JP2001068760A - 強磁性トンネル接合素子 - Google Patents
強磁性トンネル接合素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】強磁性トンネル接合を用いた磁気抵抗センサに
おいて、強磁性層と反強磁性との交換相互作用を得るた
めの熱処理や、素子作製工程中の熱処理に伴うトンネル
抵抗の増大及び磁気抵抗効果の低下を抑制し、均一性、
再現性のあるトンネル磁気抵抗センサを提供する。 【解決手段】強磁性トンネル接合を用いた磁気抵抗セン
サにおいて、強磁性層とトンネル障壁層との少なくとも
一方の界面にCo系あるいはCoFe系のアモルファス強磁性
層を設けることにより達成できる。
おいて、強磁性層と反強磁性との交換相互作用を得るた
めの熱処理や、素子作製工程中の熱処理に伴うトンネル
抵抗の増大及び磁気抵抗効果の低下を抑制し、均一性、
再現性のあるトンネル磁気抵抗センサを提供する。 【解決手段】強磁性トンネル接合を用いた磁気抵抗セン
サにおいて、強磁性層とトンネル障壁層との少なくとも
一方の界面にCo系あるいはCoFe系のアモルファス強磁性
層を設けることにより達成できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高密度磁気ディスク
装置における再生用磁気ヘッドや、高密度磁気メモリに
適した強磁性トンネル接合素子に関する。
装置における再生用磁気ヘッドや、高密度磁気メモリに
適した強磁性トンネル接合素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気記録の高密度化に伴い、高感度な再
生用磁気ヘッドが求められており、現在その再生ヘッド
として異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果を利用した磁気抵
抗効果型磁気ヘッド（ＭＲヘッド）が用いられている。
このＭＲヘッドの感磁部にはNiFeが用いられており、磁
気抵抗変化率は約２％で、実現可能な記録密度は数Ｇb
／in2である。さらに、最近では２つの強磁性層で非磁
性金属層を挟み、一方の強磁性層の磁化を固定させて２
つの強磁性層の磁化方向のなす角度によって高い磁気抵
抗変化率が得られる巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を利用
した磁気ヘッド（ＧＭＲヘッド）も製品に用いられ始め
た。ＧＭＲヘッドの抵抗変化率は約４〜５％で、数十G
b／in2クラスの記録も可能となった。しかし、今後更に
記録密度を向上させるには、より大きな磁気抵抗変化率
を有する磁気ヘッドが必要となる。
生用磁気ヘッドが求められており、現在その再生ヘッド
として異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果を利用した磁気抵
抗効果型磁気ヘッド（ＭＲヘッド）が用いられている。
このＭＲヘッドの感磁部にはNiFeが用いられており、磁
気抵抗変化率は約２％で、実現可能な記録密度は数Ｇb
／in2である。さらに、最近では２つの強磁性層で非磁
性金属層を挟み、一方の強磁性層の磁化を固定させて２
つの強磁性層の磁化方向のなす角度によって高い磁気抵
抗変化率が得られる巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を利用
した磁気ヘッド（ＧＭＲヘッド）も製品に用いられ始め
た。ＧＭＲヘッドの抵抗変化率は約４〜５％で、数十G
b／in2クラスの記録も可能となった。しかし、今後更に
記録密度を向上させるには、より大きな磁気抵抗変化率
を有する磁気ヘッドが必要となる。
【０００３】このような高い磁気抵抗変化率を有する磁
気抵抗センサとして、２つの強磁性層の間にトンネル障
壁層が挟まれた強磁性トンネル接合を用いた磁気抵抗効
果膜（ＴＭＲ）が注目されている。このＴＭＲでは例え
ば、ジャーナル オヴ マグネティズム アンド マグ
ネティック マテリアルズ（第139巻、231頁、1995年）
に示されているように、Fe膜の間にAl酸化膜が挟まれた
構造で、室温で約１８％の大きな抵抗変化率が得られた
