JPH11346017A

JPH11346017A - 磁気抵抗効果素子及び磁気抵抗効果型磁気ヘッド

Info

Publication number: JPH11346017A
Application number: JP10150204A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Mizuguchi; 徹也水口
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 1999-12-14

Abstract

(57)【要約】【課題】特性の優れたスピンバルブ型の磁気抵抗効果
素子を提供する。また、そのような磁気抵抗効果素子を
備えることにより特性の向上を図った磁気抵抗効果型磁
気ヘッドを提供する。【解決手段】ＮｉＦｅ層３と、ＣｏＦｅ層４と、Ｃｕ
層５と、ＣｏＦｅ層６と、ＩｒＭｎ層７とを積層して、
磁気抵抗効果素子１を構成する。このとき、ＣｏＦｅ層
４の膜厚を０．５ｎｍ以上とし、Ｃｕ層５の膜厚を２．
２ｎｍ〜３．０ｎｍとし、ＣｏＦｅ層６の膜厚を２．０
ｎｍ以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スピンバルブ型の
磁気抵抗効果素子に関する。また、本発明は、磁気記録
媒体からの磁気信号を検出する感磁素子としてスピンバ
ルブ型の磁気抵抗効果素子を備えた磁気抵抗効果型磁気
ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気抵抗効果素子は、外部磁界の大きさ
によって抵抗値が変化する素子であり、例えば、再生専
用の磁気ヘッドにおいて磁気記録媒体からの磁気信号を
検出する感磁素子として使用されている。なお、磁気抵
抗効果素子を用いた磁気ヘッドは、一般に磁気抵抗効果
型磁気ヘッドと呼ばれている。

【０００３】従来、このような磁気抵抗効果素子として
は、異方性磁気抵抗効果を示すＮｉ−Ｆｅ合金膜を用い
た磁気抵抗効果素子が広く使用されていたが、Ｎｉ−Ｆ
ｅ合金膜を用いた磁気抵抗効果素子は磁気抵抗変化率が
小さく、より大きな磁気抵抗変化率を示す磁気抵抗効果
素子が望まれている。

【０００４】そこで、より大きな磁気抵抗変化率を示す
磁気抵抗効果素子として、磁性層と導電体層とを積層し
てスピンバルブを構成することにより、外部磁界の大き
さによって抵抗値が変化するようにした、いわゆるスピ
ンバルブ型の磁気抵抗効果素子が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スピン
バルブ型の磁気抵抗効果素子においても、更なる特性の
向上が望まれている。特に磁気記録の高記録密度化に対
応するために磁気抵抗効果型磁気ヘッドの特性向上が強
く要求されており、そのためにも、より特性に優れたス
ピンバルブ型の磁気抵抗効果素子の開発が強く望まれて
いる。

【０００６】本発明は、このような従来の実情に鑑みて
提案されたものであり、特性の優れたスピンバルブ型の
磁気抵抗効果素子を提供することを目的としている。ま
た、本発明は、そのような磁気抵抗効果素子を備えるこ
とにより特性の向上を図った磁気抵抗効果型磁気ヘッド
を提供することも目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る磁気抵抗効
果素子は、少なくとも、ＮｉＦｅ層と、第１のＣｏＦｅ
層と、Ｃｕ層と、第２のＣｏＦｅ層と、ＩｒＭｎ層とが
積層されてなる。そして、上記第１のＣｏＦｅ層の膜厚
が０．５ｎｍ以上であり、上記Ｃｕ層の膜厚が２．２ｎ
ｍ〜３．０ｎｍの範囲内であり、上記第２のＣｏＦｅ層
の膜厚が２．０ｎｍ以上であることを特徴とする。

【０００８】また、本発明に係る磁気抵抗効果型磁気ヘ
ッドは、磁気記録媒体からの磁気信号を検出する感磁素
子として、上記のような磁気抵抗効果素子を備えること
を特徴とする。

【０００９】上記磁気抵抗効果素子において、ＮｉＦｅ
層及び第１のＣｏＦｅ層は、いわゆるフリー層であり、
外部磁界に応じて磁化方向が容易に変化する。Ｃｕ層
は、非磁性の導体からなる層であり、この磁気抵抗効果
素子にセンス電流を流したときに、当該センス電流は主
にＣｕ層に流れる。ＩｒＭｎ層は、反強磁性層であり、
第２のＣｏＦｅ層の磁化方向を一定の方向に向かせるよ
うに作用する。第２のＣｏＦｅ層は、いわゆるピン層で
あり、ＩｒＭｎ層からの作用により磁化方向が一定の方
向を向くようになされている。

【００１０】そして、この磁気抵抗効果素子は、当該磁
気抵抗効果素子を構成する各層の膜厚が上記のように規
定されることにより、優れた特性を示すこととなる。な
お、各層の膜厚と特性の関係については、後で詳細に説
明する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１２】＜磁気抵抗効果素子の構成＞本発明を適用
した磁気抵抗効果素子の一例を図１に示す。

