專利名稱：磁阻效應元件的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在磁阻(日文磁気抵抗)效應膜的膜面垂直方向通電的構造的磁阻效應元件的制造方法。
背景技術：
近年來，硬盤驅動器(HDD)被迅速地小型化、高密度化，預計今后將更加高密度化。為了實現(xiàn)HDD的高密度化，有必要縮窄記錄軌道寬度而提高軌道的密度，當軌道寬度變窄時，所記錄的磁化的大小即記錄信號就變小。因此，提高再生介質信號的磁頭的再生靈敏度是必須的課題。
最近，利用了巨磁電阻效應(GMRGiant Magneto-Resisitanc effect)的具有高靈敏度的自旋閥膜的GMR頭得到采用。自旋閥(スピンバルブ)膜是如下所示的多層膜具有在2層強磁性層之間夾著非磁性間隔層的夾層結構，一側的強磁性層的磁化方向以反鐵磁性層等固定(稱為固定層(ピン ))，另一側的強磁性層的磁化方向因外部磁場而發(fā)生變化(稱為自由層)。在自旋閥膜中，通過使2層強磁性層的磁化方向的相對角度發(fā)生變化而可得到大的磁阻效應。
現(xiàn)有的自旋閥膜的GMR磁頭是與膜面平行地通電的CIP(Current In Plane)構造(CIP-GMR元件)。相反，具有與膜面垂直地通SENSE電流的CPP(Current Perpendicular toPlane)構造的GMR元件(CPP-GMR元件)因比CIP-GMR元件具有大的GMR效應而引人注目。但是，在固定層/非磁性間隔層/自由層是由金屬構成的金屬CPP-GMR元件中，在與膜面垂直方向通電時，因元件電阻小，因此即使是巨磁電阻效應所能得到的電阻變化量也變小。為了實現(xiàn)CPP-GMR元件的電阻變化量的增大，提出了采用在膜面垂直方向含有電流通道(CCPCurrent-Confined-Path)的氧化物層(NOLNano Oxide Layer)作為非磁性間隔層的CPP-GMR元件。(如參照專利文獻1)。下面將這樣的元件稱為CCP-CPP元件。在CCP-CPP元件中，通過電流狹窄效果可以增大元件電阻及電阻變化量。
專利文獻1日本特開2002-208744公報

發(fā)明內容
形成CCP-CPP元件的間隔層的一個方法如下所述對包含氧化能不同的大于等于2種金屬元素的合金層實施氧化處理，以難以氧化的金屬元素形成電流通道(パス)，將易于氧化的金屬元素變換為絕緣層。
通過本發(fā)明者們的研究，以上述方法制作了CCP-GMR元件時，與金屬CPP元件比較可得到以下的改善效果。在此，作為金屬CPP元件，制作了具有如下構造的元件下電極/Ta[5nm]/Ru[2nm]/Pt50Mn50[15nm]/Co90Fe10[4nm]/Ru
/Co90Fe10[4nm]/Cu[5nm]/Co90Fe10[1nm]/Ni83Fe17[3.5nm]/Cu[1nm]/Ta[5nm]/上電極。另外，為了進行由PtMn將固定層固定的規(guī)則化熱處理，在磁場中進行270℃、10個小時的熱處理。另一方面，取代所述CPP元件的Cu間隔層，制作了具有作為間隔層使Al90Cu10
進行自然氧化而形成的NOL的CCP-CPP元件。評價金屬CPP元件的元件特性時，發(fā)現(xiàn)面積電阻RA為100mΩμm2，面積電阻變換量ΔRA為0.50mΩμm2及MR變化率為0.5％。如前所述，在金屬CPP元件中，因元件電阻小，因此即使是巨磁電阻效應所能得到的電阻變化量也變小。相反，CPP-CPP元件的元件特性如下面積電阻RA為350mΩμm2，面積電阻變換量ΔRA為5.6mΩμm2及MR變化率為1.5％，與金屬CPP元件對比，實現(xiàn)了合適的面積電阻RA，提高了電阻變換量ΔRA。
不過，為了從200～500Gbpsi的高記錄密度的介質檢測出微弱的信號，對采用所述的方法所制造的CCP-CPP元件來說，難以同時改善面積電阻RA及MR變化率這兩個元件特性。通過本發(fā)明者們的研究，終于知道了元件特性不充分的原因是絕緣層中的電流通道的純度低的緣故。
本發(fā)明的目的在于提供一種可以制造具有合適的面積電阻RA和高的MR變化率的磁阻效應元件的方法。
本發(fā)明實施形態(tài)的磁阻效應元件的制造方法，其特征在于，該磁阻效應元件包括磁化固定層；磁化自由層；包含絕緣層和貫通所述絕緣層的電流通道的間隔層，在形成所述間隔層時，使形成所述電流通道的第1非磁性金屬層成膜，使變換為所述絕緣層的第2金屬層在所述第1非磁性金屬層上成膜，進行2個階段的氧化工序、氮化工序或氮氧化工序，其中，使第1氧化工序的氧化氣體分壓小于等于第2氧化工序的氧化氣體分壓的1/10，使第1氮化工序的氮化氣體分壓小于等于第2氮化工序的氮化氣體分壓的1/10，使第1氮氧化工序的氮氧化氣體分壓小于等于第2氮氧化工序的氮氧化氣體分壓的1/10，在所述第1氧化工序或氮化工序或氮氧化工序中對所述第2金屬層照射稀有氣體的離子束或RF等離子。
采用本發(fā)明，可以制造具有合適的面積電阻RA和高的MR變化率的磁阻效應元件。


圖1是本發(fā)明的實施形態(tài)的CCP-CPP元件剖視圖。
圖2是概略地說明本發(fā)明的實施形態(tài)的CCP-CPP元件的制造方法的剖視圖。
圖3是實施例1的CCP-CPP元件的立體圖。
圖4是表示關于實施例2所制造的CCP-CPP元件其RA和MR變化率之間關系的示圖。
圖5是實施例2的CCP-CPP元件的立體圖、電流通道的放大立體圖及CCP-CPP元件的等價電路圖。
圖6是本發(fā)明的實施形態(tài)的磁頭的剖視圖。
圖7是本發(fā)明的實施形態(tài)的磁頭的剖視圖。
圖8是本發(fā)明的實施形態(tài)的磁性記錄再生裝置的立體圖。
圖9是本發(fā)明的實施形態(tài)的磁頭萬向架組件的立體圖。
具體實施例方式
圖1示出本發(fā)明實施形態(tài)的磁阻效應元件(CCP-CPP元件)的剖視圖。圖1中的磁阻效應元件具有在基板上所形成的下電極11、襯底層12、鎖住層13、固定層14、金屬層15、間隔層16、金屬層17、自由層18、蓋層19及上電極20。間隔層16(CCP-NOL)包括絕緣層22和貫通絕緣層的電流通道21。