と報告されている。また、特開平４−１０３０１４号に
は、一方の強磁性層に反強磁性層を接して強磁性層の磁
化方向を固定させた、スピンバルブタイプのＴＭＲを開
示している。ＴＭＲの抵抗変化率は２つの強磁性層のス
ピン分極率をＰ1、Ｐ2としたとき
気抵抗センサとして、２つの強磁性層の間にトンネル障
壁層が挟まれた強磁性トンネル接合を用いた磁気抵抗効
果膜（ＴＭＲ）が注目されている。このＴＭＲでは例え
ば、ジャーナル オヴ マグネティズム アンド マグ
ネティック マテリアルズ（第139巻、231頁、1995年）
に示されているように、Fe膜の間にAl酸化膜が挟まれた
構造で、室温で約１８％の大きな抵抗変化率が得られた
と報告されている。また、特開平４−１０３０１４号に
は、一方の強磁性層に反強磁性層を接して強磁性層の磁
化方向を固定させた、スピンバルブタイプのＴＭＲを開
示している。ＴＭＲの抵抗変化率は２つの強磁性層のス
ピン分極率をＰ1、Ｐ2としたとき
【０００４】
【数１】 ΔＲ／Ｒ＝２Ｐ1・Ｐ2／（１＋Ｐ1・Ｐ2） で与えられるため、例えば、強磁性層に高い分極率を有
するFe、Co、NiFe等を用いた場合、大きな抵抗変化率を
示すＴＭＲが得られることが期待できる。しかし、ＴＭ
Ｒを実用化するためにはいくつかの課題を解決する必要
がある。それらは、１）低抵抗化、２）抵抗変化量の向
上、３）高均一性、高再現性等であり、特に低抵抗化は
最重要課題であると考えている。ＴＭＲはトンネル電流
であるため抵抗が十分高い。しかも、電子情報通信学会
誌（ＭＲ98-25、1998年）に示されているように、熱処
理によって抵抗はさらに増大し、また強磁性層の結晶粒
径が大きくなってトンネル障壁層の界面が破壊され磁気
抵抗効果が低下してしまうという問題がある。
するFe、Co、NiFe等を用いた場合、大きな抵抗変化率を
示すＴＭＲが得られることが期待できる。しかし、ＴＭ
Ｒを実用化するためにはいくつかの課題を解決する必要
がある。それらは、１）低抵抗化、２）抵抗変化量の向
上、３）高均一性、高再現性等であり、特に低抵抗化は
最重要課題であると考えている。ＴＭＲはトンネル電流
であるため抵抗が十分高い。しかも、電子情報通信学会
誌（ＭＲ98-25、1998年）に示されているように、熱処
理によって抵抗はさらに増大し、また強磁性層の結晶粒
径が大きくなってトンネル障壁層の界面が破壊され磁気
抵抗効果が低下してしまうという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、強磁
性トンネル接合を用いた磁気抵抗センサにおいて、強磁
性層と反強磁性層との交換相互作用を得るための熱処理
や、素子作製工程中の熱処理に伴うトンネル抵抗の増
大、及び強磁性層の結晶粒径の増大にともなうトンネル
障壁層の破壊による磁気抵抗効果の低下を抑制し、均一
性、再現性のあるトンネル磁気抵抗センサを提供するこ
とにある。
性トンネル接合を用いた磁気抵抗センサにおいて、強磁
性層と反強磁性層との交換相互作用を得るための熱処理
や、素子作製工程中の熱処理に伴うトンネル抵抗の増
大、及び強磁性層の結晶粒径の増大にともなうトンネル
障壁層の破壊による磁気抵抗効果の低下を抑制し、均一
性、再現性のあるトンネル磁気抵抗センサを提供するこ
とにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的は、強磁性トン
ネル接合を用いた磁気抵抗センサにおいて、強磁性層と
トンネル障壁層との少なくとも一方の界面にアモルファ
ス強磁性層を設けることにより達成できる。更に、上記
アモルファス強磁性層が、Co-X1 （X1： Ti,Zr,Hf, Nb,
Mo,Ta,Wの一種類以上）アモルファス合金あるいはCoFe-
X2（X2： B,Ti,Zr,Hf, Nb,Mo,Ta,Wの一種類以上）アモ
ルファス合金とすることで達成できる。
ネル接合を用いた磁気抵抗センサにおいて、強磁性層と
トンネル障壁層との少なくとも一方の界面にアモルファ
ス強磁性層を設けることにより達成できる。更に、上記
アモルファス強磁性層が、Co-X1 （X1： Ti,Zr,Hf, Nb,
Mo,Ta,Wの一種類以上）アモルファス合金あるいはCoFe-
