JP2001284678A - スピンバルブ磁気抵抗効果素子 - Google Patents
スピンバルブ磁気抵抗効果素子Info
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-
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- H01F10/3268—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn
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Abstract
(57)【要約】
【解決手段】 スピンバルブ磁気抵抗効果素子は、基板
１上に形成した下地層４の上に、不純物として酸素を２
００ｐｐｍ以下、好ましくは１００ｐｐｍ以下、より好
ましくは５０ｐｐｍ以下の濃度で含有するＰｔＭｎ等の
Ｍｎ系合金の反強磁性層６と、ピン磁性層７と、非磁性
導電層８と、フリー磁性層１１とを積層した磁気抵抗効
果膜５を備える。反強磁性層は、ＣａＯ（カルシア）質
耐火物のるつぼを用いた真空溶解法又は真空冶金法によ
り形成されかつ不純物として酸素濃度２００ｐｐｍ以下
の、好ましくは１００ｐｐｍ以下、より好ましくは５０
ｐｐｍ以下の溶解Ｍｎ系合金ターゲットを用いて、スパ
ッタリングにより成膜される。 【効果】 反強磁性層を極薄膜化しても良好な結晶性を
確保でき、それにより大きな交換結合磁界を確保し、高
出力化及び熱安定性の著しい向上が図られる。磁気抵抗
効果磁気ヘッドのより一層の高記録密度化及び小型化を
実現できる。
１上に形成した下地層４の上に、不純物として酸素を２
００ｐｐｍ以下、好ましくは１００ｐｐｍ以下、より好
ましくは５０ｐｐｍ以下の濃度で含有するＰｔＭｎ等の
Ｍｎ系合金の反強磁性層６と、ピン磁性層７と、非磁性
導電層８と、フリー磁性層１１とを積層した磁気抵抗効
果膜５を備える。反強磁性層は、ＣａＯ（カルシア）質
耐火物のるつぼを用いた真空溶解法又は真空冶金法によ
り形成されかつ不純物として酸素濃度２００ｐｐｍ以下
の、好ましくは１００ｐｐｍ以下、より好ましくは５０
ｐｐｍ以下の溶解Ｍｎ系合金ターゲットを用いて、スパ
ッタリングにより成膜される。 【効果】 反強磁性層を極薄膜化しても良好な結晶性を
確保でき、それにより大きな交換結合磁界を確保し、高
出力化及び熱安定性の著しい向上が図られる。磁気抵抗
効果磁気ヘッドのより一層の高記録密度化及び小型化を
実現できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば磁気記録装
置の再生用磁気ヘッドや磁界検出用センサに使用される
磁気抵抗効果素子に関し、特にスピンバルブ磁気抵抗効
果を利用した磁気抵抗効果素子に関する。
置の再生用磁気ヘッドや磁界検出用センサに使用される
磁気抵抗効果素子に関し、特にスピンバルブ磁気抵抗効
果を利用した磁気抵抗効果素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、ハードディスク装置等の磁気記録
装置はより一層の高記録密度化が要求されることから、
再生用磁気ヘッドとして、飽和磁界を小さくして磁界感
度を高めることができるスピンバルブ膜からなる磁気抵
抗（ＭＲ）センサが利用されている。スピンバルブ膜
は、基板上に非磁性層を挟んで１対の磁性層を積層した
サンドイッチ構造をなし、一方の磁性層（ピン磁性層）
の磁化が、それに隣接する反強磁性層との交換結合磁界
Ｈexにより素子高さ方向に固定されるのに対し、他方の
磁性層（フリー磁性層）の磁化は、一般に永久磁石の磁
界を利用したハードバイアス法により、素子のトラック
幅方向に単磁区化され、外部磁界により自由に回転す
る。
装置はより一層の高記録密度化が要求されることから、
再生用磁気ヘッドとして、飽和磁界を小さくして磁界感
度を高めることができるスピンバルブ膜からなる磁気抵
抗（ＭＲ）センサが利用されている。スピンバルブ膜
は、基板上に非磁性層を挟んで１対の磁性層を積層した
サンドイッチ構造をなし、一方の磁性層（ピン磁性層）
の磁化が、それに隣接する反強磁性層との交換結合磁界
Ｈexにより素子高さ方向に固定されるのに対し、他方の
磁性層（フリー磁性層）の磁化は、一般に永久磁石の磁
界を利用したハードバイアス法により、素子のトラック
幅方向に単磁区化され、外部磁界により自由に回転す
る。
【０００３】スピンバルブ型磁気センサは、反強磁性層
による一方向異方性磁界が大きいほど、ピン磁性層を良
好に単磁区化でき、またその磁化が十分に固定されるほ
ど、外部磁界に対する磁気応答の線形性が確保され、磁
気特性が向上する。反強磁性材料としては、例えば特開
平９−３５２１２号公報に記載されるように交換結合磁
界が大きく、耐食性に優れ、ブロッキング温度を高くで
き、及び熱処理（アニール）温度が低いことなどの特性
が要求され、従来から様々な材料が提案されている。し
かしながら、従来から反強磁性材料として一般に使用さ
れているＦｅＭｎ合金は腐食し易く、温度変化に対して
交換異方性磁界Ｈexが不安定であるという問題がある。
そのため、上記特開平９−３５２１２号公報記載の薄膜
磁気ヘッドでは、反強磁性層として不規則結晶構造を有
するＸ−Ｍｎ合金（Ｘ＝Ｒｕ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐ
ｔ）を使用している。
による一方向異方性磁界が大きいほど、ピン磁性層を良
好に単磁区化でき、またその磁化が十分に固定されるほ
ど、外部磁界に対する磁気応答の線形性が確保され、磁