參照圖2(A)～圖2(D)對本發(fā)明的實施形態(tài)的磁阻效應元件(CCP-CPP)的制造方法進行說明。在此，以形成在由Al2O3形成的絕緣層中包含由銅形成的電流通道的非磁性間隔層的情況為例來說明。
在基板上進行了下電極、襯底層及鎖住層(ピニング)的成膜后，如圖2(A)所示，進行固定(ピン)層14的成膜。在固定層14上進行用于形成電流通道21的第1非磁性金屬層m1(例如Cu)的成膜。在第1非磁性金屬層上進行變換為絕緣層的第2金屬層m2(比如AlCu或Al)的成膜。
如圖2(B)、圖2(C)所示，第1氧化工序的氧化氣體分壓小于等于第2氧化工序的氧化氣體分壓的1/10，依次進行2個階段的氧化工序。將Al或AlCu成膜作為第2金屬層，通過2個階段的氧化工序形成Al2O3組成的絕緣層時，最好如后所述使第1氧化工序的氧化氣體分壓為1×10-8～1×10-6Torr，第2氧化工序的氧化氣體分壓大于等于1×10-5Torr。
首先，如圖2(B)所示，供給氧化氣體(比如O2)而使腔室內的氧化氣體分壓為1×10-8～1×10-6Torr，進行對所述第2金屬層照射稀有氣體(比如Ar)的離子束或RF等離子的第1氧化工序。通過該第1氧化工序，第2金屬層m2中的Al變換為以AlOx(在此，x＝0.5～1.2)所表示的不完全氧化層o1，同時第1非磁性金屬層m1的Cu被吸入不完全氧化層o1中。
接著，如圖2(C)所示，供給氧氣而使腔室內的氧氣分壓大于等于1×10-5Torr，從而進行第2氧化工序。通過該第2氧化工序，將不完全氧化層o1變換為Al2O3組成的絕緣層22，同時形成貫通絕緣層22的電流通道21，從而形成間隔層16。
如圖2(D)所示，在間隔層16上進行Cu等的金屬層17成膜，在其上進行自由層18成膜。另外，間隔層16上的金屬層17具有防止在其上所成膜的自由層受到氧化的影響的功能，但并不是非設置不可的。
通過采用本發(fā)明的實施形態(tài)的方法，可以提高貫通間隔層的絕緣層的電流通道的純度，可以制造具有合適的面積電阻RA和高的MR變化率的磁電阻元件。
在本發(fā)明的實施形態(tài)中，在形成在由Al2O3形成的絕緣層中含有由Cu形成的電流通道的間隔層時，如圖2(B)、圖2(C)所示，進行2個階段的氧化工序，使其中第1氧化工序的氧化氣體分壓小于等于第2氧化工序的氧化氣體分壓的1/10。在形成在由Al2O3形成的絕緣層中含有由Cu形成的電流通道的間隔層時，在使第1氧化工序的氧化氣體分壓小于等于第2氧化工序的氧化氣體分壓的1/10這樣的范圍中，最好是第1氧化工序的氧化氣體分壓為1×10-8～1×10-6Torr，第2氧化工序的氧化氣體分壓大于等于1×10-5Torr。該2個階段的氧化工序為了分別獲得不同的效果而改變氧化氣體分壓，是本發(fā)明方法的最重要的工序。下面分別地詳細說明2個階段的氧化處理。
圖2(B)所示的第1氧化工序是供給氧化氣體(比如O2)而使腔室內的氧化氣體分壓為1×10-8～1×10-6Torr，對所述第2金屬層進行照射稀有氣體(比如Ar)的離子束或RF等離子的工序，其具有如下效果第2金屬層中的Al變換為以AlOx(在此，x＝0.5～1.2)所表示的不完全氧化層o1，同時第1非磁性金屬層m1(Cu)被吸入不完全氧化層o1中。
將第1氧化工序在1×10-8～1×10-6Torr的氧化氣體分壓下進行有兩個目的。首先一個目的是通過將Al變換為AlOx來防止吸入的金屬Cu和金屬AL之間的混合。在Cu侵入金屬(Al)中的情況和侵入氧化物(AlOx)中的情況時，相互擴散的動作有很大的不同。即，在Cu侵入金屬中時，容易形成合金。因此AlOx層中吸入的Cu電流通道內的Al不純物的量比Al層中吸入的Cu電流通道要少。
第2個目是通過照射離子束或RF等離子，提高Cu的吸入效率。在高于1×10-6Torr的氧化氣體分壓下進行離子束的照射或RF等離子照射時，向AlOx層的離子束的照射被氧化氣體阻隔而不充分，因此不能給予引起Cu的吸入所需的充足的能量輔助。因此，最好第1氧化工序的氧化氣體分壓小于等于1×10-6Torr?；谝陨系睦碛桑?氧化工序中的氧化氣體分壓最好為1×10-8～1×10-6Torr。
第1氧化工序中的氧化氣體分壓可以基于不向腔室內供給Ar等氣體而供給規(guī)定流量的氧化氣體時的腔室內真空度的變化來計算。比如，腔室內沒有供給氣體時的達到真空度為1×10-7Torr，供給某一流量的氧化氣體時的真空度為5×10-7Torr時，氧化氣體供給所產(chǎn)生的真空度的增加份額4×10-7Torr為那時的氧化氣體供給量的氧化氣體分壓的設計值。在此，即使不進行氧化氣體的供給，因腔室內存在有作為殘留氣體的氧化氣體，因此氧化氣體分壓的實際值比通過所述方法計算所得到的設計值高出殘留氧化氣體分壓大小。為了排除自這樣的設計值的偏離，對氧化氣體分壓進行精密地控制，腔室內的達到真空度最好為1×10-7Torr或以下。在實際的第1氧化工序中，采用了離子束用的Ar氣和電子放射源用的Ar氣，因此與只供給氧化氣體時的真空度不同，通過上述那樣的計算可預先計算得到供給規(guī)定的氧化氣體時的氧化氣體分壓。
又，為了知道第1氧化工序的氧化氣體分壓，也可以采用質量氣體分析計。質量氣體分析計也稱為殘留氣體分析計和濾質器(マスフイルタ)等，可以在2種以上的氣體被混合的狀態(tài)中，測定表示各自氣體的壓力即分壓。質量氣體分析計具有離子源、分析部及檢出部三個要素，通過離子源將腔室內存在的分子電離而進行離子化，在分析部采用電場和磁場僅使具有特定的質量電荷比的離子通過，由檢出部進行捕集這樣的原理來測定分壓。由于分析部的形式的不同，質量氣體分析計有磁場偏向型、回旋高頻質譜儀、四重極型等。其中四重極型質量氣體分析計因為不采用磁場因而具有小型化這樣的優(yōu)點而廣泛普及。采用所述這樣的質量氣體分析計可以同時區(qū)分和監(jiān)測稀有氣體(比如Ar氣)分壓和氧化氣體分壓，因此可以監(jiān)測實際的過程來控制氧化氣體分壓。