X2（X2： B,Ti,Zr,Hf, Nb,Mo,Ta,Wの一種類以上）アモ
ルファス合金とすることで達成できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下に本発明を適用した強磁性ト
ンネル接合を用いた実施例を説明する。
ンネル接合を用いた実施例を説明する。
【０００８】(実施例１)図１は外部磁場センサに好適な
強磁性トンネル接合の基本構造を示す。図１に示す強磁
性トンネル接合10は、第1の強磁性層(自由層)11、トン
ネル障壁層12、第2の強磁性層(固定層)13、反強磁性層1
4から構成されている。自由層11と固定層13の面内磁化
は、外部磁界が印可されていない状態でお互いに対して
90度傾いた方向に向けられている。さらに、固定層13は
反強磁性層14によって、好ましい方向に磁化が固定され
ている。媒体からの磁界により自由層11の磁化は自由に
回転し、それにより抵抗変化が生じて出力が発生する。
本発明によると、耐熱性を向上するためのアモルファス
強磁性層15が、自由層11及び固定層13とトンネル障壁層
12との間の少なくとも一方に設けられ、上記アモルファ
ス強磁性層15は、Co系及びCoFe系の合金からなる。
強磁性トンネル接合の基本構造を示す。図１に示す強磁
性トンネル接合10は、第1の強磁性層(自由層)11、トン
ネル障壁層12、第2の強磁性層(固定層)13、反強磁性層1
4から構成されている。自由層11と固定層13の面内磁化
は、外部磁界が印可されていない状態でお互いに対して
90度傾いた方向に向けられている。さらに、固定層13は
反強磁性層14によって、好ましい方向に磁化が固定され
ている。媒体からの磁界により自由層11の磁化は自由に
回転し、それにより抵抗変化が生じて出力が発生する。
本発明によると、耐熱性を向上するためのアモルファス
強磁性層15が、自由層11及び固定層13とトンネル障壁層
12との間の少なくとも一方に設けられ、上記アモルファ
ス強磁性層15は、Co系及びCoFe系の合金からなる。
【０００９】図２に示される構造を有する強磁性トンネ
ル接合素子の一実施例について説明する。100nmの酸化
層付シリコン基板21上に、強磁性トンネル接合10の自由
層11の配向性をよくするための下地膜22であるTa 5nm、
自由層11であるNiFe 20nm、耐熱性を向上するためのア
モルファス強磁性層15であるCoTaZr 1.5nmを形成する。
この上にトンネル障壁層を形成するためAlを1.2nmを形
成し、この状態でAl表面をプラズマ酸化法で酸化してト
ンネル障壁層12を作成する。ここで、酸化の条件は酸素
ガス圧１Torr、投入電力200W、酸化時間10秒である。さ
らに固定層13であるCo 2nm、NiFe10nm、反強磁性層14で
あるMnIr 10nm、保護膜23であるTa 5nmを順次形成す
る。次にフォトリソグラフィ及びイオンミリングを用い
て下部電極層26及び上部電極層27を所定の形状に加工す
る。さらに下部電極層26 と上部電極層27と接触を防ぐ
ためのAl2O3絶縁層24を100nm形成、パターニングし、下
部電極層27及び上部電極層28と接触するように下部電極
配線層25及び上部電極配線層26としてAu 200nmを形成し
て、強磁性トンネル接合素子20を作製する。ここで、自
由層11の磁化と固定層13の磁化はお互いに対して90度傾
いた方向に向けられている。図３（ａ）、（ｂ）は、こ
の強磁性トンネル接合素子20の上部電極配線層26と下部
電極配線層25との間に電圧を印加し、磁気特性を測定し
た結果である。25％という大きな磁気抵抗変化率が得ら
れ、外部一様磁界±30 Oeに対する抵抗変化曲線は、線
形で安定なものが観測された。
ル接合素子の一実施例について説明する。100nmの酸化
層付シリコン基板21上に、強磁性トンネル接合10の自由
層11の配向性をよくするための下地膜22であるTa 5nm、
自由層11であるNiFe 20nm、耐熱性を向上するためのア
モルファス強磁性層15であるCoTaZr 1.5nmを形成する。
この上にトンネル障壁層を形成するためAlを1.2nmを形
成し、この状態でAl表面をプラズマ酸化法で酸化してト
