[发明专利]制造自旋阀结构的方法

说明书

本发明涉及一种制造巨磁阻(GMR)型自旋阀结构的方法，该结构包括一磁性层、一非磁性层和一铁磁材料传感层的叠层。

自旋阀结构是一种具有磁阻效应的磁性多层结构。这意味着这样一种结构的阻力在外部磁场的影响下变化。在自旋阀结构的情况下，磁阻效应通常被称为巨磁阻(GMR)效应。现在的许多磁盘器件将自旋阀结构用作传感元件。这些结构也被应用于其它技术领域的器件中，如用于自动传感器和磁性RAM中。

只有自旋阀结构的磁性层/非磁性层/传感层部分对GMR效应有贡献，因而是该结构的活性区域。自旋阀结构的其它区域即非活性区域可以分流来自所述活性区域的电流。该结构中存在的一些界面层可通过引入非镜面反射即电子被散射而降低GMR效应，导致它们自旋信息的丢失。

一篇由C-7803-5555-5/99，IEEE，DB-01页标识的，Y.Kamiguchi等人的题目为“具有纳米氧化物层的Co Fe镜面自旋阀”(Co Fespecular spin valves with nano oxide layer)的文章，公开了一种巨磁阻型自旋阀结构。这篇文章讨论了以下实例：SiO结构(structrate)/Ta 5nm/NiFe2nm/IrMn 7nm/具有NOL的被钉扎层/Cu 2nm/CoFe 2nm/CoFeO 4nm/TaO 0.4nm。在该实例中自旋阀结构是一个具有用于交换偏置的金属反铁磁性材料的CoFe镜面结构。该结构具有一包含用于增强镜面电子散射的纳米氧化物层(NOL)的被钉扎层。该实例用磁控溅射淀积。

在所述I EEE文章公开的自旋阀结构中，活性区域包括具有NOL的被钉扎层，Cu层和CoFe层，其中NOL用于反射电子。

本发明的一个目的在于提供一种方法，借此方法可能实现一种具有用于镜面反射位于传感层处的电子的有效装置的自旋阀结构。

本发明的这个目的借助按照在权利要求1中规定的本发明的方法，即一种制造巨磁阻型自旋阀结构的方法实现，该结构包含一磁性层、一非磁性层和一铁磁材料传感层的叠层，该方法包括以下步骤：氧化传感层铁磁材料的步骤，随之以在被氧化的传感层铁磁材料上淀积铝的步骤，其后利用被氧化的传感层铁磁材料中的氧将该铝氧化成氧化铝膜。这样通过依次在传感层上形成辅助氧化物膜、在该辅助氧化物膜上形成金属Al层以及利用辅助氧化物膜中的氧将该Al层的铝氧化，形成Al氧化物膜。通常，所述各层均为薄膜层。每层可以是单层或可具有多层结构。磁性层可借助各种手段将磁化固定或钉扎本身是已知的。适于形成磁性层的材料例如是一种CoFe合金。非磁性层可以由Cu形成。传感层的磁化不受外部施加磁场的影响。优选，选择金属Co、CoFe合金或NiFe合金作为形成传感层的铁磁材料。由于Al的电负性比Co或Fe大，在Al的氧化过程中，辅助氧化物分别被还原成金属Co、CoFe和NiFe，并形成Al氧化物。

已经证实用上述方式形成的氧化铝是一种封闭氧化物并且生成尖锐界面，该界面提供一种镜面反射并因此而不干扰结构中活性区域的电子自旋机制，导致形成一个明显改善的MR信号。约2nm的Al氧化物层看来是一个防止传感层氧化的优良的保护，使得可以施加超薄传感层。由于对高灵敏度的需求，这种传感层是高密度磁记录所需要的。测量显示所得结构的矫顽力相对较低，约为15Oe，并且几乎与温度无关。根据本发明的方法可以使用已知的薄膜技术。

应当注意，一篇由O-7803-5943-74/00，IEEE，FA-07页标记的，Y.Shimizu等人的题目为“具有用镜面氧化物盖层覆盖的超薄自由层的底型自旋阀膜的GMR特性的增强”(Enhancement of GMRproperties of bottom type spin valve films with ultrathin freelayer covered withs pecular oxide capping layer)的文章，公开了一种覆盖有Al氧化物盖层的CoFeB自由层，Al氧化物盖层是通过纯Ar气溅射Al₂O₃靶形成的。从该文已知的方法完全不同于本专利文件中所描述的方法，因为没有形成作为形成Al氧化物的氧源的辅助氧化物。由于在用已知方法得到的器件中不存在来自辅助氧化物的氧化作用，并且可能出现界面混合，因此该已知方法得不到根据本发明方法获得的效果。