[go: up one dir, main page]

JP2008078379A - Manufacturing method of tunneling magnetic sensing element - Google Patents

Manufacturing method of tunneling magnetic sensing element Download PDF

Info

Publication number
JP2008078379A
JP2008078379A JP2006255672A JP2006255672A JP2008078379A JP 2008078379 A JP2008078379 A JP 2008078379A JP 2006255672 A JP2006255672 A JP 2006255672A JP 2006255672 A JP2006255672 A JP 2006255672A JP 2008078379 A JP2008078379 A JP 2008078379A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
magnetic
insulating barrier
magnetic layer
sensing element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2006255672A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazumasa Nishimura
和正 西村
Masaji Saito
正路 斎藤
Yosuke Ide
洋介 井出
Masahiko Ishizone
昌彦 石曽根
Akira Nakabayashi
亮 中林
Naoya Hasegawa
直也 長谷川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alps Electric Co Ltd filed Critical Alps Electric Co Ltd
Priority to JP2006255672A priority Critical patent/JP2008078379A/en
Publication of JP2008078379A publication Critical patent/JP2008078379A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
  • Magnetic Heads (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

【課題】 特に、絶縁障壁層をMg−Oで形成したトンネル型磁気検出素子に係り、フリー磁性層の軟磁気特性を良好な状態にし、且つ、従来に比べて抵抗変化率(ΔR/R)を高く出来るトンネル型磁気検出素子の製造方法を提供する。
【解決手段】 積層体T1の下から上側磁性層、絶縁障壁層及びエンハンス層の順に積層される部分を、Co40at%Fe40at%20at%/Mg−O/Co50at%Fe50at%としたトンネル型磁気検出素子を用いて、RAに対する抵抗変化率(ΔR/R)のアニール温度依存性の実験を行ったところ、アニール温度を270℃〜310℃の範囲内に設定することで、低いRA(2〜4Ωμm)の範囲にて高い抵抗変化率(ΔR/R)が得られる。
【選択図】 図7
PROBLEM TO BE SOLVED: In particular, to a tunnel type magnetic sensing element in which an insulating barrier layer is formed of Mg-O, the soft magnetic characteristics of a free magnetic layer are improved, and the rate of change in resistance (ΔR / R) compared to the prior art Provided is a method for manufacturing a tunneling magnetic sensing element capable of increasing the resistance.
A portion laminated in order of an upper magnetic layer, an insulating barrier layer, and an enhancement layer from the bottom of a laminate T1 is Co 40 at% Fe 40 at% B 20 at% / Mg—O / Co 50 at% Fe 50 at% . Experiments on the annealing temperature dependence of the rate of change in resistance (ΔR / R) with respect to RA using a tunnel type magnetic sensing element revealed that the RA was lowered by setting the annealing temperature within a range of 270 ° C. to 310 ° C. A high resistance change rate (ΔR / R) is obtained in the range of ( 2 to 4 Ωμm 2 ).
[Selection] Figure 7

Description

本発明は、例えばハードディスク装置に搭載されたり、あるいはMRAM(磁気抵抗メモリ)等として用いられるトンネル型磁気検出素子に係り、特に、絶縁障壁層としてMg−Oを使用した際に、フリー磁性層の軟磁気特性を良好な状態に保ち、且つ抵抗変化率(ΔR/R)を大きくすることが可能なトンネル型磁気検出素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a tunnel-type magnetic detection element that is mounted on, for example, a hard disk device or used as an MRAM (magnetoresistance memory) or the like. In particular, when Mg—O is used as an insulating barrier layer, the free magnetic layer The present invention relates to a method of manufacturing a tunneling magnetic sensing element capable of maintaining a soft magnetic characteristic in a good state and increasing a rate of change in resistance (ΔR / R).

トンネル型磁気検出素子は、トンネル効果を利用して抵抗変化を生じさせるものであり、固定磁性層の磁化と、フリー磁性層の磁化とが反平行のとき、前記固定磁性層とフリー磁性層との間に設けられた絶縁障壁層(トンネル障壁層)を介してトンネル電流が流れにくくなって、抵抗値は最大になり、一方、前記固定磁性層の磁化とフリー磁性層の磁化が平行のとき、最も前記トンネル電流は流れ易くなり抵抗値は最小になる。   The tunnel-type magnetic sensing element uses the tunnel effect to cause a resistance change. When the magnetization of the pinned magnetic layer and the magnetization of the free magnetic layer are antiparallel, the pinned magnetic layer and the free magnetic layer When the tunneling current becomes difficult to flow through the insulating barrier layer (tunnel barrier layer) provided between and the resistance value is maximized, while the magnetization of the fixed magnetic layer and the magnetization of the free magnetic layer are parallel to each other The tunnel current is most likely to flow and the resistance value is minimized.

この原理を利用し、外部磁界の影響を受けてフリー磁性層の磁化が変動することにより、変化する電気抵抗を電圧変化としてとらえ、記録媒体からの洩れ磁界が検出されるようになっている。   Utilizing this principle, the magnetization of the free magnetic layer fluctuates under the influence of an external magnetic field, whereby the changing electric resistance is regarded as a voltage change, and the leakage magnetic field from the recording medium is detected.

ところで、前記絶縁障壁層の材質を変えると、抵抗変化率(ΔR/R)に代表される特性が変わってしまうため、前記絶縁障壁層の材質ごとに研究を行うことが必要であった。   By the way, if the material of the insulating barrier layer is changed, the characteristics represented by the rate of change in resistance (ΔR / R) will change. Therefore, it is necessary to conduct research for each material of the insulating barrier layer.

トンネル型磁気検出素子として重要な特性は、抵抗変化率(ΔR/R)、RA(素子抵抗R×面積A)、フリー磁性層の磁歪λや保磁力Hc等に代表される軟磁気特性等であり、これら特性の最適化を目指して絶縁障壁層や、前記絶縁障壁層の上下に形成される固定磁性層及びフリー磁性層の材質、膜構成の改良、さらには製造工程中に施されるアニール条件を設定している。
特開2005−85821号公報 特開2003−158312号公報 特開2004−179187号公報 特開2005−203702号公報
Important characteristics as a tunnel type magnetic sensing element are a resistance change rate (ΔR / R), RA (element resistance R × area A), soft magnetic characteristics represented by magnetostriction λ and coercive force Hc of a free magnetic layer, and the like. With the aim of optimizing these characteristics, the insulating barrier layer, the material of the fixed magnetic layer and the free magnetic layer formed above and below the insulating barrier layer, the improvement of the film structure, and the annealing performed during the manufacturing process Conditions are set.
JP-A-2005-85821 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-158312 JP 2004-179187 A JP-A-2005-203702

上記特許文献には絶縁障壁層として酸化マグネシウム(Mg−O)の使用が開示されている(例えば特許文献1の[0043]欄など)。下から反強磁性層、固定磁性層、絶縁障壁層及びフリー磁性層の順に積層されたトンネル型磁気検出素子において、前記絶縁障壁層をMg−Oで形成し、固定磁性層及びフリー磁性層をCoFeBで形成すると、すなわちCoFeB/Mg−O/CoFeBの積層構造にすると大きな抵抗変化率(ΔR/R)が得られることが知られている。   The above patent document discloses the use of magnesium oxide (Mg—O) as an insulating barrier layer (for example, the [0043] column of Patent Document 1). In the tunnel type magnetic sensing element in which an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, an insulating barrier layer, and a free magnetic layer are stacked in this order from the bottom, the insulating barrier layer is formed of Mg-O, and the pinned magnetic layer and the free magnetic layer are formed. It is known that a large rate of change in resistance (ΔR / R) can be obtained when it is formed of CoFeB, that is, when a CoFeB / Mg—O / CoFeB laminated structure is used.

しかしながら、前記フリー磁性層としてCoFeBを使用すると、前記フリー磁性層の磁歪λや保磁力Hcが非常に大きくなってしまい、再生特性の安定性の低下が問題となった。   However, when CoFeB is used as the free magnetic layer, the magnetostriction λ and the coercive force Hc of the free magnetic layer become very large, which causes a problem of deterioration in the stability of reproduction characteristics.