ンネル障壁層12を作成する。ここで、酸化の条件は酸素
ガス圧１Torr、投入電力200W、酸化時間10秒である。さ
らに固定層13であるCo 2nm、NiFe10nm、反強磁性層14で
あるMnIr 10nm、保護膜23であるTa 5nmを順次形成す
る。次にフォトリソグラフィ及びイオンミリングを用い
て下部電極層26及び上部電極層27を所定の形状に加工す
る。さらに下部電極層26 と上部電極層27と接触を防ぐ
ためのAl2O3絶縁層24を100nm形成、パターニングし、下
部電極層27及び上部電極層28と接触するように下部電極
配線層25及び上部電極配線層26としてAu 200nmを形成し
て、強磁性トンネル接合素子20を作製する。ここで、自
由層11の磁化と固定層13の磁化はお互いに対して90度傾
いた方向に向けられている。図３（ａ）、（ｂ）は、こ
の強磁性トンネル接合素子20の上部電極配線層26と下部
電極配線層25との間に電圧を印加し、磁気特性を測定し
た結果である。25％という大きな磁気抵抗変化率が得ら
れ、外部一様磁界±30 Oeに対する抵抗変化曲線は、線
形で安定なものが観測された。
【００１０】本実施例ではアモルファス強磁性層15にCo
TaZrを用いたが、特にこれに限定される事はなく、Co-X
1アモルファス合金（X1： Ti,Zr,Hf, Nb,Mo,Ta,Wの二種
類以上）あるいはCoFe-X2アモルファス合金（X2： B,T
i,Zr,Hf, Nb,Mo,Ta,Wの二種類以上）を用いることも出
来る。また、本実施例ではアモルファス強磁性層15を自
由層11とトンネル障壁層12との間に介したが、固定層13
とトンネル障壁層12との間、あるいはその両方に介する
ことも可能である。
TaZrを用いたが、特にこれに限定される事はなく、Co-X
1アモルファス合金（X1： Ti,Zr,Hf, Nb,Mo,Ta,Wの二種
類以上）あるいはCoFe-X2アモルファス合金（X2： B,T
i,Zr,Hf, Nb,Mo,Ta,Wの二種類以上）を用いることも出
来る。また、本実施例ではアモルファス強磁性層15を自
由層11とトンネル障壁層12との間に介したが、固定層13
とトンネル障壁層12との間、あるいはその両方に介する
ことも可能である。
【００１１】また、反強磁性層14にMnIrを用いたが、特
にこれに限定される事はなく、FeMn、MnPt、CrMnPt等の
導電性反強磁性膜を用いることも出来る。
にこれに限定される事はなく、FeMn、MnPt、CrMnPt等の
導電性反強磁性膜を用いることも出来る。
【００１２】なお、トンネル障壁層12の酸化方法として
上記プラズマ酸化法の他に、純酸素雰囲気中での自然酸
化法を用いても同様の効果が得られている。
上記プラズマ酸化法の他に、純酸素雰囲気中での自然酸
化法を用いても同様の効果が得られている。
【００１３】図４（ａ）は、上記強磁性トンネル接合素
子（ＴＭＲ素子）の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）、図４
（ｂ）は、抵抗（Ｒ）の熱処理温度依存性を示してい
る。保持時間は1時間、印加磁界は３kOeである。比較の
ためにアモルファス強磁性層15が形成されていない従来
のＴＭＲ素子の結果も合わせて示す。本発明のＴＭＲ素
子は、従来の素子と比較して熱処理による抵抗の増大及
び抵抗変化率の低下が抑制されていることがわかる。
子（ＴＭＲ素子）の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）、図４
（ｂ）は、抵抗（Ｒ）の熱処理温度依存性を示してい
る。保持時間は1時間、印加磁界は３kOeである。比較の
ためにアモルファス強磁性層15が形成されていない従来
のＴＭＲ素子の結果も合わせて示す。本発明のＴＭＲ素
子は、従来の素子と比較して熱処理による抵抗の増大及
び抵抗変化率の低下が抑制されていることがわかる。
【００１４】上記実施例では強磁性トンネル接合素子20
を基板側から自由層11／アモルファス強磁性層15／トン
ネル障壁層12／固定層13／反強磁性層14の順に積層した
が、逆に基板側から反強磁性層14／固定層13／トンネル
