JP3071781B2 - Exchange coupling film, magnetoresistive element using the exchange coupling film, and thin-film magnetic head using the magnetoresistive element - Google Patents

Exchange coupling film, magnetoresistive element using the exchange coupling film, and thin-film magnetic head using the magnetoresistive element

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JP3071781B2 JP11113438A JP11343899A JP3071781B2 JP 3071781 B2 JP3071781 B2 JP 3071781B2 JP 11113438 A JP11113438 A JP 11113438A JP 11343899 A JP11343899 A JP 11343899A JP 3071781 B2 JP3071781 B2 JP 3071781B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、反強磁性層と強磁
性層とから成り、前記反強磁性層と強磁性層との界面に
て発生する交換異方性磁界により、前記強磁性層の磁化
方向が一定の方向に固定される交換結合膜に係り、特に
前記反強磁性層が元素X(Pt,Pd等)とMnとを含
有する反強磁性材料で形成された場合、より大きい交換
異方性磁界を得られるようにした交換結合膜、前記交換
結合膜を用いた磁気抵抗効果素子(スピンバルブ型薄膜
素子、AMR素子)、ならびに、前記磁気抵抗効果素子
を用いた薄膜磁気ヘッドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an antiferromagnetic layer and a ferromagnetic layer, wherein the ferromagnetic layer is formed by an exchange anisotropic magnetic field generated at an interface between the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer. More particularly, when the antiferromagnetic layer is formed of an antiferromagnetic material containing elements X (Pt, Pd, etc.) and Mn, the magnetization direction of which is fixed in a fixed direction. Exchange coupling film capable of obtaining an exchange anisotropic magnetic field, magnetoresistive element (spin-valve thin film element, AMR element) using the exchange coupling film, and thin film magnetic head using the magnetoresistive element About.

【0002】[0002]

【従来の技術】スピンバルブ型薄膜素子は、巨大磁気抵
抗効果を利用したGMR(giant magnetoresistive)素
子の1種であり、ハードディスクなどの記録媒体からの
記録磁界を検出するものである。このスピンバルブ型薄
膜素子は、GMR素子の中でも比較的構造が単純で、し
かも弱い磁界で抵抗が変化するなど、いくつかの優れた
点を有している。
2. Description of the Related Art A spin valve type thin film element is a kind of a giant magnetoresistive (GMR) element utilizing a giant magnetoresistive effect, and detects a recording magnetic field from a recording medium such as a hard disk. This spin-valve thin film element has several advantages, such as a relatively simple structure among GMR elements and a change in resistance with a weak magnetic field.

【0003】前記スピンバルブ型薄膜素子は、最も単純
な構造で、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層およ
びフリー磁性層から成る。前記反強磁性層と固定磁性層
とは接して形成され、前記反強磁性層と固定磁性層との
界面にて発生する交換異方性磁界により、前記固定磁性
層の磁化方向は一定方向に単磁区化され固定される。
The spin-valve type thin film element has the simplest structure and comprises an antiferromagnetic layer, a pinned magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer and a free magnetic layer. The antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer are formed in contact with each other, and the magnetization direction of the pinned magnetic layer is fixed in a fixed direction by an exchange anisotropic magnetic field generated at an interface between the antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer. Single domain and fixed.

【0004】フリー磁性層の磁化は、その両側に形成さ
れたバイアス層により、前記固定磁性層の磁化方向と交
叉する方向に揃えられる。
The magnetization of the free magnetic layer is aligned in a direction crossing the magnetization direction of the fixed magnetic layer by bias layers formed on both sides of the free magnetic layer.

【0005】前記反強磁性層にはFe−Mn(鉄−マン
ガン)合金膜、またはNi−Mn(ニッケル−マンガ
ン)合金膜、固定磁性層及びフリー磁性層にはNi−F
e(ニッケル−鉄)合金膜、非磁性導電層にはCu
(銅)膜、またバイアス層にはCo−Pt(コバルト−
白金)合金膜などが一般的に使用されている。
[0005] The antiferromagnetic layer has an Fe-Mn (iron-manganese) alloy film or a Ni-Mn (nickel-manganese) alloy film, and the fixed magnetic layer and the free magnetic layer have Ni-F.
e (nickel-iron) alloy film, non-magnetic conductive layer Cu
(Copper) film and Co-Pt (cobalt-
A (platinum) alloy film or the like is generally used.

【0006】このスピンバルブ型薄膜素子では、ハード
ディスクなどの記録媒体からの漏れ磁界により、前記フ
リー磁性層の磁化方向が変動すると、固定磁性層の固定
磁化方向との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値
の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁
界が検出される。
In this spin-valve thin-film element, when the magnetization direction of the free magnetic layer changes due to a leakage magnetic field from a recording medium such as a hard disk, the electrical resistance changes in relation to the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer. The leakage magnetic field from the recording medium is detected by the voltage change based on the change in the electric resistance value.

【0007】ところで、前述したように、反強磁性層に
は、Fe−Mn合金膜やNi−Mn合金膜が用いられる
が、Fe−Mn合金膜は、耐食性が低く、また交換異方
性磁界が小さく、さらにブロッキング温度が150℃程
度と低くなっている。ブロッキング温度が低いことで、
ヘッドの製造工程中やヘッド動作中における素子温度の
上昇により、交換異方性磁界が消失してしまうという問
題が発生する。
[0007] As described above, an Fe-Mn alloy film or a Ni-Mn alloy film is used for the antiferromagnetic layer. The Fe-Mn alloy film has low corrosion resistance and an exchange anisotropic magnetic field. And the blocking temperature is as low as about 150 ° C. With a low blocking temperature,
A problem arises that the exchange anisotropic magnetic field disappears due to an increase in the element temperature during the head manufacturing process or during the operation of the head.

【0008】これに対し、Ni―Mn合金膜は、Fe―
Mn合金膜に比べて、交換異方性磁界が比較的大きく、
しかもブロッキング温度が約300℃と高い。従って反
強磁性層には、Fe―Mn合金膜よりもNi―Mn合金
膜を用いる方が好ましい。
On the other hand, the Ni—Mn alloy film is made of Fe—
Compared with the Mn alloy film, the exchange anisotropic magnetic field is relatively large,
Moreover, the blocking temperature is as high as about 300 ° C. Therefore, it is more preferable to use a Ni—Mn alloy film than an Fe—Mn alloy film for the antiferromagnetic layer.

【0009】また、B.Y.Wong,C.Mitsu
mata,S.Prakash,D.E.Laughl
in,and T.Kobayashi:Journa
lof Applied Phsysics,vol.
79,No10,p.7896―p.7904(199
6)には、Ni−Mn合金膜を反強磁性層として用いた
場合における前記反強磁性層と固定磁性層(NiFe合
金膜)との界面構造について報告されている。
Further, B.I. Y. Wong, C.I. Mitsu
mata, S.M. Prakash, D .; E. FIG. Laughl
in, and T.S. Kobayashi: Journa
lof Applied Physics, vol.
79, No. 10, p. 7896-p. 7904 (199
6) reports on the interface structure between the antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer (NiFe alloy film) when a Ni—Mn alloy film is used as the antiferromagnetic layer.

【0010】この論文には、「NiFeとNiMnの両
方の{111}面が膜面と平行となるように、NiFe
/NiMn界面での結晶整合状態を保って成長してい
る。界面での整合歪みは、膜面と平行な面を双晶面とす
る双晶が多数導入されることにより緩和されている。た
だし、残存している界面歪みにより、界面近くでのNi
Mnの規則化は低く抑制され、界面から離れた場所では
規則化度が高くなっている。」と記載されている。
[0010] This paper states that "NiFe and NiMn should be made so that the {111} planes are parallel to the film surface.
/ NiMn while maintaining the crystal matching state at the interface. Matching strain at the interface is mitigated by introducing a large number of twins having a plane parallel to the film plane as a twin plane. However, due to the remaining interface strain, Ni near the interface
The ordering of Mn is suppressed to a low level, and the degree of ordering is high at locations away from the interface. It is described.

【0011】なお、整合とは、界面における反強磁性層
と固定磁性層との原子が、1対1で対応する状態のこと
をいい、逆に非整合とは、界面における反強磁性層と固
定磁性層との原子が一対の位置関係にない状態のことを
いう。
The term “matching” refers to a state in which the atoms of the antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer at the interface correspond to each other on a one-to-one basis. This refers to a state in which atoms with the fixed magnetic layer are not in a paired positional relationship.

【0012】NiMn合金で反強磁性層が形成される場
合、熱処理が施されることにより、NiMn合金と固定
磁性層との界面に、交換異方性磁界が発生するが、これ
は熱処理が施されることにより、NiMn合金が不規則
格子から規則格子に変態することによる。
When an antiferromagnetic layer is formed of a NiMn alloy, heat treatment causes an exchange anisotropic magnetic field to be generated at the interface between the NiMn alloy and the pinned magnetic layer. This causes the transformation of the NiMn alloy from the disordered lattice to the ordered lattice.

【0013】熱処理が施される前では、NiMn合金の
結晶構造は、Ni,Mn原子の配列順序が不規則な面心
立方格子(以下、不規則格子という)であるが、熱処理
が施されると、結晶構造は、面心立方格子から面心正方
格子に変態し、しかも原子位置が規則化(以下規則格子
という)する。なお、結晶構造が完全に規則格子となっ
た場合におけるNi−Mn合金膜の格子定数a,cの比
c/aは、0.942である。
Before the heat treatment, the crystal structure of the NiMn alloy is a face-centered cubic lattice (hereinafter referred to as an irregular lattice) in which the arrangement order of Ni and Mn atoms is irregular. Then, the crystal structure is transformed from a face-centered cubic lattice to a face-centered square lattice, and the atomic positions are ordered (hereinafter, referred to as a ordered lattice). Note that the ratio c / a of the lattice constants a and c of the Ni—Mn alloy film when the crystal structure completely becomes a regular lattice is 0.942.

【0014】このように、完全に規則格子となったNi
Mn合金膜の格子定数比c/aは、比較的1に近い値で
あるため、不規則格子から規則格子に変態する時に生じ
る界面での格子歪みは、比較的小さくなっており、従っ
てNiMn合金膜と固定磁性層との界面構造が整合状態
にあっても、熱処理が施されることにより、NiMn合
金が不規則格子から規則格子に変態し、交換異方性磁界
が発生する。
[0014] As described above, Ni having a completely regular lattice is obtained.
Since the lattice constant ratio c / a of the Mn alloy film is relatively close to 1, the lattice distortion generated at the interface when transforming from an irregular lattice to a regular lattice is relatively small. Even if the interface structure between the film and the pinned magnetic layer is in a matched state, the heat treatment causes the NiMn alloy to transform from an irregular lattice to a regular lattice, and generate an exchange anisotropic magnetic field.

【0015】なお前述した論文に記載されているよう
に、界面における格子歪みは、双晶によりある程度緩和
されている。
[0015] As described in the above-mentioned paper, the lattice strain at the interface is moderated to some extent by twinning.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】前述したように、Ni
Mn合金は、比較的交換異方性磁界が大きく、またブロ
ッキング温度も約300℃と高くなっており、従来のF
eMn合金に比べて優れた特性を有しているが、耐食性
に関しては、FeMn合金と同じ様に、充分であるとは
いえなかった。
SUMMARY OF THE INVENTION As described above, Ni
The Mn alloy has a relatively large exchange anisotropic magnetic field and a high blocking temperature of about 300 ° C.
Although it has excellent characteristics as compared with the eMn alloy, it cannot be said that the corrosion resistance is sufficient as in the case of the FeMn alloy.

【0017】そこで最近では、耐食性に優れ、しかもN
iMn合金よりも大きい交換異方性磁界を発生し、高い
ブロッキング温度を有する反強磁性材料として、白金族
元素を用いたX−Mn合金(X=Pt,Pd,Ir,R
h,Ru,Os)が注目を浴びている。
Therefore, recently, it is excellent in corrosion resistance and N
An X-Mn alloy (X = Pt, Pd, Ir, R) using a platinum group element as an antiferromagnetic material that generates an exchange anisotropic magnetic field larger than an iMn alloy and has a high blocking temperature
h, Ru, Os) are drawing attention.

【0018】白金族元素を含有するX−Mn合金を反強
磁性層として用いれば、従来に比べて再生出力を向上さ
せることができ、またヘッド駆動動作時における素子温
度の上昇により、交換異方性磁界が消滅し再生特性が低
下するといった不具合も生じにくくなる。
If an X-Mn alloy containing a platinum group element is used as the antiferromagnetic layer, the reproducing output can be improved as compared with the conventional one, and the exchange anisotropic anisotropy is increased due to an increase in the element temperature during the head driving operation. The disadvantage that the directional magnetic field disappears and the reproduction characteristics are reduced is less likely to occur.

【0019】ところで、この白金族元素を含有するX−
Mn合金を反強磁性層として用いた場合、交換異方性磁
界を発生させるには、NiMn合金を反強磁性層として
用いた場合と同様に、成膜後熱処理を施す必要がある。
By the way, X-containing platinum group elements
When a Mn alloy is used as an antiferromagnetic layer, heat treatment after film formation must be performed in order to generate an exchange anisotropic magnetic field, as in the case where a NiMn alloy is used as an antiferromagnetic layer.

【0020】しかしながら、X−Mn合金(Xは白金族
元素)からなる反強磁性層を使用した場合、前記反強磁
性層の結晶構造が、不規則格子から規則格子に変態する
際に生じる格子歪みは、従来反強磁性層として使用され
ていたNiMn合金に比べて大きいために、前記NiM
n合金と同様に、反強磁性層と強磁性層との界面を整合
状態にしておくと、前記反強磁性層の結晶構造が、不規
則格子から規則格子に適切に変態できず、交換異方性磁
界がほとんど発生しないことがわかった。
However, when an antiferromagnetic layer made of an X-Mn alloy (X is a platinum group element) is used, the crystal structure of the antiferromagnetic layer changes when the crystal structure changes from an irregular lattice to a regular lattice. Since the strain is larger than that of the NiMn alloy conventionally used as the antiferromagnetic layer,
When the interface between the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer is in a matched state, as in the case of the n alloy, the crystal structure of the antiferromagnetic layer cannot be appropriately transformed from the disordered lattice to the ordered lattice, and the exchange It was found that almost no anisotropic magnetic field was generated.

【0021】本発明は上記従来の課題を解決するための
ものであり、反強磁性層として、元素X(Xは白金族元
素)とMnとを含有する反強磁性材料を用いた場合、大
きい交換異方性磁界を発生することができるようにした
交換結合膜、前記交換結合膜を用いた磁気抵抗効果素
子、ならびに、前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気
ヘッドに関する。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems. When an antiferromagnetic material containing an element X (X is a platinum group element) and Mn is used as an antiferromagnetic layer, the present invention is large. The present invention relates to an exchange coupling film capable of generating an exchange anisotropic magnetic field, a magnetoresistive element using the exchange coupling film, and a thin-film magnetic head using the magnetoresistive element.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】本発明は、反強磁性層と
強磁性層とが接して形成され、前記反強磁性層と強磁性
層との界面にて交換異方性磁界が発生し、前記強磁性層
の磁化方向が一定方向にされる交換結合膜において、前
記反強磁性層は、少なくとも元素X(ただしXは、P
t,Pd,Ir,Rh,Ru,Osのうちいずれか1種
または2種以上の元素である)とMnとを含有する反強
磁性材料で形成され、前記強磁性層の格子定数よりも、
前記反強磁性層の格子定数の方が大きく、かつ前記反強
磁性層と強磁性層の界面構造が非整合状態にあることを
特徴とするものである。
According to the present invention, an antiferromagnetic layer and a ferromagnetic layer are formed in contact with each other, and an exchange anisotropic magnetic field is generated at an interface between the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer. In the exchange coupling film in which the magnetization direction of the ferromagnetic layer is fixed, the antiferromagnetic layer includes at least an element X (where X is P
t, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os), and an antiferromagnetic material containing Mn.
The antiferromagnetic layer has a larger lattice constant and
It is characterized in that the interface structure between the magnetic layer and the ferromagnetic layer is in a mismatched state .

【0023】このように本発明では、白金族元素Xを有
する反強磁性材料によって反強磁性層を形成した場合
に、前記反強磁性層の格子定数の方を、強磁性層の格子
定数よりも大きくしており、これにより、前記反強磁性
層の結晶構造は、不規則格子から規則格子に変態しやす
くなり、より大きな交換異方性磁界を得ることが可能に
なる。
As described above, according to the present invention, when the antiferromagnetic layer is formed of the antiferromagnetic material having the platinum group element X, the lattice constant of the antiferromagnetic layer is more than that of the ferromagnetic layer. As a result, the crystal structure of the antiferromagnetic layer is easily transformed from an irregular lattice to a regular lattice, and a larger exchange anisotropic magnetic field can be obtained.

【0024】本発明では、前記反強磁性層の少なくとも
一部の結晶構造が、L10型の面心正方規則格子となっ
ていることが好ましい。これにより、より大きな交換異
方性磁界を得ることが可能になる。
In the present invention, at least a part of the crystal structure of the antiferromagnetic layer preferably has a L1 0 type face-centered tetragonal ordered lattice. This makes it possible to obtain a larger exchange anisotropic magnetic field.

【0025】また本発明では、前記反強磁性層はX―M
n合金で形成され、元素Xは、Ptであることが好まし
く、この場合、前記反強磁性層の格子定数a,cの比c
/aは、0.93〜0.99の範囲内であることが好ま
しい。この範囲内であると、反強磁性層の結晶構造は、
不規則格子から規則格子に変態しやすくなり、より大き
な交換異方性磁界を得ることができる。
In the present invention, the antiferromagnetic layer is preferably made of XM
Preferably, the element X is Pt, which is formed of an n-alloy. In this case, the ratio c of the lattice constants a and c of the antiferromagnetic layer is c.
/ A is preferably in the range of 0.93 to 0.99. Within this range, the crystal structure of the antiferromagnetic layer is
Transformation from an irregular lattice to a regular lattice is facilitated, and a larger exchange anisotropic magnetic field can be obtained.

【0026】さらに本発明では、前記反強磁性層は、X
―Mn―X′合金(ただしXは、Pt,Pd,Ir,R
h,Ru,Osのうちいずれか1種または2種以上の元
素であり、X′は、Ne,Ar,Kr,Xe,Be,
B,C,N,Mg,Al,Si,P,Ti,V,Cr,
Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Zr,N
b,Mo,Ag,Cd,Sn,Hf,Ta,W,Re,
Au,Pb、及び希土類元素のうち1種または2種以上
の元素である)で形成され、前記X―Mn―X′合金
は、元素XとMnとで構成される空間格子の隙間に元素
X′が侵入した侵入型固溶体であり、あるいは、元素X
とMnとで構成される結晶格子の格子点の一部が、元素
X′に置換された置換型固溶体であることが好ましい。
Further, in the present invention, the antiferromagnetic layer is preferably made of X
-Mn-X 'alloy (where X is Pt, Pd, Ir, R
h, Ru, Ri any one or more elements der of Os, X 'is, Ne, Ar, Kr, Xe , Be,
B, C, N, Mg, Al, Si, P, Ti, V, Cr,
Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, N
b, Mo, Ag, Cd, Sn, Hf, Ta, W, Re,
One or more of Au, Pb, and rare earth elements
The X—Mn—X ′ alloy is an interstitial solid solution in which the element X ′ has penetrated into the gaps of the spatial lattice formed by the elements X and Mn, or
It is preferable that a part of the lattice points of the crystal lattice composed of and Mn is a substitution-type solid solution substituted with the element X ′.

【0027】X−Mn合金に、侵入型あるいは置換型の
元素X′を添加することにより、反強磁性層の格子定数
はさらに大きくなり、前記反強磁性層と強磁性層との格
子定数の差を広げることができるため、より大きな交換
異方性磁界を発生させることが可能である。なお前記反
強磁性層として用いられるX―Mn―X′合金の元素X
はPtであることが好ましい。
By adding an interstitial or substitutional element X 'to the X-Mn alloy, the lattice constant of the antiferromagnetic layer is further increased, and the lattice constant between the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer is increased. Since the difference can be widened, it is possible to generate a larger exchange anisotropic magnetic field. The element X of the X—Mn—X ′ alloy used as the antiferromagnetic layer
Is preferably Pt.

