專利名稱：：具有一對磁性層的cpp型磁阻效應(yīng)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及感應(yīng)電流垂直于膜平面流動(dòng)的CPP(電流垂直平面，Current-Perpendicular-to4he-Plane)型磁阻效應(yīng)元件，并且更具體而言，涉及這種磁阻效應(yīng)元件的隔體層和磁性層的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
：感應(yīng)電流平行于元件膜平面流動(dòng)的CIP-GMR(電流在平面內(nèi)-巨磁阻，CurrentInPlane-GiantMagneto-Resistance)元件主要被用作薄膜磁頭的復(fù)制元件。最近已嘗試開發(fā)其中感應(yīng)電流垂直于元件膜平面流動(dòng)的元件，以適應(yīng)更高密度的磁記錄。此類型的元件包括利用TMR效應(yīng)的TMR(隧道磁阻，TunnelMagneto-Resistance)元件和利用GMR效應(yīng)的CPP-GMR元件。所述的TMR元件和CPP-GMR元件包括層疊體，層疊體包含磁化方向根據(jù)外磁場變化的磁性層(自由層)；磁化方向相對于外磁場固定的磁性層(固定層(pinnedlayer));以及隔體層(非磁性隔體層)，該隔體層夾在固定層和自由層之間。在TMR元件中，隔體層由絕緣層組成，該絕緣層由Al203等制成。基于電子穿過隔體層(隧道屏障層)的能量勢壘的隧道現(xiàn)象，使感應(yīng)電流在垂直于層疊體的膜平面的方向上流動(dòng)。在CPP-GMR元件中，隔體層具有由Cu等制成的非磁性導(dǎo)電層。在這些元件中，在自由層的磁化方向和固定層的磁化方向之間形成的相對角根據(jù)外磁場變化，從而改變對以垂直于層疊體的膜平面的方向流動(dòng)的感應(yīng)電流的電阻?；谶@些性質(zhì)檢測外磁場。在層疊的方向觀察，層疊體的兩端被屏蔽層磁性地屏蔽。TMR元件的優(yōu)點(diǎn)在于理論上其具有大的電阻并提供大的磁阻比率。另一方面，CPP-GMR元件利用小的電阻可以降低元件的橫截面積，并且因此適用于超高密度磁記錄。已進(jìn)行了改進(jìn)以進(jìn)一步增加上述元件的磁阻比率。美國專利申請出版物第2006/0012926號(hào)公開了以MgO代替A10x(八1203等)制成的隔體，A10,典型地被用作TMR元件的隔體層材料。已經(jīng)研究了將半導(dǎo)體材料作為CPP-GMR元件的隔體層的材料。日本專利出版物第2003-8102號(hào)公開了一種層結(jié)構(gòu)，其包含與常規(guī)隔體層一起置于自由層和固定層之間的ZnO層。具有大的電阻的半導(dǎo)體層被用作將元件的電阻調(diào)節(jié)至適當(dāng)值的層。近來提出了與包含自由層和固定層的常規(guī)層結(jié)構(gòu)完全不同的新的層纟吉構(gòu)。"Current-in-PlaneGMRTrilayerHeadDesignforHard-DiskDrives"(IEEETRANSACTIONSONMAGNETICS,Volume43,Number2,February,2007)公開了用在CIP元件中的層疊體，該層疊體包含磁化方向根據(jù)外磁場變化的兩個(gè)磁性層，以及夾在磁性層之間的隔體層。從層疊體的氣承表面看，在層疊體的背面安置偏磁層，并且在垂直于氣承表面的方向上施加偏磁場。在由偏磁層施加的磁場下，兩個(gè)磁性層的磁化方向之間形成一定相對角度。當(dāng)在這種情況下施加外磁場時(shí)，兩個(gè)磁性層的磁化方向發(fā)生改變，從而在兩個(gè)磁性層的磁化方向之間形成的相對角被改變，并且因此改變對感應(yīng)電流的電阻?；谶@些性質(zhì)，可以檢測外界磁化。美國專利第7,035,062號(hào)公開了將此類層結(jié)構(gòu)應(yīng)用于CPP元件的實(shí)例。在這種情況下，因?yàn)槔脙蓚€(gè)磁性層的層結(jié)構(gòu)不需要常規(guī)的綜合固定層和反鐵磁層，因而其具有簡單的層結(jié)構(gòu)，并且具有降低屏間隙的潛力。然而，為了獲得大的磁敏感度，磁化方向根據(jù)外磁場變化的磁性層需要具有良好的軟磁特性。前述涉及的常規(guī)技術(shù)優(yōu)勢在于其可以提高磁阻比率，但是不利之處在于其降低軟磁特性。軟磁特性通過磁化方向根據(jù)外磁場變化的磁性層的矯頑磁力和磁致伸縮表現(xiàn)。期望使矯頑磁力盡可能小，并且使磁致伸縮的絕對值盡可能小。矯頑磁力的目標(biāo)值為約800A/m或更小(1000e或更小)。期望磁致伸縮應(yīng)在上至+5xl(T6(包括+5xl0—6)的范「圍內(nèi)。磁致伸縮的目標(biāo)的下限為-10xl0—6，然而因?yàn)榭梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)在磁性層中的NiFe層的組成和膜厚度而調(diào)節(jié)磁致伸縮，所以所述目標(biāo)值只是大致的目標(biāo)。