(57)【要約】【課題】  トンネル抵抗値の増加やＭＴＪ破壊電圧の低下を伴うことなく熱処理に晒すことができる磁気トンネル接合構造、これを実現し得る磁気トンネル接合の封入方法、およびそれを備えた磁気デバイスの形成方法を提供する。【解決手段】  反強磁性層１２、ピンド層１３、絶縁トンネル層１４、フリー層１５およびキャップ層１６を順次積層したのち、素子領域以外の領域をイオンミリング等によって選択エッチングし、ＭＴＪ積層構造を得る。次に、無酸素雰囲気中で第１の封入層３１を成膜したのち、酸素雰囲気中で第２の封入層３２を成膜する。追加埋込酸素を含まない封入層３１と酸素リッチな第２の封入層とを二重に積層してＭＴＪ積層構造を封じ込めることにより、外部からＭＴＪ接合を確実に絶縁分離できると共に、後工程で熱処理プロセスに曝されてもトンネル抵抗値の安定性が確保される。【選択図】  図１
2007110121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピンド層と、フリー層と、これらの間に設けられた絶縁トンネル層とを含むと共に、側壁面を有する積層体を用意し、
無酸素雰囲気中において、前記側壁面に第１の封入層(a first encapsulating layer)を形成し、
１３.３ｍＰａ以上の酸素分圧下において、前記第１の封入層の上に第２の封入層を形成する
ことを特徴とする磁気トンネル接合の封入方法。
【請求項２】
前記第１の封入層を、５ｎｍないし４０ｎｍの厚さをもつように形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気トンネル接合の封入方法。
【請求項３】
前記第２の封入層を、５ｎｍないし４０ｎｍの厚さをもつように形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気トンネル接合の封入方法。
【請求項４】
前記第１の封入層と同じ材料を用いて前記第２の封入層を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気トンネル接合の封入方法。
【請求項５】
前記第１の封入層の材料として、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化アルミニウム（ＡｌＮX）および窒化シリコン（ＳｉＮX）からなる群から選ばれる材料を用いる
ことを特徴とする請求項４に記載の磁気トンネル接合の封入方法。
【請求項６】
基板上にシード層を形成する工程と、
前記シード層の上に反強磁性層を形成する工程と、
前記反強磁性層の上にピンド層を形成する工程と、
前記ピンド層の上に絶縁トンネル層を形成する工程と、
前記絶縁トンネル層の上にフリー層を形成する工程と、
前記フリー層の上にキャップ層を形成する工程と、
前記の一連の工程により形成された積層膜を基板に達するまで選択的にイオンミリングすることにより、側壁面を有する積層体を形成する工程と、
無酸素雰囲気中において、前記側壁面に第１の封入層を形成する工程と、
１３.３ｍＰａ以上の酸素分圧下において、前記第１の封入層の上に第２の封入層を形成する工程と
を含み、その後に続く熱処理工程中の前記絶縁トンネル層の酸化を防止する
ことを特徴とする磁気デバイスの形成方法。
【請求項７】
前記第１の封入層を、５ｎｍないし４０ｎｍの厚さをもつように形成する
ことを特徴とする請求項６に記載の磁気デバイスの形成方法。
【請求項８】
前記第２の封入層を、５ｎｍないし４０ｎｍの厚さをもつように形成する
ことを特徴とする請求項６に記載の磁気デバイスの形成方法。
【請求項９】
前記第１の封入層と同じ材料を用いて前記第２の封入層を形成する
ことを特徴とする請求項６に記載の磁気デバイスの形成方法。
【請求項１０】
前記第１の封入層の材料として、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化アルミニウム（ＡｌＮX）および窒化シリコン（ＳｉＮX）からなる群から選ばれる材料を用いる
ことを特徴とする請求項９に記載の磁気デバイスの形成方法。
【請求項１１】
前記積層体は、傾斜した３つの側壁面と１つの平坦なエアベアリング面とを有する再生ヘッドである
ことを特徴とする請求項６に記載の磁気デバイスの形成方法。
【請求項１２】
前記積層体は、磁気メモリ素子である
ことを特徴とする請求項６に記載の磁気デバイスの形成方法。
