專利名稱：磁阻效應(yīng)元件及其制造方法
磁阻效應(yīng)元件及其制造方法本發(fā)明的相互引用本申請(qǐng)基于2005年12月21日申請(qǐng)的在先日本專利申請(qǐng)No. 2005- 368463并要求其優(yōu)先 權(quán)；其中全部?jī)?nèi)容引入本文以作參考。技術(shù)領(lǐng)域本申請(qǐng)涉及一種磁阻效應(yīng)元件及其制造方法，該磁阻效應(yīng)元件通過(guò)沿與磁阻效應(yīng)膜表面 相垂直的方向流入的感應(yīng)電流來(lái)檢測(cè)磁性。
背景技術(shù)：
磁性器件，尤其磁頭的性能通過(guò)利用巨磁阻效應(yīng)(GMR)而得到顯著提高。自旋閥膜(自 旋閥SV薄膜)在磁頭、MRAM (磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)等中的應(yīng)用已導(dǎo)致磁性器件領(lǐng)域 發(fā)生了巨大的技術(shù)進(jìn)步。"自旋閥膜"是一種具有其中非磁性間隔層夾在兩個(gè)鐵磁層之間的結(jié)構(gòu)的多層膜，它也 被稱為自旋相依散射單元。兩個(gè)鐵磁層中的一個(gè)層(稱為"固定層"、"磁化固定層"等) 的磁化用反鐵磁層等固定，而另一鐵磁層(稱為"自由層"、"磁化自由層"等)的磁化則 可隨外磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)。在自旋閥膜中，固定層和自由層的磁化方向的相對(duì)角隨外磁場(chǎng)變化，從而 能獲得巨磁阻效應(yīng)。使用自旋閥膜的磁阻效應(yīng)元件包括CIP (電流在平面內(nèi))-GMR元件、CPP (電流垂直于 平面)-GMR元件、和TMR (隧道磁阻)元件。在CIP-GMR元件中，感應(yīng)電流以與自旋閥 膜表面平行的方向流入，而在CPP-GMR和TMR元件中，感應(yīng)電流以與自旋閥膜表面基本垂 直的方向流入。感應(yīng)電流以與膜面垂直的方向流入的方法引起了更多的注意，這是因?yàn)樵摷?術(shù)適用于未來(lái)的高記錄密度磁頭。此處，在具有由金屬層形成的自旋閥膜的金屬CPP-GMR元件中，磁化導(dǎo)致的電阻變化 量較小，從而難以檢測(cè)弱磁場(chǎng)(例如，高記錄密度磁盤中的磁場(chǎng))。至于間隔層，有人提出使用包括電流路徑沿厚度方向的氧化層的CPP元件[NOL (納米 氧化層)](參見(jiàn)日本專利JP-A 2002-208744 (KOKAI))。在該元件中，元件電阻和MR比 率均能通過(guò)限定電流路徑[CCP (限定電流路徑)]效應(yīng)來(lái)提高。在下文中，該元件被稱為 CCP-CPP元件。目前，磁存儲(chǔ)器比如HDD (硬盤驅(qū)動(dòng)器)被用于個(gè)人電腦、便攜式音樂(lè)播放器等。然而， 如果隨著將來(lái)的磁存儲(chǔ)器的使用目的進(jìn)一步提高并且高密度存儲(chǔ)器進(jìn)一步發(fā)展，那么對(duì)可靠 性的要求將變得更加嚴(yán)格。例如，在更高溫度和以更高速度運(yùn)行的環(huán)境下，提高可靠性變得 必需。為實(shí)現(xiàn)該目的，需要提高磁頭的可靠性，使其超過(guò)磁頭以前的可靠性。與傳統(tǒng)的TMR元件相比，CCP-CPP元件具有尤其低的電阻，從而適用于要求更高傳送 速度的服務(wù)器/企業(yè)中使用的高端磁存儲(chǔ)器。為實(shí)現(xiàn)該高端使用，需要同時(shí)滿足高表面密度和 高可靠性。為實(shí)現(xiàn)這些使用目的，需要提高元件在更高溫度下的可靠性。也就是說(shuō)，在惡劣 環(huán)境下(高溫環(huán)境等)、嚴(yán)格的使用條件下(讀取高速旋轉(zhuǎn)磁盤中的信息等)使用CCP-CPP 元件變得必需。本發(fā)明的目的在于提供一種磁阻效應(yīng)元件及其制造方法，該磁阻效應(yīng)元件適用于高密度 存儲(chǔ)的磁存儲(chǔ)器中，并且其可靠性得到提高。發(fā)明內(nèi)容一種根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)模式的磁阻效應(yīng)元件的制造方法，包括形成第一磁性層；在第 一磁性層上形成包括絕緣層和導(dǎo)電層的間隔層，該導(dǎo)電層透過(guò)絕緣層并傳導(dǎo)電流；以及在形 成的間隔層上形成第二磁性層，第二磁性層的全部或部分用離子、等離子體或加熱處理。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)模式的磁阻效應(yīng)元件包括第一磁性層、間隔層，該層設(shè)置在上述第一磁性層上并具有絕緣層和導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層沿絕緣層方向傳導(dǎo)電流、以及在上述間隔層上 形成的第二磁性層，該第二磁性層的全部或部分用離子、等離子體或加熱處理。


圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件的透視圖。圖2A所示為未進(jìn)行應(yīng)力控制處理(SCT)的自旋閥膜的示意圖。 圖2B所示為經(jīng)過(guò)SCT處理的自旋閥膜的示意圖。圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件的制造工藝的流程圖。圖4所示為圖3中的步驟S15的具體實(shí)施例的流程圖。圖5所示為用圖4中的工藝制造的自由層的透視圖。圖6所示為圖3中的步驟S15的具體實(shí)施例的流程圖。圖7所示為用于制造磁阻效應(yīng)元件的沉積裝置的輪廓示意圖。圖8是示意圖，顯示其中經(jīng)過(guò)SCT處理的實(shí)施例的可靠性測(cè)試結(jié)果和其中未進(jìn)行SCT 處理的對(duì)照例的可靠性測(cè)試結(jié)果。圖9所示為根據(jù)第二實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件的透視圖。圖10所示為根據(jù)第二實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件的制造工藝的流程圖。圖n所示為其中根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件被結(jié)合到磁頭中的狀態(tài)示意圖。圖12所示為其中根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件被結(jié)合到磁頭中的狀態(tài)示意圖。圖13所示為作為例子的磁記錄/再現(xiàn)裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的主要部分的透視圖。圖14所示為其中從磁盤側(cè)面觀察驅(qū)動(dòng)臂中的尖端的磁頭懸架組件的放大透視圖。圖15所示為例舉的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的磁存儲(chǔ)器的矩陣構(gòu)造的示意圖。圖16所示為另一例舉的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的磁存儲(chǔ)器的矩陣構(gòu)造的示意圖。圖17所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的磁存儲(chǔ)器的主要部分的剖面圖。 圖18是沿圖17中的A-A'線的剖面圖。
具體實(shí)施方式
接下來(lái)，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。在如下實(shí)施方式中，合金中的組 成用原子百分比表示。 (第一實(shí)施方式)圖l所示為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件(CCP-CPP元件)的透視圖。圖1和其他附圖均是示意圖，附圖中的薄膜厚度的比例與實(shí)際薄膜厚度的比例彼此間并非總是一致。如圖1所示，根據(jù)本實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件具有磁阻效應(yīng)膜10、以及從上方和下方夾 住磁阻效應(yīng)膜10并形成在基片(圖中未顯示)上的下電極11及上電極20。磁阻效應(yīng)膜10包括順序?qū)盈B的基層12、固定層13、受固定層14、下金屬層15、間隔層 (CCP-NOL) 16 (絕緣層161、電流路徑162)、上金屬層17、自由層18、和頂層19。其中， 受固定層14、下金屬層15、間隔層16、上金屬層17和自由層18相當(dāng)于通過(guò)將非磁性間隔 層夾在兩個(gè)鐵磁層之間而形成的自旋閥膜。廣義上，將下金屬層15、間隔層(CCP-NOL) 16 和上金屬層17統(tǒng)稱為間隔層。為易于理解，將間隔層16表述成其中間隔層16與其上的層及 其下的層(下金屬層15和上金屬層17)相分離的狀態(tài)。下面對(duì)磁阻效應(yīng)元件中的組件進(jìn)行說(shuō)明。下電極ll是用于沿與自旋閥膜垂直的方向傳導(dǎo)電流的電極。在下電極11和上電極20之 間施加電壓，于是，電流沿與自旋閥膜垂直的方向流經(jīng)自旋閥膜內(nèi)部。通過(guò)用電流檢測(cè)因磁阻效應(yīng)導(dǎo)致的電阻變化，有可能檢測(cè)介質(zhì)的磁化。至于下電極ll，使用具有相對(duì)較小電阻的 金屬層以將電流傳導(dǎo)到磁阻效應(yīng)元件上?；鶎?2可分成，比如，緩沖層12a和晶種層12b。緩沖層12a是用于減緩下電極11表面 的粗糙度的層。晶種層12b是用于控制在其上沉積的自旋閥膜的結(jié)晶取向和晶粒度的層。至于緩沖層12a，可以使用Ta、 Ti、 W、 Zr、 Hf禾P Cr、或上述金屬的合金。緩沖層12a 的膜厚優(yōu)選為約2 10nm，進(jìn)一步優(yōu)選為約3 5nm。當(dāng)緩沖層12a的厚度太薄時(shí)，沒(méi)有緩 沖效應(yīng)。另一方面，當(dāng)緩沖層12a的厚度太大時(shí)，對(duì)MR比率無(wú)貢獻(xiàn)的串聯(lián)電阻增加。當(dāng)沉 積在緩沖層12a上的晶種層12b具有緩沖效應(yīng)時(shí)，則并非總需設(shè)置緩沖層12a。作為上述例子 中的優(yōu)選例子，可使用Ta[3nm]作為緩沖層12a。至于晶種層12b，可以使用任何能控制沉積在其上的層的結(jié)晶取向的材料。至于晶種層 12b，優(yōu)選具有fcc結(jié)構(gòu)(面心立方結(jié)構(gòu))、hcp結(jié)構(gòu)(六角密堆積結(jié)構(gòu))、或bcc結(jié)構(gòu)(體 心立方結(jié)構(gòu))的金屬層等。例如，通過(guò)使用具有hcp結(jié)構(gòu)的Ru和具有fcc結(jié)構(gòu)的NiFe作為 晶種層12b，可以使晶種層12b上的自旋閥膜的結(jié)晶取向成fcc (111)取向?？墒构潭▽?3 (例如，PtMn)的結(jié)晶取向成規(guī)則的fct結(jié)構(gòu)(面心四方晶體結(jié)構(gòu))或bcc (體心立方結(jié)構(gòu)) (110)取向。為充分顯示作為晶種層12b增強(qiáng)結(jié)晶取向的功能，晶種層12b的膜厚優(yōu)選為1 5 nm， 進(jìn)一步優(yōu)選為1.5 3nm。作為上述例子中的優(yōu)選例子，可使用Ru [2 nm]作為晶種層12b。自旋閥膜和固定層13的結(jié)晶取向可用X射線衍射測(cè)定。可以使自旋閥膜的fcc (111) 峰處或固定層13 (PtMn)的bcc (110)峰處的搖擺曲線的半高寬為3.5 6'，從而可獲得優(yōu) 選取向。取向散射角可通過(guò)使用橫截面TEM由衍射斑點(diǎn)來(lái)確定。至于晶種層12b，可以使用NiFe合金(例如，Nije跳x (x = 90 50%，優(yōu)選為75 85%)、 通過(guò)在NiFe中摻雜第三種元素X使其成非磁性的(NixFe,.x)脅yXy(XK:r、 V、 Nb、 Hf、 Zr、 Mo)。在NiFe晶種層12b中，相對(duì)較易獲得優(yōu)選的結(jié)晶取向，并且可以使如上所述測(cè)定的搖 擺曲線的半高寬成3 5°。晶種薄膜12b不僅具有提高自旋閥膜的結(jié)晶取向的作用，而且具有控制自旋閥膜的晶粒 度的作用。更具體地說(shuō)，自旋閥膜的晶粒度可被控制為5 40nm，并且即使磁阻效應(yīng)元件的 尺寸變小，也能獲得較高的MR比率而不導(dǎo)致磁阻效應(yīng)元件的性能發(fā)生改變。此處，自旋閥膜的晶粒度可根據(jù)形成于晶種層12b上的晶粒的粒度確定，并可以通過(guò)橫 截面TEM等確定。在其中受固定層14位于間隔層16下面的底部型自旋閥膜的情況中，自旋閥膜的晶粒度可根據(jù)形成于晶種層12b上的固定層13 (反鐵磁層)和受固定層14 (磁化固定 層)的晶粒度確定。在符合高密度記錄的磁再現(xiàn)磁頭中，元件尺寸是，例如，100nm以下。晶粒度與元件尺 寸的比值較大，會(huì)導(dǎo)致元件的性能發(fā)生變化。不優(yōu)選自旋閥膜的晶粒度大于40nm。更具體 地說(shuō)，自旋閥膜的晶粒度優(yōu)選為5 40nm，進(jìn)一步優(yōu)選為5 20nm。每單元元件面積上晶粒數(shù)目的降低成為元件的性能因較小數(shù)目的晶體而發(fā)生變化的原 因，因此，不優(yōu)選將晶粒度制造得較大。尤其在其中形成電流路徑的CCP-CPP元件中，不優(yōu) 選將晶粒度制造得較大。另一方面，當(dāng)粒度變得太小時(shí)，通常變得難以保持優(yōu)選的結(jié)晶取向。 考慮到晶粒度的上限和下限，晶粒度的優(yōu)選范圍為5 20nm。然而，為用于MRAM等，元件尺寸有時(shí)是100nm以上，于是，即使晶粒度高達(dá)約40 nm， 有時(shí)也不成為嚴(yán)重的問(wèn)題。也就是說(shuō)，在有些情況中，通過(guò)使用晶種層12b，晶粒度尺寸變 粗糙并未帶來(lái)?yè)p害。為獲得上述5 20nm的晶粒度，在Ru 2 nm、和(NixFeK)o-x),-yXy (X=Cr、 V、 Nb、 Hf、 Zr、 Mo)層作為晶種層12b的情況中，優(yōu)選將第三種元素X的含量y設(shè)定為約0 30X (包括 其中y為OX的情況)。同時(shí)，為使用晶粒度大于40nm的層，優(yōu)選使用大量的額外元素。當(dāng)晶種層12b的材料 是，例如NiFeCr時(shí)，將Cr的量設(shè)定為約35 45%，并且優(yōu)選通過(guò)使用顯示更寬的fcc和bcc 相的配方來(lái)使用具有bcc結(jié)構(gòu)的NiFeCr層。如上所述，晶種層12b的膜厚優(yōu)選為1 5 nm，進(jìn)一步優(yōu)選為1.5 3 nm。如果晶種層12b 的厚度太小，則失去控制結(jié)晶取向的效果等。另一方面，如果晶種層12b的厚度太大，則導(dǎo) 致串聯(lián)電阻增加，從而進(jìn)一步導(dǎo)致自旋閥膜界面上的不規(guī)則性。固定層13具有將單向各向異性施加給沉積于其上的作為受固定層14的鐵磁層上、以固 定磁化的作用。至于固定層13的材料，可以使用反磁性材料比如PtMn、 PdPtMn、 IrMn、和 RuRhMn。其中，作為符合高密度記錄的磁頭的材料，IrMn是優(yōu)選的。與PtMn相比，IrMn 可以用更薄的膜厚來(lái)施加單向各向異性，從而適用于高密度記錄所需的間隙狹窄性。為用充足的強(qiáng)度施加單向各向異性，固定層13的膜厚被恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定。當(dāng)固定層13的材 料是PtMn和PdPtMn時(shí)，其膜厚優(yōu)選為約8 20 nm，進(jìn)一步優(yōu)選為10 15 nm。當(dāng)固定層 13的材料是IrMn時(shí)，可以用比PtMn更小的膜厚來(lái)施加單向各向異性，并且其膜厚優(yōu)選為4 18nm，進(jìn)一步優(yōu)選為5 15nm。作為上述例子中的優(yōu)選例子，可使用IrMn [10 nm]。使用硬磁層代替反鐵磁層。至于硬磁層，例如，可以使用CoPt (Co=50 85%)、 (CoxPt100.x)100.yCry(x=50 85%,y=0 40%)、禾B FePt (Pt=40 60%)。由于硬磁 層(尤其是CoPt)具有相對(duì)較小的比電阻，故可以抑制串聯(lián)電阻和面積電阻RA的增加。受固定層14的一個(gè)優(yōu)選的例子是復(fù)合固定層，該復(fù)合固定層包括下受固定層141 (例如， Co90Fe1G 3.5 nm)、磁化耦合層142 (例如，Ru)、和上受固定層143 (例如，F(xiàn)e5oCo5o [1 nm]/Cu
