JP2856165B2 - 磁気抵抗効果素子及びその製造方法 - Google Patents
磁気抵抗効果素子及びその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気媒体に記録し
た情報信号を読み取るための磁気抵抗効果素子及びその
製造方法に関する。
た情報信号を読み取るための磁気抵抗効果素子及びその
製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、磁気抵抗センサ（「ＭＲセンサ」
ともいう。）又は磁気抵抗ヘッドと呼ばれる磁気読み取
り変換器が知られており、これは大きな線形密度で磁性
表面からデータを読み取れることがわかっている。磁気
抵抗センサは、読み取り素子（磁気抵抗効果素子）によ
って感知される磁束の強さと、方向の関数としての抵抗
変化とを介して磁界信号を検出する。こうした従来の磁
気抵抗センサは、読み取り素子の抵抗の１成分が磁化方
向と素子中を流れる感知電流の方向との間の角度の余弦
の２乗に比例して変化する、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）
効果に基づいて動作する。ＡＭＲ効果のより詳しい説明
は、D.A.トムソン (Thomson)等の論文”Memory,Storag
e,and Related Applications"IEEE Trans.on Mag.MAG-1
1,p.1039(1975) に記載されている。
ともいう。）又は磁気抵抗ヘッドと呼ばれる磁気読み取
り変換器が知られており、これは大きな線形密度で磁性
表面からデータを読み取れることがわかっている。磁気
抵抗センサは、読み取り素子（磁気抵抗効果素子）によ
って感知される磁束の強さと、方向の関数としての抵抗
変化とを介して磁界信号を検出する。こうした従来の磁
気抵抗センサは、読み取り素子の抵抗の１成分が磁化方
向と素子中を流れる感知電流の方向との間の角度の余弦
の２乗に比例して変化する、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）
効果に基づいて動作する。ＡＭＲ効果のより詳しい説明
は、D.A.トムソン (Thomson)等の論文”Memory,Storag
e,and Related Applications"IEEE Trans.on Mag.MAG-1
1,p.1039(1975) に記載されている。
【０００３】さらに最近の論文には、積層磁気センサの
抵抗変化が、非磁性層を介する磁性層間での伝導電子の
スピン依存性伝導、及びそれに付随する層界面でのスピ
ン依存性散乱に帰される、より顕著な磁気抵抗効果が記
載されている。この磁気抵抗効果は、「巨大磁気抵抗効
果」や「スピン・バルブ効果」など様々な名称で呼ばれ
ている。このような磁気抵抗センサは適当な材料で構成
されており、ＡＭＲ効果を利用するセンサで観察される
よりも、感度が改善され、抵抗変化が大きい。この種の
磁気抵抗センサでは、非磁性層で分離された一対の強磁
性体層の間の平面内抵抗が、二つの層の磁化方向間の角
度の余弦に比例して変化する。
抵抗変化が、非磁性層を介する磁性層間での伝導電子の
スピン依存性伝導、及びそれに付随する層界面でのスピ
ン依存性散乱に帰される、より顕著な磁気抵抗効果が記
載されている。この磁気抵抗効果は、「巨大磁気抵抗効
果」や「スピン・バルブ効果」など様々な名称で呼ばれ
ている。このような磁気抵抗センサは適当な材料で構成
されており、ＡＭＲ効果を利用するセンサで観察される
よりも、感度が改善され、抵抗変化が大きい。この種の
磁気抵抗センサでは、非磁性層で分離された一対の強磁
性体層の間の平面内抵抗が、二つの層の磁化方向間の角
度の余弦に比例して変化する。
【０００４】特開平２−６１５７２号公報には、磁性層
内の磁化の反平行整列によって生じる高いＭＲ変化をも
たらす積層磁性構造が記載されている。積層構造で使用
可能な材料として、上記公報には強磁性の遷移金属及び
合金が挙げられている。また、中間層により分離してい
る少なくとも二相の強磁性体層の一方に反強磁性体層を
付加した構造及び反強磁性体層としてＦｅＭｎが適当で
あることが開示されている。
内の磁化の反平行整列によって生じる高いＭＲ変化をも
たらす積層磁性構造が記載されている。積層構造で使用
可能な材料として、上記公報には強磁性の遷移金属及び
合金が挙げられている。また、中間層により分離してい
る少なくとも二相の強磁性体層の一方に反強磁性体層を
付加した構造及び反強磁性体層としてＦｅＭｎが適当で
あることが開示されている。
【０００５】特開平４−３５８３１０号公報には、非磁
性金属体の薄膜層によって仕切られた強磁性体の二層の
薄膜層を有し、印加磁界が零である場合に二つの強磁性
薄膜層の磁化方向が直交し、二つの非結合強磁性体層間
の抵抗が二つの層の磁化方向間の角度の余弦に比例して
変化し、センサ中を通る電流の方向とは独立な、磁気抵
抗センサが開示されている。
性金属体の薄膜層によって仕切られた強磁性体の二層の
薄膜層を有し、印加磁界が零である場合に二つの強磁性
薄膜層の磁化方向が直交し、二つの非結合強磁性体層間
の抵抗が二つの層の磁化方向間の角度の余弦に比例して
変化し、センサ中を通る電流の方向とは独立な、磁気抵
抗センサが開示されている。
【０００６】特開平６−２０３３４０号公報には、非磁
性金属材料の薄膜層で分離された二つの強磁性体薄膜層
を含み、外部印加磁界がゼロのとき、隣接する反強磁性
体層の磁化が他方の強磁性体層に対して垂直に保たれ
る、上記の効果に基づく磁気抵抗センサが開示されてい
る。
性金属材料の薄膜層で分離された二つの強磁性体薄膜層
を含み、外部印加磁界がゼロのとき、隣接する反強磁性
体層の磁化が他方の強磁性体層に対して垂直に保たれ
る、上記の効果に基づく磁気抵抗センサが開示されてい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来技術では、スピン
バルブ構造を構成する反強磁性層として大気中で酸化し
やすいＦｅＭｎが主に候補として挙げられており、実用
化に際しては、添加物を加える又は保護膜を用いる等が
不可欠である。しかも、このような対策を用いた後もな
おプロセス加工時の特性劣化があり、完成素子の信頼性
が十分とは言えなかった。
バルブ構造を構成する反強磁性層として大気中で酸化し
やすいＦｅＭｎが主に候補として挙げられており、実用
化に際しては、添加物を加える又は保護膜を用いる等が
不可欠である。しかも、このような対策を用いた後もな
おプロセス加工時の特性劣化があり、完成素子の信頼性
が十分とは言えなかった。
【０００８】一方の強磁性層反転磁界を増大させる手段
として、耐食性の優れたＮｉＯ膜又はＣｏＰｔ膜を用い
た場合は、Ｒ−Ｈループ上にヒステリシスが現れやすく
なるという問題があった。
として、耐食性の優れたＮｉＯ膜又はＣｏＰｔ膜を用い
た場合は、Ｒ−Ｈループ上にヒステリシスが現れやすく
なるという問題があった。
【０００９】
【発明の目的】本発明の目的は、反強磁性層から固定層
へ印加される交換結合磁界が大きく、しかも固定層の保
磁力が小さいことから、Ｒ−Ｈループ上のヒステリシス
が小さく、従って良好な再生特性が得られる、磁気抵抗
効果素子及びその製造方法を提供することにある。
へ印加される交換結合磁界が大きく、しかも固定層の保
磁力が小さいことから、Ｒ−Ｈループ上のヒステリシス
が小さく、従って良好な再生特性が得られる、磁気抵抗