例如可以列舉O2等作為在第1氧化工序所采用的氧化氣體。又，也可以采用氧化氣體(比如O2)和稀有氣體(比如Ar氣)的混合氣體來替代氧化氣體。雖在第1氧化工序中，要求1×10-8～1×10-6Torr這樣微小的氧化氣體分壓的控制，但在氧化氣體供給方面采用一般的質量流控制器時，可控制的氣體流量很大，即使采用可控制范圍下限的流量也難以進行所述那樣的氧化氣體分壓的控制。此時，通過采用混合氣體，即使以一般的質量流控制器的可控制的氣體流量，也可以進行如上所述那樣的微小的氧化氣體分壓的控制。
第1氧化工序的處理時間以15秒～180秒左右為佳，從可控性等的觀點來看，最好大于等于30秒。處理時間過長的話，CCP-CPP元件的生產(chǎn)率就下降，因此不好，從這些觀點看來，處理時間最好是30秒～180秒。
第1氧化工序中，對間隔層16的變換為絕緣層22的第2金屬層m2照射稀有氣體的離子束。作為稀有氣體可以列舉出Ar、Kr、He、Xe等。通過采用質量大的Kr、Xe等，有時可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生良好的效果。從制造成本方面看來，最好是Ar。
第1氧化工序的離子束的照射條件最好如下設定加速電壓V+為30～130V，離子束電流Ib為20～200mA，為了保持離子束電流恒定，利用離子源激勵等離子的RF功率為10～300W。這些條件與進行離子束蝕刻時的條件相比顯著變弱。這是在第1氧化工序發(fā)生顯著的蝕刻時，第2金屬層就有可能消失的緣故。
作為第2氧化工序，如圖2(C)所示一樣，供給氧化氣體(比如O2)使腔室內的氧化氣體分壓大于等于1×10-5Torr，將不完全氧化物AlOx變換為由完全氧化物Al2O3組成的絕緣層22。在第1氧化工序中，想要引起Cu的吸入，因為不能設定為高于1×10-6的氧化氣體分壓，不能使Al變換為完全氧化物Al2O3。不完全的氧化膜AlOx作為絕緣層的功能并不充分，因此CCP構造所產(chǎn)生的向Cu電流通道的電流狹窄效果就弱化。因此，以形成完全氧化物Al2O3為目的的第2氧化工序是必要的。又，在第2氧化工序中，利用Al易于氧化而Cu難以氧化這樣的性質，可以形成絕緣層Al2O3和電流通道Cu。
作為第2氧化工序的處理方法，可以列舉出自然氧化(Natural Oxidation)和照射稀有氣體的離子束的同時供給氧化氣體的氧化。最好是后者。后者的方法被稱為IAO(Ion-beamAssisted Oxidation)，可通過離子束的能量輔助效果，在氧化作用的同時還產(chǎn)生還原作用。即，由于難以氧化的Cu被還原、促進易于氧化的Al的氧化，因而可以形成更高純度的Cu電流通道。通過提高電流通道的純度，可以提高CCP-CPP元件的MR變化率。
第2氧化工序的處理時間以15秒～180秒左右為佳，從可控性的觀點來看，最好大于等于30秒。處理時間過長的話，CCP-CPP元件的生產(chǎn)率就下降，因此不好，從這些觀點看來，處理時間最好是30秒～180秒。
在第2氧化工序中進行IAO時，最好將照射條件如下設定稀有氣體的離子束或RF等離子的加速電壓V+為40～200V，離子束電流Ib為30～200mA，為了保持離子束電流恒定，利用離子源激勵等離子的RF功率為20～400W左右。
第2氧化工序的氧化氣體暴露量(氧化氣體分壓和處理時間的乘積)的最佳范圍，在IAO的情況時為1000～5000L(1L＝1×10-6Torr×sec)，在自然氧化的情況時為3000～30000L。IAO情況下的氧化氣體分壓，與第1氧化工序的情況同樣，可基于向腔室內不供給Ar等的氣體而供給規(guī)定流量的氧化氣體時的腔室內的真空度的變化進行計算。比如，在不向腔室內供給氣體時的達到真空度為1×10-7Torr，供給某一流量的氧化氣體時的真空度為5×10-5Torr時，由于供給氧化氣體所產(chǎn)生真空度的增加值4.99×10-5Torr就成為那時氧化氣體供給量的氧化氣體分壓的設計值。氧化氣體暴露量通過氧化氣體分壓和處理時間可方便地進行調整。將處理時間設為100sec時最佳氧化氣體供給量的范圍在IAO的情況下為1×10-5Torr～5×10-5Torr，在自然氧化的情況下為3×10-5Torr～3×10-4Torr。但為了形成完全氧化物Al2O3，因為氧化氣體分壓一定要大于等于1×10-5Torr，故處理時間過長就不能實現(xiàn)合適的氧化氣體暴露量。同時從所述的可控性和生產(chǎn)率的觀點看來，處理時間最好為30秒～100秒左右。
至此所述的2個階段的氧化工序中，即使采用氮化氣體或氮氧化氣體替代氧化氣體來進行2個階段的氮化工序或2個階段的氮氧化工序，也可以得到提高貫通間隔層的絕緣層的電流通道的純度的效果。
進行第1氮化工序來替代第1氧化工序時，作為氮化氣體，比如可列舉出N2等。又，也可采用氮化氣體(比如N2)和稀有氣體(比如Ar)的混合氣體來替代氮化氣體。進行第1氮氧化工序來替代第1氧化工序時，作為氮氧化氣體，比如可列舉出O2和N2的混合氣體等。又，也可以采用采用氮氧化氣體(比如O2和N2的混合氣體)和稀有氣體(比如Ar)的混合氣體來替代氮氧化氣體。
進行第2氮化工序來替代第2氧化工序時，作為氮化氣體，比如可列舉出N2等。進行第2氮氧化工序來替代第2氧化工序時，作為氮氧化氣體，比如可列舉出O2和N2的混合氣體等。
實施例1在本實施例中，制作了具有圖3所示的層疊構造的磁阻效應元件。
下電極11襯底層12Ta[5nm]/Ru[2nm]鎖住層13Pt50Mn50[15nm]固定層14Co90Fel0[3.6nm]/Ru
/{(Fe50Co50[1nm]/Cu
)×2/Fe50Co50[1nm]}金屬層15Cu
間隔層16Al2O3絕緣層22及Cu電流通道21(Al90Cu10[1nm]成膜后第1氧化工序/第2氧化工序)金屬層17Cu
自由層l8Co90Fel0[1nm]/Ni83Fe17[3.5nm]蓋層19Cu[1nm]/Ta[5nm]
