JPH10340813A - 磁気抵抗効果膜および磁気抵抗効果型ヘッド - Google Patents

磁気抵抗効果膜および磁気抵抗効果型ヘッド

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JPH10340813A JP9163262A JP16326297A JPH10340813A JP H10340813 A JPH10340813 A JP H10340813A JP 9163262 A JP9163262 A JP 9163262A JP 16326297 A JP16326297 A JP 16326297A JP H10340813 A JPH10340813 A JP H10340813A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱安定性に優れ、ブロッキング温度が十分に
高く、ピン止め効果に極めて優れる良質の反強磁性層を
備える磁気抵抗効果膜を提供する。さらに、熱安定性に
優れ、磁場感度が高く、ＭＲ変化率が大きい磁気抵抗効
果型ヘッドを提供する。 【解決手段】 非磁性金属層と、非磁性金属層の一方の
面に形成された強磁性層と、非磁性金属層の他方の面に
形成された軟磁性層と、前記強磁性層の磁化の向きをピ
ン止めするために強磁性層の上（非磁性金属層と接する
面と反対側の面）に形成された反強磁性層とを有する磁
性多層膜を備えてなるスピンバルブ型の磁気抵抗効果膜
であって、前記反強磁性層中には不純物としての酸素を
含有し、その酸素濃度が１〜２０００原子ｐｐｍとなる
よう構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気記録媒体等の
磁界強度を信号として読み取るための磁気抵抗効果膜の
うち、特に小さな磁場変化を大きな電気抵抗変化信号と
して読み取ることのできる磁気抵抗効果膜および、それ
を用いた磁気抵抗効果型ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、磁気センサの高感度化や磁気記録
における高密度化が進められており、これに伴い磁気抵
抗変化を用いた磁気抵抗効果型磁気センサ（以下、ＭＲ
センサという）や、磁気抵抗効果型磁気ヘッド（以下、
ＭＲヘッドという）の開発が盛んに進められている。Ｍ
ＲセンサおよびＭＲヘッドはいずれも、磁性材料を用い
た読み取りセンサ部の抵抗変化により、外部磁界信号を
読み出すものである。このようなＭＲセンサおよびＭＲ
ヘッドは、信号読み取りに際して、記録媒体との相対速
度が再生出力に依存しないことから、ＭＲセンサでは高
感度が、ＭＲヘッドでは高密度磁気記録の信号読み出し
時においても、高い出力が得られるという特徴がある。
【０００３】しかしながら、従来用いられているＮｉ80
Ｆｅ20（パーマロイ）やＮｉＣｏ等の磁性体を利用した
ＭＲセンサでは、抵抗変化率であるΔＲ／Ｒの値がせい
ぜい１〜３％くらいと小さく、数ＧＢＰＳＩ（Giga Bit
s Per Square Inches)以上の超高密度記録の読み出し用
ＭＲヘッド材料としては感度が不足する。
【０００４】ところで、金属の原子径オーダーの厚さの
薄膜が手記的に積層された構造をもつ人工格子は、バル
ク状の金属とは異なった特性を示すために、近年注目さ
れてきている。このような人工格子の１種として、基板
上に強磁性金属薄膜と非磁性金属薄膜とを交互に積層し
た磁性多層膜があり、これまで、鉄−クロム型、コバル
ト−銅型等の磁性多層膜が知られている。しかし、この
人工格子膜では最大抵抗変化の起きる外部磁場（作動磁
界強度）が数十ｋＯｅと大きく、このままでは実用性が
ない。
【０００５】そこで、このような事情から、スピンバル
ブという新しい構造が提案されている。これは、非磁性
金属層を介してＮｉＦｅ層が２層形成されており、一方
のＮｉＦｅ層に隣接してＦｅＭｎ層が配置されている構
成をもつ。
【０００６】ここでは、ＦｅＭｎ層と隣接しているＮｉ
Ｆｅ層とが直接交換結合力で結合しているために、この
ＮｉＦｅ層の磁気スピンは数１０〜数１００Ｏｅの磁場
強度まで、その向きを固着される。一方のＮｉＦｅ層の
スピンは外部磁場によって自由にその向きを変え得る。
その結果、ＮｉＦｅ層の保磁力程度という、小さな磁場
範囲で２〜５％の磁気抵抗変化率（ＭＲ変化率）が実現
される。
【０００７】スピンバルブにおいては、２つの磁性層に
おけるスピンの相対角度の差異を実現させることによ
り、従来の異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果とは異なるお
おきなＭＲ変化を実現している。これは一方の磁性層と
反強磁性との直接交換結合力による磁性層スピンのピン
ニングにより実現されている。この交換結合がスピンバ
ルブの本質であるといえる。
【０００８】しかしながら、スピンバルブの実用化につ
いは、以下に述べるようなさまざまな問題がある。磁性
層をピンニングしている交換結合の強さを、そのシフト
する一方向異方性磁場Ｈuaの大きさで表す。また、その
温度安定性としてＨuaが消失する温度をブロッキング温
度Ｔb とする。一般に用いられているＦｅＭｎ層やその
他の反強磁性層での交換結合では以下の問題がある。
【０００９】１）ブロッキング温度Ｔb が１５０〜１７
０℃と低い。バルクの状態と比較して、ブロッキング温
度Ｔb が低く、本来のピンニング効果を十分に発揮する
良好な薄膜が得られていない。
【００１０】２）ブロッキング温度Ｔb の分散が生じて
いることが問題である。すなわち、薄膜であるが故に、
ＦｅＭｎ層内の膜面は、さまざまな結晶粒から構成され
ており、個々の結晶粒は独自のブロッキング温度Ｔb を
持っている。つまり、すべての結晶粒がすべて同一のブ
ロッキング温度Ｔb を持っていれば問題はないのである
が、実際は、低めのブロッキング温度Ｔb を有する結晶
粒や、高めのブロッキング温度Ｔb を有する結晶粒など
さまざまである。その結果、応用上の動作温度領域であ
る８０〜１２０℃において、強磁性層のスピンを反転さ
せてしまう弱い交換結合をもった結晶粒が一部存在する
ことがある（低めのブロッキング温度Ｔb を有する結晶
粒の存在が原因）。すると、ピン止めされている強磁性
層のスピン方向が全体として傾いてしまい、出力電圧が
低下してしまうことがある。従って、できるだけすべて
の結晶粒がすべて均一で、高いブロッキング温度Ｔb を
持つような良質の反強磁性薄膜の提供が望まれる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような実
状のものに創案されたものであって、その目的は、熱安
定性に優れ、Ｈuaの劣化がなく、ブロッキング温度が十
分に高く、ブロッキング温度の分散度が小さい良質の反
強磁性薄膜（反強磁性層）の提供と、熱安定性に優れ、
磁場感度が高く、ＭＲ変化率が大きい磁性多層膜を備え
てなる磁気抵抗効果型ヘッドを提供することにある。な
お、本発明に類似の技術として特開平８−６３７１５号
には、反強磁性層中の酸素濃度を１０原子％以下にする
旨が開示され、実施例のグラフによれば酸素濃度６原子
％程度のものまでが示されているように読み取れる。し
かしながら、このように高い酸素濃度範囲では本発明の
作用効果は発現せず、本発明と特開平８−６３７１５号
開示の技術とは差別化できるものである。特に、特開平
８−６３７１５号の技術は、反強磁性層が酸化されるこ
とによってＨuaが極端に減少すると言っている。本発明
はｐｐｍ，ｐｐｂレベルでの不純物が層の微視的な構造
変化、および結晶性の変化を引き起こすことを見いだし
たものであり、ａｔ％レベルの議論ではなく、ｐｐｍ，
ｐｐｂレベルでの不純物に注目している。また、特開平
８−６３７１５号のものはスピンバルブ膜ではなく、本
発明の基本構成とは異なる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、非磁性金属層と、非磁性金属層の一方の
面に形成された強磁性層と、非磁性金属層の他方の面に
形成された軟磁性層と、前記強磁性層の磁化の向きをピ
ン止めするために強磁性層の上（非磁性金属層と接する
面と反対側の面）に形成された反強磁性層とを有する磁
性多層膜を備えてなるスピンバルブ型の磁気抵抗効果膜
であって、前記反強磁性層中には不純物としての酸素を
含有し、その酸素濃度が１〜２０００原子ｐｐｍである
ように構成される。
【００１３】また、本発明は、非磁性金属層と、非磁性
金属層の一方の面に形成された強磁性層と、非磁性金属
層の他方の面に形成された軟磁性層と、前記強磁性層の
磁化の向きをピン止めするために強磁性層の上（非磁性
金属層と接する面と反対側の面）に形成された反強磁性
層とを有する磁性多層膜を備えてなるスピンバルブ型の
磁気抵抗効果膜であって、前記反強磁性層中には不純物
としての酸素を含有し、その酸素濃度が１〜２０００原
子ｐｐｍであり、前記軟磁性層中には不純物としての酸
素を含有し、その酸素濃度が１〜８００原子ｐｐｍであ
るように構成される。
【００１４】また、本発明は、磁気抵抗効果膜と、導体
膜と、電極部とを含む磁気抵抗効果型ヘッドであって、
前記導体膜は、前記電極部を介して前記磁気抵抗効果膜
と導通しており、前記磁気抵抗効果膜は、非磁性金属層
と、非磁性金属層の一方の面に形成された強磁性層と、
非磁性金属層の他方の面に形成された軟磁性層と、前記
強磁性層の磁化の向きをピン止めするために強磁性層の
上（非磁性金属層と接する面と反対側の面）に形成され
た反強磁性層とを有する磁性多層膜を備えてなるスピン
バルブ型の磁気抵抗効果膜であり、前記反強磁性層中に
は不純物としての酸素を含有し、その酸素濃度が１〜２
０００原子ｐｐｍであるように構成される。
【００１５】また、本発明は、磁気抵抗効果膜と、導体
膜と、電極部とを含む磁気抵抗効果型ヘッドであって、
前記導体膜は、前記電極部を介して前記磁気抵抗効果膜
と導通しており、前記磁気抵抗効果膜は、非磁性金属層
と、非磁性金属層の一方の面に形成された強磁性層と、
非磁性金属層の他方の面に形成された軟磁性層と、前記
強磁性層の磁化の向きをピン止めするために強磁性層の
上（非磁性金属層と接する面と反対側の面）に形成され
た反強磁性層とを有する磁性多層膜を備えてなるスピン
バルブ型の磁気抵抗効果膜であり、前記反強磁性層中に
は不純物としての酸素を含有し、その酸素濃度が１〜２
０００原子ｐｐｍであり、前記軟磁性層中には不純物と
しての酸素を含有し、その酸素濃度が１〜８００原子ｐ
ｐｍであるように構成される。
【００１６】また、前記反強磁性層中には、さらに、不
純物としての炭素、硫黄、塩素の少なくとも１種以上を
含み、反強磁性層中に含有される炭素、硫黄、塩素の少