また上記したCoFeB/Mg−O/CoFeBの積層構造にして大きな抵抗変化率(ΔR/R)を得るには、350℃以上の高温下にてアニール処理を施すことが必要であったが、後述する実験で示すように、フリー磁性層をCoFeBに代えて、CoFe/NiFeとしたとき、350℃以上のアニール処理では、抵抗変化率(ΔR/R)が低下することがわかった。   Further, in order to obtain a large resistance change rate (ΔR / R) in the above-described CoFeB / Mg—O / CoFeB laminated structure, it was necessary to perform an annealing treatment at a high temperature of 350 ° C. or higher. As shown in the experiment, it was found that when the free magnetic layer is made of CoFe / NiFe instead of CoFeB, the resistance change rate (ΔR / R) is lowered by annealing at 350 ° C. or higher.

各特許文献には、絶縁障壁層にMg−Oを使用したとき、良好なフリー磁性層の軟磁気特性及び高抵抗変化率(ΔR/R)を得るための、最適なフリー磁性層の層構造、及び製造過程におけるアニール処理温度について開示していない。例えば特許文献1では、[0067]〜[0070]欄に「実施例1」の層構造、及びアニール条件が記載されているが、絶縁障壁層はAl−Oであり、Mg−Oを使用していない。特許文献2も[0026]欄に絶縁障壁層としてAl−Oを使用したときのアニール条件が記載されている。特許文献3では、[0033]欄に400℃以上の高温度でアニール処理を行うことが記載されている。さらに、特許文献4では、例えば[0043]欄に250℃でアニール処理を施すことが記載されているが絶縁障壁層の材質が不明である。   In each patent document, when Mg—O is used for the insulating barrier layer, an optimum layer structure of the free magnetic layer for obtaining a good soft magnetic property and a high resistance change rate (ΔR / R) of the free magnetic layer And the annealing temperature in the manufacturing process is not disclosed. For example, in Patent Document 1, although the layer structure and annealing conditions of “Example 1” are described in the columns [0067] to [0070], the insulating barrier layer is Al—O, and Mg—O is used. Not. Patent Document 2 also describes annealing conditions when Al—O is used as an insulating barrier layer in the [0026] column. In Patent Document 3, the [0033] column describes that annealing is performed at a high temperature of 400 ° C. or higher. Further, in Patent Document 4, for example, the annealing process is performed at 250 ° C. in the [0043] column, but the material of the insulating barrier layer is unknown.

このように各特許文献では、絶縁障壁層としてMg−Oを使用した際に、最適なフリー磁性層の層構造及びアニール条件は開示されていない。   Thus, in each patent document, when Mg—O is used as the insulating barrier layer, the optimum layer structure and annealing conditions of the free magnetic layer are not disclosed.

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、絶縁障壁層をMg−Oで形成したトンネル型磁気検出素子に係り、フリー磁性層の軟磁気特性を良好な状態にし、且つ、従来に比べて抵抗変化率(ΔR/R)を高く出来るトンネル型磁気検出素子の製造方法を提供することを目的としている。   Accordingly, the present invention is directed to solving the above-described conventional problems, and particularly relates to a tunneling magnetic sensing element in which an insulating barrier layer is formed of Mg-O, in which the soft magnetic characteristics of the free magnetic layer are improved. And it aims at providing the manufacturing method of the tunnel type | mold magnetic detection element which can make resistance change rate ((DELTA) R / R) high compared with the past.

本発明は、下から固定磁性層、絶縁障壁層、及びフリー磁性層の順で積層して成る積層体を有するトンネル型磁気検出素子の製造方法において、
(a) 前記固定磁性層上にMg−Oから成る絶縁障壁層を形成する工程、
(b) 前記絶縁障壁層上に前記フリー磁性層を構成するCoFeあるいはCoから成るエンハンス層を形成する工程、
(c) 前記エンハンス層上に前記フリー磁性層を構成するNiFeあるいはNiから成る軟磁性層を形成する工程、
(d) 前記積層体に対し、270℃〜310℃の温度範囲でアニール処理を施す工程、
を有することを特徴とするものである。
The present invention relates to a method of manufacturing a tunneling magnetic sensing element having a laminate formed by laminating a pinned magnetic layer, an insulating barrier layer, and a free magnetic layer in this order from below.
(A) forming an insulating barrier layer made of Mg—O on the pinned magnetic layer;
(B) forming an enhancement layer made of CoFe or Co constituting the free magnetic layer on the insulating barrier layer;
(C) forming a soft magnetic layer made of NiFe or Ni constituting the free magnetic layer on the enhancement layer;
(D) A step of annealing the laminated body in a temperature range of 270 ° C. to 310 ° C.,
It is characterized by having.

本発明では、(a)工程で絶縁障壁層をMg−Oで形成し、(b)(c)工程で、フリー磁性層を下からCoFe又はCoから成るエンハンス層と、NiFeあるいはNiからなる軟磁性層との積層構造で形成する。前記エンハンス層は前記軟磁性層よりスピン分極率が大きく、一方、軟磁性層は前記エンハンス層より軟磁気特性に優れる。前記フリー磁性層を、このような積層構造で形成することで、良好な軟磁気特性と、抵抗変化率(ΔR/R)の向上を確保できる。   In the present invention, the insulating barrier layer is formed of Mg-O in the step (a), and in steps (b) and (c), the free magnetic layer is an enhancement layer made of CoFe or Co from the bottom and a soft layer made of NiFe or Ni. It is formed with a laminated structure with a magnetic layer. The enhanced layer has a higher spin polarizability than the soft magnetic layer, while the soft magnetic layer has better soft magnetic properties than the enhanced layer. By forming the free magnetic layer with such a laminated structure, it is possible to ensure good soft magnetic characteristics and an improved resistance change rate (ΔR / R).

本発明では(d)工程で示すように270℃〜310℃の範囲内でアニール処理を施している。この温度範囲であれば、本発明の積層構造において、低いRAの範囲にて、高い抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが出来ることが後述する実験によって証明されている。   In the present invention, as shown in step (d), the annealing treatment is performed within the range of 270 ° C. to 310 ° C. It has been proved by experiments described later that a high resistance change rate (ΔR / R) can be obtained in the low RA range in the laminated structure of the present invention within this temperature range.

本発明では、前記(a)工程において、Mg−Oからなるターゲットを用いて、前記絶縁障壁層をスパッタ成膜することが、高い抵抗変化率(ΔR/R)を得る上で好ましい。   In the present invention, in the step (a), it is preferable to obtain a high rate of change in resistance (ΔR / R) by sputtering the insulating barrier layer using a target made of Mg—O.

また本発明では、前記(a)工程において、前記固定磁性層の少なくとも前記絶縁障壁層と接する上層を、原子比率Zが、25〜100、組成比αが、70〜90at%の(Co100−ZFeα100−αで形成することが、高い抵抗変化率(ΔR/R)を得る上で好ましい。 In the present invention, in the step (a), at least an upper layer of the pinned magnetic layer that is in contact with the insulating barrier layer has an atomic ratio Z of 25 to 100 and a composition ratio α of 70 to 90 at% (Co 100− It is formed by Z Fe Z) α B 100- α is preferable for obtaining a high rate of change in resistance (ΔR / R).

また本発明では、前記(b)工程において、前記エンハンス層を、Fe組成比Xが10at%以上で100at%以下のCo100−XFeで形成することが、高い抵抗変化率(ΔR/R)を得る上で好ましい。 Further, in the present invention, in the step (b), the enhancement layer is formed of Co 100-X Fe X having an Fe composition ratio X of 10 at% or more and 100 at % or less, so that a high resistance change rate (ΔR / R ) Is preferable.

また本発明では、前記(c)工程において、前記軟磁性層を、Ni組成比Yが81.5at%〜100at%のNiFe100−Yで形成することが、良好なフリー磁性層の軟磁気特性を得ることができ好適である。 In the present invention, in the step (c), the soft magnetic layer may be formed of Ni Y Fe 100-Y having a Ni composition ratio Y of 81.5 at% to 100 at%. It is preferable because magnetic characteristics can be obtained.

また本発明では、前記(a)工程よりも前に、
(e) 反強磁性層上に前記固定磁性層を形成する工程、
を含み、
前記(d)工程のアニール処理で、前記反強磁性層と前記固定磁性層との間で交換結合磁界を生じさせ、前記固定磁性層の磁化を所定方向に固定することが好ましい。
In the present invention, before the step (a),
(E) forming the pinned magnetic layer on the antiferromagnetic layer;
Including
In the annealing process of the step (d), an exchange coupling magnetic field is generated between the antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer, and the magnetization of the pinned magnetic layer is preferably pinned in a predetermined direction.

