JP2008159653A - 磁気検出素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】
表面が平坦なシード層を形成することにより、素子全体の平坦性が高い磁気検出素子を得る。
【解決手段】
シード層を、下部シールド層側の第1シード層と反強磁性層に接する第2シード層の少なくとも2層とし、前記第2シード層をRuで形成する。これにより、シード層は表面の平坦性が高く、その上に形成される素子を構成する各層の界面平坦性が向上し、素子が破壊するときの電圧(絶縁破壊電圧)が高く、信頼性の高い素子を得ることができる。
【選択図】図1
表面が平坦なシード層を形成することにより、素子全体の平坦性が高い磁気検出素子を得る。
【解決手段】
シード層を、下部シールド層側の第1シード層と反強磁性層に接する第2シード層の少なくとも2層とし、前記第2シード層をRuで形成する。これにより、シード層は表面の平坦性が高く、その上に形成される素子を構成する各層の界面平坦性が向上し、素子が破壊するときの電圧(絶縁破壊電圧)が高く、信頼性の高い素子を得ることができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、例えばハードディスク装置などに搭載される磁気ヘッド、あるいは磁気センサやMRAM(磁気抵抗メモリ)に用いられる磁気検出素子に係り、特にシード効果を適切に維持しつつ、非磁性材料層の界面平担性を向上させることができ動作安定性を向上させることが可能な磁気検出素子に関する。
トンネル型磁気検出素子は、下から反強磁性層、固定磁性層、絶縁障壁層、フリー磁性層の順に積層された積層構造からなる。基板の上、あるいは基板の上に形成される下地層の上にはシード層が形成され、このシード層の上に、前記反強磁性層、固定磁性層、自由磁性層、非磁性材料層が形成される。
前記シード層は、その上に積層される反強磁性層、固定磁性層、絶縁障壁層及びフリー磁性層の各層に対して良好な結晶配向性を与え、結晶粒径を成長させることができる材料、すなわちシード効果を有する材料で形成される。例えば、前記シード層の結晶構造が面心立方(fcc)構造で、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と、その上に形成される各層を適切に面心立方(fcc)構造の{111}配向させることができ、また結晶粒径の増大を図ることができる。これによって、抵抗変化率(ΔR/R)を向上させることが可能である。
下記特許文献1に示す磁気抵抗効果素子では、シード層をNiFeCrで形成している。
特開2002−76473号公報
前記シード層をNiFeCrで形成することで、前記シード層上に形成される各層の結晶配向性を適切に向上させることができ、抵抗変化率(ΔR/R)を適切に向上させることが出来ることがわかっている。
しかしながら、前記シード層をNiFeCrで形成すると絶縁障壁層と固定磁性層間、前記絶縁障壁層とフリー磁性層間の界面平坦性が悪化する。その結果、前記絶縁障壁層の膜厚が不均一になり、一部膜厚の薄い部分が生じる。そのため、素子に電圧をかけたときに低い電圧で前記絶縁障壁層が絶縁破壊を起こしてしまう。このように、絶縁破壊が起きる電圧(絶縁破壊電圧、以下BDV(Break DownVoltage)という。)が低い素子は動作安定性が低く、高い信頼性を得ることができなかった。
また、上記のように界面平坦性が悪いと、再生ヘッドのノイズの原因となり、ますます動作安定性を低下させることとなった。
また、シード層をNiCrやCr単層で形成した場合も、上記した問題が生じた。
また、シード層をNiCrやCr単層で形成した場合も、上記した問題が生じた。
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、特にシード効果を適切に維持しつつ、非磁性材料層の界面平担性を向上させることができ動作安定性を向上させることが可能な磁気検出素子を提供することを目的としている。
本発明における磁気検出素子は、下部シールド層上に、下から、シード層、反強磁性層、第1磁性層、非磁性材料層及び第2磁性層の順に積層され、前記第2磁性層が外部磁界に対して磁化変動する磁化変動層であり、
前記シード層は、下から第1シード層及び第2シード層の順に積層された2層構造であり、前記第1シード層は少なくともクロム(Cr)を含有して形成され、前記第2シード層はルテニウム(Ru)で形成されることを特徴とするものである。
前記シード層は、下から第1シード層及び第2シード層の順に積層された2層構造であり、前記第1シード層は少なくともクロム(Cr)を含有して形成され、前記第2シード層はルテニウム(Ru)で形成されることを特徴とするものである。
