JPH09116209A - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents

磁気抵抗効果素子

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JPH09116209A
JPH09116209A JP7274451A JP27445195A JPH09116209A JP H09116209 A JPH09116209 A JP H09116209A JP 7274451 A JP7274451 A JP 7274451A JP 27445195 A JP27445195 A JP 27445195A JP H09116209 A JPH09116209 A JP H09116209A
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magnetic
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JP7274451A
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Toshio Tanuma
俊雄 田沼
Minoru Kume
実 久米
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3268Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn
    • H01F10/3281Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn only by use of asymmetry of the magnetic film pair itself, i.e. so-called pseudospin valve [PSV] structure, e.g. NiFe/Cu/Co

Abstract

(57)【要約】 【課題】 第1の磁性層2と第2の磁性層4の間に非磁
性層3を介在させた積層構造を有する磁気抵抗効果素子
において、磁界検出領域近傍での積層構造における段差
を小さくすることができ、記録ヘッド部などの平坦性が
改善され、かつ絶縁層の耐絶縁性を高めることができる
とともに、狭トラック化及び狭ギャップ化を図ることが
できる構造を得る。 【解決手段】 第1の磁性層2及び第2の磁性層4のう
ちの少なくとも一方が磁界検出領域内にのみ形成されて
いるか、あるいは磁界検出領域の非磁性層3の膜厚が、
磁界検出領域以外の膜厚よりも薄くなるように形成され
ていることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素子
に関するものであり、特に第1の磁性層と第2の磁性層
の間に非磁性層を介在させた積層構造を有する磁気抵抗
効果素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】磁気抵抗効果素子は、外部磁界の変化に
対応して素子内の電気伝導状態が変化する現象を利用し
たものであり、波形歪みの少ない高い出力特性が得られ
ることから、磁気ヘッド用再生ヘッドとしてその利用が
検討されている。
【0003】近年、磁気記録における高密度化が急速に
進んでおり、このため磁気ヘッドにおいても、微小領域
から高精度に目的とする磁束だけを読み取る技術開発が
急速に進んでいる。このような観点から、磁気ヘッドの
狭トラック化及び狭ギャップ化が検討されている。
【0004】一方、感度の高い磁気抵抗効果素子とし
て、巨大磁気抵抗変化すなわち大きなMR比を示す磁気
抵抗効果素子の開発が進められており、このようなもの
として磁性層と非磁性層とを積層させた磁性膜を備える
ものが知られている。
【0005】このような巨大磁気抵抗変化を示す磁気抵
抗素子の1つとして、Co層とCu層とを交互に積層さ
せ、Co−Cu層間に反強磁性結合を形成させた磁気抵
抗素子が知られている。このような磁気抵抗素子では、
非磁性体層であるCu層を挟み、ほぼ同じ組成でほぼ同
じ保磁力を有する磁性層であるCo層が存在している。
このような磁気抵抗効果素子は、一般に人工格子型と呼
ばれている。
【0006】また、巨大磁気抵抗変化を示す他の磁気抵
抗効果素子として、非磁性層であるCu層を挟み、異な
る保磁力の磁性層を両側に設けたサンドイッチ構造のも
のが知られている。このような磁性膜では、非磁性層を
挟む両側の磁性層間に磁性結合が存在していない。この
ような磁気抵抗効果素子は、一般にスピンバルブ型と呼
ばれている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このような磁気抵抗効
