JP2002280635A - 磁気検出素子及びその製造方法 - Google Patents
磁気検出素子及びその製造方法Info
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Abstract
では、絶縁障壁層の材料としてアルミナなどが用いられ
てきたが、前記絶縁障壁層の絶縁性、耐現像液性、平滑
性、及び放熱性が充分ではなかった。 【解決手段】 組成式がAl−Si−OまたはSi−O
−Nで示される絶縁性材料を用いて、絶縁障壁層13を
形成し、これによって絶縁障壁層13の絶縁性、耐現像
液性、平滑性、及び放熱性を向上させることが可能にな
る。
Description
効果によって磁気を検出する磁気検出素子に係り、特
に、安定した抵抗変化率を得ることができ、また再現性
良く形成可能な磁気検出素子及びその製造方法に関す
る。
生専用のヘッドとして、巨大磁気抵抗効果を示すGMR
素子があり、GMR(giant magnetoresistive)素子
は高い感度を有することで知られている。
純で、弱い外部磁界で抵抗が変化するものにスピンバル
ブ膜があり、前記スピンバルブ膜は最も単純には4層構
造で構成される。
分模式図である。図19は、記録媒体との対向面側から
見た断面図である。
金などで形成される強磁性層であり、前記強磁性層間
に、Cuなどで形成された非磁性導電層2が介在する。
1がフリー磁性層と呼ばれる層であり、強磁性層3が固
定磁性層である。以下、強磁性層1をフリー磁性層と、
強磁性層3を固定磁性層と称す。
はNiMn合金などで形成される反強磁性層4が接して
形成され、磁場中アニールが施されることにより前記固
定磁性層3と反強磁性層4間に交換異方性磁界が生じ、
前記固定磁性層3は、ハイト方向(図示Y方向)に磁化
が固定される。
(図示しない)などの影響を受けることで、磁化がトラ
ック幅方向(図示X方向)に揃えられ、前記固定磁性層
3とフリー磁性層1との磁化が交叉する関係にされる。
強磁性層4までの積層膜のトラック幅方向(図示X方
向)両側には、電極層5,5が設けられている。なお、
前記導電層5,5は、Cu(銅)やW(タングステ
ン)、Cr(クロム)などで形成されている。
ディスクなどの記録媒体からの漏れ磁界により、前記フ
リー磁性層1の磁化方向が変動すると、固定磁性層3の
固定磁化方向との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵
抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの漏
れ磁界が検出される。スピンバルブ膜の抵抗変化率(M
R比)は、数%から十数%程度である。
ディスク装置の面記録密度は上昇し続け、現在主流とな
っているGMR素子では、今後の高い記録密度に対応可
能か否かが問題となってくる。
して、トンネル型磁気抵抗効果型素子(Tunneling mag
netoresistive)が脚光を浴びるようになってきた。ト
ンネル型磁気抵抗効果型素子の抵抗変化率(TMR比)
は、数10%に達するので、GMR素子に比べて非常に
大きな再生出力が得られることになる。
型素子の構造を示す部分模式図である。図20は記録媒
体との対向面側から見た断面図である。
示すスピンバルブ膜と同様に、フリー磁性層と固定磁性
層であり、前記固定磁性層3上には反強磁性層4が接し
て形成されている。
は、フリー磁性層1と固定磁性層3との間に、例えばA
l2O3(アルミナ)などで形成された絶縁障壁層6が形
成されていることと、電極層5,5が、フリー磁性層1
から反強磁性層4で成る多層膜の膜面に対し、垂直方向
(図示Z方向)の両側に設けられていることである。
の強磁性層(フリー磁性層1と固定磁性層3)に電圧を
印加すると、トンネル効果により絶縁障壁層6を介して
電流(トンネル電流)が流れる。
ルブ膜の場合と同様に、固定磁性層3の磁化は図示Y方
向に固定され、フリー磁性層1の磁化は図示X方向に揃
えられ、外部磁界の影響を受けて磁化方向は変動するよ
うになっている。
反平行の場合に、トンネル電流は最も流れにくくなり、
抵抗値は最大になり、固定磁性層3とフリー磁性層1と
の磁化が平行の場合に、トンネル電流は最も流れ易くな
り、抵抗値は最小になる。
性層1の磁化が変動することにより、変化する電気抵抗
を電圧変化としてとらえ、記録媒体からの漏れ磁界が検
出されるようになっている。
抗変化率(TMR比;ΔRTMR)は、2PpPF/(1−
PPPF)で表される。ここでPpは、固定磁性層のスピ
ン分極率(上向きスピンと下向きスピンの電子数の差
を、全電子数で規格化したもの。以下、単に分極率と称
す)であり、PFはフリー磁性層の分極率であり、この
式からわかるように、抵抗変化率は、強磁性層の分極率
によって決定される。分極率を大きくすれば、理論上抵
抗変化率は大きくなる。
抵抗効果型素子は、その絶縁障壁層6がAl2O3(アル
ミナ)で形成されることが多かった。
O3を使用した従来の磁気検出素子では、近年の高記録
密度化に伴い、以下のような問題点が発生した。
絶縁障壁層6は、厚さが1〜2nmと非常に薄く形成さ
れる。このように膜厚が非常に薄く形成された場合、ア
ルミナで形成された絶縁障壁層6では、適切な強さの絶
縁耐圧を得ることができず、磁気検出素子に大きな電流
が流されたときに、絶縁障壁層6が破壊されやすい。
子抵抗が高く、2つの強磁性層(フリー磁性層1と固定
磁性層3)に電圧を印加したときに、絶縁障壁層6に大
きな電圧がかかるので絶縁障壁層6が破壊される確率が
高くなる。
6を薄くする必要があるが、絶縁耐圧が低いと、フリー
磁性層1と固定磁性層3が電気的に短絡しやすく、絶縁
障壁層6を薄く形成することが困難になる。
る。図20の磁気検出素子を形成した後の工程で、電極
層5上に主電極層やインダクディブヘッドを形成する。
前記主電極層やインダクディブヘッドを形成するときに
は、レジストパターン形成の工程を有するが、レジスト
パターン形成の際に使用される強アルカリなどの現像液
にアルミナは溶けやすく、また前記現像液にさらされた
ときの前記アルミナのエッチングレートは非常に早い。
は非常に薄いため、耐現像液性が低いと絶縁障壁層6を
確実に形成することが困難になる。
ナチタンカーバイド(Al−Ti−C)などからなるス
ライダのトレーリング端面に設けられる。前記磁気検出
素子の形成後に前記スライダを加工する工程において
も、磁気検出素子は研削液やラッピング用液などの液体
にさらされるが、トンネル型磁気抵抗効果型素子の絶縁
障壁層6の膜厚は非常に薄いため、前記絶縁障壁層6が
わずかに溶解・変質した場合でも、製品の信頼性に大き
な影響を与える。
耐現像液性を有する絶縁障壁層6を形成するためには、
絶縁障壁層6の膜厚を厚くする必要があり、トンネル電
流が流れなくなってしまう。
ンネル型磁気抵抗効果型素子は素子抵抗が高く、発熱量
が大きくなる。このため絶縁障壁層6は放熱性が良いこ
とが期待されている。
壁層6では放熱性が充分とは言えず、の素子温度が上昇
し、特性に悪影響を及ぼす結果となる。
に薄い膜厚で絶縁障壁層6を形成するためには、平滑性
がよいことが必要である。
壁層6では、絶縁性、耐現像液性、、放熱性、平滑性、
