专利名称：磁电阻效应膜及其制造方法
技术领域：
本发明涉及磁电阻(magnetoresistance)效应膜以及制造磁电阻效应膜的方法，尤其涉及一种能够缩短离子研磨(ion mill)处理时间并提高读取元件的分辨率的磁电阻效应膜及其制造方法。
背景技术：
图4示出了常规GMR(巨磁电阻)膜的构造，GMR膜是磁电阻效应元件中使用的磁电阻效应膜的一个例子。由种子层(seed layer)8、反铁磁层(antiferromagnetic layer)7、钉扎层(pinned layer)6、中间层5、自由层4、背层(back layer)3、反射层(specular layer)2和顶层(cap layer)1依次层叠而形成GMR膜。
使用了各种GMR膜。例如，种子层8由NiCr制成、反铁磁层7由PdPtMn制成、钉扎层6由CoFe/Ru/CoFe制成、中间层5由Cu制成、自由层4由CoFe/NiFe制成、背层3由Cu制成。另外，例如，反射层2由Al等离子氧化膜制成，顶层1由Ta等离子氧化膜制成。反射层2的Al等离子氧化膜为Al2O3，这是通过以下的步骤氧化得到的在背层3上形成Al膜；将Ar和氧引入与形成Al膜的室分开的氧化室；以及，在氧化室中对Al膜进行等离子氧化。
图5A示出了在GMR膜的表面施加保护层12的步骤。图5B示出了对GMR膜10进行离子研磨以形成读取元件的步骤。在离子研磨的步骤中，相对于GMR膜10的表面斜向地照射离子。这些离子部分地被保护层12遮挡，从而读取元件的侧面10a和10b形成锥面。分别在锥面10a和10b上形成电极。通过在GMR膜10上形成锥面10a和10b，可以容易地在其上形成电极。另外，可以加宽GMR 10和电极的接触面积，从而保证电连接。在日本专利公报特开2001-189503中公开了上述GMR膜。
如上所述，在形成GMR膜10之后，对读取元件的侧面进行离子研磨，从而形成锥面10a和10b。然而，由于常规GMR膜10的反射层2由Al2O3制成，从而离子研磨的时间较长。因而，常规磁电阻效应膜的制造效率较低。一个原因是Al2O3比较硬，因而不容易通过离子研磨去除；另一个原因是反射层2较厚，因而需要较长的时间来进行离子研磨。
如图5B所示，GMR膜10的膜材料14粘在保护层12的表面上。如果大量的膜材料14粘在保护层12上，则保护层12的宽度会显著加大，从而读取芯(read-core)也会变宽。由于读取芯变宽，读取元件的分辨率必然降低。对于反射层2由Al2O3制成的常规GMR膜10，需要很长的时间来执行离子研磨，从而粘在保护层12上的膜材料14的厚度较厚。因而，读取元件的分辨率必然较低。
发明内容
本发明旨在解决常规磁电阻效应膜中的问题。
本发明的一个目的是提供一种磁电阻效应膜，其能够缩短离子研磨处理时间，并提高读取元件的分辨率。
本发明的另一目的是提供一种制造所述磁电阻效应膜的方法。
为实现这些目的，本发明具有下面的结构。
本发明的磁电阻效应膜包括由反射层和顶层构成的用于保护磁层(magnetic layer)的保护层，其中，所述反射层和顶层由相同的金属材料制成，并且所述反射层的金属材料被氧化。
另一方面，一种制造包括由反射层和顶层构成的用于保护磁层的保护层的磁电阻效应膜的方法包括以下步骤在所述磁层上形成由金属材料制成的所述反射层；氧化所述反射层的金属材料；以及形成由相同金属材料制成的顶层。
在本发明中，所述金属材料可以是钽(Ta)。另外，所述磁层可以由依次形成的种子层、反铁磁层、钉扎层、中间层和自由层构成。
在本发明中，构成保护层的反射层和顶层由相同的金属材料构成，并且反射层的材料被氧化。因此，可以缩短通过离子研磨形成读取元件的时间，并且可以提高磁电阻效应膜的生产效率。该磁电阻效应膜的特性基本上与常规膜相同。
现在参照附图以示例的方式描述本发明的实施例。在附图中图1示出了通过本发明的方法制造的GMR膜的结构；图2A和图2B示出了通过离子研磨形成读取元件的步骤；图3的图示出了GMR膜的GMR比(GMR ratio)；图4示出了常规GMR膜的结构；以及图5A和图5B示出了形成常规读取元件的步骤。
具体实施例方式
下面参照附图详细描述本发明的优选实施例。
图1示出了通过本发明的方法制造的GMR膜的构造。标号1表示顶层；标号2表示反射层，标号3表示背层，标号4表示自由层，标号5表示中间层，标号6表示钉扎层，标号7表示反铁磁层，标号8表示种子层。应注意，从背层3到种子层8的构造与图4所示的常规GMR膜相同。本实施例的特征在于顶层1和反射层2，特别是反射层2。
在本实施例中，例如，种子层8由NiCr制成；反铁磁层7由PdPtMn制成；钉扎层6由CoFe/Ru/CoFe制成；中间层5由Cu制成；自由层4由CoFe/NiFe制成；并且背层3由Cu制成。另外，反射层2由Ta等离子氧化膜制成；顶层1由Ta膜制成。
图1示出了本实施例的GMR膜的各层的相对厚度，图4示出了常规GMR膜的各层的相对厚度。根据图1和图4，图1所示的层3-8的厚度与图4所示的层3-8的厚度相等。