【００１３】この磁気抵抗効果素子１は、基板２の上
に、ＮｉＦｅ層３と、ＣｏＦｅ層４と、Ｃｕ層５と、Ｃ
ｏＦｅ層６と、ＩｒＭｎ層７と、Ｔａ層８とが積層され
てなる。なお、ＩｒＭｎ層７の上に形成されるＴａ層８
は、本発明において必須の層ではなく、無くても良い。

【００１４】この磁気抵抗効果素子１において、ＮｉＦ
ｅ層３及びＣｏＦｅ層４は、外部磁界に応じて磁化方向
が容易に変化するフリー層として動作する。また、Ｉｒ
Ｍｎ層７は、反強磁性層であり、ＣｏＦｅ層６の磁化方
向を一定の方向に向かせるように作用する。また、Ｃｏ
Ｆｅ層６は、ピン層であり、ＩｒＭｎ層７からの作用に
より磁化方向が一定の方向を向くこととなる。

【００１５】そして、この磁気抵抗効果素子１は、Ｎｉ
Ｆｅ層３及びＣｏＦｅ層４がフリー層として動作すると
ともに、ＩｒＭｎ層７からの作用により磁化方向が一定
の方向を向くようになされたＣｏＦｅ層６がピン層とし
て動作することにより、全体としてスピンバルブを構成
している。すなわち、この磁気抵抗効果素子１では、外
部磁界によって、ＮｉＦｅ層３及びＣｏＦｅ層４からな
るフリー層の磁化方向と、ＣｏＦｅ層６からなるピン層
の磁化方向とがなす角度が変化し、その結果、抵抗値が
変化する。

【００１６】上記磁気抵抗効果素子１を用いて外部磁界
を検出するときには、例えば、矩形状にパターニングし
て、その両端に電極を取り付け、それらの電極からセン
ス電流を供給する。このとき、センス電流は、主にＣｕ
層５に流れることとなる。そして、センス電流の電圧変
化を検出することで、磁気抵抗効果素子１の抵抗変化を
検出する。

【００１７】なお、上記磁気抵抗効果素子１において、
ＮｉＦｅ層３の下層には、当該ＮｉＦｅ層３の下地とし
て、Ｔａ層を形成するようにしても良い。下地となるＴ
ａ層を形成しておくことで、その上の膜の比抵抗の増加
を抑えることができる。

【００１８】＜超高真空スパッタ装置の構成＞上記磁気
抵抗効果素子１は、膜厚が数ｎｍの非常に薄い膜を積層
することで形成されるが、当該磁気抵抗効果素子１を構
成する各層は、超高真空スパッタ装置を用いて成膜する
ことが好ましい。超高真空スパッタ装置を用いて成膜す
ることで、磁気抵抗効果素子１を構成する各層の膜質を
良好なものとすることができるとともに、それらの膜厚
を精度良く制御することができる。

【００１９】ここで、超高真空スパッタ装置の一例を図
２に示す。この超高真空スパッタ装置１０は、基板準備
室１１と、逆スパッタによって基板クリーニングを行う
予備プロセス室１２と、スパッタリングによる成膜を超
高真空下にて行うことが可能な成膜室１３との３室構成
とされている。なお、成膜室１３の到達真空度は、６．
５×１０^-8Ｐａ程度まで可能とされている。

【００２０】この超高真空スパッタ装置１０は、スパッ
タリングカソード１４として、誘導結合ＲＦプラズマ支
援マグネトロンカソードを使用しており、ターゲット上
にＲＦコイルが配されている。これにより、０．１Ｐａ
以下というような低ガス圧でも、放電が可能となってお
り、高いイオン化率が得られるようになされている。

【００２１】また、この超高真空スパッタ装置１０の成
膜室１３には、スパッタリングカソード１４が複数設け
られている。そして、上記磁気抵抗効果素子１を作製す
る際は、それらのスパッタリングカソード１４に、例え
ば、Ｃｏ（９０原子％）−Ｆｅ（１０原子％）ターゲッ
ト、Ｎｉ（８０原子％）−Ｆｅ（２０原子％）ターゲッ
ト、Ｉｒ（２２原子％）−Ｍｎ（７８原子％）ターゲッ
ト、Ｃｕターゲット、Ｔａターゲットをそれぞれ配して
用いる。

【００２２】＜磁気抵抗効果素子の特性の膜厚依存性＞
つぎに、上記磁気抵抗効果素子１を構成する各層の膜厚
を変化させることにより当該磁気抵抗効果素子１の特性
がどのように変化するかを調べた結果について説明す
る。

