トンネル磁気抵抗素子の製造方法
【課題】検出精度が低下することを抑制するトンネル磁気抵抗素子の製造方法を提供する。
【解決手段】平面形状が所定方向に延設された細長形状とされたピン層４０およびトンネル層５０と、トンネル層５０の表面を露出させた状態で、ピン層４０およびトンネル層５０を囲んで配置された第１保護膜８１と、を有する積層体９０を基板１０上に形成する工程と、平面形状がトンネル層５０における延設方向と垂直方向の長さより長い直径を有する円形状であって、トンネル層５０が内部を通過すると共に、トンネル層５０における延設方向と垂直方向にトンネル層５０から突出した部分を有する形状のフリー層６０を積層体９０上に形成する工程と、フリー層６０を覆う第２保護膜８２を配置する工程と、を含む工程を行う。
【解決手段】平面形状が所定方向に延設された細長形状とされたピン層４０およびトンネル層５０と、トンネル層５０の表面を露出させた状態で、ピン層４０およびトンネル層５０を囲んで配置された第１保護膜８１と、を有する積層体９０を基板１０上に形成する工程と、平面形状がトンネル層５０における延設方向と垂直方向の長さより長い直径を有する円形状であって、トンネル層５０が内部を通過すると共に、トンネル層５０における延設方向と垂直方向にトンネル層５０から突出した部分を有する形状のフリー層６０を積層体９０上に形成する工程と、フリー層６０を覆う第２保護膜８２を配置する工程と、を含む工程を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁化方向が固定されたピン層、絶縁体で構成されるトンネル層、外部磁化に応じて磁化方向が変化するフリー層が順に積層されると共に、これらピン層、トンネル層、フリー層が保護膜に覆われてなるトンネル磁気抵抗素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、強磁性体で構成されたピン層とフリー層との間に、絶縁体で構成されたトンネル層が挟まれて構成されるトンネル磁気抵抗素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、このようなトンネル磁気抵抗素子は、基板上に、下部電極層、ピン層、トンネル層、フリー層、上部電極層が順に積層されると共に、これら各層が保護膜に覆われて構成されている。そして、ピン層は、形状異方性によって磁化方向を制御しやすくするために平面形状が長方形状とされており、長手方向に磁化方向が固定されている。また、下部電極層およびトンネル層もピン層と同様に平面形状が長方形状とされている。フリー層は、外部磁化に応じて磁化方向が変化するものであるため、形状異方性が小さいことが好ましく、平面形状が円形状とされている。
【０００３】
このようなトンネル磁気抵抗素子は、例えば、次のように製造される。すなわち、まず、基板上に、スパッタ等により、下部電極層、ピン層、トンネル層、フリー層、上部電極層を構成する薄膜を順に形成する。その後、各層を構成する薄膜を平面形状が長方形状となるようにエッチングする。続いて、フリー層および上部電極層を構成する薄膜に対して、トンネル層をエッチングストッパとして、平面形状が円形状となるようにエッチングする。次に、下部電極層、ピン層、トンネル層、フリー層、上部電極層を覆う保護膜を配置することにより、トンネル磁気抵抗素子が製造される。
【０００４】
上記トンネル磁気抵抗素子では、フリー層の磁化方向が外部の磁化方向に応じて変化すると、フリー層とピン層との間に位置するトンネル層の抵抗値が変化する。このため、トンネル層の抵抗値の変化を検出することにより、外部の磁化方向が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１２６９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような製造方法では、次のような問題がある。すなわち、フリー層を形成する際、トンネル層をエッチングストッパとしているため、フリー層がトンネル層内に配置されることになる。言い換えると、フリー層を上方から視たとき、フリー層はトンネル層の内側に位置する構成となる。そして、フリー層とトンネル層との間の部分では、段差が形成されることになる。
【０００７】
また、保護膜は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により配置されるため、フリー層とトンネル層との間に形成された段差部分には堆積されにくく、保護膜を配置したとき、当該段差部分に空間が形成されることがある。つまり、保護膜を配置したとき、フリー層、トンネル層、保護膜にて囲まれる空間が形成されることがある。そして、この空間は、フリー層に起因して磁場が形成されることでフリー層と同じ機能を果たしてしまうことになる。すなわち、外部磁化に応じて磁化方向が変化する部分がフリー層および空間となり、フリー層の実質体積が増加することになる。この場合、フリー層の実質体積がトンネル層の長手方向と垂直方向、つまりトンネル層の短手方向に増加すると、フリー層の実質体積がトンネル層の長手方向に増加する場合と比較して、理由は明らかではないが、ピン層の磁化方向が不安定となり、トンネル磁気抵抗素子の検出精度が低下してしまうという問題がある。なお、フリー層の実質体積とは、フリー層の体積と空間の体積との和の体積のうち、トンネル層の直上にあってトンネル層の抵抗値の変化に寄与する体積のことである。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みて、検出精度が低下することを抑制することができるトンネル磁気抵抗素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、平面形状が所定方向に延設された細長形状とされたピン層（４０）およびトンネル層（５０）と、トンネル層（５０）のうちピン層（４０）と反対側の部分を露出させた状態で、ピン層（４０）およびトンネル層（５０）を囲んで配置された第１保護膜（８１）と、を有する積層体（９０）を基板（１０）上に形成する工程と、平面形状がトンネル層（５０）における延設方向と垂直方向の長さより長い直径を有する円形状であって、積層体（９０）の上方から視たとき、トンネル層（５０）が内部を通過すると共に、トンネル層（５０）における延設方向と垂直方向にトンネル層（５０）から突出した部分を有する形状のフリー層（６０）を積層体（９０）上に形成する工程と、フリー層（６０）を覆う第２保護膜（８２）を配置する工程と、を含むことを特徴としている。
【００１０】
このような製造方法では、ピン層（４０）およびトンネル層（５０）を囲む第１保護膜（８１）を有する積層体（９０）を基板（１０）に形成した後、平面形状がトンネル層（５０）における延設方向と垂直方向の長さより長い直径を有する円形状であり、積層体（９０）の上方から視たとき、トンネル層（５０）が内部を通過すると共に、トンネル層（５０）における延設方向と垂直方向にトンネル層（５０）から突出した部分を有するフリー層（６０）を積層体（９０）上に形成している。言い換えると、積層体（９０）の上方から視たとき、フリー層（６０）のうちトンネル層（５０）が通過しない部分を第１保護膜（８１）上に形成している。そして、フリー層（６０）のうち第１保護膜（８１）上に位置する部分では、第１保護膜（８１）との間に段差が形成されることになる。
【００１１】
