磁阻元件、其制造方法和磁性多层膜制造装置的制作方法

专利名称：磁阻元件、其制造方法和磁性多层膜制造装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及诸如隧道磁阻元件或巨磁阻元件的磁阻元件、其制造 方法和磁性多层膜制造装置，更特别地，涉及可用于磁盘驱动器或磁 随机存取存储器的磁头的诸如隧道磁阻元件或巨磁阻元件的磁阻元 件、其制造方法和磁性多层膜制造装置。
背景技术：
常规的磁盘驱动器的磁头使用巨磁阻元件或隧道磁阻元件。 巨磁阻元件具有反铁磁性层、铁磁性固定层、非磁性导电层和铁磁性自由层。隧道磁阻元件具有反铁磁性层、铁磁性固定层、隧道势垒层和铁磁性自由层。巨磁阻元件或隧道磁阻元件的铁磁性固定层可使用Fe、 Co和M 中的至少一种作为铁磁性材料。反铁磁性层可使用诸如通过向Mn中 添加贵金属元素获得的PtMn或IrMn的反铁磁性材料。但是，常规的磁阻元件具有较差的热稳定性。当磁阻元件被加热 到例如300。C或更高时，MR比显著降低。在日本专利公开No. 2000-67418 (美国专利No. 6052263) 、 No. 2003-258335、 No. 2003-304012和No. 2005-203790中说明的磁阻元件 在一定程度上改善了热稳定性，但还没有实现用于实用的足够的MR 比。本发明的发明人通过研究和分析发现了磁阻元件的热稳定性较差 的以下原因。例如，在磁头制造过程中，隧道磁阻元件在成膜之后在几个T(特 斯拉)的高磁场中在250 300。C经受退火几个小时，以磁化用作反铁 磁性层的PtMn层。对于磁随机存取存储器，除了在成膜之后在高磁场中的退火之外，还在比300。C高的温度在后处理中执行退火。在退 火过程中，上述的反铁磁性层中的锰(Mn)由于热而扩散到诸如铁磁 性固定层和隧道势垒层的其它层中。这会降低铁磁性固定层的磁特性 或隧道势垒层的隧道势垒效应。结果，磁阻元件的MR比降低。铁磁性固定层或隧道势垒层优选具有诸如微晶、多晶或单晶结构 的晶体结构。扩散的锰(Mn)被假定不利地影响晶体铁磁性固定层或 晶体隧道势垒层，并因此降低MR比。特别是当铁磁性固定层具有包括三个层的SAF(合成的反铁磁体 反平行耦合元件)结构时包含钴-铁(CoFe)并位于衬底侧的晶体 第一铁磁性固定层、由例如钌(Ru)制成并位于铁磁性固定层上的笫 一非磁性中间层14、和包含晶体钴-铁-硼(CoFeB)的晶体第二铁 磁性固定层，反铁磁性层中的锰(Mn)的热扩散不利地影响铁磁性固 定层，并且，作为结果，磁阻元件的MR比降低。在巨磁阻元件中也出现上述的热扩散。本发明的目的是提供具有高热稳定性和高MR比的诸如隧道磁阻 元件或巨磁阻元件的磁阻元件及其制造方法。发明内容为了实现上述目的，根据本发明的磁阻元件、磁阻元件制造方法 和磁性多层膜制造装置主要具有以下的配置。根据本发明的一个方面，提供一种磁阻元件，包括 由包含锰的层形成的反铁磁性层；分层的磁化固定层，其包含位于反铁磁性层的一侧之上并由包含 铁磁性材料和铂族金属的层形成的第 一磁化固定层、由包含铁磁性材 料的层形成的笫二磁化固定层、以及位于笫一磁化固定层和笫二磁化 固定层之间的第 一非磁性中间层；由包含铁磁性材料的层形成的磁性自由层；和位于分层的磁化固定层和磁性自由层之间的第二非磁性中间层。根据本发明的另一方面，提供一种磁阻元件的制造方法，该磁阻元件包括反铁磁性层；分层的磁化固定层，具有包含第一磁化固定层、第一非磁性中间 层和第二磁化固定层的分层结构； 第二非磁性中间层；和 磁性自由层， 该方法包括通过用包含锰(Mn )的靶进行溅射来形成反铁磁性层的第一步骤；在第一步骤之后通过用包含钿族金属的乾和包含铁磁性材料的乾 进行溅射来形成第 一磁化固定层的第二步骤；在第二步骤之后通过用包含非磁性材料的靶进行溅射来形成第一 非磁性中间层的第三步骤；在第三步骤之后通过用包含铁磁性材料的靶进行溅射来形成第二 磁化固定层的第四步骤；在第四步骤之后通过用包含非磁性材料的靶进行溅射来形成第二 非磁性中间层的第五步骤；在笫五步骤之后通过用包含铁磁性材料的靶进行溅射来形成磁性 自由层的第六步骤；和在第六步驟之后在退火炉中对反铁磁性层，具有包含第一磁化固 定层、第 一 非磁性中间层和第二磁化固定层的分层结构的分层的磁化 固定层，第二非磁性中间层和磁性自由层进行退火的第七步骤。