JPH09148651A - Magnetoresistive effect element and magnetic conversion element - Google Patents
Magnetoresistive effect element and magnetic conversion elementInfo
- Publication number
- JPH09148651A JPH09148651A JP8267738A JP26773896A JPH09148651A JP H09148651 A JPH09148651 A JP H09148651A JP 8267738 A JP8267738 A JP 8267738A JP 26773896 A JP26773896 A JP 26773896A JP H09148651 A JPH09148651 A JP H09148651A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- magnetic
- element according
- magnetoresistive effect
- conversion element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 519
- 230000000694 effects Effects 0.000 title claims abstract description 182
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 70
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 139
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 85
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 80
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 80
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims abstract description 62
- 230000005290 antiferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 34
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 13
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical group [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 134
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 69
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 59
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 57
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 56
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 56
- 229910052595 hematite Inorganic materials 0.000 claims description 53
- 239000011019 hematite Substances 0.000 claims description 53
- LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N iron(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Fe+3].[Fe+3] LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 53
- 230000005303 antiferromagnetism Effects 0.000 claims description 39
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 38
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 33
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 32
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 32
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 30
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 23
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 claims description 20
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 19
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 19
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 15
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 15
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 15
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 238000001659 ion-beam spectroscopy Methods 0.000 claims description 14
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 11
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 6
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 528
- 239000010408 film Substances 0.000 description 225
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 29
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 28
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 20
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 16
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 14
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 13
- 229910000889 permalloy Inorganic materials 0.000 description 13
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 12
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 12
- 230000005381 magnetic domain Effects 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 10
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 229910015136 FeMn Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 description 7
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002772 conduction electron Substances 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 5
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 5
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 4
- 239000002885 antiferromagnetic material Substances 0.000 description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 4
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 4
- -1 oxygen ions Chemical class 0.000 description 4
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 4
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 3
- 239000013081 microcrystal Substances 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005330 Barkhausen effect Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 2
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000001552 radio frequency sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000012552 review Methods 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 238000009751 slip forming Methods 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002971 CaTiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002546 FeCo Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003266 NiCo Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N chromium iron Chemical compound [Cr].[Fe] UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000002003 electron diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000005307 ferromagnetism Effects 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 1
- 229910000702 sendust Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 238000001988 small-angle X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002233 thin-film X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Magnetic Heads (AREA)
- Thin Magnetic Films (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気記録媒体等の
磁界強度を信号として読み取るための磁気抵抗効果素子
のうち、特に小さな磁場変化を大きな電気抵抗変化信号
として読み取ることのできる磁気抵抗効果素子および、
それを用いた磁気抵抗効果型ヘッド等の磁気変換素子に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetoresistive element for reading out a magnetic field strength of a magnetic recording medium or the like as a signal, and in particular, a magnetoresistive element capable of reading a small magnetic field change as a large electric resistance change signal. and,
The present invention relates to a magnetic transducer such as a magnetoresistive head using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、磁気センサの高感度化や磁気記録
における高密度化が進められており、これに伴い磁気抵
抗変化を用いた磁気抵抗効果型磁気センサ(以下、MR
センサという。)や、磁気抵抗効果型磁気ヘッド(以
下、MRヘッドという。)の開発が盛んに進められてい
る。MRセンサもMRヘッドも、磁性材料を用いた読み
取りセンサ部の抵抗変化により、外部磁界信号を読み出
すものであるが、MRセンサやMRヘッドでは、記録媒
体との相対速度が再生出力に依存しないことから、MR
センサでは高感度が、MRヘッドでは高密度磁気記録の
信号読み出し時においても高い出力が得られるという特
徴がある。2. Description of the Related Art In recent years, magnetic sensors have been made highly sensitive and magnetic recording has been made highly dense, and accordingly, magnetoresistive effect type magnetic sensors (hereinafter referred to as MR
It is called a sensor. ) Or a magnetoresistive effect type magnetic head (hereinafter referred to as an MR head) is being actively developed. Both the MR sensor and the MR head read the external magnetic field signal by the resistance change of the reading sensor section using a magnetic material. However, in the MR sensor and the MR head, the relative speed with the recording medium does not depend on the reproduction output. From MR
The sensor has a high sensitivity, and the MR head has a feature that a high output can be obtained even when reading a signal of high density magnetic recording.
【0003】しかし、従来用いられているNi0.8 Fe
0.2 (パーマロイ)やNiCo等の磁性体を利用したM
Rセンサでは、抵抗変化率ΔR/Rがせいぜい1〜3%
位と小さく、数GBPI(Giga Bit Per Inch)以上の超
高密度記録の読み出し用MRヘッド材料としては感度が
不足する。However, the conventionally used Ni 0.8 Fe
M using 0.2 (permalloy) or magnetic material such as NiCo
In the R sensor, the resistance change rate ΔR / R is at most 1 to 3%
However, the sensitivity is insufficient as a read MR head material for ultra-high density recording of several GBPI (Giga Bit Per Inch) or more.
【0004】ところで、金属の原子径オーダーの厚さの
薄膜が周期的に積層された構造をもつ人工格子は、バル
ク状の金属とは異なった特性を示すために、近年注目さ
れてきている。このような人工格子の1種として、基板
上に強磁性金属薄膜と非磁性金属薄膜とを交互に積層し
た磁性多層膜があり、これまで、鉄−クロム型、コバル
ト−銅型等の磁性多層膜が知られている。このうち、鉄
−クロム型(Fe/Cr)については、超低温(4.2
K)において40%を超える磁気抵抗変化を示すという
報告がある。しかし、この人工格子磁性多層膜では最大
抵抗変化の起きる外部磁場(動作磁界強度)が十数kOe
〜数十kOe と大きく、このままでは実用性がない。この
他、Co/Ag等の人工格子磁性多層膜も提案されてい
るが、これらでも動作磁場強度が大きすぎる。By the way, an artificial lattice having a structure in which thin films having a thickness on the order of atomic diameter of metal are periodically laminated has attracted attention in recent years because it exhibits characteristics different from those of bulk metal. As one type of such an artificial lattice, there is a magnetic multilayer film in which a ferromagnetic metal thin film and a non-magnetic metal thin film are alternately laminated on a substrate. Films are known. Of these, for the iron-chromium type (Fe / Cr), ultra low temperature (4.2
It is reported that K) shows a magnetoresistance change of more than 40%. However, in this artificial lattice magnetic multilayer film, the external magnetic field (operating magnetic field strength) at which the maximum resistance change occurs is more than 10 kOe.
~ Large at several tens of kOe, and it is not practical as it is. In addition, artificial lattice magnetic multilayer films of Co / Ag and the like have been proposed, but the operating magnetic field strength of these is too large.
【0005】そこで、このような事情から、スピンバル
ブという新しい構造が提案されている。これは非磁性層
を介してNiFe層が2層形成されており、一方のNi
Fe層に隣接してFeMn層が配置されている構成を持
つ。ここではFeMn層と隣接するNiFe層とが直接
交換結合力で結合しているため、このNiFe層の磁気
スピンは数10〜数100Oeの磁場強度まで、その向き
を固着される。一方のNiFe層のスピンは外部磁場に
よって自由にその向きを変えうる。その結果、NiFe
層の保磁力程度という、小さな磁場範囲で2〜5%の磁
気抵抗変化率(MR変化率)が実現される。その他、下
記の文献が発表されている。Under such circumstances, a new structure called a spin valve has been proposed. In this, two NiFe layers are formed with a non-magnetic layer in between.
The FeMn layer is arranged adjacent to the Fe layer. Here, since the FeMn layer and the adjacent NiFe layer are directly coupled by the exchange coupling force, the direction of the magnetic spin of this NiFe layer is fixed up to the magnetic field strength of several tens to several hundreds Oe. The spin of one NiFe layer can freely change its direction by an external magnetic field. As a result, NiFe
A magnetoresistance change rate (MR change rate) of 2 to 5% is realized in a small magnetic field range, which is about the coercive force of the layer. In addition, the following documents have been published.
【0006】a.フィジカル レビュー B(Physical
Review B),43(1991)1297 Si/Ta(50)/NiFe(60)/Cu(20)
/NiFe(45)/FeMn(70)/Ta(50)
[( )内は各層の膜厚(単位Å)、以下同]において
印加磁場10OeでMR変化率が5.0%まで急激に立ち
上がると述べている。A. Physical Review B (Physical
Review B), 43 (1991) 1297 Si / Ta (50) / NiFe (60) / Cu (20)
/ NiFe (45) / FeMn (70) / Ta (50)
It is stated that the MR change rate sharply rises to 5.0% with an applied magnetic field of 10 Oe in [the thickness of each layer (unit: Å) in (), the same below).
【0007】b.ジャーナル オブ マグネティズム
アンド マグネティック マテリアルズ(Journal of M
agnetism and Magnetic Materials) , 93(1991)101 Si/Ta(50)/NiFe(60)/Cu(25)
/NiFe(40)/FeMn(50)/Cu(50)
において印加磁場15OeでMR変化率が4.1%である
と述べている。B. Journal of Magnetism
And Magnetic Materials (Journal of M
agnetism and Magnetic Materials), 93 (1991) 101 Si / Ta (50) / NiFe (60) / Cu (25)
/ NiFe (40) / FeMn (50) / Cu (50)
States that the MR change rate is 4.1% with an applied magnetic field of 15 Oe.
【0008】c.ジャパニーズ ジャーナル オブ ア
プライド フィジックス(JapaneseJournal of Applied
Physics) , 32(1993)L1441 上記aの構造を多層構造としたときのMR変化率につい
て述べられている。ここでの多層構造はNiFe(6
0)/Cu(25)/NiFe(40)/FeMn(5
0)という構成を間にCuをはさんで積層したものであ
る。C. Japanese Journal of Applied Physics
Physics), 32 (1993) L1441 The MR change rate when the structure of the above a is a multilayer structure is described. The multilayer structure here is NiFe (6
0) / Cu (25) / NiFe (40) / FeMn (5
The structure of 0) is laminated with Cu in between.
【0009】d.ジャーナル オブ アプライド フィ
ジックス(Journal of Applied Physics) , 61(1987)41
70 スピンバルブではなく、交換結合の膜としてFeMn,
αFe2 O3 、TbCo等をNiFeと積層構造にした
ときの一方向性異方性の大きさやその安定性について述
べられている。D. Journal of Applied Physics, 61 (1987) 41
70 FeMn, not as a spin valve, but as an exchange coupling film
It describes the magnitude of unidirectional anisotropy and its stability when αFe 2 O 3 , TbCo, etc. are laminated with NiFe.
【0010】また、さらに下記の公報が公開されてい
る。Further, the following publications have been published.
【0011】e.特開平2−61572号公報(米国特
許4949039号公報) 非磁性中間層を介して積層された強磁性薄膜が各々の層
間で反平行配列をとることにより大きなMR効果を示す
ことが述べられている。また、強磁性層の一方に反強磁
性材料を隣接させる構造についても述べられている。E. Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-61572 (US Pat. No. 4,949,039) describes that a ferromagnetic thin film laminated via a non-magnetic intermediate layer exhibits a large MR effect by forming antiparallel arrangement between the layers. . It also describes a structure in which an antiferromagnetic material is adjacent to one of the ferromagnetic layers.
【0012】f.特開平5−347013号公報 スピンバルブ膜を用いた磁気記録再生装置について述べ
られている。特に、反強磁性膜として、酸化ニッケルを
用いた場合について開示されている。F. JP-A-5-347013 describes a magnetic recording / reproducing apparatus using a spin valve film. In particular, it discloses that nickel oxide is used as the antiferromagnetic film.
【0013】このようなスピンバルブ磁性多層膜では、
Fe/Cr,Co/Cu,Co/Ag等に比較してMR
変化率の大きさは劣るものの、数10Oe以下の印加磁場
で急激にMR曲線が変化しており、1〜10Gbit/inch2
より大きな記録密度におけるMRヘッド材料として適し
ている。しかし、これらの文献や公報等で開示されてい
る内容はスピンバルブ膜の基本的な作用を示しているに
過ぎない。In such a spin valve magnetic multilayer film,
MR compared to Fe / Cr, Co / Cu, Co / Ag, etc.
Although less magnitude of change rate abruptly MR curve in the following of the applied magnetic field number 10Oe has changed, 1~10Gbit / inch 2
It is suitable as an MR head material for higher recording density. However, the contents disclosed in these documents and gazettes only show the basic operation of the spin valve film.
【0014】ところで、現在、実際の超高密度磁気記録
におけるMRヘッド材料としてはNi0.8 Fe0.2 (パ
ーマロイ)が主に用いられている。これは異方性磁気抵
抗効果により磁気記録媒体からの信号磁場の変化を電気
抵抗の変化として変換しているものである。そのMR変
化率は1〜3%にすぎない。また、この場合、磁気抵抗
変化はゼロ磁場を中心に磁場の増減に対して対称な特性
を持つ。By the way, at present, Ni 0.8 Fe 0.2 (permalloy) is mainly used as an MR head material in actual ultra-high density magnetic recording. This is one in which a change in the signal magnetic field from the magnetic recording medium is converted into a change in electric resistance by the anisotropic magnetoresistive effect. The MR change rate is only 1 to 3%. Further, in this case, the magnetoresistance change has a characteristic symmetrical with respect to the increase and decrease of the magnetic field around the zero magnetic field.
【0015】このような特性を解決する手段として、N
iFe等では、Ti等の比抵抗の小さなシャント層を設
けて動作点をシフトさせて用いている。また、このシャ
ント層に加えてCoZrMo,NiFeRh等の比抵抗
の大きな軟磁性材料のソフトフィルムバイアス層を設け
てバイアス磁界を印加して用いている。しかし、このよ
うなバイアス層をもつ構造は、工程が複雑となり、特性
を安定させることが困難であり、コストアップを招く。
またMR曲線をシフトさせた結果生じたMR変化曲線の
なだらかなところを使うことになるので、単位磁場にお
けるMR傾きは0.05%/Oe程度と小さく、S/Nの
低下等を招き、1〜10Gbit/inch2より大きな記録密度
におけるMRヘッド材料としては不十分である。As a means for solving such a characteristic, N
With iFe or the like, a shunt layer having a small specific resistance such as Ti is provided to shift the operating point. In addition to this shunt layer, a soft film bias layer made of a soft magnetic material having a large specific resistance such as CoZrMo, NiFeRh is provided to apply a bias magnetic field. However, the structure having such a bias layer complicates the process, makes it difficult to stabilize the characteristics, and causes an increase in cost.
Further, since the gentle portion of the MR change curve generated as a result of shifting the MR curve is used, the MR slope in the unit magnetic field is as small as about 0.05% / Oe, which causes a decrease in S / N and the like. It is insufficient as an MR head material for recording densities higher than 10 Gbit / inch 2 .
【0016】さらに、MRヘッド等では複雑な積層構造
をとり、パターニング、平坦化等の工程でレジスト材料
のベーキングやキュア等の熱処理を必要とし、250〜
300℃程度の耐熱性が必要となることがある。しか
し、従来の人工格子磁性多層膜では、このような熱処理
で特性が劣化してしまう。Further, the MR head or the like has a complicated laminated structure and requires heat treatment such as baking and curing of the resist material in the steps of patterning, flattening, etc.
Heat resistance of about 300 ° C may be required. However, in the conventional artificial lattice magnetic multilayer film, the characteristics are deteriorated by such heat treatment.
【0017】また、文献等で開示されている従来のスピ
ンバルブ膜はその薄膜としての基本構造と基本特性のみ
が議論されており、超高密度磁気記録を実現するための
MRヘッド構造やそれに適した磁性多層膜構造などにつ
いては述べられていなかった。In the conventional spin valve film disclosed in the literature, etc., only the basic structure and basic characteristics of the thin film have been discussed, and an MR head structure for realizing super high density magnetic recording and a suitable structure for the MR head structure are suitable. There was no mention of the magnetic multilayer structure.
【0018】さらに、スピンバルブ膜では2つの磁性層
を一方を隣接した反強磁性層によってピンニングするこ
とで大きなMR効果を実現している。したがって反強磁
性層の役割は重要であり、その信頼性はきわめて重要で
ある。しかしながら、現在おもに用いられているFeM
nではネール温度が120〜140℃と低く、実用上十
分であるとは言えない。また、FeMnは腐食しやす
く、もしも大気中の水分によってさびてしまうと、その
結果、反強磁性としての特性が失われやすく、スピンバ
ルブ動作を示さなくなるというおそれがある。Further, in the spin valve film, a large MR effect is realized by pinning two magnetic layers with one adjacent antiferromagnetic layer. Therefore, the role of the antiferromagnetic layer is important, and its reliability is extremely important. However, FeM currently used mainly
In the case of n, the Neel temperature is as low as 120 to 140 ° C., which is not practically sufficient. Further, FeMn is easily corroded, and if it is rusted by moisture in the air, as a result, the property as antiferromagnetism is likely to be lost and spin valve operation may not be exhibited.
【0019】さらに上記の文献に示される例では、実際
にそれらの薄膜をMRヘッドとして応用した場合には、
実際の磁界検出範囲でのMR傾きが小さく、MRヘッド
として良好かつ安定な再生を行なうことができない。ま
た、さらにすぐれた超高密度磁気記録におけるMRヘッ
ド材料として、印加磁場−10〜10OeまでのMR変化
曲線も重要である。しかし、これらの文献の開示例で
は、この範囲でのMR傾きを詳細に議論したものはな
い。Further, in the examples shown in the above-mentioned documents, when those thin films are actually applied as an MR head,
The MR gradient is small in the actual magnetic field detection range, and good and stable reproduction cannot be performed as an MR head. Further, as an excellent MR head material in super high density magnetic recording, an MR change curve up to an applied magnetic field of -10 to 10 Oe is also important. However, in the disclosed examples of these documents, there is no detailed discussion of the MR slope in this range.
【0020】さらにまた、MRヘッドは、高密度記録再
生用として1MHz 以上の高周波磁界下で用いられること
が要求される。しかし、従来の各種3元系磁性多層膜の
膜厚構造では、1MHz 以上の高周波磁界における10Oe
幅での磁気抵抗変化曲線の傾き(高周波でのMR傾き)
を0.7%/Oe以上にして、高い高周波感度を得ること
が難しい。Furthermore, the MR head is required to be used under a high frequency magnetic field of 1 MHz or more for high density recording / reproducing. However, in the film thickness structure of various conventional ternary magnetic multilayer films, 10 Oe in a high frequency magnetic field of 1 MHz or more is used.
Slope of magnetoresistance change curve in width (MR slope at high frequency)
Of 0.7% / Oe or more, it is difficult to obtain high high frequency sensitivity.
【0021】[0021]
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような実
状のものに創案されたものであって、その目的は、実用
上十分な信頼性を示す反強磁性層の提供と、大きなMR
変化率を示し、印加磁場が例えば−10〜10Oe程度の
きわめて小さい範囲で直線的なMR変化の立ち上がり特
性を示し、磁場感度が高く、高周波磁界でのMR傾きが
大きく、耐熱温度の高い磁性多層膜を備えてなる磁気抵
抗効果素子、およびそれを用いた磁気抵抗効果型ヘッド
等の磁気変換素子を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention was devised in such an actual situation, and its purpose is to provide an antiferromagnetic layer exhibiting practically sufficient reliability and to provide a large MR.
A magnetic multilayer that exhibits a high rate of change, a high MR sensitivity in a high frequency magnetic field, and a high heat resistance temperature. It is an object of the present invention to provide a magnetoresistive effect element including a film, and a magnetic conversion element such as a magnetoresistive effect head using the magnetoresistive effect element.
【0022】[0022]
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明は、磁気抵抗効果素子と、導体膜と、
電極部とを含む磁気変換素子であって、前記導体膜は、
前記電極部を介して前記磁気抵抗効果素子と導通してお
り、前記磁気抵抗効果素子は、非磁性金属層と、非磁性
金属層の一方の面に形成された強磁性層と、非磁性金属
層の他方の面に形成された軟磁性層と、前記強磁性層の
磁化の向きをピン止めするために強磁性層の上(非磁性
金属層と接する面と反対側の面)に形成されたピン止め
層とを有する磁性多層膜を備えており、前記ピン止め層
はFeOX (1.35≦x≦1.55、単位は原子比)
からなるように構成される。In order to solve such a problem, the present invention provides a magnetoresistive effect element, a conductor film, and
A magnetic conversion element including an electrode portion, wherein the conductive film is
The magnetoresistive effect element is electrically connected to the magnetoresistive effect element through the electrode portion, and the magnetoresistive effect element includes a nonmagnetic metal layer, a ferromagnetic layer formed on one surface of the nonmagnetic metal layer, and a nonmagnetic metal layer. A soft magnetic layer formed on the other surface of the layer and a magnetic layer formed on the ferromagnetic layer (the surface opposite to the surface in contact with the nonmagnetic metal layer) for pinning the magnetization direction of the ferromagnetic layer. And a pinned layer, wherein the pinned layer is FeO x (1.35 ≦ x ≦ 1.55, unit is atomic ratio).
Is composed of.
【0023】本発明の好適な態様として、前記磁気抵抗
効果素子は、基板を有し、この基板側から前記ピン止め
層、前記強磁性層、前記非磁性金属層、前記軟磁性層が
順次積層されているように構成される。In a preferred aspect of the present invention, the magnetoresistive effect element has a substrate, and the pinning layer, the ferromagnetic layer, the nonmagnetic metal layer, and the soft magnetic layer are sequentially laminated from the substrate side. Is configured as.
【0024】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層の厚さは、100Å〜3000Åであるように構成さ
れる。In a preferred aspect of the present invention, the pinning layer has a thickness of 100Å to 3000Å.
【0025】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層は、反強磁性を示すαFe2 O3(ヘマタイト)であ
るように構成される。In a preferred aspect of the present invention, the pinning layer is formed of αFe 2 O 3 (hematite) exhibiting antiferromagnetism.
【0026】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層は、反強磁性を示すαFe2 O3(ヘマタイト)を、
少なくとも30体積%以上60体積%以下含むように構
成される。In a preferred embodiment of the present invention, the pinning layer contains αFe 2 O 3 (hematite) which exhibits antiferromagnetism.
It is configured to contain at least 30% by volume and 60% by volume or less.
【0027】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層は、反強磁性を示すαFe2 O3(ヘマタイト)の1
00Å以下の微結晶の集まりであるように構成される。In a preferred embodiment of the present invention, the pinning layer is made of αFe 2 O 3 (hematite) which exhibits antiferromagnetism.
It is configured to be a collection of crystallites of 00Å or less.
【0028】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層は、反強磁性を示し、そのネール温度は120℃〜4
00℃であるように構成される。In a preferred embodiment of the present invention, the pinning layer exhibits antiferromagnetism and its Neel temperature is 120 ° C.-4.
Configured to be 00 ° C.
【0029】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層は、酸化鉄のターゲットをイオンビームスパッタ法で
スパッタし、基板に対し、ArとO2 の混合ガスのアシ
ストビームを照射しながら成膜された膜であるように構
成される。In a preferred embodiment of the present invention, the pinning layer is formed by sputtering an iron oxide target by an ion beam sputtering method and irradiating the substrate with an assist beam of a mixed gas of Ar and O 2. Configured to be a membrane.
【0030】本発明の好適な態様として、前記アシスト
ビームは、加速電圧60〜150eV、イオン電流4〜
15mA、Ar:O2流量比が1:1〜9:1、Ar+
O2流量が6〜20sccmの範囲で行われるように構
成される。In a preferred aspect of the present invention, the assist beam has an acceleration voltage of 60 to 150 eV and an ion current of 4 to
15mA, Ar: O2 flow ratio 1: 1 to 9: 1, Ar +
It is configured so that the O 2 flow rate is in the range of 6 to 20 sccm.
【0031】本発明の好適な態様として、前記ピン止め
層は、酸化鉄のターゲットをArと酸素の混合ガス雰囲
気中で高周波スパッタ法でスパッタして成膜した膜であ
り、成膜時における酸素ガス流量を全ガス流量の20〜
40%の範囲に調整して成膜した膜であるように構成さ
れる。In a preferred aspect of the present invention, the pinning layer is a film formed by sputtering an iron oxide target in a mixed gas atmosphere of Ar and oxygen by a high frequency sputtering method. The gas flow rate is 20 ~ of the total gas flow rate.
The film is formed by adjusting the film thickness in the range of 40%.
【0032】本発明の好適な態様として、前記強磁性層
は、(Coz Ni1-z )w Fe1-w(ただし、重量で
0.4≦z≦1.0、0.5≦w≦1.0である)で表
される組成であり、前記軟磁性層は、(Nix Fe
1-x )y Co1-y (ただし、重量で0.7≦x≦0.
9、0.1≦y≦0.5である)で表される組成である
ように構成される。In a preferred embodiment of the present invention, the ferromagnetic layer is (Co z Ni 1-z ) w Fe 1-w (where, by weight, 0.4 ≦ z ≦ 1.0, 0.5 ≦ w). ≦ 1.0), and the soft magnetic layer is (Ni x Fe
1-x ) y Co 1-y (however, 0.7 ≦ x ≦ 0.
9, 0.1 ≦ y ≦ 0.5).
【0033】本発明の好適な態様として、前記強磁性層
は、(Coz Ni1-z )w Fe1-w(ただし、重量で
0.4≦z≦1.0、0.5≦w≦1.0である)で表
される組成であり、前記軟磁性層は、Cot Mu M’q
Br (ただし、原子で0.6≦t≦0.95、0.01
≦u≦0.2、0.01≦q≦0.1、0.05≦r≦
0.3;Mは、Fe,Niから選ばれた少なくとも1種
以上であり、M’は、Zr,Si,Mo,Nbから選ば
れた少なくとも1種以上を表す)で表される組成である
ように構成される。In a preferred embodiment of the present invention, the ferromagnetic layer is (Co z Ni 1-z ) w Fe 1-w (where, by weight, 0.4 ≦ z ≦ 1.0, 0.5 ≦ w). ≦ 1.0), and the soft magnetic layer is made of Co t M u M ′ q.
B r (provided that the number of atoms is 0.6 ≦ t ≦ 0.95, 0.01
≦ u ≦ 0.2, 0.01 ≦ q ≦ 0.1, 0.05 ≦ r ≦
0.3; M is at least one selected from Fe and Ni, and M ′ is at least one selected from Zr, Si, Mo, and Nb). Is configured as follows.
【0034】本発明の好適な態様として、前記非磁性金
属層は、Au、Ag、およびCuの中から選ばれた少な
くとも1種を含む材料から構成される。In a preferred aspect of the present invention, the nonmagnetic metal layer is composed of a material containing at least one selected from Au, Ag, and Cu.
【0035】本発明の好適な態様として、前記磁気抵抗
効果素子は、強磁性層の磁化がピン止め層によりピン止
めされることによるスピンバルブ型の磁気抵抗変化を示
すように構成される。In a preferred aspect of the present invention, the magnetoresistive effect element is configured to exhibit a spin-valve type magnetoresistive change due to the magnetization of the ferromagnetic layer being pinned by the pinning layer.
【0036】本発明の好適な態様として、前記磁気抵抗
効果素子は、1MHzでの高周波磁界における6Oe幅
での磁気抵抗変化の傾きが、0.7%/Oe以上である
ように構成される。As a preferred aspect of the present invention, the magnetoresistive effect element is configured so that the gradient of magnetoresistive change in a 6 Oe width in a high frequency magnetic field at 1 MHz is 0.7% / Oe or more.
【0037】本発明の好適な態様として、磁気変換素子
が磁気抵抗効果型ヘッドであるように構成される。In a preferred aspect of the present invention, the magnetic conversion element is a magnetoresistive head.
【0038】本発明の好適な態様として、前記磁気抵抗
効果素子の両端部は、その端部全体が電極部と接触する
状態で接合されるように構成される。In a preferred aspect of the present invention, both ends of the magnetoresistive effect element are joined so that the entire ends thereof are in contact with the electrode portions.
【0039】本発明の好適な態様として、磁気抵抗効果
素子の両端部に形成された電極部との間に、さらに、連
結用軟磁性層を有し、この連結用軟磁性層と磁気抵抗効
果素子の端部の全体が接触する状態で接続されるように
構成される。As a preferred mode of the present invention, a soft magnetic layer for connection is further provided between the electrode portions formed at both ends of the magnetoresistive effect element, and the soft magnetic layer for connection and the magnetoresistive effect are provided. The ends of the elements are configured to be connected in contact with each other.