気特性が向上する。反強磁性材料としては、例えば特開
平９−３５２１２号公報に記載されるように交換結合磁
界が大きく、耐食性に優れ、ブロッキング温度を高くで
き、及び熱処理（アニール）温度が低いことなどの特性
が要求され、従来から様々な材料が提案されている。し
かしながら、従来から反強磁性材料として一般に使用さ
れているＦｅＭｎ合金は腐食し易く、温度変化に対して
交換異方性磁界Ｈexが不安定であるという問題がある。
そのため、上記特開平９−３５２１２号公報記載の薄膜
磁気ヘッドでは、反強磁性層として不規則結晶構造を有
するＸ−Ｍｎ合金（Ｘ＝Ｒｕ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐ
ｔ）を使用している。
【０００４】また、ＩｒＭｎ合金、ＲｈＭｎ合金、Ｆｅ
Ｍｎ合金等は下地層の影響を受け易く、反強磁性層の上
面付近が反強磁性の性質を発揮し難い特徴を有するの
で、ピン磁性層の上に重ねて成膜するか、そうでない場
合には、膜厚を厚くしたり（１１１）結晶配向性の高い
下地膜を設ける必要がある。また、ＮｉＭｎ合金は、ピ
ン磁性層との交換結合を十分に確保するために、２５０
℃以上の高温で熱処理する必要があり、そのために、ピ
ン磁性層／非磁性層／フリー磁性層間に金属元素の拡散
が生じてＭＲ比を低下させる虞がある。そこで、かかる
問題を解消するために、特開平１０−９１９２１号公報
は、熱的安定性が高くかつ耐食性が良好なＰｔＭｎ合
金、ＰｔＭｎ−Ｘ合金（Ｘ＝Ｎｉ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，
Ｉｒ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ）、ＰｄＭｎ合金からなる反強
磁性層を提案している。
Ｍｎ合金等は下地層の影響を受け易く、反強磁性層の上
面付近が反強磁性の性質を発揮し難い特徴を有するの
で、ピン磁性層の上に重ねて成膜するか、そうでない場
合には、膜厚を厚くしたり（１１１）結晶配向性の高い
下地膜を設ける必要がある。また、ＮｉＭｎ合金は、ピ
ン磁性層との交換結合を十分に確保するために、２５０
℃以上の高温で熱処理する必要があり、そのために、ピ
ン磁性層／非磁性層／フリー磁性層間に金属元素の拡散
が生じてＭＲ比を低下させる虞がある。そこで、かかる
問題を解消するために、特開平１０−９１９２１号公報
は、熱的安定性が高くかつ耐食性が良好なＰｔＭｎ合
金、ＰｔＭｎ−Ｘ合金（Ｘ＝Ｎｉ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，
Ｉｒ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ）、ＰｄＭｎ合金からなる反強
磁性層を提案している。
【０００５】他方、反強磁性層は、その膜厚が厚くなる
と、反強磁性層への分流が増大して消費電力が増大する
だけでなく、ＭＲ変化率が低下することになる。従っ
て、反強磁性層は、磁気センサの薄型化、消費電力の低
減及び出力向上を図るという観点から、できる限り膜厚
を薄くすることが望ましい。特開平１０−１７７７０６
号公報には、反強磁性層にＰｔＭｎ膜を使用することに
より、総合膜厚を小さくしかつ磁気ギャップ長を狭小化
して、検出感度を高めかつ高記録密度に対応し得る、特
にデュアル型及び多層ＧＭＲ構造に適したスピンバルブ
型薄膜素子が開示されている。
と、反強磁性層への分流が増大して消費電力が増大する
だけでなく、ＭＲ変化率が低下することになる。従っ
て、反強磁性層は、磁気センサの薄型化、消費電力の低
減及び出力向上を図るという観点から、できる限り膜厚
を薄くすることが望ましい。特開平１０−１７７７０６
号公報には、反強磁性層にＰｔＭｎ膜を使用することに
より、総合膜厚を小さくしかつ磁気ギャップ長を狭小化
して、検出感度を高めかつ高記録密度に対応し得る、特
にデュアル型及び多層ＧＭＲ構造に適したスピンバルブ
型薄膜素子が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たＦｅＭｎ合金以外の様々なＭｎ系合金を反強磁性層に
用いた場合でも、実用上十分な大きさの安定した交換結
合磁界Ｈexを確保するためには、反強磁性層の膜厚を少
なくとも２５０Å又はそれ以上に厚くして、隣接するピ
ン磁性層との界面における（１１１）結晶配向性を高め
る必要がある。上記特開平１０−１７７７０６号公報で
は、ＰｔＭｎ膜を用いることにより、反強磁性層の膜厚
を１００Å程度に薄くしても比較的高い交換異方性磁界
Ｈexが得られるとしているが、得られる交換異方性磁界
はせいぜい２３．７ｋＡ／ｍ（３００エルステッド）程
度である。
たＦｅＭｎ合金以外の様々なＭｎ系合金を反強磁性層に
用いた場合でも、実用上十分な大きさの安定した交換結
合磁界Ｈexを確保するためには、反強磁性層の膜厚を少
なくとも２５０Å又はそれ以上に厚くして、隣接するピ
ン磁性層との界面における（１１１）結晶配向性を高め
る必要がある。上記特開平１０−１７７７０６号公報で
は、ＰｔＭｎ膜を用いることにより、反強磁性層の膜厚
を１００Å程度に薄くしても比較的高い交換異方性磁界
Ｈexが得られるとしているが、得られる交換異方性磁界
はせいぜい２３．７ｋＡ／ｍ（３００エルステッド）程
度である。
【０００７】また、高橋研らの論文「極清浄プロセスと
スピンバルブＧＭＲ薄膜」（日本応用磁気学会誌Vol.2
3，No.7，1999、第1841〜1847頁）は、より一層の高密
度化を図るためには、スピンバルブＧＭＲ薄膜素子の膜
厚の極薄化が必須の課題であると指摘している。そし
