JP2001308414A - Huge magnetoresistance effect film - Google Patents

Huge magnetoresistance effect film

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JP2001308414A
JP2001308414A JP2001001197A JP2001001197A JP2001308414A JP 2001308414 A JP2001308414 A JP 2001308414A JP 2001001197 A JP2001001197 A JP 2001001197A JP 2001001197 A JP2001001197 A JP 2001001197A JP 2001308414 A JP2001308414 A JP 2001308414A
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film
magnetic
substrate
giant magnetoresistive
magnetic film
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JP2001001197A
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Mitsuteru Inoue
光輝 井上
Toshitaka Fujii
壽崇 藤井
Osamu Shinoura
治 篠浦
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Original Assignee
TDK Corp
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    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3254Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the spacer being semiconducting or insulating, e.g. for spin tunnel junction [STJ]

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a tunnel current magnetoresistance effect film excellent in magnetic field sensitivity by a simple method. SOLUTION: This huge magnetoresistance effect film is provided with a base magnetic material film formed on a substrate and an insulating film formed on the base magnetic material film, which has uneven structure having directivity in the plane of a thin film. On the substrate, the portions are formed in which a tunnel current flows between protruding parts of the base magnetic material film which are adjacent to each other via the insulating film buried in the recessed parts.

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】本発明は外部磁界により、抵
抗が変化する巨大磁気抵抗効果薄膜に関するものであ
り、これらの磁性薄膜を用いることで高感度な磁界セン
サ等を実現することが可能となる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a giant magnetoresistive thin film whose resistance is changed by an external magnetic field, and it is possible to realize a highly sensitive magnetic field sensor and the like by using these magnetic thin films. .

【0002】[0002]

【従来の技術】高感度な磁界センサとして、薄い絶縁膜
を介して2つの強磁性体薄膜を接合したトンネル効果磁
気抵抗効果素子(TMR)が知られている。このトンネ
ル効果磁気抵抗効果素子は、2つの強磁性体間に一定の
トンネル電流を流し、この状態で強磁性体薄膜の膜面に
平行に異なる磁場を与えたとき、この素子に巨大な抵抗
変化が生じる現象を利用している。
2. Description of the Related Art As a highly sensitive magnetic field sensor, a tunnel effect magnetoresistive element (TMR) in which two ferromagnetic thin films are joined via a thin insulating film is known. In this tunnel effect magnetoresistive element, when a constant tunnel current flows between two ferromagnetic materials and different magnetic fields are applied in parallel to the surface of the ferromagnetic thin film in this state, a huge resistance change occurs in the element. Utilizes the phenomenon that occurs.

【0003】このような素子に関して、例えば、特開平
8−316548号公報には、宮崎らによって、膜面内
に異方性を有さず、かつ上下磁性膜の保磁力が異なる場
合に特に大きな抵抗変化が生じることが開示されてい
る。
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-316548 discloses that such a device is particularly large when Miyazaki et al. Have no anisotropy in the film plane and the coercive force of the upper and lower magnetic films is different. It is disclosed that a resistance change occurs.

【0004】しかしながら、薄い絶縁膜を安定に作製す
ることは極めて困難であり、この解決策の1つとして、
特開平8−316548号公報や、特開平10−308
320号公報等にグラニュラー型巨大磁気抵抗効果膜が
開示されている。グラニュラー型巨大磁気抵抗効果膜
は、磁性金属微粒子が非磁性絶縁体マトリックス中に分
散した薄膜となっており、その薄膜中における電気伝導
は磁性金属粒子間の伝導電子のトンネル効果によって生
じており、多数のトンネル接合が多くつながった多重構
造を形成している。例えば、CoAlO膜では、粒径2
〜3nmのCoが分散し、Co粒子間のAl酸化物の厚
さは約1nmであることが知られている。
[0004] However, it is extremely difficult to stably produce a thin insulating film.
JP-A-8-316548 and JP-A-10-308
No. 320 discloses a granular giant magnetoresistive film. The granular type giant magnetoresistive film is a thin film in which magnetic metal particles are dispersed in a non-magnetic insulator matrix, and electric conduction in the thin film is caused by a tunnel effect of conduction electrons between the magnetic metal particles. A large number of tunnel junctions form a multi-layered structure. For example, a CoAlO film has a particle size of 2
It is known that 33 nm of Co is dispersed, and the thickness of Al oxide between Co particles is about 1 nm.

【0005】このようなグラニュラー膜は、約8%程度
の磁気抵抗変化(MR比)を示すことが報告されてい
る。しかしながら、抵抗が変化するのに必要な磁界は1
MA/m程度と非常に大きく、磁場感度としては低いも
のであった。
It has been reported that such a granular film exhibits a magnetoresistance change (MR ratio) of about 8%. However, the magnetic field required for the resistance to change is 1
It was very large at about MA / m, and the magnetic field sensitivity was low.

【0006】このような巨大磁気抵抗効果膜(GMR
膜)の磁場感度を高める方法として、特開平11−27
4599号公報において三谷らが、フォトリソグラフィ
技術を用いる方法を開示している。すなわち、基体上に
膜厚と同程度の空隙(ギャップ)を有する軟磁性膜構造
を形成し、その上にグラニュラー膜を形成する。この複
合構造は、軟磁性体のギャップの中にグラニュラー膜が
おかれていることからGranular-In-Gap (GIG)と呼ばれ
ている。NiFe軟磁性膜ギャップ内に形成されたCo
YOグラニュラー膜は、0.2kA/mの外部磁界で飽
和しており、磁界感度はCoYO単層膜の200倍にま
で改善されたことが報告されている。
[0006] Such a giant magnetoresistive film (GMR)
As a method for improving the magnetic field sensitivity of
No. 4599, Mitani et al. Discloses a method using a photolithography technique. That is, a soft magnetic film structure having a gap (gap) of the same thickness as the film thickness is formed on a substrate, and a granular film is formed thereon. This composite structure is called Granular-In-Gap (GIG) because a granular film is placed in the gap of the soft magnetic material. Co formed in NiFe soft magnetic film gap
It is reported that the YO granular film is saturated by an external magnetic field of 0.2 kA / m, and the magnetic field sensitivity is improved up to 200 times that of the CoYO single layer film.

【0007】一方、第21回日本応用磁気学会学術講演
概要集、307ページ(1997年)、電気学会マグネ
ティクス研究会資料、MAG−96−84、61ページ
(1996年)には、斜めスパッタ法により形成された
磁性膜は、面内に方向性をもつ繊維状組織が形成される
こと、さらにそのような微細構造により成膜された磁性
膜の電気抵抗や異方性、磁気抵抗効果特性が変化するこ
とが本願発明者を含む研究者らにより報告されている。
On the other hand, the 21st Annual Meeting of the Japan Society of Applied Magnetics, 307 pages (1997), IEICE Magnetics Research Group, MAG-96-84, page 61 (1996), describes the oblique sputtering method. In the magnetic film formed by the above, a fibrous structure having directionality in the plane is formed, and furthermore, the electric resistance, anisotropy, and magnetoresistance effect characteristics of the magnetic film formed by such a fine structure are improved. Changes have been reported by researchers including the present inventors.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来公知のTMR膜は、2つの磁性膜に挟まれる薄い絶縁
膜を作製することが困難であった。
However, it has been difficult for the above-mentioned conventional TMR film to form a thin insulating film sandwiched between two magnetic films.

【0009】また、グラニュラーGMR膜においても前
述の、フォトリソグラフィ技術を用いるGIG構造は、
その作製のために微細加工を要する。そのために、簡便
に作製出来るというグラニュラーGMR膜本来の大きな
利点が半減してしまっていた。
[0009] Also in the granular GMR film, the above-mentioned GIG structure using the photolithography technique is as follows.
Fine processing is required for its production. Therefore, the original great advantage of the granular GMR film that it can be easily manufactured has been reduced by half.