圖1A顯示用于TMR元件的由A10x制成的隔體層和由MgO制成的隔體層的矯頑磁力的實(shí)例。自由層具有30Co70Fe(膜厚度xnm)/卯NilOFe(膜厚度4nm)的層結(jié)構(gòu)，并且30Co70Fe層的膜厚度x是變化的。在本說明書中，標(biāo)記A/B/C-表示層A、層B和層C以此順序?qū)盈B。在膜厚度大的區(qū)域，在A10x的情況中的矯頑磁力大于在MgO的情況中的矯頑磁力，但是在其它區(qū)域，后者大于前者。為了降低矯頑磁力，需要減小CoFe層的膜厚度。然而，因?yàn)镃oFe層貢獻(xiàn)于磁阻的變化，所以CoFe層的膜厚度的減小導(dǎo)致磁阻比率的降低，消除了MgO的優(yōu)點(diǎn)。圖1B顯示在與圖1A相同的條件下測量的磁致伸縮的實(shí)例。與A10x的情況相比，磁致伸縮的絕對值傾向于增加，特別是在CoFe層的膜厚度小的區(qū)域。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)目的是提供磁阻效應(yīng)元件，該磁阻效應(yīng)元件可以在確保磁性層軟磁特性的情況下獲得高磁阻比率，所述磁性層的磁化方向可根據(jù)外磁場變化(后文也稱作"磁化方向可變的磁性層")。本發(fā)明的另一目的是提供引入了此類磁阻效應(yīng)元件的滑觸頭、硬盤驅(qū)動(dòng)器等。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，磁阻效應(yīng)元件包含一對磁性層，它們的磁化方向之間形成相對角，該相對角可根據(jù)外磁場變化；以及結(jié)晶隔體層，該結(jié)晶隔體層被夾在所述一對磁性層之間；其中感應(yīng)電流可以在與所述一對磁性層和隔體層的膜平面垂直的方向上流動(dòng)。隔體層包含結(jié)晶氧化物，并且其磁化方向根據(jù)外磁場變化的磁性層中的一個(gè)或兩個(gè)具有層結(jié)構(gòu)，在該層結(jié)構(gòu)中CoFeB層夾在CoFe層和NiFe層之間，并且被置于隔體層和NiFe層之間。隔體層以及構(gòu)成磁化方向可變的磁性層的CoFe層和NiFe層具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)。如果具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的層相鄰排列，并且其晶格常數(shù)相互匹配，則可以獲得良好的膜特性。如果存在晶格常數(shù)不匹配，則結(jié)晶結(jié)構(gòu)在相鄰層之間的界面上被干擾，使得難以獲得良好的膜特性。如果將三個(gè)或更多結(jié)晶層疊放，則其中一層可能被并不直接與其相鄰的另一結(jié)晶層影響，可能會(huì)干擾結(jié)晶結(jié)構(gòu)。與使用由單一Cu層制成的常規(guī)隔體層的情況相比，由于結(jié)晶氧化物具有特別大的晶格常數(shù)，會(huì)導(dǎo)致在結(jié)晶氧化物和另一結(jié)晶層之間晶格常數(shù)的大的不匹配。本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)為這影響磁化方向可變的磁性層的軟磁特性。根據(jù)本發(fā)明，CoFeB層插在磁化方向可變的磁性層的CoFe層和NiFe層之間。由于CoFeB具有非晶結(jié)構(gòu)，其具有減輕位于CoFeB的影響的功能。因此，即使使用具有晶格常數(shù)不匹配的氧化物層作為隔體層，CoFeB層也起到緩沖層的作用，改變界面處的NiFe層的磁致伸縮。據(jù)認(rèn)為，這導(dǎo)致具有良好的膜性能的NiFe層，并且因此導(dǎo)致具有良好的軟磁特性的NiFe層。相反地，NiFe層也可能影響CoFe層。然而，此影響也可以通過CoFeB層減輕。結(jié)果，CoFe層的膜性能被改善，并且可以獲得磁阻比率的提高。所述一對磁性層可以包含其磁化方向相對外磁場被固定的固定層和其磁化方向可根據(jù)外磁場變化的自由層。隔體層可以具有其中ZnO層位于Cu層之間的層結(jié)構(gòu)，或者具有其中ZnO層夾在Cu層和Zn層之間的層結(jié)構(gòu)。隔體層可以包含MgO層。根據(jù)本發(fā)明的滑觸頭包含前面提到的磁阻效應(yīng)元件。根據(jù)本發(fā)明的薄膜磁頭包含前面提到的磁阻效應(yīng)元件。根據(jù)本發(fā)明的晶片包含形成在其中的前面提到的磁阻效應(yīng)元件。根據(jù)本發(fā)明的磁頭萬向節(jié)組件(headgimbalassembly)包含前面提到的滑觸頭、以及彈性支撐該滑觸頭的懸架。根據(jù)本發(fā)明的硬盤驅(qū)動(dòng)器包含前面提到的滑觸頭、用于支撐該滑觸頭并將該滑觸頭相對于記錄介質(zhì)定位的元件。如前所述，根據(jù)本發(fā)明可以提供磁阻效應(yīng)元件，該磁阻效應(yīng)元件可以在確保磁性層的軟磁特性的情況下獲得高磁阻比率，該磁性層的磁化方向根據(jù)外磁場變化。