果素子においては、磁性層と非磁性層を積層した磁気抵
抗効果膜に、磁気抵抗効果膜よりも低い磁気抵抗を有す
る一対の電極リード層を所定の間隔離して形成し、この
電極リード層の間の領域を磁界検出領域として規定して
いた。しかしながら、このような方法で磁界検出領域を
形成する場合、磁界検出領域の近傍に膜厚の厚い電極リ
ード層が接近して形成され、電極リード層の上部に形成
される絶縁層、及び記録ヘッド部の平坦性が阻害される
という問題があった。従って、再生MRヘッドの狭ギャ
ップ化などの目的で絶縁層を薄くしようとする場合、絶
縁層においてピンホールが発生し、十分な絶縁性を得る
ことができないなどの問題を生じた。
【0008】また狭トラック化を図るためには、一対の
電極リード層間の距離を狭くする必要があるが、電極リ
ード層間の距離を狭くすると、積層構造における段差の
問題がさらに大きくなり、記録ヘッド部などの平坦性が
悪くなるとともに、絶縁層の耐絶縁性がより大きな問題
となった。
【0009】従って、従来の磁気抵抗素子の構造におい
ては、狭トラック化及び狭ギャップ化を達成することが
困難であった。本発明の目的は、このような従来の問題
点を解消し、磁界検出領域近傍での積層構造における段
差を小さくすることができ、記録ヘッド部などの平坦性
が改善され、かつ絶縁層の耐絶縁性を高めることができ
るとともに、狭トラック化及び狭ギャップ化を図ること
ができる磁気抵抗効果素子を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に従う第1の局面
の磁気抵抗効果素子は、第1の磁性層と第2の磁性層の
間に非磁性層を介在させた積層構造を有し、第1の磁性
層及び第2の磁性層のうちの少なくとも一方が磁界検出
領域内にのみ実質的に形成されている。
【0011】第1の局面において、磁界検出領域内にの
み形成される磁性層は、基板上に形成される場合、基板
側、すなわち下層の磁性層であってもよいし、基板から
離れた側、すなわち上層の磁性層であってもよい。また
第1の磁性層及び第2の磁性層の両方ともに磁界検出領
域内にのみ形成されていてもよい。なお、本発明におい
て「磁界検出領域内にのみ実質的に形成されている」と
は、磁界検出領域以外の領域に、第1の磁性層及び第2
の磁性層のうちの少なくとも一方がわずかな領域で、あ
るいはわずかな厚みで形成されていてもよいことを意味
している。すなわち、磁界検出領域以外の領域で実質的
に磁気抵抗効果膜として機能するような構造になってい
なければ、第1の磁性層または第2の磁性層が形成され
ていてもよいことを意味している。
【0012】第1の局面に従えば、第1の磁性層及び第
2の磁性層のうちの少なくとも一方が磁界検出領域内に
のみ実施的に形成されている。従って、磁界検出領域内
では、第1の磁性層と第2の磁性層の間に非磁性層を介
在させた積層構造が形成されており、大きな磁気抵抗変
化、すなわち大きなMR比を示すが、磁界検出領域以外
の領域では、第1の磁性層または第2の磁性層が形成さ
れていないので、大きなMR比を示す磁気抵抗効果膜の
構造とはなっていない。従って、磁界検出領域内でのみ
実質的に磁気抵抗効果素子として機能する。従って、従
来のように、電極リード層でトラック幅方向の磁界検出
領域を規定する必要がなく、電極リード層を磁界検出領
域から離れた位置に形成することができる。
【0013】本発明に従う第2の局面の磁気抵抗効果素
子は、第1の磁性層と第2の磁性層の間に非磁性層を介
在させた積層構造を有し、非磁性層の磁界検出領域内の
膜厚が、磁界検出領域以外の領域の膜厚よりも相対的に
薄くなるように形成されている。
【0014】第1の磁性層と第2の磁性層の間に介在す
る非磁性層の膜厚には、大きなMR比を与える最適な厚
みが存在する。従って、非磁性層の磁界検出領域内の膜
厚をこのような厚みとし、磁界検出領域以外の領域の膜
厚を磁界検出領域内の膜厚よりも相対的に厚くなるよう
に構成することにより、磁界検出領域内でのみ大きなM
R比を示す磁気抵抗効果素子とすることができる。従っ
て、従来のように電極リード層でトラック幅方向の磁界
検出領域を規定する必要がなく、電極リード層の位置を
磁界検出領域から離れた位置にすることができる。な
お、後述するように、磁界検出領域以外の領域の非磁性
層の膜厚は、磁界検出領域内の膜厚の2倍以上であるこ
とが好ましい。
【0015】本発明に従う第3の局面の磁気抵抗効果素
子は、上記本発明の第1の局面及び第2の局面の構成を
組み合わせた磁気抵抗効果素子である。すなわち、第1
の磁性層と第2の磁性層の間に非磁性層を介在させた積
層構造を有し、第1の磁性層及び第2の磁性層のうちの