在图4所示的常规GMR膜中，反射层由Al等离子氧化层制成；在本实施例中，反射层2由Ta等离子氧化膜制成。通过以下步骤制成Ta等离子氧化膜在背层3的表面上形成Ta膜；以及在与形成Ta膜的室分开的氧化室中氧化该Ta膜。也就是，将Ar和氧引入氧化室中，随后在其中对Ta膜进行等离子氧化，从而可以形成Ta等离子氧化膜(Ta2O5)。
在图4所示的常规GMR膜中，在形成反射层时，首先Al层生长到2nm的厚度，然后对该Al膜进行等离子氧化。另一方面，在本实施例中，Ta层生长到1.5nm的厚度，随后，对该Ta膜进行等离子氧化。因此，本实施例的反射层2比常规GMR膜的反射层稍薄。
另外，常规GMR膜的顶层厚度是3nm，而本发明的顶层1的厚度是1.5nm。
与由Al等离子氧化膜制成的常规反射层相比较，本实施例的由Ta等离子氧化膜制成的反射层2可以很容易地通过离子研磨进行蚀刻。因而，可以缩短通过离子研磨蚀刻本实施例的GMR膜的时间。
下表中示出了反射层由等离子氧化膜(AL2O3)制成且顶层由Ta制成的常规GMR膜的蚀刻速率比，以及反射层2由等离子氧化膜(Ta2O5)制成且顶层1由Ta制成的本实施例的GMR膜的蚀刻速率比。
表
依据该表，本实施例的GMR膜的蚀刻(或离子研磨)速率比常规GMR膜的蚀刻速率快4倍。在本实施例中，反射层2的厚度比由Al2O3制成的常规反射层的厚度薄，顶层1的厚度也比常规顶层的厚度薄。然而，导致两者间蚀刻速率比的差别的主要原因是采用了Ta等离子氧化膜(例如Ta2O5)而不是Al等离子氧化膜，因为Ta很容易进行离子研磨。
发明人对在表中所示的条件下完全蚀刻常规GMR膜的时间和完全蚀刻本实施例的GMR膜的时间进行了比较。完全蚀刻本实施例的GMR膜的时间大约是完全蚀刻常规GMR膜的时间的50％。依据该结果，通过使用由Ta等离子氧化膜制成的反射层2和Ta膜制成的顶层1，可以有效地缩短GMR膜的离子研磨时间。
图2A和2B示出了通过离子研磨GMR膜10形成读取元件的步骤，其中反射层2由Ta等离子氧化膜制成，顶层1由Ta膜制成。在图2A中，将保护层12施加到GMR膜10的表面上；在图2B中，通过离子研磨GMR膜10，在读取元件的两侧分别形成锥面10a和10b。由于本实施例的GMR膜10可以在短时间内进行离子研磨，所以可以减少粘在保护层12上的膜材料14的量，从而可以充分地限制保护层12的宽度增大。因而，可以限制读出部件的芯体宽度，提高读取元件的分辨率。
在本实施例中，在背层3的表面上形成Ta膜之后，在氧化室中对该Ta膜进行氧化从而形成反射层2。对在氧化室中氧化的GMR膜的GMR比相对于氧化时间的变化进行观测。图3示出了观测结果。该试验是在上表所示的条件下进行的。图3中也示出了反射层由表中所示的由Al等离子氧化膜制成的常规GMR膜的结果，作为对比例。
根据图3，在对Ta膜进行30秒的等离子氧化时，GMR比低于对比例的GMR比，也就是氧化不充分。当对Ta膜进行60-90秒的等离子氧化时，GMR比基本上与对比例的GMR比相同。也就是说，通过采用对Ta膜进行60-90秒的等离子氧化而形成的Ta等离子氧化膜作为反射层2，GMR膜10可适用于磁电阻效应元件。
在不脱离本发明的基本特征的要旨的情况下，可以采用其他的具体形式实现本发明。因而，无论从哪方面来说，本文的实施例都只是说明性的，而不是限制性的。本发明的范围由所附权利要求限定，而不是由前面的说明限定，落在权利要求的意思和等同范围内的所有变化都涵盖在本发明的范围内。
权利要求
1.一种磁电阻效应膜，包括由反射层和顶层组成的用于保护磁层的保护层，其特征在于所述反射层和顶层由相同的金属材料制成；以及所述反射层的金属材料被氧化。
2.根据权利要求1所述的磁电阻效应膜，其特征在于所述金属材料为Ta。
3.根据权利要求1所述的磁电阻效应膜，其特征在于所述磁层由依次层叠的种子层、反铁磁层、钉扎层、中间层和自由层构成。
4.一种制造磁电阻效应膜的方法，所述磁电阻效应膜包括由反射层和顶层组成的用于保护磁层的保护层，所述方法包括以下步骤在所述磁层上形成由金属材料制成的所述反射层；氧化所述反射层的金属材料；以及形成由相同金属材料制成的所述顶层。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述金属材料为Ta。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述磁层由依次层叠的种子层、反铁磁层、钉扎层、中间层和自由层构成；以及所述保护层形成在所述磁层上。
全文摘要
本发明公开了一种磁电阻效应膜，其能够缩短离子研磨处理的时间并提高读取元件的分辨率。该磁电阻效应膜包括由反射层和顶层组成的保护磁层的保护层。所述反射层和顶层由相同的金属材料制成，所述反射层的金属材料被氧化。
文档编号H01L43/12GK1684145SQ20041007414
公开日2005年10月19日 申请日期2004年8月31日 优先权日2004年4月15日
发明者河合宪一 申请人:富士通株式会社