をすべて満足することはできなかった。
のものであり、絶縁障壁層をAl−Si−O膜、あるい
はSi−O−N膜で形成することにより、前記絶縁障壁
層の絶縁性、耐現像液性、放熱性及び平滑性を向上させ
た磁気検出素子及びその製造方法を提供することを目的
としている。
は、反強磁性層と、前記反強磁性層との交換結合磁界に
より磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性
層に絶縁障壁層を介して積層されるフリー磁性層を有す
る多層膜と、前記多層膜の上下に形成された電極層とを
有し、前記絶縁障壁層が、組成式がAl−Si−Oまた
はSi−O−Nで示される絶縁性材料を用いて形成され
ることを特徴とするものである。
はSi−O−Nで示される絶縁性材料を用いて、前記絶
縁障壁層を形成し、これによって前記絶縁障壁層層の絶
縁性、耐現像液性、平滑性、及び放熱性を向上させるこ
とが可能になる。
0nmという非常に薄い膜厚で形成しても、電流や化学
薬品によって損傷しにくい安定した前記絶縁障壁層を形
成することができる。
ミナで形成した場合には、前記絶縁障壁層の膜厚を1n
mより小さくすることは事実上不可能であった。これに
対して本発明では、前記絶縁障壁層を0.5nm程度よ
り薄い膜厚で形成することも可能になる。すると、磁気
検出素子の直流抵抗値を小さくすることができる。具体
的には、本発明では磁気検出素子の直流抵抗値を、従来
のGMR型磁気抵抗効果素子と同程度の数10Ωのオー
ダーにすることができる。
ができ、また磁気検出素子のノィズ耐性を向上させるこ
とができる。
Oで示される絶縁性材料からなる前記絶縁障壁層は、ア
ルミナで形成された絶縁障壁層に比べて絶縁耐圧が向上
する。従って、絶縁障壁層が破壊されにくく、安定した
動作が可能な磁気検出素子を提供できる。
る。アルミナのエッチングレートは50Å/min程度
であったが、Siの添加により、Al−Si−O膜のエ
ッチングレートはそれよりも小さくなり、Siの添加量
が9at%程度であると、エッチングレートはほぼ0Å
/minに近い数値となった。
装置の磁気ヘッドを形成するために用いることができ
る。ハードディスク装置の磁気ヘッドを形成するときに
は、磁気検出素子を形成した後の工程で、磁気検出素子
の電極層上に主電極層やインダクディブヘッドを形成す
る。前記主電極層やインダクディブヘッドを形成すると
きには、レジストパターン形成の工程を有し、磁気検出
素子は強アルカリなどの現像液にさらされるが、本発明
では、前記絶縁障壁層を組成式がAl−Si−Oまたは
Si−O−Nで示される絶縁性材料を用いて形成するた
めに、前記絶縁障壁層が溶けにくく、また前記現像液に
さらされたときの前記絶縁障壁層のエッチングレートを
小さくできる。
チタンカーバイド(Al−Ti−C)などからなるスラ
イダのトレーリング端面に設けられる。前記磁気ヘッド
の形成後に前記スライダを加工する工程においても、前
記磁気検出素子は研削液やラッピング用液などの液体に
さらされるが、本発明ではこれらのスライダ加工用の液
体に対しても前記絶縁障壁層が溶けにくく、また前記現
像液にさらされたときの前記絶縁障壁層のエッチングレ
ートを小さくできる。
くしても、前記絶縁障壁層を確実に形成することが可能
になる。
耐現像液性がアルミナよりも向上するのは、AlとOと
で構成される絶縁材料にSiを添加することでSiとO
との結合性によって絶縁性、耐現像液性が向上するもの
と考えられる。
度の平滑性を保つことが確認された。
良好で、今後の高記録密度化により電流密度が上昇して
も素子温度を充分に抑制することが可能である。従っ
て、前記磁気検出素子の抵抗値の上昇を抑えることがで
きる。
l−Si−O膜の原子配列に短範囲の規則性があるから
ではないかと考えられる。アルミナの膜構成は完全にア
モルファス化している。一方、Al−Si−O膜は、S
iの添加量を増やすと、徐々に原子配列の短範囲に規則
性が現れ、結晶性が向上している。
否かは透過電子線回折像を見ることによって判別するこ
とが可能である。
量は、全体の2at%以上で9at%以下の範囲内であ
ることが好ましいことが判明した。
−Oで示される絶縁性材料中のSiを、Oとの化学量論
でSiO2に換算したときに、換算した前記SiO2が、
前記絶縁性材料中の10at%以上で38at%以下を
占めることが好ましい。
i−Oで示される絶縁性材料中に含まれるSiは、Oと
の化学量論でSiO2に換算したときに、前記換算した
前記SiO2が、前記絶縁性材料中での6.1質量%以
上で26.0質量%以下を占めることが好ましい。
さは、0.3nm以上2.0nm以下であることが好ま
しく、より好ましくは、前記絶縁材料層の厚さが0.3
nm以上1.0nm以下の範囲にあることである。
i−OまたはSi−O−Nで示される絶縁性材料を用い
て前記絶縁障壁層を形成することにより、前記絶縁障壁
層の絶縁性、耐現像液性、平滑性、及び放熱性を向上さ
せることができる。その結果、前記絶縁障壁層の膜厚を
薄くしても、安定した抵抗変化率を得ることができ、ま
た再現性良く形成可能なトンネル型磁気抵抗効果を用い
る磁気検出素子を提供することができる。
磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固
定磁性層と、前記固定磁性層に絶縁障壁層を介して積層
されるフリー磁性層を有する多層膜と、前記多層膜の上
下に形成された電極層とを有する磁気検出素子の製造方
法において、AlSi薄膜またはSiN薄膜を形成後、
前記AlSi薄膜またはSiN薄膜を自然酸化あるいは
ラジカル酸素ガス中で酸化させることによって、組成式
がAl−Si−OまたはSi−O−Nで示される絶縁性
材料からなる前記絶縁障壁層を形成することを特徴とす
るものである。
N薄膜を自然酸化あるいはラジカル酸素ガス中で酸化さ
せるので、適度な酸化速度で前記AlSi薄膜またはS
iN薄膜を均一に酸化することが容易になる。
ーゲットを用いて、スパッタ装置内にO2ガスを導入し
つつスパッタ成膜することによって、組成式がAl−S
i−OまたはSi−O−Nで示される絶縁性材料からな
る前記絶縁障壁層を形成してもよい。
またはSiNで形成できるので、Si量をAlまたはN
との混合比のみで設定できる。またスパッタ装置内にO
2ガスを導入して反応性スパッタ法によって、所定の組
成からなる、Al−Si−OあるいはSi−O−N膜を
容易に形成することが可能である。
縁性材料からなる前記絶縁障壁層を形成するときには、
前記絶縁障壁層中のSiの濃度を全体の2at%以上で
9at%以下とすることが好ましい。 また、前記絶縁
障壁層を0.3nm以上2.0nm以下の厚さで形成す
ることが好ましく、より好ましくは前記絶縁障壁層を
0.3nm以上1.0nm以下の厚さで形成することで
ある。
態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分
断面図である。
えば、Cu(銅)、W(タングステン)やCr(クロ
ム)等で形成されている。
定磁性層12、絶縁障壁層13及びフリー磁性層14が
積層された多層膜15が形成されている。多層膜15の
両側端面15s,15sは、図示下方向に向かうほど幅
