JP2005303205A

JP2005303205A - 磁気抵抗効果膜およびその製造方法

Info

Publication number: JP2005303205A
Application number: JP2004120696A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kawai; 憲一河合
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2004-04-15
Filing date: 2004-04-15
Publication date: 2005-10-27
Also published as: KR100654658B1; KR20050100562A; EP1586913A2; CN1684145A; US20050231854A1

Abstract

【課題】磁気抵抗効果素子に使用する磁気抵抗効果膜のイオンミリング工程の加工時間を短縮し、リード素子の分解能を向上させる。
【解決手段】磁性層の保護膜としてスペキュラー層２とキャップ層１が形成された磁気抵抗効果膜の製造方法において、前記磁性層上に前記スペキュラー層となる金属材料を成膜した後、該金属材料を成膜してスペキュラー層２を形成し、該スペキュラー層２上に前記キャップ層として、該スペキュラー層と同じ金属材料を成膜する。
【選択図】図１

Description

本発明は磁気抵抗効果膜およびその製造方法に関し、より詳細にはイオンミリング処理時間を短縮し、リード素子の分解能を向上させることができる磁気抵抗効果膜およびその製造方法に関する。

図４に磁気抵抗効果素子に使用されているＧＭＲ（giant magnetoresistance）膜の従来の構成を示す。ＧＭＲ膜は、図のように、キャップ層１、スペキュラー層２、バックレイア層３、フリー層４、中間層５、ピン層６、反強磁性層７、シード層８を積層して形成されている。
ＧＭＲ膜の膜構成としては種々の構成が可能であるが、シード層８をNiCr、反強磁性層７をPdPtMn、ピン層６をCoFe/Ru/CoFe、中間層をCu、フリー層４をCoFe/NiFe、バックレイア層３をCuとしたものが使用されており、スペキュラー層２にはAlプラズマ酸化膜、キャップ層１にはTaプラズマ酸化膜が使用されている。なお、スペキュラー層２に使用されているAlプラズマ酸化膜とは、バックレイア層３の表面にアルミニウムを成膜した後、成膜チェンバーとは別に設けられた酸化室で、Arと酸素を導入し、プラズマを発生させアルミニウム膜を酸化して形成したものでありAl₂O₃として形成されているものである。

図５は、ＧＭＲ膜を形成した後、ＧＭＲ膜１０の表面にレジスト１２を被着し、イオンミリングによってリード用の素子を形成する工程を示す。イオンミリング工程では、ＧＭＲ膜１０の表面に対して斜め方向からイオンを放射し、放射されたイオンがレジスト１２によって部分的に遮蔽される作用を利用して素子の側面がテーパ面１０ａ、１０ｂとなるようにしている。テーパ面１０ａ、１０ｂは電極が形成される面であり、素子の側面をテーパ面に形成することにより、ＧＭＲ膜１０の側面に電極を成膜しやすくし、ＧＭＲ膜１０と電極との接触面積を大きくすることで電気的接続を確保しやすくしている。
特開２００１−１８９５０３号公報

上述したように、ＧＭＲ膜を用いた磁気抵抗効果素子を形成する工程では、ＧＭＲ膜を形成した後、イオンミリング工程で素子の側面をテーパ面１０ａ、１０ｂに形成するが、従来のＧＭＲ膜１０ではスペキュラー層２がAl₂O₃からなるため、イオンミル時間が長くなり、製造効率が悪いという問題があった。これは、Al₂O₃が素材として硬い材料であるためイオンミリングによって除去しにくいという理由と、スペキュラー層２自体が厚いためイオンミリングに時間がかかるという理由によるものである。

また、図５(b)は、上記のイオンミリング工程でＧＭＲ膜１０をイオンミリングした際に、レジスト１２の表面にＧＭＲ膜１０の膜材料１４が付着する様子を説明的に示している。このようにレジスト１２の表面に膜材料１４が付着した場合に、その付着量が多くなるとレジスト１２の幅が実質的に広がり、リードコア幅が広がってリード素子の分解能が悪くなるという問題もある。スペキュラー層２がAl₂O₃からなる従来のＧＭＲ膜の場合はイオンミルに時間がかかるため、レジスト１２の表面に付着する膜材料１４の厚さが厚くなり、結果としてリード素子の分解能を低下させるという問題があった。

そこで、本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは磁気抵抗効果膜を従来にくらべて短時間でイオンミルすることを可能にし、イオンミリング工程の所要時間を短縮するとともに、リード素子の分解能を向上させることができる磁気抵抗効果膜およびその製造方法を提供するにある。