【0010】さらに、斜めスパッタ法による繊維状組織
を有するグラニュラーGMRは、その構造に起因する異
方性制御効果により、磁界感度を高めることが可能であ
ることは知られていたが、その改善効果は僅かであっ
た。
Further, it has been known that the granular GMR having a fibrous structure formed by the oblique sputtering method can increase the magnetic field sensitivity by the effect of controlling anisotropy caused by its structure. Was slight.

【0011】このような実状のもとに本発明は創案され
たものであり、その目的は、作製が極めて困難といわる
薄い絶縁膜の作製手法や、フォトリソグラフィ等の手法
を用いることなく、簡便な方法で作製でき、磁界感度の
良好なトンネル電流磁気抵抗効果膜を提供することにあ
る。
The present invention has been made in view of such circumstances, and its object is to provide a simple and easy method without using a method of manufacturing a thin insulating film, which is extremely difficult to manufacture, or a method such as photolithography. It is an object of the present invention to provide a tunnel current magnetoresistive film which can be manufactured by a simple method and has good magnetic field sensitivity.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明は、基板上に成膜された下地磁性体膜
と、当該下地磁性体膜の上に形成された絶縁体膜を有す
る巨大磁気抵抗効果膜であって、前記下地磁性体膜は、
薄膜の面内で方向性を有する凹凸構造を有し、当該凹部
に埋設された前記絶縁体膜を介して隣接する下地磁性体
膜の凸部間でトンネル電流が流れるように作用する箇所
が基板上に形成されているように構成される。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve such problems, the present invention provides a base magnetic film formed on a substrate, and an insulating film formed on the base magnetic film. A giant magnetoresistive film having:
The substrate has a concavo-convex structure having directionality in the plane of the thin film, and a portion that acts so as to allow a tunnel current to flow between adjacent protrusions of the underlying magnetic film via the insulator film embedded in the recess is formed on the substrate. It is configured as formed above.

【0013】また、本発明における前記下地磁性体膜の
表面抵抗率は、面内で方向依存性を有し、最大表面抵抗
率を(ρmax)、最小表面抵抗率を(ρmin)とすると
き、(ρmax)を示す方向と(ρmin)を示す方向がほぼ
直交しているように構成される。
In the present invention, the surface resistivity of the underlayer magnetic film has direction dependency in a plane, and when the maximum surface resistivity is (ρmax) and the minimum surface resistivity is (ρmin), The direction indicating (ρmax) and the direction indicating (ρmin) are configured to be substantially orthogonal.

【0014】また、本発明における前記(ρmax)/
(ρmin)の比は、1.10以上となるように構成され
る。
In the present invention, (ρmax) /
The ratio of (ρmin) is configured to be 1.10.

【0015】また、本発明における前記凹凸構造は、そ
の凹凸構造を形成する幅方向に測定した表面プロファイ
ルによる最高膜厚を(Tmax)、最低膜厚を(Tmin)と
するとき、最高膜厚(Tmax)は、3〜30nmであ
り、最低膜厚(Tmin)は、下地磁性体膜が部分的に途
切れて基板が露呈した部分を含むために零であり、前記
方向性を有する凹凸構造における凹部の幅の平均が0.
5nm〜50nmとなるように構成される。
In the present invention, when the maximum film thickness is (Tmax) and the minimum film thickness is (Tmin) based on a surface profile measured in the width direction of the uneven structure, the maximum film thickness ( Tmax) is 3 to 30 nm, and the minimum thickness (Tmin) is zero because the underlying magnetic film is partially interrupted to include a portion where the substrate is exposed. Average width of 0.
It is configured to be 5 nm to 50 nm.

【0016】また、本発明は、基板上に成膜された下地
磁性体膜と、当該下地磁性体膜の上に形成された絶縁体
膜を有する巨大磁気抵抗効果膜であって、前記下地磁性
体膜は、当該下地磁性体膜を構成する堆積粒子が基板面
に対して入射角度50〜80度の範囲内で入射できるよ
うな状態で真空成膜された磁性膜であるように構成され
る。
The present invention also provides a giant magnetoresistive film having a base magnetic film formed on a substrate and an insulating film formed on the base magnetic film, The body film is configured to be a magnetic film vacuum-formed so that the deposited particles constituting the base magnetic film can be incident on the substrate surface at an incident angle of 50 to 80 degrees. .

【0017】また、本発明における前記下地磁性体膜
は、当該下地磁性体膜を構成する堆積粒子が基板面に対
して入射角度50〜80度の範囲内で入射できるような
状態で真空成膜された後、その表面がエッチング処理さ
れてなるように構成される。
Further, in the present invention, the underlayer magnetic film is vacuum-deposited in such a state that deposited particles constituting the underlayer magnetic film can be incident on the substrate surface at an incident angle of 50 to 80 degrees. Then, the surface is etched.

【0018】上記の本発明において、下地磁性体膜の両
端に電極を形成して検出電流を流すことにより、下地磁
性体膜の凹凸構造の凹部に埋設された前記絶縁体膜を介
して、隣接する下地磁性体膜の凸部間(基板に近いとこ
ろ)でトンネル電流が流れるような箇所が複数存在す
る。
In the present invention, electrodes are formed at both ends of the underlying magnetic film and a detection current is caused to flow therethrough so as to be adjacent to the underlying magnetic film via the insulating film buried in the concave portion of the uneven structure. There are a plurality of locations where a tunnel current flows between the protruding portions of the underlying magnetic film (close to the substrate).

【0019】また、下地磁性体膜の凹凸構造はランダム
な畝状構造をなし、畝の出来具合によって各畝は微妙に
保磁力Hcが異なる。従って、外部磁界の変化によっ
て、下地磁性体膜の凹凸構造の磁化される状態が変化し
(磁化の平衡、反平衡の状態が局所的に変わる)、これ
により電極間を流れるトンネル電流が変化するように作
用する。
The uneven structure of the underlying magnetic film has a random ridge-like structure, and each ridge has a slightly different coercive force Hc depending on the condition of the ridge. Therefore, the magnetized state of the concavo-convex structure of the underlying magnetic film changes due to the change of the external magnetic field (the state of magnetization equilibrium and the state of anti-equilibrium change locally), thereby changing the tunnel current flowing between the electrodes. Act like so.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的実施の形態
について詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail.

【0021】図1には、本発明の巨大磁気抵抗効果膜1
の好適な実施の形態が示される。図1に示されるよう
に、本発明の巨大磁気抵抗効果膜1は、基板10の上に
成膜された下地磁性体膜20と、当該下地磁性体膜20
の上に形成された絶縁体膜30を有する巨大磁気抵抗効
果膜として構成される。
FIG. 1 shows a giant magnetoresistive film 1 of the present invention.
Is shown. As shown in FIG. 1, the giant magnetoresistive film 1 of the present invention includes a base magnetic film 20 formed on a substrate 10 and a base magnetic film 20.
As a giant magnetoresistive film having an insulator film 30 formed thereon.

【0022】以下、下地磁性体膜20の構成および成膜
方法、ならびに絶縁体膜30の構成、ならびにこれらの
膜の積層構造等について、順次説明する。
The structure and method of forming the underlying magnetic film 20, the structure of the insulator film 30, the laminated structure of these films, and the like will be sequentially described below.

【0023】下地磁性体膜20の構成 図1に示されるように、下地磁性体膜20は、薄膜の面
内で方向性を有する凹凸構造を備えている。すなわち、
図1における(α)−(α)方向(紙面の左右方向)に
向けて、凹部21と凸部22を交互に繰り返す凹凸構造
(方向性を有する凹凸構造)を備えている。ちなみに、
図1における凹部21および凸部22の紙面の奥行き方
向の形態は、理想的な形状として表すならば、図3に示
さされるように実質的にその凹部21および凸部22の
断面形状をほぼ維持した状態で紙面の奥行き方向に延び
た形態となっている。
Configuration of Underlayer Magnetic Film 20 As shown in FIG. 1, the underlayer magnetic film 20 has an uneven structure having directionality in the plane of the thin film. That is,
A concavo-convex structure (a concavo-convex structure having directionality) in which concave portions 21 and convex portions 22 are alternately repeated in the (α)-(α) direction (left-right direction on the paper surface) in FIG. By the way,
If the shape of the concave portion 21 and the convex portion 22 in FIG. 1 in the depth direction of the paper surface is expressed as an ideal shape, as shown in FIG. It is in a form extending in the depth direction of the paper while maintaining it.

