JP2504234B2 - 磁気抵抗効果薄膜およびその製造方法 - Google Patents

磁気抵抗効果薄膜およびその製造方法

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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、強磁性磁気抵抗効果(以下、MR効果と略
す)を利用して磁界を検出する磁気抵抗効果素子(以
下、MR素子と略す)に用いる強磁性磁気抵抗効果薄膜
(以下、MR膜と略す)およびその製造方法に関するもの
である。
(従来の技術) MR効果を用いて磁界を検出するMR素子は、磁気センサ
ー、磁気ヘッド、回転検出素子、位置検出素子などとし
て現在盛んに用いられている。一般にMR素子材料として
挙げられるNiFeは、異方性磁界が4Oe程度と小さく非常
に良好な軟磁気特性を示す。このため磁気記録の分野に
おいては、微弱な信号磁界を読み出すMRヘッド用材料に
適しているとされてきた。しかし、今後さらに進展する
ことが予想される高記録密度化に対応するためには、よ
り大きなMR比を持つ材料が必要である。NiFeよりもMR比
が大きい材料としてNiCoが挙げられるが、異方性磁界の
値が大きく高感度MR素子には適していない。そこで、Ni
Feと、NiCoもしくはCo系合金を互いに積層させて高感度
MR材料を得ることが試みられている(特開昭64-64383号
広報)。この文献では各層厚を1nmから50nmの間に規定
している。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら実際に、規定された各層厚(1〜50nm)
を持つNiFe/NiCo積層膜を作製し、磁気特性、MR特性を
測定したところ、試料によっては実用上問題となる磁気
異方性の分散が、NiFeに比べて大きいことが判明した。
ここで、磁気異方性分散の指標として、次の量を用い
た。
ΔR0/ΔRMAX≡(R0−R)/(R−R) R0:外部磁界がゼロの状態における電気抵抗値 R:磁化の方向と電流方向が90°である場合の電気抵
抗値 R:磁化の方向と電流方向が平行である場合の電気抵
抗値 ΔR0/ΔRMAX値が1であるということは、R0=R
あるから、外部磁界がゼロの状態において磁気異方性の
分散が無いことを意味している。
ΔR0/ΔRMAX値が1に比べて小さくなるほど、その膜
の磁気異方性の分散は大きい。磁気異方性分散が大きい
場合、外部磁界が印加されていない状態においては、磁
化が電流方向から大きくばらついている。そのため膜の
電気抵抗は最大値R(磁化が電流方向と平行である場
合の電気抵抗値)よりも小さくなり、外部磁界変化によ
る実質的な電気抵抗変化は磁気異方性分散がない場合に
比べて小さくなってしまう。さらに、磁気異方性分散が
大きい膜は、R-H特性(外部磁界に対して電気抵抗が示
す特性)におけるヒステリシスが大きくなり、出力の不
安定化またはノイズが増加するといった問題点があっ
た。
本発明は、以上の点を鑑み、磁気異方性分散が小さ
く、しかもNiFeよりも大きなMR比を持つMR膜を提供しよ
うとするものである。
(課題を解決するための手段) 本発明のMR膜においては、NiFeを主成分とする合金層
とNiCoを主成分とする合金層が交互に積み重なった積層
膜において、積層周期(Ni82Fe12層厚とNi80Co20層厚と
の和)が6nm以上かつ12nm以下であることを特徴とす
る。
また、本発明のMR膜の製造方法においては、NiFeを主
成分とする合金層を形成する第1の工程と、NiCoを主成
分とする合金層を形成する第2の工程とを交互に繰り返
し磁気抵抗効果薄膜を形成する方法において、前記第
1、および第2の工程における各合金層の成膜中の基板
温度が20℃から250℃の範囲に保持されていることを特
徴としている。
(作用) 多層膜の磁気特性は膜の積層構造によって大きく変化
するが、種々のNiFe/NiCo積層膜を検討した結果、ΔR0
/ΔRMAX値は膜の積層周期に大きく依存することがわか
った。また、特開昭64-64383号公報では成膜条件に対す
る規定はないが、実際にいくつかの成膜条件で作製した
ところ、成膜基板温度が磁気異方性分散に大きな影響を
及ぼすことがわかった。従って、磁気異方性分散の小さ
な積層膜を得るためには、積層周期および成膜基板温度
を最適化しなければならない。
本発明の磁気抵抗効果薄膜においては、磁気異方性分
散の小さいNiFe層と、NiFeよりも大きなMR比を示すが磁
気異方性分散の大きいNiCo層を交互に積層させている。
この結果、MR比はNiFe薄膜よりも大きい値を示し、しか
も積層周期を十分小さく(12nm以下)設定しているた
め、NiFe層とNiCo層の界面での磁気的相互作用が各層全
体に影響し、磁気異方性分散がNiFe薄膜と同程度に小さ
く抑えられている。しかしながら積層周期を6nm未満の
値に設定した場合、成膜後の膜は一様に合金化してしま
い、磁気異方性分散は同組成の合金値に等しくなってし
まう。従って本発明においては、積層周期は6〜12nmに
設定されている。
成膜基板温度に関しては、250℃以下に設定すること
によってNiFe層とNiCo層の相互拡散を抑え、積層周期構
造を保つことによって磁気異方性分散の増大を抑制して
いる。しかしながら成膜基板温度を20℃未満とした場
合、後の実施例で述べるように試料のMR比が従来材料で
あるNiFeの値(〜3%)よりも小さくなってしまう。従
って本発明においては、成膜基板温度は20〜250℃に設
定されている。
(実施例) 第4図に、本発明の一実施例を示す。
第4図において、到達真空度10-10Torr台にて、ガラ
ス基板1上にNi82Fe18(重量%)層とNi80Co20(重量
