JP2000216452A

JP2000216452A - 磁気抵抗効果膜及びそれを用いた磁気ヘッド

Info

Publication number: JP2000216452A
Application number: JP11012014A
Authority: JP
Inventors: Masashi Michijima; 正司道嶋; 和弘 ▲采▼山; Kazuhiro Uneyama; Tomohisa Komoda; 智久薦田; Ken Takahashi; 高橋　　研
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-01-20
Filing date: 1999-01-20
Publication date: 2000-08-04

Abstract

(57)【要約】【課題】基板側から下地層を介して、反強磁性体層、
強磁性体層の順に積層形成された磁気抵抗効果膜におい
て、下地層が１層でも大きな交換結合磁界と磁気抵抗変
化率が得られる磁気抵抗効果膜及びそれを用いた磁気ヘ
ッドを提供する。【解決手段】本発明に係る磁気抵抗効果膜は、基板上
に、面心立方晶の下地層、Ｍｎを含む合金からなる第一
の反強磁性体層、第一の強磁性体層、第一の非磁性体層
及び第二の強磁性体層が順に積層されてなる磁気抵抗効
果膜において、前記下地層の膜厚が７ｎｍ以上１２ｎｍ
以下であることを特徴とする。その際、前記Ｍｎを含む
合金からなる第一の反強磁性体層の膜厚は８ｎｍ以上１
９ｎｍ以下であることが好ましい。また前記第二の強磁
性体層上に、更に第二の非磁性体層、第三の強磁性体層
及び第二の反強磁性体層を順に積層しても構わない。本
発明に係る磁気ヘッドは、上記構成の磁気抵抗効果膜を
用いたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果膜及
びそれを用いた磁気ヘッドに係る。より詳細には、磁気
抵抗効果膜を構成する下地層が単層の場合でも、大きな
交換結合磁界と磁気抵抗変化率が得られる磁気抵抗効果
膜及びそれを用いた磁気ヘッドに関する。特に、本発明
は磁気記録用再生ヘッドあるいは磁気センサ等に好適に
用いられる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、磁気記録媒体及び磁気ヘッド
から構成される磁気記録装置では、記録密度の向上に伴
い、磁気ヘッドのさらなる高性能化が求められている。
このような高記録密度化に対応するため、現在の磁気ヘ
ッドは、媒体に情報を記録する際に用いる記録ヘッド、
及び、媒体に記録された情報を再生する際に用いる再生
ヘッド、に機能分離した２つのヘッド構成からなってい
る。そして、記録ヘッドには、媒体の高保磁力化に伴
い、飽和磁束密度の大きな材料が要求されている。一
方、再生ヘッドには、媒体の小型化に伴う相対速度の低
下に対応するため、従来の誘導型ヘッドに代えて、磁気
抵抗効果を利用したいわゆるＭＲヘッドを用いることで
再生出力の増加が図られている。

【０００３】近年、さらに大きな磁気抵抗変化率を示す
伝導電子のスピン依存散乱を利用した巨大磁気抵抗効果
膜（ＧＭＲ膜）が開発され、それを用いたＧＭＲヘッド
の一つとして、スピンバルブ構造を用いたヘッドが提案
されている。その一例としては、特開平４−３５８３１
０号公報に開示された技術が挙げられる。

【０００４】スピンバルブ構造は、基本的に強磁性体
層、非磁性体層、強磁性体層、反強磁性体層の４層から
構成され、交換相互作用が働かない程度に厚い膜厚の非
磁性体層を挟んで２つの強磁性体層が配置された構造と
なっている。反強磁性体層と接する強磁性体層は、反強
磁性体体との交換結合を利用することで磁化が一方向に
固定されており、固定層と呼ばれる。これに対して、非
磁性体層の下に位置する強磁性体層の磁化は外部磁界に
対して自由に回転することができるので、自由層と呼ば
れる。このような構造に外部磁界が印加されると、固定
層は磁化の方向を維持し、自由層は外部磁界の方向に回
転する。その結果、２つの強磁性体層の相対的な磁化の
向きが変化し、伝導電子のスピン依存散乱が変化して、
磁気抵抗が変化する。外部磁界に対して自由に回転する
層には、例えばＮｉＦｅ等のソフト性の高い薄膜を用い
て感度の向上を図られており、最も実用的な構造と言え
る。

