JPH103620A - 磁気抵抗効果素子及びその製造方法並びにそれを用いた磁気ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｆｅ或いはＮｉＦｅ下地層を積層した場合と
同程度の抵抗変化率が得られ、かつ、比抵抗が非常に大
きい下地層を見い出すことで、膜全体の抵抗を増加さ
せ、大きな出力の得られる磁気抵抗効果素子を提供す
る。 【解決手段】 磁気抵抗効果素子は、基板１１上に、酸
化コバルト下地層１２を形成し、その上に、磁気抵抗効
果膜を構成する、自由磁化層１３、非磁性層１４、固定
磁化層１５、高保磁力層１６をこの順に積層した構成で
あり、固定磁化層１５の磁化の方向は、隣接して積層さ
れた高保磁力層１６の磁化の方向に固定され、他方、自
由磁化層１３の磁化の向きは、外部磁場に対して自由に
回転し、固定磁化層１５と自由磁化層１３との磁化の向
きのなす角度によって、磁気抵抗効果を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高い磁気抵抗効果
をもつ多層磁性膜を用いた磁気抵抗効果素子およびその
製造方法並びにそれを用いた磁気ヘッドに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスク装置や磁気テープ装置等の
磁気記録再生装置では、記録密度の向上に伴い、磁気記
録媒体に記録されている情報の読み出し性能の向上が求
められている。そこで、磁界の変化に応じて電気抵抗が
変わる磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子を具備
した再生用磁気ヘッドが注目を集めている。現在、使用
されている磁気抵抗効果素子は、一般に異方性磁気抵抗
効果と呼ばれる現象を利用しており、素子材料としてパ
ーマロイ（商品名、ウェスタンエレクトリック社）を用
いた場合で抵抗変化率は約３％であるが、記録密度のさ
らなる向上を実現するためには、これを上回る抵抗変化
率をもつ新しい材料の開発が要求されている。

【０００３】近年、上述の異方性磁気抵抗効果とは異な
る原理で磁気抵抗効果を示す巨大磁気抵抗効果とよばれ
る現象が見いだされ、注目されている。これは、図４に
示すように、たとえばＣｏのような薄い磁性層３１とＣ
ｕのような非磁性層３２とを交互に堆積した積層構造と
したもので、隣接する磁性層３１・３１同士は強い反強
磁性結合をしていて、無磁場では互いの磁化は反平行な
状態（平行で向きが１８０°異なる状態）になり、外部
磁場を印加すると磁化は磁場の方向に揃い平行となる。
電気抵抗は隣接する２つの磁性層３１・３１の磁化方向
のなす角の余弦に比例するため、この場合、電気抵抗は
無磁場で最大、外部磁場を印加して磁化を平行にするこ
とにより最小になる。

【０００４】ところが、図４に示すような積層構造型の
巨大磁気抵抗効果膜は、磁性層３１・３１間の結合が強
すぎるため、大きな抵抗変化率を得るためには、ｋＯｅ
オーダーの非常に大きな磁場を印加しなければならず、
磁気ヘッドなどに用いるには動作磁場範囲における抵抗
変化率は小さく、十分な感度（磁界の変化に対する磁気
抵抗の変化率）が得られないという問題がある。

【０００５】そこで、考案されたのが、たとえば特開平
４−３５８３１０号公報等に開示された、図５に概略的
な断面構造を示すスピンバルブ型磁気抵抗効果膜であ
る。この膜では、非磁性層４２を介して固定磁化層４３
と自由磁化層４１とが積層されている。上記固定磁化層
４３には隣接して、マンガン鉄（ＦｅＭｎ）などの反強
磁性層４４が配置されており、当該固定磁化層４３には
交換相互作用による交換バイアスが印加され、その磁化
は一方向に固定されている。また、自由磁化層４１の磁
化方向は、外部磁場がゼロのとき固定磁化層４３の磁化
方向に対して９０°の方向を向くように成膜されてお
り、外部磁場を変化させることによって自由磁化層４１
の磁化方向を自由に変化させることができる。

【０００６】したがって、上記の膜に対して外部磁場を
固定磁化層４３の磁化の方向に印加したときには２つの
磁性層４１・４３の磁化は平行に、一方、外部磁場を固
定磁化層４３の磁化と逆方向に印加したときには２つの
磁性層４１・４３の磁化は反平行となり、積層構造型磁
気抵抗効果膜と同様に２層の磁化のなす角の余弦に依存
した磁気抵抗効果を得ることができる。また、２つの磁
性層４１・４３の間には反強磁性結合を用いないいわゆ
る非結合型磁気抵抗効果薄膜であるので、磁性層の層厚
を厚くすることが可能であり、外部磁場に対して大きな
抵抗変化の感度を得ることができる。

