JPH0963021A - Magneto-resistive effect element having spin valve structure and its production - Google Patents

Magneto-resistive effect element having spin valve structure and its production

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JPH0963021A
JPH0963021A JP17072296A JP17072296A JPH0963021A JP H0963021 A JPH0963021 A JP H0963021A JP 17072296 A JP17072296 A JP 17072296A JP 17072296 A JP17072296 A JP 17072296A JP H0963021 A JPH0963021 A JP H0963021A
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JP
Japan
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layer
ferromagnetic
ferromagnetic layer
nimn
magnetic field
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JP17072296A
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Japanese (ja)
Inventor
Daisuke Miyauchi
大助 宮内
Tetsuo Sasaki
徹郎 佐々木
Hidekazu Komata
英一 小俣
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TDK Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an MR element which stably exhibits a high magneto- resistive effect by laminating an antiferromagnetic layer consisting of an NiMn alloy, a first ferromagnetic layer, a non-magnetic layer and a second ferromagnetic layer in this order from a substrate side on a substrate. SOLUTION: A ground surface layer 11 is formed on the substrate and the antiferromagnetic layer 12 consisting of the NiMn alloy, the first ferromagnetic layer 13, the non-magnetic layer 14, the second ferromagnetic layer 15 and a protective layer 16 for preventing oxidation are laminated in this order on the substrate. The magnetization direction a1 of the first ferromagnetic layer 13 is subjected peening by the antiferromagnetic layer 12. On the other hand, the direction b2 of the magnetization of the second ferromagnetic layer 15 is freely rotated by the magnetic field impressed from outside, by which the high-sensitivity magneto-resistive effect is obtd.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は磁気ディスク装置に
用いられる磁気抵抗効果型再生ヘッドに関し、特にスピ
ンバルブ構造として知られている磁性多層膜を有する磁
気抵抗効果素子及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetoresistive reproducing head used in a magnetic disk device, and more particularly to a magnetoresistive effect element having a magnetic multilayer film known as a spin valve structure and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果
(MR)型再生ヘッドは再生出力が記録媒体の速度に依
存せず高出力が得られるため注目されている。
2. Description of the Related Art A magnetoresistive (MR) type reproducing head utilizing a magnetoresistive effect has attracted attention because a reproducing output can obtain a high output without depending on the speed of a recording medium.

【0003】従来より、MR素子としてはNiFe合金
やNiCo合金の磁性薄膜が用いられてきた。しかしな
がら近年、ヘッドの高出力化が要求されていることにと
もない、MR素子として磁性層と非磁性層とを積層して
構成した高い磁気抵抗効果を有する磁性多層膜が注目さ
れている。
Conventionally, magnetic thin films of NiFe alloy and NiCo alloy have been used as MR elements. However, in recent years, with the demand for higher output of the head, a magnetic multilayer film having a high magnetoresistive effect, which is formed by laminating a magnetic layer and a non-magnetic layer, has been attracting attention as an MR element.

【0004】例えば、NiFe合金薄膜の磁気抵抗変化
率は2%程度とされているが、それに対してNiFe薄
膜とCo薄膜とを交互に積層し、各積層磁性層間にCu
薄膜層を介在させた磁性多層膜においては、室温で10
%程度の大きな磁気抵抗効果が得られることが知られて
いる(Journal of Magnetisman
d Magnetic Materials、99巻、
243〜252頁、1991年)。この他にも、例えば
NiFe薄膜とCu薄膜とを交互に積層した磁性多層膜
が室温で16%以上の磁気抵抗変化率を、およそ600
Oeの外部印加磁界において示すことが知られている
(Applied Physics Letters、
60巻、512〜514頁、1992年)。
For example, the magnetoresistance change rate of a NiFe alloy thin film is set to about 2%, on the other hand, NiFe thin films and Co thin films are alternately laminated to form Cu between each laminated magnetic layer.
In the case of a magnetic multi-layer film having a thin film layer interposed, it is 10 at room temperature.
%, It is known that a large magnetoresistive effect can be obtained (Journal of Magnetisman).
d Magnetic Materials, Vol. 99,
243-252, 1991). In addition to this, for example, a magnetic multilayer film in which NiFe thin films and Cu thin films are alternately laminated has a magnetoresistive change rate of 16% or more at room temperature of about 600.
It is known to show in an externally applied magnetic field of Oe (Applied Physics Letters,
60, 512-514, 1992).

【0005】磁性多層膜の中でもその高い磁界感度によ
って最も注目を集めているのがスピンバルブ膜である
(例えば、PHYSICAL REVIEW B、43
巻、1297〜1300頁、1991年、及びJour
nal of AppliedPhysics、69
巻、4774〜4779頁、1991年、さらに、特開
平4−358310号公報)。
Among the magnetic multi-layered films, the spin valve film has attracted the most attention due to its high magnetic field sensitivity (for example, PHYSICAL REVIEW B, 43).
Volume, 1297-1300, 1991, and Jour.
nal of Applied Physics, 69
Vol., Pp. 4774-4779, 1991, and further, JP-A-4-358310).

【0006】スピンバルブ膜の基本構造は強磁性層、非
磁性層、強磁性層及び反強磁性層の積層構造である。反
強磁性層からの交換バイアス磁界により、それに隣接し
ている磁性層の磁化がピンニングされるのに対し、もう
一方の磁性層の磁化は外部磁界に対して自由に回転する
ため、磁化の反平行状態が実現され、高い磁気抵抗効果
が得られる。上記文献中でも4.1%のMR変化率が1
0Oeの外部印加磁界で得られているように、このスピ
ンバルブ膜は磁界感度が非常に高い。
The basic structure of the spin valve film is a laminated structure of a ferromagnetic layer, a nonmagnetic layer, a ferromagnetic layer and an antiferromagnetic layer. The exchange bias magnetic field from the antiferromagnetic layer pin the magnetization of the magnetic layer adjacent to it, while the magnetization of the other magnetic layer rotates freely with respect to the external magnetic field. A parallel state is realized and a high magnetoresistive effect is obtained. Even in the above literature, the MR change rate of 4.1% is 1
As obtained with an externally applied magnetic field of 0 Oe, this spin valve film has a very high magnetic field sensitivity.

【0007】一般的なスピンバルブ膜は、NiFe/C
u/NiFe(又はCo)/FeMnの膜構成を有して
いる。ここでNiFeはNi:Fe=81:19(at
%)のパーマロイである。強磁性層の種類、組成につい
ては多くの検討がなされているが、良好な軟磁気特性と
高い磁気抵抗効果を得るためには上記組成が最適とされ
ている。反強磁性層により磁化をピンニングされる磁性
層としては、NiFeの他に、大きなMR変化率が得ら
れるため、Co又はCoを含む合金が良いとされてい
る。反強磁性層として用いられるFeMnの組成は一般
にFe:Mn=50:50(at%)である。反強磁性
を示すFeMnはγ−FeMnであり、これを安定に形
成するための下地層の検討も行われている。例えばJa
panese Journal of Applied
Physics、33巻、133〜137頁、199
4年には、Ta、Hf、Ti等の金属の上にfcc構造
の金属又は合金膜が形成されている場合が良いと報告さ
れている。
A general spin valve film is NiFe / C.
It has a film structure of u / NiFe (or Co) / FeMn. Here, NiFe is Ni: Fe = 81: 19 (at
%) Permalloy. Although many studies have been conducted on the type and composition of the ferromagnetic layer, the above composition is considered to be optimal in order to obtain good soft magnetic characteristics and high magnetoresistive effect. For the magnetic layer in which the magnetization is pinned by the antiferromagnetic layer, Co or an alloy containing Co is considered to be preferable in addition to NiFe because a large MR change rate can be obtained. The composition of FeMn used as the antiferromagnetic layer is generally Fe: Mn = 50: 50 (at%). FeMn exhibiting antiferromagnetism is γ-FeMn, and an underlayer for stable formation of FeMn has been studied. For example, Ja
panese Journal of Applied
Physics, 33, 133-137, 199.
It has been reported in 4 years that a metal or alloy film having an fcc structure may be formed on a metal such as Ta, Hf, or Ti.

【0008】FeMn合金膜には耐蝕性が良くない、ブ
ロッキング温度が充分に高くなく交換バイアス磁界の温
度依存性が大きいという問題点がある。そのため、Fe
Mnにかわる反強磁性層の検討も行われている。NiM
nは交換バイアス磁界、ブロッキング温度ともに大き
く、耐蝕性に優れているが、高温で長時間磁界中熱処理
を施さなければ反強磁性を示さない(Applied
Physics Letters、65巻、1183〜
1185頁、1994年)。
The FeMn alloy film has problems that it has poor corrosion resistance, the blocking temperature is not sufficiently high, and the exchange bias magnetic field has a large temperature dependency. Therefore, Fe
An antiferromagnetic layer replacing Mn has also been studied. NiM
Although n has a large exchange bias magnetic field and a large blocking temperature and is excellent in corrosion resistance, it does not exhibit antiferromagnetism unless subjected to heat treatment at a high temperature for a long time (Applied).
Physics Letters, Volume 65, 1183-
1185, 1994).

【0009】NiMnを実際にスピンバルブの反強磁性
層として用いた例については日本金属学会春期大会講演
概要362頁、1995年に報告があるが、MR特性に
ついての記述はなく、構造はNiFe/Cu/NiFe
/NiMnのみに限られている。この他の反強磁性層と
してはNiO等の酸化物が検討されており、特開平5−
347013号公報でその特性が報告されている。
An example in which NiMn is actually used as an antiferromagnetic layer of a spin valve is reported in the abstract of the spring meeting of the Japan Institute of Metals, page 362, 1995, but there is no description about MR characteristics and the structure is NiFe / Cu / NiFe
/ NiMn only. As another antiferromagnetic layer, oxides such as NiO have been investigated, and are disclosed in Japanese Patent Laid-Open No.
The characteristics are reported in Japanese Patent No. 347013.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】このように、耐蝕性に
優れており、かつブロッキング温度が充分に高く交換バ
イアス磁界の温度依存性の小さいNiMnによる反強磁
性層を用いた場合、次のような不都合が生じる。即ち、
NiMnで良好な反強磁性を得るためには高温で長時間
の磁界中熱処理を行いθ相を形成させる必要がある。従
来のスピンバルブ膜の基本構造が強磁性層、非磁性層、
強磁性層及び反強磁性層の積層構造であるため、反強磁
性層を成膜後(スピンバルブを構成するすべての膜を成
膜後)に長時間の磁界中熱処理を行うと、NiとCuが
固溶系であるために非磁性層と第2の強磁性層との界面
において相互拡散が生じ、磁気抵抗変化率が減少してし
まう。
As described above, when the antiferromagnetic layer made of NiMn, which is excellent in corrosion resistance and has a sufficiently high blocking temperature and a small temperature dependence of the exchange bias magnetic field, the following is used. Inconvenience occurs. That is,
In order to obtain good antiferromagnetism with NiMn, it is necessary to perform heat treatment in a magnetic field at high temperature for a long time to form a θ phase. The basic structure of the conventional spin valve film is a ferromagnetic layer, a non-magnetic layer,
Since it has a laminated structure of a ferromagnetic layer and an antiferromagnetic layer, if heat treatment is performed in a magnetic field for a long time after the antiferromagnetic layer is formed (after all the films forming the spin valve are formed), it becomes Ni. Since Cu is a solid solution system, mutual diffusion occurs at the interface between the nonmagnetic layer and the second ferromagnetic layer, and the rate of change in magnetoresistance decreases.

