JP2003217962A - 反強磁性体膜とそれを用いた磁気抵抗効果素子および磁気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐食性や熱特性に優れるＭｎ合金からなる反
強磁性体膜において、膜組成や膜質の安定化を図る。さ
らに、室温および高温域で十分な交換結合力を安定して
得られるようにする。 【解決手段】 10〜98原子％のＭｎを含み、残部が実質
的にＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｖ、Ｎｂ、
Ｔａ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ
およびＲｅから選ばれる少なくとも1種のＲ元素からな
るスパッタリングターゲットを用いて、スパッタ成膜し
てなる反強磁性体膜であって、スパッタリングターゲッ
トからの組成のずれが10原子％以下の膜組成を有してい
る。反強磁性体膜３は強磁性体膜４と積層して交換結合
膜２を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタリングタ
ーゲットを用いて形成した反強磁性体膜と磁気抵抗効果
素子および磁気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、高密度磁気記録における再生
用ヘッドとして、磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と
記す）を用いた磁気ヘッド（ＭＲヘッド）の研究が進め
られている。現在、磁気抵抗効果膜（ＭＲ膜）として
は、異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）を示すＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀
（at％）合金（パーマロイ）などが一般的に使用されて
いる。ＡＭＲ膜は磁気抵抗変化率（ＭＲ変化率）が3％
程度と小さいことから、これに代わる磁気抵抗効果膜材
料として、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を示す（Ｃｏ／
Ｃｕ）_nなどの人工格子膜やスピンバルブ膜が注目され
ている。

【０００３】ＡＭＲ膜を用いたＭＲ素子においては、Ａ
ＭＲ膜が磁区を有することから、この磁区に起因するバ
ルクハウゼンノイズが実用化の上で大きな課題となって
いる。このため、ＡＭＲ膜を単磁区化する方法が種々検
討されている。その1つとして、強磁性体であるＡＭＲ
膜と反強磁性体膜との交換結合を利用して、ＡＭＲ膜の
磁区を特定方向に制御する方法が適用されている。ここ
での反強磁性体としては従来からγ−ＦｅＭｎ合金が広
く知られている（例えば、米国特許第4,103,315号明細
書、米国特許第5,014,147号明細書、米国特許第5,315,4
68号明細書など参照）。

【０００４】一方、スピンバルブ膜は強磁性層／非磁性
層／強磁性層の積層構造からなるサンドイッチ膜を有
し、一方の強磁性層の磁化をピン止めすることによりＧ
ＭＲを得ている。スピンバルブ膜における一方の強磁性
層の磁化をピン止めする際にも、反強磁性体膜と強磁性
体膜との交換結合を利用する技術が普及している。この
際の反強磁性体膜としてもγ−ＦｅＭｎ合金が広く使用
されている。しかしながら、γ−ＦｅＭｎ合金は耐食性
が低く、特に水により腐食しやすいという欠点を有して
いる。このため、γ−ＦｅＭｎ合金からなる反強磁性体
膜を用いたＭＲ素子は、素子形状やヘッド形状への加工
工程で腐食、特に大気中の水分による腐食が生じやす
く、この腐食に基づいて経時的にＭＲ膜との交換結合力
が劣化しやすいという問題がある。

【０００５】反強磁性体膜と強磁性体膜との交換結合膜
には、信頼性という観点から例えば393Kで200Ｏe以上の
交換結合力が要求されている。393Kで200Ｏe以上の交換
結合力を得るためには、室温での交換結合力に加えて、
交換結合力の温度特性が良好である必要がある。交換結
合力の温度特性に関しては、強磁性体膜と反強磁性体膜
との交換結合力が失われる温度であるブロッキング温度
ができるだけ高いことが望ましい。しかし、γ−ＦｅＭ
ｎ合金はブロッキング温度が443K以下と低く、また交換
結合力の温度特性も非常に悪い。

【０００６】一方、例えば米国特許第5,315,468号に
は、面心正方晶系の結晶構造を有するＮｉＭｎ合金など
のθ−Ｍｎ合金を、反強磁性膜として使用することが記
載されている。θ−Ｍｎ合金からなる反強磁性体膜を用
いると、高温域でも反強磁性体膜と強磁性体膜との交換
結合力が低下しないことが示されている。さらに、ブロ
ッキング温度が高く、交換結合力が大きいと共に、耐食
性に優れる反強磁性体膜として、面心立方晶系の結晶構
造を有するＩｒＭｎ合金が提案されている。同じ結晶構
造を有する反強磁性体膜としては、ＰｔＭｎ合金やＲｈ
Ｍｎ合金などのγ−ＦｅＭｎ合金以外のγ−Ｍｎ合金が
知られている（米国特許第4,103,315号、第5,315,468号
など参照）。

【０００７】上述したように、ＩｒＭｎ合金、ＰｔＭｎ
合金、ＲｈＭｎ合金、ＮｉＭｎ合金、ＰｄＭｎ合金、Ｃ
ｒＭｎ合金などのＭｎ合金は、耐食性に優れ、さらに交
換結合膜のブロッキング温度を高くすることができる。
よって、ＭＲ素子の長期的な信頼性を高める反強磁性体
として注目されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、反強磁性体
膜の形成には一般的にスパッタ法が採用されている。上
記したようなＭｎ合金を構成する各元素からなるスパッ
タリングターゲットを用いて、反強磁性体膜をスパッタ
成膜している。しかしながら、従来のスパッタリングタ
ーゲットを用いて成膜した反強磁性体膜は、面内の膜組
成が不均一になりやすい。このような反強磁性体膜と強
磁性体膜との交換結合膜では、十分な交換結合力が得ら
れないという問題があった。また、そのような交換結合
膜を用いたＭＲ素子やＭＲヘッドは、それらを構成する
他の層から反強磁性体膜が悪影響を受け、交換結合特性
が劣化しやすいなどの問題を有している。

【０００９】さらに、従来のスパッタリングターゲット
は、スパッタ初期とライフエンド近くとで、成膜された
膜組成に大きな組成ずれが生じやすいという問題を有し
ている。このような反強磁性体膜の膜組成の経時変化も
交換結合特性の劣化を生じさせる原因になっている。

【００１０】本発明はこのような課題に対処するために
なされたもので、耐食性や熱特性に優れるＭｎ合金から
なる反強磁性体膜において、膜組成や膜質の安定化を図
った反強磁性体膜、さらには室温および高温域で十分な
交換結合力が安定して得られる反強磁性体膜を提供する
ことを目的としている。さらに、そのような特性を有す
る反強磁性体膜を使用することによって、安定した特性
や出力を再現性よく得ることを可能にした磁気抵抗効果
素子および磁気装置を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の反強磁性体膜
は、10〜98原子％のＭｎを含み、残部が実質的にＮｉ、
Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃ
ｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＲ
ｅから選ばれる少なくとも1種のＲ元素からなるスパッ
タリングターゲットを用いて、スパッタ成膜してなる反
強磁性体膜であって、前記スパッタリングターゲットか
らの組成のずれが10原子％以下の膜組成を有することを
特徴としている。

【００１２】本発明の他の反強磁性体膜は、10〜98原子
％のＭｎを含み、残部が実質的にＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃ
ｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、
Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＲｅから選ばれる少
なくとも1種のＲ元素からなり、かつターゲット組織の
少なくとも一部として前記Ｒ元素とＭｎとの合金相およ
び化合物相から選ばれる少なくとも1種を有するスパッ
タリングターゲットを用いて、スパッタ成膜してなる反
強磁性体膜であって、前記スパッタリングターゲットか
らの組成のずれが10原子％以下の膜組成を有することを
特徴としている。