障壁層12／アモルファス強磁性層15／自由層11と配置す
ることも出来る。
を基板側から自由層11／アモルファス強磁性層15／トン
ネル障壁層12／固定層13／反強磁性層14の順に積層した
が、逆に基板側から反強磁性層14／固定層13／トンネル
障壁層12／アモルファス強磁性層15／自由層11と配置す
ることも出来る。
【００１５】（実施例２）本発明の強磁性トンネル接合
素子20を用いて再生用磁気ヘッド30を作製した。上部及
び下部電極配線層33、34としてAu 200nmを用いた。上記
素子の上下にギャップ膜32、35をはさんで軟磁性膜のシ
ールド31、36が構成されている。各々のギャップ膜厚
は、上下シールドの間隔が0.1 μmとなり、かつ自由層
がギャップ全体の中央になるように決めている。この再
生磁気ヘッド30の再生特性は良好であり、安定な再生出
力が得られた。バルクハウゼンノイズなどのノイズや、
ベースラインシフト等の波形歪みも見られなかった。な
お再生信号の上下非対称性はAsym=1 %程度であり，実用
上問題にならないレベルであった。
素子20を用いて再生用磁気ヘッド30を作製した。上部及
び下部電極配線層33、34としてAu 200nmを用いた。上記
素子の上下にギャップ膜32、35をはさんで軟磁性膜のシ
ールド31、36が構成されている。各々のギャップ膜厚
は、上下シールドの間隔が0.1 μmとなり、かつ自由層
がギャップ全体の中央になるように決めている。この再
生磁気ヘッド30の再生特性は良好であり、安定な再生出
力が得られた。バルクハウゼンノイズなどのノイズや、
ベースラインシフト等の波形歪みも見られなかった。な
お再生信号の上下非対称性はAsym=1 %程度であり，実用
上問題にならないレベルであった。
【００１６】（実施例３）図６は本発明を適用した強磁
性トンネル接合素子20を備えた磁気ディスク装置を簡略
に表したものである。スピンドルモータ42により高速回
転する金属又はガラス円盤41の表面にはCoCrPt系合金膜
からなる記録媒体がスパッタ法により堆積されており、
ディスクの回転にともなう空気流を受けて浮上するセラ
ミックスのチップ（スライダ）43上に形成された薄膜磁
気ヘッドを用いて記録媒体上にディジタル信号を記録・
再生した。薄膜磁気ヘッドはNiFe系合金の磁極とCuのコ
イルからなる誘導型記録ヘッドと、実施例２記載のトン
ネル磁気抵抗効果型再生ヘッドからなる。さらに上記セ
ラミックスのチップは可動式アームに取り付けられてお
り、アームはボイス・コイル・モータを備えたアクチュ
エータ44によって実質的に半径方向に移動できるように
なっている。したがって薄膜磁気ヘッドはほぼディスク
全面にアクセスすることが可能である。また、記録媒体
上には記録信号の他にトラック位置を指定するサーボ信
号があり、再生ヘッドが再生したサーボ信号をアクチュ
エータにフィードバックすることによってヘッドの位置
決めを閉ループ制御で高精度におこなうことができる。
また、再生信号やサーボ信号を処理したり機構系の制御
をおこなう電気回路系45も備えている。本装置では、先
に開示した薄膜磁気ヘッドを用いることにより、高い記
録密度を達成することができた。その結果小型かつ大容
量の装置を実現することができた。
性トンネル接合素子20を備えた磁気ディスク装置を簡略
に表したものである。スピンドルモータ42により高速回
転する金属又はガラス円盤41の表面にはCoCrPt系合金膜
からなる記録媒体がスパッタ法により堆積されており、
ディスクの回転にともなう空気流を受けて浮上するセラ
ミックスのチップ（スライダ）43上に形成された薄膜磁
気ヘッドを用いて記録媒体上にディジタル信号を記録・
再生した。薄膜磁気ヘッドはNiFe系合金の磁極とCuのコ
イルからなる誘導型記録ヘッドと、実施例２記載のトン
ネル磁気抵抗効果型再生ヘッドからなる。さらに上記セ
ラミックスのチップは可動式アームに取り付けられてお
り、アームはボイス・コイル・モータを備えたアクチュ
エータ44によって実質的に半径方向に移動できるように
なっている。したがって薄膜磁気ヘッドはほぼディスク
全面にアクセスすることが可能である。また、記録媒体
上には記録信号の他にトラック位置を指定するサーボ信
