JP2006100574A - Magnetoresistive device - Google Patents
Magnetoresistive device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006100574A JP2006100574A JP2004284966A JP2004284966A JP2006100574A JP 2006100574 A JP2006100574 A JP 2006100574A JP 2004284966 A JP2004284966 A JP 2004284966A JP 2004284966 A JP2004284966 A JP 2004284966A JP 2006100574 A JP2006100574 A JP 2006100574A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- magnetoresistive
- magnetoresistive effect
- layer
- effect element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 47
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 8
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 57
- 230000005381 magnetic domain Effects 0.000 claims description 20
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims description 16
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 3
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000484 niobium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N niobium(5+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Nb+5].[Nb+5] URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 155
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 73
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 43
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 20
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 15
- 230000005290 antiferromagnetic effect Effects 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018979 CoPt Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Magnetic Heads (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
Description
本発明は、磁気抵抗効果素子に関するものである。 The present invention relates to a magnetoresistive element.
磁気記録分野では、磁気ディスクドライブ装置の高密度化、小型化の進展に対応すべく、磁気抵抗効果膜であるスピンバルブ膜を、読み取り素子として用いた薄膜磁気ヘッドが主流となっている。 In the field of magnetic recording, thin film magnetic heads using a spin valve film, which is a magnetoresistive effect film, as a reading element have become the mainstream in order to respond to the progress of high density and miniaturization of magnetic disk drive devices.
さらに、スピンバルブ膜のなかには、積層界面数を増加させることによって、高出力化されたデュアルスピンバルブ膜がある。デュアルスピンバルブ膜は、基本的には、フリー層を中心として、その上下にそれぞれ、非磁性導電層、ピンド層及び反強磁性層が対称的に設けられている構成を有する(特許文献1参照)。ピンド層は磁化方向が一方向に固定されており、フリー層は磁化方向が外部から印加される磁界に応答して自由に動く。また、ピンド層の磁化方向と、フリー層の磁化方向とが同じであるときには、抵抗値が最小になり、逆方向の時に最大になる。したがって、この抵抗変化特性を利用して、外部磁界を検出する。 Furthermore, among the spin valve films, there is a dual spin valve film whose output is increased by increasing the number of stacked interfaces. The dual spin valve film basically has a configuration in which a nonmagnetic conductive layer, a pinned layer, and an antiferromagnetic layer are symmetrically provided above and below a free layer (see Patent Document 1). ). The pinned layer has a magnetization direction fixed in one direction, and the free layer moves freely in response to a magnetic field applied from the outside. Further, when the magnetization direction of the pinned layer and the magnetization direction of the free layer are the same, the resistance value is minimized, and the resistance value is maximized in the opposite direction. Therefore, an external magnetic field is detected using this resistance change characteristic.
しかしながら、デュアルスピンバルブ膜においては、製作工程におけるラッピング加工時のストレスや、積層の上層におけるラフネスなどが原因となり、フリー層の上方側のピンド層の磁化方向が反転してしまう個体が出現する。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ピンド層の磁化方向をより安定的に維持することができる磁気抵抗効果素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a magnetoresistive effect element that can maintain the magnetization direction of the pinned layer more stably.
上述した課題を解決するため、本発明は、少なくとも磁気抵抗効果膜を有する中心能動領域と、該中心能動領域の両側に設けられた一対の端部受動領域とを含む磁気抵抗効果素子であって、前記磁気抵抗効果膜におけるピンド層の飽和磁歪定数が正の値であり、前記端部受動領域には、600MPa以上5000MPa以下の圧縮応力を有し、前記磁気抵抗効果膜にハイト方向の引張応力を生じさせる層が設けられている。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a magnetoresistive effect element including at least a central active region having a magnetoresistive effect film and a pair of end passive regions provided on both sides of the central active region. The saturation magnetostriction constant of the pinned layer in the magnetoresistive effect film is a positive value, the end passive region has a compressive stress of 600 MPa to 5000 MPa, and the magnetoresistive effect film has a tensile stress in the height direction. There is a layer that produces
また、上記において、好適には、前記引張応力を生じさせる層は、1000MPa以上5000MPa以下の圧縮応力を有する。 In the above, preferably, the layer that generates the tensile stress has a compressive stress of 1000 MPa to 5000 MPa.
