磁阻效应元件及其制造方法

专利名称：磁阻效应元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及在磁阻效应膜的膜面的垂直方向上流通感应电流而检测磁的磁阻效应 元件及其制造方法。
背景技术：
近年来，HDD (硬盘驱动器)等磁记录装置用于个人电脑、便携式音乐，录像播放 器、录像电影、汽车导航等用途。随着用途的扩大，越来越要求HDD记录容量增大。为 了在不增加HDD的容积的情况下提高记录容量，有必要进一步提高每单位面积的记录密 度。
随着记录密度的提高，在磁记录介质内记录的1比特的面积变小。结果，从记录介 质出来的磁场信号变得非常弱，用以往的读取磁头难以识别"0"或"1"。因此，随着记 录密度的提高需要磁场灵敏度高的读取磁头。
磁盘，特别是磁头的性能是通过使用巨磁阻效应(giant magneto-resistive effect: GMR) 或隧道磁阻效应(tunnelingmagnetoresistiveeffect: TMR)而得到飞跃提高。特别是，自 旋阀膜(spin-valve:SV膜)在磁头或MRAM (磁阻随机存取存储器)等中的应用给磁设 备领域带来大的技术进步。
"自旋阀膜"是具有在两个强磁性层之间夹着非磁性空间层结构的积层膜，也称为 自旋相关散射单位。这两个强磁性层之一 (称为"销固层"或"磁化固定层"等)的磁化 由反强磁性层等固定，另外一个(称为"自由层"或"磁化自由层"等)的磁化对应于外 部磁场是可以旋转的。自旋阀膜中，通过销固层和自由层的磁化方向的相对角度发生变化， 得到巨大的磁阻变化。
使用自旋阀膜的磁阻效应元件中有CIP (平面内电流)-GMR元件、CPP (垂直于平 面的电流)-GMR元件以及TMR (隧道磁阻)元件。CIP-GMR元件中与自旋阀膜的膜 面平行地通电感应电流，在CPP- GMR元件以及TMR元件中在与自旋阀膜的膜面大致垂 直方向通电感应电流。高记录密度的磁头逐渐转移为与膜面垂直地通电感应电流的方式。
以往，己知的有这样的磁阻效应元件，其具有磁阻效应膜和一对电极，所述磁阻效
6应膜具有销固层；自由层；空间层；以及上述销固层、上述自由层中，上述销固层和上 述空间层的界面或者上述自由层和上述空间层的界面上形成的、并具有氧化物、氮化物或 氮氧化物的薄膜层，上述一对电极对与上述磁阻效应膜的膜面略垂直方向的感应电流进行 通电(专利文献1)。由于上述薄膜层优先使上旋电子或下旋电子中的任何一个通过，有
助于产生较大的磁阻变化率(MR变化率磁阻比率)。这样的薄膜层被称为自旋滤波层 (SF层)。SF层即使膜厚薄，也能够在上旋电子和下旋电子的透过中产生差异，因此，
对于磁头的狭缝化也是有利的。
专利文献1日本专利特开2004-6589号公报

发明内容
但是，在以往的自旋阀膜层中上旋电子和下旋电子的透过的差异不充分，还有能够 实现更大的MR变化率的余地。
本发明的目的在于提供能够实现更大的MR变化率的磁阻效应元件。
本发明的一形态的磁阻效应元件，其特征在于，具有磁阻效应膜；以及用于使电 流在上述磁阻效应膜的膜面上垂直流通的一对电极，该磁阻效应膜，含有磁化方向实质 上固定在一个方向上的磁化固定层；磁化方向对应于外部磁场而变化的磁化自由层；设置 在上述磁化固定层和上述磁化自由层之间的中间层；设置在上述磁化固定层或上述磁化自 由层上面的盖层；以及设于上述磁化固定层中、上述磁化自由层中、上述磁化固定层和上 述中间层的界面、上述中间层和上述磁化自由层的界面、以及上述磁化固定层或磁化自由 层与上述盖层的界面的任何一个、并由含有氧或氮的材料形成的功能层，上述功能层的结 晶取向面与其上或其下邻接的层的结晶取向面不同。
本发明的其它形态的磁阻效应元件的制造方法，其特征在于，所述磁阻效应元件具有 磁阻效应膜；以及用于使电流在上述磁阻效应膜的膜面上垂直流通的一对电极，该磁阻效 应膜，含有磁化方向实质上固定在一个方向上的磁化固定层；磁化方向对应于外部磁场 而变化的磁化自由层；设置在上述磁化固定层和上述磁化自由层之间的中间层；设置在上 述磁化固定层或上述磁化自由层上面的盖层；以及设于上述磁化固定层中、上述磁化自由 层中、上述磁化固定层和上述中间层的界面、上述中间层和上述磁化自由层的界面、以及 上述磁化固定层或磁化自由层与上述盖层的界面的任何一个、并含有氧或氮的功能层，在 形成上述功能层时，把对金属层成膜的工序和将金属层暴露在氧或氮任何一种气体之中的 工序作为一个模块，将这个模块重复大于等于两次。采用本发明，能提供能够实现更大的MR变化率的磁阻效应元件。


图1:说明以往的和本发明的磁阻效应元件的SF层的传导电子的透过差异的图。
图2:实施方式所涉及的磁阻效应元件的截面图。
图3:实施方式所涉及的磁阻效应元件的截面图。
图4:实施方式所涉及的磁阻效应元件的截面图。
图5:说明实施方式所涉及的磁阻效应元件的制造方法的截面图。
图6:为了制造实施方式所涉及的磁阻效应元件而使用的装置的结构图。
图7:表示图6的变换处理腔室的一例的结构图。
图8:表示实施例1、比较例1和比较例2的磁阻效应元件的面积阻抗(RA)和MR变化
率的图。
图9:表示和实施例l同样的方法制作的磁阻效应膜的截面TEM像的图。
图10:重叠表示图9中的空间层的逆格栅斑点和SF层的逆格栅斑点的图。
图11:表示用和实施例2同样的方法制作的磁阻效应膜的截面TEM像的图。
图12:实施方式所涉及的磁头的截面图。
图13:实施方式所涉及的磁头的截面图。
图14:实施方式所涉及的磁记录读取装置的立体图。
图15:实施方式所涉及的磁头接头(gimbal)组件的立体图。
图16:表示实施方式所涉及的磁存储器的矩阵结构的一例的图。
图17:表示实施方式所涉及的磁存储器的矩阵结构的其他例子的图。
图18:表示实施方式所涉及的磁存储器的主要部分的截面图。
图19:沿图18的A-A'线的截面图。
符号说明
l基板SV磁阻效应膜ll下电极12基础层13钉扎层14销固层141下部销固层 142磁耦合层143上部销固层15下部金属层16空间层161绝缘层162电流通路 17上部金属层 18自由层 19盖层20上电极21SF层22 SF层41偏压磁场外加 膜42绝缘膜43保护膜50搬运腔51卸载阻塞腔52预清洁腔53第一金属成膜 腔54第二金属成膜腔60变换处理腔61真空泵62供给管70离子源71、 71、 73格栅74中和器75等离子激发源80基板座150磁记录读取装置152转轴(spindle) 153磁头滑块154悬吊架155驱动器臂156音圈电动机157转轴 (spindle)160磁头组件164引线200磁记录磁盘311记忆元素部分312选择用 晶体管部分322位线322配线323字线323配线324下部电极326过孔(匕'了 ) 328配线330切换晶体管332门部(gate)332字线334位线 334字线350列 解码器351行解码器352读取放大器360解码器
具体实施例方式
发明人发现，与膜面垂直地对感应电流通电的方式的磁阻效应元件中，在磁化固定 层中、磁化自由层中、磁化固定层和中间层的界面、中间层和磁化自由层的界面、以及 磁化固定层或磁化自由层和盖层的界面中的任何一个上，设置由从氧化物、氮化物和氮 氧化物中选出的材料而形成的功能层(自旋滤波层、SF层)，功能层的结晶取向面与其 上或其下邻接层的结晶取向面不同时，能够实现大的MR变化率。
关于这种效果所发现的机理虽然不很清楚，但可以推定如下。即，SF层的结晶取向 面与邻接层的结晶取向面不同时，传导电子透过两者结晶取向面的界面时透过概率取决 于自旋而变化，自旋滤波效果容易获得。
参考图1 (a)和(b)，对以往和本发明的磁阻效应元件的SF层中的传导电子的透 过差异进行概念性地说明。任何一个图都表示邻接层2上积层SF层1的状态。本发明 的磁阻效应元件也包括在SF层1上积层邻接层2的情况。SF层1由从氧化物、氮化物 和氮氧化物中选出的材料形成。邻接层2是构成例如空间层、或者销固层或自由层的磁 性层。图1 (a)是以往的磁阻效应元件，SF层I和邻接层2的结晶取向面是相同的。图 1 (b)是本发明的磁阻效应元件，SF层1和邻接层2的结晶取向面是不同的。例如，任 何一个SF层1都显示出上旋电子容易透过、下旋电子难以透过的自旋滤波效果。当然， 相反的例子，也有下旋电子容易透过、上旋电子难以透过的情况。
如图1 (a)所示，SF层1和邻接层2的结晶取向面相同时，阻挡下旋电子的效果 小，得到的自旋滤波效果不充分。与之相对，如图l (b)所示，当SF层1的结晶取向 面和邻接层2的结晶取向面不同时，由于结晶取向的不同在两层的界面阻挡下旋电子的 效果增大，自旋滤波的效果增大，MR变化率提高。