此外，根據(jù)本發(fā)明可以提供引入了此類磁阻效應(yīng)元件的滑觸頭、硬盤驅(qū)動(dòng)器等。從參照說明本發(fā)明實(shí)例的附圖的后續(xù)描述中，本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更加明顯。圖1A是顯示用于TMR元件的由A10x制成的隔體層和由MgO制成的隔體層的矯頑磁力的實(shí)例的曲線圖1B是顯示在與圖1A相同的條件下測量的磁致伸縮的實(shí)例的曲線圖2是根據(jù)本發(fā)明的薄膜磁頭的部分透視7圖3是包含在圖2所示薄膜磁頭中的層疊體的側(cè)面正視圖4A是顯示第一實(shí)施方案中CoFeB層的膜厚度與矯頑磁力、磁致伸縮以及磁阻比率的改善比例之間的關(guān)系的曲線圖4B是顯示第一實(shí)施方案中CoFeB層中B的濃度(原子百分比)與矯頑磁力、磁致伸縮以及磁阻比率的改善比例之間的關(guān)系的曲線圖5A至5C依次是顯示第二實(shí)施方案中在Cu/ZnO/Cu和Cu/ZnO/Zn的層結(jié)構(gòu)中的矯頑磁力、磁致伸縮以及磁阻比率的改善比例的曲線圖6是顯示第二實(shí)施方案中CoFeB層中Co的濃度(原子百分比)與矯頑磁力、磁致伸縮以及磁阻比率之間的關(guān)系的曲線圖7是顯示第三實(shí)施方案中CoFeB層的膜厚度與矯頑磁力、磁致伸縮以及磁阻比率的改善比例之間的關(guān)系的曲線圖8A和8B分別是顯示第三實(shí)施方案中矯頑磁力與CoFe層的膜厚度之間的關(guān)系以及磁致伸縮與CoFe層的膜厚度之間的關(guān)系的曲線圖9是顯示第三實(shí)施方案中CoFeB層中Co的濃度(原子百分比)與矯頑磁力、磁致伸縮以及磁阻比率的改善比例之間的關(guān)系的曲線圖IO是具有形成在其中的本發(fā)明的磁場檢測元件的晶片的平面圖11是本發(fā)明的滑觸頭的透視圖12是包含引入了本發(fā)明的滑觸頭的磁頭萬向節(jié)組件的磁頭臂組件的透視圖3是引入了本發(fā)明的滑觸頭的磁頭臂組件的側(cè)面圖；以及圖14是引入了本發(fā)明的滑觸頭的硬盤驅(qū)動(dòng)器的俯視圖。具體實(shí)施例方式以下將參照附圖描述實(shí)施方案，其中將根據(jù)本發(fā)明的磁阻效應(yīng)元件應(yīng)用到用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的薄膜磁頭上。根據(jù)本發(fā)明的磁阻效應(yīng)元件還可應(yīng)用于磁存儲(chǔ)元件、磁傳感器組件等。(第一實(shí)施方案)根據(jù)本實(shí)施方案的磁阻效應(yīng)元件被用作CPP-GMR元件中的磁阻效應(yīng)元件。圖2是包含根據(jù)本發(fā)明的磁阻效應(yīng)元件2的薄膜磁頭的部分透視圖。薄膜磁頭1可以是只讀頭或者可以是具有寫入頭部分的MR7感應(yīng)復(fù)合頭。磁阻效應(yīng)元件2被安置在上部電極屏蔽3和下部電極屏蔽4之間，并且具有面對記錄介質(zhì)21的尖端。磁阻效應(yīng)元件2適于允許感應(yīng)電流23在上部電極屏蔽3和下部電極屏蔽4之間施加的電壓下，在與膜平面垂直的方向上流動(dòng)。在面對磁阻效應(yīng)元件2的位置上的記錄介質(zhì)21的磁場隨記錄介質(zhì)21在移動(dòng)方向23上的移動(dòng)而變化?；贕MR效應(yīng)，薄膜磁頭l將磁場的變化檢測為電阻的變化，并因此讀出寫在記錄介質(zhì)21上的磁信息。圖3是從如圖2中顯示的A-A方向所見，即從氣承表面所見的層疊體的側(cè)面正視圖。氣承表面是指薄膜磁頭1面向記錄介質(zhì)21的表面。表1顯示磁阻效應(yīng)元件2的層結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例。在表中，層以疊放順序顯示，從底行中的與下部屏蔽電極層4相鄰的緩沖層5開始，至頂行中的與上部屏蔽電極層3相鄰的蓋層10。表l層結(jié)構(gòu)組成厚度(nm)蓋層10Ru10自由層9NiFe5CoFeB0.5CoFe1隔體層8Cu0.7ZnO1.6Cu0.7固定層7內(nèi)固定層73CoFe3中間層72Ru0.8外固定層71CoFe3反鐵磁層6IrMn5緩沖層5Ru2Ta1磁阻效應(yīng)元件2具有以下層結(jié)構(gòu)，其包含按如下順序在由具有約1(im厚度的NiFe層制成的下部電極屏蔽4上疊放的緩沖層5、反鐵磁層6、固定層7、非磁性隔體層8、自由層9、以及蓋層10。固定層7是其磁化方向相對外磁場固定的層。自由層9是其磁化方向可根據(jù)外磁場變化的層(磁化方向可變的磁性層)。感應(yīng)電流22適于穿過固定層7、非磁性隔體層8、以及自由層9流動(dòng)，即在垂直于磁阻效應(yīng)元件2的膜平面的方向上流動(dòng)。所述"垂直于膜平面的方向"包括嚴(yán)格垂直于膜平面的感應(yīng)電流22的方向，以及基本上垂直于膜平面的方向。根據(jù)外磁場，自由層9的磁化方向相對于固定層7的磁化方向形成相對角。傳導(dǎo)電子的自旋相關(guān)散射根據(jù)該相對角而變化，導(dǎo)致磁阻的變化。