JPS63142689A - 磁気抵抗効果膜形成用材料 - Google Patents
磁気抵抗効果膜形成用材料Info
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- JPS63142689A JPS63142689A JP61288845A JP28884586A JPS63142689A JP S63142689 A JPS63142689 A JP S63142689A JP 61288845 A JP61288845 A JP 61288845A JP 28884586 A JP28884586 A JP 28884586A JP S63142689 A JPS63142689 A JP S63142689A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は磁気センサ素子、磁気ヘッド素子および磁気バ
ブル検出素子等に用いられる強磁性磁気抵抗効果合金膜
に係り、特に抵抗変化率の大きい強磁性薄膜に関する。
ブル検出素子等に用いられる強磁性磁気抵抗効果合金膜
に係り、特に抵抗変化率の大きい強磁性薄膜に関する。
近年1強磁性磁気抵抗効果膜を用いた回転角および回転
速度を検出する磁気センサ、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘ
ッドおよび磁気バブル検出素子の開発が急速に進展して
いる。磁気センサ、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドおよ
び磁気バブル素子等には膜厚が25〜400nmの強磁
性磁気抵抗効果膜が用いられるのが一般的である。この
磁気抵抗効果膜材料としてはNiFe系およびNiC。
速度を検出する磁気センサ、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘ
ッドおよび磁気バブル検出素子の開発が急速に進展して
いる。磁気センサ、磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドおよ
び磁気バブル素子等には膜厚が25〜400nmの強磁
性磁気抵抗効果膜が用いられるのが一般的である。この
磁気抵抗効果膜材料としてはNiFe系およびNiC。
系が広く用いられ、前者は抵抗変化率、異方性磁界とも
小さく、後者はともに大きい傾向がある6強磁性磁気抵
抗効果膜を磁気センサとして使用する場合、特に重要な
特性は抵抗変化率と異方性磁界である。図1に示すよう
にセンサストライプの抵抗値は、磁界の正負には関係が
なく、磁界が大きくなるにつれ減少し飽和する。飽和に
達するときの磁界の大きさは、薄膜の異方性磁界の値と
、薄膜をストライプとして用いるために生ずる反磁界と
の和になる。
小さく、後者はともに大きい傾向がある6強磁性磁気抵
抗効果膜を磁気センサとして使用する場合、特に重要な
特性は抵抗変化率と異方性磁界である。図1に示すよう
にセンサストライプの抵抗値は、磁界の正負には関係が
なく、磁界が大きくなるにつれ減少し飽和する。飽和に
達するときの磁界の大きさは、薄膜の異方性磁界の値と
、薄膜をストライプとして用いるために生ずる反磁界と
の和になる。
すなわち、
i)できるだけ微小な磁界に感応させるために異方性磁
界を小さくする事、 it)それによる検出出力を大きくするために抵抗変化
率を大きくする事、 が必要であり、これが高感度磁気センサの条件となる。
界を小さくする事、 it)それによる検出出力を大きくするために抵抗変化
率を大きくする事、 が必要であり、これが高感度磁気センサの条件となる。
抵抗変化率の大きく、異方性磁界の小さい材料の研究、
材料、プロセスの両面から進められているが、その−例
として抵抗変化率が大きいNiCo系合金を直交スイッ
チング磁界中で膜形成する事によりN i F e系合
金膜程度に異方性磁界を小さく出来ることが報告されて
いる(成重他二日本応用磁気学会誌VoQ9.&2.1
985、p191)。
