磁阻效应元件制造技术

本发明专利技术提供一种磁阻效应元件，具有固定强磁性层和自由强磁性层及由这些强磁性层夹持的阻挡层，且在自由强磁性层中使用硼Ｂ的添加量（ｂ：原子％）为２１％≤ｂ≤２３％的ＣｏＦｅＢ而构成。这样，在该磁阻效应元件中，在保持高ＭＲ比的同时磁致伸缩常数在磁致伸缩常数零附近不会急剧变化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁阻效应元件，特别涉及在磁头或存储器等器件中使用的、在保持高MR比的同时将磁致伸缩常数抑制为较小的磁阻效应元件。
技术介绍
磁阻效应元件使用在作为非易失性存储器而公知的MRAM(磁性随机存储器)和磁头及磁传感器等上。该磁阻效应元件基本上具有包括固定强磁性层/阻挡层/自由强磁性层的三层构造的膜构造。在两个强磁性层间流过电流时，电阻在两个强磁性层的磁化为平行于层的相同的方向时较小(Rp)，在为平行于层的相反的方向时较大(RA)。表示两个强磁性层的磁化方向所产生的电阻变化的大小的是MR比，其定义如下MR比(％)＝(RA-Rp)×100÷Rp。在MRAM中，通过TMR元件的两个强磁性层的磁化方向的不同所产生的电阻变化进行信息的读取、读出，所以MR比大可增大输出电压。对于上述磁阻效应元件，本专利技术的专利技术者们通过将非结晶CoFeB用作自由强磁性层，且在该阻挡层上横跨单晶或厚度方向使不具有晶界的高定向多结晶构造(纤维质)的MgO膜成长，通过制成包括CoFeB(固定强磁性层)/MgO(中间层)/CoFeB(自由强磁性层)三层结构的膜结构，发现获得了230％的高MR比。该事实在David D Diayaprawira与其他八人的“230％room-temperature magnetoresistance in CoFeB/MgO/CoFeB magnetic tunneljunction”(美国物理学会，2005年2月23日在线发行)的文献中公开。在磁头、存储器、磁传感器等器件中，磁致伸缩常数是为了使器件良好地工作而应该进行管理的测定量之一。如果将磁性材料的膜应力设为σ、将磁致伸缩常数设为λ、将饱和磁化设为Ms，则各向异性磁场Hk可由下式表示Hk＝3|λ|σ/Ms。根据上式可知，在磁性材料的饱和磁化Ms为一定的条件下，当膜应力σ和磁致伸缩常数λ变大时，由逆磁致伸缩效果使各向异性磁场Hk变大。在磁头中，在自由强磁性层的膜面内方向施加数百Oe的偏压磁场进行工作。由于逆磁致伸缩效应所产生的各向异性磁场Hk扰乱偏压磁场，所以要求将逆磁致伸缩效应所产生的各向异性磁场Hk抑制为较小，在实用中理想的是10Oe以下。通常，由于自由强磁性层所具有的应力σ为300MPa以下，所以为使逆磁致伸缩效应所产生的各向异性磁场Hk为10Oe以下，需要使磁致伸缩常数的值在±1.0×10-6以内。对于上述文献中记载的磁阻效应元件，在测定自由强磁性层即CoFeB膜的磁致伸缩常数时，可知其绝对值比1.0×10-6大很多。当自由强磁性层的磁致伸缩常数的绝对值比1.0×10-6大时，对用该磁阻效应元件制作的器件的工作产生不良影响，不能发挥所需的器件性能。因此，需要减小磁阻效应元件的自由强磁性层的磁致伸缩常数。于是，本专利技术的专利技术者们以减小磁阻效应元件的自由强磁性层的磁致伸缩常数的观点，通过将已知磁致伸缩常数小的NiFe膜与自由强磁性层CoFeB层叠，尝试测定成为两层的层压膜“CoFeB/NiFe”的磁致伸缩常数。根据这点，虽然该层压膜的磁致伸缩常数与单层CoFeB的磁致伸缩常数比较为较低，但下降程度不够，再者而且，得到了与单层CoFeB比较，MR比大幅下降的结果。图7和图8表示变化层压膜“CoFeB/NiFe”的B添加量测定磁致伸缩常数和MR比的结果。在图7的变化特性61中，当添加硼B时，可使磁致伸缩常数的值下降到2.5×10-6左右，但不能使其进一步下降，且不能使磁致伸缩常数的值比所需的1.0×10-6小。而且，当增加硼B的添加量时，在图8的变化特性62中，MR比进一步下降，在B的添加量为20％时，MR比下降到约23％。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种在保持高MR比的同时将磁致伸缩常数抑制为较小的磁阻效应元件。