薄膜磁頭l探測磁阻的變化以讀出在記錄介質(zhì)中的磁信息。固定層7被構(gòu)造為所謂的綜合固定層。特別地，固定層7由如下部分組成外固定層71、位于與外固定層71相比距隔體層8更近的內(nèi)固定層73、以及夾在外固定層71和內(nèi)固定層73之間的非磁性中間層72。外固定層71的磁化方向基于反鐵磁層6和外固定層71之間的交換耦合而固定。通過中間層72，內(nèi)固定層73與外固定層71反鐵磁性地耦合，并且其磁化方向被牢固地固定。在固定層中，通過此方式確保穩(wěn)定的磁化狀態(tài)，并且從整體上限制有效磁化。隔體層8具有Cu/ZnO/Cu的結(jié)構(gòu)。ZnO層是結(jié)晶半導(dǎo)體層。Cu層也具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)。常規(guī)地，己經(jīng)使用單一的Cu層作為隔體層。然而，可以通過插入ZnO層增加隔體層8的電阻。在CPP-GMR元件中，由于通常小的電阻，磁阻比率的增加已成為問題。可以通過使用具有Cu/ZnO/Cu結(jié)構(gòu)的隔體層8獲得大的磁阻比率。自由層9具有CoFe/CoFeB/NiFe的結(jié)構(gòu)。CoFe層具有大的自旋極化率，并且主要貢獻(xiàn)于磁阻比率的增加。為了獲得滿意的自旋極化率，Co的原子百分比優(yōu)選在20至70%的范圍內(nèi)。NiFe層是軟磁層，其用于限制磁致伸縮，并且具有基于限定的矯頑磁力而增加對磁場變化的靈敏度的功能。Ni的原子百分比優(yōu)選地在75和95。/。之間的范圍內(nèi)，其可帶來滿意的軟磁特性(低矯頑磁力和低磁致伸縮)。CoFeB層是插在CoFe層和NiFe層之間的非晶層。提供緩沖層5以獲得反鐵磁層6和外固定層71之間良好的交換耦合。提供蓋層10以避免層疊的層的劣化。由具有約lpm厚度的NiFe膜組成的上部電極屏蔽3置于蓋層10上面。在磁阻效應(yīng)元件2的兩側(cè)，經(jīng)由絕緣膜11和未顯示的由Cr、CrTi等10制成的種子層安置硬偏置膜12。硬偏置膜12是將自由層9磁化為單一磁性區(qū)域的磁性區(qū)域控制膜。絕緣膜11由八1203制成，并且硬偏置膜12由CoPt、CoCrPt等制成。本實(shí)施方案的特征在于隔體層8具有Cu/ZnO/Cu的結(jié)構(gòu)，并且自由層9具有CoFe/CoFeB/NiFe的結(jié)構(gòu)。組成隔體層8的每一層(Cu/ZnO/Cu)，以及組成自由層9的CoFe層和NiFe層，具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)。如果在相鄰的具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的層之間存在晶格常數(shù)不匹配，則結(jié)晶結(jié)構(gòu)在相鄰層間的界面處會(huì)被干擾，使得難以獲得良好的膜特性。結(jié)晶結(jié)構(gòu)的干擾阻礙該層表現(xiàn)出其固有性質(zhì)，并且如果該層是由NiFe制成的，則其軟磁特性被劣化。如果將三個(gè)或更多結(jié)晶層疊放，則一層也可能被不與該層直接相鄰的另一結(jié)晶層影響，可能會(huì)干擾結(jié)晶結(jié)構(gòu)。與使用由單一Cu層制成的常規(guī)隔體層的情況相比，由于用作隔體層8的一部分的ZnO層是氧化物，其具有特別大的晶格常數(shù)，并且其導(dǎo)致在ZnO層和另一結(jié)晶層之間晶格常數(shù)的大的不匹配。本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)為這影響自由層9的軟磁特性。根據(jù)本實(shí)施方案，將CoFeB層插在自由層9的CoFe層和NiFe層之間。具有非晶結(jié)構(gòu)的CoFeB有限制ZnO層可能施加于NiFe層的影響的功能。因此，即使ZnO層被用作隔體層8的一部分，CoFeB層也起到緩沖層的作用，以便獲得良好的NiFe層膜特性，并且因此獲得良好的軟磁特性。如果存在晶格常數(shù)的不匹配，則不僅存在先疊放的層干擾后疊放的層的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的可能性，還存在后疊放的層干擾先疊放的層的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的可能性。因此，NiFe層可以影響CoFe層。然而，該效應(yīng)也被CoFeB層削弱。因此，CoFe層的膜特性被改進(jìn)，并且磁阻比率增加。如前所述，由于存在先疊放的層的結(jié)晶結(jié)構(gòu)被后疊放的層干擾的可能性，本發(fā)明不僅可用于固定層先于自由層沉積的底部型CPP-GMR元件，而且還可用于自由層先于固定層沉積的頂部型CPP-GMR元件。在后一種情況中，由于CoFeB層需要被安置于NiFe層和ZnO層之間，自由層優(yōu)選地具有NiFe/CoFeB/CoFe的層結(jié)構(gòu)。