効果素子及びその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係る磁気抵抗効
果素子は、反強磁性層／中間層／第１強磁性層／非磁性
層／第２強磁性層からなる磁気抵抗効果素子、又は反強
磁性層／中間層／第１強磁性層／第１ＭＲエンハンス層
／非磁性層／第２ＭＲアンハンス層／第２強磁性層から
なる磁気抵抗効果素子を改良したものである。その改良
の基本的な点は、反強磁性層をＮｉ酸化物とし、中間層
をＮｉ酸化物とＦｅ酸化物との混合物としたことであ
る。
果素子は、反強磁性層／中間層／第１強磁性層／非磁性
層／第２強磁性層からなる磁気抵抗効果素子、又は反強
磁性層／中間層／第１強磁性層／第１ＭＲエンハンス層
／非磁性層／第２ＭＲアンハンス層／第２強磁性層から
なる磁気抵抗効果素子を改良したものである。その改良
の基本的な点は、反強磁性層をＮｉ酸化物とし、中間層
をＮｉ酸化物とＦｅ酸化物との混合物としたことであ
る。
【００１１】このとき、中間層の膜厚は０．１から３．
０ｎｍ、反強磁性層を構成するＮｉ酸化物中のＮｉ原子
数／（Ｎｉ原子数＋Ｏ原子数）は０．３〜０．７、中間
層の酸素原子数／（Ｎｉ原子数＋Ｆｅ原子数＋酸素原子
数）は０．１から０．５であることが望ましい。ＮｉＯ
の表面粗さは１０ｎｍ以下、第１及び第２強磁性層がＮ
ｉＦｅ又はＮｉＦｅＣｏを主成分とする材料からなるこ
とが適当な場合もある。第１強磁性層がＣｏを主成分と
する材料、第２強磁性層がＮｉＦｅ又はＮｉＦｅＣｏを
主成分とする材料からなることが適当な場合もある。こ
こでいう「主成分」とは、最も多く含まれる成分、又は
作用及び効果が認められる量すなわち有効成分という意
味である。非磁性層にＰｄ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｉｎ、
Ｂ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｇａ、
Ｚｒ、Ｉｒ、Ａｕ及びＡｇの中から選ばれた一つ又は二
つ以上を添加する方が、耐食性が向上する。非磁性層に
はＣｕ、Ａｇ及びＡｕの中から選ばれた一つ又は二つ以
上の材料を用いることが望ましい。これはＣｕ、Ａｇ又
はＡｕを用いたときに高いＭＲ比が得られるためであ
る。非磁性層にＡｇ添加Ｃｕ、又はＲｅ添加Ｃｕを主成
分とする材料を用いることにより耐熱性が改善される。
これはＣｕに非固溶のＡｇ又はＲｅが粒界に集まり、磁
性層のＣｕ層への粒界拡散を防ぐためである。
０ｎｍ、反強磁性層を構成するＮｉ酸化物中のＮｉ原子
数／（Ｎｉ原子数＋Ｏ原子数）は０．３〜０．７、中間
層の酸素原子数／（Ｎｉ原子数＋Ｆｅ原子数＋酸素原子
数）は０．１から０．５であることが望ましい。ＮｉＯ
の表面粗さは１０ｎｍ以下、第１及び第２強磁性層がＮ
ｉＦｅ又はＮｉＦｅＣｏを主成分とする材料からなるこ
とが適当な場合もある。第１強磁性層がＣｏを主成分と
する材料、第２強磁性層がＮｉＦｅ又はＮｉＦｅＣｏを
主成分とする材料からなることが適当な場合もある。こ
こでいう「主成分」とは、最も多く含まれる成分、又は
作用及び効果が認められる量すなわち有効成分という意
味である。非磁性層にＰｄ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｉｎ、
Ｂ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｇａ、
Ｚｒ、Ｉｒ、Ａｕ及びＡｇの中から選ばれた一つ又は二
つ以上を添加する方が、耐食性が向上する。非磁性層に
はＣｕ、Ａｇ及びＡｕの中から選ばれた一つ又は二つ以
上の材料を用いることが望ましい。これはＣｕ、Ａｇ又
はＡｕを用いたときに高いＭＲ比が得られるためであ
る。非磁性層にＡｇ添加Ｃｕ、又はＲｅ添加Ｃｕを主成
分とする材料を用いることにより耐熱性が改善される。
これはＣｕに非固溶のＡｇ又はＲｅが粒界に集まり、磁
性層のＣｕ層への粒界拡散を防ぐためである。
【００１２】第１及び第２強磁性層の膜厚は１〜１０ｎ
ｍ、磁気抵抗効果素子の高さは１μｍ以下、非磁性層の
膜厚は２ｎｍ以上３ｎｍ以下、反強磁性層の膜厚は３０
ｎｍ以下であることが望ましい。これは、第１及び第２
強磁性層の膜厚を１０ｎｍ以下とすることにより第１及
び第２強磁性層間の静磁結合を弱め、Ｒ−Ｈ曲線上のク
ロスポイント位置を改善できるからである。ただし、１
ｎｍ以下では第１及び第２強磁性層の磁化方向が平行な
場合と反平行な場合とでの平均自由行程の差が減少する
ために、十分なＭＲ比を得ることが難しくなる。成膜中
印加磁界を回転させることにより非磁性層を介してとな
りあう磁性薄膜の容易軸方向のなす角が７０度から９０
度の範囲にあることが望ましい。これは第２強磁性層の
磁化が困難軸に近い方向を向いているときに磁化反転が
磁化回転モード主導型になるために、第２強磁性層の保
磁力を低減することができ、磁気抵抗ヘッドとしたとき
のバルクハウゼンノイズの発生を低減できるためであ
る。
ｍ、磁気抵抗効果素子の高さは１μｍ以下、非磁性層の
膜厚は２ｎｍ以上３ｎｍ以下、反強磁性層の膜厚は３０
ｎｍ以下であることが望ましい。これは、第１及び第２
強磁性層の膜厚を１０ｎｍ以下とすることにより第１及
び第２強磁性層間の静磁結合を弱め、Ｒ−Ｈ曲線上のク
ロスポイント位置を改善できるからである。ただし、１
ｎｍ以下では第１及び第２強磁性層の磁化方向が平行な
場合と反平行な場合とでの平均自由行程の差が減少する
ために、十分なＭＲ比を得ることが難しくなる。成膜中
印加磁界を回転させることにより非磁性層を介してとな
りあう磁性薄膜の容易軸方向のなす角が７０度から９０
度の範囲にあることが望ましい。これは第２強磁性層の
磁化が困難軸に近い方向を向いているときに磁化反転が
磁化回転モード主導型になるために、第２強磁性層の保
磁力を低減することができ、磁気抵抗ヘッドとしたとき
のバルクハウゼンノイズの発生を低減できるためであ
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は及び図２は、本発明に係る
磁気抵抗効果素子を適用したシールド型の磁気抵抗セン
サの第１例及び第２例を示す概略断面図である。
磁気抵抗効果素子を適用したシールド型の磁気抵抗セン
サの第１例及び第２例を示す概略断面図である。
【００１４】図１の磁気抵抗センサでは、基板１上に、
下シールド層２、下ギャップ層３及び磁気抵抗効果素子
６が、順次積層されている。磁気抵抗効果素子６の上に
ギャップ規定絶縁層７を積層させることもある。下シー
ルド層２は、適当な大きさにフォトリソグラフィ工程に
よりパターン化されることが多い。磁気抵抗効果素子６
は、フォトリソグラフィ工程により適当な大きさ形状に
パターン化されており、その端部に接するように縦バイ
アス層４ａ，４ｂ及び下電極層５ａ，５ｂが順次積層さ
れている。これらの上に、上ギャップ層８、上シールド
層９が順次積層されている。
下シールド層２、下ギャップ層３及び磁気抵抗効果素子
６が、順次積層されている。磁気抵抗効果素子６の上に
ギャップ規定絶縁層７を積層させることもある。下シー
ルド層２は、適当な大きさにフォトリソグラフィ工程に
よりパターン化されることが多い。磁気抵抗効果素子６
は、フォトリソグラフィ工程により適当な大きさ形状に
パターン化されており、その端部に接するように縦バイ
アス層４ａ，４ｂ及び下電極層５ａ，５ｂが順次積層さ
れている。これらの上に、上ギャップ層８、上シールド
層９が順次積層されている。
【００１５】図２の磁気抵抗センサでは、基板１１上
