專利名稱：磁致電阻效應(yīng)元件,磁頭,磁記錄/音響裝置和磁存儲(chǔ)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種被配置成電流沿著垂直于它的薄膜表面的方向流動(dòng)的磁致電阻效 應(yīng)元件。本發(fā)明也涉及到使用依照本發(fā)明的磁致電阻效應(yīng)元件的磁頭、磁記錄/音響裝置和 磁存儲(chǔ)器。
背景技術(shù)：
最近，磁裝置的性能，具體說，如磁頭的性能，通過由多層磁結(jié)構(gòu)制成的巨磁致電 阻效應(yīng)(EMR)的方法得到提高。特別地，由于旋轉(zhuǎn)閥薄膜(SV薄膜)能夠展現(xiàn)更大的 GMR效應(yīng)，SV薄膜已經(jīng)發(fā)展了磁裝置(如磁頭)和MRAM (磁隨機(jī)存儲(chǔ)器)。
"旋轉(zhuǎn)閥"薄膜具有這樣一種把非磁性金屬隔離層夾在兩個(gè)鐵磁層之間的結(jié)構(gòu)，并 且被配置成使得一個(gè)鐵磁層(通常被稱為"鎖住層"或者"固定磁化層")的磁化被反鐵 磁層的磁化固定，而另一鐵磁層(通常被稱為"自由層"或者"自由磁化層")的磁化是 依照外部磁場旋轉(zhuǎn)的。由旋轉(zhuǎn)閥薄膜，可以通過鎖住層和自由層之間磁化的相對角度的變 化獲得巨大的MR效應(yīng)。
—種常規(guī)的旋轉(zhuǎn)閥薄膜被使用于CIP (平面電流)-GMR元件。在CIP-GMR元件 中， 一股傳感電流沿著平行于薄膜表面的方向流向SV薄膜。最近，注意力被投向于CPP (垂直于平面的電流)-GMR元件和TMR (隧道磁致電阻)元件，因?yàn)镃PP-GMR元件和 TMR元件各自能夠展現(xiàn)比CIP元件更大的MR效應(yīng)。在CPP-GMR元件和TMR元件中， 傳感電流是沿著幾乎垂直于薄膜表面的方向流向SV薄膜的。
最近，己經(jīng)確認(rèn)可以從Ni線的微耦合中獲得具有高M(jìn)R比的大MR效應(yīng)(參考文 獻(xiàn)l)。然后，微磁耦合被形成為三維從而實(shí)現(xiàn)具有高M(jìn)R比的磁致電阻效應(yīng)元件(參考文 獻(xiàn)2)。在這種情形下，三維微磁耦合是通過EB (電子束)照射、FIB (聚焦離子束)照射 或者AFM (原子力顯微鏡)的方法實(shí)現(xiàn)的。 Phys. Rev. Lett. 82 2923 (1999) JP-A 2003—204095 (KOKAI)
以上所述的MR效應(yīng)被認(rèn)為是源于在微磁耦合點(diǎn)的磁化的快速變化。也就是，如果 在微磁耦合點(diǎn)處形成的的磁疇被變窄，那么可以獲得大的MR效應(yīng)。磁疇可以通過減小微 磁耦合點(diǎn)的尺寸(直徑)(復(fù)合隔離層的鐵磁金屬部分的尺寸(直徑))而被間接地變窄。 然而，太小的微磁耦合點(diǎn)尺寸可能會(huì)過分地增大它的阻抗。另一方面，如果微磁耦合點(diǎn)的尺寸被擴(kuò)大，那么微磁耦合點(diǎn)的阻抗可以被減小，但 是太大的微磁耦合點(diǎn)尺寸可能會(huì)通過微磁耦合加強(qiáng)了鎖住層和自由層之間的磁耦，從而加 強(qiáng)了層間耦合。層間耦合的加強(qiáng)將引起不希望有的在包含微磁耦合的磁頭處工作點(diǎn)移向較 高的磁場。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種新型的能夠展示更大的MR效應(yīng)而無需因?yàn)榈偷淖杩?和高的層間耦合要移動(dòng)工作點(diǎn)的磁致電阻效應(yīng)元件。為了達(dá)到上述目標(biāo)，本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種磁致電阻效應(yīng)元件，該元件包括 第一磁化層，其磁化基本上固定在一個(gè)方向上；第二磁化層，其磁化依外部磁場而旋轉(zhuǎn)； 中間層，其包含絕緣部分和磁性金屬部分并被配置于第一磁性層和第二磁性層之間；和一 對電極，其使得電流沿著垂直于由第一磁性層、中間層和第二磁性層構(gòu)成的多層薄膜的薄 膜表面的方向流動(dòng)；其中中間層的磁性金屬部分包含非鐵磁金屬。發(fā)明者進(jìn)行了認(rèn)真的研究以達(dá)到上述目標(biāo)。作為結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在 第一磁性層和第二磁性層之間提供包含絕緣部分和磁性金屬部分的中間層，從而通過中間 層的磁性金屬部分引起磁耦。然后，中間層的磁性金屬部分中包含非鐵磁金屬，從而能夠 減小磁性金屬部分的磁化。作為結(jié)果，由于形成于中間層的磁性金屬部分中的磁壁的寬度，沿著厚度方向減小， 阻抗變化比，也即，MR效應(yīng)可以被增強(qiáng)，并且把中間層夾在中間的第一磁性層和第二磁 性層之間的層間耦合，可以被抑制。特別地，即使增加微磁耦合點(diǎn)的直徑以減小元件阻抗，