本专利技术的其它目的理想的是提供一种在保持高MR比的同时磁致伸缩常数的绝对值比1.0×10-6小的磁阻效应元件。为实现上述目的，本专利技术的磁阻效应元件构成如下 第一方案的磁阻效应元件，具有固定强磁性层、自由强磁性层及由这些强磁性层夹持的阻挡层，且在自由强磁性层中使用硼B的添加量(b原子％)为21％≤b≤23％的CoFeB而构成。第二方案的磁阻效应元件，具有固定强磁性层、自由强磁性层及由这些强磁性层夹持的阻挡层，且在自由强磁性层中使用镍Ni的添加量(a原子％)为5％≤a≤17％的CoNiFeB而构成。第三方案的磁阻效应元件，在上述第一方案或第二方案基础上，其特征在于，最好阻挡层包含MgO层。根据本专利技术，在具有固定强磁性层、自由强磁性层及由这些强磁性层夹持的阻挡层的磁阻效应元件中，在保持高MR比的同时，可将磁致伸缩常数的值抑制为±1.0×10-6以内。附图说明本专利技术的上述目的及特征根据下述附图相关的优选实施例中的以下技术而明晰。图1是表示本专利技术的代表实施例的磁阻效应元件的层压结构的构成图。图2是制作本实施例的磁阻效应元件的磁性多层膜制作装置的俯视图。图3是表示本专利技术磁阻效应元件第一实施例的依赖于B的添加量的磁致伸缩λ的变化特性的曲线图。图4是表示本专利技术磁阻效应元件第一实施例的依赖于B的添加量的MR比的变化特性的曲线图。图5是表示本专利技术磁阻效应元件第二实施例的依赖于Ni的添加量的磁致伸缩λ的变化特性的曲线图。图6是表示本专利技术磁阻效应元件第二实施例的依赖于Ni的添加量的MR比的变化特性的曲线图。图7是表示以自由强磁性层作为层压膜“CoFeB/NiFe”的磁阻效应元件的依赖于B的添加量的磁致伸缩λ的变化特性的曲线图。图8是表示以自由强磁性层作为层压膜“CoFeB/NiFe”的磁阻效应元件的依赖于B的添加量的MR比的变化特性的曲线图。具体实施例方式下面根据附图来说明本专利技术的优选实施例。在图1中，该磁阻效应元件10中，在基板11上形成构成磁阻效应元件10的例如十一层的多层膜。基板11是硅等的材料。磁阻效应元件10是为了明白层压构造而描述，省略了左右两侧横向的延展部分。该十一层的多层膜，从最下层的第一层到最上层的第十一层依次为“Ta”、“CuN”、“Ta”、“PtMn”、“CoFe”、“Ru”、“CoFeB”、“Mg”、“MgO”、“CoFeB或CoNiFeB”、“Ta”顺次层压为磁性膜等。从第一层(Ta钽)到第三层的层形成基层12。第四层(PtMn)是反强磁性层13。第五层到第七层(CoFe、Ru及CoFeB)形成固定强磁性层14。第八层(Mg)和第九层(MgO氧化镁)是绝缘层(阻挡层)15且是隧道阻挡层。第十层(CoFeB或CoNiFeB)是自由强磁性层16。由第八层(Mg)和第九层(MgO)构成的阻挡层，由固定强磁性层(CoFeB)和自由强磁性层(CoFeB或CoNiFeB)两个强磁性层夹持。第十一层(Ta钽)形成防氧化层17。通过由上述的固定强磁性层和阻挡层及自由强磁性层构成的三层构造，作为基本构造而形成了狭义上的磁阻效应元件。作为固定强磁性层的第七层“CoFeB”已知为非结晶状态的强磁性体。作为隧道阻挡层的MgO层为使具有横跨单晶或厚度方向不带晶界的高定向多晶构造(纤维质)而形成。再者，在图1中，各层记载在括号内中的数值只表示各层的厚度，单位是“埃()”。该厚度是一个实例，并不限于此。上述磁阻效应元件10是以隧道阻挡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁阻效应元件，具有固定强磁性层、自由强磁性层及由这些强磁性层夹持的阻挡层，其特征在于：　　　　在所述自由强磁性层中使用硼Ｂ的添加量（ｂ：原子％）为２１％≤ｂ≤２３％的ＣｏＦｅＢ。

【技术特征摘要】
JP 2005-9-27 2005-2795591.一种磁阻效应元件，具有固定强磁性层、自由强磁性层及由这些强磁性层夹持的阻挡层，其特征在于在所述自由强磁性层中使用硼B的添加量(b原子％)为21％≤b≤23％的Co...

【专利技术属性】
技术研发人员：恒川孝二，大卫D贾亚普拉维拉，
申请(专利权)人：佳能安内华股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]