に、下シールド層１２、下ギャップ層１３及び磁気抵抗
効果素子１６を積層させる。下シールド層１２は適当な
大きさにフォトリソグラフィ工程によりパターン化され
ることが多い。磁気抵抗効果素子１６はフォトリソグラ
フィ工程により適当な大きさ形状にパターン化されてお
り、その上部に一部重なるように縦バイアス層１４ａ，
１４ｂ及び下電極層１５ａ，１５ｂが順次積層されてい
る。その上に、上ギャップ層１８、上シールド層１９が
順次積層されている。
に、下シールド層１２、下ギャップ層１３及び磁気抵抗
効果素子１６を積層させる。下シールド層１２は適当な
大きさにフォトリソグラフィ工程によりパターン化され
ることが多い。磁気抵抗効果素子１６はフォトリソグラ
フィ工程により適当な大きさ形状にパターン化されてお
り、その上部に一部重なるように縦バイアス層１４ａ，
１４ｂ及び下電極層１５ａ，１５ｂが順次積層されてい
る。その上に、上ギャップ層１８、上シールド層１９が
順次積層されている。
【００１６】図１及び図２において、下シールド層２，
１２は、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒ系合金、ＦｅＡｌＳｉ、窒
化鉄系材料等を用いることができ、膜厚を０．５〜１０
μｍにするのが好ましい。下ギャップ層３，１３は、ア
ルミナ以外にも、ＳｉＯ2 、窒化アルミニウム、窒化シ
リコン等も適用可能であり、膜厚を０．０３〜０．２０
μｍにするのが好ましい。下電極層５ａ，５ｂ，１５
ａ，１５ｂは、Ｚｒ，Ｔａ，Ｍｏの中から選ばれた一つ
又は二以上からなる合金若しくは混合物が好ましく、膜
厚を０．０１〜０．１０μｍにするのが好ましい。縦バ
イアス層４ａ，４ｂ，１４ａ，１４ｂは、ＣｏＣｒＰ
ｔ、ＣｏＣｒ、ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＦｅＭｎ、Ｎ
ｉＭｎ、ＮｉＯ、ＮｉＣｏＯ等を用いることができる。
ギャップ規定絶縁層９，１９は、アルミナ、ＳｉＯ2 、
窒化アルミニウム、窒化シリコン等が適用可能であり、
膜厚を０．００５〜０．０５μｍとするのが好ましい。
上ギャップ層８，１８は、アルミナ、ＳｉＯ2 、窒化ア
ルミニウム、窒化シリコン等が適用可能であり、膜厚を
０．０３〜０．２０μｍとするのが好ましい。
１２は、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒ系合金、ＦｅＡｌＳｉ、窒
化鉄系材料等を用いることができ、膜厚を０．５〜１０
μｍにするのが好ましい。下ギャップ層３，１３は、ア
ルミナ以外にも、ＳｉＯ2 、窒化アルミニウム、窒化シ
リコン等も適用可能であり、膜厚を０．０３〜０．２０
μｍにするのが好ましい。下電極層５ａ，５ｂ，１５
ａ，１５ｂは、Ｚｒ，Ｔａ，Ｍｏの中から選ばれた一つ
又は二以上からなる合金若しくは混合物が好ましく、膜
厚を０．０１〜０．１０μｍにするのが好ましい。縦バ
イアス層４ａ，４ｂ，１４ａ，１４ｂは、ＣｏＣｒＰ
ｔ、ＣｏＣｒ、ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＦｅＭｎ、Ｎ
ｉＭｎ、ＮｉＯ、ＮｉＣｏＯ等を用いることができる。
ギャップ規定絶縁層９，１９は、アルミナ、ＳｉＯ2 、
窒化アルミニウム、窒化シリコン等が適用可能であり、
膜厚を０．００５〜０．０５μｍとするのが好ましい。
上ギャップ層８，１８は、アルミナ、ＳｉＯ2 、窒化ア
ルミニウム、窒化シリコン等が適用可能であり、膜厚を
０．０３〜０．２０μｍとするのが好ましい。
【００１７】第３及び図４は、本発明に係る磁気抵抗効
果素子の第一実施形態及び第二実施形態を示す概略断面
図である。
果素子の第一実施形態及び第二実施形態を示す概略断面
図である。
【００１８】図３の磁気抵抗効果素子は、下地層２０上
にＮｉＯ層（反強磁性層）２１、中間層２２、第１強磁
性層２３、第１ＭＲエンハンス層２４、非磁性層２５、
第２ＭＲエンハンス層２６、第２強磁性層２７及び保護
層２８を順次積層した構造である。図４の磁気抵抗効果
素子は、下地層２０上に第２強磁性層２７、第２ＭＲエ
ンハンス層２６、非磁性層２５、第１ＭＲエンハンス層
２４、第１強磁性層２３、中間層２２、ＮｉＯ層２１及
び保護層２８を順次積層した構造である。
にＮｉＯ層（反強磁性層）２１、中間層２２、第１強磁
性層２３、第１ＭＲエンハンス層２４、非磁性層２５、
第２ＭＲエンハンス層２６、第２強磁性層２７及び保護
層２８を順次積層した構造である。図４の磁気抵抗効果
素子は、下地層２０上に第２強磁性層２７、第２ＭＲエ
ンハンス層２６、非磁性層２５、第１ＭＲエンハンス層
２４、第１強磁性層２３、中間層２２、ＮｉＯ層２１及
び保護層２８を順次積層した構造である。
【００１９】このとき、第１強磁性層２３は、ＮｉＦ
ｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＺｒ系材料、ＦｅＣｏＢ、セン
ダスト、窒化鉄系材料、ＦｅＣｏ等を用いることがで
き、その膜厚は１〜１０ｎｍ程度が望ましい。第１ＭＲ
エンハンス層２４は、Ｃｏ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＣｏ等
を用いることができ、その膜厚は０．５〜２ｎｍ程度が
望ましい。第１ＭＲエンハンス層２４を用いない場合
は、若干ＭＲ比が低下するが、それだけ製造工程数が低
減する。非磁性層２５は、Ｃｕ、Ｃｕに１〜２０ａｔ％
程度のＡｇを添加した材料、Ｃｕに１〜２０ａｔ％程度
のＲｅを添加した材料等を用いることができ、その膜厚
は２〜３ｎｍが望ましい。第２ＭＲエンハンス層２６
は、Ｃｏ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＣｏ等を用いることがで
き、その膜厚は０．５〜２ｎｍ程度が望ましい。第２Ｍ
Ｒエンハンス層２６を用いない場合は、若干ＭＲ比が低
下するが、それだけ製造工程数が低減する。第２強磁性
層２７は、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＺｒ系材料、
ＦｅＣｏＢ、センダスト、窒化鉄系材料、ＦｅＣｏ等を
用いることができ、その膜厚は１〜１０ｎｍ程度が望ま
しい。第１又第２強磁性層２３，２７がＮｉＦｅ又はＮ
ｉＦｅＣｏをベースにした材料の場合には、下地層２０
をＴａ、Ｈｆ、Ｚｒ等のｆｃｃ構造を有する材料にする
ことにより、第１又は第２強磁性層２３，２７及び非磁
性層２５の結晶性を良好にし、ＭＲ比を向上させること
ができる。保護層２８は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａ及びＴｉの
中から選ばれた一つ又は二つ以上の合金の酸化物又は窒
化物、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｉｒ、Ｓ
ｉ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ及びＣの中から選ばれた一
つ又は二つ以上の合金若しくは混合物を用いることがで
きる。これらを用いることにより耐食性は向上するが、
これらを用いない場合は逆に製造工程数が低減し生産性
が向上する。
ｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＺｒ系材料、ＦｅＣｏＢ、セン
ダスト、窒化鉄系材料、ＦｅＣｏ等を用いることがで
き、その膜厚は１〜１０ｎｍ程度が望ましい。第１ＭＲ