層間耦合也能夠被減小。
非鐵磁金屬可以是由Cu， Cr， V， Ta， Nb， Sc， Ti， Mn， Zn， Ga， Ge， Zr， Y， Tc， Re， B， In， C， Si, Sn， Ca， Sr， Ba， Au， Ag， Pd， Pt， Ir， Rh， Ru， Os， Hf組成 的組中選出的至少一種。特別地，非鐵磁金屬可能至少包含Cu。
相似地，中間層的磁性金屬部分可以包含F(xiàn)e、 Co和Ni中的至少一種。同樣，第一 磁性層和第二磁性層也可包含F(xiàn)e、 Co和Ni中的至少一種。
根據(jù)本發(fā)明的各方面可以提供一種新型的能夠展示更大的MR效應(yīng)而無需因?yàn)榈偷?阻抗和高的層間耦合要移動(dòng)工作點(diǎn)的磁致電阻效應(yīng)元件。


圖1是說明依照本發(fā)明的磁致電阻效應(yīng)元件的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是示意性地顯示圖1中的磁致電阻效應(yīng)元件在其中間層附近的磁化的橫截面情形的例示圖。
圖3是顯示圖1中的磁致電阻效應(yīng)元件的阻抗變化比M對外部磁場H的依賴關(guān)系 的圖。
圖4是示意性地顯示與圖1中的磁致電阻效應(yīng)元件不同的并在其中間層的鐵磁部分中不包含非鐵磁部分的磁致電阻效應(yīng)元件的磁化的橫截面情形的例示圖。
圖5是顯示圖4中的磁致電阻效應(yīng)元件的阻抗變化比M對外部磁場H的依賴關(guān)系的圖。
圖6是說明依照本發(fā)明的磁記錄/音響裝置的透視圖。
圖7是說明圖6中的磁記錄/音響裝置的磁頭組裝的透視圖。
圖8是說明依照本發(fā)明的磁存儲(chǔ)矩陣的圖。
圖9是說明依照本發(fā)明的另一個(gè)磁存儲(chǔ)矩陣的圖。
圖IO是說明磁存儲(chǔ)器的基本部分的橫截面圖。
圖ll是圖10中所示的磁存儲(chǔ)器沿線"A-A"所得的橫截面圖。
具體實(shí)施方式

下文中，將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。
(磁致電阻效應(yīng)元件)圖1是說明依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的磁致電阻效應(yīng)元件的透視圖。本申請書所 有附圖中的部分或全部組件是示意性地圖解，所以所畫的組件尺寸(厚度)和厚度比與組 件的實(shí)際尺寸和厚度比不同。圖1中所示的磁致電阻效應(yīng)元件10包括 一個(gè)底部電極LE和一個(gè)頂部電極UE， 它們被放置成使得把組成磁致電阻效應(yīng)元件10的多層夾在中間。具體地，磁致電阻效應(yīng) 元件10被配置成底層11，反鐵磁性層12，復(fù)合鎖住層13，中間層14，自由層15和保護(hù) 層16相繼形成于底部電極LE上。復(fù)合鎖住層13被配置成磁反平行耦合層132被夾在第 一鎖住層131和第二鎖住層133之間。中間層14是由交替置于中間層14中的絕緣部分141 和磁性金屬部分142組成。在本實(shí)施方式中，復(fù)合鎖住層13，中間層14和自由層15構(gòu)成旋轉(zhuǎn)閥薄膜。
復(fù)合鎖住層13對應(yīng)于權(quán)利要求中所定義的第一磁性層，它的磁化是基本上固定在 一個(gè)方向上的，自由層15對應(yīng)于權(quán)利要求中所定義的第二磁性層，它的磁化是依照外部 磁場旋轉(zhuǎn)的。中間層14對應(yīng)于權(quán)利要求中所定義的中間層。第一磁性層可以是由單個(gè)磁 性層而不是如復(fù)合磁性層13的多層結(jié)構(gòu)構(gòu)成。底部電極LE和頂部UE電極用為使傳感電流沿著垂直于旋轉(zhuǎn)閥薄膜的薄膜表面的 方向流向磁致電阻效應(yīng)元件10。作為結(jié)果，磁致電阻效應(yīng)元件10構(gòu)成一個(gè)傳感電流沿著 垂直于元件的薄膜表面的方向流動(dòng)的CPP (電流垂直于平面)型磁致電阻效應(yīng)元件。
底層11可以形成為，例如一個(gè)緩沖層和一個(gè)晶種層的兩層結(jié)構(gòu)。緩沖層能夠緩解 底部電極LE的表面粗糙度，并且可以是由Ta、 Ti、 W、 Zr、 Hf、 Cr或者它們的合金制成。 晶種層用作控制旋轉(zhuǎn)閥薄膜的結(jié)晶方向并且是由Ru、 (FexNiuK)-x) 100.yXy (X=Cr、 V、 Nb、 Hf、 Zr、 Mo; 15<x<25， 20<y<45)制成。反鐵磁性層12可以是由反鐵磁材料(例如，PtMn， PdPtMn， IrMn， RuRhMn)制 成，它們對復(fù)合鎖住層13各向異性從而固定復(fù)合鎖住層13的磁化。