【００２３】上記磁気抵抗効果素子１を構成する各層の
膜厚は数ｎｍ程度と非常に薄いため、通常のスパッタ装
置を用いて成膜したのでは、特性の膜厚依存性を精度良
く調べることは難しい。そこで、ここでは、上記磁気抵
抗効果素子１を構成する各層を、上述したような超高真
空スパッタ装置１０を用いて成膜するようにした。超高
真空スパッタ装置１０を用いて成膜することで、磁気抵
抗効果素子１を構成する各層が非常に薄くても、それら
の膜質を良好なものとすることができるとともに、それ
らの膜厚を精度良く制御することができるので、特性の
膜厚依存性を精度良く調べることが可能となる。換言す
れば、超高真空スパッタ装置１０を用いることで初め
て、磁気抵抗効果素子１の特性の膜厚依存性を精度良く
調べることが可能となり、その結果、以下に説明するよ
うに、磁気抵抗効果素子１を構成する各層の膜厚の最適
値を決定することが可能となった。

【００２４】なお、磁気抵抗効果素子１の特性の膜厚依
存性を調べるにあたって、その評価パラメータには、Ｍ
Ｒ比、ｄＲ／ｓｑｕａｒｅ、ｄＧ／ｓｑｕａｒｅ、Ｈ_p
を用いた。

【００２５】ここで、ＭＲ比は、磁気抵抗効果素子１の
抵抗変化率のことである。ｄＲ／ｓｑｕａｒｅは、磁気
抵抗効果素子１の単位面積当たりの抵抗変化量のことで
ある。

【００２６】また、ｄＧは、磁気抵抗効果素子１の抵抗
の最小値をＲ_min、最大値をＲ_maxとしたとき、ｄＧ＝１
／Ｒ_min−１／Ｒ_maxで表される値であり、磁気抵抗効果
素子１の内部での分流損失（センス電流がＣｕ層５及び
その近傍以外を流れることによる損失）の大小によら
ず、スピン依存散乱による本質的な抵抗変化のみを表す
値である。そして、ｄＧ／ｓｑｕａｒｅは、磁気抵抗効
果素子１の単位面積当たりのｄＧの値を示している。

【００２７】また、Ｈ_pは、ピン層（ＣｏＦｅ層６）と
反強磁性層（ＩｒＭｎ層７）の間に働く交換結合磁界Ｈ
_exと、フリー層（ＮｉＦｅ層３及びＣｏＦｅ層４）とピ
ン層（ＣｏＦｅ層６）との間に働く交換相互作用との大
きさにより決まる、ピン層の磁化曲線の零磁場点からの
シフト量のことである。

【００２８】＜Ｃｕ層厚依存性＞まず、Ｃｕ層厚依存性
について調べた。ここで、サンプル膜構成は、基板／Ｔ
ａ（５ｎｍ）／ＮｉＦｅ（５ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．５
ｎｍ）／Ｃｕ（ｔ₁）／ＣｏＦｅ（２．５ｎｍ）／Ｉｒ
Ｍｎ（６ｎｍ）／Ｔａ（５ｎｍ）とした。そして、Ｃｕ
層５の膜厚ｔ₁を変化させて、ＭＲ比、ｄＲ／ｓｑｕａ
ｒｅ、ｄＧ／ｓｑｕａｒｅのＣｕ層厚依存性を調べた。
結果を図３に示す。

【００２９】図３より、ＭＲ比、ｄＲ／ｓｑｕａｒｅ及
びｄＧ／ｓｑｕａｒｅをより大きな値とするために、Ｃ
ｕ層５の膜厚は、２．２ｎｍ〜３．０ｎｍ程度とするこ
とが好ましいことが分かる。なお、Ｃｕ層５の膜厚が
２．５ｎｍ以上のときのｄＲ／ｓｑｕａｒｅの低下は、
ｄＧ／ｓｑｕａｒｅが変化しないことから、Ｃｕ層５の
厚みが増すことによる分流損失の増加によると考えられ
る。

【００３０】＜ピン層厚依存性＞つぎに、ピン層厚依存
性について調べた。ここで、サンプル膜構成は、基板／
Ｔａ（５ｎｍ）／ＮｉＦｅ（５ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．
５ｎｍ）／Ｃｕ（２．７５ｎｍ）／ＣｏＦｅ（ｔ₂）／
ＩｒＭｎ（６ｎｍ）／Ｔａ（５ｎｍ）とした。そして、
ピン層（ＣｏＦｅ層６）の膜厚ｔ₂を変化させて、ＭＲ
比、ｄＲ／ｓｑｕａｒｅ、ｄＧ／ｓｑｕａｒｅ、Ｈ_pの
ピン層厚依存性を調べた。結果を図４及び図５に示す。