少なくとも一方が磁界検出領域内にのみ実施的に形成さ
れており、かつ非磁性層の磁界検出領域内の膜厚が、磁
界検出領域以外の領域の膜厚よりも相対的に薄くなるよ
うに形成されている。
【0016】第3の局面に従えば、磁界検出領域内にの
み第1の磁性層及び第2の磁性層のうちの少なくとも一
方が形成されるので、これにより磁界検出領域の厚みは
磁界検出領域以外の領域よりも厚くなる。しかしなが
ら、一方、非磁性層の磁界検出領域内の膜厚は、磁界検
出領域以外の領域の膜厚よりも相対的に薄くなるように
形成されるので、膜厚増加分が相殺され、磁界検出領域
の境界部分における段差はより小さくなる。
【0017】さらに、第1の局面による効果と第2の局
面による効果とが組み合わされ、磁界検出領域内での磁
気抵抗変化が、磁界検出領域以外の領域に比べ非常に大
きなものとなり、より検出感度を高めることができる。
【0018】以下、本発明の第1の局面、第2の局面、
及び第3の局面に共通の構成について説明する。本発明
における第1の磁性層及び第2の磁性層は、強磁性を示
す磁性体であれば、特に限定されるものではなく、例え
ば鉄族(3d)の遷移金属を少なくとも1種類含む材料
から構成される。具体的には、Fe、Co、Niのうち
の少なくとも1種類の成分を含んだ材料から構成され
る。また、例えば、CoPt合金などのように鉄族(3
d)元素以外の元素をその構成要素とすることを妨げる
ものではない。
【0019】本発明において、第1の磁性層と第2の磁
性層は、ほぼ同じ組成でほぼ同じ保磁力を有する磁性体
から形成されていてもよいし、互いに異なる保磁力を有
する磁性体から形成されていてもよい。
【0020】本発明における非磁性層は、電気伝導率に
おいて、第1の磁性層及び第2の磁性層よりも高い電気
伝導率を有する非磁性金属材料を少なくとも含む材料か
ら構成される。具体的には、Cu、Ag、Auなどの元
素が挙げられる。
【0021】第1の磁性層/非磁性層/第2の磁性層の
具体的な組み合わせの例としては、例えば、NiFe/
Cu/Co,CoFe/Cu/NiFe,Fe/Ag/
Fe,Co/Au/Co,NiFeCo/Cu/Co,
NiFeCr/Cu/Co,CoPt/Cu/NiF
e,CoZrMoNi/Cu/Coなどが挙げられる。
【0022】また本発明の磁気抵抗効果素子において
は、第1の磁性層と第2の磁性層が非磁性層を介して交
互に積層されており、それによって第1の磁性層と第2
の磁性層の間に非磁性層を介在させた積層ユニットが複
数ユニット形成されていてもよい。
【0023】
【発明の実施の形態】図1は、本発明に従う第1の局面
の磁気抵抗効果素子の一実施形態を示す断面図である。
図1を参照して、ガラスまたはシリコンなどの非磁性材
料からなる基板1上の磁界検出領域には、第1の磁性層
であるNiFe層2(膜厚6nm)が形成されている。
さらにNiFe層2と基板1上を覆うように、非磁性層
であるCu層3(膜厚3nm)が形成されている。Cu
層3の上には、第2の磁性層であるCo層4が形成され
ている。Co層4の上には、一対の電極リード層5,6
が互いに所定距離離れるように設けられている。電極リ
ード層はCuから形成され、膜厚100nmとなるよう
に形成されている。本実施形態では、電極リード層を第
2の磁性層であるCo層4の上に形成しているが、電極
リード層は、第1の磁性層、第2の磁性層、及び非磁性
層のいずれかの層に接触するように設けられればよく、
電極リード層の下地層となる層は特に限定されるもので
はない。
【0024】NiFe層2は、磁界検出領域の幅である
3μmの幅となるように形成されている。本実施形態で
は、磁界検出領域にのみNiFe層2が形成されている
ため、磁界検出領域にのみ第1の磁性層と第2の磁性層
の間に非磁性層を介在させた磁気抵抗効果を示す積層構
造が形成されている。従って、本実施形態では、NiF
e層2を磁界検出領域にのみ形成することにより、磁界
検出領域が規定されている。このため、電極リード層
5,6は、磁界検出領域から離れた位置に形成すること
ができる。
【0025】図2は、本発明に従う第1の局面の磁気抵
抗効果素子の他の実施形態を示す断面図である。図2を
参照して、ガラスまたはシリコンなどからなる基板11
の上には、第1の磁性層であるNiFe層12(膜厚6
nm)が形成されており、このNiFe層12の上に非
磁性層であるCu層13(膜厚3nm)が形成されてい
る。Cu層13上の磁界検出領域の部分には、第2の磁
性層であるCo層14(膜厚5nm)が形成されてい
る。Cu層13上の磁界検出領域から離れた位置には、
一対の電極リード層15,16が設けられている。電極
リード層15,16は、Cuからなり、膜厚100nm