) X 2 /Fe5oCo5o [1 nm])。固定層13 (例如，IrMn)和直接在其上的下受固定層141 發(fā)生磁交換耦合從而具有單向各向異性。在磁化耦合層142下面的下受固定層141和在磁化 耦合層142上面的上受固定層143彼此發(fā)生較強(qiáng)的磁耦合，于是其磁化方向變成反平行的。至于下受固定層141的材料，例如，可以使用CoxFenx).x合金(x:0 100y。)、 NixFe100.x 合金(x=0 100%)、或通過(guò)向上述合金中添加非磁性元素制得的材料。至于下受固定層141 的材料，可以使用單元素的Co、 Fe和Ni以及上述元素的合金。下受固定層141的磁性膜的厚度(飽和磁化強(qiáng)度BsX膜厚t(Bs與t的乘積))優(yōu)選為與 上受固定層143的磁性膜的厚度基本相同。也就是說(shuō)，優(yōu)選上受固定層143的磁性膜的厚度 與下受固定層141的磁性膜的厚度彼此相當(dāng)。作為一個(gè)例子，當(dāng)上受固定層143是FesoCo50 [1 nm] / Cu
) X2/Fe5oCo5Q [1 nm]時(shí)，薄膜中的FeCo的飽和磁化強(qiáng)度約為2.2 T，于是， 磁性膜的厚度變?yōu)?.2TX3nm:6.6Tnm。 0)9(^&。的飽和磁化強(qiáng)度約為1.8 T，于是，磁性 膜的厚度與上述磁性膜厚度相同的下受固定層141的膜厚變?yōu)?.6 Tnm/1.8 T = 3.66 nm。于 是，優(yōu)選使用膜厚約為3.6 nm的Co9QFe10。用于下受固定層141的磁性層的膜厚優(yōu)選為約2 5nm。上述選擇基于如下因素即固 定層13 (例如，IrMn)的單向各向異性磁場(chǎng)強(qiáng)度、和下受固定層141與上受固定層143經(jīng)由 磁化耦合層142 (例如,Ru)的反鐵磁耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度。作為優(yōu)選的例子，使用膜厚為3.6nm 的Co90Fe10。磁化耦合層142 (例如,Ru)具有造成上面的磁性層和下面的磁性層(下受固定層141和 上受固定層143)發(fā)生反鐵磁耦合、以形成復(fù)合固定結(jié)構(gòu)的作用。作為磁化耦合層142的Ru 層的膜厚優(yōu)選為0.8 1 nm?？梢允褂贸齊u以外的材料，只要該材料使上面的磁性層和下面 的磁性層發(fā)生足夠的反鐵磁耦合即可。可以使用與第一個(gè)RKKY耦合峰相對(duì)應(yīng)的0.3 0.6nm 的膜厚，來(lái)代替與第二個(gè)RKKY(Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida)耦合峰相對(duì)應(yīng)的0.8 1 nm 的膜厚。此處，使用0.9nm的Ru作為例子，用該Ru可使高度可靠的耦合穩(wěn)定化從而能獲得 所需的性能。作為上受固定層143的一個(gè)例子，可以使用磁性層比如(FesoCoso [1 nm] / Cu
) X2/Fe5oCo5o[lnm]。上受固定層143形成部分自旋相依散射單元。上受固定層143是直接 有助于MR效應(yīng)的磁性層。于是，為了獲得較大的MR比率，其組成材料和膜厚均是重要的。 考慮到對(duì)自旋相依界面散射的貢獻(xiàn)，上受固定層143與間隔層16的界面上的磁性材料是尤其 重要的。下面將對(duì)使用具有bcc結(jié)構(gòu)的FesoCo5o作為上受固定層143的效果進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)具有bcc 結(jié)構(gòu)的磁性材料用作上受固定層143時(shí)，自旋相依界面散射效應(yīng)較大，于是，可獲得較大的 MR變化率。而具有bcc結(jié)構(gòu)的FeCo合金，使用FexCo1()。.x (x = 30 100%)、和在FexComo—x 中添加了額外元素的合金。其中，滿足所需各種特性的Fe4oCo6o Fe9cCOu)是較易使用的材料 例子。當(dāng)上受固定層143由具有較易獲得較高M(jìn)R比率的bcc結(jié)構(gòu)的磁性層形成時(shí)，磁性層的 總膜厚優(yōu)選為1.5nm以上。這是為了保持bcc結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。由于用于自旋閥膜的金屬層在多數(shù) 情況中具有fcc結(jié)構(gòu)或fct結(jié)構(gòu)，故僅上受固定層143能具有bcc結(jié)構(gòu)。出于該原因，如果上 受固定層143的膜厚太薄，那么變得難以保持bcc結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，從而不能獲得較高的MR比率。在該情況中，使用包含超薄Cu層的Fe5oCo5o作為上受固定層143。在該情況中，上受固 定層143包括總膜厚為3 nm的FeCo和層疊在各個(gè)1 nm厚的FeCo上的0.25 nm的Cu，于是 總的膜厚為3.5 nm。上受固定層143的膜厚優(yōu)選為5 nm以下。這是為了獲得較大的固定磁場(chǎng)。為使較大的固 定磁場(chǎng)和穩(wěn)定的bcc結(jié)構(gòu)相兼容，具有bcc結(jié)構(gòu)的上受固定層143的膜厚優(yōu)選為約2.0 4nm。至于上受固定層143，可以使用廣泛用于傳統(tǒng)的磁阻效應(yīng)元件中的具有fcc結(jié)構(gòu)的 Co9oFeu)合金、和具有hcp結(jié)構(gòu)的鈷合金，來(lái)代替具有bcc結(jié)構(gòu)的磁性材料。至于上受固定層 143，可以使用單種金屬比如Co、 Fe或Ni、或包括上述任一金屬的合金材料。按照作為上受 固定層143的磁性材料的優(yōu)選順序列舉材料，可按此順序列舉出具有bcc結(jié)構(gòu)的FeCo合金材 料、具有50%以上鈷成分的鈷合金、和具有50。/。以上Ni成分的鎳合金。此處用作例子的那些材料可以以該方式使用，即磁性層(FeCo層)與非磁性層(超薄 Cu層)彼此交替層疊從而形成上受固定層143。在具有該結(jié)構(gòu)的上受固定層143中，被稱為 自旋相關(guān)體散射效應(yīng)的自旋相依散射效應(yīng)可用超薄Cu層增強(qiáng)。術(shù)語(yǔ)"自旋相關(guān)體散射效應(yīng)"與自旋相依界面散射效應(yīng)成對(duì)使用。自旋相關(guān)體散射效應(yīng) 是使磁性層內(nèi)發(fā)生MR效應(yīng)的現(xiàn)象。自旋相依界面散射效應(yīng)是使間隔層和磁性層之間的界面 中發(fā)生MR效應(yīng)的現(xiàn)象。下面將對(duì)通過(guò)磁性層和非磁性層的多層結(jié)構(gòu)對(duì)相關(guān)體散射效應(yīng)的增強(qiáng)進(jìn)行說(shuō)明。在CCP-CPP元件中，電流被限制在間隔層16的附近，于是間隔層16的界面附近的電阻 貢獻(xiàn)是非常大的。也就是說(shuō)，間隔層16與磁性層(受固定層14和自由層18)的界面處的電 阻在整個(gè)磁阻效應(yīng)元件的電阻中所占的比例較大。由此可見(jiàn)，在CCP-CPP元件中，自旋相依 界面散射效應(yīng)的貢獻(xiàn)是非常大的并且是非常重要的。也就是說(shuō)，與傳統(tǒng)的CPP元件中的情況 相比，位于間隔層16的界面上的磁性材料的選擇具有重要意義。這是為何將具有bcc結(jié)構(gòu)的 具有較大自旋相依界面散射效應(yīng)的FeCo合金層用作上受固定層143的原因。然而，不能忽視具有大的相關(guān)體散射效應(yīng)的材料的使用，該類材料對(duì)獲得高的MR比率 而言也是重要的。為獲得相關(guān)體散射效應(yīng)，超薄Cu層的膜厚優(yōu)選為0.1 lnm，進(jìn)一步優(yōu)選 為0.2 0.5nm。如果Cu層的膜厚太薄，那么其提高相關(guān)體散射效應(yīng)的作用變?nèi)?。如果Cu 層的膜厚太厚，那么相關(guān)體散射效應(yīng)降低，于是上面的磁性層與下面的磁性層經(jīng)由非磁性Cu 層的磁化耦合變?nèi)?，從而使受固定?4的性能變得不足。因此，在一個(gè)例舉的優(yōu)選例子中， 0.25 nm的Cu被使用。至于在磁性層之間的非磁性層的材料，可用Hf、 Zr、 Ti等代替Cu。當(dāng)這些超薄的非磁 性層被插入時(shí)，F(xiàn)eCo等磁性層中的每一層的膜厚優(yōu)選為0.5 2nm，進(jìn)一步優(yōu)選為約1 1.5 nm。至于上受固定層143，可以用由合金化的FeCo和Cu制成的層來(lái)代替由FeCo層和Cu層 交替形成的多層結(jié)構(gòu)。至于該FeCoCu合金，例如，使用了(FexCOi,)跳yCUy(x二30 100。/。，y =約3~15%)，但可以使用具有上述配比范圍之外的其他配比的FeCoCu合金。此處，作為添 加到FeCo中的元素，可使用其他元素比如Hf、 Zr、和Ti代替Cu。至于上受固定層143，可使用由Co、 Fe、 Ni、及它們的合金材料組成的單層薄膜。例如， 作為具有最簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的上受固定層143，可以使用傳統(tǒng)上廣泛使用的2 4nm的Co9oFeu)單 層?？梢韵蛟摬牧现刑砑恿硪环N元素。接下來(lái)，將對(duì)形成廣義上的間隔層的薄膜組成進(jìn)行說(shuō)明。下金屬層15用于形成電流路徑 162，從而是所謂的電流路徑162的電源。然而，在形成電流路徑162之后，不一定必需保留 下金屬層15作為限定金屬層。廣義上說(shuō)，下金屬層15是形成間隔層中的一部分的材料。下 金屬層15具有阻止層的作用，當(dāng)間隔層16在其頂部形成時(shí)，該金屬層抑制位于其底部的磁 性層143氧化。間隔層(CCP-NOL) 16具有絕緣層161和電流路徑162。如上所述，從廣義上說(shuō)，間隔 層16、下金屬層15和上金屬層17統(tǒng)稱為間隔層。絕緣層161由氧化物、氮化物、氮氧化物等構(gòu)成。至于絕緣層161，可以使用非晶態(tài)結(jié) 構(gòu)比如Al203或晶體結(jié)構(gòu)比如MgO。為顯示間隔層的作用，絕緣層161的厚度優(yōu)選為1 3nm， 進(jìn)一步優(yōu)選為1.5 2.5nm。至于用于絕緣層161的典型的絕緣材料，可以使用用作基體材料的具有A1203的材料、 和其中摻雜了額外元素的八1203材料。至于額外的元素，可使用Ti、 Hf、 Mg、 Zr、 V、 Mo、 Si、 Cr、 Nb、 Ta、 W、 B、 C、 V等。這些額外元素的摻雜量可在0% 約50%的范圍內(nèi)適當(dāng) 改變。作為一個(gè)例子，約2 nm的A1203可用作絕緣層161 。至于絕緣層161，可使用Ti的氧化物、Hf的氧化物、Mg的氧化物、Zr的氧化物、Cr 的氧化物、Ta的氧化物、Nb的氧化物、Mo的氧化物、Si的氧化物、V的氧化物等代替A1 的氧化物比如八1203。在這些氧化物的情況中，上述材料可用作額外的元素。這些額外元素的 摻雜量可在0% 約50%的范圍內(nèi)適當(dāng)改變?？梢允褂萌缟纤龅木哂蠥l、 Si、 Hf、 Ti、 Mg、 Zr、 V、 Mo、 Nb、 Ta、 W、 B和C的 氮氧化物和氮化物作為基體代替上述這些氧化物，只要該材料具有隔離電流的作用即可。電流路徑162是用于以與間隔層16的膜面相垂直的方向傳導(dǎo)電流并限定電流的路徑。電 流路徑162起到導(dǎo)體的作用，用于以與絕緣層161的膜面垂直的方向傳導(dǎo)電流，并且該電流 路徑162可由Cu等的金屬層組成。也就是說(shuō)，間隔層16具有限定電流路徑的結(jié)構(gòu)(CCP結(jié) 構(gòu))，從而能通過(guò)電流限定效應(yīng)提高M(jìn)R比。至于形成電流路徑162 (CCP)的材料，可使 用除Cu之外的Au、 Ag、 Ni、 Co或Fe的合金層或包括上述元素中的至少一種的合金層。作 為一個(gè)例子，電流路徑162可用包含Cu的合金層形成?？墒褂肅uNi、 CuCo、 CuFe等合金 層。此處，優(yōu)選具有50y。以上Cu的組合物以降低較高的MR比和層間耦合場(chǎng)、受固定層14 和自由層18中的高強(qiáng)度噪聲(Hin)。與絕緣層11相比，電流路徑162是具有極低氧含量和氮含量的區(qū)域(它們之間的氧含 量和氮含量至少相差2倍)，并且電流路徑162通常是晶相。晶相比非晶相具有更小的電阻， 從而較易發(fā)揮作為電流路徑162的作用。廣義上說(shuō)，上金屬層17構(gòu)成間隔層中的一部分。上金屬層17具有屏障層的作用，其保 護(hù)沉積在其上的自由層18，使其免于因與間隔層16的氧化物接觸而氧化，該金屬層還具有 使自由層18的結(jié)晶度有利的作用。例如，當(dāng)絕緣層161的材料是非晶態(tài)材料(例如，A1203) 時(shí)，沉積在其上的金屬層的結(jié)晶度變差，但通過(guò)設(shè)置使fcc結(jié)晶度有利(約lnm以下的膜厚 是合適的)的層(比如，Cu層)，可以顯著改善自由層18的結(jié)晶度。依賴于間隔層16的材料和自由層18的材料，并非必需設(shè)置上金屬層17。通過(guò)優(yōu)化退火 條件、間隔層16中絕緣層161的材料選擇、自由層18的材料選擇等，避免了結(jié)晶度下降， 從而不需要在間隔層16上形成金屬層17。然而，考慮到更大的制造邊緣，優(yōu)選在間隔層16上形成上金屬層17。作為優(yōu)選的例子， 可用Cu