て、通常のスパッタプロセスに対して不純物濃度を約１
／１００００に低減した極清浄雰囲気中で作成した積層
膜は、膜中不純物（酸素）の低減により反強磁性結晶粒
の成長が促進されて、室温では積層膜の交換磁気異方性
が増大し、極薄の高感度スピンバルブＧＭＲ膜の作製に
極めて有効なことが報告されている。ところが、高橋ら
は、成膜雰囲気中の清浄化により積層膜の平坦性が劣化
し、その結果ＧＭＲ効果が極端に低減するとも述べてい
る。
スピンバルブＧＭＲ薄膜」（日本応用磁気学会誌Vol.2
3，No.7，1999、第1841〜1847頁）は、より一層の高密
度化を図るためには、スピンバルブＧＭＲ薄膜素子の膜
厚の極薄化が必須の課題であると指摘している。そし
て、通常のスパッタプロセスに対して不純物濃度を約１
／１００００に低減した極清浄雰囲気中で作成した積層
膜は、膜中不純物（酸素）の低減により反強磁性結晶粒
の成長が促進されて、室温では積層膜の交換磁気異方性
が増大し、極薄の高感度スピンバルブＧＭＲ膜の作製に
極めて有効なことが報告されている。ところが、高橋ら
は、成膜雰囲気中の清浄化により積層膜の平坦性が劣化
し、その結果ＧＭＲ効果が極端に低減するとも述べてい
る。
【０００８】この反強磁性膜の高純度化及び低酸素濃度
化に関連して、特開平１０−２８４３２１号公報には、
耐食性及び熱特性に優れたＭｎ合金からなる反強磁性層
の結晶粒径を５ｎｍ以上と大粒径化し、かつ面内の結晶
粒間の結晶方向を揃えることにより、強磁性膜との十分
な交換結合力が得られる交換結合膜及び磁気抵抗効果素
子が記載されている。同公報によれば、この反強磁性層
は、酸素含有量が１重量％以下のＭｎ合金ターゲットを
用いて成膜することにより、再現性良く形成することが
できる。
化に関連して、特開平１０−２８４３２１号公報には、
耐食性及び熱特性に優れたＭｎ合金からなる反強磁性層
の結晶粒径を５ｎｍ以上と大粒径化し、かつ面内の結晶
粒間の結晶方向を揃えることにより、強磁性膜との十分
な交換結合力が得られる交換結合膜及び磁気抵抗効果素
子が記載されている。同公報によれば、この反強磁性層
は、酸素含有量が１重量％以下のＭｎ合金ターゲットを
用いて成膜することにより、再現性良く形成することが
できる。
【０００９】また、特開平１０−３４０８１３号公報に
は、反強磁性層に不純物として濃度１〜２０００原子ｐ
ｐｍの酸素を含有することにより、熱安定性に優れ、磁
性多層膜からなるスピンバルブ型の磁気抵抗効果膜及び
磁気ヘッドが開示されている。この反強磁性層はスパッ
タ法により形成されるが、酸素含有量が６００ｐｐｍ以
下のターゲットを用い、かつスパッタガス雰囲気中の不
純物及びＨ2 Ｏの濃度を或る値以下に設定する必要があ
る。更に、使用する真空成膜装置の到達圧力は２×１０
-9Torr（２．６６×１０-7Ｐａ）以下にすることが必要
で、その実現には、シール部に金属ガスケット、ベーキ
ング装置、２×１０-9Torr以下で作動する排気ポンプな
どを含む特殊な仕様のスパッタ装置が必要となる。
は、反強磁性層に不純物として濃度１〜２０００原子ｐ
ｐｍの酸素を含有することにより、熱安定性に優れ、磁
性多層膜からなるスピンバルブ型の磁気抵抗効果膜及び
磁気ヘッドが開示されている。この反強磁性層はスパッ
タ法により形成されるが、酸素含有量が６００ｐｐｍ以
下のターゲットを用い、かつスパッタガス雰囲気中の不
純物及びＨ2 Ｏの濃度を或る値以下に設定する必要があ
る。更に、使用する真空成膜装置の到達圧力は２×１０
-9Torr（２．６６×１０-7Ｐａ）以下にすることが必要
で、その実現には、シール部に金属ガスケット、ベーキ
ング装置、２×１０-9Torr以下で作動する排気ポンプな
どを含む特殊な仕様のスパッタ装置が必要となる。
【００１０】本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、Ｍｎ系規則化合
金を反強磁性層に用いたスピンバルブ型の磁気抵抗効果
素子において、反強磁性層を極薄膜化しても良好な結晶
性を確保することができ、それにより大きな交換結合磁
界を確保して高出力化を図り、かつ熱安定性を著しく向
上させることにある。更に本発明の目的は、より高記録
密度化及び小型化を実現できる高性能のスピンバルブ型
磁気抵抗効果磁気ヘッドを提供することにある。
みてなされたものであり、その目的は、Ｍｎ系規則化合
金を反強磁性層に用いたスピンバルブ型の磁気抵抗効果
素子において、反強磁性層を極薄膜化しても良好な結晶
性を確保することができ、それにより大きな交換結合磁
界を確保して高出力化を図り、かつ熱安定性を著しく向
上させることにある。更に本発明の目的は、より高記録
密度化及び小型化を実現できる高性能のスピンバルブ型
磁気抵抗効果磁気ヘッドを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的を達成するために、基板上に非磁性導電層を挟んで配
置された１対の磁性層と、一方の前記磁性層に隣接する
反強磁性層とを積層した磁気抵抗効果膜を備え、ＣａＯ
（カルシア）質耐火物のるつぼを用いた真空溶解法又は
真空冶金法により形成され、不純物として濃度２００ｐ
ｐｍ以下の酸素を含有する溶解Ｍｎ系合金ターゲットを
用いて、スパッタリングにより前記反強磁性層を形成し
たことを特徴とするスピンバルブ磁気抵抗効果素子が提
供される。
的を達成するために、基板上に非磁性導電層を挟んで配
置された１対の磁性層と、一方の前記磁性層に隣接する
反強磁性層とを積層した磁気抵抗効果膜を備え、ＣａＯ
（カルシア）質耐火物のるつぼを用いた真空溶解法又は
真空冶金法により形成され、不純物として濃度２００ｐ