【0028】また本発明では、前記元素X′は、Ne,
Ar,Kr,Xeのうち1種または2種以上の元素であ
ことが好ましい
[0028] In the present invention, the element X 'is N e,
Preferably, it is one or more of Ar, Kr, and Xe.

【0029】また本発明では、前記元素X′の組成比は
at%で、0.2〜10の範囲内であることが好まし
く、より好ましくは、0.5〜5の範囲内である。さら
に本発明では、元素XとMnとの組成比の割合X:Mn
は、4:6〜6:4の範囲内であることが好ましい。
Further, in the present invention, the composition ratio of the element X 'is at%, preferably in the range of 0.2 to 10, more preferably in the range of 0.5 to 5. Further, in the present invention, the composition ratio X: Mn of the element X and Mn
Is preferably in the range of 4: 6 to 6: 4.

【0030】上記のように、元素X′の組成比等を適正
に調整することにより、より大きな交換異方性磁界を得
られることが、後述する実験により確認されている。
It has been confirmed by experiments described later that a larger exchange anisotropic magnetic field can be obtained by appropriately adjusting the composition ratio of the element X 'as described above.

【0031】また本発明では、前記反強磁性層が、X−
Mn合金(ただしXは、Pt,Pd,Ir,Rh,R
u,Osのうちいずれか1種または2種以上の元素であ
る)で形成され、前記反強磁性層が強磁性層の上に形成
されており、X−Mn合金のXの組成比はat%で、4
7〜57の範囲内であることが好ましい。
Further, in the present invention, the antiferromagnetic layer is preferably made of X-
Mn alloy (X is Pt, Pd, Ir, Rh, R
u or Os), the antiferromagnetic layer is formed on the ferromagnetic layer, and the composition ratio of X in the X-Mn alloy is at 4%
It is preferably within the range of 7 to 57.

【0032】また本発明では、前記反強磁性層が、X−
Mn−X′合金(ただし、Xは、Pt,Pd,Ir,R
h,Ru,Osのうちいずれか1種または2種以上の元
素であり、X′は、Ne,Ar,Kr,Xe,Be,
B,C,N,Mg,Al,Si,P,Ti,V,Cr,
Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Zr,N
b,Mo,Ag,Cd,Sn,Hf,Ta,W,Re,
Au,Pb、及び希土類元素のうち1種または2種以上
の元素である)で形成され、前記反強磁性層が強磁性層
の上に形成されており、X−Mn−X′合金のX+X′
の組成比はat%で、47〜57の範囲内であることが
好ましい。
Further, in the present invention, the antiferromagnetic layer is preferably made of X-
Mn-X 'alloy (where X is Pt, Pd, Ir, R
h ', Ru, Os, any one or more elements, and X' is Ne, Ar, Kr, Xe, Be,
B, C, N, Mg, Al, Si, P, Ti, V, Cr,
Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, N
b, Mo, Ag, Cd, S n, Hf, Ta, W, Re,
Au, Pb, and one or more of rare earth elements), the antiferromagnetic layer is formed on the ferromagnetic layer, and X + X of an X—Mn—X ′ alloy is formed. ′
Is preferably at% in the range of 47 to 57.

【0033】なお、X−Mn合金のXの組成比、あるい
はX−Mn−X′合金のX+X′の組成比はat%で、
50〜56の範囲内であると、より好ましい。
The composition ratio of X in the X-Mn alloy or the composition ratio of X + X 'in the X-Mn-X' alloy is at%.
It is more preferable that it is in the range of 50 to 56.

【0034】また本発明では、前記反強磁性層が、X−
Mn合金(ただしXは、Pt,Pd,Ir,Rh,R
u,Osのうちいずれか1種または2種以上の元素であ
る)で形成され、前記反強磁性層が強磁性層の下に形成
されており、X−Mn合金のXの組成比はat%で、4
4〜57の範囲内であることが好ましい。
Further, in the present invention, the antiferromagnetic layer is preferably made of X-
Mn alloy (X is Pt, Pd, Ir, Rh, R
u or Os), the antiferromagnetic layer is formed below the ferromagnetic layer, and the composition ratio of X in the X-Mn alloy is at 4%
It is preferable to be within the range of 4-57.

【0035】また本発明では、前記反強磁性層が、X―
Mn―X′合金(ただしX′は、Ne,Ar,Kr,X
e,Be,B,C,N,Mg,Al,Si,P,Ti,
V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,G
e,Zr,Nb,Mo,Ag,Cd,Sn,Hf,T
a,W,Re,Au,Pb、及び希土類元素のうち1種
または2種以上の元素である)で形成され、前記反強磁
性層が強磁性層の下に形成されており、X―Mn―X′
合金のX+X′の組成比はat%で、44〜57の範囲
内であることが好ましい。なお、X−Mn合金のXの組
成比、あるいはX―Mn―X′合金のX+X′の組成比
はat%で、46〜55の範囲内であると、より好まし
い。
Further, in the present invention, the antiferromagnetic layer is preferably made of X-
Mn-X 'alloy (where X' is Ne, Ar, Kr, X
e, Be, B, C, N, Mg, Al, Si, P, Ti,
V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, G
e, Zr, Nb, Mo, Ag, Cd , Sn, Hf, T
a, W, Re, Au, Pb, and one or more of the rare earth elements), and the antiferromagnetic layer is formed below the ferromagnetic layer, and X-Mn -X '
The composition ratio of X + X 'in the alloy is at%, and preferably in the range of 44 to 57. It is more preferable that the composition ratio of X in the X-Mn alloy or the composition ratio of X + X 'in the X-Mn-X' alloy is at% and in the range of 46 to 55.

【0036】[0036]

【0037】[0037]

【0038】[0038]

【0039】[0039]

【0040】[0040]

【0041】[0041]

【0042】[0042]

【0043】以上のようにして形成された交換結合膜
は、本発明では、様々な磁気抵抗効果素子に使用可能で
ある。
The exchange-coupling film formed as described above can be used in various magnetoresistance effect elements in the present invention.

【0044】まず本発明におけるシングルスピンバルブ
型薄膜素子は、反強磁性層と、この反強磁性層と接して
形成され、前記反強磁性層との交換異方性磁界により磁
化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非
磁性導電層を介して形成されたフリー磁性層と、前記フ
リー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交
叉する方向へ揃えるバイアス層と、固定磁性層と非磁性
導電層とフリー磁性層に検出電流を与える導電層とを有
し、前記反強磁性層とこの反強磁性層と接して形成され
た固定磁性層となる強磁性層とが、前述した交換結合膜
により形成されていることを特徴とするものである。
First, the single spin-valve type thin film element of the present invention is formed in contact with an antiferromagnetic layer and its magnetization direction is fixed by an exchange anisotropic magnetic field with the antiferromagnetic layer. A fixed magnetic layer, a free magnetic layer formed on the fixed magnetic layer via a nonmagnetic conductive layer, and a bias layer for aligning the magnetization direction of the free magnetic layer in a direction crossing the magnetization direction of the fixed magnetic layer. A fixed magnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, and a conductive layer that applies a detection current to the free magnetic layer, and the antiferromagnetic layer and a ferromagnetic layer that is a fixed magnetic layer formed in contact with the antiferromagnetic layer. Are formed by the above-mentioned exchange coupling film.

【0045】また本発明では、反強磁性層と、この反強
磁性層と接して形成され、前記反強磁性層との交換異方
性磁界により磁化方向が固定される固定磁性層と、前記
固定磁性層に非磁性導電層を介して形成されたフリー磁
性層と、前記固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層
に検出電流を与える導電層とを有し、前記フリー磁性層
の上側に、トラック幅方向に間隔を空けて反強磁性層が
積層され、この反強磁性層とフリー磁性層となる強磁性
層とが、前述した交換結合膜により形成されていること
を特徴とするものである
In the present invention, the antiferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer
Exchange anisotropic with the antiferromagnetic layer formed in contact with the magnetic layer
A fixed magnetic layer whose magnetization direction is fixed by an
Free magnetic layer formed on fixed magnetic layer via non-magnetic conductive layer
Layer, fixed magnetic layer, non-magnetic conductive layer and free magnetic layer
And a conductive layer to provide a detection current to, the upper side of the free magnetic layer, an antiferromagnetic layer at intervals in the track width direction
It is stacked, that the anti-ferromagnetic layer and the free magnetic layer ferromagnetic layer is formed by exchange coupling film described above
It is characterized by the following .

【0046】また本発明におけるデュアルスピンバルブ
型薄膜素子は、フリー磁性層の上下に積層された非磁性
導電層と、一方の前記非磁性導電層の上および他方の非
磁性導電層の下に位置する固定磁性層と、一方の前記固
定磁性層の上および他方の固定磁性層の下に位置して、
交換異方性磁界によりそれぞれの固定磁性層の磁化方向
を一定の方向に固定する反強磁性層と、前記フリー磁性
層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方
向に揃えるバイアス層とを有し、前記反強磁性層とこの
反強磁性層と接して形成された固定磁性層となる強磁性
層とが、前述した交換結合膜により形成されていること
を特徴とするものである。
The dual spin-valve thin film element according to the present invention comprises a non-magnetic conductive layer laminated above and below a free magnetic layer, and a non-magnetic conductive layer positioned above one non-magnetic conductive layer and below the other non-magnetic conductive layer. A fixed magnetic layer to be positioned on one fixed magnetic layer and below the other fixed magnetic layer,
An antiferromagnetic layer that fixes the magnetization direction of each pinned magnetic layer in a fixed direction by an exchange anisotropic magnetic field, and a bias layer that aligns the magnetization direction of the free magnetic layer in a direction crossing the magnetization direction of the fixed magnetic layer Wherein the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer which is a fixed magnetic layer formed in contact with the antiferromagnetic layer are formed by the above-described exchange coupling film. is there.

【0047】さらに本発明におけるAMR素子は、非磁
性層を介して重ねられた磁気抵抗層と軟磁性層とを有
し、前記磁気抵抗層の上側にトラック幅方向に間隔を空
けて反強磁性層が形成され、前記反強磁性層と磁気抵抗
層となる強磁性層とが、前述した交換結合膜により形成
されていることを特徴とするものである。
The AMR element in still present invention has a magnetic resistance layer stacked through a non-magnetic layer and a soft magnetic layer, antiferroelectric spaced apart in the track width direction on the upper side of the magnetoresistive layer A magnetic layer is formed, and the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer serving as a magnetoresistive layer are formed by the above-described exchange coupling film.

【0048】また本発明における薄膜磁気ヘッドは、前
述した磁気抵抗効果素子の上下にギャップ層を介してシ
ールド層が形成されていることを特徴とするものであ
る。
The thin-film magnetic head according to the present invention is characterized in that a shield layer is formed above and below the above-mentioned magnetoresistive element via a gap layer.

【0049】本発明では、例えば前記磁気抵抗効果素子
としてシングルスピンバルブ型薄膜素子およびデュアル
スピンバルブ型薄膜素子の反強磁性層と固定磁性層(強
磁性層)とを、前記交換結合膜により形成している。
In the present invention, for example, an antiferromagnetic layer and a fixed magnetic layer (ferromagnetic layer) of a single spin valve thin film element and a dual spin valve thin film element are formed by the exchange coupling film as the magnetoresistive element. doing.

【0050】これにより、耐食性を向上できるととも
に、前記固定磁性層の磁化を一定方向に強固に固定する
ことが可能となり、従来に比べて優れた再生特性を得る
ことが可能となっている。
As a result, the corrosion resistance can be improved, and the magnetization of the fixed magnetic layer can be firmly fixed in a fixed direction, so that superior reproduction characteristics can be obtained as compared with the prior art.

【0051】また、エクスチェンジバイアス方式によ
り、例えばシングルスピンバルブ型薄膜素子のフリー磁
性層(強磁性層)、あるいはAMR素子の磁気抵抗効果
素子層(強磁性層)の磁化方向を一定の方向に揃える場
合、エクスチェンジバイアス層とフリー磁性層、あるい
はエクスチェンジバイアス層と磁気抵抗層とを、前記交
換結合膜により形成してもよい。これにより、前記フリ
ー磁性層および磁気抵抗層の磁化を一定方向に適性に揃
えることが可能となり、優れた再生特性を得ることが可
能である。
The magnetization direction of, for example, the free magnetic layer (ferromagnetic layer) of a single spin-valve thin film element or the magnetoresistive element layer (ferromagnetic layer) of an AMR element is made uniform by the exchange bias method. In this case, the exchange bias layer and the free magnetic layer or the exchange bias layer and the magnetoresistive layer may be formed by the exchange coupling film. As a result, the magnetizations of the free magnetic layer and the magnetoresistive layer can be appropriately aligned in a certain direction, and excellent reproduction characteristics can be obtained.

【0052】[0052]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の第1実施形態の
シングルスピンバルブ型薄膜素子の構造をABS面側か
ら見た断面図である。なお、図1ではX方向に延びる素
子の中央部分のみを破断して示している。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the structure of a single spin-valve thin film element according to a first embodiment of the present invention, as viewed from the ABS side. In FIG. 1, only the central portion of the element extending in the X direction is shown broken.

【0053】このシングルスピンバルブ型薄膜素子は、
ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダのトレ
ーリング側端部などに設けられて、ハードディスクなど
の記録磁界を検出するものである。なお、ハードディス
クなどの磁気記録媒体の移動方向はZ方向であり、磁気
記録媒体からの洩れ磁界の方向はY方向である。
This single spin-valve thin film element is
It is provided at the trailing side end of a floating slider provided in a hard disk device and detects a recording magnetic field of a hard disk or the like. The moving direction of the magnetic recording medium such as a hard disk is the Z direction, and the direction of the leakage magnetic field from the magnetic recording medium is the Y direction.

【0054】図1の最も下に形成されているのはTa
(タンタル)などの非磁性材料で形成された下地層6で
ある。この下地層6の上にフリー磁性層1、非磁性導電
層2、固定磁性層3、および反強磁性層4が積層されて
いる。そして、前記反強磁性層4の上にTa(タンタ
ル)などの保護層7が形成されている。
The bottom of FIG. 1 is formed of Ta.
The underlayer 6 is made of a nonmagnetic material such as (tantalum). On the underlayer 6, a free magnetic layer 1, a nonmagnetic conductive layer 2, a fixed magnetic layer 3, and an antiferromagnetic layer 4 are laminated. Then, a protective layer 7 such as Ta (tantalum) is formed on the antiferromagnetic layer 4.

【0055】また図1に示すように、下地層6から保護
層7までの6層の両側には、ハードバイアス層5,5が
形成され、前記ハードバイアス層5,5の上には導電層
8,8が積層されている。
As shown in FIG. 1, hard bias layers 5 and 5 are formed on both sides of the six layers from the base layer 6 to the protective layer 7, and a conductive layer is formed on the hard bias layers 5 and 5. 8, 8 are stacked.

【0056】本発明では前記フリー磁性層1および固定
磁性層3が、NiFe合金、CoFe合金、Co合金、
Co、CoNiFe合金などにより形成されている。
In the present invention, the free magnetic layer 1 and the fixed magnetic layer 3 are made of a NiFe alloy, a CoFe alloy, a Co alloy,
It is formed of Co, CoNiFe alloy or the like.

【0057】なお図1に示すようにフリー磁性層1は一
層で形成されているが、これが多層構造で形成されても
よい。つまり、前記フリー磁性層1が、例えばNiFe
合金とCoFe合金とが積層された構造となっていても
よいし、NiFe合金とCoとが積層された構造でもよ
い。
Although the free magnetic layer 1 is formed as a single layer as shown in FIG. 1, it may be formed in a multilayer structure. That is, the free magnetic layer 1 is made of, for example, NiFe.
It may have a structure in which an alloy and a CoFe alloy are laminated, or may have a structure in which a NiFe alloy and Co are laminated.

【0058】前記フリー磁性層1と固定磁性層3との間
に介在する非磁性導電層2は、Cuで形成されている。
さらに、ハードバイアス層5,5は、例えばCo−Pt
(コバルト−白金)合金やCo−Cr−Pt(コバルト
−クロム−白金)合金などで形成されており、導電層
8,8は、Cu(銅)やW(タングステン)、Cr(ク
ロム)などで形成されている。
The nonmagnetic conductive layer 2 interposed between the free magnetic layer 1 and the pinned magnetic layer 3 is formed of Cu.
Further, the hard bias layers 5 and 5 are made of, for example, Co-Pt.
(Cobalt-Platinum) alloy, Co-Cr-Pt (Cobalt-Chromium-Platinum) alloy, etc., and the conductive layers 8, 8 are made of Cu (copper), W (tungsten), Cr (chromium), or the like. Is formed.

【0059】本発明では、固定磁性層3の上に形成され
ている反強磁性層4は、少なくとも元素X(ただしX
は、Pt,Pd,Ir,Rh,Ru,Osのうちいずれ
か1種または2種以上の元素である)とMnとを含有す
る反強磁性材料によって形成されている。
In the present invention, the antiferromagnetic layer 4 formed on the pinned magnetic layer 3 has at least the element X (X
Is one or more of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os) and Mn.

【0060】本発明では、図1に示す固定磁性層3と反
強磁性層4との界面構造は、非整合状態となっており、
また界面における前記反強磁性層4の少なくとも一部の
結晶構造は、L10型の面心正方格子(以下、規則格子
という)となっている。
In the present invention, the interface structure between the fixed magnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 4 shown in FIG.
The crystalline structure of at least part of the at the interface antiferromagnetic layer 4 has a L1 0 type of face-centered tetragonal lattice (hereinafter referred to as ordered lattice).

【0061】ここで、L10型の面心正方格子とは、単
位格子の6面のうち、側面の4面の中心をX原子(X=
Pt,Pd,Ir,Rh,Ru,Os)が占め、単位格
子の隅、および上面および下面の中心にMn原子が占め
るものをいう。
[0061] Here, the L1 0 type face-centered tetragonal lattice, of the six sides of the unit cell, four sides around the X atoms in the side surface (X =
Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Os) and Mn atoms occupy the corners of the unit cell and the centers of the upper and lower surfaces.

【0062】また本発明では、固定磁性層3と反強磁性
層4との結晶配向が異なっていることが、固定磁性層3
と反強磁性層4との界面構造が、非整合状態になりやす
い点で好ましい。
In the present invention, the difference between the crystal orientations of the pinned magnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 4 is that the pinned magnetic layer 3
The structure of the interface between the antiferromagnetic layer 4 and the antiferromagnetic layer 4 is preferable because it is likely to be in a mismatched state.

【0063】図1に示すシングルバルブ型薄膜素子で
は、Taの下地層6が敷いてあるので、前記下地層6の
上に形成されるフリー磁性層1、非磁性導電層2、およ
び固定磁性層3の{111}面は、膜面に対して平行な
方向に優先配向している。
In the single-valve thin-film element shown in FIG. 1, since the Ta underlayer 6 is laid, the free magnetic layer 1, the nonmagnetic conductive layer 2, and the fixed magnetic layer formed on the underlayer 6 are formed. No. 3 {111} plane is preferentially oriented in a direction parallel to the film surface.

【0064】これに対し、前記固定磁性層3の上に形成
される反強磁性層4の{111}面は、前記固定磁性層
3の{111}面の配向度に比べて小さいか、あるいは
無配向となっている。つまり、図1に示す固定磁性層3
と反強磁性層4との界面付近での結晶配向は異なったも
のとなっており、従って前記界面における構造が非整合
状態になりやすくなっている。
On the other hand, the {111} plane of the antiferromagnetic layer 4 formed on the fixed magnetic layer 3 is smaller than the degree of orientation of the {111} plane of the fixed magnetic layer 3, or It is non-oriented. That is, the pinned magnetic layer 3 shown in FIG.
The crystal orientation near the interface between the layer and the antiferromagnetic layer 4 is different, so that the structure at the interface tends to be in a mismatched state.

