專利名稱：磁阻效應(yīng)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用了旋轉(zhuǎn)閥(スビンバルブ)膜的磁阻效應(yīng)器件。
一般說來，已記錄了磁記錄媒體上的信息的讀出，一直用使具有線圈的再生用磁頭對記錄媒體相對地移動，并對因這時所產(chǎn)生的電磁感應(yīng)在線圈中感應(yīng)的電壓進(jìn)行檢測的方法進(jìn)行。另一方面，大家都知道，在讀出信息時，應(yīng)用磁阻效應(yīng)器件(以下簡稱之為MR器件)(參看IEEEMAG-7，150(1971)等)。應(yīng)用了MR器件的磁頭(以下，稱之為MR磁頭)利用了某種強磁體的電阻根據(jù)外磁場的強度而變的現(xiàn)象。
近些年來，隨著磁性記錄媒體的小型化和大容量化，信息讀出時的再生用磁頭和磁性記錄媒體之間的相對速度變小了，所以即便是小的相對速度也可以產(chǎn)生大的輸出的這種對MR磁頭的期待提高了。
其中，在MR磁頭的感知外磁場而電阻改變的部分(以下稱之為MR元件)中，一直使用Ni-Fe合金即所謂坡莫系合金。但是，坡莫系合金即便是具有良好的軟磁特性的坡莫合金，其磁阻變化率最大約為3％，作為小型大容量化的磁記錄媒體用的MR元件，其磁阻變化率不夠大。因此，作為MR元件材料，希望提供更高靈敏度的磁阻效應(yīng)的材料。
對于這樣一種期望，已經(jīng)確認(rèn)像Fe/Cr或Co/Cu那樣，使強磁性金屬膜與非磁性金屬膜在某一條件下交互疊層，使相鄰的強磁性金屬膜之間反強磁性耦合起來的多層膜，即所謂人造晶格膜表現(xiàn)出了巨大的磁阻效應(yīng)。有人報告說倘采用人造晶格膜，可提供最大超過100％的大的磁阻變化率(參看Phys.Rev.Lett.，Vol.61，2474(1988)、Phys.Rev.Lett.，Vol.64，2304(1990)等)。但是，由于人造晶格膜的飽和磁場高，故不適合于MR元件。
另一方面，有人報告說，在強磁性層/非磁性層/強磁性層這種三明治構(gòu)造的多層膜中，即便是在強磁性層不進(jìn)行反強磁性耦合的情況下，也可實現(xiàn)大的磁阻效應(yīng)。就是說，對把非磁性層夾在中間的2個強磁性層的一方，加上交換偏置并使磁化固定下來，再用外磁場(信號磁場等)使另一方的強磁性層磁化反轉(zhuǎn)。這樣一來，采用使已配置為把非磁性層夾在中間的2個強磁性層的磁化方向的相對角度進(jìn)行變化的辦法就可以得到大的磁阻效應(yīng)。這種類型的多層膜叫做旋轉(zhuǎn)閥膜(參看Phys.Rev.B.，Vol.45，806(1992)、J.Appl.Phys.，Vol.69,4774(1991)等)。旋轉(zhuǎn)閥膜的磁阻變化率雖然比人造晶格膜小，但由于可用低磁場使磁化飽和，故適合于MR元件。對于應(yīng)用了這種旋轉(zhuǎn)閥膜的MR磁頭，在實用上寄以很大的期望。
然而，在應(yīng)用了上邊說過的旋轉(zhuǎn)閥膜的MR器件中，重要的是提高強磁性層的晶體取向性等等以改進(jìn)軟磁特性。比如說在強磁性層中應(yīng)用了Co或Co系合金之類的Co系磁體的旋轉(zhuǎn)閥膜中，當(dāng)在無定形系材料上邊直接形成Co系強磁性體層時則降低晶體取向性使軟磁特性劣化。于是，人們對采用把具有fcc晶體構(gòu)造的金屬膜形成為緩沖層，再在該金屬緩沖層上邊形成Co系強磁性體層的辦法提高晶體取向性的問題進(jìn)行了研究。
但是，在把NiFe合金等的軟磁材料用作上邊說過的金屬緩沖層的情況下，在與Co系強磁體之間易于產(chǎn)生熱擴散而使磁阻效應(yīng)劣化。此外，為了提高旋轉(zhuǎn)閥膜的軟磁特性以改善器件靈敏度，人們還對在由種種軟磁材料構(gòu)成的磁性基底層上邊形成由外磁場使之反轉(zhuǎn)磁化的強磁性層的問題進(jìn)行了研究，但在這種情況下，在強磁性層與磁性基底層之間也會產(chǎn)生熱擴散，使磁阻效應(yīng)劣化。