寸法が広がるように傾斜面で形成される。
れている。反強磁性層11は、X−Mn(ただしXは、
Pt,Pd,Ir,Rh,Ru,Osのうちいずれか1
種または2種以上の元素である)で形成されていること
が好ましい。特にXの中でもPtを選択し、PtMn合
金を反強磁性層11として使用することが好ましい。
X′合金(ただし元素X′は、Ne,Ar,Kr,X
e,Be,B,C,N,Mg,Al,Si,Pt,V,
Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Z
r,Nb,Mo,Ag,Cd,Sn,Hf,Xa,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。
規則系の面心立方構造(fcc)であるが、熱処理によ
ってCuAuIの規則型の面心正方構造(fct)に構
造変態する。
の中心付近において80〜300Å、例えば200Åで
ある。
の、前記PtMn合金及び前記X−Mnの式で示される
合金において、PtあるいはXが37〜63at%の範
囲であることが好ましい。また、前記PtMn合金及び
前記X−Mnの式で示される合金において、Ptあるい
はXが47〜57at%の範囲であることがより好まし
い。特に規定しない限り、〜で示す数値範囲の上限と下
限は以下、以上を意味する。
金において、X’+Ptが37〜63at%の範囲であ
ることが好ましい。また、前記Pt−Mn−X’の式で
示される合金において、X’+Ptが47〜57at%
の範囲であることがより好ましい。さらに、前記Pt−
Mn−X’の式で示される合金において、X’が0.2
〜10at%の範囲であることが好ましい。ただし、
X’がPd,Ir,Rh,Ru,Os,Ni,Feのい
ずれか1種または2種以上の元素である場合には、X’
は0.2〜40at%の範囲であることが好ましい。
ことにより、固定磁性層12との間で大きな交換結合磁
界を発生する反強磁性層11を得ることができる。特
に、PtMn合金であれば、48kA/m以上、例えば
64kA/mを越える交換結合磁界を有し、前記交換結
合磁界を失うブロッキング温度が380℃と極めて高い
優れた反強磁性層11を得ることができる。
されている。固定磁性層12は例えばNiFe合金膜や
Co膜、CoNiFe合金膜、CoFe合金膜などで形
成されている。
と反強磁性層11との間には交換結合磁界が発生する
が、この交換結合磁界により固定磁性層12は図示Y方
向に磁化される。
が形成されている。そして絶縁障壁層13の上には、フ
リー磁性層14が形成されている。フリー磁性層14
は、例えばNiFe合金膜やCo膜、CoNiFe合金
膜、CoFe合金膜などで形成されている。
向)の両側にバイアス層16と多層膜15の上下に形成
された電極層10,10を電気的に絶縁するための絶縁
層17が形成されている。
化をトラック幅方向(図示X方向)に揃えるために形成
されたものである。図1に示す磁気検出素子(トンネル
型磁気抵抗効果型素子)では、バイアス層16は硬磁性
材料によって形成されており、具体的にはCo―Pt合
金膜やCo―Cr―Pt合金膜などで形成されている。
上には、電極層10と同様の材質で形成された電極層1
0が形成される。
トンネル型磁気抵抗効果型素子である。
効果を利用して、記録媒体からの漏れ磁界を検出する再
生用磁気素子である。電極層10,10から多層膜15
に対し図示Z方向にセンス電流を流すと、フリー磁性層
14と固定磁性層12との磁化関係によって、多層膜1
5を通り抜けるトンネル電流の大きさが変化する。
抵抗効果型素子に侵入すると、前記外部磁界の影響を受
けてフリー磁性層14の磁化は変動する。これによって
前記トンネル電流の大きさも変化し、この電流量の変化
を電気抵抗の変化としてとらえる。そして前記電気抵抗
の変化を電圧変化として、記録媒体からの外部磁界が検
出されるようになっている。
では、固定磁性層12とフリー磁性層14との磁化方向
が平行である場合、コンダクタンスG(抵抗の逆数)は
最大になり、トンネル電流は最大になる。一方、固定磁
性層12とフリー磁性層14との磁化方向が反平行であ
る場合、コンダクタンスGは最小になり、トンネル電流
は最小になる。
磁気抵抗変化率(TMR比;△RTM R)は、(GAP -1−
GP -1)/GP -1で表される。ここでGAPは、固定磁性層
12とフリー磁性層14の磁化が反平行である場合のコ
ンダクタンス(最小値)であり、GPは、固定磁性層1
2とフリー磁性層14の磁化が平行である場合のコンダ
クタンス(最大値)である。
ができる。すなわち、 ΔRTMR=2PpPf/(1−PpPf) ここでPpは、固定磁性層12の分極率であり、Pfは、
フリー磁性層14の分極率である。
理論上、固定磁性層12とフリー磁性層14の分極率に
支配され、固定磁性層12とフリー磁性層14の分極率
を大きくすれば、抵抗変化率を大きくすることが可能で
あり、特に近年、再生用ヘッドとして主流になっている
スピンバルブ膜等のGMR(giant magnetoresistiv
e)素子に比べ、数倍から数十倍の抵抗変化率を期待す
ることができる。
層からの入射電子が、古典的には絶縁障壁を乗り越える
のに不十分なエネルギーしか持っていない場合でも、絶
縁障壁の向かい側の強磁性層に移り得る効果、すなわち
量子論的なトンネル効果を利用したものである。
で、入射電子のエネルギーがEで、V>Eである場合、
前記入射電子は、Vのポテンシャルの障壁を通過するこ
とができないとされるが、前記絶縁障壁の厚さが薄いな
ど、ある諸条件を備える場合に、入射電子がVのポテン
シャルの障壁を通り抜けることが実験的に確認されてい
る。
動作を説明するための模式図である。強磁性体Lと強磁
性体Rとの間に、絶縁障壁が介在し、強磁性層Lと強磁
性層Rに電極が接続されている。
ャルより低くても、前記入射電子が障壁を通り抜ける場
合、それは図11に示すように、入射電子の波動関数と
透過電子の波動関数が、絶縁障壁の膜厚の範囲内で重な
り合った場合である。このような場合に、入射電子は障
壁を通り抜けトンネル電流が流れることとなる。
関数と透過電子の波動関数が重なり合わない場合には、
障壁内にトンネル電流は流れず、トンネル効果を発揮し
得ないことになるが、波動関数の重なりが起こるか否か
は、絶縁障壁の膜厚に関係し、前記膜厚が厚くなればな
るほど、前記波動関数の重なりは起こらなくなってしま
う。
障壁層/強磁性層の3層膜が積層された積層型のトンネ
ル型磁気抵抗効果型素子で構成され、適切なトンネル効
果を発揮し得るために、絶縁障壁の膜厚を薄く形成する
必要があったが、実際問題として、非常に薄い膜厚の絶
縁障壁層を形成するのは、技術上難があった。
OまたはSi−O−Nで示される絶縁性材料を用いて、
絶縁障壁層13を形成し、これによって絶縁障壁層13
の絶縁性、耐現像液性を向上させることを可能にしてい
る。
で形成しても、電流や化学薬品によって損傷しにくい安
定した絶縁障壁層13を形成することができる。
Oで示される絶縁性材料によって形成される薄膜は、ア
ルミナによって形成された場合と比べて絶縁耐圧が向上
する。
61.0では、絶縁耐圧が7.7MV/cmであった。ちな
みにアルミナの絶縁耐圧は4.0MV/cmであった。