本発明では、上記のようにシード層を2層構造で形成している。前記シード層の下層側に位置する第1シード層を、少なくともCrを含む材料で形成し、上層側に位置する第2シード層をRuで形成する。これにより、前記非磁性材料層の界面平坦性を向上させることができ、シード効果を良好に維持しつつ、ノイズ発生を低減できる等、動作安定性を向上させることが可能である。
本発明では、前記第1シード層は、ニッケル−鉄−クロム(NiFeCr)で形成されることが好ましい。すなわちシード層をNiFeCr/Ruの構造で形成すると、シード効果を良好に維持しつつ、動作安定性を効果的に向上させることが可能である。
また本発明では、前記第1シード層は、ニッケル−クロム(NiCr)、あるいは、クロム(Cr)で形成されてもよい。
本発明では、前記第2シード層の膜厚は、前記第1シード層の膜厚より小さいことが好ましい。前記第2シード層の膜厚を前記第1シード層の膜厚より厚くすると、特に積層体を所定形状に削り込む製造過程で、Ruが前記積層体の側面に付着し、ショートしやすくなるので好ましくない。また、第1シード層の膜厚が薄いと、良好なシード効果を得られず抵抗変化率(ΔR/R)が低下するので好ましくない。よって、上記のように、前記第2シード層の膜厚を、前記第1シード層の膜厚より小さくすることが好適である。
また本発明では、前記第1磁性層は磁化方向が固定された固定磁性層であり、前記第2磁性層は外部磁界に対して磁化変動するフリー磁性層であり、前記非磁性材料層は、絶縁材料で形成されることが好ましい。これにより磁気検出素子はトンネル型磁気検出素子となる。本発明では前記非磁性材料層(絶縁障壁層)の界面平坦性を向上できるので、絶縁破壊電圧(BDV)を高くでき動作安定性を適切に向上できる。
本発明の磁気検出素子によれば、非磁性材料層の界面平坦性を向上させることができ、シード効果を良好に維持しつつ、ノイズ発生を低減できる等、動作安定性を向上させることが可能である。
図1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)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。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の最も下に形成されているのは、例えばNiFe合金で形成された下部シールド層21である。前記下部シールド層21上に積層体T1が形成されている。前記積層体T1のトラック幅方向(図示X方向)における両側端面11,11は、下側から上側に向けて徐々に前記トラック幅方向の幅寸法が小さくなるように傾斜面で形成されており、前記積層体T1は略台形形状を有している。
前記トンネル型磁気検出素子は、前記積層体T1と、前記積層体T1のトラック幅方向(図示X方向)の両側に形成された下側絶縁層22、ハードバイアス層23、および上側絶縁層24とで構成される。
前記積層体T1の最下層は、Ta(タンタル),Hf(ハフニウム),Nb(ニオブ),Zr(ジルコニウム),Ti(チタン),Mo(モリブデン),W(タングステン)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された下地層1である。特に、下地層1をTaで形成すると、下地層1表面の平坦性が高いため、その上に形成されるシード層など各層の平坦性を高くすることができる。なお、前記下地層1は形成されなくてもよい。
前記下地層1の上に、シード層2が設けられる。前記シード層2は、下地層1側の第1シード層2aと、その上の第2シード層2bの2層構造からなる。なお、前記第2シード層2bは、シード層2の上に積層される反強磁性層3に接している。
前記第1シード層2aは、NiFeCr、NiCrまたはCrによって形成される。このうち、前記第1シード層2aをNiFeCrによって形成することが好ましい。前記第1シード層2aをNiFeCrで形成すると、前記第1シード層2aは、面心立方(fcc)構造を有し、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。これにより、第1シード層2a上に積層される各層は、膜面と平行な方向に{111}面を有する等価な結晶面が優先配向されやすく、面心立方(fcc)構造を有するようになる。
前記第1シード層2aの膜厚は30(Å)より大きいことが好ましい。膜厚が30(Å)以下で薄いと、第1シード層2a上に積層される各層の結晶配向性を適切に向上できない。すなわち、第1シード層2aが、その上に積層される各層の結晶面を第1シード層2aと同じ結晶面に優先的に配向させ、かつ結晶粒径を増大させるシード効果を適切に発揮できず、抵抗変化率(ΔR/R)が低下する。よって、第1シード層2aの膜厚は30(Å)より大きいことが好ましい。しかし、トンネル型磁気検出素子はできるだけ素子の厚みが薄いことが好ましいので、前記第1シード層2aの膜厚は、40〜60(Å)が適当である。本実施の形態では、前記第1シード層2aの膜厚は例えば、50(Å)である。
