JP2001237471A - 磁気抵抗効果素子とその製造方法、磁気抵抗効果型ヘッド、磁気記録装置、磁気抵抗効果メモリ素子 - Google Patents

磁気抵抗効果素子とその製造方法、磁気抵抗効果型ヘッド、磁気記録装置、磁気抵抗効果メモリ素子

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JP2001237471A JP2000057908A JP2000057908A JP2001237471A JP 2001237471 A JP2001237471 A JP 2001237471A JP 2000057908 A JP2000057908 A JP 2000057908A JP 2000057908 A JP2000057908 A JP 2000057908A JP 2001237471 A JP2001237471 A JP 2001237471A
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    • H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3263—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being symmetric, e.g. for dual spin valve, e.g. NiO/Co/Cu/Co/Cu/Co/NiO
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱的安定性と高ＭＲ比とを有する磁気抵抗効
果素子を提供する。 【解決手段】 磁気抵抗効果素子は、外部磁界により容
易に磁化回転する自由層と、第１非磁性層と、該第１非
磁性層に対して該自由層の反対側に設けられ、該外部磁
界により容易には磁化回転しない第１固定層とを含み、
該第１固定層と該自由層との少なくとも一方は、該第１
非磁性層と接する第１金属磁性膜と、第１酸化物磁性膜
とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は外部磁界に対して磁
気抵抗変化により大きな出力を生ずる磁気抵抗効果素子
と、それを用いて構成される高密度磁気記録再生に適し
た磁気抵抗効果型ヘッド、及びこれを用いたＨＤＤ等の
磁気記録装置とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＨＤＤ（ハードディスクドライ
ブ）の高密度化は著しく、媒体に記録された磁化を読み
とる再生磁気ヘッドの進歩も著しい。中でも巨大磁気抵
抗効果を利用したスピンバルブと呼ばれる磁気抵抗効果
素子（ＭＲ素子）は、現在用いられている磁気抵抗効果
型ヘッド（ＭＲヘッド）の感度を大幅に上昇されるもの
として盛んに研究されている。
【０００３】スピンバルブは、非磁性層を介して２つの
強磁性体層が配置され、一方の磁性層（固定層）の磁化
方向を磁化回転抑制層（ピンニング層）による交換バイ
アス磁界で固定し（この時の強磁性体層と磁化回転抑制
層を合わせて交換結合膜と呼ぶ）、もう一方の磁性層
（自由層）の磁化方向を外部磁界に応じて比較的自由に
動かすことにより、固定層と自由層の磁化方向の相対角
度を変化させて、電気抵抗の変化を生じさせるものであ
る。
【０００４】スピンバルブ膜に用いられる材料として
は、当初、磁性膜としてＮｉ−Ｆｅ膜、非磁性膜として
Ｃｕ、磁化回転抑制層としてＦｅ−Ｍｎを用いたもので
磁気抵抗変化率（ＭＲ比）が約２％のものが提案された
（ジャーナル オブマグネティズム アンド マグネテ
ィック マテリアルズ ９３ 第１０１項 （１９９１
年） （Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ
ａｎｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ９
３，ｐ１０１，１９９１））。このように、磁化回転抑
制層としてＦｅＭｎ膜を用いたものはＭＲ比が小さく、
またブロッキング温度（磁化回転抑制層による固定層の
磁化固定効果が無くなる温度）が十分高くなく、またＦ
ｅＭｎ自体に耐食性に難点があるので、種種の磁化回転
抑制層を用いたスピンバルブ膜が提案されている。中で
も、ＰｔＭｎ系は耐食性と熱的安定性が良く、ＮｉＯや
α−Ｆｅ2Ｏ3等の酸化物を磁化回転抑制層として用いた
スピンバルブ膜は、ＭＲ比が１５％以上と飛躍的に大き
いものが得られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＮｉＯ
膜の場合はブロッキング温度が十分高くなく、ＮｉＯス
ピンバルブ膜の熱的安定性には問題がある。
【０００６】また、α−Ｆｅ2Ｏ3スピンバルブ膜も金属
磁性膜のピン止め効果が弱い欠点があり、特にデュアル
スピンバルブ構造や固定層上にα−Ｆｅ2Ｏ3を付けた構
造のスピンバルブとした場合、上部のα−Ｆｅ2Ｏ3膜に
おいてこの傾向が顕著である。ＰｔＭｎ系は、熱的安定
性に優れるもののＮｉＯやα−Ｆｅ2Ｏ3ほど大きなＭＲ
比が得られない課題がある。従って、ＰｔＭｎ系のよう
な熱的安定性と、ＮｉＯやα−Ｆｅ2Ｏ3系のような大き
なＭＲ比の両立が一つの課題であった。
【０００７】更により磁気抵抗効果を示す金属膜部の総
膜厚が薄く、より大きなＭＲ比を示す磁気抵抗効果素子
を得るのが課題であった。
【０００８】本発明の目的は、熱的安定性と高ＭＲ比と
を有する磁気抵抗効果素子とその製造方法、磁気抵抗効
果型ヘッド、磁気記録装置、磁気抵抗効果メモリ素子を
提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに本発明では以下に詳細を述べる固定層に金属磁性膜
と酸化物磁性膜との積層膜を用いることを特長とする。
この構成とすることにより、より大きなＭＲ比を得るの
が可能となり、例えばこの構成で磁化回転抑制層にＰｔ
Ｍｎ系等を用いれば、熱的安定性と高ＭＲ比の両立が可
能となる。
【００１０】本発明に係る磁気抵抗効果素子は、外部磁
界により容易に磁化回転する自由層と、第１非磁性層
と、該第１非磁性層に対して該自由層の反対側に設けら
れ、該外部磁界により容易には磁化回転しない第１固定
層とを含み、該第１固定層と該自由層との少なくとも一
方は、該第１非磁性層と接する第１金属磁性膜と、第１
酸化物磁性膜とを含み、そのことにより上記目的が達成
される。
【００１１】前記第１固定層は、前記第１金属磁性膜
と、前記第１酸化物磁性膜とを含んでもよい。
【００１２】前記自由層に対して前記第１非磁性層の反
対側に設けられる第２非磁性層と、該第２非磁性層に対
して該自由層の反対側に設けられ、該外部磁界により容
易には磁化回転しない第２固定層とをさらに含んでもよ
い。
【００１３】前記自由層は、前記第１金属磁性膜と、前
記第１酸化物磁性膜とを含んでもよい。
【００１４】前記自由層に対して前記第１非磁性層の反
対側に設けられ、平坦性の良好な酸化物非磁性膜をさら
に含んでもよい。
【００１５】前記第１酸化物磁性膜と磁気的に結合する
磁化回転抑制層をさらに含んでもよい。
【００１６】前記自由層は、前記酸化物磁性膜に対して
前記第１金属磁性膜の反対側に設けられる第２金属磁性
膜をさらに含んでもよい。
【００１７】前記第１固定層と磁気的に結合するが磁化
回転抑制層をさらに含んでもよい。
【００１８】前記第１固定層は、前記第１酸化物磁性膜
に対して前記第１金属磁性膜の反対側に設けられる第２
金属磁性膜をさらに含んでもよい。
【００１９】前記第１固定層は、前記第１酸化物磁性膜
に対して前記第１金属磁性膜の反対側に設けられる第２
金属磁性膜と、第３金属磁性膜と、該第２金属磁性膜と
該第３金属磁性膜とを反強磁性的に交換結合する交換結
合用非磁性膜とをさらに含んでもよい。
【００２０】前記第１固定層は、前記第１酸化物磁性膜
に対して前記第１金属磁性膜の反対側に設けられる非磁
性膜と、該非磁性膜を介して該第１酸化物磁性膜と磁気
的に交換結合する第２酸化物磁性膜をさらに含んでもよ
い。
【００２１】前記第１酸化物磁性膜は、Fe元素を含有し
てもよい。
【００２２】前記第１酸化物磁性膜は、Fe元素とＸ元素
とを含有してもよい。ただしXはAl,Si,B,Nから成る群よ
り選ばれる１種もしくは２種以上の元素である。
【００２３】前記第１酸化物磁性膜は、ＭFe2Ｏ4（Ｍは
Fe,Co,Niから選ばれる１種もしくは２種以上の元素）を
主成分としてもよい。
【００２４】前記第１酸化物磁性膜は、Fe3Ｏ4を主成分
としてもよい。
【００２５】前記第１酸化物磁性膜は、CoFe2Ｏ4を主成
分としてもよい。
【００２６】前記磁化回転抑制層は、Ｐ-Mn系（ＰはPt,
Ni,Pd,Ir,Rh,Ru,Crから選ばれる１種もしくは２種以上
の元素）合金より成ってもよい。
【００２７】前記磁化回転抑制層は、α-Fe2O3、NiOの
いずれか、もしくはこれらの積層膜から成ってもよい。
【００２８】前記該磁化回転抑制層は、(ＡＢ)2OX層か
ら成ることを特長とする請求項６記載の磁気抵抗効果素
子。ただし（ＡＢ)2OXとはＡとＢ元素を足したものとO
元素との比が2:Xであることを示し、Oは酸素原子2.8<X<
3.2の条件を満足し、かつ原子Ａ、Ｂ、O のイオン半径
をそれぞれRa,Rb,Roとして次式 t=(Ra+Ro)/(√2・(Rb+Ro)) で定義されるｔが0.8<t<0.97であることを満足するもの
である。
【００２９】前記(ＡＢ)2OX層のＢがFeを主成分とする
遷移金属元素であってもよい。
【００３０】前記(ＡＢ)2OX層のＡが（Y,Laを含む）希
土類元素から選ばれる１種もしくは２種以上の元素であ
ってもよい。
【００３１】前記第１酸化物磁性膜は、前記第１金属磁
性膜の酸化物であってもよい。
【００３２】前記第１金属磁性膜は、Co-Fe合金からな
ってもよい。
【００３３】特に該自由層は、非磁性膜と、前記非磁性
膜を介して反強磁性的に交換結合した、膜厚または飽和
磁化の異なる２つの金属磁性膜とを含んでもよい。
【００３４】前記磁気抵抗効果素子の膜面の上下に配置
される電極をさらに含み、電流を前記膜面に垂直に流し
てもよい。
【００３５】本発明に係る磁気抵抗効果型ヘッドは、本
発明に係る磁気抵抗効果素子と、シールド部とを具備
し、そのことにより上記目的が達成される。
【００３６】本発明に係る他の磁気抵抗効果型ヘッド
は、本発明に係る磁気抵抗効果素子と、 検知すべき磁
界を前記磁気抵抗素子に導入するヨークとを具備し、そ
のことにより上記目的が達成される。
【００３７】本発明に係る磁気記録装置は、本発明に係
る磁気抵抗効果型ヘッドと、記録媒体と該磁気抵抗効果
型ヘッドとのトラッキングを制御するサーボ部と、該磁
気抵抗効果型ヘッドが該記録媒体に記録再生する信号を
処理する信号処理部とを備え、そのことにより上記目的
が達成される。
【００３８】本発明に係る磁気抵抗効果メモリ素子は、
本発明に係る磁気抵抗効果素子と、該磁気抵抗効果素子
から情報を読み出すための情報読出用導体線と、該情報
を記録するための情報記録用導体線とを具備し、そのこ
とにより上記目的が達成される。
【００３９】本発明に係る磁気抵抗効果素子の製造方法
は、本発明に係る磁気抵抗効果素子の製造方法であっ
て、前記第１酸化物磁性膜を、酸化物ターゲットを用い
てスパッタ法により形成する第１工程を包含し、そのこ
とにより上記目的が達成される。
【００４０】前記酸化物ターゲットはFe3O4を含んでも
よい。
【００４１】前記第１工程は、不活性ガスと酸素ガスと
を用いてスパッタ法により前記第１酸化物磁性膜を形成
する第２工程を包含してもよい。
【００４２】前記第１工程は、不活性ガスと酸素ガスと
を用いてスパッタ法により前記第１酸化物磁性膜を形成
する第２工程を包含してもよい。
【００４３】前記酸化物ターゲットはCoFe2O4を含んで
もよい。
【００４４】本発明に係る他の磁気抵抗効果素子の製造
方法は、基板上に直接または下地層を介して、外部磁界
により容易に磁化回転する自由層、非磁性層、外部磁界
により容易には磁化回転しない固定層の金属磁性膜を順
次積層する第１の工程と、該固定層の該金属磁性膜の表
面を酸化させる第２の工程と、該金属磁性膜の表面上に
酸化物磁性膜を形成する第３の工程と、該酸化物磁性膜
の上に磁化回転抑制層を更に形成する第４の工程とを包
含し、そのことにより上記目的が達成される。
【００４５】前記第２の工程は、プラズマ酸化法を含ん
でもよい。
【００４６】前記第２の工程は、酸素ラジカル源から発
生した酸素ラジカルにより、前記金属磁性膜の前記表面
を酸化する工程を含んでもよい。
【００４７】前記第２の工程は、自然酸化法を含んでも
よい。
【００４８】前記第２の工程は、イオン源より発生した
酸素イオンを用いて前記金属磁性膜の前記表面を酸化す
る工程を含んでもよい。
【００４９】本発明に係るさらに他の磁気抵抗効果素子
の製造方法は、基板上に直接または下地層を介して、外
部磁界により容易に磁化回転する自由層、非磁性層、外
部磁界により容易には磁化回転しない固定層の第１金属
磁性膜を順次積層する第１の工程と、該固定層の酸化物
磁性膜を反応性スパッタリング法により形成する第２の
工程と、該酸化物磁性膜その上に該固定層の第２金属磁
性膜を形成する第３の工程と、該第２金属磁性膜上に磁
化回転抑制層を更に形成する第４の工程とを包含し、そ
のことにより上記目的が達成される。