【請求項１３】
前記絶縁トンネル層は０．４ｎｍ〜１．０ｎｍの膜厚を有し、その耐圧は２ボルト以下である
ことを特徴とする請求項６に記載の磁気デバイスの形成方法。
【請求項１４】
２５０°Ｃで３００分にわたる熱処理を行ったときの前記絶縁トンネル層の抵抗値増加が１％未満である
ことを特徴とする請求項６に記載の磁気デバイスの形成方法。
【請求項１５】
基板上に順に、シード層、反強磁性層、ピンド層、絶縁トンネル層、フリー層およびキャップ層を含むと共に、側壁面を有する積層体と、
酸素を捕獲可能な材料を用いて前記側壁面に形成された第１の封入層と、
前記第１の封入層の上に形成され、酸素を含有する第２の封入層と
を含み、熱処理工程中の前記絶縁トンネル層の酸化が防止されている
ことを特徴とする磁気トンネル接合構造。
【請求項１６】
前記積層体は、傾斜した３つの側壁面と１つの平坦なエアベアリング面とを有する再生ヘッドである
ことを特徴とする請求項１５に記載の磁気トンネル接合構造。
【請求項１７】
前記積層体は、磁気メモリ素子である
ことを特徴とする請求項１５に記載の磁気トンネル接合構造。
【請求項１８】
前記第１の封入層は、５ｎｍないし４０ｎｍの厚さをもつ
ことを特徴とする請求項１５に記載の磁気トンネル接合構造。
【請求項１９】
前記第２の封入層は、５ｎｍないし４０ｎｍの厚さをもつ
ことを特徴とする請求項１５に記載の磁気トンネル接合構造。
【請求項２０】
前記第１の封入層は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化アルミニウム（ＡｌＮX）および窒化シリコン（ＳｉＮX）からなる群から選ばれる材料で構成されている
ことを特徴とする請求項１５に記載の磁気トンネル接合構造。
【請求項２１】
前記絶縁トンネル層は０．４ｎｍ〜１．０ｎｍの膜厚を有し、その耐圧は２ボルト以下である
ことを特徴とする請求項１５に記載の磁気トンネル接合構造。
【請求項２２】
２５０°Ｃで３００分にわたる熱処理を行ったときの前記絶縁トンネル層の抵抗値増加が１％未満である
ことを特徴とする請求項１５に記載の磁気トンネル接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広く、磁気トンネル接合（ＭＴＪ；magnetic tunnel junctions）を有する磁気デバイスに係わり、特に、製造プロセス上で行われる熱処理に耐え得る磁気トンネル接合構造、そのような構造を実現するための磁気トンネル接合の封入方法、およびそのような構造を備えた磁気デバイスの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気トンネル接合（ＭＴＪ）構造は、磁気再生ヘッドおよびＭＲＡＭ（磁気ランダムアクセスメモリ）記憶素子の双方に共通に用いられる。図３は、従来の磁気再生ヘッドの一例を表すものである。この磁気再生ヘッドでは、図示しない下部磁気シールド層を基体として、その上に複数の層を積層してＭＴＪ積層構造を構成している。すなわち、基体上に、シード層１１１、ピンニング層としての反強磁性（ＡＦＭ）層１１２、強磁性のピンド層１１３、絶縁トンネル層（トンネルバリア層）１１４、強磁性のフリー層１１５およびキャップ層１１６を順次積層してなる構造である。この積層構造の３方向の側壁面は、イオンビームミリングを用いたエッチングプロセスによってスロープ状に形成されている。残りの側壁面である第４の側壁面（図の紙面内の面）は、平坦化されたエアベアリング面を構成している。この積層構造のトラック幅方向の両側（図中の左右）には、バイアス磁界を印加するためのハードバイアス層１１８が設けられている。なお、図１では、簡略化のために、上記の積層構造の上下に設けられる他の構成部分（下部導電リード層や上部導電リード層等）についての図示を省略している。
【０００３】
イオンミリングによるエッチングプロセスが終了した時点では、絶縁トンネル層１１４の端部が露出しており、ハードバイアス層１１８、あるいは後工程で形成される上部導電リード層（図示せず）によって、トンネル接合がショートしてしまう恐れがあるので、これを防ぐために、ＭＴＪ積層構造とハードバイアス層１１８との間に薄い絶縁層１１７が形成され、積層構造を絶縁体内部に封じ込めている。この封入用の絶縁層１１７の品質は、ＭＴＪの抵抗値およびその安定性に影響を与える。特に、ＭＴＪの抵抗値は、後工程である記録ヘッド形成工程において熱処理プロセスに曝されると、増加する。
