JP2002171011A - Magnetoresistance effect device and its manufacturing method and magnetoresistance effect sensor - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetoresistance effect device, that achieves high MR ratio without containing oxygen, Si atoms, or the like in a structure body as much as possible, and at the same time, has superior thermal stability in the magnetoresistance effect device, having an artificial-lattice-type or a spin- valve-type structure body, and to provide a method for manufacturing the magnetoresistance effect device. SOLUTION: The first magnetoresistance effect device is to have a first foundation layer 103 made of a Ta-Ni-Fe alloy film, a second foundation layer 104 that is provided on the first foundation layer 103, has a face centered cubic structure, and is made of a film where a surface (111) forms a priority growth surface, and the structural body 107 that is provided on the second foundation layer 104 and successively has a ferromagnetic body layer 105 laminated and an nonmagnetic substance layer 106 for a plurality number of times, namely, the artificial-lattice-type structural body forming a GMR multilayer film.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素子
及びその製造方法並びに磁気抵抗効果センサに係る。よ
り詳細には、人工格子型またはスピンバルブ型の構造体
からなる磁気抵抗効果素子において、構造体をなす各層
が極薄膜化した際に、該各層の良好な結晶成長を確保で
きる、磁気抵抗効果素子及びその製造方法並びに磁気抵
抗効果センサに関する。本発明に係る磁気抵抗効果素子
は、ハードディスク装置、フロッピー（登録商標）ディ
スク装置、磁気テープ装置等の各種磁気記録再生装置に
おいて、位置検出ヘッドや再生ヘッドとして利用される
各種の磁気抵抗効果センサに好適に用いられる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetoresistive element, a method for manufacturing the same, and a magnetoresistive sensor. More specifically, in a magnetoresistive effect element composed of an artificial lattice type or spin valve type structure, when each layer constituting the structure is extremely thin, it is possible to ensure good crystal growth of each layer. The present invention relates to an element, a method of manufacturing the element, and a magnetoresistive sensor. INDUSTRIAL APPLICABILITY The magnetoresistive element according to the present invention is applicable to various magnetoresistive sensors used as position detecting heads and reproducing heads in various magnetic recording / reproducing devices such as hard disk devices, floppy (registered trademark) disk devices, and magnetic tape devices. It is preferably used.

【０００２】[0002]

【従来の技術】磁気記録密度の向上に伴い、媒体に記録
された信号磁界の読み出し用ヘッド（再生ヘッド）の形
態は、磁界変化の時間微分を再生出力とする誘導型磁気
ヘッドから、磁界強度を再生出力とする磁気抵抗効果型
ヘッドへと移行しつつある。磁気抵抗効果型ヘッドに用
いられる磁気抵抗効果素子としては当初、素子に通電す
る電流方向と磁化方向との角度により電気抵抗が変化す
る異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）を示すパーマロイ等の
合金膜が用いられてきたが、近年ＡＭＲより大きな抵抗
変化率を示す巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）がＦｅ／Ｃｒ
多層膜、Ｃｏ／Ｃｕ多層膜等（以後、ＧＭＲ多層膜と呼
称）で発見され、ＧＭＲの磁気抵抗効果素子への応用が
期待された。このようなＧＭＲ多層膜からなる磁気抵抗
効果素子の構造としては、上述したところの基体の表面
上に、非磁性体層（スペーサ）を挟んで強磁性体層を複
数回積層した構造体からなる人工格子型の他に、基体の
表面上に、非磁性体層を挟んで強磁性体層を積層し、最
後に設けた前記強磁性体層の表面上に反強磁性体層を形
成した構造体からなるスピンバルブ型が広く知られてい
る。スピンバルブ型では、反強磁性体層と接する位置の
強磁性体層が固定磁化層と呼ばれ、この固定磁化層と非
磁性体層を介して接する位置の強磁性体層が自由磁化層
と呼ばれる。2. Description of the Related Art With the improvement in magnetic recording density, the form of a read head (reproducing head) for reading a signal magnetic field recorded on a medium has been changed from an inductive magnetic head which uses a time derivative of a magnetic field change as a reproduction output to a magnetic field intensity. Is being shifted to a magneto-resistive head with a read output. The magnetoresistive element used in the magnetoresistive head is initially an alloy film such as permalloy exhibiting an anisotropic magnetoresistive effect (AMR) in which the electric resistance changes according to the angle between the direction of current flowing through the element and the direction of magnetization. In recent years, the giant magnetoresistance effect (GMR) showing a higher rate of change of resistance than AMR has been
It was discovered in a multilayer film, a Co / Cu multilayer film and the like (hereinafter, referred to as a GMR multilayer film), and was expected to be applied to a GMR magnetoresistive element. The structure of such a magnetoresistive element made of a GMR multilayer film is a structure in which a ferromagnetic layer is laminated a plurality of times on a surface of a substrate with a nonmagnetic layer (spacer) interposed therebetween. In addition to the artificial lattice type, a structure in which a ferromagnetic layer is laminated on a surface of a substrate with a nonmagnetic layer interposed therebetween, and an antiferromagnetic layer is formed on the surface of the last provided ferromagnetic layer A spin valve type made of a body is widely known. In the spin valve type, the ferromagnetic layer at a position in contact with the antiferromagnetic layer is called a fixed magnetic layer, and the ferromagnetic layer at a position in contact with the fixed magnetic layer via the nonmagnetic layer is referred to as a free magnetic layer. Called.

【０００３】いずれの型においても、ＧＭＲは、積層膜
を構成する強磁性体層の層間における磁化方向の相対角
度により電気抵抗が変化する現象であり、素子を流れる
伝導電子が非磁性体層と強磁性体層との界面にて散乱さ
れる際に、電子のもつスピンの向き、及び強磁性体層の
磁化方向により散乱のされ方が異なるというスピン依存
散乱と呼ばれる性質に起因して生じる界面現象である。
このような現象を利用した積層膜においては、非磁性体
層を介して相対する各強磁性体層に生じた磁化方向が反
平行配列となる場合には高抵抗を示し、平行配列となる
場合には低抵抗を示すことになる。そこで、本発明者
は、数Åから数十Åと極めて薄い層の積層構造からなる
ＧＭＲを示す多層膜において、特に成膜雰囲気中に存在
する不純物が各層の微細構造に与える影響について注目
し、鋭意研究・開発を行い、次のような特許出願や技術
報告等をしてきた。In either type, GMR is a phenomenon in which the electric resistance changes depending on the relative angle of the magnetization direction between the layers of the ferromagnetic layers constituting the laminated film. When the light is scattered at the interface with the ferromagnetic layer, the interface is caused by a property called spin-dependent scattering, in which the scattering depends on the spin direction of the electrons and the magnetization direction of the ferromagnetic layer. It is a phenomenon.
In a laminated film utilizing such a phenomenon, when the magnetization directions generated in the respective ferromagnetic layers facing each other via the nonmagnetic layer are in an antiparallel arrangement, high resistance is exhibited, and when the magnetization directions are in a parallel arrangement. Shows low resistance. In view of this, the present inventors have focused on the effect of impurities present in the film formation atmosphere on the microstructure of each layer, particularly in a multilayer film exhibiting GMR having a laminated structure of extremely thin layers of several to several tens of degrees, He has engaged in research and development and has filed patent applications and technical reports as follows.

【０００４】（１）積層構造の中に含まれる酸素量を１
００wtppm以下とすることにより、人工格子型あるいは
スピンバルブ型のいずれの磁気抵抗効果素子において
も、ＭＲ比が著しく改善されることを開示した（特願平
7-193882号公報：MIG010）。また同公報には、酸素量を
１００wtppm以下の積層構造を作製する方法としては、
成膜室内の背圧を１０^-9Torr台以下とした後、成膜用ガ
スとして不純物濃度が１０ppb以下であるＡｒを用いる
スパッタ成膜法が有効であると記載されている。 （２）人工格子型の磁気抵抗効果素子においてＭＲ比を
増加させる製造方法として、成膜空間の背圧を１０^-9To
rr台以下とした後、成膜空間内に微量の酸素または水を
含むガスを導入して成膜空間の背圧を１０^-9Torr台より
高い圧力に変更し、さらにＡｒガスを導入し、これらの
混合ガスを用いて上述した積層構造をスパッタ法で作製
する方法が有効であることを開示した（国際出願PCT/JP
97/1091号公報）。(1) The amount of oxygen contained in the laminated structure is reduced to 1
It has been disclosed that by setting the content to be not more than 00 wtppm, the MR ratio can be remarkably improved in any of the artificial lattice type or spin valve type magnetoresistive effect element (Japanese Patent Application No. Hei.
No. 7-193882: MIG010). Also, the same publication discloses a method for producing a laminated structure having an oxygen content of 100 wtppm or less.
It is described that a sputter film forming method using Ar having an impurity concentration of 10 ppb or less as a film forming gas is effective after the back pressure in the film forming chamber is set to 10 ^-9 Torr or less. (2) As a manufacturing method for increasing the MR ratio in an artificial lattice type magnetoresistive element, the back pressure in the film formation space is set to 10 ^-9 To
After setting the pressure to below rr, a gas containing a trace amount of oxygen or water is introduced into the film formation space to change the back pressure of the film formation space to a pressure higher than 10 ^-9 Torr, and Ar gas is further introduced. It has been disclosed that the method of producing the above-mentioned laminated structure by a sputtering method using these mixed gases is effective (international application PCT / JP
No. 97/1091).

【０００５】（３）大気開放後の成膜空間を真空排気す
る時間を調整することによって、水分（H₂O）を主とす
る残留ガスにより成膜雰囲気の清浄性を変化させ、作製
したCo/Cu多層膜の微細構造とＧＭＲ効果について報告
した（三浦ら：Co/Cu多層膜のＧＭＲ効果に及ぼす成膜
雰囲気中の残留ガスの影響、第22回日本応用磁気学会学
術講演会、1998年9月20日発表）。同報告によれば、熱
酸化膜付きSi(100)単結晶基板［Si/SiO₂ 基板と呼称］
を用いた場合、ＭＲ比は、成膜前圧力が７×１０^-8Torr
付近で極大をとり、さらに成膜前圧力を低下させると急
激に減少し、１０^-10Torr台以下ではほぼ零になる傾向
が確認された。その際、ＭＲ比が極大を示した成膜前圧
力（７×１０^-8Torr）付近を境として、二乗平均粗さ
（Rms：rootmean square）が極高真空側では増加（３Å
→４Å）することが確認された。 （４）上記（３）におけるRmsの増大は、各層を構成す
る結晶粒子が大型化し、粒子中央部と粒界部との凹凸差
が顕著となり、このような層を複数回積層させたために
生じたことが断面ＴＥＭの観察から明らかとなった（S.
Miura et al："Drastic change of giant magnetoresis
tance of Co/Cu multilayer bydecreasing residual im
purities in sputtering atmosphere"：Journal ofAppl
ied Physics, 85, 4463-4465, 1999）。逆に言えば、こ
の実験結果は、成膜雰囲気中から各層内へ微量な不純
物、中でも酸素を導入することは、膜の結晶成長を抑制
し、積層界面の平坦性を向上させる効果があることを示
している。(3) By adjusting the time for evacuating the film-forming space after opening to the atmosphere, the cleanliness of the film-forming atmosphere is changed by the residual gas mainly composed of water (H ₂ O), and Reported the microstructure and GMR effect of Co / Cu multilayers (Miura et al .: Effect of residual gas in deposition atmosphere on GMR effect of Co / Cu multilayers, 22nd Annual Meeting of the Japan Society of Applied Magnetics, 1998 Announced on September 20). According to the report, Si (100) single crystal substrate with thermal oxide film [referred to as Si / SiO ₂ substrate]
Is used, the MR ratio is such that the pressure before film formation is 7 × 10 ⁻⁸ Torr.
It was confirmed that the maximum value was obtained near the vicinity, and the pressure decreased sharply when the pressure before film formation was further reduced, and it became almost zero when the pressure was below 10 ^-10 Torr. At this time, the root mean square (Rms) increases on the extremely high vacuum side (3Å) near the pre-deposition pressure (7 × 10 ⁻⁸ Torr) where the MR ratio shows the maximum.
→ 4Å) was confirmed. (4) The increase in Rms in the above (3) occurs because the crystal grains constituting each layer become large, and the unevenness between the grain central portion and the grain boundary portion becomes remarkable, and such a layer is stacked a plurality of times. Was observed from the cross-sectional TEM observation (S.
Miura et al: "Drastic change of giant magnetoresis
tance of Co / Cu multilayer bydecreasing residual im
purities in sputtering atmosphere ": Journal of Appl
ied Physics, 85, 4463-4465, 1999). Conversely, this experimental result indicates that introducing a small amount of impurities, particularly oxygen, from the film formation atmosphere into each layer has the effect of suppressing the crystal growth of the film and improving the flatness of the lamination interface. Is shown.

【０００６】上述した文献より、高いＭＲ比を備えた磁
気抵抗効果素子を得るためには、適当量の酸素を積層構
造内に含ませることが必要なことが分かる。つまり、成
膜空間を極高真空（１０^-9Torr台以下）まで一旦排気
し、その後の空間内に故意に酸素を導入して積層膜を形
成する手法が上記（２）とするならば、成膜空間を高真
空（１０^-8Torr台の後半の真空度）まで排気した後、空
間内に若干残存する酸素をうまく利用して積層膜を形成
する手法が上記（３）である。いずれの手法も、積層膜
内に微量の酸素を取り込み、積層膜をなす結晶粒子の微
細化を図り、積層界面の平坦化を改善することによっ
て、大きなＭＲ比の素子を実現した。しかしながら、磁
気抵抗効果素子が組み込まれた例えば磁気ヘッドは、磁
気記録装置に実装された場合、センス電流等によって生
じる発熱温度（１５０℃〜１７０℃）に長時間曝される
状況にある。磁気抵抗効果素子がこのような熱的状況下
に長期間おかれた場合、その素子を構成する積層構造に
含まれた酸素が熱的影響を受け、積層構造中で動きだ
し、作製時の状況が変動すると考えられる。具体的に
は、酸素が各層内で偏在したり、あるいは各層間の界面
に局在したり、極端な場合は積層構造から外部へ酸素が
抜けてしまい界面の平坦性が劣化する、等の状況が考え
られる。[0006] From the above-mentioned documents, it is understood that in order to obtain a magnetoresistive element having a high MR ratio, it is necessary to include an appropriate amount of oxygen in the laminated structure. In other words, if the method of evacuating the film formation space once to an extremely high vacuum (10 ^-9 Torr or less) and then intentionally introducing oxygen into the subsequent space to form a laminated film is the above (2), The above-mentioned method (3) is a method of evacuating the film formation space to a high vacuum (a degree of vacuum in the latter half of the order of 10 ^-8 Torr), and then forming a stacked film by making good use of oxygen slightly remaining in the space. In each method, a small amount of oxygen is taken into the laminated film, the crystal grains constituting the laminated film are miniaturized, and the planarization of the laminated interface is improved, thereby realizing a device having a large MR ratio. However, for example, when a magnetic head incorporating a magnetoresistive element is mounted on a magnetic recording device, it is in a situation where it is exposed to a heating temperature (150 ° C. to 170 ° C.) generated by a sense current or the like for a long time. When a magnetoresistive element is placed under such a thermal condition for a long time, oxygen contained in a laminated structure constituting the element is thermally affected and starts to move in the laminated structure, and the situation at the time of fabrication is It is considered to fluctuate. Specifically, the situation is such that oxygen is unevenly distributed in each layer, or localized at the interface between the layers, and in extreme cases, oxygen is released from the laminated structure to the outside, and the flatness of the interface is deteriorated. Can be considered.

【０００７】換言すると、従来の磁気抵抗効果素子で
は、磁化方向の違いによる抵抗変化は、磁性体層／非磁
性体層の界面及び磁性体層の内部における伝導電子のス
ピンに依存した散乱度合いの違いに由来する。従って、
スピン依存散乱に起因する磁気抵抗変化を再現性高く安
定して実現するためには、成膜雰囲気を清浄化し、膜中
に取り込まれる酸素や水等の不純物を極力低減すること
が有効であると考えられてきた。ところが上記（３）の
文献から分かるように、成膜前の真空度を１０^{-1 1}Torr
台とする超清浄雰囲気下での成膜（XC-process : 以後
XC と略記）により、膜の微細構造に大きな影響を及ぼ
す酸素の膜中含有量は、成膜前の真空度が１０^-7 Torr
台の場合（LG-process : 以後 LG と略記）に比べ、約1
/10に低減する。これにより膜の結晶粒が大きく成長す
るが、同時に界面の平坦性が悪化する。その結果、磁性
体層間に強い強磁性的相互作用が生じ、磁化の反平行配
列を著しく阻害する。このため、成膜雰囲気の清浄化を
極め、例えばＸＣで作製したＧＭＲ多層膜の磁気抵抗変
化が消失あるいは減少してしまうという問題があった。In other words, in the conventional magnetoresistive effect element, the resistance change due to the difference in the magnetization direction is caused by the scattering degree depending on the spin of the conduction electrons at the interface between the magnetic layer / non-magnetic layer and inside the magnetic layer. Derived from the difference. Therefore,
In order to stably realize the magnetoresistance change caused by spin-dependent scattering with high reproducibility, it is effective to clean the film formation atmosphere and reduce impurities such as oxygen and water incorporated in the film as much as possible. Has been considered. However, as can be seen from the literature of the above (3), the degree of vacuum before film formation 10 ^{-1 1} Torr
Film formation under ultra-clean atmosphere (XC-process: afterwards)
XC), the oxygen content in the film that greatly affects the microstructure of the film is determined by the degree of vacuum before film formation being 10 ⁻⁷ Torr.
About 1 unit compared to the case of the unit (LG-process: LG)
Reduce to / 10. As a result, crystal grains of the film grow large, but at the same time, the flatness of the interface deteriorates. As a result, a strong ferromagnetic interaction occurs between the magnetic layers, which significantly inhibits the antiparallel arrangement of magnetization. For this reason, there has been a problem in that the film formation atmosphere is extremely purified, and the change in magnetoresistance of the GMR multilayer film manufactured by, for example, XC disappears or decreases.

