實(shí)施例與對(duì)比例一起評(píng)價(jià)。
作為對(duì)比例，對(duì)進(jìn)行圖5所示的現(xiàn)有工藝的情形加以比較。對(duì)比例中，ml的膜厚為 實(shí)施例ml和m3膜厚之和即形成0.6納米的Cu，對(duì)比例m2的膜厚為實(shí)施例m2和m4膜 厚之和即形成1.2納米的AlCu。
作為變換處理過程，僅進(jìn)行一次與實(shí)施例所進(jìn)行的變換處理過程完全相同的過程。也 就是說，在IAO/AIT過程中制作隔層。
這里，作為評(píng)價(jià)特性的供電方向，設(shè)定為電流從銷釘層14流至自由層18的方向。也 就是說，作為電子流來說，由于為相反方向，因而從自由層18流至銷釘層14。這種供電 方向降低自旋轉(zhuǎn)換噪聲，因而為理想的方向。其中電流從自由層18流至銷釘層14 (電子 的流動(dòng)則從銷釘層流至自由層)的情形可以說自旋轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)矩效應(yīng)較大，為磁頭產(chǎn)生噪聲的
來源。從這種觀點(diǎn)出發(fā)，供電方向從銷釘層流至自由層的方向?yàn)樗Ｍ臉?gòu)成。
對(duì)實(shí)施例的CCP-CPP元件的特性進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，RA = 500mQ/微米2， MR變化率=9%。
而對(duì)對(duì)比例的CCP-CPP元件的特性進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，RA = 900mQ/微米2， MR變化率-7。/()。
兩者均與形成后的NOL膜厚度大體相等無關(guān)，可以確認(rèn)RA、 MR變化率實(shí)施例較對(duì)比例
存在優(yōu)勢(shì)明顯的差異。
這里，為了調(diào)査出現(xiàn)如上所述差異的原因，用三維原子探頭對(duì)實(shí)施例和對(duì)比例進(jìn)行對(duì)
比研究。所謂三維原子探頭，是將試樣加工為針狀，將該試樣設(shè)置于真空室內(nèi)，對(duì)試樣加
上高電壓，使其前端的原子逐個(gè)發(fā)生電場(chǎng)蒸發(fā)，按原子序分析三維納米結(jié)構(gòu)的破壞性試驗(yàn)方法。
其結(jié)果是，在對(duì)比例的情況下，電流通路21的上部其電流通路開口面積會(huì)變小，而 且氧濃度會(huì)比電流通路21的下部多。具體來說，會(huì)因電流通路而在上下存在20%或以上 的面積差異。這里，作為對(duì)電流通路下部和上部的定義，將基底側(cè)設(shè)定為0、膜表面一側(cè) 設(shè)定為100時(shí)，下部其在電流通路膜厚方向的膜厚不足50的部位稱為電流通路下部，而 50或以上的部位則稱為電流通路的上部。
而且，也可以發(fā)現(xiàn)電流通路21的Cu純度在電流通路21的上部或下部存在差異。具 體來說，其中電流通路上部與電流通路下部相比，大多為Cu中所含的氧濃度為10原子％ 或以上。在電流通路21的Cu純度較差的情況下，CCP效應(yīng)會(huì)較薄、性能會(huì)變差。而且， 這種形狀的上下非對(duì)稱性也引發(fā)因通電方向造成的可靠性差異，因而不理想。
而實(shí)施例的情況下，不論是電流通路21的上部，還是下部，電流開口面積均沒有20% 這種差異，可均勻形成。而且，電流通路的氧濃度不論是上部還是下部均不會(huì)產(chǎn)生10原 子％這種較大差異。
