JPH07263773A - 磁気抵抗効果素子及びその製造方法 - Google Patents
磁気抵抗効果素子及びその製造方法Info
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- JPH07263773A JPH07263773A JP6050395A JP5039594A JPH07263773A JP H07263773 A JPH07263773 A JP H07263773A JP 6050395 A JP6050395 A JP 6050395A JP 5039594 A JP5039594 A JP 5039594A JP H07263773 A JPH07263773 A JP H07263773A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 （Ｎｉx Ｃｏ1-x ）y Ｆｅ1-y （0.6 ≦ｘ≦
1.0, 0.7≦ｙ≦1.0)を主成分とする厚さ0.8 〜10nmの磁
性薄膜層と、厚さ0.8 〜5nm のＣｕを主成分とする金属
非磁性層とを交互に積層した構造を有し、前記磁性薄膜
層と金属非磁性層の結晶の(100) 面が膜面垂直方向にエ
ピタキシャルに成長していることにより、低磁界で大き
な磁気抵抗変化を示す磁気抵抗効果素子を提供する。 【構成】 Ｓｉ基板１の上にＣｕ下地層を設け、その上
に磁性薄膜層３と金属非磁性層４を積層する。金属非磁
性層４の膜厚としては、磁性薄膜層間の反強磁性結合を
利用するためには少なくとも0.8nm 以上の膜厚は必要で
ある。またCu層が厚くなると抵抗が低下しΔＲ／Ｒが低
下するので5nm 以下、望ましくは2.2nm以下とするのが
よい。磁性薄膜層３と、金属非磁性層４を交互に積層す
ることにより、人工格子層５を構成する。
1.0, 0.7≦ｙ≦1.0)を主成分とする厚さ0.8 〜10nmの磁
性薄膜層と、厚さ0.8 〜5nm のＣｕを主成分とする金属
非磁性層とを交互に積層した構造を有し、前記磁性薄膜
層と金属非磁性層の結晶の(100) 面が膜面垂直方向にエ
ピタキシャルに成長していることにより、低磁界で大き
な磁気抵抗変化を示す磁気抵抗効果素子を提供する。 【構成】 Ｓｉ基板１の上にＣｕ下地層を設け、その上
に磁性薄膜層３と金属非磁性層４を積層する。金属非磁
性層４の膜厚としては、磁性薄膜層間の反強磁性結合を
利用するためには少なくとも0.8nm 以上の膜厚は必要で
ある。またCu層が厚くなると抵抗が低下しΔＲ／Ｒが低
下するので5nm 以下、望ましくは2.2nm以下とするのが
よい。磁性薄膜層３と、金属非磁性層４を交互に積層す
ることにより、人工格子層５を構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁界の大きさを電気信
号として読みとるための磁気センサーや磁気ヘッドなど
に用いられる、磁気抵抗効果素子及びその製造方法に関
するものである。
号として読みとるための磁気センサーや磁気ヘッドなど
に用いられる、磁気抵抗効果素子及びその製造方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より磁気抵抗効果素子を用いた磁気
抵抗センサー、磁気抵抗ヘッドの開発が進められてお
り、磁性体には主としてＮｉ0.8 Ｆｅ0.2 のパーマロイ
やＮｉ0. 8 Ｃｏ0.2 合金膜が用いられている。これらの
磁気抵抗効果材料の場合には、磁気抵抗変化率（以下Δ
Ｒ／Ｒと記す）が2.5%程度であり、より高感度な磁気抵
抗素子を得るためにはよりΔＲ／Ｒの大きなものが求め
られている。近年Cr,Ru 等の金属非磁性薄膜を介して反
強磁性的結合をしている[Fe/Cr],[Co/Ru] 人工格子膜で
巨大磁気抵抗効果を示すことが発見された（フィジカル
・レヴユー・レター61 第2472項(1988)；同 64 第2304
項(1990)(Physical Review Letter Vol.61,P2472, 198
8;同Vol.64, p2304,1990) ）。
抵抗センサー、磁気抵抗ヘッドの開発が進められてお
り、磁性体には主としてＮｉ0.8 Ｆｅ0.2 のパーマロイ
やＮｉ0. 8 Ｃｏ0.2 合金膜が用いられている。これらの
磁気抵抗効果材料の場合には、磁気抵抗変化率（以下Δ
Ｒ／Ｒと記す）が2.5%程度であり、より高感度な磁気抵
抗素子を得るためにはよりΔＲ／Ｒの大きなものが求め
られている。近年Cr,Ru 等の金属非磁性薄膜を介して反
強磁性的結合をしている[Fe/Cr],[Co/Ru] 人工格子膜で
巨大磁気抵抗効果を示すことが発見された（フィジカル
・レヴユー・レター61 第2472項(1988)；同 64 第2304
項(1990)(Physical Review Letter Vol.61,P2472, 198
8;同Vol.64, p2304,1990) ）。
【０００３】また金属非磁性薄膜Cuで分離され磁気的結
合をしていない磁性薄膜NiFeとCoを用いた[NiFe/Cu/Co]
人工格子膜でも巨大磁気抵抗効果が発見され、室温印可
磁界3kOeでΔＲ／Ｒが約10% のものが得られている（ジ
ャーナル・オブ・フィジカル・ソサイエティー・オブ・
ジャパン 59 第3061項(1990 年)(Journal of Physical
Society of Japan Vol.59, p3061, 1990) ）。
合をしていない磁性薄膜NiFeとCoを用いた[NiFe/Cu/Co]
人工格子膜でも巨大磁気抵抗効果が発見され、室温印可
磁界3kOeでΔＲ／Ｒが約10% のものが得られている（ジ
ャーナル・オブ・フィジカル・ソサイエティー・オブ・
ジャパン 59 第3061項(1990 年)(Journal of Physical
Society of Japan Vol.59, p3061, 1990) ）。
【０００４】しかしながらこのような金属人工格子膜を
磁気ヘッドに使用するためには更に印可磁界が低くても
動作するものが求められる。そこで、スパッタリング法
を用いて作製した、反強磁性結合をしている[NiFeCo/Cu
/Co],[NiFeCo/Cu]人工格子膜でも巨大磁気抵抗効果が発
見され、室温印可磁界0.5kOeでΔＲ／Ｒが約15% のもの
が得られている（電子情報通信学会技術研究報告 MR91-
9 ）。
磁気ヘッドに使用するためには更に印可磁界が低くても
動作するものが求められる。そこで、スパッタリング法
を用いて作製した、反強磁性結合をしている[NiFeCo/Cu
/Co],[NiFeCo/Cu]人工格子膜でも巨大磁気抵抗効果が発
見され、室温印可磁界0.5kOeでΔＲ／Ｒが約15% のもの
が得られている（電子情報通信学会技術研究報告 MR91-
9 ）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の技術は、ガラス基板上に超高真空蒸着装置を用い
て、[NiFeCo/Cu] 人工格子膜を作製しても、ΔＲ／Ｒは
1%以下であることが報告されている。この原因として
は、蒸着法ではスパッタリング法と異なり、結晶粒が島
状に成長するために、磁性層と非磁性層の界面がフラッ
トにならないことが指摘されている。
来の技術は、ガラス基板上に超高真空蒸着装置を用い
て、[NiFeCo/Cu] 人工格子膜を作製しても、ΔＲ／Ｒは
1%以下であることが報告されている。この原因として
は、蒸着法ではスパッタリング法と異なり、結晶粒が島
状に成長するために、磁性層と非磁性層の界面がフラッ
トにならないことが指摘されている。