【０００７】また、反強磁性層を用いないタイプのＣｏ
／Ｃｕ／Ｃｏに代表されるサンドイッチ型磁気抵抗効果
膜も巨大磁気抵抗効果が得られることがわかっている。
図６に、その概略的な断面構造を示す。この構造も、原
理的にはスピンバルブ型磁気抵抗効果膜とほぼ同じであ
り、基板５１上に、非磁性層５３を介して各々Ｃｏから
なる固定磁化層５４と自由磁化層５２とが積層されてい
る。上記固定磁化層５４の表面には、自然酸化による酸
化Ｃｏ層（図示せず）が形成されており、これにより、
保磁力が増大し、動作磁場範囲では固定磁化層５４の磁
化の向きは着磁方向に固定される。一方、酸化させない
自由磁化層５２の磁化は自由に回転することができる。
したがって、上記のスピンバルブ型磁気抵抗効果膜と同
様に、２層の磁化の間のなす角が変化し磁気抵抗効果が
生じる。そして、この場合も、２つの磁性層５２・５４
の間には反強磁性結合を用いず磁性層の層厚を厚くする
ことが可能であるため、外部磁場に対して大きな抵抗変
化の感度を得ることができる。

【０００８】ところが、図５に示すようなスピンバルブ
型磁気抵抗効果膜、及び図６に示すようなサンドイッチ
型磁気抵抗効果膜は、非結合型磁気抵抗効果薄膜である
ため、磁性層間の結合（層間結合）が大きいと、２層の
磁化の反平行状態とならず、巨大磁気抵抗効果が得られ
ないといった問題がある。つまり、２層の磁化の反平行
状態を実現し、巨大磁気抵抗効果を得るためには、磁性
層間の結合を小さくする必要がある。

【０００９】このような課題に着目し、文献（１）『Ｃ
ｏ／Ｃｕ／Ｃｏサンドイッチ膜の磁気抵抗効果における
バッファ層の効果』日本応用磁気学会誌Ｖｏｌ．１９，
Ｎｏ．２，１９９５には、Ｃｏ／Ｃｕ／Ｃｏサンドイッ
チ膜の下地層としてＦｅあるいはＮｉＦｅ層を設けるこ
とにより、磁性層間の結合を小さくするという方法が報
告されている。

【００１０】一方、特開平７−６６０３３号公報には、
非磁性層を挟んで配置された２つの磁性層にバッファ層
あるいはキャップ層として強磁性体のＣｏＯを用い、隣
接する磁性層の磁化を固定し、磁気抵抗効果を向上し得
ることが開示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように、サンドイッチ型磁気抵抗効果膜の下地層として
ＦｅあるいはＮｉＦｅ層を設けることにより、磁性層間
の結合を小さくする手法では、Ｆｅ或いはＮｉＦｅ下地
層の層厚をかなり厚くしないと効果が得られないため、
下地層のない場合と比べて膜全体の抵抗値がかなり小さ
くなってしまい、大きな出力が得られないといった問題
を有している。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本願発明者らは、前述し
た課題に鑑み、Ｆｅ或いはＮｉＦｅ下地層と同程度に第
１磁性層と第２磁性層の層間結合を小さくして、Ｆｅ或
いはＮｉＦｅ下地層を積層した場合と同程度の抵抗変化
率が得られ、かつ、比抵抗が非常に大きい下地層を見い
出すべく誠心誠意研究を重ねた結果、本発明を行うに至
った。

【００１３】上記の課題を解決するために、本発明の請
求項１記載の磁気抵抗効果素子は、第１磁性層、非磁性
層及び第２磁性層がこの順に積層されてなる３層構造、
又は第１磁性層、非磁性層、第２磁性層及び高保磁力磁
性層がこの順に積層されてなる４層構造を有し、第２磁
性層の磁化の方向が固定され、第１磁性層の磁化の向き
が外部磁場に対して自由に回転し、第１磁性層と第２磁
性層との磁化の向きのなす角度によって磁気抵抗効果を
もつ磁気抵抗効果膜を備えた磁気抵抗効果素子であっ
て、上記磁気抵抗効果膜における第１磁性層の下地層と
して酸化コバルト層が設けられていることを特徴として
いる。

【００１４】本発明の請求項２記載の磁気抵抗効果素子
は、請求項１に記載の構成において、基板上に下地層の
酸化コバルト層が形成され、該酸化コバルト層の上に、
第１磁性層、非磁性層及び第２磁性層をこの順に積層し
て３層構造、又は第１磁性層、非磁性層、第２磁性層及
び高保磁力磁性層をこの順に積層して４層構造の磁気抵
抗効果膜が形成されてなることを特徴としている。

【００１５】上記請求項１又は２の構成によれば、磁化
の固定されない第１磁性層の下地層として設けられた酸
化コバルト層により、第１磁性層と第２磁性層の層間結
合を小さくでき、抵抗変化率を大きくできる。そして、
このような酸化コバルト下地層は、従来のＦｅやＮｉＦ
ｅとは異なって比抵抗がｍΩ・ｃｍオーダであるので、
磁気抵抗効果膜全体の抵抗値を殆ど低下させることなく
大きな抵抗変化率を得ることができる。

【００１６】また、このような酸化コバルト下地層を設
けることで第１磁性層と第２磁性層との層間結合を小さ
くできるのは、酸化コバルト下地層の上に形成する第１
磁性層の結晶配向性の変化、或いは積層界面の変化によ
ると考えられるので、最初に酸化コバルト下地層を設
け、この上に、第１磁性層、非磁性層、第２磁性層を積
層して磁気抵抗効果膜を作成する必要があると考えられ
る。