エンハンス層２４は、Ｃｏ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＣｏ等
を用いることができ、その膜厚は０．５〜２ｎｍ程度が
望ましい。第１ＭＲエンハンス層２４を用いない場合
は、若干ＭＲ比が低下するが、それだけ製造工程数が低
減する。非磁性層２５は、Ｃｕ、Ｃｕに１〜２０ａｔ％
程度のＡｇを添加した材料、Ｃｕに１〜２０ａｔ％程度
のＲｅを添加した材料等を用いることができ、その膜厚
は２〜３ｎｍが望ましい。第２ＭＲエンハンス層２６
は、Ｃｏ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＣｏ等を用いることがで
き、その膜厚は０．５〜２ｎｍ程度が望ましい。第２Ｍ
Ｒエンハンス層２６を用いない場合は、若干ＭＲ比が低
下するが、それだけ製造工程数が低減する。第２強磁性
層２７は、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＺｒ系材料、
ＦｅＣｏＢ、センダスト、窒化鉄系材料、ＦｅＣｏ等を
用いることができ、その膜厚は１〜１０ｎｍ程度が望ま
しい。第１又第２強磁性層２３，２７がＮｉＦｅ又はＮ
ｉＦｅＣｏをベースにした材料の場合には、下地層２０
をＴａ、Ｈｆ、Ｚｒ等のｆｃｃ構造を有する材料にする
ことにより、第１又は第２強磁性層２３，２７及び非磁
性層２５の結晶性を良好にし、ＭＲ比を向上させること
ができる。保護層２８は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａ及びＴｉの
中から選ばれた一つ又は二つ以上の合金の酸化物又は窒
化物、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｉｒ、Ｓ
ｉ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ及びＣの中から選ばれた一
つ又は二つ以上の合金若しくは混合物を用いることがで
きる。これらを用いることにより耐食性は向上するが、
これらを用いない場合は逆に製造工程数が低減し生産性
が向上する。
【００２０】初めに、図５に示した構成並びに各層の材
質及び膜厚の磁気抵抗効果素子を作製した。このときの
素子ＭＲ比とＮｉＯ膜厚との関係を図６に示す。ＭＲ比
はＮｉＯ膜厚の減少にともない、６０ｎｍまではほとん
ど変化しないが、それ以下では減少し、１０ｎｍを切る
あたりでほとんど零になる。磁気抵抗効果素子として用
いるためにはＮｉＯ膜厚が１０ｎｍ以上であることが必
要であることがわかる。
質及び膜厚の磁気抵抗効果素子を作製した。このときの
素子ＭＲ比とＮｉＯ膜厚との関係を図６に示す。ＭＲ比
はＮｉＯ膜厚の減少にともない、６０ｎｍまではほとん
ど変化しないが、それ以下では減少し、１０ｎｍを切る
あたりでほとんど零になる。磁気抵抗効果素子として用
いるためにはＮｉＯ膜厚が１０ｎｍ以上であることが必
要であることがわかる。
【００２１】次に、図７に示した構成並びに各層の材質
及び膜厚の磁気抵抗効果素子を作製した。このときの素
子保磁力Ｈｃ及び交換結合磁界Ｈｅｘと（Ｎｉx Ｆｅ
1-x )y Ｏ1-y 層膜厚との関係を図８に示す。Ｈｃは中
間層膜厚の増大に伴い、２ｎｍまでは変化しないが２ｎ
ｍを越えると単調に増大する。一方、Ｈｅｘは中間層膜
厚の増加にともない増大し、１．５ｎｍ付近で極大をと
った後に減少する。３ｎｍ付近でＨｃがＨｅｘよりも大
きくなるので、中間層膜厚として３ｎｍ以下が適当であ
ることがわかる。
及び膜厚の磁気抵抗効果素子を作製した。このときの素
子保磁力Ｈｃ及び交換結合磁界Ｈｅｘと（Ｎｉx Ｆｅ
1-x )y Ｏ1-y 層膜厚との関係を図８に示す。Ｈｃは中
間層膜厚の増大に伴い、２ｎｍまでは変化しないが２ｎ
ｍを越えると単調に増大する。一方、Ｈｅｘは中間層膜
厚の増加にともない増大し、１．５ｎｍ付近で極大をと
った後に減少する。３ｎｍ付近でＨｃがＨｅｘよりも大
きくなるので、中間層膜厚として３ｎｍ以下が適当であ
ることがわかる。
【００２２】次に、図９に示した構成並びに各層の材質
及び膜厚の磁気抵抗効果素子を作製した。図１０はこの
素子におけるＮｉＯ層中のＮｉ原子数／（Ｎｉ原子数＋
Ｏ原子数）と交換結合磁界Ｈｅｘとの関係である。０．
３〜０．７の範囲でＨｅｘが６０Ｏｅ以上になってお
り、この範囲にあることが適当であることがわかる。
及び膜厚の磁気抵抗効果素子を作製した。図１０はこの
素子におけるＮｉＯ層中のＮｉ原子数／（Ｎｉ原子数＋
Ｏ原子数）と交換結合磁界Ｈｅｘとの関係である。０．
３〜０．７の範囲でＨｅｘが６０Ｏｅ以上になってお
り、この範囲にあることが適当であることがわかる。
【００２３】次に、図９に示した構成及び各層の材質及
び膜厚の磁気抵抗効果素子を作製し、ＮｉＯ成膜直前の
表面粗さと保磁力Ｈｃ及び交換結合磁界Ｈｅｘとの関係
を調べた（図１１）。表面粗さの増大にともない、Ｈｃ
は増大しＨｅｘは減少する。磁気抵抗効果素子として望
ましいＨｅｘ＞Ｈｃを満たす範囲は表面粗さが１０ｎｍ
以下であることがわかる。
び膜厚の磁気抵抗効果素子を作製し、ＮｉＯ成膜直前の
表面粗さと保磁力Ｈｃ及び交換結合磁界Ｈｅｘとの関係
を調べた（図１１）。表面粗さの増大にともない、Ｈｃ
は増大しＨｅｘは減少する。磁気抵抗効果素子として望
ましいＨｅｘ＞Ｈｃを満たす範囲は表面粗さが１０ｎｍ
以下であることがわかる。
【００２４】次に、アルミナ下地層／ＮｉＯ（３０ｎ
ｍ）／ＮｉＦｅＯ（１．２ｎｍ）／第１強磁性層（４ｎ
ｍ）／Ｃｕ層（２．５ｎｍ）／第２強磁性層（６ｎｍ）
／Ｔａ保護層（１．５ｎｍ）という構成で、第１及び第
２強磁性層に種々の材料を用いて磁気抵抗効果素子を試
作したそれぞれの素子のＭＲ比を図１２に示す。
ｍ）／ＮｉＦｅＯ（１．２ｎｍ）／第１強磁性層（４ｎ
ｍ）／Ｃｕ層（２．５ｎｍ）／第２強磁性層（６ｎｍ）
／Ｔａ保護層（１．５ｎｍ）という構成で、第１及び第
２強磁性層に種々の材料を用いて磁気抵抗効果素子を試
作したそれぞれの素子のＭＲ比を図１２に示す。
【００２５】次に、非磁性層として用いるＣｕに種々の
元素を添加してその腐食電位を測定した（図１３）。い
ずれの元素の添加によっても腐食電位の値は改善されて
いる。
元素を添加してその腐食電位を測定した（図１３）。い
ずれの元素の添加によっても腐食電位の値は改善されて
いる。
【００２６】次に、図１４の構成で磁気抵抗効果素子を
作製し、ＣｕへのＡｇ添加量を種々に変えて、１時間の
熱処理によりＭＲ比が熱処理前の５０％に低下した熱処
理温度Ｔを求めた。ＴはＡｇ添加量の増大にともない単
調に増大した（図１５）。
作製し、ＣｕへのＡｇ添加量を種々に変えて、１時間の
熱処理によりＭＲ比が熱処理前の５０％に低下した熱処
理温度Ｔを求めた。ＴはＡｇ添加量の増大にともない単
調に増大した（図１５）。
【００２７】次に、図１４の構成で磁気抵抗効果素子を
作製し、ＣｕへのＲｅ添加量を種々に変えて、１時間の
熱処理によりＭＲ比が熱処理前の５０％に低下した熱処
理温度ＴはＲｅ添加量の増大にともない単調に増大した
（図１６）。
作製し、ＣｕへのＲｅ添加量を種々に変えて、１時間の
熱処理によりＭＲ比が熱処理前の５０％に低下した熱処
理温度ＴはＲｅ添加量の増大にともない単調に増大した
（図１６）。
【００２８】次に、第１強磁性層と第２強磁性層の容易
軸のなす角度θと第２強磁性層の保磁力Ｈｃとの関係を
調べた（図１７）。膜構成は図１４に示したものを用い
た。θの増大にともないＨｃは単調に減少し、７０から
９０度の範囲で１Ｏｅ以下になった。この範囲が素子の