上電極20在基板上形成與自旋閥膜垂直方向通電用的下電極11。在該下電極11上，將Ta[5nm]/Ru[2nm]成膜作為襯底層12。Ta是緩和下電極的皸裂的緩沖層。Ru是對Ta層上所成膜的自旋閥膜的結晶配向及結晶粒徑進行控制的籽晶層。也可以采用Ti、Zr、Hf、V、Cr、Mo、W和它們的合金材料替代Ta作為緩沖層。緩沖層的膜厚最好是3～5nm。緩沖層過薄，就失去緩沖效果。另一方面，緩沖層過厚，就引起在垂直方向通電時的串聯(lián)電阻增大，因而不是很好。作為籽晶層最好使用具有hcp結構或fcc結構的材料。采用Ru作為籽晶層，可將在其上所成膜的自旋閥膜的結晶配向形成為fcc(111)配向，PtMn的結晶配向形成為bct(110)配向，bcc結構的結晶配向形成為bcc(110)配向。又，通過設有籽晶層，可將在其上所成膜的自旋閥膜的結晶粒徑控制為10～40nm，元件即使變小，也不會導致元件間的金屬通道的占有率的差異，可實現(xiàn)合適的RA和高MR。籽晶層的膜厚最好是2～6nm。籽晶層的厚度過薄，就失去結晶配向的控制效果。籽晶層的厚度過厚，就引起在垂直方向通電流時的串聯(lián)電阻增大，因而不是很好。
在襯底層12之上將Pt50Mn50[15nm]成膜作為鎖住層13。鎖住層13具有將在其上所成膜的固定層14的磁化方向固定的作用。鎖住層的膜厚過薄就不能發(fā)揮固定功能，因而不是很好，過厚，從窄間隙化的觀點看來就不是很好。采用Pt50Mn50作為鎖住層時，Pt50Mn50的膜厚較好為8～20nm左右，10～15nm更好。作為鎖住層采用的反鐵磁性材料，PtMn之外可列舉PdPtMn、IrMn。IrMn以比PtMn和PdPtMn薄的膜厚發(fā)揮固定功能，因而從窄間隙化的觀點看最好。采用IrMn作為鎖住層時，IrMn的膜厚較好為4～12nm，5～10nm更好。
在鎖住層上將固定層14成膜。在本實施例中，采用包含下部固定層14a(Co90Fe10[3.6nm])、磁性結合中間層14b(Ru
)、上部固定層14c{(Fe50Co50[1nm]/Cu
)×2/Fe50Co50[1nm]}的合成固定層作為固定層14。下部固定層14a與鎖住層13進行交換磁性結合，具有單向異向性。下部固定層14a和上部固定層14c通過磁性結合中間層14b以磁化方向互為相反且平行的狀態(tài)進行磁性結合。
下部固定層14a的磁氣膜厚即飽和磁化Bs×膜厚t(Bs·t乘積)最好設計為基本與上部固定層14c相等。在本實施例中，上部固定層14c為(Fe50Co50[1nm]/Cu
)×2/Fe50Co50[1nm]，F(xiàn)eCo的飽和磁化約為2.2T，因此磁氣膜厚為2.2T×3nm＝6.6Tnm。關于下部固定層14a，Co90Fe10的飽和磁化約為1.8T，因此具有與上述相等的磁氣膜厚的下部固定層14a的膜厚t就是6.6Tnm/1.8T＝3.66nm。在本實施例中，采用了膜厚3.6nm的Co90Fe10。從鎖住層(PtMn)所產(chǎn)生的單向異向性磁場強度及隔著Ru的下部固定層和上部固定層之間的反鐵磁性結合磁場強度這樣的觀點看來，下部固定層所采用的磁性層的膜厚最好為2～5nm左右。膜厚過薄，MR變化率變小。膜厚過厚，難以得到對設備動作必要且充分的單向異向性磁場。
在下部固定層14a方面，可以采用諸如CoxFe100-x合金(x＝0～100％)、NixFe100-x合金(x＝0～100％)、或在它們中添加了非磁性元素的合金。
磁性結合中間層(Ru)14b具有在上下磁性層產(chǎn)生反鐵磁性結合且具有形成合成固定構造的的功能。Ru層14b的膜厚最好為0.8～1nm。只要是在上下磁性層產(chǎn)生充分的反鐵磁性結合的材料，也可采用Ru之外的材料。
上部固定層14c{(Fe50Co50[1nm]/Cu
)×2/Fe50Co50[1nm]}構成自旋(スピン)依存散射單元的一部分。特別是，位于與間隔層之間的界面的磁性材料在有助于自旋依存界面散射方面很重要。在本實施例中采用具有bcc構造的Fe50Co50。
在與間隔層之間的界面采用具有bcc構造的磁性材料時，自旋依存界面散射效果增大，因此可實現(xiàn)大的MR變化率。作為具有bcc構造的FeCo系合金可列舉出FexCo100-x(x＝30～100％)和在FexCo100-x中加入了添加元素的合金。自旋閥膜所采用的金屬材料多是fcc構造或fct構造，因此可以是僅上部固定層具有bcc構造。因此，若上部固定層的膜厚過薄，就難以穩(wěn)定地保持bcc構造，不能得到高MR變化率，因而不是很好。作為上部固定層(間隔層和Ru之間的固定層)發(fā)揮作用的磁性材料的膜厚最好為2nm或以上。為了得到ピン固定磁場，最好是5nm或以下。又，固定層由具有易于實現(xiàn)高MR變化率的bcc構造的磁性層形成時，為了更加穩(wěn)定地保持bcc構造，具有bcc構造的層的膜厚最好為2nm以上。為了在得到大的ピン固定磁場的同時保持bcc構造的穩(wěn)定性，具有bcc構造的固定層的膜厚范圍最好為2.5nm～4nm左右。又，還可列舉出在相圖上能更穩(wěn)定地得到bcc構造的組成范圍內的Fe75Co25～Fe85Co15等好的材料。在上部固定層方面，也可采用fcc構造的CoFe合金或具有hcp構造的鈷合金來替代具有bcc構造的磁性材料。都可采用Co、Fe、Ni等單體金屬、或包含它們之中任一個元素的合金材料。將上部固定層的磁性材料從利于得到大的MR變化率方面進行排列，順序如下具有bcc構造的合金材料、含有50％以上的鈷成分的鈷合金、含有50％以上的Ni成分的鎳合金。