【００１７】本発明の請求項３記載の磁気抵抗効果素子
は、請求項１又は２に記載の構成において、下地層の上
記酸化コバルト層が非磁性であることを特徴としてい
る。

【００１８】これによれば、酸化コバルト下地層は非磁
性であるので、隣接する第１磁性層の保磁力を増加させ
ることがない。したがって、抵抗変化率を非磁性でない
場合に比べて大きくできる。

【００１９】本発明の請求項４記載の磁気抵抗効果素子
は、請求項１、２又は３に記載の構成において、下地層
の上記酸化コバルト層の層厚が２００Å以下であること
を特徴としている。

【００２０】請求項４の構成によれば、酸化コバルト下
地層の層厚は２００Å以下である。酸化コバルト下地層
の層厚は、薄い程抵抗変化率を大きくできることが確認
されたので、上記のように２００Å以下に限定すること
で、効果的な抵抗変化率を得ることができる。その上、
２００Å以下とすることで、磁気抵抗効果膜を用いた磁
気抵抗効果素子全体の膜厚が減少し素子加工が容易にな
り、また、膜全体の抵抗値も大きくできる。

【００２１】本発明の請求項５記載の磁気ヘッドは、請
求項１、２、３又は４記載の磁気抵抗効果素子と、磁気
抵抗効果素子に電流を流す通電手段と、磁気記録媒体に
記録された磁気的な情報に応じた磁場の大きさに対応し
て変化する該磁気抵抗効果素子の電気抵抗を検出する検
出手段とを備えていることを特徴としている。

【００２２】これによれば、請求項１ないし４の何れか
１つの磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドに適用し、当該素
子に電流を流して磁気記録媒体の情報（その磁束変化）
を電気抵抗の変化として検出すれば、情報読み出し性能
の向上を図ることができ、高密度記録が行われた磁気記
録媒体の再生が可能となる。

【００２３】本発明の請求項６記載の磁気抵抗効果素子
の製造方法は、第１磁性層、非磁性層及び第２磁性層が
この順に積層されてなる３層構造、又は第１磁性層、非
磁性層、第２磁性層及び高保磁力磁性層がこの順に積層
されてなる４層構造を有し、第２磁性層の磁化の方向が
固定され、第１磁性層の磁化の向きが外部磁場に対して
自由に回転し、第１磁性層と第２磁性層との磁化の向き
のなす角度によって磁気抵抗効果をもつ磁気抵抗効果膜
を備え、該磁気抵抗効果膜における第１磁性層の下地層
として酸化コバルト層が設けられている磁気抵抗効果素
子の製造方法において、下地層の酸化コバルト層を、ス
パッタターゲットとしてコバルトを用い、スパッタガス
として酸素と不活性ガスの混合ガスを用いて、反応性ス
パッタにて作成することを特徴としている。

【００２４】これによれば、酸化コバルト下地層の作成
を反応性スパッタ法を用いて行うので、磁性層をＣｏ層
から形成した場合、Ｃｏターゲットを共用することがで
き、コストダウンを図ることが可能となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】 〔実施の形態１〕本発明の実施の一形態について図１及
び図２に基づいて説明すれば、以下の通りである。

【００２６】本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の構成
を図１に示す。この磁気抵抗効果素子は、基板１１上
に、まず、酸化コバルト下地層１２を形成し、その上
に、磁気抵抗効果膜を構成する、自由磁化層（第１磁性
層）１３、非磁性層１４、固定磁化層（第２磁性層）１
５、高保磁力層（高保磁力磁性層）１６をこの順に積層
した構成である。

【００２７】上記固定磁化層１５の磁化の方向は、隣接
して積層された高保磁力層１６の磁化の方向に固定さ
れ、他方、自由磁化層１３の磁化の向きは、外部磁場に
対して自由に回転し、固定磁化層１５と自由磁化層１３
との磁化の向きのなす角度によって、磁気抵抗効果を得
るようになっている。

【００２８】自由磁化層１３としては、Ｃｏ層、ＮｉＦ
ｅ層、或いはＣｏとＮｉＦｅとの複合層等を用いること
ができる。非磁性層１４としては、Ｃｕ層、Ａｕ層、Ａ
ｇ層、Ｃｒ層等を用いることができる。固定磁化層１５
としては、Ｃｏ層、ＮｉＦｅ層等を用いることができ
る。

【００２９】高保磁力層１６は、隣接する固定磁化層１
５の保磁力を増大させる目的で設けられており、高保磁
力を有する酸化コバルト層や、ＣｏＰｔ層を用いること
ができる。高保磁力を有する酸化コバルト層は、酸化コ
バルト層の酸素組成がコバルト組成より小さく、コバル
ト酸化層に磁化が残り保磁力が最大になる条件で作成す
ることで得られる。

【００３０】酸化コバルト下地層１２は、自由磁化層１
３と固定磁化層１５との層間結合を小さくするために設
けられており、非磁性の酸化コバルト層であることが望
ましい。尚、後述する実験の結果、磁性を有していても
酸化コバルト下地層１２を設けない構成よりは磁気抵抗
効果を上げ得ることが確認されている。

