專利名稱：磁電阻效應(yīng)膜及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁電阻(magnetoresistance)效應(yīng)膜以及制造磁電阻效應(yīng)膜的方法，尤其涉及一種能夠縮短離子研磨(ion mill)處理時(shí)間并提高讀取元件的分辨率的磁電阻效應(yīng)膜及其制造方法。
背景技術(shù)：
圖4示出了常規(guī)GMR(巨磁電阻)膜的構(gòu)造，GMR膜是磁電阻效應(yīng)元件中使用的磁電阻效應(yīng)膜的一個(gè)例子。由種子層(seed layer)8、反鐵磁層(antiferromagnetic layer)7、釘扎層(pinned layer)6、中間層5、自由層4、背層(back layer)3、反射層(specular layer)2和頂層(cap layer)1依次層疊而形成GMR膜。
使用了各種GMR膜。例如，種子層8由NiCr制成、反鐵磁層7由PdPtMn制成、釘扎層6由CoFe/Ru/CoFe制成、中間層5由Cu制成、自由層4由CoFe/NiFe制成、背層3由Cu制成。另外，例如，反射層2由Al等離子氧化膜制成，頂層1由Ta等離子氧化膜制成。反射層2的Al等離子氧化膜為Al2O3，這是通過(guò)以下的步驟氧化得到的在背層3上形成Al膜；將Ar和氧引入與形成Al膜的室分開(kāi)的氧化室；以及，在氧化室中對(duì)Al膜進(jìn)行等離子氧化。
圖5A示出了在GMR膜的表面施加保護(hù)層12的步驟。圖5B示出了對(duì)GMR膜10進(jìn)行離子研磨以形成讀取元件的步驟。在離子研磨的步驟中，相對(duì)于GMR膜10的表面斜向地照射離子。這些離子部分地被保護(hù)層12遮擋，從而讀取元件的側(cè)面10a和10b形成錐面。分別在錐面10a和10b上形成電極。通過(guò)在GMR膜10上形成錐面10a和10b，可以容易地在其上形成電極。另外，可以加寬GMR 10和電極的接觸面積，從而保證電連接。在日本專利公報(bào)特開(kāi)2001-189503中公開(kāi)了上述GMR膜。
如上所述，在形成GMR膜10之后，對(duì)讀取元件的側(cè)面進(jìn)行離子研磨，從而形成錐面10a和10b。然而，由于常規(guī)GMR膜10的反射層2由Al2O3制成，從而離子研磨的時(shí)間較長(zhǎng)。因而，常規(guī)磁電阻效應(yīng)膜的制造效率較低。一個(gè)原因是Al2O3比較硬，因而不容易通過(guò)離子研磨去除；另一個(gè)原因是反射層2較厚，因而需要較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)進(jìn)行離子研磨。
如圖5B所示，GMR膜10的膜材料14粘在保護(hù)層12的表面上。如果大量的膜材料14粘在保護(hù)層12上，則保護(hù)層12的寬度會(huì)顯著加大，從而讀取芯(read-core)也會(huì)變寬。由于讀取芯變寬，讀取元件的分辨率必然降低。對(duì)于反射層2由Al2O3制成的常規(guī)GMR膜10，需要很長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)執(zhí)行離子研磨，從而粘在保護(hù)層12上的膜材料14的厚度較厚。因而，讀取元件的分辨率必然較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決常規(guī)磁電阻效應(yīng)膜中的問(wèn)題。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種磁電阻效應(yīng)膜，其能夠縮短離子研磨處理時(shí)間，并提高讀取元件的分辨率。
本發(fā)明的另一目的是提供一種制造所述磁電阻效應(yīng)膜的方法。
為實(shí)現(xiàn)這些目的，本發(fā)明具有下面的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的磁電阻效應(yīng)膜包括由反射層和頂層構(gòu)成的用于保護(hù)磁層(magnetic layer)的保護(hù)層，其中，所述反射層和頂層由相同的金屬材料制成，并且所述反射層的金屬材料被氧化。
另一方面，一種制造包括由反射層和頂層構(gòu)成的用于保護(hù)磁層的保護(hù)層的磁電阻效應(yīng)膜的方法包括以下步驟在所述磁層上形成由金屬材料制成的所述反射層；氧化所述反射層的金屬材料；以及形成由相同金屬材料制成的頂層。