功能层的结晶取向面的逆格栅斑点和上下邻接的层的结晶取向面的逆格栅斑点倾 斜大于等于10度小于等于90度较好。
功能层的结晶取向的分散角小于等于5度较好。同样，磁化固定层或磁化自由层的结晶取向的分散角也是小于等于5度较好。
又，发明人发现，通过改良功能层(SF层)的形成方法能够使SF层的结晶取向面 与邻接层的结晶取向面不同。
以往的方法是，在基础层(邻接层)上将金属层成膜后，通过施加氧化、氮化或氮 氧化处理(这些被称为变换处理)将金属层变换为氧化物、氮化物或氮氧化物而形成SF 层。此法由于没有对金属层的构成原子增加大的变换能量，SF层的结晶取向面与基础层 的结晶取向面变得相同。通常，SF层结晶取向为在与膜面垂直的方向上形成结晶格栅。
实施方式的磁阻效应元件的制造方法中，当形成功能层(SF层)时，对金属层成膜 的工序和将金属层变换为氧化物、氮化物或氮氧化物的工序作为一个模块，将这个模块 重复大于等于两次。这时，成为在薄金属层上实施变换处理，金属层的每个原子都能增 加大的变化能量，因此，能够容易地形成具有与基础层的结晶取向面不同的结晶取向面 的SF层。关于磁阻效应元件的制造方法将在后面参照图5更详细地说明。这样，即使 在使用同种金属层时，由于形成方法的不同SF层的结晶形态也有很大不同。
以下，参考

实施方式的磁阻效应元件。本说明书中，全部的图面是模式性 地描述，各构成要素的大小(膜厚等)以及构成要素之间的比率等与实际情况不同。
图2 (a)和(b)、图3 (a)和(b)、图4 (a)和(b)所表示的磁阻效应元件都具 有，在图中未表示的基板上积层下电极ll、磁阻效应膜SV和上电极20的结构。
图2 (a)和(b)是表示在自由层中设置有SF层21的磁阻效应元件的一例的立体图。
图2 (a)的磁阻效应膜SV具有积层基础层12、钉扎层13、销固层14、下部金属 层15、空间层16、上部金属层17、自由层18、盖层19的结构。销固层14具有积层下 部销固层141、磁耦合层142和上部销固层143的结构。空间层16含有绝缘层161和贯 通绝缘层的电流通路162，即具有电流狭窄(CCP:电流狭窄通路)结构。CCP结构的情 况下，有时可以将包含下部金属层15、空间层16和上部金属层17作为广义的空间层操 作。自由层具有积层下部自由层181、 SF层21和上部自由层182的结构。
除了空间层16含有金属层、省略了下部金属层15和上部金属层17以外，图2(b) 的磁阻效应膜SV具有和图2 (a)同样的结构。
图3 (a)和(b)是表示在上部销固层中设置有SF层22的磁阻效应元件的一例的 立体图。图3 (a)表示空间层16具有CCP结构。图3 (b)表示空间层16具有金属层。
除了上部销固层具有积层第1上部销固层144、 SF层22和第2上部销固层145的结构、自由层18具有一层的磁性层以外，图3 (a)的磁阻效应膜SV具有和图2 (a)同样的结构。
除了空间层16具有金属层、省略了下部金属层15和上部金属层17以外，图3 (b)的磁阻效应膜SV具有和图3 (a)同样的结构。
图4 (a)和(b)是表示在上部销固层中设置有SF层22、且在自由层18中设置有SF层21的磁阻效应元件的一例的立体图。图4 (a)表示空间层16具有CCP结构。图4 (b)表示空间层16具有金属层。其他的结构参考图2 (a)和(b)、图3 (a)和(b)的说明。
以下，说明磁阻效应元件的结构要素。
下电极11和上电极20是用于在自旋阀膜SV的垂直方向上通电的一对电极。通过在下电极11和上电极20之间外加电压，感应电流在自旋阀膜的膜面垂直方向流动。通过通电感应电流而检测由磁阻效应引起的阻抗的变化，能够检测出磁。下电极ll中，为了在磁阻效应元件中通电电流，使用电阻较小的金属，例如NiFe、 Cu等。
基础层12具有作为缓冲层和晶种层(、乂一K'層)等的功能。缓冲层是用于缓和下电极11表面的粗糙的层。晶种层是用于控制其上成膜的自旋阀膜的结晶取向和结晶粒径的层。
缓冲层可以使用Ta、 Ti、 W、 Zr、 Hf、 Cr或其合金。缓冲层的膜厚较好的是2~10nm左右，更好的是3 5nm左右。缓冲层的厚度太薄的话，缓冲效果丧失。另一方面，缓冲层的厚度太厚的话，使对MR变化率没有贡献的直列阻抗增大。缓冲层上成膜的晶种层具有缓冲效果时，并不一定要设置缓冲层。较好的例子有膜厚约3nm的Ta。
晶种层中使用能够控制其上成膜的层的结晶取向的材料。晶种层较好的是具有fcc结构(face-centered cubic structure, 面心立方结构)、hep结构(hexagonal close-packedstructure,六边最密结构)或bcc结构(body-centered cubic structure:体心立方结构)的金属层等。例如，作为晶种层，通过使用具有hcp结构的Ru或具有fcc结构的NiFe，能够使其上的自旋阀膜的结晶取向成为fcc(lll)取向。又，能够使钉扎层13(例如IrMn)的结晶取向变得良好。除上述材料以外，也可以使用Cr、 Zr、 Ti、 Mo、 Nb、 W或它们的合金。为了充分发挥使结晶取向提高的功能，晶种层的膜厚为1 5nm较好，1.5 3nm更好。晶种层的厚度过薄的话，结晶取向控制等效果丧失。另一方面，晶种层的厚度过厚的话，导致直列阻抗的增大，进而有时也会成为自旋阀膜的界面凹凸的原因。较好的例子可以举出膜厚约2nm的Ru。
11自旋阀膜或钉扎层13的结晶取向性可以通过X射线衍射测定。自旋阀膜的fcc(lll)峰、bcc (110)峰、或钉扎层13 (IrMn)的fee (111)峰的摇摆曲线的半峰宽为3.5 6度，可以得到良好的取向性。这个取向的分散角可以从使用截面TEM的衍射斑点判断。
晶种层作为Ru的替代也可以使用以NiFe为主的合金，例如NixFe跳x (x=90 50%，较好的是75 85%)、或者在NiFe中添加第3元素X成为非磁性的(NixFeH)().x) ,oo-yXy(X=Cr、 V、 Nb、 Hf、 Zr、 Mo)。以NiFe为主的晶种层得到良好的结晶取向性比较容易，可以使与上述同样测定的摇摆曲线的半峰宽为3 5度.
晶种层不仅具有提高结晶取向的功能，也具有控制在其上形成的层的结晶粒径的功能。晶种层上形成的层中的结晶粒的粒径可以通过截面TEM等决定。当销固层14是处于比空间层16下层的位置上的底层型自旋阀膜时，决定晶种层上形成的钉扎层B (反强磁性层)或销固层14 (磁化固定层)的结晶粒径。
与高密度记录对应的读取磁头中元件尺寸为例如小于等于100nm。结晶粒径与元件尺寸之比大、每元件面积的结晶粒的数目变少的话，就成为特性参差不齐的原因，因此，结晶粒径大并不好。特别是，形成电流通路的CCP-CPP元件中结晶粒径大并不好。另一方面，结晶粒径过小的话， 一般难以维持良好的结晶取向。因此，自旋阀膜的结晶粒径在5~40nm的范围较好，5~20nm的范围更好。在这样的结晶粒径范围内的话，即使磁阻效应元件的尺寸变小，也不会导致特性参差不齐、能够实现高的MR变化率。
为了获得这个范围内的结晶粒径，使用膜厚约2nm的Ru作为晶种层也较好。又，使用(NixFe1(X)-x) K)o-yXy (X=Cr、 V、 Nb、 Hf、 Zr、 Mo)作为晶种层时，使第3元素X的组成y为0 30%左右较好(也包括y为0的情况)。
另一方面，在MRAM用途等元件尺寸有大于等于100nm的情况，即使结晶粒径增大到40nm左右也有不会出现那种程度的问题的情况。gp，通过使用晶种层，即使结晶粒径粗大化也有不会造成障碍的情况。为了使结晶粒径比40nm更粗大化，使用例如以NiFeCr为主的达到35 45%左右地大量含有Cr的、显示fcc和bcc的临界相的合金或具有bcc结构的合金作为晶种层较好。
钉扎层13具有向在其上成膜的销固层14形成的强磁性层付与单向异性(unidirectional anisotropy)、固定磁化的功能。钉扎层13的材料可以使用IrMn、 PtMn、PdPtMn、 RuRhMn等反强磁性材料。其中，对应高记录密度的磁头用途中，IrMn有利。IrMn其膜厚比PtMn薄、能够外加单向异性、适合于高密度记录用的必须的窄缝化。
为了付与充分强的单向异性，适当设定钉扎层13的膜厚。钉扎层13的材料为PtMn、PdPtMn时，较好的是膜厚为8 20nm左右，10 15nm更好。钉扎层13的材料为IrMn时，即使是膜厚比PtMn等更小也能够付与单向异性，3 12nm较好，4 10nm更好。较好的例子可以举出膜厚约7nm的IrMn。