根据本发明的另一方面，提供一种磁阻元件的制造方法，该磁阻 元件包括反铁磁性层；分层的磁化固定层，具有包含第一磁化固定层、第一非磁性中间 层和第二磁化固定层的分层结构； 笫二非磁性中间层；和 磁性自由层， 该方法包括通过用包含锰(Mn )的靶进行溅射来形成反铁磁性层的第一步骤； 在第一步骤之后通过用包含铂族金属和铁磁性材料的把进行濺射 来形成第一磁化固定层的第二步骤；在第二步骤之后通过用包含非磁性材料的靶进行溅射来形成第一非磁性中间层的第三步骤；在第三步骤之后通过用包含铁磁性材料的靶进行濺射来形成第二 磁化固定层的第四步骤；在第四步骤之后通过用包含非磁性材料的靶进行'减射来形成第二 非磁性中间层的第五步骤；在第五步骤之后通过用包含铁磁性材料的靶进行濺射来形成磁性 自由层的第六步骤；和在第六步骤之后在退火炉中对反铁磁性层，具有包含笫一磁化固 定层、第一非磁性中间层和第二磁化固定层的分层结构的分层的磁化 固定层，第二非磁性中间层和磁性自由层进行退火的第七步骤.根据本发明的另一方面，提供一种磁性多层膜制造装置，包括具有自动(robot)转移单元的转移室；适于将衬底装栽到转移室内以形成磁性多层膜的装载机构；第一成膜室，通过闸阀(gatevalve)与转移室连接，并适于通过 用包含锰(Mn )的反铁磁性乾进行賊射而在通过自动转移单元转移的 衬底之上形成反铁磁性层；第二成膜室，通过闸阀与转移室连接，并适于通过用包含铂族金含铂族金属的笫二铁磁性固走层；—第三成膜室，通过闸阀与转移室连接，并适于通过用包含铁磁性 材料的铁磁性靶进行溅射而在通过自动转移单元转移的衬底之上形成 第二铁磁性固定层；第四成膜室，通过闸阀与转移室连接，并适于通过用非磁性把进 行溅射而在通过自动转移单元转移的衬底之上形成第一非磁性中间层；第五成膜室，通过闸阀与转移室连接，并适于在通过自动转移单元转移的衬底之上形成晶体氧化镁层；和卸栽机构，适于卸载具有分层结构的衬底，所述分层结构包含反 铁磁性层、反铁磁性层之上的第一铁磁性固定层、第一铁磁性固定层 之上的第 一非磁性中间层、第 一非磁性中间层之上的第二铁磁性固定 层、以及晶体氧化镁层。根据本发明的另一方面，提供一种磁性多层膜制造装置，包括具有自动转移单元的转移室；适于将衬底装载到转移室内以形成磁性多层膜的装载机构； 第一成膜室，通过闸阀与转移室连接，并适于通过用包含锰(Mn)的反铁磁性靶进行溅射而在通过自动转移单元转移的衬底之上形成反铁磁性层；第二成膜室，通过闸阀与转移室连接，并适于通过用包含铂族金移的衬底之上形成包含铂族金属的第 一铁磁性固定层；第三成膜室，通过闸阀与转移室连接，并适于通过用包含铁磁性第二铁磁性固定层；笫四成膜室，通过闸阀与转移室连接，并适于通过用非磁性靶进 行溅射而在通过自动转移单元转移的衬底之上形成第一非磁性中间层；第五成膜室，通过闸阀与转移室连接，并适于在通过自动转移单 元转移的衬底之上形成晶体氧化镁层；和卸栽机构，适于卸栽具有分层结构的衬底，所述分层结构包含反 铁磁性层、反铁磁性层之上的第一铁磁性固定层、第一铁磁性固定层 之上的第一非磁性中间层、第 一非磁性中间层之上的第二铁磁性固定 层、以及晶体氧化镁层。根据本发明的另一方面，提供一种磁性多层膜制造装置，包括具有自动转移单元的转移室；适于将衬底装栽到转移室内以形成磁性多层膜的装载机构； 成膜室，通过闸阀与转移室连接，并适于通过用包含锰(Mn )的磁性层、通过用包含铂族金属的含铂靶和包含铁磁性材料的铁磁性乾 进行共溅射而形成包含铂族金属的第 一铁磁性固定层、通过用非磁性进行溅射而形成第二铁磁性固定层;'和卸栽机构，适于卸载具有分层结构的衬底，所述分层结构包含反 铁磁性层、反铁磁性层之上的第一铁磁性固定层、第一铁磁性固定层 之上的非磁性中间层、以及非磁性中间层之上的第二铁磁性固定层。