号があり、再生ヘッドが再生したサーボ信号をアクチュ
エータにフィードバックすることによってヘッドの位置
決めを閉ループ制御で高精度におこなうことができる。
また、再生信号やサーボ信号を処理したり機構系の制御
をおこなう電気回路系45も備えている。本装置では、先
に開示した薄膜磁気ヘッドを用いることにより、高い記
録密度を達成することができた。その結果小型かつ大容
量の装置を実現することができた。
【００１７】また、ここではディスクを１枚持つ装置を
開示したが、複数枚のディスクを持つ装置でも同様の効
果が得られることは明らかである。
開示したが、複数枚のディスクを持つ装置でも同様の効
果が得られることは明らかである。
【００１８】（実施例４）図７及び図８は、磁気メモリ
セルに好適な強磁性トンネル接合素子50の断面図及び上
面図である。この構造は自由層と固定層の面内磁化が平
行に向けられている以外は、図２の構造と類似してい
る。図７に示される構造を有する強磁性トンネル接合素
子の材料について説明する。100nmの酸化層付シリコン
基板51上に、下部電極配線層52であるAl 30nmを形成し
所定の形状にパターニングする。次に下地膜53、54であ
るTa 5nm、NiFe 3nm、反強磁性膜55であるMnIr 10nm、
固定層56であるCoFe 2nmを順次形成する。この上にトン
ネル障壁層を形成するためAlを2.0nmを形成し、この状
態でAl表面をプラズマ酸化法で酸化してトンネル障壁層
57を作成する。ここで、酸化の条件は酸素ガス圧１Tor
r、投入電力200W、酸化時間15秒である。さらにアモル
ファス強磁性層58、自由層59、保護キャップ膜60 とし
てそれぞれCoNbZr 1.5nm、NiFe 5nm、Ta 5nmを形成す
る。次にフォトリソグラフィ及びイオンミリングを用い
て下部電極層63及び上部電極層64を所定の形状に加工す
る。さらに下部電極層63 と上部電極層64と接触を防ぐ
ためのAl2O3絶縁層61を100nm形成、パターニングし、上
部電極層64と接触するように上部電極配線層62 であるA
u 200nmを形成して、強磁性トンネル接合素子50を作製
する。ここで、自由層59の磁化と固定層56の磁化はお互
いに平行に向けられている。強磁性トンネル接合素子50
への書き込みは下部電極配線層52と上部電極配線層62に
電流を流すことによって、自由層59の磁化が固定層56の
磁化に対して平行から反平行（またはその逆）に回転す
ることによって達成される。電流は配線層に比較して接
合部の抵抗が十分大きいため、上部電極配線層62からト
ンネル障壁層57を通じて下部電極配線層52に垂直に流れ
ることはない。この強磁性トンネル接合素子50の上部電
極配線層62と下部電極配線層52との間に電圧を印加し、
磁気特性を測定した結果、28％という大きな磁気抵抗変
化率が得られた。
セルに好適な強磁性トンネル接合素子50の断面図及び上
面図である。この構造は自由層と固定層の面内磁化が平
行に向けられている以外は、図２の構造と類似してい
る。図７に示される構造を有する強磁性トンネル接合素
子の材料について説明する。100nmの酸化層付シリコン
基板51上に、下部電極配線層52であるAl 30nmを形成し
所定の形状にパターニングする。次に下地膜53、54であ
るTa 5nm、NiFe 3nm、反強磁性膜55であるMnIr 10nm、
固定層56であるCoFe 2nmを順次形成する。この上にトン
ネル障壁層を形成するためAlを2.0nmを形成し、この状
態でAl表面をプラズマ酸化法で酸化してトンネル障壁層
57を作成する。ここで、酸化の条件は酸素ガス圧１Tor
r、投入電力200W、酸化時間15秒である。さらにアモル
ファス強磁性層58、自由層59、保護キャップ膜60 とし
てそれぞれCoNbZr 1.5nm、NiFe 5nm、Ta 5nmを形成す
る。次にフォトリソグラフィ及びイオンミリングを用い
て下部電極層63及び上部電極層64を所定の形状に加工す
る。さらに下部電極層63 と上部電極層64と接触を防ぐ
ためのAl2O3絶縁層61を100nm形成、パターニングし、上
部電極層64と接触するように上部電極配線層62 であるA