縁性材料によって形成される薄膜は、組成式がAl−S
i−Oで示される絶縁性材料によって形成される薄膜よ
りも絶縁耐圧が向上し、13.0MV/cmであった。
i−O−Nで示される絶縁性材料によって形成される絶
縁障壁層13は、アルミナによって形成された場合と比
べて絶縁耐圧が向上することがわかる。
子抵抗が高く、2つの強磁性層(固定磁性層12とフリ
ー磁性層14)に電圧を印加したときに、絶縁障壁層1
3に大きな電圧がかかるが、本実施の形態のように組成
式がAl−Si−OまたはSi−O−Nで示される絶縁
材料層を用いて絶縁障壁層13を形成すると、絶縁障壁
層13が破壊される確率が従来よりも低くなる。従っ
て、本実施の形態の磁気検出素子は、安定した動作が可
能になる。
る。アルミナのエッチングレートは50Å/min程度
であったが、Siの添加により、Al−Si−O膜のエ
ッチングレートはそれよりも小さくなり、Siの添加量
が9at%程度であると、エッチングレートはほぼ0Å
/minに近い数値となった。
ヘッドを形成するときは、図1の磁気検出素子を形成し
た後の工程で、電極層10上に主電極層やインダクティ
ブヘッドを形成する。前記主電極層やインダクティブヘ
ッドを形成するときには、レジストパターン形成の工程
を有するが、レジストパターン形成の際に使用される強
アルカリなどの現像液にアルミナは溶けやすく、また前
記現像液にさらされたときの前記アルミナのエッチング
レートは非常に早い。
ナチタンカーバイド(Al−Ti−C)などからなるス
ライダのトレーリング端面に設けられる。前記磁気検出
素子の形成後に前記スライダを加工する工程において
も、磁気検出素子は研削液やラッピング用液などの液体
にさらされるが、トンネル型磁気抵抗効果型素子の絶縁
障壁層の膜厚は非常に薄いため、前記絶縁障壁層がわず
かに溶解・変質した場合でも、製品の信頼性に大きな影
響を与える。
−Si−OまたはSi−O−Nで示される絶縁性材料を
用いて、絶縁障壁層13を形成することで、絶縁障壁層
13の耐現像液性が、従来よりも向上している。
で形成しても、化学薬品によって損傷しにくい安定した
絶縁障壁層13を形成することができる。
耐現像液性がアルミナよりも向上するのは、AlとOと
で構成される絶縁材料にSiを添加することでSiとO
との結合性によって絶縁性、耐現像液性が向上するもの
と考えられる。
ルミナで形成されたものとほぼ同程度の平滑性を保つこ
とが確認された。従って、絶縁障壁層13を薄い膜厚で
作ることも容易である。
ナで形成されたものより向上し、磁気検出素子の直流抵
抗値を小さくすることができる。また、今後の高記録密
度化により電流密度が上昇しても素子温度を充分に抑制
することが可能である。
l−Si−O膜の原子配列に短範囲の規則性があるから
ではないかと考えられる。アルミナの膜構成は完全にア
モルファス化している。一方、Al−Si−O膜は、S
iの添加量を増やすと、徐々に原子配列の短範囲に規則
性が現れ、結晶性が向上している。
否かは透過電子線回折像を見ることによって判別するこ
とが可能である。
−O−Nで示される絶縁性材料中の前記Siの添加量
は、全体の2at%以上で9at%以下の範囲内である
ことが好ましい。
i−OまたはSi−O−Nで示される絶縁性材料中のS
iを、Oとの化学量論でSiO2に換算したときに、換
算した前記SiO2が、前記絶縁性材料中の10at%
以上で38at%以下を占めることが好ましい。
Si−OまたはSi−O−Nで示される絶縁性材料中に
含まれるSiは、Oとの化学量論でSiO2に換算した
ときに、前記換算した前記SiO2が、前記絶縁性材料
中での6.1質量%以上で26.0質量%以下を占める
ことが好ましい。
−O−Nで示される絶縁性材料を用いて形成される絶縁
障壁層13の厚さは、0.3nm以上2.0nm以下で
あることが好ましく、より好ましくは、絶縁障壁層13
の厚さが0.3nm以上1.0nm以下の範囲にあるこ
とである。この絶縁障壁層13の厚さが0.3nmより
も薄い値に設定されると、絶縁障壁層13として固定磁
性層12とフリー磁性層14を確実に絶縁する一様な膜
を形成することが困難になり、動作の安定した磁気検出
素子を得ることが困難になる。
よりも厚くなると、素子抵抗が非常に大きくなってしま
い実用に適さなくなってしまう。
絶縁障壁層13の厚さを0.3nm程度にすることも可
能であり、磁気検出素子の直流抵抗値を従来のトンネル
磁気抵抗効果型素子より著しく小さくすることができ
る。具体的には、本発明では磁気検出素子の直流抵抗値
を、従来のGMR型磁気抵抗効果素子と同程度の数十Ω
のオーダーにすることができる。
ができ、また磁気検出素子のノィズ耐性を向上させるこ
とができる。
検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図で
ある。
えば、Cu(銅)、W(タングステン)やCr(クロ
ム)等で形成されている。
ている。多層膜21の両側端面21a,21aは、図示
下方向に向かうほど幅寸法が広がるように傾斜面で形成
される。本発明では多層膜21が以下の構成によって形
成されている。
れている。反強磁性層22は、X−Mn(ただしXは、
Pt,Pd,Ir,Rh,Ru,Osのうちいずれか1
種または2種以上の元素である)で形成されていること
が好ましい。特にXの中でもPtを選択し、PtMn合
金を反強磁性層22として使用することが好ましい。
X′合金(ただし元素X′は、Ne,Ar,Kr,X
e,Be,B,C,N,Mg,Al,Si,Pt,V,
Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Z
r,Nb,Mo,Ag,Cd,Sn,Hf,Xa,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。
金の組成範囲は図1で示された磁気検出素子の反強磁性
層11を形成するX−Mn及びX−Mn−X′合金の組
成範囲と同じであることが好ましい。
て図示Z方向に突出する隆起部22aが形成されてい
る。そしてこの隆起部22a上に3層で形成された固定
磁性層26が形成されている。
層25との間に非磁性層24が介在した構成となってい
る。
膜やCo膜、CoNiFe合金膜、CoFe合金膜など
で形成されている。また非磁性層24は、Ru、Rh、
Ir、Cr、Re、Cuなどで形成される。
と反強磁性層22との間には交換結合磁界が発生する
が、この交換結合磁界により強磁性層23,25の磁化
方向は互いに反平行状態にされ、例えば強磁性層23は
図示Y方向に、強磁性層25は図示Y方向と反対方向に
磁化される。これは、いわゆるフェリ状態と呼ばれ、こ
の構成により固定磁性層26の磁化を安定した状態にで
き、また固定磁性層26と反強磁性層22との界面で発
生する交換結合磁界を大きくすることができる。
が形成されている。絶縁障壁層27は組成式がAl−S
i−OまたはSi−O−Nで示される絶縁性材料を用い
て形成されている。
成されたフリー磁性層30が形成されている。符号28
の層、すなわち絶縁障壁層27と接する側に形成された
層28は、Co膜またはCo−Fe合金膜で形成される
ことが好ましい。また符号29の層は、NiFe合金
