JPH10241934A - 磁気抵抗効果膜及びその製造方法 - Google Patents
磁気抵抗効果膜及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH10241934A JPH10241934A JP9038237A JP3823797A JPH10241934A JP H10241934 A JPH10241934 A JP H10241934A JP 9038237 A JP9038237 A JP 9038237A JP 3823797 A JP3823797 A JP 3823797A JP H10241934 A JPH10241934 A JP H10241934A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic
- magnetic layer
- island
- layers
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
- H01F10/3268—Exchange 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Magnetic Heads (AREA)
- Thin Magnetic Films (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁性元素と非磁性元素の組み合わせの高い自
由度、更に製造の高再現性のもとで、高い磁場感度を実
現する。 【解決手段】 本発明の磁気抵抗効果膜１０は、磁性層
１２と非磁性層１４とが交互に基板１６上に積層された
人工格子膜からなる。磁性層１２は、多数に分割された
島状磁性層１２１と、これらの島状磁性層１２１を囲繞
する海状非磁性層１２２とからなる。海状非磁性層１２
２によって基板に垂直方向に細かく分割された島状磁性
層１２１を有することにより、ピンホールによって繋が
った磁性層１２部分の強磁性相互作用（強磁性配列）が
局所化するので、磁性層１２全体の反強磁性配列の完全
さが得られやすくなる。
由度、更に製造の高再現性のもとで、高い磁場感度を実
現する。 【解決手段】 本発明の磁気抵抗効果膜１０は、磁性層
１２と非磁性層１４とが交互に基板１６上に積層された
人工格子膜からなる。磁性層１２は、多数に分割された
島状磁性層１２１と、これらの島状磁性層１２１を囲繞
する海状非磁性層１２２とからなる。海状非磁性層１２
２によって基板に垂直方向に細かく分割された島状磁性
層１２１を有することにより、ピンホールによって繋が
った磁性層１２部分の強磁性相互作用（強磁性配列）が
局所化するので、磁性層１２全体の反強磁性配列の完全
さが得られやすくなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気センサーや薄
膜磁気ヘッド等に用いられる磁気抵抗効果膜に関する。
膜磁気ヘッド等に用いられる磁気抵抗効果膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】印加磁場により抵抗が変化する磁気抵抗
効果を利用した磁気抵抗効果素子は、磁場検出用センサ
ーや磁気ヘッド等に用いられている。今のところ、磁気
抵抗効果素子には、パーマロイを中心とした磁性合金薄
膜が用いられている。この磁気抵抗効果素子は、電流方
向と磁化方向との相対角度に依存して生じる抵抗の差を
利用したものであるが、磁気抵抗変化量が３〜４％程度
と小さいので、高感度化のために磁気抵抗変化量の大き
な材料が望まれている。
効果を利用した磁気抵抗効果素子は、磁場検出用センサ
ーや磁気ヘッド等に用いられている。今のところ、磁気
抵抗効果素子には、パーマロイを中心とした磁性合金薄
膜が用いられている。この磁気抵抗効果素子は、電流方
向と磁化方向との相対角度に依存して生じる抵抗の差を
利用したものであるが、磁気抵抗変化量が３〜４％程度
と小さいので、高感度化のために磁気抵抗変化量の大き
な材料が望まれている。
【０００３】このような材料の中で、コバルト（Ｃ
ｏ）、鉄（Ｆｅ）等の磁性層と銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃ
ｒ）等の非磁性層を数ナノメーターの周期で交互に積層
した人工格子（多層）膜は、磁気抵抗変化率がパーマロ
イより１桁以上大きいので、磁気抵抗効果素子への応用
が期待されている。（Ｃｏ／Ｃｕ）系や（Ｆｅ／Ｃｒ）
系の人工格子膜では、非磁性層の厚さが約１ｎｍである
とき、磁性層間に反強磁性相互作用が働き、磁性層の磁
化が一層おきに逆方向を向く（反強磁性配列）。磁気抵
抗効果は、この磁化の反強磁性配列が磁場の印加によっ
て強磁性配列に変化することによって生じる。従って、
磁場印加前に磁化の反強磁性配列が完全であるほど（磁