【0065】本発明では熱処理前の段階から、固定磁性
層3と反強磁性層4との界面構造を非整合状態としてい
るが、これは熱処理を施すことにより、前記反強磁性層
4の結晶構造を、不規則格子(面心立方格子)から前述
した規則格子に変態させ、適性な交換異方性磁界を得ら
れるようにするためである。
In the present invention, the interface structure between the pinned magnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 4 is set in a non-matching state from the stage before the heat treatment. This is because the structure is transformed from an irregular lattice (face-centered cubic lattice) to the above-described regular lattice so that an appropriate exchange anisotropic magnetic field can be obtained.

【0066】言い変えれば、界面構造が整合状態にある
と、熱処理を施しても、前記反強磁性層4の結晶構造
が、不規則格子から規則格子に変態しにくく、従って交
換異方性磁界が得られないという問題が生じる。
In other words, when the interface structure is in a matched state, the crystal structure of the antiferromagnetic layer 4 is unlikely to be transformed from an irregular lattice to a regular lattice even when heat treatment is performed, and therefore, the exchange anisotropic magnetic field is reduced. Is not obtained.

【0067】本発明では、前記反強磁性層4は、X―M
n合金(ただしXは、Pt,Pd,Ir,Rh,Ru,
Osのうちいずれか1種または2種以上の元素である)
で形成されている。特に本発明では、前記反強磁性層4
がPtMn合金により形成されていることが好ましい。
In the present invention, the antiferromagnetic layer 4 is made of XM
n alloy (where X is Pt, Pd, Ir, Rh, Ru,
Os is one or more of these elements)
It is formed with. In particular, in the present invention, the antiferromagnetic layer 4
Is preferably formed of a PtMn alloy.

【0068】X−Mn合金、特にPtMn合金は、従来
から反強磁性層として使用されているFeMn合金、N
iMn合金などに比べて耐食性に優れており、またブロ
ッキング温度も高く、さらに交換異方性磁界(Hex)
が大きいなど反強磁性材料として優れた特性を有してい
る。
X—Mn alloys, especially PtMn alloys, are FeMn alloys conventionally used as antiferromagnetic layers,
It has better corrosion resistance than iMn alloy, etc., higher blocking temperature, and exchange anisotropic magnetic field (Hex)
And has excellent properties as an antiferromagnetic material.

【0069】本発明では、前記反強磁性層4がPtMn
合金で形成されている場合、熱処理を施した後、つまり
少なくとも一部の結晶構造が規則格子となった前記反強
磁性層4の格子定数a,cの比c/aは、0.93〜
0.99の範囲内であることが好ましい。
In the present invention, the antiferromagnetic layer 4 is made of PtMn.
In the case where the antiferromagnetic layer 4 is formed of an alloy, the ratio c / a of the lattice constants a and c of the antiferromagnetic layer 4 in which at least a part of the crystal structure becomes a regular lattice after heat treatment is 0.93 to 0.93.
It is preferred that it be in the range of 0.99.

【0070】格子定数a,cの比c/aが0.93以下
になると、前記反強磁性層4の結晶構造のほぼ全てが規
則格子となるが、このような状態になると、前記固定磁
性層3と反強磁性層4との密着性が低下し、膜剥がれな
どが発生し好ましくない。
When the ratio c / a of the lattice constants a and c becomes 0.93 or less, almost all of the crystal structure of the antiferromagnetic layer 4 becomes a regular lattice. The adhesion between the layer 3 and the antiferromagnetic layer 4 is reduced, and peeling of the film occurs, which is not preferable.

【0071】格子定数a,cの比c/aが0.99以上
になると、前記反強磁性層4の結晶構造のほぼ全てが不
規則格子となってしまい、前記反強磁性層4と固定磁性
層3との界面にて発生する交換異方性磁界が小さくなっ
てしまい好ましくない。
When the ratio c / a of the lattice constants a and c is 0.99 or more, almost all of the crystal structure of the antiferromagnetic layer 4 becomes an irregular lattice and is fixed to the antiferromagnetic layer 4. The exchange anisotropic magnetic field generated at the interface with the magnetic layer 3 is undesirably reduced.

【0072】ところで前記反強磁性層4が、X―Mn合
金(ただしXは、Pt,Pd,Ir,Rh,Ru,Os
のうちいずれか1種または2種以上の元素である)で形
成される場合、熱処理前の段階において、固定磁性層3
と反強磁性層4との界面構造を非整合状態とするため
に、本発明では、前記X―Mn合金の組成比を下記の数
値内に設定している。
The antiferromagnetic layer 4 is made of an X-Mn alloy (where X is Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Os
Of the fixed magnetic layer 3 before the heat treatment.
According to the present invention, the composition ratio of the X-Mn alloy is set within the following numerical values in order to make the interface structure between the magnetic layer and the antiferromagnetic layer 4 in a non-matching state.

【0073】前記反強磁性層4が、X−Mn合金(ただ
しXは、Pt,Pd,Ir,Rh,Ru,Osのうちい
ずれか1種または2種以上の元素である)で形成され、
しかも図1に示すように前記反強磁性層4が固定磁性層
3の上に形成される場合、X−Mn合金の元素Xの組成
比はat%で、47〜57の範囲内であることが好まし
い。より好ましくはX−Mn合金の元素Xの組成比はa
t%で、50〜56の範囲内である。
The antiferromagnetic layer 4 is formed of an X—Mn alloy (where X is one or more of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os),
Moreover, when the antiferromagnetic layer 4 is formed on the pinned magnetic layer 3 as shown in FIG. 1, the composition ratio of the element X of the X-Mn alloy is at% and is in the range of 47 to 57. Is preferred. More preferably, the composition ratio of the element X in the X-Mn alloy is a
In t%, it is in the range of 50 to 56.

【0074】上述した組成比内で反強磁性層4を形成す
ると、熱処理前、つまり結晶構造が不規則格子となって
いる段階での前記反強磁性層4の格子定数と、固定磁性
層3の格子定数との差を大きくすることができ、従って
熱処理前にて、前記固定磁性層3と反強磁性層4との界
面構造を非整合状態に保つことができる。
When the antiferromagnetic layer 4 is formed within the composition ratio described above, the lattice constant of the antiferromagnetic layer 4 before the heat treatment, that is, at the stage when the crystal structure is an irregular lattice, and the fixed magnetic layer 3 The difference from the lattice constant can be increased, so that the interface structure between the fixed magnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 4 can be kept in a non-matching state before the heat treatment.

【0075】この状態で熱処理を施すと、前記反強磁性
層4の結晶構造の変化により、交換異方性磁界が発生
し、前述したようにX−Mn合金の元素Xの組成比の組
成比がat%で、47〜57の範囲内であると、400
(Oe:エルステッド)以上の交換異方性磁界を得るこ
とが可能である。またX−Mn合金の元素Xの組成比は
at%で、50〜56の範囲内であると、600(O
e)以上の交換異方性磁界を得ることが可能である。
When a heat treatment is performed in this state, an exchange anisotropic magnetic field is generated due to a change in the crystal structure of the antiferromagnetic layer 4, and as described above, the composition ratio of the element X of the X-Mn alloy is changed. Is at% and within the range of 47 to 57, 400
It is possible to obtain an exchange anisotropic magnetic field of (Oe: Oersted) or more. When the composition ratio of the element X in the X-Mn alloy is at% and is in the range of 50 to 56, 600 (O
e) It is possible to obtain the above exchange anisotropic magnetic field.

【0076】このように本発明では、反強磁性層4とし
てX―Mn合金を使用した場合、元素Xの組成比を上述
した範囲内で形成することにより、熱処理前における前
記反強磁性層4と固定磁性層3との界面構造を非整合状
態に保つことが可能である。
As described above, according to the present invention, when the X-Mn alloy is used as the antiferromagnetic layer 4, by forming the composition ratio of the element X within the above range, the antiferromagnetic layer 4 before the heat treatment is formed. It is possible to maintain the interface structure between the magnetic layer and the pinned magnetic layer 3 in a non-matching state.

【0077】また本発明では、X―Mn合金に、第3元
素として元素X′を添加することにより、反強磁性層4
の格子定数を大きくでき、熱処理前における反強磁性層
4と固定磁性層3との界面構造を非整合状態にすること
が可能である。
In the present invention, the antiferromagnetic layer 4 is formed by adding the element X 'as the third element to the X-Mn alloy.
Can be increased, and the interface structure between the antiferromagnetic layer 4 and the pinned magnetic layer 3 before the heat treatment can be brought into a non-matching state.

【0078】X―Mn合金に元素X′を加えたX―Mn
―X′合金は、元素XとMnとで構成される空間格子の
隙間に元素X′が侵入した侵入型固溶体であり、あるい
は、元素XとMnとで構成される結晶格子の格子点の一
部が、元素X′に置換された置換型固溶体である。ここ
で固溶体とは、広い組成範囲にわたって、均一に成分が
混ざり合った固体のことを指している。なお本発明では
元素XはPtであることが好ましい。
X-Mn obtained by adding an element X 'to an X-Mn alloy
—X ′ alloy is an interstitial solid solution in which element X ′ has penetrated into the space of a spatial lattice composed of elements X and Mn, or one of the lattice points of the crystal lattice composed of elements X and Mn. Part is a substitution type solid solution substituted by the element X ′. Here, a solid solution refers to a solid in which components are uniformly mixed over a wide composition range. In the present invention, the element X is preferably Pt.

【0079】ところで本発明では前記X―Mn―X′合
金をスパッタ法により成膜している。スパッタによっ
て、前記X―Mn―X′合金は非平衡状態で成膜され、
成膜されたX―Mn―X′合金は、膜中の元素X′が、
元素XとMnとで構成される空間格子の隙間に侵入し、
あるいは、元素XとMnとで構成される結晶格子の格子
点の一部が、元素X′に置換される。このように、前記
元素X′が、X―Mn合金の格子に侵入型であるいは置
換型で固溶することにより、格子は押し広げられ、反強
磁性層4の格子定数は、元素X′を添加しない場合に比
べ大きくなる。
In the present invention, the X-Mn-X 'alloy is formed by sputtering. By sputtering, the X—Mn—X ′ alloy is deposited in a non-equilibrium state,
The deposited X—Mn—X ′ alloy has an element X ′ in the film,
Penetrate into the space of the spatial lattice composed of the elements X and Mn,
Alternatively, part of the lattice points of the crystal lattice composed of the elements X and Mn is replaced with the element X ′. As described above, the element X ′ forms a solid solution in the lattice of the X—Mn alloy in an interstitial or substitutional manner, so that the lattice is expanded and the lattice constant of the antiferromagnetic layer 4 is reduced by the element X ′. It becomes larger than the case without addition.

【0080】また本発明では、元素X′として様々な元
素を使用することが可能であるが、反応性の高いハロゲ
ンやO(酸素)等を使用すると、これらがMnとのみ選
択的に化学結合してしまい、面心立方晶の結晶構造を保
てなくなると考えられ好ましくない。本発明における具
体的な元素X′は、Ne,Ar,Kr,Xe,Be,
B,C,N,Mg,Al,Si,P,Ti,V,Cr,
Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Zr,N
b,Mo,Ag,Cd,Ir,Sn,Hf,Ta,W,
Re,Au,Pb、及び希土類元素(Sc,Yとランタ
ノイド(La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,
Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu))
のうち1種または2種以上の元素である。
In the present invention, various elements can be used as the element X '. However, when highly reactive halogen or O (oxygen) is used, these elements are selectively bonded only to Mn. It is considered that the crystal structure of face-centered cubic cannot be maintained, which is not preferable. Specific elements X 'in the present invention are Ne, Ar, Kr, Xe, Be,
B, C, N, Mg, Al, Si, P, Ti, V, Cr,
Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, N
b, Mo, Ag, Cd, Ir, Sn, Hf, Ta, W,
Re, Au, Pb, and rare earth elements (Sc, Y and lanthanoids (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu,
Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu))
Is one or more elements.

【0081】上記に示した様々な元素X′のいずれを使
用しても、スパッタによって、反強磁性層4の格子定数
を大きくできるが、特に置換型で固溶する元素X′を使
用する場合は、前記元素X′の組成比が大きくなりすぎ
ると、反強磁性としての特性が低下し、固定磁性層3と
の界面で発生する交換結合磁界が小さくなってしまう。
The lattice constant of the antiferromagnetic layer 4 can be increased by sputtering by using any of the various elements X 'described above. In particular, when the substitution-type solid solution element X' is used. If the composition ratio of the element X ′ is too large, the antiferromagnetic property is reduced, and the exchange coupling magnetic field generated at the interface with the fixed magnetic layer 3 is reduced.

【0082】特に本発明では、侵入型で固溶し、不活性
ガスの希ガス元素(Ne,Ar,Kr,Xeのうち1種
または2種以上)を元素X′として使用することが好ま
しいとしている。希ガス元素は不活性ガスなので、希ガ
ス元素が、膜中に含有されても、反強磁性特性に大きく
影響を与えることがなく、さらに、Arなどは、スパッ
タガスとして従来からスパッタ装置内に導入されるガス
であり、ガス圧やスパッタ粒子のエネルギーを適正に調
節するのみで、容易に、膜中にArを侵入させることが
できる。
Particularly, in the present invention, it is preferable to use a rare gas element (one or more of Ne, Ar, Kr, and Xe) of an inert gas which forms a solid solution in an interstitial form as the element X '. I have. Since the rare gas element is an inert gas, even if the rare gas element is contained in the film, it does not greatly affect the antiferromagnetic characteristics. Further, Ar or the like is conventionally used as a sputtering gas in a sputtering apparatus. It is a gas to be introduced, and Ar can easily penetrate into the film simply by appropriately adjusting the gas pressure and the energy of the sputtered particles.

【0083】なお、元素X′にガス系の元素を使用した
場合には、膜中に多量の元素X′を含有することは困難
であるが、希ガスの場合においては、膜中に微量侵入さ
せるだけで、熱処理によって発生する交換結合磁界を、
飛躍的に大きくできることが実験により確認されてい
る。
When a gas-based element is used as the element X ', it is difficult to contain a large amount of the element X' in the film. Just by exchanging the exchange coupling magnetic field generated by the heat treatment,
Experiments have shown that the size can be dramatically increased.

【0084】なお本発明では、元素X′の組成比の範囲
を設定しており、好ましい前記元素X′の組成範囲は、
at%で0.2から10であり、より好ましくは、at
%で、0.5から5である。またこのとき、元素XとM
nとの組成比の割合X:Mnは、4:6〜6:4の範囲
内であることが好ましい。元素X′の組成比と、元素X
とMnとの組成比の割合X:Mnを、上記範囲内で調整
すれば、成膜段階(熱処理前)における反強磁性層4の
格子定数を大きくでき、しかも熱処理を施すことにより
反強磁性層4と固定磁性層3との界面で発生する交換結
合磁界を、元素X′を含有しない場合に比べ、大きくす
ることが可能である。
In the present invention, the range of the composition ratio of the element X 'is set, and the preferable composition range of the element X' is:
at% is from 0.2 to 10, more preferably at%
%, From 0.5 to 5. At this time, the elements X and M
The composition ratio X: Mn with n is preferably in the range of 4: 6 to 6: 4. The composition ratio of element X 'and element X
By adjusting the composition ratio X: Mn within the above range, the lattice constant of the antiferromagnetic layer 4 at the film formation stage (before heat treatment) can be increased, and the antiferromagnetic layer can be formed by heat treatment. The exchange coupling magnetic field generated at the interface between the layer 4 and the pinned magnetic layer 3 can be increased as compared with the case where the element X 'is not contained.

【0085】さらに本発明では、X−Mn−X′合金
(ただしXは、Pt,Pd,Ir,Rh,Ru,Osの
うちいずれか1種または2種以上の元素であり、X′
は、Ne,Ar,Kr,Xe,Be,B,C,N,M
g,Al,Si,P,Ti,V,Cr,Fe,Co,N
i,Cu,Zn,Ga,Ge,Zr,Nb,Mo,A
g,Cd,Ir,Sn,Hf,Ta,W,Re,Au,
Pb、及び希土類元素のうち1種または2種以上の元素
である)で形成された反強磁性層4が、図1に示すよう
に、固定磁性層3の上に形成される場合、前記X−Mn
−X′合金のX+X′の組成比はat%で、47〜57
の範囲内であることが好ましく、より好ましくは、X−
Mn―X′合金のX+X′の組成比はat%で、50〜
56の範囲内である。
Further, in the present invention, an X—Mn—X ′ alloy (where X is one or more elements of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Os, and X ′
Is Ne, Ar, Kr, Xe, Be, B, C, N, M
g, Al, Si, P, Ti, V, Cr, Fe, Co, N
i, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, A
g, Cd, Ir, Sn, Hf, Ta, W, Re, Au,
Pb and at least one of the rare earth elements), the antiferromagnetic layer 4 is formed on the fixed magnetic layer 3 as shown in FIG. -Mn
The composition ratio of X + X 'in the -X' alloy is at%, and is 47 to 57%.
And more preferably X-
The composition ratio of X + X 'in the Mn-X' alloy is at%,
56.

【0086】熱処理を施すことによって反強磁性層4と
固定磁性層3との界面で発生する交換結合磁界により、
前記固定磁性層3の磁化は、図1に示すY方向に単磁区
化され固定される。なお、反強磁性層4として使用され
るX―Mn―X′合金の元素X′が例えばガス系の元素
である場合には、熱処理を施すことにより、前記元素
X′が膜中から抜け出て、成膜された段階での元素X′
の組成比よりも、熱処理後の元素X′の組成比は小さく
なり、あるいは完全に前記X′が膜中から抜け出してし
まって、組成がX―Mnになってしまうことがあるが、
成膜段階(熱処理前)における固定磁性層3と反強磁性
層4との界面構造が非整合状態となっていれば、熱処理
を施すことにより、前記反強磁性層4の結晶構造は、不
規則格子(面心立方格子)から規則格子に適性に変態
し、大きい交換異方性磁界を得ることが可能である。
By performing the heat treatment, the exchange coupling magnetic field generated at the interface between the antiferromagnetic layer 4 and the pinned magnetic layer 3 causes
The magnetization of the fixed magnetic layer 3 is fixed as a single magnetic domain in the Y direction shown in FIG. When the element X 'of the X-Mn-X' alloy used as the antiferromagnetic layer 4 is, for example, a gas element, the element X 'escapes from the film by heat treatment. The element X 'at the stage of film formation
The composition ratio of the element X 'after the heat treatment may be smaller than the composition ratio of X, or the X' may completely escape from the film, resulting in a composition of X-Mn.
If the interface structure between the pinned magnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 4 in the film formation stage (before the heat treatment) is in a non-matching state, the crystal structure of the antiferromagnetic layer 4 becomes It is possible to appropriately transform from a regular lattice (face-centered cubic lattice) to a regular lattice and obtain a large exchange anisotropic magnetic field.

【0087】またフリー磁性層1は、その両側に形成さ
れているハードバイアス層5,5により、図示X方向に
揃えられる。
The free magnetic layer 1 is aligned in the X direction in the figure by the hard bias layers 5 and 5 formed on both sides thereof.

【0088】図1に示すシングルスピンバルブ型薄膜素
子では、導電層8からフリー磁性層1、非磁性導電層2
および固定磁性層3に定常電流(センス電流)が与えら
れ、しかも記録媒体からY方向へ磁界が与えられると、
フリー磁性層1の磁化方向がX方向からY方向へ向けて
変化する。このとき、伝導電子が、非磁性導電層2と固
定磁性層3との界面、または非磁性導電層2とフリー磁
性層1との界面で散乱を起こし、電気抵抗が変化する。
よって電圧が変化し、検出出力を得ることができる。
In the single spin-valve thin film element shown in FIG. 1, the conductive layer 8 is replaced with the free magnetic layer 1 and the non-magnetic conductive layer 2.
When a stationary current (sense current) is applied to the fixed magnetic layer 3 and a magnetic field is applied in the Y direction from the recording medium,
The magnetization direction of the free magnetic layer 1 changes from the X direction to the Y direction. At this time, conduction electrons are scattered at the interface between the nonmagnetic conductive layer 2 and the pinned magnetic layer 3 or at the interface between the nonmagnetic conductive layer 2 and the free magnetic layer 1, and the electric resistance changes.
Therefore, the voltage changes, and a detection output can be obtained.