【０００６】また従来、[NiFeCo/Cu] 人工格子膜を真空
蒸着法で作製した場合、全く巨大磁気抵抗効果がみられ
ないという問題があった（電子情報通信学会技術研究報
告 MR93-20）。またスパッタリング法でガラス基板上に
作製した場合には、(111) 配向の膜は容易に作製できた
が、(100) 配向の膜は作製困難であった。そのために十
分低い印可磁界で大きな磁気抵抗変化を示す磁気抵抗変
化素子の作製が困難であった。また従来エピタキシャル
成長には基板加熱が必要であったが、そのために他の素
子と同一のSi基板上に素子を集積しようとすると、他の
素子を劣化させてしまう問題があった。
蒸着法で作製した場合、全く巨大磁気抵抗効果がみられ
ないという問題があった（電子情報通信学会技術研究報
告 MR93-20）。またスパッタリング法でガラス基板上に
作製した場合には、(111) 配向の膜は容易に作製できた
が、(100) 配向の膜は作製困難であった。そのために十
分低い印可磁界で大きな磁気抵抗変化を示す磁気抵抗変
化素子の作製が困難であった。また従来エピタキシャル
成長には基板加熱が必要であったが、そのために他の素
子と同一のSi基板上に素子を集積しようとすると、他の
素子を劣化させてしまう問題があった。
【０００７】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、低磁界で大きな磁気抵抗変化を示す磁気抵抗効果素
子を提供すること、及び低温プロセスで磁気抵抗効果素
子を製造する方法を提供することを目的とする。
め、低磁界で大きな磁気抵抗変化を示す磁気抵抗効果素
子を提供すること、及び低温プロセスで磁気抵抗効果素
子を製造する方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の磁気抵抗効果素子は、（Ｎｉx Ｃｏ1-x ）
y Ｆｅ1-y （0.6 ≦ｘ≦1.0, 0.7≦ｙ≦1.0)を主成分と
する厚さ0.8 〜10nmの磁性薄膜層と、厚さ0.8 〜5nm の
Ｃｕを主成分とする金属非磁性層とを交互に積層した構
造を有し、前記磁性薄膜層と金属非磁性層の結晶の(10
0) 面が膜面垂直方向にエピタキシャルに成長している
という構成を備えたものである。
め、本発明の磁気抵抗効果素子は、（Ｎｉx Ｃｏ1-x ）
y Ｆｅ1-y （0.6 ≦ｘ≦1.0, 0.7≦ｙ≦1.0)を主成分と
する厚さ0.8 〜10nmの磁性薄膜層と、厚さ0.8 〜5nm の
Ｃｕを主成分とする金属非磁性層とを交互に積層した構
造を有し、前記磁性薄膜層と金属非磁性層の結晶の(10
0) 面が膜面垂直方向にエピタキシャルに成長している
という構成を備えたものである。
【０００９】前記構成においては、金属非磁性層の膜厚
が1.4 〜1.9nm であることが好ましい。また前記構成に
おいては、磁性薄膜層と金属非磁性層との界面に、厚さ
0.18〜0.4nm のCo層を存在させたことが好ましい。
が1.4 〜1.9nm であることが好ましい。また前記構成に
おいては、磁性薄膜層と金属非磁性層との界面に、厚さ
0.18〜0.4nm のCo層を存在させたことが好ましい。
【００１０】また前記構成においては、磁性薄膜層と金
属非磁性層との界面に、厚さ0.18〜0.4nm のFe層を存在
させたことが好ましい。また前記構成においては、Si(1
00) 基板上に、Cuを主成分とする下地層を介してエピタ
キシャルに成長させた磁性薄膜層と金属非磁性層とを交
互に積層させたことが好ましい。
属非磁性層との界面に、厚さ0.18〜0.4nm のFe層を存在
させたことが好ましい。また前記構成においては、Si(1
00) 基板上に、Cuを主成分とする下地層を介してエピタ
キシャルに成長させた磁性薄膜層と金属非磁性層とを交
互に積層させたことが好ましい。
【００１１】また前記構成においては、下地層の膜厚
が、1 〜100nm であることが好ましい。また前記構成に
おいては、下地層の膜厚が1 〜10nmであることが好まし
い。
が、1 〜100nm であることが好ましい。また前記構成に
おいては、下地層の膜厚が1 〜10nmであることが好まし
い。
【００１２】また前記構成においては、Si(100) 基板上
に、厚さ1 〜10nmのCuを主成分とする第１の下地層と、
第１の磁性層にエピタキシャルに成長しているCu以外の
金属を主成分とする第２の下地層を介して、前記磁性薄
膜層と金属非磁性層が交互にエピタキシャルに成長して
いることが好ましい。
に、厚さ1 〜10nmのCuを主成分とする第１の下地層と、
第１の磁性層にエピタキシャルに成長しているCu以外の
金属を主成分とする第２の下地層を介して、前記磁性薄
膜層と金属非磁性層が交互にエピタキシャルに成長して
いることが好ましい。
【００１３】また前記構成においては、第２の下地層が
Ni、NiFeまたはNiFeCo合金を主成分であることが好まし
い。また前記構成においては、磁気抵抗素子部がパター
ニングにより、主に膜の垂直方向に電流が流れるように
構成されていることが好ましい。
Ni、NiFeまたはNiFeCo合金を主成分であることが好まし
い。また前記構成においては、磁気抵抗素子部がパター
ニングにより、主に膜の垂直方向に電流が流れるように
構成されていることが好ましい。
【００１４】また前記構成においては、下地層の膜厚が
50〜2000nmであることが好ましい。次に本発明の磁気抵
抗効果素子の第１番目の製造方法は、Si(100) 基板上
に、基板温度-50 〜50℃でCuを主成分とする下地層を形
成する第１の工程と、基板温度0 〜50℃で、（Ｎｉx Ｃ
ｏ1-x ）y Ｆｅ1-y (0.6≦x ≦1.0, 0.7≦y ≦1.0)を主
成分とする厚さ0.8 〜10nmの磁性薄膜層と、厚さ0.8 〜
5nm のCuを主成分とする金属非磁性層とを交互に積層し
た構造を有する薄膜をエピタキシャル成長させる第２の
工程からなるという構成を備えたものである。
50〜2000nmであることが好ましい。次に本発明の磁気抵
抗効果素子の第１番目の製造方法は、Si(100) 基板上
に、基板温度-50 〜50℃でCuを主成分とする下地層を形
成する第１の工程と、基板温度0 〜50℃で、（Ｎｉx Ｃ
ｏ1-x ）y Ｆｅ1-y (0.6≦x ≦1.0, 0.7≦y ≦1.0)を主
成分とする厚さ0.8 〜10nmの磁性薄膜層と、厚さ0.8 〜
5nm のCuを主成分とする金属非磁性層とを交互に積層し
た構造を有する薄膜をエピタキシャル成長させる第２の
工程からなるという構成を備えたものである。
【００１５】前記構成においては、第１の工程でSi(10
0) 基板上に、基板温度-50 〜10℃で下地層を形成する
ことが好ましい。次に本発明の磁気抵抗効果素子の第２
番目の製造方法は、Si(100) 基板上に、厚さ50〜1000nm
のCuを主成分とする下地層を形成する第１の工程と、
（Ｎｉx Ｃｏ1-x ）y Ｆｅ1-y (0.6≦x ≦1.0, 0.7≦y
≦1.0)を主成分とする厚さ0.8 〜10nmの磁性薄膜層と、
厚さ0.8 〜5nm のCuを主成分とする金属非磁性層とを交
互に積層した構造を有する薄膜をエピタキシャル成長さ
せる第２の工程と、前記薄膜を200 〜300 ℃で熱処理す
る第３の工程からなる。
0) 基板上に、基板温度-50 〜10℃で下地層を形成する
ことが好ましい。次に本発明の磁気抵抗効果素子の第２
番目の製造方法は、Si(100) 基板上に、厚さ50〜1000nm
のCuを主成分とする下地層を形成する第１の工程と、