【０００８】これに対し、基板あるいはＧＭＲ多層膜の
下地膜の材質、及び下地膜の成膜方法を工夫し、超清浄
雰囲気下においても界面の平坦性を保ち、高い磁気抵抗
変化率を発現する試みを、本発明者は鋭意検討を行って
きた。その結果、ＧＭＲ多層膜の下地膜としてＦｅ−Ｓ
ｉ膜等を設けると、超清浄雰囲気下による成膜すなわち
ＸＣで作製しても、５０％を越えるＭＲ比を有する磁気
抵抗効果素子が得られることが判明した。この内容は、
次項（５）に詳述するように特願2000-024823号公報に
開示されている。 （５）人工格子型あるいはスピンバルブ型のいずれかの
構造体を備え、この構造体の下に、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ又はＧ
ｅから選択される１つ又は２つ以上の第一元素と、Ｆ
ｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｈｆ
又はＴａから選択される１つ又は２つ以上の第二元素
と、から構成されるバッファ部材を設けた磁気抵抗効果
素子は、成膜空間を極高真空（１０^-9Torr台以下）まで
排気した後、構造体内に酸素取り込み量が極めて少ない
雰囲気下で積層体を形成しても、このバッファ部材上に
形成した強磁性体層はその面内結晶粒径が増大するた
め、構造体における積層界面の平坦性が著しく改善でき
るので、このバッファ部材を備えた素子は、上述した
（１）〜（３）の手法のように構造体中に適当量の酸素
を導入すること無く、高いＭＲ比が得られる（特願2000
-024823号公報：MIG018）。しかしながら、上述した５
つの文献に記載された方法を用いて作製された磁気抵抗
効果素子によれば、酸素、Ｓｉ原子等によるサーファク
タント効果を利用した界面平坦化により極めて大きなＭ
Ｒ比増大という効果が得られるが、これらの手法ではサ
ーファクタント原子が構造体をなす膜中に分散する恐れ
があり、極薄膜の多層構造からなる電子デバイスに対し
てはこれらの原子は不純物として作用する危険性があ
る。On the other hand, the material of the base film of the substrate or the GMR multilayer film and the method of forming the base film are devised to maintain the flatness of the interface even in an ultra-clean atmosphere and to exhibit a high magnetoresistance ratio. The inventor of the present invention has intensively studied. As a result, Fe—S
It has been found that when an i film or the like is provided, a magnetoresistive element having an MR ratio of more than 50% can be obtained even when the film is formed in an ultra-clean atmosphere, that is, when manufactured by XC. This content
It is disclosed in Japanese Patent Application No. 2000-024823 as described in detail in the following section (5). (5) Either an artificial lattice type or a spin valve type structure is provided, and under this structure, Si, B, C or G
e, one or more first elements selected from
e, Ti, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zr, Hf
Alternatively, a magnetoresistive element provided with a buffer member composed of one or more second elements selected from Ta is evacuated to an extremely high vacuum (10 ^-9 Torr or less). After that, even if the laminate is formed in an atmosphere in which the amount of oxygen taken in is extremely small, the ferromagnetic layer formed on the buffer member has an increased in-plane crystal grain size. Since the flatness of the interface can be remarkably improved, the device provided with the buffer member has a high MR ratio without introducing an appropriate amount of oxygen into the structure as in the above-mentioned methods (1) to (3). Is obtained (Japanese Patent Application 2000)
-024823: MIG018). However, 5
According to the magnetoresistive effect element manufactured by using the method described in the two documents, an extremely large M is obtained by flattening the interface utilizing the surfactant effect of oxygen, Si atoms, and the like.
Although the effect of increasing the R ratio is obtained, in these methods, surfactant atoms may be dispersed in the film forming the structure, and these atoms act as impurities in an electronic device having a multilayer structure of an extremely thin film. There is a risk of doing.

【０００９】つまり、上記５つの文献に記載の手法で作
製された磁気抵抗効果素子は、適当量の酸素、Ｓｉ原子
等を積層構造内に含有することが高いＭＲ比を実現する
必須条件であることから、このような作製法による磁気
抵抗効果素子には、熱的影響を受けやすく、長期信頼性
に欠けるという解決すべき課題が残されていた。ゆえ
に、可能ならば上述した酸素、Ｓｉ原子等によるサーフ
ァクタント効果を利用せずに、ＭＲ比増大をもたらす構
造を備えた磁気抵抗効果素子及びこの素子を作製する製
造方法、更にはこの素子を搭載した磁気抵抗効果センサ
が求められていた。そこで、本発明者は、従来のように
適当量の酸素を構造体内に含有させる手法や酸素、Ｓｉ
原子等によるサーファクタント効果を利用する手法では
なく、成膜前の真空度を１０^-11Torr台とする超清浄雰
囲気下での成膜（XC-process : XC）において、構造体
をなす薄膜、特に構造体の最下層に位置する薄膜の良好
な結晶成長が促され、それによって平坦な界面を得て、
ＭＲ比が高い磁気抵抗効果素子を実現する作製法につい
て研究開発を進めてきた。In other words, in the magnetoresistive element manufactured by the methods described in the above five documents, it is an essential condition for realizing a high MR ratio that an appropriate amount of oxygen, Si atom and the like be contained in the laminated structure. Therefore, the magnetoresistive effect element manufactured by such a method has a problem to be solved that it is easily affected by heat and lacks long-term reliability. Therefore, if possible, without utilizing the above-described surfactant effect of oxygen, Si atoms, etc., a magnetoresistive element having a structure that increases the MR ratio, a manufacturing method for manufacturing this element, and further mounting this element There is a need for a magnetoresistive sensor. Therefore, the present inventor has proposed a method for containing an appropriate amount of oxygen in the structure as in the related art, oxygen, and Si.
Rather than using the surfactant effect of atoms and the like, the thin film forming the structure, especially in the ultra-clean atmosphere (XC-process: XC) in which the degree of vacuum before the film formation is in the order of 10 ⁻¹¹ Torr, especially Good crystal growth of the thin film located at the bottom layer of the structure is promoted, thereby obtaining a flat interface,
We have been researching and developing a fabrication method for realizing a magnetoresistive element with a high MR ratio.

【００１０】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、人工格子型
又はスピンバルブ型の構造体を備えた磁気抵抗効果素子
において、積層構造内に酸素やＳｉ原子などを極力含有
させずに高いＭＲ比を実現し、かつ、熱的安定性にも優
れる磁気抵抗効果素子を提供することを第一の目的とす
る。また本発明は、人工格子型又はスピンバルブ型の構
造体を備えた磁気抵抗効果素子において、積層構造内に
酸素やＳｉ原子などを極力含有させずに高いＭＲ比を実
現し、かつ、熱的安定性にも優れる磁気抵抗効果素子を
安定して作製し得る磁気抵抗効果素子の製造方法を提供
することを第二の目的とする。さらに本発明は、磁気記
録装置に実装された際に、熱的影響を受けづらく、長期
信頼性に優れた磁気抵抗効果センサを提供することを第
三の目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a magnetoresistive element having an artificial lattice type or spin valve type structure, which has a high MR ratio without containing oxygen and Si atoms in a laminated structure as much as possible. It is a first object of the present invention to provide a magnetoresistive element which realizes the above-mentioned and has excellent thermal stability. Further, the present invention provides a magnetoresistive element having an artificial lattice type or spin valve type structure, which realizes a high MR ratio without containing oxygen, Si atoms, and the like as much as possible in a laminated structure, and has a thermal effect. A second object is to provide a method of manufacturing a magnetoresistive element capable of stably producing a magnetoresistive element having excellent stability. A third object of the present invention is to provide a magnetoresistive sensor which is hardly affected by heat when mounted on a magnetic recording apparatus and has excellent long-term reliability.

【００１１】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明に係る第一の磁気
抵抗効果素子は、Ｔａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金からなる第一下
地層と、前記第一下地層上に設けられ面心立方構造から
なり（１１１）面が優先成長面をなす第二下地膜と、前
記第二下地層上に設けられ強磁性体層と非磁性体層を順
に複数回積層してなる構造体と、を具備したことを特徴
としている。本発明に係る第二の磁気抵抗効果素子は、
Ｔａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜からなる第一下地層と、前記第
一下地層上に設けられる面心立方構造からなり（１１
１）面が優先成長面をなす第二下地膜と、前記第二下地
層上に設けられ反強磁性体層、第一強磁性体層、非磁性
体層、第二強磁性体層が順に積層されてなる構造体と、
を具備したことを特徴としている。A first magnetoresistive element according to the present invention comprises a first underlayer made of a Ta-Ni-Fe alloy and a face-centered cubic structure provided on the first underlayer. And a structure provided on the second underlayer and formed by laminating a ferromagnetic layer and a non-magnetic layer a plurality of times in order. It is characterized by: The second magnetoresistance effect element according to the present invention,
A first underlayer made of a Ta—Ni—Fe alloy film and a face-centered cubic structure provided on the first underlayer (11)
1) A second underlayer whose surface forms a preferential growth surface, and an antiferromagnetic layer, a first ferromagnetic layer, a nonmagnetic layer, and a second ferromagnetic layer provided on the second underlayer in this order. A laminated structure,
It is characterized by having.

【００１２】本発明に係る第一の磁気抵抗効果素子の製
造方法は、減圧可能な空間に基体を配置し、前記空間を
１０^-10Torr台以下に減圧する工程と、前記基体上にＴ
ａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜からなる第一下地層を形成する工
程と、前記第一下地層上に面心立方構造からなり（１１
１）面が優先成長面をなす第二下地層を設ける工程と、
前記第二下地層上に強磁性体層と非磁性体層を順に複数
回積層してなる構造体を設ける工程と、を具備したこと
を特徴としている。本発明に係る第二の磁気抵抗効果素
子の製造方法は、減圧可能な空間に基体を配置し、前記
空間を１０^-10Torr台以下に減圧する工程と、前記基体
上にＴａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜からなる第一下地層を形成
する工程と、前記第一下地層上に面心立方構造からなり
（１１１）面が優先成長面をなす第二下地層を設ける工
程と、前記第二下地層上に反強磁性体層、第一強磁性体
層、非磁性体層、第二強磁性体層が順に積層されてなる
構造体を設ける工程と、を具備したことを特徴としてい
る。本発明に係る磁気抵抗効果センサは、上述した第一
あるいは第二の磁気抵抗効果素子を備えたことを特徴と
している。In a first method for manufacturing a magnetoresistive element according to the present invention, a substrate is placed in a space where pressure can be reduced, and the space is depressurized to the order of 10 ⁻¹⁰ Torr or less.
forming a first underlayer made of an a-Ni-Fe alloy film; and forming a face-centered cubic structure on the first underlayer (11).
1) providing a second underlayer whose surface forms a preferential growth surface;
Providing a structure in which a ferromagnetic layer and a non-magnetic layer are sequentially stacked a plurality of times on the second underlayer. A second method of manufacturing a magnetoresistive element according to the present invention includes a step of arranging a base in a space that can be decompressed and reducing the space to a level of 10 ⁻¹⁰ Torr or less; Forming a first underlayer made of an alloy film, providing a second underlayer having a face-centered cubic structure on the first underlayer and having a (111) plane as a preferential growth surface; Providing a structure in which an antiferromagnetic layer, a first ferromagnetic layer, a nonmagnetic layer, and a second ferromagnetic layer are sequentially stacked on the ground layer. A magnetoresistive sensor according to the present invention includes the first or second magnetoresistive element described above.

【００１３】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図１及び図２を参照して説明する。本発明に係る第一
の磁気抵抗効果素子１００は、図１に示すように、ＧＭ
Ｒ多層膜をなす強磁性体層１０５と非磁性体層１０６を
順に複数回積層してなる構造体１０７すなわち人工格子
型の構造体を備え、この構造体１０７の下に、Ｔａ−Ｎ
ｉ−Ｆｅ合金膜からなる第一下地層１０３と、この第一
下地層１０３上に面心立方構造からなり（１１１）面が
優先成長面をなす第二下地層１０４とからなる２層構造
の下地膜を設けた構成をなしている。この２層構造の下
地膜において上層をなす第二下地層１０４は、たとえＸ
Ｃにて作製して結晶粒が大きく成長しても、膜面が大き
く荒れることはない。この傾向を反映して、その上に形
成されるＧＭＲ多層膜の最下層をなす強磁性体層１０５
ａは、たとえＸＣにて作製して結晶粒が大きく成長して
も、従来のように膜面が荒れることはないので、この強
磁性体層１０５ａの表面は良好な平坦性を有することが
できる。その結果、この最下層をなす強磁性体層１０５
ａ上に順次多層膜が形成されるが、この多層膜における
各界面も良好な平坦性を保つことが可能となるので、界
面の乱れに起因して生じる強磁性体膜間の強磁性的相互
作用が低減される。この結果、各強磁性体膜におけるス
ピンの反平行配列をより完全に実現でき、従って、人工
格子型の構造体１０７を備えた第一の磁気抵抗効果素子
１００はＭＲ比の増大が図れる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, a first magnetoresistive element 100 according to the present invention
There is provided a structure 107 in which a ferromagnetic layer 105 and a non-magnetic layer 106 forming an R multilayer film are sequentially laminated a plurality of times, that is, an artificial lattice type structure.
A two-layer structure including a first underlayer 103 made of an i-Fe alloy film and a second underlayer 104 having a face-centered cubic structure on the first underlayer 103 and a (111) plane forming a preferential growth surface. It has a configuration in which a base film is provided. The second underlayer 104, which is the upper layer in the two-layer structure underlayer,
Even if the crystal grains are grown and grown in C, the film surface is not greatly roughened. Reflecting this tendency, the lowermost ferromagnetic layer 105 of the GMR multilayer film formed thereon is formed.
Even if a is manufactured by XC and the crystal grains grow large, the surface of the ferromagnetic layer 105a can have excellent flatness because the film surface does not become rough as in the prior art. . As a result, the lowermost ferromagnetic layer 105
A multilayer film is sequentially formed on the substrate a. Since each interface in the multilayer film can also maintain good flatness, the ferromagnetic mutual between the ferromagnetic films caused by the disorder of the interface can be maintained. The effect is reduced. As a result, the antiparallel arrangement of spins in each ferromagnetic film can be more completely realized, and therefore, the MR ratio of the first magnetoresistance effect element 100 including the artificial lattice type structure 107 can be increased.

【００１４】また、上記２層構造の下地膜上に、ＧＭＲ
多層膜として強磁性体層１０５と非磁性体層１０６を順
に複数回積層してなる構造体１０７を設けた構成からな
る第一磁気抵抗効果素子１００は、ＧＭＲ多層膜をなす
構造体１０７内あるいはこの多層膜に接する位置の第二
下地層１０４内に酸素、Ｓｉ原子等のサーファクタント
原子が含まれていないので、これらのサーファクタント
原子がＧＭＲ多層膜の構造体１０７をなす膜中に分散す
る恐れがない。従って、上記構成によれば、熱的影響を
受けづらく、長期信頼性に優れる磁気抵抗効果素子の提
供が可能となる。本発明に係る第二の磁気抵抗効果素子
２００は、図２に示すように、ＧＭＲ多層膜をなす反強
磁性体層２０５、第一強磁性体層２０６、非磁性体層２
０７、第二強磁性体層２０８が順に積層されてなる構造
体２０９すなわちスピンバルブ型の構造体を備え、この
構造体２０９の下に、Ｔａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜からなる
第一下地層２０３と、この第一下地層２０３上に面心立
方構造からなり（１１１）面が優先成長面をなす第二下
地層２０４とからなる２層構造の下地膜を設けた構成を
なしている。A GMR film is formed on the underlayer of the two-layer structure.
The first magnetoresistance effect element 100 having a structure in which a ferromagnetic layer 105 and a nonmagnetic layer 106 are sequentially laminated a plurality of times as a multilayer film is provided in the structure 107 forming the GMR multilayer film or Since surfactant atoms such as oxygen and Si atoms are not contained in the second underlayer 104 at a position in contact with the multilayer film, there is a possibility that these surfactant atoms are dispersed in the film forming the structure 107 of the GMR multilayer film. Absent. Therefore, according to the above configuration, it is possible to provide a magnetoresistive element that is hardly affected by heat and has excellent long-term reliability. As shown in FIG. 2, the second magnetoresistive element 200 according to the present invention includes an antiferromagnetic layer 205, a first ferromagnetic layer 206, and a non-magnetic layer 2 which form a GMR multilayer film.
07, a structure 209 in which a second ferromagnetic layer 208 is laminated in order, that is, a spin-valve type structure. Under the structure 209, a first underlayer 203 made of a Ta—Ni—Fe alloy film is provided. And a second underlayer 204 composed of a face-centered cubic structure and a second underlayer 204 having a (111) plane forming a preferential growth surface on the first underlayer 203.

