JP3016555B2 - 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気記録再生装置および磁気抵抗効果素子の製造方法 - Google Patents
磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気記録再生装置および磁気抵抗効果素子の製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高い感度を有する
磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気記録再生装置およ
び磁気抵抗効果素子の製造方法に関する。
磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気記録再生装置およ
び磁気抵抗効果素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気記録の高密度化に伴い、将来の再生
用磁気ヘッドとして、JulliereによるPhysics Letter
s，５４Ａ巻（１９７５年）、３号、２２５ページの"Tu
nnelingbetween Ferromagnetic Films" に記載の磁気ト
ンネリング現象を示す多層膜の磁気抵抗効果型ヘッドへ
の応用が検討されつつある。この多層膜は、磁性層、絶
縁層、磁性層の順に積層されている積層体からなり、一
方の磁性層から出て、絶縁層をトンネルした電子がもう
一方の磁性層に入る時、２層の磁性層の磁化の向きに依
存したトンネル確率の変化を示す。このトンネル確率の
変化が磁気抵抗効果として観測される。
用磁気ヘッドとして、JulliereによるPhysics Letter
s，５４Ａ巻（１９７５年）、３号、２２５ページの"Tu
nnelingbetween Ferromagnetic Films" に記載の磁気ト
ンネリング現象を示す多層膜の磁気抵抗効果型ヘッドへ
の応用が検討されつつある。この多層膜は、磁性層、絶
縁層、磁性層の順に積層されている積層体からなり、一
方の磁性層から出て、絶縁層をトンネルした電子がもう
一方の磁性層に入る時、２層の磁性層の磁化の向きに依
存したトンネル確率の変化を示す。このトンネル確率の
変化が磁気抵抗効果として観測される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のような磁気トン
ネリング現象を示す多層膜を磁気抵抗効果素子に用いる
ためには、２層の磁性層にそれぞれ独立に電極を接触さ
せる必要がある。このため、多層膜は電極上に形成され
る。多層膜の下に形成される電極を下部電極とする。多
層膜の上に形成される上部電極と、上記下部電極とが直
接接触しないように、下部電極上の多層膜のない部分に
は酸化物からなる絶縁体を形成する。下部電極材料とし
ては、電気抵抗率の低いＡｕ，Ｃｕが好ましい。しか
し、下部電極材料としてＡｕを用いると、絶縁体とＡｕ
との接着力が弱いため、Ａｕからなる下部電極から絶縁
体が剥離するという問題があった。また、下部電極材料
としてＣｕを用いると、磁気抵抗効果素子を形成するフ
ォトリソグラフィ工程においてレジスト材料とＣｕが反
応しするという問題があった。
ネリング現象を示す多層膜を磁気抵抗効果素子に用いる
ためには、２層の磁性層にそれぞれ独立に電極を接触さ
せる必要がある。このため、多層膜は電極上に形成され
る。多層膜の下に形成される電極を下部電極とする。多
層膜の上に形成される上部電極と、上記下部電極とが直
接接触しないように、下部電極上の多層膜のない部分に
は酸化物からなる絶縁体を形成する。下部電極材料とし
ては、電気抵抗率の低いＡｕ，Ｃｕが好ましい。しか
し、下部電極材料としてＡｕを用いると、絶縁体とＡｕ
との接着力が弱いため、Ａｕからなる下部電極から絶縁
体が剥離するという問題があった。また、下部電極材料
としてＣｕを用いると、磁気抵抗効果素子を形成するフ
ォトリソグラフィ工程においてレジスト材料とＣｕが反
応しするという問題があった。
【０００４】本発明は、電極上に磁気トンネリング現象
を示す多層膜を形成するに当たっての問題点を検討する
過程でなされたものであり、電極と絶縁体の剥離の問
題、および電極とレジストの反応の問題を同時に解決し
て高性能の磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気記録再
生装置を得ることを目的とする。また、本発明は、高性
能の磁気抵抗効果素子の製造方法を提供することを目的
とする。
を示す多層膜を形成するに当たっての問題点を検討する
過程でなされたものであり、電極と絶縁体の剥離の問
題、および電極とレジストの反応の問題を同時に解決し
て高性能の磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気記録再
生装置を得ることを目的とする。また、本発明は、高性
能の磁気抵抗効果素子の製造方法を提供することを目的
とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、電極上に