となるように形成されている。
【0026】本実施形態では、第2の磁性層であるCo
層14が磁界検出領域のみに形成されることにより、磁
界検出領域内に磁気抵抗効果膜の積層構造が形成されて
いる。従って、Co層14を磁界検出領域にのみ形成す
ることにより、磁界検出領域が規定されている。このた
め、電極リード層15,16は、磁界検出領域から離れ
た位置に形成することができる。
【0027】図3は、図1に示す実施形態を製造する工
程を示す断面図である。図3(a)を参照して、基板1
の上に第1の磁性層であるNiFe層2を、イオンビー
ムスパッタリング法により形成する。イオンビームスパ
ッタ条件は、到達真空度6×10-6Pa、スパッタリン
グ時のArガス圧は8×10-3Pa、イオン加速電圧3
00Vとし、ターゲットとしてNiFeのターゲットを
用いた。
【0028】次に、図3(b)を参照して、NiFe層
2の磁界検出領域となる部分の上にマスクカバー7を載
せ、イオンビームを照射するイオンビームエッチングに
より磁界検出領域以外のNiFe層2を除去し、磁界検
出領域にのみNiFe層2を残した。
【0029】次に、マスクカバー7を取り除いた後、図
3(c)を参照して、NiFe層2及び基板1の上に、
NiFe層2形成時のイオンビームスパッタ条件と同一
の条件で、イオンビームスパッタリングすることによ
り、Cu層3及びCo層4を連続して形成した。ターゲ
ットとしては、それぞれCuのターゲット及びCoのタ
ーゲットを用いた。
【0030】次に、図3(d)を参照して、Co層4の
上に電極リード層となるCu層をイオンビームスパッタ
リング法により形成した後、フォトリソグラフィ法によ
りパターン化し、磁界検出領域近傍の部分を除去するこ
とにより、一対の電極リード層5,6として残るように
形成した。
【0031】図4は、図2に示す実施形態を製造する工
程を示す断面図である。図4(a)を参照して、基板1
1の上に、NiFe層12、Cu層13、及びCo層1
4を、イオンビームスパッタリング法により同一真空下
で連続して成膜することにより形成した。スパッタリン
グ条件は、図3を参照して説明した製造工程と同様の条
件で行った。
【0032】次に、図4(b)に示すように、Co層1
4の磁界検出領域の上に、マスクあるいはレジスト膜な
どのカバー17を設け、イオンビーム照射することによ
り、イオンビームエッチングで、磁界検出領域以外の領
域のCo層14の部分を除去した。
【0033】次に、カバー17を取り除き、図4(c)
に示すように、Cu層13の上に一対の電極リード層1
5,16を形成した。電極リード層15,16は、Cu
層を形成した後、フォトリソグラフィ法により磁界検出
領域近傍の部分を除去するようにパターン化して形成し
た。
【0034】図1及び図2に示す実施形態の磁気抵抗効
果素子について、素子特性(オフトラック特性)を評価
した。磁界を発生する被検出物に対し、磁気抵抗効果素
子を幅方向に移動させ、このとき得られる素子電圧を測
定し、その結果を図5に示した。また比較として、図1
2に示す従来例の構造の磁気抵抗効果素子についても同
様にして評価し、図5に従来例として示した。図12に
示す従来例の磁気抵抗効果素子は、ガラスまたはシリコ
ンなどの基板61の上に、第1の磁性層であるNiFe
層62(膜厚6nm)、非磁性層であるCu層63(膜
厚2.5nm)、第2の磁性層であるCo層64(膜厚
5nm)を順次形成した後、Co層64の上にCuから
なる一対の電極リード層65,66(膜厚0.2μm)
を形成し、この電極リード層65,66の間の距離を、
磁界検出領域の幅である3μmとしている。さらにこの
上にアルミナ絶縁層67(膜厚0.1μm)及び磁場シ
ールド層として機能するNiFe層68(膜厚2.5μ
m)を形成している。
【0035】なお、図1及び図2には、図12に示すよ
うなアルミナ絶縁層及びその上に形成されるNiFe層
を図示していないが、素子特性の評価にあたっては、ア
ルミナ絶縁層及びNiFe層を形成したものについて行
った。
【0036】図5において、本発明例として示す曲線
は、いずれも図1及び図2に示す実施形態の磁気抵抗効
果素子の素子電圧の変化を示しており、従来例は図12
に示す従来の磁気抵抗効果素子の素子電圧の変化を示し
ている。図5に示されるように、本発明例においては、
従来例と比較して、最大素子電圧変化の半値幅が約20
%小さくなっていることがわかる。従って、本実施形態
の磁気抵抗効果素子においては、幅方向の磁界検出精度
が向上していることがわかる。
【0037】また、図1及び図2に示されるように、第
1の局面に従えば、電極リード層を磁界検出領域から離
れた位置に形成することができるので、電極リード層を