なくとも１種以上の不純物濃度の総和が、１〜１０００
原子ｐｐｍであるように構成される。
【００１７】また、前記反強磁性層中には、さらに、不
純物としての炭素、硫黄、塩素の少なくとも１種以上を
含み、反強磁性層中に含有される炭素、硫黄、塩素の少
なくとも１種以上の不純物濃度の総和が、１〜１０００
原子ｐｐｍであり、前記軟磁性層中には、さらに、不純
物としての炭素、硫黄、塩素の少なくとも１種以上を含
み、軟磁性層中に含有される炭素、硫黄、塩素の少なく
とも１種以上の不純物濃度の総和が、１〜５００原子ｐ
ｐｍであるように構成される。
【００１８】
【発明の実施の態様】以下、本発明の具体的実施の態様
について詳細に説明する。本明細書中、濃度を示す単位
であるｐｐｍおよびｐｐｂはすべて、原子ｐｐｍおよび
原子ｐｐｂを示す。
【００１９】図１は、本発明の磁気抵抗効果膜３の好適
な一例を示す断面図である。この実施の態様において、
磁気抵抗効果膜３は、巨大磁気抵抗効果を示すスピンバ
ルブ膜としての磁性多層膜１を備えている。
【００２０】図１に示されるように、磁性多層膜１は、
非磁性金属層３０と、この非磁性金属層３０の一方の面
に形成された強磁性層４０と、非磁性金属層３０の他方
の面に形成された軟磁性層２０と、強磁性層４０の磁化
の向きをピン止めするために強磁性層４０の上（ここで
言う『上』とは、非磁性金属層３０と接する面と反対側
の面を意味する）に形成された反強磁性層５０を有する
積層体構造をなしている。
【００２１】これらの積層体は、図１に示されるよう
に、通常、基板５の上に形成され、これらが基板５側か
ら、下地層７を介して、軟磁性層２０、非磁性金属層３
０、強磁性層４０、反強磁性層５０の順に積層されてい
る。この反強磁性層５０の上には、図示のごとく、通
常、酸化防止のための保護層８０が形成される。
【００２２】この実施の態様における磁性多層膜１（ス
ピンバルブ膜）では、外部から加わる信号磁界の向きに
応じて非磁性金属層３０を介して、その両側に隣接して
形成された軟磁性層２０と強磁性層４０との互いの磁化
の向きが実質的に異なることが必要である。その理由
は、本発明の原理が、非磁性金属層３０を介して形成さ
れた軟磁性層２０と強磁性層４０の磁化の向きがズレて
いるとき、伝導電子がスピンに依存した散乱を受け、抵
抗が増え、磁化の向きが互いに逆向きに向いたとき、最
大の抵抗を示すことにあるからである。すなわち、本発
明では、図２に示されるように外部からの信号磁場がプ
ラス（記録媒体９０の記録面９３から向かって上向き
（符号９２で表される）であるとき、隣合った磁性層の
磁化の方向が互いに逆向きの成分が生じ、抵抗が増大す
るのである。
【００２３】ここで、本発明の磁気抵抗効果膜に用いら
れる（スピンバルブ）磁性多層膜における、磁気記録媒
体からの外部信号磁場と、軟磁性層２０と強磁性層４０
の互いの磁化の方向、及び電気抵抗の変化の関係を説明
する。
【００２４】今、本発明の理解を容易にするために、図
１に示されるごとく、１つの非磁性金属層３０を介して
１組の軟磁性層２０と強磁性層４０とが存在する最もシ
ンプルな磁性多層膜の場合について、図２を参照しつつ
説明する。
【００２５】図２に示されるように、強磁性層４０は後
に述べる方法によって媒体面に向かって下向き方向にそ
の磁化をピン止めされている（符号４１）。もう一方の
軟磁性層２０は、非磁性金属層３０を介して形成されて
いるので、その磁化方向は外部からの信号磁界によって
向きを変える（符号２１）。このとき、軟磁性層２０と
強磁性層４０の磁化の相対角度は、磁気記録媒体９０か
らの信号磁界の向きによって大きく変化する。その結
果、磁性層内に流れる伝導電子が散乱される度合いが変
化し、電気抵抗が大きく変化する。
【００２６】これによってパーマロイの異方性磁気抵抗
効果とはメカニズムが本質的に異なる大きなＭＲ（Magn
eto-Resistance) 効果が得られる。これは特にＧＭＲ
（Giant-Magneto-Resistance) 効果と呼ばれる。
【００２７】軟磁性層２０，強磁性層４０と、ピン止め
効果を示す反強磁性層５０の磁化の向きが外部磁場に対
して相対的に変化する。それらの磁化の向きの変化が磁
化曲線とＭＲ曲線とに対応させて図３に示される。ここ
では、反強磁性層５０により、強磁性層４０の磁化は全
てマイナス方向（記録媒体９０の記録面から向かって下
向き）に固定されている。外部信号磁場がマイナスの時
は軟磁性層２０の磁化もマイナス方向を向く。いま、説
明を簡単にするために軟磁性層２０，強磁性層４０の保
磁力を０に近い値とする。信号磁場ＨがＨ＜０の領域
（Ｉ）では、まだ軟磁性層２０および強磁性層４０両磁
性層の磁化方向は一方向を向いている。
【００２８】外部磁場を上げてＨが軟磁性層２０の保磁
力を超えると軟磁性層の磁化方向は信号磁場の方向に回
転し、軟磁性層２０および強磁性層４０のそれぞれの磁
化の向きが反平行となるのにつれて磁化と電気抵抗が増
加をする。そして一定値となる（領域（II）の状態）。
このとき反強磁性層５０により、あるピン止め磁場Ｈua
が働いている。信号磁場がこのＨuaを越えると強磁性層
４０の磁化も信号磁場の方向に回転し、領域（III)で軟
磁性層２０および強磁性層４０のそれぞれの磁化方向
は、一方向に揃って向く。このとき、磁化はある一定値
に、ＭＲ曲線は０となる。
【００２９】逆に信号磁場Ｈが減少するときは、今まで
と同様に、軟磁性層２０および強磁性層４０の磁化反転
に伴い、領域（III)から（II）、（I)と順次変化する。
ここで領域（II）のはじめの部分で、伝導電子がスピン
に依存した散乱を受け、抵抗は大きくなる。領域（II）
のうち、強磁性層４０はピン止めされているためほとん
ど磁化反転はしないが、軟磁性層２０は直線的にその磁
化を増加させるため、軟磁性層２０の磁化変化に対応
し、スピンに依存した散乱を受ける伝導電子の割合が徐
々に大きくなる。すなわち、軟磁性層２０に例えばＨｃ
の小さなＮｉ0.8Ｆｅ0.2 を選び、適当な一方向異方性
磁場Ｈｋを付与することにより、Ｈｋ付近以下の数Oe〜
数１０Oeの範囲の小外部磁場で抵抗変化が直線的、かつ
大きな抵抗変化率を示す磁性多層膜が得られる。
【００３０】以下、上述してきた磁気抵抗効果膜３の各
構成について詳細に説明する。この磁気抵抗効果膜にお
ける第一の特徴点は、反強磁性層５０中の酸素濃度等の
規定にある。
【００３１】本発明において、反強磁性層５０中に含有
される酸素濃度は、１〜２０００原子ｐｐｍ、好ましく
は１〜１０００原子ｐｐｍ、さらに好ましくは１〜６０
０原子ｐｐｍに規制される。この値が２０００原子ｐｐ
ｍを超えると、反強磁性層５０と強磁性層４０との交換
結合のエネルギーＪの大きな値が得られなくなるという
不都合が生じる。さらには、ブロッキング温度Ｔb の分
散が大きくなり、ピンニング効果に優れる良好な薄膜が
得られない。図４には反強磁性層５０中に含有される不
純物としての酸素濃度が交換結合のエネルギーＪに及ぼ
す影響を調べたグラフの一例が示される。このグラフは
本出願に係る発明者らが実験により得たものであり、こ
のグラフからも明らかなように交換結合エネルギーＪ＝
０．１ｅｒｇ／ｃｍ2 以上を得ようとすると反強磁性層
５０中に含有される酸素濃度は、２０００原子ｐｐｍ以
下にする必要がある。酸素濃度の下限値は、限りなくゼ
ロい近いことが望ましいが、現実的にゼロとすることは
不可能に近く、一応の限界の目安として１原子ｐｐｍと
規定している。
【００３２】反強磁性層５０がピンニング効果に優れる
良好な薄膜であるためには、磁性多層膜のブロッキング
温度分布曲線の半値幅が８０℃以下かつ、前記磁性多層
膜の１２０℃におけるブロッキング温度分散度が０．１
０以下の特性を得ることが必要である。このような特性
は、上述したように反強磁性層５０中に含有される酸素
濃度を１〜２０００原子ｐｐｍにして初めて得られるも
のである。
【００３３】ブロッキング温度分散度とは、反強磁性層
５０を構成する結晶粒子群のうち、ブロッキング温度Ｔ
b に到達するまでの各所定温度において、どの程度の割
合の結晶粒が、磁化反転してしまうかを示す分散曲線で
ある。ブロッキング温度分散度を示す具体的一例のグラ
フが図５に示される。図５において、横軸が温度、縦軸
がブロッキング温度分散度を示し、本発明の磁気抵抗効
果膜では、１２０℃におけるブロッキング温度分散度が
０．１０以下、好ましくは０．０８以下の特性を備える
ことが必要である。ブロッキング温度分散度を示すグラ
フの求め方は、例えば、IBM J. Research and Developm
ent, Vol.34, Page884,1990 年の文献に詳細に記載され
ており、具体的測定方法はその文献等に従って行えばよ
い。図５において、例えば、ブロッキング温度分散度が
特定の温度において０．１ということは、反強磁性層５
０を構成する結晶粒子群のうち１０％のものが特定の温
度において強磁性層との交換結合が十分でないため、強
磁性層の磁化が磁化反転していることを示し、ブロッキ
ング温度分散度が１．０ということは、反強磁性層５０
を構成する結晶粒群のうち１００％のものが特定の温度
において強磁性層との交換結合が十分でないため、強磁
性層の磁化が磁化反転していることを示している。１２
０℃におけるこの分散度が０．１を超えると、ピンニン
グの方向がハードディスクの中の常用温度で徐々にその
本来の方向から曲がってしまい出力が劣化してしまう。
【００３４】図５に示されるブロッキング温度分散度の
グラフを微分し、その微分値（縦軸）を温度（横軸）に
対してプロットすることによりブロッキング温度分布曲
線が得られる。このブロッキング温度分布曲線を示す具
体的一例のグラフが図６に示される。本発明の磁気抵抗
効果膜では、ブロッキング温度分布曲線の半値幅、すな
わち、ピーク高さＨの１／２の高さにおけるグラフの温
度幅Ｗが８０℃以下、好ましくは、６０℃以下、さらに
好ましくは５０℃以下の特性を備えることが必要であ
る。グラフの温度幅Ｗが小さくなればなる程、特性の均
一な粒子が揃っていることを示している。この半値幅の
値が８０℃を超えると、ピンニングの方向がハードディ
スクの中の常用温度で徐々にその本来の方向から曲がっ
てしまい出力が劣化してしまう。
【００３５】なお、すでに述べた本発明における特性評
価項目の一つである、上記反強磁性層と強磁性層との交
換結合のエネルギーＪは、Ｊ＝Ｍs ・Ｈua・ｄで定義さ
れる。Ｍs は強磁性層の飽和磁化、Ｈuaは交換結合によ
るシフト磁場、ｄは強磁性層の層厚を表す。ピンニング
される強磁性層に同じ材料と同じ層厚を用いた場合、Ｊ
の値が大きいほどシフトする磁場Ｈuaが大きくなり、Ｍ
Ｒヘッドとしての動作が安定であるということになる。