本発明では、絶縁障壁層としてMg−Oを用いたトンネル型磁気検出素子の製造方法において、フリー磁性層の軟磁気特性を良好に維持しつつ、高い抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが出来る。   According to the present invention, in a method for manufacturing a tunneling magnetic sensing element using Mg—O as an insulating barrier layer, a high resistance change rate (ΔR / R) can be obtained while maintaining the soft magnetic characteristics of the free magnetic layer satisfactorily. I can do it.

図1ないし図4は、本実施形態のトンネル型磁気検出素子(トンネル型磁気抵抗効果素子)の製造方法を示す一工程図である。各図は、製造過程での前記トンネル型磁気検出素子をを記録媒体との対向面と平行な方向から切断した断面図である。   1 to 4 are process diagrams showing a method for manufacturing a tunneling magnetic sensing element (tunneling magnetoresistive element) according to this embodiment. Each figure is a cross-sectional view of the tunnel-type magnetic sensing element in the manufacturing process cut from a direction parallel to the surface facing the recording medium.

トンネル型磁気検出素子は、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するものである。あるいは前記トンネル型磁気検出素子は、MRAM(磁気抵抗メモリ)等にも用いられる。   The tunnel-type magnetic detection element is provided at the trailing end of a floating slider provided in a hard disk device, and detects a recording magnetic field of a hard disk or the like. Alternatively, the tunnel type magnetic detection element is also used for an MRAM (magnetoresistance memory) or the like.

なお、図中においてX方向は、トラック幅方向、Y方向は、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向(ハイト方向)、Z方向は、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向及び前記トンネル型磁気検出素子の各層の積層方向、である。   In the figure, the X direction is the track width direction, the Y direction is the direction of the leakage magnetic field from the magnetic recording medium (height direction), the Z direction is the moving direction of the magnetic recording medium such as a hard disk and the tunnel type magnetic detection. The stacking direction of each layer of the element.

図1に示す工程では、下部シールド層21上に、下地層1、シード層2、反強磁性層3、下側磁性層4a、非磁性中間層4b、及び上側磁性層4cを連続成膜する。各層を例えばスパッタ成膜する。   In the process shown in FIG. 1, an underlayer 1, a seed layer 2, an antiferromagnetic layer 3, a lower magnetic layer 4a, a nonmagnetic intermediate layer 4b, and an upper magnetic layer 4c are continuously formed on the lower shield layer 21. . Each layer is formed by sputtering, for example.

本実施形態では、前記下部シールド層21を例えばNiFe合金で形成する。
また前記下地層1を、Ta,Hf,Nb,Zr,Ti,Mo,Wのうち1種または2種以上の元素などの非磁性材料で形成する。前記下地層1の形成は必須ではない。
In the present embodiment, the lower shield layer 21 is formed of, for example, a NiFe alloy.
The underlayer 1 is formed of a nonmagnetic material such as one or more elements of Ta, Hf, Nb, Zr, Ti, Mo, and W. The formation of the underlayer 1 is not essential.

前記シード層2を例えば、NiFeCrによって形成する。前記シード層2をNiFeCrによって形成すると、前記シード層2は、面心立方構造(fcc)を有し、膜面と平行な方向に{111}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものになる。   The seed layer 2 is formed of NiFeCr, for example. When the seed layer 2 is formed of NiFeCr, the seed layer 2 has a face-centered cubic structure (fcc), and an equivalent crystal plane represented as a {111} plane is preferentially oriented in a direction parallel to the film surface. It will be what.

前記反強磁性層3を、元素β(ただしβは、Pt,Pd,Ir,Rh,Ru,Osのうち1種または2種以上の元素である)とMnとを含有する反強磁性材料で形成する。   The antiferromagnetic layer 3 is made of an antiferromagnetic material containing element β (wherein β is one or more elements among Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os) and Mn. Form.

これら白金族元素を用いたβ−Mn合金は、耐食性に優れ、またブロッキング温度も高く、さらに交換結合磁界(Hex)を大きくできるなど反強磁性材料として優れた特性を有している。   Β-Mn alloys using these platinum group elements have excellent properties as antiferromagnetic materials, such as excellent corrosion resistance, high blocking temperature, and an increased exchange coupling magnetic field (Hex).

また前記反強磁性層3を、元素βと元素β′(ただし元素β′は、Ne,Ar,Kr,Xe,Be,B,C,N,Mg,Al,Si,P,Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Zr,Nb,Mo,Ag,Cd,Sn,Hf,Ta,W,Re,Au,Pb、及び希土類元素のうち1種または2種以上の元素である)とMnとを含有する反強磁性材料で形成してもよい。   The antiferromagnetic layer 3 is made of element β and element β ′ (where element β ′ is Ne, Ar, Kr, Xe, Be, B, C, N, Mg, Al, Si, P, Ti, V, One or two of Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Ag, Cd, Sn, Hf, Ta, W, Re, Au, Pb, and rare earth elements These elements may be formed of an antiferromagnetic material containing Mn.

図1に示すように前記固定磁性層4を、下から下側磁性層4a、非磁性中間層4b、上側磁性層(上層)4cの順で積層された積層フェリ構造で形成する。後するアニール処理によって発生する前記反強磁性層3との界面での交換結合磁界及び非磁性中間層4bを介した反強磁性的交換結合磁界(RKKY的相互作用)により前記下側磁性層4aと上側磁性層4cの磁化方向を互いに反平行状態に磁化固定できる。これは、いわゆる積層フェリ構造と呼ばれ、この構成により前記固定磁性層4の磁化を安定した状態にでき、また前記固定磁性層4と反強磁性層3との界面で発生する交換結合磁界を見かけ上大きくすることができる。なお前記下側磁性層4a及び上側磁性層4cを、例えば12〜24Å程度で形成し、非磁性中間層4bを8Å〜10Å程度で形成する。   As shown in FIG. 1, the pinned magnetic layer 4 is formed with a laminated ferrimagnetic structure in which a lower magnetic layer 4a, a nonmagnetic intermediate layer 4b, and an upper magnetic layer (upper layer) 4c are laminated in this order from the bottom. The lower magnetic layer 4a is generated by an exchange coupling magnetic field at the interface with the antiferromagnetic layer 3 and an antiferromagnetic exchange coupling magnetic field (RKKY-like interaction) through the nonmagnetic intermediate layer 4b generated by the later annealing process. And the magnetization directions of the upper magnetic layer 4c can be fixed in antiparallel to each other. This is called a so-called laminated ferrimagnetic structure. With this configuration, the magnetization of the pinned magnetic layer 4 can be stabilized, and an exchange coupling magnetic field generated at the interface between the pinned magnetic layer 4 and the antiferromagnetic layer 3 can be generated. It can be increased in appearance. The lower magnetic layer 4a and the upper magnetic layer 4c are formed with, for example, about 12 to 24 mm, and the nonmagnetic intermediate layer 4b is formed with about 8 to 10 mm.

前記下側磁性層4aを、CoFe、NiFe,CoFeNiなどの強磁性材料で形成する。また非磁性中間層4bを、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Cuなどの非磁性導電材料で形成する。また前記上側磁性層4cを、前記下側磁性層4aと同様の強磁性材料で形成してもよいが、好ましくはCoFeBで形成する。   The lower magnetic layer 4a is formed of a ferromagnetic material such as CoFe, NiFe, CoFeNi. The nonmagnetic intermediate layer 4b is formed of a nonmagnetic conductive material such as Ru, Rh, Ir, Cr, Re, or Cu. The upper magnetic layer 4c may be formed of the same ferromagnetic material as that of the lower magnetic layer 4a, but is preferably formed of CoFeB.

本実施形態では、前記上側磁性層4cを、原子比率Zが、25〜100、組成比αが、70〜90at%の(Co100−ZFeα100−αで形成することが好適である。また、前記上側磁性層4cの膜厚を10〜30Åの範囲内で形成することが好ましい。 In the present embodiment, the upper magnetic layer 4c, the atomic ratio Z is, 25 to 100, the composition ratio alpha is preferably formed in 70~90At% of (Co 100-Z Fe Z) α B 100-α It is. The upper magnetic layer 4c is preferably formed within a thickness range of 10 to 30 mm.

