JP2001308413A - 磁気抵抗効果薄膜、磁気抵抗効果素子及び磁気抵抗効果型磁気ヘッド - Google Patents

磁気抵抗効果薄膜、磁気抵抗効果素子及び磁気抵抗効果型磁気ヘッド

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JP2001308413A JP2000213254A JP2000213254A JP2001308413A JP 2001308413 A JP2001308413 A JP 2001308413A JP 2000213254 A JP2000213254 A JP 2000213254A JP 2000213254 A JP2000213254 A JP 2000213254A JP 2001308413 A JP2001308413 A JP 2001308413A
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magnetic
laminated
nonmagnetic
surface oxide
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Tetsuya Mizuguchi
徹也 水口
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スピンに依存した電子の散乱確率を増加させ
ることによって磁気抵抗変化率を向上させ、外部磁界に
対する感度を向上させる。 【解決手段】 少なくとも反強磁性層４、磁化固定層１
２、非磁性層９、及び自由層１０が順次積層されるとと
もに、上記磁化固定層１２又は自由層１０は、一対の磁
性層５，８が非磁性中間層６を介して積層されてなる積
層フェリ構造を有してなり、上記積層フェリ構造におい
て、上記非磁性層９側の非磁性中間層６表面に、表面酸
化層７が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、巨大磁気抵抗効果
を利用した磁気抵抗効果薄膜に関する。また、巨大磁気
抵抗効果を利用した磁気抵抗効果薄膜によって作製され
た磁気抵抗効果素子、及び磁気抵抗効果型磁気ヘッドに
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、磁気抵抗効果素子（以下、Ｍ
Ｒ素子と称する。）の磁気抵抗効果を利用して、磁気記
録媒体に記録された信号を読み取る磁気抵抗効果型磁気
ヘッド（以下、ＭＲヘッドと称する。）が普及してい
る。
【０００３】ＭＲ素子は、抵抗素子の一種であり、外部
磁界の変化に応じて電気抵抗が変化する。ＭＲヘッドで
は、ＭＲ素子の電気抵抗が磁気記録媒体からの信号磁界
に応じて変化することを利用して、磁気記録媒体に記録
された磁気信号を読み取る構成とされている。
【０００４】ところで、近年では小型で大容量である磁
気記録媒体が望まれており、これに伴い、例えば記録ト
ラック幅を狭くするなどの手法によって、磁気記録媒体
を高記録密度化することがますます進んでいる。
【０００５】一方、ＭＲヘッドでは、磁気記録媒体の狭
トラック化による信号出力の低下を防止するために、従
来から用いられている異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ：An
isotropic Magneto-Resistivity）を利用したＭＲ薄膜
に替わり、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Giant Magneto-
Resistivity）を利用したＭＲ薄膜を用いることが注目
されている。
【０００６】巨大磁気抵抗効果を利用したＭＲ薄膜のう
ち、スピンバルブ膜は、反強磁性層と、２層の強磁性層
と、非磁性層とを備える。そして、この非磁性層が２層
の強磁性層間に形成され、反強磁性層が２層の強磁性層
のうちの一方の強磁性層と隣接して形成された構造を有
する。反強磁性層と接触して形成されている強磁性層は
ピン層となり、他方の強磁性層はフリー層となる。フリ
ー層の磁化は外部磁界によって変化する。そして、ピン
層とフリー層との磁化方向の違いによって、外部磁界を
検出する。
【０００７】ＭＲヘッドにおいては、出力を向上させる
ためにＭＲ素子の高さを低くする傾向にある。これに伴
い、スピンバルブ膜におけるフリー層の厚さも薄くな
る。しかしながら、フリー層の厚さが薄く形成される
と、ＭＲ素子に非対称性が生じる。この非対称性を小さ
くするためには、ピン層からフリー層に対してかかる反
磁界を小さくすれば良く、このためにはピン層の磁気モ
ーメントを小さくすれば良い。ピン層の磁気モーメント
を小さくするためには、ピン層を薄く形成すれば良い。
しかしながら、ピン層を薄く形成するとＭＲヘッドの出
力が低下する。
【０００８】また、スピンバルブ膜において、高密度化
の観点から、フリー層の厚さを薄くして、フリー層の磁
気モーメントを小さくする傾向にある。しかしながら、
フリー層を薄くすると、磁気抵抗効果の低下を招く虞が
ある。
【０００９】そこで、スピンバルブ膜において、一対の
強磁性層の中間に非磁性層を形成することによって一対
の強磁性層を反強磁性的に結合させた構造を、ピン層又
はフリー層に適用することが提案されている。この構造
は積層フェリ構造と呼ばれる（V S. Speriousu et. al;
The 1996 IEEE INTERMAG, AA-04）。積層フェリ構造
は、一対の強磁性層の中間に非磁性層を形成して３層構
造とし、その厚さを調整することによって一対の強磁性
層を反強磁性的に結合させている。上述したような非磁
性層としては、一般的にＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｅなどが
用いられる。
【００１０】このような積層フェリ構造をピン層に適用
した場合、一対の強磁性層が反強磁性的に結合している
ため、ピン層の見かけ上の磁気モーメントが小さくな
る。このため、フリー層の厚さが薄い場合であっても、
フリー層に対してかかる反磁界が小さくなり、ピン層を
薄くしすぎることなく外部磁界に対するフリー層の感度
を良好なものとすることができる。
【００１１】また、このような積層フェリ構造をフリー
層に適用したスピンバルブ膜の例が、A. Veloso et al.
(IEEE Trans. Magn. Vol.35, No.5, P2568-2570, Septe
mber1999)の論文等において報告されている。この場
合、フリー層において一対の強磁性層が反強磁性的に結
合しているため、磁気抵抗効果に関与する一方の磁性層
の厚さを維持しつつ、磁気抵抗効果に関与しない他方の
磁性層の厚さを調整することにより、フリー層の見かけ
上の磁気モーメントを小さくすることができる。このた
め、フリー層を薄くしすぎることなく、外部磁界に対す
るフリー層の感度を良好なものとすることができる。
【００１２】一方、磁気抵抗変化率の向上を図るため
に、スピンバルブ膜内において電子がスピンに依存して
散乱する確率を増加させ、スピンバルブ膜における磁気
抵抗変化率を向上させることが検討されている。なお、
以下では上述した電子の散乱をスピン依存散乱と称す
る。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、積層フ
ェリ構造をフリー層に適用した場合、磁気抵抗効果に関
与しない磁性層が新たに設けられるため、この磁性層に
分流損失が起こることがある。その結果、フリー層を積
層フェリ構造としたことから期待されるほどの高い磁気
抵抗変化率を得られないといった問題がある。
【００１４】ところで、上述したようなスピン依存散乱
が生じる確率を増加させたスピンバルブ膜の例として、
特開平１１−８４２４号公報には、鏡面反射を起こしや
すい金属層がピン層及びフリー層に隣接して形成された
ものが挙げられている。しかし、鏡面反射を起こしやす
い金属は比抵抗が低いものが多い。このため、電流が鏡
面反射を起こしやすい金属によって形成された層に分流
し、結果的にＭＲヘッドの出力が低下する可能性があ
る。
【００１５】また、上述したようなスピン依存散乱が生
じる確率を増加させたスピンバルブ膜の例として、特開
平１１−１６８２５０号公報、W. F. Egelhoff et. al.
