JP3286244B2 - 磁気抵抗効果素子と、それを用いた磁気ヘッドおよび磁気記録装置 - Google Patents
磁気抵抗効果素子と、それを用いた磁気ヘッドおよび磁気記録装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スピンバルブ膜を
有する磁気抵抗効果素子とそれを用いた磁気ヘッドおよ
び磁気記録装置に関する。
有する磁気抵抗効果素子とそれを用いた磁気ヘッドおよ
び磁気記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、磁気記録媒体の小型・大容量化が
進められていることから、大きな出力が取り出せる磁気
抵抗効果（ＭＲ）を利用した磁気ヘッド（ＭＲヘッド）
への期待が高まっている。ＭＲヘッドは、磁気抵抗効果
膜を使用した磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を有する。
進められていることから、大きな出力が取り出せる磁気
抵抗効果（ＭＲ）を利用した磁気ヘッド（ＭＲヘッド）
への期待が高まっている。ＭＲヘッドは、磁気抵抗効果
膜を使用した磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を有する。
【０００３】従来、磁気抵抗効果膜にはＮｉ−Ｆｅ合金
等の異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）を示す強磁性材料が
用いられてきた。しかし、ＡＭＲ膜の磁気抵抗変化率
（ＭＲ変化率）は最大でも高々3%程度であり、小型・大
容量化された磁気記録媒体用としてはＭＲ変化率が不十
分である。このため、より高感度な磁気抵抗効果を示す
磁気抵抗効果膜が望まれている。
等の異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）を示す強磁性材料が
用いられてきた。しかし、ＡＭＲ膜の磁気抵抗変化率
（ＭＲ変化率）は最大でも高々3%程度であり、小型・大
容量化された磁気記録媒体用としてはＭＲ変化率が不十
分である。このため、より高感度な磁気抵抗効果を示す
磁気抵抗効果膜が望まれている。
【０００４】このような要望に対して、Ｆｅ／ＣｒやＣ
ｏ／Ｃｕのように、強磁性金属膜と非磁性金属膜とをあ
る条件で交互に積層し、近接する強磁性金属膜間を反強
磁性結合させた多層膜、いわゆる人工格子膜が巨大な磁
気抵抗効果を示すことが確認されている。人工格子膜で
は最大で100%を超える大きなＭＲ変化率を示すことが報
告されている（Phys. Rev. Lett., Vol.61, 2474(198
8)、Phys. Rev. Lett.,Vol.64, 2304(1990)など参
照）。しかし、人工格子膜は飽和磁界が高いために、Ｍ
Ｒヘッドには不向きである。
ｏ／Ｃｕのように、強磁性金属膜と非磁性金属膜とをあ
る条件で交互に積層し、近接する強磁性金属膜間を反強
磁性結合させた多層膜、いわゆる人工格子膜が巨大な磁
気抵抗効果を示すことが確認されている。人工格子膜で
は最大で100%を超える大きなＭＲ変化率を示すことが報
告されている（Phys. Rev. Lett., Vol.61, 2474(198
8)、Phys. Rev. Lett.,Vol.64, 2304(1990)など参
照）。しかし、人工格子膜は飽和磁界が高いために、Ｍ
Ｒヘッドには不向きである。
【０００５】一方、強磁性層／非磁性層／強磁性層のサ
ンドイッチ構造の磁性多層膜で、強磁性層が反強磁性結
合しない場合でも、大きな磁気抵抗効果を実現した例が
報告されている。すなわち、非磁性層を挟んだ 2つの強
磁性層の一方に、交換バイアスを及ぼして磁化を固定し
ておき、他方の強磁性層を外部磁界により磁化反転させ
る。これにより、非磁性層を挟んで配置された 2つの強
磁性層の磁化方向の相対的な角度を変化させることによ
って、大きな磁気抵抗効果が得られる。
ンドイッチ構造の磁性多層膜で、強磁性層が反強磁性結
合しない場合でも、大きな磁気抵抗効果を実現した例が
報告されている。すなわち、非磁性層を挟んだ 2つの強
磁性層の一方に、交換バイアスを及ぼして磁化を固定し
ておき、他方の強磁性層を外部磁界により磁化反転させ
る。これにより、非磁性層を挟んで配置された 2つの強
磁性層の磁化方向の相対的な角度を変化させることによ
って、大きな磁気抵抗効果が得られる。
【０００６】このようなタイプの多層膜はスピンバルブ
膜と呼ばれている（Phys. Rev.B.,Vol.45, 806(1992)
、J.Appl. Phys., Vol.69, 4774(1991) など参照）。
スピンバルブ膜のＭＲ変化率は、人工格子膜に比べると
小さいものの 10%程度であり、従来のＡＭＲ膜と比較す
ると十分に大きい。さらに、スピンバルブ膜は低磁場で
磁化を飽和させることができることからＭＲヘッドに適
している。このようなスピンバルブ膜を用いたＭＲヘッ
ドには、実用上大きな期待が寄せられている。
膜と呼ばれている（Phys. Rev.B.,Vol.45, 806(1992)
、J.Appl. Phys., Vol.69, 4774(1991) など参照）。
スピンバルブ膜のＭＲ変化率は、人工格子膜に比べると
小さいものの 10%程度であり、従来のＡＭＲ膜と比較す
ると十分に大きい。さらに、スピンバルブ膜は低磁場で
磁化を飽和させることができることからＭＲヘッドに適
している。このようなスピンバルブ膜を用いたＭＲヘッ
ドには、実用上大きな期待が寄せられている。
【０００７】ところで、ＭＲ素子を例えば磁気ヘッドに
使用する場合、ＭＲ膜の磁歪定数をできるだけ小さくす
る必要があることが知られている。すなわち、磁歪定数
が大きい場合には、ヘッド加工時の応力や動作時の熱分
布、温度変化などによって、バルクハウゼンノイズやポ
ップコーンノイズ、スナップクラックルノイズなどが生
じてしまう。このため、スピンバルブ膜の磁歪定数は 1
×10-6以下にすることが望ましい。
使用する場合、ＭＲ膜の磁歪定数をできるだけ小さくす
る必要があることが知られている。すなわち、磁歪定数
が大きい場合には、ヘッド加工時の応力や動作時の熱分
布、温度変化などによって、バルクハウゼンノイズやポ
ップコーンノイズ、スナップクラックルノイズなどが生
じてしまう。このため、スピンバルブ膜の磁歪定数は 1
×10-6以下にすることが望ましい。
【０００８】スピンバルブ膜は、磁気抵抗効果メモリ
（ＭＲＡＭ）などの磁気記憶装置に適用することも検討
されている。スピンバルブ膜を用いたＭＲＡＭにおいて
も、磁歪定数が大きいとバルクハウゼンノイズが生じ
る。これは読み出しエラーの発生原因となる。従って、
スピンバルブ膜の磁歪定数は 1×10-6以下にすることが
望ましい。
（ＭＲＡＭ）などの磁気記憶装置に適用することも検討
されている。スピンバルブ膜を用いたＭＲＡＭにおいて
も、磁歪定数が大きいとバルクハウゼンノイズが生じ
る。これは読み出しエラーの発生原因となる。従って、
スピンバルブ膜の磁歪定数は 1×10-6以下にすることが
望ましい。
【０００９】一方、スピンバルブ膜にはできるだけ大き
なＭＲ変化率を示す材料を用いることが望ましい。Ｃｏ
を含む強磁性体を用いたスピンバルブ膜は、大きなＭＲ
変化率を示すことが知られている。しかしながら、Ｃｏ
系磁性合金は元々磁歪定数が1×10-6程度である場合が
ほとんどであり、単体で磁歪定数を 1×10-6以下にする
ことは困難とされている。なお、Ｃｏ系磁性合金に微量
の元素を添加することによって、磁歪定数を小さくする
ことは可能である。しかし、このような微量元素の添加
はＭＲ変化率の減少を招いてしまう。
なＭＲ変化率を示す材料を用いることが望ましい。Ｃｏ
を含む強磁性体を用いたスピンバルブ膜は、大きなＭＲ
変化率を示すことが知られている。しかしながら、Ｃｏ
系磁性合金は元々磁歪定数が1×10-6程度である場合が
ほとんどであり、単体で磁歪定数を 1×10-6以下にする
ことは困難とされている。なお、Ｃｏ系磁性合金に微量
の元素を添加することによって、磁歪定数を小さくする
ことは可能である。しかし、このような微量元素の添加
はＭＲ変化率の減少を招いてしまう。
【００１０】ＭＲ素子を磁気ヘッドに使用する場合、磁
気ヘッドを高感度化するために、ＭＲ膜の異方性磁場Ｈ
k および保磁力Ｈc は小さい方が好ましい。ＭＲ膜のＨ
k およびＨc が小さいと低磁界でより大きな出力が得ら
れ、ＭＲヘッドを高感度化することができる。しかしな
がら、Ｃｏ系磁性合金はＨk およびＨc が共に10Ｏe以
上となる場合がほとんどである。このため、Ｃｏ系磁性
合金を用いたスピンバルブ膜では、大きなＭＲ変化率と
良好な軟磁気特性を両立させることは困難であった。
気ヘッドを高感度化するために、ＭＲ膜の異方性磁場Ｈ
k および保磁力Ｈc は小さい方が好ましい。ＭＲ膜のＨ
k およびＨc が小さいと低磁界でより大きな出力が得ら
れ、ＭＲヘッドを高感度化することができる。しかしな
がら、Ｃｏ系磁性合金はＨk およびＨc が共に10Ｏe以
上となる場合がほとんどである。このため、Ｃｏ系磁性
合金を用いたスピンバルブ膜では、大きなＭＲ変化率と
良好な軟磁気特性を両立させることは困難であった。
【００１１】さらに、ＭＲヘッドの高感度化を図る上
で、スピンバルブ膜にはＭＲ変化率の上昇が望まれてい
る。しかし、スピンバルブ膜の構成材料やその組成の制
御のみでは、さらなるＭＲ変化率の上昇は非常に困難と
されている。
で、スピンバルブ膜にはＭＲ変化率の上昇が望まれてい
る。しかし、スピンバルブ膜の構成材料やその組成の制
御のみでは、さらなるＭＲ変化率の上昇は非常に困難と
されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】スピンバルブ膜は比較
的大きなＭＲ変化率と小さな飽和磁界を有することか
ら、ＭＲヘッドやＭＲＡＭの磁気抵抗効果膜として期待
されている。
的大きなＭＲ変化率と小さな飽和磁界を有することか
ら、ＭＲヘッドやＭＲＡＭの磁気抵抗効果膜として期待
されている。
【００１３】このようなスピンバルブ膜にはノイズの減
少などを図る上で、磁歪定数を 1×10-6以下にすること
が望まれているが、特にスピンバルブ膜を構成する強磁
性層にＣｏ系磁性合金を用いた場合、ＭＲ変化率を減少
させることなく、そのような磁歪定数を満足させること
は非常に困難とされている。
少などを図る上で、磁歪定数を 1×10-6以下にすること
が望まれているが、特にスピンバルブ膜を構成する強磁
性層にＣｏ系磁性合金を用いた場合、ＭＲ変化率を減少
させることなく、そのような磁歪定数を満足させること
は非常に困難とされている。
【００１４】また、スピンバルブ膜をＭＲヘッドなどに
適用する場合、Ｈk およびＨc は小さい方が望ましい
が、特にＣｏ系磁性合金でスピンバルブ膜を構成すると
Ｈk およびＨc は共に10Ｏe 以上となる場合がほとんど
であり、大きなＭＲ変化率と良好な軟磁気特性を両立さ
せることは困難であった。さらに、スピンバルブ膜には
ＭＲ変化率の上昇が望まれているが、構成材料や組成の
制御のみではさらなるＭＲ変化率の上昇は非常に困難と
されている。
適用する場合、Ｈk およびＨc は小さい方が望ましい
が、特にＣｏ系磁性合金でスピンバルブ膜を構成すると
Ｈk およびＨc は共に10Ｏe 以上となる場合がほとんど
であり、大きなＭＲ変化率と良好な軟磁気特性を両立さ
せることは困難であった。さらに、スピンバルブ膜には
ＭＲ変化率の上昇が望まれているが、構成材料や組成の
制御のみではさらなるＭＲ変化率の上昇は非常に困難と
されている。
【００１５】本発明はこのような課題に対処するために
なされたもので、スピンバルブ膜の大きなＭＲ変化率を
維持した上で、例えば 1×10-6以下の磁歪定数を満足さ
せることを可能にした磁気抵抗効果素子、また大きなＭ
Ｒ変化率と良好な軟磁気特性とを両立させたスピンバル
ブ膜を具備する磁気抵抗効果素子、さらにスピンバルブ
膜のＭＲ変化率をより一層向上させた磁気抵抗効果素子
を提供することを目的としている。また、本発明の他の
目的は、そのような磁気抵抗効果素子を具備する磁気ヘ
ッドおよび磁気記録装置を提供することにある。
なされたもので、スピンバルブ膜の大きなＭＲ変化率を
維持した上で、例えば 1×10-6以下の磁歪定数を満足さ
せることを可能にした磁気抵抗効果素子、また大きなＭ
Ｒ変化率と良好な軟磁気特性とを両立させたスピンバル
ブ膜を具備する磁気抵抗効果素子、さらにスピンバルブ
膜のＭＲ変化率をより一層向上させた磁気抵抗効果素子
を提供することを目的としている。また、本発明の他の
目的は、そのような磁気抵抗効果素子を具備する磁気ヘ
ッドおよび磁気記録装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の磁気抵抗効果素
子は、第１の磁性層と、第２の磁性層と、前記第１の磁
性層と第２の磁性層との間に介在された非磁性層とを有
するスピンバルブ膜と、前記スピンバルブ膜にセンス電
流を供給する一対の電極とを具備する磁気抵抗効果素子
において、前記第１および第２の磁性層の少なくとも一
方の磁性層は、それを構成する結晶粒の最密面が等方分
散しており、この結晶粒の最密面が等方分散している磁
性層は、その膜厚方向の断面における電子線回折像のデ
バイ・シェラー環が全円周に回折像を有すると共に、前
記デバイ・シェラー環の全円周にわたる観測パターンの
強度の最大値が最小値の5倍以下であることを特徴とし
ている。
子は、第１の磁性層と、第２の磁性層と、前記第１の磁
性層と第２の磁性層との間に介在された非磁性層とを有
するスピンバルブ膜と、前記スピンバルブ膜にセンス電
流を供給する一対の電極とを具備する磁気抵抗効果素子
において、前記第１および第２の磁性層の少なくとも一
方の磁性層は、それを構成する結晶粒の最密面が等方分
散しており、この結晶粒の最密面が等方分散している磁
性層は、その膜厚方向の断面における電子線回折像のデ
バイ・シェラー環が全円周に回折像を有すると共に、前