【００１３】本発明のさらに他の反強磁性体膜は、10〜
98原子％のＭｎを含み、残部が実質的にＮｉ、Ｐｄ、Ｐ
ｔ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｇ、
Ａｕ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＲｅから選ば
れる少なくとも1種のＲ元素からなり、かつ酸素含有量
が1重量％以下（0を含む）であると共に、炭素含有量が
0.3重量％以下（0を含む）であるスパッタリングターゲ
ットを用いて、スパッタ成膜してなる反強磁性体膜であ
って、前記スパッタリングターゲットからの組成のずれ
が10原子％以下の膜組成を有することを特徴としてい
る。

【００１４】本発明の反強磁性体膜は、Ｍｎ含有量が30
原子％以上のスパッタリングターゲットを用いる場合に
好適である。さらに、本発明で用いるスパッタリングタ
ーゲットは、さらにＢｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｃ
ｄ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｎおよびＮから
選ばれる少なくとも1種の元素を40原子％以下の範囲で
含有していてもよい。本発明の反強磁性体膜は、さらに
面内の膜組成分布のばらつき（最大値と最小値との差）
が0.5原子％以下であることを特徴としている。

【００１５】本発明の磁気抵抗効果素子は、上記した本
発明の反強磁性体膜を具備することを特徴としている。
本発明の磁気抵抗効果素子は、例えば上記した本発明の
反強磁性体膜と、前記反強磁性体膜と交換結合された強
磁性体膜とを具備している。さらには、上記した本発明
の反強磁性体膜と、前記反強磁性体膜と交換結合された
第１の強磁性層と、前記第１の強磁性層と非磁性層を介
して積層された第２の強磁性層とを具備している。本発
明の磁気抵抗効果素子は、例えば磁気ヘッドに用いられ
る。本発明の磁気抵抗効果素子は、ＭＲＡＭのような磁
気記憶装置、磁気センサなどに使用することもできる。
このように、本発明の磁気装置は本発明の磁気抵抗効果
素子を具備するものである。

【００１６】本発明においては、反強磁性体膜の成膜に
用いるスパッタリングターゲット中に、Ｒ元素をＭｎと
の合金相や化合物相として分布させている。Ｒ元素とＭ
ｎとの化合物相や合金相としてＲ元素をターゲット組織
中に分布させることによって、ターゲット中の組成を均
一化することができる。さらに、ターゲット組織として
も均一な状態に近付く。特に、ターゲットの全体組成が
Ｍｎリッチである場合、Ｒ元素をＭｎとの合金相や化合
物相として分布させることによって、組成や組織の均一
性を向上させることができる。

【００１７】さらに、スパッタリングターゲット中の酸
素含有量を1重量％以下とすることによって、Ｍｎリッ
チのターゲット組成を有するスパッタリングターゲット
であっても、容易に高密度化することができる。スパッ
タリングターゲットの低酸素濃度化や高密度化は、それ
を用いて成膜した反強磁性体膜の高純度化および低酸素
濃度化に大きく寄与する。さらに、反強磁性体膜の膜質
や膜組成（ターゲット組成からのずれ）などの改善にも
寄与する。

【００１８】上述したようなスパッタリングターゲット
を用いて、反強磁性体膜をスパッタ成膜することによっ
て、面内の膜組成の均一性に優れる反強磁性体膜が安定
して得られる。さらに、スパッタリングターゲットの組
成や組織の均一化は、スパッタ初期からターゲットのラ
イフエンドまでの組成ずれの抑制に効果を発揮する。ス
パッタリングターゲットの低酸素濃度化や高密度化も同
様である。このように、本発明の反強磁性体膜は膜組成
の安定性および面内の膜組成の均一性に優れるものであ
る。このような本発明の反強磁性体膜を例えば強磁性体
膜と積層して交換結合膜を構成することによって、十分
な交換結合力、良好な耐食性や耐熱性などの優れた特性
を安定して得ることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について説明する。本発明で用いられるスパッタリン
グターゲットとしては、実質的にＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃ
ｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、
Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＲｅから選ばれる少
なくとも1種のＲ元素と、Ｍｎとからなるものが挙げら
れる。このようなスパッタリングターゲットを用いて成
膜したＲＭｎ合金からなる反強磁性体膜は、種々の強磁
性体膜と積層することによって、例えば交換結合膜とし
て使用される。

【００２０】本発明で用いるスパッタリングターゲット
において、Ｍｎの含有量はＲ元素との組合せに基づいて
適宜設定されるが、少なくともＭｎ含有量は10原子％以
上とする。Ｍｎ含有量があまり少なすぎると、良好な交
換結合力を得ることができない。一方、Ｒ元素の含有量
が少なすぎると耐食性が低下する傾向がある。このよう
なことから、Ｍｎ含有量は10〜98原子％の範囲とする。
本発明はＭｎ含有量が30原子％以上というように、Ｍｎ
リッチな組成を有するスパッタリングターゲットを用い
る場合に対して特に効果的である。

【００２１】Ｍｎ含有量のより好ましい範囲は、選択し
たＲ元素に基づいて設定される。例えば、Ｒ元素がＩ
ｒ、Ｒｈ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｅである場合、
Ｍｎ含有量は40〜98原子％の範囲とすることが好まし
く、さらには60〜95原子％の範囲とすることが望まし
い。上記したＲ元素を含むＲＭｎ合金は、一般に上記し
たような組成範囲で面心立方晶系の結晶構造が安定とな
る。結晶構造の少なくとも一部が面心立方晶構造のＲＭ
ｎ合金は、特に高いネール温度（反強磁性体が反強磁性
を失う温度）を有することから、交換結合膜のブロッキ
ング温度をより一層向上させることができる。

【００２２】また、Ｒ元素がＮｉ、Ｐｄである場合に
は、結晶構造が面心正方晶系のときに熱安定性が向上す
る。従って、このような結晶構造が安定となる組成範
囲、すなわちＭｎ含有量を30〜70原子％の範囲とするこ
とが好ましい。Ｒ元素がＣｒである場合には、ＲＭｎ合
金は体心立方晶構造や体心正方晶構造をとり、Ｍｎ含有
量は30〜70原子％の範囲とすることが好ましい。Ｒ元素
がＰｔである場合には、面心立方晶および面心正方晶共
に熱安定性に優れる。この際のＭｎ含有量は30〜98原子
％の範囲、特に60〜95原子％の範囲とすることが好まし
い。

【００２３】本発明で用いるスパッタリングターゲット
にはＲ元素の他に、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｃ
ｄ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｎおよびＮから
選ばれる少なくとも1種の元素（Ａ元素）を含有させて
もよい。ＲＭｎ合金からなる反強磁性体膜は、上述した
組成範囲や結晶構造などに基づいて、従来のＦｅＭｎ合
金に比べて良好な耐食性が得られているが、このような
添加成分を含有させることで一段と耐食性を向上させる
ことができる。ただし、Ａ元素をあまり多量に含有する
と、交換結合力が低下するおそれがある。Ａ元素の配合
量は40原子％以下とすることが好ましく、さらに好まし
くは30原子％以下である。

