JPH10163545A

JPH10163545A - 磁気抵抗効果素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH10163545A
Application number: JP8319254A
Authority: JP
Inventors: Toshio Tanuma; 俊雄田沼; Minoru Kume; 実久米
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-11-29
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 1998-06-19

Abstract

(57)【要約】【課題】磁気抵抗効果膜１０の膜厚方向に電流を流す
ことができ、かつ磁気抵抗効果膜１０の側部における電
気的な短絡を生じることなく製造することができる磁気
抵抗効果素子及びその製造方法を得る。【解決手段】下部電極層２の上の磁気抵抗効果膜を選
択的にエッチングすることにより磁界検出領域Ｄに磁気
抵抗効果膜１０を残すように設け、この磁気抵抗効果膜
１０の上に設けられた上部電極層８と下部電極層２との
間に電流を流すことによりその電気抵抗の変化から磁界
を検出する磁気抵抗効果素子であり、下部電極層２の上
の少なくとも磁界検出領域Ｄ以外の領域にエッチングに
対する保護膜３が設けられていることを特徴としてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素子
及びその製造方法に関するものであり、特に巨大磁気抵
抗（ＧＭＲ）を示す磁気抵抗効果素子及びその製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）は、磁場
印加による磁気抵抗効果膜の磁気抵抗の変化を検出する
ことにより、磁界強度及びその変化を測定するための素
子である。このような磁気抵抗効果素子を組み込んだ再
生ヘッド（ＭＲヘッド）は、従来の誘導型ヘッドに比べ
磁気感度が高いので、ハード・ディスク装置の再生ヘッ
ドとして検討されている。このようなＭＲヘッドの感度
を高めることにより、ハード・ディスク装置の面記録密
度を向上させることが可能になる。従って、感度に対応
するＭＲ比の高い磁気抵抗効果膜の開発が近年盛んに進
められている。

【０００３】大きなＭＲ比を示す素子として、巨大磁気
抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）が知られている。このよう
なＧＭＲ素子として、強磁性層／非磁性導電層／強磁
性層／反強磁性層を基本構成単位とするスピンバルブ型
の積層膜、強磁性層／非磁性導電層／強磁性層を基本
構成単位とし強磁性層が互いに保磁力の異なる保磁力差
型の積層膜、及び強磁性層／非磁性導電層を多数回繰
り返し積層した人工格子型の積層膜などが知られてい
る。

【０００４】これらの積層膜において、電流は主に非磁
性導電層中を流れると考えられており、非磁性導電層と
強磁性層の界面における電子の散乱状態が磁界強度の変
化によって変化し、これによって電気抵抗が変化するも
のと考えられている。これらの積層膜を用いたＭＲ素子
においては、積層膜の膜面方向に沿って一対の電極を対
向して設け、これらの電極間の領域を磁界検出領域とし
ている。従って、磁界検出領域の幅は電極間の距離によ
って定められる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、磁気記
録の分野においては、高密度化が望まれており、このた
め磁気記録のトラック幅を狭小化することが要望されて
いる。このようなトラック幅の狭小化に伴い、ＭＲ素子
においても磁界検出領域を狭小化することが検討されて
いる。

【０００６】また、上述のように巨大磁気抵抗を示す積
層膜では、非磁性導電層と強磁性層の界面の電子の散乱
状態がＭＲ比の変化に寄与する。従来のＧＭＲ素子で
は、電流が膜面方向に沿って非磁性導電層中を流れてい
るため、界面領域における電子の散乱状態の影響が磁気
抵抗の変化に十分に反映されていないと考えられる。

【０００７】上記の観点から、積層膜を磁界検出領域の
みに限定して設け、積層膜の上方及び下方に電極層を設
け、積層膜の膜面方向に対し略垂直方向に電流を流す構
成が考えられる。このような構成にすることにより、積
層膜を流れる電流はより多くの界面領域における電子の
散乱状態の影響を受け、ＭＲ比が向上することが期待さ
れる。また、積層膜及び電極層を限定的に形成すること
により磁界検出領域を形成することができるので、磁界
検出領域、すなわちトラック幅の狭小化が可能となる。

