JP2008130962A - トンネル型磁気検出素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 特に、プラズマ処理を施す場所を適正化することで、従来よりもＲＡを低減でき、ひいては、従来と同等以下の層間結合磁界Ｈｉｎを得ることができるトンネル型磁気検出素子の製造方法を提供することを目的としている。
【解決手段】 絶縁障壁層５の直下に位置する第２固定磁性層１２の上面１２ａよりも下側の位置でプラズマ処理を施している。例えば図に示す（１）〜（６）の少なくともいずれか一箇所でプラズマ処理を施す。これによって、ＲＡ（抵抗値Ｒ×素子面積Ａ）を、前記第２固定磁性層１２の上面１２ａにプラズマ処理を施した従来例に比べて低減させることが可能であり、また、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）やＲＡの特性のばらつきを、プラズマ処理自体を行わない比較例に比べて十分に、また、上記の従来例に比べても抑制することが可能である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えばハードディスク装置に搭載されたり、あるいはＭＲＡＭ（磁気抵抗メモリ）等として用いられるトンネル型磁気検出素子に係り、特に、従来よりもＲＡの低減を図ることができるトンネル型磁気検出素子の製造方法に関する。

トンネル型磁気検出素子は、トンネル効果を利用して抵抗変化を生じさせるものであり、固定磁性層の磁化と、フリー磁性層の磁化とが反平行のとき、前記固定磁性層とフリー磁性層との間に設けられた絶縁障壁層（トンネル障壁層）を介してトンネル電流が流れにくくなって、抵抗値は最大になり、一方、前記固定磁性層の磁化とフリー磁性層の磁化が平行のとき、最も前記トンネル電流は流れ易くなり抵抗値は最小になる。

この原理を利用し、外部磁界の影響を受けてフリー磁性層の磁化が変動することにより、変化する電気抵抗を電圧変化としてとらえ、記録媒体からの洩れ磁界が検出されるようになっている。

以下に示す特許文献１に記載された発明は、トンネル型磁気検出素子（ＴＭＲ素子）でなくＧＭＲ素子に関する発明である。特許文献１に記載されているように、ＧＭＲ素子では、基板上に下から反強磁性層、固定磁性層、スペーサ層及びフリー磁性層の順、あるいはその逆の順に積層する。

従来では、前記スペーサ層の直下に位置する磁性層表面をプラズマ処理することがあった。

前記プラズマ処理は、トンネル型磁気検出素子においても、絶縁障壁層の直下に位置する磁性層の上面に施すことで、前記磁性層の上面の平坦性を向上させることができ、よって、その上に形成される前記絶縁障壁層内のピンホール等の欠陥を減少できることで、特性のバラツキを抑制できることがわかっている。
特開２００２−１２４７１８号公報

しかしながら、前記絶縁障壁層の直下に位置する磁性層の上面をプラズマ処理すると、前記プラズマ処理を施さない場合に比べて、ＲＡ（抵抗値Ｒ×素子面積Ａ）が大きくなることがわかった。

ＲＡの増大は、高記録密度化に適切に対応できない等の問題をもたらすために前記ＲＡは出来る限り小さくしなければならなかった。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、プラズマ処理を施す場所を適正化することで、従来よりもＲＡを低減でき、ひいては、従来と同等以下の層間結合磁界Ｈｉｎを得ることができるトンネル型磁気検出素子の製造方法を提供することを目的としている。

本発明は、積層体内に、下から下側磁性層、絶縁障壁層、及び上側磁性層の順に積層した積層部分を有し、前記下側磁性層及び上側磁性層の一方を磁化が固定される固定磁性層で、他方を外部磁界に対して磁化変動するフリー磁性層で形成するトンネル型磁気検出素子の製造方法において、
前記下側磁性層の上面を形成するより前の製造工程中の前記積層体の上面の少なくとも一箇所に、プラズマ処理を施すことを特徴とするものである。

本発明では、このように前記下側磁性層の上面よりも下側の位置で前記プラズマ処理を施している。これによって、ＲＡ（抵抗値Ｒ×素子面積Ａ）を、前記下側磁性層の上面にプラズマ処理を施した従来例に比べて低減させることが可能である。

本発明では、前記下側磁性層を複数の磁性材料層の積層構造で形成し、前記下側磁性層の最上層よりも下層側の前記磁性材料層の上面の少なくとも一箇所に、前記プラズマ処理を施すことが好ましい。これにより、従来例に比べて、ＲＡを低減できるとともに、プラズマ処理自体を行わない比較例に比べて層間結合磁界Ｈｉｎの低減を図ることが出来る。

また本発明では、前記下側磁性層を、下から第１磁性層、非磁性中間層及び第２磁性層の順に積層された積層フェリ構造で形成し、
前記プラズマ処理を、前記第１磁性層の上面、前記非磁性中間層の上面、あるいは、前記第２磁性層を複数の磁性材料層の積層構造で形成したとき、前記第２磁性層の最上層よりも下層側の前記磁性材料層の上面の、少なくともいずれか一箇所に施すことが好ましい。