【0089】図2は、本発明の第2実施形態のシングル
スピンバルブ型薄膜素子の構造を示す断面図である。図
2に示すように、下から下地層6、反強磁性層4、固定
磁性層3、非磁性導電層2、およびフリー磁性層1が連
続して積層されている。
FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a single spin-valve thin film element according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, an underlayer 6, an antiferromagnetic layer 4, a fixed magnetic layer 3, a nonmagnetic conductive layer 2, and a free magnetic layer 1 are sequentially stacked from below.

【0090】なお、図2に示す反強磁性層4は、図1に
示す反強磁性層4と同じ様に、X−Mn合金(ただしX
は、Pt,Pd,Ir,Rh,Ru,Osのうちいずれ
か1種または2種以上の元素である)、好ましくはPt
Mn合金、またはX―Mn―X′合金(ただしX′は、
Ne,Ar,Kr,Xe,Be,B,C,N,Mg,A
l,Si,P,Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,C
u,Zn,Ga,Ge,Zr,Nb,Mo,Ag,C
d,Ir,Sn,Hf,Ta,W,Re,Au,Pb、
及び希土類元素のうち1種または2種以上の元素であ
る)で形成されている。
The antiferromagnetic layer 4 shown in FIG. 2 is made of an X-Mn alloy (X
Is one or more of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os), preferably Pt
Mn alloy or X-Mn-X 'alloy (where X' is
Ne, Ar, Kr, Xe, Be, B, C, N, Mg, A
1, Si, P, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, C
u, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Ag, C
d, Ir, Sn, Hf, Ta, W, Re, Au, Pb,
And one or more of rare earth elements).

【0091】なお、固定磁性層3、非磁性導電層2、お
よびフリー磁性層1は、図1で説明した材質で形成され
ている。
The pinned magnetic layer 3, the non-magnetic conductive layer 2, and the free magnetic layer 1 are formed of the material described with reference to FIG.

【0092】この実施例においても、固定磁性層3と反
強磁性層4との界面構造は、非整合状態となっており、
また界面における前記反強磁性層4の少なくとも一部の
結晶構造は、L10型の面心正方格子(以下、規則格子
という)となっている。
Also in this embodiment, the interface structure between the fixed magnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 4 is in a non-matching state.
The crystalline structure of at least part of the at the interface antiferromagnetic layer 4 has a L1 0 type of face-centered tetragonal lattice (hereinafter referred to as ordered lattice).

【0093】またTaの下地層6の上に形成された前記
反強磁性層4の{111}面は、界面に平行な方向に優
先配向するが、図2に示すように、前記反強磁性層4の
上に固定磁性層3が形成されると、前記固定磁性層3の
{111}面の界面方向に対する配向度は、前記反強磁
性層4の配向度よりも小さいか、あるいは無配向になり
易い傾向がある。このように、図2では界面における前
記反強磁性層4と固定磁性層3との結晶配向は異なって
おり、従ってより界面構造を非整合状態とすることが可
能となっている。
The {111} plane of the antiferromagnetic layer 4 formed on the Ta underlayer 6 is preferentially oriented in a direction parallel to the interface, but as shown in FIG. When the pinned magnetic layer 3 is formed on the layer 4, the degree of orientation of the pinned magnetic layer 3 with respect to the {111} plane interface direction is smaller than the degree of orientation of the antiferromagnetic layer 4 or non-oriented. Tends to be As described above, in FIG. 2, the crystal orientation of the antiferromagnetic layer 4 and the pinned magnetic layer 3 at the interface are different from each other, and therefore, the interface structure can be made more mismatched.

【0094】ところで、反強磁性層4がX―Mn合金
(ただしXは、Pt,Pd,Ir,Rh,Ru,Osの
うちいずれか1種または2種以上の元素である)で形成
され、図2に示すように、反強磁性層4が固定磁性層3
の下に形成される場合、反強磁性層4を構成するX−M
n合金の元素Xの組成比はat%で、44〜57の範囲
内であることが好ましい。この範囲内であれば、400
(Oe)以上の交換異方性磁界を得ることが可能であ
る。より好ましくはX−Mn合金の元素Xの組成比はa
t%で、46〜55の範囲内である。この範囲内であれ
ば、600(Oe)以上の交換異方性磁界を得ることが
可能である。
The antiferromagnetic layer 4 is formed of an X-Mn alloy (where X is one or more of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os). As shown in FIG. 2, the antiferromagnetic layer 4 is
, The X-M constituting the antiferromagnetic layer 4
The composition ratio of the element X in the n-alloy is preferably at%, and is preferably in the range of 44 to 57. Within this range, 400
It is possible to obtain an exchange anisotropic magnetic field of (Oe) or more. More preferably, the composition ratio of the element X in the X-Mn alloy is a
At t%, it is in the range of 46 to 55. Within this range, an exchange anisotropic magnetic field of 600 (Oe) or more can be obtained.

【0095】このように上述した組成範囲内であると交
換異方性磁界を大きくすることができるのは、熱処理前
における反強磁性層4の格子定数(不規則格子)と、固
定磁性層3の格子定数との差を大きくすることができ、
熱処理前での界面構造を非整合状態とすることができる
からである。
As described above, the exchange anisotropic magnetic field can be increased when the composition is within the above-described composition range because the lattice constant (irregular lattice) of the antiferromagnetic layer 4 before the heat treatment and the fixed magnetic layer 3 The difference with the lattice constant of
This is because the interface structure before the heat treatment can be brought into a mismatched state.

【0096】従って熱処理を施すことにより、界面にお
ける前記反強磁性層4の少なくとも一部の結晶構造を、
不規則格子から交換異方性磁界を発揮するために必要な
規則格子に変態させることが可能となる。
Therefore, by performing the heat treatment, the crystal structure of at least a part of the antiferromagnetic layer 4 at the interface is changed to
It is possible to transform the disordered lattice into a regular lattice required to exhibit an exchange anisotropic magnetic field.

【0097】また前記反強磁性層4が、X―Mn―X′
合金(ただしX′は、Ne,Ar,Kr,Xe,Be,
B,C,N,Mg,Al,Si,P,Ti,V,Cr,
Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Zr,N
b,Mo,Ag,Cd,Ir,Sn,Hf,Ta,W,
Re,Au,Pb、及び希土類元素のうち1種または2
種以上の元素である)で形成される場合、前記X―Mn
―X′合金は、スパッタ法によって形成され、元素Xと
Mnとで構成される空間格子の隙間に元素X′が侵入し
た侵入型固溶体となり、あるいは、元素XとMnとで構
成される結晶格子の格子点の一部が、元素X′に置換さ
れた置換型固溶体となっている。
The antiferromagnetic layer 4 is made of X--Mn--X '.
Alloys (where X 'is Ne, Ar, Kr, Xe, Be,
B, C, N, Mg, Al, Si, P, Ti, V, Cr,
Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, N
b, Mo, Ag, Cd, Ir, Sn, Hf, Ta, W,
One or two of Re, Au, Pb, and rare earth elements
X-Mn
The -X 'alloy is formed by a sputtering method and becomes an interstitial solid solution in which the element X' penetrates into the space of a spatial lattice composed of the elements X and Mn, or a crystal lattice composed of the elements X and Mn. Is a substitution type solid solution in which a part of lattice points is replaced by the element X ′.

【0098】元素X′を膜中に含有する反強磁性層4の
格子定数は、前記元素X′を含有しない反強磁性層4の
格子定数に比べて大きくなり、成膜段階(熱処理前)に
おける反強磁性層4と固定磁性層3との界面構造を非整
合状態に保つことができる。
The lattice constant of the antiferromagnetic layer 4 containing the element X ′ in the film becomes larger than the lattice constant of the antiferromagnetic layer 4 not containing the element X ′, and the film formation step (before the heat treatment) In this case, the interface structure between the antiferromagnetic layer 4 and the pinned magnetic layer 3 can be kept in a non-matching state.

【0099】なお本発明では、膜中に占める元素X′の
組成比を、at%で、0.2〜10の範囲内とし、より
好ましい組成範囲をat%で、0.5〜5の範囲内とし
ている。また元素X′を前記組成範囲内で形成し、さら
に、元素XとMnとの組成比の割合X:Mnを、4:6
〜6:4の範囲内とすれば、より大きい交換結合磁界を
得ることが可能である。
In the present invention, the composition ratio of the element X 'in the film is in the range of 0.2 to 10 at at%, and the more preferable composition range is 0.5 to 5 in at%. And inside. The element X 'is formed within the above composition range, and the composition ratio X: Mn of the element X to Mn is changed to 4: 6.
If it is within the range of 66: 4, it is possible to obtain a larger exchange coupling magnetic field.

【0100】また本発明では、図2に示すように、X―
Mn―X′合金で形成された反強磁性層4が固定磁性層
3の下側に形成される場合、X―Mn―X′合金のX+
X′の組成比は、at%で、44〜57の範囲内である
ことが好ましい。より好ましくはX−Mn―X′合金の
X+X′の組成比はat%で、46〜55の範囲内であ
る。
In the present invention, as shown in FIG.
When the antiferromagnetic layer 4 formed of the Mn-X 'alloy is formed below the fixed magnetic layer 3, X + of the X-Mn-X' alloy
The composition ratio of X 'is preferably in the range of 44 to 57 in at%. More preferably, the composition ratio of X + X 'in the X-Mn-X' alloy is at% and is in the range of 46 to 55.

【0101】なお、図2に示す固定磁性層3の磁化は、
反強磁性層4との界面にて発生する交換異方性磁界によ
り、図示Y方向に単磁区化され固定されている。
The magnetization of the fixed magnetic layer 3 shown in FIG.
Due to the exchange anisotropic magnetic field generated at the interface with the antiferromagnetic layer 4, the magnetic field is fixed in a single magnetic domain in the Y direction in the drawing.

【0102】図2に示すように、フリー磁性層1の上に
は、トラック幅Twの間隔を空けてエクスチェンジバイ
アス層9(反強磁性層)が形成されている。なおこのエ
クスチェンジバイアス層9は、X−Mn合金(ただしX
は、Pt,Pd,Ir,Rh,Ru,Osのうちいずれ
か1種または2種以上の元素である)、好ましくはPt
Mn合金、またはX―Mn―X′合金(ただしX′は、
Ne,Ar,Kr,Xe,Be,B,C,N,Mg,A
l,Si,P,Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,C
u,Zn,Ga,Ge,Zr,Nb,Mo,Ag,C
d,Ir,Sn,Hf,Ta,W,Re,Au,Pb、
及び希土類元素のうち1種または2種以上の元素であ
る)で形成されている。
As shown in FIG. 2, an exchange bias layer 9 (antiferromagnetic layer) is formed on the free magnetic layer 1 at an interval of the track width Tw. The exchange bias layer 9 is made of an X-Mn alloy (X
Is one or more of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os), preferably Pt
Mn alloy or X-Mn-X 'alloy (where X' is
Ne, Ar, Kr, Xe, Be, B, C, N, Mg, A
1, Si, P, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, C
u, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Ag, C
d, Ir, Sn, Hf, Ta, W, Re, Au, Pb,
And one or more of rare earth elements).

【0103】X−Mn合金の元素Xの組成比はat%
で、47〜57の範囲内となっている。より好ましくは
X−Mn合金の元素Xの組成比はat%で、50〜56
の範囲内である。なおこの組成範囲は、図1で説明した
反強磁性層4の組成範囲と同じである。またX―Mn―
X′合金の場合、元素X′の組成比はat%で、0.2
〜10の範囲内であり、より好ましい組成範囲はat%
で、0.5〜5の範囲内である。また元素XとMnとの
組成比の割合X:Mnは、4:6〜6:4の範囲内であ
ることが好ましい。さらに、X−Mn―X′合金のX+
X′の組成比はat%で、47〜57の範囲内となって
いることが好ましく、より好ましくはX−Mn―X′合
金のX+X′の組成比はat%で、50〜56の範囲内
である。
The composition ratio of the element X in the X-Mn alloy is at%
In the range of 47 to 57. More preferably, the composition ratio of the element X of the X-Mn alloy is 50 to 56 at%.
Is within the range. This composition range is the same as the composition range of the antiferromagnetic layer 4 described with reference to FIG. X-Mn-
In the case of the X 'alloy, the composition ratio of the element X' is at%,
And a more preferred composition range is at%.
And is in the range of 0.5 to 5. Further, the composition ratio X: Mn of the element X and Mn is preferably in the range of 4: 6 to 6: 4. Further, X + of the X—Mn—X ′ alloy
The composition ratio of X 'is at%, preferably in the range of 47 to 57, and more preferably the composition ratio of X + X' in the X-Mn-X 'alloy is at% and in the range of 50 to 56. Is within.

【0104】上述した組成範囲内であると、フリー磁性
層1とエクスチェンジバイアス層9との界面構造は非整
合状態となり、少なくとも界面にて400(Oe)以上
の交換異方性磁界を得ることができるが、図2に示すよ
うに、前記エクスチェンジバイアス層9,9は、トラッ
ク幅Tw部分には形成されていないので、フリー磁性層
1の両端部分が、強く交換異方性磁界の影響を受け図示
X方向に単磁区化され、フリー磁性層1のトラック幅T
w領域の磁化は、外部磁界に対して反応する程度に図示
X方向に適性に揃えられている。
When the composition is within the above range, the interface structure between the free magnetic layer 1 and the exchange bias layer 9 is in a non-matching state, and an exchange anisotropic magnetic field of 400 (Oe) or more can be obtained at least at the interface. However, as shown in FIG. 2, since the exchange bias layers 9 and 9 are not formed in the track width Tw portion, both end portions of the free magnetic layer 1 are strongly affected by the exchange anisotropic magnetic field. A single magnetic domain is formed in the X direction as shown in FIG.
The magnetization of the w region is appropriately aligned in the X direction in the figure to such an extent that it reacts to an external magnetic field.

【0105】このようにして形成されたシングルスピン
バルブ型薄膜素子では、図示Y方向の外部磁界により、
フリー磁性層1のトラック幅Tw領域の磁化が図示X方
向から図示Y方向に変化する。このフリー磁性層1内で
の磁化の方向の変動と、固定磁性層3の固定磁化方向
(図示Y方向)との関係で電気抵抗が変化し、この電気
抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの
洩れ磁界が検出される。
In the single spin-valve thin film element thus formed, the external magnetic field in the Y direction
The magnetization in the track width Tw region of the free magnetic layer 1 changes from the illustrated X direction to the illustrated Y direction. The electric resistance changes depending on the relationship between the change in the direction of magnetization in the free magnetic layer 1 and the fixed magnetization direction (Y direction in the drawing) of the fixed magnetic layer 3, and a voltage change based on the change in the electric resistance value causes A leakage magnetic field from the recording medium is detected.

【0106】図3は、本発明の第3実施形態のデュアル
スピンバルブ型薄膜素子の構造を示す断面図である。図
に示す示すように、下から下地層6、反強磁性層4、固
定磁性層3、非磁性導電層2、およびフリー磁性層1が
連続して積層されている。さらに前記フリー磁性層1の
上には、非磁性導電層2、固定磁性層3、反強磁性層
4、および保護層7が連続して積層されている。
FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a dual spin-valve thin film element according to a third embodiment of the present invention. As shown in the figure, an underlayer 6, an antiferromagnetic layer 4, a fixed magnetic layer 3, a nonmagnetic conductive layer 2, and a free magnetic layer 1 are sequentially stacked from below. Further, on the free magnetic layer 1, a nonmagnetic conductive layer 2, a fixed magnetic layer 3, an antiferromagnetic layer 4, and a protective layer 7 are successively laminated.

【0107】また、下地層6から保護層7までの多層膜
の両側にはハードバイアス層5,5、導電層8,8が積
層されている。
Hard bias layers 5, 5 and conductive layers 8, 8 are laminated on both sides of the multilayer film from the underlayer 6 to the protective layer 7.

【0108】なお、各層は図1および図2で説明した材
質と同じ材質で形成されている。
Each layer is formed of the same material as that described with reference to FIGS.

【0109】図3に示すように、フリー磁性層1よりも
下側に形成されている反強磁性層4は、固定磁性層3の
下に形成されているので、図2に示す反強磁性層4と同
じ様に、前記反強磁性層4を構成するX−Mn合金の元
素Xの組成比はat%で、44〜57の範囲内であるこ
とが好ましく、より好ましくはX−Mn合金の元素Xの
組成比はat%で、46〜55の範囲内である。
As shown in FIG. 3, since the antiferromagnetic layer 4 formed below the free magnetic layer 1 is formed below the fixed magnetic layer 3, the antiferromagnetic layer 4 shown in FIG. Similarly to the layer 4, the composition ratio of the element X in the X-Mn alloy constituting the antiferromagnetic layer 4 is preferably at% and is in the range of 44 to 57, more preferably X-Mn alloy. The composition ratio of the element X in at% is in the range of 46 to 55.

【0110】また、フリー磁性層1よりも上側に形成さ
れている反強磁性層4は、固定磁性層3の上に形成され
ているので、図1に示す反強磁性層4と同じ様に、前記
反強磁性層4を構成するX−Mn合金の元素Xの組成比
はat%で、47〜57の範囲内であることが好まし
く、より好ましくはX−Mn合金の元素Xの組成比はa
t%で、50〜56の範囲内である。
The antiferromagnetic layer 4 formed above the free magnetic layer 1 is formed on the pinned magnetic layer 3 and therefore has the same structure as the antiferromagnetic layer 4 shown in FIG. The composition ratio of the element X of the X-Mn alloy constituting the antiferromagnetic layer 4 is preferably at% and in the range of 47 to 57, more preferably the composition ratio of the element X of the X-Mn alloy. Is a
In t%, it is in the range of 50 to 56.

【0111】この組成範囲内であれば、熱処理前におけ
る固定磁性層3の格子定数と反強磁性層4の格子定数と
の差を大きくすることができるので、熱処理前における
界面構造を非整合状態にすることができ、従って熱処理
を施すことにより、界面での前記反強磁性層4の一部の
結晶構造を不規則格子から交換異方性磁界を発揮するの
に必要な規則格子に変態させることが可能である。なお
前記反強磁性層4がPtMn合金で形成される場合、熱
処理後における前記反強磁性層4の格子定数a,cの比
c/aは、0.93〜0.99の範囲内であることが好
ましい。
[0111] Within this composition range, the difference between the lattice constant of the fixed magnetic layer 3 and the lattice constant of the antiferromagnetic layer 4 before the heat treatment can be increased. Therefore, by performing the heat treatment, the crystal structure of a part of the antiferromagnetic layer 4 at the interface is transformed from the disordered lattice to the ordered lattice required for exhibiting the exchange anisotropic magnetic field. It is possible. When the antiferromagnetic layer 4 is formed of a PtMn alloy, the ratio c / a of the lattice constants a and c of the antiferromagnetic layer 4 after the heat treatment is in the range of 0.93 to 0.99. Is preferred.

【0112】また、反強磁性層4と固定磁性層3との結
晶配向も異なっているので、より界面構造を非整合状態
にすることが可能となっている。
Further, since the crystal orientations of the antiferromagnetic layer 4 and the pinned magnetic layer 3 are different, the interface structure can be made more mismatched.

【0113】上述した組成範囲内でれば、少なくとも4
00(Oe)以上の交換異方性磁界を得ることが可能で
あるが、反強磁性層4を固定磁性層3の下に形成する方
が、固定磁性層3の上に形成するよりも、X−Mn合金
の元素Xの組成比の範囲を若干広くすることが可能であ
る。
Within the above composition range, at least 4
Although it is possible to obtain an exchange anisotropic magnetic field of 00 (Oe) or more, forming the antiferromagnetic layer 4 below the fixed magnetic layer 3 is more effective than forming it on the fixed magnetic layer 3. It is possible to slightly widen the range of the composition ratio of the element X in the X-Mn alloy.