根据本发明的另一方面，提供一种磁性多层膜制造装置，包括具有自动转移单元的转移室；适于将衬底装栽到转移室内以形成磁性多层膜的装载机构； 第一成膜室，通过闸阀与转移室连接，并适于通过用包含锰(Mn) 的反铁磁性靶进行溅射而在通过自动转移单元转移的衬底之上形成反 铁磁性层、通过用包含铂族金属的含铂靶和包含铁磁性材料的铁磁性 靶进行共溅射而形成包含铂族金属的第 一铁磁性固定层、通过用非磁靶进行溅射而形成笫二铁磁性固定层:'第二成膜室，通过闸阀与转移室连接，并适于通过用氣化镁靶或 金属镁靶进行溅射而在通过自动转移单元转移的衬底之上形成氧化镁 层或金属镁层；和卸栽机构，适于卸栽具有分层结构的衬底，所述分层结构包含反 铁磁性层、反铁磁性层之上的笫一铁磁性固定层、第一铁磁性固定层 之上的非磁性中间层、非磁性中间层之上的第二铁磁性固定层、以及 氧化镁层或金属镁层。根据本发明，能够获得具有更高的热稳定性和更高的MR比的磁 阻元件。从示例性实施例的以下说明(参照附图)，本发明的其它特征将变得明显。


图l是根据本发明的实施例的隧道磁阻元件的剖面图；图2是根据本发明的另一实施例的隧道磁阻元件的剖面图；图3是示出根据本发明的磁阻元件制造装置的示意性配置的示图；图4是根据例子1的隧道磁阻元件的剖面图； 图5是根据本发明的巨磁阻元件的剖面图；以及 图6是示出图5所示的元件的温度依赖性的示图。
具体实施方式
现在参照附图详细说明本发明的优选实施例。注意，在实施例中 说明的构成要素仅是例子。本发明的技术范围由权利要求的范围确定 并且不被以下的各个实施例限制。图l是根据本发明的第一实施例的隧道磁阻元件的剖面图。通过依次层叠下电极层11、反铁磁性层12、第一铁磁性固定层(第 一磁化固定层)13、第一非磁性中间层14、第二铁磁性固定层(第二 磁化固定层)15、笫二非磁性中间层(隧道势垒层)16、铁磁性自由 层(磁化自由层)17和上电极层18而形成本实施例的隧道磁阻元件。 例如通过DC溅射完成成膜。第一铁磁性固定层13的磁矩通过与反铁 磁性层12的交换耦合而被固定在一个方向上.笫二铁磁性固定层15 的磁矩通过经由第一非磁性中间层14与笫一铁磁性固定层13的反铁 磁性交换耦合而被固定在与笫一铁磁性固定层13反平行的方向上.具 有第一铁磁性固定层13、第一非磁性中间层14和第二铁磁性固定层 15三个层的分层的磁化固定层形成以上的SAF结构。本发明的铁磁性固定层不限于包含第一铁磁性固定层13、第一非 磁性中间层14和第二铁磁性固定层15的三层结构。铁磁性固定层可 包含单个铁磁性层或含四个或更多个层的分层结构，本发明的反铁磁性层12使用例如铂锰(PtMn )或铱锰(IrMn ). 通过使用溅射、CVD(化学气相沉积)、离子束沉积或外延方法的成 膜来获得反铁磁性层12。本发明的第一铁磁性固定层13可使用包含铂族金属和选自由Fe、 Co和Ni构成的组的至少一种金属并由通式A表示的合金。通式A(FeaCobNic ) d ( M) e(这里，0^a<100, 0《b<100， 0《c<100, a+b+c = 100， 95.5化50， 0.5《e《50， d+e-100; M表示辆族金属)在本发明中，选自由铂(Pt)、铱(Ir)、锇(Os)、钯(Pd)、 钌(Ru)和铑(Rh)构成的组的至少一种元素(或所述元素的合金) 可用作铂族金属。特别地，在本发明中，优选使用铂(Pt)作为铂族 金属。合金中的铂族金属的含量为0.5at% 50at%，优选10at% 40at%。在本发明中，当向由CoFe合金或CoFeNi合金制成的第一铁磁性 固定层13添加选自铂族元素的至少一种金属时，反铁磁性层12中的 Mn的热扩散可被抑制。因此能够抑制扩散到将在后面说明的第二铁 磁性固定层15和第二非磁性中间层(隧道势垒层)16中。在本发明的第一铁磁性固定层13中，由通式A表示的合金可包 含0.5效1%~3031%并优选531%~253*%的硼(B)。在本发明中，使用溅射、CVD、离子束沉积或外延方法形成由通 式A表示的合金或通过向合金中添加B(硼)获得的合金的膜.所形成的笫一铁磁性固定层13可具有诸如非晶、微晶或多晶结构 的非单晶结构或单晶结构.特别地，在本发明中，由具有多晶结构的铁磁性材料制成的第一 铁磁性固定层13对于增强效果是有利的。根据本发明，由于SAF结构被用于第一铁磁性固定层13,因此 隧道磁阻元件的热稳定性可被改善。本发明的第二铁磁性固定层15可优选使用包含选自由Fe、 Co和Ni构成的组的至少一种金属的合金，或包含以上的合金和硼(B)并 由通式B表示的合金。 通式B
(FexCoyNiz) m (B) n