特に、前記プラズマ処理を、前記非磁性中間層の上面、あるいは、前記第２磁性層の最上層よりも下層側の前記磁性材料層の上面の、少なくともいずれか一箇所に施すことが、より好ましい。

本発明では、前記第１磁性層よりも下側に位置する層上面に前記プラズマ処理を施すことを除外しない。例えば、前記積層体を、下からシード層、反強磁性層、固定磁性層、絶縁障壁層、フリー磁性層の順で積層した場合、前記反強磁性層の上面やシード層の上面に前記プラズマ処理を施してもよい。

ただし、前記反強磁性層やシード層は、前記固定磁性層（下側磁性層）に比べて、絶縁障壁層から離れた位置に形成される結果、層間結合磁界Ｈｉｎは、プラズマ処理自体を行わない比較例に比べて大きくなりやすい。

よって、ＲＡの低減を図るとともに、比較例に比べて層間結合磁界Ｈｉｎの増大を抑制するには、プラズマ処理を、第１磁性層の上面、非磁性中間層の上面あるいは、第２磁性層の内部に対して施すことが好適であり、さらには、非磁性中間層の上面あるいは、第２磁性層の内部に対してプラズマ処理を施すと、ＲＡの低減効果のみならず、層間結合磁界Ｈｉｎを比較例よりも効果的に低減させることが可能になる。そして、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）やＲＡの特性のばらつきを、プラズマ処理自体を行わない比較例に比べて十分に、また、上記の従来例に比べても抑制することが可能である。

また本発明では、前記プラズマ処理を、前記第２磁性層の最上層よりも下層側の前記磁性材料層の上面のいずれか一箇所と、前記第２磁性層よりも下側に位置するいずれかの層の上面とに夫々に施すことが好ましい。

上記発明ではプラズマ処理を二箇所に施している。一箇所は、第２磁性層の内部に対して行い、もう一箇所は、前記第２磁性層よりも下側に位置するいずれかの層の上面に対して行っている。これによって、より効果的に、ＲＡの低減効果と、層間結合磁界Ｈｉｎの低減効果の双方を得ることが出来る。

また本発明では、前記下側磁性層を、下から第１磁性層、非磁性中間層及び第２磁性層の順に積層された積層フェリ構造で形成し、
前記プラズマ処理を、前記第２磁性層の上面と、前記第２磁性層の上面より下側に位置するいずれかの層の上面とに夫々に施してもよい。

本発明では、前記下側に位置するいずれかの層として前記第１磁性層、あるいは、前記非磁性中間層を選択し、前記第１磁性層の上面、あるいは、前記非磁性中間層の上面をプラズマ処理することが、より効果的に、ＲＡの低減効果と、層間結合磁界Ｈｉｎの低減効果の双方を得ることが出来、好適である。

本発明では、前記積層体を、下からシード層、反強磁性層、固定磁性層、絶縁障壁層、フリー磁性層及び保護層の順で積層するトンネル型磁気検出素子の製造方法に適用することが好ましい。

本発明では、絶縁障壁層の直下に位置する下側磁性層の上面よりも下側の位置でプラズマ処理を施している。これによって、ＲＡ（抵抗値Ｒ×素子面積Ａ）を、前記下側磁性層の上面にプラズマ処理を施した従来例に比べて低減させることが可能であり、ひいては、層間結合磁界Ｈｉｎをプラズマ処理自体を行わない比較例に比べて小さく出来る。

図１ないし図４は、本実施形態のトンネル型磁気検出素子（トンネル型磁気抵抗効果素子）の製造方法を示す一工程図である。各図は、製造過程での前記トンネル型磁気検出素子をを記録媒体との対向面と平行な方向から切断した断面図である。

トンネル型磁気検出素子は、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するものである。あるいは前記トンネル型磁気検出素子は、ＭＲＡＭ（磁気抵抗メモリ）等にも用いられる。

なお、図中においてＸ方向は、トラック幅方向、Ｙ方向は、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向（ハイト方向）、Ｚ方向は、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向及び前記トンネル型磁気検出素子の各層の積層方向、である。

図１に示す工程では、下部シールド層２１上に、下地層１、シード層２、反強磁性層３、第１固定磁性層８、非磁性中間層９及び下層側磁性材料層１０を真空中で連続成膜する。前記下層側磁性材料層１０は次の工程で形成される上層側磁性材料層１１とともに第２固定磁性層１２を構成する。各層を例えばスパッタ成膜する。

本実施形態では、前記下部シールド層２１を例えばＮｉＦｅ合金で形成する。
また前記下地層１を、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２種以上の元素などの非磁性材料で形成する。前記下地層１の形成は必須ではない。

前記シード層２を例えば、ＮｉＦｅＣｒによって形成する。前記シード層２をＮｉＦｅＣｒによって形成すると、前記シード層２は、面心立方構造（ｆｃｃ）を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものになる。前記シード層２の形成は必須ではない。

前記反強磁性層３を、元素β（ただしβは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成する。

これら白金族元素を用いたβ−Ｍｎ合金は、耐食性に優れ、またブロッキング温度も高く、さらに交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできるなど反強磁性材料として優れた特性を有している。

