JP2002280641A

JP2002280641A - 交換結合膜及び前記交換結合膜を用いた磁気検出素子

Info

Publication number: JP2002280641A
Application number: JP2001081820A
Authority: JP
Inventors: Naoya Hasegawa; 直也長谷川; Masaji Saito; 正路斎藤
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2002-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】従来におけるシードレイヤではＣｒの組成比
は３５ａｔ％以下から４０ａｔ％以下であったが、今後
の高記録密度化に適切に対応するには前記Ｃｒの組成比
を大きくして前記シードレイヤ表面の濡れ性を高める必
要があった。【構成】シードレイヤ２２のＣｒ組成比を３５ａｔ％
以上で６０ａｔ％以下とし、膜厚を１０Å以上で２００
Å以下の範囲内で形成し、さらにスパッタ条件などを適
正化して結晶構造を面心立方構造のみで構成する。これ
により面心立方構造を保ちながらシードレイヤ表面の濡
れ性を向上させることができ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）
などを従来よりも向上させることが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下からシードレイ
ヤ、反強磁性層および強磁性層とから成り、前記反強磁
性層と強磁性層との界面にて発生する交換結合磁界によ
り、前記強磁性層の磁化方向が一定の方向に固定される
交換結合膜および前記交換結合膜を用いた磁気検出素子
（スピンバルブ型薄膜素子、ＡＭＲ素子など）に係り、
特に今後の高記録密度化においても、従来に比べて適切
に通電信頼性（耐エレクトロマイグレーション）の向
上、抵抗変化率の向上などを図ることが可能な交換結合
膜及び前記交換結合膜を用いた磁気検出素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１８は従来におけるスピンバルブ型薄
膜素子を記録媒体との対向面と平行な方向から切断した
部分断面図である。

【０００３】図１８に示す符号１４は、例えばＮｉＦｅ
Ｃｒで形成されたシードレイヤであり、前記シードレイ
ヤ１４の上に反強磁性層３０、固定磁性層３１、非磁性
中間層３２、フリー磁性層３３および保護層７が順次積
層されている。

【０００４】この種のスピンバルブ型薄膜素子では、熱
処理によって前記反強磁性層３０と固定磁性層３１との
界面で交換結合磁界が発生し、前記固定磁性層３１の磁
化はハイト方向（図示Ｙ方向）に固定される。

【０００５】図１８では、前記シードレイヤ１４から保
護層７までの多層膜の両側にハードバイアス層５が形成
され、前記ハードバイアス層５からの縦バイアス磁界に
より前記フリー磁性層３３の磁化は、トラック幅方向
（図示Ｘ方向）に揃えられる。

【０００６】また図１８に示すように前記ハードバイア
ス層５の上には重ねて電極層８が形成されている。前記
電極層８からのセンス電流は、特に固定磁性層３１、非
磁性中間層３２、およびフリー磁性層３３の３層に流れ
ればよいが、この形態では前記シードレイヤ１４及び反
強磁性層３０にも分流する。

【０００７】図１８に示すスピンバルブ型薄膜素子で
は、前記反強磁性層３０の下にシードレイヤ１４が形成
されているが、前記シードレイヤ１４を設けることで、
前記シードレイヤ１４上に形成された各層の[１１１]配
向性は良好になり、また膜面方向（Ｘ−Ｙ面方向）への
結晶粒径が大きくなると考えられ、耐エレクトロマイグ
レーションの向上に代表される通電信頼性の向上、抵抗
変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上やフリー磁性層３３の軟磁気
特性の向上が期待された。

【０００８】前記シードレイヤ１４上の各層の[１１１]
配向性を良好にし、しかも膜面方向の結晶粒径を大きく
するには、前記シードレイヤ１４が面心立方構造（ｆｃ
ｃ構造）であり且つ前記シードレイヤ１４表面の濡れ性
（ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ）を良好にする必要性があっ
た。濡れ性が良いと前記シードレイヤ１４上に反強磁性
層３０をスパッタ成膜するとき、前記反強磁性層３０を
構成する反強磁性材料の各原子が前記シードレイヤ１４
上で凝集しにくくなり、前記反強磁性層３０の膜面方向
の配向性を最稠密面となる[１１１]面により強く配向さ
せることが可能になるのである。

【０００９】前記濡れ性の向上には、シードレイヤ１４
に含まれるＣｒの組成比が多いほど好ましいと思われた
が、前記Ｃｒの組成比を多くしすぎるとシードレイヤ１
４の結晶構造に、面心立方構造（ｆｃｃ構造）の他に体
心立方構造（ｂｃｃ構造）が混在し始め、これによって
前記シードレイヤ１４上の各層の[１１１]配向性が低下
してしまい、通電信頼性の低下、抵抗変化率の低下など
を招いた。

【００１０】従来では、シードレイヤ１４に含まれるＣ
ｒ組成比を３５ａｔ％以下から４０ａｔ％以下にしてお
り、これにより前記シードレイヤ１４の結晶構造を面心
立方構造に保っていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし今後の高記録密
度化に伴い、スピンバルブ型薄膜素子の更なる小型化に
より、前記スピンバルブ型薄膜素子に流れるセンス電流
密度が大きくなり、これによってエレクトロマイグレー
ションの発生、さらには抵抗値の増大による抵抗変化率
の低下やノイズの発生等が問題となった。

【００１２】上記した問題を解決するには、シードレイ
ヤ１４表面の濡れ性の向上を図り、前記シードレイヤ１
４上の各層の[１１１]配向性をさらに良好にし、また膜
面方向の結晶粒径を大きくして電気伝導性を向上させる
ことが効果的であり、そのためには前記シードレイヤ１
４に含まれるＣｒの組成比を従来よりも多くする必要が
あったが、Ｃｒの組成比を３５ａｔ％から４０ａｔ％以
上にすると、シードレイヤ１４の結晶構造に、面心立方
構造以外に体心立方構造（ｂｃｃ構造）が混在してしま
う。

【００１３】そしてシードレイヤ１４に前記体心立方構
造が混在することで、結局、前記シードレイヤ１４上に
積層される各層の[１１１]配向性の向上を図ることがで
きず、また結晶粒径を大きくすることはできず、電気伝
導性は低下してしまい、従来におけるシードレイヤ１４
では、今後の高記録密度化に対応可能なスピンバルブ型
薄膜素子を製造することはできなかった。

【００１４】そこで本発明は上記従来の課題を解決する
ためのものであり、特にシードレイヤの組成比や膜厚を
適切に調整することで、前記シードレイヤの結晶構造を
面心立方構造に保ちながら従来よりも濡れ性を向上させ
ることができ、通電信頼性および抵抗変化率の向上など
を図ることが可能な交換結合膜及び前記交換結合膜を用
いた磁気検出素子を提供することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、下から非磁性
材料あるいは一部が強磁性材料で形成されたシードレイ
ヤ、反強磁性層、強磁性層の順に積層され、前記反強磁
性層と強磁性層との界面で交換結合磁界が発生すること
で、前記強磁性層の磁化方向が一定方向にされる交換結
合膜において、前記シードレイヤは元素α（Ｆｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｏのうちいずれか１種または２種以上）とＣｒを
含有し、前記Ｃｒの組成比は、３５ａｔ％以上で６０ａ
ｔ％以下であり、前記シードレイヤの膜厚は、１０Å以
上で２００Å以下であり、前記シードレイヤの結晶構造
は面心立方構造であることを特徴とするものである。

【００１６】本発明では、上記のようにシードレイヤに
含まれるＣｒ組成比は３５ａｔ％以上で６０ａｔ％以下
と高くなっており、これにより前記シードレイヤ表面で
の濡れ性を従来よりも向上させることができる。

【００１７】ここで濡れ性について説明する。濡れ性は
表面エネルギーが増大し、表面活性となることで向上
し、前記濡れ性の向上には、シードレイヤのＣｒ組成比
を大きくすることが重要である。またシードレイヤを形
成する際の基板表面の温度や基板とターゲット間の距
離、前記シードレイヤを形成する際のＡｒ圧、スパッタ
速度なども重要な要素である。

【００１８】前記シードレイヤのＣｒの組成比が小さ
く、前記シードレイヤ表面の濡れ性が悪いと、図５に示
すように前記シードレイヤ表面に飛来してきた各原子
は、表面移動が不十分で凝集し核を形成しやすくなる。
このような核が形成されているか否かは電子顕微鏡で調
べることができる。

【００１９】前記核を生じ、各原子がいわゆる島状構造
で堆積していくと、前記シードレイヤの上にスパッタ成
膜される反強磁性層の膜面と平行方向の配向性は、最稠
密面である[１１１]配向になり難い。

【００２０】一方、図６はシードレイヤのＣｒ組成比が
高く、前記シードレイヤ表面の濡れ性が良好な状態であ
り、図６では、前記シードレイヤ表面に飛来してきた各
原子は表面移動が十分で凝集せず、かかる場合、前記シ
ードレイヤの上にスパッタ成膜される反強磁性層の膜面
と平行方向の配向性は、最稠密面である[１１１]配向に
なりやすい。

【００２１】本発明では、前記シードレイヤ表面の濡れ
性が良好であることで、前記シードレイヤ上に形成され
る各層の膜面と平行方向の配向性を、最稠密面となる
[１１１]面により強く配向させることが可能である。

【００２２】次に本発明では、前記シードレイヤの結晶
構造は、面心立方構造（ｆｃｃ構造）である。

【００２３】図９は、ＮｉＦｅＣｒの三元平衡状態図で
あり、この三元平衡状態図には各元素の組成比と前記Ｎ
ｉＦｅＣｒの結晶構造との関係が示されている。図９に
示すようにバルクの場合、Ｃｒ組成比の軸の４０ａｔ％
の位置から一点鎖線の境界が、Ｆｅ組成が多く、Ｎｉ組
成が減少する方向に延びており、前記境界を境として、
Ｃｒ組成比が小さい領域側では、前記ＮｉＦｅＣｒの結
晶構造は面心立方構造（ｆｃｃ構造）になり、Ｃｒ組成
比が大きい領域側では、前記ＮｉＦｅＣｒの結晶構造に
面心立方構造の他に、体心立方構造（ｂｃｃ構造）が混
在することがわかる。

【００２４】ここで、ＮｉとＦｅの原子比率が８：２で
あるとき、３５ａｔ％のＣｒ組成比を境にして、Ｃｒ組
成比が３５ａｔ％以下になるとＮｉＦｅＣｒの結晶構造
は面心立方構造のみで構成され、Ｃｒ組成比が３５ａｔ
％以上になるとＮｉＦｅＣｒの組成比は面心立方構造と
体心立方構造の混相で構成されることがわかる。

【００２５】バルクの場合とスパッタ成膜された薄膜の
場合とでは、厳密にはその状態は異なる。スパッタの場
合は非平衡状態に近い場合があるのである。したがって
バルクのある組成比において、面心立方構造以外に体心
立方構造が混在しているからといって一概にスパッタ薄
膜の場合もそうなるとは言えないが、一般的に既に知ら
れているバルクのときの平衡状態図を基にしてスパッタ
薄膜のときの組成比を調整するため、従来では、ＮｉＦ
ｅＣｒの組成比を３５ａｔ％以下（特にＮｉ：Ｆｅ原子
比率を８：２としたとき）、あるいは４０ａｔ％以下に
して、結晶構造に体心立方構造が混在しないようにして
いたのである。

【００２６】これに対し、本発明ではＣｒ組成比を３５
ａｔ％以上で６０ａｔ％以下に大きくしており、バルク
の平衡状態図（図９）からすれば明らかに結晶構造は面
心立方構造と体心立方構造が混在する領域であるが、か
かる場合においても本発明では、結晶構造を面心立方構
造のみで構成することができる。その理由は、前記シー
ドレイヤの膜厚と密接な関係がある。

【００２７】本発明では、前記シードレイヤの膜厚を、
１０Å以上で２００Å以下の範囲内で調整している。前
記シードレイヤを２００Å以上にすると、Ｃｒ組成比を
３５ａｔ％にしても体心立方構造が混在し始めてしま
う。しかし前記シードレイヤの膜厚を２００Å以下にし
て、上記したＣｒの組成比を３５ａｔ％から６０ａｔ％
の範囲内で調整すると、結晶構造を体心立方構造のみで
構成することができるのである。

【００２８】これは前記シードレイヤの膜厚が薄いから
であり、このように前記シードレイヤの膜厚を薄くする
ことで、非平衡状態であってもエネルギー的にはさほど
高くならないため、バルクの場合と同じような平衡状態
にはなりにくく準安定状態になり、結晶構造を面心立方
構造に適切に保つことが可能なのである。

【００２９】ただし後でグラフを参照しながら説明する
が、Ｃｒの組成比が大きくなるほど、上記した準安定状
態を得て結晶構造を面心立方構造のみで構成するには、
前記シードレイヤの膜厚を薄くしていくことが必要であ
る。

【００３０】また前記シードレイヤの膜厚を１０Åより
小さくしても、結晶構造を面心立方構造に保つことがで
きるが、前記シードレイヤの[１１１]配向が不十分にな
り、前記シードレイヤ上に形成される各層の結晶配向を
適切に[１１１]面配向させることができなくなる。そこ
で本発明では前記シードレイヤの膜厚の下限値を１０Å
としている。

【００３１】以上のように本発明では、前記シードレイ
ヤのＣｒ組成比を３５ａｔ％以上で６０ａｔ％以下とす
ることで、前記シードレイヤ表面の濡れ性は従来よりも
向上し、しかも膜厚を１０Å以上で２００Å以下の範囲
内で調整することで、前記シードレイヤの結晶構造を面
心立方構造のみで構成できるため、従来に比べて前記シ
ードレイヤ上に積層される各層の膜面と平行方向の配向
性を良好に[１１１]配向させることができると共に、膜
面と平行な方向への結晶粒径を大きくすることができ
る。

