JP6225835B2 - 磁気抵抗素子およびそれを用いた磁気センサ - Google Patents

Description

本発明は、Ｂ（ボロン）を含有する合金を含む層を有する磁気抵抗素子およびそれを用いた磁気センサに関する。

従来、磁場により電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用した半導体素子である磁気抵抗素子が磁気センサやメモリなどに用いられており、このように用いられる磁気抵抗素子として、Ｂを含有する合金を含む層を有する磁気抵抗素子が知られている。ここで、Ｂを含有する合金を含む層を有する磁気抵抗素子が用いられた例として、外部磁場の印加方向を測定するための磁気センサを挙げて説明する。

外部磁場の印加方向を測定するための磁気センサとして、ＴＭＲ（tunnel Magneto-Resistance：トンネル磁気抵抗）素子、ＧＭＲ（Giant Magneto-Resistance：巨大磁気抵抗）素子といった磁気抵抗素子を有するセンサが知られている。この磁気抵抗素子は、磁化方向が固定されたピン層と、磁化方向が外部磁界に追随して変化するフリー層と、ピン層とフリー層の間に挿入された中間層とによって構成される。この中間層は、非磁性膜により構成され、特にＴＭＲ素子の場合には絶縁体により構成される。この磁気抵抗素子に外部磁界が印加されると、ピン層とフリー層のスピン状態によってフリー層とピン層との間の抵抗値が変化する。すなわち、フリー層の磁化方向とピン層の磁化方向との間の角度によってピン層とフリー層との間の抵抗値が変化する。このため、このセンサでは、ピン層とフリー層との間の中間層を流れる電流値等を計測することにより、外部磁界の印加方向（印加角度）を計測することができる。

また、この種の磁気センサにおいて、磁性膜であるピン層やフリー層としてＣｏＦｅＢ（コバルト鉄ボロン）を用いたものが提案されている（例えば特許文献１）。この磁気センサでは、ピン層やフリー層の成膜後に熱処理がなされることにより、アモルファス状態であるフリー層やピン層が結晶化される。すなわち、この磁気センサは、ピン層やフリー層の成膜後の熱処理により、ＣｏＦｅＢのうちのＢが抜かれてＣｏＦｅ（コバルト鉄）とされて用いられる。これにより、磁気センサにおける磁気抵抗変化率（ＭＲ比：磁気抵抗比）の増大が図られている。

特開２００８−８５２０８号公報

上記のような、ピン層やフリー層としてＣｏＦｅＢを用いた磁気センサにおいて、ピン層やフリー層の結晶化、すなわちＣｏＦｅＢのうちのＢの抜けが不完全となる場合がある。この場合、磁気センサが高温（例えば２００℃程度）の環境で使用されたときに、ピン層やフリー層に残存したＢが、外部（磁気抵抗素子内の中間層や、磁気センサのうちの磁気抵抗素子の外部の領域）に拡散する。そして、外部に拡散したＢは、例えば磁気抵抗素子を含む電子回路中の別の領域（配線など）を構成する物質と反応することにより、磁気抵抗素子の抵抗値、感度が変化する等の特性変動を生じさせる。

なお、ここでは、磁気センサを例として、磁気抵抗素子に含まれたＢが外部に拡散した場合の不具合について説明したが、Ｂを含有する合金を含む層を有する磁気抵抗素子が磁気センサ以外の物（例えばメモリ）に用いられた場合にもＢが外部に拡散することによる不具合が生じる。