設けることによる磁界検出領域近傍での積層構造におけ
る段差を小さくすることができる。従って、MRヘッド
の上に形成される記録ヘッド部などの平坦性も改善され
る。また磁界検出領域近傍での積層構造による段差を小
さくすることができるので、絶縁層の薄膜化を図ること
ができ、狭ギャップ化を達成することができる。
【0038】図6は、本発明に従う第1の局面の磁気抵
抗効果素子のさらに他の実施形態を示す断面図である。
本実施形態では、第1の磁性層と第2の磁性層が非磁性
層を介して交互に積層されており、これによって第1の
磁性層と第2の磁性層の間に非磁性層を介在させた積層
ユニットが複数ユニット形成されている。ガラスなどの
非磁性材料からなる基板21の磁界検出領域の上に、第
1の磁性層であるNiFe層22(膜厚6nm)が形成
されている。NiFe層22及び基板21の上には、非
磁性層であるCu層23(膜厚3nm)が形成されてい
る。Cu層23の上には、第2の磁性層であるCo層2
4(膜厚5nm)、及び非磁性層であるCu層25(膜
厚3nm)が形成されている。
【0039】Cu層25の磁界検出領域の上には、再び
第1の磁性層であるNiFe層26(膜厚6nm)が形
成されている。NiFe層26及びCu層25の上に
は、非磁性層であるCu層27(膜厚3nm)及び第2
の磁性層であるCo層28(膜厚5nm)が積層されて
いる。
【0040】以上のようにして、本実施形態では、磁界
検出領域において、第1の磁性層/非磁性層/第2の磁
性層の積層構造からなるユニットが複数ユニット積み重
ねられた磁気抵抗効果膜を構成している。また本実施形
態では、磁界検出領域以外の領域でCu層25及び27
が積層され、膜厚6nmのCu層となっている。このよ
うに磁界検出領域以外の領域で非磁性層の膜厚が厚くな
ることからも、検出領域とそれ以外の領域とで、MR比
の差が大きくなっている。従って、磁界検出領域での
み、大きなMR比の磁気抵抗効果を発揮することがで
き、MR素子として有効に働く。
【0041】Co層28の上には、Cuからなる一対の
電極リード層29,30(膜厚100nm)が形成され
ている。これらの電極リード層29,30は、磁界検出
領域から離れた位置に形成されている。
【0042】本実施形態においても、NiFe層22,
26を磁界検出領域にのみ形成することにより、磁界検
出領域を規定している。従って、磁界検出領域近傍での
積層構造における段差を小さくすることができ、記録ヘ
ッド部などの平坦性が改善され、かつ絶縁層の耐絶縁性
を高めることができる。従って、狭トラック化及び狭ギ
ャップ化を達成することができる。
【0043】図7は、本発明に従う第2の局面の磁気抵
抗効果素子の一実施形態を示す断面図である。図7を参
照して、ガラスまたはシリコンなどの非磁性材料などか
らなる基板31の上には、第1の磁性層であるNiFe
層32(膜厚6nm)が形成されている。NiFe層3
2の上には、非磁性層であるCu層33が形成されてい
る。Cu層33において、磁界検出領域のCu層33a
の膜厚は2.5nmであり、それ以外の領域の膜厚は1
0nmとなるように形成されている。Cu層33の上に
は、第2の磁性層であるCo層34(膜厚5nm)が形
成されている。
【0044】Co層34の上には、Cuからなる一対の
電極リード層35,36(膜厚0.2μm)が形成され
ている。電極リード層35,36は、磁界検出領域から
離れた位置に形成されている。電極リード層35,36
及びこれらの間の領域のCo層36の上には、アルミナ
絶縁層37(膜厚0.1μm)が形成され、さらにその
上に磁場シールド層となるNiFe層38(膜厚2.5
μm)が形成されている。本実施形態において、トラッ
ク幅すなわち磁界検出領域の幅は2μmとしている。ま
た電極リード層35,36間の距離は6μmとなるよう
に形成している。
【0045】本実施形態では、非磁性層であるCu層3
3の磁界検出領域に対応する部分33aの膜厚が他の領
域の膜厚よりも薄くなるように形成されている。第1の
磁性層と第2の磁性層の間に非磁性層を介在させた積層
構造の磁気抵抗効果素子においては、非磁性層の膜厚に
より、そのMR比が変化する。図8は、非磁性層である
Cu層の膜厚とMR比との関係を示す図である。ここで
は、基板上に第1の磁性層/非磁性層/第2の磁性層の
積層構造の磁気抵抗効果膜を形成し、非磁性層であるC
u層の膜厚を変化させている。なお、第1の磁性層はN
iFe層(膜厚6nm)とし、第2の磁性層はCo層
(膜厚5nm)としている。図8に示されるように、膜
厚2nmの近傍でMR比が高くなり、膜厚がこれよりも
厚くなるにつれて、MR比が減少することがわかる。ま
た図7に示すCu層の膜厚2.5nmにおいて、高いM