【０００８】積層膜を磁界検出領域のみに限定的に設け
る方法としては、例えばフォトリソグラフィー法を用い
て磁界検出領域以外の領域をエッチングし、磁界検出領
域にのみ積層膜を残す方法が考えられる。しかしなが
ら、積層膜の下方には、通常下部電極層が存在してお
り、このような下部電極層をスパッタリングなどでエッ
チング加工すると、下部電極層材料が積層膜の側部に付
着し、積層膜間で電気的な短絡を生じてしまうという問
題を生じる。

【０００９】本発明の目的は、磁気抵抗効果膜の膜厚方
向に電流を流すことができ、かつ磁気抵抗効果膜の側部
における電気的短絡を生じることなく製造することがで
きる磁気抵抗効果素子及びその製造方法を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の磁気抵抗効果素
子は、下部電極層の上の磁気抵抗効果膜を選択的にエッ
チングすることにより磁界検出領域に磁気抵抗効果膜を
残すようにして設け、この磁気抵抗効果膜の上に設けら
れた上部電極層と下部電極層との間に電流を流すことに
より、その電気抵抗の変化から磁界の変化を検出する磁
気抵抗効果素子であり、下部電極層の上の少なくとも磁
界検出領域以外の領域に、エッチングに対する保護膜が
設けられていることを特徴としている。

【００１１】本発明に従えば、下部電極層の上の少なく
とも磁界検出領域以外の領域に、エッチングに対する保
護膜が設けられているので、磁界検出領域に磁気抵抗効
果膜を残すように選択的にエッチングする際、下部電極
層をエッチングして下部電極層材料が磁気抵抗効果膜の
側部に付着することを防止することができる。

【００１２】本発明における保護膜を形成する材料とし
ては、下部電極層に比べエッチングされにくい材料であ
れば特に限定されるものではないが、例えばＴａ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ、Ｐｂ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｕ、Ｖ、Ｎｂ、Ｒｅ、Ｓ
ｂ、及びＴｅなどの金属材料を用いることができる。こ
れらの保護膜は、アモルファス材料から形成されてもよ
い。

【００１３】本発明の製造方法は、下部電極層と上部電
極層の間の磁界検出領域に磁気抵抗効果膜が設けられた
磁気抵抗効果素子を製造する方法であり、下部電極層の
上に保護膜を形成する工程と、保護膜の上に磁気抵抗効
果膜を形成する工程と、磁気抵抗効果膜の磁界検出領域
以外の領域を保護膜内に達するまでエッチングし、磁界
検出領域に磁気抵抗効果膜を残すようにパターニングす
る工程とを備え、エッチング工程において、下部電極層
材料の磁気抵抗効果膜の側部への付着が保護膜の存在に
よって防止されていることを特徴としている。

【００１４】本発明の製造方法によれば、磁気抵抗効果
膜をエッチングする際、下部電極層上に設けられた保護
膜内に達するまでエッチングしている。従って、エッチ
ング工程において下部電極層がエッチングされることは
なく、下部電極層材料が磁気抵抗効果膜の側部に付着す
るのを防止することができる。

【００１５】保護膜としては、上記本発明の磁気抵抗効
果素子における保護膜と同様のものを用いることができ
る。上部電極層は、エッチング工程前の磁気抵抗効果膜
の上に形成し、エッチング工程において磁気抵抗効果膜
と伴に所定の形状に、すなわち磁界検出領域の形状とな
るようにパターニングしてもよい。また、磁気抵抗効果
膜をエッチングした後に、上部電極層を選択的に形成し
てもよい。このような場合、例えば、上部電極層以外の
領域をマスクし、上部電極層を形成した後にマスクを除
去する、いわゆるリフトオフ法により形成することがで
きる。