したがって、フリー層（６０）を覆う第２保護膜（８２）を配置したとき、フリー層（６０）における第１保護膜（８１）上に位置する部分では、フリー層（６０）、第１保護膜（８１）、第２保護膜（８２）にて囲まれる空間が形成されることになる。この場合、フリー層（６０）のうち第１保護膜（８１）上に位置する部分では、トンネル層（５０）と接していないため、フリー層（６０）、第１保護膜（８１）、第２保護膜（８２）にて囲まれる空間もトンネル層（５０）と接しない。すなわち、当該空間は、磁場が形成されたとしてもトンネル層（５０）の抵抗値の変化に寄与するものではない。このため、フリー層（６０）の実質体積がトンネル層（５０）の短手方向に増加することを抑制でき、検出精度が低下することを抑制することができる。
【００１２】
例えば、請求項２に記載の発明のように、積層体（９０）を基板（１０）上に形成する工程では、トンネル層（５０）の表面と第１保護膜（８１）の表面とを一致させる工程を行うことができる。このような製造方法では、トンネル層（５０）の表面と第１保護膜（８１）の表面とを一致させるため、トンネル層（５０）の表面と第１保護膜（８１）の表面とを一致させない場合と比較して、積層体（９０）上にフリー層（６０）を形成しやすくすることができる。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明のように、請求項１および２に記載の発明において、積層体（９０）を形成する工程を、基板（１０）上にピン層（４０）を構成する薄膜およびトンネル層（５０）を構成する金属膜を順に形成する工程と、薄膜および金属膜を加工してピン層（４０）および金属層（５０ａ）を形成する工程と、ピン層（４０）および金属層（５０ａ）を覆う第１保護膜（８１）を配置する工程と、第１保護膜（８１）のうち基板（１０）側と反対側の部分を研磨して金属層（５０ａ）のうちピン層（４０）と反対側の部分を露出させる工程と、金属層（５０ａ）を酸化してトンネル層（５０）を形成する工程と、トンネル層（５０）のうち基板（１０）側と反対側の部分を除去し、トンネル層（５０）の表面と第１保護膜（８１）の表面とを一致させる工程と、を含む工程とすることができる。
【００１４】
さらに、請求項４に記載の発明のように、請求項１および２に記載の発明において、積層体（９０）を形成する工程を、基板（１０）上にピン層（４０）を構成する薄膜およびトンネル層（５０）を形成する金属膜を順に形成する工程と、薄膜および金属膜を加工して、ピン層（４０）および金属層（５０ａ）を形成する工程と、ピン層（４０）および金属層（５０ａ）を覆う金属で構成された第１保護膜構成部材（８１ａ）を配置する工程と、第１保護膜構成部材（８１ａ）および金属層（５０ａ）を酸化して第１保護膜（８１）およびトンネル層（５０）を形成する工程と、第１保護膜（８１）のうち基板（１０）側と反対側の部分を研磨してトンネル層（５０）のうちピン層（４０）と反対側の部分を露出させると共にトンネル層（５０）の表面と第１保護膜（８１）の表面とを一致させる工程と、を含む工程とすることができる。
【００１５】
そして、請求項５に記載の発明のように、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の発明において、積層体（９０）を形成する工程では、金属層（５０ａ）を陽極酸化してトンネル層（５０）を形成することができる。また、請求項６に記載の発明のように、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の発明において、積層体（９０）を形成する工程では、金属層（５０ａ）を陽極酸化してトンネル層（５０）を形成すると共に、第１保護膜構成部材（８１ａ）を陽極酸化して第１保護膜（８１）を形成することができる。
【００１６】
これら請求項５または６に記載の発明のように、陽極酸化を行うことにより、加熱炉等により酸化を行う場合と比較して、選択的に金属層（５０ａ）、または金属層（５０ａ）および第１保護膜構成部材（８１ａ）を酸化することができ、ピン層（４０）の特性が変化することを抑制することができる。
【００１７】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態におけるトンネル磁気抵抗素子の断面構成を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示すトンネル磁気抵抗素子の上面模式図である。
【図２】図１（ａ）に示すトンネル磁気抵抗素子の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態におけるトンネル磁気抵抗素子の製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１（ａ）は、本実施形態の製造方法により製造されたトンネル磁気抵抗素子の断面構成を示す図、図１(ｂ)は、図１(ａ)に示すトンネル磁気抵抗素子の上面模式図である。なお、図１（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ断面に相当している。また、本実施形態のトンネル磁気抵抗素子は、例えば、角度検出センサに適用されると好適である。
【００２０】
図１に示されるように、本実施形態のトンネル磁気抵抗素子は、基板１０上に、下部電極層２０、磁石層３０、ピン層４０、トンネル層５０、フリー層６０、上部電極層７０が順に積層されると共に、これら各層２０〜７０を覆う保護膜８０が配置されて構成されている。
【００２１】
基板１０は、特に限定されるものではないが、例えば、シリコン基板等を用いて構成される。そして、基板１０には、導電性材料からなる下部電極層２０が形成されている。この下部電極層２０は、例えば、厚さ５ｎｍのＴａ膜で構成される。
【００２２】
下部電極層２０の上部には、反強磁性体の磁石層３０が形成されている。この磁石層３０は、例えば、厚さ１０ｎｍのＲｕ膜、厚さ１０ｎｍのＩｒＭｎ膜が積層されて構成される。
【００２３】
そして、磁石層３０の上部には、強磁性体であり、磁化方向が固定されたピン層４０が形成されている。本実施形態のピン層４０は、磁石層３０の上部に形成されており、磁石層３０との間の交換結合による効果を利用して保磁力を向上させたものである。ピン層４０は、例えば、厚さ２ｎｍのＣｏＦｅ膜、厚さ０．８５ｎｍのＲｕ膜、厚さ３ｎｍのＣｏＦｅＢ膜が順に積層されて構成される。
【００２４】
なお、磁石層３０およびピン層４０のそれぞれの構成や組み合わせは特に限定されるものではないが、交換結合を利用してピン層４０の保磁力を高くすることができる構成や組み合わせであることが好ましい。
【００２５】
そして、ピン層４０の上部には、トンネル層５０が形成されている。本実施形態では、このトンネル層５０は、絶縁体である金属酸化物を用いて構成され、例えば、厚さが２ｎｍであるＭｇＯ膜、Ａｌ２Ｏ３膜、Ｔａ２Ｏ５膜等で構成される。
【００２６】
また、ピン層４０は、形状異方性によって磁化方向を制御しやすくするために、平面形状が所定方向に延設された細長形状とされており、磁化方向が当該延設方向（図１（ｂ）中紙面左右方向）と平行な方向に固定されている。本実施形態では、ピン層４０は、平面形状が細長形状である長方形状とされている。
【００２７】
なお、下部電極層２０、磁石層３０およびトンネル層５０も、平面形状がピン層４０と同一形状の長方形状とされている。
【００２８】
トンネル層５０の上部には、外部磁化に応じて磁化方向が変化するフリー層６０が形成されている。フリー層６０は、例えば、厚さ３ｎｍのＣｏＦｅＢ膜、厚さ０．８５ｎｍのＲｕ膜、厚さ３０ｎｍのＰｙ膜が順に積層されて構成される。
【００２９】
また、フリー層６０は、外部磁化に応じて磁化方向が変化するものであるため、形状異方性が小さいことが好ましく、平面形状が円形状とされている。具体的には、フリー層６０は、トンネル層５０における延設方向と垂直方向の長さ、つまり、長方形状における長手方向と垂直方向である短手方向の長さより長い直径を有する円形状とされている。そして、フリー層６０の上方から視たとき、トンネル層５０がフリー層６０の内部を通過し、トンネル層５０の短手方向にトンネル層５０から突出した部分を有する構成とされている。本実施形態では、フリー層６０の中心点は、トンネル層５０の延設方向に延びる中心軸上に位置する構成とされている。なお、フリー層６０の上方から視たときとは、フリー層６０を基板１０側と反対側から視たときのことである。