【0011】従って本発明は、高い磁気抵抗効果を安定
に示すMR素子及びその製造方法を提供することを目的
としている。
Therefore, it is an object of the present invention to provide an MR element stably exhibiting a high magnetoresistive effect and a method for manufacturing the MR element.

【0012】本発明の他の目的は、磁気抵抗変化率が大
きいMR素子及びその製造方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide an MR element having a large rate of change in magnetoresistance and a method for manufacturing the MR element.

【0013】本発明のさらに他の目的は、反強磁性層か
らの交換バイアス磁界が大きいMR素子及びその製造方
法を提供することにある。
Still another object of the present invention is to provide an MR element having a large exchange bias magnetic field from the antiferromagnetic layer and a method for manufacturing the MR element.

【0014】本発明のまたさらに他の目的は、反強磁性
層のブロッキング温度が高く交換バイアス磁界の温度依
存性が小さいと共に耐蝕性が良いMR素子及びその製造
方法を提供することにある。
Still another object of the present invention is to provide an MR element having a high blocking temperature of the antiferromagnetic layer, a small temperature dependence of the exchange bias magnetic field, and a good corrosion resistance, and a manufacturing method thereof.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明によれば、基板上に、少なくとも、NiMn
合金からなる反強磁性層、第1の強磁性層、非磁性層及
び第2の強磁性層が該基板側からこの順序で積層されて
いるスピンバルブ構造を有するMR素子が提供される。
In order to achieve the above object, according to the present invention, at least NiMn is formed on a substrate.
There is provided an MR element having a spin valve structure in which an antiferromagnetic layer made of an alloy, a first ferromagnetic layer, a nonmagnetic layer and a second ferromagnetic layer are stacked in this order from the substrate side.

【0016】さらに本発明によれば、基板上に、少なく
とも、NiMn合金膜からなる第1の反強磁性層、第1
の強磁性層、第1の非磁性層、第2の強磁性層、第2の
非磁性層、第3の強磁性層及び第2の反強磁性層が該基
板側からこの順序で積層されている二重スピンバルブ構
造を有するMR素子が提供される。
Further, according to the present invention, at least the first antiferromagnetic layer made of the NiMn alloy film and the first antiferromagnetic layer are formed on the substrate.
A ferromagnetic layer, a first non-magnetic layer, a second ferromagnetic layer, a second non-magnetic layer, a third ferromagnetic layer and a second anti-ferromagnetic layer are laminated in this order from the substrate side. An MR element having a dual spin valve structure is provided.

【0017】NiMn合金からなる反強磁性層(第1の
反強磁性層)が非磁性層(第1の非磁性層)及び第2の
強磁性層より基板側に設けられているため、このNiM
n合金層を非磁性層(第1の非磁性層)及び第2の強磁
性層の積層前に形成して磁界中熱処理することができ
る。このため、NiMn合金によって良好な反強磁性を
得るために高温で長時間の磁界中熱処理を行っても、非
磁性層(第1の非磁性層)と第2の強磁性層との界面に
おいて相互拡散が生じて磁気抵抗変化率が低下するよう
な不都合が生じない。従って、高い磁気抵抗効果を安定
に示すMR素子を提供することができる。
Since the antiferromagnetic layer (first antiferromagnetic layer) made of a NiMn alloy is provided closer to the substrate than the nonmagnetic layer (first nonmagnetic layer) and the second ferromagnetic layer, NiM
The n-alloy layer can be formed before the nonmagnetic layer (first nonmagnetic layer) and the second ferromagnetic layer are stacked and heat-treated in a magnetic field. Therefore, even if heat treatment is performed in a magnetic field at high temperature for a long time in order to obtain good antiferromagnetism with the NiMn alloy, the non-magnetic layer (first non-magnetic layer) and the second ferromagnetic layer have an interface at the interface. There is no inconvenience that mutual diffusion occurs and the rate of change in magnetoresistance decreases. Therefore, it is possible to provide an MR element that stably exhibits a high magnetoresistive effect.

【0018】また、反強磁性層(第1の反強磁性層)と
してFeMn合金を使用せずにNiMn合金を用いてい
るため、この反強磁性層からの交換バイアス磁界が大き
く、しかも、この反強磁性層のブロッキング温度が高く
交換バイアス磁界の温度依存性が小さいのみならず、耐
蝕性が良いMR素子を得ることができる。
Further, since the NiMn alloy is used as the antiferromagnetic layer (first antiferromagnetic layer) without using the FeMn alloy, the exchange bias magnetic field from this antiferromagnetic layer is large, and this It is possible to obtain an MR element having a high blocking temperature of the antiferromagnetic layer and a small temperature dependence of the exchange bias magnetic field, as well as good corrosion resistance.

【0019】二重スピンバルブ構造においても、NiM
n合金によって良好な反強磁性を得た第1の反強磁性層
を用いることにより、センス電流が作る磁界によりピン
ニングされている磁化の向きが乱されることを妨げるこ
ともできる。もちろん、二重スピンバルブ構造とするこ
とにより、基本構造のスピンバルブ膜よりも大きな磁気
抵抗変化率を安定に得ることができる。
Even in the dual spin valve structure, NiM
By using the first antiferromagnetic layer that has obtained good antiferromagnetism by the n-alloy, it is possible to prevent the direction of the pinned magnetization from being disturbed by the magnetic field generated by the sense current. Of course, by adopting the double spin valve structure, it is possible to stably obtain a larger magnetoresistance change rate than the spin valve film having the basic structure.

【0020】磁気抵抗変化率が3%以上であり、かつ交
換バイアス磁界が100Oe以上であることが好まし
い。
It is preferable that the magnetoresistance change rate is 3% or more and the exchange bias magnetic field is 100 Oe or more.

【0021】反強磁性層(第1の反強磁性層)の層厚
は、50Å〜500Åであることが好ましい。
The layer thickness of the antiferromagnetic layer (first antiferromagnetic layer) is preferably 50Å to 500Å.

【0022】強磁性層の各々は、Ni、Fe及びCoの
いずれか1つを含む合金からなり、第1の強磁性層の層
厚が15Å〜150Åであることが好ましい。
It is preferable that each of the ferromagnetic layers is made of an alloy containing any one of Ni, Fe and Co, and the thickness of the first ferromagnetic layer is 15Å to 150Å.

【0023】非磁性層の各々は、Cu、Ag及びAuの
いずれか1つからなり、非磁性層(第1の非磁性層)の
層厚が15Å〜50Åであることが好ましい。
Each of the nonmagnetic layers is made of any one of Cu, Ag and Au, and the layer thickness of the nonmagnetic layer (first nonmagnetic layer) is preferably 15Å to 50Å.

【0024】このような材質及び層厚を使用することに
より、磁気抵抗変化率が大きいMR素子を提供すること
ができる。
By using such materials and layer thicknesses, it is possible to provide an MR element having a large magnetoresistance change rate.

【0025】基板上の最下層に、Ta、Hf、Cr、N
b、Zr及びTiのいずれか1つの金属による下地層を
有することも好ましい。
Ta, Hf, Cr, N are formed on the bottom layer of the substrate.
It is also preferable to have an underlayer made of any one metal of b, Zr and Ti.

【0026】特に、二重スピンバルブ構造において適切
な下地層を用いることにより、基本構造のスピンバルブ
膜よりもより大きな磁気抵抗変化率を安定に得ることが
でき、かつ、電極間の抵抗値を下げることができる。さ
らに、二重スピンバルブ構造において適切な下地層を用
いることは、センス電流が作る磁界によりピンニングさ
れている磁化の向きが乱されることを防止することにも
なる。
In particular, by using an appropriate underlayer in the double spin valve structure, it is possible to stably obtain a larger magnetoresistance change rate than that of the spin valve film having the basic structure, and the resistance value between the electrodes is increased. Can be lowered. Furthermore, the use of a suitable underlayer in the dual spin valve structure also prevents the magnetic field created by the sense current from disturbing the orientation of the pinned magnetization.

【0027】本発明によれば、さらに、基板上に、薄膜
を積層成膜する成膜工程と、積層した基板を磁界中で熱
処理する熱処理工程とを含み、成膜工程が、少なくとも
NiMn合金からなる反強磁性層、第1の強磁性層、非
磁性層及び第2の強磁性層を順次積層する工程を含み、
熱処理工程を、非磁性層及び第2の強磁性層の積層前に
行うスピンバルブ構造を有するMR素子の製造方法が提
供される。
According to the present invention, the method further includes a film forming step of laminating thin films on the substrate and a heat treating step of heat treating the laminated substrates in a magnetic field. A step of sequentially laminating an antiferromagnetic layer, a first ferromagnetic layer, a nonmagnetic layer and a second ferromagnetic layer
Provided is a method of manufacturing an MR element having a spin valve structure, which comprises performing a heat treatment step before stacking a nonmagnetic layer and a second ferromagnetic layer.

【0028】本発明によれば、またさらに、基板上に、
薄膜を積層成膜する成膜工程と、積層した基板を磁界中
で熱処理する熱処理工程とを含み、成膜工程が、少なく
ともNiMn合金からなる第1の反強磁性層、第1の強
磁性層、第1の非磁性層、第2の強磁性層、第2の非磁
性層、第3の強磁性層及び第2の反強磁性層を順次積層
する工程を含み、熱処理工程を、第1の非磁性層及び第
2の強磁性層の積層前に行うスピンバルブ構造を有する
磁気抵抗効果素子の製造方法が提供される。
According to the invention, still further on the substrate:
A first antiferromagnetic layer and a first ferromagnetic layer made of at least a NiMn alloy, including a film forming step of forming a thin film in a laminated film and a heat treatment step of heat-treating the laminated substrate in a magnetic field. The first nonmagnetic layer, the second ferromagnetic layer, the second nonmagnetic layer, the third ferromagnetic layer, and the second antiferromagnetic layer are sequentially stacked, and the heat treatment step includes There is provided a method of manufacturing a magnetoresistive effect element having a spin valve structure, which is performed before the nonmagnetic layer and the second ferromagnetic layer are stacked.

【0029】上述した熱処理工程がNiMnのθ相を形
成する工程であり、第1の強磁性層の積層工程の前又は
後に行われることが好ましい。
The heat treatment step described above is a step of forming the θ phase of NiMn, and is preferably performed before or after the step of laminating the first ferromagnetic layer.