本発明は、上記目的を達成するため次の構成を備える。
すなわち、磁性層の保護膜としてスペキュラー層とキャップ層が形成された磁気抵抗効果膜において、前記スペキュラー層と前記キャップ層は同じ金属材料からなり、該スペキュラー層は該金属材料の酸化物であることを特徴とする。
また、前記金属材料はＴａであることを特徴とし、また、前記磁性層は、シード層、反強磁性層、ピン層、中間層およびフリー層が順に形成されてなることを特徴とする。

また、磁性層の保護膜としてスペキュラー層とキャップ層が形成された磁気抵抗効果膜の製造方法において、前記磁性層上に前記スペキュラー層となる金属材料を成膜した後、該金属材料を成膜してスペキュラー層を形成し、該スペキュラー層上に前記キャップ層として、該スペキュラー層と同じ金属材料を成膜することを特徴とする。
また、前記金属材料としてＴａが有効に使用でき、また、前記磁性層として、シード層、反強磁性層、ピン層、中間層およびフリー層をこの順に成膜した後、前記保護膜を形成することを特徴とする。

本発明に係る磁気抵抗効果膜およびその製造方法によれば、保護膜に形成するスペキュラー層とキャップ層とが同一の金属材料からなり、スペキュラー層を前記金属材料の酸化物によって形成したことにより、イオンミリングによってリード素子を形成する際の加工時間を短縮することができ、磁気抵抗効果素子の製造効率を向上させることが可能となる。また、従来品と同等の特性を得ることができ、磁気抵抗効果素子の製造に好適に利用することが可能となる。

図１は本発明に係る磁気抵抗効果膜の製造方法によって製造したＧＭＲ膜の膜構成を示す説明図である。同図で、１はキャップ層、２はスペキュラー層、３はバックレイア層、４はフリー層、５は中間層、６はピン層、７は反強磁性層、８はシード層である。これら各層の構成のうち、バックレイア層３〜シード層８の構成については、図４に示す従来のＧＭＲ膜と変わるものではない。本実施形態のＧＭＲ膜と従来のＧＭＲ膜とでその構成が相違している点は、キャップ層１とスペキュラー層２の構成であり、とくにスペキュラー層２の構成が相違している。

すなわち、本実施形態のＧＭＲ膜としての膜構成としては、たとえば、シード層８をNiCr、反強磁性層７をPdPtMn、ピン層６をCoFe/Ru/CoFe、中間層をCu、フリー層４をCoFe/NiFe、バックレイア層３をCuとしたものが使用され、スペキュラー層２にはTaプラズマ酸化膜、キャップ層１にTa膜が使用される。
図１と図４は、本実施形態と従来のＧＭＲ膜について、実際の膜厚を反映した形式で膜構成を表現したものである。バックレイア層３〜シード層８については、本実施形態と従来例についてその厚さがとくに相違するものではないことを示している。

一方、スペキュラー層２について、従来のＧＭＲ膜においては、Alプラズマ酸化膜としたのに対して、本実施形態ではTaプラズマ酸化膜によって形成した点で異なっている。Taプラズマ酸化膜は、バックレイア層３の表面にTaを成膜した後、成膜用のチェンバーとは別の酸化室でTaを酸化処理することによって形成することができる。すなわち、酸化室に
Arと酸素を導入し、プラズマを発生させることによってTaの酸化膜（Ta₂O₅）を形成することができる。

なお、従来例においてはスペキュラー層２を形成する際に、Al膜を２ｎｍの厚さに成膜してAlプラズマ酸化膜を形成したが、本実施形態ではTa膜を１．５ｎｍの厚さ成膜してTaプラズマ酸化膜を形成した。したがって、本実施形態のスペキュラー層２の方が従来のスペキュラー層２よりも若干薄く形成されている。
また、従来のＧＭＲ膜ではキャップ層１の厚さを３ｎｍとしたのに対して、本実施形態ではキャップ層１の厚さを１．５ｎｍとした。

このように、スペキュラー層２をTaプラズマ酸化膜によって形成した場合は、従来のAlプラズマ酸化膜によって形成した場合にくらべて、イオンミリングによって容易にエッチングすることが可能となり、イオンミリングによってＧＭＲ膜をエッチングするに要する時間を短縮することができる。
表１は、スペキュラー層２とキャップ層１を従来のAlプラズマ酸化膜とTa膜とした場合と、本実施形態でのTaプラズマ酸化膜とTa膜とした場合でエッチングレート比がどの程度相違するかを試験した結果を示す。