膜、CoNiFe合金膜、CoFe合金膜などで形成さ
れる。絶縁障壁層27と接する側にCo膜またはCo−
Fe合金膜を配置することで、抵抗変化率を向上させる
ことが可能なことが確認されている。
方向)の両側であって反強磁性層22上から絶縁層31
が形成され、さらに絶縁層31の上にバイアス層(磁区
制御層)33が形成されている。
SiO2、Xa2O5、XiO、AlN、Al−Si−
N、XiN、SiN、Si3N4、NiO、WO、W
O3、BN、CrN、SiON、AlSiOから形成さ
れることが好ましい。
されたバイアス層33は、フリー磁性層30の磁化をト
ラック幅方向(図示X方向)に揃えるために形成された
ものである。図2に示すトンネル型磁気抵抗効果型素子
では、バイアス層33は硬磁性材料によって形成されて
おり、具体的にはCo―Pt合金膜やCo―Cr―Pt
合金膜などで形成されている。
2は、バイアス層33の結晶配向を整え、保磁力を確保
するために設けられたものである。上記のようにバイア
ス層33が硬磁性材料によって形成される場合には、下
地層32はCr膜やbcc−Fe膜、Fe−Co合金膜
等で形成される。
上には、電極層20と同様の材質で形成された電極層3
4が形成される。
の構造では、フリー磁性層30のトラック幅方向(図示
X方向)の両側端面と少なくとも一部においてバイアス
層33が接して形成されている。この構成によってバイ
アス層33からはトラック幅方向からフリー磁性層30
の端面にバイアス磁界が供給され、フリー磁性層30の
磁化は図示X方向に揃えられる。
形成した場合には、フリー磁性層30の側端面とバイア
ス層33の接合界面に絶縁層31の一部が約10nm以
下の厚さであれば侵入してもよい。
性層30の両側端部面の一部と接して形成されるように
するには、少なくともバイアス層33の下側に形成され
る絶縁層31の多層膜21側の上面端部31aが前記フ
リー磁性層30の上面端部30aよりも図示下側に形成
される必要がある。
3の多層膜21側における上面端部33aが、多層膜2
1上面の両側端部21b,21bに一致し、バイアス層
33が多層膜21の上面にまで延出して形成されていな
い。
にまで延出していると、延出したバイアス層33の先端
部から発生するフリー磁性層30の磁化方向と逆向きの
静磁界がフリー磁性層30の内部に入り込む。
面端部33aが、多層膜21上面の両側端部21b,2
1bに一致していると、フリー磁性層30の磁化方向と
逆向きの静磁界がフリー磁性層30の内部に発生するこ
とが抑えられ、フリー磁性層30の磁区構造を安定化し
て単磁区化させることが容易となる。
ウゼンノイズの低減を図ることができ、さらに再生ギャ
ップを多層膜21のトラック幅方向における幅寸法内で
均一に形成することが可能である。
多層膜21のトラック幅方向(図示X方向)における両
側に絶縁層31が形成されているので、前記電極層2
0,34からのセンス電流は分流が少なく、適切に多層
膜21内を図示Z方向に流れるようになり、素子の再生
出力の向上を図ることが可能である。
OまたはSi−O−Nで示される絶縁性材料を用いて、
絶縁障壁層27を形成し、これによって絶縁障壁層27
の絶縁性、耐現像液性、平滑性、放熱性を向上させるこ
とを可能にしている。
の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断
面図である。
膜35が形成されている。多層膜35を構成する各層の
積層順は、図2に示す多層膜21のそれとは逆である。
壁層27、固定磁性層26、及び反強磁性層22の順に
積層されている。なお各層の材質については図2の磁気
検出素子と同じである。
またはSi−O−Nで示される絶縁性材料を用いて形成
されている。
向)の両側には、電極層20上にCr膜等で形成された
下地層32を介してバイアス層33が形成されている。
バイアス層33は下地層32の存在により結晶配向が整
えられ、バイアス層33の保磁力は確保される。これに
よってバイアス層33の硬磁性特性は良好に維持され
る。
層30の両側端面の一部に接して形成される。これによ
ってバイアス層33からフリー磁性層30端面にトラッ
ク幅方向(図示X方向)におけるバイアス磁界が供給さ
れ、フリー磁性層30の磁化は図示X方向に揃えられ
る。
成された非磁性中間層36を介して絶縁層31が形成さ
れている。なお非磁性中間層36は形成されていなくて
もよい。
て形成されておらず、絶縁層31の多層膜35側におけ
る上面端部31aが、多層膜35の両側端部35bに一
致している。
ける幅寸法内において、再生ギャップは均一な長さとな
り、再生特性を良好に維持することが可能である。
ク幅方向の両側に絶縁層31が形成されていることか
ら、電極層20,34からのセンス電流は分流が少な
く、適切に多層膜35内を図示Z方向に流れ、良好な再
生特性を維持できる。
層33を、フリー磁性層30の両側端面に接して形成す
ることが容易になり、フリー磁性層30の磁区構造を安
定化でき、再生波形の不安定性及びバルクハウゼンノイ
ズの低減を図ることが可能である。
OまたはSi−O−Nで示される絶縁性材料を用いて、
絶縁障壁層27を形成し、これによって絶縁障壁層27
の絶縁性、耐現像液性、平滑性、放熱性を向上させるこ
とを可能にしている。
検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図で
ある。
40の上に、反強磁性層41、固定磁性層42、絶縁障
壁層43、フリー磁性層44及び第2の反強磁性層4
5,45が積層された多層膜46が形成されている。多
層膜46の両側端面46s,46sは、電極層40表面
に対して垂直面となっている。多層膜46の上には、電
極層47が形成されている。
0及び電極層47の間には、アルミナなどからなる絶縁
層48,48が形成されている。
42、フリー磁性層44、及び電極層47を形成するた
めの材料は、それぞれ図1に示された磁気検出素子の電
極層10、反強磁性層11、固定磁性層12、フリー磁
性層14、電極層10と同等の材料である。
またはSi−O−Nで示される絶縁性材料を用いて形成
されている。
性層44上に、第2の反強磁性45,45が積層され、
フリー磁性層44の磁化が、第2の反強磁性層45,4
5との間の交換異方性磁界によってX方向に揃えられ
る、いわゆるエクスチェンジバイアス方式の磁気検出素
子である。
磁性層41との間の交換異方性磁界によって図示Y方向
にそろえられている。
合金、または、X―Mn(ただしXは、Pd,Ir,R
h,Ru,Osのいずれか1種または2種以上の元素で
ある)合金で、あるいはPt―Mn―X′(ただしX′
は、Pd,Ir,Rh,Ru,Au,Ag,Os,C
r,Ni,Ar,Ne,Xe,Krのいずれか1または
2種以上の元素である)合金で形成する。
めの、前記PtMn合金及び前記X−Mnの式で示され
る合金において、PtあるいはXが37〜63at%の
範囲であることが好ましい。また、Pt−Mn−X’の
式で示される合金において、X’+Ptが37〜63a
t%の範囲であることが好ましい。さらに、前記Pt−
Mn−X’の式で示される合金において、X’が0.2
〜10at%の範囲であることが好ましい。ただし、
X’がPd,Ir,Rh,Ru,Os,Ni,Feのい