【００５０】
【発明の実施の形態】本発明のスピンバルブ膜を構成す
るには図１に示したように、磁性膜（自由層５）／非磁
性層４／［金属磁性膜３２／酸化物磁性膜３１］（固定
層３）／磁化回転抑制層２（ピンニング層）なる構成と
し、非磁性層４と固定層３の金属磁性膜３２が接し、磁
化回転抑制層２と固定層３の酸化物磁性膜３１が接する
構成とする。
【００５１】又、図２に示したように上記の非磁性層４
と接しない自由層５の面に酸化物非磁性膜６を付けても
良い。この時自由層５と酸化物非磁性層６の界面は平坦
であることが重要である。
【００５２】更に図３に示したように磁化回転抑制層２
（ピンニング層）／［酸化物磁性膜３１／金属磁性膜３
２］（固定層３）／非磁性層４／磁性膜（自由層５）／
非磁性層４／［金属磁性膜３２／酸化物磁性膜３１］
（固定層３）／磁化回転抑制層２（ピンニング層）なる
構成としても良い。
【００５３】また本発明は図５Ａに示したように自由層
５Ａが該非磁性層４と接する金属磁性膜５１と酸化物磁
性膜５２の積層膜より構成しても良い。図５Ａの固定層
３Ｄには金属磁性膜と酸化物磁性膜を積層したものを用
いても良い。
【００５４】特に自由層５Ｂが図６に示したように［金
属磁性膜５１／酸化物磁性膜５２／金属磁性膜５１］よ
り構成されても良い。
【００５５】これら図５Ａ、６に示したものの固定層は
図７に示すような磁化回転抑制層２と接する構成として
も良い。更にその固定層３Ｄを図１、２，あるいは後述
する図４と同様の構成としても良いし、図８に示したよ
うに固定層を［金属磁性膜３２／酸化物磁性膜３１／金
属磁性膜３２］で構成しても良い。
【００５６】なお図７、８の自由層を図５Ａのような構
成としても良い。
【００５７】これら酸化物磁性膜としてはＦｅ元素を含
有するものが望ましい。例えばＦｅ元素とＸ元素を含有
するＦｅ−Ｘ（Ｘは原子％で４〜３０％）系のものが軟
磁気特性と高抵抗を兼ね備えている。ただしＸはＡｌ，
Ｓｉ，Ｂ，Ｎから成る群より選ばれる１種もしくは２種
以上の元素である。成膜法としてはＦｅ−Ａｌ，Ｆｅ−
Ｓｉ，Ｆｅ−Ｂ等をターゲットに用いて、酸素や窒素を
用いた反応スパッタ法によりＦｅＡｌＯ， ＦｅＳｉ
Ｏ，ＦｅＢＯ，ＦｅＡｌＯＮ，ＦｅＳｉＯＮ，ＦｅＢＯ
Ｎ，ＦｅＡｌＳｉＯ，ＦｅＡｌＳｉＯＮ等が形成出来
る。以下に述べるＭＦｅ2Ｏ4系よりは抵抗が低いが成膜
条件や組成で抵抗の調整が可能である利点がある。
【００５８】又上記酸化物磁性膜はＭＦｅ2Ｏ4（ＭはＦ
ｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選ばれる１種もしくは２種以上の元
素）を主成分として構成することが望ましい。
【００５９】この場合の酸化物磁性膜にはＦｅ3Ｏ4を主
成分として構成すれば上記のＦｅ−Ｘ系より更に高抵抗
となり、ＣｏＦｅ2Ｏ4を主成分とするものを用いれば更
に高抵抗となり、この場合は硬質磁気特性を示すため固
定層の一部として使用するのに適している。
【００６０】上記ピンニング層はＰ−Ｍｎ系（ＰはＰ
ｔ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｃｒから選ばれる
１種もしくは２種以上の元素）合金より成ることをが望
ましいが、α−Ｆｅ2Ｏ3、ＮｉＯのいずれか、もしくは
これらの積層膜で構成されても良いし、（ＡＢ）2ＯX膜
で構成されても良い。ただし（ＡＢ）2ＯXとはＡとＢ元
素を足したものとＯ元素との比が２：Ｘであることを示
し、Ｏは酸素原子で２．８＜Ｘ＜３．２の条件を満足
し、かつ原子Ａ、Ｂ、Ｏ のイオン半径をそれぞれＲ
ａ，Ｒｂ，Ｒｏとして次式 ｔ＝（Ｒａ＋Ｒｏ）／（√２・（Ｒｂ＋Ｒｏ）） で定義されるｔが０．８＜ｔ＜０．９７であることを満
足するものである。
【００６１】この場合（ＡＢ）2ＯX層のＢはＦｅを主成
分とする遷移金属元素であることが望ましく、Ａは
（Ｙ，Ｌａを含む）希土類元素から選ばれる１種もしく
は２種以上の元素であることが望ましい。
【００６２】これらの膜はスパッタ法等により基板上に
形成されるが、図１に示したようにピンニング層が下に
くる場合はピンニング層としてα−Ｆｅ2Ｏ3、ＮｉＯ、
（ＡＢ）2ＯX膜を用いることが望ましく、図１とは上下
逆の構成でピンニング層が上に来る場合にはＰ−Ｍｎ系
が望ましい。ただしＰｔ−Ｍｎ系は上下どちらにも対応
可能である。
【００６３】図２についても同様であり、図３において
は上下のピンニング層を別々に望ましいものを用いても
良い。
【００６４】特殊な場合として図４に示したように該固
定層３Ａが該非磁性層４と接する金属磁性膜３２と、非
磁性膜３３を介して磁気的に交換結合をしている酸化物
磁性膜３１の積層膜より構成されても良い。
【００６５】更には以上述べた図１〜２，図４，図５
Ａ，図８を適当に組み合わせた図９〜１３のような構成
としても良い。
【００６６】図９は図８の構成の上下を逆とし、自由層
５は図１〜３の構成のように単層としたものであるが、
自由層５の軟磁気特性を向上させるために下地層７を設
けたものである。
【００６７】図１０は図８の構成を基本として、自由層
５に単層膜を用い、上部に酸化物非磁性膜６を設けた構
成のものである。又磁化回転抑制層２の特性を向上させ
るために下地層７を設けている。
【００６８】図１１Ａは図１０の構成を基本として、磁
化回転抑制層２と接する金属磁性膜３２ともう一つの金
属磁性膜３２を非磁性膜３３を介して、図４の固定層３
Ａのように磁気的に交換結合させているものである。通
常、この交換結合は反強磁性的のものを用い、これによ
り磁化回転抑制層２のピンニング効果を高める効果が得
られる。この場合は図４とは異なり、金属磁性膜３２を
用いている。なおこの場合は自由層５の上には図１０と
異なり酸化物非磁性膜は無いが、上部にはキャップとし
て酸化膜を設けても良いし、金属の保護膜を設けても良
い。
【００６９】以上述べた磁気抵抗効果素子では通常膜面
内に電流を流すが、酸化物磁性層を有するため、特に電
極を素子の膜面の上下に配置し、電流を膜面に垂直に流
す構成とすることが可能である。
【００７０】本発明の磁気抵抗効果型ヘッドは、図１４
Ａ，１４Ｂ、図１５に示したように本発明の磁気抵抗効
果素子９に、更にシールド１０、１５を具備してなるも
のと、検知すべき磁界を磁気抵抗効果素子９に導入すべ
く設けられたを軟磁性体を用いて構成されるヨーク１６
を具備してなることを特長とする２種類のものである。
図１４Ａはハードバイアス部１２を有し、図１４Ｂは反
強磁性バイアス部１２Ａを有する構成となっている。
【００７１】図では膜面内を電流が流れる構成とした
が、図１４Ａ、１４Ｂのリード部１３をＭＲ素子９の膜
面上下につけ、上部シールド１５及び下部シールド１０
とつなげば膜面垂直に電流が流れる構成となり、狭ギャ
ップ化に対して有利な構造となる（ただしこの場合ハー
ドバイアス部１２と素子９を絶縁するか、ハードバイア
ス部１２を絶縁物で構成する必要がある。） 図１６は以上述べた磁気ヘッドを用いて作製される磁気
記録装置１６００の構成図である。磁気記録装置は情報
を記録するディスク１６０４、記録・再生する磁気ヘッ
ド部１６０１、信号処理部１６０３、ヘッドとディスク
のトラッキングをするサーボ部１６０２より成り立って
いる。本発明の磁気ヘッドを用いたこの磁気記録装置で
は従来より高密度記録が可能である。
【００７２】以上に述べた磁気抵抗効果素子に、更に情
報を読み出すためのセンス線２３と、情報を記録するた
めのワード線２２とを具備すれば図１７に示すような磁
気抵抗効果メモリ素子１７００となり、これらの素子を
マトリックス状に配置すれば所謂ＭＲＡＭ（磁気抵抗ラ
ンダムアクセスメモリ）が構成される。
【００７３】以下本発明の磁気抵抗効果素子、磁気抵抗
効果型ヘッド、磁気抵抗メモリ素子を図面に基づいて詳
細に説明する。
【００７４】図１に本発明の磁気抵抗効果素子１００の
構成を示す断面図の一例を示す。図１では、基板１上
に、磁化回転抑制層２、固定層３（酸化物磁性膜３１／
金属磁性膜３２）、非磁性層４、自由層５が順次積層さ
れている。固定層３の酸化物磁性膜３１の磁化は、磁化
回転抑制層２による交換バイアス磁界によりピン止めさ
れており、酸化物磁性膜３３と金属磁性膜３２は強磁性
的に結合しているため、金属磁性膜３２の磁化も酸化物
磁性膜３３の磁化と同じ方向にピン止めされている。一
方の磁性体である自由層５は、非磁性層４により、固定
層３より磁気的に分離されているので、外部からの磁界
により比較的自由に動くことができる。一般的に二つの
磁性層の磁化方向が反平行の場合は電子は［磁性層／非
磁性層］界面で散乱され素子の抵抗は高くなる。
【００７５】これに対して磁化方向が同じ場合は界面で
の電子の散乱は少なく素子の抵抗は低くなる。従って、
固定層３と自由層５の磁化の角度が相対的に変化し、そ
れによって、素子の電気抵抗が変化する。磁気抵抗セン
サーとしては、図１の自由層５に電極を付けて電流を流
し、外部からの磁界により生じた抵抗変化を電気信号と
して読みとることができる。又図１の基板１の上の構造
（磁化回転抑制層２〜自由層５）を上下逆にしても良
い。この場合は電極は上部の磁化回転抑制層２と酸化物
磁性膜３３を取り除き、金属磁性膜３２と接する必要が
ある。なお図１には磁化回転抑制層２を示したが、固定
層３自体が容易に磁化回転しない保磁力の大きな硬質磁
性膜であれば、磁化回転抑制層２は不要である。
【００７６】なお、図１において磁化回転抑制層２は必
ずしも必要ではない。例えば酸化物磁性膜３１が保磁力
の大きな硬質磁性膜であれば、これと金属磁性膜３２が
磁気的に結合して、磁化回転抑制層２無しでも固定層と
しての役割を十分果たし、磁気抵抗効果素子が構成出来
る。
【００７７】本発明者らは、磁気抵抗を支配する要因が
［磁性層／非磁性層］界面でほぼ決まり、磁性層が金属
膜である場合はその膜厚が増加するとシャント効果によ
りＲとΔＲが減少することに着目して、図１に示したよ
うに非磁性層４と固定層３との界面は金属／金属界面と
し、残りの固定層の部分は酸化物磁性膜としてシャント
効果によるＲとΔＲの低減を改善している。これにより
素子全体の抵抗Ｒを高くでき、素子の出力は抵抗変化量
ΔＲと素子電流Ｉの積：Ｉ×ΔＲに比例するため、その
出力の向上が可能となる。これに対して、図で酸化物磁
性膜３１が無い場合、スピンバルブ膜の抵抗Ｒは小さく
なり、特に磁化回転抑制層２が金属膜である場合このＲ
の減少は顕著であり、ＭＲ比（磁気抵抗化率）：ΔＲ／
Ｒが同じ値を出せたとしても出力は減少する。なお酸化
物磁性膜３１と金属磁性膜３２の界面は凹凸が０．５ｎ
ｍ以下の平坦性を有することが望ましい。平坦性が悪い
と磁性層の磁化が平行の場合でも抵抗が高くなりＭＲ比
が低下するからである。
【００７８】一般的に磁化回転抑制層が金属膜より酸化
膜の場合の方が大きなＭＲ比が得られるが、ピン止めさ
れる磁性膜（固定層）が金属膜の場合はそのピン止め効
果が弱い欠点がある。上述のように磁化回転抑制層と接
する固定層を酸化物磁性膜とすることによりこの課題は
改善される。
【００７９】図２は更に自由層５の表面に平坦性に優れ
た酸化物非磁性膜６を設けて表面での電子を鏡面反射さ
せ、これにより磁性層の磁化が平行な場合の抵抗をより
低くして大きなＭＲ比を得ようとする磁気抵抗効果素子
２００である。この場合も酸化物非磁性膜６と自由層５
の界面は、凹凸が０．５ｎｍ以下の平坦性を有すること
が望ましく、そうでないと十分な反射効果が得られな
い。
【００８０】なお自由層５の軟磁気特性を劣化させない
ものであれば上記の酸化膜は平坦性の良好な酸化物磁性
膜でも良い。又自由層５の表面に電子を鏡面反射する金
属反射膜即ちＡｇ，Ａｕ膜を設けても良い。この場合は
金属反射膜は厚すぎるとシャント効果でＭＲ比が低下す
るので、１０ｎｍ以下、望ましくは３ｎｍ以下とするの
がよい。
【００８１】この場合も金属反射膜と自由層５の界面
は、凹凸が０．５ｎｍ以下の平坦性を有することが望ま
しく、そうでない場合には十分な反射効果は得られな
い。更にこの金属反射膜の上に上述の酸化物非磁性膜を
設けても良い。又図２に示した構造を上下逆にしても良
い。
【００８２】上下逆にした場合は電極は上部の磁化回転
抑制層２と酸化物磁性膜３１を取り除き、金属磁性膜３
２と接する必要がある。
【００８３】図３は本発明を用いたデュアルスピンバル
ブ構造の磁気抵抗効果素子３００で、一般的に図１の構
造に比べて、電子が磁気的散乱を受ける［磁性層／非磁
性層］界面が増加するためより大きなＭＲ比が得られる
のがその特長である。従来の場合、酸化物磁性膜３１が
無かったため、素子全体の抵抗Ｒは減少し、ΔＲはさほ
ど増加せず出力的には大きな改善とならない課題があっ
たが、図３に示した構造とすることにより、２つの酸化
物磁性膜３１で挟まれた中を主に電流は流れるためＲの
減少は少なく、かつＭＲ比は増大するため大きな出力を
得ることが可能となる。この場合は電極は上部の磁化回
転抑制層２と酸化物磁性膜３１を取り除き、金属磁性膜
３２と接する必要がある。
【００８４】図４は特殊な場合として固定層３Ａが非磁
性層４と接する金属磁性膜３２と、非磁性膜３３を介し
て磁気的に交換結合をしている二つの酸化物磁性膜３１
の積層膜より構成されている磁気抵抗効果素子４００で
ある。図４において酸化物磁性膜３１は非磁性膜３３を
介して磁気的に交換結合し、外部磁界により容易には磁
化回転しない。これと金属磁性膜３２が磁気的に結合す
