JP2002246230A - 交換結合膜と前記交換結合膜を用いた磁気検出素子、ならびに前記交換結合膜の製造方法と前記磁気検出素子の製造方法 - Google Patents
交換結合膜と前記交換結合膜を用いた磁気検出素子、ならびに前記交換結合膜の製造方法と前記磁気検出素子の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来におけるシードレイヤではＣｒの組成比
は４０原子％以下であったが、今後の高記録密度化に適
切に対応するには前記Ｃｒの組成比を大きくして前記シ
ードレイヤ表面の濡れ性を高める必要があった。 【構成】 シードレイヤ２２の反強磁性層４との界面で
のＣｒの組成比は４０原子％以上で、このＣｒの組成比
は、前記シードレイヤ２２の前記反強磁性層４と反対側
の面でのＣｒの組成比よりも大きく、前記シードレイヤ
２２には、前記反強磁性層４側に向かうにしたがって、
前記Ｃｒの組成比が増加する領域が存在し、前記シード
レイヤ２２の結晶構造は前記反強磁性層との界面で面心
立方構造である。これにより面心立方構造を保ちながら
シードレイヤ表面の濡れ性を向上させることができる。
は４０原子％以下であったが、今後の高記録密度化に適
切に対応するには前記Ｃｒの組成比を大きくして前記シ
ードレイヤ表面の濡れ性を高める必要があった。 【構成】 シードレイヤ２２の反強磁性層４との界面で
のＣｒの組成比は４０原子％以上で、このＣｒの組成比
は、前記シードレイヤ２２の前記反強磁性層４と反対側
の面でのＣｒの組成比よりも大きく、前記シードレイヤ
２２には、前記反強磁性層４側に向かうにしたがって、
前記Ｃｒの組成比が増加する領域が存在し、前記シード
レイヤ２２の結晶構造は前記反強磁性層との界面で面心
立方構造である。これにより面心立方構造を保ちながら
シードレイヤ表面の濡れ性を向上させることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、下からシードレイ
ヤ、反強磁性層および強磁性層とから成り、前記反強磁
性層と強磁性層との界面にて発生する交換結合磁界によ
り、前記強磁性層の磁化方向が一定の方向に固定される
交換結合膜および前記交換結合膜を用いた磁気検出素子
（スピンバルブ型薄膜素子、ＡＭＲ素子など）に係り、
特に今後の高記録密度化においても、従来に比べて適切
に通電信頼性（耐エレクトロマイグレーション）の向
上、抵抗変化率の向上などを図ることが可能な交換結合
膜と前記交換結合膜を用いた磁気検出素子、ならびに前
記交換結合膜の製造方法と前記磁気検出素子の製造方法
に関する。
ヤ、反強磁性層および強磁性層とから成り、前記反強磁
性層と強磁性層との界面にて発生する交換結合磁界によ
り、前記強磁性層の磁化方向が一定の方向に固定される
交換結合膜および前記交換結合膜を用いた磁気検出素子
（スピンバルブ型薄膜素子、ＡＭＲ素子など）に係り、
特に今後の高記録密度化においても、従来に比べて適切
に通電信頼性（耐エレクトロマイグレーション）の向
上、抵抗変化率の向上などを図ることが可能な交換結合
膜と前記交換結合膜を用いた磁気検出素子、ならびに前
記交換結合膜の製造方法と前記磁気検出素子の製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１１は従来におけるスピンバルブ型薄
膜素子を記録媒体との対向面と平行な方向から切断した
部分断面図である。
膜素子を記録媒体との対向面と平行な方向から切断した
部分断面図である。
【０００３】図１１に示す符号１４は、例えばＮｉＦｅ
Ｃｒで形成されたシードレイヤであり、前記シードレイ
ヤ１４の上に反強磁性層３０、固定磁性層３１、非磁性
導電層３２、フリー磁性層３３および保護層７が順次積
層されている。
Ｃｒで形成されたシードレイヤであり、前記シードレイ
ヤ１４の上に反強磁性層３０、固定磁性層３１、非磁性
導電層３２、フリー磁性層３３および保護層７が順次積
層されている。
【０００４】この種のスピンバルブ型薄膜素子では、熱
処理によって前記反強磁性層３０と固定磁性層３１との
界面で交換結合磁界が発生し、前記固定磁性層３１の磁
化はハイト方向（図示Ｙ方向）に固定される。
処理によって前記反強磁性層３０と固定磁性層３１との
界面で交換結合磁界が発生し、前記固定磁性層３１の磁
化はハイト方向（図示Ｙ方向）に固定される。
【０００５】図１１では、前記シードレイヤ１４から保
護層７までの多層膜の両側にハードバイアス層５が形成
され、前記ハードバイアス層５からのバイアス磁界によ
り前記フリー磁性層３３の磁化は、トラック幅方向（図
示Ｘ方向）に揃えられる。
護層７までの多層膜の両側にハードバイアス層５が形成
され、前記ハードバイアス層５からのバイアス磁界によ
り前記フリー磁性層３３の磁化は、トラック幅方向（図
示Ｘ方向）に揃えられる。
【０００６】また図１１に示すように前記ハードバイア
ス層５の上には重ねて電極層８が形成されている。前記
電極層８からのセンス電流は、特に固定磁性層３１、非
磁性導電層３２、およびフリー磁性層３３の３層に流れ
ればよいが、この形態では前記シードレイヤ１４及び反
強磁性層３０にも分流する。
ス層５の上には重ねて電極層８が形成されている。前記
電極層８からのセンス電流は、特に固定磁性層３１、非
磁性導電層３２、およびフリー磁性層３３の３層に流れ
ればよいが、この形態では前記シードレイヤ１４及び反
強磁性層３０にも分流する。
【０００７】図１１に示すスピンバルブ型薄膜素子で
は、前記反強磁性層３０の下にシードレイヤ１４が形成
されているが、前記シードレイヤ１４を設けることで、
前記シードレイヤ１４上に形成された各層の[１１１]配
向性は良好になり、また膜面方向（Ｘ−Ｙ面方向）への
結晶粒径が大きくなると考えられ、耐エレクトロマイグ
レーションの向上に代表される通電信頼性の向上、抵抗
変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上やフリー磁性層３３の軟磁気
特性の向上が期待された。
は、前記反強磁性層３０の下にシードレイヤ１４が形成
されているが、前記シードレイヤ１４を設けることで、
前記シードレイヤ１４上に形成された各層の[１１１]配
向性は良好になり、また膜面方向（Ｘ−Ｙ面方向）への
結晶粒径が大きくなると考えられ、耐エレクトロマイグ
レーションの向上に代表される通電信頼性の向上、抵抗
変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上やフリー磁性層３３の軟磁気
特性の向上が期待された。
【０００８】前記シードレイヤ１４上の各層の[１１１]
配向性を良好にし、しかも膜面方向の結晶粒径を大きく
するには、前記シードレイヤ１４が面心立方構造（ｆｃ
ｃ構造）であり且つ前記シードレイヤ１４表面の濡れ性
（ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ）を良好にする必要性があっ
た。濡れ性が良いと前記シードレイヤ１４上に反強磁性
層３０をスパッタ成膜するとき、前記反強磁性層３０を
構成する反強磁性材料の各原子が前記シードレイヤ１４
上で凝集しにくくなり、前記反強磁性層３０の膜面方向
の配向性を最稠密面となる[１１１]面により強く配向さ
せることが可能になるのである。
配向性を良好にし、しかも膜面方向の結晶粒径を大きく
するには、前記シードレイヤ１４が面心立方構造（ｆｃ
ｃ構造）であり且つ前記シードレイヤ１４表面の濡れ性
（ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ）を良好にする必要性があっ
た。濡れ性が良いと前記シードレイヤ１４上に反強磁性
層３０をスパッタ成膜するとき、前記反強磁性層３０を
構成する反強磁性材料の各原子が前記シードレイヤ１４
上で凝集しにくくなり、前記反強磁性層３０の膜面方向
の配向性を最稠密面となる[１１１]面により強く配向さ
せることが可能になるのである。
【０００９】前記濡れ性の向上には、シードレイヤ１４
に含まれるＣｒの組成比が多いほど好ましいと思われた
が、前記Ｃｒの組成比を多くしすぎるとシードレイヤ１
４の結晶構造に、面心立方構造（ｆｃｃ構造）の他に体
心立方構造（ｂｃｃ構造）が混在し始め、これによって
前記シードレイヤ１４上の各層の[１１１]配向性が低下
してしまい、通電信頼性の低下、抵抗変化率の低下など
を招いた。
に含まれるＣｒの組成比が多いほど好ましいと思われた
が、前記Ｃｒの組成比を多くしすぎるとシードレイヤ１
４の結晶構造に、面心立方構造（ｆｃｃ構造）の他に体
心立方構造（ｂｃｃ構造）が混在し始め、これによって
前記シードレイヤ１４上の各層の[１１１]配向性が低下
してしまい、通電信頼性の低下、抵抗変化率の低下など
を招いた。
【００１０】従来では、シードレイヤ１４に含まれるＣ
ｒ組成比を４０原子％以下にしており、これにより前記
シードレイヤ１４の結晶構造を面心立方構造に保ってい
た。
ｒ組成比を４０原子％以下にしており、これにより前記
シードレイヤ１４の結晶構造を面心立方構造に保ってい
た。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかし今後の高記録密
度化に伴い、スピンバルブ型薄膜素子の更なる小型化に
より、前記スピンバルブ型薄膜素子に流れるセンス電流
密度が大きくなり、これによってエレクトロマイグレー
ションの発生、さらには抵抗値の増大による抵抗変化率
の低下やノイズの発生等が問題となった。
度化に伴い、スピンバルブ型薄膜素子の更なる小型化に
より、前記スピンバルブ型薄膜素子に流れるセンス電流
密度が大きくなり、これによってエレクトロマイグレー
ションの発生、さらには抵抗値の増大による抵抗変化率
の低下やノイズの発生等が問題となった。
【００１２】上記した問題を解決するには、シードレイ
ヤ１４表面の濡れ性の向上を図り、前記シードレイヤ１
４上の各層の[１１１]配向性をさらに良好にし、また膜
面方向の結晶粒径を大きくして電気伝導性を向上させる
ことが効果的であり、そのためには前記シードレイヤ１
４に含まれるＣｒの組成比を従来よりも多くする必要が
あったが、既に説明したように、Ｃｒの組成比を４０原
子％以上にすると、シードレイヤ１４の結晶構造に、面
心立方構造以外に体心立方構造（ｂｃｃ構造）が混在し
てしまう。
ヤ１４表面の濡れ性の向上を図り、前記シードレイヤ１
４上の各層の[１１１]配向性をさらに良好にし、また膜
面方向の結晶粒径を大きくして電気伝導性を向上させる
ことが効果的であり、そのためには前記シードレイヤ１
４に含まれるＣｒの組成比を従来よりも多くする必要が
あったが、既に説明したように、Ｃｒの組成比を４０原
子％以上にすると、シードレイヤ１４の結晶構造に、面
心立方構造以外に体心立方構造（ｂｃｃ構造）が混在し
てしまう。
【００１３】そしてシードレイヤ１４に前記体心立方構
造が混在することで、結局、前記シードレイヤ１４上に
積層される各層の[１１１]配向性の向上を図ることがで
きず、また結晶粒径を大きくすることはできず、電気伝
導性は低下してしまい、従来におけるシードレイヤ１４
では、今後の高記録密度化に対応可能なスピンバルブ型
薄膜素子を製造することはできなかった。
造が混在することで、結局、前記シードレイヤ１４上に
積層される各層の[１１１]配向性の向上を図ることがで
きず、また結晶粒径を大きくすることはできず、電気伝
導性は低下してしまい、従来におけるシードレイヤ１４
では、今後の高記録密度化に対応可能なスピンバルブ型
薄膜素子を製造することはできなかった。
【００１４】そこで本発明は上記従来の課題を解決する
ためのものであり、例えば前記シードレイヤを多層化
し、このとき組成比や膜厚を適切に調整することで、前
記シードレイヤの結晶構造を面心立方構造に保ちながら
従来よりも濡れ性を向上させることができ、通電信頼性
および抵抗変化率の向上などを図ることが可能な交換結
合膜と前記交換結合膜を用いた磁気検出素子、ならびに
前記交換結合膜の製造方法と前記磁気検出素子の製造方
法を提供することを目的としている。
ためのものであり、例えば前記シードレイヤを多層化
し、このとき組成比や膜厚を適切に調整することで、前
記シードレイヤの結晶構造を面心立方構造に保ちながら
従来よりも濡れ性を向上させることができ、通電信頼性
および抵抗変化率の向上などを図ることが可能な交換結
合膜と前記交換結合膜を用いた磁気検出素子、ならびに
前記交換結合膜の製造方法と前記磁気検出素子の製造方
法を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、下から非磁性
あるいは一部が強磁性材料で形成されたシードレイヤ、
反強磁性層、強磁性層の順に積層され、前記反強磁性層
と強磁性層との界面で交換結合磁界が発生することで、
前記強磁性層の磁化方向が一定方向にされる交換結合膜
において、前記シードレイヤは元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃ
ｏのうちいずれか１種または２種以上）とＣｒを含有
し、前記シードレイヤの前記反強磁性層との界面での前
記Ｃｒの組成比は４０原子％以上で、このＣｒの組成比
は、前記シードレイヤの前記反強磁性層と反対側の面で
の前記Ｃｒの組成比（原子％）よりも大きくなってお
り、前記シードレイヤには、前記反強磁性層側に向かう
にしたがって、前記Ｃｒの組成比（原子％）が増加する
領域が存在し、前記シードレイヤの結晶構造は前記反強
磁性層との界面で面心立方構造（ｆｃｃ構造）であるこ
とを特徴とするものである。
あるいは一部が強磁性材料で形成されたシードレイヤ、
反強磁性層、強磁性層の順に積層され、前記反強磁性層
と強磁性層との界面で交換結合磁界が発生することで、
前記強磁性層の磁化方向が一定方向にされる交換結合膜
において、前記シードレイヤは元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃ
ｏのうちいずれか１種または２種以上）とＣｒを含有
し、前記シードレイヤの前記反強磁性層との界面での前
記Ｃｒの組成比は４０原子％以上で、このＣｒの組成比
は、前記シードレイヤの前記反強磁性層と反対側の面で
の前記Ｃｒの組成比（原子％）よりも大きくなってお
り、前記シードレイヤには、前記反強磁性層側に向かう
にしたがって、前記Ｃｒの組成比（原子％）が増加する
領域が存在し、前記シードレイヤの結晶構造は前記反強
磁性層との界面で面心立方構造（ｆｃｃ構造）であるこ
とを特徴とするものである。
【００１６】本発明では、上記のようにシードレイヤの
前記反強磁性層との界面でのＣｒの組成比が４０原子％
以上である。本発明では、これにより前記シードレイヤ
表面での濡れ性を従来よりも向上させることができる。
前記反強磁性層との界面でのＣｒの組成比が４０原子％
以上である。本発明では、これにより前記シードレイヤ
表面での濡れ性を従来よりも向上させることができる。
【００１７】ここで濡れ性について説明する。濡れ性は
表面エネルギーが増大し、表面活性となることで向上
し、前記濡れ性の向上には、シードレイヤのＣｒ組成比
を大きくすることが重要である。またシードレイヤを形
成する際の基板表面の温度や基板とターゲット間の距
離、前記シードレイヤを形成する際のＡｒ圧、スパッタ
速度なども重要な要素である。
表面エネルギーが増大し、表面活性となることで向上
し、前記濡れ性の向上には、シードレイヤのＣｒ組成比
を大きくすることが重要である。またシードレイヤを形
成する際の基板表面の温度や基板とターゲット間の距
離、前記シードレイヤを形成する際のＡｒ圧、スパッタ
速度なども重要な要素である。
【００１８】前記シードレイヤのＣｒの組成比が小さ
く、前記シードレイヤ表面の濡れ性が悪いと、図６に示
すように前記シードレイヤ表面に飛来してきた各原子
は、表面移動が不十分で凝集し核を形成しやすくなる。
このような核が形成されているか否かは電子顕微鏡で調
べることができる。
く、前記シードレイヤ表面の濡れ性が悪いと、図６に示
すように前記シードレイヤ表面に飛来してきた各原子
は、表面移動が不十分で凝集し核を形成しやすくなる。
このような核が形成されているか否かは電子顕微鏡で調
べることができる。
【００１９】前記核を生じ、各原子がいわゆる島状構造
で堆積していくと、前記シードレイヤの上にスパッタ成
膜される反強磁性層の膜面と平行方向の配向性は、最稠
密面である[１１１]配向になり難い。
で堆積していくと、前記シードレイヤの上にスパッタ成
膜される反強磁性層の膜面と平行方向の配向性は、最稠
密面である[１１１]配向になり難い。
【００２０】一方、図７はシードレイヤのＣｒ組成比が
高く、前記シードレイヤ表面の濡れ性が良好な状態であ
り、図７では、前記シードレイヤ表面に飛来してきた各
原子は表面移動が十分で凝集せず、かかる場合、前記シ
ードレイヤの上にスパッタ成膜される反強磁性層の膜面
と平行方向の配向性は、最稠密面である[１１１]配向に
なりやすい。
高く、前記シードレイヤ表面の濡れ性が良好な状態であ
り、図７では、前記シードレイヤ表面に飛来してきた各
原子は表面移動が十分で凝集せず、かかる場合、前記シ
ードレイヤの上にスパッタ成膜される反強磁性層の膜面
と平行方向の配向性は、最稠密面である[１１１]配向に
なりやすい。
【００２１】本発明では、前記シードレイヤ表面の濡れ
性が良好であることで、前記シードレイヤ上に形成され
る各層の膜面と平行方向の配向性を、最稠密面となる
[１１１]面により強く配向させることが可能である。
性が良好であることで、前記シードレイヤ上に形成され
る各層の膜面と平行方向の配向性を、最稠密面となる
[１１１]面により強く配向させることが可能である。
【００２２】次に本発明では、前記シードレイヤの結晶
構造は、反強磁性層との界面で面心立方構造（ｆｃｃ構
造）である。先に、シードレイヤのＣｒの組成比を４０
原子％以上にすると、面心立方構造以外に体心立方構造
（ｂｃｃ構造）が混在すると説明したが、本発明ではシ
ードレイヤ表面でのＣｒの組成比が４０原子％以上であ
っても結晶構造を面心立方構造のみで構成することがで
きるのは、前記シードレイヤには、前記反強磁性層側に
向かうにしたがって、前記Ｃｒの組成比が増加する領域
が存在し、前記シードレイヤの前記反強磁性層と反対側
の面でのＣｒの組成比が、前記反強磁性層との界面での
前記Ｃｒの組成比よりも小さくなっているからである。
構造は、反強磁性層との界面で面心立方構造（ｆｃｃ構
造）である。先に、シードレイヤのＣｒの組成比を４０
原子％以上にすると、面心立方構造以外に体心立方構造
（ｂｃｃ構造）が混在すると説明したが、本発明ではシ
ードレイヤ表面でのＣｒの組成比が４０原子％以上であ
っても結晶構造を面心立方構造のみで構成することがで
きるのは、前記シードレイヤには、前記反強磁性層側に
向かうにしたがって、前記Ｃｒの組成比が増加する領域
が存在し、前記シードレイヤの前記反強磁性層と反対側
の面でのＣｒの組成比が、前記反強磁性層との界面での
前記Ｃｒの組成比よりも小さくなっているからである。
【００２３】このようないわゆる組成変調を起させるに
は後述する製造方法で説明するように、前記シードレイ
ヤを上層と下層の積層構造で形成し、下層側のＣｒの組
成比を、上層側のＣｒの組成比よりも小さくする。Ｃｒ
の組成比が小さくされた前記下層は、面心立方構造を良
好に保つことができる。一方、前記下層の上に積層され
る上層は、Ｃｒの組成比が４０原子％以上に大きくて
も、前記下層側の結晶構造に引きずられて面心立方構造
になりやすく、Ｃｒの組成比が４０原子％以上であって
も結晶構造に体心立方構造が混在せず結晶構造を面心立
方構造のみで構成することができるのである。ただし上
層の膜厚を薄くすることが重要であり、例えばその膜厚
は２０Å以下に調整される。膜厚が薄いことで結晶構造
は下地となる下層の結晶構造に引きずられ、またバルク
の場合と同じような平衡状態にはなりにくく準安定状態
になり、結晶構造を面心立方構造に適切に保つことが可
能なのである。
は後述する製造方法で説明するように、前記シードレイ
ヤを上層と下層の積層構造で形成し、下層側のＣｒの組
成比を、上層側のＣｒの組成比よりも小さくする。Ｃｒ
の組成比が小さくされた前記下層は、面心立方構造を良
好に保つことができる。一方、前記下層の上に積層され
る上層は、Ｃｒの組成比が４０原子％以上に大きくて
も、前記下層側の結晶構造に引きずられて面心立方構造
になりやすく、Ｃｒの組成比が４０原子％以上であって
も結晶構造に体心立方構造が混在せず結晶構造を面心立
方構造のみで構成することができるのである。ただし上
層の膜厚を薄くすることが重要であり、例えばその膜厚
は２０Å以下に調整される。膜厚が薄いことで結晶構造
は下地となる下層の結晶構造に引きずられ、またバルク
の場合と同じような平衡状態にはなりにくく準安定状態
になり、結晶構造を面心立方構造に適切に保つことが可
能なのである。
【００２４】上記のように上層と下層とを積層した後、
反強磁性層と強磁性層間に交換結合磁界を発生させるた
めに熱処理を施すが、この熱処理によって前記上層と下
層間が拡散する場合があり、これによって前記上層と下
層とで構成されたシードレイヤは単一層のようになり、
このとき前記シードレイヤを組成分析すると、前記シー
ドレイヤには、前記反強磁性層側に向かうにしたがって
Ｃｒの組成比（原子％）が増加する領域が存在し、前記
シードレイヤの前記反強磁性層と反対側の面でのＣｒの
組成比が、前記反強磁性層との界面での前記Ｃｒの組成
比よりも小さくなっているのである。
反強磁性層と強磁性層間に交換結合磁界を発生させるた
めに熱処理を施すが、この熱処理によって前記上層と下
層間が拡散する場合があり、これによって前記上層と下
層とで構成されたシードレイヤは単一層のようになり、
このとき前記シードレイヤを組成分析すると、前記シー
ドレイヤには、前記反強磁性層側に向かうにしたがって
Ｃｒの組成比（原子％）が増加する領域が存在し、前記
シードレイヤの前記反強磁性層と反対側の面でのＣｒの
組成比が、前記反強磁性層との界面での前記Ｃｒの組成
比よりも小さくなっているのである。
【００２５】以上のように本発明では、前記シードレイ
ヤの反強磁性層との界面でのＣｒの組成比は４０原子％
以上であるから濡れ性は従来よりも向上し、しかも前記
界面での結晶構造は面心立方構造であるため、従来に比
べて前記シードレイヤ上に積層される各層の膜面と平行
方向の配向性を良好に[１１１]配向させることができる
と共に、膜面と平行な方向への結晶粒径を大きくするこ
とができる。
ヤの反強磁性層との界面でのＣｒの組成比は４０原子％
以上であるから濡れ性は従来よりも向上し、しかも前記
界面での結晶構造は面心立方構造であるため、従来に比
べて前記シードレイヤ上に積層される各層の膜面と平行
方向の配向性を良好に[１１１]配向させることができる
と共に、膜面と平行な方向への結晶粒径を大きくするこ
とができる。
【００２６】前記結晶粒径が大きくなることで抵抗値は
低下し、これによりジュール熱を低下させることができ
る。また最稠密面である[１１１]面が膜面と平行な方向
に優先配向することで、各層の層間で拡散が生じ難くな
る。このような作用により耐エレクトロマイグレーショ
ンを向上させることができ、通電信頼性を従来よりも向
上させることができる。
低下し、これによりジュール熱を低下させることができ
る。また最稠密面である[１１１]面が膜面と平行な方向
に優先配向することで、各層の層間で拡散が生じ難くな
る。このような作用により耐エレクトロマイグレーショ
ンを向上させることができ、通電信頼性を従来よりも向
上させることができる。
【００２７】また抵抗値が低下することで電気伝導性が
良好になり、後述する磁気検出素子においては抵抗変化
率（ΔＲ／Ｒ）や電気伝導度の変化量（ΔＧ）、フリー
磁性層の軟磁気特性を従来よりも向上させることができ
る。またサーマルノイズの低下を図ることができる。
良好になり、後述する磁気検出素子においては抵抗変化
率（ΔＲ／Ｒ）や電気伝導度の変化量（ΔＧ）、フリー
磁性層の軟磁気特性を従来よりも向上させることができ
る。またサーマルノイズの低下を図ることができる。
【００２８】また本発明では、前記シードレイヤの前記
反強磁性層との界面での前記Ｃｒの組成比は４０原子％
以上で７０原子％以下であることが好ましく、より好ま
しくは、前記Ｃｒの組成比は４５原子％以上で６０原子
％以下である。
反強磁性層との界面での前記Ｃｒの組成比は４０原子％
以上で７０原子％以下であることが好ましく、より好ま
しくは、前記Ｃｒの組成比は４５原子％以上で６０原子
％以下である。
【００２９】また本発明では、前記シードレイヤの前記
反強磁性層と反対側の面での前記Ｃｒの組成比は２０原
子％以上で４５原子％以下であることが好ましく、より
好ましくは、前記Ｃｒの組成比は２０原子％以上で４０
原子％以下である。
反強磁性層と反対側の面での前記Ｃｒの組成比は２０原
子％以上で４５原子％以下であることが好ましく、より
好ましくは、前記Ｃｒの組成比は２０原子％以上で４０
原子％以下である。
【００３０】また本発明では、前記シードレイヤはＮｉ
ＦｅＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金で形成されることが
好ましい。
ＦｅＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金で形成されることが
好ましい。
【００３１】また前記シードレイヤの組成式は（Ｎｉ
100-XＦｅX）−Ｃｒで示され、組成比Ｘは、０原子％≦
Ｘ≦７０原子％であることが好ましい。より好ましく
は、前記組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦５０原子％であ
る。さらに好ましくは、前記組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ
≦３０原子％である。
100-XＦｅX）−Ｃｒで示され、組成比Ｘは、０原子％≦
Ｘ≦７０原子％であることが好ましい。より好ましく
は、前記組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦５０原子％であ
る。さらに好ましくは、前記組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ
≦３０原子％である。
【００３２】また本発明では、前記シードレイヤの膜厚
は、２３Å以上で８０Å以下であることが好ましく、よ
り好ましくは前記シードレイヤの膜厚は、２５Å以上で
５０Å以下である。
は、２３Å以上で８０Å以下であることが好ましく、よ
り好ましくは前記シードレイヤの膜厚は、２５Å以上で
５０Å以下である。
【００３３】次に本発明は、下から非磁性あるいは一部
が強磁性材料で形成されたシードレイヤ、反強磁性層、
強磁性層の順に積層され、前記反強磁性層と強磁性層と