【００２４】本発明で用いられるスパッタリングターゲ
ットは、ターゲット組織の少なくとも一部として、Ｒ元
素とＭｎとの合金相およびＲ元素とＭｎとの化合物相か
ら選ばれる少なくとも1種を有している。Ｒ元素とＭｎ
とを組合せたスパッタリングターゲットは、一般的に粉
末焼結法などで高密度化することが難しく、さらにＭｎ
に対してＲ元素を均一に分布させることが困難である。
Ｍｎリッチな組成範囲を適用した場合、特にＲ元素の分
布が不均一になりやすい。

【００２５】このようなＲ元素とＭｎとの組合せにおい
て、本発明ではＲ元素をＭｎとの合金相や化合物相とし
て、スパッタリングターゲット中に分布させている。例
えば、Ｒ元素としてＩｒを用いた場合、これらの化合物
相としてはＩｒＭｎ₃が挙げられる。このようなＭｎリ
ッチな化合物相や合金相としてＲ元素をターゲット組織
中に分布させ、単相として存在するＲ元素量を極力減ら
すことによって、ターゲット中の組成を均一化すること
ができる。さらに、ターゲット組織（金属組織）として
も均一な状態に近付く。特に、ターゲットの全体組成が
Ｍｎリッチである場合、Ｒ元素をＭｎとの合金相や化合
物相として分布させることによって、組成や組織の均一
性を向上させることができる。

【００２６】ここで、Ｒ元素として2種類以上の元素を
使用する場合、Ｒ元素とＭｎとの合金相や化合物相は、
各Ｒ元素とＭｎとの合金や化合物であってもよいし、ま
た2種以上のＲ元素とＭｎとの合金や化合物であっても
よい。例えば、Ｒ元素としてＩｒとＲｈを選択した場
合、ＩｒとＭｎの2元系の合金や化合物、ＲｈとＭｎの2
元系の合金や化合物、およびＩｒとＲｈとＭｎの3元系
の合金や化合物のいずれか1種以上が存在していればよ
い。

【００２７】なお、上記した合金相や化合物相を構成す
るＭｎ以外は、Ｍｎ単相として存在することができる。
本発明で用いるスパッタリングターゲットにおいては、
Ｒ元素の一部も単相として存在することが許容される
が、その比率は上記したような理由から極力減少させる
ことが好ましい。

【００２８】さらに、上記した合金相や化合物相を構成
するＭｎを除く残余のＭｎの粒径は50μm以下であるこ
とが好ましい。単相として残存するＭｎの粒径が大きい
と、微視的に見るとＭｎが偏析していることになる。こ
のようなＭｎの偏析に起因する組成や組織の不均一を解
消する上で、単相としてのＭｎの最大粒径は50μm以下
とすることが好ましい。そのようなＭｎの平均粒径は10
〜40μmの範囲とすることがより好ましい。Ｍｎ粒径の
微細化は、特にＭｎリッチなターゲット組成に対して効
果を示す。しかし、Ｍｎの平均粒径があまり小さいと酸
素含有量の増大原因となるため、10μm以上とすること
が好ましい。Ｍｎの最大粒径は30μm以下とすることが
さらに好ましい。ここで、Ｍｎの粒径とはＭｎ粒を囲む
最小円の直径のことを言う。

【００２９】上述したようなスパッタリングターゲット
を用いて、反強磁性体膜をスパッタ成膜することによっ
て、面内の膜組成の均一性に優れる反強磁性体膜が安定
して得られる。スパッタリングターゲットの組成や組織
の均一化は、スパッタ初期からターゲットのライフエン
ドまでの組成ずれの抑制にも効果を発揮する。このよう
に、本発明のスパッタリングターゲットを用いることに
よって、膜組成の安定性に優れる反強磁性体膜を再現性
よく得ることができる。得られる反強磁性体膜は、さら
に面内の膜組成の均一性にも優れるものである。

【００３０】本発明で用いるスパッタリングターゲット
は、さらにターゲット中の酸素含有量を1重量％以下（0
を含む）とすることが好ましい。ターゲット中の酸素含
有量があまり多いと、特に焼結時のＭｎの組成制御が難
しくなると共に、スパッタ成膜して得られる反強磁性体
膜中の酸素量が増大する。これらは反強磁性体膜の特性
劣化の要因となるおそれがある。さらに、ターゲット中
の酸素含有量が多いと、ターゲットを高密度化すること
が困難となる。また、加工性が悪くなる上に、スパッタ
中にターゲットに割れが入りやすくなるなどの問題が生
じる。より好ましい酸素含有量は0.7重量％以下であ
り、さらに好ましくは0.1重量％以下である。

【００３１】さらに、ターゲット中の炭素含有量が多い
場合にも、焼結時や塑性加工時に割れなどの欠陥が生じ
やすくなる。さらに、得られる反強磁性体膜の交換結合
磁界やブロッキング温度などの特性も低下する。従っ
て、ターゲット中の炭素含有量は0.3重量％以下（0を含
む）とすることが好ましい。より好ましい炭素含有量は
0.2重量％以下であり、さらに好ましくは0.01重量％以
下である。

【００３２】特に、スパッタリングターゲット中の酸素
含有量や炭素含有量を低減することによって、Ｍｎリッ
チのターゲット組成を有するスパッタリングターゲット
であっても、容易に高密度化することができる。さら
に、スパッタリングターゲットの低酸素濃度化や低炭素
濃度化は、それを用いて成膜した反強磁性体膜の高純度
化、膜質や膜組成（ターゲット組成からのずれ）の改善
などに寄与する。これらは反強磁性体膜の交換結合磁界
やブロッキング温度などの特性を向上させる。

【００３３】本発明で用いるスパッタリングターゲット
の密度は相対密度で90％以上であることが好ましい。ス
パッタリングターゲットの密度があまり低いと、スパッ
タ時にターゲットの欠陥部分での異常放電によりパーテ
ィクルが発生しやすくなる。パーティクルが反強磁性体
膜中に分散すると、特性が劣化すると共に、歩留りの低
下要因となる。より好ましい相対密度は95％以上であ
る。

【００３４】なお、本発明で用いるスパッタリングター
ゲットにおいては、ターゲット組織の一部を合金相や化
合物相とする構成、および酸素含有量を1重量％以下と
すると共に、炭素含有量は0.3重量％以下とする構成の
一方を満足させることによって、少なくとも所期の効果
が得られる。ただし、これら構成はいずれも満足させる
ことが特に好ましい。

【００３５】本発明で用いるスパッタリングターゲット
の製造には、焼結法および溶解法のいずれを適用しても
よい。ただし、製造コストや原料歩留りなどを考慮した
場合、焼結法を適用することが好ましい。

【００３６】焼結法を適用してスパッタリングターゲッ
トを製造する場合、まず上記したようなターゲット組織
（合金相や化合物相を含む金属組織）を得る上で、極力
微細な原料粉末（Ｒ元素およびＭｎの各原料粉末）を使
用することが好ましい。例えば、微細なＩｒ粉末などの
Ｒ元素粉末と微細なＭｎ粉末とを用いることによって、
焼結の前段階で均一な混合状態が得られると共に、Ｒ元
素とＭｎとの間の反応を促進することができる。これら
は焼結時にＲ元素とＭｎとの合金相や化合物相の生成量
の増大に寄与する。さらに、単相として残存するＭｎ粒
径の微細化に対しても効果を発揮する。