ることにより全体として固定層３Ａを構成している。更
に酸化物磁性膜３１と該非磁性膜３３との間に新たな金
属磁性膜を設けて、非磁性膜３３を介した二つの酸化物
磁性膜３１の間の交換結合を強化しても良い。
【００８５】なお図には示さなかったが更に基板１と酸
化物磁性膜３１の間に図１〜図３と同様に磁化回転抑制
層２を設けても良い。
【００８６】上述したものは固定層に酸化物磁性膜を用
いたものであるが図５〜図８に示したように自由層に酸
化物磁性膜を用いても良い。
【００８７】図５Ａにおいては自由層５Ａは非磁性層４
と接する金属磁性膜５１と酸化物磁性膜５２より構成さ
れており、自由層がすべて金属磁性膜の場合より大きな
ＭＲ比が得られ、かつ素子５００Ａ全体の金属部の総膜
厚を低減出来る長所がある。ただしこの場合酸化物磁性
膜５２は軟磁性を示すものが望ましい。また図では固定
層３は単層膜で示したが、図５Ｂに示したように金属磁
性膜３２と酸化物磁性膜３１との積層膜でも良い。
【００８８】図６の素子６００も同様の効果が得られる
長所の他、酸化物磁性膜５２を２ｎｍ以下に薄くすれ
ば、その酸化物磁性膜５２の軟磁気特性は図５の場合ほ
ど厳密に必要ではない。
【００８９】いずれの場合も酸化物磁性膜５２は抵抗が
高いことが望ましい。
【００９０】図７は固定層３が磁化回転抑制層２により
ピンニングされているタイプの構成例で、また図８は特
に固定層３Ｂが［金属磁性膜３２／酸化物磁性膜３１／
金属磁性膜３２］より成ることを特徴とするものであ
る。図７の場合は磁化回転抑制層２が酸化物の方が大き
なＭＲ比が得られ、図８の場合は固定層３Ｂの中央の酸
化物磁性膜３１の抵抗が高い方が大きなＭＲ比が得られ
る。
【００９１】図９は図８の構成の上下を逆とし、自由層
は図１〜図３の構成のように単層としたものであるが、
自由層５の軟磁気特性を向上させるために下地層７を設
けたものである。
【００９２】図１０は図８の構成を基本として、自由層
に単層膜を用い、上部に酸化物非磁性膜６を設けた構成
のものである。又磁化回転抑制層２の特性を向上させる
ために下地層７を設けている。この場合は上部に設けた
酸化物非磁性膜６と自由層５の界面を平坦とすることに
より、ＭＲ比が大きくなる効果が得られる。
【００９３】図１１Ａは図１０の構成を基本として、磁
化回転抑制層２と接する磁性層（金属磁性膜３２）とも
う一つの磁性層（金属磁性膜３２）を非磁性膜３３を介
して、図４の固定層３Ａのように磁気的に交換結合させ
てものであるが、この場合は図４とは異なり、金属磁性
膜３２を用いている。非磁性膜３３の膜厚を適当な値
（例えばＲｕを用いてその膜厚を０．６〜０．８ｎｍ）
とすることにより、この交換結合を反強磁性的とするこ
とが可能である。これにより磁化回転抑制層２のピンニ
ング効果を高める効果が得られる。
【００９４】また反強磁性的結合とすることにより、こ
の磁気抵抗効果素子１１００をスピンバルブヘッドに用
いた場合、固定層３Ｃ全体による自由層５へのバイアス
磁界を低減出来る効果が得られる。なおこの場合は自由
層５の上には図１０と異なり酸化物非磁性膜６は無い
が、上部にはキャップとして酸化膜を設けても良いし、
金属の保護膜を設けても良い。
【００９５】図１２は特に自由層５Ｃが非磁性膜５３を
介して反強磁性的に交換結合した、膜厚または飽和磁化
の異なる２層の強磁性膜（金属磁性膜５１）からなるも
のを用いた素子である。非磁性膜５３を介して二つの強
磁性膜は反平行となっており、自由層５Ｃ全体での磁化
は二つの磁性膜の膜厚をそれぞれｄ１，ｄ２とし、飽和
磁化をそれぞれＭｓ１，Ｍｓ２とするとＭｓ１・ｄ１−
Ｍｓ２・ｄ２となり、全体での反磁界係数を小さくする
ことが出来る。一般に素子幅が小さくなると反磁界係数
が大きくなり、磁気抵抗素子やヘッドの場合はその感度
が劣化し、メモリ素子の場合は磁化反転の際のワード線
の電流を増加させる要因となるが、この構造とすること
によりその課題が解決される。
【００９６】図１３は図６と図１２の素子構造を融合さ
せたもので、自由層５Ｄの磁性膜の一方に酸化物磁性膜
５２を挿入し、更に大きなＭＲ比を得ようとするもので
ある。
【００９７】磁化回転抑制層２としては金属膜としては
不規則合金系のＩｒ−Ｍｎ，Ｒｈ−Ｍｎ，Ｒｕ−Ｍｎ，
Ｃｒ−Ｐｔ−Ｍｎ等があり、磁界中で成膜することによ
り磁性膜と交換結合させることができ工程が簡便となる
利点がある。これらの膜を用いて素子を形成する場合は
図１，２とは上下逆の構成とすることが望ましく、図３
では上の磁化回転抑制層２に用いることが望ましい。一
方規則合金系のＮｉ−Ｍｎ，Ｐｔ−（Ｐｄ）−Ｍｎ等は
規則化のための熱処理が必要であるが、熱的安定性に優
れている。一般的にはこれらも磁気抵抗効果素子に用い
る場合は図１，２とは上下逆の構成が望ましく、図３で
は上の磁化回転抑制層２に用いることが望ましい。なお
Ｐｔ−Ｍｎ系は上下どちらでも使用出来き、ピンニング
効果も大きく、かつ熱的にも安定なため望ましい特長を
有するが、これら金属膜を磁化回転抑制層２に用いた素
子は大きなＭＲ比が得られない欠点があった。本発明は
この欠点を補い磁化回転抑制層２にこれら金属系を用い
ても大きなＭＲ比を得ることが可能である。
【００９８】磁化回転抑制層２として酸化膜を用いる場
合は上述したように（ＡＢ）2ＯX、ＮｉＯ、α−Ｆｅ2
Ｏ3等の酸化膜化膜があり、これらを用いると大きなＭ
Ｒ比が得られ、本発明の構成とすることにより、より大
きなＭＲ比が得られる。ＮｉＯは熱的安定性にやや課題
があるのでα−Ｆｅ2Ｏ3と積層構造にするとより望まし
い。（ＡＢ）2ＯX膜はそれ自体の耐熱性に優れるが成膜
時に基板加熱が必要である。（ＡＢ）2ＯXにおいてはＡ
はイオン半径の大きい元素で、Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓ
ｍ，Ｙ等の希土類元素が望ましく、Ｂはイオン半径が小
さい遷移金属が望ましく、ピン止め効果が高温まである
磁化回転抑制層としては特にＦｅが望ましい。
【００９９】図に示した磁気抵抗素子の自由層５として
は、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金が適している。Ｎｉ−Ｃｏ−
Ｆｅ膜の原子組成比としては、ＮｉxＣｏyＦｅz ０．６≦ｘ≦０．９ ０≦ｙ≦０．４ ０≦ｚ≦０．３ のＮｉ−ｒｉｃｈの軟磁性膜、もしくは、Ｎｉx’Ｃ
ｏy’Ｆｅz’ ０≦ｘ’≦０．４ ０．２≦ｙ’≦０．９５ ０≦ｚ’≦０．５ のＣｏ−ｒｉｃｈ膜を用いるのが望ましい。これらの組
成の膜はセンサーやＭＲヘッド用として要求される低磁
歪特性（１×１０−５）を有する。
【０１００】自由層５の膜厚としては１ｎｍ以上１０ｎ
ｍ以下がよい。膜厚が厚いとシャント効果でＭＲ比が低
下するが、薄すぎると軟磁気特性が劣化する。より望ま
しくは２ｎｍ以上７ｎｍ以下がよい。
【０１０１】固定層の金属磁性膜３２としては、Ｃｏま
たはＣｏ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金等
の材料が優れている。特にＣｏまたはＣｏ−Ｆｅ合金が
大きなＭＲ比を得るのに良いので非磁性層４との界面に
はＣｏ−ｒｉｃｈを用いることが望ましい。
【０１０２】固定層の酸化物磁性膜３１としてはＭＦｅ
2Ｏ4（ＭはＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選ばれる１種もしくは
２種以上の元素）が望ましい。これらは比較的高温まで
強磁性を示し、Ｆｅ−ｒｉｃｈに比べＣｏ，Ｎｉ−ｒｉ
ｃｈは極めて抵抗が高い。又Ｃｏ−ｒｉｃｈは磁気異方
性が大きい特長があるので、これらの組成比の調整によ
り所望の特性のものが得られる。軟磁気特性や飽和磁化
の観点からはＦｅ3Ｏ4を主成分とするものが望ましい。
【０１０３】又金属磁性膜３２と酸化物磁性膜３１より
成る固定層３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃには、磁気異方性が大
きく保磁力が大きいＣｏＦｅ2Ｏ4を主成分とするものが
望ましい。
【０１０４】酸化物磁性膜３１の作製法としては、膜厚
を０．１ｎｍのオーダーで精密にコントロールする場合
はターゲットに酸化物を用い、スパッタ法により成膜す
ることが望ましい。
【０１０５】上記の場合、例えばＦｅ3Ｏ4、あるいはＣ
ｏＦｅ2Ｏ4を主成分とするターゲットを用いてＡｒガス
等の不活性ガスによりスパッタすれば、Ｆｅ3Ｏ4やＣｏ
Ｆｅ 2Ｏ4膜の精密な膜厚コントロールが可能であり、又
スパッタ室内に酸素ガスを流す必要がないためスパッタ
室を高真空に保つことが可能である。
【０１０６】時としてＭＦｅ2Ｏ4をターゲットに用いて
も、出来る膜中のＯ（酸素）が、少なくなる場合や、タ
ーゲットからＯが抜けて、膜中のＯが少なくなる場合が
あるが、この場合はスパッタガスに適当量（通常は不活
性スパッタガスとの分圧比で１０％以下が望ましい）の
酸素ガスを加えてスパッタすれば、所望の膜組成が得ら
れる。
【０１０７】固定層３の別の材料としては、金属磁性膜
３２とその酸化物を酸化物磁性膜３１として用いること
ができる。この場合、酸化物磁性膜として新たにスパッ
タリングターゲットを用意する必要がなく、生産が容易
となる。特に金属磁性膜３２として、Ｃｏ−Ｆｅ膜を用
いた場合、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ膜は良好な酸化物磁性膜３１
となる。
【０１０８】このとき、酸化物磁性膜３１の形成方法と
しては、種種の方法がある。まず一つはあらかじめ金属
磁性膜３２を形成しておいて、その後、金属磁性膜３２
の表面を酸化させる方法である。金属磁性膜３２の表面
を酸化させる方法は、プラズマ酸化法、自然酸化法、ラ
ジカルガンを用いる方法、イオンガンを用いる方法など
がある。プラズマ酸化法とは、真空チャンバー中で酸素
ガスを流しながら、金属膜表面と電極との間にｒｆまた
はＤＣの電位差を与え、膜表面と電極との間にプラズマ
を発生させ、そのプラズマによって金属膜表面を酸化さ
せるものである。金属膜表面のダメージも大きいが、比
較的高抵抗の酸化膜が形成される。
【０１０９】自然酸化法は、金属膜を一度大気に暴露す
るという方法もあるが、大気中では、湿度が一定でない
等の問題もあり、より望ましくは、真空チャンバーに大
気圧以下の圧力に酸素ガスを導入し、金属膜の表面を酸
化する方法がよい。
【０１１０】また、ラジカルガンを用いる方法は、ガン
の内部の放電によって発生した酸素ラジカルを、金属膜
表面に照射して酸化させる方法で、比較的金属膜にダメ
ージ少なく表面だけ酸化させるのに有効な方法である。
【０１１１】また、ラジカルではなくイオンを用いても
膜表面を酸化することができる。イオン源としては、熱
フィラメントを用いるカウフマン型、ＥＣＲ放電を利用
するタイプなどいろいろあるが、いずれも本発明では有
効である。この場合、イオンガンで発生した酸素イオン
を加速電圧を印可して、金属表面にぶつける。加速電圧
としては、あまり高すぎると金属膜のダメージが大きく
なるのでせいぜい５００Ｖ以下、望ましくは２００Ｖ以
下とするのがよい。
【０１１２】固定層３の全体の膜厚は１ｎｍ以上１０ｎ
ｍ以下がよい。
【０１１３】また、ＭＲ比を更に大きくするために、強
磁性体層（固定層３または自由層５）と非磁性層４の界
面に界面磁性層を挿入するのも有効である。自由層５は
軟磁気特性が必要なためＮｉ−ｒｉｃｈが良いが、非磁
性層４と接する自由層５の界面磁性層にはＣｏ−ｒｉｃ
ｈを用い、その他はＮｉ−ｒｉｃｈとするれば軟磁気特
性を損なうことなく高ＭＲ比とすることが可能である。
又図３の様な構造では自由層５の中心には上記のＮｉ−
ｒｉｃｈを用い非磁性層４との界面にはＣｏ−ｒｉｃｈ
を用いるのが望ましい。自由層５の界面磁性層の膜厚が
厚いと、軟磁気特性が劣化しＭＲ比の磁界感度が低下す
るので、界面磁性層の膜厚は２ｎｍ以下、望ましくは
１．８ｎｍ以下とする必要がある。またこの界面磁性層
が有効に働くためには、少なくとも０．２ｎｍ以上の膜
厚は必要であり、望ましくは０．８ｎｍ以上の膜厚がよ
い。界面磁性層の材料としては、ＣｏまたはＣｏ高濃度
のＣｏ−Ｆｅ合金が優れている。
【０１１４】図４や図１１の非磁性膜３３及び図１２，
１３の非磁性膜５３には磁性層間の交換結合を生じやす
い非磁性金属膜が望ましく、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕでも良い
が、界面の熱的安定性からはＲｕ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｅ等
のほうがより望ましく、特にＲｕが優れている。更図４
で、酸化物磁性膜３１と該非磁性膜３３との間に設ける
場合の金属磁性膜としては、Ｃｏ−ｒｉｃｈの金属磁性
膜が望ましい。この金属磁性膜の挿入により非磁性膜３
３を介した二つの酸化物磁性膜３１の間の交換結合を強
化することが可能である。
【０１１５】自由層５と固定層３の間の非磁性層４とし
ては、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｒｕなどがあるが、特にＣｕ
が優れている。非磁性層４の膜厚としては、磁性層間の
相互作用を弱くするために少なくとも０．９ｎｍ以上は
必要である。また非磁性層４が厚くなるとＭＲ比が低下
してしまうので膜厚は１０ｎｍ以下、望ましくは３ｎｍ
以下とするべきである。又この非磁性層４の膜厚が３ｎ