【０００４】
図４は、ＭＴＪをＭＲＡＭ記憶素子に適用した従来例を表すものである。この例は、積層構造の４つの方向にスロープ状の側壁面が形成されている（よって、図２に示した断面は４つの方向のどれをとっても同じである）点と、縦安定化層（ハードバイアス層）が設けられていない点を除き、図１の構成と同様である。この図に示したように、絶縁トンネル層１１４の露出部分は、単一の封入層１１７によって保護されている。このデバイスにおいて、ＭＴＪ積層構造は、図示しない下部導電リード層の上に設けられている。ＭＴＪ積層構造の上には、上部導電リード層１１８が設けられている。なお、この図で、シード層１１１については、図示を省略している。
【０００５】
このように、ＭＴＪの抵抗値をコントロールすることは、よりよい磁気記録デバイスをつくる上で重要な事項である。特に近年における高感度化傾向の中では、ＭＴＪの抵抗値が、絶縁トンネル層の品質や、周囲の導電材料からのＭＴＪの隔絶（絶縁分離）状態による影響を敏感に受けやすいからである。
磁気記録ヘッドに適用する場合のＭＴＪ構造の一般的形成プロセスは以下の通りである。まず、シード層、反強磁性層、ピンド層、絶縁トンネル層、フリー層およびキャップ層を順次積層して磁気トンネル積層膜を形成したのち、この磁気トンネル積層膜を、フォトマスクを用いたイオンミリングにより選択的にエッチングしてパターニングを行い、磁気トラック幅を画定する。次に、接合部ドメインを安定化させるためのハードバイアス層を形成する。次に、上記と同様にイオンミリングを用いて、ストライプハイト（エアベアリング面と直交する方向の素子サイズ）を画定するための選択的エッチングを行う。さらに、こうしてパターニングされたＭＴＪ積層構造の上に上部導電リード層を形成する。
【０００６】
ＭＲＡＭに適用する場合には、露光領域の限定されたフォトマスクまたはハードマスクの下で、イオンミリングまたはＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いて磁気トンネル積層膜を選択的にエッチングしてパターニングすることにより、ＭＴＪ積層構造を形成する。フォトレジストのリフトオフ工程では、上記のパターニングの直後にＭＴＪ積層構造を封入層で覆ったのち、フォトレジストを、その上に付着している他の材料（封入層等）と一緒に化学的にリフトオフする。その後、上部導電リード層をＭＴＪ積層構造の上に直接形成する。
【０００７】
化学的機械研磨（ＣＭＰ）を用いた方法もある。この方法では、フォトレジストを除去したのちに、ＭＴＪ積層構造を覆うように、それよりも厚い封入層を全面に形成する。次に、ＣＭＰプロセスを行い、ＭＴＪ積層構造の最上面（上部導電リード層と接することになる面）が露出するまで全面を平坦化する。その後、上部導電リード層をＭＴＪ積層構造の上に形成する。
【０００８】
ＭＴＪ素子の抵抗値は絶縁トンネル層があるせいでかなり大きなものであるが、この値は、上記の封入層の品質（出来具合）に依存して大きくばらつく。
【０００９】
以上の点に関連して先行技術を調査したところ、以下のような特許文献１〜５が見つかった。
【００１０】
Guptaらによる特許文献１およびNuetzalらによる特許文献２には、従来の封入層についての記載がある。特許文献３において、Parkinらは、Ｔａ（タンタル）／ＴａＮ（窒化タンタル）という構成の封入層を２段階に形成することを提案している。特許文献４において、Slaughterらは、酸素が不足した層（例えばアルミニウム）を形成したのち、続く熱処理プロセスにおいて十分酸化させるという方法を提案している。Hibinoによる特許文献５は、酸素の非存在下でアルミナをスパッタリングしたのち、スパッタリングチャンバー内に酸素を導入してアルミニウムを酸化させることにより絶縁トンネル層を形成する方法を開示している。
【００１１】
【特許文献１】米国特許６,８８４,６３０
【特許文献２】米国特許６,７８４,０９１
【特許文献３】米国特許６,５１８,５８８
【特許文献４】米国特許６,５４４,８０１
【特許文献５】米国特許６,７６４,９６０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記の特許文献１〜５には、熱処理によるトンネル抵抗値の増加やトンネル破壊電圧の低下の防止については、有効な提案がなされていない。