【0040】本発明の好適な態様として、前記連結用軟
磁性層は、磁気抵抗効果素子と、この磁気抵抗効果素子
の両端部に形成された電極部との間、および前記電極部
の下面にも接触するように連続して形成されるように構
成される。As a preferred embodiment of the present invention, the soft magnetic layer for connection is provided between the magnetoresistive effect element and the electrode portions formed at both ends of the magnetoresistive effect element, and on the lower surface of the electrode portion. Are also configured to be continuously formed in contact with each other.
【0041】本発明の好適な態様として、磁気変換素子
は、バイアス磁界印加機構をもたないように構成され
る。In a preferred aspect of the present invention, the magnetic conversion element is constructed so as not to have a bias magnetic field applying mechanism.
【0042】本発明の好適な態様として、前記強磁性層
は、その成膜時に信号磁場方向と同一、かつ膜面内方向
に10〜300Oeの外部磁場を印加して形成されたも
のであり、前記軟磁性層は、その成膜時に信号磁場方向
と垂直、かつ膜面内方向に10〜300Oeの外部磁場
を印加して形成されたものであるように構成される。According to a preferred aspect of the present invention, the ferromagnetic layer is formed by applying an external magnetic field of 10 to 300 Oe in the in-plane direction of the film in the same direction as the signal magnetic field during film formation. The soft magnetic layer is formed by applying an external magnetic field of 10 to 300 Oe perpendicular to the signal magnetic field direction and in the film in-plane direction during the film formation.
【0043】本発明の好適な態様として、前記積層成膜
された磁気変換素子は、100℃〜300℃の温度で熱
処理されているように構成される。According to a preferred aspect of the present invention, the laminated magnetic conversion element is heat-treated at a temperature of 100 ° C to 300 ° C.
【0044】本発明の好適な態様として、前記磁気変換
素子は、ピン止め層を成膜したのち100℃〜300℃
の温度で熱処理されているように構成される。In a preferred embodiment of the present invention, the magnetic conversion element has a pinning layer formed thereon and then at 100 ° C. to 300 ° C.
It is configured to be heat-treated at the temperature of.
【0045】また、本発明は、非磁性金属層と、非磁性
金属層の一方の面に形成された強磁性層と、非磁性金属
層の他方の面に形成された軟磁性層と、前記強磁性層の
磁化の向きをピン止めするために強磁性層の上(非磁性
金属層と接する面と反対側の面)に形成されたピン止め
層とを有する磁性多層膜を備えてなる磁気抵抗効果素子
であって、前記ピン止め層はFeOX (1.35≦x≦
1.55、単位は原子比)からなるように構成される。The present invention also includes a nonmagnetic metal layer, a ferromagnetic layer formed on one surface of the nonmagnetic metal layer, a soft magnetic layer formed on the other surface of the nonmagnetic metal layer, A magnetic multilayer film having a pinning layer formed on the ferromagnetic layer (the surface opposite to the surface in contact with the nonmagnetic metal layer) for pinning the magnetization direction of the ferromagnetic layer. In the resistance effect element, the pinning layer is made of FeO x (1.35 ≦ x ≦).
1.55, unit is atomic ratio).
【0046】また、本発明は、磁気抵抗効果素子と、導
体膜と、電極部とを含む磁気変換素子であって、前記導
体膜は、前記電極部を介して前記磁気抵抗効果素子と導
通しており、前記磁気抵抗効果素子は、基板を有し、こ
の基板の上に強磁性層の磁化の向きをピン止めするため
のピン止め層、強磁性層、非磁性金属層、および軟磁性
層が順次積層されており、前記ピン止め層はFeOX
(1.35≦x≦1.55、単位は原子比)からなり、
このピン止め層と前記強磁性層との間に、CoまたはC
oを80重量%以上含む合金よりなる、厚さ4〜30Å
の酸素ブロッキング層が介在されているように構成され
る。Further, the present invention is a magnetic conversion element including a magnetoresistive effect element, a conductor film, and an electrode portion, wherein the conductor film is electrically connected to the magnetoresistive effect element via the electrode portion. The magnetoresistive effect element has a substrate on which a pinning layer for pinning the magnetization direction of the ferromagnetic layer, a ferromagnetic layer, a nonmagnetic metal layer, and a soft magnetic layer. Are sequentially laminated, and the pinning layer is made of FeO x.
(1.35 ≦ x ≦ 1.55, unit is atomic ratio),
Between the pinned layer and the ferromagnetic layer, Co or C
made of an alloy containing 80% by weight or more of o, thickness 4 to 30Å
The oxygen blocking layer is intervened.
【0047】また、本発明は、基板の上に、強磁性層の
磁化の向きをピン止めするためのピン止め層、強磁性
層、非磁性金属層、および軟磁性層を順次積層してなる
磁気抵抗効果素子であって、前記ピン止め層はFeOX
(1.35≦x≦1.55、単位は原子比)からなり、
このピン止め層と前記強磁性層との間に、CoまたはC
oを80重量%以上含む合金よりなる、厚さ4〜30Å
の酸素ブロッキング層が介在されているように構成され
る。Further, according to the present invention, a pinning layer for pinning the magnetization direction of the ferromagnetic layer, a ferromagnetic layer, a nonmagnetic metal layer, and a soft magnetic layer are sequentially laminated on the substrate. A magnetoresistive effect element, wherein the pinning layer is FeO x.
(1.35 ≦ x ≦ 1.55, unit is atomic ratio),
Between the pinned layer and the ferromagnetic layer, Co or C
made of an alloy containing 80% by weight or more of o, thickness 4 to 30Å
The oxygen blocking layer is intervened.
【0048】上記の磁気抵抗効果素子に関する発明によ
れば、耐食性が特に優れた反強磁性層とそれを用いた、
MR傾きが0.8%/Oe以上の抵抗変化率をもつ磁性多
層膜が得られる。しかも、0 磁場でのMR曲線の立ち上
がり特性はきわめて良好である。また、1MHz の高周波
におけるMR傾きが0.7%/Oe以上の高い値を示し、
さらに250℃前後の熱処理をしても特性の劣化が生じ
ることのない耐熱性の高い磁性多層膜が得られる。この
ような磁気抵抗効果素子を有する磁気変換素子に関する
発明(例えば、MRヘッド等)によれば、従来の材料に
比較して5倍近い大きい出力電圧を得ることができる。
従って、信頼性の極めて高い、1Gbit/inch2 を越える
ような超高密度磁気記録の読み出しが可能になるという
極めて優れた効果が発現する。According to the above-mentioned invention relating to the magnetoresistive effect element, the antiferromagnetic layer excellent in corrosion resistance and the use thereof are provided.
A magnetic multilayer film having an MR gradient of 0.8% / Oe or more is obtained. Moreover, the rising characteristics of the MR curve at 0 magnetic field are extremely good. Also, the MR slope at a high frequency of 1MHz shows a high value of 0.7% / Oe or more,
Further, it is possible to obtain a magnetic multilayer film having high heat resistance, which does not cause deterioration of characteristics even when heat-treated at about 250 ° C. According to the invention related to the magnetic conversion element having such a magnetoresistive effect element (for example, an MR head or the like), it is possible to obtain an output voltage which is about five times as large as that of a conventional material.
Therefore, an extremely excellent effect of being able to read extremely high-density magnetic recording exceeding 1 Gbit / inch 2 with extremely high reliability is exhibited.
【0049】[0049]
【発明の実施の態様】以下、本発明の具体的構成につい
て詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a specific configuration of the present invention will be described in detail.
【0050】図1は、本発明の実施例である磁気抵抗効
果素子3の断面図である。この磁気抵抗効果素子3は、
人工格子磁性多層膜1(以下単に、磁性多層膜1と称
す)を備えてなる。図1において、磁性多層膜1は、非
磁性金属層30と、この非磁性金属層30の一方の面に
形成された強磁性層40と、非磁性金属層30の他方の
面に形成された軟磁性層20と、強磁性層40の磁化の
向きをピン止めするために強磁性層40の上(図面で
は、下方に位置するが、ここで言う『上』とは、非磁性
金属層と接する面と反対側の面を意味する)に形成され
たピン止め層50を有する積層体構造をなしている。FIG. 1 is a sectional view of a magnetoresistive effect element 3 which is an embodiment of the present invention. This magnetoresistive effect element 3 is
The artificial lattice magnetic multilayer film 1 (hereinafter simply referred to as the magnetic multilayer film 1) is provided. In FIG. 1, the magnetic multilayer film 1 is formed on the nonmagnetic metal layer 30, the ferromagnetic layer 40 formed on one surface of the nonmagnetic metal layer 30, and the other surface of the nonmagnetic metal layer 30. The soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 are located above the ferromagnetic layer 40 in order to pin the magnetization direction of the ferromagnetic layer 40 (which is located below in the drawing, but "above" here means a nonmagnetic metal layer). The layered structure has a pinning layer 50 formed on the surface opposite to the contacting surface).
【0051】これらの積層体は、図1に示されるよう
に、通常、基板5の上に形成され、これらが基板側から
ピン止め層50、強磁性層40、非磁性金属層30、軟
磁性層20の順に積層されている。この軟磁性層20の
上には、図示のごとく保護層80が形成される。As shown in FIG. 1, these laminated bodies are usually formed on the substrate 5, and these are laminated from the substrate side to the pinning layer 50, the ferromagnetic layer 40, the nonmagnetic metal layer 30, the soft magnetic layer. The layers 20 are stacked in this order. A protective layer 80 is formed on the soft magnetic layer 20 as shown in the figure.
【0052】本発明では、外部から加わる信号磁界の向
きに応じて非磁性金属層30を介して、その両側に隣接
して形成された軟磁性層20と強磁性層40との互いの
磁化の向きが実質的に異なることが必要である。その理
由は、本発明の原理が、非磁性金属層30を介して形成
された軟磁性層20と強磁性層40の磁化の向きがズレ
ているとき、伝導電子がスピンに依存した散乱を受け、
抵抗が増え、磁化の向きが互いに逆向きに向いたとき、
最大の抵抗を示すことにあるからである。すなわち、本
発明では、図2に示されるように外部からの信号磁場が
プラス(記録媒体90の記録面93から向かって上向き
(符号92で表される)であるとき、隣合った磁性層の
磁化の方向が互いに逆向きの成分が生じ、抵抗が増大す
るのである。In the present invention, according to the direction of the signal magnetic field applied from the outside, the mutual magnetization of the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40, which are formed on both sides of the non-magnetic metal layer 30 via the non-magnetic metal layer 30, are adjacent to each other. It is necessary that the orientation be substantially different. The reason is that, according to the principle of the present invention, when the magnetization directions of the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 formed via the nonmagnetic metal layer 30 are deviated, conduction electrons are subjected to spin-dependent scattering. ,
When the resistance increases and the magnetization directions are opposite to each other,
This is because it has the maximum resistance. That is, in the present invention, as shown in FIG. 2, when the external signal magnetic field is positive (upward from the recording surface 93 of the recording medium 90 (represented by reference numeral 92)), the adjacent magnetic layers Components in which the directions of magnetization are opposite to each other are generated, and the resistance increases.
【0053】ここで、本発明の磁気抵抗効果素子に用い
られる(スピンバルブ)磁性多層膜における、磁気記録
媒体からの外部信号磁場と、軟磁性層20と強磁性層4
0の互いの磁化の方向、及び電気抵抗の変化の関係を説
明する。Here, in the (spin valve) magnetic multilayer film used in the magnetoresistive effect element of the present invention, the external signal magnetic field from the magnetic recording medium, the soft magnetic layer 20, and the ferromagnetic layer 4 are used.
The relationship between the directions of the 0 magnetization and the change in the electrical resistance will be described.
【0054】今、本発明の理解を容易にするために、図
1に示されるごとく、1つの非磁性金属層30を介して
1組の軟磁性層20と強磁性層40とが存在する最もシ
ンプルな磁性多層膜の場合について、図2を参照しつつ
説明する。Now, in order to facilitate understanding of the present invention, as shown in FIG. 1, there is a pair of soft magnetic layer 20 and ferromagnetic layer 40 with one nonmagnetic metal layer 30 interposed therebetween. The case of a simple magnetic multilayer film will be described with reference to FIG.
【0055】図2に示されるように、強磁性層40は後
に述べる方法によって媒体面に向かって下向き方向にそ
の磁化をピン止めされている(符号41)。もう一方の
軟磁性層20は、非磁性金属層30を介して形成されて
いるので、その磁化方向は外部からの信号磁界によって
向きを変える(符号21)。このとき、軟磁性層20と
強磁性層40の磁化の相対角度は、磁気記録媒体90か
らの信号磁界の向きによって大きく変化する。その結
果、磁性層内に流れる伝導電子が散乱される度合いが変
化し、電気抵抗が大きく変化する。As shown in FIG. 2, the magnetization of the ferromagnetic layer 40 is pinned downward toward the medium surface by the method described later (reference numeral 41). Since the other soft magnetic layer 20 is formed via the non-magnetic metal layer 30, its magnetization direction is changed by a signal magnetic field from the outside (reference numeral 21). At this time, the relative angle of the magnetization between the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 greatly changes depending on the direction of the signal magnetic field from the magnetic recording medium 90. As a result, the degree of scattering of the conduction electrons flowing in the magnetic layer changes, and the electrical resistance greatly changes.
【0056】これによって通常のパーマロイの異方性磁
気抵抗効果とはメカニズムが本質的に異なる大きなMR
(Magneto-Resistance) 効果が得られる。As a result, a large MR whose mechanism is essentially different from the anisotropic magnetoresistive effect of the usual permalloy.
(Magneto-Resistance) effect is obtained.
【0057】軟磁性層20,強磁性層40と、ピン止め
効果を示すピン止め層50の磁化の向きが外部磁場に対
して相対的に変化する。それらの磁化の向きの変化が磁
化曲線とMR曲線とに対応させて図3に示される。ここ
では、ピン止め層50により、強磁性層40の磁化は全
てマイナス方向(記録媒体90の記録面から向かって下
向き)に固定されている。外部信号磁場がマイナスの時
は軟磁性層20の磁化もマイナス方向を向く。いま、説
明を簡単にするために軟磁性層20,強磁性層40の保
磁力を0に近い値とする。信号磁場HがH<0の領域
(I)では、まだ軟磁性層20および強磁性層40両磁
性層の磁化方向は一方向を向いている。The magnetization directions of the soft magnetic layer 20, the ferromagnetic layer 40, and the pinning layer 50 exhibiting the pinning effect change relative to the external magnetic field. The change in the direction of those magnetizations is shown in FIG. 3 corresponding to the magnetization curve and the MR curve. Here, the magnetization of the ferromagnetic layer 40 is fixed in the minus direction (downward from the recording surface of the recording medium 90) by the pinning layer 50. When the external signal magnetic field is negative, the magnetization of the soft magnetic layer 20 also faces the negative direction. Now, for the sake of simplicity, the coercive force of the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 is set to a value close to zero. In the region (I) where the signal magnetic field H is H <0, the magnetization directions of both the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 are still in one direction.
【0058】外部磁場を上げてHが軟磁性層20の保磁
力を越えると軟磁性層の磁化方向は信号磁場の方向に回
転し、軟磁性層20および強磁性層40のそれぞれの磁
化の向きが反平行となるのにつれて磁化と電気抵抗が増
加をする。そして一定値となる(領域(II)の状態)。
このときピン止め層50により、あるピン止め磁場Hex
が働いている。信号磁場がこのHexを越えると強磁性層
40の磁化も信号磁場の方向に回転し、領域(III)で軟
磁性層20および強磁性層40のそれぞれの磁化方向
は、一方向に揃って向く。このとき、磁化はある一定値
に、MR曲線は0となる。When the external magnetic field is increased and H exceeds the coercive force of the soft magnetic layer 20, the magnetization direction of the soft magnetic layer rotates in the direction of the signal magnetic field, and the magnetization directions of the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 respectively. The magnetization and the electric resistance increase as are antiparallel. Then, it becomes a constant value (state of area (II)).
At this time, a certain pinning magnetic field Hex is generated by the pinning layer 50.
Is working. When the signal magnetic field exceeds Hex, the magnetization of the ferromagnetic layer 40 also rotates in the direction of the signal magnetic field, and the magnetization directions of the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 in the region (III) are aligned in one direction. . At this time, the magnetization becomes a certain value and the MR curve becomes 0.
【0059】逆に信号磁場Hが減少するときは、今まで
と同様に、軟磁性層20および強磁性層40の磁化反転
に伴い、領域(III)から(II)、(I)と順次変化する。
ここで領域(II)のはじめの部分で、伝導電子がスピン
に依存した散乱を受け、抵抗は大きくなる。領域(II)
のうち、強磁性層40はピン止めされているためほとん
ど磁化反転はしないが、軟磁性層20は直線的にその磁
化を増加させるため、軟磁性層20の磁化変化に対応
し、スピンに依存した散乱を受ける伝導電子の割合が徐
々に大きくなる。すなわち、軟磁性層20に例えばHc
の小さなNi0.8Fe0.2 を選び、適当な異方性磁場H
kを付与することにより、Hk付近以下の数Oe〜数10
Oeの範囲の小外部磁場で抵抗変化が直線的、かつ大きな
抵抗変化率を示す磁性多層膜が得られる。On the contrary, when the signal magnetic field H decreases, the regions (III) to (II) and (I) are sequentially changed in accordance with the magnetization reversal of the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 as before. To do.
Here, in the first part of the region (II), the conduction electrons undergo the spin-dependent scattering, and the resistance increases. Area (II)
Among them, the ferromagnetic layer 40 is pinned, so that the magnetization is hardly inverted. However, since the soft magnetic layer 20 linearly increases its magnetization, it corresponds to the magnetization change of the soft magnetic layer 20 and depends on the spin. The proportion of conduction electrons that undergo the scattered scattering gradually increases. That is, for example, Hc is applied to the soft magnetic layer 20.
Ni 0.8 Fe 0.2 with a small anisotropic magnetic field H
By adding k, several Oe to several tens below Hk
With a small external magnetic field in the range of Oe, a magnetic multilayer film having a linear resistance change and a large resistance change rate can be obtained.
【0060】本発明において、各薄膜層の膜厚にはそれ
ぞれ個別の制約値がある。非磁性金属層の層厚は15〜
40Åの範囲がよい。非磁性金属層の層厚が40Åより
厚くなると、この層内にのみ流れる伝導電子の割合が増
えてしまい、全体のMR変化が小さくなってしまうので
都合が悪い。また、この層厚が15Åより薄くなってし
まうと、軟磁性層20と強磁性層40間の強磁性的な磁
気結合が強くなってしまい、大きなMR効果を実現する
ためのスピンの反平行状態が得られなくなってしまう。
一方、伝導電子は非磁性金属層と軟磁性層20および強
磁性層40との界面部分で散乱を受けるので、これら2
つの磁性層20,40の厚さが200Åより厚くなって
も実質的な効果の向上はない。むしろ全体の膜厚が厚く
なるので都合が悪い。これら2層の磁性層20,40の
厚さの下限は16Å以上が好ましい。これより薄くなる
と、耐熱性と加工耐性が劣化してしまう。In the present invention, the film thickness of each thin film layer has its own constraint value. The thickness of the nonmagnetic metal layer is 15 to
A range of 40Å is good. If the thickness of the non-magnetic metal layer is greater than 40 °, the proportion of conduction electrons flowing only in this layer increases, and the overall MR change is reduced, which is not convenient. On the other hand, if the thickness is smaller than 15 °, ferromagnetic coupling between the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 becomes strong, and the anti-parallel spin state for realizing a large MR effect is obtained. Will not be obtained.
On the other hand, the conduction electrons are scattered at the interface between the non-magnetic metal layer and the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40.
Even if the thicknesses of the two magnetic layers 20, 40 are thicker than 200Å, the substantial effect is not improved. Rather, the overall film thickness is increased, which is not convenient. The lower limit of the thickness of the two magnetic layers 20 and 40 is preferably 16Å or more. If it is thinner than this, heat resistance and processing resistance will deteriorate.
【0061】以下、上述してきた磁気抵抗効果素子3の
各構成について詳細に説明する。この磁気抵抗効果素子
における第一の特徴点は、ピン止め層の組成にある。The respective components of the magnetoresistive effect element 3 described above will be described in detail below. The first feature of this magnetoresistive element is the composition of the pinning layer.
【0062】本発明における磁気抵抗効果素子のピン止
め層50は、実質的に隣接する強磁性層40の磁化をピ
ン止めさせるために用いられており、ピン止め層50が
好適には、特に、FeOx (1.35≦x≦1.55、
単位は原子比)により形成されていることを特徴とす
る。The pinning layer 50 of the magnetoresistive effect element according to the present invention is used for pinning the magnetization of the substantially adjacent ferromagnetic layer 40, and the pinning layer 50 is preferably, in particular, FeO x (1.35 ≦ x ≦ 1.55,
The unit is formed by atomic ratio).
【0063】一般に化学組成式、Fe2 O3 のα相はヘ
マタイトとして知られている。この物質は反強磁性を示
し、そのネール温度は677℃と室温より極めて高い。
ネール温度が高いということは、ピン止め効果の熱安定
性が高いということであり、磁気抵抗効果素子をMRヘ
ッド等へ応用する場合は有利である。しかしながら、ヘ
マタイトの構造はコランダム構造といわれ、Feイオン
とOイオンの配置が複雑に配置された構造を持つ。単結
晶等のバルクでは生成は容易であるが、反強磁性をしめ
すヘマタイトを磁性薄膜として生成するのは、その構造
の複雑さゆえ難しい。磁性薄膜の厚さが5000Å以上
では生成された例もあるが、本発明の技術範囲である1
00〜3000Åの薄い薄膜では極めて困難である。と
いうのは、Feの酸化膜を真空での薄膜形成方法で生成
しようとすると、真空中でOが解離してしまい、Fe3
O4 (マグネタイト)となってしまうからである。Generally, the chemical composition formula, the α phase of Fe 2 O 3 is known as hematite. This material exhibits antiferromagnetism and its Neel temperature is 677 ° C., which is much higher than room temperature.
The high Neel temperature means that the pinning effect has high thermal stability, which is advantageous when the magnetoresistive effect element is applied to an MR head or the like. However, the structure of hematite is called a corundum structure, and has a structure in which Fe ions and O ions are arranged in a complicated manner. Although it is easy to generate in bulk such as single crystal, it is difficult to form hematite showing antiferromagnetism as a magnetic thin film because of its complicated structure. There is an example in which the magnetic thin film is formed with a thickness of 5000 Å or more, but this is within the technical scope of the present invention.
It is extremely difficult to use a thin film with a thickness of 00 to 3000Å. This is because when an oxide film of Fe is to be produced by a thin film forming method in vacuum, O is dissociated in vacuum and Fe 3
This is because it becomes O 4 (magnetite).
【0064】発明者等はこの点に鑑み、鋭意研究を進め
た結果、ヘマタイト相そのものを実現するとネール温度
が高すぎて、通常のMRヘッドの製造工程上で不都合が
生じることがあることがわかった。そこで酸化鉄薄膜と
その酸化度を十分に検討した結果、FeOx において、
1.35≦x≦1.55、(単位は原子比)、好ましく
は1.40≦x≦1.55の範囲に酸化度を調整するこ
とによりMRヘッドとして必要十分な特性が得られるこ
とがわかった。上記xの値が、1.55より大きくなっ
てしまうと酸素が過剰すぎ、薄膜内部の酸化鉄格子間に
原子状の酸素がそのまま取り込まれ、特性が劣化してし
まう。一方、xの値が、1.35より小さくなるとマグ
ネタイトの特性に近づき、反強磁性が失われ、スピンバ
ルブ型の特性を示さなくなってしまう。In view of this point, the inventors of the present invention have made extensive studies and found that if the hematite phase itself is realized, the Neel temperature is too high, which may cause inconvenience in the ordinary MR head manufacturing process. It was Therefore, as a result of thoroughly studying the iron oxide thin film and its degree of oxidation, in FeO x ,
By adjusting the degree of oxidation within the range of 1.35 ≦ x ≦ 1.55 (unit is atomic ratio), preferably 1.40 ≦ x ≦ 1.55, it is possible to obtain necessary and sufficient characteristics as an MR head. all right. When the value of x is larger than 1.55, oxygen is excessive and atomic oxygen is taken in between the iron oxide lattices in the thin film as it is, resulting in deterioration of characteristics. On the other hand, when the value of x is smaller than 1.35, the characteristics approach to those of magnetite, antiferromagnetism is lost, and spin valve type characteristics are not exhibited.
【0065】このピン止め層50の厚さは80Å〜30
00Å、好ましくは80Å〜1000Å、より好ましく
は80Å〜800Å、更に好ましくは80Å〜400Å
の範囲とするのがよい。ピン止め層である酸化鉄が80
Åより薄くなると反強磁性を示さなくなってしまう。逆
に厚い分は余り問題がないが、あまり厚すぎるとMRヘ
ッドとしてのギャップ長(シールド−シールド間の長
さ)が大きくなってしまい、超高密度磁気記録に適さな
くなってしまう。従って、3000Åより小さいほうが
よい。The pinned layer 50 has a thickness of 80Å to 30.
00Å, preferably 80Å to 1000Å, more preferably 80Å to 800Å, further preferably 80Å to 400Å
It is better to set the range. 80% iron oxide as the pinning layer
If it becomes thinner than Å, it will not exhibit antiferromagnetism. Conversely, a thick portion does not cause much problem, but if it is too thick, the gap length (length between the shields) as the MR head becomes large, and it is not suitable for ultra-high density magnetic recording. Therefore, it is better to be smaller than 3000Å.
【0066】また、ピン止め層50としてのFeOx 組
成は、特にx=1.5(単位は原子比)の反強磁性を示
すαFe2 O3 (ヘマタイト)としてもよい。このと
き、ピン止めの対象となる強磁性層40、非磁性金属層
30、軟磁性層20の材料の選択やそれらの層厚の設計
によって、前述したネール温度は低く設定することがで
き、MRヘッドとしての製造を可能にすることができ
る。The FeO x composition of the pinning layer 50 may be αFe 2 O 3 (hematite) which exhibits antiferromagnetism particularly when x = 1.5 (unit is atomic ratio). At this time, the Neel temperature described above can be set low by selecting the materials of the ferromagnetic layer 40, the non-magnetic metal layer 30, and the soft magnetic layer 20 to be pinned and designing the layer thicknesses thereof. It can be possible to manufacture it as a head.
【0067】さらに、この酸化鉄によるピン止め層50
は、反強磁性を示すαFe2 O3 (ヘマタイト)を、少
なくとも30体積%以上60体積%以下含むものであっ
てもよい。ヘマタイト自身は極めて高いネール温度を持
つので、この相がピン止め層の中で30体積%以上60
体積%以下含まれれば、そのピンニング効果はMRヘッ
ド実用上十分である。しかし、30体積%未満となる
と、ピン止め層としての反強磁性が十分ではなく、スピ
ンバルブ型のGMR(giant magnetoresistance)を示
さなくなる。一方、ヘマタイト相が60体積%を超える
と、ネール温度が高くなりすぎることがあり、後に述べ
るようなスピンバルブ動作をさせるための強磁性層のス
ピンのピン止め方向のスイッチングが実用上困難とな
り、都合が悪い。残りの割合はマグネタイト相であって
もよいし、ウスタイト相であってもよい。また、他の材
料との合金や化合物等であってもよい。Further, this iron oxide pinning layer 50 is used.
May contain at least 30% by volume or more and 60% by volume or less of αFe 2 O 3 (hematite) exhibiting antiferromagnetism. Since hematite itself has an extremely high Neel temperature, this phase is 30% by volume or more in the pinning layer.
When the content is less than or equal to volume%, the pinning effect is sufficient for practical use of the MR head. However, if it is less than 30% by volume, the antiferromagnetism as the pinning layer is not sufficient and spin valve type GMR (giant magnetoresistance) is not exhibited. On the other hand, if the hematite phase exceeds 60% by volume, the Neel temperature may become too high, which makes it practically difficult to switch the spin pinning direction of the ferromagnetic layer for spin valve operation as described later. It's not convenient. The remaining proportion may be the magnetite phase or the wustite phase. Further, it may be an alloy or compound with another material.