【0024】なお、凹凸構造を構成する凹部21および
凸部22の実際の形状は、後述する製造方法からもわか
るように、図面で示されるように規則正しい形状のもの
が規則正しく配置・形成されているものではなく、凸部
21といえども形態の異なる大小の凸形状のものが入り
混じった複雑な形態となっている。つまり、図面では、
本願発明の理解が容易になるように比較的規則正しい凹
凸構造として描かれている。
The actual shapes of the concave portions 21 and the convex portions 22 forming the concave-convex structure are regularly arranged and regularly arranged as shown in the drawings, as can be seen from the manufacturing method described later. However, the convex portion 21 has a complicated shape in which large and small convex shapes having different shapes are mixed. In other words, in the drawing,
It is drawn as a relatively regular uneven structure to facilitate understanding of the present invention.

【0025】本発明の下地磁性体膜の表面抵抗率は、面
内で方向依存性を有する。すなわち、図3を例に取れば
(α)−(α)方向において最大値を示し、それに対し
てほぼ直交する方向(約90°±10°の角度)で最小
値を示す。この現象は下地磁性体膜が方向性のある凹凸
構造を有していることに起因しており、本発明の大きな
特徴である。そして、表面抵抗率の最大値を(ρmax:
最大表面抵抗率)、表面抵抗率の最小値を(ρmin:最
小表面抵抗率)とするとき、(ρmax)/(ρmin)の値
が1.10以上となる状態の方向性のある凹凸構造下地
磁性体膜とすることが望ましい。本発明の目的である磁
界感度の向上を確実に実現するためである。上記(ρma
x)/(ρmin)の値は、1.20以上が好ましく、さら
に好ましくは1.30以上である。
The surface resistivity of the underlying magnetic film of the present invention has direction dependence in the plane. That is, taking FIG. 3 as an example, the maximum value is shown in the (α)-(α) direction, and the minimum value is shown in a direction substantially perpendicular thereto (an angle of about 90 ° ± 10 °). This phenomenon is attributable to the fact that the underlying magnetic film has a directional uneven structure, which is a major feature of the present invention. Then, the maximum value of the surface resistivity is defined as (ρmax:
When the minimum value of the surface resistivity is (ρmin: minimum surface resistivity) and the value of (ρmax) / (ρmin) is 1.10 or more, the directional uneven structure base has a directionality. It is desirable to use a magnetic film. This is to ensure the improvement of the magnetic field sensitivity, which is the object of the present invention. The above (ρma
The value of (x) / (ρmin) is preferably 1.20 or more, more preferably 1.30 or more.

【0026】また、下地磁性体膜の上記表面抵抗率の最
大値(ρmax)の値は、200Ω/□以上、好ましくは
500Ω/□以上であれば本発明の効果を最大限に発揮
できるようになる。この値の上限に特に制限はないが、
通常100万Ω/□程度である。
If the maximum value (ρmax) of the surface resistivity of the underlying magnetic film is 200 Ω / □ or more, preferably 500 Ω / □ or more, the effect of the present invention can be maximized. Become. There is no particular upper limit for this value,
Usually, it is about 1,000,000Ω / □.

【0027】凹部21および凸部22を備える凹凸構造
は、図1に示されるように、凹凸構造を形成する幅方向
(α方向)に測定した表面プロファイルによる最高膜厚
を(Tmax)、最低膜厚を(Tmin)としたとき、最高膜
厚(Tmax)が、3〜30nm、好ましくは、5〜20
nmとされる。本発明における最低膜厚(Tmin)は、
下地磁性体膜20が部分的に途切れて基板10の表面が
露呈した部分を含むために零となる。そして、本発明に
おいては、当該凹部21に埋設された前記絶縁体膜30
を介して隣接する下地磁性体膜の凸部22,22間でト
ンネル電流が流れるように作用する箇所が基板上に形成
されている。つまり、本発明における当該凹部21に埋
設された前記絶縁体膜30は、その両側に形成される下
地磁性体膜の隣接する凸部22,22間に流れるトンネ
ル電流のバリア膜として機能しているのである。
As shown in FIG. 1, the concave and convex structure having the concave portion 21 and the convex portion 22 has a maximum film thickness (Tmax) based on a surface profile measured in the width direction (α direction) for forming the concave and convex structure, and a minimum film thickness. When the thickness is (Tmin), the maximum thickness (Tmax) is 3 to 30 nm, preferably 5 to 20 nm.
nm. The minimum film thickness (Tmin) in the present invention is:
The value is zero because the base magnetic film 20 includes a part where the surface of the substrate 10 is exposed by being partially interrupted. In the present invention, the insulator film 30 buried in the recess 21 is used.
A portion is formed on the substrate through which a tunnel current flows between the protrusions 22 of the underlying magnetic film adjacent to each other. That is, the insulator film 30 buried in the concave portion 21 according to the present invention functions as a barrier film for a tunnel current flowing between the adjacent convex portions 22 of the base magnetic film formed on both sides thereof. It is.

【0028】前記方向性を有する凹凸構造における凹部
21の幅Wr(α方向に測定)の平均は、0.5nm〜
50nm、好ましくは5〜30nmとされる。また、凹
凸構造における凸部22の幅Wp(α方向に測定)の平
均は、0.5nm〜50nm、好ましくは5〜30nm
とされる。ここで凹部21の幅Wr、凸部22の幅Wp
とは、表面プロファイルにおいて、最大高さの50%の
場所での凸部の幅、最大深さの50%の場所での凹部の
幅のことである。凸部22の幅Wpが前記範囲未満では
磁性体としての磁束集中効果が弱く飽和磁界が大きくな
ってしまう。前記範囲を越えるとTMR効果に寄与する
部分が減少するため変化率が小さくなってしまう。また
凹部21の幅Wrが前記範囲未満では磁性体間の接触が
多発し、前記範囲を越えるとトンネル電流が流れにくく
なる。
The average of the width Wr (measured in the α direction) of the concave portion 21 in the uneven structure having directivity is 0.5 nm to
It is 50 nm, preferably 5 to 30 nm. The average of the width Wp (measured in the α direction) of the convex portion 22 in the concave-convex structure is 0.5 nm to 50 nm, preferably 5 nm to 30 nm.
It is said. Here, the width Wr of the concave portion 21 and the width Wp of the convex portion 22
The term “width” refers to the width of a convex portion at a position of 50% of the maximum height and the width of a concave portion at a position of 50% of the maximum depth in the surface profile. If the width Wp of the convex portion 22 is less than the above range, the effect of concentrating magnetic flux as a magnetic substance is weak, and the saturation magnetic field becomes large. When the ratio exceeds the above range, a portion contributing to the TMR effect decreases, so that the rate of change becomes small. If the width Wr of the concave portion 21 is less than the above range, contact between the magnetic bodies occurs frequently, and if the width Wr exceeds the above range, it becomes difficult for a tunnel current to flow.

【0029】なお、実際にトンネル電流が流れる場所
は、凹部21の幅Wrが最も細い場所、多くの場合は基
板10の表面近傍であり、上記のような最大高さ(深
さ)の50%の場所では無い。これは後述する製造方法
からも分かるように凸部22の断面形状が傾斜している
ためである。
The location where the tunnel current actually flows is where the width Wr of the concave portion 21 is the narrowest, in many cases near the surface of the substrate 10, and 50% of the maximum height (depth) as described above. Not in a place. This is because the cross-sectional shape of the convex portion 22 is inclined as can be seen from a manufacturing method described later.