在應(yīng)用了旋轉(zhuǎn)閥的MR器件的制造工藝中，熱處理是必須的，所以由上邊說過的熱擴散所產(chǎn)生的磁阻效應(yīng)的劣化是一個重大問題。這樣一來，應(yīng)用了現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)閥的MR器件具有熱穩(wěn)定性(耐熱性)低這樣的問題，用抑制熱擴散來改善熱穩(wěn)定性就成了一個大課題。
本發(fā)明就是為了解決這一課題而發(fā)明出來的，目的是通過抑制熱擴散提供一種熱穩(wěn)定性優(yōu)良的高性能的磁阻效應(yīng)器件。
本發(fā)明中的第1磁阻效應(yīng)器件，在具備具有已形成于金屬緩沖層上邊的第1磁性層、第2磁性層和被配置于上述第1磁性層與第2磁性層之間的非磁性中間層的旋轉(zhuǎn)閥膜的磁阻效應(yīng)器件中，其特征是在上述金屬緩沖層與第1磁性層之間的界面上設(shè)有平均厚度2nm以下的原子擴散勢壘層。
第1磁阻效應(yīng)器件，在具備具有由已形成于具有fcc晶體構(gòu)造的金屬緩沖層上邊的含Co的強磁性體構(gòu)成的第1磁性層，第2磁性層和配置于上述第1和第2磁性層之間的非磁性層的旋轉(zhuǎn)閥膜的磁阻效應(yīng)器件中，其特征是在上述金屬緩沖層與第1磁性層之間的界面上，還設(shè)有以從氧化物、氮化物、碳化物、硼化物和氟化物中選出的至少一種為主成分的原子擴散勢壘層。
另外，本發(fā)明中的第2磁阻效應(yīng)器件，在具備具有由磁性基底層與強磁性體層的疊層膜構(gòu)成的第1磁性層，第2磁性層和被配置于上述第1磁性層和第2磁性層之間的非磁性中間層的旋轉(zhuǎn)閥膜的磁阻效應(yīng)器件中，其特征是在上述磁性基底層與強磁性體層之間的界面上設(shè)有平均厚度2nm以下的原子擴散勢壘層。
第2磁阻效應(yīng)器件，在具備具有由磁性基底層與含有Co的強磁性體層的疊層膜構(gòu)成的第1磁性層，第2磁性層和配置于上述第1、第2磁性層之間的非磁性中間層的旋轉(zhuǎn)閥膜的磁阻效應(yīng)器件中，其特征是在上述磁性基底層與強磁性體層之間的界面上還設(shè)有以從氧化物、氮化物、碳化物、硼化物和氟化物中選出的至少一種為主成分的原子擴散勢壘層。
在第1磁阻效應(yīng)器件中，由于在金屬緩沖層與第1磁性層之間的界面上已設(shè)有上邊說過的那種原子擴散勢壘層，故可以良好地抑制熱處理時的金屬緩沖層與第1磁性層之間的原子相互擴散，同時還可得到因金屬緩沖層而產(chǎn)生的第1磁性層的膜質(zhì)改善效果。因此，在熱處理之后可以穩(wěn)定地得到良好的磁阻效應(yīng)，同時還可得到良好的軟磁特性。
另外，在第2磁阻效應(yīng)器件中，由于在磁性基底層與強磁性體層之間的界面上已設(shè)有上邊說過的那種原子擴散勢壘層，故同樣也可以良好地抑制熱處理時的磁性基底層與強磁性體層之間的原子相互擴散。因此，可以在熱處理后穩(wěn)定地得到良好的磁阻效應(yīng)。


圖1的剖面圖示出了本發(fā)明的第1磁阻效應(yīng)器件的一個實施形態(tài)的關(guān)鍵部位構(gòu)造。
圖2的剖面圖示出了本發(fā)明的第2磁阻效應(yīng)器件的一個實施形態(tài)的關(guān)鍵部位構(gòu)造。
以下對實施本發(fā)明的實施形態(tài)進(jìn)行說明。
首先，對用以實施本發(fā)明的第1磁阻效應(yīng)器件(MR器件)的實施形態(tài)進(jìn)行說明。
圖1示出的是第1MR器件的一個實施形態(tài)的關(guān)鍵部位構(gòu)成的剖面圖。在該圖中，1是第1磁性層，2是第2磁性層，非磁性層3則介于上述第1和第2磁性層1，2之間。在這些磁性層1、2之間未進(jìn)行反強磁性耦合而是構(gòu)成了非耦合型的疊層膜。
第1和第2磁性層1，2由比如說Co單體或Co系磁性合金之類的含Co強磁性體或者NiFe合金之類的強磁性體構(gòu)成。它們之中，作為含Co的強磁性體，特別理想的是用可以同時增大對MR變化量施加影響的體效應(yīng)和界面效應(yīng)，并由此來得到大的MR變化量的Co系磁性合金。
