(57)【要約】本発明は、ＧＭＲタイプのスピンバルブ構造（１）を製造する方法に関する。このような構造は、磁性層（１１ａ １１ｂ）、非磁性層（１５）及び強磁性体のセンス層（１７）のスタックを有する。非常に良好なＧＭＲ効果をもつスピンバルブ構造を得るために、この方法は、特定のステップ、すなわちセンス層の強磁性体を酸化するステップと、酸化された強磁性体にアルミニウムを堆積するステップと、酸化された強磁性体からの酸素を使用して、堆積されたアルミニウムを酸化するステップとである。
2004509460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性層、非磁性層、及び強磁性体のセンス層のスタックを有する、巨大磁気抵抗型のスピンバルブ構造を製造する方法であって、前記方法が、前記センス層の前記強磁性体を酸化させる工程と、前記センス層の前記酸化された強磁性体上にアルミニウムを堆積させる工程とを含むとともに、前記センス層の前記酸化された強磁性体からの酸素を使用して前記アルミニウムが酸化しアルミニウム酸化膜になることを含む方法。
【請求項２】
前記センス層を形成するための前記強磁性体として金属コバルト、コバルトと鉄との合金、又はニッケルと鉄との合金が選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法により得られる巨大磁気抵抗型のスピンバルブ構造。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の方法により得られうるスピンバルブ構造を備える読取りヘッド。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の方法により得られうるスピンバルブ構造を備えるフィールドセンサ。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の方法により得られうるスピンバルブ構造を備える磁気メモリ。
【請求項７】
磁気記憶媒体から情報を読み取る装置であって、請求項４に記載の読取りヘッドを有する装置。
【請求項８】
請求項６に記載の磁気メモリを有する電子回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性層、非磁性層及び強磁性体のセンス層のスタックを有する、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）タイプのスピンバルブ構造を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スピンバルブ構造は、磁気抵抗効果を有する磁性多層構造である。これは、このような構造の抵抗が外部磁界の影響下で変化することを意味する。スピンバルブ構造の場合、磁気抵抗効果は、多くは巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果と呼ばれる。多くの今日の磁気ディスクデバイスは、スピンバルブ構造をセンシング素子として使用する。これらの構造は、例えば自動車センサ及び磁性ＲＡＭのような他の技術分野のデバイスにおいても広く応用されている。
【０００３】
スピンバルブ構造のセクション磁性層／非磁性層／センス層のみがＧＭＲ効果に寄与し、従って構造のアクティブ領域である。スピンバルブ構造の他の領域である非アクティブ領域は、前記アクティブ領域からの電流をシャントすることができる。この構造に存在するいくつかの境界（インタフェース）層は、非鏡面反射を取り入れることによりＧＭＲ効果を低減することもできる。すなわち電子が散乱し、スピン情報の損失をもたらす。
【０００４】
Ｙ． Ｋａｍｉｇｕｃｈｉ他による論文「Ｃｏ Ｆｅ ｓｐｅｃｕｌａｒ ｓｐｉｎ ｖａｌｖｅｓ ｗｉｔｈ ｎａｎｏ ｏｘｉｄｅ ｌａｙｅｒ」（Ｃ−７８０３−５５５５−５／９９； ＩＥＥＥ， ｐａｇｅ ＤＢ−０１）は巨大磁気抵抗型のスピンバルブ構造を開示している。この論文には以下のサンプルが記載されている。ＳｉＯ構造／Ｔａ ５ｎｍ／ＮｉＦｅ ２ｎｍ／ＩｒＭｎ ７ｎｍ／ＮＯＬをもつピン層／Ｃｕ ２ｎｍ ／ＣｏＦｅ ２ｎｍ ／ＣｏＦｅＯ ４ｎｍ／Ｔａ０ ０．４ｎｍ。このサンプルにおいて、スピンバルブ構造は、交換バイアスのための金属反強磁性体をもつＣｏＦｅ鏡面構造である。この構造は、鏡面電子散乱を強化するためのＮＯＬ（ｎａｎｏ ｏｘｉｄｅ ｌａｙｅｒ）を含むピン層を有する。サンプルは、マグネトロンスパッタリングにより堆積された。