【００３１】図４より、ピン層の膜厚は、ＭＲ比、ｄＲ
／ｓｑｕａｒｅ、ｄＧ／ｓｑｕａｒｅの観点からは、よ
り厚いほうが好ましいことが分かる。ただし、ピン層の
膜厚を２．０ｎｍ以上とした場合、ｄＲ／ｓｑｕａｒｅ
は、ほぼ一定となっている。したがって、特にｄＲ／ｓ
ｑｕａｒｅの観点から、ピン層の膜厚は、２．０ｎｍ以
上とすることが好ましいと言える。

【００３２】また、図５に示すように、Ｈ_pはピン層が
厚くなるに従い小さくなった。Ｈ_pは、磁気抵抗効果素
子１を磁気抵抗効果型磁気ヘッドの感磁素子として用い
るようなことを考慮すると、３００Ｏｅ程度は必要であ
る。したがって、特にＨ_pの観点から、ピン層の膜厚
は、３．５ｎｍ以下とすることが好ましい。

【００３３】つまり、図４及び図５に示す結果から、ピ
ン層の膜厚は、２．０ｎｍ〜３．５ｎｍの範囲内とする
ことが好ましいと言える。

【００３４】＜フリー層厚依存性＞つぎに、フリー層厚
依存性について調べた。ここで、サンプル膜構成は、基
板／Ｔａ（５ｎｍ）／ＮｉＦｅ（１０ｎｍ−ｔ₃×２）
／ＣｏＦｅ（ｔ₃）／Ｃｕ（２．７５ｎｍ）／ＣｏＦｅ
（２．５ｎｍ）／ＩｒＭｎ（６ｎｍ）／Ｔａ（５ｎｍ）
とした。そして、ＣｏＦｅの飽和磁化をＮｉＦｅの２倍
と仮定し、フリー層の総厚を、Ｍｓ_NiFe×ｔ_NiFe＋Ｍｓ
_CoFe×ｔ₃＝Ｍｓ_NiFe×１０ｎｍで一定として、フリー
層を構成するＮｉＦｅ層３及びＣｏＦｅ層４の膜厚を変
化させた。なお、上記式において、Ｍｓ_NiFeはフリー層
を構成するＮｉＦｅ層３の飽和磁化、ｔ_Ni _Feは当該Ｎｉ
Ｆｅ層３の膜厚であり、Ｍｓ_CoFeはフリー層を構成する
ＣｏＦｅ層４の飽和磁化、ｔ₃は当該ＣｏＦｅ層４の膜
厚である。

【００３５】以上のように、フリー層を構成するＮｉＦ
ｅ層３及びＣｏＦｅ層４の膜厚を変化させて、ＭＲ比、
ｄＲ／ｓｑｕａｒｅ、ｄＧ／ｓｑｕａｒｅのフリー層厚
依存性を調べた。結果を図６に示す。なお、図６の横軸
は、フリー層を構成するＣｏＦｅ層４の膜厚と、ＮｉＦ
ｅ層３及びＣｏＦｅ層４からなるフリー層の総厚とを示
している。

【００３６】図６から分かるように、ＭＲ比及びｄＲ／
ｓｑｕａｒｅは、フリー層の総厚が小さくなるに従い大
きくなる。これは、フリー層の総厚が小さいほうが、分
流損失が少ないためと考えられる。また、ｄＧ／ｓｑｕ
ａｒｅは、フリー層を構成するＣｏＦｅ層４の膜厚が
０．５ｎｍ以上であればほぼ一定となっている。これ
は、ＣｏＦｅ層４の膜厚が０．５ｎｍ以上あれば、磁気
抵抗効果素子１の抵抗変化のもととなるスピン依存散乱
が、それ以上大きくなることはないことを示している。
以上のことから、フリー層は、その総厚をできるだけ薄
くし、かつ、フリー層を構成するＣｏＦｅ層４の膜厚を
０．５ｎｍ以上とすることが好ましい。

【００３７】ただし、フリー層を構成するＮｉＦｅ層３
の膜厚をあまりに薄くすると、軟磁気特性が劣化してし
まう。ここで、ＮｉＦｅとＣｏＦｅとの積層膜につい
て、ＮｉＦｅの膜厚と、当該積層膜の困難軸方向の保磁
力Ｈ_chとの関係を測定した結果を図７に示す。図７か
ら、良好な軟磁気特性を得るために、ＮｉＦｅ層３の膜
厚は、２．０ｎｍ以上とすることが好ましいことが分か
る。

【００３８】すなわち、フリー層を構成するＣｏＦｅ層
４の膜厚は、主にｄＧ／ｓｑｕａｒｅの観点から、０．
５ｎｍ以上とすることが好ましく、また、フリー層を構
成するＮｉＦｅ層３の膜厚は、軟磁気特性の観点から、
２．０ｎｍ以上とすることが好ましい。一方、分流損失
を低減するという観点からは、ＣｏＦｅ層４及びＮｉＦ
ｅ層３の膜厚はできるだけ薄いほうが好ましい。具体的
には、フリー層を構成するＣｏＦｅ層４の膜厚は、スピ
ン依存散乱と分流損失との兼ね合いを考慮して、３ｎｍ
程度以下とすることが好ましく、また、フリー層を構成
するＮｉＦｅ層３の膜厚は、軟磁気特性と分流損失との
兼ね合いを考慮して、５ｎｍ程度以下とすることが好ま
しい。