【００３２】前記結晶粒径が大きくなることで抵抗値は
低下し、これによりジュール熱を低下させることができ
る。また最稠密面である[１１１]面が膜面と平行な方向
に優先配向することで、各層の層間で拡散が生じ難くな
る。このような作用により耐エレクトロマイグレーショ
ンを向上させることができ、通電信頼性を従来よりも向
上させることができる。

【００３３】また抵抗値が低下することで電気伝導性が
良好になり、後述する磁気検出素子においては抵抗変化
率（ΔＲ／Ｒ）や導電率の変化量（ΔＧ）、フリー磁性
層の軟磁気特性を従来よりも向上させることができる。
またサーマルノイズの低下を図ることができる。

【００３４】また本発明では、前記Ｃｒの組成比は、４
０ａｔ％以上で６０ａｔ％以下であり、前記シードレイ
ヤの膜厚は、１０Å以上で１７０Å以下であることが好
ましい。

【００３５】また本発明では、前記Ｃｒの組成比は、４
５ａｔ％以上で６０ａｔ％以下であり、前記シードレイ
ヤの膜厚は、１０Å以上で１３０Å以下であることが好
ましい。

【００３６】また本発明では、前記Ｃｒの組成比は、４
０ａｔ％以上で５０ａｔ％以下であり、前記シードレイ
ヤの膜厚は、１０Å以上で１７０Å以下であることがよ
り好ましい。

【００３７】さらには本発明では、前記Ｃｒの組成比
は、４５ａｔ％以上で５５ａｔ％以下であり、前記シー
ドレイヤの膜厚は、１０Å以上で１３０Å以下であるこ
とがより好ましい。

【００３８】上記のＣｒ組成比及び膜厚であれば、後述
する実験で示すように、抵抗変化率（ΔＲ/Ｒ）をさら
に向上させ、導電率の変化量（ΔＧ）をさらに向上さ
せ、平均結晶粒径をさらに大きくでき、また耐熱温度の
向上をさらに向上させることができることがわかった。

【００３９】なおそれぞれの好ましいＣｒ組成比におい
て、膜厚を上記の範囲内で適切に調整することで、結晶
構造を面心立方構造のみで構成できる。

【００４０】なお前記シードレイヤの膜厚は、８０Å以
下であることがより好ましい。また本発明では、前記シ
ードレイヤの膜厚は、６０Å以下であることがさらに好
ましい。

【００４１】膜厚を８０Å以下、さらには６０Å以下に
することで、確実に結晶構造を面心立方構造のみで構成
することができると共に、センス電流の分流ロスをより
適切に低減させることができる。

【００４２】また本発明では、前記シードレイヤはＮｉ
ＦｅＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金で形成されることが
好ましい。

【００４３】また前記シードレイヤの組成式は（Ｎｉ
_100-XＦｅ_X）−Ｃｒで示され、原子比率Ｘは、０≦Ｘ≦
０．７であることが好ましい。より好ましくは、前記原
子比率Ｘは、０≦Ｘ≦０．５である。さらに好ましく
は、前記原子比率Ｘは、０≦Ｘ≦０．３である。

【００４４】また本発明では、前記シードレイヤの下に
は、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少
なくとも１種以上の元素で形成された下地層が形成され
ていることが好ましい。これにより前記シードレイヤの
結晶構造を適切に面心立方構造にすることができる。

【００４５】また前記シードレイヤはスパッタ成膜され
ることが好ましい。これにより前記シードレイヤはバル
クのときの平衡状態と同じにならず、Ｃｒの組成比が３
５ａｔ％以上であっても準安定状態となって結晶構造を
面心立方構造にしやすくできる。

【００４６】また本発明では、前記シードレイヤ上の各
層に形成された結晶粒の膜面と平行な方向における平均
結晶粒径は、１００Å以上であることが好ましく、より
好ましくは、前記平均結晶粒径は、１５０Å以上であ
る。また最も好ましくは１７０Å以上である。

【００４７】また本発明では、前記交換結合膜を膜厚方
向と平行に切断したときに切断面に現われる前記反強磁
性層に形成された結晶粒界と、強磁性層に形成された結
晶粒界とが、前記反強磁性層と強磁性層との界面の少な
くとも一部で不連続であることが好ましい。

【００４８】また本発明では、前記交換結合膜を膜厚方
向と平行に切断したときに切断面に現われる前記反強磁
性層に形成された結晶粒界と、シードレイヤに形成され
た結晶粒界とが、前記反強磁性層とシードレイヤとの界
面の少なくとも一部で不連続であることが好ましい。

【００４９】また本発明では、前記反強磁性層と強磁性
層の界面と平行な結晶面は、互いに、代表的に｛１１
１｝面として表される等価な結晶面が優先配向し、前記
結晶面内に存在する、同じ等価な結晶軸の少なくとも一
部が、前記反強磁性層及び強磁性層とで互いに異なる方
向を向いていることが好ましい。

【００５０】また本発明では、前記反強磁性層とシード
レイヤの界面と平行な結晶面は、互いに代表的に｛１１
１｝面として表される等価な結晶面が優先配向し、前記
結晶面内に存在する、同じ等価な結晶軸の少なくとも一
部が、前記反強磁性層及びシードレイヤとで互いに異な
る方向を向いていることが好ましい。

【００５１】また本発明では、前記反強磁性層は、元素
Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ
のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含
有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。

【００５２】あるいは本発明では、前記反強磁性層は、
Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，
Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，
Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，
Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓ
ｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元
素のうち１種または２種以上の元素である）で形成され
ていてもよい。

【００５３】上記の場合、本発明では、前記Ｘ―Ｍｎ―
Ｘ′合金は、元素ＸとＭｎとで構成される空間格子の隙
間に元素Ｘ′が侵入した侵入型固溶体であり、あるい
は、元素ＸとＭｎとで構成される結晶格子の格子点の一
部が、元素Ｘ′に置換された置換型固溶体であることが
好ましい。

【００５４】また本発明では、前記元素Ｘあるいは元素
Ｘ＋Ｘ′の組成比は、４５（ａｔ％）以上６０（ａｔ
％）以下であることが好ましい。

【００５５】また本発明は、下からシードレイヤ、反強
磁性層、固定磁性層、非磁性中間層、およびフリー磁性
層の順に積層され、前記フリー磁性層の磁化が前記固定
磁性層の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子
において、前記シードレイヤ、反強磁性層及び固定磁性
層が上記に記載された交換結合膜により形成されている
ことを特徴とするものである。

【００５６】また本発明は、下からシードレイヤ、反強
磁性のエクスチェンジバイアス層、フリー磁性層、非磁
性中間層、固定磁性層、および反強磁性層の順に積層さ
れ、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と
交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、前記
シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及びフリー磁
性層が上記に記載された交換結合膜により形成されてい
ることを特徴とするものである。

【００５７】また本発明は、フリー磁性層の上下に積層
された非磁性中間層と、一方の前記非磁性中間層の上お
よび他方の非磁性中間層の下に位置する固定磁性層と、
一方の前記固定磁性層の上および他方の固定磁性層の下
に位置する反強磁性層とを有し、前記フリー磁性層より
も下側に形成された反強磁性層の下側にはシードレイヤ
が形成され、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層
の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子におい
て、前記シードレイヤ、その上に接合された反強磁性層
及び固定磁性層が上記に記載された交換結合膜により形
成されていることを特徴とするものである。

【００５８】また本発明は、下からシードレイヤ、反強
磁性のエクスチェンジバイアス層、磁気抵抗層、非磁性
層、および軟磁性層の順で積層された磁気検出素子にお
いて、前記シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及
び磁気抵抗層が上記に記載された交換結合膜により形成
されていることを特徴とするものである。

【００５９】上記のように交換結合膜を各磁気検出素子
に使用することで、耐エレクトロマイグレーションを向
上させることができ、通電信頼性を従来よりも向上させ
ることができる。

【００６０】また抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を従来よりも
向上させることができる。またサーマルノイズの低下を
図ることができる。

【００６１】さらにフリー磁性層や磁気抵抗層の膜面内
において磁化が回転する場合の結晶磁気異方性エネルギ
ーＫの低下を図ることができる。これにより前記膜面内
の結晶磁気異方性エネルギーＫと比例関係にある保磁力
Ｈｃの低下を図ることができ、前記フリー磁性層の磁化
を、外部磁界に対して感度良く回転させることが可能で
ある。

【００６２】従って本発明では、今後の高記録密度化に
伴い、磁気検出素子がさらに小さくなっても、従来より
上記効果を適切に得ることができ、高記録密度化に適切
に対応可能な磁気検出素子の製造を図ることが可能であ
る。

【００６３】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１実施形態の磁
気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素
子）の全体構造を記録媒体との対向面側から見た断面図
である。なお、図１ではＸ方向に延びる素子の中央部分
のみを破断して示している。

【００６４】このシングルスピンバルブ型磁気抵抗効果
素子は、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライ
ダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディ
スクなどの記録磁界を検出するものである。なお、ハー
ドディスクなどの磁気記録媒体の移動方向はＺ方向であ
り、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向はＹ方向であ
る。

【００６５】図１の最も下に形成されているのはＴａ，
Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２
種以上の元素などの非磁性材料で形成された下地層６で
ある。この下地層６の上に、シードレイヤ２２、反強磁
性層４、固定磁性層３、非磁性中間層２、フリー磁性層
１が積層されている。

【００６６】前記シードレイヤ２２の上に形成された反
強磁性層４は、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉ
ｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素
である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成される
ことが好ましい。

【００６７】これら白金族元素を用いたＸ−Ｍｎ合金
は、耐食性に優れ、またブロッキング温度も高く、さら
に交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできるなど反強磁性
材料として優れた特性を有している。特に白金族元素の
うちＰｔを用いることが好ましく、例えば二元系で形成
されたＰｔＭｎ合金を使用することができる。

【００６８】また本発明では、前記反強磁性層４は、元
素Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋ
ｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，
Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇ
ａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈ
ｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のう
ち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有す
る反強磁性材料で形成されてもよい。

【００６９】なお前記元素Ｘ′には、元素ＸとＭｎとで
構成される空間格子の隙間に侵入し、または元素ＸとＭ
ｎとで構成される結晶格子の格子点の一部と置換する元
素を用いることが好ましい。ここで固溶体とは、広い範
囲にわたって、均一に成分が混ざり合った固体のことを
指している。

【００７０】侵入型固溶体あるいは置換型固溶体とする
ことで、前記Ｘ−Ｍｎ合金膜の格子定数に比べて、前記
Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金の格子定数を大きくすることができ
る。これによって反強磁性層４の格子定数と固定磁性層
３の格子定数との差を広げることができ、前記反強磁性
層４と固定磁性層３との界面構造を非整合状態にしやす
くできる。ここで非整合状態とは、前記反強磁性層４と
固定磁性層３との界面で前記反強磁性層４を構成する原
子と前記固定磁性層３を構成する原子とが一対一に対応
しない状態である。

【００７１】また特に置換型で固溶する元素Ｘ′を使用
する場合は、前記元素Ｘ′の組成比が大きくなりすぎる
と、反強磁性としての特性が低下し、固定磁性層３との
界面で発生する交換結合磁界が小さくなってしまう。特
に本発明では、侵入型で固溶し、不活性ガスの希ガス元
素（Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅのうち１種または２種以
上）を元素Ｘ′として使用することが好ましいとしてい
る。希ガス元素は不活性ガスなので、希ガス元素が、膜
中に含有されても、反強磁性特性に大きく影響を与える
ことがなく、さらに、Ａｒなどは、スパッタガスとして
従来からスパッタ装置内に導入されるガスであり、ガス
圧を適正に調節するのみで、容易に、膜中にＡｒを侵入
させることができる。

【００７２】なお、元素Ｘ′にガス系の元素を使用した
場合には、膜中に多量の元素Ｘ′を含有することは困難
であるが、希ガスの場合においては、膜中に微量侵入さ
せるだけで、熱処理によって発生する交換結合磁界を、
飛躍的に大きくできる。

【００７３】なお本発明では、好ましい前記元素Ｘ′の
組成範囲は、ａｔ％（原子％）で０．２から１０であ
り、より好ましくは、ａｔ％で、０．５から５である。
また本発明では前記元素ＸはＰｔであることが好まし
く、よってＰｔ−Ｍｎ−Ｘ′合金を使用することが好ま
しい。

【００７４】また本発明では、反強磁性層４の元素Ｘあ
るいは元素Ｘ＋Ｘ′のａｔ％を４５（ａｔ％）以上で６
０（ａｔ％）以下に設定することが好ましい。より好ま
しくは４９（ａｔ％）以上で５６．５（ａｔ％）以下で
ある。これによって成膜段階において、固定磁性層３と
の界面が非整合状態にされ、しかも前記反強磁性層４は
熱処理によって適切な規則変態を起すものと推測され
る。

【００７５】前記反強磁性層４の上に形成されている固
定磁性層３は３層構造となっている。

【００７６】前記固定磁性層３は、磁性層１１と中間層
１２と磁性層１３とで形成され、前記反強磁性層４との
界面での交換結合磁界及び中間層１２を介した反強磁性
的交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）により前記磁性層
１１と磁性層１３の磁化方向は互いに反平行状態にされ
る。これは、いわゆる人工フェリ磁性結合状態と呼ば
れ、この構成により固定磁性層３の磁化を安定した状態
にでき、また前記固定磁性層３と反強磁性層４との界面
で発生する交換結合磁界を見かけ上大きくすることがで
きる。

【００７７】なお前記磁性層１１は例えば２０Å程度で
形成され、中間層１２は８Å程度で形成され、磁性層１
３は１５Å程度で形成される。

【００７８】なお前記固定磁性層３は３層フェリ構造で
形成されなくても良く、例えば単層膜や磁性層の多層膜
で形成されてもよい。また磁性層１１及び磁性層１３
は、Ｃｏ、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏ
ＦｅＮｉ合金などの磁性材料で形成される。また中間層
１２には、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどの
非磁性導電材料で形成される。

