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JP4693292B2 - 強磁性トンネル接合素子およびその製造方法 - Google Patents

強磁性トンネル接合素子およびその製造方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高密度磁気ディスク装置における再生用磁気ヘッド、磁気メモリー装置、磁界センサーなどに適用される強磁性トンネル接合素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
強磁性薄膜を用いた磁気抵抗効果素子は、磁気ヘッド、磁気センサーなどに用いられている。また、近年になって、半導体基板上に磁気抵抗効果素子を形成した磁気ランダムアクセスメモリー（ＭＲＡＭ）が提案され、高速動作、大容量、不揮発性を特徴とする次世代メモリー装置として注目されている。
【０００３】
磁気抵抗効果とは、強磁性体に磁場を印加すると強磁性体の磁化の向きに応じて電気抵抗が変化する現象である。こうした強磁性体の磁化の向きを情報の記録に用い、それに対応する電気抵抗の大小で情報を読み出すことによりメモリー装置（ＭＲＡＭ）として動作させることができる。近年、２つの強磁性層の間に絶縁層（トンネルバリア層）を挿入したサンドイッチ構造を含む強磁性トンネル接合において、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ効果）により２０％以上の磁気抵抗変化率が得られるようになった（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，７９，４７２４（１９９６））。このことをきっかけとして、この効果を利用した強磁性トンネル接合磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）を用いたＭＲＡＭが期待と注目を集めている。
【０００４】
ＭＲＡＭにＴＭＲ素子を用いる場合、トンネルバリア層を挟む２つの強磁性層のうち、一方の強磁性層（固着層）の磁化方向を固着させ、他方の強磁性層（自由層）の磁化方向を変化させることにより“０”または“１”の情報を記録する。一方の強磁性層の磁化方向を固着させるためには、その強磁性層に接して反強磁性材料を含む反強磁性層を設けた構造が採用される。このような構造を有するＴＭＲ素子は、スピンバルブ型ＴＭＲ素子（ＳＶ−ＴＭＲ素子）と呼ばれる。
【０００５】
図１に従来の強磁性トンネル接合素子の基本構造を示す。図１において、反強磁性材料を含む反強磁性層１０１、磁化固着層１０２、絶縁材料を含むトンネルバリア層１０３、および磁化自由層１０４が順次積層されている。自由層１０４および固着層１０２に用いられる強磁性材料は、Ｃｏ、ＦｅおよびＮｉからなる群より選択される磁性金属を含む合金である。一方、反強磁性層１０１に用いられる反強磁性材料は、Ｉｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｒｈ−Ｍｎなど、Ｍｎを含む合金が一般的である。
【０００６】
ところで、ＭＲＡＭなどの製造工程には、ＣＶＤによる層間絶縁層の成膜やメタルリフローなど、３００〜４５０℃の熱処理が含まれる。このような熱処理により、反強磁性層に含まれるＭｎが固着層中へ容易に拡散してトンネルバリア層近傍に達し、固着層のスピン偏極率を低下させて磁気抵抗変化率の低下という特性劣化を生じる。
【０００７】
この問題を防止するために、固着層中にＴａ、Ｒｕなどの金属を含むＭｎ拡散防止層を挿入することが試みられている（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７６，３７９２（２０００））、（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７６，２４２４（２０００））。しかし、これらの金属元素を用いた場合、３００℃以上では粒界拡散が起こるため、ＭＲＡＭなどの製造工程中に実施される３００〜４５０℃の熱工程を経るとＭｎ拡散防止層として機能しなくなるおそれがある。
【０００８】
また、反強磁性層と固着層との界面に高融点金属を含むＭｎ拡散防止層を挿入することも試みられている（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７６，３７９２（２０００））。しかし、反強磁性層と固着層との界面に拡散防止層を設けると固着層の磁化の固着度合が著しく低下するうえに、拡散防止層として用いた高融点金属自身が拡散するおそれもある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、熱処理を受けてもＭｎ系合金を含む反強磁性層からのＭｎ拡散を有効に抑制することができ、特性および耐熱性に優れた強磁性トンネル接合素子（ＴＭＲ素子）を提供するとともに、そのようなＴＭＲ素子を簡便に製造できる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】
本発明の強磁性トンネル接合素子は、Ｍｎを含有する反強磁性層と、前記反強磁性層上に形成された、下部強磁性層、非磁性層、および上部強磁性層を含み下部および上部強磁性層が反強磁性結合している積層型の磁化固着層であって、さらに下部および上部強磁性層のうち前記反強磁性層に近い下部強磁性層は第１および第２の２つの強磁性層の間にＭｎ拡散防止層として機能するアモルファス磁性層を挟んだ構造を有する磁化固着層と、前記磁化固着層上に形成されたトンネルバリア層と、前記トンネルバリア層上に形成された磁化自由層とを具備している。
【００１１】
本発明の強磁性トンネル接合素子の製造方法は、Ｍｎを含有する反強磁性層を形成し、前記反強磁性層上に第１の強磁性層、Ｍｎ拡散防止層として機能するアモルファス磁性層、および第２の強磁性層を積層した下部強磁性層、非磁性層、ならびに上部強磁性層を積層して磁化固着層を形成し、前記磁化固着層上に絶縁材料を含むトンネルバリア層を形成し、前記トンネルバリア層上に強磁性材料を含む磁化自由層を形成するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る強磁性トンネル接合素子およびその製造方法について、より詳細に説明する。
【００１３】
図２を用いて本発明の一実施形態に係る強磁性トンネル接合素子の基本構造を示す。図２に示されるように、Ｍｎを含有する反強磁性層１０１、下部強磁性層（第１の強磁性層）１０２ａ、絶縁層またはアモルファス磁性層１０５、および上部強磁性層（第２の強磁性層）１０２ｂを有する磁化固着層１０２、絶縁材料を含むトンネルバリア層１０３、および強磁性材料を含む磁化自由層１０４が順次積層されている。なお、これらの各層の積層順序は図２の場合と逆でもよい。
【００１４】
また、本発明に係る強磁性トンネル接合素子は、１層のトンネルバリア層を有するものに限らず、２層以上の多層のトンネルバリア層を有していてもよい。
【００１５】
図２に示す強磁性トンネル接合素子と、図１に示す従来の強磁性トンネル接合素子との違いは、固着層１０２中の反強磁性層１０１からもトンネルバリア層１０３からも離れた部位（下部強磁性層１０２ａと上部強磁性層１０２ｂとの間）に絶縁層またはアモルファス磁性層１０５を設けたことである。絶縁層またはアモルファス磁性層１０５は、反強磁性層１０１に含まれるＭｎの拡散を防止する機能を発揮する。したがって、以下においては、絶縁層またはアモルファス磁性層１０５をＭｎ拡散防止層として説明する。
【００１６】
Ｍｎ拡散防止層を絶縁材料で形成した場合、従来のＭｎ拡散防止層に用いられる金属と異なり、１ｎｍ以下の厚さの絶縁材料でもＭｎの粒界拡散を十分抑制することができる。このため、製造工程中に３００℃を超える熱処理を受けても、安定した特性を示す強磁性トンネル接合素子が得られる。
【００１７】