【0114】また反強磁性層4がX―Mn―X′合金で
形成される場合は、元素X′の組成比は、at%で、
0.2〜10の範囲内であり、より好ましい組成範囲は
at%で、0.5〜5の範囲内である。また元素XとM
nとの組成比の割合X:Mnは、4:6〜6:4の範囲
内であることが好ましい。
When the antiferromagnetic layer 4 is formed of an X—Mn—X ′ alloy, the composition ratio of the element X ′ is at%,
It is in the range of 0.2 to 10, and a more preferred composition range is at%, and in the range of 0.5 to 5. Elements X and M
The composition ratio X: Mn with n is preferably in the range of 4: 6 to 6: 4.

【0115】さらにフリー磁性層1よりも下側に形成さ
れている反強磁性層4の場合、前記反強磁性層4を構成
するX―Mn―X′合金のX+X′の組成比はat%
で、44〜57の範囲内であることが好ましく、より好
ましくはX−Mn―X′合金のX+X′の組成比はat
%で、46〜55の範囲内である。
Further, in the case of the antiferromagnetic layer 4 formed below the free magnetic layer 1, the composition ratio of X + X 'of the X-Mn-X' alloy constituting the antiferromagnetic layer 4 is at%.
It is preferable that the composition ratio of X + X ′ in the X—Mn—X ′ alloy is at
%, In the range of 46-55.

【0116】また、フリー磁性層1よりも上側に形成さ
れている反強磁性層4の場合、前記反強磁性層4を構成
するX−Mn―X′合金のX+X′の組成比はat%
で、47〜57の範囲内であることが好ましく、より好
ましくはX−Mn―X′合金のX+X′の組成比はat
%で、50〜56の範囲内である。
In the case of the antiferromagnetic layer 4 formed above the free magnetic layer 1, the composition ratio of X + X 'of the X-Mn-X' alloy constituting the antiferromagnetic layer 4 is at%.
It is preferable that the composition ratio of X + X ′ in the X—Mn—X ′ alloy be at least at 47 to 57.
% In the range of 50-56.

【0117】上記組成範囲内であれば、熱処理前におけ
る固定磁性層3の格子定数と反強磁性層4の格子定数と
の差を大きくすることができ、熱処理前における界面構
造を非整合状態にすることができ、従って熱処理を施す
ことにより、界面での前記反強磁性層4の一部の結晶構
造を不規則格子から交換異方性磁界を発揮するのに必要
な規則格子に変態させることが可能である。
Within the above composition range, the difference between the lattice constant of the pinned magnetic layer 3 before the heat treatment and the lattice constant of the antiferromagnetic layer 4 can be increased, and the interface structure before the heat treatment is brought into a non-matching state. Therefore, by performing heat treatment, the crystal structure of a part of the antiferromagnetic layer 4 at the interface is transformed from the disordered lattice to the ordered lattice required for exhibiting the exchange anisotropic magnetic field. Is possible.

【0118】なおこのデュアルスピンバルブ型薄膜素子
も図1に示すシングルスピンバルブ型薄膜素子と同じよ
うに、固定磁性層3は、交換異方性磁界により、図示Y
方向に単磁区化され固定されており、フリー磁性層1の
磁化は、ハードバイアス層5,5の影響を受けて図示X
方向に揃えられている。
In this dual spin-valve thin film element, as in the single spin-valve thin film element shown in FIG.
The magnetization of the free magnetic layer 1 is affected by the hard bias layers 5 and 5 and is fixed in a single magnetic domain.
It is aligned in the direction.

【0119】導電層8からフリー磁性層1、非磁性導電
層2および固定磁性層3に定常電流が与えられ、しかも
記録媒体からY方向へ磁界が与えられると、フリー磁性
層1の磁化は図示X方向からY方向に変動し、このとき
非磁性導電層2とフリー磁性層1との界面、および非磁
性導電層2と固定磁性層3との界面でスピンに依存した
伝導電子の散乱が起こることにより、電気抵抗が変化
し、記録媒体からの漏れ磁界が検出される。
When a steady current is applied from the conductive layer 8 to the free magnetic layer 1, the nonmagnetic conductive layer 2, and the fixed magnetic layer 3 and a magnetic field is applied from the recording medium in the Y direction, the magnetization of the free magnetic layer 1 is Fluctuates from the X direction to the Y direction. At this time, spin-dependent scattering of conduction electrons occurs at the interface between the nonmagnetic conductive layer 2 and the free magnetic layer 1 and at the interface between the nonmagnetic conductive layer 2 and the fixed magnetic layer 3. As a result, the electric resistance changes, and the leakage magnetic field from the recording medium is detected.

【0120】なお、図1および図2に示すシングルスピ
ンバルブ型薄膜素子では、スピンに依存した電子の散乱
を起こす場所が、非磁性導電層2とフリー磁性層1との
界面、および非磁性導電層2と固定磁性層3との界面の
2箇所であるのに対し、図3に示すデュアルスピンバル
ブ型薄膜素子では、伝導電子の散乱が起こる場所が、非
磁性導電層2とフリー磁性層1との2箇所の界面と、非
磁性導電層2と固定磁性層3との2箇所の界面の計4箇
所であるため、デュアルスピンバルブ型薄膜素子の方が
シングルスピンバルブ型薄膜素子に比べて大きい抵抗変
化率を得ることが可能である。
In the single spin-valve thin film element shown in FIGS. 1 and 2, the place where the electron scattering depending on the spin occurs at the interface between the nonmagnetic conductive layer 2 and the free magnetic layer 1 and the nonmagnetic conductive layer. In the dual spin-valve thin-film element shown in FIG. 3, scattering of conduction electrons occurs between the nonmagnetic conductive layer 2 and the free magnetic layer 1, whereas the interface is located at the interface between the layer 2 and the fixed magnetic layer 3. And two interfaces between the nonmagnetic conductive layer 2 and the pinned magnetic layer 3, so that the dual spin-valve thin-film element is compared with the single spin-valve thin-film element. It is possible to obtain a large resistance change rate.

【0121】図4は、本発明の第4実施形態のAMR型
薄膜素子の構造を示す断面図である。図に示すように、
下から軟磁性層(SAL層)10、非磁性層(SHUN
T層)11、および磁気抵抗層(MR層)12が連続し
て積層されている。
FIG. 4 is a sectional view showing the structure of an AMR type thin film element according to a fourth embodiment of the present invention. As shown in the figure,
From below, a soft magnetic layer (SAL layer) 10 and a non-magnetic layer (SHUN)
A T layer 11 and a magnetoresistive layer (MR layer) 12 are continuously stacked.

【0122】例えば前記軟磁性層10は、Fe−Ni−
Nb合金、非磁性層11は、Ta膜、磁気抵抗層12
は、NiFe合金により形成されている。
For example, the soft magnetic layer 10 is made of Fe—Ni—
Nb alloy, nonmagnetic layer 11 is a Ta film, magnetoresistive layer 12
Is formed of a NiFe alloy.

【0123】前記磁気抵抗層12の上には、トラック幅
Twを開けたX方向両側の部分にエクスチェンジバイア
ス層(反強磁性層)9,9が形成され、さらに、前記エ
クスチェンジバイアス層9,9の上には、Cr膜などで
形成された導電層13,13が形成されている。
On the magnetoresistive layer 12, exchange bias layers (antiferromagnetic layers) 9, 9 are formed on both sides of the magnetoresistive layer 12 in the X direction with an increased track width Tw. The conductive layers 13, 13 formed of a Cr film or the like are formed thereon.

【0124】図4に示すエクスチェンジバイアス層9,
9は、図2に示すエクスチェンジバイアス層9,9と同
様に、X−Mn合金、好ましくはPtMn合金で形成さ
れており、X−Mn合金の元素Xの組成比はat%で、
47〜57の範囲内となっている。より好ましくはX−
Mn合金の元素Xの組成比はat%で、50〜56の範
囲内である。
The exchange bias layer 9 shown in FIG.
9 is made of an X-Mn alloy, preferably a PtMn alloy, similarly to the exchange bias layers 9 and 9 shown in FIG. 2, and the composition ratio of the element X of the X-Mn alloy is at%.
It is in the range of 47-57. More preferably X-
The composition ratio of the element X in the Mn alloy is at% and is in the range of 50 to 56.

【0125】また前記エクスチェンジバイアス層9,9
は、X−Mn―X′合金(ただしX′は、Ne,Ar,
Kr,Xe,Be,B,C,N,Mg,Al,Si,
P,Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,
Ga,Ge,Zr,Nb,Mo,Ag,Cd,Ir,S
n,Hf,Ta,W,Re,Au,Pb、及び希土類元
素のうち1種または2種以上の元素である)で形成され
ており、元素X′の組成比は、at%で、0.2〜10
の範囲内であり、より好ましい組成範囲はat%で、
0.5〜5の範囲内である。また元素XとMnとの組成
比の割合X:Mnは、4:6〜6:4の範囲内であるこ
とが好ましい。また図4に示すエクスチェンジバイアス
層9,9は、図2に示すエクスチェンジバイアス層9,
9と同様に、X−Mn―X′合金のX+X′の組成比は
at%で、47〜57の範囲内となっている。より好ま
しくはX−Mn―X′合金のX+X′の組成比はat%
で、50〜56の範囲内である。
The exchange bias layers 9, 9
Is an X-Mn-X 'alloy (where X' is Ne, Ar,
Kr, Xe, Be, B, C, N, Mg, Al, Si,
P, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn,
Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Ag, Cd, Ir, S
n, Hf, Ta, W, Re, Au, Pb, and at least one of the rare earth elements), and the composition ratio of the element X 'is at. 2-10
And the more preferable composition range is at%,
It is in the range of 0.5 to 5. Further, the composition ratio X: Mn of the element X and Mn is preferably in the range of 4: 6 to 6: 4. The exchange bias layers 9 and 9 shown in FIG.
Similarly to No. 9, the composition ratio of X + X 'in the X-Mn-X' alloy is at% and is in the range of 47 to 57. More preferably, the composition ratio of X + X 'in the X-Mn-X' alloy is at%.
And is in the range of 50 to 56.

【0126】以上X―Mn合金あるいはX―Mn―X′
合金の組成比を上述した範囲内で形成すれば、前記エク
スチェンジバイアス層9,9と磁気抵抗層12との界面
構造は非整合状態となり、熱処理を施すことにより、N
iFe合金の磁気抵抗層12の膜厚が200〜300オ
ングストロームの場合は、前記界面にて約40〜110
(Oe)の交換異方性磁界が得られ、とりわけ、NiF
e合金の磁気抵抗層の膜厚が、約200オングストロー
ムの場合には、約60〜110(Oe)の交換異方性磁
界が得られ、図4に示す磁気抵抗層12のB領域が、図
示X方向に単磁区化される。そしてこれに誘発されて前
記磁気抵抗層12のA領域の磁化が図示X方向に揃えら
れる。また、検出電流が磁気抵抗層12を流れる際に発
生する電流磁界が、軟磁性層10にY方向に印加され、
軟磁性層10がもたらす静磁結合エネルギーにより、磁
気抵抗層12のA領域に横バイアス磁界がY方向に与え
られる。X方向に単磁区化された磁気抵抗層12のA領
域にこの横バイアス層が与えられることにより、磁気抵
抗層12のA領域の磁界変化に対する抵抗変化(磁気抵
抗効果特性:H―R効果特性)が直線性を有する状態に
設定される。
X-Mn alloy or X-Mn-X '
If the composition ratio of the alloy is formed within the above range, the interface structure between the exchange bias layers 9 and 9 and the magnetoresistive layer 12 will be in a non-matching state, and by performing heat treatment,
When the thickness of the magnetoresistive layer 12 of the iFe alloy is 200 to 300 Å, about 40 to 110 at the interface.
(Oe) exchange anisotropic magnetic field is obtained.
When the thickness of the magnetoresistive layer of the e-alloy is about 200 angstroms, an exchange anisotropic magnetic field of about 60 to 110 (Oe) is obtained, and the region B of the magnetoresistive layer 12 shown in FIG. A single magnetic domain is formed in the X direction. This induces the magnetization of the region A of the magnetoresistive layer 12 to be aligned in the X direction in the drawing. Further, a current magnetic field generated when the detection current flows through the magnetoresistive layer 12 is applied to the soft magnetic layer 10 in the Y direction,
A transverse bias magnetic field is applied to the region A of the magnetoresistive layer 12 in the Y direction by the magnetostatic coupling energy provided by the soft magnetic layer 10. By applying the lateral bias layer to the region A of the magnetoresistive layer 12 which is divided into single magnetic domains in the X direction, a change in resistance to a magnetic field change in the region A of the magnetoresistive layer 12 (magnetoresistance effect characteristics: HR effect characteristics) ) Are set to have linearity.

【0127】記録媒体の移動方向はZ方向であり、図示
Y方向に漏れ磁界が与えられると、磁気抵抗層12のA
領域の抵抗値が変化し、これが電圧変化として検出され
る。
The moving direction of the recording medium is the Z direction. When a leakage magnetic field is applied in the Y direction in the figure, the A
The resistance value of the region changes, and this is detected as a voltage change.

【0128】以上詳述したように、本発明では、反強磁
性層4(あるいはエクスチェンジバイアス層9)をX−
Mn合金(ただしXは、Pt,Pd,Ir,Rh,R
u,Osのうちいずれか1種または2種以上の元素であ
る)、好ましくはPtMn合金で形成する際に、前記反
強磁性層4の組成比を適性に調節することにより、前記
反強磁性層4と、この反強磁性層4と接して形成される
固定磁性層3(あるいはフリー磁性層1または磁気抵抗
層12)との界面構造を非整合状態とすることができ、
従ってより大きな交換異方性磁界を得られ、従来に比べ
て再生特性を高めることが可能である。あるいは、前記
反強磁性層4(あるいはエクスチェンジバイアス層9)
を元素XとMn以外に、第3元素として元素X′(ただ
しX′は、Ne,Ar,Kr,Xe,Be,B,C,
N,Mg,Al,Si,P,Ti,V,Cr,Fe,C
o,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Zr,Nb,M
o,Ag,Cd,Ir,Sn,Hf,Ta,W,Re,
Au,Pb、及び希土類元素のうち1種または2種以上
の元素である)を添加することにより、前記元素X′を
添加しない場合に比べ、反強磁性層4の格子定数を大き
くすることができるので、前記反強磁性層4と、この反
強磁性層4と接して形成される固定磁性層3(あるいは
フリー磁性層1または磁気抵抗層12)との界面構造を
非整合状態とすることができ、従ってより大きな交換異
方性磁界を得ることができ、従来に比べて再生特性を高
めることが可能である。また反強磁性層4と固定磁性層
3との結晶配向を異なるようにしておくことが、より界
面構造を非整合状態にしやすくできる点で好ましい。
As described in detail above, in the present invention, the antiferromagnetic layer 4 (or the exchange bias layer 9) is
Mn alloy (X is Pt, Pd, Ir, Rh, R
u or Os), preferably a PtMn alloy, by appropriately adjusting the composition ratio of the antiferromagnetic layer 4 to form the antiferromagnetic layer 4. The interface structure between the layer 4 and the pinned magnetic layer 3 (or the free magnetic layer 1 or the magnetoresistive layer 12) formed in contact with the antiferromagnetic layer 4 can be brought into a non-matching state,
Therefore, a larger exchange anisotropic magnetic field can be obtained, and the reproduction characteristics can be improved as compared with the related art. Alternatively, the antiferromagnetic layer 4 (or the exchange bias layer 9)
In addition to the elements X and Mn, an element X 'as the third element (where X' is Ne, Ar, Kr, Xe, Be, B, C,
N, Mg, Al, Si, P, Ti, V, Cr, Fe, C
o, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, M
o, Ag, Cd, Ir, Sn, Hf, Ta, W, Re,
Au, Pb, and one or more of the rare earth elements) can increase the lattice constant of the antiferromagnetic layer 4 as compared with the case where the element X 'is not added. Therefore, the interface structure between the antiferromagnetic layer 4 and the fixed magnetic layer 3 (or the free magnetic layer 1 or the magnetoresistive layer 12) formed in contact with the antiferromagnetic layer 4 is set in a non-matching state. Therefore, a larger exchange anisotropic magnetic field can be obtained, and the reproduction characteristics can be improved as compared with the related art. It is preferable that the crystal orientations of the antiferromagnetic layer 4 and the pinned magnetic layer 3 be different from each other because the interface structure can be more easily brought into a mismatched state.

【0129】また界面構造を非整合状態としておくこと
で交換異方性磁界を得ることができるのは、熱処理を施
すことにより、前記反強磁性層4の結晶構造を不規則格
子から規則格子に変態させることができるからである
が、すべての結晶構造が規則格子に変態すると密着性な
どに問題が生じるため、一部の結晶構造のみが規則格子
に変態していることが好ましい。例えば前記反強磁性層
4がPtMn合金で形成される場合、熱処理後における
前記反強磁性層4の格子定数a,cの比c/aは、0.
93〜0.99の範囲内であることが好ましい(ちなみ
にすべての結晶構造が規則格子に変体した場合、前記格
子定数a,cの比c/aは0.918である)。
The exchange anisotropic magnetic field can be obtained by keeping the interface structure in a non-matching state because the heat treatment is performed to change the crystal structure of the antiferromagnetic layer 4 from an irregular lattice to a regular lattice. This is because transformation can be performed, but if all the crystal structures are transformed into a regular lattice, a problem occurs in adhesion and the like. Therefore, it is preferable that only a part of the crystal structure is transformed into a regular lattice. For example, when the antiferromagnetic layer 4 is formed of a PtMn alloy, the ratio c / a of the lattice constants a and c of the antiferromagnetic layer 4 after the heat treatment is set to 0.1.
It is preferably in the range of 93 to 0.99 (by the way, when all the crystal structures are transformed into a regular lattice, the ratio c / a of the lattice constants a and c is 0.918).

【0130】なお、本発明では、磁気抵抗効果素子層の
構造を図1〜図4に示す構造に限定するものではない。
例えば図1に示すシングルスピンバルブ型薄膜素子の場
合、ハードバイアス層5,5を形成しないで、フリー磁
性層1の下側にトラック幅Twの間隔を空けてエクスチ
ェンジバイアス層を形成してもよいし、図2に示すシン
グルスピンバルブ型薄膜素子の場合、エクスチェンジバ
イアス層9,9を形成しないで、下地層6から保護層7
までの6層の両側、あるいは少なくともフリー磁性層1
の両側にハードバイアス層を形成してもよい。
In the present invention, the structure of the magnetoresistive element layer is not limited to the structure shown in FIGS.
For example, in the case of the single spin-valve thin film element shown in FIG. 1, the exchange bias layer may be formed below the free magnetic layer 1 with an interval of the track width Tw without forming the hard bias layers 5 and 5. In the case of the single spin-valve thin film element shown in FIG. 2, the exchange bias layers 9 and 9 are not formed, and the underlayer 6 and the protective layer 7 are removed.
Up to 6 layers, or at least the free magnetic layer 1
Hard bias layers may be formed on both sides of the substrate.

【0131】図5は、図1から図4に示す磁気抵抗効果
素子層が形成された読み取りヘッドの構造を記録媒体と
の対向面側から見た断面図である。符号20は、例えば
NiFe合金などで形成された下部シールド層であり、
この下部シールド層20の上に下部ギャップ層21が形
成されている。また下部ギャップ層21の上には、図1
から図4に示す磁気抵抗効果素子層22が形成されてお
り、さらに前記磁気抵抗効果素子層22の上には、上部
ギャップ層23が形成され、前記上部ギャップ層23の
上には、NiFe合金などで形成された上部シールド層
24が形成されている。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the structure of the read head on which the magnetoresistive element layers shown in FIGS. 1 to 4 are formed, as viewed from the side facing the recording medium. Reference numeral 20 denotes a lower shield layer formed of, for example, a NiFe alloy,
A lower gap layer 21 is formed on the lower shield layer 20. Also, on the lower gap layer 21, FIG.
4 is formed, an upper gap layer 23 is formed on the magnetoresistive element layer 22, and a NiFe alloy is formed on the upper gap layer 23. An upper shield layer 24 is formed.