【０００５】その際、交換結合を利用して片側の強磁性
層の磁化を一方向に固定する反強磁性体層の材料として
は、例えば、ＭｎにＦｅ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒ
ｈ等を添加したγ−Ｍｎ不規則合金が知られている。こ
れらのγ−Ｍｎ不規則合金を用いたスピンバルブ構造
は、通常、基板上に強磁性体層、非磁性体層、強磁性体
層、反強磁性体層の順に積層形成されており、ＮｉＦｅ
合金等からなるｆｃｃの（１１１）配向した強磁性体層
上に形成されることにより、大きな交換結合磁界を得て
いる。

【０００６】これに対して、磁気抵抗効果素子の構造に
よっては、例えば基板側から反強磁性体層、強磁性体
層、非磁性体層、強磁性体層の順に設けた、いわゆる逆
構造が必要とされる場合がある。

【０００７】また、スピンバルブ構造の磁気抵抗変化率
を増大するためにデュアルスピンバルブ構造も提案され
ている。これは基板側から、反強磁性体層、強磁性体
層、非磁性体層、強磁性体層、非磁性体層、強磁性体
層、反強磁性体層が順に積層形成された構造を持つ。こ
の構造の場合、強磁性体層の総数が２層から３層に増加
することで、ＮｉＦｅ／Ｃｕ積層膜のスピン依存散乱の
寄与が増加し、磁気抵抗変化率を増大させることができ
るという利点がある。

【０００８】しかしながら、これらの構造を実現するた
めには、反強磁性体上に強磁性体が形成された場合でも
十分大きな交換結合磁界が得られることが求められる。
ところが、このように反強磁性体上に強磁性体が形成さ
れた場合は、強磁性体上に反強磁性体が形成された場合
に比べて、交換結合磁界が低くなるという問題があっ
た。

【０００９】この交換結合磁界が低くなる問題の解決法
としては、特開平９−２４５３２０号公報に開示され
た、反強磁性体の膜厚を１０〜２５ｎｍとすることで大
きな交換結合磁界を得る方法が知られている。

【００１０】しかしながら、上記方法において採用した
構成では、Ｍｎ系反強磁性体をｆｃｃ構造にするため
に、結晶性制御層と結晶形制御層の２層が必要であり、
かつ、それら２層をスピンバルブ膜と同一真空中で連続
して形成する必要があった。特開平９−２４５３２０号
公報の実施例では、結晶形制御層としてＣｕを用いてい
るが、これは非磁性層と共通の材料である。しかし、Ｃ
ｕは比抵抗が小さく、センス電流が分流してＭＲ比が低
下するため結晶形制御層として用いることは好ましくな
い。従ってＣｕ以外の比抵抗の大きい材料を用いる必要
があるが、そうすると非磁性層と本来のスピンバルブ膜
の他に、さらに二つのターゲットが必要になり、製造装
置及び製造工程が複雑化するとともに、製品のコストア
ップも避けられないため、改善が求められていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、基板
側から下地層を介して、反強磁性体層、強磁性体層の順
に積層形成された磁気抵抗効果膜において、下地層が１
層でも大きな交換結合磁界と磁気抵抗変化率が得られる
磁気抵抗効果膜及びそれを用いた磁気ヘッドを提供する
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】大きな交換結合磁界を得
るためには、反強磁性体の結晶粒径が大きいこと、反強
磁性体と強磁性体との界面に面心立方晶のγ−Ｍｎ相が
形成されていること、が必要であるが、反強磁性体層上
に強磁性体層を形成した場合には、これらの条件が満た
されていないものと本発明者は考えた。

【００１３】このような考えに基づき、本発明者は鋭意
検討を重ねた結果、下地膜の膜厚及び反強磁性体層の膜
厚と交換結合磁界との間に密接な関係があることを見出
し、本発明を考案するに至った。

【００１４】本発明に係る磁気抵抗効果膜は、基板上
に、面心立方晶の下地層、Ｍｎを含む合金からなる第一
の反強磁性体層、第一の強磁性体層、第一の非磁性体層
及び第二の強磁性体層が順に積層されてなる磁気抵抗効
果膜において、前記下地層の膜厚が７ｎｍ以上１２ｎｍ
以下であることを特徴とする。

