JP2000173025A - Magnetoresistive effect element and magnetic head and magnetic disk device - Google Patents

Magnetoresistive effect element and magnetic head and magnetic disk device

Info

Publication number
JP2000173025A
JP2000173025A JP10371138A JP37113898A JP2000173025A JP 2000173025 A JP2000173025 A JP 2000173025A JP 10371138 A JP10371138 A JP 10371138A JP 37113898 A JP37113898 A JP 37113898A JP 2000173025 A JP2000173025 A JP 2000173025A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
antiferromagnetic
element according
layer
magnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10371138A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiromi Fukuya
ひろみ 福家
Katsuhiko Koui
克彦 鴻井
Kazuhiro Saito
和浩 斉藤
Hideaki Fukuzawa
英明 福澤
Hitoshi Iwasaki
仁志 岩崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP10371138A priority Critical patent/JP2000173025A/en
Priority to US09/343,270 priority patent/US6313973B1/en
Publication of JP2000173025A publication Critical patent/JP2000173025A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetoresistive effect element for making satisfactory a switched connection force, and for obtaining a stable output in a long period. SOLUTION: This magnetoresistive effect element is provided with a switched connection film in which a base film 3, anti-ferromagnetic film 4, and ferromagnetic film 5 are laminated in this order, and the base film 3 is made of metal or alloy having a face centered cubic system crystal structure or a hexagonal closest crystal structure with an inter-most adjacent atom distance which is longer than the inter-most adjacent atom distance of the anti-ferromagnetic film 4. Thus, a magnetoresistive effect element for obtaining a stable output in a long period can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、反強磁性体膜と強
磁性体膜との交換結合を利用する交換結合膜を具備した
磁気抵抗効果素子、この磁気抵抗効果素子を用いた磁気
ヘッドと、この磁気ヘッドを用いた磁気ディスク装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetoresistive element having an exchange coupling film utilizing exchange coupling between an antiferromagnetic film and a ferromagnetic film, a magnetic head using the magnetoresistive element, and a magnetic head. And a magnetic disk device using the magnetic head.

【0002】[0002]

【従来の技術】以前より高密度磁気記録における再生用
ヘッドとして、磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドの
研究が進められている。現在、磁気抵抗効果素子材料と
しては80at%Ni−20at%Fe(通称;パ−マロ
イ)合金薄膜が用いられている。近年、これに代わる材
料として、巨大磁気抵抗効果を示す(Co/Cu)n等
の人工格子膜やスピンバルブ膜が注目されている。
2. Description of the Related Art As a reproducing head for high-density magnetic recording, a magnetic head using a magnetoresistive element has been studied. At present, a thin film of 80 at% Ni-20 at% Fe (commonly called permalloy) alloy is used as a magnetoresistive element material. In recent years, as a substitute material, an artificial lattice film such as (Co / Cu) n or the like, which exhibits a giant magnetoresistance effect, and a spin valve film have been attracting attention.

【0003】パーマロイからなる磁気抵抗効果膜は磁区
を持つため、これに起因するバルクハウゼンノイズが実
用化の上で大きな問題となっており、磁気抵抗効果膜を
単磁区化する方法が種々検討され、その一つに強磁性体
である磁気抵抗効果膜と反強磁性体膜との交換結合を用
いて磁気抵抗効果膜の磁区を特定方向に制御する方法が
用いられている。ここでの反強磁性体材料としてはγ−
FeMn合金が従来より広く知られている(たとえば、
米国特許第4103315号明細書および米国特許第5
014147号明細書)。この磁気抵抗効果は異方性磁
気抵抗効果と言われている。
Since the magnetoresistive film made of permalloy has magnetic domains, Barkhausen noise caused by the magnetic domains has been a serious problem in practical use, and various methods for making the magnetoresistive film into single magnetic domains have been studied. One of the methods is to control the magnetic domain of the magnetoresistive film in a specific direction by using exchange coupling between the magnetoresistive film, which is a ferromagnetic material, and the antiferromagnetic film. The antiferromagnetic material here is γ-
FeMn alloys have been widely known (for example,
U.S. Pat. No. 4,103,315 and U.S. Pat.
014147). This magnetoresistance effect is called anisotropic magnetoresistance effect.

【0004】さらに、近年ではスピンバルブ膜の磁性膜
の磁化をピン留めするために、反強磁性体膜と強磁性体
膜の交換結合を利用する技術も普及している。この目的
でも、反強磁性体膜として、γ−FeMn合金が多く使
用されている。
Further, in recent years, a technique that utilizes exchange coupling between an antiferromagnetic film and a ferromagnetic film in order to pin the magnetization of the magnetic film of the spin valve film has become widespread. Also for this purpose, a γ-FeMn alloy is often used as an antiferromagnetic film.

【0005】しかしながら、γ−FeMn合金は耐食
性、特に水に対する腐食が問題であり、磁気抵抗効果素
子としての加工行程における腐食、また大気中の水分に
よる腐食により経時的に磁気抵抗効果膜との交換結合力
が劣化するという問題がある。
However, the γ-FeMn alloy has a problem of corrosion resistance, particularly corrosion to water, and is exchanged with a magnetoresistive film with the passage of time due to corrosion in a processing process as a magnetoresistive element and corrosion due to atmospheric moisture. There is a problem that the bonding force is deteriorated.

【0006】また最近では処理能力が高速化したマシー
ンに搭載されているペンティアムプロッセッサーは発熱
量が非常に大きく、その影響でHDD内においても動作
時に150℃位まで温度が上昇してしまうため、150
℃で200Oe以上の交換結合力が、信頼性という観点
からも要求される。150℃で200Oe以上の交換結
合力を得るためには、室温での交換結合力が高いことは
もちろんのこと、交換結合力の温度特性も良好であるこ
とが望まれる。さらに、強磁性体膜と反強磁性体膜との
交換結合が切れる温度であるブロッキング温度はできる
だけ高いことも必要である。
In recent years, a Pentium processor mounted on a machine with a higher processing capacity has a very large amount of heat, and the temperature rises to about 150 ° C. during operation even in an HDD, 150
Exchange coupling force of 200 Oe or more at ℃ is also required from the viewpoint of reliability. In order to obtain an exchange coupling force of 200 Oe or more at 150 ° C., it is desirable not only that the exchange coupling force at room temperature be high, but also that the temperature characteristics of the exchange coupling force be good. Furthermore, the blocking temperature, which is the temperature at which the exchange coupling between the ferromagnetic film and the antiferromagnetic film is cut off, must be as high as possible.

【0007】しかし、γ−FeMn合金では、ブロッキ
ング温度は170℃以下であり、また交換結合力の温度
特性も非常に悪く100℃では十分な交換結合力が得ら
れず、長期的な信頼性に欠けるという問題が存在する。
However, in the case of a γ-FeMn alloy, the blocking temperature is 170 ° C. or lower, and the temperature characteristics of the exchange coupling force are very poor. The problem of lack exists.

【0008】また、酸化物系のNiO等を用いた例など
も米国特許第4103315号に開示されている。さら
に米国特許第5315468 号には、面心正方晶系の結晶構造
を有するNiMn合金などのθ−Mn合金で反強磁性体
膜を形成すると高温域でも反強磁性体膜と強磁性体膜と
の交換結合力は低下しないことが示されている。
An example using oxide-based NiO or the like is disclosed in US Pat. No. 4,103,315. Further, US Pat. No. 5,315,468 discloses that when an antiferromagnetic film is formed of a θ-Mn alloy such as a NiMn alloy having a face-centered tetragonal crystal structure, the antiferromagnetic film and the ferromagnetic film can be formed even at a high temperature range. It is shown that the exchange coupling force does not decrease.

【0009】さらに、本願出願人は、優れた特性を持つ
面心立方晶構造のIrMn系反強磁性体膜を提案してい
る。また同じ結晶構造の反強磁性体膜として、米国特許
第5315468号にMnPt、MnRh合金などの他
のγ−Mn合金を用いた例が報告されている。
Furthermore, the present applicant has proposed an IrMn-based antiferromagnetic film having a face-centered cubic structure having excellent characteristics. As an antiferromagnetic film having the same crystal structure, an example using another γ-Mn alloy such as MnPt and MnRh alloy is reported in US Pat. No. 5,315,468.

【0010】しかし、これらの反強磁性体膜は、高密度
のターゲットが作成しにくいMn合金であることから、
その膜質の管理が難しい。また、強磁性体膜またはスピ
ンバルブ膜の上部に反強磁性体膜が積層されるときは、
強磁性体膜またはスピンバルブ膜が反強磁性体膜にとっ
て下地膜の役目を果たすため、反強磁性体膜は良好な交
換結合特性を得ることのできる結晶成長をするが、反強
磁性体膜が強磁性体膜の下層にある場合には、その結晶
成長促進層としての下地膜の選択に問題があった。
However, since these antiferromagnetic films are Mn alloys in which it is difficult to form a high-density target,
It is difficult to control the film quality. When an antiferromagnetic film is laminated on the ferromagnetic film or the spin valve film,
Since the ferromagnetic film or the spin-valve film serves as a base film for the antiferromagnetic film, the antiferromagnetic film grows crystal to obtain good exchange coupling characteristics. In the case where is located under the ferromagnetic film, there is a problem in selecting the underlayer as the crystal growth promoting layer.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題に対処するためになされたもので、反強磁性体膜が十
分な強磁性体膜との交換結合力を備え、あるいは、交換
結合膜と他の強磁性体膜との間に低いインターレイヤー
カップリング(間接層間結合磁界)を有する磁気抵抗効
果素子により、抵抗変化率を十分に低く、また安定した
出力を長期間にわたって得ることの出来る磁気抵抗効果
素子、この磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッド、磁気
ディスク装置、またこの磁気抵抗効果素子を効率的に供
給できる製造方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and the antiferromagnetic film has a sufficient exchange coupling force with the ferromagnetic film, A magnetoresistive element having a low interlayer coupling (indirect interlayer coupling magnetic field) between the film and another ferromagnetic film can provide a sufficiently low resistance change rate and a stable output over a long period of time. An object of the present invention is to provide a magnetoresistive element that can be used, a magnetic head and a magnetic disk device using the magnetoresistive element, and a manufacturing method that can efficiently supply the magnetoresistive element.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに本発明は請求項1の発明として、下地膜、反強磁性
体膜、強磁性体膜とがこの順に積層された交換結合膜を
有し、下地膜は、反強磁性体膜の最近接原子間距離より
も長い最近接原子間距離の面心立方晶系結晶構造または
六方最密結晶構造を有する金属または合金を用いること
を特徴とする磁気抵抗効果素子を提供する。
According to the present invention, there is provided an exchange coupling film comprising a base film, an antiferromagnetic film, and a ferromagnetic film laminated in this order. Having a face-centered cubic crystal structure or a hexagonal close-packed crystal structure having a closest interatomic distance longer than the closest interatomic distance of the antiferromagnetic film. A characteristic magnetoresistive element is provided.

【0013】また、請求項4の発明として、下地膜、反
強磁性体膜、強磁性体膜とがこの順に積層された交換結
合膜を有し、下地膜はRu、Rh、Ir、Cr、Re、
Tc、Osの少なくとも一種を用いた単体膜、積層膜、
または合金膜であることを特徴とする磁気抵抗効果素子
を提供する。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an exchange coupling film in which a base film, an antiferromagnetic film, and a ferromagnetic film are laminated in this order, and the base film is made of Ru, Rh, Ir, Cr, Re,
A single film, a laminated film using at least one of Tc and Os,
Alternatively, there is provided a magnetoresistive element characterized by being an alloy film.