作為上邊說過的那種Co系磁性合金，可以舉出已向Co中加入了Fe、Au、Ag、Cu、Pd、Pt、Ir、Rh、Ru、Os、Hf等的1種或2種以上的合金。元素添加量理想的是定為5～50原子％，更為滿意的是定為8～20原子％。這是因為若元素添加量過少則體效應(yīng)增加不夠充分，而反過來若元素添加量過多則有大大減少界面效應(yīng)的可能的緣故。故從添加元素可得到大的MR變化量方面考慮，特別是，理想的是用Fe。
此外，第1和第2磁性層1、2的膜厚，理想的是定為可以得到大的MR變化量且可以抑制巴克好森(Barkhausen)噪聲的產(chǎn)生的1～30nm的范圍。
上述磁性層1，2之內(nèi)，第1磁性層1形成于金屬緩沖層4上邊。希望以此改善因改進(jìn)第1磁性層1的晶體取向性而得到的膜質(zhì)。在第1磁性層1中應(yīng)用上述那樣的含Co磁性體的情況下，作為金屬緩沖層4，可以舉出具有fcc晶體構(gòu)造的金屬材料，比如說NiFe合金、NiFeCo合金，以及向fcc晶體構(gòu)造的合金中加入Ti、V、Cr、Mn、Zn、Nb、Mo、Tc、Hf、Ta、W、Re等的添加元素而高阻抗化的合金。這些里邊，NiFe合金和NiFeCo合金等等還起著下邊要講的磁性基底層的作用。此外，在把NiFe合金等的強磁性體用到第1磁性層1上的情況下，可以把Ta、Ti、Cr、Cu、Au、Ag和它們的合金用作金屬緩沖層4。第1磁性層1是由信號磁場等的外磁場使之磁化反轉(zhuǎn)的磁性層，即所謂的自由磁性層。
這樣一來，在第1磁性層1與金屬緩沖層4之間的界面上就形成了原子擴散勢壘層5，以抑制熱處理時的第1磁性層1與金屬緩沖層4之間的原子的熱擴散。就是說，借助于形成原子擴散勢壘5，可以抑制因熱擴散而產(chǎn)生的磁阻效應(yīng)的劣化，提高M(jìn)R器件的熱穩(wěn)定性。原子擴散勢壘層5在熱性能上是穩(wěn)定的，雖然需要抑制第1磁性層1與金屬緩沖層4之間的原子相互擴散，但倘太厚則得不到用金屬緩沖層4改善膜質(zhì)的效果，故希望作得薄到對原子的相互擴散抑制效果不產(chǎn)生不好的影響的范圍之內(nèi)。為此，原子擴散勢壘層5的厚度定為平均厚度在2nm以下。但是，如果太薄，會有損于作為原子擴散勢壘的作用，故理想的是作成為使平均厚度大于0.5nm。
作為原子擴散勢壘層5的構(gòu)成材料可以用熱性穩(wěn)定的氧化物、氮化物、碳化物、硼化物和氟化物等等，而且不限于把它們作為單體來使用的情況，也可以混合物，復(fù)合化合物等的形態(tài)來使用。它們之中，特別是用易于形成且原子擴散抑制作用出色的自我氧化膜、表面氧化膜、不動態(tài)膜等等是理想的。由這些化合物構(gòu)成的原子擴散勢壘層5，可在形成了金屬緩沖層4之后，將其表面采用臨時在大氣中暴露一下，或者在含氧、氮、碳、硼、氟等的氣氛下曝露的辦法來形成。另外，也可以用離子注入法，或曝露于等離子體中等等的辦法形成。
此外，構(gòu)成原子擴散勢壘層5的化合物，即使從化學(xué)計算上看組成不正確也不要緊，也不必非要形成規(guī)則的晶格。即使是無定形狀態(tài)也可以。還有，原子擴散勢壘層5的形態(tài)，也并非非要均勻地把金屬緩沖層4的表面覆蓋住不可，比如說用已形成了針孔的狀態(tài)，上述的氧化物，氮化物、碳化物、硼化物、氟化物等等島狀地存在的狀態(tài)等等非連續(xù)狀態(tài)形成也沒關(guān)系。有針孔而其量又不對原子的相互擴散抑制效應(yīng)產(chǎn)生不良影響則更令人滿意。因為這些針孔有降低膜質(zhì)改善效果和磁耦合的可能性。若考慮到以上各點，希望針孔的平均大小和互相鄰接的針孔間的距離相同，或比這一距離更小。
另一方面，第2磁性層2，借助于由已在其上邊形成了的IrMn膜、FeMn膜、NiO膜等構(gòu)成的反強磁性層6或由Copt膜等等構(gòu)成的圖中未示出的硬磁性層給以橫向偏置磁場而磁化固定下來，是所謂的針(pin)磁性層。另外，作為這種針磁性層的第2磁性層2不限于上邊說過的那樣用反強磁性層6等等磁化固定強磁性體層的磁化的磁性層，可以直接使用比如說硬磁性層等等。