【００３１】この酸化コバルト下地層１２の組成は、前
述の高保磁力の酸化コバルト層より酸素組成を大きくし
て非磁性（若干の磁性を有しても良い）となる条件で作
成されたものであり、比抵抗がｍΩ・ｃｍオーダであ
る。また、該層１２の層厚は、後述する実験の結果、２
００Å以下が望ましいことが確認されている。

【００３２】上記の酸化コバルト下地層１２は、スパッ
タターゲットしてＣｏを用い、スパッタガスとして酸素
とアルゴンの混合ガスを用いた反応性ＲＦマグネトロン
スパッタ法を用いて成膜できる。この場合、コバルトと
酸素の組成比は、酸素濃度を変えることによってコント
ロールでき、酸化コバルト下地層１２の場合は、酸化コ
バルト層が非磁性（若干の磁性を有していても良い）と
なる条件で作成する。

【００３３】自由磁化層１３及び固定磁化層１５は、ア
ルゴンガスを用いたＲＦマグネトロンスパッタ法を用い
て成膜でき、非磁性層１４は、アルゴンガスを用いたＤ
Ｃマグネトロンスパッタ法を用いて成膜できる。

【００３４】次に、上記した自由磁化層１３と固定磁化
層１５との層間結合を小さくし得る酸化コバルト下地層
１２を作成するための条件を見い出すために、酸化コバ
ルト下地層１２を作成するときの酸素濃度（％）、層厚
とを種々変更してサンプル♯１〜♯６の磁気抵抗効果素
子を作成し、それらの磁気抵抗効果膜について抵抗変化
率（％）を測定する実験を行った結果について説明す
る。

【００３５】実験では、自由磁化層１３及び固定磁化層
１５にＣｏ層を用い、非磁性層１４にＣｕ層を用いた、
高保磁力層付きＣｏ／Ｃｕ／Ｃｏサンドイッチ型磁気抵
抗効果膜を作成し、酸化コバルト下地層１２の作成条件
の一である混合ガスの酸素濃度を０．５〜１．０内で変
化させ、酸素濃度の違いによる磁気抵抗効果を比較し
た。また、酸化コバルト下地層１２の作成条件の一であ
る酸化コバルト下地層１２の層厚を５０〜２００Å内で
変化させ、層厚の違いによる磁気抵抗効果を比較した。

【００３６】以下に、サンプル♯１〜♯６の作成手順を
説明する。サンプル♯１〜♯６とも、基板１１としては
コーニング社製の０２１１ガラス基板を用い、該ガラス
基板の上に、混合ガスの総ガス圧５ｍＴｏｒｒで、酸化
コバルト下地層１２を反応性ＲＦマグネトロンスパッタ
法を用いて作成した。成膜速度は０．７〜１．０Å／ｓ
ｅｃとし、真空到達度は２×１０^-7Ｔｏｒｒ以下とし
た。このとき、サンプル♯１では、酸素濃度０．５％の
混合ガスを用い、層厚を１００Åとした。サンプル♯２
では、サンプル♯１と同じ酸素濃度の混合ガスを用い
て、層厚を２００Åとした。サンプル♯３では、酸素濃
度０．８％の混合ガスを用いて、層厚を１００Åとし
た。サンプル♯４〜♯６では、各々酸素濃度１．０％の
混合ガスを用い、層厚を順に５０Å、１００Å、２００
Åとした。

【００３７】以降の手順は、サンプル♯１〜♯６とも同
じで、真空を破ることなく、上記酸化コバルト下地層１
２の上に、自由磁化層１３としての層厚５０ÅのＣｏ
層、非磁性層１４としての層厚２６ÅのＣｕ層、固定磁
化層１５としての層厚５０ÅのＣｏ層を順に積層した。
自由磁化層１３及び固定磁化層１５としてのＣｏ層の形
成は、アルゴンガスのガス圧は５ｍＴｏｒｒでＲＦマグ
ネトロンスパッタ法を用いて作成し、成膜速度は０．３
〜０．７Å／ｓｅｃとした。この場合、酸化コバルト下
地層１２の作成で用いたＣｏタゲットを共用できたの
で、製造コストの削減が図れた。非磁性層１４としての
Ｃｕ層の形成は、アルゴンガスのガス圧は５ｍＴｏｒｒ
でＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて作成し、成膜速
度は０．３〜０．７Å／ｓｅｃとした。

【００３８】最後に、酸素濃度０．９５％の混合ガスを
用いて、総ガス圧３ｍＴｏｒｒで、２００Åの高保磁力
層１６となる高保磁力の酸化コバルト層を反応性ＲＦマ
グネトロンスパッタ法を用いて作成し、高保磁力層付き
Ｃｏ／Ｃｕ／Ｃｏサンドイッチ型磁気抵抗効果膜を得
た。高保磁力の酸化コバルト層の成膜速度は０．７〜
１．０Å／ｓｅｃとした。この条件で作成した２００Å
の高保磁力の酸化コバルト層の保磁力は４１５Ｏｅであ
った。