（Ｎｉx Ｃｏ1-x ）y Ｆｅ1-y (0.6≦x ≦1.0, 0.7≦y
≦1.0)を主成分とする厚さ0.8 〜10nmの磁性薄膜層と、
厚さ0.8 〜5nm のCuを主成分とする金属非磁性層とを交
互に積層した構造を有する薄膜をエピタキシャル成長さ
せる第２の工程と、前記薄膜を200 〜300 ℃で熱処理す
る第３の工程からなる。
【００１６】前記構成においては、金属非磁性層の膜厚
が1.4 〜1.9nm であることが好ましい。また前記構成に
おいては、磁性薄膜層と金属非磁性層との界面に、厚さ
0.18〜0.4nm のCo層を存在させたことが好ましい。
が1.4 〜1.9nm であることが好ましい。また前記構成に
おいては、磁性薄膜層と金属非磁性層との界面に、厚さ
0.18〜0.4nm のCo層を存在させたことが好ましい。
【００１７】また前記構成においては、磁性薄膜層と金
属非磁性層との界面に、厚さ0.18〜0.4nm のFe層を存在
させたことが好ましい。
属非磁性層との界面に、厚さ0.18〜0.4nm のFe層を存在
させたことが好ましい。
【００１８】
【作用】前記本発明の構成によれば、（Ｎｉx Ｃ
ｏ1-x ）y Ｆｅ1-y （0.6 ≦ｘ≦1.0,0.7≦ｙ≦1.0)を
主成分とする厚さ0.8 〜10nmの磁性薄膜層と、厚さ0.8
〜5nmのＣｕを主成分とする金属非磁性層とを交互に積
層した構造を有し、前記磁性薄膜層と金属非磁性層の結
晶の(100) 面が膜面垂直方向にエピタキシャルに成長し
ていることにより、低磁界で大きな磁気抵抗変化を示す
磁気抵抗効果素子を実現できる。
ｏ1-x ）y Ｆｅ1-y （0.6 ≦ｘ≦1.0,0.7≦ｙ≦1.0)を
主成分とする厚さ0.8 〜10nmの磁性薄膜層と、厚さ0.8
〜5nmのＣｕを主成分とする金属非磁性層とを交互に積
層した構造を有し、前記磁性薄膜層と金属非磁性層の結
晶の(100) 面が膜面垂直方向にエピタキシャルに成長し
ていることにより、低磁界で大きな磁気抵抗変化を示す
磁気抵抗効果素子を実現できる。
【００１９】前記において、金属非磁性層の膜厚が1.4
〜1.9nm であるという本発明の好ましい構成によれば、
多結晶膜では得られない低磁界で大きな磁気抵抗変化を
示す磁気抵抗効果素子を実現できる。
〜1.9nm であるという本発明の好ましい構成によれば、
多結晶膜では得られない低磁界で大きな磁気抵抗変化を
示す磁気抵抗効果素子を実現できる。
【００２０】また前記において、磁性薄膜層と金属非磁
性層との界面に、厚さ0.18〜0.4nmのCo層を存在させた
という本発明の好ましい構成によれば、比較的低磁界で
より大きな磁気抵抗変化を示す磁気抵抗効果素子を実現
できる。
性層との界面に、厚さ0.18〜0.4nmのCo層を存在させた
という本発明の好ましい構成によれば、比較的低磁界で
より大きな磁気抵抗変化を示す磁気抵抗効果素子を実現
できる。
【００２１】また前記において、磁性薄膜層と金属非磁
性層との界面に、厚さ0.18〜0.4nmのFe層を存在させた
という本発明の好ましい構成によれば、低磁界でより大
きな磁気抵抗変化を示す磁気抵抗効果素子を実現でき
る。
性層との界面に、厚さ0.18〜0.4nmのFe層を存在させた
という本発明の好ましい構成によれば、低磁界でより大
きな磁気抵抗変化を示す磁気抵抗効果素子を実現でき
る。
【００２２】また前記において、Si(100) 基板上に、Cu
を主成分とする下地層を介してエピタキシャルに成長さ
せた磁性薄膜層と金属非磁性層とを交互に積層させたと
いう本発明の好ましい構成によれば、低コストで生産可
能で、かつＳｉ基板上で他の素子と組み合わせたハイブ
リッド素子として利用できる。
を主成分とする下地層を介してエピタキシャルに成長さ
せた磁性薄膜層と金属非磁性層とを交互に積層させたと
いう本発明の好ましい構成によれば、低コストで生産可
能で、かつＳｉ基板上で他の素子と組み合わせたハイブ
リッド素子として利用できる。
【００２３】また前記において、下地層の膜厚が、1 〜
100nm であるという本発明の好ましい構成によれば、優
れた結晶性を有する人工格子膜が作成できるため、低磁
界でより大きな磁気抵抗変化を示す磁気抵抗効果素子を
実現できる。
100nm であるという本発明の好ましい構成によれば、優
れた結晶性を有する人工格子膜が作成できるため、低磁
界でより大きな磁気抵抗変化を示す磁気抵抗効果素子を
実現できる。
【００２４】また前記において、下地層の膜厚が1 〜10
nmであるという本発明の好ましい構成によれば、下地層
の電気抵抗が高く、結果として大きな磁気抵抗変化を示
す磁気抵抗効果素子を実現できる。
nmであるという本発明の好ましい構成によれば、下地層
の電気抵抗が高く、結果として大きな磁気抵抗変化を示
す磁気抵抗効果素子を実現できる。
【００２５】また前記において、Si(100) 基板上に、厚
さ1 〜10nmのCuを主成分とする第１の下地層と、第１の
磁性層にエピタキシャルに成長しているCu以外の金属を
主成分とする第２の下地層を介して、前記磁性薄膜層と
金属非磁性層が交互にエピタキシャルに成長していると
いう本発明の好ましい構成によれば、下地層の電気抵抗
が高く、結果として大きな磁気抵抗変化を示す磁気抵抗
効果素子を実現できる。
さ1 〜10nmのCuを主成分とする第１の下地層と、第１の
磁性層にエピタキシャルに成長しているCu以外の金属を
主成分とする第２の下地層を介して、前記磁性薄膜層と
金属非磁性層が交互にエピタキシャルに成長していると
いう本発明の好ましい構成によれば、下地層の電気抵抗
が高く、結果として大きな磁気抵抗変化を示す磁気抵抗
効果素子を実現できる。
【００２６】また前記において、第２の下地層がNi、Ni
FeまたはNiFeCo合金を主成分であるという本発明の好ま
しい構成によれば、下地層の電気抵抗が高く、かつ人工
格子膜の結晶性が優れているので、大きな磁気抵抗変化
を示す磁気抵抗効果素子を実現できる。また第２の下地
層と磁性薄膜層が同じ材料の場合には、製造装置を簡略
化できる。
FeまたはNiFeCo合金を主成分であるという本発明の好ま
しい構成によれば、下地層の電気抵抗が高く、かつ人工
格子膜の結晶性が優れているので、大きな磁気抵抗変化
を示す磁気抵抗効果素子を実現できる。また第２の下地
層と磁性薄膜層が同じ材料の場合には、製造装置を簡略
化できる。
【００２７】また前記において、磁気抵抗素子部がパタ
ーニングにより、主に膜の垂直方向に電流が流れるよう
に構成されているという本発明の好ましい構成によれ
ば、下地の抵抗に無関係に人工格子膜の磁気抵抗変化を
測定できる上に、人工格子膜は垂直に測定した面内に測
定したものの数倍であるので、大きな磁気抵抗変化を示
す磁気抵抗素子を実現できる。
ーニングにより、主に膜の垂直方向に電流が流れるよう
に構成されているという本発明の好ましい構成によれ
ば、下地の抵抗に無関係に人工格子膜の磁気抵抗変化を
測定できる上に、人工格子膜は垂直に測定した面内に測
定したものの数倍であるので、大きな磁気抵抗変化を示
す磁気抵抗素子を実現できる。
【００２８】また前記において、下地層の膜厚が50〜20
00nmであるという本発明の好ましい構成によれば、結晶
及び表面性に優れた人工格子膜を得ることができ、低磁
界で大きな磁気抵抗変化を示す磁気抵抗素子を実現でき
る。
00nmであるという本発明の好ましい構成によれば、結晶
及び表面性に優れた人工格子膜を得ることができ、低磁
界で大きな磁気抵抗変化を示す磁気抵抗素子を実現でき
る。
【００２９】次に本発明の磁気抵抗効果素子の第１番目
の製造方法の構成によれば、Si(100) 基板上に、基板温
