JP2002185060A - デュアルスピンバルブ型薄膜素子、その製造方法及び薄膜磁気ヘッド - Google Patents

デュアルスピンバルブ型薄膜素子、その製造方法及び薄膜磁気ヘッド

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JP2002185060A
JP2002185060A JP2000381693A JP2000381693A JP2002185060A JP 2002185060 A JP2002185060 A JP 2002185060A JP 2000381693 A JP2000381693 A JP 2000381693A JP 2000381693 A JP2000381693 A JP 2000381693A JP 2002185060 A JP2002185060 A JP 2002185060A
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Koji Okazaki
幸司 岡崎
Koichi Nishioka
浩一 西岡
Yasunari Tajima
康成 田島
Keishi Shigematsu
恵嗣 重松
Masayoshi Kagawa
昌慶 香川
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • 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
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3263—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being symmetric, e.g. for dual spin valve, e.g. NiO/Co/Cu/Co/Cu/Co/NiO

Abstract

(57)【要約】 【課題】高ＭＲ比で、良好な軟磁気特性または適正なＨ
ｉｎｔ及びλを示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子を
提供する。 【解決手段】積層フェリ型固定層を有するデュアルスピ
ンバルブ型薄膜素子において、自由磁性層を、ＮｉＦｅ
合金、Ｃｏ及びＣｏＦｅ合金から選ばれる、少なくとも
１種以上の積層膜から形成された構成とし、上下二組の
積層フェリ型固定層の内、自由磁性層側の固定磁性層の
膜厚を反強磁性層側の固定磁性層の膜厚より上下共に大
きくなるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固定磁性層の固定
磁化方向と外部磁界の影響を受ける自由磁性層の磁化方
向との関係で電気抵抗が変化するスピンバルブ型薄膜素
子に係り、特に、高記録密度化に対応する自由磁性層を
中心としてその上下に非磁性導電層、固定磁性層及び反
強磁性層が形成されたデュアルスピンバルブ型薄膜素子
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のスピンバルブ型薄膜素子は、下地
層の上に、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、自
由磁性層及び保護層を順じ形成した所謂ボトムスピンバ
ルブ型薄膜素子、あるいは、下地層の上に、自由磁性
層、非磁性導電層、固定磁性層、反強磁性層及び保護層
を順じ形成した所謂トップスピンバルブ型薄膜素子が主
流である。
【０００３】前記ボトムスピンバルブ型薄膜素子及びト
ップスピンバルブ型薄膜素子においては、下地層及び保
護層にはＴａ等、反強磁性層にはＮｉＯ、ＮｉＭｎ合
金、ＦｅＭｎ合金、ＩｒＭｎ合金、ＰｔＭｎ合金、Ｐｄ
ＰｔＭｎ合金、ＣｒＰｔＭｎ合金など、固定磁性層には
Ｃｏ、ＣｏＦｅ合金など、自由磁性層にはＮｉＦｅ合
金、Ｃｏ、ＣｏＦｅ合金等、非磁性導電層にはＣｕ等が
用いられている。また、固定磁性層と反強磁性層が接し
て形成されることにより、固定磁性層と反強磁性層の界
面に交換結合磁界が発生し、固定磁性層の磁化は、所望
な方向に固定される。そして、自由磁性層の両端に配置
されるＣｏＣｒＰｔ合金などで形成される磁区制御層に
より、自由磁性層の磁化は、固定磁性層の磁化と垂直な
方向に揃えられ、外部から磁界のない状態では、磁区の
ない単磁区状態となっている。
【０００４】このスピンバルブ型薄膜素子では、ハード
ディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、自由磁
性層の磁化が変動し、自由磁性層の伝導電子が散乱され
て、自由磁性層と固定磁性層の磁化方向との関係で電気
抵抗が変化し、この電気抵抗の変化に基づく電圧変化に
より、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。よって、
スピンバルブ型薄膜磁気ヘッドの再生出力を増大させる
ためには、スピンバルブ型薄膜素子の電気抵抗変化率
（以下ＭＲ比）を大きくすることが非常に重要である。
【０００５】前記ボトムスピンバルブ型薄膜素子や前記
トップスピンバルブ型薄膜素子のような所謂シングルス
ピンバルブ型薄膜素子では、自由磁性層の伝導電子は、
固定磁性層に向かって散乱されるだけでなく、固定磁性
層から離れる方向にも散乱するが、電気抵抗変化に寄与
するのは、自由磁性層と固定磁性層の二つの磁性層間に
散乱する伝導電子だけなので、反対方向に散乱する伝導
電子はＭＲ比向上に寄与しない。
【０００６】特開平５−３４７０１３号公報には、より
ＭＲ比を大きくするために、自由磁性層を中心としてそ
の上下に非磁性導電層、固定磁性層及び反強磁性層を形
成した所謂デュアルスピンバルブ型薄膜素子が開示され
ている。しかしながら、デュアルスピンバルブ型薄膜素
子では、二つの固定磁性層が存在するため、固定磁性層
から漏れる静磁界が自由磁性層に及ぼす影響が非常に大
きくなり、単純に固定磁性層の膜厚を薄くして静磁界を
小さくするだけでは、同時にＭＲ比も著しく低下するた
め、高記録密度化に対応する薄膜磁気ヘッドの実用化に
おいては、固定磁性層から漏れる静磁界を抑える何らか
の工夫が必須であるが、それに関する手法は何ら開示さ
れていない。
【０００７】特許第３０４０７５０号公報には、固定磁
性層が非磁性中間層を介して２層に分断されており、こ
の分断された２層の固定磁性層の磁化が互いに反平行状
態となるよう形成することによって、固定磁性層から漏
れる静磁界を極めて小さく抑えることが可能となる所謂