【００１５】この２層構造の下地膜において上層をなす
第二下地層２０４は、たとえＸＣにて作製して結晶粒が
大きく成長しても、膜面が大きく荒れることはない。こ
の傾向を反映して、その上に形成されるＧＭＲ多層膜の
最下層をなす反強磁性体層２０５は、たとえＸＣにて作
製して結晶粒が大きく成長しても、従来のように膜面が
荒れることはなく、反強磁性体層２０５の表面は良好な
平坦性を有する。その結果、この最下層をなす反強磁性
体層２０５上に第一強磁性体層２０６、非磁性体層２０
７、第二強磁性体層２０８が順に積層形成された多層膜
が設けられるが、これら多層膜における各界面も良好な
平坦性を保つことが可能となるので、界面の乱れに起因
して生じる強磁性体膜間の強磁性的相互作用が低減され
る。この結果、２つの強磁性体膜におけるスピンの反平
行配列をより完全に実現でき、従って、スピンバルブ型
の構造体２０９を備えた第二の磁気抵抗効果素子２００
はＭＲ比の増大が図れる。また、上記２層構造の下地膜
上に、ＧＭＲ多層膜として反強磁性体層２０５、第一強
磁性体層２０６、非磁性体層２０７、第二強磁性体層２
０８が順に積層されてなる構造体２０９を設けた構成か
らなる第二磁気抵抗効果素子２００は、上述した第一磁
気抵抗効果素子１００と同様に、ＧＭＲ多層膜をなす構
造体２０９内あるいはこの多層膜に接する位置の第二下
地層２０４内に酸素、Ｓｉ原子等のサーファクタント原
子が含まれていないので、これらのサーファクタント原
子がＧＭＲ多層膜の構造体２０９をなす膜中に分散する
恐れがない。従って、上記構成によっても、熱的影響を
受けづらく、長期信頼性に優れる磁気抵抗効果素子の提
供が可能となる。The second underlayer 204, which is the upper layer in the two-layer structure underlayer, does not significantly roughen the film surface even if the crystal grains are grown by XC. Reflecting this tendency, the antiferromagnetic material layer 205, which is the lowermost layer of the GMR multilayer film formed thereon, has the same film thickness as the conventional one even if it is manufactured by XC and crystal grains grow large. The surface is not rough, and the surface of the antiferromagnetic layer 205 has good flatness. As a result, the first ferromagnetic layer 206 and the non-magnetic layer 20 are placed on the lowermost antiferromagnetic layer 205.
7. A multilayer film in which the second ferromagnetic layer 208 is sequentially formed is provided. Since each interface in the multilayer film can also maintain good flatness, the interface is generated due to the disturbance of the interface. Ferromagnetic interaction between ferromagnetic films is reduced. As a result, the anti-parallel arrangement of spins in the two ferromagnetic films can be more completely realized, and therefore, the second magnetoresistance effect element 200 including the spin-valve type structure 209 is provided.
Can increase the MR ratio. Further, an antiferromagnetic material layer 205, a first ferromagnetic material layer 206, a nonmagnetic material layer 207, and a second ferromagnetic material layer 2 are formed on the base film having the two-layer structure as a GMR multilayer film.
The second magnetoresistive effect element 200 having a structure in which a structure 209 formed by sequentially stacking the GMR elements 08 in the GMR multilayer film is formed in the same manner as the first magnetoresistive effect element 100 described above. Since surfactant atoms such as oxygen and Si atoms are not contained in the second underlayer 204 at a position in contact with the film, there is no possibility that these surfactant atoms are dispersed in the film constituting the structure 209 of the GMR multilayer film. Therefore, even with the above configuration, it is possible to provide a magnetoresistive element that is hardly affected by heat and has excellent long-term reliability.

【００１６】上述した第一磁気抵抗効果素子１００ある
いは第二磁気抵抗効果素子２００を構成する第二下地層
１０４、２０４としては、Ｎｉ−Ｆｅ合金膜、Ｃｕ膜、
又はＣｏ−Ｆｅ合金膜のいずれか１つが好ましい。Ｎｉ
−Ｆｅ合金膜、Ｃｕ膜、又はＣｏ−Ｆｅ合金膜からなる
薄膜は面心立方構造からなり（１１１）面が優先成長面
を形成しやすい材料である。このように（１１１）面に
配向した第二下地層上にＧＭＲ多層膜をなす人工格子型
の構造体１０７あるいはスピンバルブ型の構造体２０９
を設けることで、ＭＲ比が向上する等の優れた特性を発
現させることが可能となる。特に、ＧＭＲ多層膜をなす
人工格子型あるいはスピンバルブ型のいずれかの構造体
１０７、２０９が優れた特性をより安定に発現するため
には、これらの構造体１０７、２０９の下に設けられ
る、Ｔａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜からなる第一下地層１０
３、２０３上に成膜される第二下地層１０４、２０４
が、膜成長の初期段階から（１１１）配向していること
が必要である。すなわち、第二下地層１０４、２０４の
（１１１）面が優先成長面となることが必要である。Ｔ
ａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜からなる第一下地層１０３、２０
３はこれを実現し促進するものである。As the second underlayers 104 and 204 constituting the first or second magnetoresistance effect element 100 or 200, a Ni—Fe alloy film, a Cu film,
Alternatively, any one of a Co—Fe alloy film is preferable. Ni
The thin film made of a -Fe alloy film, a Cu film, or a Co-Fe alloy film has a face-centered cubic structure, and the (111) plane is a material that can easily form a preferential growth surface. The artificial lattice type structure 107 or the spin valve type structure 209 which forms a GMR multilayer film on the second underlayer oriented in the (111) plane in this way.
Is provided, it is possible to exhibit excellent characteristics such as improvement of the MR ratio. In particular, in order for any of the artificial lattice type or spin valve type structures 107 and 209 forming the GMR multilayer film to more stably exhibit excellent characteristics, they are provided below these structures 107 and 209. First underlayer 10 made of a Ta-Ni-Fe alloy film
Second underlayers 104 and 204 formed on layers 3 and 203
However, it is necessary that (111) be oriented from the initial stage of film growth. That is, it is necessary that the (111) plane of the second underlayers 104 and 204 be the preferential growth plane. T
First underlayers 103 and 20 made of a-Ni-Fe alloy film
No. 3 realizes and promotes this.

【００１７】上述した第一磁気抵抗効果素子１００ある
いは第二磁気抵抗効果素子２００を構成する第一下地層
１０３、２０３がＴａからなる前処理層１０２、２０２
を最表面とする基体１０１、２０１上に設けられる場
合、この第一下地層１０３、２０３の組成は、原子％
で、Ｔａの比率をｘ％、Ｎｉの比率をｙ％、Ｆｅの比率
をｚ％としたとき、ｘ＝２０〜６０、ｙ＝２５〜７０、
ｚ＝５〜２０、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００が好ましい範囲であ
る。上記構成によれば、Ｔａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜からな
る第一下地層１０３、２０３は、Ｔａからなる前処理層
１０２、２０２と、面心立方構造からなり（１１１）面
が優先成長面をなす第二下地層１０４、２０４との間に
配置されることから、前処理層１０２、２０２及び第二
下地層１０４、２０４をなす両膜の格子定数の不整合を
緩和することが必要であり、また、第一下地層１０３、
２０３自らは不整合を引き起こさないことが必要であ
る。そのためには、Ｔａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜からなる第
一下地層１０３、２０３の格子定数の値を、前処理層１
０２、２０２及び第二下地層１０４、２０４の格子定数
の中間的な値とすることが必要である。ただし、厳密に
合わせる必要はない。上記第一下地層１０３、２０３の
組成範囲は、その格子定数が、前処理層１０２、２０２
の格子定数と第二下地層１０４、２０４の格子定数との
中間の値となる組成である。また、上記第一下地層１０
３、２０３の組成範囲であれば、Ｎｉ−Ｆｅ合金膜、Ｃ
ｕ膜、又はＣｏ−Ｆｅ合金膜等の異なる第二下地層１０
４、２０４に対しても、等しく（１１１）配向を実現で
きる。The first underlayers 103 and 203 of the first or second magnetoresistance effect element 100 or 200 are pre-treatment layers 102 and 202 made of Ta.
Is provided on the bases 101 and 201 having the uppermost surface as the top surface, the composition of the first underlayers 103 and 203 is atomic%.
When the ratio of Ta is x%, the ratio of Ni is y%, and the ratio of Fe is z%, x = 20 to 60, y = 25 to 70,
z = 5 to 20 and x + y + z = 100 are preferred ranges. According to the above configuration, the first underlayers 103 and 203 made of the Ta—Ni—Fe alloy film have the face-centered cubic structure with the pretreatment layers 102 and 202 made of Ta, and the (111) plane is the preferential growth plane. It is necessary to reduce the mismatch between the lattice constants of the two films forming the pretreatment layers 102 and 202 and the second underlayers 104 and 204 because they are disposed between the second base layers 104 and 204. Also, the first underlayer 103,
It is necessary that 203 itself does not cause inconsistency. For this purpose, the value of the lattice constant of the first underlayers 103 and 203 made of a Ta—Ni—Fe alloy film is
It is necessary that the lattice constants of the second and second underlayers 104 and 204 be intermediate values. However, there is no need to strictly match them. The composition range of the first underlayers 103 and 203 is such that the lattice constant thereof is
Has a value intermediate between the lattice constant of the second underlayers 104 and 204. The first underlayer 10
If the composition range is 3, 203, the Ni—Fe alloy film, C
u or a different second underlayer 10 such as a Co—Fe alloy film
Also, the (111) orientation can be realized equally for 4, 204.

【００１８】基体１０１、２０１上に、前処理層１０
２、２０２、第一下地層１０３、２０３、第二下地層１
０４、２０４の順に積層して設ける場合、各層の好まし
い膜厚範囲は、下限値が均一な薄膜形態を確保するため
に決まり、上限値はシャント電流を抑制する観点から決
められる。Ｔａからなる前処理層１０２、２０２の好適
な膜厚は０．５ｎｍ以上であり、Ｔａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金
膜からなる第一下地層１０３、２０３の好適な膜厚は
０．５ｎｍ〜２ｎｍ、Ｎｉ−Ｆｅ合金膜等からなる第二
下地層１０４、２０４の好適な膜厚は０．５ｎｍ〜５ｎ
ｍである。On the substrates 101 and 201, the pretreatment layer 10
2, 202, first underlayers 103, 203, second underlayer 1
In the case where the layers are stacked in the order of 04 and 204, the preferable thickness range of each layer is determined in order to secure a thin film form having a uniform lower limit, and the upper limit is determined from the viewpoint of suppressing the shunt current. The preferred thickness of the pretreatment layers 102 and 202 made of Ta is 0.5 nm or more, and the preferred thickness of the first underlayers 103 and 203 made of a Ta—Ni—Fe alloy film is 0.5 nm to 2 nm. The preferred thickness of the second underlayers 104 and 204 made of a Ni—Fe alloy film or the like is 0.5 nm to 5 n.
m.

【００１９】本発明に係る第一の磁気抵抗効果素子１０
０の製造方法は、減圧可能な空間に基体１０１を配置
し、前記空間を１０^-10Torr台以下に減圧する工程と、
前記基体１０１上にＴａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜からなる第
一下地層１０３を形成する工程と、前記第一下地層１０
３上に面心立方構造からなり（１１１）面が優先成長面
をなす第二下地層１０４を設ける工程と、前記第二下地
層１０４上に強磁性体層１０５と非磁性体層１０６を順
に複数回積層してなる構造体１０７を設ける工程と、を
具備したことを特徴としている。上記構成によれば、先
ず、減圧可能な空間に、予め湿式洗浄等による清浄化処
理や熱的な乾燥処理等が施され、例えばＴａからなる前
処理層１０２を最表面に設けてなる基体１０１を配置
し、前記空間を１０^-10Torr台以下に減圧する工程によ
り、基体１０１を超清浄雰囲気中に配置すると共に、基
体周囲および基体表面から酸素、水など成膜した際に膜
中に取り込まれると不純物となるものを極力低減させ
る。First magnetoresistance effect element 10 according to the present invention
0 is a method of arranging the substrate 101 in a space that can be decompressed, and depressurizing the space to a level of 10 ⁻¹⁰ Torr or less;
Forming a first underlayer 103 made of a Ta—Ni—Fe alloy film on the base 101;
A step of providing a second underlayer 104 having a face-centered cubic structure and a (111) plane forming a preferential growth surface on the third underlayer 3, and sequentially forming a ferromagnetic layer 105 and a nonmagnetic layer 106 on the second underlayer 104. Providing a structure 107 that is stacked a plurality of times. According to the above-described configuration, first, a cleaning process such as wet cleaning or a thermal drying process is performed in advance in a space that can be decompressed. Is disposed, and the space is reduced to a level of 10 ⁻¹⁰ Torr or less, whereby the substrate 101 is disposed in an ultra-clean atmosphere, and at the time of forming a film such as oxygen and water from around the substrate and the surface of the substrate, the film is taken into the film. When it becomes impurities, what becomes impurities is reduced as much as possible.

【００２０】次に、前記基体１０１上にＴａ−Ｎｉ−Ｆ
ｅ合金膜からなる第一下地層１０３を形成する工程によ
り、この超清浄雰囲気とした空間内において、例えば所
望の組成からなるＴａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金ターゲットとＡ
ｒ等の不活性ガスとを用いたスパッタリング法で、前述
したＴａからなる前処理層１０２を最表面とする基体１
０１上にＴａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜からなる第一下地層１
０３を形成する。次いで、この第一下地層１０３上に面
心立方構造からなり（１１１）面が優先成長面をなす第
二下地層１０４を設ける工程により、第一下地層１０３
上に第二下地層１０４を形成するが、その際、後工程に
おいて第二下地層１０４上にＧＭＲ多層膜をなす強磁性
体層１０５と非磁性体層１０６を順に複数回積層してな
る構造体１０７すなわち人工格子型の構造体を設ける関
係から、第二下地層１０４としては面心立方構造からな
り（１１１）面が優先成長面をなすものを形成する。Next, on the substrate 101, Ta-Ni-F
In the step of forming the first underlayer 103 made of an e-alloy film, a Ta—Ni—Fe alloy target having a desired composition and A
The substrate 1 having the above-mentioned Ta pre-treatment layer 102 as the outermost surface by a sputtering method using an inert gas such as r.
01 on the first underlayer 1 made of a Ta—Ni—Fe alloy film
03 is formed. Next, a second underlayer 104 having a face-centered cubic structure and having a (111) plane as a preferential growth surface is provided on the first underlayer 103, whereby the first underlayer 103 is formed.
A second underlayer 104 is formed on the ferromagnetic layer 105 and a non-magnetic layer 106 forming a GMR multilayer film on the second underlayer 104 in a later step. Due to the provision of the body 107, that is, the artificial lattice type structure, the second underlayer 104 is formed of a face-centered cubic structure, and the (111) plane forms a preferential growth plane.

【００２１】更には、上記第二下地層１０４上に強磁性
体層１０５と非磁性体層１０６を順に複数回積層してな
る構造体１０７を設ける工程により、面心立方構造から
なり（１１１）面が優先成長面をなす膜からなる第二下
地層１０４上にＧＭＲ多層膜をなす人工格子型の構造体
１０７を形成する。この工程によれば、先ず、構造体１
０７の最下層に位置する強磁性体層１０５ａは面心立方
構造からなり（１１１）面が優先成長面をなす膜からな
る第二下地層１０４上に形成される。すると、その上に
形成されるＧＭＲ多層膜の最下層をなす強磁性体層１０
５ａは、たとえＸＣにて作製してその結晶粒が成長して
も膜面が大きく荒れることがなく、その結果、この強磁
性体層１０５ａの表面は平坦化が図れる。そして、この
平坦性を有する最下層をなす強磁性体層１０５ａ上に順
次膜が積層して形成されるので、ＧＭＲ多層膜をなす人
工格子型の構造体１０７における各界面も良好な平坦性
を保つことが可能となる。ゆえに、本発明に係る第一の
製造方法によれば、ＭＲ比の大きな人工格子型の磁気抵
抗効果素子１００を安定して得ることができる。Further, by providing a structure 107 in which a ferromagnetic layer 105 and a non-magnetic layer 106 are sequentially laminated a plurality of times on the second underlayer 104, a face-centered cubic structure is formed (111). An artificial lattice type structure 107 that forms a GMR multilayer film is formed on the second underlayer 104 whose surface is a film that forms a preferential growth surface. According to this step, first, the structure 1
The ferromagnetic layer 105a located at the bottom of the layer 07 has a face-centered cubic structure and is formed on the second underlayer 104 made of a film having a (111) plane forming a preferential growth plane. Then, the lowermost ferromagnetic layer 10 of the GMR multilayer film formed thereon is formed.
5a, even if the crystal grains are grown by XC and the crystal grains grow, the film surface is not greatly roughened. As a result, the surface of the ferromagnetic layer 105a can be flattened. Since the films are sequentially laminated on the lowermost ferromagnetic layer 105a having flatness, the interfaces of the artificial lattice type structure 107 forming the GMR multilayer film also have good flatness. It is possible to keep. Therefore, according to the first manufacturing method of the present invention, the artificial lattice type magnetoresistance effect element 100 having a large MR ratio can be stably obtained.

【００２２】本発明に係る第二の磁気抵抗効果素子２０
０の製造方法は、減圧可能な空間に基体２０１を配置
し、前記空間を１０^-10Torr台以下に減圧する工程と、
前記基体２０１上にＴａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜からなる第
一下地層２０３を形成する工程と、前記第一下地層２０
３上に面心立方構造からなり（１１１）面が優先成長面
をなす第二下地層２０４を設ける工程と、前記第二下地
層２０４上に反強磁性体層２０５、第一強磁性体層２０
６、非磁性体層２０７、第二強磁性体層２０８が順に積
層されてなる構造体２０９を設ける工程と、を具備した
ことを特徴としている。上記構成によれば、先ず、減圧
可能な空間に、予め湿式洗浄等による清浄化処理や熱的
な乾燥処理等が施され、例えばＴａからなる前処理層２
０２を最表面に設けてなる基体２０１を配置し、前記空
間を１０^-10Torr台以下に減圧する工程により、基体２
０１を超清浄雰囲気中に配置すると共に、基体周囲およ
び基体表面から酸素、水など成膜した際に膜中に取り込
まれると不純物となるものを極力低減させる。次に、前
記基体２０１上にＴａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜からなる第一
下地層２０３を形成する工程により、この超清浄雰囲気
とした空間内において、例えば所望の組成からなるＴａ
−Ｎｉ−Ｆｅ合金ターゲットとＡｒ等の不活性ガスとを
用いたスパッタリング法で、前述したＴａからなる前処
理層２０２を最表面とする基体２０１上にＴａ−Ｎｉ−
Ｆｅ合金膜からなる第一下地層２０３を形成する。The second magnetoresistive element 20 according to the present invention
0 is a method of arranging the substrate 201 in a space that can be depressurized, and depressurizing the space to a level of 10 ⁻¹⁰ Torr or less;
Forming a first underlayer 203 made of a Ta—Ni—Fe alloy film on the base 201;
Providing a second underlayer 204 having a face-centered cubic structure and a (111) plane serving as a preferential growth surface on the third underlayer 3, and an antiferromagnetic layer 205 and a first ferromagnetic layer on the second underlayer 204. 20
6, a step of providing a structure 209 in which the non-magnetic layer 207 and the second ferromagnetic layer 208 are sequentially stacked. According to the above configuration, first, a cleaning process such as wet cleaning, a thermal drying process, or the like is performed in advance on the space that can be decompressed, and the pre-treatment layer 2 made of, for example, Ta is used.
02 is provided on the outermost surface, and the space is reduced to a level of 10 ⁻¹⁰ Torr or less.
01 is placed in an ultra-clean atmosphere, and impurities such as oxygen and water which are taken into the film when the film is formed from around the substrate and from the surface of the substrate are reduced as much as possible. Next, in a step of forming a first underlayer 203 made of a Ta—Ni—Fe alloy film on the base 201, for example, a Ta composition having a desired composition
By a sputtering method using a -Ni-Fe alloy target and an inert gas such as Ar, the Ta-Ni-
A first underlayer 203 made of an Fe alloy film is formed.