ｐｍ以下の酸素を含有する溶解Ｍｎ系合金ターゲットを
用いて、スパッタリングにより前記反強磁性層を形成し
たことを特徴とするスピンバルブ磁気抵抗効果素子が提
供される。
【００１２】更に本発明によれば、前記反強磁性層が、
不純物として酸素を２００ｐｐｍ以下の濃度で含有する
Ｍｎ系合金からなることを特徴とするスピンバルブ磁気
抵抗効果素子が提供される。
不純物として酸素を２００ｐｐｍ以下の濃度で含有する
Ｍｎ系合金からなることを特徴とするスピンバルブ磁気
抵抗効果素子が提供される。
【００１３】反強磁性層に使用されるＭｎ系合金は、通
常ＸＭｎ合金（ＸはＰｔ，Ｎｉ，Ｒｕ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｃ
ｒ又はこれらのいずれか２種以上）であるが、これらは
一般に酸化し易い性質がある。従来、一般に反強磁性層
をスパッタリングするために使用されているターゲット
は、金属又は合金粉末を焼結させて得られる焼結ターゲ
ットであるため、不純物としての酸素含有量が多くなり
がちで、特にＭｎ系合金ターゲットの酸素濃度を低減す
ることは困難である。また、従来の酸化マグネシウム、
アルミナ又はシリカ系耐火物等のるつぼを用いて、金属
又は合金粉末を溶解させて得られるターゲットも、同様
にその酸素濃度を著しく低減することが困難である。
常ＸＭｎ合金（ＸはＰｔ，Ｎｉ，Ｒｕ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｃ
ｒ又はこれらのいずれか２種以上）であるが、これらは
一般に酸化し易い性質がある。従来、一般に反強磁性層
をスパッタリングするために使用されているターゲット
は、金属又は合金粉末を焼結させて得られる焼結ターゲ
ットであるため、不純物としての酸素含有量が多くなり
がちで、特にＭｎ系合金ターゲットの酸素濃度を低減す
ることは困難である。また、従来の酸化マグネシウム、
アルミナ又はシリカ系耐火物等のるつぼを用いて、金属
又は合金粉末を溶解させて得られるターゲットも、同様
にその酸素濃度を著しく低減することが困難である。
【００１４】これに対し、ＣａＯ質耐火物のるつぼを用
いた真空溶解法は、真空又はＡｒ雰囲気下において、前
記るつぼ中で、Ａｌ系合金を適量添加して、Ｍｎ系合金
を高温溶解させて精錬することにより、酸素・硫黄等の
不純物を極めて低レベルに除去することができ、それに
より不純物として含有する酸素の濃度が２００ｐｐｍ以
下のＭｎ系合金ターゲットを形成することができる。本
発明によれば、この合金ターゲットを用いることによ
り、反強磁性層の不純物酸素濃度を２００ｐｐｍ以下
に、好ましくは５０ｐｐｍ以下に低減できるので、その
膜厚を例えば４００Å以下、好ましくは１００Å以下の
極薄膜にしても良好な結晶性を確保でき、隣接する磁性
層との間で大きな交換結合磁界を確保することができ
る。
いた真空溶解法は、真空又はＡｒ雰囲気下において、前
記るつぼ中で、Ａｌ系合金を適量添加して、Ｍｎ系合金
を高温溶解させて精錬することにより、酸素・硫黄等の
不純物を極めて低レベルに除去することができ、それに
より不純物として含有する酸素の濃度が２００ｐｐｍ以
下のＭｎ系合金ターゲットを形成することができる。本
発明によれば、この合金ターゲットを用いることによ
り、反強磁性層の不純物酸素濃度を２００ｐｐｍ以下
に、好ましくは５０ｐｐｍ以下に低減できるので、その
膜厚を例えば４００Å以下、好ましくは１００Å以下の
極薄膜にしても良好な結晶性を確保でき、隣接する磁性
層との間で大きな交換結合磁界を確保することができ
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施の形
態について添付の図面を参照して詳細に説明する。図１
は、本発明を適用したボトムスピンバルブ磁気抵抗効果
素子をＡＢＳ（空気ベアリング面）側から見た断面図で
ある。この磁気抵抗効果素子は、ガラスやシリコン、Ａ
ｌ2Ｏ3・ＴｉＣなどのセラミック材料からなりかつアル
ミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の絶縁層で被覆したる基板１の上
に、Ｔａ膜２と（ＮｉＦｅ）75Ｃｒ25膜３とからなる下
地層４が形成され、その上にボトムスピンバルブ構造の
磁気抵抗（ＭＲ）膜５が積層されている。
態について添付の図面を参照して詳細に説明する。図１
は、本発明を適用したボトムスピンバルブ磁気抵抗効果
素子をＡＢＳ（空気ベアリング面）側から見た断面図で
ある。この磁気抵抗効果素子は、ガラスやシリコン、Ａ
ｌ2Ｏ3・ＴｉＣなどのセラミック材料からなりかつアル
ミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の絶縁層で被覆したる基板１の上
に、Ｔａ膜２と（ＮｉＦｅ）75Ｃｒ25膜３とからなる下
地層４が形成され、その上にボトムスピンバルブ構造の
磁気抵抗（ＭＲ）膜５が積層されている。
【００１６】ＭＲ膜５は、下地層４の上に積層したＰｔ
Ｍｎ合金からなる反強磁性層６と、Ｃｏ合金膜からなる
ピン磁性層７と、Ｃｕ膜からなる非磁性導電層８と、Ｃ
ｏ合金膜９及びＮｉ80Ｆｅ20膜１０からなるフリー磁性
層１１とを有する。ＭＲ膜５は、成膜後に真空磁場中で
所定の熱処理を行うことにより、反強磁性層６を規則化
させかつピン磁性層７に一方向異方性を与えて、その磁
化配向を固定する。ＭＲ膜５の上には、Ｔａからなる保
護膜１２が形成されている。ＭＲ膜５の両側は、所定の
トラック幅に合わせてエッチングにより除去され、ハー
ドバイアス層及びセンス電流を流すための電極としての