%)層を交互に蒸着した。成膜中のガラス基板1の温度
(以下成膜基板温度という)を20℃とし、成膜速度を約
6Å/sとした。Ni82Fe18(重量%)層とNi80Co20(重量
%)層の層厚比を1:1とし、積層周期(Ni82Fe18層厚とN
i80Co20層厚との和)がそれぞれ3nm、6nm、12nm、20nm
である試料を作製した。総膜厚は150nmとした。
次に、これらの積層膜2上にAu3を蒸着した(膜厚は2
40nm)。さらに、このAu蒸着膜上にフォトレジストパタ
ーンを形成し、Arガス雰囲気中でイオンエッチングを行
い、感磁部分である矩形状のパターン4およびセンス電
流を供給するための電極パターン5を形成した。ここ
で、エッチング条件は、加速電圧:500V、Arガス圧力:1
×10-4Torrである。さらに、このパターン上にマスクと
なるフォトレジストパターンを形成し選択化学エッチン
グを行うことによって、MR膜を長さ2mm、幅50μmの矩
形状のパターンに露出させ、MR素子を作製した。
このように作製されたMR素子において、前述のΔR0
ΔRMAX値を測定した結果を第1図に示す。積層周期が6n
mおよび12nmの試料においてはΔR0/ΔRMAXは0.9以上の
値となり、磁気異方性分散はほとんど無いことがわか
る。しかしながら積層周期が20nmの試料では、特開昭64
-64383号公報で規定されている積層周期範囲内であるに
もかかわらず、ΔR0/ΔRMAXが0.5程度に小さくなって
いる。すなわち磁気異方性分散が大きくMR素子材料とし
て適さない。また、積層周期3nmの試料においてもΔR0
/ΔRMAXは小さく、同組成の合金膜の値となっている。
この試料においては層間の拡散により膜全体が合金化し
ていると考えられる。
以上のように、積層周期を6nm以上かつ12nm以下とし
て作製されたMR素子は、磁気異方性分散がほとんどなく
出力が安定している優れた素子であることがわかった。
次に、本発明の他の実施例について説明する。
第4図において、到達真空度10-10Torr台にて、ガラ
ス基板1上にNi82Fe18(重量%)層とNi80Co20(重量
%)層を交互に蒸着した。この際、成膜基板温度をそれ
ぞれ−100℃、20℃、150℃、250℃、350℃、400℃、と
した。成膜速度は約6Å/sである。また。Ni85Fe15(重
量%)層とNi70Co30(重量%)層の層厚をそれぞれ2n
m、4nmとし(積層周期は6nm)、総膜厚を150nmとした。
次に、これらの積層膜上にAu3を蒸着した(膜厚は240
nm)。さらに、このAu蒸着膜上にフォトレジストパター
ンを形成し、Arガス雰囲気中でイオンエッチングを行
い、感磁部分である矩形状のパターン4およびセンス電
流を供給するための電極パターン5を形成した。ここ
で、エッチング条件は、加速電圧:500V、Arガス圧力:1
×10-4Torrである。さらに、このパターン上にマスクと
なるフォトレジストパターンを形成し選択化学エッチン
グを行うことによって、MR膜を長さ2mm、幅50μmの矩
形状のパターンに露出させ、MR素子を作製した。
このように作製されたMR素子において、前述のΔR0
ΔRMAX値を測定した結果を第2図に示す。成膜基板温度
が−100℃から250℃の試料においてはΔR0/ΔRMAXは0.
9以上の値となり、磁気異方性分散はほとんど無いこと
がわかる。しかし350℃および400℃の試料ではΔR0/Δ
RMAXが0.5程度に小さくなっている。すなわち異方性分
散が大きくなっている。次に、同試料においてMR比を測
定した結果を第3図に示す。成膜基板温度−100℃の試
料においてはMR比は2.7%であり、従来材料のNiFe(150
nm厚)に比べて小さな値となっているが、成膜基板温度
20℃以上の試料においてはNiFe以上の値となっている。
以上のように、成膜基板温度を20℃から250℃の間に
設定した作製されたMR素子は、磁気異方性分散がほとん
どなく、MR比もNiFe以上の値を持ち、出力が安定してい
る優れた素子であることがわかった。
なお、上記実施例では、成膜方法として蒸着法を用い
たが、スパッタ法によってもかまわない。
(発明の効果) 上述したように、本発明のNiFe/NiCo積層膜において
は磁気異方性の分散が少ないため、この膜を用いること
によって出力の安定したMR素子を実現することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明にかかわる積層膜の磁気異方性分散の積
層周期依存性を示す図である。また第2図、第3図はそ
れぞれ磁気異方性分散およびMR比の成膜基板温度依存性
を示す図である。また第4図は本発明の一実施例を示す
図である。 第4図において、 1:ガラス基板、2:Ni-Fe/Ni-Co積層膜(MR膜)、3:Au
膜、4:感磁部分である矩形状のパターン、5:電極であ
る。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】NiFeを主成分とする合金層とNiCoを主成分
    とする合金層が交互に積み重なった積層膜からなる磁気
    抵抗効果薄膜において、積層周期が6nm以上かつ12nm以
    下であることを特徴とする磁気抵抗効果薄膜。
  2. 【請求項2】NiFeを主成分とする合金層を形成する第1
    の工程と、NiCoを主成分とする合金層を形成する第2の
    工程とを交互に繰り返し磁気抵抗効果薄膜を形成する方
    法において、前記第1、および第2の工程における各合
    金層の成膜中の基板温度が20℃から250℃の範囲に保持
    されていることを特徴とする磁気抵抗効果薄膜の製造方
    法。
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