【００２３】次いで、この第一下地層２０３上に面心立
方構造からなり（１１１）面が優先成長面をなす第二下
地層２０４を設ける工程により、第一下地層２０３上に
第二下地層２０４を形成するが、その際、後工程におい
て第二下地層２０４上に反強磁性体層２０５、第一強磁
性体層２０６、非磁性体層２０７、第二強磁性体層２０
８が順に積層されてなる構造体２１１すなわちスピンバ
ルブ型の構造体を設ける関係から、第二下地層２０４と
しては面心立方構造からなり（１１１）面が優先成長面
をなすものを形成する。更には、上記第二下地層２０４
上に反強磁性体層２０５、第一強磁性体層２０６、非磁
性体層２０７、第二強磁性体層２０８が順に積層されて
なる構造体２１１を設ける工程により、面心立方構造か
らなり（１１１）面が優先成長面をなす第二下地層２０
４上にスピンバルブ型の構造体２０９を形成する。この
工程によれば、先ず、構造体２１１の最下層に位置する
反強磁性体層２０５は面心立方構造からなり（１１１）
面が優先成長面をなす第二下地層２０４上に形成され
る。すると、その上に形成されるスピンバルブ膜の最下
層をなす反強磁性体層２０５は、たとえＸＣにて作製し
てその結晶粒が成長しても膜面が大きく荒れることがな
く、その結果、この反強磁性体層２０５の表面は平坦化
が図れる。そして、この平坦性を有する最下層をなす反
強磁性体層２０５上に順次膜が積層して形成されるの
で、スピンバルブ型の構造体２０９における各界面も良
好な平坦性を保つことが可能となる。ゆえに、本発明に
係る第二の製造方法によれば、ＭＲ比の大きなスピンバ
ルブ型の磁気抵抗効果素子２００を安定して得ることが
できる。Next, a second underlayer 204 having a face-centered cubic structure and a (111) plane serving as a preferential growth surface is provided on the first underlayer 203 to form a second underlayer on the first underlayer 203. At this time, an antiferromagnetic layer 205, a first ferromagnetic layer 206, a nonmagnetic layer 207, and a second ferromagnetic layer 20 are formed on the second underlayer 204 in a later step.
In order to provide a structure 211, that is, a spin-valve type structure, in which layers 8 are sequentially stacked, the second underlayer 204 has a face-centered cubic structure and a (111) plane forms a preferential growth plane. Further, the second underlayer 204
By providing a structure 211 in which an antiferromagnetic layer 205, a first ferromagnetic layer 206, a nonmagnetic layer 207, and a second ferromagnetic layer 208 are sequentially stacked, a face-centered cubic structure is formed. (111) second underlayer 20 having preferred growth surface
4, a spin valve type structure 209 is formed. According to this step, first, the antiferromagnetic layer 205 located at the lowermost layer of the structure 211 has a face-centered cubic structure (111).
The surface is formed on the second underlying layer 204 forming the preferential growth surface. Then, even if the antiferromagnetic layer 205, which is the lowermost layer of the spin valve film formed thereon, is formed by XC and its crystal grains grow, the film surface is not greatly roughened. The surface of the antiferromagnetic layer 205 can be flattened. Further, since films are sequentially formed on the antiferromagnetic layer 205 which is the lowermost layer having flatness, each interface in the spin valve type structure 209 can also maintain good flatness. Becomes Therefore, according to the second manufacturing method of the present invention, a spin-valve magnetoresistive element 200 having a large MR ratio can be stably obtained.

【００２４】本発明に係る磁気抵抗効果センサは、上述
した第一あるいは第二の磁気抵抗効果素子を備えたこと
を特徴としている。上述した構成からなる磁気抵抗効果
素子は、各種の磁気抵抗効果センサ（magneto resistiv
e effect sensor, ＭＲセンサとも呼称される）に利用
される。その際、本願に係る磁気抵抗効果センサは、使
用する磁気抵抗効果に限定されるものではなく、異方性
磁気抵抗効果（ＡＭＲ）、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）
のいづれであっても構わない。本発明に係る磁気抵抗効
果センサは、例えばＶＴＲのテープエンド検出用ヘッ
ド、ＨＤＤやＦＤＤの回転位置検出センサ（ロータリエ
ンコーダ）用ヘッド、ＨＤＤの誘導型磁気ヘッドに代わ
るＭＲヘッドなどに広範囲に用いることができる。本発
明に係る磁気抵抗効果素子は高いＭＲ比と優れた熱安定
性を備えているので、この素子を搭載することによっ
て、高分解能で長期信頼性も兼ね備えた各種ヘッドの提
供が可能となる。後述する実施例では、人工格子型の構
造体を備えた素子を回転位置検出センサ（ロータリエン
コーダ）用の磁気ヘッド（図４）に適用した場合と、ス
ピンバルブ型の構造体を備えた素子をＨＤＤ用の再生ヘ
ッド（図５）に適用した場合について示した。A magnetoresistive sensor according to the present invention includes the first or second magnetoresistive element described above. The magnetoresistance effect element having the above-described configuration is used for various types of magnetoresistance sensors (magnetoresistive sensors).
e effect sensor, also called MR sensor). At this time, the magnetoresistive sensor according to the present application is not limited to the magnetoresistive effect to be used, but includes an anisotropic magnetoresistive effect (AMR) and a giant magnetoresistive effect (GMR).
It doesn't matter. INDUSTRIAL APPLICABILITY The magnetoresistive sensor according to the present invention is widely used for, for example, a head for detecting a tape end of a VTR, a head for detecting a rotational position of a HDD or FDD (rotary encoder), and an MR head replacing an inductive magnetic head of an HDD. Can be. Since the magnetoresistive element according to the present invention has a high MR ratio and excellent thermal stability, it is possible to provide various heads having high resolution and long-term reliability by mounting this element. In an embodiment to be described later, a case where an element having an artificial lattice type structure is applied to a magnetic head (FIG. 4) for a rotational position detection sensor (rotary encoder) and a case where an element having a spin valve type structure are used. The case where the present invention is applied to an HDD reproducing head (FIG. 5) is shown.

【００２５】（人工格子型の構造体）図１に示した人工
格子型の構造体１０７としては、例えば強磁性体層１０
５／非磁性体層１０６と表記するとすれば、Ｃｏ／Ｃ
ｕ、Ｃｏ−Ｆｅ／Ｃｕ、Ｎｉ−Ｆｅ／Ｃｕ、Ｎｉ−Ｆｅ
／Ａｇ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ／Ｃｕ、Ｆｅ／Ｃｒ、が挙げ
られる。強磁性体層１０５として、Ｃｏ系を用いたとき
には大きなＭＲ比が、またＮｉ系を用いたときには小さ
な飽和磁場がえられやすい。Ｆｅ／Ｃｒは、スペーサが
遷移金属であり、メカニズムを理解する上で、貴金属ス
ペーサと対比をなすものとして研究されている。その中
でも、本発明の目的である高いＭＲ比がえられやすいこ
とから、Ｃｏ系が好適に用いられる。非磁性体層１０６
および強磁性体層１０５の膜厚は、高いＭＲ比を維持し
たまま、飽和磁場を小さくするために、適宜決められ
る。非磁性体層の膜厚としては、０．５ｎｍ〜５ｎｍ
が、強磁性体層の膜厚としては、０．５ｎｍ〜５ｎｍが
望ましい。人工格子型の構造体１０７において、強磁性
体層１０５と非磁性体層１０６を順に複数回積層する回
数としては、１０〜１００回程度が望ましい。積層回数
をこの範囲とすることにより、構造体の界面のうねりを
適正な範囲に抑えられる。(Artificial Lattice Type Structure) The artificial lattice type structure 107 shown in FIG.
5 / Nonmagnetic layer 106, Co / C
u, Co-Fe / Cu, Ni-Fe / Cu, Ni-Fe
/ Ag, Ni-Fe-Co / Cu, Fe / Cr. When the Co-based material is used as the ferromagnetic layer 105, a large MR ratio is easily obtained, and when the Ni-based material is used, a small saturation magnetic field is easily obtained. Fe / Cr has been studied as a transition metal in comparison with a noble metal spacer in understanding the mechanism because the spacer is a transition metal. Among them, the Co type is preferably used because a high MR ratio, which is the object of the present invention, is easily obtained. Non-magnetic layer 106
The thickness of the ferromagnetic layer 105 is appropriately determined in order to reduce the saturation magnetic field while maintaining a high MR ratio. The thickness of the nonmagnetic layer is 0.5 nm to 5 nm.
However, the thickness of the ferromagnetic layer is preferably 0.5 nm to 5 nm. In the artificial lattice type structure 107, the number of times the ferromagnetic layer 105 and the nonmagnetic layer 106 are sequentially stacked a plurality of times is preferably about 10 to 100 times. By setting the number of laminations in this range, the undulation of the interface of the structure can be suppressed to an appropriate range.

【００２６】（スピンバルブ型の構造体）図２に示した
スピンバルブ型の構造体２１１は、反強磁性体層２０５
と、反強磁性体層２０５に接する位置の第一強磁性体層
２０６からなる固定磁化層と、この固定磁化層と非磁性
体層２０７を介して接する位置の第二強磁性体層２０８
からなる自由磁化層と、が積層された構成からなる。具
体的には、反強磁性体層２０８／第一強磁性体層２０６
からなる固定磁化層／非磁性体層２０７／第二強磁性体
層２０８からなる自由磁化層と表記するとすれば、Ｆｅ
−Ｍｎ／Ｎｉ−Ｆｅ／Ｃｕ／Ｎｉ−Ｆｅ、Ｆｅ−Ｍｎ／
Ｎｉ−Ｆｅ／Ａｇ／Ｎｉ−Ｆｅ、Ｆｅ−Ｍｎ／Ｃｏ／Ｃ
ｕ／Ｎｉ−Ｆｅ、Ｆｅ−Ｍｎ／Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ／Ｃｕ
／Ｎｉ−Ｆｅ、Ｍｎ−Ｉｒ／Ｃｏ／Ｃｕ／（Ｃｏ／Ｎｉ
−Ｆｅ）、Ｍｎ−Ｉｒ／Ｃｏ−Ｆｅ／Ｃｕ／Ｃｏ−Ｆ
ｅ、Ｎｉ−Ｏ／Ｎｉ−Ｆｅ／Ｃｕ／Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−
Ｏ／Ｃｏ／Ｃｕ／Ｎｉ−Ｆｅ、等が挙げられる。ここ
で、α−βは元素αと元素βからなる任意組成の合金を
表す。スピンバルブ型は、８０Ａ／ｍ（１Ｏｅ）程度の
小さな磁場で、４％程度のＭＲ比がえられるとともに、
非磁性体層（スペーサ）が厚いため層間の磁気結合が小
さく、ヒステリシスの小さいＭＲ曲線がえられるため、
現在、最も注目されている。(Spin Valve Type Structure) The spin valve type structure 211 shown in FIG.
And a fixed magnetic layer composed of the first ferromagnetic layer 206 at a position in contact with the antiferromagnetic layer 205, and a second ferromagnetic layer 208 at a position in contact with the fixed magnetic layer through the nonmagnetic layer 207.
And a free magnetic layer composed of Specifically, the antiferromagnetic layer 208 / the first ferromagnetic layer 206
If it is described as a free magnetic layer composed of a fixed magnetic layer composed of a nonmagnetic layer 207 and a second ferromagnetic layer 208,
-Mn / Ni-Fe / Cu / Ni-Fe, Fe-Mn /
Ni-Fe / Ag / Ni-Fe, Fe-Mn / Co / C
u / Ni-Fe, Fe-Mn / Co-Ni-Fe / Cu
/ Ni-Fe, Mn-Ir / Co / Cu / (Co / Ni
-Fe), Mn-Ir / Co-Fe / Cu / Co-F
e, Ni-O / Ni-Fe / Cu / Ni-Fe, Ni-
O / Co / Cu / Ni-Fe, and the like. Here, α-β represents an alloy having an arbitrary composition composed of the elements α and β. The spin valve type has an MR ratio of about 4% in a small magnetic field of about 80 A / m (1 Oe),
Since the nonmagnetic layer (spacer) is thick, the magnetic coupling between the layers is small and an MR curve with small hysteresis is obtained.
Currently, it is receiving the most attention.

【００２７】第一強磁性体層２０６からなる固定磁化
層、非磁性体層２０７、第二強磁性体層２０８からなる
自由磁化層の各膜厚は、高いＭＲ比を維持したまま、飽
和磁場を小さくするために、適宜決められる。第一強磁
性体層２０６や第二強磁性体層２０８の膜厚としては
０．５ｎｍ〜５ｎｍが、非磁性体層２０７の膜厚として
は０．５ｎｍ〜５ｎｍが、反強磁性体層２０５の膜厚と
しては５ｎｍ〜１００ｎｍが望ましい。また最近では、
磁気抵抗効果の磁界感度を向上させるため、第二強磁性
体層２０８からなる自由磁化層を異なる強磁性体層から
なる多層膜で作製する場合がある。例えば、ＭＲ比の増
大をもたらす層と磁化反転のしやすさを向上させる層と
から構成した自由磁化層などが利用されている。図２
は、自由磁化層が第二強磁性体層２０８の単層からなる
場合を示しているが、自由磁化層２０８が２層以上の多
層膜であっても、上述したところの本発明に係る２層構
造の下地膜、すなわち第一下地層１０３、２０３と第二
下地層１０４、２０４とを備えた磁気抵抗効果素子の作
用・効果は変わるものではない。さらに図２に示すよう
にスピンバルブ型の構造体２０９の上に、保護層２１０
を設けても構わない。この保護層２１０は、主に第二強
磁性体層２０８からなる自由磁化層の酸化防止を目的と
して設けられる。後述する実施例では保護層２１０とし
てＣｕ膜からなる第一保護層２１１とＴａ膜からなる第
二保護層２１２とを設けた場合を示したが、保護層２１
０の下に位置する構造体２０９へ磁気的あるいは電気的
な影響を及ぼさなければ、保護層２１０は如何なる構造
あるいは材料でも構わないし、その膜厚に制限はない。The thickness of each of the fixed magnetic layer composed of the first ferromagnetic layer 206, the non-magnetic layer 207, and the free magnetic layer composed of the second ferromagnetic layer 208 is such that the saturation magnetic field can be maintained while maintaining a high MR ratio. Is appropriately determined in order to reduce. The thickness of the first ferromagnetic layer 206 and the second ferromagnetic layer 208 is 0.5 nm to 5 nm, the thickness of the nonmagnetic layer 207 is 0.5 nm to 5 nm, and the antiferromagnetic layer 205 Is preferably 5 nm to 100 nm. Also recently,
In order to improve the magnetic field sensitivity of the magnetoresistance effect, the free magnetic layer composed of the second ferromagnetic layer 208 may be made of a multilayer film composed of different ferromagnetic layers. For example, a free magnetic layer composed of a layer that increases the MR ratio and a layer that improves the ease of magnetization reversal is used. FIG.
Shows the case where the free magnetic layer is composed of a single layer of the second ferromagnetic layer 208. However, even if the free magnetic layer 208 is a multilayer film having two or more layers, the free magnetic layer 208 according to the present invention as described above may be used. The operation and effect of the magnetoresistive element having the layered base film, that is, the first base layers 103 and 203 and the second base layers 104 and 204, do not change. Further, as shown in FIG. 2, a protective layer 210 is formed on the spin valve type structure 209.
May be provided. This protective layer 210 is provided for the purpose of preventing oxidation of the free magnetic layer mainly composed of the second ferromagnetic layer 208. In the embodiment described later, the case where the first protective layer 211 made of a Cu film and the second protective layer 212 made of a Ta film are provided as the protective layer 210 is shown.
As long as there is no magnetic or electrical influence on the structure 209 located below 0, the protective layer 210 may be of any structure or material, and its thickness is not limited.

【００２８】（非磁性体層、強磁性体層及び反強磁性体
層の酸素濃度）本発明における非磁性体層、強磁性体層
及び反強磁性体層は、本発明に係る２層構造の下地膜、
すなわち第一下地層１０３、２０３と第二下地層１０
４、２０４の上に形成されるが、各層は極力酸素を含ま
ない条件で作製する必要がある。但し、反強磁性体層の
み、例えばＮｉＯなどの酸化物で作製する場合はこの限
りではない。従来、成膜室の到達真空度（背圧）を１０
^-9Torr以下とし、不純物濃度が１０ｐｐｂ以下のＡｒガ
を用いて作製すると、各層は１００ｗｔｐｐｍ以下の酸
素が含まれ、このとき良好なＭＲ比が得られるとした報
告（特願平7-193882号公報）がある。(Oxygen Concentration of Nonmagnetic Layer, Ferromagnetic Layer and Antiferromagnetic Layer) The nonmagnetic layer, ferromagnetic layer and antiferromagnetic layer according to the present invention have a two-layer structure according to the present invention. Underlayer,
That is, the first underlayers 103 and 203 and the second underlayer 10
4, 204, each layer needs to be manufactured under conditions containing as little oxygen as possible. However, this does not apply to the case where only the antiferromagnetic layer is made of an oxide such as NiO. Conventionally, the ultimate vacuum (back pressure) of the film forming chamber is set to 10
^It has been reported that when layers are manufactured using Ar gas having an impurity concentration of 10 ppb or less and an impurity concentration of 10 ppb or less, each layer contains oxygen of 100 wtppm or less and a good MR ratio can be obtained at this time (Japanese Patent Application No. 7-193882). Gazette).