材料、プロセスの両面から進められているが、その−例
として抵抗変化率が大きいNiCo系合金を直交スイッ
チング磁界中で膜形成する事によりN i F e系合
金膜程度に異方性磁界を小さく出来ることが報告されて
いる(成重他二日本応用磁気学会誌VoQ9.&2.1
985、p191)。
異方性磁界は上述したように膜形成条件により大きく変
化するのに対し、抵抗変化率は膜組成に依存するが膜形
成条件には左右されないと思われていた。最近、超高真
空下で蒸着法により膜形成(i (V、B、 chap
+wan and A、J、Co11ins : T
h1n 5olidF、11m5.89 (1982)
243 >する事、およびスパッタリング法でもスパッ
タリング前の到達真空度を高真空とする事、および作製
した膜を水素中で焼鈍する事(田辺、北田:日本金属学
会誌Vo Q49.Ha (1985) 34)により
比抵抗を小さく出来、その結果抵抗変化率が大きくなる
ことが報告された。
化するのに対し、抵抗変化率は膜組成に依存するが膜形
成条件には左右されないと思われていた。最近、超高真
空下で蒸着法により膜形成(i (V、B、 chap
+wan and A、J、Co11ins : T
h1n 5olidF、11m5.89 (1982)
243 >する事、およびスパッタリング法でもスパッ
タリング前の到達真空度を高真空とする事、および作製
した膜を水素中で焼鈍する事(田辺、北田:日本金属学
会誌Vo Q49.Ha (1985) 34)により
比抵抗を小さく出来、その結果抵抗変化率が大きくなる
ことが報告された。
上記従来技術は膜形成用材料中の含有酸素量については
配慮されておらず、膜形成雰囲気、および膜形成後の水
素中熱処理等のプロセスにより、膜中含有酸素量の低減
に注意が払われていた。従って、膜中の含有酸素量を全
て除去するこ事は困難であるだけでなく、プロセスも多
くなりプロセスコスト増加の原因ともなっていた。
配慮されておらず、膜形成雰囲気、および膜形成後の水
素中熱処理等のプロセスにより、膜中含有酸素量の低減
に注意が払われていた。従って、膜中の含有酸素量を全
て除去するこ事は困難であるだけでなく、プロセスも多
くなりプロセスコスト増加の原因ともなっていた。
本発明の目的はセンサ出力の面内及びロット間でのばら
つきが無く、高い読出出力を有する磁気センサを提供す
る事にある。
つきが無く、高い読出出力を有する磁気センサを提供す
る事にある。
)上記目的は強磁性磁気抵抗効果膜中の含有酸素′、1
蒙“を程低減するために真空蒸着用原料またはスパッタ
リングターゲットの膜形成材料中の含有酸素量を少くと
も20PPm以下とする事により達成される。
リングターゲットの膜形成材料中の含有酸素量を少くと
も20PPm以下とする事により達成される。
含有酸素量を20ppm以下とする方法を以下に述べる
。膜形成用材料を溶解し、含有酸素量を測定する。この
酸素量にみあう量の磁気抵抗効果を損うおそれの少ない
元素、好ましくはA n p S xCaなどを単独も
しくは2種類以上組み合わせて添加する。この添加によ
り、溶解した膜形成材料中の酸素は酸化物の形で分離さ
れ、浮上合体する。
。膜形成用材料を溶解し、含有酸素量を測定する。この
酸素量にみあう量の磁気抵抗効果を損うおそれの少ない
元素、好ましくはA n p S xCaなどを単独も
しくは2種類以上組み合わせて添加する。この添加によ
り、溶解した膜形成材料中の酸素は酸化物の形で分離さ
れ、浮上合体する。
この酸化物は、溶融した膜形成材料を保持している耐火
物製容器内表面に耐着する傾向があるのでそのまま保持
しておいてもよいが、好ましくは除去した方が良い、こ
こで、添加すべき元素の量につき、更に詳しく述べると
、測定した酸素量に対し、これが全量酸化物となる量の
元素を添加するのが良い、こうすることによって、膜形
成材料中の酸素量を確実に20ppm以下にすることが
可能である。更に、多量の元素を添加することが考えら
れるが、この元素が過剰に膜形成材料中に残存する恐れ