また、同課題を解決するための、別の本発明は、少なくとも磁気抵抗効果膜を有する中心能動領域と、該中心能動領域の両側に設けられた一対の端部受動領域とを含む磁気抵抗効果素子であって、前記磁気抵抗効果膜におけるピンド層の飽和磁歪定数が正の値であり、前記端部受動領域には、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化チタン、窒化珪素、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化タンタル、ダイヤモンド状カーボン、炭化珪素のいずれか一つを含み、前記磁気抵抗効果膜にハイト方向の引張応力を生じさせる層が設けられている。 Another embodiment of the present invention for solving the same problem includes a magnetoresistive effect including a central active region having at least a magnetoresistive effect film and a pair of end passive regions provided on both sides of the central active region. The saturation magnetostriction constant of the pinned layer in the magnetoresistive film is a positive value, and the end passive region includes aluminum nitride, boron nitride, titanium nitride, silicon nitride, niobium oxide, zirconium oxide, A layer that includes any one of yttrium oxide, hafnium oxide, magnesium oxide, titanium oxide, tantalum oxide, diamond-like carbon, and silicon carbide and that generates tensile stress in the height direction is provided in the magnetoresistive film.
上記本発明において、好適には、前記端部受動領域は、磁区制御膜と、電極膜と、保護膜とを含み、前記引張応力を生じさせる層は、前記保護膜であり、前記保護膜は、前記電極膜をエッチングから保護する。 In the present invention, preferably, the end passive region includes a magnetic domain control film, an electrode film, and a protective film, the layer causing the tensile stress is the protective film, and the protective film is The electrode film is protected from etching.
あるいは、前記端部受動領域は、磁区制御膜と、保護膜とを含み、前記引張応力を生じさせる層は、前記保護膜であり、前記保護膜は、前記磁区制御膜をエッチングから保護するように構成してもよい。 Alternatively, the end passive region includes a magnetic domain control film and a protective film, the layer that generates the tensile stress is the protective film, and the protective film protects the magnetic domain control film from etching. You may comprise.
また、前記磁気抵抗効果膜は、デュアルスピンバルブ膜であってもよい。 The magnetoresistive film may be a dual spin valve film.
本発明によれば、磁気抵抗効果膜にハイト方向の引張応力が生じるため、逆磁歪効果により、磁気抵抗効果膜中のピンド層の磁化方向を安定化させることができる。したがって、製作工程におけるラッピング加工時のストレスや、積層の上層におけるラフネスなどが原因となって生じうる、あるいは、他の原因によって生じうる、磁気抵抗効果膜の磁化方向が反転する現象を防止することができる。 According to the present invention, since a tensile stress in the height direction is generated in the magnetoresistive effect film, the magnetization direction of the pinned layer in the magnetoresistive effect film can be stabilized by the inverse magnetostrictive effect. Therefore, it is possible to prevent a phenomenon in which the magnetization direction of the magnetoresistive effect film is reversed, which may be caused by stress at the time of wrapping in the manufacturing process, roughness in the upper layer of the stack, or other causes. Can do.
なお、本発明の他の特徴及びそれによる作用効果は、添付図面を参照し、実施の形態によって更に詳しく説明する。 The other features of the present invention and the operational effects thereof will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