Ｍｎ拡散防止層に用いられる絶縁材料としては、一般式Ｍ−Ｘで表される酸化物、窒化物または炭化物が用いられる。ここで、Ｍは第１の強磁性層に含まれる強磁性材料、Ｍｎ、およびＭｎより酸素、窒素または炭素と結合しやすい元素からなる群より選択される少なくとも１種の材料であり、Ｘは酸素、窒素、および炭素からなる群より選択される少なくとも１種の材料である。Ｍｎ拡散防止層にこれらの材料を用いるのは以下のような理由による。ここでは、酸化物を含むＭｎ拡散防止層を代表例として説明する。
【００１８】
Ｍｎ拡散防止層にＭｎより酸化されにくい元素の酸化物を用いた場合、熱処理により反強磁性層から拡散したＭｎによって還元され、その元素が固着層の強磁性層中を拡散する。その元素が非磁性材料であり、その元素が拡散してトンネルバリア層近傍に達した場合、固着層のスピン偏極率の低下を招き、特性劣化につながる。
【００１９】
一方、Ｍｎ拡散防止層にＭｎまたはＭｎより酸化されやすい元素の酸化物を用いた場合、反強磁性層から拡散したＭｎによって還元されることがないため、安定な拡散防止層として機能する。Ｍｎより酸化されやすい元素としては、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ａｌ、Ｅｕ、Ｓｃなどが挙げられる。また、Ｍｎ拡散防止層として固着層を形成する第１の強磁性層に含まれる強磁性材料（Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉからなる群より選択される少なくとも１種）の酸化物を用いてもよい。さらに、Ｍｎ拡散防止層として強磁性材料の酸化物を用いれば、還元されたとしても強磁性金属元素が生成するため、固着層のスピン偏極率の低下など特性変化を起こすこともない。したがって、Ｍｎ拡散防止層に用いられる酸化物としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ａｌ、ＥｕおよびＳｃからなる群より選択される少なくとも１種の元素の酸化物が好ましい。窒化物または炭化物についても上記の同様である。
【００２０】
Ｍｎ拡散防止層をアモルファス磁性材料で形成した場合にも、絶縁材料の場合と同様に、Ｍｎの粒界拡散を防止することができる。これは、固着層の第１の強磁性層中に存在していた粒界がアモルファス磁性層により途切れるからである。また、第１および第２の２つの強磁性層間にアモルファス磁性層を挟んだ場合、固着層中において磁気的結合が弱まることがないので、固着層の磁化の固着度合が劣化することがない。アモルファス磁性材料を含むＭｎ拡散防止層では、絶縁材料を含むＭｎ拡散防止層のようにトンネル抵抗が生じることがないため、厚みを厚くしても素子の抵抗を増加させることがない。したがって、製造工程中に３００℃を超える熱処理を受けても、特性の劣化のない強磁性トンネル接合素子が得られる。
【００２１】
Ｍｎ拡散防止層に用いられるアモルファス磁性材料としては、一般式Ｍｍ100-xＹx（ここで、ＭｍはＣｏ、ＦｅおよびＮｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素、ＹはＢ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｐ、Ｍｏ、ＡｌおよびＮｂからなる群より選択される少なくとも１種の元素であり、３≦ｘ≦１６）で表されるものが好ましい。
【００２２】
上述したようにＭｎ拡散防止層として機能する絶縁層またはアモルファス磁性層１０５は、反強磁性層１０１にもトンネルバリア層１０３にも接しないように、下部強磁性層（第１の強磁性層）１０２ａと上部強磁性層（第２の強磁性層）１０２ｂとの間に挿入されている。これは、以下のような理由による。すなわち、Ｍｎ拡散防止層を反強磁性層と固着層との界面に挿入すると、固着層の固着度合が著しく低下する。また、Ｍｎ拡散防止層をトンネルバリア層と固着層との界面に挿入すると、スピントンネル特性の劣化が生じる。
【００２３】
絶縁材料を含むＭｎ拡散防止層の厚さは、固着層の磁化の固着度合を劣化させず、また、Ｍｎ拡散防止層でのトンネル抵抗が強磁性トンネル接合部のそれより十分小さくなるように設定することが好ましい。このため、Ｍｎ拡散防止層の厚さは２ｎｍ以下であることが好ましく、１ｎｍ以下であることがより好ましい。一方、絶縁材料を含むＭｎ拡散防止層が薄すぎると連続膜になりにくく、Ｍｎの拡散を防止する効果が得られなくなるおそれがあるので、Ｍｎ拡散防止層の厚さは０．２ｎｍ以上が好ましく、０．５ｎｍ以上がより好ましい。
【００２４】
アモルファス磁性材料を含むＭｎ拡散防止層の厚さは、第１の強磁性層中の粒界を中断することができればよいので、０．２ｎｍ以上であれば十分であり、０．５ｎｍ以上であることが好ましい。アモルファス磁性材料を含むＭｎ拡散防止層の厚さの上限は特に限定されない。
【００２５】
本発明に係る強磁性トンネル接合素子を製造するには、固着層の形成工程において、下部強磁性層（第１の強磁性層）１０２ａ、Ｍｎ拡散防止層１０５、および上部強磁性層（第２の強磁性層）１０２ｂを形成する。
【００２６】
アモルファス磁性材料を含むＭｎ拡散防止層を形成するには、一般式Ｍｍ100-xＹxで表されるアモルファス磁性材料をスパッタリングすればよい。
【００２７】
絶縁材料を含むＭｎ拡散防止層を形成するには、反応性スパッタリングなどの方法により、Ｍ−Ｘで表される酸化物、窒化物または炭化物の薄膜を成膜してもよい。また、固着層を形成する第１の強磁性層を酸化雰囲気（酸素プラズマなど）、窒化雰囲気（窒素プラズマなど）または炭化雰囲気に暴露して、その表面に固着膜の絶縁層を形成してもよい。さらに、固着層の第１の強磁性層上にＭｎまたはＭｎより酸素、窒素もしくは炭素と結合しやすい材料の薄膜を成膜し、この薄膜を酸化雰囲気、窒化雰囲気または炭化雰囲気に暴露して、その表面に固着膜の絶縁層を形成してもよい。
【００２８】
なお、本発明は、強磁性層、非磁性層および強磁性層の積層構造を有し、２つの強磁性層が反強磁性結合した磁化固着層（いわゆるシンセティック膜）に適用することもできる。
【００２９】
このような積層構造の磁化固着層において、非磁性層が強磁性層より酸化されにくい元素、例えばＩｒ、Ｒｕ、Ｃｕなどを含む場合には、非磁性層の表面を酸化するかまたは非磁性層の表面に酸素を吸着させ、その上に強磁性層を積層した後、熱処理して強磁性材料の酸化物を形成してＭｎ拡散防止層として用いてもよい。
【００３０】
上記のような積層構造の磁化固着層において、反強磁性層に接する少なくとも一方の強磁性層を、本発明に従って、２つの強磁性層の間に絶縁層またはアモルファス磁性層（Ｍｎ拡散防止層）を挟んだ構造にしてもよい。また、上記のような積層構造の磁化固着層において、非磁性層を挟む２つの強磁性層の両方を、２つの強磁性層の間に絶縁層またはアモルファス磁性層を挟んだ構造にしてもよい。
【００３１】
本発明の他の実施形態に係る方法においては、反強磁性層１０１を形成し、下部強磁性層（第１の強磁性層）１０２ａ、第１の強磁性層に含まれる強磁性材料の酸化物、窒化物または炭化物を含むＭｎ拡散防止層１０５、および上部強磁性層（第２の強磁性層）１０２ｂを形成した後、熱処理を行ってもよい。この熱処理により、反強磁性層１０１に含まれるＭｎの一部を、反強磁性層１０１に接する下部強磁性層１０２ａ中を拡散させ、Ｍｎ拡散防止層１０５に含まれる酸素、窒素または炭素と結合させる。この結果、Ｍｎ拡散防止層１０５に含有されていた強磁性材料が生成するので、固着層のスピン偏極率の低下を防止できる。このときの熱処理温度は、Ｍｎの拡散が起こり得る２００℃以上であることが好ましく、熱処理時間を短縮するためには２５０℃以上とすることが好ましく、さらに３００℃以上とすることがより好ましい。なお、本発明においては、絶縁材料を含むＭｎ拡散防止層中またはその近傍に、他の元素と結合していない状態または結合が不十分な状態の酸素原子、窒素原子または炭素原子が存在していてもよい。