固定層不需要是綜合固定層，并且可以具有未使用反鐵磁性耦合的單一層結(jié)構(gòu)。其次，制作具有表l所示的層結(jié)構(gòu)的元件，以在試驗(yàn)基礎(chǔ)上確定自由層中CoFeB層的適當(dāng)膜厚度。元件的結(jié)尺寸設(shè)定為0.2^m，退火溫度設(shè)定為270度，并且CoFeB層中B的濃度(原子百分比)設(shè)定為18%。所有元件的RA值在從0.1至0.25(Q，^im2)的范圍內(nèi)。RA代表層疊體對感應(yīng)電流的電阻R與在膜表面上測量的層疊體的最小橫截面積A的乘積。如果將CPP-GMR引用到磁頭上，則RA應(yīng)優(yōu)選為0.35(Q'^im2)或更小，因?yàn)镽A的增加會(huì)導(dǎo)致噪音的增加和S/N比率的顯著降低。圖4A顯示當(dāng)自由層中CoFeB層的膜厚度從0nm至1.5nm變化時(shí)的矯頑磁力、磁致伸縮以及磁阻比率的改善比例。磁阻比率的改善比例是被歸一化的數(shù)值，其是被在CoFeB層的膜厚度為零的情況下，即自由層具有CoFe/NiFe的常規(guī)結(jié)構(gòu)的情況下的磁阻比率歸一化的。在后續(xù)研究中，矯頑磁力的目標(biāo)設(shè)定為約800A/m或更小(lOOOe或更小)，磁致伸縮的目標(biāo)設(shè)定為+5><10-6或更小，并且磁阻比率的改善比例的目標(biāo)設(shè)定為1或更大。如果磁致伸縮為負(fù)值，則目標(biāo)值為-10xl0—6或更大。然而，由于可以通過調(diào)節(jié)NiFe的組成(增加Fe)或通過調(diào)節(jié)NiFe層的膜厚度(減小膜厚度)而調(diào)節(jié)磁致伸縮，上述值僅僅是大概的目標(biāo)。隨著CoFeB層的膜厚度的增加，磁阻比率逐漸增加，但是磁致伸縮也增加。隨著CoFeB層的膜厚度的增加，矯頑磁力先減小并且隨后增加，直至其最后超過目標(biāo)值。滿足上述標(biāo)準(zhǔn)的CoFeB層的膜厚度通常在從0.1nm至1nm的范圍內(nèi)。其次，制作具有表l所示的層結(jié)構(gòu)的元件，以在試驗(yàn)基礎(chǔ)上確定自由層中CoFeB層中B的適當(dāng)濃度(原子百分比)。元件的結(jié)尺寸設(shè)定為0.2pmx0.2pm，退火溫度設(shè)定為270度，并且CoFeB層的膜厚度設(shè)定為0.5nm。圖4B顯示當(dāng)自由層中CoFeB層中B的濃度(原子百分比)從0%至35%變化時(shí)的矯頑磁力、磁致伸縮以及磁阻比率的改善比例。磁阻比率的改善比例是被在CoFeB層的膜厚度為零的情況下，即自由層具有CoFe/NiFe的常規(guī)結(jié)構(gòu)的情況下的磁阻比率歸一化的數(shù)值。隨著B濃度的增加，矯頑磁力急劇下降。然而，在更大的B的濃度范圍內(nèi)，矯頑磁力和磁阻比率沒有表現(xiàn)出大的變化，盡管當(dāng)B的濃度大于30%時(shí)，磁阻比率的改善比例降至1以下。滿足上述標(biāo)準(zhǔn)的CoFeB層中B的濃度通常從6%至31%變化。前述磁阻效應(yīng)元件按如下描述制備。首先，在由陶瓷材料如ALTIC(Al203TiC)制成的基底(未顯示)上，經(jīng)由絕緣層(未顯示)形成下部12電極屏蔽4。然后，將從緩沖層5開始并且以蓋層IO結(jié)束的多個(gè)層通過濺射方式依次沉積。當(dāng)制作頂部型CPP元件時(shí)，首先形成自由層。依照層結(jié)構(gòu)，按Cu層、ZnO層和Cu層的順序沉積隔體層8。ZnO層也可以通過首先沉積Zn層，然后將其氧化而形成。如此沉積的多層層疊體通過圖案化形成柱形，由此完成磁阻效應(yīng)元件2。其后，在磁阻效應(yīng)元件2的兩側(cè)安置硬偏置膜12，并在剩余區(qū)域形成絕緣層。從而如圖2所示，形成上部電極屏蔽3，完成薄膜磁頭的讀出頭部分。如果提供寫入頭部分，則將寫入磁極層和線圈層疊，并且用保護(hù)膜將全部膜覆蓋。然后，進(jìn)行晶片的切割、搭接、以及分割成滑觸頭。(第二實(shí)施方案)下面將描述本發(fā)明的第二實(shí)施方案。除了將根據(jù)第一實(shí)施方案的隔體層Cu/ZnO/Cu層結(jié)構(gòu)改成Cu/ZnO/Zn，根據(jù)第二實(shí)施方案的磁阻效應(yīng)元件與第一實(shí)施方案的類似。表2顯示根據(jù)本實(shí)施方案的層疊體的層結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例。與第一實(shí)施方案類似，本實(shí)施方案用作CPP-GMR元件中的磁阻效應(yīng)元件。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>圖5A至5C顯示Cu/ZnO/Cu的層結(jié)構(gòu)和Cu/ZnO/Zn的層結(jié)構(gòu)之間的矯頑磁力、磁致伸縮以及磁阻比率的對比。試驗(yàn)條件與第一實(shí)施方案中的相同。與Cu/ZnO/Cu的情況類似，獲得了關(guān)于矯頑磁力、磁致伸縮以及磁阻比率的滿意的結(jié)果。