[发明专利]磁阻效应元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁阻效应元件和所述磁阻效应元件的制造方法，所述磁阻效应元件用于磁盘驱动装置的读取元件和磁性存储器(MRAM)。

背景技术

日本专利公开公报No.2005-340715公开了包括磁阻效应元件的传统磁盘驱动装置。所述磁盘驱动装置如图4所示。TMR元件10B用作磁阻效应元件。在TMR元件10B中，依次层积阻挡层8、反铁磁性层5、磁化固定层4、隧道阻挡层(阻挡层)3、磁化自由层(自由层)2和顶涂层1。

隧道阻挡层(阻挡层)3使磁化自由层(自由层)2与磁化固定层4在磁性上绝缘，并且施加对应于磁化自由层2的磁化方向的隧道电流。阻挡层3由诸如氧化铝、氧化镁等绝缘材料构成。所述阻挡层3通过将溅射金属膜氧化而形成(参见该专利公开公报的第0016段)。

磁阻效应元件的传统制造方法如图5A-5C所示，所述磁阻效应元件用于磁盘驱动装置的读取元件。

在图5A中，首先，在晶片基板12上形成底层14。然后，在底层14上依次形成反铁磁性层16、第一磁化固定层18a、钌(Ru)层18b和第二磁化固定层18c。将第一磁化固定层18a、钌(Ru)层18b和第二磁化固定层18c称为被钉扎层。所述第一磁化固定层18a和第二磁化固定层18c由诸如Co-Fe合金等铁磁性材料构成。

在图5B中，利用溅射法在第二磁化固定层18c上形成金属膜20，例如铝膜。金属膜20的厚度约为5。

接着，将晶片基板12放入氧气气氛室中以氧化金属膜20，从而金属膜20变为铝氧化物(Al-Oxide或AlO)。

注意，在以下说明中，在氧气气氛中将物质氧化被称为“自然氧化”。

由Al-Oxide构成的金属膜20作为所述阻挡层(隧道阻挡层)。

通过使金属膜20氧化，所述金属膜的体积增大以使金属膜20增厚。例如，当金属膜20的初始厚度约为5时，由Al-Oxide构成的被氧化的金属膜20的厚度将约为10。

在图5C中，在所述阻挡层(被氧化的金属膜)上形成自由层22，并且在自由层22上形成顶涂层24。

即，所述磁阻效应元件由底层14、反铁磁性层16、第一磁化固定层18a、钌(Ru)层18b、第二磁化固定层18c、阻挡层20、自由层22和顶涂层24构成。

在所述传统制造方法中，当金属膜20被自然氧化时，部分第二磁化固定层18c将与金属膜20一起被氧化。

如果第二磁化固定层18c被氧化，则第二磁化固定层18c的例如MR(磁阻)比等特性变差，以致所述磁阻效应元件(读取元件)的读取特性变差。

发明内容

为解决上述问题而做出了本发明。

本发明的一个目的在于提供磁阻效应元件，当作为阻挡层的金属膜被自然氧化时，所述磁阻效应元件能够抑制形成在阻挡层下的磁化固定层的氧化，以便防止所述磁化固定层的磁特性劣化并且稳定读取特性。

本发明的另一个目的在于提供所述磁阻效应元件的制造方法。

为达到所述目的，本发明具有以下结构。

本发明者发现，从表面开始自然氧化阻挡层(金属膜)时，在层积方向上氧化的进行状况与阻挡层(金属膜)的结晶状况之间存在关系。进而，基于这种关系，本发明者进行了研究，发明了在不氧化磁化固定层的条件下氧化阻挡层的技术。

即，磁阻效应元件(其包含磁化固定层、形成在所述磁化固定层上的阻挡层和形成在所述阻挡层上的自由层)的制造方法包括以下步骤：在基板上形成所述磁化固定层；形成金属膜作为所述阻挡层，其中，所述磁化固定层侧的金属膜的一部分由无定形物质或微晶物质构成，而在另一侧的金属膜的另一部分由结晶物质构成；在氧化性气氛中自然氧化所述金属膜；和在所述被氧化的金属层上形成所述自由层。

使用此方法，使磁化固定层侧的金属膜的一部分形成无定形状态或微晶态，而使另一侧的金属膜的另一部分形成晶态。金属膜的氧化从晶界开始进行，并且金属膜的所述一部分不含晶界或包含微晶，从而氧化均匀地进行。与所述传统方法不同，对于顺着层积方向延伸直到达到磁化固定层的晶界，该氧化不沿该晶界进行，并且在达到磁化固定层前阻挡层的氧化可以被容易地停止。即，可以氧化金属膜的所述一部分，而不氧化磁化固定层。

在所述方法中，在金属膜形成步骤中，金属膜的所述一部分的成膜速率可以低于金属膜的所述另一部分的成膜速率，以便使所述一部分中的晶粒小于所述另一部分中的晶粒。用此方法，可以降低成膜速率来形成无定形物质或微晶物质。