JP2701557B2 - 磁気抵抗効果素子およびその製造方法 - Google Patents
磁気抵抗効果素子およびその製造方法Info
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- JP2701557B2 JP2701557B2 JP3036997A JP3699791A JP2701557B2 JP 2701557 B2 JP2701557 B2 JP 2701557B2 JP 3036997 A JP3036997 A JP 3036997A JP 3699791 A JP3699791 A JP 3699791A JP 2701557 B2 JP2701557 B2 JP 2701557B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は磁気抵抗効果（以下、Ｍ
Ｒ効果と略す）を利用した磁界センサに係わり、特に磁
界検出用センサ、磁気ヘッドに好適な磁気抵抗効果素子
（以下、ＭＲ素子と略す）およびその製造方法に関す
る。
Ｒ効果と略す）を利用した磁界センサに係わり、特に磁
界検出用センサ、磁気ヘッドに好適な磁気抵抗効果素子
（以下、ＭＲ素子と略す）およびその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、ＭＲ効果を利用したＭＲ
素子は高感度で比較的大きな出力が得られるため、磁界
センサ、磁気ヘッドとして広く利用されている。従来、
ＭＲ素子には、２％程度の磁気抵抗変化率を示し、軟磁
気特性に優れたパーマロイ合金薄膜が広く用いられてい
る。また、パーマロイよりもＭＲ効果の大きい材料とし
て、ＮｉＦｅＣｏ合金薄膜やＮｉＣｏ合金薄膜も用いら
れている。このような強磁性磁気抵抗効果を有する軟磁
性薄膜を用いたＭＲ素子においては、膜中の磁壁の不連
続な移動に起因するいわゆるバルクハウゼンノイズが大
きな問題となる。バルクハウゼンノイズの原因は、ＭＲ
素子端部での反磁界によって生じる磁壁の移動であると
考えられる。このため、ＭＲ素子部を単磁区化して磁壁
をなくす方法が数多く提案されているが、主なものは次
の２つである（ザ・ジャーナル・オブ・アプライド・フ
ィジックス、Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌ
ｉｅｄ Ｐｈｉｓｉｃｓ，１９８４年、第５５巻、２２
２６ページ）。１つはＭＲ素子部の長さを長くしたり、
ＭＲ素子の長さと幅の比率を大きくして形状異方性によ
って単磁区化を図る方法である。もう１つは、ＭＲ素子
の両端に硬磁性材料や反強磁性材料を置いて、硬磁性材
料からの静磁界や反強磁性材料の交換相互作用によって
センス電流方向にバイアス磁界を加える方法である。
素子は高感度で比較的大きな出力が得られるため、磁界
センサ、磁気ヘッドとして広く利用されている。従来、
ＭＲ素子には、２％程度の磁気抵抗変化率を示し、軟磁
気特性に優れたパーマロイ合金薄膜が広く用いられてい
る。また、パーマロイよりもＭＲ効果の大きい材料とし
て、ＮｉＦｅＣｏ合金薄膜やＮｉＣｏ合金薄膜も用いら
れている。このような強磁性磁気抵抗効果を有する軟磁
性薄膜を用いたＭＲ素子においては、膜中の磁壁の不連
続な移動に起因するいわゆるバルクハウゼンノイズが大
きな問題となる。バルクハウゼンノイズの原因は、ＭＲ
素子端部での反磁界によって生じる磁壁の移動であると
考えられる。このため、ＭＲ素子部を単磁区化して磁壁
をなくす方法が数多く提案されているが、主なものは次
の２つである（ザ・ジャーナル・オブ・アプライド・フ
ィジックス、Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌ
ｉｅｄ Ｐｈｉｓｉｃｓ，１９８４年、第５５巻、２２
２６ページ）。１つはＭＲ素子部の長さを長くしたり、
ＭＲ素子の長さと幅の比率を大きくして形状異方性によ
って単磁区化を図る方法である。もう１つは、ＭＲ素子
の両端に硬磁性材料や反強磁性材料を置いて、硬磁性材
料からの静磁界や反強磁性材料の交換相互作用によって
センス電流方向にバイアス磁界を加える方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＭＲ素子の長
さを長くする方法は磁気ヘッド等に応用する時はトラッ