作为钉扎层13，也可以使用硬磁性层代替反强磁性层。硬磁性层可以举出例如CoPt(Co=50 85%)、 (CoxPt10。.x) 100.yCry (x=50 85%、 y=0 40%)、 FePt (Pt=40 60%)。由于硬磁性层(特别是CoPt)比阻抗较小，因而能够抑制直列阻抗及面积阻抗RA的增大。
销固层14的较好的例子可以例举具有下部销固层141 (例如C09()FeiQ[3.5nmp、磁耦合层142(例如Ru)、以及上部销固层143(例如Fe5oCo5Q [lnm]/Cu
X2/Fe5oCo50[lnm])的合成销固层。所述钉扎层13 (例如IrMn)和其正上方的下部销固层141交换磁耦合以使具有单向异性(unidirectional anisotropy)。磁耦合层142的上下的下部销固层141和上部销固层143强磁耦合以使磁化的朝向相互反平行。
下部销固层141的材料可以使用例如CoxFeu)o-x合金(x=0 100%)、 NixFe!,合金(x=0 100%)、或在上述合金中添加了非磁性元素的合金。下部销固层141的材料也可以使用Co、 Fe、 Ni的单元素或其合金。
下部销固层141的磁膜厚(饱和磁化BsX膜厚t、 Bs，t之积)与上部销固层143的磁膜厚大致相等较好。即，上部销固层143的磁膜厚与下部销固层141的磁膜厚相对应较好。举一个例子，上部销固层143是(Fe5C)Co5o [lnm]/Cu
) X2/Fe5()Co5o [lnm]时，薄膜的FeCo的饱和磁化约为2.2T，因此磁膜厚成为2.2TX3nm=6.6T nm。由于Co9oFen)的饱和磁化约为1.8T，给予与上述相等的磁膜厚的下部销固层141的膜厚t为6.6Tnm/1.8T=3.66nm。因此，较好的是使用膜厚约3.6nm的Co9oFe1()。又，使用IrMn作为钉扎层13时，下部销固层141的组成为略增加Fe组成的Co9oFeH)较好。具体地，Co75Fe25等是较好的例子。
下部销固层141所使用的磁性层的膜厚为L5 4nm左右较好。这是基于钉扎层13(例如IrMn)引起的单向异性磁场强度和借由磁耦合层142 (例如Ru)的下部销固层141和上部销固层143之间的反强磁耦合磁场强度的观点。下部销固层141太薄的话，MR变化率变小。另一方面，下部销固层141太厚的话，难以获得设备操作中必要的充分的单向异性磁场。较好的例子可以举出膜厚约3.6nm的Co75Fe25。
磁耦合层142 (例如Ru)具有在上下磁性层(下部销固层141和上部销固层143)中产生反强磁性耦合而形成合成钉销结构的功能。作为磁耦合层142的Ru层的膜厚较
13好的是0.8 lnm。只要是使上下磁性层产生充分的反强磁性耦合的材料，也可以使用Ru以外的材料。可以使用RKKY (Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida)耦合的第一个峰对应的膜厚0.3 0.6nm来替换RKKY (Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida)耦合的第二个峰对应的膜厚0.8 lnm。具体可例举，能够得到更高可靠性的耦合稳定的特性的、膜厚为约0.9nm的Ru。
作为上部销固层143的一个例子可以使用(Fe5oCo5o[lnm]/Cu
)X2/Fe5oCo50[lnm]这样的磁性层。上部销固层143成为自旋相关散射单位的一部分。上部销固层143是直接对MR效应作出贡献的磁性层，为了获得大的MR变化率，其构成材料和膜厚两者都很重要。特别是，位于与空间层16的界面的磁性材料在对自旋相关界面散射作出贡献这一点上很重要。
上部销固层143使用例如具有bcc结构的磁性材料较好。使用具有bcc结构的磁性材料作为上部销固层143时，由于自旋相关界面散射效果大，因而能够实现大的MR变化率。具有bcc结构的FeCo系合金可以举出FexCo咖-x (x=30~100%)或在FexCo1Q()-x中加入添加元素的合金。特别是，满足各个特性的Fe4oCo6。 Fe6oCo4。较好、其中Fe5oCo50是更好的材料。
在上部销固层143使用易于实现高MR变化率的具有bcc结构的磁性层时，磁性层的全膜厚大于等于1.5nm较好。这是因为能够稳定地保持bcc结构。由于自旋阀膜所使用的金属材料多是具有fcc结构或fct结构，所以只有上部销固层143可以具有bcc结构。因此，上部销固层143的膜厚太薄的话，稳定地保持bcc结构变得困难、不能得到高的MR变化率。作为上部销固层143的例子举出的Fe5oCo5Q [lnm]/Cu
) X2/Fe5QCo50[lnm]，具有全膜厚为3nm的FeCo和在每个lnm的FeCo上积层的0.25nm的Cu，总膜厚3.5nm。另一方面，上部销固层143的膜厚为小于等于5nm较好。这是因为能够得到大的钉销固定磁场。为了兼顾大的钉销固定磁场和bcc结构的稳定性，具有bcc结构的上部销固层143的膜厚为2.0 4nm左右较好。
作为上部销固层143，也可以使用在以往的磁阻效应元件中广泛使用的具有fcc结构的Co9oFeu)合金或具有hcp结构的钴合金来替代具有bcc结构的磁性材料。作为上部销固层143，也可以使用Co、 Fe、 Ni等单元素或含有其中任何一种元素的合金材料。作为上部销固层143的磁性材料，把有利于获得大的MR变化率的材料进行排序的话，是以下顺序具有bcc结构的FeCo合金材料、具有大于等于50%钴组成的钴合金、具有大于等于50。/。Ni组成的镍合金。作为上部销固层143的例子举出的(FesoCo50 [lnm]/Cu
)X2/Fe5()Co5o [lnm]， 为磁性层(FeCo层)和非磁性层(极薄Cu层)交替积层的结构。具有这样结构的上部 销固层143，通过极薄的Cu层，可以提高被称为自旋相关本体(A》夕)散射效果的自 旋相关散射效果。
"自旋相关本体散射效果"是相对于"自旋相关界面散射效果"的用语。自旋相关 本体散射效果是指在磁性层内部发现MR效果的现象。自旋相关界面散射效果是指在空 间层和磁性层的界面发现MR效果的现象。
如图3 (a)和(b)所示，在上部销固层中插入SF层22的话，具有提高MR变化 率的效果。在如图3 (a)那样空间层是CCP结构的情况和如图3 (b)那样空间层是金 属层的情况中的任何一个中都可以期待MR变化率上升的效果。关于SF层22的材料和 制作方法等，由于与在自由层中设置SF层21的情况有关、将在后面详述，因此这里省 略。
以下，对使用具有磁性层和非磁性层的积层结构的上部销固层而产生的本体散射效 果的提高进行说明。
在图2 (a)所示的具有CCP结构的CPP-GMR元件的情况下，由于在空间层附近电 流被狭窄化，在界面附近的阻抗的贡献非常大。即，在空间层16和磁性层(销固层14 和自由层18)的界面的阻抗在磁阻效应元件整体的阻抗中所占的比例大。这种情况表示 在CCPP-CPP元件中自旋相关界面散射效果的贡献非常大、很重要。g卩，位于空间层16 的界面的磁性材料的选择与以往的CPP元件的情况相比具有重要的意义。销固层143中 使用具有bcc结构的FeCo合金层的理由如前所述，是因为自旋相关界面散射效果大。
但是，为了获得较高的MR变化率，使用本体散射效果大的材料也很重要。为了获 得本体散射效果，极薄Cu层的膜厚为0.1 lrm较好，0.2 0.5nm更好。Cu层的膜厚 过薄的话，提高本体散射的效果变弱。Cu层的膜厚过厚的话，有时会出现本体散射效果 减少的情况，而且借由非磁性Cu层的上下磁性层的磁耦合变弱，销固层14的特性变得 不充分。由于这些理由，使用作为优选例举出的在上部销固层中膜厚为0.25nm的Cu。
作为上部销固层143中的磁性层间的非磁性层的材料，也可以使用Hf、 Zr、 Ti等来 代替Cu。插入这些极薄的非磁性层时，FeCo等磁性层的每一层的膜厚为0.5 2nm较好、 1 1.5nm左右更好。
作为上部销固层143，也可以使用将FeCo和Cu合金化的层来代替FeCo层和Cu 层的交互积层结构。这样的FeCoCu合金可以举出(FexCo1Qo-x)跳yOiy (x=30 100%、7=3 15%左右)，也可以使用这以外的组成范围。作为FeCo中添加的元素，也可以使用 Hf、 Zr、 Ti等其他元素来代替Cu。
上部销固层143中也可以使用Co、 Fe、 Ni或含有它们的合金的单层膜。例如，作 为最简单结构的上部销固层143，也可以使用以往广泛使用的2 4nm的Co9oFeu)单层。 也可以在此材料中添加其他的元素。
空间层16中也可以使用具有CCP结构的层和金属层(全金属)的层，其中，CCP 结构的层具有绝缘层161和贯通绝缘层161的电流通路162。
对含有下部金属层15、空间层16和上部金属层17的CCP结构的空间层(广义) 进行说明。