記デバイ・シェラー環の全円周にわたる観測パターンの
強度の最大値が最小値の5倍以下であることを特徴とし
ている。
【００１７】
【００１８】本発明の磁気抵抗効果素子は、さらに前記
第１の磁性層と同一の結晶構造を有し、かつその表面上
に前記第１の磁性層が形成された下地層を具備し、前記
下地層はそれを構成する結晶粒の最密面が等方分散して
いることを特徴としている。前記下地層は例えば非磁性
金属材料からなる。
第１の磁性層と同一の結晶構造を有し、かつその表面上
に前記第１の磁性層が形成された下地層を具備し、前記
下地層はそれを構成する結晶粒の最密面が等方分散して
いることを特徴としている。前記下地層は例えば非磁性
金属材料からなる。
【００１９】上記したような非磁性金属材料からなる下
地層は、例えばＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔおよびこれらの
合金から選ばれる少なくとも1種を含有する。さらに、
前記下地層には、例えばＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｂ、
Ｍｏ、Ｔｃ、Ｈｆ、Ｔａ、ＷおよびＲｅから選ばれる少
なくとも1種が添加されていてもよい。また、前記下地
層は例えばＣｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、ＮｂおよびＭｏから
選ばれる少なくとも1種を含む層を介して絶縁材料上に
形成されている。
地層は、例えばＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔおよびこれらの
合金から選ばれる少なくとも1種を含有する。さらに、
前記下地層には、例えばＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｂ、
Ｍｏ、Ｔｃ、Ｈｆ、Ｔａ、ＷおよびＲｅから選ばれる少
なくとも1種が添加されていてもよい。また、前記下地
層は例えばＣｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、ＮｂおよびＭｏから
選ばれる少なくとも1種を含む層を介して絶縁材料上に
形成されている。
【００２０】また、前記結晶粒の最密面が等方分散して
いる磁性層は、例えば1つの主結晶粒が複数のサブ結晶
粒で構成された磁性層であることが好ましい。さらに、
本発明の磁気抵抗効果素子は、例えば前記結晶粒の最密
面が等方分散している磁性層はｆｃｃ結晶構造を有する
ことを、さらに前記結晶粒の最密面が等方分散している
磁性層はＣｏまたはＣｏ合金からなることを特徴として
いる。
いる磁性層は、例えば1つの主結晶粒が複数のサブ結晶
粒で構成された磁性層であることが好ましい。さらに、
本発明の磁気抵抗効果素子は、例えば前記結晶粒の最密
面が等方分散している磁性層はｆｃｃ結晶構造を有する
ことを、さらに前記結晶粒の最密面が等方分散している
磁性層はＣｏまたはＣｏ合金からなることを特徴として
いる。
【００２１】本発明の磁気抵抗効果素子において、前記
スピンバルブ膜が下地層を備える場合、前記下地層の厚
さは5.0nm以下、さらには2.0nm以下であることを特徴と
している。
スピンバルブ膜が下地層を備える場合、前記下地層の厚
さは5.0nm以下、さらには2.0nm以下であることを特徴と
している。
【００２２】本発明においては、第１および第２の磁性
層（スピンバルブ磁性層）のうち少なくとも一方に、結
晶粒の最密面を等方分散させた磁性層を適用している。
ここで、結晶最密面を等方分散させた状態とは、図１に
示すように、磁性層Ｍを構成する各結晶粒(grain) Ｇ
１、Ｇ２、Ｇ３…の最密面ＣＦが、それぞれ基板Ｓの表
面に対して種々の角度を成している状態を指すものであ
り、この磁性層Ｍは無配向状態と言うことができる。言
い換えると、第１および第２の磁性層の少なくとも一方
は、各結晶粒の配向性（配向方向）にばらつきを持たせ
磁性層である。
層（スピンバルブ磁性層）のうち少なくとも一方に、結
晶粒の最密面を等方分散させた磁性層を適用している。
ここで、結晶最密面を等方分散させた状態とは、図１に
示すように、磁性層Ｍを構成する各結晶粒(grain) Ｇ
１、Ｇ２、Ｇ３…の最密面ＣＦが、それぞれ基板Ｓの表
面に対して種々の角度を成している状態を指すものであ
り、この磁性層Ｍは無配向状態と言うことができる。言
い換えると、第１および第２の磁性層の少なくとも一方
は、各結晶粒の配向性（配向方向）にばらつきを持たせ
磁性層である。
【００２３】磁性体の磁歪定数は結晶方位により異なっ
ており、その符号も正負逆であることが多い。このよう
な材料系では各結晶粒の配向性にばらつきを持たせるこ
とによって、結晶方位により異なる磁歪を互いに打ち消
し合せることができる。これによって、スピンバルブ磁
性層全体として磁歪定数を小さくすることができる。例
えば、大きなＭＲ変化率が得られるＣｏ系磁性合金を用
いたスピンバルブ膜においては、線磁歪定数λ100 とλ
111 の符号が異なる。従って、スピンバルブ磁性層を構
成する各結晶粒の配向性にばらつきを持たせて、結晶面
を略均等に分散させることによって、λ100 とλ111 と
が互いに打ち消し合う。このようなスピンバルブ磁性層
によって、安定に低磁歪を実現することが可能となる。
ており、その符号も正負逆であることが多い。このよう
な材料系では各結晶粒の配向性にばらつきを持たせるこ
とによって、結晶方位により異なる磁歪を互いに打ち消
し合せることができる。これによって、スピンバルブ磁
性層全体として磁歪定数を小さくすることができる。例
えば、大きなＭＲ変化率が得られるＣｏ系磁性合金を用
いたスピンバルブ膜においては、線磁歪定数λ100 とλ
111 の符号が異なる。従って、スピンバルブ磁性層を構
成する各結晶粒の配向性にばらつきを持たせて、結晶面
を略均等に分散させることによって、λ100 とλ111 と
が互いに打ち消し合う。このようなスピンバルブ磁性層
によって、安定に低磁歪を実現することが可能となる。
【００２４】さらに、スピンバルブ膜の軟磁気特性を劣
化させる要因は、主として結晶磁気異方性である。結晶
磁気異方性は結晶方位により異なっており、また 2回対
称以上であることが多い。このような材料系では各結晶
粒の配向性にばらつきを持たせることによって、結晶磁
気異方性を互いに打ち消し合せることができる。これに
よって、スピンバルブ磁性層全体としての結晶磁気異方
性を低減することができる。なお、当然ながら磁場中熱
処理を行うなどによって、適度な誘導磁気異方性を付与
することは可能である。
化させる要因は、主として結晶磁気異方性である。結晶
磁気異方性は結晶方位により異なっており、また 2回対
称以上であることが多い。このような材料系では各結晶
粒の配向性にばらつきを持たせることによって、結晶磁
気異方性を互いに打ち消し合せることができる。これに
よって、スピンバルブ磁性層全体としての結晶磁気異方
性を低減することができる。なお、当然ながら磁場中熱
処理を行うなどによって、適度な誘導磁気異方性を付与
することは可能である。
【００２５】スピンバルブ磁性層の保磁力Ｈc について
は、20nm以上の大きな周期で結晶方位の変動があると、
それが磁壁のピンニングサイトになるため、保磁力Ｈc
が増大してしまう。一方、粒径10nm以下の小さな結晶粒
において、結晶面を等方的に分散させると、磁壁が感じ
る長周期のポテンシャル変動が小さくなる。従って、磁
壁がピンニングされることなく、スムーズに動くことが
できるため、保磁力Ｈc が低減する。
は、20nm以上の大きな周期で結晶方位の変動があると、
それが磁壁のピンニングサイトになるため、保磁力Ｈc
が増大してしまう。一方、粒径10nm以下の小さな結晶粒
において、結晶面を等方的に分散させると、磁壁が感じ
る長周期のポテンシャル変動が小さくなる。従って、磁
壁がピンニングされることなく、スムーズに動くことが
できるため、保磁力Ｈc が低減する。
【００２６】また、スピンバルブ膜のＭＲ変化率につい
ては、一般に配向性が低下するにしたがって、結晶の格
子コヒーレンシーが悪くなり、転位が増えて全体として
スピンの平均自由行程が落ちるために、ＭＲ変化率も減
少すると考えられてきた。しかし、本発明者らはスピン
バルブ膜の結晶配向性とＭＲ変化率との関係について詳
細に検討および実験を重ねた結果、ＭＲ変化率はむしろ
無配向膜で増大することを新たに見出した。またさら
に、 1つの結晶粒（主結晶粒(main-grain)）が複数のサ
ブ結晶粒(sub-grain) で構成されたスピンバルブ磁性層
を有する場合、特に大きなＭＲ変化率が得られる。
ては、一般に配向性が低下するにしたがって、結晶の格
子コヒーレンシーが悪くなり、転位が増えて全体として
スピンの平均自由行程が落ちるために、ＭＲ変化率も減
少すると考えられてきた。しかし、本発明者らはスピン
バルブ膜の結晶配向性とＭＲ変化率との関係について詳
細に検討および実験を重ねた結果、ＭＲ変化率はむしろ
無配向膜で増大することを新たに見出した。またさら
に、 1つの結晶粒（主結晶粒(main-grain)）が複数のサ
ブ結晶粒(sub-grain) で構成されたスピンバルブ磁性層
を有する場合、特に大きなＭＲ変化率が得られる。
【００２７】本発明の磁気抵抗効果素子においては、ス
ピンバルブ磁性層と同じ結晶構造を有する下地層の厚さ
を例えば2.0nm以下としている。下地層の厚さを2.0nm以
下と極めて薄くすることによって、それを構成する結晶
粒の最密面を再現性よく等方的に分散させることができ
る。このような下地層の主表面上に形成されたスピンバ
ルブ磁性層では、結晶粒の最密面が再現性よく等方的に
分散する。従って、スピンバルブ膜の低磁歪や良好な軟
磁気特性などを再現性よく実現することが可能となる。
下地層の厚さは特に1.5nm以下であることが望ましい。
なお、成膜時の条件などを制御することによって、膜厚
が2.0nm以上の下地層であっても、結晶最密面を等方分
散させることができる場合がある。
ピンバルブ磁性層と同じ結晶構造を有する下地層の厚さ
を例えば2.0nm以下としている。下地層の厚さを2.0nm以
下と極めて薄くすることによって、それを構成する結晶
粒の最密面を再現性よく等方的に分散させることができ
る。このような下地層の主表面上に形成されたスピンバ
ルブ磁性層では、結晶粒の最密面が再現性よく等方的に
分散する。従って、スピンバルブ膜の低磁歪や良好な軟
磁気特性などを再現性よく実現することが可能となる。
下地層の厚さは特に1.5nm以下であることが望ましい。
なお、成膜時の条件などを制御することによって、膜厚
が2.0nm以上の下地層であっても、結晶最密面を等方分
散させることができる場合がある。
【００２８】本発明の磁気ヘッドは、上述したような本
発明の磁気抵抗効果素子を具備することを特徴としてお
り、例えば下側磁気シールド層と、前記下側磁気シール
ド層上に下側再生磁気ギャップを介して形成された、上
記した本発明の磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果
素子上に上側再生磁気ギャップを介して形成された上側
磁気シールド層とを具備する。
発明の磁気抵抗効果素子を具備することを特徴としてお
り、例えば下側磁気シールド層と、前記下側磁気シール
ド層上に下側再生磁気ギャップを介して形成された、上
記した本発明の磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果
素子上に上側再生磁気ギャップを介して形成された上側
磁気シールド層とを具備する。
【００２９】本発明の磁気記録再生ヘッドは、上記した
本発明の磁気ヘッドを有する再生ヘッドと、記録ヘッド
とを具備することを特徴としている。記録ヘッドは、例
えば前記磁気ヘッドの下側磁気シールド層と共通化され
た下側磁極と、前記下側磁極上に形成された記録磁気ギ
ャップと、前記記録磁気ギャップ上に設けられた上側磁
極と、前記下側磁極および前記上側磁極に記録磁界を供
給する記録コイルとを有する記録ヘッドとを具備する。
本発明の磁気ヘッドを有する再生ヘッドと、記録ヘッド
とを具備することを特徴としている。記録ヘッドは、例
えば前記磁気ヘッドの下側磁気シールド層と共通化され
た下側磁極と、前記下側磁極上に形成された記録磁気ギ
ャップと、前記記録磁気ギャップ上に設けられた上側磁
極と、前記下側磁極および前記上側磁極に記録磁界を供
給する記録コイルとを有する記録ヘッドとを具備する。
【００３０】本発明の磁気記録装置は、磁気記録媒体
と、前記磁気記録媒体に磁界により信号を書き込み、か
つ前記磁気記録媒体から発生する磁界により信号を読み
取る、上記した本発明の磁気記録再生ヘッドとを具備す
ることを特徴としている。
と、前記磁気記録媒体に磁界により信号を書き込み、か
つ前記磁気記録媒体から発生する磁界により信号を読み
取る、上記した本発明の磁気記録再生ヘッドとを具備す
ることを特徴としている。
【００３１】なお、本発明の磁気抵抗効果素子は、さら
に下地層と第１の磁性層との界面に配置された化合物層
を具備することができ、この化合物層は酸化物、窒化
物、硼化物およびフッ化物から選ばれる少なくとも 1種
を主成分とする。また、本発明の磁気抵抗効果素子は、
例えば下地層の結晶粒の最密面と、下地層と接する第１
の磁性層の結晶粒の最密面とを略平行とすること、また
結晶粒の最密面が等方分散している磁性層は20nm以下の
平均結晶粒径を有することが好ましい。
に下地層と第１の磁性層との界面に配置された化合物層
を具備することができ、この化合物層は酸化物、窒化
物、硼化物およびフッ化物から選ばれる少なくとも 1種
を主成分とする。また、本発明の磁気抵抗効果素子は、
例えば下地層の結晶粒の最密面と、下地層と接する第１
の磁性層の結晶粒の最密面とを略平行とすること、また
結晶粒の最密面が等方分散している磁性層は20nm以下の
平均結晶粒径を有することが好ましい。
【００３２】本発明の磁気抵抗効果素子のより具体的な
構造としては、第２の磁性層に隣接して反強磁性層を設