ク幅を大きくすることになり、高密度磁気記録の再生用
ヘッドとして用いる場合には不適当であるといった課題
があった。また、硬磁性材料や反強磁性材料によってバ
イアス磁界を加えるためには、ＭＲ素子の両端部にこれ
らの材料を成膜してパターン形成しなければならず、こ
れはＭＲ素子の製造工程を複雑にするばかりではなく、
新たなバイアス層の厚さだけＭＲ素子が厚くなって素子
の薄層化の妨げになったり、バイアス層のパターン形成
部の段差によってＭＲ素子の特性を劣化させてしまうと
いった課題があった。
さを長くする方法は磁気ヘッド等に応用する時はトラッ
ク幅を大きくすることになり、高密度磁気記録の再生用
ヘッドとして用いる場合には不適当であるといった課題
があった。また、硬磁性材料や反強磁性材料によってバ
イアス磁界を加えるためには、ＭＲ素子の両端部にこれ
らの材料を成膜してパターン形成しなければならず、こ
れはＭＲ素子の製造工程を複雑にするばかりではなく、
新たなバイアス層の厚さだけＭＲ素子が厚くなって素子
の薄層化の妨げになったり、バイアス層のパターン形成
部の段差によってＭＲ素子の特性を劣化させてしまうと
いった課題があった。
【０００４】本発明の目的は、ＭＲ素子の長さを長くし
たり、厚さを厚くしないでバルクハウゼンノイズを生じ
ないＭＲ素子を提供することにある。さらに他の目的は
そのようなＭＲ素子を簡便な工程で製造できるＭＲ素子
の製造方法を提供することにある。
たり、厚さを厚くしないでバルクハウゼンノイズを生じ
ないＭＲ素子を提供することにある。さらに他の目的は
そのようなＭＲ素子を簡便な工程で製造できるＭＲ素子
の製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では非磁性基板上に強磁性磁気抵抗効果層
と、前記強磁性磁気抵抗効果層に電流を流すための電極
とを有し、前記電極に挟まれた強磁性磁気抵抗効果層の
中央部分で磁界を検知する構造のＭＲ素子において、前
記磁気抵抗効果層の一部が前記中央部分に比べて大きな
保磁力を有することを特徴とする。
に、本発明では非磁性基板上に強磁性磁気抵抗効果層
と、前記強磁性磁気抵抗効果層に電流を流すための電極
とを有し、前記電極に挟まれた強磁性磁気抵抗効果層の
中央部分で磁界を検知する構造のＭＲ素子において、前
記磁気抵抗効果層の一部が前記中央部分に比べて大きな
保磁力を有することを特徴とする。
【０００６】本発明のＭＲ素子の製造方法は、非磁性基
板上に強磁性磁気抵抗効果層を形成する工程と、この強
磁性磁気抵抗効果層の一部にイオン注入を行った後、磁
場中で熱処理を行う工程と、前記強磁性磁気抵抗効果層
のイオン注入を行った部分以外の一部を挟んで電極を形
成する工程とを含むことを特徴とする。
板上に強磁性磁気抵抗効果層を形成する工程と、この強
磁性磁気抵抗効果層の一部にイオン注入を行った後、磁
場中で熱処理を行う工程と、前記強磁性磁気抵抗効果層
のイオン注入を行った部分以外の一部を挟んで電極を形
成する工程とを含むことを特徴とする。
【０００７】本発明に係わる非磁性基板の材料にはガラ
ス、Ｓｉ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＣ、ＳｉＣ、Ａｌ2 Ｏ3 と
ＴｉＣとの焼結体、フェライト等を用いることができ、
また強磁性層磁気抵抗効果層にはＣｏ、ＮｉまたはＮｉ
−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｎｉ等の強磁性合金、ある
いはこれらに添加物を加えたものを用いることができ
る。
ス、Ｓｉ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＣ、ＳｉＣ、Ａｌ2 Ｏ3 と
ＴｉＣとの焼結体、フェライト等を用いることができ、
また強磁性層磁気抵抗効果層にはＣｏ、ＮｉまたはＮｉ
−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｎｉ等の強磁性合金、ある
いはこれらに添加物を加えたものを用いることができ
る。
【０００８】図２は本発明のＭＲ素子の製造方法の一例
を示す斜視図である。非磁性基板１と、その上に磁気抵
抗効果の大きい軟磁性材料をスパッタ法や真空蒸着法で
成膜して強磁性磁気抵抗効果層２を形成する。この強磁
性磁気抵抗効果層２を所定の形状にパターン形成し（図