【００７９】前記固定磁性層３の上に形成された非磁性
中間層２は、例えばＣｕで形成されている。なお本発明
における磁気検出素子が、トンネル効果の原理を用いた
トンネル型磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）の場合、前
記非磁性中間層２は、例えばＡｌ₂Ｏ₃等の絶縁材料で形
成される。

【００８０】さらに前記非磁性中間層２の上には２層膜
で形成されたフリー磁性層１が形成される。

【００８１】前記フリー磁性層１は、ＮｉＦｅ合金膜９
とＣｏ膜１０の２層で形成される。図１に示すように前
記Ｃｏ膜１０を非磁性中間層２と接する側に形成するこ
とにより、前記非磁性中間層２との界面での金属元素等
の拡散を防止し、ΔＲ／Ｒ（抵抗変化率）を大きくする
ことができる。

【００８２】なお前記ＮｉＦｅ合金膜９は、例えば前記
Ｎｉを８０（ａｔ％）、Ｆｅを２０（ａｔ％）として形
成する。また前記ＮｉＦｅ合金膜９の膜厚を例えば４５
Å程度、Ｃｏ膜を５Å程度で形成する。また前記ＮｉＦ
ｅ合金膜９、Ｃｏ膜１０に代えて、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ
ＦｅＮｉ合金などを用いてもよい。また前記フリー磁性
層１は固定磁性層３と同じ３層フェリ構造であってもよ
い。

【００８３】前記フリー磁性層１の上には、金属材料あ
るいは非磁性金属のＣｕ，Ａｕ，Ａｇからなるバックド
層１５が形成されている。例えば前記バックド層の膜厚
は１２〜２０Å程度で形成される。

【００８４】前記バックド層１５の上には、保護層７が
形成されている。前記保護層７は、Ｔａなどから成りそ
の表面が酸化された酸化層が形成されていることが好ま
しい。

【００８５】前記バックド層１５が形成されることによ
って、磁気抵抗効果に寄与する＋スピン（上向きスピ
ン：ｕｐｓｐｉｎ）の電子における平均自由行程（ｍ
ｅａｎｆｒｅｅｐａｔｈ）を延ばし、いわゆるスピン
フィルター効果（ｓｐｉｎｆｉｌｔｅｒｅｆｆｅｃ
ｔ）によりスピンバルブ型磁気素子において、大きな抵
抗変化率が得られ、高記録密度化に対応できるものとな
る。なお前記バックド層１５は形成されなくてもよい。

【００８６】図１に示す実施形態では、前記下地層６か
ら保護層７までの積層膜の両側にはハードバイアス層５
及び電極層８が形成されている。前記ハードバイアス層
５からの縦バイアス磁界によってフリー磁性層１の磁化
はトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。

【００８７】前記ハードバイアス層５，５は、例えばＣ
ｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ
（コバルト−クロム−白金）合金などで形成されてお
り、電極層８，８は、α−Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ
（銅）、Ｒｈ、Ｉｒ、ＲｕやＷ（タングステン）などで
形成されている。なお上記したトンネル型磁気抵抗効果
素子やＣＰＰ型磁気検出素子の場合、前記電極層８，８
は、フリー磁性層１の上側と、反強磁性層４の下側にそ
れぞれ形成されることになる。

【００８８】図１に示すスピンバルブ型薄膜素子では、
下地層６から保護層７を積層後、熱処理を施し、これに
よって前記反強磁性層４と固定磁性層３との界面に交換
結合磁界を発生させる。このとき磁場を図示Ｙ方向に向
けることで、前記固定磁性層３の磁化は図示Ｙ方向に向
けられ固定される。なお図１に示す実施形態では前記固
定磁性層３はフェリ構造であるため、磁性層１１及び磁
性層１３のどちらかが図示Ｙ方向に磁化され、他方は図
示Ｙ方向と逆方向に磁化される。

【００８９】次に図１に示す実施形態では前記反強磁性
層４の下にシードレイヤ２２が形成されているが、本発
明では前記シードレイヤ２２は元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃ
ｏのうちいずれか１種または２種以上）とＣｒを含有し
た非磁性材料あるいは一部が強磁性材料で形成される。
具体的には前記シードレイヤ２２はＮｉＣｒ合金かＦｅ
ＮｉＣｒ合金で形成されることが好ましい。

【００９０】また本発明では、前記シードレイヤ２２の
組成式は（Ｎｉ_100-XＦｅ_X）−Ｃｒで示され、原子比率
Ｘは、０≦Ｘ≦０．７であることが好ましい。より好ま
しくは、前記原子比率Ｘは、０≦Ｘ≦０．５である。さ
らに好ましくは、前記原子比率Ｘは、０≦Ｘ≦０．３で
ある。Ｆｅ量が多くなりすぎると、前記シードレイヤ２
２が体心立方構造となりやすいため、上記の組成比を有
することが好ましい。その他に上記組成であると反強磁
性層４の結晶配向性を高め、結晶粒径、導電率の変化
量、抵抗変化率の増大を期待することができる。なお最
も好ましいのは原子比率Ｘが０．２である。

【００９１】また本発明における前記シードレイヤ２２
のＣｒの組成比は、３５ａｔ％以上で６０ａｔ％以下で
ある。

【００９２】これによって本発明では、前記シードレイ
ヤ表面での表面エネルギーを増大させ界面活性状態にで
き、いわゆる濡れ性（ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ）を従来
に比べて向上させることができる。

【００９３】なお前記シードレイヤ２２のＣｒの組成比
を３５ａｔ％以上としたのは、これよりも低い組成比で
あると、前記濡れ性が低下するからである。また前記シ
ードレイヤ２２のＣｒの組成比を６０ａｔ％以上にする
と濡れ性は良好であり、また膜厚を薄くすることで、結
晶構造を面心立方構造（ｆｃｃ構造）のみで構成するこ
とができるが、膜厚を薄くしすぎると[１１１]配向性が
不十分となりシードレイヤ２２としての機能を十分に果
すことができなくなる。従って本発明ではＣｒ組成比の
上限値を６０ａｔ％とした。

【００９４】本発明では前記シードレイヤ２２の結晶構
造は、面心立方構造（ｆｃｃ構造）である。

【００９５】既に図６で説明したように前記濡れ性の向
上により、前記シードレイヤ２２上に反強磁性層４をス
パッタ成膜したとき、前記反強磁性層４を構成する各原
子が前記界面上で十分な界面移動を起すことができ、し
かも前記シードレイヤ２２表面が面心立方構造であるこ
とから、前記反強磁性層４の膜面と平行な方向（Ｘ−Ｙ
面と平行）の結晶配向を、最稠密面である[１１１]配向
に強く配向させることができる。

【００９６】また前記反強磁性層４が[１１１]配向する
ことで、その上に形成される各層の膜面と平行な方向
（図示Ｘ方向）の結晶配向を、最稠密面である[１１１]
配向に配向させることができる。

【００９７】また本発明では、前記シードレイヤ２２表
面の濡れ性が良好であり、且つ面心立方構造であること
で、前記シードレイヤ２２上に形成される各層には、前
記各層を貫くほどの大きな結晶粒が形成され、前記結晶
粒の結晶粒径は膜面と平行な方向（Ｘ−Ｙ面と平行な方
向）にも大きくなる。本発明では膜面と平行な方向にお
ける前記結晶粒径は、１００Å以上であることが好まし
く、より好ましくは１５０Å以上、最も好ましくは１７
０Å以上である。これにより電気伝導性を良好にでき
る。

【００９８】ところで本発明では、前記シードレイヤ２
２のＣｒの組成比が３５ａｔ％以上で６０ａｔ％以下と
大きい組成値であるにもかかわらず、結晶構造を面心立
方構造（ｆｃｃ構造）のみで構成できるのは、前記シー
ドレイヤ２２の膜厚を薄くしているからである。シード
レイヤ２２の膜厚を薄くすると、バルクのときの平衡状
態と同じにならず準安定状態になりやすく、これによっ
て結晶構造を面心立方構造のみで構成できる。

【００９９】本発明では前記シードレイヤ２２のＣｒの
組成比が３５ａｔ％以上で６０ａｔ％以下のとき、前記
シードレイヤ２２の膜厚は１０Å以上で２００Å以下の
範囲内で調整される。

【０１００】前記シードレイヤ２２の膜厚が１０Åより
小さくても、結晶構造を面心立方構造にできるが、前記
シードレイヤ２２の[１１１]面配向が不十分となり、前
記シードレイヤ２２の上に形成される各層の膜面と平行
な方向（図示Ｘ方向）の結晶配向を、最稠密面である
[１１１]配向に十分に配向させることができなくなる。

【０１０１】一方、前記シードレイヤ２２の膜厚が２０
０Å以上であると、前記Ｃｒの組成比を３５ａｔ％にし
ても、すなわち本発明の組成範囲で最も低い組成値とし
ても、結晶構造に面心立方構造の他に体心立方構造が混
在することが後述する実験によりわかっている。

【０１０２】なお前記シードレイヤ２２の膜厚は、Ｃｒ
の組成比が大きいほど薄くする必要性がある。Ｃｒ組成
比が大きくなるほど、準安定状態を得て結晶構造を面心
立方構造にするには、膜厚を薄くしなければならないこ
とが後述の実験によりわかっている。

【０１０３】なお本発明では、Ｃｒ組成比が３５ａｔ％
以上で６０ａｔ％以下のとき、前記シードレイヤ２２の
膜厚は１０Å以上で８０Å以下であることが好ましい。
この範囲内であれば、Ｃｒ組成比が３５ａｔ％以上で６
０ａｔ％以下のいずれの組成比としても、上記膜厚内で
あれば結晶構造を面心立方構造のみで構成しやすくな
る。また前記シードレイヤ２２の膜厚は１０Å以上で６
０Å以下であることがより好ましい。この範囲内であれ
ば、Ｃｒ組成比が３５ａｔ％以上で６０ａｔ％以下のい
ずれの組成比としても、上記膜厚内であれば結晶構造を
面心立方構造のみで確実に構成することができる。

【０１０４】しかもシードレイヤ２２の膜厚を８０Å以
下、最も好ましくは６０Å以下にすると、シードレイヤ
２２へのセンス電流の分流ロスを低減させることができ
る。

【０１０５】また図１に示す実施形態のように、前記シ
ードレイヤ２２の下にＴａなどで形成された下地層６を
敷くことで、前記シードレイヤ２２の結晶構造を面心立
方構造のみで構成しやすくできる。

【０１０６】また前記シードレイヤ２２の結晶構造を面
心立方構造のみで構成するには、前記シードレイヤ２２
をスパッタ成膜する際のスパッタ成膜条件の調整も重要
である。すなわち、シードレイヤ２２の組成比や膜厚の
みを上記の範囲内に調整するだけでは結晶構造を適切に
面心立方構造にはできず、スパッタ条件を適切に調整す
ることで、結晶構造を面心立方構造のみで構成すること
が可能になるのである。

【０１０７】例えば本発明では、前記シードレイヤ２２
のスパッタ成膜時における基板の温度を２０〜１００℃
とし、また基板とターゲット間の距離を４０〜８０ｍｍ
とし、またスパッタ成膜時に導入されるＡｒガスの圧力
を０．５〜３ｍＴｏｒｒ（０．０６７〜０．４Ｐａ）と
することが好ましい。これにより前記シードレイヤ２２
の結晶構造をより適切に面心立方構造にできる。

【０１０８】前記基板温度が高くなればなるほど、Ｃｒ
組成比の高いシードレイヤ２２には、面心立方構造のほ
かに体心立方構造が混在しやすくなる。このため上記の
ように基板温度を低温にしてスパッタ成膜を行う。また
Ａｒガス圧は高いほど、Ｃｒ組成比の高いシードレイヤ
２２には面心立方構造のほかに体心立方構造が混在しや
すくなる。このため上記のようにＡｒガス圧を低圧にし
てスパッタ成膜を行う。

【０１０９】以上説明した本発明では、前記シードレイ
ヤ２２のＣｒの組成比を３５ａｔ％以上で６０ａｔ％以
下に大きくすることができると共に、前記シードレイヤ
２２の結晶構造を面心立方構造に適切に保つことができ
るから、前記シードレイヤ２２上に積層される各層の膜
面と平行方向の結晶配向を良好に｛１１１｝配向させる
ことができると共に、前記膜面と平行方向の結晶粒の平
均結晶粒径を大きくすることができる。

【０１１０】これによりスピンバルブ型薄膜素子の抵抗
値の増加及び各層間の拡散が生じないようにでき、耐エ
レクトロマイグレーションの向上を図ることができ通電
信頼性を向上させることが可能である。

【０１１１】また本発明では抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を
向上させることができ、また導電率の変化量（ΔＧ）を
大きくできる。またサーマルノイズの低減を図ることが
可能である。

【０１１２】さらに本発明では前記スピンバルブ型薄膜
素子を構成するフリー磁性層１の軟磁気特性を向上させ
ることができる。具体的には前記フリー磁性層１の膜面
内において磁化が回転する際の結晶磁気異方性エネルギ
ーＫを低減させることができ、前記膜面内の結晶磁気異
方性エネルギーＫと比例関係にある保磁力Ｈｃを小さく
でき、したがって外部磁界に対する前記フリー磁性層１
の磁化回転を良好にすることができ感度の良いスピンバ
ルブ型薄膜素子を製造できる。

【０１１３】上記した効果を有する本発明におけるスピ
ンバルブ型薄膜素子では、今後の高記録密度化におい
て、前記スピンバルブ型薄膜素子に流れるセンス電流密
度が大きくなっても前記高記録密度化に十分に対応可能
なスピンバルブ型薄膜素子を製造することが可能であ
る。

【０１１４】次に本発明における前記シードレイヤ２２
の好ましいＣｒの組成比範囲及び膜厚について説明す
る。

【０１１５】本発明では、前記シードレイヤ２２の前記
Ｃｒの組成比は、４０ａｔ％以上で６０ａｔ％以下であ
り、前記シードレイヤの膜厚は、１０Å以上で１７０Å
以下であることが好ましい。ただし膜厚は前記Ｃｒの組
成比が大きくなるほど薄くして、結晶構造に体心立方構
造（ｂｃｃ構造）が混在しないように調整する必要性が
ある。