があり、磁気抵抗効果をかえって損うことがあるので、
20ppm以下の酸素量にするためには先述した方法で
十分である。
物製容器内表面に耐着する傾向があるのでそのまま保持
しておいてもよいが、好ましくは除去した方が良い、こ
こで、添加すべき元素の量につき、更に詳しく述べると
、測定した酸素量に対し、これが全量酸化物となる量の
元素を添加するのが良い、こうすることによって、膜形
成材料中の酸素量を確実に20ppm以下にすることが
可能である。更に、多量の元素を添加することが考えら
れるが、この元素が過剰に膜形成材料中に残存する恐れ
があり、磁気抵抗効果をかえって損うことがあるので、
20ppm以下の酸素量にするためには先述した方法で
十分である。
強磁性磁気抵抗効果を用いた磁気センサのセンサ出力を
高める方法に比抵抗値を小さくする事が知られている。
高める方法に比抵抗値を小さくする事が知られている。
薄膜の抵抗値は粒界中の不純物、および結晶粒の大きさ
が主に影響される。抵抗値を小さくするには粒界中の不
純物を出来るだけなくす事、および結晶粒径を出来る限
り大きくする事である。後者を実現するには膜形成時基
板温度を高くしたり膜形成後膜を熱処理する事により達
成出来る。しかし、プロセス上の制約もあり結晶粒径を
大きくするのに限界がある。即ち実施例で後述するよう
に、プロセスコストの関係もあり、通常基板温度は30
0℃程度で熱処理工程は含まないが、出来れば膜形成後
回−チャンバー内で熱処理する方が好ましい事は知られ
ている。
が主に影響される。抵抗値を小さくするには粒界中の不
純物を出来るだけなくす事、および結晶粒径を出来る限
り大きくする事である。後者を実現するには膜形成時基
板温度を高くしたり膜形成後膜を熱処理する事により達
成出来る。しかし、プロセス上の制約もあり結晶粒径を
大きくするのに限界がある。即ち実施例で後述するよう
に、プロセスコストの関係もあり、通常基板温度は30
0℃程度で熱処理工程は含まないが、出来れば膜形成後
回−チャンバー内で熱処理する方が好ましい事は知られ
ている。
次に、前者の粒界中の不純物であるが、膜形成材料は高
純度化され傾向にあるため問題となる不純物は特にFI
RMの影響が大きいものと予想される6従来技術でも知
られているように粒界中の酸素低減法が種々検討されて
いるが完全ではない6以上のことから、薄膜中の含有酸
素量を低減出来ればセンサ出力が良好となることが推測
出来る。
純度化され傾向にあるため問題となる不純物は特にFI
RMの影響が大きいものと予想される6従来技術でも知
られているように粒界中の酸素低減法が種々検討されて
いるが完全ではない6以上のことから、薄膜中の含有酸
素量を低減出来ればセンサ出力が良好となることが推測
出来る。
そして、膜中の酸素は主に粒界中に入り易いことが分っ
ており、抵抗値が大きくなる原因となっている。そこで
、いかにして膜中に酸素を含有させないかが重要となる
。
ており、抵抗値が大きくなる原因となっている。そこで
、いかにして膜中に酸素を含有させないかが重要となる
。
以下本発明を実施例として示した図面により詳細に説明
する。
する。
第1図(b)に本発明の一実施例における強磁性磁気抵
抗効果膜10のパターン形状とパターン短手方向に磁界
11が印加した時のAB間の抵抗変化量を示す。第1図
(a)において電流の方向12はセンサ長手方向と一致
する。強磁性磁気抵抗効果膜はセンサ素子と直交する磁
界のみに対応して抵抗値の変化する方が使い易いために
センサストライプ長手方向即ち電流の方向12に磁化容
易軸、それと直角方向に磁化困難軸が付与されている。
抗効果膜10のパターン形状とパターン短手方向に磁界
11が印加した時のAB間の抵抗変化量を示す。第1図
(a)において電流の方向12はセンサ長手方向と一致
する。強磁性磁気抵抗効果膜はセンサ素子と直交する磁
界のみに対応して抵抗値の変化する方が使い易いために
センサストライプ長手方向即ち電流の方向12に磁化容
易軸、それと直角方向に磁化困難軸が付与されている。