u 200nmを形成して、強磁性トンネル接合素子50を作製
する。ここで、自由層59の磁化と固定層56の磁化はお互
いに平行に向けられている。強磁性トンネル接合素子50
への書き込みは下部電極配線層52と上部電極配線層62に
電流を流すことによって、自由層59の磁化が固定層56の
磁化に対して平行から反平行（またはその逆）に回転す
ることによって達成される。電流は配線層に比較して接
合部の抵抗が十分大きいため、上部電極配線層62からト
ンネル障壁層57を通じて下部電極配線層52に垂直に流れ
ることはない。この強磁性トンネル接合素子50の上部電
極配線層62と下部電極配線層52との間に電圧を印加し、
磁気特性を測定した結果、28％という大きな磁気抵抗変
化率が得られた。
【００１９】
【発明の効果】本発明により、強磁性トンネル接合を用
いた磁気抵抗センサにおいて、強磁性層と反強磁性層と
の交換相互作用を得るための熱処理や、素子作製工程中
の熱処理に伴うトンネル抵抗の増大及び磁気抵抗効果の
低下を抑制することができ、均一性、再現性のあるトン
ネル磁気抵抗センサの形成が可能となり、高記録密度に
おいても高いＳ／Ｎ値を与える磁気ヘッドおよび磁気メ
モリを構成することができる。
いた磁気抵抗センサにおいて、強磁性層と反強磁性層と
の交換相互作用を得るための熱処理や、素子作製工程中
の熱処理に伴うトンネル抵抗の増大及び磁気抵抗効果の
低下を抑制することができ、均一性、再現性のあるトン
ネル磁気抵抗センサの形成が可能となり、高記録密度に
おいても高いＳ／Ｎ値を与える磁気ヘッドおよび磁気メ
モリを構成することができる。
【図１】本発明による強磁性トンネル接合素子の基本構
造図。
造図。
【図２】本発明による強磁性トンネル接合素子の断面
図。
図。
【図３】本発明による強磁性トンネル接合素子の抵抗変
化曲線図。
化曲線図。
【図４】本発明による強磁性トンネル接合素子の抵抗変
化率の温度依存性を示す図。
化率の温度依存性を示す図。
【図５】本発明にによる強磁性トンネル接合素子を用い
た再生用磁気ヘッドを示す図。
た再生用磁気ヘッドを示す図。
【図６】本発明によるトンネル磁気抵抗効果型ヘッドを
搭載した磁気記録再生装置の構成図。
搭載した磁気記録再生装置の構成図。
【図７】磁気メモリに好適な本発明による強磁性トンネ
ル接合素子の断面図。
ル接合素子の断面図。
【図８】磁気メモリに好適な本発明による強磁性トンネ
ル接合素子の上面図。
ル接合素子の上面図。
１０、２０、５０…強磁性トンネル接合素子、１１、５
９…強磁性層（自由層）、１２、５８…トンネル障壁
層、１３、５６…強磁性層（固定層）、１４、５６…反
強磁性層、１５、５７…アモルファス強磁性層、２１、
５１…基板、２２、５３、５４…下地膜、２３、６０…
保護膜、２４、６１…絶縁層、２５、５２、３３…下部
電極配線層、２６、６２、３４…上部電極配線層、２
７、６３…下部電極層、２８、６４…上部電極層、３０
…再生用磁気ヘッド、３１…下部シールド、３２…下部
ギャップ、３５…上部ギャップ、３６…上部シールド、
４０…磁気記録再生装置、４１…磁気ディスク、４２…
スピンドルモータ、４３…スライダ、４４…アクチュエ
ータ、４５…信号処理回路。
９…強磁性層（自由層）、１２、５８…トンネル障壁
層、１３、５６…強磁性層（固定層）、１４、５６…反
強磁性層、１５、５７…アモルファス強磁性層、２１、
５１…基板、２２、５３、５４…下地膜、２３、６０…
保護膜、２４、６１…絶縁層、２５、５２、３３…下部
電極配線層、２６、６２、３４…上部電極配線層、２
７、６３…下部電極層、２８、６４…上部電極層、３０
…再生用磁気ヘッド、３１…下部シールド、３２…下部
ギャップ、３５…上部ギャップ、３６…上部シールド、
４０…磁気記録再生装置、４１…磁気ディスク、４２…
スピンドルモータ、４３…スライダ、４４…アクチュエ
ータ、４５…信号処理回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 克朗 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 5D034 BA03 BA18 BA21 CA03 5E049 AA01 AA04 AA07 AA09 AC01 AC05 BA06 BA12 DB04 DB14