(这里，0《x<100, 0《y<100, 0《z<100, x+y+z = 100， m+n = 100， 0《n<30, 70<m《100)
第二铁磁性固定层15可另外包含铂族金属，即，诸如铂(Pt)、 铱(Ir)、锇(Os)、钯(Pd)、钌(Ru)或铑(Rh)的铂族元素。 合金中的铂族金属的含量为0.5at%~30at%,优选5at% 25at%。在柏 族金属中，铂(Pt)是特别优选使用的。
本发明的第一非磁性中间层14可使用钌(Ru)、铑(Rh)、铬 (Cr)、铱(Ir)或其合金。也可以使用包含由钌(Ru)、铑(Rh )、 铬(Cr)、铱(Ir)或其合金制成的第一层和由铜(Cu)、银(Ag)、 金(Au)、铝(Al)或其合金制成的第二层的分层体。
通过使用溅射、CVD、离子束沉积或外延方法的成膜来获得本发 明的第一非磁性中间层14。
在本发明的隧道磁阻元件中，第二非磁性中间层16用作隧道势垒 层。隧道势垒层可使用具有诸如非晶、微晶或多晶结构的非单晶结构 或者单晶结构的氧化镁((Mg )f( O )g; f+g = 100, 40<f<60， 60<g<40 )。 通过使用溅射、CVD、离子束沉积或外延方法的成膜来获得隧道势垒 层。
在本发明的隧道势垒层中使用的多晶或单晶氧化镁优选沿厚度方 向在其层中具有与层界面平行的(100)面晶体。
在本发明的巨磁阻元件中，第二非磁性中间层16可使用诸如铜 (Cu)的非磁性材料。
通过例如用包含合金的铁磁性把进行溅射来获得本发明的铁磁性 自由层17，所述合金含有选自由铁(Fe)、镍(Ni)和钴(Co)构成 的组的元素，例如钴铁(CoFe)合金或钴铁镍(CoFeNi)合金。
在本发明中，铁磁性自由层17包含硼(B )或上述的铂族金属.图2表示本发明的第二实施例，更具体地，上述的第一实施例的 SAF结构的另一形式。
图2所示的SAF结构中的第一铁磁性固定层13具有第三铁磁性 层21和第四铁磁性层22的分层结构。第二铁磁性固定层15具有第五 铁磁性层23和第六铁磁性层24的分层结构。
第三铁磁性层21可使用包含铂族金属和选自由Fe、 Co和Ni构 成的组的至少一种金属并由通式A表示的合金。该合金中的铂族金属 的含量为0.5at°/。~50at%,优选10at% 40at%。
在第二实施例中，当向由CoFe合金或CoFeNi合金制成的第三铁 磁性层21添加选自铂族元素的至少一种金属时，反铁磁性层12中的 Mil的热扩散可被抑制。因此能够抑制扩散到将在后面说明的第二铁 磁性固定层15和第二非磁性中间层16中。
在本发明的第三铁磁性层21中，由通式A表示的合金可包含 0.5at。/。 30at。/o并优选5at。/o 25at。/o的硼(B)。
在第二实施例中，使用溅射、CVD、离子束沉积或外延方法来形 成由通式A表示的合金或通过向合金中添加硼(B )获得的合金的膜。
所形成的第三铁磁性层21可具有诸如非晶、微晶或多晶结构的非 单晶结构，或者单晶结构。
特别地，在第二实施例中，由具有多晶结构的铁磁性材料制成的 第三铁磁性层21对于增强效果是有利的，
笫二实施例的第四铁磁性层22、第五铁磁性层23和笫六铁磁性 层24可优选使用包含选自由Fe、 Co和Ni构成的组的至少一种金属 的合金，或包含以上的合金和硼(B)并由通式B表示的合金。
在第二实施例中，第四铁磁性层22、第五铁磁性层23和笫六铁 磁性层24中的至少一个并优选它们的全部可另外包含柏族金属，即， 诸如铂(Pt)、铱(Ir)、锇(Os)、钇(Pd)、钌(Ru)或铑(Rh) 的铂族元素.合金中的铂族金属的含量为0.5at% 30at% ，优选 5at%~25at%。在铂族金属中，賴(Pt)是特别优选使用的。
下面参照图3说明用于制造具有上述的分层结构的隧道磁阻元件的方法和装置。图3是用于制造隧道磁阻元件的装置的示意性平面图。 这是能够制造包含多个磁性膜的多层膜的大批量生产溅射成膜装置。
图3所示的磁性多层膜制造装置30是具有多个基于溅射的成膜室 的群集型装置。在装置30中，具有自动转移单元(未示出)的转移室 32被安装在中心位置处。磁性多层膜制造装置30的转移室32具有各 装载和卸载衬底(硅衬底)31的两个装载/卸栽室35和36。可通过交 替使用装栽/卸栽室35和36以高生产率制造多层膜。