導電リード（共に図示せず）等が形成される。更にこの
積層構造全体をアルミナ絶縁層で被覆すると、スピンバ
ルブＭＲセンサが完成する。
Ｍｎ合金からなる反強磁性層６と、Ｃｏ合金膜からなる
ピン磁性層７と、Ｃｕ膜からなる非磁性導電層８と、Ｃ
ｏ合金膜９及びＮｉ80Ｆｅ20膜１０からなるフリー磁性
層１１とを有する。ＭＲ膜５は、成膜後に真空磁場中で
所定の熱処理を行うことにより、反強磁性層６を規則化
させかつピン磁性層７に一方向異方性を与えて、その磁
化配向を固定する。ＭＲ膜５の上には、Ｔａからなる保
護膜１２が形成されている。ＭＲ膜５の両側は、所定の
トラック幅に合わせてエッチングにより除去され、ハー
ドバイアス層及びセンス電流を流すための電極としての
導電リード（共に図示せず）等が形成される。更にこの
積層構造全体をアルミナ絶縁層で被覆すると、スピンバ
ルブＭＲセンサが完成する。
【００１７】前記各膜層は、例えばＤＣスパッタリング
により連続的に成膜される。特に反強磁性層６は、不純
物として濃度２００ｐｐｍ以下の酸素を含有するＰｔＭ
ｎ合金ターゲットを用いてスパッタリングすることによ
り形成する。このように極めて低レベルにまで酸素を除
去したターゲットは、ＣａＯ質耐火物のるつぼを使用
し、真空又はＡｒ雰囲気下において、Ａｌ系合金を適量
添加して精錬する真空溶解法を用いることにより形成す
ることができる。更にこの方法は、酸素以外に硫黄等の
不純物をも極めて低レベルに除去することができる。
により連続的に成膜される。特に反強磁性層６は、不純
物として濃度２００ｐｐｍ以下の酸素を含有するＰｔＭ
ｎ合金ターゲットを用いてスパッタリングすることによ
り形成する。このように極めて低レベルにまで酸素を除
去したターゲットは、ＣａＯ質耐火物のるつぼを使用
し、真空又はＡｒ雰囲気下において、Ａｌ系合金を適量
添加して精錬する真空溶解法を用いることにより形成す
ることができる。更にこの方法は、酸素以外に硫黄等の
不純物をも極めて低レベルに除去することができる。
【００１８】この溶解ＰｔＭｎ合金ターゲットを使用す
ることにより、反強磁性層６は、不純物として酸素の含
有量が２００ｐｐｍ以下に低減する。より好ましくは酸
素濃度１００ｐｐｍ以下、更に好ましくは５０ｐｐｍ以
下のＰｔＭｎ合金ターゲットを用いることにより、反強
磁性層の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下、又は５０ｐｐｍ
以下にまで低減でき、それによりピン磁性層７とのより
大きな交換結合を得ることができる。当然ながら、スパ
ッタ装置は、成膜時に真空チャンバ内の真空度を十分に
下げ得る性能が要求される。しかし、上述した特開平１
０−３４０８１３号公報の場合のような１０-7Ｐａ（１
０-9Torr）台の超高真空にする装置は必要でなく、前記
反強磁性層の形成は、通常使用されている１．３３×１
０-6〜６．６５×１０-6Ｐａ（１×１０-8〜５×１０-8
Torr）程度の真空度でスパッタリングすることが好まし
い。本発明によれば、溶解Ｍｎ系合金ターゲットの不純
物濃度が十分低いために、この程度の真空度でも十分に
大きな交換結合を得ることができる。また、スパッタガ
スとして使用するＡｒガス等も、その純度を十分に高め
て酸素及びその他の不純物濃度を小さくする必要があ
る。尚、本実施例において酸素不純物の濃度は、公知の
不活性ガス搬送溶融赤外線吸収法により測定されるもの
である。
ることにより、反強磁性層６は、不純物として酸素の含
有量が２００ｐｐｍ以下に低減する。より好ましくは酸
素濃度１００ｐｐｍ以下、更に好ましくは５０ｐｐｍ以
下のＰｔＭｎ合金ターゲットを用いることにより、反強
磁性層の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下、又は５０ｐｐｍ
以下にまで低減でき、それによりピン磁性層７とのより
大きな交換結合を得ることができる。当然ながら、スパ
ッタ装置は、成膜時に真空チャンバ内の真空度を十分に
下げ得る性能が要求される。しかし、上述した特開平１
０−３４０８１３号公報の場合のような１０-7Ｐａ（１
０-9Torr）台の超高真空にする装置は必要でなく、前記
反強磁性層の形成は、通常使用されている１．３３×１
０-6〜６．６５×１０-6Ｐａ（１×１０-8〜５×１０-8
Torr）程度の真空度でスパッタリングすることが好まし
い。本発明によれば、溶解Ｍｎ系合金ターゲットの不純
物濃度が十分低いために、この程度の真空度でも十分に
大きな交換結合を得ることができる。また、スパッタガ
スとして使用するＡｒガス等も、その純度を十分に高め
て酸素及びその他の不純物濃度を小さくする必要があ
る。尚、本実施例において酸素不純物の濃度は、公知の
不活性ガス搬送溶融赤外線吸収法により測定されるもの
である。
【００１９】反強磁性層６の膜厚は、約１０〜４００Å
の範囲に、好ましくは１５０Å以下に、より好ましくは
１００Å以下に設定する。本発明によれば、このように
反強磁性層の膜厚を極薄にしても、良好な結晶性を確保
することができ、従ってピン磁性層７との間で十分大き
な交換結合磁界を発揮させることができる。更に、反強
磁性層６のように磁気抵抗効果に関係しない膜層に流れ
る余分かつ無駄な電流が、その極薄膜化により減少する
ので、磁気抵抗効果素子の消費電力を少なくしかつ出力
の向上を図ることができる。
の範囲に、好ましくは１５０Å以下に、より好ましくは
１００Å以下に設定する。本発明によれば、このように
反強磁性層の膜厚を極薄にしても、良好な結晶性を確保
することができ、従ってピン磁性層７との間で十分大き