【００１３】
本発明は係る課題に鑑みてなされたもので、その目的は、トンネル抵抗値の増加やトンネル破壊電圧の低下を伴わずに熱処理に晒すことが可能な磁気トンネル接合構造を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、上記のような磁気トンネル構造を実現することができる磁気トンネル接合の封入方法、およびそのような磁気トンネル接合構造を備えた磁気デバイスの形成方法を提供することにある。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、現行プロセスに大きな変更を加えることなく上記の目的を達成することを可能とする磁気トンネル接合構造、磁気トンネル接合の封入方法、および磁気デバイスの形成方法を提供することにある。
【００１６】
本発明のさらなる目的は、本発明と直接関係しない部分では従来のＭＴＪ積層構造と同等の性能を発揮することが可能な磁気トンネル接合構造、磁気トンネル接合の封入方法、および磁気デバイスの形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的は、ＭＴＪ積層構造の側壁面を２重の層で覆うことで達成される。第１の層は、酸素がない雰囲気中で形成される。その際、成膜中に失われていく酸素を置換（補給）することは行わない。そして、第１の層の形成直後、酸素雰囲気中で第２の層を形成する。第２の層の材料は、通常は第１の層と同じでよいが、必ずしもそれには限られない。このような２層構造にすることにより、熱処理に晒されてもトンネル抵抗値が増加したりトンネル破壊電圧が低下することがないことがわかった。より具体的には、以下の各手段により、上記目的が達成可能である。
【００１８】
本発明に係る磁気トンネル接合の封入方法は、ピンド層と、フリー層と、これらの間に設けられた絶縁トンネル層とを含むと共に側壁面を有する積層体を用意し、無酸素雰囲気中において側壁面に第１の封入層を形成し、１３.３ｍＰａ以上の酸素分圧下において第１の封入層の上に第２の封入層を形成するようにしたものである。ここで、無酸素雰囲気とは、成膜中に外部から酸素をチャンバー内に導入しない状態を意味する。
【００１９】
本発明に係る磁気デバイスの形成方法は、基板上にシード層を形成する工程と、シード層の上に反強磁性層を形成する工程と、反強磁性層の上にピンド層を形成する工程と、ピンド層の上に絶縁トンネル層を形成する工程と、絶縁トンネル層の上にフリー層を形成する工程と、フリー層の上にキャップ層を形成する工程と、上記の一連の工程により形成された積層膜を基板に達するまで選択的にイオンミリングすることにより、側壁面を有する積層体を形成する工程と、無酸素雰囲気中において、前記側壁面に第１の封入層を形成する工程と、１３．３ｍＰａ以上の酸素分圧下において第１の封入層の上に第２の封入層を形成する工程とを含み、その後に続く熱処理工程中の絶縁トンネル層の酸化を防止するようにしたものである。
【００２０】
本発明に係る磁気トンネル接合構造は、基板上に順に、シード層、反強磁性層、ピンド層、絶縁トンネル層、フリー層およびキャップ層を含むと共に側壁面を有する積層体と、酸素を捕獲可能な材料を用いて前記側壁面に形成された第１の封入層と、第１の封入層の上に形成されて酸素を含有する第２の封入層とを含み、熱処理工程中の絶縁トンネル層の酸化が防止されるように構成されている。
【００２１】
本発明に係る磁気トンネル接合構造、磁気トンネル接合の封入方法および磁気デバイスの形成方法では、無酸素雰囲気で成膜された第１の封入層と酸素雰囲気で成膜された第２の封入層の二重の封入層によってＭＴＪ積層構造が封じ込められる。このような二重封入層の構造により、まず第１に、ＭＴＪ積層構造は、酸素リッチな第２の封入層によって外部導体材料から確実に絶縁分離される。酸素原子を多く含有することによって第２の封入層の絶縁破壊電圧が向上するからである。第２に、後工程で熱処理プロセスに曝されても、外部（第２の封入層側）から侵入する酸素原子は、埋め込み酸素原子を含まない第１の封入層によって捕獲され、絶縁トンネル層に達しにくくなる。このため、酸素原子が絶縁トンネル層に注入されることによる膜性能の低下が防止され、トンネル抵抗値が安定する。
【００２２】