【0068】また、ヘマタイト自身は極めて高いネール
温度を持つので、ピン止め層50は反強磁性を示すαF
e2 O3 (ヘマタイト)の100Å以下、特に、60〜
100Åの微結晶の集まりであっても、そのピンニング
効果はMRヘッド実用上十分である。なお、微結晶の大
きさは、TEMによるイメージ像の観察により測定すれ
ばよい。Further, since hematite itself has an extremely high Neel temperature, the pinning layer 50 has αF exhibiting antiferromagnetism.
e 2 O 3 (hematite) 100 Å or less, especially 60 to
Even for a collection of 100Å microcrystals, the pinning effect is sufficient for practical use of the MR head. Note that the size of the microcrystal may be measured by observing an image image with a TEM.
【0069】また、ピン止め層50は、ヘマタイトと明
確に同定されるものである必要はなく、ヘマタイトに近
い結晶格子を持ち、かつネール温度が120℃〜400
℃、好ましくは、150℃〜300℃、より好ましく
は、150℃〜250℃の範囲にある反強磁性を示すも
のであればよい。The pinning layer 50 does not need to be clearly identified as hematite, has a crystal lattice close to hematite, and has a Neel temperature of 120 ° C. to 400 ° C.
C., preferably 150.degree. C. to 300.degree. C., more preferably 150.degree. C. to 250.degree. C., as long as it exhibits antiferromagnetism.
【0070】このようなピン止め層50は、イオンビー
ムスパッタ法、スパッタリング法、反応性蒸着法、分子
線エピタキシー法(MBE)等の方法を用いて形成され
る。これら、製膜方法に特に限定はないが、デュアルイ
オンビームスパッタ法による製膜方法のときに、酸化鉄
薄膜中の酸素量を正確に制御することができる。すなわ
ち、酸化鉄のターゲットをイオンビームスパッタ法でス
パッタし、被着対象である基板に対し、Ar(アルゴ
ン)とO2 (酸素)の混合ガスのアシストビームを照射
しながらピン止め層を成膜させることで良好な特性を持
つピン止め層が形成できる。通常のイオンビームスパッ
タ法の場合、ターゲットに入射するスパッタビームの運
動エネルギーが大きいので、酸素が解離してしまい、マ
グネタイトの薄膜しかできない。そこでアシストビーム
としてArとO2 の混合ガスを照射しながら成膜させる
とよい。The pinning layer 50 as described above is formed by a method such as an ion beam sputtering method, a sputtering method, a reactive vapor deposition method, a molecular beam epitaxy method (MBE) or the like. Although the film forming method is not particularly limited, the oxygen amount in the iron oxide thin film can be accurately controlled in the film forming method by the dual ion beam sputtering method. That is, a pinning layer is formed by sputtering an iron oxide target by an ion beam sputtering method and irradiating an assist beam of a mixed gas of Ar (argon) and O 2 (oxygen) on a substrate to be adhered. By doing so, a pinning layer having good characteristics can be formed. In the case of the ordinary ion beam sputtering method, since the kinetic energy of the sputtering beam incident on the target is large, oxygen is dissociated and only a magnetite thin film can be formed. Therefore, it is preferable to form a film while irradiating a mixed gas of Ar and O 2 as an assist beam.
【0071】このとき、被着対象である基板に照射する
アシストビームは加速電圧60〜150eV、イオン電
流5〜15mA、Ar:O2 流量比が1:1〜9:1、
Ar+O2 流量が6〜20sccmの範囲にあればよ
い。アシストビームの加速電圧が150eVを超える
と、エネルギーが大きすぎ、酸素が打ち込まれるととも
に、逆に結晶格子を乱してしまい、十分な反強磁性の特
性が得られない。一方、加速電圧が60eV未満となる
と、今度は酸素が結晶格子の中でうまく配列しなくな
り、ネール温度が下がってしまって都合が悪い。好まし
くは80〜120eVの範囲がよい。イオン電流が15
mAより大きくなると、基板に入射する酸素イオンの数
が多すぎ、酸素が打ち込まれるとともに、逆に結晶格子
を乱してしまい、十分な反強磁性の特性が得られない。
一方、イオン電流が5mA未満となると、今度は酸素が
結晶格子の中でうまく配列しなくなり、ネール温度が下
がってしまって都合が悪い。好ましくは6〜12mAの
範囲である。アシストビームでのArとO2 の流量の割
合は、好ましくは、Ar:O2 =1:1〜4:1の範囲
がよい。Ar:O2 の割合が9:1を超えてAr過剰に
なると、酸化鉄薄膜へのOイオンの添加効果が十分とは
言えなくなる。逆にこの割合が1:1未満となりO2 過
剰になると、アシストビームを発生させるためのフィラ
メントが切れやすくなってしまい、製造が不可能となっ
てしまう。アシストビームでのAr+O2 の全体の流量
は6〜20sccmの範囲にあればよい。この全体の流
量が20sccmを超えてしまうと、酸素イオンの数が
多すぎ、酸素が打ち込まれるとともに、逆に結晶格子を
乱してしまい、十分な反強磁性の特性が得られない。逆
に6sccm未満ではアシストビームでの今度は酸素が
結晶格子の中でうまく配列しなくなり、ネール温度が下
がってしまって都合が悪い。At this time, the assist beam with which the substrate to be deposited is irradiated has an accelerating voltage of 60 to 150 eV, an ion current of 5 to 15 mA, and an Ar: O 2 flow ratio of 1: 1 to 9: 1.
The Ar + O 2 flow rate may be in the range of 6 to 20 sccm. When the accelerating voltage of the assist beam exceeds 150 eV, the energy is too large, oxygen is implanted, and on the contrary, the crystal lattice is disturbed, and sufficient antiferromagnetic properties cannot be obtained. On the other hand, when the accelerating voltage is less than 60 eV, oxygen is no longer well arranged in the crystal lattice, which lowers the Neel temperature, which is not convenient. The range of 80 to 120 eV is preferable. Ion current is 15
When it is larger than mA, the number of oxygen ions incident on the substrate is too large, oxygen is implanted, and on the contrary, the crystal lattice is disturbed, so that sufficient antiferromagnetic properties cannot be obtained.
On the other hand, when the ionic current is less than 5 mA, oxygen is not well arranged in the crystal lattice, and the Neel temperature is lowered, which is not convenient. It is preferably in the range of 6 to 12 mA. The ratio of the flow rates of Ar and O 2 in the assist beam is preferably in the range of Ar: O 2 = 1: 1 to 4: 1. If the ratio of Ar: O 2 exceeds 9: 1 and Ar is excessive, the effect of adding O ions to the iron oxide thin film cannot be said to be sufficient. On the contrary, when this ratio is less than 1: 1 and O 2 becomes excessive, the filament for generating the assist beam is easily broken, and the manufacturing becomes impossible. The total flow rate of Ar + O 2 in the assist beam may be in the range of 6 to 20 sccm. If the total flow rate exceeds 20 sccm, the number of oxygen ions is too large, oxygen is implanted, and on the contrary, the crystal lattice is disturbed, and sufficient antiferromagnetic properties cannot be obtained. On the other hand, if it is less than 6 sccm, oxygen is no longer well aligned in the crystal lattice by the assist beam and the Neel temperature is lowered, which is not convenient.
【0072】また、ピン止め層50の形成は、上記のア
シストビームを伴うイオンビームスパッタ法と同様に、
高周波スパッタ法(RFスパッタ法)を用いて行なうの
もの好ましい態様である。高周波スパッタ法を用いる場
合、酸化鉄をターゲットとしAr(アルゴン)とO2
(酸素)の混合ガス雰囲気中でスパッタを行う。その
際、酸素ガス流量が、全ガス流量の20〜40%の範囲
の流量割合となるように調整する必要がある。この割合
が、20%未満となると、成膜されたピン止め層50の
酸素の結合力が小さく、酸素の状態が不安定で耐熱温度
が下がってしまうという不都合が生じてしまう。また、
この割合が40%を超えると、スパッタをするときのプ
ラズマが安定に点灯しなくなる。また、プラズマが点灯
したとしても、スパッタ雰囲気中の酸素の含有量が多い
ために、実質的なスパッタレートが極端に低下する。そ
のため、成膜される膜中に取り込まれる不純物が増えて
しまい、良好な膜は得られない。なお、従来より一般的
に行なわているAr(アルゴン)ガス雰囲気中での高周
波スパッタ法で、ヘマタイト酸化物膜を成膜した場合に
は、ヘマタイト酸化物膜がプラズマにさらされ、膜中の
酸素が乖離してしまい、本発明で目的とする良好なヘマ
タイト酸化物が得られない。また、得られた膜自体の熱
安定性にも問題がある。The pinning layer 50 is formed in the same manner as the ion beam sputtering method with the assist beam described above.
A preferred embodiment is a method using a high frequency sputtering method (RF sputtering method). When the high frequency sputtering method is used, iron oxide is used as a target and Ar (argon) and O 2 are used.
Sputtering is performed in a mixed gas atmosphere of (oxygen). At that time, it is necessary to adjust the oxygen gas flow rate so that the flow rate is in the range of 20 to 40% of the total gas flow rate. When this ratio is less than 20%, the bonding force of oxygen of the formed pinning layer 50 is small, the state of oxygen is unstable, and the heat resistant temperature is lowered. Also,
If this ratio exceeds 40%, the plasma will not come on stably during sputtering. Further, even if the plasma is turned on, the substantial sputtering rate is extremely lowered because the oxygen content in the sputtering atmosphere is large. Therefore, impurities taken in the film to be formed increase, and a good film cannot be obtained. When a hematite oxide film is formed by a high frequency sputtering method in an Ar (argon) gas atmosphere that has been generally used conventionally, the hematite oxide film is exposed to plasma and oxygen in the film is removed. Are dissociated, and the desired good hematite oxide in the present invention cannot be obtained. There is also a problem in the thermal stability of the obtained film itself.
【0073】前記強磁性層40は、Fe,Ni,Co,
Mn,Cr,Dy,Er,Nd,Tb,Tm,Ce,G
d等やこれらの元素を含む合金や化合物から構成される
が、特に、(Coz Ni1-z )w Fe1-w (ただし、重
量で0.4≦z≦1.0、0.5≦w≦1.0である)
で表される組成で構成することが好ましい。これらの組
成範囲を外れると、大きな電気抵抗の変化が得られなく
なるという不都合が生じる。The ferromagnetic layer 40 is made of Fe, Ni, Co,
Mn, Cr, Dy, Er, Nd, Tb, Tm, Ce, G
d, etc., and alloys and compounds containing these elements. Particularly, (Co z Ni 1 -z) w Fe 1 -w (where 0.4 ≦ z ≦ 1.0, 0.5 ≦ w ≦ 1.0)
It is preferable to configure the composition represented by the following formula. If the composition is out of these ranges, there is a disadvantage that a large change in electric resistance cannot be obtained.
【0074】このような強磁性層40の厚さは、16〜
100Å、より好ましくは、20〜60Åとされる。こ
の値が、16Å未満となると、磁性層としての特性が失
われる。この一方で、この値が100Åを超えると、前
記ピン止め層50からのピン止め力が小さくなり、この
強磁性層のスピンのピン止め効果が十分に得られなくな
る。The thickness of the ferromagnetic layer 40 is 16 to
100 °, more preferably 20 ° to 60 °. If this value is less than 16 °, the characteristics as a magnetic layer will be lost. On the other hand, when this value exceeds 100 °, the pinning force from the pinning layer 50 becomes small, and the effect of pinning the spin of the ferromagnetic layer cannot be sufficiently obtained.
【0075】このような強磁性層40は上述のごとくピ
ン止め層50と直接接しているため、両者に直接層間相
互作用が働き、強磁性層40の磁化回転が阻止される。
一方、後に詳述する軟磁性層20は、外部からの信号磁
場により、自由にその磁化を回転させることができる。
その結果、軟磁性層20と強磁性層40との両者の磁化
に相対的な角度が生み出され、この磁化の向きの違いに
起因した大きなMR効果が得られる。Since such a ferromagnetic layer 40 is in direct contact with the pinning layer 50 as described above, the interlayer interaction directly acts on the both, and the magnetization rotation of the ferromagnetic layer 40 is blocked.
On the other hand, the soft magnetic layer 20 described later can freely rotate its magnetization by a signal magnetic field from the outside.
As a result, a relative angle is created in the magnetizations of both the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40, and a large MR effect resulting from the difference in the direction of this magnetization is obtained.
【0076】ところで、本発明においては、図18に示
されるように、前記ピン止め層50と前記強磁性層40
との間に、さらに酸素ブロッキング層45を介在させる
ことが好ましい。酸素ブロッキング層45は、Co(コ
バルト)単体あるいはCoを80重量%以上含む合金よ
り構成され、その厚さは、4〜35Å、より好ましく
は、6〜30Åとされる。Co成分が80重量%未満と
なると、積層体形成後の熱処理プロセス工程中におい
て、前記ピン止め層50側から拡散する酸素に対するブ
ロッキング効果が十分でなくなり、熱処理によりピンニ
ング効果が失われ、スピンバルブ特性を示さなくなると
いう不都合が生じる。この酸素ブロッキング層45によ
る酸素のブロッキング効果は、酸素ブロッキング層45
の組成がCo(コバルト)単体のとき、最も効果が大き
く、また、Co成分が80重量%以上の合金であれば、
その効果は実用上十分なレベルまで維持できるのであ
る。By the way, in the present invention, as shown in FIG. 18, the pinning layer 50 and the ferromagnetic layer 40.
It is preferable to further interpose an oxygen blocking layer 45 between the above and. The oxygen blocking layer 45 is made of Co (cobalt) alone or an alloy containing 80 wt% or more of Co, and has a thickness of 4 to 35Å, more preferably 6 to 30Å. When the Co component is less than 80% by weight, the blocking effect against oxygen diffused from the pinning layer 50 side becomes insufficient during the heat treatment process step after the formation of the laminated body, and the pinning effect is lost by the heat treatment, resulting in spin valve characteristics. The inconvenience of not showing is generated. The oxygen blocking effect of the oxygen blocking layer 45 is as follows.
Is most effective when the composition is Co (cobalt) alone, and is an alloy containing 80% by weight or more of Co,
The effect can be maintained to a practically sufficient level.
【0077】このような酸素ブロッキング層45の必要
性は、本発明のピン止め層50としてFeOX (1.3
5≦x≦1.55、単位は原子比)のごとく酸化物の反
強磁性体を用いていることに起因する。すなわち、本発
明においては、ピン止め層50を酸化物の反強磁性体で
構成しているので、例えば、ピン止め層50と接する強
磁性体の材料として汎用のNiFe(パーマロイ)など
を用いた場合には、熱安定性や耐熱性に問題が生じるこ
とが判明したのである。つまり、熱処理プロセス工程中
において反強磁性体の酸素が強磁性体に拡散して行き、
スピンのピンニング効果が失われるという現象が起きて
しまうのである。The necessity of the oxygen blocking layer 45 is that FeO x (1.3) is used as the pinning layer 50 of the present invention.
5 ≦ x ≦ 1.55 (unit is atomic ratio), which is due to the use of an oxide antiferromagnetic material. That is, in the present invention, since the pinning layer 50 is composed of an oxide antiferromagnetic material, for example, general-purpose NiFe (permalloy) or the like is used as the material of the ferromagnetic material in contact with the pinning layer 50. In this case, it has been found that there are problems in thermal stability and heat resistance. In other words, oxygen in the antiferromagnetic material diffuses into the ferromagnetic material during the heat treatment process,
The phenomenon that the pinning effect of spin is lost occurs.
【0078】酸素ブロッキング層45の厚さが4Å未満
となると、Coが連続膜とならず酸素のブロッキング効
果が発現しない。また、この厚さが35Åを超えると保
磁力Hc が大きくなる傾向にあり、あまり好ましくな
い。When the thickness of the oxygen blocking layer 45 is less than 4Å, Co does not form a continuous film and the oxygen blocking effect is not exhibited. If the thickness exceeds 35 Å, the coercive force Hc tends to increase, which is not preferable.
【0079】このような酸素ブロッキング層45は、強
磁性を示し、前記強磁性層40の好ましい組成範囲と一
部重複する。従って、酸素ブロッキング層45も前記強
磁性層40と同様な機能をも持ち合わせていることにな
る。そのため、酸素ブロッキング層45を設ける場合、
膜厚に関して言えば、酸素ブロッキング層45の厚さt
b と強磁性層40の厚さtf との総和(tb +tf )が
前述した強磁性層40の範囲、すなわち、16〜100
Å、より好ましくは、20〜60Åの範囲内となるよう
にすればよい。また、酸素ブロッキング層45と強磁性
層40とをCo(コバルト)単体あるいはCoを80重
量%以上含む合金からなる同一の組成として、これらを
一層で形成してもよい。また、ピン止め層50に接する
側をCoリッチにして、ピン止め層50側から遠ざかる
につれてCo含有率を漸減させた一層とし、酸素ブロッ
キング層45と強磁性層40の機能を両方持ち合わせた
層としてもよい。The oxygen blocking layer 45 as described above exhibits ferromagnetism and partially overlaps the preferable composition range of the ferromagnetic layer 40. Therefore, the oxygen blocking layer 45 also has the same function as the ferromagnetic layer 40. Therefore, when the oxygen blocking layer 45 is provided,
In terms of film thickness, the thickness t of the oxygen blocking layer 45
the sum of the b and the thickness t f of the ferromagnetic layer 40 (t b + t f) in the range of the ferromagnetic layer 40 described above, i.e., 16 to 100
Å, more preferably 20 to 60Å. Alternatively, the oxygen blocking layer 45 and the ferromagnetic layer 40 may be formed as a single layer with the same composition made of Co (cobalt) alone or an alloy containing 80 wt% or more of Co. Further, the side in contact with the pinning layer 50 is made rich in Co, and the Co content is gradually reduced as it moves away from the side of the pinning layer 50 to form a layer having both the functions of the oxygen blocking layer 45 and the ferromagnetic layer 40. Good.
【0080】前記軟磁性層20は、Fe,Ni,Co等
やこれらの元素を含む合金や化合物から構成されるが、
保磁力Hcの小さな磁性層を用いた方がMR曲線の立ち上
がりが急峻となり、好ましい結果が得られる。特に好ま
しくは(Nix Fe1-x )yCo1-y (ただし、重量で
0.7≦x≦0.9、0.1≦y≦0.5)で表わされ
る組成である。ここでx,yがこの範囲にあるとHcが小
さくなり良好な軟磁気特性となり、その結果、磁場感度
の高い良好なMR特性が得られる。一方、x,yがこの
範囲を外れると、Hcが大きくなってしまい磁場感度の高
いMR特性が得られなくなという不都合が生じる。この
ような組成系はCoの濃度が大きい組成系である。スピ
ンバルブ膜において、軟磁性層は外部の微小な磁界に対
し、敏感にその向きを変えることで大きなMR変化率を
もたらしている。したがって、その軟磁気特性は重要で
ある。代表的な軟磁性材料としてはパーマロイが知られ
ているが、パーマロイを構成するNiは非磁性金属層3
0と容易に固溶しやすいため、耐熱性に問題がある。し
たがって、これを解決するためには上記のごとく(Ni
x Fe1-x )y Co1-y (ただし、重量で0.7≦x≦
0.9、0.1≦y≦0.5)で表わされるCo濃度の
大きい組成を選択するのがよい。The soft magnetic layer 20 is made of Fe, Ni, Co or the like, or an alloy or compound containing these elements.
When a magnetic layer having a small coercive force Hc is used, the rise of the MR curve becomes steeper, and a preferable result is obtained. Particularly preferably a composition represented by (Ni x Fe 1-x) y Co 1-y ( however, 0.7 ≦ x ≦ 0.9,0.1 ≦ y ≦ 0.5 by weight). Here, when x and y are in this range, Hc becomes small and favorable soft magnetic characteristics are obtained, and as a result, favorable MR characteristics with high magnetic field sensitivity can be obtained. On the other hand, if x and y deviate from this range, Hc becomes large, and the MR characteristic with high magnetic field sensitivity cannot be obtained. Such a composition system has a high Co concentration. In the spin valve film, the soft magnetic layer causes a large MR change rate by sensitively changing its direction with respect to a minute external magnetic field. Therefore, its soft magnetic properties are important. Permalloy is known as a typical soft magnetic material, but Ni that constitutes permalloy is a nonmagnetic metal layer 3.
There is a problem with heat resistance because it easily dissolves into a solid solution with 0. Therefore, in order to solve this, as described above (Ni
x Fe 1-x ) y Co 1-y (however, 0.7 ≦ x ≦
0.9, 0.1 ≦ y ≦ 0.5), which has a high Co concentration, is preferably selected.
【0081】さらに、前記軟磁性層20の組成として、
Cot Mu M’q Br (ただし、原子で0.6≦t≦
0.95、0.01≦u≦0.2、0.01≦q≦0.
1、0.05≦r≦0.3)で表わされる組成も優れた
特性を示すものである。ここで、Mは、Fe,Niから
選ばれた少なくとも1種以上であり、M’は、Zr,S
i,Mo,Nbから選ばれた少なくとも1種以上を表
す。MやM’が2種以上の場合は、2種以上の総和量が
上記の組成範囲内に入るようにする。このような組成
は、Coの含有量が多いため、先の組成に比べてMR変
化率がより大きくなるという極めて優れた特徴を有す
る。また、耐熱性も高くなる。また、その結晶構造とし
ては、超微細結晶粒の集まり、もしくはアモルファス構
造のため、より良好な軟磁性特性を示し、その結果大き
なMR傾きが得られる。これらの組成の具体例として
は、Coを主成分として、Niおよび/またはFeを磁
歪が0となるような含有量として選択する。これにZ
r,Si,Mo,Nb等を添加し、アモルファス組成を
安定化させればよい。Coが0.6未満になると、アモ
ルファスが得られにくくなる。Coが0.95を超えて
もよいが、FeやNiを少量添加した方が軟磁性材料と
しての特性がよくなり都合がよい。M’の含有割合は、
0.01≦q≦0.1とされ、qが0.01未満である
とその添加による効果が得られない。qが0.1を超え
ると、軟磁性材料としての特性が劣化してしまう。B
(ボロン)は、アモルファス化するための主元素であ
り、その含有割合は0.05≦r≦0.3である。rが
0.05未満であるとその添加による効果が得られな
い。rが0.3を超えると、軟磁性材料としての特性が
劣化してしまう。Further, as the composition of the soft magnetic layer 20,
Co t M u M'q B r (where 0.6 ≦ t ≦
0.95, 0.01≤u≤0.2, 0.01≤q≤0.
The composition represented by 1, 0.05 ≦ r ≦ 0.3) also shows excellent characteristics. Here, M is at least one selected from Fe and Ni, and M ′ is Zr and S.
Represents at least one selected from i, Mo, and Nb. When M and M ′ are two or more, the total amount of the two or more should be within the above composition range. Since such a composition has a large content of Co, it has an extremely excellent characteristic that the MR change rate becomes larger than that of the previous composition. In addition, heat resistance is also increased. Further, as its crystal structure, it is a collection of ultrafine crystal grains or an amorphous structure, so that it exhibits better soft magnetic characteristics, and as a result, a large MR gradient can be obtained. As a specific example of these compositions, Co is the main component, and Ni and / or Fe are selected so that the magnetostriction is zero. Z to this
The amorphous composition may be stabilized by adding r, Si, Mo, Nb or the like. If Co is less than 0.6, it becomes difficult to obtain amorphous. Although Co may exceed 0.95, it is convenient to add Fe or Ni in a small amount because the characteristics as a soft magnetic material are improved. The content ratio of M'is
0.01 ≦ q ≦ 0.1, and if q is less than 0.01, the effect due to the addition cannot be obtained. When q exceeds 0.1, the characteristics as a soft magnetic material deteriorate. B
(Boron) is a main element for making it amorphous, and its content ratio is 0.05 ≦ r ≦ 0.3. If r is less than 0.05, the effect due to the addition cannot be obtained. If r exceeds 0.3, the characteristics as a soft magnetic material deteriorate.
【0082】また、軟磁性層20は積層構造としてもよ
い。この場合、軟磁性層20は、非磁性層側からCoま
たはCoを80重量%以上含む合金により形成された第
1の軟磁性層と、(Nix Fe1-x )y Co1-y (ただ
し、重量で0.7≦x≦0.9、0.1≦y≦0.5で
ある)で表される組成により形成された第2の軟磁性層
を含む積層体とすることが好ましい。The soft magnetic layer 20 may have a laminated structure. In this case, the soft magnetic layer 20 includes a first soft magnetic layer formed of Co or an alloy containing 80 wt% or more of Co from the nonmagnetic layer side, and (Ni x Fe 1-x ) y Co 1-y ( However, it is preferable that the laminated body includes the second soft magnetic layer formed by the composition represented by 0.7 ≦ x ≦ 0.9 and 0.1 ≦ y ≦ 0.5 by weight. .
【0083】このような軟磁性層20の厚さは、20〜
150Å、好ましくは、30〜120Å、さらに好まし
くは、50〜100Åとされる。この値が、20Å未満
となると、良好な軟磁性層としての特性が得られない。
この一方で、この値が150Åを超えると、多層膜全体
の厚さが厚くなり、磁性多層膜全体の抵抗が大きくな
り、MR効果が減少してしまう。The thickness of such a soft magnetic layer 20 is 20 to 20.
The angle is set to 150 °, preferably 30 to 120 °, and more preferably 50 to 100 °. If this value is less than 20 °, good characteristics as a soft magnetic layer cannot be obtained.
On the other hand, when this value exceeds 150 °, the thickness of the entire multilayer film increases, the resistance of the entire magnetic multilayer film increases, and the MR effect decreases.
【0084】このような軟磁性層20と前記強磁性層4
0との間に介在される非磁性金属層30は、効率的に電
子を導くために、伝導性のある金属が望ましい。より具
体的には、Au、Ag、およびCuの中から選ばれた少
なくとも1種、またはこれらの少なくとも1種以上を6
0wt%以上含む合金等が挙げられる。Such a soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 4
The non-magnetic metal layer 30 interposed between 0 and 0 is preferably a conductive metal in order to efficiently guide electrons. More specifically, at least one selected from Au, Ag, and Cu, or at least one or more of
Examples thereof include alloys containing 0 wt% or more.
【0085】このような非磁性金属層30の厚さは、1
5〜40Åであることが好ましい。この値が15Å以下
になると、このものを介して配置されている軟磁性層2
0と強磁性層40とが交換結合してしまい、軟磁性層2
0と強磁性層40とのスピンがそれぞれ独立に機能しな
くなってしまうという不都合が生じる。この値が40Å
を超えると、上下に位置する軟磁性層20と強磁性層4
0の界面で散乱される電子の割合が減少してしまい、M
R変化率の減少が起こってしまうという不都合が生じ
る。The thickness of such a non-magnetic metal layer 30 is 1
It is preferable that the angle is 5 to 40 °. When this value becomes 15 ° or less, the soft magnetic layer 2
0 and the ferromagnetic layer 40 are exchange-coupled, and the soft magnetic layer 2
There is a problem that the spins of 0 and the ferromagnetic layer 40 do not function independently. This value is 40Å
Is exceeded, the upper and lower soft magnetic layers 20 and the ferromagnetic layers 4
0, the proportion of electrons scattered at the interface decreases, and M
There is an inconvenience that the R change rate decreases.
【0086】上述してきた、これらの各層は少なくとも
基板5側からピン止め層50、強磁性層40、非磁性金
属層30、軟磁性層20の順に積層されていることが必
要である。この積層の順序はピン止め層50の制約から
きている。すなわち、基板5の上に、ピン止め層50か
ら積層をはじめることで、ピン止め層50である酸化鉄
薄膜の反強磁性を十分に実現することができるからであ
る。さらに、より大きなMR変化率を実現するという観
点からは基板5の上に、ピン止め層、強磁性層、非磁性
金属層、軟磁性層、非磁性金属層、強磁性層、ピン止め
層というさらなる積層構造ももちろん可能である。As described above, each of these layers must be laminated at least from the substrate 5 side in the order of the pinning layer 50, the ferromagnetic layer 40, the nonmagnetic metal layer 30, and the soft magnetic layer 20. This stacking order is due to the constraint of the pinned layer 50. That is, by starting stacking from the pinning layer 50 on the substrate 5, the antiferromagnetism of the iron oxide thin film that is the pinning layer 50 can be sufficiently realized. Further, from the viewpoint of realizing a larger MR change rate, a pinning layer, a ferromagnetic layer, a nonmagnetic metal layer, a soft magnetic layer, a nonmagnetic metal layer, a ferromagnetic layer, and a pinning layer are formed on the substrate 5. Further laminated structures are of course possible.