前記第1シード層2aの上に、第2シード層2bがRu(ルテニウム)によって形成される。Ruは、それ自体の結晶構造は六方最密充填(hcp)構造であるが、Ruを第1シード層2a上に重ねて形成するとRuの結晶構造も変態しているものと思われる。そして、Crを含有する第1シード層2a上にRuで形成された第2シード層2bを重ねて形成しても、前記第1シード層2aのみで形成した従来と同様のシード効果が得られ、従来と同様、高い抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが可能である。
Ruで形成される前記第2シード層2bの膜厚は、第1シード層2aの膜厚より小さいことが好ましく、具体的には30(Å)以下であることが好ましい。トンネル型磁気検出素子は、図2のように、各層を積層して積層体T1を形成した後、図3に示すように、両側端面11,11が下側から上側に向けて徐々に前記トラック幅方向の幅寸法が小さくなる傾斜面となるように、側面をエッチングで削り、略台形形状の積層体T1として素子を形成する。エッチングで削られたRuは積層体T1の側面に再付着し、Ruの膜厚が厚いほど、積層体T1側面のRu再付着量も多くなる。そして、Ruで形成される前記第2シード層2bの膜厚が30(Å)より厚いと、絶縁障壁層の側面に再付着したRuによって、ショートが起こりやすくなり、動作安定性が低下し、最悪の場合、再生不能となるので、Ruで形成された第2シード層2bを薄い膜厚で形成する。本実施形態では上記のように、第2シード層2bの膜厚は30(Å)以下で薄いことが好ましい。本実施の形態では、10(Å)としている。
前記シード層2の上に形成された反強磁性層3は、元素X(ただしX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されることが好ましい。
これら白金族元素を用いたX−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。これら白金族元素の中でも、IrあるいはPtは、高い反強磁性を示すので特に好ましい。本実施の形態ではIrMnを用いている。
また前記反強磁性層3は、元素Xと元素X′(ただし元素X′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されてもよい。
前記反強磁性層3の膜厚が薄いと反強磁性を示さないので、膜厚は40(Å)以上であることが好ましい。
前記反強磁性層3上には固定磁性層4が形成されている。前記固定磁性層4は、下から第1固定磁性層4a、非磁性中間層4b、第2固定磁性層4cの順で積層された積層フェリ構造である。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4b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4aと第2固定磁性層4cの磁化方向は互いに反平行状態にされる。これは、いわゆる積層フェリ構造と呼ばれ、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。なお前記第1固定磁性層4a及び第2固定磁性層4cは例えば12〜24Å程度で形成され、非磁性中間層4bは8Å〜10Å程度で形成される。
前記第1固定磁性層4a及び第2固定磁性層4cはCoFe、NiFe,CoFeNiなどの強磁性材料で形成されている。また非磁性中間層4bは、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cuなどの非磁性導電材料で形成される。
前記固定磁性層4上に形成された絶縁障壁層5は、酸化チタン(Ti−O)、酸化アルミニウム(Al−O)、あるいは酸化マグネシウム(Mg−O)で形成されることが好ましい。前記絶縁障壁層5はTi−O、Al−OあるいはMg−Oからなるターゲットを用いて、スパッタ成膜することができる。また、Ti−OあるいはAl−Oの場合、TiあるいはAlを1〜10Åの膜厚で形成した後、酸化させてTi−OあるいはAl−Oとしたものでもよい。この場合、酸化されるので膜厚が厚くなるが、絶縁障壁層5の最終的な膜厚は1〜20Å程度が好ましい。絶縁障壁層5の膜厚があまり大きいと、トンネル電流が流れにくくなり、好ましくない。
