JPH1065232A - Magnetoresistive effect device - Google Patents

Magnetoresistive effect device

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JPH1065232A
JPH1065232A JP9111419A JP11141997A JPH1065232A JP H1065232 A JPH1065232 A JP H1065232A JP 9111419 A JP9111419 A JP 9111419A JP 11141997 A JP11141997 A JP 11141997A JP H1065232 A JPH1065232 A JP H1065232A
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magnetic
film
magnetic layer
diffusion barrier
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Yuzo Kamiguchi
裕三 上口
Akiko Saito
明子 斉藤
Kazuhiro Saito
和浩 斉藤
Hideaki Fukuzawa
英明 福澤
Hitoshi Iwasaki
仁志 岩崎
Masashi Sahashi
政司 佐橋
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    • H01F10/32Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain a magnetoresistive effect device with a spin valve film from dissipating heat, so as to improve it in thermal stability without deteriorat ing its performance. SOLUTION: A magnetoresistive effect device is equipped with a spin valve film 7, composed of a first magnetic layer 1 formed on a metal buffer layer 4, a non-magnetic intermediate layer 3 and a second magnetic layer 2. An atom diffusion barrier layer 5 formed of oxide, nitride, carbide, boride, fluoride or the like of thickness 2nm or below is provided at an interface between the metal buffer layer 4 and the first magnetic layer 1. Or a magnetoresistive effect device is equipped with a spin valve film 7, composed of a first magnetic layer of laminated film structure which consists of a magnetic base layer and a ferromagnetic layer, a second magnetic layer, and a non-magnetic intermediate layer interposed between them, wherein an atom diffusion barrier layer formed of oxide, nitride, carbide, boride, fluoride or the like of thickness 2nm or below is provided at an interface between the magnetic base layer and the ferromagnetic layer 1.

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、スピンバルブ膜を
用いた磁気抵抗効果素子に関する。
The present invention relates to a magnetoresistive element using a spin valve film.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、磁気記録媒体に記録された情報
の読み出しは、コイルを有する再生用磁気ヘッドを記録
媒体に対して相対的に移動させ、そのときに発生する電
磁誘導でコイルに誘起される電圧を検出する方法によっ
て行われてきた。一方、情報を読み出す場合に、磁気抵
抗効果素子(以下、MR素子)を用いることも知られて
いる(IEEE MAG-7,150(1971) 等参照)。MR素子を用い
た磁気ヘッド(以下、MRヘッドと記す)は、ある種の
強磁性体の電気抵抗が外部磁界の強さに応じて変化する
という現象を利用したものである。
2. Description of the Related Art Generally, when reading information recorded on a magnetic recording medium, a reproducing magnetic head having a coil is moved relative to the recording medium, and the magnetic induction is induced on the coil by electromagnetic induction generated at that time. This has been done by a method that detects the voltage that On the other hand, it is also known to use a magnetoresistance effect element (hereinafter, MR element) when reading information (see IEEE MAG-7, 150 (1971), etc.). A magnetic head using an MR element (hereinafter, referred to as an MR head) utilizes a phenomenon that the electric resistance of a certain ferromagnetic material changes according to the strength of an external magnetic field.

【0003】近年、磁気記録媒体の小型・大容量化が進
められ、情報読み出し時の再生用磁気ヘッドと磁気記録
媒体との相対速度が小さくなってきているため、小さい
相対速度であっても大きな出力が取り出せるMRヘッド
への期待が高まっている。ここで、MRヘッドの外部磁
界を感知して抵抗が変化する部分(以下、MRエレメン
トと呼ぶ)にはNi−Fe合金いわゆるパーマロイ系合
金が使用されてきた。しかし、パーマロイ系合金は良好
な軟磁気特性を有するものでも、磁気抵抗変化率が最大
で3%程度であり、小型・大容量化された磁気記録媒体用
のMRエレメントとしては磁気抵抗変化率が不十分であ
る。このため、MRエレメント材料として、より高感度
な磁気抵抗効果を示すものが望まれている。
In recent years, the size and capacity of magnetic recording media have been reduced, and the relative speed between the reproducing magnetic head and the magnetic recording medium at the time of reading information has been reduced. Expectations for an MR head capable of extracting output are increasing. Here, a Ni-Fe alloy, a so-called permalloy-based alloy, has been used for a portion where the resistance is changed by sensing an external magnetic field of the MR head (hereinafter referred to as an MR element). However, even though permalloy alloys have good soft magnetic properties, the rate of change in magnetoresistance is at most about 3%, and the rate of change in magnetoresistance is small for MR elements for small and large-capacity magnetic recording media. Not enough. Therefore, a material exhibiting a more sensitive magnetoresistance effect is desired as an MR element material.

【0004】このような要望に対して、Fe/CrやC
o/Cuのように、強磁性金属膜と非磁性金属膜とをあ
る条件で交互に積層して、近接する強磁性金属膜間を反
強磁性結合させた多層膜、いわゆる人工格子膜が巨大な
磁気抵抗効果を示すことが確認されている。人工格子膜
によれば、最大で100%を超える大きな磁気抵抗変化率を
示すことが報告されている(Phys.Rev.Lett.,Vol.61,24
74(1988)、Phys.Rev.Lett.,Vol.64,2304(1990) 等参
照)。しかし、人工格子膜は飽和磁界が高いために、M
Rエレメントには不向きである。
In response to such demands, Fe / Cr and C
Like o / Cu, ferromagnetic metal films and non-magnetic metal films are alternately stacked under certain conditions, and a multilayer film in which adjacent ferromagnetic metal films are antiferromagnetically coupled, that is, a so-called artificial lattice film is huge. It has been confirmed that a high magnetoresistance effect is exhibited. According to the artificial lattice film, a large magnetoresistance change rate exceeding 100% has been reported (Phys. Rev. Lett., Vol. 61, 24).
74 (1988), Phys. Rev. Lett., Vol. 64, 2304 (1990), etc.). However, since the artificial lattice film has a high saturation magnetic field, M
Not suitable for R element.

【0005】一方、強磁性層/非磁性層/強磁性層のサ
ンドイッチ構造の多層膜で、強磁性層が反強磁性結合し
ない場合でも、大きな磁気抵抗効果を実現した例が報告
されている。すなわち、非磁性層を挟んだ 2つの強磁性
層の一方に、交換バイアスを及ぼして磁化を固定してお
き、他方の強磁性層を外部磁界(信号磁界等)により磁
化反転させる。これにより、非磁性層を挟んで配置され
た 2つの強磁性層の磁化方向の相対的な角度を変化させ
ることによって、大きな磁気抵抗効果が得られる。この
ようなタイプの多層膜はスピンバルブ膜と呼ばれている
(Phys.Rev.B.,Vol.45,806(1992)、J.Appl.Phys.,Vol.6
9, 4774(1991) 等参照)。スピンバルブ膜の磁気抵抗変
化率は、人工格子膜に比べると小さいものの、低磁場で
磁化を飽和させることができるため、MRエレメントに
適している。このようなスピンバルブ膜を用いたMRヘ
ッドには、実用上大きな期待が寄せられている。
On the other hand, there has been reported an example in which a multilayer film having a sandwich structure of a ferromagnetic layer / a nonmagnetic layer / a ferromagnetic layer realizes a large magnetoresistance effect even when the ferromagnetic layer does not have antiferromagnetic coupling. That is, an exchange bias is applied to one of the two ferromagnetic layers sandwiching the non-magnetic layer to fix the magnetization, and the other ferromagnetic layer is magnetized by an external magnetic field (such as a signal magnetic field). Thus, a large magnetoresistance effect can be obtained by changing the relative angle between the magnetization directions of the two ferromagnetic layers disposed with the nonmagnetic layer interposed therebetween. This type of multilayer film is called a spin valve film (Phys. Rev. B., Vol. 45, 806 (1992), J. Appl. Phys., Vol. 6).
9, 4774 (1991)). Although the spin valve film has a smaller rate of change in magnetoresistance than the artificial lattice film, it can saturate the magnetization in a low magnetic field, and thus is suitable for the MR element. The MR head using such a spin valve film is expected to have great practical use.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したス
ピンバルブ膜を用いたMR素子においては、強磁性層の
結晶配向性等を高めて軟磁気特性を向上させることが重
要とされている。例えば強磁性層にCoやCo系合金の
ようなCo系強磁性体を用いたスピンバルブ膜では、ア
モルファス系材料の上に直接Co系強磁性体層を成膜す
ると結晶配向性が低下して、軟磁気特性が劣化してしま
う。そこで、 fcc結晶構造を有する金属膜をバッファ層
として形成し、この金属バッファ層上にCo系強磁性体
層を成膜することによって、結晶配向性を高めることが
検討されている。
In the MR element using the above-described spin valve film, it is important to improve the soft magnetic characteristics by increasing the crystal orientation of the ferromagnetic layer. For example, in a spin valve film using a Co-based ferromagnetic material such as Co or a Co-based alloy for the ferromagnetic layer, if a Co-based ferromagnetic layer is formed directly on an amorphous material, the crystal orientation decreases. In addition, the soft magnetic characteristics are deteriorated. Therefore, it has been studied to increase the crystal orientation by forming a metal film having an fcc crystal structure as a buffer layer and forming a Co-based ferromagnetic layer on the metal buffer layer.

【0007】しかしながら、上記した金属バッファ層と
してNiFe合金等の軟磁性材料を用いた場合には、C
o系強磁性体との間で熱拡散が容易に起こり、磁気抵抗
効果が劣化してしまう。また、スピンバルブ膜の軟磁気
特性を高めて素子感度を向上させるために、外部磁界に
より磁化反転させる強磁性層を種々の軟磁性材料からな
る磁性下地層上に形成することも検討されているが、こ
のような場合にも強磁性層と磁性下地層との間で熱拡散
が起こり、磁気抵抗効果が劣化してしまう。
However, when a soft magnetic material such as a NiFe alloy is used for the metal buffer layer,
Thermal diffusion easily occurs with the o-based ferromagnetic material, and the magnetoresistance effect deteriorates. Also, in order to enhance the soft magnetic properties of the spin valve film and improve the device sensitivity, it has been studied to form a ferromagnetic layer whose magnetization is reversed by an external magnetic field on a magnetic underlayer made of various soft magnetic materials. However, even in such a case, thermal diffusion occurs between the ferromagnetic layer and the magnetic underlayer, and the magnetoresistance effect deteriorates.