第1図に示したような一軸異方性を有する強磁性磁気抵
抗効果膜は合金としてNiFe系、およびNiCo系を
使用し、所定の配合組成の一つの蒸着源から蒸着して膜
形成するか、所定の配合組成のターゲットでスパッタリ
ング法により膜形成する。蒸着用加熱源としては抵抗加
熱が用いられるが、電子ビーム加熱を用いても良い。基
板としては十分に平坦な面を有するガラス、セラミック
ス等を用いることが出来る。−軸異方性を付与する方法
としては一定方向の直流または交流磁界中で蒸着する方
法、蒸着粒子を基板面の法線方向から傾けた斜方蒸着法
、斜方蒸着でかつ基板を回転する方法、あるいは回転磁
界中で蒸着する方法等を用いることが出来る。最も容易
に一軸磁気異方性を付与する方法としては直流磁界中蒸
着が適している。膜厚は20〜400nmの範囲で変化
して良く、その厚さは用途によって変わる。
抗効果膜は合金としてNiFe系、およびNiCo系を
使用し、所定の配合組成の一つの蒸着源から蒸着して膜
形成するか、所定の配合組成のターゲットでスパッタリ
ング法により膜形成する。蒸着用加熱源としては抵抗加
熱が用いられるが、電子ビーム加熱を用いても良い。基
板としては十分に平坦な面を有するガラス、セラミック
ス等を用いることが出来る。−軸異方性を付与する方法
としては一定方向の直流または交流磁界中で蒸着する方
法、蒸着粒子を基板面の法線方向から傾けた斜方蒸着法
、斜方蒸着でかつ基板を回転する方法、あるいは回転磁
界中で蒸着する方法等を用いることが出来る。最も容易
に一軸磁気異方性を付与する方法としては直流磁界中蒸
着が適している。膜厚は20〜400nmの範囲で変化
して良く、その厚さは用途によって変わる。
膜形成条件のうち基板温度を150℃〜350℃の範囲
で変えて形成した膜の金属組織を透過電顕像で調べた。
で変えて形成した膜の金属組織を透過電顕像で調べた。
ここで、膜組成は77Ni−23Go、膜厚は55〜6
5nm、蒸着時の真空度は0.27mPa以下、蒸着速
度4.7〜5.2nm/Sとした。基板温度が高くなる
につれて結晶粒は単調に大きくなっている。第2図は前
述の透過電顕像より求めた結晶粒の大きさ、磁気抵抗効
果、比抵抗及び比抵抗の変化量を基板温度に対してプロ
ットした結果を示す、この図より基板温度が高くなるに
つれて、結晶粒は大きくなり、比抵抗は単調に減小して
いる。即ち、結晶粒の大きい膜はど比抵抗が小さいこと
がわかる。一方、磁気抵抗効果は基板温度が150”C
〜250℃の範囲では大きくなるが、それ以上の温度で
は磁気抵抗効果は幾分低下する。基板温度が250℃以
下で比抵抗の変化量がほとんど一定であるのに対し、2
50℃以上で小さくなる事に対応している。
5nm、蒸着時の真空度は0.27mPa以下、蒸着速
度4.7〜5.2nm/Sとした。基板温度が高くなる
につれて結晶粒は単調に大きくなっている。第2図は前
述の透過電顕像より求めた結晶粒の大きさ、磁気抵抗効
果、比抵抗及び比抵抗の変化量を基板温度に対してプロ
ットした結果を示す、この図より基板温度が高くなるに
つれて、結晶粒は大きくなり、比抵抗は単調に減小して
いる。即ち、結晶粒の大きい膜はど比抵抗が小さいこと
がわかる。一方、磁気抵抗効果は基板温度が150”C
〜250℃の範囲では大きくなるが、それ以上の温度で
は磁気抵抗効果は幾分低下する。基板温度が250℃以
下で比抵抗の変化量がほとんど一定であるのに対し、2
50℃以上で小さくなる事に対応している。
250℃以上で比抵抗の変化量が小さくなる原因は装置
上の問題で、基板加熱によりリークが生じ、膜表面が酸
化したものと思われる。
上の問題で、基板加熱によりリークが生じ、膜表面が酸
化したものと思われる。
第3図、および第4図には基板温度が250℃、蒸着時
の真空度が0.17mPa以下、蒸着速度が5.1〜6
.2nm/sの膜作製条件下で形成した膜組成および膜
厚の比抵抗値の変化をそれぞれ示す。これらの結果より
、膜作製条件を最適化すると膜組成、膜厚が変わっても
比抵抗値の変化が小さいことがわかる。
の真空度が0.17mPa以下、蒸着速度が5.1〜6