度-50 〜50℃でCuを主成分とする下地層を形成する第１
の工程と、基板温度0 〜50℃で、（Ｎｉx Ｃｏ1-x ）y
Ｆｅ1-y (0.6≦x ≦1.0, 0.7≦y ≦1.0)を主成分とする
厚さ0.8 〜10nmの磁性薄膜層と、厚さ0.8 〜5nm のCuを
主成分とする金属非磁性層とを交互に積層した構造を有
する薄膜をエピタキシャル成長させる第２の工程からな
ることにより、低温プロセスで磁気抵抗効果素子を効率
良く合理的に製造することができる。
の製造方法の構成によれば、Si(100) 基板上に、基板温
度-50 〜50℃でCuを主成分とする下地層を形成する第１
の工程と、基板温度0 〜50℃で、（Ｎｉx Ｃｏ1-x ）y
Ｆｅ1-y (0.6≦x ≦1.0, 0.7≦y ≦1.0)を主成分とする
厚さ0.8 〜10nmの磁性薄膜層と、厚さ0.8 〜5nm のCuを
主成分とする金属非磁性層とを交互に積層した構造を有
する薄膜をエピタキシャル成長させる第２の工程からな
ることにより、低温プロセスで磁気抵抗効果素子を効率
良く合理的に製造することができる。
【００３０】前記において、第１の工程でＳｉ(100) 基
板上に、基板温度-50 〜10℃で下地層を形成するという
本発明の好ましい構成によれば、ＳｉとＣｕの反応を適
性に制御できるため、結晶性よく、表面のフラットな下
地層を形成できる。その結果、結晶性よく、界面のフラ
ットな人工格子膜が形成でき、低磁界で大きな磁気抵抗
変化を示す磁気抵抗素子を実現できる。
板上に、基板温度-50 〜10℃で下地層を形成するという
本発明の好ましい構成によれば、ＳｉとＣｕの反応を適
性に制御できるため、結晶性よく、表面のフラットな下
地層を形成できる。その結果、結晶性よく、界面のフラ
ットな人工格子膜が形成でき、低磁界で大きな磁気抵抗
変化を示す磁気抵抗素子を実現できる。
【００３１】次に本発明の磁気抵抗効果素子の第２番目
の製造方法によれば、前記第１番目の製造方法に薄膜を
200 〜300 ℃で熱処理する第３の工程を加えたので、Ｓ
ｉ基板とＣｕ下地層が反応し、シリサイドが形成される
ため、下地層の電気抵抗が増加する。一方、人工格子層
はこの温度範囲ではほとんど影響が無く、結果として大
きな磁気抵抗変化を示す磁気抵抗素子を製造できる。
の製造方法によれば、前記第１番目の製造方法に薄膜を
200 〜300 ℃で熱処理する第３の工程を加えたので、Ｓ
ｉ基板とＣｕ下地層が反応し、シリサイドが形成される
ため、下地層の電気抵抗が増加する。一方、人工格子層
はこの温度範囲ではほとんど影響が無く、結果として大
きな磁気抵抗変化を示す磁気抵抗素子を製造できる。
【００３２】前記において、金属非磁性層の膜厚が1.4
〜1.9nm であるという本発明の好ましい構成によれば、
多結晶では得られない低磁界で大きな磁気抵抗変化を示
す磁気抵抗素子を製造できる。
〜1.9nm であるという本発明の好ましい構成によれば、
多結晶では得られない低磁界で大きな磁気抵抗変化を示
す磁気抵抗素子を製造できる。
【００３３】また前記において、磁性薄膜層と金属非磁
性層との界面に、厚さ0.18〜0.4nmのCo層を存在させた
という本発明の好ましい構成によれば、比較的低磁界で
大きな磁気抵抗変化を示す磁気抵抗素子を製造できる。
性層との界面に、厚さ0.18〜0.4nmのCo層を存在させた
という本発明の好ましい構成によれば、比較的低磁界で
大きな磁気抵抗変化を示す磁気抵抗素子を製造できる。
【００３４】また前記において、磁性薄膜層と金属非磁
性層との界面に、厚さ0.18〜0.4nmのFe層を存在させた
という本発明の好ましい構成によれば、低磁界で大きな
磁気抵抗変化を示す磁気抵抗素子を実現できる。
性層との界面に、厚さ0.18〜0.4nmのFe層を存在させた
という本発明の好ましい構成によれば、低磁界で大きな
磁気抵抗変化を示す磁気抵抗素子を実現できる。
【００３５】
【実施例】本発明に於いては基板あるいは下地層にエピ
タキシャルに人工格子膜を成長させるために、フラット
な界面を実現することができる。またガラス基板状に[N
iFeCo/Cu] 膜を作製すると、通常、膜面垂直方向に(11
1) 配向した多結晶膜となる。ところが本発明において
は、[NiFeCo/Cu] 膜の(100) 面が膜面垂直方向にエピタ
キシャルに成長しているため、従来のスパッタ膜に於い
ても実現されなかった特性が得られる。
タキシャルに人工格子膜を成長させるために、フラット
な界面を実現することができる。またガラス基板状に[N
iFeCo/Cu] 膜を作製すると、通常、膜面垂直方向に(11
1) 配向した多結晶膜となる。ところが本発明において
は、[NiFeCo/Cu] 膜の(100) 面が膜面垂直方向にエピタ
キシャルに成長しているため、従来のスパッタ膜に於い
ても実現されなかった特性が得られる。
【００３６】また本発明の製造方法では、比較的低温で
Si基板上に磁気抵抗効果素子を作製できるために、ハイ
ブリッド素子に応用できる。本発明で用いられる磁性薄
膜層はNiCoFe合金である。（Ｎｉx Ｃｏ1-x ）y Ｆｅ
1-y は、0.6 ≦x ≦1.0 、0.7 ≦y ≦1.0 の組成範囲で
約λ≦１×１０-5と比較的低磁歪となり軟磁性を示す。
その代表的なものは、Ｎｉ0.8 Ｃｏ0.1 Ｆｅ0. 1 ，Ｎｉ
0.8 Ｆｅ0.2 等である。また更に軟磁性を改良したり、
耐食性を改良するためにNb,Mo,Cr,W,Ru などを添加して
も良い。磁性薄膜層の膜厚は、その厚みが0.8nm 未満で
はキュリー温度の低下による室温での磁化の低下等が問
題となる。また実用上磁気抵抗効果素子は全膜厚が数十
nmで用いられるため、本発明のように積層効果を利用す
る場合には各磁性薄膜層を少なくとも10nm以下にする必
要がある。したがって各磁性層の膜厚は0.8 〜10nmとす
ることが望ましい。
Si基板上に磁気抵抗効果素子を作製できるために、ハイ
ブリッド素子に応用できる。本発明で用いられる磁性薄
膜層はNiCoFe合金である。（Ｎｉx Ｃｏ1-x ）y Ｆｅ
1-y は、0.6 ≦x ≦1.0 、0.7 ≦y ≦1.0 の組成範囲で
約λ≦１×１０-5と比較的低磁歪となり軟磁性を示す。
その代表的なものは、Ｎｉ0.8 Ｃｏ0.1 Ｆｅ0. 1 ，Ｎｉ
0.8 Ｆｅ0.2 等である。また更に軟磁性を改良したり、
耐食性を改良するためにNb,Mo,Cr,W,Ru などを添加して
も良い。磁性薄膜層の膜厚は、その厚みが0.8nm 未満で
はキュリー温度の低下による室温での磁化の低下等が問
題となる。また実用上磁気抵抗効果素子は全膜厚が数十
nmで用いられるため、本発明のように積層効果を利用す
る場合には各磁性薄膜層を少なくとも10nm以下にする必
要がある。したがって各磁性層の膜厚は0.8 〜10nmとす
ることが望ましい。
【００３７】図１に本発明の実施例の１例の磁気抵抗効
果素子の断面を示す。磁性薄膜３の間に介在させる金属
薄膜４はNiCoFe系磁性薄膜と界面での反応が少なくかつ
非磁性であることが必要で、Cuが適している。金属非磁
性層４の膜厚としては、磁性薄膜層間の反強磁性結合を
利用するためには少なくとも0.8nm 以上の膜厚は必要で
ある。またCu層が厚くなると抵抗が低下しΔＲ／Ｒが低
下するので5nm 以下、望ましくは2.2nm 以下とするのが
よい。磁性薄膜層３と、金属非磁性層４を交互に積層す
ることにより、人工格子層５を構成する。積層の繰り返
し回数としては最低２回以上、大きなΔＲ／Ｒを得るた
めには20回以上とするのが望ましい。