所以，第1磁性層1和第2磁性層2的磁化方向，從改善MR器件的線性響應(yīng)性方面來看，希望在外磁場為零的狀態(tài)下比如說使之互相垂直。這樣的磁性狀態(tài)，可以用比如說施行以下的退火處理的辦法得到。即，(1)在加上1kOe左右的磁場的同時在523K左右的溫度下保持1個小時之后，(2)原封不動地在1kOe左右的磁場中，使其冷卻到483K的溫度，(3)在已變成483K左右的溫度時，使加上磁場的方向轉(zhuǎn)換90°后使之冷卻到室溫。通過這樣的退火處理(以下稱之為垂直退火)就可以穩(wěn)定地得到已使之垂直的磁化狀態(tài)。具體的磁化方向，理想的是把第1磁性層1的磁化方向定為磁道寬度方向，把第2磁性層2的磁化方向定為對與第1磁性層1的磁化方向垂直的媒體相對面垂直的方向。
此外，對第1和第2磁性層1，2的退火處理，并不限于上邊說過的垂直退火，為了改善第1和第2磁性層1，2的結(jié)晶性，也要實施退火。在這種情況下，在約100～400K的溫度且1分鐘～10小時左右的條件下進(jìn)行退火處理。
上邊所說的在磁性層1，2之間配置的非磁性中間層3由常磁性材料、反磁性材料、反強磁性材料和旋轉(zhuǎn)玻璃等等構(gòu)成。具體地說來可以舉出含有Cu、Au、Ag、或它們與磁性元素的常磁性合金、Pd、Pt、以及以它們?yōu)橹鞒煞值暮辖鸬鹊取Ｆ渲?，非磁性中間層3的膜厚希望設(shè)定于2～5nm左右的范圍內(nèi)。當(dāng)非磁性中間層3的膜厚超過2nm時，不能得到足夠的電阻變化靈敏度，而當(dāng)不足5nm時，則難于使磁性層1，2間的交換耦合作得足夠地小。
在用上邊說過的各層構(gòu)成了旋轉(zhuǎn)閥疊層膜7，且具備這種旋轉(zhuǎn)閥疊層膜7的MR器件中，相對于第2磁性層2已被磁化固定的作法，由于第1磁性層1由外磁場使之磁化反轉(zhuǎn)，故使配置為把非磁性中間層3夾在中間的2個磁性層1，2的磁化方向的相對角度進(jìn)行變化就可以得到磁阻效應(yīng)。
在上述實施例的MR器件中，由于已在第1磁性層1與金屬緩沖層4之間的界面上形成了由氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、氟化物等構(gòu)成的原子擴散勢壘層5，故在施行了上邊說過的那種垂直退火或用于改善結(jié)晶性的退火處理之際，就可穩(wěn)定地抑制第1磁性層1與金屬緩沖層4之間的原子相互擴散。另外，通過把原子擴散勢壘層5的平均厚度作成為2nm以下，就可以充分地得到用金屬緩沖層4進(jìn)行的膜質(zhì)改善效果。這樣一來，倘采用上述實施例的MR器件，則可充分地得到利用金屬緩沖層4所產(chǎn)生的膜質(zhì)改善效果，同時還可抑制源自熱擴散的磁阻效應(yīng)的劣化，故可實現(xiàn)高性能化，同時又可改善熱穩(wěn)定性。
其次，對用于實施本發(fā)明的第2磁阻效應(yīng)器件(MR器件)的實施形態(tài)進(jìn)行說明。
圖2的剖面圖示出了第2MR器件的一個實施形態(tài)的關(guān)鍵部位構(gòu)成。在圖2中，1是第1磁性層，2是第2磁性層，非磁性中間層3介于上述第1和第2磁性層1、2之間。這些磁性層1，2之間未進(jìn)行反強磁性耦合，構(gòu)成了非耦合型的疊層膜。
這些磁性層1，2之內(nèi)，第1磁性層1由在第1實施例中講過的那種強磁性體構(gòu)成的強磁性體11和由各種軟磁材料構(gòu)成的磁性基底層12的疊層膜構(gòu)成。其中預(yù)磁性體層11是對磁阻效應(yīng)作出貢獻(xiàn)的層，磁性基底層12是改善強磁性體層11的軟磁特性的層。在這里，上邊講過的強磁性體之內(nèi)，特別是含有Co或Co系磁性合金的那樣的含Co強磁性體，單獨應(yīng)用難于實現(xiàn)良好的軟磁特性，故形成磁性基底層12是特別好的材料。
磁性基底層12既可用由一種軟磁材料構(gòu)成的軟磁材料構(gòu)成，也可用由2種以上的軟磁材料薄膜構(gòu)成的軟磁材料疊層膜構(gòu)成。此外，作為磁性基底層12的構(gòu)成材料，可以舉出NiFe合金、NiFeCo合金，向這些軟磁性合金中添加Ti、V、Cr、Mn、Zn、Nb、Mo、Tc、Hf、Ta、W、Re等的添加元素使之高阻化后的合金，向Co中加入同樣的添加元素的使之無定形化后的合金，比如無定形CoNbZr合金等等。
