[发明专利]磁电阻元件

说明书

本申请是申请号为02149946.2、申请日为2002年11月8日、发明名称为“磁阻元件”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明一般涉及一种用于高精度地再现记录于磁性记录介质上的磁信息的磁电阻元件，特别涉及一种具有给出在磁电阻元件的厚度方向上的读出电流的CPP(电流垂直于平面)结构的磁电阻元件。

背景技术

具有在薄膜的厚度方向上流动的读出电流的CPP型磁电阻元件通常随着元件尺寸的减小而增加该元件的输出。这种CPP型磁电阻元件被期望作为用于磁性记录元件的高灵敏度再现元件，其在最近几年具有迅速增加的密度。

在使用自旋阀膜或者隧道结(tunnel junction)膜的磁电阻元件中，自由层的磁化方向随着来自磁性记录介质的信号磁场而改变。当自由层的磁化方向改变时，自由层的磁化方向与被固定层的被固定磁化方向之间的相对角度也改变。该磁电阻元件检测该相对角度，作为在磁电阻元件中的一个改变。

在CPP型磁电阻元件中，由设置为与磁电阻效应膜的上下表面相接触的端电极而给出在膜厚方向上的读出电流。然后，磁电阻的改变被检测，以精确地再现或读出来自磁性记录介质的信号磁场。在该CPP型磁电阻元件中，在垂直于读出电流流动的膜厚方向的方向上的元件面积越小，则电阻的改变量越大。换句话说，读出电流流动面积(截面面积)越小，则电阻改变量越大。随着电阻改变量变大，元件的输出增加。

但是，在使用常规光刻技术的干蚀方法中，上述截面面积的一侧可以被减小到最小100纳米。

为了突破该最小尺寸的限制，人们已经提出由金属和绝缘材料所制成的混合层覆盖该磁电阻效应膜的外侧的磁电阻元件。该混合层把读出电流集中到混合层的金属部分。在该磁电阻元件中，读出电流路径在金属部分处变小，因此在磁电阻效应膜中的读出电流路径变得小于实际元件的截面面积，以增加输出。

在上述结构中，在磁电阻效应膜中的读出电流路径被均匀地减少，以增加该元件的输出，但是该元件的电阻改变率(MR比)不能够充分增加。换句话说，由于在该结构中，该元件电阻也增加，因此由于从该元件产生的热量而导致读出电流值被限制，以及可以期望进一步增加输出。

本发明的发明人研究一种用于减小在磁电阻效应膜中流动的电流的技术。为了减小读出电流，一个氧化层被作为电流路径控制层插入在有助于CPP型磁电阻效应膜中的电阻改变的部分中，从而可以减小读出电流路径的尺寸。通过该方法，可以随着元件输出的增加而增加MR比。

上述氧化层是通过溅射方法或者通过形成金属然后使金属在膜形成腔或空气中氧化而形成的。这种氧化层是不均匀形成的，并且不存在氧化层的区域作为读出电流路径。在该方法中，在氧化层中的孔和膜厚的不均匀性被用于减小读出电流路径的截面面积。但是，难以纠正该不均匀性，以形成所需的读出电流路径。该困难将在下文参照图1描述。

图1集中示出形成在自旋阀膜中的自由层上的氧化膜的样本的阻值。图1中的每一行示出读出电流在CPP型磁电阻元件的膜厚方向上流动的情况下的每个样本的元件电阻。在该磁电阻元件中，一个Cu(2nm)/Ta(1nm)金属膜叠加在底部型自旋阀膜的自由层上，并且然后通过氧等离子体方法在溅射膜形成腔中形成氧化层。在350Pa×秒的条件下执行氧化处理。尽管在相同的条件下执行对该样本的氧化处理，最大元件阻值几乎比最小元件阻值大10倍。这是因为不能够对每个样本均匀地形成氧化层。如果一个氧化层被用作为用于读出电流路径的窄层，则应当使用一个被剥离的氧化层的不均匀性(在膜的内表面上的缺陷部分、孔、或氧化膜厚度)。这些结果示出纠正实际形成的氧化层的不均匀性是非常困难的。因此，显然需要进一步的研究来保证采用上述技术的元件特性的稳定性和产品的可靠性。

发明内容

相应地，本发明的一个总的目的是提供一种消除上述缺点的新型和有用的磁电阻元件。

本发明的更加具体的目的是提供一种CPP型磁电阻元件，其能够确保增加元件的输出，其限制电阻的不必要增加，并且与高密度的磁性记录介质相兼容。

本发明的上述目的通过一种磁电阻元件而实现，其通过在磁电阻效应膜的厚度方向上给出读出电流而检测磁电阻的改变量，该磁电阻效应膜至少包括一个底层、一个自由层、一个非磁性层、一个被固定层、一个固定层和一个保护层，该磁电阻元件包括粒状结构层，该粒状结构层包括导电颗粒和薄膜形式的绝缘基质材料，该绝缘基质材料包含处于分散状态的所述导电颗粒并且其厚度小于所述导电颗粒的颗粒直径，该粒状结构层邻接于所述自由层和所述被固定层中的任何一个层。