ｍ以下の場合は図１〜図３の構成において、基板１から
この非磁性層４までの各層の平坦性は重要で、平坦性が
悪いと、非磁性層４で磁気的に分離されているはずの二
つの磁性層（金属磁性膜３２と自由層５）の間に磁気的
結合が生じてＭＲ比の劣化と感度の低下が生ずる。従っ
て磁性層／非磁性層の界面の凹凸は０．５ｎｍ以下であ
ることが望ましい。
【０１１６】基板１としては、ガラス、ＭｇＯ、Ｓｉ、
Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ基板等表面の比較的平滑なものを用
いる。ＭＲヘッドを作製する場合には、Ａｌ２Ｏ３−Ｔ
ｉＣ基板が適している。
【０１１７】なお以上述べた各層の構成方法としては、
スパッタリング法が適している。スパッタリング法とし
てはＤＣスパッタリング法、ＲＦスパッタリング法、イ
オンビームスパッタリング法などがあるが、いずれの方
法でも本発明の磁気抵抗効果素子を作製できる。
【０１１８】以上述べたような本発明の磁気抵抗効果素
子を用いて、磁気抵抗効果型ヘッドを構成することがで
きる。図１４ＡにＭＲヘッドの一例としてハード膜バイ
アス型のＭＲヘッド１４００Ａの構成の一例を示す。図
１４ＡではＭＲ素子９は上部および下部のシールドギャ
ップ１１、１４に挟まれるように構成されている。シー
ルドギャップ材としては、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＡｌＮ
等の絶縁膜が使われる。
【０１１９】上部および下部シールド１０、１５として
はＮｉ−Ｆｅ（−Ｃｏ），Ｃｏ−Ｎｂ−Ｚｒ， Ｆｅ−
Ｔａ−Ｎ合金などの軟磁性膜が使われる。Ｎｉ−Ｆｅ
（−Ｃｏ）系はメッキ法で作製でき、Ｃｏ−Ｎｂ−Ｚｒ
系は耐食性に優れ、異方性の制御性が良い。Ｆｅ−Ｔａ
−Ｎ系は高温熱処理に強く、上述の（ＡＢ）2ＯX系のよ
うに基板温度を高温で成膜する必要のある磁化回転抑制
層を使用する場合有効である。
【０１２０】ＭＲ素子９の磁区制御には、Ｃｏ−Ｐｔ合
金等のハード膜より成るハードバイアス部１２のバイア
ス磁界を用いる。ＭＲ素子９はシールドギャップ１１、
１４によってシールド１０、１５等と絶縁されており、
リード部１３を介して電流を流すことにより、ＭＲ素子
９の抵抗変化を読みとる。
【０１２１】将来のハードディスクドライブの高密度化
を考慮すると、記録波長を短くする必要性があり、その
ためには図１４Ａに示したシールド間の距離ｄを短くす
る必要がある。そのためには図１４Ａから明らかな様
に、ＭＲ素子９を薄くする必要があり、少なくとも２０
ｎｍ以下とするのが望ましい。酸化物の磁化回転抑制層
２は、絶縁膜であるので、実質的にＭＲ素子９と言うよ
りは下部シールドギャップ１１の一部ととらえることが
でき、この目的に適した構造といえる。
【０１２２】またＭＲ素子９においては、自由層の磁化
回転時にバルクハウゼンノイズの発生を押さえるため
に、図１，２、３、４の自由層５の磁化容易軸は、検知
すべき信号磁界方向に垂直となるように、固定層３の磁
化容易軸は検知すべき磁界方向と平行になるように構成
されているのがよい。
【０１２３】図１４Ａに示したものはハードバイアス部
１２を有するものであるが、図１４Ｂに示すものはこれ
に代わって反強磁性バイアス部１２Ａを有するものであ
る。高密度化にともないシールドギャップは狭くなり、
ハードバイアス部１２からの磁界がシールド部に吸収さ
れＭＲ素子９の自由層５へのバイアス磁界が弱くなる問
題があるが、この反強磁性バイアス部１２Ａを有する構
造ではこの課題が解決される長所がある。ただしこの場
合はＭＲ素子９の反強磁性膜と反強磁性バイアス部１２
Ａの反強磁性膜を異なるものとした方が素子１４００Ｂ
は形成しやすく、例えばＭＲ素子９にはＰｔＭｎ系を反
強磁性バイアス部１２ＡにはＩｒＭｎ系等を使用すれば
良い。
【０１２４】なお、以上は従来の横型ＧＭＲヘッドにつ
いて説明したが、本発明は縦型のＧＭＲヘッドに対して
も有効である。横型ＧＭＲヘッドが検知する磁界に対し
て電流方向が垂直であるのに対して、縦型ＧＭＲヘッド
は磁界に対して平行に電流を流すのを特徴とする。
【０１２５】本発明の磁気ヘッドの一例として図１４
Ａ、１４Ｂのシールド型とは別なヨーク型ヘッド１５０
０を図１５に示す。図１５において１６はＭＲ素子９に
検知すべき信号磁界をガイドする軟磁性膜で構成された
ヨークで、通常このヨークは導電性の金属磁性膜を用い
るため、ＭＲ素子９とショートしないように絶縁膜１７
が設けられる。又このヘッド１５００はヨーク１６を用
いるため感度では図１４Ａ、１４Ｂのタイプのヘッド１
４００Ａ、１４００Ｂより劣るが、図１４Ａ、１４Ｂの
ようにシールドギャップ中にＭＲ素子９を置く必要がな
いため超狭ギャップ化では有利である。
【０１２６】これらの磁気ヘッド１４００Ａ、１４００
Ｂ、１５００は再生感度に優れているため、これら磁気
ヘッドを用いてＨＤＤ等の磁気記録装置をすると、４０
Ｇｂ／ｉｎｃｈ2を越えるような高密度な磁気記録装置
が可能となる。
【０１２７】図１７は本発明の磁気抵抗効果素子を用い
たメモリ素子の一例である。メモリ素子１７００は本発
明の［自由層／非磁性層／固定層］を有する磁気抵抗効
果素子９、磁気抵抗効果素子９とは絶縁された情報記録
用導体線（ワード線）２２、磁気抵抗効果素子９と電極
２１によりつながれた情報読出用導体線（センス線）２
３を有する。図では本発明の磁気抵抗効果素子９の膜面
の上下に電極２１を有する構造のものを示しているが磁
気抵抗効果素子９の左右に電極を有する構造としても良
い。又固定層３の下に磁化回転抑制層を付けても良い。
【０１２８】図においてワード線２２に電流を流し、こ
れにより発生する磁界により、磁気抵抗効果素子９の自
由層５の磁化を反転して情報を書き込みを行う。再生は
再度ワード線２２に電流を流して自由層５の磁化を反転
し、その時の抵抗変化をセンス線２３により情報の読み
出しを行う。この場合は固定層３の磁化反転を行わず、
自由層５の磁化反転のみを行い、固定層３との磁化の方
向が平行か反平行かで磁気抵抗効果素子９の抵抗が異な
ることより”１”，”０”状態の識別を行う。
【０１２９】上記の場合は情報読出の際に情報が消され
る破壊読出であるが、ワード線２２に電流を流して、固
定層３も自由層５も磁化反転を起こす磁界を発生させ、
固定層３に情報を記録し、読み出しはワード線２２に上
記より弱い電流を流して、固定層３の磁化反転は起こさ
ず自由層５の磁化反転のみ起こす磁界を発生して自由層
５の磁化反転のみを起こし、これに伴う抵抗変化によ
り” １”，”０”状態を識別すれば非破壊読み出しが
可能である。ただしこの場合固定層３用と自由層５用の
異なる反転磁界の設定が必要なため、動作はやや複雑と
なる。
【０１３０】これら磁気抵抗メモリ素子１７００を複数
個マトリックス状に配置し、ワード線を各ＭＲ素子９上
で直交する配置として、ワード線２２から発生する合成
磁界によりＭＲ素子９への情報の書き込み、読み出しを
行えば、所謂ＭＲＡＭが構成される。このＭＲＡＭは従
来の半導体ＤＲＡＭと異なり、不揮発性で、ソフトエラ
ーも無く次世代固体メモリとして有望である。
【０１３１】
【実施例】本発明の磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効
果型ヘッド、磁気抵抗効果メモリ素子について以下具体
的な実施例を用いて説明する。
【０１３２】（実施例１）多元スパッタリング装置を用
いて図１に示した構成から磁化回転抑制層２の無い磁気
抵抗効果素子を作製した。基板１にはＳｉを用い、非磁
性層４用としてはＣｕを、自由層５用にはＮｉ0.68Ｆｅ
0.20Ｃｏ0.12を主に用い、固定層３の金属磁性膜３２用
としてＣｏ0.9Ｆｅ0.1の合金ターゲットを用いた。又固
定層３の酸化物磁性膜３１用にはＣｏＦｅ2Ｏ4を用い
た。真空チャンバー内を１×１０-8Ｔｏｒｒ以下まで排
気した後、Ａｒガスを約０．８ｍＴｏｒｒになるように
流しながら、ガラス基板上に、スパッタリング法を用い
て、下記の実施例サンプル１Ａの構成の磁気抵抗効果素
子を作製した。又比較のためＣｏＦｅ2Ｏ4を用いない従
来例試料も作製した。
【０１３３】実施例サンプル１Ａ ＮｉＦｅＣｏ（５）
／Ｃｕ（２））／ＣｏＦｅ（２）／ＣｏＦｅ２Ｏ４
（５） （かっこ内は各層の膜厚をｎｍ単位で示したものであ
る） このようにして作製した磁気抵抗効果素子のＭＲ特性を
室温で最高２００ｋＡ／ｍの磁界を印可して、直流４端
子法で評価した。その結果ＭＲ比が１６％という高い値
を得ることに成功した。一方ＣｏＦｅ2Ｏ4を用いない従
来例試料は特性のばらつきが大きく、ＭＲ比も１０％を
越えるものは得られなかった。以下ＭＲ比は％の値で示
すこととする。
【０１３４】（実施例２）多元スパッタリング装置を用
いて図１に示した構成の磁気抵抗効果素子１００を作製
した。基板１にはＳｉを用い、磁化回転抑制層２用のタ
ーゲットには焼結したＮｉＯ、α−Ｆｅ2Ｏ3、ＡＢＯ3
（Ａ＝Ｌａ；Ｂ＝Ｆｅ）を、又合金ターゲットとしてＰ
ｔ0.5Ｍｎ0.5、Ｉｒ0.2Ｍｎ0.8を用いた。
【０１３５】非磁性層４１用としてはＣｕを、自由層５
用にはＮｉ0.68Ｆｅ0.20Ｃｏ0.12を主に用い、自由層５
の界面磁性膜用と固定層３の金属磁性膜３２用としてＣ
ｏ0. 9Ｆｅ0.1の合金ターゲットを用いた。又固定層３の
酸化物磁性膜３１用にはＦｅ 3Ｏ4を用いた。真空チャン
バー内を１×１０-8Ｔｏｒｒ以下まで排気した後、Ａｒ
ガスを約０．８ｍＴｏｒｒになるように流しながら、ガ
ラス基板上に、スパッタリング法を用いて、下記の構成
の磁気抵抗効果素子を作製した。又比較のためＦｅ3Ｏ4
を用いない試料も作製した（従来例サンプルＡ〜Ｄ） 従来例サンプルＡ ＮｉＦｅＣｏ（３）／ＣｏＦｅ
（１）／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（２．５）／ＰｔＭｎ
（２０） 従来例サンプルＢ ＮｉＦｅＣｏ（３）／ＣｏＦｅ
（１）／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（２．５）／ＩｒＭｎ
（１５） 従来例サンプルＣ ＮｉＯ（１０）／α−Ｆｅ2Ｏ3（２
０）／ＣｏＦｅ（２．５）／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ
（１）／ＮｉＦｅＣｏ（３） 従来例サンプルＤ ＬａＦｅＯ3（４０）／ＣｏＦｅ
（２．５）／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（１）／ＮｉＦｅＣ
ｏ（３） 実施例サンプル１ ＮｉＦｅＣｏ（３）／ＣｏＦｅ
（１）／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（１）／Ｆｅ3Ｏ4（１．
５）／ＰｔＭｎ（２０） 実施例サンプル２ ＮｉＦｅＣｏ（３）／ＣｏＦｅ
（１）／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（１）／Ｆｅ3Ｏ4（１．
５）／ＮｉＦｅＣｏ（３） 実施例サンプル３ ＮｉＯ（１０）／α−Ｆｅ2Ｏ3（２
０）／Ｆｅ3Ｏ4（１．５）／ＣｏＦｅ（１）／Ｃｕ
（２）／ＣｏＦｅ（１）／ＮｉＦｅＣｏ（３） 実施例サンプル４ ＬａＦｅＯ3（４０）／Ｆｅ3Ｏ
4（１．５）／ＣｏＦｅ（１）／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ
（１）／ＮｉＦｅＣｏ（３） ただし従来例サンプルＡ、Ｂ、実施例サンプル１，２は
図１とは上下逆の構造である。また上記試料ではＮｉＦ
ｅＣｏ（３）／ＣｏＦｅ（１）が自由層５に対応し、従
来例サンプルＡ〜ＤではＣｏＦｅ（２．５）が固定層３
に対応し、実施例サンプル１〜４ではＣｏＦｅ（１）／
Ｆｅ3Ｏ4（１．５）が固定層３に対応する。
【０１３６】このようにして作製した磁気抵抗効果素子
のＭＲ特性を室温で最高２００ｋＡ／ｍの磁界を印可し
て、直流４端子法で評価した。素子のピン止め磁界をＨ
ｐとし、測定結果を（表１）に示した。
【０１３７】
【表１】
【０１３８】（表１）に示した実験結果より従来例サン
プルＡ〜Ｄが本発明構造とすることによりＭＲ比が増加
し、酸化物磁化回転抑制層２を用いたもののＨｐが改善
されていることがわかる。
【０１３９】（実施例３）実施例１と同様に、多元スパ
ッタリング装置を用い図２に示した構造の磁気抵抗効果
素子２００を作製した。酸化物非磁性膜６はＡｌターゲ
ットを用い、ＡｒとＯ２の混合ガスによる反応スパッタ
によりＡｌ2Ｏ3膜を作製した。図２に示すような磁気抵
抗効果素子２００を作製した。
【０１４０】実施例サンプル５ ＰｔＭｎ（２０）／Ｆ
ｅ3Ｏ4（１．５）／ＣｏＦｅ（１）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ
Ｆｅ（１）／ＮｉＦｅＣｏ（３）／Ａｌ2Ｏ3（２） 実施例サンプル６ Ａｌ2Ｏ3（２）／ＮｉＦｅＣｏ
（３）／ＣｏＦｅ（１）／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（１）
／Ｆｅ3Ｏ4（１．５）／ＩｒＭｎ（１５） ただし実施例サンプル６は図２とは逆の構造となってい
る。このようにして作製した磁気抵抗効果素子のＭＲ特
性を室温で最高２００ｋＡ／ｍの磁界を印可して、直流
４端子法で評価した。素子のピン止め磁界をＨｐとし、