１０Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ2 を越えるような記録密度のＭ
Ｒヘッドとして用いるためには、このＪの値は、０．１
ｅｒｇ／ｃｍ2以上が必要であり、特に好ましくは、
０．２ｅｒｇ／ｃｍ2 以上、さらには０．２５ｅｒｇ／
ｃｍ2 以上である。この値が０．１ｅｒｇ／ｃｍ2 未満
となるとシフト磁場が小さくなってしまい、強磁性層４
０に対するスピンの安定したピンニング効果が失われス
ピンバルブとしての安定した動作を示さないことがあ
る。
【００３６】本発明において、前記反強磁性層５０中に
は、さらに、不純物としての炭素、硫黄、塩素の少なく
とも１種以上を含み、反強磁性層５０中に含有される炭
素、硫黄、塩素の少なくとも１種以上の不純物濃度の総
和が、１〜１０００原子ｐｐｍ、好ましくは、１〜９０
０原子ｐｐｍ、より好ましくは１〜８００原子ｐｐｍに
設定するのがよい。これらの不純物濃度の総和が、１０
００原子ｐｐｍを超えると、反強磁性層と強磁性層との
交換結合のエネルギーＪの大きな値が得られなくなると
いう不都合が生じる。さらには、ブロッキング温度Ｔb
の分散が大きくなり、ピンニング効果に優れる良好な薄
膜が得られない。図７には反強磁性層５０中に含有され
る不純物としての炭素濃度、硫黄濃度が交換結合のエネ
ルギーＪに及ぼす影響を調べたグラフの一例が示され
る。図８には反強磁性層５０中に含有される不純物とし
ての塩素濃度が交換結合のエネルギーＪに及ぼす影響を
調べたグラフの一例が示される。
【００３７】なお上記不純物濃度の下限値は、限りなく
ゼロい近いことが望ましいが、現実的にゼロとすること
は不可能に近く、一応の限界の目安として１原子ｐｐｍ
と規定している。
【００３８】このような反強磁性層５０は、好適な組成
としてマンガン（Ｍｎ）を必須とし、ＭX Ｍｎ1-X で
表示される２成分系や、マンガン（Ｍｎ）を必須と
し、Ｍ1 pＭ2 qＭｎr で表示される３成分系とするのがよ
い。ＭX Ｍｎ1-X ２成分系において、ＭはＲｕ、Ｒ
ｈ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｎｉおよび
Ｃｒから選ばれた１種であり、これらのなかでも特に、
Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｐｄ、ＮｉおよびＣｒが好ま
しい。ｘ（単位は原子％）の範囲は１５≦ｘ≦５８、好
ましくは、１６≦ｘ≦５５、より好ましくは、１８≦ｘ
≦５３とするのがよい。ｘの範囲が１５原子％未満とな
ると、交換結合が極端に小さくなり、その結果、強磁性
層の十分なピン止め効果が得られず、スピンバルブとし
ての動作が生じないという不都合が生じる。また、ｘの
範囲が５８原子％を超えた場合も１５原子％未満の場合
と同様な不都合が生じる。Ｍ1 pＭ2 qＭｎr ３成分系に
おいて、Ｍ1 およびＭ2 はそれぞれ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒ
ｅ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｒか
ら選ばれた１種であり、これらのなかでも特に、Ｒｕ、
Ｒｈ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｐｄ、ＮｉおよびＣｒが好ましい。
ｐ（単位は原子％）の範囲は１≦ｐ≦５４、好ましく
は、１≦ｐ≦４５；ｑ（単位は原子％）の範囲は１≦ｑ
≦５４、好ましくは、１≦ｑ≦４５；ｒ（単位は原子
％）の範囲は４５≦ｒ≦８５、好ましくは４８≦ｒ≦８
３；ｐ＋ｑの範囲は、１５≦ｐ＋ｑ≦５５、より好まし
くは、１７≦ｐ＋ｑ≦５２とするのがよい。これらの範
囲を外れると交換結合が極端に小さくなり、その結果、
強磁性層の十分なピン止め効果が得られず、スピンバル
ブとしての動作が生じないという不都合が生じる。
【００３９】上述してきた反強磁性層５０のブロッキン
グ温度Ｔｂは、２００℃以上、特に、２００〜４００℃
であり、極めて高い熱安定性を示す。
【００４０】また、本発明で用いられる反強磁性層５０
と前記強磁性層４０との交換結合エネルギーＪｋは、
０．１０ｅｒｇ／ｃｍ2 以上、特に、０．１０〜０．４
０ｅｒｇ／ｃｍ2 という極めて高い値を示す。この交換
結合エネルギーＪｋは、上述したように強磁性層４０の
磁化を固定する（ピン止めする）強さを示しており、交
換結合エネルギーＪｋは、（強磁性層飽和磁化）×（Ｈ
ua）×（膜厚）で求められる。
【００４１】反強磁性層５０の厚さは、５〜１００ｎ
ｍ、好ましくは５〜８０ｎｍ、より好ましくは５〜５０
ｎｍ、更に好ましくは５〜３０ｎｍの範囲とするのがよ
い。反強磁性層５０の厚さが、５ｎｍより薄くなると交
換結合磁界Ｈuaやブロッキング温度Ｔｂが急激に小さく
なってしまう。逆に厚い分は余り問題がないが、あまり
厚すぎるとＭＲヘッドとしてのギャップ長（シールド−
シールド間の長さ）が大きくなってしまい、超高密度磁
気記録に適さなくなってしまう。従って、１００ｎｍよ
り小さいほうがよい。
【００４２】強磁性層４０は、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍ
ｎ，Ｃｒ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｎｄ，Ｔｂ，Ｔｍ，Ｃｅ，Ｇｄ
等やこれらの元素を含む合金や化合物から構成される
が、特に、（Ｃｏz Ｎｉ1-z ）w Ｆｅ1-w （ただし、重
量で０．４≦ｚ≦１．０、０．５≦ｗ≦１．０である）
で表される組成で構成することが好ましい。これらの組
成範囲を外れると、大きな電気抵抗の変化が得られなく
なるという不都合が生じる。
【００４３】このような強磁性層４０の厚さは、１．６
〜１０ｎｍ、より好ましくは、２〜６ｎｍとされる。こ
の値が、１．６ｎｍ未満となると、磁性層としての特性
が失われる。この一方で、この値が１０ｎｍを超える
と、前記反強磁性層５０からのピン止め力が小さくな
り、この強磁性層のスピンのピン止め効果が十分に得ら
れなくなる。
【００４４】このような強磁性層４０は上述のごとく反
強磁性層５０と直接接しているため、両者に直接層間相
互作用が働き、強磁性層４０の磁化回転が阻止される。
一方、後に詳述する軟磁性層２０は、外部からの信号磁
場により、自由にその磁化を回転させることができる。
その結果、軟磁性層２０と強磁性層４０との両者の磁化
に相対的な角度が生み出され、この磁化の向きの違いに
起因した大きなＭＲ効果が得られる。
【００４５】本発明において、軟磁性層２０中に不純物
として含有される酸素濃度は、１〜８００原子ｐｐｍ、
好ましくは１〜５００原子ｐｐｍ、さらに好ましくは１
〜３００原子ｐｐｍに規制される。この値が８００原子
ｐｐｍを超えると、外部磁化に対し、理想的とも思える
程度のハイレベルな応答性の良い膜が得られない。この
ように軟磁性層２０中に含有される酸素濃度を規制する
ことによって、軟磁性層２０の構造因子Ｓが３０×１０
-3ｅｒｇ／ｃｍ2 以下、特に、１×１０-3〜２０×１０
-3ｅｒｇ／ｃｍ2 ；かつスキュー角度分散の絶対値が２
ｄｅｇ以下、特に、０．１〜１．０ｄｅｇの物性を備え
る軟磁性層が得られる。これにより出力レベルの向上が
図られる。軟磁性層２０の構造因子Ｓは、軟磁性層２０
の微視的な均質性を表すパラメータであり、小さい値を
とる程よい。スキュー角度分散は、軟磁性層２０の微視
的な磁化の揺らぎを表し、小さい値をとる程よい。構造
因子Ｓおよびスキュー角度分散は、それぞれ動的微分磁
化率測定装置を用いて測定される。
【００４６】前記軟磁性層２０中には、さらに、不純物
としての炭素、硫黄、塩素の少なくとも１種以上を含
み、反強磁性層中に含有される炭素、硫黄、塩素の少な
くとも１種以上の不純物濃度の総和が、１〜５００原子
ｐｐｍ、好ましくは、１〜４００原子ｐｐｍ、より好ま
しくは１〜３００原子ｐｐｍに設定される。これらの不
純物濃度の総和が、５００原子ｐｐｍを超えると、外部
磁場に対して応答性の良い膜が得られず、出力レベルの
向上に寄与しない。
【００４７】なお上記不純物濃度の下限値は、限りなく
ゼロい近いことが望ましいが、現実的にゼロとすること
は不可能に近く、一応の限界の目安として１原子ｐｐｍ
と規定している。
【００４８】軟磁性層２０は、軟磁性特性を示すＦｅ，
Ｎｉ，Ｃｏ等やこれらの元素を含む合金や化合物から構
成されるが、保磁力Hcの小さな磁性層を用いた方がＭＲ
曲線の立ち上がりが急峻となり、好ましい結果が得られ
る。軟磁性層２０を下記に示すような２層構造にするこ
とは、特に好ましい態様である。すなわち、非磁性金属
層３０側からＣｏ（コバルト）単体あるいはＣｏを８０
重量％以上含む合金より構成された第１の軟磁性層と、
（Ｎｉx Ｆｅ1-x ）y Ｃｏ1-y （ただし、重量で０．７
≦ｘ≦０．９、０．５≦ｙ≦０．８）で表わされる組成
である第２の軟磁性層との２層積層体として構成する。
このような構成とすることにより、Ｃｏリッチな第１の
軟磁性層が拡散ブロッキング層として働き、第２の軟磁
性層側から非磁性金属層３０側へとＮｉの拡散を防止す
ることができる。また、Ｃｏリッチな第１の軟磁性層は
電子の散乱能力を増大させるため、ＭＲ変化率が向上す
るという効果も発現する。なお、第２の軟磁性層は、ソ
フト磁性を維持させるために上記組成範囲内で形成され
る。
【００４９】このような軟磁性層２０の厚さは、２〜１
５ｎｍ、好ましくは、３〜１５ｎｍ、さらに好ましく
は、５〜１５ｎｍとされる。この値が、２ｎｍ未満とな
ると、良好な軟磁性層としての特性が得られない。この
一方で、この値が１５ｎｍを超えると、多層膜全体の厚
さが厚くなり、磁性多層膜全体の抵抗が大きくなり、Ｍ
Ｒ効果が減少してしまう。なお、軟磁性層２０を上記の
ように２層積層体とした場合には、Ｃｏリッチの第１の
軟磁性層の厚さを、０．４ｎｍ以上確保すればよい。
【００５０】このような軟磁性層２０と前記強磁性層４
０との間に介在される非磁性金属層３０は、効率的に電
子を導くために、伝導性のある金属が望ましい。より具
体的には、Ａｕ、Ａｇ、およびＣｕの中から選ばれた少
なくとも１種、またはこれらの少なくとも１種以上を６
０ｗｔ％以上含む合金等が挙げられる。
【００５１】このような非磁性金属層３０の厚さは、
１．５〜４ｎｍであることが好ましい。この値が１．５
ｎｍ以下になると、このものを介して配置されている軟
磁性層２０と強磁性層４０とが交換結合してしまい、軟
磁性層２０と強磁性層４０とのスピンがそれぞれ独立に
機能しなくなってしまうという不都合が生じる。この値
が４ｎｍを超えると、上下に位置する軟磁性層２０と強
磁性層４０の界面で散乱される電子の割合が減少してし