作為上金屬層17。至于上金屬層17的組成材料，可以使用除Cu之外的Au、 Ag、 Ru等。上金屬層17的 材料優(yōu)選與間隔層16中的電流路徑162的材料相同。當(dāng)上金屬層17的材料不同于電流路徑 162的材料時(shí)，引起界面電阻增大，但如果它們是相同的材料時(shí)，則不會(huì)導(dǎo)致界面電阻增大。上金屬層17的膜厚優(yōu)選為0 1 nm，進(jìn)一步優(yōu)選為0.1 0.5 nm。如果上金屬層17太厚， 那么被限定在間隔層16中的電流在上金屬層17中擴(kuò)散，從而具有不充足的電流限定效應(yīng)， 于是導(dǎo)致MR比降低。自由層18是具有磁化方向隨外磁場(chǎng)變化的鐵磁物質(zhì)的層。例如，使用由NiFe與插入界 面中的CoFe形成的Co9oFeu) [ 1 nm] /Ni33Fe17 [ 3.5 nm]雙層結(jié)構(gòu)作為自由層18的一個(gè)例子。 在該情況中，與NiFe合金相比，更優(yōu)選在自由層18與間隔層16的界面中設(shè)置CoFe合金。 為獲得較高的MR比，位于間隔層16的界面中的自由層18磁性材料的選擇是重要的。當(dāng)NiFe 層未被使用時(shí)，可使用Co9oFeK) [ 4nm]單層?？梢允褂糜扇龑咏M合物比如CoFe/NiFe/CoFe組 成的自由層。在CoFe合金中，Co9oFeu)是優(yōu)選的，這是因?yàn)槠渚哂蟹€(wěn)定的軟磁性。當(dāng)使用與Co9(3Fe10 的組成相近的CoFe合金時(shí)，膜厚優(yōu)選設(shè)定為0.5 4nm。除此之外，CoxFe,oo.x(x = 70~90)是 優(yōu)選的。至于自由層18，可以使用由多個(gè)1 2 nm的CoFe層或Fe層與多個(gè)約0.1 0.8 nm的超 薄Cu層交替層疊制成的層。當(dāng)間隔層16由Cu層形成時(shí)，與受固定層14一樣，通過(guò)在自由層18中使用具有bcc結(jié) 構(gòu)的FeCo層作為其與間隔層16的界面材料，來(lái)獲得較大的MR比。至于自由層18與間隔 層16的界面材料，可使用具有bcc結(jié)構(gòu)的FeCo合金代替具有fcc結(jié)構(gòu)的CoFe合金。在該情 況中，可使用FexCo,.x (x = 30 100)、和通過(guò)在FexC0l。。.x (x = 30 100)中摻雜額外的元素 制成的材料，其中具有bcc結(jié)構(gòu)的層較易形成。在這些組合物中，作為一個(gè)優(yōu)選的例子，可 使用Co90Fe10 [1 nm] /Ni83Fe17 [3.5 nm]。此處，該實(shí)施方式的關(guān)鍵點(diǎn)在于形成于CCP-NOL上的磁性層，即，在此處用作例子的 底部型自旋閥膜的情況中，將至少一部分自由層18制成應(yīng)力受控部分21，從而顯著地提高元件的可靠性。上述處理因形成于廣義上的間隔層下的磁性層(受固定層14)的結(jié)晶度與形 成于廣義上的間隔層上的磁性層(自由層18)的結(jié)晶度之間的顯著差異而產(chǎn)生巨大的效應(yīng)。 下面將對(duì)該處理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。頂層19具有保護(hù)自旋閥層的作用。頂層19可由多個(gè)金屬層組成，例如，Cu層和Ru層 (Cu[lnm]/Ru[10nm])的雙層結(jié)構(gòu)。至于頂層19，可使用具有設(shè)置在自由層18—側(cè)上的 Ru的Ru/Cu層。在該情況中，Ru的膜厚優(yōu)選為約0.5 2nm。當(dāng)自由層18由NiFe組成時(shí)， 該結(jié)構(gòu)中的頂層19是尤其優(yōu)選的。這是因?yàn)樾纬捎谧杂蓪?8和頂層19之間的界面混合層的 磁致伸縮可因Ru與Ni互不相溶而被降低。當(dāng)頂層19是Cu/Ru、或Ru/Cu時(shí)，Cu層的膜厚優(yōu)選為約5 10nm，而Ru層的膜厚可 設(shè)定為約0.5 5nm。由于Ru具有較高的比電阻值，故不優(yōu)選使用太厚的Ru層，因此優(yōu)選 上述膜厚范圍。至于頂層19，可以提供其他的金屬層代替Cu層和Ru層。頂層19的組成沒(méi)有具體限定， 可以使用其他的材料，只要它們能作為頂層保護(hù)自旋閥膜即可。然而，由于MR比和長(zhǎng)期可 靠性會(huì)因頂層的選擇而變化，故應(yīng)慎重選擇頂層。從這些方面考慮，Cu和Ru也是優(yōu)選的頂 層的材料的例子。上電極20是用于沿與自旋閥膜垂直的方向傳導(dǎo)電流的電極。在下電極11和上電極20之 間施加電壓，于是，電流沿與自旋閥膜垂直的方向流過(guò)自旋閥膜內(nèi)部。至于上電極層20，可 使用具有較低電阻的材料(例如，Cu、 Au、 NiFe)。 (應(yīng)力受控部分21的意義)此處，將對(duì)作為該實(shí)施方式的特征的應(yīng)力受控部分21進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)力受控部分21 是在制造形成于間隔層(CCP-NOL) 16上的磁性層的工藝中對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力控制處理(SCT) 的區(qū)域。作為一個(gè)例子，當(dāng)自由層18按如上所述由CoFe/NiFe形成時(shí)，可將整個(gè)自由層18 看作應(yīng)力受控部分21。當(dāng)自由層18中存在經(jīng)過(guò)SCT處理的區(qū)域(應(yīng)力受控部分21)和未經(jīng)過(guò)SCT處理的區(qū)域 時(shí)，兩個(gè)區(qū)域之間通常沒(méi)有明確的邊界線。在該實(shí)施方式中，受固定層14設(shè)置在廣義上的間隔層的下層一側(cè)處(底部型自旋閥膜)， 于是，形成于間隔層(CCP-NOL) 16上的磁性層變成自由層18 (在頂部型自旋閥膜的情況 中，形成于間隔層(CCP-NOL) 16上的磁性層變成受固定層14)。也就是說(shuō)，在該實(shí)施方式中，對(duì)一部分(或全部)自由層18進(jìn)行SCT處理。SCT處理 是用于控制自由層18中的內(nèi)應(yīng)力的處理。通過(guò)進(jìn)行該處理，與未進(jìn)行該處理的狀態(tài)相比，自由層18中的殘余膜應(yīng)力轉(zhuǎn)移到壓縮側(cè)(壓縮)，從而能提高磁阻效應(yīng)元件的可靠性。例如， 當(dāng)自由層18中的殘余膜應(yīng)力具有較大的拉伸應(yīng)力(拉伸應(yīng)力)時(shí)，可降低拉伸應(yīng)力的絕對(duì)值。下面將對(duì)SCT處理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，SCT處理是指在形成磁性層的薄膜時(shí)用離子、等離子 體和加熱中的任一種進(jìn)行的處理。 A.自由層18中的內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生下面將對(duì)其中形成于廣義上的限定電流的路徑型間隔層上的磁性層中殘余膜應(yīng)力變大的機(jī)制進(jìn)行說(shuō)明。此處，作為一個(gè)例子，將對(duì)其中受固定層14設(shè)置在間隔層底層一側(cè)處的底部 型自旋閥膜進(jìn)行說(shuō)明。在底部型自旋閥膜的情況中，形成于間隔層上的磁性層變成自由層18， 于是SCT處理被施加于自由層18上。在頂部型自旋閥膜的情況中，形成于間隔層上端一側(cè) 的磁性層變成受固定層14，于是其上進(jìn)行SCT處理的層是受固定層14。如上所述，在間隔層16的下面和上面的兩個(gè)鐵磁層(受固定層14、自由層18)由Fe、 Co、 Ni、或包括上述元素的合金層形成，以及通過(guò)使用類似的金屬材料形成。然而，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)鐵磁層具有不同的結(jié)晶度。更具體地說(shuō)，自由層18的結(jié)晶度次于 受固定層14的結(jié)晶度。申請(qǐng)人認(rèn)為這是因?yàn)殚g隔層16中的絕緣層161由具有相對(duì)較差的結(jié) 晶度的材料(典型地，非晶態(tài)材料比如氧化鋁(A1203)等)構(gòu)成。生長(zhǎng)在非晶態(tài)材料上的薄 膜通常結(jié)晶度較差。于是，如上所述，自由層18的結(jié)晶度次于受固定層14的結(jié)晶度。這不僅是CCP-NOL中的問(wèn)題，沒(méi)有限定電流的路徑結(jié)構(gòu)并由均一的A1203、 MgO、和 Ti(X層構(gòu)成的TMR薄膜也存在這個(gè)問(wèn)題。從這方面考慮，可將使用SCT的制造方法應(yīng)用于 TMR薄膜中。在TMR薄膜的情況中，可使用該組成，其中固定層是2 3nm的CoFe合金層或CoFeB 合金層、間隔層是l 2.5nm的Al203、 Ti(X或MgO、并且自由層是1 3 nm的CoFe合金層 /2 4nm的NiFe。與在受固定層、自由層中的一樣，在間隔層中的絕緣層的界面中也可以使 用CoFeB合金層。Ru下的受固定層、反鐵磁層、以及除受固定層之外的底層、間隔層和自 由層、以及自由層上的頂層與如上所述限定電流的路徑CPP元件中所用的一樣。在TMR元 件的情況中，不存在以與膜面垂直的方向穿過(guò)間隔層的絕緣層材料的電流路徑，于是以與膜 面垂直的方向流入的電流通過(guò)隧道導(dǎo)弓1而傳導(dǎo)流入。在底部型自旋閥膜的情況中，形成于間隔層上的材料是自由層18，于是對(duì)自由層18進(jìn) 行SCT處理。在TMR元件中，形成于Ah03、 TiOx、 MgO等的隧道屏障間隔層上的磁性層 的結(jié)晶度次于形成于其下的磁性層的結(jié)晶度，于是，SCT處理發(fā)揮作用。然而，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，在CCP-CPP元件中，作為比TMR元件中更嚴(yán)重的問(wèn)題，在形成于 CCP-NOL (限定電流的路徑型NOL，間隔層)上的磁性層中，結(jié)晶度不僅較差而且在膜面內(nèi) 不均一。在自由層18中，金屬材料的電流路徑162設(shè)置在氧化物比如氧化鋁(A1203)的絕 緣層161中。作為電流路徑162的金屬材料穿過(guò)絕緣層161并與下受固定層14發(fā)生晶相連結(jié)， 從而具有相對(duì)較好的反映受固定層14晶體結(jié)構(gòu)的晶體結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō)，自由層18具有矩陣 結(jié)構(gòu)，其中不同的晶體結(jié)構(gòu)(由生長(zhǎng)于CCP中的Cu等金屬層(電流路徑162)上相對(duì)較好 的晶體結(jié)構(gòu)構(gòu)成的磁性層、和生長(zhǎng)于非晶態(tài)Al203等絕緣層161上的結(jié)晶度較差的磁性層) 混合存在于二維平面上。也就是說(shuō)，在自由層18的表面上，分布有具有相對(duì)較好晶體結(jié)構(gòu)的 區(qū)域(相當(dāng)于電流路徑162)和晶體結(jié)構(gòu)較差的區(qū)域(相當(dāng)于絕緣層161)。如上所述，上金屬層17 (例如，超薄Cu層)具有促使沉積在其上的自由層18的結(jié)晶度 優(yōu)化的作用。然而，僅用上金屬層17難以促使自由層18的結(jié)晶取向優(yōu)化。故提出一種方法， 其試圖通過(guò)使用3 nm以上的Cu作為僅用于提高結(jié)晶度的上金屬層17來(lái)提高磁性層的結(jié)晶 度，但這是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)檫@會(huì)使磁阻效應(yīng)元件喪失其作為磁阻效應(yīng)元件的初始功能。當(dāng)上 金屬層17變得比lnm更厚時(shí)，用于提高M(jìn)R比限定電流的路徑效應(yīng)明顯喪失，從而不能提 高M(jìn)R比。為有效地獲得限定電流的路徑效應(yīng)，上金屬層17優(yōu)選為lnm以下(進(jìn)一步優(yōu)選 為0.6nm以下)。由于用該較薄的上金屬層17很難提高形成于其上的磁性層的結(jié)晶度，故 在該實(shí)施方式中需要進(jìn)行SCT處理。自由層18的較差的結(jié)晶取向是使自由層18中產(chǎn)生較大應(yīng)力(尤其是拉伸應(yīng)力)的原因。 如下面所述的該種狀態(tài)中，自由層18的內(nèi)應(yīng)力可能是導(dǎo)致磁阻效應(yīng)元件的可靠性降低的一個(gè) 因素。此外，與TMR元件不同，在CCP-CPP元件中，以與膜面垂直的方向流入間隔層的電流 均是使金屬層導(dǎo)電的金屬傳導(dǎo)，從而不同于TMR元件中的經(jīng)由絕緣層的隧道傳導(dǎo)。由于在 金屬導(dǎo)電中，更顯著地產(chǎn)生焦耳熱，并且在CCP中，因較大電流密度產(chǎn)生的焦耳熱局部集中， 故其熱狀態(tài)變得比TMR元件更惡劣。在CCP-CPP元件中，低電阻因以與膜面垂直的方向流入間隔層的電流的金屬導(dǎo)電而較易 獲得，因此，CCP-CPP元件較易應(yīng)用于高傳導(dǎo)速率領(lǐng)域。CCP-CPP元件中不存在TMR元件 中不可避免的因隧道傳導(dǎo)而產(chǎn)生的發(fā)射噪聲的問(wèn)題，從而較易獲得較好的S/N比(信噪比)。 就這點(diǎn)來(lái)說(shuō)，CCP-CPP元件適用于適合高表面密度和高傳導(dǎo)速率的高密度磁頭，從而具有比 TMR元件更大的價(jià)值。然而，在CCP-CPP元件中，焦耳熱因其內(nèi)電流局部流過(guò)的CCP部分的金屬傳導(dǎo)而局部發(fā)生在該CCP部分中。局部發(fā)熱是CCP所特有的問(wèn)題，于是，為在高溫 環(huán)境下使用，在CCP-CPP元件中，需要進(jìn)行比TMR元件中更完全的薄膜控制。B. 通過(guò)SCT處理增加磁阻效應(yīng)元件的可靠性下面將對(duì)自由層18的內(nèi)應(yīng)力對(duì)磁阻效應(yīng)元件的可靠性的影響進(jìn)行說(shuō)明。圖2A和2B所示為未進(jìn)行SCT處理的自旋閥膜、和經(jīng)過(guò)SCT處理的自旋閥膜(受固定 層14/間隔層16/自由層18)的示意圖。此處，為顯著地顯示其狀態(tài)，圖中所示為在具有高應(yīng) 力(實(shí)際上并未使用)的環(huán)境下的狀態(tài)。在該情況中，其中受固定層14設(shè)置在間隔層16的底層一側(cè)處的底部型自旋閥膜的例子 被顯示，但該狀態(tài)與其中受固定層14設(shè)置在間隔層16的上層一側(cè)處的頂部型自旋閥膜的狀 態(tài)一樣。在頂部型自旋闊膜的情況中，對(duì)形成于間隔層16的上層一側(cè)上的受固定層14進(jìn)行 SCT處理。如果在如下所述的頂部型自旋闊膜的情況中將自由層18和受固定層14互換，那 么SCT處理的主要效果是完全相同的。在圖2A中的自旋閥膜中，未進(jìn)行SCT處理，于是自由層18x中傾向于產(chǎn)生較大的拉伸 應(yīng)力T1。應(yīng)力Tl被施加于間隔層16x上，從而在間隔層16x尤其與自由層18x的界面(自 旋相依散射界面)上產(chǎn)生應(yīng)力。