特別是與Cu/ZnO/Cu的層結(jié)構(gòu)所得到的值相比，獲得的磁阻比率更大。圖6顯示當(dāng)在自由層中的CoFeB層中Co的濃度(原子百分比)變化時(shí)的矯頑磁力、磁致伸縮以及磁阻比率。CoFeB層的膜厚度設(shè)定為0.5nm。特別地，CoFeB層中的B和CoFe的濃度分別固定在18。/。和82。/。，并且將CoFe中Co的濃度作為參數(shù)。Co的濃度定義為CoFe中Co的原子百分比。0)的濃度在70%和90%之間的范圍內(nèi)，矯頑磁力、磁致伸縮以及磁阻比率沒有表現(xiàn)出大的變化，并且發(fā)現(xiàn)在上述范圍內(nèi)獲得持續(xù)和滿意的結(jié)果。作為除上述實(shí)施方案外的隔體層的備選層結(jié)構(gòu)，可以使用SnO層代替ZnO層。ZnO層和SnO層可以被夾在兩側(cè)的Cu層之間或Cu層和Zn層之間。隔體層還可以由單一層組成。(第三實(shí)施方案)下面將描述本發(fā)明的第三實(shí)施方案。除了將根據(jù)第一實(shí)施方案的隔體層的Cu/ZnO/Cu層結(jié)構(gòu)改變?yōu)镸gO，根據(jù)第三實(shí)施方案的磁阻效應(yīng)元件與第一實(shí)施方案類似。表3顯示根據(jù)本實(shí)施方案的層疊體層結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例。本實(shí)施方案用作TMR元件中的磁阻效應(yīng)元件。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>與Cu/ZnO/Cu相似，MgO具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)，并且比常規(guī)使用的具有非晶結(jié)構(gòu)的AlOx更易于影響自由層的軟磁特性。然而，由于與前述相同的原因，CoFeB層作為緩沖層以減弱隔體層8施加于自由層的影響，使得可以形成具有滿意特性的NiFe層。類似地，NiFe層施加于CoFe層的影響被削弱，使得可以形成具有滿意特性的CoFe層。因此，可以提供在軟磁特性和磁阻比率上都有改善的TMR元件。制作具有表3所示的層結(jié)構(gòu)的元件，以在試驗(yàn)基礎(chǔ)上確定自由層中CoFeB層的適當(dāng)膜厚度。退火溫度設(shè)定為250度，并且CoFe層的膜厚度設(shè)定為0.6nm。圖7顯示當(dāng)自由層中CoFeB層的膜厚度從0nm至1nm變化時(shí)的矯頑磁力、磁致伸縮以及磁阻比率的改善比例。磁阻比率的改善比例是被在CoFeB層的膜厚度為零的情況下，即自由層具有CoFe/NiFe的常規(guī)結(jié)構(gòu)的情況下的磁阻比率歸一化的數(shù)值。與第一和第二實(shí)施方案相同，矯頑磁力的目標(biāo)值設(shè)定為約800A/m或更小(1000e或更小)。磁致伸縮的目標(biāo)值設(shè)定為+5xl0"或更小。磁阻比率的改善比例的目標(biāo)值設(shè)定為l或更大。隨著CoFeB層的膜厚度的增加，磁阻比率逐漸增加，而矯頑磁力下降。并且，隨著CoFeB層的膜厚度的增加，磁致伸縮從負(fù)值變?yōu)檎担⑶以诒３终档耐瑫r(shí)單調(diào)增加。在CoFeB層的膜厚度直至1nm(包括1nm)的范圍內(nèi)滿足上述標(biāo)準(zhǔn)。考慮到膜沉積特性，自由層中CoFeB層的膜厚度應(yīng)優(yōu)選在從0.1nm至1nm的范圍內(nèi)。其次，制作具有表3所示的層結(jié)構(gòu)的元件，以在試驗(yàn)基礎(chǔ)上確定自由層中CoFe層的適當(dāng)膜厚度。退火溫度設(shè)定為250度，并且CoFeB層的膜厚度設(shè)定為0.4nm。圖8A顯示當(dāng)CoFe層的膜厚度從0.6nm至1.5nm變化時(shí)的矯頑磁力。圖8B顯示當(dāng)CoFe層的膜厚度從0.6nm至1.5nm變化時(shí)的磁致伸縮。圖8A和8B還顯示得到的由CoFe/NiFe制成的自由層的結(jié)果。如圖8A所示，使用CoFe/NiFe的情況表現(xiàn)出大的矯頑磁力，其在一定膜厚度的區(qū)域超出800A/m的目標(biāo)值。使用CoFe/CoFeB/NiFe的情況表現(xiàn)出矯頑磁力的降低，其在試驗(yàn)范圍內(nèi)有利地保持小于或等于目標(biāo)值。特別是發(fā)現(xiàn)在大的膜厚度范圍內(nèi)矯頑磁力被降低。如圖8B所示，磁致伸縮傾向于隨CoFe層的膜厚度增加而增加，但是當(dāng)膜厚度為約1.2nm時(shí)仍滿足目標(biāo)值，不會(huì)導(dǎo)致實(shí)際問題。因此，自由層中CoFe層的膜厚度應(yīng)優(yōu)選為1.2nm或更小。考慮到膜沉積特性，CoFe層的最小膜厚度應(yīng)優(yōu)選為0.1腦或更大。圖9顯示當(dāng)自由層中的CoFeB層中Co的濃度(原子百分比)變化時(shí)的矯頑磁力、磁致伸縮以及磁阻比率的改善比例。