復(fù)合鎖住層13的第一鎖住層131和第二鎖住層132可以是由，例如，F(xiàn)e、 Co、 Ni、 FeCo合金或者FeNi合金制成。磁反平行耦合層132用作第一鎖住層131和第二鎖住層132 的反鐵磁性耦合，并且可以是由Ru、 Ir或者Rh制成。中間層14的絕緣部分141可以是由包含Al、 Mg、 Li、 Si、 Ca、 Sc、 Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Gu、 Zn、 Ga、 Se、 Sr、 Y、 Zr、 Nb、 Mo、 Pd、 Ag、 Cd、 In、 Sn、 Sb、
Ba、 Ka、 Hf、 Ta、 W、 Re、 Pt、 Hg、 Pb、 Bi和鑭系元素組成的組中選出的至少一種元素 的氧化物、氮化物、氧氮化物或者碳化物制成。絕緣部分141可以是由另一種電絕緣材料 制成。
中間層14的磁性金屬部分142用作電流通路，使電流沿著垂直于中間層14的薄膜 表面的方向流經(jīng)它，并且可以是由單個(gè)鐵磁材料如Fe、 Co、 Ni或者鐵磁合金材料制成。 當(dāng)在自由層15上施加與第二鎖住層133的磁化方向相反方向的磁場，使得自由層15的磁 化方向與磁場方向一致時(shí)，第二鎖住層133的磁化方向變成反平行于自由層15的磁化方 向。在這種情形下，由于磁性金屬部分142是被夾在不同磁化方向的鐵磁層(復(fù)合鎖住層 13和自由層15)中間，磁性金屬部分142中會(huì)形成磁疇壁DW。
在本實(shí)施方式中，磁性金屬部分142的直徑"d"在厚度方向上不是不變的，如圖l 中所示(在圖1中，金屬部分142的頂部寬度比金屬部分142的底部寬度大)。在這種情 形下，典型直徑"d"可以由厚度方向上的平均直徑來定義。
在本實(shí)施方式中，非鐵磁金屬被混合在中間層14的磁性金屬部分142中。非鐵磁 金屬可以是由Cu， Cr， V， Ta， Nb， Sc， Ti， Mn， Zn, Ga， Ge， Zr， Y， Tc， Re， B， In， C, Si， Sn， Ca， Sr， Ba， Au， Ag， Pd， Pt， Ir， Rh， Ru， Os， Hf組成的組中選出的。非 鐵磁金屬優(yōu)選Cu。在這種情形下，復(fù)合鎖層13 (第二鎖住層133)和自由層15之間的層 間耦合可以被抑制，即使放大微磁耦合點(diǎn)也即磁性金屬部分142的直徑，以減小復(fù)合鎖住 層13和自由層15之間的阻抗，也是如此。
自由層(自由磁化層)15可以是由鐵磁材料(例如，F(xiàn)e、 Co、 Ni、 FeCo合金、FeNi合金)制成，從而使得自由層15的磁化可以依照外部磁場旋轉(zhuǎn)。在本實(shí)施方式中，自由層15形成為單層結(jié)構(gòu)，但是也可以形成為由多層堆疊成的多層結(jié)構(gòu)。
保護(hù)層16用于保護(hù)旋轉(zhuǎn)閥薄膜。保護(hù)層16可以形成為Cu/Ru雙層結(jié)構(gòu)或者Cu/Ta/Ru三層結(jié)構(gòu)。
圖2是示意性地顯示磁致電阻效應(yīng)元件10在其中間層14附近的磁化的橫截面情形 的例示圖。圖3是顯示磁致電阻效應(yīng)元件10的R-H特性的圖。
在本實(shí)施方式的磁致電阻效應(yīng)元件10中，如圖2中所示，由于上文所述非鐵磁金 屬被混合在中間層14的磁性金屬部分142中，磁性金屬部分142的磁化(Ms)被減小。 因此，復(fù)鎖住層13 (第二鎖住層133)與自由層15之間的層間耦合可以被抑制，并且形 成于磁性金屬部分142中的磁疇壁DW的寬度沿著厚度方向減小，從而提高阻抗變化比，
也即，MR效應(yīng)。實(shí)際上，本實(shí)施方式的磁致電阻效應(yīng)元件10中，如圖3中所示，由外部磁場引起 的R-H曲線的移動(dòng)，它源于層間耦合，幾乎不能被識(shí)別，并且阻抗變化A/ 變高。
圖4是示意性地顯示與磁致電阻效應(yīng)元件10不同的并在中間層14的磁性金屬部分 142中不包含非鐵磁金屬的磁致電阻效應(yīng)元件的磁化的橫截面情形的例示圖。圖5是顯示 圖4中的磁致電阻效應(yīng)元件的R-H特性的圖。在中間層14的磁性金屬部分142中不混合非鐵磁金屬的情形下，磁性金屬部分142 中的磁疇壁DW的寬度變得幾乎與磁疇壁DW的直徑相等，并且變得比絕緣部分141的寬 度更大。因此，復(fù)合鎖住層13 (第二鎖住層133)與自由層15之間的層間耦合增大，從 而減小阻抗變化Ai 。實(shí)際上，在本實(shí)施方式的磁致電阻效應(yīng)元件10中，如圖5中所示，觀察到由外部 磁場引起的R-H曲線的移動(dòng)(它源于層間耦合)，并且阻抗變化M變低。