積層フェリ型固定層が開示されいてる。特許第３０４０
７５０号公報の実施形態に於いては、前記積層フェリ型
固定層を上下に用いたデュアルスピンバルブ型薄膜素子
が開示されているが、デュアルスピンバルブ型薄膜素子
の特性を発揮させるためには、自由磁性層側の固定磁性
層の磁化を上下共に同じ方向に固定しておく必要があ
り、その状態で上下の積層フェリ型固定層から漏れる静
磁界をキャンセルさせて固定磁性層の熱的安定性をさら
に高めるために、反強磁性層側の固定磁性層の膜厚と自
由磁性層側の固定磁性層の膜厚との大小関係を上下で逆
にしている。
【０００８】即ち、下側反強磁性層に接する固定磁性層
を第１の磁性層、自由磁性層側の固定磁性層を第２の磁
性層、上側反強磁性層に接する固定磁性層を第３の磁性
層、自由磁性層側の固定磁性層を第４の磁性層とする
と、（第１の磁性層の膜厚）＞（第２の磁性層の膜
厚）、且つ（第３の磁性層の膜厚）＜（第４の磁性層の
膜厚）、あるいは（第１の磁性層の膜厚）＜（第２の磁
性層の膜厚）、且つ（第３の磁性層の膜厚）＞（第４の
磁性層の膜厚）という関係になっている。
【０００９】しかしながら、積層フェリ型固定層に於い
ては、ＭＲ比に直接関与するのは、自由磁性層側の固定
磁性層（前記第２の磁性層と第４の磁性層）のみであ
り、反強磁性層側の固定磁性層（前記第１の磁性層と第
３の磁性層）は、自由磁性層側の固定磁性層の磁化を一
定方向に固定しておくためのいわば補助的な役割を担っ
ているにすぎず、むしろシャントロスを伴う等、反強磁
性層側の固定磁性層の膜厚を大きくすると、ＭＲ比低下
を招く。
【００１０】特許第３０４０７５０号の別の実施形態に
於いては、自由磁性層も前記積層フェリ型固定層と同様
に積層フェリ状態とした積層フェリ型自由層を用いたデ
ュアルスピンバルブ型薄膜素子が開示されている。積層
フェリ型自由層は、自由磁性層の実質的な膜厚を薄くす
ることなく、自由磁性層の飽和磁束密度Ｂｓと膜厚ｔの
積で表される磁気的膜厚（以下Ｂｓ・ｔ）を低減するこ
とができるため、ＭＲ比低下を抑えつつ、ハードディス
クなどの記録媒体からの洩れ磁界に対する自由磁性層の
感度向上が見込めるものの、デュアルスピンバルブ型薄
膜素子との組み合わせでは、自由磁性層が非磁性中間層
で分断されているため、本来デュアルスピンバルブ型薄
膜素子で期待されるＭＲ比向上が認められず、実用的で
はない。
【００１１】また、デュアルスピンバルブ型薄膜素子で
は、自由磁性層と固定磁性層の組み合わせが二組存在す
るため、シングルスピンバルブ型薄膜素子に比べ、自由
磁性層と固定磁性層間に働く層間結合磁界（以下Ｈｉｎ
ｔ）の制御などが非常に困難であり、また、その構造
上、自由磁性層の磁歪（以下λ）に対する特性変動が顕
著なため、自由磁性層のλを適正な値に制御する必要性
があるが、その手法に関する記述は何ら開示されていな
い。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高記録密度
化に対応したデュアルスピンバルブ型薄膜素子に於い
て、上記従来の問題点を解決するものであり、特に、固
定磁性層の構造及び膜厚と自由磁性層の材質及び膜厚構
成を改良・適正化することによって、ＭＲ比を更に向上
させて、しかも自由磁性層と固定磁性層間に働くＨｉｎ
ｔを適正な値に制御し、良好な軟磁気特性と適正なλを
示す自由磁性層を有するデュアルスピンバルブ型薄膜素
子並びにその製造方法を提供し、高出力で特性変動の少
ない安定した薄膜磁気ヘッドを提供することを目的とす
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、第１の反強磁性層、第１の固定磁性層、
第１の非磁性導電層、自由磁性層、第２の非磁性導電
層、第２の固定磁性層及び第２の反強磁性層を積層した
デュアルスピンバルブ型薄膜素子に於いて、前記第１の
固定磁性層は、前記第１の反強磁性層に接し、前記第１
の反強磁性層と交換結合磁界により磁化方向が固定され
る第１の磁性層と非磁性中間層を介して重ねられる第２
の磁性層の２層で形成される積層フェリ型固定層であ
り、前記第２の固定磁性層は、前記第２の反強磁性層に
接し、前記第２の反強磁性層と交換結合磁界により磁化
方向が固定される第３の磁性層と非磁性中間層を介して
重ねられる第４の磁性層の２層で形成される積層フェリ
型固定層であって、前記自由磁性層はＮｉＦｅ合金、Ｃ
ｏ及びＣｏＦｅ合金の内、少なくとも１種以上の積層膜
から形成されており、前記（第１の磁性層の膜厚）＜
（第２の磁性層の膜厚）、且つ前記（第３の磁性層の膜
厚）＜（第４の磁性層の膜厚）であることを特徴とする
デュアルスピンバルブ型薄膜素子を用い、高出力で特性
変動の少ない安定した薄膜磁気ヘッドを実現するもので
ある。
【００１４】積層フェリ型固定層を有するデュアルスピ
ンバルブ型薄膜素子においては、ＭＲ比に直接関与する
のは、自由磁性層側の固定磁性層（前記第２の磁性層と
第４の磁性層）のみであり、反強磁性層側の固定磁性層
（前記第１の磁性層と第３の磁性層）は、自由磁性層側
の固定磁性層の磁化を一定方向に固定しておくためのい
わば補助的な役割を担っているにすぎないので、反強磁
性層側の固定磁性層の膜厚を大きくすると、シャントロ
スを生じ、ＭＲ比は低下するため、よりＭＲ比を向上さ
せるためには、上下共に自由磁性層側の固定磁性層の膜
厚を反強磁性層側の固定磁性層の膜厚より大きくするこ
とが必要である。
【００１５】また、自由磁性層側の固定磁性層の膜厚よ
り反強磁性層側の固定磁性層の膜厚を大きくすると、Ｅ
ＳＤ（静電気放電）やプロセス中の磁区制御層の着磁処
理等により、非常に大きな磁界が加わった場合、必ずし
も自由磁性層側の固定磁性層の磁化と反強磁性層側の固
定磁性層の磁化が完全な反平行状態に戻らず、結果とし
てＭＲ比変動に繋がる恐れがあり、その意味からも、上
下共に自由磁性層側の固定磁性層の膜厚を反強磁性層側
の固定磁性層の膜厚より大きくすることが必要である。
【００１６】しかしながら、デュアルスピンバルブ型薄
膜素子の特性を発揮させるためには、自由磁性層側の固
定磁性層の磁化を上下共に同じ方向に固定しておく必要
があるので、上下共に自由磁性層側の固定磁性層の膜厚
を反強磁性層側の固定磁性層の膜厚より大きくしすぎる
と、固定磁性層から漏れる静磁界が自由磁性層に及ぼす
影響が大きくなるため、好ましくない。
【００１７】そこで、本発明では、前記第１の磁性層の
膜厚、第２の磁性層の膜厚、第３の磁性層の膜厚及び第
４の磁性層の膜厚が、１〜５ｎｍの範囲内であり、且つ
１.５ｎｍ≧（（第２の磁性層の膜厚）−（第１の磁性