【００３２】
次に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
実施形態１
図３（Ａ）〜（Ｃ）は本実施形態に係るＳＶ−ＴＭＲ素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【００３３】
図３（Ａ）に示すように、半導体基板（図示せず）上に、高真空スパッタリングにより、Ｗからなる下部配線電極層２０１、Ｔａからなるバッファー層２０２、Ｐｔ−Ｍｎからなる反強磁性層２０３、約２ｎｍのＣｏＦｅからなる下部強磁性層（第１の強磁性層）２０４ａを順次積層する。この下部強磁性層２０４ａ上に、約０．４ｎｍのＴａ薄膜を成膜した後、その表面を酸素プラズマ雰囲気に約２０秒間さらすことによりＴａをプラズマ酸化して、Ｔａ酸化物からなるＭｎ拡散防止層２０５を形成する。
【００３４】
図３（Ｂ）に示すように、Ｍｎ拡散防止層２０５上に約２ｎｍのＣｏＦｅからなる上部強磁性層（第１の強磁性層）２０４ｂを積層する。こうして、下部強磁性層２０４ａ、Ｍｎ拡散防止層２０５および上部強磁性層２０４ｂを有する磁化固着層２０４を形成する。次に、Ａｌ2Ｏ3からなるトンネルバリア層２０６を積層した後、トンネルバリア層２０６表面をプラズマ酸化する。このトンネルバリア層２０６上に、Ｃｏ7Ｆｅ3からなる磁化自由層２０７、磁化自由層２０７を軟磁性化するためのＮｉ−Ｆｅ層２０８、およびＷからなる保護層２０９を順次積層する。
【００３５】
図３（Ｃ）に示すように、保護層２０９上に下部配線電極の形状を規定するフォトレジストパターンを形成し、これをマスクとして上記各層をイオンミリングして下部配線電極のパターンを形成する。上記フォトレジストパターンを除去した後、トンネル接合部の形状を規定するフォトレジストパターンを形成し、これをマスクとして下部配線電極より上部の各層をイオンミリングしてトンネル接合部のパターンを形成する。上記フォトレジストパターンを除去した後、反応性スパッタリングによりＳｉＯ2を含む層間絶縁膜２１０を堆積する。その後、約３００℃の真空中で約７ｋＯｅの磁場を印加した状態で約２時間アニールを行い、磁化固着層２０４の磁化を固着させる。さらに、層間絶縁膜２１０にコンタクトホールを開口した後、上部配線電極２１１を形成し、ＳＶ−ＴＭＲ素子を製造する。
【００３６】
このＳＶ−ＴＭＲ素子に約５ｋＯｅの磁場を印加しながら真空中でアニールした。アニール温度を３００〜４００℃の範囲で変化させても、約４５％の磁気抵抗変化率が得られた。
【００３７】
一方、Ｍｎ拡散防止層としてＴａを酸化せずにそのまま用いた以外は図２と同様の構造を有するＳＶ−ＴＭＲ素子を製造した。このＳＶ−ＴＭＲ素子に対して上記と同様なアニールを行った。その結果、アニール温度を３５０℃としたとき磁気抵抗変化率は約２０％に低下し、アニール温度を４００℃としたとき磁気抵抗変化率は約５％に低下した。
【００３８】
以上のように、Ｍｎ拡散防止層にＴａ酸化物を用いることにより耐熱性が改善されることがわかった。
【００３９】
実施形態２
図４（Ａ）〜（Ｄ）は本発明に係る他のＳＶ−ＴＭＲ素子の製造方法を工程順に示す断面図である。このＳＶ−ＴＭＲ素子は、磁化自由層の上下にそれぞれトンネルバリア層および磁化固着層が形成された二重トンネル接合を有するデュアルスピンバルブ型ＴＭＲ素子であり、ＭＲＡＭに用いられる。このＴＭＲ素子は半導体基板上に形成された集積回路の一部であり、ＴＭＲ素子は絶縁膜上に形成された下部配線電極上に形成される。この下部配線電極は、絶縁膜を貫通するプラグを通して、半導体基板主面に形成された選択トランジスタと接続される。
【００４０】
図４（Ａ）に示すように、図示しない半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、プラグを形成した後、高真空スパッタリングにより、Ａｌ／Ｗからなる下部配線電極層３０１、Ｔａからなるバッファー層３０２、Ｉｒ−Ｍｎからなる第１反強磁性層３０３、約２ｎｍのＣｏ9Ｆｅからなる第１下部強磁性層３０４ａを順次積層する。その後、酸素雰囲気に１時間さらして酸化し、第１下部強磁性層３０４ａの表面に約０．５ｎｍの第１拡散防止層３０５を形成する。
【００４１】
図４（Ｂ）に示すように、第１拡散防止層３０５上に、約２ｎｍのＣｏ7Ｆｅ3からなる第１上部強磁性層３０４ｂを積層する。こうして、第１下部強磁性層３０４ａ、第１拡散防止層３０５および第１上部強磁性層３０４ｂを有する第１磁化固着層３０４を形成する。次に、Ａｌ2Ｏ3からなる第１トンネルバリア層３０６、Ｃｏ9Ｆｅからなる磁化自由層３０７、Ａｌ2Ｏ3からなる第２トンネルバリア層３０８、約２．５ｎｍのＣｏ7Ｆｅ3からなる第２下部強磁性層３０９ａを順次積層する。その後、酸素雰囲気に１時間さらして酸化し、第２下部強磁性層３０９ａの表面に約０．５ｎｍの第２拡散防止層３１０を形成する。
【００４２】
図４（Ｃ）に示すように、第２拡散防止層３１０上に、約１．５ｎｍのＣｏ9Ｆｅからなる第２上部強磁性層３０９ｂを積層する。こうして、第２下部強磁性層３０９ａ、第２拡散防止層３１０および第２上部強磁性層３０９ｂを有する第２磁化固着層２０９を形成する。次に、Ｉｒ−Ｍｎからなる第２反強磁性層３１１、Ｔａからなる保護層３１２を順次積層する。
【００４３】
以上のように、この実施形態においては、それぞれ第１および第２のＭｎ拡散防止層３０５、３１０を挟む上下２層の強磁性層の材料を変えている。これは、磁化固着層３０４、３０９の保磁力を小さくするためである。ただし、用途によっては、Ｍｎ拡散防止層を挟む上下２層の強磁性層の材料を変える必要はない。
【００４４】
図４（Ｄ）に示すように、保護層３１２上に下部配線電極の形状を規定するフォトレジストパターンを形成し、これをマスクとして上記各層をイオンミリングして下部配線電極のパターンを形成する。上記フォトレジストパターンを除去した後、トンネル接合部の形状を規定するフォトレジストパターンを形成し、これをマスクとして下部配線電極より上部の各層をイオンミリングしてトンネル接合部のパターンを形成する。上記フォトレジストパターンを除去した後、反応性スパッタリングによりＳｉＯ2からなる層間絶縁膜３１３を堆積する。その後、約３２５℃の真空中で約７ｋＯｅの磁場を印加した状態で２時間アニールを行う。この工程によって、第１および第２の反強磁性層３０３、３１１中のＭｎが拡散してそれぞれ第１および第２のＭｎ拡散防止層３０５、３１０に到達し、磁化固着層の強磁性材料の酸化物が還元され、第１および第２のＭｎ拡散防止層３０５、３１０にはＭｎ酸化物が含まれるようになる。これと同時に、第１および第２の磁化固着層３０４、３０９の磁化の向きが揃う。さらに、層間絶縁膜３１３にコンタクトホールを開口した後、上部配線電極３１４を形成し、ＭＲＡＭ中のＳＶ−ＴＭＲ素子を製造する。
【００４５】
この後、ＭＲＡＭを完成させるための層間絶縁膜形成工程や配線電極形成工程において、ＳＶ−ＴＭＲ素子は３００〜４００℃の熱処理工程を経験する。従来のＳＶ−ＴＭＲ素子では、これらの熱処理工程が原因となって、ＭＲＡＭ完成後に１５％程度の磁気抵抗変化率しか得られなかった。これに対して、本実施形態のＳＶ−ＴＭＲ素子では、ＭＲＡＭ完成後に約４０％の磁気抵抗変化率が得られ、優れた特性を示した。なお、このような効果は、Ｍｎ拡散防止層に窒化物または炭化物を用いた場合にも得られる。
【００４６】
図５に図４（Ｄ）のＳＶ−ＴＭＲ素子を具備したＭＲＡＭのメモリセル構造の一例を示す。図５に示すように、シリコン基板４０１には、ゲート電極４０２、ソース、ドレイン領域４０３、４０４を含むＭＯＳトランジスタが形成されている。ゲート電極４０２は読み出し用のワードライン（ＷＬ１）として用いられる。ゲート電極４０２上には絶縁層および書き込み用のワードライン（ＷＬ２）４０６が形成されている。ＭＯＳトランジスタのドレイン領域４０４には絶縁層に埋め込まれたプラグ４０５が接続され、さらにプラグ４０５上には下部配線電極層３０１が接続されている。この下部配線電極層３０１上の書き込み用のワードライン（ＷＬ２）４０６の上方に対応する位置に、図４（Ｄ）に示したようなデュアルスピンバルブ型のＴＭＲ素子３００が形成されている。このＴＭＲ素子３００上にビットライン（ＢＬ）となる上部配線電極３１４が形成されている。このような構造のＭＲＡＭは優れた特性を示す。