(制造磁致電阻效應(yīng)元件的方法)
然后，將示意性地描述制造這種磁致電阻效應(yīng)元件的方法。首先，在基底上相繼形 成底部電極LE、底層ll、反鐵磁性層12、復(fù)合鎖住層13、中間層14、自由層15、保護(hù) 層16和頂部電極UE。通常，每一層都是在減壓氣氛下形成的。下文中，將描述每一層的 形成過程。
(1) 從底部電極LE到反鐵磁性層12的形成底部電極LE事先通過微加工方法形成在基底(沒有顯示)上。然后，形成底層ll 和反鐵磁性層12。
(2) 復(fù)合鎖住層13的形成然后，第一鎖住層131，磁反平行耦合層132和第二鎖住層133被相繼形成。這時(shí)， 非鐵磁金屬層可以形成在第二鎖住層133上。同樣，由構(gòu)成所住層的材料和構(gòu)成非鐵磁金 屬層的材料制成的合金層可以形成在第二鎖住層B3上。
(3) 中間層14的形成
然后，將描述中間層14的形成。中間層14是由Al203構(gòu)成的絕緣部分141和由Fe 主成分和添加到Fe主成分的Cu成分的混合物構(gòu)成的磁性金屬部分142組成。
首先，在第二鎖住層133上形成第一金屬層。第一金屬層包含作為磁性金屬層142 的原料成分的Fe主成分和Cu成分。然后，在第一金屬層上形成第二金屬層(例如，Al)， 它將被轉(zhuǎn)化成為絕緣部分141。然后，惰性氣體(例如，Ar)的離子束照射到第二金屬層 上，使得可以為第二金屬層實(shí)施預(yù)處理(離子處理)。依照離子處理，第一金屬層的元素 會(huì)部分滲入到第二金屬層中。代替離子處理，可以采用另一種能量施加方法。例如，可以 例示等離子體處理或者熱處理，但是能量施加方法并不局限于上面所列的幾種，只要第一 金屬層的元素部分地滲入到第二金屬層中即可。
然后，提供一種氧化氣體(例如，包含氧氣的惰性氣體)，使得第二金屬層能夠被 氧化以形成絕緣部分141。在這種情形下，氧化條件被確定為使得滲透到第二金屬層中的 第一金屬層的一些元素不太可能被氧化。依照氧化處理，第二金屬層被轉(zhuǎn)化成為由A1203 構(gòu)成的絕緣部分，而第一金屬層的元素形成磁性金屬部分142。
這里，氧化方法并不受限制，只要磁性金屬部分142未被氧化而保留著即可。具體 地，可以采用離子束氧化方法，等離子體氧化方法或者離子輔助氧化方法。代替氧化處理， 也可以采用氮化處理或者碳化處理。
可以按照如下形成中間層14。首先，作為磁性金屬部分142的組分的第一金屬層被 形成在第二鎖住層133上或作為第二鎖住層133。然后，在第一金屬層上形成將轉(zhuǎn)化成絕 緣部分141的第二金屬層(例如，Al)。形成第二金屬層后，提供氧化氣體(例如，包含 氧氣的惰性氣體)使得第二金屬層可以被氧化以形成絕緣層。具體地，可以采用離子束氧 化方法、等離子體氧化方法或者離子輔助氧化方法進(jìn)行氧化處理。代替氧化處理，也可以 采用氮化處理或者碳化處理。
然后，惰性氣體(例如，Ar)的離子束照射到絕緣部分，使得可以為絕緣部分實(shí)施 后處理(離子處理)。依照離子處理，第一金屬層的元素滲入到絕緣層中，以形成包含由 八1203構(gòu)成的絕緣部分141和磁性金屬部分142的中間層14。代替離子處理，也可以采用 等離子體處理或者熱處理。(4)自由層15，保護(hù)層16和頂層電極UE的形成
然后，在中間層14上形成自由層15，并且在自由層15上形成保護(hù)層16和頂層電
極UE，從而形成磁致電阻效應(yīng)元件10。 (5)熱處理磁致電阻效應(yīng)元件IO在磁場下熱處理，從而使得第一鎖住層131的磁化方向被固定。
(磁頭和磁記錄/音響裝置)磁致電阻效應(yīng)元件被預(yù)先安裝在一個(gè)允許記錄/音響的多功能磁頭組裝件中，并且裝 配成磁記錄/音響裝置的磁頭組裝件。圖6是顯示磁記錄/音響裝置的示意結(jié)構(gòu)的透視圖。圖6中所示的磁記錄/音響裝置 150構(gòu)成一個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)型磁記錄/音響裝置。圖6中，磁記錄盤200被安裝到主軸152上， 使之沿著箭頭A所指方向在電動(dòng)機(jī)(沒有顯示)驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，該電動(dòng)機(jī)是響應(yīng)驅(qū)動(dòng)部控制 器(沒有顯示)的控制信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的。圖6中，磁記錄/音響設(shè)備150可以配置有單張磁 記錄盤200，也可以配置有很多張磁記錄盤200。