【００１５】前述したように、交換結合磁界は反強磁性
層の粒径に依存する。下地層の膜厚が厚いと下地層の粒
径が大きくなり、その結果反強磁性層の粒径も大きくな
るため、交換結合磁界は増加する。そのため、下地層は
７ｎｍ以上の膜厚が必要である。その際、下地層として
は、センス電流の分流による抵抗変化率の低下を防ぐた
めに比抵抗が大きい材料が好ましく、例えばＰｔが好適
に用いられる。一方、下地層の膜厚が厚くなり過ぎると
粒径の増加による界面の荒れと、センス電流の分流の増
加が生じ抵抗変化率の低下を引き起こす。従って、下地
層の膜厚には抵抗変化率の低下を防ぐために上限が存在
するが、この上限値を１２ｎｍとすることにより抵抗変
化率の低下が抑制できる。

【００１６】上記特徴において、磁気抵抗効果膜を構成
するＭｎを含む合金からなる第一の反強磁性体層の膜厚
を８ｎｍ以上１９ｎｍ以下とすることが好ましい。この
反強磁性体層の膜厚を厚くすると粒径が大きくなり交換
結合磁界は増加する傾向にあるが、厚すぎると膜の上部
にγ−Ｍｎ相が形成されにくくなるため、交換結合磁界
は低下してしまう。従って、上述したところの適度な下
地層の膜厚（７ｎｍ以上１２ｎｍ以下）を確保した上
で、反強磁性体層の膜厚の範囲を８ｎｍ以上１９ｎｍ以
下に限定することにより、下地層と基板との間に特別な
結晶性制御層を設けなくとも大きな交換結合磁界を得る
ことができる。

【００１７】また、上述した下地層及び反強磁性体層の
膜厚限定による作用及び効果は、前記第二の強磁性体層
上に、更に第二の非磁性体層、第三の強磁性体層及び第
二の反強磁性体層が順に積層された構成の磁気抵抗効果
膜でも得られる。従って、本発明は、いわゆるデュアル
スピンバルブ構造にも適用可能である。

【００１８】以上のように、基板側から、下地層、反強
磁性体層、強磁性体層、非磁性体層、強磁性体層の順に
積層形成された磁気抵抗効果膜において、下地層と反強
磁性層の膜厚を特定の範囲に限定し、下地層には比抵抗
が大きい材料を用いることで、下地層と基板の間に特別
な結晶性制御層を設けなくとも大きな交換結合磁界を得
ることができ、高い抵抗変化率を持つ磁気抵抗効果膜を
得ることができる。

【００１９】さらに、上記磁気抵抗効果膜を用いること
により、高性能の磁気ヘッドや磁界センサ等を容易に得
ることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明者は、下地層とその上に形
成される反強磁性膜の結晶構造の関係について調べた結
果、以下に述べる適正な下地層の膜厚を見出すに至っ
た。前述したように、大きな交換結合磁界を得るために
は、結晶粒径が大きいこと、強磁性体との界面にｆｃｃ
のγ−Ｍｎ相が形成されている必要がある。このために
は、基板と反強磁性層との間に適当な下地層が必要であ
る。

【００２１】そこで、本発明者は、反強磁性体の粒径は
下地層の粒径に支配されると考え、下地層の膜厚が十分
厚くない場合、下地層の粒径は小さくなりこの上に成膜
された反強磁性体の粒径も小さくなってしまい交換結合
磁界は低下するものと推定し、まず、Ｓｉ（１００）単
結晶基板上に形成されたＰｔ下地膜の粒径の膜厚依存性
を調べた。図１は、Ｓｉ（１００）単結晶基板上に形成
されたＰｔ下地層の粒径とその膜厚との関係を示すグラ
フである。Ｐｔ下地層の粒径はＡＦＭにより評価した。
図１より、下地膜の粒径は膜厚が厚くなるにつれて増加
する傾向があり、膜厚が２０ｎｍ付近で粒径がほぼ飽和
することが分かった。