な交換結合磁界を発揮させることができる。更に、反強
磁性層６のように磁気抵抗効果に関係しない膜層に流れ
る余分かつ無駄な電流が、その極薄膜化により減少する
ので、磁気抵抗効果素子の消費電力を少なくしかつ出力
の向上を図ることができる。
【００２０】反強磁性層６は、その基板側の界面から少
なくとも膜厚５０Åまでの層部分における平均結晶粒径
が２０Å以上であることが好ましい。特にＰｔＭｎ反強
磁性層がｆｃｃ（面心立方晶系）又はｆｃｔ（面心正方
晶系）の結晶構造を有する場合、ピン磁性層７との界面
における強い（１１１）配向が得られるので、好都合で
ある。更に、隣接する下地層の（ＮｉＦｅ）75Ｃｒ25膜
３が２０Å以上の平均結晶粒径を有する場合には、その
上に反強磁性層をエピタキシャルに成長させることがで
きるので、良好な（１１１）結晶配向性を確保すること
ができるので好ましい。
なくとも膜厚５０Åまでの層部分における平均結晶粒径
が２０Å以上であることが好ましい。特にＰｔＭｎ反強
磁性層がｆｃｃ（面心立方晶系）又はｆｃｔ（面心正方
晶系）の結晶構造を有する場合、ピン磁性層７との界面
における強い（１１１）配向が得られるので、好都合で
ある。更に、隣接する下地層の（ＮｉＦｅ）75Ｃｒ25膜
３が２０Å以上の平均結晶粒径を有する場合には、その
上に反強磁性層をエピタキシャルに成長させることがで
きるので、良好な（１１１）結晶配向性を確保すること
ができるので好ましい。
【００２１】本発明の反強磁性層の材料としてＰｔＭｎ
合金は、Ｐｔが比較的酸化されにくい材料であることか
ら、特に好ましいが、それ以外に、Ｍｎとの合金を形成
しかつ反強磁性を発現する元素、即ちＰｔ，Ｎｉ，Ｒ
ｕ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｃｒ又はこれらのいずれか２種以上と
のＭｎ系合金を用いることができる。その場合にも、同
様に溶解ターゲットを用いてスパッタリングすることに
より、その膜厚を極薄にしても良好な結晶性を確保で
き、大きな交換結合磁界を発揮する反強磁性層を得るこ
とができる。
合金は、Ｐｔが比較的酸化されにくい材料であることか
ら、特に好ましいが、それ以外に、Ｍｎとの合金を形成
しかつ反強磁性を発現する元素、即ちＰｔ，Ｎｉ，Ｒ
ｕ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｃｒ又はこれらのいずれか２種以上と
のＭｎ系合金を用いることができる。その場合にも、同
様に溶解ターゲットを用いてスパッタリングすることに
より、その膜厚を極薄にしても良好な結晶性を確保で
き、大きな交換結合磁界を発揮する反強磁性層を得るこ
とができる。
【００２２】本発明は、図１に関連して上述したボトム
スピンバルブ構造だけでなく、反強磁性層を基板とは反
対側に配置した所謂トップスピンバルブ構造、２組のピ
ン磁性層と反強磁性層とをフリー磁性層を挟んで対称に
配置するデュアルスピンバルブ構造、ピン磁性層が非磁
性膜を挟んで反強磁性的に結合する１対の強磁性膜から
構成され、かつ印加磁界の存在下で反強磁性層とそれに
隣接する一方の強磁性膜とが交換結合するシンセティッ
クタイプのスピンバルブ構造など、公知の様々な構造の
スピンバルブＭＲ素子に同様に適用することができる。
スピンバルブ構造だけでなく、反強磁性層を基板とは反
対側に配置した所謂トップスピンバルブ構造、２組のピ
ン磁性層と反強磁性層とをフリー磁性層を挟んで対称に
配置するデュアルスピンバルブ構造、ピン磁性層が非磁
性膜を挟んで反強磁性的に結合する１対の強磁性膜から
構成され、かつ印加磁界の存在下で反強磁性層とそれに
隣接する一方の強磁性膜とが交換結合するシンセティッ
クタイプのスピンバルブ構造など、公知の様々な構造の
スピンバルブＭＲ素子に同様に適用することができる。
【００２３】
【実施例】（実施例１）図１のスピンバルブＭＲ素子に
おいて、ガラス基板の上にＴａ３０Å／（ＮｉＦｅ）75
Ｃｒ25４０Å／ＰｔＭｎｔÅ／Ｃｏ合金２１Å／Ｃｕ２
６Å／Ｃｏ合金１０Å／Ｎｉ80Ｆｅ20５０Å／Ｔａ３０
ÅのスピンバルブＭＲ膜を、ＰｔＭｎ層の膜厚ｔを変え
てＤＣスパッタリングにより連続して成膜し、ＰｔＭｎ
層規則化のために１．１Ｔ（テスラ）の真空磁場中で２
７０℃×１０時間熱処理を施した。ＰｔＭｎ層は、溶解
ＰｔＭｎ合金ターゲットを用いたものと、比較例として
従来の焼結ターゲットを用いたものとを形成し、それぞ
れについて反強磁性層膜厚ｔに対する交換結合磁界Ｈex
を測定した。反強磁性層膜厚ｔは、実施例１について５
０、７５、１００、１５０、２００、２５０、３００、
４００Åとし、比較例について１５０、２００、２５
０、３００、４００Åとした。
おいて、ガラス基板の上にＴａ３０Å／（ＮｉＦｅ）75
Ｃｒ25４０Å／ＰｔＭｎｔÅ／Ｃｏ合金２１Å／Ｃｕ２
６Å／Ｃｏ合金１０Å／Ｎｉ80Ｆｅ20５０Å／Ｔａ３０
ÅのスピンバルブＭＲ膜を、ＰｔＭｎ層の膜厚ｔを変え
てＤＣスパッタリングにより連続して成膜し、ＰｔＭｎ
層規則化のために１．１Ｔ（テスラ）の真空磁場中で２
７０℃×１０時間熱処理を施した。ＰｔＭｎ層は、溶解
ＰｔＭｎ合金ターゲットを用いたものと、比較例として
従来の焼結ターゲットを用いたものとを形成し、それぞ
れについて反強磁性層膜厚ｔに対する交換結合磁界Ｈex
を測定した。反強磁性層膜厚ｔは、実施例１について５
０、７５、１００、１５０、２００、２５０、３００、
４００Åとし、比較例について１５０、２００、２５
０、３００、４００Åとした。
【００２４】その結果を図２に示す。同図において、い
ずれの場合も、反強磁性層膜厚ｔが薄くなるに連れて、