【００３７】ただし、Ｒ元素およびＭｎの各原料粉末の
粒径があまり小さいと、原料段階での酸素含有量が増大
し、これがターゲット中の酸素量の増大原因となる。特
に、Ｍｎは酸素を吸着しやすいため、それを考慮して粒
径を設定することが好ましい。このようなことから、Ｒ
元素の原料粉末の平均粒径は20〜50μmの範囲とするこ
とが好ましい。Ｍｎの原料粉末の平均粒径は100μm以下
とすることが好ましく、特に40〜50μmの範囲とするこ
とが望ましい。

【００３８】次に、上記したようなＲ元素の原料粉末と
Ｍｎの原料粉末とを所定の比率で配合し、十分に混合す
る。原料粉末の混合にはボールミル、Ｖミキサーなど、
各種公知の混合方式を適用することができる。この際、
金属不純物の混入や酸素量の増加などが生じないよう
に、混合条件を設定することが重要である。原料粉末中
の酸素については、さらに積極的に減少させるために、
脱酸剤として微量の炭素を添加してもよい。ただし、炭
素自体も成膜された反強磁性体膜の特性低下要因となる
ため、上述したようにターゲット中の炭素量が0.3重量
％以下となるように条件設定することが好ましい。

【００３９】例えば、ボールミル混合を適用する場合、
金属不純物の混入を防止するために、樹脂（例えばナイ
ロン）製容器やボール、あるいは原料粉末と同質の友材
を内張りした容器やボールを用いることが好ましい。特
に、原料粉末と同質の材料を適用することが好ましい。
さらに、混合工程中に容器内に閉じ込められたガス成分
が原料粉末に吸着もしくは吸収されることを防止するた
めに、混合容器内は真空雰囲気もしくは不活性ガスで置
換した雰囲気とすることが好ましい。ボールミル混合以
外の混合方式を適用する場合においても、同様な不純物
の混入防止策を施すことが好ましい。

【００４０】混合時間は、混合方法、投入する粉末量、
混合容器の大きさなどにより適宜設定するものとする。
混合時間が短すぎると、均一な混合粉末が得られないお
それがある。一方、混合時間が長すぎると、不純物量が
増大するおそれがおおきくなる。混合時間はこれらを考
慮して適宜設定する。例えば、10リットルの混合容器を
用いて、粉末5kg投入でボールミル混合する場合、混合
時間は48時間程度とすることが適当である。

【００４１】次に、上記したようなＲ元素の原料粉末と
Ｍｎの原料粉末との混合粉末を焼結させてターゲット素
材を作製する。焼結は高密度の焼結体が得られるホット
プレス法やＨＩＰ法を適用して実施することが好まし
い。焼結温度は原料粉末の種類に応じて設定するものと
するが、特にＲ元素とＭｎとの反応を促進するように、
Ｍｎの融点（1244℃）直下の1150〜1200℃の範囲とする
ことが好ましい。このような高温で混合粉末を焼結させ
ることで、スパッタリングターゲット中のＲ元素とＭｎ
との合金相や化合物相の量を増加させることができる。
言い換えると、単相として存在するＲ元素量を低減する
ことが可能となる。ホットプレスやＨＩＰ時の押圧力
は、高密度化が可能な20MPa以上とすることが好まし
い。

【００４２】得られたターゲット素材は、所定のターゲ
ット形状に機械加工される。これをバッキングプレート
に例えば半田接合することによって、本発明で用いるス
パッタリングターゲットが得られる。

【００４３】上述したような条件を満足する焼結方法を
適用することによって、後述する溶解法より製造コスト
が安価な焼結法で、Ｒ元素をＭｎとの合金相や化合物相
として存在させると共に、酸素含有量や炭素含有量を低
減したスパッタリングターゲットを安定して製造するこ
とができる。さらに、焼結法は後述する溶解法に対して
使用する希少金属原料の歩留りが高いというような利点
も有している。

【００４４】溶解法を適用してスパッタリングターゲッ
トを製造する場合には、まず所定の比率で配合したＲ元
素の原料とＭｎの原料を溶解する。溶解には一般的な誘
導式電気炉を適用することができる。誘導式で溶解する
場合には、不純物の揮発を促進するために、減圧下（真
空中）で溶解することが好ましい。ただし、Ｍｎなどの
揮発による組成変動を抑制したい場合には、不活性ガス
中で実施してもよい。また、原料の形状によっては、ア
ーク溶解や電子ビーム溶解を適用することも可能であ
る。

【００４５】上記したような溶解方法により得られたイ
ンゴットは、例えば塑性加工した後に、所定のターゲッ
ト形状に機械加工される。これをバッキングプレートに
例えば半田接合することによって、スパッタリングター
ゲットが得られる。溶解法によっても、上述した焼結法
と同様に、Ｒ元素をＭｎとの合金相や化合物相として存
在させると共に、酸素含有量や炭素含有量を低減したス
パッタリングターゲットを製造することができる。

【００４６】本発明の反強磁性体膜は、上述したような
スパッタリングターゲットを用いて、常法によりスパッ
タ成膜することで得られるものである。上述したスパッ
タリングターゲットを用いて形成した反強磁性体膜は、
前述したように膜組成の安定性（膜組成のターゲット組
成からのずれ（膜組成とターゲット組成との差）が10原
子％以下）、および面内の膜組成の均一性（面内の膜組
成分布のばらつき（面内組成分布における最大値と最小
値との差）が0.5原子％以下）に優れるものである。こ
のような反強磁性体膜は、強磁性体膜と積層して交換結
合膜として用いる際に、十分な交換結合力、良好な耐食
性や耐熱性などの優れた特性が安定して得られる。

【００４７】本発明の反強磁性体膜は、例えば強磁性体
膜と積層して交換結合膜として使用される。図１は、本
発明の反強磁性体膜を用いた交換結合膜の一実施形態の
構成を模式的に示す図である。基板１上に形成された交
換結合膜２は、積層された反強磁性体膜３と強磁性体膜
４とを有している。反強磁性膜体３と強磁性体膜４と
は、これらの間で交換結合が生じるように、少なくとも
一部を積層させて形成すればよい。なお、交換結合が生
じる条件下であれば、反強磁性膜体３と強磁性体膜４と
の間に他の層を介在させることも可能である。また、反
強磁性体膜３と強磁性体膜４との積層順は用途に応じて
設定され、反強磁性体膜３を上側に配置してもよい。反
強磁性体膜３と強磁性体膜４とを多重積層した積層膜で
交換結合膜を構成することも可能である。

【００４８】ＲＭｎ合金（もしくはＲＭｎＡ合金）から
なる反強磁性体膜３の膜厚は、反強磁性を発現する範囲
内であれば特に限定されるものではないが、大きな交換
結合力を得るためには、反強磁性体膜３の膜厚を強磁性
体膜４の膜厚より厚くすることが望ましい。反強磁性体
膜３を強磁性体膜４の上側に積層する場合には、熱処理
後の交換結合力の安定性などの観点から3〜15nmの範囲
とすることが好ましく、さらに好ましくは10nm以下であ
る。また、強磁性体膜４の膜厚も同様の観点から1〜3nm
程度とすることが好ましい。一方、反強磁性体膜３を強
磁性体膜４の下側に積層する場合には3〜50nm程度とす
ることが好ましく、強磁性体膜４の膜厚も1〜7nmとする
ことが好ましい。

