JP2001352112A - 磁気抵抗効果素子及び磁気抵抗効果型ヘッド - Google Patents
磁気抵抗効果素子及び磁気抵抗効果型ヘッドInfo
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Classifications
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
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- H01F10/3268—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 asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn
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Abstract
(57)【要約】
【課題】自由層５と酸化物層７との界面に酸素拡散防止
層６を形成することにより、自由層の酸化を抑制して軟
磁気特性とMR比を高め、自由層の軟磁気特性に優れた磁
気抵抗効果素子および磁気抵抗効果型ヘッドを提供す
る。 【解決手段】反強磁性層2、固定層3、非磁性層4、自由
層5のいずれかの層中か、または反強磁性層、固定層、
非磁性層、自由層のいずれかの界面に酸化物層7を形成
し、かつ前記反強磁性層、固定層、非磁性層及び自由層
から選ばれる少なくとも一つの層(以下「他層」という)
と、前記酸化物層７との間に、前記他層の酸化を抑制す
る為の酸素拡散防止層６を形成する。酸素拡散防止層６
は、Au,Pt,Ag,Ru,NiまたはNi1-xMx合金(ただし、MはFe,
Co,Cr,Taのうち１種以上、0≦x＜40、xは原子組成比)の
いずれかを主成分とするのが好ましい。
層６を形成することにより、自由層の酸化を抑制して軟
磁気特性とMR比を高め、自由層の軟磁気特性に優れた磁
気抵抗効果素子および磁気抵抗効果型ヘッドを提供す
る。 【解決手段】反強磁性層2、固定層3、非磁性層4、自由
層5のいずれかの層中か、または反強磁性層、固定層、
非磁性層、自由層のいずれかの界面に酸化物層7を形成
し、かつ前記反強磁性層、固定層、非磁性層及び自由層
から選ばれる少なくとも一つの層(以下「他層」という)
と、前記酸化物層７との間に、前記他層の酸化を抑制す
る為の酸素拡散防止層６を形成する。酸素拡散防止層６
は、Au,Pt,Ag,Ru,NiまたはNi1-xMx合金(ただし、MはFe,
Co,Cr,Taのうち１種以上、0≦x＜40、xは原子組成比)の
いずれかを主成分とするのが好ましい。
Description
【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に関するものである。
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に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、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
ヘッドの進歩は著しい。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
子という）は、現在用いられている磁気抵抗効果型ヘッ
ド（ＭＲヘッドという）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。
化は著しく、媒体に記録された磁化を読みとる再生磁気
ヘッドの進歩は著しい。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
子という）は、現在用いられている磁気抵抗効果型ヘッ
ド（ＭＲヘッドという）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て、一方の磁性層（固定層）の磁
化方向を反強磁性層による交換バイアス磁界を生じさせ
て固定し（この時の強磁性層と反強磁性層を併せて交換
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。
強磁性体層が配置されて、一方の磁性層（固定層）の磁
化方向を反強磁性層による交換バイアス磁界を生じさせ
て固定し（この時の強磁性層と反強磁性層を併せて交換
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、強磁性層としてＮｉ−Ｆｅ膜、非磁性層とし
てＣｕ、反強磁性層として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
93,p101,1991））。このように反強磁性層としてＦｅ−
Ｍｎを用いたスピンバルブ膜はＭＲ比が小さく、またブ
ロッキング温度（反強磁性体層による固定層の交換バイ
アス磁界が無くなる温度）が十分高くなく、またＦｅ−
Ｍｎ自体の耐食性に難点があるので種々の反強磁性層を
用いたスピンバルブ膜が提案されている。中でも、Ｐｔ
−Ｍｎ系は耐食性と熱的安定性が良い。NiOやα-Fe2O3
等の酸化物反強磁性体を用いたスピンバルブ膜はＭＲ比
が１５％以上と非常に大きいものが得られている。また
非磁性層に接していない自由層界面にＣｕなどの伝導層
を設けた構造のスピンバルブ膜では伝導層がない場合と
比較してＭＲ比が向上することが知られている。また、
自由層の表面に薄い酸化物層を形成したＮｉＯスピンバ
ルブにおいてＮｉＯ／固定層及び自由層／酸化物層界面
における鏡面反射効果で高いＭＲ比を示すことが報告さ
れている（ジャーナル オブ アプライド フィジックス
第８２巻 No.12 第6142頁(1997年)(Journal of Applied
Physics Vol.82 No.12 p6142 1997））。
は、当初、強磁性層としてＮｉ−Ｆｅ膜、非磁性層とし
てＣｕ、反強磁性層として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
93,p101,1991））。このように反強磁性層としてＦｅ−
Ｍｎを用いたスピンバルブ膜はＭＲ比が小さく、またブ
ロッキング温度（反強磁性体層による固定層の交換バイ
アス磁界が無くなる温度）が十分高くなく、またＦｅ−
Ｍｎ自体の耐食性に難点があるので種々の反強磁性層を
用いたスピンバルブ膜が提案されている。中でも、Ｐｔ
−Ｍｎ系は耐食性と熱的安定性が良い。NiOやα-Fe2O3
等の酸化物反強磁性体を用いたスピンバルブ膜はＭＲ比
が１５％以上と非常に大きいものが得られている。また
非磁性層に接していない自由層界面にＣｕなどの伝導層
を設けた構造のスピンバルブ膜では伝導層がない場合と
比較してＭＲ比が向上することが知られている。また、
自由層の表面に薄い酸化物層を形成したＮｉＯスピンバ
ルブにおいてＮｉＯ／固定層及び自由層／酸化物層界面
における鏡面反射効果で高いＭＲ比を示すことが報告さ
れている（ジャーナル オブ アプライド フィジックス
第８２巻 No.12 第6142頁(1997年)(Journal of Applied
Physics Vol.82 No.12 p6142 1997））。
【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。
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、ＮｉＯや
α−Ｆｅ2Ｏ3ほど大きなＭＲ比が得られない課題があ
る。
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、ＮｉＯや
α−Ｆｅ2Ｏ3ほど大きなＭＲ比が得られない課題があ
る。
【０００７】更により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。
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】自由層表面を酸化して大きなＭＲ比を得る
ことはできるが、自由層の軟磁気特性が劣化してしてし
まうという問題があった。
ことはできるが、自由層の軟磁気特性が劣化してしてし
まうという問題があった。
【０００９】本発明では、前記従来の問題を解決するた
め、鏡面反射をする酸化物層を有するスピンバルブ膜に
おいて、酸化物層と接するスピンバルブ膜を構成する金
属層との界面に、酸素拡散防止層なる層を挿入すること
により、前記金属層の酸化を抑え、ＭＲ特性を向上させ
た磁気抵抗効果素子及び磁気抵抗効果型ヘッドを提供す
ることを目的とする。
め、鏡面反射をする酸化物層を有するスピンバルブ膜に
おいて、酸化物層と接するスピンバルブ膜を構成する金
属層との界面に、酸素拡散防止層なる層を挿入すること
により、前記金属層の酸化を抑え、ＭＲ特性を向上させ
た磁気抵抗効果素子及び磁気抵抗効果型ヘッドを提供す
ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の磁気抵抗効果素子は、反強磁性層と、外部
磁界により容易には磁化回転しない磁性層（固定層）
と、非磁性層と、外部磁界により容易に磁化回転が可能
な磁性層（自由層）が順次積層した多層膜であって、反
強磁性層、固定層、非磁性層、自由層のいずれかの層中
か、または、反強磁性層、固定層、非磁性層、自由層の
いずれかの界面に酸化物層を形成し、かつ、前記反強磁
性層、固定層、非磁性層及び自由層から選ばれる少なく
とも一つの層（以下「他層」という）と、前記酸化物層
との間に、前記他層の酸化を抑制する為の酸素拡散防止
層を形成したことを特徴とする。
め、本発明の磁気抵抗効果素子は、反強磁性層と、外部
磁界により容易には磁化回転しない磁性層（固定層）
と、非磁性層と、外部磁界により容易に磁化回転が可能
な磁性層（自由層）が順次積層した多層膜であって、反
強磁性層、固定層、非磁性層、自由層のいずれかの層中
か、または、反強磁性層、固定層、非磁性層、自由層の
いずれかの界面に酸化物層を形成し、かつ、前記反強磁
性層、固定層、非磁性層及び自由層から選ばれる少なく
とも一つの層（以下「他層」という）と、前記酸化物層
との間に、前記他層の酸化を抑制する為の酸素拡散防止
層を形成したことを特徴とする。
【００１１】また本発明の第１番目の磁気抵抗効果型ヘ
ッドは、前記の磁気抵抗効果素子に、さらにシールド部
を具備してなることを特徴とする。
ッドは、前記の磁気抵抗効果素子に、さらにシールド部
を具備してなることを特徴とする。
【００１２】次に第２番目の磁気抵抗効果型ヘッドは、
前記の磁気抵抗効果素子に、さらに検知すべき磁界を磁
気抵抗効果素子に導入するヨークを具備してなることを
特徴とする。
前記の磁気抵抗効果素子に、さらに検知すべき磁界を磁
気抵抗効果素子に導入するヨークを具備してなることを
特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明は、反強磁性層と、外部磁
界により容易には磁化回転しない磁性層（固定層）と、
非磁性層と、外部磁界により容易に磁化回転が可能な磁
性層（自由層）が順次積層した多層膜からなり、前記自
由層の表面に酸素拡散防止層を介して酸化物層を積層し
たことにより、前記金属層の酸化を抑え、ＭＲ特性を向
上させた磁気抵抗効果素子及び磁気抵抗効果型ヘッドを
提供できる。このとき酸素拡散防止層と酸化物層の界面
が平坦であることが望ましい。
界により容易には磁化回転しない磁性層（固定層）と、
非磁性層と、外部磁界により容易に磁化回転が可能な磁
性層（自由層）が順次積層した多層膜からなり、前記自
由層の表面に酸素拡散防止層を介して酸化物層を積層し
たことにより、前記金属層の酸化を抑え、ＭＲ特性を向
上させた磁気抵抗効果素子及び磁気抵抗効果型ヘッドを
提供できる。このとき酸素拡散防止層と酸化物層の界面
が平坦であることが望ましい。
【００１４】また本発明の他の磁気抵抗効果素子は、反
強磁性層と、外部磁界により容易には磁化回転しない磁
性層（固定層）と、非磁性層と、外部磁界により容易に
磁化回転が可能な磁性層（自由層）と、伝導層が順次積
層した多層膜からなり、伝導層の表面に酸素拡散防止層
を介して酸化物層が積層されることにより上記課題が解
決できる。このとき酸素拡散防止層と酸化物層の界面が
平坦であることが望ましい。
強磁性層と、外部磁界により容易には磁化回転しない磁
性層（固定層）と、非磁性層と、外部磁界により容易に
磁化回転が可能な磁性層（自由層）と、伝導層が順次積
層した多層膜からなり、伝導層の表面に酸素拡散防止層
を介して酸化物層が積層されることにより上記課題が解
決できる。このとき酸素拡散防止層と酸化物層の界面が
平坦であることが望ましい。
【００１５】また本発明の他の磁気抵抗効果素子は、反
強磁性層と、外部磁界により容易には磁化回転しない磁
性層（固定層）と、非磁性層と、外部磁界により容易に
磁化回転が可能な磁性層（自由層）が順次積層した多層
膜からなり、前記固定層が前記反強磁性層と接する第１
金属磁性層、酸化物磁性層、第２金属磁性層が順次積層
されており、更に、前記酸化物磁性層と前記第１もしく
は第２金属磁性層との界面の少なくとも一方に酸素拡散
防止層が挿入されることにより上記課題が解決できる。
このとき磁性酸化物層と、磁性酸化物層と接する酸素拡
散防止層または金属磁性層との界面が平坦であることが
望ましい。
強磁性層と、外部磁界により容易には磁化回転しない磁
性層（固定層）と、非磁性層と、外部磁界により容易に
磁化回転が可能な磁性層（自由層）が順次積層した多層
膜からなり、前記固定層が前記反強磁性層と接する第１
金属磁性層、酸化物磁性層、第２金属磁性層が順次積層
されており、更に、前記酸化物磁性層と前記第１もしく
は第２金属磁性層との界面の少なくとも一方に酸素拡散