當(dāng)運(yùn)行具有處于應(yīng)力狀態(tài)中的間隔層16x的磁阻效應(yīng)元件時(shí)， 自旋閥膜可能隨其運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)而發(fā)生可逆劣化和不可逆劣化，于是，例如，磁阻效應(yīng)元 件的靈敏度可能下降。當(dāng)通常的記錄密度和使用環(huán)境與傳統(tǒng)所用的相當(dāng)時(shí)，這不是問(wèn)題，但 在惡劣的高溫環(huán)境和高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，則可能成為問(wèn)題。近年來(lái)，HDD的用途日益增多，故 需要其具有比傳統(tǒng)上的可靠性更高的可靠性。另一方面，在圖2B中的自旋閥膜中，進(jìn)行了SCT處理，于是，自由層18的拉伸應(yīng)力 T2變得較小(大的拉伸應(yīng)力被減小)。因?yàn)榻档土死鞈?yīng)力T2，故間隔層16和自旋相依散 射界面中的應(yīng)力變小。因此，當(dāng)磁阻效應(yīng)元件運(yùn)行時(shí)，自旋閥膜隨運(yùn)行時(shí)間的劣化變小。如上所述，通過(guò)對(duì)自由層18的SCT處理可提高磁阻效應(yīng)元件的可靠性。進(jìn)行SCT處理 的可以是自由層18中的部分層。這是因?yàn)槿绻鶕?jù)SCT處理的條件對(duì)自由層18中的一部分 進(jìn)行SCT處理，可降低間隔層16和自旋相依散射界面中的應(yīng)力。如上所述，將全部或部分自由層18制成進(jìn)行SCT處理的應(yīng)力受控部分21，從而提高磁 阻效應(yīng)元件的高可靠性。C. 與隧道磁阻元件的比較作為一種磁阻效應(yīng)元件，可使用隧道磁阻(TMR (隧道磁阻))元件。TMR元件具有在 兩個(gè)鐵磁體之間的超薄絕緣體(在下文中，稱為"TMR薄膜")，從而通過(guò)隧道磁阻效應(yīng)(TMR 效應(yīng))檢測(cè)磁性。TMR元件在如下方面類似于CCP-CPP元件，即其具有絕緣體從而使在其上生長(zhǎng)的薄膜 的結(jié)晶取向變差。然而，由于如下原因(1)和(2)，在具有間隔層16的自旋閥膜中，比 TMR更嚴(yán)格的殘余應(yīng)力控制被認(rèn)為是需要的。(1) 如上所述，在CCP-CPP元件中，自由層18具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，其中具有較好結(jié)晶度 的部分和具有較差結(jié)晶度的部分以矩陣形式設(shè)置。自由層18中的一部分形成于電流路徑162 上，從而具有與受固定層14相連的相對(duì)優(yōu)選的結(jié)晶取向。自由層18中的其他部分形成于絕 緣層161上，從而具有較差的結(jié)晶取向。該種不均一的結(jié)晶度是使自由層18中的應(yīng)力增加的 因素。(2) 與TMR薄膜中的電流密度相比，間隔層16中的電流密度較高，于是元件對(duì)發(fā)熱 量是敏感的。在間隔層16中，電流局部集中(被限定)。于是，當(dāng)施加相同的應(yīng)力時(shí)，相對(duì) 于TMR元件，CCP-CPP元件對(duì)發(fā)熱量更為敏感。另一方面，在TMR元件中，電流均一地流 經(jīng)膜面，于是，相對(duì)于CCP部分中的局部電流密度，其電流密度值較小。如上所述，在CCP-CPP元件中，薄膜的應(yīng)力、以及應(yīng)力對(duì)可靠性的影響均傾向于較大。 (磁阻效應(yīng)元件的制造方法)下面將對(duì)本實(shí)施方式中的磁阻效應(yīng)元件的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件的制造工藝的流程圖。如該流程圖所示，底層12 頂層19被順序形成(步驟S11 S17)。在自由層18的形成中，將應(yīng)力控制處理(SCT)施加于自由層18中的全部或部分上，從而使其形成應(yīng)力受控部分21。A.在薄膜沉積之后/在薄膜沉積期間的SCT處理SCT處理是用于控制自由層18中的殘余應(yīng)力的處理。下面將對(duì)SCT處理進(jìn)行說(shuō)明。 至于SCT，在薄膜沉積之后的SCT處理和在薄膜沉積期間的SCT處理均是可行的。 (1)在薄膜沉積之后的SCT處理下面將對(duì)薄膜沉積之后的SCT處理進(jìn)行說(shuō)明。圖4所示為圖3中的步驟S15的一個(gè)具體例子的流程圖，顯示薄膜沉積之后的SCT處理 的一個(gè)例子。在薄膜沉積之后的SCT處理中，在形成自由層18的全部或一部分(步驟S151)之后， 進(jìn)行SCT處理(步驟S152)。重復(fù)進(jìn)行該處理，直到不需要額外的薄膜沉積或額外的SCT 處理為止。例如，如圖5所示，通過(guò)將其分成第一層181和第二層182而形成自由層18，并 進(jìn)行與該分層相應(yīng)的SCT處理?？梢詫?duì)第一層181和第二層182的各自表面進(jìn)行SCT處理。 此處，可以設(shè)想使第一層181中的SCT處理的強(qiáng)度低于第二層182中的SCT處理的強(qiáng)度， 這將在下面進(jìn)行說(shuō)明。上述過(guò)程用于降低對(duì)間隔層16等的不利影響。在圖5中的第一層181和第二層182中，整個(gè)第一層181可以不用相同的材料形成。例 如，在CdFe/NiFe的雙層自由層中，在形成CoFe層和NiFe層中的一部分之后進(jìn)行SCT處 理，接著在沉積NiFe層的其余部分之后進(jìn)行SCT處理時(shí)，將第一CoFe/NiFe層處理為第一 層181，將NiFe層的其余部分處理為第二層182。在該例子中，自由層18通過(guò)兩次單獨(dú)的沉積形成，但該沉積可以是一次或三次或更多次。下面將用具體的例子對(duì)薄膜沉積之后的SCT處理進(jìn)行說(shuō)明。將作為自由層18界面材料的CoFe合金層形成于上金屬層17(超薄Cu層)上。至于CoFe 合金層，可以使用Co9QFe1()。至于CoFe合金層，可以使用包含30%以上Fe的具有bcc結(jié)構(gòu) 的CoFe組合物，更具體地說(shuō)，可以使用(XFeu)o-x0^95 0) 。 CoFe合金層的膜厚優(yōu)選為 約1 2nm。用于使自由層18的軟磁性較好保持的NiFe層形成于CoFe合金層上。至于NiFe層的組 成，可以使用NixFe咖-x(x:75 95原子％)等。至于膜厚，優(yōu)選為約l 4nm。由該多層磁 性層形成的自由層18的應(yīng)力控制工藝變得重要。下面將對(duì)自由層的形成進(jìn)行順序說(shuō)明。作為自由層18中的一部分，形成與間隔層16間 的界面層的CoFe層被形成。為改善界面層的應(yīng)力，進(jìn)行SCT處理。具體地說(shuō)，SCT是將較弱的能量(具體地說(shuō)，射 頻(RF)等離子體、離子束、加熱等)施加到至少一部分自由層18上的工藝。在進(jìn)行SCT處理之后，在CoFe層上沉積其余部分的NiFe層(例如，1.5nm的NiFe)， 然后，進(jìn)行SCT處理以控制自由層18的應(yīng)力。隨后，沉積2nm的NiFe作為其余的NiFe層。然后，通過(guò)進(jìn)行SCT處理，控制自由層 18的拉伸應(yīng)力。在該例子中，進(jìn)行了三次SCT處理。通過(guò)進(jìn)行SCT處理，降低了自由層的拉伸應(yīng)力，從而可制造更穩(wěn)定的磁阻效應(yīng)元件。通 過(guò)一種稱為SCT的能量處理，提高了自由層18的結(jié)晶度，從而降低了應(yīng)力。通過(guò)SCT處理，提高了自由層18的結(jié)晶度。也就是說(shuō)，通過(guò)輸入能量，至少提高了自 由層18的薄膜密度、取向、和粒度中的一種。在其結(jié)晶度得到提高的薄膜中，應(yīng)力回到壓縮 一側(cè)，從而使較大的拉伸應(yīng)力降低。當(dāng)Ar離子束、或Ar的RF等離子體作為SCT處理被發(fā)射時(shí)，Ar離子進(jìn)入自由層18中， 從而提高了不足的薄膜密度。通過(guò)提高薄膜的密度，使應(yīng)力回到壓縮一側(cè)，從而改善了拉伸 應(yīng)力。在該情況中，Ar進(jìn)入待進(jìn)行SCT處理的部分(應(yīng)力受控部分21)中，于是，該部分具 有較高的比其他層含有更多Ar的可能性。更具體地說(shuō)，在某些情況中，應(yīng)力受控部分21中 所包含的Ar不低于未進(jìn)行SCT處理的層中所含Ar的兩倍。例如，在底部型自旋閥膜的情況 中，與設(shè)置在間隔層16下側(cè)的受固定層14相比，進(jìn)行SCT處理的自由層18中的一部分(應(yīng) 力受控部分21)所包含的Ar含量有時(shí)不低于受固定層14中所含Ar含量的兩倍。通過(guò)組合 使用橫截面透射電子顯微術(shù)、在用SIMS (二次離子質(zhì)譜)對(duì)薄膜表面進(jìn)行打磨的同時(shí)進(jìn)行的 用于分析薄膜組成的深度剖面、三維原子探針顯微等進(jìn)行的成分分析，可對(duì)該狀態(tài)(Ar含量 的差異)進(jìn)行分析。當(dāng)用其它氣體的離子和等離子體代替Ar時(shí)，很可能形成氣體組分的含量分布。在該例子中，對(duì)自由層18進(jìn)行了三次SCT處理。SCT處理的次數(shù)視需要改變，但優(yōu)選 為1次 4次。依賴于狀況，可以僅進(jìn)行一次SCT處理。在SCT處理之間形成的磁性層的膜厚優(yōu)選為約1 2nm。在該情況中，在形成CoFe界 面層之后進(jìn)行第一次SCT處理，但這不是必需的。例如，在形成CoFe之后、并在形成NiFe 層中的一部分或全部之后，可以進(jìn)行SCT處理。例如，當(dāng)希望最后形成CoFe [1 nm]/NiFe[3.5 nm]的自由層18時(shí)，在沉積了 1 nm的CoFe、并沉積了 2.5 nm的NiFe之后，進(jìn)行SCT處理。 通過(guò)SCT處理，極小量的0.4nm的NiFe因刻蝕效應(yīng)而被除去，于是，考慮到該差異，其余 的1.4 nm的NiFe被沉積。如果在沉積NiFe之后未進(jìn)行SCT處理，則僅進(jìn)行一次SCT處理。如果需要，可以在沉積NiFe之后，進(jìn)一步進(jìn)行SCT處理。在該情況中，可以設(shè)想從開 始就使沉積的NiFe膜包含因SCT的極小刻蝕量，于是在第二次沉積NiFe時(shí)，增加沉積0.4 nm 的NiFe以沉積1.8 nm的NiFe，而不是沉積1.4 nm的NiFe。SCT處理包括兩種處理，它們是用粒子束和RF等離子體的處理、以及熱處理，前種處 理方式是優(yōu)選的。這是因?yàn)榍罢吣芸刂铺幚矸秶?。也就是說(shuō)，在用離子束和RF等離子體的 處理中，通過(guò)選擇處理?xiàng)l件，可以僅對(duì)薄膜表面進(jìn)行處理，而不對(duì)薄膜表面下的層進(jìn)行處理。中，對(duì)處理范圍的控制是困難的。通過(guò)熱處理，間隔層16下的多層膜的 界面中可能發(fā)生擴(kuò)散，從而使自旋閥膜的性能變差。在進(jìn)行SCT處理時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意不對(duì)直接在自由層18下的間隔層16產(chǎn)生不利影響。在較 強(qiáng)條件下的SCT處理會(huì)導(dǎo)致間隔層16中的絕緣層161和電流路徑162的粘附力降低、并導(dǎo) 致間隔層16、上金屬層17和自由層18之間的界面互相干擾、導(dǎo)致MR比率降低、可靠性降 低等。在形成了待經(jīng)SCT處理的自由層18之后，形成頂層19，從而完成自旋閥膜的沉積。 為充分顯示作為受固定層14的作用、以及為提高薄膜的結(jié)晶度，進(jìn)行熱處理，并對(duì)元件 產(chǎn)品進(jìn)行微處理。 (2)在沉積期間的SCT處理下面將對(duì)沉積期間的SCT處理進(jìn)行說(shuō)明。圖6所示為圖3中的步驟S15的一個(gè)具體例子的流程圖，其顯示了在沉積期間的SCT處 理的例子。此處，在沉積自由層18的同時(shí)，進(jìn)行應(yīng)力控制。此時(shí)，作為SCT處理，例如，可使用偏壓濺射、基片加熱沉積等。在偏壓濺射中，在將自由層18沉積到間隔層16上時(shí)，施加直流(DC)偏壓或射頻(RF) 偏壓。于是，自由層18中的內(nèi)應(yīng)力從拉伸側(cè)向壓縮側(cè)偏移。在沉積CoFe和NiFe層作為自由層18時(shí)，將30 200 V的DC偏壓、禾卩30 200 W的 RF偏壓施加到基片上。當(dāng)在沉積時(shí)對(duì)基片進(jìn)行加熱時(shí)，優(yōu)選溫度為100 30(TC。當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)，SCT的效果可 能不充分。當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，可能在間隔層16的下層中的金屬多層膜的界面中發(fā)生擴(kuò)散。此處，可以設(shè)想，在沉積時(shí)施加到自由層18上的SCT的強(qiáng)度在沉積開始時(shí)較低，并隨 著沉積的進(jìn)行而變得更高(例如，偏壓值在開始時(shí)較低(也包括未施加電壓的情況)，之后 變得更高)。這是為了降低SCT處理對(duì)間隔層16等的不利影響。 B.用離子、等離子體和加熱作為SCT的具體處理?xiàng)l件如上所述，在形成自由層18期間或形成自由層18之后，通過(guò)離子束、RF等離子體或加 熱進(jìn)行處理。下面將對(duì)作為SCT的離子處理、等離子體處理和熱處理的具體處理?xiàng)l件進(jìn)行說(shuō) 明。(1)離子/等離子體處理作為SCT處理的一個(gè)例子，稀有氣體的離子束、或等離子體被發(fā)射。作為稀有氣體，可 使用Ar、 Xe、 Kr、 He、 Ne等，但考慮到制造成本，Ar是優(yōu)選的。視需要，通過(guò)使用更大質(zhì) 量的Xe等代替Ar有時(shí)可獲得特別的效果。 *離子束處理離子束處理是指通過(guò)使用離子槍等將離子束射入待處理的物體上。氣體在離子槍中發(fā)生 電離，并被電壓(加速電壓)加速，從而從離子槍中發(fā)出離子束。為進(jìn)行離子化，可使用ICP (耦合感應(yīng)電荷)等離子體等。在該情況中，等離子體的數(shù)量通過(guò)RF功率等控制，發(fā)射到 試樣上的離子數(shù)量通過(guò)射束電流量控制。離子束處理的能量由加速電壓值控制。SCT處理中的離子束的發(fā)射條件優(yōu)選設(shè)定為使加速電壓V+為30 150V，射束電流Ib 為20 200mA， RF功率為10 300 W。 RF功率是用離子源激發(fā)等離子體以保持恒定射束電 流的電源。與其中進(jìn)行離子束刻蝕的情況中的條件相比，上述這些條件非常容易實(shí)現(xiàn)。SCT 處理中的顯著刻蝕可能導(dǎo)致自由層18中的組成材料(比如，CoFe和NiFe)發(fā)生損失。此處，通過(guò)按如下(a)和(b)制造元件，使其留有待刻蝕厚度的余量，從而可設(shè)想在 比上述條件惡劣的條件下進(jìn)行SCT處理。(a) 為使元件留有待刻蝕厚度的余量，例如，2nm以上，使第二金屬層的沉積厚度比 預(yù)期厚度更厚。