【０００５】
前記ＩＥＥＥの論文に開示されたスピンバルブ構造では、アクティブ領域が、ＮＯＬをもつピン層、Ｃｕ層及びＣｏＦｅ層を有する。ここで、ＮＯＬは、電子を反射する働きをする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、センス層の位置において電子を鏡面反射する効果的な手段を有するスピンバルブ構造を実現することが可能な方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的は、請求項１に記載の本発明による方法により達成される。すなわち、磁性層、非磁性層及び強磁性体のセンス層のスタックを有する巨大磁気抵抗型のスピンバルブ構造を製造する方法であって、前記方法が、センス層の強磁性体を酸化させるステップと、センス層の酸化された強磁性体上にアルミニウムを堆積させるステップとを含むとともに、そののち、このアルミニウムがセンス層の酸化された強磁性体からの酸素を使用して酸化してアルミニウム酸化膜になることを含む方法により達成される。このように、連続的に、センス層上に補助酸化膜を形成し、この補助酸化膜上に金属アルミニウム層を形成し、補助酸化膜からの酸素を使用することによってこのアルミニウム層のアルミニウムを酸化させることにより、アルミニウム酸化膜が形成される。概して、前記層は薄膜層である。それぞれの層は、一層であってもよいが、多層構造を有していてもよい。磁性層は、それ自体既知である多様な手段により固定されるか又はピン止めされる磁化を有することができる。磁性層を形成するのに適した材料は例えばＣｏＦｅの合金である。非磁性層は、銅（Ｃｕ）により形成されることができる。センス層の磁化は、印加される外部磁界により自由に影響される。好適には、金属コバルト、コバルトと鉄（ＣｏＦｅ）の合金又はニッケルと鉄（ＮｉＦｅ）の合金が、センス層を形成するための強磁性体として選ばれる。アルミニウムはコバルト（Ｃｏ）又は鉄（Ｆｅ）のどちらよりも電気的陰性度が大きいので、補助酸化物は、アルミニウムの酸化の間にそれぞれ金属コバルト、ＣｏＦｅ及びＮｉＦｅになり、アルミニウム酸化物が形成される。
【０００８】
上記のように形成されるアルミニウム酸化物は、緻密な（ｃｌｏｓｅｄ）酸化物であり、シャープな境界を生じさせることが分かった。これは鏡面反射を与えるので、構造のアクティブ領域の電子スピンメカニズムを乱さず、大幅に改善されたＭＲ信号をもたらす。約２ｎｍのアルミニウム酸化物層は、センス層の酸化に対してすぐれた保護となりえ、これにより極端に薄いセンス層が適用されることができる。高感度が必要とされる高密度磁気記録のためには上述したようなセンス層が必要とされる。こうして得られる構造の保磁力は１５Ｏｅのオーダーで比較的低く、温度依存性をほとんどもたないことが測定により示された。本発明による方法は、それ自体知られている薄膜技術を利用することができる。
【０００９】
Ｙ． Ｓｈｉｍｉｚｕ他による論文「Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ＧＭＲ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｂｏｔｔｏｍ ｔｙｐｅ ｓｐｉｎ ｖａｌｖｅ ｆｉｌｍｓ ｗｉｔｈ ｕｌｔｒａ−ｔｈｉｎ ｆｒｅｅ ｌａｙｅｒ ｃｏｖｅｒｅｄ ｗｉｔｈ ｓｐｅｃｕｌａｒ ｏｘｉｄｅ ｃａｐｐｉｎｇ ｌａｙｅｒ」（Ｏ−７８０３−５９４３−７ ４／００； ＩＥＥＥ， ｐａｇｅ ＦＡ−０７）は、Ａｌ２Ｏ３ターゲットの純アルゴンガスのスパッタリングにより形成されたアルミニウム酸化物キャップ層で覆われたＣｏＦｅＢフリー層を開示している。この論文から既知である方法は、Ａｌ酸化物を形成するための酸素ソースとして補助酸化物が形成されていないので、本明細書に記載の方法とは全く相違するものである。既知の方法に起因するデバイスには補助酸化物からの酸化が無く、境界ミキシングが生じる可能性があるので、この既知の方法によっては本発明の方法により得られる効果が得られない。