磁性多层膜制造装置30包括例如围绕转移室32的三个成膜室 37A、 37B及37C和一个蚀刻室38和一个氧化室39,蚀刻室38蚀刻 隧道磁阻元件的必要的表面。氧化室39氧化金属膜并形成氧化膜的隧 道势垒层。可根据需要自由地打开/关闭的闸阀40被设置在各室(37A、 37B、 37C、 38、 39)和转移室32之间，以使各室(37A、 37B、 37C、 38、 39)相互分隔开。各个室具有真空排放机构、气体引入机构和电 源机构等(均未示出)。
在磁性多层膜制造装置30的成膜室37A、 37B和37C中的每一 个中，通过溅射从下侧在衬底31上依次沉积上述的磁性膜。例如，位 于适当的周边上的四个或五个靶(钽(Ta) 41、铜(Cu) 42、钴铁硼
(CoFeB ) 43、镍铁(NiFe ) 44和钴铁(C90Fe1Q ) 45 )、(柏锰(PtMn ) 51、钴铁铂(CoFePt) 52、钌(Ru ) 53、钴铁(C90Felfl) 54和钴铁
(Co7。Fe3。) 55)以及(氧化镁(MgO) 61、镍铁铬(NiFeCr) 62、 镁(Mg) 63和铝(Al) 64)被配置在成膜室37A、 37B和37C中的 每一个的顶板上。衬底31被配置在位于与周边共轴的位置处的衬底支 持物上，
根据要形成的层的材料选择把Ul、 42、 43、 44和45) (51、 52、 53、 54和55)以及(61、 62、 63和64 ).第一铁磁性固定层13的靶 52可以为例如钴铁铂(CoFePt )靶.作为替代方案，可以通过将铂(Pt) 靶用作靶52并将钴铁(Co7。Fe3。)靶用作靶55进行共溅射而形成第一 铁磁性固定层13。作为替代方案，可以通过将铂(Pt)靶用作靶52 并将钴铁(Co9oFe1())靶用作靶54进行共溅射而形成第一铁磁性固定层13。
靶41的材料对于下电极层和上电极层可以为"Ta"。耙43的材料 对于第二铁磁性固定层15可以为"CoFeB"。靶51的材料对于反铁磁 性层12可以为"PtMn"靶。靶53的材料对于第一非磁性中间层14可 以为"Ru"靶。靶61的材料对于用作隧道势垒层的第二非磁性中间层 16可以为"MgO"靶。在通过氧化处理形成隧道势垒的情况下，把63 和64可以为用于形成要成为前体的金属膜的"Mg，，和"Al"乾。
为了有效沉积具有适当的成分的磁性膜，多个把向衬底倾斜。但 是，它们可以与衬底表面平行，多个靶和村底被相对旋转。在具有以 上的配置的装置30中，通过用成膜室37A、 37B和37C进行濺射而 在衬底31上依次形成图l所示的磁性多层膜。
在以上的实施例中说明了隧道磁阻元件。在本发明中，可通过将 上述的隧道势垒层变为例如铜(Cu)的非磁性导电层而形成巨磁阻元 件。
通过在成膜室37A、 37B和37C中进行溅射而完成了成膜的隧道 磁阻元件在退火炉中经受退火处理。退火温度例如约为200~400。C。 在例如8kOe (64kA/m)的磁场中执行退火处理例如4小时。该处理 给予隧道磁阻元件的反铁磁性层中的PtMn必要的磁化。
下面参照

本发明的例子。 (例子l)
图4是表示根据本发明的例子1的隧道磁阻元件的结构的剖面图。 例子1的隧道磁阻元件是与图1所示的结构对应的底部型隧道磁阻元 件。
参照图4， Ta层71-1 (使用把41) 、 CuN层71-2 (使用把42 ) 和Ta层71-3 (使用靶41)分别具有5nm、 20nm和3nm的厚度，并 形成下电极层.PtMn层72 (使用靶51)具有15nm的厚度并用作反 铁磁性层。(Co7oFe3()) 1( )-xPtx层73 (使用靶52和靶55的共溅射) 具有2.5nm的厚度并用作第一铁磁性固定层。Ru层74 (使用靶53) 具有0.85nm的厚度并用作非磁性层(非磁性中间层)。Co70Fe30层75 (使用靶55)具有2.5nm的厚度并用作第二铁磁性固定层。A10x 层76 (使用靶64)具有1.2nm的厚度并用作第二非磁性中间层(隧 道势垒层)。(Co7()Fe3。 ) s。B2o层77 (使用靶43 )具有3nm的厚度并 用作铁磁性自由层。Ta层78-1 (使用靶41)和Ru层78-2 (使用把 53 )分别具有10nm和7nm的厚度并形成上电极层。在例子1中，以 表1所示的含量(at%)向第一铁磁性固定层中添加铂(Pt)。在形 成Al层之后，AlOx层76在图3所示的氧化室39中被氧化。还能够 使用氧化镁(MgO)的隧道势垒层替代AlOx层76。在这种情况下， 可以使用氧化镁(MgO )靶或金属镁靶作为粑64。在使用金属镁靶的 情况下，为了在氧化室39中氧化金属镁层，执行氧化处理。