【００４７】
実施形態３
図６は本実施形態に係るＳＶ−ＴＭＲ素子を示す断面図である。このＳＶ−ＴＭＲ素子は、図４（Ｄ）のＳＶ−ＴＭＲ素子と同様に、磁化自由層の上下にそれぞれトンネルバリア層および磁化固着層が形成された二重トンネル接合を有するデュアルスピンバルブ型のＴＭＲ素子である。さらに、このＳＶ−ＴＭＲ素子では、非磁性層を介して反強磁性結合した２つの強磁性層を含む積層型の磁化固着層（いわゆるシンセティック膜）を用いている。このような積層型磁化固着層を用いると、磁化固着層からの磁場の漏洩が抑制されるため、磁化固着層と磁化自由層との間の磁気的結合に起因する特性の変化を抑えることができる。また、本実施形態のＳＶ−ＴＭＲ素子は、半導体基板上に形成された集積回路の一部であり、ＴＭＲ素子部分は絶縁膜上に形成された下部配線電極上に作製される。この下部配線電極は、絶縁膜を貫通するプラグを通して、基板主面に形成された選択トランジスタと接続されている。本実施例のＴＭＲ素子の積層構造は、層間絶縁膜およびプラグ形成を終了した基板上に、高真空スパッタリング法にて順次積層して作製したものである。
【００４８】
このＴＭＲ素子では、基板側から以下の各層が積層されている。
Ｎｉ−Ｃｒ−Ｐｔからなるバッファー層６０１
Ｐｔ−Ｍｎからなる第１反強磁性層６０２
約２ｎｍのＣｏ6Ｆｅ4からなる強磁性層６０３ａ
約１ｎｍの（Ｃｏ6Ｆｅ4）0.95Ｂ0.05からなるアモルファス磁性層６０４ａ
約２ｎｍのＣｏ6Ｆｅ4からなる強磁性層６０３ｂ
約１．２ｎｍのＲｕからなる非磁性層６０５
約２ｎｍのＣｏ6Ｆｅ4からなる強磁性層６０３ｃ
約１ｎｍの（Ｃｏ6Ｆｅ4）0.95Ｂ0.05からなるアモルファス磁性層６０４ｂ
約２ｎｍのＣｏ6Ｆｅ4からなる強磁性層６０３ｄ
Ａｌ2Ｏ3からなる第１トンネルバリア層６０６
２ｎｍのＣｏ3Ｆｅ3Ｎｉ4からなる磁化自由層６０７
Ａｌ2Ｏ3からなる第２トンネルバリア層６０８
約２ｎｍのＣｏ6Ｆｅ4からなる強磁性層６０９ａ
約１ｎｍの（Ｃｏ6Ｆｅ4）0.95Ｂ0.05からなるアモルファス磁性層６１０ａ
約２ｎｍのＣｏ6Ｆｅ4からなる強磁性層６０９ｂ
約１．２ｎｍのＲｕからなる非磁性層６１１
約２ｎｍのＣｏ6Ｆｅ4からなる強磁性層６０９ｃ
約１ｎｍの（Ｃｏ6Ｆｅ4）0.95Ｂ0.05からなるアモルファス磁性層６１０ｂ
約２ｎｍのＣｏ6Ｆｅ4からなる強磁性層６０９ｄ
Ｐｔ−Ｍｎからなる第２反強磁性層６１２
Ｔａからなる保護層６１３。
【００４９】
強磁性層６０３ａ、アモルファス磁性層６０４ａ、強磁性層６０３ｂ、非磁性層６０５、強磁性層６０３ｃ、アモルファス磁性層６０４ｂおよび強磁性層６０３ｄにより、第１の積層型磁化固着層６０３が形成されている。また、強磁性層６０９ａ、アモルファス磁性層６１０ａ、強磁性層６０９ｂ、非磁性層６１１、強磁性層６０９ｃ、アモルファス磁性層６１０ｂおよび強磁性層６０９ｄにより、第２の積層型磁化固着層６０９が形成されている。それぞれ強磁性層、アモルファス磁性層および強磁性層を含むユニットは全体として１つの強磁性層とみなすことができる。
【００５０】
このように、第１および第２の積層型磁化固着層６０３、６０９において、非磁性層を挟む２つの強磁性層は、いずれも強磁性層、アモルファス磁性層および強磁性層を有するものである。各積層型磁化固着層６０３、６０９には２つのアモルファス磁性層が含まれる。このうち、反強磁性層６０２、６１２に近い側のアモルファス磁性層６０４ａ、６１０ｂが、Ｍｎ拡散防止層として機能する。他方のアモルファス磁性層６０４ｂ、６１０ａは、各積層型磁化固着層６０３、６０９の非磁性層６０５、６１１を挟む２つの強磁性層ユニットの磁化を同じ強さにするために用いられている。
【００５１】
このような積層構造のＳＶ−ＴＭＲ素子に対し、約３２０℃で約１０時間の熱処理を行った。その結果、特性の劣化は認められず、良好な素子特性を示した。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、磁化固着層中に絶縁材料またはアモルファス磁性材料を含むＭｎ拡散防止層を設けることにより、トンネルバリア近傍へのＭｎおよびその他の非磁性材料の拡散を抑制することができ、特性および耐熱性に優れた強磁性トンネル接合素子を高歩留まりかつ安価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の強磁性トンネル接合素子の基本構造を示す断面図。
【図２】本発明に係る強磁性トンネル接合素子の基本構造を示す断面図。
【図３】本発明の実施形態１における強磁性トンネル接合素子の製造方法を工程順に示す断面図。
【図４】本発明の実施形態２における強磁性トンネル接合素子の製造方法を工程順に示す断面図。
【図５】本発明の一実施形態に係る強磁性トンネル接合素子を用いたＭＲＡＭのメモリセルの一例を示す断面図。
【図６】本発明の実施形態３における強磁性トンネル接合素子を示す断面図。
【符号の説明】
１０１…反強磁性層
１０２…磁化固着層
１０２ａ…下部強磁性層
１０２ｂ…上部強磁性層
１０３…トンネルバリア層
１０４…磁化自由層
１０５…Ｍｎ拡散防止層
２０１…下部配線電極層
２０２…バッファー層
２０３…反強磁性層
２０４…磁化固着層
２０４ａ…下部強磁性層
２０４ｂ…上部強磁性層
２０５…Ｍｎ拡散防止層
２０６…トンネルバリア層
２０７…磁化自由層
２０８…Ｎｉ−Ｆｅ層
２０９…保護層
２１０…層間絶縁膜
２１１…上部配線電極
３０１…下部配線電極層
３０２…バッファー層
３０３…第１反強磁性層
３０４…第１磁化固着層
３０４ａ…第１下部強磁性層
３０４ｂ…第１上部強磁性層
３０５…第１拡散防止層
３０６…第１トンネルバリア層
３０７…磁化自由層
３０８…第２トンネルバリア層
３０９…第２磁化固着層
３０９ａ…第２下部強磁性層
３０９ｂ…第２上部強磁性層
３１０…第２拡散防止層
３１１…第２反強磁性層
３１２…保護層
３１３…層間絶縁膜
３１４…上部配線電極
４０１…シリコン基板
４０２…ゲート電極
４０３、４０４…ソース、ドレイン領域
４０５…プラグ
４０６…書き込み用のワードライン
６０１…バッファー層
６０２…第１反強磁性層
６０３…第１磁化固着層
６０３ａ、６０３ｂ、６０３ｃ、６０３ｄ…強磁性層
６０４ａ、６０４ｂ…アモルファス磁性層
６０５…非磁性層
６０６…第１トンネルバリア層
６０７…磁化自由層
６０８…第２トンネルバリア層
６０９…第２磁化固着層
６０９ａ、６０９ｂ、６０９ｃ、６０９ｄ…強磁性層
６１０ａ、６１０ｂ…アモルファス磁性層
６１１…非磁性層
６１２…第２反強磁性層
６１３…保護層

Claims (2)

  1. Ｍｎを含有する反強磁性層と、
    前記反強磁性層上に形成された、下部強磁性層、非磁性層、および上部強磁性層を含み下部および上部強磁性層が反強磁性結合している積層型の磁化固着層であって、さらに下部および上部強磁性層のうち前記反強磁性層に近い下部強磁性層は第１および第２の２つの強磁性層の間にＭｎ拡散防止層として機能するアモルファス磁性層を挟んだ構造を有する磁化固着層と、
    前記磁化固着層上に形成されたトンネルバリア層と、
    前記トンネルバリア層上に形成された磁化自由層と
    を具備したことを特徴とする強磁性トンネル接合素子。
  2. Ｍｎを含有する反強磁性層を形成し、
    前記反強磁性層上に第１の強磁性層、Ｍｎ拡散防止層として機能するアモルファス磁性層、および第２の強磁性層を積層した下部強磁性層、非磁性層、ならびに上部強磁性層を積層して磁化固着層を形成し、
    前記磁化固着層上に絶縁材料を含むトンネルバリア層を形成し、