磁気トンネリング現象を示す多層膜を形成した磁気抵抗
効果素子について鋭意研究を重ねた結果、下部電極を周
期律表のIVａ、Ｖａ金属からなる層とＡｕあるいはＣｕ
からなる層の積層体とし、上記IVａ、Ｖａ金属層を多層
膜に接触させる構造を採用することで、下部電極と絶縁
体との剥離を防ぐとともに下部電極とレジストとの反応
を防ぐことができることを見出し、本発明を完成するに
至った。
磁気トンネリング現象を示す多層膜を形成した磁気抵抗
効果素子について鋭意研究を重ねた結果、下部電極を周
期律表のIVａ、Ｖａ金属からなる層とＡｕあるいはＣｕ
からなる層の積層体とし、上記IVａ、Ｖａ金属層を多層
膜に接触させる構造を採用することで、下部電極と絶縁
体との剥離を防ぐとともに下部電極とレジストとの反応
を防ぐことができることを見出し、本発明を完成するに
至った。
【０００６】すなわち、本発明は、電極上に磁気抵抗効
果を示す多層膜が形成されている磁気抵抗効果素子にお
いて、電極は周期律表のIVａ、Ｖａ金属からなる層とＡ
ｕあるいはＣｕからなる層とを含む積層体であり、IV
ａ、Ｖａ金属層は多層膜に接触していることを特徴とす
る。IVａ、Ｖａ金属からなる層は、IVａ金属（Ｔｉ，Ｚ
ｒ，Ｈｆ）の単独層あるいはＶａ金属（Ｖ，Ｎｂ，Ｔ
ａ）の単独層であってもよいし、IVａ金属とＶａ金属と
の相互の合金であってもよい。
果を示す多層膜が形成されている磁気抵抗効果素子にお
いて、電極は周期律表のIVａ、Ｖａ金属からなる層とＡ
ｕあるいはＣｕからなる層とを含む積層体であり、IV
ａ、Ｖａ金属層は多層膜に接触していることを特徴とす
る。IVａ、Ｖａ金属からなる層は、IVａ金属（Ｔｉ，Ｚ
ｒ，Ｈｆ）の単独層あるいはＶａ金属（Ｖ，Ｎｂ，Ｔ
ａ）の単独層であってもよいし、IVａ金属とＶａ金属と
の相互の合金であってもよい。
【０００７】また、本発明は、下部電極上に磁気抵抗効
果を示す多層膜と絶縁体とが形成されている磁気抵抗効
果素子において、下部電極は周期律表のIVａ、Ｖａ金属
からなる層とＡｕあるいはＣｕからなる層とを含む積層
体であり、多層膜および絶縁体の上に上部電極が形成さ
れ、下部電極上の多層膜と絶縁体とはIVａ、Ｖａ金属層
に接触していることを特徴とする。
果を示す多層膜と絶縁体とが形成されている磁気抵抗効
果素子において、下部電極は周期律表のIVａ、Ｖａ金属
からなる層とＡｕあるいはＣｕからなる層とを含む積層
体であり、多層膜および絶縁体の上に上部電極が形成さ
れ、下部電極上の多層膜と絶縁体とはIVａ、Ｖａ金属層
に接触していることを特徴とする。
【０００８】ＡｕあるいはＣｕからなる層と基板との間
には、Ｃｒ層、Ｔｉ層、Ｍｏ層など、基板との接着性を
向上する金属層が設けられていることが好ましい。多層
膜は、磁気トンネリング効果によって磁気抵抗効果を示
す多層膜とすることができる。具体的には、磁性層、絶
縁層、磁性層の順に積層されている積層体を含む多層
膜、磁性層、絶縁層、磁性層、反強磁性層の順に積層さ
れている積層体を含む多層膜、あるいは磁性層、絶縁層
中に磁性粒子を分散した層、磁性層の順に積層されてい
る積層体を含む多層膜を用いることができる。
には、Ｃｒ層、Ｔｉ層、Ｍｏ層など、基板との接着性を
向上する金属層が設けられていることが好ましい。多層
膜は、磁気トンネリング効果によって磁気抵抗効果を示
す多層膜とすることができる。具体的には、磁性層、絶
縁層、磁性層の順に積層されている積層体を含む多層
膜、磁性層、絶縁層、磁性層、反強磁性層の順に積層さ
れている積層体を含む多層膜、あるいは磁性層、絶縁層
中に磁性粒子を分散した層、磁性層の順に積層されてい
る積層体を含む多層膜を用いることができる。
【０００９】本発明による磁気抵抗効果素子は磁気記録
再生装置用の磁気ヘッドに用いるのに好適であり、特に
誘導型磁気ヘッドとを組み合わせて複合型ヘッドを構成
するのに好適である。すなわち、本発明による磁気記録
再生装置は、磁気記録媒体と、磁気記録媒体を回転駆動
する磁気記録媒体駆動部と、磁気記録媒体に対して記録
／再生を行う磁気ヘッドと、磁気ヘッドを磁気記録媒体
に対して相対的に駆動する磁気ヘッド駆動部と、磁気ヘ
ッドの記録信号および再生信号を処理する記録再生信号
処理系とを備える磁気記録再生装置において、磁気ヘッ
ドとして本発明による磁気抵抗効果素子を組み込んだ前
述の磁気ヘッドを用いたことを特徴とする。
再生装置用の磁気ヘッドに用いるのに好適であり、特に
誘導型磁気ヘッドとを組み合わせて複合型ヘッドを構成
するのに好適である。すなわち、本発明による磁気記録
再生装置は、磁気記録媒体と、磁気記録媒体を回転駆動
する磁気記録媒体駆動部と、磁気記録媒体に対して記録
／再生を行う磁気ヘッドと、磁気ヘッドを磁気記録媒体
に対して相対的に駆動する磁気ヘッド駆動部と、磁気ヘ
ッドの記録信号および再生信号を処理する記録再生信号
処理系とを備える磁気記録再生装置において、磁気ヘッ
ドとして本発明による磁気抵抗効果素子を組み込んだ前
述の磁気ヘッドを用いたことを特徴とする。
【００１０】更に、本発明は、電極上に磁気抵抗効果を
示す多層膜と絶縁体とが形成されている磁気抵抗効果素