【００３０】
フリー層６０の上部には、導電性材料からなる上部電極層７０が形成されている。上部電極層７０は、例えば、厚さが５ｎｍのＴａにより構成され、平面形状がフリー層６０と同一形状とされている。
【００３１】
また、基板１０上には、下部電極層２０、磁石層３０、ピン層４０、トンネル層５０、フリー層６０、上部電極層７０を覆うＳｉＯ２等で構成された保護膜８０が配置されている。具体的には、保護膜８０は、下部電極層２０、磁石層３０、ピン層４０、トンネル層５０を覆う第１保護膜８１と、フリー層６０、上部電極層７０を覆う第２保護膜８２とを有する構成とされている。そして、図示しないが、保護膜８０には、例えば、表面から上部電極層７０に達するコンタクトホールが形成されており、コンタクトホールには外部と電気的に接続が可能とされた電極等が配置されている。以上のようにして本実施形態のトンネル磁気抵抗素子が構成されている。
【００３２】
次に、このようなトンネル磁気抵抗素子の製造方法について説明する。図２は、本実施形態におけるトンネル磁気抵抗素子の製造工程を示す断面図である。
【００３３】
まず、図２（ａ）に示されるように、例えば、１×１０−７〜１０−８Ｐａ程度の真空条件下に基板を入れ、スパッタ法により、基板１０上に、下部電極層２０、磁石層３０、ピン層４０を構成する薄膜を順に形成すると共に、トンネル層５０を構成する金属膜を形成する。その後、下部電極層２０、磁石層３０、ピン層４０を構成する薄膜、およびトンネル層５０を構成する金属膜を、ドライエッチングやイオンミリングによって、平面形状が長方形状となるように加工する。これにより、各薄膜から下部電極層２０、磁石層３０、ピン層４０をそれぞれ形成すると共に、金属膜から金属層５０ａを形成する。
【００３４】
続いて、図２（ｂ）に示されるように、ＣＶＤ法等により、下部電極層２０、磁石層３０、ピン層４０、金属層５０ａを覆う第１保護膜８１を形成する。次に、図２（ｃ）に示されるように、第１保護膜８１の表面を研磨して金属層５０ａの表面を露出させる。この研磨は、例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）等により行うことができる。なお、第１保護膜８１の表面とは、第１保護膜８１のうち基板１０側と反対側の部分のことであり、金属層５０ａの表面とは、金属層５０ａのうちピン層４０と反対側の一面のことである。
【００３５】
その後、図２（ｄ）に示されるように、金属層５０ａを酸化して金属酸化物で構成されるトンネル層５０を形成する。本実施形態では、金属層５０ａを陽極酸化することでトンネル層５０を形成しており、トンネル層５０が第１保護膜８１の表面から突出した形状になる。なお、陽極酸化は、例えば、クエン酸水溶液に図２（ｃ）の工程を行ったものを浸し、金属層５０ａを陽極として３Ｖの電圧を印加することにより行うことができる。
【００３６】
続いて、１×１０−７〜１０−８Ｐａ程度の真空条件下にトンネル層５０が形成された基板１０を入れて、図２（ｅ）に示されるように、トンネル層５０のうち基板１０側と反対側の部分、つまり、トンネル層５０のうち第１保護膜８１から突出している部分をドライエッチングにより除去し、トンネル層５０の表面と第１保護膜８１の表面とを一致させる。これにより、基板１０上に、トンネル層５０の表面が露出した状態で、ピン層４０およびトンネル層５０を取り囲む第１保護膜８１が配置された積層体９０が形成される。
【００３７】
なお、第１保護膜８１から突出しているトンネル層５０をエッチングする方法としては、例えば、アルキルベンジルイミダゾリウム塩をガス状にしてプラズマに晒すことでエッチングしたり、基板１０を回転させながらアルゴンイオンを斜めから照射してエッチングしたりする方法がある。また、トンネル層５０をエッチングする際には、第１保護膜８１の表面も僅かに除去されることになり、ＣＭＰ時に第１保護膜８１の表面に付着した異物等が除去される。
【００３８】
その後、図２（ｆ）に示されるように、積層体９０上に、つまりトンネル層５０および第１保護膜８１上に、フリー層６０を構成するフリー層構成薄膜および上部電極層７０を構成する薄膜をスパッタ等により順に形成する。そして、トンネル層５０および第１保護膜８１をストッパとしてフリー層構成膜および薄膜をドライエッチングやイオンミリングにより加工し、上記のように、平面形状がトンネル層５０の短手方向の長さより長い直径を有する円形状であり、積層体９０の上方から視たとき、トンネル層５０が内部を通過し、トンネル層５０の短手方向にトンネル層５０から突出した部分を有するフリー層６０および上部電極層７０を形成する。これにより、フリー層６０のうち、トンネル層５０から突出した部分、つまり、第１保護膜８１上に位置する部分では、第１保護膜８１との間に段差が形成されることになる。
【００３９】
続いて、図２（ｇ）に示されるように、フリー層６０、上部電極層７０を覆う第２保護膜８２をＣＶＤ法等により配置することにより、上記トンネル磁気抵抗素子が形成される。
【００４０】
以上説明したように、このような製造方法では、基板１０上に、積層体９０を形成した後、積層体９０上にフリー層６０を構成するフリー層構成膜を配置している。このため、フリー層構成膜をドライエッチングやイオンミリングして加工する際に、積層体９０、つまり、トンネル層５０および第１保護膜８１をストッパとすることができる。そして、平面形状がトンネル層５０の短手方向の長さより長い直径を有する円形状であり、積層体９０の上方から視たとき、トンネル層５０が内部を通過し、トンネル層５０の短手方向にトンネル層５０から突出した部分を有するフリー層６０を形成することができる。言い換えると、積層体９０の上方から視たとき、フリー層６０のうちトンネル層５０が通過しない部分を第１保護膜８１上に形成することができる。
【００４１】
したがって、フリー層６０を覆う第２保護膜８２を配置したとき、フリー層６０における第１保護膜８１上に位置する部分では、フリー層６０、第１保護膜８１、第２保護膜８２にて囲まれる空間が形成される。この場合、フリー層６０のうち第１保護膜８１上に位置する部分はトンネル層５０と接していないため、この部分の周囲に形成される空間、つまりフリー層６０、第１保護膜８１、第２保護膜８２にて囲まれる空間もトンネル層５０と接しない。すなわち、当該空間は、磁場が形成されたとしてもトンネル層５０の抵抗値の変化に寄与するものではない。このため、フリー層６０の実質体積がトンネル層５０の短手方向に増加することを抑制することができ、トンネル磁気抵抗素子の検出精度が低下することを抑制することができる。
【００４２】
さらに、積層体９０をストッパとしてフリー層構成膜を加工することから、トンネル層５０から突出した形状を有するフリー層６０を形成することができ、設計の自由度を向上させることができる。つまり、本実施形態の製造方法では、積層体９０の上方から視てトンネル層５０が形成されていない部分にもフリー層６０を形成することができる。
【００４３】
また、本実施形態では、図２（ｅ）の工程において、トンネル層５０のうち第１保護膜８１から突出した部分をドライエッチングしてトンネル層５０の表面と第１保護膜８１の表面とを一致させているため、基板１０上に、下部電極層２０、磁石層３０、ピン層４０、トンネル層５０、フリー層６０、上部電極層７０を一度の工程で順に形成する場合と比較して、トンネル層５０のうちフリー層６０との界面をより平坦化することができ、検出精度を向上させることができる。