【００１６】本発明における保護膜の厚みは、エッチン
グ工程において下部電極層にエッチングが及ばないよう
な厚みであれば特に限定されるものではないが、一般に
は、５〜３０ｎｍ程度の厚みが適当である。

【００１７】本発明における磁気抵抗効果膜は、特に限
定されるものではなく、上述のように、スピンバルブ型
積層膜、保磁力差型積層膜、及び人工格子型積層膜など
の強磁性層と非磁性導電層の積層構造を有する磁気抵抗
効果膜を用いることができる。さらには、一対の強磁性
層の間に非磁性絶縁層が挟まれた積層構造を有する強磁
性トンネル接合型磁気抵抗効果膜にも適用することがで
きる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に従う一実施例の
磁気抵抗効果素子を示す断面図であり、図２は平面図で
ある。

【００１９】図１に示す磁気抵抗効果素子においては、
磁気抵抗効果膜としてスピンバルブ型の積層膜が用いら
れている。図１を参照して、基板１の上には下部電極層
２が形成されている。基板１の材質は非磁性材料であれ
ば特に限定されるものではなく、例えば、Ｓｉ、Ｔｉ
Ｃ、Ａｌ₂Ｏ₃、及びガラスなどの材質が用いられる。
下部電極層２としては、電気抵抗の低い材料が用いら
れ、例えばＣｕなどの材料が用いられる。本実施例で
は、下部電極層２の厚みは１００ｎｍとなるように形成
されている。下部電極層２の上には、保護膜３が形成さ
れている。本実施例では保護膜３としてＺｒ層（膜厚１
０ｎｍ）またはＴａ層（膜厚１０ｎｍ）が形成されてい
る。

【００２０】保護膜３上の磁界検出領域Ｄには、磁気抵
抗効果膜１０が形成されている。磁気抵抗効果膜１０
は、強磁性層４、非磁性導電層５、強磁性層６、及び反
強磁性層７をこの順序で積層することにより形成されて
いる。本実施例では、強磁性層４としてＮｉＦｅ層（膜
厚１０ｎｍ）、非磁性導電層５としてＣｕ層（膜厚３ｎ
ｍ）、強磁性層６としてＮｉＦｅ層（膜厚５ｎｍ）、及
び反強磁性層７としてＦｅＭｎ層（膜厚２０ｎｍ）が形
成されている。磁気抵抗効果膜１０の最上層である反強
磁性層７の上には上部電極層８が形成されている。本実
施例では上部電極層８として、Ｃｕ層（膜厚１００ｎ
ｍ）が形成されている。

【００２１】図２を参照して、基板１上に形成されてい
る下部電極層２及び保護膜３は、基板１の端部１ａに接
する領域において、端部１ａに沿う方向に形成されてい
る。ＭＲヘッドの場合、基板１の端部１ａは、ヘッド摺
動面となる部分である。下部電極層２及び保護膜３の中
央の磁界検出領域Ｄにおいて略垂直方向に交差するよう
に上部電極層８が設けられている。本実施例では、上部
電極層８の下の磁気抵抗効果膜１０は上部電極層８と同
様のパターン形状となるように形成されている。上部電
極層８の端部には、Ｃｕなどからなる電極リード層１１
が接続されている。また下部電極層２の端部にも、Ｃｕ
からなる電極リード層１２が接続されている。上部電極
層８と下部電極層２の間で電流が流され、上部電極層８
と下部電極層２の重なり部分がＭＲ素子として機能す
る。上部電極層８と下部電極層２の間で電流が流れるの
で、電流は磁気抵抗効果膜１０の膜面方向に対し略垂直
方向に流れる。