また前記反強磁性層３を、元素βと元素β′（ただし元素β′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成してもよい。

前記第１固定磁性層８を、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅＮｉなどの強磁性材料で形成する。また非磁性中間層９を、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどの非磁性導電材料で形成する。また前記下層側磁性材料層１０を、前記第１固定磁性層８と同様の強磁性材料で形成してもよいが、好ましくはＣｏＦｅＢで形成する。

本実施形態では、前記下層側磁性材料層１０を、原子比率Ｚが、０．１〜１、組成比αが、７０〜９０ａｔ％の（Ｃｏ_１−ＺＦｅ_Ｚ）_αＢ_{１００−α}で形成することが好適である。

なお前記第１固定磁性層８、及び、非磁性中間層９を８Å〜２０Å程度で形成する。また、前記下層側磁性材料層１０の膜厚を１０〜３０Å程度の範囲内で形成することが好ましい。

前記下層側磁性材料層１０まで成膜した後、前記下層側磁性材料層１０の上面１０ａに対してプラズマ処理（Ｐｌａｓｍａ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）を施す。

前記プラズマ処理は、真空中にＡｒ等の不活性ガスを導入してプラズマを生じさせ、プラズマ粒子を前記下層側磁性材料層１０の上面１０ａに衝突させることで前記上面１０ａの平坦性を向上させる処理を言う。前記プラズマ処理は、前記下層側磁性材料層１０の上面１０ａをエッチングしない程度の低エネルギーで行うことが好ましい。

プラズマ処理の条件は、例えば、高周波電力が１０〜２００Ｗ、Ａｒガス圧が１０〜１００ｍＴｏｒｒ、処理時間が３０〜６００秒である。

前記下層側磁性材料層１０の上面１０ａをプラズマ処理した後、図２に示すように、前記下層側磁性材料層１０上に上層側磁性材料層１１を真空中でスパッタ法により成膜する。前記上層側磁性材料層１１をＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅＮｉ、ＣｏＦｅＢなどの強磁性材料で形成する。前記上層側磁性材料層１１をＣｏＦｅかＣｏＦｅＢで形成することが好適である。

前記下層側磁性材料層１０と前記上層側磁性材料層１１とで第２固定磁性層１２が構成される。

本実施形態では、固定磁性層（下側磁性層）４を、下から第１固定磁性層８、非磁性中間層９、第２固定磁性層１２の順で積層された積層フェリ構造で形成する。アニール処理によって発生する前記反強磁性層３との界面での交換結合磁界及び非磁性中間層９を介した反強磁性的交換結合磁界（ＲＫＫＹ的相互作用）により前記第１固定磁性層８と第２固定磁性層１２の磁化方向を互いに反平行状態に磁化固定できる。この構成により前記固定磁性層４の磁化を安定した状態にでき、また前記固定磁性層４と反強磁性層３との界面で発生する交換結合磁界を見かけ上大きくすることができる。

次に、前記固定磁性層４上に絶縁障壁層５を形成する。前記絶縁障壁層５を、酸化アルミニウム（Ａｌ−Ｏ）、酸化マグネシウム（Ｍｇ−Ｏ）、酸化チタン（Ｔｉ−Ｏ）等で形成することが好適である。このうち、前記絶縁障壁層５を酸化アルミニウム（Ａｌ−Ｏ）で形成することが好ましい。本実施形態では、前記絶縁障壁層５の形成方法は２通りある。例えば前記絶縁障壁層５を酸化アルミニウム（Ａｌ−Ｏ）で形成するとき、所定の組成比で形成されたＡｌ−Ｏからなるターゲットを用いて、前記固定磁性層４上にＡｌ−Ｏから成る絶縁障壁層５をスパッタ成膜する方法と、前記固定磁性層４上にＡｌ層をスパッタ成膜し、前記Ａｌ層を酸化してＡｌ−Ｏから成る絶縁障壁層５を形成する方法とがある。

本実施形態では、Ａｌ等の金属層あるいは半導体層を形成し、前記金属層あるいは半導体層を酸化して前記絶縁障壁層５を形成することが好ましい。

次に、図２に示す工程では、前記絶縁障壁層５上に、真空中でエンハンス層６ａ及び軟磁性層６ｂから成るフリー磁性層（上側磁性層）、及び保護層７を成膜する。各層を例えばスパッタ成膜する。

本実施形態では、前記エンハンス層６ａをＣｏＦｅあるいはＣｏ又はＦｅで形成する。また前記軟磁性層６ｂをＮｉＦｅあるいはＮｉで形成する。前記エンハンス層６ａをＣｏＦｅあるいはＣｏ又はＦｅで形成することで前記絶縁障壁層５との界面付近でのスピン分極率を向上できる。一方、前記軟磁性層６ｂをＮｉＦｅあるいはＮｉで形成することで、フリー磁性層６の軟磁気特性の向上を図ることが出来る。フリー磁性層６をこのような積層構造とすることで良好な軟磁気特性と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることが出来る。