【0030】上記の最高膜厚(Tmax)が、3nm未満
では、下地膜そのものとしての存在価値がなくなり、下
地膜20としてこの上に形成される絶縁体膜30に与え
る影響が小さくなり、動作磁界を低減させるという本願
の効果が小さくなってしまう。また、最高膜厚(Tma
x)が、100nmを超えると、本願所望の凹凸構造を
形成する製造工程において、後述する自己陰影効果が小
さくなり所望の凹凸構造が得られないという不都合が生
じる。
When the maximum film thickness (Tmax) is less than 3 nm, the existence value of the underlying film itself is lost, the influence on the insulating film 30 formed thereon as the underlying film 20 is reduced, and the operating magnetic field is reduced. , The effect of the present application of reducing the amount of light is reduced. In addition, the maximum film thickness (Tma
If x) exceeds 100 nm, in the manufacturing process for forming the desired uneven structure, the disadvantage that the self-shading effect described later becomes small and the desired uneven structure cannot be obtained occurs.

【0031】なお、後述のごとく本発明における凹凸構
造は、実質的に自然に形成されるものであり、そのばら
つきは大きい。このため、本発明における凹凸表面形状
に関する数値は、その10点平均値を示しており、個々
の測定ではその平均値から大きく外れる場合もある。具
体的な凹凸構造の評価方法としては、原子間力顕微鏡
(AFM)による面状態(2次元)観察を行い、その代
表的な場所の断面プロファイルデータを用いている。
As will be described later, the concavo-convex structure in the present invention is formed substantially spontaneously, and its variation is large. For this reason, the numerical value relating to the uneven surface shape in the present invention indicates the average value of the ten points, and the individual measurement may deviate significantly from the average value. As a specific method for evaluating the concavo-convex structure, surface state (two-dimensional) observation by an atomic force microscope (AFM) is performed, and cross-sectional profile data of a representative place is used.

【0032】このような下地磁性体膜20は、以下の要
領で成膜することが好ましい。
It is preferable that such a base magnetic film 20 is formed in the following manner.

【0033】下地磁性体膜20の成膜 本発明においては、手間のかかる高価なフォトリソグラ
フィ等の手法を用いること無く、自然に形成される面内
で方向性を有する凹凸構造を利用する。そのため、ギャ
ップ(凹部)の大きさは、従来のフォトリソグラフィ等
の技術的限界を超えたナノオーダーの大きさ、構造をと
る。本発明における「方向性を有する凹凸構造」とは、
すでに上述したとおりであるが、さらに追加説明するな
らば図3に模式的に示されるごとく、面内のある特定方
向にそって“繊維状”、“筋状”、“うね状”等で表現
される凹凸が平行して多数形成されているナノ構造のこ
とである。
[0033] In the film formation present invention the underlying magnetic layer 20, without using a method such as expensive photolithography laborious, utilizes an uneven structure having a directional in a plane which is naturally formed. Therefore, the size of the gap (concave portion) has a nano-order size and structure that exceeds the technical limit of conventional photolithography and the like. The “irregular structure having directionality” in the present invention is:
As already described above, if it is further described, as schematically shown in FIG. 3, along a certain specific direction in the plane, "fibrous", "streak", "ridge", etc. It is a nanostructure in which a large number of expressed irregularities are formed in parallel.

【0034】しかしながら、基本的に自然に形成される
構造のため、その構造は、図3に示されるごとく完全な
ものでは無く、例えば、ある1本の凸部22を見れば、
方向性が乱れて斜めとなり他の凸部22と接触し一体化
している部分、途中で途切れている部分等々も多数存在
する。また、粒子が1方向に結合し並んで凸部22を形
成しているような構造も含まれる。凸部22が途中で途
切れている場合もある。
However, since the structure is basically formed naturally, the structure is not perfect as shown in FIG.
There are many parts where the directionality is disturbed and becomes oblique and in contact with and integrated with other convex parts 22, and there are many parts that are interrupted on the way. Further, a structure in which the particles are combined in one direction to form the protrusions 22 is also included. The convex part 22 may be interrupted on the way.

【0035】すなわち、微視的に見ると決して面内に方
向性を有する構造とは見えない場合も本発明の凹凸構造
に含まれる。しかし、巨視的にみれば、面内で方向性を
有する凹凸構造が認められる。ただし、本発明において
は極めて微細な構造を取り扱っているために巨視的とい
っても100〜1000nm程度のレンジでの表面プロ
ファイルを指している。
That is, when viewed microscopically, the case where the structure having no directionality in the plane is never seen is also included in the uneven structure of the present invention. However, macroscopically, a concavo-convex structure having directionality in a plane is recognized. However, in the present invention, since a very fine structure is handled, macroscopic means a surface profile in a range of about 100 to 1000 nm.

【0036】以上のように本発明の実際の凹凸微細構造
は極めて複雑である(図1〜3に示した凹凸構造は、前
述したように本発明の構成や効果をわかり易く説明する
ために模式的に規則正しく表したものである)。
As described above, the actual concave / convex fine structure of the present invention is extremely complicated (the concave / convex structure shown in FIGS. 1 to 3 is a schematic diagram for easy understanding of the configuration and effect of the present invention as described above. It is a regular expression in).

【0037】このため、例えば、原子間力顕微鏡を用い
て、下地磁性体膜20表面プロファイルを評価すると、
図3に示されるような比較的明瞭な方向性を有する構造
において、(α)−(α)方向に走査した場合、短周期
で大きな凹凸が見られる.これに対して、(α)−
(α)方向に直角に走査した場合、凹凸は見られない。
しかしながら、凸部22が完全に平行でなく、部分的に
曲がっている構造の場合には、(α)−(α)方向に直
角に走査した場合にも大きな凹凸が見られる。この凹凸
の最高膜厚および最低膜厚は、(α)−(α)方向に走
査した場合と全く同じであるが、その凸部ピークの平均
長さは(α)−(α)方向に走査した場合に比べて長く
なり、長周期となる。すなわち、走査方向により凹凸の
周期が異なるという現象が見られる。
For this reason, when the surface profile of the underlying magnetic film 20 is evaluated using, for example, an atomic force microscope,
In a structure having a relatively clear directionality as shown in FIG. 3, when scanning in the (α)-(α) direction, large irregularities are seen in a short cycle. On the other hand, (α) −
When scanning at right angles to the (α) direction, no irregularities are seen.
However, in the case of a structure in which the projections 22 are not completely parallel and are partially bent, large irregularities are observed even when scanning is performed at right angles to the (α)-(α) direction. The maximum film thickness and the minimum film thickness of the unevenness are exactly the same as in the case of scanning in the (α)-(α) direction, but the average length of the peak of the projection is scanned in the (α)-(α) direction. It becomes longer than the case where it did, and becomes a long cycle. That is, there is a phenomenon that the period of the unevenness differs depending on the scanning direction.

【0038】このような、面内で方向性を有する凹凸構
造は、真空中で斜め方向から入射した粒子が、基板10
上に堆積する際の、初期過程におけるいわゆる自己陰影
効果により形成することが出来る。例えば、スパッタ成
膜による本発明の凹凸構造は、図2(a)に示されるよ
うに基板10の平面とターゲット50の平面との配置角
度θ(基板10平面の垂直方向を基準とした入射角θと
同じ)が50〜80度の場合、好ましくは55〜70度
の場合に得られる。
Such a concavo-convex structure having directionality in a plane has a structure in which particles incident obliquely in a vacuum form the substrate 10.
It can be formed by the so-called self-shading effect in the initial stage when depositing on the top. For example, as shown in FIG. 2A, the concavo-convex structure of the present invention formed by sputter deposition forms an arrangement angle θ between the plane of the substrate 10 and the plane of the target 50 (the incident angle with respect to the vertical direction of the plane of the substrate 10). (same as θ) is 50 to 80 degrees, preferably 55 to 70 degrees.

【0039】入射角θが50度未満となると自己陰影効
果が弱く、良好な方向性構造が得られない。また、入射
角θが80度を超えると、成膜効率が悪くかつ面内分布
が大きくなり実用に適さなくなる。
If the incident angle θ is less than 50 degrees, the self-shading effect is weak, and a good directional structure cannot be obtained. If the incident angle θ exceeds 80 degrees, the film forming efficiency is poor and the in-plane distribution is large, which is not suitable for practical use.