【0030】このようにNiMn合金層を非磁性層(第
1の非磁性層)及び第2の強磁性層の積層前に形成して
磁界中熱処理しているため、NiMn合金によって良好
な反強磁性を得るために高温で長時間の磁界中熱処理を
行っても、非磁性層(第1の非磁性層)と第2の強磁性
層との界面において相互拡散が生じて磁気抵抗変化率が
低下するような不都合が生じない。従って、高い磁気抵
抗効果を安定に示すMR素子を提供することができる。
As described above, the NiMn alloy layer is formed before the nonmagnetic layer (first nonmagnetic layer) and the second ferromagnetic layer are laminated and heat-treated in a magnetic field. Even if heat treatment is performed in a magnetic field at high temperature for a long time to obtain magnetism, mutual diffusion occurs at the interface between the non-magnetic layer (first non-magnetic layer) and the second ferromagnetic layer, resulting in a magnetoresistance change rate. There is no inconvenience. Therefore, it is possible to provide an MR element that stably exhibits a high magnetoresistive effect.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施の形
態について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described.

【0032】図1に本発明によるMR素子の一実施形態
の斜視断面図を示す。同図において、11は基板上に形
成された下地層を示しており、その上に、反強磁性層1
2、第1の強磁性層13、非磁性層14、第2の強磁性
層15及び酸化防止用の保護層16がこの順序で順次積
層された構造となっている。
FIG. 1 is a perspective sectional view of an embodiment of the MR element according to the present invention. In the figure, reference numeral 11 denotes an underlayer formed on the substrate, on which the antiferromagnetic layer 1 is formed.
2, the first ferromagnetic layer 13, the non-magnetic layer 14, the second ferromagnetic layer 15, and the protective layer 16 for preventing oxidation are sequentially laminated in this order.

【0033】スピンバルブ膜の磁気抵抗効果の原理は、
第1の強磁性層の磁化の向きと第2の強磁性層の磁化の
向きがズレることによって、伝導電子が散乱を受けて抵
抗が増大し、両磁性層の磁化の向きが互いに逆向きとな
ったときに、最大の抵抗を示すことにある。図1の実施
形態におけるスピンバルブ膜においては、第1の強磁性
層13の磁化方向a1 が反強磁性層12によってピンニ
ングされ、一方、第2の強磁性層15の磁化の向きb1
が外部から印加される磁界により自由に回転することに
より、高感度の磁気抵抗効果が得られる。
The principle of the magnetoresistive effect of the spin valve film is as follows.
When the magnetization directions of the first and second ferromagnetic layers deviate from each other, conduction electrons are scattered to increase the resistance, and the magnetization directions of both magnetic layers are opposite to each other. When it becomes, it is to show the maximum resistance. In the spin valve film in the embodiment of FIG. 1, the magnetization direction a 1 of the first ferromagnetic layer 13 is pinned by the antiferromagnetic layer 12, while the magnetization direction b 1 of the second ferromagnetic layer 15 is pinned.
Is freely rotated by a magnetic field applied from the outside, a highly sensitive magnetoresistive effect can be obtained.

【0034】図1には、さらに、外部からの印加磁界の
方向d1 とセンス電流の方向e1 とが示されている。ピ
ンニングされている磁化の方向a1 と外部からの印加磁
界の方向d1 とは平行であり、これに対して直交方向e
1 にセンス電流が流れる。第2の強磁性層15の磁化容
易軸方向は外部からの印加磁界の方向d1 と直交方向で
ある。これは磁化困難軸方向で磁化反転させることによ
り保磁力を減少させ、磁気抵抗変化曲線において直線性
の良い特性を得るためである。これはまたMRヘッドの
MR素子として用いたときにノイズを低減させることに
もなる。ところで磁気抵抗変化曲線とは、縦軸を磁気抵
抗変化率、横軸を外部からの印加磁界としたものであ
る。ここで磁気抵抗変化率はΔρ/ρsで表されるもの
であり、ρsは最小比抵抗、Δρはそれに対しての比抵
抗変化分である。
[0034] Figure 1 is further illustrated and direction e 1 direction d 1 and the sense current of an externally applied magnetic field is. The pinned magnetization direction a 1 and the externally applied magnetic field direction d 1 are parallel to each other, and the direction e is orthogonal to this direction.
Sense current flows to 1 . The easy axis of magnetization of the second ferromagnetic layer 15 is orthogonal to the direction d 1 of the externally applied magnetic field. This is because the coercive force is reduced by reversing the magnetization in the direction of the hard axis, and the characteristic of good linearity in the magnetoresistance change curve is obtained. This also reduces noise when used as an MR element of an MR head. By the way, the magnetic resistance change curve is one in which the vertical axis is the magnetic resistance change rate and the horizontal axis is the externally applied magnetic field. Here, the rate of change in magnetic resistance is represented by Δρ / ρs, where ρs is the minimum specific resistance and Δρ is the change in specific resistance relative to that.

【0035】本実施形態におけるスピンバルブ膜を構成
する材料は、反強磁性層12がNiMn、第1及び第2
の強磁性層13及び15がNi、Fe及びCoのいずれ
か1つを含む合金、非磁性層14がCu、Ag及びAu
のいずれか1つである。NiMnの組成はNi:Mn=
50:50(at%)が好ましく、特に好ましくはN
i:Mn=44:56(at%)である。第1の強磁性
層13としては、より大きな磁気抵抗変化率を得るため
特にCo又はCoを含む合金が好ましい。また、非磁性
層14としてはCuが好ましい。第2の強磁性層15と
しては、良好な軟磁気特性を示す膜が好ましく、特にN
i:Fe=81:19(at%)のパーマロイが好まし
い。
In the material forming the spin valve film in this embodiment, the antiferromagnetic layer 12 is made of NiMn, and the first and second materials are used.
The ferromagnetic layers 13 and 15 are alloys containing any one of Ni, Fe and Co, and the non-magnetic layer 14 is Cu, Ag and Au.
Is any one of The composition of NiMn is Ni: Mn =
50:50 (at%) is preferable, and N is particularly preferable.
i: Mn = 44: 56 (at%). As the first ferromagnetic layer 13, Co or an alloy containing Co is particularly preferable in order to obtain a larger magnetoresistance change rate. Further, Cu is preferable for the non-magnetic layer 14. The second ferromagnetic layer 15 is preferably a film having good soft magnetic characteristics, and particularly N
Permalloy of i: Fe = 81: 19 (at%) is preferable.

【0036】反強磁性層12としてNiMnを用いたの
は、ブロッキング温度が高く、また、交換バイアス磁界
が大きく、さらに耐蝕性が良いことによる。ただし、N
iMnで良好な反強磁性を得るためには、高温で長時間
の磁界中熱処理を行いθ相を形成させる必要がある。ス
ピンバルブを構成するすべての膜を成膜後に長時間の磁
界中熱処理を行うと、NiとCuが固溶系であるために
非磁性層14と第2の強磁性層15との界面において相
互拡散が生じ、磁気抵抗変化率が減少してしまう。
The reason why NiMn is used for the antiferromagnetic layer 12 is that the blocking temperature is high, the exchange bias magnetic field is large, and the corrosion resistance is good. However, N
In order to obtain good antiferromagnetism with iMn, it is necessary to perform heat treatment in a magnetic field at high temperature for a long time to form a θ phase. When heat treatment is performed in a magnetic field for a long time after forming all the films constituting the spin valve, Ni and Cu are solid solutions, so that interdiffusion occurs at the interface between the nonmagnetic layer 14 and the second ferromagnetic layer 15. Occurs, and the rate of change in magnetic resistance decreases.

【0037】そこで本実施形態では、NiMn層12と
第1の強磁性層13を成膜した後に長時間、磁界中熱処
理を行って反強磁性を示すθ相を形成した後、表面をエ
ッチングして第1の強磁性層13の清浄面を出した後、
残りのスピンバルブ構成膜を成膜している。第1の強磁
性層13の熱処理前の層厚、ミリングして削る層厚は最
終的な第1の強磁性層厚に対して、適宜選択される。
Therefore, in this embodiment, after the NiMn layer 12 and the first ferromagnetic layer 13 are formed, heat treatment is performed in a magnetic field for a long time to form a θ phase exhibiting antiferromagnetism, and then the surface is etched. After exposing the clean surface of the first ferromagnetic layer 13,
The remaining spin valve constituent film is formed. The layer thickness of the first ferromagnetic layer 13 before heat treatment and the layer thickness to be milled and cut are appropriately selected with respect to the final first ferromagnetic layer thickness.

【0038】即ち、図2に示すように、まず、基板上に
下地層11を形成する(ステップS20)。下地層11
としてはTaとNiFeを積層した膜を用いているが、
Taは界面を平滑にするため、fcc構造のNiFeは
NiMnがfct構造を形成しやすくするために用いて
いる。下地層11としては、その他に、Hf、Cr、N
b、Zr及びTiのいずれか1つの金属であってもよ
い。次いで、その上に、NiMnによる反強磁性層12
及び第1の強磁性層13を積層する(ステップS21及
びS22)。次いで、この積層体を高温で長時間の磁界
中熱処理を行い、NiMn合金のθ相を形成する(ステ
ップS23)。次いで、非磁性層14の積層(ステップ
S24)、第2の強磁性層15の積層(ステップS2
5)、及び酸化防止用の保護層16の積層(ステップS
26)を行ってMR素子を得る。
That is, as shown in FIG. 2, first, the underlayer 11 is formed on the substrate (step S20). Underlayer 11
As the film, a film in which Ta and NiFe are laminated is used.
Ta is used to smooth the interface, and NiFe having an fcc structure is used to facilitate formation of the fct structure by NiMn. As the underlayer 11, other than that, Hf, Cr, N
It may be any one metal of b, Zr and Ti. Then, an antiferromagnetic layer 12 made of NiMn is formed thereon.
And the first ferromagnetic layer 13 are stacked (steps S21 and S22). Next, this laminated body is heat-treated at a high temperature for a long time in a magnetic field to form a θ phase of a NiMn alloy (step S23). Next, the nonmagnetic layer 14 is stacked (step S24), and the second ferromagnetic layer 15 is stacked (step S2).
5), and stacking the protective layer 16 for oxidation prevention (step S
26) is performed to obtain an MR element.