【００４４】
さらに、本実施形態では、陽極酸化を行うことにより、選択的に金属層５０ａを酸化してトンネル層５０を形成することができ、ピン層４０の特性が変化することを抑制することができる。
【００４５】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態のトンネル磁気抵抗素子の製造方法は、上記第１実施形態に対して、第１保護膜８１を金属酸化物を用いて構成したものであり、その他に関しては、上記第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図３は、本実施形態におけるトンネル磁気抵抗素子の製造工程を示す断面図である。
【００４６】
まず、図３（ａ）に示されるように、上記図２（ａ）の工程と同様の工程を行った後、図３（ｂ）に示されるように、スパッタ等により、下部電極層２０、磁石層３０、ピン層４０、金属層５０ａを覆う金属で構成された第１保護膜構成部材８１ａを配置する。なお、本実施形態では、第１保護膜構成部材８１ａはトンネル層５０を構成する金属層５０ａと同じ材料を用いて構成している。例えば、金属層５０ａとしてＭｇを用いている場合には、第１保護膜構成部材８１ａとしてＭｇを用いることができる。
【００４７】
次に、図３（ｃ）に示されるように、金属層５０ａを酸化してトンネル層５０を形成すると共に、第１保護膜構成部材８１ａを酸化して第１保護膜８１を形成する。すなわち、本実施形態では、ＭｇＯで構成される第１保護膜８１を形成する。なお、金属層５０ａおよび第１保護膜構成部材８１ａの酸化は、第１実施形態と同様に、陽極酸化により行うことができる。
【００４８】
続いて、図３（ｄ）に示されるように、上記図２（ｃ）の工程と同様に、第１保護膜８１の表面をＣＭＰ等により研磨してトンネル層５０の表面を露出させる。
【００４９】
その後、図３（ｅ）に示されるように、トンネル層５０および第１保護膜８１の表面をドライエッチングする。これにより、基板１０上に、トンネル層５０の表面が露出した状態で、ピン層４０およびトンネル層５０を取り囲む第１保護膜８１が配置された積層体９０が形成される。なお、この図３（ｅ）の工程は、図３（ｄ）のＣＭＰ等の研磨工程が通常大気圧下で行われるため、トンネル層５０の表面に異物等が付着することがあり、当該異物を除去するための工程である。
【００５０】
次に、図３（ｆ）および（ｇ）に示されるように、上記図２（ｆ）および（ｇ）と同様の工程を行うことにより、トンネル磁気抵抗素子が製造される。
【００５１】
本実施形態の製造方法においても、積層体９０の上方から視たとき、トンネル層５０が内部を通過し、トンネル層５０の短手方向にトンネル層５０から突出した部分を有するフリー層６０を形成することができるため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
（他の実施形態）
上記第１実施形態では、金属層５０ａに対して陽極酸化を行ってトンネル層５０を形成する例について説明したが、例えば、次のようにすることもできる。すなわち、図２（ａ）の工程において、ピン層４０上にＭｇＯ等の金属酸化膜を形成し、当該金属酸化膜をドライエッチングすることによりトンネル層５０を形成してもよい。
【００５３】
また、上記第２実施形態では、第１保護膜構成部材８１ａがトンネル層５０を構成する金属膜と同じ材料を用いて構成されている例について説明したが、もちろん第１保護膜構成部材８１ａとトンネル層５０とを異なる材料を用いて構成することもできる。例えば、トンネル層５０を構成する金属膜をＭｇで構成し、第１保護膜構成部材８１ａをＡｌで構成することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 基板
２０ 下部電極層
３０ 磁石層
４０ ピン層
５０ トンネル層
５０ａ 金属層
６０ フリー層
７０ 上部電極層
８０ 保護膜
９０ 積層体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁化方向が固定されたピン層、絶縁体で構成されるトンネル層、外部磁化に応じて磁化方向が変化するフリー層が順に積層されると共に、これらピン層、トンネル層、フリー層が保護膜に覆われてなるトンネル磁気抵抗素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、強磁性体で構成されたピン層とフリー層との間に、絶縁体で構成されたトンネル層が挟まれて構成されるトンネル磁気抵抗素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、このようなトンネル磁気抵抗素子は、基板上に、下部電極層、ピン層、トンネル層、フリー層、上部電極層が順に積層されると共に、これら各層が保護膜に覆われて構成されている。そして、ピン層は、形状異方性によって磁化方向を制御しやすくするために平面形状が長方形状とされており、長手方向に磁化方向が固定されている。また、下部電極層およびトンネル層もピン層と同様に平面形状が長方形状とされている。フリー層は、外部磁化に応じて磁化方向が変化するものであるため、形状異方性が小さいことが好ましく、平面形状が円形状とされている。
【０００３】
このようなトンネル磁気抵抗素子は、例えば、次のように製造される。すなわち、まず、基板上に、スパッタ等により、下部電極層、ピン層、トンネル層、フリー層、上部電極層を構成する薄膜を順に形成する。その後、各層を構成する薄膜を平面形状が長方形状となるようにエッチングする。続いて、フリー層および上部電極層を構成する薄膜に対して、トンネル層をエッチングストッパとして、平面形状が円形状となるようにエッチングする。次に、下部電極層、ピン層、トンネル層、フリー層、上部電極層を覆う保護膜を配置することにより、トンネル磁気抵抗素子が製造される。
【０００４】
上記トンネル磁気抵抗素子では、フリー層の磁化方向が外部の磁化方向に応じて変化すると、フリー層とピン層との間に位置するトンネル層の抵抗値が変化する。このため、トンネル層の抵抗値の変化を検出することにより、外部の磁化方向が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１２６９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような製造方法では、次のような問題がある。すなわち、フリー層を形成する際、トンネル層をエッチングストッパとしているため、フリー層がトンネル層内に配置されることになる。言い換えると、フリー層を上方から視たとき、フリー層はトンネル層の内側に位置する構成となる。そして、フリー層とトンネル層との間の部分では、段差が形成されることになる。
【０００７】