【００２９】しかしながら、高いＭＲ比と優れた熱的安
定性を兼ね備えた、本発明に係る２層構造の下地膜を有
する磁気抵抗効果素子１００、２００を作製する場合
は、各層内により酸素が取り込まれない条件で作製した
方がよい。具体的には、成膜室の到達真空度（背圧）は
１０^-10Torr台以下が好ましく、Ａｒガスの不純物濃度
は１ｐｐｂ以下が好適である。ターゲット材は酸素含有
量ができるだけ少ないものが望ましいことは言うまでも
ない。ただし、本発明に係るバッファ部材を設けた素子
におけるＭＲ比の増加傾向は、背圧が１×１０^-8Torr以
下とした条件下でまず始まることから、１０^-9Torr台の
背圧で作製した場合でも、上述した本発明に係る作用・
効果はある程度得られる。従来の作製条件と本発明の作
製条件との差から考察すると、本発明に係る磁気抵抗効
果素子１００、２００を構成する非磁性体層１０６、２
０７、強磁性体層１０５、２０６、２０８及び反強磁性
体層２０５の酸素濃度は、従来の数値１００ｗｔｐｐｍ
に比べて、１／１０〜１／１００程度と推定される。換
言すれば、本発明に係る非磁性体層、強磁性体層及び反
強磁性体層は、極力酸素が含まれない条件下で形成する
ことが求められる。However, when fabricating the magnetoresistive elements 100 and 200 having a high MR ratio and excellent thermal stability and having a two-layer underlayer film according to the present invention, oxygen is taken into each layer. It is better to make it under the following conditions. Specifically, the ultimate vacuum (back pressure) of the film formation chamber is preferably in the order of 10 ⁻¹⁰ Torr or less, and the impurity concentration of Ar gas is preferably 1 ppb or less. Needless to say, it is desirable that the target material has as small an oxygen content as possible. However, increasing the MR ratio in device having a buffer member according to the present invention, since the first start with conditions backpressure was less 1 × 10 ^-8 Torr, prepared in 10 ^-9 Torr stand back pressure However, even if the
The effect is obtained to some extent. Considering the difference between the conventional manufacturing conditions and the manufacturing conditions of the present invention, the nonmagnetic layers 106 and 2 constituting the magnetoresistive elements 100 and 200 according to the present invention are considered.
07, the ferromagnetic layers 105, 206, 208 and the antiferromagnetic layer 205 have a conventional oxygen concentration of 100 wt ppm.
Is estimated to be about 1/10 to 1/100. In other words, the nonmagnetic layer, the ferromagnetic layer, and the antiferromagnetic layer according to the present invention are required to be formed under conditions that contain as little oxygen as possible.

【００３０】（成膜方法および成膜装置）本発明に係る
磁気抵抗効果素子１００、２００を構成する２層構造の
下地膜、すなわち第一下地層１０３、２０３と第二下地
層１０４、２０４や、その上に形成されるＧＭＲ多層膜
をなす構造体１０７、２１１を作製する際に用いる薄膜
形成方法としては、例えばスパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ
法、めっき法等いかなる方法を用いても構わないが、中
でも密着性に優れた薄膜を安定して作製できるスパッタ
法が好適に用いられる。しかし、各層に含有される酸素
を極力避けるためには、１０^-9Torr以下の背圧が安定し
て得られるスパッタ装置を用いて作製さえすれば、スパ
ッタ法の種類は何れであっても構わない。但し、各層に
含まれる酸素を極力低減するため、１０ ^-9Torr以下の背
圧が安定して得られるスパッタ装置が必要である。この
背圧条件を満たすためには、チャンバー内にプロセスを
導入した際に、成膜雰囲気を汚染する主な原因となる次
のような放出ガス源からの放出ガスを低減する必要があ
る。 チャンバー本体、及び各構成部品に用いられる材料表
面からの放出ガス 外部からの大気リーク オイルを用いた真空ポンプ使用の場合、チャンバー内
へのオイルの逆拡散 プロセスガス中に含まれる不純物(Film Forming Method and Film Forming Apparatus)
The two-layer structure constituting the magnetoresistive elements 100 and 200
Underlayers, that is, first underlayers 103 and 203 and second underlayer
The layers 104 and 204 and the GMR multilayer film formed thereon
Used for manufacturing the structures 107 and 211 constituting
As a forming method, for example, a sputtering method, an evaporation method, a CVD method
Method, plating method or any other method may be used.
Sputter that can stably produce thin films with excellent adhesion
The method is preferably used. However, the oxygen contained in each layer
To avoid as much as possible^-9Back pressure below Torr is stable
If it is made using a sputtering device obtained by
The type of the tta method may be any. However, for each layer
In order to reduce the contained oxygen as much as possible, 10 ^-9Tall below Torr
It is necessary to have a sputtering apparatus capable of stably obtaining a pressure. this
In order to meet the back pressure condition, process in the chamber
When introduced, the following are the main causes that contaminate the film formation atmosphere
It is necessary to reduce the emission gas from the emission gas source such as
You. Material list for chamber body and each component
Gas released from the surface Atmospheric leak from the outside If a vacuum pump using oil is used,
Back-diffusion of oil Impurities in process gas

【００３１】本発明では、上記放出ガスの低減に成功し
た図６に示すようなマルチチャンバー型のスパッタ装置
を用い、磁気抵抗効果素子を作製した。図６に示した成
膜装置は、特開平１０−２９８７４５号公報において開
示されている極高真空対応マルチスパッタ装置（日立造
船製、型式ＨＩＭＳ−Ｘ００５）である。図６におい
て、１は第一ロード室、２は第一ロード室の上方に配置
された第二ロード室、３は前処理室、４は搬送室、５は
第一成膜室、６は第二成膜室、７は第三及び第四成膜
室、８は第五成膜室、９は第六成膜室、１０及び１１は
基板の移動手段である。また２ａ、３ａ、４ａ、４
ａ’、５ａ、６ａ、７ａ、７ａ’及び８ａは各室内を減
圧するオイルフリーの排気手段である。ここで、排気手
段４ａと４ａ’は搬送室４の下方（紙面裏側）に配置さ
れる。さらに２ｂ、３ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂ及び８ｂは
各室間に設けたゲートバルブを表す。上記の各成膜室は
スパッタアップ型の構成からなる。すなわち、各室内の
下方にターゲット（不図示）を載置したカソード（不図
示）が配置され、ターゲットの上方で、ターゲット面と
対向する位置に薄膜を堆積する面がくるように基体（不
図示）が配置される構成である。また、ターゲットと基
体との間の空間にはシャッタ（不図示）を備えており、
シャッタが移動することによって、適当な時間のみ基体
上に薄膜を堆積することができる機構を備えている。特
に、第三及び第四成膜室７は、各成膜室間を遮る位置に
防着機能を兼ねたシールド板（不図示）を有するととも
に、第三成膜室と第四成膜室との間で基体を移動させる
手段（不図示）も備えている。In the present invention, a magnetoresistive effect element was manufactured using a multi-chamber type sputtering apparatus as shown in FIG. The film forming apparatus shown in FIG. 6 is a multi-sputter apparatus (model HIMS-X005, manufactured by Hitachi Zosen Corporation) disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 10-298745. In FIG. 6, reference numeral 1 denotes a first load chamber, 2 denotes a second load chamber disposed above the first load chamber, 3 denotes a pretreatment chamber, 4 denotes a transfer chamber, 5 denotes a first film formation chamber, and 6 denotes a first film formation chamber. Two film forming chambers, 7 are third and fourth film forming chambers, 8 is a fifth film forming chamber, 9 is a sixth film forming chamber, and 10 and 11 are substrate moving means. 2a, 3a, 4a, 4
a ', 5a, 6a, 7a, 7a' and 8a are oil-free exhaust means for reducing the pressure in each room. Here, the exhaust means 4a and 4a 'are disposed below the transfer chamber 4 (on the back side of the drawing). Further, 2b, 3b, 5b, 6b, 7b and 8b represent gate valves provided between the respective chambers. Each of the above film forming chambers has a sputter-up type configuration. That is, a cathode (not shown) on which a target (not shown) is mounted is disposed below each chamber, and a base (not shown) is provided such that a surface on which a thin film is to be deposited is located above the target at a position facing the target surface. ) Is arranged. Further, a shutter (not shown) is provided in a space between the target and the base,
A mechanism is provided that allows the thin film to be deposited on the substrate only for an appropriate time by moving the shutter. In particular, the third and fourth film forming chambers 7 each have a shield plate (not shown) also having a deposition-proof function at a position blocking between the respective film forming chambers. Also, means (not shown) for moving the substrate between them is provided.

【００３２】また図６の装置では、全てのチャンバー１
〜９の内壁がＥＬ加工されており、特に各成膜室５〜９
は１０^-12Torr台の背圧が実現できるという特長を備え
ている。搬送室４は、その背圧を１０^-11Torr台に維持
することが可能であり、基体の移動手段１１も備えてい
るので、構造体の各層や界面に含有される酸素を極力避
けた素子の作製に非常に適した装置である。さらに図６
の装置を構成する各チャンバー１〜９には、内壁面がＣ
ＲＰ処理されたプロセスガス導入系（不図示）が配置さ
れいる。後述する実施例では、例えば人工格子型の場
合、第一成膜室５で第二下地層を、第二成膜室６で第一
下地層を、第三及び第四成膜室７で強磁性体層及び非磁
性体層を作製した。第三及び第四成膜室７では、シャッ
ターの開閉、及び、基体の成膜室間での移動により、適
宜基体の表面上に非磁性体層と強磁性体層とを交互に積
層させることができる。基体の移動回数を調整すること
で、構造体の積層回数を制御する。搬送室４とある一つ
の成膜室との間でゲートバルブを開けて基体を移動させ
る場合は、基体表面の汚染を避ける目的から、搬送室４
と他の成膜室とを仕切るゲートバルブは全て閉めた状態
とした方が好ましい。また、成膜室における放電の生起
は、成膜室内に基体が搬送され、成膜室を搬送室４と空
間的に仕切るゲートバルブを閉じた後で行う工程を用い
た方が、搬送室４の汚染が防止できるので望ましい。Further, in the apparatus shown in FIG.
EL processing is performed on the inner walls of each of the deposition chambers 5 to 9.
Has the feature that a back pressure of the order of 10 ^-12 Torr can be realized. The transfer chamber 4 is capable of maintaining its back pressure on the order of 10 ⁻¹¹ Torr, and is also provided with a moving means 11 for the substrate. It is a device very suitable for the production of Further FIG.
Each of the chambers 1 to 9 that constitute the apparatus of the first embodiment has an inner wall surface of C
An RP-processed process gas introduction system (not shown) is provided. In the embodiment described later, for example, in the case of the artificial lattice type, the second underlayer is formed in the first film forming chamber 5, the first underlayer is formed in the second film forming chamber 6, and the third and fourth film forming chambers 7 are formed in a strong manner. A magnetic layer and a non-magnetic layer were produced. In the third and fourth film forming chambers 7, a non-magnetic layer and a ferromagnetic layer are alternately laminated on the surface of the substrate as appropriate by opening and closing the shutter and moving the substrate between the film forming chambers. Can be. By adjusting the number of movements of the base, the number of laminations of the structure is controlled. When the substrate is moved by opening the gate valve between the transfer chamber 4 and a certain film forming chamber, the transfer chamber 4 is used for the purpose of avoiding contamination of the substrate surface.
It is preferable that all gate valves that separate the chamber from the other deposition chambers be closed. Further, the generation of discharge in the film forming chamber is preferably performed after the substrate is transported into the film forming chamber and the gate valve that spatially separates the film forming chamber from the transfer chamber 4 is closed. It is desirable because contamination of the glass can be prevented.

【００３３】図６に示す装置では、例えば１つのチャン
バー５内においてプロセスガスとしてＡｒガスを用い、
スパッタ成膜を行ってからＡｒガスの流入を停止した場
合、チャンバー５はその内部空間を瞬時に１０^-9Torr台
に減圧可能な排気手段５ａを備えている。そして、チャ
ンバー５を１０^-9Torr台とした後であれば、背圧が１０
^-10Torr台にある搬送室４とチャンバー５との間に設け
たゲートバルブ５ｂを開けても、搬送室４の中は十分１
０^-10Torr台の真空度を維持できる排気能力を、搬送室
４の排気手段４ａ、４ａ’は持っている。従って、図６
の装置を用いれば、前工程で用いたチャンバのプロセス
ガス等の影響は、次工程で用いるチャンバ内に殆ど及ぶ
ことがない。また図６の装置を構成するチャンバー３
は、超高真空下において薄膜を分析評価する各種評価設
備も内蔵している。例えば、薄膜の表面形態を測定する
ためには、チャンバー３に搭載された超高真空対応ＳＴ
Ｍを用いる。In the apparatus shown in FIG. 6, for example, Ar gas is used as a process gas in one chamber 5,
When the flow of Ar gas is stopped after the sputtering film formation, the chamber 5 is provided with an exhaust means 5a capable of instantaneously reducing the internal space to a level of 10 ^-9 Torr. Then, if the chamber 5 is in the 10 ^-9 Torr range, the back pressure becomes 10 Torr.
^{Even if} the gate valve 5b provided between the transfer chamber 4 and the chamber 5 on the ^-10 Torr level is opened, the inside of the transfer chamber
The evacuation means 4a and 4a 'of the transfer chamber 4 have an evacuation ability capable of maintaining a degree of vacuum on the order of 0 ^-10 Torr. Therefore, FIG.
With the use of the apparatus described above, the influence of the process gas and the like in the chamber used in the previous step hardly affects the inside of the chamber used in the next step. Further, the chamber 3 constituting the apparatus of FIG.
Also incorporates various evaluation equipment for analyzing and evaluating thin films under ultra-high vacuum. For example, in order to measure the surface morphology of the thin film, an ultra-high vacuum compatible ST mounted in the chamber 3 is required.
M is used.

【００３４】（ＥＬ加工）放出ガス量の少ないアルミニ
ウム（Ａｌ）を母材として用い、そのＡｌ表面加工時に
加工新生面を大気から遮断することにより、放出ガス源
となる大気中の水分、不純物が加工表面に取り込まれる
のを回避する技術として、ＥＸ加工とＥＬ加工が広く知
られている。大気遮断方法として、真空排気したチャン
バー内で、高純度の（Ａｒ＋Ｏ₂）ガスを噴射しながら
加工する方法がＥＸ加工［H.Ishimaru;J.Vac.Sci.Techn
ol.,A2,1170(1984)／M.Miyamoto et.al.;J.Vac.Sci.Tec
hnol.,A4,2515(1986)］であり、大気中で加工面にアル
コールを噴射しながら加工する方法がＥＬ加工［M.Suem
itsu et.al.;J.Vac.Sci.Technol.,A5,37(1987)]であ
る。本発明で用いた図６の装置では、全てのチャンバー
１〜８の内壁にこのＥＬ加工技術を適用した。 （ＣＲＰ処理）ＣＲＰ処理とは、放出ガス量の少ないス
テンレス（ＳＵＳ）を母材として用い、その表面を電解
複合研磨（ＥＣＢ）して表面の平滑化を図った後、この
ＥＣＢ処理面に酸化クロム膜不動態を形成し、放出ガス
量を低減させる技術［T.Ohmiet.al.;J.Electrochem.So
c.,140,1691(1993)］である。本発明で用いた図６の装
置では、プロセスガス導入系にこのＣＲＰ処理技術を適
用した。(EL processing) Aluminum (Al), which emits a small amount of gas, is used as a base material, and a newly formed surface is cut off from the atmosphere during the processing of the Al surface, whereby moisture and impurities in the atmosphere serving as a source of released gas are processed. EX processing and EL processing are widely known as techniques for avoiding being taken into the surface. As a method of shutting off the atmosphere, a method of processing while injecting high-purity (Ar + O ₂ ) gas in a vacuum-evacuated chamber is an EX processing [H. Ishimaru; J. Vac. Sci. Techn.
ol., A2, 1170 (1984) / M. Miyamoto et.al .; J. Vac. Sci. Tec
hnol., A4, 2515 (1986)], and EL processing [M. Suem
itsu et al .; J. Vac. Sci. Technol., A5, 37 (1987)]. In the apparatus of FIG. 6 used in the present invention, this EL processing technique was applied to the inner walls of all the chambers 1 to 8. (CRP treatment) CRP treatment is a process in which stainless steel (SUS), which emits a small amount of outgassing gas, is used as a base material and its surface is electrolytically polished (ECB) to smooth the surface, and then the surface of the ECB treatment is oxidized. Technology to form chromium film passivation and reduce outgassing [T. Ohmiet.al .; J. Electrochem.So
c., 140, 1691 (1993)]. In the apparatus of FIG. 6 used in the present invention, this CRP processing technique is applied to a process gas introduction system.