【００３９】表１に、サンプル♯１〜♯６の抵抗変化率
（％）を測定した結果を示す。尚、表１には、比較のた
めに、上記サンプル♯１〜♯６と同じコーニング社製の
０２１１ガラス基板を用い、該ガラス基板の上に酸化コ
バルト下地層を設けず、ガラス基板の上に直接、自由磁
化層となるＣｏ層（５０Å）、非磁性層となるＣｕ層
（２６Å）、固定磁化層となるＣｏ層（５０Å）の順に
積層し、最後に２００Åで高保磁力層となる高保磁力の
酸化コバルト層を形成した比較サンプルの抵抗変化率を
測定した結果も示す。

【００４０】

【表１】

【００４１】表１の結果を基に、考察を以下に述べる。 １） 酸化コバルト下地層を設けない比較サンプルの抵
抗変化率は０．２５％であり、酸化コバルト下地層なし
ではほとんど抵抗変化が生じないことがわかる。この場
合、固定磁化層に高保磁力酸化コバルト層を隣接させる
ことによって固定磁化層の保磁力を増大させて自由磁化
層との間に保磁力の差を生じさせているにもかかわらず
磁気抵抗効果が生じないのは、酸化コバルト下地層のな
い構成では、前述の文献（１）で報告されているように
固定磁化層の磁化と自由磁化層の磁化の間に大きな結合
が存在するためと考えられる。これに対し、非磁性の酸
化コバルト下地層１２を設けた本磁気抵抗効果素子のサ
ンプル♯１〜♯６では、結晶配向性の変化あるいは積層
界面の変化により、固定磁化層１５の磁化と自由磁化層
１３の磁化の結合が小さくなったために、大きな磁気抵
抗効果が得られるようになったと考えられる。

【００４２】２） 酸化コバルト下地層１２の層厚は、
２００Åと厚い場合でも下地層のない場合と比べて効果
はあるが、サンプル♯１とサンプル♯２、及びサンプル
♯４〜♯６をそれぞれ比較してわかるように、酸化コバ
ルト下地層１２の層厚が薄いほうが抵抗変化率は大きく
なる傾向にある。その上、磁気抵抗効果膜を用いた磁気
抵抗効果素子全体の膜厚が減少し素子加工が容易になる
という利点や、膜全体の抵抗値を大きくできるという利
点もある。これらのことから、酸化コバルト下地層１２
の層厚は２００Å以下の薄いほうが望ましいと言える。

【００４３】３） サンプル♯１とサンプル♯２とを比
較して分かるように、同じ層厚でありながら、酸素濃度
０．５％の混合ガスで作成したサンプル♯１の抵抗変化
率はサンプル♯３の抵抗変化率に比べて小さい。これ
は、酸化コバルト下地層１２を作成する条件として、酸
素濃度が０．５％では若干酸化が不足し、磁性が残るた
めと考えられる。そこで、サンプル♯１の酸化コバルト
下地層１２と同じ条件で酸化コバルト単層膜を作成し、
その磁化を測定してみると、約１３０ｅｍｕ／ｃｃの磁
化が残っており、サンプル♯１の酸化コバルト下地層１
２及び隣接する自由磁化層１３と同条件で酸化コバルト
下地／Ｃｏの２層膜を作成し、その磁気特性を測定した
ところＣｏ層の保磁力は１３０Ｏｅに増加していること
がわかった。これに対し、サンプル♯３の酸化コバルト
下地層１２について磁化を測定してみると、非磁性であ
ることが確認された。このような非磁性の酸化コバルト
下地層１２上に隣接する自由磁化層１３の磁気特性がほ
とんど劣化しないため、大きい磁気抵抗効果が得られて
いる。

【００４４】このことから、完全なる非磁性の酸化コバ
ルト下地層１２を作成するスパッタリングの条件として
は、総ガス圧５ｍＴｏｒｒの場合の混合ガスの酸素濃度
は０．８％以上にする必要があると言え、また、酸化コ
バルト下地層１２としては、非磁性であることが好まし
いが、若干の弱い磁性を有していても良いことがわか
る。

【００４５】以上のように、本実施形態の磁気抵抗効果
素子では、基板１１上に、まず酸化コバルト層１２を形
成し、この上に、磁気抵抗効果膜を構成する、酸化コバ
ルト下地層１２、自由磁化層（第１磁性層）１３、非磁
性層１４、固定磁化層（第２磁性層）１５、高保磁力層
１６をこの順に積層した構成である。酸化コバルト下地
層１２の比抵抗はｍΩ・ｃｍオーダであり、このような
酸化コバルト下地層１２を自由磁化層１３の下地層とし
て形成し、固定磁化層１５と自由磁化層１３との層間結
合を小さくすることで、磁気抵抗効果膜全体の抵抗値を
殆ど低下させることなく、抵抗変化率を大きくできる。

【００４６】この場合、酸化コバルト下地層１２として
は、非磁性であることが望ましいが、若干の磁性を有し
ていても効果は得られ、また、非磁性の酸化コバルト下
地層１２を得るには、反応性ＲＦマグネトロンスパッタ
法を用いて、総ガス圧５ｍＴｏｒｒで、アルゴンと酸素
の混合ガスの酸素濃度を０．８％以上にすればよい。