本発明に係る磁気トンネル接合構造、磁気トンネル接合の封入方法および磁気デバイスの形成方法において、第１の封入層は、例えば５ｎｍないし４０ｎｍの厚さをもつように形成し、第２の封入層もまた、５ｎｍないし４０ｎｍの厚さをもつように形成することができる。これらの封入層の膜厚は同じでもよいし、異なっていてもよい。また、第１の封入層と第２の封入層とは同じ材料を用いて形成するようにしてもよいし、異なる材料としてもよい。第１の封入層の材料としては、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化アルミニウム（ＡｌＮX）および窒化シリコン（ＳｉＮX）からなる群から選ばれる材料を用いることができる。第２の封入層の材料も同様である。
【００２３】
上記の積層体は、傾斜した３つの側壁面と１つの平坦なエアベアリング面とを有する再生ヘッドとして機能するものであってもよいし、あるいは磁気メモリ素子として機能するものであってもよい。絶縁トンネル層は、通常、０．４ｎｍ〜１．０ｎｍ（より好ましくは、０．５ｎｍ〜０．８ｎｍ）程度の膜厚を有し、耐圧が２ボルト以下であるように形成される。２５０°Ｃで３００分にわたる熱処理を行ったとき、絶縁トンネル層の抵抗値増加が１％未満であるようにすることが可能である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の磁気トンネル接合構造、磁気トンネル接合の封入方法および磁気デバイスの形成方法によれば、無酸素雰囲気で成膜された第１の封入層と酸素雰囲気で成膜された第２の封入層とを二重に積層してＭＴＪ積層構造を封じ込めるようにしたので、第２の封入層によって外部の導体材料からＭＴＪ積層構造を確実に絶縁分離することができると共に、後工程で熱処理プロセスに曝されても、埋め込み酸素原子を含まない第１の封入層によって外部からの酸素原子が捕獲されて絶縁トンネル層に達しにくくなる。このため、ＭＴＪ積層構造の破壊電圧が改善されると共に、トンネル抵抗値の安定性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、単に実施の形態という。）について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
［第１の実施の形態］
図１は本発明の一実施の形態に係る磁気デバイスの形成方法により作製されたＭＲＡＭ記憶素子の概略断面構造を表すものである。なお、本実施の形態に係る磁気トンネル接合構造および磁気トンネル接合の封入方法は、本実施の形態に係る磁気デバイスの形成方法によって具現化されるので、以下、併せて説明する。
【００２７】
まず、基体としての下部磁気シールド層（図示せず）の上にシード層１１を形成したのち、その上に、反強磁性（ＡＦＭ）のピンニング層１２、強磁性のピンド層１３、誘電体からなる絶縁トンネル層１４、強磁性のフリー層１５およびキャップ層１６を順次積層し、記憶素子本体部を構成することとなる多層膜を形成する。絶縁トンネル層１４の膜厚は、例えば、０．４ｎｍ〜１．０ｎｍとするのが好適であり、より好ましくは、０．５ｎｍ〜０．８ｎｍ程度である。また、絶縁トンネル層１４の耐圧（絶縁破壊電圧）は２ボルト以下である。
【００２８】
次に、この多層膜上の素子形成領域にフォトレジスト（図示せず）を選択的に形成したのち、このフォトレジストをマスクとして、多層膜イオンミリングにより基体に達するまで選択的にエッチングする。これにより、側壁面を有するＭＴＪ積層構造を得る。
【００２９】
次に、本実施の形態の主な特徴をなす封入層形成工程を行う。すなわち、まず適切な成膜方法（例えばスパッタリング等）を用いて、ＭＴＪ積層構造およびその上のフォトレジスト全体を覆うように、誘電体材料からなる第１の封入層３１を形成する。この第１の封入層３１の成膜は、無酸素雰囲気中で行う。このプロセスの最中において、成膜材料の解離(dissociation)のせいで失われた酸素の補給は行わない。
【００３０】
次に、第１の封入層３１の上に、誘電体材料からなる第２の封入層３２を全面に形成する。この第２の封入層３２の成膜は、１３．３ｍＰａ（＝０．１ｍＴｏｒｒ）以上の酸素分圧下で行う必要があるが、とりわけ６６．５ｍＰａ〜６６５ｍＰａ（＝０．５ｍＴｏｒｒ〜５．０ｍＴｏｒｒ）程度とするのが好ましい。また、概して、第１の封入層３１および第２の封入層３２の膜厚は、それぞれ、５ｎｍ〜４０ｎｍとする。