また、保護膜は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により配置されるため、フリー層とトンネル層との間に形成された段差部分には堆積されにくく、保護膜を配置したとき、当該段差部分に空間が形成されることがある。つまり、保護膜を配置したとき、フリー層、トンネル層、保護膜にて囲まれる空間が形成されることがある。そして、この空間は、フリー層に起因して磁場が形成されることでフリー層と同じ機能を果たしてしまうことになる。すなわち、外部磁化に応じて磁化方向が変化する部分がフリー層および空間となり、フリー層の実質体積が増加することになる。この場合、フリー層の実質体積がトンネル層の長手方向と垂直方向、つまりトンネル層の短手方向に増加すると、フリー層の実質体積がトンネル層の長手方向に増加する場合と比較して、理由は明らかではないが、ピン層の磁化方向が不安定となり、トンネル磁気抵抗素子の検出精度が低下してしまうという問題がある。なお、フリー層の実質体積とは、フリー層の体積と空間の体積との和の体積のうち、トンネル層の直上にあってトンネル層の抵抗値の変化に寄与する体積のことである。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みて、検出精度が低下することを抑制することができるトンネル磁気抵抗素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、平面形状が所定方向に延設された細長形状とされたピン層（４０）およびトンネル層（５０）と、トンネル層（５０）のうちピン層（４０）と反対側の部分を露出させた状態で、ピン層（４０）およびトンネル層（５０）を囲んで配置された第１保護膜（８１）と、を有する積層体（９０）を基板（１０）上に形成する工程と、平面形状がトンネル層（５０）における延設方向と垂直方向の長さより長い直径を有する円形状であって、積層体（９０）の上方から視たとき、トンネル層（５０）が内部を通過すると共に、トンネル層（５０）における延設方向と垂直方向にトンネル層（５０）から突出した部分を有する形状のフリー層（６０）を積層体（９０）上に形成する工程と、フリー層（６０）を覆う第２保護膜（８２）を配置する工程と、を含むことを特徴としている。
【００１０】
このような製造方法では、ピン層（４０）およびトンネル層（５０）を囲む第１保護膜（８１）を有する積層体（９０）を基板（１０）に形成した後、平面形状がトンネル層（５０）における延設方向と垂直方向の長さより長い直径を有する円形状であり、積層体（９０）の上方から視たとき、トンネル層（５０）が内部を通過すると共に、トンネル層（５０）における延設方向と垂直方向にトンネル層（５０）から突出した部分を有するフリー層（６０）を積層体（９０）上に形成している。言い換えると、積層体（９０）の上方から視たとき、フリー層（６０）のうちトンネル層（５０）が通過しない部分を第１保護膜（８１）上に形成している。そして、フリー層（６０）のうち第１保護膜（８１）上に位置する部分では、第１保護膜（８１）との間に段差が形成されることになる。
【００１１】
したがって、フリー層（６０）を覆う第２保護膜（８２）を配置したとき、フリー層（６０）における第１保護膜（８１）上に位置する部分では、フリー層（６０）、第１保護膜（８１）、第２保護膜（８２）にて囲まれる空間が形成されることになる。この場合、フリー層（６０）のうち第１保護膜（８１）上に位置する部分では、トンネル層（５０）と接していないため、フリー層（６０）、第１保護膜（８１）、第２保護膜（８２）にて囲まれる空間もトンネル層（５０）と接しない。すなわち、当該空間は、磁場が形成されたとしてもトンネル層（５０）の抵抗値の変化に寄与するものではない。このため、フリー層（６０）の実質体積がトンネル層（５０）の短手方向に増加することを抑制でき、検出精度が低下することを抑制することができる。
【００１２】
例えば、請求項２に記載の発明のように、積層体（９０）を基板（１０）上に形成する工程では、トンネル層（５０）の表面と第１保護膜（８１）の表面とを一致させる工程を行うことができる。このような製造方法では、トンネル層（５０）の表面と第１保護膜（８１）の表面とを一致させるため、トンネル層（５０）の表面と第１保護膜（８１）の表面とを一致させない場合と比較して、積層体（９０）上にフリー層（６０）を形成しやすくすることができる。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明のように、請求項１および２に記載の発明において、積層体（９０）を形成する工程を、基板（１０）上にピン層（４０）を構成する薄膜およびトンネル層（５０）を構成する金属膜を順に形成する工程と、薄膜および金属膜を加工してピン層（４０）および金属層（５０ａ）を形成する工程と、ピン層（４０）および金属層（５０ａ）を覆う第１保護膜（８１）を配置する工程と、第１保護膜（８１）のうち基板（１０）側と反対側の部分を研磨して金属層（５０ａ）のうちピン層（４０）と反対側の部分を露出させる工程と、金属層（５０ａ）を酸化してトンネル層（５０）を形成する工程と、トンネル層（５０）のうち基板（１０）側と反対側の部分を除去し、トンネル層（５０）の表面と第１保護膜（８１）の表面とを一致させる工程と、を含む工程とすることができる。
【００１４】
さらに、請求項４に記載の発明のように、請求項１および２に記載の発明において、積層体（９０）を形成する工程を、基板（１０）上にピン層（４０）を構成する薄膜およびトンネル層（５０）を形成する金属膜を順に形成する工程と、薄膜および金属膜を加工して、ピン層（４０）および金属層（５０ａ）を形成する工程と、ピン層（４０）および金属層（５０ａ）を覆う金属で構成された第１保護膜構成部材（８１ａ）を配置する工程と、第１保護膜構成部材（８１ａ）および金属層（５０ａ）を酸化して第１保護膜（８１）およびトンネル層（５０）を形成する工程と、第１保護膜（８１）のうち基板（１０）側と反対側の部分を研磨してトンネル層（５０）のうちピン層（４０）と反対側の部分を露出させると共にトンネル層（５０）の表面と第１保護膜（８１）の表面とを一致させる工程と、を含む工程とすることができる。
【００１５】
そして、請求項５に記載の発明のように、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の発明において、積層体（９０）を形成する工程では、金属層（５０ａ）を陽極酸化してトンネル層（５０）を形成することができる。また、請求項６に記載の発明のように、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の発明において、積層体（９０）を形成する工程では、金属層（５０ａ）を陽極酸化してトンネル層（５０）を形成すると共に、第１保護膜構成部材（８１ａ）を陽極酸化して第１保護膜（８１）を形成することができる。
【００１６】
これら請求項５または６に記載の発明のように、陽極酸化を行うことにより、加熱炉等により酸化を行う場合と比較して、選択的に金属層（５０ａ）、または金属層（５０ａ）および第１保護膜構成部材（８１ａ）を酸化することができ、ピン層（４０）の特性が変化することを抑制することができる。
【００１７】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態におけるトンネル磁気抵抗素子の断面構成を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示すトンネル磁気抵抗素子の上面模式図である。
【図２】図１（ａ）に示すトンネル磁気抵抗素子の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態におけるトンネル磁気抵抗素子の製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１（ａ）は、本実施形態の製造方法により製造されたトンネル磁気抵抗素子の断面構成を示す図、図１(ｂ)は、図１(ａ)に示すトンネル磁気抵抗素子の上面模式図である。なお、図１（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ断面に相当している。また、本実施形態のトンネル磁気抵抗素子は、例えば、角度検出センサに適用されると好適である。
【００２０】
図１に示されるように、本実施形態のトンネル磁気抵抗素子は、基板１０上に、下部電極層２０、磁石層３０、ピン層４０、トンネル層５０、フリー層６０、上部電極層７０が順に積層されると共に、これら各層２０〜７０を覆う保護膜８０が配置されて構成されている。
【００２１】