ヒステリシスを低減させヘッドのバルクハウゼンノイズ
を低下させる上で、より望ましい範囲であることがわか
る。
軸のなす角度θと第２強磁性層の保磁力Ｈｃとの関係を
調べた（図１７）。膜構成は図１４に示したものを用い
た。θの増大にともないＨｃは単調に減少し、７０から
９０度の範囲で１Ｏｅ以下になった。この範囲が素子の
ヒステリシスを低減させヘッドのバルクハウゼンノイズ
を低下させる上で、より望ましい範囲であることがわか
る。
【００２９】次に、図３及び図４に示す磁気抵抗効果素
子の製造方法について述べる。
子の製造方法について述べる。
【００３０】予め成膜しておいた基板／Ｎｉ酸化物／Ｎ
ｉＦｅを熱処理し、Ｎｉ酸化物とＮｉＦｅの間にＮｉ酸
化物とＦｅ酸化物の混合物層を形成し、その後に非磁性
層／第２強磁性層、又は第１強磁性層／第１ＭＲエンハ
ンス層／非磁性層／第２ＭＲエンハンス層／第２強磁性
層を形成し、その後熱処理する方法で、磁気抵抗効果素
子を製造した。図１８は、基板／ＮｉＯ（５０．０ｎ
ｍ）／ＮｉＦｅ（３．０ｎｍ）をスパッタにより成膜
し、それぞれの温度で熱処理した後に、Ｃｏ（１．０ｎ
ｍ）／Ｃｕ（２．６ｎｍ）／Ｃｏ（１．０ｎｍ）／Ｎｉ
Ｆｅ（５．０ｎｍ）をスパッタにより成膜した場合の、
交換結合磁界Ｈｅｘと熱処理温度との関係、図１９は磁
気抵抗変化率と熱処理温度との関係、図２０は中間層膜
厚と熱処理温度との関係、図２１は中間層組成と熱処理
温度との関係である。Ｈｅｘは熱処理温度の上昇に伴い
増大し１８０℃付近で極大をとった後に緩やかに減少し
た。８０℃から４００℃の間でＨｅｘが６０Ｏｅ以上に
なっている。磁気抵抗変化率は熱処理温度が変化しても
全く変わらない。中間層膜厚は熱処理温度の上昇に伴い
単調に増大する。Ｏ原子数／（Ｎｉ原子数＋Ｆｅ原子数
＋Ｏ原子数）は、熱処理温度の上昇に伴い単調に増大
し、１８０℃付近で極大をとった後に減少する。磁気抵
抗変化率及び交換結合磁界の両方を考えると、８０〜４
００℃の熱処理温度として適当であることがわかる。
ｉＦｅを熱処理し、Ｎｉ酸化物とＮｉＦｅの間にＮｉ酸
化物とＦｅ酸化物の混合物層を形成し、その後に非磁性
層／第２強磁性層、又は第１強磁性層／第１ＭＲエンハ
ンス層／非磁性層／第２ＭＲエンハンス層／第２強磁性
層を形成し、その後熱処理する方法で、磁気抵抗効果素
子を製造した。図１８は、基板／ＮｉＯ（５０．０ｎ
ｍ）／ＮｉＦｅ（３．０ｎｍ）をスパッタにより成膜
し、それぞれの温度で熱処理した後に、Ｃｏ（１．０ｎ
ｍ）／Ｃｕ（２．６ｎｍ）／Ｃｏ（１．０ｎｍ）／Ｎｉ
Ｆｅ（５．０ｎｍ）をスパッタにより成膜した場合の、
交換結合磁界Ｈｅｘと熱処理温度との関係、図１９は磁
気抵抗変化率と熱処理温度との関係、図２０は中間層膜
厚と熱処理温度との関係、図２１は中間層組成と熱処理
温度との関係である。Ｈｅｘは熱処理温度の上昇に伴い
増大し１８０℃付近で極大をとった後に緩やかに減少し
た。８０℃から４００℃の間でＨｅｘが６０Ｏｅ以上に
なっている。磁気抵抗変化率は熱処理温度が変化しても
全く変わらない。中間層膜厚は熱処理温度の上昇に伴い
単調に増大する。Ｏ原子数／（Ｎｉ原子数＋Ｆｅ原子数
＋Ｏ原子数）は、熱処理温度の上昇に伴い単調に増大
し、１８０℃付近で極大をとった後に減少する。磁気抵
抗変化率及び交換結合磁界の両方を考えると、８０〜４
００℃の熱処理温度として適当であることがわかる。
【００３１】予め成膜しておいた基板／Ｎｉ酸化物／Ｎ
ｉＦｅ／非磁性層／第２強磁性層、又は基板／Ｎｉ酸化
物／第１強磁性層／第１ＭＲエンハンス層／非磁性層／
第２ＭＲエンハンス層／第２強磁性層を作成し、その後
熱処理する方法で、磁気抵抗効果素子を製造した。図２
２は、基板／ＮｉＯ（５０ｎｍ）／ＮｉＦｅ（３．０ｎ
ｍ）／Ｃｏ（１．０ｎｍ）／Ｃｕ（２．６ｎｍ）／Ｃｏ
（１．０ｎｍ）／ＮｉＦｅ（５．０ｎｍ）をスパッタに
より成膜した後に、各熱処理温度で熱処理した場合の交
換結合磁界Ｈｅｘと熱処理温度との関係を示す。図２３
は磁気抵抗変化率と熱処理温度との関係である。Ｈｅｘ
は熱処理温度の上昇に伴い増大し１８０℃付近で極大を
とった後に緩やかに減少した。８０℃から３５０℃の間
でＨｅｘが６０Ｏｅ以上になっている。磁気抵抗変化率
は熱処理温度の上昇に伴い２２０℃までは変化しないが
その後急激に低下する。５％以上の抵抗変化率が得られ
る熱処理温度の範囲は、５０℃から３００℃である。以
上、交換結合磁界と抵抗変化率の両面から考えて、この
作成手段の場合は５０〜３００℃の熱処理温度範囲が適
当であることがわかる。
ｉＦｅ／非磁性層／第２強磁性層、又は基板／Ｎｉ酸化
物／第１強磁性層／第１ＭＲエンハンス層／非磁性層／
第２ＭＲエンハンス層／第２強磁性層を作成し、その後
熱処理する方法で、磁気抵抗効果素子を製造した。図２
２は、基板／ＮｉＯ（５０ｎｍ）／ＮｉＦｅ（３．０ｎ
ｍ）／Ｃｏ（１．０ｎｍ）／Ｃｕ（２．６ｎｍ）／Ｃｏ
（１．０ｎｍ）／ＮｉＦｅ（５．０ｎｍ）をスパッタに
より成膜した後に、各熱処理温度で熱処理した場合の交
換結合磁界Ｈｅｘと熱処理温度との関係を示す。図２３
は磁気抵抗変化率と熱処理温度との関係である。Ｈｅｘ
は熱処理温度の上昇に伴い増大し１８０℃付近で極大を
とった後に緩やかに減少した。８０℃から３５０℃の間
でＨｅｘが６０Ｏｅ以上になっている。磁気抵抗変化率
は熱処理温度の上昇に伴い２２０℃までは変化しないが
その後急激に低下する。５％以上の抵抗変化率が得られ
る熱処理温度の範囲は、５０℃から３００℃である。以
上、交換結合磁界と抵抗変化率の両面から考えて、この
作成手段の場合は５０〜３００℃の熱処理温度範囲が適
当であることがわかる。
【００３２】次に、図２及び図２４のような構成、材質
及び膜厚を用いて再生ヘッドを試作した。この際、図２
５に示す構成の磁気抵抗効果素子を用いた。
及び膜厚を用いて再生ヘッドを試作した。この際、図２
５に示す構成の磁気抵抗効果素子を用いた。
【００３３】図２６に上ギャップ層及び下ギャップ層膜
厚を変えた場合の、クロスポイント第１強磁性層膜厚と
の関係、図２７にクロスポイントが０．５になる第１強
磁性層膜厚と上ギャップ層及び下ギャップ層膜厚との関
係を示す。ギャップ長とは、上ギャップ層及び下ギャッ
プ層の膜厚の和のことをいう。この際、上ギャップ層と
下ギャップ層の膜厚は等しくなるように設定している。
第２強磁性層膜厚は６ｎｍに固定している。クロスポイ
ントの定義は図２８に示す。クロスポイントは第１強磁
性層膜厚の増加にともない減少した。また、クロスポイ
ント０．５を与える第１強磁性層の膜厚は上ギャップ層
及び下ギャップ層膜厚の増加に伴い直線的に減少する
が、このギャップ範囲ではいずれも１０ｎｍ以下になっ
ている。
厚を変えた場合の、クロスポイント第１強磁性層膜厚と
の関係、図２７にクロスポイントが０．５になる第１強
磁性層膜厚と上ギャップ層及び下ギャップ層膜厚との関
係を示す。ギャップ長とは、上ギャップ層及び下ギャッ
プ層の膜厚の和のことをいう。この際、上ギャップ層と
下ギャップ層の膜厚は等しくなるように設定している。
第２強磁性層膜厚は６ｎｍに固定している。クロスポイ
ントの定義は図２８に示す。クロスポイントは第１強磁
性層膜厚の増加にともない減少した。また、クロスポイ
ント０．５を与える第１強磁性層の膜厚は上ギャップ層
及び下ギャップ層膜厚の増加に伴い直線的に減少する
が、このギャップ範囲ではいずれも１０ｎｍ以下になっ
ている。
【００３４】図２９に上ギャップ層及び下ギャップ層膜
厚を変えた場合の、クロスポイントと第２強磁性膜厚と