具体的には前記エンハンス層６ａをＦｅ組成比Ｘが、１０ａｔ％以上で１００ａｔ％以下のＣｏ_{１００−Ｘ}Ｆｅ_Ｘで形成することが好適である。また前記軟磁性層６ｂを、Ｎｉ組成比Ｙが８０．０ａｔ％〜９５．０ａｔ％の範囲内のＮｉ_ＹＦｅ_{１００−Ｙ}で形成することが好適である。
以上により下地層１から保護層７までが積層された積層体Ｔ１を形成する。

次に、前記積層体Ｔ１上に、リフトオフ用レジスト層３０を形成し、前記リフトオフ用レジスト層３０に覆われていない前記積層体Ｔ１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側端部をエッチング等で除去する（図３を参照）。

次に、前記積層体Ｔ１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側であって前記下部シールド層２１上に、下から下側絶縁層２２、ハードバイアス層２３、及び上側絶縁層２４の順に積層する（図４を参照）。各層を例えばスパッタ成膜する。

そして前記リフトオフ用レジスト層３０を除去し、前記積層体Ｔ１及び前記上側絶縁層２４上に上部シールド層（図示しない）を形成する。

前記ハードバイアス層２３からフリー磁性層６にトラック幅方向（図示Ｘ方向）のバイアス磁界が与えられて前記フリー磁性層６はトラック幅方向に磁化されている。一方、固定磁性層４を構成する第１固定磁性層８及び第２固定磁性層１２の磁化方向は反平行で且つハイト方向（図示Ｙ方向）と平行な方向に磁化されている。前記固定磁性層４の磁化は固定されているが、フリー磁性層６の磁化は外部磁界に対して変動できるように制御されており、前記フリー磁性層６の変動する磁化方向と第２固定磁性層１２の固定磁化との関係により電気抵抗値が変化する。

トンネル型磁気検出素子の製造方法では、その形成過程でアニール処理を含む。代表的なアニール処理は、前記反強磁性層３と下側磁性層４ａ間に交換結合磁界（Ｈｅｘ）を生じさせるためのアニール処理である。

この交換結合磁界を生じさせるためのアニール処理は図２に示す積層体Ｔ１の形成後に行う。例えば、前記アニール処理を２４０℃〜３１０℃程度の温度範囲で行う。

本実施形態のトンネル型磁気検出素子の製造方法の特徴的部分は、絶縁障壁層５と固定磁性層４との界面となる前記第２固定磁性層１２の上面１２ａ（図２を参照）を形成するより前の製造工程中での前記積層体Ｔ１の上面に対してプラズマ処理する点にある。

図１に示す実施形態では、前記下層側磁性材料層１０の上面１０ａに対してプラズマ処理を施している。

前記プラズマ処理は、例えば、図２に示す（１）〜（６）のいずれかの位置に施すことが可能である。すなわち（１）の位置は、下層側磁性材料層１０の上面１０ａであり、（２）の位置は、非磁性中間層９の上面９ａであり、（３）の位置は、第１固定磁性層８の上面８ａであり、（４）の位置は、反強磁性層３の上面３ａであり、（５）の位置は、シード層２の上面２ａであり、（６）の位置は下地層１の上面１ａである。

後述する実験結果によれば、前記第２固定磁性層１２の上面１２ａ（図２を参照）を形成するより前の製造工程中での前記積層体Ｔ１の上面に対してプラズマ処理を施すことで、ＲＡ（抵抗値Ｒ×素子面積Ａ）を、前記第２固定磁性層１２の上面１２ａにプラズマ処理を施した従来例に比べて低減することが可能である。

特に、前記第２固定磁性層１２の上面１２ａから下方へ離れた位置にプラズマ処理を施すほどＲＡの低減効果が大きくなる。

よって、ＲＡの低減効果のみを図る場合には、第２固定磁性層１２の上面１２ａから下方により離れた反強磁性層３の上面３ａやシード層２の上面２ａに前記プラズマ処理を施すことが効果的である。

その一方、前記第２固定磁性層１２の上面１２ａから下方へ離れた位置にプラズマ処理を施すほど層間結合磁界Ｈｉｎが大きくなるといった問題がある。

層間結合磁界Ｈｉｎは、前記絶縁障壁層５を挟んだ固定磁性層４とフリー磁性層６間のトポロジカルな静磁結合（いわゆるＯｒａｎｇｅ−Ｐｅｅｌ−ｃｏｕｐｌｉｎｇ）に因るものであり、前記絶縁障壁層５の上下面での界面の平坦性が高いほど前記層間結合磁界Ｈｉｎを小さくできる。そして前記層間結合磁界Ｈｉｎが大きくなるとフリー磁性層にかる余計なバイアス磁界が増えるため外部磁界に対する感度や磁界０を中心とした波形対称性に悪影響が生じるので、前記層間結合磁界ＨｉｎもＲＡと合わせて低減させることが好適である。

そこで、前記積層体Ｔ１のいずれの位置にもプラズマ処理を施さない形態を比較例とし、この比較例での層間結合磁界Ｈｉｎの大きさを基準として、比較例の層間結合磁界Ｈｉｎと同程度、あるいは比較例の前記層間結合磁界Ｈｉｎよりも小さく出きるプラズマ処理の位置を規定することとした。