【００２２】以下では、本発明の実施の形態を以下の実
施例に基づき説明する。

【００２３】（実施例１）本例では、磁気抵抗効果膜の
交換結合磁界及び抵抗変化率と下地層の膜厚との関係を
調べるため、基板上に、面心立方晶（ｆｃｃ）の下地
層、Ｍｎを含む合金からなる第一の反強磁性体層、第一
の強磁性体層（固定層）、第一の非磁性体層、第二の強
磁性体層（自由層）の順に積層形成し、図２に示す構成
の磁気抵抗効果膜を作製した。その際、下地層２２の膜
厚ｄを０〜２０［ｎｍ］の範囲で変化させた。

【００２４】具体的には、Ｓｉ（１００）の単結晶から
なる基板２１上に、下地層２２として膜厚ｄ［ｎｍ］の
Ｐｔ膜、第一の反強磁性体層２３として膜厚１０［ｎ
ｍ］のＰｔＭｎ合金膜、第一の強磁性体層（固定層）２
４として膜厚５［ｎｍ］のＮｉＦｅ合金膜と膜厚０．７
［ｎｍ］のＣｏ膜からなる積層膜、第一の非磁性体層２
５として膜厚３．２［ｎｍ］のＣｕ膜、第二の強磁性体
層（自由層）２６として膜厚０．５［ｎｍ］のＣｏ膜と
膜厚７［ｎｍ］のＮｉＦｅ合金膜からなる積層膜、を順
に積層形成した。このとき、第一の反強磁性体層２３と
なるＰｔＭｎ合金膜の作製には、Ｍｎターゲット上にＰ
ｔペレットを配置した複合ターゲットを用い、Ｐｔの組
成は９ａｔ％とした。

【００２５】本例では、上記成膜のために、ロードロッ
ク室を備えた多元スパッタ装置（不図示）を用い、プロ
セスチャンバーに基板を移動後プロセスチャンバーを５
×１０^-8以下まで排気してから、すべての層を同一真空
中で形成した。

【００２６】また、固定層２４及び自由層２６は、成膜
中に面内の互いに直交する方向に、５０Ｏｅの磁界を印
加しながら形成した。

【００２７】図３は、磁気抵抗効果膜の交換結合磁界及
び抵抗変化率と下地層の膜厚ｄとの関係を示すグラフで
あり、交換結合磁界及び抵抗変化率の各値はそれぞれの
最大値で規格化して示した。図３より、交換結合磁界
は、下地層２２の膜厚ｄが３ｎｍ付近から急峻に立ち上
がり、１３ｎｍ付近で最大となり、その後緩やかに減少
する傾向があった。一方、磁気抵抗変化率は、下地層２
２の膜厚ｄが３ｎｍ付近から急峻に立ち上がり、７〜１
２ｎｍの範囲で最大となり、その後減少することが分か
った。この結果は、粒径の増大による界面の面粗度の劣
化と下地層へのセンス電流の分流によるものと本発明者
は考えた。

【００２８】したがって、下地層２２の膜厚ｄは、大き
な交換結合磁界が得られるとともに、磁気抵抗変化率の
低下も少ない、７ｎｍ以上１２ｎｍ以下の範囲が望まし
い。

【００２９】ここで、面心立方晶（ｆｃｃ）の下地層２
２は第一の反強磁性体層２３の粒径を増大させると同時
に、γ−Ｍｎの形成を促進するために形成したものであ
るが、この下地層２２により、その上に形成される第一
の反強磁性体層２３の結晶を制御するためには、第一の
反強磁性体層２３が下地層２２の上にエピタキシャル成
長している必要がある。このような条件を満たすために
は、下地層２２と反強磁性体層２３の格子定数の不整合
を１５％程度以下に抑えることが望ましい。また、セン
ス電流の分流を抑えるためには、下地層２２の抵抗率は
高いほうが好ましい。ここでは、下地層２２としてＰｔ
を、第一の反強磁性体層２３としてＰｔＭｎを用いた例
を示したが、この組合せにおける格子の不整合は約４％
であり、Ｐｔの比抵抗は１１μΩｃｍであった。これ
は、従来のＣｕを用いた場合に比べ、高い抵抗率を持つ
ことが分かった。