【0087】保護層80は、成膜プロセスの過程での磁
性多層膜表面の酸化を防止し、その上部に形成される電
極材料とのぬれ性や、密着強度の向上という目的のため
に形成され、このものは、Ti,Ta,W,Cr,H
f,Zr、Zn等の材料より形成される。厚さは、通
常、30〜300Å程度とされる。The protective layer 80 is formed for the purpose of preventing the surface of the magnetic multilayer film from being oxidized during the film forming process and improving the wettability with the electrode material formed on the surface and the adhesion strength. , This is Ti, Ta, W, Cr, H
It is formed of a material such as f, Zr, and Zn. The thickness is usually about 30 to 300 °.
【0088】基板5は、ガラス、ケイ素、MgO、Ga
As、フェライト、アルティック、CaTiO3 等の材
料により形成される。厚さは、通常、0.5〜10mm
程度とされる。The substrate 5 is made of glass, silicon, MgO, Ga.
It is formed of a material such as As, ferrite, altic, CaTiO 3 . The thickness is usually 0.5-10 mm
Degree.
【0089】各層の材質及び層厚を上記のように規定
し、さらに、少なくとも軟磁性層20の成膜時に、後述
する膜面内の一方向に外部磁場を印加して、異方性磁界
Hkを2〜20Oe、より好ましくは2〜16Oe、特に2
〜10Oe付与することが好ましい。これによって、形成
された磁性多層膜は、MR変化曲線の立ち上がり部分に
おけるMR傾きが0.5%/Oe以上、特に0.8%/Oe
以上、通常0.5〜1.5%/Oeが得られる。また、M
R変化曲線の最大ヒステリシス幅が8Oe以下、通常0〜
6Oeとなる。その上さらに、1MHz の高周波磁界でのM
R傾きが0.7%/Oe以上、より好ましくは0.8%/
Oe以上、通常0.7〜1.5%/Oeとすることができ、
高密度記録の読み出し用のMRヘッド等に用いる場合、
十分な性能を得ることができる。軟磁性層の異方性磁界
Hkが2Oe未満となると、保磁力と同程度となってしま
い、0磁場を中心とした直線的なMR変化曲線が実質的
に得られなくなるため、MR素子としての特性が劣化す
る。また20Oeより大きいとMR傾きが小さくなり、こ
の膜をMRヘッド等に適用した場合、出力が低下しやす
く、かつ分解能が低下する。ここでこれらのHkは、外
部磁場として成膜時に10〜300Oeの磁場を印加する
ことで得られる。外部磁場が10Oe以下ではHkを誘起
するのに十分ではないし、また、300Oeを越えても効
果は変わらないが、磁場発生のためのコイルが大きくな
ってしまい、費用もかさんで非効率的である。The material and layer thickness of each layer are defined as described above, and at the time of forming the soft magnetic layer 20, an anisotropic magnetic field Hk is applied by applying an external magnetic field in one direction in the film plane described later. 2 to 20 Oe, more preferably 2 to 16 Oe, especially 2
It is preferable to add 10 to 10 Oe. The magnetic multilayer film thus formed has an MR slope of 0.5% / Oe or more, particularly 0.8% / Oe at the rising portion of the MR change curve.
As described above, normally 0.5 to 1.5% / Oe is obtained. Also, M
The maximum hysteresis width of the R change curve is 8 Oe or less, usually 0 to
It becomes 6 Oe. Furthermore, M in high frequency magnetic field of 1MHz
R slope is 0.7% / Oe or more, more preferably 0.8% /
Oe or more, usually 0.7 to 1.5% / Oe,
When used for MR heads for reading high density recording,
Sufficient performance can be obtained. When the anisotropic magnetic field Hk of the soft magnetic layer is less than 20 Oe, the coercive force is almost the same, and a linear MR change curve centering on the 0 magnetic field cannot be obtained substantially. The characteristics deteriorate. On the other hand, if it is larger than 20 Oe, the MR gradient becomes small, and when this film is applied to an MR head or the like, the output tends to decrease and the resolution decreases. Here, these Hk are obtained by applying a magnetic field of 10 to 300 Oe during film formation as an external magnetic field. If the external magnetic field is less than 10 Oe, it is not enough to induce Hk, and even if it exceeds 300 Oe, the effect does not change, but the coil for generating the magnetic field becomes large, costly and inefficient. is there.
【0090】なお、MR変化率は、最大比抵抗をρmax
、最小比抵抗をρsat としたとき、(ρmax −ρsat
)×100/ρsat (%)として表される。また、最
大ヒステリシス幅は、磁気抵抗変化曲線(MRカーブ)
を測定して算出したヒステリシス幅の最大値である。さ
らに、MR傾きは、MRカーブを測定し、その微分曲線
を求めて得られた−20〜+20Oeでの微分値の最大値
である。そして、高周波MR傾きは、1MHz 6Oeの磁場
幅の交流磁場でMR変化率を測定したときのMR傾きで
ある。The MR change rate is expressed by the maximum specific resistance ρmax
, When the minimum specific resistance is ρsat, (ρmax −ρsat
) × 100 / ρsat (%). The maximum hysteresis width is the magnetic resistance change curve (MR curve).
Is the maximum value of the hysteresis width calculated by measuring. Furthermore, the MR slope is the maximum value of the differential value at -20 to +20 Oe obtained by measuring the MR curve and obtaining the differential curve. The high frequency MR slope is the MR slope when the MR change rate is measured with an alternating magnetic field having a magnetic field width of 1 MHz 6 Oe.
【0091】上述してきた磁性多層膜1をそれぞれ繰り
返し積層したものを、磁気抵抗効果素子とすることもで
きる。磁性多層膜の繰り返し積層回数nに特に制限はな
く、目的とする磁気抵抗変化率等に応じて適宜選択すれ
ばよい。昨今の磁気記録の超高密度化に対応するために
は、磁性多層膜の全層厚が薄いほど良い。しかし薄くな
ると通常、MR効果は同時に小さくなってしまうが、本
発明に用いられる磁性多層膜は、繰り返し積層回数nが
1の場合でも十分実用に耐えうる多層膜を得ることがで
きる。また、積層数を増加するに従って、抵抗変化率も
増加するが、生産性が悪くなり、さらにnが大きすぎる
と素子全体の抵抗が低くなりすぎて実用上の不便が生じ
ることから、通常、nを10以下とするのが好ましい。
なお、人工格子の長周期構造は、小角X線回折パターン
にて、くり返し周期に応じた1次2次ピーク等の出現に
より確認することができる。超高密度磁気記録用MRヘ
ッド等の磁気変換素子に応用するための、nの好ましい
範囲は1〜5である。A magnetic resistance effect element may be formed by repeatedly laminating the above-mentioned magnetic multilayer films 1. The number n of repeated laminations of the magnetic multilayer film is not particularly limited, and may be appropriately selected according to a target magnetoresistance change rate or the like. In order to cope with the recent ultra-high density of magnetic recording, the thinner the total thickness of the magnetic multilayer film is, the better. However, when the thickness is reduced, the MR effect usually decreases at the same time, but the magnetic multilayer film used in the present invention can obtain a multilayer film that can sufficiently withstand practical use even when the number n of times of repeated lamination is one. In addition, as the number of layers increases, the rate of change in resistance also increases. However, productivity deteriorates. Further, if n is too large, the resistance of the entire element becomes too low, which causes practical inconvenience. Is preferably 10 or less.
Note that the long-period structure of the artificial lattice can be confirmed by the appearance of primary and secondary peaks corresponding to the repetition period in a small-angle X-ray diffraction pattern. A preferable range of n is 1 to 5 for application to a magnetic transducer such as an MR head for ultrahigh density magnetic recording.
【0092】また、繰り返し積層回数nをできる限り小
さくするには、軟磁性層を1層、ピン止め層を2層とし
た、基板側より、ピン止め層、強磁性層、非磁性金属
層、軟磁性層、非磁性金属層、強磁性層、ピン止め層と
いう構造が好ましい。Further, in order to reduce the number n of repeated laminations as much as possible, the soft magnetic layer is one layer and the pinning layer is two layers. From the substrate side, the pinning layer, the ferromagnetic layer, the nonmagnetic metal layer, A structure including a soft magnetic layer, a nonmagnetic metal layer, a ferromagnetic layer, and a pinning layer is preferable.
【0093】前記磁性多層膜1の各層の成膜は、イオン
ビームスパッタ法、スパッタリング法、蒸着法、分子線
エピタキシー法(MBE)等の方法で行なわれる。基板
5としては、前述したようにガラス、ケイ素、MgO、
GaAs、フェライト、アルティック、CaTiO3 等
を用いることができる。成膜に際しては、前述したよう
に軟磁性層20成膜時に、膜面内の一方向に10〜30
0Oeの外部磁場を印加することが好ましい。これによ
り、軟磁性層20にHkを付与することができる。な
お、外部磁場の印加方法は、軟磁性層20成膜時のみ、
磁場の印加時期を容易に制御できる例えば電磁石等を備
えた装置を用いて印加し、ピン止め層50成膜時は印加
しない方法であってもよい。あるいは、成膜時を通して
常に一定の磁場を印加する方法であってもよい。The respective layers of the magnetic multilayer film 1 are formed by a method such as an ion beam sputtering method, a sputtering method, a vapor deposition method, a molecular beam epitaxy method (MBE) or the like. As the substrate 5, as described above, glass, silicon, MgO,
GaAs, ferrite, altic, CaTiO3 or the like can be used. During film formation, as described above, when forming the soft magnetic layer 20, 10 to 30 in one direction within the film surface.
It is preferable to apply an external magnetic field of 0 Oe. As a result, Hk can be applied to the soft magnetic layer 20. The external magnetic field is applied only when the soft magnetic layer 20 is formed,
A method may be used in which the magnetic field is applied using a device equipped with an electromagnet or the like that can be easily controlled, and not applied when the pinning layer 50 is formed. Alternatively, a method of constantly applying a constant magnetic field throughout the film formation may be used.
【0094】次に、前記実施例で説明した、磁性多層膜
1を備える磁気抵抗効果素子3の発明を発展させ、電子
の流れる経路を詳細に検討し、磁気変換素子の発明に至
った。ここでいう磁気変換素子とは、磁気抵抗効果素
子、導電膜および電極部を含んでなるものであって、よ
り具体的には、磁気抵抗効果型ヘッド(MRヘッド)、
MRセンサ、強磁性メモリ素子、角度センサ等を含む広
い概念のものである。Next, the invention of the magnetoresistive effect element 3 provided with the magnetic multilayer film 1 described in the above-mentioned embodiment was developed, the route through which electrons flow was examined in detail, and the invention of the magnetic conversion element was reached. The magnetic conversion element here includes a magnetoresistive effect element, a conductive film and an electrode portion, and more specifically, a magnetoresistive effect type head (MR head),
It is a broad concept including MR sensors, ferromagnetic memory elements, angle sensors and the like.
【0095】ここでは、磁気変換素子の一例として磁気
抵抗効果型ヘッド(MRヘッド)を取り挙げて、以下、
説明する。Here, a magnetoresistive head (MR head) is taken as an example of the magnetic conversion element.
explain.
【0096】図4に示されるように磁気抵抗効果型ヘッ
ド(MRヘッド)150は、信号磁場を感磁するための
感磁部分としての磁気抵抗効果素子200と、この磁気
抵抗効果素子200の両端部200a,200aに形成
された電極部100,100とを有している。そして、
感磁部分としての磁気抵抗効果素子200の端部200
a,200aは、その両端部全体が電極部100,10
0に接する状態で接続されていることが好ましい。な
お、導体膜120,120は、前記電極部100,10
0を介して磁気抵抗効果素子200と導通している。本
発明では、後の説明をわかりやすくするために、便宜
上、導体膜120と電極部100とに分けているが、導
体膜120と電極部100は、本来一体的に薄膜形成法
により形成されている場合が多く、これらは一つ部材と
考えてもよいものである。As shown in FIG. 4, a magnetoresistive effect head (MR head) 150 has a magnetoresistive effect element 200 as a magnetically sensitive part for sensing a signal magnetic field, and both ends of the magnetoresistive effect element 200. It has the electrode part 100, 100 formed in the part 200a, 200a. And
End 200 of magnetoresistive element 200 as magneto-sensitive part
a, 200a have electrode portions 100, 10
It is preferable that they are connected in a state where they are in contact with zero. Note that the conductor films 120, 120 are provided on the electrode portions 100, 10
It is electrically connected to the magnetoresistive effect element 200 via 0. In the present invention, the conductor film 120 and the electrode portion 100 are divided into a conductor film 120 and an electrode portion 100 for the sake of simplicity in order to make the following description easy to understand. However, the conductor film 120 and the electrode portion 100 are originally integrally formed by a thin film forming method. In many cases, these may be considered as one member.
【0097】MRヘッドにおける感磁部分としての磁気
抵抗効果素子200は、前記図1に示される磁性多層膜
1を有する磁気抵抗効果素子3と実質的に同様な積層構
造のものが用いられる。すなわち、磁気抵抗効果素子2
00は、図1に示される磁性多層膜を有する磁気抵抗効
果素子3に置換され、その結果、磁気抵抗効果素子20
0は、非磁性金属層30と、非磁性金属層30の一方の
面に形成された強磁性層40と、非磁性金属層30の他
方の面に形成された軟磁性層20と、前記強磁性層40
の磁化の向きをピン止めするために強磁性層40の上
(非磁性金属層30と接する面と反対側の面)に形成さ
れたピン止め層50とを有している。The magnetoresistive effect element 200 as a magnetically sensitive portion in the MR head has a laminated structure substantially similar to that of the magnetoresistive effect element 3 having the magnetic multilayer film 1 shown in FIG. That is, the magnetoresistance effect element 2
00 is replaced by the magnetoresistive effect element 3 having the magnetic multilayer film shown in FIG. 1, and as a result, the magnetoresistive effect element 20.
0 denotes a non-magnetic metal layer 30, a ferromagnetic layer 40 formed on one surface of the non-magnetic metal layer 30, a soft magnetic layer 20 formed on the other surface of the non-magnetic metal layer 30, Magnetic layer 40
And a pinning layer 50 formed on the ferromagnetic layer 40 (on the side opposite to the surface in contact with the nonmagnetic metal layer 30) to pin the direction of magnetization of the ferromagnetic layer 40.
【0098】ここで重要な点は、以上のようにして形成
した磁気抵抗効果素子200は、いわゆるスピンバルブ
型の磁気抵抗変化を示すという点である。スピンバルブ
型の磁気抵抗変化とは、非磁性金属層30と、非磁性金
属層30の一方の面に形成された強磁性層40と、非磁
性金属層30の他方の面に形成された軟磁性層20と、
前記強磁性層40の磁化の向きをピン止めするために強
磁性層の上に形成されたピン止め層50とを有する磁性
多層膜において、外部の信号磁界が0の時に軟磁性層2
0とピン止めされた強磁性層40のスピンの成す角度
が、鋭角方向から見てほぼ、90度に近く設定されてい
るものをいう。実際は45〜90度の角度であることが
多いが、好ましくは60度から90度の範囲である。ま
た、ピン止めは強磁性層40とピン止め層50との直接
交換相互作用、特に本発明の場合は反強磁性層−強磁性
層間の直接交換相互作用、でもたらされるので、磁気抵
抗効果曲線(MR曲線)は外部磁場が0のときを中心に
してプラス、マイナスの外部磁場に対し、左右非対称と
なるのが特徴である。An important point here is that the magnetoresistive effect element 200 formed as described above exhibits a so-called spin valve type magnetoresistive change. The spin valve type magnetoresistive change includes a nonmagnetic metal layer 30, a ferromagnetic layer 40 formed on one surface of the nonmagnetic metal layer 30, and a soft magnetic layer formed on the other surface of the nonmagnetic metal layer 30. A magnetic layer 20,
A pinned layer 50 formed on the ferromagnetic layer for pinning the direction of magnetization of the ferromagnetic layer 40;
The angle formed by the spin of the ferromagnetic layer 40 pinned to 0 is set to be nearly 90 degrees when viewed from the acute angle direction. In practice, the angle is often 45 to 90 degrees, but is preferably in the range of 60 to 90 degrees. Further, the pinning is caused by the direct exchange interaction between the ferromagnetic layer 40 and the pinning layer 50, particularly in the case of the present invention, the direct exchange interaction between the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer, so that the magnetoresistive effect curve is obtained. The (MR curve) is characterized by being asymmetrical with respect to the plus and minus external magnetic fields centering around when the external magnetic field is zero.
【0099】そして図4に示されるように磁気抵抗効果
型ヘッド(MRヘッド)150には、磁気抵抗効果素子
200および電極部100,100を上下にはさむよう
にシールド層300,300が形成されるとともに、磁
気抵抗効果素子200とシールド層300,300との
間の部分には非磁性絶縁層400が形成される。As shown in FIG. 4, in the magnetoresistive effect type head (MR head) 150, the shield layers 300, 300 are formed so as to sandwich the magnetoresistive effect element 200 and the electrode parts 100, 100 vertically. At the same time, the nonmagnetic insulating layer 400 is formed in the portion between the magnetoresistive effect element 200 and the shield layers 300, 300.
【0100】ここで感磁部分としての磁気抵抗効果素子
200に用いられる強磁性層40、非磁性金属層30、
軟磁性層20およびピン止め層50は、それぞれ、前記
磁性多層膜の実施例で述べたものと同様の材質、厚さの
ものを用いることが望ましい。Here, the ferromagnetic layer 40 and the non-magnetic metal layer 30 used in the magnetoresistive effect element 200 as the magnetically sensitive portion,
For the soft magnetic layer 20 and the pinning layer 50, it is desirable to use the same material and thickness as those described in the magnetic multilayer film example.
【0101】ここで磁気抵抗効果素子200の磁性多層
膜に流れる電流の経路を詳細に検討した結果、電流とし
ての電子は磁性多層膜内のある部分に片寄って流れてい
ることが判明した。すなわち、磁性多層膜を構成する各
層のうち、ピン止め層50を形成する酸化鉄は、ほぼ絶
縁層に近いものである。したがって、電子は比抵抗の小
さい軟磁性層20や非磁性金属層30に片寄って流れ
る。従来のスピンバルブ膜を用いたMRヘッドでは感磁
部分としての軟磁性層を形成した後に、非磁性金属層、
強磁性層、ピン止め層と積層し、その層の上面に電極を
形成していた。これでは比抵抗の極めて大きなピン止め
層に電極が接するため、測定のためのセンス電流(MR
ヘッドとして動作させるために必要な定電流)が流れる
ことが困難となる。また、接触抵抗が大きく、製造工程
上歩留まりも低下してしまう。As a result of detailed examination of the path of the current flowing through the magnetic multilayer film of the magnetoresistive element 200, it has been found that the electrons as the current are biased to a certain portion in the magnetic multilayer film. That is, among the layers forming the magnetic multilayer film, the iron oxide forming the pinning layer 50 is almost close to the insulating layer. Therefore, the electrons flow toward the soft magnetic layer 20 or the nonmagnetic metal layer 30 having a low specific resistance. In an MR head using a conventional spin valve film, after forming a soft magnetic layer as a magnetically sensitive portion, a nonmagnetic metal layer,
It was laminated with a ferromagnetic layer and a pinning layer, and an electrode was formed on the upper surface of the layer. In this case, the electrode is in contact with the pinned layer having an extremely high specific resistance, so that the sense current (MR
It becomes difficult for a constant current necessary for operating the head to flow. Further, the contact resistance is large, and the yield is reduced in the manufacturing process.
【0102】そこで、積層順序を逆とし、絶縁層に近い
酸化鉄のピン止め層50を基板5に近い方としたうえ
に、図4に示すように、電流を流す電極部100を磁気
抵抗効果素子200の積層方向にその端部200a,2
00a全体が接する構造とすることで、これらの問題点
を解決することができる。つまり、電子は軟磁性層20
と強磁性層40に挟まれた部分を中心に流れる。する
と、この軟磁性層20と強磁性層40とのスピンの方向
によって磁気散乱され、抵抗が大きく変化する。したが
って微小な外部磁場の変化を大きな電気抵抗の変化とし
て検出することができるのである。Therefore, the stacking order is reversed, the iron oxide pinning layer 50 close to the insulating layer is set closer to the substrate 5, and the electrode portion 100 through which the current flows has the magnetoresistive effect as shown in FIG. The end portions 200a, 2 of the element 200 in the stacking direction
These problems can be solved by adopting a structure in which the entire 00a contacts. That is, the electrons are the soft magnetic layer 20.
And flows mainly in the portion sandwiched between the ferromagnetic layers 40. Then, the soft magnetic layer 20 and the ferromagnetic layer 40 are magnetically scattered depending on the spin directions, and the resistance changes significantly. Therefore, a minute change in the external magnetic field can be detected as a large change in electric resistance.
【0103】また、前述したように、少なくとも軟磁性
層20の成膜時に膜面内の一方向に外部磁場を印加して
異方性磁場Hk誘起することで、さらに高周波特性を優
れたものとすることができる。ここで、磁性多層膜にM
R効果を起こさせるための電流を流す方向に外部磁場を
印加し、これにより異方性磁場を誘起させる。通常、磁
性多層膜を短冊状に加工し、その長手方向に電流を流す
ので、磁場をその長手方向に印加して成膜すると良い。
言い換えれば、MRヘッドとしての電流が流れる方向と
同じ方向、すなわち、信号磁場方向と垂直かつ面内方向
に磁場を印加して成膜するとよい。すると、磁性多層膜
を構成する軟磁性層は短冊長手方向が磁化容易方向に、
短冊短辺方向が磁化困難方向となり、異方性磁場Hkが
発生する。ここで信号磁場は短冊状磁性多層膜の短辺方
向に印加されるので、軟磁性層の高周波磁気特性が向上
し、大きな高周波領域でのMR特性が得られる。ここで
印加する磁場の大きさは10〜300Oeの範囲にあれば
よい。そして、軟磁性層20に誘起する異方性磁場Hk
は3〜20Oe、より好ましくは3〜16Oe、特に3〜1
2Oeとするとよい。異方性磁界Hkが3Oe未満では軟磁
性層20の保磁力と同程度となってしまい、0磁場を中
心とした直線的なMR変化曲線が実質的に得られなくな
り、MRヘッドとしての特性が劣化する。また20Oeよ
り大きいとMR傾き(単位磁場当たりのMR変化率)が
小さくなり、MRヘッド等として用いる際、出力が低下
しやすく、かつ分解能が低下する。本発明の膜は、高い
耐熱性を示し、MR変化曲線の立ち上がり部分における
MR傾きが0.5%/Oe以上、特に0.8%/Oe以上、
通常0.5〜1.5%/Oeが得られる。また、MR変化
曲線の最大ヒステリシス幅が8Oe以下、通常0〜6Oeと
なる。その上さらに、1MHz の高周波磁界でのMR傾き
が0.7%/Oe以上、より好ましくは0.8%/Oe以
上、通常0.7〜1.5%/Oeとすることができ、高密
度記録の読み出し用のMRヘッド等として、十分な性能
を得ることができる。Further, as described above, at least at the time of forming the soft magnetic layer 20, an anisotropic magnetic field Hk is induced by applying an external magnetic field in one direction in the film surface, thereby further improving the high frequency characteristics. can do. Here, M is added to the magnetic multilayer film.
An external magnetic field is applied in the direction in which a current for causing the R effect is applied, thereby inducing an anisotropic magnetic field. Usually, a magnetic multilayer film is processed into a strip shape and a current flows in the longitudinal direction. Therefore, it is preferable to form a film by applying a magnetic field in the longitudinal direction.
In other words, the film may be formed by applying a magnetic field in the same direction as the direction in which the current flows as the MR head, that is, perpendicular to the signal magnetic field direction and in-plane. Then, in the soft magnetic layer forming the magnetic multilayer film, the longitudinal direction of the strip is the direction of easy magnetization,
The strip short side direction becomes the magnetization difficult direction, and the anisotropic magnetic field Hk is generated. Here, since the signal magnetic field is applied in the short side direction of the strip-shaped magnetic multilayer film, the high-frequency magnetic characteristic of the soft magnetic layer is improved, and the MR characteristic in a large high-frequency region is obtained. The magnitude of the applied magnetic field may be in the range of 10 to 300 Oe. Then, the anisotropic magnetic field Hk induced in the soft magnetic layer 20.
Is 3-20 Oe, more preferably 3-16 Oe, especially 3-1
It should be 2 Oe. When the anisotropic magnetic field Hk is less than 3 Oe, the coercive force of the soft magnetic layer 20 is almost the same, and a linear MR change curve centering on the 0 magnetic field is substantially not obtained, and the characteristics of the MR head are improved. to degrade. On the other hand, if it is larger than 20 Oe, the MR gradient (MR change rate per unit magnetic field) becomes small, and when used as an MR head or the like, the output tends to decrease and the resolution decreases. The film of the present invention exhibits high heat resistance, and the MR slope at the rising portion of the MR change curve is 0.5% / Oe or more, particularly 0.8% / Oe or more,
Usually 0.5-1.5% / Oe is obtained. Further, the maximum hysteresis width of the MR change curve is 8 Oe or less, usually 0 to 6 Oe. Furthermore, the MR slope in a high-frequency magnetic field of 1 MHz can be 0.7% / Oe or more, more preferably 0.8% / Oe or more, usually 0.7 to 1.5% / Oe. Sufficient performance can be obtained as an MR head for reading density recording.
【0104】さらに、ピン止め層50を成膜する際に
は、軟磁性層20を成膜する際の印加磁場の方向と垂直
方向に磁場を印加すると良い。つまり磁性多層膜の膜面
内でかつ、測定電流と直角方向となる。ここで印加する
磁場の大きさは10〜300Oeの範囲にあればよい。こ
れにより、ピン止め層50により強磁性層40の磁化の
方向が確実に印加磁場方向(測定電流と直角方向)に固
着され、信号磁場によってその向きを容易に変えうる軟
磁性層20の磁化と最も合理的に反平行状態を作り出す
ことができる。もっともこれは必要条件ではなく、反強
磁性層を成膜する際に、軟磁性層を成膜する際に印加す
る磁場の方向と同じ向きであっても良い。この時は磁性
多層膜の成膜後、工程中で200℃程度の熱処理を行う
際に、短冊短辺方向(軟磁性層20を成膜する際の印加
磁場の方向と垂直方向)に磁場を印加しながら、温度を
下げていくと良い。Further, when forming the pinning layer 50, it is preferable to apply a magnetic field in a direction perpendicular to the direction of the applied magnetic field when forming the soft magnetic layer 20. In other words, the direction is in the plane of the magnetic multilayer film and perpendicular to the measured current. The magnitude of the applied magnetic field may be in the range of 10 to 300 Oe. As a result, the magnetization direction of the ferromagnetic layer 40 is reliably fixed in the direction of the applied magnetic field (perpendicular to the measurement current) by the pinning layer 50, and the magnetization of the soft magnetic layer 20 whose direction can be easily changed by the signal magnetic field. The most rational antiparallel state can be created. However, this is not a necessary condition and may be the same direction as the direction of the magnetic field applied when forming the soft magnetic layer when forming the antiferromagnetic layer. At this time, after performing the heat treatment at about 200 ° C. in the process after the formation of the magnetic multilayer film, a magnetic field is applied in the direction of the short side of the strip (perpendicular to the direction of the applied magnetic field when the soft magnetic layer 20 is formed). It is preferable to lower the temperature while applying the voltage.
【0105】MR曲線の立ち上がり部分を規定するのは
軟磁性層20の磁化回転である。より急峻なMR曲線の
立ち上がりを得るためには、軟磁性層20が信号磁場に
対し、完全に磁化回転によりその磁化の向きを変えてい
くことが望ましい。しかし、実際は軟磁性層20に磁区
が発生してしまい、信号磁場に対し磁壁移動と磁化回転
が同時に起こってしまう。その結果、バルクハウゼンノ
イズが発生し、MRヘッド特性が安定しなくなってい
た。The magnetization rotation of the soft magnetic layer 20 defines the rising portion of the MR curve. In order to obtain a steeper rise of the MR curve, it is desirable that the soft magnetic layer 20 completely changes the direction of the magnetization by the rotation of the magnetization with respect to the signal magnetic field. However, actually, magnetic domains are generated in the soft magnetic layer 20, and domain wall movement and magnetization rotation occur simultaneously with respect to the signal magnetic field. As a result, Barkhausen noise occurred, and the MR head characteristics became unstable.