表１の試験結果は、スペキュラー層２をTaプラズマ酸化膜とし、キャップ層１をTa膜とした場合は、約４倍の速度でエッチング（イオンミリング）が進むことを示している。もちろん、本実施形態では、スペキュラー層２の厚さをAlプラズマ酸化膜によって形成した場合よりも薄くし、キャップ層１の厚さも従来よりも薄くしていることがその差に寄与しているが、エッチングレート比の差は、主としてスペキュラー層２をAlプラズマ酸化膜からTaプラズマ酸化膜に変えたことによるものである。Ta自体は容易にイオンミリングされる。

また、スペキュラー層２とキャップ層１を表１の条件とした場合の従来例と実施例でＧＭＲ膜全体のエッチング時間を比較したところ、スペキュラー層２をTaプラズマ酸化膜とし、キャップ層１をTa膜とした実施例の場合には、従来例に比較してＧＭＲ膜全体のエッチング時間を５０％程度にまで短縮することができた。このように、スペキュラー層２をTaプラズマ酸化膜とし、キャップ層１をTa膜とする方法は、ＧＭＲ膜のイオンミリング時間を短縮する方法としてきわめて有効である。

図２は、スペキュラー層２をTaプラズマ酸化膜とし、キャップ層１をTa膜としたＧＭＲ膜１０についてイオンミリングしてリード素子を形成する工程を示す。図２(a)は、ＧＭＲ膜１０の表面にレジスト１２を被着した状態を示し、図２(b)はＧＭＲ膜１０にイオンミリングを施してリード素子の側面をテーパ面１０ａ、１０ｂに形成した状態を示す。本実施形態のＧＭＲ膜の構成による場合は、ＧＭＲ膜１０が短時間でイオンミリングされるから、レジスト１２の表面に被着するＧＭＲ膜１０の膜材料１４の付着量が抑制され、レジスト１２の幅が実質的に広がることが抑えられる。その結果として、リード素子のコア幅が広くなることを抑えることができ、リード素子の分解能を向上させることが可能となる。

図３は、バックレイア層３の表面にTaを成膜した後、酸化室でTaをプラズマ酸化してスペキュラー層２を形成した際に、酸化室でのプラズマ酸化時間によってＧＭＲ膜のＧＭＲ被がどのように変わるかを試験した結果を示す。実験は表１の実施例の条件（膜厚）で行った。図３には、スペキュラー層２をAlプラズマ酸化膜とした表１の従来例の場合を比較例として示している。
図３に示す試験結果から、Taのプラズマ酸化時間が３０秒間では酸化不足であり、ＧＭＲ比が従来例にくらべて低く、酸化時間を６０秒〜９０秒間とすることで、従来例と同等のＧＭＲ比が得られることがわかる。すなわち、この条件でTaプラズマ酸化膜をスペキュラー層２として使用することで磁気抵抗効果素子として十分に使用できるＧＭＲ膜を得ることができる。

本発明に係る磁気抵抗効果膜の製造方法によって形成されるＧＭＲ膜の構成を示す説明図である。ＧＭＲ膜をイオンミリングしてリード素子を形成する方法を示す説明図である。ＧＭＲ膜のＧＭＲ比を測定した結果を示すグラフである。従来のＧＭＲ膜の構成を示す説明図である。ＧＭＲ膜をイオンミリングしてリード素子を形成する従来工程を示す説明図である。

符号の説明

１０ＧＭＲ膜
１０ａ、１０ｂテーパ面
１２レジスト
１４膜材料

Claims

磁性層の保護膜としてスペキュラー層とキャップ層が形成された磁気抵抗効果膜において、
前記スペキュラー層と前記キャップ層は同じ金属材料からなり、該スペキュラー層は該金属材料の酸化物であることを特徴とする磁気抵抗効果膜。
前記金属材料はＴａであることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果膜。
前記磁性層は、シード層、反強磁性層、ピン層、中間層およびフリー層が順に形成されてなることを特徴とする請求項１または２記載の磁気抵抗効果膜。
磁性層の保護膜としてスペキュラー層とキャップ層が形成された磁気抵抗効果膜の製造方法において、
前記磁性層上に前記スペキュラー層となる金属材料を成膜した後、該金属材料を成膜してスペキュラー層を形成し、
該スペキュラー層上に前記キャップ層として、該スペキュラー層と同じ金属材料を成膜することを特徴とする磁気抵抗効果膜の製造方法。
前記金属材料はＴａであることを特徴とする請求項４記載の磁気抵抗効果膜の製造方法。
前記磁性層として、シード層、反強磁性層、ピン層、中間層およびフリー層をこの順に成膜した後、前記保護膜を形成することを特徴とする請求項４または５記載の磁気抵抗効果膜の製造方法。