本発明は上記点に鑑みて、Ｂを含有する合金を含む層を有する磁気抵抗素子において、Ｂの拡散を抑制できる構成を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一面（５ａａ）および該一面と反対側の他面（５ａｂ）を有し、磁化方向が固定されているピン層（５ａ）と、ピン層の一面側に配置されて、外部磁場によって磁化方向が追従して変化するフリー層（５ｃ、５ｄ）と、ピン層とフリー層との間に挟まれてピン層の磁化方向とフリー層の磁化方向との間の角度によって抵抗値が変化する非磁性中間層（５ｂ）とを備え、ピン層とフリー層との間の抵抗値に基づいて外部磁場の印加角度を測定する磁気センサにおいて、ピン層およびフリー層のうち少なくとも一方が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも一つとＢとの合金を含有する構成とされており、ピン層およびフリー層のうち、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも一つとＢとの合金を含有する構成とされた層の少なくとも一つに隣接するように、ピン層が拡散するＢもしくはフリー層が拡散するＢを捕獲するための導電性酸化膜もしくは導電性窒化膜として構成された捕獲層（４、６ａ、６ｂ、１３、１４）が設けられており、捕獲層として、ピン層の他面、もしくは、ピン層と非磁性中間層との間、のうち少なくとも一方において配置されている捕獲層（４、１３）を有すると共に、捕獲層として、非磁性中間層とフリー層との間、もしくは、フリー層のうち非磁性中間層と対向する面と反対側の面、のうち少なくとも一方において配置されている捕獲層（６ａ、６ｂ、１４）を有し、捕獲層は、少なくともピン層と非磁性中間層との間に配置されていることを特徴とする。

このような構成とされていることにより、電気抵抗が変化する上記層に含まれたＢは、捕獲層内に捕獲され易くなり、磁気抵抗素子の外部へ拡散され難くなる。これにより、Ｂが磁気抵抗素子の外部に拡散したときの不具合が生じ難くなる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る磁気センサの断面構成を示す図である。 図1に示す磁気センサのピン層、非磁性中間層、フリー層、および捕獲層の積層関係を模式的に示す図である。 図１に示す磁気センサの等価回路を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る磁気センサのピン層、非磁性中間層、フリー層、および捕獲層の積層関係を模式的に示す図である。 本発明の他の実施形態に係る磁気センサのピン層、非磁性中間層、フリー層、および捕獲層の積層関係を模式的に示す図である。 本発明の別の他の実施形態に係る磁気センサのピン層、非磁性中間層、フリー層、および捕獲層の積層関係を模式的に示す図である。 第１実施形態において第１捕獲層４を削除して第２捕獲層６ａ、６ｂのみを設けた場合について、ＳＩＭＳ分析を行った結果を示す図である。 捕獲層を設けない構成とした場合について、ＳＩＭＳ分析を行った結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る磁気抵抗素子を有するものとして、磁気センサを例に挙げて説明する。図１〜３を参照して、本実施形態に係る磁気センサＳ１について説明する。磁気センサＳ１は、ＴＭＲ素子もしくはＧＭＲ素子などの磁気抵抗素子としての磁気抵抗膜層５を有する構成とされたセンサであり、ピン層５ａとフリー層５ｃ、５ｄとの間の非磁性中間層５ｂを流れる電流値等を計測することで外部磁界の印加方向（印加角度）を計測する。この磁気センサＳ１は、例えば、エンジンのクランク角やカム角を検出する角度センサに適用されると好適である。

図１に示すように、本実施形態は、基板１上に、下地層２と、第１配線層３と、第１捕獲層４と、磁気抵抗膜層５と、第２捕獲層６ａ、６ｂと、第２配線層８ａ、８ｂとが順に積層された構成とされている。すなわち、本実施形態に係る磁気センサＳ１は、磁気抵抗膜層５が、その上下両側において、第１捕獲層４と第２捕獲層６ａ、６ｂとにより挟まれた構成とされている。磁気抵抗膜層５は、ピン層５ａ、非磁性中間層５ｂおよびフリー層５ｃ、５ｄで構成されており、この順で第１捕獲層４上に積層されている。

基板１は、例えばシリコンウエハ等からなる薄板部材である。基板１の上には下地層２が形成されている。

下地層２は、ＳｉＯ２（酸化シリコン）などにより構成された絶縁層である。下地層２は、熱酸化、ＣＶＤ、もしくはスパッタリングなどの製法を用いて形成される。下地層２の上には第１配線層３が形成されている。

第１配線層３は、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）などの導電性金属材料よりなる層であり、下地層２に対して基板１と反対側に積層されている。第１配線層３は、フォトリソグラフィおよびエッチング（例えば、イオンミリング、ＲＩＥ：反応性イオンエッチング）などによりパターニングされて形成される。第１配線層３の上には第１捕獲層４が形成されている。