【0014】さらに、請求項23の発明として、下側磁
気シールド層と、前記下側磁気シールド層上に形成され
た下側再生磁気ギャップと、前記下側再生磁気ギャップ
上に形成された上記発明の磁気抵抗効果素子と、前記磁
気抵抗効果素子上に形成された上側再生磁気ギャップ
と、前記上側再生磁気ギャップ上に形成された上側磁気
シールド層とを備えたことを特徴とする磁気ヘッド、ま
たこの磁気ヘッドを用いた磁気ディスク装置を提供す
る。
According to a twenty-third aspect of the present invention, there is provided a lower magnetic shield layer, a lower reproducing magnetic gap formed on the lower magnetic shield layer, and the above-mentioned invention formed on the lower reproducing magnetic gap. A magnetic head, comprising: a magnetoresistive effect element; an upper reproducing magnetic gap formed on the magnetoresistive element; and an upper magnetic shield layer formed on the upper reproducing magnetic gap. A magnetic disk device using the magnetic head is provided.

【0015】また、請求項25の発明として、請求項1
〜22記載の磁気抵抗効果素子を製造するに際し、前記
反強磁性体膜を酸素含有量0.5 重量%以下の合金ターゲ
ットを用いて作成することを特徴とする交換結合膜の製
造方法を提供する。
[0015] According to a twenty-fifth aspect of the present invention, a first aspect is provided.
22. A method of manufacturing an exchange-coupling film, characterized in that the antiferromagnetic film is formed using an alloy target having an oxygen content of 0.5% by weight or less when manufacturing the magnetoresistance effect element according to any one of the above-mentioned items.

【0016】本発明の請求項1の発明は、次のような知
見に基づいている。すなわち、反強磁性体膜の下地膜と
して、反強磁性体膜の最近接原子間距離よりも最近接原
子間距離の大きいものを選択することにより、この下地
膜が反強磁性体膜の結晶成長促進層として機能し、その
結果、反強磁性体膜の膜厚が薄いところで十分な交換結
合力、高いブロッキング温度を有するようになり、また
反強磁性体膜の結晶性が良好になればその上部に積層さ
れる磁化自由層の特性も向上し、高抵抗変化率、高抵抗
変化率耐熱性、高抵抗変化がえられ、さらに結晶質が良
好になることからプロセスによる劣化が抑制されるた
め、出力の向上さらに安定した出力を長期間にわたって
得ることができるようになる。
The invention of claim 1 of the present invention is based on the following finding. That is, by selecting, as a base film of the antiferromagnetic film, a film having a closest interatomic distance larger than the closest interatomic distance of the antiferromagnetic film, the base film is formed of a crystal of the antiferromagnetic film. It functions as a growth promoting layer, and as a result, when the thickness of the antiferromagnetic material film is small, it has sufficient exchange coupling force, high blocking temperature, and if the crystallinity of the antiferromagnetic material film becomes good. The characteristics of the magnetization free layer laminated on the upper layer are also improved, high resistance change rate, high resistance change rate, heat resistance, high resistance change are obtained, and furthermore, deterioration in the process due to good crystallinity is suppressed. Therefore, the output can be improved and a more stable output can be obtained for a long period of time.

【0017】尚、本発明の請求項1の発明において、反
強磁性体膜に接する下地膜には以下に示すような形態が
望ましい。1−1下地膜がTc、Re、Ru、Os、R
h、Ir、Pd、Pt、Ag、Au、Zn、Cd、A
l、Tl、Pbから選ばれる少なくとも1種を用いた単
体膜、積層膜または合金膜であること。 −2下地膜がTc、Re、Ru、Os、Rh、Ir、
Pd、Pt、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Tl、P
bから選ばれる少なくとも1種を用いた単体膜、積層膜
または合金膜である第一層と、Ti、Ta、Hf、Z
r、Nb、Vから選ばれる少なくとも1種を用いた単体
膜、積層膜、または合金膜である第二層との積層膜であ
り、第一層が反強磁性体膜に接していること。
In the invention of claim 1 of the present invention, it is preferable that the underlayer film in contact with the antiferromagnetic film has the following form. 1-1 The base film is made of Tc, Re, Ru, Os, R
h, Ir, Pd, Pt, Ag, Au, Zn, Cd, A
a single film, a laminated film, or an alloy film using at least one selected from l, Tl, and Pb; -2 base film is Tc, Re, Ru, Os, Rh, Ir,
Pd, Pt, Ag, Au, Zn, Cd, Al, Tl, P
b, a first layer that is a single film, a laminated film, or an alloy film using at least one selected from the group consisting of Ti, Ta, Hf, and Z
A single film, a stacked film, or a stacked film with a second layer which is an alloy film using at least one selected from r, Nb, and V, and the first layer is in contact with the antiferromagnetic film.

【0018】本発明の請求項4の発明によれば、反強磁
性体膜の下地膜として、Ru、Rh、Ir、Cr、R
e、Tc、Osから選ばれる少なくとも1種を選択する
ことにより、反強磁性体膜の結晶成長促進層として機能
し、その結果、反強磁性体膜の膜厚が薄いところで十分
な交換結合力、高いブロッキング温度を有するようにな
り、また反強磁性体膜の結晶性が良好になればその上部
に積層される磁化自由層の特性も向上し、バイアスポイ
ント設計に有利となる低インターレイヤーカップリング
がえられ、同時に結晶質が良好になることからプロセス
による劣化が抑制されるため、出力の向上さらに安定し
た出力を長期間にわたって得ることができるようにな
る。尚、本発明の請求項4の発明において、反強磁性体
に接する下地膜には以下に示すような形態が望ましい。 −1下地膜がTi、Ta、Hf、Zr、Nb、Vから
選ばれる少なくとも1種を用いた単体膜、積層膜、また
は合金膜をさらに備えること。 −2下地膜がPd、Pt、Ag、Au、Zn、Cd、
Al、Tl、Pbから選ばれる少なくとも一種を用いた
単体膜、積層膜または合金膜をさらに備えること。この
ようにすれば、反強磁性体膜の結晶成長促進層として機
能し、その結果、反強磁性体膜の膜厚が薄いところで十
分な交換結合力、高いブロッキング温度を有するように
なる。また、交換結合膜の上側に磁化自由層が備えられ
た、いわゆるスピンバルブ、デュアルスピンバルブ、非
結合型人工格子では、反強磁性体膜の結晶性が良好にな
ればその上側にさらに積層される磁化自由層の特性も向
上し、高抵抗変化率、高抵抗変化率耐熱性、高抵抗変
化、およびバイアスポイント設計に有利となる低インタ
ーレイヤーカップリングがえられる。同時に、結晶質が
良好になることからプロセスによる劣化が抑制されるた
め、出力の向上さらに安定した出力を長期間にわたって
得ることができるようになる。 −3下地膜がPd、Pt、Ag、Au、Zn、Cd、
Al、Tl、Pbから選ばれる少なくとも一種を用いた
単体膜、積層膜または合金膜と、Ti、Ta、Hf、Z
r、Nb、Vから選ばれる少なくとも一種を用いた単体
膜、積層膜または合金膜をさらに備えること。
According to the invention of claim 4 of the present invention, Ru, Rh, Ir, Cr, R
By selecting at least one selected from the group consisting of e, Tc, and Os, the layer functions as a crystal growth promoting layer of the antiferromagnetic film, and as a result, has a sufficient exchange coupling force in a thin antiferromagnetic film. If the antiferromagnetic material film has good crystallinity, the characteristics of the magnetization free layer laminated thereon can be improved, and a low interlayer cup can be used for bias point design. Since the ring is obtained and the crystallinity becomes good, the deterioration due to the process is suppressed, so that the output can be improved and a stable output can be obtained for a long period of time. In the invention according to claim 4 of the present invention, the following forms are desirable for the underlayer film in contact with the antiferromagnetic material. (1) The base film further includes a single film, a laminated film, or an alloy film using at least one selected from Ti, Ta, Hf, Zr, Nb, and V. -2 The base film is made of Pd, Pt, Ag, Au, Zn, Cd,
A single film, a laminated film, or an alloy film using at least one selected from Al, Tl, and Pb is further provided. In this way, the layer functions as a crystal growth promoting layer of the antiferromagnetic film, and as a result, a sufficient exchange coupling force and a high blocking temperature can be obtained where the antiferromagnetic film is thin. In a so-called spin valve, dual spin valve, or non-coupled artificial lattice in which a magnetization free layer is provided on the upper side of the exchange-coupling film, if the crystallinity of the antiferromagnetic film is improved, the antiferromagnetic film is further laminated thereon. The characteristics of the magnetization free layer are also improved, and a high resistance change rate, a high resistance change rate heat resistance, a high resistance change, and a low interlayer coupling that is advantageous for bias point design can be obtained. At the same time, since the crystallinity is improved, deterioration due to the process is suppressed, so that an improved output and a more stable output can be obtained for a long period of time. -3 base film is made of Pd, Pt, Ag, Au, Zn, Cd,
A single film, a laminated film, or an alloy film using at least one selected from Al, Tl, and Pb, and Ti, Ta, Hf, Z
a single film, a stacked film, or an alloy film using at least one selected from r, Nb, and V;