【0039】上述した磁界中の熱処理工程は、NiMn
による反強磁性層12の成膜後であれば、第1の強磁性
層13を積層する前に行ってもよい。例えば、図3に示
すように、まず、基板上に下地層11を形成する(ステ
ップS30)。次いで、その上に、NiMnによる反強
磁性層12を積層する(ステップS31)。次いで、こ
の積層体を高温で長時間の磁界中熱処理を行い、NiM
n合金のθ相を形成する(ステップS32)。次いで、
第1の強磁性層13の積層(ステップS33)、非磁性
層14の積層(ステップS34)、第2の強磁性層15
の積層(ステップS35)、及び酸化防止用の保護層1
6の積層(ステップS36)を行ってMR素子を得る。
The above-mentioned heat treatment process in a magnetic field is performed using NiMn.
After the formation of the antiferromagnetic layer 12 by the method described above, it may be performed before the first ferromagnetic layer 13 is laminated. For example, as shown in FIG. 3, first, the base layer 11 is formed on the substrate (step S30). Then, the antiferromagnetic layer 12 made of NiMn is stacked thereon (step S31). Then, this laminate is subjected to a heat treatment in a magnetic field at high temperature for a long time, and NiM
The θ phase of the n alloy is formed (step S32). Then
Lamination of the first ferromagnetic layer 13 (step S33), lamination of the non-magnetic layer 14 (step S34), second ferromagnetic layer 15
Layer (step S35), and protective layer 1 for preventing oxidation
The MR element is obtained by stacking 6 (step S36).

【0040】図4に本発明によるMR素子の他の実施形
態の斜視断面図を示す。同図において、41は基板上に
形成された下地層を示しており、その上に、第1の反強
磁性層42、第1の強磁性層43、第1の非磁性層4
4、第2の強磁性層45、第2の非磁性層46、第3の
強磁性層47、第2の反強磁性層48及び酸化防止用の
保護層49がこの順序で順次積層された構造となってい
る。即ち、この実施形態では、MR素子が二重スピンバ
ルブ構造を有している。
FIG. 4 shows a perspective sectional view of another embodiment of the MR element according to the present invention. In the figure, reference numeral 41 denotes an underlayer formed on the substrate, on which the first antiferromagnetic layer 42, the first ferromagnetic layer 43, and the first nonmagnetic layer 4 are formed.
4, the second ferromagnetic layer 45, the second nonmagnetic layer 46, the third ferromagnetic layer 47, the second antiferromagnetic layer 48, and the protective layer 49 for preventing oxidation were sequentially stacked in this order. It has a structure. That is, in this embodiment, the MR element has a double spin valve structure.

【0041】第1及び第3の強磁性層43及び47の磁
化方向a2 及びc2 が第1及び第2の反強磁性層42及
び48によってそれぞれピンニングされ、第2の強磁性
層45の磁化方向b2 が外部磁界により自由に反転し
て、磁気抵抗効果が得られる。この第2の強磁性層45
の両界面が磁気抵抗変化に寄与するため、二重スピンバ
ルブ構造では基本構造のスピンバルブ膜よりも磁気抵抗
効果が大きくなる。
The magnetization directions a 2 and c 2 of the first and third ferromagnetic layers 43 and 47 are pinned by the first and second antiferromagnetic layers 42 and 48, respectively, and the magnetization directions of the second ferromagnetic layer 45 are The magnetization direction b 2 is freely reversed by the external magnetic field, and the magnetoresistive effect is obtained. This second ferromagnetic layer 45
Since both interfaces contribute to the magnetoresistance change, the magnetoresistance effect is larger in the double spin valve structure than in the spin valve film having the basic structure.

【0042】外部からの印加磁界の方向d2 とセンス電
流の方向e2 とは図4に示したとおりであり、その関係
は図1の実施形態の場合と同様である。
The direction d 2 of the magnetic field applied from the outside and the direction e 2 of the sense current are as shown in FIG. 4, and the relationship is the same as in the embodiment of FIG.

【0043】第1、第2及び第3の強磁性層43、45
及び47としては、Ni、Fe及びCoのいずれか1つ
を含む合金が使用可能であるが、第2の強磁性層45と
しては、良好な軟磁気特性が要求されるため、特にN
i:Fe=81:19(at%)のパーマロイが好まし
く、第1及び第3の強磁性層43及び47としては、よ
り大きな磁気抵抗変化率を得るため、特にCo又はCo
を含む合金が好ましい。また、第1及び第2の非磁性層
44及び46としては、Cu、Ag及びAuのいずれか
1つが使用できるが、特にCuが好ましい。
The first, second and third ferromagnetic layers 43, 45
An alloy containing any one of Ni, Fe and Co can be used as and 47, but a good soft magnetic property is required for the second ferromagnetic layer 45, so that N is particularly preferable.
Permalloy of i: Fe = 81: 19 (at%) is preferable, and as the first and third ferromagnetic layers 43 and 47, Co or Co is particularly preferable in order to obtain a larger magnetoresistance change rate.
Alloys containing are preferred. As the first and second non-magnetic layers 44 and 46, any one of Cu, Ag and Au can be used, but Cu is particularly preferable.

【0044】この二重スピンバルブ構造では、第1の反
強磁性層42としてNiMn、第2の反強磁性層48と
してFeMnを用いている。NiMnの組成はNi:M
n=50:50(at%)が好ましい。
In this double spin valve structure, NiMn is used for the first antiferromagnetic layer 42 and FeMn is used for the second antiferromagnetic layer 48. The composition of NiMn is Ni: M
n = 50: 50 (at%) is preferable.

【0045】次に、第1及び第2の非磁性層44及び4
6を流れるセンス電流が作る磁界の影響について考察す
る。素子のサイズが大きく、センス電流の電流密度が小
さな場合にはこの磁界については無視できるが、MRヘ
ッドにおけるMR素子の形状では、この磁界の影響が大
きい。第1の非磁性層44を流れる電流が作る磁界は第
1の強磁性層43においてピンニングされている磁化の
向きと反対方向であり、一方、第2の非磁性層46が作
る磁界は第3の強磁性層47においてピンニングされて
いる磁化の向きと同方向である。従って、第3の強磁性
層47の磁化の向きは安定化されるが、第1の強磁性層
43の磁化の向きは乱される方向にある。
Next, the first and second non-magnetic layers 44 and 4
Consider the effect of the magnetic field created by the sense current flowing through 6. When the size of the element is large and the current density of the sense current is small, this magnetic field can be ignored, but the shape of the MR element in the MR head has a large influence of this magnetic field. The magnetic field generated by the current flowing through the first nonmagnetic layer 44 is in the direction opposite to the magnetization direction pinned in the first ferromagnetic layer 43, while the magnetic field generated by the second nonmagnetic layer 46 is the third magnetic field. The same direction as the direction of the pinned magnetization in the ferromagnetic layer 47. Therefore, the magnetization direction of the third ferromagnetic layer 47 is stabilized, but the magnetization direction of the first ferromagnetic layer 43 is disturbed.

【0046】しかしながら、本実施形態では、第1の反
強磁性層42としてブロッキング温度及び交換バイアス
磁界が大きいNiMnを用いているので、第1の強磁性
層43の磁化の向きを強くピンニングすることができ
る。前述したようにNiMnは、高温で長時間の磁界中
熱処理を行う必要があるので、NiMnは第1の反強磁
性層42にのみ用いている。磁化の向きが乱されるのは
第1の強磁性層43の方であるので、第1の反強磁性層
42のみにでもブロッキング温度と交換バイアス磁界が
大きいNiMnを用いることは充分効果がある。
However, in the present embodiment, since NiMn having a large blocking temperature and a large exchange bias magnetic field is used as the first antiferromagnetic layer 42, the magnetization direction of the first ferromagnetic layer 43 should be strongly pinned. You can As described above, since NiMn needs to be heat-treated in a magnetic field at high temperature for a long time, NiMn is used only in the first antiferromagnetic layer 42. Since the magnetization direction is disturbed only in the first ferromagnetic layer 43, it is sufficiently effective to use NiMn having a large blocking temperature and a large exchange bias magnetic field only in the first antiferromagnetic layer 42. .

【0047】本実施形態においても図1の実施形態の場
合と同様に、第1の反強磁性層であるNiMn層42と
第1の強磁性層43を成膜した後に長時間、磁界中熱処
理を行って反強磁性を示すθ相を形成した後、表面をエ
ッチングして第1の強磁性層43の清浄面を出した後、
残りのスピンバルブ構成膜を成膜している。
Also in the present embodiment, as in the case of the embodiment of FIG. 1, after the NiMn layer 42 and the first ferromagnetic layer 43 which are the first antiferromagnetic layers are formed, heat treatment is performed in a magnetic field for a long time. After forming the θ phase exhibiting antiferromagnetism, the surface is etched to expose the clean surface of the first ferromagnetic layer 43,
The remaining spin valve constituent film is formed.

【0048】即ち、図5に示すように、まず、基板上に
下地層41を形成する(ステップS50)。下地層41
としてはTaとNiFeを積層した膜を用いているが、
Taは界面を平滑にするため、fcc構造のNiFeは
NiMnがfct構造を形成しやすくするために用いて
いる。下地層41としては、その他に、Hf、Cr、N
b、Zr及びTiのいずれか1つの金属であってもよ
い。次いで、その上に、NiMnによる第1の反強磁性
層42及び第1の強磁性層43を積層する(ステップS
51及び52)。次いで、この積層体を高温で長時間の
磁界中熱処理を行い、NiMn合金のθ相を形成する
(ステップS53)。次いで、第1の非磁性層44の積
層(ステップS54)、第2の強磁性層45の積層(ス
テップS55)、第2の非磁性層46の積層(ステップ
S56)、第3の強磁性層47の積層(ステップS5
7)、第2の反強磁性層48の積層(ステップS58)
及び酸化防止用の保護層49の積層(ステップS59)
を行ってMR素子を得る。
That is, as shown in FIG. 5, first, the base layer 41 is formed on the substrate (step S50). Underlayer 41
As the film, a film in which Ta and NiFe are laminated is used.
Ta is used to smooth the interface, and NiFe having an fcc structure is used to facilitate formation of the fct structure by NiMn. As the base layer 41, in addition, Hf, Cr, N
It may be any one metal of b, Zr and Ti. Then, the first antiferromagnetic layer 42 and the first ferromagnetic layer 43 made of NiMn are stacked thereon (step S
51 and 52). Next, this laminated body is heat-treated at a high temperature for a long time in a magnetic field to form a θ phase of a NiMn alloy (step S53). Next, the first nonmagnetic layer 44 is stacked (step S54), the second ferromagnetic layer 45 is stacked (step S55), the second nonmagnetic layer 46 is stacked (step S56), and the third ferromagnetic layer is stacked. 47 layers (step S5)
7), stacking the second antiferromagnetic layer 48 (step S58)
And stacking a protective layer 49 for preventing oxidation (step S59)
Then, the MR element is obtained.