第１捕獲層４は、後述するピン層５ａやフリー層５ｃ、５ｄが拡散するＢを捕獲するために設けられた層であり、第１配線層３に対して下地層２と反対側に積層されている。第１捕獲層４は、Ｔａ（タンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｖ（バナジウム）、もしくはＮｉ（ニッケル）のうち少なくとも一つの元素を成分として含む導電性酸化膜もしくは導電性窒化膜で構成される。第１捕獲層４は、熱酸化、プラズマ酸化、ＣＶＤ、スパッタリング、蒸着、もしくはＡＬＤなどの製法を用いて形成される。第１捕獲層４の上にはピン層５ａが形成されている。

ピン層５ａは、磁化方向が固定された強磁性体であり、第１捕獲層４に対して第１配線層３と反対側に積層されている。ピン層５ａは、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）のうちの少なくとも一つとＢとで構成されるアモルファス状態の合金を含有する構成とされている。ピン層５ａの上には非磁性中間層５ｂが形成されている。

非磁性中間層５ｂは、非磁性体であり、ピン層５ａに対して第１捕獲層４と反対側に積層されている（以下、ピン層５ａのうち、非磁性中間層５ｂが形成されている側の面を一面５ａａという）。本実施形態に係る磁気センサＳ１では、磁気抵抗膜層５がＴＭＲ素子として構成されるため、非磁性中間層５ｂが、ピン層５ａの磁化方向と後述するフリー層５ｃ、５ｄの磁化方向との間の角度によって抵抗値が変化する絶縁体で構成されている。非磁性中間層５ｂは、例えば、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、Ｔａ２Ｏ５（五酸化タンタル）などの金属酸化物で構成される。図１に示すように、非磁性中間層５ｂの上には、フリー層５ｃおよびフリー層５ｄが、異なる位置に離間して形成されている。

フリー層５ｃ、５ｄは、外部磁場によって磁化方向が追従して変化する強磁性体であり、非磁性中間層５ｂに対してピン層５ａと反対側に積層されている。フリー層５ｃ、５ｄは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも一つとＢとのアモルファス状態の合金を含有する構成とされている。

ピン層５ａ、非磁性中間層５ｂおよびフリー層５ｃ、５ｄは、それぞれ、フォトリソグラフィおよびエッチング（例えば、イオンミリング、ＲＩＥ：反応性イオンエッチング）などによりパターニングされる。

フリー層５ｃの上には第２捕獲層６ａが形成されており、フリー層５ｄの上には第２捕獲層６ｂが形成されている。これら第２捕獲層６ａ、６ｂは、フリー層５ｃ、５ｄやピン層５ａが拡散するＢを捕獲するために設けられた層であり、フリー層５ｃ、５ｄに対して非磁性中間層５ｂと反対側に積層されている。第２捕獲層６ａ、６ｂは、第１捕獲層４と同様、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｒｕ、Ｎｂ、Ｖ、もしくはＮｉのうちの少なくとも一つの元素を成分として含む導電性酸化膜もしくは導電性窒化膜で構成される。第２捕獲層６ａ、６ｂは、第１捕獲層４と同様、熱酸化、プラズマ酸化、ＣＶＤ、スパッタリング、蒸着、もしくはＡＬＤなどの製法を用いて形成される。

また、本実施形態では、下地層２、第１配線層３、第１捕獲層４、および磁気抵抗膜層５を覆うように、層間絶縁膜７が形成されている。層間絶縁膜７の上には第２配線層８ａおよび第２配線層８ｂが形成されている。

第２配線層８ａは、層間絶縁膜７に形成されたコンタクトホールを介して第２捕獲層６ａに接続されており、第２配線層８ｂは、層間絶縁膜７に形成されたコンタクトホールを介して第２捕獲層６ｂに接続されている。第２配線層８ａ、８ｂは、層間絶縁膜７を基板１と反対側から覆うように形成されている。第２配線層８ａ、８ｂは、Ｃｕ、Ａｌなどの導電性金属材料よりなる層であり、第２捕獲層６ａ、６ｂに対してフリー層５ｃと反対側に積層されている。第２配線層８ａ、８ｂは、フォトリソグラフィおよびエッチング（例えば、イオンミリング、ＲＩＥ：反応性イオンエッチング）などによりパターニングされて形成される。