化の強磁性配列成分が少ないほど）磁気抵抗変化量が大
きくなる。（Ｃｏ／Ｃｕ）系人工格子膜では、非磁性層
の厚さが約１ｎｍであるとき、室温で６５％の磁気抵抗
比を有することが報告されている。上述のような磁性層
間に反強磁性相互作用が働く人工格子膜は、特にカップ
リング型と呼ばれている。
ｏ）、鉄（Ｆｅ）等の磁性層と銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃ
ｒ）等の非磁性層を数ナノメーターの周期で交互に積層
した人工格子（多層）膜は、磁気抵抗変化率がパーマロ
イより１桁以上大きいので、磁気抵抗効果素子への応用
が期待されている。（Ｃｏ／Ｃｕ）系や（Ｆｅ／Ｃｒ）
系の人工格子膜では、非磁性層の厚さが約１ｎｍである
とき、磁性層間に反強磁性相互作用が働き、磁性層の磁
化が一層おきに逆方向を向く（反強磁性配列）。磁気抵
抗効果は、この磁化の反強磁性配列が磁場の印加によっ
て強磁性配列に変化することによって生じる。従って、
磁場印加前に磁化の反強磁性配列が完全であるほど（磁
化の強磁性配列成分が少ないほど）磁気抵抗変化量が大
きくなる。（Ｃｏ／Ｃｕ）系人工格子膜では、非磁性層
の厚さが約１ｎｍであるとき、室温で６５％の磁気抵抗
比を有することが報告されている。上述のような磁性層
間に反強磁性相互作用が働く人工格子膜は、特にカップ
リング型と呼ばれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の人工格子膜は、非磁性層の厚さが非常に薄いために、
磁性層同士を繋ぐピンホールができやすい。繋がった部
分の磁性層間には強磁性相互作用が働くので、磁性層間
にピンホールができると磁性層全体の反強磁性配列が不
完全になり、そのため磁気抵抗変化量が減少してしまう
という問題がある。
の人工格子膜は、非磁性層の厚さが非常に薄いために、
磁性層同士を繋ぐピンホールができやすい。繋がった部
分の磁性層間には強磁性相互作用が働くので、磁性層間
にピンホールができると磁性層全体の反強磁性配列が不
完全になり、そのため磁気抵抗変化量が減少してしまう
という問題がある。
【０００５】この問題を解決する方法として、サイエン
ス（Ｓｃｉｅｎｃｅ）第２６１巻、１０２１頁、１９９
３年に示された不連続多層膜がある。これは、磁性層で
あるパーマロイ（ＮｉＦｅ）と非磁性層である銀（Ａ
ｇ）とを交互に積層した人工格子膜を３２０〜３５０℃
で熱処理したものである。この熱処理により、パーマロ
イ層の粒界に銀が侵入し、パーマロイ層が銀で分断され
た不連続構造を持つようになる。磁性層が細かく分割さ
れると、ピンホールによって繋がった磁性層部分が孤立
化することにより、繋がった部分の磁性層間の強磁性相
互作用が局所化する。これにより、この部分の磁性層に
できる強磁性配列が他の磁性層に広がることを防止で
き、磁性層全体の反強磁性配列が不完全になるのを最小
限に押さえることをができる。
ス（Ｓｃｉｅｎｃｅ）第２６１巻、１０２１頁、１９９
３年に示された不連続多層膜がある。これは、磁性層で
あるパーマロイ（ＮｉＦｅ）と非磁性層である銀（Ａ
ｇ）とを交互に積層した人工格子膜を３２０〜３５０℃
で熱処理したものである。この熱処理により、パーマロ
イ層の粒界に銀が侵入し、パーマロイ層が銀で分断され
た不連続構造を持つようになる。磁性層が細かく分割さ
れると、ピンホールによって繋がった磁性層部分が孤立
化することにより、繋がった部分の磁性層間の強磁性相
互作用が局所化する。これにより、この部分の磁性層に
できる強磁性配列が他の磁性層に広がることを防止で
き、磁性層全体の反強磁性配列が不完全になるのを最小
限に押さえることをができる。
【０００６】しかしながら、この熱処理により不連続構
造を形成する方法では、磁性層が粒界を多く持ち、拡散
速度の大きい非磁性元素層を用いねばならず、磁性元素
と非磁性元素の選択の幅が限られてしまう。また、磁性
層の不連続構造が磁性層ごとに異なり、その再現性も悪
いという問題点がある。
造を形成する方法では、磁性層が粒界を多く持ち、拡散
速度の大きい非磁性元素層を用いねばならず、磁性元素
と非磁性元素の選択の幅が限られてしまう。また、磁性
層の不連続構造が磁性層ごとに異なり、その再現性も悪
いという問題点がある。
【０００７】上記の方法に類似したものとして、特開平
８−１４７６３９号公報記載の磁気抵抗効果膜がある。
これは、上記の不連続多層膜において、スパッタ・エッ
チングを併用して膜形成を行うことにより、非磁性層か
ら見て、基板から遠い側の界面の方が基板から近い側の
界面よりも平坦性が高い構造をもつものである。同公報
によれば、この構造により、パーマロイ層同士の接触を
抑制でき、磁気抵抗変化量の増大に寄与できるとしてい
る。しかしながら、同公報の実施例を見てもわかるよう
に、この方法も不連続構造の形成に熱処理を用いている
ために、不連続構造の再現性に難があり、磁性元素と非