    前記トンネルバリア層上に強磁性材料を含む磁化自由層を形成する
    ことを特徴とする強磁性トンネル接合素子の製造方法。
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Families Citing this family (85)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11316919A (ja) * 1998-04-30 1999-11-16 Hitachi Ltd スピントンネル磁気抵抗効果型磁気ヘッド
JP2000208831A (ja) * 1999-01-18 2000-07-28 Sony Corp 磁気抵抗素子及びこれを用いた磁気デバイス
JP4693292B2 (ja) 2000-09-11 2011-06-01 株式会社東芝 強磁性トンネル接合素子およびその製造方法
JP3576111B2 (ja) * 2001-03-12 2004-10-13 株式会社東芝 磁気抵抗効果素子
KR100407907B1 (ko) * 2001-05-15 2003-12-03 한국과학기술연구원 자기 터널 접합 소자의 열처리 방법과 그 방법으로 제조된자기 터널 접합 소자
US6545906B1 (en) * 2001-10-16 2003-04-08 Motorola, Inc. Method of writing to scalable magnetoresistance random access memory element
JP2003283000A (ja) * 2002-03-27 2003-10-03 Toshiba Corp 磁気抵抗効果素子およびこれを有する磁気メモリ
JP4100025B2 (ja) * 2002-04-09 2008-06-11 ソニー株式会社 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ装置
US6708390B2 (en) 2002-04-23 2004-03-23 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for manufacturing magnetoresistive element
US6724652B2 (en) * 2002-05-02 2004-04-20 Micron Technology, Inc. Low remanence flux concentrator for MRAM devices
US6801410B2 (en) 2002-06-03 2004-10-05 Seagate Technology Llc Side flux guide for current perpendicular to plane magnetoresistive transducer
JP3678213B2 (ja) * 2002-06-20 2005-08-03 ソニー株式会社 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ装置、磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ装置の製造方法
US7095646B2 (en) * 2002-07-17 2006-08-22 Freescale Semiconductor, Inc. Multi-state magnetoresistance random access cell with improved memory storage density
US6881993B2 (en) * 2002-08-28 2005-04-19 Micron Technology, Inc. Device having reduced diffusion through ferromagnetic materials
US6831312B2 (en) * 2002-08-30 2004-12-14 Freescale Semiconductor, Inc. Amorphous alloys for magnetic devices
JP4423658B2 (ja) 2002-09-27 2010-03-03 日本電気株式会社 磁気抵抗素子及びその製造方法
JP2004128229A (ja) * 2002-10-02 2004-04-22 Nec Corp 磁性メモリ及びその製造方法
JP3931876B2 (ja) * 2002-11-01 2007-06-20 日本電気株式会社 磁気抵抗デバイス及びその製造方法
US7394626B2 (en) 2002-11-01 2008-07-01 Nec Corporation Magnetoresistance device with a diffusion barrier between a conductor and a magnetoresistance element and method of fabricating the same
JP2004200245A (ja) * 2002-12-16 2004-07-15 Nec Corp 磁気抵抗素子及び磁気抵抗素子の製造方法
JP2004228406A (ja) * 2003-01-24 2004-08-12 Sony Corp 磁気記憶素子およびその製造方法および磁気記憶素子の集積回路装置
JP4618989B2 (ja) * 2003-02-18 2011-01-26 三菱電機株式会社 磁気記憶半導体装置
US7002228B2 (en) * 2003-02-18 2006-02-21 Micron Technology, Inc. Diffusion barrier for improving the thermal stability of MRAM devices
KR20040083934A (ko) * 2003-03-25 2004-10-06 주식회사 하이닉스반도체 마그네틱 램의 형성방법
KR20040084095A (ko) * 2003-03-26 2004-10-06 주식회사 하이닉스반도체 마그네틱 램의 형성방법
JP4863151B2 (ja) 2003-06-23 2012-01-25 日本電気株式会社 磁気ランダム・アクセス・メモリとその製造方法
US6956763B2 (en) * 2003-06-27 2005-10-18 Freescale Semiconductor, Inc. MRAM element and methods for writing the MRAM element
KR100512180B1 (ko) 2003-07-10 2005-09-02 삼성전자주식회사 자기 랜덤 엑세스 메모리 소자의 자기 터널 접합 및 그의형성방법
US7001680B2 (en) * 2003-07-29 2006-02-21 Hitachi Global Storage Tech Nl Low resistance magnetic tunnel junction structure
EP2213763A3 (en) * 2003-08-11 2010-08-18 Honeywell International Inc. Target/backing plate constructions, and methods of forming target/backing plate constructions
US6967366B2 (en) * 2003-08-25 2005-11-22 Freescale Semiconductor, Inc. Magnetoresistive random access memory with reduced switching field variation