作為產(chǎn)生這種差異的原因可認(rèn)為，在對(duì)比實(shí)施例的情況下，對(duì)作為m2膜厚1.2納米 的AlCu進(jìn)行表面氧化的情況下，對(duì)ml的Cu的上吸未達(dá)到完全的狀態(tài)，而處于不完全狀 態(tài)所造成的。就氧濃度而言，在m2膜厚過厚的情況下，進(jìn)行表面氧化時(shí)，上部的氧濃度 比下部高。
而且，貫通絕緣層161的電流通路162其直徑為1 10納米量級(jí)，較好為2 6 納米量級(jí)。大于直徑10納米的電流通路162形成為較小的元件尺寸時(shí)，由于成為每一元 件特性偏差的原因，因而不理想，希望直徑大于6納米的電流通路162。 (實(shí)施例2)
實(shí)施例1中說明的是具有底型自旋閥膜的CPP結(jié)構(gòu)的磁阻效應(yīng)元件，但本實(shí)施例中說 明具有頂型自旋閥膜的CPP結(jié)構(gòu)的磁阻效應(yīng)元件。頂型自旋閥膜中，銷釘層14配置于自
由層18的上方。也就是說,SCT不僅可適用于銷釘層14處于自由層18下方位置的CCP-CPP 元件，而且可適用于頂型CCP-CPP元件。這種情況下，對(duì)本發(fā)明形成具有特征的隔層16 的過程完全相同。圖1中，作為對(duì)上部銷釘層的替代，自由層成為隔層的底層，對(duì)圖l中 自由層18的替代，與銷釘層14相當(dāng)?shù)膶颖憧膳渲糜诟魧拥纳蠈印?br> 具體為如以下所述的一例構(gòu)成。
*下電極ll
*底層12: Ta[3納米]/Ru[2納米]
*自由層18: Ni83Fe17[3.5納米]/Co9oFen)[1納米]
*金屬層15: Cu
* 隔層(CCP-NOL) 16: A1203的絕緣層161和Cu的電流通路162
* 金屬層17: Cu
* 銷釘(匕' 層14: (Fe5QCo5o[l納米]/Cu
)x2/ Fe5()Co5o[l納米]/Ru
/Co9oFeio[3.6納米]
*釘扎層13: Ir22Mn78[7納米]
* 罩層19: Cu[l納米]/Ru[10納米]
* 上電極20
如上所述，在制造頂型CCP-CPP元件的情況下，處于底層12和罩層19兩者間的各 層可按與圖2大體相反的順序形成膜。但下部金屬層15和上部金屬層17因與隔層16的 制作等的關(guān)系，其順序并未相反。也就是說，ml、 m2、 m3、 m4的作用不論是底型還是頂 型均完全相同。
(磁阻效應(yīng)元件的應(yīng)用)
下面說明本發(fā)明實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件(CCP-CPP元件)的應(yīng)用。
本發(fā)明的實(shí)施方式中，CPP元件的元件電阻抗出于適應(yīng)高密度的考慮，較好是500mQ/ 微米2或以下，更為理想的是300mQ微米2或以下。在計(jì)算元件阻抗RA的情況下，是將 自旋閥膜的供電部分的實(shí)際有效面積A與CPP元件的阻抗R相乘。這里，元件電阻R可 直接測(cè)定。另一方面，自旋閥膜的供電部分其實(shí)際有效面積A為與元件結(jié)構(gòu)相關(guān)的數(shù)值， 因而在其決定時(shí)要加以注意。
舉例來說，在對(duì)自旋閥膜的整體制作布線圖案作為實(shí)際有效的檢測(cè)的區(qū)域的情況下， 自旋閥膜整體的面積為實(shí)際有效面積A。在這種情況下，從適當(dāng)設(shè)定元件阻抗的觀點(diǎn)出發(fā)， 將自旋閥膜的面積設(shè)定為至少0.04微米2或以下，記錄密度300Gbpsi或以上的為0.02微 米2或以下。
但，在與自旋閥膜相接形成其面積比自旋閥膜小的下電極11或上電極20的情況下， 下電極11或上電極20其面積成為自旋閥膜的實(shí)際有效面積A。在下電極11或上電極20 面積不同的情況下，其中小的電極面積為自旋閥膜的實(shí)際有效面積A。這種情況下，從適 當(dāng)設(shè)定元件電阻的觀點(diǎn)出發(fā)，其中較小的電極其面積設(shè)定為至少0.04微米2或以下。