在本發(fā)明中，所述金屬材料可以是鉭(Ta)。另外，所述磁層可以由依次形成的種子層、反鐵磁層、釘扎層、中間層和自由層構(gòu)成。
在本發(fā)明中，構(gòu)成保護(hù)層的反射層和頂層由相同的金屬材料構(gòu)成，并且反射層的材料被氧化。因此，可以縮短通過(guò)離子研磨形成讀取元件的時(shí)間，并且可以提高磁電阻效應(yīng)膜的生產(chǎn)效率。該磁電阻效應(yīng)膜的特性基本上與常規(guī)膜相同。


現(xiàn)在參照附圖以示例的方式描述本發(fā)明的實(shí)施例。在附圖中圖1示出了通過(guò)本發(fā)明的方法制造的GMR膜的結(jié)構(gòu)；圖2A和圖2B示出了通過(guò)離子研磨形成讀取元件的步驟；圖3的圖示出了GMR膜的GMR比(GMR ratio)；圖4示出了常規(guī)GMR膜的結(jié)構(gòu)；以及圖5A和圖5B示出了形成常規(guī)讀取元件的步驟。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1示出了通過(guò)本發(fā)明的方法制造的GMR膜的構(gòu)造。標(biāo)號(hào)1表示頂層；標(biāo)號(hào)2表示反射層，標(biāo)號(hào)3表示背層，標(biāo)號(hào)4表示自由層，標(biāo)號(hào)5表示中間層，標(biāo)號(hào)6表示釘扎層，標(biāo)號(hào)7表示反鐵磁層，標(biāo)號(hào)8表示種子層。應(yīng)注意，從背層3到種子層8的構(gòu)造與圖4所示的常規(guī)GMR膜相同。本實(shí)施例的特征在于頂層1和反射層2，特別是反射層2。
在本實(shí)施例中，例如，種子層8由NiCr制成；反鐵磁層7由PdPtMn制成；釘扎層6由CoFe/Ru/CoFe制成；中間層5由Cu制成；自由層4由CoFe/NiFe制成；并且背層3由Cu制成。另外，反射層2由Ta等離子氧化膜制成；頂層1由Ta膜制成。
圖1示出了本實(shí)施例的GMR膜的各層的相對(duì)厚度，圖4示出了常規(guī)GMR膜的各層的相對(duì)厚度。根據(jù)圖1和圖4，圖1所示的層3-8的厚度與圖4所示的層3-8的厚度相等。
在圖4所示的常規(guī)GMR膜中，反射層由Al等離子氧化層制成；在本實(shí)施例中，反射層2由Ta等離子氧化膜制成。通過(guò)以下步驟制成Ta等離子氧化膜在背層3的表面上形成Ta膜；以及在與形成Ta膜的室分開(kāi)的氧化室中氧化該Ta膜。也就是，將Ar和氧引入氧化室中，隨后在其中對(duì)Ta膜進(jìn)行等離子氧化，從而可以形成Ta等離子氧化膜(Ta2O5)。
在圖4所示的常規(guī)GMR膜中，在形成反射層時(shí)，首先Al層生長(zhǎng)到2nm的厚度，然后對(duì)該Al膜進(jìn)行等離子氧化。另一方面，在本實(shí)施例中，Ta層生長(zhǎng)到1.5nm的厚度，隨后，對(duì)該Ta膜進(jìn)行等離子氧化。因此，本實(shí)施例的反射層2比常規(guī)GMR膜的反射層稍薄。
另外，常規(guī)GMR膜的頂層厚度是3nm，而本發(fā)明的頂層1的厚度是1.5nm。
與由Al等離子氧化膜制成的常規(guī)反射層相比較，本實(shí)施例的由Ta等離子氧化膜制成的反射層2可以很容易地通過(guò)離子研磨進(jìn)行蝕刻。因而，可以縮短通過(guò)離子研磨蝕刻本實(shí)施例的GMR膜的時(shí)間。
下表中示出了反射層由等離子氧化膜(AL2O3)制成且頂層由Ta制成的常規(guī)GMR膜的蝕刻速率比，以及反射層2由等離子氧化膜(Ta2O5)制成且頂層1由Ta制成的本實(shí)施例的GMR膜的蝕刻速率比。
表

依據(jù)該表，本實(shí)施例的GMR膜的蝕刻(或離子研磨)速率比常規(guī)GMR膜的蝕刻速率快4倍。在本實(shí)施例中，反射層2的厚度比由Al2O3制成的常規(guī)反射層的厚度薄，頂層1的厚度也比常規(guī)頂層的厚度薄。然而，導(dǎo)致兩者間蝕刻速率比的差別的主要原因是采用了Ta等離子氧化膜(例如Ta2O5)而不是Al等離子氧化膜，因?yàn)門(mén)a很容易進(jìn)行離子研磨。
發(fā)明人對(duì)在表中所示的條件下完全蝕刻常規(guī)GMR膜的時(shí)間和完全蝕刻本實(shí)施例的GMR膜的時(shí)間進(jìn)行了比較。完全蝕刻本實(shí)施例的GMR膜的時(shí)間大約是完全蝕刻常規(guī)GMR膜的時(shí)間的50％。依據(jù)該結(jié)果，通過(guò)使用由Ta等離子氧化膜制成的反射層2和Ta膜制成的頂層1，可以有效地縮短GMR膜的離子研磨時(shí)間。