子の製造方法において、周期律表のIVａ、Ｖａ金属から
なる層とその上に形成されたＡｕあるいはＣｕからなる
層を含む積層体からなる電極を形成する第１ステップ
と、電極上に磁気抵抗効果を示す多層膜を形成する第２
ステップと、電極のIVａ、Ｖａ金属層を残して多層膜を
所望の形状に加工する第３ステップと、電極上に絶縁体
を形成する第４ステップとを含むことを特徴とする。
示す多層膜と絶縁体とが形成されている磁気抵抗効果素
子の製造方法において、周期律表のIVａ、Ｖａ金属から
なる層とその上に形成されたＡｕあるいはＣｕからなる
層を含む積層体からなる電極を形成する第１ステップ
と、電極上に磁気抵抗効果を示す多層膜を形成する第２
ステップと、電極のIVａ、Ｖａ金属層を残して多層膜を
所望の形状に加工する第３ステップと、電極上に絶縁体
を形成する第４ステップとを含むことを特徴とする。
【００１１】以上のように、本発明では、下部電極を周
期律表のIVａ、Ｖａ金属からなる層とＡｕあるいはＣｕ
からなる層とを含む積層体とする。この下部電極の表面
は、周期律表のIVａ、Ｖａ金属からなる層で被われてい
ることになる。この下部電極の上に磁気抵抗効果を示す
多層膜を形成し、フォトリソグラフィ工程により多層膜
および下部電極を加工する。この際、下部電極における
IVａ、Ｖａ金属層を完全には除去せず、下部電極がIV
ａ、Ｖａ金属層に被われている状態を保つ。この上に絶
縁体を形成すると、絶縁体はIVａ、Ｖａ金属層と接触す
ることになる。従って、電極の一部にＡｕ層を用いた場
合にも電極と絶縁体の剥離は生じなくなる。また、電極
の一部にＣｕ層を用いた場合においても、Ｃｕ層とレジ
ストとの反応を防ぐことができる。
期律表のIVａ、Ｖａ金属からなる層とＡｕあるいはＣｕ
からなる層とを含む積層体とする。この下部電極の表面
は、周期律表のIVａ、Ｖａ金属からなる層で被われてい
ることになる。この下部電極の上に磁気抵抗効果を示す
多層膜を形成し、フォトリソグラフィ工程により多層膜
および下部電極を加工する。この際、下部電極における
IVａ、Ｖａ金属層を完全には除去せず、下部電極がIV
ａ、Ｖａ金属層に被われている状態を保つ。この上に絶
縁体を形成すると、絶縁体はIVａ、Ｖａ金属層と接触す
ることになる。従って、電極の一部にＡｕ層を用いた場
合にも電極と絶縁体の剥離は生じなくなる。また、電極
の一部にＣｕ層を用いた場合においても、Ｃｕ層とレジ
ストとの反応を防ぐことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。 ［実施例１］図１は、本発明による磁気抵抗効果素子の
製造工程を説明する略断面図である。図１（ａ）は下部
電極および磁気抵抗効果を示す多層膜の形成工程を、図
１（ｂ）は多層膜および下部電極の加工工程を、図１
（ｃ）は絶縁体および上部電極の形成工程を示す。
施の形態を説明する。 ［実施例１］図１は、本発明による磁気抵抗効果素子の
製造工程を説明する略断面図である。図１（ａ）は下部
電極および磁気抵抗効果を示す多層膜の形成工程を、図
１（ｂ）は多層膜および下部電極の加工工程を、図１
（ｃ）は絶縁体および上部電極の形成工程を示す。
【００１３】まず、図１（ａ）に示すように、基板１１
上に、接着性向上層１２、第１金属層１３、第２金属層
１４の順に下部電極１００の材料層を形成し、更にその
上に、磁性層１５、絶縁層１６、磁性層１７の順に成膜
して多層膜２００を形成した。基板１１には、Ｓｉ（１
００）単結晶、接着性向上層１２には厚さ５ｎｍのＣｒ
層、第１金属層１３には厚さ７０ｎｍのＡｕ層を用い、
第２金属層１４には厚さ２５ｎｍのＺｒ層を用いた。ま
た、磁性層１５として厚さ７ｎｍのＮｉ−２０ａｔ％Ｆ
ｅ合金層、絶縁層１６として厚さ１．５ｎｍのＺｒＯ2
層、磁性層１７として厚さ１２ｎｍのＣｏ−２０ａｔ％
Ｐｔ層を用いた。これらの層の形成にはイオンビームス
パッタリング装置を用いた。
上に、接着性向上層１２、第１金属層１３、第２金属層
１４の順に下部電極１００の材料層を形成し、更にその
上に、磁性層１５、絶縁層１６、磁性層１７の順に成膜
して多層膜２００を形成した。基板１１には、Ｓｉ（１
００）単結晶、接着性向上層１２には厚さ５ｎｍのＣｒ
層、第１金属層１３には厚さ７０ｎｍのＡｕ層を用い、
第２金属層１４には厚さ２５ｎｍのＺｒ層を用いた。ま
た、磁性層１５として厚さ７ｎｍのＮｉ−２０ａｔ％Ｆ
ｅ合金層、絶縁層１６として厚さ１．５ｎｍのＺｒＯ2
層、磁性層１７として厚さ１２ｎｍのＣｏ−２０ａｔ％
Ｐｔ層を用いた。これらの層の形成にはイオンビームス
パッタリング装置を用いた。
【００１４】次に、図１（ｂ）に示すように、フォトリ
ソグラフィ工程により、多層膜２００および下部電極１
００を加工した。多層膜２００の加工の際には、第２金
属層１４を残し、下部電極１００の表面は全てＺｒ層１
４で被われている状態を保った。さらに、図１（ｃ）に
示すように、リフトオフ法により、多層膜２００の部分
のみ穴のあいたＳｉＯ2からなる絶縁体１８を形成し、
さらに接着性向上層１９、第３金属層２０を形成した。
本実施例では、接着性向上層１９として厚さ５ｎｍのＣ