【0019】さらに、上記請求項1及び2の発明の夫々
において、反強磁性体膜としては以下に示すような形態
が望ましい。 (1)反強磁性体膜の少なくとも一部が面心立方晶系結
晶構造を有していること。 (1)−1 反強磁性体膜がRx Mn 100-x(RはI
r、Rh、Pt、Ru、Au、Ag、Co、Pd、G
e、Re、Ni、Cuから選ばれる少なくとも1種の元
素、5≦x≦40)を有すること。 (1)―2 反強磁性体膜が(Rx Mn1-x100-y
y (RはIr、Rh、Pt、Ru、Au、Ag、C
o、Pd、Ge、Re、Ni、Cuから選ばれる少なく
とも1種の元素、5≦x≦40、0<y<30)を有す
ること。(1)−1、及び(1)−2のxの値が、5未
満あるいは40よりも大きいと交換結合力が低下してし
まうので好ましくない。(1)−2のFeの添加は交換
結合力を大きくする作用を有するが、yの値が30以上
だと耐食性が大きく低下してしまうため好ましくない。 (1)―3 反強磁性体膜がTa,Hf、Nb、Si、
Al、W、Zr、Ga、Be、In、Sn、V、Mo、
Os、Cd、Zn、N、Cr、Niから選ばれる少なく
とも1種を含有すること。このようにすれば、耐食性を
向上させることができる。RとMnからなる反強磁性体
膜は従来用いられてきたFeMn系反強磁性体膜に比べ
れば耐食性ははるかに向上しているが、これらの元素の
添加によりさらに耐食性を向上させることができる。 (2)反強磁性体膜の少なくとも一部が、面心正方晶系
結晶構造または体心立方晶構造を有していること。 (2)―1 反強磁性体膜がRx Mn100-x (RはP
t、Ni、Pd、Crから選ばれる少なくとも1種の元
素、40≦x≦60)を有すること。 (2)−2 反強磁性体膜が(Rx Mn1-x100-y
y (RはPt、Ni、Pd、Crから選ばれる少なく
とも1種の元素、40≦x≦60、0<y<30)を有
すること。(2)−1、(2)−2のxの値が40未満
あるいは60よりも大きいとfctまたは、bcc系結
晶構造になりにくく、また交換結合力が低下してしまう
ので好ましくない。またfcc系結晶構造の場合と同様
にFeの添加は交換結合力を大きくするが、yの値が3
0以上だと耐食性が大きく低下してしまうため好ましく
ない。 (2)―3 反強磁性体膜がTa,Hf、Nb、Si、
Al、W、Zr、Ga、Be、In、Sn、V、Mo、
Os、Cd、Zn、N、Cr、Au、Ag、Co、R
e、Geから選ばれる少なくとも1種を含有すること。
RとMnからなる反強磁性体膜は従来用いられてきたF
eMn系反強磁性体膜に比べれば耐食性ははるかに向上
しているが、これらの元素の添加によりさらに耐食性を
向上させることができる。尚、(1)−3、(2)−3
における、耐食性向上のための添加量は、50at%以
下、さらには30at%以下が好ましく、50at%よ
り多ければ充分な交換結合力が得られない。 (3)反強磁性体膜のXRDロッキンカーブの半値幅が
15°以内である。このようにすれば、結晶性が良好に
なりブロッキング温度が向上する。また、直抵抗効果膜
のうち、上述のスピンバルブ、デュアルスピンバルブ、
人工格子の、外部磁界に感応する磁化自由層も同様に配
向すれば軟磁性化しやすくなる。 (4)反強磁性体膜が<111>軸が膜面に対して垂直
方向に向いていること。このようにすると、結晶性が良
好になりブロッキング温度が向上する。また、直抵抗効
果膜のうち、外部磁界に感応する磁化自由層も同様に配
向すれば軟磁性化しやすくなる点は(3)と同様であ
る。 (5)反強磁性体膜と第一層あるいは下地膜の界面での
原子間隔のマッチングが−6%以上、15%以下である
こと。ここで表1、2に反強磁性体膜、下地膜として用
いることができる材料の結晶構造、格子定数、(11
1)面内の最近接原子間距離を、それぞれ示す。
Further, in each of the first and second aspects of the present invention, the antiferromagnetic film preferably has the following form. (1) At least a part of the antiferromagnetic film has a face-centered cubic crystal structure. (1) -1 The antiferromagnetic film is made of R x Mn 100-x (R is I
r, Rh, Pt, Ru, Au, Ag, Co, Pd, G
e, at least one element selected from Re, Ni, and Cu, and 5 ≦ x ≦ 40). (1) -2 antiferromagnetic material film (R x Mn 1-x) 100-y F
e y (R is Ir, Rh, Pt, Ru, Au, Ag, C
o, at least one element selected from Pd, Ge, Re, Ni, and Cu (5 ≦ x ≦ 40, 0 <y <30). If the value of x in (1) -1 and (1) -2 is less than 5 or greater than 40, the exchange coupling force is undesirably reduced. The addition of Fe in (1) -2 has the effect of increasing the exchange coupling force, but if the value of y is 30 or more, the corrosion resistance is greatly reduced, which is not preferable. (1) -3 The antiferromagnetic film is made of Ta, Hf, Nb, Si,
Al, W, Zr, Ga, Be, In, Sn, V, Mo,
At least one selected from Os, Cd, Zn, N, Cr, and Ni. By doing so, the corrosion resistance can be improved. The antiferromagnetic film composed of R and Mn has much improved corrosion resistance as compared with the conventionally used FeMn-based antiferromagnetic film, but the corrosion resistance can be further improved by adding these elements. . (2) At least a part of the antiferromagnetic film has a face-centered tetragonal crystal structure or a body-centered cubic structure. (2) -1 The antiferromagnetic film is made of R x Mn 100-x (R is P
t, at least one element selected from Ni, Pd, and Cr, 40 ≦ x ≦ 60). (2) -2 antiferromagnetic material film (R x Mn 1-x) 100-y F
e y (R is at least one element selected from Pt, Ni, Pd, and Cr, 40 ≦ x ≦ 60, 0 <y <30). If the value of x in (2) -1 and (2) -2 is less than 40 or greater than 60, fct or bcc-based crystal structure is less likely to be formed, and exchange coupling force is undesirably reduced. As in the case of the fcc crystal structure, the addition of Fe increases the exchange coupling force.
If it is 0 or more, the corrosion resistance is greatly reduced, which is not preferable. (2) -3 The antiferromagnetic film is made of Ta, Hf, Nb, Si,
Al, W, Zr, Ga, Be, In, Sn, V, Mo,
Os, Cd, Zn, N, Cr, Au, Ag, Co, R
e, containing at least one selected from Ge.
The antiferromagnetic material film composed of R and Mn has been used in the conventional F
Although the corrosion resistance is much improved as compared with the eMn-based antiferromagnetic film, the corrosion resistance can be further improved by adding these elements. (1) -3, (2) -3
In (2), the addition amount for improving the corrosion resistance is preferably 50 at% or less, more preferably 30 at% or less, and if it is more than 50 at%, a sufficient exchange coupling force cannot be obtained. (3) The half width of the XRD rockin curve of the antiferromagnetic film is within 15 °. By doing so, the crystallinity is improved and the blocking temperature is improved. Further, among the direct resistance effect films, the above-described spin valve, dual spin valve,
If the magnetization free layer of the artificial lattice that responds to the external magnetic field is similarly oriented, it becomes easy to become soft magnetic. (4) The <111> axis of the antiferromagnetic film is oriented perpendicular to the film surface. By doing so, the crystallinity is improved and the blocking temperature is improved. Further, in the direct resistance effect film, if the magnetization free layer sensitive to the external magnetic field is similarly oriented, it becomes easy to become soft magnetic similarly to (3). (5) Matching of the atomic spacing at the interface between the antiferromagnetic film and the first layer or the underlayer is -6% or more and 15% or less. Tables 1 and 2 show the crystal structures, lattice constants, and (11) of materials that can be used as the antiferromagnetic film and the underlayer.
1) The distance between the nearest atoms in the plane is shown.

【0020】[0020]

【表1】 [Table 1]

【0021】[0021]

【表2】 [Table 2]

【0022】表1、2の最近接原子間距離を比較すると
反強磁性体膜がIrMnの場合には、IrMnの最近接
原子間距離よりも最近接原子間距離が短いRh、Znを
除いた材料、PtMnの場合にはRu、Rh、Znを除
いた材料、RhRuMnの場合には表2の全ての材料が
界面層として使用可能であることが分かる。また、Pb
に関しては、Pbの最近接原子間距離の3倍と反強磁性
体膜の最近接原子間距離の4倍が格子マッチングが良
い。なお、PtMnは結晶構造が面心正方晶(fct)
構造となっているが、as―depo.においては面心
立方晶(fcc)構造を有しているため、熱処理後の結
晶構造の一部にfcc構造を有することも考えられる。
Comparing the closest interatomic distances in Tables 1 and 2, when the antiferromagnetic film is IrMn, Rh and Zn, which are shorter than the closest interatomic distance of IrMn, are excluded. It can be seen that materials other than Ru, Rh and Zn in the case of PtMn, and all materials in Table 2 can be used as the interface layer in the case of RhRuMn. Also, Pb
With regard to (3), lattice matching is three times the closest interatomic distance of Pb and four times the closest interatomic distance of the antiferromagnetic film. The crystal structure of PtMn is face-centered tetragonal (fct)
Although it has a structure, as-depo. Has a face-centered cubic (fcc) structure, it is conceivable that a part of the crystal structure after heat treatment has an fcc structure.

【0023】このように反強磁性体膜として少なくとも
一部がfcc系結晶構造を有する材料を選択するため、
結晶構造の整合性を考慮して下地膜としてはfcc系結
晶構造または六方最密晶(hcp)構造を有する材料を
選択する。また、CrMn系反強磁性体膜は、体心立方
晶構造をしているが、fcc系結晶構造の第一層上で
(110)面などがエピタキシャル的に成長しやすい材
料である。
In order to select a material having at least a part having an fcc crystal structure as the antiferromagnetic film,
A material having an fcc-based crystal structure or a hexagonal close-packed crystal (hcp) structure is selected as the base film in consideration of the consistency of the crystal structure. Further, the CrMn-based antiferromagnetic film has a body-centered cubic structure, but is a material in which the (110) plane and the like easily grow epitaxially on the first layer of the fcc-based crystal structure.

【0024】また、表2に示す材料のうちAuに関して
は、Cu単体の単層膜を用いた場合と比較して抵抗変化
率が1%程度、抵抗変化で0.2オーム程度大きくなる
ことが本発明者の研究により判明した。
As for Au among the materials shown in Table 2, the rate of change in resistance may be increased by about 1% and the resistance change may be increased by about 0.2 ohm as compared with the case of using a single-layer film of Cu alone. It was found by the study of the present inventors.

【0025】尚、下地膜の積層膜、合金膜として、高抵
抗変化率を得たければAu、Ta/Au,Au/Pt、
Ag/Au、Ag/Pd/Au、Ta/Au/Ag、T
i/AuAg等のように用いることが可能である。ま
た、AuCuやCu/Au等のCuを含む合金膜、積層
膜の場合にも、Cuの他に反強磁性体膜よりも最近接原
子間距離が大きい例えばAuを含んでいるため、Cuの
エピタキシャル成長および合金化の条件さえ整えば反強
磁性体膜の最近接原子間距離より長くなり、Cuを下地
膜として用いることが可能となる。
In order to obtain a high resistance change rate as a laminated film of the base film or an alloy film, Au, Ta / Au, Au / Pt,
Ag / Au, Ag / Pd / Au, Ta / Au / Ag, T
It can be used like i / AuAg. Also, in the case of an alloy film or a multilayer film containing Cu such as AuCu or Cu / Au, in addition to Cu, for example, Au which has a closest interatomic distance larger than that of the antiferromagnetic film is contained. As long as the conditions for epitaxial growth and alloying are met, the distance between the nearest atoms of the antiferromagnetic film is longer than that of the antiferromagnetic film, and Cu can be used as a base film.

【0026】また、低インターレイヤーカップリングを
得たければRu、Ta/Ru,Rh/Ru、Cr/R
u、Ru/Rh/Ru、Ta/Rh/Ru、Ti/Rh
Ru等のように用いる。さらに、高抵抗変化率、低イン
ターレイヤーカップリングを両立したければ、Ru/A
u、Ta/Ru/Au、Rh/Ag、Au/Ru、Ta
/Pd/Ru、Ti/RuRh/Au等のように用いる
ことができる。
To obtain low interlayer coupling, Ru, Ta / Ru, Rh / Ru, Cr / R
u, Ru / Rh / Ru, Ta / Rh / Ru, Ti / Rh
Used like Ru. Furthermore, if it is desired to achieve both a high resistance change rate and a low interlayer coupling, Ru / A
u, Ta / Ru / Au, Rh / Ag, Au / Ru, Ta
/ Pd / Ru, Ti / RuRh / Au, etc.

【0027】下地膜を製造する際には、合金ターゲット
を用いて成膜してもよいし、異種単金属の積層膜を作成
してこれに熱処理を施し、拡散を引き起こして合金化し
てもよい。また、成膜速度、ガス圧力、バイアス成膜、
成膜装置等の成膜条件により原子間隔は変化するため、
同じ元素を用いていても反強磁性体膜との原子間隔は異
なることがある。また異種金属との積層形態によっても
原子間隔は変わることがある。
In manufacturing the base film, the base film may be formed using an alloy target, or a laminated film of a dissimilar single metal may be formed and subjected to a heat treatment to cause diffusion and alloying. . In addition, film forming speed, gas pressure, bias film forming,
Since the atomic spacing changes depending on the film forming conditions such as a film forming apparatus,
Even if the same element is used, the atomic spacing with the antiferromagnetic film may be different. The atomic spacing may also change depending on the form of lamination with a different metal.

【0028】下地膜の膜厚は、センス電流の分流が起こ
り抵抗変化率を低下させない範囲であれば構わないが、
好ましくは10nm以下である。下地膜に用いる貴金属
系等の材料は抵抗値が低いため、10nmよりも大きい
とセンス電流の分流を引き起こし抵抗変化率が低下して
しまう。ただし、あまり薄くなると平坦性を損なうため
0.5nm以上が望ましい。
The thickness of the underlayer may be any range as long as the sense current is not shunted and the rate of change in resistance is not reduced.
Preferably it is 10 nm or less. Since the noble metal material used for the base film has a low resistance value, if it is more than 10 nm, a sense current is shunted, and the resistance change rate is reduced. However, if the thickness is too small, the flatness is impaired.