【0106】そこで発明者等は鋭意、研究を進めた結
果、図5に示されるように、感磁部分である磁気抵抗効
果素子200と測定電流を流すための電極部100との
間に、それぞれ、連結用軟磁性層500を介在させるこ
とにより、上記ノイズの改善が図られることを確認し
た。もちろん、この場合、連結用軟磁性層500と磁気
抵抗効果素子200の端部200a,200aの全体が
連結用軟磁性層500と接触する状態で接続されてい
る。磁気抵抗効果素子(磁性多層膜)に隣接して形成さ
れた連結用軟磁性層500,500は、磁性多層膜を構
成している軟磁性層と磁気的に直接接触する。この付加
された連結用軟磁性層500は、磁性多層膜中の軟磁性
層の磁区を単磁区構造に近づけ、磁区構造を安定化する
効果がある。その結果、磁性多層膜中の軟磁性層は信号
磁場に対し、磁化回転モードで動作し、ノイズのない、
良好な特性を得ることができる。Therefore, as a result of earnest studies, the inventors of the present invention have shown that, as shown in FIG. 5, the magnetoresistive element 200, which is a magnetically sensitive portion, and the electrode portion 100 for passing a measurement current, respectively, are respectively provided. It was confirmed that the noise can be improved by interposing the coupling soft magnetic layer 500. Of course, in this case, the connecting soft magnetic layer 500 and the entire end portions 200a and 200a of the magnetoresistive effect element 200 are connected in contact with the connecting soft magnetic layer 500. The connecting soft magnetic layers 500, 500 formed adjacent to the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) magnetically directly contact the soft magnetic layer forming the magnetic multilayer film. The added coupling soft magnetic layer 500 has an effect of bringing the magnetic domains of the soft magnetic layer in the magnetic multilayer film closer to the single magnetic domain structure and stabilizing the magnetic domain structure. As a result, the soft magnetic layer in the magnetic multilayer film operates in the magnetization rotation mode with respect to the signal magnetic field, and is free from noise.
Good characteristics can be obtained.
【0107】磁性多層膜中の軟磁性層の磁区を単磁区に
近づけ、磁区構造を安定化させるためには、さらに図6
に示されるような形状の連結用軟磁性層510,510
を設けることが好ましい。この連結用軟磁性層510
は、感磁部分である磁気抵抗効果素子200と電極部1
00との間のみならず、電極部100の下面101にも
連続して形成されている。これは磁区構造安定化のため
の連結用軟磁性層510の体積が大きい方がその安定化
の度合いが大きいからである。しかも電極部100に直
接接していれば電圧効果は生じないので、この磁区構造
安定化のための連結用軟磁性層自身のMR効果は磁性多
層膜のMR効果に影響を与えず、都合がよい。また、よ
り積極的に磁性多層膜中の軟磁性層の磁区を安定化する
ためには、上記磁区構造安定化のための連結用軟磁性層
と電極部100との間に反強磁性層をはさんでも良い。In order to bring the magnetic domain of the soft magnetic layer in the magnetic multilayer film closer to a single magnetic domain and stabilize the magnetic domain structure, FIG.
Soft magnetic layers 510 and 510 having a shape as shown in FIG.
Is preferably provided. This soft magnetic layer 510 for connection
Indicates the magnetoresistive effect element 200 and the electrode portion 1 which are magnetically sensitive portions.
No. 00, and is continuously formed on the lower surface 101 of the electrode portion 100. This is because the larger the volume of the coupling soft magnetic layer 510 for stabilizing the magnetic domain structure, the greater the degree of stabilization. Moreover, since the voltage effect does not occur when it is in direct contact with the electrode portion 100, the MR effect of the coupling soft magnetic layer itself for stabilizing the magnetic domain structure does not affect the MR effect of the magnetic multilayer film, which is convenient. . Further, in order to more positively stabilize the magnetic domain of the soft magnetic layer in the magnetic multilayer film, an antiferromagnetic layer is provided between the coupling soft magnetic layer for stabilizing the magnetic domain structure and the electrode portion 100. It may be sandwiched.
【0108】また、本願発明のごとくピン止め層として
ヘマタイトを用いるヘマタイト使用型のスピンバルブM
Rヘッドは、図21に示されるようなヘッド構造とする
ことが特に好ましい。すなわち、感磁部分である磁気抵
抗効果素子200と測定電流を流すための電極部100
との間に、図示のごとく磁気抵抗効果素子200側から
連結用軟磁性層520および反強磁性層800(ないし
は硬磁性層800)を順次介在させる。しかも、連結用
軟磁性層520および反強磁性層800(ないしは硬磁
性層800)の一方端側は、磁気抵抗効果素子200の
上部200a(軟磁性層に近い方向)の一部分を覆うよ
うに、かつ他方端側は図示のごとく電極部100下面1
01まで潜り込んで形成される。さらに、電極部100
のヘッド中央側に位置する端部102は、磁気抵抗効果
素子200の上部200a(軟磁性層に近い方向)の一
部分を覆い、かつ、連結用軟磁性層520および反強磁
性層800の上部端部520a,800aをもそれぞれ
覆うように形成される。A hematite-using spin valve M using hematite as a pinning layer as in the present invention.
It is particularly preferable that the R head has a head structure as shown in FIG. That is, the magnetoresistive effect element 200, which is a magnetically sensitive part, and the electrode part 100 for flowing a measurement current.
As shown, the connecting soft magnetic layer 520 and the antiferromagnetic layer 800 (or the hard magnetic layer 800) are sequentially interposed from the magnetoresistive element 200 side as shown. In addition, one end of the coupling soft magnetic layer 520 and the antiferromagnetic layer 800 (or the hard magnetic layer 800) covers a part of the upper part 200 a (in the direction close to the soft magnetic layer) of the magnetoresistive element 200. The other end side is the lower surface 1 of the electrode portion 100 as shown in the figure.
01 and is formed. Further, the electrode unit 100
The end 102 located on the center side of the head covers a part of the upper part 200 a (in the direction close to the soft magnetic layer) of the magnetoresistive element 200, and the upper end of the coupling soft magnetic layer 520 and the antiferromagnetic layer 800. The portions 520a and 800a are formed so as to cover the respective portions.
【0109】このような構成とすることにより、磁気抵
抗効果素子200に形成される連結用軟磁性層520お
よび反強磁性層800の両方の効果によって極めて効率
的に縦バイアスを付与することにができ、バルクハウゼ
ンノイズを抑制したMRヘッド特性が得られる。また、
電極部100の端部102が、前述のように磁気抵抗効
果素子200を覆うように形成されていることにより、
素子端部での信号磁場の低下がなく、しかも1μm以下
のような狭トラック幅の形成が容易なMRヘッドが提供
できる。With such a structure, a longitudinal bias can be applied very efficiently by the effects of both the coupling soft magnetic layer 520 and the antiferromagnetic layer 800 formed in the magnetoresistive effect element 200. As a result, MR head characteristics in which Barkhausen noise is suppressed can be obtained. Also,
Since the end portion 102 of the electrode portion 100 is formed so as to cover the magnetoresistive effect element 200 as described above,
It is possible to provide an MR head in which the signal magnetic field does not decrease at the end of the element and which can easily form a narrow track width of 1 μm or less.
【0110】一般にパーマロイを用いたMRヘッドにお
いては、通常Ti等のシャント層やCoZrMo,Ni
FeRh等の比抵抗の大きな軟磁性材料のバイアス磁界
印加層が感磁部分に隣接して設けられている。これらは
ソフトフィルムバイアスや、シャントバイアスと呼ば
れ、パーマロイの曲線をシフトし、ゼロ磁場を中心に直
線領域を生み出す働きをしている。しかし、これらの機
構は複雑であり、製造工程上、製造歩留まりを大きく下
げる要因となっているのが実情である。これに対して上
述してきた本発明の磁気抵抗効果素子(磁性多層膜)で
は、0磁場の極近傍からMR曲線が立ち上がっているの
で、磁気抵抗効果素子(磁性多層膜)に流す電流によっ
て生じる自己バイアスにより、ゼロ磁場を中心に直線領
域を生じさせることができる。この結果、複雑な機構の
バイアス法を設けなくて良いので、製造歩留まりの向
上、製造時間の短縮とコスト削減等の効果がある。ま
た、バイアス機構のない分、感磁部分の厚さがうすくな
るので、MRヘッドにしたときのシールド厚さが小さく
なり、超高密度記録による信号の短波長化に対し大きな
効果がある。Generally, in an MR head using permalloy, a shunt layer such as Ti or CoZrMo, Ni is usually used.
A bias magnetic field applying layer made of a soft magnetic material having a large specific resistance such as FeRh is provided adjacent to the magnetically sensitive portion. These are called soft film bias and shunt bias, and they work to shift the permalloy curve and create a linear region around the zero magnetic field. However, these mechanisms are complicated and, in the manufacturing process, are the factors that greatly reduce the manufacturing yield. On the other hand, in the above-described magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) of the present invention, since the MR curve rises from the vicinity of the zero magnetic field, the self-current generated by the current flowing through the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film). The bias can produce a linear region around the zero magnetic field. As a result, since it is not necessary to provide a biasing method having a complicated mechanism, it is possible to improve the manufacturing yield, shorten the manufacturing time, and reduce the cost. Further, since there is no bias mechanism, the thickness of the magnetically sensitive portion becomes thin, so that the shield thickness when used as an MR head becomes small, which is very effective in shortening the wavelength of the signal due to ultra-high density recording.
【0111】これらMRヘッドを製造する場合、その製
造工程の中でパターニング、平坦化等でベーキング、ア
ニーリング、レジストキュア等の熱処理が不可避であ
る。When manufacturing these MR heads, heat treatment such as baking, annealing, resist curing, etc., is inevitable in the manufacturing process, such as patterning and flattening.
【0112】一般的にこれら人工格子と呼ばれるような
磁性多層膜を有する磁気抵抗効果素子では、構成する各
層の厚さ故、耐熱性が問題となる場合が多かった。本発
明による磁気抵抗効果素子(磁性多層膜)では磁場を印
加し、磁性層に異方性磁場を付与することにより、製膜
後、300℃以下、一般に100〜300℃、1時間程
度の熱処理に十分対応できる。熱処理は通常、真空中、
不活性ガス雰囲気中、大気中等で行えばよいが、特に1
0-7Torr以下の真空(減圧下)中で行なうことで特性劣
化の極めて少ない磁気抵抗効果素子(磁性多層膜)が得
られる。また、加工工程でのラッピングやポリッシング
においてもMR特性が劣化することはほとんどない。In a magnetoresistive effect element having a magnetic multilayer film generally called an artificial lattice, heat resistance often causes a problem because of the thickness of each layer constituting the magnetoresistive effect element. In the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) according to the present invention, a magnetic field is applied and an anisotropic magnetic field is applied to the magnetic layer, so that after film formation, heat treatment is performed at 300 ° C. or lower, generally 100 to 300 ° C. for about 1 hour. Can fully cope with. Heat treatment is usually performed in vacuum,
It may be carried out in an inert gas atmosphere, in the air, or the like.
By performing the process in a vacuum (under reduced pressure) of 0 -7 Torr or less, a magnetoresistive element (magnetic multilayer film) with extremely small characteristic deterioration can be obtained. Further, MR characteristics are hardly deteriorated even in lapping and polishing in the processing step.
【0113】また、ピン止め層50である酸化鉄層を成
膜後、真空成膜装置から基板を取り出し、その後、大気
中や酸素雰囲気中、もしくは真空中100℃〜300℃
の温度で熱処理を行い、ヘマタイト相に近づくような熱
処理を施した後、引き続き真空製膜装置に基板を戻し、
続きのスピンバルブ構造(残りの積層膜構造)を形成し
てもよい。FeとOイオンの大きさはかなり異なり、真
空成膜によって応力等による歪みが入りやすい。この熱
処理により、これら、応力の緩和と、結晶格子の規則度
向上による、反強磁性の特性の改善が可能となる。な
お、熱処理はピン止め層形成後に大気中で行うのが望ま
しいが、真空中でもその効果は大きく、少なくともピン
止め層形成後は任意の工程で100℃〜300℃の温度
での熱処理を行えばよい。Further, after the iron oxide layer which is the pinning layer 50 is formed, the substrate is taken out from the vacuum film forming apparatus, and thereafter, in the air, in an oxygen atmosphere, or in vacuum, 100 ° C. to 300 ° C.
After performing the heat treatment at the temperature of, the heat treatment to approach the hematite phase, and then returning the substrate to the vacuum film forming apparatus,
A continuous spin valve structure (remaining laminated film structure) may be formed. The sizes of Fe and O ions are quite different, and strain due to stress or the like is likely to occur due to vacuum film formation. By this heat treatment, it is possible to reduce the stress and improve the antiferromagnetic property by improving the regularity of the crystal lattice. The heat treatment is preferably performed in the air after forming the pinning layer, but the effect is great even in vacuum, and at least after the pinning layer is formed, the heat treatment may be performed at a temperature of 100 ° C. to 300 ° C. in any step. .
【0114】なお、本発明におけるFeOx の酸化鉄薄
膜(ピン止め層を構成する材料)は、高耐電圧の絶縁層
であるため、MRヘッドのいわゆるギャップ膜を構成す
る材料として用いることもできる。Since the iron oxide thin film of FeO x (the material forming the pinning layer) in the present invention is an insulating layer having a high withstand voltage, it can be used as a material forming the so-called gap film of the MR head. .
【0115】[0115]
【実施例】前記の磁気抵抗効果素子の発明、並びにこれ
らを用いた磁気変換素子(例えばMRヘッド)の発明
を、以下に示す具体的実施例によりさらに詳細に説明す
る。まず最初に、磁性多層膜1を有する磁気抵抗効果素
子3(図1対応)の発明の具体的実施例を実施例1とし
て示す。The invention of the magnetoresistive effect element and the invention of a magnetic conversion element (for example, an MR head) using the same will be described in more detail with reference to the following specific embodiments. First, a concrete example of the invention of the magnetoresistive effect element 3 (corresponding to FIG. 1) having the magnetic multilayer film 1 will be shown as Example 1.
【0116】実施例1 基板としてガラス基板を用い、このものをイオンビーム
スパッタ装置の中に入れ、2.3×10-7Torrまで真空
引きを行った。基板の温度は14℃に冷却したまま、基
板を20rpm で回転させながら、以下の組成をもつ人工
格子磁性多層膜を作成した。この際、磁界を基板の面内
でかつ、測定電流と平行方向に印加しながら、約0.3
Å/秒以下の成膜速度で成膜を行った。 Example 1 A glass substrate was used as a substrate, which was placed in an ion beam sputtering apparatus and vacuumed to 2.3 × 10 −7 Torr. While cooling the substrate at 14 ° C., the substrate was rotated at 20 rpm to prepare an artificial lattice magnetic multilayer film having the following composition. At this time, while applying a magnetic field in the plane of the substrate and in a direction parallel to the measurement current, about 0.3
Film formation was performed at a film formation rate of Å / sec or less.
【0117】成膜後、10-5Torrの真空中で、測定電流
と直角かつ面内方向に200Oeの磁界を印加しながら2
00℃から冷却し、強磁性層のピン止め効果を誘起し
た。このようにして表1に示されるような磁気抵抗効果
素子の各サンプル1−1〜1−13を作成した。After film formation, in a vacuum of 10 −5 Torr, applying a magnetic field of 200 Oe in the in-plane direction at right angles to the measurement current, 2
By cooling from 00 ° C., the pinning effect of the ferromagnetic layer was induced. In this way, each sample 1-1 to 1-13 of the magnetoresistive effect element as shown in Table 1 was prepared.
【0118】[0118]
【表1】 表1において、例えばサンプル1−1は、基板上に、メ
インガンの加速電圧1200eV、イオン電流120m
A、アシストビームの加速電圧100eV、イオン電流
10mA、Ar流量4sccm、O2 流量1sccmの
条件で、1000Å厚のピン止め層FeOx を成膜し、
この上に、38Å厚のNi81%−Fe19%のパーマ
ロイ組成(NiFe)合金の強磁性層、88Å厚のCu
の非磁性金属層を順次スパッタして形成した磁性多層膜
である。他の各サンプル1−2〜1−13は、ピン止め
層FeOx の成膜条件のみが異なり(従って、各々Fe
Ox の組成が異なる)、それ以外はすべて上記サンプル
1−1と同様な積層構造とした。[Table 1] In Table 1, for example, Sample 1-1 has a main gun acceleration voltage of 1200 eV and an ion current of 120 m on a substrate.
A, a pinning layer FeO x having a thickness of 1000 Å was formed under the conditions of A, assist beam acceleration voltage 100 eV, ion current 10 mA, Ar flow rate 4 sccm, and O 2 flow rate 1 sccm.
On top of this, a ferromagnetic layer of a permalloy composition (NiFe) alloy of 38 Å thickness of Ni 81% -Fe 19%, Cu of 88 Å thickness
Is a magnetic multi-layer film formed by sequentially sputtering the non-magnetic metal layer of. The other samples 1-2 to 1-13 are different only in the film forming conditions of the pinning layer FeO x (thus, each Fe
The composition of O x is different), and other than that, the laminated structure is the same as that of the sample 1-1.
【0119】各サンプルについて、用いたメインガンの
加速電圧とイオン電流、用いたアシストガンの加速電圧
とイオン電流、およびアシストガンに流したArとO2
ガスの流量、ピン止め層FeOx を構成するO/Feの
比であるx(酸化度と称す)、およびピン止め層が反強
磁性を示すことによってもたらされる一方向性異方性H
ua(磁化曲線でのヒステリシス中心の0磁場からのシフ
ト量:uniaxial anisotropy )の値を、それぞれ表1に
示した。なお、ここで酸化度xは蛍光X線分析法によっ
て容易に決定することができる。また、反強磁性の強さ
のパラメータであるHuaに関しては、MRヘッドを製造
するときと同じ成膜条件と同じ各層の層厚で、酸化鉄の
薄膜部分(ピン止め層FeOx )と強磁性層を作成し、
このものの磁化曲線を測定して、そのヒステリシスの中
心磁場のシフト量で評価した。その結果、1.35≦x
≦1.55、(単位は原子比)の範囲に酸化度xを調整
することによりMRヘッド動作をさせるときの必要十分
なHuaが得られることがわかった。For each sample, the acceleration voltage and ion current of the main gun used, the acceleration voltage and ion current of the assist gun used, and Ar and O 2 applied to the assist gun
Gas flow rate, x (referred to as oxidation degree), which is the ratio of O / Fe forming the pinning layer FeO x , and unidirectional anisotropy H caused by the pinning layer exhibiting antiferromagnetism.
The values of ua (shift amount from the zero magnetic field of the hysteresis center in the magnetization curve: uniaxial anisotropy) are shown in Table 1, respectively. Here, the degree of oxidation x can be easily determined by a fluorescent X-ray analysis method. As for Hua , which is a parameter of the strength of antiferromagnetism, the same film forming conditions and the same layer thickness as those used when manufacturing the MR head are used, and the strength of the thin film of iron oxide (pinning layer FeO x ) Create a magnetic layer,
The magnetization curve of this product was measured and evaluated by the shift amount of the central magnetic field of the hysteresis. As a result, 1.35 ≦ x
It was found that by adjusting the degree of oxidation x in the range of ≦ 1.55 (unit is atomic ratio), a sufficient and sufficient Hua for operating the MR head can be obtained.
【0120】表1中のサンプル1−1〜1−4で示され
るアシストガス流量を変化させた実験結果より、アシス
トガンのAr+O2 ガスの流量が6〜20sccmの範
囲内で形成させたピン止め層(サンプル1−2および1
−3)のみが、酸化度x=O/Feの値が1.35〜
1.55の範囲に入っていることがわかる。このときに
一方向性異方性Huaの値は、最低必要と思われる40O
e以上の大きい値となっている。From the experimental results of changing the assist gas flow rates shown in Samples 1-1 to 1-4 in Table 1, pinning was performed when the assist gun Ar + O 2 gas flow rate was within the range of 6 to 20 sccm. Layer (Samples 1-2 and 1
-3) only has an oxidation degree x = O / Fe of 1.35
It can be seen that it is within the range of 1.55. The value of the unidirectional anisotropy H ua At this time, appears to minimum required 40O
It is a large value of e or more.
【0121】サンプル1−5、1−6、1−7、1−1
0、1−11はアシストビームのイオン電流を様々に変
化させた本実施例と比較例である。これらの実験結果よ
り、アシストビームのイオン電流は5〜15mAの範囲
になくてはならない(サンプル1−5および1−10)
ことがわかる。Samples 1-5, 1-6, 1-7, 1-1
Reference numerals 0 and 1-11 are the present example and the comparative example in which the ion current of the assist beam is variously changed. From these experimental results, the ion current of the assist beam must be in the range of 5 to 15 mA (Samples 1-5 and 1-10).
You can see that.
【0122】また、サンプル1−5、サンプル1−7〜
1−9、およびサンプル1−12の実験結果より、アシ
ストビームの加速電圧は180eVと高すぎても、ま
た、50eVと低くても十分なHuaが得られないことが
わかる。従って、この加速電圧は60〜150eVの範
囲になくてはならないことがわかる。Samples 1-5 and 1-7 ...
1-9, and the experimental results of the samples 1-12, the acceleration voltage of the assist beam be a too high 180EV, also it can be seen that not have sufficient H ua be as low as 50 eV. Therefore, it can be seen that this accelerating voltage must be in the range of 60 to 150 eV.
【0123】図7にはアシストガンのAr+O2 ガスの
流量を10sccmに固定したときの、O2 流量の変化
と酸化度x=O/Feとの関係が示される。この図にお
いて、例えば、O2 流量が4sccmのときにはAr流
量は6sccmとなっている。ここではFeOX の反強
磁性の効果を調べるために、基板側からFeOx (10
00Å)−NiFe(38Å)−Cu(88Å)という
順で積層された膜を用いて評価した。図7の結果から明
らかなように、O2 流量が1〜5sccmのときにxは
1.35〜1.55の範囲になっている。すなわち、A
r:O2 流量比が1:1〜9:1の範囲のときにxは
1.35〜1.55の範囲内となり、またHuaの値も4
0Oe以上の大きい値となることが確認された。FIG. 7 shows the relationship between the change in O 2 flow rate and the degree of oxidation x = O / Fe when the flow rate of Ar + O 2 gas in the assist gun is fixed at 10 sccm. In this figure, for example, when the O 2 flow rate is 4 sccm, the Ar flow rate is 6 sccm. Here in order to examine the effect of antiferromagnetic FeO X is, FeO x (10 from the substrate side
The evaluation was performed using a film in which 00Å) -NiFe (38Å) -Cu (88Å) were stacked in this order. As is clear from the result of FIG. 7, x is in the range of 1.35 to 1.55 when the O 2 flow rate is 1 to 5 sccm. That is, A
r: O 2 flow ratio 1: 1 to 9: x becomes within the range of 1.35 to 1.55 at 1, and also the value of H ua 4
It was confirmed that the value was a large value of 0 Oe or more.
【0124】図8にはアシストビームでのArとO2 ガ
スの流量を、それぞれ(7、3)、(6、4)、(5、
5)(単位はそれぞれsccm)の3種類のパラメータ
とし、これらの各パラメータについて、アシストビーム
のイオン電流変化と一方向性異方性Huaとの関係をしら
べた実験結果が示される。積層膜構成は、基板側からら
FeOx (1000Å)−NiFe(38Å)−Cu
(88Å)という順で積層された膜を用いて評価した。
このときのアシストビームの加速電圧は100eVに固
定されている。図からAr:O2 流量比によって多少の
差はあるが、イオン電流が5〜15mAの範囲で大きな
一方向性異方性を示していることがわかる。In FIG. 8, the flow rates of Ar and O 2 gas in the assist beam are (7, 3), (6, 4), (5,
5) Three types of parameters (each of which is in sccm) are shown, and experimental results are shown for each of these parameters, in which the relationship between the ion current change of the assist beam and the unidirectional anisotropy Hua is investigated . The laminated film structure is such that FeO x (1000Å) -NiFe (38Å) -Cu from the substrate side.
The evaluation was performed using a film laminated in the order of (88Å).
The acceleration voltage of the assist beam at this time is fixed at 100 eV. From the figure, it can be seen that although there is some difference depending on the Ar: O 2 flow rate ratio, a large unidirectional anisotropy is exhibited in the ion current range of 5 to 15 mA.
【0125】本発明のポイントは反強磁性を示す酸化鉄
FeOX の生成にあるので、ここでその材料物性の同定
について以下に説明する。Since the point of the present invention lies in the formation of iron oxide FeO x exhibiting antiferromagnetism, the identification of the physical properties of the material will be described below.
【0126】表1のなかでHuaの値が110Oeを示し
たサンプル1−5の薄膜X線回折の結果が図9に示され
る。この結果より、ブロードではあるが、ヘマタイトの
α相(104)配向面からの回折ピークが確認される。
マグネタイトやウスタイト等の酸化鉄のその他の回折ピ
ークは確認されないことから、ピン止め層としてαFe
2 O3 (ヘマタイト)が生成されていることがわかる。
その結果、110Oeという大きなHuaの値が得られて
いる。[0126] Table result of thin film X-ray diffraction of samples 1-5 the value of H ua showed 110Oe among 1 is shown in FIG. From this result, although broad, a diffraction peak from the α-phase (104) oriented surface of hematite is confirmed.
Since no other diffraction peaks of iron oxide such as magnetite and wustite are confirmed, αFe is used as a pinning layer.
It can be seen that 2 O 3 (hematite) is generated.
As a result, a large value of H ua that 110Oe is obtained.
【0127】また、サンプル1−2(表1)を積層方向
に切断し、その積層断面を高分解能電子顕微鏡(TE
M)で観察した。そして、上記ピン止め層50の内部を
電子線回折で調べた結果、ヘマタイト相の存在が確認さ
れた。また、この場合は、ヘマタイト相のほかに40体
積%のマグネタイト相も混在していることがわかった。
しかしながら、60体積%の割合で存在するヘマタイト
相によって、Huaの値は実用上十分なものを示した。そ
の外のサンプルにおいてはヘマタイト相が30体積%
と、そのほかに70体積%のマグネタイト相と少量のウ
スタイト相も確認されたが、Huaの値はあまり余裕のあ
るものではないが、なんとかヘッドとして実用できる範
囲のものであることが確認できた。これらの結果より、
ピン止め層はヘマタイトの単層でなくても反強磁性を示
すαFe2 O3 (ヘマタイト)を、少なくとも30体積
%以上60体積%以下含むものであればよいことがわか
った。Sample 1-2 (Table 1) was cut in the stacking direction, and the stacking section was cut by a high-resolution electron microscope (TE).
M). Then, as a result of examining the inside of the pinning layer 50 by electron diffraction, the existence of a hematite phase was confirmed. Further, in this case, it was found that, in addition to the hematite phase, 40 vol% magnetite phase was also mixed.
However, due to the hematite phase present in a proportion of 60% by volume, the value of Hua was practically sufficient. In other samples, hematite phase is 30% by volume
In addition to that, a 70 volume% magnetite phase and a small amount of wustite phase were also confirmed. It was confirmed that the value of Hua was not so large, but it was manageable within the range that could be practically used as a head. . From these results,
It was found that the pinning layer is not limited to a single layer of hematite, and may be any layer containing at least 30% by volume and 60% by volume or less of αFe 2 O 3 (hematite) exhibiting antiferromagnetism.
【0128】また、成膜条件の異なる他のサンプルの、
特にピン止め層50の内部を、同様に高分解能電子顕微
鏡(TEM)で観察した。すると、そのピン止め層50
の内部は、ヘマタイト相の単相であったが、その結晶は
ヘマタイト結晶の60〜100Åの微結晶粒の集まりで
あった。このとき、Huaの値は71Oeと、十分すぎる
ものではないが、実用上問題のない程度であることが確
認された。従って、ピン止め層は反強磁性を示すαFe
2 O3 (ヘマタイト)の100Å以下、特に、60〜1
00Åの微結晶の集まりであってもよいことがわかる。In addition, for other samples having different film forming conditions,
In particular, the inside of the pinning layer 50 was similarly observed with a high resolution electron microscope (TEM). Then, the pinning layer 50
The inside of was a single phase of hematite phase, but the crystal was a collection of 60 to 100Å fine crystal grains of hematite crystal. At this time, the value of H ua is a 71Oe, but not too well, it was confirmed that the degree no practical problem. Therefore, the pinned layer is αFe which exhibits antiferromagnetism.