ｒ層、第３金属層２０として厚さ７０ｎｍのＡｕ層を用
いた。続いて、フォトリソグラフィ工程により、接着性
向上層１９、第３金属層２０を上部電極形状に加工し
た。
ソグラフィ工程により、多層膜２００および下部電極１
００を加工した。多層膜２００の加工の際には、第２金
属層１４を残し、下部電極１００の表面は全てＺｒ層１
４で被われている状態を保った。さらに、図１（ｃ）に
示すように、リフトオフ法により、多層膜２００の部分
のみ穴のあいたＳｉＯ2からなる絶縁体１８を形成し、
さらに接着性向上層１９、第３金属層２０を形成した。
本実施例では、接着性向上層１９として厚さ５ｎｍのＣ
ｒ層、第３金属層２０として厚さ７０ｎｍのＡｕ層を用
いた。続いて、フォトリソグラフィ工程により、接着性
向上層１９、第３金属層２０を上部電極形状に加工し
た。
【００１５】上述の工程により作製した磁気抵抗効果素
子では、下部電極１００と絶縁体１８の剥離は生じなか
った。これは、絶縁体１８と接する下部電極１００の表
面が全てＺｒ層１４で被われているためである。この磁
気抵抗効果素子の磁気抵抗変化率は、２０％であった。
また、第１金属層１３として厚さ７０ｎｍのＣｕ層を用
いた場合にも、Ｃｕ層とレジストとの反応を防ぐことが
でき、２０％の磁気抵抗変化率を示す磁気抵抗効果素子
を得ることができた。更に、第２金属層１４として、他
のIVａ、Ｖａ金属層を用いた場合にも、上述の結果と同
様の結果が得られた。
子では、下部電極１００と絶縁体１８の剥離は生じなか
った。これは、絶縁体１８と接する下部電極１００の表
面が全てＺｒ層１４で被われているためである。この磁
気抵抗効果素子の磁気抵抗変化率は、２０％であった。
また、第１金属層１３として厚さ７０ｎｍのＣｕ層を用
いた場合にも、Ｃｕ層とレジストとの反応を防ぐことが
でき、２０％の磁気抵抗変化率を示す磁気抵抗効果素子
を得ることができた。更に、第２金属層１４として、他
のIVａ、Ｖａ金属層を用いた場合にも、上述の結果と同
様の結果が得られた。
【００１６】本発明では、第２金属層１４として、IV
ａ、Ｖａ金属からなる層を用いた。これは、IVａ、Ｖａ
金属層上にＮｉ−Ｆｅ層のような面心立方構造を有する
軟磁性層を形成すると、軟磁性層が強い（１１１）配向
となり、優れた軟磁気特性を示すためである。本実施例
では、磁気抵抗効果を示す多層膜として、磁性層／絶縁
層／磁性層の構造を有する材料を用いたが、本発明は他
の多層膜に対しても同様の効果を生じる。本発明を適用
することのできる他の多層膜の代表的な例を図３および
図４に示す。
ａ、Ｖａ金属からなる層を用いた。これは、IVａ、Ｖａ
金属層上にＮｉ−Ｆｅ層のような面心立方構造を有する
軟磁性層を形成すると、軟磁性層が強い（１１１）配向
となり、優れた軟磁気特性を示すためである。本実施例
では、磁気抵抗効果を示す多層膜として、磁性層／絶縁
層／磁性層の構造を有する材料を用いたが、本発明は他
の多層膜に対しても同様の効果を生じる。本発明を適用
することのできる他の多層膜の代表的な例を図３および
図４に示す。
【００１７】図３に示されている多層膜は、磁性層３
１、絶縁層３２、磁性層３３、反強磁性層３４の順に積
層されている多層膜である。図３の多層膜において、磁
性層３１，３３として厚さ１０ｎｍのＮｉ−Ｆｅ系合金
を用い、反強磁性層３４として厚さ１５ｎｍのＭｎ−Ｉ
ｒ合金などのＭｎ系合金を用いる場合には、絶縁層３２
を基板側の磁性層３１に接する第１の絶縁層と他方の磁
性層３３に接する厚さ０．５〜１．０ｎｍの第２の絶縁
層との積層構造とし、第２の絶縁層をＮｉＯ，ＣｏＯ，
ＴｉＯ2など３ｄ遷移金属の酸化物とするのが高い磁気
抵抗変化率を達成する上で効果的である。絶縁層をこの
ような２層構造とすることにより、Ｍｎ系合金層が面心
立方構造を有して室温で反強磁性を示すようになるから
である。第１の絶縁層としては、厚さ０．５〜１．０ｎ
ｍのＡｌ2Ｏ3，ＺｒＯ2などを用いることができる。
１、絶縁層３２、磁性層３３、反強磁性層３４の順に積
層されている多層膜である。図３の多層膜において、磁
性層３１，３３として厚さ１０ｎｍのＮｉ−Ｆｅ系合金
を用い、反強磁性層３４として厚さ１５ｎｍのＭｎ−Ｉ
ｒ合金などのＭｎ系合金を用いる場合には、絶縁層３２
を基板側の磁性層３１に接する第１の絶縁層と他方の磁
性層３３に接する厚さ０．５〜１．０ｎｍの第２の絶縁
層との積層構造とし、第２の絶縁層をＮｉＯ，ＣｏＯ，
ＴｉＯ2など３ｄ遷移金属の酸化物とするのが高い磁気
抵抗変化率を達成する上で効果的である。絶縁層をこの
ような２層構造とすることにより、Ｍｎ系合金層が面心
立方構造を有して室温で反強磁性を示すようになるから
である。第１の絶縁層としては、厚さ０．５〜１．０ｎ
ｍのＡｌ2Ｏ3，ＺｒＯ2などを用いることができる。
【００１８】図４に示す多層膜は、磁性層４１、絶縁層
中に磁性粒子を分散した層４２、磁性層４３の順に積層
した多層膜である。磁性層４１，４３は例えば厚さ１０
ｎｍのＮｉ−Ｆｅ系合金、Ｃｏ−Ｆｅ系合金とすること
ができ、層４２の絶縁層は例えばＳｉＯ2，ＺｒＯ2とす
ることができる。絶縁層中に分散させる磁性粒子は、例
えば直径５〜１０ｎｍのＣｏやＣｏ系合金とすることが