【００３９】＜反強磁性層厚依存性＞つぎに、反強磁性
層厚依存性について調べた。上記磁気抵抗効果素子１に
おいて反強磁性層（ＩｒＭｎ層７）は、ピン層（ＣｏＦ
ｅ層６）の磁化方向を一定の方向に向かせるためのもの
であり、交換結合磁界Ｈ_exが大きいことが望まれる。そ
こで、ＩｒＭｎからなる反強磁性層の膜厚と、交換結合
磁界Ｈ_exとの関係を調べた。結果を図８に示す。図８か
ら、十分に大きな交換結合磁界Ｈ_exを得るために、Ｉｒ
Ｍｎ層７の膜厚は、５ｎｍ以上とすることが好ましいこ
とが分かる。

【００４０】なお、分流損失を低減するという観点から
は、ＩｒＭｎ層７の膜厚もできるだけ薄いほうが好まし
い。そこで、ＩｒＭｎ層７の膜厚は、交換結合磁界Ｈ_ex
と分流損失との兼ね合いを考慮して、５ｎｍ〜２０ｎｍ
程度とすることが好ましい。

【００４１】＜下地Ｔａ層厚依存性＞つぎに、ＮｉＦｅ
層３の下層に下地となるＴａ層を形成した場合につい
て、Ｔａ層厚依存性を調べた。ここで、サンプル膜構成
は、基板／Ｔａ（ｔ₄）／ＮｉＦｅ（５ｎｍ）／ＣｏＦ
ｅ（２．５ｎｍ）／Ｃｕ（２．７５ｎｍ）／ＣｏＦｅ
（２．５ｎｍ）／ＩｒＭｎ（６ｎｍ）／Ｔａ（５ｎｍ）
とした。そして、ＮｉＦｅ層３の下地となるＴａ層の膜
厚ｔ₄を変化させて、ＭＲ比、ｄＲ／ｓｑｕａｒｅ、ｄ
Ｇ／ｓｑｕａｒｅのＴａ層厚依存性を調べた。結果を図
９に示す。

【００４２】図９から、ＮｉＦｅ層３の下地となるＴａ
層の膜厚は、ｄＲ／ｓｑｕａｒｅの観点からは、できる
だけ薄いほうが好ましく、むしろ、Ｔａ層を形成しない
ほうが好ましい。しかし、Ｔａ層の膜厚が小さくなるに
従って、ＭＲ比及びｄＧ／ｓｑｕａｒｅが小さくなって
いる。これは、Ｔａ層が無くなることにより、その上の
膜の比抵抗が上昇するためであると考えられる。したが
って、Ｔａ層の膜厚は、その上の膜の比抵抗の増加を抑
える効果が得られる範囲内で、できるだけ薄くすること
が好ましい。

【００４３】＜まとめ＞以上の考察の結果をまとめて以
下に示す。

【００４４】図１に示した磁気抵抗効果素子１の抵抗変
化のもととなるスピン依存散乱に寄与するのは、主にＣ
ｏＦｅ層４、Ｃｕ層５及びＣｏＦｅ層６である。そし
て、スピン依存散乱による本質的な抵抗変化を中心に考
えると、上記磁気抵抗効果素子１において、ＣｏＦｅ層
４の膜厚は０．５ｎｍ以上とし、Ｃｕ層５の膜厚は２．
２ｎｍ〜３．０ｎｍとし、ＣｏＦｅ層６の膜厚は２．０
ｎｍ以上とすることが好ましい。

【００４５】更に、分流損失や、Ｈ_pの大きさや、フリ
ー層の軟磁気特性や、反強磁性層の交換結合磁界Ｈ_ex等
までも考慮すると、上記磁気抵抗効果素子１において、
ＮｉＦｅ層３の膜厚は２．０ｎｍ〜５．０ｎｍとするこ
とが好ましく、ＣｏＦｅ層４の膜厚は３．０ｎｍ以下と
することが好ましく、ＣｏＦｅ層６の膜厚は３．５ｎｍ
以下とすることが好ましく、ＩｒＭｎ層７の膜厚は５ｎ
ｍ〜２０ｎｍとすることが好ましい。

【００４６】また、上記磁気抵抗効果素子１において、
ＮｉＦｅ層３の下層に下地となるＴａ層を形成する場
合、当該Ｔａ層の膜厚は、その上に形成される膜の比抵
抗の増加を抑える効果が得られる範囲内で、できるだけ
薄くすることが好ましい。