測定結果を表２に示した。
【０１４１】
【表２】
【０１４２】（表２）の結果と表１の実施例サンプル
１、２を比較するとＭＲ比が改善されていることがわか
る。
【０１４３】（実施例４）多元スパッタリング装置を用
いて図５Ｂ及び図７に示した構成の磁気抵抗効果素子５
００Ａ、７００を作製した。基板１にはＳｉを用い、タ
ーゲットとして非磁性層４用としてはＣｕを、自由層５
Ａ、５Ｂの金属磁性膜５１用にはＮｉ0.68Ｆｅ0.20Ｃｏ
0.12を、酸化物磁性膜５２用にはＦｅ3Ｏ4を用いた。
【０１４４】図５Ｂの固定層３用にはＣｏ0.9Ｆｅ0.1と
ＣｏＦｅ2Ｏ4の積層膜を用い、図７の固定層３Ｄ用にＣ
ｏ0.9Ｆｅ0.1を、また磁化回転抑制層２用にα−Ｆｅ2
Ｏ3を用いた。
【０１４５】真空チャンバー内を１×１０-8Ｔｏｒｒ以
下まで排気した後、Ａｒガスを約０．８ｍＴｏｒｒにな
るように流しながら、ガラス基板上に、スパッタリング
法を用いて、下記の構成の磁気抵抗効果素子５００Ｂ、
７００を作製した。
【０１４６】実施例サンプル７ ＣｏＦｅ2Ｏ4（５０）
／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（２）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ0.68Ｆｅ
0.20Ｃｏ0.12（４）／Ｆｅ3Ｏ4（１） 実施例サンプル８ α−Ｆｅ2Ｏ3（５０）／Ｃｏ0.9Ｆ
ｅ0.1（２）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ0.68Ｆｅ0.20Ｃｏ0.12
（２）／Ｆｅ3Ｏ4（１）／Ｎｉ0.68Ｆｅ0.20Ｃｏ
0.12（３） このようにして作製した磁気抵抗効果素子５００Ｂ、７
００のＭＲ特性を室温で最高２００ｋＡ／ｍの磁界を印
可して、直流４端子法で評価した。素子のピン止め磁界
をＨｐとし、測定結果を（表３）に示した。
【０１４７】
【表３】
【０１４８】（表３）に示したＨｐの特性を更に改善す
るには固定層３をＲｕ等の非磁性膜を介して交換結合し
た磁性膜を用いることが有効である。
【０１４９】この場合酸化物磁性膜３１の膜厚を低減す
ることも可能となる。又上記実施例では感度の観点から
自由層５ＢにＮｉＦｅＣｏ膜を用いているが、ＣｏＦｅ
を用いれば更に大きなＭＲ比が得られる。
【０１５０】この観点から更にタ−ゲットにＲｕを用い
て以下の構成の磁気抵抗効果素子を同様に作製した。
【０１５１】実施例サンプル９ α−Ｆｅ2Ｏ3（３０）
／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（２）／Ｒｕ（０．７）／ＣｏＦｅ
（２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（４）／Ｆｅ3Ｏ4
（１） このようにして作製した磁気抵抗効果素子のＭＲ特性を
室温で最高２００ｋＡ／ｍの磁界を印可して、直流４端
子法で評価した。素子のピン止め磁界をＨｐとし、測定
結果を（表４）に示した。
【０１５２】
【表４】
【０１５３】このようにＭＲ比もＨｐも更に改善できる
ことがわかった。
【０１５４】（実施例５）多元スパッタリング装置を用
いて図７及び図８に示した構成の磁気抵抗効果素子７０
０、８００を作製した。基板１にはＳｉを用い、ターゲ
ットとして非磁性層４用としてはＣｕを、自由層５Ｂの
金属磁性膜５１用にはＮｉ0.8Ｆｅ0.2とＣｏ0.9Ｆｅ0.1
を、酸化物磁性膜５２用にはＦｅ3Ｏ4を用いた。図７の
固定層３Ｄ用にはＣｏ0.9Ｆｅ0.1を、磁化回転抑制層２
にはα−Ｆｅ2Ｏ3を用い、図８の固定層３Ｂ用にＣｏ
0.9Ｆｅ0.1とＦｅ3Ｏ4を、磁化回転抑制層２用にＰｔＭ
ｎを、またＰｔＭｎと基板１の間のバッファ層としてＴ
ａを用いた。真空チャンバー内を１×１０-8Ｔｏｒｒ以
下まで排気した後、Ａｒガスを約０．８ｍＴｏｒｒにな
るように流しながら、ガラス基板上に、スパッタリング
法を用いて、下記の構成の磁気抵抗効果素子を作製し
た。
【０１５５】実施例サンプル１０ α−Ｆｅ2Ｏ3（５
０）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ0.9Ｆ
ｅ0.1（２）／Ｆｅ3Ｏ4（１）／Ｎｉ0.8Ｆｅ0.2（３） 実施例サンプル１１ Ｔａ（５）／ＰｔＭｎ（１５）／
Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（２）／Ｆｅ3Ｏ4（１）／Ｃｏ0.9Ｆｅ
0.1（２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（５） 実施例サンプル１２ Ｔａ（５）／ＰｔＭｎ（１５）／
Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（２）／Ｆｅ3Ｏ4（１）／Ｃｏ0.9Ｆｅ
0.1（２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（２）／Ｆｅ3
Ｏ4（１） ／Ｎｉ0.8Ｆｅ0.2（３） このようにして作製した磁気抵抗効果素子のＭＲ特性を
室温で最高２００ｋＡ／ｍの磁界を印可して、直流４端
子法で評価した。素子のピン止め磁界をＨｐとし、測定
結果を（表５）に示した。
【０１５６】
【表５】
【０１５７】（実施例６）多元スパッタリング装置を用
い図４に示した構造の磁気抵抗効果素子４００を作製し
た。
【０１５８】基板１にはＳｉを用い、非磁性層４用とし
てはＣｕを、自由層５用にはＮｉ0. 68Ｆｅ0.20Ｃｏ0.12
を主に用い、固定層３Ａの金属磁性膜３２用としてＣｏ
0.9Ｆｅ0.1の合金ターゲットを用いた。又固定層３Ａの
酸化物磁性膜３１用にはＦｅ3Ｏ4を用いた。真空チャン
バー内を１×１０-8Ｔｏｒｒ以下まで排気した後、Ａｒ
ガスを約０．８ｍＴｏｒｒになるように流しながら、ガ
ラス基板上に、スパッタリング法を用いて、下記の構成
の磁気抵抗効果素子を作製した。
【０１５９】実施例サンプル１３ ＮｉＦｅＣｏ（４）
／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（２）／Ｆｅ3Ｏ4（２）／Ｒｕ
（０．７）／Ｆｅ3Ｏ4（３） 実施例サンプル１４ ＮｉＦｅＣｏ（４）／Ｃｕ（２）
／ＣｏＦｅ（２）／Ｆｅ3Ｏ4（２）／ＣｏＦｅ（２）／
Ｒｕ（０．７）／ＣｏＦｅ（２）／Ｆｅ3Ｏ4（３） このようにして作製した磁気抵抗効果素子のＭＲ特性を
室温で最高２００ｋＡ／ｍの磁界を印可して、直流４端
子法で評価した。測定結果を（表６）に示した。
【０１６０】
【表６】
【０１６１】大きなＭＲ比が両者で、また実施例サンプ
ル１４ではより大きなＨｐが得られることがわかった。
【０１６２】実施例サンプル１３、１４のＦｅ3Ｏ
4（３）に更に磁化回転抑制層としてＰｔＭｎを付加す
ることによりＨｐは、それぞれ約６０，８０ｋＡ／ｍと
更に大きくなることがわかった。
【０１６３】（実施例７）次に本発明の実施例サンプル
１、５、１０の磁気抵抗効果素子をＭＲ素子９として用
いて、図１４Ａに示すようなＭＲヘッド１４００Ａを構
成して、特性を評価した。この場合、基板としてはＡｌ
2Ｏ3−ＴｉＣ基板を用い、シールド１０、１５材にはＮ
ｉ0.8Ｆｅ0.2合金を用い、シールドギャップ１１、１４
にはＡｌ2Ｏ3を用いた。
【０１６４】またハードバイアス部１２にはＣｏ−Ｐｔ
合金を用い、リード部１３をＡｕで構成した。
【０１６５】また、自由層５の磁化容易方向が検知すべ
き信号磁界方向と垂直になるように、固定層３の磁化容
易軸の方向が検知すべき信号磁界方向と平行になるよう
に磁性膜に異方性を付与した。この方法は、磁気抵抗効
果素子を作成後、まず、磁界中２８０℃で熱処理して、
固定層３の容易方向を規定した後、更に、２００℃で熱
処理して、自由層５の容易軸を規定して行った。
【０１６６】これらのヘッドに、センス電流として直流
電流を流し、約３ｋＡ／ｍの交流信号磁界を印加してヘ
ッドの出力を評価し、本発明のＭＲ素子を用いたＭＲヘ
ッドの出力を、従来例サンプルＡの磁気抵抗効果素子を
ＭＲ素子部９に用いて同様に試作したヘッドの出力と比
較した。その結果を以下に示す。
【０１６７】
【表７】
【０１６８】この様に本発明磁気ヘッドは従来のものに
比較して大きな出力が得られることがわかった。
【０１６９】（実施例８）実施例１と同様の方法で、図
３に示すデュアル構造の磁気抵抗素子３００を作成し
た。
【０１７０】実施例サンプル１５ ＰｔＭｎ（２０）／
Ｆｅ3Ｏ4（１．５）／ＣｏＦｅ（１）／Ｃｕ（２）／Ｃ
ｏＦｅ（１）／ＮｉＦｅＣｏ（３）／ＣｏＦｅ（１）／
Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（１）／Ｆｅ3Ｏ4（１．５）／Ｐ
ｔＭｎ（２０） 実施例サンプル１６ ＮｉＯ（１０）／α−Ｆｅ2Ｏ
3（２０）／Ｆｅ3Ｏ4（１．５）／ＣｏＦｅ（１）／Ｃ
ｕ（２）／ＣｏＦｅ（１）／ＮｉＦｅＣｏ（３）／Ｃｏ
Ｆｅ（１）／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（１）／Ｆｅ3Ｏ
4（１．５）／ＩｒＭｎ（１５） 以上の磁気抵抗効果素子に関して、実施例１と同様の方
法でＭＲ効果を測定した。
【０１７１】その結果を表８に示す。
【０１７２】
【表８】
【０１７３】表より極めて大きなＭＲ比が得られること
がわかる。
【０１７４】（実施例９）上記の実施例サンプル１５の
ＭＲ素子を用いて図１５に示したヨーク型ヘッド１５０
０を作製した。この場合図１５の絶縁膜１７にはプラズ
マ酸化法で作製した厚さ２ｎｍのＡｌ−Ｏ超薄膜を用い
た。又ヨーク１６には高透磁率のＣｏＮｂＺｒ系アモル
ファス合金膜を用いた。このようにして作製したヘッド
の出力と実施例１の表１の従来例サンプルＡのＭＲ素子
を用いたヘッド出力を比較したところ約＋６ｄＢの出力
アップが実現されることがわかった。
【０１７５】（実施例１０）実施例１と同様のスパッタ
リング装置を用いて、図９に示す磁気抵抗効果素子９０
０を作成した。この場合、基板１には表面に約１００ｎ
ｍの熱酸化膜を有するＳｉを用い、下地層７としてＴ
ａ、自由層５および固定層３Ｂの金属磁性膜３２として
Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1、非磁性層４としてＣｕ、磁化回転抑制
層２として、Ｐｔ0.5Ｍｎ0.5膜を用いた。真空チャンバ
ー内を１×１０-8Ｔｏｒｒ以下となるまで排気した後、
排気しながらＡｒガスを約０．８ｍＴｏｒｒになるよう
に流量を調節した。まず基板１上にＴａ（５ｎｍ）膜を
形成した後、第１の工程として、自由層５Ｃｏ0.9Ｆｅ
0.1（２ｎｍ）、非磁性層４Ｃｕ（２ｎｍ）、金属磁性
膜３２Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（３ｎｍ）をスパッタ法で順次形
成した。次に、第２の工程として、いったんスパッタ放
電を停止させ、Ａｒガスに加えて、約１／８の酸素ガス
を流し、ラジカルガンに約１００Ｗの電力を投入して、
酸素ラジカルを発生させ、それを金属膜の表面に照射し
て、金属磁性膜の表面約１ｎｍを酸化させて酸化物磁性
膜３１を形成した。
【０１７６】次に、第３の工程として、いったんガスフ
ローを停止して放電を停止した後、再びＡｒガスを導入
して金属磁性膜３２としてＣｏ0.9Ｆｅ0.1（２ｎｍ）を
スパッタリング法で形成した。
【０１７７】さらに、第４の工程として、磁化回転抑制
層２としてＰｔ0.5Ｍｎ0.5（２０ｎｍ）膜をスパッタリ
ング法で形成した。最後に表面に酸化物非磁性膜６とし
てＴａ酸化膜を形成した。このあと、試料は更に真空中
で１ｋＯｅの磁界を印加しながら、２６０℃の温度に３
時間保持した。また、従来例サンプルＥとして、上記第
２の工程がない以外は全く実施例サンプル１７と同様に
作成した。
【０１７８】実施例サンプル１７ Ｔａ（５）／Ｃｏ
0.9Ｆｅ0.1（２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ 0.9Ｆｅ0.1（２）
／Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ（１）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（２）／Ｐｔ
0.5Ｍｎ0.5（２０）／Ｔａ−Ｏ（３） （Ｃｏ−Ｆｅ−
Ｏの膜厚は酸化する前で示してある） 従来例サンプルＥ Ｔａ（５）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（２）
／Ｃｕ（２）／Ｃｏ0. 9Ｆｅ0.1（５）／Ｐｔ0.5Ｍｎ0.5
（２０）／Ｔａ−Ｏ（３） なお、以上は金属磁性膜３２を酸化させる方法として、
ラジカルガンを用いる方法を用いた実施例サンプル１７
について説明したが、その他は全く同様にして酸化物を
作成する手段だけ他の方法を用いた膜も作成した。
【０１７９】自然酸化法を用いた場合には、第１の工程
までは全く実施例サンプル１７と同様の方法で作成し、
その後、チャンバー内をいったん排気した後、第２の工
程としてチャンバー内が約２０Ｔｏｒｒになるまで酸素
ガスを導入して、適当な時間保持して実施例サンプル１
７と同様、Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1膜の表面１ｎｍを酸化させ