US7201827B2 (en) * 2003-09-12 2007-04-10 Headway Technologies, Inc. Process and structure to fabricate spin valve heads for ultra-high recording density application
DE10350161A1 (de) * 2003-10-28 2005-06-09 Infineon Technologies Ag Magnetoresistive Speicherzelle und Verfahren zu deren Herstellung
US7283333B2 (en) * 2004-02-11 2007-10-16 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Self-pinned double tunnel junction head
WO2006006420A1 (ja) * 2004-07-12 2006-01-19 Nec Corporation 磁気抵抗効素子、磁気ランダムアクセスメモリ、磁気ヘッド及び磁気記憶装置
US7576956B2 (en) * 2004-07-26 2009-08-18 Grandis Inc. Magnetic tunnel junction having diffusion stop layer
KR100612854B1 (ko) * 2004-07-31 2006-08-21 삼성전자주식회사 스핀차지를 이용한 자성막 구조체와 그 제조 방법과 그를구비하는 반도체 장치 및 이 장치의 동작방법
JP4868198B2 (ja) 2004-08-19 2012-02-01 日本電気株式会社 磁性メモリ
US7129098B2 (en) * 2004-11-24 2006-10-31 Freescale Semiconductor, Inc. Reduced power magnetoresistive random access memory elements
US7230265B2 (en) * 2005-05-16 2007-06-12 International Business Machines Corporation Spin-polarization devices using rare earth-transition metal alloys
JP4828157B2 (ja) * 2005-05-16 2011-11-30 シャープ株式会社 トンネル磁気抵抗効果素子及びその製造方法
JP4008478B2 (ja) * 2005-07-13 2007-11-14 Ｔｄｋ株式会社 磁界検出素子、基体、ウエハ、ヘッドジンバルアセンブリ、ハードディスク装置、および磁界検出素子の製造方法
US7777261B2 (en) * 2005-09-20 2010-08-17 Grandis Inc. Magnetic device having stabilized free ferromagnetic layer
US7973349B2 (en) 2005-09-20 2011-07-05 Grandis Inc. Magnetic device having multilayered free ferromagnetic layer
US7859034B2 (en) * 2005-09-20 2010-12-28 Grandis Inc. Magnetic devices having oxide antiferromagnetic layer next to free ferromagnetic layer
US7800868B2 (en) * 2005-12-16 2010-09-21 Seagate Technology Llc Magnetic sensing device including a sense enhancing layer
JP4833691B2 (ja) * 2006-03-03 2011-12-07 株式会社リコー 磁気センサ及びその製造方法
US7684161B2 (en) * 2006-04-18 2010-03-23 Everspin Technologies, Inc. Methods and apparatus for a synthetic anti-ferromagnet structure with reduced temperature dependence
DE102006047465A1 (de) * 2006-10-07 2008-04-10 Deutsche Telekom Ag Verfahren und Vorrichtung zur Kompression und Dekompression digitaler Daten auf elektronischem Wege unter Verwendung einer Kontextgrammatik
US20080173975A1 (en) * 2007-01-22 2008-07-24 International Business Machines Corporation Programmable resistor, switch or vertical memory cell
JP4384183B2 (ja) * 2007-01-26 2009-12-16 株式会社東芝 磁気抵抗素子および磁気メモリ
JP2008192632A (ja) * 2007-01-31 2008-08-21 Fujitsu Ltd 磁性薄膜および磁気抵抗効果素子
JP2008306169A (ja) * 2007-05-07 2008-12-18 Canon Anelva Corp 磁気抵抗素子、磁気抵抗素子の製造方法及び磁性多層膜作成装置
US8174800B2 (en) 2007-05-07 2012-05-08 Canon Anelva Corporation Magnetoresistive element, method of manufacturing the same, and magnetic multilayered film manufacturing apparatus
US7782659B2 (en) * 2007-05-10 2010-08-24 Macronix International Co., Ltd. Magnetic memory and memory cell thereof and method of manufacturing the memory cell
US7978439B2 (en) * 2007-06-19 2011-07-12 Headway Technologies, Inc. TMR or CPP structure with improved exchange properties
US7957179B2 (en) * 2007-06-27 2011-06-07 Grandis Inc. Magnetic shielding in magnetic multilayer structures
US7859025B2 (en) * 2007-12-06 2010-12-28 International Business Machines Corporation Metal ion transistor
JP2009194251A (ja) * 2008-02-15 2009-08-27 Toshiba Corp 磁気抵抗効果素子
JPWO2009110119A1 (ja) * 2008-03-06 2011-07-14 富士電機ホールディングス株式会社 強磁性トンネル接合素子および強磁性トンネル接合素子の駆動方法
JP2008283173A (ja) * 2008-04-07 2008-11-20 Sony Corp 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ装置