まい、ＭＲ変化率の減少が起こってしまうという不都合
が生じる。
【００５２】保護層８０は、成膜プロセスの過程での磁
性多層膜表面の酸化を防止し、その上部に形成される電
極材料とのぬれ性や、密着強度の向上という目的のため
に形成され、このものは、Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｈ
ｆ，Ｚｒ、Ｚｎ等の材料より形成される。厚さは、通
常、３〜３０ｎｍ程度とされる。
【００５３】基板５は、ガラス、ケイ素、ＭｇＯ、Ｇａ
Ａｓ、フェライト、アルティック、ＣａＴｉＯ3 等の材
料により形成される。厚さは、通常、０．５〜１０ｍｍ
程度とされる。
【００５４】各層の材質及び層厚を上記のように規定
し、さらに、少なくとも軟磁性層２０の成膜時に、後述
する膜面内の一方向に外部磁場を印加して、異方性磁界
Ｈｋを２〜２０Oe、より好ましくは２〜１６Oe、特に２
〜１０Oe付与することが好ましい。
【００５５】軟磁性層の異方性磁界Ｈｋが２Oe未満とな
ると、保磁力と同程度となってしまい、０磁場を中心と
した直線的なＭＲ変化曲線が実質的に得られなくなるた
め、ＭＲ素子としての特性が劣化する。また２０Oeより
大きいと、この膜をＭＲヘッド等に適用した場合、出力
が低下しやすく、かつ分解能が低下する。ここでこれら
のＨｋは、外部磁場として成膜時に１０〜３００Oeの磁
場を印加することで得られる。外部磁場が１０Oe以下で
はＨｋを誘起するのに十分ではないし、また、３００Oe
を越えても効果は変わらないが、磁場発生のためのコイ
ルが大きくなってしまい、費用もかさんで非効率的であ
る。
【００５６】上述してきた磁性多層膜１をそれぞれ繰り
返し積層したものを、磁気抵抗効果膜とすることもでき
る。磁性多層膜の繰り返し積層回数ｎに特に制限はな
く、目的とする磁気抵抗変化率等に応じて適宜選択すれ
ばよい。昨今の磁気記録の超高密度化に対応するために
は、磁性多層膜の全層厚が薄いほど良い。しかし薄くな
ると通常、ＭＲ効果は同時に小さくなってしまうが、本
発明に用いられる磁性多層膜は、繰り返し積層回数ｎが
１の場合でも十分実用に耐えうる多層膜を得ることがで
きる。また、積層数を増加するに従って、抵抗変化率も
増加するが、生産性が悪くなり、さらにｎが大きすぎる
と素子全体の抵抗が低くなりすぎて実用上の不便が生じ
ることから、通常、ｎを１０以下とするのが好ましい。
ｎの好ましい範囲は１〜５である。
【００５７】前記磁性多層膜１の各層の成膜は、スパッ
タ法にて行なわれる。磁性多層膜１の成膜、特に、反強
磁性層５０および軟磁性層２０の成膜に際して、真空成
膜装置内の到達圧力は２×１０-9Ｔｏｒｒ以下、好まし
くは８×１０-10 Ｔｏｒｒ以下、さらに好ましくは２×
１０-10 Ｔｏｒｒ以下に設定される。到達圧力とは、成
膜開始前の成膜装置内の圧力として定義され、成膜時の
圧力とは異なる。
【００５８】この到達圧力の値が２×１０-9Ｔｏｒｒを
超えると、本発明の所望の特性を備える反強磁性層５０
や軟磁性層２０が形成できない。図９には、真空成膜装
置内の到達圧力が交換結合エネルギーＪに及ぼす関係を
示すグラフが示される。このグラフは実験により得られ
たものであり、図９より交換結合エネルギー０．１ｅｒ
ｇ／ｃｍ2 以上を得ようとすると、真空成膜装置内の到
達圧力は２×１０-9Ｔｏｒｒ以下にする必要があること
がわかる。
【００５９】到達圧力２×１０-9Ｔｏｒｒ以下という範
囲は、膜質の向上という観点から、従来より提案されて
いない範囲のものである。到達圧力２×１０-9Ｔｏｒｒ
以下の条件を達成するためには、一般には行なわれてい
ないスパッタ装置の構成が必要となる。すなわち、真空
シール部分をすべて金属ガスケットとすること、装置を
全てステンレスもしくはＡｌで形成すること、装置の組
み上げ時に真空中高温でガス出しすること、および排気
動作の中で真空槽全体を高温にベーキングして残留ガ
ス、Ｈ2 Ｏ分を徹底的に強制排気すること、および２×
１０-9Ｔｏｒｒ以下での動作が可能な特殊な排気ポンプ
を使用することが必要である。
【００６０】また、スパッタ法で用いられるターゲット
に含有される酸素濃度は、反強磁性層５０の形成の場
合、１〜６００ｐｐｍ、好ましくは１〜５００ｐｐｍ、
より好ましくは１〜３００ｐｐｍに設定される。また、
軟磁性層２０の形成の場合、ターゲットに含有される酸
素濃度は、１〜１００ｐｐｍ、好ましくは１〜８０ｐｐ
ｍに設定される。ターゲットに含有される酸素濃度がそ
れぞれ上記の限界範囲を超えると、本発明の所望の特性
を備える反強磁性層５０および軟磁性層２０が形成する
ことが困難になる。ここで、ターゲットに含有される酸
素濃度とは、ターゲットの一部を用いて燃焼させ生成し
たＣＯ2 ガス量を用いて分析される。さらに、スパッタ
時に導入されるスパッタガス中の不純物（例えば、Ｈ2
Ｏ、ＣＯ2、Ｈｅ等）の濃度の合計は、０．１〜１００
ｐｐｂ、好ましくは、０．１〜５０ｐｐｂ、さらに好ま
しくは０．１〜１０ｐｐｂ、またさらに好ましくは０．
１〜５ｐｐｂに設定される。スパッタガス中の不純物濃
度が１００ｐｐｂを超えると、本発明の所望の特性を備
える反強磁性層５０および軟磁性層２０が形成できな
い。特に、スパッタガス中のＨ2 Ｏ不純物濃度は、膜質
に影響を及ぼしやすく４０ｐｐｂ以下、好ましくは１０
ｐｐｂ以下、さらに好ましくは５ｐｐｂ以下に設定する
必要がある。
【００６１】なお、実際の成膜が行われている間の真空
成膜装置内の運転圧力は、通常、１×１０-4〜１×１０
-2Ｔｏｒｒに設定される。
【００６２】本発明における磁性多層膜１の各層の成膜
は、それぞれ、上記の成膜条件に従って行うことが、磁
気抵抗効果膜の特性をさらに向上させるために望まし
い。
【００６３】基板５としては、前述したようにガラス、
ケイ素、ＭｇＯ、ＧａＡｓ、フェライト、アルティッ
ク、ＣａＴｉＯ3 等を用いることができる。成膜に際し
ては、前述したように軟磁性層２０成膜時に、膜面内の
一方向に１０〜３００Oeの外部磁場を印加することが好
ましい。これにより、軟磁性層２０に異方性磁場Ｈｋを
付与することができる。なお、外部磁場の印加方法は、
軟磁性層２０成膜時のみ、磁場の印加時期を容易に制御
できる。例えば電磁石等を備えた装置を用いて印加し、
反強磁性層５０成膜時は印加しない方法であってもよ
い。あるいは、成膜時を通して常に一定の磁場を印加す
る方法であってもよい。
【００６４】また、前述したように、少なくとも軟磁性
層２０の成膜時に膜面内の一方向に外部磁場を印加して
異方性磁場Ｈｋ誘起することで、さらに高周波特性を優
れたものとすることができる。
【００６５】さらに、反強磁性層５０を成膜する際に
は、軟磁性層２０を成膜する際の印加磁場の方向と垂直
方向に磁場を印加すると良い。つまり磁性多層膜の膜面
内でかつ、測定電流と直角方向となる。ここで印加する
磁場の大きさは１０〜３００Oeの範囲にあればよい。こ
れにより、反強磁性層５０により強磁性層４０の磁化の
方向が確実に印加磁場方向（測定電流と直角方向）に固
着され、信号磁場によってその向きを容易に変えうる軟
磁性層２０の磁化と最も合理的に反平行状態を作り出す
ことができる。もっともこれは必要条件ではなく、反強
磁性層を成膜する際、および軟磁性層を成膜する際に印
加する磁場の方向が同じ向きであっても良い。この時は
磁性多層膜の成膜後、工程中で２００℃程度の熱処理を
行う際に、短冊短辺方向（軟磁性層２０を成膜する際の
印加磁場の方向と垂直方向）に磁場を印加しながら、温
度を下げていくと良い。
【００６６】上記の実施の態様で説明した、磁性多層膜
１を備える磁気抵抗効果膜３は、磁気抵抗効果型ヘッド
（ＭＲヘッド）、ＭＲセンサ、強磁性メモリ素子、角度
センサ等に応用される。
【００６７】以下、磁気抵抗効果膜３を磁気抵抗効果型
ヘッドに応用した例を挙げて説明する。本発明における
磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッド）としては、巨大磁
気抵抗効果（ＧＭＲ）を示す磁性多層膜を備えるスピン
バルブヘッドが好適例として挙げられる。
【００６８】以下、磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッ
ド）としてスピンバルブヘッドを採り挙げて説明する。
【００６９】図１０に示されるように磁気抵抗効果型ヘ
ッド（ＭＲヘッド）１５０は、信号磁場を感磁するため
の感磁部分としての磁気抵抗効果膜２００と、この磁気
抵抗効果膜２００の両端部２００ａ，２００ａに形成さ
れた電極部１００，１００とを有している。そして、感
磁部分としての磁気抵抗効果膜２００の端部２００ａ，
２００ａは、その両端部全体が電極部１００，１００に
接する状態で接続されていることが好ましい。なお、導
体膜１２０，１２０は、前記電極部１００，１００を介
して磁気抵抗効果膜２００と導通している。本発明で
は、後の説明をわかりやすくするために、便宜上、導体
膜１２０と電極部１００とに分けているが、導体膜１２
０と電極部１００は、本来一体的に薄膜形成法により形
成されている場合が多く、これらは一つ部材と考えても
よいものである。
【００７０】ＭＲヘッドにおける感磁部分としての磁気
抵抗効果膜２００は、前記図１に示される磁性多層膜１
を有する磁気抵抗効果膜３と実質的に同様な積層構造の
ものが用いられる。すなわち、磁気抵抗効果膜２００
は、図１に示される磁性多層膜を有する磁気抵抗効果膜
３に置換され、その結果、磁気抵抗効果膜２００は、非
磁性金属層３０と、非磁性金属層３０の一方の面に形成
された強磁性層４０と、非磁性金属層３０の他方の面に
形成された軟磁性層２０と、前記強磁性層４０の磁化の
向きをピン止めするために強磁性層４０の上（非磁性金
属層３０と接する面と反対側の面）に形成された反強磁
性層５０とを有している。
【００７１】ここで重要な点は、以上のようにして形成
した磁気抵抗効果膜２００は、いわゆるスピンバルブ型
の磁気抵抗変化を示すという点である。スピンバルブ型
の磁気抵抗変化とは、非磁性金属層３０と、非磁性金属
層３０の一方の面に形成された強磁性層４０と、非磁性
金属層３０の他方の面に形成された軟磁性層２０と、前
記強磁性層４０の磁化の向きをピン止めするために強磁
性層の上に形成された反強磁性層５０とを有する磁性多
層膜において、外部の信号磁界が０の時に軟磁性層２０
とピン止めされた強磁性層４０のスピンの成す角度が、
鋭角方向から見てほぼ、９０度に近く設定されているも
のをいう。実際は４５〜９０度の角度であることが多い
が、特に好ましくは９０度（磁化の直交化）に設定する
のがよい。磁気抵抗効果曲線（ＭＲ曲線）が、外部磁場
が０のときを中心にしてプラス、マイナスの外部磁場に