.2nm/sの膜作製条件下で形成した膜組成および膜
厚の比抵抗値の変化をそれぞれ示す。これらの結果より
、膜作製条件を最適化すると膜組成、膜厚が変わっても
比抵抗値の変化が小さいことがわかる。
膜作製条件の検討により比抵抗値を小さく出来る最適条
件を用いて蒸着原料の違いに伴なう磁気抵抗効果の変化
を表1に示す。
件を用いて蒸着原料の違いに伴なう磁気抵抗効果の変化
を表1に示す。
表1.蒸着原料の違いによる磁気抵抗効果の変化表中に
は3インチ径、0.5nn厚ガラス基板上に形成したN
iCo膜の分散角もあわせて示す。ここで膜形成は抵抗
加熱型真空蒸着法で行い、最適膜形成条件として基板温
度が250”C1蒸着時の真空度が0.17mPa以下
、蒸着速度が5nm/S以上とした。試料Ha A ”
Eは磁気原料中の含有酸素量が36ppm以上のため
、比抵抗値自体が大きく、その結果、磁気抵抗効果が小
さくなっている。N11F、Gの試料は比抵抗値が小さ
く、磁気抵抗効果が大きいが、Fは分散角が大きいのに
対しGは小さく良好である。分散角が大きいFの原料で
膜形成し、センサを作製すると面内でのセンサ出力のバ
ラツクが大きいのに対し、Gではセンサ出力の変動は小
さかった。これは分散角の大きさの違いでセンサストラ
イプ長手方向に膜の容易軸方向とずれ角が違うものと考
えられる。
は3インチ径、0.5nn厚ガラス基板上に形成したN
iCo膜の分散角もあわせて示す。ここで膜形成は抵抗
加熱型真空蒸着法で行い、最適膜形成条件として基板温
度が250”C1蒸着時の真空度が0.17mPa以下
、蒸着速度が5nm/S以上とした。試料Ha A ”
Eは磁気原料中の含有酸素量が36ppm以上のため
、比抵抗値自体が大きく、その結果、磁気抵抗効果が小
さくなっている。N11F、Gの試料は比抵抗値が小さ
く、磁気抵抗効果が大きいが、Fは分散角が大きいのに
対しGは小さく良好である。分散角が大きいFの原料で
膜形成し、センサを作製すると面内でのセンサ出力のバ
ラツクが大きいのに対し、Gではセンサ出力の変動は小
さかった。これは分散角の大きさの違いでセンサストラ
イプ長手方向に膜の容易軸方向とずれ角が違うものと考
えられる。
本実施例ではNiCo膜についとのみ述べたが。
N i Co膜みに限定されるものでなく N i F
e膜についても本発明は同様の傾向を示すことは別途
確認しである。また、作製方法についても抵抗加熱蒸着
法で言及したが真空蒸着法に限定されるものでなく、ス
パッタリング法も有効であることは勿論である。
e膜についても本発明は同様の傾向を示すことは別途
確認しである。また、作製方法についても抵抗加熱蒸着
法で言及したが真空蒸着法に限定されるものでなく、ス
パッタリング法も有効であることは勿論である。
本発明によれば、安定なセンサ出力と大きいセンサ出力
となる磁気センサを得ることが出来る。
となる磁気センサを得ることが出来る。
第1図は本発明の一実施例による強磁性磁気抵抗効果を
有する磁気センサパターンの概略図とストライプ間の抵
抗と磁界との関係を示す線図、第2図はN i Co膜
の磁気抵抗効果、比抵抗、比抵抗の変化量および結晶粒
の大きさと基板温度との関係を示す線図、第3図はN
i Co膜組成と比抵抗との関係を示す線図、第4図は
N i Co膜の膜厚と比抵抗との関係を示す線図であ
る。 1o・・・強磁性気抵抗効果を有する薄膜パターン、第
1 図 (a)(b) 招 30 もL+−呪 膜厚cl(nm)
有する磁気センサパターンの概略図とストライプ間の抵
抗と磁界との関係を示す線図、第2図はN i Co膜
の磁気抵抗効果、比抵抗、比抵抗の変化量および結晶粒
の大きさと基板温度との関係を示す線図、第3図はN
i Co膜組成と比抵抗との関係を示す線図、第4図は
N i Co膜の膜厚と比抵抗との関係を示す線図であ
る。 1o・・・強磁性気抵抗効果を有する薄膜パターン、第
1 図 (a)(b) 招 30 もL+−呪 膜厚cl(nm)
Claims (1)
- 1、真空処理室内で強磁性磁気抵抗効果を示す磁性薄膜