【００４７】尚、特開平７−６６０３３号公報には、非
磁性層を挟んで配置された２つの磁性層にバッファ層あ
るいはキャップ層として強磁性体のＣｏＯを用い、隣接
する磁性層の磁化を固定し、磁気抵抗効果を向上し得る
ことが開示されているが、ここで用いられているＣｏＯ
は反強磁性体であり、隣接する酸化層の磁化を固定する
目的で用いたものであり、自由磁化層の下地層として設
けて２つの磁性層（固定磁化層と自由磁化層）間の結合
を小さくする目的には使用できない。

【００４８】また、本実施形態の磁気抵抗効果素子を、
例えば図２に示すように、磁気ディスク装置や磁気テー
プ装置等の磁気記録再生装置の再生用磁気ヘッド４に適
用すれば、高密度記録が行われた磁気記録媒体に対する
情報読み出し性能の向上を図ることができる。この磁気
ヘッド４は、磁気的に情報を記録している磁気記録媒体
に対して相対的に移動し、磁気記録媒体から受ける磁場
の大きさを上述の磁気抵抗効果によって検出するもので
あり、本実施形態の磁気抵抗効果素子をヘッドの先端部
に有すると共に、該磁気抵抗効果素子に電流を流す通電
手段を構成するシグナルリード１及び導電ライン（図示
せず）と、磁気記録媒体の磁場の大きさに対応して変化
する素子の電気抵抗を検出する検出手段（図示せず）と
を備えている。上記磁気抵抗効果素子は、絶縁層（図示
せず）を介して、上部シールド層２と下部シールド層３
とに挟持された構造となっている。

【００４９】〔実施の形態２〕本発明のその他の実施の
形態について図３に基づいて説明すれば、以下の通りで
ある。本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の構成を図３
に示す。この磁気抵抗効果素子は、基板２１上に、まず
酸化コバルト下地層２２を形成し、その上に、磁気抵抗
効果膜を構成する、自由磁化層（第１磁性層）２３、非
磁性層２４、Ｃｏ層からなる固定磁化層（第２磁性層）
２５をこの順に積層した構成で、固定磁化層２５の表面
のみが大気中に取り出されて自然酸化されている。

【００５０】上記固定磁化層２５の磁化の方向は、自然
酸化された表面層の磁化の方向に固定され、他方、自由
磁化層２３の磁化の向きは、外部磁場に対して自由に回
転し、固定磁化層２５と自由磁化層２３との磁化の向き
のなす角度によって、磁気抵抗効果を得るようになって
いる。

【００５１】自由磁化層２３としては、Ｃｏ層、ＮｉＦ
ｅ層、或いはＣｏとＮｉＦｅとの複合層等を用いること
ができる。非磁性層２４としては、Ｃｕ層、Ａｕ層、Ａ
ｇ層、Ｃｒ層等を用いることができる。固定磁化層２５
としては、前述したようにＣｏ層を用いる。

【００５２】酸化コバルト下地層２２は、前述の実施の
形態１の酸化コバルト下地層１２と同様に、自由磁化層
２３と固定磁化層２５との層間結合を小さくするために
設けられており、非磁性の酸化コバルト層であることが
好ましいが、若干の磁性を有していても酸化コバルト下
地層２２を設けない構成よりは磁気抵抗効果を上げ得る
ことが確認されている。この酸化コバルト下地層２２の
組成も、酸化コバルト下地層１２と同様に、非磁性（若
干の磁性を有していても良い）となる条件で作成された
ものであり、比抵抗はｍΩ・ｃｍオーダである、層厚は
２００Å以下とすることが望ましい。

【００５３】上記の酸化コバルト下地層２２、自由磁化
層２３、固定磁化層２５は、各々実施の形態１で示した
酸化コバルト下地層１２、自由磁化層１３、固定磁化層
１５と同様に得られる。

【００５４】次に、本実施形態の磁気抵抗効果素子のサ
ンプル♯７を作成すると共に、比較のために上記サンプ
ル♯７と酸化コバルト下地層２２が設けられていない以
外は全く同じ構成を有する比較サンプル♯２を作成し、
それぞれの磁気抵抗効果膜の抵抗変化率（％）を測定
し、磁気抵抗効果の向上を確かめる実験を行った結果を
報告する。

【００５５】実験では、固定磁化層２５と共に自由磁化
層２３にもＣｏ層を用い、非磁性層２４にＣｕ層を用い
たＣｏ／Ｃｕ／Ｃｏサンドイッチ膜を作成した。

【００５６】サンプル♯７では、基板２１としてはコー
ニング社製の０２１１ガラス基板を用い、該ガラス基板
の上に、まず、酸素濃度１．０％の混合ガスを用い、総
ガス圧５ｍＴｏｒｒで、層厚を１００Åの非磁性の酸化
コバルト下地層２２を反応性ＲＦマグネトロンスパッタ
法を用いて作成した。成膜速度は０．７〜１．０Å／ｓ
ｅｃとし、真空到達度は２×１０^-7Ｔｏｒｒ以下とし
た。その後、真空を破ることなく、上記酸化コバルト下
地層２２の上に、自由磁化層２３としての膜厚５０Åの
Ｃｏ層、非磁性層２４としての膜厚２６ÅのＣｕ層、固
定磁化層２５としての膜厚５０ÅのＣｏ層を順に積層し
た。自由磁化層２３及び固定磁化層２５としてのＣｏ層
の形成は、アルゴンガスのガス圧は５ｍＴｏｒｒでＲＦ
マグネトロンスパッタ法を用いて作成し、成膜速度は
０．３〜０．７Å／ｓｅｃとした。非磁性層２４として
のＣｕ層の形成は、アルゴンガスのガス圧は５ｍＴｏｒ
ｒでＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて作成し、成膜
速度は０．３〜０．７Å／ｓｅｃとした。その後、大気
中に取り出し、固定磁化層２５の表面のＣｏ層のみを自
然酸化させた。このように作成したサンプル♯７の抵抗
変化率は、２．１８％であった。