【0029】反強磁性体膜としては、上述したように少
なくとも一部にfcc系結晶構造、fct系結晶構造、
bcc結晶構造を有する材料が用いられる。これらの結
晶構造には、下地膜とエピタキシャル的に成長したため
に引きずられて歪んだ、格子定数a、b、cが同一でな
い構造等も含まれる。
As described above, the antiferromagnetic material film has at least partly an fcc-based crystal structure, an fct-based crystal structure,
A material having a bcc crystal structure is used. These crystal structures include structures in which the lattice constants a, b, and c are not the same and are distorted by being dragged due to epitaxial growth with the underlying film.

【0030】ここで、fcc構造の反強磁性体膜はその
一部が規則相であってもよい。上述のような反強磁性体
はネール点が高いため、ブロッキング温度が高く、信頼
性も高まり、同時に交換結合も大きくなる。そのため、
規則相の存在は好ましい。fct構造の反強磁性体膜は
as−depoではfcc構造で交換結合を示さない
が、230℃以上の磁界中で熱処理することにより、f
ct構造に変態し良好な交換結合を示す。
Here, a part of the antiferromagnetic film having the fcc structure may be a regular phase. Since the antiferromagnetic material as described above has a high Neel point, the blocking temperature is high, the reliability is improved, and at the same time, the exchange coupling is increased. for that reason,
The presence of an ordered phase is preferred. Although the antiferromagnetic material film having the fct structure does not show exchange coupling in the fcc structure in as-depo, the heat treatment is performed in a magnetic field of 230 ° C. or more to obtain the fct structure.
Transforms to ct structure and shows good exchange coupling.

【0031】反強磁性体膜を製造する際には、反強磁性
体膜組成からなる0.5重量%以下の酸素含有量の合金
ターゲットを用いて成膜することにより、膜中に取り込
まれる酸素濃度が少なくなり、膜質を制御性良く薄膜に
作成できる。
In producing the antiferromagnetic film, the film is formed by using an alloy target having an oxygen content of 0.5% by weight or less, which is composed of the antiferromagnetic film, and is incorporated into the film. The oxygen concentration is reduced, and the film quality can be formed into a thin film with good controllability.

【0032】反強磁性体膜の膜厚はfcc構造では15
nm以下、より好ましくは10nm以下であり、また、
fct構造及びbcc構造では30nm以下、より好ま
しくは20nm以下である。膜厚が厚くなるとセンス電
流の分流を引き起こし抵抗変化率が低下してしまう。
The thickness of the antiferromagnetic film is 15 in the fcc structure.
nm or less, more preferably 10 nm or less;
In the fct structure and the bcc structure, the thickness is 30 nm or less, and more preferably, 20 nm or less. When the film thickness is increased, a shunt of the sense current is caused, and the resistance change rate is reduced.

【0033】反強磁性体膜と界面層との原子間隔のマッ
チング(最近接原子間距離の差)は、大きな結晶歪みを
生じることなく十分な交換結合特性を得るという観点か
ら、―6%以上、15%以下が望ましい。
The matching of the atomic spacing between the antiferromagnetic film and the interface layer (difference in the distance between nearest neighbor atoms) is -6% or more from the viewpoint of obtaining sufficient exchange coupling characteristics without generating large crystal distortion. , 15% or less.

【0034】本発明における交換結合膜に用いられる強
磁性体膜としては以下の形態が望ましい。 (1)強磁性体膜にCoまたはCo合金を用いること。 (2)強磁性体膜はFe、Co、Niの少なくとも一種
類からなる面心立方構造をした強磁性体膜である。スピ
ンバルブ膜でのフリー層構成は、CoFe/NiFe/
CZNやCoFe/NiFeの積層体(界面がCoFe
となっている構成を含む)または、CoFe、NiFe
単体であっても良い。
The following forms are preferable as the ferromagnetic film used for the exchange coupling film in the present invention. (1) Co or Co alloy is used for the ferromagnetic film. (2) The ferromagnetic film is a ferromagnetic film having a face-centered cubic structure made of at least one of Fe, Co, and Ni. The free layer structure of the spin valve film is CoFe / NiFe /
CZN or CoFe / NiFe laminate (interface is CoFe
Or CoFe, NiFe
It may be single.

【0035】これらの強磁性金属合金に磁気特性の向上
及び、反強磁性体膜であるRMn系との格子マッチング
を目的としてAuやIr、Pd、Pt等の第3元素、第
4元素を添加することは好ましい。
To these ferromagnetic metal alloys, third and fourth elements such as Au, Ir, Pd and Pt are added for the purpose of improving magnetic properties and lattice matching with the RMn-based antiferromagnetic film. Is preferred.

【0036】上述の強磁性体膜のうち好ましくは、Co
系強磁性体膜である。磁気抵抗効果素子にした場合抵抗
変化率はNiFe系よりもCo系のほうが大きい。さら
に、磁気抵抗効果素子にした場合、NiFe系強磁性体
中のNiと非磁性層に用いるCuとは全率固溶系である
ため、磁気ヘッドの作製行程中の200℃程度の温度上
昇により拡散が起こり、抵抗変化率の値の劣化を招く。
Of the above-mentioned ferromagnetic films, Co is preferably used.
This is a ferromagnetic film. When a magnetoresistive element is used, the rate of change in resistance is larger in a Co-based material than in a NiFe-based device. Further, in the case of a magnetoresistive effect element, since Ni in the NiFe-based ferromagnetic material and Cu used for the nonmagnetic layer are all solid solution type, they are diffused by a temperature rise of about 200 ° C. during the magnetic head fabrication process. Occurs, and the value of the resistance change rate is degraded.

【0037】一方、Co系強磁性体膜中のCoはCuと
は非固溶系であり、磁気ヘッド作製行程において350
℃の温度上昇でも磁場中熱処理を施すことによりもとの
抵抗変化率が得られる。
On the other hand, Co in the Co-based ferromagnetic film is insoluble in Cu and in a solid solution.
Even when the temperature rises by ° C., the original resistance change rate can be obtained by performing the heat treatment in a magnetic field.

【0038】また、Co系強磁性体膜の層をCuとの界
面においた系、CoまたはCo合金強磁性体膜と反強磁
性体膜の界面にFeを置きFe濃度を制御した強磁性体
膜でも良い。Fe濃度の増大はときによっては交換結合
力の増大を引き起こす。具体的にはFe濃度が10%程
度となると、交換結合力は1.5倍程度増大する。
A system in which a layer of a Co-based ferromagnetic film is at the interface with Cu, or a ferromagnetic material in which Fe is placed at the interface between a Co or Co alloy ferromagnetic film and an antiferromagnetic film to control the Fe concentration A film may be used. An increase in Fe concentration sometimes causes an increase in exchange coupling force. Specifically, when the Fe concentration becomes about 10%, the exchange coupling force increases about 1.5 times.

【0039】また、強磁性体膜は微結晶、アモルファス
膜でもよい。また、このような強磁性体の膜と反強磁性
体膜は少なくとも一部が積層形成されて、交換結合して
いればよい。
The ferromagnetic film may be a microcrystalline or amorphous film. Further, at least a part of the ferromagnetic film and the antiferromagnetic film may be laminated and exchange-coupled.

【0040】本発明の交換結合膜は、蒸着法、スパッタ
法、MBE法など公知の成膜方法を用いて例えば基板上
に形成される。このとき反強磁性体膜と強磁性体膜との
結合に一方向異方性を付与するために、磁界中で成膜、
熱処理を行っても良い。さらに、熱処理は規則相を出現
させるためにも有効である。
The exchange coupling film of the present invention is formed on, for example, a substrate by using a known film forming method such as an evaporation method, a sputtering method, and an MBE method. At this time, in order to impart unidirectional anisotropy to the coupling between the antiferromagnetic film and the ferromagnetic film, the film is formed in a magnetic field,
Heat treatment may be performed. Further, the heat treatment is also effective to make the ordered phase appear.

【0041】以上の説明では、下地膜を反強磁性体膜の
下地膜として述べてきたが、スピンバルブ膜構成の各層
においても、ある層の下層は下地膜と考えられる。それ
ぞれの層との格子マッチングを考慮した組成の選択も重
要である。
In the above description, the base film has been described as the base film of the antiferromagnetic film. However, in each of the layers of the spin valve film structure, the lower layer of a certain layer is considered to be the base film. It is also important to select a composition in consideration of lattice matching with each layer.

【0042】また、基板としては、ガラス、樹脂などの
非晶質基板や、Si、MgO、Al23 、アルチッ
ク、各種フェライトなどの単結晶基板、配向基板、焼結
基板など特に限定されない。
The substrate is not particularly limited, such as an amorphous substrate such as glass and resin, a single crystal substrate such as Si, MgO, Al 2 O 3 , altic, and various ferrites, an oriented substrate, and a sintered substrate.

【0043】さらに、このような本発明の交換結合膜に
対し、少なくとも強磁性体膜に電流を通電するための電
極をたとえばCu、Ag、Au、Alやこれらの合金で
形成すれば、本発明の磁気抵抗効果素子を容易に得るこ
とができる。ここで電極は強磁性体膜に直接接触する形
態でも、反強磁性体膜を介する形態でも良い。
Furthermore, in the exchange coupling film of the present invention, if at least an electrode for passing a current through the ferromagnetic film is formed of, for example, Cu, Ag, Au, Al, or an alloy thereof, the present invention Can easily be obtained. Here, the electrode may be in a form of directly contacting the ferromagnetic film or a form via an antiferromagnetic film.

【0044】また磁気抵抗効果素子の形態は以下の例が
望ましい。 (1)反強磁性体膜の上部に強磁性体膜を用いた第1の
磁化固着層が、第1の磁化固着層の上部に強磁性体膜を
用いた磁化自由層が配置されていること。 (2)磁化自由層の上部にさらに交換結合膜を用いた第
2の磁化固着層が配置されていること。 (3)強磁性体膜が第1の強磁性体膜/非磁性体膜/第
2の強磁性体膜の積層構造であること。
The following example is desirable for the form of the magnetoresistance effect element. (1) A first magnetization fixed layer using a ferromagnetic film is disposed above an antiferromagnetic film, and a magnetization free layer using a ferromagnetic film is disposed above the first magnetization fixed layer. thing. (2) A second magnetization pinned layer using an exchange coupling film is further disposed on the magnetization free layer. (3) The ferromagnetic film has a laminated structure of a first ferromagnetic film / non-magnetic film / second ferromagnetic film.

【0045】また、磁気ヘッドとしては以下に示す形態
をとることで録再一体型の磁気ヘッドを実現できる。 (1)請求項22記載の磁気ヘッドを用いた再生ヘッド
と、再生ヘッドの上側磁気シールド層と共通化された下
側磁極と、下側磁極上に形成された記録磁気ギャップ
と、記録磁気ギャップ上に形成された上側磁極とを備え
ること。
The recording / reproducing integrated magnetic head can be realized by taking the following form. (1) A read head using the magnetic head according to claim 22, a lower magnetic pole shared by an upper magnetic shield layer of the read head, a recording magnetic gap formed on the lower magnetic pole, and a recording magnetic gap. And an upper magnetic pole formed thereon.

【0046】そして、このような磁気ヘッドを用い、磁
気ディスクに記録された磁気情報を再生する磁気ディス
ク装置を実現することができる。このように本発明の磁
気抵抗効果素子は、磁界検出用センサ−、上述したよう
な再生用磁気ヘッド・録再一体型磁気ヘッド、磁気メモ
リなどの磁気抵抗効果素子を用いた種々のデバイスに応
用できる。
Using such a magnetic head, it is possible to realize a magnetic disk device for reproducing magnetic information recorded on a magnetic disk. As described above, the magnetoresistance effect element of the present invention is applied to various devices using the magnetoresistance effect element such as a magnetic field detection sensor, a magnetic head for reproduction / integrated recording / reproducing magnetic head, and a magnetic memory as described above. it can.

