JP2007059553A - 磁気抵抗素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 より高い磁気抵抗特性を有する磁気抵抗素子を提供すること。
【解決手段】磁気抵抗素子１は、基板２上に複数の磁性膜３及び非磁性膜４を交互に積層することにより形成される。また、基板２の表面２ａには、窒化膜５が形成されており、該窒化膜５には、逆スパッタリング処理が施される。そして、上記各磁性膜３及び非磁性膜４は、この逆スパッタリング処理後の窒化膜５上に順次形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板上に複数の磁性膜及び非磁性膜を交互に積層してなる磁気抵抗素子及びその製造方法に関するものである。

従来、上記のように複数の磁性膜及び非磁性膜を交互に積層することにより形成された人工格子膜は、ＡＭＲ素子（Anisotropic Magnetic Resistance）と比較して数十倍の磁気抵抗特性（磁気抵抗変化率）を有することが知られており、その高い磁気抵抗特性からＧＭＲ素子（Giant Magnetic Resistance）と称されている。そして、近年では、その高い磁気抵抗特性を利用して磁気ディスク装置の磁気ヘッドや回転角センサ等、様々な用途に利用されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１９５４７１号公報

しかしながら、より幅広い用途への適用を考慮した場合、その磁気抵抗特性はより高い方が望ましい。そして、特に回転角センサのようにマグネットとの相対位置に基づくものにおいては、その検出精度の向上もさることながら、マグネットの組付け公差（磁束強度のバラツキ）による影響が低くなることから、より一層の高い磁気抵抗特性を有する磁気抵抗素子の開発が強く求められている。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、より高い磁気抵抗特性を有する磁気抵抗素子及びその製造方法を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、基板上に複数の磁性膜及び非磁性膜を交互に積層してなる磁気抵抗素子であって、前記基板表面には窒化膜が形成されるとともに、該窒化膜には逆スパッタリング処理が施され、前記各磁性膜及び非磁性膜は、該逆スパッタリング処理後の窒化膜上に順次形成されてなること、を要旨とする。

請求項２に記載の発明は、前記磁性膜はＣｏＦｅ膜であり、前記非磁性膜はＣｕ膜であること、を要旨とする。
請求項３に記載の発明は、前記窒化膜上に成膜される最下層の前記磁性膜はＮｉＦｅ膜であること、を要旨とする。

上記各構成によれば、より高い磁気特性を得ることができる。尚、上記構成を適用することで、各磁性膜及び非磁性膜（ＧＭＲ積層膜）の配向性が極めて高くなる。従って、この配向性の高さがの高い磁気抵抗特性に寄与していると推測される。また、請求項３の構成を適用することで、窒化膜に対するＧＭＲ積層膜の密着性を向上させることができる。

請求項４に記載の発明は、基板上に複数の磁性膜及び非磁性膜を交互に積層してなる磁気抵抗素子の製造方法であって、前記基板表面に窒化膜を形成するとともに、該窒化膜に逆スパッタリング処理を施し、該逆スパッタリング処理後の窒化膜上に前記各磁性膜及び非磁性膜を順次形成すること、
上記構成によれば、より高い磁気特性を有する磁気抵抗素子を得ることができる。

本発明によれば、より高い磁気抵抗特性を有する磁気抵抗素子及びその製造方法を提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の磁気抵抗素子１は、基板２上に複数の磁性膜３及び非磁性膜４を交互に積層することにより形成されている。

詳述すると、本実施形態では、基板２はＳｉ基板であり、磁性膜３には、ＣｏＦｅが、非磁性膜４には、Ｃｕが用いられている。また、基板２の表面２ａには、窒化膜５が形成されており、該窒化膜５には、逆スパッタリング処理が施されている。尚、逆スパッタリング処理とは、Ａｒ等の不活性化ガスプラズマ中において対象物表面上にイオン粒子を衝突させる処理である。そして、本実施形態では、上記各磁性膜３及び非磁性膜４は、この逆スパッタリング処理後の窒化膜５上に順次形成されている。

尚、本実施形態では、各磁性膜３及び非磁性膜４は、それぞれ数ｎｍオーダーで、交互に約２０〜４０組程度が形成される（図１はその簡略記載）。そして、最下層の磁性膜３ａには、窒化膜５に対する該ＧＭＲ積層膜（磁性膜３及び非磁性膜４の積層体）の密着性を向上させるべくＮｉＦｅ（パーマロイ）が用いられている。

即ち、図２のフローチャートに示すように、本実施形態では、先ず基板２上に窒化膜５を形成し（ステップ１０１）、次に、同窒化膜５に逆スパッタリング処理を施す（ステップ１０２）。そして、その逆スパッタリング処理後の窒化膜５上に、最下層の磁性膜（ＮｉＦｅ）３ａを形成した後（ステップ１０３）、各非磁性膜及び磁性膜（Ｃｕ／ＣｏＦｅ）を順次形成する（ステップ１０４）。尚、最上層には、Ｃｕ膜が形成される（ステップ１０５）。

次に、本実施形態の磁気抵抗素子の特徴的な作用・効果について詳述する。
図３（ａ）は、基板上に酸化膜が形成されたもの（逆スパッタ無）、図３（ｂ）は、同酸化膜に逆スパッタリング処理を施したもの（逆スパッタ有）、図３（ｃ）は、窒化膜に逆スパッタリング処理を施さないもの（逆スパッタ無）、そして、図３（ｄ）は、本実施形態の磁気抵抗素子の磁気抵抗特性を示すグラフである。尚、同図中において、その磁気抵抗特性を表す「磁気抵抗率（磁気抵抗変化率）」は、非磁力印加時の抵抗値をＲ０、磁力印加時の抵抗値をＲｂとした場合に、（（Ｒ０−Ｒｂ）／Ｒｂ）×１００の式に表され、この値が高いほど高い磁気抵抗特性を有することを表している。