【0008】スピンバルブ膜を用いたMR素子の製造プ
ロセスにおいては、熱処理が必須であることから、上述
した熱拡散による磁気抵抗効果の劣化は重大な問題であ
る。このように、従来のスピンバルブ膜を用いたMR素
子は、熱安定性(耐熱性)が低いという問題を有してお
り、熱拡散の抑制による熱安定性の向上が大きな課題と
なっている。
In the manufacturing process of an MR element using a spin valve film, heat treatment is indispensable, so that the above-mentioned deterioration of the magnetoresistance effect due to thermal diffusion is a serious problem. As described above, the MR element using the conventional spin valve film has a problem that thermal stability (heat resistance) is low, and improvement of thermal stability by suppressing thermal diffusion has become a major issue. .

【0009】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、熱拡散を抑制することによって、熱
安定性に優れた高性能の磁気抵抗効果素子を提供するこ
とを目的としている。
The present invention has been made to address such a problem, and has as its object to provide a high-performance magnetoresistive element having excellent thermal stability by suppressing thermal diffusion. .

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明における第1の磁
気抵抗効果素子は、請求項1に記載したように、金属バ
ッファ層上に形成された第1の磁性層と、第2の磁性層
と、前記第1の磁性層と第2の磁性層との間に配置され
た非磁性中間層とを有するスピンバルブ膜を具備する磁
気抵抗効果素子において、前記金属バッファ層と第1の
磁性層との界面に、平均厚さが 2nm以下の原子拡散バリ
ヤ層が設けられていることを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a first magnetoresistive element, comprising: a first magnetic layer formed on a metal buffer layer; and a second magnetic layer. And a spin valve film having a nonmagnetic intermediate layer disposed between the first magnetic layer and the second magnetic layer, wherein the metal buffer layer and the first magnetic layer An atomic diffusion barrier layer having an average thickness of 2 nm or less is provided at the interface with the substrate.

【0011】第1の磁気抵抗効果素子は、さらに請求項
2に記載したように、 fcc結晶構造を有する金属バッフ
ァ層上に形成されたCoを含む強磁性体からなる第1の
磁性層と、第2の磁性層と、前記第1の磁性層と第2の
磁性層との間に配置された非磁性中間層とを有するスピ
ンバルブ膜を具備する磁気抵抗効果素子において、前記
金属バッファ層と第1の磁性層との界面に、酸化物、窒
化物、炭化物、ホウ化物およびフッ化物から選ばれる少
なくとも 1種を主成分とする原子拡散バリヤ層が設けら
れていることを特徴としている。
The first magnetoresistive element may further include: a first magnetic layer made of a ferromagnetic material containing Co formed on a metal buffer layer having an fcc crystal structure; A magnetoresistive element including a spin valve film having a second magnetic layer and a non-magnetic intermediate layer disposed between the first magnetic layer and the second magnetic layer; At the interface with the first magnetic layer, an atomic diffusion barrier layer mainly composed of at least one selected from oxides, nitrides, carbides, borides and fluorides is provided.

【0012】また本発明における第2の磁気抵抗効果素
子は、請求項4に記載したように、磁性下地層と強磁性
体層との積層膜からなる第1の磁性層と、第2の磁性層
と、前記第1の磁性層と第2の磁性層との間に配置され
た非磁性中間層とを有するスピンバルブ膜を具備する磁
気抵抗効果素子において、前記磁性下地層と強磁性体層
との界面に、平均厚さが 2nm以下の原子拡散バリヤ層が
設けられていることを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a second magnetoresistive element, comprising: a first magnetic layer comprising a laminated film of a magnetic underlayer and a ferromagnetic layer; A magnetoresistive element comprising a spin valve film having a layer and a non-magnetic intermediate layer disposed between the first magnetic layer and the second magnetic layer, wherein the magnetic underlayer and the ferromagnetic layer An atomic diffusion barrier layer having an average thickness of 2 nm or less is provided at the interface with the substrate.

【0013】第2の磁気抵抗効果素子は、さらに請求項
5に記載したように、磁性下地層とCoを含む強磁性体
層との積層膜からなる第1の磁性層と、第2の磁性層
と、前記第1の磁性層と第2の磁性層との間に配置され
た非磁性中間層とを有するスピンバルブ膜を具備する磁
気抵抗効果素子において、前記磁性下地層と強磁性体層
との界面に、酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物および
フッ化物から選ばれる少なくとも 1種を主成分とする原
子拡散バリヤ層が設けられていることを特徴としてい
る。
The second magnetoresistive element may further include a first magnetic layer comprising a laminated film of a magnetic underlayer and a ferromagnetic layer containing Co, and a second magnetic layer. A magnetoresistive element comprising a spin valve film having a layer and a non-magnetic intermediate layer disposed between the first magnetic layer and the second magnetic layer, wherein the magnetic underlayer and the ferromagnetic layer Is provided with an atomic diffusion barrier layer containing, as a main component, at least one selected from oxides, nitrides, carbides, borides, and fluorides.

【0014】第1の磁気抵抗効果素子においては、金属
バッファ層と第1の磁性層との界面に、上述したような
原子拡散バリヤ層を設けているため、熱処理時における
金属バッファ層と第1の磁性層との間の原子相互拡散を
良好に抑制することができると共に、金属バッファ層に
よる第1の磁性層の膜質改善効果が得られる。従って、
熱処理後に良好な磁気抵抗効果を安定して得ることがで
き、同時に良好な軟磁気特性を得ることが可能となる。
In the first magnetoresistance effect element, since the above-described atomic diffusion barrier layer is provided at the interface between the metal buffer layer and the first magnetic layer, the metal buffer layer and the first magnetic layer during the heat treatment are provided. In addition, the interdiffusion of atoms with the magnetic layer can be suppressed well, and the effect of improving the film quality of the first magnetic layer by the metal buffer layer can be obtained. Therefore,
A good magnetoresistance effect can be stably obtained after the heat treatment, and at the same time, a good soft magnetic property can be obtained.

【0015】また、第2の磁気抵抗効果素子において
は、磁性下地層と強磁性体層との界面に上述したような
原子拡散バリヤ層を設けているため、同様に熱処理時に
おける磁性下地層と強磁性体層との間の原子相互拡散を
良好に抑制することができる。従って、熱処理後に良好
な磁気抵抗効果を安定して得ることが可能となる。
In the second magnetoresistive element, the above-described atomic diffusion barrier layer is provided at the interface between the magnetic underlayer and the ferromagnetic layer. Atomic mutual diffusion with the ferromagnetic layer can be suppressed well. Therefore, a good magnetoresistance effect can be stably obtained after the heat treatment.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below.

【0017】まず、本発明の第1の磁気抵抗効果素子
(MR素子)を実施するための形態について述べる。
First, an embodiment for implementing the first magnetoresistance effect element (MR element) of the present invention will be described.

【0018】図1は、第1のMR素子の一実施形態の要
部構成を示す断面図である。同図において、1は第1の
磁性層、2は第2の磁性層であり、これら第1および第
2の磁性層1、2間には非磁性中間層3が介在されてい
る。これら磁性層1、2間は反強磁性結合しておらず、
非結合型の積層膜を構成している。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main configuration of an embodiment of the first MR element. In the figure, 1 is a first magnetic layer, 2 is a second magnetic layer, and a non-magnetic intermediate layer 3 is interposed between the first and second magnetic layers 1 and 2. There is no antiferromagnetic coupling between these magnetic layers 1 and 2,
It constitutes a non-bonded laminated film.

【0019】第1および第2の磁性層1、2は、例えば
Co単体やCo系磁性合金のようなCoを含む強磁性
体、あるいはNiFe合金のような強磁性体等により構
成されている。これらのうち、Coを含む強磁性体とし
ては、特にMR変化量に影響を及ぼすバルク効果と界面
効果を共に大きくすることができ、これによって大きな
MR変化量が得られるCo系磁性合金を用いることが好
ましい。
The first and second magnetic layers 1 and 2 are made of, for example, a ferromagnetic material containing Co such as Co alone or a Co-based magnetic alloy, or a ferromagnetic material such as a NiFe alloy. Among these, as the ferromagnetic material containing Co, use of a Co-based magnetic alloy which can increase both the bulk effect and the interface effect, which particularly affect the MR change amount, and thereby obtain a large MR change amount can be used. Is preferred.

【0020】上記したようなCo系磁性合金としては、
CoにFe、Ni、Au、Ag、Cu、Pd、Pt、I
r、Rh、Ru、Os、Hf等の 1種または 2種以上を
添加した合金が挙げられる。添加元素量は 5〜50原子%
とすることが好ましく、さらには 8〜20原子% の範囲と
することが望ましい。これは、添加元素量が少なすぎる
と、バルク効果が十分に増加せず、逆に添加元素量が多
すぎると、今度は界面効果が大きく減少するおそれがあ
るからである。添加元素は大きなMR変化量を得る上
で、特にFeを用いることが好ましい。
As the Co-based magnetic alloy as described above,
Fe, Ni, Au, Ag, Cu, Pd, Pt, I
An alloy to which one or more of r, Rh, Ru, Os, Hf and the like are added is given. Addition element amount is 5 to 50 atomic%
And more preferably in the range of 8 to 20 atomic%. This is because if the amount of the added element is too small, the bulk effect does not sufficiently increase, and if the amount of the added element is too large, the interface effect may be greatly reduced. In order to obtain a large MR change amount, it is particularly preferable to use Fe as an additional element.