前記絶縁障壁層5上には、フリー磁性層6が形成されている。前記フリー磁性層6は、NiFe合金等の磁性材料で形成される軟磁性層6bと、前記軟磁性層6bと前記絶縁障壁層5との間に例えばCoFe合金からなるエンハンス層6aとで構成される。前記軟磁性層6bは、軟磁気特性に優れた磁性材料で形成されることが好ましく、前記エンハンス層6aは、前記軟磁性層6bよりもスピン分極率の大きい磁性材料で形成されることが好ましい。軟磁性層6bをNiFe合金で形成する場合、磁気特性の点から、Niの含有量は80〜100(at%)であることが好ましい。
前記絶縁障壁層5と接する前記エンハンス層6aをスピン分極率の大きいCoFe合金で形成することで、抵抗変化率(ΔR/R)を向上させることができる。特にFe含有量が高いCoFe合金は、スピン分極率が高いため、素子の抵抗変化率(ΔR/R)を向上させる効果が高い。抵抗変化率(ΔR/R)の高い素子は、検出感度が高いため、再生ヘッドの特性を向上させることができる。CoFe合金のFe含有量には特に制限はないが、10〜90at%の範囲とすることができる。
また、前記エンハンス層6aは、形成される膜厚があまり厚いと、前記軟磁性層6bの磁気検出感度に影響を与え、検出感度の低下につながるので、前記軟磁性層6bより薄い膜厚で形成される。前記軟磁性層6bは例えば30〜70Å程度で形成され、前記エンハンス層6aは10Å程度で形成される。なお、前記エンハンス層6aの膜厚は6〜20Åが好ましい。
なお前記フリー磁性層6は、複数の磁性層が非磁性中間層を介して積層された積層フェリ構造であってもよい。また前記フリー磁性層6のトラック幅方向(図示X方向)の幅寸法でトラック幅Twが決められる。
前記フリー磁性層6上にはTa等で形成された保護層7が形成されている。
前記フリー磁性層6上にはTa等で形成された保護層7が形成されている。
以上のようにして積層体T1が前記下部シールド層21上に形成されている。前記積層体T1のトラック幅方向(図示X方向)における両側端面11,11は、エッチングなどにより削られて、下側から上側に向けて徐々に前記トラック幅方向の幅寸法が小さくなるように傾斜面で形成されている。
図1に示すように、前記積層体T1の両側に広がる下部シールド層21上から前記積層体T1の両側端面11上にかけて下側絶縁層22が形成され、前記下側絶縁層22上にハードバイアス層23が形成され、さらに前記ハードバイアス層23上に上側絶縁層24が形成されている。
前記下側絶縁層22と前記ハードバイアス層23間にバイアス下地層(図示しない)が形成されていてもよい。前記バイアス下地層は例えばCr、W、Tiで形成される。
前記絶縁層22,24はAl2O3やSiO2等の絶縁材料で形成されたものであり、前記積層体T1内を各層の界面と垂直方向に流れる電流が、前記積層体T1のトラック幅方向の両側に分流するのを抑制すべく前記ハードバイアス層23の上下を絶縁するものである。前記ハードバイアス層23は例えばCo−Pt(コバルト−白金)合金やCo−Cr−Pt(コバルト−クロム−白金)合金などで形成される。
前記積層体T1上及び上側絶縁層24上にはNiFe合金等で形成された上部シールド層26が形成されている。
図1に示す実施形態では、前記下部シールド層21及び上部シールド層26が前記積層体T1に対する電極層として機能し、前記積層体T1の各層の膜面に対し垂直方向(図示Z方向と平行な方向)に電流が流される。
前記フリー磁性層6は、前記ハードバイアス層23からのバイアス磁界を受けてトラック幅方向(図示X方向)と平行な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4a及び第2固定磁性層4cはハイト方向(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は積層フェリ構造であるため、第1固定磁性層4aと第2固定磁性層4cはそれぞれ反平行に磁化されている。前記固定磁性層4は磁化が固定されている(外部磁界によって磁化変動しない)が、前記フリー磁性層6の磁化は外部磁界により変動する。
前記フリー磁性層6が、外部磁界により磁化変動すると、第2固定磁性層4cとフリー磁性層との磁化が反平行のとき、前記第2固定磁性層4cとフリー磁性層6との間に設けられた絶縁障壁層5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、前記第2固定磁性層4cとフリー磁性層6と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6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。
本実施形態のトンネル型磁気検出素子は、前記シード層2が、前記下地層1側の第1シード層2aと、その上に設けられてRuで形成される第2シード層2bの2層構造からなる。前記第2シード層2bは前記反強磁性層3の下側に接して形成されている。