２ａ）、ＭＲ素子の感磁部をフォトレジスト等で保護し
た後イオン注入を行う（図２ｂ）。イオン注入に用いる
イオン種は種々の元素から選択できるが、Ｃｏ等の磁気
異方性の大きいイオンを注入すると特に大きな効果が得
られる。次に，ＭＲ素子のセンス電流方向に直流磁界を
印加しながら熱処理を行う。最後に電極を形成する（図
２ｃ）。
を示す斜視図である。非磁性基板１と、その上に磁気抵
抗効果の大きい軟磁性材料をスパッタ法や真空蒸着法で
成膜して強磁性磁気抵抗効果層２を形成する。この強磁
性磁気抵抗効果層２を所定の形状にパターン形成し（図
２ａ）、ＭＲ素子の感磁部をフォトレジスト等で保護し
た後イオン注入を行う（図２ｂ）。イオン注入に用いる
イオン種は種々の元素から選択できるが、Ｃｏ等の磁気
異方性の大きいイオンを注入すると特に大きな効果が得
られる。次に，ＭＲ素子のセンス電流方向に直流磁界を
印加しながら熱処理を行う。最後に電極を形成する（図
２ｃ）。
【０００９】
【作用】以下に本発明の作用を簡単に説明する。強磁性
磁気抵抗効果層は成膜した時には軟磁気特性を有してい
る。しかし、この材料にイオン注入を行い結晶構造を乱
し不純物を添加すると保磁力が数１０Ｏｅから数１００
Ｏｅの硬磁性材料となる。また、この後直流磁界中で熱
処理を施すと、その磁界方向を容易軸とする１軸性の誘
導磁気異方性を生じる。
磁気抵抗効果層は成膜した時には軟磁気特性を有してい
る。しかし、この材料にイオン注入を行い結晶構造を乱
し不純物を添加すると保磁力が数１０Ｏｅから数１００
Ｏｅの硬磁性材料となる。また、この後直流磁界中で熱
処理を施すと、その磁界方向を容易軸とする１軸性の誘
導磁気異方性を生じる。
【００１０】本発明のＭＲ素子は、ＭＲ素子の両端の部
分がセンス電流方向に磁化した硬磁性体となっている。
ＭＲ素子はその両端からの静磁界を受けるために単磁区
構造が安定化され、バルクハウゼンノイズを生じない。
さらに、硬磁性体の部分を作る方法として、イオン注入
法を用いることによって、特定の部分のみを選択的に硬
磁性材料とすることができ、新たにバイアス用の硬磁性
材料を成膜してパターン形成する方法と比較して、工程
を簡略化することができる。さらに、新たなバイアス層
の厚さだけＭＲ素子が厚くなってしまったり、パターン
形成部に段差が生じることが無いため、ＭＲ素子の厚さ
を薄くすることが容易であり、高密度記録用磁気ヘッド
等に適している。
分がセンス電流方向に磁化した硬磁性体となっている。
ＭＲ素子はその両端からの静磁界を受けるために単磁区
構造が安定化され、バルクハウゼンノイズを生じない。
さらに、硬磁性体の部分を作る方法として、イオン注入
法を用いることによって、特定の部分のみを選択的に硬
磁性材料とすることができ、新たにバイアス用の硬磁性
材料を成膜してパターン形成する方法と比較して、工程
を簡略化することができる。さらに、新たなバイアス層
の厚さだけＭＲ素子が厚くなってしまったり、パターン
形成部に段差が生じることが無いため、ＭＲ素子の厚さ
を薄くすることが容易であり、高密度記録用磁気ヘッド
等に適している。
【００１１】
【実施例】以下に本発明の詳細を実施例により説明す
る。
る。
【００１２】図１は本発明のＭＲ素子の一例を示す部分
断面図である。非磁性基板１上には、矩形状のパターン
を有する強磁性層磁気抵抗効果層２が形成されている。
強磁性層磁気抵抗効果層の一部には、イオン注入により
硬磁性材料とした部分３が形成されている。４は強磁性
磁気抵抗効果層２に電流を流すための電極である。
断面図である。非磁性基板１上には、矩形状のパターン
を有する強磁性層磁気抵抗効果層２が形成されている。
強磁性層磁気抵抗効果層の一部には、イオン注入により
硬磁性材料とした部分３が形成されている。４は強磁性
磁気抵抗効果層２に電流を流すための電極である。
【００１３】Ａｒガス中でのｒｆマグネトロンスパッタ
リングにより、１００℃に保持したガラス基板上に強磁
性磁気抵抗効果層となる膜厚４００Ａのパーマロイ（Ｎ
ｉ８２％−Ｆｅ１８％重量％）層を成膜した。成膜速度
は１Ａ／秒であった。また、スパッタ電力は１．３Ｗ／
ｃｍ2 、スパッタ圧力は５×１０-3Ｔｏｒｒであった。
リングにより、１００℃に保持したガラス基板上に強磁
性磁気抵抗効果層となる膜厚４００Ａのパーマロイ（Ｎ
ｉ８２％−Ｆｅ１８％重量％）層を成膜した。成膜速度