【0021】また、第1および第2の磁性層1、2の膜
厚は、大きなMR変化量が得られ、かつバルクハウゼン
ノイズの発生を抑制し得る、 1〜30nmの範囲とすること
が好ましい。
The thickness of the first and second magnetic layers 1 and 2 is preferably in the range of 1 to 30 nm so that a large MR change can be obtained and Barkhausen noise can be suppressed. .

【0022】上述した磁性層1、2のうち、第1の磁性
層1は金属バッファ層4上に形成されており、これによ
って第1の磁性層1の結晶配向性の向上による膜質改善
が図られている。第1の磁性層1に上記したようなCo
を含む強磁性体を用いる場合、金属バッファ層4として
は fcc結晶構造を有する金属材料、例えばNiFe合
金、NiFeCo合金、これら fcc結晶構造の合金にT
i、V、Cr、Mn、Zn、Nb、Mo、Tc、Hf、
Ta、W、Re等の添加元素を添加して高抵抗化した合
金等が例示される。これらのうち、NiFe合金やNi
FeCo合金等は、後述する磁性下地層としても機能す
るものである。また、第1の磁性層1にNiFe合金等
の強磁性体を用いる場合には、Ta、Ti、Cr、C
u、Au、Agおよびこれらの合金等を金属バッファ層
4として用いることができる。第1の磁性層1は、信号
磁界等の外部磁界により磁化反転する磁性層、いわゆる
フリー磁性層である。
Of the above-mentioned magnetic layers 1 and 2, the first magnetic layer 1 is formed on the metal buffer layer 4, thereby improving the film quality by improving the crystal orientation of the first magnetic layer 1. Have been. The first magnetic layer 1 is made of Co as described above.
When a ferromagnetic material containing is used, the metal buffer layer 4 may be made of a metal material having an fcc crystal structure, for example, a NiFe alloy, a NiFeCo alloy, or an alloy having the fcc crystal structure.
i, V, Cr, Mn, Zn, Nb, Mo, Tc, Hf,
An alloy having an increased resistance by adding an additional element such as Ta, W, or Re is exemplified. Among them, NiFe alloy and Ni
The FeCo alloy or the like also functions as a magnetic underlayer described later. When a ferromagnetic material such as a NiFe alloy is used for the first magnetic layer 1, Ta, Ti, Cr, C
u, Au, Ag, and alloys thereof can be used as the metal buffer layer 4. The first magnetic layer 1 is a magnetic layer whose magnetization is reversed by an external magnetic field such as a signal magnetic field, that is, a so-called free magnetic layer.

【0023】そして、第1の磁性層1と金属バッファ層
4との界面には、原子拡散バリヤ層5が形成されてお
り、これによって熱処理時における第1の磁性層1と金
属バッファ層4との間の原子の熱拡散を抑制している。
すなわち、原子拡散バリヤ層5を形成することによっ
て、熱拡散による磁気抵抗効果の劣化を抑制することが
可能となり、MR素子の熱安定性が向上する。原子拡散
バリヤ層5は、熱的に安定で、第1の磁性層1と金属バ
ッファ層4との間の原子相互拡散を抑えることが必要で
あるが、あまり厚いと金属バッファ層4による膜質改善
効果が得られなくなるため、原子の相互拡散抑制効果に
悪影響を及ぼさない範囲で薄くすることが望ましい。こ
のため、原子拡散バリヤ層5の厚さは、平均厚さで 2nm
以下とされている。ただし、あまり薄すぎると原子拡散
バリヤとしての機能が損われるため、平均厚さで 0.5nm
以上とすることが好ましい。
At the interface between the first magnetic layer 1 and the metal buffer layer 4, an atomic diffusion barrier layer 5 is formed, so that the first magnetic layer 1 and the metal buffer The thermal diffusion of atoms during the period is suppressed.
That is, by forming the atomic diffusion barrier layer 5, it is possible to suppress the deterioration of the magnetoresistance effect due to thermal diffusion, and the thermal stability of the MR element is improved. The atomic diffusion barrier layer 5 is thermally stable and needs to suppress the interdiffusion of atoms between the first magnetic layer 1 and the metal buffer layer 4. Since the effect cannot be obtained, it is desirable to reduce the thickness as long as the effect of suppressing the mutual diffusion of atoms is not adversely affected. For this reason, the thickness of the atomic diffusion barrier layer 5 is 2 nm in average thickness.
It is as follows. However, if it is too thin, its function as an atomic diffusion barrier will be impaired.
It is preferable to make the above.

【0024】原子拡散バリヤ層5の構成材料としては、
熱的に安定な酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物、フッ
化物等を用いることができ、これらは単体として用いる
場合に限らず、混合物や複合化合物等の形態で用いても
よい。これらのうち、特に形成が容易でかつ原子の拡散
抑制機能に優れる自己酸化膜、表面酸化膜、不動態膜等
が好ましく用いられる。これらの化合物からなる原子拡
散バリヤ層5は、金属バッファ層4を形成した後に、そ
の表面を一旦大気に晒したり、あるいは酸素、窒素、炭
素、ホウ素、フッ素等を含む雰囲気中に晒すことによっ
て形成することができる。また、イオン注入法を用いた
り、プラズマに晒す等によっても形成することができ
る。
The constituent materials of the atomic diffusion barrier layer 5 include:
Thermally stable oxides, nitrides, carbides, borides, fluorides, and the like can be used, and these are not limited to being used alone, and may be used in the form of a mixture or a composite compound. Of these, a self-oxide film, a surface oxide film, a passivation film, and the like, which are particularly easy to form and have an excellent atom diffusion suppressing function, are preferably used. The atomic diffusion barrier layer 5 made of these compounds is formed by forming the metal buffer layer 4 and then exposing the surface to the atmosphere or exposing it to an atmosphere containing oxygen, nitrogen, carbon, boron, fluorine, or the like. can do. Further, it can also be formed by using an ion implantation method, exposing to plasma, or the like.

【0025】また、原子拡散バリヤ層5を構成する化合
物は、化学量論的に正確な組成でなくてもよく、きれい
な結晶格子を組んでいる必要もなく、またアモルファス
状態であってもよい。さらに、原子拡散バリヤ層5の形
態は、一様に金属バッファ層4の表面を覆っていなけれ
ばならないものではなく、例えばピンホールが形成され
た状態、上記した酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物、
フッ化物等が島状に存在した状態等、非連続状態で形成
されていてもよい。原子の相互拡散抑制効果に悪影響を
及ぼさない程度に、ピンホール等があった方がより好ま
しい。これは膜質改善効果や磁気的結合が低減されるお
それがあるからである。以上の点を考慮すると、ピンホ
ールの平均サイズは互いに隣接するピンホール間の距離
と同程度か、それより小さいことが好ましい。
The compound constituting the atomic diffusion barrier layer 5 does not need to have a stoichiometrically accurate composition, does not need to form a clean crystal lattice, and may be in an amorphous state. Further, the form of the atom diffusion barrier layer 5 does not have to cover the surface of the metal buffer layer 4 uniformly, but may be, for example, a state in which a pinhole is formed, the above-described oxide, nitride, carbide, and borane. monster,
It may be formed in a discontinuous state, such as a state in which fluorides and the like exist in an island shape. It is more preferable that pinholes and the like are present to such an extent that the effect of suppressing the mutual diffusion of atoms is not adversely affected. This is because the effect of improving the film quality and the magnetic coupling may be reduced. In consideration of the above points, it is preferable that the average size of the pinholes is equal to or smaller than the distance between the adjacent pinholes.

【0026】一方、第2の磁性層2は、その上に形成さ
れたIrMn膜、FeMn膜、NiO膜等からなる反強
磁性層6、あるいはCoPt膜等からなる硬磁性層によ
り、バイアス磁界が付与されて磁化固着されており、い
わゆるピン磁性層である。なお、このピン磁性層として
の第2の磁性層2は、上記したように強磁性体層の磁化
を反強磁性層6等で磁化固着したものに限らず、例えば
硬磁性層等を直接使用することもできる。
On the other hand, the bias magnetic field of the second magnetic layer 2 is increased by an antiferromagnetic layer 6 formed of an IrMn film, a FeMn film, a NiO film, or the like, or a hard magnetic layer formed of a CoPt film or the like. This is a so-called pinned magnetic layer provided and fixed in magnetization. The second magnetic layer 2 serving as the pinned magnetic layer is not limited to the above-described one in which the magnetization of the ferromagnetic layer is fixed by the antiferromagnetic layer 6 or the like. You can also.

【0027】ここで、第1の磁性層1および第2の磁性
層2の磁化方向は、MR素子の線形応答性を向上させる
上で、外部磁界が零の状態で例えば直交させておくこと
が好ましい。このような磁化状態は、例えば以下に示す
ようなアニール処理を施すことによって得ることができ
る。すなわち、 (1)1kOe 程度の磁場を印加しつつ523K
程度の温度で 1時間程度保持した後、 (2)そのまま1kO
e 程度の磁場中で483K程度の温度まで冷却し、 (3)483K
程度の温度となったところで磁場の印加方向を90°回転
させて室温まで冷却する。このようなアニール処理(以
下、直交アニールと呼ぶ)により、直交させた磁化状態
を安定して得ることができる。具体的な磁化方向は、第
1の磁性層1の磁化方向をトラック幅方向とし、第2の
磁性層2の磁化方向を第1の磁性層1の磁化方向と直交
する媒体対向面に対して垂直な方向とすることか好まし
い。
Here, in order to improve the linear response of the MR element, the magnetization directions of the first magnetic layer 1 and the second magnetic layer 2 should be orthogonal, for example, in a state where the external magnetic field is zero. preferable. Such a magnetized state can be obtained, for example, by performing an annealing process as described below. That is, (1) While applying a magnetic field of about 1 kOe,
After holding for about 1 hour at about temperature, (2) 1kO
Cool to a temperature of about 483K in a magnetic field of about e, (3) 483K
When the temperature reaches approximately, the direction of application of the magnetic field is rotated by 90 ° to cool to room temperature. By such an annealing process (hereinafter, referred to as orthogonal annealing), orthogonal magnetization states can be stably obtained. Specifically, the magnetization direction of the first magnetic layer 1 is defined as the track width direction, and the magnetization direction of the second magnetic layer 2 is defined with respect to the medium facing surface orthogonal to the magnetization direction of the first magnetic layer 1. It is preferable that the direction is vertical.