基板１０は、特に限定されるものではないが、例えば、シリコン基板等を用いて構成される。そして、基板１０には、導電性材料からなる下部電極層２０が形成されている。この下部電極層２０は、例えば、厚さ５ｎｍのＴａ膜で構成される。
【００２２】
下部電極層２０の上部には、反強磁性体の磁石層３０が形成されている。この磁石層３０は、例えば、厚さ１０ｎｍのＲｕ膜、厚さ１０ｎｍのＩｒＭｎ膜が積層されて構成される。
【００２３】
そして、磁石層３０の上部には、強磁性体であり、磁化方向が固定されたピン層４０が形成されている。本実施形態のピン層４０は、磁石層３０の上部に形成されており、磁石層３０との間の交換結合による効果を利用して保磁力を向上させたものである。ピン層４０は、例えば、厚さ２ｎｍのＣｏＦｅ膜、厚さ０．８５ｎｍのＲｕ膜、厚さ３ｎｍのＣｏＦｅＢ膜が順に積層されて構成される。
【００２４】
なお、磁石層３０およびピン層４０のそれぞれの構成や組み合わせは特に限定されるものではないが、交換結合を利用してピン層４０の保磁力を高くすることができる構成や組み合わせであることが好ましい。
【００２５】
そして、ピン層４０の上部には、トンネル層５０が形成されている。本実施形態では、このトンネル層５０は、絶縁体である金属酸化物を用いて構成され、例えば、厚さが２ｎｍであるＭｇＯ膜、Ａｌ２Ｏ３膜、Ｔａ２Ｏ５膜等で構成される。
【００２６】
また、ピン層４０は、形状異方性によって磁化方向を制御しやすくするために、平面形状が所定方向に延設された細長形状とされており、磁化方向が当該延設方向（図１（ｂ）中紙面左右方向）と平行な方向に固定されている。本実施形態では、ピン層４０は、平面形状が細長形状である長方形状とされている。
【００２７】
なお、下部電極層２０、磁石層３０およびトンネル層５０も、平面形状がピン層４０と同一形状の長方形状とされている。
【００２８】
トンネル層５０の上部には、外部磁化に応じて磁化方向が変化するフリー層６０が形成されている。フリー層６０は、例えば、厚さ３ｎｍのＣｏＦｅＢ膜、厚さ０．８５ｎｍのＲｕ膜、厚さ３０ｎｍのＰｙ膜が順に積層されて構成される。
【００２９】
また、フリー層６０は、外部磁化に応じて磁化方向が変化するものであるため、形状異方性が小さいことが好ましく、平面形状が円形状とされている。具体的には、フリー層６０は、トンネル層５０における延設方向と垂直方向の長さ、つまり、長方形状における長手方向と垂直方向である短手方向の長さより長い直径を有する円形状とされている。そして、フリー層６０の上方から視たとき、トンネル層５０がフリー層６０の内部を通過し、トンネル層５０の短手方向にトンネル層５０から突出した部分を有する構成とされている。本実施形態では、フリー層６０の中心点は、トンネル層５０の延設方向に延びる中心軸上に位置する構成とされている。なお、フリー層６０の上方から視たときとは、フリー層６０を基板１０側と反対側から視たときのことである。
【００３０】
フリー層６０の上部には、導電性材料からなる上部電極層７０が形成されている。上部電極層７０は、例えば、厚さが５ｎｍのＴａにより構成され、平面形状がフリー層６０と同一形状とされている。
【００３１】
また、基板１０上には、下部電極層２０、磁石層３０、ピン層４０、トンネル層５０、フリー層６０、上部電極層７０を覆うＳｉＯ２等で構成された保護膜８０が配置されている。具体的には、保護膜８０は、下部電極層２０、磁石層３０、ピン層４０、トンネル層５０を覆う第１保護膜８１と、フリー層６０、上部電極層７０を覆う第２保護膜８２とを有する構成とされている。そして、図示しないが、保護膜８０には、例えば、表面から上部電極層７０に達するコンタクトホールが形成されており、コンタクトホールには外部と電気的に接続が可能とされた電極等が配置されている。以上のようにして本実施形態のトンネル磁気抵抗素子が構成されている。
【００３２】
次に、このようなトンネル磁気抵抗素子の製造方法について説明する。図２は、本実施形態におけるトンネル磁気抵抗素子の製造工程を示す断面図である。
【００３３】
まず、図２（ａ）に示されるように、例えば、１×１０−７〜１０−８Ｐａ程度の真空条件下に基板を入れ、スパッタ法により、基板１０上に、下部電極層２０、磁石層３０、ピン層４０を構成する薄膜を順に形成すると共に、トンネル層５０を構成する金属膜を形成する。その後、下部電極層２０、磁石層３０、ピン層４０を構成する薄膜、およびトンネル層５０を構成する金属膜を、ドライエッチングやイオンミリングによって、平面形状が長方形状となるように加工する。これにより、各薄膜から下部電極層２０、磁石層３０、ピン層４０をそれぞれ形成すると共に、金属膜から金属層５０ａを形成する。
【００３４】
続いて、図２（ｂ）に示されるように、ＣＶＤ法等により、下部電極層２０、磁石層３０、ピン層４０、金属層５０ａを覆う第１保護膜８１を形成する。次に、図２（ｃ）に示されるように、第１保護膜８１の表面を研磨して金属層５０ａの表面を露出させる。この研磨は、例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）等により行うことができる。なお、第１保護膜８１の表面とは、第１保護膜８１のうち基板１０側と反対側の部分のことであり、金属層５０ａの表面とは、金属層５０ａのうちピン層４０と反対側の一面のことである。
【００３５】
その後、図２（ｄ）に示されるように、金属層５０ａを酸化して金属酸化物で構成されるトンネル層５０を形成する。本実施形態では、金属層５０ａを陽極酸化することでトンネル層５０を形成しており、トンネル層５０が第１保護膜８１の表面から突出した形状になる。なお、陽極酸化は、例えば、クエン酸水溶液に図２（ｃ）の工程を行ったものを浸し、金属層５０ａを陽極として３Ｖの電圧を印加することにより行うことができる。
【００３６】
続いて、１×１０−７〜１０−８Ｐａ程度の真空条件下にトンネル層５０が形成された基板１０を入れて、図２（ｅ）に示されるように、トンネル層５０のうち基板１０側と反対側の部分、つまり、トンネル層５０のうち第１保護膜８１から突出している部分をドライエッチングにより除去し、トンネル層５０の表面と第１保護膜８１の表面とを一致させる。これにより、基板１０上に、トンネル層５０の表面が露出した状態で、ピン層４０およびトンネル層５０を取り囲む第１保護膜８１が配置された積層体９０が形成される。
【００３７】
なお、第１保護膜８１から突出しているトンネル層５０をエッチングする方法としては、例えば、アルキルベンジルイミダゾリウム塩をガス状にしてプラズマに晒すことでエッチングしたり、基板１０を回転させながらアルゴンイオンを斜めから照射してエッチングしたりする方法がある。また、トンネル層５０をエッチングする際には、第１保護膜８１の表面も僅かに除去されることになり、ＣＭＰ時に第１保護膜８１の表面に付着した異物等が除去される。
【００３８】
その後、図２（ｆ）に示されるように、積層体９０上に、つまりトンネル層５０および第１保護膜８１上に、フリー層６０を構成するフリー層構成薄膜および上部電極層７０を構成する薄膜をスパッタ等により順に形成する。そして、トンネル層５０および第１保護膜８１をストッパとしてフリー層構成膜および薄膜をドライエッチングやイオンミリングにより加工し、上記のように、平面形状がトンネル層５０の短手方向の長さより長い直径を有する円形状であり、積層体９０の上方から視たとき、トンネル層５０が内部を通過し、トンネル層５０の短手方向にトンネル層５０から突出した部分を有するフリー層６０および上部電極層７０を形成する。これにより、フリー層６０のうち、トンネル層５０から突出した部分、つまり、第１保護膜８１上に位置する部分では、第１保護膜８１との間に段差が形成されることになる。
【００３９】
続いて、図２（ｇ）に示されるように、フリー層６０、上部電極層７０を覆う第２保護膜８２をＣＶＤ法等により配置することにより、上記トンネル磁気抵抗素子が形成される。