これらの２つの封入層を構成する誘電体材料は、同じでもよいが、異なっていてもよい。誘電体材料としては、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化アルミニウム（ＡｌＮX）および窒化シリコン（ＳｉＮX）等が利用可能であるが、これらには限定されない。
【００３１】
次に、ＭＴＪ積層構造の上に存在しているフォトレジスト（図示せず）を、その上の層（第１の封入層３１および第２の封入層３２）と一緒に化学的にリフトオフする。その後、上部導電リード層２８をＭＴＪ積層構造の上に直接形成する。
【００３２】
なお、上記のようなリフトオフ法に代えて、化学的機械研磨（ＣＭＰ）法を採用してもよい。この方法では、ＭＴＪ積層構造をパターニング形成したのちに、そのパターニングマスクであるフォトレジストを除去し、しかるのちに、ＭＴＪ積層構造を覆うように、それよりも厚い第１の封入層３１を全面に形成する。次に、ＣＭＰプロセスを行い、ＭＴＪ積層構造の最上面（上部導電リード層２８と接することになるキャップ層１６の上面）が露出するまで全面を平坦化研磨する。その後、上部導電リード層２８をＭＴＪ積層構造の上に形成する。
【００３３】
このようにして作製されたＭＲＡＭ記憶素子の一般的動作は次の通りである。
【００３４】
検出電流は、上部導電リード層２８からＭＴＪ積層構造を貫通して下部導電リード層（図示せず）へと積層面と直交する方向に流れる。もちろん、電流方向は、上記とは逆方向でもよい。フリー層１５の磁化方向はピンド層１３の磁化方向と平行または反平行になり得るようになっている。これにより、検出電流が絶縁トンネル層１４をトンネル通過する際の電気抵抗値が互いに異なる２つの状態を表すようになっている。読み出し動作時、情報は、ＭＴＪを流れる検出電流によってその磁気トンネル接合の磁気状態（電気抵抗値レベル）を検出することで読み出される。一方、書込動作時、情報は、図示しないワード線を流れるワード線電流と、図示しないビット線を流れるビット線電流との組み合わせにより生成される合成磁界によってフリー層１５の磁化方向を変化させ、接合の磁気状態（電気抵抗値レベル）をしかるべき状態に変化させることにより、書き込まれる。
【００３５】
次に、本実施の形態の特徴的な作用を説明する。
【００３６】
上記したように、本実施の形態では、トンネル接合の不安定性の問題を解決するために、封入層の成膜プロセスを工夫している。まず、誘電体材料をターゲットとしたスパッタリング（または、他の適切な成膜プロセス）により、ＭＴＪ積層構造上に、封入層のうちの第１の封入層３１を無酸素雰囲気中で成膜する。第２の封入層３２は、前記第１の封入層３１の形成後、直ちに、上記した所定範囲の酸素分圧下において第１の封入層３１の上に成膜する。第２の封入層３２は酸素を含有する層であり、膜全体の（絶縁）破壊電圧の向上に寄与する。一方、第１の封入層３１は、追加導入の酸素原子を含んでおらず、酸素を捕獲可能な層でため、酸素原子を含んだ第２の封入層３２に対する酸素ストッパとして機能する。すなわち、第２の封入層３２から絶縁トンネル層１４に移動しようとする酸素原子を第１の封入層３１によって阻止することができる。このため、絶縁トンネル層の膜質劣化の防止に寄与する。
【００３７】
表１は、本実施の形態（二重封入層）と比較例（単一封入層）について、封入層自体の絶縁耐圧（破壊電圧）を表すものである。なお、この表１の結果は、単層についても二重層についても、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）からなる封入層を用いた場合のデータである。この表１に示したように、本実施の形態における第１の封入層３１と第２の封入層３２とを組み合わせた二重封入層の構造は、良好な破壊電圧を維持する。具体的には、サンプル１〜５のいずれにおいても、封入層が単層の場合には７［Ｍｖ／ｃｍ］未満であったものが、本実施の形態の二重封入層にしたことにより、７［Ｍｖ／ｃｍ］を越える破壊電圧が得られた。なお、Ｍｖ／ｃｍは、Ｍｅｇａ-ｖｏｌｔ／ｃｍ（＝１０6ｖｏｌｔ／ｃｍ）である。
【００３８】
さらに、表２に示したように、後工程の熱処理（２５０°Ｃで３００分以上）を行った後においても、本実施の形態の場合（サンプルＡ，Ｂ）には、トンネル抵抗値はほとんど上昇せず（１％未満）、非常に安定している。封入層を単層にした場合（サンプルＣ，Ｄ）のトンネル抵抗値増加率が６０％を越えるのに比べると、本実施の形態ではトンネル抵抗値の安定性が著しく改善されていることがわかる。