た。次に真空チャンバーを再び１×１０-8Ｔｏｒｒ以下
となるまで排気して、第３，第４の工程、熱処理を経
て、実施例サンプル１７と全く同じ構成の実施例サンプ
ル１８を作成した。
【０１８０】プラズマ酸化法を用いる場合には、実施例
サンプル１７と同様の方法で作成し、その後、第２の工
程としてチャンバー内をいったん排気した後、３ｍＴｏ
ｒｒ程度になるまで酸素ガスを導入し、基板ホルダー側
に０．０１Ｗ／ｃｍ2のｒｆ電力を印加して金属磁性膜
表面を酸化させた。次に真空チャンバーを再び１×１０
-8Ｔｏｒｒ以下となるまで排気して、第３，第４の工
程、熱処理を経て、実施例サンプル１７と全く同じ構成
の実施例サンプル１９を作成した。
【０１８１】また、イオンガンを用いる方法としては、
イオンガンとしてＥＣＲプラズマを使用したイオンガン
を用いた。第１の工程までは全く実施例サンプル１７と
同様の方法で作成し、その後、チャンバー内をいったん
排気した後、第２の工程として、イオンガンに２ＧＨｚ
のマイクロ波を導入し、酸素ガスを４ｓｃｃｍ， Ａｒ
ガスを０．５ｓｃｃｍ流して、イオンガン中にプラズマ
を発生させた。このプラズマから約５０Ｖの加速電圧で
酸素ガスを引きだして、金属磁性膜表面に照射した。次
に真空チャンバーを再び１×１０-8Ｔｏｒｒ以下となる
まで排気して、第３，第４の工程、熱処理を経て、実施
例サンプル１７と全く同じ構成の実施例サンプル２０を
作成した。
【０１８２】次に、酸化物磁性膜を形成する方法として
反応性スパッタリング法を用い、その他は実施例サンプ
ル１７と同じ方法で作成した膜も作成した。この場合
は、第１の工程で金属磁性膜Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（２ｎｍ）
を作成した後、チャンバー内に酸素ガスとＡｒガスを
８：２の割合で０．８ｍＴｏｒｒになるまで導入してＣ
ｏ 0.9Ｆｅ0.1（２ｎｍ）をスパッタリングしてＣｏ−Ｆ
ｅ−Ｏ膜をほぼ実施例サンプル１７と同じ厚さになるよ
うに形成した。その後は実施例サンプル１７と同様に第
３，第４の工程、熱処理を経て、実施例サンプル１７と
全く同じ構成の実施例サンプル２１を作成した。
【０１８３】このようにして作成した本発明の磁気抵抗
効果素子を、室温で４００ｋＡ／ｍの磁界を印可して磁
気抵抗効果を評価した。その結果を表９に示す。
【０１８４】
【表９】
【０１８５】（表９）からわかるように、本発明の実施
例サンプル１７〜２１は従来例サンプルＥに比べてＨｐ
では遜色なくＭＲ比が大きいことが分かる。
【０１８６】（実施例１１）実施例１０と同様のスパッ
タリング装置を用いて、図１０に示す磁気抵抗効果素子
１０００を作成した。図１０は、図９で自由層５／非磁
性層４／固定層３Ｂ／磁化回転抑制層２の積層順を逆に
した以外は同じである。
【０１８７】また、作成方法に関しても、工程の順番が
変わるだけで、図９と同様の方法で作成できる。本実施
例の場合、基板１として熱酸化膜付きのＳｉ，自由層５
としてＮｉ0.8Ｆｅ0.2／Ｃｏ積層膜、固定層３Ｂとして
Ｃｏ0.8Ｆｅ0.2／Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ／Ｃｏ0.8Ｆｅ0.2膜、
磁化回転抑制層２としてＰｔ0.5Ｍｎ0.5膜を用いて、以
下の構成の磁気抵抗効果素子を作成した。なお、この場
合、実施例サンプル１７と同様にラジカルガンを使う方
法で、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ膜を形成した。このようにして作
成した実施例サンプル２２と比較のために酸化物磁性膜
３１のない従来例サンプルＦを実施例１０と同様の方法
で評価した。
【０１８８】その結果を表１０に示す。
【０１８９】実施例サンプル２２ Ｔａ（５）／Ｐｔ
0.5Ｍｎ0.5（１５）／Ｃｏ0.8Ｆｅ0.2（２）／Ｃｏ−Ｆ
ｅ−Ｏ（１）／Ｃｏ0.8Ｆｅ0.2（２）／Ｃｕ（２）／Ｃ
ｏ（０．５）／Ｎｉ0.8Ｆｅ0.2（３）／Ｔａ−Ｏ（３）
（Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏの膜厚は酸化する前で示してある） 従来例サンプルＦ Ｔａ（５）／Ｐｔ0.5Ｍｎ0.5（１
５）／Ｃｏ0.8Ｆｅ0.2（５）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ（０．
５）／Ｎｉ0.8Ｆｅ0.2（３）／Ｔａ−Ｏ（３）
【０１９０】
【表１０】
【０１９１】（表１０）からわかるように、本発明の実
施例サンプル２２は従来例サンプルＦに比べてＭＲ比が
大きいことが分かる。
【０１９２】（実施例１２）実施例１０と同様のスパッ
タリング装置を用いて、図１１Ａに示す磁気抵抗効果素
子１１００Ａを作成した。図１１Ａは、固定層３Ｃがい
わゆる積層フェリ（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｎｔｉｆｅ
ｒｒｏｍａｇｎｅｔ）構造をしている場合である。図１
１Ａで、非磁性膜３３には通常Ｒｕが用いられる。非磁
性膜３３が０．４ｎｍ−１ｎｍの膜厚の時、これに接し
た金属磁性膜３２に反強磁性的な交換結合が生じる。こ
の交換結合磁界は非常に強いので、結局固定層３Ｃの反
転磁界は非常に大きくなる。図１１Ａの磁気抵抗効果素
子１１００Ａの構成は、基本的に図９に比べて非磁性膜
３３が増えるだけなので、その製造方法も工程が一部増
加するだけで、本発明は有効である。本実施例の場合、
基板１として熱酸化膜付きのＳｉ，自由層５としてＮｉ
0.8Ｆｅ0.2／Ｃｏ積層膜、固定層３ＣとしてＣｏ 0.9Ｆ
ｅ0.1（２）／Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ（１）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1
（２）膜、磁化回転抑制層２としてＩｒ0.2Ｍｎ0.8膜ま
たはα−Ｆｅ2Ｏ3膜を用いて、以下の構成の磁気抵抗効
果素子を作成した。
【０１９３】なお、この場合、実施例サンプル１７と同
様にラジカルガンを使う方法で、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ膜を形
成した。このようにして作成した実施例サンプル２３、
２４と比較のために酸化物磁性膜３２のない従来例サン
プルＧを実施例１０と同様の方法で評価した。その結果
を（表１１）に示す。
【０１９４】実施例サンプル２３ Ｔａ（３）／Ｎｉ
0.8Ｆｅ0.2（５）／Ｉｒ0.2Ｍｎ0.8（１０）／Ｃｏ0.9
Ｆｅ0.1（２）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ0.9Ｆｅ
0.1（２）／Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ（１）／Ｃｏ０．９Ｆｅ
０．１（２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ（０．５）／Ｎｉ0.8
Ｆｅ0.2（３）／Ｔａ−Ｏ（３） （Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏの膜厚は酸化する前で示してある） 実施例サンプル２４ α−Ｆｅ2Ｏ3（２０）／Ｃｏ0.9
Ｆｅ0.1（２）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ0.9Ｆｅ
0.1（２）／Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ（１）／Ｃｏ0.9Ｆｅ
0.1（２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ（０．５）／Ｎｉ0.8Ｆｅ
0.2（３）／Ｔａ−Ｏ（３） 従来例サンプルＧ Ｔａ（３）／Ｎｉ0.8Ｆｅ0.2（５）
／Ｉｒ0.2Ｍｎ0.8（１０）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（２）／Ｒ
ｕ（０．７）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（２）／Ｃｕ（２）／Ｃ
ｏ（０．５）／Ｎｉ0.8Ｆｅ0.2（３）／Ｔａ−Ｏ（３）
【０１９５】
【表１１】
【０１９６】（表１１）からわかるように、本発明の実
施例サンプル２３、２４は従来例サンプルＧに比べてＭ
Ｒ比が大きいことが分かる。また、磁化回転抑制層２に
α−Ｆｅ2Ｏ3膜を用いた場合には、Ｈｐはやや小さくな
るが、より大きなＭＲ比が得られる。
【０１９７】（実施例１３）次に図１０に示した構成の
磁気抵抗効果素子１０００を、実施例１と同様の方法
で、作成した。ただし、この場合自由層５に非磁性層４
（この場合Ｒｕ）を介して反強磁性的に交換結合した膜
厚または飽和磁化の異なる２つの強磁性層（積層フェリ
自由層）を用いる。積層フェリ自由層は自由層の膜厚
を、実質的に２つの自由層の膜厚（磁化）の差に下げる
効果があり、ヘッドを作成した場合高感度化に効果があ
る。本実施例では自由層５の強磁性膜としてＣｏ0.9Ｆ
ｅ0.1膜を用いた。作成した膜の構成を以下に示す。こ
の場合酸化物磁性膜３１としＦｅ3Ｏ4膜を用い、固定層
３Ｂの金属磁性膜３２にＣｏ0.9Ｆｅ0.1（２）膜、磁化
反転抑制層２としてＰｔ0.5Ｍｎ0.5（２０）膜、非磁性
層４としてＣｕを用いた。
【０１９８】実施例サンプル２５ Ｔａ（５）／Ｐｔ
0.5Ｍｎ0.5（２０）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（１）／Ｆｅ3Ｏ4
（１．５）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ
0.9Ｆｅ0.1（２）／Ｆｅ3Ｏ4（１）／Ｃｏ0.9Ｆｅ
0.1（３）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ0 .9Ｆｅ0.1（４）／
Ｔａ−Ｏ（３） 実施例サンプル２６ Ｔａ（５）／Ｐｔ0.5Ｍｎ0.5（２
０）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（１）／Ｆｅ3Ｏ4（１．５）／Ｃ
ｏ0.9Ｆｅ0.1（２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ0.9Ｆｅ
0.1（２）／Ｆｅ3Ｏ4（１）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（２）／
Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ0 .9Ｆｅ0.1（３）／Ｔａ−Ｏ
（３） 従来例サンプルＨ Ｔａ（５）／Ｐｔ0.5Ｍｎ0.5（２
０）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（３）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ0.9Ｆ
ｅ0.1（５）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（４）
／Ｔａ−Ｏ（３） ＭＲ素子９として用いて、図１４Ａに示すようなＭＲヘ
ッド１４００Ａを構成して、特性を評価した。この場
合、基板としてはＡｌ2Ｏ3−ＴｉＣ基板を用い、シール
ド１０、１５材にはＮｉ0.8Ｆｅ0.2合金を用い、シール
ドギャップ１１、１４にはＡｌ２Ｏ３を用いた。
【０１９９】またハードバイアス部１２にはＣｏ−Ｐｔ
合金を用い、リード部１３をＡｕで構成した。
【０２００】また、自由層５の磁化容易方向が検知すべ
き信号磁界方向と垂直になるように、固定層３の磁化容
易軸の方向が検知すべき信号磁界方向と平行になるよう
に磁性膜に異方性を付与した。この方法は、磁気抵抗効
果素子を作成後、まず、磁界中２８０℃で熱処理して、
固定層３の容易方向を規定した後、更に、２００℃で熱
処理して、自由層５の容易軸を規定して行った。
【０２０１】これらのヘッドに、センス電流として直流
電流を流し、約３ｋＡ／ｍの交流信号磁界を印加してヘ
ッドの出力を評価し、本発明のＭＲ素子を用いたＭＲヘ
ッドの出力を、従来例サンプルＡの磁気抵抗効果素子を
ＭＲ素子部９に用いて同様に試作したヘッドの出力と比
較した。その結果を以下に示す。
【０２０２】
【表１２】
【０２０３】この様に本発明磁気ヘッドは従来のものに
比較して大きな出力が得られることがわかった。
【０２０４】（実施例１４）次に図１１Ａに示した構成
の磁気抵抗効果素子１１００Ａを、実施例１と同様の方
法で、作成した。本実施例では自由層５の強磁性膜とし
てＣｏ0.9Ｆｅ0.1膜を用いた。作成した膜の構成を以下
に示す。この場合酸化物磁性膜３１としＦｅ 3Ｏ4膜を用
い、金属磁性膜３２にＣｏ0.9Ｆｅ0.1膜、磁化反転抑制
層２としてＰｔ0.5Ｍｎ0.5膜、非磁性層４としてＣｕを
用い、交換結合用非磁性膜３３としてＲｕを、保護膜用
としてＴａを用いた。作製した膜の構成は以下のとおり
である。
【０２０５】実施例サンプル２７ Ｔａ（５）／Ｐｔ
0.5Ｍｎ0.5（１５）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（２）／Ｒｕ