の界面で交換結合磁界が発生することで、前記強磁性層
の磁化方向が一定方向にされる交換結合膜において、前
記シードレイヤは上層と下層の積層構造で形成され、前
記上層及び下層はそれぞれ、元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃo
のうちいずれか１種または２種以上）とＣｒとを含有し
た非磁性あるいは一部が強磁性材料で形成され、前記シ
ードレイヤのうち前記上層のＣｒの組成比は４０原子％
以上で、前記反強磁性層との界面での結晶構造は、面心
立方構造（ｆｃｃ構造）であり、前記上層のＣｒの組成
比は、下層のＣｒの組成比よりも大きく、前記上層の膜
厚は、前記下層の膜厚よりも小さいことを特徴とするも
のである。
が強磁性材料で形成されたシードレイヤ、反強磁性層、
強磁性層の順に積層され、前記反強磁性層と強磁性層と
の界面で交換結合磁界が発生することで、前記強磁性層
の磁化方向が一定方向にされる交換結合膜において、前
記シードレイヤは上層と下層の積層構造で形成され、前
記上層及び下層はそれぞれ、元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃo
のうちいずれか１種または２種以上）とＣｒとを含有し
た非磁性あるいは一部が強磁性材料で形成され、前記シ
ードレイヤのうち前記上層のＣｒの組成比は４０原子％
以上で、前記反強磁性層との界面での結晶構造は、面心
立方構造（ｆｃｃ構造）であり、前記上層のＣｒの組成
比は、下層のＣｒの組成比よりも大きく、前記上層の膜
厚は、前記下層の膜厚よりも小さいことを特徴とするも
のである。
【００３４】この発明と上記した発明との違いは、この
発明では前記シードレイヤが２層構造であるのに対し、
上記した発明では、前記シードレイヤが単一層である点
のみであり、得られる効果は全く同じである。
発明では前記シードレイヤが２層構造であるのに対し、
上記した発明では、前記シードレイヤが単一層である点
のみであり、得られる効果は全く同じである。
【００３５】すなわちこの発明では、シードレイヤを構
成する下層は、上層よりもＣｒ組成比が低く、適切に面
心立方構造を保ち、シードレイヤを構成する上層は、Ｃ
ｒの組成比が４０原子％以上であり、且つ結晶構造が面
心立方構造であるため、前記シードレイヤ上に積層され
る各層の膜面と平行方向の配向性を良好に[１１１]配向
にでき、また膜面と平行な方向の結晶粒径を大きくする
ことができる。
成する下層は、上層よりもＣｒ組成比が低く、適切に面
心立方構造を保ち、シードレイヤを構成する上層は、Ｃ
ｒの組成比が４０原子％以上であり、且つ結晶構造が面
心立方構造であるため、前記シードレイヤ上に積層され
る各層の膜面と平行方向の配向性を良好に[１１１]配向
にでき、また膜面と平行な方向の結晶粒径を大きくする
ことができる。
【００３６】従って、耐エレクトロマイグレーションの
向上を図ることができ通電信頼性を向上させることがで
き、また後述する磁気検出素子では抵抗変化率（ΔＲ／
Ｒ）や電気伝導度の変化率（ΔＧ）、フリー磁性層の軟
磁気特性などを向上させることができる。
向上を図ることができ通電信頼性を向上させることがで
き、また後述する磁気検出素子では抵抗変化率（ΔＲ／
Ｒ）や電気伝導度の変化率（ΔＧ）、フリー磁性層の軟
磁気特性などを向上させることができる。
【００３７】また本発明では、前記上層のＣｒの組成比
は４０原子％以上で７０原子％以下であることが好まし
く、より好ましくは、前記Ｃｒの組成比は４５原子％以
上で６０原子％以下である。
は４０原子％以上で７０原子％以下であることが好まし
く、より好ましくは、前記Ｃｒの組成比は４５原子％以
上で６０原子％以下である。
【００３８】また本発明では、前記下層のＣｒの組成比
は２０原子％以上で４５原子％以下であることが好まし
く、より好ましくは、前記Ｃｒの組成比は２０原子％以
上で４０原子％以下である。
は２０原子％以上で４５原子％以下であることが好まし
く、より好ましくは、前記Ｃｒの組成比は２０原子％以
上で４０原子％以下である。
【００３９】また本発明では、前記上層及び下層はそれ
ぞれ、ＦｅＮｉＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金で形成さ
れることが好ましい。
ぞれ、ＦｅＮｉＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金で形成さ
れることが好ましい。
【００４０】また本発明では、前記上層及び下層の組成
式は（Ｎｉ100-XＦｅX）−Ｃｒで示され、組成比Ｘは、
０原子％≦Ｘ≦７０原子％であることが好ましい。より
好ましくは、前記組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦５０原子
％である。さらに好ましくは、前記組成比Ｘは、０原子
％≦Ｘ≦３０原子％である。
式は（Ｎｉ100-XＦｅX）−Ｃｒで示され、組成比Ｘは、
０原子％≦Ｘ≦７０原子％であることが好ましい。より
好ましくは、前記組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦５０原子
％である。さらに好ましくは、前記組成比Ｘは、０原子
％≦Ｘ≦３０原子％である。
【００４１】また本発明では前記下層は、ＦｅＮｉ合金
で形成されてもよい。また本発明では、前記上層の膜厚
は３Å以上で２０Å以下であることが好ましく、より好
ましくは前記上層の膜厚は５Å以上で１０Å以下であ
る。
で形成されてもよい。また本発明では、前記上層の膜厚
は３Å以上で２０Å以下であることが好ましく、より好
ましくは前記上層の膜厚は５Å以上で１０Å以下であ
る。
【００４２】また本発明では、前記下層の膜厚は２０Å
以上で６０Å以下であることが好ましく、より好ましく
は、前記下層の膜厚は２０Å以上で４０Å以下である。
以上で６０Å以下であることが好ましく、より好ましく
は、前記下層の膜厚は２０Å以上で４０Å以下である。
【００４３】また本発明では、前記上層と下層との間に
は、１層以上の中間層が形成されても良く、かかる場
合、前記中間層は元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいず
れか１種または２種以上）とＣｒを含有した非磁性ある
いは一部が強磁性材料で形成され、前記Ｃｒの組成比
は、上層のＣｒの組成比よりも小さいことが好ましい。
は、１層以上の中間層が形成されても良く、かかる場
合、前記中間層は元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいず
れか１種または２種以上）とＣｒを含有した非磁性ある
いは一部が強磁性材料で形成され、前記Ｃｒの組成比
は、上層のＣｒの組成比よりも小さいことが好ましい。
【００４４】また本発明では、前記シードレイヤの下に
は、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少
なくとも１種以上の元素で形成された下地層が形成され
ていることが好ましい。これにより前記シードレイヤの
結晶構造を適切に面心立方構造にすることができる。
は、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少
なくとも１種以上の元素で形成された下地層が形成され
ていることが好ましい。これにより前記シードレイヤの
結晶構造を適切に面心立方構造にすることができる。
【００４５】また前記シードレイヤはスパッタ成膜され
ることが好ましい。これにより前記シードレイヤはバル
クのときの平衡状態と同じにならず、Ｃｒの組成比が４
０原子％以上であっても準安定状態となって結晶構造を
面心立方構造にしやすくできる。
ることが好ましい。これにより前記シードレイヤはバル
クのときの平衡状態と同じにならず、Ｃｒの組成比が４
０原子％以上であっても準安定状態となって結晶構造を
面心立方構造にしやすくできる。
【００４６】また本発明では、前記シードレイヤ上の各
層に形成された結晶粒の膜面と平行な方向における平均
結晶粒径は、１００Å以上であることが好ましく、より
好ましくは、前記平均結晶粒径は、１５０Å以上であ
る。
層に形成された結晶粒の膜面と平行な方向における平均
結晶粒径は、１００Å以上であることが好ましく、より
好ましくは、前記平均結晶粒径は、１５０Å以上であ
る。
【００４７】また本発明では、前記交換結合膜を膜厚方
向と平行に切断したときに切断面に現われる前記反強磁
性層に形成された結晶粒界と、強磁性層に形成された結
晶粒界とが、前記反強磁性層と強磁性層との界面の少な
くとも一部で不連続であることが好ましい。
向と平行に切断したときに切断面に現われる前記反強磁
性層に形成された結晶粒界と、強磁性層に形成された結
晶粒界とが、前記反強磁性層と強磁性層との界面の少な
くとも一部で不連続であることが好ましい。
【００４８】また本発明では、前記交換結合膜を膜厚方
向と平行に切断したときに切断面に現われる前記反強磁
性層に形成された結晶粒界と、シードレイヤに形成され
た結晶粒界とが、前記反強磁性層とシードレイヤとの界
面の少なくとも一部で不連続であることが好ましい。
向と平行に切断したときに切断面に現われる前記反強磁
性層に形成された結晶粒界と、シードレイヤに形成され
た結晶粒界とが、前記反強磁性層とシードレイヤとの界
面の少なくとも一部で不連続であることが好ましい。
【００４９】また本発明では、前記反強磁性層と強磁性
層の界面と平行な結晶面は、互いに、代表的に｛１１
１｝面として表される等価な結晶面が優先配向し、前記
結晶面内に存在する、同じ等価な結晶軸の少なくとも一
部が、前記反強磁性層及び強磁性層とで互いに異なる方
向を向いていることが好ましい。
層の界面と平行な結晶面は、互いに、代表的に｛１１
１｝面として表される等価な結晶面が優先配向し、前記
結晶面内に存在する、同じ等価な結晶軸の少なくとも一
部が、前記反強磁性層及び強磁性層とで互いに異なる方
向を向いていることが好ましい。
【００５０】また本発明では、前記反強磁性層とシード
レイヤの界面と平行な結晶面は、互いに代表的に｛１１
１｝面として表される等価な結晶面が優先配向し、前記
結晶面内に存在する、同じ等価な結晶軸の少なくとも一
部が、前記反強磁性層及びシードレイヤとで互いに異な
る方向を向いていることが好ましい。
レイヤの界面と平行な結晶面は、互いに代表的に｛１１
１｝面として表される等価な結晶面が優先配向し、前記
結晶面内に存在する、同じ等価な結晶軸の少なくとも一
部が、前記反強磁性層及びシードレイヤとで互いに異な
る方向を向いていることが好ましい。
【００５１】また本発明では、前記反強磁性層は、元素
Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ
のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含
有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。
Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ
のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含
有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。
【００５２】あるいは本発明では、前記反強磁性層は、
Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，
Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，
Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，
Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓ
ｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元
素のうち１種または２種以上の元素である）で形成され
ていてもよい。
Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，
Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，
Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，
Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓ
ｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元
素のうち１種または２種以上の元素である）で形成され
ていてもよい。
【００５３】上記の場合、本発明では、前記Ｘ―Ｍｎ―
Ｘ′合金は、元素ＸとＭｎとで構成される空間格子の隙
間に元素Ｘ′が侵入した侵入型固溶体であり、あるい
は、元素ＸとＭｎとで構成される結晶格子の格子点の一
部が、元素Ｘ′に置換された置換型固溶体であることが
好ましい。
Ｘ′合金は、元素ＸとＭｎとで構成される空間格子の隙
間に元素Ｘ′が侵入した侵入型固溶体であり、あるい
は、元素ＸとＭｎとで構成される結晶格子の格子点の一
部が、元素Ｘ′に置換された置換型固溶体であることが
好ましい。
【００５４】また本発明では、前記元素Ｘあるいは元素
Ｘ＋Ｘ′の組成比は、４５（原子％）以上６０（原子
％）以下であることが好ましい。
Ｘ＋Ｘ′の組成比は、４５（原子％）以上６０（原子
％）以下であることが好ましい。
【００５５】また本発明は、下からシードレイヤ、反強
磁性層、固定磁性層、非磁性中間層、およびフリー磁性
層の順に積層され、前記フリー磁性層の磁化が前記固定
磁性層の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子
において、前記シードレイヤ、反強磁性層及び固定磁性
層が上記に記載された交換結合膜により形成されている
ことを特徴とするものである。
磁性層、固定磁性層、非磁性中間層、およびフリー磁性
層の順に積層され、前記フリー磁性層の磁化が前記固定
磁性層の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子
において、前記シードレイヤ、反強磁性層及び固定磁性
層が上記に記載された交換結合膜により形成されている
ことを特徴とするものである。
【００５６】また本発明は、下からシードレイヤ、反強
磁性のエクスチェンジバイアス層、フリー磁性層、非磁
性中間層、固定磁性層、および反強磁性層の順に積層さ
れ、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と
交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、前記
シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及びフリー磁
性層が上記に記載された交換結合膜により形成されてい
ることを特徴とするものである。
磁性のエクスチェンジバイアス層、フリー磁性層、非磁
性中間層、固定磁性層、および反強磁性層の順に積層さ
れ、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と
交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、前記
シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及びフリー磁
性層が上記に記載された交換結合膜により形成されてい
ることを特徴とするものである。
【００５７】また本発明は、フリー磁性層の上下に積層
された非磁性中間層と、一方の前記非磁性中間層の上お
よび他方の非磁性中間層の下に位置する固定磁性層と、
一方の前記固定磁性層の上および他方の固定磁性層の下
に位置する反強磁性層とを有し、前記フリー磁性層より
も下側に形成された反強磁性層の下側にはシードレイヤ
が形成され、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層
の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子におい
て、前記シードレイヤ、その上に接合された反強磁性層
及び固定磁性層が上記に記載された交換結合膜により形
成されていることを特徴とするものである。
された非磁性中間層と、一方の前記非磁性中間層の上お
よび他方の非磁性中間層の下に位置する固定磁性層と、
一方の前記固定磁性層の上および他方の固定磁性層の下
に位置する反強磁性層とを有し、前記フリー磁性層より
も下側に形成された反強磁性層の下側にはシードレイヤ
が形成され、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層
の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子におい
て、前記シードレイヤ、その上に接合された反強磁性層
及び固定磁性層が上記に記載された交換結合膜により形
成されていることを特徴とするものである。
【００５８】また本発明は、下からシードレイヤ、反強
磁性のエクスチェンジバイアス層、磁気抵抗層、非磁性
層、および軟磁性層の順で積層された磁気検出素子にお
いて、前記シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及
び磁気抵抗層が上記に記載された交換結合膜により形成
されていることを特徴とするものである。
磁性のエクスチェンジバイアス層、磁気抵抗層、非磁性
層、および軟磁性層の順で積層された磁気検出素子にお
いて、前記シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及
び磁気抵抗層が上記に記載された交換結合膜により形成
されていることを特徴とするものである。
【００５９】上記のように交換結合膜を各磁気検出素子
に使用することで、耐エレクトロマイグレーションを向
上させることができ、通電信頼性を従来よりも向上させ
ることができる。
に使用することで、耐エレクトロマイグレーションを向
上させることができ、通電信頼性を従来よりも向上させ
ることができる。
【００６０】また抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を従来よりも
向上させることができる。またサーマルノイズの低下を
図ることができる。
向上させることができる。またサーマルノイズの低下を
図ることができる。
【００６１】さらにフリー磁性層や磁気抵抗層の保磁力
Ｈｃの低下を図ることができる。これにより前記保磁力
Ｈｃと比例関係にある膜面内の結晶磁気異方性エネルギ
ーＫの低下を図ることができ、前記フリー磁性層の磁化
を、外部磁界に対して感度良く回転させることが可能で
ある。
Ｈｃの低下を図ることができる。これにより前記保磁力
Ｈｃと比例関係にある膜面内の結晶磁気異方性エネルギ
ーＫの低下を図ることができ、前記フリー磁性層の磁化
を、外部磁界に対して感度良く回転させることが可能で
ある。
【００６２】従って本発明では、今後の高記録密度化に
伴い、磁気検出素子がさらに小さくなっても、従来より
上記効果を適切に得ることができ、高記録密度化に適切
に対応可能な磁気検出素子の製造を図ることが可能であ
る。
伴い、磁気検出素子がさらに小さくなっても、従来より
上記効果を適切に得ることができ、高記録密度化に適切
に対応可能な磁気検出素子の製造を図ることが可能であ
る。
【００６３】また本発明は、下からシードレイヤ、反強
磁性層、および強磁性層の順に積層し、前記反強磁性層
と強磁性層との界面に交換結合磁界を発生させて、前記
強磁性層の磁化方向を一定方向に向ける交換結合膜の製
造方法において、（Ａ）Ｃｒの組成比が２０原子％以上
で４５原子％以下となるＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＮｉ
Ｃｒ合金で形成された前記シードレイヤの下層を２０Å
以上で６０Å以下の膜厚でスパッタ成膜する工程と、
（Ｂ）前記下層の上に、前記下層よりもＣｒの組成比が
大きく、且つ前記Ｃｒの組成比が４０原子％以上で７０
原子％以下となるＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合
金で形成された前記シードレイヤの上層を３Å以上で２
０Å以下の膜厚でスパッタ成膜する工程と、（Ｃ）前記
シードレイヤの上に反強磁性層、強磁性層を順次積層
し、熱処理を施して、前記反強磁性層と強磁性層との界
面に交換結合磁界を発生させ、磁場方向に前記強磁性層
を磁化する工程と、を有することを特徴とするものであ
る。
磁性層、および強磁性層の順に積層し、前記反強磁性層
と強磁性層との界面に交換結合磁界を発生させて、前記
強磁性層の磁化方向を一定方向に向ける交換結合膜の製
造方法において、（Ａ）Ｃｒの組成比が２０原子％以上
で４５原子％以下となるＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＮｉ
Ｃｒ合金で形成された前記シードレイヤの下層を２０Å
以上で６０Å以下の膜厚でスパッタ成膜する工程と、
（Ｂ）前記下層の上に、前記下層よりもＣｒの組成比が
大きく、且つ前記Ｃｒの組成比が４０原子％以上で７０
原子％以下となるＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合
金で形成された前記シードレイヤの上層を３Å以上で２
０Å以下の膜厚でスパッタ成膜する工程と、（Ｃ）前記
シードレイヤの上に反強磁性層、強磁性層を順次積層
し、熱処理を施して、前記反強磁性層と強磁性層との界
面に交換結合磁界を発生させ、磁場方向に前記強磁性層
を磁化する工程と、を有することを特徴とするものであ
る。
【００６４】上記（Ａ）工程では、まずＣｒの組成比が
２０原子％以上で４５原子％以下となるＮｉＦｅＣｒ合
金あるいはＮｉＣｒ合金で形成されたシードレイヤの下
層を２０Å以上で６０Å以下の膜厚でスパッタ成膜す
る。
２０原子％以上で４５原子％以下となるＮｉＦｅＣｒ合
金あるいはＮｉＣｒ合金で形成されたシードレイヤの下
層を２０Å以上で６０Å以下の膜厚でスパッタ成膜す
る。
【００６５】Ｃｒの組成比を２０原子％以上で４５原子
％以下とすれば、前記下層の結晶構造を適切に面心立方
構造（ｆｃｃ構造）にすることができる。また前記下層
の膜厚をある程度確保することで、前記下層の結晶構造
を適切に面心立方構造にすることができる。ただしあま
り膜厚が厚くなりすぎると、前記下層に流れるセンス電
流の分流ロスが大きくなり、また結晶構造に体心立方構
造が混入しやくなることから好ましくない。またこの製
造方法では、前記下層のＣｒ組成比を４０原子％〜４５
原子％の範囲内でも良いとしている。上記のようにＣｒ
組成比が４０原子％を越えると結晶構造に体心立方構造
が混在し始めることを説明したが、前記下層の膜厚をで
きる限り薄く形成することで、バルクのときに体心立方
構造が混在する４０原子％以上のＣｒを含んでいても、
エネルギー的にはさほど高くならないため準安定状態に
でき、面心立方構造のみで構成できる。上記の観点から
本発明では前記下層の膜厚を２０Å以上で６０Å以下に
設定している。また前記下層の下にＴａなどの下地層を
敷くことで前記下層の結晶構造をより適切に面心立方構
造のみで構成できるとともに、[１１１]面の配向度を高
めることができる。
％以下とすれば、前記下層の結晶構造を適切に面心立方
構造（ｆｃｃ構造）にすることができる。また前記下層
の膜厚をある程度確保することで、前記下層の結晶構造
を適切に面心立方構造にすることができる。ただしあま
り膜厚が厚くなりすぎると、前記下層に流れるセンス電
流の分流ロスが大きくなり、また結晶構造に体心立方構
造が混入しやくなることから好ましくない。またこの製
造方法では、前記下層のＣｒ組成比を４０原子％〜４５
原子％の範囲内でも良いとしている。上記のようにＣｒ
組成比が４０原子％を越えると結晶構造に体心立方構造
が混在し始めることを説明したが、前記下層の膜厚をで
きる限り薄く形成することで、バルクのときに体心立方
構造が混在する４０原子％以上のＣｒを含んでいても、
エネルギー的にはさほど高くならないため準安定状態に
でき、面心立方構造のみで構成できる。上記の観点から
本発明では前記下層の膜厚を２０Å以上で６０Å以下に
設定している。また前記下層の下にＴａなどの下地層を
敷くことで前記下層の結晶構造をより適切に面心立方構
造のみで構成できるとともに、[１１１]面の配向度を高
めることができる。
【００６６】次に上記（Ｂ）工程では、前記下層の上
に、前記下層よりもＣｒの組成比が大きく、且つ前記Ｃ
ｒの組成比が４０原子％以上で７０原子％以下となるＮ
ｉＦｅＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金で形成された前記
シードレイヤの上層を３Å以上で２０Å以下の膜厚でス
パッタ成膜する。
に、前記下層よりもＣｒの組成比が大きく、且つ前記Ｃ
ｒの組成比が４０原子％以上で７０原子％以下となるＮ
ｉＦｅＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金で形成された前記
シードレイヤの上層を３Å以上で２０Å以下の膜厚でス
パッタ成膜する。
【００６７】Ｃｒの組成比を４０原子％以上で７０原子
％以下に調整することで、前記上層の表面の濡れ性を従
来よりも向上させることが可能である。
％以下に調整することで、前記上層の表面の濡れ性を従
来よりも向上させることが可能である。
【００６８】しかも本発明では、前記上層の膜厚を３Å
以上で２０Å以下に非常に薄くしている。これにより前
記上層の結晶構造は前記下層の結晶構造に引きずられ
る。また前記上層をスパッタ成膜することで、バルクの
場合と同様な平衡状態にはなり難く準安定状態になり、
Ｃｒの組成比を４０原子％以上にしても前記上層の結晶
構造を面心立方構造にすることが可能になるのである。
以上で２０Å以下に非常に薄くしている。これにより前
記上層の結晶構造は前記下層の結晶構造に引きずられ
る。また前記上層をスパッタ成膜することで、バルクの
場合と同様な平衡状態にはなり難く準安定状態になり、
Ｃｒの組成比を４０原子％以上にしても前記上層の結晶
構造を面心立方構造にすることが可能になるのである。
【００６９】次に上記（Ｃ）工程では、前記上層の上に
反強磁性層及び強磁性層をスパッタ成膜する。上記のよ
うにシードレイヤを構成する上層の表面は従来に比べて
