JPH09199768A - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents

磁気抵抗効果素子

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JPH09199768A
JPH09199768A JP8007702A JP770296A JPH09199768A JP H09199768 A JPH09199768 A JP H09199768A JP 8007702 A JP8007702 A JP 8007702A JP 770296 A JP770296 A JP 770296A JP H09199768 A JPH09199768 A JP H09199768A
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JP
Japan
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layer
magnetic
magnetic layer
alloy
magnetoresistive effect
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Withdrawn
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JP8007702A
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English (en)
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Hitoshi Kishi
均 岸
Kazuo Kobayashi
和雄 小林
Yasuhiro Kitade
康博 北出
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu 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
    • H01F10/325Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the spacer being noble metal

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気抵抗効果が大きくかつ耐熱性に優れた磁
気抵抗効果膜を提供する。 【解決手段】 非磁性層5をCuAg合金層とし,Co
拡散防止層4,6を挟んでNi含有磁性層3,7を積層
する。拡散防止層4,6にピンホールを生じても非磁性
層5中のCuの拡散が局限され,磁気抵抗効果の劣化が
少ない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,Cu又はCu合金
からなる非磁性層と,Ni合金からなる磁性層とを積層
した構造を有する磁気抵抗効果素子に関し,特に熱拡散
による磁気抵抗効果の劣化が少ない磁気抵抗効果素子の
構造に関する。
【0002】磁気抵抗効果素子は,磁気センサ,例えば
磁気装置のヘッドの磁気検出に用いられる。かかる磁気
抵抗効果素子は,微弱な磁気を検出できる大きな磁気抵
抗変化と,安定して製造できる高い耐熱性とが要求され
ている。
【0003】しかし,大きな磁気抵抗変化を生ずるスピ
ンバルブ膜又はGMR(巨大磁気抵抗)膜は,薄い非磁
性層と薄い磁性層とを交互に積層する構造を有するた
め,磁気抵抗層の製造過程の熱処理工程中に非磁性層と
磁性層との間で熱拡散を生じ,磁気抵抗特性が劣化する
場合がある。
【0004】このため,非磁性層と磁性層との積層から
生ずる大きな磁気抵抗効果を保持しつつ,さらに耐熱性
に優れた磁気抵抗効果素子が必要とされている。
【0005】
【従来の技術】大きな磁気抵抗効果を有する磁気抵抗効
果素子の構造として,Cuからなる非磁性層をFeNi
合金からなる磁性層で挟んだスピンバブル膜,又はCu
からなる非磁性層とFeNi合金からなる磁性層とを交
互に多層に積層したGMR膜が知られている。
【0006】しかし,これらの磁気抵抗効果素子は,N
iを含む磁性層とCuを含む非磁性層とが直接に接触す
るため,容易に熱拡散を生じて磁気抵抗効果が劣化す
る。このため,非磁性層と磁性層との間にCo薄膜から
なる拡散防止層を設け,熱拡散を防止することで,耐熱
温度を向上させる構造が考案された。このCo拡散防止
層は,耐熱性をある程度向上させる他,磁気抵抗効果を
大きくするという効果がある。
【0007】このCo拡散防止層を設けた構造では,C
o拡散防止層を厚くすると磁気抵抗効果が小さくなる。
このため,磁気抵抗効果の観点からCo拡散防止層を薄
くすることが望ましく,通常は3nm以下の厚さの拡散防
止層が用いられている。しかし,かかる薄い拡散防止層
にはピンポールが生じ易く,この拡散防止層のピンホー
ルを通して非磁性層と磁性層との間の熱拡散が起こる。
その結果,耐熱性を十分なまで向上することは困難であ
った。
【0008】さらに耐熱性を向上する他の方法として,
Niを含む磁性層と接触する非磁性層をCuAg合金と