の関係、図３０にクロスポイントが０．５になる第２強
磁性膜厚と上ギャップ層及び下ギャップ層膜厚との関係
を示す。この際、上ギャップ層と下ギャップ層の膜厚は
等しくなるように設定している。第１強磁性層膜厚は６
ｎｍである。クロスポイントの定義は図２８に示す。ク
ロスポイントは第２強磁性層膜厚の増加にともない減少
した。また、クロスポイント０．５を与える第２強磁性
層の膜厚は上ギャップ層及び下ギャップ層膜厚の増加に
伴い直線的に減少するが、このギャップ範囲ではいずれ
も１０ｎｍ以下になっている。
厚を変えた場合の、クロスポイントと第２強磁性膜厚と
の関係、図３０にクロスポイントが０．５になる第２強
磁性膜厚と上ギャップ層及び下ギャップ層膜厚との関係
を示す。この際、上ギャップ層と下ギャップ層の膜厚は
等しくなるように設定している。第１強磁性層膜厚は６
ｎｍである。クロスポイントの定義は図２８に示す。ク
ロスポイントは第２強磁性層膜厚の増加にともない減少
した。また、クロスポイント０．５を与える第２強磁性
層の膜厚は上ギャップ層及び下ギャップ層膜厚の増加に
伴い直線的に減少するが、このギャップ範囲ではいずれ
も１０ｎｍ以下になっている。
【００３５】図３１はＣｕ非磁性層膜厚を変えた場合の
磁気抵抗効果素子のＭＲ比である。非磁性層膜厚が２〜
３ｎｍでＭＲ比が５％を越えており、この範囲が適当な
膜厚であることがわかる。図３２は素子高さと出力電圧
との関係である。ギガビットクラスの記録密度をハード
ディスク装置で実現するためには、４００μＶ程度の出
力電圧が必要とされるが、素子高さが１μｍ以下のとき
に４００μｍ以上の出力電圧が得られており、素子高さ
１μｍ以下が望ましい範囲であることがわかる。図３３
は反強磁性層膜厚を５〜１００ｎｍで変えた場合の、出
力信号半値幅である。記録再生時の媒体の線速は１０ｍ
／ｓである。２Ｇｂ／ｉｎ２程度以上の高記録密度実現
のためには出力信号半値幅は２５ｎｓ以下であることが
必要であるが、この条件は第１反強磁性層膜厚が３０ｎ
ｍ以下で実現された。
磁気抵抗効果素子のＭＲ比である。非磁性層膜厚が２〜
３ｎｍでＭＲ比が５％を越えており、この範囲が適当な
膜厚であることがわかる。図３２は素子高さと出力電圧
との関係である。ギガビットクラスの記録密度をハード
ディスク装置で実現するためには、４００μＶ程度の出
力電圧が必要とされるが、素子高さが１μｍ以下のとき
に４００μｍ以上の出力電圧が得られており、素子高さ
１μｍ以下が望ましい範囲であることがわかる。図３３
は反強磁性層膜厚を５〜１００ｎｍで変えた場合の、出
力信号半値幅である。記録再生時の媒体の線速は１０ｍ
／ｓである。２Ｇｂ／ｉｎ２程度以上の高記録密度実現
のためには出力信号半値幅は２５ｎｓ以下であることが
必要であるが、この条件は第１反強磁性層膜厚が３０ｎ
ｍ以下で実現された。
【００３６】次に、本発明を適用して試作された磁気デ
ィスク装置の説明をする。磁気ディスク装置はベース上
に３枚の磁気ディスクを備え、ベース裏面にヘッド駆動
回路及び信号処理回路と入出力インターフェイスとを収
めている。外部とは３２ビットのバスラインで接続され
る。磁気ディスクの両面には６個のヘッドが配置されて
いる。ヘッドを駆動するためのロータリーアクチュエー
タとその駆動及び制御回路、ディスク回転用スピンドル
直結モータが搭載されている。ディスクの直径は４６ｍ
ｍであり、データ面は直径１０ｍｍから４０ｍｍまでを
使用する。埋め込みサーボ方式を用い、サーボ面を有し
ないため高密度化が可能である。本装置は、小型コンピ
ューターの外部記憶装置として直接接続が可能になって
いる。入出力インターフェイスには、キャッシュメモリ
を搭載し、転送速度が毎秒５から２０メガバイトの範囲
であるバスラインに対応する。また、外部コントローラ
を置き、本装置を複数台接続することにより、大容量の
磁気ディスク装置を構成することも可能である。
ィスク装置の説明をする。磁気ディスク装置はベース上
に３枚の磁気ディスクを備え、ベース裏面にヘッド駆動
回路及び信号処理回路と入出力インターフェイスとを収
めている。外部とは３２ビットのバスラインで接続され
る。磁気ディスクの両面には６個のヘッドが配置されて
いる。ヘッドを駆動するためのロータリーアクチュエー
タとその駆動及び制御回路、ディスク回転用スピンドル
直結モータが搭載されている。ディスクの直径は４６ｍ
ｍであり、データ面は直径１０ｍｍから４０ｍｍまでを
使用する。埋め込みサーボ方式を用い、サーボ面を有し
ないため高密度化が可能である。本装置は、小型コンピ
ューターの外部記憶装置として直接接続が可能になって
いる。入出力インターフェイスには、キャッシュメモリ
を搭載し、転送速度が毎秒５から２０メガバイトの範囲
であるバスラインに対応する。また、外部コントローラ
を置き、本装置を複数台接続することにより、大容量の
磁気ディスク装置を構成することも可能である。
【００３７】なお、本発明に係る磁気抵抗効果素子の上
下を絶縁層を介して、高透磁率軟磁性材料ではさんだ構
造からなる、シールド型磁気抵抗センサを用いて、ヘッ
ドを構成してもよい。また、本発明に係る磁気抵抗効果
素子を備えた磁気抵抗効果センサと、この磁気抵抗セン
サを通る電流を生じる手段と、検出される磁界の関数と
して前記磁気抵抗センサの抵抗率変化を検出する手段と
を備えた磁気抵抗検出システムを構成してもよい。さら
に、データ記録のための複数個のトラックを有する磁気
記憶媒体と、この磁気記憶媒体上にデータを記憶させる
ための磁気記録システムと、前記磁気抵抗検出システム
と、この磁気抵抗検出システム及び前記磁気記録システ
ムを前記磁気記憶媒体の選択されたトラックへ移動させ
るために、前記磁気抵抗検出システム及び前記磁気記録
システムに結合されたアクチュエータ手段とからなる磁
気記憶システムを構成してもよい。
下を絶縁層を介して、高透磁率軟磁性材料ではさんだ構
造からなる、シールド型磁気抵抗センサを用いて、ヘッ
ドを構成してもよい。また、本発明に係る磁気抵抗効果
素子を備えた磁気抵抗効果センサと、この磁気抵抗セン
サを通る電流を生じる手段と、検出される磁界の関数と
して前記磁気抵抗センサの抵抗率変化を検出する手段と
を備えた磁気抵抗検出システムを構成してもよい。さら
に、データ記録のための複数個のトラックを有する磁気
記憶媒体と、この磁気記憶媒体上にデータを記憶させる
ための磁気記録システムと、前記磁気抵抗検出システム
と、この磁気抵抗検出システム及び前記磁気記録システ
ムを前記磁気記憶媒体の選択されたトラックへ移動させ
るために、前記磁気抵抗検出システム及び前記磁気記録
システムに結合されたアクチュエータ手段とからなる磁
気記憶システムを構成してもよい。
【００３８】
【発明の効果】本発明に係る磁気抵抗効果素子及びその
製造方法によれば、反強磁性層から固定層へ印加される
交換結合磁界が大きく、しかも固定層の保磁力が小さい
ことから、Ｒ−Ｈループ上のヒステリシスが小さく、良
好な再生特性が得られる。これにより、耐食性、交換結
合磁界、ヒステリシス特性、ＭＲ比、クロスポイント、
出力信号半値幅等を向上できる。
製造方法によれば、反強磁性層から固定層へ印加される
交換結合磁界が大きく、しかも固定層の保磁力が小さい
ことから、Ｒ−Ｈループ上のヒステリシスが小さく、良
好な再生特性が得られる。これにより、耐食性、交換結
合磁界、ヒステリシス特性、ＭＲ比、クロスポイント、
出力信号半値幅等を向上できる。
【図１】本発明に係る磁気抵抗効果素子を適用したシー
ルド型の磁気抵抗センサの第１例を示す概略断面図であ
る。