【0040】本発明に用いられる下地磁性体膜20の材
質としては、Ni,Fe、Coから選ばれる1種以上の
元素を主成分として構成される。特に、飽和磁界が小さ
い、すなわち一般的に軟磁性体として知られている各種
の金属薄膜を用いることが磁界感度を向上させる観点か
らは好ましい。例えば、Ni、Fe、Co、NiFe、
NiFeP、CoFe,CoNiFe、CoFeP、N
iFeMo、FeZrN、FeN、FeSiAl、Co
ZrNb等が使用可能である。これらの軟磁性薄膜の飽
和磁界は、20〜2000A/m程度であり、3000
A/m以下である。3000A/mを越える飽和磁界の
材料では、巨大磁気抵抗効果膜の飽和磁界が大き過ぎて
磁界感度が低くなってしまう。
The material of the underlying magnetic film 20 used in the present invention is composed mainly of at least one element selected from Ni, Fe and Co. In particular, it is preferable to use various metal thin films having a small saturation magnetic field, that is, various kinds of metal thin films generally known as soft magnetic materials, from the viewpoint of improving the magnetic field sensitivity. For example, Ni, Fe, Co, NiFe,
NiFeP, CoFe, CoNiFe, CoFeP, N
iFeMo, FeZrN, FeN, FeSiAl, Co
ZrNb or the like can be used. The saturation magnetic field of these soft magnetic thin films is about 20 to 2000 A / m, and 3000
A / m or less. For a material having a saturation magnetic field exceeding 3000 A / m, the saturation magnetic field of the giant magnetoresistive film is too large and the magnetic field sensitivity is reduced.

【0041】なお、飽和磁界は各種の方法で測定が可能
であるが、振動試料型磁力計(VSM)を用いて測定す
ることにより簡便におおよその値を知ることが可能であ
る。本発明における飽和磁界とは、外部から十分に強い
磁界を加えたときに較べて、磁化が90%飽和する磁界
強度と定義する。
Although the saturation magnetic field can be measured by various methods, an approximate value can be easily obtained by measuring using a vibrating sample magnetometer (VSM). The saturation magnetic field in the present invention is defined as a magnetic field intensity at which the magnetization is 90% saturated as compared with a case where a sufficiently strong magnetic field is applied from the outside.

【0042】本発明における下地磁性体膜20の材質と
して、大きな磁気抵抗効果変化率を得るためには、分極
の大きな材料を用いることが好ましく、一般にはNi,
Fe、Coから選ばれる1種以上の元素を主成分とする
磁性材料では、高飽和磁束密度材料ほど分極が大きい傾
向にある。しかし、一般に高飽和磁束密度材料は、飽和
磁界は大きいことが多いため、磁界感度は低くなるが、
大きな変化率を得ることが目的の場合には適用可能であ
る。
In order to obtain a large magnetoresistance effect change rate, it is preferable to use a material having a large polarization as the material of the base magnetic film 20 in the present invention.
In a magnetic material mainly containing one or more elements selected from Fe and Co, the higher the saturation magnetic flux density material, the larger the polarization. However, high saturation magnetic flux density materials generally have a large saturation magnetic field, so the magnetic field sensitivity is low.
It is applicable when the purpose is to obtain a large change rate.

【0043】なお、本発明の方向性を有する凹凸構造
は、高周波マグネトロンスパッタ法以外の、DCスパッ
タ法、イオンビームスパッタ法、蒸着法等の各種の真空
成膜法により形成することが可能である。なかでも、特
にスパッタ法が好ましい。これは、スパッタ法における
成膜粒子の持つエネルギーが本発明の凹凸構造をつくる
うえで特に適しているためである。換言すれば、本発明
で好ましい自己陰影効果による凹凸構造が発現しやすい
ためである。
The uneven structure having directivity according to the present invention can be formed by various vacuum film forming methods such as a DC sputtering method, an ion beam sputtering method and an evaporation method other than the high-frequency magnetron sputtering method. . Among them, a sputtering method is particularly preferable. This is because the energy of the film-forming particles in the sputtering method is particularly suitable for forming the uneven structure of the present invention. In other words, this is because a concavo-convex structure due to the self-shading effect preferable in the present invention is easily developed.

【0044】さらに、例えば、スパッタ法によるスパッ
タ成膜においては、用いる雰囲気ガスの種類、ガス圧
力、投入電力、基板温度等の各種の要因により形成され
る凹凸構造の形状は異なる。例えば、アルゴンガスを用
い、基板/ターゲットの配置角度θを60度に設定した
場合には、ガス圧力が2.67Pa(2mTorr)の
時に最も効果的に良好な凹凸構造が形成される。
Furthermore, for example, in the sputter deposition by the sputtering method, the shape of the concavo-convex structure formed differs depending on various factors such as the type of the atmospheric gas to be used, the gas pressure, the input power, and the substrate temperature. For example, when the arrangement angle θ between the substrate and the target is set to 60 degrees using an argon gas, the most effective and favorable uneven structure is formed when the gas pressure is 2.67 Pa (2 mTorr).

【0045】本発明のギャップ構造が形成された凹凸構
造の下地磁性体膜20の比抵抗は、750μΩcm以上、
特に好ましくは1000μΩcm以上とされる。従来のフ
ォトリソグラフィにより形成されたギャップ構造では、
ギャップ両側の下地磁性体膜は、完全に分離しているの
で、理論上の比抵抗は無限大となる。これに対して本発
明の凹凸構造を備える下地磁性体膜20は、面内で方向
性を有しているが、そのギャップには、バラツキがあり
部分的にギャップを構成する凹部21に磁性体膜が残り
ギャップ両側の下地磁性体膜の凹部21の部分で短絡し
ているのが通常である。このため比抵抗は無限大とはな
らず、ある有限の値を示す。なお、本発明において、比
抵抗とは凹凸のある膜のため膜厚としては、最高膜厚
(Tmax)を用いて測定抵抗値から計算したものであ
る。
The resistivity of the underlying magnetic film 20 having the concavo-convex structure having the gap structure according to the present invention is 750 μΩcm or more.
Particularly preferably, it is 1000 μΩcm or more. In the gap structure formed by conventional photolithography,
Since the underlying magnetic films on both sides of the gap are completely separated, the theoretical specific resistance becomes infinite. On the other hand, the underlying magnetic film 20 having the concavo-convex structure of the present invention has directionality in the plane, but the gap thereof varies, and the magnetic material film is formed in the concave portion 21 which partially forms the gap. Normally, the film is short-circuited at the concave portions 21 of the underlying magnetic film on both sides of the remaining gap. For this reason, the specific resistance does not become infinite, but shows a certain finite value. In the present invention, since the specific resistance is a film having irregularities, the film thickness is calculated from the measured resistance value using the maximum film thickness (Tmax).

【0046】本発明においては、図2(a)に示される
ように基板10上に下地磁性体膜を所望角度の斜めスパ
ッタにより堆積させ、凹凸構造を形成した後に、図2
(b)に示されるようなエッチング処理、すなわち表面
から所望の厚さの膜を均一に除去する操作を行うことが
好ましい。エッチング処理は、例えば、真空中でアルゴ
ンガスを用いたイオンミリング装置等により行えばよ
い。このエッチング処理により凹凸構造のギャップを形
成する凹部21に、僅かに成膜されていた磁性体膜(図
2(a)の状態)を完全に除去することが可能となり、
本発明のトンネル電流効果発現のためのより好ましいギ
ャップを有する下地膜形状が作製される。
In the present invention, as shown in FIG. 2A, a base magnetic film is deposited on the substrate 10 by oblique sputtering at a desired angle to form an uneven structure.
It is preferable to perform an etching treatment as shown in (b), that is, an operation of uniformly removing a film having a desired thickness from the surface. The etching process may be performed by, for example, an ion milling device using an argon gas in a vacuum. This etching process makes it possible to completely remove the magnetic film (the state shown in FIG. 2A) that has been slightly formed in the concave portion 21 forming the gap of the concave-convex structure.
A base film shape having a more preferable gap for manifesting the tunnel current effect of the present invention is produced.