層の膜厚））、１.５ｎｍ≧（（第４の磁性層の膜厚）
−（第３の磁性層の膜厚））であることが好ましい。
【００１８】また、本発明は、第１の反強磁性層、第１
の固定磁性層、第１の非磁性導電層、自由磁性層、第２
の非磁性導電層、第２の固定磁性層及び第２の反強磁性
層を積層したデュアルスピンバルブ型薄膜素子におい
て、前記第１の固定磁性層は、前記第１の反強磁性層に
接し、前記第１の反強磁性層と交換結合磁界により磁化
方向が固定される第１の磁性層と非磁性中間層を介して
重ねられる第２の磁性層の２層で形成される積層フェリ
型固定層であり、前記第２の固定磁性層は、前記第２の
反強磁性層に接し、前記第２の反強磁性層と交換結合磁
界により磁化方向が固定される第３の磁性層と非磁性中
間層を介して重ねられる第４の磁性層の２層で形成され
る積層フェリ型固定層であって、前記自由磁性層はＮｉ
Ｆｅ合金とＣｏＦｅ合金から形成されており、前記自由
磁性層の膜厚が、２〜４.５ｎｍの範囲内であり、且つ
前記（ＮｉＦｅ合金の膜厚／ＣｏＦｅ合金の膜厚）が、
０．５〜３．５の範囲内であることを特徴とするデュア
ルスピンバルブ型薄膜素子を用い、高出力で特性変動の
少ない安定した薄膜磁気ヘッドを実現するものである。
【００１９】デュアルスピンバルブ型薄膜素子では、自
由磁性層と固定磁性層の組み合わせが二組存在するた
め、シングルスピンバルブ型薄膜素子に比べ、固定磁性
層と自由磁性層間に働くＨｉｎｔの制御が非常に困難で
ある。Ｈｉｎｔが大きすぎると、磁界−抵抗検出曲線が
線形からずれて、再生信号に大きな非対称性が生じ、高
ＭＲ比のデュアルスピンバルブ型薄膜素子を用いても、
再生出力が低下してしまうため、Ｈｉｎｔは適正な値に
制御する必要がある。また、デュアルスピンバルブ型薄
膜素子の構造上、自由磁性層のλが大きすぎると、環境
温度に敏感となり、λの正負の違いによって、低温状態
または高温状態における特性変動が顕著となるため、特
性変動の少ない安定したデュアルスピンバルブ型薄膜素
子を実現するためには、自由磁性層のλは適正な値に制
御する必要がある。
【００２０】自由磁性層に用いる材質としては、高ＭＲ
比を実現できるＣｏＦｅ合金が望ましいが、良好な軟磁
気特性を得るためには、ＮｉＦｅ合金と組み合わせる必
要がある。また、ＣｏＦｅ合金のみでは、λの制御が非
常に困難であるため、その意味においてもＣｏＦｅ合金
とＮｉＦｅ合金を組み合わせ、適切な膜厚構成とする必
要があり、前記（ＮｉＦｅ合金の膜厚／ＣｏＦｅ合金の
膜厚）は、０.５〜３.５の範囲内とする必要がある。更
に、高記録密度化におけるハードディスク等の記録媒体
のＢｓ・ｔの低減に伴い減少する媒体磁界に対して十分
な自由磁性層磁化回転角を維持するためには、自由磁性
層のＢｓ・ｔ低減が有効であるが、薄膜化すると、自由
磁性層の外側の界面での伝導電子の散乱がスピンアップ
電子とスピンダウン電子の平均自由行程の差を減少さ
せ、ＭＲ比を低下させるという問題があるため、自由磁
性層全体についても、適切な膜厚とする必要があり、前
記自由磁性層の膜厚は、２〜４.５ｎｍの範囲内とする
必要がある。
【００２１】更に、固定磁性層と自由磁性層間に働くＨ
ｉｎｔを適正な値に制御しつつも、高ＭＲ比を実現する
ためには、本発明では、前記第１の非磁性導電層の膜厚
及び第２の非磁性導電層の膜厚が、共に１.９〜２.４ｎ
ｍの範囲内であることが好ましい。
【００２２】また、高ＭＲ比を示すデュアルスピンバル
ブ型薄膜素子であって、しかも自由磁性層と固定磁性層
間に働くＨｉｎｔを適正な値に制御し、良好な軟磁気特
性と適正な磁歪を示す自由磁性層を有するデュアルスピ
ンバルブ型薄膜素子を実現するためには、前記第１の反
強磁性層、第１の固定磁性層、第１の非磁性導電層、自
由磁性層、第２の非磁性導電層、第２の固定磁性層及び
第２の反強磁性層を、ＲＦマグネトロンスパッタリング
方式で形成し、特に第１の固定磁性層、第１の非磁性導
電層、自由磁性層、第２の非磁性導電層及び第２の固定
磁性層を、９.３３×１０−２Ｐａ(０.７ｍＴｏｒｒ)以
下の低ガス圧状態にて形成することが好ましい。
【００２３】従来、スピンバルブ型薄膜素子を形成する
際には、ＤＣマグネトロンスパッタリング方式が用いら
れることが多いが、これをＲＦマグネトロンスパッタリ
ング方式で行うことにより、基板セルフバイアスの効果
から、各膜を非常に平滑に形成することが可能である。
固定磁性層と自由磁性層間に働くＨｉｎｔは、固定磁性
層と自由磁性層の膜厚や静磁界に依存するだけでなく、
固定磁性層と非磁性導電層及び非磁性導電層と自由磁性
層の各界面幅にも強く依存し、界面幅を小さく抑えるこ
とによって、Ｈｉｎｔを低減できる。その結果、非磁性
導電層の膜厚をより小さくでき、高ＭＲ比を実現でき
る。また、特に固定磁性層、非磁性導電層、自由磁性層
を９.３３×１０−２Ｐａ(０.７ｍＴｏｒｒ)以下の低ガ
ス圧状態にて形成することによって、不純物の少ない緻
密な膜を形成することが可能である。不純物の少ない緻
密な膜を形成することにより、比抵抗を小さくし、ＭＲ
比向上に寄与する部分の分流比を向上させて、高ＭＲ比
が実現できると共に、自由磁性層は、良好な軟磁気特性
を示し、λの制御もより容易となる。
【００２４】更に、本発明は、第１の反強磁性層、第１
の固定磁性層、第１の非磁性導電層、自由磁性層、第２
の非磁性導電層、第２の固定磁性層及び第２の反強磁性
層を積層したデュアルスピンバルブ型薄膜素子におい
て、前記第１の固定磁性層は、前記第１の反強磁性層に
接し、前記第１の反強磁性層と交換結合磁界により磁化
方向が固定される第１の磁性層と非磁性中間層を介して
重ねられる第２の磁性層の２層で形成される積層フェリ
型固定層であり、前記第２の固定磁性層は、前記第２の
反強磁性層に接し、前記第２の反強磁性層と交換結合磁
界により磁化方向が固定される第３の磁性層と非磁性中
間層を介して重ねられる第４の磁性層の２層で形成され
る積層フェリ型固定層であって、前記（第１の磁性層の
膜厚）＜（第２の磁性層の膜厚）、且つ前記（第３の磁
性層の膜厚）＜（第４の磁性層の膜厚）であり、前記自
由磁性層はＮｉＦｅ合金とＣｏＦｅ合金から形成されて
おり、前記自由磁性層の膜厚が、２〜４.５ｎｍの範囲
内であり、且つ前記（ＮｉＦｅ合金の膜厚／ＣｏＦｅ合
金の膜厚）が、０.５〜３.５の範囲内であることを特徴
とするデュアルスピンバルブ型薄膜素子を用い、その上
下に、ギャップ層を介してシールド層を形成し、高出力
で特性変動の少ない安定した薄膜磁気ヘッドを実現する
ものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を、以下、図を