【００４９】強磁性体膜４には、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉやこ
れらの合金からなる各種の単層構造の強磁性層、さらに
は強磁性的な性質を示す磁性多層膜やグラニュラー膜な
どを用いることができ、具体的には異方性磁気抵抗効果
膜（ＡＭＲ膜）やスピンバルブ膜、人工格子膜、グラニ
ュラー膜などの巨大磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）などが
例示される。これら強磁性体のうち、特にＣｏまたはＣ
ｏ合金はＲＭｎ合金からなる反強磁性体膜３と積層形成
することで、ブロッキング温度の非常に高い交換結合膜
２が得られることから好ましく用いられる。

【００５０】上述した実施形態の交換結合膜２は、磁気
抵抗効果素子（ＭＲ素子）における強磁性体膜のバルク
ハウゼンノイズの除去、あるいは人工格子膜やスピンバ
ルブ膜における強磁性体膜の磁化固着などに有効に使用
されるものである。ただし、反強磁性体膜およびそれを
用いた交換結合膜２の用途はＭＲ素子に限られるもので
はなく、例えば強磁性体膜からなる磁気ヨークのような
各種磁気路の磁気異方性制御など、各種の用途に使用し
得るものである。

【００５１】次に、上述した交換結合膜を使用した磁気
抵抗効果素子（ＭＲ素子）の実施形態について、図２〜
図５を参照して説明する。ＭＲ素子は、例えばＨＤＤの
ような磁気記録装置用の磁気ヘッドの再生素子や磁界検
出用センサなどとして有効であるが、これら以外に磁気
抵抗効果メモリ（ＭＲＡＭ（Magnetoresistive random
access memory））のような磁気記憶装置にも使用でき
る。

【００５２】図２は本発明による交換結合膜を異方性磁
気抵抗効果膜（ＡＭＲ膜）のバルクハウゼンノイズの除
去などに使用したＡＭＲ素子５の一構成例を示してい
る。ＡＭＲ素子５は強磁性体膜として、電流の方向と磁
性膜の磁化モーメントの成す角度に依存して電気抵抗が
変化するＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀などの強磁性体からなるＡＭＲ膜
６を有している。ＡＭＲ膜６の両端部上には、反強磁性
体膜３がそれぞれ積層形成されている。これらＡＭＲ膜
６と反強磁性体膜３とは交換結合膜を構成しており、Ａ
ＭＲ膜６には反強磁性体膜３から磁気バイアスが付与さ
れている。

【００５３】また、ＡＭＲ膜６の両端部には、反強磁性
体膜３を介して電気的に接続されたＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、
Ａｌ、これらの合金などからなる一対の電極７が形成さ
れており、この一対の電極７によりＡＭＲ膜６に電流
（センス電流）が供給される。これらＡＭＲ膜６、反強
磁性体膜３および一対の電極７によりＡＭＲ素子５が構
成されている。なお、電極７はＡＭＲ膜６に直接接触す
る形態としてもよい。また、これらの各構成要素は、例
えばＡｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣなどからなる基板１の主表面上に
形成されている。

【００５４】上述したＡＭＲ素子５においては、ＡＭＲ
膜６と反強磁性膜３との交換結合を利用し、ＡＭＲ膜６
に磁気バイアスを付与して磁区制御しており、このＡＭ
Ｒ膜６の磁区制御によって、バルクハウゼンノイズの発
生を抑制している。反強磁性体膜３によるＡＭＲ膜６へ
の磁気バイアスの付与は、図３に示すように、ＡＭＲ膜
６上に交換バイアス磁界調整膜８を介して反強磁性体膜
３を積層形成し、これらＡＭＲ膜６と反強磁性体膜３と
の交換バイアス磁界調整膜８を介した交換結合により実
施してもよい。この場合、一対の電極７は反強磁性体膜
３の両端部と一部積層するように形成される。

【００５５】ＡＭＲ素子５におけるＡＭＲ膜６への磁気
バイアスの付与に、本発明の反強磁性体膜を使用した場
合には、前述したようにＲＭｎ合金などからなる反強磁
性体膜３の基本特性を十分かつ安定して発揮させ、室温
および高温域で十分な交換結合力を安定して得ることが
できるため、バルクハウゼンノイズの発生を各種条件下
で再現性よく抑制することが可能となる。

【００５６】図４は、本発明の反強磁性体膜を巨大磁気
抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）の強磁性層の磁化固着に適用し
たＧＭＲ素子９の一構成例を示している。ＧＭＲ素子９
は強磁性体膜として、強磁性層／非磁性層／強磁性層の
サンドイッチ構造の磁性多層膜を有し、これら強磁性層
間の磁化の成す角度に依存して電気抵抗が変化するスピ
ンバルブ膜、あるいは強磁性層と非磁性層との多層積層
膜を有し、ＧＭＲを示す人工格子膜などからなるＧＭＲ
膜１０を有している。

【００５７】図４に示すＧＭＲ素子９は、スピンバルブ
膜からなるＧＭＲ膜（スピンバルブＧＭＲ膜）１０を有
している。このスピンバルブＧＭＲ膜１０は、強磁性層
１１／非磁性層１２／強磁性層１３のサンドイッチ膜を
有し、このうち上側の強磁性層１３上に反強磁性体膜３
が積層形成されている。強磁性層１３と反強磁性体膜３
とは交換結合膜を構成している。上側の強磁性層１３は
反強磁性体膜３との交換結合力により磁化固着された、
いわゆるピン層である。一方、下側の強磁性層１１は、
磁気記録媒体などからの信号磁界（外部磁界）により磁
化方向が変化する、いわゆるフリー層である。なお、ス
ピンバルブＧＭＲ膜１０におけるピン層とフリー層の位
置は、上下逆であってもよい。

【００５８】強磁性層１１は、必要に応じて磁性下地層
（もしくは非磁性下地層）１４上に形成される。磁性下
地層１４は1種類の磁性膜で構成してもよいし、異なる
種類の磁性膜の積層膜であってもよい。具体的には、磁
性下地層１４としてはアモルファス系軟磁性体や面心立
方晶構造を有する軟磁性体、例えばＮｉＦｅ合金、Ｎｉ
ＦｅＣｏ合金、これらに各種添加元素を添加した磁性合
金などが用いられる。図中１５はＴａなどからなる保護
膜であり、必要に応じて形成される。

【００５９】スピンバルブＧＭＲ膜１０の両端部には、
Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、これらの合金などからなる一
対の電極７が形成されており、この一対の電極７により
スピンバルブＧＭＲ膜１０に電流（センス電流）が供給
される。これらスピンバルブＧＭＲ膜１０および一対の
電極７によりＧＭＲ素子９が構成されている。なお、電
極７はスピンバルブＧＭＲ膜１０の下側に形成する形態
としてもよい。

【００６０】スピンバルブ型のＧＭＲ素子９において、
一方の強磁性層の磁化固着に本発明の反強磁性体膜を使
用した場合、前述したようにＲＭｎ合金などからなる反
強磁性体膜３の基本特性を十分かつ安定して発揮させ、
室温および高温域で十分な交換結合力を安定して得るこ
とができるため、ピン層の磁化固着状態が安定かつ強固
となり、よって良好なＧＭＲ特性を安定して得ることが
可能となる。