濡れ性が良く、しかも面心立方構造になっているから、
前記シードレイヤの上に形成される反強磁性層及び強磁
性層の膜面と平行方向の配向性を、従来に比べて最稠密
面である[１１１]配向に強く配向でき、しかも膜面と平
行な方向の結晶粒径を大きくすることができる。
反強磁性層及び強磁性層をスパッタ成膜する。上記のよ
うにシードレイヤを構成する上層の表面は従来に比べて
濡れ性が良く、しかも面心立方構造になっているから、
前記シードレイヤの上に形成される反強磁性層及び強磁
性層の膜面と平行方向の配向性を、従来に比べて最稠密
面である[１１１]配向に強く配向でき、しかも膜面と平
行な方向の結晶粒径を大きくすることができる。
【００７０】このように本発明では、容易な製造方法で
確実にシードレイヤ表面の濡れ性を従来よりも向上させ
ることができ、しかも前記シードレイヤの結晶構造を面
心立方構造に保つことができるのである。
確実にシードレイヤ表面の濡れ性を従来よりも向上させ
ることができ、しかも前記シードレイヤの結晶構造を面
心立方構造に保つことができるのである。
【００７１】また本発明では、前記上層のＣｒの組成比
を４５原子％以上で６０原子％以下とすることが好まし
い。
を４５原子％以上で６０原子％以下とすることが好まし
い。
【００７２】また本発明では、前記上層の膜厚を５Å以
上で１０Å以下にすることが好ましい。
上で１０Å以下にすることが好ましい。
【００７３】また本発明では、前記下層のＣｒの組成比
を２０原子％以上で４０原子％以下にすることが好まし
い。
を２０原子％以上で４０原子％以下にすることが好まし
い。
【００７４】また本発明では、前記上層及び下層の組成
式は（Ｎｉ100-XＦｅX）−Ｃｒで示され、組成比Ｘを、
０原子％≦Ｘ≦７０原子％とすることが好ましい。また
より好ましくは、前記組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦５０
原子％とすることである。さらに好ましくは、前記組成
比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦３０原子％とすることである。
式は（Ｎｉ100-XＦｅX）−Ｃｒで示され、組成比Ｘを、
０原子％≦Ｘ≦７０原子％とすることが好ましい。また
より好ましくは、前記組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦５０
原子％とすることである。さらに好ましくは、前記組成
比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦３０原子％とすることである。
【００７５】また本発明では、前記（Ａ）工程に代え
て、以下の工程を有するものであってもよい。（Ｄ）Ｎ
ｉＦｅ合金で形成された前記シードレイヤの下層を２０
Å以上で６０Å以下の膜厚でスパッタ成膜する工程、こ
のように前記シードレイヤの下層はＣｒを含まないＮｉ
Ｆｅ合金で形成されてもよい。Ｃｒを含まないことで前
記下層の結晶構造を容易にしかも確実に面心立方構造に
することができる。
て、以下の工程を有するものであってもよい。（Ｄ）Ｎ
ｉＦｅ合金で形成された前記シードレイヤの下層を２０
Å以上で６０Å以下の膜厚でスパッタ成膜する工程、こ
のように前記シードレイヤの下層はＣｒを含まないＮｉ
Ｆｅ合金で形成されてもよい。Ｃｒを含まないことで前
記下層の結晶構造を容易にしかも確実に面心立方構造に
することができる。
【００７６】また本発明では、前記下層の膜厚を２０Å
以上で４０Å以下にすることが好ましい。
以上で４０Å以下にすることが好ましい。
【００７７】また本発明は、下からシードレイヤ、反強
磁性層、および強磁性層の順に積層し、前記反強磁性層
と強磁性層との界面に交換結合磁界を発生させて、前記
強磁性層の磁化方向を一定方向に向ける交換結合膜の製
造方法において、（Ｅ）前記シードレイヤをＮｉＦｅＣ
ｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金で２３Å以上で８０Å以下
の膜厚でスパッタ成膜し、このとき下面でのＣｒ組成比
を２０原子％以上で４５原子％以下として前記下面から
上面にかけて徐々にＣｒの組成比が大きくなるようにス
パッタ成膜し、さらに前記上面でのＣｒの組成比を４０
原子％以上で７０原子％以下とする工程と、（Ｆ）前記
シードレイヤの上に反強磁性層、強磁性層を順次積層
し、熱処理を施して、前記反強磁性層と強磁性層との界
面に交換結合磁界を発生させ、磁場方向に前記強磁性層
を磁化する工程と、を有することを特徴とするものであ
る。
磁性層、および強磁性層の順に積層し、前記反強磁性層
と強磁性層との界面に交換結合磁界を発生させて、前記
強磁性層の磁化方向を一定方向に向ける交換結合膜の製
造方法において、（Ｅ）前記シードレイヤをＮｉＦｅＣ
ｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金で２３Å以上で８０Å以下
の膜厚でスパッタ成膜し、このとき下面でのＣｒ組成比
を２０原子％以上で４５原子％以下として前記下面から
上面にかけて徐々にＣｒの組成比が大きくなるようにス
パッタ成膜し、さらに前記上面でのＣｒの組成比を４０
原子％以上で７０原子％以下とする工程と、（Ｆ）前記
シードレイヤの上に反強磁性層、強磁性層を順次積層
し、熱処理を施して、前記反強磁性層と強磁性層との界
面に交換結合磁界を発生させ、磁場方向に前記強磁性層
を磁化する工程と、を有することを特徴とするものであ
る。
【００７８】この交換結合膜の製造方法では、上記した
製造方法と異なり、シードレイヤを２層構造にせず、シ
ードレイヤを単一層でスパッタ成膜する。このとき、シ
ードレイヤの下面から上面にかけて徐々にＣｒの組成比
が大きくなるようにスパッタ成膜するが、その方法は例
えばＮｉＦｅターゲットとＣｒターゲットを用意し、Ｃ
ｒターゲットに供給される電力を膜厚が大きくなるにつ
れて相対的に徐々に大きくしていくことで達成すること
ができる。
製造方法と異なり、シードレイヤを２層構造にせず、シ
ードレイヤを単一層でスパッタ成膜する。このとき、シ
ードレイヤの下面から上面にかけて徐々にＣｒの組成比
が大きくなるようにスパッタ成膜するが、その方法は例
えばＮｉＦｅターゲットとＣｒターゲットを用意し、Ｃ
ｒターゲットに供給される電力を膜厚が大きくなるにつ
れて相対的に徐々に大きくしていくことで達成すること
ができる。
【００７９】この発明においても、容易な製造方法で確
実にシードレイヤ表面の濡れ性を従来よりも向上させる
ことができ、しかも前記シードレイヤの結晶構造を面心
立方構造に保つことができるのである。
実にシードレイヤ表面の濡れ性を従来よりも向上させる
ことができ、しかも前記シードレイヤの結晶構造を面心
立方構造に保つことができるのである。
【００８０】また本発明では、前記シードレイヤの組成
式は（Ｎｉ100-XＦｅX）−Ｃｒで示され、組成比Ｘを、
０原子％≦Ｘ≦７０原子％とすることが好ましい。より
好ましくは、前記組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦５０原子
％とすることである。さらに好ましくは、前記組成比Ｘ
を、０原子％≦Ｘ≦３０原子％とすることである。
式は（Ｎｉ100-XＦｅX）−Ｃｒで示され、組成比Ｘを、
０原子％≦Ｘ≦７０原子％とすることが好ましい。より
好ましくは、前記組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦５０原子
％とすることである。さらに好ましくは、前記組成比Ｘ
を、０原子％≦Ｘ≦３０原子％とすることである。
【００８１】なお本発明では、前記シードレイヤを２５
Å以上で５０Å以下の膜厚でスパッタ成膜することが好
ましい。
Å以上で５０Å以下の膜厚でスパッタ成膜することが好
ましい。
【００８２】また本発明では前記シードレイヤの下に、
Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少なく
とも１種以上の元素で形成された下地層を形成すること
が好ましい。これにより前記下地層上に形成されるシー
ドレイヤの結晶構造をより確実に面心立方構造にするこ
とができるとともに[１１１]面の優先配向度を高めるこ
とができる。
Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少なく
とも１種以上の元素で形成された下地層を形成すること
が好ましい。これにより前記下地層上に形成されるシー
ドレイヤの結晶構造をより確実に面心立方構造にするこ
とができるとともに[１１１]面の優先配向度を高めるこ
とができる。
【００８３】また本発明では、前記反強磁性層を、元素
Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ
のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含
有する反強磁性材料でスパッタ成膜することが好まし
い。
Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ
のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含
有する反強磁性材料でスパッタ成膜することが好まし
い。
【００８４】あるいは本発明では、前記反強磁性層を、
Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，
Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，
Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，
Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓ
ｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元
素のうち１種または２種以上の元素である）でスパッタ
成膜してもよい。
Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，
Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，
Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，
Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓ
ｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元
素のうち１種または２種以上の元素である）でスパッタ
成膜してもよい。
【００８５】また本発明では、前記元素Ｘあるいは元素
Ｘ＋Ｘ′の組成比を、４５（原子％）以上６０（原子
％）以下とすることが好ましい。
Ｘ＋Ｘ′の組成比を、４５（原子％）以上６０（原子
％）以下とすることが好ましい。
【００８６】また本発明は、下からシードレイヤ、反強
磁性層、固定磁性層、非磁性中間層、およびフリー磁性
層の順に積層して成る磁気検出素子の製造方法におい
て、前記シードレイヤ、反強磁性層及び固定磁性層を上
記に記載された交換結合膜により形成することを特徴と
するものである。
磁性層、固定磁性層、非磁性中間層、およびフリー磁性
層の順に積層して成る磁気検出素子の製造方法におい
て、前記シードレイヤ、反強磁性層及び固定磁性層を上
記に記載された交換結合膜により形成することを特徴と
するものである。
【００８７】また本発明は、下からシードレイヤ、反強
磁性のエクスチェンジバイアス層、フリー磁性層、非磁
性中間層、固定磁性層、および反強磁性層の順に積層す
る磁気検出素子の製造方法において、前記シードレイ
ヤ、エクスチェンジバイアス層及びフリー磁性層を上記
に記載された交換結合膜により形成されていることを特
徴とするものである。
磁性のエクスチェンジバイアス層、フリー磁性層、非磁
性中間層、固定磁性層、および反強磁性層の順に積層す
る磁気検出素子の製造方法において、前記シードレイ
ヤ、エクスチェンジバイアス層及びフリー磁性層を上記
に記載された交換結合膜により形成されていることを特
徴とするものである。
【００８８】また本発明は、フリー磁性層の上下に積層
された非磁性中間層と、一方の前記非磁性中間層の上お
よび他方の非磁性中間層の下に位置する固定磁性層と、
一方の前記固定磁性層の上および他方の固定磁性層の下
に位置する反強磁性層とを有し、前記フリー磁性層より
も下側に形成された反強磁性層の下側にシードレイヤを
形成して成る磁気検出素子の製造方法において、前記シ
ードレイヤ、その上に接合する反強磁性層及び固定磁性
層を上記に記載された交換結合膜により形成することを
特徴とするものである。
された非磁性中間層と、一方の前記非磁性中間層の上お
よび他方の非磁性中間層の下に位置する固定磁性層と、
一方の前記固定磁性層の上および他方の固定磁性層の下
に位置する反強磁性層とを有し、前記フリー磁性層より
も下側に形成された反強磁性層の下側にシードレイヤを
形成して成る磁気検出素子の製造方法において、前記シ
ードレイヤ、その上に接合する反強磁性層及び固定磁性
層を上記に記載された交換結合膜により形成することを
特徴とするものである。
【００８９】また本発明は、下からシードレイヤ、反強
磁性のエクスチェンジバイアス層、磁気抵抗層、非磁性
層、および軟磁性層の順で積層した磁気検出素子の製造
方法において、前記シードレイヤ、エクスチェンジバイ
アス層及び磁気抵抗層を上記に記載された交換結合膜に
より形成することを特徴とするものである。
磁性のエクスチェンジバイアス層、磁気抵抗層、非磁性
層、および軟磁性層の順で積層した磁気検出素子の製造
方法において、前記シードレイヤ、エクスチェンジバイ
アス層及び磁気抵抗層を上記に記載された交換結合膜に
より形成することを特徴とするものである。
【００９０】この磁気検出素子の製造方法では、容易な
製造方法で確実にシードレイヤ表面の濡れ性を従来より
も向上させることができ、しかも前記シードレイヤの結
晶構造を面心立方構造に保つことができる。
製造方法で確実にシードレイヤ表面の濡れ性を従来より
も向上させることができ、しかも前記シードレイヤの結
晶構造を面心立方構造に保つことができる。
【００９１】したがって前記シードレイヤ上に形成され
る各層の膜面と平行方向の結晶配向性を最稠密面である
[１１１]配向に良好に配向でき、しかも膜面と平行な方
向への結晶粒径を大きくすることができる。
る各層の膜面と平行方向の結晶配向性を最稠密面である
[１１１]配向に良好に配向でき、しかも膜面と平行な方
向への結晶粒径を大きくすることができる。
【００９２】よって本発明では、耐エレクトロマイグレ
ーションに代表される通電信頼性、抵抗変化率、および
フリー磁性層の軟磁気特性などの向上を適切に図ること
が可能な高記録密度化に優れた磁気検出素子を容易に製
造することが可能である。
ーションに代表される通電信頼性、抵抗変化率、および
フリー磁性層の軟磁気特性などの向上を適切に図ること
が可能な高記録密度化に優れた磁気検出素子を容易に製
造することが可能である。
【００９３】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第１実施形態の磁
気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素
子）の全体構造を記録媒体との対向面側から見た断面図
である。なお、図１ではＸ方向に延びる素子の中央部分
のみを破断して示している。
気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素
子）の全体構造を記録媒体との対向面側から見た断面図
である。なお、図１ではＸ方向に延びる素子の中央部分
のみを破断して示している。
【００９４】このシングルスピンバルブ型磁気抵抗効果
素子は、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライ
ダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディ
スクなどの記録磁界を検出するものである。なお、ハー
ドディスクなどの磁気記録媒体の移動方向はＺ方向であ
り、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向はＹ方向であ
る。
素子は、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライ
ダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディ
スクなどの記録磁界を検出するものである。なお、ハー
ドディスクなどの磁気記録媒体の移動方向はＺ方向であ
り、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向はＹ方向であ
る。
【００９５】図１の最も下に形成されているのはＴａ，
Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２
種以上の元素などの非磁性材料で形成された下地層６で
ある。この下地層６の上に、シードレイヤ２２、反強磁
性層４、固定磁性層３、非磁性中間層２、フリー磁性層
１が積層されている。
Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２
種以上の元素などの非磁性材料で形成された下地層６で
ある。この下地層６の上に、シードレイヤ２２、反強磁
性層４、固定磁性層３、非磁性中間層２、フリー磁性層
１が積層されている。
【００９６】前記シードレイヤ２２の上に形成された反
強磁性層４は、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉ
ｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素
である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成される
ことが好ましい。
強磁性層４は、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉ
ｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素
である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成される
ことが好ましい。
【００９７】これら白金族元素を用いたＸ−Ｍｎ合金
は、耐食性に優れ、またブロッキング温度も高く、さら
に交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできるなど反強磁性
材料として優れた特性を有している。特に白金族元素の
うちＰｔを用いることが好ましく、例えば二元系で形成
されたＰｔＭｎ合金を使用することができる。
は、耐食性に優れ、またブロッキング温度も高く、さら
に交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできるなど反強磁性
材料として優れた特性を有している。特に白金族元素の
うちＰｔを用いることが好ましく、例えば二元系で形成
されたＰｔＭｎ合金を使用することができる。
【００９８】また本発明では、前記反強磁性層４は、元
素Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋ
ｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，
Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇ
ａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈ
ｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のう
ち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有す
る反強磁性材料で形成されてもよい。
素Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋ
ｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，
Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇ
ａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈ
ｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のう
ち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有す
る反強磁性材料で形成されてもよい。
【００９９】なお前記元素Ｘ′には、元素ＸとＭｎとで
構成される空間格子の隙間に侵入し、または元素ＸとＭ
ｎとで構成される結晶格子の格子点の一部と置換する元
素を用いることが好ましい。ここで固溶体とは、広い範
囲にわたって、均一に成分が混ざり合った固体のことを
指している。
構成される空間格子の隙間に侵入し、または元素ＸとＭ
ｎとで構成される結晶格子の格子点の一部と置換する元
素を用いることが好ましい。ここで固溶体とは、広い範
囲にわたって、均一に成分が混ざり合った固体のことを
指している。
【０１００】侵入型固溶体あるいは置換型固溶体とする
ことで、前記Ｘ−Ｍｎ合金膜の格子定数に比べて、前記
Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金の格子定数を大きくすることができ
る。これによって反強磁性層４の格子定数と固定磁性層
３の格子定数との差を広げることができ、前記反強磁性
層４と固定磁性層３との界面構造を非整合状態にしやす
くできる。ここで非整合状態とは、前記反強磁性層４と
固定磁性層３との界面で前記反強磁性層４を構成する原
子と前記固定磁性層３を構成する原子とが一対一に対応
しない状態である。
ことで、前記Ｘ−Ｍｎ合金膜の格子定数に比べて、前記
Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金の格子定数を大きくすることができ
る。これによって反強磁性層４の格子定数と固定磁性層
３の格子定数との差を広げることができ、前記反強磁性
層４と固定磁性層３との界面構造を非整合状態にしやす
くできる。ここで非整合状態とは、前記反強磁性層４と
固定磁性層３との界面で前記反強磁性層４を構成する原
子と前記固定磁性層３を構成する原子とが一対一に対応
しない状態である。
【０１０１】また特に置換型で固溶する元素Ｘ′を使用
する場合は、前記元素Ｘ′の組成比が大きくなりすぎる
と、反強磁性としての特性が低下し、固定磁性層３との
界面で発生する交換結合磁界が小さくなってしまう。特
に本発明では、侵入型で固溶し、不活性ガスの希ガス元
素（Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅのうち１種または２種以
上）を元素Ｘ′として使用することが好ましいとしてい
る。希ガス元素は不活性ガスなので、希ガス元素が、膜
中に含有されても、反強磁性特性に大きく影響を与える
ことがなく、さらに、Ａｒなどは、スパッタガスとして
従来からスパッタ装置内に導入されるガスであり、ガス
圧を適正に調節するのみで、容易に、膜中にＡｒを侵入
させることができる。
する場合は、前記元素Ｘ′の組成比が大きくなりすぎる
と、反強磁性としての特性が低下し、固定磁性層３との
界面で発生する交換結合磁界が小さくなってしまう。特
に本発明では、侵入型で固溶し、不活性ガスの希ガス元
素（Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅのうち１種または２種以
上）を元素Ｘ′として使用することが好ましいとしてい
る。希ガス元素は不活性ガスなので、希ガス元素が、膜
中に含有されても、反強磁性特性に大きく影響を与える
ことがなく、さらに、Ａｒなどは、スパッタガスとして
従来からスパッタ装置内に導入されるガスであり、ガス
圧を適正に調節するのみで、容易に、膜中にＡｒを侵入
させることができる。
【０１０２】なお、元素Ｘ′にガス系の元素を使用した
場合には、膜中に多量の元素Ｘ′を含有することは困難
であるが、希ガスの場合においては、膜中に微量侵入さ
せるだけで、熱処理によって発生する交換結合磁界を、
飛躍的に大きくできる。
場合には、膜中に多量の元素Ｘ′を含有することは困難
であるが、希ガスの場合においては、膜中に微量侵入さ
せるだけで、熱処理によって発生する交換結合磁界を、
飛躍的に大きくできる。
【０１０３】なお本発明では、好ましい前記元素Ｘ′の
組成範囲は、原子％で０．２から１０であり、より好ま
しくは、原子％で、０．５から５である。また本発明で
は前記元素ＸはＰｔであることが好ましく、よってＰｔ
−Ｍｎ−Ｘ′合金を使用することが好ましい。
組成範囲は、原子％で０．２から１０であり、より好ま
しくは、原子％で、０．５から５である。また本発明で
は前記元素ＸはＰｔであることが好ましく、よってＰｔ
−Ｍｎ−Ｘ′合金を使用することが好ましい。
【０１０４】また本発明では、反強磁性層４の元素Ｘあ
るいは元素Ｘ＋Ｘ′の原子％を４５（原子％）以上で６
０（原子％）以下に設定することが好ましい。より好ま
しくは４９（原子％）以上で５６．５（原子％）以下で
ある。これによって成膜段階において、固定磁性層３と
の界面が非整合状態にされ、しかも前記反強磁性層４は
熱処理によって適切な規則変態を起すものと推測され
る。
るいは元素Ｘ＋Ｘ′の原子％を４５（原子％）以上で６
０（原子％）以下に設定することが好ましい。より好ま
しくは４９（原子％）以上で５６．５（原子％）以下で
ある。これによって成膜段階において、固定磁性層３と
の界面が非整合状態にされ、しかも前記反強磁性層４は
熱処理によって適切な規則変態を起すものと推測され
る。
【０１０５】前記反強磁性層４の上に形成されている固
定磁性層３は３層構造となっている。
定磁性層３は３層構造となっている。
【０１０６】前記固定磁性層３は、Ｃｏ膜１１とＲｕ膜
１２とＣｏ膜１３とで形成され、前記反強磁性層４との
界面での交換結合磁界及びＲｕ膜１２を介した反強磁性
的交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）により前記Ｃｏ膜
１１とＣｏ膜１３の磁化方向は互いに反平行状態にされ