由強磁性體層11和磁性基底層12的疊層膜構(gòu)成的第1磁性層1被配置為使強磁性體層11與非磁性中間3接連。另外，雖然并非限定于這樣一種配置，但要想得到大的MR變化量，作成為上述那樣的配置是理想的。此外，在強磁性體層11與磁性基底層12之間，使之直接進(jìn)行磁性交換耦合，使從膜厚方向上看來磁化已成為一個整體是令人滿意的。該第1磁性層1是用信號磁場等的外磁場使之磁化反轉(zhuǎn)的磁性層，即所謂的自由磁性層。
這樣一來，在第1磁性層1中的強磁性體層11與磁性基底層12之間的界面就形成了原子擴散勢壘層5，并借此抑制熱處理時的強磁性體層11與磁性基底層12之間的熱擴散。就是說，借助于形成原子擴散勢壘層5，可以抑制因熱擴散而帶來的磁阻效應(yīng)的劣化，以提高M(jìn)R器件的熱穩(wěn)定性。原子擴散勢壘層5必須在熱方面是穩(wěn)定的，并可抑制強磁性體層11與磁性基底層12之間的原子相互擴散，但如果太厚則會切斷強磁性體層11與磁性基底層12之間的磁耦合，故希望作成薄到不對原子的相互擴散抑制效果產(chǎn)生不良影響的范圍之內(nèi)。為此，規(guī)定原子擴散勢壘層5的厚度按平均厚度說在2nm以下。但是，如果太薄，則會使作為原子擴散勢壘層的作用受損，故理想的是把平均厚度定為0.5nm以上。
原子擴散勢壘層5的構(gòu)成材料，如在第1實施形態(tài)中講過的那樣，和第1實施形態(tài)一樣，特別是用易于形成且原子擴散抑制作用出眾的自我氧化膜、表面氧化膜、不動態(tài)膜等等是理想的。關(guān)于這種原子擴散勢壘層5的形成方法，也和在第1實施形態(tài)講述的一樣。
構(gòu)成原子擴散勢壘層5的化合物，在化學(xué)計算上也可不是正確的組合，也不必非是規(guī)則的晶格，另外也可以是無定形狀態(tài)。還有，原子擴散勢壘層5的形態(tài)并不是非要均勻地把金屬緩沖層4的表面覆蓋起來不可，也可以在比如說已形成了針孔的狀態(tài)，上述氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、氟化物等等以島狀地存在的狀態(tài)等等的非連續(xù)狀態(tài)形成。采用使之形成非連續(xù)狀態(tài)的方法，比起連續(xù)地形成來可以得到更好的強磁性體層11的膜質(zhì)改善效果和更好的第1磁性層1的磁耦合。
特別是在使強磁性體層11與磁性基底層12之間的磁耦合足夠地進(jìn)行保持方面，理想的是積極地減小由前邊講過的那種化合物形成的被覆面積，使之在非連續(xù)狀態(tài)下形成原子擴散勢壘層5。另外，從充分地保持強磁性體層11與磁性基底層12之間的磁耦合方面看，理想的是用強磁性體或反強磁性體形成原子擴散勢壘層5。作為構(gòu)成原子擴散勢壘層5的強磁性體，例如有尖晶石鐵氧體、FexN等等，作為反強磁性體有NiO、MnxN、CoO等等。
此外，第2磁性層2和前邊講過的第1實施形態(tài)一樣，是由反強磁性層6或圖中未示出的硬磁性層提供橫向(垂直其表面)偏置磁場以進(jìn)行磁化固定的所謂針(pin)磁性層。這些第2磁性層2和反強磁性層6的構(gòu)成和前邊講過的第1實施形態(tài)是一樣的，關(guān)于非磁性中間層3也是一樣的。
對于第1和第2磁性層1，2，和前邊講過的第1實施形態(tài)一樣，施以垂直退火或用于改善結(jié)晶性的退火處理等等。這些退火處理的條件與在第1實施形態(tài)中講過的相同。
由前邊講過的各層構(gòu)成旋轉(zhuǎn)閥疊層膜13，且在具備這樣的旋轉(zhuǎn)閥疊層膜13的MR器件中，相對于第2磁性層2已被磁化固定，由于第1磁性層1被外磁場磁化反轉(zhuǎn)，故使配置為把非磁性中間層3夾在中間的2個磁性層1，2的磁化方向的相對的角度進(jìn)行變化就可得到磁阻效應(yīng)。