記錄/再現(xiàn)存儲(chǔ)在磁記錄盤200中的信息的磁頭滑桿153被安裝在薄膜型的懸浮桿 154的頂端。磁頭滑桿153安裝在包含如以上實(shí)施方式中所述的磁致電阻效應(yīng)元件的磁頭 的頂端。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁記錄盤200時(shí)，對著磁記錄盤200的磁頭滑桿153的表面(ABS)從磁記 錄盤200的主表面上浮起來。作為可供選擇的方式，滑桿可以構(gòu)成一種所謂的"接觸運(yùn)轉(zhuǎn) 型"滑桿，這種滑桿是與磁記錄盤200相接觸的。懸浮桿154以一個(gè)支撐驅(qū)動(dòng)線圈(沒有顯示)等的筒管部分連接到驅(qū)動(dòng)臂155的一 邊。系為一種直線電機(jī)的音圈電機(jī)156被配置于驅(qū)動(dòng)臂155的另一邊。音圈電機(jī)156是由 繞在驅(qū)動(dòng)臂155的筒管部分周圍的驅(qū)動(dòng)線圈(沒有顯示)和具有永久磁體的磁路和彼此相 對放置來夾住驅(qū)動(dòng)線圈的反向磁軛組成。驅(qū)動(dòng)臂155是由配置在主軸157的上部和下部的滾珠軸承(沒有顯示)支撐，從而 可在音圈電機(jī)156的驅(qū)動(dòng)下自由地旋轉(zhuǎn)和滑動(dòng)。圖7是說明從磁記錄盤200 —側(cè)觀察的驅(qū)動(dòng)臂155的位于其頂端的磁頭組裝件的一 部分的放大透視圖。如圖7中所示，磁頭組裝件160具有連同支撐驅(qū)動(dòng)線圈等的筒管部分 的驅(qū)動(dòng)臂155。懸浮桿154連接到驅(qū)動(dòng)臂155的一邊。
然后，具有包含以上實(shí)施方式中所述的磁致電阻效應(yīng)元件的磁頭的磁頭滑桿153連 接到懸浮桿154的頂端。懸浮桿154包括用于寫入/讀取信號(hào)的引線164，引線164與嵌入 在磁頭滑桿153中的磁頭的各個(gè)電極為電連接。在圖中，參考號(hào)"165"表示為組裝件160 的一個(gè)電極墊。
在圖6和7中所示的磁記錄/音響裝置中，由于安裝了上述實(shí)施方式中所述的磁致電 阻效應(yīng)元件，以比正常記錄更高密度記錄的磁性記錄在磁記錄盤200中的信息可以被正確 讀出。(磁存儲(chǔ)器)
如以上所述的磁致電阻效應(yīng)元件能夠構(gòu)成磁存儲(chǔ)器如存儲(chǔ)單元是以矩陣排列的磁 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)。
圖8是顯示一個(gè)依照本發(fā)明的磁存儲(chǔ)矩陣的實(shí)施方式的視圖。該圖顯示了當(dāng)存儲(chǔ)單 元是按陣列排列時(shí)的電路結(jié)構(gòu)。為了選擇陣列中的一比特，提供一個(gè)列譯碼器350和一個(gè) 行譯碼器351，其中開關(guān)晶體管330由位線334和字線332開啟并且被唯一地選擇，從而 記錄在磁致電阻效應(yīng)元件10的磁記錄層(自由層)中的比特信息可以由敏感放大器352 檢測讀出。為了寫比特位信息，寫電流流入特定的寫字線323和位線322來產(chǎn)生用于寫的 磁場。
圖9是顯示依照本發(fā)明的磁存儲(chǔ)矩陣的另一個(gè)實(shí)施方式的視圖。在該實(shí)施方式中， 以矩陣排列的位線322和字線334是分別由譯碼器360、 361選擇的，從而使陣列中的一 個(gè)特定的存儲(chǔ)單元被選中。每個(gè)存儲(chǔ)單元被配置成磁致電阻效應(yīng)薄膜10和二極管D是串 聯(lián)連接的。這里，二極管D起到防止傳感電流在存儲(chǔ)單元中繞道而不是在選定的磁致電阻 效應(yīng)薄膜10中通過的作用。寫入是由分別在特定的位線322和字線323中流過寫電流產(chǎn) 生的磁場完成的。
圖10是說明依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中的磁存儲(chǔ)器的基本部分的橫截面圖。圖 11是圖10中所示的磁存儲(chǔ)器沿線"A-A"所得的橫截面圖。這些圖中所示的構(gòu)造對應(yīng)于 圖8或圖9中所示的磁存儲(chǔ)器中所包括的1比特存儲(chǔ)單元。該存儲(chǔ)單元包括存儲(chǔ)元件部分 311和地址選擇晶體管部分312。
存儲(chǔ)元件部分311包括磁致電阻效應(yīng)薄膜IO和一對連接到磁致電阻效應(yīng)薄膜10的 配線322、324。磁致電阻效應(yīng)薄膜10是以上實(shí)施方式中所述的磁致電阻效應(yīng)元件(CCP-CPP
元件)。同時(shí)，在地址選擇晶體管部分312中，配置有一個(gè)經(jīng)過通路326和內(nèi)嵌連線328與