ずれか1種または2種以上の元素である場合には、X’
は0.2〜40at%の範囲であることが好ましい。特
に規定しない限り、〜で示す数値範囲の上限と下限は以
下、以上を意味する。
隔寸法がトラック幅Twに対応する。
出素子の形成時に設定されたトラック幅(光学的トラッ
ク幅)Twの領域に不感領域が生じないので、高記録密
度化に対応するために磁気検出素子のトラック幅Twを
小さくしていった場合の再生出力の低下を抑えることが
できる。
側端面46s,46sがトラック幅方向に対して垂直と
なるように形成されることが可能なので、フリー磁性層
44のトラック幅方向長さのバラつきを抑えることがで
きる。
には絶縁層48,48が形成されているため、電極層4
0,47からのセンス電流は分流が少なく多層膜46内
を適切に流れる。
態の磁気検出素子でも、組成式がAl−Si−Oまたは
Si−O−Nで示される絶縁性材料を用いて、絶縁障壁
層27,43を形成している。
性を向上させることを可能にしている。
い膜厚で形成しても、電流によって損傷しにくい安定し
た絶縁障壁層27,43を形成することができる。
も向上する。従って、図2ないし図4の磁気検出素子を
形成した後の工程で、電極層34,47上に主電極層や
インダクディブヘッドを形成する工程や前記磁気検出素
子が設けられたスライダを加工する工程において、化学
薬品によって損傷しにくい安定した絶縁障壁層27,4
3を形成することができる。
トンネル磁気抵抗効果型素子として安定した動作が可能
になる。
好であり、絶縁障壁層27,43を薄い膜厚で作ること
も容易である。
アルミナで形成されたものより向上し、磁気検出素子の
直流抵抗値を小さくすることができる。また、今後の高
記録密度化により電流密度が上昇しても素子温度を充分
に抑制することが可能である。
成式がAl−Si−OまたはSi−O−Nで示される絶
縁性材料中の前記Siの添加量は、全体の2at%以上
で9at%以下の範囲内であることが好ましい。
O−Nで示される前記絶縁性材料中のSiを、Oとの化
学量論でSiO2に換算したときに、換算した前記Si
O2が、前記絶縁性材料中の10at%以上で38at
%以下を占めることが好ましい。
i−O−Nで示される前記絶縁性材料中に含まれるSi
は、Oとの化学量論でSiO2に換算したときに、前記
換算した前記SiO2が、前記絶縁性材料中での6.1
質量%以上で26.0質量%以下を占めることが好まし
い。
−O−Nで示される前記絶縁性材料を用いて形成される
絶縁障壁層27,43の厚さは、0.3nm以上2.0
nm以下であることが好ましく、より好ましくは、絶縁
障壁層27,43の厚さが0.3nm以上1.0nm以
下の範囲にあることである。
素子でも、絶縁障壁層27,43の厚さを0.3nm程
度にすることが可能であり、磁気検出素子の直流抵抗値
を従来のトンネル磁気抵抗効果型素子より著しく小さく
することができる。具体的には、トンネル磁気抵抗効果
型素子である磁気検出素子の直流抵抗値を、従来のGM
R型磁気抵抗効果素子と同程度の数十Ωのオーダーにす
ることができる。
ができ、また磁気検出素子のノィズ耐性を向上させるこ
とができる。
ついて説明する。図5に示す工程では、基板46上に電
極層20、反強磁性層22、固定磁性層26を一様な薄
膜として、スパッタ法や蒸着法などの薄膜形成プロセス
によって、同一真空成膜装置中で連続成膜する。
ては図2に示したものと同様である。
層膜で形成する。例えば強磁性層23、25をCoFe
膜で形成し、非磁性層24をRu膜で形成する。
−Si−OまたはSi−O−Nで示される絶縁性材料を
用いて絶縁障壁層27を成膜する。
Oで示される絶縁性材料を用いて形成するときには、例
えばターゲットとしてAlSiで形成されたターゲット
を使用する。前記ターゲットにはO(酸素)が含まれて
いないので、スパッタで形成される絶縁障壁層27内に
酸素を含有させるために、スパッタ装置内にArガス以
外にO2ガスを導入し、反応性スパッタ法によってAl
−Si−O膜を成膜する。
のとき、Siの含有量をAlの含有量との比のみで調整
することができる。そしてO2ガスの導入量やスパッタ
電力等の調整によって、Si量が全体の2at%以上で
9at%以下含有されたAl−Si−O膜を容易に成膜
することができる。
ず、ターゲットとして予め組成比が所定範囲内に調整さ
れたAl−Si−Oからなる焼結ターゲットを形成して
もよい。この場合、導入ガスとしては不活性なArガス
のみでもよいし、あるいはO2ガスを導入して、Oの組
成比を適切に調整してもよい。
2からなるターゲットを用いた複合ターゲットで、Al
−Si−O膜を形成してもよい。これら複数のターゲッ
トを用いるときは各ターゲットに印加されるスパッタ電
力を調整して、各ターゲットからスパッタされるスパッ
タ量を変化させて、Si量が全体の2at%以上で9a
t%以下となるAl−Si−O膜となる。
比で調整したAlSiターゲットを形成し、DCスパッ
タ法などのスパッタ法によって、固定磁性層26上にA
lSi膜を成膜し、このAlSi膜を酸化させてAl−
Si−O膜を得ることもできる。
ガス中で自然酸化させる方法、O2プラズマ中で酸化さ
せる方法、O2プラズマ中からO2ラジカルを引出し、こ
のO2ラジカル中で酸化させる方法を使用することがで
きる。
酸化速度を適切に調節することが容易であり、AlSi
膜を均一に酸化させることが容易になるので好ましい。
を得る方法では、AlSiターゲット形成のとき、Si
の含有量をAlの含有量との比のみで調整することがで
きる。また、O2ガス、O2プラズマ、O2ラジカルの導
入量等の調整によって、Si量が全体の2at%以上で
9at%以下含有されたAl−Si−O膜を容易に成膜
することができる。
で示される絶縁性材料を用いて形成するときには、例え
ばターゲットとしてSiで形成された前記ターゲットを
使用する。前記ターゲットにはO(酸素)及びN(窒
素)が含まれていないので、スパッタで形成される絶縁
障壁層27内に酸素及び窒素を含有させるために、スパ
ッタ装置内にArガス以外にO2ガス及びN2ガスを導入
し、反応性スパッタ法によってSi−O−N膜を成膜す
る。
ず、ターゲットとして予め組成比が所定範囲内に調整さ
れたSi−O−Nからなる焼結ターゲットを形成しても
よい。この場合、導入ガスとしては不活性なArガスの
みでもよいし、あるいはO2ガス及びN2ガスを導入し
て、O及びNの組成比を適切に調整してもよい。
からなるターゲットを用いた複合ターゲットで、Si−
O−N膜を形成してもよい。
トを用いてスパッタ装置内にArガス以外にN2ガスを
導入し、反応性スパッタ法によってSi−O−N膜を成
膜してもよいし、SiNからなるターゲットを用いてス
パッタ装置内にArガス以外にO2ガスを導入し、反応
性スパッタ法によってSi−O−N膜を成膜してもよ
い。
スパッタ法などのスパッタ法によって、固定磁性層26
上にSiN膜を成膜し、このSiN膜を酸化させてSi
−O−N膜を得ることもできる。
ス中で自然酸化させる方法、O2プラズマ中で酸化させ
る方法、O2プラズマ中からO2ラジカルを引出し、この
O2ラジカル中で酸化させる方法を使用することができ
る。
酸化速度を適切に調節することが容易であり、SiN膜