特別地，CoFeB層中的B和CoFe的濃度分別固定在18%和82%，并且將CoFe中Co的濃度作為參數(shù)。Co的濃度定義為CoFe中Co的原子百分比。如圖7中的情況，磁阻比率的改善比例是被在CoFeB層的膜厚度為零的情況下，即自由層具有CoFe/NiFe常規(guī)結(jié)構(gòu)的情況下的磁阻比率歸一化的數(shù)值。當(dāng)Co的濃度接近30%時(shí)，矯頑磁力達(dá)到其最大值，但是顯著低于800A/m的目標(biāo)值，不會(huì)導(dǎo)致問題。在整個(gè)Co的濃度范圍內(nèi)，磁阻比率大于1。磁致伸縮隨著Co的濃度的增加而下降，但是保持在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。前面描述了關(guān)于具有自由層和固定層的CPP-GMR元件以及關(guān)于具有自由層和固定層的TMR元件的代表性實(shí)施方案。然而，本發(fā)明也可用于前述的相對于常規(guī)技術(shù)的新型磁阻效應(yīng)元件。特別地，根據(jù)本發(fā)明的磁阻效應(yīng)元件可以包含一對磁性層，其磁化方向之間形成可根據(jù)外磁場變化的相對角，并且可以包含夾在所述一對磁性層之間的結(jié)晶隔體層，并且感應(yīng)電流可以在垂直于所述一對磁性層和隔體層的膜平面的方向上流動(dòng)。前述類型的磁阻效應(yīng)元件的隔體層可以通過與前述實(shí)施方案完全相同的方式構(gòu)造。磁化方向可根據(jù)外磁場變化的磁性層中的一個(gè)或兩個(gè)具有層結(jié)構(gòu)，其中CoFeB層夾在CoFe層和NiFe層之間，并且位丁隔體層和NiFe層之間。下面將對用于制作上述磁場探測元件的晶片進(jìn)行解釋。圖10是晶片的示意性平面圖。晶片100具有沉積在其上的層疊體，其至少包括前述的磁場探測元件2。將晶片100切割成在形成氣承表面ABS的工藝中用作工作單元的橫條101。在進(jìn)行搭接后，將橫條101分割成包含薄膜磁頭的滑觸頭210。在晶片100中安置未顯示的切割部分以將晶片100切割成橫條101和切割成滑觸頭210。參照圖11，滑觸頭210具有基本上是六面體的形狀?；|頭210的六個(gè)表面中的一個(gè)表面形成與硬盤相反定位的氣承表面ABS。參照圖12，磁頭萬向節(jié)組件220具有滑觸頭210和用于彈性支撐滑觸頭210的懸架221。懸架221具有扁平彈簧形狀的、由例如不銹鋼制成的承載梁222、連接在承載梁222—端的彎曲223、以及安置在承載梁222另一端的底盤224。滑觸頭210固定在彎曲223上，為滑觸頭210提供適當(dāng)?shù)淖杂啥取澢?23連接到滑觸頭210的部分具有用于將滑觸頭210維持在固定方向上的萬向節(jié)部分?；|頭210被安置為與硬盤驅(qū)動(dòng)器中的硬盤相反，該硬盤為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)盤形存儲(chǔ)介質(zhì)。當(dāng)硬盤在如圖12所示的z方向上旋轉(zhuǎn)時(shí)，在硬盤和滑觸頭210之間通過的空氣流產(chǎn)生動(dòng)力學(xué)升力，其在y方向上向下作用于滑觸頭210。滑觸頭210被構(gòu)造成由于此動(dòng)力學(xué)升力效應(yīng)而從硬盤表面升起。薄膜磁頭1在空氣流出口側(cè)的滑觸頭210的后沿(圖11中左下的端部)附近形成。磁頭萬向節(jié)組件220連接到臂230上的配置被稱為磁頭臂組件221。臂230根據(jù)硬盤262的磁軌將滑觸頭210在橫向x上移動(dòng)。臂230的一端連接到底盤224上。組成音圈電機(jī)的一部分的線圈231連接到臂230的另一端。在臂230的中間部分安置軸承部分233。臂230被連接在軸承部分233的軸234轉(zhuǎn)動(dòng)地控制。臂230和驅(qū)動(dòng)臂230的音圈電機(jī)組成傳動(dòng)裝置。下面將參照圖13和圖14，對引入了前述滑觸頭的磁頭組組件和硬盤驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行解釋。將磁頭萬向節(jié)組件220連接到具有多個(gè)臂的支架的各個(gè)臂上的配置被稱為磁頭組組件。圖13是磁頭組組件的側(cè)視圖，圖14是硬盤驅(qū)動(dòng)器的俯視圖。磁頭組組件250具有擁有多個(gè)臂252的支架251。磁頭萬向節(jié)組件220連接到臂252，使得磁頭萬向節(jié)組件220在垂直方向相互分開地安置。組成音圈電機(jī)的一部分的線圈253在與臂252相反的一側(cè)上連接到支架251上。音圈電機(jī)具有永久磁鐵263，其安置在互相相對的位置上并在它們之間放入線圈253。參照圖14，將磁頭組組件250安裝在硬盤驅(qū)動(dòng)器中。硬盤驅(qū)動(dòng)器具有數(shù)個(gè)連接到主軸電機(jī)261的硬盤。為每一硬盤262在互相相對的位置提供兩個(gè)滑觸頭210，并在其間放入硬盤262。除了滑觸頭210，磁頭組組件250和傳動(dòng)裝置在本發(fā)明中作為定位裝置。