之有連接的晶體管330。晶體管330執(zhí)行與施加在柵332上的電壓相匹配的開關(guān)操作來控
制磁致電阻效應(yīng)薄膜10和配線334之間的電流限制通路的打開/關(guān)斷。此外，在磁致電阻效應(yīng)薄膜10下方，在與配線322基本上成直角的方向上配置寫
線323。這些寫線322、 323可以是由，例如，鋁(Al)、銅(Cu)、鉤(W)、鉭(Ta)或
者任何包含以上這些元素的合金形成。在如此構(gòu)造的存儲(chǔ)單元中，當(dāng)向磁致電阻效應(yīng)元件10中寫入比特信息時(shí)，寫入脈 沖電流流經(jīng)線322、 323，并且施加由寫入電流感應(yīng)的合成磁場來使磁致電阻效應(yīng)元件10 的記錄層的磁化適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)化。此外，當(dāng)讀取比特信息時(shí)，傳感電流流過包括磁記錄層的磁致電阻效應(yīng)元件10和
低電極324，來測量磁致電阻效應(yīng)元件10的電阻值或者電阻值的變化。通過對以上所述實(shí)施方式的磁致電阻效應(yīng)元件的使用，依照該實(shí)施方式的磁存儲(chǔ)
器，即使所述單元(即磁存儲(chǔ)器)在尺寸上是最小化的，也能夠通過確實(shí)地控制記錄層的
磁疇來確保寫入和讀取。
(實(shí)施例)下面將通過例子詳細(xì)描述本發(fā)明。 (實(shí)施例1)下面將描述涉及磁致電阻效應(yīng)元件10的實(shí)施例1。實(shí)施例1中，按如下形成磁致電 阻效應(yīng)元件10:
底層11: Ta 5nm / NiFeCr 7nm
反鐵磁性層12: PtMn 15nm
第一鎖住層131: C09Fe! 3.3nm
磁反平行耦合層132: Ru0.9nm
第二鎖住層133: Fe5Co52.5nm/Cu0.1nm
從底層11到第二鎖住層132被相繼形成。然后，形成厚度為0.9nm的Al層并且在 Ar離子氣氛中氧化。然后，實(shí)施離子處理來形成中間層14的多層結(jié)構(gòu)Al氧化物/FeCo-Cu 然后，自由層15: Fe5Co52.5nm保護(hù)層16: Cu lnm/Ta2nm/Ru 15nrn被形成。
這樣獲得的磁致電阻效應(yīng)元件10在磁場下進(jìn)行270。C熱處理10小時(shí)。作為結(jié)果， 在實(shí)施例1中，磁致電阻效應(yīng)元件10的RA是0.5Q/zm2。然后，MR值是200X，并且復(fù) 合鎖住層133和自由層15之間的層間耦合是20 Oe。(實(shí)施例2)
下面將描述涉及磁致電阻效應(yīng)元件10的實(shí)施例2。實(shí)施例2中，按如下形成磁致電 阻效應(yīng)元件10:底層11: Ta5nm/Ru2nm反鐵磁性層12: PtMn 15nm第一鎖住層131: C09Fe!3.3nm磁反平行耦合層132: Ru0.9nm第二鎖住層133: Fe5Co52.5nm/Cu0.1nm
從底層11到第二鎖住層132被相繼形成。然后，形成厚度為0.9nm的Al層并且在 Ar離子氣氛中氧化。然后，實(shí)施離子處理來形成中間層14的多層結(jié)構(gòu)Al氧化物/FeCo-Cu 金屬層。 然后，自由層15: Fe5Co52.5nm保護(hù)層16: Culnm/Ta2nm/Rul5nm被形成。
這樣獲得的磁致電阻效應(yīng)元件10在磁場下進(jìn)行270。C熱處理10小時(shí)。作為結(jié)果， 在實(shí)施例2中，磁致電阻效應(yīng)元件10的RA是0.3Q/zm2。然后，MR值是150X，并且復(fù) 合鎖住層133和自由層15之間的層間耦合是25 Oe。
(實(shí)施例3)下面將描述涉及磁致電阻效應(yīng)元件10的實(shí)施例3。實(shí)施例3中，按如下形成磁致電
阻效應(yīng)元件10:
底層11: Ta 5nm / NiFeCr 7腦
反鐵磁性層12: PtMnl5nm
第一鎖住層131: Co9Fei3.3nm
磁反平行耦合層132: Ru0.9nm
第二鎖住層133: Fe5Co52.5nm/Zr0.1nm
從底層11到第二鎖住層132被相繼形成。然后，形成厚度為0.9nm的Al層并且在 Ar離子氣氛中氧化。然后，實(shí)施離子處理來形成中間層14的多層結(jié)構(gòu)Al氧化物/FeCo-Zr
然后，
自由層15: Fe5Co52.5nm 保護(hù)層16: Cu lnm/Ta2nm/Ru 15nrn 被形成。這樣獲得的磁致電阻效應(yīng)元件10在磁場下進(jìn)行270。C熱處理10小時(shí)。作為結(jié)果， 在實(shí)施例3中，磁致電阻效應(yīng)元件10的RA是0.5Q/^2。然后，MR值是180X，并且復(fù) 合鎖住層133和自由層15之間的層間耦合是23 Oe。