【００１０】
更に、Ｍａｓａｓｈｉｇｅ Ｓａｔｏ他による文献「Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｉｎ ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｔｕｎｎｅｌ ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ」（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ， ｖｏｌ． ３５， ｎｏ． ５， Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９９９， ｐａｇｅｓ ２９４６ − ２９４８）が酸化されたＡｌ障壁をもつトンネル接合を開示していることに注意されたい。開示されたサンプルでは、アルミニウムを堆積する前に、トンネル接合磁気抵抗（ＴＭＲ）デバイスの下部コバルト層の表面が空気に晒され、そののち、形成されたアルミニウム層が、無線周波数酸素プラズマ中で酸化された。上述した論文では、酸化されたコバルトの表面は拡散防止層として働き、酸化されていないアルミニウム層は、アニールによって、酸化されたアルミニウム及び酸化されたコバルトからの酸素原子により酸化されるものとしている。最後に述べた論文に開示されている方法、デバイス及び効果に関するすべての知識はＴＭＲ構造に限定されている。ＧＭＲ構造に関する情報はこの論文から導き出せない。
【００１１】
本発明は、更に、本発明の方法により得られるスピンバルブ構造に関する。このように、本発明によるスピンバルブ構造は、センス層の位置において境界の酸化を有する。この構造は、一般に、最初に述べたＩＥＥＥの論文に開示されているようなＮＯＬをもつピン層を備えることができる。
【００１２】
本発明は、更に、読取りヘッド、フィールドセンサ及び磁気メモリにそれぞれ関し、これらは、それぞれ本発明の方法により得られる又は得られうる巨大磁気抵抗型のスピンバルブ構造を備える。
【００１３】
本発明は、更に、本発明による読取りヘッドを有する、磁気記憶媒体から情報を読み取るための装置に関する。
【００１４】
本発明は、更に、本発明による磁気メモリを有する電子回路に関する。
【００１５】
特許請求の範囲に関して、各請求項に規定されるさまざまな特徴は組み合わされてもよいことに注意されたい。
【００１６】
本発明の上記及び他の側面は、後述する実施例を参照して非限定的な例示により明らかになるであろう。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１に概略的に示されているスピンバルブ構造１は、基板３により支持される実質的に平行な層のスタックを備える。基板３は、例えばＳｉのような非磁性非導電性の材料で構成されることができ、ウェハの一部であってもよい。スタックは多数の層を含み、それらの層のうちＴａ及びＮｉＦｅの２つの層５及び７はそれぞれシード層として働き、スタックのＩｒＭｎの層９について正しい結晶組織を与える。層９は、構造のピン層であるスタックのＣｏＦｅの磁性多層１１ａ及び１１ｂの磁化をピン止めする（固定する）ためのピン止め層である反強磁性物質である。構造のアクティブな層に電子を閉じこめるため、ＮＯＬとも呼ばれるＣｏＦｅＯｘの反射層１３が、層１１ａと層１１ｂとの間に存在する。反射層１３は、ＣｏＦｅの酸化により形成される。他の例として、強磁性元素及びより電気的陰性度の大きい元素を含む合金が使用されてもよい。スタックのＣｕの層１５は、ピン層とセンス層１７との間で交換結合をブレークする働きをする。センス層１７は、この例ではＣｏＦｅの強磁性層であり、スタックの一部である。センス層１７上には、特別な酸化物層１９が、本発明に従う方法を用いて形成されている。この方法によれば、センス層１７が形成されたのち、この層の強磁性体の膜が酸化され酸化物になり、この例ではＣｏＦｅ酸化物になる。そののち、この層の上にアルミニウム膜を形成するために、酸化された層１７上に例えばスパッタリングによりアルミニウムが堆積される。こののち、堆積されたアルミニウムの酸化プロセスが続く。このプロセス中、酸化された層１７からの酸素が、酸化物層１９を形成するために使用される。この例では、アルミニウム酸化物層は、クローズ（ｃｌｏｓｅ）構造を有し、センス層１７とのシャープな境界を形成する。
