[发明专利]磁阻效应元件及其制造方法

说明书

                           相关专利申请的引用

[0001]本专利申请基于2007年3月30日提交的第2007-094474号日本专利申请，并要求其优先权，其全部内容作为参考纳入在此。

技术领域

[0002]本发明涉及配置为使电流在垂直于其薄膜表面的方向上流动、以探测该元件的磁化磁阻效应元件，及其制造方法。

背景技术

[0003]近来，硬盘驱动器(HDD)小型化和高密度记录的需求强劲，发展迅速。将来，有可能实现HDD高密度记录的更大发展。高密度记录的HDD可通过减小记录磁道的宽度实现。但是，与记录有关的磁化幅度，也即记录信号在磁道宽度减小时会被减弱，以致需要提高用于再生存储介质信号的磁阻磁头(MR head)的再生敏感性。

[0004]近来，一种具有使用巨磁阻薄膜的高灵敏度自旋阀薄膜的巨磁阻效应磁头(GMR)被采用。该“自旋阀”薄膜具有将一层非磁性金属分隔层夹于两层铁磁层之间的结构。展示电阻变化的该多层元件结构可称为“自旋相关的散射单元”。一个铁磁层的磁化(通常称为“钉扎层”或“固定磁化层”)被一个反铁磁层的磁化固定，而其他铁磁层的磁化(通常称为“自由层”或“自由磁化层”)随着外部磁场而转动。通过该自旋阀薄膜，当旋转层与自由层之间的相对角度改变时可获得预期的强磁阻效应。

[0005]传统的自旋阀薄膜形成为CIP-GMR元件，CPP-GMR元件及TMR元件。对CIP-GMR元件，感应电流沿自旋阀薄膜的表面流过。对CPP-GMR元件，感应电流沿垂直于自旋阀薄膜表面的方向流过。

[0006]对使感应电流沿与薄膜表面垂直的方向流过而实现的元件，分隔层由TMR元件中的绝缘层及CPP-GMR元件中的金属层构成。

[0007]在此，自旋阀薄膜由金属层构成的金属CPP-GMR元件具有较小的电阻变化，导致难以探测小磁场。由此，在参考文献1和2中，尝试将Cr，V，Ta，Nb，Sc，Ti，Mn，Cu，Zn，Ga，Ge，Zr，Hf，Y，Tc，Re，Ru，Rh，Ir，Pd，Pt，Ag，Au，B，Al，In，C，Si，Sn，Ca，Sr，Ba，O，N及F中的至少一种元素所组成的薄膜插入至构成自旋相关散射单元的自由磁化层的固定磁化层中，由此提高了CPP-GMR元件的电阻变化率，并因此增强了CPP-GMR元件的磁阻效应。

[0008]另一方面，提出了CPP元件，其具有包含厚度方向上电流限定通道的氧化层，即所谓的“NOL(纳米氧化层)”(参照参考文献3)。通过CPP元件，由于电流限定通道效应，元件电阻和磁阻率都可提高。后文中，该元件被称为“CCP-CPP元件”。

[参考文献1]JP-A 2003-133614(KOKAI)

[参考文献2]JP-A 2003-60263A(KOKAI)

[参考文献3]JP-A 2002-208744(KOKAI)

[0009]在CCP-CPP元件中，要求大幅提高CCP-CPP元件的灵敏度。灵敏度可被定义为磁阻率。

发明内容

[0010]本发明的一个方面涉及磁阻效应元件，其包括：固定磁化层，其磁化被实质地固定在一个方向上；自由磁化层，其磁化根据外部磁场转动，并被形成于所述固定磁化层的相对面；分隔层，包括具有绝缘层和在所述绝缘层的厚度方向上通过电流的导体的电流限制层，并位于所述固定磁化层和所述自由磁化层之间；薄膜层，相对于所述自由磁化层位于所述分隔层的相对侧；及功能层，含有从Si、Mg、B、Al组成的组中选择的至少一种元素，并形成于所述固定磁化层、所述自由磁化层和所述薄膜层中至少一个层之中或之上。

[0011]在这方面中，对于底型自旋阀薄膜，包含选自Si，Mg，B，Al中的至少一种元素的功能层形成于固定磁化层，自由磁化层及覆盖层中的至少一层之上，且对于顶型自旋阀薄膜，功能层形成于固定磁化层，自由磁化层及底层中的至少一层之上。如后文所述，功能层可俘获残留于自旋相关散射单元之中的过量的氧并阻止过量的氧的扩散，从而防止自旋相关散射单元由于自由磁化层的界面及内部情况而引起的退化。随后，由于功能层包含具有较小原子序数的元素，诸如Si，Mg，B，Al，功能层中各导电电子的自旋极化不会衰退。