け、第２の磁性層を反強磁性層により磁化固着すると共
に、第１の磁性層を外部磁界により磁化反転させる構造
が挙げられる。さらに、第１の磁性層にバイアス磁界を
印加するバイアス磁界印加膜を設け、バイアス磁界の方
向を第２の磁性層の固着された磁化方向と略直交させた
構造が挙げられる。
構造としては、第２の磁性層に隣接して反強磁性層を設
け、第２の磁性層を反強磁性層により磁化固着すると共
に、第１の磁性層を外部磁界により磁化反転させる構造
が挙げられる。さらに、第１の磁性層にバイアス磁界を
印加するバイアス磁界印加膜を設け、バイアス磁界の方
向を第２の磁性層の固着された磁化方向と略直交させた
構造が挙げられる。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について、図面を参照して説明する。
態について、図面を参照して説明する。
【００３４】図２は、本発明の磁気抵抗効果素子（ＭＲ
素子）の一実施形態の要部構造を示す断面図である。同
図において、１は第１の磁性層、２は第２の磁性層であ
る。これら第１および第２の磁性層１、２は、非磁性層
３を介して積層されている。第１および第２磁性層１、
２間は反強磁性結合しておらず、非結合型の磁性多層膜
を構成している。第１および第２の磁性層１、２の膜厚
は、大きなＭＲ変化量が得られ、かつバルクハウゼンノ
イズの発生を抑制し得る、 1〜30nmの範囲とすることが
好ましい。
素子）の一実施形態の要部構造を示す断面図である。同
図において、１は第１の磁性層、２は第２の磁性層であ
る。これら第１および第２の磁性層１、２は、非磁性層
３を介して積層されている。第１および第２磁性層１、
２間は反強磁性結合しておらず、非結合型の磁性多層膜
を構成している。第１および第２の磁性層１、２の膜厚
は、大きなＭＲ変化量が得られ、かつバルクハウゼンノ
イズの発生を抑制し得る、 1〜30nmの範囲とすることが
好ましい。
【００３５】第１および第２の磁性層１、２は、例えば
Ｃｏ単体やＣｏ合金のようなＣｏを含む強磁性体により
構成されている。磁性層１、２はＮｉＦｅ合金などで構
成してもよい。こられのうち、特にバルク効果と界面効
果を共に大きくすることができ、大きなＭＲ変化量が得
られるＣｏ合金を用いることが好ましい。
Ｃｏ単体やＣｏ合金のようなＣｏを含む強磁性体により
構成されている。磁性層１、２はＮｉＦｅ合金などで構
成してもよい。こられのうち、特にバルク効果と界面効
果を共に大きくすることができ、大きなＭＲ変化量が得
られるＣｏ合金を用いることが好ましい。
【００３６】ＣｏＦｅ合金のようなＣｏ系磁性合金は、
線磁歪定数λ100 、λ111 の符号が異なり、かつλ100
およびλ111 の両方を10-7台にすることは難しい。この
ため、配向性の高い膜では微妙な配向性の低下により磁
歪もばらついてしまい、安定に10-7台の磁歪を実現する
ことは困難である。このように、材料組成などでは磁歪
の低減が難しいＣｏ系磁性合金を用いたスピンバルブ膜
に対して、本発明は特に効果的である。
線磁歪定数λ100 、λ111 の符号が異なり、かつλ100
およびλ111 の両方を10-7台にすることは難しい。この
ため、配向性の高い膜では微妙な配向性の低下により磁
歪もばらついてしまい、安定に10-7台の磁歪を実現する
ことは困難である。このように、材料組成などでは磁歪
の低減が難しいＣｏ系磁性合金を用いたスピンバルブ膜
に対して、本発明は特に効果的である。
【００３７】磁性層１、２を構成するＣｏ合金として
は、ＣｏにＦｅ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐ
ｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｈｆなどから選ばれる 1
種または2種以上の元素を添加した合金が用いられる。
添加元素量は 5〜50原子% とすることが好ましく、さら
には 8〜20原子% の範囲とすることが望ましい。これ
は、添加元素量が少なすぎるとバルク効果が十分に増加
せず、逆に添加元素量が多すぎると界面効果が減少する
おそれがあるからである。添加元素は大きなＭＲ変化量
を得る上で、特にＦｅを用いることが好ましい。
は、ＣｏにＦｅ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐ
ｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｈｆなどから選ばれる 1
種または2種以上の元素を添加した合金が用いられる。
添加元素量は 5〜50原子% とすることが好ましく、さら
には 8〜20原子% の範囲とすることが望ましい。これ
は、添加元素量が少なすぎるとバルク効果が十分に増加
せず、逆に添加元素量が多すぎると界面効果が減少する
おそれがあるからである。添加元素は大きなＭＲ変化量
を得る上で、特にＦｅを用いることが好ましい。
【００３８】なお、ＮｉＦｅ合金のような強磁性体は組
成制御などにより低磁歪化することができるものの、後
に詳述する結晶粒の配向性にばらつきを持たせることに
より、一層低磁歪化することが可能となる。このような
ことから、本発明はＮｉＦｅ合金などを用いたスピンバ
ルブ膜に対しても有効である。
成制御などにより低磁歪化することができるものの、後
に詳述する結晶粒の配向性にばらつきを持たせることに
より、一層低磁歪化することが可能となる。このような
ことから、本発明はＮｉＦｅ合金などを用いたスピンバ
ルブ膜に対しても有効である。
【００３９】第１および第２の磁性層１、２のうち、下
側の第１の磁性層１は下地層４の主表面上に形成されて
いる。第１の磁性層１にＣｏ系磁性合金を用いる場合、
下地層４はＣｏ系磁性合金と同一のｆｃｃ結晶構造を有
する金属材料で構成される。ｆｃｃ結晶構造を有する金
属材料としては、例えばＮｉ、ＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅ
Ｃｏ合金などの磁性金属材料、あるいはＣｕ、Ａｕ、Ａ
ｇ、Ｐｔおよびそれらの合金などの非磁性金属材料が使
用される。
側の第１の磁性層１は下地層４の主表面上に形成されて
いる。第１の磁性層１にＣｏ系磁性合金を用いる場合、
下地層４はＣｏ系磁性合金と同一のｆｃｃ結晶構造を有
する金属材料で構成される。ｆｃｃ結晶構造を有する金
属材料としては、例えばＮｉ、ＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅ
Ｃｏ合金などの磁性金属材料、あるいはＣｕ、Ａｕ、Ａ
ｇ、Ｐｔおよびそれらの合金などの非磁性金属材料が使
用される。
【００４０】ｆｃｃ結晶構造を有する磁性金属材料や非
磁性金属材料は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、
Ｔｃ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅなどの元素を添加し、高抵
抗化した合金として用いてもよい。この際の添加元素量
は10原子% 以下とすることが好ましい。添加元素による
高抵抗化は10原子% 程度で飽和する一方、それ以上多く
添加すると、添加元素が磁性層などに拡散して磁性層の
抵抗値を上げたり、磁性層の結晶性に不具合をもたら
す。あるいは、非磁性金属材料自体に強磁性や反強磁性
を生じさせるなどの弊害がある。
磁性金属材料は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、
Ｔｃ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅなどの元素を添加し、高抵
抗化した合金として用いてもよい。この際の添加元素量
は10原子% 以下とすることが好ましい。添加元素による
高抵抗化は10原子% 程度で飽和する一方、それ以上多く
添加すると、添加元素が磁性層などに拡散して磁性層の
抵抗値を上げたり、磁性層の結晶性に不具合をもたら
す。あるいは、非磁性金属材料自体に強磁性や反強磁性
を生じさせるなどの弊害がある。
【００４１】なお、第１の磁性層１にＮｉＦｅ合金を用
いる場合においても、同様なｆｃｃ結晶構造を有する磁
性金属材料もしくは非磁性金属材料からなる下地層４を
使用することができる。
いる場合においても、同様なｆｃｃ結晶構造を有する磁
性金属材料もしくは非磁性金属材料からなる下地層４を
使用することができる。
【００４２】第１の磁性層１は外部磁界により磁化方向
が変化する感磁層（磁化フリー層）である。一方、第２
の磁性層２上には、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＦｅＭｎ、Ｎ
ｉＯなどからなる反強磁性層５が形成されている。第２
の磁性層２には反強磁性層５からバイアス磁界が付与さ
れ、その磁化が固着されている。第２の磁性層２は磁化
固着層（磁化ピン層）である。
が変化する感磁層（磁化フリー層）である。一方、第２
の磁性層２上には、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＦｅＭｎ、Ｎ
ｉＯなどからなる反強磁性層５が形成されている。第２
の磁性層２には反強磁性層５からバイアス磁界が付与さ
れ、その磁化が固着されている。第２の磁性層２は磁化
固着層（磁化ピン層）である。
【００４３】第１および第２の磁性層１、２間に配置さ
れる非磁性層３の構成材料としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ａ
ｇ、あるいはこれらと磁性元素とを含む常磁性合金、Ｐ
ｄ、Ｐｔ、およびこれらを主成分とする合金などが例示
される。非磁性層３の膜厚は 2〜 5nm程度に設定するこ
とが好ましい。非磁性層３の膜厚が 5nmを超えると抵抗
変化感度を十分に得ることができず、また 2nm未満であ
ると磁性層１、２間の交換結合を十分に小さくすること
が困難となる。
れる非磁性層３の構成材料としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ａ
ｇ、あるいはこれらと磁性元素とを含む常磁性合金、Ｐ
ｄ、Ｐｔ、およびこれらを主成分とする合金などが例示
される。非磁性層３の膜厚は 2〜 5nm程度に設定するこ
とが好ましい。非磁性層３の膜厚が 5nmを超えると抵抗
変化感度を十分に得ることができず、また 2nm未満であ
ると磁性層１、２間の交換結合を十分に小さくすること
が困難となる。
【００４４】上述した各層によりスピンバルブ膜６が構
成されている。スピンバルブ膜６を構成する各層は、基
板７の主表面上に順次積層形成されている。このような
スピンバルブ膜６と、スピンバルブ膜６にセンス電流を
供給する一対の電極１６とによって、ＭＲ素子８が構成
されている。
成されている。スピンバルブ膜６を構成する各層は、基
板７の主表面上に順次積層形成されている。このような
スピンバルブ膜６と、スピンバルブ膜６にセンス電流を
供給する一対の電極１６とによって、ＭＲ素子８が構成
されている。
【００４５】ＭＲ素子８は、さらに磁化フリー層として
の第１の磁性層１に対してバイアス磁界を印加する硬質
磁性膜や反強磁性膜からなるバイアス磁界印加膜を有し
ていてもよい。この場合、バイアス磁界は磁化固着層と
しての第２の磁性層２の磁化方向に対して略直交する方
向に印加することが好ましい。
の第１の磁性層１に対してバイアス磁界を印加する硬質
磁性膜や反強磁性膜からなるバイアス磁界印加膜を有し
ていてもよい。この場合、バイアス磁界は磁化固着層と
しての第２の磁性層２の磁化方向に対して略直交する方
向に印加することが好ましい。
【００４６】スピンバルブ膜６を具備するＭＲ素子で
は、第２の磁性層２は磁化固着されているのに対して、
第１の磁性層１は外部磁界によって磁化回転する。この
ように、非磁性層３を挟んで配置された 2つの磁性層
１、２の磁化方向の相対的な角度を変化させることによ
って、磁気抵抗効果が得られる。
は、第２の磁性層２は磁化固着されているのに対して、
第１の磁性層１は外部磁界によって磁化回転する。この
ように、非磁性層３を挟んで配置された 2つの磁性層
１、２の磁化方向の相対的な角度を変化させることによ
って、磁気抵抗効果が得られる。
【００４７】このようなスピンバルブ膜６を有するＭＲ
素子において、第１および第２の磁性層１、２のうち少
なくとも一方は、それを構成する結晶粒の最密面を等方
分散させた磁性層からなるものである。この際、磁化フ
リー層としての第１の磁性層１が結晶最密面を等方分散
させた磁性層であればよい。実用的には、第１および第
２の磁性層１、２の双方を、結晶最密面を等方分散させ
た磁性層で構成することが好ましい。
素子において、第１および第２の磁性層１、２のうち少
なくとも一方は、それを構成する結晶粒の最密面を等方
分散させた磁性層からなるものである。この際、磁化フ
リー層としての第１の磁性層１が結晶最密面を等方分散
させた磁性層であればよい。実用的には、第１および第
２の磁性層１、２の双方を、結晶最密面を等方分散させ
た磁性層で構成することが好ましい。
【００４８】磁性層１、２を構成する結晶粒の最密面の
等方的な分散状態は、結晶最密面のＸ線回折ピークから
確認することができる。例えば、磁性層１、２をｆｃｃ
結晶構造を有するＣｏ系磁性合金で形成する場合には、
その結晶最密面である (111)面のＸ線回折ピークから確
認することができる。 (111)面が等方的に分散していれ
ば、Ｘ線回折において (111)回折ピークはほとんど生じ
ない。磁性層１、２が結晶質状態を有していることは、
Ｘ線回折や高分解能断面ＴＥＭなどにより確認すること
ができる。
等方的な分散状態は、結晶最密面のＸ線回折ピークから
確認することができる。例えば、磁性層１、２をｆｃｃ
結晶構造を有するＣｏ系磁性合金で形成する場合には、
その結晶最密面である (111)面のＸ線回折ピークから確
認することができる。 (111)面が等方的に分散していれ
ば、Ｘ線回折において (111)回折ピークはほとんど生じ