(b) 在比上述條件惡劣的條件下進(jìn)行離子束處理，從而留下其中一部分被刻蝕掉的具有 預(yù)期厚度的第二金屬層。然而，刻蝕會(huì)導(dǎo)致一些問(wèn)題比如粗糙的薄膜表面，因此，不優(yōu)選在惡劣條件下進(jìn)行離子 處理。在如上所述條件下的SCT處理中，薄膜厚度的減小值典型地為0 0.5nm，這是一個(gè)極 小量，并且不同于用于制造器件的普通刻蝕。磁性層因SCT而減小的約0 0.5nm極小量的 膜厚可被恰當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)。比如，通過(guò)在隨后的磁性層沉積中進(jìn)行額外沉積來(lái)彌補(bǔ)上述減小量、 或在SCT處理之前預(yù)先額外沉積0 0.5 nm的磁性層。當(dāng)離子束以與膜面垂直的方向入射時(shí)，將離子束的入射角定義為(T，當(dāng)離子束以與膜面 平行的方向入射時(shí)，將離子束的入射角定義為90'，并且離子束的入射角可在0 80°的范圍 內(nèi)適當(dāng)變化?？紤]到可控性等，通過(guò)SCT處理的處理時(shí)間優(yōu)選為約15 180秒，進(jìn)一步優(yōu)選 為30秒以上。如果處理時(shí)間太長(zhǎng)，那么CCP-CPP元件的生產(chǎn)率下降，從而是不優(yōu)選的。考 慮到這些，處理時(shí)間優(yōu)選為約30 180秒。 *等離子體處理使用等離子槍等將等離子體射入待處理的物體上。通過(guò)RF功率 將氣體比如Ar、 Xe和Kr制成等離子體并發(fā)射到試樣表面上。電流量和能量通過(guò)RF功率值 控制。RF等離子處理的強(qiáng)度由RF功率值確定。此處，加速電壓和射束電流由RF功率確定， 從而難以如離子束一樣對(duì)電流和能量進(jìn)行獨(dú)立控制。即使用RF等離子體代替離子束，其能量范圍、時(shí)間等也是相同的，并且優(yōu)選將加速電 壓V+設(shè)定為30 150V，將射束電流Ib設(shè)定為20 200mA，將RF功率(用離子源激發(fā)等 離子體以使射束電流保持恒定)設(shè)定為10 300W。為用其中不發(fā)生刻蝕的弱能量進(jìn)行SCT 處理，進(jìn)一步優(yōu)選RF功率值為10 100W。至于RF功率值，就可控性來(lái)說(shuō)，優(yōu)選其為10 50 W，這是因?yàn)槠涫禽^弱的功率，從而是進(jìn)一步優(yōu)選的。在RF等離子體的情況中，考慮到可控性等，處理時(shí)間優(yōu)選為約15 180秒，進(jìn)一步優(yōu) 選為30秒以上。當(dāng)處理時(shí)間太長(zhǎng)時(shí)，因CCP-CPP元件的生產(chǎn)率下降，從而是不優(yōu)選的。就 這點(diǎn)來(lái)說(shuō)，處理時(shí)間最優(yōu)選為30 180秒。這些條件范圍與離子束中的情況一樣。由于離子束和RF等離子體各自具有如下優(yōu)缺點(diǎn)，故可根據(jù)情況恰當(dāng)?shù)剡x用它們。也就 是說(shuō)，RF等離子體方法具有出色的重復(fù)性，從而適合批量生產(chǎn)。另一方面，RF等離子體的 可控性次于離子束的可控性。在RF等離子體中，當(dāng)加速電壓、RF功率和電流中的一個(gè)參量 固定時(shí)，其他參量被自動(dòng)地確定，從而不能彼此獨(dú)立地控制這些參量。 *偏壓濺射處理偏壓濺射處理是指在濺射沉積期間將直流DC電壓或RF電壓(偏壓)施加到基片上，從 而被認(rèn)為是一種等離子處理。在濺射中，在沉積材料靶附近發(fā)生放電，放電中產(chǎn)生的離子入射到靶材上，于是沉積材 料發(fā)生散射，從而在基片上形成薄膜。當(dāng)將偏壓施加到基片上時(shí)，放電中的等離子體被引向 基片，從而入射到基片上(等離子體入射到待被處理的物體上)。也就是說(shuō)，在偏壓濺射中， 同時(shí)進(jìn)行基片上的沉積和等離子體的入射。當(dāng)偏壓濺射用作SCT處理時(shí)，不需要重復(fù)進(jìn)行如 上所述的沉積和SCT處理，從而具有出色的生產(chǎn)率。此時(shí)，偏壓條件優(yōu)選為具有30 200V 的DC偏壓、和約30 200W的RF偏壓。 (2)熱處理可以用熱處理代理離子束、和RF等離子體進(jìn)行SCT處理。在該情況中，溫度優(yōu)選為200 40(TC，進(jìn)一步優(yōu)選為250 300°C。如果溫度低于該溫度范圍，那么其作為SCT的效果降低。 如果溫度高于該溫度范圍，那么原子擴(kuò)散到自旋閥膜中的底層中，從而可能對(duì)其產(chǎn)生不利的 影響。至于熱處理時(shí)間，優(yōu)選為約10 180秒至于加熱方法，可使用通過(guò)燈的加熱、通過(guò)位于襯底座處的加熱器的基片加熱處理等。 除上述這些熱處理方法之外，可以使用快速熱退火處理等?？焖贌嵬嘶鹛幚硎沁M(jìn)行瞬時(shí)高溫?zé)崽幚淼姆椒?，并且是至多不超過(guò)1 約60秒的處理。 例如，通過(guò)使用具有高亮度的燈在短時(shí)間內(nèi)發(fā)射紅外線，可實(shí)現(xiàn)快速熱退火處理。在快速熱處理中，溫度可迅速升高和降低，從而可以減少處理時(shí)間(例如，至多60秒， 通常在10秒以內(nèi))。于是，可使用更高的溫度范圍(例如，200 400°C)。也就是說(shuō)，在 快速熱處理中，以相對(duì)較高的溫度進(jìn)行短時(shí)間的熱處理，從而可以通過(guò)高溫發(fā)揮其作為SCT 的效果，并通過(guò)短時(shí)間的處理防止間隔層16下層的界面中發(fā)生擴(kuò)散。通過(guò)用離子束、RF等離子體、或加熱對(duì)間隔層16上的磁性層進(jìn)行SCT處理，改善了間 隔層16上的磁性層的較差的結(jié)晶狀態(tài)和不足狀態(tài)，從而可降低拉伸應(yīng)力。待進(jìn)行SCT處理的位置可以是部分自由層18被沉積時(shí)該自由層的表面、和全部自由層 18被沉積時(shí)該自由層的最上層表面中的任何一處、以及上述兩處位置。更具體地說(shuō)，在作為 自由層18的界面材料的CoFe層被沉積之后，進(jìn)行SCT處理，以及在進(jìn)一步沉積NiFe之后， 可進(jìn)行SCT處理。可僅對(duì)NiFe的表面進(jìn)行處理。此外，在整個(gè)自由層18的處理中，多次進(jìn)行SCT處理有時(shí)是有效的。例如，在NiFe薄 膜中，在沉積了約lnm的NiFe之后進(jìn)行SCT處理，在接著沉積1 nm的NiFe之后進(jìn)行SCT 處理，在沉積了最后一層的NiFe之后進(jìn)一步進(jìn)行SCT處理。該種處理考慮了 SCT中的處理 深度與自由層18的膜厚之間的關(guān)系。由于SCT處理用弱能量進(jìn)行以防止對(duì)刻蝕和其他層的 不利影響，故其處理范圍為表面向下約lnm以內(nèi)的深度，從而難以對(duì)表面下幾納米的深度進(jìn) 行處理。另一方面，在大多數(shù)情況中，自由層18的總膜厚為約3 5nm。于是，通過(guò)多次進(jìn) 行1 2 nm的SCT處理，整個(gè)3 5 nm的自由層18被處理。在該情況中，作為自由層18，可用典型的CoFe/NiFe多層結(jié)構(gòu)作為例子進(jìn)行說(shuō)明，但可 以使用除其之外的薄膜組成。例如，當(dāng)自由層具有包括Co、 Fe和Ni中的至少一種元素的磁 性層時(shí)，可進(jìn)行SCT處理。 C.用于制造磁阻效應(yīng)元件的裝置圖7所示為用于制造磁阻效應(yīng)元件的沉積裝置輪廓的示意圖。圖8所示為沉積裝置中的 氧化層/氮化物層的形成室60的示意圖。如圖7所示，經(jīng)由閥門分別設(shè)置了作為中心的轉(zhuǎn)移室(TC) 50、真空隔絕室51、預(yù)清潔 室52、第一金屬層沉積室(MC1) 53、第二金屬沉積室(MC2) 54、和氧化層/氮化物層的形成室(OC) 60。在該沉積裝置中，可經(jīng)由閥門將基片送至彼此相連的各個(gè)室之間的真空中， 從而可使基片表面保持清潔。
金屬沉積室53和54具有多個(gè)(5個(gè) 10個(gè))靶。至于沉積方法，可使用濺射法比如直 流(DC)磁控濺射和射頻(RF)磁控濺射、離子束濺射法、氣相沉積法、CVD (化學(xué)氣相 沉積)法、MBE (分子束外延)法等。
至于SCT，可以使用具有RF等離子裝置、離子束裝置或加熱裝置的室。更具體地說(shuō)， 具有射頻偏壓裝置的金屬沉積室53和54、預(yù)清潔室52等是適合的。RF等離子裝置是相對(duì) 簡(jiǎn)單的裝置，從而較易安裝到金屬沉積室53和54中。金屬膜沉積和SCT處理均能通過(guò)金屬 沉積室53和54進(jìn)行。
不優(yōu)選在氧氣層/氮?dú)鈱拥男纬墒?0中進(jìn)行SCT處理。在氧化室中進(jìn)行SCT處理時(shí)，被 吸入該室中的氧氣脫吸附，并進(jìn)入自由層18中，從而可能導(dǎo)致自由層18的劣化。在沉積期 間不使用氧氣的作為金屬沉積室53和54的室中，幾乎沒(méi)有氧氣被吸入到該室中，從而較易 保持良好的真空品質(zhì)。
上述真空室中的真空度的典型值在10"Torr范圍內(nèi)，并且真空度為1CT8 Torr的一半也是 允許的。
D.磁阻效應(yīng)元件的制造方法的概述
在下文中，將對(duì)磁阻效應(yīng)元件的所有制造方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
順序在基片(圖中未顯示)上形成下電極ll、底層12、固定層13、受固定層14、下金 屬層15、間隔層16、上金屬層17、自由層18、頂層19和上電極20。
在真空隔絕室51處設(shè)置基片，在金屬沉積室53和54中進(jìn)行金屬沉積，并且在氧化層/ 氮化物層的形成室60中進(jìn)行氧化。金屬沉積室的最終壓強(qiáng)優(yōu)選設(shè)定為1 X 10—8 Torr以下，通 常為約5X10^ 5X10力Torr。轉(zhuǎn)移室50的最終壓強(qiáng)為10—9Torr的數(shù)量級(jí)。氧化層/氮化物層 的形成室60的最終壓強(qiáng)為8X l(T8 Torr以下。
(1) 底層12的形成(步驟Sll) 通過(guò)微組裝工藝預(yù)先在基片(圖中未顯示)上形成下電極ll。
例如，Ta[5nm]/Ru[2nm]在下電極11上形成作為底層12。如上所述，Ta是用于降低 下電極的粗糙度的緩沖層12a。 Ru是用于控制在其上沉積的自旋閥膜的結(jié)晶取向和晶粒度的 晶種層12b。
(2) 固定層13的形成(步驟S12)在底層12上沉積固定層13。至于固定層13的材料，可以使用反鐵磁性材料比如PtMn、 PdPtMn、固n、禾口 RuRhMn。
(3) 受固定層14的形成(步驟S13)
在固定層13上形成受固定層14。受固定層14可以是復(fù)合受固定層，其包括，例如，下 受固定層141 (Co9oFe10)、磁化耦合層142 (Ru)和上受固定層143 (Co9oFe1()[4nm])。
(4) 間隔層16的形成(步驟S14)
接下來(lái)，形成限定電流的路徑結(jié)構(gòu)(CCP結(jié)構(gòu))的間隔層(CCP-NOL) 16。為形成間隔 層16，使用了氧化層/氮化物層的形成室60。
為形成間隔層16，使用如下方法。此處，將包括絕緣層161中的電流路徑162的間隔層 16作為例子進(jìn)行說(shuō)明，其中，電流路徑162具有金屬晶體結(jié)構(gòu)并由Cu組成，絕緣層161具 有非晶態(tài)結(jié)構(gòu)并由Ab03組成。
1) 在將作為電流路徑供應(yīng)源的下金屬層15 (例如，Cu)沉積在上受固定層143之后， 將因氧化而將被轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣層161的金屬層(例如，AlCu和Al)沉積在下金屬層15上。
通過(guò)向待氧化的金屬層發(fā)射稀有氣體(例如，Ar)的離子束進(jìn)行預(yù)處理。該預(yù)處理被稱 為PIT (離子預(yù)處理)。作為PIT處理的結(jié)果， 一部分下金屬層處于被吸入從而進(jìn)入待氧化 的金屬層的狀態(tài)。在象這樣沉積了第二金屬層之后進(jìn)行能量處理作為PIT處理是重要的。
在沉積的時(shí)間點(diǎn)，第一金屬層(下金屬層15: Cu層)以二維薄膜的狀態(tài)存在。通過(guò)PIT 處理，第一金屬層中的Cu被吸入從而進(jìn)入AlCu層。即使在進(jìn)行后面的氧化處理之后，進(jìn)入 AlCu層的Cu仍保持金屬狀態(tài)，從而形成電流路徑162。 PIT處理是重要的處理過(guò)程，用于獲 得具有高純度Cu的限定電流的路徑結(jié)構(gòu)(CCP)。
在該處理中，在30 150V的加速電壓、20 200mA的射束電流、和30 180秒的處理 時(shí)間的條件下發(fā)射Ar離子。在上述加速電壓中，電壓優(yōu)選為40 60V。在電壓比上述更高 的情況中，MR比率有時(shí)因PIT處理后的影響比如表面粗糙度而降低。可以使用30 80mA 的電流值、和60 150秒的發(fā)射時(shí)間。
作為PIT處理的替代方法，在AlCu、 Al等轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣層161之前可以通過(guò)偏壓濺射形 成金屬層。在該情況中，偏壓濺射的能量在直流偏壓的情況中可設(shè)定為30 200V，在射頻 偏壓的情況中可設(shè)定為30 200W。