【００６１】次に、前述した実施形態のＭＲ素子（例え
ばＧＭＲ素子）を、再生用ＭＲヘッドおよびそれを用い
た記録・再生一体型磁気ヘッドに適用する場合の実施形
態について、図５〜図６を参照して説明する。

【００６２】図５に示すように、Ａｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣなど
からなる基板２１の主表面上には、Ａｌ₂Ｏ₃などからな
る絶縁層２２を介して、軟磁性材料からなる下側磁気シ
ールド層２３が形成されている。下側磁気シールド層２
３上には、Ａｌ₂Ｏ₃などの非磁性絶縁膜からなる下側再
生磁気ギャップ２４を介して、例えば図４に示したＧＭ
Ｒ素子９が形成されている。

【００６３】図中２５はスピンバルブＧＭＲ膜１０にバ
イアス磁界を付与するＣｏＰｔ合金などからなる硬質磁
性膜（ハードバイアス膜）である。バイアス膜は反強磁
性体膜で構成することも可能である。一対の電極７は硬
質磁性膜２５上に形成されており、スピンバルブＧＭＲ
膜１０と一対の電極７とは硬質磁性膜２５を介して電気
的に接続されている。スピンバルブＧＭＲ膜１０にバイ
アス磁界を付与する硬質磁性膜３５は、図６に示すよう
に、予め下側再生磁気ギャップ２４上に形成しておいて
もよい。この場合、一対の硬質磁性膜２５上を含めて下
側再生磁気ギャップ２４上にスピンバルブＧＭＲ膜１０
を形成し、その上に一対の電極７が形成される。

【００６４】ＧＭＲ素子９上には、Ａｌ₂ Ｏ₃ などの非
磁性絶縁膜からなる上側再生磁気ギャップ２６が形成さ
れている。さらにその上には、軟磁性材料からなる上側
磁気シールド層２７が形成されており、これらにより再
生ヘッドとして機能するシールド型ＧＭＲヘッド２８が
構成されている。

【００６５】シールド型ＧＭＲヘッド２８からなる再生
ヘッド上には、誘導型薄膜磁気ヘッド２９からなる記録
ヘッドが形成されている。シールド型ＧＭＲヘッド２８
の上側磁気シールド層２７は、誘導型薄膜磁気ヘッド２
９の下部記録磁極を兼ねている。この上側磁気シールド
層を兼ねる下部記録磁極２７上には、Ａｌ₂Ｏ₃などの非
磁性絶縁膜からなる記録磁気ギャップ３０を介して、所
定形状にパターニングされた上部記録磁極３１が形成さ
れている。

【００６６】このようなシールド型ＧＭＲヘッド２８か
らなる再生ヘッドと、誘導型薄膜磁気ヘッド２９からな
る記録ヘッドとによって、録再一体型磁気ヘッド３２が
構成されている。なお、上部記録磁極３１は、記録磁気
ギャップ上に形成されたＳｉＯ₂などからなる絶縁層に
トレンチを設け、このトレンチ内に埋め込み形成したも
のであってもよく、これにより狭トラックを再現性よく
実現することが可能となる。録再一体型磁気ヘッド３２
は、例えば半導体プロセスを利用して形状形成や分割な
どを行うことにより作製される。

【００６７】上記した実施形態の録再一体型磁気ヘッド
３２におけるシールド型ＧＭＲヘッド２８では、ＲＭｎ
合金からなる反強磁性体膜と強磁性体膜との交換結合膜
が有する大きな交換結合力および高いブロッキング温度
を十分に生かすことができる。なお、本発明によるＡＭ
Ｒ素子を再生用磁気ヘッドに適用する場合においても、
同様にして記録・再生一体型磁気ヘッドを構成すること
ができる。

【００６８】

【実施例】次に、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００６９】実施例１、２ Ｒ元素の原料粉末として、平均粒径が20μmのＩｒ粉
末、Ｐｔ粉末、Ｒｈ粉末、Ｎｉ粉末、Ｐｄ粉末、Ｒｕ粉
末、Ａｕ粉末を用意した。一方、Ｍｎの原料粉末として
平均粒径が40μmのＭｎ粉末を用意した。これら各原料
粉末を表１にそれぞれ示す配合比（原料組成）で配合し
た後、金属不純物による汚染を防ぐために、ナイロン製
のボールミルを用いて混合した。混合はそれぞれ減圧下
で48時間実施した。これら各混合粉末を真空ホットプレ
スにより25MPaの圧力で焼結させた。ホットプレスはＭ
ｎの融点直下である1150℃で実施した。

【００７０】得られた各ターゲット素材の構成相をＸＲ
ＤとＥＰＭＡによる面分析により調べた。その結果、い
ずれもの素材もＲ元素とＭｎの合金相および化合物相を
有していることが確認された。各ターゲット素材の主要
合金相および主要化合物相を表１に示す。また、ＳＥＭ
により単相として存在するＭｎの粒径を調べた。Ｍｎ粒
径はいずれのターゲット素材も最大で30μm、平均で20
μmであった。

【００７１】次に、上述した各ターゲット素材をターゲ
ット形状に加工し、これらをバッキングプレートに半田
接合してスパッタリングターゲットをそれぞれ作製し
た。これら各スパッタリングターゲットを高周波マグネ
トロンスパッタ装置にセットし、基板加熱しない状態で
反強磁性体膜を磁界中成膜した。反強磁性体膜は交換結
合膜を形成するように成膜した。

【００７２】具体的には、熱酸化膜を被覆したＳｉ(10
0)基板上に、厚さ5nmのＴａ下地膜、厚さ5nmのＣｏ系強
磁性体膜、厚さ15nmの各組成の反強磁性体膜を順次形成
した。このようにして、それぞれ交換結合膜を作製し
た。この段階で交換バイアス力を測定した。ただし、Ｎ
ｉ₅₀Ｍｎ₅₀膜およびＰｄ₅₀Ｍｎ₅₀膜に関しては、熱処理
を施さないと交換結合力が得られないため、270℃で5時
間の熟処埋を施した後に交換バイアス力を測定した。こ
れらの測定結果を表１（実施例１）に示す。

【００７３】本発明の他の実施例（実施例２）として、
平均粒径が150μmのＭｎ粉末を用いる以外は同様な工程
により、それぞれ同一組成のスパッタリングターゲット
を作製した。この実施例２による各スパッタリングター
ゲットについても、実施例１と同様な評価を行った。そ
の結果を表１（実施例２）に併せて示す。

【００７４】なお、実施例２による各スパッタリングタ
ーゲットの構成相をＸＲＤとＥＰＭＡによる面分析によ
り調べた結果、同様な合金相や化合物相を有していた
が、ＳＥＭでＭｎの粒径を調べたところ、最大で100μ
m、最小40μm、平均で80μmであった。

【００７５】また、本発明との比較例１として、実施例
１および実施例２で使用した各原料粉末を用いて、ホッ
トプレスの温度条件を合金相や化合物相が形成されない
温度条件（1000℃未満）とする以外は同様な工程によ
り、それぞれ同一組成のスパッタリングターゲットを作
製した。比較例１による各スパッタリングターゲットの
構成相をＸＲＤとＥＰＭＡによる面分析により調べた結
果、合金相や化合物相は存在していなかった。

【００７６】

【表１】

【００７７】表１から分かるように、本発明のスパッタ
リングターゲットを用いて成膜した反強磁性体膜を含む
交換結合膜は、いずれも大きな交換結合力が得られてお
り、優れた特性を示しているのに対して、比較例の各ス
パッタリングターゲットを用いた交換結合膜は小さな交
換結合力しか得られなかった。