は１Ａ／秒であった。また、スパッタ電力は１．３Ｗ／
ｃｍ2 、スパッタ圧力は５×１０-3Ｔｏｒｒであった。
【００１４】この後、この強磁性磁気抵抗効果層上に所
定のフォトレジストパターンを形成し、Ａｒガス雰囲気
でイオンエッチングを行い、長さ５０μｍ、幅５μｍの
矩形状のパターンに加工した。この矩形パターンの両端
からそれぞれ１５μｍをフォトレジストで覆った後Ｃｏ
イオンを注入し、フォトレジストに覆われていないパー
マロイ層を合金化した。注入量は約１０14ｉｏｎｓ／ｃ
ｍ2 、加速電圧は５０ｋＶとした。次いで、矩形パター
ンの長軸方向に５００Ｏｅの直流磁界を印加しながら真
空中で３００℃まで加熱した後室温まで徐冷する熱処理
を行った。最後に、前述の積層体にセンス電流を供給す
る電極をＴｉとＡｕの積層膜を用いて形成し、実施例１
とした。この時、電極の位置は矩形パターンの中心から
両側５μｍとし、電極の間隔は１０μｍとした。また、
イオン注入工程を省略し、それ以外は実施例１とまった
く同様の工程でＭＲ素子を作製し、比較例１とした。
定のフォトレジストパターンを形成し、Ａｒガス雰囲気
でイオンエッチングを行い、長さ５０μｍ、幅５μｍの
矩形状のパターンに加工した。この矩形パターンの両端
からそれぞれ１５μｍをフォトレジストで覆った後Ｃｏ
イオンを注入し、フォトレジストに覆われていないパー
マロイ層を合金化した。注入量は約１０14ｉｏｎｓ／ｃ
ｍ2 、加速電圧は５０ｋＶとした。次いで、矩形パター
ンの長軸方向に５００Ｏｅの直流磁界を印加しながら真
空中で３００℃まで加熱した後室温まで徐冷する熱処理
を行った。最後に、前述の積層体にセンス電流を供給す
る電極をＴｉとＡｕの積層膜を用いて形成し、実施例１
とした。この時、電極の位置は矩形パターンの中心から
両側５μｍとし、電極の間隔は１０μｍとした。また、
イオン注入工程を省略し、それ以外は実施例１とまった
く同様の工程でＭＲ素子を作製し、比較例１とした。
【００１５】以上のようなＭＲ素子にセンス電流１０ｍ
Ａを流して外部磁界を印加し、電気抵抗−磁界曲線を測
定した。上記２つのＭＲ素子の外部磁界に対する抵抗変
化率は２つの素子とも３．０％とほぼ同じ値であった
が、実施例１の素子ではバルクハウゼンノイズはまった
く認められなかったのに対して、比較例１の素子ではバ
ルクハウゼンノイズが観測された。この結果から明らか
なように、本発明の製造方法を用いて作製したＭＲ素子
はバルクハウゼンノイズ見られず、優れた性能を有して
いる。
Ａを流して外部磁界を印加し、電気抵抗−磁界曲線を測
定した。上記２つのＭＲ素子の外部磁界に対する抵抗変
化率は２つの素子とも３．０％とほぼ同じ値であった
が、実施例１の素子ではバルクハウゼンノイズはまった
く認められなかったのに対して、比較例１の素子ではバ
ルクハウゼンノイズが観測された。この結果から明らか
なように、本発明の製造方法を用いて作製したＭＲ素子
はバルクハウゼンノイズ見られず、優れた性能を有して
いる。
【００１６】
【発明の効果】本発明のＭＲ素子によれば、ＭＲ素子の
両端の部分がセンス電流方向に磁化した硬磁性体となっ
ているためＭＲ素子はその両端からの静磁界を受け、単
磁区構造が安定化されバルクハウゼンノイズを生じな
い。さらに、新たなバイアス層の厚さだけＭＲ素子が厚
くなってしまったり、パターン形成部に段差が生じるこ
とが無いため、ＭＲ素子の厚さを薄くすることが容易で
あり、高密度記録用磁気ヘッド等に適している。
両端の部分がセンス電流方向に磁化した硬磁性体となっ
ているためＭＲ素子はその両端からの静磁界を受け、単
磁区構造が安定化されバルクハウゼンノイズを生じな
い。さらに、新たなバイアス層の厚さだけＭＲ素子が厚
くなってしまったり、パターン形成部に段差が生じるこ
とが無いため、ＭＲ素子の厚さを薄くすることが容易で
あり、高密度記録用磁気ヘッド等に適している。
【００１７】また、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方
法によれば、簡便な工程でバルクハウゼンノイズの無
い、高性能の磁気抵抗効果素子が得られるという効果が
ある。
法によれば、簡便な工程でバルクハウゼンノイズの無
い、高性能の磁気抵抗効果素子が得られるという効果が
ある。
【図１】本発明の磁気抵抗効果素子の構造の一例を示す
部分断面図である。
部分断面図である。