【0047】[0047]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態を説明する。 (第1の実施の形態)図1に本発明の第1の実施の形態
に係る交換結合膜としてのスピンバルブ膜の概略断面図
を示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a schematic sectional view of a spin valve film as an exchange coupling film according to a first embodiment of the present invention.

【0048】図において1はAl23 ・TiC、Si
等を用いた基板であり、基板1上にはギャップ膜2とし
ての厚さ100nm程度のアルミナ膜が形成され、ギャ
ップ膜2上には下地膜3が形成されている。下地膜3
は、例としてAg膜3―3(厚さ約1nm)/Au膜3
―2(厚さ約1nm)/Ta膜3―1(厚さ約5nm)
の積層構造となっている。ここでは、Taも用いたが、
無くても構わない。下地膜3上にはIrMn等を用いた
厚さ5〜10nm程度の反強磁性体膜4、CoFeを用
いた強磁性体膜としての厚さ2〜3nm程度の磁化固着
層5、Cuを用いた厚さ2〜3nm程度の非磁性層6、
CoFeを用いた強磁性体膜としての厚さ2〜5nm程
度の磁化自由層7、Taを用いた厚さ5nm程度の保護
膜9がこの順に積層されている。
In the figure, reference numeral 1 denotes Al 2 O 3 .TiC, Si
An alumina film having a thickness of about 100 nm is formed as a gap film 2 on the substrate 1, and a base film 3 is formed on the gap film 2. Base film 3
Is, for example, an Ag film 3-3 (about 1 nm thick) / Au film 3
-2 (about 1 nm thick) / Ta film 3-1 (about 5 nm thick)
Has a laminated structure. Here, Ta was also used,
You don't have to. On the base film 3, an antiferromagnetic film 4 of about 5 to 10 nm in thickness using IrMn or the like, a magnetization pinned layer 5 of about 2 to 3 nm in thickness as a ferromagnetic film using CoFe, and Cu are used. A non-magnetic layer 6 having a thickness of about 2 to 3 nm,
A magnetization free layer 7 having a thickness of about 2 to 5 nm as a ferromagnetic film using CoFe and a protective film 9 having a thickness of about 5 nm using Ta are stacked in this order.

【0049】ここで下地膜3は単層膜、2層膜であって
もよいし、また3層以上の積層構成になっていてもよ
い。その下地膜は単体金属の積層構造だけでなく、合金
膜の積層構造でも良いし、合金膜の単膜でも良い。ま
た、ここでは−1、−2の下地膜を用いているが、
−1、−2、−3の下地膜も用いられる。
Here, the base film 3 may be a single-layer film, a two-layer film, or a laminated structure of three or more layers. The base film may be not only a laminated structure of a single metal but also a laminated structure of an alloy film or a single film of an alloy film. In addition, although the base films of -1 and -2 are used here,
Underlayers of -1, -2 and -3 are also used.

【0050】また磁化自由層7の構成は、NiFe/C
oFe(界面がCoFeとなっている構造を含む)の積
層体でも良い。保護膜8は下層の歪み制御層としても働
く。保護膜8としてはTa、Ti、Au、Ag、Pd、
Cu、Ruなどの金属膜であれば良い。それは単体同士
の積層膜であっても良いし、合金膜でも良い。
The structure of the magnetization free layer 7 is NiFe / C
A laminate of oFe (including a structure in which the interface is CoFe) may be used. The protective film 8 also functions as a lower strain control layer. As the protective film 8, Ta, Ti, Au, Ag, Pd,
Any metal film such as Cu or Ru may be used. It may be a single layered film or an alloy film.

【0051】この保護膜8を保護膜8の下地膜である磁
化自由層7との格子マッチングおよび下地膜との相性を
考慮して構成することにより、cap層としての威力を
発揮する。
By forming the protective film 8 in consideration of lattice matching with the magnetization free layer 7 which is the underlying film of the protective film 8 and compatibility with the underlying film, the protective film 8 exerts its power as a cap layer.

【0052】それぞれの層の構成はその層の下地との格
子マッチングを考慮して組成を変えても良い。たとえ
ば、磁化固着層5をFeリッチの組成にしたり、反強磁
性体膜4と磁化固着層5の界面にFe単層を挟むなどし
ても良い。
The composition of each layer may be changed in consideration of lattice matching with the underlying layer of the layer. For example, the magnetization fixed layer 5 may have a Fe-rich composition, or a single Fe layer may be interposed between the antiferromagnetic film 4 and the magnetization fixed layer 5.

【0053】ここまで述べたことは以下の実施形態にも
適用される。本実施の形態によれば、反強磁性体膜を薄
く用いることが出来、さらに反強磁性体膜と強磁性体膜
との交換結合力が大きく、高抵抗変化率、低インターレ
イヤーカップリングが得られ、しかも耐熱性に優れてい
ることから安定した出力を長期間にわたって得ることが
できる。
The above description also applies to the following embodiments. According to this embodiment, the antiferromagnetic film can be used thinly, the exchange coupling force between the antiferromagnetic film and the ferromagnetic film is large, the high resistance change rate, and the low interlayer coupling are achieved. Since it is obtained and has excellent heat resistance, a stable output can be obtained over a long period of time.

【0054】(第2の実施の形態)図2に本発明の第2
の実施の形態に係る交換結合膜としてのスピンバルブ膜
の概略断面図を示す。本実施の形態が第1の実施の形態
と異なる点は、磁化自由層7の上下に磁化固着層5―
1、5―2が非磁性層6―1、6―2を介してそれぞれ
形成され、上側の磁化固着層5―2の上にも反強磁性体
層4―2が形成されている点である。ここでは、下地膜
3の例としてAu膜3―2(厚さ約2nm)/Ta膜3
―1(厚さ約5nm)の2層の積層構造を用いている。
(Second Embodiment) FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention.
1 is a schematic cross-sectional view of a spin valve film as an exchange coupling film according to an embodiment. This embodiment is different from the first embodiment in that a magnetization fixed layer 5-
1 and 5-2 are formed via the nonmagnetic layers 6-1 and 6-2, respectively, and the antiferromagnetic layer 4-2 is also formed on the upper pinned layer 5-2. is there. Here, as an example of the base film 3, an Au film 3-2 (about 2 nm thick) / Ta film 3
-1 (about 5 nm thick) is used.

【0055】反強磁性体膜4―2の下層に格子マッチン
グを考慮した界面層を挿入しても良いし、磁化固着層5
―2の組成を変えても良い。反強磁性体膜4―1、4―
2は両方とも同じ反強磁性体膜であってもよいし、異な
る反強磁性体膜でも良い。
An interface layer considering lattice matching may be inserted under the antiferromagnetic film 4-2, or the magnetization fixed layer 5 may be inserted.
The composition of -2 may be changed. Antiferromagnetic film 4-1 and 4-
2 may be the same antiferromagnetic film, or different antiferromagnetic films.

【0056】本実施の形態の場合、第1の実施の形態に
よって得られる効果に加えて、磁化固着層を2層有する
ことから高い抵抗変化率を得ることができる。 (第3の実施の形態)図3に本発明の第3の実施の形態
に係る交換結合膜としてのスピンバルブ膜の概略断面図
を示す。本実施の形態が第1の実施の形態と異なる点
は、磁化固着層5がCoFe膜5―3(厚さ約1.5〜
3nm)/Ru膜5―2(厚さ約0.7〜1.2nm)
/CoFe膜5―1(厚さ約1.5〜3nm)の積層構
造となっている点である。ここでは、下地膜3の例とし
てAg膜3―3(厚さ約2nm)/Ta膜3―1(厚さ
約5nm)を用いた。
In the case of the present embodiment, in addition to the effect obtained by the first embodiment, a high resistance change rate can be obtained by having two magnetization fixed layers. (Third Embodiment) FIG. 3 is a schematic sectional view of a spin valve film as an exchange coupling film according to a third embodiment of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in that the magnetization fixed layer 5 is formed of a CoFe film 5-3 (having a thickness of about 1.5 to 1.5 mm).
3 nm) / Ru film 5-2 (thickness: about 0.7 to 1.2 nm)
/ CoFe film 5-1 (having a thickness of about 1.5 to 3 nm). Here, an Ag film 3-3 (about 2 nm in thickness) / Ta film 3-1 (about 5 nm in thickness) was used as an example of the base film 3.

【0057】磁化固着層5の積層構造はCoFe/M/
CoFe(Synsetic AntiFerro、以
下、SyAFと称する)の三層構造となっている。Co
Feの代わりに、Co、Co合金、NiFe系合金、N
i、Feなどでも良い。またMとしてはRu、Cr、A
g、Cu、V、Re、W、Rh、Ir、Nb、Mo、T
aなどがあげられる。
The laminated structure of the magnetization fixed layer 5 is CoFe / M /
It has a three-layer structure of CoFe (Synthetic AntiFerro, hereinafter referred to as SyAF). Co
Instead of Fe, Co, Co alloy, NiFe alloy, N
i or Fe may be used. M is Ru, Cr, A
g, Cu, V, Re, W, Rh, Ir, Nb, Mo, T
a and the like.

【0058】このSyAFは、Mを介した両強磁性体膜
が反強磁性カップリングをしていることが特徴的であ
る。ここで、反強磁性体膜4と積層しているCoFe膜
5―1は磁気抵抗効果には寄与しない。
This SyAF is characterized in that both ferromagnetic films via M have antiferromagnetic coupling. Here, the CoFe film 5-1 laminated with the antiferromagnetic film 4 does not contribute to the magnetoresistance effect.

【0059】SyAFの両強磁性体膜のMsTを違える
ことにより、バイアスポイント設計などに役立つ。Ms
Tを変えるにはTの膜厚を違える手段もあるが、両強磁
性体膜の組成を違えてMsを変えてもよい。例えば、C
o(AF側)/M/Co90Fe10とか、Co80Fe
20(AF側)/M/Co90Fe10など、いろいろな組み
合わせが可能である。
By changing the MsT of both ferromagnetic films of SyAF, it is useful for bias point design and the like. Ms
To change T, there is a means of changing the thickness of T, but Ms may be changed by changing the composition of both ferromagnetic films. For example, C
o (AF side) / M / Co 90 Fe 10 or Co 80 Fe
Various combinations such as 20 (AF side) / M / Co 90 Fe 10 are possible.

【0060】本実施の形態の場合、第1の実施の形態に
よって得られる効果に加えて、磁化固着層がSyAFと
なっているため磁化固着層からの漏洩磁界が削減でき、
その結果、磁化自由層を薄く設計できること、バイアス
ポイント設計が可能になること、また抵抗変化率の耐熱
性が良好になる等の効果を得ることができる。
In the case of the present embodiment, in addition to the effects obtained by the first embodiment, the leakage magnetic field from the magnetization fixed layer can be reduced because the magnetization fixed layer is made of SyAF.
As a result, it is possible to obtain such effects that the thickness of the magnetization free layer can be designed thin, the bias point can be designed, and the heat resistance of the resistance change rate is improved.

【0061】(第4の実施の形態)図4に本発明の第3
の実施の形態に係る交換結合膜としてのスピンバルブ膜
の概略断面図を示す。本実施の形態は第2の実施の形態
に第3の実施の形態を組み合わせた構造を有しており、
ここでは、下地膜3の例としてAl膜3―4(厚さ約2
nm)/Ta膜3―1(厚さ約5nm)の積層構造を用
いている。
(Fourth Embodiment) FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention.
1 is a schematic cross-sectional view of a spin valve film as an exchange coupling film according to an embodiment. This embodiment has a structure in which the third embodiment is combined with the second embodiment.
Here, as an example of the base film 3, an Al film 3-4 (having a thickness of about 2
nm) / Ta film 3-1 (thickness: about 5 nm).