磁性元素の選択の幅も限られる。
８−１４７６３９号公報記載の磁気抵抗効果膜がある。
これは、上記の不連続多層膜において、スパッタ・エッ
チングを併用して膜形成を行うことにより、非磁性層か
ら見て、基板から遠い側の界面の方が基板から近い側の
界面よりも平坦性が高い構造をもつものである。同公報
によれば、この構造により、パーマロイ層同士の接触を
抑制でき、磁気抵抗変化量の増大に寄与できるとしてい
る。しかしながら、同公報の実施例を見てもわかるよう
に、この方法も不連続構造の形成に熱処理を用いている
ために、不連続構造の再現性に難があり、磁性元素と非
磁性元素の選択の幅も限られる。
【０００８】すなわち、カップリング型の人工格子膜で
は、磁性元素と非磁性元素の組み合わせの高い自由度、
更に製造の高再現性のもとで、高い磁気抵抗効果を実現
するのは困難という問題点があった。
は、磁性元素と非磁性元素の組み合わせの高い自由度、
更に製造の高再現性のもとで、高い磁気抵抗効果を実現
するのは困難という問題点があった。
【０００９】
【発明の目的】本発明の目的は、人工格子膜において、
磁性元素と非磁性元素の組み合わせの高い自由度、更に
製造の高再現性のもとで、高い磁気抵抗効果を実現する
磁場感度の高い磁気抵抗効果膜を提供することにある。
磁性元素と非磁性元素の組み合わせの高い自由度、更に
製造の高再現性のもとで、高い磁気抵抗効果を実現する
磁場感度の高い磁気抵抗効果膜を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係る磁気抵抗効
果膜は、磁性層と非磁性層とが交互に積層された人工格
子膜からなるにおいて、前記磁性層の少なくとも一つ
が、多数に分割された島状磁性層と、これらの島状磁性
層を囲繞する海状非磁性層とからなることを特徴とする
ものである。また、前記島状磁性層の分割ピッチが前記
人工格子膜の結晶粒径よりも小さいものとしてもよく、
前記海状非磁性層が絶縁体又は半導体からなるものとし
てもよい。
果膜は、磁性層と非磁性層とが交互に積層された人工格
子膜からなるにおいて、前記磁性層の少なくとも一つ
が、多数に分割された島状磁性層と、これらの島状磁性
層を囲繞する海状非磁性層とからなることを特徴とする
ものである。また、前記島状磁性層の分割ピッチが前記
人工格子膜の結晶粒径よりも小さいものとしてもよく、
前記海状非磁性層が絶縁体又は半導体からなるものとし
てもよい。
【００１１】この磁気抵抗効果膜の製造方法は、前記磁
性層を形成する第一工程と、この第一工程で形成された
磁性層を多数に分割して前記島状磁性層を形成する第二
工程と、この第二工程で形成された多数の島状磁性層間
の間隙を非磁性材料で充填することにより前記海状非磁
性層を形成する第三工程とを備えたものである。また、
前記第二工程において、既に形成された下層の前記島状
磁性層の位置に合わせて上層の前記島状磁性層を形成す
るようにしてもよい。
性層を形成する第一工程と、この第一工程で形成された
磁性層を多数に分割して前記島状磁性層を形成する第二
工程と、この第二工程で形成された多数の島状磁性層間
の間隙を非磁性材料で充填することにより前記海状非磁
性層を形成する第三工程とを備えたものである。また、
前記第二工程において、既に形成された下層の前記島状
磁性層の位置に合わせて上層の前記島状磁性層を形成す
るようにしてもよい。
【００１２】この磁気抵抗効果膜の他の製造方法は、磁
性層と非磁性層とを交互に積層して人工格子膜を形成す
る第一工程と、この第一工程で形成された人工格子膜を
多数に分割して前記島状磁性層を含む島状人工格子膜を
形成する第二工程と、この第二工程で形成された多数の
島状人工格子膜間の間隙を非磁性材料で充填することに
より前記海状非磁性層を形成する第三工程とを備えたも
のである。
性層と非磁性層とを交互に積層して人工格子膜を形成す
る第一工程と、この第一工程で形成された人工格子膜を
多数に分割して前記島状磁性層を含む島状人工格子膜を
形成する第二工程と、この第二工程で形成された多数の
島状人工格子膜間の間隙を非磁性材料で充填することに
より前記海状非磁性層を形成する第三工程とを備えたも
のである。
【００１３】次に、本発明に係る磁気抵抗効果膜の作用
を説明する。カップリング型の人工格子膜の磁性層の反
強磁性配列が不完全になるのは、磁性層間がピンホール
で繋がることによって、この部分の磁性層にできる強磁
性配列が磁性層全体に広がってしまうからである。そこ
で、磁性層を非磁性層によって基板に垂直方向に細かく
分割して島状磁性層及び海状非磁性層を形成することに
よって、ピンホールによって繋がった島状磁性層部分が
孤立化するので、この部分にできる強磁性配列が他の島
状磁性層に広がることを防止できる。また、島状磁性層
の不連続構造が海状非磁性層を介して隣り合わせの少な
くとも一方の磁性層で同じなので、ピンホールによって