後述する実験結果によれば、前記固定磁性層４を構成する第１固定磁性層８の上面８ａ（（３）の位置）、非磁性中間層９の上面９ａ（（２）の位置）、あるいは下層側磁性材料層１０の上面１０ａ（（１）の位置）のいずれかに対してプラズマ処理を施すと、第２固定磁性層１２の上面１２ａにプラズマ処理を施した従来例に比べてＲＡを低減させることができるとともに、層間結合磁界Ｈｉｎを上記比較例と同程度、あるいは比較例よりも小さくすることが可能である。特に、非磁性中間層９の上面９ａ（（２）の位置）、あるいは下層側磁性材料層１０の上面１０ａ（（１）の位置）のいずれかに対してプラズマ処理を施すと、層間結合磁界Ｈｉｎを比較例よりも小さくすることができ、界面の平坦性の改善効果と、ＲＡの低減効果と合わせて、特性ばらつきを効果的に低減することが可能である。

また本実施形態では、前記プラズマ処理を二箇所以上に施すことが好ましい。この場合、第２固定磁性層１２の上面１２ａから下方へより離れた二箇所にプラズマ処理を施すよりも、プラズマ処理の一箇所は、前記第２固定磁性層１２の上面１２ａに近い位置に施すことが好適である。例えば第２固定磁性層１２の上面１２ａから離れたシード層２の上面２ａと反強磁性層３の上面３ａに夫々プラズマ処理を施した場合、ＲＡの低減効果を図ることはできるものの、層間結合磁界Ｈｉｎの低減効果を有効に図ることができないと考えられる。

よって前記プラズマ処理を二箇所以上に施す場合、前記第２固定磁性層１２の内部に該当する下層側磁性材料層１０の上面１０ａに対してプラズマ処理を施すとともに、もう一箇所のプラズマ処理を、前記第２固定磁性層１２よりも下側に位置するいずれかの層の上面に夫々施すことが好ましい。例えば、下層側磁性材料層１０の上面１０ａと、非磁性中間層９の上面９ａ、あるいは、下層側磁性材料層１０の上面１０ａと、第１固定磁性層８の上面８ａに夫々プラズマ処理を施す。これによって、より適切に、従来例に比べてＲＡの低減効果を図れるとともに、比較例に比べて層間結合磁界Ｈｉｎの低減効果を図ることが可能である。

また、従来例と同様に、前記第２固定磁性層１２の上面１２ａに対してプラズマ処理を施すとともに、前記第２固定磁性層１２の上面１２ａよりも下側に位置するいずれかの層の上面に対して夫々、プラズマ処理を施してもよい。例えば、第２固定磁性層１２の上面１２ａと、非磁性中間層９の上面９ａ、あるいは、第２固定磁性層１２の上面１２ａと、第１固定磁性層８の上面８ａに夫々プラズマ処理を施す。これによって、ＲＡの低減効果と、層間結合磁界Ｈｉｎの低減効果を図ることができる。

ただし後述する実験結果に示すように、プラズマ処理を二箇所以上施す場合、その一箇所を前記第２固定磁性層１２の上面１２ａに対して行うより、その下側の位置でプラズマ処理を２回施すことが、同等の低い層間結合磁界Ｈｉｎを維持しつつ、ＲＡの低減効果には好適であることがわかっている。すなわち、例えば、第２固定磁性層１２の上面１２ａと、非磁性中間層９の上面９ａの夫々にプラズマ処理を施すより、下層側磁性材料層１０の上面１０ａと、非磁性中間層９の上面９ａの夫々にプラズマ処理を施すほうが、ＲＡをより効果的に低減させることが可能である。

上記した実施形態の積層体Ｔ１は、下部シールド層２１上に、下から下地層１、シード層２、反強磁性層３、固定磁性層４、絶縁障壁層５、フリー磁性層６及び保護層７の順で積層形成したものであったが、図５に示すように、下部シールド層２１上に、下から下地層１、シード層２、フリー磁性層（下側磁性層）６、絶縁障壁層５、固定磁性層（上側磁性層）４、反強磁性層３及び保護層７の順で積層形成されてもよい。

図５に示す実施形態では、絶縁障壁層５とフリー磁性層６との界面であるエンハンス層６ａの上面を形成する前の製造工程中の積層体Ｔ２の上面の少なくとも一箇所に前記プラズマ処理を施す。

図５に示すように、前記プラズマ処理を、前記フリー磁性層６を構成する軟磁性層６ｂの上面６ｂ１（（７）の位置）に施すことがＲＡの低減効果を図る上で好適である。また前記プラズマ処理を二箇所以上施してもよい。また前記フリー磁性層６を積層フェリ構造で形成してもよい。そしてかかる場合、図２に示す固定磁性層４と同様、（１）〜（３）の位置にプラズマ処理を施すことが可能である。