【0028】また、第1および第2の磁性層1、2に対
するアニール処理は、上記した直交アニールに限らず、
第1および第2の磁性層1、2の結晶性を向上させるた
めにも実施される。この場合には、 100〜400K程度の温
度で 1分〜10時間程度の条件でアニール処理を行う。
The annealing treatment for the first and second magnetic layers 1 and 2 is not limited to the orthogonal annealing described above.
It is also performed to improve the crystallinity of the first and second magnetic layers 1 and 2. In this case, annealing is performed at a temperature of about 100 to 400 K for about 1 minute to 10 hours.

【0029】上述した磁性層1、2間に配置される非磁
性中間層3は、常磁性材料、反磁性材料、反強磁性材
料、スピングラス等により構成されるものである。具体
的にはCu、Au、Ag、あるいはこれらと磁性元素と
を含む常磁性合金、Pd、Ptおよびこれらを主成分と
する合金等が例示される。ここで、非磁性中間層3の膜
厚は 2〜 5nm程度の範囲に設定することが好ましい。非
磁性中間層3の膜厚が2nmを超えると抵抗変化感度を十
分に得ることができず、また 5nm未満であると磁性層
1、2間の交換結合を十分に小さくすることが困難とな
る。
The nonmagnetic intermediate layer 3 disposed between the magnetic layers 1 and 2 is made of a paramagnetic material, a diamagnetic material, an antiferromagnetic material, a spin glass, or the like. Specific examples include Cu, Au, Ag, a paramagnetic alloy containing these and a magnetic element, Pd, Pt, and an alloy containing these as a main component. Here, it is preferable that the thickness of the nonmagnetic intermediate layer 3 is set in a range of about 2 to 5 nm. If the thickness of the non-magnetic intermediate layer 3 exceeds 2 nm, it is not possible to obtain a sufficient resistance change sensitivity, and if it is less than 5 nm, it becomes difficult to sufficiently reduce the exchange coupling between the magnetic layers 1 and 2. .

【0030】上述した各層によりスピンバルブ積層膜7
が構成されており、このようなスピンバルブ積層膜7を
具備するMR素子においては、第2の磁性層2は磁化固
着されているのに対して、第1の磁性層1は外部磁界に
よって磁化反転するため、非磁性中間層3を挟んで配置
された 2つの磁性層1、2の磁化方向の相対的な角度が
変化して磁気抵抗効果が得られる。
The spin valve laminated film 7 is formed by the above-described layers.
In the MR element having such a spin valve laminated film 7, the second magnetic layer 2 is fixed in magnetization, whereas the first magnetic layer 1 is magnetized by an external magnetic field. Because of the reversal, the relative angles of the magnetization directions of the two magnetic layers 1 and 2 disposed with the nonmagnetic intermediate layer 3 interposed therebetween change, and a magnetoresistance effect is obtained.

【0031】上記実施形態のMR素子においては、第1
の磁性層1と金属バッファ層4との界面に、酸化物、窒
化物、炭化物、ホウ化物、フッ化物等からなる原子拡散
バリヤ層5を形成しているため、上述したような直交ア
ニールや結晶性向上のためのアニール処理を施した際
に、第1の磁性層1と金属バッファ層4との間の原子相
互拡散を安定して抑制することができる。また、原子拡
散バリヤ層5の平均厚さを 2nm以下とすることにより、
金属バッファ層4による膜質改善効果も十分に得ること
ができる。このように、上記実施形態のMR素子によれ
ば、金属バッファ層4による膜質改善効果が十分に得ら
れると共に、熱拡散による磁気抵抗効果の劣化が抑制で
きることから、高性能化を達成した上で熱安定性の向上
を図ることが可能となる。
In the MR element of the above embodiment, the first
Since the atomic diffusion barrier layer 5 made of oxide, nitride, carbide, boride, fluoride or the like is formed at the interface between the magnetic layer 1 and the metal buffer layer 4, When an annealing process for improving the property is performed, the interdiffusion of atoms between the first magnetic layer 1 and the metal buffer layer 4 can be suppressed stably. Also, by setting the average thickness of the atomic diffusion barrier layer 5 to 2 nm or less,
The effect of improving the film quality by the metal buffer layer 4 can be sufficiently obtained. As described above, according to the MR element of the above embodiment, the effect of improving the film quality by the metal buffer layer 4 can be sufficiently obtained, and the deterioration of the magnetoresistance effect due to heat diffusion can be suppressed. It is possible to improve the thermal stability.

【0032】次に、本発明の第2の磁気抵抗効果素子
(MR素子)を実施するための形態について述べる。
Next, an embodiment for implementing the second magnetoresistance effect element (MR element) of the present invention will be described.

【0033】図2は、第2のMR素子の一実施形態の要
部構成を示す断面図である。図2において、1は第1の
磁性層、2は第2の磁性層であり、これら第1および第
2の磁性層1、2間には非磁性中間層3が介在されてい
る。これら磁性層1、2間は反強磁性結合しておらず、
非結合型の積層膜を構成している。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a main part of an embodiment of the second MR element. In FIG. 2, 1 is a first magnetic layer, 2 is a second magnetic layer, and a non-magnetic intermediate layer 3 is interposed between the first and second magnetic layers 1 and 2. There is no antiferromagnetic coupling between these magnetic layers 1 and 2,
It constitutes a non-bonded laminated film.

【0034】これら磁性層1、2のうち、第1の磁性層
1は第1の実施形態で述べたような強磁性体からなる強
磁性体層11と各種軟磁性材料からなる磁性下地層12
との積層膜により構成されている。これらのうち、強磁
性体層11は磁気抵抗効果に寄与する層であり、磁性下
地層12は強磁性体層11の軟磁気特性を向上させる層
である。ここで、前述した強磁性体のうち、特にCoや
Co系磁性合金のようなCoを含む強磁性体は、それら
単独では良好な軟磁気特性を実現することが難しいこと
から、磁性下地層12を形成することが特に望ましい材
料である。
Of these magnetic layers 1 and 2, the first magnetic layer 1 comprises a ferromagnetic layer 11 made of a ferromagnetic material as described in the first embodiment and a magnetic underlayer 12 made of various soft magnetic materials.
And a laminated film of Among these, the ferromagnetic layer 11 is a layer that contributes to the magnetoresistance effect, and the magnetic underlayer 12 is a layer that improves the soft magnetic characteristics of the ferromagnetic layer 11. Here, among the above-described ferromagnetic materials, particularly, ferromagnetic materials containing Co, such as Co and a Co-based magnetic alloy, are difficult to realize good soft magnetic characteristics by themselves, so that the magnetic underlayer 12 Is a particularly desirable material.

【0035】磁性下地層12は、 1種の軟磁性材料から
なる軟磁性材料膜で構成してもよいし、また 2種以上の
軟磁性材料膜からなる軟磁性材料積層膜で構成してもよ
い。また、磁性下地層12の構成材料としては、NiF
e合金、NiFeCo合金、これら軟磁性合金にTi、
V、Cr、Mn、Zn、Nb、Mo、Tc、Hf、T
a、W、Re等の添加元素を添加して高抵抗化した合
金、Coに同様な添加元素を添加してアモルファス化し
た合金、例えばアモルファスCoNbZr合金等が挙げ
られる。
The magnetic underlayer 12 may be composed of a soft magnetic material film composed of one kind of soft magnetic material, or may be composed of a soft magnetic material laminated film composed of two or more kinds of soft magnetic material films. Good. The constituent material of the magnetic underlayer 12 is NiF
e alloy, NiFeCo alloy, these soft magnetic alloys with Ti,
V, Cr, Mn, Zn, Nb, Mo, Tc, Hf, T
Examples of such alloys include alloys having increased resistance by adding additional elements such as a, W, and Re, and alloys having been made amorphous by adding similar additional elements to Co, such as an amorphous CoNbZr alloy.

【0036】強磁性体層11と磁性下地層12との積層
膜からなる第1の磁性層1は、強磁性体層11が非磁性
中間層3と接するように配置されている。なお、必ずし
もこの配置に限定されるものではないが、大きなMR変
化量を得るためには、上記したような配置とすることが
望ましい。また、強磁性体層11と磁性下地層12との
間は直接磁気的に交換結合させ、膜厚方向で見ると磁化
が一体として振舞うことが望ましい。この第1の磁性層
1は、信号磁界等の外部磁界により磁化反転する磁性
層、いわゆるフリー磁性層である。
The first magnetic layer 1 composed of a laminated film of the ferromagnetic layer 11 and the magnetic underlayer 12 is arranged so that the ferromagnetic layer 11 is in contact with the non-magnetic intermediate layer 3. Note that the arrangement is not necessarily limited to this arrangement, but it is desirable to adopt the above arrangement in order to obtain a large MR change amount. It is desirable that the ferromagnetic layer 11 and the magnetic underlayer 12 be directly magnetically exchange-coupled, and that the magnetization behaves integrally when viewed in the film thickness direction. The first magnetic layer 1 is a magnetic layer whose magnetization is reversed by an external magnetic field such as a signal magnetic field, that is, a so-called free magnetic layer.