【0049】上述した磁界中の熱処理工程は、NiMn
による第1の反強磁性層42の成膜後であれば、第1の
強磁性層43を成膜する前に行ってもよい。例えば、図
6に示すように、まず、基板上に下地層41を形成する
(ステップS60)。次いで、その上に、NiMnによ
る第1の反強磁性層42を積層する(ステップS6
1)。次いで、この積層体を高温で長時間の磁界中熱処
理を行い、NiMn合金のθ相を形成する(ステップS
62)。次いで、第1の強磁性層43の積層(ステップ
S63)、第1の非磁性層44の積層(ステップS6
4)、第2の強磁性層45の積層(ステップS65)、
第2の非磁性層46の積層(ステップS66)、第3の
強磁性層47の積層(ステップS67)、第2の反強磁
性層48の積層(ステップS68)及び酸化防止用の保
護層49の積層(ステップS69)を行ってMR素子を
得る。
The above-mentioned heat treatment process in a magnetic field is performed using NiMn.
After the formation of the first antiferromagnetic layer 42 by the above, it may be performed before the formation of the first ferromagnetic layer 43. For example, as shown in FIG. 6, first, the base layer 41 is formed on the substrate (step S60). Then, the first antiferromagnetic layer 42 made of NiMn is stacked thereon (step S6).
1). Next, this laminate is heat-treated at a high temperature for a long time in a magnetic field to form a θ phase of a NiMn alloy (step S
62). Next, the first ferromagnetic layer 43 is stacked (step S63), and the first nonmagnetic layer 44 is stacked (step S6).
4), stacking the second ferromagnetic layer 45 (step S65),
Lamination of the second non-magnetic layer 46 (step S66), lamination of the third ferromagnetic layer 47 (step S67), lamination of the second antiferromagnetic layer 48 (step S68), and protective layer 49 for oxidation prevention. Are stacked (step S69) to obtain an MR element.

【0050】[0050]

【実施例】以下、具体的な実施例により本発明をさらに
詳細に説明する。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to specific examples.

【0051】実施例1 評価用サンプルとして、図1に示す基本的なスピンバル
ブ構造を3インチのガラス基板上に形成した。成膜はガ
ラス基板上にRFマグネトロンスパッタ及びイオンビー
ムスパッタを用いて行った。RFマグネトロンスパッタ
成膜条件としては、到達真空度が5×10-4Pa以下、
成膜時真空度は4×10-1Pa程度、Arガス流量は5
sccm、RFパワーは500Wとした。イオンビーム
スパッタの成膜条件は到達真空度が5×10-5Pa以
下、成膜時真空度は1.2×10-2Pa程度、Arガス
流量は7sccm、スパッタガンの加速電圧は300
V、イオン電流は30mAとした。なお、いずれも成膜
時にはおよそ100Oeの磁界を印加した。
Example 1 As a sample for evaluation, the basic spin valve structure shown in FIG. 1 was formed on a 3-inch glass substrate. The film formation was performed on the glass substrate using RF magnetron sputtering and ion beam sputtering. As the RF magnetron sputtering film forming conditions, the ultimate vacuum is 5 × 10 −4 Pa or less,
During film formation, the degree of vacuum is about 4 × 10 −1 Pa, and the Ar gas flow rate is 5
The sccm and RF power were set to 500W. The deposition conditions for ion beam sputtering are such that the ultimate vacuum is 5 × 10 −5 Pa or less, the vacuum during deposition is about 1.2 × 10 −2 Pa, the Ar gas flow rate is 7 sccm, and the sputter gun acceleration voltage is 300.
V and ion current were 30 mA. A magnetic field of about 100 Oe was applied during film formation.

【0052】製造工程の手順としては、図2に示すよう
に、まずRFマグネトロンスパッタにより、ガラス基板
上に、下地層11、反強磁性層12としてのNiMn
膜、及び第1の強磁性層13としてのCo膜を成膜し、
一度チャンバーから取り出した。そして磁界中熱処理炉
にセットし、250℃以上の高温で、3kOeの磁界
中、長時間熱処理を行った。本実施例では熱処理は、所
定の温度で5時間保持した後に室温に戻すというサイク
ルを3回繰り返した。熱処理後、イオンビームスパッタ
装置にセットし、まずミリングによりCoの清浄面を出
し、所定層厚になるまでのCoから始まる、残るスピン
バルブ構成膜を成膜した。本実施例におけるNiMnの
組成は、Ni:Mn=50:50(at%)である。
As shown in FIG. 2, the procedure of the manufacturing process is as follows. First, by RF magnetron sputtering, NiMn as the underlayer 11 and the antiferromagnetic layer 12 is formed on the glass substrate.
A film and a Co film as the first ferromagnetic layer 13 are formed,
Once removed from the chamber. Then, it was set in a heat treatment furnace in a magnetic field and heat-treated at a high temperature of 250 ° C. or higher in a magnetic field of 3 kOe for a long time. In this example, the heat treatment was repeated three times, in which the temperature was maintained at a predetermined temperature for 5 hours and then returned to room temperature. After the heat treatment, the film was set in an ion beam sputtering apparatus, and a clean surface of Co was first exposed by milling to form a remaining spin valve constituent film starting from Co until a predetermined layer thickness was reached. The composition of NiMn in this example is Ni: Mn = 50: 50 (at%).

【0053】図7に熱処理前後のNiMn膜のX線回折
パターンを示す。サンプルとして代表例としてTa(5
0Å)/NiMn(500Å)/Ta(50Å)を用い
た。熱処理前にはfcc構造のピークが検出されている
が、熱処理後にはfct構造のピークが検出されてお
り、熱処理後には反強磁性を示すθ相が形成されてい
る。
FIG. 7 shows the X-ray diffraction patterns of the NiMn film before and after the heat treatment. As a typical example, Ta (5
0Å) / NiMn (500Å) / Ta (50Å) was used. The peak of the fcc structure is detected before the heat treatment, but the peak of the fct structure is detected after the heat treatment, and the θ phase exhibiting antiferromagnetism is formed after the heat treatment.

【0054】本実施例において作製したスピンバルブ膜
の各層の材料及び層厚(Å)、磁気抵抗変化率(%)、
交換バイアス磁界(Oe)、及びNiMn膜成膜後の熱
処理条件を表1に示す。ここで、表1には各サンプルを
構成する材料を基板方向からの積層順に(m1、m2、
m3…)、それらの層厚を(t1、t2、t3…)と示
した。即ち、下地層11の材料がm1及びm2(層厚t
1及びt2)、反強磁性層12の材料がm3(層厚t
3)、第1の強磁性層13の材料がm4(層厚t4)、
非磁性層14の材料がm5(層厚t5)、第2の強磁性
層15の材料がm6(層厚t6)、保護層16の材料が
m7(層厚t7)である。なお、層厚設計条件は各構成
で最適と考えられたものである。
The material and layer thickness (Å) of each layer of the spin valve film produced in this example, the magnetoresistance change rate (%),
Table 1 shows the exchange bias magnetic field (Oe) and the heat treatment conditions after the NiMn film was formed. Here, in Table 1, the materials constituting each sample are listed in the order of stacking from the substrate direction (m1, m2,
m3 ...), and their layer thicknesses are indicated as (t1, t2, t3 ...). That is, the materials of the base layer 11 are m1 and m2 (layer thickness t
1 and t2), the material of the antiferromagnetic layer 12 is m3 (layer thickness t
3), the material of the first ferromagnetic layer 13 is m4 (layer thickness t4),
The material of the nonmagnetic layer 14 is m5 (layer thickness t5), the material of the second ferromagnetic layer 15 is m6 (layer thickness t6), and the material of the protective layer 16 is m7 (layer thickness t7). The layer thickness design conditions are considered to be optimal for each configuration.

【0055】[0055]

【表1】 [Table 1]

【0056】表1の結果から、第1の強磁性層13まで
の各層を高温で磁界中熱処理した後に、残りのスピンバ
ルブ膜を成膜したサンプル(サンプル番号1〜3)にお
いて、大きな磁気抵抗変化率と交換バイアス磁界が得ら
れていることが分かる。全ての構成層を成膜した後に2
10℃で熱処理したサンプル(サンプル番号4)では、
充分な交換バイアス磁界が得られていない。また、全て
の構成層を成膜した後に350℃で熱処理したサンプル
(サンプル番号5)では、Cu層(非磁性層14)とN
iFe層(第2の強磁性層15)との間の拡散のため、
良好な磁気抵抗変化率は得られていない。なお、下地層
は必ずしもなくても良いが、下地層を設けることにより
交換バイアス磁界を大きくする効果がある。図8には、
最も良好な磁気抵抗効果が得られたサンプル番号1の磁
気抵抗変化曲線を示す。
From the results shown in Table 1, in the samples (Sample Nos. 1 to 3) in which each layer up to the first ferromagnetic layer 13 was heat-treated at a high temperature in a magnetic field and then the remaining spin valve film was formed, It can be seen that the rate of change and the exchange bias magnetic field are obtained. 2 after forming all the constituent layers
In the sample heat-treated at 10 ° C (Sample No. 4),
Sufficient exchange bias magnetic field is not obtained. Further, in the sample (Sample No. 5) which was heat-treated at 350 ° C. after forming all the constituent layers, the Cu layer (nonmagnetic layer 14) and N
Due to diffusion with the iFe layer (second ferromagnetic layer 15),
A good rate of change in magnetoresistance has not been obtained. It should be noted that although the underlayer is not always necessary, the provision of the underlayer has the effect of increasing the exchange bias magnetic field. In FIG.
The magnetic resistance change curve of sample No. 1 in which the best magnetic resistance effect was obtained is shown.

【0057】表1のサンプル番号1の層構成と同じ層構
成で、層厚条件又は熱処理条件を変えた場合の磁気抵抗
変化率(%)及び交換バイアス磁界(Oe)を表2〜表
5に示す。
Tables 2 to 5 show the magnetoresistance change rate (%) and the exchange bias magnetic field (Oe) when the layer thickness condition or the heat treatment condition was changed under the same layer structure as the sample number 1 in Table 1. Show.