在本實施例中，采用將磁性層(FeCo層)和非磁性層(極薄的Cu層)相互層疊而成的構造作為上部固定層。在具有這樣構造的上部固定層中，可提高稱為總體散射效應的自旋依存散射效應。CCP-CPP元件中，在間隔層附近電流變小，因此間隔層界面附近的電阻的影響變的非常大。此時，因為界面散射效應的影響比總體散射效應更大，故位于與間隔層之間界面的材料的選擇就具有重要的意義。盡管如此，采用總體散射效應大的材料是有效的。磁性層間的Cu層的膜厚較好是0.1～1nm，更好為0.2～0.5nm。Cu層的膜厚過薄，提高總體散射效應的效果就弱化。Cu層的膜厚過厚，總體散射效應減少，且隔著非磁性的Cu層的上下磁性層的磁性結合就變弱，固定層的特性是不充分的，因而不是很好。也可以采用Hf、Zr、Ti等替代Cu來作為磁性層間的非磁性層的材料。另一方面，F(xiàn)eCo等的磁性層的膜厚為0.5～2nm，1～1.5nm更好。
也可采用將FeCo和Cu合金化而成的上部固定層來替代將FeCo層和Cu層交互層疊的上部固定部?？闪信e出諸如(FexCo100-x)100-yCuy(x＝30～100％、y＝3～15％左右)作為這樣的FeCoCu合金，也可采用這之外的成分范圍。作為FeCo中的添加元素，也可采用Hf、Zr、Ti等其他元素來替代Cu。上部固定層方面也可采用Co、Fe、Ni或它們的合金材料構成的單層膜。比如也可采用Co90Fe10單層作為最簡單構造的上部固定層。也可將添加元素加入這樣的材料中。
將Cu在固定層14上作為間隔層16的電流通道21的供給源的第1非磁性金屬層成膜后，將AlCu層作為間隔層16的變換為絕緣層的第2金屬層成膜。接著，第1氧化工序的氧化氣體分壓小于等于第2氧化工序的氧化氣體分壓的1/10，以此進行2個階段氧化工序。在形成Al2O3的絕緣層中含有Cu的電流通道的間隔層時，即使第1氧化工序的氧化氣體分壓小于等于第2氧化工序的氧化氣體分壓的1/10這樣的范圍中，第1氧化工序的氧化氣體分壓也最好為1×10-8～1×10-6Torr，第2氧化工序的氧化氣體分壓最好為大于等于1×10-5Torr的范圍。
首先，如下進行第1氧化工序供給氧化氣體，在1×10-8～1×10-6Torr的氧化氣體分壓下，對所述第2金屬層照射稀有氣體(比如Ar)的離子束或RF等離子。在本實施例的第1氧化工序中，采用氧作為氧化氣體，腔室內的氧氣分壓為1×10-7Torr。通過該處理，AlCu內的Al變換為不完全氧化的AlOx。在第1氧化工序中，以如下的條件照射Ar離子加速電壓30～130V、離子束電流20～200mA、照射時間30～180秒。在本實施例中，在上述條件中選擇了加速電壓40～70V、離子束電流30～80mA、照射時間60～150秒的范圍。通過照射離子束，第1非磁性金屬層Cu被不完全氧化的AlOx吸引而進入，進入AlOx中的Cu就成為電流通道。另外，通過將Al變換為AlOx，可以抑制金屬Cu與金屬Al之間的相互擴散，可以抑制Cu電流通道中的Al不純物的量。
而且，為了使不完全氧化的AlOx變換為完全的絕緣層Al2O3，在大于等于1×10-5Torr的氧化氣體分壓下進行第2氧化工序。在本實施例中，氧化氣體分壓為1×10-5Torr。又，在本實施例中，在第2氧化工序中，進行了對不完全氧化的AlOx照射稀有氣體(比如Ar)的離子束或RF等離子的工序。又，在該IAO工序中，以如下的條件照射Ar離子加速電壓40～200V、離子束電流30～200mA、照射時間15～300秒。在本實施例中，在上述條件中選擇了加速電壓50～100V、離子束電流40～100mA、照射時間30～180秒的范圍。第2氧化工序的IAO工序是在高于第1氧化工序的氧氣分壓下進行的，因此為了得到離子束所產(chǎn)生的能量輔助效果，比第l氧化工序強的離子束條件是必要的。在該工序中，由于離子束的能量輔助所產(chǎn)生的氧化還原反應，可將氧氣從電流通道的Cu側向絕緣層的Al側移動。
將成為電流通道的第1非磁性金屬層Cu的膜厚與AlCu的膜厚相對應進行調整。在將AlCu的厚度增厚時，為了保持電流通道的占有率，必須增加進入AlCu中的Cu的量。若Cu的膜厚小于適宜范圍，電流通道的占有率就降低，而面積電阻就會高于適當值。另一方面，若Cu的膜厚大于適宜范圍時，由CCP-NOL變狹窄的電流在到達磁性層期間就在Cu中擴展，導致MR變化率的降低而不是很好。
第1非磁性金屬層最好是難以氧化且比電阻低的材料。也可采用Au、Ag等來替代Cu。
采用AlCu作為第2金屬層時，在第1氧化工序中不僅吸引第1非磁性金屬層的Cu，AlCu中的Cu也從Al分離而成為電流通道。在本實施例中，采用Al90Cu10作為第2金屬層，也可采用不含Cu的純Al。采用純Al時，僅通過吸入Cu形成電流通道。
第2金屬層的材料不限于用于形成Al2O3的Al合金，也可以是Hf、Zr、Ti、Mg、Ta、Mo、W、Nb、Si等及以它們?yōu)橹饕煞值暮辖?。又，?金屬層的材料不限于非磁性體，也可是磁性體。又，從第2金屬層所變換的絕緣層不限于氧化物，也可是氮化物和氮氧化物。不管采用何種材料作為第2金屬層時，成膜時的膜厚最好是0.5～2nm，變換為氧化物、氮化物或氮氧化物時的膜厚最好為0.8～3.5nm左右。
在間隔層16上使Cu
成膜作為金屬層17。該金屬層17具有作為阻隔層的功能，以使在其上所成膜的自由層與間隔層16的氧化物接觸卻不被氧化。另外，自由層的氧化也可通過退火條件的最佳化等而避免，因而間隔層16上的金屬層17不是非設置不可的。這樣，間隔層16下的金屬層15是電流通道的供給源因而是必須的，間隔層16上的金屬層17并不是必須的?？紤]到制造上的容限，最好形成間隔層16上的金屬層17。作為金屬層17的材料，除Cu之外，還可采用Au、Ag、Ru等。但是，金屬層17的材料最好與間隔層16的電流通道的材料相同。采用與電流通道不同的材料作為金屬層17時，導致界面電阻的增大，而如果兩者材料相同就不會產(chǎn)生界面電阻的增大。金屬層17的膜厚為0～1nm，最好為0.1～0.5nm。金屬層17過厚，則因間隔層16所狹窄的電流在金屬層17中擴展，電流狹窄效果就不充分，導致MR的變化率降低。