繋がっていない島状磁性層間の反強磁性配列が完全にな
りやすい。これにより、磁性層全体の反強磁性配列が不
完全になることすなわち磁気抵抗変化量が減少すること
を最小限に抑えることができる。
を説明する。カップリング型の人工格子膜の磁性層の反
強磁性配列が不完全になるのは、磁性層間がピンホール
で繋がることによって、この部分の磁性層にできる強磁
性配列が磁性層全体に広がってしまうからである。そこ
で、磁性層を非磁性層によって基板に垂直方向に細かく
分割して島状磁性層及び海状非磁性層を形成することに
よって、ピンホールによって繋がった島状磁性層部分が
孤立化するので、この部分にできる強磁性配列が他の島
状磁性層に広がることを防止できる。また、島状磁性層
の不連続構造が海状非磁性層を介して隣り合わせの少な
くとも一方の磁性層で同じなので、ピンホールによって
繋がっていない島状磁性層間の反強磁性配列が完全にな
りやすい。これにより、磁性層全体の反強磁性配列が不
完全になることすなわち磁気抵抗変化量が減少すること
を最小限に抑えることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る磁気抵抗効
果膜の一実施形態を示す概略縦断面図である。図２は、
図１におけるII−II線横断面図である。以下、これらの
図面に基づき説明する。
果膜の一実施形態を示す概略縦断面図である。図２は、
図１におけるII−II線横断面図である。以下、これらの
図面に基づき説明する。
【００１５】磁気抵抗効果膜１０は、磁性層１２と非磁
性層１４とが交互に基板１６上に積層された人工格子膜
からなる。磁性層１２は、多数に分割された島状磁性層
１２１と、これらの島状磁性層１２１を囲繞する海状非
磁性層１２２とからなる。つまり、島状磁性層１２１が
海状非磁性層１２２によって細かく分割されている。た
だし、図面では、便宜上、磁気抵抗効果膜１０の厚み方
向を拡大するとともに、磁気抵抗効果膜１０の面積に対
する島状磁性層１２１の個数を少なく示している。
性層１４とが交互に基板１６上に積層された人工格子膜
からなる。磁性層１２は、多数に分割された島状磁性層
１２１と、これらの島状磁性層１２１を囲繞する海状非
磁性層１２２とからなる。つまり、島状磁性層１２１が
海状非磁性層１２２によって細かく分割されている。た
だし、図面では、便宜上、磁気抵抗効果膜１０の厚み方
向を拡大するとともに、磁気抵抗効果膜１０の面積に対
する島状磁性層１２１の個数を少なく示している。
【００１６】島状磁性層１２１の分割ピッチは、人工格
子膜の結晶粒径より小さいことが望ましい。なぜなら、
磁性層１２同士を繋ぐピンホールは、結晶粒界にできや
すいからである。しかしながら、人工格子膜の結晶粒径
は、１０〜１００ｎｍと非常に小さいので、実際は、技
術的に可能でなるべく小さく（狭い）分割ピッチがよ
い。ただし、人工格子膜の磁気抵抗は、磁性層１２と非
磁性層１４の界面の平坦性の影響を受けるので、磁性層
１２の分割が、界面の平坦性に影響を与えないように注
意しなければならない。
子膜の結晶粒径より小さいことが望ましい。なぜなら、
磁性層１２同士を繋ぐピンホールは、結晶粒界にできや
すいからである。しかしながら、人工格子膜の結晶粒径
は、１０〜１００ｎｍと非常に小さいので、実際は、技
術的に可能でなるべく小さく（狭い）分割ピッチがよ
い。ただし、人工格子膜の磁気抵抗は、磁性層１２と非
磁性層１４の界面の平坦性の影響を受けるので、磁性層
１２の分割が、界面の平坦性に影響を与えないように注
意しなければならない。
【００１７】磁性層１２の分割方法には、集束イオンビ
ームや電子ビームなどを用いた微細加工技術を用いる。
人工格子膜の磁気抵抗は、膜表面の汚染の影響を受ける
ので、大気中に出さずに成膜室と同じ環境（高真空中）
で磁性膜１２の分割を行わねばならない。
ームや電子ビームなどを用いた微細加工技術を用いる。
人工格子膜の磁気抵抗は、膜表面の汚染の影響を受ける
ので、大気中に出さずに成膜室と同じ環境（高真空中）
で磁性膜１２の分割を行わねばならない。
【００１８】
【実施例】図３は、本発明に係る磁気抵抗効果膜の一実
施例の製造方法を示す概略縦断面図である。以下、この
図面に基づき説明する。
施例の製造方法を示す概略縦断面図である。以下、この
図面に基づき説明する。
【００１９】本発明の実施に当たっては、超高真空搬送
室（真空度：１×１０-10 Ｔｏｒｒ＝１．３３×１０-8
Ｐａ）で連結されたＲＦ−ＤＣ結合型バイアススパッタ
装置（アルゴンガス圧：１×１０-3Ｔｏｒｒ＝１．３３
×１０-1Ｐａ）、集束イオンビーム装置（イオン種：Ａ
ｕ＋）及びスパッタエッチング装置を用いた。磁気抵抗
は、室温で磁場を膜面に平行に印加し、直流４端子法に
より測定した。磁化は、室温で磁場を膜面に平行に印加
し、振動試料型磁力計を用いて測定した。
室（真空度：１×１０-10 Ｔｏｒｒ＝１．３３×１０-8