また図１，図２に示す形態において、前記固定磁性層４を複数の磁性材料層から成る積層構造で形成してもよい。かかる場合、前記固定磁性層４の最上層よりも下層側に位置する磁性材料層の上面の少なくとも一箇所に対して前記プラズマ処理を施すことが可能である。

積層体Ｔ１を有するトンネル型磁気検出素子を形成した。
積層体Ｔ１を、下から、下地層１；Ｔａ（３）／シード層２；（Ｎｉ_０．８Ｆｅ_０．２）_{６０ａｔ％}Ｃｒ_{４０ａｔ％}（５）／反強磁性層３；ＩｒＭｎ（７）／固定磁性層４［第１磁性層８；Ｃｏ_７０at%Ｆｅ_３０at%（１．４）／非磁性中間層９；Ｒｕ（０．９）／下層側磁性材料層１０；（Ｃｏ_０．７５Ｆｅ_０．２５）_{８０ａｔ％}Ｂ_{２０ａｔ％}（１．５）／上層側磁性材料層１１；Ｃｏ_{７０ａｔ％}Ｆｅ_{３０ａｔ％}（０．３）］／絶縁障壁層５；Ａｌ−Ｏ／フリー磁性層６[エンハンス層６ａ；Ｃｏ_{５０ａｔ％}Ｆｅ_{５０ａｔ％}（１）／軟磁性層６ｂ；Ｎｉ_{８５ａｔ％}Ｆｅ_{１５ａｔ％}（５）]／保護層７［Ｒｕ（２）／Ｔａ（２７）］の順に積層した。なお括弧内の数値は平均膜厚を示し単位はｎｍである。

前記絶縁障壁層５はＡｌ層を０．４３ｎｍの膜厚で形成した後、Ａｌ層を酸化処理して形成した。また、素子サイズを、０．０８５μｍ（トラック幅Ｔｗ）×０．４μｍ（ハイト方向への長さ）とした。

実験では、図２に示す（１）〜（５）の各位置にてプラズマ処理を行ったトンネル型磁気検出素子を夫々製造した。また、比較例として、プラズマ処理を行わなかったトンネル型磁気検出素子を製造した。また従来例として、プラズマ処理を図２に示す第２固定磁性層１２の上面１２ａに対して行ったトンネル型磁気検出素子を製造した。

プラズマ処理の条件は、電力を１００Ｗで、Ａｒガス圧を８０ｍＴｏｒｒとした。また、実験は、プラズマ処理の時間を３００秒、６００秒の両方で行った。

上記のようにしてプラズマ処理された各トンネル型磁気抵抗効果素子のＲＡ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）、及び層間結合磁界Ｈｉｎを測定した。その実験結果が以下の表１に示されている。

図６は、ＲＡの実験結果を横軸をプラズマ処理時間として示したグラフであるる。
図６に示すように、（１）〜（５）の位置でプラズマ処理した実施例では、従来例よりもＲＡを低減できることがわかった。

図７は、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の実験結果を横軸をプラズマ処理時間として示したグラフである。

図７に示すように、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は全ての試料においてほぼ同じ値となることがわかった。

図８は、層間結合磁界Ｈｉｎの実験結果を横軸をプラズマ処理時間として示したグラフである。

図８に示すように、層間結合磁界Ｈｉｎは従来例が最も小さくなることがわかった。一方、（１）〜（５）の位置でプラズマ処理を施した実施例では、第２固定磁性層１２の上面１２ａから下方に離れた位置にプラズマ処理を施すほど、層間結合磁界Ｈｉｎが大きくなることがわかった。特に（４）や（５）の位置は、反強磁性層３の上面３ａやシード層２の上面２ａであるが、反強磁性層３の上面３ａあるいは、シード層２の上面２ａにのみプラズマ処理を行った場合、層間結合磁界Ｈｉｎは比較例よりも、大きくなってしまうことがわかった。

図９は、図６及び図７に基づいて作成した各試料におけるＲＡと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、図１０は、図６と図８に基づいて作成した各試料におけるＲＡと層間結合磁界Ｈｉｎとの関係を示すグラフである。

図６〜図１０に示すように、（１）〜（５）の位置でプラズマ処理を施した実施例では、従来例や比較例と同等の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を維持しつつ、ＲＡを従来例に比べて低減させることが可能であることがわかった。また、（１）〜（３）のいずれかの位置でプラズマ処理を施した実施例では、層間結合磁界Ｈｉｎを比較例と同等以下に抑制できることがわかった。特に（１）の第２固定磁性層１２の内部、（２）の非磁性中間層９の上面９ａにプラズマ処理を施した実施例では、比較例よりも適切に層間結合磁界Ｈｉｎを小さく出来ることがわかった。

次に、積層体Ｔ１の異なる二箇所の位置にプラズマ処理を施したトンネル型磁気検出素子を製造し、各トンネル型磁気抵抗効果素子のＲＡ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）、層間結合磁界Ｈｉｎを測定した。

実験では、従来例の第２固定磁性層１２の上面１２ａにプラズマ処理を施すとともに、（２）の位置でもプラズマ処理を施したもの、従来例の第２固定磁性層１２の上面１２ａにプラズマ処理を施すとともに、（３）の位置でもプラズマ処理を施したもの、（１）と（２）の位置の夫々にプラズマ処理を施したもの、（１）と（３）の位置の夫々にプラズマ処理を施したものについて実験を行った。