【００７８】次に、上記した実施例１による各反強磁性
体膜のスパッタ時間の経過に伴う組成変動を調べた。組
成変動は、スパッタ初期（1時間後）の反強磁性体膜と2
0時間スパッタを実施した後に形成した反強磁性体膜の
組成を、蛍光Ｘ線分析により測定することにより調べ
た。その結果を表２に示す。

【００７９】

【表２】

【００８０】さらに、実施例１の試料1によるスパッタ
リングターゲットを用いて成膜した反強磁性体膜（Ｉｒ
Ｍｎ合金膜）と、比較例１によるスパッタリングターゲ
ットを用いて成膜した反強磁性体膜（ＩｒＭｎ合金膜）
を用いて、膜面内の組成分布を調べた。測定点はＳｉ基
板の中心点（Ａ点）と外周側に四方30mm離れた4点
（Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ点）とした。測定結果を表３に示す。

【００８１】

【表３】

【００８２】表２および表３から明らかなように、本発
明のスパッタリングターゲットを用いて形成した反強磁
性体膜は、スパッタ時間の経過に伴う組成ずれが小さ
く、また基板面内の組成分布の均一性にも優れているこ
とが分かる。

【００８３】実施例３ 実施例１と同様の方法で、各種組成のＩｒＭｎターゲッ
ト、ＲｈＭｎターゲット、ＰｔＭｎターゲットをそれぞ
れ作製した。これら種々の組成のＩｒＭｎターゲット、
ＲｈＭｎターゲット、ＰｔＭｎターゲットをそれぞれ用
いて、実施例１と同様にして交換結合膜を作製した。こ
れら各交換結合膜の交換結合力を測定し、交換結合力の
組成依存性を調べた。その結果を図７に示す。図７より
明らかなように、本発明のスパッタリングターゲットを
用いて成膜した反強磁性体膜を有する交換結合膜は、広
い組成範囲で十分な交換結合力が得られていることが理
解できる。

【００８４】実施例４ 表４に記載された平均粒径を有するＭｎ粉末を用いる以
外は実施例１と同様な工程により、表４に示すＭｎの粒
径がそれぞれ異なるスパッタリングターゲットを作製し
た。得られた各スパッタリングターゲットの酸素含有量
を測定すると共に、実施例１と同様に膜を成膜し、交換
バイアス力を測定した。また、実施例１と同様の方法に
より膜面内の組成分布を調べた。その結果を表４に示
す。

【００８５】

【表４】

【００８６】表４から明らかなように、Ｍｎ粒の最大粒
径および平均粒径が大きなスパッタリングターゲットを
用いて成膜した膜の組成は、基板面内でのばらつきが大
きく、量産性の点で問題があることが理解できる。一
方、Ｍｎ粒の最大粒径および平均粒径が小さいスパッタ
リングターゲットを用いて成膜した膜は、基板面内での
組成のばらつき点では問題はないが、交換バイアス力が
低下する傾向にある。

【００８７】実施例５ 表５に示す各スパッタリングターゲットを、実施例１と
同様な焼結法とそれとは別に溶解法を適用してそれぞれ
作製した。これら各スパッタリングターゲットの加工性
とガス成分濃度（酸素含有濃度と炭素含有濃度）を調べ
た。さらに、実施例１と同様にして交換結合膜を作製
し、それら各交換結合膜の交換バイアス力とブロッキン
グ温度を測定した。これらの結果を表５に示す。なお、
この実施例５による各スパッタリングターゲット中の構
成相は実施例１と同様であった。

【００８８】一方、本発明との比較例２として、炭素不
純物量が比較的多い原料粉末を用いると共に、混合を大
気中で行う以外は、上記実施例と同様な焼結法でスパッ
タリングターゲットを作製した。また、炭素不純物量が
比較的多い原料粉末を用いると共に、溶解時の脱ガス時
間を実施例より短く設定する以外は、上記実施例と同様
な溶解法でスパッタリングターゲットを作製した。これ
ら比較例による各スパッタリングターゲットについて
も、加工性とガス成分濃度、交換結合膜の交換バイアス
力とブロッキング温度を測定した。これらの結果を併せ
て表５に示す。

【００８９】

【表５】

【００９０】表５から明らかなように、酸素含有量およ
び炭素含有量を減少させたスパッタリングターゲットに
よれば、それを用いて形成した反強磁性体膜を有する交
換結合膜の特性を向上させることができる。

【００９１】実施例６ この実施例では、実施例１と同様のスパッタリングター
ゲットを用いて成膜した反強磁性体膜と強磁性体膜との
交換結合膜を使用して、図４および図６に示したスピン
バルブ膜を有するＧＭＲ素子とそれを用いた磁気ヘッド
を作製した。

【００９２】スピンバルブＧＭＲ膜１０において、強磁
性層１１、１３としてはそれぞれ厚さが3nm、2nmのＣｏ
₉₀Ｆｅ₁₀膜を、非磁性層１２としては厚さ3nmのＣｕ膜
をそれぞれ用いた。ここで成膜したＣｏ₉₀Ｆｅ₁₀膜は、
いずれも面心立方晶系の結晶構造を有していた。反強磁
性体膜３には、上記実施例１および実施例３で作製した
各反強磁性体膜（膜厚8nm）を使用した。

【００９３】また、磁性下地層１４には厚さ10nmのＣｏ
₈₈Ｚｒ₅Ｎｂ₇膜と厚さ2nmのＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀膜の積層膜、
電極７には厚さ0.1μmのＣｕ膜、保護膜１５には厚さ20
nmのＴａ膜を使用した。さらに、硬質磁性膜２５には厚
さ40nmのＣｏ₈₃Ｐｔ₁₇膜を用いた。

【００９４】強磁性層１１、１３、非磁性層１２および
反強磁性体膜３の成膜は磁界中で行い、さらに磁界中で
熱処理を施して、強磁性層１３と反強磁性体膜３との交
換結合に一方向異方性を付与した。また、磁性下地層１
４についても、磁界中で成膜した後に熱処理を施して、
一軸磁気異方性を付与すると共に、硬質磁性膜２５を着
磁することでその一軸磁気異方性を一段と強めた。最後
に、通常の半導体プロセスに準じて素子加工を行って、
ＧＭＲ素子およびそれを用いた磁気ヘッドを作製した。

【００９５】この実施例で形成したＧＭＲ素子に外部か
ら磁界を印加して、その磁界応答性を調べたところ、反
強磁性体膜にγ−ＦｅＭｎ合金を用いたＧＭＲ素子と同
等以上の安定した出力が得られた。また、磁壁移動に伴
うバルクハウゼンノイズの発生も見受けられなかった。
しかも、反強磁性体膜にγ−ＦｅＭｎ合金を用いたＧＭ
Ｒ素子に比べて、反強磁性体膜の耐食性が良好であるこ
と、さらに交換結合膜のブロッキング温度が高く、かつ
交換結合力が大きいことに起因して、安定した出力が得
られる高感度のＧＭＲ素子を歩留りよく得ることができ
た。さらに、そのようなＧＭＲ素子を有する磁気ヘッド
において、特に耐食性が高いＩｒＭｎ系反強磁性体膜を
用いたヘッドによれば、腐食によりＦｅＭｎでは加工不
可能であった、0.1μmデプスが可能となり、大きな再生
出力を得ることができた。