ない。磁性層１、２が結晶質状態を有していることは、
Ｘ線回折や高分解能断面ＴＥＭなどにより確認すること
ができる。
【００４９】結晶最密面の等方的な分散状態は、高分解
能断面ＴＥＭによる断面観察からも確認することができ
る。高分解能断面ＴＥＭにより断面観察を行うことによ
り、原子像が見える部分については最密面方位を決定す
ることができる。その場合、最密面が等方分散している
ことは統計的手法を用いて確認することができる。
能断面ＴＥＭによる断面観察からも確認することができ
る。高分解能断面ＴＥＭにより断面観察を行うことによ
り、原子像が見える部分については最密面方位を決定す
ることができる。その場合、最密面が等方分散している
ことは統計的手法を用いて確認することができる。
【００５０】すなわち、ある方向から観察を行った場
合、ある部分では原子像が観察でき、ある部分では原子
像が観察できない。そこで、ある一定間隔でＴＥＭ写真
上に点を打ち、その点の位置で格子像が観察できる場合
には、その位置での最密方向（単位長さ当りの原子数が
最も密な方向）を求め、その方向と基板面との成す角を
求める。この角度を 0°から 180°まで18°刻みで10方
向に分類する。ある角度Ｌになっていた確率をＰ
m （Ｌ）とする。
合、ある部分では原子像が観察でき、ある部分では原子
像が観察できない。そこで、ある一定間隔でＴＥＭ写真
上に点を打ち、その点の位置で格子像が観察できる場合
には、その位置での最密方向（単位長さ当りの原子数が
最も密な方向）を求め、その方向と基板面との成す角を
求める。この角度を 0°から 180°まで18°刻みで10方
向に分類する。ある角度Ｌになっていた確率をＰ
m （Ｌ）とする。
【００５１】等方性であった場合、理論確率はＰ
t（Ｌ）＝1/10であるはずなので、χ2適合度統計量は方
位を決めることができた点の数をＮとした場合、
t（Ｌ）＝1/10であるはずなので、χ2適合度統計量は方
位を決めることができた点の数をＮとした場合、
【数４】 となる。
【００５２】例えば、 100点の位置で方位を決めること
ができた場合、 χ2 0.5 （Ｎ）≦χ2 （Ｎ）≦χ2 0.25 である。そして、χ2 0.25(100) ＝129.56、χ2 0.5 (1
00) ＝99.334であるので、χ2 (100) 値がこれらの値の
間に入っていれば、十分に確からしく等方的に分散して
いると言うことができる。
ができた場合、 χ2 0.5 （Ｎ）≦χ2 （Ｎ）≦χ2 0.25 である。そして、χ2 0.25(100) ＝129.56、χ2 0.5 (1
00) ＝99.334であるので、χ2 (100) 値がこれらの値の
間に入っていれば、十分に確からしく等方的に分散して
いると言うことができる。
【００５３】すなわち、磁性層１、２や下地層４におい
て、角度Ｌを決めることができた点Ｎから、上記 (1)式
に基づいてχ2 （Ｎ）値を求める。このχ2 （Ｎ）値が
χ2統計分布表のχ2 0.5 （Ｎ）値以上χ2 0.25（Ｎ）
値以下であれば、磁性層１、２および下地層４は等方分
散していると言える。これによって、本発明の効果を発
揮することが可能となる。
て、角度Ｌを決めることができた点Ｎから、上記 (1)式
に基づいてχ2 （Ｎ）値を求める。このχ2 （Ｎ）値が
χ2統計分布表のχ2 0.5 （Ｎ）値以上χ2 0.25（Ｎ）
値以下であれば、磁性層１、２および下地層４は等方分
散していると言える。これによって、本発明の効果を発
揮することが可能となる。
【００５４】なお、測定点の数は必ずしも 100点である
必要はなく、また測定位置を決める方法も他の方法であ
ってもよい。ただし、測定を行う領域は十分に広くとる
必要がある。具体的には、スピンバルブ膜６のトータル
の膜厚の10倍以上の膜面方向について測定することが好
ましい。より望ましくは膜厚の50倍以上である。測定点
の間隔はスピンバルブ膜６のトータル膜厚より大きくと
ることが望ましい。
必要はなく、また測定位置を決める方法も他の方法であ
ってもよい。ただし、測定を行う領域は十分に広くとる
必要がある。具体的には、スピンバルブ膜６のトータル
の膜厚の10倍以上の膜面方向について測定することが好
ましい。より望ましくは膜厚の50倍以上である。測定点
の間隔はスピンバルブ膜６のトータル膜厚より大きくと
ることが望ましい。
【００５５】さらに、高分解能断面ＴＥＭにより断面観
察を行う場合、同時に透過電子線回折像が得られる。こ
の場合、最密面が等方的に分散していると、得られるデ
バイ・シェラー環は同心円状で均等な強度を持った像と
なる。配向面が存在していると、デバイ・シェラー環に
は強度分布ができる。例えば基板面に対して (111)面が
優先配向している場合、断面の透過電子線回折像におい
て、配向軸方向に強いスポットができる。また、配向軸
に分布がある場合には、回折像はスポットではなく円弧
状になる。等方分散している場合、完全に均一な強度を
持った像になるとは限らないが、全円周に対して均一な
回折を得ることができる。デバイ・シェラー環が全周に
おいてその輝度が 5倍以上変動していないときに、良好
な特性を得ることができる。言い換えると、デバイ・シ
ェラー環の観測パターンの強度の最大値が最小値の 5倍
以下であれば十分に無配向であるといえる。特に、輝度
が2倍以上変動していないときに、より良好な特性が得
られる。
察を行う場合、同時に透過電子線回折像が得られる。こ
の場合、最密面が等方的に分散していると、得られるデ
バイ・シェラー環は同心円状で均等な強度を持った像と
なる。配向面が存在していると、デバイ・シェラー環に
は強度分布ができる。例えば基板面に対して (111)面が
優先配向している場合、断面の透過電子線回折像におい
て、配向軸方向に強いスポットができる。また、配向軸
に分布がある場合には、回折像はスポットではなく円弧
状になる。等方分散している場合、完全に均一な強度を
持った像になるとは限らないが、全円周に対して均一な
回折を得ることができる。デバイ・シェラー環が全周に
おいてその輝度が 5倍以上変動していないときに、良好
な特性を得ることができる。言い換えると、デバイ・シ
ェラー環の観測パターンの強度の最大値が最小値の 5倍
以下であれば十分に無配向であるといえる。特に、輝度
が2倍以上変動していないときに、より良好な特性が得
られる。
【００５６】磁性層１、２が結晶質状態を有しているの
か、あるいはアモルファス状態になっているのかの判別
も、透過電子線回折像により行うことができる。すなわ
ち、結晶質状態を有している場合には、デバイ・シェラ
ー環は同心円状となるが、アモルファス状態になると円
がぼやけ、ハローパターン状になってくる。また厳密に
は、透過電子線回折像を動径分布解析することによっ
て、非晶質状態であるか微結晶状態であるかが判別でき
る。
か、あるいはアモルファス状態になっているのかの判別
も、透過電子線回折像により行うことができる。すなわ
ち、結晶質状態を有している場合には、デバイ・シェラ
ー環は同心円状となるが、アモルファス状態になると円
がぼやけ、ハローパターン状になってくる。また厳密に
は、透過電子線回折像を動径分布解析することによっ
て、非晶質状態であるか微結晶状態であるかが判別でき
る。
【００５７】上記した方法では、電子線のあたる領域が
十分に多数の結晶粒を含んでいる必要がある。このた
め、測定面積は 1×10-2μm 2 以上であることが望まし
い。
十分に多数の結晶粒を含んでいる必要がある。このた
め、測定面積は 1×10-2μm 2 以上であることが望まし
い。
【００５８】なお、上記の方法は必ずしも透過電子線回
折像に限定されるものではなく、例えば反射電子回折像
（ＲＨＥＥＤ）などの他の電子線を用いた回折手法によ
っても、同様な分析を行うことができる。さらに、上記
のような回折像を用いた手法は、必ずしも電子線を用い
た方法に限定されるものではなく、Ｘ線を用いた手法に
よっても、同様な判別を行うことができる。
折像に限定されるものではなく、例えば反射電子回折像
（ＲＨＥＥＤ）などの他の電子線を用いた回折手法によ
っても、同様な分析を行うことができる。さらに、上記
のような回折像を用いた手法は、必ずしも電子線を用い
た方法に限定されるものではなく、Ｘ線を用いた手法に
よっても、同様な判別を行うことができる。
【００５９】磁性体における磁歪定数は結晶方位により
異なっており、その符号も正負逆であることが多い。Ｃ
ｏＦｅ合金のようなＣｏ系磁性合金は、前述したように
線磁歪定数λ100 、λ111 の符号が異なる。このような
材料系において、磁性層１、２の結晶最密面((111)面）
を等方的に分散させると、各結晶面すなわち (100)面と
(111)面とが略均等に分散することになる。従って、正
負逆のλ100 とλ111とが互いに打ち消しあい、スピン
バルブ磁性層１、２全体として磁歪定数が小さくなる。
異なっており、その符号も正負逆であることが多い。Ｃ
ｏＦｅ合金のようなＣｏ系磁性合金は、前述したように
線磁歪定数λ100 、λ111 の符号が異なる。このような
材料系において、磁性層１、２の結晶最密面((111)面）
を等方的に分散させると、各結晶面すなわち (100)面と
(111)面とが略均等に分散することになる。従って、正
負逆のλ100 とλ111とが互いに打ち消しあい、スピン
バルブ磁性層１、２全体として磁歪定数が小さくなる。
【００６０】このように、各結晶粒の配向性（配向方
向）にばらつきを持たせたスピンバルブ磁性層１、２、
特に磁化フリー層としての磁性層１を使用することによ
って、スピンバルブ膜６を安定かつ良好に低磁歪化する
ことが可能となる。
向）にばらつきを持たせたスピンバルブ磁性層１、２、
特に磁化フリー層としての磁性層１を使用することによ
って、スピンバルブ膜６を安定かつ良好に低磁歪化する
ことが可能となる。
【００６１】さらに、磁性層１、２の結晶最密面を等方
分散させることによって、結晶方位により異なる結晶磁
気異方性が互いに打ち消し合う。よって、スピンバルブ
磁性層１、２全体として結晶磁気異方性を減少させるこ
とができる。なお、当然ながら磁場中熱処理を行うなど
によって、適度な誘導磁気異方性を付与することは可能
である。
分散させることによって、結晶方位により異なる結晶磁
気異方性が互いに打ち消し合う。よって、スピンバルブ
磁性層１、２全体として結晶磁気異方性を減少させるこ
とができる。なお、当然ながら磁場中熱処理を行うなど
によって、適度な誘導磁気異方性を付与することは可能
である。
【００６２】スピンバルブ磁性層１、２において、粒径
10nm以下の小さな結晶粒を有する場合に、結晶最密面を
等方的に分散させると、磁壁が感じる長周期のポテンシ
ャル変動が小さくなる。従って、磁壁がピンニングされ
ることなく、スムーズに動くことができる。このよう
に、スピンバルブ磁性層１、２の結晶最密面を等方的に
分散させることによって、保磁力Ｈc を低減することが
できる。
10nm以下の小さな結晶粒を有する場合に、結晶最密面を
等方的に分散させると、磁壁が感じる長周期のポテンシ
ャル変動が小さくなる。従って、磁壁がピンニングされ
ることなく、スムーズに動くことができる。このよう
に、スピンバルブ磁性層１、２の結晶最密面を等方的に
分散させることによって、保磁力Ｈc を低減することが
できる。
【００６３】このように、スピンバルブ磁性層１、２の
結晶磁気異方性を減少させ、かつ保磁力Ｈc を低減する
ことによって、スピンバルブ膜６の軟磁気特性を向上さ
せることが可能となる。スピンバルブ膜６の軟磁気特性
の向上は、それを用いた磁気ヘッドの高感度化に大きく
寄与する。
結晶磁気異方性を減少させ、かつ保磁力Ｈc を低減する
ことによって、スピンバルブ膜６の軟磁気特性を向上さ
せることが可能となる。スピンバルブ膜６の軟磁気特性
の向上は、それを用いた磁気ヘッドの高感度化に大きく
寄与する。
【００６４】上述した結晶最密面を等方分散させた磁性
層１、２、言い換えると各結晶粒の配向性にばらつきを
持たせた磁性層１、２は、それらと同一の結晶構造を有
する下地層４の結晶粒の最密面を等方分散させることに
よって、再現性よく得ることができる。
層１、２、言い換えると各結晶粒の配向性にばらつきを
持たせた磁性層１、２は、それらと同一の結晶構造を有
する下地層４の結晶粒の最密面を等方分散させることに
よって、再現性よく得ることができる。
【００６５】第１の磁性層１の各結晶粒は下地層４の各
結晶粒にしたがって成長するため、下地層４の結晶最密
面が等方的に分散していると、第１の磁性層１の結晶最
密面も同様に等方的に分散する。このため、互いに接触
する各結晶粒を個々に見た場合、下地層４の結晶最密面
に対して第１の磁性層１の結晶最密面は略平行に成長し
ていることが好ましい。
結晶粒にしたがって成長するため、下地層４の結晶最密
面が等方的に分散していると、第１の磁性層１の結晶最
密面も同様に等方的に分散する。このため、互いに接触
する各結晶粒を個々に見た場合、下地層４の結晶最密面
に対して第１の磁性層１の結晶最密面は略平行に成長し
ていることが好ましい。
【００６６】このように、第１の磁性層１は下地層４の
結晶最密面の分散状態を引継ぐため、下地層４の結晶最
密面を等方分散させることによって、第１の磁性層１の
結晶最密面を再現性よく等方分散させることができる。
さらに、第１の磁性層１上に非磁性層３および第２の磁
性層２を順に成膜することによって、これらの結晶最密
面も等方分散させることができる。このようなスピンバ
ルブ膜６によれば、再現性よく低磁歪や良好な軟磁気特
性、さらには大きなＭＲ変化率などを実現することが可
能となる。
結晶最密面の分散状態を引継ぐため、下地層４の結晶最
密面を等方分散させることによって、第１の磁性層１の
結晶最密面を再現性よく等方分散させることができる。
さらに、第１の磁性層１上に非磁性層３および第２の磁
性層２を順に成膜することによって、これらの結晶最密
面も等方分散させることができる。このようなスピンバ
ルブ膜６によれば、再現性よく低磁歪や良好な軟磁気特
性、さらには大きなＭＲ変化率などを実現することが可
能となる。