以下、本発明に係る磁気抵抗効果素子を、薄膜磁気ヘッドの読み取り素子として実施した場合の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。 Hereinafter, an embodiment in which a magnetoresistive effect element according to the present invention is implemented as a reading element of a thin film magnetic head will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
図1は、磁気抵抗効果素子の構成概要を示す模式図である。磁気抵抗効果素子1は、CIP(current in plane)型の薄膜磁気ヘッドの読み取り素子を構成しており、中心能動領域1aと、その両側に設けられた一対の端部受動領域1bとを有する。中心能動領域1aは、磁気抵抗効果膜3を含んでおり、一対の端部受動領域1bは、一対の磁区制御膜5、7、電極膜9、11、及び、保護膜13、15を含んでいる。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration outline of a magnetoresistive effect element. The
磁気抵抗効果膜3は、外部から印加される磁界に応答する膜であり、本実施の形態においては、デュアルスピンバルブ膜によって構成されている。デュアルスピンバルブ膜は、基本的には、フリー層17と、上下一対の非磁性層19、21と、上下一対のピンド層23、25と、上下一対の反強磁性層27、29とを含んでいる。
The
非磁性層19、21、ピンド層23、25及び反強磁性層27、29は、フリー層17を中心に、上下対称的に配置されている。すなわち、フリー層17の上方には、非磁性層19、さらにその上にピンド層23、さらにその上に反強磁性層27が設けられている。また、フリー層17の下方には、非磁性層21、さらにその下にピンド層25、さらにその下に反強磁性層29が設けられている。
The
ピンド層23、25は、磁化方向が一方向に固定されており、正の値の飽和磁歪定数λSを有している。フリー層17は磁化方向が外部から印加される磁界に応答して自由に動く。デュアルスピンバルブ膜では、ピンド層の磁化方向と、フリー層の磁化方向とが同じであるときに、抵抗値が最小になり、逆方向の時に最大になる。この抵抗変化特性を利用して、外部磁界を検出する。
The
一対の磁区制御膜5、7は、フリー層17におけるハイト方向Hと直交する方向の両端に設けられている。本実施の形態では、磁区制御膜5、7として硬磁性膜を用いており、具体的にはCoPt、CoPtCr等を用いることができる。なお、これに限定されず、磁区制御膜として、反強磁性膜、あるいは、軟磁性膜及び反強磁性膜の積層膜、を用いることもできる。
The pair of magnetic
一対の磁区制御膜5、7の上方には、一対の電極膜9、11が積層されている。一対の電極膜9、11は、一対の磁区制御膜5、7の上面に積層されており、磁気抵抗効果膜3にセンス電流を供給するために用いられる。
A pair of
一対の電極膜9、11の上方には、保護膜13、15が積層されている。保護膜13、15は、後述するように、製造プロセス中に実施されるエッチングから一対の電極膜9、11を保護するために設けられている。
保護膜13、15は、本発明では圧縮応力が600MPa以上、5000MPa以下の膜であることを要し、好ましくは1000MPa以上、5000MPa以下の膜である。かかる圧縮応力の意義については後述する。具体例として、本実施の形態では窒化アルミニウムから構成され、圧縮応力が3000MPaの膜である。
In the present invention, the
ここで、圧縮応力は、次のような態様で決定されている。図2の(a)に示されるように、まず、シリコンで構成され、上下面が平坦な円形のディスク状基板31を用意する。かかるディスク状基板31の上に、保護膜13、15を構成する材料からなる薄膜33を形成する。
Here, the compressive stress is determined in the following manner. As shown in FIG. 2A, first, a circular disk-
そして、成膜後、図2の(b)に示されるように、ディスク状基板31における薄膜33側の面が凹むように湾曲した場合には、薄膜33自身は引張応力を有している。すなわち、薄膜33の持つ引張応力がディスク状基板31に外力として作用して、ディスク状基板31は、その上面が収縮するように変形し、図2の(b)に示される状態となる。
After the film formation, as shown in FIG. 2B, when the disk-
一方、成膜後、図2の(c)に示されるように、ディスク状基板31における薄膜33側の面が突出するように湾曲した場合には、薄膜33自身は圧縮応力を有している。すなわち、薄膜33の持つ圧縮応力がディスク状基板31に外力として作用して、ディスク状基板31は、その上面が膨張するように変形し、図2の(c)に示される状態となる。
On the other hand, after the film formation, as shown in FIG. 2C, when the disk-
また、応力σの値は、以下の式、
σ=(8ESTS 2δ/6(1−νS)TfL2)
によって決定される。
ここで、上式における各記号の意味は、
ES:ディスク状基板31のヤング率
TS:ディスク状基板31の厚さ
νS:ディスク状基板31のポアソン比
Tf:薄膜33の厚さ
L:ディスク状基板31の直径
δ:反り量
である。
Moreover, the value of the stress σ is expressed by the following equation:
σ = (8E S T S 2 δ / 6 (1-ν S ) T f L 2 )
Determined by.