JP2012502447A (ja) * 2008-09-03 2012-01-26 キヤノンアネルバ株式会社 非晶質または微結晶質ＭｇＯトンネル障壁に用いる優先グレイン成長強磁性シード層
US7894248B2 (en) 2008-09-12 2011-02-22 Grandis Inc. Programmable and redundant circuitry based on magnetic tunnel junction (MTJ)
US8455267B2 (en) 2009-05-14 2013-06-04 Qualcomm Incorporated Magnetic tunnel junction device and fabrication
JP2009218611A (ja) * 2009-05-18 2009-09-24 Sony Corp 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ装置、磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ装置の製造方法
KR101042338B1 (ko) 2009-10-08 2011-06-17 한국과학기술연구원 자기터널접합 디바이스 및 그 제조 방법
US8455965B2 (en) * 2009-11-30 2013-06-04 Qualcomm Incorporated Fabrication and integration of devices with top and bottom electrodes including magnetic tunnel junctions
KR101256598B1 (ko) * 2011-02-10 2013-04-19 삼성전자주식회사 인접 비정질 또는 나노 크리스털 물질 층을 이용한 수직 자기 이방성 형성 자기 소자 및 그 제조 방법
WO2011149274A2 (ko) 2010-05-26 2011-12-01 고려대학교 산학협력단 자기적으로 연결되고 수직 자기 이방성을 갖도록 하는 비정질 버퍼층을 가지는 자기 터널 접합 소자
US8564080B2 (en) * 2010-07-16 2013-10-22 Qualcomm Incorporated Magnetic storage element utilizing improved pinned layer stack
US8546896B2 (en) * 2010-07-16 2013-10-01 Grandis, Inc. Magnetic tunneling junction elements having magnetic substructures(s) with a perpendicular anisotropy and memories using such magnetic elements
US8570691B2 (en) * 2011-04-07 2013-10-29 HGST Netherlands B.V. TMR sensor film using a tantalum insertion layer and systems thereof
JP2012054576A (ja) * 2011-10-12 2012-03-15 Sony Corp 磁気抵抗効果素子及び磁気メモリ装置
JP5987613B2 (ja) * 2012-09-28 2016-09-07 ソニー株式会社 記憶素子、記憶装置、磁気ヘッド
JP2015060970A (ja) * 2013-09-19 2015-03-30 株式会社東芝 磁気抵抗素子および磁気メモリ
US8988835B1 (en) 2013-10-14 2015-03-24 International Business Machines Corporation Contact recording tunnel magnetoresistive sensor with layer of refractory metal
JP6196557B2 (ja) * 2014-01-20 2017-09-13 株式会社東芝 圧力センサ、マイクロフォン、加速度センサ及び圧力センサの製造方法
US9196272B1 (en) 2014-10-27 2015-11-24 Seagate Technology Llc Sensor structure having increased thermal stability
US9502056B1 (en) * 2016-03-28 2016-11-22 Tdk Corporation Magnetoresistance element including a stack having a sidewall, and an insulating layer in contact with the sidewall
CN108666339B (zh) * 2017-03-28 2020-11-13 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 磁性随机存储器及其存储单元的制造方法
JP2019057636A (ja) * 2017-09-21 2019-04-11 東芝メモリ株式会社 磁気記憶装置
JP7086664B2 (ja) 2018-03-20 2022-06-20 キオクシア株式会社 磁気装置
JP2020043224A (ja) * 2018-09-11 2020-03-19 キオクシア株式会社 磁気装置
JP2020043282A (ja) 2018-09-13 2020-03-19 キオクシア株式会社 記憶装置
US10971176B2 (en) 2019-02-21 2021-04-06 International Business Machines Corporation Tunnel magnetoresistive sensor with adjacent gap having chromium alloy seed layer and refractory material layer

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000020922A (ja) * 1998-06-30 2000-01-21 Toshiba Corp 磁気素子とそれを用いた磁気センサおよび磁気記憶装置
JP2000156530A (ja) * 1998-03-20 2000-06-06 Toshiba Corp 積層薄膜機能デバイス及び磁気抵抗効果素子
JP2001210894A (ja) * 2000-01-28 2001-08-03 Tdk Corp 磁気変換素子、薄膜磁気ヘッドおよびそれらの製造方法
JP2001345493A (ja) * 2000-05-30 2001-12-14 Sony Corp トンネル磁気抵抗効果素子、及びトンネル磁気抵抗効果型磁気ヘッド

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6124711A (en) * 1996-01-19 2000-09-26 Fujitsu Limited Magnetic sensor using tunnel resistance to detect an external magnetic field
US5792569A (en) * 1996-03-19 1998-08-11 International Business Machines Corporation Magnetic devices and sensors based on perovskite manganese oxide materials
TW367493B (en) 1996-04-30 1999-08-21 Toshiba Corp Reluctance component