【００６７】下地層４を構成する結晶粒の最密面を等方
分散させるためには、例えばその厚さを 2.0nm以下と極
めて薄くすればよい。すなわち、下地層の膜厚が 2.0nm
以下（ただし 0nmを含まない）と極めて薄い場合には、
その結晶最密面を良好に等方的に分散させることができ
る。通常のスパッタ法で成膜する場合、下地層４の膜厚
が 2.0nmを超えると、膜成長時における結晶配向性が急
激に強まり、最密面の等方分散膜を得ることが難しくな
る。下地層４の膜厚を 1.5nm以下とした場合に、特に結
晶配向性を低下させることができ、再現性よく最密面を
等方分散させることができる。下地層４の膜厚は特に
1.5nm以下とすることが望ましい。
分散させるためには、例えばその厚さを 2.0nm以下と極
めて薄くすればよい。すなわち、下地層の膜厚が 2.0nm
以下（ただし 0nmを含まない）と極めて薄い場合には、
その結晶最密面を良好に等方的に分散させることができ
る。通常のスパッタ法で成膜する場合、下地層４の膜厚
が 2.0nmを超えると、膜成長時における結晶配向性が急
激に強まり、最密面の等方分散膜を得ることが難しくな
る。下地層４の膜厚を 1.5nm以下とした場合に、特に結
晶配向性を低下させることができ、再現性よく最密面を
等方分散させることができる。下地層４の膜厚は特に
1.5nm以下とすることが望ましい。
【００６８】ただし、成膜時の条件などを制御すること
によって、膜厚が 2.0nm以上の下地層４であっても、結
晶最密面を等方的に分散させることができる。例えば、
バイアススパッタ法を適用して下地層４を形成すると、
膜厚が 2.0nmを超える場合においても結晶最密面の等方
分散膜が得られる。このような成膜法を適用する場合に
おいても、下地層４の膜厚があまり厚すぎると結晶配向
性が強まるため、下地層４の膜厚は 5nm以下とする。
によって、膜厚が 2.0nm以上の下地層４であっても、結
晶最密面を等方的に分散させることができる。例えば、
バイアススパッタ法を適用して下地層４を形成すると、
膜厚が 2.0nmを超える場合においても結晶最密面の等方
分散膜が得られる。このような成膜法を適用する場合に
おいても、下地層４の膜厚があまり厚すぎると結晶配向
性が強まるため、下地層４の膜厚は 5nm以下とする。
【００６９】下地層４の結晶配向を防ぐ上で、図３に示
すように、それに隣接させてアモルファス磁性体層９を
第２の下地層として設けることも有効である。アモルフ
ァス磁性体層９としては、ＣｏＮｂ、ＣｏＺｒ、ＣｏＺ
ｒＮｂ、ＣｏＢ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＢＳｉなどのア
モルファス軟磁性材料が好ましく用いられる。
すように、それに隣接させてアモルファス磁性体層９を
第２の下地層として設けることも有効である。アモルフ
ァス磁性体層９としては、ＣｏＮｂ、ＣｏＺｒ、ＣｏＺ
ｒＮｂ、ＣｏＢ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＢＳｉなどのア
モルファス軟磁性材料が好ましく用いられる。
【００７０】このようなアモルファス磁性体層９上に、
磁性層１、２と同一の結晶構造を有する第１の下地層４
を形成することによって、下地層４の結晶最密面をより
再現性よく等方的に分散させることができる。アモルフ
ァス磁性体層９はスピンバルブ膜６の軟磁気特性の改善
にも寄与する。加えて、アモルファス磁性体層９は高抵
抗であるため、センス電流の分流によるＭＲ変化率の減
少を抑制する。
磁性層１、２と同一の結晶構造を有する第１の下地層４
を形成することによって、下地層４の結晶最密面をより
再現性よく等方的に分散させることができる。アモルフ
ァス磁性体層９はスピンバルブ膜６の軟磁気特性の改善
にも寄与する。加えて、アモルファス磁性体層９は高抵
抗であるため、センス電流の分流によるＭＲ変化率の減
少を抑制する。
【００７１】第２の下地層には、上記したアモルファス
磁性体層９に代えて、第１の下地層４との格子定数のミ
スマッチが大きい結晶質材料を用いてもよい。このよう
な結晶質材料としては、例えばＮｉＦｅ合金にＲｕ、Ｏ
ｓ、Ｒｈ、Ｉｎ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕなどを添加し
た材料が挙げられる。また、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎ
ｂおよびＭｏから選ばれる少なくとも 1種を含む層（結
晶層またはアモルファス層）を第２の下地層として用い
ることもできる。このような第２の下地層は、絶縁基板
やギャップ膜などとなるアモルファス絶縁材料となどに
対する濡れ性の向上に寄与する。
磁性体層９に代えて、第１の下地層４との格子定数のミ
スマッチが大きい結晶質材料を用いてもよい。このよう
な結晶質材料としては、例えばＮｉＦｅ合金にＲｕ、Ｏ
ｓ、Ｒｈ、Ｉｎ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕなどを添加し
た材料が挙げられる。また、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎ
ｂおよびＭｏから選ばれる少なくとも 1種を含む層（結
晶層またはアモルファス層）を第２の下地層として用い
ることもできる。このような第２の下地層は、絶縁基板
やギャップ膜などとなるアモルファス絶縁材料となどに
対する濡れ性の向上に寄与する。
【００７２】さらに、第１の磁性層１の結晶配向を防い
で、結晶粒の最密面を等方的に分散させる上で、図４に
示すように、下地層４と第１の磁性層１との界面に、酸
化物、窒化物、硼化物およびフッ化物から選ばれる少な
くとも 1種を主成分とする化合物層１０を設けることも
有効である。このような化合物層１０を介在させること
によって、下地層４と第１の磁性層１との間の結晶構造
の連続性が断ち切られる。従って、第１の磁性層１の結
晶最密面が等方分散する。化合物層１０の厚さがあまり
厚いと、下地層４の効果が得られなくなるおそれがある
ことから、化合物層１０の厚さは 2nm以下とすることが
好ましい。
で、結晶粒の最密面を等方的に分散させる上で、図４に
示すように、下地層４と第１の磁性層１との界面に、酸
化物、窒化物、硼化物およびフッ化物から選ばれる少な
くとも 1種を主成分とする化合物層１０を設けることも
有効である。このような化合物層１０を介在させること
によって、下地層４と第１の磁性層１との間の結晶構造
の連続性が断ち切られる。従って、第１の磁性層１の結
晶最密面が等方分散する。化合物層１０の厚さがあまり
厚いと、下地層４の効果が得られなくなるおそれがある
ことから、化合物層１０の厚さは 2nm以下とすることが
好ましい。
【００７３】上記した化合物層１０は、原子の熱拡散を
防ぐバリア層としても機能する。従って、熱処理時にお
ける下地層４と第１の磁性層１との間の原子相互拡散が
抑制され、スピンバルブ膜６の耐熱性を向上させること
ができる。すなわち、化合物層１０を形成することによ
って、熱拡散による磁気抵抗効果の劣化を抑制すること
が可能となり、ＭＲ素子の熱安定性が向上する。
防ぐバリア層としても機能する。従って、熱処理時にお
ける下地層４と第１の磁性層１との間の原子相互拡散が
抑制され、スピンバルブ膜６の耐熱性を向上させること
ができる。すなわち、化合物層１０を形成することによ
って、熱拡散による磁気抵抗効果の劣化を抑制すること
が可能となり、ＭＲ素子の熱安定性が向上する。
【００７４】化合物層１０の構成材料としては、酸化
物、窒化物、硼化物、フッ化物などを用いることができ
る。これらは単体として用いる場合に限らず、混合物や
複合化合物などの形態で用いてもよい。これらのうち、
特に形成が容易な自己酸化膜、表面酸化膜、不動態膜な
どが好ましく用いられる。化合物層１０は下地層４を形
成した後に、その表面を一旦大気に晒したり、あるいは
酸素、窒素、フッ素、硼素などを含む雰囲気中に晒すこ
とにより形成することができる。また、イオン注入法を
用いたり、プラズマに晒すなどによっても形成すること
ができる。
物、窒化物、硼化物、フッ化物などを用いることができ
る。これらは単体として用いる場合に限らず、混合物や
複合化合物などの形態で用いてもよい。これらのうち、
特に形成が容易な自己酸化膜、表面酸化膜、不動態膜な
どが好ましく用いられる。化合物層１０は下地層４を形
成した後に、その表面を一旦大気に晒したり、あるいは
酸素、窒素、フッ素、硼素などを含む雰囲気中に晒すこ
とにより形成することができる。また、イオン注入法を
用いたり、プラズマに晒すなどによっても形成すること
ができる。
【００７５】化合物層１０は化学量論的に正確な組成を
有する化合物でなくてもよい。さらに、きれいな結晶格
子を組んでいる必要もなく、アモルファス状態であって
もよい。さらに、化合物層１０の形態は、一様に下地層
４の表面を覆っていなければならないものではなく、例
えばピンホールが形成された状態、化合物が島状に存在
した状態など、非連続状態で形成されていてもよい。
有する化合物でなくてもよい。さらに、きれいな結晶格
子を組んでいる必要もなく、アモルファス状態であって
もよい。さらに、化合物層１０の形態は、一様に下地層
４の表面を覆っていなければならないものではなく、例
えばピンホールが形成された状態、化合物が島状に存在
した状態など、非連続状態で形成されていてもよい。
【００７６】さらに、結晶最密面を等方分散させた下地
層４を適用することによって、比較的容易にサブグレイ
ン構造を有する第１の磁性層１が得られる。サブグレイ
ン構造とは、図５に示すように、 1つの主結晶粒(main-
grain)ＭＧ内に複数のサブ結晶粒(sub-grain) ＳＧが存
在する構造である。無配向状態で比較的内部歪が大きい
下地層４上に第１の磁性層１を形成することによって、
サブグレイン構造が比較的容易に得られる。
層４を適用することによって、比較的容易にサブグレイ
ン構造を有する第１の磁性層１が得られる。サブグレイ
ン構造とは、図５に示すように、 1つの主結晶粒(main-
grain)ＭＧ内に複数のサブ結晶粒(sub-grain) ＳＧが存
在する構造である。無配向状態で比較的内部歪が大きい
下地層４上に第１の磁性層１を形成することによって、
サブグレイン構造が比較的容易に得られる。
【００７７】主結晶粒ＭＧとサブ結晶粒ＳＧの区別は、
断面ＴＥＭ観察により行うことができる。すなわち、断
面ＴＥＭ観察を行うと、主結晶粒の結晶粒界では比較的
大きな凹凸が生じるため、図５に示したように、スピン
バルブ膜６の表面には主結晶粒ＭＧの大きさに対応した
凹凸ができる。また、主結晶粒ＭＧ間の最密原子面方位
の成す角は、一般に10°以上の大きな角度を持っている
ため、結晶粒界のコントラストも強く明確である。
断面ＴＥＭ観察により行うことができる。すなわち、断
面ＴＥＭ観察を行うと、主結晶粒の結晶粒界では比較的
大きな凹凸が生じるため、図５に示したように、スピン
バルブ膜６の表面には主結晶粒ＭＧの大きさに対応した
凹凸ができる。また、主結晶粒ＭＧ間の最密原子面方位
の成す角は、一般に10°以上の大きな角度を持っている
ため、結晶粒界のコントラストも強く明確である。
【００７８】それに対して、サブ結晶粒ＳＧは表面の凹
凸よりも短い周期で存在し、表面の凹凸から明らかに 1
つの主結晶粒ＭＧと判別できる範囲内に存在する。ま
た、サブ結晶粒ＳＧ間の最密原子面方位の成す角は10°
以下と小さく、このために主結晶粒ＭＧの結晶粒界に比
べると、コントラストが弱くあまり明確ではない。
凸よりも短い周期で存在し、表面の凹凸から明らかに 1
つの主結晶粒ＭＧと判別できる範囲内に存在する。ま
た、サブ結晶粒ＳＧ間の最密原子面方位の成す角は10°
以下と小さく、このために主結晶粒ＭＧの結晶粒界に比
べると、コントラストが弱くあまり明確ではない。
【００７９】このようなことから、サブグレイン構造を
持たないスピンバルブ膜では、表面の凹凸と結晶粒界が
比較的明確に対応しており、結晶粒の区別が明確であ
る。それに対して、サブグレイン構造を持ったスピンバ
ルブ膜では、表面の凹凸と結晶粒界の対応が不明確であ
り、結晶粒の区別が明確ではなくなっている。なお、こ
の観察を行う場合、サンプルはできるだけ薄く加工する
必要があり、スピンバルブ膜のトータルの膜厚（下地層
から保護層までの膜厚）よりも薄い場所で観察を行うこ
とが望ましい。
持たないスピンバルブ膜では、表面の凹凸と結晶粒界が
比較的明確に対応しており、結晶粒の区別が明確であ
る。それに対して、サブグレイン構造を持ったスピンバ
ルブ膜では、表面の凹凸と結晶粒界の対応が不明確であ
り、結晶粒の区別が明確ではなくなっている。なお、こ
の観察を行う場合、サンプルはできるだけ薄く加工する
必要があり、スピンバルブ膜のトータルの膜厚（下地層
から保護層までの膜厚）よりも薄い場所で観察を行うこ
とが望ましい。
【００８０】また、ナノビーム回折法（マイクロビーム
回折法）を用いて、電子線のビーム径を主結晶粒程度と
して 1つの主結晶粒の電子線回折像を見た場合、サブグ
レイン構造を持たないスピンバルブ膜では、点状の回折
スポットが観察でき、単結晶であることが判別できる。
それに対して、サブグレイン構造を持ったスピンバルブ
膜では、回折パターンは複数の単結晶からの回折の重ね
合わせによる回折パターンが観察される。
回折法）を用いて、電子線のビーム径を主結晶粒程度と
して 1つの主結晶粒の電子線回折像を見た場合、サブグ
レイン構造を持たないスピンバルブ膜では、点状の回折
スポットが観察でき、単結晶であることが判別できる。
それに対して、サブグレイン構造を持ったスピンバルブ
膜では、回折パターンは複数の単結晶からの回折の重ね
合わせによる回折パターンが観察される。
【００８１】スピンバルブ膜６のＭＲ変化率について
は、一般に配向性が低下するにしたがって減少すると考
えられてきたが、ＭＲ変化率はむしろ無配向状態のスピ
ンバルブ磁性層１、２を使用した場合に増大する。さら
に、スピンバルブ磁性層１、２が上記したようなサブグ