【0037】そして、第1の磁性層1における強磁性体
層11と磁性下地層12との界面には、原子拡散バリヤ
層5が形成されており、これによって熱処理時における
強磁性体層11と磁性下地層12との間の熱拡散を抑制
している。すなわち、原子拡散バリヤ層5を形成するこ
とによって、熱拡散による磁気抵抗効果の劣化を抑制す
ることが可能となり、MR素子の熱安定性が向上する。
原子拡散バリヤ層5は熱的に安定で、強磁性体層11と
磁性下地層12との間の原子相互拡散を抑えることが必
要であるが、あまり厚いと強磁性体層11と磁性下地層
12との間の磁気的結合が切れてしまうため、原子の相
互拡散抑制効果に悪影響を及ぼさない範囲で薄くするこ
とが望ましい。このため、原子拡散バリヤ層5の厚さ
は、平均厚さで 2nm以下とされている。ただしあまり薄
すぎると原子拡散バリヤとしての機能が損われるため、
平均厚さで 0.5nm以上とすることが好ましい。
At the interface between the ferromagnetic layer 11 and the magnetic underlayer 12 in the first magnetic layer 1, an atomic diffusion barrier layer 5 is formed. Thermal diffusion between the magnetic underlayer 12 and the magnetic underlayer 12 is suppressed. That is, by forming the atomic diffusion barrier layer 5, it is possible to suppress the deterioration of the magnetoresistance effect due to thermal diffusion, and the thermal stability of the MR element is improved.
The atomic diffusion barrier layer 5 is thermally stable and it is necessary to suppress the interdiffusion between the ferromagnetic layer 11 and the magnetic underlayer 12. Since the magnetic coupling with T.12 is broken, it is desirable to reduce the thickness as long as the effect of suppressing the mutual diffusion of atoms is not adversely affected. For this reason, the thickness of the atomic diffusion barrier layer 5 is set to an average thickness of 2 nm or less. However, if it is too thin, its function as an atomic diffusion barrier will be impaired.
The average thickness is preferably 0.5 nm or more.

【0038】原子拡散バリヤ層5の構成材料は、第1の
実施形態で述べた通りであり、第1の実施形態と同様
に、特に形成が容易でかつ原子の拡散抑制機能に優れる
自己酸化膜、表面酸化膜、不動態膜等が好ましく用いら
れる。このような原子拡散バリヤ層5の形成方法につい
ても、第1の実施形態で述べた通りである。
The constituent material of the atom diffusion barrier layer 5 is as described in the first embodiment. As in the first embodiment, a self-oxide film which is particularly easy to form and has an excellent function of suppressing the diffusion of atoms. , A surface oxide film, a passivation film and the like are preferably used. The method for forming such an atom diffusion barrier layer 5 is also the same as described in the first embodiment.

【0039】また、原子拡散バリヤ層5を構成する化合
物は、化学量論的に正確な組成でなくてもよく、きれい
な結晶格子を組んでいる必要もなく、またアモルファス
状態であってもよい。さらに、原子拡散バリヤ層5の形
態は、一様に金属バッファ層4の表面を覆っていなけれ
ばならないものではなく、例えばピンホールが形成され
た状態、上記した酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物、
フッ化物等が島状に存在した状態等、非連続状態で形成
されていてもよい。非連続状態に形成することによっ
て、強磁性体層11の膜質改善効果や第1の磁性層1の
磁気的結合を、連続して形成するよりも良好に得ること
ができる。
The compound constituting the atomic diffusion barrier layer 5 does not need to have a stoichiometrically accurate composition, does not need to form a clean crystal lattice, and may be in an amorphous state. Further, the form of the atom diffusion barrier layer 5 does not have to cover the surface of the metal buffer layer 4 uniformly, but may be, for example, a state in which a pinhole is formed, the above-described oxide, nitride, carbide, and borane. monster,
It may be formed in a discontinuous state, such as a state in which fluorides and the like exist in an island shape. By forming the layers in a discontinuous state, the effect of improving the film quality of the ferromagnetic layer 11 and the magnetic coupling of the first magnetic layer 1 can be obtained better than in the case where the layers are formed continuously.

【0040】特に、強磁性体層11と磁性下地層12と
の間の磁気的結合を十分に保つ上で、積極的に前述した
ような化合物による被覆面積を低下させて、原子拡散バ
リヤ層5を非連続状態で形成することが好ましい。ま
た、強磁性体層11と磁性下地層12との間の磁気的結
合を十分に保つ上で、原子拡散バリヤ層5を強磁性体や
反強磁性体で形成することも好ましい。原子拡散バリヤ
層5を構成する強磁性体としてはスピネルフェライト、
Fex N等が、また反強磁性体としてはNiO、Mnx
N、CoO等が例示される。
In particular, in order to sufficiently maintain the magnetic coupling between the ferromagnetic layer 11 and the magnetic underlayer 12, the area covered by the compound as described above is positively reduced and the atomic diffusion barrier layer 5 is formed. Is preferably formed in a discontinuous state. In order to sufficiently maintain the magnetic coupling between the ferromagnetic layer 11 and the magnetic underlayer 12, it is preferable that the atom diffusion barrier layer 5 is formed of a ferromagnetic material or an antiferromagnetic material. The ferromagnetic material constituting the atomic diffusion barrier layer 5 includes spinel ferrite,
Fe x N and the like, and NiO, Mn x
N, CoO and the like are exemplified.

【0041】なお、第2の磁性層2は、前述した第1の
実施形態と同様に、反強磁性層6あるいは硬磁性層によ
りバイアス磁界が付与されて磁化固着された、いわゆる
ピン磁性層である。これら第2の磁性層2および反強磁
性層6の構成は、前述した第1の実施形態と同様であ
り、また非磁性中間層3についても同様である。
The second magnetic layer 2 is a so-called pinned magnetic layer in which a bias magnetic field is applied by the antiferromagnetic layer 6 or the hard magnetic layer and magnetization is fixed, as in the first embodiment. is there. The configurations of the second magnetic layer 2 and the antiferromagnetic layer 6 are the same as in the first embodiment described above, and the same applies to the nonmagnetic intermediate layer 3.

【0042】また、第1の磁性層1および第2の磁性層
2には、前述した第1の実施形態と同様に、直交アニー
ルや結晶性向上のためのアニール処理等が施される。こ
れらアニールの処理の条件は、第1の実施形態で述べた
通りである。
The first magnetic layer 1 and the second magnetic layer 2 are subjected to orthogonal annealing, annealing for improving crystallinity, and the like, as in the first embodiment. The conditions for these annealing processes are as described in the first embodiment.

【0043】上述した各層によりスピンバルブ積層膜1
3が構成されており、このようなスピンバルブ積層膜1
3を具備するMR素子においては、第2の磁性層2は磁
化固着されているのに対して、第1の磁性層1は外部磁
界によって磁化反転するため、非磁性中間層3を挟んで
配置された 2つの磁性層1、2の磁化方向の相対的な角
度が変化して磁気抵抗効果が得られる。
The spin valve laminated film 1 is composed of the above-described layers.
3 and the spin valve laminated film 1
In the MR element having the third magnetic layer 3, the second magnetic layer 2 is fixed in magnetization, while the first magnetic layer 1 is reversed in magnetization by an external magnetic field. The relative angle between the magnetization directions of the two magnetic layers 1 and 2 is changed, and a magnetoresistance effect is obtained.

【0044】上記実施形態のMR素子においては、強磁
性体層11と磁性下地層12との界面に、酸化物、窒化
物、炭化物、ホウ化物、フッ化物等からなる原子拡散バ
リヤ層5を形成しているため、上述したような直交アニ
ールや結晶性向上のためのアニール処理を施した際に、
強磁性体層11と磁性下地層12との間の原子相互拡散
を安定して抑制することができる。また、原子拡散バリ
ヤ層5の平均厚さを2nm以下とすることによって、強磁
性体層11と磁性下地層12との磁気的結合を損うこと
もないため、磁性下地層12による強磁性体層11の軟
磁性化効果等を良好に得ることができる。このように、
上記実施形態のMR素子によれば、磁性下地層12によ
る強磁性体層11の軟磁性化効果等を十分に得られると
共に、熱拡散による磁気抵抗効果の劣化が抑制できるこ
とから、高性能化を達成した上で熱安定性の向上を図る
ことが可能となる。
In the MR element of the above embodiment, the atomic diffusion barrier layer 5 made of oxide, nitride, carbide, boride, fluoride, etc. is formed at the interface between the ferromagnetic layer 11 and the magnetic underlayer 12. Therefore, when performing the above-described orthogonal annealing or annealing treatment for improving crystallinity,
Atomic interdiffusion between the ferromagnetic layer 11 and the magnetic underlayer 12 can be stably suppressed. Also, by setting the average thickness of the atomic diffusion barrier layer 5 to 2 nm or less, the magnetic coupling between the ferromagnetic layer 11 and the magnetic underlayer 12 is not impaired. The soft magnetizing effect of the layer 11 can be favorably obtained. in this way,
According to the MR element of the above embodiment, the softening effect of the ferromagnetic layer 11 by the magnetic underlayer 12 can be sufficiently obtained, and the deterioration of the magnetoresistance effect due to thermal diffusion can be suppressed. After achieving this, it is possible to improve the thermal stability.

【0045】本発明の磁気抵抗効果素子には、この素子
にセンス電流を供給するための一対のリード電極が接続
形成される。このリード電極の構造および磁気抵抗効果
素子への接続方法は、用いる磁気抵抗効果に応じて、多
数ある公知の技術のいずれかを適用することにより実現
できる。
A pair of lead electrodes for supplying a sense current to the magnetoresistive element of the present invention is formed. The structure of the lead electrode and the method of connecting to the magnetoresistive element can be realized by applying any of a number of known techniques according to the magnetoresistive effect to be used.

【0046】例えば、ピン磁性層およびフリー磁性層と
これらに挟持される非磁性中間層との界面におけるスピ
ン依存散乱を主に用いたスピンバルブGMR素子では、
一対のリード電極は本発明の磁気抵抗効果素子の両脇端
に電気的に接続形成される。センス電流は非磁性中間層
等の膜面に対して垂直方向に流れる。また、例えば強磁
性トンネル接合による磁気抵抗効果を用いる場合には、
この膜面方向と平行にトンネル電流を流し、このトンネ
ル電流量、電圧変動等を検知する。従って、膜面方向に
センス電流を流すように、一対のリード電極を接続形成
する。例えば、一対のリード電極を磁気抵抗効果素子の
それぞれ下面に接続形成する。あるいは、一方のリード
電極を磁気抵抗効果素子の上面および下面のいずれかに
接続形成し、他方を磁気抵抗効果素子の端部に接続形成
することもできる。
For example, in a spin valve GMR element mainly using spin-dependent scattering at an interface between a pinned magnetic layer, a free magnetic layer, and a nonmagnetic intermediate layer sandwiched between them,
The pair of lead electrodes are electrically connected to both side ends of the magnetoresistive element of the present invention. The sense current flows in a direction perpendicular to the film surface such as the non-magnetic intermediate layer. For example, when using the magnetoresistance effect by a ferromagnetic tunnel junction,
A tunnel current is caused to flow in parallel with the film surface direction, and the amount of the tunnel current, voltage fluctuation, and the like are detected. Therefore, a pair of lead electrodes is connected and formed so that a sense current flows in the film surface direction. For example, a pair of lead electrodes are formed on the lower surface of the magnetoresistive element, respectively. Alternatively, one of the lead electrodes may be connected to one of the upper surface and the lower surface of the magnetoresistive element, and the other may be connected to the end of the magnetoresistive element.