ルド型の磁気抵抗センサの第１例を示す概略断面図であ
る。
【図２】本発明に係る磁気抵抗効果素子を適用したシー
ルド型の磁気抵抗センサの第２例を示す概略断面図であ
る。
ルド型の磁気抵抗センサの第２例を示す概略断面図であ
る。
【図３】本発明に係る磁気抵抗効果素子の第一実施形態
を示す概略断面図である。
を示す概略断面図である。
【図４】本発明に係る磁気抵抗効果素子の第二実施形態
を示す概略断面図である。
を示す概略断面図である。
【図５】本発明に係る磁気抵抗効果素子の第一実施例に
おける構成並びに各層の材質及び膜厚を示す図表であ
る。
おける構成並びに各層の材質及び膜厚を示す図表であ
る。
【図６】図５の磁気抵抗効果素子におけるＮｉＯ層膜厚
とＭＲ比との関係を示すグラフである。
とＭＲ比との関係を示すグラフである。
【図７】本発明に係る磁気抵抗効果素子の第二実施例に
おける構成並びに各層の材質及び膜質を示す図表であ
る。
おける構成並びに各層の材質及び膜質を示す図表であ
る。
【図８】図７の磁気抵抗効果素子における中間層膜厚と
第１強磁性層の保磁力Ｈｃ及び交換結合磁界Ｈｅｘとの
関係を示すグラフである。
第１強磁性層の保磁力Ｈｃ及び交換結合磁界Ｈｅｘとの
関係を示すグラフである。
【図９】本発明に係る磁気抵抗効果素子の第三実施例に
おける構成並びに各層の材質及び膜質を示す図表であ
る。
おける構成並びに各層の材質及び膜質を示す図表であ
る。
【図１０】図９の磁気抵抗効果素子におけるＮｉＯ層中
のＮｉ原子数／（Ｎｉ原子数＋Ｏ原子数）と交換結合磁
界Ｈｅｘとの関係を示すグラフである。
のＮｉ原子数／（Ｎｉ原子数＋Ｏ原子数）と交換結合磁
界Ｈｅｘとの関係を示すグラフである。
【図１１】図９の磁気抵抗効果素子におけるＮｉＯ層の
表面粗さと第２強磁性層の保磁力Ｈｃ及び交換結合磁界
Ｈｅｘとの関係を示すグラフである。
表面粗さと第２強磁性層の保磁力Ｈｃ及び交換結合磁界
Ｈｅｘとの関係を示すグラフである。
【図１２】本発明に係る磁気抵抗効果素子の第四実施例
における各層の材質とＭＲ比との関係を示す図表であ
る。
における各層の材質とＭＲ比との関係を示す図表であ
る。
【図１３】本発明に係る磁気抵抗効果素子の第五実施例
において、非磁性層として用いるＣｕに種々の元素を添
加してその腐食電位を測定した結果を示す図表である。
において、非磁性層として用いるＣｕに種々の元素を添
加してその腐食電位を測定した結果を示す図表である。
【図１４】本発明に係る磁気抵抗効果素子の第五実施例
における構成並びに各層の材質及び膜質を示す図表であ
る。
における構成並びに各層の材質及び膜質を示す図表であ
る。
【図１５】図１５の磁気抵抗効果素子において、Ｃｕへ
のＡｇ添加量に対する、１時間の熱処理によりＭＲ比が
熱処理前の５０％に低下した熱処理温度Ｔの関係を示す
図表である。
のＡｇ添加量に対する、１時間の熱処理によりＭＲ比が
熱処理前の５０％に低下した熱処理温度Ｔの関係を示す
図表である。
【図１６】図１５の磁気抵抗効果素子において、Ｃｕへ
のＲｅ添加量に対する、１時間の熱処理によりＭＲ比が
熱処理前の５０％に低下した熱処理温度Ｔの関係を示す
図表である。
のＲｅ添加量に対する、１時間の熱処理によりＭＲ比が
熱処理前の５０％に低下した熱処理温度Ｔの関係を示す
図表である。
【図１７】図１５の磁気抵抗効果素子において、第１強
磁性層及び第２強磁性層の容易軸のなす角度θと第２強
磁性層の保磁力Ｈｃとの関係を示すグラフである。
磁性層及び第２強磁性層の容易軸のなす角度θと第２強
磁性層の保磁力Ｈｃとの関係を示すグラフである。
【図１８】本発明に係る磁気抵抗効果素子の製造方法の
第一実施形態における、熱処理温度と交換結合磁界Ｈｅ
ｘとの関係を示すグラフである。
第一実施形態における、熱処理温度と交換結合磁界Ｈｅ
ｘとの関係を示すグラフである。
【図１９】本発明に係る磁気抵抗効果素子の製造方法の
第一実施形態における、熱処理温度と磁気抵抗変化率と
の関係を示すグラフである。
第一実施形態における、熱処理温度と磁気抵抗変化率と
の関係を示すグラフである。
【図２０】本発明に係る磁気抵抗効果素子の製造方法の
第一実施形態における、熱処理温度と中間層膜厚との関
係を示すグラフである。
第一実施形態における、熱処理温度と中間層膜厚との関
係を示すグラフである。
【図２１】本発明に係る磁気抵抗効果素子の製造方法の
第一実施形態における、熱処理温度と中間層のＯ原子数
／（Ｎｉ原子数＋Ｆｅ原子数＋Ｏ原子数）との関係を示
すグラフである。
第一実施形態における、熱処理温度と中間層のＯ原子数
／（Ｎｉ原子数＋Ｆｅ原子数＋Ｏ原子数）との関係を示
すグラフである。
【図２２】本発明に係る磁気抵抗効果素子の製造方法の
第二実施形態における、熱処理温度と交換結合磁界Ｈｅ
ｘとの関係を示すグラフである。
第二実施形態における、熱処理温度と交換結合磁界Ｈｅ
ｘとの関係を示すグラフである。
【図２３】本発明に係る磁気抵抗効果素子の製造方法の
第二実施形態における、熱処理温度と磁気抵抗変化率と
の関係を示すグラフである。
第二実施形態における、熱処理温度と磁気抵抗変化率と
の関係を示すグラフである。
【図２４】図２の磁気抵抗センサにおける構成並びに各
層の材質及び膜厚を示す図表である。
層の材質及び膜厚を示す図表である。
【図２５】図２４の磁気抵抗センサにおける、磁気抵抗
効果素子の構成並びに各層の材質及び膜厚を示す図表で
ある。
効果素子の構成並びに各層の材質及び膜厚を示す図表で
ある。
【図２６】図２４の磁気抵抗センサにおける、ギャップ
長を変えた場合の、第１強磁性層膜厚とクロスポイント
との関係を示すグラフである。
長を変えた場合の、第１強磁性層膜厚とクロスポイント
との関係を示すグラフである。
【図２７】図２４の磁気抵抗センサにおける、ギャップ
長と、クロスポイントが０．５になる第１強磁性層膜厚
との関係を示すグラフである。
長と、クロスポイントが０．５になる第１強磁性層膜厚
との関係を示すグラフである。
【図２８】クロスポイントの定義を示すグラフである。
【図２９】図２４の磁気抵抗センサにおける、ギャップ
長を変えた場合の、第２強磁性層膜厚とクロスポイント
との関係を示すグラフである。
長を変えた場合の、第２強磁性層膜厚とクロスポイント
との関係を示すグラフである。
【図３０】図２４の磁気抵抗センサにおける、ギャップ
長と、クロスポイントが０．５になる第２強磁性層膜厚
との関係を示すグラフである。
長と、クロスポイントが０．５になる第２強磁性層膜厚
との関係を示すグラフである。
【図３１】図２４の磁気抵抗センサにおける、非磁性層
膜厚と磁気抵抗変化率との関係を示すグラフである。
膜厚と磁気抵抗変化率との関係を示すグラフである。
【図３２】図２４の磁気抵抗センサにおける、素子高さ
と出力電圧との関係を示すグラフである。
と出力電圧との関係を示すグラフである。
【図３３】図２４の磁気抵抗センサにおける、反強磁性
層膜厚と出力信号半値幅との関係を示す図表である。
層膜厚と出力信号半値幅との関係を示す図表である。
６，１６ 磁気抵抗効果素子 ２０ 下地層 ２１ ＮｉＯ層（反強磁性層） ２２ 中間層 ２３ 第１強磁性層 ２４ 第１ＭＲエンハンス層 ２５ 非磁性層 ２６ 第２ＭＲエンハンス層 ２７ 第２強磁性層 ２８ 保護層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G11B 5/39 G01R 33/09 G11B 5/02 H01L 43/08
Claims (17)
- 【請求項１】 反強磁性層、中間層、第１強磁性層、非