防止層が挿入されることにより上記課題が解決できる。
このとき磁性酸化物層と、磁性酸化物層と接する酸素拡
散防止層または金属磁性層との界面が平坦であることが
望ましい。
【００１６】これら酸素拡散防止層がＡｕ、Ｐｔ、Ａ
ｇ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｎｉ1-xＭx合金（ただし、ＭはＦｅ、
Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔａのうち１種以上、０≦ｘ＜４０、ｘは
原子組成比）のいずれかを主成分とすることで、酸化物
層もしくは酸化物磁性層に接する金属層の酸化を抑制
し、本発明の磁気抵抗効果素子のMR特性を向上すること
が可能となる。ここで「主成分」とは、５０atom%をい
う（以下においても「主成分」の定義は同様であ
る。）。
ｇ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｎｉ1-xＭx合金（ただし、ＭはＦｅ、
Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔａのうち１種以上、０≦ｘ＜４０、ｘは
原子組成比）のいずれかを主成分とすることで、酸化物
層もしくは酸化物磁性層に接する金属層の酸化を抑制
し、本発明の磁気抵抗効果素子のMR特性を向上すること
が可能となる。ここで「主成分」とは、５０atom%をい
う（以下においても「主成分」の定義は同様であ
る。）。
【００１７】固定層に挿入する酸素拡散防止層はＮｉま
たはＮｉ1-xＭx合金（ただし、ＭはＦｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、
Ｔａのうち１種以上、０≦ｘ＜４０、ｘは原子組成比）
であることが望ましい。
たはＮｉ1-xＭx合金（ただし、ＭはＦｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、
Ｔａのうち１種以上、０≦ｘ＜４０、ｘは原子組成比）
であることが望ましい。
【００１８】本発明を構成する酸化物層が元素Ｄ（ただ
し、ＤはＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉを
少なくとも１種または２種以上含む元素）を主成分とす
る酸化物であってもよいし、ＡＦｅ2Ｏ4（ＡはＦｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉのうち１種以上の元素）を主成分とする構成で
あるのが望ましい。
し、ＤはＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉを
少なくとも１種または２種以上含む元素）を主成分とす
る酸化物であってもよいし、ＡＦｅ2Ｏ4（ＡはＦｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉのうち１種以上の元素）を主成分とする構成で
あるのが望ましい。
【００１９】特に酸化物磁性層としては、ＡＦｅ2Ｏ
4（ただし、ＡはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種以上の元
素）を主成分とする構成であるのが望ましいが、上記固
定層を構成する金属磁性層を酸化した磁性酸化物であっ
てもよい。
4（ただし、ＡはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種以上の元
素）を主成分とする構成であるのが望ましいが、上記固
定層を構成する金属磁性層を酸化した磁性酸化物であっ
てもよい。
【００２０】本発明の磁気抵抗効果素子を構成する伝導
層は、Ｃｕを主成分とするのが望ましい。
層は、Ｃｕを主成分とするのが望ましい。
【００２１】本発明を構成する反強磁性層は、Ｐ―Mn合
金（ただし、ＰはＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏ
ｓ、Ｎｉ、Ｃｒのうち少なくとも一種以上の元素を含
む）であることが望ましいが、α−Ｆｅ2Ｏ3またはＮｉ
Ｏのいずれか、もしくはこれらの積層膜で構成されても
よい。
金（ただし、ＰはＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏ
ｓ、Ｎｉ、Ｃｒのうち少なくとも一種以上の元素を含
む）であることが望ましいが、α−Ｆｅ2Ｏ3またはＮｉ
Ｏのいずれか、もしくはこれらの積層膜で構成されても
よい。
【００２２】特殊な場合として、本発明を構成する固定
層が、非磁性層を介して反強磁性的に交換結合した２層
の強磁性層から構成された多層膜を含んでいてもよい。
層が、非磁性層を介して反強磁性的に交換結合した２層
の強磁性層から構成された多層膜を含んでいてもよい。
【００２３】本発明の磁気抵抗効果型ヘッドは、本発明
の磁気抵抗効果素子に、更にシールド部を具備してなる
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−クを具
備してなることを特徴とする２種類のものである。
の磁気抵抗効果素子に、更にシールド部を具備してなる
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−クを具
備してなることを特徴とする２種類のものである。
【００２４】以下本発明の磁気抵抗効果素子および磁気
抵抗効果型ヘッドを図面に基づいて説明する。
抵抗効果型ヘッドを図面に基づいて説明する。
【００２５】図１に本発明の磁気抵抗効果素子の構成を
示す断面図の一例を示す。図１では、基板１上に反強磁
性層２、固定層３、非磁性層４、自由層５、酸素拡散防
止層６、酸化物層７が順次積層されている。固定層３は
反強磁性層による交換バイアス磁界によりピン止めされ
ており、一方非磁性層４を介して積層されている自由層
５は非磁性層４により固定層３とは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磁化方向
を変化させることが可能である。従って自由層５と固定
層３の磁化方向の相対的角度が変化することにより電気
抵抗（磁気抵抗）が変化する。磁気抵抗センサーとして
は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。また図１の基板上の層構造を
上下逆にしてもよい。
示す断面図の一例を示す。図１では、基板１上に反強磁
性層２、固定層３、非磁性層４、自由層５、酸素拡散防
止層６、酸化物層７が順次積層されている。固定層３は
反強磁性層による交換バイアス磁界によりピン止めされ
ており、一方非磁性層４を介して積層されている自由層
５は非磁性層４により固定層３とは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磁化方向
を変化させることが可能である。従って自由層５と固定
層３の磁化方向の相対的角度が変化することにより電気
抵抗（磁気抵抗）が変化する。磁気抵抗センサーとして
は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。また図１の基板上の層構造を
上下逆にしてもよい。
【００２６】一般的に磁気抵抗を支配する要因は磁性層
と非磁性層の界面でほぼ決まり磁性層の膜厚が厚くなる
とシャント効果によりＭＲ比が減少する。反強磁性層と
してＮｉＯ等の酸化物反強磁性体を用いたスピンバルブ
膜はＦｅ−Ｍｎ等の金属反強磁性体を用いたものに比べ
てＭＲ比が高いことが知られている。この原因は、Ｎｉ
Ｏを用いたスピンバルブ膜の場合、反強磁性層（酸化物
層）／固定層（金属層）の界面での伝導電子の鏡面反射
が起こることで説明される（フィジカル レビュー Ｂ
第５３巻第９１０８頁（１９９６年）（Physical Revie
w B Vol.53, p9180,1996-II））。この場合はＮｉＯと
固定層の鏡面反射効果を用いているが、自由層の表面に
薄い酸化物層を形成したＮｉＯスピンバルブにおいてＮ
ｉＯ／固定層及び自由層／酸化物層界面における鏡面反
射効果で高いＭＲ比を示すことが報告されている（ジャ
ーナル オブ アプライド フィジックス 第８２巻
ＮＯ．１２ 第６１４２頁（１９９７年）（Journal of
Applied Physics Vol.82NO.12 p6142 1997））。
と非磁性層の界面でほぼ決まり磁性層の膜厚が厚くなる
とシャント効果によりＭＲ比が減少する。反強磁性層と
してＮｉＯ等の酸化物反強磁性体を用いたスピンバルブ
膜はＦｅ−Ｍｎ等の金属反強磁性体を用いたものに比べ
てＭＲ比が高いことが知られている。この原因は、Ｎｉ
Ｏを用いたスピンバルブ膜の場合、反強磁性層（酸化物
層）／固定層（金属層）の界面での伝導電子の鏡面反射
が起こることで説明される（フィジカル レビュー Ｂ
第５３巻第９１０８頁（１９９６年）（Physical Revie
w B Vol.53, p9180,1996-II））。この場合はＮｉＯと
固定層の鏡面反射効果を用いているが、自由層の表面に
薄い酸化物層を形成したＮｉＯスピンバルブにおいてＮ
ｉＯ／固定層及び自由層／酸化物層界面における鏡面反
射効果で高いＭＲ比を示すことが報告されている（ジャ
ーナル オブ アプライド フィジックス 第８２巻
ＮＯ．１２ 第６１４２頁（１９９７年）（Journal of
Applied Physics Vol.82NO.12 p6142 1997））。
【００２７】本発明の特徴は、従来、鏡面反射を起こす
酸化物層を有するスピンバルブ膜において、酸化物層と
接する金属層が酸化され、その金属層が示す特性が劣化
する事を、酸化物層と金属層の界面に酸素拡散防止層を
挿入することにより前記金属層の特性劣化とスピンバル
ブのＭＲ特性（ＭＲ比、自由層のＨｃ、固定層の交換バ
イアス磁界Ｈｅｘ）を改善することである。
酸化物層を有するスピンバルブ膜において、酸化物層と
接する金属層が酸化され、その金属層が示す特性が劣化
する事を、酸化物層と金属層の界面に酸素拡散防止層を
挿入することにより前記金属層の特性劣化とスピンバル
ブのＭＲ特性（ＭＲ比、自由層のＨｃ、固定層の交換バ
イアス磁界Ｈｅｘ）を改善することである。
【００２８】酸素拡散防止層６としては、Ａｕ、Ｐｔ、
Ａｇ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｎｉ1-xＭx合金（ただし、ＭはＦ
ｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔａのうち１種以上、０≦ｘ＜４０、
ｘは原子組成比）のいずれかを主成分であることが有効
である。酸素拡散防止層６の膜厚は、厚すぎるとシャン
ト効果によりMR比は小さくなるので０．２ｎｍ以上4５
ｎｍ以下が好ましく、より望ましくは０．３ｎｍ以上２
ｎｍ以下である。また、酸素拡散防止層を図３に示すよ
うに固定層３に用いる場合は、強磁性を示すＮｉもしく
はＮｉ高濃度のＮｉ―Ｆｅ（−Ｃｏ）合金が適してい
る。さらにこのＮｉ―Ｆｅ（−Ｃｏ）合金にＣｒやＴａ
を添加してもよく、その添加量は多すぎると飽和磁化が
小さくなるので原子組成比の１０atom％以下、より望ま
しくは３atom％以下とするのが望ましい。
Ａｇ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｎｉ1-xＭx合金（ただし、ＭはＦ
ｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔａのうち１種以上、０≦ｘ＜４０、
ｘは原子組成比）のいずれかを主成分であることが有効
である。酸素拡散防止層６の膜厚は、厚すぎるとシャン
ト効果によりMR比は小さくなるので０．２ｎｍ以上4５
ｎｍ以下が好ましく、より望ましくは０．３ｎｍ以上２
ｎｍ以下である。また、酸素拡散防止層を図３に示すよ
うに固定層３に用いる場合は、強磁性を示すＮｉもしく
はＮｉ高濃度のＮｉ―Ｆｅ（−Ｃｏ）合金が適してい
る。さらにこのＮｉ―Ｆｅ（−Ｃｏ）合金にＣｒやＴａ
を添加してもよく、その添加量は多すぎると飽和磁化が
小さくなるので原子組成比の１０atom％以下、より望ま
しくは３atom％以下とするのが望ましい。
【００２９】図１に示すように自由層５は酸素拡散防止
層６により酸化物層７による酸化が抑えられ、自由層５
の軟磁気特性は従来より向上する。
層６により酸化物層７による酸化が抑えられ、自由層５
の軟磁気特性は従来より向上する。
【００３０】図２は図１の構成を基本として自由層の非
磁性層と接しない界面から順に伝導層８、酸素拡散防止
層６、酸化物層７を設けている。この伝導層８の特徴は
非磁性層４と接しない自由層界面での拡散散乱によるを
抑え、素子全体の抵抗を小さくすることでＭＲ比が向上
することが報告されている（フィジカル レビュー レタ
ーズ 第７１巻 Ｎｏ．２４ 第４０２３頁（１９９３
年）（Physical ReviewLetters Vol.71, No.24, p4023,
1993））。伝導層８としてはＣｕを主成分とすることが
よい。伝導層８の膜厚は厚すぎるとシャント効果により
ＭＲ比は低下してしまうので５ｎｍ以下、望ましくは３
ｎｍ以下が好ましい。この図２に示したように伝導層８
と酸化物層７との間に酸素拡散防止層６を挟む構成とす
ることにより、伝導層８の酸化が抑えられＭＲ比が大き
くなる効果が得られる。
磁性層と接しない界面から順に伝導層８、酸素拡散防止
層６、酸化物層７を設けている。この伝導層８の特徴は
非磁性層４と接しない自由層界面での拡散散乱によるを
抑え、素子全体の抵抗を小さくすることでＭＲ比が向上
することが報告されている（フィジカル レビュー レタ
ーズ 第７１巻 Ｎｏ．２４ 第４０２３頁（１９９３
年）（Physical ReviewLetters Vol.71, No.24, p4023,