できる。一つの具体例をあげると、磁性層４１，４３と
して、膜厚１０ｎｍのＮｉ−２０ａｔ％Ｆｅ合金を用い
た。また、絶縁層中に磁性粒子を分散させた層４２とし
ては、ＳｉＯ2中にＣｏ−２０ａｔ％Ｐｔからなる磁性
粒子が分散した層を用いた。層４２は、ＳｉＯ2板にＣ
ｏチップとＰｔチップを貼り付けたターゲットを用い
て、イオンビームスパッタリングにより形成した。磁性
粒子の直径は５〜１０ｎｍ、層４２の膜厚は１５ｎｍで
ある。
中に磁性粒子を分散した層４２、磁性層４３の順に積層
した多層膜である。磁性層４１，４３は例えば厚さ１０
ｎｍのＮｉ−Ｆｅ系合金、Ｃｏ−Ｆｅ系合金とすること
ができ、層４２の絶縁層は例えばＳｉＯ2，ＺｒＯ2とす
ることができる。絶縁層中に分散させる磁性粒子は、例
えば直径５〜１０ｎｍのＣｏやＣｏ系合金とすることが
できる。一つの具体例をあげると、磁性層４１，４３と
して、膜厚１０ｎｍのＮｉ−２０ａｔ％Ｆｅ合金を用い
た。また、絶縁層中に磁性粒子を分散させた層４２とし
ては、ＳｉＯ2中にＣｏ−２０ａｔ％Ｐｔからなる磁性
粒子が分散した層を用いた。層４２は、ＳｉＯ2板にＣ
ｏチップとＰｔチップを貼り付けたターゲットを用い
て、イオンビームスパッタリングにより形成した。磁性
粒子の直径は５〜１０ｎｍ、層４２の膜厚は１５ｎｍで
ある。
【００１９】磁性層４１，４３の磁化方向は媒体からの
漏洩磁界に追随して変化するが、絶縁層中に分散させた
磁性粒子の巨視的な磁化状態は変化しない。そして、磁
性層４１，４３の磁化の向きが、絶縁層中に磁性粒子を
分散させた層４２の巨視的な磁化の向きと平行になった
とき多層膜の電気抵抗率は極小になり、磁性層４１，４
３の磁化の向きが、絶縁層中に磁性粒子を分散させた層
４２の巨視的な磁化の向きと反平行になったとき多層膜
の電気抵抗率は極大になる。 ［比較例］上述の本発明に対し、比較例の磁気抵抗効果
素子を作製した。図２は、この比較例の磁気抵抗効果素
子の製造工程を説明する略断面図である。図２（ａ）は
下部電極および磁気抵抗効果を示す多層膜の形成工程
を、図１（ｂ）は多層膜および下部電極の加工工程を、
図１（ｃ）は絶縁体および上部電極の形成工程を示す。
漏洩磁界に追随して変化するが、絶縁層中に分散させた
磁性粒子の巨視的な磁化状態は変化しない。そして、磁
性層４１，４３の磁化の向きが、絶縁層中に磁性粒子を
分散させた層４２の巨視的な磁化の向きと平行になった
とき多層膜の電気抵抗率は極小になり、磁性層４１，４
３の磁化の向きが、絶縁層中に磁性粒子を分散させた層
４２の巨視的な磁化の向きと反平行になったとき多層膜
の電気抵抗率は極大になる。 ［比較例］上述の本発明に対し、比較例の磁気抵抗効果
素子を作製した。図２は、この比較例の磁気抵抗効果素
子の製造工程を説明する略断面図である。図２（ａ）は
下部電極および磁気抵抗効果を示す多層膜の形成工程
を、図１（ｂ）は多層膜および下部電極の加工工程を、
図１（ｃ）は絶縁体および上部電極の形成工程を示す。
【００２０】この比較例では、図２（ａ）に示すよう
に、基板２１上に、接着性向上層２２、第１金属層２３
の順に下部電極３００の材料層を形成し、さらに、磁性
層２５、絶縁層２６、磁性層２７の順に成膜して多層膜
４００を形成した。基板２１にはＳｉ（１００）単結晶
を、接着性向上層２２には厚さ５ｎｍのＣｒ層を、第１
金属層２３には厚さ７０ｎｍのＡｕ層を用いた。また、
磁性層２５として厚さ７ｎｍのＮｉ−２０ａｔ％Ｆｅ合
金層を、絶縁層２６として厚さ１．５ｎｍのＺｒＯ2層
を、磁性層２７として厚さ１２ｎｍのＣｏ−２０ａｔ％
Ｐｔ層を用いた。これらの層の形成にはイオンビームス
パッタリング装置を用いた。
に、基板２１上に、接着性向上層２２、第１金属層２３
の順に下部電極３００の材料層を形成し、さらに、磁性
層２５、絶縁層２６、磁性層２７の順に成膜して多層膜
４００を形成した。基板２１にはＳｉ（１００）単結晶
を、接着性向上層２２には厚さ５ｎｍのＣｒ層を、第１
金属層２３には厚さ７０ｎｍのＡｕ層を用いた。また、
磁性層２５として厚さ７ｎｍのＮｉ−２０ａｔ％Ｆｅ合
金層を、絶縁層２６として厚さ１．５ｎｍのＺｒＯ2層
を、磁性層２７として厚さ１２ｎｍのＣｏ−２０ａｔ％
Ｐｔ層を用いた。これらの層の形成にはイオンビームス
パッタリング装置を用いた。
【００２１】次に、図２（ｂ）に示すように、フォトリ
ソグラフィ工程により、多層膜４００および下部電極３
００を所定形状に加工した。また、更に、図２（ｃ）に
示すように、リフトオフ法により、多層膜４００の部分
のみ穴のあいたＳｉＯ2からなる絶縁体２８を形成し、
さらに接着性向上層２９、第３金属層３０を形成した。
本比較例では、接着性向上層２９として厚さ５ｎｍのＣ
ｒ層を、第３金属層３０として厚さ７０ｎｍのＡｕ層を
用いた。その後、フォトリソグラフィ工程により、接着
性向上層２９、第３金属層３０を上部電極形状に加工し
た。
ソグラフィ工程により、多層膜４００および下部電極３
００を所定形状に加工した。また、更に、図２（ｃ）に
示すように、リフトオフ法により、多層膜４００の部分
のみ穴のあいたＳｉＯ2からなる絶縁体２８を形成し、
さらに接着性向上層２９、第３金属層３０を形成した。