【0047】さらに、リード電極と硬質磁性膜とを積層
形成して用いることも可能である。この硬質磁性膜はフ
リー磁性層の磁区の発生を抑制するために、フリー磁性
層に縦バイアスを付与するものである。従って、硬質磁
性膜が少なくともフリー磁性層の両脇端に隣接形成され
るアバット(abutt) 方式やフリー磁性層の端部を硬質磁
性膜に積層形成する方式が適用可能である。
Further, a lead electrode and a hard magnetic film may be laminated and used. This hard magnetic film applies a longitudinal bias to the free magnetic layer in order to suppress the generation of magnetic domains in the free magnetic layer. Therefore, an abutt system in which the hard magnetic film is formed at least on both sides of the free magnetic layer and a system in which the end portion of the free magnetic layer is laminated on the hard magnetic film are applicable.

【0048】本発明の磁気抵抗効果素子は、例えば磁気
記録再生装置の再生用MRヘッドのGMR素子部として
使用される。また、本発明の磁気抵抗効果素子をGMR
再生ヘッドに用い、磁気記録へッドと一体に形成するこ
とも可能である。さらに、本発明の磁気抵抗効果素子
は、磁気ヘッドに限らず、MRAM等の磁気記憶装置に
使用することも可能である。
The magnetoresistive element of the present invention is used, for example, as a GMR element of a reproducing MR head of a magnetic recording / reproducing apparatus. In addition, the magnetoresistive effect element of the present invention is GMR
It can be used for a reproducing head and formed integrally with a magnetic recording head. Further, the magnetoresistance effect element of the present invention is not limited to a magnetic head, but can be used for a magnetic storage device such as an MRAM.

【0049】磁気記録へッドは、少なくとも一対の磁極
と、媒体対向面において一対の磁極に挟持される磁気ギ
ャップと、一対の磁極に電流磁界を供給する記録コイル
を有する。GMRヘッドと磁気記録へッドは順次基板上
に積層形成される。記録再生分離型磁気ヘッドでは、磁
気記録へッドの少なくともいずれかの磁極を再生ヘッド
のシールド層として用いることができる。また、記録再
生一体型磁気ヘッドでは、記録ヘッドの磁極を本発明の
磁気抵抗効果素子に媒体磁界を誘導する再生ヨークとし
て用いることができる。この際、磁気抵抗効果素子と再
生ヨークとは磁気的に結合させることができる。これら
のヘッド構造は公知の技術を用いて実現可能である。
The magnetic recording head has at least a pair of magnetic poles, a magnetic gap sandwiched between the pair of magnetic poles on the medium facing surface, and a recording coil for supplying a current magnetic field to the pair of magnetic poles. The GMR head and the magnetic recording head are sequentially formed on the substrate. In a separate read / write magnetic head, at least one magnetic pole of the magnetic recording head can be used as a shield layer of the read head. In the recording / reproducing integrated magnetic head, the magnetic pole of the recording head can be used as a reproducing yoke for inducing a medium magnetic field in the magnetoresistive element of the present invention. At this time, the magnetoresistive element and the reproducing yoke can be magnetically coupled. These head structures can be realized using a known technique.

【0050】図3は、上述した実施形態のGMR素子を
再生ヘッド部に適用した記録再生分離型磁気ヘッドの構
造例を示す図である。図3において21は基板であり、
この基板21としてはAl2 3 層を有するAl2 3
・TiC基板等が用いられる。このような基板21の主
表面上には、NiFe合金、FeSiAl合金、アモル
ファスCoZrNb合金等の軟磁性材料からなる下側磁
気シールド層22が形成されている。下側磁気シールド
層22上にはAlOx 等の非磁性絶縁材料からなる下側
再生磁気ギャップ23を介して、例えば前述した実施形
態で示したスピンバルブ積層膜等のGMR膜24が形成
されている。
FIG. 3 is a view showing an example of the structure of a read / write separated magnetic head in which the GMR element of the above-described embodiment is applied to a read head. In FIG. 3, 21 is a substrate,
As the substrate 21, Al 2 O 3 having an Al 2 O 3 layer
-A TiC substrate or the like is used. On the main surface of such a substrate 21, a lower magnetic shield layer 22 made of a soft magnetic material such as a NiFe alloy, a FeSiAl alloy, or an amorphous CoZrNb alloy is formed. On the lower magnetic shield layer 22, a GMR film 24 such as the spin valve laminated film shown in the above-described embodiment is formed via a lower reproducing magnetic gap 23 made of a nonmagnetic insulating material such as AlO x. I have.

【0051】GMR膜24と下側再生磁気ギャップ23
との間には、GMR膜24にバイアス磁界を印加する一
対のバイアス磁界印加膜25が、GMR膜24の磁界検
出部すなわち再生トラックの両端部外側に配置されてい
る。また、GMR膜24上には、Cu、Au、Zr、T
a等からなる一対の電極26が形成されており、この一
対の電極26によりGMR膜24にセンス電流が供給さ
れる。これらGMR膜24、一対のバイアス磁界印加膜
25および一対の電極26はGMR素子部27を構成し
ている。
GMR film 24 and lower reproducing magnetic gap 23
A pair of bias magnetic field applying films 25 for applying a bias magnetic field to the GMR film 24 are disposed between the magnetic field detecting portions of the GMR film 24, that is, outside both ends of the reproduction track. Further, on the GMR film 24, Cu, Au, Zr, T
A pair of electrodes 26 made of a or the like is formed, and a sense current is supplied to the GMR film 24 by the pair of electrodes 26. The GMR film 24, the pair of bias magnetic field applying films 25 and the pair of electrodes 26 constitute a GMR element unit 27.

【0052】GMR素子部27上には、下側再生磁気ギ
ャップ23と同様な非磁性絶縁材料からなる上側再生磁
気ギャップ28を介して、下側磁気シールド層22と同
様な軟磁性材料からなる上側磁気シールド層29が形成
されており、これらにより再生ヘッド部としてのシール
ド型GMRヘッド30が構成されている。
On the GMR element portion 27, an upper reproducing magnetic gap 28 made of the same nonmagnetic insulating material as the lower reproducing magnetic gap 23, and an upper soft magnetic material similar to the lower magnetic shield layer 22 are formed. A magnetic shield layer 29 is formed, and these constitute a shield type GMR head 30 as a reproducing head.

【0053】シールド型GMRヘッド30上には、記録
ヘッド部として薄膜磁気ヘッド31が形成されている。
薄膜磁気ヘッド31の下側記録磁極は、上側磁気シール
ド層29と同一の磁性層により構成されている。すなわ
ち、シールド型MRヘッド30の上側磁気シールド層2
9は、薄膜磁気ヘッド31の下側記録磁極を兼ねてい
る。この上側磁気シールド層を兼ねる下側記録磁極29
上には、AlOx 等の非磁性絶縁材料からなる記録磁気
ギャップ32と上側記録磁極33とが順に形成されて、
記録ヘッド部として薄膜磁気ヘッド21が構成されてい
る。
On the shield type GMR head 30, a thin film magnetic head 31 is formed as a recording head.
The lower write pole of the thin-film magnetic head 31 is formed of the same magnetic layer as the upper magnetic shield layer 29. That is, the upper magnetic shield layer 2 of the shield type MR head 30
Reference numeral 9 also serves as a lower recording magnetic pole of the thin-film magnetic head 31. The lower recording magnetic pole 29 also serving as the upper magnetic shield layer
A recording magnetic gap 32 made of a non-magnetic insulating material such as AlO x and an upper recording magnetic pole 33 are sequentially formed on the upper side.
A thin-film magnetic head 21 is configured as a recording head.

【0054】また、図4は上述した実施形態のGMR素
子を適用したMRAMの一構造例を示す図である。同図
に示すMRAM40は、ガラス基板やSi基板等の基板
41上に形成されたGMR膜42を有している。このG
MR膜42は、例えば前述した実施形態で示したスピン
バルブ積層膜からなるものである。GMR膜42の上部
には、絶縁層43を介して書き込み電極44が設けられ
ている。また、GMR膜42の両端部には、Au等から
なるシャント層45を介して一対の読み出し電極46が
設けられている。このようにして、MRAM40が構成
されている。
FIG. 4 is a diagram showing a structural example of an MRAM to which the GMR element of the above-described embodiment is applied. The MRAM 40 shown in FIG. 1 has a GMR film 42 formed on a substrate 41 such as a glass substrate or a Si substrate. This G
The MR film 42 is made of, for example, the spin valve laminated film shown in the above-described embodiment. A write electrode 44 is provided above the GMR film 42 via an insulating layer 43. A pair of read electrodes 46 is provided at both ends of the GMR film 42 via a shunt layer 45 made of Au or the like. Thus, the MRAM 40 is configured.

【0055】[0055]

【実施例】次に、本発明の具体的な実施例について述べ
る。
Next, specific examples of the present invention will be described.