在上述實施形態(tài)的MR器件中，由于在強磁性體層11與磁性基底層12之間的界面上已形成了由氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、氟化物等等構(gòu)成的原子擴散勢壘層5，故在施行了用于改善結(jié)晶性的退火處理或前邊講過的那種垂直退火之際，就可以穩(wěn)定地抑制強磁性體層11與磁性基底層12之間的原子相互擴散。另外，通過把原子擴散勢壘層5的平均厚度作成為2nm以下，因為也不會使強磁性體層11與磁性基底層12之間的磁耦合受損，故可以良好地得到磁性基底層12所產(chǎn)生的強磁性體層11的軟磁性化效果。這樣一來，倘采用上述實施形態(tài)的MR器件，由于可充分地得到磁性基底層12所產(chǎn)生的強磁性體層11的軟磁性化效果，同時還可抑制熱擴散所帶來的磁阻效應(yīng)的劣化，故可實現(xiàn)高性能化，同時又可改善熱穩(wěn)定性。
其次，說明本發(fā)明的具體的實施例。
實施例1用濺射法在熱氧化硅襯底上邊，首先作為磁性基底膜12依次形成膜厚10nm的無定形CoNbZr合金膜和膜厚2nm的NiFe合金膜。其中，NiFe合金膜兼作金屬緩沖層4。
在形成了上述NiFe合金膜之后，先將其表面在大氣中曝露一會兒，然后在NiFe合金膜上邊形成不動態(tài)膜，作為原子擴散勢壘層。另外，該不動態(tài)膜的狀態(tài)在用剖面TEM進(jìn)行觀察時，知其平均厚度約為1nm，而形成狀態(tài)為島狀不連續(xù)。
其次，在表面上已形成了不動態(tài)膜的NiFe合金膜上邊，依次使作為強磁性體層11的膜層3nm的Co90Fe10合金膜，作為非磁性中間層3的膜層3nm的Cu膜，作為第2磁性層2的膜厚3nm的Co90Fe10合金膜，作為反強磁性層6的膜厚10nm的IrMn合金膜，作為保護(hù)膜的膜厚5nm的Ta膜進(jìn)行疊層以制作旋轉(zhuǎn)閥疊層膜13(7)。
另一方面，作為本發(fā)明的比較例，除去在形成了NiFe合金膜之后，不使其表面曝露于大氣中而在真空室內(nèi)使整個層連續(xù)成膜之外，和上述實施例作法相同地制作出旋轉(zhuǎn)閥疊層膜。在這一比較例的旋轉(zhuǎn)閥疊層膜中，在NiFe合金膜與Co90Fe10合金膜的界面上未形成原子擴散勢壘層。
在把用上述實施例和比較例形成的各旋轉(zhuǎn)閥疊層膜形成了圖形之后，分別在523K下進(jìn)行退火處理。對這樣得到的各MR器件的MR變化率進(jìn)行了測定。分別在2個小時退火后，10個小時退火后，50個小時退火后和100個小時的退火后測定MR變化率，并用這些測定結(jié)果，對實施例的MR器件和比較例的MR器件的熱穩(wěn)定性進(jìn)行了比較。在表1中示出了經(jīng)過各該退火時間后的MR變化率的測定結(jié)果。表1MR變化率(％)退火時間(小時) 0(作為出發(fā)點) 2 10 50 100實施例1 6.2 8.08.08.08.0比較例1 6.9 6.1 5.9 5.4 4.9從表1可知，在一起成膜且在NiFe合金膜/Co90Fe10合金膜界面上未形成原子擴散勢壘層的比較例1中，雖然成膜之后的MR變化率比較好，為6.9％，但在2個小時的退火之后MR變化率急劇地減少了。而且在之后，隨著退火時間的增加，MR變化率繼續(xù)減少，在100個小時的退火之后，MR變化率減少到了4.9％。一般認(rèn)為這是因為在NiFe合金膜/Co90Fe10合金膜界面上不存在抑制原子擴散的勢壘層，借助于退火，層間原子相互進(jìn)行擴散，因而使MR變化減少的緣故。這樣看來，比較例1的MR器件是熱穩(wěn)定性(耐熱性)低的器件。
另一方面，在NiFe合金膜形成之后，先在大氣中曝露一會，再在NiFe合金膜/Co90Fe10合金膜界面上形成原子擴散勢壘層的實施例1中，在成膜后立即測得的特性雖然比比較例1低，但2個小時退火之后，MR變化率上升到了8.0％。人們認(rèn)為這是因為借助于2個小時的退火處理改善了各層的結(jié)晶性，同時還用原子擴散勢壘層抑制了NiFe合金膜/Co90Fe10合金膜界面的原子擴散的緣故。此外，即便是進(jìn)行長時間的退火，MR變化率也不會從8.0％減少，可知NiFe合金膜/Co90Fe10合金膜界面的原子擴散已被抑制。這樣一來，實施例1的MR器件是一種熱穩(wěn)定性(耐熱性)出眾的器件。
實施例2在熱氧化硅襯底上邊，用等離子法，首先作為磁性基底層12依決形成膜厚10nm的無定形CoNbZr合金膜和膜厚2nm的NiFe合金膜。其中，NiFe合金膜兼作金屬緩沖層4。