本比較例では、接着性向上層２９として厚さ５ｎｍのＣ
ｒ層を、第３金属層３０として厚さ７０ｎｍのＡｕ層を
用いた。その後、フォトリソグラフィ工程により、接着
性向上層２９、第３金属層３０を上部電極形状に加工し
た。
【００２２】上述の工程により作製した磁気抵抗効果素
子では、下部電極３００と絶縁体２８の剥離が生じ、こ
のため、磁気抵抗変化率の測定を行うことができなかっ
た。剥離の原因は、Ａｕ層２３の上に絶縁体２８を形成
したためである。また、第１金属層２３に、厚さ７０ｎ
ｍのＣｕ層を用いた場合には、Ｃｕ層とレジストとの反
応が生じた。この反応のため、下部電極の電気抵抗率が
増加し、磁気抵抗効果素子の磁気抵抗変化率は１７％に
低下した。 ［実施例２］実施例１で述べた本発明による磁気抵抗効
果素子を用い、磁気ヘッドを作製した。この場合、図１
における絶縁体１８の穴は、５μｍ×５μｍの正方形で
ある。磁気ヘッドの構造を以下に示す。図５は、記録再
生分離型ヘッドの一部分を切断した場合の斜視図であ
る。磁気抵抗効果素子５１をシールド層５２、５３で挾
んだ部分が再生ヘッドとして働き、コイル５４を挾む下
部磁極５５、上部磁極５６の部分が記録ヘッドとして働
く。
子では、下部電極３００と絶縁体２８の剥離が生じ、こ
のため、磁気抵抗変化率の測定を行うことができなかっ
た。剥離の原因は、Ａｕ層２３の上に絶縁体２８を形成
したためである。また、第１金属層２３に、厚さ７０ｎ
ｍのＣｕ層を用いた場合には、Ｃｕ層とレジストとの反
応が生じた。この反応のため、下部電極の電気抵抗率が
増加し、磁気抵抗効果素子の磁気抵抗変化率は１７％に
低下した。 ［実施例２］実施例１で述べた本発明による磁気抵抗効
果素子を用い、磁気ヘッドを作製した。この場合、図１
における絶縁体１８の穴は、５μｍ×５μｍの正方形で
ある。磁気ヘッドの構造を以下に示す。図５は、記録再
生分離型ヘッドの一部分を切断した場合の斜視図であ
る。磁気抵抗効果素子５１をシールド層５２、５３で挾
んだ部分が再生ヘッドとして働き、コイル５４を挾む下
部磁極５５、上部磁極５６の部分が記録ヘッドとして働
く。
【００２３】以下に、この磁気ヘッドの作製方法を説明
する。Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＣを主成分とする焼結体をスライ
ダ用の基板５７とした。シールド層、記録磁極にはスパ
ッタリング法で形成したＮｉ−Ｆｅ合金を用いた。上下
のシールド層５２，５３の厚さは１．０μｍ、下部磁極
５５、上部磁極５６の厚さは３．０μｍとした。各層間
のギャップ材としてはスパッタリングで形成したＡｌ2
Ｏ3を用いた。ギャップ層の膜厚は、シールド層と磁気
抵抗効果素子間で０．２μｍ、記録磁極間では０．４μ
ｍとした。さらに再生ヘッドと記録ヘッドの間隔は約４
μｍとし、このギャップもＡｌ2Ｏ3で形成した。コイル
５４には膜厚３μｍのＣｕを使用した。
する。Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＣを主成分とする焼結体をスライ
ダ用の基板５７とした。シールド層、記録磁極にはスパ
ッタリング法で形成したＮｉ−Ｆｅ合金を用いた。上下
のシールド層５２，５３の厚さは１．０μｍ、下部磁極
５５、上部磁極５６の厚さは３．０μｍとした。各層間
のギャップ材としてはスパッタリングで形成したＡｌ2
Ｏ3を用いた。ギャップ層の膜厚は、シールド層と磁気
抵抗効果素子間で０．２μｍ、記録磁極間では０．４μ
ｍとした。さらに再生ヘッドと記録ヘッドの間隔は約４
μｍとし、このギャップもＡｌ2Ｏ3で形成した。コイル
５４には膜厚３μｍのＣｕを使用した。
【００２４】上記磁気ヘッドを用いて磁気記録再生装置
を作製した。装置の構造を図６に示す。この磁気記録再
生装置は、図６（ａ）に概略平面図を、図６（ｂ）にそ
のＡＡ′断面図を示すように、磁気記録媒体駆動部６２
により回転駆動される磁気記録媒体６１、磁気ヘッド駆
動部６４により保持されて磁気記録媒体６１に対して記
録および再生を行う磁気ヘッド６３、磁気ヘッド６３の
記録信号および再生信号を処理する記録再生信号処理系
６５を備える周知の構成の装置である。磁気記録媒体６
１には、残留磁束密度０．７５ＴのＣｏ−Ｎｉ−Ｐｔ−
Ｔａ系合金からなる材料を用いた。磁気ヘッド６３のト
ラック幅は５μｍとした。
を作製した。装置の構造を図６に示す。この磁気記録再
生装置は、図６（ａ）に概略平面図を、図６（ｂ）にそ
のＡＡ′断面図を示すように、磁気記録媒体駆動部６２
により回転駆動される磁気記録媒体６１、磁気ヘッド駆
動部６４により保持されて磁気記録媒体６１に対して記
録および再生を行う磁気ヘッド６３、磁気ヘッド６３の
記録信号および再生信号を処理する記録再生信号処理系
６５を備える周知の構成の装置である。磁気記録媒体６
１には、残留磁束密度０．７５ＴのＣｏ−Ｎｉ−Ｐｔ−
Ｔａ系合金からなる材料を用いた。磁気ヘッド６３のト
ラック幅は５μｍとした。
【００２５】本発明の構造の磁気抵抗効果素子を用いた
磁気記録再生装置では、高い出力の再生信号が観測され
た。これに対し、比較例の磁気抵抗効果素子は、低い磁