【０１１６】これにより前記シードレイヤ２２の濡れ性
をより向上させることができるとともに結晶構造を面心
立方構造で構成することができ、抵抗変化率（ΔＲ/
Ｒ）のさらなる向上、導電率の変化量（ΔＧ）のさらな
る向上、固定磁性層３、非磁性中間層２及びフリー磁性
層１の面内方向の平均結晶粒径のさらなる巨大化、さら
には耐熱温度のさらなる向上を図ることが可能であるこ
とが後述の実験によりわかった。

【０１１７】また本発明では、前記シードレイヤ２２の
前記Ｃｒの組成比は、４５ａｔ％以上で６０ａｔ％以下
であり、前記シードレイヤの膜厚は、１０Å以上で１３
０Å以下であることがより好ましい。ただし膜厚は前記
Ｃｒの組成比が大きくなるほど薄くして、結晶構造に体
心立方構造（ｂｃｃ構造）が混在しないように調整する
必要性がある。

【０１１８】これにより前記シードレイヤ２２の濡れ性
をさらに向上させることができるとともに結晶構造を面
心立方構造で構成することができ、抵抗変化率（ΔＲ/
Ｒ）のさらなる向上、導電率の変化量（ΔＧ）のさらな
る向上、固定磁性層３、非磁性中間層２及びフリー磁性
層１の面内方向の平均結晶粒径のさらなる巨大化、さら
には耐熱温度のさらなる向上を図ることが可能であるこ
とが後述の実験によりわかった。

【０１１９】また本発明では、前記シードレイヤ２２の
前記Ｃｒの組成比は、４０ａｔ％以上で５０ａｔ％以下
であり、前記シードレイヤの膜厚は、１０Å以上で１７
０Å以下であることがより好ましい。ただし膜厚は前記
Ｃｒの組成比が大きくなるほど薄くして、結晶構造に体
心立方構造（ｂｃｃ構造）が混在しないように調整する
必要性がある。抵抗変化率などは後述する実験により、
Ｃｒ組成比が約４５ａｔ％前後のときに最大になると考
えられる。従って、Ｃｒ組成比を４０ａｔ％以上で５０
ａｔ％以下にすることで、抵抗変化率（ΔＲ/Ｒ）のさ
らなる向上、導電率の変化量（ΔＧ）のさらなる向上、
固定磁性層３、非磁性中間層２及びフリー磁性層１の面
内方向の平均結晶粒径のさらなる巨大化、さらには耐熱
温度のさらなる向上を図ることが可能である。

【０１２０】次に本発明では、前記Ｃｒの組成比は、４
５ａｔ％以上で５５ａｔ％以下であり、前記シードレイ
ヤの膜厚は、１０Å以上で１３０Å以下であることがよ
り好ましい。これにより、抵抗変化率（ΔＲ/Ｒ）のさ
らなる向上、導電率の変化量（ΔＧ）のさらなる向上、
固定磁性層３、非磁性中間層２及びフリー磁性層１の面
内方向の平均結晶粒径のさらなる巨大化、さらには耐熱
温度のさらなる向上を図ることができることが後述する
実験によってわかった。

【０１２１】また、上記した好ましいＣｒ組成比のそれ
ぞれの場合において、前記シードレイヤ２２の膜厚は１
０Å以上で８０Å以下の範囲内であることが好ましい。

【０１２２】膜厚が８０Åのときは、Ｃｒ組成比が５５
ａｔ％以下であれば、確実に前記シードレイヤ２２の結
晶構造を面心立方構造のみで構成できる膜厚である。

【０１２３】従って、Ｃｒ組成比が４０ａｔ％以上で５
０ａｔ％以下のとき、あるいは４５ａｔ％以下で５５ａ
ｔ％以下のとき、どの組成比を選択しても膜厚が１０Å
以上で８０Å以下であれば、確実に結晶構造を面心立方
構造のみで構成することが可能なのである。

【０１２４】また、Ｃｒ組成比が４０ａｔ％以上で６０
ａｔ％以下のとき、あるいは４５ａｔ％以上で６０ａｔ
％のときも、前記シードレイヤ２２の膜厚を１０Å以上
で８０Å以下にすることで、より適切に結晶構造を面心
立方構造のみで構成することが可能になる。

【０１２５】さらには本発明では、上記した好ましいＣ
ｒ組成比のいずれの場合も、前記シードレイヤ２２の膜
厚は、１０Å以上で６０Å以下であることが好ましい。

【０１２６】膜厚が６０Åのときは、Ｃｒ組成比が６０
ａｔ％以下であれば、確実に前記シードレイヤ２２の結
晶構造を面心立方構造のみで構成できる膜厚である。

【０１２７】従って本発明では、Ｃｒ組成比は最大でも
６０ａｔ％であるから、本発明におけるいずれの値のＣ
ｒ組成比を選択しても、膜厚が１０Å以上で６０Å以下
であれば、確実に結晶構造を面心立方構造のみで構成す
ることが可能である。

【０１２８】しかも、膜厚を８０Å以下、あるいは最も
好ましくは６０Å以下にすることで、前記シードレイヤ
２２へのセンス電流の分流ロスを適切に抑制することが
できる。これによって再生出力の向上を図ることが可能
である。

【０１２９】図２は、本発明における他のスピンバルブ
型薄膜素子の構造を示す部分断面図である。

【０１３０】図２に示すスピンバルブ型薄膜素子では、
下地層６上にトラック幅方向（図示Ｘ方向）にトラック
幅Ｔｗの間隔を開けた一対のシードレイヤ２２が形成さ
れ、前記シードレイヤ２２の上にエクスチェンジバイア
ス層１６，１６が形成されている。

【０１３１】前記一対のシードレイヤ２２及びエクスチ
ェンジバイアス層１６間は、ＳｉＯ ₂やＡｌ₂Ｏ₃等の絶
縁材料で形成された絶縁層１７によって埋められてい
る。

【０１３２】そして前記エクスチェンジバイアス層１６
及び絶縁層１７上にはフリー磁性層１が形成されてい
る。

【０１３３】前記エクスチェンジバイアス層１６はＸ−
Ｍｎ合金、あるいはＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金で形成され、前
記元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比は４５（ａｔ
％）以上６０（ａｔ％）以下であることが好ましく、よ
り好ましくは４９（ａｔ％）以上５６．５（ａｔ％）以
下である。

【０１３４】前記フリー磁性層１の両側端部では、エク
スチェンジバイアス層１６間での交換結合磁界により図
示Ｘ方向に単磁区化され、フリー磁性層１のトラック幅
Ｔｗ領域の磁化は、外部磁界に対して反応する程度に図
示Ｘ方向に適性に揃えられている。

【０１３５】図２に示すように前記フリー磁性層１の上
には非磁性中間層２が形成され、さらに前記非磁性中間
層２の上には固定磁性層３が形成されている。さらに前
記固定磁性層３の上には反強磁性層４、保護層７が形成
される。

【０１３６】この実施形態においても前記シードレイヤ
２２は、元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種
または２種以上）とＣｒを含有した非磁性材料あるいは
一部が強磁性材料で形成される。

【０１３７】また前記シードレイヤ２２の前記Ｃｒの組
成比は、３５ａｔ％以上で６０ａｔ％以下であり、前記
シードレイヤ２２の膜厚は、１０Å以上で２００Å以下
である。しかも前記シードレイヤ２２の結晶構造は、面
心立方構造（ｆｃｃ構造）となっている。

【０１３８】なお前記シードレイヤ２２の好ましいＣｒ
の組成範囲及び膜厚については図１で説明した通りであ
る。

【０１３９】このように図２におけるスピンバルブ型薄
膜素子では、従来よりもシードレイヤ２２のＣｒの組成
比を大きくすることができると共に、前記シードレイヤ
２２の結晶構造を面心立方構造に適切に保つことができ
るから、前記シードレイヤ２２上に積層される各層の膜
面と平行方向の結晶配向を良好に｛１１１｝配向させる
ことができると共に、前記膜面と平行方向の結晶粒の平
均結晶粒径を大きくすることができる。

【０１４０】これによりスピンバルブ型薄膜素子の抵抗
値の増大及び各層間の拡散を生じにくくでき、耐エレク
トロマイグレーションの向上を図ることができ通電信頼
性を向上させることが可能である。

【０１４１】また本発明では抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を
向上させることができ、また導電率の変化量（ΔＧ）を
大きくすることができる。またサーマルノイズの低減を
図ることが可能である。

【０１４２】さらに本発明では前記スピンバルブ型薄膜
素子を構成するフリー磁性層１の軟磁気特性を向上させ
ることができる。具体的には前記フリー磁性層１の膜面
内の結晶磁気異方性エネルギーＫを低減させることがで
き、前記膜面内の結晶磁気異方性エネルギーＫと比例関
係にある保磁力Ｈｃを小さくでき、したがって外部磁界
に対する前記フリー磁性層１の磁化回転を良好にするこ
とができ感度の良いスピンバルブ型薄膜素子を製造でき
る。

【０１４３】上記した効果を有する本発明におけるスピ
ンバルブ型薄膜素子では、今後の高記録密度化におい
て、前記スピンバルブ型薄膜素子に流れるセンス電流密
度が大きくなっても前記高記録密度化に十分に対応可能
なスピンバルブ型薄膜素子を製造することが可能であ
る。

【０１４４】図３は本発明におけるデュアルスピンバル
ブ型薄膜素子の構造を示す部分断面図である。

【０１４５】図３に示すように、下から下地層６、シー
ドレイヤ２２、反強磁性層４、固定磁性層３、非磁性中
間層２、およびフリー磁性層１が連続して積層されてい
る。前記フリー磁性層１は３層膜で形成され、例えばＣ
ｏ膜１０，１０とＮｉＦｅ合金膜９で構成される。さら
に前記フリー磁性層１の上には、非磁性中間層２、固定
磁性層３、反強磁性層４、および保護層７が連続して積
層されている。

【０１４６】また、下地層６から保護層７までの多層膜
の両側にはハードバイアス層５，５、電極層８，８が積
層されている。なお、各層は図１で説明した材質と同じ
材質で形成されている。

【０１４７】この実施例では、フリー磁性層１よりも図
示下側に位置する反強磁性層４の下にはシードレイヤ２
２が形成されている。さらに前記反強磁性層４を構成す
る元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比は、４５（ａｔ
％）以上６０（ａｔ％）以上で形成されることが好まし
く、より好ましくは４９（ａｔ％）以上５６．５（ａｔ
％）以下である。

【０１４８】この実施形態においても前記シードレイヤ
２２は、元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種
または２種以上）とＣｒを含有した非磁性材料あるいは
一部が強磁性材料で形成される。

【０１４９】また前記シードレイヤ２２の前記Ｃｒの組
成比は、３５ａｔ％以上で６０ａｔ％以下であり、前記
シードレイヤ２２の膜厚は、１０Å以上で２００Å以下
である。しかも前記シードレイヤ２２の結晶構造は、面
心立方構造となっている。

【０１５０】なお前記シードレイヤ２２の好ましいＣｒ
の組成範囲及び膜厚については図１で説明した通りであ
る。

【０１５１】このように図３におけるスピンバルブ型薄
膜素子では、従来よりもシードレイヤ２２のＣｒの組成
比を大きくすることができると共に、前記シードレイヤ
２２の結晶構造を面心立方構造に適切に保つことができ
るから、前記シードレイヤ２２上に積層される各層の膜
面と平行方向の結晶配向を良好に｛１１１｝配向させる
ことができると共に、前記膜面と平行方向の結晶粒の平
均結晶粒径を大きくすることができる。

【０１５２】これによりスピンバルブ型薄膜素子の抵抗
値の増大及び各層間の拡散を生じにくくでき、耐エレク
トロマイグレーションの向上を図ることができ通電信頼
性を向上させることが可能である。

【０１５３】また本発明では抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を
向上させることができ、また導電率の変化量（ΔＧ）を
大きくできる。またサーマルノイズの低減を図ることが
可能である。

【０１５４】さらに本発明では前記スピンバルブ型薄膜
素子を構成するフリー磁性層１の軟磁気特性を向上させ
ることができる。具体的には膜面内の磁化が回転する場
合の磁気異方性エネルギーＫを低減させることができ、
前記膜面内の結晶磁気異方性エネルギーＫと比例関係に
ある保磁力Ｈｃを小さくでき、したがって外部磁界に対
する前記フリー磁性層１の磁化回転を良好にすることが
でき感度の良いスピンバルブ型薄膜素子を製造できる。

【０１５５】上記した効果を有する本発明におけるスピ
ンバルブ型薄膜素子では、今後の高記録密度化におい
て、前記スピンバルブ型薄膜素子に流れるセンス電流密
度が大きくなっても前記高記録密度化に十分に対応可能
なスピンバルブ型薄膜素子を製造することが可能であ
る。

【０１５６】図４は本発明における異方性磁気抵抗効果
型素子（ＡＭＲ素子）を記録媒体との対向面と平行な方
向から切断した部分断面図である。

【０１５７】図４では、下地層６上にトラック幅方向
（図示Ｘ方向）にトラック幅Ｔｗの間隔を開けて一対の
シードレイヤ２２が形成されている。前記シードレイヤ
２２上にはエクスチェンジバイアス層２１，２１が形成
され、前記一対のシードレイヤ２２及びエクスチェンジ
バイアス層２１，２１間がＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃等の絶縁
材料で形成された絶縁層２６によって埋められている。

【０１５８】そして前記エクスチェンジバイアス層２
１，２１及び前記絶縁層２６上に、磁気抵抗層（ＭＲ
層）２０、非磁性層（ＳＨＵＮＴ層）１９、及び軟磁性
層（ＳＡＬ層）１８が積層される。