【００３０】また、下地層２２として、ｆｃｃ金属、合
金であるＰｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、ＮｉＦｅ合金を用
い、Ｍｎを含む第一の反強磁性層２３として、ＰｔＭｎ
合金、ＮｉＭｎ合金、ＩｒＭｎ合金、ＲｕＭｎ合金、Ｒ
ｈＭｎ合金を用いた組合せでも、格子定数の不整合は６
％以下に抑えられ、かつ、上記下地層２２として用いた
Ｐｔ以外の材料の比抵抗もＣｕに比べて大きいことか
ら、上述した本例と同様の結果を得ることができる。

【００３１】（実施例２）本例では、磁気抵抗効果膜の
交換結合磁界とＭｎを含む第一の反強磁性体層の膜厚と
の関係を調べるため、実施例１と同様の、図２に示す構
成の磁気抵抗効果膜を作製した。その際、Ｍｎを含む第
一の反強磁性体層２３の膜厚Ｄを４〜５０［ｎｍ］の範
囲で変化させた。但し、本例では、Ｐｔからなる下地層
２２の膜厚を８ｎｍに固定した。

【００３２】他の点は実施例１と同様とし、図２に示す
構成の磁気抵抗効果膜を作製した。

【００３３】作製した磁気抵抗効果膜に対して、交換結
合磁界とＭｎを含む第一の反強磁性体層の膜厚との関係
を調べた。その結果、Ｍｎを含む第一の反強磁性体層２
３がある膜厚のとき交換結合磁界は最大値をとり、この
膜厚が厚くなるにつれて交換結合磁界が低下することが
分かった。Ｘ線回折測定により、Ｍｎを含む第一の反強
磁性体層２３の構造を調べた結果、Ｍｎを含む反強磁性
体層２３の膜厚が厚くなると、常温で反強磁性であるγ
−Ｍｎ相の回折線は弱くなり、ネール温度が常温より低
いα−Ｍｎ相の存在が顕著になることを見出した。従っ
て、交換結合磁界がある膜厚で最大値をとるのは、粒径
の増加による増大と、上述したα−Ｍｎ相の増加による
低下のバランスによって決まるためと考えられる。

【００３４】図４は、磁気抵抗効果膜の交換結合磁界と
Ｍｎを含む第一の反強磁性体層の膜厚Ｄとの関係を示す
グラフであり、交換結合磁界の各値はその最大値で規格
化して示した。図４より、交換結合磁界は、Ｍｎを含む
第一の反強磁性体層２３の膜厚Ｄの増加に伴い増大し、
その膜厚Ｄが８ｎｍ以上１９ｎｍ以下の範囲で大きな値
をとり、その後減少することが明らかとなった。従っ
て、Ｍｎを含む第一の反強磁性体層２３の膜厚Ｄは、交
換結合磁界の低下の少ない８ｎｍ以上１９ｎｍ以下の膜
厚であることが望ましい。

【００３５】（実施例３）本例では、図２に示す構成の
磁気抵抗効果膜の代わりに、図５に示す構成の磁気抵抗
効果膜を作製した点が実施例１と異なる。すなわち、図
５の磁気抵抗効果膜は、実施例１で形成された第二の強
磁性体層（自由層）上に、更に第二の非磁性体層、第三
の強磁性体層（固定層）及び第二の反強磁性体層が順に
積層形成されたものである。但し、本例では、Ｐｔから
なる下地層の膜厚を８ｎｍに固定した。

【００３６】具体的には、Ｓｉ（１００）の単結晶から
なる基板５１上に、下地層５２として膜厚８［ｎｍ］の
Ｐｔ膜、第一の反強磁性体層５３として膜厚１０［ｎ
ｍ］のＰｔＭｎ合金膜、第一の強磁性体層（固定層）５
４として膜厚５［ｎｍ］のＮｉＦｅ合金膜と膜厚０．７
［ｎｍ］のＣｏ膜からなる積層膜、第一の非磁性体層５
５として膜厚３．２［ｎｍ］のＣｕ膜、第二の強磁性体
層（自由層）５６として膜厚０．５［ｎｍ］のＣｏ膜と
膜厚７［ｎｍ］のＮｉＦｅ合金膜からなる積層膜、第二
の非磁性体層５７として膜厚３．２［ｎｍ］のＣｕ膜、
第三の強磁性体層（固定層）５８として膜厚０．７［ｎ
ｍ］のＣｏ膜と膜厚５［ｎｍ］のＮｉＦｅ合金膜からな
る積層膜、第二の反強磁性体層５９として膜厚１０［ｎ
ｍ］のＰｔＭｎ合金膜を順に積層形成した。このとき、
第一及び第二の反強磁性体層５３、５９となるＰｔＭｎ
合金膜の作製には、Ｍｎターゲット上にＰｔペレットを
配置した複合ターゲットを用い、Ｐｔの組成は９ａｔ％
とした。