【００３５】（プロセスに用いるＡｒガスの不純物およ
びその濃度）本発明のプロセスに用いるガスは、ユース
ポイントで１ｐｐｂ以下の不純物濃度を示す高純度Ａｒ
である。この高純度Ａｒガスの不純物としては、例え
ば、Ｈ ₂Ｏ、Ｏ₂、ＣＯ₂、Ｈ₂、Ｎ₂、Ｃ_xＨ_y、Ｈ、Ｏ、
ＣＯ等があげられる。特に、膜中に取り込まれる酸素量
に影響する不純物は、Ｈ₂Ｏ、Ｏ₂、ＣＯ₂、Ｏ、ＣＯと
推定される。従って、上記の不純物濃度は、成膜に用い
るＡｒガス中に含まれているＨ₂Ｏ、Ｏ₂、ＣＯ₂、Ｏ、
ＣＯの和で表した数値である。 （高周波スパッタ法によるクリーニング処理）高周波ス
パッタ法によるクリーニング処理としては、例えば、放
電可能なガス圧空間内に置かれた基体に対して、ＲＦ
（radio frequency，13.56MHz）電源から交流電圧を印
加する手法があげられる。この手法の特長は、基体が導
電性でない場合にも適用可能な点である。本発明では、
図１及び図２におけるＴａからなる前処理層１０２、２
０２を別な装置で作製した基体１０１、２０１上に、図
６の装置を用いて第一下地層１０３、２０３及び第二下
地層１０４、２０４を、更にその上に人工格子型の構造
体１０７やスピンバルブ型の構造体２０９をなす薄膜を
形成する場合にのみ、前処理層１０２、２０２の表面を
クリーニング処理した。換言すれば、前処理層１０２、
２０２と、第一下地層１０３、２０３、第二下地層１０
４、２０４及び構造体１０７、２０９とが同じ装置内で
減圧下において連続的に作製され、前処理層１０２、２
０２の表面が一旦大気に曝される状況にない場合は、上
記クリーニング処理は用いなかった。しかし、実際の量
産機ではチャンバー内のクリーン度を補う意味から、同
じ装置内で前処理層１０２、２０２と、第一下地層１０
３、２０３、第二下地層１０４、２０４及び構造体１０
７、２０９とを形成する場合でも、作製した前処理層１
０２、２０２表面をクリーニング処理してから、その上
に第一下地層１０３、２０３、第二下地層１０４、２０
４及び構造体１０７、２０９を適宜形成しても構わない
ことは言うまでもない。(The impurities and the Ar gas used in the process
Gas used in the process of the present invention
High-purity Ar showing an impurity concentration of 1 ppb or less at the point
It is. As impurities of this high-purity Ar gas, for example,
If H _TwoO, O_Two, CO_Two, H_Two, N_Two, C_xH_y, H, O,
CO and the like. In particular, the amount of oxygen taken into the film
Impurities that affect H_TwoO, O_Two, CO_Two, O, CO and
Presumed. Therefore, the above impurity concentration is used for film formation.
Contained in the Ar gas_TwoO, O_Two, CO_Two, O,
It is a numerical value represented by the sum of CO. (Cleaning process by high frequency sputtering method)
The cleaning process by the putter method includes, for example,
RF power is applied to a substrate placed in an
(Radio frequency, 13.56MHz) AC voltage from power supply
There is a method of adding. The advantage of this method is that
This is applicable even when it is not electrically conductive. In the present invention,
The pretreatment layers 102 and 2 made of Ta in FIGS. 1 and 2
02 on substrates 101 and 201 produced by another apparatus.
6 using the first underlayers 103 and 203 and the second underlayer.
The formations 104, 204 and the artificial lattice type structure thereon
The thin film forming the body 107 and the spin valve type structure 209 is
Only when forming, the surfaces of the pretreatment layers 102 and 202 are
Cleaning was performed. In other words, the pretreatment layer 102,
202, first underlayers 103 and 203, second underlayer 10
4, 204 and structures 107, 209 in the same device
It is manufactured continuously under reduced pressure,
02 is not exposed to the atmosphere once,
The cleaning process was not used. But the actual amount
For industrial machinery, the same
Pretreatment layers 102 and 202 and first underlayer 10 in the same apparatus.
3, 203, second underlayers 104, 204 and structure 10
7 and 209, the prepared pretreatment layer 1
02, 202 After cleaning the surface,
The first underlayers 103 and 203 and the second underlayers 104 and 20
4 and the structures 107 and 209 may be appropriately formed.
Needless to say.

【００３６】（Ｔａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金ターゲットの不純
物およびその濃度）後述する実施例では、Ｔａ−Ｎｉ−
Ｆｅ合金膜からなる第一下地層を形成する際に、作製す
る膜の組成制御が容易であるという観点からＴａ−Ｎｉ
−Ｆｅ合金ターゲットを用いたが、この代わりにＴａチ
ップを載置したＮｉ−Ｆｅ合金ターゲットを使用しても
良いし、あるいはＴａターゲット、Ｎｉターゲット及び
Ｆｅターゲットを個別に用意しこれらを同時にスパッタ
しても構わない。例えば、Ｔａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金ターゲ
ットを用いる場合、ターゲット組成とほぼ同一組成の第
一下地層が得られるならば、その合金ターゲットの組成
は、原子％で、Ｔａの比率をｘ％、Ｎｉの比率をｙ％、
Ｆｅの比率をｚ％としたとき、ｘ＝２０〜６０、ｙ＝２
５〜７０、ｚ＝５〜２０、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００となる範
囲が好ましい。この組成範囲のターゲットを用いて第一
下地層１０３、２０３を作製することにより、その格子
定数を、前処理層１０２、２０２の格子定数と第二下地
層１０４、２０４の格子定数との中間の値とすることが
可能となる。Ｔａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金ターゲットとしては
純度が９９．９ｗｔ％以上の母材を用いた。その不純物
としては、例えば、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃ
ｒ、Ｃ、Ｏ、Ｎ等があげられる。特に、膜中に取り込ま
れる酸素量に影響する不純物はＯと推定されるので、本
発明におけるＴａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金ターゲットの不純物
濃度としては、第一下地層を形成する際に用いたターゲ
ット中に含まれている酸素を示す。実施例では、酸素含
有量が２０ｗｔｐｐｍのターゲットを用いた。(Impurity of Ta-Ni-Fe Alloy Target and Its Concentration) In the examples described later, Ta-Ni-Fe
When forming the first underlayer made of the Fe alloy film, Ta-Ni is used from the viewpoint of easy control of the composition of the film to be formed.
Although a Fe alloy target was used, a Ni-Fe alloy target having a Ta chip mounted thereon may be used instead, or a Ta target, a Ni target and an Fe target are separately prepared and sputtered simultaneously. It does not matter. For example, in the case of using a Ta—Ni—Fe alloy target, if a first underlayer having substantially the same composition as the target composition is obtained, the composition of the alloy target is atomic%, the ratio of Ta is x%, the content of Ni is The ratio is y%,
When the ratio of Fe is z%, x = 20 to 60, y = 2
The range where 5-70, z = 5-20, and x + y + z = 100 is preferable. By preparing the first underlayers 103 and 203 using a target having this composition range, the lattice constant is set to an intermediate value between the lattice constants of the pretreatment layers 102 and 202 and the second underlayers 104 and 204. It can be a value. As the Ta-Ni-Fe alloy target, a base material having a purity of 99.9 wt% or more was used. As the impurities, for example, Si, Mg, Al, Mn, Cu, C
r, C, O, N and the like. In particular, since the impurities that affect the amount of oxygen taken into the film are estimated to be O, the impurity concentration of the Ta—Ni—Fe alloy target in the present invention is set to the value of the target used in forming the first underlayer. Indicates the oxygen contained in In the example, a target having an oxygen content of 20 wtppm was used.

【００３７】（Ｃｕターゲットの不純物およびその濃
度）後述する実施例では、非磁性体層を形成する際に用
いるＣｕターゲットとして純度が９９．９９９９ｗｔ％
以上のＣｕを用いた。その不純物としては、例えば、Ａ
ｇ、Ｕ、Ｔｈ、Ｃ、Ｏ、Ｎ等があげられる。特に、膜中
に取り込まれる酸素量に影響する不純物はＯと推定され
る。従って、本発明におけるＣｕターゲットの不純物濃
度としては、非磁性体層を形成する際に用いたターゲッ
ト中に含まれている酸素を示す。実施例では、酸素含有
量が１ｗｔｐｐｍより小さなターゲットを用いた。 （Ｃｏターゲットの不純物およびその濃度）後述する実
施例では、強磁性体層を形成する際に用いるＣｏターゲ
ットとして純度が９９．９ｗｔ％以上のＣｏを用いた。
その不純物としては、例えば、Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｓ
ｉ、Ｃ、Ｏ、Ｎ等があげられる。特に、膜中に取り込ま
れる酸素量に影響する不純物はＯと推定される。従っ
て、本発明におけるＣｏターゲットの不純物濃度として
は、強磁性金属層を形成する際に用いたターゲット中に
含まれている酸素を示す。実施例では、酸素含有量が１
０ｗｔｐｐｍより小さなターゲットを用いた。(Impurity of Cu Target and Its Concentration) In the examples described later, the purity of the Cu target used for forming the nonmagnetic layer is 99.9999 wt%.
The above Cu was used. As the impurities, for example, A
g, U, Th, C, O, N and the like. In particular, impurities that affect the amount of oxygen taken into the film are assumed to be O. Therefore, the impurity concentration of the Cu target in the present invention indicates the oxygen contained in the target used when forming the nonmagnetic layer. In the example, a target having an oxygen content of less than 1 wtppm was used. (Impurity of Co Target and Its Concentration) In Examples described later, Co having a purity of 99.9 wt% or more was used as the Co target used for forming the ferromagnetic layer.
As the impurities, for example, Ni, Fe, Al, S
i, C, O, N and the like. In particular, impurities that affect the amount of oxygen taken into the film are assumed to be O. Therefore, the impurity concentration of the Co target in the present invention indicates oxygen contained in the target used for forming the ferromagnetic metal layer. In the example, the oxygen content is 1
A target smaller than 0 wtppm was used.

【００３８】（Ｎｉ−Ｆｅ合金ターゲットの不純物およ
びその濃度）後述する実施例では、強磁性体層を形成す
る際に用いるＮｉ−Ｆｅ合金ターゲットとして純度が９
９．９ｗｔ％以上のＮｉ−２１．５ｗｔ％Ｆｅからなる
組成のものを用いた。このターゲットにおける不純物と
しては、例えば、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｏ、Ｎ等があげら
れる。特に、膜中に取り込まれる酸素量に影響する不純
物はＯと推定される。従って、本発明におけるＮｉ−Ｆ
ｅ合金ターゲットの不純物濃度としては、強磁性体層を
形成する際に用いたターゲット中に含まれている酸素を
示す。実施例では、酸素含有量が９０ｗｔｐｐｍのター
ゲットを用いた。 （Ｍｎ−Ｉｒ合金ターゲットの不純物およびその濃度）
後述する実施例では、反強磁性体層を形成する際に、Ｍ
ｎＩｒターゲットとその上に載置するＩｒチップを用い
た。Ｍｎ−Ｉｒ合金ターゲットとしては純度が９９．９
ｗｔ％以上のＭｎ−１７ａｔ％Ｉｒからなる組成のもの
を用いた。実施例では、酸素含有量が６４０ｗｔｐｐｍ
のターゲットを用いた。また膜組成を調整するために、
上記組成のＭｎ−Ｉｒ合金ターゲット上に純度が９９．
９９ｗｔ％以上のＩｒチップを載せて、所望の組成比か
らなる薄膜を形成した。(Impurities and Concentrations of Ni—Fe Alloy Target) In the examples described later, the purity of the Ni—Fe alloy target used when forming the ferromagnetic layer is 9%.
A composition composed of 9.9 wt% or more of Ni-21.5 wt% Fe was used. Examples of impurities in this target include Si, Cu, Al, O, and N. In particular, impurities that affect the amount of oxygen taken into the film are assumed to be O. Therefore, in the present invention, Ni-F
The impurity concentration of the e-alloy target indicates the oxygen contained in the target used when forming the ferromagnetic layer. In the example, a target having an oxygen content of 90 wtppm was used. (Impurity of Mn-Ir alloy target and its concentration)
In an embodiment described later, when forming the antiferromagnetic layer, M
An nIr target and an Ir chip mounted thereon were used. The purity of the Mn-Ir alloy target is 99.9.
A composition having a composition of Mn-17 at% Ir of not less than wt% was used. In the embodiment, the oxygen content is 640 wtppm.
Was used. Also, to adjust the film composition,
The purity is 99.0 on the Mn-Ir alloy target of the above composition.
A thin film having a desired composition ratio was formed by mounting an Ir chip of 99 wt% or more.

【００３９】（評価方法）本発明に係る磁気抵抗効果素
子の評価方法としては、磁化曲線の測定には振動試料型
磁力計（ＶＳＭ）を、構造解析にはＸＲＤ（Ｃｏ−Ｋ
α）とＴＥＭを用いた。膜表面形態の分析には、成膜装
置に連結した超高真空対応ＳＴＭを用いた。ＳＴＭ観察
はＷ針を用い、室温、１×１０^-10Torr以下の超高真空
下で行った。特に、図１又は図２の層構成において第二
下地層の表面に対して、ＳＴＭで得られた画像を解析
し、平均面内粒径を求めた。(Evaluation Method) As a method of evaluating the magnetoresistance effect element according to the present invention, a vibrating sample magnetometer (VSM) is used for measuring a magnetization curve, and an XRD (Co-K) is used for structural analysis.
α) and TEM were used. An ultrahigh vacuum compatible STM connected to a film forming apparatus was used for analysis of the film surface morphology. The STM observation was performed using a W needle at room temperature under an ultra-high vacuum of 1 × 10 ⁻¹⁰ Torr or less. In particular, an image obtained by STM was analyzed on the surface of the second underlayer in the layer configuration shown in FIG. 1 or FIG.

【００４０】[0040]

【実施例】以下に実施例をあげて本発明をより詳細に説
明するが、本発明がこれら実施例に限定されることはな
い。 （実施例１）本例では、図６に示すスパッタ装置を用
い、図１に示す第一下地層１０３及び第二下地層１０４
の上に人工格子型の構造体１０７を備えた磁気抵抗効果
素子を作製する際に、第二下地層１０４としてＮｉ−Ｆ
ｅ膜を用い、この膜の厚さＤを０〜５ｎｍの範囲で変え
て作製した後、その上に構造体１０７を形成した。各層
の成膜は背圧を１×１０^-10Torr以下とした成膜室内で
行われ、高純度Ａｒガスで所定のターゲットをスパッタ
リングする方法で作製した。その際、第一下地層１０３
の膜厚は１．５ｎｍに固定し、構造体１０７としては、
Ｃｏ膜からなる強磁性体層１０５とＣｕ膜からなる非磁
性体層１０６を交互に５０回積層したものを用いた。す
なわち、本例で作製した磁気抵抗効果素子（図１）は、
基体１０１／前処理層１０２（Ｔａ膜、膜厚５ｎｍ）／
第一下地層１０３（Ｔａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜、膜厚１ｎ
ｍ）／第二下地膜１０４（Ｎｉ−Ｆｅ合金膜、膜厚Ｄ＝
０〜５ｎｍ）／［強磁性体層１０５（Ｃｏ膜、膜厚１ｎ
ｍ）／非磁性体層１０６（Ｃｕ膜、１ｎｍ）］₅₀ から
なる積層構造とした。The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples. Example 1 In this example, the first underlayer 103 and the second underlayer 104 shown in FIG.
When a magnetoresistive effect element having an artificial lattice type structure 107 is fabricated on the substrate, Ni-F
An e-film was used, and the thickness D of the film was changed in the range of 0 to 5 nm, and then the structure 107 was formed thereon. Each layer was formed in a film forming chamber with a back pressure of 1 × 10 ⁻¹⁰ Torr or less, and was prepared by sputtering a predetermined target with high-purity Ar gas. At that time, the first underlayer 103
Is fixed at 1.5 nm, and as the structure 107,
A ferromagnetic layer 105 composed of a Co film and a nonmagnetic layer 106 composed of a Cu film were alternately laminated 50 times. That is, the magnetoresistive element (FIG. 1) manufactured in this example is
Base 101 / Pretreatment layer 102 (Ta film, thickness 5 nm) /
First underlayer 103 (Ta-Ni-Fe alloy film, film thickness 1n)
m) / second underlayer 104 (Ni—Fe alloy film, film thickness D =
0-5 nm) / [ferromagnetic layer 105 (Co film, film thickness 1 n)
m) / non-magnetic layer 106 (Cu layer, 1 nm)] was laminated structure consisting of _50.

【００４１】本例では、基体１０１としては熱酸化膜を
表面に設けたＳｉ（１００）単結晶基板を用いた。な
お、上記構成の磁気抵抗効果素子を作製する成膜装置と
しては、特開平１０−２９８７４５号公報に開示された
極高真空対応マルチスパッタ装置（日立造船製、型式Ｈ
ＩＭＳ−Ｘ００５）を用いた。図６は、この成膜装置を
上方から見た模式的な平面図であり、１は第一ロード
室、２は第一ロード室の上方に配置された第二ロード
室、３は前処理室兼分析室、４は搬送室、５は第一成膜
室、６は第二成膜室、７は第三及び第四成膜室、８は第
五成膜室、９は第六成膜室、１０及び１１は基板の移動
手段である。また２ａ、３ａ、４ａ、４ａ’、５ａ、６
ａ、７ａ、７ａ’及び８ａは各室内を減圧する排気手段
である。ここで、排気手段４ａと４ａ’は搬送室４の下
方（紙面裏側）に配置される。さらに２ｂ、３ｂ、５
ｂ、６ｂ、７ｂ及び８ｂは各室間に設けたゲートバルブ
を表す。さらに図９の成膜装置は、各成膜室にプロセス
ガスの供給系（不図示）が備えてあり、そのユースポイ
ントにおけるＡｒガスの不純物濃度が１（ｐｐｂ）以下
となる供給手段を用いた。In this example, a Si (100) single crystal substrate having a thermal oxide film provided on the surface was used as the substrate 101. As a film forming apparatus for manufacturing the magnetoresistive effect element having the above-mentioned configuration, a multi-sputter apparatus compatible with an ultra-high vacuum disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-298745 (manufactured by Hitachi Zosen Corporation, Model H
IMS-X005) was used. FIG. 6 is a schematic plan view of the film forming apparatus viewed from above, where 1 is a first load chamber, 2 is a second load chamber disposed above the first load chamber, and 3 is a pretreatment chamber. Analytical room, 4 is a transfer room, 5 is a first film formation room, 6 is a second film formation room, 7 is a third and fourth film formation room, 8 is a fifth film formation room, and 9 is a sixth film formation room. The chambers 10 and 11 are means for moving the substrate. 2a, 3a, 4a, 4a ', 5a, 6
Reference numerals a, 7a, 7a ', and 8a denote exhaust means for reducing the pressure in each room. Here, the exhaust means 4a and 4a 'are disposed below the transfer chamber 4 (on the back side of the drawing). 2b, 3b, 5
b, 6b, 7b and 8b represent gate valves provided between the chambers. Further, the film forming apparatus shown in FIG. 9 is provided with a process gas supply system (not shown) in each film forming chamber, and uses a supply means in which the impurity concentration of Ar gas at its use point is 1 (ppb) or less. .