用いて説明する。
【００２６】図１、図２は、本発明の実施形態のデュア
ルスピンバルブ型薄膜素子を用いた代表的な薄膜磁気ヘ
ッドの素子部を示したものであり、図１は素子部の斜視
図、図２は媒体対向面の素子断面図である。ＡｌＴｉＣ
からなる基板２３上にベース層２４としてアルミナ、下
部磁気シールド層２５としてＮｉＦｅ合金、下部ギャッ
プ層２６としてアルミナを形成し、この上部にデュアル
スピンバルブ型薄膜素子１を形成するが、このデュアル
スピンバルブ型薄膜素子１は後述する様に１５〜１６層
の膜から構成される。次にこのデュアルスピンバルブ型
薄膜素子１を所定の形状に加工し、磁区制御下地層１７
としてＣｒ、磁区制御層１８としてＣｏＣｒＰｔ合金、
電極層１９としてＴａを形成する。尚、電極層１９とし
ては、より比抵抗の小さいＡｕ等を用いてもよい。更に
その上部に上部ギャップ層２７としてアルミナ、上部磁
気シールド層２８としてＮｉＦｅ合金を形成し、続いて
記録用の誘導型磁気ヘッド素子であるライトギャップ２
９、コイル３０、層間絶縁層３１、上部磁極３２、保護
層３３と順次積層形成する。
【００２７】尚、上部磁気シールド層２８は、上部磁気
シールドと下部磁極を共用する所謂マージド型構造だけ
でなく、再生ノイズ抑止を目的とした上部磁気シールド
と下部磁極がアルミナを介して分離された所謂ピギーバ
ック型構造であってもよい。更に、下部磁極について
は、記録滲みを防止し、記録再生性能を向上させるた
め、所定の形状にトリミング加工を施す場合もある。
【００２８】図３は、図２に於いてデュアルスピンバル
ブ型薄膜素子部を拡大した断面図、図４は、デュアルス
ピンバルブ型薄膜素子の構造を模式図的に示した横断面
図である。図３及び図４に示すデュアルスピンバルブ型
薄膜素子１は、下から下地層２、第１の反強磁性層３、
第１の固定磁性層２０（第１の磁性層４、第１の非磁性
中間層５、第２の磁性層６の３層構造）、第１の非磁性
導電層７、自由磁性層２１（ＣｏＦｅ合金膜（下）８、
ＮｉＦｅ合金膜９、ＣｏＦｅ合金膜（上）１０の３層構
造）、第２の非磁性導電層１１、第２の固定磁性層２２
（第４の磁性層１２、第２の非磁性中間層１３、第３の
磁性層１４の３層構造）、第２の反強磁性層１５、及び
保護層１６の順で積層されている。
【００２９】下地層２には、配向制御を行うため、Ｔａ
１ｎｍ−ＮｉＦｅ合金２.５ｎｍの２層膜を用いた。
尚、Ｔａ−ＮｉＦｅ合金に替えて、比抵抗が高く、且つ
配向制御性の高いＮｉＦｅＣｒ合金やＴａ、ＮｉＦｅ合
金及びＮｉＦｅＣｒ合金を組み合せた下地層を用いても
よい。また、下地層へ流れる電流は、シャントロスとな
り、ＭＲ比低下の原因となるため、下地層の膜厚は必要
以上に大きくすることは好ましくなく、今回採用したＴ
ａ１ｎｍ−ＮｉＦｅ合金２.５ｎｍというのは、配向制
御に必要十分な膜厚として選択したものであり、Ｔａは
０.５ｎｍ〜３ｎｍ、ＮｉＦｅ合金は１.５ｎｍ〜５ｎｍ
の範囲内であればよい。
【００３０】第１の反強磁性層３及び第２の反強磁性層
１５には、ＰｔＭｎ合金１２ｎｍを用いた。尚、ここで
用いたＰｔＭｎ合金は、交換結合磁界及びブロッキング
温度が高く、耐食性に優れた反強磁性層として好ましい
材料ではあるが、ＮｉＯ、ＮｉＭｎ合金、ＦｅＭｎ合
金、ＩｒＭｎ合金、ＰｄＰｔＭｎ合金、ＣｒＰｔＭｎ合
金等を用いてもよい。また、反強磁性層の膜厚について
も、反強磁性層へ流れる電流は、シャントロスとなり、
ＭＲ比低下の原因となるので、必要以上に大きくするこ
とは好ましくなく、固定磁性層と交換結合を十分に行え
る膜厚としてＰｔＭｎ合金１２ｎｍを選択したが、８ｎ
ｍ〜１５ｎｍの範囲内であればよい。
【００３１】第１の固定磁性層２０の内、第１の磁性層
４及び第２の磁性層６、並びに第２の固定磁性層２２の
内、第３の磁性層１４及び第４の磁性層１２には、Ｃｏ
Ｆｅ合金を用いた。また、前記第１の磁性層４の膜厚、
第２の磁性層６の膜厚、第３の磁性層１４の膜厚及び第
４の磁性層１２の膜厚は、１〜５ｎｍの範囲内であり、
且つ１.５ｎｍ≧（（第２の磁性層６の膜厚）−（第１
の磁性層４の膜厚））、１.５ｎｍ≧（（第４の磁性層
１２の膜厚）−（第３の磁性層１４の膜厚））であるこ
とが好ましく、本実施例では、前記第１の磁性層４の膜
厚及び第３の磁性層１４の膜厚を共に１.５ｎｍ、前記
第２の磁性層６の膜厚及び第４の磁性層１２の膜厚を共
に２ｎｍとした。
【００３２】これは、上下共に自由磁性層側の固定磁性
層の膜厚（前記第２の磁性層６の膜厚及び第４の磁性層
１２の膜厚）を反強磁性層側の固定磁性層の膜厚（前記
第１の磁性層４の膜厚及び第３の磁性層１４の膜厚）よ
り大きくすることによって、ＭＲ比を向上させることが
第１の目的であるが、ＭＲ比は自由磁性層側の固定磁性
層の膜厚（前記第２の磁性層６の膜厚及び第４の磁性層
１２の膜厚）が３ｎｍ程度で最大となり、５ｎｍより大
きくなると、ＭＲ比低下が著しくなるため、それ以上大
きくすることはむしろ逆効果となる。
【００３３】また、１.５ｎｍより小さい場合でも同様
にＭＲ比低下が著しくなるため、自由磁性層側の固定磁
性層の膜厚（前記第２の磁性層６の膜厚及び第４の磁性
層１２の膜厚）は１.５ｎｍ〜５ｎｍの範囲内であるこ
とが好ましい。
【００３４】一方、反強磁性層側の固定磁性層の膜厚
（前記第１の磁性層４の膜厚及び第３の磁性層１４の膜
厚）については、反強磁性層側の固定磁性層（前記第１
の磁性層４と第３の磁性層１４）は、自由磁性層側の固
定磁性層（前記第２の磁性層６及び第４の磁性層１２）
の磁化を一定方向に固定しておくためのいわば補助的な
役割を担っているにすぎないので、必要以上に大きくす
ることはシャントロスとなるため好ましくなく、３.５
ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３５】しかしながら、１ｎｍより小さい場合では
十分な交換結合磁界が発生せずに、固定磁性層の磁化は
十分に固定されないため、反強磁性層側の固定磁性層の
膜厚（前記第１の磁性層４の膜厚及び第３の磁性層１４
の膜厚）は１ｎｍ〜３.５ｎｍの範囲内であることが好
ましい。このように、ＭＲ比向上のためには、自由磁性
層側の固定磁性層の膜厚（前記第２の磁性層６の膜厚及
び第４の磁性層１２の膜厚）は、１.５ｎｍ〜５ｎｍの
範囲内で比較的大きい方が好ましく、反強磁性層側の固
定磁性層の膜厚（前記第１の磁性層４の膜厚及び第３の
磁性層１４の膜厚）は、１ｎｍ〜３.５ｎｍの範囲内で
できるだけ小さい方が好ましいことが分かるが、ＭＲ比
向上のみを最優先に考えると、必然的に自由磁性層側の
固定磁性層の膜厚（前記第２の磁性層６の膜厚及び第４
の磁性層１２の膜厚）と反強磁性層側の固定磁性層の膜
厚（前記第１の磁性層４の膜厚及び第３の磁性層１４の
膜厚）の差が大きくなり、固定磁性層から漏れる静磁界
が自由磁性層に及ぼす影響が著しく大きくなるため、再
生波形の非対称性制御が非常に困難となり、好ましくな
いので、１.５ｎｍ≧（（第２の磁性層６の膜厚）−
（第１の磁性層４の膜厚））、１.５ｎｍ≧（（第４の
磁性層１２の膜厚）−（第３の磁性層１４の膜厚））で
あることが好ましい。尚、ここで用いたＣｏＦｅ合金
は、固定磁性層に用いられる代表的で好ましい材料とし
て選択したが、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉの単体またはこれらを
含む他の合金などを用いてもよい。
【００３６】第１の非磁性中間層５及び第２の非磁性中
間層１３には、Ｒｕ；０.８ｎｍを用いた。尚、Ｒｕ
は、上下二つの磁性層間に働く交換結合磁界（ＲＫＫＹ
相互作用）が大きいだけでなく、膜厚に対する交換結合
磁界（ＲＫＫＹ相互作用）依存性が小さく、制御性のよ
い好ましい材料ではあるが、Ｃｒ、Ｒｈ及びＩｒの単体
またはこれらの金属及びＲｕを含む他の合金などを用い
てもよい。また、今回採用したＲｕ；０.８ｎｍという
のは、Ｒｕ膜厚に対する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作
用）依存性が小さく、制御性のよい膜厚領域であり、交
換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）も７９ｋＡ／ｍ（１ｋ
Ｏｅ）以上と必要十分な大きさを確保できる膜厚として
選択したものであるが、０.７ｎｍ〜０.９ｎｍの範囲内
であればよい。
【００３７】第１の非磁性導電層７及び第２の非磁性導
電層１１には、Ｃｕを用いた。非磁性導電層の膜厚を小
さくすると、ＭＲ比が向上することは公知であるが、そ
れに伴い、Ｈｉｎｔの大きさも変化し、特に１.９ｎｍ
より小さい場合では、Ｈｉｎｔは著しく増大し、好まし
くない。また、逆に２.４ｎｍより大きい場合では、Ｍ
Ｒ比低下が著しくなり、これも好ましくないので、前記
第１の非磁性導電層７の膜厚及び第２の非磁性導電層１
１の膜厚は、共に１.９〜２.４ｎｍの範囲内であること
が好ましく、本実施例では、前記第１の非磁性導電層７
の膜厚及び第２の非磁性導電層１１の膜厚は、共に２.
１ｎｍとした。
【００３８】自由磁性層２１には、ＣｏＦｅ合金膜
（下）８−ＮｉＦｅ合金膜９−ＣｏＦｅ合金膜（上）１
０の３層膜を用いた。尚、後述するが、前記自由磁性層
２１の総膜厚は、２〜４.５ｎｍの範囲内であり、且つ
前記（ＮｉＦｅ合金９の膜厚／ＣｏＦｅ合金８、１０の
総膜厚）は、０.５〜３.５の範囲内であることが好まし
い。
【００３９】保護層１６には、Ｔａ２ｎｍを用いた。
【００４０】前記デュアルスピンバルブ型薄膜素子１
は、室温にて、ＲＦマグネトロンスパッタリング方式で
形成し、特に固定磁性層、非磁性導電層及び自由磁性層
については、９.３３×１０−２Ｐａ(０.７ｍＴｏｒｒ)
以下のスパッタＡｒガス圧で形成した。この方式は、各
膜を非常に平滑に形成し、特に固定磁性層、非磁性導電
層及び自由磁性層については、不純物の少ない緻密な膜
を形成することができるため、高ＭＲ比が実現できると
共に、自由磁性層は、良好な軟磁気特性を示し、λの制
御もより容易となるため、好ましい方式ではあるが、Ｄ
Ｃマグネトロンスパッタリング方式など別のスパッタリ
ング方式を用いて作製してもよい。
【００４１】前記デュアルスピンバルブ型薄膜素子１を
形成した後、デュアルスピンバルブ型薄膜素子の特性を
発揮させるため、自由磁性層側の固定磁性層（第２の磁
性層６と第４の磁性層１２）の磁化を上下共に同じ方向
に固定しておく必要があるので、図３、図４において、
Ｙ方向に１１.８５×１０２ｋＡ／ｍ(１５ｋＯｅ)の磁
界を印加しながら２７０℃で３時間の磁場中熱処理を真
空中で行った。本発明の実施形態の積層フェリ型固定層
における非磁性中間層を介した固定磁性層の交換結合磁
界（ＲＫＫＹ相互作用）は、高々７.９０×１０２ｋＡ
／ｍ(１０ｋＯｅ)程度以下なので、上記磁場中熱処理中
には、固定磁性層の磁化は全てＹ方向に揃う。そこか
ら、温度を下げて、印加磁界を取り除くと、反強磁性層
側の固定磁性層（第１の磁性層４と第３の磁性層１４）
の磁化は、反強磁性層との界面で発生する交換結合磁界
により、共に図示Ｙ方向を向き、一方、自由磁性層側の
固定磁性層（第２の磁性層６と第４の磁性層１２）の磁
化は、反強磁性層側の固定磁性層（第１の磁性層４と第
３の磁性層１４）との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作
用）によって、共に図示Ｙ方向と反対方向に向けられて
固定される。
【００４２】次に、本実施例のデュアルスピンバルブ型
薄膜素子の特性について説明する。特性の評価は、Ａｌ
ＴｉＣ基板上に表１の構成のデュアルスピンバルブ型薄
膜素子を作製し、磁気抵抗曲線によって行った。尚、作
製方法は上記のとおりである。
【００４３】表１に、本実施例のデュアルスピンバルブ
型薄膜素子の特性の評価の為の作製したＡｌＴｉＣ基板
上の材質・組成及び膜厚等の構成を示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】また、比較のために、従来のデュアルスピ
ンバルブ型薄膜素子とボトムスピンバルブ型薄膜素子を
それぞれ表２、表３の様な構成で作製し、同様な評価を
行った。尚、作製方法は本実施例のデュアルスピンバル
ブ型薄膜素子と同様である。
【００４６】まず、本実施例のデュアルスピンバルブ型
薄膜素子の自由磁性層を、ＣｏＦｅ合金（下）１ｎｍ−
ＮｉＦｅ合金２ｎｍ−ＣｏＦｅ合金（上）１ｎｍとし
て、磁気抵抗曲線を測定した。尚、この膜厚構成は、後
述する良好な軟磁気特性を示し、適正なＨｉｎｔ及びλ
を示す自由磁性層膜厚構成の代表的なものである。本実
施例のデュアルスピンバルブ型薄膜素子の磁気抵抗曲線
を、比較のために作製した従来のデュアルスピンバルブ
型薄膜素子及びボトムスピンバルブ型薄膜素子の磁気抵
抗曲線と共に、図５に示す。
【００４７】表２に、比較のために、従来のデュアルス
ピンバルブ型薄膜素子を特性の評価する為に作製したＡ
ｌＴｉＣ基板上の材質・組成及び膜厚等の構成を示す。
【００４８】
【表２】
【００４９】また、 表３に、比較のために、従来のボ
トムスピンバルブ型薄膜素子を特性の評価する為に作製