【００９６】実施例７ ＩｒＭｎ合金およびＮｉ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｐｂ、Ｔ
ｉ、Ｎｂ、Ｃｒを添加したＩｒＭｎ合金を用いて、実施
例１と同様な工程によりスパッタリングターゲットをそ
れぞれ作製した。これら各スパッタリングターゲットを
用いて、実施例１と同様の方法で交換結合膜試料をそれ
ぞれ作製し、これらの試料に対して耐食性試験を行っ
た。耐食性試験は、上記各試料を水中に一昼夜浸漬した
後の腐食ピット発生率を調べた。その結果を図８に示
す。また、本発明との比較例として、ＩｒＭｎ合金に代
えて、（Ｆｅ_0.5Ｍｎ_0.5）_89.5Ｉｒ_10.5合金およびＦｅ
₅₀Ｍｎ ₅₀合金からなる反強磁性体膜を用いた試料につい
ても、同様な耐食性試験を行った。その結果を併せて図
８に示す。

【００９７】図８の耐食性試験の結果から明らかなよう
に、ＩｒＭｎ合金に添加元素を含有させることによっ
て、腐食ピットの発生率が低下していることが分かる。
また、図９および図１０に各試料の交換バイアス磁界と
ブロッキング温度の測定結果を示す。図９および図１０
から明らかなように、交換バイアス磁界とブロッキング
温度が向上している。

【００９８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば耐
食性や熱特性に優れるＭｎ合金からなる反強磁性体膜の
膜組成や膜質の安定化を図ることができる。よって、十
分な交換結合力が安定して得られる反強磁性体膜を再現
性よく提供することが可能となる。このような本発明の
反強磁性体膜は、磁気抵抗効果素子などに有効に使用さ
れるものである。また、本発明の反強磁性体膜を用いた
磁気抵抗効果素子によれば、安定した特性や出力を再現
性よく得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の反強磁性体膜を使用した交換結合膜
の一実施形態の構成を示す断面図である。

【図２】 本発明の一実施形態による磁気抵抗効果素子
の構成を示す断面図である。

【図３】 図２に示す磁気抵抗効果素子の変形例を示す
断面図である。

【図４】 本発明の他の実施形態による磁気抵抗効果素
子の構成を示す断面図である。

【図５】 本発明の磁気抵抗効果素子を使用した磁気ヘ
ッドの一実施形態の構成を示す断面図である。

【図６】 図５に示す磁気ヘッドの変形例を示す断面図
である。

【図７】 本発明の実施例３によるスパッタリングター
ゲットを用いて成膜した反強磁性体膜の交換結合力の組
成依存性を示す図である。

【図８】 本発明の実施例７によるスパッタリングター
ゲットを用いて成膜した交換結合膜試料の耐食性試験の
結果を示す図である。

【図９】 本発明の実施例７によるスパッタリングター
ゲットを用いて成膜した交換結合膜試料の交換バイアス
力の測定結果を示す図である。

【図１０】 本発明の実施例７によるスパッタリングタ
ーゲットを用いて成膜した交換結合膜試料のブロッキン
グ温度の測定結果を示す図である。

【符号の説明】

２……交換結合膜，３……反強磁性体膜，４……強磁性
体膜，５……ＡＭＲ素子，９……ＧＭＲ素子

───────────────────────────────────────────────────── 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 43/08 Ｈ０１Ｌ 43/08 Ｍ Ｚ 43/10 43/10 (72)発明者 勝井 信雄 神奈川県横浜市神奈川区斎藤分町40−１− 31 (72)発明者 福家 ひろみ 神奈川県川崎市高津区二子512−11−1102 (72)発明者 齋藤 和浩 神奈川県横浜市旭区東希望が丘21−３ (72)発明者 岩崎 仁志 神奈川県横須賀市久里浜７−２−１−503 (72)発明者 佐橋 政司 神奈川県横浜市泉区中田町139−25 (72)発明者 渡辺 高志 神奈川県横浜市磯子区汐見台２−８−２、 Ｂ−207 Ｆターム(参考） 4K029 BA02 BA06 BA07 BA08 BA11 BA12 BA16 BC06 CA05 DC04 DC09 5D034 BA05 DA05 DA07 5E049 GC02

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 10〜98原子％のＭｎを含み、残部が実質
   的にＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｖ、Ｎｂ、
   Ｔａ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ
   およびＲｅから選ばれる少なくとも1種のＲ元素からな
   るスパッタリングターゲットを用いて、スパッタ成膜し
   てなる反強磁性体膜であって、前記スパッタリングター
   ゲットからの組成のずれが10原子％以下の膜組成を有す
   ることを特徴とする反強磁性体膜。
2. 【請求項２】 10〜98原子％のＭｎを含み、残部が実質
   的にＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｖ、Ｎｂ、
   Ｔａ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ
   およびＲｅから選ばれる少なくとも1種のＲ元素からな
   り、かつターゲット組織の少なくとも一部として前記Ｒ
   元素とＭｎとの合金相および化合物相から選ばれる少な
   くとも1種を有するスパッタリングターゲットを用い
   て、スパッタ成膜してなる反強磁性体膜であって、前記
   スパッタリングターゲットからの組成のずれが10原子％
   以下の膜組成を有することを特徴とする反強磁性体膜。
3. 【請求項３】 10〜98原子％のＭｎを含み、残部が実質
   的にＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｖ、Ｎｂ、
   Ｔａ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ
   およびＲｅから選ばれる少なくとも1種のＲ元素からな
   り、かつ酸素含有量が1重量％以下（0を含む）であると
   共に、炭素含有量が0.3重量％以下（0を含む）であるス
   パッタリングターゲットを用いて、スパッタ成膜してな
   る反強磁性体膜であって、前記スパッタリングターゲッ
   トからの組成のずれが10原子％以下の膜組成を有するこ
   とを特徴とする反強磁性体膜。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか１項
   記載の反強磁性体膜において、 前記スパッタリングターゲットは、さらにＢｅ、Ｔｉ、
   Ｚｒ、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇ
   ｅ、ＳｎおよびＮから選ばれる少なくとも1種の元素を4
   0原子％以下の範囲で含有することを特徴とする反強磁
   性体膜。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれか１項
   記載の反強磁性体膜において、 前記スパッタリングターゲットは前記Ｍｎを30原子％以
   上含むことを特徴とする反強磁性体膜。
6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項５のいずれか１項
   記載の反強磁性体膜において、 前記反強磁性体膜は面内の膜組成分布のばらつきが0.5
   原子％以下であることを特徴とする反強磁性体膜。
7. 【請求項７】 請求項１ないし請求項６のいずれか１項
   記載の反強磁性体膜を具備することを特徴とする磁気抵
   抗効果素子。
8. 【請求項８】 請求項７記載の磁気抵抗効果素子におい
   て、 前記反強磁性体膜は3〜15nmの範囲の膜厚を有すること
   を特徴とする磁気抵抗効果素子。
9. 【請求項９】 請求項７または請求項８記載の磁気抵抗
   効果素子を具備することを特徴とする磁気装置。
10. 【請求項１０】 請求項９記載の磁気装置において、 前記磁気装置は、磁気ヘッド、磁気記録装置、磁気記憶
    装置、および磁気センサから選ばれる1種であることを
    特徴とする磁気装置。