果素子の断面を示す。磁性薄膜３の間に介在させる金属
薄膜４はNiCoFe系磁性薄膜と界面での反応が少なくかつ
非磁性であることが必要で、Cuが適している。金属非磁
性層４の膜厚としては、磁性薄膜層間の反強磁性結合を
利用するためには少なくとも0.8nm 以上の膜厚は必要で
ある。またCu層が厚くなると抵抗が低下しΔＲ／Ｒが低
下するので5nm 以下、望ましくは2.2nm 以下とするのが
よい。磁性薄膜層３と、金属非磁性層４を交互に積層す
ることにより、人工格子層５を構成する。積層の繰り返
し回数としては最低２回以上、大きなΔＲ／Ｒを得るた
めには20回以上とするのが望ましい。
【００３８】Ni高濃度のNiCoFe合金は軟磁性膜として優
れているが、NiとCuは比較的固溶し易いため、CoやFeな
どの比較的Cuと固溶しにくく、かつNiやCuとエピタキシ
ャル成長し易い磁性金属を磁性薄膜層３と金属非磁性層
４の界面に存在させるのもよい。この挿入する磁性層の
厚みとしては、少なくとも0.18nm以上必要である。また
膜厚が厚いと磁性層の軟磁気特性が劣化するので0.4nm
以下とするのがよい。ただしこの磁性層の挿入はΔＲ／
Ｒを増大させる代わりに動作磁界を増大させる傾向があ
るので、利用目的に合わせて考慮する必要がある。
れているが、NiとCuは比較的固溶し易いため、CoやFeな
どの比較的Cuと固溶しにくく、かつNiやCuとエピタキシ
ャル成長し易い磁性金属を磁性薄膜層３と金属非磁性層
４の界面に存在させるのもよい。この挿入する磁性層の
厚みとしては、少なくとも0.18nm以上必要である。また
膜厚が厚いと磁性層の軟磁気特性が劣化するので0.4nm
以下とするのがよい。ただしこの磁性層の挿入はΔＲ／
Ｒを増大させる代わりに動作磁界を増大させる傾向があ
るので、利用目的に合わせて考慮する必要がある。
【００３９】本発明で用いられる基板１としては、Si(1
00) 単結晶が優れている。Si基板は安価で、かつ本発明
のように低温プロセスで、Si基板上にエピタキシャルに
素子を作製できると、他の素子と組み合わせて、新しい
デバイスをSi基板上に集積できる可能性がある。ただ単
独の磁気抵抗素子として考えた場合には、基板としては
MgO(100)、TiSrO(100)等の他の単結晶基板を用いること
もできる。MgO(100)基板を用いた場合には、下地層とし
てAg層や、Cr層を介したAg層などの上に[NiFeCo/Cu] 人
工格子膜を作製すると、Siを用いた場合と同様の磁気抵
抗効果素子を作製することが出来る。
00) 単結晶が優れている。Si基板は安価で、かつ本発明
のように低温プロセスで、Si基板上にエピタキシャルに
素子を作製できると、他の素子と組み合わせて、新しい
デバイスをSi基板上に集積できる可能性がある。ただ単
独の磁気抵抗素子として考えた場合には、基板としては
MgO(100)、TiSrO(100)等の他の単結晶基板を用いること
もできる。MgO(100)基板を用いた場合には、下地層とし
てAg層や、Cr層を介したAg層などの上に[NiFeCo/Cu] 人
工格子膜を作製すると、Siを用いた場合と同様の磁気抵
抗効果素子を作製することが出来る。
【００４０】Si基板の前処理としては、Si基板を5%HF水
溶液に約１分以上浸す。そうすることで基板表面のSiO
が取り除かれる。これを純水で十分に洗浄した後、すば
やく真空中に入れる。薄膜を形成する方法としては、蒸
着法、スパッタリング法などがある。本発明の磁気抵抗
効果素子の作製方法としてはいずれの方法でも良いが、
特にエピタキシャル薄膜を形成することが出来るMBE 法
が最も適している。
溶液に約１分以上浸す。そうすることで基板表面のSiO
が取り除かれる。これを純水で十分に洗浄した後、すば
やく真空中に入れる。薄膜を形成する方法としては、蒸
着法、スパッタリング法などがある。本発明の磁気抵抗
効果素子の作製方法としてはいずれの方法でも良いが、
特にエピタキシャル薄膜を形成することが出来るMBE 法
が最も適している。
【００４１】図１に示すように、Si(100) 基板上にCu下
地層２を形成する。下地層２の膜厚としては、その上に
磁性薄膜層３および金属非磁性層４を(100) にエピタキ
シャルに成長させるためには少なくとも1nm の膜厚は必
要である。膜面内に電流を流してΔＲ／Ｒを測定する場
合、Cu下地層２の膜厚が厚いとそちらに電流が流れてし
まい、ΔＲ／Ｒが低下してしまうという問題がある。そ
こでCu下地層の膜厚は100nm 以下望ましくは10nm以下と
するのがよい。Cu下地層の結晶性を良く、表面を平滑に
するためには50nm以上にするのがよいのだが、本発明の
場合には、NiFeCoとCuは格子定数が近いのでエピタキシ
ャル成長し易い。そこでCu下地層２を1〜10nmと薄くし
ても人工格子膜5 をその分厚くすると、人工格子膜の初
期層が下地層の代わりを果たし、下地を厚くした場合と
ほぼ同じエピタキシャル成長をさせることが出来る。こ
の場合、下地の電気抵抗がCu下地よりも高いのでΔＲ／
Ｒとしては下地が厚い場合よりも優れている。
地層２を形成する。下地層２の膜厚としては、その上に
磁性薄膜層３および金属非磁性層４を(100) にエピタキ
シャルに成長させるためには少なくとも1nm の膜厚は必
要である。膜面内に電流を流してΔＲ／Ｒを測定する場
合、Cu下地層２の膜厚が厚いとそちらに電流が流れてし
まい、ΔＲ／Ｒが低下してしまうという問題がある。そ
こでCu下地層の膜厚は100nm 以下望ましくは10nm以下と
するのがよい。Cu下地層の結晶性を良く、表面を平滑に
するためには50nm以上にするのがよいのだが、本発明の
場合には、NiFeCoとCuは格子定数が近いのでエピタキシ
ャル成長し易い。そこでCu下地層２を1〜10nmと薄くし
ても人工格子膜5 をその分厚くすると、人工格子膜の初
期層が下地層の代わりを果たし、下地を厚くした場合と
ほぼ同じエピタキシャル成長をさせることが出来る。こ
の場合、下地の電気抵抗がCu下地よりも高いのでΔＲ／
Ｒとしては下地が厚い場合よりも優れている。
【００４２】また同じ理由で下地層としては、Cu層を単
独で用いるよりも第１の下地層としてCu下地層を1 〜10
nm形成した後、Ni,NiFe,NiFeCo等の第２の下地層を形成
し更に人工格子層５を形成するのも良い。この場合にも
第１と第２の下地層との和と同じ膜厚の単独のCuの下地
層が形成された場合に比べて、結晶性はほぼ同等であ
り、抵抗がより大きく、従って、ΔＲ／Ｒのより大きな
磁気抵抗効果素子を作製できる。
独で用いるよりも第１の下地層としてCu下地層を1 〜10
nm形成した後、Ni,NiFe,NiFeCo等の第２の下地層を形成
し更に人工格子層５を形成するのも良い。この場合にも
第１と第２の下地層との和と同じ膜厚の単独のCuの下地
層が形成された場合に比べて、結晶性はほぼ同等であ
り、抵抗がより大きく、従って、ΔＲ／Ｒのより大きな
磁気抵抗効果素子を作製できる。
【００４３】下地の抵抗を大きくし、それによってΔＲ
／Ｒを大きくする方法としては、成膜後の熱処理も有効
である。Si(100) 基板上にCu層を形成した場合、Si(11
1) 基板に比較して、SiとCu層の反応が比較的起こり易
いことが報告されている（ジャーナル・オブ・アプライ
ド・フィジックス 67巻 第566 項(1990)(J. Appl. Ph
ys. Vol.67, p566, 1990) ）。SiとCuが反応するとき電
気抵抗が大きく増大するので、下地層を電流が流れ難く
なり、人工格子層のΔＲ／Ｒを大きいまま取り出すこと