下部金属层15是作为电流通路162材料的供给源所使用后的残存层，作为最终形 态也存在并不一定残存的情况。
CCP结构的空间层中，绝缘层161由氧化物、氮化物、氮氧化物等形成。作为绝缘 层161可以使用具有Al203这样的非晶态结构的物质和具有MgO这样的结晶结构的物质 中的任何一种。为了发挥作为空间层的功能，绝缘层161的厚度在1 3.5nm范围内较好， 在1.5 3nm范围内更好。
作为绝缘层161所使用的典型的材料，可以举出Al203和向其中加入添加元素的物 质。例如可以使用膜厚约2nm的Al203。添加元素有Ti、 Hf、 Mg、 Zr、 V、 Mo、 Si、 Cr、 Nb、 Ta、 W、 B、 C、 V等。这些添加元素的添加量可以在0% 50%左右的范围适宜变 化。
绝缘层161中，可以使用Ti氧化物、Hf氧化物、Mg氧化物、Zr氧化物、Cr氧化 物、Ta氧化物、Nb氧化物、Mo氧化物、Si氧化物、V氧化物等来替代A1203那样的 Al氧化物。对于这些氧化物也可以使用上述添加元素。添加元素的添加量可在0% 50% 左右的范围适宜变化。
绝缘层161也可以使用以Al、 Si、 Hf、 Ti、 Mg、 Zr、 V、 Mo、 Nb、 Ta、 W、 B、 C 为主的氮化物或氮氧化物来替代氧化物。
电流通路162是形成与空间层16的膜面垂直流通电流的、被狭窄化的通路(路径)、 例如含有Cu等金属。在空间层16使用CCP结构时，由于电流狭窄效应能够增大MR 变化率。电流通路162的材料，除了 Cu以外，还可以使用Au、 Ag、 Al、 Ni、 Co、 Fe 以及含有这些元素中的至少一种的合金。作为含有Cu的合金的例子可以举出CuNi、 CuCo、 CuFe等。为了增大MR变化率、减少销固层14和自由层18的层间耦合磁场
16(interlayer coupling field、 Hin)，使用具有含大于等于50%Cu的组成的合金较好。
形成电流通路162的材料也可以使用具有金属层(全金属)的空间层。特别是，全 金属的空间层由选自Au、 Ag和Cu的元素形成较好。全金属空间层的情况下，膜厚为 1.5 3nm左右较好。
与绝缘层161相比，电流通路162是氧、氮含量显著小(氧或氮的含量比率大于等 于2倍)的领域， 一般为结晶相。结晶相与非结晶相相比阻抗小，所以作为电流通路162 是比较好的。
上部金属层17构成广义的空间层的一部分。上部金属层17具有作为阻隔层保护其 上成膜的自由层18不会与空间层16的氧化物接触从而被氧化的功能，和使自由层18 的结晶性良好的功能。例如，绝缘层161的材料是非晶态(例如A1203)时，其上成膜 的金属层的结晶性变差。因此，作为上部金属层17，通过配置使fcc结晶性良好的层(例 如Cu层、小于等于lnm左右的膜厚即可)，能够显著改善自由层18的结晶性。
根据空间层16的材料和自由层18的材料，并不一定非要设置上部金属层17。只要 是通过退火条件的最佳化、空间层16的绝缘材料的选择、自由层18的材料的选择等， 能够避免结晶性的降低，则不需要空间层16上的金属层17。
但是，考虑到制造上的利润(7—-y),采用CCP结构时，在空间层16上形成上 部金属层17较好。上部金属层17的较好的例子可以举出膜厚约0.5nm的Cu。
作为上部金属层17的材料，除Cu以外，也可以使用Au、 Ag、 Ru等。上部金属层 17的材料，与空间层16的电流通路162的材料一样较好。上部金属层17的材料，与电 流通路162的材料不同时，导致界面阻抗的增大，两者为同样的材料时不产生界面阻抗 的增大。
上部金属层17的膜厚较好的是0 1nm， 0.1 0.5nm更好。上部金属层17太厚的 话，被空间层16狭窄化的电流在上部金属层17增大、电流狭窄效应不充分，导致MR 变化率的降低。
自由层18是含有磁化方向随外部磁场变化的强磁性体的层。例如，在图2 (a)和 (b)的磁阻效应元件中，作为自由层18的一部分设置含有氧化物、氮化物或氮氧化物 的、并具有自旋滤波效果的SF层21，从而能够在不增大膜厚的情况下实现较大的MR 变化率。变换为含有氧化物、氮化物或氮氧化物的SF层的金属材料可以举出、Fe、 Co、 Ni、 Mn、 Cr等单金属及其合金，以及Si、 Al、 Mg、 Zr、 W、 V、 Hf、 Ta、 Ir、 Au、 Ag、 Pt、 Nb等非磁性元素。特别是氮化物或氮氧化物，因为易于获得低阻抗和MR变化率的提高，所以较好。更具体地，Fe、 Co、 Ni、 Mn、 Cr等磁性元素或含有容易显现磁性的 元素的金属氮化物或氮氧化物较好。
实施方式中，SF层21的结晶取向面和与之邻接的层的结晶取向面不同。例如，在 图2 (b)中，SF层21 (及其正下方的下部自由层181)的结晶取向面与下层的Cu空间 层16的结晶取向面不同。因为在空间层16和SF层21的界面结晶取向不同，因此，在 两者的界面自旋滤波效果变得较为显著，能够实现可以高灵敏度检测磁场的磁阻效应元 件。
既可以如图3 (a)和(b)所示，在上部销固层中设置SF层22，也可以如图4 (a) 和(b)所示，在自由层18中设置SF层22的同时在上部销固层中设置SF层22。也可 以在自由层中或销固层中设置多个SF层。又，也可以在销固层14和空间层16的界面、 空间层16和自由层18的界面、自由层18和盖层19的界面设置SF层。
盖层19具有保护自旋阀膜的功能。盖层19可以做成多个金属层，例如Cu层和Ru 层的2层结构(Cu[lnm]/Ru[10nm])。盖层19也可以使用在自由层18侧设置Ru的Ru/Cu 层。这时，Ru的厚度为0.5~2nm左右较好。这个结构的盖层19在特别是自由层18由 NiFe构成的情况较好。由于Ru与Ni是非固溶的关系，能够降低在自由层18和盖层19 之间形成的界面混合层的磁应变。
无论盖层19是Cu/Ru和Ru/Cu的任何一种，Cu层的膜厚为0.5 10nm左右较好， Ru层的膜厚为0.5 5nm左右较好。由于Ru的比阻抗较高，最好不使用厚Ru层。
盖层19可以设置其他的金属层来代替Cu层、Ru层。只要是能够保护自旋阀膜的 材料，盖层19中也可以使用其他的材料。但是，由于通过盖层19的选择，有时会有 MR变化率或长期可靠性变化的情况，必须要注意。从这些观点，Cu或Ru作为盖层的 材料较好。
上述电极20中对电的低阻抗材料使用例如Cu、 Au、 NiFe等。
接着，对实施方式所涉及的磁阻效应元件的制造方法进行说明。图5 (a) (e)
是表示在制造图2 (b)的磁阻效应元件时用于在下部自由层181上形成SF层21的制造
工序的截面图。
如图5 (a)所示，在下部自由层181上成膜有变换为SF层21的第1金属层211。 如图5 (b)所示，对第1金属层211进行暴露在氧气或氮气中的变换处理、形成变 换层211'。该变换层211，成为SF层21的一部分。在该变换处理中，仅仅将金属层211 的表面暴露在氮气或氧气氛围中，不能实现希望的层。必须在氮气或氧气氛围中通过离子束向金属层的原子给予动能，同时进行向氧气或氮气的暴露处理。这样的处理中，对 金属层的原子的能量辅助起作用。通过使第1金属层211较薄地堆积进行变换处理，从 而能够在深度方向上实施均匀的变换处理。通过这样的变换处理，变换层211'的结晶取 向受到影响。
如图5 (c)所示，变换层211，上被变换为SF层21的第2金属层212再次成膜。
如图5 (d)所示，与图5 (b)同样，对第2金属层212再次进行变换处理，形成 含有氧化物、氮化物、氮氧化物的变换层212'。这时，不仅是在第2金属层212进行氧 化、氮化或氮氧化，也在正下方的变换层211'、进而在下部自由层18中也进行氧化、氮 化或氮氧化的情况。由于对应于金属材料氧化物、氮化物或氮氧化物的生成能量不同， 因而变换进行的深度很大程度上依赖于金属材料的组成和结晶结构等。
以下，对应于最终完成的SF层21的膜厚改变分割次数，将金属层的成膜和变换处 理作为一个模块，仅以必要的次数对此模块反复进行，从而形成SF层21.
然后，如图5 (e)所示，成膜上部自由层182。这样形成含有下部自由层181、 SF 层21和上部自由层182的自由层18。如上所述，变换处理的影响涉及到下部自由层181 为止的情况下，从结晶取向的观点，有时会有SF层21和下部自由层181之间的明确区 分消失的情况。这样的情况下，与在空间层16和自由层18 (这样的情况下仅是上部自 由层182)之间的界面上形成SF层21等价。
通过暴露在氮气中形成SF层时，使SF层的完成膜厚为T纳米时，以金属层的成膜 和变换处理为1模块的模块反复次数N由下式所示
N》(T/0.5) Xx (1) (这里，x是l 2的常数，T>1).