【００１８】
図１に示される、必要な接続パッドを備えるスピンバルブ構造１は、フィールドセンサ、具体的にはＧＭＲセンサとして使用されることができる。このような種類のセンサは、特に、自動車及び産業の応用分野に適している。例として、デジタル位置センサ及びアナログ角度センサが挙げられる。
【００１９】
図２は、磁気読取りヘッドの一部を表している。読取りヘッドは、電気接続部１００をもつトランスデューサＴを有する。トランスデューサＴは、例えば図１に示す実施例のような本発明によるスピンバルブ構造の実施例を含む。読取りヘッドはフラックスガイド１０２、１０４を有し、これらのフラックスガイドは、磁気回路を形成するようにトランスデューサーＴに相対的に配置される。フラックスガイド１０２、１０４は、ヘッドの磁極面を形成する端面１０２ａ、１０４ａを有し、これらの端面の間には磁性ギャップ１０がある。例えば磁気テープ、ディスク又はカードのような磁気媒体が、端面１０２ａ、１０４ａの近傍を通る場合、その媒体上の磁気的に記憶された情報が、上記の磁気回路内に変化する磁束を生成し、この磁束が、また、トランスデューサＴを通して供給される。トランスデューサＴは、変化する磁束を電気抵抗のバリエーションに変える。これは、電気接続部１００に接続される適切な計測機器により測定されることができる。このような磁気ヘッドは、磁気媒体上の磁気情報の記録に使用されることができる誘導コイルを有していてもよい。
【００２０】
本発明による装置の実施例が図３に示されている。この装置は、フレーム２００と、例えばハードディスク又は光磁気ディスクのようなディスク状情報担体２０４を担持するためにフレーム２００内に回転可能に取り付けられるスピンドル２０２とを有する。情報担体２０４は、組み込まれた担体又は取り外し可能な担体でありうる。装置は、屈曲部２０６ａを介して符号２０８により示される本発明による読取りヘッドの実施例を支持するスイングアーム２０６を更に有する。スピンドル２０２及びアーム２０６を駆動するための駆動部が設けられる。動作状態において、ヘッド２０８は、回転する情報担体２０４を走査する。ヘッドは、情報担体２０４と対向して配置され、担体２０４に対して実質的に半径方向に移動する。図示される装置は、データ記憶システム、オーディオシステム又はビデオシステムの一部でありうる。本発明による装置は、テープ又はカードから情報を読み取るための装置であってもよい。
【００２１】
本発明による磁気メモリの実施例が図４に開示されている。このメモリは、メモリ素子３０２と、特定のメモリ素子を選択するためのワード線３０４及びビット線３０６とを有する。それぞれのメモリ素子３０２は、符号３００により図示される本発明によるスピンバルブ構造の実施例を含む。ビット線２０６におけるメモリ素子３０２は、例えばＣｕのように低い抵抗率の非磁性金属３０８により互いに隔てられてもよい。
【００２２】
本発明は、好適な実施例に関して図示され説明されているが、当業者であれば、この明細書に開示されている本発明の範囲及び精神から逸脱することなく形態、詳細及び／又は材料のさまざまな変更又は変形がなされてもよいことが分かるであろう。具体的には、上述したもの以外の強磁性体がセンス層に適していることがありうる。更に、それ自体知られている薄膜技法を含みうる本発明の方法により得られるスピンバルブ構造の応用の多様性がありうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるスピンバルブ構造の実施例の概略断面図。
【図２】本発明による読取りヘッドの実施例の概略斜視図。
【図３】本発明による装置の実施例を示す概略図。
【図４】本発明による磁気メモリの実施例の概略斜視図。
【図５】本発明による電子回路の実施例の概略図。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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