100 Å or less of 2 O 3 (hematite), especially 60-1
It is understood that a collection of 00Å microcrystals may be used.
【0129】ここで、実際に反強磁性を示す酸化鉄Fe
Ox が生成されているかどうかについて述べる。まず、
図10は表1のサンプル1−5の耐熱性を調べたグラフ
である。Huaの値は測定温度をあげるにつれて減少し、
約200℃でほぼ0となった。これは反強磁性を示すF
eOx が、この層のネール温度が近づくにつれてそのピ
ン止め効果が小さくなり、ついにはピンニング効果が失
われたことを示している。この結果より、成膜されてい
た酸化鉄FeOx が反強磁性であることの証明と、その
ネール温度が200℃であることが確認された。さら
に、様々な成膜条件でのFeOx サンプルについて、同
様の評価をした結果、このピン止め層のネール温度は1
20℃〜400℃の範囲にあることがわかった。Here, iron oxide Fe which actually exhibits antiferromagnetism
It will be described whether O x is generated. First,
FIG. 10 is a graph showing the heat resistance of Sample 1-5 in Table 1. The value of Hua decreases with increasing measurement temperature,
It became almost 0 at about 200 ° C. This is antiferromagnetic F
The eO x shows that as the Neel temperature of this layer approaches, its pinning effect diminishes and eventually the pinning effect is lost. From this result, it was confirmed that the formed iron oxide FeO x was antiferromagnetic and that its Neel temperature was 200 ° C. Further, as a result of conducting the same evaluation on FeO x samples under various film forming conditions, the Neel temperature of this pinning layer is 1
It was found to be in the range of 20 ° C to 400 ° C.
【0130】以上の結果と表1に示される結果から、ピ
ン止め層として酸化鉄FeOx を1.35≦x≦1.5
5、単位は原子比、厚さ100Å〜3000Åに形成す
ることで、隣接する強磁性層の磁化の向きをピン止めで
きることがわかる。また、このピン止め層は反強磁性を
示すαFe2 O3 (ヘマタイト)、もしくは反強磁性を
示すαFe2 O3 (ヘマタイト)を、少なくとも30体
積%以上60体積%以下含むもの、反強磁性を示すαF
e2 O3 (ヘマタイト)の100Å以下の微結晶の集ま
りであるもの、反強磁性を示しそのネール温度は120
℃〜400℃であるもの、いずれでも同様の効果をもた
らすことがわかる。これらの酸化鉄FeOx は酸化鉄の
ターゲットをイオンビームスパッタ法でスパッタし、基
板に対し、ArとO2 の混合ガスのアシストビームを照
射しながら生成することで、反強磁性を示し十分なピン
止め効果を持つピン止め層を形成することができる。From the above results and the results shown in Table 1, 1.35 ≦ x ≦ 1.5 of iron oxide FeO x was used as the pinning layer.
5. It is understood that by forming the unit of atomic ratio and thickness of 100Å to 3000Å, the magnetization direction of the adjacent ferromagnetic layer can be pinned. Further, this pinning layer contains αFe 2 O 3 (hematite) exhibiting antiferromagnetism or αFe 2 O 3 (hematite) exhibiting antiferromagnetism at least 30% by volume or more and 60% by volume or less, antiferromagnetic Indicating αF
e 2 O 3 (hematite), which is a collection of fine crystals of 100 Å or less, shows antiferromagnetism and its Neel temperature is 120
It can be seen that the same effect can be obtained with any of those whose temperature is between 400 ° C and 400 ° C. These iron oxides FeO x exhibit antiferromagnetism by being produced by sputtering an iron oxide target by an ion beam sputtering method and irradiating the substrate with an assist beam of a mixed gas of Ar and O 2. A pinning layer having a pinning effect can be formed.
【0131】以下、本発明のおのおのに共通な特性評価
について説明する。B−Hループの測定は、振動型磁力
計により行った。抵抗測定は、表1に示される構成の試
料から0.4×6mmの形状のサンプルを作成し、外部磁
界を面内に電流と垂直方向になるようにかけながら、−
300〜300Oeまで変化させたときの抵抗を4端子法
により測定した。その抵抗から比抵抗の最小値ρsat お
よびMR変化率ΔR/Rを求めた。MR変化率ΔR/R
は、最大比抵抗をρmax 、最小比抵抗をρsatとし、次
式により計算した:ΔR/R=(ρmax −ρsat )×1
00/ρsat (%)。また、測定したMR曲線の微分曲
線を取り、そのゼロ磁場付近の極大値をMR傾き(単位
%/Oe)として、立ち上がり特性を評価した。1MHz
の高周波磁界における6Oe幅でのMR傾きの値は、前
記のとおり0.7%/Oe以上あることが必要である。The characteristic evaluation common to each of the present invention will be described below. The BH loop was measured by a vibrating magnetometer. For resistance measurement, a sample having a shape of 0.4 × 6 mm was prepared from the sample having the configuration shown in Table 1, and an external magnetic field was applied in a plane perpendicular to the current,
The resistance when changing from 300 to 300 Oe was measured by the four-terminal method. From the resistance, the minimum value ρsat of the specific resistance and the MR change rate ΔR / R were determined. MR change rate ΔR / R
Was calculated by the following formula, where ρmax is the maximum specific resistance and ρsat is the minimum specific resistance: ΔR / R = (ρmax −ρsat) × 1
00 / ρsat (%). Further, a differential curve of the measured MR curve was taken, and the maximum value near the zero magnetic field was taken as the MR slope (unit:% / Oe) to evaluate the rising characteristics. 1 MHz
As described above, the value of the MR slope in the high-frequency magnetic field of 6 Oe width needs to be 0.7% / Oe or more.
【0132】以上のピン止め層を用いて形成したスピン
バルブ型のMR変化を示す磁性多層膜の構成と磁気抵抗
変化率を下記表2に示す。Table 2 below shows the constitution and magnetoresistance change rate of the spin-valve type magnetic multilayer film showing MR change formed by using the above pinned layer.
【0133】[0133]
【表2】 なお、表2において、例えばサンプル2−1は、[αF
e2 O3 (1000)−CoNiFe(32)−Cu
(22)−NiFeCo(77)]であって、基板側か
ら1000Å厚のαFe2 O3 の反強磁性層(ピン止め
層)、強磁性層として用いた32Å厚のCoNiFe合
金層、22Å厚のCuの非磁性金属層、77Å厚のNi
FeCoによる軟磁性層を順次配置した磁性多層膜であ
る。各サンプルを構成する材質を、反強磁性層(ピン止
め層)、強磁性層、非磁性金属層、軟磁性層の順に(m
1,m2,m3,m4)として示した。また、それらの
層の厚さを同様の順に(t1,t2,t3,t4)と表
2に記載した。また、強磁性層として用いたCoNiF
e合金層の組成はCo8 8 Ni6 Fe6 、軟磁性層とし
て用いたNiFeCo合金層の組成はNi48Fe17Co
35(それぞれ重量%)である。以降の実施例において特
に断らなければ、CoNiFe,NiFeCo層の組成
は上記本実施例と同様の組成である。また、直流磁場で
のMR傾き、及び1MHz での高周波磁界における6Oe幅
でのMR傾き(単位%/Oe)も併せて示した。この値は
前記のとおり0.7%/Oe以上あることが必要である。[Table 2] In Table 2, for example, the sample 2-1 is [αF
e 2 O 3 (1000) -CoNiFe (32) -Cu
(22) -NiFeCo (77)], an antiferromagnetic layer (pinning layer) of αFe 2 O 3 having a thickness of 1000 Å from the substrate side, a CoNiFe alloy layer having a thickness of 32 Å used as a ferromagnetic layer, and a layer having a thickness of 22 Å Cu non-magnetic metal layer, 77Å thick Ni
It is a magnetic multilayer film in which soft magnetic layers of FeCo are sequentially arranged. The materials constituting each sample are the antiferromagnetic layer (pinned layer), the ferromagnetic layer, the nonmagnetic metal layer, and the soft magnetic layer in this order (m
1, m2, m3, m4). Further, the thicknesses of these layers are shown in Table 2 in the same order (t1, t2, t3, t4). In addition, CoNiF used as the ferromagnetic layer
The composition of the e alloy layer is Co 8 8 Ni 6 Fe 6 , and the composition of the NiFeCo alloy layer used as the soft magnetic layer is Ni 48 Fe 17 Co.
35 (wt% each). Unless otherwise specified in the following examples, the composition of the CoNiFe and NiFeCo layers is the same as that of this example. In addition, the MR slope in a DC magnetic field and the MR slope in a 6 Oe width in a high frequency magnetic field at 1 MHz (unit:% / Oe) are also shown. This value must be 0.7% / Oe or more as described above.
【0134】表2に示されるサンプル2−3およびサン
プル2−4におけるCoNiFeSiB合金層はアモル
ファス軟磁性層であり、その組成はCo70Ni5 Fe5
Si8 B12(原子%)の場合の例である。The CoNiFeSiB alloy layer in Sample 2-3 and Sample 2-4 shown in Table 2 is an amorphous soft magnetic layer, and its composition is Co 70 Ni 5 Fe 5
This is an example in the case of Si 8 B 12 (atomic%).
【0135】サンプル2−5は、ヘマタイト層を50体
積%含むFe2 O3 層をピン止め層として用いた場合の
例である。Sample 2-5 is an example in which an Fe 2 O 3 layer containing 50% by volume of a hematite layer was used as a pinning layer.
【0136】サンプル2−8,サンプル2−9(共に比
較例)は、サンプル2−1と同じ多層膜構成であるが、
非磁性金属層の層厚(t3)が異なる場合の例である。
すなわち、サンプル2−8は非磁性金属層厚が厚すぎて
MR変化率が減少している。一方、2−9では逆に非磁
性金属層厚が薄すぎて、2つの磁性層間での強磁性結合
が強くなり、スピンの相対角度が生じなくなり、その結
果、スピンバルブ型のMR変化を示さなくなっている。Samples 2-8 and 2-9 (both comparative examples) have the same multilayer film structure as sample 2-1.
This is an example when the layer thicknesses (t3) of the nonmagnetic metal layers are different.
That is, in Sample 2-8, the nonmagnetic metal layer thickness is too large, and the MR change rate is reduced. On the other hand, in 2-9, on the contrary, the thickness of the non-magnetic metal layer is too thin, and the ferromagnetic coupling between the two magnetic layers becomes strong, so that the relative angle of spin does not occur, and as a result, a spin valve MR change is shown. It's gone.
【0137】サンプル2−10(比較例)は、サンプル
2−1と同じ多層膜構成であるが、ピン止め層の層厚
(t1)が異なる場合の例である。すなわち、サンプル
2−10はピン止め層の層厚が薄すぎてMR変化率が減
少している。これはピン止め層の層厚が薄いことによっ
て、酸化鉄FeOx の反強磁性が十分に実現されないこ
とによるものである。Sample 2-10 (Comparative Example) has the same multilayer film structure as Sample 2-1, but is an example in which the layer thickness (t1) of the pinning layer is different. That is, in Sample 2-10, the pinning layer was too thin and the MR change rate was reduced. This is because the antiferromagnetism of iron oxide FeO x is not sufficiently realized due to the thin pinning layer.
【0138】サンプル2−11,サンプル2−12(共
に比較例)は、サンプル2−1とほぼ同じ多層膜構成で
あるが、2つの磁性層の層厚が、本発明の範囲から外れ
る場合の例である。すなわち、サンプル2−11は軟磁
性層の層厚(t4)が厚すぎて、多層膜の比抵抗が大き
くなり、その結果、MR変化率が小さくなっている。サ
ンプル2−12は強磁性層の層厚(t2)が厚すぎて、
ピン止め層のエネルギーが不足し、十分に強磁性層のス
ピンがピン止めされていない例である。その結果、両サ
ンプルともにMR変化率が十分ではない。Samples 2-11 and 2-12 (both comparative examples) have substantially the same multilayer film structure as sample 2-1 except that the thicknesses of the two magnetic layers are out of the range of the present invention. Here is an example. That is, in Sample 2-11, the layer thickness (t4) of the soft magnetic layer was too thick, and the specific resistance of the multilayer film was large, and as a result, the MR change rate was small. In the sample 2-12, the layer thickness (t2) of the ferromagnetic layer is too thick,
In this example, the energy of the pinned layer is insufficient and the spin of the ferromagnetic layer is not sufficiently pinned. As a result, the MR change rate is not sufficient in both samples.
【0139】以上、表2に示される結果から、ピン止め
層である酸化鉄FeOx の反強磁性の特性が十分に実現
され、かつ強磁性層、軟磁性層、非磁性金属層の材料、
およびそれらの層厚を本発明に開示された範囲から選択
することにより、1MHzでの高周波磁界における6O
e幅での磁気抵抗変化の傾きが、0.7%/Oe以上と
なる磁気抵抗効果素子が実現できることがわかる。From the results shown in Table 2 above, the antiferromagnetic characteristics of iron oxide FeO x , which is the pinning layer, are sufficiently realized, and the materials of the ferromagnetic layer, the soft magnetic layer, and the nonmagnetic metal layer are
And their layer thicknesses selected from the ranges disclosed in the present invention, the 6O in a high frequency magnetic field at 1 MHz.
It can be seen that the magnetoresistive effect element in which the gradient of the change in the magnetic resistance in the e width is 0.7% / Oe or more can be realized.
【0140】なお、図11(A)および(B)には、そ
れぞれ、表2のサンプル2−1を構成するスピンバルブ
磁性多層膜のMR曲線と、磁化曲線が示される。反強磁
性を示すヘマタイトにより、強磁性層のスピンがピン止
めされ、左右非対称のスピンバルブ型のMR曲線が得ら
れている。同様に、ピン止め効果により磁化曲線も上下
が非対称となっている。図12には同じサンプルの10
Oe以下でのマイナーループが示される。0磁場からM
R曲線が急激に立ち上がっているのがわかる。このマイ
ナーMRループでの最大ヒステリシス幅は約3Oeと小
さく、極めて良好な特性を示している。11A and 11B show the MR curve and the magnetization curve of the spin-valve magnetic multilayer film which constitutes Sample 2-1 in Table 2, respectively. The spin of the ferromagnetic layer is pinned by the hematite exhibiting antiferromagnetism, and a spin valve type MR curve which is asymmetrical to the left and right is obtained. Similarly, the magnetization curve is also asymmetric in the upper and lower directions due to the pinning effect. The same sample 10 is shown in FIG.
A minor loop below Oe is shown. 0 magnetic field to M
It can be seen that the R curve rises sharply. The maximum hysteresis width in this minor MR loop is as small as about 3 Oe, which shows extremely good characteristics.
【0141】さらに、図13にはガラス基板上に作成し
た[αFe2 O3 (1000Å)−CoNiFe(45
Å)−Cu(88Å)]多層膜サンプルの熱処理結果が
示される。これは反強磁性を示すヘマタイト層と強磁性
層が交換結合したサンプルであり、熱処理の結果、Hua
の値が増大していることが確認される。その特性改善は
2時間の熱処理において、50%アップに及んでいる。
すなわち、熱処理により、スピンバルブ特性の大幅な改
善が可能であることがわかる。Further, in FIG. 13, [αFe 2 O 3 (1000Å) -CoNiFe (45) formed on a glass substrate was used.
Å) -Cu (88Å)] The heat treatment result of the multilayer film sample is shown. This is a sample hematite layer and a ferromagnetic layer exhibiting antiferromagnetism exchange-coupled, the heat treatment results, H ua
It is confirmed that the value of is increasing. The improvement in the characteristics is up to 50% in the heat treatment for 2 hours.
That is, it is understood that the spin valve characteristic can be greatly improved by the heat treatment.
【0142】また、図14には基板上にピン止め層とし
ての酸化鉄FeOX を成膜した後、成膜装置から基板を
取り出し、大気中で熱処理を施した場合のX線回折パタ
ーンの変化が示される。200、300、400℃の順
に、それぞれの温度で4時間保持し、熱処理を累積して
いったものである。この結果より、明らかに反強磁性を
示すヘマタイトの(104)配向面からの回折ピークが
大きくなっており、ヘマタイトの結晶化が進んでいるこ
とがわかる。このあと、再び真空成膜装置へ基板をセッ
トし、さらにスピンバルブ構造の膜を作ったところ、熱
処理を行わなかったサンプルよりも大きなMR変化率
と、大きなHuaが得られることが確認された。従って、
磁気抵抗効果素子を成膜したのち、100℃〜300℃
の温度で熱処理を行なってもよいし、基板上に少なくと
もピン止め層を成膜したのち100℃〜300℃の温度
で熱処理を行い、その後、スピンバルブ膜(磁気抵抗効
果素子)を形成してもよい。Further, FIG. 14 shows a change in the X-ray diffraction pattern when iron oxide FeO x as a pinning layer is formed on the substrate, the substrate is taken out from the film forming apparatus, and heat treatment is performed in the atmosphere. Is shown. The temperature was maintained at 200, 300, and 400 ° C. in this order for 4 hours, and the heat treatment was accumulated. From these results, it can be seen that the diffraction peak from the (104) -oriented plane of hematite, which clearly shows antiferromagnetism, is large, and crystallization of hematite is progressing. After that, when the substrate was set again in the vacuum film forming apparatus and a film having a spin valve structure was further formed, it was confirmed that a larger MR change rate and a larger Hua were obtained as compared with the sample which was not subjected to the heat treatment. . Therefore,
After forming the magnetoresistive effect film, 100 ℃ ~ 300 ℃
The heat treatment may be carried out at the temperature of 10 ° C., or at least the pinning layer is formed on the substrate and then the heat treatment is carried out at a temperature of 100 ° C. to 300 ° C., and then the spin valve film (magnetoresistive element) is formed. Good.
【0143】次いで、図18に示されるように、ピン止
め層50と強磁性層40との間に酸素ブロッキング層4
5を介在させた、磁性多層膜1を有する磁気抵抗効果素
子の発明の具体的実施例を実施例2として示す。Then, as shown in FIG. 18, the oxygen blocking layer 4 is provided between the pinning layer 50 and the ferromagnetic layer 40.
A specific embodiment of the invention of the magnetoresistive effect element having the magnetic multilayer film 1 with the interposition of 5 will be shown as a second embodiment.
【0144】実施例2 基板としてガラス基板を用い、このものを高周波スパッ
タ(RFスパッタ)装置の中に入れ、ターゲットをヘマ
タイトとし、ガラス基板の上に、ピン止め層50として
のαFeOX 膜を形成した。αFeOX 膜の形成に際し
て、到達圧力6×10-7Torr〜8×10-7Torr、成膜時
の圧力7.5×10-3Torr、基板温度14℃程度とし、
ArとO2 の流量は、0.5〜8sccmの範囲で変化
させ、具体的なO2 流量割合は、下記表3に示す通りと
した。投入パワーは150〜170W(ワット)とし
た。これらの条件下で、αFeOX 膜を成膜した後、次
いで、酸素ブロッキング層45としてのCo膜、強磁性
層40としてのNiFe膜、保護層としてのTa(タン
タル)膜を形成した。これら各層の膜厚は、下記表3に
示す通りである。 Example 2 A glass substrate was used as a substrate, this was placed in a radio frequency sputtering (RF sputtering) apparatus, hematite was used as a target, and an αFeO x film as a pinning layer 50 was formed on the glass substrate. did. In forming the ArufaFeO X film, ultimate pressure 6 × 10 -7 Torr~8 × 10 -7 Torr, the pressure 7.5 × 10 -3 Torr during the deposition, the substrate temperature 14 ° C. about and,
The flow rates of Ar and O 2 were changed in the range of 0.5 to 8 sccm, and the specific O 2 flow rate ratio was as shown in Table 3 below. The input power was 150 to 170 W (watt). After forming the αFeO x film under these conditions, a Co film as the oxygen blocking layer 45, a NiFe film as the ferromagnetic layer 40, and a Ta (tantalum) film as the protective layer were then formed. The film thickness of each of these layers is as shown in Table 3 below.
【0145】なお、各材料の成膜速度は、0.2〜10
Å/sec 程度とし、成膜中に磁場を基板の面内かつ測定
電流と平行方向に印加しながらスパッタを行った。そし
て、各層を成膜した後、10-5Torrの真空中で、測定電
流と直角かつ面内方向に200Oeの磁界を印加しながら
200℃から冷却し、強磁性層のピン止め効果を誘起し
た。このようにして表3に示されるような磁気抵抗効果
素子の各サンプル3−1〜3−5を作成した。これらの
各サンプルについて、αFeOX 膜の酸化度X(=O/
Fe)、Hua、および耐熱温度を測定した。なお、耐熱
温度は、10-6〜10-5Torrの真空中で80℃、110
℃、140℃、170℃、200℃、250℃、300
℃というふうに、それぞれの温度で成膜時と同じ方向に
磁場を印加しながら1時間ずつ保管し、その後、室温ま
で冷却した。そして、これらのサンプルの磁化曲線を測
定し、その曲線の0磁場からのシフト量、すなわちHua
を評価した。そして、Huaの減少曲線を描きこの曲線か
らHuaが0になるところを求め、耐熱温度とした。The film forming rate of each material is 0.2 to 10
The sputtering rate was set to about Å / sec and the magnetic field was applied in the plane of the substrate and in the direction parallel to the measurement current during film formation. Then, after forming each layer, it was cooled from 200 ° C. in a vacuum of 10 −5 Torr while applying a magnetic field of 200 Oe in the in-plane direction at right angles to the measurement current to induce the pinning effect of the ferromagnetic layer. . In this way, samples 3-1 to 3-5 of the magnetoresistive effect element as shown in Table 3 were prepared. For each of these samples, αFeO X film oxidation degree X (= O /
Fe), Hua, and heat resistant temperature were measured. The heat resistant temperature is 80 ° C. and 110 ° C. in a vacuum of 10 −6 to 10 −5 Torr.
℃, 140 ℃, 170 ℃, 200 ℃, 250 ℃, 300
The film was stored for 1 hour at each temperature while applying a magnetic field in the same direction as the film formation, and then cooled to room temperature. Then, the magnetization curves of these samples are measured, and the shift amount from the 0 magnetic field of the curves, that is, Hua
Was evaluated. Then, a decrease curve of Hua was drawn, and the point at which Hua became 0 was determined from this curve and set as the heat resistant temperature.
【0146】結果を下記表3に示した。The results are shown in Table 3 below.
【0147】[0147]
【表3】 表3に示される結果より、αFeOX 膜の成膜時に、A
rとO2 の混合ガス中の酸素流量を20〜40%とする
ことにより、所定範囲の酸化度Xの膜が得られ、このも
のを備える磁性多層膜は大きなHuaを有し、しかも極め
て優れた耐熱性を有することがわかる。また、本発明の
高周波スパッタ条件で作製したαFeOX 膜のX線回折
パターンを調べたところ、ヘマタイトの形成を示す(1
04)ピークと(006)ピークのみが確認された。[Table 3] From the results shown in Table 3, when the αFeO x film was formed, A
By setting the oxygen flow rate in the mixed gas of r and O 2 to 20 to 40%, a film having an oxidation degree X in a predetermined range can be obtained, and a magnetic multilayer film including this film has a large Hua and is extremely excellent. It can be seen that it has excellent heat resistance. Further, when the X-ray diffraction pattern of the αFeO x film produced under the high frequency sputtering conditions of the present invention was examined, it was found that hematite was formed (1
Only the 04) peak and the (006) peak were confirmed.
【0148】さらに、本発明において、酸素ブロッキン
グ層45を、ピン止め層(αFeOX )と強磁性層との
間に介在させた効果を示す実験を行った。すなわち、サ
ンプルとして、 基板の上に、厚さ1000ÅのαFe2 O3 膜、厚さ
5ÅのCo膜(酸素ブロッキング層)、厚さ95ÅのN
iFe膜、厚さ100ÅのTa膜を順次成膜したサンプ
ル、 基板の上に、厚さ1000ÅのαFe2 O3 膜、厚さ
10ÅのCo膜(酸素ブロッキング層)、厚さ90Åの
NiFe膜、厚さ100ÅのTa膜を順次成膜したサン
プル、および 基板の上に、厚さ1000ÅのαFe2 O3 膜、厚さ
100ÅのNiFe膜、厚さ100ÅのTa膜を順次成
膜したサンプル、をそれぞれ作製した。Further, an experiment was conducted to show the effect of interposing the oxygen blocking layer 45 between the pinning layer (αFeO x ) and the ferromagnetic layer in the present invention. That is, as a sample, a 1000 Å thick αFe 2 O 3 film, a 5 Å thick Co film (oxygen blocking layer), and a 95 Å thick N film were formed on a substrate.
An iFe film, a sample in which a Ta film having a thickness of 100 Å is sequentially formed, an αFe 2 O 3 film having a thickness of 1000 Å, a Co film (oxygen blocking layer) having a thickness of 10 Å, a NiFe film having a thickness of 90 Å, on a substrate, A sample in which a Ta film having a thickness of 100 Å is sequentially formed, and a sample in which an αFe 2 O 3 film having a thickness of 1000 Å, a NiFe film having a thickness of 100 Å, and a Ta film having a thickness of 100 Å are sequentially formed on a substrate. Each was produced.
【0149】これらのサンプルを種々の温度条件で熱処
理を行い、ピン止め層(αFeOX)の界面における一
方向交換異方性エネルギーJの相対変化を、成膜時の状
態を基準にして求めた。すなわち、各サンプルを、15
0℃、200℃、250℃、300℃の温度でそれぞれ
1時間ずつ、5×10-6〜20×10-6Torrの真空中で
熱処理を行い、各温度処理後の一方向交換異方性エネル
ギーJの相対変化を調べた。なお、一方向交換異方性エ
ネルギーJは、J=Hua・ Ms・dで表され、反強磁性
層での交換結合の大きさを示す。Huaは、一方向性異方
性を示し、Msは強磁性層の飽和磁化量を示し、dは強
磁性層の膜厚を示す。These samples were heat-treated under various temperature conditions, and the relative change in the unidirectional exchange anisotropy energy J at the interface of the pinning layer (αFeO x ) was determined based on the state during film formation. . That is, for each sample,
Unidirectional exchange anisotropy after heat treatment at a temperature of 0 ° C, 200 ° C, 250 ° C, and 300 ° C for 1 hour in a vacuum of 5 × 10 -6 to 20 × 10 -6 Torr, respectively. The relative change of energy J was investigated. The unidirectional exchange anisotropy energy J is represented by J = Hua · Ms · d and represents the magnitude of exchange coupling in the antiferromagnetic layer. Hua represents unidirectional anisotropy, Ms represents the saturation magnetization of the ferromagnetic layer, and d represents the thickness of the ferromagnetic layer.
【0150】結果を図19のグラフに示した。図19に
示されるグラフより、Co膜(酸素ブロッキング層)を
介在させたサンプルは、250℃の熱処理においても十
分な特性を保っている。これに対して、Co膜(酸素ブ
ロッキング層)を介在させずにαFe2 O3 膜に直接N
iFe膜を形成したサンプルは150℃の熱処理ですで
に特性の劣化が認められる。The results are shown in the graph of FIG. From the graph shown in FIG. 19, the sample in which the Co film (oxygen blocking layer) is interposed retains sufficient characteristics even at the heat treatment of 250 ° C. On the other hand, the N film is directly added to the αFe 2 O 3 film without interposing a Co film (oxygen blocking layer).
The characteristics of the sample having the iFe film formed thereon are already deteriorated by heat treatment at 150 ° C.
【0151】さらに、スピンバルブ特性を示す磁性多層
膜サンプルを2種類形成し、これらのサンプルについ
て、熱処理温度とMR変化率の関係を調べ、その結果を
図20のグラフに示した。サンプルとして、 基板の上に、厚さ1000ÅのαFe2 O3 膜、厚さ
20ÅのCo膜(酸素ブロッキング層と強磁性層の両方
の機能を備える)、厚さ25ÅのCu膜(非磁性金属
層)、厚さ10ÅのCo膜と厚さ50ÅのNiFe膜の
積層体(軟磁性層)、厚さ20ÅのCo膜、厚さ100
ÅのTa膜を順次成膜したサンプル、および 基板の上に、厚さ1000ÅのαFe2 O3 膜、厚さ
38ÅのNiFe膜(強磁性層)、厚さ27ÅのCu膜
(非磁性金属層)、厚さ77ÅのNiFe膜(軟磁性
層)、厚さ30ÅのCu膜を順次成膜したサンプルを用
いた。Furthermore, two types of magnetic multilayer film samples exhibiting spin-valve characteristics were formed, and the relationship between the heat treatment temperature and the MR change rate was investigated for these samples, and the results are shown in the graph of FIG. As a sample, on the substrate, an αFe 2 O 3 film having a thickness of 1000 Å, a Co film having a thickness of 20 Å (having both functions of an oxygen blocking layer and a ferromagnetic layer), a Cu film having a thickness of 25 Å (a non-magnetic metal) Layer), a laminated body of a Co film having a thickness of 10Å and a NiFe film having a thickness of 50Å (soft magnetic layer), a Co film having a thickness of 20Å, a thickness of 100
A sample with a Å Ta film sequentially formed, and a 1000 Å thick αFe 2 O 3 film, a 38 Å NiFe film (ferromagnetic layer), and a 27 Å Cu film (non-magnetic metal layer) on the substrate. ), A NiFe film (soft magnetic layer) having a thickness of 77Å and a Cu film having a thickness of 30Å were sequentially formed.