次に、前記上側磁性層4c上に、Mg−Oからなる絶縁障壁層5を形成する。本実施形態では、前記絶縁障壁層5の形成方法は2通りある。すなわち、所定の組成比で形成されたMg−Oからなるターゲットを用いて、前記上側磁性層4c上にMg−Oから成る絶縁障壁層5をスパッタ成膜する方法と、前記上側磁性層4c上にMg層をスパッタ成膜し、前記Mg層を酸化してMg−Oから成る絶縁障壁層5を形成する方法とがある。   Next, an insulating barrier layer 5 made of Mg—O is formed on the upper magnetic layer 4c. In the present embodiment, there are two methods for forming the insulating barrier layer 5. That is, using a target made of Mg—O formed with a predetermined composition ratio, the insulating barrier layer 5 made of Mg—O is sputter-deposited on the upper magnetic layer 4 c, and the upper magnetic layer 4 c There is a method of forming an insulating barrier layer 5 made of Mg-O by sputtering an Mg layer and oxidizing the Mg layer.

本実施形態では、Mg−Oからなるターゲットを用いて前記絶縁障壁層5を形成することが好ましい。   In the present embodiment, it is preferable to form the insulating barrier layer 5 using a target made of Mg—O.

Mg−OのMg組成比を、40〜60at%の範囲内とすることが好ましく、最も好ましくはMg50at%50at%である。また本実施形態では前記絶縁障壁層5の膜厚を7〜20Åの範囲内で形成することが好ましい。 The Mg composition ratio of Mg—O is preferably in the range of 40 to 60 at%, and most preferably Mg 50 at% O 50 at% . Moreover, in this embodiment, it is preferable to form the thickness of the insulating barrier layer 5 within a range of 7 to 20 mm.

次に、図2に示す工程では、前記絶縁障壁層5上に、エンハンス層6a及び軟磁性層6bから成るフリー磁性層6、及び保護層7を成膜する。各層を例えばスパッタ成膜する。   Next, in the step shown in FIG. 2, the free magnetic layer 6 including the enhancement layer 6 a and the soft magnetic layer 6 b and the protective layer 7 are formed on the insulating barrier layer 5. Each layer is formed by sputtering, for example.

本実施形態では、前記エンハンス層6aをCoFeあるいはCoで形成する。また前記軟磁性層6bをNiFeあるいはNiで形成する。前記エンハンス層6aをCoFeあるいはCoで形成することで前記絶縁障壁層5との界面付近でのスピン分極率を向上できる。一方、前記軟磁性層6bをNiFeあるいはNiで形成することで、フリー磁性層6の軟磁気特性の向上を図ることが出来る。フリー磁性層6をこのような積層構造とすることで良好な軟磁気特性と抵抗変化率(ΔR/R)の向上を図ることが出来る。   In the present embodiment, the enhancement layer 6a is made of CoFe or Co. The soft magnetic layer 6b is made of NiFe or Ni. By forming the enhancement layer 6a with CoFe or Co, the spin polarizability near the interface with the insulating barrier layer 5 can be improved. On the other hand, by forming the soft magnetic layer 6b with NiFe or Ni, the soft magnetic characteristics of the free magnetic layer 6 can be improved. By forming the free magnetic layer 6 in such a laminated structure, it is possible to improve good soft magnetic characteristics and resistance change rate (ΔR / R).

具体的には前記エンハンス層6aをFe組成比Xが、10at%以上で100at%以下のCo100−XFeで形成することが好適である。また前記軟磁性層6bを、Ni組成比Yが81.5at%〜100at%の範囲内のNiFe100−Yで形成することが好適である。
以上により下地層1から保護層7までが積層された積層体T1を形成する。
Specifically, the enhancement layer 6a is preferably formed of Co 100-X Fe X having an Fe composition ratio X of 10 at% or more and 100 at % or less. The soft magnetic layer 6b is preferably formed of Ni Y Fe 100-Y having a Ni composition ratio Y in the range of 81.5 at% to 100 at%.
Thus, a stacked body T1 in which the layers from the base layer 1 to the protective layer 7 are stacked is formed.

次に、前記積層体T1上に、リフトオフ用レジスト層30を形成し、前記リフトオフ用レジスト層30に覆われていない前記積層体T1のトラック幅方向(図示X方向)における両側端部をエッチング等で除去する(図3を参照)。   Next, a lift-off resist layer 30 is formed on the laminate T1, and both end portions in the track width direction (X direction in the drawing) of the laminate T1 not covered with the lift-off resist layer 30 are etched. (See FIG. 3).

次に、前記積層体T1のトラック幅方向(図示X方向)の両側であって前記下部シールド層21上に、下から下側絶縁層22、ハードバイアス層23、及び上側絶縁層24の順に積層する(図4を参照)。各層を例えばスパッタ成膜する。   Next, the lower insulating layer 22, the hard bias layer 23, and the upper insulating layer 24 are stacked in this order on the lower shield layer 21 on both sides in the track width direction (X direction in the drawing) of the stacked body T1. (See FIG. 4). Each layer is formed by sputtering, for example.

そして前記リフトオフ用レジスト層30を除去し、前記積層体T1及び前記上側絶縁層24上に上部シールド層26を形成する。   Then, the lift-off resist layer 30 is removed, and an upper shield layer 26 is formed on the stacked body T1 and the upper insulating layer 24.

上記したトンネル型磁気検出素子の製造方法では、その形成過程でアニール処理を含む。代表的なアニール処理は、前記反強磁性層3と下側磁性層4a間に交換結合磁界(Hex)を生じさせるためのアニール処理である。   In the above-described method for manufacturing a tunneling magnetic sensing element, annealing is included in the formation process. A typical annealing process is an annealing process for generating an exchange coupling magnetic field (Hex) between the antiferromagnetic layer 3 and the lower magnetic layer 4a.

この交換結合磁界を生じさせるためのアニール処理は図2に示す積層体T1の形成後に行う。   The annealing process for generating the exchange coupling magnetic field is performed after forming the stacked body T1 shown in FIG.

本実施形態では前記アニール処理を270℃〜310℃の温度範囲で行う。またアニール時間を3〜5時間で行う。後述する実験によれば、このアニール温度にすることで、低いRA(素子抵抗R×素子面積A)の範囲にて、高い抵抗変化率(ΔR/R)を得られることがわかっている。RAは、高速データ転送の適正化等に極めて重要な値であり、低い値に設定する必要がある。具体的には、RAを2〜4Ωμm、好ましくは、2〜3Ωμmの範囲内に設定する。 In the present embodiment, the annealing process is performed in a temperature range of 270 ° C. to 310 ° C. The annealing time is 3 to 5 hours. According to experiments described later, it is known that a high rate of change in resistance (ΔR / R) can be obtained in the range of low RA (element resistance R × element area A) by using this annealing temperature. RA is an extremely important value for optimizing high-speed data transfer and the like, and needs to be set to a low value. Specifically, RA is set within a range of 2 to 4 Ωμm 2 , preferably 2 to 3 Ωμm 2 .

アニール処理温度を270℃よりも低くすると抵抗変化率(ΔR/R)が小さくなるのは、CoFeBで形成された上側磁性層4cやMg−Oで形成された絶縁障壁層5の内部構造が高い抵抗変化率(ΔR/R)を得られるには不十分な状態のためであると考えられる。   When the annealing temperature is lower than 270 ° C., the rate of change in resistance (ΔR / R) decreases because the internal structure of the upper magnetic layer 4c formed of CoFeB and the insulating barrier layer 5 formed of Mg—O is high. This is considered to be because the resistance change rate (ΔR / R) is insufficient.

すなわち、Mg−Oの絶縁障壁層5を有するトンネル型磁気検出素子では、高い抵抗変化率(ΔR/R)を得るには、前記絶縁障壁層5を、界面と平行な方向(X−Y平面と平行な方向)に代表的に{100}面として表される等価な結晶面が優先配向した体心立方構造で形成することが重要である。ここで、「代表的に{100}面として表される結晶面」とは、ミラー指数を用いて表した結晶格子面を示し、前記{100}面として表される等価な結晶面としては、(100)面、(−100)面、(010)面(0−10)面、(001)面、(00−1)面が存在する。   That is, in a tunneling magnetic sensor having an Mg—O insulating barrier layer 5, in order to obtain a high rate of change in resistance (ΔR / R), the insulating barrier layer 5 is placed in a direction parallel to the interface (XY plane). It is important to form a body-centered cubic structure in which equivalent crystal planes typically represented as {100} planes in a direction parallel to (1) are preferentially oriented. Here, “a crystal plane represented typically as {100} plane” refers to a crystal lattice plane expressed using a Miller index, and an equivalent crystal plane expressed as the {100} plane is: There are a (100) plane, a (-100) plane, a (010) plane, a (0-10) plane, a (001) plane, and a (00-1) plane.