所获得的隧道磁阻元件被传输到退火室，并在270。C、 300°C和 330。C被退火。测量各温度的MR比(％)。表l示出结果，
表l
<table>table see original document page 19</column></row><table>
根据表1，没有铂(Pt),随着退火温度上升，MR比(％)减 小。可以看出，当添加了Pt时，MR比的减小速率降低.特别地，通 过添加賴(Pt) ， MR比(％)的温度依赖性被改善。特别地，当钿 (Pt)的含量超过18atV。时，MR比的减小速率大大降低。 铂(Pt)的含量的上限不被特别限制，但优选为50at%。 (例子2)
使用铱(Ir)、锇(Os)、钇(Pd)、铑(Rh)和钌(Ru)代 替在例子1中使用的铂(Pt),以与上述的方式相同的方式制造隧道 磁阻元件，并且进行如例子1中的温度依赖性试验。结果，如例子1 中那样，温度依赖性被改善。(例子3)
除了用作例子1的第二铁磁性固定层的Co7。Fe3。层75变为 Co6oFe2oPtH)层以外，以与例子1中相同的方式制造隧道磁阻元件，并 且以与例子l中相同的方式测试温度依赖性。表2示出结果。
表2
<table>table see original document page 20</column></row><table>(比较例子1)
除了用作例子3的第一铁磁性固定层的(Co7。Fe3。) ！。。-xPtx层73 变为不含铂的C07。Fe3。层以外，以与例子3中相同的方式制造隧道磁 阻元件，并且以与例子1中相同的方式测试温度依赖性。表3示出结 果.
表3
不含铂(Pt)的第一铁磁性固定层<table>table see original document page 20</column></row><table>(例子4)
图5是示出根据本发明的例子4的巨磁阻元件的结构的剖面图。 例子4的巨磁阻元件是底部型巨磁阻元件。
参照图5，镍-铁-铬(NiFeCr)层501 (使用靶62)具有4nm 的厚度并用作下电极层。铂-锰(PtMn)层502 (使用靶51)具有 12nm的厚度并用作反铁磁性层。钴铁铂(Co卯Feu)) K)o.xPtx层503 (使用靶52 (CoFePt)和靶54的共溅射)具有1.8nm的厚度并用作第一 铁磁性固定层。钌(Ru)层504 (使用耙53)具有0.9nm的厚度并用 作第一非磁性中间层。钴-铁(Co9。Fe1())层505 (使用靶54)具有 2.2nm的厚度并用作第二铁磁性固定层。铜(Cu )层506 (使用靼42 ) 具有2nm的厚度并用作第二非磁性中间层。钴-铁(Co9()Fe1())层507 (使用靶45)具有1.3nm的厚度并用作铁磁性自由层。镍-铁 (Ni83Fe17)层508-1 (使用靶44 )、铜(Cu )层508-2 (使用靶42 ) 和钽(Ta)层508-3 (使用耙41)分别具有2.5nm、 6nm和3nm的厚 度并形成上电极层。在例子4中，向第一铁磁性固定层中添加铂(Pt)。 在300。C将元件退火，并测量MR比(％)。图6示出结果。
图6是示出在0.8T的高磁场中退火(300。C) 4小时的巨磁阻元 件的MR比(％)和第一铁磁性固定层中的铂(Pt)的含量之间的关 系的示图。随着铂(Pt)的含量增加，MR比(y。)增加。在8at。/。处 获得约16.0。/。的MR比(％)。当粕(Pt)的含量为12 24%时，获 得约16.3%的MR比(％ )。从没有铂(Pt)的MR比(％ ) (15.5% )， MR比(％)增加约0.8%。铂(Pt)的含量的上限被限定于对铁磁性 层优选的范围中。上限约为50at%。由此，鉑(Pt)的含量为Oat% (不包含) 50at% (包含)，优选为8at% (包含)~50at% (包含)， 更优选为12at% (包含) 24at% (包含)。