交換結合磁界Ｈexが低下している。しかしながら、本実
施例の溶解ＰｔＭｎ合金ターゲットを用いた場合の方
が、従来のターゲットを用いた比較例よりも、Ｈexの低
下の度合いが大幅に小さく、膜厚ｔ＝１００Å以下でも
比較的高いＨex値を維持し得ることが分かる。
ずれの場合も、反強磁性層膜厚ｔが薄くなるに連れて、
交換結合磁界Ｈexが低下している。しかしながら、本実
施例の溶解ＰｔＭｎ合金ターゲットを用いた場合の方
が、従来のターゲットを用いた比較例よりも、Ｈexの低
下の度合いが大幅に小さく、膜厚ｔ＝１００Å以下でも
比較的高いＨex値を維持し得ることが分かる。
【００２５】（実施例２）実施例１におけるピン磁性層
をＣｏ合金２０Å／Ｒｕ８．５Å／Ｃｏ合金２６Åの積
層膜で形成したシンセティックタイプのスピンバルブ膜
を、同様にＰｔＭｎ層の膜厚ｔを変えてＤＣスパッタリ
ングにより連続して成膜し、ＰｔＭｎ層規則化のために
１．１Ｔ（テスラ）の真空磁場中で２７０℃×１０時間
熱処理を施した。ＰｔＭｎ層は、溶解ＰｔＭｎ合金ター
ゲットを用いたものと、比較例として従来の焼結ターゲ
ットを用いたものとを形成し、それぞれについて反強磁
性層膜厚ｔに対する交換結合磁界Ｈexを測定した。反強
磁性層膜厚ｔは、実施例１について７５、１００、１５
０、２００、２５０Åとし、比較例について７５、１０
０、１５０、２００、２５０、３００Åとした。
をＣｏ合金２０Å／Ｒｕ８．５Å／Ｃｏ合金２６Åの積
層膜で形成したシンセティックタイプのスピンバルブ膜
を、同様にＰｔＭｎ層の膜厚ｔを変えてＤＣスパッタリ
ングにより連続して成膜し、ＰｔＭｎ層規則化のために
１．１Ｔ（テスラ）の真空磁場中で２７０℃×１０時間
熱処理を施した。ＰｔＭｎ層は、溶解ＰｔＭｎ合金ター
ゲットを用いたものと、比較例として従来の焼結ターゲ
ットを用いたものとを形成し、それぞれについて反強磁
性層膜厚ｔに対する交換結合磁界Ｈexを測定した。反強
磁性層膜厚ｔは、実施例１について７５、１００、１５
０、２００、２５０Åとし、比較例について７５、１０
０、１５０、２００、２５０、３００Åとした。
【００２６】その結果を図３に示す。実施例１と同様
に、いずれの場合も、反強磁性層膜厚ｔが薄くなるに連
れて、交換結合磁界Ｈexが低下しているが、本発明の溶
解ＰｔＭｎ合金ターゲットを用いた場合の方が、従来の
ものよりもＨexの低下の度合いが大幅に小さく、膜厚ｔ
＝１００Å以下でも比較的高いＨex値を維持し得ること
が分かる。
に、いずれの場合も、反強磁性層膜厚ｔが薄くなるに連
れて、交換結合磁界Ｈexが低下しているが、本発明の溶
解ＰｔＭｎ合金ターゲットを用いた場合の方が、従来の
ものよりもＨexの低下の度合いが大幅に小さく、膜厚ｔ
＝１００Å以下でも比較的高いＨex値を維持し得ること
が分かる。
【００２７】（実施例３）実施例１と同じスピンバルブ
ＭＲ素子を、ＰｔＭｎ層については溶解ＰｔＭｎ合金タ
ーゲットを用いてかつその膜厚ｔを変えてＤＣスパッタ
リングにより成膜し、１．１Ｔ（テスラ）の真空磁場中
で２７０℃×１０時間熱処理を施した。比較例として同
じ膜構成のスピンバルブＭＲ素子を、ＰｔＭｎ層につい
て従来の焼結ターゲットを用いて成膜した。反強磁性層
膜厚ｔを１００、１５０、２００、２５０Åとし、それ
ぞれについて温度の変化（２５℃から４００℃まで２５
℃間隔で）に対する交換結合磁界Ｈexを測定した。
ＭＲ素子を、ＰｔＭｎ層については溶解ＰｔＭｎ合金タ
ーゲットを用いてかつその膜厚ｔを変えてＤＣスパッタ
リングにより成膜し、１．１Ｔ（テスラ）の真空磁場中
で２７０℃×１０時間熱処理を施した。比較例として同
じ膜構成のスピンバルブＭＲ素子を、ＰｔＭｎ層につい
て従来の焼結ターゲットを用いて成膜した。反強磁性層
膜厚ｔを１００、１５０、２００、２５０Åとし、それ
ぞれについて温度の変化（２５℃から４００℃まで２５
℃間隔で）に対する交換結合磁界Ｈexを測定した。
【００２８】実施例３の測定結果を図４に、比較例の測
定結果を図５にそれぞれ示す。これらの図において、特
に反強磁性層膜厚ｔ＝１００、１５０Åのときに両者の
相違が顕著に現れている。即ち、従来のターゲットを用
いた場合に比して、本実施例の溶解ＰｔＭｎ合金ターゲ
ットを用いた場合には、比較的高温まで比較的高いＨex
値を維持していることが分かる。
定結果を図５にそれぞれ示す。これらの図において、特
に反強磁性層膜厚ｔ＝１００、１５０Åのときに両者の
相違が顕著に現れている。即ち、従来のターゲットを用
いた場合に比して、本実施例の溶解ＰｔＭｎ合金ターゲ
ットを用いた場合には、比較的高温まで比較的高いＨex
値を維持していることが分かる。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、上述したようにＣａＯ
（カルシア）質耐火物のるつぼを用いた真空溶解法によ
り形成したＭｎ系合金ターゲットを用いることにより、
反強磁性層の不純物酸素濃度を著しく低減でき、その膜
厚を極薄膜にしても良好な結晶性を確保できるので、大
きな交換結合磁界及び優れた熱安定性を確保することが
できる。従って、より高記録密度化及び小型化が可能な
高性能のスピンバルブ型磁気抵抗効果磁気ヘッドを実現
することができる。
（カルシア）質耐火物のるつぼを用いた真空溶解法によ
り形成したＭｎ系合金ターゲットを用いることにより、
反強磁性層の不純物酸素濃度を著しく低減でき、その膜
厚を極薄膜にしても良好な結晶性を確保できるので、大
きな交換結合磁界及び優れた熱安定性を確保することが
できる。従って、より高記録密度化及び小型化が可能な
高性能のスピンバルブ型磁気抵抗効果磁気ヘッドを実現
することができる。