する方法が,第18回日本応用磁気学会学術講演概要
集,14pD−16(1994)に記載されている。N
i及びNi合金とAgとは互いに固溶度が極めて小さい
ため,Agを含有するCuからなる非磁性層は,Niを
含む磁性層と接触させて積層しても熱拡散が小さく,従
ってこの構造は比較的高い耐熱性を有する。
【0009】ここでCuAg合金とNi合金との間の熱
拡散を小さくするには,Ag濃度を高くする必要があ
る。しかし,十分な耐熱性を有するまでAg濃度を高く
すると,CuAg合金を堆積するときに凝集してしま
い,非磁性層となるCuAg合金を一様に薄く堆積する
ことができない。磁気抵抗効果は,非磁性層が厚いほど
小さくなるから,このように非磁性層を薄く形成できな
いのでは大きな磁気抵抗効果を有する磁気抵抗効果素子
を製造することは難しい。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
Cuからなる非磁性層とNiを含む磁性層との間にCo
からなる拡散防止層を介在させた構造を有する磁気抵抗
効果素子では,拡散防止層を薄くするとピンホールが発
生するため,薄くかつ十分な拡散防止効果を有する拡散
防止層を形成することが難しい。また,非磁性層にCu
Ag合金を用いる磁気抵抗効果素子では,非磁性層のA
g含有量を多くして熱による拡散を小さくすると薄い非
磁性層の形成が困難になるため,薄くかつ熱拡散が小さ
な非磁性層を形成することは難しい。このため,いずれ
の磁気抵抗効果素子によっても,大きな磁気抵抗効果と
十分な耐熱性とを同時に実現することは困難であった。
【0011】本発明は,非磁性層をCuAg合金とし,
かつ非磁性層と磁性層との間にCoからなる拡散防止層
を設けることで,大きな磁気抵抗効果を維持しつつ,優
れた耐熱性を合わせもつ磁気抵抗効果素子を提供するこ
とを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の実施例ス
ピンバルブ膜断面図であり,磁気ヘッドに用いられた磁
気抵抗効果素子のスピンバルブ膜の断面構造を表してい
る。
【0013】上記課題を解決するために,図1を参照し
て,本発明の第一の構成は,CuAg合金からなる非磁
性層5と,該非磁性層5に重ねて設けられたNi合金か
らなる磁性層3,7と,該非磁性層5と該磁性層3,7
との間に設けられたCoからなる拡散防止層4,6とを
有することを特徴として構成し,及び,第二の構成は,
基板1上に,第一の磁性層3,第一の拡散防止層4,非
磁性層5,第二の拡散防止層6,及び第二の磁性層7を
順次積層した構造を有する磁気抵抗効果素子において,
該第一の磁性層3及び該第二の磁性層7のうち少なくと
も一方は,Ni又はNi合金からなる磁性層であり,該
第一の拡散防止層4及び該第二の拡散防止層6のうち該
Ni又はNi合金からなる磁性層と接する拡散防止層
は,Coからなり,該非磁性層5は,CuAg合金から
なることを特徴として構成する。
【0014】本発明を,本発明の実施例に係るスピンバ
ブル膜を参照して説明する。本発明の構成では,図1を
参照して,Cuを含む非磁性層5とNiを含む磁性層
3,7とがCoからなる拡散防止層4,6により隔離さ
れ,加えて非磁性層5はCuAg合金から構成される。
かかる構成を有する磁気抵抗効果膜では,非磁性層5の
Ag含有量が比較的少ない場合でも,非磁性層5と磁性
層3,7との間の熱による拡散による磁気抵抗効果の劣
化が少ないことを本発明の発明者は実験により明らかに
した。以下,この実験結果を説明する。
【0015】図2は本発明の効果説明図であり,図1に
示す構造のスピンバルブ膜の磁気抵抗効果の熱処理温度
依存性を,抵抗変化率により表している。抵抗変化率
は,スピンバルブ膜を形成し,60分間の熱処理をした
後,磁気抵抗変化を測定して求めた。図2(a)は,非
磁性層5をCuとし,拡散防止層4,6をCoとした従
来例のスピンバルブ膜の磁気抵抗効果を,図2(b)
は,非磁性層5を9.3原子%のAgを含有するCu合
金とし拡散防止層4,6をCoとする,本発明を適用し
たスピンバルブ膜の磁気抵抗効果を表している。図2
(a)及び(b)の試料とされたスピンバブル膜の他の
構成は両者とも同一である。なお,磁性層3,7はとも
にFeNi合金である。
【0016】非磁性層5をCuとする場合は,図2
(a)を参照して,熱処理温度が230℃を超えると抵
抗変化率は熱処理前の50%程度まで急激に低減する。
これに対して,非磁性層5をCuAg合金とする場合
は,図2(b)を参照して,260℃の熱処理温度によ
っても抵抗変化率の低減は20%程度にすぎない。この
ように,非磁性層5をCuAg合金としたスピンバルブ
膜の耐熱性はCuを非磁性層5とするものより,大きく
改善される。
【0017】この実験で用いた非磁性層5は,9.3原
子%のAgを含有するCu合金である。この程度のAg
含有量では,非磁性層5とFeNiからなる磁性層3,
7との間での拡散の速さに大きな変化はない。従って,
単に拡散速度から考察したのでは,Coの拡散防止層
4,6を設けたとしても,9.3原子%のAgを含有す
るCu合金からなる非磁性層を有するスピンバルブ膜の
磁気抵抗変化率は,図2(a)に示すCuからなる非磁