気抵抗変化率を示すため、再生出力が低いか、あるいは
絶縁体と電極との剥離により磁気記録再生装置を構成で
きなかった。
磁気記録再生装置では、高い出力の再生信号が観測され
た。これに対し、比較例の磁気抵抗効果素子は、低い磁
気抵抗変化率を示すため、再生出力が低いか、あるいは
絶縁体と電極との剥離により磁気記録再生装置を構成で
きなかった。
【００２６】
【発明の効果】本発明によると、磁気トンネリング現象
を示す多層膜を磁気抵抗効果素子に用いる時、下部電極
を周期律表のIVａ、Ｖａ金属からなる層とＡｕあるいは
Ｃｕからなる層を含む積層体とし、IVａ、Ｖａ金属層を
多層膜に接触させることにより、下部電極と絶縁体との
剥離および、下部電極とレジストとの反応を防ぐことが
できる。
を示す多層膜を磁気抵抗効果素子に用いる時、下部電極
を周期律表のIVａ、Ｖａ金属からなる層とＡｕあるいは
Ｃｕからなる層を含む積層体とし、IVａ、Ｖａ金属層を
多層膜に接触させることにより、下部電極と絶縁体との
剥離および、下部電極とレジストとの反応を防ぐことが
できる。
【図１】本発明による磁気抵抗効果素子の製造工程を示
す略断面図。
す略断面図。
【図２】比較例の磁気抵抗効果素子の製造工程を示す略
断面図。
断面図。
【図３】本発明の磁気抵抗効果素子に用いることのでき
る他の多層膜の断面模式図。
る他の多層膜の断面模式図。
【図４】本発明の磁気抵抗効果素子に用いることのでき
る他の多層膜の断面模式図。
る他の多層膜の断面模式図。
【図５】磁気ヘッドの構造を示す斜視図。
【図６】磁気記録再生装置の構造を示す概略図。
１１，２１…基板 １２，１９，２２，２９…接着性向上層 １３，２３…第１金属層 １４…第２金属層 １５，１７，２５，２７，３１，３３，４１，４３…磁
性層 １６，２６，３２…絶縁層 １８，２８…絶縁体 ２０，３０…第３金属層 ３４…反強磁性層 ４２…絶縁層中に磁性粒子を分散した層 ５１…磁気抵抗効果素子 ５２，５３…シールド層 ５４…コイル ５５…下部磁極 ５６…上部磁極 ５７…基板 ６１…磁気記録媒体 ６２…磁気記録媒体駆動部 ６３…磁気ヘッド ６４…磁気ヘッド駆動部 ６５…記録再生信号処理系 １００，３００…下部電極 ２００，４００…多層膜
性層 １６，２６，３２…絶縁層 １８，２８…絶縁体 ２０，３０…第３金属層 ３４…反強磁性層 ４２…絶縁層中に磁性粒子を分散した層 ５１…磁気抵抗効果素子 ５２，５３…シールド層 ５４…コイル ５５…下部磁極 ５６…上部磁極 ５７…基板 ６１…磁気記録媒体 ６２…磁気記録媒体駆動部 ６３…磁気ヘッド ６４…磁気ヘッド駆動部 ６５…記録再生信号処理系 １００，３００…下部電極 ２００，４００…多層膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 俊彦 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社 日立製作所 中央研究所内 (56)参考文献 特開 平４−103013（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−103014（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−126187（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−287816（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−17631（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−246623（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−120639（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−49059（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−97534（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G11B 5/39 G11B 5/02
Claims (10)
- 【請求項１】下部電極上に磁気抵抗効果を示す多層膜と
絶縁体とが形成され前記多層膜及び前記絶縁体の上に上
部電極が形成されている磁気抵抗効果素子において、前
記下部電極は周期律表のIVａ金属及び／又はＶａ金属か
らなる層とＡｕあるいはＣｕからなる層とを含む積層体
であり、前記下部電極上の前記多層膜と絶縁体とは前記
IVａ金属及び／又はＶａ金属からなる層に接触している
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２】請求項１記載の磁気抵抗効果素子におい
て、前記ＡｕあるいはＣｕからなる層と基板との間に、
前記基板との接着性を向上する金属層が設けられている
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項３】請求項２記載の磁気抵抗効果素子におい
