[發(fā)明專利]磁阻元件、其制造方法和磁傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811348219.5
• 申請(qǐng)日: 2018-11-13
• 公開（公告）號(hào): CN109786545B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 本間康平;三浦聰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: TDK株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H10N50/10
• 分類號(hào): H10N50/10;H10N50/85;H10N50/01;G01R33/09;G01R33/00
• 代理公司: 北京尚誠知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11322
• 代理人: 楊琦;陳明霞

本發(fā)明提供一種磁阻元件，其具有：磁化方向在外部磁場中改變的磁化自由層；磁化方向在外部磁場中固定的磁化固定層；以及設(shè)置在磁化自由層和磁化固定層之間且表現(xiàn)出磁阻效應(yīng)的勢(shì)壘層。勢(shì)壘層為包含Mg和Al的合金的氧化物，且所述勢(shì)壘層包括結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)基于并要求2017年11月13日提交的日本申請(qǐng)No.2017-217986的優(yōu)先權(quán)，且基于并要求2018年8月30日提交的JP申請(qǐng)No.2018-161738的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過參考并入此文。

本發(fā)明涉及磁阻元件、其制造方法和磁傳感器，并且具體地涉及磁阻元件的勢(shì)壘層的構(gòu)造。

背景技術(shù)

在具有磁阻元件的磁傳感器中，磁阻元件形成為CIP(平面內(nèi)電流)-GMR(巨磁阻)元件、AMR(各向異性磁阻)元件等等。JP5294043、JP5586028和JP5988019公開了使用TMR(隧道磁阻)元件的磁阻元件，其中TMR元件表現(xiàn)相對(duì)較高的MR比。使用TMR元件的磁阻元件通常被構(gòu)造為多層膜，該多層膜包括磁化方向根據(jù)外部磁場改變的磁化自由層、磁化方向相對(duì)于外部磁場被固定的磁化固定層，以及設(shè)置在磁化自由層和磁化固定層之間且表現(xiàn)磁阻效應(yīng)的勢(shì)壘層。勢(shì)壘層通常由金屬氧化物，特別是能夠獲得超過100％的高M(jìn)R比的MgO構(gòu)成。

發(fā)明內(nèi)容

通常來說，磁傳感器的電阻須保持在預(yù)期范圍內(nèi)。在使用TMR元件的磁傳感器中，電路的電阻主要由TMR元件的隧道電阻決定。因此，在制造過程中準(zhǔn)確地控制TMR元件的隧道電阻值是重要的。通過利用濺射來沉積Mg膜然后通過氧化Mg膜可形成由MgO構(gòu)成的勢(shì)壘層。然而當(dāng)氧化時(shí)，Mg膜傾向于在其表面形成鈍化性且使得Mg膜內(nèi)部未充分氧化。

TMR元件的電阻可以通過指數(shù)來估算，該指數(shù)是勢(shì)壘層的膜厚度、勢(shì)壘層的隧道勢(shì)壘高度等的函數(shù)。隧道勢(shì)壘高度根據(jù)材料而可變且其根據(jù)例如保留在勢(shì)壘層內(nèi)部的未充分氧化Mg的比例而大幅改變。因此，隧道勢(shì)壘高度由于制造過程的變化而改變，并因此，通過隧道勢(shì)壘高度的指數(shù)來估算的TMR元件的電阻也大幅改變。由于TMR元件在晶片過程中制造的，Mg膜氧化中的變化導(dǎo)致TMR元件的電阻中的晶片級(jí)變化。這成為了磁傳感器產(chǎn)量和質(zhì)量控制上的大問題。

本發(fā)明旨在提供具有高M(jìn)R比的磁阻元件和具有減小的電阻變化的勢(shì)壘層。

本發(fā)明的磁阻元件包括：磁化自由層、磁化固定層和勢(shì)壘層，該磁化自由層的磁化方向在外部磁場中變化，該磁化固定層的磁化方向在外部磁場中固定，該勢(shì)壘層設(shè)置在磁化自由層和磁化固定層之間且表現(xiàn)出磁阻效應(yīng)。勢(shì)壘層為包含Mg和Al的合金的氧化物，且勢(shì)壘層包括結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)。

包含Mg和Al的合金膜相比Mg膜在膜內(nèi)部中更易被氧化。這意味著氧化中更高的重復(fù)性及晶片間更小的改變。此種勢(shì)壘層包括結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)。因此根據(jù)本發(fā)明，能夠提供具有高M(jìn)R比的磁阻元件和具有減小了的電阻變化的勢(shì)壘層。

本發(fā)明的上述和其它目標(biāo)、特征以及優(yōu)點(diǎn)在表示本發(fā)明的實(shí)施例的參考附圖的下列描述中說明。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的磁阻元件的示意透視圖；

圖2為示出勢(shì)壘層中氧化狀態(tài)的示意圖；

圖3A至圖3C為示出實(shí)施例的MTJ的制造過程的示意圖；

圖4為示出氧暴露和RA之間關(guān)系的曲線圖；

圖5為示出歸一化RA和歸一化MR比之間關(guān)系的曲線圖；

圖6為示出氧暴露和歸一化MR比之間關(guān)系的曲線圖；

圖7為示出Al的原子百分比和歸一化RA之間關(guān)系以及Al的原子百分比和歸一化MR比之間關(guān)系的曲線圖；

圖8為示出Al的原子百分比和結(jié)晶區(qū)的體積比之間關(guān)系的曲線圖；