レイン構造を有する場合に、特に大きなＭＲ変化率が得
られる。
は、一般に配向性が低下するにしたがって減少すると考
えられてきたが、ＭＲ変化率はむしろ無配向状態のスピ
ンバルブ磁性層１、２を使用した場合に増大する。さら
に、スピンバルブ磁性層１、２が上記したようなサブグ
レイン構造を有する場合に、特に大きなＭＲ変化率が得
られる。
【００８２】サブグレイン構造は、必ずしも全ての主結
晶粒において観察される必要はないが、 50%以上の主結
晶粒にサブ結晶粒が存在することが望ましい。その場合
にＭＲ変化率が増大する。また、サブ結晶粒は 200℃程
度から 400℃程度のアニールを 1〜10時間程度行った後
でも存在することが望ましい。磁気ヘッドやＭＲＡＭな
どのデバイス形態において、サブ結晶粒が存在している
ことが望ましい。
晶粒において観察される必要はないが、 50%以上の主結
晶粒にサブ結晶粒が存在することが望ましい。その場合
にＭＲ変化率が増大する。また、サブ結晶粒は 200℃程
度から 400℃程度のアニールを 1〜10時間程度行った後
でも存在することが望ましい。磁気ヘッドやＭＲＡＭな
どのデバイス形態において、サブ結晶粒が存在している
ことが望ましい。
【００８３】大きなＭＲ変化率を得る上で、スピンバル
ブ磁性層１、２のサブグレイン構造は、サブ結晶粒ＳＧ
の膜面内方向の平均個数が膜垂直方向の平均個数より多
いことが好ましい。すなわち、サブ結晶粒ＳＧは図５に
示したように、膜面内方向に配列するように存在してい
ることが好ましい。さらに、スピンバルブ磁性層１、２
の平均結晶粒径は、主結晶粒ＭＧの平均結晶粒径として
20nm以下であることが好ましい。主結晶粒ＭＧの平均結
晶粒径が20nmを超えると、個々の結晶粒の結晶磁気異方
性が平均化されずに現れてしまうため、異方性磁場Ｈk
および保磁力Ｈc が大きくなってしまうおそれがある。
ブ磁性層１、２のサブグレイン構造は、サブ結晶粒ＳＧ
の膜面内方向の平均個数が膜垂直方向の平均個数より多
いことが好ましい。すなわち、サブ結晶粒ＳＧは図５に
示したように、膜面内方向に配列するように存在してい
ることが好ましい。さらに、スピンバルブ磁性層１、２
の平均結晶粒径は、主結晶粒ＭＧの平均結晶粒径として
20nm以下であることが好ましい。主結晶粒ＭＧの平均結
晶粒径が20nmを超えると、個々の結晶粒の結晶磁気異方
性が平均化されずに現れてしまうため、異方性磁場Ｈk
および保磁力Ｈc が大きくなってしまうおそれがある。
【００８４】上述した各実施形態のＭＲ素子は、例えば
磁気記録再生装置の再生用ＭＲヘッドのＭＲ素子部とし
て使用される。また、ＭＲヘッドに限らず、ＭＲＡＭな
どに使用することも可能である。
磁気記録再生装置の再生用ＭＲヘッドのＭＲ素子部とし
て使用される。また、ＭＲヘッドに限らず、ＭＲＡＭな
どに使用することも可能である。
【００８５】図６は、上述した実施形態のＭＲ素子を再
生ヘッド部に適用した録再分離型の磁気記録再生ヘッド
の構造例を示す図である。ここで、再生ヘッド部上に記
録ヘッド部を積層形成した録再分離型磁気ヘッドにおい
ては、再生部のＭＲ素子はその上層または下層に記録ヘ
ッド部を積層することにより応力を受ける。この応力は
磁歪定数を増大させるため、本発明は録再分離型磁気ヘ
ッドにおいても優れた効果を発揮するものである。
生ヘッド部に適用した録再分離型の磁気記録再生ヘッド
の構造例を示す図である。ここで、再生ヘッド部上に記
録ヘッド部を積層形成した録再分離型磁気ヘッドにおい
ては、再生部のＭＲ素子はその上層または下層に記録ヘ
ッド部を積層することにより応力を受ける。この応力は
磁歪定数を増大させるため、本発明は録再分離型磁気ヘ
ッドにおいても優れた効果を発揮するものである。
【００８６】図６において、１１は基板であり、この基
板１１としてはＡｌ2 Ｏ3 層を有するＡｌ2 Ｏ3 ・Ｔｉ
Ｃ基板などが用いられる。基板１１の主表面上には、Ｎ
ｉＦｅ合金、ＦｅＳｉＡｌ合金、アモルファスＣｏＺｒ
Ｎｂ合金などの軟磁性材料からなる下側磁気シールド層
１２が形成されている。下側磁気シールド層１２上には
ＡｌＯx などの非磁性絶縁材料からなる下側再生磁気ギ
ャップ１３を介して、前述した実施形態で示したスピン
バルブ膜（スピンバルブＧＭＲ膜）１４が形成されてい
る。
板１１としてはＡｌ2 Ｏ3 層を有するＡｌ2 Ｏ3 ・Ｔｉ
Ｃ基板などが用いられる。基板１１の主表面上には、Ｎ
ｉＦｅ合金、ＦｅＳｉＡｌ合金、アモルファスＣｏＺｒ
Ｎｂ合金などの軟磁性材料からなる下側磁気シールド層
１２が形成されている。下側磁気シールド層１２上には
ＡｌＯx などの非磁性絶縁材料からなる下側再生磁気ギ
ャップ１３を介して、前述した実施形態で示したスピン
バルブ膜（スピンバルブＧＭＲ膜）１４が形成されてい
る。
【００８７】スピンバルブＧＭＲ膜１４と下側再生磁気
ギャップ１３との間には、スピンバルブＧＭＲ膜１４に
バイアス磁界を印加するバイアス磁界印加膜１５、１５
が、スピンバルブＧＭＲ膜１４の再生トラックの両端部
外側にそれぞれ配置されている。スピンバルブＧＭＲ膜
１４上には、Ｃｕ、Ａｕ、Ｚｒ、Ｔａなどからなる一対
の電極１６が形成されており、この一対の電極１６によ
りスピンバルブＧＭＲ膜１４にセンス電流が供給され
る。これらスピンバルブＧＭＲ膜１４、バイアス磁界印
加膜１５および一対の電極１６はＧＭＲ素子部１７を構
成している。
ギャップ１３との間には、スピンバルブＧＭＲ膜１４に
バイアス磁界を印加するバイアス磁界印加膜１５、１５
が、スピンバルブＧＭＲ膜１４の再生トラックの両端部
外側にそれぞれ配置されている。スピンバルブＧＭＲ膜
１４上には、Ｃｕ、Ａｕ、Ｚｒ、Ｔａなどからなる一対
の電極１６が形成されており、この一対の電極１６によ
りスピンバルブＧＭＲ膜１４にセンス電流が供給され
る。これらスピンバルブＧＭＲ膜１４、バイアス磁界印
加膜１５および一対の電極１６はＧＭＲ素子部１７を構
成している。
【００８８】ＧＭＲ素子部や１７上には、下側再生磁気
ギャップ１３と同様な非磁性絶縁材料からなる上側再生
磁気ギャップ１８を介して、下側磁気シールド層１２と
同様な軟磁性材料からなる上側磁気シールド層１９が形
成されている。これら各構成要素によって、再生ヘッド
部としてのシールド型ＧＭＲヘッド２０が構成されてい
る。
ギャップ１３と同様な非磁性絶縁材料からなる上側再生
磁気ギャップ１８を介して、下側磁気シールド層１２と
同様な軟磁性材料からなる上側磁気シールド層１９が形
成されている。これら各構成要素によって、再生ヘッド
部としてのシールド型ＧＭＲヘッド２０が構成されてい
る。
【００８９】シールド型ＧＭＲヘッド２０上には、記録
ヘッド部として薄膜磁気ヘッド２１が形成されている。
薄膜磁気ヘッド２１の下側記録磁極は、上側磁気シール
ド層１９と同一の磁性層により構成されている。すなわ
ち、シールド型ＭＲヘッド２０の上側磁気シールド層１
９は、薄膜磁気ヘッド２１の下側記録磁極を兼ねてい
る。この上側磁気シールド層を兼ねる下側記録磁極１９
上には、ＡｌＯx などの非磁性絶縁材料からなる記録磁
気ギャップ２２と上側記録磁極２３とが順に形成され
て、記録ヘッド部として薄膜磁気ヘッド２１が構成され
ている。
ヘッド部として薄膜磁気ヘッド２１が形成されている。
薄膜磁気ヘッド２１の下側記録磁極は、上側磁気シール
ド層１９と同一の磁性層により構成されている。すなわ
ち、シールド型ＭＲヘッド２０の上側磁気シールド層１
９は、薄膜磁気ヘッド２１の下側記録磁極を兼ねてい
る。この上側磁気シールド層を兼ねる下側記録磁極１９
上には、ＡｌＯx などの非磁性絶縁材料からなる記録磁
気ギャップ２２と上側記録磁極２３とが順に形成され
て、記録ヘッド部として薄膜磁気ヘッド２１が構成され
ている。
【００９０】上述した磁気記録再生ヘッドはヘッドスラ
イダに組み込まれる。磁気記録再生ヘッドを備えるヘッ
ドスライダは、例えば図７に示す磁気ディスク装置など
の磁気記録装置に搭載される。図７はロータリーアクチ
ュエータを用いた磁気ディスク装置３０の概略構造を示
している。
イダに組み込まれる。磁気記録再生ヘッドを備えるヘッ
ドスライダは、例えば図７に示す磁気ディスク装置など
の磁気記録装置に搭載される。図７はロータリーアクチ
ュエータを用いた磁気ディスク装置３０の概略構造を示
している。
【００９１】磁気ディスク３１はスピンドル３２に装着
され、駆動装置制御源（図示せず）からの制御信号に応
答するモータ（図示せず）により回転する。磁気ディス
ク３１上を浮上した状態で情報の記録再生を行うヘッド
スライダ３３は、薄膜状のサスペンション３４の先端に
取り付けられている。
され、駆動装置制御源（図示せず）からの制御信号に応
答するモータ（図示せず）により回転する。磁気ディス
ク３１上を浮上した状態で情報の記録再生を行うヘッド
スライダ３３は、薄膜状のサスペンション３４の先端に
取り付けられている。
【００９２】磁気ディスク３１が回転すると、ヘッドス
ライダ３３の媒体対向面（ＡＢＳ）は磁気ディスク３１
の表面から所定の浮上量ｄ(0以上 100nm以下）をもって
保持される。ヘッドスライダ３３は、上述した実施形態
の磁気記録再生ヘッドを具備するものである。
ライダ３３の媒体対向面（ＡＢＳ）は磁気ディスク３１
の表面から所定の浮上量ｄ(0以上 100nm以下）をもって
保持される。ヘッドスライダ３３は、上述した実施形態
の磁気記録再生ヘッドを具備するものである。
【００９３】サスペンション３４は、図示しない駆動コ
イルを保持するボビン部などを有するアクチュエータア
ーム３５の一端に接続されている。アクチュエータアー
ム３５の他端には、リニアモータの 1種であるボイスコ
イルモータ３６が設けられている。ボイスコイルモータ
３６は、アクチュエータアーム３５のボビン部に巻き上
げられた図示しない駆動コイルと、それを挟み込むよう
に対向して配置された永久磁石および対向ヨークからな
る磁気回路とから構成される。
イルを保持するボビン部などを有するアクチュエータア
ーム３５の一端に接続されている。アクチュエータアー
ム３５の他端には、リニアモータの 1種であるボイスコ
イルモータ３６が設けられている。ボイスコイルモータ
３６は、アクチュエータアーム３５のボビン部に巻き上
げられた図示しない駆動コイルと、それを挟み込むよう
に対向して配置された永久磁石および対向ヨークからな
る磁気回路とから構成される。
【００９４】アクチュエータアーム３５は、固定軸３７
の上下 2カ所に設けられた図示しないボールベアリング
によって保持され、ボイスコイルモータ３６により回転
摺動が自在にできるようになっている。
の上下 2カ所に設けられた図示しないボールベアリング
によって保持され、ボイスコイルモータ３６により回転
摺動が自在にできるようになっている。
【００９５】図８は上述した実施形態のＭＲ素子を適用
したＭＲＡＭの一構造例を示す図である。
したＭＲＡＭの一構造例を示す図である。
【００９６】同図に示すＭＲＡＭ４０は、ガラス基板や
Ｓｉ基板などの基板４１上に形成されたスピンバルブＧ
ＭＲ膜４２を有している。スピンバルブＧＭＲ膜４２
は、前述した実施形態で示したスピンバルブ膜からなる
ものであり、基板３１側から順に形成されたアモルファ
ス磁性体層９、下地層４、第１の磁性層１、非磁性層
３、第２の磁性層２および反強磁性層５を有している。
Ｓｉ基板などの基板４１上に形成されたスピンバルブＧ
ＭＲ膜４２を有している。スピンバルブＧＭＲ膜４２
は、前述した実施形態で示したスピンバルブ膜からなる
ものであり、基板３１側から順に形成されたアモルファ
ス磁性体層９、下地層４、第１の磁性層１、非磁性層
３、第２の磁性層２および反強磁性層５を有している。
【００９７】スピンバルブＧＭＲ膜４２の上部には、絶
縁層４３を介して書き込み電極４４が設けられている。
またスピンバルブＧＭＲ膜４２の両端部には、Ａｕなど
からなる一対の読み出し電極４５が設けられている。図
中４６は補助電極である。
縁層４３を介して書き込み電極４４が設けられている。
またスピンバルブＧＭＲ膜４２の両端部には、Ａｕなど
からなる一対の読み出し電極４５が設けられている。図
中４６は補助電極である。
【００９８】
【実施例】次に、本発明の具体的な実施例およびその評
価結果について述べる。
価結果について述べる。
【００９９】実施例１ まず、図３に示したように熱酸化Ｓｉ基板７上に、Ｃｏ
ΖｒＮｂ(5nm) ９／ＮｉＦｅ（ｄnm）４／ＣｏＦｅ(3n
m) １／Ｃｕ(3nm) ３／ＣｏＦｅ(2nm) ２／ＩｒＭｎ(8n
m) ５／Ｔａ(5nm) 構造の磁性多層膜をスパッタ法によ
り成膜した。この磁性多層膜をパターニングしてＭＲ素
子を作製した。
ΖｒＮｂ(5nm) ９／ＮｉＦｅ（ｄnm）４／ＣｏＦｅ(3n
m) １／Ｃｕ(3nm) ３／ＣｏＦｅ(2nm) ２／ＩｒＭｎ(8n
m) ５／Ｔａ(5nm) 構造の磁性多層膜をスパッタ法によ
り成膜した。この磁性多層膜をパターニングしてＭＲ素
子を作製した。
【０１００】この際、ＮｉＦｅ合金からなるｆｃｃ結晶
構造を有する下地層４の膜厚ｄを0.5nmから 4nmの間で
変えて、複数の試料を作製した。なお、Ｔａは保護膜と
して形成したものである。これら各試料について、Ｘ線
θ−２θ回折法により下地層４としてのＮｉＦｅ合金膜
の (111)回折ピークを観測した。その結果を図９に示
す。ピーク強度は膜厚の低下と共に減少し、 1.5nm以下
では全く観察されなかった。
構造を有する下地層４の膜厚ｄを0.5nmから 4nmの間で
変えて、複数の試料を作製した。なお、Ｔａは保護膜と
して形成したものである。これら各試料について、Ｘ線
θ−２θ回折法により下地層４としてのＮｉＦｅ合金膜
の (111)回折ピークを観測した。その結果を図９に示
す。ピーク強度は膜厚の低下と共に減少し、 1.5nm以下
では全く観察されなかった。
【０１０１】また、高分解能断面ＴＥＭ法により結晶配
向性を確認したところ、ＮｉＦｅ合金膜の膜厚が大きい
試料では、結晶最密面である (111)面が基板面に対して
優先的に配向していることが分かった。それに対して、
ＮｉＦｅ合金膜の膜厚が 1.5nm以下の試料では各結晶粒