【００５７】これに対し、上記サンプル♯７とガラス基
板上に酸化コバルト下地層を設ける工程がない以外は全
く同じ工程で、ガラス基板の上に直接、Ｃｏ層からなる
自由磁化層（５０Å）、Ｃｕ層からなる非磁性層（２６
Å）、Ｃｏ層からなる固定磁化層（５０Å）を順に積層
し、固定磁化層の表面を自然酸化させて得た比較サンプ
ル♯２の抵抗変化率は０．１５％であった。つまり、酸
化コバルト下地層なしでは、ほとんど抵抗変化が生じな
かった。

【００５８】このように、固定磁化層に隣接させて高保
磁力層を設けない構成のサンドイッチ型磁気抵抗効果膜
においての、自由磁化層の下地層として酸化コバルト下
地層を設けることで、抵抗変化率を上昇させることがで
きる。

【００５９】また、本実施形態の磁気抵抗効果素子を、
実施の形態１の磁気抵抗効果素子と同様に、磁気ディス
ク装置や磁気テープ装置等の磁気記録再生装置の再生用
磁気ヘッド４に適用すれば、高密度記録が行われた磁気
記録媒体に対する情報読み出し性能の向上を図ることが
できる。

【００６０】尚、上記した〔実施の形態１〕〔実施の形
態２〕では、酸化コバルト下地層（１２・２２）上に作
成する磁気抵抗効果膜として、表面を自然酸化させたＣ
ｏ／Ｃｕ／Ｃｏサンドイッチ膜および高保磁力コバルト
酸化層をもつＣｏ／Ｃｕ／Ｃｏサンドイッチ膜を用いた
が、例えば従来技術の項で説明したＦｅＭｎのような反
強磁性層をもつスピンバルブ膜においても、自由磁化層
の下地層として、非磁性の酸化コバルト層（若干の磁性
を有していても良い）を設けることで、抵抗変化率を増
加させることが可能である。

【００６１】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１記載の
磁気抵抗効果素子は、第１磁性層、非磁性層及び第２磁
性層がこの順に積層されてなる３層構造、又は第１磁性
層、非磁性層、第２磁性層及び高保磁力磁性層がこの順
に積層されてなる４層構造を有し、第２磁性層の磁化の
方向が固定され、第１磁性層の磁化の向きが外部磁場に
対して自由に回転し、第１磁性層と第２磁性層との磁化
の向きのなす角度によって磁気抵抗効果をもつ磁気抵抗
効果膜を備えた磁気抵抗効果素子であって、上記磁気抵
抗効果膜における第１磁性層の下地層として酸化コバル
ト層が設けられている構成である。

【００６２】本発明の請求項２記載の磁気抵抗効果素子
は、請求項１に記載の構成において、基板上に下地層の
酸化コバルト層が形成され、該酸化コバルト層の上に、
第１磁性層、非磁性層及び第２磁性層をこの順に積層し
て３層構造、又は第１磁性層、非磁性層、第２磁性層及
び高保磁力磁性層をこの順に積層して４層構造の磁気抵
抗効果膜が形成されてなる構成である。

【００６３】これにより、金属下地層を用いることな
く、大きな抵抗変化率をもつ磁気抵抗効果膜が得られる
ので、素子抵抗の大きい高出力の磁気抵抗効果素子を容
易に得ることができるという効果を奏する。

【００６４】本発明の請求項３記載の磁気抵抗効果素子
は、請求項１又は２に記載の構成において、下地層の上
記酸化コバルト層が非磁性である構成である。

【００６５】これにより、請求項１又は２の構成による
効果に加えて、抵抗変化率を非磁性でない場合に比べて
大きくできるという効果を奏する。

【００６６】本発明の請求項４記載の磁気抵抗効果素子
は、請求項１、２又は３に記載の構成において、下地層
の上記酸化コバルト層の層厚が２００Å以下である構成
である。

【００６７】これにより、請求項１、２又は３の構成に
よる効果に加えて、効果的な抵抗変化率を得ることがで
きる上、磁気抵抗効果膜を用いた磁気抵抗効果素子全体
の膜厚が減少し素子加工が容易になり、また、膜全体の
抵抗値も大きくできるという効果を奏する。

【００６８】本発明の請求項５記載の磁気ヘッドは、請
求項１、２、３又は４記載の磁気抵抗効果素子と、磁気
抵抗効果素子に電流を流す通電手段と、磁気記録媒体に
記録された磁気的な情報に応じた磁場の大きさに対応し
て変化する該磁気抵抗効果素子の電気抵抗を検出する検
出手段とを備えている構成である。