【００２２】本実施例の磁気抵抗効果膜１０はスピンバ
ルブ型の積層膜であるので、強磁性層６の磁化方向が反
強磁性層７によってピン留めされており、強磁性層４の
磁化方向が外部磁界の影響で変化することにより強磁性
層４と非磁性導電層５の境界領域における電子の散乱状
態が影響を受ける。本実施例では、磁気抵抗効果膜１０
の膜厚方向に電流が流れるので、上記境界領域における
電子の散乱状態の変化の影響をより大きく受けることが
でき、より大きなＭＲ比を示すことができる。

【００２３】図３は、図１及び図２に示す実施例の磁気
抵抗効果素子を製造する工程を説明するための断面図で
ある。図３を参照して、基板１の上に下部電極層２及び
保護膜３を順次積層する。これらの薄膜は、例えば、イ
オンビームスパッタリング法により形成することができ
る。次に、図２に示すように、基板１上の端部１ａに接
する所定の領域にのみ下部電極層２及び絶縁膜３が残さ
れるようにフォトリソグラフィー法によりパターニング
する。

【００２４】次に、図３に示すように、強磁性層４、非
磁性導電層５、強磁性層６、及び反強磁性層７をこの順
序で全面に形成する。さらに、反強磁性層７の上に、上
部電極層８を全面に形成する。これらの各層は、例えば
イオンビームスパッタリング法により形成することがで
きる。次に、図３に示すように、上部電極層８上の磁界
検出領域Ｄにレジスト膜９を形成する。このレジスト膜
９をマスクとして、上部電極層８及び磁気抵抗効果膜１
０の各層を、例えばスパッタリングによりエッチングす
る。このエッチングを、保護膜３内に到達するまで行
う。次にレジスト膜９を除去することにより、図１に示
すような断面図の構造を得ることができる。

【００２５】次に、図２に示すように、上部電極層８と
接続する電極リード層１１を形成し、下部電極層２と接
続する電極リード層１２を形成する。これらの電極リー
ド層１１及び１２は、例えば、形成領域以外をマスクし
ておき、形成後にマスクを除去するリフトオフ法により
形成することができる。なお、電極リード層１２は、直
接下部電極層２と接触するように、その接続部において
保護膜３が除去されていることが好ましい。

【００２６】以上のように、上部電極層８及び磁気抵抗
効果膜１０を磁界検出領域Ｄにのみ残すようにエッチン
グするが、このエッチングは、保護膜３内に達した時点
で終了する。従って、下部電極層２はエッチングされ
ず、下部電極層材料が磁気抵抗効果膜１０の側部に付着
することがない。また保護膜３はスパッタリングされに
くくかつ比較的電気抵抗の高い材料から形成されている
ので、磁気抵抗効果膜１０の側部に付着されにくく、か
つ付着しても電気的な短絡を生じない。従って、本発明
に従う磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果膜の側部にお
ける電気的な短絡を生じることなく、製造することがで
きる。

【００２７】図４は、図１に示す実施例においてバイア
ス層などの磁区制御層１３を形成した場合の構造を示す
断面図である。図４に示すように、ＣｏＰｔなどからな
る磁区制御層１３を形成する場合には、磁化方向が変化
する強磁性層４と接するように保護膜３の上に磁区制御
層１３を設けることが好ましい。

【００２８】図５は、本発明に従う他の実施例の磁気抵
抗効果素子を示す断面図である。図５に示す実施例にお
いては、磁気抵抗効果膜２０として、保磁力差型の積層
膜が形成されている。磁気抵抗効果膜２０は、保護膜３
の上に強磁性層１４、非磁性導電層１５、及び強磁性層
１６をこの順序で積層することにより形成されており、
強磁性層１４と強磁性層１６の保磁力は互いに異なるよ
う構成されている。本実施例では、強磁性層１４として
ＮｉＦｅ層（膜厚１０ｎｍ）、非磁性導電層１５として
Ｃｕ層（膜厚３ｎｍ）、強磁性層１６としてＣｏ層（膜
厚５ｎｍ）が形成されている。