【００４０】
以上説明したように、このような製造方法では、基板１０上に、積層体９０を形成した後、積層体９０上にフリー層６０を構成するフリー層構成膜を配置している。このため、フリー層構成膜をドライエッチングやイオンミリングして加工する際に、積層体９０、つまり、トンネル層５０および第１保護膜８１をストッパとすることができる。そして、平面形状がトンネル層５０の短手方向の長さより長い直径を有する円形状であり、積層体９０の上方から視たとき、トンネル層５０が内部を通過し、トンネル層５０の短手方向にトンネル層５０から突出した部分を有するフリー層６０を形成することができる。言い換えると、積層体９０の上方から視たとき、フリー層６０のうちトンネル層５０が通過しない部分を第１保護膜８１上に形成することができる。
【００４１】
したがって、フリー層６０を覆う第２保護膜８２を配置したとき、フリー層６０における第１保護膜８１上に位置する部分では、フリー層６０、第１保護膜８１、第２保護膜８２にて囲まれる空間が形成される。この場合、フリー層６０のうち第１保護膜８１上に位置する部分はトンネル層５０と接していないため、この部分の周囲に形成される空間、つまりフリー層６０、第１保護膜８１、第２保護膜８２にて囲まれる空間もトンネル層５０と接しない。すなわち、当該空間は、磁場が形成されたとしてもトンネル層５０の抵抗値の変化に寄与するものではない。このため、フリー層６０の実質体積がトンネル層５０の短手方向に増加することを抑制することができ、トンネル磁気抵抗素子の検出精度が低下することを抑制することができる。
【００４２】
さらに、積層体９０をストッパとしてフリー層構成膜を加工することから、トンネル層５０から突出した形状を有するフリー層６０を形成することができ、設計の自由度を向上させることができる。つまり、本実施形態の製造方法では、積層体９０の上方から視てトンネル層５０が形成されていない部分にもフリー層６０を形成することができる。
【００４３】
また、本実施形態では、図２（ｅ）の工程において、トンネル層５０のうち第１保護膜８１から突出した部分をドライエッチングしてトンネル層５０の表面と第１保護膜８１の表面とを一致させているため、基板１０上に、下部電極層２０、磁石層３０、ピン層４０、トンネル層５０、フリー層６０、上部電極層７０を一度の工程で順に形成する場合と比較して、トンネル層５０のうちフリー層６０との界面をより平坦化することができ、検出精度を向上させることができる。
【００４４】
さらに、本実施形態では、陽極酸化を行うことにより、選択的に金属層５０ａを酸化してトンネル層５０を形成することができ、ピン層４０の特性が変化することを抑制することができる。
【００４５】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態のトンネル磁気抵抗素子の製造方法は、上記第１実施形態に対して、第１保護膜８１を金属酸化物を用いて構成したものであり、その他に関しては、上記第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図３は、本実施形態におけるトンネル磁気抵抗素子の製造工程を示す断面図である。
【００４６】
まず、図３（ａ）に示されるように、上記図２（ａ）の工程と同様の工程を行った後、図３（ｂ）に示されるように、スパッタ等により、下部電極層２０、磁石層３０、ピン層４０、金属層５０ａを覆う金属で構成された第１保護膜構成部材８１ａを配置する。なお、本実施形態では、第１保護膜構成部材８１ａはトンネル層５０を構成する金属層５０ａと同じ材料を用いて構成している。例えば、金属層５０ａとしてＭｇを用いている場合には、第１保護膜構成部材８１ａとしてＭｇを用いることができる。
【００４７】
次に、図３（ｃ）に示されるように、金属層５０ａを酸化してトンネル層５０を形成すると共に、第１保護膜構成部材８１ａを酸化して第１保護膜８１を形成する。すなわち、本実施形態では、ＭｇＯで構成される第１保護膜８１を形成する。なお、金属層５０ａおよび第１保護膜構成部材８１ａの酸化は、第１実施形態と同様に、陽極酸化により行うことができる。
【００４８】
続いて、図３（ｄ）に示されるように、上記図２（ｃ）の工程と同様に、第１保護膜８１の表面をＣＭＰ等により研磨してトンネル層５０の表面を露出させる。
【００４９】
その後、図３（ｅ）に示されるように、トンネル層５０および第１保護膜８１の表面をドライエッチングする。これにより、基板１０上に、トンネル層５０の表面が露出した状態で、ピン層４０およびトンネル層５０を取り囲む第１保護膜８１が配置された積層体９０が形成される。なお、この図３（ｅ）の工程は、図３（ｄ）のＣＭＰ等の研磨工程が通常大気圧下で行われるため、トンネル層５０の表面に異物等が付着することがあり、当該異物を除去するための工程である。
【００５０】
次に、図３（ｆ）および（ｇ）に示されるように、上記図２（ｆ）および（ｇ）と同様の工程を行うことにより、トンネル磁気抵抗素子が製造される。
【００５１】
本実施形態の製造方法においても、積層体９０の上方から視たとき、トンネル層５０が内部を通過し、トンネル層５０の短手方向にトンネル層５０から突出した部分を有するフリー層６０を形成することができるため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
（他の実施形態）
上記第１実施形態では、金属層５０ａに対して陽極酸化を行ってトンネル層５０を形成する例について説明したが、例えば、次のようにすることもできる。すなわち、図２（ａ）の工程において、ピン層４０上にＭｇＯ等の金属酸化膜を形成し、当該金属酸化膜をドライエッチングすることによりトンネル層５０を形成してもよい。
【００５３】
また、上記第２実施形態では、第１保護膜構成部材８１ａがトンネル層５０を構成する金属膜と同じ材料を用いて構成されている例について説明したが、もちろん第１保護膜構成部材８１ａとトンネル層５０とを異なる材料を用いて構成することもできる。例えば、トンネル層５０を構成する金属膜をＭｇで構成し、第１保護膜構成部材８１ａをＡｌで構成することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 基板
２０ 下部電極層
３０ 磁石層
４０ ピン層
５０ トンネル層
５０ａ 金属層
６０ フリー層
７０ 上部電極層
８０ 保護膜
９０ 積層体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化方向が固定されたピン層（４０）、絶縁体で構成されるトンネル層（５０）、外部磁化に応じて磁化方向が変化するフリー層（６０）が順に積層されると共に、前記ピン層（４０）、前記トンネル層（５０）、前記フリー層（６０）が保護膜（８０）に覆われてなるトンネル磁気抵抗素子の製造方法であって、
平面形状が所定方向に延設された細長形状とされた前記ピン層（４０）および前記トンネル層（５０）と、前記トンネル層（５０）のうち前記ピン層（４０）と反対側の部分を露出させた状態で、前記ピン層（４０）および前記トンネル層（５０）を囲んで配置された第１保護膜（８１）と、を有する積層体（９０）を基板（１０）上に形成する工程と、
平面形状が前記トンネル層（５０）における前記所定方向と垂直方向の長さより長い直径を有する円形状であって、前記積層体（９０）の上方から視たとき、前記トンネル層（５０）が内部を通過すると共に、前記トンネル層（５０）における前記所定方向と垂直方向に前記トンネル層（５０）から突出した部分を有する形状のフリー層（６０）を前記積層体（９０）上に形成する工程と、