金屬層17上，將Co90Fe10[1nm]/Ni83Fe17[3.5nm]成膜作為自由層18。為了得到高的MR變化率，位于與間隔層之間的界面的自由層18的磁性材料的選擇就很重要。此時，在與間隔層之間的界面上最好設有比NiFe合金更好的CoFe合金。在本實施例中，CoFe合金中采用了尤其軟磁性特性穩(wěn)定的Co90Fe10。采用Co90Fe10附近的CoFe合金時，膜厚最好為0.5～4nm。采用其他成分(比如與固定層相關聯(lián)地說明的成分)的CoFe合金時，膜厚最好為0.5～2nm。比如，為了提高自旋依存界面散射效應，對自由層也采用具有與固定層同樣的bcc構造的Fe50Co50(或FexCo100-x(x＝45～85))時，為了維持自由層的軟磁性，不能使用過厚的膜厚，因此最佳的膜厚范圍為0.5～1nm。采用不含有Co的Fe時，軟磁性特性比較良好，因此膜厚可為0.5～4nm左右。CoFe層上所設的NiFe層是軟磁性特性最穩(wěn)定的材料。CoFe合金的軟磁性特性不是那樣穩(wěn)定，但可通過在其上設有NiFe合金來補足軟磁性特性，可得到大的MR變化率。NiFe合金的成分最好為NixFe100-x(x＝78～85％左右)。在本實施例中采用了比通常采用的NiFe合金的成分Ni81Fe19中Ni更多的成分的合金(比如Ni83Fe17)。這是因為在具有CPP構造的間隔層上形成自由層時，為了實現(xiàn)零磁致伸縮的Ni成分有些許偏差的緣故。NiFe層的膜厚最好為2～5nm。不采用NiFe層時，也可采用將1～2nm的CoFe層或將Fe層和0.1～0.8nm程度的極薄Cu層多個層交互層疊而成的自由層。
在自由層18上層疊Cu[1nm]/Ru[10nm]作為蓋層19。蓋層19具有保護自旋閥膜的功能。Cu層的膜厚最好為0.5～10nm。也可不設有Cu層而直接在自由層18上設有0.5～10nm的厚度的Ru層。也可在Cu層上設有其他金屬層替代Ru層。蓋層的結構并不特別限定，只要可發(fā)揮蓋層效果，也可采用其他的材料。在蓋層19上形成有向自旋閥膜垂直通電用的上電極20。
評價了本實施例的CCP-CPP元件的特性，其中RA＝500mΩμm2，ΔRA＝45mΩμm2及MR變化率＝9％?？蓪崿F(xiàn)這樣高的MR變化率是由于通過進行所述的2個階段的氧化工序，實現(xiàn)了提高Cu電流通道的純度的緣故。
實施例2在本實施例中，采用各種方法來制造CCP-CPP元件，對這些CCP-CPP元件特性的比較結果進行說明。已制作的磁阻效應元件具有以下的層疊構造。
下電極11襯底層12Ta[5nm]/Ru[2nm]鎖住層13Pt50Mn50[15nm]固定層14Co90Fe10[4nm]/Ru
/Co90Fe10[4nm]金屬層15Cu
間隔層16Al2O3絕緣層22及Cu電流通道21(Al90Cu10
成膜后第1氧化工序/第2氧化工序)
金屬層17Cu
自由層18Co90Fe10[1nmn]/Ni83Fe17[3.5nm]蓋層19Cu[1nm]/Ta[5nm]在本實施例中，將作為第2金屬層使用的AlCu的膜厚在0.5nm～1nm的范圍內變化而制作了CCP-CPP元件。通過改變AlCu的膜厚可使CCP-NOL的電流通道的占有率變化，因此可實現(xiàn)各種面積電阻RA。又，在本實施例中以比較CCP-CPP元件的特性因制造方法所產(chǎn)生的差異為目的，故固定層形成為比實施例1更單純的Co90Fe10[4nm]/Ru
/Co90Fe10[4nm]。
在本實施例中，形成CCP-NOL時，第1非磁性金屬層及第2金屬層成膜后，使第1氧化工序的氧化氣體分壓小于等于第2氧化工序的氧化氣體分壓的1/10，依次進行2個階段的氧化工序，在第1氧化工序中對第2金屬層照射稀有氣體離子束或RF等離子。在實施例2中，將第1氧化工序的氧化氣體分壓取以下3個水準制作了CCP-CPP元件。
實施例2(A)第1氧化工序的氧化氣體分壓 1×10-8Torr實施例2(B)第1氧化工序的氧化氣體分壓 1×10-7Torr實施例2(C)第1氧化工序的氧化氣體分壓 1×10-6Torr實施例2(A)、(B)、(C)全部將第2氧化工序的氧化氣體分壓形成為1×10-5Torr。實施例2(A)、(B)、(C)中，在第2氧化工序中，進行了對不完全氧化的AlOx照射稀有氣體(比如Ar)的離子束或RF等離子的IAO工序。
作為用于與實施例2的CCP-CPP元件比較的對比例，在形成CCP-NOL時，第1非磁性金屬層及第2金屬層成膜后，用以下2個方法進行氧化工序，制作了CCP-CPP元件。
對比例1使第1氧化工序的氧化氣體分壓高于第2氧化工序的氧化氣體分壓的1/10，依次進行2個階段的氧化工序，在第1氧化工序中對第2金屬層照射稀有氣體離子束或RF等離子。第1氧化工序的氧化氣體分壓為5×10-6Torr，第2氧化工序的氧化氣體分壓為1×10-5Torr。在第2氧化工序中，進行了對不完全氧化的AlOx照射稀有氣體(比如Ar)的離子束或RF等離子的IAO工序。
對比例2使氧化氣體分壓為恒定的1×10-5Torr，進行1個階段的氧化工序。對比例2中，在1個階段的氧化工序中進行對第2金屬層照射稀有氣體(比如Ar)的離子束或RF等離子的IAO工序。
圖4中表示采用所述各制造方法所制造的CCP-CPP元件的RA和MR之間的關系。
在實施例2(A)、(B)、(C)、對比例1、對比例2中，通過變化AlCu的膜厚，實現(xiàn)了100～1500mΩμm2的面積電阻。在比較CCP-CPP元件的特性方面，對具有同等的面積電阻的元件間的MR進行比較是有效的。將面積電阻為500mΩμm2的各CCP-CPP元件間的MR變化率進行對比如下實施例2(A)5.5％實施例2(B)5.0％實施例2(C)5.1％對比例12.5％對比例22.4％。
顯示出實施例2(A)、(B)、(C)的MR變化率大致相等，比對比例1及對比例2的MR變化率高的值。即如實施例2(A)、(B)、(C)這樣采用第1氧化工序的氧化氣體分壓小于等于第2氧化工序的氧化氣體分壓的1/10這樣的范圍，在改變了氧化氣體分壓的2個階段的氧化工序時可實現(xiàn)高的MR變化率。