対し、左右非対称となるようにするためである。
【００７２】この磁化の直交化を図るために、磁性多層
膜１を反強磁性層５０のブロッキング温度Ｔｂ以上で磁
場中で真空熱処理を行う必要がある。この処理を直交化
熱処理と呼び、この時の温度を直交化温度と呼ぶ。成膜
中に印加する磁場であらかじめ直交化させておくことに
よっても実現可能である。しかしながら、その後のヘッ
ド製造プロセスでうける不可避の熱によって、その直交
状態が乱されてしまう。従って、好ましくはヘッド製造
プロセスの最後に直交化熱処理を行うのがよい。この直
交化熱処理の際、反強磁性層５０の磁化方向のみ変化さ
せることが望ましい。この直交化温度はブロッキング温
度Ｔｂよりも高く、軟磁性層２０の誘導磁気異方向性が
消失する温度よりも低いことが望ましい。従って、ブロ
ッキング温度Ｔｂが、軟磁性層２０の誘導磁気異方向性
が消失する温度よりも高い場合に、直交化熱処理を行う
と、軟磁性層２０の磁化方向が外部磁界に対して磁化容
易軸方向となり、外部磁界に対する磁気抵抗効果曲線に
ヒステリシスを持ってしまい線形性に問題が生じる。同
時に出力が低下してしまう。また、ブロッキング温度Ｔ
ｂが軟磁性層２０の誘導磁気異方向性が消失する温度よ
りも低過ぎる場合には、磁気記録システム内のＭＲセン
サ動作中、およびスピンバルブヘッド作製プロセス時に
加わる温度により交換結合磁界Ｈuaの劣化が生じ、スピ
ンバルブ膜として機能できないという問題がある。つま
り、軟磁性層２０の誘導磁気異方向性が消失する温度よ
りも少し低い温度にブロッキング温度Ｔｂをもつ反強磁
性層５０を形成し、直交化熱処理を行うことが好まし
い。本発明においては、反強磁性層５０の組成を上述し
た範囲内で適宜設定することにより、１６０〜４００℃
の範囲のブロッキング温度Ｔｂが選定可能となる。直交
化熱処理は、１５０〜４１０℃程度の範囲で行われる。
【００７３】図１０に示されるように磁気抵抗効果型ヘ
ッド（ＭＲヘッド）１５０には、磁気抵抗効果膜２００
および電極部１００，１００を上下にはさむようにシー
ルド層３００，３００が形成されるとともに、磁気抵抗
効果膜２００とシールド層３００，３００との間の部分
には非磁性絶縁層４００が形成される。
【００７４】ここで感磁部分としての磁気抵抗効果膜２
００に用いられる強磁性層４０、非磁性金属層３０、軟
磁性層２０および反強磁性層５０は、それぞれ、前記磁
性多層膜の実施例で述べたものと同様の材質、厚さのも
のを用いることが望ましい。
【００７５】図１０に示すように、電流を流す電極部１
００を磁気抵抗効果膜２００の積層方向にその端部２０
０ａ，２００ａ全体が接する構造とする。すると、電子
は軟磁性層２０と強磁性層４０に挟まれた部分を中心に
流れつつ、軟磁性層２０と強磁性層４０とのスピンの方
向によって磁気散乱され、素子の抵抗が大きく変化す
る。したがって微小な外部磁場の変化を大きな電気抵抗
の変化として検出することができるのである。
【００７６】また、本願発明のスピンバルブ膜を備える
ＭＲヘッドは、図１１に示されるようなヘッド構造とす
ることが特に好ましい。すなわち、感磁部分である磁気
抵抗効果膜２００と測定電流を流すための電極部１００
との間に、図示のごとく磁気抵抗効果膜２００側から連
結用軟磁性層５２０および反強磁性層８００（ないしは
硬磁性層８００）を順次介在させる。しかも、連結用軟
磁性層５２０および反強磁性層８００（ないしは硬磁性
層８００）の一方端側は、磁気抵抗効果膜２００の上部
２００ａ（軟磁性層に近い方向）の一部分を覆うよう
に、かつ他方端側は図示のごとく電極部１００下面１０
１まで潜り込んで形成される。さらに、電極部１００の
ヘッド中央側に位置する端部１０２は、磁気抵抗効果膜
２００の上部２００ａ（軟磁性層に近い方向）の一部分
を覆い、かつ、連結用軟磁性層５２０および反強磁性層
８００の上部端部５２０ａ，８００ａをもそれぞれ覆う
ように形成される。なお、連結用軟磁性層５２０として
は、例えば、ＮｉＦｅ，ＮｉＦｅＣｒ，ＮｉＦｅＲｈ，
ＮｉＦｅＲｕ，ＣｏＺｒＮｂ，ＦｅＡｌＳｉ，ＦｅＺｒ
Ｎ等（厚さ１０ｎｍ程度）が用いられ、反強磁性層８０
０としては、Ｒｕ5 Ｒｈ15Ｍｎ，ＮｉＭｎ，ＦｅＭｎ，
ＰｔＭｎ，α−Ｆｅ2 Ｏ3 等（厚さ５０ｎｍ程度）が用
いられ、硬磁性層８００としては、ＣｏＰｔ，ＣｏＰｔ
Ｃｒ等（厚さ５０ｎｍ程度）が用いられる。
【００７７】このような構成とすることにより、磁気抵
抗効果膜２００に形成される連結用軟磁性層５２０およ
び反強磁性層８００の両方の効果によって極めて効率的
に縦バイアスを付与することができ、バルクハウゼンノ
イズを抑制したＭＲヘッド特性が得られる。また、電極
部１００の端部１０２が、前述のように磁気抵抗効果膜
２００を覆うように形成されていることにより、素子端
部での信号磁場の低下がなく、しかも１μｍ以下のよう
な狭トラック幅の形成が容易なＭＲヘッドが提供でき
る。
【００７８】これらＭＲヘッドを製造する場合、その製
造工程の中でパターニング、平坦化等でベーキング、ア
ニーリング、レジストキュア等の熱処理が不可避であ
る。
【００７９】一般的に、上述の磁性多層膜を有する磁気
抵抗効果膜では、構成する各層の厚さ故、耐熱性が問題
となる場合が多かった。本発明による磁気抵抗効果膜
（磁性多層膜）では磁場を印加し、磁性層に異方性磁場
を付与することにより、製膜後、３００℃以下、一般に
１００〜３００℃、１時間程度の熱処理に十分対応でき
る。熱処理は通常、真空中、不活性ガス雰囲気中、大気
中等で行えばよいが、特に１０-7Torr以下の真空（減圧
下）中で行なうことで特性劣化の極めて少ない磁気抵抗
効果膜（磁性多層膜）が得られる。また、加工工程での
ラッピングやポリッシングにおいてもＭＲ特性が劣化す
ることはほとんどない。
【００８０】
【実施例】上述してきた磁気抵抗効果膜の発明、並びに
これらを用いた磁気抵抗効果方ヘッドの発明を、以下に
示す具体的実施例によりさらに詳細に説明する。
【００８１】（実施例１）まず、最初に、反強磁性層内
に不純物として含有される酸素濃度が、反強磁性層と強
磁性層との交換結合エネルギーＪ（ｅｒｇ／ｃｍ2 ）、
およびブロッキング温度Ｔｂに及ぼす影響を調べる実験
を行った。
【００８２】試作サンプルとして、ガラス基板の上に下
地層（Ｔａ；厚さ５ｎｍ）、反強磁性層５０（厚さ１０
〜１５ｎｍ）、強磁性層４０（ＮｉＦｅ；厚さ１０ｎ
ｍ）、保護層８０（Ｔａ；厚さ５ｎｍ）を基板側から順
次積層したサンプルを作製した。
【００８３】サンプルの作製にあたっては、反強磁性層
５０の材料および組成比を下記表１に示すように種々変
えて、複数のサンプルを作製した。なお、表１におい
て、Ｒｕx1Ｍy1Ｍｎz1に対応する材料元素を（ｍ１，ｍ
２，ｍ３）、組成割合を（ｘ1，ｙ1 ，ｚ1 ）として表
した。
【００８４】下記表１に示される本発明のサンプルＮ
ｏ．１−１〜１−１１については、真空成膜装置内の到
達圧力を８×１０-10 Ｔｏｒｒ；ターゲットの酸素含有
量２００〜５００ｐｐｍ；スパッタガス中の不純物濃度
３０ｐｐｂ（その中で、Ｈ2 Ｏ濃度は８ｐｐｂ）となる
ように設定した。また、下記表１に示される比較例サン
プルＮｏ．１−１２〜１−１７については、真空成膜装
置内の到達圧力を３×１０-7Ｔｏｒｒ；ターゲットの酸
素含有量５８００ｐｐｍ；スパッタガス中の不純物濃度
３００ｐｐｂ（その中で、Ｈ2 Ｏ濃度は１４０ｐｐｂ）
となるように設定した。
【００８５】なお、反強磁性層内に含まれる不純物濃度
（酸素濃度、炭素濃度、硫黄濃度、塩素濃度）、交換結
合エネルギーＪ（ｅｒｇ／ｃｍ2 ）、およびブロッキン
グ温度Ｔｂは下記の要領で測定した。さらに、各サンプ
ルの膜特性を詳しく調べるために、下記に示す要領で１
２０℃でのＴｂ分散度、およびＴｂ分散度半値幅（℃）
を測定した。
【００８６】反強磁性層内に含まれる不純物濃度の測定
方法 本来は実際のヘッド状態として使われる層厚で評価する
べきであるが、解析の限界を超えているので、実際の磁
気抵抗効果膜を成膜するのと全く同じ成膜装置、および
成膜条件によって厚さ１〜３μｍ程度の反強磁性層を形
成する。この時、基板側からの影響を防ぐために、金属
の適当なバッファ層を設け、また酸化を防ぐために最上
層に他の金属の保護層を形成する。その後、２次イオン
質量分析装置（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectro
scopy ）によって、定量分析を行う。
【００８７】交換結合エネルギーＪ（ｅｒｇ／ｃｍ2 ）
の測定方法 振動試料型磁力計（ＶＳＭ）用いて１ＫＯｅの磁場にて
磁化曲線を描き、この磁化曲線より交換結合磁界Ｈuaを
求める。振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用いて測定した
磁化曲線の代表例が図１４に示されており、この図にお
いて、磁化曲線Ａは磁化容易軸方向（成膜時に磁場を印
加した方向）、磁化曲線Ｂは磁化困難軸方向を示してい
る。図１４に示されるように、交換結合磁界Ｈuaによっ
て磁化容易軸方向の磁化曲線が原点０からシフトしてお
り、原点ＦからシフトしたＥ点（Ｃ点とＤ点の中間）の
磁界をＨuaと定義する。この交換結合磁界Ｈuaの値を下
記式（１）を用いて交換結合エネルギーＪの値に換算す
る。
【００８８】Ｊ＝Ｍs ・Ｈua・ｄ … 式（１） Ｍs は強磁性層の飽和磁化、ｄは強磁性層の層厚さを表
す。
【００８９】ブロッキング温度Ｔｂの測定方法 温度を上げていき、交換結合の強さの示標であるＨuaが
消失する温度をブロッキング温度Ｔｂとする。
【００９０】１２０℃でのＴｂ分散度 予想されるブッロッキング温度Ｔｂより高い温度まで昇
温し、ある一定方向に０．２〜５ｋＯｅ程度の磁場を印
加しながら１〜１０℃／ｍｉｎ程度で室温まで除冷す
る。その結果、印加磁場方向にＨuaが生じる。その後、
Ｈuaの方向に磁場を印加しながら再び加熱し、ブッロッ
キング温度Ｔｂより高い温度まで昇温させる。その後、
引き続き同じ方向に磁場を印加させながら逆に冷却し、
Ｔｂ分散を測定する温度Ｔ（１０〜３０℃おきに室温か
ら３００℃まで）にサンプルの温度が冷却された瞬間に
磁場の方向を１８０度反転させる。これで、その設定温
度以下の局所的Ｔｂをもつ粒子の磁化が反転し、その結
果Ｈuaの値は、＋Ｈuaから設定温度を上げていくごとに
減少し、−Ｈuaまで変化する。このとき、設定温度での
Ｈua測定値をＨua（Ｔ）とすると、反転率ＲをＲ（Ｔ）
＝１．０−（Ｈua−Ｈua（Ｔ））／２Ｈuaで定義する
（さらに詳細な測定方法は、文献：IBM J. Research an
d Development, Vol.34, Page 884,1990 年；J. Appl.