【００３９】
【表１】
2007110121.tif 000003
【００４０】
【表２】
2007110121.tif 000004
【００４１】
このように、本実施の形態によれば、無酸素雰囲気で成膜された第１の封入層３１と酸素雰囲気で成膜された第２の封入層３２とを二重に積層してＭＴＪ積層構造を封じ込めるようにしたので、第２の封入層３２によって外部の導体材料からＭＴＪ積層構造を確実に絶縁分離することができると共に、後工程で熱処理プロセスに曝されても、埋め込み酸素原子を含まない第１の封入層３１によって外部からの酸素原子が捕獲されて絶縁トンネル層１４に達しにくくなる。このため、ＭＴＪ積層構造の破壊電圧が向上すると共に、酸素原子が絶縁トンネル層に注入されることによる膜質の低下が防止されてトンネル抵抗値の安定性が改善される。
【００４２】
［第２の実施の形態］
図２は本発明の一実施の形態に係る磁気デバイスの形成方法により作製された磁気再生ヘッドの概略断面構造を表すものである。この図では、図１に示した構成要素と同等のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。この磁気再生ヘッドは、スロープ状の側面が３方向（図２における左右と、紙背側）にのみ形成されていて図２の紙面に含まれる面は平坦なエアベアリング面となっている点、および、ＭＴＪ積層構造のトラック幅方向の両側の第１および第２の封入層３１，３２の上にハードバイアス層１８が設けられている点を除き、上記第１の実施の形態（図１）の構造とほぼ同様の構造を有する。
【００４３】
本実施の形態の磁気再生ヘッドの場合においても、上記第１の実施の形態の場合と同様の素子形成方法が適用できる。すなわち、反強磁性層１２からキャップ層１６までを順次積層して多層膜を形成したのち、フォトレジストをマスクとして用いたイオンミリングにより上記の多層膜を選択的にエッチングしてパターニングを行い、磁気トラック幅を画定する。
【００４４】
次に、上記第１の実施の形態の場合（図１）と同様のプロセスにより、ＭＴＪ積層構造およびその上のフォトレジストマスク全体を覆うように第１および第２の封入層３１，３２を順次成膜したのち、接合部ドメインを安定化させるためのハードバイアス層１８を形成する。次に、上記と同様にイオンミリングを用いて、ストライプハイト（エアベアリング面と直交する方向の素子サイズ）を画定するための選択的エッチングを行う。そして、ＭＴＪ積層構造の上に存在しているフォトレジスト（図示せず）を、その上の層（第１の封入層３１および第２の封入層３２）と一緒に化学的処理によってリフトオフする。その後、上部導電リード２８をＭＴＪ積層構造の上に直接形成する。
【００４５】
本実施の形態の場合においても、無酸素雰囲気で成膜された第１の封入層３１と酸素雰囲気で成膜された第２の封入層３２とを二重に積層してＭＴＪ積層構造を封じ込めるようにしたので、ＭＴＪ積層構造の破壊電圧が改善されると共に、トンネル抵抗値の安定性が改善される。
【００４６】
以上、好適な実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、ＭＴＪ積層構造の適用例としてＭＲＡＭ記憶素子および磁気再生ヘッドについて例示して説明したが、これらには限定されず、他の磁気素子、例えば電流センサ、地磁気センサ、加速度センサ等の各種磁気センサにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施の形態における磁気メモリ素子の断面構造を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態における磁気再生ヘッドの断面構造を示す断面図である。
【図３】従来の磁気再生ヘッドの断面構造を示す断面図である。
【図４】従来の磁気メモリ素子の断面構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１２…反強磁性層、１３…ピンド層、１４…絶縁トンネル層、１５…フリー層、１６…キャップ層、１８…ハードバイアス層、２８…上部導電リード層、３１…第１の封入層、３２…第２の封入層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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