Claims (10)
- 【請求項１】 第１の強磁性層と第２の強磁性層との間
にトンネル障壁層を挟んだ構造を持つ強磁性トンネル接
合であって、上記強磁性層とトンネル障壁層との間の少
なくとも一方にアモルファス強磁性層を設けていること
を特徴とする強磁性トンネル接合素子。 - 【請求項２】 上記強磁性層のうち少なくとも一方が、
反強磁性層と接していることで強磁性層の磁化が実質的
に固定されていることを特徴とする、請求項１記載の強
磁性トンネル接合素子。 - 【請求項３】 上記アモルファス強磁性層が、Coを主成
分とするアモルファス合金からなることを特徴とする、
請求項１乃至２記載の強磁性トンネル接合素子。 - 【請求項４】 上記アモルファス強磁性層がCo-X1であ
り、X1としてTi,Zr,Nb,Hf,Mo,Ta,Wから少なくとも一種
類以上選択されたアモルファス合金であることを特徴と
する、請求項３記載の強磁性トンネル接合素子。 - 【請求項５】 上記アモルファス強磁性層がCoFe-X2で
あり、X2としてB,Si,C,P,Ti,Zr,Nb,Hf,Mo,Ta,Wから少な
くとも一種類以上選択されたアモルファス合金であるこ
とを特徴とする、請求項３記載の強磁性トンネル接合素
子。 - 【請求項６】 上記第１及び第２の強磁性層が、Fe,Co,
Niおよびこれらの合金からなる材料であることを特徴と
する、請求項１記載の強磁性トンネル接合素子。 - 【請求項７】 上記トンネル障壁層が、Al,Si,Ti,V,Cr,
Zr,Nb,Mo,Ta,Wの群から選ばれる少なくとも一種類以上
の元素と、B,C,N,O,P,Sの群から選ばれる少なくとも一
種類以上の元素との化合物であることを特徴とする請求
項１記載の強磁性トンネル接合素子。 - 【請求項８】 請求項１乃至７記載の強磁性トンネル接
合を感磁部とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。 - 【請求項９】 請求項８記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッ
ドを搭載した磁気記録再生装置。 - 【請求項１０】請求項１乃至７記載の強磁性トンネル接
合を用いた磁気メモリセル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24475599A JP2001068760A (ja) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | 強磁性トンネル接合素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24475599A JP2001068760A (ja) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | 強磁性トンネル接合素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001068760A true JP2001068760A (ja) | 2001-03-16 |
Family
ID=17123426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24475599A Pending JP2001068760A (ja) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | 強磁性トンネル接合素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001068760A (ja) |
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- 1999-08-31 JP JP24475599A patent/JP2001068760A/ja active Pending
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