1993））。伝導層８としてはＣｕを主成分とすることが
よい。伝導層８の膜厚は厚すぎるとシャント効果により
ＭＲ比は低下してしまうので５ｎｍ以下、望ましくは３
ｎｍ以下が好ましい。この図２に示したように伝導層８
と酸化物層７との間に酸素拡散防止層６を挟む構成とす
ることにより、伝導層８の酸化が抑えられＭＲ比が大き
くなる効果が得られる。
【００３１】図３では固定層３が、反強磁性層２と交換
バイアス磁界によりピン止めされている金属磁性層３
ａ、酸素拡散防止層６ａ、酸化物磁性層７１、酸素拡散
防止層６ｂ、非磁性層４と接する金属磁性層３ｂから構
成されている。固定層３を構成する各層は強磁性的に結
合している。従って、金属磁性層３ａと金属磁性層３ｂ
の磁化方向は同じ方向である。金属磁性層３ａまたは３
ｂは酸素拡散防止層６ａまたは６ｂにより、酸化物磁性
層７１を形成する前または後での酸化による磁気特性の
劣化、即ち、交換バイアス磁界の低下を抑えることがで
きる。しかも、酸化物磁性層の反射効果により大きなＭ
Ｒ比を得ることが可能となる。なお、図３では酸素拡散
防止層を２つ図示しているが、少なくとも１つあれば十
分である場合もある。
バイアス磁界によりピン止めされている金属磁性層３
ａ、酸素拡散防止層６ａ、酸化物磁性層７１、酸素拡散
防止層６ｂ、非磁性層４と接する金属磁性層３ｂから構
成されている。固定層３を構成する各層は強磁性的に結
合している。従って、金属磁性層３ａと金属磁性層３ｂ
の磁化方向は同じ方向である。金属磁性層３ａまたは３
ｂは酸素拡散防止層６ａまたは６ｂにより、酸化物磁性
層７１を形成する前または後での酸化による磁気特性の
劣化、即ち、交換バイアス磁界の低下を抑えることがで
きる。しかも、酸化物磁性層の反射効果により大きなＭ
Ｒ比を得ることが可能となる。なお、図３では酸素拡散
防止層を２つ図示しているが、少なくとも１つあれば十
分である場合もある。
【００３２】図４は図１の構成を基本として、自由層５
が、非磁性層５ｃを介して２つの金属磁性層５ａと５ｂ
とが磁化方向をそれぞれ反対方向を向くように非磁性層
５ｃ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）とする事で反強磁性的に結合し
て、更に金属磁性層の膜厚もしくは飽和磁化が異なるこ
とを特徴とするものである。このように２つの金属磁性
層５ａと５ｂの膜厚もしくは飽和磁化を異なるようにす
ると、２つの金属磁性層５ａと５ｂの磁化はそれぞれ反
平行を向いているため自由層を構成する磁性層の実効的
な膜厚を低減して、外部からの磁界感度を向上させるこ
とが可能となる。さらに、酸素拡散防止層６を設けるこ
とで酸化による自由層の軟磁気特性の劣化を抑え、更に
酸化物層７の反射効果によりＭＲ比を増大する事が可能
となる。同様に、図２で示した自由層５が図４に示した
自由層の構成をしていても図２で上述した効果が得られ
る。
が、非磁性層５ｃを介して２つの金属磁性層５ａと５ｂ
とが磁化方向をそれぞれ反対方向を向くように非磁性層
５ｃ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）とする事で反強磁性的に結合し
て、更に金属磁性層の膜厚もしくは飽和磁化が異なるこ
とを特徴とするものである。このように２つの金属磁性
層５ａと５ｂの膜厚もしくは飽和磁化を異なるようにす
ると、２つの金属磁性層５ａと５ｂの磁化はそれぞれ反
平行を向いているため自由層を構成する磁性層の実効的
な膜厚を低減して、外部からの磁界感度を向上させるこ
とが可能となる。さらに、酸素拡散防止層６を設けるこ
とで酸化による自由層の軟磁気特性の劣化を抑え、更に
酸化物層７の反射効果によりＭＲ比を増大する事が可能
となる。同様に、図２で示した自由層５が図４に示した
自由層の構成をしていても図２で上述した効果が得られ
る。
【００３３】図５は図３の構成を基本として、固定層３
を構成する金属磁性層３１が反強磁性層２と隣接してお
り、非磁性層３ｃを介して金属磁性層３ａａと金属磁性
層３ａｂが積層されており、金属磁性層３ａａと３ａｂ
が非磁性層３ｃ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）にすることで、反強磁
性的に交換結合させることが可能である。これにより、
反強磁性層２の交換バイアス磁界を大きくすることが可
能である。この場合でも、酸素拡散防止層６ａまたは６
ｂにより、金属磁性層３ａｂの酸化物磁性層７１からの
酸化による磁気特性の劣化が抑えられて、交換バイアス
磁界を向上させる効果が期待できる。しかも図３で上述
したように酸化物磁性層７１による反射効果で大きなＭ
Ｒ比を得ることができる。
を構成する金属磁性層３１が反強磁性層２と隣接してお
り、非磁性層３ｃを介して金属磁性層３ａａと金属磁性
層３ａｂが積層されており、金属磁性層３ａａと３ａｂ
が非磁性層３ｃ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）にすることで、反強磁
性的に交換結合させることが可能である。これにより、
反強磁性層２の交換バイアス磁界を大きくすることが可
能である。この場合でも、酸素拡散防止層６ａまたは６
ｂにより、金属磁性層３ａｂの酸化物磁性層７１からの
酸化による磁気特性の劣化が抑えられて、交換バイアス
磁界を向上させる効果が期待できる。しかも図３で上述
したように酸化物磁性層７１による反射効果で大きなＭ
Ｒ比を得ることができる。
【００３４】図６は図１における固定層を図３に示した
ように金属磁性層３ａ、酸素拡散防止層６ａ、酸化物磁
性層７１、酸素拡散防止層６ｂ、非磁性層４と接する金
属磁性層３ｂから構成されている。この場合でも図１及
び図３を使って上述したように、酸素拡散防止層により
固定層と自由層の磁気特性の劣化を改善して、しかも反
射効果を示す酸化物層が膜の上下に設置されているので
図１から５に示した膜構成よりも大きなＭＲ比を得るこ
とが可能となる。
ように金属磁性層３ａ、酸素拡散防止層６ａ、酸化物磁
性層７１、酸素拡散防止層６ｂ、非磁性層４と接する金
属磁性層３ｂから構成されている。この場合でも図１及
び図３を使って上述したように、酸素拡散防止層により
固定層と自由層の磁気特性の劣化を改善して、しかも反
射効果を示す酸化物層が膜の上下に設置されているので
図１から５に示した膜構成よりも大きなＭＲ比を得るこ
とが可能となる。
【００３５】なお本発明では、図１〜６に示した基板の
上の膜構成を上下逆にしても良い。また、図１〜５に示
した基板から上の膜構成の間に膜の配向性を向上させる
為に下地層を設けても良い。下地層としては、Ｔａもし
くはＮｉ−Ｆｅ合金もしくはＮｉ−Ｆｅ合金にＣｒやＮ
ｂやＲｈやＰｄやＴａを添加した合金もしくはこれらの
積層膜であってもよい。下地層の膜厚としては１０ｎｍ
以下、望ましくは５ｎｍ以下がよい。
上の膜構成を上下逆にしても良い。また、図１〜５に示
した基板から上の膜構成の間に膜の配向性を向上させる
為に下地層を設けても良い。下地層としては、Ｔａもし
くはＮｉ−Ｆｅ合金もしくはＮｉ−Ｆｅ合金にＣｒやＮ
ｂやＲｈやＰｄやＴａを添加した合金もしくはこれらの
積層膜であってもよい。下地層の膜厚としては１０ｎｍ
以下、望ましくは５ｎｍ以下がよい。
【００３６】酸化物層としては、元素Ｄ（ＤはＡｌ、Ｓ
ｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉを少なくとも１種ま
たは２種以上含む元素）を主成分とする酸化物（Ａｌ2
Ｏ3、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、Ｔａ−Ｏ、Ｆｅ−Ｏ、Ｃｏ−
Ｆｅ−Ｏ、Ｃｏ−Ｏ、Ｎｉ−等）からなる絶縁層がよ
い。酸化物層の作成法は、Ａｌ2Ｏ3やＳｉＯ2の焼結タ
ーゲットをＲＦスパッタリングして作成したり、Ａｌや
ＴｉやＦｅ等金属のターゲットを酸素ガスを含んだスパ
ッタガスで反応性スパッタリングを行って作成したり、
上記元素を主に含んだ金属ターゲットを作成し酸素雰囲
気のチャンバーにおいて後述する金属磁性層を酸化する
方法で酸化物層を形成しても良い。また、酸化物層とし
ては酸化物磁性体であるＡＦｅ2Ｏ4（ＡはＦｅ、Co、Ｎ
ｉ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。特にＡｌ2Ｏ3がよい。このとき、膜厚が薄すぎ
ると絶縁効果が低すぎるので、少なくとも０．４ｎｍ以
上、望ましくは０．６ｎｍ以上の膜厚は必要である。た
だし厚すぎると、表面粗さが増大し、電子の鏡面反射効
果が低下するので、１０ｎｍ以下、より望ましくは２ｎ
ｍ以下がよい。
ｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉを少なくとも１種ま
たは２種以上含む元素）を主成分とする酸化物（Ａｌ2
Ｏ3、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、Ｔａ−Ｏ、Ｆｅ−Ｏ、Ｃｏ−
Ｆｅ−Ｏ、Ｃｏ−Ｏ、Ｎｉ−等）からなる絶縁層がよ
い。酸化物層の作成法は、Ａｌ2Ｏ3やＳｉＯ2の焼結タ
ーゲットをＲＦスパッタリングして作成したり、Ａｌや
ＴｉやＦｅ等金属のターゲットを酸素ガスを含んだスパ
ッタガスで反応性スパッタリングを行って作成したり、
上記元素を主に含んだ金属ターゲットを作成し酸素雰囲
気のチャンバーにおいて後述する金属磁性層を酸化する
方法で酸化物層を形成しても良い。また、酸化物層とし
ては酸化物磁性体であるＡＦｅ2Ｏ4（ＡはＦｅ、Co、Ｎ
ｉ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。特にＡｌ2Ｏ3がよい。このとき、膜厚が薄すぎ
ると絶縁効果が低すぎるので、少なくとも０．４ｎｍ以
上、望ましくは０．６ｎｍ以上の膜厚は必要である。た
だし厚すぎると、表面粗さが増大し、電子の鏡面反射効
果が低下するので、１０ｎｍ以下、より望ましくは２ｎ
ｍ以下がよい。
【００３７】固定層３を構成する酸化物磁性層７１とし
ては、ＡＦｅ2Ｏ4（ＡはＦｅ、Co、Ｎｉから選ばれる１
種もしくは２種以上の元素）がより望ましい。これらは
比較的高温まで強磁性を示し、Ｆｅ−ｒｉｃｈに比べＣ
ｏ、Ｎｉ−ｒｉｃｈは極めて抵抗が高い。又Ｃｏ−ｒｉ
ｃｈ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。酸化物磁性層の作製法としては、膜厚を
０．１ｎｍのオ−ダ−で精密にコントロ−ルする場合は
タ−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。上記の場合、例えばＦｅ3Ｏ4を主成分
とするタ−ゲットを用いてＡｒガス等の不活性ガス、ま
たは、Ａｒガスと酸素ガスの混合ガスによりスパッタす
れば、Ｆｅ3Ｏ4層の精密な膜厚コントロ−ルが可能であ
る。酸化物磁性層７１としてＦｅ3Ｏ4層を形成する方法
を、例えば図３の膜構成の場合を用いて説明する。Ｆｅ
3Ｏ4層を酸素ガスを含んだスパッタガスで形成する場合
等は、金属磁性層３ａを形成して、本発明の酸素拡散防
止層６１を形成しておけば、金属磁性層３ａは混合スパ
ッタガスによる酸化の影響を受けず、金属磁性層３ａの
磁気特性は劣化しない。なお、Ｆｅ3Ｏ4を酸素ガスを含
まないスパッタガスでスパッタする場合、スパッタ条件
（例えば投入電力やスパッタガス圧等）によってはスパ
ッタターゲットから微量に酸素ガスが抜け出ることもあ
るので、図３の膜構成の場合に酸化物磁性層７１を形成
する前に酸素拡散防止層６ａを形成すると金属磁性層３
ａは酸化の影響を受けずに磁気特性の劣化はしない。こ
のとき、膜厚が薄すぎると絶縁効果が低すぎるので、少
なくとも０．４ｎｍ以上の膜厚は必要である。ただし厚
すぎると、表面粗さが増大し、電子の鏡面反射効果が低
下し、固定層を構成する金属磁性層の間の磁気的結合が
弱くなるので１０ｎｍ以下、より望ましくは２ｎｍ以下
がよい。
ては、ＡＦｅ2Ｏ4（ＡはＦｅ、Co、Ｎｉから選ばれる１
種もしくは２種以上の元素）がより望ましい。これらは
比較的高温まで強磁性を示し、Ｆｅ−ｒｉｃｈに比べＣ
ｏ、Ｎｉ−ｒｉｃｈは極めて抵抗が高い。又Ｃｏ−ｒｉ
ｃｈ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。酸化物磁性層の作製法としては、膜厚を
０．１ｎｍのオ−ダ−で精密にコントロ−ルする場合は
タ−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。上記の場合、例えばＦｅ3Ｏ4を主成分
とするタ−ゲットを用いてＡｒガス等の不活性ガス、ま
たは、Ａｒガスと酸素ガスの混合ガスによりスパッタす
れば、Ｆｅ3Ｏ4層の精密な膜厚コントロ−ルが可能であ
る。酸化物磁性層７１としてＦｅ3Ｏ4層を形成する方法
を、例えば図３の膜構成の場合を用いて説明する。Ｆｅ
3Ｏ4層を酸素ガスを含んだスパッタガスで形成する場合
等は、金属磁性層３ａを形成して、本発明の酸素拡散防
止層６１を形成しておけば、金属磁性層３ａは混合スパ
ッタガスによる酸化の影響を受けず、金属磁性層３ａの
磁気特性は劣化しない。なお、Ｆｅ3Ｏ4を酸素ガスを含
まないスパッタガスでスパッタする場合、スパッタ条件
（例えば投入電力やスパッタガス圧等）によってはスパ
ッタターゲットから微量に酸素ガスが抜け出ることもあ
るので、図３の膜構成の場合に酸化物磁性層７１を形成
する前に酸素拡散防止層６ａを形成すると金属磁性層３
ａは酸化の影響を受けずに磁気特性の劣化はしない。こ
のとき、膜厚が薄すぎると絶縁効果が低すぎるので、少
なくとも０．４ｎｍ以上の膜厚は必要である。ただし厚
すぎると、表面粗さが増大し、電子の鏡面反射効果が低
下し、固定層を構成する金属磁性層の間の磁気的結合が
弱くなるので１０ｎｍ以下、より望ましくは２ｎｍ以下
がよい。