の (111)面はほぼ均等に分散していることが確認でき
た。
向性を確認したところ、ＮｉＦｅ合金膜の膜厚が大きい
試料では、結晶最密面である (111)面が基板面に対して
優先的に配向していることが分かった。それに対して、
ＮｉＦｅ合金膜の膜厚が 1.5nm以下の試料では各結晶粒
の (111)面はほぼ均等に分散していることが確認でき
た。
【０１０２】次に、ＮｉＦｅ合金膜上に形成した磁性層
１としてのＣｏＦｅ合金膜の (111)回折ピークを同様に
して観測した。その結果、ＮｉＦｅ合金膜の膜厚が 1.5
nm以下の試料では、ＮｉＦｅ合金膜と同様に、ＣｏＦｅ
合金膜の (111)回折ピークは全く観察されなかった。ま
た、高分解能断面ＴＥＭ法により結晶配向性を確認した
ところ、ＮｉＦｅ合金膜の膜厚が 1.5nm以下の試料で
は、ＣｏＦｅ合金膜の結晶粒の (111)面は等方的に分散
していることが確認できた。
１としてのＣｏＦｅ合金膜の (111)回折ピークを同様に
して観測した。その結果、ＮｉＦｅ合金膜の膜厚が 1.5
nm以下の試料では、ＮｉＦｅ合金膜と同様に、ＣｏＦｅ
合金膜の (111)回折ピークは全く観察されなかった。ま
た、高分解能断面ＴＥＭ法により結晶配向性を確認した
ところ、ＮｉＦｅ合金膜の膜厚が 1.5nm以下の試料で
は、ＣｏＦｅ合金膜の結晶粒の (111)面は等方的に分散
していることが確認できた。
【０１０３】さらに、下地層の膜厚が 1nmのＣｏＦｅ合
金膜について、高分解能断面ＴＥＭ観察により 100点の
(111)面方位を調べ、その結果に基づいてχ2 (100) 値
を算出した。その結果、χ2 (100) 値は 122であった。
すなわち、この実施例の測定によるχ2 (100) 値は、χ
2 0.5 (100) 値(=99.334) 以上でχ2 0.25(100) 値(=12
9.56) 以下であった。下地層の膜厚が 1.5nm以下の試料
はほぼ同様な値を有していた。この結果から、この実施
例のＣｏＦｅ合金膜は (111)面が等方分散していること
を確認した。
金膜について、高分解能断面ＴＥＭ観察により 100点の
(111)面方位を調べ、その結果に基づいてχ2 (100) 値
を算出した。その結果、χ2 (100) 値は 122であった。
すなわち、この実施例の測定によるχ2 (100) 値は、χ
2 0.5 (100) 値(=99.334) 以上でχ2 0.25(100) 値(=12
9.56) 以下であった。下地層の膜厚が 1.5nm以下の試料
はほぼ同様な値を有していた。この結果から、この実施
例のＣｏＦｅ合金膜は (111)面が等方分散していること
を確認した。
【０１０４】上述した各試料の磁歪定数を測定した結果
を図１０に示す。ＮｉＦｅ合金膜の膜厚が 2.5nm以上の
場合は磁歪定数が20×10-7以上であったが、ＮｉＦｅ合
金膜の膜厚ｄが 1.5nm以下の場合には、いずれの試料も
磁歪定数が-2×10-7と低磁歪化されていることを確認し
た。
を図１０に示す。ＮｉＦｅ合金膜の膜厚が 2.5nm以上の
場合は磁歪定数が20×10-7以上であったが、ＮｉＦｅ合
金膜の膜厚ｄが 1.5nm以下の場合には、いずれの試料も
磁歪定数が-2×10-7と低磁歪化されていることを確認し
た。
【０１０５】さらに、各試料に対して543Kで 100時間の
アニール処理を施し、その後の磁歪定数を測定した。こ
のアニール処理後においても、ＮｉＦｅ合金膜の膜厚が
1.5nm以下の実施例による各試料は磁歪定数がほとんど
変化しておらず、耐熱性にも優れることが分かった。
アニール処理を施し、その後の磁歪定数を測定した。こ
のアニール処理後においても、ＮｉＦｅ合金膜の膜厚が
1.5nm以下の実施例による各試料は磁歪定数がほとんど
変化しておらず、耐熱性にも優れることが分かった。
【０１０６】上述した各試料のＭＲ素子を用いてＭＲヘ
ッドを試作した。ＭＲヘッドは直径3インチのＡｌ2 Ｏ
3 ・ＴｉＣ基板上に作製し、 1枚の基板から 800個のＭ
Ｒヘッドを得た。作製したＭＲヘッドを実際のディスク
・ドライブに組み込み、バルクハウゼンノイズが生じる
ヘッドの数を確認した。その結果を図１１に示す。
ッドを試作した。ＭＲヘッドは直径3インチのＡｌ2 Ｏ
3 ・ＴｉＣ基板上に作製し、 1枚の基板から 800個のＭ
Ｒヘッドを得た。作製したＭＲヘッドを実際のディスク
・ドライブに組み込み、バルクハウゼンノイズが生じる
ヘッドの数を確認した。その結果を図１１に示す。
【０１０７】ＮｉＦｅ合金膜の膜厚ｄが 1.5nm以下のＭ
Ｒ素子を用いたＭＲヘッドは不良数が 5個程度と少な
く、不良品率は1%程度の値が得られている。それに対し
て、ＮｉＦｅ合金膜の膜厚が 2.5nm以上のＭＲ素子を用
いたＭＲヘッドでは、バルクハウゼンノイズが60個から
70個の試料で観測され、不良品率は 10%程度と非常に大
きくなった。
Ｒ素子を用いたＭＲヘッドは不良数が 5個程度と少な
く、不良品率は1%程度の値が得られている。それに対し
て、ＮｉＦｅ合金膜の膜厚が 2.5nm以上のＭＲ素子を用
いたＭＲヘッドでは、バルクハウゼンノイズが60個から
70個の試料で観測され、不良品率は 10%程度と非常に大
きくなった。
【０１０８】以上の実施例および比較例の結果から、下
地層４としてのＮｉＦｅ合金膜の膜厚を 1.5nm以下とす
ることによって、スピンバルブ磁性層を構成する結晶粒
の最密面（ (111)面）を等方分散させることができ、こ
れによってスピンバルブ膜の磁歪定数を 1×10-6以下程
度まで低減することが可能であることが分かる。そし
て、このような低磁歪のスピンバルブ膜を用いることに
よって、それを用いたＭＲヘッドのバルクハウゼンノイ
ズなどによる不良発生率を大幅に低減することが可能と
なる。
地層４としてのＮｉＦｅ合金膜の膜厚を 1.5nm以下とす
ることによって、スピンバルブ磁性層を構成する結晶粒
の最密面（ (111)面）を等方分散させることができ、こ
れによってスピンバルブ膜の磁歪定数を 1×10-6以下程
度まで低減することが可能であることが分かる。そし
て、このような低磁歪のスピンバルブ膜を用いることに
よって、それを用いたＭＲヘッドのバルクハウゼンノイ
ズなどによる不良発生率を大幅に低減することが可能と
なる。
【０１０９】実施例２ 熱酸化Ｓｉ基板７上に、Ｔａ(5nm) ／Ｃｕ(1nm) ／Ｃｏ
Ｆｅ(3nm) ／Ｃｕ(3nm）／ＣｏＦｅ(2nm) ／ＩｒＭｎ(8
nm) ／Ｔａ(5nm) 構造の磁性多層膜をバイアススパッタ
法により成膜した。この磁性多層膜をパターニングして
ＭＲ素子を作製した。
Ｆｅ(3nm) ／Ｃｕ(3nm）／ＣｏＦｅ(2nm) ／ＩｒＭｎ(8
nm) ／Ｔａ(5nm) 構造の磁性多層膜をバイアススパッタ
法により成膜した。この磁性多層膜をパターニングして
ＭＲ素子を作製した。
【０１１０】この実施例２の試料について、下地層とし
てのＣｕ膜および第１の磁性層としてのＣｏＦｅ膜の結
晶配向性を高分解能断面ＴＥＭ法により確認した。各膜
について、高分解能断面ＴＥＭ観察により 100点 (111)
面方位を調べ、その結果に基づいてχ2 (100) 値を算出
した。その結果、Ｃｕ膜のχ2 (100) 値は 110、ＣｏＦ
ｅ膜のχ2 (100) 値は 115であった。この結果から、下
地層としてのＣｕ膜および第１の磁性層としてのＣｏＦ
ｅ膜はいずれも (111)面が等方分散していることを確認
した。
てのＣｕ膜および第１の磁性層としてのＣｏＦｅ膜の結
晶配向性を高分解能断面ＴＥＭ法により確認した。各膜
について、高分解能断面ＴＥＭ観察により 100点 (111)
面方位を調べ、その結果に基づいてχ2 (100) 値を算出
した。その結果、Ｃｕ膜のχ2 (100) 値は 110、ＣｏＦ
ｅ膜のχ2 (100) 値は 115であった。この結果から、下
地層としてのＣｕ膜および第１の磁性層としてのＣｏＦ
ｅ膜はいずれも (111)面が等方分散していることを確認
した。
【０１１１】高分解能断面ＴＥＭ写真からは、第１の磁
性層としてのＣｏＦｅ膜が図５に示したように、 1つの
主結晶粒ＭＧ内に複数のサブ結晶粒ＳＧが存在するサブ
グレイン構造を有していることが確認された。
性層としてのＣｏＦｅ膜が図５に示したように、 1つの
主結晶粒ＭＧ内に複数のサブ結晶粒ＳＧが存在するサブ
グレイン構造を有していることが確認された。
【０１１２】この実施例２の試料の磁歪定数は 2×10-7
と低磁歪化されていることを確認した。さらに、試料に
対して543Kで 100時間のアニール処理を施し、その後の
磁歪定数を測定した。このアニール処理後においても、
磁歪定数はほとんど変化しておらず、耐熱性にも優れる
ことが分かった。
と低磁歪化されていることを確認した。さらに、試料に
対して543Kで 100時間のアニール処理を施し、その後の
磁歪定数を測定した。このアニール処理後においても、
磁歪定数はほとんど変化しておらず、耐熱性にも優れる
ことが分かった。
【０１１３】さらに、この実施例２の試料の軟磁気特性
およびＭＲ変化率を調べた。その結果、ＭＲ変化率は 1
0%の値を得ることができた。また、ＭＲ膜のアニール耐
熱性も向上しており、 270℃× 1時間のアニール後にお
いても9%のＭＲ変化率を得ることができた。さらに、Ｈ
k は 5Ｏe 、容易軸方向のＨc は 3Ｏe と小さい値を得
ることができた。
およびＭＲ変化率を調べた。その結果、ＭＲ変化率は 1
0%の値を得ることができた。また、ＭＲ膜のアニール耐
熱性も向上しており、 270℃× 1時間のアニール後にお
いても9%のＭＲ変化率を得ることができた。さらに、Ｈ
k は 5Ｏe 、容易軸方向のＨc は 3Ｏe と小さい値を得
ることができた。
【０１１４】実施例３ 熱酸化Ｓｉ基板上に、Ｔａ(5nm) ／Ａｇ(2nm) ／ＣｏＦ
ｅ(3nm) ／Ｃｕ(3nm）／ＣｏＦｅ(2nm) ／ＩｒＭｎ(8n
m) ／Ｔａ(5nm) 構造の磁性多層膜をイオンビーム・ス
パッタ法により成膜した。成膜時にＡｒイオンビームに
よるアシストを行った。この磁性多層膜をパターニング
してＭＲ素子を作製した。
ｅ(3nm) ／Ｃｕ(3nm）／ＣｏＦｅ(2nm) ／ＩｒＭｎ(8n
m) ／Ｔａ(5nm) 構造の磁性多層膜をイオンビーム・ス
パッタ法により成膜した。成膜時にＡｒイオンビームに
よるアシストを行った。この磁性多層膜をパターニング
してＭＲ素子を作製した。
【０１１５】この実施例３の試料について、結晶配向性
を高分解能断面ＴＥＭ法により確認した。その結果、 1
つのグレインの中では、ほぼ全ての結晶面は下地のＡｇ
層からＩｒＭｎ層まで揃っていることが確認できた。Ｔ
ａ層はアモルファスであることが確認できた。その後、
透過電子線回折像を撮ったところ、デバイ・シェラー環
は同心円状で、ほぼ均等な強度をもった像が得られ、全
膜厚にわたって (111)面が等方分散していることを確認
した。また、デバイ・シェラー環はシャープな同心円状
となり、結晶質状態であることが確認できた。
を高分解能断面ＴＥＭ法により確認した。その結果、 1
つのグレインの中では、ほぼ全ての結晶面は下地のＡｇ
層からＩｒＭｎ層まで揃っていることが確認できた。Ｔ
ａ層はアモルファスであることが確認できた。その後、
透過電子線回折像を撮ったところ、デバイ・シェラー環
は同心円状で、ほぼ均等な強度をもった像が得られ、全
膜厚にわたって (111)面が等方分散していることを確認
した。また、デバイ・シェラー環はシャープな同心円状
となり、結晶質状態であることが確認できた。
【０１１６】この実施例３の試料の磁歪定数は 1×10-7
と低磁歪化されていることを確認した。さらに、この試
料に対して543Kで 100時間のアニール処理を施し、その
後の磁歪定数を測定した。このアニール処理後において
も、磁歪定数はほとんど変化しておらず、耐熱性にも優
れることが分かった。
と低磁歪化されていることを確認した。さらに、この試
料に対して543Kで 100時間のアニール処理を施し、その
後の磁歪定数を測定した。このアニール処理後において
も、磁歪定数はほとんど変化しておらず、耐熱性にも優
れることが分かった。
【０１１７】さらに、この実施例３の試料の軟磁気特性
およびＭＲ変化率を調べた。その結果、ＭＲ変化率は 1
1%の値を得ることができた。また、ＭＲ膜のアニール耐
熱性も向上しており、 270℃× 1時間のアニール後にお
いても 10%のＭＲ変化率を得ることができた。さらに、
Ｈk は 5Ｏe 、容易軸方向のＨc は 3Ｏe と小さい値を
得ることができた。
およびＭＲ変化率を調べた。その結果、ＭＲ変化率は 1
1%の値を得ることができた。また、ＭＲ膜のアニール耐
熱性も向上しており、 270℃× 1時間のアニール後にお
いても 10%のＭＲ変化率を得ることができた。さらに、
Ｈk は 5Ｏe 、容易軸方向のＨc は 3Ｏe と小さい値を
得ることができた。
【０１１８】本発明のＭＲ素子をＭＲＡＭに適用する場
合においても、スピンバルブ膜を低磁歪化することによ
って、バルクハウゼンノイズなどの発生を低減して、読
み出しエラーを減少させるなどの効果を得ることができ
る。
合においても、スピンバルブ膜を低磁歪化することによ
って、バルクハウゼンノイズなどの発生を低減して、読
み出しエラーを減少させるなどの効果を得ることができ
る。
【０１１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁気抵抗
効果素子によれば、大きな磁気抵抗効果を維持した上
で、例えば 1×10-6以下の小さい磁歪を再現性よく得る
ことができる。さらに、良好な軟磁気特性や大きなＭＲ
変化率を得ることができる。このような磁気抵抗効果素
子を例えば磁気ヘッドに適用すれば、バルクハウゼンノ
イズなどのノイズ発生を有効に抑制することが可能とな
る。
効果素子によれば、大きな磁気抵抗効果を維持した上
で、例えば 1×10-6以下の小さい磁歪を再現性よく得る
ことができる。さらに、良好な軟磁気特性や大きなＭＲ
変化率を得ることができる。このような磁気抵抗効果素
子を例えば磁気ヘッドに適用すれば、バルクハウゼンノ