【0062】本実施の形態の場合、Mは配向面変更膜と
しても役立つ。具体的には、積層構造の下からCoFe
膜5―2―1までを(111)面配向させ、Mとしての
Ru膜5―2―2にて配向面を制御してRu膜5―2―
2上のCoFe膜5―2―3から上は(110)面配向
とすることが可能である。このときのMの材料系として
は格子マッチング、配向性などから決定される。この場
合、M自身が配向を変化しても構わないし、Mの上を
(111)配向以外の配向をしやすい強磁性体膜に変え
て配向面を変えることも出来る。
In the case of the present embodiment, M also serves as an orientation changing film. Specifically, from the bottom of the laminated structure, CoFe
The film 5-2-1 is oriented in the (111) plane, and the Ru film 5-2-2 as M controls the orientation plane to control the Ru film 5-2-2.
It is possible to have a (110) plane orientation above the CoFe film 5-2-3 on the second substrate. At this time, the material system of M is determined from lattice matching, orientation, and the like. In this case, the orientation of M may be changed by itself, or the orientation plane may be changed by changing the top of M to a ferromagnetic film which is easily oriented other than the (111) orientation.

【0063】本実施の形態の場合には、第1、第2、第
3の実施の形態を組み合わせた効果を得ることができ
る。(第5の実施の形態)以上述べた実施の形態のスピ
ンバルブ膜に電極を設けることにより磁気抵抗効果素子
が、さらに上下磁気シールド層、上下再生磁気ギャップ
等を積層することにより再生用の磁気ヘッドが得られ
る。また再生部の上に記録部が積層された、記録再生一
体型の磁気ヘッドも作製できる。
In the case of the present embodiment, an effect obtained by combining the first, second, and third embodiments can be obtained. (Fifth Embodiment) By providing an electrode on the spin valve film of the above-described embodiment, the magnetoresistive effect element is further stacked with an upper and lower magnetic shield layer, an upper and lower reproducing magnetic gap, and the like. The head is obtained. Also, a recording / reproducing integrated magnetic head in which a recording section is laminated on a reproducing section can be manufactured.

【0064】ここで図5に、本発明の交換結合膜を磁気
抵抗効果素子に用い、この磁気抵抗効果素子を再生用の
磁気ヘッドに適用した、本発明の第5の実施の形態とし
ての記録再生一体型の磁気ヘッドの断面図を示す。
FIG. 5 shows a recording according to a fifth embodiment of the present invention in which the exchange coupling film of the present invention is used for a magnetoresistive element and the magnetoresistive element is applied to a reproducing magnetic head. 1 shows a cross-sectional view of a reproduction-integrated magnetic head.

【0065】図において31はAl23 ・TiC等を
用いた基板であり、基板31上にAl23 等を用いた
絶縁層32、軟磁性材料を用いた下側磁気シールド層3
3、Al23 等の非磁性絶縁膜を用いた下側再生磁気
ギャップ34がこの順に積層されている。
In the drawing, reference numeral 31 denotes a substrate using Al 2 O 3 .TiC or the like. An insulating layer 32 using Al 2 O 3 or the like, and a lower magnetic shield layer 3 using a soft magnetic material are formed on the substrate 31.
3. A lower reproducing magnetic gap 34 using a nonmagnetic insulating film such as Al 2 O 3 is laminated in this order.

【0066】下側再生磁気ギャップ34上には磁気抵抗
効果素子9が形成されている。この磁気抵抗効果素子9
は、下側再生磁気ギャップ34上に形成された、本発明
の交換結合膜としてのスピンバルブ膜10、スピンバル
ブ膜10の両端に隣接して形成された、スピンバルブ膜
10にバイアス磁界を付与するCoPt合金等を用いた
硬質磁性膜35、硬質磁性膜35上に形成された一対の
電極11によって構成されている。
The magnetoresistive element 9 is formed on the lower reproducing magnetic gap 34. This magnetoresistive effect element 9
Is a spin valve film 10 as an exchange coupling film of the present invention formed on the lower reproducing magnetic gap 34 and a bias magnetic field applied to the spin valve film 10 formed adjacent to both ends of the spin valve film 10. And a pair of electrodes 11 formed on the hard magnetic film 35 using a CoPt alloy or the like.

【0067】磁気抵抗効果素子9上にはAl23 等の
非磁性絶縁膜を用いた上側磁気再生ギャップ36が形成
され、さらにこの上に上側磁気シールド層37が形成さ
れており、これらによって再生ヘッドとして機能するシ
ールド型磁気ヘッド38が構成されている。
An upper magnetic reproducing gap 36 using a nonmagnetic insulating film such as Al 2 O 3 is formed on the magnetoresistive effect element 9, and an upper magnetic shield layer 37 is further formed thereon. A shield type magnetic head 38 functioning as a reproducing head is configured.

【0068】磁気ヘッド38上には誘導型薄膜磁気ヘッ
ド39を用いた記録ヘッドが形成されている。上側磁気
シールド層37は誘導型薄膜磁気ヘッド39の下部記録
磁極を兼ねており、上側磁気シールド層兼下部記録磁極
37上にはAl2 O3 等の非磁性絶縁膜を用いた記録磁
気ギャップ40、所定形状にパターニングされた上部記
録磁極41がこの順に積層されている。
On the magnetic head 38, a recording head using an inductive type thin film magnetic head 39 is formed. The upper magnetic shield layer 37 also serves as a lower recording magnetic pole of the induction type thin film magnetic head 39. On the upper magnetic shield layer and the lower recording magnetic pole 37, a recording magnetic gap 40 using a nonmagnetic insulating film such as Al2 O3 is provided. Upper recording magnetic poles 41 patterned in a shape are stacked in this order.

【0069】この上部記録磁極41は、絶縁層43にト
レンチ44を設けて、このトレンチ44内に埋め込み形
成される。これらのシールド型磁気ヘッド38、誘導型
薄膜磁気ヘッド39によって録再一体型の磁気ヘッド4
2が構成される。
The upper recording magnetic pole 41 is formed by burying a trench 44 in the insulating layer 43. The recording / reproducing magnetic head 4 is formed by the shield type magnetic head 38 and the induction type thin film magnetic head 39.
2 are configured.

【0070】本実施の形態の磁気ヘッドでは、本発明に
係る磁気抵抗効果素子を用いているため、交換結合力が
良好で、安定した出力を長期間にわたって得ることがで
きる。
In the magnetic head of this embodiment, since the magneto-resistance effect element according to the present invention is used, the exchange coupling force is good, and a stable output can be obtained for a long period of time.

【0071】(第6の実施の形態)第5の実施の形態に
示したような録再一体型の磁気ヘッドはヘッドスライダ
に組み込まれ、このヘッドスライダは、例えば図6に示
すような磁気ディスク装置等の磁気記録装置に搭載され
る。図6は本発明の第6の実施の形態としてのロータリ
ーアクチュエータを用いた磁気ディスク装置50の概略
構造を示している。
Sixth Embodiment A recording / reproducing integrated magnetic head as shown in the fifth embodiment is incorporated in a head slider, and this head slider is, for example, a magnetic disk as shown in FIG. It is mounted on a magnetic recording device such as a device. FIG. 6 shows a schematic structure of a magnetic disk drive 50 using a rotary actuator according to a sixth embodiment of the present invention.

【0072】図において、磁気ディスク51はスピンド
ル52に装着され、図示せぬ駆動装置制御源からの制御
信号に応答する図示せぬモータにより回転する。磁気デ
ィスク51が浮上した状態で情報の記録再生を行なうヘ
ッドスライダ53は、薄膜状のサスペンション54の先
端に取り付けられている。ここでヘッドスライダ53
は、例えば第5の実施の形態に示すような録再一体型の
磁気ヘッドを具備している。
In the figure, a magnetic disk 51 is mounted on a spindle 52 and is rotated by a motor (not shown) which responds to a control signal from a drive control source (not shown). A head slider 53 for recording and reproducing information while the magnetic disk 51 is floating is attached to the tip of a thin-film suspension 54. Here, the head slider 53
Has a recording / reproducing integrated magnetic head as shown in the fifth embodiment, for example.

【0073】磁気ディスク51が回転すると、ヘッドス
ライダ53の媒体対向面(ABS)は磁気ディスク51
の表面から所定の浮上量をもって保持される。サスペン
ション54は、図示せぬ駆動コイルを保持するボビン部
等を有するアクチュエータアーム55の一端に接続され
ている。アクチュエータアーム55の他端にはリニアモ
ータの1種であるボイスコイルモータ56が設けられて
いる。ボイスコイルモータ56はアクチュエータアーム
55のボビン部に巻き上げられた図示せぬ駆動コイル
と、このコイルを挟み込むように対向して配置された永
久磁石および対向ヨークからなる磁気回路とから構成さ
れる。
When the magnetic disk 51 rotates, the medium facing surface (ABS) of the head slider 53 is moved to the magnetic disk 51.
From the surface with a predetermined floating amount. The suspension 54 is connected to one end of an actuator arm 55 having a bobbin for holding a drive coil (not shown). At the other end of the actuator arm 55, a voice coil motor 56, which is a type of linear motor, is provided. The voice coil motor 56 includes a drive coil (not shown) wound around a bobbin portion of the actuator arm 55, and a magnetic circuit including a permanent magnet and an opposing yoke, which are opposed to each other so as to sandwich the coil.

【0074】アクチュエータアーム55は固定軸軸57
の上下2ヶ所に設けられた図示せぬボールベアリングに
よって保持され、ボイスコイルモータ56により回転摺
動が自在にできるようになっている。
The actuator arm 55 has a fixed shaft 57
Are held by ball bearings (not shown) provided at two locations above and below, and can be freely rotated and slid by the voice coil motor 56.

【0075】[0075]

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。 (実施例1)DCマグネトロンスパッタ装置を用いて、
第1の実施の形態の反強磁性体膜と下地膜のいろいろな
組み合わせを作製し、交換結合磁界( Hua) 、ブロッ
キング温度( Tb) 、抵抗変化率( MR) 、磁化自由層
の保磁力(Hc(free))を測定した。fcc系に
は270℃、1Hour、fct系には270℃、10
Hourの熱処理を施してある。磁化固着層はCoFe
2.5nmとし、磁化自由層はCoFe3nmとした。
なお、比較例として、Taの単体のみを下地膜に用いた
例を作製し、実施例と同様な測定を行なった。
Embodiments of the present invention will be described below. (Example 1) Using a DC magnetron sputtering apparatus,
Various combinations of the antiferromagnetic film and the underlayer of the first embodiment were prepared, and the exchange coupling magnetic field (Hua), the blocking temperature (Tb), the rate of change in resistance (MR), and the coercive force ( Hc (free)) was measured. 270 ° C, 1Hour for fcc system, 270 ° C, 10hour for fct system
Hour has been heat treated. The magnetization pinned layer is CoFe
The thickness was 2.5 nm, and the magnetization free layer was CoFe 3 nm.
As a comparative example, an example in which only Ta alone was used for the base film was manufactured, and the same measurement as in the example was performed.