【００３８】固定層３を構成する酸化物磁性層７１の別
の材料としては、金属磁性層を酸化させて酸化物磁性層
７１として用いることができる。特に金属磁性層とし
て、Ｃｏ−Ｆｅ層を用いた場合、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ層は良
好な酸化物磁性層となる。
の材料としては、金属磁性層を酸化させて酸化物磁性層
７１として用いることができる。特に金属磁性層とし
て、Ｃｏ−Ｆｅ層を用いた場合、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ層は良
好な酸化物磁性層となる。
【００３９】このとき、酸化物磁性層７１の形成方法と
しては、種々の方法がある。まず一つは、例えば図３を
用いて説明すると、金属磁性層３ａを形成した後に酸素
拡散防止層６ａを形成し、更に酸化すべき金属磁性層を
形成してこの金属磁性層を酸化する方法である。この場
合、本発明の酸素拡散防止層７１があることにより金属
磁性層３ａは酸化されず、所望の膜厚の酸化物磁性層７
１を形成することが可能となる。
しては、種々の方法がある。まず一つは、例えば図３を
用いて説明すると、金属磁性層３ａを形成した後に酸素
拡散防止層６ａを形成し、更に酸化すべき金属磁性層を
形成してこの金属磁性層を酸化する方法である。この場
合、本発明の酸素拡散防止層７１があることにより金属
磁性層３ａは酸化されず、所望の膜厚の酸化物磁性層７
１を形成することが可能となる。
【００４０】金属磁性層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。
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。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。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、金属表面に衝突させる。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。
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。
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。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。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、金属表面に衝突させる。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。
【００４１】反強磁性層としては、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
〜６は上下逆の構成とすることが望ましい。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素子に用いる場合は図１から５
とは上下逆の構成が望ましい。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。特にＰｔ−
Ｍｎが優れている。ＰｔZＭｎ1-Z膜の適当な組成として
は、原子組成比で、 ０．４５≦ｚ≦０．５５ がよい。不規則合金系及び規則合金系の反強磁性層は適
当な下地層を設けたり、合金組成の最適化を行うことに
より図１から６に示すような膜構成でも交換バイアス磁
界を生じさせることは可能である。金属反強磁性体の膜
厚は、交換バイアス磁界を生じさせるためには少なくと
も２ｎｍ以上必要である。厚すぎるとシャント効果によ
りＭＲ比が小さくなるため５０ｎｍ以下が良い。ただし
あまり厚くなると将来の短波長化に対応できなくなる
で、３０ｎｍ以下、より望ましくは２０ｎｍ以下とする
のが望ましい。金属反強磁性体は次に述べる酸化物反強
磁性体に比べると、ＭＲ比は低いが熱安定性には優れて
いる。
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
〜６は上下逆の構成とすることが望ましい。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素子に用いる場合は図１から５
とは上下逆の構成が望ましい。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。特にＰｔ−
Ｍｎが優れている。ＰｔZＭｎ1-Z膜の適当な組成として
は、原子組成比で、 ０．４５≦ｚ≦０．５５ がよい。不規則合金系及び規則合金系の反強磁性層は適
当な下地層を設けたり、合金組成の最適化を行うことに
より図１から６に示すような膜構成でも交換バイアス磁
界を生じさせることは可能である。金属反強磁性体の膜
厚は、交換バイアス磁界を生じさせるためには少なくと
も２ｎｍ以上必要である。厚すぎるとシャント効果によ
りＭＲ比が小さくなるため５０ｎｍ以下が良い。ただし
あまり厚くなると将来の短波長化に対応できなくなる
で、３０ｎｍ以下、より望ましくは２０ｎｍ以下とする
のが望ましい。金属反強磁性体は次に述べる酸化物反強
磁性体に比べると、ＭＲ比は低いが熱安定性には優れて
いる。
【００４２】反強磁性層として酸化物反強磁性体である
α−Ｆｅ2Ｏ3やＮｉＯがあり、これらを用いると大きな
ＭＲ比を得ることができる。ＮｉＯは熱的安定性に課題
があるのでα−Ｆｅ2Ｏ3との積層膜にするとより望まし
い。酸化物反強磁性体の総膜厚は５ｎｍ以上４０ｎｍ以
下が良い。
α−Ｆｅ2Ｏ3やＮｉＯがあり、これらを用いると大きな
ＭＲ比を得ることができる。ＮｉＯは熱的安定性に課題
があるのでα−Ｆｅ2Ｏ3との積層膜にするとより望まし
い。酸化物反強磁性体の総膜厚は５ｎｍ以上４０ｎｍ以
下が良い。
【００４３】図に示した磁気抵抗効果素子の自由層５お
よび自由層５を構成する金属磁性層としては、Ｎｉ−Ｃ
ｏ−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'ＣｏY'
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。また自由層５の他の材
料としては、Ｃｏ−Ｍｎ−Ｂ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ、Ｃｏ−
Ｎｂ−Ｚｒ、Ｃｏ−Ｎｂ−Ｂ等のアモルファス膜も良
い。
よび自由層５を構成する金属磁性層としては、Ｎｉ−Ｃ
ｏ−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'ＣｏY'
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。また自由層５の他の材
料としては、Ｃｏ−Ｍｎ−Ｂ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ、Ｃｏ−
Ｎｂ−Ｚｒ、Ｃｏ−Ｎｂ−Ｂ等のアモルファス膜も良
い。
【００４４】自由層５の膜厚としては０．５ｎｍ以上１
０ｎｍ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１ｎｍ以上７ｎｍ以下がよい。
０ｎｍ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１ｎｍ以上７ｎｍ以下がよい。
【００４５】固定層３の金属磁性膜としては、Ｃｏまた
はＣｏ1-XＦｅX合金（０＜ｘ≦０．５、ｘは原子組成
比）またはＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金等の材料が優れてい
る。特にＣｏ1-XＦｅX合金は、特に非磁性膜としてＣｕ
を用いた場合、スピンに依存した散乱が大きく、結果と
してＭＲ比が大きくなる。膜厚としては薄すぎるとＭＲ
比が低下し、厚すぎると交換バイアス磁界が低下するの
で、１ｎｍ以上３ｎｍ以下、より望ましくは１．５ｎｍ
以上２．５ｎｍ以下とするのが望ましい。
はＣｏ1-XＦｅX合金（０＜ｘ≦０．５、ｘは原子組成
比）またはＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金等の材料が優れてい
る。特にＣｏ1-XＦｅX合金は、特に非磁性膜としてＣｕ
を用いた場合、スピンに依存した散乱が大きく、結果と
してＭＲ比が大きくなる。膜厚としては薄すぎるとＭＲ
比が低下し、厚すぎると交換バイアス磁界が低下するの
で、１ｎｍ以上３ｎｍ以下、より望ましくは１．５ｎｍ
以上２．５ｎｍ以下とするのが望ましい。
【００４６】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と接する自由層の界面磁性層にはＣｏ−ｒｉｃｈを
用い、その他はＮｉ−ｒｉｃｈとす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。自由層
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２ｎ
ｍ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０．５
ｎｍ以上の膜厚がよい。界面磁性層の材料としては、Ｃ
ｏまたはＣｏ高濃度のＣｏ−Ｆｅ合金が優れている。
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と接する自由層の界面磁性層にはＣｏ−ｒｉｃｈを
用い、その他はＮｉ−ｒｉｃｈとす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。自由層
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２ｎ
ｍ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０．５
ｎｍ以上の膜厚がよい。界面磁性層の材料としては、Ｃ
ｏまたはＣｏ高濃度のＣｏ−Ｆｅ合金が優れている。
【００４７】図４の非磁性層５３や図５の非磁性膜３１
２には磁性層間の反強磁性的な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、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｃｒ等のほ
うがより望ましく、特にＲｕが優れている。膜厚は０．
３ｎｍ以上１．２ｎｍ以下が良く、特に０．５ｎｍ以上
０．９ｎｍ以下が望ましい。図４では、自由層５を構成
する金属磁性層５１および５３は軟磁気特性に優れてい
るＮｉ−ｒｉｃｈの金属磁性層が望ましい。金属磁性層
５１及び５３の膜厚はそれぞれ１ｎｍ以上３ｎｍ以下が
望ましい。図５では、固定層３を構成する金属磁性層３
ｂおよび３ａａおよび３ａｂはＣｏ−ｒｉｃｈの金属磁
性層が望ましい。特に金属磁性層３ａａおよび３ａｂに
Ｃｏ−ｒｉｃｈの金属磁性層を用いることで２つの磁性
層の反強磁性的な交換結合が強くなり、固定層のバイア
ス磁界が大きくなる。金属磁性層３ｂおよび３ａａおよ
び３ａｂの膜厚はそれぞれ１ｎｍ以上３ｎｍ以下が望ま
しい。
２には磁性層間の反強磁性的な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、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｃｒ等のほ
うがより望ましく、特にＲｕが優れている。膜厚は０．
３ｎｍ以上１．２ｎｍ以下が良く、特に０．５ｎｍ以上
０．９ｎｍ以下が望ましい。図４では、自由層５を構成
する金属磁性層５１および５３は軟磁気特性に優れてい
るＮｉ−ｒｉｃｈの金属磁性層が望ましい。金属磁性層
５１及び５３の膜厚はそれぞれ１ｎｍ以上３ｎｍ以下が
望ましい。図５では、固定層３を構成する金属磁性層３
ｂおよび３ａａおよび３ａｂはＣｏ−ｒｉｃｈの金属磁
性層が望ましい。特に金属磁性層３ａａおよび３ａｂに
Ｃｏ−ｒｉｃｈの金属磁性層を用いることで２つの磁性
層の反強磁性的な交換結合が強くなり、固定層のバイア
ス磁界が大きくなる。金属磁性層３ｂおよび３ａａおよ
び３ａｂの膜厚はそれぞれ１ｎｍ以上３ｎｍ以下が望ま
しい。
【００４８】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等があるが、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
が望ましい。
ては、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ等があるが、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
が望ましい。
【００４９】基板１としては、ガラス、Ｓｉ、Ａｌ−Ｔ
ｉＣ基板等表面の比較的平滑のなものを用いる。ＭＲヘ
ッドを作成する場合には、Ａｌ−Ｔｉ−Ｃ基板を用い
る。
ｉＣ基板等表面の比較的平滑のなものを用いる。ＭＲヘ
ッドを作成する場合には、Ａｌ−Ｔｉ−Ｃ基板を用い
る。
【００５０】なお、以上述べた各層の構成方法として
は、スパッタリング法または蒸着法との併用で作製でき
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
グ法等があるが、いずれの方法でも本発明の磁気抵抗効
果素子は作製できる。
は、スパッタリング法または蒸着法との併用で作製でき
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
グ法等があるが、いずれの方法でも本発明の磁気抵抗効
果素子は作製できる。