が出来る。熱処理温度としては最低でも200 ℃以上にす
る必要はあるが、あまり高温にすると、人工格子層の中
で、金属非磁性層と磁性薄膜層の間で拡散が起こり、Δ
Ｒ／Ｒが低下するため、300 ℃以下で行う必要がある。
／Ｒを大きくする方法としては、成膜後の熱処理も有効
である。Si(100) 基板上にCu層を形成した場合、Si(11
1) 基板に比較して、SiとCu層の反応が比較的起こり易
いことが報告されている（ジャーナル・オブ・アプライ
ド・フィジックス 67巻 第566 項(1990)(J. Appl. Ph
ys. Vol.67, p566, 1990) ）。SiとCuが反応するとき電
気抵抗が大きく増大するので、下地層を電流が流れ難く
なり、人工格子層のΔＲ／Ｒを大きいまま取り出すこと
が出来る。熱処理温度としては最低でも200 ℃以上にす
る必要はあるが、あまり高温にすると、人工格子層の中
で、金属非磁性層と磁性薄膜層の間で拡散が起こり、Δ
Ｒ／Ｒが低下するため、300 ℃以下で行う必要がある。
【００４４】以上は全て膜面内に電流を流してΔＲ／Ｒ
を測定する場合について説明した。巨大磁気抵抗効果
は、磁性層と非磁性層を伝導電子が通過するときに引き
起こされる現象なので、電流を膜面と垂直方向に流した
方がより多くの界面を電子が通過しより大きなΔＲ／Ｒ
が観測される。また、膜面内方向に電流を流してΔＲ／
Ｒを測定する場合には、下地層が厚いと低抵抗の下地層
を電流が流れΔＲ／Ｒが小さいという問題がある。膜面
垂直に測定される場合には、この問題はなくなる上に、
逆に下地金属層が厚いとこれを低抵抗の電極として使え
るという利点となる。但し実際に膜面垂直方向にΔＲ／
Ｒを測定する場合、素子の抵抗が低くなるので、パター
ニングにより素子の面積を小さくして測定できるようす
る必要がある。また電極部の影響を小さくするため４端
子法を用いることが重要である。
を測定する場合について説明した。巨大磁気抵抗効果
は、磁性層と非磁性層を伝導電子が通過するときに引き
起こされる現象なので、電流を膜面と垂直方向に流した
方がより多くの界面を電子が通過しより大きなΔＲ／Ｒ
が観測される。また、膜面内方向に電流を流してΔＲ／
Ｒを測定する場合には、下地層が厚いと低抵抗の下地層
を電流が流れΔＲ／Ｒが小さいという問題がある。膜面
垂直に測定される場合には、この問題はなくなる上に、
逆に下地金属層が厚いとこれを低抵抗の電極として使え
るという利点となる。但し実際に膜面垂直方向にΔＲ／
Ｒを測定する場合、素子の抵抗が低くなるので、パター
ニングにより素子の面積を小さくして測定できるようす
る必要がある。また電極部の影響を小さくするため４端
子法を用いることが重要である。
【００４５】以下本発明の磁気抵抗効果素子をより具体
的な実施例を用いて説明する。 （実施例１）超高真空蒸着装置を用いて、Si(100) 基板
上にCu下地層を100nm 作製した後、［Ｎｉ0.8 Ｆｅ0.2
(3nm)/Cu(tnm) ］×２０人工格子膜を作製した。Cu下地
層蒸着中の基板温度は、0゜C に保持した。良質な下地層
を形成するためには、基板温度を-50 〜50℃、望ましく
は-50 〜10℃に保持するのがよい。この温度範囲ではSi
とCuの反応が適度に抑制されて、良質なCu(100) が成長
する。Cu蒸発源としては、クヌーセンセルを用い、NiFe
は合金のEB蒸発源を用いた。ΔＲ／ＲはCuの膜厚に敏感
であり、Cuの蒸発源としては蒸発速度の安定しているク
ヌーセンセルを用いるのが望ましい。蒸発速度は0.02nm
/s、蒸着中の真空度は約1.0x10-9Torrであった。また人
工格子膜成長中の基板温度は20℃とした。エピタキシャ
ル成長をしているかどうかは反射高速電子線回折(refle
ction high energy electron diffraction,RHEED) を用
いて膜形成中監視した。それによると、Si(100) 面内の
[011] 方向に平行にCuの[001] 方向が成長しており、か
つCuの膜厚が50nmを越えるぐらいから、Cu表面の結晶の
歪が少なくなり、平坦性も向上した。[NiFe/Cu] 人工格
子膜は良好なエピタキシャル成長を示した。更に出来た
試料の配向性は、膜面垂直方向のＸ線回折図形によって
も調べ、(111) の回折ピークはみられず、(100) 配向を
示す(200),(400) ピークが観察された。出来た膜がエピ
タキシャル成長をしているかどうか確認する際、透過電
子顕微鏡（ＴＥＭ）による断面観察も有効である。本実
施例のＴＥＭ観察および透過電子線回折では、Si基板上
のCu初期層は下地層と一部反応し、転位等の欠陥もある
が、基板にエピタキシャルな単結晶人工格子膜が形成さ
れていることが確認された。
的な実施例を用いて説明する。 （実施例１）超高真空蒸着装置を用いて、Si(100) 基板
上にCu下地層を100nm 作製した後、［Ｎｉ0.8 Ｆｅ0.2
(3nm)/Cu(tnm) ］×２０人工格子膜を作製した。Cu下地
層蒸着中の基板温度は、0゜C に保持した。良質な下地層
を形成するためには、基板温度を-50 〜50℃、望ましく
は-50 〜10℃に保持するのがよい。この温度範囲ではSi
とCuの反応が適度に抑制されて、良質なCu(100) が成長
する。Cu蒸発源としては、クヌーセンセルを用い、NiFe
は合金のEB蒸発源を用いた。ΔＲ／ＲはCuの膜厚に敏感
であり、Cuの蒸発源としては蒸発速度の安定しているク
ヌーセンセルを用いるのが望ましい。蒸発速度は0.02nm
/s、蒸着中の真空度は約1.0x10-9Torrであった。また人
工格子膜成長中の基板温度は20℃とした。エピタキシャ
ル成長をしているかどうかは反射高速電子線回折(refle
ction high energy electron diffraction,RHEED) を用
いて膜形成中監視した。それによると、Si(100) 面内の
[011] 方向に平行にCuの[001] 方向が成長しており、か
つCuの膜厚が50nmを越えるぐらいから、Cu表面の結晶の
歪が少なくなり、平坦性も向上した。[NiFe/Cu] 人工格
子膜は良好なエピタキシャル成長を示した。更に出来た
試料の配向性は、膜面垂直方向のＸ線回折図形によって
も調べ、(111) の回折ピークはみられず、(100) 配向を
示す(200),(400) ピークが観察された。出来た膜がエピ
タキシャル成長をしているかどうか確認する際、透過電
子顕微鏡（ＴＥＭ）による断面観察も有効である。本実
施例のＴＥＭ観察および透過電子線回折では、Si基板上
のCu初期層は下地層と一部反応し、転位等の欠陥もある
が、基板にエピタキシャルな単結晶人工格子膜が形成さ
れていることが確認された。
【００４６】磁気抵抗効果は膜面内で[001] 方向に電流
を流し、同じ方向に500 Oeの磁界を印加して室温で測定
した。上記のようにして作製された[NiFe/Cu] 人工格子
膜のΔＲ／ＲのCu膜厚依存性を図２に示す。Cuの膜厚
が、0.9,1.6,2.0nm をピークとして、ΔＲ／Ｒが振動し
ていることが分かる。これはガラス基板上に作製した膜
では見られなかった現象であり、いわゆる巨大磁気抵抗
効果を示す膜が作製されたことを示している。また下地
Cu層が厚く全体の抵抗が低いことを考慮すると、人工格
子層では、6 ％以上(t=0.9nm) のΔＲ／Ｒがでているこ
とが分かる。これは従来ガラス基板上に作製した膜では
1%以下であったΔＲ／Ｒが大きく増大したことを意味す
る。また従来のスパッタ法で作製した(111) 配向した人
工格子膜の場合にも同様の振動がみられたが、特にt=1.