このようなMg−Oの結晶配向性には、その下に形成されるCoFeBの内部構造及びCoFeB/Mg−Oの界面構造も重要な要素である。ここで、CoFeB(as.depo)はアモルファス構造であることがMg−Oを、適切に{100}面が優先配向する面心立方構造に形成できる点で好ましい。そして、上記したCoFeBで形成された上側磁性層4cやMg−Oで形成された絶縁障壁層5の内部構造及び界面構造はアニール処理温度に依存し、後述する実験で示すように270℃よりも低いアニール処理温度では高い抵抗変化率(ΔR/R)を得られないことからすると、内部構造及び界面構造が不十分な状態であろうと推測される。   For such Mg—O crystal orientation, the internal structure of CoFeB and the interface structure of CoFeB / Mg—O formed thereunder are also important factors. Here, it is preferable that CoFeB (as.depo) has an amorphous structure because Mg—O can be appropriately formed into a face-centered cubic structure in which the {100} plane is preferentially oriented. The internal structure and interface structure of the upper magnetic layer 4c formed of CoFeB and the insulating barrier layer 5 formed of Mg—O depend on the annealing temperature, and are higher than 270 ° C. as shown in an experiment described later. Given that a high rate of change in resistance (ΔR / R) cannot be obtained at a low annealing temperature, it is presumed that the internal structure and interface structure will be insufficient.

一方、前記アニール処理温度を310℃よりも高くすると、抵抗変化率(ΔR/R)が低下するが、これは、NiFeあるいはNiで形成された軟磁性層6bが前記アニール処理温度が高温になることで、{111}面が膜面と平行な方向に優先配向しやすくなり、その影響をエンハンス層6aが受けることで、抵抗変化率(ΔR/R)が低下するのであろうと推測される。   On the other hand, when the annealing temperature is higher than 310 ° C., the rate of change in resistance (ΔR / R) decreases. This is because the annealing temperature of the soft magnetic layer 6b formed of NiFe or Ni becomes high. Thus, it is assumed that the {111} plane is preferentially oriented in the direction parallel to the film surface, and the resistance change rate (ΔR / R) is likely to be lowered by the enhancement layer 6a being affected by this.

上記したように、前記エンハンス層6aを、Fe組成比Xが、10at%以上で100at%以下のCo100−XFeで形成することが好適である。Fe組成比Xは30at%以上で90at%以下に設定することが好ましく、さらには50at%以上で90at%以下に設定することがより好ましい。そして270℃〜310℃のアニール処理後、前記エンハンス層6aが、前記絶縁障壁層5と同様に膜面(図示X−Y面)に平行な方向に代表的に{100}面として表される等価な結晶面が優先配向した体心立方構造となることが好適である。特に、前記Fe組成比Xを30at%以上に設定すると、前記エンハンス層6aを体心立方構造に形成しやすいと考えられる。このとき、前記絶縁障壁層5と前記エンハンス層6aとの格子定数のミスマッチを小さくでき、しかも、前記軟磁性層6bの結晶配向性の前記エンハンス層6aに対する影響も小さく、その結果、高い抵抗変化率(ΔR/R)を得られるのであろうと推測される。 As described above, the enhancement layer 6a is preferably formed of Co 100-X Fe X having an Fe composition ratio X of 10 at% or more and 100 at % or less. The Fe composition ratio X is preferably set to 30 at% or more and 90 at% or less, and more preferably 50 at% or more and 90 at% or less. After the annealing process at 270 ° C. to 310 ° C., the enhancement layer 6a is typically represented as a {100} plane in a direction parallel to the film surface (XY plane in the drawing) like the insulating barrier layer 5. It is preferable to have a body-centered cubic structure in which equivalent crystal planes are preferentially oriented. In particular, when the Fe composition ratio X is set to 30 at% or more, it is considered that the enhancement layer 6a is easily formed in a body-centered cubic structure. At this time, the lattice constant mismatch between the insulating barrier layer 5 and the enhancement layer 6a can be reduced, and the influence of the crystal orientation of the soft magnetic layer 6b on the enhancement layer 6a is small, resulting in a high resistance change. It is assumed that the rate (ΔR / R) will be obtained.

また上記したアニール処理により、各層の界面で構成元素の相互拡散が生じるとも考えられる。このような相互拡散により、前記絶縁障壁層5と前記上側磁性層4cとの界面付近では、Mg−OとCoFeBとが混在した混在領域が形成されていると考えられ、また、前記絶縁障壁層5と前記エンハンス層6aとの界面付近では、Mg−OとCoFeとが混在した混在領域が形成されていると考えられる。このような相互拡散は、例えば、エンハンス層6aと絶縁障壁層5との界面付近での格子定数のミスマッチをより小さくする等して、抵抗変化率(ΔR/R)の向上に寄与しているとも推測される。   Further, it is considered that the above-described annealing treatment causes mutual diffusion of constituent elements at the interface of each layer. By such interdiffusion, it is considered that a mixed region in which Mg—O and CoFeB are mixed is formed in the vicinity of the interface between the insulating barrier layer 5 and the upper magnetic layer 4c, and the insulating barrier layer It is considered that a mixed region in which Mg—O and CoFe are mixed is formed in the vicinity of the interface between 5 and the enhancement layer 6a. Such interdiffusion contributes to an increase in resistance change rate (ΔR / R) by, for example, reducing a lattice constant mismatch near the interface between the enhancement layer 6 a and the insulating barrier layer 5. It is also speculated.

上記した本実施形態のトンネル型磁気検出素子の製造方法では、絶縁障壁層5をMg−Oで形成し、さらにその上に形成されるエンハンス層6aを、Fe組成比Xが、10at%以上で100at%以下のCo100−XFeで形成し、さらにその上に、前記軟磁性層6bを、Ni組成比が81.5at%〜100at%の範囲内のNiFe合金で形成している。これにより、前記フリー磁性層6の磁歪λ(絶対値)を0〜5ppm、保磁力Hcを1〜5Oe程度に小さくでき前記フリー磁性層6の軟磁気特性を良好にでき好適である。 In the above-described method for manufacturing a tunneling magnetic sensing element of the present embodiment, the insulating barrier layer 5 is formed of Mg—O, and the enhancement layer 6a formed thereon is further formed with an Fe composition ratio X of 10 at% or more. formed of 100 atomic% or less of Co 100-X Fe X, further thereon, the soft magnetic layer 6b, Ni composition ratio is formed of a NiFe alloy in the range of 81.5at% ~100at%. Thereby, the magnetostriction λ (absolute value) of the free magnetic layer 6 can be reduced to 0 to 5 ppm, the coercive force Hc can be reduced to about 1 to 5 Oe, and the soft magnetic characteristics of the free magnetic layer 6 can be improved.

前記エンハンス層6aを構成するCo100−XFeのFe組成比Xが高いほど同じRA(素子抵抗R×素子面積A)で比較すると、抵抗変化率(ΔR/R)が向上する傾向にあることがわかっている。これは、Fe組成比Xを大きくすることで適切に、前記エンハンス層6aを体心立方構造にでき、前記絶縁障壁層5との格子定数のミスマッチを小さくできるためであると思われる。 As the Fe composition ratio X of Co 100-X Fe X constituting the enhancement layer 6a is higher, the resistance change rate (ΔR / R) tends to be improved when compared with the same RA (element resistance R × element area A). I know that. This is considered to be because the enhancement layer 6a can be appropriately formed into a body-centered cubic structure by increasing the Fe composition ratio X and the lattice constant mismatch with the insulating barrier layer 5 can be reduced.