2) 接下來(lái)，通過(guò)供應(yīng)氧化氣體(例如，氧)以氧化待氧化的金屬層，從而形成絕緣層 161。此時(shí)，選擇條件使得電流路徑162不被直接氧化。通過(guò)氧化，待氧化的金屬層轉(zhuǎn)變?yōu)橛?八1203構(gòu)成的絕緣層161，并形成穿過(guò)絕緣層161的電流路徑162，從而形成間隔層16。例如，通過(guò)供應(yīng)氧化氣體(例如，氧)同時(shí)發(fā)射稀有氣體(Ar、 XeKr、 He等)的離子 束，待氧化的金屬層被氧化(離子束輔助氧化(IAO))。通過(guò)氧化處理，形成具有由A1203 組成的絕緣層161和由Cu組成的電流路徑162的間隔層16。這是利用氧化能量差異的處理， 也就是說(shuō)，Al易于氧化，而Cu很難氧化。在該處理中，在40 200V的加速電壓、30 200mA的射束電流、和15 300秒的處理 時(shí)間的條件下，發(fā)射Ar離子，同時(shí)提供氧氣。在上述加速電壓中，優(yōu)選50 100V的電壓。 如果加速電壓高于上述范圍，那么MR比可能因PIT處理之后對(duì)表面粗糙度等的影響而降低。 可以使用40 100mA的射束電流、和30 180秒的發(fā)射時(shí)間。至于在IAO處理中氧化時(shí)間處的供氧量，優(yōu)選2000 4000 L。如果在IAO處理期間， 不僅Al被氧化而且下磁性層(受固定層14)也被氧化，那么CCP-CPP元件的耐熱性和可靠 性降低，這是不優(yōu)選的。為提高可靠性，位于間隔層16下的磁性層(受固定層14)不發(fā)生 氧化并保持金屬狀態(tài)是重要的。為實(shí)現(xiàn)上述目的，需要將供氧量設(shè)定在上述范圍內(nèi)。為通過(guò)供應(yīng)氧形成穩(wěn)定的氧化物，優(yōu)選僅在離子束發(fā)射到基片表面上時(shí)供應(yīng)氧氣。也就 是說(shuō)，優(yōu)選在離子束未發(fā)射到基片表面上時(shí)，不供應(yīng)氧氣。根據(jù)AlCu層的膜厚，控制下金屬層15中的Cu層的膜厚。也就是說(shuō)，如果AlCu層的膜 厚制備得較厚，那么在PIT處理中進(jìn)入AlCu層的Cu的量必需增加，于是，Cu層的膜厚需 要較厚。例如，當(dāng)AlCu的膜厚為0.6 0.8nm時(shí)，將Cu層的膜厚制備成約0.1 0.5 nm。當(dāng) AlCu的膜厚為0.8 1 nm時(shí)，將Cu層的膜厚制備成約0.3 1 nm。如果Cu層太薄，那么在 PIT處理期間，沒(méi)有充足量的Cu被供應(yīng)給AlCu層，于是難以使Cu的電流路徑162滲入AlCu 層的上面部分。于是，區(qū)域電阻RA變得過(guò)高，從而使MR比的值變得不充足。另一方面，如果下金屬層15中的Cu層太厚，那么在進(jìn)行PIT處理的情況中，充足量的 Cu被供應(yīng)到AlCu層內(nèi)，但較厚的Cu層可能保留在受固定層14和間隔層16之間。為在 CCP-CPP元件中獲得較高的MR比，在間隔層16中限定的電流需要到達(dá)磁性層(受固定層 14或自由層18)，同時(shí)使該電流始終被限定。如果較厚的Cu層保留在受固定層14和間隔 層16之間，那么在間隔層16中限定的電流發(fā)生會(huì)擴(kuò)展，直到其到達(dá)受固定層14為止，從而 導(dǎo)致MR比降低。至于在完成磁阻效應(yīng)元件的制備之后最終保留的Cu的膜厚，優(yōu)選為lnm 以下。這是因?yàn)?，如果膜厚超過(guò)該值，那么會(huì)喪失限定電流效應(yīng)，從而喪失增加MR比的效 果。最終保留的Cu的膜厚進(jìn)一步優(yōu)選為0.6nm以下。至于形成電流路徑的第一金屬層(下金屬層15)的材料，可以使用Au、 Ag等代替Cu。 然而，與Au和Ag相比，Cu具有更高的耐熱處理的穩(wěn)定性，從而是優(yōu)選的。至于第一金屬層的材料，可以使用磁性材料代替這些非磁性材料。至于磁性材料，可以使用Co、 Fe、 Ni、和它們的合金。當(dāng)用于受固定層14的磁性材料和用于電流路徑162的磁性材料相同時(shí)，不一定需要在受 固定層14上沉積電流路徑162的供應(yīng)源(第一金屬層)。也就是說(shuō)，在將轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣層161 的第二金屬層沉積在受固定層14上之后，通過(guò)進(jìn)行PIT處理，使受固定層14的材料進(jìn)入第 二金屬層，從而可形成由磁性材料組成的電流路徑162。通過(guò)使用Al9oCuu)作為第二金屬層，在PIT處理中，不僅第一金屬層中的Cu被吸入而且 AlCu中的Cu與Al分離。也就是說(shuō)，電流路徑162由第一金屬層和第二金屬層形成。當(dāng)在 PIT處理之后進(jìn)行離子束輔助氧化時(shí)，進(jìn)行氧化的同時(shí)，Al與Cu的分離因離子束的輔助效 應(yīng)而被促進(jìn)。至于第二金屬層，可以使用不包含作為電流路徑162組成材料的Cu的單一 Al金屬以代 替Al9oCuu)。在該情況中，作為電流路徑162組成材料的Cu僅由第一金屬層提供。當(dāng)AlCu 用作第二金屬層時(shí)，在PIT處理期間，作為電流路徑162材料的Cu還由第二金屬層提供。 因此，當(dāng)形成較厚的絕緣層161時(shí)，可以相對(duì)較易地形成電流路徑162。當(dāng)A1用作第二金屬 層時(shí)，Cu幾乎不進(jìn)入通過(guò)氧化形成的Al203，于是較易形成具有較高容許電壓的A1203。由 于Al和AlCu具有它們各自的優(yōu)點(diǎn)，故可以根據(jù)情況恰當(dāng)?shù)厥褂盟鼈?。第二金屬層的膜厚在AlCu的情況中是0.6 2nm，在Al的情況中是約0.5 1.7 nm。由 發(fā)生氧化的這些第二金屬層形成的絕緣層161的膜厚變?yōu)榧s0.8 3.5nm。氧化后具有1.3 2.5nm膜厚的絕緣層161較易制造，從而有利于限定電流效應(yīng)。穿過(guò)絕緣層161的電流路徑 162的直徑為約1 10nm，優(yōu)選為約2 6nm。當(dāng)以更小尺寸形成元件時(shí)，直徑大于10nm 的金屬路徑162導(dǎo)致各個(gè)元件的性能發(fā)生變化，從而是不優(yōu)選的，并且優(yōu)選不存在直徑大于 6nm的金屬路徑162。作為第二金屬層的AlCu優(yōu)選具有用AlxCu1(K)-x (x=100 70%)表示的組成。可以向AlCu 中添加元素比如Ti、 Hf、 Zr、 Nb、 Mg、 Mo或Si。在該情況中，添加元素的含量?jī)?yōu)選為約2 30%。如果添加這些元件，那么可能較易形成CCP結(jié)構(gòu)。如果這些元素在Al203絕緣層161 和Cu電流路徑162的邊緣區(qū)的分布高于其在其他區(qū)域的分布，那么絕緣層161和電流路徑 162的粘附性提高，從而可能提高電子遷移電阻。在CCP-CPP元件中，流入間隔層16中金 屬路徑內(nèi)的電流密度變成107 101()^ 112這一極高值。于是，電子遷移電阻較高從而在電流 流過(guò)時(shí)可確保Cu電流路徑162的穩(wěn)定性是重要的。然而，如果形成了恰當(dāng)?shù)腃CP結(jié)構(gòu)，則 可實(shí)現(xiàn)足夠優(yōu)選的電子遷移電阻而不用向第二金屬層中添加元素。第二金屬層的材料不限于用于形成A1203的Al合金，而可以是用Hf、 Mg、 Zr、 Ti、 Ta Mo、 W、 Nb、 Si等作為主要組分的合金。待轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙饘賹拥慕^緣層161不限于氧化物， 而可以是氮化物和氮氧化物。在使用上述任一材料作為第二金屬層的情況中，沉積時(shí)的膜厚優(yōu)選為0.5 2nm，當(dāng)其轉(zhuǎn) 變?yōu)檠趸?、氮化物或氮氧化物時(shí)的膜厚優(yōu)選為約0.8 3.5nm。絕緣層161不限于各自包括單種金屬元素的氧化物，而可以是合金材料的氧化物、氮化 物和氮氧化物。例如，可以使用包含0 50。/。的Ti、 Mg、 Zr、 Ta、 Mo、 W、 Nb、 Si等中任 何一種金屬元素的具有作為基材的A1203的材料的氧化物等、或在Al中包含0 50%的多種 上述金屬元素的材料的氧化物等。 (5)上金屬層17和自由層18的形成(步驟S15)例如，在間隔層16上沉積Cu
作為上金屬層17。膜厚優(yōu)選為約0.2 0.6nm。使 用約0.4nm的膜厚具有較易提高自由層18的結(jié)晶度的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)間隔層上的磁性層進(jìn)行SCT 處理是有效的，但在某些情況下，需要對(duì)上金屬層17的表面進(jìn)行極弱的SCT處理。在上金屬層17上形成自由層18，比如，Co90Fe10[lnm]/Ni83Fe17[3.5nm]。由于其是間 隔層上的層，故對(duì)該層進(jìn)行SCT處理。首先，為獲得高M(jìn)R比，位于自由層18與間隔層16的界面中的自由層18中的磁性材料 的選擇是重要的。在該情況中，與NiFe合金相比，更優(yōu)選在其與間隔層16的界面中設(shè)置CoFe 合金。在CoFe合金中，可以使用具有特別穩(wěn)定的軟磁性的Co9oFei() [ 1 nm]?？梢允褂镁哂衅?他配比的CoFe合金。當(dāng)使用與Co9oFeu)配比相近的合金時(shí)，膜厚優(yōu)選設(shè)定為0.5 4nm。當(dāng)使用另一配比的 Co9oFeK)合金(例如，Co5oFe5o)時(shí)，膜厚優(yōu)選設(shè)定為0.5 2 nm。例如，當(dāng)Fe5oCo5o (或FexCO100 .x (x = 45 85))用于自由層18以提高自旋相依界面散射效應(yīng)時(shí)，難以使用具有較大膜厚 的受固定層14以保持自由層18的軟磁性。于是，膜厚優(yōu)選為0.5 lnm。當(dāng)使用不包含Co 的Fe時(shí)，可以提供相對(duì)較好的軟磁性，于是，膜厚可以設(shè)定為約0.5 4nm。設(shè)置在CoFe層上的NiFe層由軟磁性穩(wěn)定的材料組成。CoFe合金的軟磁性不是很穩(wěn)定， 當(dāng)可以通過(guò)在其上設(shè)置NiFe合金來(lái)彌補(bǔ)其軟磁性。用NiFe作為自由層18使其可以在與間隔 層16的界面中使用能獲得較高M(jìn)R比的材料，從而對(duì)自旋閥膜的總體性能來(lái)說(shuō)是優(yōu)選的。NiFe合金的組成優(yōu)選為NixFeu^(x:約78 85%)。在該情況中，與通常使用的NiFe 中的N&Few相比，優(yōu)選使用具有更多Ni含量的NiFe (例如，Ni83Fe17)。這是為了實(shí)現(xiàn)零 磁致伸縮。在沉積于CCP結(jié)構(gòu)的間隔層16上的NiFe中，其磁致伸縮比沉積于金屬Cu間隔層上的NiFe中的磁致伸縮向正極側(cè)偏移得更多。為抵消其磁致伸縮向正極側(cè)的偏移，負(fù)極側(cè) 使用的NiFe組合物比通常使用的NiFe具有更多的Ni含量。NiFe層的總膜厚優(yōu)選為約2 5nm (例如，3.5 nm)。當(dāng)未使用NiFe時(shí)，可以使用自由 層18，該自由層18由1 2nm的多個(gè)CoFe層或Fe層與各個(gè)約0.1 0.8nm的超薄Cu層交替層疊而成。對(duì)如上所述的自由層18的組成材料進(jìn)行SCT處理是本實(shí)施方式的關(guān)鍵點(diǎn)。如上所述， 例如，用離子、等離子體或加熱處理CoFe層和NiFe層。作為一個(gè)具體的實(shí)施例，在沉積了 lnm的CoFe之后，沉積2.5 nm的NiFe，并且作為 SCT處理，用10 100W的射頻進(jìn)行等離子體處理60 120秒。接著，沉積2 nm的NiFe, 并且作為SCT處理，用10 100 W的射頻進(jìn)行等離子體處理60 120秒。 (6)頂層19和上電極20的形成(步驟S16)例如，在自由層18上層疊Cu[1 nm]/Ru[10nm]作為頂層19。在頂層19上形成使電流 以與自旋閥膜垂直的方向流過(guò)的上電極20。 [實(shí)施例]接著，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的磁阻效應(yīng)膜10的組成如下所示。 下電極11 基層12: Ta [5 nm] / Ru [2 nm] 固定層13:Pt5oMn5o[15nm] 受固定層14: Co90Fe10 [3.6 nm] / Ru
/ (Fe50Co50 [1 nm] / Cu
) X 2/Fe50C050 [1 nm]'金屬層15:Cu
間隔層(CCP-NOL) 16 : A1203絕緣層161和Cu電流路徑162 (在沉積AlwCu^l nm]之 后，進(jìn)行PIT/IAO處理) 金屬層17: Cu
自由層18: Co90Fe10[l nm] / Ni83FeI7
/ SCT / Ni83Fe17 [1.8 nm] / SCT / Ni83Fe17 [1.8 nm]/SCT 頂層19: Cu [1 nm] / Ru [10 nm] 上電極20將對(duì)自由層18的制造工藝進(jìn)行說(shuō)明。其他制造工藝用已描述的方法進(jìn)行，故在此省略對(duì) 它們的說(shuō)明。沉積1 nm的Co9QFe1Q，接著在其上沉積0.7 nm的Ni83Fe17，然后對(duì)其表面進(jìn)行第一次SCT 處理。在該情況中，RF等離子體處理用作SCT處理。在具有射頻偏壓裝置的金屬沉積室中， 用流速為40sccm的Ar、 20W的射頻功率、80 V的偏壓進(jìn)行第一次射頻等離子處理，共處理 120秒。通過(guò)射頻等離子體處理，刻蝕掉0.2 nm的NiFe，從而實(shí)際保留0.5 nm的NiFe作為薄膜。此處，RF等離子體處理施加于0.7 nm的NiFe表面上，但可以在沉積CoFe之后對(duì)其表 面進(jìn)行RF等離子體處理。然而，CoFe是lnm的薄層，于是，如果RF等離子體處理太強(qiáng)， 那么可能損傷間隔層16和金屬層17的界面，從而降低MR比?？紤]到易于控制，在該情況 中，在沉積了 0.7 nm的NiFe之后，進(jìn)行RF等離子體處理。由于相同的原因，該RF功率弱 于隨后的第二次和第三次RF等離子體處理的功率。在RF等離子體處理之后，沉積2.0nm的Ni83Fen，然后進(jìn)行RF等離子體處理。接著用 流速為40sccm的Ar、 40 W的RF功率、110 V的偏壓進(jìn)行第二次RF等離子體處理，共處理 120秒。通過(guò)該RF等離子體處理，除去0.5 nm的NiFe，從而實(shí)際保留2.0 nm的NiFe作為 薄膜。在第二次RF等離子體處理之后，沉積2.0 nm的Ni83Fe17，接著用流速為40sccm的Ar、 40 W的RF功率進(jìn)行第三次RF等離子體用處理，共處理120秒。通過(guò)該RF等離子體處理， 除去0.5 nm的NiFe，從而實(shí)際保留3.5 nm的NiFe作為薄膜。如上所述，形成進(jìn)行了 SCT處理的磁性層(自由層18)，更具體地說(shuō)，形成CoFe [1 nm] /NiFe [3.5 nm]。 (實(shí)施例的評(píng)估)用對(duì)照例評(píng)估實(shí)施例。實(shí)施例和對(duì)照例均是通過(guò)使用CoFe [ 1 nm] /NiFe [ 3.5 nm]的多層 結(jié)構(gòu)的自由層18而制得的各自為0.4umX0.4um的元件。在該實(shí)施例中，對(duì)自由層18進(jìn)行 SCT處理；而在對(duì)照例中，未對(duì)自由層18x進(jìn)行SCT處理，從而使自由層18x保持其沉積時(shí) 的狀態(tài)。當(dāng)對(duì)根據(jù)實(shí)施例的CCP-CPP元件的性能進(jìn)行評(píng)估時(shí)，RA = 500 mQum2， MR比=9%， ARA =45mQym2。與未經(jīng)SCT處理的元件相比，RA、和MR比率的值沒(méi)有發(fā)生較大的變化，但 其可靠性明顯提高。圖8是示意圖，顯示其中進(jìn)行了 SCT處理的實(shí)施例中的可靠性測(cè)試結(jié)果、和未進(jìn)行SCT 處理的對(duì)照例中的可靠性測(cè)試結(jié)果。橫軸代表應(yīng)力時(shí)間，縱軸代表MR比的歸一化劣化量。 也就是說(shuō)，MR比的劣化量用測(cè)試開始時(shí)設(shè)為1的值為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行歸一化?？煽啃詼y(cè)試的條件是130°C的溫度和140mV的偏壓。通過(guò)設(shè)置比通常使用條件惡劣的 條件，在短期測(cè)試中，出現(xiàn)可靠性差異。電流方向?yàn)閺氖芄潭▽?4向自由層18流動(dòng)。也就 是說(shuō)，由于電子以相反方向流動(dòng)，故電子從自由層18向受固定層14流動(dòng)。該電流方向是優(yōu) 選的方向，以降低自旋轉(zhuǎn)移噪聲。