て、前記基板との接着性を向上する金属層はＣｒ層であ
ることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項記載の磁気抵
抗効果素子において、前記多層膜は磁性層、絶縁層、磁
性層の順に積層されている積層体を含むことを特徴とす
る磁気抵抗効果素子。 - 【請求項５】請求項１〜３のいずれか１項記載の磁気抵
抗効果素子において、前記多層膜は磁性層、絶縁層、磁
性層、反強磁性層の順に積層されている積層体を含むこ
とを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項６】請求項１〜３のいずれか１項記載の磁気抵
抗効果素子において、前記多層膜は磁性層、絶縁層中に
磁性粒子を分散した層、磁性層の順に積層されている積
層体を含むことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項記載の磁気抵
抗効果素子を備えることを特徴とする磁気ヘッド。 - 【請求項８】請求項１〜６のいずれか１項記載の磁気抵
抗効果素子と誘導型磁気ヘッドとを組み合わせたことを
特徴とする磁気ヘッド。 - 【請求項９】磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体を回転
駆動する磁気記録媒体駆動部と、磁気記録媒体に対して
記録／再生を行う磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを前記
磁気記録媒体に対して相対的に駆動する磁気ヘッド駆動
部と、前記磁気ヘッドの記録信号および再生信号を処理
する記録再生信号処理系とを備える磁気記録再生装置に
おいて、前記磁気ヘッドとして請求項７又は８記載の磁
気ヘッドを用いたことを特徴とする磁気記録再生装置。 - 【請求項１０】電極上に磁気抵抗効果を示す多層膜と絶
縁体とが形成され前記多層膜及び絶縁体の上に上部電極
が形成されている磁気抵抗効果素子の製造方法におい
て、 周期律表のIVａ金属及び／又はＶａ金属からなる層とそ
の上に形成されたＡｕあるいはＣｕからなる層とを含む
積層体からなる電極を形成する第１ステップと、 前記電極上に磁気抵抗効果を示す多層膜を形成する第２
ステップと、 前記電極のIVａ金属及び／又はＶａ金属からなる層を残
して前記多層膜を所望の形状に加工する第３ステップ
と、 前記電極上に絶縁体を形成する第４ステップと、 前記多層膜及び絶縁体の上に上部電極を形成する第５ス
テップと 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 |
|---|---|---|---|
| JP10093382A JP3016555B2 (ja) | 1998-04-06 | 1998-04-06 | 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気記録再生装置および磁気抵抗効果素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10093382A JP3016555B2 (ja) | 1998-04-06 | 1998-04-06 | 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気記録再生装置および磁気抵抗効果素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11296821A JPH11296821A (ja) | 1999-10-29 |
| JP3016555B2 true JP3016555B2 (ja) | 2000-03-06 |
Family
ID=14080770
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10093382A Expired - Fee Related JP3016555B2 (ja) | 1998-04-06 | 1998-04-06 | 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気記録再生装置および磁気抵抗効果素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3016555B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002329905A (ja) | 2001-05-02 | 2002-11-15 | Fujitsu Ltd | Ｃｐｐ構造磁気抵抗効果素子およびその製造方法 |
-
1998
- 1998-04-06 JP JP10093382A patent/JP3016555B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11296821A (ja) | 1999-10-29 |
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