在形成了上述NiFe合金膜之后，暫時去掉等離子體，向真空室內(nèi)導(dǎo)入已混合進(jìn)了20％氧氣的氬氣，在NiFe合金膜的表面上形成氧化膜，作為原子擴散勢壘層。這時，采用控制氧氣與氬氣的混合氣體的導(dǎo)入壓力或時間的辦法，使表面氧化膜的厚度進(jìn)行種種變化。這樣所得到表面氧化膜的平均膜厚如以下表2所示。另外，表中的比較例2是表面氧化膜的厚度超出本發(fā)明的范圍之外的例子。表2樣品號表面氧化膜的平均厚度(nm)實施例2 1 0.32 0.53 1.0比較例2 4 3.0此外，示于表2中的表面氧化膜的厚度是平均厚度，該厚度的氧化膜并不受限于形成均質(zhì)的氧化膜。因此，在表面氧化膜的平均厚度為0.3nm的實施例1的1號樣品中，在表面氧化膜上存在著比較多的針孔。
其次，在已形成了表面氧化膜的各NiFe合金膜上邊，分別依次疊層作為強磁性體層11的膜厚3nm的Co90Fe10合金膜，作為非磁性中間層3的膜厚3nm的Cu膜，作為第2磁性層2的膜厚2nm的Co90Fe10合金膜，作為反強磁性層6的膜厚8nm的IrMn合金膜、作為保護(hù)層的膜厚5nm的Ta膜，分別制作旋轉(zhuǎn)閥疊層膜13(7)。
在使上邊說過的實施例2和比較例2的各旋轉(zhuǎn)閥疊層膜形成圖形之后，分別在523K下進(jìn)行2個小時退火處理。在剛剛成膜之后和2個小時退火后，分別對這樣得到的各MR器件的MR變化率進(jìn)行了測定。這些測定結(jié)果示于表3。表3樣品號表面氧化膜的平均厚度 MR變化率(％)(nm)剛成膜后2小時退火后實施例2 1 0.3 5.8 6.22 0.5 6.1 7.03 1.0 6.0 8.2比較例2 4 3.0 5.0 5.2
實施例2的各MR器件，不論哪一個，在2小時退火后，MR變化率都已上升，由表面氧化膜構(gòu)成的原子擴散勢壘層的效果得到確認(rèn)。但是，雖然在表面氧化膜的厚度薄的樣品中，MR變化率的上升不太大，被推斷為已產(chǎn)生了若干原子相互擴散，但在把表面氧化膜的厚度作成為1nm的樣品中，已能得到良好的MR變化率。
另一方面，比較例2的MR器件，盡管在2小時退火后MR變化率有若干上升，但由于當(dāng)初(剛成膜后)的MR變化率小，故作為結(jié)果得不到足夠的MR變化率。人們認(rèn)為這是因為表面氧化膜的厚度過厚，使得不能得到磁性基底層和金屬緩沖層的效果的緣故。另外，由于得不到充分的fcc取向性，而且與磁性基底層之間的磁耦合被切斷，故軟磁特性劣化，頑磁力Hc為3Oe。
若根據(jù)以上所說明的本發(fā)明，則由于抑制了金屬緩沖層和磁性層之間，或磁性基底層與強磁性體層之間的熱擴散，故可以提供高性能且熱穩(wěn)定性優(yōu)良的磁阻效應(yīng)器件。
本發(fā)明的磁阻效應(yīng)器件中，連接形成一對引線電極為該器件提供感應(yīng)電流。該引線電極的構(gòu)造及其與磁阻效應(yīng)器件的連接方法，與所使用的磁阻效應(yīng)相對應(yīng)，使用多個公知的技術(shù)中任一個都可實現(xiàn)。例如，針磁性層和自由磁性層與其間夾持的非磁性中間層的界面中主要應(yīng)用旋轉(zhuǎn)依存散亂的旋轉(zhuǎn)閥GMR器件，由一對引線電極與本發(fā)明的磁阻效應(yīng)器件的兩端電氣連接形成，感應(yīng)電流相對于非磁性中間層等膜面的垂直方向流動。再如，使用磁阻效應(yīng)，因強磁性隧道結(jié)，在與該膜面平行的方向上有隧道電流流過，并可檢測該遂道電流量，電壓變動等。所以，沿膜面方面的感應(yīng)電流方向連接形成一對引線電極。例如，在各磁阻效應(yīng)器件的下面連接形成一對引線電極?；蛘?，引線電極的一個在磁阻效應(yīng)器件的上面或下面連接形成，而另一個在磁阻效應(yīng)器件的端部連接形成。
另外，也可以疊層形成引線電極與硬質(zhì)磁性膜。為抑制該硬質(zhì)磁性膜中自由層的磁區(qū)的發(fā)生，施加相對自由層的縱向偏置。因此，既可使用沒有硬質(zhì)磁性膜而在自由層兩端鄰接形成的abutt方式，又可使用在硬質(zhì)磁性膜中疊層形成自由層端部的方式。