性層を有するスピンバルブ膜の磁気抵抗変化率と大差な
いものと予想され,図2(b)について説明したような
優れた耐熱性を説明することができない。本発明の発明
者は,非磁性層と磁性層とは拡散防止層のピンホールを
通して拡散するために,初期の拡散によりピンホールの
開口近傍の非磁性層中のAg濃度が上昇し,その後にピ
ンホールを通して起こる拡散を抑制するためと考察して
いる。
【0018】上述したように本発明の構成では,非磁性
層にAg濃度の低いCuAg合金を用い,かつ拡散防止
層にピンホールが生じる程の薄いCo薄膜を用いても,
磁性層との間の拡散は十分に抑制される。従って,非磁
性層を薄くかつ一様な膜厚で堆積するために非磁性層の
Ag濃度を低くしても,十分な耐熱性を保持することが
できる。このため,本構成の磁気抵抗効果素子は,薄い
Co膜からなる拡散防止層及び薄い非磁性層を用いるこ
とから生ずる大きな磁気抵抗効果を有し,同時に優れた
耐熱性を有する。
【0019】なお,本発明の構成を実施例に基づいて説
明したが,本発明の第一の構成は,拡散防止層を挟んで
非磁性層と磁性層とが設けられている構造を有する磁気
抵抗効果素子に適用され,各層がそれぞれ1層のもので
あっても,又は磁性層,拡散防止層,非磁性層を多層に
積層したものであっても適用されることは当然である。
また,第二の構成は,図2を参照して,第一及び第二の
磁性層3,7がNiを含む合金からなり,第一及び第二
の拡散防止層4,6がCoからなり,非磁性層5がCu
Ag合金からなるものであってもよい。
【0020】
【発明の実施の形態】本発明を,磁気ヘッド用として,
スピンバルブ膜を用いた磁気抵抗効果素子の実施例を参
照して説明する。
【0021】図1を参照して,(100)面を主面とす
るSi基板1上に,スパッタ法により,Taからなる厚
さ5nmの下地層2,NiFeからなる厚さ6nmの磁性層
3,Coからなる厚さ2nmの拡散防止層4,20原子%
のAgを含むCuAg合金からなる厚さ4nmの非磁性層
5,Coからなる厚さ2nmの拡散防止層6,NiFeか
らなる厚さ4nmの磁性層7,及びFeMnからなる厚さ
20nmの反強磁性層8をこの順で堆積する。ついで,レ
ジストマスクを用いてこの積層をパターニングし,周知
のスピンバルブ膜を形成した。なお,スパッタは全て3
0Oeの磁界を基板1の主面に平行に印加し,磁性層
3,7及び反強磁性層8に磁化容易軸を付与した。ま
た,非磁性層5のAg濃度は,高濃度である程熱処理時
の抵抗変化率の低下は少なく5原子%以上であることが
耐熱性の観点からは好ましく,一方薄く一様に堆積する
ためには30原子%以下が好ましい。
【0022】本実施例では,スピンバルブ膜を形成後,
ライトヘッドコイルを絶縁するための絶縁層としてレジ
スト層を,250℃で60分間ベーキングしたが,磁気
抵抗効果素子の磁気検出特性の劣化は問題とならない程
度であった。なお,磁気抵抗変化率のAg添加による劣
化は,薄いCo拡散防止層及び薄い非磁性層の実現によ
り回復された。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば,薄い非磁性層と薄いC
o膜の拡散防止膜とを用いて大きな磁気抵抗効果を有す
る磁気抵抗効果素子を実現すると同時に,非磁性層をC
uAg合金とすることで優れた耐熱性を有する磁気抵抗
効果素子とすることができるから,大きな磁気抵抗効果
を有しかつ耐熱性に優れた磁気抵抗効果素子を提供する
ことができ,磁気ヘッドを含む磁気センサの性能向上に
寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例スピンバルブ膜断面図
【図2】 本発明の効果説明図
【符号の説明】
1 基板 2 下地層 3 磁性層 4 拡散防止層 5 非磁性層 6 拡散防止層 7 磁性層 8 反強磁性層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CuAg合金からなる非磁性層と,該非
    磁性層に重ねて設けられたNi合金からなる磁性層と,
    該非磁性層と該磁性層との間に設けられたCoからなる
    拡散防止層とを有することを特徴とする磁気抵抗効果素
    子。
  2. 【請求項2】 基板上に,第一の磁性層,第一の拡散防
    止層,非磁性層,第二の拡散防止層,及び第二の磁性層
    を順次積層した構造を有する磁気抵抗効果素子におい
    て,該第一の磁性層及び該第二の磁性層のうち少なくと
    も一方は,Ni又はNi合金からなる磁性層であり,該
    第一の拡散防止層及び該第二の拡散防止層のうち該Ni
    又はNi合金からなる磁性層と接する拡散防止層は,C
    oからなり,該非磁性層は,CuAg合金からなること
    を特徴とする磁気抵抗効果素子。
JP8007702A 1996-01-19 1996-01-19 磁気抵抗効果素子 Withdrawn JPH09199768A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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