6nm 付近のΔＲ／Ｒのピークはスパッタ膜ではみられな
かったピークであり、本実施例の(100) 配向したエピタ
キシャル成長膜が違う挙動を示していることが分かる。
を流し、同じ方向に500 Oeの磁界を印加して室温で測定
した。上記のようにして作製された[NiFe/Cu] 人工格子
膜のΔＲ／ＲのCu膜厚依存性を図２に示す。Cuの膜厚
が、0.9,1.6,2.0nm をピークとして、ΔＲ／Ｒが振動し
ていることが分かる。これはガラス基板上に作製した膜
では見られなかった現象であり、いわゆる巨大磁気抵抗
効果を示す膜が作製されたことを示している。また下地
Cu層が厚く全体の抵抗が低いことを考慮すると、人工格
子層では、6 ％以上(t=0.9nm) のΔＲ／Ｒがでているこ
とが分かる。これは従来ガラス基板上に作製した膜では
1%以下であったΔＲ／Ｒが大きく増大したことを意味す
る。また従来のスパッタ法で作製した(111) 配向した人
工格子膜の場合にも同様の振動がみられたが、特にt=1.
6nm 付近のΔＲ／Ｒのピークはスパッタ膜ではみられな
かったピークであり、本実施例の(100) 配向したエピタ
キシャル成長膜が違う挙動を示していることが分かる。
【００４７】更に、Si/Cu50nm/[NiFe(1nm)/Cu(1.6nm)]x
50の構成とする事により約6%のΔＲ／Ｒを示した。また
Cu下地層を薄くしたSi/Cu5nm/[NiFe(1nm)/Cu(1.6nm)]x7
0 の磁気抵抗曲線を図３に示す。200 Oeの磁界で約13%
のΔＲ／Ｒを示した。
50の構成とする事により約6%のΔＲ／Ｒを示した。また
Cu下地層を薄くしたSi/Cu5nm/[NiFe(1nm)/Cu(1.6nm)]x7
0 の磁気抵抗曲線を図３に示す。200 Oeの磁界で約13%
のΔＲ／Ｒを示した。
【００４８】（実施例２）[NiFe/Cu] 人工格子膜を以下
に示すように、下地層を２つの下地層で構成して、作製
方法は実施例１と同じ方法で素子を作製した。 A:Si/Cu5nm/Ni45nm/ [Ni0.8 Fe0.2 (1nm)/Cu(1.6nm)]x5
0 B:Si/Cu5nm/ Ni0.8 Fe0.2 45nm/[Ni0.8 Fe0.2 (1nm)/Cu
(1.6nm)]x50 C:Si/Cu5nm/ Ni0.8 Fe0.1 Co0.1 nm/[Ni0.8 Fe0.1 Co
0.1 nm(3nm)/Cu(2nm)]x30 試料A 〜C のΔＲ／Ｒを表１に示す。表より本実施例の
磁気抵抗効果素子は大きな磁気抵抗変化率を示すことが
分かる。
に示すように、下地層を２つの下地層で構成して、作製
方法は実施例１と同じ方法で素子を作製した。 A:Si/Cu5nm/Ni45nm/ [Ni0.8 Fe0.2 (1nm)/Cu(1.6nm)]x5
0 B:Si/Cu5nm/ Ni0.8 Fe0.2 45nm/[Ni0.8 Fe0.2 (1nm)/Cu
(1.6nm)]x50 C:Si/Cu5nm/ Ni0.8 Fe0.1 Co0.1 nm/[Ni0.8 Fe0.1 Co
0.1 nm(3nm)/Cu(2nm)]x30 試料A 〜C のΔＲ／Ｒを表１に示す。表より本実施例の
磁気抵抗効果素子は大きな磁気抵抗変化率を示すことが
分かる。
【００４９】
【表１】
【００５０】（実施例３）実施例１と全く同じ方法でSi
/Cu100nm/[NiFe(3nm)/Cu(1.6nm)]x50 膜を作製後、試料
を真空中で100 〜400 ℃の温度に約30分保持した。その
後室温に戻した後、実施例１と同じ方法でΔＲ／Ｒを測
定した。このときの熱処理温度とΔＲ／Ｒの関係を表２
に示す。
/Cu100nm/[NiFe(3nm)/Cu(1.6nm)]x50 膜を作製後、試料
を真空中で100 〜400 ℃の温度に約30分保持した。その
後室温に戻した後、実施例１と同じ方法でΔＲ／Ｒを測
定した。このときの熱処理温度とΔＲ／Ｒの関係を表２
に示す。
【００５１】
【表２】
【００５２】その結果、表２に示すように、本実施例の
方法で作製した膜のΔＲ／Ｒは著しく増大した。ただ
し、300 ℃以上でアニールした場合、磁性層と、金属非
磁性層の界面が乱れ、ΔＲ／Ｒがかえって減少してしま
う。
方法で作製した膜のΔＲ／Ｒは著しく増大した。ただ
し、300 ℃以上でアニールした場合、磁性層と、金属非
磁性層の界面が乱れ、ΔＲ／Ｒがかえって減少してしま
う。
【００５３】（実施例４）以下に示すように磁性薄膜層
と金属非磁性の界面にFeあるいはCo層を挿入して、その
他は全く実施例１と同じ方法で磁気抵抗効果素子を形成
した。
と金属非磁性の界面にFeあるいはCo層を挿入して、その
他は全く実施例１と同じ方法で磁気抵抗効果素子を形成
した。
【００５４】D:Si/Cu50nm/[Co(0.2nm)/ Ni0.8 Fe0.2 (1
nm)/Co(0.2nm)/Cu(1.6nm)]x50 E:Si/Cu50nm/[Fe(0.2nm)/ Ni0.8 Fe0.2 (1nm)/Fe(0.2n
m)/Cu(1.6nm)]x50 上記の構成の素子のΔＲ／Ｒを表３に示す。
nm)/Co(0.2nm)/Cu(1.6nm)]x50 E:Si/Cu50nm/[Fe(0.2nm)/ Ni0.8 Fe0.2 (1nm)/Fe(0.2n
m)/Cu(1.6nm)]x50 上記の構成の素子のΔＲ／Ｒを表３に示す。
【００５５】
【表３】
【００５６】実施例１で述べたようにSi/Cu50nm/ [Ni
0.8 Fe0.2 (1nm)/Cu(1.6nm)]x50 のΔＲ／Ｒは6%であ
り、CoまたはFe層の導入によりΔＲ／Ｒが増大している
ことが分かる。
0.8 Fe0.2 (1nm)/Cu(1.6nm)]x50 のΔＲ／Ｒは6%であ
り、CoまたはFe層の導入によりΔＲ／Ｒが増大している
ことが分かる。
【００５７】（実施例５）Si(100) 基板上にCu下地層を
300nm 形成した後、[NiFe(1nm)/Cu(1.6nm)]x200人工格
子膜を作製し、パターニングした後、膜面垂直方向に電
流を流してΔＲ／Ｒを測定した。上部電極はAuとし、素
子の大きさは10μmx10μm 、測定方法としては、４端子
法を用いた。その結果、ΔＲ／Ｒが60% と大きな値を示
した。
300nm 形成した後、[NiFe(1nm)/Cu(1.6nm)]x200人工格
子膜を作製し、パターニングした後、膜面垂直方向に電
流を流してΔＲ／Ｒを測定した。上部電極はAuとし、素
子の大きさは10μmx10μm 、測定方法としては、４端子
法を用いた。その結果、ΔＲ／Ｒが60% と大きな値を示
した。
【００５８】
【発明の効果】前記本発明によれば、（Ｎｉx Ｃ
ｏ1-x ）y Ｆｅ1-y （0.6 ≦ｘ≦1.0, 0.7≦ｙ≦1.0)を
主成分とする厚さ0.8 〜10nmの磁性薄膜層と、厚さ0.8
〜5nm のＣｕを主成分とする金属非磁性層とを交互に積
層した構造を有し、前記磁性薄膜層と金属非磁性層の結
晶の(100) 面が膜面垂直方向にエピタキシャルに成長し
ていることにより、低磁界で大きな磁気抵抗変化を示す
磁気抵抗効果素子を実現できる。
ｏ1-x ）y Ｆｅ1-y （0.6 ≦ｘ≦1.0, 0.7≦ｙ≦1.0)を
主成分とする厚さ0.8 〜10nmの磁性薄膜層と、厚さ0.8
〜5nm のＣｕを主成分とする金属非磁性層とを交互に積
層した構造を有し、前記磁性薄膜層と金属非磁性層の結
晶の(100) 面が膜面垂直方向にエピタキシャルに成長し
ていることにより、低磁界で大きな磁気抵抗変化を示す
磁気抵抗効果素子を実現できる。
【００５９】次に本発明の磁気抵抗効果素子の第１〜２
番目の製造方法の構成によれば、低温プロセスで磁気抵
抗効果素子を効率良く合理的に製造することができる。
以上の通り、本発明の磁気抵抗効果素子およびその製造
方法によれば、低磁界で大きな磁気抵抗変化を示す磁気
抵抗センサーまたは磁気抵抗ヘッドを作製することがで
きる。また低温プロセスで磁気抵抗効果素子を作製可能
なため、Si基板上のハイブリッドな素子に応用できる。
番目の製造方法の構成によれば、低温プロセスで磁気抵
抗効果素子を効率良く合理的に製造することができる。
以上の通り、本発明の磁気抵抗効果素子およびその製造
方法によれば、低磁界で大きな磁気抵抗変化を示す磁気
抵抗センサーまたは磁気抵抗ヘッドを作製することがで
きる。また低温プロセスで磁気抵抗効果素子を作製可能
なため、Si基板上のハイブリッドな素子に応用できる。
【図１】本発明の一実施例の断面図である。
【図２】本発明の一実施例のSi(100)/Cu100nm/[NiFe(3n
m)/Cu(tnm)]x20膜のΔＲ／ＲのCu膜厚(t) 依存性を示す
図である。
m)/Cu(tnm)]x20膜のΔＲ／ＲのCu膜厚(t) 依存性を示す
図である。
【図３】本発明の一実施例のSi(100)/Cu5nm/[NiFe(1nm)
/Cu(1.6nm)]x70膜の磁気抵抗曲線である。
/Cu(1.6nm)]x70膜の磁気抵抗曲線である。
１ Si基板 ２ Cu下地層 ３ 磁性薄膜層 ４ 金属非磁性層 ５ 人工格子層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 入江 庸介 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (17)
- 【請求項１】 （Ｎｉx Ｃｏ1-x ）y Ｆｅ1-y （0.6 ≦
ｘ≦1.0, 0.7≦ｙ≦1.0)を主成分とする厚さ0.8 〜10nm