【００３７】本例では、上記成膜のために、ロードロッ
ク室を備えた多元スパッタ装置（不図示）を用い、プロ
セスチャンバーに基板を移動後プロセスチャンバーを５
×１０^-8以下まで排気してから、すべての層を同一真空
中で形成した。

【００３８】また、固定層５４、５８及び自由層５６
は、成膜中に面内の互いに直交する方向に、５０Ｏｅの
磁界を印加しながら形成した。

【００３９】本例に係る構成、いわゆるデュアルスピン
バルブ構造とした磁気抵抗効果膜では、磁気抵抗曲線に
おけるピン層の階段状の曲線は現れず、基板側でも、上
側でも同様の大きな交換結合磁界が発生していることが
確認された。

【００４０】また、本例に係るデュアルスピンバルブ構
造とした磁気抵抗効果膜の抵抗変化率は、実施例１に係
る構成でＰｔ下地層の膜厚を８ｎｍとした磁気抵抗効果
膜と比較して、約１．４倍の値が得られることが分かっ
た。

【００４１】本例では、下地層５２としてＰｔを、Ｍｎ
を含む第一の反強磁性体層５３としてＰｔＭｎを用いた
例を示したが、実施例１と同様に、下地層５２として、
ｆｃｃ金属、合金であるＰｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｎｉ
Ｆｅ合金を用い、Ｍｎを含む第一の反強磁性層５３とし
て、ＰｔＭｎ合金、ＮｉＭｎ合金、ＩｒＭｎ合金、Ｒｕ
Ｍｎ合金、ＲｈＭｎ合金を用いた組合せでも、上述した
本例と同様の結果を得ることができる。

【００４２】また、本例では、第一の強磁性体層（固定
層）５４、第二の強磁性体層（自由層）５６及び第三の
強磁性体層（固定層）５８としてＮｉＦｅ合金を用いた
例について説明したが、他のＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの強
磁性体及びＦｅＣｏ、ＦｅＮｉなどの合金、あるいはこ
れらの単体又は合金の積層膜を用いても同様の結果を得
ることができる。

【００４３】（実施例４）本例では、本発明に係る磁気
抵抗効果膜を、図６に示す構成の磁気抵抗効果型ヘッド
に適用した場合について説明する。

【００４４】図６の磁気抵抗効果型ヘッドを構成する磁
気抵抗効果膜６５としては、下から順に、膜厚８ｎｍの
Ｐｔからなる下地層、Ｍｎを含む合金からなる第一の反
強磁性体層、第一の強磁性体層（固定層）、第一の非磁
性体層、第二の強磁性体層（自由層）、第二の非磁性体
層、第三の強磁性体層（固定層）、第二の反強磁性体層
を積層形成したものを用いた。

【００４５】図６の磁気抵抗効果型ヘッドは、予め下地
絶縁層（不図示）が形成された基板６１上に、下部シー
ルド層６２、第一の絶縁層６３を順次積層し、その上に
Ｔａからなる密着層６４、磁気抵抗効果膜６５、保護層
６６を順に設け、その両端に自由層の磁区を制御するた
めの磁区制御膜６７を形成した後、磁区制御膜６７上に
電極層６８を設け、次いで全体を覆うように第二の絶縁
層６９を形成した後、上部シールド層７０を形成した構
造である。