Here, the meaning of each symbol in the above equation is
E S : Young's modulus of the disk-shaped substrate 31 T S : thickness of the disk-
上記ES、TS、νS、Tf、Lは使用する基板や薄膜によって定まる値である。また、反り量δは、変形前のディスク状基板31の上面を基準面BFとした場合の、変形後の薄膜33の上面までの距離として得られる。
The above E S , T S , ν S , T f , and L are values determined by the substrate and thin film to be used. Further, the warpage amount δ is obtained as a distance to the upper surface of the
続いて、このような構成の磁気抵抗効果素子1を有する薄膜磁気ヘッドの製造プロセスについて説明する。まず、図3に示されるように、例えばAl2O3などからなる基体35上に、磁気抵抗効果膜3を構成する積層膜37を形成する。なお、図3、図4、図6、図7、図8、図9、図11及び図12のプロセス図においては、積層膜37は、図の明瞭性を優先するため単層として図示したが、実際には図1で示したように複数層からなる。また、当該プロセス図は、図5におけるII−II線による断面にあたる。
Next, a manufacturing process of the thin film magnetic head having the
次に、図4及び図5に示されるように、積層膜37の上面にリフトオフ用レジストマスク39を設ける。レジストマスク39は、フォトリソグラフィプロセスによって形成する。そして、上方よりイオンミリングなどのドライエッチングを施して、図6に示されるように、積層膜37において磁気抵抗効果膜3を構成する部分を断面台形状にエッチングする。
Next, as shown in FIGS. 4 and 5, a lift-off resist
次に、積層膜37においてエッチングにより除去された部分、すなわち磁気抵抗効果膜3の両側の部分37aに、図7に示されるように、磁区制御膜5、7と、電極膜9、11と、保護膜13、15とをその順で成膜、積層する。
Next, as shown in FIG. 7, magnetic
次に、図8に示されるように、剥離剤を用いてレジストマスク39をリフトオフする。続いて、図9及び図10に示されるように、磁気抵抗効果膜3及び保護膜13、15の上面にレジストマスク41を設ける。レジストマスク41も、フォトリソグラフィプロセスによって形成する。
Next, as shown in FIG. 8, the resist
そして、上方よりイオンミリングなどのドライエッチングを施して、図11に示されるように、磁区制御膜5、7、電極膜9、11及び保護膜13、15の外側に残っていた、積層膜37の部分を除去する。
Then, dry etching such as ion milling is performed from above, and as shown in FIG. 11, the
さらに、不要となったレジストマスク41を除去することによって、図12、図13及び図14に示されるように、薄膜磁気ヘッドの読み取り素子としての磁気抵抗効果素子が得られる。このようにして所期の圧縮応力を有する保護膜13、15を備えた磁気抵抗効果素子1が構成される。また、図14に示されるように、図10及び図11から図12の状態に至る過程で実施されるエッチングにより、保護膜13、15の一部は符号43で示されるように削られることとなるが、保護膜13、15の下層の電極膜9、11まではエッチングされることなく保護されている。なお、図14は、図13のIII−III線に沿う断面にあたる。
Further, by removing the resist
次に、以上のような構成を有する磁気抵抗効果素子1の作用について説明する。図15に示されるように、デュアルスピンバルブ膜においては、フリー層17の上下にあるピンド層23、25の磁化方向P1、P2が、対応する反強磁性層27、29によって所定の一方向に固定されている。なお、図15及び図16は、図1におけるI−I線に沿う断面にあたる。
Next, the operation of the
一方、フリー層17の磁化方向Fは、そのときに印加されている外部磁界に対応した向きに定まる。デュアルスピンバルブ膜の抵抗値は、ピンド層23、25の磁化方向P1、P2に対するフリー層17の磁化方向Fの角度によって定まる。すなわち、デュアルスピンバルブ膜の抵抗値は、図15の(a)に示されるように、フリー層17の磁化方向Fがピンド層23、25の磁化方向P1、P2に対して、逆方向成分を持つような場合には大きくなり、図15の(b)に示されるように、同一方向成分を持つような場合には小さくなる。よって、この抵抗値の変化をみることによって、外部磁界を検出することができる。
On the other hand, the magnetization direction F of the
ところで、デュアルスピンバルブ膜においては、製作工程におけるラッピング加工時のストレスや、積層の上層におけるラフネスなどが原因となり、図16に示されるように、フリー層17の上方側のピンド層23の磁化方向P1だけが反転してしまう個体が出現する。
By the way, in the dual spin-valve film, the magnetization direction of the pinned
そして、このような反転が生じたものにおいては、フリー層17の磁化方向Fが如何なる方向を指向していても、磁気抵抗効果膜3の素子全体としての抵抗は、ほぼ一定となってしまう。すなわち、フリー層17の磁化方向Fが、図16の(a)に示される向きにある場合、磁化方向Fと磁化方向P1とは低抵抗の関係にあり、磁化方向Fと磁化方向P2とは高抵抗の関係にある。一方、フリー層17の磁化方向Fが、図16の(b)に示される向きにある場合、磁化方向Fと磁化方向P1とは高抵抗の関係にあり、磁化方向Fと磁化方向P2とは低抵抗の関係にある。
When such inversion occurs, the resistance of the