本发明的隧道磁阻元件和巨磁阻元件可用于磁盘驱动器的磁头或 磁随机存取存储器。
承然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限 于公开的示例性实施例，随附的权利要求的范围应被赋予最宽的解释，
以包含所有的这些变更及等同的结构和功能。
权利要求
1. 一种磁阻元件，包括从包含锰的层形成的反铁磁性层；分层的磁化固定层，其包含位于所述反铁磁性层的一侧之上并从包含铁磁性材料和铂族金属的层形成的第一磁化固定层、从包含铁磁性材料的层形成的第二磁化固定层、以及位于所述第一磁化固定层和所述第二磁化固定层之间的第一非磁性中间层；从包含铁磁性材料的层形成的磁性自由层；和位于所述分层的磁化固定层和所述磁性自由层之间的第二非磁性中间层。
2. 根据权利要求l的元件，其中，铂族金属为选自由铂(Pt)、 铱(Ir)、锇(Os)、把(Pd)、铑(Rh)和钌(Ru)构成的组的 至少一种金属。
3. 根据权利要求l的元件，其中，铂族金属为铂(Pt)。
4. 根据权利要求l的元件，其中，所述第一磁化固定层和所述第 二磁化固定层包含具有晶体结构的铁磁性材料。
5. 根据权利要求4的元件，其中，晶体结构是微晶结构、多晶结 构和单晶结构中的一种。
6. 根据权利要求l的元件，其中，所述第二非磁性中间层包含具 有晶体结构的氧化镁。
7. 根据权利要求6的元件，其中，晶体结构是微晶结构、多晶结 构和单晶结构中的一种。
8. 根据权利要求6的元件，其中，所述第二磁化固定层包含铂族 金属。
9. 根据权利要求1的元件，其中，所述磁性自由层包含铂族金属。
10. 根据权利要求l的元件，其中，所述第二非磁性中间层包含 氧化铝。
11. 根据权利要求1的元件，其中，所述第一磁化固定层包含0.5at。/。 50at。/。的范围内的铂族金属。
12. 根据权利要求1的元件，其中，所述第一磁化固定层包含 10at。/。 40at。/o的范围内的锅族金属。
13. —种磁阻元件的制造方法，该磁阻元件包括 反铁磁性层；分层的磁化固定层，具有包含第一磁化固定层、第一非磁性中间 层和第二磁化固定层的分层结构； 第二非磁性中间层；和 磁性自由层， 该方法包括通过用包含锰(Mn )的靶进行溅射来形成反铁磁性层的第一步骤；在第一步骤之后通过用包含铂族金属的靶和包含铁磁性材料的靶 进行溅射来形成第 一磁化固定层的第二步骤；在笫二步骤之后通过用包含非磁性材料的靶进行溅射来形成第一 非磁性中间层的第三步骤；在第三步骤之后通过用包含铁磁性材料的靶进行溅射来形成第二磁化固定层的第四步骤；在第四步骤之后通过用包含非磁性材料的靶进行溅射来形成笫二非磁性中间层的第五步骤；在笫五步骤之后通过用包含铁磁性材料的靶进行溅射来形成磁性 自由层的第六步骤；和在第六步骤之后在退火炉中对反铁磁性层，具有包含第一磁化固 定层、笫一非磁性中间层和笫二磁化固定层的分层结构的分层的磁化 固定层，第二非磁性中间层，以及磁性自由层进行退火的第七步骤。
14. 一种磁阻元件的制造方法，该磁阻元件包括 反铁磁性层；分层的磁化固定层，具有包含第一磁化固定层、第一非磁性中间 层和笫二磁化固定层的分层结构；第二非磁性中间层；和磁性自由层，该方法包括通过用包含锰(Mn )的靶进行溅射来形成反铁磁性层的第 一步骤； 在第一步骤之后通过用包含铂族金属和铁磁性材料的靶进行溅射 来形成第一磁化固定层的第二步骤；在第二步骤之后通过用包含非磁性材料的靶进行溅射来形成第一非磁性中间层的第三步骤；在第三步骤之后通过用包含铁磁性材料的靶进行溅射来形成第二磁化固定层的笫四步骤；在笫四步骤之后通过用包含非磁性材料的靶进行溅射来形成第二非磁性中间层的笫五步骤；在第五步骤之后通过用包含铁磁性材料的靶进行溅射来形成磁性 自由层的第六步骤；和在第六步骤之后在退火炉中对反铁磁性层，具有包含笫一磁化固 定层、第一非磁性中间层和笫二磁化固定层的分层结构的分层的磁化 固定层，第二非磁性中间层，以及磁性自由层进行退火的笫七步骤。