（０．７）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（２）／Ｆｅ3Ｏ4（１．
２）／Ｃｏ0. 9Ｆｅ0.1 （２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ0.9
Ｆｅ0.1（２）／Ｔａ−Ｏ（３） 実施例サンプル２８ Ｔａ（３）／Ｐｔ0.5Ｍｎ0.5（１
５）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（２）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ
0.9Ｆｅ0.1 （２）／Ｆｅ3Ｏ4（１）／Ｃｏ0. 9Ｆｅ0.1
（２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（２）／Ｔａ−
Ｏ（３） 従来例サンプルＩ Ｔａ（５）／Ｐｔ0.5Ｍｎ0.5（１
５）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（２）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ
0.9Ｆｅ0.1 （２）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（２）／Ｃｕ
（２） ／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（２）／Ｔａ−Ｏ（３） このようにして作製したＭＲ素子を用いて、実施例１３
と同様にして磁気ヘッドを作製した。
【０２０６】これらのヘッドに、センス電流として直流
電流を流し、約３ｋＡ／ｍの交流信号磁界を印加して両
ヘッドの出力を評価し、本発明のＭＲ素子を用いたＭＲ
ヘッドの出力を、従来例サンプルＩの磁気抵抗効果素子
をＭＲ素子９に用いて同様に試作したヘッドの出力と比
較した。その結果を（表１３）に示す。
【０２０７】
【表１３】
【０２０８】このように本発明磁気ヘッドは従来のもの
と比較して大きな出力が得られることがわかった。
【０２０９】この磁気ヘッド１４００Ａ、１４００Ｂ、
１５００を用いて図１６に示した構成のＨＤＤドライブ
１６００を試作したところ、２０Ｇｂ／ｉｎｃｈ2以上
の記録密度が達成可能なことがわかった。
【０２１０】（実施例１５）次に実施例１３と１４の構
造を併せ持つ図１１Ａに示した構成の磁気抵抗効果素子
１１００Ａを作成した。本実施例では自由層５の強磁性
膜としてＮｉ0.68Ｆｅ0.2Ｃｏ0.12膜を用い、酸化物磁
性膜３１としてはＦｅ0.8Ａｌ0.2，Ｆｅ0.8Ｓｉ0.2をタ
ーゲットに用いて反応スパッタでＦｅＡｌＯ， ＦｅＳ
ｉＯ膜としたものを用い、金属磁性膜３２にＣｏ0.9Ｆ
ｅ0.1膜、磁化反転抑制層２としてＰｔ 0.5Ｍｎ0.5膜、
非磁性層４としてＣｕ、交換結合用非磁性膜３３として
Ｒｕ、保護膜用としてＴａを用いた。作成した膜の構成
を以下に示す。
【０２１１】実施例サンプル２９ Ｔａ（３）／Ｐｔ
0.5Ｍｎ0.5（１５）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（３）／Ｒｕ
（０．７）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（２）／ＦｅＡｌＯ（１）
／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（２）／Ｃｕ（２．２）／ＮｉＯＦｅ
Ｃｏ（３）／Ｒｕ（０．７）／ＮｉＦｅＣｏ（２）／Ｔ
ａ（３） 実施例サンプル３０ Ｔａ（３）／Ｐｔ0.5Ｍｎ0.5（１
５）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（３）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ
0.9Ｆｅ0.1（２）／ＦｅＳｉＯ（１）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1
（２）／Ｃｕ（２．２）／ＮｉＯＦｅＣｏ（３）／Ｒｕ
（０．７）／ＮｉＦｅＣｏ（２）／Ｔａ（３） 図１７を参照して、この様にして作成した磁気抵抗効果
素子を０．５μｍ角にパターニングして、膜の左右にＣ
ｕ／Ｐｔから成る電極２１を付けセンス線２３を構成
し、これらをＡｌ2Ｏ3で絶縁した後、その上にＣｕより
構成されるワード線２２を設けて磁気抵抗効果メモリー
素子１７００を作成した。
【０２１２】ワード線２２に電流を流してＮｉＦｅＣｏ
／Ｒｕ／ＮｉＦｅＣｏより成る自由層５を磁化反転して
情報を書き込んた。次にワード線２２に同じ方向に電流
を流し、センス線２３の抵抗変化を測定しても変化は観
測されなかったが、電流を逆方向に流したところセンス
線２３には明確な抵抗変化が観測された。このように本
発明の磁気抵抗素子９を用いてメモリー素子１７００が
構成出来ることがわかった。
【０２１３】（実施例１６）次に自由層５Ｄにも酸化物
磁性膜５２を挿入した図１３に示した構成の磁気抵抗効
果素子１３００を基板上に電極用のＣｕ／Ｐｔ膜を付け
た後作成した。本実施例では自由層５Ｄの金属磁性膜５
１としてＮｉ0.68Ｆｅ0.2Ｃｏ0.12膜を用い、酸化物磁
性膜５２にはＦｅ3Ｏ4膜、金属磁性膜３２にＣｏ0.9Ｆ
ｅ0.1膜、磁化反転抑制層２としてＰｔ0.5Ｍｎ0.5膜、
非磁性層４としてＣｕを用い、交換結合用非磁性膜３３
としてＲｕを、保護膜用としてＴａを、上部電極用とし
てＰｔを用いた。作成した膜の構成を以下に示す。
【０２１４】実施例サンプル３１ Ｃｕ（１００）／Ｐ
ｔ（１０）／Ｔａ（３）／Ｐｔ0.5Ｍｎ0.5（１５）／Ｃ
ｏ0.9Ｆｅ0.1（３）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1
（２）／Ｆｅ3Ｏ4（０．６）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（２）／
Ｃｕ（２．２）／ＮｉＦｅＣｏ（２）／Ｆｅ3Ｏ4（０．
６）／ＮｉＦｅＣｏ（１）／Ｒｕ（０．７）／ＮｉＦｅ
Ｃｏ（２）／Ｔａ（３）／Ｐｔ（１０） このようにして作成した磁気抵抗効果素子をＣｕ／Ｐｔ
下部電極を残して０．３μｍ角にパターニングした後、
全体をＡｌ2Ｏ3膜で絶縁し、上部電極２１と、下部電極
１１とのスルーホールを開け、Ｃｕより成るセンス線２
３を別々に上部と下部電極２１、２２に接続し、更にＡ
ｌ2Ｏ3膜で絶縁して、Ｃｕより成るワード線２２を設
け、図１７に示したような構成のメモリー素子１７００
とした。実施例１５と同様にワード線２２に電流を流し
てＮｉＦｅＣｏ／Ｒｕ／ＮｉＦｅＣｏより成る自由層５
Ｄを磁化反転して情報を書き込み、次にワード線２２に
電流を流しセンス線２３の抵抗変化を測定してその動作
を確認し、メモリー素子１７００が構成出来ることがわ
かった。このように本発明の磁気抵抗素子９を用いたメ
モリー素子１７００は０．３μｍ角のセルサイズでも動
作することが確認され、かつ実施例１５，１６で作成し
たメモリー素子は不揮発性であることが確認された。
【０２１５】（実施例１７）多元のスパッタカソードを
有する成膜装置を用いて、スパッタ法により、図１１Ｂ
の構成の磁気抵抗効果素子１１００Ｂを作成した。この
場合、ターゲットとしては、磁化回転抑制層２用として
Ｐｔ0.5Ｍｎ0.5，下地層７としてＴａ，金属磁性層３２
としてＣｏ0.9Ｆｅ0.1、非磁性膜３３用としてＲｕ、酸
化物磁性膜３１、５２用としてＦｅ3０4、非磁性層４と
してＣｕ、金属磁性膜５１としてはＣｏ0.9Ｆｅ0.1およ
びＮｉ0.8Ｆｅ0.2を用いた。スパッタリング用の不活性
ガスとしては、Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ等があるが、この場合
にはＡｒガスを用いた。また酸化物磁性膜３１、５２を
作成するときだけ、約１％のＯ2ガスをＡｒガスと一緒
に導入した。この酸素ガスを添加する目的は、長期間高
真空中でスパッタしたためＦｅ3Ｏ4ターゲットのＯ量が
比較的低くなっている場合や高真空中でスパッタリング
を行う場合等に成膜された酸化物磁性膜の酸素量を調整
するためである。導入する酸素量としては全ガス圧の１
０％以下程度が適当である。
【０２１６】上述の長期間高真空中でスパッタしたため
Ｆｅ3Ｏ4ターゲットのＯ量が比較的低くなっているＦｅ
3Ｏ4ターゲットを用い、チャンバー内を１×１０-9Ｔｏ
ｒｒ以下に排気した後、スパッタリングガスを０．８ｍ
Ｔｏｒｒになるまで導入して、Ｓｉ基板上に次の構成の
磁気抵抗効果素子を作成した。
【０２１７】実施例サンプル３２ Ｔａ（３）／Ｐｔ
0.5Ｍｎ0.5（１）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（２）／Ｒｕ（０．
７）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（１．５）／Ｆｅ3Ｏ4（１）／Ｃ
ｏ0.9Ｆｅ0.1（１．５）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1
（１）／Ｎｉ0.8Ｆｅ0.2（２）／Ｆｅ3Ｏ4（１）／Ｔａ
（３） また比較のために酸化物磁性膜の層がない従来例サンプ
ルＪを作成した。
【０２１８】従来例サンプルＪ Ｔａ（３）／Ｐｔ0.5
Ｍｎ0.5（１）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（２）／Ｒｕ（０．
７）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（３）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ0.9Ｆ
ｅ0.1（１）／Ｎｉ0.8Ｆｅ0.2（２）／Ｔａ（３） このようにして作成した磁気抵抗効果素子の特性を実施
例１２と同様の方法で比較した。その結果を表１４に示
す。
【０２１９】
【表１４】
【０２２０】表１４の結果から分かるように、本発明の
実施例サンプル３２は酸化物磁性膜３１、５２の効果で
Ｈｐの大きさは従来例と変わらないのに、大きなＭＲ比
を示していることが分かる。
【０２２１】また、実施例サンプル３２で、酸化物磁性
膜５２の代わりにＡ１2Ｏ3ターゲットを用いて酸化物非
磁性膜であるＡ１2Ｏ3膜を形成した実施例サンプル３３
も作成した。 実施例サンプル３３ Ｔａ（３）／Ｐｔ0.5Ｍｎ
0.5（１）／Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（２）／Ｒｕ（０．７）／
Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1（１．５）／Ｆｅ3Ｏ4（１）／Ｃｏ0.9
Ｆｅ0.1（１．５）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ0.9Ｆｅ
0.1（１）／Ｎｉ0.8Ｆｅ0.2（２）／Ａｌ2Ｏ3（１）／
Ｔａ（３） この場合、ＭＲ比は１２．８％と実施例サンプル３２と
同等であったが、自由層５Ａの軟磁気特性が劣化し、実
施例サンプル３２の自由層５Ａの反転磁界（保磁力）が
約３Ｏｅであるのに対して、実施例サンプル３３では１
０Ｏｅに増大した。これは、酸化物磁性膜５２に、単に
電子の鏡面反射効果だけでなく、軟性磁気特性を改善す
る効果もあるためと考えられる。
【０２２２】
【発明の効果】本発明の磁気抵抗効果素子は従来のもの
に比べて大きなＭＲ比を実現し、これを用いることによ
り高出力の磁気抵抗効果型ヘッドを可能とし、更にはこ
のヘッドを用いて超高密度の磁気記録装置を可能するも
のである。又本発明の磁気抵抗効果素子を用いれば不揮
発性で高密度の磁気抵抗効果メモリー素子が作成出来
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図２】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図３】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図４】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図５Ａ】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図５Ｂ】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図６】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図７】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図８】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図９】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図１０】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図１１Ａ】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式
図。