R比が得られることがわかる。
【0046】従って、図7に示す実施形態の磁気抵抗効
果素子において、Cu層の膜厚が2.5nmである磁界
検出領域の部分において高いMR比を示す磁気抵抗効果
素子が構成されることが理解される。また磁界検出領域
以外の領域では、MR比が低下するため、有効な磁気抵
抗効果が得られないことがわかる。
【0047】次に、図7に示す実施形態では、磁界検出
領域以外のCu層33の膜厚を10nmとしているが、
磁界検出領域以外の領域のCu層の膜厚の影響を検討す
るため、Cu層の膜厚を4nm、5nm及び6nmと変
化させ、素子電圧特性を評価した。評価方法は、トラッ
ク幅2μmで予め書き込まれた磁化パターンに対し磁気
抵抗効果素子を幅方向に移動させたときに得られる素子
電圧特性、すなわちオフトラック再生特性を評価した。
図9に、この結果を示す。図9から明らかなように、C
u層の膜厚が4nmの場合に比べ、Cu層の膜厚が5n
m及び6nmの場合には高い磁界検出精度を示すことが
わかる。従って、磁界検出領域以外の領域の非磁性層の
膜厚は、磁界検出領域の膜厚の2倍以上とすることが好
ましいことがわかる。すなわち、本発明に従う第2の局
面においては、磁界検出領域の非磁性層の膜厚を、高い
MR比が得られる最適な膜厚に設定し、磁界検出領域以
外の領域の非磁性層の膜厚をその2倍以上にすることが
望ましいことがわかる。
【0048】次に、図7に示す実施形態におけるアルミ
ナ絶縁層37の耐絶縁性を評価した。耐絶縁性の評価
は、NiFe層38と電極リード層35,36との間
に、0.5Vの電圧を印加し、このときにアルミナ絶縁
層37中を流れるリーク電流を測定することにより行っ
た。また比較として、図12に示す従来の磁気抵抗効果
素子においても同様にしてアルミナ絶縁層の耐絶縁性を
評価した。なお図12に示す従来の磁気抵抗効果素子に
おいて、トラック幅は図7に示す磁気抵抗効果素子と同
様に2μmとした。
【0049】この結果、図12に示す従来例の磁気抵抗
効果素子においては、リーク電極値が10-2Aであった
のに対し、図7に示す実施形態の磁気抵抗効果素子にお
いてはリーク電流値が10-5Aであった。従って、本発
明に従うことにより、絶縁層の耐絶縁性を大幅に向上で
きることがわかる。
【0050】図7に示す実施形態の磁気抵抗効果素子の
磁気抵抗効果膜の製造は、例えば以下のようにして行う
ことができる。上記第1の局面に従う実施形態と同様
に、イオンビームスパッタリング法により基板31の上
にNiFe層32を形成した後、まず第1段階として、
膜厚2.5nmのCu層を全面に形成する。次に、磁界
検出領域に対応するCu層33の部分をマスクで覆い、
磁界検出領域以外の領域に選択的にCu層を形成する。
磁界検出領域以外の領域におけるCu層の膜厚が10n
mとなるまで形成した後、マスクを取り外す。これによ
り、磁界検出領域以外の領域の膜厚が10nmで、磁界
検出領域の膜厚が2.5nmであるようなCu層33を
形成することができる。このようなCu層の形成も、イ
オンビームスパッタリング法により行うことができる。
このようにして形成したCu層33の上に、イオンビー
ムスパッタリング法によりCo層34を形成する。
【0051】また別の製造方法としては、NiFe層3
2の上に膜厚10nmとなるようにCu層33を全面に
形成した後、磁界検出領域以外の領域の上にレジスト膜
等を設け、磁界検出領域のCu層の膜厚が2.5nmと
なるまで、磁界検出領域のみをエッチング除去する方法
を挙げることができる。
【0052】なお、本発明に従う第2の局面の磁気抵抗
効果膜の製造方法は、以上のような方法に限定されるも
のではなく、その他の方法により形成されてもよいこと
は言うまでもない。
【0053】図10は、本発明に従う第2の局面の磁気
抵抗効果素子の他の実施形態を示す断面図である。本実
施形態では、第1の磁性層と第2の磁性層が非磁性層を
介して交互に積層されており、これによって第1の磁性
層と第2の磁性層の間に非磁性層を介在させた積層ユニ
ットが複数ユニット形成されている。図10を参照し
て、ガラスまたはシリコンなどの非磁性材料からなる基
板41の上に、第1の磁性層であるCo層42(膜厚6
nm)が形成されている。Co層42の上には、非磁性
層であるCu層43が形成されている。Cu層43の磁
界検出領域に対応するCu層43aの膜厚は2.5nm
となるように形成されており、それ以外の領域は膜厚1
0nmとなるように形成されている。Cu層43の上に
は第2の磁性層であるCo層44(膜厚5nm)が形成
されている。
【0054】Co層44の上には、非磁性層であるCu
層45が形成されている。このCu層45においても、