當(dāng)電流從自由層18流向受固定層14 (至于電子流，則從 固定層到自由層)時(shí)，自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)變大，這導(dǎo)致磁頭中的噪聲大于相反方向時(shí)的噪聲。 就這點(diǎn)來(lái)說(shuō)，電流方向優(yōu)選為其中電流從受固定層流向自由層的方向。在該情況的測(cè)試條件中，因?yàn)榧铀贉y(cè)試，溫度設(shè)定的高于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度。因?yàn)樵?的尺寸，偏壓也為相對(duì)較強(qiáng)的條件。在該實(shí)施例中，元件尺寸制造的大于實(shí)際磁頭中的元件 尺寸(實(shí)際情況中的元件尺寸小于0.1umX0.1Pm)。如果元件尺寸較大，即使用相同的偏 壓，電流量也變大，于是元件的放熱性能變低。因此，在惡劣條件下對(duì)實(shí)施例的元件進(jìn)行測(cè) 試，其中焦耳熱對(duì)其的影響比其對(duì)實(shí)際磁頭中元件的影響大得多。此外，偏壓大于實(shí)際使用 的電壓值，溫度也高于實(shí)際溫度，從而將所有的條件設(shè)置得更惡劣，該條件為用以在短時(shí)間 內(nèi)確定可靠性的加速測(cè)試條件。如圖8所示，在使用SCT處理的實(shí)施例中，與對(duì)照例的情況相比，其可靠性明顯提高。 如果加速測(cè)試條件變寬松，那么劣化量也變得很小，于是，即使在對(duì)照例中也具有較高的可 靠性。因此，在極苛刻的條件下進(jìn)行測(cè)試。實(shí)施例中的元件在該惡劣條件下的高可靠性意味著根據(jù)該實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件可在 要求高可靠性的環(huán)境下使用。在適用于高密度記錄的磁頭中，可獲得具有比先前更高可靠性 的磁頭。適用于高密度記錄的磁頭可用于在惡劣使用條件下具有可靠性規(guī)范的HDDs (硬盤 驅(qū)動(dòng)器)，該HDDs適用于，比如在高溫環(huán)境下使用的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、和以高速使用的服務(wù) 器、以及企業(yè)等。在該測(cè)試中，電流方向是電流從受固定層14流向自由層18的方向，與反向電流相比， 該電流方向具有更大的提高可靠性的效果。該電流方向也是有利于降低自旋轉(zhuǎn)移噪聲從而獲 得具有較低噪聲、更高可靠性的磁頭的電流方向。(第二實(shí)施方式)圖9所示為根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件(CCP-CPP元件)的透視圖。圖 IO所示為根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件的制造工藝的流程圖。該磁阻效應(yīng)元件是其中受固定層14設(shè)在自由層18上的頂部型CCP-CPP元件。也就是說(shuō)，不僅可對(duì)其中受固 定層14位于自由層18下面的底部型CCP-CPP元件進(jìn)行SCT處理，而且可對(duì)頂部型CCP-CPP 元件進(jìn)行SCT處理。在頂部型自旋閥膜的情況中，需要SCT處理的層不是自由層18，而是受固定層14。由 于生長(zhǎng)在間隔層16上的磁性層的結(jié)晶取向降低，故需要對(duì)磁性膜進(jìn)行SCT處理。在圖9中， 下受固定層141具有應(yīng)力受控部分21A。受固定層14由下受固定層141、磁化耦合層142、和上受固定層143組成，從而可以對(duì) 其中的任何一層或兩層、或所有的三層進(jìn)行SCT處理。即使SCT處理限于受固定層14中的 一部分，也能通過(guò)降低內(nèi)應(yīng)力來(lái)提高元件的可靠性。在這些三層中，具有最高SCT處理效果 的層被認(rèn)為是下受固定層141。下受固定層141與間隔層16最近，從而對(duì)其與間隔層16的 邊界線中的應(yīng)力具有較大的影響。與底部型一樣，在頂部型CCP-CPP元件中，可以恰當(dāng)?shù)厥褂猛ㄟ^(guò)離子、等離子體或加 熱的處理作為SCT處理。用等離子體的處理包括通過(guò)偏壓濺射形成受固定層14。當(dāng)受固定層 14由FeCo/Cu多層膜構(gòu)成時(shí)，例如，沉積1 2nm的具有bcc結(jié)構(gòu)的FeCo層，之后，進(jìn)行 SCT處理，對(duì)1 2 nm的FeCo層重復(fù)進(jìn)行2 3次SCT處理。視場(chǎng)合需要，可以通過(guò)僅進(jìn)行 一次SCT處理完成該處理。如圖10所示，當(dāng)頂部型CCP-CPP元件被制造時(shí)，底層12和頂層19之間的層以與圖3 中的順序基本相反的順序沉積。然而，下金屬層15和上金屬層17與間隔層16等的制備順序 不倒置。受固定層14的內(nèi)部組成的制備順序不直接倒置。在頂部型CCP-CPP元件中，在間隔層16下的下金屬層15和在間隔層16上的上金屬層 17 (Cu層)的作用與它們?cè)诘撞啃虲CP-CPP元件中的作用相同。也就是說(shuō)，在間隔層16下 的下金屬層15 (Cu層)是電流路徑162的供應(yīng)源，從而是必需的，而在間隔層16上的上金 屬層17 (Cu層)則不是必需的。 (磁阻效應(yīng)元件的應(yīng)用)在下文中，將對(duì)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件(CCP-CPP元件)的應(yīng)用進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施方式中，考慮到適用于高密度，CPP元件的元件電阻RA優(yōu)選為500mQun^以 下，進(jìn)一步優(yōu)選為300mQun^以下。當(dāng)計(jì)算元件電阻RA時(shí)，將CPP元件的電阻R與自旋 閥膜中電流流經(jīng)部分的有效面積A相乘。此處，可直接測(cè)定元件電阻R。另一方面，自旋閥 膜中的電流流經(jīng)部分的有效面積A的值取決于元件結(jié)構(gòu)，從而應(yīng)慎重確定其值。例如，當(dāng)將自旋閥膜制成有效進(jìn)行感應(yīng)的面積時(shí)，整個(gè)自旋閥膜的面積是有效面積A。 在該情況中，考慮到恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置元件電阻，將自旋閥膜的面積設(shè)定為至少0.0如m2以下，在 200Gbpsi以上的記錄密度處，將其設(shè)定為0.02iim2以下。然而，當(dāng)具有比自旋閥膜更小面積的下電極ll或上電極20以與自旋閥膜接觸的形式形 成時(shí)，下電極11或上電極20的面積變成自旋閥膜的有效面積A。當(dāng)下電極ll的面積和上電 極20的面積不同時(shí)，較小電極的面積為自旋閥膜的有效面積A。在該情況中，考慮到恰當(dāng)?shù)?設(shè)置元件電阻，較小電極的面積設(shè)定為至少0.04ym2以下。在下面將進(jìn)行具體說(shuō)明的圖11和12所示的實(shí)施例的情況中，圖11中的自旋閥膜10的 最小面積是與上電極20接觸的部分，從而將其寬度視為磁道寬Tw。至于高度方向，與圖12 中的上電極20接觸的部分最小，從而將其寬度視為高度長(zhǎng)度D。自旋閥膜的有效面積A被 認(rèn)為是A-TwXD。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件中，電極間的電阻R可設(shè)置為IOOQ以下。電 阻R是測(cè)定的再現(xiàn)磁頭部分中的兩個(gè)電極板之間的電阻值，該磁頭部分安裝于比如磁頭懸架 組件(HGA)的尖端。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件中，當(dāng)受固定層14或自由層18是fcc結(jié)構(gòu)時(shí)， 優(yōu)選其具有fcc (111)取向。當(dāng)受固定層14或自由層18具有bcc結(jié)構(gòu)時(shí)，優(yōu)選其具有bcc (110)取向。當(dāng)受固定層14或自由層18具有hcp結(jié)構(gòu)時(shí)，優(yōu)選其具有hcp (001)取向或 hcp (110)取向。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件的結(jié)晶取向優(yōu)選為其取向變化角在4.0'以內(nèi)，進(jìn) 一步優(yōu)選為在3.5'以內(nèi)，進(jìn)一步優(yōu)選為在3.0'以內(nèi)。其可以作為通過(guò)X射線衍射的e-20測(cè)定 獲得的峰位處搖擺曲線的半高寬來(lái)獲得。其可以作為來(lái)自元件截面的納米衍射點(diǎn)中的斑點(diǎn)處 的散射角來(lái)檢測(cè)。雖然取決于反鐵磁性膜的材料，但反鐵磁性膜和受固定層14/間隔層16/自由層18通常具 有不同的晶格間距，從而可分別計(jì)算各層的取向變化角。例如，在多數(shù)情況中，鉑錳(PtMn) 和受固定層14/間隔層16/自由層18具有不同的晶格間距。鉑錳(PtMn)是相對(duì)較厚的薄膜， 從而是用于測(cè)定結(jié)晶取向變化的合適材料。固定層14/間隔層16/自由層18有時(shí)不同，從而使 受固定層14和自由層18具有bcc結(jié)構(gòu)和fcc結(jié)構(gòu)的晶體結(jié)構(gòu)。在該情況中，受固定層14和 自由層18分別具有不同結(jié)晶取向的分布角。 (磁頭)圖11和圖12所示為其中根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件被結(jié)合到磁頭中的狀態(tài) 的示意圖。圖ll所示為以與介質(zhì)相對(duì)表面基本平行的方向剖開磁阻效應(yīng)元件的剖面圖，該介 質(zhì)相對(duì)表面面向磁記錄介質(zhì)(圖中未顯示)。圖12所示為以與介質(zhì)相對(duì)表面ABS垂直的方 向剖開磁阻效應(yīng)元件的剖面圖。如圖11和12的實(shí)施例所示的磁頭具有所謂的緊鄰接結(jié)構(gòu)。磁阻效應(yīng)膜10是上述 CCP-CPP薄膜。下電極11和上電極20分別形成于磁阻效應(yīng)膜10的上端和下端。在圖11中， 在磁阻效應(yīng)膜10的兩側(cè)面上層疊并設(shè)置有用于施加偏置磁場(chǎng)的膜41和絕緣膜42。如圖12 所示，在磁阻效應(yīng)膜10的介質(zhì)相對(duì)表面上形成有保護(hù)層43。用于磁阻效應(yīng)膜10的感應(yīng)電流通過(guò)設(shè)置在磁阻效應(yīng)膜10的上端和下端的下電極11和上 電極20沿前頭A所示的與膜面近似垂直的方向傳導(dǎo)。通過(guò)一對(duì)設(shè)置在磁阻效應(yīng)膜的右側(cè)和 左側(cè)處的用于施加偏置磁場(chǎng)的膜41和41，將偏置磁場(chǎng)施加到磁阻效應(yīng)膜10上。通過(guò)用該偏 置磁場(chǎng)控制磁阻效應(yīng)膜10中的自由層18的磁各向異性、以使其成單個(gè)磁疇，來(lái)穩(wěn)定磁疇結(jié) 構(gòu)，并且可以控制伴隨有磁疇壁移動(dòng)的巴克豪森(Barkhausen)噪聲。磁阻效應(yīng)膜10的S/N比得到提高，于是當(dāng)將磁阻效應(yīng)膜10應(yīng)用到磁頭時(shí)，高靈敏的磁 性再現(xiàn)變得可能。 (硬盤和磁頭懸架組件)通過(guò)與記錄/再現(xiàn)整合型磁頭裝置相結(jié)合，可以將圖11和12中所示的磁頭安裝在磁記錄 /再現(xiàn)裝置上。圖13所示為磁記錄/再現(xiàn)裝置的示意結(jié)構(gòu)主要部分的透視圖。g卩，本實(shí)施方式的磁記錄/ 再現(xiàn)裝置150是其內(nèi)使用旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器的裝置。在同一圖中，磁盤200被安裝在軸芯152上， 通過(guò)由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制器(圖中未顯示)中響應(yīng)控制信號(hào)的馬達(dá)(圖中未顯示)驅(qū)動(dòng)，沿箭頭 A方向旋轉(zhuǎn)。本實(shí)施方式的磁記錄/再現(xiàn)裝置150可以包括多個(gè)磁盤200。進(jìn)行記錄/再現(xiàn)存儲(chǔ)在磁盤200中的信息的磁頭滑動(dòng)塊153呈薄膜形，安裝在懸架154的 尖部。在磁頭滑動(dòng)塊153的尖部附近，在磁頭滑動(dòng)塊153上裝有磁頭，該磁頭包括根據(jù)上述 任何一個(gè)實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件。當(dāng)磁盤200旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁頭滑動(dòng)塊153的介質(zhì)相對(duì)面(ABS)持有來(lái)自磁盤200表面的預(yù) 定浮動(dòng)量。此外，可以使用其中滑塊與磁盤200接觸的所謂的"接觸運(yùn)轉(zhuǎn)型"。懸浮體154連接到驅(qū)動(dòng)臂155的一個(gè)末端上。將作為直線電機(jī)中一種的音圈馬達(dá)156設(shè) 置在驅(qū)動(dòng)臂155的另一末端。音圈馬達(dá)156包括環(huán)繞線軸部的驅(qū)動(dòng)線圈(圖中未顯示)、用 永磁體構(gòu)成的磁路、和面對(duì)面設(shè)置以?shī)A住驅(qū)動(dòng)線圈的對(duì)磁軛。驅(qū)動(dòng)臂155被圖中未顯示的滾珠軸承支撐，該軸承設(shè)置在軸芯157的上端和下端的兩個(gè) 位置處，從而通過(guò)音圈馬達(dá)156使旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)得盡可能靈活。圖14所示為其中從磁盤側(cè)面觀察驅(qū)動(dòng)臂155尖端的磁頭懸架組件的放大透視圖。即，組 件160具有驅(qū)動(dòng)臂155，懸架154安裝在驅(qū)動(dòng)臂155的一個(gè)末端上。具有磁頭的磁頭滑動(dòng)塊 153安裝在懸架154的尖部，該磁頭包括根據(jù)上述任何一種實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件。懸架 154具有用于寫入和讀取信號(hào)的鉛線164，這些鉛線164和結(jié)合在磁頭滑動(dòng)塊153中的磁頭中 的各個(gè)電極是電連接的。附圖中的附圖標(biāo)記165表示組件160中的電極板。根據(jù)本實(shí)施方式，通過(guò)具有包括上述磁阻效應(yīng)元件的磁頭，可以可靠地讀取記錄在具有 較高記錄密度的磁盤200上的磁信息。 (磁存儲(chǔ)器)接下來(lái)，將對(duì)安裝了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件的磁存儲(chǔ)器進(jìn)行說(shuō)明。