【００５１】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７にＭＲヘッドの構成の一例を示す。図７を矢
印Ａの方向から見た図が、図８であり、点線Ｂで示した
平面で切った断面が図９に示してある。以下、図８を中
心にして説明する。
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７にＭＲヘッドの構成の一例を示す。図７を矢
印Ａの方向から見た図が、図８であり、点線Ｂで示した
平面で切った断面が図９に示してある。以下、図８を中
心にして説明する。
【００５２】図８ではＭＲ素子部１０９は上部および下
部のシールドキャップ１４、１１に挟まれるように構成
されている。シールドキャップ材としては、Ａｌ2Ｏ3、
ＡｌＮ、ＳｉＯ2等の絶縁膜が使われる。シールドキャ
ップ１１、１４の更に外側は上部および下部のシールド
１０、１５があるがこれはＮｉ−Ｆｅ、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓ
ｉ、Ｃｏ−Ｎｂ−Ｚｒ合金などの軟磁性膜が使われる。
ＭＲ素子の自由層５の磁区制御のためにＣｏ−Ｐｔ合金
等のハードバイアス部１２によるバイアス磁界を加え
る。
部のシールドキャップ１４、１１に挟まれるように構成
されている。シールドキャップ材としては、Ａｌ2Ｏ3、
ＡｌＮ、ＳｉＯ2等の絶縁膜が使われる。シールドキャ
ップ１１、１４の更に外側は上部および下部のシールド
１０、１５があるがこれはＮｉ−Ｆｅ、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓ
ｉ、Ｃｏ−Ｎｂ−Ｚｒ合金などの軟磁性膜が使われる。
ＭＲ素子の自由層５の磁区制御のためにＣｏ−Ｐｔ合金
等のハードバイアス部１２によるバイアス磁界を加え
る。
【００５３】ここでは、バイアスの印加方法としてはハ
ード膜を用いる場合について説明したが、Ｆｅ−Ｍｎ等
の反強磁性体を用いた場合も同様である。ＭＲ素子部１
０９はシールドキャップ１１、１４によってシールド１
０、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素子部１０９の抵抗変化を読
みとる。
ード膜を用いる場合について説明したが、Ｆｅ−Ｍｎ等
の反強磁性体を用いた場合も同様である。ＭＲ素子部１
０９はシールドキャップ１１、１４によってシールド１
０、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素子部１０９の抵抗変化を読
みとる。
【００５４】またＭＲヘッドは読みとり専用ヘッドなの
で、通常書き込み用の誘導型ヘッドと組み合わせて用い
られる。図１０には再生ヘッド部３２だけでなく、書き
込みヘッド部３１も併せて描かれている。図８にさらに
書き込みヘッド部を形成した場合の図が、図１０であ
る。書き込みヘッド部としては、上部シールド１５上に
記録ギャップ部４０を介して形成された上部記録コア１
６がある。
で、通常書き込み用の誘導型ヘッドと組み合わせて用い
られる。図１０には再生ヘッド部３２だけでなく、書き
込みヘッド部３１も併せて描かれている。図８にさらに
書き込みヘッド部を形成した場合の図が、図１０であ
る。書き込みヘッド部としては、上部シールド１５上に
記録ギャップ部４０を介して形成された上部記録コア１
６がある。
【００５５】なお、図８、１０は従来のアバティッド接
合(abutted junction)によるＭＲヘッド構造について説
明したが、高密度化による狭トラック化に伴い、よりト
ラック幅４１の規制が精密にできる、図１１に示したオ
ーバーレイ(overlaid)構造を用いたものも有効である。
合(abutted junction)によるＭＲヘッド構造について説
明したが、高密度化による狭トラック化に伴い、よりト
ラック幅４１の規制が精密にできる、図１１に示したオ
ーバーレイ(overlaid)構造を用いたものも有効である。
【００５６】次に、ＭＲヘッドの記録再生のメカニズム
を図９を用いて説明する。図９に示すように、記録する
際には、コイル１７に流した電流により発生した磁束
が、上部コア１６と上部シールド１５の間より漏れ、磁
気ディスク２１に記録することができる。ヘッド３０
は、ディスク２１に対して相対的に矢印ｃの方向に進む
ので、コイル１７に流す電流を反転させることにより、
記録磁化の方向２３を反転させることができる。また、
高密度化に伴い、記録長２２が短くなるので、それにと
もない記録ギャップ長１９を小さくする必要がある。
を図９を用いて説明する。図９に示すように、記録する
際には、コイル１７に流した電流により発生した磁束
が、上部コア１６と上部シールド１５の間より漏れ、磁
気ディスク２１に記録することができる。ヘッド３０
は、ディスク２１に対して相対的に矢印ｃの方向に進む
ので、コイル１７に流す電流を反転させることにより、
記録磁化の方向２３を反転させることができる。また、
高密度化に伴い、記録長２２が短くなるので、それにと
もない記録ギャップ長１９を小さくする必要がある。
【００５７】再生する場合には、磁気ディスク２１の記
録磁化部から漏れた磁束２４が、シールド１０、１５に
挟まれたＭＲ素子部１０９に作用して、ＭＲ素子の抵抗
を変化させる。ＭＲ素子部１０９には、リード部１３を
介して電流が流されているので、抵抗の変化を電圧の変
化（出力）として読みとることができる。
録磁化部から漏れた磁束２４が、シールド１０、１５に
挟まれたＭＲ素子部１０９に作用して、ＭＲ素子の抵抗
を変化させる。ＭＲ素子部１０９には、リード部１３を
介して電流が流されているので、抵抗の変化を電圧の変
化（出力）として読みとることができる。
【００５８】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８に示したシールド間の距離ｄ（図９の距離
１８）を短くする必要がある。そのためには図９から明
らかな様に、ＭＲ素子部１０９を薄くする必要があり、
ＭＲ素子部１０９の膜厚はなるべく薄いのが望ましく、
５０ｎｍ以下、望ましくは３０ｎｍ以下とするべきであ
る。
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８に示したシールド間の距離ｄ（図９の距離
１８）を短くする必要がある。そのためには図９から明
らかな様に、ＭＲ素子部１０９を薄くする必要があり、
ＭＲ素子部１０９の膜厚はなるべく薄いのが望ましく、
５０ｎｍ以下、望ましくは３０ｎｍ以下とするべきであ
る。
【００５９】またＭＲ素子部１０９においては、軟磁性
膜の磁化反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の自由層５の磁化容易軸は、膜面内で検
知すべき信号磁界方向に概略垂直となるように構成され
ているのがよい。この時直線的な出力変化を起こさせる
ためには固定層３の磁化方向は膜面内でフリー層と垂直
方向に固定しておく必要がある。
膜の磁化反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の自由層５の磁化容易軸は、膜面内で検
知すべき信号磁界方向に概略垂直となるように構成され
ているのがよい。この時直線的な出力変化を起こさせる
ためには固定層３の磁化方向は膜面内でフリー層と垂直
方向に固定しておく必要がある。
【００６０】また、以上はシールド型のＧＭＲヘッドに
ついて説明したが、本発明は縦型のＧＭＲヘッドやヨー
ク型ＧＭＲヘッドに対しても有効である。将来より高密
度になるとシールドギャップ１８のうちに絶縁膜１４、
１１とＭＲ素子部１０９を納めるのが困難である。シー
ルド型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。本発明の磁気ヘッ
ドの一例として図９のシ−ルド型とは別なヨ−ク型ヘッ
ドを図１２に示す。図１２において５０はＭＲ素子部１
０９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−クで、通常このヨ−ク部は導電性の金属磁性
膜を用いるため、ＭＲ素子部とショ−トしないように絶
縁膜５１が設けられる。又このヘッドはヨ−クを用いる
ため感度では図９のタイプのヘッドより劣るが、図９の
ようにシ−ルドギャップ中にＭＲ素子を置く必要がない
ため超狭ギャップ化では有利である。
ついて説明したが、本発明は縦型のＧＭＲヘッドやヨー
ク型ＧＭＲヘッドに対しても有効である。将来より高密
度になるとシールドギャップ１８のうちに絶縁膜１４、
１１とＭＲ素子部１０９を納めるのが困難である。シー
ルド型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。本発明の磁気ヘッ
ドの一例として図９のシ−ルド型とは別なヨ−ク型ヘッ
ドを図１２に示す。図１２において５０はＭＲ素子部１
０９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−クで、通常このヨ−ク部は導電性の金属磁性
膜を用いるため、ＭＲ素子部とショ−トしないように絶
縁膜５１が設けられる。又このヘッドはヨ−クを用いる
ため感度では図９のタイプのヘッドより劣るが、図９の
ようにシ−ルドギャップ中にＭＲ素子を置く必要がない
ため超狭ギャップ化では有利である。
【００６１】図１３は、本実施の形態に係るＭＲヘッド
を用いたハードディスク装置１１０の側面図であり、図
１４は、その平面図である。
を用いたハードディスク装置１１０の側面図であり、図
１４は、その平面図である。
【００６２】ハードディスク装置１１０は、本実施の形
態で説明したＭＲヘッドを保持するスライダ１２０と、
スライダを支持するヘッド支持機構１３０と、ヘッド支
持機構１３０を介してＭＲヘッドをトラッキングするア
クチュエータ１１４とディスク１１６を回転駆動するデ
ィスク駆動モータ１１２とを備える。ヘッド支持機構１
３０は、アーム１２２とサスペンジョン１２４とを含
む。
態で説明したＭＲヘッドを保持するスライダ１２０と、
スライダを支持するヘッド支持機構１３０と、ヘッド支
持機構１３０を介してＭＲヘッドをトラッキングするア
クチュエータ１１４とディスク１１６を回転駆動するデ
ィスク駆動モータ１１２とを備える。ヘッド支持機構１
３０は、アーム１２２とサスペンジョン１２４とを含
む。
【００６３】ディスク駆動モータ１１２は、ディスク１
１６を所定の速度で回転駆動する。アクチュエータ１１
４は、ＭＲヘッドがディスク１１６の所定のデータトラ
ックにアクセスできるように、ＭＲヘッドを保持するス
ライダ１２０をディスク１１６の表面を横切って半径方
向に移動させる。アクチュエータ１１４は、代表的には
直線式または回転式のボイスコイルモータである。
１６を所定の速度で回転駆動する。アクチュエータ１１
４は、ＭＲヘッドがディスク１１６の所定のデータトラ
ックにアクセスできるように、ＭＲヘッドを保持するス
ライダ１２０をディスク１１６の表面を横切って半径方
向に移動させる。アクチュエータ１１４は、代表的には
直線式または回転式のボイスコイルモータである。
【００６４】ＭＲヘッドを保持するスライダ１２０は、
例えば空気ベアリングスライダである。この場合には、
スライダ１２０は、ハードディスク装置１１０の起動・
停止動作時にはディスク１１６の表面と接触する。ハー
ドディスク装置１１０の情報記録再生動作時には、スラ
イダ１２０は回転するディスク１１６とスライダ１２０
との間で形成される空気ベアリングによりディスク１１
６の表面上に維持される。スライダ１２０に保持された
ＭＲヘッドは、ディスク１１６に情報を記録再生する。
例えば空気ベアリングスライダである。この場合には、
スライダ１２０は、ハードディスク装置１１０の起動・
停止動作時にはディスク１１６の表面と接触する。ハー
ドディスク装置１１０の情報記録再生動作時には、スラ
イダ１２０は回転するディスク１１６とスライダ１２０
との間で形成される空気ベアリングによりディスク１１
６の表面上に維持される。スライダ１２０に保持された
ＭＲヘッドは、ディスク１１６に情報を記録再生する。
【００６５】
【実施例】本発明の磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効
果型ヘッドについて以下具体的な実施例を用いて説明す
る。
果型ヘッドについて以下具体的な実施例を用いて説明す
る。
【００６６】（実施例１）多元スパッタリング装置を用
いて図１に示した構成の磁気抵抗効果素子を作製した。
基板にはガラス基板を用い、非磁性層用としてはCuを、
自由層用にはNi0.68Fe0.20Co0.12、Co0.9Fe0.1を主に用
い、固定層の金属磁性層用としてCo0.85Fe0.15を用い、
反強磁性層用タ−ゲットとしてPt0.45Mn0.55、Ir0.2Mn
0.8を用いた。PtMnの下地層としてTaを用いた。酸素拡
散抑制層としてAu、Pt、Ag、Ru、Ni、Ni0.8Fe0.2、Ni-F
e-Cr、Ni-Fe-Ta、を用い、NiFeにCrとTaを添加したNiFe
Cr及びNiFeTa合金はNiFeとCrおよびTaの同時スパッタリ
ングで成膜レートを適正に調整し、NiFe-Cr及びNiFe-Ta
のCrとTaの添加量は2.8atm%であった。真空チャンバー
内を1.33×10-6Pa(1×10-8Torr) 以下まで排気した後、
Arガスを約1.04×10-1Pa(0.8mTorr)になるように流しな
がら、下記の構成の磁気抵抗効果素子を作製した。酸化
物層はSiO2、TiO2を作成した。SiO2はSiタ−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作製し
た。またTiO2はTiO2焼結ターゲットを1mTorrのArガスで
スパッタして作成した。ここで括弧内は各層の膜厚をｎ