磁界検出領域に対応するCu層45aの部分において
は、膜厚が2.5nmとなるように形成されており、そ
の他の領域においては膜厚が10nmとなるように形成
されている。Cu層45の上には、再び第1の磁性層と
なるCo層46(膜厚5nm)が形成されている。
【0055】Co層46の上には、Cuからなる一対の
電極リード層47,48(膜厚0.2μm)が形成され
ている。電極リード層47,48は、磁界検出領域の近
傍から離れた位置に形成されている。電極リード層4
7,48の上、及びこれらの間の領域のCo層46の上
には、アルミナ絶縁層49(膜厚0.1μm)が形成さ
れ、さらにその上に磁場シールド層として機能するNi
Fe層50(膜厚2.5μm)が形成されている。
【0056】本実施形態においては、トラック幅すなわ
ち磁界検出領域の幅は2μmとなるように構成されてい
る。図7に示す実施形態と同様に、本実施形態において
も、磁界検出領域においてのみ非磁性層であるCu層4
3a及びCu層45aの膜厚が、高いMR比となるよう
な膜厚に設定されている。従って、このような膜厚の設
定により磁界検出領域が規定されている。このため、電
極リード層47,48を形成する領域を磁界検出領域か
ら離すことができ、磁界検出領域近傍での積層構造によ
る段差を小さくすることができる。また記録ヘッド部な
どの平坦性が改善され、絶縁層の耐絶縁性を高めること
ができる。従って、狭トラック化及び狭ギャップ化を達
成することができる。
【0057】図11は、本発明に従う第3の局面の磁気
抵抗効果素子の一実施形態を示す断面図である。本発明
に従う第3の局面は、本発明に従う第1の局面及び第2
の局面の構成を組み合わせたことを特徴としている。従
って、第1の局面及び第2の局面についての上述の説明
をこの第3の局面においてもそのまま適用することがで
きる。図11を参照して、ガラスまたはシリコンなどの
非磁性材料からなる基板51の上には、第1の磁性層で
あるNiFe層52(膜厚6nm)が形成されている。
NiFe層52の上には、非磁性層であるCu層53が
形成されている。Cu層53においては、磁界検出領域
に対応する領域のCu層53aの膜厚が2.5nmとな
るように形成され、その他の領域の膜厚が10nmとな
るように形成されている。Cu層53の磁界検出領域に
対応する領域、すなわちCu層53aの上にのみ、第2
の磁性層であるCo層54(膜厚5nm)が形成されて
いる。従って、Co層54は、Cu層53の磁界検出領
域に形成された凹部を埋めるような形態で形成されてい
る。
【0058】Cu層53の上には、Cuからなる一対の
電極リード層55,56が形成されている。電極リード
層55,56は、磁界検出領域から離れた位置に形成さ
れている。電極リード層55,56及びその間のCu層
53及びCo層54の上には、アルミナ絶縁層57(膜
厚0.1μm)が形成され、さらにその上には、磁場シ
ールド層として機能するNiFe層58(膜厚2.5μ
m)が形成されている。
【0059】本実施形態では、Cu層53の凹部である
磁界検出領域の上にCo層54が埋めるように形成され
ている。従って、NiFe層52、Cu層53、及びC
o層54からなる磁気抵抗効果膜の上方部がより平坦化
されて形成される。従って、磁界検出領域近傍での積層
構造における段差をさらに小さくすることができる。従
って、記録ヘッド部などの平坦性がさらに改善され、絶
縁層の耐絶縁性をさらに高めることができる。
【0060】また、磁界検出領域におけるMR比と、磁
界検出領域以外の領域におけるMR比の差をさらに大き
くすることができ、磁界検出領域における検出感度をさ
らに向上させることができる。
【0061】本実施形態の磁気抵抗効果素子における磁
気抵抗効果膜の製造方法は、上記第1の局面に従う実施
形態及び第2の局面に従う実施形態の製造工程に準じて
製造することができる。
【0062】上記本発明に従う第1の局面、第2の局
面、及び第3の局面の実施形態においては、第1及び第
2の磁性層並びに非磁性層として特定の組成を開示して
説明したが、本発明の磁気抵抗効果素子は、これらの組
成に限定されるものではなく、またその構造も上記実施
形態のものに限定されるものではない。本発明における
磁気抵抗効果膜は、第1の磁性層/非磁性層/第2の磁
性層の積層構造を有する磁気抵抗効果膜であれば、全て
のものに適用することができ、人工格子型、スピンバル
ブ型などと呼ばれている磁気抵抗効果膜を含み、より広
い範囲で適用されるものである。また第1の磁性層と第
2の磁性層の間には、磁気的結合が形成されていてもよ
いし、磁気的結合が形成されていなくともよい。
【0063】
【発明の効果】本発明に従うことにより、磁界検出領域