【図１】本発明を適用したボトムスピンバルブ磁気抵抗
効果素子の要部をＡＢＳ側から模式的に見た断面図。
効果素子の要部をＡＢＳ側から模式的に見た断面図。
【図２】図１のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果膜の交
換結合磁場ＨexとＰｔＭｎ反強磁性層の膜厚との関係を
示す線図。
換結合磁場ＨexとＰｔＭｎ反強磁性層の膜厚との関係を
示す線図。
【図３】シンセティックタイプのボトムスピンバルブ磁
気抵抗効果膜の交換結合磁場ＨexとＰｔＭｎ反強磁性層
の膜厚との関係を示す線図。
気抵抗効果膜の交換結合磁場ＨexとＰｔＭｎ反強磁性層
の膜厚との関係を示す線図。
【図４】図１のボトムスピンバルブ磁気抵抗効果膜の交
換結合磁場Ｈexと温度との関係を示す線図。
換結合磁場Ｈexと温度との関係を示す線図。
【図５】従来の焼結ターゲットを用いて成膜したＰｔＭ
ｎ反強磁性層を有するボトムスピンバルブ磁気抵抗効果
膜の交換結合磁場Ｈexと温度との関係を示す線図。
ｎ反強磁性層を有するボトムスピンバルブ磁気抵抗効果
膜の交換結合磁場Ｈexと温度との関係を示す線図。
１ 基板 ２ Ｔａ膜 ３ ＮｉＦｅＣｒ膜 ４ 下地層 ５ ＭＲ膜 ６ 反強磁性層 ７ ピン磁性層 ８ 非磁性導電層 ９ ＣｏＦｅ膜 １０ ＮｉＦｅ膜 １１ フリー磁性層 １２ 保護膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｆ 10/32 Ｈ０１Ｌ 43/12 Ｈ０１Ｌ 43/12 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ (72)発明者 刀 治涛 大阪府三島郡島本町江川２−15−17 リー ドライト・エスエムアイ株式会社内 (72)発明者 上野 昌紀 大阪府三島郡島本町江川２−15−17 リー ドライト・エスエムアイ株式会社内 (72)発明者 西田 宏 大阪府三島郡島本町江川２−15−17 リー ドライト・エスエムアイ株式会社内 (72)発明者 樋上 文範 大阪府三島郡島本町江川２−15−17 リー ドライト・エスエムアイ株式会社内 Ｆターム(参考） 2G017 AD55 AD63 AD65 4K029 AA09 BA02 BA21 BB02 BD11 CA05 DC04 DC08 5D034 BA05 BA21 CA00 CA08 DA05 5E049 AA10 BA12 BA16 CB02 CC01 DB02 DB12 GC02
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上に非磁性導電層を挟んで配置され
た１対の磁性層と、一方の前記磁性層に隣接する反強磁
性層とを積層した磁気抵抗効果膜を備えるスピンバルブ
磁気抵抗効果素子であって、 ＣａＯ（カルシア）質耐火物のるつぼを用いた真空溶解
法により形成され、不純物として濃度２００ｐｐｍ以下
の酸素を含有する溶解Ｍｎ系合金ターゲットを用いて、
スパッタリングにより前記反強磁性層を形成したことを
特徴とするスピンバルブ磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２】 前記反強磁性層が、不純物として酸素を
２００ｐｐｍ以下の濃度で含有するＭｎ系合金からなる
ことを特徴とする請求項１に記載のスピンバルブ磁気抵
抗効果素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000076653A JP2001284678A (ja) | 2000-03-17 | 2000-03-17 | スピンバルブ磁気抵抗効果素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000076653A JP2001284678A (ja) | 2000-03-17 | 2000-03-17 | スピンバルブ磁気抵抗効果素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001284678A true JP2001284678A (ja) | 2001-10-12 |
Family
ID=18594359
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000076653A Pending JP2001284678A (ja) | 2000-03-17 | 2000-03-17 | スピンバルブ磁気抵抗効果素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001284678A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010040771A (ja) * | 2008-08-05 | 2010-02-18 | Rohm Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
-
2000
- 2000-03-17 JP JP2000076653A patent/JP2001284678A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010040771A (ja) * | 2008-08-05 | 2010-02-18 | Rohm Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
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