它們攜帶滑觸頭210并用于將滑觸頭210相對于硬盤262定位?；|頭210通過傳動(dòng)裝置在相對于硬盤262的磁軌的橫向上移動(dòng)，并相對于硬盤262定位。包含在滑觸頭210中的薄膜磁頭1通過寫入頭部分向硬盤262寫入信息，并且通過讀出頭部分讀出記錄在硬盤262上的信息。盡管詳細(xì)地顯示并描述了本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施方案，但是應(yīng)當(dāng)理解在不偏離后附權(quán)利要求的實(shí)質(zhì)或范圍的情況下，可以進(jìn)行各種變化和修改。18權(quán)利要求1.一種磁阻效應(yīng)元件，其包含一對磁性層，在所述磁性層的磁化方向之間形成根據(jù)外磁場變化的相對角；以及結(jié)晶隔體層，所述結(jié)晶隔體層夾在所述一對磁性層之間；其中感應(yīng)電流可以在垂直于所述一對磁性層和所述隔體層的膜平面的方向上流動(dòng)；其中所述隔體層包含結(jié)晶氧化物；并且其中磁化方向根據(jù)外磁場變化的磁性層的一個(gè)或兩個(gè)具有其中CoFeB層夾在CoFe層和NiFe層之間并且位于所述隔體層和所述NiFe層之間的層結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)元件，其中所述一對磁性層包含磁化方向相對于外磁場固定的固定層和磁化方向根據(jù)外磁場變化的自由層。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)元件，其中所述隔體層具有其中ZnO層夾在Cu層之間的層結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁阻效應(yīng)元件，其中所述CoFeB層中的B具有在從6%至31%范圍內(nèi)的原子百分比。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁阻效應(yīng)元件，其中所述CoFeB層具有在從O.lnm至l.Onm范圍內(nèi)的膜厚度。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)元件，其中所述隔體層具有其中ZnO層夾在Cu層和Zn層之間的層結(jié)構(gòu)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁阻效應(yīng)元件，其中CoFe中的Co具有在從70%至90%范圍內(nèi)的原子百分比，其中所述CoFe組成所述CoFeB層。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)元件，其中所述隔體層包含MgO層。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁阻效應(yīng)元件，其中所述CoFeB層具有在從0.1nm至l.Onm范圍內(nèi)的膜厚度。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁阻效應(yīng)元件，其中所述CoFe層具有在從O.lnm至1.2nm范圍內(nèi)的膜厚度。11.—種包含根據(jù)權(quán)利要求1的磁阻效應(yīng)元件的薄膜磁頭。12.—種滑觸頭，其包含層疊體，所述層疊體包含根據(jù)權(quán)利要求1的磁阻效應(yīng)元件；以及一對電極，在所述一對電極之間夾有所述層疊體，所述電極適于向所述層疊體供應(yīng)感應(yīng)電流。13.—種包含形成在其中的根據(jù)權(quán)利要求1的磁阻效應(yīng)元件的晶片。14.一種磁頭萬向節(jié)組件，其包含-根據(jù)權(quán)利要求12的滑觸頭；以及彈性支撐所述滑觸頭的懸架。15.—種硬盤驅(qū)動(dòng)器，其包含.-根據(jù)權(quán)利要求12的滑觸頭；以及用于支撐所述滑觸頭并用于將所述滑觸頭相對于記錄介質(zhì)定位的元件。全文摘要本發(fā)明提供磁阻效應(yīng)元件，薄膜磁頭，滑觸頭，晶片，磁頭萬向節(jié)組件和硬盤驅(qū)動(dòng)器。磁阻效應(yīng)元件包含一對磁性層，在所述磁性層的磁化方向之間形成根據(jù)外磁場變化的相對角；以及結(jié)晶隔體層，所述結(jié)晶隔體層夾在所述一對磁性層之間；其中感應(yīng)電流可以在垂直于所述一對磁性層和所述隔體層的膜平面的方向上流動(dòng)；其中所述隔體層包含結(jié)晶氧化物；并且磁化方向根據(jù)外磁場變化的磁性層的一個(gè)或兩個(gè)具有層結(jié)構(gòu)，其中CoFeB層夾在CoFe層和NiFe層之間，并且位于所述隔體層和所述NiFe層之間。文檔編號(hào)H01L43/08GK101478028SQ20081018525公開日2009年7月8日申請日期2008年12月24日優(yōu)先權(quán)日2008年1月3日發(fā)明者三浦聰,原晉治,土屋芳弘,柳澤卓己,水野友人申請人:Tdk株式會(huì)社