【００４６】以下では、具体的な製造方法について述べ
る。

【００４７】まず、予めＡｌ₂Ｏ₃からなる下地絶縁層
（不図示）が形成されたＡｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣからなる基板
上６１に、下部シールド層６２となるＦｅＡｌＳｉ膜を
スパッタ法により形成した。その後、下部シールド層６
２をフォトリソグラフィーとイオンミリング法により所
定のパターンに形成した。さらに、パターニングされた
下部シールド層６２上に膜厚１２０［ｎｍ］のＡｌ₂Ｏ₃
からなる第一の絶縁層６３をスパッタ法により形成し
た。

【００４８】次に、Ａｌ₂Ｏ₃からなる第一の絶縁層６３
との密着性向上のため、膜厚５［ｎｍ］のＴａ膜からな
る密着層６４をスパッタ法により形成した。

【００４９】その後、磁気抵抗効果膜６５として、膜厚
８［ｎｍ］のＰｔ膜からなる下地層、膜厚１０［ｎｍ］
のＭｎＰｔ合金膜からなる第一の反強磁性体層、膜厚５
［ｎｍ］のＮｉＦｅ合金膜及び膜厚０．７［ｎｍ］のＣ
ｏ膜の積層からなる第一の強磁性体層（固定層）、膜厚
３．２［ｎｍ］のＣｕ膜からなる第一の非磁性体層、膜
厚０．５［ｎｍ］のＣｏ膜、膜厚７［ｎｍ］のＮｉＦｅ
合金膜及び膜厚０．５［ｎｍ］のＣｏ膜の積層からなる
第二の強磁性体層（自由層）、膜厚３．２［ｎｍ］のＣ
ｕ膜からなる第二の非磁性体層、膜厚０．７［ｎｍ］の
Ｃｏ膜及び膜厚５［ｎｍ］のＮｉＦｅ合金膜の積層から
なる第三の強磁性体層（固定層）、膜厚１０［ｎｍ］の
ＭｎＰｔ合金膜からなる第二の反強磁性体層を、同一真
空中でスパッタ法により順に積層形成した。ここで、固
定層及び自由層を成膜する際は、膜面内の互いに直交す
る方向に、５０Ｏｅの磁界を印加しながら形成した。

【００５０】さらに、磁気抵抗効果膜６５上に、保護層
６６として膜厚５［ｎｍ］のＴａ膜をスパッタ法により
形成した。

【００５１】次いで、密着層６４、磁気抵抗効果膜６５
及び保護層６６を、下部シールド層６２と同様の方法で
所定のパターンに加工した後、磁気抵抗効果膜６５の両
端に接触するように膜厚３０［ｎｍ］のＣｏＰｔからな
る磁区制御膜６７を形成後、磁区制御膜６７上に、膜厚
１３０［ｎｍ］のＴａ膜／Ｃｕ膜／Ｔａ膜からなる電極
層６８をスパッタ法により成膜した。その後、磁区制御
膜６７及び電極層６８はリフトオフ法を用いてパターン
ニングした。

【００５２】次いで、全体を覆うように、膜厚１００
［ｎｍ］のＡｌ₂Ｏ₃からなる第二の絶縁層６９をスパッ
タ法で形成した後、膜厚３［μｍ］のＮｉＦｅからなる
上部シールド層７０をスパッタ法で形成し、最後にＡｌ
₂Ｏ₃からなる保護層（不図示）をスパッタ法で形成し
た。

【００５３】その後、機械研磨により、磁気抵抗効果素
子の高さが所定の寸法になるまで研磨を行った。本例で
は、磁気抵抗効果素子の幅（トラック幅）は２［μ
ｍ］、素子の高さは１［μｍ］とした。

【００５４】本例では上記構成とすることによって、実
施例３において得られた磁気抵抗効果膜と同様の、外部
磁界に対する安定性と磁界感度が向上した磁気ヘッドを
作製することができた。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板上に、面心立方晶の下地層、Ｍｎを含む合金からな
る第一の反強磁性体層、第一の強磁性体層、第一の非磁
性体層及び第二の強磁性体層が順に積層されてなる磁気
抵抗効果膜において、前記下地層の膜厚を７ｎｍ以上１
２ｎｍ以下の範囲に限定することにより、大きな交換結
合磁界と高い抵抗変化率を兼ね備えた磁気抵抗効果膜及
びそれを用いた磁気ヘッドが得られる。