Phys., Vol.76,Page5356,1994 年に記載されてい
る）。
【００９１】１２０℃を基準としたのは、実際のヘッド
操作が１００〜１２０℃までの温度条件になっており、
この温度領域（１２０℃）でＴｂ分散の割合が低くなく
てはならない。この値は０に近くなる程良いと言える。
【００９２】また、Ｔｂ分散度の別の測定方法として
は、Ｈuaを生じているサンプルのＨua方向に磁場を印加
しながら再び加熱し、Ｔｂ分散度を測定する温度Ｔ（１
０〜３０℃おきに室温から３００℃まで、低い温度から
順番）にサンプルの温度が昇温された瞬間に磁場の方向
を１８０度反転させる。その後、すぐに冷却をはじめ、
サンプルの温度が室温にまで冷却されたのち、Ｈuaを測
定する。次の測定時には、再び当初のＨuaの方向に磁場
を印加し、さきの測定温度よりも高い次の測定温度Ｔに
て磁場反転、冷却する。あとの解析は前述の場合と同じ
である。
【００９３】Ｔｂ分散度半値幅（℃） 上記Ｔｂ分散度における反転率を温度で微分した値、す
なわちｄＲ（Ｔ）／ｄＴの値を、温度に対してプロット
することにより所定ピークを有する分布曲線が得られ、
このピークの半値幅を求める。分布曲線はあるＴｂをも
つ粒子の割合がどのくらいであるかを示している。従っ
てこの分布曲線が狭くなればなるほど理想的な薄膜が形
成されているといえる。この分散の度合いを、Ｔｂ分布
曲線の半値幅で表し、Ｔｂ分散半値幅としているのであ
る。
【００９４】
【表１】 表１に示される実験結果より、反強磁性層内に不純物と
して含有される酸素濃度が２０００原子ｐｐｍ以下であ
ると、極めて良好な交換結合エネルギーＪ（例えば０．
１ｅｒｇ／ｃｍ2 以上）、および極めて良好なブロッキ
ング温度Ｔｂ（例えば、２００℃以上）が得られる。従
来より提案されている１０００００ｐｐｍ以下、特に６
００００ｐｐｍ程度（先行技術に相当する特開平８−６
３７１５号、サンプルＮｏ．１−１４）ではこのような
優れた特性は得られないことがわかる。
【００９５】さらに反強磁性層内に不純物として含有さ
れる酸素濃度が２０００原子ｐｐｍ以下の場合では、１
２０℃でのＴｂ分散度が小さく、この温度近辺での反強
磁性層中の部分的磁化反転が極めて少ない良好な膜とな
っている。Ｔｂ分散度半値幅も小さく、反強磁性層が極
めて均一な特性を備える微粒子群から形成されているこ
とがわかる。
【００９６】また、反強磁性層内に不純物として含有さ
れる酸素濃度が２０００原子ｐｐｍ以下とするための必
要条件として、真空成膜装置内の到達圧力を２×１０-9
Ｔｏｒｒ以下にしなければならないことが重要なファク
ターであることが確認できた。ちなみに、下記表１に示
される本発明のサンプルＮｏ．１−１の作製において、
真空成膜装置内の到達圧力を１×１０-8Ｔｏｒｒに変え
ると、反強磁性層内に不純物として含有される酸素濃度
は急激に多くなり２０００原子ｐｐｍを超えてしまうこ
とが確認された。
【００９７】またさらに、下記表１に示される本発明の
サンプルＮｏ．１−１の作製において、酸素含有量６０
０ｐｐｍを超えたターゲットを用いた場合、あるいは、
成膜中に導入されるスパッタガス中の不純物濃度の総和
が１００ｐｐｂを超えた場合には、反強磁性層内に不純
物として含有される酸素濃度は急激に多くなり２０００
原子ｐｐｍを超えてしまうことが確認された。また、ス
パッタガス中のＨ2 Ｏ濃度が４０ｐｐｂを超えた場合に
も反強磁性層内に不純物として含有される酸素濃度は急
激に多くなり２０００原子ｐｐｍを超えてしまうことが
確認された。
【００９８】（実施例２）次いで、反強磁性層内に不純
物として含有される炭素濃度、硫黄濃度、塩素濃度が、
反強磁性層と強磁性層との交換結合エネルギーＪ（ｅｒ
ｇ／ｃｍ2 ）、およびブロッキング温度Ｔｂに及ぼす影
響を調べる実験を行った。
【００９９】前記実施例１のサンプルＮｏ．１−１にお
いて、反強磁性層中の炭素濃度、硫黄濃度、塩素濃度を
変えて下記表２に示すごとく種々のサンプルを作製した
（サンプルＮｏ．２−１〜２−６）。
【０１００】これの各サンプルについて上記実施例１と
同様な評価を行った。結果を下記表２に示す。
【０１０１】
【表２】 表２に示される実験結果より、反強磁性層内に不純物と
して含有される炭素濃度、硫黄濃度、塩素濃度の総和が
１０００原子ｐｐｍ以下であると、極めて良好な交換結
合エネルギーＪ（例えば０．１ｅｒｇ／ｃｍ2 以上）、
および極めて良好なブロッキング温度Ｔｂ（例えば、２
００℃以上）が得られる。
【０１０２】さらに反強磁性層内に不純物として含有さ
れる炭素濃度、硫黄濃度、塩素濃度の総和が１０００原
子ｐｐｍ以下の場合（Ｎｏ．１−１，およびＮｏ．２−
１〜Ｎｏ．２−３）では、１２０℃でのＴｂ分散度が小
さく、この温度近辺での反強磁性層中の部分的磁化反転
が極めて少ない良好な膜となっている。Ｔｂ分散度半値
幅も小さく、反強磁性層が極めて均一な特性を備える微
粒子群から形成されていることがわかる。
【０１０３】（実施例３）フリー層である軟磁性層に含
有される不純物としての酸素濃度の影響を調べる実験を
行った。
【０１０４】シリコン基板の上に、Ｔａからなる下地層
（厚さ１０ｎｍ）、パーマロイ軟磁性層（ＮｉＦｅ；厚
さ１０ｎｍ）、Ｔａからなる酸化防止層（厚さ１０ｎ
ｍ）をスパッタ法により順次、成膜して積層し、下記表
３に示すようなサンプルを作製した。
【０１０５】サンプルの作製にあたっては、パーマロイ
軟磁性層形成時のスパッタ条件を種々変えた。下記表３
に示される本発明のサンプルＮｏ．３−１〜３−６につ
いては、真空成膜装置内の到達圧力を８×１０-10 Ｔｏ
ｒｒ；ターゲットの酸素含有量５０原子ｐｐｍ；スパッ
タガス中の不純物濃度２０ｐｐｂ（その中で、Ｈ2 Ｏ濃
度は８ｐｐｂ）となるように設定した。また、下記表３
に示される比較例サンプルＮｏ．３−７〜３−１０につ
いては、真空成膜装置内の到達圧力を３×１０-7Ｔｏｒ
ｒ；ターゲットの酸素含有量５８００ｐｐｍ；スパッタ
ガス中の不純物濃度３００ｐｐｂ（その中で、Ｈ2 Ｏ濃
度は１７０ｐｐｂ）となるように設定した。
【０１０６】作製した各サンプルについて、下記に示す
要領で軟磁性層内に含まれる不純物濃度、保磁力Ｈc 、
一方向異方性磁界Ｈk 、軟磁性層のスキュー角度分散Ｓ
kew、および軟磁性層の構造因子Ｓを調べた。
【０１０７】軟磁性層内の不純物濃度 上記反強磁性層内に含まれる不純物濃度の測定方法と同
様な方法で行った。
【０１０８】Ｈc およびＨk 振動型磁束計（ＶＳＭ）を用いて測定した。Ｈc は小さ
いほど良いが、Ｈk はある値の範囲となるのがソフト材
料の特徴である。
【０１０９】スキュー角度分散Ｓkew および軟磁性層の
構造因子Ｓ 動的微分磁化率測定装置により評価した。この装置はレ
ーザービームをサンプルに当ててそのカー回転角度変化
により微視的な磁化の揺らぎを解析する装置である。ス
キュー角度は微視的な磁化の揺らぎであり、小さいほど
特性がそろっていて良いといえる。構造因子Ｓは微視的
な均質性を表すパラメータであり、小さいほど良い。
【０１１０】結果を下記表３に示す。
【０１１１】
【表３】 表３に示される実験結果より、軟磁性層内に不純物とし
て含有される酸素濃度が８００原子ｐｐｍ以下である
と、極めて良好なＨｃ、およびＨｋが得られることがわ
かる。
【０１１２】さらに軟磁性層内に不純物として含有され
る酸素濃度が８００原子ｐｐｍ以下の場合では、スキュ
ー角度分散Ｓkew および軟磁性層の構造因子Ｓの値がい
ずれも極めて小さくなっており、特性がそろい、均質性
のある極めて良好なソフト膜が形成されているのがわか
る。
【０１１３】（実施例４）次いで、軟磁性層内に不純物
として含有される炭素濃度、硫黄濃度、塩素濃度が、膜
質に及ぼす影響を調べる実験を行った。
【０１１４】前記実施例３のサンプルＮｏ．３−１にお
いて、反強磁性層中の炭素濃度、硫黄濃度、塩素濃度を
変えて下記表４に示すごとく種々のサンプルを作製した
（サンプルＮｏ．４−１〜４−５）。
【０１１５】これらの各サンプルについて上記実施例３
と同様な評価を行った。結果を下記表４に示す。
【０１１６】
【表４】 表４に示される実験結果より、軟磁性層内に不純物とし
て含有される炭素濃度、硫黄濃度、塩素濃度の総和が５
００原子ｐｐｍ以下（サンプルＮｏ．４−１〜４−３）
であると、極めて良好なＨｃ、およびＨｋが得られる。
【０１１７】さらに軟磁性層内に不純物として含有され
る炭素濃度、硫黄濃度、塩素濃度の総和が５００原子ｐ
ｐｍ以下（サンプルＮｏ．４−１〜４−３）の場合で
は、スキュー角度分散Ｓkew および軟磁性層の構造因子
Ｓの値がいずれも極めて小さくなっており、特性がそろ
い、均質性のある極めて良好なソフト膜が形成されてい
るのがわかる。
【０１１８】（実施例５）以下の要領で実際に、図１１
に示されるようなスピンバルブ（ＳＶ）タイプの磁気抵
抗効果型ヘッドを作製した。
【０１１９】まず、最初にスピンバルブ型の磁気抵抗効
果膜を作製した。すなわち、基板５（Ａｌ2 Ｏ3 付きの
ＡｌＴｉＣ）の上に、下地層７（Ｔａ；厚さ５ｎｍ）、
軟磁性層２０（ＮｉＦｅ；厚さ７ｎｍ）、非磁性金属層
３０（Ｃｕ；厚さ２．５ｎｍ）、強磁性層４０（Ｃｏ；
厚さ３ｎｍ）、反強磁性層５０（Ｒｕ3 Ｒｈ15Ｍｎ82；
厚さ１０ｎｍ）、および保護層８０（Ｔａ；厚さ５ｎ
ｍ）を順次積層して磁気抵抗効果型ヘッドを作製した。
【０１２０】なお、反強磁性層５０の不純物濃度は、酸
素濃度：２８０ｐｐｍ、炭素濃度：２１０ｐｐｍ、硫黄
濃度：７８ｐｐｍ、塩素濃度：３９０ｐｐｍ；軟磁性層
２０中の不純物濃度は酸素濃度：１２０ｐｐｍ、炭素濃
度：３５ｐｐｍ、硫黄濃度：２０ｐｐｍ、塩素濃度：１
５０ｐｐｍであった。
【０１２１】この磁気抵抗効果型ヘッドには、Ａｌ2 Ｏ
3 ギャップ膜を介して上部シールド層と下部シールド層
が形成されている。
【０１２２】この磁気抵抗効果型ヘッドには、図１１に