このようにデュアルスピンバルブ膜において一方のピンド層の磁化方向だけが反転してしまった場合には、フリー層17の磁化方向Fが変化しても、上下のピンド層23、25に対する抵抗の高低関係や増減関係が逆転するだけで、磁気抵抗効果膜3全体としての抵抗値はほぼ一定となってしまう。このため、抵抗値の変化に基づく出力が得られず、外部磁界を捉えることが困難となる場合がある。
As described above, when only the magnetization direction of one pinned layer is reversed in the dual spin valve film, even if the magnetization direction F of the
そこで、本実施の形態に係る磁気抵抗効果素子1においては、次のような作用によって上記の問題を解消している。前記のように保護膜13、15は圧縮応力を有する膜であるため、膜自身を拡張させる方向の圧縮応力を生じている。かかる圧縮応力に起因し、磁気抵抗効果膜3には、ハイト方向Hの引張応力σが生じる。引張応力σが生じると、逆磁歪効果により、磁気抵抗効果膜3中のピンド層23、25の磁化方向が安定する。
Therefore, in the
詳細に説明すると、図1に示されるように、まず、保護膜13、15においてはハイト方向Hと直交する方向の圧縮応力Cが生じており、この圧縮応力Cが保護膜13、15と固着する電極膜9、11に伝達される。これによって、電極膜9、11には、圧縮応力Cに起因した引張応力F1が作用する。さらに、電極膜9、11と固着する磁区制御膜5、7には、引張応力F1に起因した引張応力F2が作用する。そして、最終的には、引張応力F1、F2により拡張しようとする電極膜9、11及び磁区制御膜5、7の圧力が磁気抵抗効果膜3に伝達し、実質的に、磁気抵抗効果膜3においてはハイト方向Hの引張応力σが生じる力学的状態となる。
More specifically, as shown in FIG. 1, first, a compressive stress C in a direction orthogonal to the height direction H is generated in the
また、保護膜13、15においてハイト方向Hに生じている圧縮応力は、下方の電極膜9、11、磁区制御膜5、7にハイト方向Hの引張応力として伝達され、電極膜9、11、磁区制御膜5、7に密着する磁気抵抗効果膜3にも、ハイト方向Hの引張応力が生じる。
Further, the compressive stress generated in the height direction H in the
このように磁気抵抗効果膜3にハイト方向Hの引張応力σが生じると、磁気抵抗効果膜3中のピンド層23、25の磁化容易軸は磁気弾性エネルギEσが小さくなるように決定される。
When the tensile stress σ in the height direction H is generated in the
磁気弾性エネルギEσは、
Eσ=(−3/2)σλS{cos2θ−(1/3)}
で表される。
ここで、上式における各記号の意味は、
σ:磁気抵抗効果膜に作用する応力(引張方向を正の値とする)
λS:飽和磁歪定数
θ:磁気抵抗効果膜における応力(σ)作用方向と磁化容易軸とのなす角度
である。
The magnetoelastic energy Eσ is
Eσ = (− 3/2) σλ S {cos 2 θ− (1/3)}
It is represented by
Here, the meaning of each symbol in the above equation is
σ: Stress acting on the magnetoresistive film (the tensile direction is a positive value)
λ S : Saturation magnetostriction constant θ: The angle formed by the stress (σ) action direction and the easy magnetization axis in the magnetoresistive film.
磁気抵抗効果膜3に生じる応力は、前述のとおり引張応力であるため、σ>0であり、ピンド層23、25の飽和磁歪定数も、前述のとおり正の値なので、λS>0である。磁気弾性エネルギEσは、σ、λS、θの関数であり、σ及びλSが正であるならば、cos2θ=1のとき、即ちθ=0のときに最も磁気弾性エネルギEσが小さくなる。θは、磁気抵抗効果膜3に作用する応力σと磁化容易軸とのなす角度であることを考慮すると、磁気抵抗効果膜3中のピンド層23、25の磁化容易軸が、磁気抵抗効果膜3に作用する応力σと同様な方向(ハイト方向)に誘起されることとなる。また、磁気弾性エネルギEσは、応力σが大きくなるに従い小さくなるため、応力σをより大きくすることにより磁気抵抗効果膜3中のピンド層23、25の磁化容易軸が、ハイト方向により誘起されることとなる。
Since the stress generated in the
このようにして、本実施の形態に係る磁気抵抗効果素子1においては、保護膜13、15で生じる圧縮応力によって、磁気抵抗効果膜3にハイト方向Hの引張応力σが生じることで、逆磁歪効果により、磁気抵抗効果膜3中のピンド層23、25の磁化方向を安定化させ、すなわち、ピンド層23、25の磁化方向の反転を防止することができるようになっている。
As described above, in the
次に、圧縮応力の好適な範囲を含め、保護膜13、15に必要とされる特性について説明する。上述したように本発明では、保護膜13、15として圧縮応力を有する膜を用いることによって、ピンド層23、25の磁化方向の反転を防止している。本出願人は、かかる圧縮応力と製品歩留まりとの関係を調べてみたところ、表1に示すような結果を得られた。
Next, characteristics required for the
表1の結果から分かるように、圧縮応力が600MPa以上の範囲で歩留まりの改善効果が現れており、より好ましい範囲としては、1000MPa以上の範囲である。 As can be seen from the results in Table 1, the yield improvement effect appears in the range where the compressive stress is 600 MPa or more, and a more preferable range is 1000 MPa or more.