【0132】前記下部ギャップ層21及び上部ギャップ
層23は、例えばSiO2やAl2 3(アルミナ)など
の絶縁材料によって形成されている。図5に示すよう
に、下部ギャップ層21から上部ギャップ層23までの
長さがギャップ長Glであり、このギャップ長Glが小
さいほど高記録密度化に対応できるものとなっている。
The lower gap layer 21 and the upper gap
The layer 23 is made of, for example, SiOTwoAnd AlTwoO Three(Alumina) etc.
Formed of an insulating material. As shown in FIG.
The lower gap layer 21 to the upper gap layer 23
The length is the gap length Gl, and this gap length Gl is small.
It has become possible to cope with higher recording density.

【0133】[0133]

【実施例】本発明では、まず下記に示す膜構成から成る
多層膜を成膜し、反強磁性層を構成する一元素のPt量
と、前記反強磁性層の格子定数との関係について調べ
た。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, first, a multilayer film having the following film configuration is formed, and the relationship between the Pt amount of one element constituting the antiferromagnetic layer and the lattice constant of the antiferromagnetic layer is examined. Was.

【0134】膜構成としては、下からSi基板/アルミ
ナ/下地層:Ta(100)/固定磁性層:NiFe
(300)/反強磁性層:PtMn(300)/Ta
(100)の順で積層した。なお上記括弧中の数値は膜
厚を表わしており、単位はオングストロームである。
As the film configuration, from the bottom, a Si substrate / alumina / underlayer: Ta (100) / fixed magnetic layer: NiFe
(300) / antiferromagnetic layer: PtMn (300) / Ta
The layers were stacked in the order of (100). The numerical values in the parentheses indicate the film thickness, and the unit is angstrom.

【0135】実験は熱処理を施さない段階で、X線回折
のθ/2θ法により、Pt量と反強磁性層の格子定数と
の関係を、回折パターンのピーク位置から求めた。
In the experiment, the relationship between the amount of Pt and the lattice constant of the antiferromagnetic layer was determined from the diffraction pattern peak position by the θ / 2θ method of X-ray diffraction at the stage where no heat treatment was performed.

【0136】図6に示すように、Pt量が増加するにつ
れて、反強磁性層(PtMn)の格子定数が大きくなっ
ていることがわかる。また固定磁性層を構成するNiF
e合金、CoFe合金、またはCoの格子定数は、図に
示すように、約3.5〜3.6の範囲である。
As shown in FIG. 6, the lattice constant of the antiferromagnetic layer (PtMn) increases as the amount of Pt increases. In addition, NiF constituting the pinned magnetic layer
The lattice constant of the e alloy, the CoFe alloy, or Co ranges from about 3.5 to 3.6 as shown in the figure.

【0137】次に、反強磁性層を固定磁性層の下、ある
いは上に形成した2つの多層膜を、DCマグネトロンス
パッタ法により成膜し、熱処理を施した後におけるPt
量(反強磁性層を構成する一元素)と交換異方性磁界と
の関係について調べた。その実験結果を図7に示す。
Next, two multilayer films having an antiferromagnetic layer formed below or above the pinned magnetic layer were formed by DC magnetron sputtering, and the Pt after heat treatment was performed.
The relationship between the quantity (one element constituting the antiferromagnetic layer) and the exchange anisotropic magnetic field was examined. FIG. 7 shows the experimental results.

【0138】反強磁性層が、固定磁性層の下に形成され
ている膜構成としては、下からSi基板/アルミナ/下
地層:Ta(50)/反強磁性層:PtMn(300)
/固定磁性層:Co90Fe10(30)/保護層:Ta
(100)の順で積層し、前記反強磁性層が、固定磁性
層の上に形成されている膜構成としては下から、Si基
板/アルミナ/Ta(50)/固定磁性層:Co90Fe
10(30)/反強磁性層(300)/保護層:Ta(1
00)の順で積層した。なお、上記括弧中の数値は膜厚
を表わしており、単位はオングストロームである。
The film structure in which the antiferromagnetic layer is formed below the pinned magnetic layer is as follows: Si substrate / alumina / underlayer: Ta (50) / antiferromagnetic layer: PtMn (300)
/ Fixed magnetic layer: Co 90 Fe 10 (30) / Protective layer: Ta
(100), and the antiferromagnetic layer is formed on the fixed magnetic layer. From the bottom, the film configuration is Si substrate / alumina / Ta (50) / fixed magnetic layer: Co 90 Fe
10 (30) / antiferromagnetic layer (300) / protective layer: Ta (1
00). The numerical values in the parentheses indicate the film thickness, and the unit is angstrom.

【0139】また熱処理工程における条件としては、ま
ず昇温に3時間をかけ、次に240度の温度状態を3時
間保持し、さらに、降温に3時間をかけた。なお、熱処
理真空度を5×10-6Torr以下とした。
As conditions in the heat treatment step, first, the temperature was raised for 3 hours, then the temperature of 240 ° C. was maintained for 3 hours, and further, the temperature was lowered for 3 hours. Note that the heat treatment vacuum degree was set to 5 × 10 −6 Torr or less.

【0140】図7に示すように、反強磁性層(PtMn
合金)が、固定磁性層の下側にある場合、および上側に
ある場合共に、Pt量が約50at%まで大きくなるに
したがって、交換異方性磁界は高くなっていき、Pt量
が約50at%以上になると、交換異方性磁界は徐々に
小さくなっているのがわかる。
As shown in FIG. 7, the antiferromagnetic layer (PtMn)
Alloy) is below and above the fixed magnetic layer, the exchange anisotropic magnetic field increases as the Pt amount increases to about 50 at%, and the Pt amount increases to about 50 at%. From the above, it can be seen that the exchange anisotropic magnetic field gradually decreases.

【0141】400(Oe)以上の交換異方性磁界を得
るには、反強磁性層(PtMn)を固定磁性層の下側に
形成した場合、Pt量を44〜57at%の範囲内で、
反強磁性層(PtMn)を固定磁性層の上側に形成した
場合、Pt量を47〜57at%の範囲内で適性に調節
すればよいことがわかる。
In order to obtain an exchange anisotropic magnetic field of 400 (Oe) or more, when the antiferromagnetic layer (PtMn) is formed below the fixed magnetic layer, the Pt content is set within the range of 44 to 57 at%.
When the antiferromagnetic layer (PtMn) is formed on the upper side of the pinned magnetic layer, it can be seen that the Pt amount may be appropriately adjusted within the range of 47 to 57 at%.

【0142】また600(Oe)以上の交換異方性磁界
を得るには、反強磁性層(PtMn)を固定磁性層の下
側に形成した場合、Pt量を46〜55at%の範囲内
で、反強磁性層(PtMn)を固定磁性層の上側に形成
した場合、Pt量を50〜56at%の範囲内で適性に
調節すればよいことがわかる。
In order to obtain an exchange anisotropic magnetic field of 600 (Oe) or more, when the antiferromagnetic layer (PtMn) is formed below the fixed magnetic layer, the Pt content is set within the range of 46 to 55 at%. When the antiferromagnetic layer (PtMn) is formed on the upper side of the pinned magnetic layer, it can be seen that the Pt amount may be appropriately adjusted within the range of 50 to 56 at%.

【0143】以上の実験結果から、反強磁性層(PtM
n)の組成比を適性に調節した実施例として4種類の多
層膜を成膜し、比較例として1種類の多層膜を成膜し、
各膜の配向性や、交換異方性磁界等について調べた。そ
の実験結果を表1に示す。
From the above experimental results, the antiferromagnetic layer (PtM
Four types of multilayer films were formed as an example in which the composition ratio of n) was appropriately adjusted, and one type of multilayer film was formed as a comparative example.
The orientation of each film, the exchange anisotropic magnetic field, and the like were examined. Table 1 shows the experimental results.

【0144】[0144]

【表1】 [Table 1]

【0145】実施例〜までの多層膜は、シングルス
ピンバルブ型薄膜素子であり、実施例の多層膜はデュ
アルスピンバルブ型薄膜素子である。また比較例の多
層膜は、実施例の多層膜と同じ膜構成で、反強磁性層
(PtMn)の組成比のみが異なっている。
The multilayer films of Examples 1 to 3 are single spin-valve thin film devices, and the multilayer films of the embodiments are dual spin-valve thin film devices. Further, the multilayer film of the comparative example has the same film configuration as the multilayer film of the example, but differs only in the composition ratio of the antiferromagnetic layer (PtMn).

【0146】また実施例の多層膜には、Cu(非磁性
導電層)の上に、Co−FeとNi−Feが積層されて
いるが、この2層でフリー磁性層が構成されている。同
じ様に実施例の多層膜には、Cu(非磁性導電層)の
下に、Ni−FeとCo−Feが積層されているが、こ
の2層でフリー磁性層が構成されている。また実施例
の多層膜には、2つのCu(非磁性導電層)の間に、C
o−Fe、Ni−Fe、およびCo−Feが積層されて
いるが、この3層でフリー磁性層が構成されている。
In the multilayer film of the embodiment, Co—Fe and Ni—Fe are laminated on Cu (nonmagnetic conductive layer), and these two layers constitute a free magnetic layer. Similarly, in the multilayer film of the embodiment, Ni—Fe and Co—Fe are stacked under Cu (nonmagnetic conductive layer), and these two layers constitute a free magnetic layer. In the multilayer film of the embodiment, C is provided between two Cu (non-magnetic conductive layers).
Although o-Fe, Ni-Fe, and Co-Fe are stacked, the three layers constitute a free magnetic layer.

【0147】表1に示すように、実施例〜までの多
層膜では、PtMn(反強磁性層)とCoFe(固定磁
性層)との界面での格子整合は「なし」となっているの
に対し、比較例の多層膜では、界面での格子整合は
「有り」となっている。
As shown in Table 1, in the multilayer films of Examples 1 to 3, the lattice matching at the interface between PtMn (antiferromagnetic layer) and CoFe (fixed magnetic layer) is "none". On the other hand, in the multilayer film of the comparative example, the lattice matching at the interface is “present”.

【0148】また「240℃熱処理後のPtMnの規則
化度」の欄を見ると、実施例〜の多層膜では「○」
となっているのに対し、比較例の多層膜では「×」と
なっている。
Looking at the column of “degree of ordering of PtMn after heat treatment at 240 ° C.”, the multilayer films of Examples 1 to 3 show “○”.
On the other hand, in the multilayer film of the comparative example, it is "x".

【0149】さらに、「交換異方性磁界」および「抵抗
変化率」の欄を見ると、実施例〜までの多層膜で
は、大きい交換異方性磁界と抵抗変化率を有しているの
に対し、比較例の多層膜の交換異方性磁界および抵抗
変化率は、実施例〜の多層膜に比べて非常に小さく
なっていることがわかる。
Further, when looking at the columns of “exchange anisotropic magnetic field” and “resistance change rate”, the multilayer films of Examples 1 to 3 have large exchange anisotropic magnetic field and resistance change rate. On the other hand, it can be seen that the exchange anisotropic magnetic field and the rate of change in resistance of the multilayer film of the comparative example are much smaller than those of the multilayer films of Examples 1 to 3.

【0150】以上の実験結果は、PtMn合金の組成比
に関係している。表1に示すように、比較例における
PtMnのPt量は44at%であるのに対し、実施例
〜までのPtMnのPt量は、49〜51at%と
なっている。
The above experimental results relate to the composition ratio of the PtMn alloy. As shown in Table 1, the Pt amount of PtMn in the comparative example is 44 at%, whereas the Pt amount of PtMn in Examples 1 to 4 is 49 to 51 at%.

【0151】このため、図6(熱処理前)を参照する
と、比較例のPtMnの格子定数は、実施例〜ま
でのPtMnの格子定数よりも小さくなっており、比較
例の方が実施例〜に比べて、PtMn(反強磁性
層)の格子定数と、Co−Fe(固定磁性層)の格子定
数との差が小さくなっていることがわかる。
For this reason, referring to FIG. 6 (before heat treatment), the lattice constant of PtMn in the comparative example is smaller than the lattice constant of PtMn in Examples 1 to 3, and the comparative example has a smaller lattice constant in Examples 1 to 3. In comparison, it can be seen that the difference between the lattice constant of PtMn (antiferromagnetic layer) and the lattice constant of Co—Fe (fixed magnetic layer) is small.

【0152】つまり、熱処理前の段階において、比較例
の多層膜では、PtMnとCoFeとの界面構造が整
合状態になりやすく、一方、実施例〜までの多層膜
では、PtMnとCoFeとの界面構造が非整合状態に
なりやすくなっている。
That is, at the stage before the heat treatment, in the multilayer film of the comparative example, the interface structure between PtMn and CoFe is likely to be in a matching state. Are likely to be in an inconsistent state.

【0153】熱処理前では、実施例〜および比較例
のPtMnの結晶構造は、不規則格子(面心立方格
子)となっているが、界面構造が整合状態となっている
比較例では熱処理を施しても、PtMnの結晶構造は
不規則格子から規則格子に変態できず、規則化は一向に
進まない状態となっている。
Before the heat treatment, the crystal structures of PtMn of the examples and the comparative examples have an irregular lattice (face-centered cubic lattice), but the heat treatment is performed in the comparative example in which the interface structure is in a matched state. However, the crystal structure of PtMn cannot be transformed from an irregular lattice to a regular lattice, and the ordering does not proceed at all.

【0154】これに対し、界面構造が非整合状態となっ
ている実施例〜の多層膜では、熱処理を施すことに
より、PtMnの結晶構造が不規則格子から一部が規則
格子(Ll0型の面心正方格子)に変態し、規則化が充
分に進行したものとなっている。
[0154] In contrast, the interface structure in the multilayer films of Examples - that is misaligned, by heat treatment, the crystal structure of PtMn is partially ordered lattice (Ll 0 type from disordered lattice (A face-centered square lattice), and the ordering has sufficiently progressed.

【0155】図8は、熱処理後における実施例のPt
MnとCoFeとの界面構造を示す高分解能TEM写真
である。図8に示すように、PtMnとCoFeとの界
面では、PtMnの原子の並び方向とCoFeの原子の
並び方向とが一致しておらず、非整合状態となっている
ことがわかる。
FIG. 8 shows the Pt of the embodiment after the heat treatment.
3 is a high-resolution TEM photograph showing an interface structure between Mn and CoFe. As shown in FIG. 8, at the interface between PtMn and CoFe, the arrangement direction of the atoms of PtMn and the arrangement direction of the atoms of CoFe do not match, which indicates that they are in a non-matching state.

【0156】一方、図9は、熱処理後における比較例
のPtMnとCoFeとの界面構造を示す高分解能TE
M写真である。図9に示すように、PtMnとCoFe
との界面では、PtMnの原子の並び方向とCoFeの
原子の並び方向とが一致しており、整合状態となってい
ることがわかる。
On the other hand, FIG. 9 shows a high-resolution TE showing the interface structure between PtMn and CoFe of the comparative example after the heat treatment.
It is an M photograph. As shown in FIG. 9, PtMn and CoFe
At the interface with, the arrangement direction of the atoms of PtMn matches the arrangement direction of the atoms of CoFe, and it can be seen that they are in a matched state.

【0157】また図10は、実施例の多層膜における
PtMnの規則化度を、図11は比較例の多層膜にお
けるPtMnの規則化度を測定した熱処理後の実験結果
である。
FIG. 10 shows the results of an experiment after heat treatment in which the degree of ordering of PtMn in the multilayer film of the example was measured, and FIG. 11 was the degree of ordering of PtMn in the multilayer film of the comparative example.

【0158】実験は、PtMnにおける2つの等価な
{111}面のなす角度を測定し、そのなす角度から規
則化度を求めた。なお横軸は、PtMnとCoFeとの
界面からPtMn側への距離を示している。
In the experiment, the angle between two equivalent {111} planes in PtMn was measured, and the degree of ordering was determined from the angle. The horizontal axis indicates the distance from the interface between PtMn and CoFe to the PtMn side.

【0159】図10に示すように、{111}面のなす
角度の測定値は、約65°から約72°の範囲内に散ら
ばっており、PtMnの結晶構造は、熱処理前の不規則
格子の一部が変化して、規則格子となっていることがわ
かる。
As shown in FIG. 10, the measured values of the angles formed by the {111} planes are scattered in the range of about 65 ° to about 72 °, and the crystal structure of PtMn has an irregular lattice before heat treatment. It can be seen that a part has changed to form a regular lattice.

【0160】これに対し、図11では、{111}面の
なす角度の測定値が、約70〜約71の範囲内に収まっ
ており、PtMnの結晶構造は、熱処理を施しても、熱
処理前の不規則格子の状態を保ったままとなっているこ
とがわかる。
On the other hand, in FIG. 11, the measured value of the angle formed by the {111} plane is in the range of about 70 to about 71, and the crystal structure of PtMn is It can be seen that the state of the irregular lattice is maintained.

【0161】以上のように、実施例〜の多層膜で
は、PtMnのPt量を49〜51at%とすること
で、界面構造を非整合状態とすることができ、従って規
則化を適性に進行させることができるので、図7を見て
もわかるように、PtMnとCoFeとの界面で発生す
る交換異方性磁界は非常に大きい値を有している。
As described above, in the multilayer films of Examples 1 to 5, by setting the Pt content of PtMn to 49 to 51 at%, the interface structure can be brought into a non-matching state, and accordingly, the ordering can be appropriately advanced. As can be seen from FIG. 7, the exchange anisotropic magnetic field generated at the interface between PtMn and CoFe has a very large value.

【0162】一方、比較例の多層膜では、PtMnの
Pt量が44at%と低いので、界面構造は整合状態と
なり、従って規則化が適性に進まず、図7を見てもわか
るように、PtMnとCoFeとの界面で発生する交換
異方性磁界は非常に小さい値となってしまう。
On the other hand, in the multilayer film of the comparative example, since the Pt amount of PtMn was as low as 44 at%, the interface structure was in a matching state, and therefore, the ordering did not proceed properly. As can be seen from FIG. Exchange anisotropic magnetic field generated at the interface between Co and CoFe has a very small value.

【0163】またPtMnとCoFeとの界面構造を非
整合状態とするには、PtMnの結晶配向と、CoFe
の結晶配向とを異なるようにしておくことが好ましい。
In order to make the interface structure between PtMn and CoFe inconsistent, the crystal orientation of PtMn and CoFe
It is preferable that the crystal orientation is different.

【0164】なお、表1に示す{111}面の配向度の
「強」「中」「弱」は、膜面方向に対する優先配向度を
表わしている。表1に示すように、比較例のPtMn
の{111}面の配向度、およびCoFe(固定磁性
層)の{111}面の配向度は共に「強」となってい
る。
The "strong", "medium" and "weak" of the orientation degree of the {111} plane shown in Table 1 represent the preferential orientation degree with respect to the film plane direction. As shown in Table 1, PtMn of Comparative Example
Of the {111} plane of CoFe (fixed magnetic layer) are both "strong".

【0165】これは、実施例の膜構成を参照すると、
Taの上に形成されたNiFe,CoFe(フリー磁性
層)、Cu(非磁性導電層)およびCoFe(固定磁性
層)は、下地層としてのTaの影響を強く受けて、{1
11}面の配向度は強くなり、図6を参照してわかるよ
うに熱処理前におけるCoFe(固定磁性層)の格子定
数とPtMn(反強磁性層)の格子定数との差が小さい
ために、PtMnの{111}面は、CoFeの{11
1}面の配向度の影響を強く受けて、膜面方向に優先配
向してしまう。
This can be explained by referring to the film configuration of the embodiment.
NiFe, CoFe (free magnetic layer), Cu (non-magnetic conductive layer) and CoFe (fixed magnetic layer) formed on Ta are strongly affected by Ta as an underlayer, and
Since the degree of orientation of the 11 ° plane becomes strong and the difference between the lattice constant of CoFe (fixed magnetic layer) and the lattice constant of PtMn (antiferromagnetic layer) before the heat treatment is small as seen with reference to FIG. The {111} plane of PtMn is
The film is strongly influenced by the degree of orientation of the 1 強 く plane, and is preferentially oriented in the film surface direction.