当根据暴露在氮气中的SF层的完全膜厚进行分割使成膜的金属层的分割数发生改 变时，应用上述的(1)式，规定重复次数N，实施一连串的制造工序。形成含有氮化物 的SF层时，与氧化物相比，氮化物的生成能量大，因此在同样的气流和离子束的能量 中向氮化物的变换变得困难。将变换为SF层的金属层成膜为超过lnm的厚度、进行氮 化处理的话，仅仅形成薄的氮化层，不能发挥作为SF层所期望的效果、提高MR变化 率的效果小。因此，使l次成膜的金属层的膜厚小于等于lnm较好。
形成含有氧的SF层比含有氮的SF层容易形成，所以，规定与氮化处理的情况不同 的模块重复次数N。使含有氧气的SF层的完成膜厚为T纳米时，以金属层的成膜和变 换处理为1模块的模块的重复次数N由下式所示-
19N> (T/l) Xx (2) (这里，x是l 2的常数，T》l)。
与暴露在氮气氛围中的工序相比，暴露在氧气中易于进行向金属层的深度方向的变 换处理。又，氮氧化处理中，在氧气和氮气的混合气体氛围中形成由离子束照射引起的 SF层。这里，通过使用氮气的氮化和使用氧气的氧化，以形成同样膜厚的变换层的情况 进行比较，氧化这种做法用较少的气体流量和光线照射时间即可完成。此外，从气体整 体将被变换为SF层的金属层浸透这个观点，使用氧气和氮气的混合气体的氮氧化与氧 化比较接近。因此，在氧化和氮氧化中，模块的重复次数N同样地可以用(2)表示。
在图5 (a)和(c)中成膜的金属层的材料从Ni、 Fe、 Cr、 V、 Cu、 Co、 Mn、 Hf、 Si、 Al、 Ta、 W、 Mo、 In、 Ru、 Au、 Ag、 Pt和Mg中选择。
特别是，如图3 (a)和(b)所示，在上部销固层143中设置SF层22时，使销固 层的钉特性(Hua)不降低较好。这时，在选自Ni、 Fe、 Co及其合金的强磁性金属层实 施变换处理、形成SF层的话，从Hua不易降低的观点较好。又，使夹着SF层22的2 层强磁性层强磁性耦合较好。
又，在自由层中设置SF层时，对强磁性金属层实施变换处理形成SF层的话，强磁 性体中的磁力矩之间的交换耦合发挥作用，自由层全体强磁性耦合，从而引起磁化的一 起旋转。因此，可以可控性良好地实现作为自由层必要条件之一的低保磁力(Hc)。
SF层21的完成膜厚为0.2nm 10nm左右较好，特别是暴露在氮气中的SF层21的 完成膜厚为0.3nm 5nm左右较好。SF层不是氮化物，而是含有氧化物或氮氧化物时， 成为绝缘体或非常高的阻抗的可能性变高、膜厚增加的话，有可能元件的面积阻抗RA 急剧增大。因此，含有氧化物的SF层21的完全膜厚为0.3 3nm左右较好。即使是氮 化物，像A1N这样的作为绝缘层所熟知的材料，增大膜厚的话面积阻抗增大，所以在制 造低阻抗磁头用的磁阻效应元件上具有接近10nm厚度的SF层21是不实用的。
为了形成更均匀的SF层，出于辅助原子动能的目的，也可以将氩、氙、氦、氖、 氪等气体离子化或等离子化、将在这样的离子化氛围中或等离子化氛围中供给氧气或氮 气等而生成的离子或等离子照射到金属层表面进行变换处理。
形成SF层时，不仅是上述离子辅助产生的氮化、氧化、氮氧化，也可以考虑单在 氮气、氧气或它们的混合气体氛围中暴露金属层，即所谓的自然氮化、自然氧化、自然 氮氧化，但是为了形成均匀的SF层，根据(1)式或(2)式对分割的薄膜厚的金属层 进行成膜较好。又，也可以考虑，与在照射氮气或氧气的等离子、形成SF层的工序中
20给予的能量的强度相应，形成从取向附生(epitaxial)成长途中倾斜的结晶取向层。
含有SF层的磁阻效应元件的面积阻抗RA小于等于0.5Qn;m2，具体地，为 0.05 Q m m2 0.3 Q *u m2较好。
以下，对形成SF层时的光束条件进行说明。通过氮化处理形成SF层时如上所述对 稀有气体进行离子化或等离子化时，将加速电压V设定为+30 130V、将光束电流Ib设 定为20 200mA较好。这些条件与进行离子光束蚀刻时的条件相比是显著弱的条件。也 可以使用RF等离子等的等离子代替离子光束来同样地形成SF层。对于离子光束的入射 角度，与膜面垂直入射时定义为O度、与膜面平行入射时定义为90度，在0 80度的范 围内适宜变化。采用这个工序的处理时间为15秒 180秒较好，从控制性等观点太于等 于30秒更好。处理时间太长的话，CPP元件的生产性变差所以不理想。从这些观点来讲， 处理时间为30秒 180秒最好。
通过氧化处理形成SF层时使用离子或等离子时，将加速电压V设定为+40 200V、 将光束电流Ib设定为30 300mA左右较好。氧化处理时间为15秒 300秒左右较好， 20秒 180秒左右更好。使用强离子光束时縮短处理时间，使用弱离子光束时延长处理 时间。
使用离子或等离子氮化处理时，氮的暴露量为1000 10000000L (11^1X10-^orr Xsec)较好。氧化或氮氧化时，氧的暴露量为1000 5000L较好。
通过在图5的各工序中使用上述适宜的条件，能够实现理想的SF层。 在图5 (a)和(c)中，分割积层的第1和第2金属层211、 212可以是相同的材料 或不同的材料。 一般来讲，使用同样的材料为多，但是没有必要一致。具体地，对从Ni、 Fe、 Cr、 V、 Cu、 Co、 Mn、 Hf、 Si、 Al、 Ta、 W、 Mo、 In、 Ru、 Au、 Ag、 Pt和Mg中 选择的金属层进行氧化或氮化而形成的SF层中在自旋状态引起调制的同时维持导电性 较好。
图6表示了为制造实施方式所涉及的磁阻效应元件所使用的装置的大致结构。如图 6所示，以搬运腔(TC) 50为中心，通过真空泵分别设置有卸载阻塞腔51、预清洁腔 52、第一金属成膜腔(MC1) 53、第二金属成膜腔(MC2) 54、变换处理腔60。在这个 装置中，通过真空泵连接的各个腔之间可以在真空中搬运基板，因此，基板表面保持清 洁。
金属成膜腔53、 54具有多元(5 10元)目标。成膜方式可以例举DC磁控管溅射、 RF磁控管溅射等溅射法、离子光束溅射法、蒸镀法、CVD (化学气相沉淀法)法以及MBE (分子光束取向附生)法等。变换处理中，可以利用离子光束结构、RF等离子结 构或具有加热结构的腔，且必须与金属成膜腔分开。
真空腔的典型真空度为10—9TOrr台，也可以允许l(T8T0rr的前半值。更具体地，金 属成膜腔的到达真空度小于等于1X10—STorr较好，5X 10"GTOrr 5X 1(^Torr左右是比较 普遍的。搬运腔50的到达真空度为l(T9T0rr数量级。变换处理腔60的到达真空度小于 等于8Xl(T8Torr。
变换为SF层的金属层的成膜可以在金属成膜腔53、 54的任何一个中进行。变换处 理在变换处理腔60中进行。金属层成膜后，基板通过搬运腔50被搬运到变换处理腔60 进行变换处理。然后，被搬运到金属成膜腔53、 54的任何一个中、在第2金属层成膜后， 基板再次通过搬运腔50被搬运到氧化处理腔60、进行变换处理。
图7表示了图6的变换处理腔60的一例的结构。所述变换处理腔60使用离子光束。 如图7所示，变换处理腔60通过真空泵61被抽成真空，变换处理腔60中由质量流控 制器(MFC) 63被控制流量的反应气体从供给管62被导入。在变换处理腔60内设有 离子源70。离子源的形式可以举出ICP (感应耦合等离子体)型、电容耦合等离子体型、 ECR (电子回旋共振)型、考夫曼型等。基板座80设置成面对离子源70，在基板座上 设置基板l。
在从离子源70的离子放出口中设置有调整离子加速度的3片格栅71、 72、 73。在离 子源70的外侧设有中和离子的中和器74。基板座80是可倾斜地被支撑。虽然离子对基 板l的入射角可在较广范围内变化，典型的入射角的值是15。 ~60° 。
在所述变换处理腔60中，通过将Ar等离子束照射到基板1上，能够进行对使用离 子的变换处理的能量辅助、通过在从供给管62供应反应气体的同时将Ar等离子光束照 射到基板1上，从而变换金属层来形成SF层。
也可以使用RF等离子腔等作为变换处理腔。无论怎样，为了在变换处理中给予能量， 要在能够产生离子或等离子的腔内进行变换处理。
又，作为给予能量的手段，也可以进行加热处理。这种情况下，可以例如在10(TC 30(TC的温度下进行数十秒至数分钟左右的加热处理。
接着，对图2 (a)和(b)中所示的磁阻效应元件的制造方法整体进行说明。 (1)基础层12的形成
在基板(图中未表示)上，通过微细加工处理预先形成电极ll。在下电极ll上对例 如Ta[5nm]/Ru[2nm]成膜作为基础层12。 Ta是用于缓和下电极的粗糙的缓冲层。Ru是控制Ta上成膜的自旋阀膜的结晶取向和结晶粒径的晶种层。
(2) 钉扎层13的形成
在基础层12上成膜钉扎层13。可以使用PtMn、 PdPtMn、 IrMn、 RuRhMn等反强磁 性材料作为钉扎层13的材料。
(3) 销固层14的形成
在钉扎层13上形成销固层14。销固层14可以使用含有例如下部销固层141 (Co9oFeK))、磁耦合层142 (Ru)、以及上部销固层143 (Co9oFe1())的合成销固层。
(4) 空间层的形成
接着，形成空间层。空间层可以是图2 (a)所示那样的具有CCP结构的层或者也可 以是图2 (b)所示那样的金属层。
CCP结构的空间层可以用例如日本专利特开2006-54257号公报所公开的方法形成。 含有金属层的空间层通过在金属成膜腔中成膜Cu、 Au、 Ag、 Cr、 Mn等而形成。
(5) 自由层的形成
接着，根据图5说明的方法形成含有SF层21的自由层18。