その一方で、圧縮応力が5000MPaを超えると、保護膜13、15は自身の応力に耐えられなくなり、被積層対象である電極膜9、11の上面から剥離することがある。従って、保護膜13、15の圧縮応力は、600MPa以上5000MPa以下、より好ましくは1000MPa以上5000MPa以下の範囲であることを要する。
On the other hand, when the compressive stress exceeds 5000 MPa, the
さらに、保護膜13、15に必要とされる特性として、ミリングレートの問題がある。保護膜13、15は、製造プロセスにおいて電極膜9、11をミリングから保護する機能を担う。図10に示されるように、端部受動領域1bの周囲の余分な積層膜37をミリングによって除去する際、除去残しの無いようにレジストマスク41の縁部を保護膜13、15よりも内側で終端させている。このため、レジストマスク41で覆われていない保護膜13、15は直接ミリングを受けることになる。
Further, as a characteristic required for the
よって、保護膜13、15は、必要な圧縮応力を有することに加えて、下層の電極膜9、11を保護するために、ある程度高いミリングレートを有することが必要とされる。このような必要な圧縮応力とミリングレートを有する材料として、本実施の形態では窒化アルミニウムを用い、保護膜13、15を構成している。
Therefore, in addition to having the necessary compressive stress, the
なお、必要な圧縮応力とミリングレートを有する材料として、窒化アルミニウム以外に、窒化ホウ素、窒化チタン、窒化珪素、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化タンタル、ダイヤモンド状カーボン、炭化珪素などが挙げられる。よって、本発明は、これらのうち少なくとも一つを用いて保護膜を構成することもできる。また、必要な圧縮応力とミリングレートを実現できる限りにおいて、従来から使用されているアルミナを保護膜に添加することも可能である。 In addition to aluminum nitride, materials having the necessary compressive stress and milling rate include boron nitride, titanium nitride, silicon nitride, niobium oxide, zirconium oxide, yttrium oxide, hafnium oxide, magnesium oxide, titanium oxide, tantalum oxide, diamond Examples thereof include carbon and silicon carbide. Therefore, in the present invention, a protective film can be formed using at least one of these. Moreover, as long as necessary compressive stress and milling rate can be achieved, conventionally used alumina can be added to the protective film.
以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。 Although the contents of the present invention have been specifically described with reference to the preferred embodiments, various modifications can be made by those skilled in the art based on the basic technical idea and teachings of the present invention. It is self-explanatory.
まず、上記実施の形態では、CIP(current in plane)型の素子として実施される場合を説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、図17に示されるようなCPP(current perpendicular to plane)型の磁気抵抗効果素子101であってもよい。この場合、電極膜9、11は、磁気抵抗効果膜3における膜面垂直方向の両側に配置されており、保護膜13、15は絶縁膜14、16を介して磁気抵抗効果膜3の両側に設けられた磁区制御膜5、7の上面に形成されていることとなるが、かかる保護膜13、15を上述した特性のものとすることで、CIP型の磁気抵抗効果素子の場合と同様な作用効果が得られる。
First, in the above embodiment, the case where the device is implemented as a CIP (current in plane) type element has been described. However, the present invention is not limited to this, and a CPP (current current) as shown in FIG. A perpendicular to plane)
本発明は、端部受動領域の積層の少なくとも一つに、上述した圧縮応力とミリングレートの必要な特性を有する膜が設けられていればよい。 In the present invention, it is only necessary that at least one of the laminations of the end passive regions is provided with a film having the above-described characteristics of compressive stress and milling rate.