る。これは、いわゆるフェリ磁性結合状態と呼ばれ、こ
の構成により固定磁性層３の磁化を安定した状態にで
き、また前記固定磁性層３と反強磁性層４との界面で発
生する交換結合磁界を見かけ上大きくすることができ
る。
１２とＣｏ膜１３とで形成され、前記反強磁性層４との
界面での交換結合磁界及びＲｕ膜１２を介した反強磁性
的交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）により前記Ｃｏ膜
１１とＣｏ膜１３の磁化方向は互いに反平行状態にされ
る。これは、いわゆるフェリ磁性結合状態と呼ばれ、こ
の構成により固定磁性層３の磁化を安定した状態にで
き、また前記固定磁性層３と反強磁性層４との界面で発
生する交換結合磁界を見かけ上大きくすることができ
る。
【０１０７】なお前記Ｃｏ膜１１は例えば２０Å程度で
形成され、Ｒｕ膜１２は８Å程度で形成され、Ｃｏ膜１
３は１５Å程度で形成される。
形成され、Ｒｕ膜１２は８Å程度で形成され、Ｃｏ膜１
３は１５Å程度で形成される。
【０１０８】なお前記固定磁性層３は３層膜で形成され
なくても良く、例えば単層膜で形成されてもよい。また
各層１１，１２，１３は、上記した磁性材料以外の材料
によって形成してもよい。例えば層１１及び層１３に
は、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＦｅＮ
ｉ合金などを選択することができる。また層１２には、
Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどを選択することがで
きる。
なくても良く、例えば単層膜で形成されてもよい。また
各層１１，１２，１３は、上記した磁性材料以外の材料
によって形成してもよい。例えば層１１及び層１３に
は、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＦｅＮ
ｉ合金などを選択することができる。また層１２には、
Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどを選択することがで
きる。
【０１０９】前記固定磁性層３の上に形成された非磁性
中間層２は、例えばＣｕで形成されている。なお本発明
における磁気検出素子が、トンネル効果の原理を用いた
トンネル型磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）の場合、前
記非磁性中間層２は、例えばＡｌ2Ｏ3等の絶縁材料で形
成される。
中間層２は、例えばＣｕで形成されている。なお本発明
における磁気検出素子が、トンネル効果の原理を用いた
トンネル型磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）の場合、前
記非磁性中間層２は、例えばＡｌ2Ｏ3等の絶縁材料で形
成される。
【０１１０】さらに前記非磁性中間層２の上には２層膜
で形成されたフリー磁性層１が形成される。
で形成されたフリー磁性層１が形成される。
【０１１１】前記フリー磁性層１は、ＮｉＦｅ合金膜９
とＣｏ膜１０の２層で形成される。図１に示すように前
記Ｃｏ膜１０を非磁性中間層２と接する側に形成するこ
とにより、前記非磁性中間層２との界面での金属元素等
の拡散を防止し、ΔＲ／Ｒ（抵抗変化率）を大きくする
ことができる。
とＣｏ膜１０の２層で形成される。図１に示すように前
記Ｃｏ膜１０を非磁性中間層２と接する側に形成するこ
とにより、前記非磁性中間層２との界面での金属元素等
の拡散を防止し、ΔＲ／Ｒ（抵抗変化率）を大きくする
ことができる。
【０１１２】なお前記ＮｉＦｅ合金膜９は、例えば前記
Ｎｉを８０（原子％）、Ｆｅを２０（原子％）として形
成する。また前記ＮｉＦｅ合金膜９の膜厚を例えば４５
Å程度、Ｃｏ膜を５Å程度で形成する。また前記Ｃｏ膜
１０に代えて、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金などを
用いてもよい。
Ｎｉを８０（原子％）、Ｆｅを２０（原子％）として形
成する。また前記ＮｉＦｅ合金膜９の膜厚を例えば４５
Å程度、Ｃｏ膜を５Å程度で形成する。また前記Ｃｏ膜
１０に代えて、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金などを
用いてもよい。
【０１１３】前記フリー磁性層１の上には、金属材料あ
るいは非磁性金属のＣｕ，Ａｕ，Ａｇからなるバックド
層１５が形成されている。例えば前記バックド層の膜厚
は１２〜２０Å程度で形成される。
るいは非磁性金属のＣｕ，Ａｕ，Ａｇからなるバックド
層１５が形成されている。例えば前記バックド層の膜厚
は１２〜２０Å程度で形成される。
【０１１４】前記バックド層１５の上には、保護層７が
形成されている。前記保護層７は、Ｔａなどから成りそ
の表面が酸化された酸化層が形成されていることが好ま
しい。
形成されている。前記保護層７は、Ｔａなどから成りそ
の表面が酸化された酸化層が形成されていることが好ま
しい。
【０１１５】前記バックド層１５が形成されることによ
って、磁気抵抗効果に寄与する＋スピン（上向きスピ
ン：ｕｐ ｓｐｉｎ）の電子における平均自由行程（ｍ
ｅａｎｆｒｅｅ ｐａｔｈ）を延ばし、いわゆるスピン
フィルター効果（ｓｐｉｎｆｉｌｔｅｒ ｅｆｆｅｃ
ｔ）によりスピンバルブ型磁気素子において、大きな抵
抗変化率が得られ、高記録密度化に対応できるものとな
る。
って、磁気抵抗効果に寄与する＋スピン（上向きスピ
ン：ｕｐ ｓｐｉｎ）の電子における平均自由行程（ｍ
ｅａｎｆｒｅｅ ｐａｔｈ）を延ばし、いわゆるスピン
フィルター効果（ｓｐｉｎｆｉｌｔｅｒ ｅｆｆｅｃ
ｔ）によりスピンバルブ型磁気素子において、大きな抵
抗変化率が得られ、高記録密度化に対応できるものとな
る。
【０１１６】図１に示す実施形態では、前記下地層６か
ら保護層７までの積層膜の両側にはハードバイアス層５
及び電極層８が形成されている。前記ハードバイアス層
５からのバイアス磁界によってフリー磁性層１の磁化は
トラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。
ら保護層７までの積層膜の両側にはハードバイアス層５
及び電極層８が形成されている。前記ハードバイアス層
５からのバイアス磁界によってフリー磁性層１の磁化は
トラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。
【０１１７】前記ハードバイアス層５，５は、例えばＣ
ｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ
（コバルト−クロム−白金）合金などで形成されてお
り、電極層８，８は、α−Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ
（銅）やＷ（タングステン）などで形成されている。な
お上記したトンネル型磁気抵抗効果素子の場合、前記電
極層８，８は、フリー磁性層１の上側と、反強磁性層４
の下側にそれぞれ形成されることになる。
ｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ
（コバルト−クロム−白金）合金などで形成されてお
り、電極層８，８は、α−Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ
（銅）やＷ（タングステン）などで形成されている。な
お上記したトンネル型磁気抵抗効果素子の場合、前記電
極層８，８は、フリー磁性層１の上側と、反強磁性層４
の下側にそれぞれ形成されることになる。
【０１１８】図１に示すスピンバルブ型薄膜素子では、
下地層６から保護層７を積層後、熱処理を施し、これに
よって前記反強磁性層４と固定磁性層３との界面に交換
結合磁界を発生させる。このとき磁場を図示Ｙ方向に向
けることで、前記固定磁性層３の磁化は図示Ｙ方向に向
けられ固定される。なお図１に示す実施形態では前記固
定磁性層３はフェリ構造であるため、層１１及び層１３
のどちらかが図示Ｙ方向に磁化され、他方は図示Ｙ方向
と逆方向に磁化される。
下地層６から保護層７を積層後、熱処理を施し、これに
よって前記反強磁性層４と固定磁性層３との界面に交換
結合磁界を発生させる。このとき磁場を図示Ｙ方向に向
けることで、前記固定磁性層３の磁化は図示Ｙ方向に向
けられ固定される。なお図１に示す実施形態では前記固
定磁性層３はフェリ構造であるため、層１１及び層１３
のどちらかが図示Ｙ方向に磁化され、他方は図示Ｙ方向
と逆方向に磁化される。
【０１１９】次に図１に示す実施形態では前記反強磁性
層４の下にシードレイヤ２２が形成されているが、本発
明では前記シードレイヤ２２は元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃ
ｏのうちいずれか１種または２種以上）とＣｒを含有し
た非磁性あるいは一部が強磁性材料で形成される。具体
的には前記シードレイヤ２２はＮｉＣｒ合金かＦｅＮｉ
Ｃｒ合金で形成されることが好ましい。
層４の下にシードレイヤ２２が形成されているが、本発
明では前記シードレイヤ２２は元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃ
ｏのうちいずれか１種または２種以上）とＣｒを含有し
た非磁性あるいは一部が強磁性材料で形成される。具体
的には前記シードレイヤ２２はＮｉＣｒ合金かＦｅＮｉ
Ｃｒ合金で形成されることが好ましい。
【０１２０】また本発明では、前記シードレイヤ２２の
組成式は（Ｎｉ100-XＦｅX）−Ｃｒで示され、組成比Ｘ
は、０原子％≦Ｘ≦７０原子％であることが好ましい。
より好ましくは、前記組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦５０
原子％である。さらに好ましくは、前記組成比Ｘは、０
原子％≦Ｘ≦３０原子％である。Ｆｅ量が多くなりすぎ
ると、前記シードレイヤ２２が体心立方構造となりやす
いため、上記の組成比を有することが好ましい。その他
に上記組成であると反強磁性層４の結晶配向性を高め、
結晶粒径、導電変化量、抵抗変化率の増大を期待するこ
とができる。なお最も好ましいのは組成比Ｘが２０原子
％である。
組成式は（Ｎｉ100-XＦｅX）−Ｃｒで示され、組成比Ｘ
は、０原子％≦Ｘ≦７０原子％であることが好ましい。
より好ましくは、前記組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦５０
原子％である。さらに好ましくは、前記組成比Ｘは、０
原子％≦Ｘ≦３０原子％である。Ｆｅ量が多くなりすぎ
ると、前記シードレイヤ２２が体心立方構造となりやす
いため、上記の組成比を有することが好ましい。その他
に上記組成であると反強磁性層４の結晶配向性を高め、
結晶粒径、導電変化量、抵抗変化率の増大を期待するこ
とができる。なお最も好ましいのは組成比Ｘが２０原子
％である。
【０１２１】また本発明における前記シードレイヤ２２
の前記反強磁性層４との界面（表面）での前記Ｃｒの組
成比は４０原子％以上である。従来では前記シードレイ
ヤのＣｒの組成比は４０原子％以下であったが、本発明
では、前記反強磁性層４との界面における前記Ｃｒの組
成比を４０原子％以上に設定することで、前記界面での
表面エネルギーを増大させ界面活性状態にでき、いわゆ
る濡れ性（ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ）を従来に比べて向
上させることができる。
の前記反強磁性層４との界面（表面）での前記Ｃｒの組
成比は４０原子％以上である。従来では前記シードレイ
ヤのＣｒの組成比は４０原子％以下であったが、本発明
では、前記反強磁性層４との界面における前記Ｃｒの組
成比を４０原子％以上に設定することで、前記界面での
表面エネルギーを増大させ界面活性状態にでき、いわゆ
る濡れ性（ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ）を従来に比べて向
上させることができる。
【０１２２】しかも本発明では前記シードレイヤ２２の
結晶構造は前記反強磁性層４との界面で面心立方構造
（ｆｃｃ構造）である。
結晶構造は前記反強磁性層４との界面で面心立方構造
（ｆｃｃ構造）である。
【０１２３】既に図７で説明したように前記濡れ性の向
上により、前記シードレイヤ２２上に反強磁性層４をス
パッタ成膜したとき、前記反強磁性層４を構成する各原
子が前記界面上で十分な界面移動を起すことができ、し
かも前記シードレイヤ２２表面が面心立方構造であるこ
とから、前記反強磁性層４の膜面と平行な方向（Ｘ−Ｙ
面と平行）の結晶配向を、最稠密面である[１１１]配向
に強く配向させることができる。
上により、前記シードレイヤ２２上に反強磁性層４をス
パッタ成膜したとき、前記反強磁性層４を構成する各原
子が前記界面上で十分な界面移動を起すことができ、し
かも前記シードレイヤ２２表面が面心立方構造であるこ
とから、前記反強磁性層４の膜面と平行な方向（Ｘ−Ｙ
面と平行）の結晶配向を、最稠密面である[１１１]配向
に強く配向させることができる。
【０１２４】また前記反強磁性層４が[１１１]配向する
ことで、その上に形成される各層の膜面と平行な方向
（図示Ｘ方向）の結晶配向を、最稠密面である[１１１]
配向に配向させることができる。
ことで、その上に形成される各層の膜面と平行な方向
（図示Ｘ方向）の結晶配向を、最稠密面である[１１１]
配向に配向させることができる。
【０１２５】また本発明では、前記シードレイヤ２２表
面の濡れ性が良好であり、且つ面心立方構造であること
で、前記シードレイヤ２２上に形成される各層には、前
記各層を貫くほどの大きな結晶粒が形成され、前記結晶
粒の結晶粒径は膜面と平行な方向（Ｘ−Ｙ面と平行な方
向）にも大きくなる。本発明では膜面と平行な方向にお
ける前記結晶粒径は、１００Å以上であることが好まし
く、より好ましくは１５０Å以上である。これにより電
気伝導性を良好にできる。
面の濡れ性が良好であり、且つ面心立方構造であること
で、前記シードレイヤ２２上に形成される各層には、前
記各層を貫くほどの大きな結晶粒が形成され、前記結晶
粒の結晶粒径は膜面と平行な方向（Ｘ−Ｙ面と平行な方
向）にも大きくなる。本発明では膜面と平行な方向にお
ける前記結晶粒径は、１００Å以上であることが好まし
く、より好ましくは１５０Å以上である。これにより電
気伝導性を良好にできる。
【０１２６】ところで本発明では、前記シードレイヤ２
２の反強磁性層４との界面でのＣｒの組成比は４０原子
％以上で、しかも面心立方構造となっているが、このよ
うな表面状態にするためには、前記シードレイヤ２２の
下側（すなわち前記反強磁性層４から遠ざかる側）のＣ
ｒの組成比を、前記シードレイヤ２２表面のＣｒ組成比
よりも小さくして、前記シードレイヤ２２の下側がしっ
かりと面心立方構造を保っている必要がある。このよう
に前記シードレイヤ２２の下側がしっかりと面心立方構
造を保っていると、前記シードレイヤ２２表面のＣｒの
組成比がたとえ４０原子％以上となっても体心立方構造
（ｂｃｃ構造）が混在せず、前記表面での結晶構造を面
心立方構造のみで構成することができるのである。
２の反強磁性層４との界面でのＣｒの組成比は４０原子
％以上で、しかも面心立方構造となっているが、このよ
うな表面状態にするためには、前記シードレイヤ２２の
下側（すなわち前記反強磁性層４から遠ざかる側）のＣ
ｒの組成比を、前記シードレイヤ２２表面のＣｒ組成比
よりも小さくして、前記シードレイヤ２２の下側がしっ
かりと面心立方構造を保っている必要がある。このよう
に前記シードレイヤ２２の下側がしっかりと面心立方構
造を保っていると、前記シードレイヤ２２表面のＣｒの
組成比がたとえ４０原子％以上となっても体心立方構造
（ｂｃｃ構造）が混在せず、前記表面での結晶構造を面
心立方構造のみで構成することができるのである。
【０１２７】このため本発明におけるシードレイヤ２２
を組成分析すると、前記シードレイヤ２２には組成変調
が起きている。すなわち本発明では前記シードレイヤ２
２には前記反強磁性層４側に向かうにしたがって前記Ｃ
ｒの組成比が増加する領域が存在し、さらに前記シード
レイヤ２２表面での前記Ｃｒの組成比は、前記表面と反
対側の面（下面）でのＣｒの組成比よりも大きくなって
いるのである。
を組成分析すると、前記シードレイヤ２２には組成変調
が起きている。すなわち本発明では前記シードレイヤ２
２には前記反強磁性層４側に向かうにしたがって前記Ｃ
ｒの組成比が増加する領域が存在し、さらに前記シード
レイヤ２２表面での前記Ｃｒの組成比は、前記表面と反
対側の面（下面）でのＣｒの組成比よりも大きくなって
いるのである。
【０１２８】上記のようなシードレイヤ２２の表面状
態、及び組成変調を起させるには製造方法を工夫する必
要性がある。以下に前記シードレイヤ２２の製造方法の
代表例について図９を参照しながら説明する。図９は下
地層６から保護層７までの各層を記録媒体との対向面側
から見た模式図である。
態、及び組成変調を起させるには製造方法を工夫する必
要性がある。以下に前記シードレイヤ２２の製造方法の
代表例について図９を参照しながら説明する。図９は下
地層６から保護層７までの各層を記録媒体との対向面側
から見た模式図である。
【０１２９】図９に示すように基板２５上に前記下地層
６を形成する。なお前記下地層６は、前記Ｔａ，Ｈｆ，
Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１種以上
の元素で形成されていることが好ましい。下地層６の形
成により、その上に形成されるシードレイヤ２２の結晶
構造を面心立方構造にしやすくできるとともにシードレ
イヤ２２の[１１１]面の優先配向度を高めることができ
る。
６を形成する。なお前記下地層６は、前記Ｔａ，Ｈｆ，
Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１種以上
の元素で形成されていることが好ましい。下地層６の形
成により、その上に形成されるシードレイヤ２２の結晶
構造を面心立方構造にしやすくできるとともにシードレ
イヤ２２の[１１１]面の優先配向度を高めることができ
る。
【０１３０】次に前記下地層６上にシードレイヤ２２と
してまず下層２３をスパッタ成膜する。
してまず下層２３をスパッタ成膜する。
【０１３１】このとき前記下層２３をＣｒの組成比が２
０原子％以上で４５原子％以下となるＮｉＦｅＣｒ合金
あるいはＮｉＣｒ合金でスパッタ成膜することが好まし
い。また前記下層２３の膜厚を２０Å以上で６０Å以下
で形成する。
０原子％以上で４５原子％以下となるＮｉＦｅＣｒ合金
あるいはＮｉＣｒ合金でスパッタ成膜することが好まし
い。また前記下層２３の膜厚を２０Å以上で６０Å以下
で形成する。
【０１３２】前記下層２３のＣｒの組成比を２０原子％
以上で４５原子％以下とすることで、前記下層２３の結
晶構造を面心立方構造（ｆｃｃ構造）のみで構成するこ
とができる。また前記下層２３の膜厚はある程度厚くな
いと、前記下層２３の結晶構造を適切に面心立方構造に
して[１１１]配向させることはできないため前記下層２
３の膜厚を２０Å以上に設定したが、あまり膜厚が厚す
ぎると、前記下層２３に流れるセンス電流量が多くな
り、センス電流の分流ロスが大きくなる。またこの製造
方法では、前記下層２３のＣｒ組成比は４０原子％〜４
５原子％の範囲内でも良いが、このようにＣｒ組成比が
大きいと結晶構造に体心立方構造が混在する可能性が高
くなる。前記Ｃｒの組成比が４０原子％を越えても体心
立方構造が混在しないようにするには、前記下層２３の
膜厚をあまり厚くしないことや後述のように成膜条件を
調整することが必要である。スパッタ膜厚が薄い場合、
バルクの場合にｂｃｃ構造で安定になりやすい４０原子
％以上のＣｒが含まれていてもエネルギー的にはさほど
高くならないため準安定状態にでき、結晶構造を面心立
方構造のみで構成することができる。そこで本発明で
は、前記下層２３の膜厚の上限を６０Å以下とした。こ
れによって前記下層２３の結晶構造を面心立方構造のみ
で構成することができる。
以上で４５原子％以下とすることで、前記下層２３の結
晶構造を面心立方構造（ｆｃｃ構造）のみで構成するこ
とができる。また前記下層２３の膜厚はある程度厚くな
いと、前記下層２３の結晶構造を適切に面心立方構造に
して[１１１]配向させることはできないため前記下層２
３の膜厚を２０Å以上に設定したが、あまり膜厚が厚す
ぎると、前記下層２３に流れるセンス電流量が多くな
り、センス電流の分流ロスが大きくなる。またこの製造
方法では、前記下層２３のＣｒ組成比は４０原子％〜４
５原子％の範囲内でも良いが、このようにＣｒ組成比が
大きいと結晶構造に体心立方構造が混在する可能性が高
くなる。前記Ｃｒの組成比が４０原子％を越えても体心
立方構造が混在しないようにするには、前記下層２３の
膜厚をあまり厚くしないことや後述のように成膜条件を
調整することが必要である。スパッタ膜厚が薄い場合、
バルクの場合にｂｃｃ構造で安定になりやすい４０原子
％以上のＣｒが含まれていてもエネルギー的にはさほど
高くならないため準安定状態にでき、結晶構造を面心立
方構造のみで構成することができる。そこで本発明で
は、前記下層２３の膜厚の上限を６０Å以下とした。こ
れによって前記下層２３の結晶構造を面心立方構造のみ
で構成することができる。
【０１３３】またこの製造方法のようにＴａなどで形成
された下地層６を敷いて、その上に前記下層２３を形成
することで前記下層２３の結晶構造を面心立方構造のみ
で構成しやすくできる。
された下地層６を敷いて、その上に前記下層２３を形成
することで前記下層２３の結晶構造を面心立方構造のみ
で構成しやすくできる。
【０１３４】なお本発明では前記下層２３のＣｒの組成
比を２０原子％以上で４０原子％以下にすることが好ま
しい。これにより前記下層２３の結晶構造をより確実に
面心立方構造にすることができる。
比を２０原子％以上で４０原子％以下にすることが好ま
しい。これにより前記下層２３の結晶構造をより確実に
面心立方構造にすることができる。
【０１３５】また前記下層２３の膜厚を２０Å以上で４
０Å以下にすることが好ましい。これにより前記下層２
３の結晶構造をより確実に面心立方構造にすることがで
きると同時に、センス電流の分流ロスをより適切に低減
させることができる。
０Å以下にすることが好ましい。これにより前記下層２
３の結晶構造をより確実に面心立方構造にすることがで
きると同時に、センス電流の分流ロスをより適切に低減
させることができる。
【０１３６】また本発明では前記下層２３をＮｉＦｅ合
金で形成してもよい。かかる場合も前記下層２３の膜厚
を２０Å以上で６０Å以下とし、好ましくは２０Å以上
で４０Å以下にする。前記下層２３にＣｒを含まないＮ
ｉＦｅ合金を使用することで、より確実に前記下層２３
の結晶構造を面心立方構造にすることができる。
金で形成してもよい。かかる場合も前記下層２３の膜厚
を２０Å以上で６０Å以下とし、好ましくは２０Å以上
で４０Å以下にする。前記下層２３にＣｒを含まないＮ
ｉＦｅ合金を使用することで、より確実に前記下層２３
の結晶構造を面心立方構造にすることができる。
【０１３７】なお前記下層２３のスパッタ成膜時におけ
る基板２５の温度を２０〜１００℃とし、また基板２５
とターゲット間の距離を４０〜８０ｍｍとし、またスパ
ッタ成膜時に導入されるＡｒガスの圧力を０．５〜３ｍ
Ｔｏｒｒ（０．０６７〜０．４Ｐａ）とすることが好ま
しい。これにより前記下層２３の結晶構造をより適切に
面心立方構造にできる。
る基板２５の温度を２０〜１００℃とし、また基板２５
とターゲット間の距離を４０〜８０ｍｍとし、またスパ
ッタ成膜時に導入されるＡｒガスの圧力を０．５〜３ｍ
Ｔｏｒｒ（０．０６７〜０．４Ｐａ）とすることが好ま
しい。これにより前記下層２３の結晶構造をより適切に
面心立方構造にできる。
【０１３８】次に前記下層２３の上に、前記下層２３よ
りもＣｒの組成比が大きく、且つ前記Ｃｒの組成比が４
０原子％以上で７０原子％以下となるＦｅＮｉＣｒ合金
あるいはＮｉＣｒ合金で形成された上層２４をスパッタ
成膜する。また前記上層２４の膜厚を３Å以上で２０Å
以下に調整する。
りもＣｒの組成比が大きく、且つ前記Ｃｒの組成比が４
０原子％以上で７０原子％以下となるＦｅＮｉＣｒ合金
あるいはＮｉＣｒ合金で形成された上層２４をスパッタ
成膜する。また前記上層２４の膜厚を３Å以上で２０Å
以下に調整する。
【０１３９】前記上層２４の膜厚は下層２３に比べて３
Å以上２０Å以下と非常に薄いことがわかる。このよう
に前記上層２４の膜厚が薄いと前記上層２４の結晶構造
は前記下層２３側の結晶構造に引きずられて前記下層２
３と同じ結晶構造になりやすい。またバルクのときはＣ
ｒの組成比を４０原子％以上とすると結晶構造に体心立
方構造が混在してくることが知られているが、本発明で
は前記上層２４をスパッタ成膜しているため、特に前記
上層２４を薄く成膜したときは、前記バルクのときの平
衡状態と同じにはならず準安定状態になりやすい。
Å以上２０Å以下と非常に薄いことがわかる。このよう
に前記上層２４の膜厚が薄いと前記上層２４の結晶構造
は前記下層２３側の結晶構造に引きずられて前記下層２
３と同じ結晶構造になりやすい。またバルクのときはＣ
ｒの組成比を４０原子％以上とすると結晶構造に体心立
方構造が混在してくることが知られているが、本発明で
は前記上層２４をスパッタ成膜しているため、特に前記
上層２４を薄く成膜したときは、前記バルクのときの平
衡状態と同じにはならず準安定状態になりやすい。
【０１４０】上記した作用が働くことで、前記上層２４
はＣｒの組成比が４０原子％以上と高い含有量であって
も前記上層２４に体心立方構造（ｂｃｃ構造）が混在せ
ず、面心立方構造のみで構成されるのである。
はＣｒの組成比が４０原子％以上と高い含有量であって
も前記上層２４に体心立方構造（ｂｃｃ構造）が混在せ
ず、面心立方構造のみで構成されるのである。
【０１４１】また本発明では前記上層２４のＣｒの組成
比を４５原子％以上で６０原子％以下にすることが好ま
しい。これにより前記上層２４の表面の濡れ性をより適
切に向上させることができる。
比を４５原子％以上で６０原子％以下にすることが好ま
しい。これにより前記上層２４の表面の濡れ性をより適
切に向上させることができる。
【０１４２】また本発明では、前記下層２３及び上層２
４の組成式は（Ｎｉ100-XＦｅX）−Ｃｒで示され、組成
比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦７０原子％とすることが好まし
い。より好ましくは、前記組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦
５０原子％とすることである。さらに好ましくは、前記
組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦３０原子％とすることであ
る。Ｆｅ量が多くなりすぎると、前記下層２３及び上層
２４が体心立方構造となりやすいため、上記の組成比を
有することが好ましい。その他に上記組成であると反強
磁性層４の結晶配向性を高め、結晶粒径、導電変化量、
抵抗変化率の増大を期待することができる。なお最も好
ましいのは組成比Ｘが２０原子％である。
４の組成式は（Ｎｉ100-XＦｅX）−Ｃｒで示され、組成
比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦７０原子％とすることが好まし
い。より好ましくは、前記組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦
５０原子％とすることである。さらに好ましくは、前記
組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦３０原子％とすることであ
る。Ｆｅ量が多くなりすぎると、前記下層２３及び上層
２４が体心立方構造となりやすいため、上記の組成比を
有することが好ましい。その他に上記組成であると反強
磁性層４の結晶配向性を高め、結晶粒径、導電変化量、
抵抗変化率の増大を期待することができる。なお最も好
ましいのは組成比Ｘが２０原子％である。
【０１４３】また本発明では、前記上層２４の膜厚を５
Å以上で１０Å以下にすることが好ましい。これによ
り、より確実に前記上層２４の結晶構造を面心立方構造
にすることができる。
Å以上で１０Å以下にすることが好ましい。これによ
り、より確実に前記上層２４の結晶構造を面心立方構造
にすることができる。
【０１４４】なお前記上層２４のスパッタ成膜時におけ
る基板２５の温度を２０〜１００℃とし、また基板２５
とターゲット間の距離を４０〜８０ｎｍとし、またスパ
ッタ成膜時に導入されるＡｒガスの圧力を０．５〜３ｍ
Ｔｏｒｒ（０．０６７〜０．４Ｐａ）とすることが好ま
しい。これにより前記上層２４表面の濡れ性を向上させ
ることができ、また結晶構造を面心立方構造にしやすく
できる。
る基板２５の温度を２０〜１００℃とし、また基板２５
とターゲット間の距離を４０〜８０ｎｍとし、またスパ
ッタ成膜時に導入されるＡｒガスの圧力を０．５〜３ｍ
Ｔｏｒｒ（０．０６７〜０．４Ｐａ）とすることが好ま
しい。これにより前記上層２４表面の濡れ性を向上させ
ることができ、また結晶構造を面心立方構造にしやすく
できる。
【０１４５】次に前記上層２４の上に反強磁性層４をス
パッタ成膜する。本発明では、前記反強磁性層４を、元
素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏ
ｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを
含有する反強磁性材料でスパッタ成膜することが好まし
い。
パッタ成膜する。本発明では、前記反強磁性層４を、元
素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏ
ｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを
含有する反強磁性材料でスパッタ成膜することが好まし
い。
【０１４６】また本発明では前記反強磁性層４を、Ｘ−
Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋ
ｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，
Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇ
ａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓ
ｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元
素のうち１種または２種以上の元素である）でスパッタ
成膜してもよい。
Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋ
ｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，
Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇ
ａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓ
ｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元
素のうち１種または２種以上の元素である）でスパッタ
成膜してもよい。
【０１４７】また本発明では、前記元素Ｘあるいは元素
Ｘ＋Ｘ′の組成比を、４５（原子％）以上６０（原子
％）以下とすることが好ましい。
Ｘ＋Ｘ′の組成比を、４５（原子％）以上６０（原子
％）以下とすることが好ましい。
【０１４８】さらに前記反強磁性層４の上に固定磁性層
３、非磁性中間層２、フリー磁性層１、バックド層１５
及び保護層７を成膜する。
３、非磁性中間層２、フリー磁性層１、バックド層１５
及び保護層７を成膜する。
【０１４９】本発明では上記したように、前記上層２４
の表面はＣｒの組成比が４０原子％以上に高いため濡れ
性が良好で、しかも面心立方構造であるため前記反強磁
性層４の膜面と平行方向の結晶配向を良好に[１１１]配
向させることができる。また前記反強磁性層４が[１１
１]配向することで、その上に成膜される各層の膜面と
平行方向の結晶配向を良好に[１１１]配向させることが
できる。
の表面はＣｒの組成比が４０原子％以上に高いため濡れ
性が良好で、しかも面心立方構造であるため前記反強磁
性層４の膜面と平行方向の結晶配向を良好に[１１１]配
向させることができる。また前記反強磁性層４が[１１
１]配向することで、その上に成膜される各層の膜面と
平行方向の結晶配向を良好に[１１１]配向させることが
できる。
【０１５０】次に熱処理を施す。反強磁性層４は上記し
たＸ−Ｍｎ合金やＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金で形成されること
が好ましいが、これら反強磁性材料を使用する場合に
は、熱処理をしないと前記固定磁性層３との界面で交換
結合磁界を発生しない。したがって本発明では熱処理を
施すことで前記反強磁性層４と固定磁性層３との界面で
交換結合磁界を発生させることができる。またこのとき
図示Ｙ方向に磁場をかけることで前記固定磁性層３の磁
化を図示Ｙ方向に向け固定することができる。
たＸ−Ｍｎ合金やＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金で形成されること
が好ましいが、これら反強磁性材料を使用する場合に
は、熱処理をしないと前記固定磁性層３との界面で交換
結合磁界を発生しない。したがって本発明では熱処理を
施すことで前記反強磁性層４と固定磁性層３との界面で
交換結合磁界を発生させることができる。またこのとき
図示Ｙ方向に磁場をかけることで前記固定磁性層３の磁
化を図示Ｙ方向に向け固定することができる。
【０１５１】また前記熱処理によって、シードレイヤ２
２上には、前記シードレイヤ２２上に形成された各層を
貫くほどの結晶粒が成長し、特に本発明では前記結晶粒
の膜面と平行方向における結晶粒径の大きさを１００Å
以上に大きくすることができる。
２上には、前記シードレイヤ２２上に形成された各層を
貫くほどの結晶粒が成長し、特に本発明では前記結晶粒
の膜面と平行方向における結晶粒径の大きさを１００Å
以上に大きくすることができる。
【０１５２】また前記熱処理によって、前記下層２３と
上層２４との界面では拡散が生じるため前記下層２３と
上層２４との界面の存在が熱処理後には判別できなくな
る場合があり、前記シードレイヤ２２はあたかも単一層
で形成された状態になる。
上層２４との界面では拡散が生じるため前記下層２３と
上層２４との界面の存在が熱処理後には判別できなくな
る場合があり、前記シードレイヤ２２はあたかも単一層
で形成された状態になる。
【０１５３】このように熱処理によって前記下層２３と
上層２４との界面で拡散が生じた結果、熱処理後にシー
ドレイヤ２２の組成分析を行うと、前記界面であった付
近に組成変調が見られ、従って前記シードレイヤ２２に
は、前記反強磁性層４側に向かうにしたがってＣｒの組
成比が増加する領域が存在するのである。また図１に示
す前記シードレイヤ２２表面は図９の製造工程における
上層２４の上面に相当し、図１に示す前記シードレイヤ
２２の下面は図９の製造工程における下層２３の下面に
相当するため、前記シードレイヤ２２上面のＣｒの組成
比が前記シードレイヤ２２の下面のＣｒの組成比よりも
大きくなるのである。
上層２４との界面で拡散が生じた結果、熱処理後にシー
ドレイヤ２２の組成分析を行うと、前記界面であった付
近に組成変調が見られ、従って前記シードレイヤ２２に
は、前記反強磁性層４側に向かうにしたがってＣｒの組
成比が増加する領域が存在するのである。また図１に示
す前記シードレイヤ２２表面は図９の製造工程における
上層２４の上面に相当し、図１に示す前記シードレイヤ
２２の下面は図９の製造工程における下層２３の下面に
相当するため、前記シードレイヤ２２上面のＣｒの組成
比が前記シードレイヤ２２の下面のＣｒの組成比よりも
大きくなるのである。
【０１５４】あるいは本発明では以下の方法で前記シー
ドレイヤ２２を形成することも可能である。製造方法に
ついては主として図１０を参照しながら説明する。図１
０は下地層６から保護層７までの積層膜を記録媒体との
対向面側から見た模式図である。
ドレイヤ２２を形成することも可能である。製造方法に
ついては主として図１０を参照しながら説明する。図１
０は下地層６から保護層７までの積層膜を記録媒体との
対向面側から見た模式図である。
【０１５５】図１０では基板２５上に下地層６をスパッ
タ成膜し、さらに前記下地層６上にシードレイヤ２２を
スパッタ成膜する。前記シードレイヤ２２をＮｉＦｅＣ
ｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金でスパッタ成膜する。
タ成膜し、さらに前記下地層６上にシードレイヤ２２を
スパッタ成膜する。前記シードレイヤ２２をＮｉＦｅＣ
ｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金でスパッタ成膜する。
【０１５６】本発明では、前記シードレイヤ２２の組成
式は（Ｎｉ100-XＦｅX）−Ｃｒで示され、組成比Ｘを、
０原子％≦Ｘ≦７０原子％とすることが好ましい。また
より好ましくは、前記組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦５０
原子％とする。あるいはさらに好ましくは、前記組成比
Ｘを、０原子％≦Ｘ≦３０原子％とする。
式は（Ｎｉ100-XＦｅX）−Ｃｒで示され、組成比Ｘを、
０原子％≦Ｘ≦７０原子％とすることが好ましい。また
より好ましくは、前記組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦５０
原子％とする。あるいはさらに好ましくは、前記組成比
Ｘを、０原子％≦Ｘ≦３０原子％とする。
【０１５７】ここで本発明ではスパッタ成膜の際に使用
されるターゲットを例えば２つ用意する。前記シードレ
イヤ２２をＮｉＦｅＣｒ合金で形成するとき、例えば一
方のターゲットをＮｉＦｅ合金とし、他方のターゲット
をＣｒとする。
されるターゲットを例えば２つ用意する。前記シードレ
イヤ２２をＮｉＦｅＣｒ合金で形成するとき、例えば一
方のターゲットをＮｉＦｅ合金とし、他方のターゲット
をＣｒとする。
【０１５８】まず本発明では、前記下地層６上から前記
シードレイヤ２２を成膜する初期段階において、前記シ
ードレイヤ２２の下面でのＣｒの組成比が２０原子％以
上で４５原子％以下となるように、前記２つのターゲッ
トの供給電力を調整する。そして前記シードレイヤ２２
の膜厚が厚くなるにつれて前記Ｃｒターゲットの供給電
力を上げていき、前記Ｃｒが徐々に多くスパッタされる
ようにする。そして前記シードレイヤ２２を２３Å以上
で８０Å以下の範囲内となるまで成膜し、最終段階にお
いて、前記シードレイヤ２２表面のＣｒの組成比が４０
原子％以上で７０原子％以下となるように、前記２つの
ターゲットの供給電力を調整するのである。
シードレイヤ２２を成膜する初期段階において、前記シ
ードレイヤ２２の下面でのＣｒの組成比が２０原子％以
上で４５原子％以下となるように、前記２つのターゲッ
トの供給電力を調整する。そして前記シードレイヤ２２
の膜厚が厚くなるにつれて前記Ｃｒターゲットの供給電
力を上げていき、前記Ｃｒが徐々に多くスパッタされる
ようにする。そして前記シードレイヤ２２を２３Å以上
で８０Å以下の範囲内となるまで成膜し、最終段階にお
いて、前記シードレイヤ２２表面のＣｒの組成比が４０
原子％以上で７０原子％以下となるように、前記２つの
ターゲットの供給電力を調整するのである。
【０１５９】上記方法により成膜されたシードレイヤ２
２のＣｒ組成比を組成分析すると、前記Ｃｒの組成比
は、前記シードレイヤ２２の下面から上面にかけて徐々
に大きくなっている。
２のＣｒ組成比を組成分析すると、前記Ｃｒの組成比
は、前記シードレイヤ２２の下面から上面にかけて徐々
に大きくなっている。
【０１６０】このように本発明ではまずシードレイヤ２
２成膜の初期段階ではＣｒ組成比を小さくしているから
初期段階で成膜されたシードレイヤ２２の結晶構造は適
切に面心立方構造となっている。従って前記シードレイ
ヤ２２のＣｒの組成比が膜厚が厚くなるにつれて徐々に
大きくなっていっても、前記シードレイヤ２２の結晶構
造は初期段階での結晶構造に引きずられて適切に面心立
方構造になり、前記シードレイヤ２２表面のＣｒの組成
比が４０原子％以上で７０原子％の高い数値であっても
適切に前記表面の結晶構造を面心立方構造に保つことが
できるのである。前記シードレイヤ２２表面のＣｒ組成
比が４０原子％以上で７０原子％以下とされることで、
前記シードレイヤ２２表面の濡れ性を従来に比べて向上
させることが可能である。
２成膜の初期段階ではＣｒ組成比を小さくしているから
初期段階で成膜されたシードレイヤ２２の結晶構造は適
切に面心立方構造となっている。従って前記シードレイ
ヤ２２のＣｒの組成比が膜厚が厚くなるにつれて徐々に
大きくなっていっても、前記シードレイヤ２２の結晶構
造は初期段階での結晶構造に引きずられて適切に面心立
方構造になり、前記シードレイヤ２２表面のＣｒの組成
比が４０原子％以上で７０原子％の高い数値であっても
適切に前記表面の結晶構造を面心立方構造に保つことが
できるのである。前記シードレイヤ２２表面のＣｒ組成
比が４０原子％以上で７０原子％以下とされることで、
前記シードレイヤ２２表面の濡れ性を従来に比べて向上
させることが可能である。
【０１６１】その後、前記シードレイヤ２２上に反強磁
性層４、固定磁性層３、非磁性中間層２、フリー磁性層
１、バックド層１５及び保護層７を成膜していき、熱処
理を施して前記反強磁性層４と固定磁性層３との界面に
交換結合磁界を発生させる。
性層４、固定磁性層３、非磁性中間層２、フリー磁性層
１、バックド層１５及び保護層７を成膜していき、熱処
理を施して前記反強磁性層４と固定磁性層３との界面に
交換結合磁界を発生させる。
【０１６２】なお本発明では図１０の工程において前記
シードレイヤ２２の膜厚を２５Å以上で５０Å以下で成
膜することが好ましい。これにより前記シードレイヤ２
２の結晶構造を適切に面心立方構造にすることができる
とともに、前記シードレイヤ２２へのセンス電流の分流
ロスを低減させることができる。
シードレイヤ２２の膜厚を２５Å以上で５０Å以下で成
膜することが好ましい。これにより前記シードレイヤ２
２の結晶構造を適切に面心立方構造にすることができる
とともに、前記シードレイヤ２２へのセンス電流の分流
ロスを低減させることができる。
【０１６３】なおこの製造方法において前記シードレイ
ヤ２２の膜厚を２３Å以上で８０Å以下でスパッタ成膜
するとしているが、前記シードレイヤ２２の下面から上
面にかけて全膜厚の７５％程度までの膜厚内のＣｒ組成
比が４５原子％以下となるようにターゲットに供給され
る供給電力を調整することが好ましい。より好ましくは
４０原子％以下である。
ヤ２２の膜厚を２３Å以上で８０Å以下でスパッタ成膜
するとしているが、前記シードレイヤ２２の下面から上
面にかけて全膜厚の７５％程度までの膜厚内のＣｒ組成
比が４５原子％以下となるようにターゲットに供給され
る供給電力を調整することが好ましい。より好ましくは
４０原子％以下である。
【０１６４】すなわちシードレイヤ２２の大部分を低い
Ｃｒ組成で形成し、表面層のみを４０原子％以上から７
５原子％以下の高いＣｒ組成を有する層とすることで、
前記シードレイヤ２２全体を適切に面心立方構造に保つ
ことができる。
Ｃｒ組成で形成し、表面層のみを４０原子％以上から７
５原子％以下の高いＣｒ組成を有する層とすることで、
前記シードレイヤ２２全体を適切に面心立方構造に保つ
ことができる。
【０１６５】なお前記シードレイヤ２２の膜厚を２５Å
以上で５０Å以下とすることが好ましい。
以上で５０Å以下とすることが好ましい。
【０１６６】なお前記シードレイヤ２２のスパッタ成膜
時における基板２５の温度を２０〜１００℃とし、また
基板２５とターゲット間の距離を４０〜８０ｍｍとし、
またスパッタ成膜時に導入されるＡｒガスの圧力を０．
５〜３ｍＴｏｒｒ（０．０６７〜０．４Ｐａ）とするこ
とが好ましい。
時における基板２５の温度を２０〜１００℃とし、また
基板２５とターゲット間の距離を４０〜８０ｍｍとし、
またスパッタ成膜時に導入されるＡｒガスの圧力を０．
５〜３ｍＴｏｒｒ（０．０６７〜０．４Ｐａ）とするこ
とが好ましい。
【０１６７】以上のようにして形成された図１のシード
レイヤ２２は、前記反強磁性層４との界面（表面）での
前記Ｃｒの組成比が４０原子％以上で７０原子％以下で
あることが好ましい。このＣｒの組成比は図９における
上層２４のＣｒの組成範囲と同じである。これにより前
記シードレイヤ２２表面の濡れ性をより適切に向上させ
ることができる。
レイヤ２２は、前記反強磁性層４との界面（表面）での
前記Ｃｒの組成比が４０原子％以上で７０原子％以下で
あることが好ましい。このＣｒの組成比は図９における
上層２４のＣｒの組成範囲と同じである。これにより前
記シードレイヤ２２表面の濡れ性をより適切に向上させ
ることができる。
【０１６８】また本発明では前記シードレイヤ２２表面
のＣｒの組成比を４５原子％以上で６０原子％以下にす
ることがより好ましい。このＣｒの組成比は図９におけ
る上層２４のＣｒの組成比の好ましい範囲である。これ
により前記シードレイヤ２２表面の濡れ性をさらに向上
させることができる。
のＣｒの組成比を４５原子％以上で６０原子％以下にす
ることがより好ましい。このＣｒの組成比は図９におけ
る上層２４のＣｒの組成比の好ましい範囲である。これ
により前記シードレイヤ２２表面の濡れ性をさらに向上
させることができる。
【０１６９】また本発明では前記シードレイヤ２２の前
記反強磁性層４と反対側の面（下面）でのＣｒの組成比
は２０原子％以上で４５原子％以下であることが好まし
い。このＣｒの組成比は図９における下層２３のＣｒの
組成範囲と同じである。これにより前記シードレイヤ２
２の下側の結晶構造を適切に面心立方構造にすることが
できる。
記反強磁性層４と反対側の面（下面）でのＣｒの組成比
は２０原子％以上で４５原子％以下であることが好まし
い。このＣｒの組成比は図９における下層２３のＣｒの
組成範囲と同じである。これにより前記シードレイヤ２
２の下側の結晶構造を適切に面心立方構造にすることが
できる。
【０１７０】また本発明では、前記シードレイヤ２２の
下面のＣｒの組成比は２０原子％以上で４０原子％以下
であることが好ましい。このＣｒの組成比は図９におけ
る下層２３でのＣｒ組成比の好ましい範囲と同じであ
る。これにより前記シードレイヤ２２の下側の結晶構造
を確実に面心立方構造にすることができる。
下面のＣｒの組成比は２０原子％以上で４０原子％以下
であることが好ましい。このＣｒの組成比は図９におけ
る下層２３でのＣｒ組成比の好ましい範囲と同じであ
る。これにより前記シードレイヤ２２の下側の結晶構造
を確実に面心立方構造にすることができる。
【０１７１】また本発明では前記シードレイヤ２２の膜
厚は２３Å以上で８０Å以下であることが好ましい。こ
の膜厚は図９における下層２３と上層２４の膜厚を足し
合わせた数値である。なお上記で図９における前記下層
２３の膜厚は２０Å以上で６０Å以下が好ましいと説明
したが、この膜厚はシードレイヤ２２の全膜厚の７５％
以上を占める。従って図１のシードレイヤ２２の組成分
析を行うと本発明では、前記シードレイヤ２２の下面か
ら全膜厚の７５％以上の膜厚内のＣｒ組成比は２０原子
％以上で４５原子％以下、好ましくは４０原子％以下と
なっており、表面層のみが４０原子％以上で７０原子％
以下、好ましくは４５原子％以上の高いＣｒ組成を有す
るものとなっている。
厚は２３Å以上で８０Å以下であることが好ましい。こ
の膜厚は図９における下層２３と上層２４の膜厚を足し
合わせた数値である。なお上記で図９における前記下層
２３の膜厚は２０Å以上で６０Å以下が好ましいと説明
したが、この膜厚はシードレイヤ２２の全膜厚の７５％
以上を占める。従って図１のシードレイヤ２２の組成分
析を行うと本発明では、前記シードレイヤ２２の下面か
ら全膜厚の７５％以上の膜厚内のＣｒ組成比は２０原子
％以上で４５原子％以下、好ましくは４０原子％以下と
なっており、表面層のみが４０原子％以上で７０原子％
以下、好ましくは４５原子％以上の高いＣｒ組成を有す
るものとなっている。
【０１７２】上記膜厚により前記シードレイヤ２２の結
晶構造を適切に面心立方構造にすることができると同時
に前記シードレイヤ２２へのセンス電流の分流ロスを低
減させることができる。
晶構造を適切に面心立方構造にすることができると同時
に前記シードレイヤ２２へのセンス電流の分流ロスを低
減させることができる。
【０１７３】また本発明では、前記シードレイヤ２２の
膜厚は２５Å以上で５０Å以下であることがより好まし
い。この膜厚は図９における下層２３と上層２４の好ま
しい膜厚を足しあわせた数値である。これにより前記シ
ードレイヤ２２の結晶構造を確実に面心立方構造にする
ことができると同時に、前記シードレイヤ２２へのセン
ス電流の分流ロスをより低減させることができる。
膜厚は２５Å以上で５０Å以下であることがより好まし
い。この膜厚は図９における下層２３と上層２４の好ま
しい膜厚を足しあわせた数値である。これにより前記シ
ードレイヤ２２の結晶構造を確実に面心立方構造にする
ことができると同時に、前記シードレイヤ２２へのセン
ス電流の分流ロスをより低減させることができる。
【０１７４】以上説明した本発明では、従来よりもシー
ドレイヤ２２表面のＣｒの組成比を大きくすることがで
きると共に、前記シードレイヤ２２の結晶構造を面心立
方構造に適切に保つことができるから、前記シードレイ
ヤ２２上に積層される各層の膜面と平行方向の結晶配向
を良好に｛１１１｝配向させることができると共に、前
記膜面と平行方向の結晶粒の平均結晶粒径を大きくする
ことができる。
ドレイヤ２２表面のＣｒの組成比を大きくすることがで
きると共に、前記シードレイヤ２２の結晶構造を面心立
方構造に適切に保つことができるから、前記シードレイ
ヤ２２上に積層される各層の膜面と平行方向の結晶配向
を良好に｛１１１｝配向させることができると共に、前
記膜面と平行方向の結晶粒の平均結晶粒径を大きくする
ことができる。
【０１７５】これによりスピンバルブ型薄膜素子の抵抗
値の増加及び各層間の拡散が生じないようにでき、耐エ
レクトロマイグレーションの向上を図ることができ通電
信頼性を向上させることが可能である。
値の増加及び各層間の拡散が生じないようにでき、耐エ
レクトロマイグレーションの向上を図ることができ通電
信頼性を向上させることが可能である。
【０１７６】また本発明では抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を
向上させることができ、また電気伝導度の変化量（Δ
Ｇ）を大きくできる。またサーマルノイズの低減を図る
ことが可能である。
向上させることができ、また電気伝導度の変化量（Δ
Ｇ）を大きくできる。またサーマルノイズの低減を図る
ことが可能である。
【０１７７】さらに本発明では前記スピンバルブ型薄膜
素子を構成するフリー磁性層１の軟磁気特性を向上させ
ることができる。具体的には前記フリー磁性層１の保磁
力Ｈｃを低減させることができ、前記保磁力Ｈｃと比例
関係にある膜面内の結晶磁気異方性エネルギーＫを小さ
くでき、したがって外部磁界に対する前記フリー磁性層
１の磁化回転を良好にすることができ感度の良いスピン
バルブ型薄膜素子を製造できる。
素子を構成するフリー磁性層１の軟磁気特性を向上させ
ることができる。具体的には前記フリー磁性層１の保磁
力Ｈｃを低減させることができ、前記保磁力Ｈｃと比例
関係にある膜面内の結晶磁気異方性エネルギーＫを小さ
くでき、したがって外部磁界に対する前記フリー磁性層
１の磁化回転を良好にすることができ感度の良いスピン
バルブ型薄膜素子を製造できる。
【０１７８】上記した効果を有する本発明におけるスピ
ンバルブ型薄膜素子では、今後の高記録密度化におい
て、前記スピンバルブ型薄膜素子に流れるセンス電流密
度が大きくなっても前記高記録密度化に十分に対応可能
なスピンバルブ型薄膜素子を製造することが可能であ
る。
ンバルブ型薄膜素子では、今後の高記録密度化におい
て、前記スピンバルブ型薄膜素子に流れるセンス電流密
度が大きくなっても前記高記録密度化に十分に対応可能
なスピンバルブ型薄膜素子を製造することが可能であ
る。
【０１７９】図２は別の実施形態のスピンバルブ型薄膜
素子の構造である。図２は前記スピンバルブ型薄膜素子
を記録媒体との対向面と平行な方向から切断した部分断
面図である。
素子の構造である。図２は前記スピンバルブ型薄膜素子
を記録媒体との対向面と平行な方向から切断した部分断
面図である。
【０１８０】図１との違いはシードレイヤ２２の構造に
ある。図２では前記シードレイヤ２２が下層２７と上層
２８の２層構造である。前記下層２７及び上層２８のそ
れぞれは元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種
または２種以上）とＣｒとを含有した非磁性材料あるい