【0152】この場合、5×10-6〜20×10-6Torr
の真空中で、サンプルを所定の各温度で順にそれぞれ1
5分ずつの熱処理(アニール処理)を行った。図20に
示されるグラフからわかるように、酸素ブロッキング層
と強磁性層の両方の機能を備えるCo膜を用いたサンプ
ルは、250℃の熱処理においてもほとんどMR特性の
劣化は認められない。この一方で、Co膜を用いず、こ
の代わりにNiFe強磁性膜を備えるサンプルは、15
0℃以上の熱処理でMR変化率は大きく減少している。
さらに、図20より、酸素ブロッキング層と強磁性層の
両方の機能を備えるCo膜を、NiFe強磁性層に代え
て用いることにより、MR変化率が約3倍に大きなって
いることがわかる。従って、この材料を超高密度磁気記
録の読み出し用MRヘッドの材料として用いれば、大き
なメリットとなる。In this case, 5 × 10 -6 to 20 × 10 -6 Torr
Samples in vacuum at 1 at each given temperature
Heat treatment (annealing treatment) was performed for 5 minutes each. As can be seen from the graph shown in FIG. 20, the sample using the Co film having the functions of both the oxygen blocking layer and the ferromagnetic layer shows almost no deterioration in the MR characteristics even at the heat treatment of 250 ° C. On the other hand, the sample provided with the NiFe ferromagnetic film instead of the Co film is 15
The MR change rate is greatly reduced by the heat treatment at 0 ° C. or higher.
Further, from FIG. 20, it can be seen that the MR change rate is approximately tripled by using the Co film having both the functions of the oxygen blocking layer and the ferromagnetic layer instead of the NiFe ferromagnetic layer. Therefore, if this material is used as the material for the MR head for reading of ultra-high density magnetic recording, there is a great merit.
【0153】次いで、上記のごとくαFeOX 膜のピン
止め層50を用いて形成したスピンバルブ型のMR変化
を示す磁性多層膜を種々作製し、下記表4に示されるよ
うな所定の特性を調べた。Next, various spin-valve type magnetic multilayer films exhibiting MR change formed by using the pinning layer 50 of the αFeO x film as described above were prepared, and predetermined properties shown in Table 4 below were investigated. It was
【0154】[0154]
【表4】 なお、表4において、例えば、サンプル4−2は、[α
Fe2 O3 (1000)−Co(6)−NiFe(2
0)−Cu(25)−Co(8)−NiFe(60)]
であって、基板側から1000Å厚のαFe2 O3 の反
強磁性層(ピン止め層)、酸素ブロッキング層として用
いた6Å厚のCo層、強磁性層として用いた20Å厚の
NiFe(Ni81Fe19:重量%)層、25Å厚のCu
の非磁性金属層、軟磁性層として用いた8Å厚のCoと
60Å厚のNiFe(Ni81Fe19:重量%)との積層
体、を順次配置した磁性多層膜である。以降の実施例に
おいて特に断りがなければ、NiFeはNi81Fe
19(重量%)を示す。[Table 4] In Table 4, for example, sample 4-2 is [α
Fe 2 O 3 (1000) -Co (6) -NiFe (2
0) -Cu (25) -Co (8) -NiFe (60)]
The antiferromagnetic layer (pinning layer) of αFe 2 O 3 having a thickness of 1000 Å from the substrate side, the Co layer having a thickness of 6 Å used as the oxygen blocking layer, and the NiFe (Ni 81 having a thickness of 20 Å used as the ferromagnetic layer). Fe 19 : wt%) layer, 25Å thick Cu
Is a magnetic multi-layered film in which a non-magnetic metal layer, a laminated body of 8Å thick Co used as a soft magnetic layer, and a 60Å thick NiFe (Ni 81 Fe 19 : wt%) are sequentially arranged. In the following examples, NiFe is Ni 81 Fe unless otherwise specified.
19 (% by weight) is shown.
【0155】また、表4において、O2 ガス流量比
(%)の項目は、αFe2 O3 層形成時における高周波
スパッタのガス雰囲気の条件を示すものであり、酸化度
X(=O/Fe)は、実際に測定されたαFe2 O3 層
の酸化度を示す。なお、表4に示される評価項目は、実
質的に前記表2のものと同じであるが、表4においては
さらに250℃の熱処理後のデータを併記した。Further, in Table 4, the item of the O 2 gas flow rate ratio (%) shows the condition of the gas atmosphere of the high frequency sputtering at the time of forming the αFe 2 O 3 layer, and the degree of oxidation X (= O / Fe). ) Indicates the actually measured degree of oxidation of the αFe 2 O 3 layer. The evaluation items shown in Table 4 are substantially the same as those in Table 2 above, but in Table 4, the data after the heat treatment at 250 ° C. are also shown.
【0156】以上、表4に示される結果から、ピン止め
層である酸化鉄FeOx の反強磁性の特性が十分に実現
され、かつ強磁性層(ブロッキング層を含む)、軟磁性
層、非磁性金属層の材料、およびそれらの層厚を本発明
に開示された範囲から選択することにより、1MHzで
の高周波磁界における6Oe幅での磁気抵抗変化の傾き
が、0.7%/Oe以上となる磁気抵抗効果素子が実現
できることがわかる。加えて、本発明範囲内のものは、
250℃の熱処理後の特性変化も少なく極めて耐熱性に
優れていることがわかる。As described above, from the results shown in Table 4, the antiferromagnetic characteristics of the iron oxide FeO x , which is the pinning layer, are sufficiently realized, and the ferromagnetic layer (including the blocking layer), the soft magnetic layer, the non-magnetic layer By selecting the material of the magnetic metal layer and the layer thickness thereof from the range disclosed in the present invention, the gradient of the magnetoresistance change in the 6 Oe width in the high frequency magnetic field at 1 MHz is 0.7% / Oe or more. It is understood that the following magnetoresistive effect element can be realized. In addition, those within the scope of the present invention include
It can be seen that there is little change in properties after heat treatment at 250 ° C. and that the heat resistance is extremely excellent.
【0157】さらに、磁気変換素子としてのMRヘッド
の発明の実施例および比較例として、以下の実施例3〜
5および比較例1を示す。Furthermore, as examples and comparative examples of the invention of the MR head as the magnetic conversion element, the following examples 3 to 3 are given.
5 and Comparative Example 1 are shown.
【0158】実施例3 アルティック(AlTiC)基板上に、下部シールドに
相当する層として、FeAlSi(センダスト)を2μ
mの厚さに成膜し(図4の下部の符号300に相当)、
この上に絶縁層(ギャップ膜)としてAl2 O3 を15
00Åの厚さに成膜し、この上にαFe2 O3 (100
0Å)−CoNiFe(26Å)−Cu(24Å)−N
iFeCo(86)の順に各層を積層し、スピンバルブ
磁性多層膜を成膜した。成膜条件は、到達圧力2.3×
10-7Torr、成膜時圧力1.4×10-4Torr、基板温度
14℃程度とし、各材料を0.2〜0.3Å/sec の成
膜速度で、成膜中に磁場を基板の面内かつ測定電流と平
行方向に印加しながらイオンビームスパッタ法による成
膜を行った。 Example 3 FeAlSi (sendust) of 2 μm was formed as a layer corresponding to the lower shield on an AlTiC (AlTiC) substrate.
a film having a thickness of m (corresponding to reference numeral 300 in the lower part of FIG. 4),
Al 2 O 3 is deposited on top of this as an insulating layer (gap film) 15
A film is formed to a thickness of 00Å, and αFe 2 O 3 (100
0Å) -CoNiFe (26Å) -Cu (24Å) -N
Each layer was laminated in the order of iFeCo (86) to form a spin valve magnetic multilayer film. Film formation conditions are ultimate pressure of 2.3 ×
10 -7 Torr, deposition pressure 1.4 x 10 -4 Torr, substrate temperature 14 ° C, each material is deposited at a deposition rate of 0.2 to 0.3 Å / sec, and a magnetic field is applied to the substrate during deposition. The film was formed by the ion beam sputtering method while being applied in the plane and parallel to the measurement current.
【0159】その後、フォトリソグラフィー技術を用い
て感磁部分として、20μm×6μmのパターンを形
成、その上にトラック幅3μmの電極を形成した。その
上に、絶縁層(ギャップ膜)として、Al2 O3 を15
00Å厚さに形成し、さらにこの上に上部シールド層N
iFe(パーマロイ)を2μm厚さに形成し(図4の上
部の符号300に相当)MRヘッドとした。作製したM
Rヘッドの構造は図4に示すとおりである。その後、1
0-5Torrの真空中で、測定電流方向と直角かつ面内方向
に200Oeの磁界を印加しながら180℃から冷却し、
強磁性層のピン止め効果を誘起した。測定電流を5mA、
外部磁場を±20Oe、50Hzの範囲で変化させたときの
出力電圧の変化を図15に示す。本発明による人工格子
磁性多層膜を用いたMRヘッドにおいては、単位トラッ
ク幅当たりの規格化出力電圧で示すと約830μV/μm
の出力電圧が得られた。Thereafter, a pattern of 20 μm × 6 μm was formed as a magnetically sensitive portion by using the photolithography technique, and an electrode having a track width of 3 μm was formed thereon. On top of that, Al 2 O 3 is used as an insulating layer (gap film) in an amount of 15
It is formed to a thickness of 00Å, and the upper shield layer N
iFe (permalloy) was formed to a thickness of 2 μm (corresponding to reference numeral 300 in the upper part of FIG. 4) to obtain an MR head. Made M
The structure of the R head is as shown in FIG. Then 1
In a vacuum of 0 -5 Torr, cooling from 180 ° C while applying a magnetic field of 200 Oe in the in-plane direction at right angles to the measurement current direction,
The pinning effect of the ferromagnetic layer was induced. Measuring current 5mA,
FIG. 15 shows changes in the output voltage when the external magnetic field is changed within a range of ± 20 Oe and 50 Hz. In the MR head using the artificial lattice magnetic multilayer film according to the present invention, the normalized output voltage per unit track width is about 830 μV / μm.
The output voltage of was obtained.
【0160】比較例1 比較例1として上記実施例3と同条件でパーマロイを用
い、従来から用いられている異方性磁気抵抗効果を利用
したMRヘッドを作製した。測定電流を5mA、外部磁場
を±20Oe、50Hzの範囲で変化させた。このときの出
力電圧は約170μV/μm であった。 Comparative Example 1 As Comparative Example 1, permalloy was used under the same conditions as in Example 3 above to fabricate an MR head utilizing the conventionally used anisotropic magnetoresistive effect. The measurement current was 5 mA, and the external magnetic field was changed in the range of ± 20 Oe and 50 Hz. The output voltage at this time was about 170 μV / μm.
【0161】実施例3と比較例1を比較するに、本発明
のMRヘッドにおいては、従来例と比較して5倍近い出
力が得られた。従って、本発明の効果は明らかである。Comparing Example 3 with Comparative Example 1, in the MR head of the present invention, an output nearly five times higher than that of the conventional example was obtained. Therefore, the effect of the present invention is clear.
【0162】実施例4 さらに、図16では、本発明の磁気抵抗効果素子をヨー
ク型MRヘッドに応用した例が示される。ここでは、磁
束を導くヨーク600、600の一部に切り欠きを設
け、その間に磁気抵抗効果素子200が薄い絶縁膜40
0を介して形成されている。この磁気抵抗効果素子20
0には、ヨーク600、600で形成される磁路の方向
と平行または直角方向に電流を流すための電極(図示せ
ず)が形成されている。その結果、パーマロイを用いた
場合のMRヘッドより2倍の出力が確認された。本発明
の磁性多層膜では、0磁場での立ち上がり特性が良好で
あるので、通常、用いられるシャント層やバイアス磁界
印加手段は設けなくてもよい。 Embodiment 4 Further, FIG. 16 shows an example in which the magnetoresistive effect element of the present invention is applied to a yoke type MR head. Here, a notch is provided in a part of the yokes 600, 600 for guiding the magnetic flux, and the magnetoresistive effect element 200 has a thin insulating film 40 therebetween.
0 is formed. This magnetoresistive element 20
At 0, electrodes (not shown) for passing a current in a direction parallel to or perpendicular to the magnetic path formed by the yokes 600, 600 are formed. As a result, it was confirmed that the output was double that of the MR head using Permalloy. Since the magnetic multilayer film of the present invention has a good rising characteristic at zero magnetic field, it is not necessary to provide a shunt layer or a bias magnetic field applying unit which is usually used.
【0163】実施例5 図17には、本発明の磁気抵抗効果素子を用いて磁気変
換素子、例えばMRヘッドを構成するときの他の実施例
が示される。磁気抵抗効果素子200は高比抵抗フラッ
クスガイド層700,710と磁気的に接触して形成さ
れている。このフラッスガイド層は、磁性多層膜200
より3倍以上大きい比抵抗を持つ材料で構成されている
ので、磁性多層膜200に流れる測定電流は実質的にフ
ラックスガイド層700,710には流れることはな
い。一方、フラックスガイド層700と磁性多層膜20
0とは磁気的に接触しているので、信号磁界はフラック
スガイド層700に導かれ、その強度を失うことなく、
磁性多層膜200に到達する。符号600はもう一方の
異なるフラックスガイド層で、磁性多層膜200を通過
した磁束のリターンガイドの働きをする。このフラック
スガイド層600は磁気抵抗効果素子200、及び高比
抵抗フラックスガイド層700,710対し、両側に設
けられても良い。また、符号710と符号600のガイ
ド層が媒体に対して遠い端部で接触されていても良い。
このとき、パーマロイを用いた場合のMRヘッドより3
倍の出力が確認された。なお、図中、符号400は、非
磁性絶縁層である。 Embodiment 5 FIG. 17 shows another embodiment in which a magnetic conversion element, for example, an MR head is constructed using the magnetoresistive effect element of the present invention. The magnetoresistive effect element 200 is formed in magnetic contact with the high resistivity flux guide layers 700 and 710. This flood guide layer is a magnetic multilayer film 200.
The measurement current flowing through the magnetic multilayer film 200 does not substantially flow through the flux guide layers 700 and 710 because it is made of a material having a specific resistance that is three times or more higher. On the other hand, the flux guide layer 700 and the magnetic multilayer film 20
Since it is in magnetic contact with 0, the signal magnetic field is guided to the flux guide layer 700 and does not lose its strength.
The magnetic multilayer film 200 is reached. Reference numeral 600 denotes another different flux guide layer, which functions as a return guide for the magnetic flux that has passed through the magnetic multilayer film 200. The flux guide layer 600 may be provided on both sides of the magnetoresistive effect element 200 and the high resistivity flux guide layers 700 and 710. Further, the guide layers 710 and 600 may be in contact with the medium at the far end.
At this time, 3 from the MR head when using Permalloy.
Double output was confirmed. In the figure, reference numeral 400 is a non-magnetic insulating layer.
【0164】[0164]
【発明の効果】以上説明してきたように、磁気抵抗効果
素子に関する本発明によれば、ピン止め層として反強磁
性を示す酸化鉄FeOX を用いることで、耐食性が特に
優れ、しかも1MHz の高周波磁場領域でのMR傾きが
0.7%/Oe以上の抵抗変化率をもつスピンバルブ型磁
気抵抗効果素子が得られる。しかも、0 磁場でのMR曲
線の立ち上がり特性はきわめて良好であり、ヒステリシ
スは小さく、加えて高い耐熱性をも示す。この耐熱性に
ついては、ピン止め層と強磁性層との間にさらに酸素ブ
ロッキング層を介在させることにより、その効果はさら
に向上する。磁性多層膜を有する磁気抵抗効果素子を用
いた磁気変換素子、例えばMRヘッドでは従来材料に比
較して5倍近い大きい出力電圧を得ることができる。し
たがって信頼性の極めて高い、1Gbit/ inch2 を越える
ような超高密度磁気記録の読み出しを可能にする優れた
MRヘッドを提供することができる。As described above, according to the present invention relating to the magnetoresistive effect element, the use of iron oxide FeO x exhibiting antiferromagnetism as the pinning layer results in particularly excellent corrosion resistance and high frequency of 1 MHz. A spin-valve type magnetoresistive effect element having an MR gradient in a magnetic field region of 0.7% / Oe or more and a resistance change rate can be obtained. Moreover, the rising characteristics of the MR curve at 0 magnetic field are extremely good, the hysteresis is small, and in addition, high heat resistance is exhibited. Regarding this heat resistance, the effect is further improved by further interposing an oxygen blocking layer between the pinning layer and the ferromagnetic layer. A magnetic conversion element using a magnetoresistive effect element having a magnetic multilayer film, for example, an MR head, can obtain an output voltage that is about five times as large as that of a conventional material. Therefore, it is possible to provide a highly reliable MR head capable of reading super-high density magnetic recording exceeding 1 Gbit / inch 2 .
【図1】図1は、本発明の磁気抵抗効果素子の断面図で
ある。FIG. 1 is a sectional view of a magnetoresistive element according to the present invention.
【図2】図2は、本発明の作用を説明するための磁気抵
抗効果素子、特に磁性多層膜の構造の模式図である。FIG. 2 is a schematic view of the structure of a magnetoresistive element, particularly a magnetic multilayer film, for explaining the operation of the present invention.
【図3】図3は、本発明の作用を説明するための磁化曲
線とMR曲線の模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a magnetization curve and an MR curve for explaining the operation of the present invention.
【図4】図4は、本発明の磁気変換素子の1例を示す一
部省略断面図である。FIG. 4 is a partially omitted sectional view showing an example of a magnetic conversion element of the present invention.
【図5】図5は、本発明の磁気変換素子の磁気抵抗効果
素子(磁性多層膜)と電極部の構造を示す断面図であ
る。FIG. 5 is a sectional view showing the structure of a magnetoresistive element (magnetic multilayer film) and an electrode section of the magnetic transducer of the present invention.
【図6】図6は、本発明の磁気変換素子の磁気抵抗効果
素子(磁性多層膜)と電極部の構造の他の例を示す断面
図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing another example of the structure of the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) and the electrode portion of the magnetic conversion element of the present invention.
【図7】図7は、本発明の磁気抵抗効果素子(磁性多層
膜)における、アシストビームのO2 流量とピン止め層
の酸化度との関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the O 2 flow rate of the assist beam and the degree of oxidation of the pinning layer in the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) of the present invention.
【図8】図8は、本発明の磁気抵抗効果素子(磁性多層
膜)における、アシストビームのイオン電流と一方向性
異方性磁界との関係を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing a relationship between an ion current of an assist beam and a unidirectional anisotropic magnetic field in the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) of the present invention.
【図9】図9は、本発明の磁気抵抗効果素子(磁性多層
膜)における、ピン止め層のX線回折パターンを示すグ
ラフである。FIG. 9 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a pinning layer in the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) of the present invention.
【図10】図10は、本発明の磁気抵抗効果素子(磁性
多層膜)における、一方向性異方性磁界の温度に対する
変化を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing changes in unidirectional anisotropic magnetic field with respect to temperature in the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) of the present invention.
【図11】図11(A),(B)は、それぞれ本発明の
磁気抵抗効果素子(磁性多層膜)のMR曲線と直流磁場
での磁化曲線を示すグラフである。11A and 11B are graphs showing an MR curve and a magnetization curve in a DC magnetic field of the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) of the present invention, respectively.
【図12】図12は、本発明の磁気抵抗効果素子(磁性
多層膜)のマイナーMR曲線を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing a minor MR curve of the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) of the present invention.
【図13】図13は、本発明の磁気抵抗効果素子(磁性
多層膜)において、熱処理時間が一方向性異方性磁界の
変化に及ぼす影響を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing the influence of the heat treatment time on the change of the unidirectional anisotropic magnetic field in the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) of the present invention.
【図14】図14は、本発明の磁気抵抗効果素子(磁性
多層膜)において、熱処理時間と、X線回折パターンの
変化との関係を示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing the relationship between the heat treatment time and the change in the X-ray diffraction pattern in the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) of the present invention.
【図15】図15は、本発明の磁気変換素子(MRヘッ
ド)の印加磁場と出力電圧を示すチャートである。FIG. 15 is a chart showing an applied magnetic field and an output voltage of the magnetic conversion element (MR head) of the present invention.
【図16】図16は、本発明の磁気抵抗効果素子(磁性
多層膜)をヨーク型MRヘッドに応用した1例を示す一
部省略断面図である。FIG. 16 is a partially omitted cross-sectional view showing an example in which the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) of the present invention is applied to a yoke type MR head.
【図17】図17は、本発明の磁気抵抗効果素子(磁性
多層膜)をフラックスガイド型MRヘッドに応用した1
例を示す一部省略断面図である。FIG. 17 is a graph showing a magnetoresistive element (magnetic multilayer film) of the present invention applied to a flux guide type MR head.
It is a partially omitted sectional view showing an example.
【図18】図18は、本発明の磁気抵抗効果素子の他の
実施形態を示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing another embodiment of the magnetoresistive effect element of the present invention.
【図19】図19は、磁性多層膜サンプルにおける、ア
ニール温度(熱処理温度)とJ値の相対変化との関係を
示すグラフである。FIG. 19 is a graph showing the relationship between the annealing temperature (heat treatment temperature) and the relative change in J value in the magnetic multilayer film sample.
【図20】図20は、磁気抵抗効果素子(磁性多層膜)
サンプルにおける、アニール温度(熱処理温度)とMR
変化率との関係を示すグラフである。FIG. 20 is a magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film).
Annealing temperature (heat treatment temperature) and MR of sample
It is a graph which shows the relationship with a rate of change.
【図21】図21は、本発明の磁気変換素子の磁気抵抗
効果素子(磁性多層膜)と電極部との好適な接続状態を
示す概略斜視図である。FIG. 21 is a schematic perspective view showing a suitable connection state between the magnetoresistive effect element (magnetic multilayer film) and the electrode portion of the magnetic conversion element of the present invention.
1…磁性多層膜 3…磁気抵抗効果素子 5…基板 20…軟磁性層 30…非磁性金属層 40…強磁性層 50…ピン止め層 80…保護層 90…記録媒体 93…記録面 150…磁気抵抗効果型ヘッド 200…磁気抵抗効果素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetic multilayer film 3 ... Magnetoresistance effect element 5 ... Substrate 20 ... Soft magnetic layer 30 ... Non-magnetic metal layer 40 ... Ferromagnetic layer 50 ... Pinning layer 80 ... Protective layer 90 ... Recording medium 93 ... Recording surface 150 ... Magnetic Resistance effect type head 200 ... Magnetoresistance effect element
Claims (60)
とを含む磁気変換素子であって、 前記導体膜は、前記電極部を介して前記磁気抵抗効果素
子と導通しており、 前記磁気抵抗効果素子は、非磁性金属層と、非磁性金属
層の一方の面に形成された強磁性層と、非磁性金属層の
他方の面に形成された軟磁性層と、前記強磁性層の磁化
の向きをピン止めするために強磁性層の上(非磁性金属
層と接する面と反対側の面)に形成されたピン止め層と
を有する磁性多層膜を備えており、 前記ピン止め層はFeOX (1.35≦x≦1.55、
単位は原子比)からなることを特徴とする磁気変換素
子。1. A magnetic conversion element including a magnetoresistive effect element, a conductor film, and an electrode portion, wherein the conductor film is electrically connected to the magnetoresistive effect element through the electrode portion, The magnetoresistive element includes a non-magnetic metal layer, a ferromagnetic layer formed on one surface of the non-magnetic metal layer, a soft magnetic layer formed on the other surface of the non-magnetic metal layer, and the ferromagnetic layer. A magnetic multilayer film having a pinning layer formed on the ferromagnetic layer (the surface opposite to the surface in contact with the nonmagnetic metal layer) in order to pin the direction of magnetization of the The layer is FeO x (1.35 ≦ x ≦ 1.55,
A magnetic conversion element, characterized in that the unit is an atomic ratio.
この基板側から前記ピン止め層、前記強磁性層、前記非
磁性金属層、前記軟磁性層が順次積層されている請求項
1記載の磁気変換素子。2. The magnetoresistive effect element has a substrate,
The magnetic conversion element according to claim 1, wherein the pinning layer, the ferromagnetic layer, the nonmagnetic metal layer, and the soft magnetic layer are sequentially stacked from the substrate side.
000Åである請求項1または請求項2記載の磁気変換
素子。3. The pinning layer has a thickness of 100Å to 3
The magnetic conversion element according to claim 1 or 2, wherein the magnetic conversion element has a thickness of 000Å.
e2 O3 (ヘマタイト)である請求項1ないし請求項3
のいずれかに記載の磁気変換素子。4. The pinned layer is αF exhibiting antiferromagnetism.
e 2 O 3 (hematite).
The magnetic conversion element according to any one of 1.
e2 O3 (ヘマタイト)を、少なくとも30体積%以上
60体積%以下含む請求項1ないし請求項3のいずれか
に記載の磁気変換素子。5. The pinned layer is αF exhibiting antiferromagnetism.
The magnetic conversion element according to any one of claims 1 to 3, which contains at least 30% by volume and not more than 60% by volume of e 2 O 3 (hematite).
e2 O3 (ヘマタイト)の100Å以下の微結晶の集ま
りである請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の磁
気変換素子。6. The pinned layer is αF exhibiting antiferromagnetism.
The magnetic conversion element according to claim 1, wherein the magnetic conversion element is a collection of fine crystals of e 2 O 3 (hematite) of 100 Å or less.
のネール温度は120℃〜400℃である請求項1ない
し請求項3のいずれかに記載の磁気変換素子。7. The magnetic conversion element according to claim 1, wherein the pinning layer exhibits antiferromagnetism and its Neel temperature is 120 ° C. to 400 ° C.
をイオンビームスパッタ法でスパッタし、基板に対し、
ArとO2 の混合ガスのアシストビームを照射しながら
成膜した膜である請求項1ないし請求項7のいずれかに
記載の磁気変換素子。8. The pinning layer is formed by sputtering an iron oxide target by an ion beam sputtering method,
The magnetic conversion element according to any one of claims 1 to 7, which is a film formed while being irradiated with an assist beam of a mixed gas of Ar and O 2 .
〜150eV、イオン電流が4〜15mA、Ar:O2
の流量比が1:1〜9:1、Ar+O2 の流量が6〜2
0sccmの範囲で行なわれている請求項8に記載の磁
気変換素子。9. The assist beam has an acceleration voltage of 60.
˜150 eV, ionic current 4˜15 mA, Ar: O 2
Flow rate ratio of 1: 1 to 9: 1, Ar + O 2 flow rate of 6 to 2
The magnetic conversion element according to claim 8, which is operated in a range of 0 sccm.
トをArと酸素の混合ガス雰囲気中で高周波スパッタ法
でスパッタして成膜した膜であり、成膜時における酸素
ガス流量を全ガス流量の20〜40%の範囲に調整して
成膜した膜である請求項1ないし請求項7のいずれかに
記載の磁気変換素子。10. The pinning layer is a film formed by sputtering an iron oxide target in a mixed gas atmosphere of Ar and oxygen by a high frequency sputtering method, and the oxygen gas flow rate during film formation is the total gas flow rate. The magnetic conversion element according to any one of claims 1 to 7, which is a film formed by adjusting the film thickness in the range of 20 to 40%.
w Fe1-w (ただし、重量で0.4≦z≦1.0、0.
5≦w≦1.0である)で表される組成であり、前記軟
磁性層は、(Nix Fe1-x )y Co1-y (ただし、重
量で0.7≦x≦0.9、0.1≦y≦0.5である)
で表される組成である請求項1ないし請求項10のいず
れかに記載の磁気変換素子。11. The ferromagnetic layer is (Co z Ni 1-z ).
w Fe 1-w (however, 0.4 ≦ z ≦ 1.0 by weight, 0.