本実施形態のトンネル型磁気検出素子は、少なくともCrを含有する第1シード層2aの上にRuからなる第2シード層2bを形成している。これにより、シード効果を良好に維持しつつ、絶縁障壁層5の固定磁性層4及びフリー磁性層6との界面での平坦性を向上させることが出来る。よって、前記絶縁障壁層5を一定の膜厚で形成でき、絶縁破壊電圧(BDV)を従来よりも高く、且つBDVのばらつきを小さくできる。また、各層の界面平坦性を向上できることで例えば、ノイズの発生を抑制できる。よって動作安定性に優れる信頼性が高い磁気検出素子を製造できる。
また本実施形態における第1シード層2aと第2シード層2bを逆積層すると、前記第1シード層2aのシード効果を適切に発揮させることができなくなるので、抵抗変化率(ΔR/R)が低下してしまう。よって、本実施形態のように下から、少なくともCrを含有する第1シード層2a及びRuから成る第2シード層2bの順に積層する。
また第1シード層2aはNiFeCrで形成されることが好適である。これにより、シード層をNiFeCrのみで形成していた従来構造に比べて、効果的に、絶縁破壊電圧(BDV)を高く、且つBDVのばらつきを小さくできる。
本実施形態はトンネル型磁気検出素子であるが、磁気抵抗効果を利用したAMR、GMRなどの磁気検出素子に本発明を適用することができる。かかる場合でも、良好なシード効果を維持しつつ、例えばCuで形成された非磁性材料層の界面平坦性を向上でき、ノイズ発生を従来よりも低減できる等、動作安定性に優れた磁気検出素子を製造できる。
本実施形態のトンネル型磁気検出素子の製造方法について説明する。図2ないし図4は、製造工程中におけるトンネル型磁気検出素子を図1と同じ方向から切断した部分断面図である。
図2に示す工程では、下部シールド層21上に、下地層1を成膜し、その上に第1シード層2a、Ruにより第2シード層2bを連続成膜する。さらに、シード層2上に、反強磁性層3、第1固定磁性層4a、非磁性中間層4b、及び第2固定磁性層4cを連続成膜する。
そして、前記第2固定磁性層4c上に、TiまたはAlの金属層をスパッタ法等で成膜する。金属層は後の工程で酸化されるので、酸化後の膜厚が絶縁障壁層5の膜厚となるように、金属層を形成する。
次に、真空チャンバー内に酸素を流入する。これにより前記金属層は酸化されて、絶縁障壁層5が形成される。酸化の方法としては、ラジカル酸化、イオン酸化、プラズマ酸化あるいは自然酸化等を挙げることができる。
前記金属層に代えて半導体層を形成し、前記半導体層を酸化して絶縁障壁層5を形成してもよい。また、前記金属層の代わりにTi−O、Al−OまたはMg−Oの酸化金属層をスパッタ法により成膜してもよい。この場合、後の酸化工程は不要である。
次に、前記絶縁障壁層5上に、エンハンス層6a及び軟磁性層6bから成るフリー磁性層6を成膜する。さらに、前記フリー磁性層6上に、保護層7を成膜する。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)。
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26を形成する。
上記した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と第1固定磁性層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。
本実施形態では、第1シード層2aを少なくともCrを含む例えばNiFeCrで形成し、第2シード層2bをRuで形成する。
上記により、良好なシード効果を維持しつつ、前記絶縁障壁層5の界面平坦性を向上させることが出来る。よって、抵抗変化率(ΔR/R)を高く、且つ、絶縁破壊電圧(BDV)を従来よりも高くでき信頼性に優れたトンネル型磁気検出素子を簡単且つ適切に製造できる。
本実施形態の磁気検出素子は、ハードディスク装置などに搭載される磁気ヘッドに用いられるほか、磁気センサやMRAM(磁気抵抗メモリ)にも用いられる。
(実施例1)
図1に示すトンネル型磁気検出素子を形成した。
図1に示す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(30)/第1シード層2a;NiFeCr(50)/第2シード層2b;Ru(10)/反強磁性層3;IrMn(70)/固定磁性層4[第1固定磁性層4a;CoFe(14)/非磁性中間層4b;Ru(9)/第2固定磁性層4c;CoFe(18)]/金属層;Al(4.3)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Åである。次いで、酸化を行い、金属層を酸化してAl−Oからなる絶縁障壁層5を形成した。形成した絶縁障壁層5上に、フリー磁性層6[CoFe(10)/NiFe(50)]/保護層7;[Ru(20)/Ta(270)]の順に積層した。