は一部が強磁性材料（下層のみ）で形成される。前記下
層２７及び上層２８はＮｉＦｅＣｒ合金、ＮｉＣｒ合金
あるいはＮｉＦｅ合金で形成されることが好ましい。
ある。図２では前記シードレイヤ２２が下層２７と上層
２８の２層構造である。前記下層２７及び上層２８のそ
れぞれは元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種
または２種以上）とＣｒとを含有した非磁性材料あるい
は一部が強磁性材料（下層のみ）で形成される。前記下
層２７及び上層２８はＮｉＦｅＣｒ合金、ＮｉＣｒ合金
あるいはＮｉＦｅ合金で形成されることが好ましい。
【０１８１】また前記下層２７及び上層２８の組成式は
（Ｎｉ100-XＦｅX）−Ｃｒで示され、組成比Ｘは、０原
子％≦Ｘ≦７０原子％であることが好ましい。より好ま
しくは、前記組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦５０原子％で
ある。さらに好ましくは、前記組成比Ｘは、０原子％≦
Ｘ≦３０原子％である。Ｆｅ量が多くなりすぎると、前
記下層２７及び上層２８が体心立方構造となりやすいた
め、上記の組成比を有することが好ましい。その他に上
記組成であると反強磁性層４の結晶配向性を高め、結晶
粒径、導電変化量、抵抗変化率の増大を期待することが
できる。なお最も好ましいのは組成比Ｘが２０原子％で
ある。
（Ｎｉ100-XＦｅX）−Ｃｒで示され、組成比Ｘは、０原
子％≦Ｘ≦７０原子％であることが好ましい。より好ま
しくは、前記組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦５０原子％で
ある。さらに好ましくは、前記組成比Ｘは、０原子％≦
Ｘ≦３０原子％である。Ｆｅ量が多くなりすぎると、前
記下層２７及び上層２８が体心立方構造となりやすいた
め、上記の組成比を有することが好ましい。その他に上
記組成であると反強磁性層４の結晶配向性を高め、結晶
粒径、導電変化量、抵抗変化率の増大を期待することが
できる。なお最も好ましいのは組成比Ｘが２０原子％で
ある。
【０１８２】またこの実施形態では前記上層２８のＣｒ
の組成比は４０原子％以上で、前記Ｃｒの組成比は下層
２７のＣｒの組成比よりも大きくなっている。また前記
上層２８の表面、すなわちシードレイヤ２２表面の結晶
構造は面心立方構造となっている。
の組成比は４０原子％以上で、前記Ｃｒの組成比は下層
２７のＣｒの組成比よりも大きくなっている。また前記
上層２８の表面、すなわちシードレイヤ２２表面の結晶
構造は面心立方構造となっている。
【０１８３】また前記上層２８の膜厚は下層２７の膜厚
に比べて小さくなっている。従って本発明ではＣｒの組
成比が小さくされ、また膜厚が厚くされた下層２７は適
切に面心立方構造を保っている。そして前記下層２７の
上に形成された上層２８はＣｒの組成比が４０原子％以
上と大きく、また膜厚が薄いことで、前記上層２８の結
晶構造は前記下層２７の結晶構造に引きずられて面心立
方構造となり、また前記上層２８表面の濡れ性を従来よ
りも向上させることが可能になっている。
に比べて小さくなっている。従って本発明ではＣｒの組
成比が小さくされ、また膜厚が厚くされた下層２７は適
切に面心立方構造を保っている。そして前記下層２７の
上に形成された上層２８はＣｒの組成比が４０原子％以
上と大きく、また膜厚が薄いことで、前記上層２８の結
晶構造は前記下層２７の結晶構造に引きずられて面心立
方構造となり、また前記上層２８表面の濡れ性を従来よ
りも向上させることが可能になっている。
【０１８４】なお図２に示すシードレイヤ２２の形成方
法の一つは図９と同じである。ただし図９では後に熱処
理を施すことで、下層２３と上層２４との界面が拡散を
生じ、前記界面を判別できなくなる場合があると説明し
たが、前記熱処理温度が低い場合や熱処理時間が短い場
合には、前記拡散はさほど起きず、図２に示す下層２７
と上層２８の界面を判別できるものと考えられる。また
前記反強磁性層４に熱処理を施さなくても固定磁性層３
との界面で交換結合磁界を発生する反強磁性材料、例え
ばＦｅＭｎやＩｒＭｎなどを使用した場合には、元々熱
処理は必要ないから上記した拡散は生じず、前記下層２
７と上層２８との界面をはっきりと判別することは可能
である。
法の一つは図９と同じである。ただし図９では後に熱処
理を施すことで、下層２３と上層２４との界面が拡散を
生じ、前記界面を判別できなくなる場合があると説明し
たが、前記熱処理温度が低い場合や熱処理時間が短い場
合には、前記拡散はさほど起きず、図２に示す下層２７
と上層２８の界面を判別できるものと考えられる。また
前記反強磁性層４に熱処理を施さなくても固定磁性層３
との界面で交換結合磁界を発生する反強磁性材料、例え
ばＦｅＭｎやＩｒＭｎなどを使用した場合には、元々熱
処理は必要ないから上記した拡散は生じず、前記下層２
７と上層２８との界面をはっきりと判別することは可能
である。
【０１８５】本発明では図２に示す上層２８のＣｒの組
成比は４０原子％以上で７０原子％以下であることが好
ましい。これにより前記上層２８の結晶構造を面心立方
構造に適切に調整できると共に、前記上層２８表面の濡
れ性を従来よりも高めることができる。
成比は４０原子％以上で７０原子％以下であることが好
ましい。これにより前記上層２８の結晶構造を面心立方
構造に適切に調整できると共に、前記上層２８表面の濡
れ性を従来よりも高めることができる。
【０１８６】また本発明では前記上層２８のＣｒの組成
比は４５原子％以上で６０原子％以下であることがより
好ましい。これにより前記上層２８の結晶構造を確実に
面心立方構造にできると共に、前記上層２８表面の濡れ
性をさらに高めることが可能である。
比は４５原子％以上で６０原子％以下であることがより
好ましい。これにより前記上層２８の結晶構造を確実に
面心立方構造にできると共に、前記上層２８表面の濡れ
性をさらに高めることが可能である。
【０１８７】また本発明では前記下層２７のＣｒの組成
比は２０原子％以上で４５原子％以下であることが好ま
しい。これにより前記下層２７の結晶構造を適切に面心
立方構造にすることができる。ただし下層２７のＣｒ組
成比が４０原子％を越える場合には、下記のように前記
下層２７の膜厚を適切に調整する必要がある。Ｃｒ組成
比が４０原子％を越えると結晶構造に体心立方構造が混
ざり始めるからである。
比は２０原子％以上で４５原子％以下であることが好ま
しい。これにより前記下層２７の結晶構造を適切に面心
立方構造にすることができる。ただし下層２７のＣｒ組
成比が４０原子％を越える場合には、下記のように前記
下層２７の膜厚を適切に調整する必要がある。Ｃｒ組成
比が４０原子％を越えると結晶構造に体心立方構造が混
ざり始めるからである。
【０１８８】また前記下層２７のＣｒの組成比は２０原
子％以上で４０原子％以下であることがより好ましい。
これにより前記下層２７の結晶構造を確実に面心立方構
造にすることができる。
子％以上で４０原子％以下であることがより好ましい。
これにより前記下層２７の結晶構造を確実に面心立方構
造にすることができる。
【０１８９】また前記上層２８の膜厚は３Å以上で２０
Å以下であることが好ましい。これにより、前記上層２
８の結晶構造を適切に面心立方構造にすることができ
る。
Å以下であることが好ましい。これにより、前記上層２
８の結晶構造を適切に面心立方構造にすることができ
る。
【０１９０】また前記上層２８の膜厚は５Å以上で１０
Å以下であることがより好ましい。これにより、前記上
層２８の結晶構造をより確実に面心立方構造にすること
ができる。
Å以下であることがより好ましい。これにより、前記上
層２８の結晶構造をより確実に面心立方構造にすること
ができる。
【０１９１】また本発明では前記下層２７の膜厚は２０
Å以上で６０Å以下であることが好ましい。これにより
前記下層２７の結晶構造を適切に面心立方構造にできる
と共に、前記下層２７へのセンス電流の分流ロスを低減
させることができる。
Å以上で６０Å以下であることが好ましい。これにより
前記下層２７の結晶構造を適切に面心立方構造にできる
と共に、前記下層２７へのセンス電流の分流ロスを低減
させることができる。
【０１９２】また前記下層２７のＣｒ組成比が４０原子
％〜４５原子％の範囲内であるとき、あまり膜厚を厚く
しすぎると結晶構造に体心立方構造が混在しやすくな
る。このためできる限り前記下層２７の膜厚を薄くして
結晶構造を面心立方構造のみに保つ必要があり、本発明
では前記下層２７の膜厚を６０Å以下とすることで前記
下層２７の結晶構造を面心立方構造のみで構成すること
が可能である。
％〜４５原子％の範囲内であるとき、あまり膜厚を厚く
しすぎると結晶構造に体心立方構造が混在しやすくな
る。このためできる限り前記下層２７の膜厚を薄くして
結晶構造を面心立方構造のみに保つ必要があり、本発明
では前記下層２７の膜厚を６０Å以下とすることで前記
下層２７の結晶構造を面心立方構造のみで構成すること
が可能である。
【０１９３】また本発明では前記下層２７の膜厚は２０
Å以上で４０Å以下であることが好ましい。これにより
前記下層２７の結晶構造をより確実に面心立方構造にで
きると共に前記下層２７へのセンス電流の分流ロスをよ
り適切に低減させることができる。
Å以上で４０Å以下であることが好ましい。これにより
前記下層２７の結晶構造をより確実に面心立方構造にで
きると共に前記下層２７へのセンス電流の分流ロスをよ
り適切に低減させることができる。
【０１９４】また本発明では前記下層２７と上層２８と
の間には、１層以上の中間層が形成されてもよく、前記
中間層は元素α（ただし元素αはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏのう
ち１種または２種以上）とＣｒとを含有する非磁性材料
あるいは一部が強磁性材料で形成されることが好まし
い。具体的にはＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金
で形成されることが好ましい。あるいはＮｉＦｅ合金で
形成されてもよい。
の間には、１層以上の中間層が形成されてもよく、前記
中間層は元素α（ただし元素αはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏのう
ち１種または２種以上）とＣｒとを含有する非磁性材料
あるいは一部が強磁性材料で形成されることが好まし
い。具体的にはＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金
で形成されることが好ましい。あるいはＮｉＦｅ合金で
形成されてもよい。
【０１９５】なお中間層は、結晶構造が適切に面心立方
構造になっていればよいが、前記中間層にＣｒが含有さ
れている場合、前記Ｃｒの組成比は上層２８よりも小さ
い方がよい。前記中間層のＣｒの組成比が上層２８と同
等程度であると、高いＣｒ組成比を有する膜が中間層と
上層２８とを足した膜厚になり、前記膜厚が厚くなるこ
とで前記上層２８は、下層２７の結晶構造の影響を受け
難くなり、結晶構造に面心立方構造のみならず体心立方
構造が混在する可能性があるからである。例えば前記中
間層のＣｒの組成比は上層２８のＣｒの組成比よりも小
さく、また下層２７のＣｒの組成比よりも大きくなるよ
うに調整される。
構造になっていればよいが、前記中間層にＣｒが含有さ
れている場合、前記Ｃｒの組成比は上層２８よりも小さ
い方がよい。前記中間層のＣｒの組成比が上層２８と同
等程度であると、高いＣｒ組成比を有する膜が中間層と
上層２８とを足した膜厚になり、前記膜厚が厚くなるこ
とで前記上層２８は、下層２７の結晶構造の影響を受け
難くなり、結晶構造に面心立方構造のみならず体心立方
構造が混在する可能性があるからである。例えば前記中
間層のＣｒの組成比は上層２８のＣｒの組成比よりも小
さく、また下層２７のＣｒの組成比よりも大きくなるよ
うに調整される。
【０１９６】また本発明では、前記下層２７はＦｅＮｉ
合金で形成されていてもよい。前記下層２７にＣｒが含
まれていないことで確実に前記下層２７の結晶構造を面
心立方構造にすることができる。
合金で形成されていてもよい。前記下層２７にＣｒが含
まれていないことで確実に前記下層２７の結晶構造を面
心立方構造にすることができる。
【０１９７】図２におけるスピンバルブ型薄膜素子で
は、従来よりもシードレイヤ２２表面のＣｒの組成比を
大きくすることができると共に、前記シードレイヤ２２
の結晶構造を面心立方構造に適切に保つことができるか
ら、前記シードレイヤ２２上に積層される各層の膜面と
平行方向の結晶配向を良好に｛１１１｝配向させること
ができると共に、前記膜面と平行方向の結晶粒の平均結
晶粒径を大きくすることができる。
は、従来よりもシードレイヤ２２表面のＣｒの組成比を
大きくすることができると共に、前記シードレイヤ２２
の結晶構造を面心立方構造に適切に保つことができるか
ら、前記シードレイヤ２２上に積層される各層の膜面と
平行方向の結晶配向を良好に｛１１１｝配向させること
ができると共に、前記膜面と平行方向の結晶粒の平均結
晶粒径を大きくすることができる。
【０１９８】これによりスピンバルブ型薄膜素子の抵抗
値の増大及び各層間の拡散を生じにくくでき、耐エレク
トロマイグレーションの向上を図ることができ通電信頼
性を向上させることが可能である。
値の増大及び各層間の拡散を生じにくくでき、耐エレク
トロマイグレーションの向上を図ることができ通電信頼
性を向上させることが可能である。
【０１９９】また本発明では抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を
向上させることができ、また電気伝導度の変化量（Δ
Ｇ）を大きくすることができる。またサーマルノイズの
低減を図ることが可能である。
向上させることができ、また電気伝導度の変化量（Δ
Ｇ）を大きくすることができる。またサーマルノイズの
低減を図ることが可能である。
【０２００】さらに本発明では前記スピンバルブ型薄膜
素子を構成するフリー磁性層１の軟磁気特性を向上させ
ることができる。具体的には前記フリー磁性層１の保磁
力Ｈｃを低減させることができ、前記保磁力Ｈｃと比例
関係にある膜面内の結晶磁気異方性エネルギーＫを小さ
くでき、したがって外部磁界に対する前記フリー磁性層
１の磁化回転を良好にすることができ感度の良いスピン
バルブ型薄膜素子を製造できる。
素子を構成するフリー磁性層１の軟磁気特性を向上させ
ることができる。具体的には前記フリー磁性層１の保磁
力Ｈｃを低減させることができ、前記保磁力Ｈｃと比例
関係にある膜面内の結晶磁気異方性エネルギーＫを小さ
くでき、したがって外部磁界に対する前記フリー磁性層
１の磁化回転を良好にすることができ感度の良いスピン
バルブ型薄膜素子を製造できる。
【０２０１】上記した効果を有する本発明におけるスピ
ンバルブ型薄膜素子では、今後の高記録密度化におい
て、前記スピンバルブ型薄膜素子に流れるセンス電流密
度が大きくなっても前記高記録密度化に十分に対応可能
なスピンバルブ型薄膜素子を製造することが可能であ
る。
ンバルブ型薄膜素子では、今後の高記録密度化におい
て、前記スピンバルブ型薄膜素子に流れるセンス電流密
度が大きくなっても前記高記録密度化に十分に対応可能
なスピンバルブ型薄膜素子を製造することが可能であ
る。
【０２０２】図３は、本発明における他のスピンバルブ
型薄膜素子の構造を示す部分断面図である。
型薄膜素子の構造を示す部分断面図である。
【０２０３】図３に示すスピンバルブ型薄膜素子では、
下地層６上にトラック幅方向（図示Ｘ方向）にトラック
幅Ｔｗの間隔を開けた一対のシードレイヤ２２が形成さ
れ、前記シードレイヤ２２の上にエクスチェンジバイア
ス層１６，１６が形成されている。
下地層６上にトラック幅方向（図示Ｘ方向）にトラック
幅Ｔｗの間隔を開けた一対のシードレイヤ２２が形成さ
れ、前記シードレイヤ２２の上にエクスチェンジバイア
ス層１６，１６が形成されている。
【０２０４】前記一対のシードレイヤ２２及びエクスチ
ェンジバイアス層１６間は、ＳｉＯ 2やＡｌ2Ｏ3等の絶
縁材料で形成された絶縁層１７によって埋められてい
る。
ェンジバイアス層１６間は、ＳｉＯ 2やＡｌ2Ｏ3等の絶
縁材料で形成された絶縁層１７によって埋められてい
る。
【０２０５】そして前記エクスチェンジバイアス層１６
及び絶縁層１７上にはフリー磁性層１が形成されてい
る。
及び絶縁層１７上にはフリー磁性層１が形成されてい
る。
【０２０６】前記エクスチェンジバイアス層１６はＸ−
Ｍｎ合金、あるいはＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金で形成され、前
記元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比は４５（原子
％）以上６０（原子％）以下であることが好ましく、よ
り好ましくは４９（原子％）以上５６．５（原子％）以
下である。
Ｍｎ合金、あるいはＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金で形成され、前
記元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比は４５（原子
％）以上６０（原子％）以下であることが好ましく、よ
り好ましくは４９（原子％）以上５６．５（原子％）以
下である。
【０２０７】前記フリー磁性層１の両側端部では、エク
スチェンジバイアス層１６間での交換結合磁界により図
示Ｘ方向に単磁区化され、フリー磁性層１のトラック幅
Ｔｗ領域の磁化は、外部磁界に対して反応する程度に図
示Ｘ方向に適性に揃えられている。
スチェンジバイアス層１６間での交換結合磁界により図
示Ｘ方向に単磁区化され、フリー磁性層１のトラック幅
Ｔｗ領域の磁化は、外部磁界に対して反応する程度に図
示Ｘ方向に適性に揃えられている。
【０２０８】図３に示すように前記フリー磁性層１の上
には非磁性中間層２が形成され、さらに前記非磁性中間
層２の上には固定磁性層３が形成されている。さらに前
記固定磁性層３の上には反強磁性層４、保護層７が形成
される。
には非磁性中間層２が形成され、さらに前記非磁性中間
層２の上には固定磁性層３が形成されている。さらに前
記固定磁性層３の上には反強磁性層４、保護層７が形成
される。
【０２０９】この実施形態においても前記シードレイヤ
２２は、元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種
または２種以上）とＣｒを含有した非磁性あるいは一部
が強磁性材料で形成される。
２２は、元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種
または２種以上）とＣｒを含有した非磁性あるいは一部
が強磁性材料で形成される。
【０２１０】また前記シードレイヤ２２には、前記エク
スチェンジバイアス層１６側に向かうにしたがって、前
記Ｃｒの組成比が増加する領域が存在している。
スチェンジバイアス層１６側に向かうにしたがって、前
記Ｃｒの組成比が増加する領域が存在している。
【０２１１】さらに前記シードレイヤ２２の前記エクス
チェンジバイアス層１６との界面での前記Ｃｒの組成比
は４０原子％以上で、この組成比は前記シードレイヤ２
２の前記エクスチェンジバイアス層１６と反対側の面で
のＣｒの組成比よりも大きくなっており、また前記シー
ドレイヤ２２の結晶構造は前記エクスチェンジバイアス
層１６との界面で面心立方構造（ｆｃｃ構造）となって
いる。
チェンジバイアス層１６との界面での前記Ｃｒの組成比
は４０原子％以上で、この組成比は前記シードレイヤ２
２の前記エクスチェンジバイアス層１６と反対側の面で
のＣｒの組成比よりも大きくなっており、また前記シー
ドレイヤ２２の結晶構造は前記エクスチェンジバイアス
層１６との界面で面心立方構造（ｆｃｃ構造）となって
いる。
【０２１２】あるいは図２と同様に、前記シードレイヤ
２２は元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのいずれか１種または
２種以上）とＣｒを含有した上層と下層とで構成され、
前記上層の前記エクスチェンジバイアス層１６との界面
でのＣｒの組成比は４０原子％以上で、しかも結晶構造
が面心立方構造であり、また前記上層側のＣｒの組成比
は下層側のＣｒの組成比よりも大きくなっている。さら
に前記上層の膜厚は下層の膜厚よりも小さくなってい
る。
２２は元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのいずれか１種または
２種以上）とＣｒを含有した上層と下層とで構成され、
前記上層の前記エクスチェンジバイアス層１６との界面
でのＣｒの組成比は４０原子％以上で、しかも結晶構造
が面心立方構造であり、また前記上層側のＣｒの組成比
は下層側のＣｒの組成比よりも大きくなっている。さら
に前記上層の膜厚は下層の膜厚よりも小さくなってい
る。
【０２１３】このように図３におけるスピンバルブ型薄
膜素子では、従来よりもシードレイヤ２２表面のＣｒの
組成比を大きくすることができると共に、前記シードレ
イヤ２２の結晶構造を面心立方構造に適切に保つことが
できるから、前記シードレイヤ２２上に積層される各層
の膜面と平行方向の結晶配向を良好に｛１１１｝配向さ
せることができると共に、前記膜面と平行方向の結晶粒
の平均結晶粒径を大きくすることができる。
膜素子では、従来よりもシードレイヤ２２表面のＣｒの
組成比を大きくすることができると共に、前記シードレ
イヤ２２の結晶構造を面心立方構造に適切に保つことが
できるから、前記シードレイヤ２２上に積層される各層
の膜面と平行方向の結晶配向を良好に｛１１１｝配向さ
せることができると共に、前記膜面と平行方向の結晶粒
の平均結晶粒径を大きくすることができる。
【０２１４】これによりスピンバルブ型薄膜素子の抵抗
値の増大及び各層間の拡散を生じにくくでき、耐エレク
トロマイグレーションの向上を図ることができ通電信頼
性を向上させることが可能である。
値の増大及び各層間の拡散を生じにくくでき、耐エレク
トロマイグレーションの向上を図ることができ通電信頼
性を向上させることが可能である。
【０２１５】また本発明では抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を
向上させることができ、また電気伝導度の変化量（Δ
Ｇ）を大きくすることができる。またサーマルノイズの
低減を図ることが可能である。
向上させることができ、また電気伝導度の変化量（Δ
Ｇ）を大きくすることができる。またサーマルノイズの
低減を図ることが可能である。
【０２１６】さらに本発明では前記スピンバルブ型薄膜
素子を構成するフリー磁性層１の軟磁気特性を向上させ
ることができる。具体的には前記フリー磁性層１の保磁
力Ｈｃを低減させることができ、前記保磁力Ｈｃと比例
関係にある膜面内の結晶磁気異方性エネルギーＫを小さ
くでき、したがって外部磁界に対する前記フリー磁性層
１の磁化回転を良好にすることができ感度の良いスピン
バルブ型薄膜素子を製造できる。
素子を構成するフリー磁性層１の軟磁気特性を向上させ
ることができる。具体的には前記フリー磁性層１の保磁
力Ｈｃを低減させることができ、前記保磁力Ｈｃと比例
関係にある膜面内の結晶磁気異方性エネルギーＫを小さ
くでき、したがって外部磁界に対する前記フリー磁性層
１の磁化回転を良好にすることができ感度の良いスピン
バルブ型薄膜素子を製造できる。
【０２１７】上記した効果を有する本発明におけるスピ
ンバルブ型薄膜素子では、今後の高記録密度化におい
て、前記スピンバルブ型薄膜素子に流れるセンス電流密
度が大きくなっても前記高記録密度化に十分に対応可能
なスピンバルブ型薄膜素子を製造することが可能であ
る。
ンバルブ型薄膜素子では、今後の高記録密度化におい
て、前記スピンバルブ型薄膜素子に流れるセンス電流密
度が大きくなっても前記高記録密度化に十分に対応可能
なスピンバルブ型薄膜素子を製造することが可能であ
る。
【０２１８】なお図３におけるシードレイヤ２２は既に
説明した図９及び図１０と同じ製造方法で形成すること
ができる。
説明した図９及び図１０と同じ製造方法で形成すること
ができる。
【０２１９】図４は本発明におけるデュアルスピンバル
ブ型薄膜素子の構造を示す部分断面図である。
ブ型薄膜素子の構造を示す部分断面図である。
【０２２０】図４に示すように、下から下地層６、シー
ドレイヤ２２、反強磁性層４、固定磁性層３、非磁性中
間層２、およびフリー磁性層１が連続して積層されてい
る。前記フリー磁性層１は３層膜で形成され、例えばＣ
ｏ膜１０，１０とＮｉＦｅ合金膜９で構成される。さら
に前記フリー磁性層１の上には、非磁性中間層２、固定
磁性層３、反強磁性層４、および保護層７が連続して積
層されている。
ドレイヤ２２、反強磁性層４、固定磁性層３、非磁性中
間層２、およびフリー磁性層１が連続して積層されてい
る。前記フリー磁性層１は３層膜で形成され、例えばＣ
ｏ膜１０，１０とＮｉＦｅ合金膜９で構成される。さら
に前記フリー磁性層１の上には、非磁性中間層２、固定
磁性層３、反強磁性層４、および保護層７が連続して積
層されている。
【０２２１】また、下地層６から保護層７までの多層膜
の両側にはハードバイアス層５，５、電極層８，８が積
層されている。なお、各層は図１で説明した材質と同じ
材質で形成されている。
の両側にはハードバイアス層５，５、電極層８，８が積
層されている。なお、各層は図１で説明した材質と同じ
材質で形成されている。
【０２２２】この実施例では、フリー磁性層１よりも図
示下側に位置する反強磁性層４の下にはシードレイヤ２
２が形成されている。さらに前記反強磁性層４を構成す
る元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比は、４５（原子
％）以上６０（原子％）以上で形成されることが好まし
く、より好ましくは４９（原子％）以上５６．５（原子
％）以下である。
示下側に位置する反強磁性層４の下にはシードレイヤ２
２が形成されている。さらに前記反強磁性層４を構成す
る元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比は、４５（原子
％）以上６０（原子％）以上で形成されることが好まし
く、より好ましくは４９（原子％）以上５６．５（原子
％）以下である。
【０２２３】この実施形態においても前記シードレイヤ
２２は、元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種
または２種以上）とＣｒを含有した非磁性材料あるいは
一部が強磁性材料で形成される。
２２は、元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種