5 ≦ w ≦ 1.0), and the soft magnetic layer is (Ni x Fe 1-x ) y Co 1-y (however, 0.7 ≦ x ≦ 0. 9, 0.1 ≦ y ≦ 0.5)
The magnetic conversion element according to claim 1, which has a composition represented by:
w Fe1-w (ただし、重量で0.4≦z≦1.0、0.
5≦w≦1.0である)で表される組成であり、前記軟
磁性層は、Cot Mu M’q Br (ただし、原子比で
0.6≦t≦0.95、0.01≦u≦0.2、0.0
1≦q≦0.1、0.05≦r≦0.3;Mは、Fe,
Niから選ばれた少なくとも1種以上であり、M’は、
Zr,Si,Mo,Nbから選ばれた少なくとも1種以
上を表す)で表される組成である請求項1ないし請求項
10のいずれかに記載の磁気変換素子。12. The ferromagnetic layer is (Co z Ni 1-z ).
w Fe 1-w (however, 0.4 ≦ z ≦ 1.0 by weight, 0.
5 ≦ w ≦ 1.0 and which) a composition represented by, the soft magnetic layer, Co t M u M 'q B r ( provided that an atomic ratio of 0.6 ≦ t ≦ 0.95,0 0.01 ≤ u ≤ 0.2, 0.0
1 ≦ q ≦ 0.1, 0.05 ≦ r ≦ 0.3; M is Fe,
At least one selected from Ni, M'is
The magnetic conversion element according to any one of claims 1 to 10, which has a composition represented by at least one selected from Zr, Si, Mo, and Nb).
よびCuの中から選ばれた少なくとも1種を含む材料か
らなる請求項1ないし請求項12のいずれかに記載の磁
気変換素子。13. The magnetic conversion element according to claim 1, wherein the nonmagnetic metal layer is made of a material containing at least one selected from Au, Ag, and Cu.
磁化がピン止め層によりピン止めされることによるスピ
ンバルブ型の磁気抵抗変化を示す、請求項1ないし請求
項13のいずれかに記載の磁気変換素子。14. The magnetoresistive element according to claim 1, which exhibits a spin valve type magnetoresistive change due to pinning of magnetization of a ferromagnetic layer by a pinning layer. Magnetic conversion element.
の高周波磁界における6Oe幅での磁気抵抗変化の傾き
が、0.7%/Oe以上である請求項1ないし請求項1
4のいずれかに記載の磁気変換素子。15. The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein a gradient of magnetoresistance change in a width of 6 Oe in a high frequency magnetic field at 1 MHz is 0.7% / Oe or more.
4. The magnetic conversion element according to any one of 4 above.
である請求項1ないし請求項15のいずれかに記載の磁
気変換素子。16. The magnetic conversion element according to claim 1, wherein the magnetic conversion element is a magnetoresistive head.
の端部全体が電極部と接触する状態で接合されているこ
とを特徴とする請求項16記載の磁気変換素子。17. The magnetic conversion element according to claim 16, wherein both end portions of the magnetoresistive effect element are joined in a state where the entire end portion is in contact with the electrode portion.
た電極部との間に、さらに、連結用軟磁性層を有し、こ
の連結用軟磁性層と磁気抵抗効果素子の端部の全体が接
触する状態で接続されている請求項16記載の磁気変換
素子。18. A soft magnetic layer for coupling is further provided between the magnetoresistive effect element and electrode portions formed at both ends thereof, and the soft magnetic layer for coupling and the end portion of the magnetoresistive effect element are entirely formed. 17. The magnetic conversion element according to claim 16, wherein the magnetic conversion elements are connected in contact with each other.
素子と、この磁気抵抗効果素子の両端部に形成された電
極部との間、および前記電極部の下面にも接触するよう
に連続して形成されている請求項16記載の磁気変換素
子。19. The connecting soft magnetic layer is continuous between the magnetoresistive effect element and the electrode portions formed at both ends of the magnetoresistive effect element, and in contact with the lower surface of the electrode portion. The magnetic conversion element according to claim 16, wherein the magnetic conversion element is formed as follows.
項16ないし請求項19のいずれかに記載の磁気変換素
子。20. The magnetic conversion element according to claim 16, which does not have a bias magnetic field applying mechanism.
場方向と同一、かつ膜面内方向に10〜300Oeの外
部磁場を印加して形成されたものであり、前記軟磁性層
は、その成膜時に信号磁場方向と垂直、かつ膜面内方向
に10〜300Oeの外部磁場を印加して形成されたも
のである請求項16ないし請求項20のいずれかに記載
の磁気変換素子。21. The ferromagnetic layer is formed by applying an external magnetic field of 10 to 300 Oe in the in-plane direction, which is the same as the signal magnetic field direction, during the film formation. 21. The magnetic conversion element according to claim 16, which is formed by applying an external magnetic field of 10 to 300 Oe in the in-plane direction perpendicular to the signal magnetic field direction during the film formation.
100℃〜300℃の温度で熱処理されている請求項1
6ないし請求項20のいずれかに記載の磁気変換素子。22. A magnetoresistive effect element formed by stacking layers,
The heat treatment is performed at a temperature of 100 ° C to 300 ° C.
The magnetic conversion element according to any one of claims 6 to 20.
なくともピン止め層を成膜したのち100℃〜300℃
の温度で熱処理されている請求項16ないし請求項20
のいずれかに記載の磁気変換素子。23. The magnetoresistive effect element, wherein at least a pinning layer is formed on a substrate, and then 100 ° C. to 300 ° C.
21. The heat treatment is performed at the temperature of 20.
The magnetic conversion element according to any one of 1.
の面に形成された強磁性層と、非磁性金属層の他方の面
に形成された軟磁性層と、前記強磁性層の磁化の向きを
ピン止めするために強磁性層の上(非磁性金属層と接す
る面と反対側の面)に形成されたピン止め層とを有する
磁性多層膜を備えてなる磁気抵抗効果素子であって、 前記ピン止め層はFeOX (1.35≦x≦1.55、
単位は原子比)からなることを特徴とする磁気抵抗効果
素子。24. A non-magnetic metal layer, a ferromagnetic layer formed on one surface of the non-magnetic metal layer, a soft magnetic layer formed on the other surface of the non-magnetic metal layer, and a ferromagnetic layer of the ferromagnetic layer. A magnetoresistive effect element comprising a magnetic multilayer film having a pinning layer formed on a ferromagnetic layer (a surface opposite to a surface in contact with a nonmagnetic metal layer) for pinning the magnetization direction. The pinning layer is FeO x (1.35 ≦ x ≦ 1.55,
A magnetoresistive effect element characterized in that the unit is an atomic ratio.
を有しこの基板側から前記ピン止め層、前記強磁性層、
前記非磁性金属層、前記軟磁性層が順次積層されている
請求項24記載の磁気抵抗効果素子。25. The magnetoresistive effect element further has a substrate, and the pinning layer, the ferromagnetic layer, and
The magnetoresistive effect element according to claim 24, wherein the non-magnetic metal layer and the soft magnetic layer are sequentially stacked.
Fe2 O3 (ヘマタイト)である請求項24または請求
項25記載の磁気抵抗効果素子。26. The pinning layer has an antiferromagnetic property of α
The magnetoresistive effect element according to claim 24 or 25, which is Fe 2 O 3 (hematite).
Fe2 O3 (ヘマタイト)を、少なくとも30体積%以
上60体積%以下含む請求項24または請求項25記載
の磁気抵抗効果素子。27. The pinned layer has an antiferromagnetic property of α
26. The magnetoresistive effect element according to claim 24 or 25, containing at least 30% by volume and not more than 60% by volume of Fe 2 O 3 (hematite).
Fe2 O3 (ヘマタイト)の100Å以下の微結晶の集
まりである請求項24または請求項25記載の磁気抵抗
効果素子。28. The pinned layer has an antiferromagnetic property α
26. The magnetoresistive effect element according to claim 24 or 25, which is a collection of fine crystals of Fe 2 O 3 (hematite) having a volume of 100 Å or less.
そのネール温度は120℃〜400℃である請求項24
または請求項25記載の磁気抵抗効果素子。29. The pinned layer exhibits antiferromagnetism,
The nail temperature is 120 ° C to 400 ° C.
Alternatively, the magnetoresistive effect element according to claim 25.
トをイオンビームスパッタ法でスパッタし、基板に対
し、ArとO2 の混合ガスのアシストビームを照射しな
がら成膜した膜である請求項24ないし請求項29のい
ずれかに記載の磁気抵抗効果素子。30. The pinning layer is a film formed by sputtering an iron oxide target by an ion beam sputtering method and irradiating the substrate with an assist beam of a mixed gas of Ar and O 2. 30. The magnetoresistive effect element according to claim 24.
0〜150eV、イオン電流が4〜15mA、Ar:O
2 の流量比が1:1〜9:1、Ar+O2 の流量が6〜
20sccmの範囲で行なわれている請求項30に記載
の磁気抵抗効果素子。31. The assist beam has an acceleration voltage of 6
0 to 150 eV, ionic current 4 to 15 mA, Ar: O
2 has a flow rate ratio of 1: 1 to 9: 1 and Ar + O 2 has a flow rate of 6 to
The magnetoresistive effect element according to claim 30, wherein the magnetoresistive effect element is operated in a range of 20 sccm.
トをArと酸素の混合ガス雰囲気中で高周波スパッタ法
でスパッタして成膜した膜であり、成膜時における酸素
ガス流量を全ガス流量の20〜40%の範囲に調整して
成膜した膜である請求項24ないし請求項29のいずれ
かに記載の磁気抵抗効果素子。32. The pinning layer is a film formed by sputtering a target of iron oxide in a mixed gas atmosphere of Ar and oxygen by a high frequency sputtering method, and the oxygen gas flow rate at the time of film formation is the total gas flow rate. 30. The magnetoresistive effect element according to claim 24, which is a film formed by adjusting the film thickness in the range of 20 to 40%.
部とを含む磁気変換素子であって、 前記導体膜は、前記電極部を介して前記磁気抵抗効果素
子と導通しており、 前記磁気抵抗効果素子は、基板を有し、この基板の上に
強磁性層の磁化の向きをピン止めするためのピン止め
層、強磁性層、非磁性金属層、および軟磁性層が順次積
層されており、 前記ピン止め層はFeOX (1.35≦x≦1.55、
単位は原子比)からなり、このピン止め層と前記強磁性
層との間に、CoまたはCoを80重量%以上含む合金
よりなる、厚さ4〜30Åの酸素ブロッキング層が介在
されていることを特徴とする磁気変換素子。33. A magnetic conversion element including a magnetoresistive effect element, a conductor film, and an electrode portion, wherein the conductor film is electrically connected to the magnetoresistive effect element via the electrode portion, The magnetoresistive element has a substrate on which a pinning layer for pinning the magnetization direction of the ferromagnetic layer, a ferromagnetic layer, a nonmagnetic metal layer, and a soft magnetic layer are sequentially stacked. The pinning layer is made of FeO x (1.35 ≦ x ≦ 1.55,
(Unit is atomic ratio), and an oxygen blocking layer having a thickness of 4 to 30 Å made of Co or an alloy containing 80 wt% or more of Co is interposed between the pinning layer and the ferromagnetic layer. Magnetic conversion element characterized by.
3000Åである請求項33に記載の磁気変換素子。34. The pinning layer has a thickness of 100Å to
The magnetic conversion element according to claim 33, wherein the magnetic conversion element has a thickness of 3000Å.
Fe2 O3 (ヘマタイト)である請求項33または請求
項34に記載の磁気変換素子。35. The pinning layer has α exhibiting antiferromagnetism.
The magnetic conversion element according to claim 33 or 34, which is Fe 2 O 3 (hematite).
Fe2 O3 (ヘマタイト)を、少なくとも30体積%以
上60体積%以下含む請求項33または請求項34に記
載の磁気変換素子。36. The pinning layer has α exhibiting antiferromagnetism.
The magnetic conversion element according to claim 33 or claim 34, containing at least 30% by volume and not more than 60% by volume of Fe 2 O 3 (hematite).
Fe2 O3 (ヘマタイト)の100Å以下の微結晶の集
まりである請求項33または請求項34に記載の磁気変
換素子。37. The pinned layer has an antiferromagnetic property α
The magnetic conversion element according to claim 33 or claim 34, which is a collection of fine crystals of Fe 2 O 3 (hematite) of 100 Å or less.
そのネール温度は120℃〜400℃である請求項33
または請求項34に記載の磁気変換素子。38. The pinned layer exhibits antiferromagnetism,
The Neel temperature is 120 ° C to 400 ° C.
Alternatively, the magnetic conversion element according to claim 34.
トをイオンビームスパッタ法でスパッタし、基板に対
し、ArとO2 の混合ガスのアシストビームを照射しな
がら成膜した膜である請求項33ないし請求項38のい
ずれかに記載の磁気変換素子。39. The pinning layer is a film formed by sputtering an iron oxide target by an ion beam sputtering method and irradiating the substrate with an assist beam of a mixed gas of Ar and O 2. The magnetic conversion element according to any one of claims 33 to 38.
0〜150eV、イオン電流が4〜15mA、Ar:O
2 の流量比が1:1〜9:1、Ar+O2 の流量が6〜
20sccmの範囲で行なわれている請求項39に記載
の磁気変換素子。40. The assist beam has an acceleration voltage of 6
0 to 150 eV, ionic current 4 to 15 mA, Ar: O
2 has a flow rate ratio of 1: 1 to 9: 1 and Ar + O 2 has a flow rate of 6 to
40. The magnetic conversion element according to claim 39, which is operated in a range of 20 sccm.
トをArと酸素の混合ガス雰囲気中で高周波スパッタ法
でスパッタして成膜した膜であり、成膜時における酸素
ガス流量を全ガス流量の20〜40%の範囲に調整して
成膜した膜である請求項33ないし請求項38のいずれ
かに記載の磁気変換素子。41. The pinning layer is a film formed by sputtering a target of iron oxide in a mixed gas atmosphere of Ar and oxygen by a high frequency sputtering method, and the oxygen gas flow rate at the time of film formation is the total gas flow rate. 39. The magnetic conversion element according to claim 33, which is a film formed by adjusting the film thickness in the range of 20 to 40%.
w Fe1-w (ただし、重量で0.4≦z≦1.0、0.
5≦w≦1.0である)で表される組成である請求項3
3ないし請求項41のいずれかに記載の磁気変換素子。42. The ferromagnetic layer is (Co z Ni 1-z ).
w Fe 1-w (however, 0.4 ≦ z ≦ 1.0 by weight, 0.
5 ≦ w ≦ 1.0).
The magnetic conversion element according to any one of claims 3 to 41.
グ層と同一組成からなる請求項33ないし請求項41の
いずれかに記載の磁気変換素子。43. The magnetic conversion element according to claim 33, wherein the ferromagnetic layer has the same composition as the oxygen blocking layer.
またはCoを80重量%以上含む合金により形成された
第1の軟磁性層と、(Nix Fe1-x )y Co1-y (た
だし、重量で0.7≦x≦0.9、0.1≦y≦0.5
である)で表される組成により形成された第2の軟磁性
層を含む積層体である請求項33ないし請求項43のい
ずれかに記載の磁気変換素子。44. The soft magnetic layer is composed of Co from the nonmagnetic layer side.
Alternatively, a first soft magnetic layer formed of an alloy containing 80% by weight or more of Co and (Ni x Fe 1-x ) y Co 1-y (where 0.7 ≦ x ≦ 0.9, 0 by weight) .1 ≦ y ≦ 0.5
The magnetic conversion element according to any one of claims 33 to 43, which is a laminated body including a second soft magnetic layer formed of a composition represented by (4).
よびCuの中から選ばれた少なくとも1種を含む材料か
らなる請求項33ないし請求項44のいずれかに記載の
磁気変換素子。45. The magnetic conversion element according to claim 33, wherein the nonmagnetic metal layer is made of a material containing at least one selected from Au, Ag, and Cu.
磁化がピン止め層によりピン止めされることによるスピ
ンバルブ型の磁気抵抗変化を示す、請求項33ないし請
求項45のいずれかに記載の磁気変換素子。46. The magnetoresistive element according to claim 33, wherein the magnetoresistance effect exhibits a spin-valve type magnetoresistive change caused by magnetization of a ferromagnetic layer being pinned by a pinning layer. Magnetic conversion element.
100℃〜300℃の温度で熱処理されている請求項3
3ないし請求項46のいずれかに記載の磁気変換素子。47. A magnetoresistive effect element formed by stacking layers,
The heat treatment is performed at a temperature of 100 ° C to 300 ° C.
The magnetic conversion element according to any one of claims 3 to 46.
の高周波磁界における6Oe幅での磁気抵抗変化の傾き
が、0.7%/Oe以上である請求項47に記載の磁気
変換素子。48. The magnetic conversion element according to claim 47, wherein the magnetoresistive effect element has a gradient of change in magnetoresistance in a 6 Oe width in a high frequency magnetic field of 1 MHz of 0.7% / Oe or more.
ピン止めするためのピン止め層、強磁性層、非磁性金属
層、および軟磁性層を順次積層してなる磁気抵抗効果素
子であって、 前記ピン止め層はFeOX (1.35≦x≦1.55、
単位は原子比)からなり、このピン止め層と前記強磁性
層との間に、CoまたはCoを80重量%以上含む合金
よりなる、厚さ4〜30Åの酸素ブロッキング層が介在
されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。49. A magnetoresistive element comprising a substrate, on which a pinning layer for pinning the magnetization direction of a ferromagnetic layer, a ferromagnetic layer, a nonmagnetic metal layer, and a soft magnetic layer are sequentially laminated. And the pinning layer is FeO x (1.35 ≦ x ≦ 1.55,
(Unit is atomic ratio), and an oxygen blocking layer having a thickness of 4 to 30 Å made of Co or an alloy containing 80 wt% or more of Co is interposed between the pinning layer and the ferromagnetic layer. A magnetoresistive effect element characterized by.
3000Åである請求項49に記載の磁気抵抗効果素
子。50. The pinning layer has a thickness of 100Å to
The magnetoresistive effect element according to claim 49, wherein the magnetoresistive effect element is 3000 Å.
Fe2 O3 (ヘマタイト)である請求項49または請求
項50に記載の磁気抵抗効果素子。51. The pinned layer has an antiferromagnetic property of α
The magnetoresistive effect element according to claim 49 or claim 50, which is Fe 2 O 3 (hematite).
Fe2 O3 (ヘマタイト)を、少なくとも30体積%以
上60体積%以下含む請求項49または請求項50に記
載の磁気抵抗効果素子。52. The pinned layer has an antiferromagnetic property of α
The magnetoresistive effect element according to claim 49 or 50, which contains at least 30% by volume and not more than 60% by volume of Fe 2 O 3 (hematite).
Fe2 O3 (ヘマタイト)の100Å以下の微結晶の集
まりである請求項49または請求項50に記載の磁気抵
抗効果素子。53. The pinned layer has an antiferromagnetic property of α.
The magnetoresistive effect element according to claim 49 or claim 50, which is a collection of fine crystals of Fe 2 O 3 (hematite) having a volume of 100 Å or less.
そのネール温度は120℃〜400℃である請求項49
または請求項50に記載の磁気抵抗効果素子。54. The pinned layer exhibits antiferromagnetism,
50. The Neel temperature is 120 [deg.] C. to 400 [deg.] C.
Alternatively, the magnetoresistive effect element according to claim 50.
トをイオンビームスパッタ法でスパッタし、基板に対
し、ArとO2 の混合ガスのアシストビームを照射しな
がら成膜した膜である請求項49ないし請求項54のい
ずれかに記載の磁気抵抗効果素子。55. The pinning layer is a film formed by sputtering an iron oxide target by an ion beam sputtering method and irradiating the substrate with an assist beam of a mixed gas of Ar and O 2. The magnetoresistive effect element according to any one of claims 49 to 54.
0〜150eV、イオン電流が4〜15mA、Ar:O
2 の流量比が1:1〜9:1、Ar+O2 の流量が6〜
20sccmの範囲で行なわれている請求項55に記載
の磁気抵抗効果素子。56. The assist beam has an acceleration voltage of 6
0 to 150 eV, ionic current 4 to 15 mA, Ar: O
2 has a flow rate ratio of 1: 1 to 9: 1 and Ar + O 2 has a flow rate of 6 to
The magnetoresistive effect element according to claim 55, which is operated in a range of 20 sccm.
トをArと酸素の混合ガス雰囲気中で高周波スパッタ法
でスパッタして成膜した膜であり、成膜時における酸素
ガス流量を全ガス流量の20〜40%の範囲に調整して
成膜した膜である請求項49ないし請求項54のいずれ
かに記載の磁気抵抗効果素子。57. The pinning layer is a film formed by sputtering a target of iron oxide by a high frequency sputtering method in a mixed gas atmosphere of Ar and oxygen, and the oxygen gas flow rate during film formation is the total gas flow rate. 55. The magnetoresistive effect element according to claim 49, which is a film formed by adjusting the film thickness in the range of 20 to 40%.
w Fe1-w (ただし、重量で0.4≦z≦1.0、0.
5≦w≦1.0である)で表される組成である請求項4
9ないし請求項57のいずれかに記載の磁気抵抗効果素
子。58. The ferromagnetic layer is (Co z Ni 1-z ).
w Fe 1-w (however, 0.4 ≦ z ≦ 1.0 by weight, 0.
5 ≦ w ≦ 1.0).
The magnetoresistive effect element according to any one of claims 9 to 57.
グ層と同一組成からなる請求項49ないし請求項57の
いずれかに記載の磁気変換素子。59. The magnetic conversion element according to claim 49, wherein the ferromagnetic layer has the same composition as the oxygen blocking layer.
またはCoを80重量%以上含む合金により形成された
第1の軟磁性層と、(Nix Fe1-x )y Co1-y (た
だし、重量で0.7≦x≦0.9、0.1≦y≦0.5
である)で表される組成により形成された第2の軟磁性
層を含む積層体である請求項49ないし請求項59のい
ずれかに記載の磁気抵抗効果素子。60. The soft magnetic layer comprises Co from the nonmagnetic layer side.
Alternatively, a first soft magnetic layer formed of an alloy containing 80% by weight or more of Co, and (Ni x Fe 1-x ) y Co 1-y (where 0.7 ≦ x ≦ 0.9, 0 by weight). .1 ≦ y ≦ 0.5
The magnetoresistive effect element according to any one of claims 49 to 59, which is a laminated body including a second soft magnetic layer formed of a composition represented by
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26773896A JP3321615B2 (en) | 1995-09-21 | 1996-09-19 | Magnetoresistive element and magnetic transducer |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-267768 | 1995-09-21 | ||
| JP26776895 | 1995-09-21 | ||
| JP26773896A JP3321615B2 (en) | 1995-09-21 | 1996-09-19 | Magnetoresistive element and magnetic transducer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09148651A true JPH09148651A (en) | 1997-06-06 |
| JP3321615B2 JP3321615B2 (en) | 2002-09-03 |
Family
ID=26548017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26773896A Expired - Fee Related JP3321615B2 (en) | 1995-09-21 | 1996-09-19 | Magnetoresistive element and magnetic transducer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3321615B2 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998012758A1 (en) * | 1996-09-20 | 1998-03-26 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Magneto-resistance effect device |
| US6195239B1 (en) * | 1998-03-06 | 2001-02-27 | Tdk Corporation | Magnetoresistance effect film and magnetoresistance effect type head |
| US6245450B1 (en) | 1997-11-17 | 2001-06-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Exchange coupling film magnetoresistance effect device magnetoresistance effective head and method for producing magnetoresistance effect device |
| US6597547B1 (en) | 1997-09-29 | 2003-07-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magnetoresistive device with an α-Fe2O3 antiferromagnetic film and indirect exchange coupling film layers of differing thickness |
| US6631057B1 (en) | 1999-03-19 | 2003-10-07 | International Business Machines Corporation | Magnetic device with ferromagnetic layer contacting specified yttrium or rare earth element oxide antiferromagnetic layer |
| JP2008283173A (en) * | 2008-04-07 | 2008-11-20 | Sony Corp | Magnetoresistive element and magnetic memory device |
| CN113130736A (en) * | 2016-10-27 | 2021-07-16 | Tdk株式会社 | Spin orbit torque type magnetization reversal element, magnetic memory, and high-frequency magnetic device |
-
1996
- 1996-09-19 JP JP26773896A patent/JP3321615B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998012758A1 (en) * | 1996-09-20 | 1998-03-26 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Magneto-resistance effect device |
| US6104275A (en) * | 1996-09-20 | 2000-08-15 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Magnetoresistive element |
| US6597547B1 (en) | 1997-09-29 | 2003-07-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magnetoresistive device with an α-Fe2O3 antiferromagnetic film and indirect exchange coupling film layers of differing thickness |
| US6245450B1 (en) | 1997-11-17 | 2001-06-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Exchange coupling film magnetoresistance effect device magnetoresistance effective head and method for producing magnetoresistance effect device |
| US6195239B1 (en) * | 1998-03-06 | 2001-02-27 | Tdk Corporation | Magnetoresistance effect film and magnetoresistance effect type head |
| US6631057B1 (en) | 1999-03-19 | 2003-10-07 | International Business Machines Corporation | Magnetic device with ferromagnetic layer contacting specified yttrium or rare earth element oxide antiferromagnetic layer |
| JP2008283173A (en) * | 2008-04-07 | 2008-11-20 | Sony Corp | Magnetoresistive element and magnetic memory device |
| CN113130736A (en) * | 2016-10-27 | 2021-07-16 | Tdk株式会社 | Spin orbit torque type magnetization reversal element, magnetic memory, and high-frequency magnetic device |
| CN113130736B (en) * | 2016-10-27 | 2023-09-12 | Tdk株式会社 | Spin-orbit torque type magnetization reversal element, magnetic memory, and high-frequency magnetic device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3321615B2 (en) | 2002-09-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5923504A (en) | Magnetoresistance device | |
| US6074743A (en) | Magnetoresistance effect element and magnetoresistance device | |
| JP3137580B2 (en) | Magnetic multilayer film, magnetoresistive element and magnetic transducer | |
| KR100192192B1 (en) | Magnetoresistance effect film, a method of manufacturing the same, and magnetoresistance effect device | |
| JP3291208B2 (en) | Magnetoresistive sensor, method of manufacturing the same, and magnetic head equipped with the sensor | |
| KR100288466B1 (en) | Magnetoresistive element, magnetoresistive head, memory element and amplification element using the same | |
| JP3660927B2 (en) | Magnetoresistive effect element, magnetoresistive effect type magnetic head, magnetic recording device and magnetoresistive effect type memory device using the same | |
| JP2901501B2 (en) | Magnetic multilayer film, method of manufacturing the same, and magnetoresistive element | |
| JP3411626B2 (en) | Magnetic multilayer film, magnetoresistive effect element, and method of manufacturing the same | |
| KR100249976B1 (en) | Magnetoresistive effect element and manufacturing method thereof | |
| KR100273828B1 (en) | Magnetoresistive effect thin film | |
| US7265948B2 (en) | Magnetoresistive element with oxide magnetic layers and metal magnetic films deposited thereon | |
| JP3225496B2 (en) | Magnetoresistive film and magnetoresistive head | |
| CN101017668A (en) | Method for manufacturing magnetoresistance effect element | |
| US7554776B2 (en) | CCP magnetic detecting element including a self-pinned CoFe layer | |
| JP4303329B2 (en) | Method for manufacturing magnetoresistive film and method for manufacturing magnetoresistive head | |
| KR19980070402A (en) | Magnetoresistive thin film and its manufacturing method | |
| JP3869557B2 (en) | Magnetoresistive film and magnetoresistive head | |
| JP3831514B2 (en) | Magnetoresistive film and magnetoresistive head | |
| KR19980064706A (en) | Magnetoresistive effect film and its manufacturing method | |
| JPH11328625A (en) | Magnetoresistance effect film and magnetoresistance effect head | |
| JP4387955B2 (en) | Magnetoresistive effect element | |
| JP3137598B2 (en) | Magnetoresistive element, magnetic transducer and antiferromagnetic film | |
| JP3321615B2 (en) | Magnetoresistive element and magnetic transducer | |
| JP2000307171A (en) | Pinning layer of magnetic device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20020521 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080628 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090628 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |