JP5095076B2 - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents
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Description
面積抵抗RA 100mΩμm2 370mΩμm2
面積抵抗変化量ΔRA 0.5mΩμm2 5.6mΩμm2
MR変化率 0.5% 1.5%。
本実施例においては、図1(a)に示す構造を有する磁気抵抗効果素子(CCP−CPP素子)を製造した。具体的には、図示しない基板上に下記の膜を順次形成した。
下地層12:Ta[5nm]/Ru[2nm]
ピニング層13:Pt50Mn50[15nm]
ピン層14:Co90Fe10[4nm]/Ru[0.9nm]/Co90Fe10[4nm]
下部金属層15:Cu[0.5nm]
スペーサ層(CCP−NOL)16:Al2O3からなる絶縁層22およびCuからなる電流パス21(Al90Cu10[0.9nm]を成膜した後、PIT/IAO処理)
上部金属層17:Cu[0.25nm]
フリー層18:Co90Fe10[4nm]
キャップ層19:Cu[1nm]/Ru[10nm]
上電極20。
(Fe50Co50[1nm]/Cu[0.25nm])×2/Fe50Co50[1nm]、
(Fe80Co20[1nm]/Cu[0.25nm])×2/Fe80Co20[1nm]、
(Co90Fe10[1nm]/Cu[0.25nm]/Fe50Co50[1nm]/Cu[0.25nm]/Fe50Co50[1nm]、
Co90Fe10[1nm]/Cu[0.25nm]/Fe80Co20[1nm]/Cu[0.25nm]/Fe80Co20[1nm]、
Co90Fe10[1nm]/Cu[0.25nm]/Fe50Co50[1.5nm]、
Co90Fe10[1nm]/Cu[0.25nm]/Fe80Co20[1.5nm]、
Co90Fe10[0.5〜1nm]/Fe50Co50[1.5〜2.5nm]、
Co90Fe10[0.5〜1nm]/Fe80Co20[1.5〜2.5nm]、
Fe50Co50[2〜3nm]、
Fe80Co20[2〜3nm]
などである。
本実施例においては、下記のような構造を有する磁気抵抗効果素子(CCP−CPP素子)を製造した。
下地層12:Ta[5nm]/Ru[2nm]
ピニング層13:Pt50Mn50[15nm]
ピン層14:Co90Fe10[4nm]/Ru[0.9nm]/(Fe50Co50[1nm]
/Cu[0.25nm])×2/Fe50Co50[1nm]
下部金属層15:Cu[0.5nm]
スペーサ層(CCP−NOL)16:Al2O3絶縁層22およびCu電流パス21(Al90Cu10[1nm]を成膜した後、PIT/IAO処理。PIT/IAO処理については実施例1と同様な条件を使用。)
上部金属層17:Cu[0.25nm]
フリー層18:Co90Fe10[1nm]/Ni83Fe17[3.5nm]
キャップ層19:Cu[1nm]/Ru[10nm]
上電極20。
図15および図16は、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドに組み込んだ状態を示している。図15は、磁気記録媒体(図示せず)に対向する媒体対向面に対してほぼ平行な方向に磁気抵抗効果素子を切断した断面図である。図16は、この磁気抵抗効果素子を媒体対向面ABSに対して垂直な方向に切断した断面図である。
図15および図16に示した磁気ヘッドは、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込んで、磁気記録再生装置に搭載することができる。
次に、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を搭載した磁気メモリについて説明する。すなわち、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を用いて、例えばメモリセルがマトリクス状に配置されたランダムアクセス磁気メモリ(magnetic random access memory、MRAM)などの磁気メモリを実現できる。
Claims (13)
- 磁化方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた絶縁層及び前記絶縁層を貫通する電流パスを含むスペーサ層と、を有する磁気抵抗効果素子において、前記絶縁層及び前記電流パスは、下部金属層を成膜した後、前記下部金属層上に絶縁層に変換され 、かつ前記下部金属層の材料より酸化されやすい材料を含む被酸化金属層を成膜し、前記被酸化金属層に加速電圧を30V以上130V以下、ビーム電流を20mA以上200mA以下に設定して希ガスのイオンビームを照射して前処理を行うことで、前記被酸化金属層中に前記下部金属層の一部が吸い上げられて侵入した状態になり、酸化ガスを供給して前記被酸化金属層をイオンビームアシスト酸化することで、前記被酸化金属層を絶縁層に変換する工程により形成され、前記スペーサ層の下側に位置する前記磁化固着層または前記磁化自由層は膜厚方向に延びる粒界によって分離された結晶粒を含み、前記結晶粒の一端の面内方向位置を0とし、前記結晶粒の他端に隣接する粒界の面内方向位置を100としたとき、前記電流パスは面内方向位置が20以上80以下の範囲内にある領域上に形成されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
- 磁化方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた絶縁層及び前記絶縁層を貫通する電流パスを含むスペーサ層と、を有する磁気抵抗効果素子において、前記絶縁層及び前記電流パスは、下部金属層を成膜した後、前記下部金属層上に絶縁層に変換され 、かつ前記下部金属層の材料より酸化されやすい材料を含む被酸化金属層を成膜し、前記被酸化金属層に加速電圧を30V以上130V以下、ビーム電流を20mA以上200mA以下に設定して希ガスのイオンビームを照射して前処理を行うことで、前記被酸化金属層中に前記下部金属層の一部が吸い上げられて侵入した状態になり、酸化ガスを供給して前記被酸化金属層をイオンビームアシスト酸化することで、前記被酸化金属層を絶縁層に変換する工程により形成され、前記スペーサ層の下側に位置する前記磁化固着層または前記磁化自由層は膜厚方向に延びる粒界によって分離された結晶粒を含み、前記電流パスは前記結晶粒上に形成され、前記スペーサ層の下側に位置する前記磁化固着層または前記磁化自由層に含まれる結晶粒端から3nm以上離れた領域に形成されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
- 前記電流パスの結晶配向角度の分散角度が5度以内であることを特徴とする請求項1または2に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記磁化固着層、前記電流パス、および前記磁化自由層の結晶配向角度の分散角度がいずれも5度以内であることを特徴とする請求項3に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記電流パスと、前記電流パスの下地を形成する前記磁化固着層または前記磁化自由層と、前記電流パスの上部に形成される前記磁化自由層または前記磁化固着層との間で、結晶格子が連続的に形成されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記電流パスは、Cu、AuおよびAgからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記絶縁層は、Al、Si、Hf、Ti、Ta、Mo、W、Nb、Cr、MgおよびZrからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含む酸化物または窒化物であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記磁化固着層は、前記スペーサ層との界面で体心立方構造をなすことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記磁化固着層は、前記スペーサ層と接する層がFeを30原子%以上含有するFe合金からなることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記磁化固着層は、強磁性層と厚さ0.1nm以上1nm以下のCuとの積層膜を含むことを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。
- 請求項1ないし10のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子を具備したことを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
- 請求項11記載の磁気抵抗効果ヘッドを具備したことを特徴とする磁気記憶装置。
- 請求項1ないし10のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子を具備したことを特徴とする磁気メモリ。
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