15. —种磁性多层膜制造装置，包括具有自动转移单元的转移室；适于将衬底装栽到所述转移室内以形成磁性多层膜的装栽机构；第一成膜室，通过闸阀与所述转移室连接，并适于通过用包含锰 (Mn )的反铁磁性靶进行濺射而在所述自动转移单元转移的衬底之上 形成反铁磁性层；第二成膜室，通过闸阀与所述转移室连接，并适于通过用包含铂 族金属的铁磁性靶进行溅射而在所述自动转移单元转移的村底之上形 成包含铂族金属的第 一铁磁性固定层；第三成膜室，通过闸阀与所述转移室连接，并适于通过用包含铁 磁性材料的铁磁性靶进行溅射而在所述自动转移单元转移的衬底之上 形成第二铁磁性固定层；第四成膜室，通过闸阀与所述转移室连接，并适于通过用非磁性靶进行溅射而在所述自动转移单元转移的衬底之上形成第一非磁性中间层；第五成膜室，通过闸阀与所述转移室连接，并适于在所述自动转 移单元转移的衬底之上形成晶体氧化镁层；和卸载机构，适于卸载具有分层结构的衬底，所述分层结构包含反 铁磁性层、反铁磁性层之上的第一铁磁性固定层、第一铁磁性固定层 之上的第一非磁性中间层、第一非磁性中间层之上的第二铁磁性固定 层、以及晶体氧化镁层。
16. —种磁性多层膜制造装置，包括具有自动转移单元的转移室；适于将衬底装栽到所述转移室内以形成磁性多层膜的装载机构； 第一成膜室，通过闸阀与所述转移室连接，并适于通过用包含锰形成反铁磁性层；第二成膜室，通过闸阀与所述转移室连接，并适于通过用包含铂元转移的衬底之上形成包含锔族金属的第 一铁磁性固定层；第三成膜室，通过闸阀与所述转移室连接，并适于通过用包含铁形成第二铁磁性固定层；第四成膜室，通过闸阀与所述转移室连接，并适于通过用非磁性 靶进行溅射而在所述自动转移单元转移的衬底之上形成第一非磁性中 间层；第五成膜室，通过闸阀与所述转移室连接，并适于在所述自动转 移单元转移的衬底之上形成晶体氧化镁层；和卸栽机构，适于卸栽具有分层结构的衬底，所述分层结构包含反 铁磁性层、反铁磁性层之上的笫一铁磁性固定层、第一铁磁性固定层 之上的第一非磁性中间层、第一非磁性中间层之上的笫二铁磁性固定 层、以及晶体氧化镁层。
17. —种磁性多层膜制造装置，包括具有自动转移单元的转移室；适于将衬底装载到所述转移室内以形成磁性多层膜的装栽机构； 成膜室，通过闸阀与所述转移室连接，并适于通过用包含锰(Mn)铁磁性层、通过用包含铂族金属的含钿靶和包含铁磁性材料的铁磁性 靶进行共溅射而形成包含铂族金属的第 一铁磁性固定层、通过用非磁 性靶进行溅射而形成非磁性中间层、以及通过用包含铁磁性材料的铁 磁性靶进行溅射而形成第二铁磁性固定层；和卸载机构，适于卸栽具有分层结构的衬底，所述分层结构包含反 铁磁性层、反铁磁性层之上的第一铁磁性固定层、第一铁磁性固定层 之上的非磁性中间层、以及非磁性中间层之上的第二铁磁性固定层。
18. —种磁性多层膜制造装置，包括 具有自动转移单元的转移室；适于将衬底装栽到所述转移室内以形成磁性多层膜的装载机构； 第一成膜室，通过闸阀与所述转移室连接，并适于通过用包含锰形成反铁磁性层、通过用包含钩族金属的含柏把和包含铁磁性材料的 铁磁性靶进行共溅射而形成包含钿族金属的第 一铁磁性固定层、通过 用非磁性把进行賊射而形成非磁性中间层、以及通过用包含铁磁性材 料的铁磁性靶进行溅射而形成笫二铁磁性固定层；第二成膜室，通过闸阀与所述转移室连接，并适于通过用氧化镁 靶或金属镁靶进行溅射而在所述自动转移单元转移的衬底之上形成氧 化镁层或金属镁层；和卸栽机构，适于卸栽具有分层结构的衬底，所述分层结构包含反 铁磁性层、反铁磁性层之上的第一铁磁性固定层、第一铁磁性固定层 之上的非磁性中间层、非磁性中间层之上的第二铁磁性固定层、以及 氧化镁层或金属镁层。
全文摘要
本发明公开了一种磁阻元件、其制造方法和磁性多层膜制造装置。所述磁阻元件包括从包含锰的层形成的反铁磁性层；包含位于反铁磁性层的一侧之上并从包含铁磁性材料和铂族金属的层形成的第一磁化固定层、从包含铁磁性材料的层形成的第二磁化固定层、以及位于第一磁化固定层和第二磁化固定层之间的第一非磁性中间层的分层的磁化固定层；从包含铁磁性材料的层形成的磁性自由层；以及位于分层的磁化固定层和磁性自由层之间的第二非磁性中间层。
文档编号H01F41/22GK101304070SQ200810095658
公开日2008年11月12日 申请日期2008年5月7日 优先权日2007年5月7日
发明者D·D·贾雅帕瓦拉, 恒川孝二 申请人:佳能安内华股份有限公司