近傍での積層構造における段差を小さくすることがで
き、記録ヘッド部などの平坦性を改善することができ
る。また段差を小さくすることができるため、磁気抵抗
効果膜の上に形成される絶縁層の耐絶縁性を高めること
ができる。従って、磁界検出領域の幅を従来例よりも狭
めることが可能となり、狭トラック化を達成することが
できる。また絶縁層の厚みを薄くすることができるの
で、狭ギャップ化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従う第1の局面の磁気抵抗効果素子の
一実施形態を示す断面図。
【図2】本発明に従う第1の局面の磁気抵抗効果素子の
他の実施形態を示す断面図。
【図3】図1に示す実施形態の製造工程を示す断面図。
【図4】図2に示す実施形態の製造工程を示す断面図。
【図5】図1及び図2に示す実施形態の磁気抵抗効果素
子のオフトラック特性を示す図。
【図6】本発明に従う第1の局面の磁気抵抗効果素子の
さらに他の実施形態を示す断面図。
【図7】本発明に従う第2の局面の磁気抵抗効果素子の
一実施形態を示す断面図。
【図8】第1の磁性層/非磁性層/第2の磁性層の積層
構造における非磁性層の膜厚とMR比の関係を示す図。
【図9】非磁性層の膜厚とオフトラック特性との関係を
示す図。
【図10】本発明に従う第2の局面の磁気抵抗効果素子
の他の実施形態を示す断面図。
【図11】本発明に従う第3の局面の磁気抵抗効果素子
の一実施形態を示す断面図。
【図12】従来の磁気抵抗効果素子の一例を示す断面
図。
【符号の説明】
1,11…基板 2,12…第1の磁性層であるNiFe層 3,13…非磁性層であるCu層 4,14…第2の磁性層であるCo層 5,6,15,16…電極リード層

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の磁性層と第2の磁性層の間に非磁
    性層を介在させた積層構造を有する磁気抵抗効果素子に
    おいて、 前記第1の磁性層及び第2の磁性層のうちの少なくとも
    一方が磁界検出領域内にのみ実質的に形成されている磁
    気抵抗効果素子。
  2. 【請求項2】 第1の磁性層と第2の磁性層の間に非磁
    性層を介在させた積層構造を有する磁気抵抗効果素子に
    おいて、 前記非磁性層の磁界検出領域内の膜厚が、磁界検出領域
    以外の領域の膜厚よりも相対的に薄くなるように形成さ
    れている磁気抵抗効果素子。
  3. 【請求項3】 第1の磁性層と第2の磁性層の間に非磁
    性層を介在させた積層構造を有する磁気抵抗効果素子に
    おいて、 前記第1の磁性層及び第2の磁性層のうちの少なくとも
    一方が磁界検出領域内にのみ実質的に形成されており、
    かつ前記非磁性層の磁界検出領域内の膜厚が、磁界検出
    領域以外の領域の膜厚よりも相対的に薄くなるように形
    成されている磁気抵抗効果素子。
  4. 【請求項4】 前記第1の磁性層と前記第2の磁性層が
    ほぼ同じ組成でほぼ同じ保磁力を有する磁性体から形成
    されている請求項1〜3のいずれか1項に記載の磁気抵
    抗効果素子。
  5. 【請求項5】 前記第1の磁性層と前記第2の磁性層が
    互いに異なる保磁力を有する磁性体から形成されている
    請求項1〜3のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素
    子。
  6. 【請求項6】 前記第1の磁性層と前記第2の磁性層が
    非磁性層を介して交互に積層されており、それによって
    前記第1の磁性層と前記第2の磁性層の間に前記非磁性
    層を介在させた積層ユニットが複数ユニット形成されて
    いる請求項1〜5のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果
    素子。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6433969B1 (en) 1999-05-31 2002-08-13 Nec Corporation Compound magnetoresistive head and method for manufacturing same
US6724585B2 (en) 1998-09-18 2004-04-20 Nec Corporation Magnetoresistive element and device utilizing magnetoresistance effect

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