【０１５９】上記した図４に示すＡＭＲ型薄膜素子で
は、前記エクスチェンジバイアス層２１，２１と磁気抵
抗層２０との界面で発生する交換結合磁界により、図４
に示す磁気抵抗層２０のＥ領域が、図示Ｘ方向に単磁区
化される。そしてこれに誘発されて前記磁気抵抗層２０
のＤ領域の磁化が図示Ｘ方向に揃えられる。また、検出
電流が磁気抵抗層２０を流れる際に発生する電流磁界
が、軟磁性層１８にＹ方向に印加され、軟磁性層１８が
もたらす静磁結合エネルギーにより、磁気抵抗層２０の
Ｄ領域に横バイアス磁界がＹ方向に与えられる。Ｘ方向
に単磁区化された磁気抵抗層２０のＤ領域にこの横バイ
アス層が与えられることにより、磁気抵抗層２０のＤ領
域の磁界変化に対する抵抗変化（磁気抵抗効果特性：Ｈ
―Ｒ効果特性）が直線性を有する状態に設定される。

【０１６０】記録媒体の移動方向はＺ方向であり、図示
Ｙ方向に漏れ磁界が与えられると、磁気抵抗層２０のＤ
領域の抵抗値が変化し、これが電圧変化として検出され
る。

【０１６１】この実施形態においても前記シードレイヤ
２２は、元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種
または２種以上）とＣｒを含有した非磁性材料あるいは
一部が強磁性材料で形成される。

【０１６２】また前記シードレイヤ２２の前記Ｃｒの組
成比は、３５ａｔ％以上で６０ａｔ％以下であり、前記
シードレイヤ２２の膜厚は、１０Å以上で２００Å以下
である。しかも前記シードレイヤ２２の結晶構造は、面
心立方構造となっている。

【０１６３】なお前記シードレイヤ２２の好ましいＣｒ
の組成範囲及び膜厚については図１で説明した通りであ
る。

【０１６４】このように図４におけるＡＭＲ型薄膜素子
では、従来よりもシードレイヤ２２のＣｒの組成比を大
きくすることができると共に、前記シードレイヤ２２の
結晶構造を面心立方構造に適切に保つことができるか
ら、前記シードレイヤ２２上に積層される各層の膜面と
平行方向の結晶配向を良好に｛１１１｝配向させること
ができると共に、前記膜面と平行方向の結晶粒径を大き
くすることができる。

【０１６５】これによりＡＭＲ型薄膜素子の抵抗値の増
大及び各層間の拡散を生じにくくでき、耐エレクトロマ
イグレーションの向上を図ることができ通電信頼性を向
上させることが可能である。

【０１６６】また本発明では抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を
向上させることができ、また導電率の変化量（ΔＧ）を
大きくできる。またサーマルノイズの低減を図ることが
可能である。

【０１６７】さらに本発明では前記ＡＭＲ型薄膜素子を
構成する磁気抵抗層２０の軟磁気特性を向上させること
ができる。具体的には前記磁気抵抗層２０の膜面内で磁
化が回転する際の結晶磁気異方性エネルギーＫを低減さ
せることができ、前記膜面内の結晶磁気異方性エネルギ
ーＫと比例関係にある保磁力Ｈｃを小さくでき、したが
って外部磁界に対する前記磁気抵抗層２０の磁化回転を
良好にすることができ感度の良いスピンバルブ型薄膜素
子を製造できる。

【０１６８】上記した効果を有する本発明におけるＡＭ
Ｒ型薄膜素子では、今後の高記録密度化において、前記
ＡＭＲ型薄膜素子に流れるセンス電流密度が大きくなっ
ても前記高記録密度化に十分に対応可能なＡＭＲ型薄膜
素子を製造することが可能である。

【０１６９】次に図１ないし図４に示す磁気検出素子で
は、いずれも下地層６が形成されているが、前記下地層
６が形成されていなくてもよい。ただし下地層６が形成
されない場合、その上に形成されるシードレイヤ２２は
ある程度、厚い膜厚で形成されないと結晶構造を適切に
面心立方構造にしつつ[１１１]配向を向上できないと考
えられる。

【０１７０】前記シードレイヤ２２の下限の膜厚は１０
Åであるが、前記下地層６が形成されない場合、前記膜
厚は２０Å以上であることが好ましく、より好ましくは
４５Å以上である。これにより前記下地層６が無くても
前記下層の結晶構造を面心立方構造にしつつ良好な[１
１１]配向を得ることができる。

【０１７１】ただし下地層６を設ける方が前記シードレ
イヤ２２の結晶構造をより確実に面心立方構造にでき
[１１１]面の優先配向度も良好にすることができて好ま
しい。前記下地層６は例えば３０Å程度の膜厚で形成さ
れる。前記下地層６を設けることでシードレイヤ２２の
膜面と平行な方向の結晶配向を、よりいっそう適切に
｛１１１｝配向させることができる。

【０１７２】また本発明では図１ないし図４に示す磁気
検出素子において、前記磁気検出素子を膜厚方向に平行
に切断したときに現れる反強磁性層４（図２及び図４で
はエクスチェンジバイアス層１６、２１）の結晶粒界と
前記固定磁性層３（図２ではフリー磁性層１、図４では
磁気抵抗層２０）の結晶粒界が前記反強磁性層４と固定
磁性層３との界面の少なくとも一部で不連続な状態にな
っていることが好ましい。

【０１７３】また図１ないし図４に示す磁気検出素子に
おいて、前記磁気検出素子を膜厚方向に平行に切断した
ときに現れる反強磁性層４（図２及び図４ではエクスチ
ェンジバイアス層１６、２１）の結晶粒界と前記シード
レイヤ２２の結晶粒界が前記反強磁性層４とシードレイ
ヤ２２との界面の少なくとも一部で不連続な状態になっ
ていることが好ましい。

【０１７４】また図１ないし図４に示す磁気検出素子に
おいて、前記反強磁性層４（図２及び図４ではエクスチ
ェンジバイアス層１６、２１）と固定磁性層３（図２で
はフリー磁性層１、図４では磁気抵抗層２０）の界面と
平行な結晶面は、互いに、代表的に｛１１１｝面として
表される等価な結晶面が優先配向し、前記結晶面内に存
在する、同じ等価な結晶軸の少なくとも一部が、前記反
強磁性層及び固定磁性層とで互いに異なる方向を向いて
いることが好ましい。

【０１７５】また図１ないし図４に示す磁気検出素子に
おいて、前記反強磁性層４（図２及び図４ではエクスチ
ェンジバイアス層１６、２１）とシードレイヤ２２の界
面と平行な結晶面は、互いに代表的に｛１１１｝面とし
て表される等価な結晶面が優先配向し、前記結晶面内に
存在する、同じ等価な結晶軸の少なくとも一部が、前記
反強磁性層及びシードレイヤとで互いに異なる方向を向
いていることが好ましい。

【０１７６】上記のような関係にある場合、反強磁性層
４と固定磁性層３との界面、および反強磁性層４とシー
ドレイヤ２２との界面では、いわゆる非整合状態が保た
れ、前記反強磁性層４は熱処理によって不規則格子から
規則格子に適切な規則変態がなされており、大きな交換
結合磁界を得ることが可能である。

【０１７７】上記した関係を得るには、シードレイヤ２
２表面の濡れ性が高いこと及び結晶構造が面心立方構造
に保たれることのほかに、反強磁性層４の組成比や前記
シードレイヤ２２の上に形成される各層の成膜条件を適
切に調整することが必要である。

【０１７８】既に説明したように前記反強磁性層４を構
成する元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比は４５（ａ
ｔ％）以上６０（ａｔ％）以下であることが好ましい。

【０１７９】また成膜条件としては、例えばスパッタ成
膜の際に使用されるＡｒガスの圧力を３ｍＴｏｒｒとす
る。また反強磁性層４と固定磁性層３間に交換結合磁界
を発生させるための熱処理温度を２００℃以上で３００
℃以下とし、熱処理時間を２時間以上で１０^-6Ｔｏｒｒ
以下の真空中で磁場中熱処理をする。また前記基板とタ
ーゲット間の距離を８０ｍｍとする。

【０１８０】上記の反強磁性層４の組成比及び成膜条件
などにより、前記反強磁性層４と固定磁性層３との界
面、反強磁性層４とシードレイヤ２２との界面を適切に
非整合状態にでき、１．５８×１０⁴（Ａ／ｍ）以上の
高い交換結合磁界を得ることが可能である。

【０１８１】図７は、図１から図４に示す磁気検出素子
が形成された読み取りヘッドの構造を記録媒体との対向
面側から見た断面図である。

【０１８２】符号４０は、例えばＮｉＦｅ合金などで形
成された下部シールド層であり、この下部シールド層４
０の上に下部ギャップ層４１が形成されている。また下
部ギャップ層４１の上には、図１ないし図４に示す磁気
検出素子４２が形成されており、さらに前記磁気検出素
子４２の上には、上部ギャップ層４３が形成され、前記
上部ギャップ層４３の上には、ＮｉＦｅ合金などで形成
された上部シールド層４４が形成されている。

【０１８３】前記下部ギャップ層４１及び上部ギャップ
層４３は、例えばＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ ₃（アルミナ）など
の絶縁材料によって形成されている。図７に示すよう
に、下部ギャップ層４１から上部ギャップ層４３までの
長さがギャップ長Ｇｌであり、このギャップ長Ｇｌが小
さいほど高記録密度化に対応できるものとなっている。

【０１８４】本発明では前記反強磁性層４の膜厚を小さ
くしてもなお大きな交換結合磁界を発生させることがで
きる。前記反強磁性層４の膜厚は、例えば７０Å以上で
形成され、３００Å程度の膜厚であった従来に比べて前
記反強磁性層４の膜厚を十分に小さくできる。よって狭
ギャップ化により高記録密度化に対応可能な薄膜磁気ヘ
ッドを製造することが可能になっている。

【０１８５】なお前記上部シールド層４４の上には書き
込み用のインダクティブヘッドが形成されていてもよ
い。

【０１８６】なお本発明における磁気検出素子は、ハー
ドディスク装置内に内臓される磁気ヘッド以外にも磁気
センサなどに利用可能である。

【０１８７】次に本発明における磁気検出素子の製造方
法について以下に説明する。図８を参照しながら説明す
る。

【０１８８】まず基板２５上に前記下地層６を形成す
る。なお前記下地層６は、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔ
ｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１種以上の元素で形成さ
れていることが好ましい。下地層６の形成により、その
上に形成されるシードレイヤ２２の結晶構造を面心立方
構造にしやすくできるとともにシードレイヤ２２の[１
１１]面の優先配向度を高めることができる。

【０１８９】次に前記下地層６上にシードレイヤ２２を
スパッタ成膜する。スパッタ成膜のときには、ＮｉＦｅ
ＣｒまたはＮｉＣｒで形成されたターゲットを用意す
る。

【０１９０】なお前記ＮｉＦｅＣｒまたはＮｉＣｒで形
成されたターゲットにおけるＣｒ組成比をターゲット組
成と膜組成のずれを見越して、概略３５ａｔ％以上で６
０ａｔ％以下の範囲内とする。

【０１９１】あるいはＮｉＦｅＣｒまたはＮｉＣｒの各
構成元素（ＮｉＦｅＣｒの場合は２種の構成元素からな
るターゲットでもよい）で形成されたターゲットを用意
する。具体的な一例を挙げると、前記シードレイヤ２２
をＮｉＦｅＣｒで形成する場合、ＮｉＦｅで形成された
ターゲットとＣｒで形成されたターゲットの２種類を用
意する。

【０１９２】そして前記ターゲットを用いて前記下地層
６上にシードレイヤ２２をスパッタ成膜する。

【０１９３】このとき、前記シードレイヤ２２のスパッ
タ成膜時における基板２５の温度を２０〜１００℃と
し、また基板２５とターゲット間の距離を４０〜８０ｍ
ｍとし、またスパッタ成膜時に導入されるＡｒガスの圧
力を０．５〜３ｍＴｏｒｒ（０．０６７〜０．４Ｐａ）
とすることが好ましい。これにより前記シードレイヤ２
２の結晶構造を適切に面心立方構造にできる。

【０１９４】またＮｉＦｅで形成されたターゲットとＣ
ｒで形成されたターゲットの２種類のターゲットでＮｉ
ＦｅＣｒをスパッタ成膜する場合のようにシードレイヤ
２２を構成する構成元素がばらばらにされた複数のター
ゲットから前記シードレイヤ２２をスパッタ成膜する場
合には、前記複数のターゲットの供給電力を調整して、
前記シードレイヤ２２のＣｒ組成比が３５ａｔ％以上で
６０ａｔ％以下となるようにする。

【０１９５】なお本発明では、スパッタ成膜される前記
シードレイヤ２２の膜厚を１０Å以上で２００Å以下の
範囲内で形成する。ただし後でグラフで示すように、前
記シードレイヤ２２を構成するＣｒ組成比が大きいほど
前記シードレイヤ２２の膜厚を薄く形成する必要性があ
る。前記シードレイヤ２２の結晶構造に面心立方構造の
みならず体心立方構造が混在するからである。

【０１９６】なお本発明では、前記シードレイヤ２２の
前記Ｃｒの組成比を、４０ａｔ％以上で６０ａｔ％以下
とし、前記シードレイヤ２２の結晶構造に面心立方構造
のほかに体心立方構造が混在しないように、前記シード
レイヤの膜厚を、１０Å以上で１７０Å以下の範囲内で
調整することが好ましい。

【０１９７】あるいは本発明では、前記シードレイヤ２
２の前記Ｃｒの組成比を、４５ａｔ％以上で６０ａｔ％
以下とし、前記シードレイヤ２２の結晶構造に面心立方
構造のほかに体心立方構造が混在しないように、前記シ
ードレイヤの膜厚を、１０Å以上で１３０Å以下の範囲
内で調整することが好ましい。

【０１９８】さらには本発明では、前記シードレイヤ２
２の前記Ｃｒの組成比を、４０ａｔ％以上で５０ａｔ％
以下とし、前記シードレイヤ２２の結晶構造に面心立方
構造のほかに体心立方構造が混在しないように、前記シ
ードレイヤの膜厚を、１０Å以上で１７０Å以下の範囲
内で調整することが好ましい。