Ｐａ）で連結されたＲＦ−ＤＣ結合型バイアススパッタ
装置（アルゴンガス圧：１×１０-3Ｔｏｒｒ＝１．３３
×１０-1Ｐａ）、集束イオンビーム装置（イオン種：Ａ
ｕ＋）及びスパッタエッチング装置を用いた。磁気抵抗
は、室温で磁場を膜面に平行に印加し、直流４端子法に
より測定した。磁化は、室温で磁場を膜面に平行に印加
し、振動試料型磁力計を用いて測定した。
【００２０】まず、膜厚２ｎｍのコバルトからなる磁性
層２２と、膜厚１ｎｍの銅からなる非磁性層２４とを交
互にシリコンからなる基板２６上にスパッタ成膜するこ
とにより、層数３０の（Ｃｏ／Ｃｕ）系人工格子膜から
なる磁気抵抗効果膜２０を形成した。続いて、図３
（ａ）に示すように、ビーム径０．０４μｍの集束イオ
ンビームを用いて、０．３μｍ間隔（分割ピッチに対
応）で基板２６に垂直な溝２８を磁気抵抗効果膜２０に
形成することにより、多数の島状磁性層２２１を形成し
た。溝２８の幅（分割幅に対応）は、０．０５μｍであ
る。続いて、図３（ｂ）に示すように、基板２６に負の
電圧を印加しながら、溝２８が完全に埋まるまで銅から
なる非磁性材料２９をスパッタ成膜することにより（バ
イアススパッタ法）、海状非磁性層２２２を形成した。
この後、スパッタエッチングを用いて非磁性材料２９表
面を平坦化した。
層２２と、膜厚１ｎｍの銅からなる非磁性層２４とを交
互にシリコンからなる基板２６上にスパッタ成膜するこ
とにより、層数３０の（Ｃｏ／Ｃｕ）系人工格子膜から
なる磁気抵抗効果膜２０を形成した。続いて、図３
（ａ）に示すように、ビーム径０．０４μｍの集束イオ
ンビームを用いて、０．３μｍ間隔（分割ピッチに対
応）で基板２６に垂直な溝２８を磁気抵抗効果膜２０に
形成することにより、多数の島状磁性層２２１を形成し
た。溝２８の幅（分割幅に対応）は、０．０５μｍであ
る。続いて、図３（ｂ）に示すように、基板２６に負の
電圧を印加しながら、溝２８が完全に埋まるまで銅から
なる非磁性材料２９をスパッタ成膜することにより（バ
イアススパッタ法）、海状非磁性層２２２を形成した。
この後、スパッタエッチングを用いて非磁性材料２９表
面を平坦化した。
【００２１】図４及び図５は、図３に示す製造方法によ
って得られた磁気抵抗効果膜２０における、磁気抵抗比
及び磁化の磁場依存性（室温）を示すグラフである。以
下、図３乃至図５に基づき説明する。
って得られた磁気抵抗効果膜２０における、磁気抵抗比
及び磁化の磁場依存性（室温）を示すグラフである。以
下、図３乃至図５に基づき説明する。
【００２２】図４及び図５では、磁性層２２を分割して
いない同じ層数の（Ｃｏ／Ｃｕ）系人工格子膜からなる
磁気抵抗効果膜（従来例）の磁気抵抗比及び磁化の磁場
依存性（室温）を点線で示している。図４から明らかな
ように、磁気抵抗効果膜２０は、従来例よりも大きな磁
気抵抗比を有する。また、図５から明らかなように、磁
気抵抗効果膜２０の磁化曲線は、従来例のそれが残留磁
化の大きな強磁性的なものであるのに対し、残留磁化の
小さな反強磁性的な振る舞いをしていることがわかる。
詳しくは、磁気抵抗効果膜２０は磁気抵抗比が５０％、
残留磁化が１００ｅｍｕ／ｃｃであるのに対して、従来
例はそれぞれ２０％、１０００ｅｍｕ／ｃｃである。
いない同じ層数の（Ｃｏ／Ｃｕ）系人工格子膜からなる
磁気抵抗効果膜（従来例）の磁気抵抗比及び磁化の磁場
依存性（室温）を点線で示している。図４から明らかな
ように、磁気抵抗効果膜２０は、従来例よりも大きな磁
気抵抗比を有する。また、図５から明らかなように、磁
気抵抗効果膜２０の磁化曲線は、従来例のそれが残留磁
化の大きな強磁性的なものであるのに対し、残留磁化の
小さな反強磁性的な振る舞いをしていることがわかる。
詳しくは、磁気抵抗効果膜２０は磁気抵抗比が５０％、
残留磁化が１００ｅｍｕ／ｃｃであるのに対して、従来
例はそれぞれ２０％、１０００ｅｍｕ／ｃｃである。
【００２３】図６は、本発明に係る磁気抵抗効果膜の他
の実施例の製造方法を示す概略縦断面図である。以下、
この図面に基づき説明する。
の実施例の製造方法を示す概略縦断面図である。以下、
この図面に基づき説明する。
【００２４】本実施例の磁気抵抗効果膜３０の製造方法
では、（Ｃｏ／Ｃｕ）系人工格子膜において、磁性層３
２を一層ずつ分割することが特徴である。まず、図６
（ａ）に示すように、膜厚２ｎｍのコバルトからなる磁
性層２２を、シリコンからなる基板３６上にスパッタ成
膜した。続いて、図６（ｂ）に示すように、ビーム径
０．０４μｍの集束イオンビームを用いて０．３μｍ間
隔（分割ピッチに対応）で基板３６に垂直方向に溝３８
を形成することにより、磁性膜３２を分割して島状磁性
層３２１を形成した。溝３８の幅（分割幅に対応）は、
０．０５μｍである。続いて、図６（ｃ）に示すよう
に、分割部分での平坦性を高めるために基板３６に負の
電圧を印加しながら、膜厚１ｎｍの銅をスパッタ成膜す