ｍ単位で示している。 A1:Ta(3)/PtMn(30)/CoFe(2)/Cu(2.5)/CoFe(1)/NiFeCo
(3)/SiO2(2) A2:Ta(3)/PtMn(30)/CoFe(2)/Cu(2.5)/CoFe(1)/NiFeCo
(3)/Au(0.5)/ SiO2(2) A3:Ta(3)/PtMn(30)/CoFe(2)/Cu(2.5)/CoFe(1)/NiFeCo
(3)/Pt(0.5)/ SiO2(2) A4:Ta(3)/PtMn(30)/CoFe(2)/Cu(2.5)/CoFe(1)/NiFeCo
(3)/Ag(0.5)/ SiO2(2) A5:Ta(3)/PtMn(30)/CoFe(2)/Cu(2.5)/CoFe(1)/NiFeCo
(3)/Ru(0.5)/ SiO2(2) A6:Ta(3)/PtMn(30)/CoFe(2)/Cu(2.5)/CoFe(1)/NiFeCo
(3)/Ni(0.5)/ SiO2(2) A7:Ta(3)/PtMn(30)/CoFe(2)/Cu(2.5)/CoFe(1)/NiFeCo
(3)/NiFe(0.5)/ SiO2(2) A8:Ta(3)/PtMn(30)/CoFe(2)/Cu(2.5)/CoFe(1)/NiFeCo
(3)/NiFeCr(0.5)/ SiO2(2) A9:Ta(3)/PtMn(30)/CoFe(2)/Cu(2.5)/CoFe(1)/NiFeCo
(3)/NiFeTa(0.5)/ SiO2(2) A10:TiO2(2)/CoFe(3)/Cu(2.5)/CoFe(2)/IrMn(20) A11:TiO2(2)/Ru(0.5)/CoFe(3)/Cu(2.5)/CoFe(2)/IrMn(2
0) ただし、試料A10とA11は図１とは逆の膜構成になってい
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５ｋＯｅの磁界を印加して、直流４端子
法で評価した。ＭＲ素子の自由層の保磁力をＨｃとし測
定結果を（表１）に示す。
いて図１に示した構成の磁気抵抗効果素子を作製した。
基板にはガラス基板を用い、非磁性層用としてはCuを、
自由層用にはNi0.68Fe0.20Co0.12、Co0.9Fe0.1を主に用
い、固定層の金属磁性層用としてCo0.85Fe0.15を用い、
反強磁性層用タ−ゲットとしてPt0.45Mn0.55、Ir0.2Mn
0.8を用いた。PtMnの下地層としてTaを用いた。酸素拡
散抑制層としてAu、Pt、Ag、Ru、Ni、Ni0.8Fe0.2、Ni-F
e-Cr、Ni-Fe-Ta、を用い、NiFeにCrとTaを添加したNiFe
Cr及びNiFeTa合金はNiFeとCrおよびTaの同時スパッタリ
ングで成膜レートを適正に調整し、NiFe-Cr及びNiFe-Ta
のCrとTaの添加量は2.8atm%であった。真空チャンバー
内を1.33×10-6Pa(1×10-8Torr) 以下まで排気した後、
Arガスを約1.04×10-1Pa(0.8mTorr)になるように流しな
がら、下記の構成の磁気抵抗効果素子を作製した。酸化
物層はSiO2、TiO2を作成した。SiO2はSiタ−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作製し
た。またTiO2はTiO2焼結ターゲットを1mTorrのArガスで
スパッタして作成した。ここで括弧内は各層の膜厚をｎ
ｍ単位で示している。 A1:Ta(3)/PtMn(30)/CoFe(2)/Cu(2.5)/CoFe(1)/NiFeCo
(3)/SiO2(2) A2:Ta(3)/PtMn(30)/CoFe(2)/Cu(2.5)/CoFe(1)/NiFeCo
(3)/Au(0.5)/ SiO2(2) A3:Ta(3)/PtMn(30)/CoFe(2)/Cu(2.5)/CoFe(1)/NiFeCo
(3)/Pt(0.5)/ SiO2(2) A4:Ta(3)/PtMn(30)/CoFe(2)/Cu(2.5)/CoFe(1)/NiFeCo
(3)/Ag(0.5)/ SiO2(2) A5:Ta(3)/PtMn(30)/CoFe(2)/Cu(2.5)/CoFe(1)/NiFeCo
(3)/Ru(0.5)/ SiO2(2) A6:Ta(3)/PtMn(30)/CoFe(2)/Cu(2.5)/CoFe(1)/NiFeCo
(3)/Ni(0.5)/ SiO2(2) A7:Ta(3)/PtMn(30)/CoFe(2)/Cu(2.5)/CoFe(1)/NiFeCo
(3)/NiFe(0.5)/ SiO2(2) A8:Ta(3)/PtMn(30)/CoFe(2)/Cu(2.5)/CoFe(1)/NiFeCo
(3)/NiFeCr(0.5)/ SiO2(2) A9:Ta(3)/PtMn(30)/CoFe(2)/Cu(2.5)/CoFe(1)/NiFeCo
(3)/NiFeTa(0.5)/ SiO2(2) A10:TiO2(2)/CoFe(3)/Cu(2.5)/CoFe(2)/IrMn(20) A11:TiO2(2)/Ru(0.5)/CoFe(3)/Cu(2.5)/CoFe(2)/IrMn(2
0) ただし、試料A10とA11は図１とは逆の膜構成になってい
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５ｋＯｅの磁界を印加して、直流４端子
法で評価した。ＭＲ素子の自由層の保磁力をＨｃとし測
定結果を（表１）に示す。
【００６７】ここで、ＭＲ比は磁界を印加した場合の最
大の抵抗値をＲmax、最小の抵抗値をＲminとすると次式
で定義される。
大の抵抗値をＲmax、最小の抵抗値をＲminとすると次式
で定義される。
【００６８】 ＭＲ比（％）＝（Ｒmax―Ｒmin）／Ｒmin×１００
【００６９】
【表１】
【００７０】成膜したＭＲ素子を真空中５ｋＯｅの磁界
中で３００℃、約１時間熱処理した。
中で３００℃、約１時間熱処理した。
【００７１】表１に示すように、A2〜A9は自由層NiFeCo
層と酸化物層SiO2層との間に本発明の酸素拡散防止層を
挿入したＭＲ素子であり、従来例A1と比較するとＭＲ比
ではほとんど変わりは無いが、Ｈｃはどれも従来例A1よ
りも小さい値を示しており自由層の軟磁気特性が良くな
っている。これは酸化物層SiO2を形成する場合に自由層
であるNiFeCo層が酸化されていない為にＨｃが小さい。
しかもＭＲ比はA1からA9まではほとんど変化は無いこと
から、酸化物層における電子の鏡面反射効果は酸素拡散
防止層を挿入しても変化が無かった。このことから、本
実施例は有効である。なお従来例A10と本発明の構造で
あるA11の比較から、図１の膜構成を反対にしても本発
明は同様に有効である。なお、自由層の膜構成を、NiFe
（3）/Ru/NiFe(2)とした図４の構成においても同様の結
果を得ている。
層と酸化物層SiO2層との間に本発明の酸素拡散防止層を
挿入したＭＲ素子であり、従来例A1と比較するとＭＲ比
ではほとんど変わりは無いが、Ｈｃはどれも従来例A1よ
りも小さい値を示しており自由層の軟磁気特性が良くな
っている。これは酸化物層SiO2を形成する場合に自由層
であるNiFeCo層が酸化されていない為にＨｃが小さい。
しかもＭＲ比はA1からA9まではほとんど変化は無いこと
から、酸化物層における電子の鏡面反射効果は酸素拡散
防止層を挿入しても変化が無かった。このことから、本
実施例は有効である。なお従来例A10と本発明の構造で
あるA11の比較から、図１の膜構成を反対にしても本発
明は同様に有効である。なお、自由層の膜構成を、NiFe
（3）/Ru/NiFe(2)とした図４の構成においても同様の結
果を得ている。
【００７２】（実施例２）実施例１と同様に多元スパッ
タリング装置を用いて、図２に示した構造のＭＲ素子を
作製した。伝導層としてＣｕを用いた。反強磁性層PtMn
の下地層としてTa/NiFeCrの積層膜を用いた。また酸化
物反強磁性用として焼結α-Fe2O3ターゲットを用いた。
酸化物層はAlターゲットをスパッタし、更にチャンバー
内が約2.66×103Pa(20Torr)になるまで酸素ガスを導入
して、保持し、Alを酸化させてＡｌ2Ｏ3を作製した。Ａ
ｌ2Ｏ3の膜厚はAlの膜厚を示している。基板はSi基板を
用いた。
タリング装置を用いて、図２に示した構造のＭＲ素子を
作製した。伝導層としてＣｕを用いた。反強磁性層PtMn
の下地層としてTa/NiFeCrの積層膜を用いた。また酸化
物反強磁性用として焼結α-Fe2O3ターゲットを用いた。
酸化物層はAlターゲットをスパッタし、更にチャンバー
内が約2.66×103Pa(20Torr)になるまで酸素ガスを導入
して、保持し、Alを酸化させてＡｌ2Ｏ3を作製した。Ａ
ｌ2Ｏ3の膜厚はAlの膜厚を示している。基板はSi基板を
用いた。
【００７３】B1:Ta(3)/NiFeCr(3)/PtMn(25)/CoFe(2)/Cu
(2.5)/CoFe(0.5)/NiFeCo(2)/Cu(1.5)/Ta(3) B2:Ta(3)/NiFeCr(3)/PtMn(25)/CoFe(2)/Cu(2.5)/CoFe
(0.5)/NiFeCo(2)/Cu(1.5)/Al-O(0.5) B3:Ta(3)/NiFeCr(3)/PtMn(25)/CoFe(2)/Cu(2.5)/CoFe
(0.5)/NiFeCo(2)/Cu(1.5)/Au(0.5)/Al-O(0.5) B4:Ta(3)/NiFeCr(3)/PtMn(25)/CoFe(2)/Cu(2.5)/CoFe
(0.5)/NiFeCo(2)/Cu(1.5)/NiFe(0.5)/Al-O(0.5) B5:α-Fe2O3(30)/CoFe(3)/Cu(2.2)/CoFe(1)/NiFeCo(4)/
Cu(1)/Al-O(0.5) B6:α-Fe2O3(30)/CoFe(3)/Cu(2.2)/CoFe(1)/NiFeCo(4)/
Cu(1)/Pt(0.5)/Al-O(0.5) B1は従来例B2との比較で保護層としてTaを設けた試料で
ある。
(2.5)/CoFe(0.5)/NiFeCo(2)/Cu(1.5)/Ta(3) B2:Ta(3)/NiFeCr(3)/PtMn(25)/CoFe(2)/Cu(2.5)/CoFe
(0.5)/NiFeCo(2)/Cu(1.5)/Al-O(0.5) B3:Ta(3)/NiFeCr(3)/PtMn(25)/CoFe(2)/Cu(2.5)/CoFe
(0.5)/NiFeCo(2)/Cu(1.5)/Au(0.5)/Al-O(0.5) B4:Ta(3)/NiFeCr(3)/PtMn(25)/CoFe(2)/Cu(2.5)/CoFe
(0.5)/NiFeCo(2)/Cu(1.5)/NiFe(0.5)/Al-O(0.5) B5:α-Fe2O3(30)/CoFe(3)/Cu(2.2)/CoFe(1)/NiFeCo(4)/
Cu(1)/Al-O(0.5) B6:α-Fe2O3(30)/CoFe(3)/Cu(2.2)/CoFe(1)/NiFeCo(4)/
Cu(1)/Pt(0.5)/Al-O(0.5) B1は従来例B2との比較で保護層としてTaを設けた試料で
ある。
【００７４】このようにして作製したＭＲ素子を実施例
１と同様に評価した。測定結果を表２に示した。
１と同様に評価した。測定結果を表２に示した。
【００７５】
【表２】
【００７６】従来例B2と本発明の構造のＭＲ素子B3とB
4、および、従来例B5と本発明構造のB6とを比較する
と、本発明の構成とすることにより大きなＭＲ比が得ら
れることがわかった。
4、および、従来例B5と本発明構造のB6とを比較する
と、本発明の構成とすることにより大きなＭＲ比が得ら
れることがわかった。
【００７７】（実施例３）多元スパッタリング装置を用
いて図３と５に示した構成の磁気抵抗効果素子を作製し
た。基板にはＳｉ基板を用い、非磁性層用としてはCu
を、自由層用にはNi0.68Fe0.20Co0.12、Co0.9Fe0.1を主
に用い、固定層の金属磁性層用としてCo0.85Fe0.15を用
い、反強磁性層用タ−ゲットとしてPt0.45Mn0.55を用い
た。PtMnの下地層および素子の保護層としてTaを用い
た。固定層の酸化物磁性層としてＦｅ3Ｏ4ターゲットを
Ａｒと酸素の混合ガスでスパッタしてＦｅ3Ｏ4を、また
は、金属磁性層であるCo0.85Fe0.15を1Torrになるまで
酸素ガスを導入して、適当な時間保持してCo-Feを酸化
させてCoFe-Oの酸化物磁性層を作製した。CoFe-Oの膜厚
はCoFeの膜厚を示してある。固定層の酸素拡散抑制層と
してNi0.8Fe0.2を用いた。真空チャンバー内を1.33×10
-6Pa(1×10-8Torr)以下まで排気した後、Arガスを約約
1.04×10-1Pa(0.8mTorr)になるように流しながら、下記
のＭＲ素子を作製した。 C1:Ta(3)/PtMn(28)/CoFe(2)/Fe3O4(1)/CoFe(2)/Cu(3)/C
oFe(1)/NiFeCo(3)/Ta(3) C2:Ta(3)/PtMn(28)/CoFe(2)/NiFe(0.5)/Fe3O4(1)/CoFe
(2)/Cu(3)/CoFe(1)/NiFeCo(2)/Ta(3) C3:Ta(3)/PtMn(28)/CoFe(1.5)/NiFe(0.5)/CoFe(2)/Cu
(3)/CoFe(1)/NiFeCo(2)/Ta(3) C4:NiFeCo(4)/CoFe(0.5)/Cu(2.8)/CoFe(2)/CoFe-O(0.5)
/CoFe(2)/IrMn(15) C5:NiFeCo(4)/CoFe(0.5)/Cu(2.8)/CoFe(2)/NiFe(0.5)/C
oFe-O(0.5)/CoFe(2)/IrMn(15) C6:Ta(3)/PtMn(20)/CoFe(2)/Ru(0.7)/CoFe(2)/Fe3O4(1)
/CoFe(2)/Cu(2.2)/CoFe(1)/NiFeCo(3)/Ta(3) C7:Ta(3)/PtMn(20)/CoFe(2)/Ru(0.7)/CoFe(2)/NiFe(0.