(實(shí)施例4)下面將描述涉及磁致電阻效應(yīng)元件10的實(shí)施例4。實(shí)施例4中，按如下形成磁致電 阻效應(yīng)元件10:
底層ll: Ta5腦/Ru2nm
反鐵磁性層12: PtMn 15nm
第一鎖住層131: CogFei 3.3nm
磁反平行耦合層132: Ru0.9nm
第二鎖住層133: Fe5Co52.5nm/Zr0.1nm
從底層11到第二鎖住層132被相繼形成。然后，形成厚度為0.9nm的Al層并且在
Ar離子氣氛中氧化。然后，實(shí)施離子處理來形成中間層14的多層結(jié)構(gòu)Al氧化物/FeCo-Zr金屬層o然后，自由層15: Fe5Co52.5nm保護(hù)層16: Culnm/Ta2nm/Rul5nm被形成。
這樣獲得的磁致電阻效應(yīng)元件10在磁場下進(jìn)行270。C熱處理10小時(shí)。作為結(jié)果， 在實(shí)施例4中，磁致電阻效應(yīng)元件10的RA是0.4Q/z/w2 。然后，MR值是120%，并且復(fù) 合別住層133和自由層15之間的層間耦合是28 Oe。(實(shí)施例5)
下面將描述涉及磁致電阻效應(yīng)元件10的實(shí)施例5。實(shí)施例5中，按如下形成磁致電 阻效應(yīng)元件10:底層11: Ta 5nm / NiFeCr 7nm反鐵磁性層12: PtMn 15nm第一鎖住層131: Co9Fei3.3nm磁反平行耦合層132: Ru0.9nm第二鎖住層133: Fe5Co5 2.5nm / Cu 0.2nm
從底層11到第二鎖住層132被相繼形成。然后，形成厚度為0.9nm的Al層并且在 Ar離子氣氛中氧化。然后，實(shí)施離子處理來形成中間層14的多層結(jié)構(gòu)Al氧化物/FeCo-Cu金屬層o然后，自由層15: Fe5Co52.5nm保護(hù)層16: Cu lnm/Ta2nm/Rul5nm被形成。
這樣獲得的磁致電阻效應(yīng)元件10在磁場下進(jìn)行270。C熱處理10小時(shí)。作為結(jié)果， 在實(shí)施例5中，磁致電阻效應(yīng)元件10的RA是0.5Q/mz2。然后，MR值是220X，并且復(fù) 合鎖住層133和自由層15之間的層間耦合是15 Oe。(實(shí)施例6)下面將描述涉及磁致電阻效應(yīng)元件10的實(shí)施例6。實(shí)施例6中，按如下形成磁致電 阻效應(yīng)元件10:
底層11: Ta 5nm / NiFeCr 7nm
反鐵磁性層12: PtMnl5nm
第一鎖住層131: Co9Fe! 3.3nm
磁反平行耦合層132: Ru0.9nm
第二鎖住層133: (Fe5Co5 )q.9CU(u 2.5nm
從底層11到第二鎖住層132被相繼形成。然后，形成厚度為0.9nm的Al層并且在 Ar離子氣氛中氧化。然后，實(shí)施離子處理來形成中間層14的多層結(jié)構(gòu)Al氧化物/FeCo-Cu 金屬層。 然后，
自由層15: Fe5Co52.5nm
保護(hù)層16: Cu lnm/Ta2nm/Ru 15nrn
被形成。這樣獲得的磁致電阻效應(yīng)元件10在磁場下進(jìn)行270。C熱處理10小時(shí)。作為結(jié)果， 實(shí)施例6中，磁致電阻效應(yīng)元件10的RA是0.5Q/iM2。然后，MR值是230X，并且復(fù)合 鎖住層133和自由層15之間的層間耦合是18 Oe。在這些實(shí)施例中，第二鎖住層133包含Cu或者Zr，但是也可以包含另一種非磁性 金屬如Cr、 V、 Ta、 Nb、 Sc、 Ti、 Mn、 Zn、 Ga、 Ge、 Y、 Tc、 Re、 B、 In、 C、 Si、 Sn、 Ca、 Sr、 Ba、 Au、 Ag、 Pd、 Pt、 Ir、 Rh、 Ru、 Os或者Hf。在這些使用除了 Cu或者Zr的 非磁性金屬的例子中，可以獲得與實(shí)施例中相同的效果。也就是，依照本發(fā)明的磁致電阻 效應(yīng)元件，可以抑制復(fù)合鎖住層和自由層之間的層間耦合并且可以獲得相對較大的MR值。
雖然本發(fā)明結(jié)合上述實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不局限于上述披露，并 且在不背離本發(fā)明的范圍下可以作出種種變化和修改。在磁致電阻效應(yīng)元件到音響磁頭的應(yīng)用中，如果頂部和底部屏蔽被加到磁致電阻效 應(yīng)元件，磁頭的探測分辨力可以被確定。此外，磁致電阻效應(yīng)元件既可被用于縱向磁記錄型磁頭又可被用于垂直磁記錄型磁 頭。同樣，磁致電阻效應(yīng)元件既可被用于縱向磁記錄/音響裝置又可被用于垂直磁記錄/音 響裝置。磁記錄/音響裝置可以是其中安裝有特定記錄介質(zhì)的所謂的固定式磁性裝置或者是 其中記錄介質(zhì)可被替換的所謂的可拆卸式磁性裝置。