示されるようなインダクティブヘッド部を形成した。す
なわち、連結用軟磁性層５２０としてＮｉＦｅを厚さ１
０ｎｍに形成し、この連結用軟磁性層５２０の上に、反
強磁性層８００としてＲｕ5Ｒｈ15Ｍｎ20を厚さ１０ｎ
ｍに形成し、この上に、さらに、Ｔａからなる電極部１
００を形成して図１１に示される構成のスピンバルブ
（ＳＶ）タイプの磁気抵抗効果型ヘッドを作製した。そ
の後、１０-7Torrの真空中で、測定電流方向と直角かつ
面内方向に２００Oeの磁界を印加しながら２００℃から
冷却し、強磁性層のピン止め効果を誘起した。磁気抵抗
効果型ヘッドのトラック幅は２μｍとした。このときの
ＭＲ素子高さは１μｍ、感知電流は４ｍＡとした。
【０１２３】この磁気抵抗効果型ヘッドを用いて、印加
磁場と出力電圧の関係を確認したところ、３．６ｍＶの
出力電圧が確認された。これは、通常のスピンバルブヘ
ッドの約２倍という極めて大きな値である。
【０１２４】（実施例６）図１２には、本発明の磁気抵
抗効果素子をヨーク型ＭＲヘッドに応用した例が示され
る。ここでは、磁束を導くヨーク６００、６００の一部
に切り欠きを設け、その間に磁気抵抗効果膜２００が薄
い絶縁膜４００を介して形成されている。この磁気抵抗
効果膜２００には、ヨーク６００、６００で形成される
磁路の方向と平行または直角方向に電流を流すための電
極（図示せず）が形成されている。
【０１２５】（実施例７）図１３には、本発明における
磁気抵抗効果素子をフラックスガイド型ＭＲヘッドに応
用した１例が示される。磁気抵抗効果膜２００は、高比
抵抗、高透磁率なフラックスガイド層７００，７１０と
磁気的に結合して形成されている。このフラッスガイド
層７００，７１０が間接的に信号磁界を磁気抵抗効果膜
２００に伝導する。また、非磁性絶縁層４００を介し
て、フラックスバックガイド層６００（磁気抵抗効果膜
２００を通った磁束の逃げ道）が形成される。また、フ
ラックスバックガイド層６００は、非磁性絶縁層４００
を介して磁気抵抗効果膜２００の両側に設置されても良
い。このヘッドの特徴は、記録媒体に磁界検出部を、ほ
ぼ接触に近いレベルまで接近させることができ、高い出
力を得ることができることにある。
【０１２６】
【発明の効果】上記の結果より本発明の効果は明らかで
ある。すなわち、本発明は、反強磁性層に含有される不
純物を規定しているので、熱安定性に優れ、ブロッキン
グ温度が十分に高く、ピン止め効果に極めて優れる良質
の反強磁性層を備える磁気抵抗効果膜が得られる。さら
に、熱安定性に優れ、磁場感度が高く、ＭＲ変化率が大
きい磁気抵抗効果型ヘッドが得られる。また、本発明
は、軟磁性層に含有される不純物を規定しているので、
軟磁性特性に優れ、磁場感度が高い磁気抵抗効果膜およ
び磁気抵抗効果型ヘッドが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の磁気抵抗効果膜の断面図であ
る。
【図２】図２は、本発明の作用を説明するための磁気抵
抗効果膜、特に磁性多層膜の構造の模式図である。
【図３】図３は、本発明の作用を説明するための磁化曲
線とＭＲ曲線の模式図である。
【図４】図４は、反強磁性層に含有される不純物として
の酸素濃度が交換結合エネルギーＪに及ぼす影響を調べ
たグラフである。
【図５】図５は、ブロッキング温度分散度を示す具体的
一例のグラフである。
【図６】図６は、ブロッキング温度分布曲線を示す具体
的一例のグラフである。
【図７】図７は、反強磁性層に含有される不純物として
の炭素および硫黄濃度が交換結合エネルギーＪに及ぼす
影響を調べたグラフである。
【図８】図８は、反強磁性層に含有される不純物として
の塩素濃度が交換結合エネルギーＪに及ぼす影響を調べ
たグラフである。
【図９】図９は、真空成膜装置内の到達圧力が交換結合
エネルギーＪに及ぼす影響を調べたグラフである。
【図１０】図１０は、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドの
一例を示す概略斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドの
磁気抵抗効果膜と電極部との好適な接続状態を示す概略
斜視図である。
【図１２】図１２は、本発明の磁気抵抗効果素子（磁性
多層膜）をヨーク型ＭＲヘッドに応用した１例を示す一
部省略断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の磁気抵抗効果素子（磁性
多層膜）をフラックスガイド型ＭＲヘッドに応用した１
例を示す一部省略断面図である。
【図１４】図１４は、本発明のＭ−Ｈループを示す図で
ある。
【符号の説明】
１…磁性多層膜 ３…磁気抵抗効果膜 ５…基板 ２０…軟磁性層 ３０…非磁性金属層 ４０…強磁性層 ５０…反強磁性層 ８０…保護層 ９０…記録媒体 ９３…記録面 １５０…磁気抵抗効果型ヘッド ２００…磁気抵抗効果膜
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成９年７月１４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図６】
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図７】
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正内容】
【図８】
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正内容】
【図９】
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１４】

Claims (32)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 非磁性金属層と、非磁性金属層の一方の
    面に形成された強磁性層と、非磁性金属層の他方の面に
    形成された軟磁性層と、前記強磁性層の磁化の向きをピ
    ン止めするために強磁性層の上（非磁性金属層と接する
    面と反対側の面）に形成された反強磁性層とを有する磁
    性多層膜を備えてなるスピンバルブ型の磁気抵抗効果膜
    であって、 前記反強磁性層中には不純物としての酸素を含有し、そ
    の酸素濃度が１〜２０００原子ｐｐｍであることを特徴
    とする磁気抵抗効果膜。
  2. 【請求項２】 前記反強磁性層中には、さらに、不純物
    としての炭素、硫黄、塩素の少なくとも１種以上を含
    み、反強磁性層中に含有される炭素、硫黄、塩素の少な
    くとも１種以上の不純物濃度の総和が、１〜１０００原
    子ｐｐｍである請求項１記載の磁気抵抗効果膜。
  3. 【請求項３】 前記反強磁性層中には、さらに、不純物
    としての炭素、硫黄、塩素を含み、反強磁性層中に含有
    される炭素、硫黄、塩素の不純物濃度の総和が、１〜１
    ０００原子ｐｐｍである請求項１記載の磁気抵抗効果
    膜。
  4. 【請求項４】 前記反強磁性層がＭx Ｍｎ1-x （ＭはＲ
    ｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｎｉ
    およびＣｒから選ばれた１種であり、１５≦ｘ≦５８
    （ｘの単位は原子％））から構成されてなる請求項１な
    いし請求項３のいずれかに記載の磁気抵抗効果膜。
  5. 【請求項５】 前記反強磁性層がＭ1 pＭ2 qＭｎr （Ｍ1
    およびＭ2 はそれぞれ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｐ
    ｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｒから選ばれた１
    種であり、１≦ｐ≦５４，１≦ｑ≦５４，４５≦ｒ≦８
    ５，１５≦ｐ＋ｑ≦５５（ｐ，ｑおよびｒの単位は原子
    ％））から構成されてなる請求項１ないし請求項３のい
    ずれかに記載の磁気抵抗効果膜。
  6. 【請求項６】 前記磁性多層膜のブロッキング温度分布
    曲線の半値幅が８０℃以下かつ、前記磁性多層膜の１２
    ０℃におけるブロッキング温度分散度が０．１０以下で
    ある請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の磁気抵
    抗効果膜。
  7. 【請求項７】 前記磁性多層膜のブロッキング温度が２
    ００℃以上である請求項１ないし請求項６のいずれかに
    記載の磁気抵抗効果膜。
  8. 【請求項８】 前記反強磁性層と前記強磁性層との交換
    結合エネルギーが０．１０ｅｒｇ／ｃｍ2 以上である請
    求項１ないし請求項７のいずれかに記載の磁気抵抗効果
    膜。
  9. 【請求項９】 前記反強磁性層は、到達圧力２×１０-9
    Ｔｏｒｒ以下に排気された真空成膜装置内で、酸素含有
    量６００ｐｐｍ以下のターゲットを用いて、成膜時に導
    入されるスパッタガス中の不純物濃度の総和を１００ｐ
    ｐｂ以下、かつスパッタガス中のＨ2 Ｏ濃度が４０ｐｐ
    ｂ以下でのスパッタガス雰囲気中、スパッタ法にて成膜
    されてなる請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の
    磁気抵抗効果膜。
  10. 【請求項１０】 非磁性金属層と、非磁性金属層の一方
    の面に形成された強磁性層と、非磁性金属層の他方の面
    に形成された軟磁性層と、前記強磁性層の磁化の向きを
    ピン止めするために強磁性層の上（非磁性金属層と接す
    る面と反対側の面）に形成された反強磁性層とを有する