本実施形態では上記したように、絶縁障壁層5にMg−Oを用い、フリー磁性層6をCoFe/NiFeで構成したトンネル型磁気検出素子の製造方法において、アニール処理温度を270℃〜310℃の範囲に設定することで、高い抵抗変化率(R/R)を得ることができる。なお、本実施形態で言う「アニ-ル処理」は、前記反強磁性層3と固定磁性層4の下側磁性層4aとの間で交換結合磁界を生じさせるために行う以外のアニ-ル処理を含む。すなわち前記交換結合磁界を生じさせるためのアニ-ル処理以外のアニ-ル処理にて例えば400℃のアニール処理を行うと、低い抵抗変化率(R/R)のトンネル型磁気検出素子しか得られないのである。   In the present embodiment, as described above, in the method for manufacturing a tunneling magnetic sensing element in which Mg—O is used for the insulating barrier layer 5 and the free magnetic layer 6 is made of CoFe / NiFe, the annealing temperature is 270 ° C. to 310 ° C. By setting to this range, a high resistance change rate (R / R) can be obtained. Note that the “anneal treatment” referred to in this embodiment is an annealing process other than that performed to generate an exchange coupling magnetic field between the antiferromagnetic layer 3 and the lower magnetic layer 4a of the pinned magnetic layer 4. Includes processing. That is, when annealing at 400 ° C. is performed in an annealing process other than the annealing process for generating the exchange coupling magnetic field, only a tunnel type magnetic sensing element having a low resistance change rate (R / R) can be obtained. There is no.

特に後述する実験で示すように、Co100−XFeで形成されたエンハンス層6aのFe組成比Xが異なる試料にて抵抗変化率(ΔR/R)の実験を行ったところ、前記Fe組成比Xの違いで抵抗変化率(ΔR/R)の大きさが異なるものの、RAに対する抵抗変化率(ΔR/R)のアニール温度依存性は、Fe組成比Xにかかわらず同じであることがわかっている。すなわち270℃よりも低いアニール温度、及び310℃よりも高いアニール温度では、同じRAで比較したときに、いずれも270℃〜310℃のアニール温度範囲で得られる抵抗変化率(ΔR/R)よりも低い抵抗変化率(ΔR/R)しか得られないのである。 In particular, as shown in an experiment to be described later, when the resistance change rate (ΔR / R) was tested on samples having different Fe composition ratios X of the enhancement layer 6a formed of Co 100-X Fe X , the Fe composition Although the resistance change rate (ΔR / R) differs depending on the ratio X, it can be seen that the dependency of the resistance change rate (ΔR / R) on RA on the annealing temperature is the same regardless of the Fe composition ratio X. ing. That is, at an annealing temperature lower than 270 ° C. and an annealing temperature higher than 310 ° C., the resistance change rate (ΔR / R) obtained in the annealing temperature range of 270 ° C. to 310 ° C. is all obtained when compared with the same RA. Only a low rate of change in resistance (ΔR / R) can be obtained.

本実施形態では前記絶縁障壁層5と上側磁性層4cとは直接接しているが、例えば、前記絶縁障壁層5と上側磁性層4cとの間にMg層を介在させてもよい。   In the present embodiment, the insulating barrier layer 5 and the upper magnetic layer 4c are in direct contact, but for example, an Mg layer may be interposed between the insulating barrier layer 5 and the upper magnetic layer 4c.

Mg層を挿入しても、挿入しない場合と同様に、アニール温度を270℃〜310℃の範囲内とすることでRAの低い領域(2〜4Ωμm、好ましくは2〜3Ωμm)で高い抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが出来る。 Even when the Mg layer is inserted, the resistance is high in a low RA region ( 2 to 4 Ωμm 2 , preferably 2 to 3 Ωμm 2 ) by setting the annealing temperature within the range of 270 ° C. to 310 ° C., as in the case where the Mg layer is not inserted. The rate of change (ΔR / R) can be obtained.

積層体T1を有するトンネル型磁気検出素子を形成した。
積層体T1を、下から、下地層1;Ta(30)/シード層2;NiFeCr(50)/反強磁性層3;IrMn(70)/固定磁性層4[下側磁性層4a;Co70at%Fe30at%(14)/非磁性中間層4b;Ru(9.1)/上側磁性層4c;CoFeB(18)]/絶縁障壁層5;Mg−O/フリー磁性層6[エンハンス層6a;CoFe(10)/軟磁性層;Ni86at%Fe14at%(40)]/保護層7;Ta(200)の順に積層した。なお括弧内の数値は平均膜厚を示し単位はÅである。
A tunneling magnetic sensing element having the laminate T1 was formed.
From the bottom, the laminated body T1 is formed from the underlayer 1; Ta (30) / seed layer 2; NiFeCr (50) / antiferromagnetic layer 3; IrMn (70) / pinned magnetic layer 4 [lower magnetic layer 4a; Co 70 at % Fe 30 at% (14) / nonmagnetic intermediate layer 4b; Ru (9.1) / upper magnetic layer 4c; CoFeB (18)] / insulating barrier layer 5; Mg—O / free magnetic layer 6 [enhancement layer 6a; CoFe (10) / soft magnetic layer; Ni 86 at% Fe 14 at% (40)] / protective layer 7; Ta (200) were laminated in this order. The numbers in parentheses indicate the average film thickness and the unit is Å.

前記絶縁障壁層5をMg−O(組成比は50at%:50at%)から成るターゲットをもちいて、Mg−Oからなる前記絶縁障壁層5をスパッタ成膜した。前記絶縁障壁層5の膜厚を各試料において9〜11Åで形成した。   The insulation barrier layer 5 made of Mg—O was formed by sputtering using a target made of Mg—O (composition ratio: 50 at%: 50 at%). The thickness of the insulating barrier layer 5 was 9 to 11 mm in each sample.

また、前記絶縁障壁層5を形成する前に、前記上側磁性層4cの表面を、プラズマ処理した。   Further, before the insulating barrier layer 5 was formed, the surface of the upper magnetic layer 4c was subjected to plasma treatment.

まず実験では、前記エンハンス層6aをCo90at%Fe10at%とし、前記上側磁性層4cをCo40at%Fe40at%20at%とした。 First, in the experiment, the enhancement layer 6a was made Co 90 at% Fe 10 at% , and the upper magnetic layer 4c was made Co 40 at% Fe 40 at% B 20 at% .

また上記基本膜構成に対しアニール処理を施した。実験では、アニール温度を250℃、270℃、290℃、310℃とし、且つ各アニール時間を4時間に統一した。   In addition, the basic film configuration was annealed. In the experiment, the annealing temperature was set to 250 ° C., 270 ° C., 290 ° C., and 310 ° C., and each annealing time was unified to 4 hours.

実験ではRAに対する抵抗変化率(ΔR/R)の大きさを、アニール温度毎に求めた。その実験結果が図5である。   In the experiment, the resistance change rate (ΔR / R) with respect to RA was determined for each annealing temperature. The experimental result is shown in FIG.

次に、上記した実験試料に対して、前記上側磁性層4cをCo60at%Fe20at%20at%に変更し、その他は同じ設定にして、上記と同様に、RAに対する抵抗変化率(ΔR/R)の大きさを、アニール温度毎に求めた。その実験結果が図6である。 Next, with respect to the above-described experimental sample, the upper magnetic layer 4c is changed to Co 60 at% Fe 20 at% B 20 at% , and the others are set to the same settings, and the resistance change rate (ΔR / The magnitude of R) was determined for each annealing temperature. The experimental result is shown in FIG.

次に、図5で使用した実験試料に対して、前記エンハンス層6aをCo50at%Fe50at%に変更し、その他は同じ設定にして(ただしアニール温度条件に350℃も追加)、上記と同様に、RAに対する抵抗変化率(ΔR/R)の大きさを、アニール温度毎に求めた。その実験結果が図7である。 Next, with respect to the experimental sample used in FIG. 5, the enhancement layer 6a was changed to Co 50 at% Fe 50 at% , and other settings were the same (however, 350 ° C. was added to the annealing temperature condition), and the same as above. In addition, the magnitude of the resistance change rate (ΔR / R) with respect to RA was determined for each annealing temperature. The experimental result is shown in FIG.

次に、図5で使用した実験試料に対して、前記エンハンス層6aをCo50at%Fe50at%に、前記上側磁性層4cをCo60at%Fe20at%20at%に変更し、その他は同じ設定にして(ただしアニール温度条件に350℃も追加)、上記と同様に、RAに対する抵抗変化率(ΔR/R)の大きさを、アニール温度毎に求めた。その実験結果が図8である。 Next, with respect to the experimental sample used in FIG. 5, the enhancement layer 6a is changed to Co 50 at% Fe 50 at% , the upper magnetic layer 4c is changed to Co 60 at% Fe 20 at% B 20 at% , and the other settings are the same. (However, 350 ° C. was added to the annealing temperature condition), and the resistance change rate (ΔR / R) with respect to RA was determined for each annealing temperature in the same manner as described above. The experimental result is shown in FIG.