【００２９】図５に示す実施例は、図３を参照して説明
した製造方法と同様の方法により製造することができ
る。図６は、本発明に従うさらに他の実施例の磁気抵抗
効果素子を示す断面図である。図６に示す実施例におい
ては、磁気抵抗効果膜３０として、人工格子型の積層膜
が形成されている。磁気抵抗効果膜３０は強磁性層２１
と非磁性導電層２２とを複数回の周期で繰り返し積層す
ることにより構成されている。本実施例では、強磁性層
２１としてＣｏ層（膜厚２ｎｍ）、非磁性導電層２２と
してＣｕ層（膜厚２．２ｎｍ）が形成され、２０回の周
期で繰り返し積層されている。

【００３０】図６に示す実施例は、図３を参照して説明
した製造方法と同様の方法により製造することができ
る。図７は、本発明に従うさらに他の実施例の磁気抵抗
効果素子を示す断面図である。図７に示す実施例の磁気
抵抗効果膜４０はトンネル接合型の磁気抵抗効果膜であ
り、強磁性層３１、非磁性絶縁層３２、及び強磁性層３
３をこの順序で積層することにより構成されている。本
実施例では、強磁性層３１としてＮｉＦｅ層（膜厚１０
ｎｍ）、非磁性絶縁層３２としてＡｌ₂Ｏ₃層（膜厚２
ｎｍ）、強磁性層３３としてＣｏ層（膜厚５ｎｍ）が用
いられている。本実施例において用いるトンネル接合型
の磁気抵抗効果膜４０は、もともと膜厚方向に電流を流
すことにより磁気抵抗変化を検出する磁気抵抗効果膜で
ある。図７に示す実施例も、図３を参照して説明した製
造方法と同様の製造方法で製造することができる。

【００３１】上記各実施例では、図２を参照して説明し
たように、上部電極層と磁気抵抗効果膜が同様のパター
ン形状を有しているが、本発明はこれに限定されるもの
ではない。例えば、上部電極層を形成する前に磁気抵抗
効果膜の磁界検出領域の上にレジスト膜を形成し、これ
をマスクとしてスパッタリングなどによりエッチング
し、図２に示す上部電極層８と下部電極層２の重なり領
域のみに磁気抵抗効果膜が残るようにパターニングし、
この後磁気抵抗効果膜の上に上部電極層８を形成しても
よい。この場合、上部電極層８は選択的に形成されるよ
うに、例えば形成領域以外の部分をマスクで覆い所定領
域にのみ上部電極層８を形成する。その後、図２に示す
ように、上部電極層８及び下部電極層２に接続する電極
リード層１１及び１２を形成する。

【００３２】また、上記各実施例においては、保護膜と
してＺｒ層またはＴａ層を例にして説明したが、本発明
はこれに限定されるものではない。Ｔａ層及びＺｒ層の
ようにその上に形成する強磁性層に対し結晶性を高める
材料層である場合には、本発明における保護膜は磁気抵
抗効果膜の下地層としての機能も有している。また、こ
れら以外の材料の保護膜を形成し、その上に下地層とし
てＺｒ層またはＴａ層などを形成し、この下地層の上に
磁気抵抗効果膜を形成してもよい。

【００３３】また、磁気抵抗効果膜の上にＴａ層（例え
ば膜厚５ｎｍ）またはＺｒ層（例えば膜厚５ｎｍ）を耐
食性、付着性を向上させるための保護膜として形成し、
この上に上部電極層を形成してもよい。

【００３４】上記各実施例では、磁気抵抗効果膜の下に
も保護膜が設けられているが、本発明はこれに限定され
るものではなく、磁界検出領域以外の領域に保護膜が設
けられておればよく、磁界検出領域である磁気抵抗効果
膜の下方には保護膜が設けられていなくてもよい。ま
た、磁気抵抗効果膜の下方に保護膜を設ける場合には、
磁気抵抗効果膜の膜厚方向に流れる電流に対する抵抗を
小さくするため、その膜厚を磁界検出領域以外の領域に
比べ小さくするなどの構造上の改良が可能である。