の磁性薄膜層と、厚さ0.8 〜5nm のＣｕを主成分とする
金属非磁性層とを交互に積層した構造を有し、前記磁性
薄膜層と金属非磁性層の結晶の(100) 面が膜面垂直方向
にエピタキシャルに成長している磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２】 金属非磁性層の膜厚が1.4 〜1.9nm であ
る請求項１に記載の磁気抵抗素子。 - 【請求項３】 磁性薄膜層と金属非磁性層との界面に、
厚さ0.18〜0.4nm のCo層を存在させた請求項１または２
に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項４】 磁性薄膜層と金属非磁性層との界面に、
厚さ0.18〜0.4nm のFe層を存在させた請求項１または２
に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項５】 Si(100) 基板上に、Cuを主成分とする下
地層を介してエピタキシャルに成長させた磁性薄膜層と
金属非磁性層とを交互に積層させた請求項１、２、３ま
たは４に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項６】 下地層の膜厚が、1 〜100nm である請求
項５に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項７】 下地層の膜厚が1 〜10nmである請求項５
に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項８】 Si(100) 基板上に、厚さ1 〜10nmのCuを
主成分とする第１の下地層と、第１の磁性層にエピタキ
シャルに成長しているCu以外の金属を主成分とする第２
の下地層を介して、前記磁性薄膜層と金属非磁性層が交
互にエピタキシャルに成長している請求項１、２、３ま
たは４に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項９】 第２の下地層がNi、NiFeまたはNiFeCo合
金を主成分である請求項８に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１０】 磁気抵抗素子部がパターニングによ
り、主に膜の垂直方向に電流が流れるように構成されて
いる請求項１，２，３，４，または５に記載の磁気抵抗
効果素子。 - 【請求項１１】 下地層の膜厚が50〜2000nmである請求
項５に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１２】 Si(100) 基板上に、基板温度-50 〜50
℃でCuを主成分とする下地層を形成する第１の工程と、
基板温度0 〜50℃で、（Ｎｉx Ｃｏ1-x ）y Ｆｅ
1-y (0.6≦x ≦1.0, 0.7≦y ≦1.0)を主成分とする厚さ
0.8 〜10nmの磁性薄膜層と、厚さ0.8 〜5nm のCuを主成
分とする金属非磁性層とを交互に積層した構造を有する
薄膜をエピタキシャル成長させる第２の工程からなる磁
気抵抗効果素子の製造方法。 - 【請求項１３】 第１の工程に於いて、Si(100) 基板上
に、基板温度-50 〜10℃で下地層を形成する請求項１２
に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 【請求項１４】 Si(100) 基板上に、厚さ50〜1000nmの
Cuを主成分とする下地層を形成する第１の工程と、（Ｎ
ｉx Ｃｏ1-x ）y Ｆｅ1-y (0.6≦x ≦1.0, 0.7≦y ≦1.
0)を主成分とする厚さ0.8 〜10nmの磁性薄膜層と、厚さ
0.8 〜5nm のCuを主成分とする金属非磁性層とを交互に
積層した構造を有する薄膜をエピタキシャル成長させる
第２の工程と、前記薄膜を200 〜300 ℃で熱処理する第
３の工程からなる磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 【請求項１５】 金属非磁性層の膜厚が1.4 〜1.9nm で
ある請求項１４に記載の磁気抵抗素子の製造方法。 - 【請求項１６】 磁性薄膜層と金属非磁性層との界面
に、厚さ0.18〜0.4nm のCo層を存在させた請求項１４に
記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 【請求項１７】 磁性薄膜層と金属非磁性層との界面
に、厚さ0.18〜0.4nm のFe層を存在させた請求項１４に
記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6050395A JPH07263773A (ja) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | 磁気抵抗効果素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6050395A JPH07263773A (ja) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | 磁気抵抗効果素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07263773A true JPH07263773A (ja) | 1995-10-13 |
Family
ID=12857693
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6050395A Pending JPH07263773A (ja) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | 磁気抵抗効果素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07263773A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6124711A (en) * | 1996-01-19 | 2000-09-26 | Fujitsu Limited | Magnetic sensor using tunnel resistance to detect an external magnetic field |
| KR20010033533A (ko) * | 1998-10-26 | 2001-04-25 | 다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시 | 자기 저항 효과 소자 및 그것을 이용한 자기 센서 |
| US8648589B2 (en) | 2009-10-16 | 2014-02-11 | HGST Netherlands B.V. | Magnetoresistive sensor employing nitrogenated Cu/Ag under-layers with (100) textured growth as templates for CoFe, CoFeX, and Co2(MnFe)X alloys |
| DE10160637B4 (de) * | 2001-05-28 | 2020-06-10 | Mitsubishi Denki K.K. | Fahrzeugmontiertes Magnetoresistenz-Sensorelement und Verfahren zur Herstellung |
-
1994
- 1994-03-22 JP JP6050395A patent/JPH07263773A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6124711A (en) * | 1996-01-19 | 2000-09-26 | Fujitsu Limited | Magnetic sensor using tunnel resistance to detect an external magnetic field |
| KR20010033533A (ko) * | 1998-10-26 | 2001-04-25 | 다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시 | 자기 저항 효과 소자 및 그것을 이용한 자기 센서 |
| DE10160637B4 (de) * | 2001-05-28 | 2020-06-10 | Mitsubishi Denki K.K. | Fahrzeugmontiertes Magnetoresistenz-Sensorelement und Verfahren zur Herstellung |
| US8648589B2 (en) | 2009-10-16 | 2014-02-11 | HGST Netherlands B.V. | Magnetoresistive sensor employing nitrogenated Cu/Ag under-layers with (100) textured growth as templates for CoFe, CoFeX, and Co2(MnFe)X alloys |
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