また、本発明は、デュアルスピンバルブに限らず、シングルスピンバルブすなわちフリー層に対して非磁性層、ピンド層及び反強磁性層が一層ずつ割り当てられている構成の磁気抵抗効果膜に実施することもできる。この場合でも、ピンド層の磁化方向の安定化を図るという効果が得られる。 Further, the present invention is not limited to the dual spin valve, and is applied to a magnetoresistive film having a single spin valve, that is, a non-magnetic layer, a pinned layer, and an antiferromagnetic layer assigned to a free layer one by one. You can also. Even in this case, an effect of stabilizing the magnetization direction of the pinned layer can be obtained.
また、上記実施の形態では、磁気抵抗効果素子を、薄膜磁気ヘッドの読み取り素子として実施した例を示したが、本発明はかかる態様に限定されるものではない。すなわち、本発明の磁気抵抗効果素子は、薄膜を用いたセンサやメモリ、アクチュエータ、半導体デバイスなど、薄膜磁気ヘッド以外のマイクロデバイスに広く適用することが可能である。 Moreover, although the example which implemented the magnetoresistive effect element as a reading element of a thin film magnetic head was shown in the said embodiment, this invention is not limited to this aspect. That is, the magnetoresistive element of the present invention can be widely applied to micro devices other than thin film magnetic heads, such as sensors, memories, actuators, and semiconductor devices using thin films.
1、101 磁気抵抗効果素子
1a 中心能動領域
1b 端部受動領域
3 磁気抵抗効果膜
5、7 磁区制御膜
9、11 電極膜
13、15 保護膜
C 圧縮応力
σ 引張応力
H ハイト方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101
Claims (6)
前記磁気抵抗効果膜におけるピンド層の飽和磁歪定数が正の値であり、
前記端部受動領域には、600MPa以上5000MPa以下の圧縮応力を有し、前記磁気抵抗効果膜にハイト方向の引張応力を生じさせる層が設けられている、
磁気抵抗効果素子。 A magnetoresistive element including at least a central active region having a magnetoresistive effect film and a pair of end passive regions provided on both sides of the central active region,
The saturation magnetostriction constant of the pinned layer in the magnetoresistive film is a positive value,
The end passive region is provided with a layer having a compressive stress of 600 MPa to 5000 MPa and generating a tensile stress in the height direction in the magnetoresistive film.
Magnetoresistive effect element.
前記引張応力を生じさせる層は、1000MPa以上5000MPa以下の圧縮応力を有する、
磁気抵抗効果素子。 The magnetoresistive element according to claim 1,
The layer that generates the tensile stress has a compressive stress of 1000 MPa to 5000 MPa.
Magnetoresistive effect element.
前記磁気抵抗効果膜におけるピンド層の飽和磁歪定数が正の値であり、
前記端部受動領域には、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化チタン、窒化珪素、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化タンタル、ダイヤモンド状カーボン、炭化珪素のいずれか一つを含み、
前記磁気抵抗効果膜にハイト方向の引張応力を生じさせる層が設けられている、
磁気抵抗効果素子。 A magnetoresistive element including at least a central active region having a magnetoresistive effect film and a pair of end passive regions provided on both sides of the central active region,
The saturation magnetostriction constant of the pinned layer in the magnetoresistive film is a positive value,
The end passive region is any one of aluminum nitride, boron nitride, titanium nitride, silicon nitride, niobium oxide, zirconium oxide, yttrium oxide, hafnium oxide, magnesium oxide, titanium oxide, tantalum oxide, diamond-like carbon, and silicon carbide. Including one,
The magnetoresistive film is provided with a layer that generates a tensile stress in the height direction.
Magnetoresistive effect element.
前記端部受動領域は、磁区制御膜と、電極膜と、保護膜とを含み、
前記引張応力を生じさせる層は、前記保護膜であり、
前記保護膜は、前記電極膜をエッチングから保護する、
磁気抵抗効果素子。 The magnetoresistive effect element according to any one of claims 1 to 3,
The end passive region includes a magnetic domain control film, an electrode film, and a protective film,
The layer that generates the tensile stress is the protective film,
The protective film protects the electrode film from etching;
Magnetoresistive effect element.
前記端部受動領域は、磁区制御膜と、保護膜とを含み、
前記引張応力を生じさせる層は、前記保護膜であり、
前記保護膜は、前記磁区制御膜をエッチングから保護する、
磁気抵抗効果素子。 The magnetoresistive effect element according to any one of claims 1 to 3,
The end passive region includes a magnetic domain control film and a protective film,
The layer that generates the tensile stress is the protective film,
The protective film protects the magnetic domain control film from etching;
Magnetoresistive effect element.
