[发明专利]磁阻效应器件、磁层叠结构体及磁层叠结构体的制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于申请日为2007年3月20日的日本专利申请第2007-072280号并要求该日本专利申请的优先权，其全部内容通过参考援引于此。

技术领域

本发明涉及一种具有由包含Ir和Mn的反铁磁材料制成的钉扎层的磁阻效应器件、磁层叠结构体及磁层叠结构体的制造方法。

背景技术

交换耦合膜具有由反铁磁膜和铁磁膜构成的层叠结构，交换耦合膜被用来固定硬盘驱动器(HDD)的读取器件或磁阻效应型随机存取存储器(MRAM)中所使用的铁磁膜的磁化方向。

图12是HDD读取器件和磁记录介质的部分透视图。定义一个xyz正交坐标系，xy平面定义在磁记录介质103的表面上，而z轴垂直于磁记录介质103的上述表面。假定x轴方向对应于拖动方向而y轴方向对应于磁道宽度方向。一对磁性防护层100及101设置在x轴方向上彼此相距一定距离。磁阻效应器件102设置在上述磁性防护层之间。磁阻效应器件102在z轴方向上面向磁记录介质103，并与磁记录介质103间有微小间隙。例如，利用隧道磁阻效应器件(TMR器件)或自旋阀膜(spin valve film)作为磁阻效应器件102。

TMR器件例如具有层叠结构，该层叠结构由在x轴方向上叠置的底层、反铁磁性钉扎层、铁磁性基准层、隧道阻挡层、自由层、及顶层构成。磁记录介质103所产生的磁场由磁阻效应器件102的自由层来感应，且磁场的变化作为电子信号来读取。

上述这对磁性防护层100和101具有从与将要读取的目标位相邻的位吸引磁场的功能。位长(bit length)Lb因此取决于磁阻效应器件102的总厚度(读取间隙长度)Lrg。位长Lb随着读取间隙长度Lrg变长而变长。希望的是缩短读取间隙长度Lrg以便缩短位长Lb。

直到2003年为止，已将Ta/NiFe叠置层、Ta/Ru叠置层、NiCr层或NiFeCr层用作HDD读取器件的底层，而且已将PtMn层或PdPtMn层用作反铁磁性钉扎层。然而，反铁磁性钉扎层需要具有15nm或更厚的厚度，以便反铁磁性钉扎层与铁磁性基准层交换耦合。随着钉扎层变厚，读取间隙长度Lrg就变长。因此难以通过缩短位长Lb来提高记录密度，

如果将IrMn用于钉扎层，则即使将钉扎层减薄至大约4nm，钉扎层也与被钉扎层交换耦合。因此将IrMn用于钉扎层的磁阻效应器件适于提高记录密度(例如参考JP-A-2005-244254的日本专利申请)。

为了最大程度上体现出将MgO用于隧道阻挡层的TMR器件的性能，优选使得MgO具有(200)取向。可通过将非晶态CoFeB用于作为隧道阻挡层底层的基准层，来使得MgO具有(200)取向(参考David D.Djaystprawira等人的论文“230％room-temperature magnetoresistance in CoFeB/MgO/CoFeBmagnetic tunnel junctions”。Appl.Phys.Lett.，86，092502(2005))。

如果将IrMn用于TMR器件的钉扎层，钉扎层的表面光滑度就会恶化(表面粗糙度增加)。如果使得隧道阻挡层变薄以降低TMR器件的面电阻RA，则基准层与磁化自由层之间的静磁相互作用(magnetostatic interaction)就会因基准层的表面不规则而变大。因此，磁化自由层的磁化方向受到基准层磁化的影响。如果MgO隧道阻挡层薄，则在隧道阻挡层中就会因基准层的表面不规则而产生针孔，并且器件性能可能恶化。

当作为MgO隧道阻挡层的底层的基准层是由非晶态CoFeB制成的时候，如果MgO膜生长到某个厚度，即可得到具有良好(200)取向的MgO。然而，如果MgO膜薄，就难以形成具有足够(200)取向的膜。MR比随着MgO膜的取向恶化而降低。

发明内容

根据一个本发明实施例的方案，提供一种磁阻效应器件，包括：底层，由NiFeN制成且设置于衬底的主表面上；钉扎层，由包含Ir和Mn的反铁磁材料制成且设置于底层上；基准层，设置于钉扎层上且由如下铁磁材料制成：该铁磁材料的磁化方向通过直接或经由另一铁磁材料层与钉扎层交换耦合而固定；非磁性层，由非磁性材料制成且设置于基准层上；以及自由层，设置于非磁性层上且由如下铁磁材料制成：该铁磁材料的磁化方向在外部磁场的影响下改变。