図１１は、ＲＡの実験結果を横軸をプラズマ処理時間として示したグラフである。なおプラズマ時間は、表１に示すように（２）（３）の位置でのプラズマ処理は３００（ｓｅｃ）で一定とし、（１）の位置、あるいは従来例の位置でのプラズマ時間を変動させた。図１１〜図１３に示す横軸はいずれも（１）の位置、あるいは従来例の位置でのプラズマ時間としている。

図１１に示すように、二箇所にプラズマ処理を施した各実施例では、従来例よりもＲＡを低減できることがわかった。

図１２は、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の実験結果を横軸をプラズマ処理時間として示したグラフである。

図１２に示すように、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は全ての試料においてほぼ同じ値となることがわかった。

図１３は、層間結合磁界Ｈｉｎの実験結果を横軸をプラズマ処理時間として示したグラフである。

図１３に示すように、二箇所にプラズマ処理を施した全ての実施例の層間結合磁界Ｈｉｎを比較例よりも十分に小さく出来ることがわかった。

図１４は、図１１及び図１２に基づいて作成した各試料におけるＲＡと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、図１５は、図１１と図１３に基づいて作成した各試料におけるＲＡと層間結合磁界Ｈｉｎとの関係を示すグラフである。

図１１〜図１５に示すように、二箇所にプラズマ処理を施した各実施例では、従来例や比較例と同等の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を維持しつつ、ＲＡを従来例に比べて低減させることが可能であることがわかった。しかも、二箇所にプラズマ処理を施した全ての実施例において、層間結合磁界Ｈｉｎを比較例より小さく出来ることがわかった。

従来例の第２固定磁性層１２の上面１２ａと（２）の位置にプラズマ処理を施した実施例、及び、従来例の第２固定磁性層１２の上面１２ａと（３）の位置にプラズマ処理を施した実施例は共に、従来例に比べてＲＡの低減効果を図ることができるものの、図１１に示すように、（１）と（２）の位置の双方にプラズマ処理を施した実施例や、（１）と（３）の位置の双方にプラズマ処理を施した実施例に比べて、ＲＡの低減効果は小さいことがわかった。よって、二箇所にプラズマ処理を施す場合、その一箇所を従来と同じ第２固定磁性層１２の上面１２ａにするのではなく、前記第２固定磁性層１２の上面１２ａに近い第２固定磁性層１２の内部位置にする等によってＲＡの低減効果を十分に図ることが可能であると考えられる。

次に、比較例、実施例、（１）の位置でプラズマ処理した実施例、（１）と（２）の双方でプラズマ処理した実施例、（１）と（３）の双方でプラズマ処理した実施例の各トンネル型磁気抵抗効果素子（素子サイズ；０．０８５μｍ×０．４μｍ）を８０個づつ形成し、ＲＡ及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の特性のばらつき（σ／Ａｖｅ（％））を測定した。σは標準偏差であり、Ａｖｅは８０個づつ形成した３種類の各実施例、比較例、従来例の夫々の平均値である。σ／Ａｖｅ（％）は小さいほどばらつきが小さい。

表２に示すように、実施例は、比較例に比べて特性のばらつきを抑制できることがわかった。また実施例は、従来例と比べても若干、特性のばらつきを抑えることができることがわかった。