したＡｌＴｉＣ基板上の材質・組成及び膜厚等の構成を
示す。
【００５０】
【表３】
【００５１】図５より、本実施例のデュアルスピンバル
ブ型薄膜素子のＭＲ比が１３％であることがわかる。こ
れに対し、従来のデュアルスピンバルブ型薄膜素子及び
ボトムスピンバルブ型薄膜素子のＭＲ比はそれぞれ１１
％及び８％であることがわかる。
【００５２】また、図５より、本実施例のデュアルスピ
ンバルブ型薄膜素子と従来のボトムスピンバルブ型薄膜
素子には、外部磁界の正側に顕著なヒステリシスが認め
られないが、従来のデュアルスピンバルブ型薄膜素子に
は、外部磁界の正側に大きなヒステリシスが認められ
る。これは、前記第２の固定磁性層において、自由磁性
層側の固定層より反強磁性層側の固定層の膜厚を大きく
形成したためであり、自由磁性層側の固定層と反強磁性
層側の固定層の膜厚差を大きくすればする程、また、反
強磁性層側の固定層の膜厚自体を大きくすればする程、
より顕著となり、その影響は、外部磁界ゼロ近傍にまで
及ぶことを確認している。
【００５３】このことは、積層フェリ型固定層を用いた
スピンバルブ型薄膜素子に共通の現象だが、自由磁性層
側の固定層より反強磁性層側の固定層の膜厚を大きくし
ていくと、自由磁性層側の固定層と反強磁性層側の固定
層の交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）自体は大きくな
るが、反強磁性層側の固定層と反強磁性層間の交換結合
磁界が低下し、ＥＳＤ（静電気放電）やプロセス中の磁
区制御層の着磁処理などにより、非常に大きな磁界が加
わって、自由磁性層側の固定層の磁化と反強磁性層側の
磁性層の磁化の反平行状態が崩れると、必ずしも自由磁
性層側の固定層の磁化と反強磁性層側の磁性層の磁化が
完全な反平行状態に戻らず、結果としてＭＲ比の変動に
繋がる恐れがあり、非常に不安定であることを示唆して
いる。
【００５４】したがって、上下共に自由磁性層側の固定
磁性層の膜厚を反強磁性層側の固定磁性層の膜厚より大
きくした本実施例のデュアルスピンバルブ型薄膜素子
は、従来のボトムスピンバルブ型薄膜素子より遥かに高
出力であり、従来のデュアルスピンバルブ型薄膜素子と
比較しても、高出力で、安定した構造であることが理解
できる。
【００５５】次に、本実施例のデュアルスピンバルブ型
薄膜素子に於いて、自由磁性層を構成するＣｏＦｅ合金
（下）−ＮｉＦｅ合金−ＣｏＦｅ合金（上）の膜厚を変
化させた場合のＭＲ比、Ｈｉｎｔ、λの変化について述
べる。尚、ＣｏＦｅ合金（下）−ＮｉＦｅ合金−ＣｏＦ
ｅ合金（上）の膜厚は、前記表１に記載した範囲内であ
り、ＣｏＦｅ合金（下）及びＣｏＦｅ合金（上）は同膜
厚となるように変化させた。
【００５６】ところで、従来の積層フェリ型固定層を用
いたデュアルスピンバルブ型薄膜素子については、斎藤
正路らによる論文「PtMn single and dual spin valves
withsynthetic ferrimagnet pinned layers」（JOURNAL
OF APPLIED PHIYSICS、Vol.85、p.4928-4930（1999））
に開示されているように、そのＭＲ比は高々１１％程度
である。また、斎藤正路らによる講演「ＰｔＭｎデュア
ルスピンバルブ膜の総膜厚低減と抵抗変化率の向上」
（日本応用磁気学会学術講演概要集、p.417（1999））
では、自由磁性層にＣｏ単層膜を用いたデュアルスピン
バルブ型薄膜素子に於いて、最大ＭＲ比１３.５％程度
得られることが開示されているが、自由磁性層の軟磁気
特性やλ並びにＨｉｎｔについては、何ら開示されてお
らず、詳細は後述するが、自由磁性層にＣｏ単層膜を用
いることは実用的ではない。
【００５７】図６は、前記自由磁性層のＮｉＦｅ合金の
膜厚とＣｏＦｅ合金の総膜厚の比（ＮｉＦｅ合金の膜厚
／ＣｏＦｅ合金の膜厚）を横軸とし、ＭＲ比を縦軸にと
った、ＭＲ比−（ＮｉＦｅ合金の膜厚／ＣｏＦｅ合金の
膜厚）の関係を現わすグラフであり、自由磁性層の総膜
厚をパラメータとし、１.５ｎｍ、２ｎｍ、３ｎｍ、４
ｎｍ、４.５ｎｍ、５ｎｍの場合を示してある。自由磁
性層の総膜厚を４.５ｎｍよりも大きくすると、結果的
に自由磁性層のＢｓ・ｔが大きくなり、媒体磁界に対す
る感度が大幅に低下するため、好ましくない。また、図
６から明らかなように、ＭＲ比は、自由磁性層の総膜厚
３ｎｍ程度でピークとなり、それより大きくても、また
小さくても低下する傾向にある。つまり、自由磁性層の
総膜厚を大きくすると、媒体磁界に対する感度が低下す
るだけでなく、ＭＲ比低下が顕著となるので、自由磁性
層の総膜厚は４.５ｎｍ以下である必要がある。一方、
自由磁性層の総膜厚を小さくすると、媒体磁界に対する
感度が向上し、再生出力の向上が期待できるが、２ｎｍ
より小さくなると、ＭＲ比の低下が著しく、結果的に再
生出力は低下する。よって、自由磁性層の総膜厚は２ｎ
ｍ以上である必要がある。
【００５８】更に、図６より、（ＮｉＦｅ合金の膜厚／
ＣｏＦｅ合金の膜厚）を小さくすると、ＭＲ比は大きく
なる傾向にある。しかしながら、ＣｏＦｅ合金の膜厚の
割合を大きくし過ぎると、後述するが、自由磁性層の軟
磁気特性が劣化し、Ｈｉｎｔやλの制御が困難となるた
め、（ＮｉＦｅ合金の膜厚／ＣｏＦｅ合金の膜厚）は
０.５以上である必要がある。逆に、ＣｏＦｅ合金の膜
厚の割合を小さくし過ぎると、ＭＲ比の低下が顕著とな
るため好ましくないので、（ＮｉＦｅ合金の膜厚／Ｃｏ
Ｆｅ合金の膜厚）は３.５以下である必要がある。
【００５９】この時、本実施例のデュアルスピンバルブ
型薄膜素子は、ＭＲ比≧１１.５％という従来の実用可
能なデュアルスピンバルブ型薄膜素子で示されるＭＲ比
１１％を超える高ＭＲ比を示す。
【００６０】図７は、前記自由磁性層のＮｉＦｅ合金の
膜厚とＣｏＦｅ合金の総膜厚の比（ＮｉＦｅ合金の膜厚
／ＣｏＦｅ合金の膜厚）を横軸とし、Ｈｉｎｔを縦軸に
とった、Ｈｉｎｔ−（ＮｉＦｅ合金の膜厚／ＣｏＦｅ合
金の膜厚）の関係を現わすグラフであり、自由磁性層の
総膜厚をパラメータとし、１.５ｎｍ、２ｎｍ、３ｎ
ｍ、４ｎｍ、４.５ｎｍ、５ｎｍの場合を示してある。
自由磁性層の総膜厚を小さくしていくと、Ｈｉｎｔは大
きくなる傾向があり、特に、１.５ｎｍでは、２.３７ｋ
Ａ／ｍ(３０Ｏｅ)程度以上と非常に大きくなる。Ｈｉｎ
ｔが大きすぎると、磁界−抵抗検出曲線が線形からずれ
て、再生信号に大きな非対称性が生じ、再生出力が低下
してしまうため、好ましくないので、自由磁性層の総膜
厚は２ｎｍ以上である必要がある。
【００６１】一方、自由磁性層の総膜厚を大きくする