【0076】結果を表3に示す。表中、underlayer1,2,
3,4 は反強磁性体膜の下地膜の構成であり、1,2,3,4 は
この順に下側から積層されてなる。つまり、underlayer
4を備える下地膜は、underlayer4 が反強磁性体膜と接
し、underlayer3 が最表面の下地膜は、underlayer3 が
反強磁性体膜と接し、underlayer2 が最表面の下地膜は
underlayer3 が反強磁性体膜と接する。尚、underlayer
1 のみを備える下地膜は、このunderlayer1 が反強磁性
体膜と接している。
Table 3 shows the results. In the table, underlayer1,2,
Reference numerals 3 and 4 denote structures of the base film of the antiferromagnetic film, and 1,2,3 and 4 are laminated in this order from the bottom. That is, underlayer
The underlayer provided with 4 is that the underlayer 4 is in contact with the antiferromagnetic film, the underlayer 3 is in the outermost surface, the underlayer 3 is in contact with the antiferromagnetic film, and the underlayer 2 is the outermost film.
underlayer3 contacts the antiferromagnetic film. Underlayer
The underlayer having only 1 has the underlayer 1 in contact with the antiferromagnetic film.

【0077】[0077]

【表3】 [Table 3]

【0078】表3より分かるように、本発明の交換結合
膜によれば、室温の交換結合磁界は大きな値が得られて
おり、その結果、その温度特性150℃でも200Oe
程度よりも十分に大きな値が得られ、ブロッキング温度
に関しても実用上十分な値である250℃以上となって
おり、耐熱性が充分であることから安定した出力を長期
間にわたって得ることができる。
As can be seen from Table 3, according to the exchange coupling film of the present invention, a large value of the exchange coupling magnetic field at room temperature was obtained, and as a result, even at a temperature characteristic of 150 ° C., 200 Oe.
A value sufficiently higher than the degree is obtained, and the blocking temperature is 250 ° C. or more, which is a practically sufficient value. Stable output can be obtained over a long period of time because of sufficient heat resistance.

【0079】(実施例2)DCマグネトロンスパッタ装
置を用いて、第3の実施の形態の反強磁性体膜にIrM
n、下地膜にTa( 5nm)/Au( 2nm) 、Ta( 5
nm)/Ru( 2nm) 、Ta( 5nm)/Ru( 1nm)/
Au( 1nm) の組み合わせを作製した。これらの下地
膜に対する、抵抗変化率、インターレイヤーカップリン
グのIrMn膜厚依存性をしらべた。構成は、下地膜/
IrMn/ CoFe( 2nm)/Ru(0.9nm)/Co
Fe( 2nm)/Cu( 2nm)/CoFe( 2nm)/Cu
( 1.5nm)/Taである。キャップ層として、Cuを
用いている。結果を図7と8に示す。図7は、各下地膜
における、IrMnの厚さd(nm)とインターレイヤ
ーカップリング( Hin) との関係を示す。図8は、各
下地膜における、IrMnの厚さd(nm)と抵抗変化
率との関係を示す。図から、わかるようにTa/ Au下
地では、大きい抵抗変化率が得られており、Ta/ Ru
下地では低いインターレイヤーカップリングが得られて
いる。さらに、Ta/ Ru/ Au下地では、大きい抵抗
変化率と低いインターレイヤーカップリングが得られて
いる。本発明の交換結合膜によれば、低反強磁性体膜厚
の実現、大きい抵抗変化率、低いインターレイヤーカッ
プリングが得られ安定した出力を長期間にわたって得る
ことができる。
(Example 2) Using a DC magnetron sputtering apparatus, the antiferromagnetic film of the third embodiment
n, Ta (5 nm) / Au (2 nm), Ta (5 nm)
nm) / Ru (2 nm), Ta (5 nm) / Ru (1 nm) /
A combination of Au (1 nm) was prepared. The dependence of the resistance change rate and the dependency of the interlayer coupling on the thickness of the IrMn film with respect to these base films were examined. The composition is
IrMn / CoFe (2nm) / Ru (0.9nm) / Co
Fe (2nm) / Cu (2nm) / CoFe (2nm) / Cu
(1.5 nm) / Ta. Cu is used for the cap layer. The results are shown in FIGS. FIG. 7 shows the relationship between the thickness d (nm) of IrMn and the interlayer coupling (Hin) in each base film. FIG. 8 shows the relationship between the thickness d (nm) of IrMn and the resistance change rate in each base film. As can be seen from the figure, a large resistance change rate was obtained on the Ta / Au underlayer, and Ta / Ru was obtained.
A low interlayer coupling is obtained on the base. Further, with the Ta / Ru / Au underlayer, a large resistance change rate and a low interlayer coupling are obtained. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the exchange coupling film of this invention, realization of a low antiferromagnetic material film thickness, a large resistance change rate, and a low interlayer coupling are obtained, and a stable output can be obtained over a long period of time.

【0080】[0080]

【発明の効果】以上、詳述したように本発明の磁気抵抗
効果素子、その製造方法、磁気ヘッドは、良好な交換結
合力を有する交換結合膜を備え、安定した出力を長期間
にわたって得ることができ、その工業的価値は大なるも
のがある。
As described in detail above, the magnetoresistive effect element, the method of manufacturing the same, and the magnetic head of the present invention are provided with an exchange coupling film having a good exchange coupling force and can obtain a stable output for a long period of time. And its industrial value is great.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第1の実施の形態に係る交換結合膜
の概略断面図。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an exchange coupling film according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第2の実施の形態に係る交換結合膜
の概略断面図。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an exchange coupling film according to a second embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の第3の実施の形態に係る交換結合膜
の概略断面図。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an exchange coupling film according to a third embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の第4の実施の形態に係る交換結合膜
の概略断面図。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an exchange coupling film according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の第5の実施の形態に係る録再一体型
の磁気ヘッドの断面図。
FIG. 5 is a sectional view of a recording / reproducing integrated magnetic head according to a fifth embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の第6の実施の形態に係る磁気記録装
置の概略図。
FIG. 6 is a schematic diagram of a magnetic recording device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の実施例2に関わる特性図である。FIG. 7 is a characteristic diagram according to the second embodiment of the present invention.

【図8】 本発明の実施例2に関わる特性図である。FIG. 8 is a characteristic diagram according to the second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…基板、2…ギャップ膜、3…下地膜、3−1…第二
層、3―2、3、4…第一層、4…反強磁性体膜、5…
磁化固着層、6…非磁性層、7…磁化自由層、8…保護
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... Gap film, 3 ... Under film, 3-1 ... Second layer, 2-2, 3, 4 ... First layer, 4 ... Antiferromagnetic film, 5 ...
Magnetization fixed layer, 6: non-magnetic layer, 7: magnetization free layer, 8: protective film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 和浩 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝川崎事業所内 (72)発明者 福澤 英明 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝川崎事業所内 (72)発明者 岩崎 仁志 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝川崎事業所内 Fターム(参考) 5D034 BA03 BA15 BA16 BA17 BA18 BB01 DA07  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kazuhiro Saito 72 Horikawa-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Pref. In-house Toshiba Kawasaki Office (72) Inventor Hitoshi Iwasaki 72 Horikawa-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture F-term in Toshiba Corporation Kawasaki Office (Reference)