【図１１Ｂ】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式
図。
【図１２】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図１３】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図１４Ａ】本発明の磁気抵抗効果型ヘッドの一例を示
す図。
【図１４Ｂ】本発明の磁気抵抗効果型ヘッドの一例を示
す図。
【図１５】本発明のヨーク型磁気抵抗効果型ヘッドの一
例を示す図。
【図１６】本発明の磁気記録装置の説明図。
【図１７】本発明の磁気抵抗効果メモリー素子の一例を
示す図。
【符号の説明】
１ 基板 ２ 磁化回転抑制層（ピンニング層） ３ 磁性膜（固定層） ３１ 酸化物磁性膜 ３２ 金属磁性膜 ３３ 非磁性膜 ４ 非磁性層 ５ 磁性層（自由層） ５１ 金属磁性膜 ５２ 酸化物磁性膜 ６ 酸化物非磁性膜 ７ 下地膜 ９ ＭＲ素子部 １０ 下部シールド １１ 下部シールドギャップ １２ ハードバイアス部 １３ リード部 １４ 上部シールドギャップ １５ 上部シールド １６ ヨーク部 １７ 絶縁膜 １８ 記録ポール部 １９ 巻き線部 ２０ 記録兼再生ギャップ部 ２１ 電極部 ２２ 情報記録用導体線（ワード線） ２３ 情報読出用導体線（センス線）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平11−188723 (32)優先日 平成11年７月２日(1999．7．2) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平11−235053 (32)優先日 平成11年８月23日(1999．8．23) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平11−354327 (32)優先日 平成11年12月14日(1999．12．14) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (72)発明者 里見 三男 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 川分 康博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 平本 雅祥 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 松川 望 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5D034 BA05 BA08 BB08 BB12 CA08 DA05 DA07 5E049 AA01 AA04 AB02 AC05 BA12 BA16 CB02 GC02 GC08

Claims (40)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 外部磁界により容易に磁化回転する自由
    層と、 第１非磁性層と、 該第１非磁性層に対して該自由層の反対側に設けられ、
    該外部磁界により容易には磁化回転しない第１固定層と
    を含み、 該第１固定層と該自由層との少なくとも一方は、該第１
    非磁性層と接する第１金属磁性膜と、第１酸化物磁性膜
    とを含む磁気抵抗効果素子。
  2. 【請求項２】 前記第１固定層は、前記第１金属磁性膜
    と、前記第１酸化物磁性膜とを含む、請求項１記載の磁
    気抵抗効果素子。
  3. 【請求項３】 前記自由層に対して前記第１非磁性層の
    反対側に設けられる第２非磁性層と、 該第２非磁性層に対して該自由層の反対側に設けられ、
    該外部磁界により容易には磁化回転しない第２固定層と
    をさらに含む、請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
  4. 【請求項４】 前記自由層は、前記第１金属磁性膜と、
    前記第１酸化物磁性膜とを含む、請求項１記載の磁気抵
    抗効果素子。
  5. 【請求項５】 前記自由層に対して前記第１非磁性層の
    反対側に設けられ、平坦性の良好な酸化物非磁性膜をさ
    らに含む、請求項２記載の磁気抵抗効果素子。
  6. 【請求項６】 前記第１酸化物磁性膜と磁気的に結合す
    る磁化回転抑制層をさらに含む、請求項１記載の磁気抵
    抗効果素子。
  7. 【請求項７】 前記自由層は、前記酸化物磁性膜に対し
    て前記第１金属磁性膜の反対側に設けられる第２金属磁
    性膜をさらに含む、請求項４記載の磁気抵抗効果素子。
  8. 【請求項８】 前記第１固定層と磁気的に結合するが磁
    化回転抑制層をさらに含む、請求項１記載の磁気抵抗効
    果素子。
  9. 【請求項９】 前記第１固定層は、前記第１酸化物磁性
    膜に対して前記第１金属磁性膜の反対側に設けられる第
    ２金属磁性膜をさらに含む、請求項１記載の磁気抵抗効
    果素子。
  10. 【請求項１０】 前記第１固定層は、前記第１酸化物磁
    性膜に対して前記第１金属磁性膜の反対側に設けられる
    第２金属磁性膜と、 第３金属磁性膜と、 該第２金属磁性膜と該第３金属磁性膜とを反強磁性的に
    交換結合する交換結合用非磁性膜とをさらに含む、請求
    項１記載の磁気抵抗効果素子。
  11. 【請求項１１】 前記第１固定層は、前記第１酸化物磁
    性膜に対して前記第１金属磁性膜の反対側に設けられる
    非磁性膜と、 該非磁性膜を介して該第１酸化物磁性膜と磁気的に交換
    結合する第２酸化物磁性膜をさらに含む、請求項１記載
    の磁気抵抗効果素子。
  12. 【請求項１２】 前記第１酸化物磁性膜は、Ｆｅ元素を
    含有する、請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
  13. 【請求項１３】 前記第１酸化物磁性膜は、Ｆｅ元素と
    Ｘ元素とを含有する、請求項１記載の磁気抵抗効果素
    子。ただしＸはＡｌ，Ｓｉ，Ｂ，Ｎから成る群より選ば
    れる１種もしくは２種以上の元素である。
  14. 【請求項１４】 前記第１酸化物磁性膜は、ＭＦｅ2Ｏ4
    （ＭはＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選ばれる１種もしくは２種
    以上の元素）を主成分とする、請求項１記載の磁気抵抗
    効果素子。
  15. 【請求項１５】 前記第１酸化物磁性膜は、Ｆｅ3Ｏ4を
    主成分とする、請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
  16. 【請求項１６】 前記第１酸化物磁性膜は、ＣｏＦｅ2
    Ｏ4を主成分とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
  17. 【請求項１７】 前記磁化回転抑制層は、Ｐ−Ｍｎ系
    （ＰはＰｔ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｃｒから
    選ばれる１種もしくは２種以上の元素）合金より成る、
    請求項６記載の磁気抵抗効果素子。
  18. 【請求項１８】 前記磁化回転抑制層は、α−Ｆｅ
    2Ｏ3、ＮｉＯのいずれか、もしくはこれらの積層膜から
    成る、請求項６記載の磁気抵抗効果素子。
  19. 【請求項１９】 前記該磁化回転抑制層は、（ＡＢ）2
    ＯX層から成ることを特長とする請求項６記載の磁気抵
    抗効果素子。ただし（ＡＢ）2ＯXとはＡとＢ元素を足し
    たものとＯ元素との比が２：Ｘであることを示し、Ｏは
    酸素原子２．８＜Ｘ＜３．２の条件を満足し、かつ原子
    Ａ、Ｂ、Ｏ のイオン半径をそれぞれＲａ，Ｒｂ，Ｒｏ
    として次式 ｔ＝（Ｒａ＋Ｒｏ）／（√２・（Ｒｂ＋Ｒｏ）） で定義されるｔが０．８＜ｔ＜０．９７であることを満
    足するものである。
  20. 【請求項２０】 前記（ＡＢ）2ＯX層のＢがＦｅを主成
    分とする遷移金属元素である、請求項１９に記載の磁気
    抵抗効果素子。
  21. 【請求項２１】 前記（ＡＢ）2ＯX層のＡが（Ｙ，Ｌａ
    を含む）希土類元素から選ばれる１種もしくは２種以上
    の元素である、請求項１９に記載の磁気抵抗効果素子。
  22. 【請求項２２】 前記第１酸化物磁性膜は、前記第１金
    属磁性膜の酸化物である、請求項１に記載の磁気抵抗効
    果素子。
  23. 【請求項２３】 前記第１金属磁性膜は、Ｃｏ−Ｆｅ合
    金からなる、請求項２２に記載の磁気抵抗効果素子。
  24. 【請求項２４】 特に該自由層は、非磁性膜と、 前記非磁性膜を介して反強磁性的に交換結合した、膜厚
    または飽和磁化の異なる２つの金属磁性膜とを含む、請
    求項１記載の磁気抵抗効果素子。
  25. 【請求項２５】 前記磁気抵抗効果素子の膜面の上下に
    配置される電極をさらに含み、 電流を前記膜面に垂直に流す、請求項１記載の磁気抵抗
    効果素子。
  26. 【請求項２６】 請求項１記載の磁気抵抗効果素子と、 シールド部とを具備する磁気抵抗効果型ヘッド。
  27. 【請求項２７】 請求項１記載の磁気抵抗効果素子と、 検知すべき磁界を前記磁気抵抗素子に導入するヨークと
    を具備する磁気抵抗効果型ヘッド。
  28. 【請求項２８】 請求項２６記載の磁気抵抗効果型ヘッ
    ドと、 記録媒体と該磁気抵抗効果型ヘッドとのトラッキングを
    制御するサーボ部と、 該磁気抵抗効果型ヘッドが該記録媒体に記録再生する信
    号を処理する信号処理部とを備える磁気記録装置。
  29. 【請求項２９】 請求項１記載の磁気抵抗効果素子と、 該磁気抵抗効果素子から情報を読み出すための情報読出
    用導体線と、 該情報を記録するための情報記録用導体線とを具備する
    磁気抵抗効果メモリ素子。
  30. 【請求項３０】 請求項１記載の磁気抵抗効果素子の製
    造方法であって、前記第１酸化物磁性膜を、酸化物ター
    ゲットを用いてスパッタ法により形成する第１工程を包
    含する磁気抵抗効果素子の製造方法。
  31. 【請求項３１】 前記酸化物ターゲットはＦｅ3Ｏ4を含
    む、請求項３０に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  32. 【請求項３２】 前記第１工程は、不活性ガスと酸素ガ
    スとを用いてスパッタ法により前記第１酸化物磁性膜を
    形成する第２工程を包含する、請求項３０に記載の磁気
    抵抗効果素子の製造方法。
  33. 【請求項３３】 前記第１工程は、不活性ガスと酸素ガ
    スとを用いてスパッタ法により前記第１酸化物磁性膜を
    形成する第２工程を包含する、請求項３１に記載の磁気
    抵抗効果素子の製造方法。
  34. 【請求項３４】 前記酸化物ターゲットはＣｏＦｅ2Ｏ4
    を含む、請求項３０に記載の磁気抵抗効果素子の製造方
    法。
  35. 【請求項３５】 基板上に直接または下地層を介して、
    外部磁界により容易に磁化回転する自由層、非磁性層、
    外部磁界により容易には磁化回転しない固定層の金属磁
    性膜を順次積層する第１の工程と、 該固定層の該金属磁性膜の表面を酸化させる第２の工程
    と、 該金属磁性膜の表面上に酸化物磁性膜を形成する第３の
    工程と、 該酸化物磁性膜の上に磁化回転抑制層を更に形成する第
    ４の工程とを包含する磁気抵抗効果素子の製造方法。
  36. 【請求項３６】 前記第２の工程は、プラズマ酸化法を
    含む、請求項３５記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  37. 【請求項３７】 前記第２の工程は、酸素ラジカル源か
    ら発生した酸素ラジカルにより、前記金属磁性膜の前記
    表面を酸化する工程を含む、請求項３５記載の磁気抵抗
    効果素子の製造方法。
  38. 【請求項３８】 前記第２の工程は、自然酸化法を含
    む、請求項３５記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
  39. 【請求項３９】 前記第２の工程は、イオン源より発生
    した酸素イオンを用いて前記金属磁性膜の前記表面を酸
    化する工程を含む、請求項３５記載の磁気抵抗効果素子
    の製造方法。
  40. 【請求項４０】 基板上に直接または下地層を介して、
    外部磁界により容易に磁化回転する自由層、非磁性層、
    外部磁界により容易には磁化回転しない固定層の第１金
    属磁性膜を順次積層する第１の工程と、 該固定層の酸化物磁性膜を反応性スパッタリング法によ
    り形成する第２の工程と、 該酸化物磁性膜その上に該固定層の第２金属磁性膜を形
    成する第３の工程と、 該第２金属磁性膜上に磁化回転抑制層を更に形成する第
    ４の工程とを包含する磁気抵抗効果素子の製造方法。
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