前記積層体T1を形成した後、270℃で3時間40分間、アニール処理を行った後、下側絶縁層22、ハードバイアス層23、及び上側絶縁層24を積層して、トンネル型磁気検出素子を作成した。
(比較例1)
第2シード層2bを形成せず、シード層2を第1シード層2a;NiFeCr(50)のみとした以外は実施例1と同じとして、図1に示すトンネル型磁気検出素子を形成した。
第2シード層2bを形成せず、シード層2を第1シード層2a;NiFeCr(50)のみとした以外は実施例1と同じとして、図1に示すトンネル型磁気検出素子を形成した。
実施例1および比較例1において、形成された積層体T1の断面のTEM写真を図5および6に示す。実施例1および比較例1のシード層表面の平坦性はさほど違わないように見えるが、中央部に白く見える絶縁障壁層5についてみると、図5に示す実施例1ではほぼ直線状が延びて膜厚がほぼ均一であるのに対し、図6に示す比較例1では、絶縁障壁層5が上下に蛇行し、膜厚が実施例1に比べて不均一となっている。このことから、実施例1においては、Ruで形成された第2シード層2bをNiFeCrで形成された第1シード層2a上に形成することにより、前記シード層上に形成される各層を平坦に形成することができることがわかる。
次に、実施例1および比較例1において作成された素子、7サンプルについて、印加する電圧を徐々に高くしたとき素子が破壊した絶縁破壊電圧(BDV)を測定した。結果を表1に示す。BDVが500(mV)より大きければ、信頼性が高く、BDVが500(mV)より小さければ信頼性が低いとした。なお、前記7サンプルは、同一基板上に同一工程で実施例1および比較例1の素子を複数形成した後、それぞれの素子に切り出したものから無作為に抽出したものである。
表1から、実施例1の素子は、BDVが680〜700(mV)と信頼性が高く(7素子の平均が689(mV))、素子にばらつきがほとんどみられない(7素子の標準偏差は9(mV))。一方、比較例1の素子は、BDVが600〜650(mV)と高く信頼性のある素子もあるが、BDVのばらつきが大きく、7サンプル中3サンプルが350〜400(mV)の印加電圧で絶縁破壊を起こしてしまった。7素子のBDVを平均すると521(mV)、また標準偏差は131.3(mV)である。このことから、実施例1の素子は、BDVが高く、ばらつきが小さく、素子としての信頼性の高いものであることがわかった。なお、実施例1の素子および比較例1の素子は、抵抗変化率(ΔR/R)の値は約30(%)でほぼ同じ値を示し、実施例1も比較例1と同様に高いシード効果が得られていることがわかった。
1 下地層
2 シード層
2a 第1シード層
2b 第2シード層
3 反強磁性層
4 固定磁性層
4a 第1固定磁性層
4b 非磁性中間層
4c 第2固定磁性層
5 絶縁障壁層
6a エンハンス層
6b 軟磁性層
6 フリー磁性層
7 保護層
21 下部シールド層
22,24 絶縁層
23 ハードバイアス層
26 上部シールド層
2 シード層
2a 第1シード層
2b 第2シード層
3 反強磁性層
4 固定磁性層
4a 第1固定磁性層
4b 非磁性中間層
4c 第2固定磁性層
5 絶縁障壁層
6a エンハンス層
6b 軟磁性層
6 フリー磁性層
7 保護層
21 下部シールド層
22,24 絶縁層
23 ハードバイアス層
26 上部シールド層
Claims (5)
- 下部シールド層上に、下から、シード層、反強磁性層、第1磁性層、非磁性材料層及び第2磁性層の順に積層され、前記第2磁性層が外部磁界に対して磁化変動する磁化変動層であり、
前記シード層は、下から第1シード層及び第2シード層の順に積層された2層構造であり、前記第1シード層は少なくともクロム(Cr)を含有して形成され、前記第2シード層はルテニウム(Ru)で形成されることを特徴とする磁気検出素子。 - 前記第1シード層は、ニッケル−鉄−クロム(NiFeCr)で形成される請求項1記載の磁気検出素子。
- 前記第1シード層は、ニッケル−クロム(NiCr)、あるいはクロム(Cr)で形成される請求項1記載の磁気検出素子。
- 前記第2シード層の膜厚は、前記第1シード層の膜厚より小さい請求項1ないし3のいずれかに記載の磁気検出素子。
- 前記第1磁性層は磁化方向が固定された固定磁性層であり、前記第2磁性層は外部磁界に対して磁化変動するフリー磁性層であり、前記非磁性材料層は、絶縁材料で形成される請求項1ないし4のいずれかに記載の磁気検出素子。
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