【0058】[0058]

【表2】 [Table 2]

【0059】[0059]

【表3】 [Table 3]

【0060】[0060]

【表4】 [Table 4]

【0061】[0061]

【表5】 [Table 5]

【0062】表2は反強磁性層12(NiMn層)の層
厚t3を変えた場合である。大きな交換バイアス磁界を
得るためには、反強磁性層をFeMnで構成する場合に
比べるとやや厚めの層厚を必要とする傾向がある。層厚
t3が薄すぎる場合には充分な交換バイアス磁界が得ら
れておらず、良好な磁気抵抗効果が得られていない(サ
ンプル番号6)。50Å以上の層厚t3において100
Oe以上の交換バイアス磁界が得られ、磁気抵抗変化率
も3.0%が得られているが(サンプル番号1及び7〜
9)、充分に大きく好ましい交換バイアス磁界は層厚t
3が250Å程度以上で得られる(サンプル番号1及び
9)。さらに層厚t3を厚くすると、交換バイアス磁界
は緩く増加するが、NiMn自体は磁気抵抗効果に寄与
するものではないので、層厚t3が厚くなりすぎると磁
気抵抗変化率が減少する(サンプル番号10)。従って
好ましい層厚範囲は3.0%のMR変化率が得られてい
る500Å程度までといえる。即ち、反強磁性層12の
層厚t3は、50Å≦t3≦500Åであることが好ま
しい(サンプル番号1及び7〜9)。
Table 2 shows the case where the layer thickness t3 of the antiferromagnetic layer 12 (NiMn layer) is changed. In order to obtain a large exchange bias magnetic field, there is a tendency that a slightly thicker layer thickness is required than when the antiferromagnetic layer is made of FeMn. When the layer thickness t3 is too thin, a sufficient exchange bias magnetic field is not obtained and a good magnetoresistive effect is not obtained (Sample No. 6). 100 at layer thickness t3 of 50Å or more
An exchange bias magnetic field of Oe or more was obtained, and the magnetoresistance change rate was 3.0% (sample numbers 1 and 7 to
9) A sufficiently large and preferred exchange bias magnetic field has a layer thickness t
3 is obtained at about 250 Å or more (sample numbers 1 and 9). When the layer thickness t3 is further increased, the exchange bias magnetic field is gradually increased, but NiMn itself does not contribute to the magnetoresistive effect. Therefore, if the layer thickness t3 is too thick, the magnetoresistive change rate decreases (Sample No. 10). ). Therefore, it can be said that the preferable layer thickness range is up to about 500 Å where an MR change rate of 3.0% is obtained. That is, the layer thickness t3 of the antiferromagnetic layer 12 is preferably 50Å ≦ t3 ≦ 500Å (sample numbers 1 and 7 to 9).

【0063】表3は第1の強磁性層13(Co層)の層
厚t4を変えた場合である。第1の強磁性層13の層厚
t4が15Åで3.0%の磁気抵抗変化率が得られてい
るので、層厚t4はこれ以上が好ましい(サンプル番号
12)。層厚t4が増加すると、60Å程度までの範囲
では、伝導電子の散乱能力が増加し、磁気抵抗変化率が
増加している(サンプル番号1及び12〜14)。ただ
し、層厚t4が厚くなるに従って受ける交換バイアス磁
界が減少し、ピンニングが不十分になってくる。従って
Co層厚t4は45Å程度が最も好ましく(サンプル番
号1)、150Åを越える層厚では良好な磁気抵抗効果
が得られない。即ち、強磁性層13の層厚t4は、15
Å≦t4≦150Åであることが好ましい(サンプル番
号1及び12〜15)。なお、FeMnに比べるとNi
Mnは交換バイアス磁界が大きいため、NiMn層を反
強磁性層として用いた場合は、Co層厚t4を厚くする
ことによって大きな磁気抵抗変化率を得ることができ
る。
Table 3 shows the case where the layer thickness t4 of the first ferromagnetic layer 13 (Co layer) is changed. Since the layer thickness t4 of the first ferromagnetic layer 13 is 15Å and a magnetoresistance change rate of 3.0% is obtained, the layer thickness t4 is preferably more than this (Sample No. 12). When the layer thickness t4 increases, the scattering capacity of conduction electrons increases and the magnetoresistance change rate increases in the range up to about 60 Å (sample numbers 1 and 12 to 14). However, as the layer thickness t4 increases, the exchange bias magnetic field received decreases and pinning becomes insufficient. Therefore, the Co layer thickness t4 is most preferably about 45Å (Sample No. 1), and if the layer thickness exceeds 150Å, a good magnetoresistive effect cannot be obtained. That is, the layer thickness t4 of the ferromagnetic layer 13 is 15
It is preferable that Å ≦ t4 ≦ 150Å (sample numbers 1 and 12 to 15). In addition, compared to FeMn, Ni
Since Mn has a large exchange bias magnetic field, when the NiMn layer is used as the antiferromagnetic layer, a large magnetoresistance change rate can be obtained by increasing the Co layer thickness t4.

【0064】表4は非磁性層14(Cu層)の層厚t5
を変えた場合である。Cu層厚t5は即ち第1及び第2
の強磁性層13及び15間の間隔であるため、両磁性層
間の磁気的結合の強さに効いてくる。Cu層厚t5が薄
すぎる場合には、第2の強磁性層15(NiFe層)が
第1の強磁性層13(Co層)に対して独立に磁化反転
できなくなるため、良好な磁気抵抗効果が得られない
(サンプル番号17)。逆にCu層厚t5が厚すぎる場
合には伝導電子が界面で散乱される確率が減少するため
磁気抵抗変化率が減少する(サンプル番号20)。この
ため非磁性層14の層厚t5は、15Å≦t5≦50Å
が好ましく(サンプル番号1、18及び19)、25Å
程度が最適といえる(サンプル番号1)。
Table 4 shows the layer thickness t5 of the nonmagnetic layer 14 (Cu layer).
When changing. The Cu layer thickness t5 is the first and second
Since it is the distance between the ferromagnetic layers 13 and 15, the magnetic coupling between the magnetic layers is effective. If the Cu layer thickness t5 is too thin, the second ferromagnetic layer 15 (NiFe layer) cannot be magnetized independently of the first ferromagnetic layer 13 (Co layer), resulting in a good magnetoresistive effect. Is not obtained (Sample No. 17). On the other hand, if the Cu layer thickness t5 is too thick, the probability of conduction electrons being scattered at the interface decreases, and the magnetoresistance change rate decreases (Sample No. 20). Therefore, the layer thickness t5 of the non-magnetic layer 14 is 15Å ≦ t5 ≦ 50Å
Is preferred (sample numbers 1, 18 and 19), 25Å
It can be said that the degree is optimum (sample number 1).

【0065】表5は反強磁性層12(NiMn層)の熱
処理条件を変えた場合である。同表より、熱処理温度を
高くするに従ってより大きな交換バイアス磁界が得られ
ていることが分かる。ただし、実際にMRヘッドのMR
素子として用いることを考慮すると、プロセス上温度は
あまり高温にはできないので、熱処理温度は400℃ま
でとすることが好ましい(サンプル番号1、22及び2
3)。
Table 5 shows the case where the heat treatment conditions of the antiferromagnetic layer 12 (NiMn layer) were changed. From the table, it can be seen that a larger exchange bias magnetic field is obtained as the heat treatment temperature is increased. However, the MR of the MR head is actually
Considering the use as an element, the temperature cannot be too high in the process, so the heat treatment temperature is preferably 400 ° C. (Sample Nos. 1, 22 and 2).
3).

【0066】図9に交換バイアス磁界の温度依存性を示
す。用いたサンプルは実施例としてTa(50Å)/N
iMn(250Å)/Co(45Å)/Cu(25Å)
/NiFe(100Å)/Ta(50Å)と、比較例と
してTa(50Å)/NiFe(70Å)/FeMn
(120Å)/Co(30Å)/Cu(25Å)/Ni
Fe(100Å)/Ta(50Å)である。図9に破線
で示すように、FeMnを反強磁性層として用いた場合
には交換バイアス磁界は温度とともに単調に減少し、1
50℃でおよそ0Oeになってしまう。一方、実線で示
す本実施例のごとく、NiMnを用いた場合には200
℃においても交換バイアス磁界はほとんど変わらず、温
度依存性は非常に良好であることが分かる。
FIG. 9 shows the temperature dependence of the exchange bias magnetic field. The sample used is Ta (50Å) / N as an example.
iMn (250Å) / Co (45Å) / Cu (25Å)
/ NiFe (100Å) / Ta (50Å) and Ta (50Å) / NiFe (70Å) / FeMn as a comparative example
(120Å) / Co (30Å) / Cu (25Å) / Ni
Fe (100 Å) / Ta (50 Å). As shown by the broken line in FIG. 9, when FeMn is used as the antiferromagnetic layer, the exchange bias magnetic field decreases monotonically with temperature, and
It becomes about 0 Oe at 50 ° C. On the other hand, when NiMn is used as in the present embodiment shown by the solid line, it is 200
It can be seen that the exchange bias magnetic field hardly changes even at ℃, and the temperature dependence is very good.

【0067】耐蝕性試験として高温、高湿下にサンプル
を放置し、その前後で磁気抵抗変化率を測定した。な
お、条件は85℃、85%、1週間とした。FeMnを
用いたスピンバルブ膜では特性劣化が著しく2.5%の
磁気抵抗変化率が0.5%以下となったが、NiMnを
用いたスピンバルブ膜では磁気抵抗変化率は維持され
た。
As a corrosion resistance test, the sample was left under high temperature and high humidity, and the magnetoresistance change rate was measured before and after that. The conditions were 85 ° C., 85%, and 1 week. In the spin valve film using FeMn, the characteristic deterioration was remarkable and the magnetoresistance change rate at 2.5% was 0.5% or less, but in the spin valve film using NiMn, the magnetoresistance change rate was maintained.

【0068】以上述べた3インチのガラス基板上に成膜
しただけの評価用サンプルの他に、実際にMR型再生ヘ
ッドのMR素子に近い形状にフォトリソグラフィー技術
を用いてパターニングしたサンプルも用意した。パター
ン形状はこれに特に限定されるものではないが、本実施
例では3×3μm2 とし、この側面に硬磁性膜と電極膜
を形成した。
In addition to the above-described sample for evaluation simply formed on a 3-inch glass substrate, a sample in which a shape close to the MR element of the MR reproducing head was actually patterned by photolithography was also prepared. . The pattern shape is not particularly limited to this, but in this embodiment, it is 3 × 3 μm 2, and a hard magnetic film and an electrode film are formed on this side surface.

【0069】図10に、このMR素子に近い形状にパタ
ーニングしたサンプルによる磁気抵抗変化曲線を示す。
なお、ここでは縦軸は出力電圧値となる。用いたサンプ
ルの膜構成はTa(50Å)/NiMn(250Å)/
Co(45Å)/Cu(25Å)/NiFe(100
Å)/Ta(50Å)である。測定条件はセンス電流が
10mA、外部からの印加磁界は±40Oeで60Hz
である。同図から明らかなように、±40Oeの範囲で
ほぼ直線的な磁気抵抗変化曲線が得られている。また、
この磁気抵抗変化曲線ではバルクハウゼンノイズは確認
されていないが、これは磁気ヘッドの分野で知られるハ
ードフィルムバイアスの手法でノイズを抑制したためで
ある。
FIG. 10 shows a magnetoresistance change curve of a sample patterned into a shape close to that of the MR element.
Here, the vertical axis represents the output voltage value. The film composition of the sample used is Ta (50Å) / NiMn (250Å) /
Co (45Å) / Cu (25Å) / NiFe (100
Å) / Ta (50Å). The measurement conditions are a sense current of 10 mA, an external magnetic field of ± 40 Oe and 60 Hz.
It is. As is clear from the figure, a substantially linear magnetoresistance change curve is obtained in the range of ± 40 Oe. Also,
Barkhausen noise was not confirmed in this magnetic resistance change curve, but this is because the noise was suppressed by the hard film bias method known in the field of magnetic heads.