【００４７】＜磁気抵抗効果素子の具体例＞以上の考察
に基づいて、膜構成を、基板／ＮｉＦｅ（２．５ｎｍ）
／ＣｏＦｅ（１．２５ｎｍ）／Ｃｕ（２．７５ｎｍ）／
ＣｏＦｅ（２．５ｎｍ）／ＩｒＭｎ（６ｎｍ）／Ｔａ
（５ｎｍ）として、実際に磁気抵抗効果素子を作製し
た。そして、当該磁気抵抗効果素子に磁界を印加したと
きの抵抗変化量を測定した。結果を図１０に示す。な
お、図１０において、横軸は磁気抵抗効果素子に印加し
た磁界の大きさ、縦軸は磁気抵抗効果素子の単位面積当
たりの抵抗値を示している。

【００４８】図１０からも分かるように、上記膜構成の
磁気抵抗効果素子の特性は、非常に優れたものとなって
いる。具体的には、この磁気抵抗効果素子では、ＭＲ比
が約９．４５％、ｄＲ／ｓｑｕａｒｅが約２．５１Ωと
いう、非常に大きな値となっている。

【００４９】＜磁気抵抗効果型磁気ヘッドの構成＞本発
明を適用した磁気抵抗効果型磁気ヘッドを備えた複合型
磁気ヘッドの一例を図１１及び図１２に示す。なお、図
１１は、当該複合型磁気ヘッド２１について、その内部
構造が分かるように一部を切り欠いて示した斜視図であ
り、図１２は、当該複合型磁気ヘッド２１の断面図であ
る。

【００５０】図１１及び図１２に示す複合型磁気ヘッド
２１は、ハードディスク装置等に用いられる磁気ヘッド
であり、基板２２上に、本発明を適用した磁気抵抗効果
型磁気ヘッドが形成されてなるとともに、当該磁気抵抗
効果型磁気ヘッド上にインダクティブ型磁気ヘッドが積
層形成されてなる。ここで、磁気抵抗効果型磁気ヘッド
は、再生用ヘッドとして動作するものであり、インダク
ティブ型磁気ヘッドは、記録用ヘッドとして動作するも
のである。すなわち、この複合型磁気ヘッド２１は、再
生用ヘッドと記録用ヘッドを複合して構成されている。

【００５１】複合型磁気ヘッド２１に搭載されている磁
気抵抗効果型磁気ヘッドは、いわゆるシールド型ＭＲヘ
ッドであり、Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ等からなる基板２２上に
絶縁層２３を介して形成された第１の磁気シールド２５
と、第１の磁気シールド２５上に絶縁層２３を介して形
成された磁気抵抗効果素子２６と、磁気抵抗効果素子２
６上に絶縁層２３を介して形成された第２の磁気シール
ド２７とを備えている。

【００５２】絶縁層２３は、Ａｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂等のよ
うな絶縁材料からなる。なお、図１１及び図１２では、
絶縁層２３の層構造を図示していないが、この複合型磁
気ヘッド２１は、当該複合型磁気ヘッド２１を構成する
各層を基板２２上に積層して形成していくので、絶縁層
２３は実際には複数の層からなる。

【００５３】第１の磁気シールド２５は、磁気抵抗効果
素子２６の下層側を磁気的にシールドするためのもので
あり、Ｎｉ−Ｆｅ等のような軟磁性材からなる。そし
て、この第１の磁気シールド２５上に、絶縁層２３を介
して磁気抵抗効果素子２６が形成されている。

【００５４】磁気抵抗効果素子２６は、この磁気抵抗効
果型磁気ヘッドにおいて、磁気記録媒体からの磁気信号
を検出する感磁素子として機能する。そして、この磁気
抵抗効果素子２６は、上述した磁気抵抗効果素子１と同
様な膜構成とされる。

【００５５】この磁気抵抗効果素子２６は、略矩形状に
形成されてなり、その一側面が磁気記録媒体対向面に露
呈するようになされている。そして、この磁気抵抗効果
素子２６の両端には、当該磁気抵抗効果素子２６に対し
て水平バイアス磁界を印加するための永久磁石膜２８，
２９がそれぞれ配されている。

【００５６】永久磁石膜２８，２９は、磁気抵抗効果素
子２６に対して水平バイアス磁界を印加して、当該磁気
抵抗効果素子２６の動作の安定化を図るためのものであ
る。この永久磁石膜２８，２９の材料としは、保磁力が
大きい硬質磁性材が好ましく、具体的には、ＣｏＮｉＰ
ｔやＣｏＣｒＰｔ等が好適である。

【００５７】また、磁気抵抗効果素子２６の一端に接す
るように配された永久磁石膜２８には、第１の導体３０
が接続されており、同様に、磁気抵抗効果素子２６の他
端に接するように配された永久磁石膜２９には、第２の
導体３１が接続されている。これらの導体３０，３１
は、磁気抵抗効果素子２６に対して、センス電流を供給
するためのものであり、例えば、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｔａ，
Ｗ，Ｍｏ，Ｃｕ又はこれらの合金等からなる。