【0166】これに対し、実施例ではTaの上に形成
されたNiFe,CoFe(フリー磁性層)、Cu(非
磁性導電層)およびCoFe(固定磁性層)は、下地層
としてのTaの影響を強く受けて、{111}面の配向
度は強くなるものの、図6を参照してわかるように熱処
理前におけるCoFe(固定磁性層)の格子定数とPt
Mn(反強磁性層)の格子定数との差は大きいために、
PtMnの{111}面は、CoFeの結晶配向の影響
をあまり受けず、膜面方向における配向度は弱くなって
いる。
On the other hand, in the embodiment, NiFe, CoFe (free magnetic layer), Cu (non-magnetic conductive layer) and CoFe (fixed magnetic layer) formed on Ta are not affected by Ta as the underlayer. Although it is strongly received, the degree of orientation of the {111} plane increases, but as can be seen with reference to FIG. 6, the lattice constant of CoFe (fixed magnetic layer) and Pt before heat treatment are increased.
Since the difference from the lattice constant of Mn (antiferromagnetic layer) is large,
The {111} plane of PtMn is not significantly affected by the crystal orientation of CoFe, and the degree of orientation in the film plane direction is weak.

【0167】またPtMnの上にCoFe(固定磁性
層)が積層されている実施例の場合では、CoFe
がPtMnの上に形成されると、CoFeの{111}
面の配向度は弱くなり、従ってPtMnとCoFeとの
結晶配向は、自動的に異なる方向に向けられる。
In the case of the embodiment in which CoFe (fixed magnetic layer) is laminated on PtMn,
Is formed on PtMn, CoFe {111}
The degree of plane orientation is weakened, so that the crystal orientations of PtMn and CoFe are automatically oriented in different directions.

【0168】次に本発明では、反強磁性層をPt―Mn
―X′(X′=Ar)合金で形成し、元素X′量と、P
t―Mn―X′合金の格子定数との関係について調べ
た。実験に使用した膜構成は下から、Si基板/アルミ
ナ/Ta(50)/Co90Fe10(30)/Pt―Mn
―X′(300)/Ta(100)である。なお括弧内
の数値は膜厚を表しており、単位はオングストロームで
ある。
Next, in the present invention, the antiferromagnetic layer is formed of Pt—Mn.
-X '(X' = Ar) alloy, the amount of element X 'and P
The relationship with the lattice constant of the t-Mn-X 'alloy was examined. The film configuration used in the experiment was as follows: Si substrate / alumina / Ta (50) / Co 90 Fe 10 (30) / Pt—Mn
-X '(300) / Ta (100). The numerical value in parentheses indicates the film thickness, and the unit is angstrom.

【0169】反強磁性層の成膜は、スパッタ装置内に、
PtとMnとの割合が6:4、5:5、及び4:6とな
る3種類のターゲットを用意し、各ターゲットを用い
て、元素X′となるArの導入ガス圧を変化させなが
ら、DCマグネトロンスパッタ及びイオンビームスパッ
タによって、Pt―Mn―X′(X′=Ar)合金膜を
形成した。そして、Pt―Mn―X′(X′=Ar)合
金膜中に占めるX′(X′=Ar)量と、Pt―Mn―
X′(X′=Ar)の格子定数との関係について測定し
た。その実験結果を図12に示す。
The formation of the antiferromagnetic layer is performed in a sputtering apparatus.
Three types of targets in which the ratio of Pt to Mn is 6: 4, 5: 5, and 4: 6 are prepared, and by using each of the targets, the introduction gas pressure of Ar as the element X ′ is changed. A Pt—Mn—X ′ (X ′ = Ar) alloy film was formed by DC magnetron sputtering and ion beam sputtering. The amount of X ′ (X ′ = Ar) occupying in the Pt—Mn—X ′ (X ′ = Ar) alloy film and the amount of Pt—Mn—
The relationship between X ′ (X ′ = Ar) and the lattice constant was measured. FIG. 12 shows the experimental results.

【0170】図12に示すように、PtとMnとの組成
比の割合が、6:4、5:5、及び4:6のいずれかの
場合においても、元素X′(X′=Ar)量が大きくな
ることにより、Pt―Mn―X′(X′=Ar)の格子
定数は大きくなることがわかる。なお固定磁性層を構成
するNiFe合金、CoFe合金、またはCo の格
子定数は、図12に示すように、約3.5〜3.6の範
囲である。またこの実験では、元素X′(X′=Ar)
量を4at%程度までとし、それ以上大きい含有量の場
合について実験を試みていないが、これは、元素X′と
なるArはガス元素であるために、ガス圧を上げても、
膜中にArを含有しにくいことによるものである。
As shown in FIG. 12, even when the composition ratio of Pt and Mn is any of 6: 4, 5: 5 and 4: 6, the element X '(X' = Ar) It can be seen that the lattice constant of Pt—Mn—X ′ (X ′ = Ar) increases as the amount increases. The lattice constant of the NiFe alloy, CoFe alloy or Co 2 constituting the pinned magnetic layer is in the range of about 3.5 to 3.6 as shown in FIG. Also, in this experiment, the element X '(X' = Ar)
Although the experiment was not conducted for the case where the content was set to about 4 at% and the content was larger than that, the reason was that even if the gas pressure was increased because Ar which is the element X 'was a gas element,
This is because it is difficult to contain Ar in the film.

【0171】次に、上述の実験に使用したPt―Mn―
X′(X′=Ar)合金膜に対し、以下に記載する熱処
理工程を施した。熱処理工程における条件としては、ま
ず昇温に3時間をかけ、次に240度の温度状態を3時
間保持し、さらに、降温に3時間をかけた。なお、熱処
理真空度を5×10-6Torr以下とした。
Next, the Pt—Mn—
The X ′ (X ′ = Ar) alloy film was subjected to the following heat treatment step. As conditions in the heat treatment step, first, the temperature was raised for 3 hours, then the temperature of 240 ° C. was maintained for 3 hours, and further, the temperature was lowered for 3 hours. Note that the heat treatment vacuum degree was set to 5 × 10 −6 Torr or less.

【0172】図13は、Pt―Mn―X′(X′=A
r)合金膜の元素X′(X′=Ar)量と、前記熱処理
によって、反強磁性層と固定磁性層との界面に発生した
交換結合磁界の大きさとの関係を示すグラフである。図
13に示すように、元素X′(X′=Ar)量が大きく
なると、交換結合磁界は大きくなっていることがわか
る。すなわち、元素X′(X′=Ar)をPtMnに添
加すれば、元素X′(X′=Ar)を添加しない場合に
比べて大きい交換結合磁界を得ることが可能である。
FIG. 13 shows that Pt--Mn--X '(X' = A
r) A graph showing the relationship between the amount of element X '(X' = Ar) in the alloy film and the magnitude of the exchange coupling magnetic field generated at the interface between the antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer by the heat treatment. As shown in FIG. 13, it can be seen that as the amount of the element X ′ (X ′ = Ar) increases, the exchange coupling magnetic field increases. That is, when the element X ′ (X ′ = Ar) is added to PtMn, a larger exchange coupling magnetic field can be obtained as compared with the case where the element X ′ (X ′ = Ar) is not added.

【0173】次に本発明では、別の元素X′を用いて、
反強磁性層をPt―Mn―X′(X′=Mo)合金で形
成し、元素X′(X′=Mo)量と、Pt―Mn―X′
(X′=Mo)合金膜の格子定数との関係について調べ
た。実験に使用した膜構成は下から、Si基板/アルミ
ナ/Ta(50)/Co90Fe10(30)/Pt―Mn
―X′(300)/Ta(100)である。なお括弧内
の数値は膜厚を表しており、単位はオングストロームで
ある。
Next, in the present invention, using another element X ′,
The antiferromagnetic layer is formed of a Pt—Mn—X ′ (X ′ = Mo) alloy, and the amount of element X ′ (X ′ = Mo) and Pt—Mn—X ′
The relation with the lattice constant of the (X ′ = Mo) alloy film was examined. The film configuration used in the experiment was as follows: Si substrate / alumina / Ta (50) / Co 90 Fe 10 (30) / Pt—Mn
-X '(300) / Ta (100). The numerical value in parentheses indicates the film thickness, and the unit is angstrom.

【0174】反強磁性層の成膜には、PtMnのターゲ
ットに元素X′(X′=Mo)のチップを貼り合わせた
複合型ターゲットを用意し、ターゲットに占めるチップ
の面積比を変化させながら、膜中に占める元素X′
(X′=Mo)量を変化させて、前記元素X′(X′=
Mo)量とPt―Mn―X′(X′=Mo)合金の格子
定数との関係について測定した。その実験結果を図14
に示す。
For the formation of the antiferromagnetic layer, a composite target in which a chip of the element X '(X' = Mo) is bonded to a PtMn target is prepared, and the area ratio of the chip to the target is changed. , The element X 'in the film
(X ′ = Mo), the amount of the element X ′ (X ′ = Mo) was changed.
The relationship between the amount of Mo) and the lattice constant of the Pt—Mn—X ′ (X ′ = Mo) alloy was measured. FIG. 14 shows the experimental results.
Shown in

【0175】図14に示すように、PtとMnとの組成
比の割合が6:4、1:1、4:6のいずれかの場合に
おいても、膜中に占める元素X′(X′=Mo)の濃度
が大きくなるほど、Pt―Mn―X′(X′=Mo)の
格子定数は大きくなることがわかる。なお固定磁性層を
構成するNiFe合金、CoFe合金、またはCoの格
子定数は、図14に示すように、約3.5〜3.6の範
囲である。
As shown in FIG. 14, even when the composition ratio of Pt and Mn is 6: 4, 1: 1, or 4: 6, the element X '(X' = It can be seen that as the concentration of Mo) increases, the lattice constant of Pt—Mn—X ′ (X ′ = Mo) increases. Note that the lattice constant of the NiFe alloy, CoFe alloy, or Co constituting the pinned magnetic layer is in the range of about 3.5 to 3.6, as shown in FIG.

【0176】次に、上記実験で使用したPt―Mn―
X′(X′=Mo)合金膜に対し、以下に記載する熱処
理工程を施した。熱処理工程における条件としては、ま
ず昇温に3時間をかけ、次に240度の温度状態を3時
間保持し、さらに、降温に3時間をかけた。なお、熱処
理真空度を5×10-6Torr以下とした。
Next, the Pt—Mn—
The X ′ (X ′ = Mo) alloy film was subjected to the following heat treatment step. As conditions in the heat treatment step, first, the temperature was raised for 3 hours, then the temperature of 240 ° C. was maintained for 3 hours, and further, the temperature was lowered for 3 hours. Note that the heat treatment vacuum degree was set to 5 × 10 −6 Torr or less.

【0177】図15は、Pt―Mn―X′(X′=M
o)合金膜の元素X′(X′=Mo)の濃度と、前記熱
処理によって、反強磁性層と固定磁性層との界面に発生
した交換結合磁界の大きさとの関係を示すグラフであ
る。
FIG. 15 shows that Pt—Mn—X ′ (X ′ = M
o) A graph showing the relationship between the concentration of the element X ′ (X ′ = Mo) in the alloy film and the magnitude of the exchange coupling magnetic field generated at the interface between the antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer due to the heat treatment.

【0178】図15に示すように、PtとMnとの組成
比の割合が、6:4、1:1、4:6のいずれの場合で
あっても、膜中の元素X′(X′=Mo)量が約3at
%以上になれば、交換結合磁界は徐々に低下していくこ
とがわかる。特に、膜中の元素X′(X′=Mo)量が
約10at%以上になると、PtとMnとの組成比の割
合が1:1の場合であっても、交換結合磁界は非常に小
さくなってしまい好ましくない。
As shown in FIG. 15, regardless of the composition ratio of Pt and Mn of 6: 4, 1: 1, and 4: 6, the element X '(X' = Mo) about 3at
%, The exchange coupling magnetic field gradually decreases. In particular, when the amount of element X '(X' = Mo) in the film is about 10 at% or more, the exchange coupling magnetic field is extremely small even if the composition ratio of Pt and Mn is 1: 1. This is not preferred.

【0179】ところで、元素X′(X′=Mo)の適性
な含有量であるが、少なくとも、前記元素X′(X′=
Mo)を含有しない場合、すなわち、元素X′(X′=
Mo)量が0at%のときよりも、交換結合磁界が大き
くなることが好ましい。
By the way, the content of the element X ′ (X ′ = Mo) is appropriate, but at least the element X ′ (X ′ = Mo)
Mo) is not contained, that is, the element X '(X' =
Mo) It is preferable that the exchange coupling magnetic field be larger than when the amount is 0 at%.

【0180】Pt:Mnの組成比の割合が、6:4の場
合は、元素X′(X′=Mo)量が、約1at%以下で
あれば、元素X′(X′=Mo)量が0at%のときよ
りも、交換結合磁界が大きくなる。
When the composition ratio of Pt: Mn is 6: 4, if the amount of element X '(X' = Mo) is about 1 at% or less, the amount of element X '(X' = Mo) Is 0 at%, the exchange coupling magnetic field becomes larger.

【0181】また、Pt:Mnの組成比の割合が、1:
1の場合は、元素X′(X′=Mo)量が、約7at%
以下であれば、元素X′(X′=Mo)量が0at%の
ときよりも、交換結合磁界が大きくなる。
When the composition ratio of Pt: Mn is 1:
In the case of 1, the amount of the element X ′ (X ′ = Mo) is about 7 at%.
If it is less than or equal to, the exchange coupling magnetic field becomes larger than when the amount of the element X ′ (X ′ = Mo) is 0 at%.

【0182】さらに、Pt:Mnの組成比の割合が、
4:6の場合は、元素X′(X′=Mo)量が、約10
at%以下であれば、元素X′(X′=Mo)量が0a
t%のときよりも、交換結合磁界が大きくなる。
Further, the ratio of the composition ratio of Pt: Mn is
In the case of 4: 6, the amount of element X '(X' = Mo) is about 10
At% or less, the element X '(X' = Mo) content is 0a.
The exchange coupling magnetic field is larger than at t%.

【0183】次に、元素X′(X′=Mo)の適性な含
有量の下限であるが、Pt:Mnの組成比の割合が、
6:4の場合、元素X′(X′=Mo)量が、約0.5
at%になると、交換結合磁界が最も大きくなるので、
そこで本発明では、元素X′(X′=Mo)量が、0.
5at%よりも小さい0.2at%を下限として設定し
た。
Next, as the lower limit of the suitable content of the element X '(X' = Mo), the ratio of the composition ratio of Pt: Mn is as follows.
In the case of 6: 4, the amount of the element X ′ (X ′ = Mo) is about 0.5
When it is at%, the exchange coupling magnetic field becomes the largest,
Therefore, in the present invention, the amount of the element X ′ (X ′ = Mo) is set to 0.
0.2 at% smaller than 5 at% was set as the lower limit.

【0184】以上の実験結果から本発明では、元素X′
の組成比の好ましい範囲をat%で0.2から10とし
た。またより好ましい範囲をat%で0.5から5とし
た。なお上記の元素X′の好ましい組成範囲は、Pt
(=元素X)とMnとを4:6から6:4の範囲内に設
定した場合である。
From the above experimental results, the present invention shows that the element X '
The preferred range of the composition ratio was 0.2 to 10 at%. A more preferable range is 0.5 to 5 in at%. The preferred composition range of the above element X 'is Pt
(= Element X) and Mn are set in the range of 4: 6 to 6: 4.

【0185】[0185]

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、反強磁性
層と強磁性層とから成る交換結合膜において、前記反強
磁性層をX―Mn(ただしXは、Pt,Pd,Ir,R
h,Ru,Osのうちいずれか1種または2種以上の元
素である)で形成する場合、前記反強磁性層の格子定数
を、強磁性層の格子定数よりも大きくすることにより、
前記反強磁性層の結晶構造を、不規則格子から規則格子
に、適正に変態させやすくなり、より大きな交換異方性
磁界を得ることが可能になる。
According to the present invention described in detail above, in an exchange coupling film comprising an antiferromagnetic layer and a ferromagnetic layer, the antiferromagnetic layer is made of X-Mn (where X is Pt, Pd, Ir). , R
h, Ru, or Os), by making the lattice constant of the antiferromagnetic layer larger than the lattice constant of the ferromagnetic layer,
The crystal structure of the antiferromagnetic layer is easily transformed appropriately from an irregular lattice to a regular lattice, and a larger exchange anisotropic magnetic field can be obtained.

【0186】あるいは本発明では、元素X′(ただし
X′は、Ne,Ar,Kr,Xe,Be,B,C,N,
Mg,Al,Si,P,Ti,V,Cr,Fe,Co,
Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Zr,Nb,Mo,A
g,Cd,Ir,Sn,Hf,Ta,W,Re,Au,
Pb、及び希土類元素のうち1種または2種以上の元素
である)を、X―Mn合金膜中に、侵入型、あるいは置
換型で固溶させることにより、前記反強磁性層の格子定
数をより大きくすることができるので、より大きい交換
異方性磁界を得ることが可能となっている。
Alternatively, in the present invention, the element X '(where X' is Ne, Ar, Kr, Xe, Be, B, C, N,
Mg, Al, Si, P, Ti, V, Cr, Fe, Co,
Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, A
g, Cd, Ir, Sn, Hf, Ta, W, Re, Au,
Pb and one or more of the rare earth elements) are solid-dissolved in the X-Mn alloy film in an interstitial or substitutional manner, so that the lattice constant of the antiferromagnetic layer is reduced. Since it can be made larger, it is possible to obtain a larger exchange anisotropic magnetic field.

【0187】また、熱処理を施した段階において、前記
反強磁性層の少なくとも一部の結晶構造が、L10型の
面心正方格子(規則格子)となっており、しかも前記反
強磁性層の格子定数a,cの比c/aが、0.93〜
0.99の範囲内であることが、より大きい交換異方性
磁界を得ることができる点で好ましい。
[0187] Further, in the step of heat-treated, at least a part of the crystal structure of the antiferromagnetic layer, has a L1 0 type of face-centered tetragonal lattice (ordered lattice), yet the antiferromagnetic layer The ratio c / a of the lattice constants a and c is 0.93 to
It is preferable that the ratio be in the range of 0.99 because a larger exchange anisotropic magnetic field can be obtained.

【0188】以上のように、反強磁性層の格子定数の方
が、強磁性層の格子定数に比べて大きい交換結合膜を磁
気抵抗効果素子に適用することにより、前記磁気抵抗効
果素子層の抵抗変化率を高めることができ、再生特性を
向上させることが可能となっている。
As described above, by applying an exchange coupling film having a larger lattice constant of the antiferromagnetic layer to the magnetoresistance effect element than the lattice constant of the ferromagnetic layer to the magnetoresistance effect element layer, The rate of change in resistance can be increased, and the reproduction characteristics can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態のシングルスピンバルブ
型薄膜素子の構造をABS面側から見た断面図、
FIG. 1 is a cross-sectional view of a structure of a single spin-valve thin film element according to a first embodiment of the present invention, viewed from the ABS side;

【図2】本発明の第2実施形態のシングルスピンバルブ
型薄膜素子の構造をABS面側から見た断面図、
FIG. 2 is a cross-sectional view of the structure of a single spin-valve thin film element according to a second embodiment of the present invention, viewed from the ABS side;

【図3】本発明の第3実施形態のデュアルスピンバルブ
型薄膜素子の構造をABS面側から見た断面図、
FIG. 3 is a sectional view of the structure of a dual spin-valve thin film element according to a third embodiment of the present invention, as viewed from the ABS side;

【図4】本発明の第4実施形態のAMR型薄膜素子の構
造をABS面側から見た断面図、
FIG. 4 is a cross-sectional view of the structure of an AMR type thin film element according to a fourth embodiment of the present invention as viewed from the ABS side.