磁性層及び第２強磁性層を備えた磁気抵抗効果素子にお
いて、 前記反強磁性層がＮｉ酸化物からなり、前記中間層がＮ
ｉ酸化物とＦｅ酸化物との混合物からなることを特徴と
する磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２】 反強磁性層、中間層、第１強磁性層、第
１ＭＲエンハンス層、非磁性層、第２ＭＲエンハンス層
及び第２強磁性層を備えた磁気抵抗効果素子において、 前記反強磁性層がＮｉ酸化物からなり、前記中間層がＮ
ｉ酸化物とＦｅ酸化物との混合物からなることを特徴と
する磁気抵抗効果素子。 - 【請求項３】 前記中間層の膜厚が０．１〜３．０ｎｍ
であることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気抵抗
効果素子。 - 【請求項４】 前記反強磁性層を構成するＮｉ酸化物中
のＮｉ原子数／（Ｎｉ原子数＋Ｏ原子数）が０．３〜
０．７である、請求項１，２又は３記載の磁気抵抗効果
素子。 - 【請求項５】 前記中間層の酸素原子数／（Ｎｉ原子数
＋Ｆｅ原子数＋酸素原子数）が０．１から０．５である
ことを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の磁気抵
抗効果素子。 - 【請求項６】 前記Ｎｉ酸化物の表面粗さが１０ｎｍ以
下である、請求項１，２，３，４又は５記載の磁気抵抗
効果素子。 - 【請求項７】 前記第１強磁性層及び第２強磁性層がＮ
ｉＦｅ又はＮｉＦｅＣｏを主成分とする材料からなる、
請求項１，２，３，４，５又は６記載の磁気抵抗効果素
子。 - 【請求項８】 前記第１強磁性層がＣｏを主成分とする
材料からなり、前記第２強磁性層がＮｉＦｅ又はＮｉＦ
ｅＣｏを主成分とする材料からなる、請求項１，２，
３，４，５，６又は７記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項９】 Ｐｄ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｉｎ、Ｂ、Ｎ
ｂ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｇａ、Ｚｒ、
Ｉｒ、Ａｕ及びＡｇの中から選ばれた一つ又は二つ以上
の材料を前記非磁性層に添加した、請求項１，２，３，
４，５，６，７又は８記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１０】 Ｃｕ、Ａｇ及びＡｕの中から選ばれた
一つ又は二つ以上の材料を前記非磁性層に用いた、請求
項１，２，３，４，５，６，７，８又は９記載の磁気抵
抗効果素子。 - 【請求項１１】 Ｃｕ単体、Ａｇ添加Ｃｕ又はＲｅ添加
Ｃｕを主成分とする材料を前記非磁性層に用いた、請求
項１，２，３，４，５，６，７，８，９又は１０記載の
磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１２】 前記第１及び第２強磁性膜の容易軸方
向のなす角が、７０度から９０度の範囲にある、請求項
１，２，３，４，５，６，７，８，９又は１１記載の磁
気抵抗効果素子。 - 【請求項１３】 請求項１，２，３，４，５，６，７，
８，９，１０，１１又は１２記載の磁気抵抗効果素子に
おいて前記第２強磁性層が下地層を介して基板上に設け
られ、前記下地層がｆｃｃ構造を有するものである、磁
気抵抗効果素子。 - 【請求項１４】 全体の高さが１μｍ以下、前記第１及
び第２強磁性層の膜厚が１０ｎｍ以下、前記非磁性層の
膜厚が２ｎｍ以上３ｎｍ以下、前記反強磁性層の膜厚が
３０ｎｍ以下である、請求項１，２，３，４，５，６，
７，８，９，１０，１１，１２又は１３記載の磁気抵抗
効果素子。 - 【請求項１５】 基板上にＮｉ酸化物及びＮｉＦｅをこ
の順に積層した後、８０℃から４００℃の間の温度で熱
処理することにより、前記反強磁性層、中間層及び第１
強磁性層を形成する、請求項１，２，３，４，５，６，
７，８，９，１０，１１，１２，１３又は１４記載の磁
気抵抗効果素子の製造方法。 - 【請求項１６】 基板上にＮｉ酸化物、ＮｉＦｅ及び前
記非磁性層をこの順に積層した後、８０℃から３００℃
の間の温度で熱処理することにより、前記反強磁性層、
中間層及び第１強磁性層を形成する、請求項１，３，
４，５，６，７，８，９，１０，１１，１３又は１４記
載の磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 【請求項１７】 基板上にＮｉ酸化物、ＮｉＦｅ、及び
前記第１ＭＲエンハンス層をこの順に積層した後、８０
℃から３００℃の間の温度で熱処理することにより、前
記反強磁性層、中間層及び第１強磁性層を形成する、請
求項２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１
３又は１４記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP8212518A JP2856165B2 (ja) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | 磁気抵抗効果素子及びその製造方法 |
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| JP3799168B2 (ja) * | 1998-08-20 | 2006-07-19 | 株式会社日立グローバルストレージテクノロジーズ | 磁気記録再生装置 |
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| US6282068B1 (en) * | 1999-03-30 | 2001-08-28 | International Business Machines Corporation | Antiparallel (AP) pinned read head with improved GMR |
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| JP2003324225A (ja) * | 2002-04-26 | 2003-11-14 | Nec Corp | 積層フェリ型磁性薄膜並びにそれを使用した磁気抵抗効果素子及び強磁性トンネル素子 |
| JP2008052819A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Tdk Corp | 低温でのノイズを抑制する磁気再生方法 |
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| US5206590A (en) * | 1990-12-11 | 1993-04-27 | International Business Machines Corporation | Magnetoresistive sensor based on the spin valve effect |
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- 1997-08-12 KR KR1019970038287A patent/KR100272872B1/ko not_active IP Right Cessation
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