ることにより（バイアススパッタ法）、非磁性層３４及
び海状非磁性層３２２を形成した。続いて、図６（ｄ）
に示すように、膜厚２ｎｍのコバルトからなる磁性層４
２をスパッタ成膜して、磁性層４２表面をスパッタエッ
チングにより平坦化した。続いて、図６（ｅ）に示すよ
うに、図６（ｂ）と同様にして、磁性層４２を０．３μ
ｍ間隔で分割して島状磁性層４２１を形成した。このと
き、磁性層４２の分割部分が下の磁性層３２の分割部分
と重なるように、レーザー光を用いて正確に位置決めを
行った。位置決め精度は０．０３μｍである。以後、こ
れらの工程を繰り返して、コバルト層が銅層によって基
板に垂直方向に格子状に分割された人工格子膜からなる
磁気抵抗効果膜３０を得た。この磁気抵抗効果膜３０の
磁気抵抗比は、層数２０のとき、最大値４０％を示し
た。
では、（Ｃｏ／Ｃｕ）系人工格子膜において、磁性層３
２を一層ずつ分割することが特徴である。まず、図６
（ａ）に示すように、膜厚２ｎｍのコバルトからなる磁
性層２２を、シリコンからなる基板３６上にスパッタ成
膜した。続いて、図６（ｂ）に示すように、ビーム径
０．０４μｍの集束イオンビームを用いて０．３μｍ間
隔（分割ピッチに対応）で基板３６に垂直方向に溝３８
を形成することにより、磁性膜３２を分割して島状磁性
層３２１を形成した。溝３８の幅（分割幅に対応）は、
０．０５μｍである。続いて、図６（ｃ）に示すよう
に、分割部分での平坦性を高めるために基板３６に負の
電圧を印加しながら、膜厚１ｎｍの銅をスパッタ成膜す
ることにより（バイアススパッタ法）、非磁性層３４及
び海状非磁性層３２２を形成した。続いて、図６（ｄ）
に示すように、膜厚２ｎｍのコバルトからなる磁性層４
２をスパッタ成膜して、磁性層４２表面をスパッタエッ
チングにより平坦化した。続いて、図６（ｅ）に示すよ
うに、図６（ｂ）と同様にして、磁性層４２を０．３μ
ｍ間隔で分割して島状磁性層４２１を形成した。このと
き、磁性層４２の分割部分が下の磁性層３２の分割部分
と重なるように、レーザー光を用いて正確に位置決めを
行った。位置決め精度は０．０３μｍである。以後、こ
れらの工程を繰り返して、コバルト層が銅層によって基
板に垂直方向に格子状に分割された人工格子膜からなる
磁気抵抗効果膜３０を得た。この磁気抵抗効果膜３０の
磁気抵抗比は、層数２０のとき、最大値４０％を示し
た。
【００２５】なお、実施例では、磁性層にコバルト、非
磁性層に銅を用いたが、本発明は、磁性層に鉄（Ｆｅ）
やパーマロイ（ＮｉＦｅ）、非磁性層にクロム（Ｃｒ）
や銀（Ａｇ）などの他の物質を用いた場合でも有効であ
る。また、磁性層を分割した微小間隙部分を埋め込む非
磁性材料には、絶縁体又は半導体を用いることもでき
る。この場合は、微小間隙部分を非磁性金属で埋め込ん
だ場合に予想される、多層膜構造全体が金属で構成され
た多層膜構造の低抵抗化に起因する、ＭＲ変化量の減少
（特にＣＰＰの場合）も抑制できる。
磁性層に銅を用いたが、本発明は、磁性層に鉄（Ｆｅ）
やパーマロイ（ＮｉＦｅ）、非磁性層にクロム（Ｃｒ）
や銀（Ａｇ）などの他の物質を用いた場合でも有効であ
る。また、磁性層を分割した微小間隙部分を埋め込む非
磁性材料には、絶縁体又は半導体を用いることもでき
る。この場合は、微小間隙部分を非磁性金属で埋め込ん
だ場合に予想される、多層膜構造全体が金属で構成され
た多層膜構造の低抵抗化に起因する、ＭＲ変化量の減少
（特にＣＰＰの場合）も抑制できる。
【００２６】上記の実施例から明らかなように、本発明
は、成膜する物質の選択に依存しないことが特徴であ
る。また、磁気抵抗効果膜の成膜において、バイアスス
パッタ法の代わりに真空蒸着法を用いてもよい。
は、成膜する物質の選択に依存しないことが特徴であ
る。また、磁気抵抗効果膜の成膜において、バイアスス
パッタ法の代わりに真空蒸着法を用いてもよい。
【００２７】
【発明の効果】本発明に係る磁気抵抗効果膜及びその製
造方法によれば、磁性層と非磁性層を交互に積層させた
人工格子膜において、磁性元素と非磁性元素との組み合
わせの自由度及び製造の再現性の向上を図りつつ、磁場
感度を向上できる。その理由は、海状非磁性層によって
基板に垂直方向に細かく分割された島状磁性層を有する
ことにより、ピンホールによって繋がった磁性層部分の
強磁性相互作用（強磁性配列）が局所化するので、磁性
層全体の反強磁性配列の完全さが得られやすくなるから
である。
造方法によれば、磁性層と非磁性層を交互に積層させた
人工格子膜において、磁性元素と非磁性元素との組み合
わせの自由度及び製造の再現性の向上を図りつつ、磁場
感度を向上できる。その理由は、海状非磁性層によって
基板に垂直方向に細かく分割された島状磁性層を有する
ことにより、ピンホールによって繋がった磁性層部分の
強磁性相互作用（強磁性配列）が局所化するので、磁性
層全体の反強磁性配列の完全さが得られやすくなるから