図5ないし図8の実験結果から、アニール温度を270℃〜310℃の範囲内に設定した。図5ないし図8に示すように、RAを2〜4Ωμm、好ましくは2〜3Ωμmの範囲内にて、アニール温度を270℃〜310℃にするとRAに対する抵抗変化率(ΔR/R)がほぼ同じ高い値になることがわかった。一方、アニール温度を250℃、350℃に設定すると、アニール温度を270℃〜310℃に設定した場合よりも、明らかに低い抵抗変化率(ΔR/R)しか得られないことがわかった。 From the experimental results of FIGS. 5 to 8, the annealing temperature was set within the range of 270 ° C. to 310 ° C. As shown in FIGS. 5 to 8, 2~4Ωμm 2 the RA, preferably at the range of 2~3Ωμm 2, when the annealing temperature to 270 ° C. to 310 ° C. the rate of change in resistance with respect to RA (ΔR / R) is It turns out that it becomes about the same high value. On the other hand, it was found that when the annealing temperature was set to 250 ° C. and 350 ° C., only a lower resistance change rate (ΔR / R) was obtained than when the annealing temperature was set to 270 ° C. to 310 ° C.

また図5と図6、あるいは図7と図8を比較すると、上側磁性層を、Co40at%Fe40at%20at%としたほうが、Co60at%Fe20at%20at%とした場合よりも高い抵抗変化率(ΔR/R)を得られることがわかった。 5 and FIG. 6, or FIG. 7 and FIG. 8, when the upper magnetic layer is made of Co 40 at% Fe 40 at% B 20 at% is higher than the case of Co 60 at% Fe 20 at% B 20 at%. It was found that the rate of resistance change (ΔR / R) can be obtained.

また、図5と図7、あるいは図6と図8を比較すると、エンハンス層をCo50at%Fe50at%で形成したほうがCo90at%Fe10at%で形成するよりも高い抵抗変化率(ΔR/R)を得ることが出来ることがわかった。 5 and FIG. 7, or FIG. 6 and FIG. 8, when the enhancement layer is formed with Co 50 at% Fe 50 at% , the resistance change rate (ΔR / R) is higher than that with Co 90 at% Fe 10 at%. ).

本実施形態のトンネル型磁気検出素子の製造方法を示す一工程図(製造工程中の前記トンネル型磁気検出素子を記録媒体との対向面と平行な方向から切断した断面図)、1 process drawing (sectional drawing which cut | disconnected the said tunnel type magnetic sensing element in a manufacturing process from the direction parallel to an opposing surface with a recording medium) which shows the manufacturing method of the tunnel type magnetic sensing element of this embodiment, 図1の次に行われる一工程図(製造工程中の前記トンネル型磁気検出素子を記録媒体との対向面と平行な方向から切断した断面図)、FIG. 1 is a one-step diagram (a cross-sectional view of the tunneling magnetic sensing element in the manufacturing process cut from a direction parallel to the surface facing the recording medium); 図2の次に行われる一工程図(製造工程中の前記トンネル型磁気検出素子を記録媒体との対向面と平行な方向から切断した断面図)、FIG. 2 is a one-step diagram (a cross-sectional view in which the tunneling magnetic sensing element in the manufacturing process is cut in a direction parallel to the surface facing the recording medium); 図3の次に行われる一工程図(製造工程中の前記トンネル型磁気検出素子を記録媒体との対向面と平行な方向から切断した断面図)、FIG. 3 is a one-step diagram (a cross-sectional view of the tunneling magnetic sensing element in the manufacturing process cut from a direction parallel to the surface facing the recording medium); 積層体T1の下から上側磁性層、絶縁障壁層及びエンハンス層の順に積層される部分を、Co40at%Fe40at%20at%/Mg−O/Co90at%Fe10at%としトンネル型磁気検出素子を用いたときの、RAに対する抵抗変化率(ΔR/R)のアニール温度依存性を示すグラフ、A tunnel-type magnetic sensing element in which a portion laminated in order of the upper magnetic layer, the insulating barrier layer, and the enhancement layer from the bottom of the laminate T1 is Co 40 at% Fe 40 at% B 20 at% / Mg—O / Co 90 at% Fe 10 at% A graph showing the annealing temperature dependence of the rate of change in resistance (ΔR / R) with respect to RA when using 積層体T1の下から上側磁性層、絶縁障壁層及びエンハンス層の順に積層される部分を、Co60at%Fe20at%20at%/Mg−O/Co90at%Fe10at%としトンネル型磁気検出素子を用いたときの、RAに対する抵抗変化率(ΔR/R)のアニール温度依存性を示すグラフ、A tunnel-type magnetic sensing element in which the upper magnetic layer, the insulating barrier layer, and the enhancement layer are laminated in this order from the bottom of the laminate T1 to Co 60 at% Fe 20 at% B 20 at% / Mg—O / Co 90 at% Fe 10 at% A graph showing the annealing temperature dependence of the rate of change in resistance (ΔR / R) with respect to RA when using 積層体T1の下から上側磁性層、絶縁障壁層及びエンハンス層の順に積層される部分を、Co40at%Fe40at%20at%/Mg−O/Co50at%Fe50at%としトンネル型磁気検出素子を用いたときの、RAに対する抵抗変化率(ΔR/R)のアニール温度依存性を示すグラフ、A tunnel-type magnetic sensing element in which a portion laminated in order of the upper magnetic layer, the insulating barrier layer, and the enhancement layer from the bottom of the laminate T1 is Co 40 at% Fe 40 at% B 20 at% / Mg—O / Co 50 at% Fe 50 at% A graph showing the annealing temperature dependence of the rate of change in resistance (ΔR / R) with respect to RA when using 積層体T1の下から上側磁性層、絶縁障壁層及びエンハンス層の順に積層される部分を、Co60at%Fe20at%20at%/Mg−O/Co50at%Fe50at%としトンネル型磁気検出素子を用いたときの、RAに対する抵抗変化率(ΔR/R)のアニール温度依存性を示すグラフ、A tunnel-type magnetic sensing element in which the upper magnetic layer, the insulating barrier layer, and the enhancement layer are stacked in this order from the bottom of the laminate T1 to Co 60 at% Fe 20 at% B 20 at% / Mg—O / Co 50 at% Fe 50 at% A graph showing the annealing temperature dependence of the rate of change in resistance (ΔR / R) with respect to RA when using

符号の説明Explanation of symbols

3 反強磁性層
4、 固定磁性層
4a 下側磁性層
4b 非磁性中間層
4c 上側磁性層
5 絶縁障壁層
6 フリー磁性層
6a エンハンス層
6b 軟磁性層
7 保護層
22、24 絶縁層
23 ハードバイアス層
30 リフトオフ用レジスト層
3 Antiferromagnetic layer 4, pinned magnetic layer 4a lower magnetic layer 4b nonmagnetic intermediate layer 4c upper magnetic layer 5 insulating barrier layer 6 free magnetic layer 6a enhanced layer 6b soft magnetic layer 7 protective layers 22, 24 insulating layer 23 hard bias Layer 30 Lift-off resist layer

Claims (6)