【図5】本発明における薄膜磁気ヘッドを記録媒体との
対向面側から見た断面図、
FIG. 5 is a cross-sectional view of the thin-film magnetic head according to the present invention as viewed from a surface facing a recording medium;

【図6】反強磁性層をPtMnで形成した場合におけ
る、熱処理前でのPt量と前記反強磁性層の格子定数と
の関係を示すグラフ、
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the amount of Pt before heat treatment and the lattice constant of the antiferromagnetic layer when the antiferromagnetic layer is formed of PtMn.

【図7】反強磁性層をPtMnで形成した場合における
Pt量と交換異方性磁界との関係を示すグラフ、
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the amount of Pt and the exchange anisotropic magnetic field when the antiferromagnetic layer is formed of PtMn.

【図8】表1に示す実施例の多層膜の高分解能TEM
写真、
FIG. 8 is a high-resolution TEM of the multilayer film of the embodiment shown in Table 1.
Photo,

【図9】表1に示す比較例の多層膜の高分解能TEM
写真、
FIG. 9 is a high-resolution TEM of a multilayer film of a comparative example shown in Table 1.
Photo,

【図10】表1に示す実施例の多層膜におけるPtM
n(反強磁性層)の規則化度を示すグラフ、
FIG. 10 shows PtM in the multilayer film of the example shown in Table 1.
a graph showing the degree of ordering of n (antiferromagnetic layer),

【図11】表1に示す実施例の多層膜におけるPtM
n(反強磁性層)の規則化度を示すグラフ、
FIG. 11 shows PtM in the multilayer film of the example shown in Table 1.
a graph showing the degree of ordering of n (antiferromagnetic layer),

【図12】反強磁性層をPt―Mn―X′(X′=A
r)で形成した場合における元素X′(X′=Ar)量
と前記反強磁性層の格子定数との関係を示すグラフ、
FIG. 12 shows that the antiferromagnetic layer is formed of Pt—Mn—X ′ (X ′ = A
r) a graph showing the relationship between the amount of element X '(X' = Ar) and the lattice constant of the antiferromagnetic layer when formed in r);

【図13】反強磁性層をPt―Mn―X′(X′=A
r)で形成した場合における元素X′(X′=Ar)量
と交換結合磁界との関係を示すグラフ、
FIG. 13 shows that the antiferromagnetic layer is formed of Pt—Mn—X ′ (X ′ = A
a graph showing the relationship between the amount of element X ′ (X ′ = Ar) and the exchange coupling magnetic field when formed in r);

【図14】反強磁性層をPt―Mn―X′(X′=M
o)で形成した場合における元素X′(X′=Mo)量
と前記反強磁性層の格子定数との関係を示すグラフ、
FIG. 14 shows that the antiferromagnetic layer is formed of Pt—Mn—X ′ (X ′ = M
a graph showing the relationship between the amount of element X ′ (X ′ = Mo) and the lattice constant of the antiferromagnetic layer when formed in o),

【図15】反強磁性層をPt―Mn―X′(X′=M
o)で形成した場合における元素X′(X′=Mo)量
と交換結合磁界との関係を示すグラフ、
FIG. 15 shows that the antiferromagnetic layer is formed of Pt—Mn—X ′ (X ′ = M
a graph showing the relationship between the amount of the element X ′ (X ′ = Mo) and the exchange coupling magnetic field when formed in o);

【符号の説明】 1 フリー磁性層 2 非磁性導電層 3 固定磁性層 4 反強磁性層 5 ハードバイアス層 6 下地層 7 保護層 8 導電層 9 エクスチェンジバイアス層 10 軟磁性層(SAL層) 11 非磁性層(SHUNT層) 12 磁気抵抗層(MR層) 20 下部シールド層 21 下部ギャップ層 22 磁気抵抗効果素子層 23 上部ギャップ層 24 上部シールド層[Description of Signs] 1 Free magnetic layer 2 Nonmagnetic conductive layer 3 Fixed magnetic layer 4 Antiferromagnetic layer 5 Hard bias layer 6 Underlayer 7 Protective layer 8 Conductive layer 9 Exchange bias layer 10 Soft magnetic layer (SAL layer) 11 Non Magnetic layer (SHUNT layer) 12 magnetoresistive layer (MR layer) 20 lower shield layer 21 lower gap layer 22 magnetoresistive element layer 23 upper gap layer 24 upper shield layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 豊 東京都大田区雪谷大塚町1番7号 アル プス電気株式会社内 (72)発明者 牧野 彰宏 東京都大田区雪谷大塚町1番7号 アル プス電気株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−214716(JP,A) 特開 平9−97409(JP,A) 特開 平9−50611(JP,A) 特開 平9−148132(JP,A) 特開 平10−284321(JP,A) 米国特許5315468(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 43/08 G11B 5/39 H01F 10/30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yutaka Yamamoto 1-7 Yukitani Otsukacho, Ota-ku, Tokyo Alps Electric Co., Ltd. (72) Inventor Akihiro Makino 1-7 Yukitani Otsukacho, Ota-ku, Tokyo Al (56) References JP-A-10-214716 (JP, A) JP-A-9-97409 (JP, A) JP-A-9-50611 (JP, A) JP-A-9-148132 ( JP, A) JP-A-10-284321 (JP, A) US Patent 5,315,468 (US, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 43/08 G11B 5/39 H01F 10 / 30

Claims (21)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 反強磁性層と強磁性層とが接して形成さ
れ、前記反強磁性層と強磁性層との界面にて交換異方性
磁界が発生し、前記強磁性層の磁化方向が一定方向にさ
れる交換結合膜において、前記反強磁性層は、少なくと
も元素X(ただしXは、Pt,Pd,Ir,Rh,R
u,Osのうちいずれか1種または2種以上の元素であ
る)とMnとを含有する反強磁性材料で形成され、前記
強磁性層の格子定数よりも、前記反強磁性層の格子定数
の方が大きく、かつ前記反強磁性層と強磁性層の界面構
造が非整合状態にあることを特徴とする交換結合膜。
An antiferromagnetic layer is formed in contact with a ferromagnetic layer, an exchange anisotropic magnetic field is generated at an interface between the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer, and a magnetization direction of the ferromagnetic layer is generated. In the exchange-coupling film in which is oriented in a certain direction, the antiferromagnetic layer comprises at least an element X (where X is Pt, Pd, Ir, Rh, R
u or Os) and an antiferromagnetic material containing Mn, and the lattice constant of the antiferromagnetic layer is more than the lattice constant of the ferromagnetic layer. Is larger and the interface structure between the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer is larger.
An exchange-coupling membrane characterized in that the structure is in an inconsistent state .
【請求項2】 前記反強磁性層の少なくとも一部の結晶
構造が、L10型の面心正方規則格子となっている請求
項1記載の交換結合膜。
Wherein said anti least part of the crystal structure of the ferromagnetic layer, L1 0 type face-centered exchange coupling film according to claim 1, characterized in that a cubic ordered lattice.
【請求項3】 前記反強磁性層はX―Mn合金で形成さ
れ、元素Xは、Ptである請求項1または2記載の交換
結合膜。
3. The exchange coupling film according to claim 1, wherein the antiferromagnetic layer is formed of an X—Mn alloy, and the element X is Pt.
【請求項4】 前記反強磁性層はPtMn合金で形成さ
れ、前記反強磁性層の格子定数a,cの比c/aは、
0.93〜0.99の範囲内である請求項3記載の交換
結合膜。
4. The antiferromagnetic layer is formed of a PtMn alloy, and the ratio c / a of lattice constants a and c of the antiferromagnetic layer is:
The exchange coupling membrane according to claim 3, wherein the exchange coupling membrane is in the range of 0.93 to 0.99.
【請求項5】 前記反強磁性層は、X―Mn―X′合金
(ただしXは、Pt,Pd,Ir,Rh,Ru,Osの
うちいずれか1種または2種以上の元素であり、前記元
素X′は、Ne,Ar,Kr,Xe,Be,B,C,
N,Mg,Al,Si,P,Ti,V,Cr,Fe,C
o,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Zr,Nb,M
o,Ag,Cd,Sn,Hf,Ta,W,Re,Au,
Pb、及び希土類元素のうち1種または2種以上の元素
である)で形成され、前記X―Mn―X′合金は、元素
XとMnとで構成される空間格子の隙間に元素X′が侵
入した侵入型固溶体であり、あるいは、元素XとMnと
で構成される結晶格子の格子点の一部が、元素X′に置
換された置換型固溶体である請求項1または2記載の交
換結合膜。
Wherein said antiferromagnetic layer, X-Mn-X 'alloy (where X is, Pt, Pd, Ir, Rh , Ru, or one or more elements der and Os Ri , The former
The element X 'is Ne, Ar, Kr, Xe, Be, B, C,
N, Mg, Al, Si, P, Ti, V, Cr, Fe, C
o, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, M
o, Ag, Cd, Sn, Hf, Ta, W, Re, Au,
One or more elements of Pb and rare earth elements
The X—Mn—X ′ alloy is an interstitial solid solution in which the element X ′ has penetrated into the space of the spatial lattice formed by the elements X and Mn, or 3. The exchange-coupling film according to claim 1, wherein a part of lattice points of the crystal lattice constituted by the above is a substitution-type solid solution substituted by the element X '.
【請求項6】 前記反強磁性層として用いられるX―M
n―X′合金の元素XはPtである請求項5記載の交換
結合膜。
6. XM used as said antiferromagnetic layer
The exchange-coupling film according to claim 5, wherein the element X of the nx 'alloy is Pt.
【請求項7】 前記元素X′は、Ne,Ar,Kr,X
eのうち1種または2種以上の元素である請求項5また
は6記載の交換結合膜。
7. The element X ′ is Ne, Ar, Kr, X
5 The claim is one or more elements of e
Is an exchange-coupled membrane according to 6 .
【請求項8】 前記元素X′の組成比はat%で、0.
2〜10の範囲内である請求項5ないしのいずれかに
記載の交換結合膜。
8. The composition ratio of said element X 'is at%,
The exchange coupling membrane according to any one of claims 5 to 7 , which is within a range of 2 to 10.
【請求項9】 前記元素X′の組成比はat%で、0.
5〜5の範囲内である請求項記載の交換結合膜。
9. The composition ratio of the element X ′ is at%, and
9. The exchange coupling membrane according to claim 8 , which is in the range of 5 to 5.
【請求項10】 元素XとMnとの組成比の割合X:M
nは、4:6〜6:4の範囲内である請求項5ないし
のいずれかに記載の交換結合膜。
10. A composition ratio X: M of an element X and Mn.
n is 4: 6 to 6: 5 to claim is in the range of 4 9
The exchange coupling membrane according to any one of the above.
【請求項11】 前記反強磁性層が、X−Mn合金(た
だしXは、Pt,Pd,Ir,Rh,Ru,Osのうち
いずれか1種または2種以上の元素である)で形成さ
れ、前記反強磁性層が強磁性層の上に形成されており、
X−Mn合金のXの組成比はat%で、47〜57の範
囲内である請求項1ないし4のいずれかに記載の交換結
合膜。
11. The antiferromagnetic layer is formed of an X-Mn alloy (where X is one or more of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os). The antiferromagnetic layer is formed on the ferromagnetic layer,
The exchange coupling film according to any one of claims 1 to 4, wherein the composition ratio of X of the X-Mn alloy is at% in the range of 47 to 57.
【請求項12】 前記反強磁性層が、X−Mn−X′合
金(ただし、Xは、Pt,Pd,Ir,Rh,Ru,O
sのうちいずれか1種または2種以上の元素であり、
X′は、Ne,Ar,Kr,Xe,Be,B,C,N,
Mg,Al,Si,P,Ti,V,Cr,Fe,Co,
Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Zr,Nb,Mo,A
g,Cd,Sn,Hf,Ta,W,Re,Au,Pb、
及び希土類元素のうち1種または2種以上の元素であ
る)で形成され、前記反強磁性層が強磁性層の上に形成
されており、X−Mn−X′合金のX+X′の組成比は
at%で、47〜57の範囲内である請求項5ないし
のいずれかに記載の交換結合膜。
12. The antiferromagnetic layer is made of an X—Mn—X ′ alloy (where X is Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, O
one or more elements of s,
X ′ is Ne, Ar, Kr, Xe, Be, B, C, N,
Mg, Al, Si, P, Ti, V, Cr, Fe, Co,
Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, A
g, Cd, S n, Hf , Ta, W, Re, Au, Pb,
And one or more of rare earth elements), the antiferromagnetic layer is formed on the ferromagnetic layer, and the composition ratio of X + X ′ of the X—Mn—X ′ alloy it is at%, 5 claims is within the range of 47-57 1
0. The exchange-coupling membrane according to any one of 0 .
【請求項13】 X−Mn合金のXの組成比、あるいは
X−Mn−X′合金のX+X′の組成比はat%で、5
0〜56の範囲内である請求項11または12記載の交
換結合膜。
13. The composition ratio of X in the X—Mn alloy or the composition ratio of X + X ′ in the X—Mn—X ′ alloy is at% and is 5%.
0-56 are within the scope of the claims 11 or 12 exchange coupling film according.
【請求項14】 前記反強磁性層が、X−Mn合金(た
だしXは、Pt,Pd,Ir,Rh,Ru,Osのうち
いずれか1種または2種以上の元素である)で形成さ
れ、前記反強磁性層が強磁性層の下に形成されており、
X−Mn合金のXの組成比はat%で、44〜57の範
囲内である請求項1ないし4のいずれかに記載の交換結
合膜。
14. The antiferromagnetic layer is formed of an X-Mn alloy (where X is one or more of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os). The antiferromagnetic layer is formed below the ferromagnetic layer,
The exchange coupling film according to any one of claims 1 to 4, wherein the composition ratio of X of the X-Mn alloy is at% and is in a range of 44 to 57.
【請求項15】 前記反強磁性層が、X―Mn―X′合
金(ただしX′は、Ne,Ar,Kr,Xe,Be,
B,C,N,Mg,Al,Si,P,Ti,V,Cr,
Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Zr,N
b,Mo,Ag,Cd,Sn,Hf,Ta,W,Re,
Au,Pb、及び希土類元素のうち1種または2種以上
の元素である)で形成され、前記反強磁性層が強磁性層
の下に形成されており、X―Mn―X′合金のX+X′
の組成比はat%で、44〜57の範囲内である請求項
5ないし10のいずれかに記載の交換結合膜。
15. The antiferromagnetic layer is made of an X—Mn—X ′ alloy (where X ′ is Ne, Ar, Kr, Xe, Be,
B, C, N, Mg, Al, Si, P, Ti, V, Cr,
Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, N
b, Mo, Ag, Cd, S n, Hf, Ta, W, Re,
Au, Pb, and one or more of rare earth elements), the antiferromagnetic layer is formed below the ferromagnetic layer, and X + X of an X—Mn—X ′ alloy is formed. ′
The exchange coupling film according to any one of claims 5 to 10 , wherein a composition ratio of at is in the range of 44 to 57 in at%.
【請求項16】 X−Mn合金のXの組成比、あるいは
X―Mn―X′合金のX+X′の組成比はat%で、4
6〜55の範囲内である請求項14または15記載の交
換結合膜。
16. The composition ratio of X of the X—Mn alloy or the composition ratio of X + X ′ of the X—Mn—X ′ alloy is at% and is 4%.
16. The exchange coupling membrane according to claim 14 or 15 , which is in the range of 6 to 55.
【請求項17】 反強磁性層と、この反強磁性層と接し
て形成され、前記反強磁性層との交換異方性磁界により
磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に
非磁性導電層を介して形成されたフリー磁性層と、前記
フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と
交叉する方向へ揃えるバイアス層と、固定磁性層と非磁
性導電層とフリー磁性層に検出電流を与える導電層とを
有し、前記反強磁性層とこの反強磁性層と接して形成さ
れた固定磁性層となる強磁性層とが、請求項1ないし請
求項16のいずれかに記載された交換結合膜により形成
されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
17. An antiferromagnetic layer, a fixed magnetic layer formed in contact with the antiferromagnetic layer, and having a magnetization direction fixed by an exchange anisotropic magnetic field with the antiferromagnetic layer; A free magnetic layer formed via a nonmagnetic conductive layer, a bias layer for aligning the magnetization direction of the free magnetic layer in a direction crossing the magnetization direction of the fixed magnetic layer, and a fixed magnetic layer and a nonmagnetic conductive layer. and a conductive layer to provide a sensing current to the free magnetic layer, wherein the antiferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer and the pinned magnetic layer formed in contact ferromagnetic layer, claims 1 to 16 A magnetoresistive effect element formed of the exchange coupling film described in any one of the above.
【請求項18】 反強磁性層と、この反強磁性層と接し
て形成され、前記反強磁性層との交換異方性磁界により
磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に
非磁性導電層を介して形成されたフリー磁性層と、前記
固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層に検出電流を
与える導電層とを有し、前記フリー磁性層の上側に、
ラック幅方向に間隔を空けて反強磁性層が積層され、
反強磁性層とフリー磁性層となる強磁性層とが、請求
項1ないし請求項16のいずれかに記載された交換結合
膜により形成されていることを特徴とする磁気抵抗効果
素子。
18. An antiferromagnetic layer, which is in contact with the antiferromagnetic layer.
Formed by the exchange anisotropic magnetic field with the antiferromagnetic layer.
A fixed magnetic layer having a fixed magnetization direction;
A free magnetic layer formed via a non-magnetic conductive layer,
Detection current is applied to the pinned magnetic layer, non-magnetic conductive layer and free magnetic layer.
Providing and a conductive layer, wherein the upper side of the free magnetic layer, an antiferromagnetic layer at an interval in the track width direction are laminated, this
Anti ferromagnetic layer and the free magnetic layer ferromagnetic layer, the magnetoresistive element characterized in that it is formed by exchange coupling film according to any of claims 1 to 16.
【請求項19】 フリー磁性層の上下に積層された非磁
性導電層と、一方の前記非磁性導電層の上および他方の
非磁性導電層の下に位置する固定磁性層と、一方の前記
固定磁性層の上および他方の固定磁性層の下に位置し
て、交換異方性磁界によりそれぞれの固定磁性層の磁化
方向を一定の方向に固定する反強磁性層と、前記フリー
磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交叉す
る方向に揃えるバイアス層とを有し、前記反強磁性層と
この反強磁性層と接して形成された固定磁性層となる強
磁性層とが、請求項1ないし請求項16のいずれかに記
載された交換結合膜により形成されていることを特徴と
する磁気抵抗効果素子。
19. A nonmagnetic conductive layer laminated above and below a free magnetic layer, a fixed magnetic layer located above one nonmagnetic conductive layer and below another nonmagnetic conductive layer, and one of the fixed magnetic layers An antiferromagnetic layer positioned above the magnetic layer and below the other fixed magnetic layer to fix the magnetization direction of each fixed magnetic layer in a fixed direction by an exchange anisotropic magnetic field; A bias layer that aligns the direction in a direction crossing the magnetization direction of the fixed magnetic layer, and the antiferromagnetic layer and a ferromagnetic layer that is formed in contact with the antiferromagnetic layer and is a fixed magnetic layer, magnetoresistive element characterized in that it is formed by exchange coupling film according to any of claims 1 to 16.
【請求項20】 非磁性層を介して重ねられた磁気抵抗
層と軟磁性層とを有し、前記磁気抵抗層の上側にトラッ
ク幅方向に間隔を空けて反強磁性層が形成され、前記反
強磁性層と磁気抵抗層となる強磁性層が、請求項1ない
し請求項16のいずれかに記載された交換結合膜により
形成されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
20. and a nonmagnetic layer magnetoresistive layer superimposed through the soft magnetic layer, an antiferromagnetic spaced track <br/> click widthwise on the side of the magnetoresistive layer 17. A magnetoresistive layer, wherein a layer is formed, and the ferromagnetic layer serving as the antiferromagnetic layer and the magnetoresistive layer is formed by the exchange coupling film according to any one of claims 1 to 16. Effect element.
【請求項21】 請求項17ないし20のいずれかに記
載された磁気抵抗効果素子の上下にギャップ層を介して
シールド層が形成されていることを特徴とする薄膜磁気
ヘッド。
21. The method of claim 17 to a thin film magnetic head is characterized in that it is shield layer formed via a gap layer and below the magnetoresistive effect element according to any one of 20.
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