である。
【図１】本発明に係る磁気抵抗効果膜の一実施形態を示
す概略縦断面図である。
す概略縦断面図である。
【図２】図１におけるII−II線横断面図である。
【図３】本発明に係る磁気抵抗効果膜の一実施例の製造
方法を示す概略縦断面図であり、図３（ａ）、図３
（ｂ）の順に工程が進行する。
方法を示す概略縦断面図であり、図３（ａ）、図３
（ｂ）の順に工程が進行する。
【図４】図３に示す製造方法によって得られた磁気抵抗
効果膜における磁気抵抗曲線を示すグラフである。
効果膜における磁気抵抗曲線を示すグラフである。
【図５】図３に示す製造方法によって得られた磁気抵抗
効果膜における磁化曲線を示すグラフである。
効果膜における磁化曲線を示すグラフである。
【図６】本発明に係る磁気抵抗効果膜の他の実施例の製
造方法を示す概略縦断面図であり、図６（ａ）〜図６
（ｅ）の順に工程が進行する。
造方法を示す概略縦断面図であり、図６（ａ）〜図６
（ｅ）の順に工程が進行する。
１０，２０，３０ 磁気抵抗効果膜 １２，２２，３２，４２ 磁性層 １４，２４，３４，非磁性層 １２１，２２１，３２１，４２１ 島状磁性層 １２２，２２２，３２２ 海状非磁性層
Claims (6)
- 【請求項１】 磁性層と非磁性層とが交互に積層された
人工格子膜からなる磁気抵抗効果膜において、 前記磁性層の少なくとも一つが、多数に分割された島状
磁性層と、これらの島状磁性層を囲繞する海状非磁性層
とからなることを特徴とする磁気抵抗効果膜。 - 【請求項２】 前記島状磁性層の分割ピッチが前記人工
格子膜の結晶粒径よりも小さい、請求項１記載の磁気抵
抗効果膜。 - 【請求項３】 前記海状非磁性層が絶縁体又は半導体か
らなる、請求項１又は２記載の磁気抵抗効果膜。 - 【請求項４】 前記磁性層を形成する第一工程と、この
第一工程で形成された磁性層を多数に分割して前記島状
磁性層を形成する第二工程と、この第二工程で形成され
た多数の島状磁性層間の間隙を非磁性材料で充填するこ
とにより前記海状非磁性層を形成する第三工程とを備え
た、請求項１，２又は３記載の磁気抵抗効果膜の製造方
法。 - 【請求項５】 前記第二工程において、既に形成された
下層の前記島状磁性層の位置に合わせて上層の前記島状
磁性層を形成する、請求項４記載の磁気抵抗効果膜の製
造方法。 - 【請求項６】 磁性層と非磁性層とを交互に積層して人
工格子膜を形成する第一工程と、この第一工程で形成さ
れた人工格子膜を多数に分割して前記島状磁性層を含む
島状人工格子膜を形成する第二工程と、この第二工程で
形成された多数の島状人工格子膜間の間隙を非磁性材料
で充填することにより前記海状非磁性層を形成する第三
工程とを備えた、請求項１，２又は３記載の磁気抵抗効
果膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9038237A JPH10241934A (ja) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | 磁気抵抗効果膜及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9038237A JPH10241934A (ja) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | 磁気抵抗効果膜及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10241934A true JPH10241934A (ja) | 1998-09-11 |
Family
ID=12519703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9038237A Pending JPH10241934A (ja) | 1997-02-21 | 1997-02-21 | 磁気抵抗効果膜及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10241934A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100438059B1 (ko) * | 2000-07-21 | 2004-07-02 | 가부시키가이샤 데루타 쓰-링 | 면형 자기센서 및 다차원 자장해석용 면형 자기센서 |
| JP2013065666A (ja) * | 2011-09-16 | 2013-04-11 | Toyota Central R&D Labs Inc | ナノヘテロ構造磁気抵抗素子、その製造方法、および磁気センサ |
-
1997