【0047】下地磁性体膜20の成膜条件によっては、
エッチング処理を行う前には、図2(a)に示されるよ
うにギャップ間、つまり凹部21を形成する個所にも僅
かに磁性体膜が成膜されているために、下地磁性体膜2
0は低い比抵抗となる。この場合にも、図2(b)に示
されるように表面から所望の厚さの膜を均一に除去する
エッチング処理を行うことで、750μΩcm以上の高い
比抵抗が簡易かつ確実に得られ、本発明の効果を最大限
に発揮できるようになる。
Depending on the conditions for forming the underlying magnetic film 20,
Before the etching process, as shown in FIG. 2A, the magnetic film is slightly formed between the gaps, that is, the portion where the concave portion 21 is formed.
0 indicates a low specific resistance. Also in this case, as shown in FIG. 2B, by performing an etching process for uniformly removing a film having a desired thickness from the surface, a high specific resistance of 750 μΩcm or more can be obtained easily and reliably. The effects of the invention can be maximized.

【0048】絶縁体膜30の構成 絶縁体膜30は、実質的に上記の凹凸構造を有する下地
磁性体膜20の上に形成される。絶縁体膜の薄膜として
は公知の各種の組成、構造の膜を用いることが可能であ
るが、好ましくは、下地磁性体膜20の100倍以上、
特に好ましくは1000以上の比抵抗を有する材料であ
る。前記範囲未満(100倍未満)ではトンネル電流が
流れにくく、MR比が小さくなってしまう。具体的に
は、SiO 2、TiO2、Ta25、Al23、Sm
23、Hf23、CeO2、Y23、SiN、AlNか
ら選ばれる1種以上の材料を主成分とすることが特に好
ましい。
[0048]Configuration of insulator film 30 The insulator film 30 is substantially a base having the above-described uneven structure.
It is formed on the magnetic film 20. As a thin insulator film
It is possible to use films having various known compositions and structures.
However, preferably, 100 times or more of the underlying magnetic film 20,
Particularly preferred is a material having a specific resistance of 1000 or more.
You. Below the range (less than 100 times), the tunnel current
It is difficult to flow and the MR ratio becomes small. Specifically
Is SiO Two, TiOTwo, TaTwoOFive, AlTwoOThree, Sm
TwoOThree, HfTwoOThree, CeOTwo, YTwoOThree, SiN, AlN
It is particularly preferable that at least one material selected from the group consisting of
Good.

【0049】なお上述のごとく、下地磁性体膜20の凹
部21には、磁性体膜が除去され存在していない部分を
つくることが良好なトンネル膜構造を形成する上で好適
な態様である。そのため、厳密にいえば、凹凸構造を有
するといっても下地磁性体膜20の凹部には磁性体膜が
存在しない部分が必要であり、本発明ではこの態様をも
含めて凹凸構造を有する下地磁性体膜20と称する。従
って、絶縁体膜30は部分的に凹部に位置する基板の上
に直接形成されている。それゆえ、本発明で「下地磁性
体膜の上に絶縁体膜を形成」といった場合、この態様を
も勿論含む。
As described above, it is preferable to form a portion in which the magnetic film is not present in the concave portion 21 of the base magnetic film 20 in order to form a favorable tunnel film structure. For this reason, strictly speaking, a concave portion of the underlying magnetic film 20 needs a portion where the magnetic film does not exist even though it has an uneven structure. This is referred to as a magnetic film 20. Therefore, the insulator film 30 is formed directly on the substrate partially located in the concave portion. Therefore, in the case of "forming an insulating film on a base magnetic film" in the present invention, this mode is of course included.

【0050】このような本発明の巨大磁気抵抗効果膜に
おいて、下地磁性体膜20の両端(図1の左右両端)に
電極を形成して検出電流を流すことにより、下地磁性体
膜20の凹凸構造の凹部21(特に、基板表面が露呈し
た箇所)に埋設された前記絶縁体膜30を介して、隣接
する下地磁性体膜20の凸部22,22間(基板に近い
ところ)でトンネル電流が流れるような箇所が複数存在
する。また、下地磁性体膜20の凹凸構造はランダムな
畝状構造等をなし、畝の出来具合によって各畝は微妙に
保磁力Hcが異なる。従って、外部磁界の変化によっ
て、下地磁性体膜の凹凸構造の磁化される状態が変化し
(磁化の平衡、反平衡の状態が局所的に変わる)、これ
により電極間を流れるトンネル電流が変化するように作
用するのである。
In such a giant magnetoresistive film of the present invention, the electrodes are formed at both ends (left and right ends in FIG. 1) of the base magnetic film 20 and a detection current is caused to flow, so that the unevenness of the base magnetic film 20 is obtained. Through the insulator film 30 buried in the concave portion 21 of the structure (particularly, the portion where the substrate surface is exposed), a tunnel current flows between the convex portions 22, 22 of the adjacent base magnetic film 20 (close to the substrate) between the adjacent convex portions 22, 22. There are a plurality of places where flows. Further, the uneven structure of the underlying magnetic film 20 has a random ridge-like structure or the like, and each ridge has a slightly different coercive force Hc depending on the condition of the ridge. Therefore, the magnetized state of the concavo-convex structure of the underlying magnetic film changes due to the change of the external magnetic field (the state of magnetization equilibrium and the state of anti-equilibrium change locally), thereby changing the tunnel current flowing between the electrodes. It works like that.

【0051】膜の積層構造 本発明の巨大磁気抵抗効果膜は、上記のシンプルな2層
磁性膜の積層構造に加えて、さらに2層積層磁性膜を繰
り返しの1単位として考え、これらを複数単位、積層す
るようにして巨大磁気抵抗効果膜を形成してもよい。す
なわち、基板側から、凹凸構造の軟磁性体膜20/絶縁
体膜30/凹凸構造の軟磁性体膜20/絶縁体膜30/
凹凸構造の軟磁性体膜20/絶縁体膜30/……と順
次、積層を繰り返す構造の巨大磁気抵抗効果膜である。
Laminated Structure of Film The giant magnetoresistive film of the present invention, in addition to the above-described laminated structure of a two-layer magnetic film, further considers a two-layer laminated magnetic film as one unit of repetition, Alternatively, a giant magnetoresistive film may be formed by stacking. That is, from the substrate side, the soft magnetic film 20 having the uneven structure / the insulator film 30 / the soft magnetic film 20 having the uneven structure / the insulator film 30 /
This is a giant magnetoresistive film having a structure in which the soft magnetic film 20 / insulator film 30 /...

【0052】積層回数(繰り返し単位)に特に制限は無
いが、一般には、基本構造(凹凸構造の軟磁性体膜20
/絶縁体膜30)を500回程度くらいまで繰り返すこ
とが好ましい。500回を超えると所望の凹凸の軟磁性
体膜20の微細構造が形成されにくくなり、本発明の巨
大磁気抵抗効果膜としての機能が十分でなくなるおそれ
がある。
Although the number of laminations (repeating unit) is not particularly limited, generally, the basic structure (the soft magnetic film 20 having an uneven structure) is generally used.
/ Insulator film 30) is preferably repeated about 500 times. If it exceeds 500 times, it becomes difficult to form a fine structure of the soft magnetic film 20 having desired irregularities, and the function as the giant magnetoresistive film of the present invention may not be sufficient.

【0053】基板10の構成 上記下地磁性体膜20および絶縁体膜30が積層される
基板10の材質は、有機系の材料や無機系の材料を問わ
ず特に制限はない。好適な具体例としては、ポリイミ
ド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートな
どの有機系の材料や、シリコン、ガラス、チタン、アル
ミニウムなどの無機系の材料が挙げられる。さらに、こ
れらの基板上に、アルミナ、酸化シリコン、ポリイミド
等の膜が形成されていても差し支えない。例えば、磁界
センサとして用いる場合に、予め信号処理のための半導
体回路の上に、酸化シリコン膜を設け、平坦化処理を行
ったものを基板として、この上に本発明の巨大磁気抵抗
効果膜を用いた磁界センサ素子部を設けることも可能で
ある。
Structure of Substrate 10 The material of the substrate 10 on which the base magnetic film 20 and the insulating film 30 are laminated is not particularly limited, regardless of an organic material or an inorganic material. Preferred specific examples include organic materials such as polyimide, polycarbonate, and polyethylene terephthalate, and inorganic materials such as silicon, glass, titanium, and aluminum. Further, a film of alumina, silicon oxide, polyimide or the like may be formed on these substrates. For example, when used as a magnetic field sensor, a silicon oxide film is provided on a semiconductor circuit for signal processing in advance, and a substrate subjected to planarization processing is used as a substrate, and a giant magnetoresistive film of the present invention is formed thereon. It is also possible to provide the used magnetic field sensor element.

【0054】なお、絶縁体膜30の上には、公知の種々
の保護膜を形成してもよい。
Note that various known protective films may be formed on the insulator film 30.

【0055】また、トンネル電流磁気抵抗効果膜として
知られる、2つの磁性膜を絶縁膜を介して積層した膜で
用いられている各種の組成も、本発明において有効に活
用される。例えば、ハーフメタリック強磁性体であるN
iMnSb,LaSrMnOを下地磁性体膜20とし
て、上層の絶縁体膜30としてAl23、SrTiO3
を用いた構造を本発明により作成することも可能であ
る。すなわち、従来の基板面方向に積層されていた構造
を、本発明では、基板の垂直方向に重ねた構造と見なす
ことが出来る。
Various compositions used in a film formed by laminating two magnetic films via an insulating film, known as a tunnel current magnetoresistive film, are also effectively utilized in the present invention. For example, the half metallic ferromagnetic material N
iMnSb and LaSrMnO are used as the base magnetic film 20 and Al 2 O 3 and SrTiO 3 are used as the upper insulating film 30.
It is also possible to create a structure using the present invention according to the present invention. That is, in the present invention, a structure that has been stacked in the conventional substrate surface direction can be regarded as a structure that is stacked in the vertical direction of the substrate.

【0056】[0056]

【実施例】以下に具体的実施例を示し、本発明をさらに
詳細に説明する。
The present invention will be described in more detail with reference to specific examples below.

【0057】下地磁性体膜20の成膜 下記の要領で、ガラス基板(松波ガラスS1225)の
上に、下地磁性体膜20を形成した。
[0057] In the deposition procedure follows the underlying magnetic layer 20, on a glass substrate (Matsunami Glass S1225), thereby forming a base magnetic film 20.

【0058】Ni80−Fe20のターゲットを、下地
磁性体膜20の形成用ターゲット材料として用い、マル
チターゲット高周波マグネトロンスパッタ装置(島津製
作所HSR−551型)にて、ガラス基板上に下地磁性
体膜20を成膜した。成膜に際し、成膜中のArガス圧
力は0.3Pa〜0.6Pa、投入電力は300Wとし
た。下記表1に示されるように、ガラス基板10を、タ
ーゲットに対して20〜70度までの間で、目的とする
サンプル作製に合わせて種々傾きを変えるとともに、成
膜時間を変化させ、種々の形態からなる下地磁性体膜付
き基板サンプルを作製した。
Using a target of Ni80-Fe20 as a target material for forming the base magnetic film 20, the base magnetic film 20 was formed on a glass substrate by a multi-target high-frequency magnetron sputtering apparatus (HSR-551, Shimadzu Corporation). A film was formed. During the film formation, the Ar gas pressure during the film formation was 0.3 Pa to 0.6 Pa, and the input power was 300 W. As shown in Table 1 below, the glass substrate 10 was tilted at various angles from 20 to 70 degrees with respect to the target in accordance with the target sample production, and the film forming time was varied to change the inclination. A substrate sample with a base magnetic film having a shape was prepared.

【0059】これらの下地磁性体膜付き基板サンプルに
ついては、下記表1に示されるように、さらに、下地磁
性体膜の表面をエッチング処理した。すなわち、エッチ
ング用ガスとしてアルゴンガスを用い、ビーム電流15
mA、ビーム電圧400V、加速電圧250V、ガス厚
0.3Pa(2mTorr)にて表1に示される所定時
間のミリング処理(エッチング処理)を行った。
As shown in Table 1 below, the surface of the base magnetic film was further subjected to an etching treatment for these substrate samples with the base magnetic film. That is, an argon gas is used as an etching gas,
Milling treatment (etching treatment) was performed at a predetermined time shown in Table 1 at mA, a beam voltage of 400 V, an acceleration voltage of 250 V, and a gas thickness of 0.3 Pa (2 mTorr).

【0060】絶縁体膜30の成膜 上記の各種の条件下で作製された下地磁性体膜付きのガ
ラス基板の上に、Al 23組成からなる絶縁体膜30を
スパッタ成膜した。この際のターゲットと基板との角度
は平行とし、Arガス圧力は1.2Pa(9mTor
r)、投入電力は300Wとした。絶縁体膜30の平均
厚さは、約10nmとした。また、表面が平滑な基板上
に同様の条件で成膜した絶縁体膜30のみの比抵抗は、
非常に高く評価不能であった。
[0060]Formation of insulator film 30 Gas with a base magnetic film produced under the above various conditions
Al on the glass substrate TwoOThreeThe insulator film 30 having the composition
A film was formed by sputtering. At this time, the angle between the target and the substrate
Are parallel, and the Ar gas pressure is 1.2 Pa (9 mTorr).
r), the input power was 300 W. Average of insulator film 30
The thickness was about 10 nm. Also, on a substrate with a smooth surface
The specific resistance of only the insulator film 30 formed under the same conditions
It was very high and could not be evaluated.

【0061】このようにして各種の巨大磁気抵抗効果膜
サンプル(実施例サンプル1〜4、比較例サンプル1〜
3)を作製した。なお、実施例サンプル4は、実施例サ
ンプル1における下地磁性体膜20の組成をNiFeか
ら、CoZrNbに変えたものである。
In this manner, various giant magnetoresistive film samples (Example samples 1 to 4 and Comparative example samples 1 to 4)
3) was produced. The sample 4 of the embodiment is obtained by changing the composition of the magnetic underlayer film 20 of the sample 1 of the embodiment from NiFe to CoZrNb.

【0062】これらの各種の巨大磁気抵抗効果膜サンプ
ルについて、下記の要領で(1)各膜の膜厚、(2)下
地磁性体膜の表面プロファイル(凹凸状態)、並びに
(3)抵抗評価およびMR評価を行った。
With respect to these various giant magnetoresistive film samples, (1) film thickness of each film, (2) surface profile of the underlying magnetic film (unevenness), and (3) resistance evaluation and MR evaluation was performed.

【0063】(1)各膜の膜厚、および(2)下地磁性
体膜の表面プロファイル(凹凸状態)の測定 膜厚、および表面プロファイルの測定は、原子間力顕微
鏡(AFM)を用いて行った(AFM観察)。これらの
測定は、サンプル形態により必要に応じて、下地磁性体
膜成膜後、下地磁性体膜表面のエッチング処理後、およ
び絶縁体膜形成後に行った。
(1) Film thickness of each film, and (2) underlying magnetism
Measurement of Surface Profile (Unevenness) of Body Film The measurement of the film thickness and the surface profile was performed using an atomic force microscope (AFM) (AFM observation). These measurements were performed after the formation of the underlying magnetic film, after the etching treatment of the surface of the underlying magnetic film, and after the formation of the insulator film, as required depending on the sample form.

【0064】なお、絶縁体膜の膜厚は、同条件で下地膜
のないガラス基板上に成膜した膜厚とから求めた。
The thickness of the insulator film was determined from the film thickness formed on a glass substrate having no base film under the same conditions.

【0065】(3)抵抗評価およびMR評価 抵抗評価は、直流4端子法にて、またMR評価は同様に
直流4端子法にて外部から磁界を印加しながら室温で行
った。結果を下記表に示されるように比抵抗、表面抵抗
率、MR変化率、およびMR感度で表した。
(3) Resistance Evaluation and MR Evaluation Resistance evaluation was performed by a DC four-terminal method, and MR evaluation was similarly performed at room temperature while applying a magnetic field from the outside by a DC four-terminal method. The results were expressed as specific resistance, surface resistivity, MR change rate, and MR sensitivity as shown in the table below.