5)/Fe3O4(1)/CoFe(2)/Cu(2.2)/CoFe(1)/NiFeCo(3)/Ta
(3) 試料C1、C6はそれぞれ図３，５の従来例の構成であり試
料C4は図３とは逆の膜構成の従来例である。試料C2から
C3、C7はそれぞれ図３，５の本発明の構成であり試料C5
は図３とは逆の膜構成の本発明の構造である。作製した
磁気抵抗効果素子のＭＲ特性を室温で最高５ｋＯｅの磁
界を印加して、直流４端子法で評価した。素子の固定層
のバイアス磁界をＨｅｘとし、測定結果を（表３）に示
す。
いて図３と５に示した構成の磁気抵抗効果素子を作製し
た。基板にはＳｉ基板を用い、非磁性層用としてはCu
を、自由層用にはNi0.68Fe0.20Co0.12、Co0.9Fe0.1を主
に用い、固定層の金属磁性層用としてCo0.85Fe0.15を用
い、反強磁性層用タ−ゲットとしてPt0.45Mn0.55を用い
た。PtMnの下地層および素子の保護層としてTaを用い
た。固定層の酸化物磁性層としてＦｅ3Ｏ4ターゲットを
Ａｒと酸素の混合ガスでスパッタしてＦｅ3Ｏ4を、また
は、金属磁性層であるCo0.85Fe0.15を1Torrになるまで
酸素ガスを導入して、適当な時間保持してCo-Feを酸化
させてCoFe-Oの酸化物磁性層を作製した。CoFe-Oの膜厚
はCoFeの膜厚を示してある。固定層の酸素拡散抑制層と
してNi0.8Fe0.2を用いた。真空チャンバー内を1.33×10
-6Pa(1×10-8Torr)以下まで排気した後、Arガスを約約
1.04×10-1Pa(0.8mTorr)になるように流しながら、下記
のＭＲ素子を作製した。 C1:Ta(3)/PtMn(28)/CoFe(2)/Fe3O4(1)/CoFe(2)/Cu(3)/C
oFe(1)/NiFeCo(3)/Ta(3) C2:Ta(3)/PtMn(28)/CoFe(2)/NiFe(0.5)/Fe3O4(1)/CoFe
(2)/Cu(3)/CoFe(1)/NiFeCo(2)/Ta(3) C3:Ta(3)/PtMn(28)/CoFe(1.5)/NiFe(0.5)/CoFe(2)/Cu
(3)/CoFe(1)/NiFeCo(2)/Ta(3) C4:NiFeCo(4)/CoFe(0.5)/Cu(2.8)/CoFe(2)/CoFe-O(0.5)
/CoFe(2)/IrMn(15) C5:NiFeCo(4)/CoFe(0.5)/Cu(2.8)/CoFe(2)/NiFe(0.5)/C
oFe-O(0.5)/CoFe(2)/IrMn(15) C6:Ta(3)/PtMn(20)/CoFe(2)/Ru(0.7)/CoFe(2)/Fe3O4(1)
/CoFe(2)/Cu(2.2)/CoFe(1)/NiFeCo(3)/Ta(3) C7:Ta(3)/PtMn(20)/CoFe(2)/Ru(0.7)/CoFe(2)/NiFe(0.
5)/Fe3O4(1)/CoFe(2)/Cu(2.2)/CoFe(1)/NiFeCo(3)/Ta
(3) 試料C1、C6はそれぞれ図３，５の従来例の構成であり試
料C4は図３とは逆の膜構成の従来例である。試料C2から
C3、C7はそれぞれ図３，５の本発明の構成であり試料C5
は図３とは逆の膜構成の本発明の構造である。作製した
磁気抵抗効果素子のＭＲ特性を室温で最高５ｋＯｅの磁
界を印加して、直流４端子法で評価した。素子の固定層
のバイアス磁界をＨｅｘとし、測定結果を（表３）に示
す。
【００７８】
【表３】
【００７９】C2とC3は従来例C1と比較してＨｅｘとＭＲ
比は大きい値を示し特性が向上している。特にC3と従来
例C1とを比較すると、固定層の膜厚を同じとした場合で
の比較であり本発明の構成としたＭＲ素子はＭＲ比及び
Ｈｅｘは向上して有効であることが分かる。同様に、C5
と従来例C4、および、C7と従来例C6とを比較すると両者
とも本発明の構造とすることでＭＲ比とＨｅｘは向上し
ていることが分かる。特にC6とC7は固定層にRuの非磁性
層を介して反強磁性的に交換結合した磁性膜を用いた構
成であり、Ｈｅｘの特性を向上させているが、本発明の
膜構成とすることで更にＨｅｘを向上することが可能で
あることが分かる。実施例３では酸化物磁性層としてFe
3O4層やCoFeを酸化させたCoFe-O層を用いているがCoFe2
O4やNiFe 2O4でも有効である。また、酸素拡散防止層と
して他に、NiやNiFeにCrやTaを添加したNiFeCr、NiFeTa
においても上記と同様にＭＲ比とＨｅｘは向上してい
る。
比は大きい値を示し特性が向上している。特にC3と従来
例C1とを比較すると、固定層の膜厚を同じとした場合で
の比較であり本発明の構成としたＭＲ素子はＭＲ比及び
Ｈｅｘは向上して有効であることが分かる。同様に、C5
と従来例C4、および、C7と従来例C6とを比較すると両者
とも本発明の構造とすることでＭＲ比とＨｅｘは向上し
ていることが分かる。特にC6とC7は固定層にRuの非磁性
層を介して反強磁性的に交換結合した磁性膜を用いた構
成であり、Ｈｅｘの特性を向上させているが、本発明の
膜構成とすることで更にＨｅｘを向上することが可能で
あることが分かる。実施例３では酸化物磁性層としてFe
3O4層やCoFeを酸化させたCoFe-O層を用いているがCoFe2
O4やNiFe 2O4でも有効である。また、酸素拡散防止層と
して他に、NiやNiFeにCrやTaを添加したNiFeCr、NiFeTa
においても上記と同様にＭＲ比とＨｅｘは向上してい
る。
【００８０】（実施例４）多元スパッタリング装置を用
いて図６に示した構成の磁気抵抗効果素子を作製した。
基板にはＳｉ基板を用い、非磁性層用としてはCuを、自
由層用にはCo0.9Fe0.1を主に用い、固定層の金属磁性層
用としてCo0.85Fe0.15を用い、反強磁性層用タ−ゲット
としてPt0.45Mn0.55を用いた。PtMnの下地層および素子
の保護層としてTaを用いた。固定層の酸化物磁性層とし
てＦｅ3Ｏ4ターゲットをＡｒと酸素の混合ガスでスパッ
タしてＦｅ3Ｏ4を作製した。自由層側の酸化物層として
Ａｌ 2Ｏ3焼結ターゲットをスパッタしてＡｌ2Ｏ3を作製
した。固定層の酸素拡散抑制層としてNi0.8Fe0.2を用
い、自由層の酸素拡散防止層としてAuを用いた。真空チ
ャンバー内を1.33×10-6Pa(1×10-8Torr)以下まで排気
した後、Arガスを約約1.04×10-1Pa(0.8mTorr)になるよ
うに流しながら、下記のＭＲ素子を作製した。 D1:Ta(3)/PtMn(15)/CoFe(1.5)/Fe3O4(1)/CoFe(1.5)/Cu
(2.5)/CoFe(3)/Al2O3 (1.5)/Ta(3) D2:Ta(3)/PtMn(15)/CoFe(1.5)/NiFe(0.5)/Fe3O4(1)/CoF
e(1.5)/Cu(2.5)/CoFe(3)/Au(0.5)/ Al2O3(1.5)/Ta(3) このようにして作製したＭＲ素子を室温で最高５ｋＯｅ
の磁界を印加して、直流４端子法で評価した。素子の固
定層のバイアス磁界をＨｅｘ、自由層の保磁力をＨｃと
して測定して表４の測定結果を得た
いて図６に示した構成の磁気抵抗効果素子を作製した。
基板にはＳｉ基板を用い、非磁性層用としてはCuを、自
由層用にはCo0.9Fe0.1を主に用い、固定層の金属磁性層
用としてCo0.85Fe0.15を用い、反強磁性層用タ−ゲット
としてPt0.45Mn0.55を用いた。PtMnの下地層および素子
の保護層としてTaを用いた。固定層の酸化物磁性層とし
てＦｅ3Ｏ4ターゲットをＡｒと酸素の混合ガスでスパッ
タしてＦｅ3Ｏ4を作製した。自由層側の酸化物層として
Ａｌ 2Ｏ3焼結ターゲットをスパッタしてＡｌ2Ｏ3を作製
した。固定層の酸素拡散抑制層としてNi0.8Fe0.2を用
い、自由層の酸素拡散防止層としてAuを用いた。真空チ
ャンバー内を1.33×10-6Pa(1×10-8Torr)以下まで排気
した後、Arガスを約約1.04×10-1Pa(0.8mTorr)になるよ
うに流しながら、下記のＭＲ素子を作製した。 D1:Ta(3)/PtMn(15)/CoFe(1.5)/Fe3O4(1)/CoFe(1.5)/Cu
(2.5)/CoFe(3)/Al2O3 (1.5)/Ta(3) D2:Ta(3)/PtMn(15)/CoFe(1.5)/NiFe(0.5)/Fe3O4(1)/CoF
e(1.5)/Cu(2.5)/CoFe(3)/Au(0.5)/ Al2O3(1.5)/Ta(3) このようにして作製したＭＲ素子を室温で最高５ｋＯｅ
の磁界を印加して、直流４端子法で評価した。素子の固
定層のバイアス磁界をＨｅｘ、自由層の保磁力をＨｃと
して測定して表４の測定結果を得た
【００８１】
【表４】
【００８２】従来例D1と本発明の構成のD2を比較する
と、ＭＲ比とＨｅｘは大きな値を示し、自由層のＨｃは
小さくなっていることからＭＲ特性は向上していること
が分かる。実施例１から４より酸化物層に本発明の酸素
拡散防止層を隣接させることにより、従来、酸化物層に
隣接した金属層の酸化が抑制されてＭＲ特性が向上する
結果が得られ、本発明の構成としたＭＲ素子は有効であ
る。
と、ＭＲ比とＨｅｘは大きな値を示し、自由層のＨｃは
小さくなっていることからＭＲ特性は向上していること
が分かる。実施例１から４より酸化物層に本発明の酸素
拡散防止層を隣接させることにより、従来、酸化物層に
隣接した金属層の酸化が抑制されてＭＲ特性が向上する
結果が得られ、本発明の構成としたＭＲ素子は有効であ
る。
【００８３】（実施例５）前記の試料A1とA4、B2とB3、
C1とC3をＭＲ素子１０９として用いて、図８に示すよう
なＭＲヘッドを構成して、特性を評価した。この場合、
基板としてはAl2O 3-TiC基板を用い、シールド１０、１
５材にはNi0.8Fe0.2合金を用い、シールドギャップ１
１、１４にはAl2O3を用いた。
C1とC3をＭＲ素子１０９として用いて、図８に示すよう
なＭＲヘッドを構成して、特性を評価した。この場合、
基板としてはAl2O 3-TiC基板を用い、シールド１０、１
５材にはNi0.8Fe0.2合金を用い、シールドギャップ１
１、１４にはAl2O3を用いた。
【００８４】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。
を用い、リード部１３をAuで構成した。
【００８５】また、自由層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
層の容易方向を規定した後、更に、２００℃で熱処理し
て、自由層の容易軸を規定して行った。
信号磁界方向と垂直になるように、固定層の磁化容易軸
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
層の容易方向を規定した後、更に、２００℃で熱処理し
て、自由層の容易軸を規定して行った。
【００８６】これらのヘッドに、センス電流として直流
電流を流し、約５０Ｏｅ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（A4、B3、C3）の出力を、従来例の磁気抵抗効果素
子をＭＲ素子部に用いて同様に試作したヘッド（A1、B
2、C1）の出力とを比較した。従来例のＭＲヘッドの出
力を１とした場合の、本発明の出力を表５に示す。
電流を流し、約５０Ｏｅ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（A4、B3、C3）の出力を、従来例の磁気抵抗効果素
子をＭＲ素子部に用いて同様に試作したヘッド（A1、B
2、C1）の出力とを比較した。従来例のＭＲヘッドの出
力を１とした場合の、本発明の出力を表５に示す。
【００８７】
【表５】
【００８８】この様に本発明の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。