(6) 盖层19和上电极20的形成
在自由层18上积层例如Cu[lnm]/Ru[10nm]作为盖层19。在盖层19上形成用于向自 旋阀膜垂直通电的上电极20。
实施例
(实施例l)
在本实施例中，制作图2 (b)所示的磁阻效应元件。表示实施例1的磁阻效应元件 的结构。
下电极11
基础层12: Ta[lnm]/Ru[2nm] 钉扎层13: Ir22Mn78[7nm]
销固层14: Co90Fe10 [4nm]/Ru
/ Co90Fe10 [4nm] 空间层(全金属)16: Cu[3nm] 下部自由层181: Co9oFe10 [2nm]
SF层21:按图5的方法制作的(Fe8oCo2o
的氮化层)X5层 上部自由层182: Co90Fe10 [2nm]
23盖层19 上电极20。
这里，积层至空间层16后，对形成含有SF层的自由层的方法进行说明。通常的自 旋阔膜中，积层到空间层16为止后在一个工序中成膜自由层。与之相对，像本实施例这 样形成含有SF层的自由层时，首先积层通常的自由层一半膜厚的磁性层，在其上形成SF 层21。本实施例中成膜2nm的Co9oFeu)作为下部自由层181。
接着，在图5 (a)的工序中，成膜厚度0.4nm的Fe8()Co2。作为变换为SF层的第1 金属层211。在图5 (b)的工序中，按照如下进行变换处理。首先，在将Ar离子光束照 射到金属层表面的状态下，将氮气流入变换处理腔。Ar离子光束的加速条件定为60V。 这样，形成第一层的极薄氮化层211'。停止氮气的流动、将基板转移到金属成膜腔内。 在图5 (c)的工序中，再次成膜厚度0.4nm的Fe8()C02o作为被变换为SF层的第2金属层 212。在图5 (d)的工序中，进行第2金属层212的变换处理。所述变换处理的条件设为 与图5 (b)的氮化条件一样。这样形成第2层的极薄氮化层212，。通过反复进行总计5 次这样的金属层的成膜和氮化处理，最终形成含有膜厚2nm的Fe8()C02()的氮化层的SF层 21。
SF层21的形成结束后，将基板移动到金属成膜腔内。进行上部自由层、盖层的成 膜。所制造的CPP元件，通过在成膜所有的层后进行的热处理而成为最终的层结构，因 此，也有在成膜途中的阶段没有成为最终的层结构这样的情况。实际上在成膜至盖层为止 后进行的热处理也显示能量辅助的效果。这样的热处理在28(TC进行4小时。 (比较例l)
作为比较例l，制作自由层18含有膜厚4nm的Co9oFeu)、不含SF层的磁阻效应元 件。显示比较例l的磁阻效应元件的结构。 下电极ll
基础层12: Ta[lnm]/Ru[2nm] 钉扎层13: Ir22Mn78[7nm]
销固层14: Co90Fe10 [4nm]/Ru
/ Co90Fe10 [4腦]
空间层(全金属)16: Cu[3nm]
自由层18: Co90Fe10 [4nm]
盖层19
上电极20。(比较例2)
作为比较例2，制作具有和实施例1同样的层结构、但只进行一次金属层的成膜和氮 化处理的模块来形成自由层中的SF层的磁阻效应元件。 下电极ll
基础层12: Ta[lnm]/Ru[2nm] 钉扎层13: Ir22Mn78[7nm]
销固层14: Co90Fe10 [4nm]/Ru
/ Co90Fe10 [4nm] 空间层(全金属)16: Cu[3nm] 下部自由层181: Co90Fe1() [2nm]
SF层21:成膜FesoCo2()[lnm]，在与实施例同样的条件下只氮化1次的氮化层
上部自由层182: Co90Fe10 [2nm]
上电极20。
对如上所述制作的实施例1、比较例1和比较例2的磁阻效应元件的特性进行评价。 对于各个元件，使电流从销固层14向自由层18的方向流动(使电子从自由层18向销固 层14的方向流动)，测定面积阻抗和MR变化率。这里，使电流从自由层18向销固层14 的方向流动(使电子从销固层14向自由层18的方向流动)时，由自旋传递力矩效果引起 的噪音变大。因此，为了减低自旋传递噪音，如上所述使电流从销固层14向自由层18 的方向流动较好。
图8表示实施例1、比较例1和比较例2的磁阻效应元件的面积阻抗(RA)和MR 变化率。在实施例1的元件中，RA-O.lQum2、 MR变化率=1.1%。另一方面，比较例1 和2的元件都是RA-约0.08Qum2、 MR变化率二约0.8y。。这样，可以确认，实施例1的 元件与比较例1和2的元件相比，显示出有意义的高MR变化率。
接着，对实施例1和比较例2的元件的截面透过型电子显微镜(截面TEM)像进行 比较。
图9表示用与实施例1同样的方法制作的磁阻效应膜的截面TEM像。在该图中，下 段的放大图表示空间层16，上段的放大图表示下部自由层181 (以及SF层21)。根据这 些图可知，空间层16的结晶取向面和下部自由层181的结晶取向面以两者的界面为临界 相互不同。表示上段结晶取向面的区域含有相当于下部自由层的部分和相当于含有 (Fe8()Co2Q
的氮化层)X5的SF层的部分。虽然这个图中没有表示，但是，上段 区域的结晶取向面和其上的相当于上部自由层的部分的结晶取向面不同。将图9的截面高速傅立叶变换(FFT)而得到结晶取向面的逆格栅斑点。在图10 (a) 和(b)表示了将空间层16的逆格栅斑点和SF层21 (以及下部自由层181)的逆格栅斑 点以
方位的斑点为中心重叠的图。
图10 (a)表示从各个中心的斑点开始的间隔在0.212nm (空间层16)或0.216 (SF 层21)处大致相等、被认为是等价的结晶取向面的逆格栅斑点。A是连接空间层16的逆 格栅斑点的直线，B是连接SF层21的逆格栅斑点的直线。在该图中表示，直线A和直 线B呈A9^勺12度的角度，上下两层的结晶取向面仅以这个角度相互倾斜。这里，关于 在通过逆格栅斑点测定的圆的中心点的同一对角线上得到至少两个斑点的情况，引出线来 计算Ae。由于这种情况下的2个斑点是从同样的结晶取向得到的，所以离中心点的距离 大致相等。关于这样得到的基于SF层逆格栅点的线和基于与其邻接的层的逆格栅点的线 所形成的角度，将锐角定义为A9 。 g卩，因为将通过圆的中心点的两条线的角度定义为A6 ， 本定义的A9的最大值也就只能是90度。
图10 (b)是测定相同样品中不同点的结果。因为膜面内结晶取向不同，在各个结晶 粒的结果不同，所以也测定了其他的点。表示从各个中心的斑点的间隔在0.20810111 (空间 层16)或0.214nm (SF层21)大致相等、被认为是等价的结晶取向面的逆格栅斑点。A 是连接空间层16的逆格栅斑点的直线，B是连接SF层21的逆格栅斑点的直线。在该图 中表示，直线A和直线B呈A0^勺6O度的角度，上下两层的结晶取向面以该角度相互倾 斜。
图ll表示与实施例2同样的方法制作的磁阻效应膜的截面TEM像。从该图可以看 出，空间层16、下部自由层181、 SF层21和上部自由层182的结晶取向面一致，取向附 生成长。与上述一样对图11的截面进行高速傅立叶变换(FFT)得到结晶取向面的逆格 栅斑点。制作将空间层16的逆格栅斑点和SF层21的逆格栅斑点重叠的图(未图示)， 两个层的结晶取向面的倾斜A0大致为O度。这与结晶粒无关，全部都是A0为O度。艮卩， 在SF层和空间层没有结晶取向面的倾斜，取向附生成长。
实施例1和实施例2中产生上述不同是由于下述理由。
如实施例1，反复进行5次金属层的积层和氮气氛围中的主要处理以形成SF层时， 每层金属层的膜厚充分薄(这时是0.4nm)。对薄的金属层进行使用离子或等离子的氮化 处理的话，充分的能量被供给至金属层的构成原子。因此，形成SF层21 (以及其正下方 的下部自由层181 )，所述SF层21的结晶取向面相对于基础的空间层16的结晶取向面是 倾斜的。具有这样的相对于下层的结晶取向面倾斜的结晶取向面的上层，由于生成能量大，所以难以通过通常的处理而形成。
另一方面，如比较例2，相对于比较厚的金属层只进行一次氮气氛围中的处理来形成 SF层时，由于没有充分的能量被供给至金属层的构成原子，所以金属层表面的变换效果 弱，相对于基础的空间层16的结晶取向面，SF层21 (以及其正下方的下部自由层181) 的结晶取向面不倾斜。
如实施例1，形成具有相对于基础的空间层16的结晶取向面为倾斜的结晶取向面的 SF层21 (以及其正下方的下部自由层181)的话，仅仅是上旋电子和下旋电子之一易于 透过两层的界面，产生自旋滤膜的效果。结果，在实施例1中得到更大的MR变化率。 这个效果与上旋电子和下旋电子的费尔米速度差对传导有贡献这一理论计算相一致(I.I. Main,Phys.Rev丄ett.,83(7)， 1999,p. 1427)。
另一方面，如比较例2，基础的空间层16的结晶取向面和SF层21 (以及其正下方 的下部自由层181)的结晶取向面一致的话，不能看到提高MR变化率的效果。
又，通过本过程，如果能够使SF层和与之邻接的层的结晶取向面倾斜的话，SF层 就并不一定非要含有氮和氧。这尤其是针对氮气氛围中进行的情况下而言。这时，在氮气 氛围中进行上述过程的目的不是为了形成氮化物，而是为了使结晶取向面从与该层所邻接 的层倾斜。
实施例2
使用以下的材料，制作图3 (b)所示的磁阻效应元件。 下电极ll
基础层12: Ta[lnm]/Ru[2nm] 钉扎层13: Ir22Mn78[7nm] 下部销固层141: Co9oFeuj [4nm] 反强磁性耦合层142: Ru
第1上部销固层144: Co9oFe1() [2nm]