對實施例2(A)、(B)、(C)可實現(xiàn)比對比例1及對比例2高的MR變化率的原因進行研究。在此，利用Valet和Fert(T.Valet和A.Fert，Phys.Rev.B48，7099(1993))所提出的模型(以下稱為Valet-Fert模型)進行分析。為了研究本實施例的實驗結果，有必要使Valet-Fert模型符合CCP-CPP元件。在擴張Valet-Fert模型時，進行如下假定。即因為在CCP-CPP元件縮窄間隔層的電流通道，故假定間隔層和固定層或自由層之間的界面的面積與電流通道的面積比率D[％]相互依存。又，CCP-CPP元件的總電阻中間隔層的電阻比例增大，因此自旋依存散射中的界面散射效應比總體散射效應的影響大。因此，在此為了計算方便，忽略總體散射效應。
圖5(A)表示本實施例的CCP-CPP元件的立體圖，圖5(B)表示電流通道的放大圖，圖5(C)表示本實施例的CCP-CPP元件的等價電路圖。
圖5(C)中，RAupper是自由層18上的蓋層19、上電極的面積電阻，RAfree是自由層18的面積電阻，RApinned是夾在有助于GMR效應的Ru和CCP-NOL間的上部固定層14c的面積電阻，RAlower是上部固定層14c下面的Ru14b、下部固定層14a、鎖住層13、襯底層12、下電極的面積電阻。又，如圖5(C)所示，CCP-NOL的Cu電流通道的電阻是通過Cu電流通道的比電阻ρCu和膜厚tCu的乘積除以電流通道的面積比率D，所求出的ρCutCu/(D/100)。電流通道與自由層18或上部固定層14c(與電流通道之間的界面都是CoFe)之間的界面電阻是通過對RACoFe/Cu考慮界面散射系數(shù)γ，且除以電流通道的面積比率D，所求出的RACoFe/Cu/(1-γ2)/(D/100)。
以上模型的CCP-NOL的RAccp由式(1)表示，ΔRAinterface由式(2)表示。
RAccp={2RACoFe/Cu/(1-γ2)+ρCutCu}(D/100)[mΩμm2]---(1)]]>ΔRAinterface=(ΔRApinned/spacer+ΔRAfree/spacer)(D/100)]]>=(4γRACoFe/Cu2/(ρCutCu+2RACoFe/Cu))(D/100)[mΩμm2]---(2)]]>基于這些模型，計算了CCP-CPP自旋閥膜的RA和MR變化率之間的關系。首先，除RAccp之外剩余部分的RA值為100mΩμm2。該值采用了從對金屬CPP元件的實驗所求出的RA值。RACoFe/Cu基于文獻值作為0.2mΩμm2。采用從斷面TEM觀察結果得到的CCP-NOL的膜厚1.5nm作為tCu，從對金屬CPP元件的實驗所求出的0.62作為γ。
比較電流通道Cu的比電阻時，發(fā)現(xiàn)實施例2(A)、(B)、(C)的電流通道Cu的比電阻大致相等，存在低于對比例1及對比例2的Cu的比電阻這樣的傾向。原因在于實施例2(A)、(B)、(C)中，進行改變了氧化氣體分壓的2個階段的氧化工序，通過以1×10-8Torr～1×10-6Torr范圍內的氧化分壓進行的第1氧化工序，引起Cu的吸入現(xiàn)象，可形成純度高的Cu電流通道。在對比例2中，進行了以恒定的1×10-5Torr的氧化氣體分壓進行1個階段的氧化工序，因此不發(fā)生實施例2中的第1氧化工序所發(fā)生的Cu的吸入現(xiàn)象。在對比例2中雖不發(fā)生Cu的吸入，但采用了AlCu作為第2金屬層，因此產(chǎn)生一些相分離現(xiàn)象，形成從Al分離的Cu的電流通道，與發(fā)生Cu的吸入現(xiàn)象的情況相比Al和Cu的分離極差。在對比例1中，進行改變了氧化氣體分壓的2個階段的氧化工序，第1氧化工序的氧化氣體分壓過高，離子束的照射被氧化氣體阻隔而變的不充分，因此不能給予引起Cu的吸入那樣程度的充分的能量輔助。因此，和對比例2一樣，與引起Cu的吸入現(xiàn)象的情況相比，Al和Cu的分離極差。
如上所述，使第1氧化工序的氧化氣體分壓小于等于第2氧化工序的氧化氣體分壓的1/10，依次進行2個階段的氧化工序，通過在第1氧化工序中對第2金屬層照射稀有氣體離子束或RF等離子，可以形成純度高的Cu電流通道，可制作具有高的MR變化率的CCP-CPP元件。
下面，對本發(fā)明的實施形態(tài)的磁阻效應元件(CCP-CPP元件)的應用進行說明。
圖6及圖7表示的是將本發(fā)明的實施形態(tài)的磁阻效應元件裝入磁頭的狀態(tài)。圖6是在與磁記錄介質(未圖示)相對的介質對置面大致平行的方向切斷磁阻效應元件的剖視圖。圖7是將該磁阻效應元件在與介質對置面ABS垂直的方向切斷后的剖視圖。
圖6及圖7所示的磁頭具有所謂的硬對接(HARD ABUTTED)構造。磁阻效應膜10是所述的CCP-CPP膜。在磁阻效應膜10的上下分別設有下電極11和上電極20。圖6中，在磁阻效應膜10的兩側面上層疊設有偏磁場付加膜41和絕緣膜42。如圖7所示，在磁阻效應膜10的介質對置面設有保護膜43。
相對于磁阻效應膜10的SENSE電流如箭頭A所示通過在其上下所配置的電極11、20在與膜面大致垂直的方向通電。又，通過設在左右的一對偏磁場付加膜41、41，對磁阻效應膜10付加偏磁場。通過該偏磁場，通過控制磁阻效應膜10的自由層的磁各向異性而進行單磁區(qū)化，而使該磁區(qū)構造穩(wěn)定，可抑制伴隨磁壁移動的巴克豪森效應(Barkhausen)噪音。
采用本發(fā)明，提高了磁阻效應膜的MR變化率，因此在應用到磁頭時可進行高靈敏度的再生。
圖6及圖7所示的磁頭裝入記錄再生一體型的磁頭組件內，可搭載到磁記錄再生裝置上。
圖8是表示這樣的磁記錄再生裝置的大致機構的主要部分的立體圖。即，本發(fā)明的磁記錄再生裝置150是采用了旋轉式致動器的形式的裝置。在該圖中，磁盤200安裝在主軸152上，通過未圖示的電動機沿箭頭A方向驅動旋轉，該電動機響應來自未圖示的驅動裝置控制部的控制信號。本發(fā)明的磁記錄再生裝置150也可配置有多個磁盤200。
對存儲在磁盤200上的信息進行記錄再生的磁頭滑觸頭153安裝在吊架154的頂端。磁頭滑觸頭153將包含如上所述的任意實施形態(tài)的磁阻效應元件的磁頭搭載在其頂端附近。