【図２】本発明のＭＲ素子の製造方法の一例を示す斜視
図図である。
図図である。
１ 非磁性基板 ２ 磁気抵抗効果素子層 ３ イオン注入によって硬磁性材料とした部分 ４ 電極
Claims (2)
- 【請求項１】 非磁性基板上に強磁性磁気抵抗効果層
と、前記強磁性磁気抵抗効果層に電流を流すための電極
とを有し、前記電極に挟まれた強磁性磁気抵抗効果層の
中央部分で磁界を検知する構造の磁気抵抗効果素子にお
いて、前記磁気抵抗効果層の一部が前記中央部分に比べ
て大きな保磁力を有することを特徴とする磁気抵抗効果
素子。 - 【請求項２】 非磁性基板上に強磁性磁気抵抗効果層を
形成する工程と、この強磁性磁気抵抗効果層の一部にイ
オン注入を行った後、磁場中で熱処理を行う工程と、前
記強磁性磁気抵抗効果層のイオン注入を行った部分以外
の一部を挟んで電極を形成する工程とを含むことを特徴
とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3036997A JP2701557B2 (ja) | 1991-03-04 | 1991-03-04 | 磁気抵抗効果素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3036997A JP2701557B2 (ja) | 1991-03-04 | 1991-03-04 | 磁気抵抗効果素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04275471A JPH04275471A (ja) | 1992-10-01 |
| JP2701557B2 true JP2701557B2 (ja) | 1998-01-21 |
Family
ID=12485375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3036997A Expired - Fee Related JP2701557B2 (ja) | 1991-03-04 | 1991-03-04 | 磁気抵抗効果素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2701557B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08180328A (ja) * | 1994-12-21 | 1996-07-12 | Fujitsu Ltd | スピンバルブ磁気抵抗効果素子及びその製造方法 |
| US6483672B1 (en) * | 1999-06-30 | 2002-11-19 | International Business Machines Corporation | Track width control of readback elements with ions implantation in a bounding region of tip portion to selectively deactivate magnetic sensitivity thereof |
| JP2007324269A (ja) * | 2006-05-31 | 2007-12-13 | Fujitsu Ltd | 磁気記憶装置とその製造方法 |
| KR100846510B1 (ko) * | 2006-12-22 | 2008-07-17 | 삼성전자주식회사 | 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치 및 그 제조방법 |
| WO2012137911A1 (ja) * | 2011-04-08 | 2012-10-11 | 日本電気株式会社 | 磁気抵抗効果素子、及び磁気ランダムアクセスメモリ |
-
1991
- 1991-03-04 JP JP3036997A patent/JP2701557B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04275471A (ja) | 1992-10-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19970902 |
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