【００３５】本発明の磁気抵抗効果素子は、以上の各実
施例において説明した磁気抵抗効果膜の各層の材料に限
定されるものではなく、その他の材料を広範に用いるこ
とができるものである。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、磁気抵抗効果膜の膜厚
方向に電流を流すことができ、従来より高いＭＲ比を得
ることが可能となる。また、磁気抵抗効果膜の側部にお
ける電気的短絡を生じることなく製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の磁気抵抗効果素子を示す断
面図。

【図２】図１に示す実施例の磁気抵抗効果素子を示す平
面図。

【図３】図１に示す実施例の製造工程を説明するための
断面図。

【図４】図１に示す実施例において磁区制御層を設けた
構造を示す断面図。

【図５】本発明の他の実施例の磁気抵抗効果素子を示す
断面図。

【図６】本発明のさらに他の実施例の磁気抵抗効果素子
を示す断面図。

【図７】本発明のさらに他の実施例の磁気抵抗効果素子
を示す断面図。

【符号の説明】

１…基板２…下部電極層３…保護層８…上部電極層９…レジスト膜１０，２０，３０，４０…磁気抵抗効果膜１１，１２…電極リード層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下部電極層の上の磁気抵抗効果素子を選
択的にエッチングすることにより磁界検出領域に前記磁
気抵抗効果膜を残すようにして設け、この磁気抵抗効果
膜の上に設けられた上部電極層と前記下部電極層との間
に電流を流すことによりその電気抵抗の変化から磁界の
変化を検出する磁気抵抗効果素子において、前記下部電極層の上の少なくとも前記磁界検出領域以外
の領域に、前記エッチングに対する保護膜が設けられて
いることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】前記磁気抵抗効果膜が、強磁性層と非磁
性導電層の積層構造を有する磁気抵抗効果膜である請求
項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】前記磁気抵抗効果膜が、一対の強磁性層
の間に非磁性絶縁層が挟まれた積層構造を有する磁気抵
抗効果膜である請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】前記保護膜が、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐ
ｂ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｕ、Ｖ、Ｎｂ、Ｒｅ、Ｓｂ、及びＴｅ
から選ばれる少なくとも一種の材料から形成されている
請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素
子。
【請求項５】下部電極層と上部電極層の間の磁界検出
領域に磁気抵抗効果膜が設けられた磁気抵抗効果素子を
製造する方法であって、前記下部電極層の上に保護膜を形成する工程と、前記保護膜の上に前記磁気抵抗効果膜を形成する工程
と、前記磁気抵抗効果膜の前記磁界検出領域以外の領域を、
前記保護膜内に達するまでエッチングし、前記磁界検出
領域に前記磁気抵抗効果膜を残すようにパターニングす
る工程とを備え、前記エッチング工程において、前記下部電極層材料の前
記磁気抵抗効果膜の側部への付着が前記保護膜の存在に
よって防止されることを特徴とする磁気抵抗効果素子の
製造方法。
【請求項６】前記エッチング工程前の磁気抵抗効果膜
の上に前記上部電極層を形成する工程をさらに備え、前
記エッチング工程において前記上部電極層と前記磁気抵
抗効果膜をエッチングする請求項５に記載の磁気抵抗効
果素子の製造方法。
【請求項７】前記エッチング工程後の磁気抵抗効果膜
の上に前記上部電極層を選択的に形成する工程をさらに
備える請求項５に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項８】前記保護膜が、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐ
ｂ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｕ、Ｖ、Ｎｂ、Ｒｅ、Ｓｂ、及びＴｅ
から選ばれる少なくとも一種の材料から形成される請求
項５〜７のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子の製
造方法。