也就 是說(shuō)，通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件，例如，可以獲得磁存儲(chǔ)器，比如， 其中存儲(chǔ)單元呈矩陣形狀設(shè)置的磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)。圖15是示意圖，顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的磁存儲(chǔ)器矩陣構(gòu)造的一個(gè)例子。圖15顯 示存儲(chǔ)單元以陣列形狀設(shè)置時(shí)的電路構(gòu)造。為了在陣列中選擇為l的位(bit)，該電路結(jié)構(gòu) 包括列解碼器350和行解碼器351，通過(guò)位線334和字線332接通開關(guān)晶體管330從而唯一 地選擇一個(gè)位，接著通過(guò)用靈敏放大器352檢測(cè)該位，從而可讀取記錄在磁阻效應(yīng)膜10中的 磁記錄層(自由層)中的位信息。當(dāng)寫入位信息時(shí)，寫入電流流過(guò)特定的寫入字線323和位 線322，從而施加產(chǎn)生的磁場(chǎng)。圖16是示意圖，顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的磁存儲(chǔ)器矩陣構(gòu)造的另一例子。在該情況 中，設(shè)置成矩陣形狀的位線322和字線334分別通過(guò)解碼器360和361選擇，從而在陣列中 選擇特定的存儲(chǔ)單元。各個(gè)存儲(chǔ)單元具有該結(jié)構(gòu)，其中磁阻效應(yīng)元件10與二極管D順序連 接。此處，二極管D具有抑制感應(yīng)電流在選取的除磁阻效應(yīng)元件10之外的存儲(chǔ)單元中形成 回路的作用。通過(guò)磁場(chǎng)進(jìn)行寫入，該磁場(chǎng)通過(guò)分別流過(guò)特定位線322和寫入字線323的寫入 電流產(chǎn)生。圖17是剖面圖，顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的磁存儲(chǔ)器的主要部分。圖18是沿圖17中 的A-A'線選取的剖面圖。這些附圖中顯示的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于如圖15或16所示的磁存儲(chǔ)器中所包 含的1位的存儲(chǔ)單元。存儲(chǔ)單元具有存儲(chǔ)單元部分311和選址晶體管部分312。存儲(chǔ)單元部分311具有磁阻效應(yīng)元件10、和一對(duì)與其相連的電線322和324。該磁阻效 應(yīng)元件10是根據(jù)上述實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件(CCP-CPP元件)。同時(shí)，選址晶體管部分312具有經(jīng)由通道326和埋地電線328相連的晶體管330。晶體 管330根據(jù)施加于門332上的電壓進(jìn)行切換操作，從而控制磁阻效應(yīng)元件10和電線334的電 流路徑的開關(guān)。在磁阻效應(yīng)元件10下面，寫入線323以與電線322近似垂直的方向設(shè)置。這些寫入線 322和323可以由比如鋁(Al)、銅(Cu)、鴿(W)、鉭(TA)或包括上述任何一種元素 的合金形成。在具有該組成的存儲(chǔ)單元中，當(dāng)將位信息寫入磁阻效應(yīng)元件10時(shí)，寫入脈沖電流流過(guò)電 線322和323，于是通過(guò)施加由電流誘發(fā)的合成磁場(chǎng)，使磁阻效應(yīng)元件中記錄層的磁化恰當(dāng) 地反轉(zhuǎn)。當(dāng)讀取位信息時(shí)，感應(yīng)電流流過(guò)電線322、包括磁記錄層的磁阻效應(yīng)元件10、和下電極 324，并且對(duì)磁阻效應(yīng)元件10的電阻值或電阻變化值進(jìn)行測(cè)定。根據(jù)上述實(shí)施方式的磁存儲(chǔ)器能可靠地控制記錄層的磁疇，于是，即使晶胞尺寸被微型 化，該磁存儲(chǔ)器也能通過(guò)使用根據(jù)上述實(shí)施方式的磁阻效應(yīng)元件(CCP-CPP元件)來(lái)確保 可靠地寫入和進(jìn)行可靠地讀取。在MRAM的使用中，可使用如下例子Ta [5 nm] / Ru [2 nm] / PtMn [15 nm] / CoFe [3.5 nm] / Ru
/ CoFeB [3.5 nm] / MgO [1.5 nm] / CoFe [1 nm] / NiFe [1 nm] / Al2OrNiFe的CCP結(jié)構(gòu)/ NiFe [1 nm] / SCT / NiFe [1 nm]。在用于MRAM的應(yīng)用中，建議通過(guò)隧道元件實(shí)現(xiàn)磁阻效應(yīng)，并且使用CCP結(jié)構(gòu)用于提 高M(jìn)RAM的開關(guān)技術(shù)等(H. Meng禾卩J-P.Wang， IEEE Trans Magn.41(10)， 2612(2005))。在該情況中，需要在自由層或受固定層內(nèi)設(shè)置CCP結(jié)構(gòu)，但如果在形成于CCP上的自由層 和固定層中設(shè)置CCP結(jié)構(gòu)，那么形成于CCP頂部的層的結(jié)晶度降低，從而導(dǎo)致開關(guān)性能等的變化。就這問(wèn)題來(lái)說(shuō)，在沉積形成于Al203-NiFe的CCP結(jié)構(gòu)上的NiFe時(shí)，進(jìn)行SCT處理，可 改善自由層的應(yīng)力。在用于MRAM的使用中，可以類似地對(duì)沉積于插入自由層中的CCP上 的磁性層進(jìn)行SCT處理。當(dāng)CCP被插入自由層中時(shí)，優(yōu)選上磁性層和下磁性層經(jīng)由CCP發(fā) 生較強(qiáng)的磁性耦合，于是，對(duì)于將形成電流路徑的金屬來(lái)說(shuō)，優(yōu)選用Ni、 Co、 Fe和它們的 合金材料來(lái)代替Cu。在該情況中，上述PIT / IAO處理優(yōu)選作為用于實(shí)現(xiàn)插入自由層的CCP結(jié)構(gòu)形成工藝進(jìn) 行。在該情況中，形成電流路徑的材料包括較大量的磁性元素(包括50y。以上的Fe、 Co、和Ni中的任何一種元素)，于是，不特別需要下金屬層15和上金屬層17，并且可直接使用可 形成自由層16的材料。 (其它實(shí)施方式)本發(fā)明的實(shí)施方式可以擴(kuò)展/改變而不限于上述實(shí)施方式，該擴(kuò)展/改變的實(shí)施方式也被包 括在本發(fā)明要求保護(hù)的技術(shù)范圍內(nèi)。至于除上述之外的磁阻效應(yīng)膜的具體結(jié)構(gòu)、和電極的形狀和材料、施加偏壓的薄膜、絕 緣膜等，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可通過(guò)從已知的范圍內(nèi)恰當(dāng)?shù)剡x擇它們，類似地實(shí)施本發(fā)明并可 獲得類似的效果。例如，在磁阻效應(yīng)元件在再現(xiàn)磁頭中的應(yīng)用中，通過(guò)在元件的頂端和底部上涂覆磁性屏 蔽物，可確定磁頭的檢測(cè)分辨率。本發(fā)明的實(shí)施方式不僅可應(yīng)用于縱向磁記錄方法中的磁頭或磁性再現(xiàn)裝置，而且可應(yīng)用 于垂直磁記錄方法中的磁頭或磁性再現(xiàn)裝置。此外，本發(fā)明的磁性再現(xiàn)裝置是恒定地包括特定記錄介質(zhì)的所謂的固定型，其可以是其中記錄介質(zhì)是可替換的所謂的"可更換型"。此外，根據(jù)如上所述的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的磁頭和磁記錄/再現(xiàn)裝置，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)適當(dāng)?shù)馗淖冊(cè)O(shè)計(jì)制造的所有磁阻效應(yīng)元件、磁頭、磁記錄/再現(xiàn)裝置和磁存儲(chǔ)器，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種磁阻效應(yīng)元件的制造方法，包括形成第一磁性層；在所述第一磁性層上形成包括絕緣層和導(dǎo)電層的間隔層，所述導(dǎo)電層透過(guò)絕緣層并傳導(dǎo)電流；以及在形成的所述間隔層上形成第二磁性層，所述第二磁性層的全部或部分用離子、等離子體或加熱來(lái)處理。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于， 形成所述第二磁性層的步驟包括 沉積所述第二磁性層的材料；以及用離子、等離子體或加熱來(lái)處理至少一部分所述材料。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，包括的所述處理用離子或等離子體進(jìn)行，所述離子或等離子體用30 150 V的電壓加速。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，包括的所述處理通過(guò)將處理層的溫度設(shè)定為200 400°C的溫度來(lái)加熱進(jìn)行。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 形成所述第二磁性層的步驟包括 形成作為所述第二磁性層一部分的第一層； 用離子、等離子體或加熱來(lái)處理所述第一層；在所述第一層上形成作為所述第二磁性層一部分的第二層；以及用離子、等離子體或加熱來(lái)處理所述第二層；
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于， 形成所述第二磁性層的步驟還包括在所述第二層上形成作為所述第二磁性層一部分的第三層；以及 用離子、等離子體或加熱來(lái)處理所述形成的第三層；
7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，包括的各個(gè)所述第一層和所述第二層的厚度為0.5 3 nm。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，形成所述第二磁性層的步驟包括沉積所述第二磁性層的材料，同時(shí)用離子、等離子體 或加熱進(jìn)行處理。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，包括的所述處理用等離子體進(jìn)行，所述等離子體通過(guò)施加30 200 V的偏壓而產(chǎn)生。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，包括的所述處理用等離子體進(jìn)行，所述等離子體通過(guò)施加30 200 W的功率而產(chǎn)生。
11. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，包括的所述處理通過(guò)將所述材料的溫度設(shè)定為100 300°C的溫度來(lái)加熱進(jìn)行。
12. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述第二磁性層用包括Ar (氬)、Kr (氪)、Xe (氤)和Ne (氖)中任何一種的稀有氣 體的離子或等離子體處理。
13. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一磁性層和所述第二磁性層中的一個(gè)是磁化方向基本固定為一個(gè)方向的磁化固定 層，而另一個(gè)是磁化方向隨外磁場(chǎng)變化的磁化自由層，并且電流沿所述第一磁性層和第二磁 性層沉積的方向流過(guò)。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二磁性層包括CoFe層和NiFe層，并且對(duì)至少一部分NiFe層進(jìn)行處理。
15. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二磁性層包括具有bcc結(jié)構(gòu)的FeCo層、或具有fcc結(jié)構(gòu)的CoFe層，并且對(duì)至少 一部分FeCo層或CoFe層進(jìn)行處理。
16. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 形成所述間隔層的步驟包括 形成由第一金屬材料構(gòu)成的第一層；在所述形成的第一層上形成由不同于所述第一金屬材料的第二金屬材料所構(gòu)成的第二層；用離子或等離子體處理所述形成的第二層的表面；以及通過(guò)對(duì)所述第二層的表面進(jìn)行氧化、氮化、或氮氧化處理，形成所述間隔層。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于， 所述處理包括用離子或等離子體處理。
18. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述絕緣層是包括選自于Al (鋁)、Si (硅)、Hf (鉿)、Ti (鈦)、Ta (鉭)、Mo (鉬)、 W (鴿)、Nb (鈮)、Mg (鎂)、Cr (鉻)和Zr (鋯)中至少一種的氧化物、氮化物或氮氧化 物。
19. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一層是包括選自于Cu (銅)、Au (金)和Ag (銀)中任何一種元素的金屬層。
20. —種磁阻效應(yīng)元件，包括 第一磁性層；間隔層，所述間隔層設(shè)在所述第一磁性層上并具有絕緣層和導(dǎo)電層；和 第二磁性層，所述第二磁性層在所述間隔層上生長(zhǎng)，并且所述第二磁性層的全部或部分 用離子、等離子體或加熱來(lái)處理。
21. 如權(quán)利要求20所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于， 感應(yīng)電流經(jīng)所述間隔層從所述第一磁性層流向所述第二磁性層。
22. 如權(quán)利要求20所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于， 電子經(jīng)所述間隔層從所述第二磁性層流向所述第一磁性層。
全文摘要
一種磁阻效應(yīng)元件，通過(guò)下述方法制造形成第一磁性層；在第一磁性層上形成的包括絕緣層和導(dǎo)電層的間隔層，該導(dǎo)電層穿過(guò)絕緣層并傳導(dǎo)電流；和在形成的間隔層上形成的第二磁性層，該第二磁性層的全部或部分用離子、等離子體或加熱來(lái)處理。
文檔編號(hào)H01L43/08GK101331568SQ20068004765
公開日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2006年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者巖崎仁志, 湯淺裕美, 福澤英明, 藤慶彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