同図３に示すように、基板上に形成される下地（酸化膜又は窒化膜）及び表面処理条件（逆スパッタリング処理の有無）の組み合わせを適宜変更した場合、本実施形態の磁気抵抗素子１の構成以外の組み合わせ（図３（ａ）〜（ｃ）参照）では、その磁気抵抗変化率に大きな差はみられない。そして、本実施形態の磁気抵抗素子１の組み合わせ（図３（ｄ）参照、窒化膜＋逆スパッタ処理）のみが突出して高い数値（その他組み合わせの平均値よりも約２０％増）となっている。即ち、上記本実施形態の構成（窒化膜＋逆スパッタ処理）を採用することで、他の組合せからは容易に想起できない、より高い磁気特性を得ることができる。

次に、上記の点について、その配向性の面から考察する。
図４は、上記の下地（酸化膜又は窒化膜）及び表面処理条件（逆スパッタリング処理の有無）の各組み合わせについて行ったＸＤＲ（Ｘ線回折）分析の結果を示すグラフであり、同図中、領域αに示すピークは基板（Ｓｉ）を、そして同図中、領域βに示すピークは、ＧＭＲ膜（磁性膜及び非磁性膜の積層体）を示している。

同図に示すように、ＧＭＲ積層膜のピーク値（回折光強度）を比較した場合、本実施形態の構成（窒化膜＋逆スパッタ処理、波形Ｌに示すもの）を採用したもののみが突出して高い数値となっている。即ち、本実施形態の構成を適用したものは、他の組み合わせと比較して、その配向性が極めて高くなっている。従って、この高い配向性が上述の高い磁気抵抗特性に寄与しているものと推測される。

以上、本実施形態によれば、以下のような特徴を得ることができる。
（１）磁気抵抗素子１は、基板２上に複数の磁性膜３及び非磁性膜４を交互に積層することにより形成される。また、基板２の表面２ａには、窒化膜５が形成されており、該窒化膜５には、逆スパッタリング処理が施される。そして、上記各磁性膜３及び非磁性膜４は、この逆スパッタリング処理後の窒化膜５上に順次形成される。

上記構成によれば、より高い磁気特性を得ることができる。尚、上記構成を適用することで、各磁性膜３及び非磁性膜４（ＧＭＲ積層膜）の配向性が極めて高くなる。従って、この配向性の高さがの高い磁気抵抗特性に寄与していると推測される。

（２）磁性膜３にはＣｏＦｅを、非磁性膜４にはＣｕを用い、最下層の磁性膜３ａには、ＮｉＦｅ（パーマロイ）が用いる。このような構成とすれば、窒化膜５に対するＧＭＲ積層膜（Ｃｕ／ＣｏＦｅ）の密着性を向上させることができる。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態の磁気抵抗素子１は、検出対象物の回転に応じてマグネットと磁気抵抗素子との相対位置が変化する回転角センサに適用するとよい。即ち、このような回転角センサにおいては、マグネットの組付け公差により、磁気抵抗素子を通過する磁束の強度、及びその回転に応じた変化率にバラツキが出やすい。このため、その公差による影響を考慮して所定の閾値を設定する必要があり、これにより、その検出精度の向上が妨げられていた。しかしながら、本実施形態の磁気抵抗素子１では、より僅かな磁束変化を検出可能であるため、こうした問題が起こりにくい。従って、より高い精度の回転検出が可能になるとともに、併せてその組付けの容易化を図ることができる。

次に、以上の実施形態から把握することのできる請求項以外の技術的思想を記載する。
（イ）請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の磁気抵抗素子を用いた回転角センサ。

本実施形態の磁気抵抗素子の概略構成を示す模式図。 本実施形態の磁気抵抗素子の製造方法を示すフローチャート。 （ａ）〜（ｄ）下地及びその表面処理の組み合わせ毎の磁気抵抗特性を示すグラフ。 上記各組み合わせのＸＤＲ（Ｘ線回折）分析の結果を示すグラフ。

符号の説明

１…磁気抵抗素子、２…基板、２ａ…表面、３，３ａ…磁性膜、４…非磁性膜、５…窒化膜。

Claims (4)

1. 基板上に複数の磁性膜及び非磁性膜を交互に積層してなる磁気抵抗素子であって、
   前記基板表面には窒化膜が形成されるとともに、該窒化膜には逆スパッタリング処理が施され、前記各磁性膜及び非磁性膜は、該逆スパッタリング処理後の窒化膜上に順次形成されてなること、を特徴とする磁気抵抗素子。
2. 請求項１に記載の磁気抵抗素子において、
   前記磁性膜はＣｏＦｅ膜であり、前記非磁性膜はＣｕ膜であること、
   を特徴とする磁気抵抗素子。
3. 請求項２に記載の磁気抵抗素子において、
   前記窒化膜上に成膜される最下層の前記磁性膜はＮｉＦｅ膜であること、
   を特徴とする磁気抵抗素子。
4. 基板上に複数の磁性膜及び非磁性膜を交互に積層してなる磁気抵抗素子の製造方法であって、
   前記基板表面に窒化膜を形成するとともに、該窒化膜に逆スパッタリング処理を施し、該逆スパッタリング処理後の窒化膜上に前記各磁性膜及び非磁性膜を順次形成すること、を特徴とする磁気抵抗素子の製造方法。

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