を形成するために基板に対向して設けてある膜形成用材
料において、該膜形成用材料中に含まれる酸素濃度を2
0ppm以下とする事を特徴とする磁気抵抗効果膜形成
用材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61288845A JPS63142689A (ja) | 1986-12-05 | 1986-12-05 | 磁気抵抗効果膜形成用材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61288845A JPS63142689A (ja) | 1986-12-05 | 1986-12-05 | 磁気抵抗効果膜形成用材料 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63142689A true JPS63142689A (ja) | 1988-06-15 |
Family
ID=17735489
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61288845A Pending JPS63142689A (ja) | 1986-12-05 | 1986-12-05 | 磁気抵抗効果膜形成用材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63142689A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0377385A (ja) * | 1989-08-19 | 1991-04-02 | Ckd Corp | 磁気抵抗素子の製造方法 |
WO1997005664A1 (fr) * | 1995-07-28 | 1997-02-13 | Migaku Takahashi | Element magnetoresistant et sa fabrication |
EP0883196A2 (en) * | 1997-06-05 | 1998-12-09 | TDK Corporation | Magnetoresistance effect film and magnetoresistance effect type head |
JP2000038662A (ja) * | 1998-07-24 | 2000-02-08 | Tosoh Corp | スパッタリングターゲット |
US7583480B2 (en) | 2003-12-24 | 2009-09-01 | Tdk Corporation | Magnetoresistance effect element with nano-junction between free and pinned layers |
-
1986
- 1986-12-05 JP JP61288845A patent/JPS63142689A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US6051304A (en) * | 1995-07-28 | 2000-04-18 | Takahashi; Migaku | Magnetoresistance element and its manufacture |
EP0883196A2 (en) * | 1997-06-05 | 1998-12-09 | TDK Corporation | Magnetoresistance effect film and magnetoresistance effect type head |
EP0883196A3 (en) * | 1997-06-05 | 2000-01-12 | TDK Corporation | Magnetoresistance effect film and magnetoresistance effect type head |
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