權(quán)利要求
1.一種磁致電阻效應(yīng)元件，該元件包括第一磁化層，其磁化基本固定在一個(gè)方向上；第二磁化層，其磁化依外部磁場而旋轉(zhuǎn)；中間層，其包含絕緣部分和磁性金屬部分，并被配置于所述第一磁化層和第二磁化層之間；和一對電極，其使電流沿著垂直于由所述第一磁化層、所述中間層和所述第二磁化層構(gòu)成的多層薄膜的薄膜表面的方向流過，其中所述中間層的所述磁性金屬部分包含非鐵磁金屬。
2. 如權(quán)利要求1所述的磁致電阻效應(yīng)元件，其特征在于，所述非鐵磁金屬是從由Cu， Cr， V， Ta， Nb， Sc， Ti， Mn， Zn， Ga， Ge， Zr， Y， Tc， Re， B， In， C, Si， Sn， Ca， Sr， Ba， Au， Ag， Pd, Pt， Ir, Rh, Ru， Os和Hf組成的組中選出的至少一種。
3. 如權(quán)利要求2所述的磁致電阻效應(yīng)元件，其特征在于， 所述非鐵磁金屬至少包含Cu。
4. 如權(quán)利要求1所述的磁致電阻效應(yīng)元件，其特征在于， 所述中間層的所述絕緣部分包含一種含有氧、氮和碳中至少一種的化合物。
5. 如權(quán)利要求1所述的磁致電阻效應(yīng)元件，其特征在于， 所述中間層的所述磁性金屬部分包含F(xiàn)e、 Co和Ni中至少一種。
6. 如權(quán)利要求1所述的磁致電阻效應(yīng)元件，其特征在于， 所述第一磁性層和所述第二磁性層包含F(xiàn)e、 Co和Ni中至少一種。
7. 如權(quán)利要求1所述的磁致電阻效應(yīng)元件，其特征在于， 所述中間層抑制了所述第一磁性層和所述第二磁性層之間的層間耦合。
8. 如權(quán)利要求1所述的磁致電阻效應(yīng)元件，其特征在于，在所述中間層中，使在所述磁性金屬部分中所形成的磁疇壁變窄以提高所述磁致電阻 效應(yīng)元件的MR效應(yīng)。
9. 一種包括如權(quán)利要求1所述的磁致電阻效應(yīng)元件的磁頭。
10. —種包括如權(quán)利要求1所述的磁記錄介質(zhì)和磁頭的磁記錄/音響裝置。
11. 一種包括如權(quán)利要求1所述的磁致電阻效應(yīng)元件的磁存儲(chǔ)器。
12. —種制造磁致電阻效應(yīng)元件的方法，該方法包括 形成其磁化是基本固定在一個(gè)方向上的第一磁化層； 在所述第一磁化層上形成作為磁性金屬部分的第一金屬層； 在所述第一金屬層上形成第二金屬層；施加足以激發(fā)原子的能量到所述第二金屬層上，然后氧化所述第二金屬層以使所述第 二金屬層轉(zhuǎn)化成絕緣部分，由此形成包含所述絕緣部分和所述磁性金屬部分的中間層； 形成其磁化是依外部磁場旋轉(zhuǎn)的第二磁化層；以及形成一對電極，使電流沿著垂直于由所述第一磁化層、所述中間層和所述第二磁化層 構(gòu)成的多層薄膜的薄膜表面的方向流動(dòng)。
13. —種制造磁致電阻效應(yīng)元件的方法，該方法包括 形成其磁化是基本固定在一個(gè)方向上的第一磁化層； 在所述第一磁化層上形成作為磁性金屬部分的第一金屬層； 在所述第一金屬層上形成第二金屬層；氧化所述第二金屬層以使所述第二金屬層轉(zhuǎn)化成絕緣部分，然后施加足以激發(fā)原子的 能量到所述絕緣層上，由此形成包含所述絕緣部分和所述磁性金屬部分的中間層； 形成其磁化是依外部磁場旋轉(zhuǎn)的第二磁化層；以及形成一對電極，使電流沿著垂直于由所述第一磁化層、所述中間層和所述第二磁化層 構(gòu)成的多層薄膜的薄膜表面的方向流動(dòng)。
全文摘要
一種磁致電阻效應(yīng)元件包括其磁化是基本上固定在一個(gè)方向上的第一磁化層；其磁化是依外部磁場旋轉(zhuǎn)的第二磁化層；包含絕緣部分和磁性金屬部分并被配置于所述第一磁化層和第二磁化層之間的中間層；和一對使電流沿著垂直于由所述第一磁化層、所述中間層和所述第二磁化層構(gòu)成的多層薄膜的薄膜表面的方向流過的電極；其中所述中間層的所述磁性金屬部分包含非鐵磁金屬。
文檔編號(hào)H01L43/08GK101154706SQ20071014271
公開日2008年4月2日 申請日期2007年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月28日
發(fā)明者巖崎仁志, 橋本進(jìn), 福家廣見, 高岸雅幸 申請人:株式會(huì)社東芝;Tdk株式會(huì)社