SF层21:按图5的方法制作的(Fe8oCo2o
的氮化层)X5层
第2上部销固层145: Co9oFe1() [2nm]
空间层(全金属)16: Cu[3nm]
自由层18: Co90Fe10 [4nm]
盖层19: Cu[lnm]/Ru[10nm]
上电极20。(实施例3)
使用以下材料，制作图3 (a)所示的磁阻效应元件。 下电极11
基础层12: Ta[lnm]/Ru[2nm] 钉扎层13: Ir22Mn78[7nm] 下部销固层141: Co9oFe1() [4nm] 反强磁性耦合层142: Ru
第1上部销固层144: Co9()Fe1() [2nm]
SF层21:按图5的方法制作的(Fe8oCo2o
的氮化层)X 5层 第2上部销固层145: Co9oFe1() [2nm]
空间层(CCP-NOL) 16:八1203绝缘层161和Cu电流通路162 自由层18: Co90Fe10 [4nm] 盖层19: Cu[lnm]/Ru[10nm] 上电极20。
实施例4
使用以下材料，制作图2 (a)所示的磁阻效应元件。 下电极11
基础层12: Ta[lnm]/Ru[2nm] 钉扎层13: Ir22Mn78[7nm]
销固层14: Co9。FeK) [4nm]/ Ru
/ Co9oFe1Q [4nm] 空间层(CCP-NOL) 16: Al203绝缘层161和Cu电流通路162 下部自由层181: Co90Fe10 [2nm]
SF层21:按图5的方法制作的(Fe8oCo2o
的氮化层)X5层 上部自由层182: Co90Fe10 [2nm] 盖层19: Cu[lnm]/Ru[10nm] 上电极20。
实施例5使用以下材料，制作图4 (b)所示的磁阻效应元件。 下电极11
基础层12: Ta[lnm]/Ru[2nm] 钉扎层13: Ir22Mn78[7nm] 下部销固层141: Co9GFe1Q [4nm] 反强磁性耦合层142: Ru
SF层22:按图5的方法制作的(Fe8。Co2。
的氮化层)X5层 第2上部销固层145: CowFeH) [2nm] 空间层(全金属)16: Cu[3nm] 下部自由层181: Co9oFe1() [2nm]
SF层21:按图5的方法制作的(Fe8oCo2o
的氮化层)X5层 上部自由层182: Co90Fe1() [2nm〗 盖层19: Cu[lnm]/Ru[10nm] 上电极20。
实施例6
使用以下材料，制作图4 (a)所示的磁阻效应元件。 下电极ll
基础层12: Ta[lnm]/Ru[2nm] 钉扎层13: Ir22Mn78[7nm] 下部销固层141: CowFeH) [4nm] 反强磁性耦合层142: Ru
第1上部销固层144: Co9oFe1() [2nm]
SF层22:按图5的方法制作的(FesoCo2o
的氮化层)X5层 第2上部销固层145: Co9oFen) [2nm]
空间层(CCP-NOL) 16:八1203绝缘层161和Cu电流通路162 下部自由层181: Co90Fe10 [2nm]
SF层21:按图5的方法制作的(Fe肌Co2Q
的氮化层)X5层 上部自由层182: Co90Fe10 [2nm]
29盖层19: Cu[ 1 nm]/ Ru[ 10nm] 上电极20。
这些实施例2 6的磁阻效应元件也可以获得和实施例1的磁阻效应元件同样的效果。
(磁阻效应元件的应用)
以下，对实施方式所涉及的磁阻效应元件的应用进行说明。
CPP元件的元件阻抗RA从高密度对应的观点来看，小于等于0.5Q，iU^较好，小于 等于0.3Qnirr^更好。计算元件阻抗RA时，用CPP元件的阻抗R乘以自旋阀膜的通电 部分的实效面积A。这里，元件阻抗R可以直接测定。另一方面，由于自旋阔膜的通电 部分的实效面积A是依赖于元件结构的值，决定中需要注意。
例如，作为实效遥感自旋阀膜的领域而进行图案化时，自旋阀膜整体的面积成为实 效面积A。此时，从适度设定元件阻抗的观点，使自旋阀膜的面积至少为小于等于 0.04um2，在大于等于300Gbpsi的记录密度下为小于等于0.02ym2。
但是，形成与自旋阀膜相接、比自旋阀膜面积小的下电极ll或上电极20时，下电 极11或上电极20的面积成为自旋阀膜的实效面积A。下电极11或上电极20的面积不 同时，较小者的电极的面积成为自旋阀膜的实效面积A。这时，从适度设定元件阻抗的 观点，使较小者的电极的面积至少小于等于O.O知m2。
由于自旋阀膜的面积最小的地方是与上电极20相接触的部分，所以将其宽度视为 轨道宽度Tw。又，关于高度方向，由于还是与上电极20相接触的部分最小，所以将其 宽度视为高度长D。自旋阀膜的实效面积A是A-TwXD。
实施方式所涉及的磁阻效应元件，能够使电极间的阻抗R设为小于等于IOOQ。该 阻抗R是例如在磁头接头(gimbal)组件(HGA)的前端安装着的读取磁头部的两个电 极垫片之间所测定的阻抗值。
在实施方式所涉及的磁阻效应元件中，销固层14或自由层18是fcc结构时，具有 fee (111)取向性较好。销固层14或自由层18具有bcc结构时，具有bcc(110)取向 性较好。销固层14或自由层18具有hcp结构时，具有hcp (001)取向或hcp (110)取 向性较好。
本发明的实施方式所涉及的磁阻效应元件的结晶取向性，分散角在5.0度以内较好， 3.5度以内更好，3.0度以内最好。这是通过X射线衍射的e-2e测定所得到的峰位置的摇
30摆曲线的半峰宽而求得的。又，作为来自元件截面的电子线衍射摄像斑点的斑点分散角 度能够检测。
虽然也依赖反强磁性膜的材料，但是由于一般情况下反强磁性膜和销固层14/空间 层16/自由层18的格栅间隔不同，所以能够分别算出在各个层中取向的分散角。例如， 铂锰(PtMn)和销固层14/空间层16/自由层18中，格栅间隔不同的情况较多。由于铂 锰(PtMn)是较厚的膜，对于测定结晶取向的参差不齐是适合的材料。关于销固层14/ 空间层16/自由层18，销固层14和自由层18中，结晶结构有像bcc结构和fcc结构这样 不同的情况。此时，销固层14和自由层18具有各自其他的分散角。 (磁头)
图12表示将实施方式所涉及的磁阻效应元件安装到磁头的状态。图12是在与介质 相对面大致平行的方向上切断磁阻效应元件的截面图，该介质相对面与磁记录介质(未 图示)相对。图13是在相对于介质相对面ABS的垂直方向切断所述磁阻效应元件的截 面图。
图12所示的磁头具有所谓的硬贴合(hard abutted)结构。在磁阻效应膜SV的上下 分别设置有下电极11和上电极20。图中，磁阻效应膜的两个侧面，偏压磁场外加膜41 和绝缘膜42积层设置。如图13所示在磁阻效应膜的介质相对面设置有保护膜43。
对磁阻效应膜的感应电流通过配置在其上下的下电极11、上电极20如箭头A表示 的那样，在与膜面大致垂直的方向上通电。又，通过设置在左右的一对偏压磁场外加膜 41、 41，在磁阻效应膜上外加偏压磁场。通过所述偏压磁场，控制磁阻效应膜的自由层 18的磁异性、进行单磁区化，由此能够实现该磁区结构稳定化、抑制伴随着磁壁移动的 巴克豪森噪音(barkhausennoise)。由于磁阻效应膜的S/N比提高，所以应用于磁头时高 灵敏度的磁读取成为可能。
(硬盘和磁头接头(gimbal)组件)
图13所示的磁头安装到记录读取一体化的磁头组件中，能够搭载在磁记录装置中。 图14是例示这样的磁记录装置的概略构成的主要部分立体图。本实施方式的磁记录装置 150是使用旋转式促动器形式的装置。同图中，磁盘200安装在转轴152上，通过对来 自未图示的驱动装置控制部的控制信号进行应答的未图示的发动机，在箭头A的方向旋 转。本实施方式的磁记录装置150也可以具有多个磁盘200。
对磁盘200内收纳的信息进行记录读取的磁头滑块153安装在薄膜状的悬吊架154 的顶端。磁头滑块153将含有上述任何一个实施方式的磁阻效应元件的磁头搭载在其顶
31端附近。
磁盘200旋转的话，磁头滑块153的介质相对面(ABS)保持从磁盘200的表面具 有特定的浮上量。或者滑块也可以是与磁盘200相接触的所谓的"接触走行型"。
悬吊架154与促动器臂155的一端连接。促动器臂155的另一端设置有直线电动机 中一种的音圈电动机156。音圈电动机156具有巻绕在线圈骨架部的未图示的驱动线圈 和磁回路，所述磁回路具有将线圈夹入地相对配置的永久磁铁和相对磁轭。
促动器臂155通过设置在转轴157上下2处的未图示的球状轴承所支撑、通过音圈 电动机156能够自由地旋转滑动。
图15是从磁盘侧看位于促动器臂155顶部的磁头接头组件的放大立体图。gp，组 件160具有促动器臂155,在促动器臂155的一端连接有悬吊架154。在悬吊架154的顶 端安装有磁盘153，所述磁盘153具有含有上述任何一个实施方式的磁阻效应元件的磁 头。悬吊架154具有写入和读取信号用的引线164，所述引线164和安装在磁头滑块153 的磁头的各个电极电连接。图中165是组件160的电极垫片。
根据本实施方式通过具备含有上述磁阻效应元件的磁头，能够准确地读取以高记录 密度在磁盘200上磁记录的信息。 (磁存储)
对搭载了实施方式的磁阻效应元件的磁存储进行说明。使用实施方式的磁阻效应元 件，例如能够实现存储单元被配置成矩阵状的磁阻随机存取存储器(MRAM)等磁存储。