US6110751A (en) * 1997-01-10 2000-08-29 Fujitsu Limited Tunnel junction structure and its manufacture and magnetic sensor
JP2970590B2 (ja) * 1997-05-14 1999-11-02 日本電気株式会社 磁気抵抗効果素子並びにこれを用いた磁気抵抗効果センサ、磁気抵抗検出システム及び磁気記憶システム
JPH11134620A (ja) * 1997-10-30 1999-05-21 Nec Corp 強磁性トンネル接合素子センサ及びその製造方法
JPH11175920A (ja) * 1997-12-05 1999-07-02 Nec Corp 磁気抵抗効果型複合ヘッドおよびその製造方法
JP2907805B1 (ja) * 1998-02-06 1999-06-21 株式会社日立製作所 磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果型ヘッドおよび磁気記録再生装置
US6816337B1 (en) * 1998-03-20 2004-11-09 Iomega Corporation Magnetic recording device having a particular frame plate configuration
US6303218B1 (en) 1998-03-20 2001-10-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Multi-layered thin-film functional device and magnetoresistance effect element
US6023395A (en) * 1998-05-29 2000-02-08 International Business Machines Corporation Magnetic tunnel junction magnetoresistive sensor with in-stack biasing
US6005753A (en) * 1998-05-29 1999-12-21 International Business Machines Corporation Magnetic tunnel junction magnetoresistive read head with longitudinal and transverse bias
JP2000012921A (ja) * 1998-06-24 2000-01-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 磁気抵抗トンネル接合素子
US6219212B1 (en) 1998-09-08 2001-04-17 International Business Machines Corporation Magnetic tunnel junction head structure with insulating antiferromagnetic layer
US6327122B1 (en) * 1998-12-04 2001-12-04 International Business Machines Corporation Spin valve sensor having antiparallel (AP) pinned layer with high resistance and low coercivity
US6567246B1 (en) * 1999-03-02 2003-05-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Magnetoresistance effect element and method for producing the same, and magnetoresistance effect type head, magnetic recording apparatus, and magnetoresistance effect memory element
US6275363B1 (en) * 1999-07-23 2001-08-14 International Business Machines Corporation Read head with dual tunnel junction sensor
US6356419B1 (en) * 1999-07-23 2002-03-12 International Business Machines Corporation Antiparallel pinned read sensor with improved magnetresistance
JP3331397B2 (ja) * 1999-07-23 2002-10-07 ティーディーケイ株式会社 トンネル磁気抵抗効果素子
JP3473016B2 (ja) * 1999-08-25 2003-12-02 日本電気株式会社 強磁性トンネル接合素子と磁気ヘッドと磁気メモリ
US6556390B1 (en) * 1999-10-28 2003-04-29 Seagate Technology Llc Spin valve sensors with an oxide layer utilizing electron specular scattering effect
US6473275B1 (en) * 2000-06-06 2002-10-29 International Business Machines Corporation Dual hybrid magnetic tunnel junction/giant magnetoresistive sensor
EP1187103A3 (en) * 2000-08-04 2003-01-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Magnetoresistance effect device, head, and memory element
US6544801B1 (en) * 2000-08-21 2003-04-08 Motorola, Inc. Method of fabricating thermally stable MTJ cell and apparatus
JP4693292B2 (ja) 2000-09-11 2011-06-01 株式会社東芝 強磁性トンネル接合素子およびその製造方法
US6549383B1 (en) * 2000-10-06 2003-04-15 International Business Machines Corporation Pinned layer having a CoFeNb or CoFeNbHf film for increasing magnetic softness and reducing current shunting

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000156530A (ja) * 1998-03-20 2000-06-06 Toshiba Corp 積層薄膜機能デバイス及び磁気抵抗効果素子
JP2000020922A (ja) * 1998-06-30 2000-01-21 Toshiba Corp 磁気素子とそれを用いた磁気センサおよび磁気記憶装置
JP2001210894A (ja) * 2000-01-28 2001-08-03 Tdk Corp 磁気変換素子、薄膜磁気ヘッドおよびそれらの製造方法
JP2001345493A (ja) * 2000-05-30 2001-12-14 Sony Corp トンネル磁気抵抗効果素子、及びトンネル磁気抵抗効果型磁気ヘッド

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