【００４２】各層を構成する薄膜は個別の成膜室で作製
した。具体的には、第一成膜室５で第二下地層１０３
を、第二成膜室６で第一下地層１０２を、第三及び第四
成膜室で強磁性体層１０５及び非磁性体層１０６を、第
六成膜室９で前処理層１０２を、それぞれ作製した。大
気中に用意した基体１０１は、段階的に背圧が低くなる
ように維持してある、第一ロード室１→第二ロード室２
→前処理室３→搬送室４の順に通過させ、所定の成膜室
へ導入した。その際、搬送室４の背圧は１０^-11Torr台
を維持されるようにした。なお本例では、前処理室３に
おける基体表面のクリーニング処理は行わなかった。表
１には、本例に係る磁気抵抗効果素子を製造する際の成
膜条件を示した。The thin films constituting each layer were prepared in individual film forming chambers. Specifically, the second underlayer 103 is formed in the first film forming chamber 5.
The first underlayer 102 in the second film forming chamber 6, the ferromagnetic layer 105 and the nonmagnetic layer 106 in the third and fourth film forming chambers, and the pretreatment layer 102 in the sixth film forming chamber 9. , Respectively. The base 101 prepared in the atmosphere is maintained in such a manner that the back pressure is gradually reduced, and the first load chamber 1 → the second load chamber 2
It was passed in the order of pretreatment chamber 3 → transfer chamber 4 and introduced into a predetermined film forming chamber. At that time, the back pressure of the transfer chamber 4 was maintained at a level of 10 ⁻¹¹ Torr. In the present example, the cleaning treatment of the substrate surface in the pretreatment chamber 3 was not performed. Table 1 shows film forming conditions for manufacturing the magnetoresistive element according to the present example.

【００４３】 「表１」 項目 設定値 ＜共通の成膜処理条件＞ ・成膜方法 ：平行平板型スパッタリング法 ・プロセスガス ：Ａｒ ・Ａｒガス中の不純物濃度 ：１（ｐｐｂ）以下 ・各成膜室の背圧Ｐ_B ：１０^-10（Ｔｏｒｒ）台以下 ＜第一成膜室＞ ・第二下地層１０３ ：Ni-Fe膜（膜厚Ｄ＝０〜５ｎｍ） ・ターゲット ：Ni(78.5wt％)-Fe合金 （純度３Ｎ） ・プロセスガス圧力 ：１（ｍＴｏｒｒ） ＜第二成膜室＞ ・第一下地層１０２ ：Ta-Ni-Fe合金膜（膜厚1.5ｎｍ） ・ターゲット ：Ta(50at％)-Ni(40at％)-Fe合金 （純度３Ｎ） ・プロセスガス圧力 ：１（ｍＴｏｒｒ） ＜第三成膜室＞ ・強磁性体層１０５ ：Co膜（膜厚１ｎｍ） ・ターゲット ：Co （純度３Ｎ） ・プロセスガス圧力 ：１（ｍＴｏｒｒ） ＜第四成膜室＞ ・非磁性体層１０６ ：Cu膜（膜厚１ｎｍ） ・ターゲット ：Cu （純度６Ｎ） ・プロセスガス圧力 ：１（ｍＴｏｒｒ） ＜第六成膜室＞ ・前処理層１０２ ：Ta膜（膜厚５ｎｍ） ・ターゲット ：Ta （純度３Ｎ） ・プロセスガス圧力 ： １（ｍＴｏｒｒ）[Table 1] Item Set value <Common film formation processing conditions>-Film formation method: Parallel plate type sputtering method-Process gas: Ar-Impurity concentration in Ar gas: 1 (ppb) or less-Each film formation Back pressure P _{B in} chamber: 10 ⁻¹⁰ (Torr) or less <First film forming chamber> ・ Second base layer 103: Ni—Fe film (film thickness D = 0 to 5 nm) ・ Target: Ni (78.5 wt%) ) -Fe alloy (purity 3N)-Process gas pressure: 1 (mTorr) <Second deposition chamber>-First underlayer 102: Ta-Ni-Fe alloy film (thickness: 1.5 nm)-Target: Ta (50at) %)-Ni (40at%)-Fe alloy (purity 3N)-Process gas pressure: 1 (mTorr) <Third film forming chamber>-Ferromagnetic layer 105: Co film (1 nm thick)-Target: Co ( (Purity 3N) Process gas pressure: 1 (mTorr) <Fourth film forming chamber> Non-magnetic layer 106: Cu film (film thickness 1) m) Target: Cu (purity 6N) Process gas pressure: 1 (mTorr) <Sixth deposition chamber> Pretreatment layer 102: Ta film (5 nm thick) Target: Ta (purity 3N) Process gas Pressure: 1 (mTorr)

【００４４】以下では、本例の磁気抵抗効果素子の製造
方法について、手順を追って説明する。括弧付き番号
は、その手順を表す。 第六成膜室９で前処理層１０２ （Ｍ１）熱酸化膜を表面に設けたＳｉ（１００）単結晶
からなる基体１０１を図９の装置を構成する第一ロード
室１に導入後、第一ロード室１の内部空間を大気圧から
１×１０^-7Torr以下の圧力まで排気手段（不図示）を用
いて減圧した。 （Ｍ２）第一ロード室１の内部に配置された基体を、排
気手段２ａにより予め１×１０^-9Torr以下の圧力まで減
圧してある第二ロード室２に、搬送手段１０を用いて第
一ロード室１から移動させた。 （Ｍ３）第二ロード室２の内部に配置された基体を、排
気手段３ａにより予め背圧を１×１０^-11Torr以下の圧
力まで減圧してある前処理室３に、搬送手段１１を用い
て移動させた。 （Ｍ４）前処理室３から各成膜室５〜９への基体の移動
は、搬送室４に内蔵された搬送手段（不図示）を用いて
行った。各成膜室５〜９は予め１×１０^-10Torr以下の
圧力に内部空間の背圧を維持した。また、搬送室４の背
圧は１０^-11Torr台以下とし、内蔵した搬送手段が動作
している際も真空度が１０^-10 Torr台を越える圧力まで
上昇しない搬送手段（特願平１０−２９６６６６号公報
に開示された超高真空対応搬送ロボット）を用いた。Hereinafter, a method of manufacturing the magnetoresistive element of this embodiment will be described step by step. The number in parentheses indicates the procedure. In the sixth film forming chamber 9, the pretreatment layer 102 (M1) The substrate 101 made of a single crystal of Si (100) provided with a thermal oxide film on the surface is introduced into the first load chamber 1 constituting the apparatus of FIG. The internal space of one load chamber 1 was evacuated from atmospheric pressure to a pressure of 1 × 10 ⁻⁷ Torr or less using an exhaust means (not shown). (M2) The substrate placed inside the first load chamber 1 is transferred to the second load chamber 2 in which the pressure has been reduced to a pressure of 1 × 10 ⁻⁹ Torr or less by the exhaust means 2a. It was moved from one load room 1. (M3) The transfer means 11 is used to transfer the substrate placed in the second load chamber 2 to the pretreatment chamber 3 in which the back pressure has been reduced to a pressure of 1 × 10 ⁻¹¹ Torr or less in advance by the exhaust means 3a. Moved. (M4) The transfer of the substrate from the pretreatment chamber 3 to each of the film formation chambers 5 to 9 was performed by using a transfer means (not shown) built in the transfer chamber 4. In each of the film forming chambers 5 to 9, the back pressure of the internal space was maintained at a pressure of 1 × 10 ⁻¹⁰ Torr or less in advance. In addition, the back pressure of the transfer chamber 4 is set to a level of 10 ⁻¹¹ Torr or less, and the transfer means does not increase the pressure to a pressure exceeding the level of 10 ⁻¹⁰ Torr even when the built-in transfer means is in operation (Japanese Patent Application No. 10-108). An ultra-high vacuum compatible transfer robot disclosed in Japanese Patent Publication No. 296666 is used.

【００４５】（Ｍ５）基体１０１上に第六成膜室９でＴ
ａ膜からなる前処理層１０２（膜厚５ｎｍ）を形成し
た。その手順を、次の（Ｍ５−１）〜（Ｍ５−４）に示
す。 （Ｍ５−１）ゲートバルブ３ｂを開け、搬送室４に内蔵
された搬送手段により前処理室３から基体を取り出し、
３ｂを閉じた後、９ｂを開け、第六成膜室９へ移動させ
た。その後、ゲートバルブ９ｂを閉じた。基体を設置し
た状態でも、第六成膜室９の真空度は１０^-10Torr台以
下の圧力を維持させた。 （Ｍ５−２）次に、成膜条件のプロセスガス圧（表１）
になるまで超高純度のＡｒガスを第六成膜室９に導入し
た。 （Ｍ５−３）カソードに所定の電力を印加してＴａター
ゲットをスパッタリングした。まず一定時間のプレスパ
ッタを行った後、基体表面を覆うシャッターを所定の時
間開くことにより基体１０１上に厚さ５ｎｍのＴａ膜か
らなる前処理層１０２を形成した。Ｔａ膜の厚さは、所
定時間経過後にシャッターを閉じることにより制御し
た。 （Ｍ５−４）次に、電力を落とし放電を終了させた後、
Ａｒガスの供給を停止し、第六成膜室９の内部空間を１
０^-10Torr台以下の圧力まで排気した。 （Ｍ６）次に、基体１０１の表面をなすＴａ膜からなる
前処理層１０２上に、Ｔａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜（厚さ
１．５ｎｍ）からなる第一下地層１０３を形成した。そ
の手順を、次の（Ｍ６−１）〜（Ｍ６−４）に示す。 （Ｍ６−１）ゲートバルブ９ｂを開け、搬送室４に内蔵
された搬送手段により第六成膜室９から基体を取り出
し、９ｂを閉じた後、６ｂを開け、第二成膜室６へ移動
させた。その後、ゲートバルブ６ｂを閉じた。基体を設
置した状態でも、第二成膜室６の真空度は１０^-10Torr
台以下の圧力を維持させた。 （Ｍ６−２）次に、成膜条件のプロセスガス圧（表１）
になるまで超高純度のＡｒガスを第二成膜室６に導入し
た。 （Ｍ６−３）カソードに所定の電力を印加してＴａ−Ｎ
ｉ−Ｆｅ合金ターゲットをスパッタリングした。まず一
定時間のプレスパッタを行った後、基体表面を覆うシャ
ッターを所定の時間開くことにより前処理層１０２上に
厚さ１．５ｎｍのＴａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜からなる第一
下地層１０３を形成した。Ｔａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜の厚
さは、所定時間経過後にシャッターを閉じることにより
制御した。 （Ｍ６−４）次に、電力を落とし放電を終了させた後、
Ａｒガスの供給を停止し、第二成膜室６の内部空間を１
０^-10Torr台以下の圧力まで排気した。(M5) On the substrate 101, the T
A pretreatment layer 102 (thickness: 5 nm) made of the film a was formed. The procedure is shown in the following (M5-1) to (M5-4). (M5-1) Open the gate valve 3b, take out the substrate from the pre-processing chamber 3 by the transfer means built in the transfer chamber 4,
After closing 3b, 9b was opened and moved to the sixth film forming chamber 9. Thereafter, the gate valve 9b was closed. Even in the state where the base was installed, the degree of vacuum in the sixth film forming chamber 9 was maintained at a pressure of the order of 10 ⁻¹⁰ Torr or less. (M5-2) Next, process gas pressure under film forming conditions (Table 1)
Ultra-pure Ar gas was introduced into the sixth film-forming chamber 9 until the temperature reached. (M5-3) A predetermined power was applied to the cathode to sputter the Ta target. First, after performing pre-sputtering for a predetermined time, a shutter covering the substrate surface was opened for a predetermined time to form a pretreatment layer 102 made of a Ta film having a thickness of 5 nm on the substrate 101. The thickness of the Ta film was controlled by closing the shutter after a lapse of a predetermined time. (M5-4) Next, after the power is dropped to end the discharge,
The supply of the Ar gas is stopped, and the internal space of the sixth
Evacuation was performed to a pressure of 0 ^-10 Torr or less. (M6) Next, a first underlayer 103 made of a Ta-Ni-Fe alloy film (1.5 nm in thickness) was formed on the pre-treatment layer 102 made of a Ta film that forms the surface of the base 101. The procedure is shown in the following (M6-1) to (M6-4). (M6-1) Open the gate valve 9b, take out the substrate from the sixth film formation chamber 9 by the transfer means built in the transfer chamber 4, close 9b, open 6b, and move to the second film formation chamber 6. I let it. Thereafter, the gate valve 6b was closed. Even when the substrate is installed, the degree of vacuum in the second film forming chamber 6 is 10 ⁻¹⁰ Torr.
A pressure below the platform was maintained. (M6-2) Next, process gas pressure under film forming conditions (Table 1)
The Ar gas of an ultra-high purity was introduced into the second film forming chamber 6 until the temperature of the second film formation chamber reached. (M6-3) Applying predetermined power to the cathode to perform Ta-N
An i-Fe alloy target was sputtered. First, after performing pre-sputtering for a predetermined time, a first underlayer 103 made of a Ta-Ni-Fe alloy film having a thickness of 1.5 nm is formed on the pretreatment layer 102 by opening a shutter covering the substrate surface for a predetermined time. Formed. The thickness of the Ta-Ni-Fe alloy film was controlled by closing the shutter after a predetermined time. (M6-4) Next, after the power is dropped to end the discharge,
The supply of the Ar gas is stopped, and the internal space of the second
Evacuation was performed to a pressure of 0 ^-10 Torr or less.

【００４６】（Ｍ７）次に、基体１０１の表面をなすＴ
ａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜からなる第一下地層１０３上に、
Ｎｉ−Ｆｅ合金膜（厚さＤ＝０〜５ｎｍ）からなる第二
下地層１０４を形成した。その手順を、次の（Ｍ７−
１）〜（Ｍ７−４）に示す。 （Ｍ７−１）ゲートバルブ６ｂを開け、搬送室４に内蔵
された搬送手段により第二成膜室６から基体を取り出
し、６ｂを閉じた後、５ｂを開け、第一成膜室５へ移動
させた。その後、ゲートバルブ５ｂを閉じた。基体を設
置した状態でも、第一成膜室５の真空度は１０^-10Torr
台以下の圧力を維持させた。 （Ｍ７−２）次に、成膜条件のプロセスガス圧（表１）
になるまで超高純度のＡｒガスを第一成膜室５に導入し
た。 （Ｍ７−３）カソードに所定の電力を印加してＮｉ−Ｆ
ｅ合金ターゲットをスパッタリングした。まず一定時間
のプレスパッタを行った後、基体表面を覆うシャッター
を所定の時間開くことにより第一下地層１０３上に厚さ
Ｄ＝０〜５ｎｍのＮｉ−Ｆｅ合金膜からなる第二下地層
１０４を形成した。Ｎｉ−Ｆｅ合金膜の厚さは、所定時
間経過後にシャッターを閉じることにより制御した。 （Ｍ７−４）次に、電力を落とし放電を終了させた後、
Ａｒガスの供給を停止し、第一成膜室５の内部空間を１
０^-10Torr台以下の圧力まで排気した。(M7) Next, T
On the first underlayer 103 made of an a-Ni-Fe alloy film,
A second underlayer 104 made of a Ni—Fe alloy film (thickness D = 0 to 5 nm) was formed. The procedure is described in the following (M7-
1) to (M7-4). (M7-1) Open the gate valve 6b, take out the substrate from the second film formation chamber 6 by the transfer means built in the transfer chamber 4, close 6b, open 5b, and move to the first film formation chamber 5. I let it. Thereafter, the gate valve 5b was closed. Even when the substrate is installed, the degree of vacuum in the first film forming chamber 5 is 10 ⁻¹⁰ Torr.
A pressure below the platform was maintained. (M7-2) Next, process gas pressure under film forming conditions (Table 1)
Ultra-pure Ar gas was introduced into the first film forming chamber 5 until the temperature reached. (M7-3) A predetermined power is applied to the cathode and Ni-F
e alloy target was sputtered. First, after performing pre-sputtering for a predetermined time, a shutter covering the substrate surface is opened for a predetermined time, thereby forming a second underlayer 104 made of a Ni—Fe alloy film having a thickness D = 0 to 5 nm on the first underlayer 103. Was formed. The thickness of the Ni—Fe alloy film was controlled by closing a shutter after a predetermined time. (M7-4) Next, after the power is dropped to end the discharge,
The supply of the Ar gas is stopped, and the internal space of the first
Evacuation was performed to a pressure of 0 ^-10 Torr or less.