在稍后所述的圖6、圖7中的實(shí)施例的情況下，，圖6中自旋閥膜10的面積最小處為 與上電極20相接觸的部分，因而可將其寬度考慮為記錄磁道寬度Tw。而且，相對(duì)于高度 方向而言，圖7中與上電極20相接觸的部分仍最小，因而可將其寬度考慮作為高度D。自 旋閥膜的實(shí)際有效面積A可考慮為A=TwxD。
本發(fā)明實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件，可以使電極間的電阻R為100Q或以下。該電阻R 是例如磁頭萬向架組件(HGA)其前端安裝的再生磁頭部的兩個(gè)電極襯墊之間所測(cè)定的電 阻值。
本發(fā)明實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件中，銷釘層14或自由層18為fcc結(jié)構(gòu)的情況下，希 望具有fcc (111)取向性。銷釘層14或自由層18具有bcc結(jié)構(gòu)的情況下，希望具有bcc (110)取向性。層銷釘14或自由層18具有hcp結(jié)構(gòu)的情況下，希望具有hcp (001)取 向性或hcp (110)取向性。
本發(fā)明實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件的結(jié)晶取向性，希望取向的偏差角度為4.0°以內(nèi)，更 理想的為3.5。以內(nèi)，最理想為3.0。以內(nèi)。這是通過x射線衍射e-2e測(cè)定得到的峰值位置的 同步鎖定(口 '7 * 曲線作為半幅值求得的。而且，可以作為來自元件斷面的納米衍
射光斑的光斑擴(kuò)散角度來檢測(cè)。
盡管也與反鐵磁性膜的材料相關(guān)，但一般來說反鐵磁性膜和銷釘層14/隔層16/自由層 18晶格間距有所不同，因而可對(duì)各層分別算出取向的隨機(jī)偏差角度。舉例來說，鉑錳(PtMn) 和銷釘層14/隔層16/自由層18大多晶格間距有所不同。鉑錳(PtMn)為相對(duì)較厚的膜， 因而是適合測(cè)定結(jié)晶取向的隨機(jī)偏差的材料。就固定層14/隔層16/自由層18來說，銷釘 層14和自由層18的結(jié)晶結(jié)構(gòu)也往往如同bcc結(jié)構(gòu)和fcc結(jié)構(gòu)那樣有所不同。這種情況下， 銷釘層14和自由層18便分別具有別的不同的結(jié)晶取向的擴(kuò)散角。 (磁頭)
圖6和圖7示出將本發(fā)明實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件組裝到磁頭中的狀態(tài)。圖6是在相 對(duì)于與磁記錄媒體(未圖示)對(duì)置的媒體對(duì)向面大體平行的方向上剖切磁阻效應(yīng)元件的剖 面圖。圖7是在相對(duì)于媒體相向面ABS垂直的方向上剖切該磁阻效應(yīng)元件的剖面圖。
圖6和圖7例示的磁頭具有所謂的硬對(duì)接(hard abutted)結(jié)構(gòu)。磁阻效應(yīng)膜10為上述 CCP-CPP膜。磁阻效應(yīng)膜10的上下分別設(shè)置有下電極11和上電極20。圖6中磁阻效應(yīng)膜
10的兩側(cè)面疊層設(shè)置有偏置磁場(chǎng)施加膜41和絕緣膜42。如圖7所示，磁阻效應(yīng)膜10的 媒體對(duì)向面設(shè)置有保護(hù)層43。
對(duì)于磁阻效應(yīng)膜10的讀出電流利用其上下配置的上電極20、下電極11按相對(duì)于膜面 大體垂直的方向供電。而且，利用左右設(shè)置的一對(duì)偏置磁場(chǎng)施加膜41、 41，對(duì)磁阻效應(yīng)膜 10加上偏置磁場(chǎng)。利用該偏置磁場(chǎng)，可控制磁阻效應(yīng)膜10的自由層18的磁各向異性進(jìn)行 單磁疇化來使其磁疇結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抑制伴隨磁壁移動(dòng)而產(chǎn)生的巴克豪森噪聲(Barkhausen noise)。磁阻效應(yīng)膜10的S/N比提高，因而應(yīng)用于磁頭的情況下可進(jìn)行高靈敏度的磁再生。 (硬盤和磁頭萬向架組件)
圖6和圖7所示的磁頭可組裝到記錄再生一體型的磁頭萬向架組件，再裝到磁記錄再 生裝置上。
圖8是例示這種磁記錄再生裝置的概要構(gòu)成的主要部分立體圖。也就是說，本實(shí)施方 式的磁記錄再生裝置150是用旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)器這種形式的裝置。該圖中，磁盤200安裝到 主軸152上，利用與圖中未示出的驅(qū)動(dòng)裝置控制部的控制信號(hào)響應(yīng)的圖中未示出的電動(dòng)機(jī) 按箭頭A方向旋轉(zhuǎn)。本實(shí)施方式的磁記錄再生裝置150也可以包括多片磁盤200。
對(duì)磁盤200存儲(chǔ)的信息進(jìn)行記錄再生的磁頭滑動(dòng)體153，裝配到薄膜狀懸浮體154的 前端。磁頭滑動(dòng)體153將包含上述任一實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件的磁頭裝在其前端附近。
磁盤200 —旦旋轉(zhuǎn)，磁頭滑動(dòng)體153的媒體對(duì)向面(ABS)可離開磁盤200的表面保 持有規(guī)定的懸浮量?；蛘咭部梢允腔瑒?dòng)體與磁盤200相接觸的所謂"接觸滑行型"。
懸浮機(jī)構(gòu)154與執(zhí)行機(jī)構(gòu)臂155 —端連接。執(zhí)行機(jī)構(gòu)臂155另一端設(shè)置有線性電動(dòng)機(jī) 一種即音圈電動(dòng)機(jī)156。音圈電動(dòng)機(jī)156由繞線管部分上所巻繞的未圖示的驅(qū)動(dòng)線圈、及 相向配置成夾住該線圈的永久磁鐵和對(duì)向磁軛形成的磁路所構(gòu)成。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)臂155由主軸157的上下兩個(gè)部位設(shè)置的圖中未示出的滾珠軸承所保持，可 利用音圈電動(dòng)機(jī)156自由旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)。
圖9是從盤片側(cè)觀察執(zhí)行機(jī)構(gòu)臂155至先前的磁頭萬向架組件的放大立體圖。具體來 說，組件160具有執(zhí)行機(jī)構(gòu)臂155，執(zhí)行機(jī)構(gòu)臂155其中一端連接有懸浮機(jī)構(gòu)154。懸浮 機(jī)構(gòu)154的前端裝配有磁頭滑動(dòng)體153，其中具有包含上述任一實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件 的磁頭。懸浮機(jī)構(gòu)154具有信號(hào)寫入及讀取用引線164，并將該引線164與組裝到磁頭滑 動(dòng)體153中的磁頭其各個(gè)電極電連接。圖中165為組件160的電極襯墊。
按照本實(shí)施方式，利用具有上述磁阻效應(yīng)元件的磁頭，能可靠地讀取以高記錄密度以 磁方式記錄于磁盤200中的信息。 (磁存儲(chǔ)器)
下面說明安裝了本發(fā)明實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件的磁存儲(chǔ)器。也就是說，可用本發(fā)明 實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件，來實(shí)現(xiàn)例如存儲(chǔ)單元按矩陣形狀配置的隨機(jī)存取磁存儲(chǔ)器 (MRAM: magnetic random access memory)等磁存儲(chǔ)器。
圖10是表本發(fā)明實(shí)施方式的磁存儲(chǔ)器其中一例矩陣構(gòu)成用的圖。該圖表示按陣列形 式配置存儲(chǔ)單元情形的電路構(gòu)成。為了選擇陣列中的l位，可包括列譯碼器350、行譯碼 器351，利用位線334和字線332使開關(guān)晶體管330處于導(dǎo)通狀態(tài)，可進(jìn)行唯一性的選擇， 通過由讀出放大器352檢測(cè)來讀出磁阻效應(yīng)膜10中的磁記錄層(自由層)所記錄的位信 息。寫入位信息時(shí)，加上使特定的寫入字線323和位線322流過寫入電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
圖11是表示本發(fā)明實(shí)施方式的磁存儲(chǔ)器其中另一例矩陣構(gòu)成用的圖。在這種情況下， 可由各個(gè)譯碼器360、 361選擇按矩陣形式布線的位線322和字線334，從而選擇陣列中的 特定存儲(chǔ)單元。各個(gè)存儲(chǔ)單元具有磁阻效應(yīng)元件10和二極管D串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)。這里， 二極管D具有防止所選定的磁阻效應(yīng)元件10以外存儲(chǔ)單元中檢測(cè)電流迂回這種作用?？?通過特定位線322和寫入字線323分別流入寫入電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行寫入。
圖12是示出本發(fā)明實(shí)施方式的磁存儲(chǔ)器其主要部分的剖面圖。圖13是圖12中沿A-A， 線的剖面圖。上述圖中示出的結(jié)構(gòu)與圖10或圖11所示的磁存儲(chǔ)器所含的1位的存儲(chǔ)單元 相對(duì)應(yīng)。該存儲(chǔ)單元具有存儲(chǔ)元件部分311和地址選擇用晶體管部分312。
存儲(chǔ)元件部分311具有磁阻效應(yīng)元件10和與之連接的一對(duì)布線322、 324。磁阻效應(yīng) 元件IO是上述實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件(CCP-CPP元件)。
另一方面，地址選擇用晶體管部分312設(shè)置有通過敷鍍金屬夾層326和嵌埋布線328 連接的晶體管330。該晶體管330根據(jù)柵極332所加上的電壓進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，并控制磁阻 效應(yīng)元件10和布線334兩者間電流通路的通斷。
而且，磁阻效應(yīng)元件10的下方按與布線322大體正交的方向設(shè)置有寫入布線323。上 述寫入布線322、 323可利用例如鋁(Al)、銅(Cu)、鴇(W)、鉅(Ta)或包含其中任何 一種的合金來形成。
這種構(gòu)成的存儲(chǔ)單元中，將位信息寫入到磁阻效應(yīng)元件10時(shí)，通過使寫入脈沖電流 流過布線322、 323，并加上這些電流所感生的合成磁場(chǎng)，來使磁阻效應(yīng)元件的記錄層的磁 化適當(dāng)反轉(zhuǎn)。
而且，讀出位信息時(shí)，通過布線322、包含磁記錄層的磁阻效應(yīng)元件10、以及下電極 324流過讀出電流，測(cè)定磁阻效應(yīng)元件10的電阻值或電阻值的變化。
本發(fā)明實(shí)施方式的磁存儲(chǔ)器，可通過采用上述實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件(CCP-CPP)， 即便是單元尺寸精細(xì)的，也能確實(shí)控制記錄層的磁疇，可確保可靠的寫入，而且讀出也可
確實(shí)進(jìn)行。
(其他實(shí)施方式)
本發(fā)明實(shí)施方式不限于上述實(shí)施方式，可擴(kuò)展、修改，經(jīng)過擴(kuò)展、修改的實(shí)施方式也 為本發(fā)明技術(shù)范圍所包含。相對(duì)于磁阻效應(yīng)膜的具體結(jié)構(gòu)、或其他結(jié)構(gòu)的電極、偏置施加 膜、絕緣膜等形狀、材質(zhì)來說，本領(lǐng)域技術(shù)人員可從公知范圍當(dāng)中適當(dāng)選擇，來同樣實(shí)施 本發(fā)明，并可得到同樣效果。舉例來說，將磁阻效應(yīng)元件應(yīng)用于再生用磁頭時(shí)，可通過在 元件的上下方提供磁屏蔽，來規(guī)定磁頭的檢測(cè)分辨率。
而且，本發(fā)明實(shí)施方式不僅適用于縱向磁記錄方式，也可以應(yīng)用于垂直磁記錄方式的 磁頭或磁再生裝置。此外，本發(fā)明的磁再生裝置，可以是長(zhǎng)期包括特定記錄媒體這種所謂 的"固定式"磁再生裝置，也可以是可替換記錄媒體這種所謂的"可拆除式"磁再生裝置。
此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式對(duì)上述磁頭和磁記錄再生裝置進(jìn)行適當(dāng) 設(shè)計(jì)修改的全部的磁阻效應(yīng)元件、磁頭、磁記錄再生裝置以及磁存儲(chǔ)器，同樣屬于本發(fā)明 范圍。
權(quán)利要求
1.一種磁阻效應(yīng)元件的制造方法，該磁阻效應(yīng)元件包括磁化方向?qū)嵸|(zhì)上固定于一方向的磁化固定層；磁化方向與外部磁場(chǎng)相對(duì)應(yīng)而變化的磁化自由層；以及設(shè)置于所述磁化固定層和所述磁化自由層兩者間、包含絕緣層和貫通所述絕緣層的金屬層的隔層，其特征在于，當(dāng)形成所述隔層時(shí)，形成第一金屬層，在所述第一金屬層上形成變換為所述絕緣層的第二金屬層，進(jìn)行第一變換處理，將所述第二金屬層變換為所述絕緣層，并且形成貫通所述絕緣層的所述金屬層，在通過所述第一變換處理所形成的所述絕緣層和所述金屬層上形成變換為所述絕緣層的第三金屬層，進(jìn)行第二變換處理，將所述第三金屬層變換為所述絕緣層，并且形成貫通所述絕緣層的所述金屬層。
2. 如權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)元件的制造方法，其特征在于，當(dāng)形成所述隔層時(shí)， 在通過所述第一變換處理所形成的所述絕緣層及所述金屬層、和所述第三金屬層之間形成 第四金屬層。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的磁阻效應(yīng)元件的制造方法，其特征在于，所述第一變換處 理和所述第二變換處理其中至少之一通過在包含氬氣、氙氣、氦氣、氖氣、和氪氣其中至 少之一的氣體經(jīng)過離子處理或等離子處理所得到的氣體介質(zhì)中，供給包含氧氣和氮?dú)馄渲?至少之一的氣體，并在經(jīng)過所述離子處理的氣體或經(jīng)過所述等離子處理的氣體的氣體介質(zhì) 下，對(duì)所述第二金屬層或所述第三金屬層進(jìn)行氧化處理和氮化處理其中至少之一來實(shí)施。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的磁阻效應(yīng)元件的制造方法，其特征在于，所述第一變換處 理和所述第二變換處理其中至少之一包括第一步驟，在將包含氬氣、氙氣、氦氣、氖氣、和氪氣其中至少之一的氣體經(jīng)過離子 處理或等離子處理所得到的氣體介質(zhì)中，供給包含氧氣和氮?dú)馄渲兄辽僦坏臍怏w，在經(jīng) 過所述離子處理的氣體或經(jīng)過所述等離子處理的氣體的氣體介質(zhì)下，對(duì)所述第二金屬層或 所述第三金屬層進(jìn)行氧化處理和氮化處理其中至少之一；以及第二步驟，停止供給包含所述氧氣和所述氮?dú)馄渲兄辽僦坏乃鰵怏w，并對(duì)包含氬、 氙、氦、氖、氪、氧、和氮其中至少之任一元素的氣體進(jìn)行離子處理或等離子處理來照射 膜表面。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的磁阻效應(yīng)元件的制造方法，其特征在于，所述第一變換處 理和所述第二變換處理其中至少之一包括第一步驟，對(duì)包含氬、氙、氦、氖、和氪其中至少之任一元素的氣體進(jìn)fi^離子處理或等離子處理來照射膜表面；以及第二步驟，在將包含氬氣、氙氣、氦氣、氖氣、和氪氣其中至少之一的氣體經(jīng)過離子 處理或等離子處理所得到的氣體介質(zhì)中，供給包含氧氣和氮?dú)馄渲兄辽僦坏臍怏w，并在 經(jīng)過所述離子處理的氣體或經(jīng)過所述等離子處理的氣體的氣體介質(zhì)下，對(duì)所述第二金屬層 或所述第三金屬層進(jìn)行氧化處理和氮化處理其中至少之一。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的磁阻效應(yīng)元件的制造方法，其特征在于，所述第一變換處 理和所述第二變換處理其中至少之一包括第一步驟，在將包含氬氣、氙氣、氦氣、氖氣、和氪氣其中至少之一的氣體經(jīng)過離子 處理或等離子處理所得到的氣體介質(zhì)中，供給包含氧氣和氮?dú)馄渲兄辽僦坏臍怏w，在經(jīng) 過所述離子處理的氣體或經(jīng)過所述等離子處理的氣體的氣體介質(zhì)下，對(duì)所述第二金屬層或 所述第三金屬層進(jìn)行氧化處理和氮化處理其中至少之一；第二步驟，在將包含氬氣、氙氣、氦氣、氖氣、和氪氣其中至少之一的氣體經(jīng)過離子 處理或等離子處理所得到的氣體介質(zhì)中，供給包含氧氣和氮?dú)馄渲兄辽僦坏臍怏w，在經(jīng) 過所述離子處理的氣體或經(jīng)過所述等離子處理的氣體的氣體介質(zhì)下，對(duì)所述第二金屬層或 所述第三金屬層進(jìn)行氧化處理和氮化處理其中至少之一；以及第三步驟，停止供給包含所述氧氣和所述氮?dú)馄渲兄辽僦坏乃鰵怏w，并對(duì)包含氬、 氙、氦、氖、和氪其中至少之一元素的氣體進(jìn)行離子處理或等離子處理來照射膜表面。
7. 如權(quán)利要求1 2中任一項(xiàng)所述的磁阻效應(yīng)元件的制造方法，其特征在于，所述第 一金屬層由包含Cu、 Au、 Ag、 Al其中至少之任一元素的材料所形成，所述第二、第三金 屬層由包含A1、 Si、 Mg、 Ti、 Hf、 Zr、 Cr、 Mo、 Nb、 W其中至少之任一元素的材料所形 成。
8. 如權(quán)利要求2所述的磁阻效應(yīng)元件的制造方法，其特征在于，所述第四金屬層由包 含Cu、 Au、 Ag、 Al其中至少之任一元素的材料所形成。
9. 如權(quán)利要求7所述的磁阻效應(yīng)元件的制造方法，其特征在于，所述第一金屬層其膜 厚為0.1 1.5納米，所述第二、第三金屬層其膜厚為0.3 1納米。
10. 如權(quán)利要求8所述的磁阻效應(yīng)元件的制造方法，其特征在于，所述第四金屬層其 膜厚為0.1 1.5納米。
11. 如權(quán)利要求1 2中任一項(xiàng)所述的磁阻效應(yīng)元件的制造方法，其特征在于，所述第 一變換處理和所述第二變換處理之后形成包含Cu、 Au、 Ag、 Al其中至少之j壬一元素的金 屬層。