圖2A和2B示出了通過(guò)離子研磨GMR膜10形成讀取元件的步驟，其中反射層2由Ta等離子氧化膜制成，頂層1由Ta膜制成。在圖2A中，將保護(hù)層12施加到GMR膜10的表面上；在圖2B中，通過(guò)離子研磨GMR膜10，在讀取元件的兩側(cè)分別形成錐面10a和10b。由于本實(shí)施例的GMR膜10可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行離子研磨，所以可以減少粘在保護(hù)層12上的膜材料14的量，從而可以充分地限制保護(hù)層12的寬度增大。因而，可以限制讀出部件的芯體寬度，提高讀取元件的分辨率。
在本實(shí)施例中，在背層3的表面上形成Ta膜之后，在氧化室中對(duì)該Ta膜進(jìn)行氧化從而形成反射層2。對(duì)在氧化室中氧化的GMR膜的GMR比相對(duì)于氧化時(shí)間的變化進(jìn)行觀測(cè)。圖3示出了觀測(cè)結(jié)果。該試驗(yàn)是在上表所示的條件下進(jìn)行的。圖3中也示出了反射層由表中所示的由Al等離子氧化膜制成的常規(guī)GMR膜的結(jié)果，作為對(duì)比例。
根據(jù)圖3，在對(duì)Ta膜進(jìn)行30秒的等離子氧化時(shí)，GMR比低于對(duì)比例的GMR比，也就是氧化不充分。當(dāng)對(duì)Ta膜進(jìn)行60-90秒的等離子氧化時(shí)，GMR比基本上與對(duì)比例的GMR比相同。也就是說(shuō)，通過(guò)采用對(duì)Ta膜進(jìn)行60-90秒的等離子氧化而形成的Ta等離子氧化膜作為反射層2，GMR膜10可適用于磁電阻效應(yīng)元件。
在不脫離本發(fā)明的基本特征的要旨的情況下，可以采用其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因而，無(wú)論從哪方面來(lái)說(shuō)，本文的實(shí)施例都只是說(shuō)明性的，而不是限制性的。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定，而不是由前面的說(shuō)明限定，落在權(quán)利要求的意思和等同范圍內(nèi)的所有變化都涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種磁電阻效應(yīng)膜，包括由反射層和頂層組成的用于保護(hù)磁層的保護(hù)層，其特征在于所述反射層和頂層由相同的金屬材料制成；以及所述反射層的金屬材料被氧化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁電阻效應(yīng)膜，其特征在于所述金屬材料為T(mén)a。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁電阻效應(yīng)膜，其特征在于所述磁層由依次層疊的種子層、反鐵磁層、釘扎層、中間層和自由層構(gòu)成。
4.一種制造磁電阻效應(yīng)膜的方法，所述磁電阻效應(yīng)膜包括由反射層和頂層組成的用于保護(hù)磁層的保護(hù)層，所述方法包括以下步驟在所述磁層上形成由金屬材料制成的所述反射層；氧化所述反射層的金屬材料；以及形成由相同金屬材料制成的所述頂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述金屬材料為T(mén)a。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述磁層由依次層疊的種子層、反鐵磁層、釘扎層、中間層和自由層構(gòu)成；以及所述保護(hù)層形成在所述磁層上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種磁電阻效應(yīng)膜，其能夠縮短離子研磨處理的時(shí)間并提高讀取元件的分辨率。該磁電阻效應(yīng)膜包括由反射層和頂層組成的保護(hù)磁層的保護(hù)層。所述反射層和頂層由相同的金屬材料制成，所述反射層的金屬材料被氧化。
文檔編號(hào)H01L43/12GK1684145SQ20041007414
公開(kāi)日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2004年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月15日
發(fā)明者河合憲一 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社