を均一に酸化させることが容易になるので好ましい。
て、Si−O−N膜またはAl−Si−O膜を成膜する
こともできる。
成されたSi−O−N膜またはAl−Si−O膜が絶縁
障壁層27となる。
となるSi−O−N膜またはAl−Si−O膜を0.3
nm以上2.0nm以下、特に0.3nm以上1.0n
m以下の厚さで形成することができる。
30を2層膜で形成する。例えば符号28の層をCo膜
で形成し、符号29の層をNiFe合金膜で形成する。
が図6に示される多層膜21である。なおフリー磁性層
30の上にTaなどの保護層を設けても良い。
0の上に、下面に切り込み部Ra,Raが形成されたリ
フトオフ用のレジスト層Rを形成する。ここで前記レジ
スト層Rの下面Rbのトラック幅方向(図示X方向)に
おける幅寸法は、前記多層膜21の感度領域の幅寸法と
一致するか、あるいはそれよりも長く形成されている。
前記感度領域及び不感領域は、マイクロトラックプロフ
ァイル法によって測定され、前記感度領域のトラック幅
方向(図示X方向)における幅寸法が、前記レジスト層
Rを形成する前の段階で既に確定している。
レジスト層Rに覆われていない多層膜21を残し、多層
膜21のトラック幅方向(図示X方向)における両側を
イオンミリングなどによりドライエッチングして削り取
る。
2を途中までエッチングし、反強磁性層22の中央付近
に突出する隆起部22aを形成する。なお前記エッチン
グにより多層膜21のトラック幅方向の両側端面21
a,21aは反強磁性層22方向に向かうにしたがって
幅寸法が広がる傾斜面で形成される。
ラック幅方向における両側であって反強磁性層22上に
絶縁層31を形成する。絶縁層31の形成は、スパッタ
装置内におけるターゲットを基板46と平行に近い方向
に対向させ、R方向及びS方向からスパッタ成膜され
る。スパッタ装置としてはイオンビームスパッタ、ロン
グスロースパッタ、コリメーションスパッタなどのスパ
ッタ粒子の直進性が高い手法が好ましい。
6に対して垂直方向かあるいは垂直方向に近い方向であ
ることが好ましい。これによって多層膜21を真上から
見たときに、レジスト層Rの陰となる多層膜21の両側
端面部分には、絶縁層31が形成されることはない。
おける最大幅寸法T3を適切に調整すること、及び前記
ターゲットのスパッタ時間等を調整することにより、前
記多層膜21の両側端面に形成される絶縁層31の形成
位置及び膜厚等を変えることができるのである。
れるバイアス層33は、フリー磁性層30のトラック幅
方向における両側端面の少なくとも一部に接して形成さ
れなければならない。
層膜21側の上面端部31aが、フリー磁性層30の上
面端部30aよりも下側に位置するように、絶縁層31
を成膜する必要性がある。
おける最大幅寸法T3を、フリー磁性層30の下面(す
なわち図2で言えば符号28の層の下面)の幅寸法と同
じかあるいはそれよりも若干短く形成しても良く、また
は前記幅寸法よりも長く形成することで、真上から多層
膜21を見たときに、少なくとも前記フリー磁性層30
が完全に見える状態とならないようにする(一部だけフ
リー磁性層30が見えていてもよい)。
整されたレジスト層Rを前記フリー磁性層30上に形成
し、前記多層膜21のトラック幅方向における両側端面
に絶縁層31を形成したときに、絶縁層31によってフ
リー磁性層30の両側端面が完全に覆われることはな
く、絶縁層31を形成した後の状態にて、フリー磁性層
30の両側端面の少なくとも一部は露出した状態となっ
ているのである。
絶縁層31と同じ材質の絶縁材料層31bが形成され
る。
斜め方向から、下地層32、及びバイアス層33をスパ
ッタ成膜する。
46側を、ターゲットに対し斜めに傾けるか、あるいは
ターゲット側を基板に対し斜めに傾ける。図9に示すよ
うにスパッタ方向は、基板46の垂直方向に対し傾きθ
1を有するT及びU方向である。前記傾きθ1は、20
〜50°であることが好ましい。
て、多層膜21を真上から見た時にレジスト層Rの陰と
なる、フリー磁性層30のトラック幅方向(図示X方
向)における両側端面にも前記バイアス層33が適切に
成膜されることになる。
絶縁層31を成膜した段階で、フリー磁性層30の両側
端面の少なくとも一部は露出された状態になっているか
ら、前記露出したフリー磁性層30の両側端面にバイア
ス層33を接して形成することが可能である。これによ
ってバイアス層33からのバイアス磁界を適切にフリー
磁性層30に供給することが可能である。
ス層33の成膜の際のスパッタ方向T,Uを適切に調整
することで、バイアス層33の、特に多層膜21側の上
面端部33aの形成位置を変えることが可能である。
層膜21側における上面端部33aが、多層膜21の上
面の両側端部21bと一致するように、スパッタ方向
T,U及びスパッタ時間等を適切に調整している。
びバイアス層33は、図9に示すように、多層膜21の
上面に延出していない。
ッタ成膜により、レジスト層Rの絶縁材料層31b上に
も下地層32と同じ材質の下地材料膜32a、及びバイ
アス材料層33bが形成される。
離する。レジスト層Rのその下面に切り込み部Raが形
成されているので、この切り込み部Raから剥離液を浸
透させることで、レジスト層Rを簡単に除去することが
可能である。
面及びバイアス層33上面に電極層34を形成する。
いて磁気ヘッドを構成するときには、基板上にアルミナ
などの絶縁性材料からなる下地層、この下地層上に積層
される磁性合金からなる下部シールド層、及びこの下部
シールド上に積層される絶縁性材料からなる下部ギャッ
プ層を積層し、この下部ギャップ層上に図1から図4に
示された磁気検出素子を形成する。さらに、この磁気検
出素子上には、絶縁性材料からなる上部ギャップ層、及
びこの上部ギャップ層上に積層される磁性合金からなる
上部シールド層が形成される。また、前記上部シールド
層上に書き込み用のインダクティブ素子が積層されても
よい。
の、絶縁性及び耐現像液性の実験を行った。
34.0Si5.0O61.0(数値はat%)であるAl−Si
−O膜、及び膜厚が30nmからなり組成比がSi35.0
O62 .0N3.0であるSi−O−N膜を形成し、比較例と
して膜厚が30nmからなるAl2O3膜、及びAl−S
i−N膜を形成した。
下にNiからなる電極膜を付け、薄膜に電圧を徐々に高
めながらかけていき、そのときのリーク電流(A/mm
2)を測定し、その値から絶縁抵抗(Ω)を算出した。
その実験結果を図12に示す。
圧を徐々に高めていくと、急激にリーク電流が上昇し、
前記電圧が10V程度となった時点で破壊した。
10Vを越えると、急にリーク電流値が大きくなり、前
記電圧が約12Vを越えると破壊した。
は、電圧が20Vを越えてもリーク電流は低い。そして
前記電圧が約23V程度となったときに破壊した。
電圧が30Vまでリーク電流は低い。そして前記電圧が
40V程度となったときに破壊した。
i−O−N膜、Al2O3膜、及びAl−Si−N膜にお
ける電圧と絶縁抵抗(Ω)との関係を示すグラフであ
る。図13は図12に示す実験結果から得られたリーク
電流値から絶縁抵抗値(Ω)を算出したものである。
12V程度までは、高い絶縁抵抗を保つが、前記電圧が
約12Vを越えると破壊し、このときの絶縁耐圧は4.