    磁性多層膜を備えてなるスピンバルブ型の磁気抵抗効果
    膜であって、 前記反強磁性層中には不純物としての酸素を含有し、そ
    の酸素濃度が１〜２０００原子ｐｐｍであり、 前記軟磁性層中には不純物としての酸素を含有し、その
    酸素濃度が１〜８００原子ｐｐｍであることを特徴とす
    る磁気抵抗効果膜。
  11. 【請求項１１】 前記反強磁性層中には、さらに、不純
    物としての炭素、硫黄、塩素の少なくとも１種以上を含
    み、反強磁性層中に含有される炭素、硫黄、塩素の少な
    くとも１種以上の不純物濃度の総和が、１〜１０００原
    子ｐｐｍであり、 前記軟磁性層中には、さらに、不純物としての炭素、硫
    黄、塩素の少なくとも１種以上を含み、軟磁性層中に含
    有される炭素、硫黄、塩素の少なくとも１種以上の不純
    物濃度の総和が、１〜５００原子ｐｐｍである請求項１
    ０記載の磁気抵抗効果膜。
  12. 【請求項１２】 前記反強磁性層中には、さらに、不純
    物としての炭素、硫黄、塩素を含み、反強磁性層中に含
    有される炭素、硫黄、塩素の不純物濃度の総和が、１〜
    １０００原子ｐｐｍであり、 前記軟磁性層中には、さらに、不純物としての炭素、硫
    黄、塩素を含み、軟磁性層中に含有される炭素、硫黄、
    塩素の不純物濃度の総和が、１〜５００原子ｐｐｍであ
    る請求項１０記載の磁気抵抗効果膜。
  13. 【請求項１３】 前記反強磁性層がＭx Ｍｎ1-x （Ｍは
    Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｎ
    ｉおよびＣｒから選ばれた１種であり、１５≦ｘ≦５８
    （ｘの単位は原子％））から構成されてなる請求項１０
    ないし請求項１２のいずれかに記載の磁気抵抗効果膜。
  14. 【請求項１４】 前記反強磁性層がＭ1 pＭ2 qＭｎr （Ｍ
    1 およびＭ2 はそれぞれ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｐ
    ｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｒから選ばれた１
    種であり、１≦ｐ≦５４，１≦ｑ≦５４，４５≦ｒ≦８
    ５，１５≦ｐ＋ｑ≦５５（ｐ，ｑおよびｒの単位は原子
    ％））から構成されてなる請求項１０ないし請求項１２
    のいずれかに記載の磁気抵抗効果膜。
  15. 【請求項１５】 前記磁性多層膜のブロッキング温度分
    布曲線の半値幅が８０℃以下かつ、前記磁性多層膜の１
    ２０℃におけるブロッキング温度分散度が０．１０以下
    である請求項１０ないし請求項１４のいずれかに記載の
    磁気抵抗効果膜。
  16. 【請求項１６】 前記磁性多層膜のブロッキング温度が
    ２００℃以上である請求項１０ないし請求項１５のいず
    れかに記載の磁気抵抗効果膜。
  17. 【請求項１７】 前記反強磁性層と前記強磁性層との交
    換結合エネルギーが０．１０ｅｒｇ／ｃｍ2 以上である
    請求項１０ないし請求項１６のいずれかに記載の磁気抵
    抗効果膜。
  18. 【請求項１８】 前記磁性多層膜の軟磁性層の構造因子
    Ｓが３０×１０-3ｅｒｇ／ｃｍ2 以下、かつ軟磁性層の
    スキュー角度分散が２ｄｅｇ以下である請求項１０ない
    し請求項１７のいずれかに記載の磁気抵抗効果膜。
  19. 【請求項１９】 前記軟磁性層は、到達圧力２×１０-9
    Ｔｏｒｒ以下に排気された真空成膜装置内で、酸素含有
    量１００ｐｐｍ以下のターゲットを用いて、成膜時に導
    入されるスパッタガス中の不純物濃度の総和を１００ｐ
    ｐｂ以下、かつスパッタガス中のＨ2 Ｏ濃度が４０ｐｐ
    ｂ以下でのスパッタガス雰囲気中、スパッタ法にて成膜
    されてなる請求項１０ないし請求項１８のいずれかに記
    載の磁気抵抗効果膜。
  20. 【請求項２０】 磁気抵抗効果膜と、導体膜と、電極部
    とを含む磁気抵抗効果型ヘッドであって、 前記導体膜は、前記電極部を介して前記磁気抵抗効果膜
    と導通しており、 前記磁気抵抗効果膜は、非磁性金属層と、非磁性金属層
    の一方の面に形成された強磁性層と、非磁性金属層の他
    方の面に形成された軟磁性層と、前記強磁性層の磁化の
    向きをピン止めするために強磁性層の上（非磁性金属層
    と接する面と反対側の面）に形成された反強磁性層とを
    有する磁性多層膜を備えてなるスピンバルブ型の磁気抵
    抗効果膜であり、 前記反強磁性層中には不純物としての酸素を含有し、そ
    の酸素濃度が１〜２０００原子ｐｐｍであることを特徴
    とする磁気抵抗効果型ヘッド。
  21. 【請求項２１】 前記反強磁性層中には、さらに、不純
    物としての炭素、硫黄、塩素の少なくとも１種以上を含
    み、反強磁性層中に含有される炭素、硫黄、塩素の少な
    くとも１種以上の不純物濃度の総和が、１〜１０００原
    子ｐｐｍである請求項２０記載の磁気抵抗効果型ヘッ
    ド。
  22. 【請求項２２】 前記反強磁性層中には、さらに、不純
    物としての炭素、硫黄、塩素を含み、反強磁性層中に含
    有される炭素、硫黄、塩素の不純物濃度の総和が、１〜
    １０００原子ｐｐｍである請求項２０記載の磁気抵抗効
    果型ヘッド。
  23. 【請求項２３】 前記磁性多層膜のブロッキング温度分
    布曲線の半値幅が８０℃以下かつ、前記磁性多層膜の１
    ２０℃におけるブロッキング温度分散度が０．１０以下
    である請求項２０ないし請求項２２のいずれかに記載の
    磁気抵抗効果型ヘッド。
  24. 【請求項２４】 前記磁性多層膜のブロッキング温度が
    ２００℃以上である請求項２０ないし請求項２３のいず
    れかに記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
  25. 【請求項２５】 前記反強磁性層と前記強磁性層との交
    換結合エネルギーが０．１０ｅｒｇ／ｃｍ2 以上である
    請求項２０ないし請求項２４のいずれかに記載の磁気抵
    抗効果型ヘッド。
  26. 【請求項２６】 磁気抵抗効果膜と、導体膜と、電極部
    とを含む磁気抵抗効果型ヘッドであって、 前記導体膜は、前記電極部を介して前記磁気抵抗効果膜
    と導通しており、 前記磁気抵抗効果膜は、非磁性金属層と、非磁性金属層
    の一方の面に形成された強磁性層と、非磁性金属層の他
    方の面に形成された軟磁性層と、前記強磁性層の磁化の
    向きをピン止めするために強磁性層の上（非磁性金属層
    と接する面と反対側の面）に形成された反強磁性層とを
    有する磁性多層膜を備えてなるスピンバルブ型の磁気抵
    抗効果膜であり、 前記反強磁性層中には不純物としての酸素を含有し、そ
    の酸素濃度が１〜２０００原子ｐｐｍであり、 前記軟磁性層中には不純物としての酸素を含有し、その
    酸素濃度が１〜８００原子ｐｐｍであることを特徴とす
    る磁気抵抗効果型ヘッド。
  27. 【請求項２７】 前記反強磁性層中には、さらに、不純
    物としての炭素、硫黄、塩素の少なくとも１種以上を含
    み、反強磁性層中に含有される炭素、硫黄、塩素の少な
    くとも１種以上の不純物濃度の総和が、１〜１０００原
    子ｐｐｍであり、 前記軟磁性層中には、さらに、不純物としての炭素、硫
    黄、塩素の少なくとも１種以上を含み、軟磁性層中に含
    有される炭素、硫黄、塩素の少なくとも１種以上の不純
    物濃度の総和が、１〜５００原子ｐｐｍである請求項２
    ６記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
  28. 【請求項２８】 前記反強磁性層中には、さらに、不純
    物としての炭素、硫黄、塩素を含み、反強磁性層中に含
    有される炭素、硫黄、塩素の不純物濃度の総和が、１〜
    １０００原子ｐｐｍであり、 前記軟磁性層中には、さらに、不純物としての炭素、硫
    黄、塩素を含み、軟磁性層中に含有される炭素、硫黄、
    塩素の不純物濃度の総和が、１〜５００原子ｐｐｍであ
    る請求項２６記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
  29. 【請求項２９】 前記磁性多層膜のブロッキング温度分
    布曲線の半値幅が８０℃以下かつ、前記磁性多層膜の１
    ２０℃におけるブロッキング温度分散度が０．１０以下
    である請求項２６ないし請求項２８のいずれかに記載の
    磁気抵抗効果型ヘッド。
  30. 【請求項３０】 前記磁性多層膜のブロッキング温度が
    ２００℃以上である請求項２６ないし請求項２９のいず
    れかに記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
  31. 【請求項３１】 前記反強磁性層と前記強磁性層との交
    換結合エネルギーが０．１０ｅｒｇ／ｃｍ2 以上である
    請求項２６ないし請求項３０のいずれかに記載の磁気抵
    抗効果型ヘッド。
  32. 【請求項３２】 前記磁性多層膜の軟磁性層の構造因子
    Ｓが３０×１０-3ｅｒｇ／ｃｍ2 以下、かつ軟磁性層の
    スキュー角度分散が２ｄｅｇ以下である請求項２６ない
    し請求項３１のいずれかに記載の磁気抵抗効果型ヘッ
    ド。
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