【０１９９】あるいは本発明では、前記シードレイヤ２
２の前記Ｃｒの組成比を、４５ａｔ％以上で５５ａｔ％
以下とし、前記シードレイヤ２２の結晶構造に面心立方
構造のほかに体心立方構造が混在しないように、前記シ
ードレイヤの膜厚を１０Å以上で１３０Å以下とするこ
とが好ましい。

【０２００】なお本発明では、上記したＣｒ組成のいず
れの場合においても、前記シードレイヤ２２の膜厚を８
０Å以下とすることがより好ましく、最も好ましくは前
記膜厚を６０Å以下にすることである。これによって前
記シードレイヤ２２の結晶構造を面心立方構造のみで確
実に構成することができ、またセンス電流の分流ロスを
より適切に低減させることができる。

【０２０１】また本発明では、前記シードレイヤ２２の
組成式は（Ｎｉ_100-XＦｅ_X）−Ｃｒで示され、原子比率
Ｘを、０≦Ｘ≦０．７とすることが好ましい。より好ま
しくは、前記原子比率Ｘを、０≦Ｘ≦０．５とすること
である。さらに好ましくは、前記原子比率Ｘを、０≦Ｘ
≦０．３とすることである。Ｆｅ量が多くなりすぎる
と、前記シードレイヤ２２が体心立方構造となりやすい
ため、上記の組成比を有することが好ましい。その他に
上記組成であると反強磁性層４の結晶配向性を高め、結
晶粒径、導電率の変化量、抵抗変化率の増大を期待する
ことができる。なお最も好ましいのは原子比率Ｘが０．
２である。

【０２０２】次に前記シードレイヤ２２の上に反強磁性
層４をスパッタ成膜する。本発明では、前記反強磁性層
４を、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，
Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）と
Ｍｎとを含有する反強磁性材料でスパッタ成膜すること
が好ましい。

【０２０３】また本発明では前記反強磁性層４を、Ｘ−
Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋ
ｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，
Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇ
ａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓ
ｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元
素のうち１種または２種以上の元素である）でスパッタ
成膜してもよい。

【０２０４】また本発明では、前記元素Ｘあるいは元素
Ｘ＋Ｘ′の組成比を、４５（ａｔ％）以上６０（ａｔ
％）以下とすることが好ましい。

【０２０５】さらに前記反強磁性層４の上に固定磁性層
３、非磁性中間層２、フリー磁性層１、バックド層１５
及び保護層７を成膜する。

【０２０６】本発明では上記したように、前記シードレ
イヤ２２はＣｒの組成比が３５ａｔ％以上に高いため濡
れ性が良好で、しかも面心立方構造であるため前記反強
磁性層４の膜面と平行方向の結晶配向を良好に[１１１]
配向させることができる。また前記反強磁性層４が[１
１１]配向することで、その上に成膜される各層の膜面
と平行方向の結晶配向を良好に[１１１]配向させること
ができる。

【０２０７】次に熱処理を施す。反強磁性層４は上記し
たＸ−Ｍｎ合金やＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金で形成されること
が好ましいが、これら反強磁性材料を使用する場合に
は、熱処理をしないと前記固定磁性層３との界面で交換
結合磁界を発生しない。したがって本発明では熱処理を
施すことで前記反強磁性層４と固定磁性層３との界面で
交換結合磁界を発生させることができる。またこのとき
図示Ｙ方向に磁場をかけることで前記固定磁性層３の磁
化を図示Ｙ方向に向け固定することができる。

【０２０８】また前記熱処理によって、シードレイヤ２
２上には、前記シードレイヤ２２上に形成された各層を
貫くほどの結晶粒が成長し（ただし、このとき反強磁性
層４と固定磁性層１３の界面は貫いていない）、特に本
発明では前記結晶粒の膜面と平行方向における結晶粒径
の大きさを１００Å以上に大きくすることができる。

【０２０９】以上説明した本発明における磁気検出素子
の製造方法では、前記シードレイヤ２２のＣｒ組成比と
膜厚とを適切に調整することで、従来よりもシードレイ
ヤ２２のＣｒの組成比を大きくすることができると共
に、前記シードレイヤ２２の結晶構造を面心立方構造に
適切に保つことができるから、前記シードレイヤ２２上
に積層される各層の膜面と平行方向の結晶配向を良好に
｛１１１｝配向させることができると共に、前記膜面と
平行方向の結晶粒の平均結晶粒径を大きくすることがで
きる。

【０２１０】これによりスピンバルブ型薄膜素子の抵抗
値の増加及び各層間の拡散が生じないようにでき、耐エ
レクトロマイグレーションの向上を図ることができ通電
信頼性を向上させることが可能である。

【０２１１】また本発明では抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を
向上させることができ、また導電率の変化量（ΔＧ）を
大きくできる。またサーマルノイズの低減を図ることが
可能である。

【０２１２】さらに本発明では前記スピンバルブ型薄膜
素子を構成するフリー磁性層１の軟磁気特性を向上させ
ることができる。具体的には前記フリー磁性層１の膜面
内の磁化が回転する場合の結晶磁気異方性エネルギーＫ
を低減させることができ、前記膜面内の結晶磁気異方性
エネルギーＫと比例関係にある保磁力Ｈｃを小さくで
き、したがって外部磁界に対する前記フリー磁性層１の
磁化回転を良好にすることができ感度の良いスピンバル
ブ型薄膜素子を製造できる。

【０２１３】上記した効果を有する本発明におけるスピ
ンバルブ型薄膜素子では、今後の高記録密度化におい
て、前記スピンバルブ型薄膜素子に流れるセンス電流密
度が大きくなっても前記高記録密度化に十分に対応可能
なスピンバルブ型薄膜素子を製造することが可能であ
る。

【０２１４】なお前記シードレイヤ２２の製造方法は図
２ないし図４のいずれの磁気検出素子においても同様で
ある。

【０２１５】

【実施例】本発明では、基板上にＮｉＦｅＣｒ膜（シー
ドレイヤ）をスパッタ成膜し、前記ＮｉＦｅＣｒ膜の膜
厚及び前記ＮｉＦｅＣｒに含まれるＣｒ組成比と、前記
ＮｉＦｅＣｒの結晶構造との関係について調べた。

【０２１６】なお、ＮｉＦｅＣｒに含まれるＮｉとＦｅ
の原子比率は８：２となるように組成を調整した。

【０２１７】また前記ＮｉＦｅＣｒ膜をスパッタする際
の基板温度を、３０℃、基板とターゲット間の距離を６
０ｍｍ、Ａｒガス圧を１ｍＴｏｒｒ（０．１３Ｐａ）と
した。

【０２１８】その実験結果は図１０に示されている。図
１０に示す○印は面心立方構造（ｆｃｃ構造）単相を示
し、×印は面心立方構造（ｆｃｃ構造）と体心立方構造
（ｂｃｃ構造）との混相を示している。

【０２１９】図１０に示すように、前記Ｃｒの組成比を
大きくして、前記ＮｉＦｅＣｒ膜の濡れ性を向上させる
とともに、前記ＮｉＦｅＣｒ膜の結晶構造を面心立方構
造のみで構成するには、前記ＮｉＦｅＣｒ膜の膜厚を薄
くしなければならないことがわかる。

【０２２０】図１０では、前記ＮｉＦｅＣｒ膜の結晶構
造が面心立方構造のみの単相で構成できる前記ＮｉＦｅ
Ｃｒ膜の膜厚及びＣｒ組成比と、結晶構造が面心立方構
造と体心立方構造の混相で構成される前記ＮｉＦｅＣｒ
膜の膜厚及びＣｒ組成比との間に境界線を引いた。そし
てこの境界線を基にして、従来よりも濡れ性を向上で
き、しかも結晶構造を面心立方構造のみで構成できる前
記ＮｉＦｅＣｒ膜の膜厚とＣｒ組成比とを導き出した。

【０２２１】従来では、ＮｉＦｅＣｒ膜のＣｒ組成比を
約３５ａｔ％以下に設定していた。これは図９で説明し
たように、ＮｉＦｅＣｒがバルクであってＮｉとＦｅの
原子比率が８：２のとき、Ｃｒ組成比を３５ａｔ％以下
にすることで、結晶構造を面心立方構造（ｆｃｃ構造）
のみで構成できるからである。

【０２２２】しかし本発明では、今回の実験で、前記Ｃ
ｒ組成比を３５ａｔ％以上にしても、前記ＮｉＦｅＣｒ
膜の膜厚を適切に調整すれば、前記ＮｉＦｅＣｒ膜の結
晶構造を面心立方構造のみで構成できることがわかった
のである。

【０２２３】本発明では、前記ＮｉＦｅＣｒ膜のＣｒ組
成比を３５ａｔ％以上で６０ａｔ％以下の範囲とした。
Ｃｒ組成比の上限を６０ａｔ％としたのは、これ以上Ｃ
ｒが多くなると、前記ＮｉＦｅＣｒ膜の膜厚をかなり薄
くしても結晶構造を面心立方構造のみで保つことが困難
になると共に、Ｃｒ組成比が６０ａｔ％以上にすると膜
厚はかなり薄くなって、前記ＮｉＦｅＣｒ膜の結晶配向
が[１１１]面配向になりづらく、適切にシードレイヤと
しての機能を発揮させることができないと考えられるか
らである。

【０２２４】図１０に示すように、Ｃｒ組成比を３５ａ
ｔ％以上で６０ａｔ％以下としたとき、前記ＮｉＦｅＣ
ｒ膜の膜厚を２００Å以下の範囲で適切に調整すれば、
前記ＮｉＦｅＣｒ膜の結晶構造を面心立方構造のみで構
成できることがわかる。

【０２２５】なお前記ＮｉＦｅＣｒ膜の膜厚の下限値を
１０Åとした。１０Åとしたのは、これよりも膜厚が薄
くなると結晶構造を面心立方構造のみで保つことはでき
るものの、前記ＮｉＦｅＣｒ膜の結晶配向が[１１１]面
配向になりづらく、前記ＮｉＦｅＣｒ膜のシードレイヤ
上に形成される各層の結晶配向を[１１１]面に配向させ
るという、前記シードレイヤの機能を十分に発揮させる
ことができないからである。

【０２２６】一方、前記ＮｉＦｅＣｒ膜の膜厚が厚い
と、前記ＮｉＦｅＣｒ膜がシードレイヤとして使用され
たとき、前記シードレイヤに分流する分流ロスが大きく
なるので前記ＮｉＦｅＣｒ膜の膜厚はできるだけ薄いこ
とが好ましい。本発明では、前記ＮｉＦｅＣｒ膜の膜厚
の好ましい範囲を１０Å以上で８０Å以下にした。

【０２２７】これにより、前記分流ロスを低減できると
共に、上記膜厚の範囲内であれば結晶構造を面心立方構
造に適切に調整しやすくなる。

【０２２８】また本発明では、前記ＮｉＦｅＣｒ膜の膜
厚を６０Å以下にすることで、Ｃｒ組成比を３５ａｔ％
以上で６０ａｔ％以下のいずれの組成比としても、膜厚
が１０Å以上で６０Å以下の範囲内であれば、結晶構造
を面心立方構造に確実に調整することができる。また前
記ＮｉＦｅＣｒ膜の膜厚を６０Å以下にすることで、さ
らに分流ロスを低減させることが可能である。

【０２２９】次に、本発明では、ＮｉＦｅＣｒで形成さ
れたシードレイヤを用い、以下の膜構成を有する磁気検
出素子（シングルスピンバルブ型薄膜素子）を製造し
た。

【０２３０】膜構成は、下からＳｉ基板／Ａｌ₂Ｏ₃（１
０００Å）／下地膜Ｔａ／シードレイヤ／反強磁性層：
ＰｔＭｎ（１７０Å）／固定磁性層［Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀（１
７Å）／Ｒｕ（９Å）／Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀（２２Å）］／非
磁性中間層Ｃｕ（２１Å）／フリー磁性層［Ｃｏ₉₀Ｆｅ
₁₀（１０Å）／Ｎｉ₈₀Ｆｅ₂₀（１４Å）］／バックド
層：Ｃｕ（１０Å）／Ｔａ（１５Å）とした。なお括弧
書きの数値はそれぞれの層の膜厚を示している。

【０２３１】なお上記膜構成を用いて、前記シードレイ
ヤ（ＮｉＦｅＣｒ）のＣｒ組成比が異なり、また膜厚が
異なる複数の磁気検出素子を６つ製造した。なおＮｉＦ
ｅＣｒのＮｉとＦｅの原子比率は全てのサンプルにおい
て８：２に設定した。またＮｉＦｅのシードレイヤを有
する上記膜構成と同じ磁気検出素子を１つ製造した。各
サンプルの下地膜（Ｔａ）／シードレイヤの構成は以下
の表１で示されている。

【０２３２】

【表１】

【０２３３】表１に示すように、サンプルＮｏ．１で
は、３０Åの膜厚を有するＴａ膜の上に３０Åの膜厚を
有するＮｉＦｅ膜が形成されている。サンプルＮｏ．２
〜６では、３０Åの膜厚を有するＴａ膜の上に、膜厚や
Ｃｒ組成比の異なるＮｉＦｅＣｒ膜が形成されている。
サンプルＮｏ．７及び８では、Ｔａ下地膜が形成され
ず、Ａｌ₂Ｏ₃膜の上に直接、膜厚やＣｒ組成比が異なる
ＮｉＦｅＣｒ膜が形成されている。なお表１には、以下
で実験する抵抗変化率などの値についても記載されてい
る。

【０２３４】そしてサンプルＮｏ．１〜６のそれぞれの
磁気検出素子を用い、シードレイヤのＣｒ組成比と抵抗
変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係について求めた。その実験
結果が図１１に示されている。