0MV/cmであることが確認された。
は、電圧が20Vを越えても良好に高い絶縁抵抗を保
ち、前記電圧が約23V程度となったときに破壊し、こ
のときの絶縁耐圧は7.7MV/cmであることが確認
された。
電圧が30Vまで良好に高い絶縁抵抗を保ち、前記電圧
が約40V程度となったときに破壊し、このときの絶縁
耐圧は13.0MV/cmであることが確認された。
Al−Si−O膜或いはSi−O−N膜を使用すれば、
従来から一般的に使用されているアルミナよりも高い絶
縁耐圧が得られることがわかる。
験では、比較例としてAl2O3膜を形成し、また実施例
としてSiの添加量を変化させたAl−Si−O膜を形
成した。各薄膜の膜厚は100nmで統一した。また現
像液としてはKOH等を主成分とする強アルカリ溶液を
用い、また現像液にさらす時間を10分程度とした。そ
の実験結果を図14に示す。
ッチングレートは約50Å/min程度であることがわ
かる。
では、前記Siの添加量が増えるほどエッチングレート
は減少していき、前記Siの添加量が10at%になる
とエッチングレートはほぼ0(Å/min)であること
がわかる。
O3膜に比べて耐現像液性に優れていることがわかる。
の透過電子線回折像で、Al−Si−O膜の組成比は、
図15では、Al37.0Si2.5O60.5で、図16では、
Al3 4.0Si5.0O61.0で、図17では、Al31.0Si
7.5O61.5で、図18では、Al28.0Si10.0O
62.0(数値はすべてat%である)であった。
たビーム原点の回りにぼやけた像のみが見える。一方、
図16及び図17のように、Si量が増え始めると、ビ
ーム原点の回りには、ぼやけた像の中に微小な無数の回
折斑点が現れ始める。この回折像からAl−Si−O膜
の原子配列には短範囲に規則性が生じ始め、結晶性が向
上しているものと推測される。
が10.0at%になるとビーム原点の回りには、再び
ぼやけた像しか見えなくなり、原子配列に短範囲の規則
性が無くなってしまう。
像からわかることは、Si量が2.5at%、及び10
at%のとき、膜構造はほぼ完全なアモルファス状態で
あり、Si量が5.0at%、及び7.5at%のと
き、アモルファス以外に原子配列に短範囲の規則性が生
じ、結晶性が高まっているものと推測される。
を基にして、本発明では絶縁障壁層をAl−Si−O膜
で形成するときSi量を2at%以上で9at%以下の
範囲に設定することとした。さらに上記組成比に加え、
透過電子線回折像で観測したときに、原子配列に短範囲
の規則性が生じていることが好ましいとした。
Si−O−N膜は、絶縁性、耐現像液性に優れているの
で、Al−Si−O膜あるいはSi−O−N膜として前
記絶縁障壁層が形成されたトンネル型磁気抵抗効果を用
いる磁気検出素子は安定した抵抗変化率を得ることがで
きる。
がAl−Si−OまたはSi−O−Nで示される絶縁性
材料を用いて前記絶縁障壁層を形成することにより、前
記絶縁障壁層の絶縁性、耐現像液性、平滑性、及び放熱
性を向上させることができる。その結果、前記絶縁障壁
層の膜厚を薄くして直流抵抗値を低くしても、安定した
抵抗変化率を得ることができ、また再現性良く形成可能
なトンネル型磁気抵抗効果を用いる磁気検出素子を提供
することができる。
録媒体との対向面側からみた部分断面図、
録媒体との対向面側からみた部分断面図、
録媒体との対向面側からみた部分断面図、
録媒体との対向面側からみた部分断面図、
す断面図、
す断面図、
す断面図、
す断面図、
す断面図、
示す断面図、
からなるトンネル型磁気抵抗効果型素子の、トンネル効
果の基本原理を示す模式図、
O3膜、及びAl−Si−N膜の、電圧とリーク電流と
の関係を示すグラフ、
O3膜、及びAl−Si−N膜の、電圧と絶縁抵抗との
関係を示すグラフ、
ングレートとの関係を示すグラフ、
像、
像、
像、
像、
からみた断面図、
からみた断面図、
Claims (12)
- 【請求項1】 反強磁性層と、前記反強磁性層との交換
結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層と、前
記固定磁性層に絶縁障壁層を介して積層されるフリー磁
性層を有する多層膜と、前記多層膜の上下に形成された
電極層とを有し、 前記絶縁障壁層が、組成式がAl−Si−OまたはSi
−O−Nで示される絶縁性材料を用いて形成されること
を特徴とする磁気検出素子。 - 【請求項2】 前記組成式がAl−Si−Oで示される
絶縁性材料中のSiは全体の2at%以上で9at%以
下含有されている請求項1記載の磁気検出素子。 - 【請求項3】 前記組成式がAl−Si−Oで示される
絶縁性材料中のSiを、Oとの化学量論でSiO2に換
算したときに、換算した前記SiO2が、前記絶縁性材
料中の10at%以上で38at%以下を占める請求項
2記載の磁気検出素子。 - 【請求項4】 前記組成式がAl−Si−Oで示される
絶縁性材料中に含まれるSiは、Oとの化学量論でSi
O2に換算したときに、前記換算した前記SiO2が、前
記絶縁性材料中での6.1質量%以上で26.0質量%
以下を占める請求項2記載の磁気検出素子。 - 【請求項5】 前記絶縁障壁層の厚さは、0.3nm以
上2.0nm以下である請求項1ないし4のいずれかに
記載の磁気検出素子。 - 【請求項6】 前記絶縁障壁層の厚さは、0.3nm以
上1.0nm以下である請求項5に記載の磁気検出素
子。 - 【請求項7】 透過電子線回折像で観測したとき、前記
組成式がAl−Si−Oで示される絶縁性材料からなる
絶縁障壁層には、原子配列に短範囲の規則性が生じてい
る請求項1ないし6のいずれかに記載の磁気検出素子。 - 【請求項8】 基板上に、反強磁性層と、前記反強磁性
層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁
性層と、前記固定磁性層に絶縁障壁層を介して積層され
るフリー磁性層を有する多層膜と、前記多層膜の上下に
形成された電極層とを有する磁気検出素子の製造方法に
おいて、 AlSi薄膜またはSiN薄膜を形成後、前記AlSi
薄膜またはSiN薄膜を自然酸化あるいはラジカル酸素
ガス中で酸化させることによって、組成式がAl−Si
−OまたはSi−O−Nで示される絶縁性材料からなる
前記絶縁障壁層を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9】 基板上に、反強磁性層と、前記反強磁性
層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁
性層と、前記固定磁性層に絶縁障壁層を介して積層され
るフリー磁性層を有する多層膜と、前記多層膜の上下に
形成された電極層とを有する磁気検出素子の製造方法に
おいて、 AlSiまたはSiNからなるターゲットを用いて、ス
パッタ装置内にO2ガスを導入しつつスパッタ成膜する
ことによって、組成式がAl−Si−OまたはSi−O
−Nで示される絶縁性材料からなる前記絶縁障壁層を形
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10】 前記組成式がAl−Si−Oで示され
る絶縁性材料中のSiの濃度を全体の2at%以上で9
at%以下とする請求項8または9に記載の磁気検出素
子の製造方法。 - 【請求項11】 前記絶縁障壁層を0.3nm以上2.
0nm以下の厚さで形成する請求項8ないし10のいず
れかに記載の磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項12】 前記絶縁障壁層を0.3nm以上1.
0nm以下の厚さで形成する請求項11記載の磁気検出
素子の製造方法。
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