以上の説明から明らかなように、磁気抵抗膜層５は、従来の磁気抵抗素子と同様、ピン層５ａの一面（図１の符号５ａａ）側にフリー層５ｃ、５ｄが配置され、ピン層５ａとフリー層５ｃ、５ｄとの間に挟まれて非磁性中間層５ｂが配置された構成とされている。

そして、本実施形態に係る磁気センサＳ１は、拡散するＢを捕獲するために設けられた導電性酸化膜もしくは導電性窒化膜である第１捕獲層４および第２捕獲層６ａ、６ｂが設けられた構成とされている。第１捕獲層４は、ピン層５ａの一面５ａａと反対側の他面（図１の符号５ａｂ）において、ピン層５ａと隣接するように配置されている。また、第２捕獲層６ａ、６ｂは、フリー層５ｃ、５ｄのうち非磁性中間層５ｂと対向する面５ｃｂと反対側の面５ｃａおいて、フリー層５ｃ、５ｄと隣接するように配置されている。

本実施形態に係る磁気センサＳ１における、ピン層５ａ、非磁性中間層５ｂ、フリー層５ｃ、５ｄ、および捕獲層４、６ａ、６ｂの積層関係を模式的に示すと図２のようになる。すなわち、本実施形態に係る磁気センサＳ１は、第１捕獲層４、ピン層５ａ、非磁性中間層５ｂ、フリー層５ｃ、５ｄ、第２捕獲層６ａ、６ｂの順に積層された構成とされている。

以上、本実施形態に係る磁気センサＳ１の構成について説明した。なお、本実施形態に係る磁気センサＳ１は、ピン層５ａ、非磁性中間層５ｂおよびフリー層５ｃ、５ｄの成膜後に、アモルファス状態であるフリー層５ｃ、５ｄおよびピン層５ａを結晶化するために熱処理が施されることで完成する。この熱処理は、例えば、温度約２７５℃、磁場約１Ｔの環境下、約１時間行われる。

次に、本実施形態に係る磁気センサＳ１の電気回路構成について説明する。

図３に示すように、フリー層５ｃは、電源Ｖｃｃに接続されており、フリー層５ｄは、グランドに接続されている。このため、本実施形態では、フリー層５ｃ、ピン層５ａ、および非磁性中間層５ｂによってＴＭＲ素子１１を構成し、フリー層５ｄ、ピン層５ａおよび非磁性中間層５ｂによってＴＭＲ素子１２を構成する。このように、本実施形態では、ＴＭＲ素子１１、１２が電源Ｖｃｃとグランドとの間に直列接続されている。

次に、本実施形態に係る磁気センサＳ１の作用および効果について説明する。

上記で説明したように、本実施形態に係る磁気センサＳ１は、拡散するＢを捕獲するために設けられた導電性酸化膜もしくは導電性窒化膜である第１捕獲層４が設けられた構成とされている。第１捕獲層４は、ピン層５ａの一面５ａａと反対側の他面（図１の符号５ａｂ）において、ピン層５ａと隣接するように配置されている。

このような構成とされていることにより、本実施形態では、高温環境で使用されたときに、ピン層５ａに残存するＢのうちピン層５ａの他面５ａｂ側からピン層５ａの外部に拡散するＢが、第１捕獲層４内に拡散することとなる。そして、第１捕獲層４内に拡散したＢが、第１捕獲層４内のＯ（酸素）（第１捕獲層４が導電性窒化膜の場合はＮ（窒素））と結合することにより、第１捕獲層４内においてＢＯｘ（第１捕獲層４が導電性窒化膜の場合はＢＮｘ）が形成される。この第１捕獲層４内に形成されたＢＯｘ（もしくはＢＮｘ）は熱的に安定であり、熱的に安定な領域においては原子が拡散し難くなるため、ＢＯｘ（もしくはＢＮｘ）が形成された後に第１捕獲層４内に拡散してきたＢは、第１捕獲層４内で拡散し難くなる。すなわち、本実施形態では、第１捕獲層４内に形成されたＢＯｘ（もしくはＢＮｘ）により、高温環境における第１捕獲層４内におけるＢの拡散が抑制される。このため、ピン層５ａ等に残存したＢのうち第１捕獲層４内に拡散したＢは、第１獲層４内に捕獲され易くなり、第１捕獲層４の外部へ拡散され難くなる。これにより、本実施形態では、ピン層５ａ等に残存したＢが、高温環境においてピン層５ａの他面５ａｂ側からピン層５ａの外部に拡散した場合においても、磁気抵抗膜層５の外部に放出され難くなり、高熱環境におけるＢの拡散に起因する特性変動が生じ難くなる。