12. 如權(quán)利要求1 2中任一項(xiàng)所述的磁阻效應(yīng)元件的制造方法，其特征在于，所述磁 化固定層和所述磁化自由層其中至少之一由包含Co和Fe的合金所形成。
13. 如權(quán)利要求1 2中任一項(xiàng)所述的磁阻效應(yīng)元件的制造方法，其特征在于，所述磁 化固定層具有體心立方結(jié)構(gòu)。
14. 如權(quán)利要求1 2中任一項(xiàng)所述的磁阻效應(yīng)元件的制造方法，其特征在于，所述磁 化自由層具有包含Ni和Fe的合金所形成的層。
15. —種磁阻效應(yīng)元件，包括磁化方向?qū)嵸|(zhì)上固定于一方向的磁化固定層；磁化方向與外部磁場(chǎng)相對(duì)應(yīng)而變化的磁化自由層；以及設(shè)置于所述磁化固定層和所述磁化自由層兩者間、包含絕緣層和貫通所述絕緣層的金屬層的隔層，其特征在于，形成所述隔層的金屬層，其基底側(cè)下部的氧濃度和基底相反一側(cè)上部的氧濃度兩者之差為10原子％以內(nèi)。
16. 如權(quán)利要求15所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于，形成所述隔層的金屬層，其基 底側(cè)下部的開口面積和基底相反一側(cè)上部的開口面積兩者之差為20%以內(nèi)。
17. —種磁阻效應(yīng)元件，包括磁化方向?qū)嵸|(zhì)上固定于一方向的磁化固定層；磁化方 向與外部磁場(chǎng)相對(duì)應(yīng)而變化的磁化自由層；以及設(shè)置于所述磁化固定層和戶萬述磁化自由層 兩者間、包含絕緣層和貫通所述絕緣層的金屬層的隔層，其特征在于，形成所述隔層的金屬層，其基底側(cè)下部的開口面積和基底相反一側(cè)上部的開口面積兩 者之差為20%以內(nèi)。
18. 如權(quán)利要求17所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于，形成所述隔層的金屬層，其基 底側(cè)下部的氧濃度和基底相反一側(cè)上部的氧濃度兩者之差為10原子％以內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明其目的在于提供一種可應(yīng)用于高密度存儲(chǔ)的磁存儲(chǔ)裝置、可設(shè)法提高可靠性的磁阻效應(yīng)元件。本發(fā)明的磁阻效應(yīng)元件的制造方法為該磁阻效應(yīng)元件包括磁化方向?qū)嵸|(zhì)上固定于一方向的磁化固定層；磁化方向與外部磁場(chǎng)相對(duì)應(yīng)而變化的磁化自由層；以及設(shè)置于所述磁化固定層和所述磁化自由層兩者間、包含絕緣層和貫通所述絕緣層的金屬層的隔層，在該磁阻效應(yīng)元件的制造方法中所述隔層形成時(shí)，形成第一金屬層，在所述第一金屬層上形成可變換為所述絕緣層的第二金屬層，進(jìn)行第一變換處理，將所述第二金屬層變換為所述絕緣層，并且形成貫通所述絕緣層的所述金屬層，在通過所述第一變換處理所形成的所述絕緣層和所述金屬層上形成可變換為所述絕緣層的第三金屬層，進(jìn)行第二變換處理，將所述第三金屬層變換為所述絕緣層，并且形成貫通所述絕緣層的所述金屬層。
文檔編號(hào)H01L43/08GK101101959SQ200710128678
公開日2008年1月9日 申請(qǐng)日期2007年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月7日
發(fā)明者湯淺裕美, 福澤英明, 藤慶彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