【0056】実施例1 熱酸化Si基板上にスパッタ法によって、まず磁性下地
層12として膜厚10nmのアモルファスCoNbZr合金
膜と膜厚 2nmのNiFe合金膜を順に成膜した。ここ
で、NiFe合金膜は金属バッファ層4を兼ねるもので
ある。
Example 1 An amorphous CoNbZr alloy film having a thickness of 10 nm and a NiFe alloy film having a thickness of 2 nm were sequentially formed as a magnetic underlayer 12 on a thermally oxidized Si substrate by sputtering. Here, the NiFe alloy film doubles as the metal buffer layer 4.

【0057】上記NiFe合金膜を形成した後に、一旦
その表面を大気に晒し、NiFe合金膜上に不動態膜を
原子拡散バリヤ層として形成した。なお、この不動態膜
の状態を断面TEMで調べたところ、平均厚さは約 1nm
であり、また形成状態は島状不連続であった。
After forming the NiFe alloy film, the surface was once exposed to the air, and a passivation film was formed on the NiFe alloy film as an atomic diffusion barrier layer. When the state of the passivation film was examined by a cross-sectional TEM, the average thickness was about 1 nm.
And the state of formation was island-like discontinuous.

【0058】次に、表面に不動態膜を形成したNiFe
合金膜上に、強磁性体層11として膜厚 3nmのCo90
10合金膜、非磁性中間層3として膜厚 3nmのCu膜、
第2の磁性層2として膜厚 3nmのCo90Fe10合金膜、
反強磁性層6として膜厚10nmのIrMn合金膜、保護層
として膜厚 5nmのTa膜を順に積層して、スピンバルブ
積層膜13(7)を作製した。
Next, NiFe with a passivation film formed on the surface
On the alloy film, a 3 nm-thick Co 90 F
e 10 alloy film, 3 nm thick Cu film as non-magnetic intermediate layer 3,
A 3 nm-thick Co 90 Fe 10 alloy film as the second magnetic layer 2,
A 10 nm thick IrMn alloy film as the antiferromagnetic layer 6 and a 5 nm thick Ta film as the protective layer were sequentially laminated to produce a spin valve laminated film 13 (7).

【0059】一方、本発明との比較例1として、NiF
e合金膜を形成した後にその表面を大気に晒すことな
く、全層を真空チャンバ内で連続して成膜する以外は、
上記実施例1と同様にしてスピンバルブ積層膜を作製し
た。この比較例1のスピンバルブ積層膜では、NiFe
合金膜とCo90Fe10合金膜との界面に原子拡散バリヤ
層は形成されていない。
On the other hand, as Comparative Example 1 with the present invention, NiF
After forming the e-alloy film, without exposing its surface to the atmosphere, except that all layers are continuously formed in a vacuum chamber,
A spin valve laminated film was manufactured in the same manner as in Example 1 above. In the spin valve laminated film of Comparative Example 1, NiFe
No atomic diffusion barrier layer is formed at the interface between the alloy film and the Co 90 Fe 10 alloy film.

【0060】上記した実施例1および比較例1による各
スピンバルブ積層膜をパターニングした後、それぞれ52
3Kでアニール処理した。このようにして得た各MR素子
のMR変化率を測定した。MR変化率は 2時間のアニー
ル後、10時間のアニール後、50時間のアニール後、およ
び 100時間のアニール後にそれぞれ測定し、これらの測
定結果から実施例によるMR素子と比較例によるMR素
子の熱安定性を比較した。各アニール時間経過後のMR
変化率の測定結果を表1に示す。
After patterning each of the spin valve laminated films according to Example 1 and Comparative Example 1 described above, 52
Annealed at 3K. The MR change rate of each MR element thus obtained was measured. The MR change rates were measured after annealing for 2 hours, after annealing for 10 hours, after annealing for 50 hours, and after annealing for 100 hours, respectively. From these measurement results, the thermal properties of the MR element according to the example and the MR element according to the comparative example were measured. The stability was compared. MR after each annealing time
Table 1 shows the measurement results of the rate of change.

【0061】[0061]

【表1】 表1から分かるように、一括成膜してNiFe合金膜/
Co90Fe10合金膜界面に原子拡散バリヤ層を形成して
いない比較例1では、成膜直後のMR変化率は6.9%と比
較的良好であるものの、 2時間のアニール後にMR変化
率が急激に減少している。そして、その後もアニール時
間の経過に伴ってMR変化率が減少し続け、 100時間の
アニール後にはMR変化率が4.9%まで減少した。これは
NiFe合金膜/Co90Fe10合金膜界面に原子拡散を
抑えるバリヤ層が存在していないために、アニールによ
り層間の原子相互拡散が進行し、これによってMR変化
率が減少したものと考えられる。このように、比較例1
のMR素子は熱安定性(耐熱性)の低いものであった。
[Table 1] As can be seen from Table 1, the NiFe alloy film /
In Comparative Example 1 in which the atomic diffusion barrier layer was not formed at the interface of the Co 90 Fe 10 alloy film, the MR change rate immediately after film formation was relatively good at 6.9%, but the MR change rate sharply increased after annealing for 2 hours. Has decreased. Then, the MR ratio continued to decrease with the lapse of annealing time, and after 100 hours of annealing, the MR ratio decreased to 4.9%. This is thought to be due to the fact that there was no barrier layer for suppressing atomic diffusion at the interface of the NiFe alloy film / Co 90 Fe 10 alloy film, and the inter-diffusion of atoms progressed by annealing, thereby reducing the MR change rate. Can be Thus, Comparative Example 1
Was low in thermal stability (heat resistance).

【0062】一方、NiFe合金膜の形成後に一旦大気
に晒してNiFe合金膜/Co90Fe10合金膜界面に原
子拡散バリヤ層を形成した実施例1では、成膜直後の特
性は比較例1より低いものの、 2時間のアニール後には
MR変化率が8.0%まで上昇した。これは 2時間のアニー
ル処理により各層の結晶性等が向上すると共に、NiF
e合金膜/Co90Fe10合金膜界面の原子拡散が原子拡
散バリヤ層により抑えられたためであると考えられる。
さらに、長時間のアニールを行っても、MR変化率は8.
0%から減少せず、NiFe合金膜/Co90Fe10合金膜
界面の原子拡散が抑えられていることが分かる。このよ
うに、実施例1のMR素子は熱安定性(耐熱性)に優れ
るものであった。
On the other hand, in Example 1 in which the atomic diffusion barrier layer was formed at the interface between the NiFe alloy film and the Co 90 Fe 10 alloy film by exposing it to the air after the formation of the NiFe alloy film, the characteristics immediately after the film formation were different from those of Comparative Example 1. Although low, the MR ratio increased to 8.0% after 2 hours of annealing. This is because the crystallinity of each layer is improved by annealing for 2 hours and NiF
It is considered that this is because the atomic diffusion at the interface between the e alloy film and the Co 90 Fe 10 alloy film was suppressed by the atomic diffusion barrier layer.
Furthermore, the MR change rate is 8.
It can be seen that the atomic diffusion at the interface between the NiFe alloy film and the Co 90 Fe 10 alloy film was suppressed from 0%. Thus, the MR element of Example 1 was excellent in thermal stability (heat resistance).

【0063】実施例2 熱酸化Si基板上にプラズマスパッタ法によって、まず
磁性下地層12として膜厚10nmのアモルファスCoNb
Zr合金膜と膜厚 2nmのNiFe合金膜を順に成膜し
た。ここで、NiFe合金膜は金属バッファ層4を兼ね
るものである。
Example 2 A 10 nm-thick amorphous CoNb film was first formed as a magnetic underlayer 12 on a thermally oxidized Si substrate by plasma sputtering.
A Zr alloy film and a 2 nm-thick NiFe alloy film were sequentially formed. Here, the NiFe alloy film doubles as the metal buffer layer 4.

【0064】上記NiFe合金膜を形成した後に一旦プ
ラズマを消し、真空チャンバ内に酸素を 20%混合したア
ルゴンガスを導入し、NiFe合金膜の表面に酸化膜を
原子拡散バリヤ層として形成した。この際、酸素とアル
ゴンとの混合ガスの導入圧力や時間を制御することによ
って、表面酸化膜の厚さを種々変化させた。得られた表
面酸化膜の平均厚さは以下の表2に示す通りである。な
お、表中の比較例2は表面酸化膜の厚さを本発明の範囲
外としたものである。
After the NiFe alloy film was formed, the plasma was once stopped, argon gas containing 20% oxygen was introduced into the vacuum chamber, and an oxide film was formed as an atomic diffusion barrier layer on the surface of the NiFe alloy film. At this time, the thickness of the surface oxide film was variously changed by controlling the introduction pressure and time of the mixed gas of oxygen and argon. The average thickness of the obtained surface oxide film is as shown in Table 2 below. In Comparative Example 2 in the table, the thickness of the surface oxide film was out of the range of the present invention.

【0065】[0065]

【表2】 なお、表2に示した表面酸化膜の厚さは平均厚さであ
り、その厚さの酸化膜が均質に形成されているとは限ら
ない。このため、表面酸化膜の平均厚さが 0.3nmの実施
例2の No1の試料では、表面酸化膜に比較的多数のピン
ホールが存在していた。
[Table 2] The thickness of the surface oxide film shown in Table 2 is an average thickness, and the oxide film having that thickness is not necessarily formed uniformly. Therefore, in the sample No. 1 of Example 2 in which the average thickness of the surface oxide film was 0.3 nm, relatively many pinholes were present in the surface oxide film.

【0066】次に、表面酸化膜を形成した各NiFe合
金膜上に、それぞれ強磁性体層11として膜厚 3nmのC
90Fe10合金膜、非磁性中間層3として膜厚 3nmのC
u膜、第2の磁性層2として膜厚 2nmのCo90Fe10
金膜、反強磁性層6として膜厚 8nmのIrMn合金膜、
保護層として膜厚 5nmのTa膜を順に積層して、それぞ
れスピンバルブ積層膜13(7)を作製した。
Next, on each NiFe alloy film on which the surface oxide film was formed, a 3 nm-thick C
o 90 Fe 10 alloy film, 3 nm thick C as the nonmagnetic intermediate layer 3
u film, a 2 nm thick Co 90 Fe 10 alloy film as the second magnetic layer 2, an 8 nm thick IrMn alloy film as the antiferromagnetic layer 6,
As a protective layer, a Ta film having a thickness of 5 nm was sequentially laminated to form a spin valve laminated film 13 (7).