さらに、本実施形態に係る第１捕獲層４は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｒｕ、Ｎｂ、Ｖ、もしくはＮｉのうち少なくとも一つの元素を成分として含む導電性酸化膜もしくは導電性窒化膜で構成される。すなわち、本実施形態に係る第１捕獲層４は、上記特許文献１に記載されている磁気センサのキャップ層を構成するＴｉなどよりも融点が高い材料により構成されている。

このため、本実施形態に係る第１捕獲層４は、高い耐熱性を有し、本実施形態では、この第１捕獲層４が、磁気抵抗膜層５を熱や酸化から保護する保護膜として機能する。また、このような保護膜としての機能を考慮すると、第１捕獲層４は、融点が高く耐熱性が高い材料であるＴａを成分として含む導電性酸化膜もしくは導電性窒化膜により構成されていることが特に好ましい。

なお、これに対して、特許文献１に記載されている磁気センサでは、フリー層の上にＴｉで構成されたキャップ層が備えられているが、Ｔｉは融点が低い材質であるため、このキャップ層は、磁気抵抗素子を保護する保護膜として耐熱性が不十分である。よって、特許文献１に記載されている磁気センサにおいて、磁気抵抗素子を熱や酸化から十分保護するためには、別途、十分な耐熱性を備えた保護膜を設けるなどの対応が必要となる。

さらに、本実施形態に係る磁気センサＳ１は、拡散するＢを捕獲するために設けられた導電性酸化膜もしくは導電性窒化膜である第２捕獲層６ａ、６ｂが設けられた構成とされている。第２捕獲層６ａ、６ｂは、フリー層５ｃ、５ｄのうち非磁性中間層５ｂと対向する面と反対側の面５ｃａおいて、フリー層５ｃ、５ｄと隣接するように配置されている。

このような構成とされていることにより、本実施形態では、高温環境で使用されたときに、フリー層５ｃ、５ｄに残存したＢのうちフリー層５ｃ、５ｄの面５ｃａ側からフリー層５ｃ、５ｄの外部に拡散するＢが、第２捕獲層６ａ、６ｂ内に拡散することとなる。これにより、第１捕獲４の場合と同様、第２捕獲層６ａ、６ｂ内においてＢＯｘ（第２捕獲層６ａ、６ｂが導電性窒化膜の場合はＢＮｘ）が形成される。そして、ＢＯｘ（もしくはＢＮｘ）が形成された後に第２捕獲層６ａ、６ｂ内に拡散してきたＢは、第２捕獲層６ａ、６ｂ内で拡散し難くなる。このため、フリー層５ｃ、５ｄ等に残存したＢのうち第２捕獲層６ａ、６ｂ内に拡散したＢは、第２捕獲層６ａ、６ｂ内に捕獲され易くなり、第２捕獲層６ａ、６ｂの外部へ拡散され難くなる。これにより、本実施形態では、フリー層５ｃ、５ｄ等に残存したＢが、高温環境においてフリー層５ｃ、５ｄの面５ｃａ側からピン層５ａの外部に拡散した場合においても、磁気抵抗膜層５の外部に放出され難くなり、高熱環境におけるＢの拡散に起因する特性変動がさらに生じ難くなる。

さらに、本実施形態に係る第２捕獲層６ａ、６ｂは、第１捕獲層４と同様、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｒｕ、Ｎｂ、Ｖ、もしくはＮｉのうち少なくとも一つの元素を成分として含む導電性酸化膜もしくは導電性窒化膜で構成される。すなわち、本実施形態に係る第２捕獲層６ａ、６ｂは、上記特許文献１に記載されている磁気センサのキャップ層を構成するＴｉなどよりも融点が高い材料により構成されている。