前記磁気抵抗効果膜は、デュアルスピンバルブ膜である、
磁気抵抗効果素子。 The magnetoresistive effect element according to any one of claims 1 to 5,
The magnetoresistive film is a dual spin valve film,
Magnetoresistive effect element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004284966A JP2006100574A (en) | 2004-09-29 | 2004-09-29 | Magnetoresistive device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004284966A JP2006100574A (en) | 2004-09-29 | 2004-09-29 | Magnetoresistive device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006100574A true JP2006100574A (en) | 2006-04-13 |
Family
ID=36240086
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004284966A Withdrawn JP2006100574A (en) | 2004-09-29 | 2004-09-29 | Magnetoresistive device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006100574A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009094520A (en) * | 2007-10-10 | 2009-04-30 | Magic Technologies Inc | Spin transfer type mtj-mram cell and method of forming the same |
JP2012204479A (en) * | 2011-03-24 | 2012-10-22 | Toshiba Corp | Magnetic resistance effect element, magnetic head gimbal assembly, magnetic record reproducing device, strain sensor, pressure sensor, blood pressure sensor, and structure health monitor sensor |
-
2004
- 2004-09-29 JP JP2004284966A patent/JP2006100574A/en not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009094520A (en) * | 2007-10-10 | 2009-04-30 | Magic Technologies Inc | Spin transfer type mtj-mram cell and method of forming the same |
JP2012204479A (en) * | 2011-03-24 | 2012-10-22 | Toshiba Corp | Magnetic resistance effect element, magnetic head gimbal assembly, magnetic record reproducing device, strain sensor, pressure sensor, blood pressure sensor, and structure health monitor sensor |
US9032808B2 (en) | 2011-03-24 | 2015-05-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magneto-resistive effect device, magnetic head gimbal assembly, magnetic recording/reproduction device, strain sensor, pressure sensor, blood pressure sensor, and structural health monitoring sensor |
US9435868B2 (en) | 2011-03-24 | 2016-09-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magneto-resistive effect device, magnetic head gimbal assembly, magnetic recording/reproduction device, strain sensor, pressure sensor, blood pressure sensor, and structural health monitoring sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10246324B2 (en) | Strain and pressure sensing device, microphone, method for manufacturing strain and pressure sensing device, and method for manufacturing microphone | |
US9721990B2 (en) | Magnetic tunnel junction and 3-D magnetic tunnel junction array | |
KR101348231B1 (en) | Magnetic memory cells with radial barrier | |
EP3493282B1 (en) | Isolation of magnetic layers during etch in a magnetoresistive device | |
CN104425706B (en) | The MTJ stack of reversion | |
US10014465B1 (en) | Maintaining coercive field after high temperature anneal for magnetic device applications with perpendicular magnetic anisotropy | |
US9966122B2 (en) | Magnetic memory device | |
US7582923B2 (en) | Magnetic memory and manufacturing method for the same | |
JP6320812B2 (en) | Pressure sensor manufacturing method, film forming apparatus, and heat treatment apparatus | |
TW201143180A (en) | Fabricating a magnetic tunnel junction storage element | |
US9412935B1 (en) | Method for fabricating magnetic tunnel junction and 3-D magnetic tunnel junction array | |
WO2014036101A1 (en) | Metal protection layer over sin encapsulation for spin-torque mram device applications | |
TW543086B (en) | Semiconductor memory device and method of fabricating the same | |
WO2018079404A1 (en) | Magnetic sensor and method for manufacturing said magnetic sensor | |
JP2016164944A (en) | Magnetic memory, method of writing data to same, and semiconductor device | |
JP4124757B2 (en) | Manufacturing method of magnetic device | |
US6927073B2 (en) | Methods of fabricating magnetoresistive memory devices | |
US20080118993A1 (en) | Method of manufacturing magnetic random access memory (MRAM) | |
JP6155673B2 (en) | Magnetoresistive element, manufacturing method thereof, and magnetic storage device | |
JP2006100574A (en) | Magnetoresistive device | |
KR102353133B1 (en) | capped magnetic memory | |
JP5476518B2 (en) | Manufacturing method of magnetic sensor | |
KR20150004889A (en) | Method of manufacturing a magnetoresistive device | |
JP4769002B2 (en) | Etching method | |
US12092533B2 (en) | Sensor, strain detection sensor, pressure sensor, and microphone |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20071204 |