または２種以上）とＣｒを含有した非磁性材料あるいは
一部が強磁性材料で形成される。
【０２２４】また前記シードレイヤ２２には、前記反強
磁性層４側に向かうにしたがって、前記Ｃｒの組成比が
増加する領域が存在している。
磁性層４側に向かうにしたがって、前記Ｃｒの組成比が
増加する領域が存在している。
【０２２５】さらに前記シードレイヤ２２の前記反強磁
性層４との界面での前記Ｃｒの組成比は４０原子％以上
で、この組成比は前記シードレイヤ２２の前記反強磁性
層４と反対側の面でのＣｒの組成比よりも大きくなって
おり、また前記シードレイヤ２２の結晶構造は前記反強
磁性層４との界面で面心立方構造（ｆｃｃ構造）となっ
ている。
性層４との界面での前記Ｃｒの組成比は４０原子％以上
で、この組成比は前記シードレイヤ２２の前記反強磁性
層４と反対側の面でのＣｒの組成比よりも大きくなって
おり、また前記シードレイヤ２２の結晶構造は前記反強
磁性層４との界面で面心立方構造（ｆｃｃ構造）となっ
ている。
【０２２６】あるいは図２と同様に、前記シードレイヤ
２２は元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのいずれか１種または
２種以上）とＣｒを含有した上層と下層とで構成され、
前記上層の前記反強磁性層４との界面でのＣｒの組成比
は４０原子％以上で、しかも結晶構造が面心立方構造で
あり、また前記上層側のＣｒの組成比は下層側のＣｒの
組成比よりも大きくなっている。さらに前記上層の膜厚
は下層の膜厚よりも小さくなっている。
２２は元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのいずれか１種または
２種以上）とＣｒを含有した上層と下層とで構成され、
前記上層の前記反強磁性層４との界面でのＣｒの組成比
は４０原子％以上で、しかも結晶構造が面心立方構造で
あり、また前記上層側のＣｒの組成比は下層側のＣｒの
組成比よりも大きくなっている。さらに前記上層の膜厚
は下層の膜厚よりも小さくなっている。
【０２２７】このように図４におけるスピンバルブ型薄
膜素子では、従来よりもシードレイヤ２２表面のＣｒの
組成比を大きくすることができると共に、前記シードレ
イヤ２２の結晶構造を面心立方構造に適切に保つことが
できるから、前記シードレイヤ２２上に積層される各層
の膜面と平行方向の結晶配向を良好に｛１１１｝配向さ
せることができると共に、前記膜面と平行方向の結晶粒
の平均結晶粒径を大きくすることができる。
膜素子では、従来よりもシードレイヤ２２表面のＣｒの
組成比を大きくすることができると共に、前記シードレ
イヤ２２の結晶構造を面心立方構造に適切に保つことが
できるから、前記シードレイヤ２２上に積層される各層
の膜面と平行方向の結晶配向を良好に｛１１１｝配向さ
せることができると共に、前記膜面と平行方向の結晶粒
の平均結晶粒径を大きくすることができる。
【０２２８】これによりスピンバルブ型薄膜素子の抵抗
値の増大及び各層間の拡散を生じにくくでき、耐エレク
トロマイグレーションの向上を図ることができ通電信頼
性を向上させることが可能である。
値の増大及び各層間の拡散を生じにくくでき、耐エレク
トロマイグレーションの向上を図ることができ通電信頼
性を向上させることが可能である。
【０２２９】また本発明では抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を
向上させることができ、また電気伝導度の変化量（Δ
Ｇ）を大きくできる。またサーマルノイズの低減を図る
ことが可能である。
向上させることができ、また電気伝導度の変化量（Δ
Ｇ）を大きくできる。またサーマルノイズの低減を図る
ことが可能である。
【０２３０】さらに本発明では前記スピンバルブ型薄膜
素子を構成するフリー磁性層１の軟磁気特性を向上させ
ることができる。具体的には前記フリー磁性層１の保磁
力Ｈｃを低減させることができ、前記保磁力Ｈｃと比例
関係にある膜面内の結晶磁気異方性エネルギーＫを小さ
くでき、したがって外部磁界に対する前記フリー磁性層
１の磁化回転を良好にすることができ感度の良いスピン
バルブ型薄膜素子を製造できる。
素子を構成するフリー磁性層１の軟磁気特性を向上させ
ることができる。具体的には前記フリー磁性層１の保磁
力Ｈｃを低減させることができ、前記保磁力Ｈｃと比例
関係にある膜面内の結晶磁気異方性エネルギーＫを小さ
くでき、したがって外部磁界に対する前記フリー磁性層
１の磁化回転を良好にすることができ感度の良いスピン
バルブ型薄膜素子を製造できる。
【０２３１】上記した効果を有する本発明におけるスピ
ンバルブ型薄膜素子では、今後の高記録密度化におい
て、前記スピンバルブ型薄膜素子に流れるセンス電流密
度が大きくなっても前記高記録密度化に十分に対応可能
なスピンバルブ型薄膜素子を製造することが可能であ
る。
ンバルブ型薄膜素子では、今後の高記録密度化におい
て、前記スピンバルブ型薄膜素子に流れるセンス電流密
度が大きくなっても前記高記録密度化に十分に対応可能
なスピンバルブ型薄膜素子を製造することが可能であ
る。
【０２３２】図５は本発明における異方性磁気抵抗効果
型素子（ＡＭＲ素子）を記録媒体との対向面と平行な方
向から切断した部分断面図である。
型素子（ＡＭＲ素子）を記録媒体との対向面と平行な方
向から切断した部分断面図である。
【０２３３】図５では、下地層６上にトラック幅方向
（図示Ｘ方向）にトラック幅Ｔｗの間隔を開けて一対の
シードレイヤ２２が形成されている。前記シードレイヤ
２２上にはエクスチェンジバイアス層２１，２１が形成
され、前記一対のシードレイヤ２２及びエクスチェンジ
バイアス層２１，２１間がＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3等の絶縁
材料で形成された絶縁層２６によって埋められている。
（図示Ｘ方向）にトラック幅Ｔｗの間隔を開けて一対の
シードレイヤ２２が形成されている。前記シードレイヤ
２２上にはエクスチェンジバイアス層２１，２１が形成
され、前記一対のシードレイヤ２２及びエクスチェンジ
バイアス層２１，２１間がＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3等の絶縁
材料で形成された絶縁層２６によって埋められている。
【０２３４】そして前記エクスチェンジバイアス層２
１，２１及び前記絶縁層２６上に、磁気抵抗層（ＭＲ
層）２０、非磁性層（ＳＨＵＮＴ層）１９、及び軟磁性
層（ＳＡＬ層）１８が積層される。
１，２１及び前記絶縁層２６上に、磁気抵抗層（ＭＲ
層）２０、非磁性層（ＳＨＵＮＴ層）１９、及び軟磁性
層（ＳＡＬ層）１８が積層される。
【０２３５】上記した図５に示すＡＭＲ型薄膜素子で
は、前記エクスチェンジバイアス層２１，２１と磁気抵
抗層２０との界面で発生する交換結合磁界により、図５
に示す磁気抵抗層２０のＥ領域が、図示Ｘ方向に単磁区
化される。そしてこれに誘発されて前記磁気抵抗層２０
のＤ領域の磁化が図示Ｘ方向に揃えられる。また、検出
電流が磁気抵抗層２０を流れる際に発生する電流磁界
が、軟磁性層１８にＹ方向に印加され、軟磁性層１８が
もたらす静磁結合エネルギーにより、磁気抵抗層２０の
Ｄ領域に横バイアス磁界がＹ方向に与えられる。Ｘ方向
に単磁区化された磁気抵抗層２０のＤ領域にこの横バイ
アス層が与えられることにより、磁気抵抗層２０のＤ領
域の磁界変化に対する抵抗変化（磁気抵抗効果特性：Ｈ
―Ｒ効果特性）が直線性を有する状態に設定される。
は、前記エクスチェンジバイアス層２１，２１と磁気抵
抗層２０との界面で発生する交換結合磁界により、図５
に示す磁気抵抗層２０のＥ領域が、図示Ｘ方向に単磁区
化される。そしてこれに誘発されて前記磁気抵抗層２０
のＤ領域の磁化が図示Ｘ方向に揃えられる。また、検出
電流が磁気抵抗層２０を流れる際に発生する電流磁界
が、軟磁性層１８にＹ方向に印加され、軟磁性層１８が
もたらす静磁結合エネルギーにより、磁気抵抗層２０の
Ｄ領域に横バイアス磁界がＹ方向に与えられる。Ｘ方向
に単磁区化された磁気抵抗層２０のＤ領域にこの横バイ
アス層が与えられることにより、磁気抵抗層２０のＤ領
域の磁界変化に対する抵抗変化（磁気抵抗効果特性：Ｈ
―Ｒ効果特性）が直線性を有する状態に設定される。
【０２３６】記録媒体の移動方向はＺ方向であり、図示
Ｙ方向に漏れ磁界が与えられると、磁気抵抗層２０のＤ
領域の抵抗値が変化し、これが電圧変化として検出され
る。
Ｙ方向に漏れ磁界が与えられると、磁気抵抗層２０のＤ
領域の抵抗値が変化し、これが電圧変化として検出され
る。
【０２３７】この実施形態においても前記シードレイヤ
２２は、元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種
または２種以上）とＣｒを含有した非磁性あるいは一部
が強磁性材料で形成される。
２２は、元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種
または２種以上）とＣｒを含有した非磁性あるいは一部
が強磁性材料で形成される。
【０２３８】また前記シードレイヤ２２には、前記エク
スチェンジバイアス層２１側に向かうにしたがって、前
記Ｃｒの組成比が増加する領域が存在している。
スチェンジバイアス層２１側に向かうにしたがって、前
記Ｃｒの組成比が増加する領域が存在している。
【０２３９】さらに前記シードレイヤ２２の前記エクス
チェンジバイアス層２１との界面での前記Ｃｒの組成比
は４０原子％以上で、この組成比は前記シードレイヤ２
２の前記エクスチェンジバイアス層２１と反対側の面で
のＣｒの組成比よりも大きくなっており、また前記シー
ドレイヤ２２の結晶構造は前記エクスチェンジバイアス
層２１との界面で面心立方構造（ｆｃｃ構造）となって
いる。
チェンジバイアス層２１との界面での前記Ｃｒの組成比
は４０原子％以上で、この組成比は前記シードレイヤ２
２の前記エクスチェンジバイアス層２１と反対側の面で
のＣｒの組成比よりも大きくなっており、また前記シー
ドレイヤ２２の結晶構造は前記エクスチェンジバイアス
層２１との界面で面心立方構造（ｆｃｃ構造）となって
いる。
【０２４０】あるいは図２と同様に、前記シードレイヤ
２２は元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのいずれか１種または
２種以上）とＣｒを含有した上層と下層とで構成され、
前記上層の前記エクスチェンジバイアス層１６との界面
でのＣｒの組成比は４０原子％以上で、しかも結晶構造
が面心立方構造であり、また前記上層側のＣｒの組成比
は下層側のＣｒの組成比よりも大きくなっている。さら
に前記上層の膜厚は下層の膜厚よりも小さくなってい
る。
２２は元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのいずれか１種または
２種以上）とＣｒを含有した上層と下層とで構成され、
前記上層の前記エクスチェンジバイアス層１６との界面
でのＣｒの組成比は４０原子％以上で、しかも結晶構造
が面心立方構造であり、また前記上層側のＣｒの組成比
は下層側のＣｒの組成比よりも大きくなっている。さら
に前記上層の膜厚は下層の膜厚よりも小さくなってい
る。
【０２４１】このように図５におけるＡＭＲ型薄膜素子
では、従来よりもシードレイヤ２２表面のＣｒの組成比
を大きくすることができると共に、前記シードレイヤ２
２の結晶構造を面心立方構造に適切に保つことができる
から、前記シードレイヤ２２上に積層される各層の膜面
と平行方向の結晶配向を良好に｛１１１｝配向させるこ
とができると共に、前記膜面と平行方向の結晶粒径を大
きくすることができる。
では、従来よりもシードレイヤ２２表面のＣｒの組成比
を大きくすることができると共に、前記シードレイヤ２
２の結晶構造を面心立方構造に適切に保つことができる
から、前記シードレイヤ２２上に積層される各層の膜面
と平行方向の結晶配向を良好に｛１１１｝配向させるこ
とができると共に、前記膜面と平行方向の結晶粒径を大
きくすることができる。
【０２４２】これによりスピンバルブ型薄膜素子の抵抗
値の増大及び各層間の拡散を生じにくくでき、耐エレク
トロマイグレーションの向上を図ることができ通電信頼
性を向上させることが可能である。
値の増大及び各層間の拡散を生じにくくでき、耐エレク
トロマイグレーションの向上を図ることができ通電信頼
性を向上させることが可能である。
【０２４３】また本発明では抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を
向上させることができ、また電気伝導度の変化量（Δ
Ｇ）を大きくできる。またサーマルノイズの低減を図る
ことが可能である。
向上させることができ、また電気伝導度の変化量（Δ
Ｇ）を大きくできる。またサーマルノイズの低減を図る
ことが可能である。
【０２４４】さらに本発明では前記ＡＭＲ型薄膜素子を
構成する磁気抵抗層２０の軟磁気特性を向上させること
ができる。具体的には前記磁気抵抗層２０の保磁力Ｈｃ
を低減させることができ、前記保磁力Ｈｃと比例関係に
ある膜面内の結晶磁気異方性エネルギーＫを小さくで
き、したがって外部磁界に対する前記磁気抵抗層２０の
磁化回転を良好にすることができ感度の良いスピンバル
ブ型薄膜素子を製造できる。
構成する磁気抵抗層２０の軟磁気特性を向上させること
ができる。具体的には前記磁気抵抗層２０の保磁力Ｈｃ
を低減させることができ、前記保磁力Ｈｃと比例関係に
ある膜面内の結晶磁気異方性エネルギーＫを小さくで
き、したがって外部磁界に対する前記磁気抵抗層２０の
磁化回転を良好にすることができ感度の良いスピンバル
ブ型薄膜素子を製造できる。
【０２４５】上記した効果を有する本発明におけるＡＭ
Ｒ型薄膜素子では、今後の高記録密度化において、前記
ＡＭＲ型薄膜素子に流れるセンス電流密度が大きくなっ
ても前記高記録密度化に十分に対応可能なＡＭＲ型薄膜
素子を製造することが可能である。
Ｒ型薄膜素子では、今後の高記録密度化において、前記
ＡＭＲ型薄膜素子に流れるセンス電流密度が大きくなっ
ても前記高記録密度化に十分に対応可能なＡＭＲ型薄膜
素子を製造することが可能である。
【０２４６】なお図５におけるシードレイヤ２２は既に
説明した図９及び図１０と同じ製造方法で形成すること
ができる。
説明した図９及び図１０と同じ製造方法で形成すること
ができる。
【０２４７】次に図１ないし図５に示す磁気検出素子で
は、いずれも下地層６が形成されているが、前記下地層
６が形成されていなくてもよい。ただし下地層６が形成
されない場合、その上に形成されるシードレイヤ２２は
ある程度、厚い膜厚で形成されないと結晶構造を適切に
面心立方構造にしつつ[１１１]面の優先配向を向上でき
ないと考えられる。前記シードレイヤ２２のうちＣｒの
組成比が小さくされる下層（図２の符号２７や図９の符
号２３）は２０Å以上であることが好ましい。上記した
ように本発明では、前記下層の膜厚の好ましい範囲とし
て２０Å以上としており、前記下地層６が無くても前記
下層の結晶構造を面心立方構造にしつつ良好な[１１１]
配向を得ることができる。特に前記下層のＣｒ組成比を
４０原子％〜４５原子％の高い値で形成する場合、下地
層６を設けず、さらに前記下層の膜厚を４５Å以上に厚
くすることで、前記下層の[１１１]面の優先配向を良好
にしやすくできることがわかった。ただしあまり膜厚が
厚くなりすぎると、センス電流の分流量が大きくなるの
で、前記下層の膜厚は１００Å以下であることが好まし
い。また前記下層のＣｒ組成比を０〜４０原子％の低い
値で形成する場合、前記下地層６を設けた方がより薄い
下層の膜厚でも良好な[１１１]面の優先配向度を得るこ
とができる。
は、いずれも下地層６が形成されているが、前記下地層
６が形成されていなくてもよい。ただし下地層６が形成
されない場合、その上に形成されるシードレイヤ２２は
ある程度、厚い膜厚で形成されないと結晶構造を適切に
面心立方構造にしつつ[１１１]面の優先配向を向上でき
ないと考えられる。前記シードレイヤ２２のうちＣｒの
組成比が小さくされる下層（図２の符号２７や図９の符
号２３）は２０Å以上であることが好ましい。上記した
ように本発明では、前記下層の膜厚の好ましい範囲とし
て２０Å以上としており、前記下地層６が無くても前記
下層の結晶構造を面心立方構造にしつつ良好な[１１１]
配向を得ることができる。特に前記下層のＣｒ組成比を
４０原子％〜４５原子％の高い値で形成する場合、下地
層６を設けず、さらに前記下層の膜厚を４５Å以上に厚
くすることで、前記下層の[１１１]面の優先配向を良好
にしやすくできることがわかった。ただしあまり膜厚が
厚くなりすぎると、センス電流の分流量が大きくなるの
で、前記下層の膜厚は１００Å以下であることが好まし
い。また前記下層のＣｒ組成比を０〜４０原子％の低い
値で形成する場合、前記下地層６を設けた方がより薄い
下層の膜厚でも良好な[１１１]面の優先配向度を得るこ
とができる。
【０２４８】従って下地層６を設ける方が前記シードレ
イヤ２２の結晶構造をより確実に面心立方構造にでき
[１１１]面の優先配向度も良好にすることができて好ま
しい。前記下地層６は例えば３０Å程度の膜厚で形成さ
れる。また前記下地層６を設けることでシードレイヤ２
２の膜面と平行な方向の結晶配向を、よりいっそう適切
に｛１１１｝配向させることができる。
イヤ２２の結晶構造をより確実に面心立方構造にでき
[１１１]面の優先配向度も良好にすることができて好ま
しい。前記下地層６は例えば３０Å程度の膜厚で形成さ
れる。また前記下地層６を設けることでシードレイヤ２
２の膜面と平行な方向の結晶配向を、よりいっそう適切
に｛１１１｝配向させることができる。
【０２４９】また本発明では図１ないし図５に示す磁気
検出素子において、前記磁気検出素子を膜厚方向に平行
に切断したときに現れる反強磁性層４（図３及び図５で
はエクスチェンジバイアス層１６、２１）の結晶粒界と
前記固定磁性層３（図３ではフリー磁性層１、図５では
磁気抵抗層２０）の結晶粒界が前記反強磁性層４と固定
磁性層３との界面の少なくとも一部で不連続な状態にな
っていることが好ましい。
検出素子において、前記磁気検出素子を膜厚方向に平行
に切断したときに現れる反強磁性層４（図３及び図５で
はエクスチェンジバイアス層１６、２１）の結晶粒界と
前記固定磁性層３（図３ではフリー磁性層１、図５では
磁気抵抗層２０）の結晶粒界が前記反強磁性層４と固定
磁性層３との界面の少なくとも一部で不連続な状態にな
っていることが好ましい。
【０２５０】また図１ないし図５に示す磁気検出素子に
おいて、前記磁気検出素子を膜厚方向に平行に切断した
ときに現れる反強磁性層４（図３及び図５ではエクスチ
ェンジバイアス層１６、２１）の結晶粒界と前記シード
レイヤ２２の結晶粒界が前記反強磁性層４とシードレイ
ヤ２２との界面の少なくとも一部で不連続な状態になっ
ていることが好ましい。
おいて、前記磁気検出素子を膜厚方向に平行に切断した
ときに現れる反強磁性層４（図３及び図５ではエクスチ
ェンジバイアス層１６、２１）の結晶粒界と前記シード
レイヤ２２の結晶粒界が前記反強磁性層４とシードレイ
ヤ２２との界面の少なくとも一部で不連続な状態になっ
ていることが好ましい。
【０２５１】また図１ないし図５に示す磁気検出素子に
おいて、前記反強磁性層４（図３及び図５ではエクスチ
ェンジバイアス層１６、２１）と固定磁性層３（図３で
はフリー磁性層１、図５では磁気抵抗層２０）の界面と
平行な結晶面は、互いに、代表的に｛１１１｝面として
表される等価な結晶面が優先配向し、前記結晶面内に存
在する、同じ等価な結晶軸の少なくとも一部が、前記反
強磁性層及び固定磁性層とで互いに異なる方向を向いて
いることが好ましい。
おいて、前記反強磁性層４（図３及び図５ではエクスチ
ェンジバイアス層１６、２１）と固定磁性層３（図３で
はフリー磁性層１、図５では磁気抵抗層２０）の界面と
平行な結晶面は、互いに、代表的に｛１１１｝面として
表される等価な結晶面が優先配向し、前記結晶面内に存
在する、同じ等価な結晶軸の少なくとも一部が、前記反
強磁性層及び固定磁性層とで互いに異なる方向を向いて
いることが好ましい。
【０２５２】また図１ないし図５に示す磁気検出素子に
おいて、前記反強磁性層４（図３及び図５ではエクスチ
ェンジバイアス層１６、２１）とシードレイヤ２２の界
面と平行な結晶面は、互いに代表的に｛１１１｝面とし
て表される等価な結晶面が優先配向し、前記結晶面内に
存在する、同じ等価な結晶軸の少なくとも一部が、前記
反強磁性層及びシードレイヤとで互いに異なる方向を向
いていることが好ましい。
おいて、前記反強磁性層４（図３及び図５ではエクスチ
ェンジバイアス層１６、２１）とシードレイヤ２２の界
面と平行な結晶面は、互いに代表的に｛１１１｝面とし
て表される等価な結晶面が優先配向し、前記結晶面内に
存在する、同じ等価な結晶軸の少なくとも一部が、前記
反強磁性層及びシードレイヤとで互いに異なる方向を向
いていることが好ましい。
【０２５３】上記のような関係にある場合、反強磁性層
４と固定磁性層３との界面、および反強磁性層４とシー
ドレイヤ２２との界面では、いわゆる非整合状態が保た
れ、前記反強磁性層４は熱処理によって不規則格子から
規則格子に適切な規則変態がなされており、大きな交換
結合磁界を得ることが可能である。
４と固定磁性層３との界面、および反強磁性層４とシー
ドレイヤ２２との界面では、いわゆる非整合状態が保た
れ、前記反強磁性層４は熱処理によって不規則格子から
規則格子に適切な規則変態がなされており、大きな交換
結合磁界を得ることが可能である。
【０２５４】上記した関係を得るには、シードレイヤ２
２表面の濡れ性が高いこと及び結晶構造が面心立方構造
に保たれることのほかに、反強磁性層４の組成比や前記
シードレイヤ２２の上に形成される各層の成膜条件を適
切に調整することが必要である。
２表面の濡れ性が高いこと及び結晶構造が面心立方構造
に保たれることのほかに、反強磁性層４の組成比や前記
シードレイヤ２２の上に形成される各層の成膜条件を適
切に調整することが必要である。
【０２５５】既に説明したように前記反強磁性層４を構
成する元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比は４５（原
子％）以上６０（原子％）以下であることが好ましい。
成する元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比は４５（原
子％）以上６０（原子％）以下であることが好ましい。
【０２５６】また成膜条件としては、例えばスパッタ成
膜の際に使用されるＡｒガスの圧力を３ｍＴｏｒｒとす
る。また反強磁性層４と固定磁性層３間に交換結合磁界
を発生させるための熱処理温度を２００℃以上で３００
℃以下とし、熱処理時間を２時間以上で１０-6Ｔｏｒｒ
以下の真空中で磁場中熱処理をする。また前記基板とタ
ーゲット間の距離を８０ｍｍとする。
膜の際に使用されるＡｒガスの圧力を３ｍＴｏｒｒとす
る。また反強磁性層４と固定磁性層３間に交換結合磁界
を発生させるための熱処理温度を２００℃以上で３００
℃以下とし、熱処理時間を２時間以上で１０-6Ｔｏｒｒ
以下の真空中で磁場中熱処理をする。また前記基板とタ
ーゲット間の距離を８０ｍｍとする。
【０２５７】上記の反強磁性層４の組成比及び成膜条件
などにより、前記反強磁性層４と固定磁性層３との界
面、反強磁性層４とシードレイヤ２２との界面を適切に
非整合状態にでき、１．５８×１０4（Ａ／ｍ）以上の
高い交換結合磁界を得ることが可能である。
などにより、前記反強磁性層４と固定磁性層３との界
面、反強磁性層４とシードレイヤ２２との界面を適切に
非整合状態にでき、１．５８×１０4（Ａ／ｍ）以上の
高い交換結合磁界を得ることが可能である。
【０２５８】図８は、図１から図５に示す磁気検出素子
が形成された読み取りヘッドの構造を記録媒体との対向
面側から見た断面図である。
が形成された読み取りヘッドの構造を記録媒体との対向
面側から見た断面図である。
【０２５９】符号４０は、例えばＮｉＦｅ合金などで形
成された下部シールド層であり、この下部シールド層４
０の上に下部ギャップ層４１が形成されている。また下
部ギャップ層４１の上には、図１ないし図５に示す磁気
検出素子４２が形成されており、さらに前記磁気検出素
子４２の上には、上部ギャップ層４３が形成され、前記
上部ギャップ層４３の上には、ＮｉＦｅ合金などで形成
された上部シールド層４４が形成されている。
成された下部シールド層であり、この下部シールド層４
０の上に下部ギャップ層４１が形成されている。また下
部ギャップ層４１の上には、図１ないし図５に示す磁気
検出素子４２が形成されており、さらに前記磁気検出素
子４２の上には、上部ギャップ層４３が形成され、前記
上部ギャップ層４３の上には、ＮｉＦｅ合金などで形成
された上部シールド層４４が形成されている。
【０２６０】前記下部ギャップ層４１及び上部ギャップ
層４３は、例えばＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ 3（アルミナ）など
の絶縁材料によって形成されている。図８に示すよう
に、下部ギャップ層４１から上部ギャップ層４３までの
長さがギャップ長Ｇｌであり、このギャップ長Ｇｌが小
さいほど高記録密度化に対応できるものとなっている。
層４３は、例えばＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ 3（アルミナ）など
の絶縁材料によって形成されている。図８に示すよう
に、下部ギャップ層４１から上部ギャップ層４３までの
長さがギャップ長Ｇｌであり、このギャップ長Ｇｌが小
さいほど高記録密度化に対応できるものとなっている。
【０２６１】本発明では前記反強磁性層４の膜厚を小さ
くしてもなお大きな交換結合磁界を発生させることがで
きる。前記反強磁性層４の膜厚は、例えば７０Å以上で
形成され、３００Å程度の膜厚であった従来に比べて前
記反強磁性層４の膜厚を十分に小さくできる。よって狭
ギャップ化により高記録密度化に対応可能な薄膜磁気ヘ
ッドを製造することが可能になっている。
くしてもなお大きな交換結合磁界を発生させることがで
きる。前記反強磁性層４の膜厚は、例えば７０Å以上で
形成され、３００Å程度の膜厚であった従来に比べて前
記反強磁性層４の膜厚を十分に小さくできる。よって狭
ギャップ化により高記録密度化に対応可能な薄膜磁気ヘ
ッドを製造することが可能になっている。
【０２６２】なお本発明における磁気検出素子は、ハー
ドディスク装置内に内臓される磁気ヘッド以外にも磁気
センサなどに利用可能である。
ドディスク装置内に内臓される磁気ヘッド以外にも磁気
センサなどに利用可能である。
【０２６３】
【発明の効果】以上詳述したように本発明における交換