【００５８】ここで、第１の導体３０は、永久磁石膜２
８に接続されている側の端部は絶縁層２３に埋設するよ
うに形成されているが、他方の端部は外部に露呈するよ
うに形成されている。そして、外部に露呈している部分
が、この磁気抵抗効果型磁気ヘッドの第１の外部接続用
端子となる。そして、磁気記録媒体からの磁気信号の再
生時には、この第１の外部接続用端子から第１の導体３
０を介して、磁気抵抗効果素子２６にセンス電流が供給
されることとなる。

【００５９】同様に、第２の導体３１も、永久磁石膜２
９に接続されている側の端部は絶縁層２３に埋設するよ
うに形成されているが、他方の端部は外部に露呈するよ
うに形成されている。そして、外部に露呈している部分
が、この磁気抵抗効果型磁気ヘッドの第２の外部接続用
端子となる。この第２の外部接続用端子は、磁気記録媒
体からの磁気信号の再生時には、グランド電位に接地さ
れる。

【００６０】そして、以上のように形成された磁気抵抗
効果素子２６、永久磁石膜２８，２９及び導体３０，３
１の上には、絶縁層２３を介して第２の磁気シールド２
７が形成されている。第２の磁気シールド２７は、磁気
抵抗効果素子２６の上層側を磁気的にシールドするため
のものであり、Ｎｉ−Ｆｅ等のような軟磁性材からな
る。なお、第２の磁気シールド２７は、磁気抵抗効果素
子２６の上層側を磁気的にシールドするだけでなく、こ
の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの上に積層形成されたイン
ダクティブ型磁気ヘッドの磁気コアも兼ねている。

【００６１】以上のような磁気抵抗効果型磁気ヘッドの
上に積層形成されたインダクティブ型磁気ヘッドは、第
２の磁気シールド２７及び上層コア３２によって構成さ
れる磁気コアと、当該磁気コアを巻回するように形成さ
れた薄膜コイル３３とを備えている。

【００６２】上層コア３２は、第２の磁気シールド２２
と共に閉磁路を形成して、このインダクティブ型磁気ヘ
ッドの磁気コアとなるものであり、Ｎｉ−Ｆｅ等のよう
な軟磁性材からなる。ここで、第２の磁気シールド２７
及び上層コア３２は、それらの前端部が磁気記録媒体対
向面に露呈し、且つ、それらの後端部において第２の磁
気シールド２７及び上層コア３２が互いに接するように
形成されている。ここで、第２の磁気シールド２７及び
上層コア３２の前端部は、磁気記録媒体対向面におい
て、第２の磁気シールド２７及び上層コア３２が所定の
間隙ｇをもって離間するように形成されている。

【００６３】すなわち、この複合型磁気ヘッド２１にお
いて、第２の磁気シールド２７は、磁気抵抗効果素子２
６の上層側を磁気的にシールドするだけでなく、インダ
クティブ型磁気ヘッドの磁気コアも兼ねており、第２の
磁気シールド２７と上層コア３２によってインダクティ
ブ型磁気ヘッドの磁気コアが構成されている。そして、
磁気記録媒体対向面における第２の磁気シールド２７と
上層コア３２との間隙ｇが、インダクティブ型磁気ヘッ
ドの記録用磁気ギャップとなる。

【００６４】また、第２の磁気シールド２７上には、絶
縁層２３に埋設された薄膜コイル３３が形成されてい
る。ここで、薄膜コイル３３は、第２の磁気シールド２
７及び上層コア３２からなる磁気コアを巻回するように
形成されている。なお、図示していないが、この薄膜コ
イル３３の両端部は、外部に露呈するようになされてい
る。そして、薄膜コイル３３の両端に形成された端子
が、このインダクティブ型磁気ヘッドの外部接続用端子
となる。すなわち、磁気記録媒体への磁気信号の記録時
には、これらの外部接続用端子から薄膜コイル３２に記
録電流が供給されることとなる。

【００６５】以上のような複合型磁気ヘッド２１は、再
生用ヘッドとして磁気抵抗効果型磁気ヘッドを搭載して
いるが、当該磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、磁気記録媒
体からの磁気信号を検出する感磁素子として、本発明を
適用した磁気抵抗効果素子２６を備えている。そして、
本発明を適用した磁気抵抗効果素子２６は、上述したよ
うに非常に優れた特性を示すので、この磁気抵抗効果型
磁気ヘッドは、磁気記録の更なる高記録密度化に対応す
ることができる。

【００６６】なお、本実施の形態では、磁気抵抗効果素
子を利用したデバイスとして、磁気抵抗効果型磁気ヘッ
ドを例に挙げたが、本発明に係る磁気抵抗効果素子は、
磁気抵抗効果型磁気ヘッド以外のデバイスにも適用可能
である。具体的には、本発明に係る磁気抵抗効果素子
は、例えば、地磁気方位センサのような磁気センサ等に
も適用可能である。