【0067】上記した実施例2および比較例2による各
スピンバルブ積層膜をパターニングした後、それぞれ52
3Kで 2時間アニール処理した。このようにして得た各M
R素子のMR変化率を、成膜直後および 2時間のアニー
ル後にそれぞれ測定した。これらの測定結果を表3に示
す。
After patterning each of the spin valve laminated films according to Example 2 and Comparative Example 2 described above, 52
Annealed at 3K for 2 hours. Each M thus obtained
The MR ratio of the R element was measured immediately after film formation and after annealing for 2 hours. Table 3 shows the measurement results.

【0068】[0068]

【表3】 実施例2による各MR素子は、いずれも 2時間のアニー
ル後にMR変化率が上昇しており、表面酸化膜からなる
原子拡散バリヤ層の効果が確認された。ただし、表面酸
化膜の厚さが薄い試料ではMR変化率の上昇があまり大
きくはなく、若干原子相互拡散が起っていたものと推定
されるが、表面酸化膜の厚さを 1nmとした試料では良好
なMR変化率が得られている。
[Table 3] In each of the MR elements according to Example 2, the MR ratio increased after annealing for 2 hours, and the effect of the atomic diffusion barrier layer composed of the surface oxide film was confirmed. However, in the sample with a thin surface oxide film, the MR change rate did not increase so much, and it is presumed that slight atomic interdiffusion occurred. , A good MR change rate is obtained.

【0069】一方、比較例2によるMR素子は、 2時間
のアニール後に若干MR変化率が上昇しているものの、
当初(成膜直後)のMR変化率が小さいために、結果と
して十分なMR変化率が得られていない。これは表面酸
化膜の厚さを厚くしすぎたために、磁性下地層および金
属バッファ層の効果が得られなくなったためと考えられ
る。また、 fcc配向性が十分に得られず、さらに磁性下
地層との磁気的結合が切れているため、軟磁気特性が劣
化して保磁力Hc が 3Oe であった。
On the other hand, in the MR element according to Comparative Example 2, although the MR ratio slightly increased after annealing for 2 hours,
Since the MR ratio at the beginning (immediately after film formation) is small, a sufficient MR ratio cannot be obtained as a result. This is presumably because the thickness of the surface oxide film was too large, so that the effects of the magnetic underlayer and the metal buffer layer could not be obtained. Further, fcc orientation can not be sufficiently obtained, since the expired further magnetic coupling between the magnetic base layer, the coercive force H c soft magnetic characteristics is deteriorated were 3 Oe.

【0070】[0070]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、金
属バッファ層と磁性層、あるいは磁性下地層と強磁性体
層との間の熱拡散を抑制できることから、高性能で熱安
定性に優れた磁気抵抗効果素子を提供することが可能と
なる。
As described above, according to the present invention, heat diffusion between the metal buffer layer and the magnetic layer or between the magnetic underlayer and the ferromagnetic layer can be suppressed, so that high performance and thermal stability can be obtained. An excellent magnetoresistive element can be provided.

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

【図1】 本発明の第1の磁気抵抗効果素子の一実施形
態の要部構造を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main structure of an embodiment of a first magnetoresistive element of the present invention.

【図2】 本発明の第2の磁気抵抗効果素子の一実施形
態の要部構造を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a main structure of an embodiment of a second magnetoresistive element of the present invention.

【図3】 本発明の磁気抵抗効果素子を使用した記録再
生分離型磁気ヘッドの一構成例を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing one configuration example of a read / write separated magnetic head using the magnetoresistive element of the present invention.

【図4】 本発明の磁気抵抗効果素子を使用したMRA
Mの一構成例を示す断面図である。
FIG. 4 is an MRA using the magnetoresistance effect element of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of M.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……第1の磁性層 2……第2の磁性層 3……非磁性中間層 4……金属バッファ層 5……原子拡散バリヤ層 7、13……スピンバルブ膜 11…強磁性体層 12…磁性下地層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st magnetic layer 2 ... 2nd magnetic layer 3 ... Non-magnetic intermediate layer 4 ... Metal buffer layer 5 ... Atomic diffusion barrier layer 7, 13 ... Spin valve film 11 ... Ferromagnetic layer 12 ... magnetic underlayer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福澤 英明 神奈川県川崎市幸区堀川町72 株式会社東 芝川崎事業所内 (72)発明者 岩崎 仁志 神奈川県川崎市幸区堀川町72 株式会社東 芝川崎事業所内 (72)発明者 佐橋 政司 神奈川県川崎市幸区堀川町72 株式会社東 芝川崎事業所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Hideaki Fukuzawa 72 Horikawa-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Kawasaki Office (72) Inventor Hitoshi Iwasaki 72 Horikawa-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Toshiba Corporation Inside the Kawasaki Office (72) Inventor Masashi Sabashi 72 Horikawa-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Inside the Higashi-Shiba Kawasaki Office

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属バッファ層上に形成された第1の磁
性層と、第2の磁性層と、前記第1の磁性層と第2の磁
性層との間に配置された非磁性中間層とを有するスピン
バルブ膜を具備する磁気抵抗効果素子において、 前記金属バッファ層と第1の磁性層との界面に、平均厚
さが 2nm以下の原子拡散バリヤ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。
1. A first magnetic layer formed on a metal buffer layer, a second magnetic layer, and a non-magnetic intermediate layer disposed between the first magnetic layer and the second magnetic layer. A magnetoresistive effect element comprising a spin valve film having an atomic diffusion barrier layer having an average thickness of 2 nm or less at an interface between the metal buffer layer and the first magnetic layer. Magnetoresistive element.
【請求項2】 fcc結晶構造を有する金属バッファ層上
に形成されたCoを含む強磁性体からなる第1の磁性層
と、第2の磁性層と、前記第1の磁性層と第2の磁性層
との間に配置された非磁性中間層とを有するスピンバル
ブ膜を具備する磁気抵抗効果素子において、 前記金属バッファ層と第1の磁性層との界面に、酸化
物、窒化物、炭化物、ホウ化物およびフッ化物から選ば
れる少なくとも 1種を主成分とする原子拡散バリヤ層が
設けられていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
2. A first magnetic layer made of a ferromagnetic material containing Co and formed on a metal buffer layer having an fcc crystal structure, a second magnetic layer, the first magnetic layer and the second magnetic layer. A magnetoresistive element including a spin valve film having a nonmagnetic intermediate layer disposed between the magnetic layer and a magnetic layer, wherein an oxide, a nitride, and a carbide are provided at an interface between the metal buffer layer and the first magnetic layer. A magnetoresistive element comprising an atomic diffusion barrier layer containing at least one selected from borides and fluorides as a main component.
【請求項3】 請求項2記載の磁気抵抗効果素子におい
て、 前記原子拡散バリヤ層は、平均厚さが 2nm以下であるこ
とを特徴とする磁気抵抗効果素子。
3. The magnetoresistive element according to claim 2, wherein the atomic diffusion barrier layer has an average thickness of 2 nm or less.
【請求項4】 磁性下地層と強磁性体層との積層膜から
なる第1の磁性層と、第2の磁性層と、前記第1の磁性
層と第2の磁性層との間に配置された非磁性中間層とを
有するスピンバルブ膜を具備する磁気抵抗効果素子にお
いて、 前記磁性下地層と強磁性体層との界面に、平均厚さが 2
nm以下の原子拡散バリヤ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。
4. A first magnetic layer composed of a laminated film of a magnetic underlayer and a ferromagnetic material layer, a second magnetic layer, and disposed between the first magnetic layer and the second magnetic layer. A magnetoresistive effect element including a spin valve film having a non-magnetic intermediate layer formed thereon, wherein an average thickness of 2 nm is provided at an interface between the magnetic underlayer and the ferromagnetic layer.
A magnetoresistive element having an atomic diffusion barrier layer of nm or less.
【請求項5】 磁性下地層とCoを含む強磁性体層との
積層膜からなる第1の磁性層と、第2の磁性層と、前記
第1の磁性層と第2の磁性層との間に配置された非磁性
中間層とを有するスピンバルブ膜を具備する磁気抵抗効
果素子において、 前記磁性下地層と強磁性体層との界面に、酸化物、窒化
物、炭化物、ホウ化物およびフッ化物から選ばれる少な
くとも 1種を主成分とする原子拡散バリヤ層が設けられ
ていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
5. A method according to claim 1, wherein the first magnetic layer comprises a laminated film of a magnetic underlayer and a ferromagnetic layer containing Co, a second magnetic layer, and the first magnetic layer and the second magnetic layer. A magnetoresistive element including a spin valve film having a non-magnetic intermediate layer disposed therebetween, comprising: an oxide, a nitride, a carbide, a boride, and a fluoride at an interface between the magnetic underlayer and the ferromagnetic layer. A magnetoresistive element comprising an atomic diffusion barrier layer containing at least one element selected from oxides as a main component.
【請求項6】 請求項5記載の磁気抵抗効果素子におい
て、 前記原子拡散バリヤ層は、平均厚さが 2nm以下であるこ
とを特徴とする磁気抵抗効果素子。
6. The magnetoresistive element according to claim 5, wherein the atomic diffusion barrier layer has an average thickness of 2 nm or less.
【請求項7】 請求項1、請求項2、請求項4または請
求項5記載の磁気抵抗効果素子において、 前記原子拡散バリヤ層にはピンホールが形成されている
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
7. The magnetoresistance effect element according to claim 1, wherein a pinhole is formed in said atomic diffusion barrier layer. element.
【請求項8】 請求項1、請求項2、請求項4または請
求項5記載の磁気抵抗効果素子において、 前記原子拡散バリヤ層は、強磁性体または反強磁性体か
らなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
8. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the atomic diffusion barrier layer is made of a ferromagnetic material or an antiferromagnetic material. Magnetoresistive element.
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