【００５６】上記構成において、前記Ｍｎを含む合金か
らなる第一の反強磁性体層の膜厚を８ｎｍ以上１９ｎｍ
以下の範囲に限定すると、従来のように下地層と基板と
の間に特別な結晶性制御層を設けなくとも大きな交換結
合磁界を得ることができる。

【００５７】また、上述した下地層及び反強磁性体層の
膜厚限定による効果は、前記第二の強磁性体層上に、更
に第二の非磁性体層、第三の強磁性体層及び第二の反強
磁性体層が順に積層された構成の磁気抵抗効果膜、いわ
ゆるデュアルスピンバルブ構造にも有効であることか
ら、抵抗変化率のさらに高い磁気抵抗効果膜の提供が可
能である。

【００５８】さらに、本発明に係る磁気抵抗効果膜は、
磁気ヘッド以外の種々の磁界センサにも適用できること
は言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｓｉ（１００）単結晶基板上に形成されたＰｔ
下地層の粒径とその膜厚との関係を示すグラフである。

【図２】本発明に係る磁気抵抗効果膜の一例を示す模式
的な断面図である。

【図３】磁気抵抗効果膜の交換結合磁界及び抵抗変化率
と下地層の膜厚ｄとの関係を示すグラフである。

【図４】磁気抵抗効果膜の交換結合磁界とＭｎを含む第
一の反強磁性体層の膜厚Ｄとの関係を示すグラフであ
る。

【図５】本発明に係る磁気抵抗効果膜の他の一例を示す
模式的な断面図である。

【図６】本発明に係る磁気抵抗効果膜を用いた磁気抵抗
効果型ヘッドの一例を示す模式的な断面図である。

【符号の説明】

２１基板、２２下地層、２３第一の反強磁性体層、２４第一の強磁性体層（固定層）、２５第一の非磁性体層、２６第二の強磁性体層（自由層）、５１基板、５２下地層、５３第一の反強磁性体層、５４第一の強磁性体層（固定層）、５５第一の非磁性体層、５６第二の強磁性体層（自由層）、５７第二の非磁性体層、５８第三の強磁性体層（固定層）、５９第二の反強磁性体層、６１基板、６２下部シールド層、６３第一の絶縁層、６４密着層、６５磁気抵抗効果膜、６６保護層、６７磁区制御膜、６８電極層、６９第二の絶縁層、７０上部シールド層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者薦田智久大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者高橋研宮城県仙台市太白区人来田２丁目20−２Ｆターム(参考） 2G017 AD54 AD63 AD65 5D034 BA04 BA05 BA21 CA08 5E049 AA01 AA04 AA07 AA09 AA10 AC00 AC05 BA12 BA16 DB02 DB12 DB20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、面心立方晶の下地層、Ｍｎを
含む合金からなる第一の反強磁性体層、第一の強磁性体
層、第一の非磁性体層及び第二の強磁性体層が順に積層
されてなる磁気抵抗効果膜において、前記下地層の膜厚
が７ｎｍ以上１２ｎｍ以下であることを特徴とする磁気
抵抗効果膜。
【請求項２】前記Ｍｎを含む合金からなる第一の反強
磁性体層の膜厚が８ｎｍ以上１９ｎｍ以下であることを
特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果膜。
【請求項３】前記第二の強磁性体層上に、更に第二の
非磁性体層、第三の強磁性体層及び第二の反強磁性体層
が順に積層されていることを特徴とする請求項１に記載
の磁気抵抗効果膜。
【請求項４】前記下地層はＰｔであることを特徴とす
る請求項１に記載の磁気抵抗効果膜。
【請求項５】前記Ｍｎを含む合金からなる第一の反強
磁性体層がＰｔＭｎ合金であることを特徴とする請求項
１に記載の磁気抵抗効果膜。
【請求項６】前記第一の強磁性体層及び前記第二の強
磁性体層がＮｉＦｅ合金であることを特徴とする請求項
１に記載の磁気抵抗効果膜。
【請求項７】前記第一の強磁性体層、前記第二の強磁
性体層及び前記第三の強磁性体層がＮｉＦｅ合金である
ことを特徴とする請求項２に記載の磁気抵抗効果膜。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれか１項に記載の
磁気抵抗効果膜を用いたことを特徴とする磁気ヘッド。