このため、本実施形態に係る第２捕獲層６ａ、６ｂは、高い耐熱性を有し、本実施形態では、この第２捕獲層６ａ、６ｂが、磁気抵抗膜層５を高熱から保護する保護膜として機能する。また、このような保護膜としての機能を考慮すると、第２捕獲層６ａ、６ｂは、融点が高く耐熱性が高い材料であるＴａを成分として含む導電性酸化膜もしくは導電性窒化膜により構成されていることが特に好ましい。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、第３捕獲層１３および第４捕獲層１４を追加したものあり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

第１実施形態では、図２に示すように、第１捕獲層４、ピン層５ａ、非磁性中間層５ｂ、フリー層５ｃ、５ｄ、第２捕獲層６ａ、６ｂの順に積層された構成としていた。しかしながら、本実施形態では、図４に示すように、第３捕獲層１３および第４捕獲層１４を追加して、第１捕獲層４、ピン層５ａ、第３捕獲層１３、非磁性中間層５ｂ、第４捕獲層１４、フリー層５ｃ、５ｄ、第２捕獲層６ａ、６ｂの順に積層された構成としている。すなわち、本実施形態では、ピン層５ａと非磁性中間層５ｂとの間において第３捕獲層１３が配置されて、非磁性中間層５ｂとフリー層５ｃ、５ｄの間において第４捕獲層１４が配置された構成としている。

第３捕獲層１３および第４捕獲層１４は、第１捕獲層４および第２捕獲層６ａ、６ｂと同様、フリー層５ｃ、５ｄやピン層５ａが拡散するＢを捕獲するために設けられた層である。第３捕獲層１３は、ピン層５ａの一面５ａａにおいて、ピン層５ａと隣接するように配置されており、第４捕獲層１４は、フリー層５ｃ、５ｄのうち非磁性中間層５ｂと対向する面５ｃｂにおいて、フリー層５ｃ、５ｄと隣接するように配置されている。

第３捕獲層１３および第４捕獲層１４は、第１捕獲層４等と同様、それぞれが、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｒｕ、Ｎｂ、Ｖ、もしくはＮｉのうちの少なくとも一つの元素を成分として含む導電性酸化膜もしくは導電性窒化膜で構成される。また、第３捕獲層１３および第４捕獲層１４は、第１捕獲層４等と同様、それぞれ、熱酸化、プラズマ酸化、ＣＶＤ、スパッタリング、蒸着、もしくはＡＬＤなどの製法を用いて形成される。

上記で説明したように、本実施形態に係る磁気センサＳ１は、拡散するＢを捕獲するために設けられた導電性酸化膜もしくは導電性窒化膜である第３捕獲層１３が設けられた構成とされている。第３捕獲層１３は、ピン層５ａの一面５ａａにおいて、ピン層５ａと隣接するように配置されている。

このような構成とされていることにより、本実施形態では、高温環境で使用されたときに、ピン層５ａに残存したＢのうちピン層５ａの一面５ａａ側からピン層５ａの外部に拡散するＢが、第３捕獲層１３内に拡散することとなる。これにより、第１捕獲層４などの場合と同様、第３捕獲層１３においてＢＯｘ（第３捕獲層１３が導電性窒化膜の場合はＢＮｘ）が形成される。そして、ＢＯｘ（もしくはＢＮｘ）が形成された後に第３捕獲層１３内に拡散してきたＢは、第３捕獲層１３内で拡散し難くなる。このため、ピン層５ａ等に残存したＢのうち第３捕獲層１３内に拡散したＢは、第３捕獲層１３内に捕獲され易くなり、第３捕獲層１３の外部へ拡散され難くなる。これにより、本実施形態では、ピン層５ａ等に残存したＢが、高温環境においてピン層５ａの一面５ａａ側からピン層５ａの外部に拡散した場合においても、非磁性中間層５ｂ内などに放出され難くなり、高熱環境におけるＢの拡散に起因する特性変動がさらに生じ難くなる。

さらに、本実施形態に係る磁気センサＳ１は、拡散するＢを捕獲するために設けられた導電性酸化膜もしくは導電性窒化膜である第４捕獲層１４が設けられた構成とされている。第４捕獲層１４は、フリー層５ｃ、５ｄのうち非磁性中間層５ｂと対向する面５ｃｂにおいて、フリー層５ｃ、５ｄと隣接するように配置されている。