此外，在GMR再生用磁頭中使用的本發(fā)明的磁阻效應(yīng)器件，可與磁記錄磁頭一體形成。至少包括磁記錄磁頭，還具有一對磁極、媒體對抗面中的由一對磁極所夾持的磁隙和提供一對磁極中的電流磁界的記錄線圈。GMR磁頭和磁記錄磁頭順次在其板上疊層形成。記錄再生分離型磁頭，至少使用磁記錄磁頭的一個磁極作為再生磁頭的保護(hù)(shield)層。并且，記錄再生一體型磁頭，用記錄磁頭的磁極作為本發(fā)明磁阻效應(yīng)器件中誘導(dǎo)媒體磁界的再生軛(yoke)。此時，磁阻效應(yīng)器件和再生軛的磁力相結(jié)合。這些磁頭的構(gòu)造可由公知技術(shù)來實現(xiàn)。
再有，本發(fā)明的磁阻效應(yīng)器件，可用作磁存儲裝置的存儲單元。
權(quán)利要求
1.一種磁阻效應(yīng)器件，具備具有金屬緩沖層上形成的第1磁性層、上述第1磁性層上形成的非磁性中間層、以及在上述非磁性中間層上形成的第2磁性層構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)閥膜，在上述金屬緩沖層與第1磁性層之間的界面上設(shè)有平均厚度在2nm以下的厚子擴散勢壘層。
2.權(quán)利要求1的磁阻效應(yīng)器件，上述金屬緩沖層由具有fcc晶體構(gòu)造的金屬構(gòu)成，上述第1磁性層由含有Co的強磁性體構(gòu)成。
3.權(quán)利要求1的磁阻效應(yīng)器件，上述原子擴散勢壘層由選自氧化物、氮化物、碳化物、硼化物和氟化物的至少一種構(gòu)成。
4.權(quán)利要求1的磁阻效應(yīng)器件，上述原子擴散勢壘層中形成有針孔。
5.權(quán)利要求4的磁阻效應(yīng)器件，上述原子擴散勢壘層的平均厚度在0.5nm以上。
6.權(quán)利要求1的磁阻效應(yīng)器件，上述原子擴散勢壘層中形成有不連續(xù)的島狀。
7.權(quán)利要求2的磁阻效應(yīng)器件，上述原子擴散熱壘層由金屬氧化物構(gòu)成。
8.權(quán)利要求1的磁阻效應(yīng)器件，上述原子擴散勢壘層由強磁性體或反強磁性體構(gòu)成。
9.一種磁阻效應(yīng)器件，具備具有磁性基底層和強磁性體層的疊層膜構(gòu)成的第1磁性層、上述第1磁性層上形成的非磁性中間層、以及在上述非磁性中間層上形成的第2磁性層構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)閥膜，在上述磁性基底層和強磁性體層之間的界面上設(shè)有平均厚度在2nm以下的原子擴散勢壘層。
10.權(quán)利要求9的磁阻效應(yīng)器件，構(gòu)成上述第1磁性層的強磁性體層由含Co的強磁性體構(gòu)成。
11.權(quán)利要求9的磁阻效應(yīng)器件，上述原子擴散勢壘層由氧化物、氮化物、碳化物、硼化物和氟化物中的至少一種構(gòu)成。
12.權(quán)利要求9的磁阻效應(yīng)器件，上述原子擴散勢壘層的平均厚度在0.5nm以上。
13.權(quán)利要求9的磁阻效應(yīng)器件，上述原子擴散勢壘層中形成有針孔。
14.權(quán)利要求9的磁阻效應(yīng)器件，上述原子擴散層由強磁性體或反強磁性體構(gòu)成。
全文摘要
一種磁阻效應(yīng)器件，具備具有金屬緩沖層上形成的第1磁性層、上述第1磁性層上形成的非磁性中間層、以及在上述非磁性中間層上形成的第2磁性層構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)閥膜，在上述金屬緩沖層與第1磁性層之間的界面上設(shè)有平均厚度在2nm以下的原子擴散勢壘層。或者第1磁性層改為由磁性基底層和強磁性體層的疊層膜構(gòu)成，在上述磁性基底層和強磁性體層之間的界面上設(shè)有平均厚度在2nm以下的原子擴散勢壘層。
文檔編號G11B5/00GK1167310SQ9711084
公開日1997年12月10日 申請日期1997年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月30日
發(fā)明者上口裕三, 齊藤明子, 齊藤和浩, 福澤英明, 巖崎仁志, 佐橋政司 申請人:株式會社東芝