【０２３５】図１１に示すように、シードレイヤのＣｒ
組成比が大きくなるほど、抵抗変化率が大きくなること
がわかる。このようにＣｒ組成比を大きくすることで抵
抗変化率が向上するのは、Ｃｒ組成比を大きくすること
で前記シードレイヤの濡れ性を向上させることができ、
前記シードレイヤ上に形成される各層の膜面と平行な方
向における結晶配向を[１１１]面に適切に優先配向させ
ることができるためであると考えられる。また前記抵抗
変化率は、Ｃｒ組成比が約４５ａｔ％前後でピークを迎
え、前記Ｃｒ組成比がそれよりも大きくなっていくと、
前記抵抗変化率は減少するかあるいはほとんど向上する
ことはないものと考えられる。それはＣｒ組成比を上げ
ていくと、図１０に示す膜厚に基いて膜厚を薄くしてい
けば結晶構造を面心立方構造のみで構成することはでき
るが、膜厚が薄くなることで前記シードレイヤの[１１
１]面配向は不十分となり、前記シードレイヤ上に形成
される各層の結晶配向を良好に[１１１]面配向させるこ
とができないと考えられるからである。

【０２３６】次に本発明では、上記のサンプルを用いて
シードレイヤのＣｒ組成比と導電率の変化量（ΔＧ）と
の関係について求めた。その実験結果は図１２に示され
ている。

【０２３７】図１２に示すように、シードレイヤのＣｒ
組成比が大きくなっていくことで、導電率の変化量（Δ
Ｇ）は大きくなっていくことがわかる。ただし抵抗変化
率と同じように、前記導電率の変化量は、Ｃｒ組成比が
約４５ａｔ％前後でピークを迎え、前記Ｃｒ組成比がそ
れよりも大きくなっていくと、前記導電率の変化量は減
少するかあるいはほとんど変化しないものと考えられ
る。その理由は上記抵抗変化率のところで説明したのと
同様である。

【０２３８】次に、上記のサンプルを用いてシードレイ
ヤのＣｒ組成比と固定磁性層／非磁性中間層／フリー磁
性層の膜面方向の平均結晶粒径（Å）との関係について
求めた。その実験結果は図１３に示されている。

【０２３９】図１３に示すように、シードレイヤのＣｒ
組成比が大きくなるほど前記平均結晶粒径は大きくなる
が、前記シードレイヤのＣｒ組成比が約４５ａｔ％より
も大きくなると前記平均結晶粒径は小さくなっていくか
あるいはほとんど変化しないものと考えられる。その理
由は上記抵抗変化率のところで説明したのと同様であ
る。

【０２４０】次に本発明におけるシードレイヤのＣｒ組
成比を図１１ないし図１３の各実験結果に当てはめてみ
る。すなわち本発明では前記シードレイヤのＣｒ組成比
を３５ａｔ％以上で６０ａｔ％以下に設定したが、これ
により抵抗変化率を約１１％以上、導電率の変化量を約
６（ｍＳ）以上、平均結晶粒径を約１７５Å以上にでき
ることがわかる。

【０２４１】次に本発明では、前記シードレイヤのＣｒ
組成比の好ましい範囲について説明する。

【０２４２】前記シードレイヤのＣｒ組成比を４０ａｔ
％以上で６０ａｔ％以下にすると、抵抗変化率、導電率
の変化量、および平均結晶粒径をより大きくすることが
可能である。なお前記Ｃｒ組成比を４０ａｔ％以上で６
０ａｔ％以下に設定するとき、前記シードレイヤの膜厚
を１０Å以上で１７０Å以下の範囲内で調整しなけれ
ば、結晶構造を面心立方構造にできないことが図１０よ
りわかる。なお前記シードレイヤの膜厚を８０Å以下に
することで、膜厚が１０Å以上で８０Å以下の範囲内で
あれば、結晶構造を面心立方構造のみで構成しやすくで
きる。またセンス電流の分流ロスを低減できる。

【０２４３】また前記シードレイヤの膜厚を６０Å以下
にすることで、上記Ｃｒ組成比のいずれの組成比を選択
しても、膜厚が１０Å以上で６０Å以下の範囲内であれ
ば、結晶構造を面心立方構造のみで確実に構成すること
ができる。またセンス電流の分流ロスをさらに低減でき
る。

【０２４４】次に本発明では、前記シードレイヤのＣｒ
組成比を４５ａｔ％以上で６０ａｔ％以下にすると、さ
らに抵抗変化率、導電率の変化量及び平均結晶粒径を大
きくすることが可能である。なお前記Ｃｒ組成比を４５
ａｔ％以上で６０ａｔ％以下に設定するとき、前記シー
ドレイヤの膜厚を１０Å以上で１３０Å以下の範囲内で
調整しなければ、結晶構造を面心立方構造にできないこ
とが図１０よりわかる。なお前記シードレイヤの膜厚を
８０Å以下にすることで、結晶構造を面心立方構造のみ
で構成しやすくできる。またセンス電流の分流ロスを低
減できる。

【０２４５】また前記シードレイヤの膜厚を６０Å以下
にすることで、上記Ｃｒ組成比のいずれの組成比を選択
しても、膜厚が１０Å以上で６０Å以下の範囲内であれ
ば、結晶構造を面心立方構造のみで確実に構成すること
ができる。またセンス電流の分流ロスをさらに低減でき
る。

【０２４６】また本発明では、前記シードレイヤのＣｒ
組成比を４０ａｔ％以上で５０ａｔ％以下にすることが
より好ましい。これにより抵抗変化率を約１３％にで
き、導電率の変化量を７（ｍＳ）程度にでき、また平均
結晶粒径を２００Å以上にすることができる。なお前記
Ｃｒ組成比を４０ａｔ％以上で５０ａｔ％以下に設定す
るとき、前記シードレイヤの膜厚を１０Å以上で１７０
Å以下の範囲内で調整しなければ、結晶構造を面心立方
構造にできないことが図１０よりわかる。

【０２４７】なおかかる組成比の場合、シードレイヤの
膜厚１１０Å以下にすることで、上記Ｃｒ組成比のいず
れの組成比を選択しても、膜厚が１０Å以上で１１０Å
以下の範囲内であれば、結晶構造を面心立方構造のみで
確実に構成できる。

【０２４８】また前記シードレイヤの膜厚を８０Å以
下、あるいは最も好ましくは６０Åにすることで、上記
Ｃｒ組成比のいずれの組成比を選択しても、膜厚が１０
Å以上で８０Å以下、あるいは６０Å以下の範囲内であ
れば、結晶構造を面心立方構造のみで確実に構成するこ
とができる。またこのように膜厚が薄くなることで電流
の分流ロスを低減させることが可能である。

【０２４９】あるいは本発明では、前記シードレイヤの
Ｃｒ組成比を４５ａｔ％以上で５５ａｔ％以下に設定し
てもよい。これにより抵抗変化率を約１３％にでき、導
電率の変化量を７（ｍＳ）程度にでき、また平均結晶粒
径を約２００Å以上にすることができる。なお前記Ｃｒ
組成比を４５ａｔ％以上で５５ａｔ％以下に設定すると
き、前記シードレイヤの膜厚を１０Å以上で１３０Å以
下の範囲内で調整しなければ、結晶構造を面心立方構造
にできないことが図１０よりわかる。

【０２５０】なおかかる組成比の場合、シードレイヤの
膜厚８０Å以下にすることで、上記Ｃｒ組成比のいずれ
の組成比を選択しても、膜厚が１０Å以上で８０Å以下
の範囲内であれば、結晶構造を面心立方構造のみで確実
に構成できる。

【０２５１】また前記シードレイヤの膜厚を最も好まし
くは６０Åにすることで、上記Ｃｒ組成比のいずれの組
成比を選択しても、膜厚が１０Å以上で６０Å以下の範
囲内であれば、結晶構造を面心立方構造のみで確実に構
成することができる。またこのように膜厚が薄くなるこ
とで電流の分流ロスを低減させることが可能である。

【０２５２】次に、表１に示すサンプルＮｏ．３，４、
７を用い、アニール温度と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との
関係について調べた。その実験結果は表２に示されてい
る。

【０２５３】

【表２】

【０２５４】実験では、アニールは反強磁性層（ＰｔＭ
ｎ）と接する固定磁性層（ＣｏＦｅ）の磁化と同一方向
に７９０ｋ（Ａ／ｍ）の磁化を印加しつつ、表２に示さ
れたアニール温度、すなわち２９０℃、３３０℃、３５
０℃、３７０℃及び４００℃の熱処理を施し、各温度で
１時間保持した。

【０２５５】なお表２に示される抵抗変化率の値はアニ
ール温度が２９０℃のときの抵抗変化率を１としたと
き、各アニール温度での抵抗変化率の比率が記載されて
いる。

【０２５６】この表を基にしてグラフを作成した。それ
が図１４である。図１４に示すように、アニール温度が
上昇することで抵抗変化率は低下しやすくなる。このよ
うな抵抗変化率の低下は、各層の層間で拡散が生じるこ
とによるものであると考えられる。このような熱処理に
よって生じる各層間での拡散を抑制するには、各層の結
晶配向が膜面と平行な方向に[１１１]面配向されている
ことが必要であると考えられる。

【０２５７】ここでサンプルＮｏ．３は、アニール温度
が３４０℃程度以上になると、急激に抵抗変化率が低下
することがわかる。これは前記サンプルＮｏ．３におけ
るシードレイヤのＣｒ組成比は２３.１ａｔ％に低いか
らである（表２を参照）。

【０２５８】このようにＣｒ組成比が低いことで、前記
シードレイヤ表面の濡れ性は低下し、前記シードレイヤ
上に形成される各層の結晶配向を膜面と平行な方向に優
先的に[１１１]面配向させる効果が十分でなくなり、そ
の結果、高温でのアニールによって各層での拡散が生じ
たものと考えられる。

【０２５９】次に図１５は、サンプルＮｏ．３とＮｏ．
７の磁気検出素子を用い、周囲の温度と固定磁性層にお
ける一方向性交換バイアス磁界との関係について調べた
実験結果である。ここで一方向性交換バイアス磁界Ｈｅ
ｘ^*とは、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の最大値の半分の値
になる時の外部磁界の大きさを前記交換バイアス磁界
（Ｈｅｘ^*）と定める。一方向性交換バイアス磁界に
は、前記固定磁性層と反強磁性層間で発生する交換結合
磁界のほか、前記固定磁性層は人工フェリ構造であるた
め、前記固定磁性層を構成するＣｏＦｅ間で発生するＲ
ＫＫＹ相互交換作用における結合磁界などを含む磁界の
大きさである。この一方向性交換バイアス磁界が大きい
ほど前記固定磁性層を所定の方向に適切にピン止めする
ことが可能になる。

【０２６０】図１５に示すように、サンプルＮｏ．７の
磁気検出素子はサンプルＮｏ．３の磁気検出素子に比べ
て常に一方向性交換バイアス磁界は大きくなっている。
従ってＣｒ組成比が３９．４ａ％のシードレイヤを有す
るサンプルＮｏ．７の方が、Ｃｒ組成比が２３．１ａｔ
％のシードレイヤを有するサンプルＮｏ．３に比べて耐
熱性に優れ、固定磁性層のピン止めを熱的に安定した状
態にすることができる。

【０２６１】ただしサンプルＮｏ．７もＮｏ．３と共に
周囲の温度が上昇することで、前記一方向性交換バイア
ス磁界は小さくなっていくことがわかる。

【０２６２】次に図１６では、室温（２５℃）のときの
一方向性交換バイアス磁界を１とし、周囲の温度を上昇
させたとき、前記室温時の一方向性交換バイアス磁界に
対しての各周囲の温度時における一方向性交換バイアス
磁界の比率について求めた。

【０２６３】図１６に示すように、サンプルＮｏ．３と
Ｎｏ．７のＨｅｘ^*／Ｈｅｘ^*（室温）は、特に周囲の温
度３００℃程度まではほぼ同じ挙動を示す。

【０２６４】しかし周囲の温度が約３２０℃を越える
と、Ｈｅｘ^*／Ｈｅｘ^*（室温）はサンプルＮｏ．６の方
がサンプルＮｏ．３よりも高くなる。すなわちサンプル
Ｎｏ．７の方が周囲の温度が高温になっても、一方向性
交換バイアス磁界の急激な減少を防止でき、耐熱性に優
れ、固定磁性層のピン止めを熱的に安定させることがで
きる。

【０２６５】このようにＣｒ組成比の大きいサンプルＮ
ｏ．７の方が、Ｃｒ組成比の小さいサンプルＮｏ．３よ
りも一方向性交換バイアス磁界の熱的安定性を保つこと
ができるのは、Ｃｒ組成比が大きいことでシードレイヤ
表面の濡れ性を向上させることができ、前記シードレイ
ヤ上に形成される各層の膜面と平行な方向における結晶
粒径を大きくでき、反強磁性層の結晶磁気異方性Ｋ_AFを
大きくできた結果、ブロッキング温度を高くできるから
であると考えられる。

【０２６６】図１７は、シードレイヤのＣｒ組成比と耐
熱温度との関係を示した実験結果である。ここで耐熱温
度とは、２９０℃でのアニール時における抵抗変化率を
１としたとき、前記抵抗変化率が０．９５にまで劣化し
たときのアニール温度のことを指している。実験は表１
に示すサンプルＮｏ．１〜６を用いて行った。

【０２６７】図１７に示すようにシードレイヤのＣｒ組
成比が大きくなればなるほど、耐熱温度を向上させるこ
とができることがわかる（但し、５０ａｔ％以上で若干
低下）。本発明ではシードレイヤのＣｒ組成比を３５ａ
ｔ％以上で６０ａｔ％以下に設定しているが、この組成
範囲であると耐熱温度を３５０℃以上にすることができ
ることがわかる。このように本発明におけるＣｒ組成比
とすれば、従来よりも耐熱温度の向上を図ることがで
き、通電信頼性の向上を図ることができる。なお前記シ
ードレイヤの膜厚については、図１０に基いて、結晶構
造が面心立方構造のみで構成できる膜厚内で調整される
必要がある。