このような構成とされていることにより、本実施形態では、高温環境で使用されたときに、フリー層５ｃ、５ｄに残存したＢのうちフリー層５ｃ、５ｄの面５ｃｂ側からフリー層５ｃ、５ｄの外部に拡散するＢが、第４捕獲層１４内に拡散することとなる。これにより、第１捕獲層４などの場合と同様、第４捕獲層１４においてＢＯｘ（第３捕獲層１３が導電性窒化膜の場合はＢＮｘ）が形成される。そして、ＢＯｘ（もしくはＢＮｘ）が形成された後に第４捕獲層１４内に拡散してきたＢは、第４捕獲層１４内で拡散し難くなる。このため、フリー層５ｃ、５ｄ等に残存したＢのうち第４捕獲層１４内に拡散したＢは、第４捕獲層１４内に捕獲され易くなり、第４捕獲層１４の外部へ拡散され難くなる。これにより、本実施形態では、フリー層５ｃ、５ｄ等に残存したＢが、高温環境においてフリー層５ｃ、５ｄの面５ｃｂ側からフリー層５ｃ、５ｄの外部に拡散した場合においても、非磁性中間層５ｂ内などに放出され難くなり、高熱環境におけるＢの拡散に起因する特性変動がさらに生じ難くなる。

また、第３捕獲層１３および第４捕獲層１４は、第１捕獲層４などと同様、導電性酸化膜もしくは導電性窒化膜であり、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｒｕ、Ｎｂ、Ｖ、もしくはＮｉのうちの少なくとも一つの元素を成分として含んでいる。

このため、本実施形態に係る第３捕獲層１３および第４捕獲層１４は、第１捕獲層４などと同様、高い耐熱性を有し、本実施形態では、この第１捕獲層４が、磁気抵抗膜層５を高熱から保護する保護膜として機能する。また、第３捕獲層１３および第４捕獲層１４も、融点が高く耐熱性が高い材料であるＴａを成分として含む導電性酸化膜もしくは導電性窒化膜により構成されていることが特に好ましい。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

上記第１実施形態や第２実施形態において、捕獲層４、６ａ、６ｂ、１３、１４のうちいずれかのみを設けた構成としてもよい。例えば、図５に示すように、上記第１実施形態において、第１捕獲層４を削除して、第２捕獲層６ａ、６ｂのみを設けてもよいし、図６に示すように、第２捕獲層６ａ、６ｂを削除して、第１捕獲層４のみを設けてもよい。なお、図７は、第１実施形態において第２捕獲層６ａ、６ｂのみを設けた場合（すなわち、最表面のみに捕獲層を設けた場合）において、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry：二次イオン質量分析法）分析をした結果を示す図である。図８は、捕獲層を設けない場合において、ＳＩＭＳ分析をした結果を示す図である。図７に示すように、捕獲層（第２捕獲層６ａ、６ｂ）を設けた場合には、最表面に設けられた捕獲層がスパッタリングされた結果、捕獲層６ａ、６ｂからＢＯ−イオンが放出された（図７中の「ＴａＯ」におけるイオン強度を参照）。このように、図７に示すＳＩＭＳ分析の結果では、捕獲層からＢＯ−イオンが検出され、この結果から、該捕獲層６ａ、６ｂによってＢが捕獲されていたことが確認された。

上記各実施形態では、ピン層５ａとフリー層５ｃ、５ｄを、共に、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも一つとＢとの合金を含有する構成としていたが、本発明はこの構成に限られない。すなわち、ピン層５ａとフリー層５ｃ、５ｄのいずれかのみが、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも一つとＢとの合金を含有する構成であってもよい。この場合、ピン層５ａとフリー層５ｃはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも一つとＢとの合金を含有する構成とされた層（ピン層５ａもしくはフリー層５ｃ、５ｄ）と隣接するように、Ｂを捕獲するための捕獲層４、６ａ、６ｂ、１３、１４が配置されていればよい。なお、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも一つとＢとの合金を含有する構成以外の構成としては、磁性膜の材料として公知の種々の材料を用いることができる。