(J.Appl. Phys. 82 (12), 15 December 1997)の論文な
どには、酸化物による反強磁性膜が形成されたスピンバ
ルブ膜が挙げられている。しかし、酸化物によって形成
された反強磁性膜は、ピン層となる強磁性膜との交換結
合の強さが十分ではない。また、酸化物によって形成さ
れた反強磁性膜は、現在用いられている規則系金属によ
って形成された反強磁性膜と比較すると、熱的な安定性
に欠き、反強磁性膜としての信頼性が乏しいものとな
る。
【００１６】さらにまた、上述したようなスピン依存散
乱が生じる確率を増加させたスピンバルブ膜の例とし
て、Y. Kamiguchi et. al. (The 1999 IEEE INTERMAG,
DB-1)の論文には、ピン層の中間に酸化金属層が形成さ
れたスピンバルブ膜が挙げられている。しかし、ピン層
の中間に酸化金属層を形成したときにはピン層が厚くな
る。ピン層が厚く形成されると、フリー層へかかる反磁
界が大きくなってしまう。
【００１７】さらに、スピンバルブ膜において、ピン層
とフリー層との間に介在される非磁性層の厚さは、従来
２．４ｎｍ〜３．２ｎｍに設定されている。磁気抵抗変
化率の向上という観点では、この非磁性層の厚さはでき
る限り薄い方が好ましい。しかしながら、非磁性層の厚
さを薄くすると、ピン層とフリー層との間の結合磁界が
強くなりすぎてしまい、フリー層の磁化方向の変化に伴
ってピン層の磁化方向までもが変化してしまう虞があ
る。
【００１８】本発明はこのような従来の実状に鑑みて提
案されたものであり、スピンに依存した電子の散乱確率
を増加させることによって磁気抵抗変化率を向上させ、
外部磁界に対する感度が高い磁気抵抗効果薄膜を提供す
ることを目的とする。また、外部磁界を効率よく検出で
きる磁気抵抗効果素子を提供することを目的とする。ま
た、再生出力が高く高密度記録に適した磁気抵抗効果型
磁気ヘッドを提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る磁気抵抗効
果薄膜は、少なくとも反強磁性層、磁化固定層、非磁性
層、及び自由層が順次積層されるとともに、上記磁化固
定層又は自由層は、一対の磁性層が非磁性中間層を介し
て積層されてなる積層フェリ構造を有してなり、上記積
層フェリ構造において、上記非磁性層側の非磁性中間層
表面に、表面酸化層が形成されていることを特徴とす
る。
【００２０】以上のように構成された本発明に係る磁気
抵抗効果薄膜は、積層フェリ構造を構成する非磁性中間
層の表面に、表面酸化層が形成されているため、スピン
に依存した電子の散乱確率が高くなり、磁気抵抗変化率
が向上する。このため、外部磁界に対する感度が高くな
る。また、表面酸化層の界面は極めて平滑な状態となさ
れている。これにより、磁化固定層と自由層との間のに
形成される非磁性層の厚さを、従来よりも薄くすること
が可能となる。
【００２１】また、本発明に係る磁気抵抗効果素子は、
少なくとも反強磁性層、磁化固定層、非磁性層、及び自
由層が順次積層されるとともに、上記磁化固定層又は自
由層は、一対の磁性層が非磁性中間層を介して積層され
てなる積層フェリ構造を有してなり、上記積層フェリ構
造において、上記非磁性層側の非磁性中間層表面に、表
面酸化層が形成されている磁気抵抗効果薄膜を備えるこ
とを特徴とする。
【００２２】以上のように構成された本発明に係る磁気
抵抗効果素子は、積層フェリ構造を構成する非磁性中間
層の表面に表面酸化層を形成することにより磁気抵抗変
化率が向上した磁気抵抗効果薄膜によって作製されてい
る。このため、磁気抵抗効果素子は外部磁界に対する感
度が高くなる。
【００２３】また、本発明に係る磁気抵抗効果型磁気ヘ
ッドは、基板上に、帯状の一対の磁気シールド部材と、
上記一対の磁気シールド部材間に形成された磁気抵抗効
果薄膜と、上記磁気抵抗効果薄膜の長手方向の両端部に
形成された一対のバイアス層と、上記バイアス層の直上
にそれぞれ薄膜状に形成された一対のリード電極とを備
えた磁気抵抗効果素子を有し、上記磁気抵抗効果素子を
構成する上記磁気抵抗効果薄膜は、少なくとも反強磁性
層、磁化固定層、非磁性層、及び自由層が順次積層され
るとともに、上記磁化固定層又は自由層は、一対の磁性
層が非磁性中間層を介して積層されてなる積層フェリ構
造を有してなり、上記積層フェリ構造において、上記非
磁性層側の非磁性中間層表面に、表面酸化層が形成され
ていることを特徴とする。
【００２４】以上のように構成された本発明に係る磁気
抵抗効果型磁気ヘッドは、積層フェリ構造を構成する非
磁性中間層の表面に表面酸化層を形成することにより磁
気抵抗変化率が向上した磁気抵抗効果薄膜によって作製
されている。このため、磁気記録媒体からの磁界に対す
る感度が高いものとなり、記録されている情報を再生す
るときの出力が良好なものとなる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】なお、以下の説明で用いる図面は、各部の
特徴をわかりやすく図示するために特徴となる部分を拡
大して示している場合があり、各部材の寸法の比率が実
際と同じであるとは限らない。
【００２７】また、以下では、磁気抵抗効果薄膜を構成
する各層の構成や材料等について例示するが、本発明は
例示する磁気抵抗効果薄膜に限定されるものではなく、
所望とする目的や性能に応じて各層の構成や材料等を選
択すれば良い。
【００２８】まず、本発明を適用した磁気抵抗効果薄膜
の第１の実施の形態を、図１を用いて説明する。このス
ピンバルブ膜１は、いわゆるボトム型のスピンバルブ膜
であり、ピン層に表面酸化層を有する積層フェリ構造が
適用されている。
【００２９】スピンバルブ膜１は、基板２上に、下地層
３と、反強磁性層４と、第１の強磁性層５と、非磁性中
間層６と、表面酸化層７と、第２の強磁性層８と、非磁
性層９と、フリー層１０と、保護層１１とが、順次積層
された構造とされている。なお、第１の強磁性層５と、
非磁性中間層６と、表面酸化層７と、第２の強磁性層８
とは、積層フェリ構造をなすピン層１２とされている。
【００３０】基板２は、例えば、ガラス等の非磁性非導
電性材料により形成されている。
【００３１】下地層３は、例えば、Ｔａなどの非磁性非
導電性材料により形成されている。スピンバルブ膜１
は、下地層３を備えることによって、結晶配向性が良好
になると共に、基板２の材料がスピンバルブ膜１を構成
する薄膜層にコンタミネーションすることを抑制でき
る。
【００３２】反強磁性層４は、例えば、Ｐｔ−Ｍｎ合
金、Ｎｉ−Ｍｎ合金、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ合金等のＭｎを
使用した規則系反強磁性体や、不規則系反強磁性体によ
って形成されている。また、ＮｉＯ、α−Ｆｅ2Ｏ3など
によって形成されていても良い。反強磁性層４が形成さ
れることによって、後述するピン層１２を構成する第１
の強磁性層５及び第２の強磁性層８の磁化方向が固定さ
れる。
【００３３】第１の強磁性層５及び第２の強磁性層８
は、例えば、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ、及びＣｏ、Ｎｉ、
Ｆｅのうちの１種類を含む合金などの良好な軟磁気特性
を示す磁性材料によって形成されている。第１の強磁性
層５及び第２の強磁性層８は、後述する非磁性中間層６
及び表面酸化層７と共に、いわゆる積層フェリ構造を有
するピン層１２を形成する。そして、第１の強磁性層５
及び第２の強磁性層８は、反強磁性層４と交換結合する
ことによって磁化方向が固定される。
【００３４】ピン層１２を積層フェリ構造とすることに
よって、ピン層１２における磁気モーメントが小さくな
り、フリー層にかかる反磁界が小さくなる。積層フェリ
構造は、２層の強磁性層の中間に非磁性層が形成された
構造を有している。この非磁性層の厚さを調節すること
によって、２層の強磁性層はそれぞれの磁化方向が反平
行となるように結合する。なお、上述した積層フェリ構
造の中間に形成される非磁性層の例としては、Ｒｕ、Ｒ
ｈ、Ｉｒ、Ｒｅなどが挙げられる。
【００３５】非磁性中間層６及び表面酸化層７は、上述
した積層フェリ構造の中間に形成される非磁性層として
機能する。表面酸化層７は、非磁性中間層６の表面を酸
化することによって形成されている。非磁性中間層６
は、０．４ｎｍから１．２ｎｍの厚さを有するＲｕによ
って形成することが望ましい。
【００３６】表面酸化層７は、非磁性中間層６の表面を
酸化してなる層であり、Ｒｕの酸化物（以下、Ｒｕ−Ｏ
と称する。）によって形成される。
【００３７】また、非磁性中間層６の表面を酸化してな
る表面酸化層７の厚さは、０．４ｎｍ以下となされてい
る。この理由は必ずしも明らかではないが、後述する実
施例２に示すように、Ｒｕからなる非磁性中間層６の表
面を酸化した場合、非磁性中間層６は表面から０．４ｎ
ｍの深さまでしか酸化されないためと思われる。
【００３８】表面酸化層７は、非磁性中間層６の表面を
酸化することにより形成されているため、表面酸化層７
と非磁性中間層６との界面はほぼ一体化しており、途切
れることなく連続してスピンバルブ膜１を構成してい
る。このように、Ｒｕ−Ｏを含む表面酸化層７が形成さ
れることによって界面が滑らかになり、電子のスピン方
向が維持されたまま電子に反射散乱を起こさせる、いわ
ゆる鏡面反射を起こさせることができる。電子が鏡面反
射すると、電子のスピン依存散乱の確率を飛躍的に向上
させることができるため、スピンバルブ膜１の磁気抵抗
変化率を向上させることが可能となる。
【００３９】また、積層フェリ構造を有するピン層１２
中に、表面酸化層７を形成することによって、表面酸化
層７を有しない構造のスピンバルブ膜に比べて、ピン層
１２とフリー層１０との間に介在される非磁性層９の厚
さを薄くすることができる。この理由は必ずしも明らか
でないが、以下に述べるような理由のためではないかと
推測される。
【００４０】ここで、表面酸化層７を形成する効果につ
いて調べた実験例について述べる。
【００４１】積層フェリ構造を有するピン層１２中にＲ
ｕ−Ｏからなる表面酸化層７を有する構成のスピンバル
ブ膜と、表面酸化層を有しない従来の構成のスピンバル
ブ膜とを実際に作製した。そして、これらのスピンバル
ブ膜について、非磁性層９に相当するＣｕ層の厚さを変
化させたときのピン層とフリー層との間の結合磁界(Int
er layer coupling field)の強度を測定した。測定結果
を、図２に示す。
【００４２】積層フェリ構造を有するピン層中に、表面
酸化層を有するスピンバルブ膜の構成は、以下のとおり
である。なお、かっこ内は、全て層の厚さを示す。ま
た、単位はｎｍである。 基板／Ｔａ（５）／ＮｉＦｅ（２）／ＰｔＭｎ（２０）
／ＣｏＦｅ（１．１）／Ｒｕ＋Ｒｕ−Ｏ（０．８）／Ｃ
ｏＦｅ（２．２）／Ｃｕ（ｔ）／ＣｏＦｅ（２．５）／
Ｃｕ（１）／Ｔａ（０．２） 積層フェリ構造を有するピン層中に表面酸化層を有しな
いスピンバルブ膜の構成は、以下のとおりである。 基板／Ｔａ（５）／ＮｉＦｅ（２）／ＰｔＭｎ（２０）
／ＣｏＦｅ（１．１）／Ｒｕ（０．８）／ＣｏＦｅ
（２．２）／Ｃｕ（ｔ）／ＣｏＦｅ（２．５）／Ｔａ
（５） なお、積層フェリ構造を有するピン層中に表面酸化層を
有するスピンバルブ膜と、表面酸化層を有しないスピン
バルブ膜とでは、構造に若干の違いがあるが、比較する
に際して問題のない範囲であると思われる。
【００４３】図２から明らかなように、表面酸化層を有
するスピンバルブ膜において、Ｃｕ層が２ｎｍ〜２．４
ｎｍ程度であるときに、ピン層とフリー層との間の結合
磁界強度が極小をとることがわかる。一方、従来の表面
酸化層を有しないスピンバルブ膜においては、Ｃｕ層の
厚さが３ｎｍを下回ると、ピン層とフリー層との間の結
合磁界強度が著しく増大することがわかる。したがっ
て、従来の表面酸化層を有しないスピンバルブ膜におい
ては、Ｃｕ層の厚さを２ｎｍ付近に薄く設定すると、ピ
ン層とフリー層との間の結合磁界強度が極めて大きくな
り、フリー層の磁化方向の変化に伴って、ピン層の磁化
方向までもが変化してしまう虞がある。
【００４４】このように、スピンバルブ膜１において、
積層フェリ構造を有するピン層１２中に表面酸化層７を
有することで、ピン層１２とフリー層１０との間に存在
する非磁性層９の厚さを２ｎｍ程度に極めて薄く設定す
ることができる。このため、スピンバルブ膜１の磁気抵
抗変化率をさらに向上させることが可能となる。
【００４５】なお、非磁性中間層６の表面を酸化して、
表面酸化層７を形成する方法としては、非磁性中間層６
を大気圧以下の圧力である酸素中に暴露する方法や、Ｅ
ＣＲ（electron cyclotron resonance 電子サイクロト
ロン波共鳴）及びＩＣＰ（inductively coupled plasma
誘導結合型プラズマ）を含むプラズマ酸化法等が挙げ
られる。
【００４６】非磁性層９は、例えば、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｎｉ
合金等の導電性の非磁性材料によって形成されている。
ピン層１２とフリー層１０との間に非磁性層９が形成さ
れることにより、スピンバルブ膜１において巨大磁気抵
抗効果が現れる。上述したように、この非磁性層９の厚
さは、従来のスピンバルブ膜におけるピン層とフリー層
との間の非磁性層の厚さよりも薄くすることができる。
具体的には、非磁性層９の厚さは、２ｎｍ程度とするこ
とが好ましい。
【００４７】フリー層１０は、第１の強磁性層５及び第
２の強磁性層８と同様に、良好な軟磁気特性を示す磁性
材料によって形成されている。フリー層１０は、外部磁
界に応じて磁化方向が変化する。また、フリー層１０
は、例えば、Ｎｉ−Ｆｅ合金層と、Ｃｏ−Ｆｅ合金層と
の積層構造によって形成されても良い。このような構造
とすることにより、スピンバルブ膜１の再生感度を良好
にすることが可能となる。
【００４８】保護層１１は、例えばＴａなどの非磁性材
料によって形成されている。この保護層１１が形成され
ることによって、スピンバルブ膜１における比抵抗の増
加や、フリー層１０における軟磁性の乱れなどを防止す
ることができる。
【００４９】このスピンバルブ膜１において、ピン層１
２は反強磁性層４と接して配設されているために、この
反強磁性層４との間に働く交換結合力によって、ある一
定方向に磁化された状態となる。一方、フリー層１０に
おいては、ピン層１２との間に非磁性層９が形成されて
いるために、その磁化方向が微弱な外部磁界に対しても
容易に回転する。
【００５０】以上のように構成されたスピンバルブ膜１
は、外部磁界が印加されると、この外部磁界の向きと強
さとに応じて、フリー層１０の磁化方向が決まる。そし
て、スピンバルブ膜１は、ピン層１２における第２の強
磁性層８の磁化方向とフリー層１０の磁化方向とが１８
０゜異なるときに電気抵抗が最大となる。また、スピン
バルブ膜１は、ピン層１２における第２の強磁性層８の
磁化方向とフリー層１０の磁化方向とが同一となるとき
に電気抵抗が最小となる。
【００５１】したがって、スピンバルブ膜１は、印加さ
れた外部磁界に応じて電気抵抗が変化する。そして、こ
の抵抗変化を読み取ることによって外部磁界の検出を行
うことができる。
【００５２】以上の説明からも明らかなように、スピン
バルブ膜１においては、積層フェリ構造を有するピン層
１２中に、非磁性中間層６の表面を酸化してなる表面酸
化層７を形成することにより、スピン依存散乱が生じや
すくなる。また、ピン層１２とフリー層１０との間に介
在される非磁性層９の厚さを薄くすることが可能とな
る。これらのことにより、スピンバルブ膜１は、磁気抵
抗変化率が向上し、外部磁界に対する感度が良好なもの
となる。
【００５３】つぎに、本発明を適用した磁気抵抗効果薄
膜の第２の実施の形態を、図３を用いて説明する。この
スピンバルブ膜２１は、いわゆるトップ型のスピンバル
ブ膜であり、フリー層に表面酸化層を有する積層フェリ
構造が適用されている。
【００５４】スピンバルブ膜２１は、基板２２上に、下
地層２３と、第１の強磁性層２４と、非磁性中間層２５
と、表面酸化層２６と、第２の強磁性層２７と、第３の
強磁性層２８と、非磁性層２９と、第４の強磁性層３０
と、第２の非磁性層３１と、第５の強磁性層３２と、反
強磁性層３３と、保護層３４とが、順次積層された構造
とされている。なお、第１の強磁性層２４と、非磁性中
間層２５と、表面酸化層２６と、第２の強磁性層２７
と、第３の強磁性層２８とは、積層フェリ構造をなすフ
リー層３５とされている。また、第４の強磁性層３０
と、第２の非磁性層３１と、第５の強磁性層３２とは、
積層フェリ構造をなすピン層３６とされている。
【００５５】なお、スピンバルブ膜２１の基板２２、下
地層２３、反強磁性層３３及び保護層３４については、
第１の実施の形態で述べたスピンバルブ膜１の基板２、
下地層３、反強磁性層４及び保護層１１とそれぞれ略同
様の構成となっている。したがって、ここでは、これら
についての詳細な説明を省略する。
【００５６】第１の強磁性層２４、第２の強磁性層２７
及び第３の強磁性層２８は、例えば、Ｎｉ−Ｆｅ合金、
Ｃｏ、及びＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅのうちの１種類を含む合金
等の良好な軟磁気特性を示す材料によって形成されてい
る。第１の強磁性層２４、第２の強磁性層２７及び第３
の強磁性層２８は、後述する非磁性中間層２５及び表面
酸化層２６とともに、いわゆる積層フェリ構造を有する
フリー層３５を形成する。
【００５７】フリー層３５は、外部磁界に応じて磁化方
向が変化する層である。そして、フリー層３５を積層フ
ェリ構造とすることによって、フリー層３５の厚さを薄
くすることなく、フリー層３５における見かけ上の磁気
モーメントを小さくすることができる。これにより、ス
ピンバルブ膜２１の再生感度を良好にすることが可能と
なる。
【００５８】非磁性中間層２５及び表面酸化層２６は、
上述した積層フェリ構造の中間に形成される非磁性層と
して機能する。表面酸化層２６は、非磁性中間層２５の
表面を酸化することによって形成されている。非磁性中
間層２５は、０．４ｎｍ〜１．２ｎｍの厚さを有するＲ
ｕによって形成することが望ましい。
【００５９】表面酸化層２６は、非磁性中間層２５の表
面を酸化することにより形成されているため、表面酸化
層２６と非磁性中間層２５との界面はほぼ一体化してお
り、途切れることなく連続してスピンバルブ膜２１を構
成している。このように、Ｒｕ−Ｏを含む表面酸化層２
６が形成されることによって界面が滑らかになり、電子
のスピン方向が維持されたまま反射散乱を起こす、いわ
ゆる鏡面反射を起こさせることができる。電子が鏡面反
射を起こすと、電子のスピン依存散乱の確率を飛躍的に
向上させることができるため、スピンバルブ膜２１の磁
気抵抗変化率を向上させることが可能となる。
【００６０】また、積層フェリ構造を有するフリー層３
５中に表面酸化層２６を有することで、ピン層３６とフ
リー層３５との間に存在する非磁性層２９の厚さを、従
来に比べて極めて薄く設定することができる。このた
め、スピンバルブ膜２１の磁気抵抗変化率をさらに向上
させることが可能となる。
【００６１】また、非磁性中間層６の表面を酸化してな
る表面酸化層７の厚さは、０．４ｎｍ以下となされてい
る。
【００６２】なお、非磁性中間層２５の表面を酸化して
表面酸化層２６を形成する方法としては、非磁性中間層
２５を大気圧以下の圧力である酸素中に暴露する方法
や、ＥＣＲ（electron cyclotron resonance 電子サイ
クロトロン波共鳴）及びＩＣＰ（inductively coupled
plasma 誘導結合型プラズマ）を含むプラズマ酸化法等
が挙げられる。
【００６３】非磁性層２９は、例えば、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｎ
ｉ合金等の導電性の非磁性材料によって形成されてい
る。ピン層３６とフリー層３５との間に非磁性層２９が
形成されることにより、スピンバルブ膜２１において巨
大磁気抵抗効果が現れる。上述したように、この非磁性
層２９の厚さは、従来のスピンバルブ膜におけるピン層
とフリー層との間の非磁性層の厚さよりも薄くすること
ができる。具体的には、非磁性層２９の厚さは、２ｎｍ
程度とすることが好ましい。
【００６４】ピン層３６は、反強磁性層３３と交換結合
することによって、磁化方向が固定される。ピン層３６
は、第４の強磁性層３０、第２の非磁性層３１及び第５
の強磁性層３２とともに積層フェリ構造を構成してい
る。第４の強磁性層３０及び第５の強磁性層３２は、上
述した第１の強磁性層２４、第２の強磁性層２７及び第
３の強磁性層２８と同様に、良好な軟磁気特性を示す磁
性材料によって形成されている。第２の非磁性層３１
は、積層フェリ構造の中間に形成される非磁性層であ
り、例えばＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｅ等を用いることがで
きる。
【００６５】ピン層３６を積層フェリ構造とすることに
よって、ピン層３６における磁気モーメントが小さくな
り、フリー層３５にかかる反磁界が小さくなる。
【００６６】このスピンバルブ膜２１において、ピン層
３６は反強磁性膜３３と接して配設されているために、
この反強磁性膜３３との間に働く交換結合力によって、
ある一定方向に磁化された状態となる。一方、フリー層
３５においては、ピン層３６との間に非磁性層２９が形
成されているために、その磁化方向が微弱な外部磁界に
対しても容易に回転する。
【００６７】以上のように構成されたスピンバルブ膜２
１は、外部磁界が印加されると、この外部磁界の向きと
強さとに応じて、フリー層３５の磁化方向が決まる。そ
して、スピンバルブ膜２１は、ピン層３６の磁化方向と
フリー層３５の磁化方向とが１８０°異なるときに電気
抵抗が最大となる。また、スピンバルブ膜２１は、ピン
層３６とフリー層３５との磁化方向とが同一となるとき
に電気抵抗が最小となる。
【００６８】したがって、スピンバルブ膜２１は、印加
された外部磁界に応じて電気抵抗が変化する。そして、
この抵抗変化を読み取ることによって外部磁界の検出を
行うことができる。
【００６９】以上の説明からも明らかなように、スピン
バルブ膜２１においては、積層フェリ構造を有するフリ
ー層３５中に、非磁性中間層２５の表面を酸化してなる
表面酸化層２６を形成することにより、スピン依存散乱
が生じやすくなる。また、ピン層３６とフリー層３５と
の間に介在される非磁性層２９の厚さを薄くすることが
可能となる。これらのことにより、スピンバルブ膜２１
は、磁気抵抗変化率が向上し、外部磁界に対する感度が
良好なものとなる。
【００７０】なお、上述の説明では、ピン層３６が積層
フェリ構造とされたスピンバルブ膜２１について述べた
が、本実施の形態はこれに限定されるものではなく、ピ
ン層３６が単層であってももちろん適用可能である。
【００７１】上述したような磁気抵抗効果薄膜は、磁気
抵抗効果素子に適用することが可能である。本発明を適
用した磁気抵抗効果素子は、高い磁気抵抗変化率を有す
る磁気抵抗効果薄膜から構成されているため、微少な外
部磁界の変化を効率よく検出することができる。そし
て、磁気抵抗効果素子を利用したデバイスの一例とし
て、後述するようなＭＲヘッドが挙げられる。
【００７２】つぎに、本発明を適用したＭＲヘッドにつ
いて説明する。以下では、本発明を適用したＭＲヘッド
が複合型磁気ヘッド４０に適用された場合について説明
する。なお、この複合型磁気ヘッド４０は、ハードディ
スク用に用いられる磁気ヘッドである。
【００７３】複合型磁気ヘッド４０は、図４に示すよう
に、ＭＲヘッドと、インダクティブ型磁気ヘッドとを備
え、ＭＲヘッド上にインダクティブ型磁気ヘッドが積層
された構造を有する。ＭＲヘッドは再生用ヘッドとして
搭載され、インダクティブ型磁気ヘッドは記録用ヘッド
として搭載されている。
【００７４】まず、ＭＲヘッドについて説明する。
【００７５】ＭＲヘッドは、基板４１上に、絶縁層４２
を介して第１の磁気シールド層４３が形成されている。
この第１の磁気シールド層４３上には、絶縁層４２を介
して上述したスピンバルブ膜１が形成されており、スピ
ンバルブ膜１の長手方向には、バイアス層４４ａ，４４
ｂが形成されている。また、バイアス層４４ａ，４４ｂ
と接続している接続端子４５ａ，４５ｂとが形成されて
いる。バイアス層４４ａ，４４ｂと、接続端子４５ａ，
４５ｂとの上には、絶縁層４２を介して第２の磁気シー
ルド層４６が形成されている。
【００７６】基板４１は、高硬度非磁性材料によって形
成されている。この高硬度非磁性材料の例としては、ア
ルミナ−チタン−カーバイド（アルチック）などが挙げ
られる。また、基板４１の端面は、ディスク状記録媒体
に対向するＡＢＳ（Air Bearlig Surface）とされてい
る。
【００７７】絶縁層４２は、絶縁材料によって形成され
る。この絶縁材料の例としては、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ4な
どが挙げられる。なお、複合型磁気ヘッド４０は各層を
積層することによって作製するため、この絶縁層４２は
実際には複数の層から成っているが、ここでは図示を省
略する。
【００７８】第１の磁気シールド層４３と第２の磁気シ
ールド層４６とは、磁気記録媒体からの信号磁界のう
ち、再生対象外の磁界がスピンバルブ膜１に引き込まれ
ないように機能する。すなわち、再生の対象外の信号磁
界は第１の磁気シールド層４３と第２の磁気シールド層
４６によって導かれ、再生の対象となる信号磁界だけが
スピンバルブ膜１に導かれる。これにより、スピンバル
ブ膜１の高周波数特性及び読取分解能の向上が図られて
いる。なお、第２の磁気シールド層４６は、後述するよ
うにインダクティブ型磁気ヘッドにおける下層コアを兼
ねている。
【００７９】第１の磁気シールド層４３と第２の磁気シ
ールド層４６とは、軟磁性材料によって形成されてい
る。この軟磁性材料の例としては、センダスト（Ｆｅ−
Ａｌ−Ｓｉ合金）、ＦｅＴａ、Ｃｏ系アモルファス材料
などが挙げられる。また、第１の磁気シールド層４３と
第２の磁気シールド層４６とは、Ｃｏ系アモルファス材
料による軟磁性薄膜層と非磁性薄膜層とを交互に堆積さ
せ、少なくとも２層以上の磁性薄膜層を有する積層構造
としても良い。
【００８０】スピンバルブ膜１は、感磁部であり、磁気
記録媒体からの信号磁界を感知する部分である。スピン
バルブ膜１は、上述したように、下地層３と、反強磁性
層４と、第１の強磁性層５と、非磁性中間層６と、表面
酸化層７と、第２の強磁性層８と、非磁性層９と、フリ
ー層１０と、保護層１１とが、順次積層された構造とさ
れているが、図４では、これらの各層の図示を省略して
いる。
【００８１】表面酸化層７は、上述したように非磁性中
間層６の表面を酸化することによって形成されている。
また、非磁性中間層６は、Ｒｕによって形成することが
望ましい。さらにまた、表面酸化層７は、非磁性中間層
６の表面を酸化してなるため、Ｒｕ−Ｏによって形成さ
れる。
【００８２】このように、積層フェリ構造を有するピン
層１２中に、非磁性中間層６の表面を酸化してなる表面
酸化層を有しているため、スピンバルブ膜１はスピン依
存散乱が生じる確率が増加し、磁気抵抗変化率も向上す
る。また、ピン層１２とフリー層１０との間に存在する
非磁性層９の厚さを薄くすることができるため、磁気抵
抗変化率をさらに向上させることができる。ＭＲヘッド
２０は、このように磁気抵抗変化率が高いスピンバルブ
膜１によって形成されることにより、情報記録媒体から
得られる磁界の感度が向上し、再生における出力が良好
になる。
【００８３】また、非磁性中間層６の表面を酸化してな
る表面酸化層７の厚さは、０．４ｎｍ以下となされてい
る。
【００８４】一対のバイアス層４４ａ，４４ｂは、スピ
ンバルブ膜１に対してバイアス磁界を印加し、スピンバ
ルブ膜１における各強磁性層の磁区を単磁区化するため
の機能を有している。また、ここではスピンバルブ膜１
に対してセンス電流を供給する機能を兼ね備えている。
バイアス層４４ａ，４４ｂは、それぞれスピンバルブ膜
１の両端部に電気的及び磁気的に接続されている。
【００８５】バイアス層４４ａ，４４ｂは、それぞれス
ピンバルブ膜１の長手方向の両端部に、硬磁性材料によ
って形成されている。この硬磁性材料の例としては、Ｃ
ｏＮｉＰｔ、ＣｏＣｒＰｔなどが挙げられる。なお、バ
イアス層４４ａ，４４ｂ上に電極層を形成しても良い。
【００８６】接続端子４５ａ，４５ｂは、バイアス層４
４ａ，４４ｂに対してセンス電流を提供する。接続端子
４５ａ，４５ｂは導電性であり且つ低抵抗である金属材
料によって薄膜状に形成されている。接続端子４５ａ，
４５ｂの材料としては、例えばＣｒ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｗ，
Ｍｏ，Ｃｕ等が好適である。
【００８７】つぎに、インダクティブ型磁気ヘッドにつ
いて説明する。
【００８８】インダクティブ型磁気ヘッドは、第２の磁
気シールド層４６上に、絶縁層４２に埋没された薄膜コ
イル４７が形成されている。薄膜コイル４７の周囲に
は、絶縁層４２が形成されている。そして、薄膜コイル
４７を埋没した絶縁層４２上には、上層コア４８が形成
されている。第２の磁気シールド層４６と上層コア４８
とによって磁気コア４９を形成している。
【００８９】薄膜コイル４７は、外部接続端子（図示せ
ず。）から供給された記録電流の変化により、磁気記録
媒体に対して情報の記録を行う。薄膜コイル４７は、磁
気コア４９に巻回するように形成されている。この薄膜
コイル４７の両端は外部に露呈するように形成されてお
り、この両端には上述した外部接続端子が形成されてい
る。この薄膜コイル４７は、銅などの導電性材料により
形成されている。
【００９０】上層コア４８は、第２の磁気シールド層４
６と共に閉磁路を形成して、インダクティブ型磁気ヘッ
ドにおける磁気コア４９となる。ここで、上層コア４８
及び第２の磁気シールド層４６は、前端部においてはＡ
ＢＳに露呈すると共に所定の間隙ｇだけ離れるように形
成されており、後端部においては互いに接触するように
形成されている。なお、この間隙ｇはインダクティブ型
磁気ヘッドの記録用ギャップとなる。上層コア４８は、
ＮｉＦｅなどの軟磁性材料によって形成されている。
【００９１】以上の説明からも明らかなように、上述し
たＭＲヘッドは、スピン依存散乱が生じる確率が高いた
めに、磁気抵抗変化率が大きいスピンバルブ膜１によっ
て形成されている。このため、上述したＭＲヘッドは、
情報記録媒体から得られる磁界に対する感度が良好で、
情報を再生するときの出力が高いものとなり、高密度記
録に適したものとなる。
【００９２】なお、上述の説明では、第１の実施の形態
として説明した、いわゆるボトム型のスピンバルブ膜１
をＭＲヘッドに適用した場合について述べたが、本発明
はこれに限定されるものではない。例えば、第２の実施
の形態として説明した、いわゆるトップ型のスピンバル
ブ膜２１をＭＲヘッドに適用することも可能である。
【００９３】なお、上述の説明では、磁気抵抗効果素子
を利用したデバイスとして、ＭＲヘッドを例に挙げた
が、本発明に係る磁気抵抗効果素子は、ＭＲヘッド以外
のデバイスにも適用可能である。具体的には、本発明に
係る磁気抵抗効果素子は、例えば、地磁気方位センサの
ような磁気センサ等にも適用可能である。
【００９４】以上の説明からも明らかなように、ボトム
型のスピンバルブ膜１においては、積層フェリ構造を有
するピン層１２中に、非磁性中間層６の表面を酸化して
なる表面酸化層７を形成することにより、スピン依存散
乱が生じやすくなる。さらに、フリー層１０とピン層１
２との間に介在された非磁性層９の厚さを薄くすること
ができる。これらのことにより、スピンバルブ膜１は、
磁気抵抗変化率が向上し、外部磁界に対する感度が良好
なものになる。
【００９５】また、トップ型のスピンバルブ膜２１にお
いては、積層フェリ構造を有するフリー層３５中に、非
磁性中間層２５の表面を酸化してなる表面酸化層２６を
形成することにより、スピン依存散乱が生じやすくな
る。さらに、フリー層３５とピン層３６との間に介在さ
れた非磁性層２９の厚さを薄くすることができる。これ
らのことにより、スピンバルブ膜２１は、磁気抵抗変化
率が向上し、外部磁界に対する感度が良好なものにな
る。
【００９６】また、本発明を適用したＭＲヘッドは、上
述したようないわゆるボトム型のスピンバルブ膜１又は
いわゆるトップ型のスピンバルブ膜２１によって形成さ
れているために、情報記録媒体から得られる磁界に対す
る感度が良好で、情報を再生するときの出力が高いもの
となる。このことにより、本発明を適用したＭＲヘッド
は、高密度記録に適したものとなる。
【００９７】
【実施例】以下、本発明を適用した具体的な実施例につ
いて、実験結果に基づいて説明する。
【００９８】まず、上述した第１の実施の形態に係る、
ボトム型のスピンバルブ膜の抵抗変化量及び磁気抵抗変
化率の向上について、実施例１及び比較例１に基づいて
説明する。
【００９９】実施例１ 先ず、ガラス基板上に、スパッタリングなどにより、Ｔ
ａ層と、ＮｉＦｅ層と、ＰｔＭｎ層とを順次形成した。
このとき、Ｔａ層の厚さを５ｎｍとし、ＮｉＦｅ層の厚
さを２ｎｍとし、ＰｔＭｎ層の厚さを２０ｎｍとした。
【０１００】次に、ＰｔＭｎ層上に、スパッタリングな
どにより、ＣｏＦｅ層と、Ｒｕ層とを順次成膜した。こ
のとき、ＣｏＦｅ層の厚さを１．１ｎｍとし、Ｒｕ層の
厚さを０．８ｎｍとした。
【０１０１】次に、Ｒｕ層の表面を大気圧以下の酸素中
に暴露することによって、Ｒｕ層の表面に対して酸化を
施し、Ｒｕ−Ｏ層を形成した。
【０１０２】次に、Ｒｕ−Ｏ層上に、スパッタリングな
どにより、ＣｏＦｅ層と、Ｃｕ層と、ＣｏＦｅ層とを順
次成膜し、スピンバルブ膜を得た。このとき、Ｒｕ−Ｏ
層上に成膜したＣｏＦｅ層の厚さを２．２ｎｍとし、Ｃ
ｕ層の厚さを３．２ｎｍとし、Ｃｕ層上に成膜したＣｏ
Ｆｅ層の厚さを２．５ｎｍとした。この後、ＰｔＭｎ層
の規則化のために、２６５℃で４時間保持する熱処理を
施した。
【０１０３】比較例１ Ｒｕ層の表面に対して酸化を施さなかったこと以外は、
実施例１と同様の方法によってスピンバルブ膜を作製し
た。すなわち、比較例１のスピンバルブ膜は、Ｒｕ−Ｏ
からなる表面酸化層を有していない。
【０１０４】以上のようにして得られた実施例１及び比
較例１のスピンバルブ膜に磁界を印加したときの抵抗変
化量を測定した。また、磁気抵抗変化率を算出した。
【０１０５】なお、スピンバルブ膜の特性を評価するに
あたって、その評価パラメータには、ＭＲ比及びｄＲ／
ｓｑｕａｒｅを用いた。ここで、ＭＲ比は、スピンバル
ブ膜の磁気抵抗変化率のことである。ｄＲ／ｓｑｕａｒ
ｅは、スピンバルブ膜の単位面積当たりの抵抗変化量の
ことである。
【０１０６】実施例１に磁界を印加したときのｄＲ／ｓ
ｑｕａｒｅ及びＭＲ比を図５に示す。比較例１に磁界を
印加したときのｄＲ／ｓｑｕａｒｅ及びＭＲ比を図６に
示す。
【０１０７】図５及び図６に示すように、Ｒｕ−Ｏ層を
有する実施例１のスピンバルブ膜は、比較例１に比べて
抵抗変化量が多いことが判明した。また、Ｒｕ−Ｏ層を
有する実施例１のスピンバルブ膜は、比較例１に比べて
磁気抵抗変化率が大きいことが判明した。具体的には、
Ｒｕ−Ｏを形成した実施例１のスピンバルブ膜では、Ｍ
Ｒ比が１１．３１％であり、ｄＲ／ｓｑｕａｒｅが１．
５４Ωと大きい値を示した。
【０１０８】このことから、ボトム型スピンバルブ膜の
ピン層を積層フェリ構造とし、この積層フェリ構造中に
Ｒｕ−Ｏからなる表面酸化層を形成することによって、
磁気抵抗変化率を向上させられることがわかった。
【０１０９】つぎに、Ｒｕ層の厚さに応じて形成される
Ｒｕ−Ｏ層の厚さについて、実施例２に基づいて説明す
る、また、Ｒｕ層の厚さと薄膜全体における保磁力との
関係についても、実施例２に基づいて説明する。
【０１１０】実施例２ 先ず、ガラス基板上に、Ｃｕ層と、ＣｏＦｅ層と、Ｒｕ
層とを順次形成し、薄膜を形成した。このとき、Ｒｕ層
の厚さを変化させて薄膜を複数作製した。次に、それぞ
れの薄膜を大気に暴露してＲｕ層に対して酸化を施し
た。次に、それぞれの薄膜について保磁力を測定した。
【０１１１】実施例２の結果を図７に示す。図７の結果
より、Ｒｕ層の厚さを０．４ｎｍ以下に薄く設定するこ
とに伴って、薄膜全体の保磁力が急激に上昇しているこ
とがわかった。これにより、Ｒｕ層の厚さを０．４ｎｍ
以下に薄くすると、Ｒｕ層のみならず、その下方のＣｏ
Ｆｅ層に酸化が進行することが示唆された。一方、Ｒｕ
層の厚さが０．４ｎｍを上回るときには、薄膜全体の保
磁力は比較的低い値で維持していることがわかった。こ
れにより、Ｒｕ層の厚さを０．４ｎｍより厚くすると、
下方のＣｏＦｅ層に酸化が進行せずに、Ｒｕ層の途中ま
でしか酸化されないことが示唆された。
【０１１２】したがって、大気圧以下の酸素雰囲気中に
Ｒｕ層を暴露した場合、Ｒｕ層は、表面から０．４ｎｍ
の深さまでしか酸化されないことがわかった。言い換え
ると、Ｒｕ層の表面を酸化してなるＲｕ−Ｏ層の厚さ
は、０．４ｎｍ以下であることが明らかとなった。
【０１１３】つぎに、上述した第２の実施の形態に係
る、トップ型のスピンバルブ膜の抵抗変化量及び磁気抵
抗変化率の向上について、実施例３及び比較例２に基づ
いて説明する。また、ピン層とフリー層との間に存在す
るＣｕ層の厚さを薄くした場合の抵抗変化量及び磁気抵
抗変化率の変化について、実施例４及び比較例３に基づ
いて説明する。
【０１１４】実施例３ 先ず、ガラス基板上に、スパッタリング等により、Ｔａ
層と、ＮｉＦｅ層と、Ｒｕ層とを順次成膜した。このと
き、Ｔａ層の厚さを５ｎｍとし、ＮｉＦｅ層の厚さを２
ｎｍとし、Ｒｕ層の厚さを０．８ｎｍとした。
【０１１５】次に、Ｒｕ層の表面を大気圧以下の酸素中
に暴露することによって、Ｒｕ層の表面に酸化を施し、
Ｒｕ−Ｏ層を形成した。
【０１１６】次に、Ｒｕ−Ｏ層上に、スパッタリング等
により、ＮｉＦｅ層と、ＣｏＦｅ層と、Ｃｕ層と、Ｃｏ
Ｆｅ層と、Ｒｕ層と、ＣｏＦｅ層と、ＰｔＭｎ層と、Ｔ
ａ層とを順次成膜し、スピンバルブ膜を得た。このと
き、Ｒｕ−Ｏ層上に成膜したＮｉＦｅ層の厚さを１ｎｍ
とし、ＮｉＦｅ層上に成膜したＣｏＦｅ層の厚さを２ｎ
ｍとし、Ｃｕ層の厚さを３．２ｎｍとし、Ｃｕ層上に成
膜したＣｏＦｅ層の厚さを２．２ｎｍとし、ＣｏＦｅ層
上に成膜したＲｕ層の厚さを０．８ｎｍとし、Ｒｕ層上
に成膜したＣｏＦｅ層の厚さを１．１ｎｍとし、ＰｔＭ
ｎ層の厚さを２０ｎｍとし、ＰｔＭｎ層上に成膜したＴ
ａ層の厚さを５ｎｍとした。この後、ＰｔＭｎ層の規則
化のために、２６５℃で４時間保持する熱処理を施し
た。
【０１１７】比較例２ Ｒｕ層の表面に対して酸化を施さなかったこと以外は、
実施例２と同様の方法によって、スピンバルブ膜を作製
した。
【０１１８】実施例４ ピン層とフリー層との間に存在するＣｕ層の厚さを、
２．２ｎｍとしたこと以外は、実施例３と同様の方法に
よってスピンバルブ膜を作製した。
【０１１９】比較例３ ピン層とフリー層との間に存在するＣｕ層の厚さを、
２．２ｎｍとしたこと以外は、比較例２と同様の方法に
よってスピンバルブ膜を作製した。
【０１２０】以上のようにして得られた実施例３、比較
例２、実施例４及び比較例３のスピンバルブ膜に磁界を
印加したときの抵抗変化量を測定した。また、磁気抵抗
変化率を測定した。
【０１２１】実施例３に磁界を印加したときのｄＲ／ｓ
ｑｕａｒｅ及びＭＲ比を図８に示す。比較例２に磁界を
印加したときのｄＲ／ｓｑｕａｒｅ及びＭＲ比を図９に
示す。実施例４に磁界を印加したときのｄＲ／ｓｑｕａ
ｒｅ及びＭＲ比を図１０に示す。比較例３に磁界を印加
したときのｄＲ／ｓｑｕａｒｅ及びＭＲ比を図１１に示
す。
【０１２２】図８及び図９に示すように、Ｒｕ−Ｏ層を
有する実施例３のスピンバルブ膜は、Ｒｕ−Ｏ層を有し
ない比較例２に比べて抵抗変化量が大きいことが判明し
た。また、Ｒｕ−Ｏ層を有する実施例３のスピンバルブ
膜は、Ｒｕ−Ｏ層を有しない比較例２に比べて磁気抵抗
変化率が大きいことが判明した。
【０１２３】さらに、図１０に示すように、Ｃｕ層の厚
さを２．２ｎｍと薄く設定した実施例４は、Ｃｕ層の厚
さが３．２ｎｍである実施例３と比較して、抵抗変化量
及び磁気抵抗変化率が飛躍的に向上することがわかっ
た。一方、図１１に示すように、Ｒｕ−Ｏ層を有しない
比較例３は、Ｃｕ層の厚さが２．２ｎｍと薄く設定して
あるものの、Ｃｕ層の厚さが３．２ｎｍであり、Ｒｕ−
Ｏ層を有しない比較例２と比べて、磁気抵抗変化率の向
上は極めて微少なものであった。具体的には、Ｃｕ層の
厚さが２．２ｎｍである実施例４では、ＭＲ比が１０．
６％であり、ｄＲ／ｓｑｕａｒｅが１．８５Ωであっ
た。また、Ｃｕ層の厚さが３．２ｎｍである実施例３で
は、ＭＲ比が８．９０％であり、ｄＲ／ｓｑｕａｒｅが
１．２６Ωであった。
【０１２４】このことから、トップ型のスピンバルブ膜
のフリー層を積層フェリ構造とし、この積層フェリ構造
中にＲｕ−Ｏからなる表面酸化層を形成することによっ
て、磁気抵抗変化率を向上させられることがわかった。
また、ピン層とフリー層との間に介在させる非磁性層の
厚さを薄く設定した場合に、磁気抵抗変化率が著しく向
上することがわかった。
【０１２５】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に係る磁気抵抗効果薄膜は、積層フェリ構造を構成す
る非磁性中間層の表面に、非磁性中間層の表面を酸化し
てなる表面酸化層が形成されているため、電子が鏡面反
射を引き起こし、スピン依存散乱が生じやすくなる。こ
のことにより、磁気抵抗効果薄膜は、磁気抵抗変化率が
向上し、外部磁界に対する感度が良好なものになる。ま
た、表面酸化層の界面は極めて平滑な状態となされてい
るため、自由層と磁化固定層の間に存在する非磁性層の
厚さを従来よりも薄く設定することができる。このこと
により、磁気抵抗変化率のさらなる向上を図ることがで
きる。
【０１２６】また、本発明に係る磁気抵抗効果素子は、
上述した磁気抵抗効果薄膜によって作製されているため
に、微少な外部磁界の変化を効率よく検出することがで
きる。
【０１２７】また、本発明に係る磁気抵抗効果型磁気ヘ
ッドは、上述した磁気抵抗効果薄膜によって形成されて
いるために、情報記録媒体から得られる磁界に対する感
度が良好で、情報を再生するときの出力が高いものとな
る。このことにより、磁気抵抗効果型磁気ヘッドは高密
度記録に適したものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかる、ボトム型スピンバ
ルブ膜の断面図である。
【図２】Ｃｕ層の厚さと、ピン層とフリー層との間の結
合磁界強度との関係を示す特性図である。
【図３】第２の実施の形態にかかる、トップ型スピンバ
ルブ膜の断面図である。
【図４】本発明を適用したスピンバルブ膜を使用して作
製されたＭＲヘッドの切り欠き斜視図である。
【図５】実施例１で作製されたスピンバルブ膜につい
て、その磁気抵抗曲線を測定した結果を示す図である。
【図６】比較例１で作製された、Ｒｕ層に対して酸化を
施さないスピンバルブ膜の磁気抵抗量を測定した結果を
示す図である。
【図７】Ｒｕ層の厚さと薄膜全体における保磁力との関
係を示す図である。
【図８】実施例３で作製されたスピンバルブ膜につい
て、その磁気抵抗曲線を測定した結果を示す図である。
【図９】比較例２で作製されたスピンバルブ膜につい
て、その磁気抵抗曲線を測定した結果を示す図である。
【図１０】実施例４で作製されたスピンバルブ膜につい
て、その磁気抵抗曲線を測定した結果を示す図である。
【図１１】比較例３で作製されたスピンバルブ膜につい
て、その磁気抵抗曲線を測定した結果を示す図である。
【符号の説明】
１ スピンバルブ膜、２ 基板、３ 下地層、４ 反強
磁性層、５ 第１の強磁性層、６ 非磁性中間層、７
表面酸化層、８ 第２の強磁性層、９ 非磁性層、１０
フリー層、１１ 保護層、１２ ピン層、２１ スピ
ンバルブ膜、２２ 基板、２３ 下地層、２４ 第１の
強磁性層、２５ 非磁性中間層、２６ 表面酸化層、２
７ 第２の強磁性層、２８ 第３の強磁性、２９ 非磁
性層、３０ 第４の強磁性層、３１ 第２の非磁性層、
３２第５の強磁性層、３３ 反強磁性層、３４ 保護
層、３５ フリー層、３６ ピン層

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも反強磁性層、磁化固定層、非
    磁性層、及び自由層が順次積層されるとともに、 上記磁化固定層又は自由層は、一対の磁性層が非磁性中
    間層を介して積層されてなる積層フェリ構造を有してな
    り、 上記積層フェリ構造において、上記非磁性層側の非磁性
    中間層表面に、表面酸化層が形成されていることを特徴
    とする磁気抵抗効果薄膜。
  2. 【請求項２】 基板上に、反強磁性層、積層フェリ構造
    中に表面酸化層を有する磁化固定層、非磁性層、及び自
    由層が順次積層されていることを特徴とする請求項１記
    載の磁気抵抗効果薄膜。
  3. 【請求項３】 基板上に、積層フェリ構造中に表面酸化
    層を有する自由層、非磁性層、磁化固定層、及び反強磁
    性層が順次積層されていることを特徴とする請求項１記
    載の磁気抵抗効果薄膜。
  4. 【請求項４】 上記非磁性中間層は、Ｒｕによって形成
    されていることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効
    果薄膜。
  5. 【請求項５】 上記表面酸化層の厚さは、０．４ｎｍ以
    下であることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果
    薄膜。
  6. 【請求項６】 少なくとも反強磁性層、磁化固定層、非
    磁性層、及び自由層が順次積層されるとともに、 上記磁化固定層又は自由層は、一対の磁性層が非磁性中
    間層を介して積層されてなる積層フェリ構造を有してな
    り、 上記積層フェリ構造において、上記非磁性層側の非磁性
    中間層表面に、表面酸化層が形成されている磁気抵抗効
    果薄膜を備えることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  7. 【請求項７】 基板上に、反強磁性層、積層フェリ構造
    中に表面酸化層を有する磁化固定層、非磁性層、及び自
    由層が順次積層されていることを特徴とする請求項６記
    載の磁気抵抗効果素子。
  8. 【請求項８】 基板上に、積層フェリ構造中に表面酸化
    層を有する自由層、非磁性層、磁化固定層、及び反強磁
    性層が順次積層されていることを特徴とする請求項６記
    載の磁気抵抗効果素子。
  9. 【請求項９】上記非磁性中間層は、Ｒｕによって形成さ
    れていることを特徴とする請求項６記載の磁気抵抗効果
    素子。
  10. 【請求項１０】 上記表面酸化層の厚さは、０．４ｎｍ
    以下であることを特徴とする請求項６記載の磁気抵抗効
    果素子。
  11. 【請求項１１】 基板上に、帯状の一対の磁気シールド
    部材と、上記一対の磁気シールド部材間に形成された磁
    気抵抗効果薄膜と、上記磁気抵抗効果薄膜の長手方向の
    両端部に形成された一対のバイアス層と、上記バイアス
    層の直上にそれぞれ薄膜状に形成された一対のリード電
    極とを備えてなり、 上記磁気抵抗効果薄膜は、少なくとも反強磁性層、磁化
    固定層、非磁性層、及び自由層が順次積層されるととも
    に、 上記磁化固定層又は自由層は、一対の磁性層が非磁性中
    間層を介して積層されてなる積層フェリ構造を有してな
    り、 上記積層フェリ構造において、上記非磁性層側の非磁性
    中間層表面に、表面酸化層が形成されていることを特徴
    とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
  12. 【請求項１２】 基板上に、反強磁性層、積層フェリ構
    造中に表面酸化層を有する磁化固定層、非磁性層、及び
    自由層が順次積層されていることを特徴とする請求項１
    １記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
  13. 【請求項１３】 基板上に、積層フェリ構造中に表面酸
    化層を有する自由層、非磁性層、磁化固定層、及び反強
    磁性層が順次積層されていることを特徴とする請求項１
    １記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
  14. 【請求項１４】上記非磁性中間層は、Ｒｕによって形成
    されていることを特徴とする請求項１１記載の磁気抵抗
    効果型磁気ヘッド。
  15. 【請求項１５】 上記表面酸化層の厚さは、０．４ｎｍ
    以下であることを特徴とする請求項１１記載の磁気抵抗
    効果型磁気ヘッド。
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