下から固定磁性層、絶縁障壁層、及びフリー磁性層の順で積層して成る積層体を有するトンネル型磁気検出素子の製造方法において、
(a) 前記固定磁性層上にMg−Oから成る絶縁障壁層を形成する工程、
(b) 前記絶縁障壁層上に前記フリー磁性層を構成するCoFeあるいはCoから成るエンハンス層を形成する工程、
(c) 前記エンハンス層上に前記フリー磁性層を構成するNiFeあるいはNiから成る軟磁性層を形成する工程、
(d) 前記積層体に対し、270℃〜310℃の温度範囲でアニール処理を施す工程、
を有することを特徴とするトンネル型磁気検出素子の製造方法。
In the method of manufacturing a tunneling magnetic sensing element having a laminate formed by laminating a pinned magnetic layer, an insulating barrier layer, and a free magnetic layer in this order from the bottom,
(A) forming an insulating barrier layer made of Mg—O on the pinned magnetic layer;
(B) forming an enhancement layer made of CoFe or Co constituting the free magnetic layer on the insulating barrier layer;
(C) forming a soft magnetic layer made of NiFe or Ni constituting the free magnetic layer on the enhancement layer;
(D) A step of annealing the laminated body in a temperature range of 270 ° C. to 310 ° C.,
A method for manufacturing a tunneling magnetic sensing element, comprising:
前記(a)工程において、Mg−Oからなるターゲットを用いて、前記絶縁障壁層をスパッタ成膜する請求項1記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。   2. The method for manufacturing a tunneling magnetic sensing element according to claim 1, wherein, in the step (a), the insulating barrier layer is formed by sputtering using a target made of Mg-O. 前記(a)工程において、前記固定磁性層の少なくとも前記絶縁障壁層と接する上層を、原子比率Zが、25〜100、組成比αが、70〜90at%の(Co100−ZFeα100−αで形成する請求項1又は2に記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。 In the step (a), the upper layer of the pinned magnetic layer in contact with at least the insulating barrier layer has an atomic ratio Z of 25 to 100 and a composition ratio α of (Co 100-Z Fe Z ) α of 70 to 90 at%. The method for manufacturing a tunneling magnetic sensing element according to claim 1, wherein the tunneling magnetic sensing element is formed of B 100-α . 前記(b)工程において、前記エンハンス層を、Fe組成比Xが10at%以上で100at%以下のCo100−XFeで形成する請求項1ないし3のいずれかに記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。 4. The tunneling magnetic sensing element according to claim 1, wherein in the step (b), the enhancement layer is formed of Co 100-X Fe X having an Fe composition ratio X of 10 at% or more and 100 at % or less. Manufacturing method. 前記(c)工程において、前記軟磁性層を、Ni組成比Yが81.5at%〜100at%のNiFe100−Yで形成する請求項1ないし4のいずれかに記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。 5. The tunnel-type magnetic detection according to claim 1, wherein in the step (c), the soft magnetic layer is formed of Ni Y Fe 100-Y having a Ni composition ratio Y of 81.5 at% to 100 at%. Device manufacturing method. 前記(a)工程よりも前に、
(e) 反強磁性層上に前記固定磁性層を形成する工程、
を含み、
前記(d)工程のアニール処理で、前記反強磁性層と前記固定磁性層との間で交換結合磁界を生じさせ、前記固定磁性層の磁化を所定方向に固定する請求項1ないし5のいずれかに記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。
Prior to the step (a),
(E) forming the pinned magnetic layer on the antiferromagnetic layer;
Including
The annealing process of the step (d) generates an exchange coupling magnetic field between the antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer, and fixes the magnetization of the pinned magnetic layer in a predetermined direction. A manufacturing method of the tunnel type magnetic sensing element according to claim 1.
JP2006255672A 2006-09-21 2006-09-21 Manufacturing method of tunneling magnetic sensing element Withdrawn JP2008078379A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006255672A JP2008078379A (en) 2006-09-21 2006-09-21 Manufacturing method of tunneling magnetic sensing element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006255672A JP2008078379A (en) 2006-09-21 2006-09-21 Manufacturing method of tunneling magnetic sensing element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008078379A true JP2008078379A (en) 2008-04-03

Family

ID=39350141

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006255672A Withdrawn JP2008078379A (en) 2006-09-21 2006-09-21 Manufacturing method of tunneling magnetic sensing element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008078379A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011071397A (en) * 2009-09-28 2011-04-07 Shin Etsu Polymer Co Ltd Coverlay film, method for manufacturing the same, and flexible printed wiring board
WO2011065323A1 (en) * 2009-11-27 2011-06-03 日本電気株式会社 Magnetoresistive effect element and magnetic random access memory

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000331473A (en) * 1999-03-15 2000-11-30 Toshiba Corp Magnetic memory device
JP2003086866A (en) * 2001-09-13 2003-03-20 Anelva Corp Manufacturing method of giant magnetoresistive thin film of spin valve type
JP2005333140A (en) * 2004-05-19 2005-12-02 Headway Technologies Inc Magnetic tunnel junction device and its forming method
JP2006080116A (en) * 2004-09-07 2006-03-23 Canon Anelva Corp Magnetoresistive element and manufacturing method thereof
JP2006093432A (en) * 2004-09-24 2006-04-06 Sony Corp Memory element and memory
JP2006196612A (en) * 2005-01-12 2006-07-27 Sony Corp Storage device and memory
JP2007142424A (en) * 2005-11-16 2007-06-07 Headway Technologies Inc Method for forming tunnel barrier layer, TMR sensor and method for manufacturing the same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000331473A (en) * 1999-03-15 2000-11-30 Toshiba Corp Magnetic memory device
JP2003086866A (en) * 2001-09-13 2003-03-20 Anelva Corp Manufacturing method of giant magnetoresistive thin film of spin valve type
JP2005333140A (en) * 2004-05-19 2005-12-02 Headway Technologies Inc Magnetic tunnel junction device and its forming method
JP2006080116A (en) * 2004-09-07 2006-03-23 Canon Anelva Corp Magnetoresistive element and manufacturing method thereof
JP2006093432A (en) * 2004-09-24 2006-04-06 Sony Corp Memory element and memory
JP2006196612A (en) * 2005-01-12 2006-07-27 Sony Corp Storage device and memory
JP2007142424A (en) * 2005-11-16 2007-06-07 Headway Technologies Inc Method for forming tunnel barrier layer, TMR sensor and method for manufacturing the same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011071397A (en) * 2009-09-28 2011-04-07 Shin Etsu Polymer Co Ltd Coverlay film, method for manufacturing the same, and flexible printed wiring board
WO2011065323A1 (en) * 2009-11-27 2011-06-03 日本電気株式会社 Magnetoresistive effect element and magnetic random access memory
JPWO2011065323A1 (en) * 2009-11-27 2013-04-11 日本電気株式会社 Magnetoresistive element and magnetic random access memory
JP2014140077A (en) * 2009-11-27 2014-07-31 Nec Corp Methods of manufacturing magnetoresistance effect element and magnetic random access memory
US8908423B2 (en) 2009-11-27 2014-12-09 Nec Corporation Magnetoresistive effect element, and magnetic random access memory

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5210533B2 (en) Tunnel-type magnetic sensing element and manufacturing method thereof
JP4786331B2 (en) Method for manufacturing magnetoresistive element
CN100557840C (en) Tunnel-type magnetic detection element with CoFeB layer constituting at least a part of fixed layer and its manufacturing method
JP5032430B2 (en) Magnetoresistive element manufacturing method, magnetoresistive element, magnetic head assembly, and magnetic recording / reproducing apparatus
JPWO2008050790A1 (en) Tunnel-type magnetic sensing element and manufacturing method thereof
US7898776B2 (en) Tunneling magnetic sensing element including enhancing layer having high Fe concentration in the vicinity of barrier layer
JP2008103662A (en) Tunnel type magnetic detection element, and its manufacturing method
JP4862564B2 (en) Tunnel-type magnetic sensing element and manufacturing method thereof
JP4914495B2 (en) Tunnel type magnetic sensor
JP2008288235A (en) Magnetic detecting element and manufacturing method thereof
JP2008192926A (en) Tunnel-type magnetic sensing element and manufacturing method thereof
JP4544037B2 (en) Magnetic sensing element and manufacturing method thereof
US7643254B2 (en) Tunnel-effect type magnetic sensor having free layer including non-magnetic metal layer
JP2007194457A (en) Tunnel-type magnetic sensing element and manufacturing method thereof
JP2008227297A (en) Tunnel-type magnetic sensing element and manufacturing method thereof
JP2007194327A (en) Tunnel type magnetic sensor
JP2008283018A (en) Tunnel-type magnetic sensing element and manufacturing method thereof
US7907370B2 (en) Tunneling magnetic sensing element having free layer containing CoFe alloy
JP2008166524A (en) Tunnel type magnetic sensor
JP2008078379A (en) Manufacturing method of tunneling magnetic sensing element
JP5113163B2 (en) Tunnel type magnetic sensor
JP2008218735A (en) Tunnel type magnetic sensor
JP2008034784A (en) Tunnel-type magnetic detection element and method of manufacturing the same
JP5061595B2 (en) Manufacturing method of tunneling magnetic sensing element
JP2008066640A (en) Tunnel-type magnetic detecting element and manufacturing method therefor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080828

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20101216

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101221

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110202

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110927

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20111102