本実施形態のトンネル型磁気検出素子の製造方法を示す一工程図（製造工程中の前記トンネル型磁気検出素子を記録媒体との対向面と平行な方向から切断した断面図）、 図１の次に行われる一工程図（製造工程中の前記トンネル型磁気検出素子を記録媒体との対向面と平行な方向から切断した断面図）、 図２の次に行われる一工程図（製造工程中の前記トンネル型磁気検出素子を記録媒体との対向面と平行な方向から切断した断面図）、 図３の次に行われる一工程図（製造工程中の前記トンネル型磁気検出素子を記録媒体との対向面と平行な方向から切断した断面図）、 図２とは異なる積層体を有するトンネル型磁気検出素子の製造方法を示す一工程図（製造工程中の前記トンネル型磁気検出素子を記録媒体との対向面と平行な方向から切断した断面図）、 図２に示す（１）〜（５）の夫々の位置にプラズマ処理を施した各実施例、第２固定磁性層の上面にプラズマ処理を施した従来例、プラズマ処理を行わなかった比較例の各試料におけるプラズマ処理時間とＲＡとの関係を示すグラフ、 図２に示す（１）〜（５）の夫々の位置にプラズマ処理を施した各実施例、第２固定磁性層の上面にプラズマ処理を施した従来例、プラズマ処理を行わなかった比較例の各試料におけるプラズマ処理時間と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、 図２に示す（１）〜（５）の夫々の位置にプラズマ処理を施した各実施例、第２固定磁性層の上面にプラズマ処理を施した従来例、プラズマ処理を行わなかった比較例の各試料におけるプラズマ処理時間と層間結合磁界Ｈｉｎとの関係を示すグラフ、 図６及び図７に基づいて作成した各試料におけるＲＡと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、 図６と図８に基づいて作成した各試料におけるＲＡと層間結合磁界Ｈｉｎとの関係を示すグラフ、 図２に示す（１）と（２）の位置の双方でプラズマ処理した実施例、（１）と（３）の位置の双方でプラズマ処理した実施例、従来と同じ第２固定磁性層の上面と、図２に示す（２）の位置の双方でプラズマ処理した実施例、従来と同じ第２固定磁性層の上面と、図２に示す（３）の位置の双方でプラズマ処理した実施例、第２固定磁性層の上面にプラズマ処理を施した従来例、プラズマ処理を行わなかった比較例の各試料におけるプラズマ処理時間とＲＡとの関係を示すグラフ、 図２に示す（１）と（２）の位置の双方でプラズマ処理した実施例、（１）と（３）の位置の双方でプラズマ処理した実施例、従来と同じ第２固定磁性層の上面と、図２に示す（２）の位置の双方でプラズマ処理した実施例、従来と同じ第２固定磁性層の上面と、図２に示す（３）の位置の双方でプラズマ処理した実施例、第２固定磁性層の上面にプラズマ処理を施した従来例、プラズマ処理を行わなかった比較例の各試料におけるプラズマ処理時間と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、 図２に示す（１）と（２）の位置の双方でプラズマ処理した実施例、（１）と（３）の位置の双方でプラズマ処理した実施例、従来と同じ第２固定磁性層の上面と、図２に示す（２）の位置の双方でプラズマ処理した実施例、従来と同じ第２固定磁性層の上面と、図２に示す（３）の位置の双方でプラズマ処理した実施例、第２固定磁性層の上面にプラズマ処理を施した従来例、プラズマ処理を行わなかった比較例の各試料におけるプラズマ処理時間と層間結合磁界Ｈｉｎとの関係を示すグラフ、 図１１及び図１２に基づいて作成した各試料におけるＲＡと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、 図１１と図１３に基づいて作成した各試料におけるＲＡと層間結合磁界Ｈｉｎとの関係を示すグラフ、

符号の説明

１ 下地層
２ シード層
３ 反強磁性層
４ 固定磁性層
５ 絶縁障壁層
６ フリー磁性層
７ 保護層
８ 第１固定磁性層
９ 非磁性中間層
１０ 下層側磁性材料層
１１ 上層側磁性材料層
１２ 第２固定磁性層
２２、２４ 絶縁層
２３ ハードバイアス層
３０ リフトオフ用レジスト層
Ｔ１、Ｔ２ 積層体

Claims (8)

1. 積層体内に、下から下側磁性層、絶縁障壁層、及び上側磁性層の順に積層した積層部分を有し、前記下側磁性層及び上側磁性層の一方を磁化が固定される固定磁性層で、他方を外部磁界に対して磁化変動するフリー磁性層で形成するトンネル型磁気検出素子の製造方法において、
   前記下側磁性層の上面を形成するより前の製造工程中の前記積層体の上面の少なくとも一箇所に、プラズマ処理を施すことを特徴とするトンネル型磁気検出素子の製造方法。
2. 前記下側磁性層を複数の磁性材料層の積層構造で形成し、前記下側磁性層の最上層よりも下層側の前記磁性材料層の上面の少なくとも一箇所に、前記プラズマ処理を施す請求項１記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。
3. 前記下側磁性層を、下から第１磁性層、非磁性中間層及び第２磁性層の順に積層された積層フェリ構造で形成し、
   前記プラズマ処理を、前記第１磁性層の上面、前記非磁性中間層の上面、あるいは、前記第２磁性層を複数の磁性材料層の積層構造で形成したとき、前記第２磁性層の最上層よりも下層側の前記磁性材料層の上面の、少なくともいずれか一箇所に施す請求項１記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。
4. 前記プラズマ処理を、前記非磁性中間層の上面、あるいは、前記第２磁性層の最上層よりも下層側の前記磁性材料層の上面の、少なくともいずれか一箇所に施す請求項３記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。
5. 前記プラズマ処理を、前記第２磁性層の最上層よりも下層側の前記磁性材料層の上面のいずれか一箇所と、前記第２磁性層よりも下側に位置するいずれかの層の上面とに夫々に施す請求項３記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。
6. 前記下側磁性層を、下から第１磁性層、非磁性中間層及び第２磁性層の順に積層された積層フェリ構造で形成し、
   前記プラズマ処理を、前記第２磁性層の上面と、前記第２磁性層の上面より下側に位置するいずれかの層の上面とに夫々に施す請求項１記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。
7. 前記下側に位置するいずれかの層として前記第１磁性層、あるいは、前記非磁性中間層を選択し、前記第１磁性層の上面、あるいは、前記非磁性中間層の上面をプラズマ処理する請求項５または６に記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。
8. 前記積層体を、下からシード層、反強磁性層、固定磁性層、絶縁障壁層、フリー磁性層及び保護層の順で積層する請求項１ないし７のいずれかに記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。

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