Claims (26)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】下地膜、反強磁性体膜、強磁性体膜がこの
順に積層された交換結合膜を具備し、前記下地膜は前記
反強磁性体膜の最近接原子間距離よりも長い最近接原子
間距離の面心立方晶系結晶構造または六方最密結晶構造
を有する金属または合金であることを特徴とする磁気抵
抗効果素子。
An exchange coupling film in which a base film, an antiferromagnetic film, and a ferromagnetic film are stacked in this order, wherein the base film is longer than a closest interatomic distance of the antiferromagnetic film. A magnetoresistive element comprising a metal or an alloy having a face-centered cubic crystal structure or a hexagonal close-packed crystal structure having a closest interatomic distance.
【請求項2】前記下地膜がTc、Re、Ru、Os、R
h、Ir、Pd、Pt、Ag、Au、Zn、Cd、A
l、Tl、Pbから選ばれる少なくとも1種を用いた単
体膜、積層膜、または合金膜であることを特徴とする請
求項1記載の磁気抵抗効果素子。
2. The method according to claim 1, wherein the underlayer is made of Tc, Re, Ru, Os, R
h, Ir, Pd, Pt, Ag, Au, Zn, Cd, A
2. The magnetoresistance effect element according to claim 1, wherein the element is a single film, a laminated film, or an alloy film using at least one selected from l, Tl, and Pb.
【請求項3】前記下地膜は前記反強磁性体膜に接する第
一層と、前記第一層に接する第二層とを有し、前記第一
層はTc、Re、Ru、Os、Rh、Ir、Pd、P
t、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Tl、Pbから選
ばれる少なくとも1種を用いた単体膜、積層膜、または
合金膜であり、前記第二層はTi、Ta、Hf、Zr、
Nb、Vから選ばれる少なくとも1種を用いた膜である
ことを特徴とする請求項1記載の磁気抵抗効果素子。
3. The underlayer has a first layer in contact with the antiferromagnetic film and a second layer in contact with the first layer, and the first layer is made of Tc, Re, Ru, Os, Rh. , Ir, Pd, P
t, Ag, Au, Zn, Cd, Al, Tl, Pb, a single film, a laminated film, or an alloy film using at least one selected from the group consisting of Ti, Ta, Hf, Zr,
2. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the film is a film using at least one selected from Nb and V.
【請求項4】下地膜、反強磁性体膜、及び強磁性体膜が
この順に積層された交換結合膜を具備し、前記下地膜
は、Ru、Rh、Ir、Cr、Re、Tc、Osから選
ばれる少なくとも1種を用いた単体膜、積層膜、または
合金膜であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
4. An exchange coupling film in which a base film, an antiferromagnetic film, and a ferromagnetic film are stacked in this order, wherein the base film is made of Ru, Rh, Ir, Cr, Re, Tc, Os. A magnetoresistive effect element comprising a single film, a laminated film, or an alloy film using at least one member selected from the group consisting of:
【請求項5】前記下地膜が、Ti、Ta、Hf、Zr、
Nb、Vから選ばれる少なくとも1種を用いた単体膜、
積層膜、または合金膜をさらに備えることを特徴とする
請求項4記載の磁気抵抗効果素子。
5. The method according to claim 1, wherein the underlayer is made of Ti, Ta, Hf, Zr,
A single film using at least one selected from Nb and V,
The magnetoresistive element according to claim 4, further comprising a laminated film or an alloy film.
【請求項6】前記下地膜が、Pd、Pt、Ag、Au、
Zn、Cd、Al、Tl、Pbから選ばれる少なくとも
一種を用いた単体膜、積層膜、または合金膜をさらに備
えることを特徴とする請求項4記載の磁気抵抗効果素
子。
6. The method according to claim 1, wherein the underlayer is made of Pd, Pt, Ag, Au,
The magnetoresistive element according to claim 4, further comprising a single film, a laminated film, or an alloy film using at least one selected from Zn, Cd, Al, Tl, and Pb.
【請求項7】前記下地膜が、Pd、Pt、Ag、Au、
Zn、Cd、Al、Tl、Pbから選ばれる少なくとも
一種を用いた単体膜、積層膜、または合金膜と、Ti、
Ta、Hf、Zr、Nb、Vから選ばれる少なくとも1
種を用いた単体膜、積層膜、または合金膜とをさらに備
えることを特徴とする請求項4記載の磁気抵抗効果素
子。
7. The method according to claim 1, wherein the underlayer is made of Pd, Pt, Ag, Au,
A single film, a stacked film, or an alloy film using at least one selected from Zn, Cd, Al, Tl, and Pb;
At least one selected from Ta, Hf, Zr, Nb, and V
The magnetoresistive element according to claim 4, further comprising a single film, a laminated film, or an alloy film using a seed.
【請求項8】前記反強磁性体膜の少なくとも一部が面心
立方晶系結晶構造を有することを特徴とする請求項1〜
7記載の磁気抵抗効果素子。
8. The method according to claim 1, wherein at least a part of the antiferromagnetic film has a face-centered cubic crystal structure.
7. The magnetoresistance effect element according to 7.
【請求項9】前記反強磁性体膜の少なくとも一部が面心
正方晶系結晶構造を有していることを特徴とする請求項
1〜7記載の磁気抵抗効果素子。
9. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein at least a part of said antiferromagnetic film has a face-centered tetragonal crystal structure.
【請求項10】前記反強磁性体膜の少なくとも一部が体
心立方晶構造を有していることを特徴とする請求項1〜
7記載の磁気抵抗効果素子。
10. The antiferromagnetic film according to claim 1, wherein at least a part of said antiferromagnetic film has a body-centered cubic structure.
7. The magnetoresistance effect element according to 7.
【請求項11】前記反強磁性体膜は、<111>軸が膜
面に対して垂直方向に向いていることを特徴とする請求
項1〜9記載の磁気抵抗効果素子。
11. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the <111> axis of the antiferromagnetic film is oriented in a direction perpendicular to the film surface.
【請求項12】前記反強磁性体膜のXRDによるロッキ
ンカーブの半値幅が15°以内であることを特徴とする
請求項1〜11記載の磁気抵抗効果素子。
12. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the half width of a rocking curve of the antiferromagnetic film by XRD is within 15 °.
【請求項13】前記反強磁性体膜がRx Mn 100-x (R
はIr、Rh、Pt、Ru、Au、Ag、Co、Pd、
Ge、Re、Ni、Cuから選ばれる少なくとも1種の
元素、5≦x≦40)を有することを特徴とする請求項
8、11、12記載の磁気抵抗効果素子。
13. The antiferromagnetic material film is composed of R x Mn 100-x (R
Are Ir, Rh, Pt, Ru, Au, Ag, Co, Pd,
13. The magnetoresistance effect element according to claim 8, wherein the element has at least one element selected from Ge, Re, Ni, and Cu, and 5 ≦ x ≦ 40).
【請求項14】前記反強磁性体膜がRx Mn 100-x (R
はPt,Ni,Pd,Crから選ばれる少なくとも1種
の元素、40≦x≦60)を有することを特徴とする請
求項10〜12記載の磁気抵抗効果素子。
14. The antiferromagnetic film is made of R x Mn 100-x (R
13. The magnetoresistive element according to claim 10, wherein the element has at least one element selected from Pt, Ni, Pd, and Cr, and 40 ≦ x ≦ 60.
【請求項15】前記反強磁性体膜が(Rx Mn1-x
100-y Fey (RはIr,Rh,Pt,Ru,Au,A
g,Co,Pd,Ge,Re,Ni,Cuから選ばれる
少なくとも一種の元素、5≦x≦40、0<y<30)
を有することを特徴とする請求項8、11、12記載の
磁気抵抗効果素子。
15. An antiferromagnetic material film comprising (R x Mn 1-x )
100-y Fe y (R is Ir, Rh, Pt, Ru, Au, A
g, at least one element selected from Co, Pd, Ge, Re, Ni and Cu, 5 ≦ x ≦ 40, 0 <y <30)
13. The magnetoresistive element according to claim 8, 11 or 12, comprising:
【請求項16】前記反強磁性体膜が(Rx Mn1-x
100-y Fey (RはPt、Ni、Pd、Crから選ばれ
る少なくとも1種の元素、40≦x≦60、0<y<3
0)を有することを特徴とする請求項10〜12記載の
磁気抵抗効果素子。
16. The method according to claim 16, wherein the antiferromagnetic film is (R x Mn 1-x ).
100-y Fe y (R is at least one element selected from Pt, Ni, Pd and Cr, 40 ≦ x ≦ 60, 0 <y <3
The magnetoresistance effect element according to claim 10, wherein 0) is satisfied.
【請求項17】前記反強磁性体膜がTa,Hf、Nb、
Si、Al、W、Zr、Ga、Be、In、Sn、V、
Mo、Os、Cd、Zn、N、Cr、Niから選ばれる
少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項1
3、14記載の磁気抵抗効果素子。
17. The antiferromagnetic film is made of Ta, Hf, Nb,
Si, Al, W, Zr, Ga, Be, In, Sn, V,
2. The composition according to claim 1, further comprising at least one selected from Mo, Os, Cd, Zn, N, Cr and Ni.
15. The magnetoresistive element according to items 3 and 14.
【請求項18】前記反強磁性体膜がTa、Hf、Nb、
Si、Al、W、Zr、Ga、Be、In、Sn、V、
Mo、Os、Cd、Zn、N、Cr、Au、Ag、C
o、Re、Geから選ばれる少なくとも一種を少なくと
も含有することを特徴とする請求項15、16記載の磁
気抵抗効果素子。
18. The antiferromagnetic film is made of Ta, Hf, Nb,
Si, Al, W, Zr, Ga, Be, In, Sn, V,
Mo, Os, Cd, Zn, N, Cr, Au, Ag, C
17. The magnetoresistive element according to claim 15, further comprising at least one selected from the group consisting of o, Re, and Ge.
【請求項19】前記下地膜と前記反強磁性体膜との界面
での原子間隔のマッチングが−6%以上、15%以下で
あることを特徴とする請求項1〜16記載の磁気抵抗効
果素子。
19. The magnetoresistive effect according to claim 1, wherein the matching of the atomic spacing at the interface between the underlayer and the antiferromagnetic film is -6% or more and 15% or less. element.
【請求項20】前記強磁性体膜にCoまたはCo合金を
用いることを特徴とする請求項1〜19記載の磁気抵抗
効果素子。
20. A magnetoresistive element according to claim 1, wherein Co or Co alloy is used for said ferromagnetic film.
【請求項21】前記反強磁性体膜の上部に前記強磁性体
膜を用いた第1の磁化固着層が、前記第1の磁化固着層
の上部に強磁性体膜を用いた磁化自由層が配置されてい
ることを特徴とする請求項1〜20記載の磁気抵抗効果
素子。
21. A first magnetization pinned layer using the ferromagnetic film on the antiferromagnetic film, and a magnetization free layer using a ferromagnetic film on the first magnetization pinned layer. 21. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein
【請求項22】前記磁化自由層の上側にさらに強磁性体
膜からなる第2の磁化固着層が配置されていることを特
徴とする請求項21記載の磁気抵抗効果素子。
22. The magnetoresistive element according to claim 21, wherein a second pinned layer made of a ferromagnetic film is further disposed above the magnetization free layer.
【請求項23】前記交換結合膜の強磁性体膜が第1の強
磁性体膜/非磁性体膜/第2の強磁性体膜の積層構造で
あることを特徴とする請求項1〜22記載の磁気抵抗効
果素子。
23. The ferromagnetic film of the exchange coupling film has a laminated structure of a first ferromagnetic film / non-magnetic film / second ferromagnetic film. The magnetoresistive effect element as described in the above.
【請求項24】下側磁気シールド層と、前記下側磁気シ
ールド層上に形成された下側再生磁気ギャップと、前記
下側再生磁気ギャップ上に形成された請求項1〜22記
載の磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子上に形
成された上側再生磁気ギャップと、前記上側再生磁気ギ
ャップ上に形成された上側磁気シールド層とを備えたこ
とを特徴とする磁気ヘッド。
24. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the lower magnetic shield layer, a lower reproducing magnetic gap formed on the lower magnetic shield layer, and the lower reproducing magnetic gap are formed on the lower reproducing magnetic gap. A magnetic head, comprising: an effect element; an upper reproducing magnetic gap formed on the magnetoresistive effect element; and an upper magnetic shield layer formed on the upper reproducing magnetic gap.
【請求項25】請求項1〜24記載の磁気ヘッドを用い
た再生ヘッドと、 磁気ディスクとを備え、前記磁気ディスクに記録された
情報を前記再生ヘッドを用いて再生することを特徴とす
る磁気ディスク装置。
25. A magnetic head comprising: a reproducing head using the magnetic head according to claim 1; and a magnetic disk, wherein information recorded on the magnetic disk is reproduced using the reproducing head. Disk device.
【請求項26】請求項1〜22記載の磁気抵抗効果素子
を製造するに際し、前記反強磁性体膜を酸素含有量0.5
重量%以下の合金ターゲットを用いて作成することを特
徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
26. The method of manufacturing a magnetoresistive element according to claim 1, wherein said antiferromagnetic film has an oxygen content of 0.5.
A method for manufacturing a magnetoresistive element, wherein the method is performed by using an alloy target of not more than weight%.
JP10371138A 1998-06-30 1998-12-25 Magnetoresistive effect element and magnetic head and magnetic disk device Pending JP2000173025A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10371138A JP2000173025A (en) 1998-09-30 1998-12-25 Magnetoresistive effect element and magnetic head and magnetic disk device
US09/343,270 US6313973B1 (en) 1998-06-30 1999-06-30 Laminated magnetorestrictive element of an exchange coupling film, an antiferromagnetic film and a ferromagnetic film and a magnetic disk drive using same

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10-277729 1998-09-30
JP27772998 1998-09-30
JP10371138A JP2000173025A (en) 1998-09-30 1998-12-25 Magnetoresistive effect element and magnetic head and magnetic disk device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000173025A true JP2000173025A (en) 2000-06-23

Family

ID=26552535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10371138A Pending JP2000173025A (en) 1998-06-30 1998-12-25 Magnetoresistive effect element and magnetic head and magnetic disk device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000173025A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006210907A (en) * 2005-01-26 2006-08-10 Headway Technologies Inc Method of forming seed layer, and cpp-gmr device, and method of fabricating same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006210907A (en) * 2005-01-26 2006-08-10 Headway Technologies Inc Method of forming seed layer, and cpp-gmr device, and method of fabricating same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6313973B1 (en) Laminated magnetorestrictive element of an exchange coupling film, an antiferromagnetic film and a ferromagnetic film and a magnetic disk drive using same
JP4421822B2 (en) Bottom spin valve magnetoresistive sensor element and manufacturing method thereof
US6917088B2 (en) Magneto-resistive devices
KR100841280B1 (en) Magnetoresistance effect device, magnetic head, magnetic recording system, and magnetic random access memory
JP3712933B2 (en) Three-layer seed layer structure for spin valve sensor
JP3557140B2 (en) Magnetoresistive element and magnetic reproducing device
KR100690492B1 (en) Magnetoresistive element, magnetic head, and magnetic memory apparatus
JP2008283197A (en) Magnetoresistive effect device, magnetoresistive effect head and magnetic recording/reproducing device
JP2007273657A (en) Magnetoresistive effect element, its manufacturing method, thin film magnetic head, head gimbal assembly, head arm assembly, and magnetic disk device
US7796364B2 (en) Current-perpendicular-to-plane sensor epitaxially grown on a bottom shield
JP3625336B2 (en) Magnetoresistive head
JP2002324307A (en) Lengthwise bias structure and its manufacturing method
JP3817399B2 (en) Magnetoresistive sensor
KR100266518B1 (en) Megnetoresistive Effect Film and Manufacturing Method Therefor
JP3247535B2 (en) Magnetoresistance effect element
US7050274B2 (en) Multilayer permanent magnet films
US7206173B2 (en) Magnetoresistive-effect element having a prominent magnetoresistive effect, and method of manufacturing same
JP2001358381A (en) Magnetic resistance effect film, magnetic resistance effect type head, and information-reproducing device
JP2007235096A (en) Magnetic resistance effect element, and thin film magnetic head
JP3872958B2 (en) Magnetoresistive element and manufacturing method thereof
JP2000068569A (en) Exchange coupled film and magneto resistive effect element using the same
JP3619475B2 (en) Magnetic laminated film, magnetic recording medium, magnetoresistive laminated film, and magnetic head
JP2000173025A (en) Magnetoresistive effect element and magnetic head and magnetic disk device
JPH1131312A (en) Double spin valve sensor
JPH07182629A (en) Magnetic sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050301

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20050414

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20050606

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060828

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060901

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061031

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070817

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071016

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20071106

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071227

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20080124

A912 Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20080328