と、Ｈｉｎｔは小さくなり、安定する傾向にあるもの
の、前述したように、自由磁性層の総膜厚を大きくし過
ぎると、媒体磁界に対する感度が低下するだけでなく、
ＭＲ比低下が顕著となるので、自由磁性層の総膜厚は
４.５ｎｍ以下である必要がある。
【００６２】更に、図７より、Ｈｉｎｔに関しては、
（ＮｉＦｅ合金の膜厚／ＣｏＦｅ合金の膜厚）を小さく
すると、僅かながらＨｉｎｔが大きくなる傾向にある
が、概ねＨｉｎｔの（ＮｉＦｅ合金の膜厚／ＣｏＦｅ合
金の膜厚）に対する顕著な依存性は認められないもの
の、後述するが、（ＮｉＦｅ合金の膜厚／ＣｏＦｅ合金
の膜厚）が０.５より小さくなると、λの制御が非常に
困難となり、好ましくないので、（ＮｉＦｅ合金の膜厚
／ＣｏＦｅ金の膜厚）は０.５以上である必要があり、
また、前述したとおり、（ＮｉＦｅ合金の膜厚／ＣｏＦ
ｅ合金の膜厚）が３.５より大きくなると、ＭＲ比の低
下が顕著となるため、好ましくないので、（ＮｉＦｅ合
金の膜厚／ＣｏＦｅ合金の膜厚）は３.５以下である必
要がある。
【００６３】この時、本実施例のデュアルスピンバルブ
型薄膜素子は、Ｈｉｎｔ≦１.５８ｋＡ／ｍ（２０Ｏ
ｅ）という良好な特性を示す。
【００６４】図８は、前記自由磁性層のＮｉＦｅ合金の
膜厚とＣｏＦｅ合金の総膜厚の比（ＮｉＦｅ合金の膜厚
／ＣｏＦｅ合金の膜厚）を横軸とし、λを縦軸にとっ
た、λ−（ＮｉＦｅ合金の膜厚／ＣｏＦｅ合金の膜厚）
の関係を現わすグラフであり、自由磁性層の総膜厚をパ
ラメータとし、１.５ｎｍ、２ｎｍ、３ｎｍ、４ｎｍ、
４.５ｎｍ、５ｎｍの場合を示してある。自由磁性層の
総膜厚を小さくしていくと、λは正側に大きくなる傾向
があり、特に、１.５ｎｍでは、１５×１０−７程度と
正に非常に大きくなる。自由磁性層のλが大きすぎる
と、環境温度に敏感となり、λの正負の違いによって、
低温状態または高温状態における特性変動が顕著となる
ため、特性変動の少ない安定したデュアルスピンバルブ
型薄膜素子を実現するためには、自由磁性層のλはゼロ
近傍（概ね±１０×１０−７以内）に制御する必要があ
るため、自由磁性層の総膜厚は２ｎｍ以上である必要が
ある。一方、自由磁性層の総膜厚を大きくすると、λは
負側に動き、小さくなり、安定する傾向にあるものの、
前述したように、自由磁性層の総膜厚を大きくし過ぎる
と、媒体磁界に対する感度が低下するだけでなく、ＭＲ
比低下が顕著となるので、自由磁性層の総膜厚は４.５
ｎｍ以下である必要がある。
【００６５】更に、図８より、（ＮｉＦｅ合金の膜厚／
ＣｏＦｅ合金の膜厚）を小さくすると、０.５程度まで
は、顕著な変化が認められないが、０.５より小さくな
るにつれて、λの（ＮｉＦｅ合金の膜厚／ＣｏＦｅ合金
の膜厚）依存性が急激に顕著となり、ＣｏＦｅ合金単層
膜では、−３０×１０−７〜−１０×１０−７程度と負
に非常に大きくなる。これは、ＮｉＦｅ合金とＣｏＦｅ
合金の界面幅に対して、ＮｉＦｅ合金の膜厚の割合が小
さくなるために起こる現象であり、ＣｏＦｅ合金はＮｉ
Ｆｅ合金より、λに関して、膜厚や組成の依存性が極め
て大きいために起こる現象であるが、λを良好に制御
し、適正な値とするためには、（ＮｉＦｅ合金の膜厚／
ＣｏＦｅ合金の膜厚）は０.５以上必要であることがわ
かる。しかしながら、前述したように、ＣｏＦｅ合金の
膜厚の割合を小さくし過ぎると、ＭＲ比の低下が顕著と
なるため好ましくないので、（ＮｉＦｅ合金の膜厚／Ｃ
ｏＦｅ合金の膜厚）は３.５以下である必要がある。
【００６６】この時、本実施例のデュアルスピンバルブ
型薄膜素子は、１０×１０−７≧λ≧−１０×１０−７
という良好な特性を示す。
【００６７】
【発明の効果】本発明のデュアルスピンバルブ型薄膜素
子は、高ＭＲ比で、安定した特性を示す。
【００６８】また、自由磁性層の材質、膜厚構成を適正
化することによって、高出力で特性変動の少ない安定し
た薄膜磁気ヘッドを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のデュアルスピンバルブ型薄膜素子を用
いた薄膜磁気ヘッドの素子部の構造を示す斜視図であ
る。
【図２】本発明のデュアルスピンバルブ型薄膜素子を用
いた薄膜磁気ヘッドの素子部の構造を示す媒体対向面の
素子断面図である。
【図３】図２においてデュアルスピンバルブ型薄膜素子
部を拡大した断面図である。
【図４】本発明のデュアルスピンバルブ型薄膜素子の構
造を模式図的に示した横断面図である。
【図５】本発明のデュアルスピンバルブ型薄膜素子並び
に比較のために作製した従来のデュアルスピンバルブ型
薄膜素子及びボトムスピンバルブ型薄膜素子の磁気抵抗
曲線を示す。
【図６】本発明のデュアルスピンバルブ型薄膜素子にお
いて、自由磁性層の（ＮｉＦｅ合金の膜厚／ＣｏＦｅ合
金の膜厚）を変化させた時のＭＲ比の変化を示す説明図
である。
【図７】本発明のデュアルスピンバルブ型薄膜素子にお
いて、自由磁性層の（ＮｉＦｅ合金の膜厚／ＣｏＦｅ合
金の膜厚）を変化させた時のＨｉｎｔの変化を示す説明
図である。
【図８】本発明のデュアルスピンバルブ型薄膜素子にお
いて、自由磁性層の（ＮｉＦｅ合金の膜厚／ＣｏＦｅ合
金の膜厚）を変化させた時のλの変化を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
１…デュアルスピンバルブ型薄膜素子部、２…下地層、
３…第１の反強磁性層、４…第１の磁性層、５…第１の
非磁性中間層、６…第２の磁性層、７…第１の非磁性導
電層、８…ＣｏＦｅ合金膜（下）、９…ＮｉＦｅ合金
膜、１０…ＣｏＦｅ合金膜（上）、 １１…第２の非磁
性導電層、１２…第４の磁性層、１３…第２の非磁性中
間層、 １４…第３の磁性層、１５…第２の反強磁性
層、１６…保護層、１７…磁区制御下地層、１８…磁区
制御層、１９…電極層、２０…第１の固定磁性層、２１
…自由磁性層、２２…第２の固定磁性層、２３…基板、
２４…ベース層、２５…下部磁気シールド層、２６…下
部ギャップ層、２７…上部ギャップ層、２８…上部磁気
シールド層、２９…ライトギャップ、３０…コイル、３
１…層間絶縁層、３２…上部磁極、３３…保護層、