磁盤200旋轉時，磁頭滑觸頭153的介質對置面(ABS)離開磁盤200的表面規(guī)定的上浮量來保持。或也可是滑觸頭與磁盤200接觸的所謂的“接觸運轉型”。
吊架154與驅動臂155的一端連接。驅動臂155的另一端上設有線性電動機156中的一種即音圈電動機156。音圈電動機156具有纏繞在線圈骨架部上的未圖示的驅動線圈、以夾著該線圈相對配置的永久磁鐵及對置軛鐵組成的磁回路。
驅動臂155由設在樞軸157的上下2處的未圖示的滾珠軸承保持，由音圈電動機156驅動可自如地旋轉滑動。
圖9是從磁盤側看到的驅動臂155前面的磁頭萬向架組件的放大立體圖。即，組件160具有驅動臂155，驅動臂155的一端與吊架154連接。在吊架154的頂端安裝有具備磁頭的磁頭滑觸頭153，該磁頭含有所述的任一實施形態(tài)的磁阻效應元件。吊架154具有信號寫入和讀取用的導線164，該導線164和被裝入磁頭滑觸頭153的磁頭的各電極電連接。圖中的165是組件160的電極盤(パツド)。
采用本發(fā)明，通過具有包含所述本發(fā)明的實施形態(tài)的磁阻效應元件的磁頭，可以比以往更高記錄密度將磁性記錄在磁盤200上的信息可靠地讀取。
以上參照具體實施例對本發(fā)明的實施形態(tài)進行了說明。不過，本發(fā)明并不限定于這些具體實施例。比如，本專業(yè)的技術人員從所公知的范圍對磁阻效應膜的具體構造、電極、偏磁付加膜、絕緣膜等的形狀和材質進行適當?shù)倪x擇，同樣地實施本發(fā)明，也可得到同樣的效果。
比如，將磁阻效應元件適用于再生頭之際，通過在元件的上下付與磁屏蔽，可規(guī)定檢測分辨率。
又，本發(fā)明不僅適用于長度磁記錄方式，而且也同樣適用于垂直磁記錄方式的磁頭或磁記錄再生裝置，可得到同樣的效果。
并且，本發(fā)明的磁記錄再生裝置也可是固定設置有特定的紀錄介質即所謂固定式的裝置，另一方面，也可是可替換記錄介質即所謂的“可拆卸”方式的裝置。
另外，基于本發(fā)明的實施形態(tài)，本專業(yè)的技術人員進行適當?shù)脑O計變更而可實施的所有磁阻效應元件、磁頭、磁記錄再生裝置同樣屬于本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種磁阻效應元件的制造方法，該磁阻效應元件包括磁化固定層；磁化自由層；包含絕緣層和貫通所述絕緣層的電流通道的間隔層，其特征在于，在形成所述間隔層時，使形成所述電流通道的第1非磁性金屬層成膜，使變換為所述絕緣層的第2金屬層在所述第1非磁性金屬層上成膜，依次進行氧化工序，其中使第1氧化工序的氧化氣體分壓小于等于第2氧化工序的氧化氣體分壓的1/10，或依次進行氮化工序，其中使第1氮化工序的氮化氣體分壓小于等于第2氮化工序的氮化氣體分壓的1/10，或依次進行氮氧化工序，其中使第1氮氧化工序的氮氧化氣體分壓小于等于第2氮氧化工序的氮氧化氣體的1/10，在所述第1氧化工序、所述第1氮化工序或所述第1氮氧化工序中，對所述第2金屬層照射稀有氣體的離子束或RF等離子。
2.如權利要求1所述的磁阻效應元件的制造方法，其特征在于，所述第1氧化工序的氧化氣體分壓、所述第1氮化工序的氮化氣體分壓、或所述第1氮氧化工序的氮氧化氣體分壓為1×10-8～1×10-6Torr，所述第2氧化工序的氧化氣體分壓、所述第2氮化工序的氮化氣體分壓、或所述第2氮氧化工序的氮氧化氣體分壓大于等于1×10-5Torr。
3.如權利要求1所述的磁阻效應元件的制造方法，其特征在于，所述第1氧化工序的氧化氣體分壓為所述第2氧化工序的氧化氣體分壓的1/1000～1/10、或所述第1氮化工序的氮化氣體分壓為所述第2氮化工序的氮化氣體分壓的1/1000～1/10、或所述第1氮氧化工序的氮氧化氣體分壓為所述第2氮氧化工序的氮氧化氣體分壓的1/1000～1/10。
4.如權利要求1所述的磁阻效應元件的制造方法，其特征在于，在所述間隔層上還形成有非磁性金屬層。
5.如權利要求1所述的磁阻效應元件的制造方法，其特征在于，所述第1氧化工序、所述第1氮化工序、或所述第1氮氧化工序，將所述稀有氣體的離子束或RF等離子的加速電壓設定為30V以上且130V以下來進行。
6.如權利要求1所述的磁阻效應元件的制造方法，其特征在于，所述第2氧化工序、所述第2氮化工序、或所述第2氮氧化工序，邊對所述第2金屬層的氧化物、氮化物、或氮氧化物照射稀有氣體的離子束或RF等離子邊進行。
7.如權利要求5所述的磁阻效應元件的制造方法，其特征在于，所述第2氧化工序、所述第2氮化工序、或所述第2氮氧化工序，將所述稀有氣體的離子束或RF等離子的加速電壓設定為50V以上且100V以下來進行。
8.如權利要求1所述的磁阻效應元件的制造方法，其特征在于，所述第1非磁性金屬層包含從由Cu、Au及Ag構成的組中所選擇的至少一種元素。
9.如權利要求1所述的磁阻效應元件的制造方法，其特征在于，所述絕緣層由包含從由Al、Si、Hf、、Mg、Ti、Ta、Mo、W、Nb、Cr及Zr構成的組中所選擇的至少一種元素的氧化物、氮化物或氮氧化物形成。
全文摘要
一種磁阻效應元件的制造方法，該磁阻效應元件包括磁化方向實質上被固定在一個方向的磁化固定層；磁化方向相對外部磁場發(fā)生變化的磁化自由層；間隔層，該間隔層包含設在所述磁化固定層和所述磁化自由層之間的絕緣層和貫通所述絕緣層的電流通道，其特征在于，在形成所述間隔層時，使形成所述電流通道的第1非磁性金屬層成膜，將變換為所述絕緣層的第2金屬層在所述第1非磁性金屬層上成膜，第1氧化工序的氧化氣體分壓小于等于第2氧化工序的氧化氣體分壓的1/10，依次進行2個階段的氧化工序，在所述第1氧化工序中對所述第2金屬層照射稀有氣體的離子束或RF等離子。采用本方法，可以制造具有合適的面積電阻RA和高的MR變化率的磁阻效應元件。
文檔編號H01L43/08GK1953061SQ200610137368
公開日2007年4月25日 申請日期2006年10月20日 優(yōu)先權日2005年10月21日
發(fā)明者藤慶彥, 福澤英明, 湯淺裕美, 巖崎仁志 申請人:株式會社東芝