【００６７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る磁気抵抗効果素子は、非常に良好な特性を示す。
そして、そのような磁気抵抗効果素子を用いて磁気抵抗
効果型磁気ヘッドを構成することにより、磁気抵抗効果
型磁気ヘッドの特性を大幅に向上することができる。し
たがって、本発明によれば、磁気記録の更なる高密度化
を実現するようなことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した磁気抵抗効果素子の膜構成を
示す図である。

【図２】高真空スパッタ装置の概要を示す図である。

【図３】磁気抵抗効果素子の特性について、Ｃｕ層厚依
存性を測定した結果を示す図である。

【図４】磁気抵抗効果素子の特性について、ピン層厚依
存性を測定した結果を示す図である。

【図５】磁気抵抗効果素子の特性について、ピン層厚依
存性を測定した結果を示す図である。

【図６】磁気抵抗効果素子の特性について、フリー層厚
依存性を測定した結果を示す図である。

【図７】ＮｉＦｅとＣｏＦｅとの積層膜について、Ｎｉ
Ｆｅの膜厚と、当該積層膜の困難軸方向の保磁力Ｈ_chと
の関係を測定した結果を示す図である。

【図８】ＩｒＭｎの膜厚と、交換結合磁界Ｈ_exとの関係
を測定した結果を示す図である。

【図９】磁気抵抗効果素子の特性について、下地Ｔａ層
厚依存性を測定した結果を示す図である。

【図１０】本発明を適用した磁気抵抗効果素子の一例に
ついて、その磁気抵抗曲線を測定した結果を示す図であ
る。

【図１１】本発明を適用した磁気抵抗効果型磁気ヘッド
を備えた複合型磁気ヘッドの一例について、その一部を
切り欠いて示す斜視図である。

【図１２】図１１に示した複合型磁気ヘッドについて、
第１の導体を通る平面で切断した断面図である。

【符号の説明】

１磁気抵抗効果素子、２基板、３ＮｉＦｅ
層、４ＣｏＦｅ層、５Ｃｕ層、６ＣｏＦｅ
層、７ＩｒＭｎ層、８Ｔａ層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、ＮｉＦｅ層と、第１のＣｏ
Ｆｅ層と、Ｃｕ層と、第２のＣｏＦｅ層と、ＩｒＭｎ層
とが積層されてなり、上記第１のＣｏＦｅ層の膜厚が０．５ｎｍ以上であり、上記Ｃｕ層の膜厚が２．２ｎｍ〜３．０ｎｍの範囲内で
あり、上記第２のＣｏＦｅ層の膜厚が２．０ｎｍ以上であるこ
とを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】上記ＮｉＦｅ層の膜厚が、２．０ｎｍ〜
５．０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１記
載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】上記第１のＣｏＦｅ層の膜厚が３．０ｎ
ｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗
効果素子。
【請求項４】上記第２のＣｏＦｅ層の膜厚が３．５ｎ
ｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗
効果素子。
【請求項５】上記ＩｒＭｎ層の膜厚が、５．０ｎｍ〜
２０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１記載
の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】上記ＮｉＦｅ層の下層にＴａ層が形成さ
れていることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果
素子。
【請求項７】磁気記録媒体からの磁気信号を検出する
感磁素子として磁気抵抗効果素子を備えた磁気抵抗効果
型磁気ヘッドであって、上記磁気抵抗効果素子は、少なくとも、ＮｉＦｅ層と、
第１のＣｏＦｅ層と、Ｃｕ層と、第２のＣｏＦｅ層と、
ＩｒＭｎ層とが積層されてなり、上記第１のＣｏＦｅ層の膜厚が０．５ｎｍ以上であり、上記Ｃｕ層の膜厚が２．２ｎｍ〜３．０ｎｍの範囲内で
あり、上記第２のＣｏＦｅ層の膜厚が２．０ｎｍ以上であるこ
とを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項８】上記ＮｉＦｅ層の膜厚が、２．０ｎｍ〜
５．０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項７記
載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項９】上記第１のＣｏＦｅ層の膜厚が３．０ｎ
ｍ以下であることを特徴とする請求項７記載の磁気抵抗
効果型磁気ヘッド。
【請求項１０】上記第２のＣｏＦｅ層の膜厚が３．５
ｎｍ以下であることを特徴とする請求項７記載の磁気抵
抗効果型磁気ヘッド。
【請求項１１】上記ＩｒＭｎ層の膜厚が、５．０ｎｍ
〜２０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項７記
載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
【請求項１２】上記ＮｉＦｅ層の下層にＴａ層が形成
されていることを特徴とする請求項７記載の磁気抵抗効
果型磁気ヘッド。