───────────────────────────────────────────────────── 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 10/32 Ｈ０１Ｌ 43/12 Ｈ０１Ｌ 43/12 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ (72)発明者 田島 康成 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者 重松 恵嗣 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者 香川 昌慶 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所ストレージシステム事業部内 Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AB01 AB07 AC01 AD55 AD65 5D034 BA05 BA17 BB02 BB08 CA08 DA07 5E049 AA01 AA04 AA07 AC05 BA12 CB02 DB12 GC01

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１の反強磁性層、第１の固定磁性層、第
    １の非磁性導電層、自由磁性層、第２の非磁性導電層、
    第２の固定磁性層及び第２の反強磁性層を積層したデュ
    アルスピンバルブ型薄膜素子における、 前記第１の固定磁性層は、前記第１の反強磁性層に接
    し、前記第１の反強磁性層と交換結合磁界により磁化方
    向が固定される第１の磁性層と非磁性中間層を介して重
    ねられる第２の磁性層の２層で形成される積層フェリ型
    固定層であり、 前記第２の固定磁性層は、前記第２の反強磁性層に接
    し、前記第２の反強磁性層と交換結合磁界により磁化方
    向が固定される第３の磁性層と非磁性中間層を介して重
    ねられる第４の磁性層の２層で形成される積層フェリ型
    固定層であって、 前記自由磁性層はＮｉＦｅ合金、Ｃｏ及びＣｏＦｅ合金
    から選ばれる、少なくとも１種以上の積層膜から形成さ
    れており、 前記（第１の磁性層の膜厚）＜（第２の磁性層の膜
    厚）、 且つ前記（第３の磁性層の膜厚）＜（第４の磁性層の膜
    厚）であることを特徴とするデュアルスピンバルブ型薄
    膜素子。
  2. 【請求項２】第１の反強磁性層、第１の固定磁性層、第
    １の非磁性導電層、自由磁性層、第２の非磁性導電層、
    第２の固定磁性層及び第２の反強磁性層を積層したデュ
    アルスピンバルブ型薄膜素子における、 前記第１の固定磁性層は、前記第１の反強磁性層に接
    し、前記第１の反強磁性層と交換結合磁界により磁化方
    向が固定される第１の磁性層と非磁性中間層を介して重
    ねられる第２の磁性層の２層で形成される積層フェリ型
    固定層であり、 前記第２の固定磁性層は、前記第２の反強磁性層に接
    し、前記第２の反強磁性層と交換結合磁界により磁化方
    向が固定される第３の磁性層と非磁性中間層を介して重
    ねられる第４の磁性層の２層で形成される積層フェリ型
    固定層であって、 前記自由磁性層はＮｉＦｅ合金とＣｏＦｅ合金の積層膜
    から形成されており、 前記自由磁性層の膜厚が、２〜４.５ｎｍの範囲内であ
    り、 且つ前記（ＮｉＦｅ合金の膜厚／ＣｏＦｅ合金の膜厚）
    比が、０.５〜３.５の範囲内であることを特徴とするデ
    ュアルスピンバルブ型薄膜素子。
  3. 【請求項３】第１の反強磁性層、第１の固定磁性層、第
    １の非磁性導電層、自由磁性層、第２の非磁性導電層、
    第２の固定磁性層及び第２の反強磁性層を積層したデュ
    アルスピンバルブ型薄膜素子における、 前記第１の固定磁性層は、前記第１の反強磁性層に接
    し、前記第１の反強磁性層と交換結合磁界により磁化方
    向が固定される第１の磁性層と非磁性中間層を介して重
    ねられる第２の磁性層の２層で形成される積層フェリ型
    固定層であり、 前記第２の固定磁性層は、前記第２の反強磁性層に接
    し、前記第２の反強磁性層と交換結合磁界により磁化方
    向が固定される第３の磁性層と非磁性中間層を介して重
    ねられる第４の磁性層の２層で形成される積層フェリ型
    固定層であって、 前記（第１の磁性層の膜厚）＜（第２の磁性層の膜
    厚）、 且つ前記（第３の磁性層の膜厚）＜（第４の磁性層の膜
    厚）であり、 前記自由磁性層はＮｉＦｅ合金とＣｏＦｅ合金の積層膜
    から形成されており、 前記自由磁性層の膜厚が、２〜４.５ｎｍの範囲内であ
    り、 且つ前記（ＮｉＦｅ合金の膜厚／ＣｏＦｅ合金の膜厚）
    比が、０.５〜３.５の範囲内であることを特徴とするデ
    ュアルスピンバルブ型薄膜素子。
  4. 【請求項４】請求項１または３に記載のデュアルスピン
    バルブ型薄膜素子において、 前記第１の磁性層の膜厚、第２の磁性層の膜厚、第３の
    磁性層の膜厚及び第４の磁性層の膜厚が、１〜５ｎｍの
    範囲内であり、 且つ１.５ｎｍ≧（（第２の磁性層の膜厚）−（第１の
    磁性層の膜厚））、１.５ｎｍ≧（（第４の磁性層の膜
    厚）−（第３の磁性層の膜厚））であることを特徴とす
    るデュアルスピンバルブ型薄膜素子。
  5. 【請求項５】請求項１から３までのいずれかに記載のデ
    ュアルスピンバルブ型薄膜素子において、 前記第１の
    非磁性導電層の膜厚及び第２の非磁性導電層の膜厚が、
    共に１.９〜２.４ｎｍの範囲内であることを特徴とする
    デュアルスピンバルブ型薄膜素子。
  6. 【請求項６】請求項１から３までのいずれかに記載のデ
    ュアルスピンバルブ型薄膜素子の、 前記第１の反強磁性層、第１の固定磁性層、第１の非磁
    性導電層、自由磁性層、第２の非磁性導電層、第２の固
    定磁性層及び第２の反強磁性層を、ＲＦマグネトロンス
    パッタリング方式で形成する工程において、 第１の固定磁性層、第１の非磁性導電層、自由磁性層、
    第２の非磁性導電層及び第２の固定磁性層を、９.３３
    ×１０−２Ｐａ(０.７ｍＴｏｒｒ)以下の低ガス圧状態
    にて形成することを特徴とするデュアルスピンバルブ型
    薄膜素子の製造方法。
  7. 【請求項７】請求項１から３までのいずれかに記載のデ
    ュアルスピンバルブ型薄膜素子の上下に、ギャップ層を
    介してシールド層が形成されていることを特徴とする薄
    膜磁気ヘッド。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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