图16是实施方式的磁存储的矩阵结构的一例的图。该图表示存储单元配置成阵列 状时的回路构成。为了选择阵列中的l比特，具有列解码器350、行解码器351，通过位 线334和字线332，切换晶体管330打开、被任意选择，通过用读取放大器352检出能 够读取记录在磁阻效应膜中的磁记录层(自由层)中的比特信息。写入比特信息时，外 加在特定的写入字线323和位线322中流通写入电流而产生的磁场。
图17是表示实施方式的磁存储的矩阵结构的其他实施例的图。此时，配线为矩阵 状的位线322和字线334分别由解码器360、 361选择，阵列中的特定存储单元被选择。 各个存储单元具有磁阻效应膜SV和二极管D并联的结构。这里，二极管D具有在选择 的磁阻效应膜SV以外的存储单元中防止感应电流迂回的作用。写入是通过在特定的位 线322和写入字线323中分别流通写入电流而产生的磁场来进行的。
图18是表示本发明的实施方式的磁存储的主要部分的截面图。图19是图18的沿 A-A'线的截面图。这些图所显示的结构与图16或图17所示的磁存储中包含的1比特份的存储单元相对应。所述存储单元具有记忆元件部分311和地址选择用晶体管312。 记忆元件部分311具有磁阻效应膜SV和与之连接的一对配线322、 324。 另一方面，地址选择用晶体管312中，设有穿孔326和通过埋入的配线328连接的
晶体管330。所述晶体管330根据向门部332外加的电压进行切换操作、控制磁阻效应
膜SV和配线334之间的电流通路的开闭。
又，磁阻效应膜SV的下方，在于配线322大致垂直相交的方向上设有写入配线323。
这些写入配线322、 323可以由例如铝(Al)、铜(Cu)、钩(W)、钽(Ta)或具有包含
它们中的任一种的合金。
这样构成的存储单元中，在磁阻效应膜SV中写入比特信息时，在配线322、 323中
流通写入脉冲电流，通过外加由这些电流诱发的合成磁场，适宜反转磁阻效应膜的记录
层的磁化。
又，读出比特信息时，通过配线322、含有磁记录层的磁阻效应膜SV和下电极324 流通感应电流，测定磁阻效应膜SV的阻抗值或阻抗值的变化。
实施方式的磁存储，通过使用上述实施方式的磁阻效应元件，即使使单元尺寸微细 化，也能够准确地控制记录层的磁区、确保准确的写入，且能够准确地读出。 (其他的实施方式)
本发明不仅限于上述实施方式，可以进行扩大、改变，扩大、改变后的实施方式也 包含在本发明的技术范围内。关于磁阻效应膜的具体结构、其他，电极、偏压外加膜、 绝缘膜等的形状或材质，本领域技术人员可以通过从公知的范围内适宜选择来同样地实 施本发明、得到同样的效果。例如，将磁阻效应元件应用于读取用磁头时，通过在元件 的上下设置磁屏蔽、能够规定磁头的检测分解能。
又，本发明的实施方式，不仅适用于长度磁记录方式，也适用于垂直磁记录方式的 磁头或磁读取装置。进而，本发明的磁记录装置可以是固定具有特定的记录介质的所谓 固定式，另一方面，也可以是记录介质可替换的所谓"可移动"方式。
此外，基于本发明的实施方式，本领域的技术人员可以适宜改变设计来实施的所有 磁阻效应元件、磁头、磁记录装置以及磁存储器都同样属于本发明的范围。例如，本发 明的实施方式的磁阻效应元件可以用于对应于高记录密度的全部的HDD、适用于民用的 个人电脑、便携式音乐*录像播放器、汽车导航、录像电影等记录装置。
权利要求
1. 一种磁阻效应元件，其特征在于，具有磁阻效应膜；以及用于使电流在上述磁阻效应膜的膜面上垂直流通的一对电极，该磁阻效应膜含有磁化方向实质上固定在一个方向上的磁化固定层；磁化方向对应于外部磁场而变化的磁化自由层；设置在上述磁化固定层和上述磁化自由层之间的中间层；设置在上述磁化固定层或上述磁化自由层上面的盖层；以及设于上述磁化固定层中、上述磁化自由层中、上述磁化固定层和上述中间层的界面、上述中间层和上述磁化自由层的界面、以及上述磁化固定层或磁化自由层与上述盖层的界面的任何一个、并由含有氧或氮的材料形成的功能层，上述功能层的结晶取向面与其上或其下邻接的层的结晶取向面不同。
2. 如权利要求1所记载的磁阻效应元件，其特征在于，上述功能层的结晶取向面的 逆格栅斑点和其上或其下邻接的层的结晶取向面的逆格栅斑点倾斜大于等于10度、小于 等于90度。
3. —种磁阻效应元件，其特征在于，具有磁阻效应膜；以及用于使电流在上述磁 阻效应膜的膜面上垂直流通的一对电极，该磁阻效应膜含有磁化方向实质上固定在一个方向上的磁化固定层； 磁化方向对应于外部磁场而变化的磁化自由层； 设置在上述磁化固定层和上述磁化自由层之间的中间层； 设置在上述磁化固定层或上述磁化自由层上面的盖层；以及设于上述磁化固定层中、上述磁化自由层中、上述磁化固定层和上述中间层 的界面、上述中间层和上述磁化自由层的界面、以及上述磁化固定层或磁化自由层与上述 盖层的界面的任何一个的功能层，上述功能层的结晶取向面的逆格栅斑点和其上或其下邻接的层的结晶取向面的逆 格栅斑点倾斜大于等于10度、小于等于90度。
4. 如权利要求1所记载的磁阻效应元件，其特征在于，上述功能层的结晶取向的分 散角小于等于5度。
5. 如权利要求1所记载的磁阻效应元件，其特征在于，上述磁化固定层或上述磁化 自由层的结晶取向的分散角小于等于5度。
6. 如权利要求1所记载的磁阻效应元件，其特征在于，上述功能层含有选自Fe、 Co、 Ni、 Mn禾口Cr的材料。
7. 如权利要求1所记载的磁阻效应元件，其特征在于，上述功能层含有选自Al、 Si、 Mg、 Zr、 Hf、 Nb、 W、 Ti和Pd的材料。
8. 如权利要求1所记载的磁阻效应元件，其特征在于，上述中间层是含有选自Au、 Ag和Cu的元素的金属层。
9. 如权利要求1所记载的磁阻效应元件，其特征在于，上述中间层含有含有氧或 氮的绝缘层；以及贯通上述绝缘层的电流通路。
10. 如权利要求9所记载的磁阻效应元件，其特征在于，上述电流通路含有选自Au、 Ag、 Cu、 Fe、 Co禾卩Ni的元素。
11. 一种磁头接头组件，具有权利要求1记载的磁阻效应元件。
12. —种磁记录装置，具有权利要求ll记载的磁头接头组件。
13. —种磁阻效应元件的制造方法，其特征在于，所述磁阻效应元件具有磁阻效 应膜；以及用于使电流在上述磁阻效应膜的膜面上垂直流通的一对电极，该磁阻效应膜含有磁化方向实质上固定在一个方向上的磁化固定层； 磁化方向对应于外部磁场而变化的磁化自由层；设置在上述磁化固定层和上述磁化自由层之间的中间层； 设置在上述磁化固定层或上述磁化自由层上面的盖层；以及设于上述磁化固定层中、上述磁化自由层中、上述磁化固定层和上述中间层 的界面、上述中间层和上述磁化自由层的界面、以及上述磁化固定层或磁化自由层与上述 盖层的界面的任何一个、并含有氧或氮的功能层，在形成上述功能层时，把对金属层成膜的工序和将金属层暴露在氧或氮任何一种气 体之中的工序作为一个模块，将这个模块重复大于等于两次。
14. 一种磁阻效应元件的制造方法，其特征在于，所述磁阻效应元件具有磁阻效 应膜；以及用于使电流在上述磁阻效应膜的膜面上垂直流通的一对电极，该磁阻效应膜含有磁化方向实质上固定在一个方向上的磁化固定层； 磁化方向对应于外部磁场而变化的磁化自由层； 设置在上述磁化固定层和上述磁化自由层之间的中间层； 设置在上述磁化固定层或上述磁化自由层上面的盖层；以及设于上述磁化固定层中、上述磁化自由层中、上述磁化固定层和上述中间层 的界面、上述中间层和上述磁化自由层的界面、以及上述磁化固定层或磁化自由层与上述 盖层的界面的任何一个的功能层，并且，上述功能层的结晶取向面的逆格栅斑点和其上或其下邻接的层的结晶取向面 的逆格栅斑点倾斜大于等于10度、小于等于90度，在形成上述功能层时，把对金属层成膜的工序和将金属层暴露在氧或氮任何一种气 体之中的工序作为一个模块，将这个模块重复大于等于两次。
15. 如权利要求13所记载的磁阻效应元件的制造方法，其特征在于，上述金属层含 有选自Fe、 Co、 Ni、 Mn和Cr的材料。
16. 如权利要求13所记载的磁阻效应元件的制造方法，其特征在于，上述功能层是 含有氮的层，将上述功能层的膜厚设为T纳米、上述模块的反复次数设为N时，辆足N》(T/0.5) Xx这里，x是l 2的常数，T》1。
17. 如权利要求13所记载的磁阻效应元件的制造方法，其特征在于， 一次成膜的上 述金属层的膜厚小于等于lnm。
18. 如权利要求13所记载的磁阻效应元件的制造方法，其特征在于，上述功能层是 含有氧的层，将上述功能层的膜厚设为T纳米、上述模块的反复次数设为N时，辆足<formula>formula see original document page 5</formula>这里，x是l 2的常数，T》1。
全文摘要
本发明提供一种可实现更大MR变化率的磁阻效应元件，该磁阻效应元件，其特征在于，具有磁阻效应膜；以及用于使电流在上述磁阻效应膜的膜面上垂直流通的一对电极，该磁阻效应膜，含有磁化方向实质上固定在一个方向上的磁化固定层；磁化方向对应于外部磁场而变化的磁化自由层；设置在上述磁化固定层和上述磁化自由层之间的中间层；设置在上述磁化固定层或上述磁化自由层上面的盖层；以及设于上述磁化固定层中、上述磁化自由层中、上述磁化固定层和上述磁化自由层的界面、上述中间层和上述磁化自由层的界面、以及上述磁化固定层或磁化自由层与上述盖层的界面的任何一个、并由含有氧或氮的材料形成的功能层，上述功能层的结晶取向面与其上或其下邻接的层的结晶取向面不同。
文档编号H01L43/12GK101499514SQ20091000380
公开日2009年8月5日 申请日期2009年2月1日 优先权日2008年1月30日
发明者村上修一, 汤浅裕美, 福泽英明, 藤庆彦 申请人:株式会社东芝