【００６９】これにより、情報読み出し性能の向上を図
ることができ、高密度記録が行われた磁気記録媒体の再
生が可能となるという効果を奏する。

【００７０】本発明の請求項６記載の磁気抵抗効果素子
の製造方法は、第１磁性層、非磁性層及び第２磁性層が
この順に積層されてなる３層構造、又は第１磁性層、非
磁性層、第２磁性層及び高保磁力磁性層がこの順に積層
されてなる４層構造を有し、第２磁性層の磁化の方向が
固定され、第１磁性層の磁化の向きが外部磁場に対して
自由に回転し、第１磁性層と第２磁性層との磁化の向き
のなす角度によって磁気抵抗効果をもつ磁気抵抗効果膜
を備え、該磁気抵抗効果膜における第１磁性層の下地層
として酸化コバルト層が設けられている磁気抵抗効果素
子の製造方法において、下地層の酸化コバルト層を、ス
パッタターゲットとしてコバルトを用い、スパッタガス
として酸素と不活性ガスの混合ガスを用いて、反応性ス
パッタにて作成するものである。

【００７１】これにより、磁性層をＣｏ層から形成した
場合、Ｃｏターゲットを共用することができ、コストダ
ウンを図ることが可能となるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示すもので、サンドイ
ッチ型磁気抵抗効果膜の概略的な構成を示す断面図であ
る。

【図２】上記のサンドイッチ型磁気抵抗効果膜を用いた
磁気抵抗効果素子を搭載した磁気ヘッドの構成を示す斜
視図である。

【図３】本発明の実施の一形態を示すもので、サンドイ
ッチ型磁気抵抗効果膜の概略的な構成を示す断面図であ
る。

【図４】従来の積層構造型磁気抵抗効果膜の概略的な構
成を示す断面図である。

【図５】従来のスピンバルブ型磁気抵抗効果膜の概略的
な構成を示す分解斜視図である。

【図６】従来のサンドイッチ型磁気抵抗効果膜の概略的
な構成を示す断面図である。

【符号の説明】

４ 磁気ヘッド １１ 基板 １２ 酸化コバルト下地層 １３ 自由磁化層（第１磁性層） １４ 非磁性層 １５ 固定磁化層（第２磁性層） １６ 高保磁力層（高保磁力磁性層） ２１ 基板 ２２ 酸化コバルト下地層 ２３ 自由磁化層（第１磁性層） ２４ 非磁性層 ２５ 固定磁化層（第２磁性層）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 出口 治彦 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 釆山 和弘 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 吉良 徹 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１磁性層、非磁性層及び第２磁性層がこ
   の順に積層されてなる３層構造、又は第１磁性層、非磁
   性層、第２磁性層及び高保磁力磁性層がこの順に積層さ
   れてなる４層構造を有し、第２磁性層の磁化の方向が固
   定され、第１磁性層の磁化の向きが外部磁場に対して自
   由に回転し、第１磁性層と第２磁性層との磁化の向きの
   なす角度によって磁気抵抗効果をもつ磁気抵抗効果膜を
   備えた磁気抵抗効果素子であって、 上記磁気抵抗効果膜における第１磁性層の下地層として
   酸化コバルト層が設けられていることを特徴とする磁気
   抵抗効果素子。
2. 【請求項２】基板上に下地層の酸化コバルト層が形成さ
   れ、該酸化コバルト層の上に、第１磁性層、非磁性層及
   び第２磁性層をこの順に積層して３層構造、又は第１磁
   性層、非磁性層、第２磁性層及び高保磁力磁性層をこの
   順に積層して４層構造の磁気抵抗効果膜が形成されてな
   ることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
3. 【請求項３】下地層の上記酸化コバルト層が非磁性であ
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気抵抗効果
   素子。
4. 【請求項４】下地層の上記酸化コバルト層の層厚が２０
   ０Å以下であることを特徴とする請求項１、２又は３記
   載の磁気抵抗効果素子。
5. 【請求項５】請求項１、２、３又は４記載の磁気抵抗効
   果素子と、 磁気抵抗効果素子に電流を流す通電手段と、 磁気記録媒体に記録された磁気的な情報に応じた磁場の
   大きさに対応して変化する該磁気抵抗効果素子の電気抵
   抗を検出する検出手段とを備えていることを特徴とする
   磁気ヘッド。
6. 【請求項６】第１磁性層、非磁性層及び第２磁性層がこ
   の順に積層されてなる３層構造、又は第１磁性層、非磁
   性層、第２磁性層及び高保磁力磁性層がこの順に積層さ
   れてなる４層構造を有し、第２磁性層の磁化の方向が固
   定され、第１磁性層の磁化の向きが外部磁場に対して自
   由に回転し、第１磁性層と第２磁性層との磁化の向きの
   なす角度によって磁気抵抗効果をもつ磁気抵抗効果膜を
   備え、該磁気抵抗効果膜における第１磁性層の下地層と
   して酸化コバルト層が設けられている磁気抵抗効果素子
   の製造方法において、 下地層の酸化コバルト層を、スパッタターゲットとして
   コバルトを用い、スパッタガスとして酸素と不活性ガス
   の混合ガスを用いて、反応性スパッタにて作成すること
   を特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。