【0070】実施例2 評価用サンプルとして、図4に示す二重スピンバルブ構
造を3インチのガラス基板上に形成した。即ち、第1の
反強磁性層42としてNiMn膜、第2の反強磁性層4
8としてFeMn膜を用いた二重スピンバルブ構造であ
る。成膜は実施例1の場合と同様にRFマグネトロンス
パッタとイオンビームスパッタを用いて行った。成膜条
件も実施例1の場合と同様である。製造工程の手順は、
図5に示したものと同様である。
Example 2 As a sample for evaluation, the double spin valve structure shown in FIG. 4 was formed on a 3-inch glass substrate. That is, a NiMn film is used as the first antiferromagnetic layer 42, and a second antiferromagnetic layer 4 is used.
8 is a double spin valve structure using a FeMn film. The film formation was performed using RF magnetron sputtering and ion beam sputtering as in the case of Example 1. The film forming conditions are the same as those in the first embodiment. The manufacturing process is
It is similar to that shown in FIG.

【0071】この実施例2において作製したスピンバル
ブ膜の第1の強磁性層43(Co層)の層厚t4を変え
た場合の磁気抵抗変化率(%)を表6に示す。
Table 6 shows the magnetoresistance change rate (%) when the layer thickness t4 of the first ferromagnetic layer 43 (Co layer) of the spin valve film produced in this Example 2 was changed.

【0072】[0072]

【表6】 [Table 6]

【0073】表6のスピンバルブ構造においては、下地
層41の材料がTa及びNiFe(層厚t1及びt
2)、第1の反強磁性層42の材料がNiMn(層厚t
3)、第1の強磁性層43の材料がCo(層厚t4)、
第1の非磁性層44の材料がCu(層厚t5)、第2の
強磁性層45の材料がNiFe(層厚t6)、第2の非
磁性層46の材料がCu(層厚t7)、第3の強磁性層
47の材料がCo(層厚t8)、第2の反強磁性層48
の材料がFeMn(層厚t9)、保護層49の材料がT
a(層厚t10)で構成されている。
In the spin valve structure of Table 6, the material of the underlayer 41 is Ta and NiFe (layer thicknesses t1 and t).
2), the material of the first antiferromagnetic layer 42 is NiMn (layer thickness t
3), the material of the first ferromagnetic layer 43 is Co (layer thickness t4),
The material of the first nonmagnetic layer 44 is Cu (layer thickness t5), the material of the second ferromagnetic layer 45 is NiFe (layer thickness t6), and the material of the second nonmagnetic layer 46 is Cu (layer thickness t7). , The material of the third ferromagnetic layer 47 is Co (layer thickness t8), and the second antiferromagnetic layer 48 is
Is FeMn (layer thickness t9), and the protective layer 49 is T
a (layer thickness t10).

【0074】実施例1の場合と同様に、第1の反強磁性
層42としてNiMn膜を用いているため交換バイアス
磁界が大きく、第1の強磁性層43であるCo層の層厚
を厚くでき、その分、第1の反強磁性層42としてFe
Mn膜を用いた場合よりも大きな磁気抵抗変化率が得ら
れていることが分かる(サンプル番号25〜27)。
As in the case of Example 1, since the NiMn film is used as the first antiferromagnetic layer 42, the exchange bias magnetic field is large, and the layer thickness of the Co layer, which is the first ferromagnetic layer 43, is increased. As a result, Fe is used as the first antiferromagnetic layer 42.
It can be seen that a larger magnetoresistance change rate is obtained than in the case of using the Mn film (sample numbers 25 to 27).

【0075】本実施例2においても3×3μm2 のパタ
ーンを形成し、磁気抵抗変化特性を測定した。本実施例
では第1の反強磁性層42として交換バイアス磁界が大
きいNiMnを用いているので、第1の強磁性層43の
磁化の向きは、第1の非磁性層44(Cu層)を流れる
電流が作る磁界を受けてもあまり乱されず、これによる
磁気抵抗変化率の減少は少ない。例えば、3インチ基板
上での磁気抵抗変化率が同じであるNiMnとFeMn
を用いた2つのサンプルで、上記パターンにおいて単位
抵抗値あたりの出力電圧を比較すると、NiMnを用い
たサンプルがFeMnを用いたサンプルの1.2倍とな
っていた。このように第1の反強磁性層42としてNi
Mnを用いることは、磁化の向きを安定させる意味から
も非常に好ましい。
In Example 2 as well, a pattern of 3 × 3 μm 2 was formed and the magnetoresistance change characteristics were measured. In this embodiment, since NiMn having a large exchange bias magnetic field is used as the first antiferromagnetic layer 42, the magnetization direction of the first ferromagnetic layer 43 is the same as that of the first nonmagnetic layer 44 (Cu layer). Even if it receives a magnetic field created by a flowing current, it is not disturbed so much, and the reduction rate of the magnetoresistance is small. For example, NiMn and FeMn having the same magnetoresistance change rate on a 3-inch substrate
When comparing the output voltage per unit resistance value in the two samples using the above-mentioned pattern, the sample using NiMn was 1.2 times the sample using FeMn. Thus, as the first antiferromagnetic layer 42, Ni is used.
The use of Mn is very preferable also from the viewpoint of stabilizing the magnetization direction.

【0076】以上述べた実施形態及び実施例は全て本発
明を例示的に示すものであって限定的に示すものではな
く、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施す
ることができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲
及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
The embodiments and examples described above are merely illustrative of the present invention and are not intended to be limiting, and the present invention can be implemented in various other modified modes and modified modes. . Therefore, the scope of the present invention is defined only by the claims and their equivalents.

【0077】[0077]

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明のMR
素子は、基板上に、少なくとも、NiMn合金からなる
反強磁性層、第1の強磁性層、非磁性層及び第2の強磁
性層が該基板側からこの順序で積層されている。このよ
うに、NiMn合金からなる反強磁性層が非磁性層及び
第2の強磁性層より基板側に設けられているため、この
NiMn合金層を非磁性層及び第2の強磁性層の積層前
に形成して磁界中熱処理することができる。このため、
NiMn合金によって良好な反強磁性を得るために高温
で長時間の磁界中熱処理を行っても、非磁性層と第2の
強磁性層との界面において相互拡散が生じて磁気抵抗変
化率が低下するような不都合が生じない。従って、高い
磁気抵抗効果を安定に示すMR素子を提供することがで
きる。
As described in detail above, the MR of the present invention is used.
In the element, at least an antiferromagnetic layer made of a NiMn alloy, a first ferromagnetic layer, a nonmagnetic layer and a second ferromagnetic layer are laminated in this order from the substrate side on the substrate. As described above, since the antiferromagnetic layer made of the NiMn alloy is provided closer to the substrate than the nonmagnetic layer and the second ferromagnetic layer, this NiMn alloy layer is laminated with the nonmagnetic layer and the second ferromagnetic layer. It can be previously formed and heat treated in a magnetic field. For this reason,
Even if heat treatment is performed in a magnetic field at high temperature for a long time in order to obtain good antiferromagnetism with the NiMn alloy, mutual diffusion occurs at the interface between the nonmagnetic layer and the second ferromagnetic layer, and the magnetoresistance change rate decreases. There is no inconvenience. Therefore, it is possible to provide an MR element that stably exhibits a high magnetoresistive effect.

【0078】また、反強磁性層としてNiMnを用いる
ことにより、耐蝕性が良く、交換バイアス磁界が充分に
大きく、さらにブロッキング温度が充分高いため交換バ
イアス磁界の温度依存性が小さな磁気抵抗効果素子を得
ることができる。また、第1の強磁性層であるCoの層
厚を厚くでき、これにより3%以上の磁気抵抗変化率を
得ることができる。
Further, by using NiMn as the antiferromagnetic layer, a magnetoresistive element having good corrosion resistance, a sufficiently large exchange bias magnetic field, and a sufficiently high blocking temperature can be obtained. Obtainable. Further, the layer thickness of Co, which is the first ferromagnetic layer, can be increased, whereby a magnetoresistance change rate of 3% or more can be obtained.

【0079】さらに本発明のMR素子は、基板上に、少
なくとも、NiMn合金膜からなる第1の反強磁性層、
第1の強磁性層、第1の非磁性層、第2の強磁性層、第
2の非磁性層、第3の強磁性層及び第2の反強磁性層が
該基板側からこの順序で積層されている。このように、
二重スピンバルブ構造において、NiMn合金によって
良好な反強磁性を得た第1の反強磁性層を用いることに
より、センス電流が作る磁界によりピンニングされてい
る磁化の向きが乱されることを妨げることもできる。
Furthermore, the MR element of the present invention comprises, on the substrate, at least a first antiferromagnetic layer made of a NiMn alloy film,
The first ferromagnetic layer, the first nonmagnetic layer, the second ferromagnetic layer, the second nonmagnetic layer, the third ferromagnetic layer, and the second antiferromagnetic layer are arranged in this order from the substrate side. It is stacked. in this way,
In the double spin valve structure, by using the first antiferromagnetic layer that has obtained good antiferromagnetism by the NiMn alloy, it is possible to prevent the direction of the pinned magnetization from being disturbed by the magnetic field generated by the sense current. You can also

【0080】もちろん、二重スピンバルブ構造とするこ
とにより、基本構造のスピンバルブ膜よりも大きな磁気
抵抗変化率を安定に得ることができ、かつ、電極間の抵
抗値を下げることができる。
Of course, by adopting the double spin valve structure, a larger magnetoresistance change rate than that of the spin valve film having the basic structure can be stably obtained, and the resistance value between the electrodes can be lowered.

【0081】さらに、本発明のMR素子の製造方法によ
れば、NiMn合金層を非磁性層又は第1の非磁性層及
び第2の強磁性層の積層前に形成して磁界中熱処理して
いるため、NiMn合金によって良好な反強磁性を得る
ために高温で長時間の磁界中熱処理を行っても、非磁性
層又は第1の非磁性層と第2の強磁性層との界面におい
て相互拡散が生じて磁気抵抗変化率が低下するような不
都合が生じない。従って、高い磁気抵抗効果を安定に示
すMR素子を提供することができる。
Further, according to the method for manufacturing an MR element of the present invention, the NiMn alloy layer is formed before the nonmagnetic layer or the first nonmagnetic layer and the second ferromagnetic layer are laminated and heat-treated in a magnetic field. Therefore, even if a heat treatment is performed in a magnetic field at high temperature for a long time in order to obtain good antiferromagnetism with the NiMn alloy, the non-magnetic layer or the interface between the first non-magnetic layer and the second ferromagnetic layer does not interact with each other. There is no inconvenience that diffusion occurs and the rate of change in magnetoresistance decreases. Therefore, it is possible to provide an MR element that stably exhibits a high magnetoresistive effect.

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

【図1】本発明におけるMR素子の一実施形態を示す斜
視断面図である。
FIG. 1 is a perspective sectional view showing an embodiment of an MR element according to the present invention.

【図2】図1の実施形態における製造工程の一例を示す
フローチャートである。
FIG. 2 is a flow chart showing an example of a manufacturing process in the embodiment of FIG.

【図3】図1の実施形態における製造工程の他の例を示
すフローチャートである。
3 is a flowchart showing another example of the manufacturing process in the embodiment of FIG.

【図4】本発明におけるMR素子の他の実施形態を示す
斜視断面図である。
FIG. 4 is a perspective sectional view showing another embodiment of the MR element according to the present invention.

【図5】図4の実施形態における製造工程の一例を示す
フローチャートである。
5 is a flow chart showing an example of a manufacturing process in the embodiment of FIG.

【図6】図4の実施形態における製造工程の他の例を示
すフローチャートである。
6 is a flowchart showing another example of the manufacturing process in the embodiment of FIG.

【図7】図1に示すスピンバルブ構造を有する一実施例
におけるNiMn膜のX線回折パターンを示す図であ
る。
7 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of a NiMn film in one example having the spin valve structure shown in FIG.

【図8】図1に示すスピンバルブ構造を有する一実施例
における磁気抵抗変化特性を表わす図である。
FIG. 8 is a diagram showing magnetoresistance change characteristics in an example having the spin valve structure shown in FIG. 1.

【図9】図1に示すスピンバルブ構造を有する一実施例
における交換バイアス磁界の温度依存特性を表わす図で
ある。
9 is a diagram showing temperature dependence characteristics of an exchange bias magnetic field in an example having the spin valve structure shown in FIG. 1. FIG.

【図10】図1に示すスピンバルブ構造を有しかつ実際
のMR素子の形状を有する一実施例における磁気抵抗変
化特性を表わす図である。
FIG. 10 is a diagram showing magnetoresistance change characteristics in an example having the spin valve structure shown in FIG. 1 and an actual MR element shape.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11、41 下地層 12 反強磁性層 13、43 第1の強磁性層 14 非磁性層 15、45 第2の強磁性層 16、49 保護層 42 第1の反強磁性層 44 第1の非磁性層 46 第2の非磁性層 47 第3の強磁性層 48 第2の反強磁性層 11, 41 Underlayer 12 Antiferromagnetic layer 13, 43 First ferromagnetic layer 14 Nonmagnetic layer 15, 45 Second ferromagnetic layer 16, 49 Protective layer 42 First antiferromagnetic layer 44 First nonmagnetic layer Magnetic layer 46 Second non-magnetic layer 47 Third ferromagnetic layer 48 Second antiferromagnetic layer

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に、少なくとも、NiMn合金か
らなる反強磁性層、第1の強磁性層、非磁性層及び第2
の強磁性層が該基板側からこの順序で積層されているこ
とを特徴とするスピンバルブ構造を有する磁気抵抗効果
素子。
1. An antiferromagnetic layer comprising a NiMn alloy, a first ferromagnetic layer, a nonmagnetic layer, and a second layer on a substrate.
A ferromagnetic layer is laminated in this order from the side of the substrate, and a magnetoresistive effect element having a spin valve structure.
【請求項2】 磁気抵抗変化率が3%以上であり、かつ
交換バイアス磁界が100Oe以上であることを特徴と
する請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。
2. The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein the magnetoresistance change rate is 3% or more and the exchange bias magnetic field is 100 Oe or more.
【請求項3】 前記反強磁性層の層厚が50Å〜500
Åであることを特徴とする請求項1又は2に記載の磁気
抵抗効果素子。
3. The thickness of the antiferromagnetic layer is 50Å to 500.
The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein the magnetoresistive effect element is Å.
【請求項4】 前記第1及び第2の強磁性層の各々が、
Ni、Fe及びCoのいずれか1つを含む合金からな
り、該第1の強磁性層の層厚が15Å〜150Åである
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載
の磁気抵抗効果素子。
4. Each of the first and second ferromagnetic layers comprises:
It consists of an alloy containing any one of Ni, Fe, and Co, and the layer thickness of this 1st ferromagnetic layer is 15Å-150Å, Any one of Claim 1 to 3 characterized by the above-mentioned. Magnetoresistive element.
【請求項5】 前記非磁性層が、Cu、Ag及びAuの
いずれか1つからなり、その層厚が15Å〜50Åであ
ることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記
載の磁気抵抗効果素子。
5. The non-magnetic layer is made of any one of Cu, Ag and Au and has a layer thickness of 15Å to 50Å. Magnetoresistive effect element.
【請求項6】 基板上に、少なくとも、NiMn合金膜
からなる第1の反強磁性層、第1の強磁性層、第1の非
磁性層、第2の強磁性層、第2の非磁性層、第3の強磁
性層及び第2の反強磁性層が該基板側からこの順序で積
層されていることを特徴とするスピンバルブ構造を有す
る磁気抵抗効果素子。
6. A first antiferromagnetic layer, a first ferromagnetic layer, a first non-magnetic layer, a second ferromagnetic layer and a second non-magnetic layer which are at least formed of a NiMn alloy film on a substrate. A magnetoresistive element having a spin valve structure, wherein a layer, a third ferromagnetic layer, and a second antiferromagnetic layer are stacked in this order from the substrate side.
【請求項7】 磁気抵抗変化率が3%以上であり、かつ
交換バイアス磁界が100Oe以上であることを特徴と
する請求項6に記載の磁気抵抗効果素子。
7. The magnetoresistive effect element according to claim 6, wherein the magnetoresistance change rate is 3% or more and the exchange bias magnetic field is 100 Oe or more.
【請求項8】 前記第1の反強磁性層の層厚が50Å〜
500Åであることを特徴とする請求項6又は7に記載
の磁気抵抗効果素子。
8. The layer thickness of the first antiferromagnetic layer is 50Å to
The magnetoresistive effect element according to claim 6 or 7, wherein the magnetoresistive effect element has a size of 500Å.
【請求項9】 前記第1、第2及び第3の強磁性層の各
々が、Ni、Fe及びCoのいずれか1つを含む合金か
らなり、該第1の強磁性層の層厚が15Å〜150Åで
あることを特徴とする請求項6から8のいずれか1項に
記載の磁気抵抗効果素子。
9. The first, second, and third ferromagnetic layers are each made of an alloy containing any one of Ni, Fe, and Co, and the layer thickness of the first ferromagnetic layer is 15Å. The magnetoresistive effect element according to any one of claims 6 to 8, wherein the magnetoresistive effect element has a thickness of about 150Å.
【請求項10】 前記第1及び第2の非磁性層の各々
が、Cu、Ag及びAuのいずれか1つからなり、該第
1の非磁性層の層厚が15Å〜50Åであることを特徴
とする請求項6から9のいずれか1項に記載の磁気抵抗
効果素子。
10. The first and second nonmagnetic layers are each made of any one of Cu, Ag and Au, and the layer thickness of the first nonmagnetic layer is 15Å to 50Å. The magnetoresistive effect element according to any one of claims 6 to 9, which is characterized.
【請求項11】 基板上の最下層に、Ta、Hf、C
r、Nb、Zr及びTiのいずれか1つの金属による下
地層を有する請求項1から10のいずれか1項に記載の
磁気抵抗効果素子。
11. Ta, Hf, C is formed on the bottom layer of the substrate.
The magnetoresistive effect element according to any one of claims 1 to 10, which has an underlayer made of any one metal of r, Nb, Zr, and Ti.
【請求項12】 基板上に、薄膜を積層成膜する成膜工
程と、積層した基板を磁界中で熱処理する熱処理工程と
を含み、 前記成膜工程が、少なくともNiMn合金からなる反強
磁性層、第1の強磁性層、非磁性層及び第2の強磁性層
を順次積層する工程を含み、 前記熱処理工程を、前記非磁性層及び前記第2の強磁性
層の積層前に行うことを特徴とするスピンバルブ構造を
有する磁気抵抗効果素子の製造方法。
12. An antiferromagnetic layer comprising at least a NiMn alloy, the method comprising: a film forming step of laminating thin films on a substrate; and a heat treating step of heat treating the laminated substrates in a magnetic field. A step of sequentially stacking the first ferromagnetic layer, the non-magnetic layer and the second ferromagnetic layer, wherein the heat treatment step is performed before the non-magnetic layer and the second ferromagnetic layer are stacked. A method for manufacturing a magnetoresistive effect element having a characteristic spin valve structure.
【請求項13】 前記熱処理工程が前記NiMnのθ相
を形成する工程であり、前記第1の強磁性層の積層工程
の後に行われることを特徴とする請求項12に記載の製
造方法。
13. The manufacturing method according to claim 12, wherein the heat treatment step is a step of forming the θ phase of the NiMn and is performed after the step of laminating the first ferromagnetic layer.
【請求項14】 前記熱処理工程が前記NiMnのθ相
を形成する工程であり、前記第1の強磁性層の積層工程
の前に行われることを特徴とする請求項12に記載の製
造方法。
14. The manufacturing method according to claim 12, wherein the heat treatment step is a step of forming a θ phase of the NiMn, and is performed before the step of laminating the first ferromagnetic layer.
【請求項15】 基板上に、薄膜を積層成膜する成膜工
程と、積層した基板を磁界中で熱処理する熱処理工程と
を含み、 前記成膜工程が、少なくともNiMn合金からなる第1
の反強磁性層、第1の強磁性層、第1の非磁性層、第2
の強磁性層、第2の非磁性層、第3の強磁性層及び第2
の反強磁性層を順次積層する工程を含み、 前記熱処理工程を、前記第1の非磁性層及び前記第2の
強磁性層の積層前に行うことを特徴とするスピンバルブ
構造を有する磁気抵抗効果素子の製造方法。
15. A first film-forming step of laminating thin films on a substrate, and a heat-treating step of heat-treating the laminated substrates in a magnetic field, wherein the film-forming step comprises at least a NiMn alloy.
Antiferromagnetic layer, first ferromagnetic layer, first nonmagnetic layer, second
Second ferromagnetic layer, second non-magnetic layer, third ferromagnetic layer and second
Magnetic layer having a spin valve structure, characterized in that the heat treatment step is performed before the first nonmagnetic layer and the second ferromagnetic layer are laminated. Method for manufacturing effect element.
【請求項16】 前記熱処理工程が前記NiMnのθ相
を形成する工程であり、前記第1の強磁性層の積層工程
の後に行われることを特徴とする請求項15に記載の製
造方法。
16. The manufacturing method according to claim 15, wherein the heat treatment step is a step of forming a θ phase of the NiMn, and is performed after the step of laminating the first ferromagnetic layer.
【請求項17】 前記熱処理工程が前記NiMnのθ相
を形成する工程であり、前記第1の強磁性層の積層工程
の前に行われることを特徴とする請求項15に記載の製
造方法。
17. The manufacturing method according to claim 15, wherein the heat treatment step is a step of forming the θ phase of the NiMn, and is performed before the step of laminating the first ferromagnetic layer.
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