- 1997-02-21 JP JP9038237A patent/JPH10241934A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100438059B1 (ko) * | 2000-07-21 | 2004-07-02 | 가부시키가이샤 데루타 쓰-링 | 면형 자기센서 및 다차원 자장해석용 면형 자기센서 |
| JP2013065666A (ja) * | 2011-09-16 | 2013-04-11 | Toyota Central R&D Labs Inc | ナノヘテロ構造磁気抵抗素子、その製造方法、および磁気センサ |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4630544B2 (ja) | ブリッジ構造を構成する複数の磁気素子のうち選択された磁気素子の磁性層の磁化方向を他の磁気素子の磁性層の磁化方向と反対方向に配向する方法 | |
| US7497007B2 (en) | Process of manufacturing a TMR device | |
| US7561384B2 (en) | Magneto-resistive sensor having small track width and sensor height using stopper layer | |
| US6914761B2 (en) | Magnetoresistive sensor with magnetic flux paths surrounding non-magnetic regions of ferromagnetic material layer | |
| EP1308741B1 (en) | Magnestoresistive sensor and manufacturing method therefor | |
| JP2000228003A (ja) | 磁気抵抗効果センサ及び該センサの製造方法 | |
| JP2001126219A (ja) | スピンバルブ型磁気抵抗センサ及び薄膜磁気ヘッド | |
| GB2400719A (en) | Self-pinned CPP giant magnetoresistive head | |
| JP2008103662A (ja) | トンネル型磁気検出素子及びその製造方法 | |
| US20070188943A1 (en) | Magnetoresistance Effect Element, Method of Manufacturing Same and Magnetic Head Utilizing Same | |
| JPH11135857A (ja) | 磁気抵抗効果素子及びその製造方法 | |
| US7535683B2 (en) | Magnetoresistive head with improved in-stack longitudinal biasing layers | |
| JP4275349B2 (ja) | 磁気検出素子及びその製造方法 | |
| US6359760B2 (en) | Thin film conductor layer, magnetoresistive element using the same and method of producing thin film conductor layer | |
| JP2005191101A (ja) | 磁気抵抗効果素子及び磁気ヘッド | |
| JPH08221719A (ja) | スピンバルブ磁気抵抗ヘッド及びその製造方法 | |
| US7212383B2 (en) | Magnetic sensing element including a pair of antiferromagnetic layers separated by spacer section in track width direction and method for fabricating same | |
| JP3055662B2 (ja) | 強磁性トンネル接合 | |
| JPH10241934A (ja) | 磁気抵抗効果膜及びその製造方法 | |
| JP2000011333A (ja) | トンネリング磁気抵抗効果素子およびその製造方法 | |
| JP3382866B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子の製造方法 | |
| JP2000163717A (ja) | 磁気抵抗効果素子 | |
| JP4079271B2 (ja) | 磁気抵抗センサの製造方法 | |
| EP1424688A2 (en) | Spin valve head and magnetic recording device using the same | |
| JP2007221086A (ja) | トンネル型磁気検出素子及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000905 |