結合膜では、シードレイヤ表面のＣｒ組成比を大きくし
て濡れ性を向上させることができると共に結晶構造を面
心立方構造にすることができる。従って前記シードレイ
ヤ上に積層される各層の膜面と平行方向の結晶配向を良
好に｛１１１｝配向させることができると共に、前記膜
面と平行方向の結晶粒径を大きくすることができる。
結合膜では、シードレイヤ表面のＣｒ組成比を大きくし
て濡れ性を向上させることができると共に結晶構造を面
心立方構造にすることができる。従って前記シードレイ
ヤ上に積層される各層の膜面と平行方向の結晶配向を良
好に｛１１１｝配向させることができると共に、前記膜
面と平行方向の結晶粒径を大きくすることができる。
【０２６４】また本発明の製造方法では、前記シードレ
イヤをＣｒの組成比が低い下層とＣｒの組成比が高い上
層でスパッタ成膜し、しかも前記下層の膜厚よりも上層
の膜厚を薄く形成する。これにより、容易に前記シード
レイヤ表面の濡れ性を向上させることができると共に適
切に結晶構造を面心立方構造にすることができる。
イヤをＣｒの組成比が低い下層とＣｒの組成比が高い上
層でスパッタ成膜し、しかも前記下層の膜厚よりも上層
の膜厚を薄く形成する。これにより、容易に前記シード
レイヤ表面の濡れ性を向上させることができると共に適
切に結晶構造を面心立方構造にすることができる。
【０２６５】本発明では上記の交換結合膜を磁気検出素
子に適用でき、上記交換結合膜を有する磁気検出素子で
は、耐エレクトロマイグレーションの向上を図ることが
でき通電信頼性を向上させることが可能である。
子に適用でき、上記交換結合膜を有する磁気検出素子で
は、耐エレクトロマイグレーションの向上を図ることが
でき通電信頼性を向上させることが可能である。
【０２６６】また本発明では抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を
向上させることができ、また電気伝導度の変化量（Δ
Ｇ）を大きくできる。またサーマルノイズの低減を図る
ことが可能である。
向上させることができ、また電気伝導度の変化量（Δ
Ｇ）を大きくできる。またサーマルノイズの低減を図る
ことが可能である。
【０２６７】さらに本発明ではフリー磁性層や磁気抵抗
層の軟磁気特性を向上させることができる。
層の軟磁気特性を向上させることができる。
【０２６８】前記交換結合膜を有する磁気検出素子であ
ると、今後の高記録密度化に適切に対応することが可能
になる。
ると、今後の高記録密度化に適切に対応することが可能
になる。
【図１】本発明の第１実施形態の磁気検出素子（シング
ルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体
との対向面側から見た断面図、
ルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体
との対向面側から見た断面図、
【図２】本発明の第２実施形態の磁気検出素子（シング
ルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体
との対向面側から見た断面図、
ルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体
との対向面側から見た断面図、
【図３】本発明の第３実施形態の磁気検出素子（シング
ルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体
との対向面側から見た断面図、
ルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体
との対向面側から見た断面図、
【図４】本発明の第４実施形態の磁気検出素子（デュア
ルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体
との対向面側から見た断面図、
ルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体
との対向面側から見た断面図、
【図５】本発明の第５実施形態の磁気検出素子（ＡＭＲ
型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側か
ら見た断面図、
型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側か
ら見た断面図、
【図６】シードレイヤの濡れ性が悪い場合の前記シード
レイヤ上にスパッタされる反強磁性層の原子状態を示す
模式図、
レイヤ上にスパッタされる反強磁性層の原子状態を示す
模式図、
【図７】シードレイヤの濡れ性が良い場合の前記シード
レイヤ上にスパッタされる反強磁性層の原子状態を示す
模式図、
レイヤ上にスパッタされる反強磁性層の原子状態を示す
模式図、
【図８】磁気検出素子を有する薄膜磁気ヘッドの部分断
面図、
面図、
【図９】本発明における磁気検出素子の製造方法を説明
するための一工程図、
するための一工程図、
【図１０】本発明における磁気検出素子の他の製造方法
を説明するための一工程図、
を説明するための一工程図、
【図１１】従来における磁気検出素子を記録媒体との対
向面側から見た部分断面図、
向面側から見た部分断面図、
１ フリー磁性層 ２ 非磁性中間層 ３ 固定磁性層（強磁性層） ４ 反強磁性層 ５ ハードバイアス層 ６ 下地層 ７ 保護層 ８ 電極層 １５ バックド層 ２２ シードレイヤ ２３、２７ 下層 ２４、２８ 上層 ２５ 基板
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０１Ｌ 43/12 Ｈ０１Ｌ 43/12
Claims (64)
- 【請求項１】 下から非磁性あるいは一部が強磁性材料
で形成されたシードレイヤ、反強磁性層、強磁性層の順
に積層され、前記反強磁性層と強磁性層との界面で交換
結合磁界が発生することで、前記強磁性層の磁化方向が
一定方向にされる交換結合膜において、 前記シードレイヤは元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちい
ずれか１種または２種以上）とＣｒを含有し、前記シー
ドレイヤの前記反強磁性層との界面での前記Ｃｒの組成
比は４０原子％以上で、このＣｒの組成比は、前記シー
ドレイヤの前記反強磁性層と反対側の面でのＣｒの組成
比（原子％）よりも大きくなっており、 前記シードレイヤには、前記反強磁性層側に向かうにし
たがって、前記Ｃｒの組成比（原子％）が増加する領域
が存在し、 前記シードレイヤの結晶構造は前記反強磁性層との界面
で面心立方構造（ｆｃｃ構造）であることを特徴とする
交換結合膜。 - 【請求項２】 前記シードレイヤの前記反強磁性層との
界面での前記Ｃｒの組成比は４０原子％以上で７０原子
％以下である請求項１記載の交換結合膜。 - 【請求項３】 前記Ｃｒの組成比は４５原子％以上で６
０原子％以下である請求項２記載の交換結合膜。 - 【請求項４】 前記シードレイヤの前記反強磁性層と反
対側の面での前記Ｃｒの組成比は２０原子％以上で４５
原子％以下である請求項１ないし３のいずれかに記載の
交換結合膜。 - 【請求項５】 前記Ｃｒの組成比は２０原子％以上で４
０原子％以下である請求項４記載の交換結合膜。 - 【請求項６】 前記シードレイヤはＮｉＦｅＣｒ合金あ
るいはＮｉＣｒ合金で形成される請求項１ないし５のい
ずれかに記載の交換結合膜。 - 【請求項７】 前記シードレイヤの組成式は（Ｎｉ
100-XＦｅX）−Ｃｒで示され、組成比Ｘは、０原子％≦
Ｘ≦７０原子％である請求項６記載の交換結合膜。 - 【請求項８】 前記組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦５０原
子％である請求項７記載の交換結合膜。 - 【請求項９】 前記組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦３０原
子％である請求項８記載の交換結合膜。 - 【請求項１０】 前記シードレイヤの膜厚は、２３Å以
上で８０Å以下である請求項１ないし９のいずれかに記
載の交換結合膜。 - 【請求項１１】 前記シードレイヤの膜厚は、２５Å以
上で５０Å以下である請求項１０記載の交換結合膜。 - 【請求項１２】 下から非磁性あるいは一部が強磁性材
料で形成されたシードレイヤ、反強磁性層、強磁性層の
順に積層され、前記反強磁性層と強磁性層との界面で交
換結合磁界が発生することで、前記強磁性層の磁化方向
が一定方向にされる交換結合膜において、 前記シードレイヤは上層と下層の積層構造で形成され、
前記上層及び下層はそれぞれ、元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃ
oのうちいずれか１種または２種以上）とＣｒとを含有
した非磁性あるいは一部が強磁性材料で形成され、 前記シードレイヤのうち前記上層のＣｒの組成比は４０
原子％以上で、前記反強磁性層との界面での結晶構造
は、面心立方構造（ｆｃｃ構造）であり、 前記上層のＣｒの組成比は、下層のＣｒの組成比よりも
大きく、 前記上層の膜厚は、前記下層の膜厚よりも小さいことを
特徴とする交換結合膜。 - 【請求項１３】 前記上層のＣｒの組成比は４０原子％
以上で７０原子％以下である請求項１２記載の交換結合
膜。 - 【請求項１４】 前記Ｃｒの組成比は４５原子％以上で
６０原子％以下である請求項１３記載の交換結合膜。 - 【請求項１５】 前記下層のＣｒの組成比は２０原子％
以上で４５原子％以下である請求項１２ないし１４のい
ずれかに記載の交換結合膜。 - 【請求項１６】 前記Ｃｒの組成比は２０原子％以上で
４０原子％以下である請求項１５記載の交換結合膜。 - 【請求項１７】 前記上層及び下層はそれぞれ、ＦｅＮ
ｉＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金で形成される請求項１
２ないし１６のいずれかに記載の交換結合膜。 - 【請求項１８】 前記上層及び下層の組成式は（Ｎｉ
100-XＦｅX）−Ｃｒで示され、組成比Ｘは、０原子％≦
Ｘ≦７０原子％である請求項１７記載の交換結合膜。 - 【請求項１９】 前記組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦５０
原子％である請求項１８記載の交換結合膜。 - 【請求項２０】 前記組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦３０
原子％である請求項１９記載の交換結合膜。 - 【請求項２１】 前記下層は、ＦｅＮｉ合金で形成され
る請求項１２ないし１４に記載の交換結合膜。 - 【請求項２２】 前記上層の膜厚は３Å以上で２０Å以
下である請求項１２ないし２１のいずれかに記載の交換
結合膜。 - 【請求項２３】 前記上層の膜厚は５Å以上で１０Å以
下である請求項２２記載の交換結合膜。 - 【請求項２４】 前記下層の膜厚は２０Å以上で６０Å
以下である請求項１２ないし２３のいずれかに記載の交
換結合膜。 - 【請求項２５】 前記下層の膜厚は２０Å以上で４０Å
以下である請求項２４記載の交換結合膜。 - 【請求項２６】 前記上層と下層との間には、１層以上
の中間層が形成され、前記中間層は元素α（Ｆｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｏのうちいずれか１種または２種以上）とＣｒを
含有した非磁性あるいは一部が強磁性材料で形成され、
前記Ｃｒの組成比は前記上層のＣｒの組成比よりも小さ
い請求項１２ないし２５のいずれかに記載の交換結合
膜。 - 【請求項２７】 前記シードレイヤの下には、Ｔａ，Ｈ
ｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１種
以上の元素で形成された下地層が形成されている請求項
１ないし２６のいずれかに記載の交換結合膜。 - 【請求項２８】 前記シードレイヤはスパッタ成膜され
る請求項１ないし２７のいずれかに記載の交換結合膜。 - 【請求項２９】 前記シードレイヤ上の各層に形成され
た結晶粒の膜面と平行な方向における平均結晶粒径は、
１００Å以上である請求項１ないし２８のいずれかに記
載の交換結合膜。 - 【請求項３０】 前記平均結晶粒径は、１５０Å以上で
ある請求項２９記載の交換結合膜。 - 【請求項３１】 前記交換結合膜を膜厚方向と平行に切
断したときに切断面に現われる前記反強磁性層に形成さ
れた結晶粒界と、強磁性層に形成された結晶粒界とが、
前記反強磁性層と強磁性層との界面の少なくとも一部で
不連続である請求項１ないし３０のいずれかに記載の交
換結合膜。 - 【請求項３２】 前記交換結合膜を膜厚方向と平行に切
断したときに切断面に現われる前記反強磁性層に形成さ
れた結晶粒界と、シードレイヤに形成された結晶粒界と
が、前記反強磁性層とシードレイヤとの界面の少なくと
も一部で不連続である請求項１ないし３１のいずれかに
記載の交換結合膜。 - 【請求項３３】 前記反強磁性層と強磁性層の界面と平
行な結晶面は、互いに、代表的に｛１１１｝面として表
される等価な結晶面が優先配向し、前記結晶面内に存在
する、同じ等価な結晶軸の少なくとも一部が、前記反強
磁性層及び強磁性層とで互いに異なる方向を向いている
請求項１ないし３２のいずれかに記載の交換結合膜。 - 【請求項３４】 前記反強磁性層とシードレイヤの界面
と平行な結晶面は、互いに代表的に｛１１１｝面として
表される等価な結晶面が優先配向し、前記結晶面内に存
在する、同じ等価な結晶軸の少なくとも一部が、前記反
強磁性層及びシードレイヤとで互いに異なる方向を向い
ている請求項１ないし３３のいずれかに記載の交換結合
膜。 - 【請求項３５】 前記反強磁性層は、元素Ｘ（ただしＸ
は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種ま
たは２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁
性材料で形成される請求項１ないし３４のいずれかに記
載の交換結合膜。 - 【請求項３６】 前記反強磁性層は、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合
金（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂ
ｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃ
ｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚ
ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種
または２種以上の元素である）で形成されている請求項
１ないし３４のいずれかに記載の交換結合膜。 - 【請求項３７】 前記Ｘ―Ｍｎ―Ｘ′合金は、元素Ｘと
Ｍｎとで構成される空間格子の隙間に元素Ｘ′が侵入し
た侵入型固溶体であり、あるいは、元素ＸとＭｎとで構
成される結晶格子の格子点の一部が、元素Ｘ′に置換さ
れた置換型固溶体である請求項３６記載の交換結合膜。 - 【請求項３８】 前記元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組
成比は、４５（原子％）以上６０（原子％）以下である
請求項３５ないし３７のいずれかに記載の交換結合膜。 - 【請求項３９】 下からシードレイヤ、反強磁性層、固
定磁性層、非磁性中間層、およびフリー磁性層の順に積
層され、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁
化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、 前記シードレイヤ、反強磁性層及び固定磁性層が請求項
１ないし３８のいずれかに記載された交換結合膜により
形成されていることを特徴とする磁気検出素子。 - 【請求項４０】 下から、シードレイヤ、反強磁性のエ
クスチェンジバイアス層、フリー磁性層、非磁性中間
層、固定磁性層、および反強磁性層の順に積層され、前
記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と交叉す
る方向に揃えられた磁気検出素子において、 前記シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及びフリ
ー磁性層が請求項１ないし３８のいずれかに記載された
交換結合膜により形成されていることを特徴とする磁気
検出素子。 - 【請求項４１】 フリー磁性層の上下に積層された非磁
性中間層と、一方の前記非磁性中間層の上および他方の
非磁性中間層の下に位置する固定磁性層と、一方の前記
固定磁性層の上および他方の固定磁性層の下に位置する
反強磁性層とを有し、前記フリー磁性層よりも下側に形
成された反強磁性層の下側にはシードレイヤが形成さ
れ、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と
交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、 前記シードレイヤ、その上に接合された反強磁性層及び
固定磁性層が請求項１ないし３８のいずれかに記載され
た交換結合膜により形成されていることを特徴とする磁
気検出素子。 - 【請求項４２】 下から、シードレイヤ、反強磁性のエ
クスチェンジバイアス層、磁気抵抗層、非磁性層、およ
び軟磁性層の順で積層された磁気検出素子において、 前記シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及び磁気
抵抗層が請求項１ないし３８のいずれかに記載された交
換結合膜により形成されていることを特徴とする磁気検
出素子。 - 【請求項４３】 下からシードレイヤ、反強磁性層、お
よび強磁性層の順に積層し、前記反強磁性層と強磁性層
との界面に交換結合磁界を発生させて、前記強磁性層の
磁化方向を一定方向に向ける交換結合膜の製造方法にお
いて、（Ａ）Ｃｒの組成比が２０原子％以上で４５原子
％以下となるＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金で
形成された前記シードレイヤの下層を２０Å以上で６０
Å以下の膜厚でスパッタ成膜する工程と、（Ｂ）前記下
層の上に、前記下層よりもＣｒの組成比が大きく、且つ
前記Ｃｒの組成比が４０原子％以上で７０原子％以下と
なるＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金で形成され
た前記シードレイヤの上層を３Å以上で２０Å以下の膜
厚でスパッタ成膜する工程と、（Ｃ）前記シードレイヤ
の上に反強磁性層、強磁性層を順次積層し、熱処理を施
して、前記反強磁性層と強磁性層との界面に交換結合磁
界を発生させ、磁場方向に前記強磁性層を磁化する工程
と、 を有することを特徴とする交換結合膜の製造方法。 - 【請求項４４】 前記上層のＣｒの組成比を４５原子％
以上で６０原子％以下とする請求項４３記載の交換結合
膜の製造方法。 - 【請求項４５】 前記上層の膜厚を５Å以上で１０Å以
下にする請求項４３または４４に記載の交換結合膜の製
造方法。 - 【請求項４６】 前記下層のＣｒの組成比を２０原子％
以上で４０原子％以下にする請求項４３ないし４５のい
ずれかに記載の交換結合膜の製造方法。 - 【請求項４７】 前記上層及び下層の組成式は（Ｎｉ
100-XＦｅX）−Ｃｒで示され、組成比Ｘを、０原子％≦
Ｘ≦７０原子％とする請求項４３ないし４６のいずれか
に記載の交換結合膜。 - 【請求項４８】 前記組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦５０
原子％とする請求項４７記載の交換結合膜。 - 【請求項４９】 前記組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦３０
原子％とする請求項４８記載の交換結合膜。 - 【請求項５０】 前記（Ａ）工程に代えて、以下の工程
を有する請求項４３ないし４５のいずれかに記載の交換
結合膜の製造方法。（Ｄ）ＮｉＦｅ合金で形成された前
記シードレイヤの下層を２０Å以上で６０Å以下の膜厚
でスパッタ成膜する工程、 - 【請求項５１】 前記下層の膜厚を２０Å以上で４０Å
以下にする請求項４３ないし５０のいずれかに記載の交
換結合膜の製造方法。 - 【請求項５２】 下からシードレイヤ、反強磁性層、お
よび強磁性層の順に積層し、前記反強磁性層と強磁性層
との界面に交換結合磁界を発生させて、前記強磁性層の
磁化方向を一定方向に向ける交換結合膜の製造方法にお
いて、（Ｅ）前記シードレイヤをＮｉＦｅＣｒ合金ある
いはＮｉＣｒ合金で２３Å以上で８０Å以下の膜厚でス
パッタ成膜し、このとき下面でのＣｒ組成比を２０原子
％以上で４５原子％以下として前記下面から上面にかけ
て徐々にＣｒの組成比が大きくなるようにスパッタ成膜
し、さらに前記上面でのＣｒの組成比を４０原子％以上
で７０原子％以下にする工程と、（Ｆ）前記シードレイ
ヤの上に反強磁性層、強磁性層を順次積層し、熱処理を
施して、前記反強磁性層と強磁性層との界面に交換結合
磁界を発生させ、磁場方向に前記強磁性層を磁化する工
程と、 を有することを特徴とする交換結合膜の製造方法。 - 【請求項５３】 前記シードレイヤの組成式は（Ｎｉ
100-XＦｅX）−Ｃｒで示され、組成比Ｘを、０原子％≦
Ｘ≦７０原子％とする請求項５２記載の交換結合膜の製
造方法。 - 【請求項５４】 前記組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦５０
原子％とする請求項５３記載の交換結合膜の製造方法。 - 【請求項５５】 前記組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦３０
原子％とする請求項５４記載の交換結合膜の製造方法。 - 【請求項５６】 前記シードレイヤを２５Å以上で５０
Å以下の膜厚でスパッタ成膜する請求項５２ないし５５
のいずれかに記載の交換結合膜の製造方法。 - 【請求項５７】 前記シードレイヤの下に、Ｔａ，Ｈ
ｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１種
以上の元素で形成された下地層を形成する請求項４３な
いし５６のいずれかに記載の交換結合膜の製造方法。 - 【請求項５８】 前記反強磁性層を、元素Ｘ（ただしＸ
は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種ま
たは２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁
性材料でスパッタ成膜する請求項４３ないし５７のいず
れかに記載の交換結合膜の製造方法。 - 【請求項５９】 前記反強磁性層を、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合
金（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂ
ｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃ
ｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚ
ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種
または２種以上の元素である）でスパッタ成膜する請求
項４３ないし５７のいずれかに記載の交換結合膜の製造
方法。 - 【請求項６０】 前記元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組
成比を、４５（原子％）以上６０（原子％）以下とする
請求項５８または５９に記載の交換結合膜の製造方法。 - 【請求項６１】 下からシードレイヤ、反強磁性層、固
定磁性層、非磁性中間層、およびフリー磁性層の順に積
層して成る磁気検出素子の製造方法において、 前記シードレイヤ、反強磁性層及び固定磁性層を請求項
４３ないし６０のいずれかに記載された交換結合膜によ
り形成することを特徴とする磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項６２】 下からシードレイヤ、反強磁性のエク
スチェンジバイアス層、フリー磁性層、非磁性中間層、
固定磁性層、および反強磁性層の順に積層する磁気検出
素子の製造方法において、 前記シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及びフリ
ー磁性層を請求項４３ないし６０のいずれかに記載され
た交換結合膜により形成されていることを特徴とする磁
気検出素子の製造方法。 - 【請求項６３】 フリー磁性層の上下に積層された非磁
性中間層と、一方の前記非磁性中間層の上および他方の
非磁性中間層の下に位置する固定磁性層と、一方の前記
固定磁性層の上および他方の固定磁性層の下に位置する
反強磁性層とを有し、前記フリー磁性層よりも下側に形
成された反強磁性層の下側にシードレイヤを形成して成
る磁気検出素子の製造方法において、 前記シードレイヤ、その上に接合する反強磁性層及び固
定磁性層を請求項４３ないし６０のいずれかに記載され
た交換結合膜により形成することを特徴とする磁気検出
素子の製造方法。 - 【請求項６４】 下からシードレイヤ、反強磁性のエク
スチェンジバイアス層、磁気抵抗層、非磁性層、および
軟磁性層の順で積層した磁気検出素子の製造方法におい
て、 前記シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及び磁気
抵抗層を請求項４３ないし６０のいずれかに記載された
交換結合膜により形成することを特徴とする磁気検出素
子の製造方法。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004186701A (ja) * | 2002-12-03 | 2004-07-02 | Headway Technologies Inc | ボトムスピンバルブ型センサおよび対称性デュアルスピンバルブ型センサならびにそれらの形成方法 |
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- 2001-02-20 JP JP2001042908A patent/JP3708441B2/ja not_active Expired - Fee Related
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