【0066】上記の各評価結果を表1〜2に示す。特
に、巨大磁気抵抗効果膜としての特性評価は表2に示し
た。
Tables 1 and 2 show the evaluation results. In particular, the evaluation of characteristics as a giant magnetoresistive film is shown in Table 2.

【0067】[0067]

【表1】 [Table 1]

【0068】[0068]

【表2】 [Table 2]

【0069】[0069]

【発明の効果】上記の結果より本発明の効果は明らかで
ある。すなわち、本発明は、基板上に成膜された下地磁
性体膜と、当該下地磁性体膜の上に形成された絶縁体膜
を有する巨大磁気抵抗効果膜であって、前記下地磁性体
膜は、薄膜の面内で方向性を有する凹凸構造を有し、当
該凹部に埋設された前記絶縁体膜を介して隣接する下地
磁性体膜の凸部間でトンネル電流が流れるように作用す
る箇所が基板上に形成されているように構成されている
ので、従来より作製が極めて困難といわる薄い絶縁膜の
作製手法や、フォトリソグラフィ等の手法を用いること
なく、簡便な方法でかつ、磁界感度の良好なトンネル電
流磁気抵抗効果膜が得られる。
The effects of the present invention are clear from the above results. That is, the present invention is a giant magnetoresistive film having a base magnetic film formed on a substrate and an insulator film formed on the base magnetic film, wherein the base magnetic film is A concave / convex structure having directionality in the plane of the thin film, and a portion that acts so that a tunnel current flows between adjacent convex portions of the underlying magnetic film via the insulator film buried in the concave portion. Since it is configured to be formed on a substrate, it is a simple method without using a method of manufacturing a thin insulating film, which is said to be extremely difficult to manufacture, or a method such as photolithography. A good tunnel current magnetoresistive film can be obtained.

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

【図1】本発明の巨大磁気抵抗効果膜の実施の形態を摸
式的に示した断面図である。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing an embodiment of a giant magnetoresistive film of the present invention.

【図2】図2(a),(b)は、それぞれ、本発明の巨
大磁気抵抗効果膜の製造方法を説明するための摸式的断
面図である。
FIGS. 2A and 2B are schematic cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a giant magnetoresistive film according to the present invention.

【図3】本発明の巨大磁気抵抗効果膜の下地磁性体膜の
全体概念が分かるように描いた斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view of the giant magnetoresistive film of the present invention, which is drawn so that the general concept of the underlying magnetic film can be understood.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…巨大磁気抵抗効果膜 10…基板 20…下地磁性体膜 21…凹部 22…凸部 30…絶縁体膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Giant magnetoresistive film 10 ... Substrate 20 ... Base magnetic film 21 ... Concave part 22 ... Convex part 30 ... Insulator film

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に成膜された下地磁性体膜と、当
該下地磁性体膜の上に形成された絶縁体膜を有する巨大
磁気抵抗効果膜であって、 前記下地磁性体膜は、薄膜の面内で方向性を有する凹凸
構造を有し、 当該凹部に埋設された前記絶縁体膜を介して隣接する下
地磁性体膜の凸部間でトンネル電流が流れるように作用
する箇所が基板上に形成されていることを特徴とする巨
大磁気抵抗効果膜。
1. A giant magnetoresistive film having a base magnetic film formed on a substrate and an insulator film formed on the base magnetic film, wherein the base magnetic film is The substrate has a concavo-convex structure having directivity in the plane of the thin film, and a portion that acts so that a tunnel current flows between adjacent protrusions of the underlying magnetic film via the insulator film embedded in the recess is formed on the substrate. A giant magnetoresistive film, which is formed thereon.
【請求項2】 前記下地磁性体膜の表面抵抗率は、面内
で方向依存性を有し、最大表面抵抗率を(ρmax)、最
小表面抵抗率を(ρmin)とするとき、(ρmax)を示す
方向と(ρmin)を示す方向がほぼ直交している請求項
1に記載の巨大磁気抵抗効果膜。
2. The surface resistivity of the underlayer magnetic film has direction dependency in a plane, and when the maximum surface resistivity is (ρmax) and the minimum surface resistivity is (ρmin), (ρmax) The giant magnetoresistive film according to claim 1, wherein the direction indicating (ρmin) is substantially orthogonal to the direction indicating (ρmin).
【請求項3】 前記(ρmax)/(ρmin)の比が1.1
0以上である請求項2に記載の巨大磁気抵抗効果膜。
3. The ratio of (ρmax) / (ρmin) is 1.1.
3. The giant magnetoresistive film according to claim 2, wherein the value is 0 or more.
【請求項4】 前記凹凸構造は、その凹凸構造を形成す
る幅方向に測定した表面プロファイルによる最高膜厚を
(Tmax)、最低膜厚を(Tmin)とするとき、最高膜厚
(Tmax)は、3〜30nmであり、最低膜厚(Tmin)
は、下地磁性体膜が部分的に途切れて基板が露呈した部
分を含むために零であり、 前記方向性を有する凹凸構造における凹部の幅の平均が
0.5nm〜50nmである請求項1ないし請求項3の
いずれかに記載の巨大磁気抵抗効果膜。
4. When the maximum film thickness (Tmax) and the minimum film thickness (Tmin) according to the surface profile measured in the width direction of forming the concave-convex structure are defined as the maximum film thickness (Tmax), 3 to 30 nm, minimum film thickness (Tmin)
Is zero because the underlying magnetic film partially includes the exposed part of the substrate due to interruption, and the average of the width of the concave portion in the uneven structure having directivity is 0.5 nm to 50 nm. The giant magnetoresistive film according to claim 3.
【請求項5】 基板上に成膜された下地磁性体膜と、当
該下地磁性体膜の上に形成された絶縁体膜を有する巨大
磁気抵抗効果膜であって、 前記下地磁性体膜は、当該下地磁性体膜を構成する堆積
粒子が基板面に対して入射角度50〜80度の範囲内で
入射できるような状態で真空成膜された磁性膜であるこ
とを特徴とする巨大磁気抵抗効果膜。
5. A giant magnetoresistive film having a base magnetic film formed on a substrate and an insulator film formed on the base magnetic film, wherein the base magnetic film is A giant magnetoresistive effect, wherein the magnetic film is formed in a vacuum state in such a manner that deposited particles constituting the base magnetic film can be incident on the substrate surface at an incident angle of 50 to 80 degrees. film.
【請求項6】 前記下地磁性体膜は、当該下地磁性体膜
を構成する堆積粒子が基板面に対して入射角度50〜8
0度の範囲内で入射できるような状態で真空成膜された
後、その表面がエッチング処理されてなる請求項5に記
載の巨大磁気抵抗効果膜。
6. The magnetic underlayer film, wherein the deposited particles constituting the magnetic underlayer film have an incident angle of 50 to 8 with respect to the substrate surface.
6. The giant magnetoresistive film according to claim 5, wherein the surface is etched after a vacuum film is formed in a state where the light can be incident within a range of 0 degrees.
【請求項7】 前記下地磁性体膜の表面抵抗率は、面内
で方向依存性を有し、最大表面抵抗率を(ρmax)、最
小表面抵抗率を(ρmin)とするとき、(ρmax)を示す
方向と(ρmin)を示す方向がほぼ直交している請求項
6に記載の巨大磁気抵抗効果膜。
7. The surface resistivity of the underlayer magnetic film has direction dependency in the plane, and when the maximum surface resistivity is (ρmax) and the minimum surface resistivity is (ρmin), (ρmax) The giant magnetoresistive film according to claim 6, wherein the direction indicating (ρmin) is substantially orthogonal to the direction indicating (ρmin).
【請求項8】 前記(ρmax)/(ρmin)の比が1.1
0以上である請求項7に記載の巨大磁気抵抗効果膜。
8. The ratio of (ρmax) / (ρmin) is 1.1.
The giant magnetoresistive film according to claim 7, wherein the value is 0 or more.
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