イズなどのノイズ発生を有効に抑制することが可能とな
る。
【図１】 最密面を等方分散させた磁性層の状態を模式
的に示す図である。
的に示す図である。
【図２】 本発明の磁気抵抗効果素子の一実施形態の要
部構造を示す断面図である。
部構造を示す断面図である。
【図３】 図２に示す磁気抵抗効果素子の一変形例を示
す断面図である。
す断面図である。
【図４】 図２に示す磁気抵抗効果素子の他の変形例を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図５】 本発明の磁気抵抗効果素子におけるスピンバ
ルブ磁性層の微細構造の一例を模式的に示す図である。
ルブ磁性層の微細構造の一例を模式的に示す図である。
【図６】 本発明の磁気抵抗効果素子を再生ヘッド部に
使用した録再分離型の磁気記録再生ヘッドの一構成例を
示す断面図である。
使用した録再分離型の磁気記録再生ヘッドの一構成例を
示す断面図である。
【図７】 本発明の磁気ヘッドを使用した磁気ディスク
装置の一構成例を示す斜視図である。
装置の一構成例を示す斜視図である。
【図８】 本発明の磁気抵抗効果素子を使用したＭＲＡ
Ｍの一構成例を示す断面図である。
Ｍの一構成例を示す断面図である。
【図９】 本発明の実施例１におけるＮｉＦｅ下地層の
膜厚とそのＸ線回折による (111)ピーク強度との関係を
示す図である。
膜厚とそのＸ線回折による (111)ピーク強度との関係を
示す図である。
【図１０】 本発明の実施例１におけるＮｉＦｅ下地層
の膜厚とそれを含むスピンバルブ膜の磁歪との関係を示
す図である。
の膜厚とそれを含むスピンバルブ膜の磁歪との関係を示
す図である。
【図１１】 本発明の実施例１におけるＮｉＦｅ下地層
の膜厚とそれを含むスピンバルブ膜を用いた磁気ヘッド
の不良品数との関係を示す図である。
の膜厚とそれを含むスピンバルブ膜を用いた磁気ヘッド
の不良品数との関係を示す図である。
１………第１の磁性層 ２………第２の磁性層 ３………非磁性層 ４………下地層 ６………スピンバルブ膜 １２、１９……磁気シールド層 １３、１８……再生磁気ギャップ １４……スピンバルブＧＭＲ膜 １６……一対の電極 ２０……再生ヘッド部としてのシールド型ＧＭＲヘッド ２１……記録ヘッド部として薄膜磁気ヘッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩崎 仁志 神奈川県川崎市幸区堀川町72 株式会社 東芝 川崎事業所内 (72)発明者 佐橋 政司 神奈川県川崎市幸区堀川町72 株式会社 東芝 川崎事業所内 (56)参考文献 特開 平７−211956（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−36716（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−251682（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−264861（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−23031（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−7874（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−213238（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−96325（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−221721（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−303477（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−256622（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−154619（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−152208（ＪＰ，Ａ) 米国特許5585986（ＵＳ，Ａ) 米国特許5206590（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 43/08 G01R 33/09 G11B 5/39 H01F 10/32 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (21)
- 【請求項１】 第１の磁性層と、第２の磁性層と、前記
第１の磁性層と第２の磁性層との間に介在された非磁性
層とを有するスピンバルブ膜と、前記スピンバルブ膜に
センス電流を供給する一対の電極とを具備する磁気抵抗
効果素子において、 前記第１および第２の磁性層の少なくとも一方の磁性層
は、それを構成する結晶粒の最密面が等方分散してお
り、この結晶粒の最密面が等方分散している磁性層は、
その膜厚方向の断面における電子線回折像のデバイ・シ
ェラー環が全円周に回折像を有すると共に、前記デバイ
・シェラー環の全円周にわたる観測パターンの強度の最
大値が最小値の5倍以下であることを特徴とする磁気抵
抗効果素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の磁気抵抗効果素子におい
て、 さらに、結晶構造を有する下地層を具備し、前記第１の
磁性層は前記下地層上に形成されていると共に、前記下
地層はそれを構成する結晶粒の最密面が等方分散してい
ることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項３】 請求項２記載の磁気抵抗効果素子におい
て、 前記下地層は、前記第１の磁性層と同一の結晶構造を有
する金属材料からなることを特徴とする磁気抵抗効果素
子。 - 【請求項４】 請求項２または請求項３記載の磁気抵抗
効果素子において、 前記下地層は非磁性金属材料からなることを特徴とする
磁気抵抗効果素子。 - 【請求項５】 請求項２または請求項３記載の磁気抵抗
効果素子において、 前記下地層は、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔおよびこれらの
合金から選ばれる少なくとも1種を含有することを特徴
とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項６】 請求項５記載の磁気抵抗効果素子におい
て、 前記下地層には、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、
Ｔｃ、Ｈｆ、Ｔａ、ＷおよびＲｅから選ばれる少なくと
も1種が添加されていることを特徴とする磁気抵抗効果
素子。 - 【請求項７】 請求項５記載の磁気抵抗効果素子におい
て、 前記下地層は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、ＮｂおよびＭｏ
から選ばれる少なくとも1種を含む層を介して、絶縁材
料上に形成されていることを特徴とする磁気抵抗効果素
子。 - 【請求項８】 請求項２ないし請求項７のいずれか１項
記載の磁気抵抗効果素子において、 前記下地層は5nm以下の厚さを有することを特徴とする
磁気抵抗効果素子。 - 【請求項９】 請求項２ないし請求項７のいずれか１項
記載の磁気抵抗効果素子において、 前記下地層は2nm以下の厚さを有することを特徴とする
磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１０】 請求項２ないし請求項７のいずれか１
項記載の磁気抵抗効果素子において、 前記下地層は1.5nm以下の厚さを有することを特徴とす
る磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１１】 請求項２または請求項３記載の磁気抵
抗効果素子において、 前記下地層は磁性金属材料からなり、かつ前記下地層と
隣接させてアモルファス磁性体層が配置されていること
を特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１２】 請求項２ないし請求項１１のいずれか
１項記載の磁気抵抗効果素子において、 前記下地層と前記第１の磁性層との間に、酸化物、窒化
物、硼化物およびフッ化物から選ばれる少なくとも1種
を主成分とする化合物層が配置されていることを特徴と
する磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１３】 請求項１ないし請求項１２のいずれか
１項記載の磁気抵抗効果素子において、 前記結晶粒の最密面が等方分散している磁性層は、1つ
の主結晶粒が複数のサブ結晶粒で構成されていることを
特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１４】 請求項１３記載の磁気抵抗効果素子に
おいて、 前記磁性層は、前記主結晶粒の結晶粒径として20nm以下
の平均結晶粒径を有することを特徴とする磁気抵抗効果
素子。 - 【請求項１５】 請求項１ないし請求項１４のいずれか
１項記載の磁気抵抗効果素子において、 前記結晶粒の最密面が等方分散している磁性層はｆｃｃ
結晶構造を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１６】 請求項１ないし請求項１５のいずれか
１項記載の磁気抵抗効果素子において、 前記結晶粒の最密面が等方分散している磁性層はＣｏま
たはＣｏ合金からなることを特徴とする磁気抵抗効果素
子。 - 【請求項１７】 請求項１ないし請求項１６のいずれか
１項記載の磁気抵抗効果素子を具備することを特徴とす
る磁気ヘッド。 - 【請求項１８】 請求項１７記載の磁気ヘッドにおい
て、 さらに、前記磁気抵抗効果素子の下側に下側再生磁気ギ
ャップを介して配置された下側磁気シールド層と、前記
磁気抵抗効果素子の上側に上側再生磁気ギャップを介し
て配置された上側磁気シールド層とを具備することを特
徴とする磁気ヘッド。 - 【請求項１９】 請求項１７または請求項１８記載の磁
気ヘッドを有する再生ヘッドと、記録ヘッドとを具備す
ることを特徴とする磁気記録再生ヘッド。 - 【請求項２０】 請求項１９記載の磁気記録再生ヘッド
において、 前記記録ヘッドは、前記磁気ヘッドの上側磁気シールド
層と共通化された下側磁極と、前記下側磁極上に形成さ
れた記録磁気ギャップと、前記記録磁気ギャップ上に設
けられた上側磁極と、前記下側磁極および前記上側磁極
に記録磁界を供給する記録コイルとを有することを特徴
とする磁気記録再生ヘッド。 - 【請求項２１】 磁気記録媒体と、 前記磁気記録媒体に磁界により信号を書き込み、かつ前
記磁気記録媒体から発生する磁界により信号を読み取
る、請求項１９または請求項２０記載の磁気記録再生ヘ
ッドとを具備することを特徴とする磁気記録装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06016498A JP3286244B2 (ja) | 1997-03-14 | 1998-03-11 | 磁気抵抗効果素子と、それを用いた磁気ヘッドおよび磁気記録装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6147797 | 1997-03-14 | ||
| JP9-61477 | 1997-03-14 | ||
| JP06016498A JP3286244B2 (ja) | 1997-03-14 | 1998-03-11 | 磁気抵抗効果素子と、それを用いた磁気ヘッドおよび磁気記録装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10321930A JPH10321930A (ja) | 1998-12-04 |
| JP3286244B2 true JP3286244B2 (ja) | 2002-05-27 |
Family
ID=26401241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06016498A Expired - Fee Related JP3286244B2 (ja) | 1997-03-14 | 1998-03-11 | 磁気抵抗効果素子と、それを用いた磁気ヘッドおよび磁気記録装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3286244B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008172067A (ja) * | 2007-01-12 | 2008-07-24 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 軟磁性薄膜の製造方法および軟磁性薄膜、磁気ヘッド、垂直磁気記録媒体 |
| JP5734657B2 (ja) * | 2008-09-12 | 2015-06-17 | 日立金属株式会社 | セルフピン型スピンバルブ磁気抵抗効果膜とそれを用いた磁気センサおよび回転角度検出装置 |
| JP6383616B2 (ja) * | 2013-09-25 | 2018-08-29 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置 |
-
1998
- 1998-03-11 JP JP06016498A patent/JP3286244B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10321930A (ja) | 1998-12-04 |
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