前記フリー層（６０）を覆う第２保護膜（８２）を配置する工程と、を含むことを特徴とするトンネル磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項２】
前記積層体（９０）を前記基板（１０）上に形成する工程では、前記トンネル層（５０）の表面と前記第１保護膜（８１）の表面とを一致させる工程を行うことを特徴とする請求項１に記載のトンネル磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項３】
前記積層体（９０）を形成する工程では、前記基板（１０）上に前記ピン層（４０）を構成する薄膜および前記トンネル層（５０）を形成する金属膜を順に形成する工程と、前記薄膜および前記金属膜を加工して、前記ピン層（４０）および金属層（５０ａ）を形成する工程と、前記ピン層（４０）および前記金属層（５０ａ）を覆う前記第１保護膜（８１）を配置する工程と、前記第１保護膜（８１）のうち前記基板（１０）側と反対側の部分を研磨して前記金属層（５０ａ）のうち前記ピン層（４０）と反対側の部分を露出させる工程と、前記金属層（５０ａ）を酸化して前記トンネル層（５０）を形成する工程と、前記トンネル層（５０）のうち前記基板（１０）側と反対側の部分を除去し、前記トンネル層（５０）の表面と前記第１保護膜（８１）の表面とを一致させる工程と、を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項４】
前記積層体（９０）を形成する工程では、前記基板（１０）上に前記ピン層（４０）を構成する薄膜および前記トンネル層（５０）を形成する金属膜を順に形成する工程と、前記薄膜および前記金属膜を加工して、前記ピン層（４０）および金属層（５０ａ）を形成する工程と、前記ピン層（４０）および前記金属層（５０ａ）を覆う金属で構成された第１保護膜構成部材（８１ａ）を配置する工程と、前記第１保護膜構成部材（８１ａ）および前記金属層（５０ａ）を酸化して第１保護膜（８１）および前記トンネル層（５０）を形成する工程と、前記第１保護膜（８１）のうち前記基板（１０）側と反対側の部分を研磨して前記トンネル層（５０）のうち前記ピン層（４０）と反対側の部分を露出させると共に前記トンネル層（５０）の表面と前記第１保護膜（８１）の表面とを一致させる工程と、を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項５】
前記積層体（９０）を形成する工程では、前記金属層（５０ａ）を陽極酸化して前記トンネル層（５０）を形成することを特徴とする請求項３または４に記載のトンネル磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項６】
前記積層体（９０）を形成する工程では、前記金属層（５０ａ）を陽極酸化して前記トンネル層（５０）を形成すると共に、前記第１保護膜構成部材（８１ａ）を陽極酸化して前記第１保護膜（８１）を形成することを特徴とする請求項４に記載のトンネル磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項１】
磁化方向が固定されたピン層（４０）、絶縁体で構成されるトンネル層（５０）、外部磁化に応じて磁化方向が変化するフリー層（６０）が順に積層されると共に、前記ピン層（４０）、前記トンネル層（５０）、前記フリー層（６０）が保護膜（８０）に覆われてなるトンネル磁気抵抗素子の製造方法であって、
平面形状が所定方向に延設された細長形状とされた前記ピン層（４０）および前記トンネル層（５０）と、前記トンネル層（５０）のうち前記ピン層（４０）と反対側の部分を露出させた状態で、前記ピン層（４０）および前記トンネル層（５０）を囲んで配置された第１保護膜（８１）と、を有する積層体（９０）を基板（１０）上に形成する工程と、
平面形状が前記トンネル層（５０）における前記所定方向と垂直方向の長さより長い直径を有する円形状であって、前記積層体（９０）の上方から視たとき、前記トンネル層（５０）が内部を通過すると共に、前記トンネル層（５０）における前記所定方向と垂直方向に前記トンネル層（５０）から突出した部分を有する形状のフリー層（６０）を前記積層体（９０）上に形成する工程と、
前記フリー層（６０）を覆う第２保護膜（８２）を配置する工程と、を含むことを特徴とするトンネル磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項２】
前記積層体（９０）を前記基板（１０）上に形成する工程では、前記トンネル層（５０）の表面と前記第１保護膜（８１）の表面とを一致させる工程を行うことを特徴とする請求項１に記載のトンネル磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項３】
前記積層体（９０）を形成する工程では、前記基板（１０）上に前記ピン層（４０）を構成する薄膜および前記トンネル層（５０）を形成する金属膜を順に形成する工程と、前記薄膜および前記金属膜を加工して、前記ピン層（４０）および金属層（５０ａ）を形成する工程と、前記ピン層（４０）および前記金属層（５０ａ）を覆う前記第１保護膜（８１）を配置する工程と、前記第１保護膜（８１）のうち前記基板（１０）側と反対側の部分を研磨して前記金属層（５０ａ）のうち前記ピン層（４０）と反対側の部分を露出させる工程と、前記金属層（５０ａ）を酸化して前記トンネル層（５０）を形成する工程と、前記トンネル層（５０）のうち前記基板（１０）側と反対側の部分を除去し、前記トンネル層（５０）の表面と前記第１保護膜（８１）の表面とを一致させる工程と、を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項４】
前記積層体（９０）を形成する工程では、前記基板（１０）上に前記ピン層（４０）を構成する薄膜および前記トンネル層（５０）を形成する金属膜を順に形成する工程と、前記薄膜および前記金属膜を加工して、前記ピン層（４０）および金属層（５０ａ）を形成する工程と、前記ピン層（４０）および前記金属層（５０ａ）を覆う金属で構成された第１保護膜構成部材（８１ａ）を配置する工程と、前記第１保護膜構成部材（８１ａ）および前記金属層（５０ａ）を酸化して第１保護膜（８１）および前記トンネル層（５０）を形成する工程と、前記第１保護膜（８１）のうち前記基板（１０）側と反対側の部分を研磨して前記トンネル層（５０）のうち前記ピン層（４０）と反対側の部分を露出させると共に前記トンネル層（５０）の表面と前記第１保護膜（８１）の表面とを一致させる工程と、を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項５】
前記積層体（９０）を形成する工程では、前記金属層（５０ａ）を陽極酸化して前記トンネル層（５０）を形成することを特徴とする請求項３または４に記載のトンネル磁気抵抗素子の製造方法。
【請求項６】
前記積層体（９０）を形成する工程では、前記金属層（５０ａ）を陽極酸化して前記トンネル層（５０）を形成すると共に、前記第１保護膜構成部材（８１ａ）を陽極酸化して前記第１保護膜（８１）を形成することを特徴とする請求項４に記載のトンネル磁気抵抗素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１５４２８（Ｐ２０１２−１５４２８Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５２６８８（Ｐ２０１０−１５２６８８）
【出願日】平成２２年７月５日（２０１０．７．５）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月５日（２０１０．７．５）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]