上記第１〜２実施形態では、Ｂを捕獲するための捕獲層（第１〜４捕獲層６ａ、６ｂ、１３、１４）を、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｒｕ、Ｎｂ、Ｖ、もしくはＮｉのうち少なくとも一つの元素を成分とした導電性酸化膜もしくは導電性窒化膜で構成としていた。しかしながら、該捕獲層６ａ、６ｂ、１３、１４を、これらの元素以外の体心立方格子構造の金属元素を成分とした導電性酸化膜もしくは導電性窒化膜などで構成してもよい。

上記第１〜２実施形態では、磁気センサＳ１において、Ｂを捕獲するための捕獲層（第１〜４捕獲層６ａ、６ｂ、１３、１４）を設けていた。ここで、これら捕獲層６ａ、６ｂ、１３、１４は、単にＢの拡散を遮るだけでなく、Ｂを捕獲するものであるため、磁気抵抗素子（磁気抵抗膜層５）に含まれてさえいれば、外部へのＢの拡散を抑制する。したがって、捕獲層は、磁気抵抗素子（磁気抵抗膜層５）に含まれていれば、必ずしも設置場所が限定されるものではない。

また、このＢを捕獲するための捕獲層６ａ、６ｂ、１３、１４は、磁気センサＳ１に限らず、磁気センサＳ１以外の物において設けられてもよい。すなわち、磁気抵抗素子が設けられた磁気センサＳ１以外の物（例えばメモリ）において、該磁気抵抗素子を、Ｂを含有する合金を含む層（第１〜２実施形態におけるピン層５ａ、フリー層５ｃ、５ｄ）を含むと共に磁場により電気抵抗が変化する層５ａ、５ｃ、５ｄと、捕獲層（第１捕獲層６ａなど）とを有する構成としてもよい。この場合においても、電気抵抗が変化する上記層に含まれたＢが拡散するとき、該Ｂは捕獲層によって捕獲され易いため、磁気抵抗素子（上記合金を含む層）に含まれたＢが拡散して磁気抵抗素子の外部に放出され難くなる。これにより、この場合においても、Ｂが磁気抵抗素子の外部に拡散したときの不具合が生じ難くなる。

１ 基板
４ 第１捕獲層
５ 磁気抵抗膜層
５ａ ピン層
５ｂ 非磁性中間層
５ｃ、５ｄ フリー層
６ａ、６ｂ 第２捕獲層
１３ 第３捕獲層
１４ 第４捕獲層

Claims (3)

1. 一面（５ａａ）および該一面と反対側の他面（５ａｂ）を有し、磁化方向が固定されているピン層（５ａ）と、
   前記ピン層の一面側に配置されて、外部磁場によって磁化方向が追従して変化するフリー層（５ｃ、５ｄ）と、
   前記ピン層と前記フリー層との間に挟まれて前記ピン層の磁化方向と前記フリー層の磁化方向との間の角度によって抵抗値が変化する非磁性中間層（５ｂ）とを備え、前記ピン層と前記フリー層との間の抵抗値に基づいて前記外部磁場の印加角度を測定する磁気センサにおいて、
   前記ピン層および前記フリー層のうち少なくとも一方が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも一つとＢとの合金を含有する構成とされており、
   前記ピン層および前記フリー層のうち、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも一つとＢとの合金を含有する構成とされた層の少なくとも一つに隣接するように、前記ピン層が拡散するＢもしくは前記フリー層が拡散するＢを捕獲するための導電性酸化膜もしくは導電性窒化膜として構成された捕獲層（４、６ａ、６ｂ、１３、１４）が設けられており、
   前記捕獲層として、前記ピン層の他面、もしくは、前記ピン層と前記非磁性中間層との間、のうち少なくとも一方において配置されている捕獲層（４、１３）を有すると共に、
   前記捕獲層として、前記非磁性中間層と前記フリー層との間、もしくは、前記フリー層のうち前記非磁性中間層と対向する面と反対側の面、のうち少なくとも一方において配置されている捕獲層（６ａ、６ｂ、１４）を有し、
   前記捕獲層は、少なくとも前記ピン層と前記非磁性中間層との間に配置されていることを特徴とする磁気センサ。
2. 前記捕獲層が、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｒｕ、Ｎｂ、Ｖ、もしくはＮｉのうちの少なくとも一つの元素を成分として含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
3. 前記捕獲層が、Ｔａを成分として含むことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気センサ。

Images