【０２６８】なお図１７に示すように、Ｃｒ組成比をよ
り好ましい組成範囲である４０ａｔ％以上で５０ａｔ％
以下にすれば耐熱温度を３６０℃程度まで向上させるこ
とができることがわかる。

【０２６９】次に、Ｔａ下地層が形成されていないサン
プルＮｏ．７及び８について説明する。

【０２７０】表１に示すように、サンプルＮｏ．７はサ
ンプルＮｏ．４と同じシードレイヤのＣｒ組成を有して
いる。ただし前記シードレイヤの膜厚は前記サンプルＮ
ｏ．７の方がサンプルＮｏ．４に比べて１０Å厚く形成
されている。

【０２７１】表１に示すように、抵抗変化率、導電率の
変化量、平均結晶粒径、耐熱温度は、サンプルＮｏ．７
とサンプルＮｏ．４とでは、大きな違いは見られない
が、若干、Ｔａ下地層が無いサンプルＮｏ．７の方がサ
ンプルＮｏ．４よりもよい結果が得られている。

【０２７２】また表１に示すように、サンプルＮｏ．８
はサンプルＮｏ．５と同じシードレイヤのＣｒ組成を有
している。ただし前記シードレイヤの膜厚は前記サンプ
ルＮｏ．８の方がサンプルＮｏ．５に比べて１０Å厚く
形成されている。

【０２７３】表１に示すように、抵抗変化率、導電率の
変化量、平均結晶粒径、耐熱温度は、サンプルＮｏ．８
とサンプルＮｏ．５とでは、大きな違いは見られない
が、若干、Ｔａ下地層が無いサンプルＮｏ．８の方がサ
ンプルＮｏ．５よりもよい結果が得られている。

【０２７４】Ｔａ下地層は、その上に形成されるシード
レイヤの[１１１]面配向性を良好にするには設けた方が
好ましいが、サンプルＮｏ．７及び８のようにＴａ下地
層が無くても抵抗変化率などの諸特性においてよい結果
が得られたのは、シードレイヤの膜厚をＴａ下地層があ
る場合よりも厚く形成し、シードレイヤ表面での下地の
影響を小さくしたからである。またＴａ下地層のセンス
電流の分流ロスが低減された効果もある。

【０２７５】このため特にＴａ下地層を設けない場合に
は、図１０に基きシードレイヤの結晶配向が面心立方構
造となる範囲内において、前記シードレイヤの膜厚を厚
く形成することが好ましいと思われる。

【０２７６】またシードレイヤの結晶構造は、Ｃｒ組成
比と膜厚のみを決定すれば決まるものではない。特にス
パッタ条件が重要である。すなわちＣｒ組成比と膜厚が
図１０に示す面心立方構造の範囲内にあるからといっ
て、必ずしも前記結晶配向が面心立方構造になるとは限
らないのである。

【０２７７】既に説明したように、前記シードレイヤの
スパッタ成膜時における基板の温度を２０〜１００℃と
し、また基板とターゲット間の距離を４０〜８０ｍｍと
し、またスパッタ成膜時に導入されるＡｒガスの圧力を
０．５〜３ｍＴｏｒｒ（０．０６７〜０．４Ｐａ）とす
ることが好ましい。

【０２７８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明における交換
結合膜では、シードレイヤのＣｒ組成比を大きくして濡
れ性を向上させることができると共に、前記シードレイ
ヤのＣｒ組成比に合わせて膜厚を薄くすることで、結晶
構造を面心立方構造にすることができる。従って前記シ
ードレイヤ上に積層される各層の膜面と平行方向の結晶
配向を良好に｛１１１｝配向させることができると共
に、前記膜面と平行方向の結晶粒径を大きくすることが
できる。

【０２７９】本発明では上記の交換結合膜を磁気検出素
子に適用でき、上記交換結合膜を有する磁気検出素子で
は、耐エレクトロマイグレーションの向上を図ることが
でき通電信頼性を向上させることが可能である。

【０２８０】また本発明では抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を
向上させることができ、また導電率の変化量（ΔＧ）を
大きくできる。またサーマルノイズの低減を図ることが
可能である。

【０２８１】さらに本発明ではフリー磁性層や磁気抵抗
層の軟磁気特性を向上させることができる。

【０２８２】前記交換結合膜を有する磁気検出素子であ
ると、今後の高記録密度化に適切に対応することが可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の磁気検出素子（シング
ルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体
との対向面側から見た断面図、

【図２】本発明の第２実施形態の磁気検出素子（シング
ルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体
との対向面側から見た断面図、

【図３】本発明の第３実施形態の磁気検出素子（デュア
ルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体
との対向面側から見た断面図、

【図４】本発明の第４実施形態の磁気検出素子（ＡＭＲ
型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側か
ら見た断面図、

【図５】シードレイヤの濡れ性が悪い場合の前記シード
レイヤ上にスパッタされる反強磁性層の原子状態を示す
模式図、

【図６】シードレイヤの濡れ性が良い場合の前記シード
レイヤ上にスパッタされる反強磁性層の原子状態を示す
模式図、

【図７】磁気検出素子を有する薄膜磁気ヘッドの部分断
面図、

【図８】本発明における磁気検出素子の製造方法を説明
するための一工程図、

【図９】バルクのＮｉＦｅＣｒの組成比と結晶構造との
関係を示すための三元図、

【図１０】シードレイヤの膜厚及びＣｒ組成比と、結晶
構造との関係を示すグラフ、

【図１１】シードレイヤのＣｒ組成比と抵抗変化率（Δ
Ｒ／Ｒ）との関係を示すグラフ、

【図１２】シードレイヤのＣｒ組成比と導電率の変化量
（ΔＧ）との関係を示すグラフ、

【図１３】シードレイヤのＣｒ組成比と固定磁性層／非
磁性中間層／フリー磁性層の膜面内方向の平均結晶粒径
との関係を示すグラフ、

【図１４】シードレイヤのＣｒ組成比が異なる３種類の
サンプルを用いた実験結果であって、アニール温度と２
９０℃アニール後の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）で規格化し
た抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、

【図１５】シードレイヤのＣｒ組成比が異なる２種類の
サンプルを用いた実験結果であって、周囲の温度と一方
向性交換バイアス磁界との関係を示すグラフ、

【図１６】図１５で用いた２種類のサンプルを用いた実
験結果であって、周囲の温度とＨｅｘ^*／Ｈｅｘ^*（室
温）との関係を示すグラフ、

【図１７】シードレイヤのＣｒ組成比と耐熱温度との関
係を示すグラフ、

【図１８】従来における磁気検出素子を記録媒体との対
向面側から見た部分断面図、

【符号の説明】

１フリー磁性層２非磁性中間層３固定磁性層（強磁性層）４反強磁性層５ハードバイアス層６下地層７保護層８電極層１５バックド層２２シードレイヤ２５基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下から非磁性材料あるいは一部が強磁性
材料で形成されたシードレイヤ、反強磁性層、強磁性層
の順に積層され、前記反強磁性層と強磁性層との界面で
交換結合磁界が発生することで、前記強磁性層の磁化方
向が一定方向にされる交換結合膜において、前記シードレイヤは元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちい
ずれか１種または２種以上）とＣｒを含有し、前記Ｃｒの組成比は、３５ａｔ％以上で６０ａｔ％以下
であり、前記シードレイヤの膜厚は、１０Å以上で２０
０Å以下であり、前記シードレイヤの結晶構造は面心立方構造であること
を特徴とする交換結合膜。
【請求項２】前記Ｃｒの組成比は、４０ａｔ％以上で
６０ａｔ％以下であり、前記シードレイヤの膜厚は、１
０Å以上で１７０Å以下である請求項１記載の交換結合
膜。
【請求項３】前記Ｃｒの組成比は、４５ａｔ％以上で
６０ａｔ％以下であり、前記シードレイヤの膜厚は、１
０Å以上で１３０Å以下である請求項１記載の交換結合
膜。
【請求項４】前記Ｃｒの組成比は、４０ａｔ％以上で
５０ａｔ％以下であり、前記シードレイヤの膜厚は、１
０Å以上で１７０Å以下である請求項１記載の交換結合
膜。
【請求項５】前記Ｃｒの組成比は、４５ａｔ％以上で
５５ａｔ％以下であり、前記シードレイヤの膜厚は、１
０Å以上で１３０Å以下である請求項１記載の交換結合
膜。
【請求項６】前記シードレイヤの膜厚は、８０Å以下
である請求項１ないし５のいずれかに記載の交換結合
膜。
【請求項７】前記シードレイヤの膜厚は、６０Å以下
である請求項１ないし５のいずれかに記載の交換結合
膜。
【請求項８】前記シードレイヤはＮｉＦｅＣｒ合金あ
るいはＮｉＣｒ合金で形成される請求項１ないし７のい
ずれかに記載の交換結合膜。
【請求項９】前記シードレイヤの組成式は（Ｎｉ
_100-XＦｅ_X）−Ｃｒで示され、原子比率Ｘは、０≦Ｘ≦
０．７である請求項８記載の交換結合膜。
【請求項１０】前記原子比率Ｘは、０≦Ｘ≦０．５で
ある請求項９記載の交換結合膜。
【請求項１１】前記原子比率Ｘは、０≦Ｘ≦０．３で
ある請求項９記載の交換結合膜。
【請求項１２】前記シードレイヤの下には、Ｔａ，Ｈ
ｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１種
以上の元素で形成された下地層が形成されている請求項
１ないし１１のいずれかに記載の交換結合膜。
【請求項１３】前記シードレイヤはスパッタ成膜され
る請求項１ないし１２のいずれかに記載の交換結合膜。
【請求項１４】前記シードレイヤ上の各層に形成され
た結晶粒の膜面と平行な方向における平均結晶粒径は、
１００Å以上である請求項１ないし１３のいずれかに記
載の交換結合膜。
【請求項１５】前記平均結晶粒径は、１５０Å以上で
ある請求項１４記載の交換結合膜。
【請求項１６】前記平均結晶粒径は、１７０Å以上で
ある請求項１４記載の交換結合膜。
【請求項１７】前記交換結合膜を膜厚方向と平行に切
断したときに切断面に現われる前記反強磁性層に形成さ
れた結晶粒界と、強磁性層に形成された結晶粒界とが、
前記反強磁性層と強磁性層との界面の少なくとも一部で
不連続である請求項１ないし１６のいずれかに記載の交
換結合膜。
【請求項１８】前記交換結合膜を膜厚方向と平行に切
断したときに切断面に現われる前記反強磁性層に形成さ
れた結晶粒界と、シードレイヤに形成された結晶粒界と
が、前記反強磁性層とシードレイヤとの界面の少なくと
も一部で不連続である請求項１ないし１７のいずれかに
記載の交換結合膜。
【請求項１９】前記反強磁性層と強磁性層の界面と平
行な結晶面は、互いに、代表的に｛１１１｝面として表
される等価な結晶面が優先配向し、前記結晶面内に存在
する、同じ等価な結晶軸の少なくとも一部が、前記反強
磁性層及び強磁性層とで互いに異なる方向を向いている
請求項１ないし１８のいずれかに記載の交換結合膜。
【請求項２０】前記反強磁性層とシードレイヤの界面
と平行な結晶面は、互いに代表的に｛１１１｝面として
表される等価な結晶面が優先配向し、前記結晶面内に存
在する、同じ等価な結晶軸の少なくとも一部が、前記反
強磁性層及びシードレイヤとで互いに異なる方向を向い
ている請求項１ないし１９のいずれかに記載の交換結合
膜。
【請求項２１】前記反強磁性層は、元素Ｘ（ただしＸ
は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種ま
たは２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁
性材料で形成される請求項１ないし２０のいずれかに記
載の交換結合膜。
【請求項２２】前記反強磁性層は、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合
金（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂ
ｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃ
ｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚ
ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種
または２種以上の元素である）で形成されている請求項
１ないし２０のいずれかに記載の交換結合膜。
【請求項２３】前記Ｘ―Ｍｎ―Ｘ′合金は、元素Ｘと
Ｍｎとで構成される空間格子の隙間に元素Ｘ′が侵入し
た侵入型固溶体であり、あるいは、元素ＸとＭｎとで構
成される結晶格子の格子点の一部が、元素Ｘ′に置換さ
れた置換型固溶体である請求項２２記載の交換結合膜。
【請求項２４】前記元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組
成比は、４５（ａｔ％）以上６０（ａｔ％）以下である
請求項２１ないし２３のいずれかに記載の交換結合膜。
【請求項２５】下からシードレイヤ、反強磁性層、固
定磁性層、非磁性中間層、およびフリー磁性層の順に積
層され、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁
化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、前記シードレイヤ、反強磁性層及び固定磁性層が請求項
１ないし２４のいずれかに記載された交換結合膜により
形成されていることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項２６】下から、シードレイヤ、反強磁性のエ
クスチェンジバイアス層、フリー磁性層、非磁性中間
層、固定磁性層、および反強磁性層の順に積層され、前
記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と交叉す
る方向に揃えられた磁気検出素子において、前記シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及びフリ
ー磁性層が請求項１ないし２４のいずれかに記載された
交換結合膜により形成されていることを特徴とする磁気
検出素子。
【請求項２７】フリー磁性層の上下に積層された非磁
性中間層と、一方の前記非磁性中間層の上および他方の
非磁性中間層の下に位置する固定磁性層と、一方の前記
固定磁性層の上および他方の固定磁性層の下に位置する
反強磁性層とを有し、前記フリー磁性層よりも下側に形
成された反強磁性層の下側にはシードレイヤが形成さ
れ、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と
交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、前記シードレイヤ、その上に接合された反強磁性層及び
固定磁性層が請求項１ないし２４のいずれかに記載され
た交換結合膜により形成されていることを特徴とする磁
気検出素子。
【請求項２８】下から、シードレイヤ、反強磁性のエ
クスチェンジバイアス層、磁気抵抗層、非磁性層、およ
び軟磁性層の順で積層された磁気検出素子において、前記シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及び磁気
抵抗層が請求項１ないし２４のいずれかに記載された交
換結合膜により形成されていることを特徴とする磁気検
出素子。