に比較して大きな出力が得られることがわかった。
【００８９】この磁気ヘッドを用いてHDDドライブを試
作したところ、４０Gb/inch2以上の記録密度が達成可能
なことがわかった （実施例６）上記の試料番号Ｄ２のＭＲ素子を用いて図
１２に示したヨ−ク型ヘッドを作製した。この場合図１
２の絶縁膜５１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−クには高透磁率の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
たヘッドの出力と試料番号D1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。
作したところ、４０Gb/inch2以上の記録密度が達成可能
なことがわかった （実施例６）上記の試料番号Ｄ２のＭＲ素子を用いて図
１２に示したヨ−ク型ヘッドを作製した。この場合図１
２の絶縁膜５１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−クには高透磁率の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
たヘッドの出力と試料番号D1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。
【００９０】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の磁気抵抗
効果素子は、従来のものに比べて自由層の低保磁力化及
び固定層の高バイアス磁界化ができ、更に高ＭＲ化を実
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とすることができる。
効果素子は、従来のものに比べて自由層の低保磁力化及
び固定層の高バイアス磁界化ができ、更に高ＭＲ化を実
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とすることができる。
【図１】本発明の一実施例の磁気抵抗効果素子の断面の
模式図
模式図
【図２】本発明の一実施例の磁気抵抗効果素子の断面の
模式図
模式図
【図３】本発明の一実施例の磁気抵抗効果素子の断面の
模式図
模式図
【図４】本発明の一実施例の磁気抵抗効果素子の断面の
模式図
模式図
【図５】本発明の一実施例の磁気抵抗効果素子の断面の
模式図
模式図
【図６】本発明の一実施例の磁気抵抗効果素子の断面の
模式図
模式図
【図７】本発明の一実施例のＭＲヘッドの斜視図
【図８】本発明の一実施例の磁気抵抗効果型ヘッドの一
例を示す図
例を示す図
【図９】本発明の一実施例のＭＲヘッドと磁気ディスク
の断面図
の断面図
【図１０】本発明の一実施例の記録ヘッド一体型ＭＲヘ
ッドの断面図
ッドの断面図
【図１１】本発明の別の実施例のＭＲヘッドの断面図
【図１２】本発明のヨ−ク型磁気抵抗効果型ヘッドの一
例を示す図
例を示す図
【図１３】本発明の一実施例のハードディスク装置の側
面図。
面図。
【図１４】本発明の一実施例のハードディスク装置の平
面図
面図
１ 基板 ２ 反強磁性層 ３ 磁性層（固定層） ３ａ、３ｂ、３ａａ、３ａｂ 金属磁性層 ３ｃ 非磁性層 ４ 非磁性層 ５ 磁性層（自由層） ５ａ、５ｂ 金属磁性膜 ５ｃ 非磁性層 ６、６ａ、６ｂ 酸素拡散防止層 ７、７１ 酸化物層 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 上部記録コア １７ コイル １８ 再生ギャップ長 １９ 記録ギャップ長 ２１ 磁気ディスク ２２ 記録長 ４０ 記録ギャップ部 ５０ ヨ−ク部 ５１ 絶縁膜 ５２ 記録ポ−ル部 ５３ 巻き線部 ５４ 記録兼再生ギャップ部 １０９ ＭＲ素子部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｆ 10/30 Ｈ０１Ｆ 10/32 10/32 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ (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 榊間 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 Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AB05 AD55 5D034 BA05 BA21 BB08 BB12 DA07 5E049 AA04 AA07 AA09 AA10 AB02 AB09 AB10 AC00 AC05 BA12 BA16 DB04 DB12 DB20
Claims (20)
- 【請求項１】反強磁性層と、外部磁界により容易には磁
化回転しない磁性層（固定層）と、非磁性層と、外部磁
界により容易に磁化回転が可能な磁性層（自由層）が順
次積層した多層膜であって、 反強磁性層、固定層、非磁性層、自由層のいずれかの層
中か、または、反強磁性層、固定層、非磁性層、自由層
のいずれかの界面に酸化物層を形成し、 かつ、前記反強磁性層、固定層、非磁性層及び自由層か
ら選ばれる少なくとも一つの層（以下「他層」という）
と、前記酸化物層との間に、前記他層の酸化を抑制する
為の酸素拡散防止層を形成したことを特徴とする磁気抵
抗効果素子。 - 【請求項２】自由層の表面に、酸素拡散防止層を介して
酸化物層を積層した請求項１に記載の磁気抵抗効果素
子。 - 【請求項３】外部磁界により容易に磁化回転が可能な磁
性層（自由層）の外側に、更に伝導層を形成し、前記伝
導層の表面に酸素拡散防止層を介して酸化物層を積層し
た請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項４】固定層が前記反強磁性層と接する第１金属
磁性層、酸化物磁性層、第２金属磁性層が順次積層され
ており更に、前記酸化物磁性層と前記第１もしくは第２
金属磁性層との界面の少なくとも一方に酸素拡散防止層
を挿入した請求項１〜３のいずれかに記載の磁気抵抗効
果素子。 - 【請求項５】酸素拡散防止層が、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒ
ｕ、Ｎｉ及びＮｉ1-xＭx合金（ただし、ＭはＦｅ、Ｃ
ｏ、Ｃｒ、Ｔａのうち１種以上、０≦ｘ＜４０、ｘは原
子組成比）から選ばれる少なくとも一つを主成分とする
請求項１〜４のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項６】固定層を構成する酸素拡散防止層が、Ｎｉ
またはＮｉ1-xＭx合金（ただし、ＭはＦｅ、Ｃｏ、Ｃｒ
及びＴａから選ばれる少なくとも１種、０≦ｘ＜６０、
ｘは原子組成比）を主成分とする請求項４に記載の磁気
抵抗効果素子。 - 【請求項７】伝導層がＣｕを主成分とする請求項３に記
載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項８】酸化物層が元素Ｄ（ただし、ＤはＡｌ、Ｓ
ｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉから選ばれる少な
くとも１種の元素）を主成分とする酸化物からなる請求
項１〜８のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項９】酸化物層がＡＦｅ2Ｏ4（ただし、ＡはＦ
ｅ、Ｃｏ及びＮｉから選ばれる少なくとも１種の元素）
からなる請求項１〜７のいずれかに記載の磁気抵抗効果
素子。 - 【請求項１０】固定層を構成する磁性酸化物層がＡＦｅ
2Ｏ4（ただし、ＡはＦｅ、Ｃｏ及びＮｉから選ばれる少
なくとも１種の元素）からなる請求項４に記載の磁気抵
抗効果素子。 - 【請求項１１】固定層を構成する磁性酸化物層が、前記
固定層を構成する第１もしくは第２金属磁性層の酸化物
である請求項４に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１２】固定層を構成する第１もしくは第２金属
磁性層がＣｏ−Ｆｅ合金からなる請求項１１に記載の磁
気抵抗効果素子。 - 【請求項１３】前記反強磁性層がＰ―Mn合金（ただし、
ＰはＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｎｉ、Ｃｒ
のうち少なくとも一種以上の元素を含む）である請求項
１〜１２のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１４】反強磁性層がα−Ｆｅ2Ｏ3、ＮｉＯのい
ずれか、もしくはこれらの積層膜からなる請求項１〜１
２のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１５】自由層が非磁性層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
性層からなる請求項１〜１４のいずれかに記載の磁気抵
抗効果素子。 - 【請求項１６】前記固定層が非磁性層を介して反強磁性
的に交換結合した２層の強磁性層からなる請求項１〜１
５のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１７】酸化物層の膜厚が、０．４〜１０ｎｍの
範囲である請求項１〜１５のいずれかに記載の磁気抵抗
効果素子。 - 【請求項１８】酸素拡散防止層の膜厚が、０．２〜５ｎ
ｍの範囲である請求項１〜１５のいずれかに記載の磁気
抵抗効果素子。 - 【請求項１９】請求項１〜１８に記載の磁気抵抗効果素
子に、さらにシールド部を具備してなる磁気抵抗効果型
ヘッド。 - 【請求項２０】請求項１〜１８に記載の磁気抵抗効果素
子に、さらに検知すべき磁界を磁気抵抗効果素子に導入
するヨークを具備してなる磁気抵抗効果型ヘッド。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000171166A JP2001352112A (ja) | 2000-06-07 | 2000-06-07 | 磁気抵抗効果素子及び磁気抵抗効果型ヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000171166A JP2001352112A (ja) | 2000-06-07 | 2000-06-07 | 磁気抵抗効果素子及び磁気抵抗効果型ヘッド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001352112A true JP2001352112A (ja) | 2001-12-21 |
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ID=18673755
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|---|---|---|---|
| JP2000171166A Pending JP2001352112A (ja) | 2000-06-07 | 2000-06-07 | 磁気抵抗効果素子及び磁気抵抗効果型ヘッド |
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|---|---|
| JP (1) | JP2001352112A (ja) |
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2000
- 2000-06-07 JP JP2000171166A patent/JP2001352112A/ja active Pending
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