【００４７】（Ｍ８）次に、基体１０１の表面をなすＮ
ｉ−Ｆｅ合金膜からなる第二下地層１０４上に、Ｃｏ膜
（厚さ１ｎｍ）からなる強磁性体層１０５とＣｕ膜（厚
さ１ｎｍ）からなる非磁性体層１０６を交互に５０回積
層させ、人工格子型の構造体１０７を形成した。その手
順を次の（Ｍ８−１）〜（Ｍ８−８）に示す。 （Ｍ８−１）第二下地層１０４を形成後、ゲートバルブ
５ｂを開け、搬送室４に内蔵された搬送手段により第一
成膜室５から基板を取り出し、５ｂを閉じた後、７ｂを
開け、第三及び第四成膜室７へ移動させ、Ｃｏターゲッ
トの上空位置に配置した後、ゲートバルブ７ｂを閉じ
た。基板を設置した状態でも、成膜室７の真空度は１０
^-10Torr台以下の圧力を維持させた。 （Ｍ８−２）次に、成膜条件のプロセスガス圧（表１）
になるまで超高純度のＡｒガスを成膜室７に導入した。 （Ｍ８−３）２つのカソードに所定の電力を印加し、Ｃ
ｏターゲットとＣｕターゲットを一緒にスパッタリング
することにより、まず所定時間のプレスパッタを行っ
た。 （Ｍ８−４）その後、Ｃｏターゲットと基板との間の空
間に設けてあるシャッターを所定の時間開くことにより
第二下地層１０４上に厚さ１ｎｍのＣｏ膜からなる強磁
性体層１０５ａを形成した。Ｃｏ膜の厚さは、所定時間
経過後にシャッターを閉じることにより制御した。(M8) Next, the N
A ferromagnetic layer 105 made of a Co film (1 nm thick) and a nonmagnetic layer 106 made of a Cu film (1 nm thick) are alternately stacked 50 times on the second underlayer 104 made of an i-Fe alloy film. As a result, an artificial lattice type structure 107 was formed. The procedure is shown in the following (M8-1) to (M8-8). (M8-1) After forming the second underlayer 104, the gate valve 5b is opened, the substrate is taken out of the first film forming chamber 5 by the transfer means built in the transfer chamber 4, and after closing 5b, 7b is opened. After moving to the third and fourth film forming chambers 7 and arranging them above the Co target, the gate valve 7b was closed. Even when the substrate is installed, the degree of vacuum in the film forming chamber 7 is 10
The pressure was kept below ^-10 Torr. (M8-2) Next, process gas pressure under film forming conditions (Table 1)
Ultra-high-purity Ar gas was introduced into the film forming chamber 7 until the temperature reached. (M8-3) Apply predetermined power to the two cathodes,
First, presputtering was performed for a predetermined time by sputtering the o target and the Cu target together. (M8-4) Thereafter, a shutter provided in a space between the Co target and the substrate is opened for a predetermined time to form a ferromagnetic layer 105a made of a 1-nm-thick Co film on the second underlayer 104. did. The thickness of the Co film was controlled by closing the shutter after a predetermined time.

【００４８】（Ｍ８−５）強磁性体層１０５ａを堆積さ
せた基板は、第三成膜室と第四成膜室との間で基板を移
動させる手段（不図示）を用い、Ｃｏターゲットの上空
位置からＣｕターゲットの上空位置へ移動させた。 （Ｍ８−６）その後、Ｃｕターゲットと基板との間の空
間に設けてあるシャッターを所定の時間開くことにより
Ｃｏ膜からなる強磁性体層１０５ａ上に厚さ１ｎｍのＣ
ｕ膜からなる非磁性体層１０６ａを形成した。Ｃｕ膜の
厚さは、所定時間経過後にシャッターを閉じることによ
り制御した。 （Ｍ８−７）非磁性体層１０６ａを堆積させた基板は、
第三成膜室と第四成膜室との間で基板を移動させる手段
（不図示）を用い、Ｃｕターゲットの上空位置からＣｏ
ターゲットの上空位置へ移動させた。 （Ｍ８−８）その後、上記工程（Ｍ６−４）から工程
（Ｍ６−７）を４９回繰り返すことにより、第二下地層
１０４の上に強磁性体層１０５と非磁性体層１０６を５
０回繰り返し積層させた人工格子型の構造体１０７を作
製した。 （Ｍ９）最後に、構造体１０５の形成を終えた基板を、
成膜室７→前処理室３→第二ロード室２→第一ロード室
１の順に移動させることにより、作製した磁気抵抗効果
素子を製造装置内から取り出した。以下では、本例で作
製した磁気抵抗効果素子をＭαと呼ぶ。(M8-5) The substrate on which the ferromagnetic layer 105a has been deposited is coated with a Co target using a means (not shown) for moving the substrate between the third film forming chamber and the fourth film forming chamber. The Cu target was moved from the sky position to the sky position. (M8-6) After that, a shutter provided in a space between the Cu target and the substrate is opened for a predetermined time, whereby a 1 nm-thick C film is formed on the ferromagnetic layer 105a made of a Co film.
A nonmagnetic layer 106a made of a u film was formed. The thickness of the Cu film was controlled by closing a shutter after a lapse of a predetermined time. (M8-7) The substrate on which the nonmagnetic layer 106a is deposited is
Using a means (not shown) for moving the substrate between the third film forming chamber and the fourth film forming chamber, the Co
The target was moved to the sky position. (M8-8) Thereafter, the above steps (M6-4) to (M6-7) are repeated 49 times, whereby the ferromagnetic layer 105 and the nonmagnetic layer 106 are formed on the second underlayer 104.
An artificial lattice type structure 107 repeatedly laminated 0 times was produced. (M9) Finally, the substrate on which the structure 105 has been formed is
By moving the film forming chamber 7 → the pretreatment chamber 3 → the second load chamber 2 → the first load chamber 1 in this order, the produced magnetoresistive element was taken out of the manufacturing apparatus. Hereinafter, the magnetoresistance effect element manufactured in this example is referred to as Mα.

【００４９】（比較例１）本例では、図１に示す層構成
から第一下地層１０３を取り除いた構成の磁気抵抗効果
素子を作製した。他の点は、実施例１と同様とした。以
下では、本例で作製した試料をＭβと呼ぶ。実施例１及
び比較例１で作製した試料Ｍαと試料ＭβのＸＲＤプロ
ファイルを調べ、Ｃｏ及びＣｕの（１１１）面による回
折ピークが明瞭に現れる第二下地層１０４の必要最低厚
みＤｍを求めた結果、以下の点が明らかとなった。 （ａ１）Ｔａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜からなる第一下地層１
０３を持つ試料Ｍαでは、Ｄ＝０．５〜５ｎｍにおいて
Ｃｏ及びＣｕ（１１１）面からの回折線が明瞭に認めら
れる。但し、Ｄ＝０ｎｍの場合はこの回折線が消失す
る。つまり、第一下地層１０３を持つ試料Ｍαでは、必
要最低厚みＤｍは０．５ｎｍである。 （ａ２）Ｔａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜からなる第一下地層１
０３を持たない試料Ｍβでは、Ｃｏ及びＣｕ（１１１）
面からの回折線が明瞭に認められるＤの範囲が２〜５ｎ
ｍと狭まる。つまり、第一下地層１０３を持たない試料
Ｍβでは、必要最低厚みＤｍは２ｎｍである。 （ａ３）Ｔａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜からなる第一下地層１
０３を持つ試料Ｍαにおいて、Ｄの値が小さな試料ほ
ど、ＭＲ比が増大する傾向が見られた。また、このＤの
値が小さな試料ほど、第二下地層１０４をなすＮｉ−Ｆ
ｅ合金膜の表面の平坦性が良くなる傾向が確認された。Comparative Example 1 In this example, a magnetoresistive element having a configuration in which the first underlayer 103 was removed from the layer configuration shown in FIG. 1 was manufactured. The other points were the same as in Example 1. Hereinafter, the sample manufactured in this example is referred to as Mβ. The XRD profiles of the samples Mα and Mβ produced in Example 1 and Comparative Example 1 were examined, and the required minimum thickness Dm of the second underlayer 104 in which the diffraction peaks due to the (111) plane of Co and Cu clearly appeared was obtained. The following points became clear. (A1) First underlayer 1 made of a Ta-Ni-Fe alloy film
In the sample Mα having No. 03, diffraction lines from Co and Cu (111) planes are clearly observed at D = 0.5 to 5 nm. However, when D = 0 nm, this diffraction line disappears. That is, in the sample Mα having the first underlayer 103, the required minimum thickness Dm is 0.5 nm. (A2) First underlayer 1 made of a Ta-Ni-Fe alloy film
In the sample Mβ without 03, Co and Cu (111)
The range of D in which diffraction lines from the surface are clearly recognized is 2 to 5 n
m and narrow. That is, in the sample Mβ having no first underlayer 103, the required minimum thickness Dm is 2 nm. (A3) First underlayer 1 made of Ta-Ni-Fe alloy film
In the sample Mα having 03, a tendency was observed that the smaller the value of D, the higher the MR ratio. Further, the smaller the value of D, the more Ni-F
It was confirmed that the flatness of the surface of the e-alloy film tended to be improved.

【００５０】以上のことから、Ｔａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜
からなる第一下地層１０３の働きで、Ｎｉ−Ｆｅ合金膜
からなる第二下地層１０４の濡れ性が良くなり、（１１
１）配向した結晶粒が膜面内方向に大きく成長した結
果、その上に積層されたＣｏ及びＣｕ膜が強く（１１
１）配向したと考えられる。またＴａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金
膜からなる第一下地層１０３を用いることで、Ｄの値を
小さくできる。これは、磁気抵抗効果素子におけるセン
ス電流のシャントロスを低減させ、この結果、ＭＲ比を
増大させる。更には、Ｄが小さいほど、第二下地層１０
４における過剰な結晶粒成長が抑えられるため、界面の
平坦化が図れる。従って、人工格子型の構造体１０７を
なす各層に良好な結晶配向性を持たせるためには、Ｔａ
−Ｎｉ−Ｆｅ合金からなる第一下地層１０３と、前記第
一下地層１０３上に設けられ面心立方構造からなり（１
１１）面が優先成長面をなす第二下地層１０４とを設け
た上に、人工格子型の構造体１０７を設けることが有効
であることが明らかとなった。なお、実施例１及び比較
例１では、第一下地層１０３上に設けられ面心立方構造
からなり（１１１）面が優先成長面をなす第二下地層１
０４としてＮｉ−Ｆｅ膜を用いた場合について述べた
が、Ｎｉ−Ｆｅ合金膜に代えてＣｕ膜あるいはＣｏ−Ｆ
ｅ合金膜あるいはＮｉ−Ｆｅ合金膜、Ｃｏ−Ｆｅ合金
膜、Ｃｕ膜を適宜、組み合わせた積層膜を用いても同様
の作用・効果が得られることが分かった。From the above, the wettability of the second underlayer 104 made of the Ni—Fe alloy film is improved by the function of the first underlayer 103 made of the Ta—Ni—Fe alloy film, and (11)
1) As a result of the oriented crystal grains growing largely in the in-plane direction of the film, the Co and Cu films stacked thereon are strong (11
1) It is considered that they were oriented. The value of D can be reduced by using the first underlayer 103 made of a Ta—Ni—Fe alloy film. This reduces the shunt loss of the sense current in the magnetoresistive effect element, thereby increasing the MR ratio. Furthermore, the smaller D is, the more the second underlayer 10
4, excessive crystal grain growth can be suppressed, so that the interface can be flattened. Therefore, in order to make each layer forming the artificial lattice type structure 107 have a good crystal orientation, it is necessary to use Ta.
A first underlayer 103 made of a Ni—Fe alloy, and a face-centered cubic structure provided on the first underlayer 103 (1
11) It became clear that it was effective to provide the artificial lattice type structure 107 on top of the provision of the second underlying layer 104 whose surface forms the preferential growth surface. In Example 1 and Comparative Example 1, the second base layer 1 provided on the first base layer 103 and having a face-centered cubic structure and having a (111) plane as a preferential growth plane was used.
04, a case where a Ni—Fe film is used has been described, but instead of the Ni—Fe alloy film, a Cu film or Co—F
It was found that the same operation and effect can be obtained by using a laminated film in which an e-alloy film or a Ni—Fe alloy film, a Co—Fe alloy film, and a Cu film are appropriately combined.

【００５１】（実施例２）本例では、図６に示すスパッ
タ装置を用い、図２に示す第一下地層２０３及び第二下
地層２０４の上にスピンバルブ型の構造体２０９を備え
た磁気抵抗効果素子を作製する際に、第二下地層２０４
としてＮｉ−Ｆｅ合金膜を用い、この膜の厚さＤを０〜
５ｎｍの範囲で変えて作製した後、その上に構造体２０
９を形成した。各層の成膜は背圧を１×１０^-10Torr以
下とした成膜室内で行われ、高純度Ａｒガスで所定のタ
ーゲットをスパッタリングする方法で作製した。その
際、第一下地層２０３の膜厚は１．５ｎｍに固定し、構
造体２０９としては、反強磁性体層２０５、固定磁化層
をなす第一強磁性体層２０６、非磁性体層２０７、自由
磁化層をなす第二強磁性体層２０８が順に積層したもの
を用いた。また構造体２０９の上には、第一保護層２１
１と第二保護層２１２から構成される２層構造の保護層
２１０を設けた。すなわち、本例で作製した磁気抵抗効
果素子（図２）は、基体２０１／前処理層２０２（Ｔａ
膜、膜厚５ｎｍ）／第一下地層２０３（Ｔａ−Ｎｉ−Ｆ
ｅ合金膜、膜厚１．５ｎｍ）／第二下地膜２０４（Ｎｉ
−Ｆｅ合金膜、膜厚Ｄ＝０〜５ｎｍ）／反強磁性体層２
０５（Ｍｎ−Ｉｒ合金膜、膜厚７ｎｍ）／、第一強磁性
体層２０６（Ｃｏ−Ｆｅ合金膜、膜厚２ｎｍ）／非磁性
体層２０７（Ｃｕ膜、膜厚１ｎｍ）／第二強磁性体層２
０８（Ｃｏ−Ｆｅ合金膜、膜厚２ｎｍ）／第一保護層２
１１（Ｃｕ膜、１ｎｍ）／第二保護層２１２（Ｔａ膜、
膜厚２ｎｍ）からなる積層構造とした。他の点は実施例
１と同様とした。表２には、本例に係る磁気抵抗効果素
子を製造する際の成膜条件を示した。(Embodiment 2) In this embodiment, the sputtering apparatus shown in FIG. 6 was used to provide a magnetic structure having a spin-valve type structure 209 on the first underlayer 203 and the second underlayer 204 shown in FIG. When fabricating the resistance effect element, the second underlayer 204
And a thickness D of this film is set to 0 to
After the structure was changed in the range of 5 nm, the structure 20 was formed thereon.
9 was formed. Each layer was formed in a film forming chamber with a back pressure of 1 × 10 ⁻¹⁰ Torr or less, and was prepared by sputtering a predetermined target with high-purity Ar gas. At this time, the thickness of the first underlayer 203 is fixed at 1.5 nm, and the structure 209 includes an antiferromagnetic layer 205, a first ferromagnetic layer 206 serving as a fixed magnetic layer, and a nonmagnetic layer 207. The second ferromagnetic layer 208 as a free magnetic layer was sequentially laminated. The first protective layer 21 is provided on the structure 209.
A protective layer 210 having a two-layer structure including a first protective layer 212 and a second protective layer 212 was provided. That is, the magnetoresistive effect element (FIG. 2) manufactured in the present example is composed of the base 201 / the pretreatment layer 202 (Ta
Film, thickness 5 nm) / first underlayer 203 (Ta-Ni-F)
e alloy film, thickness 1.5 nm) / second underlayer 204 (Ni
-Fe alloy film, film thickness D = 0 to 5 nm) / antiferromagnetic layer 2
05 (Mn—Ir alloy film, thickness 7 nm) / first ferromagnetic layer 206 (Co—Fe alloy film, thickness 2 nm) / nonmagnetic layer 207 (Cu film, thickness 1 nm) / second strong Magnetic layer 2
08 (Co—Fe alloy film, thickness 2 nm) / first protective layer 2
11 (Cu film, 1 nm) / second protective layer 212 (Ta film,
(Thickness: 2 nm). The other points were the same as in Example 1. Table 2 shows film forming conditions when manufacturing the magnetoresistive element according to the present example.

【００５２】 「表２」 項目 設定値 ＜共通の成膜処理条件＞ ・成膜方法 ：平行平板型スパッタリング法 ・プロセスガス ：Ａｒ ・Ａｒガス中の不純物濃度 ：１（ｐｐｂ）以下 ・各成膜室の背圧Ｐ_B ：１０^-10（Ｔｏｒｒ）台以下 ＜第一成膜室＞ ・第二下地層２０４ ：Ni-Fe合金膜（膜厚Ｄ＝０〜５ｎｍ） ・ターゲット ：78.5wt％Ni-Fe合金 （純度３Ｎ） ・プロセスガス圧力 ：１（ｍＴｏｒｒ） ＜第二成膜室＞ ・第一下地層２０３ ：Ta-Ni-Fe合金膜（膜厚1.5ｎｍ） ・ターゲット ：Ta(50at％)-Ni(40at％)-Fe合金 （純度３Ｎ） ・プロセスガス圧力 ：１（ｍＴｏｒｒ） ＜第三成膜室＞ ・第一強磁性体層２０６ ：Co-Fe合金膜（膜厚２ｎｍ） ・第二強磁性体層２０８ ：Co-Fe合金膜（膜厚２ｎｍ） ・ターゲット ：Co-Fe合金 （純度３Ｎ） ・プロセスガス圧力 ：１（ｍＴｏｒｒ） ＜第四成膜室＞ ・非磁性体層１０６ ：Cu膜（膜厚１ｎｍ） ・第一保護層２１１ ：Cu膜（膜厚１ｎｍ） ・ターゲット ：Cu （純度６Ｎ） ・プロセスガス圧力 ：１（ｍＴｏｒｒ） ＜第五成膜室＞ ・反強磁性体層２０５ ：Mn-Ir合金膜（膜厚７ｎｍ） ・ターゲット ：17at％Ir-Mn合金 純度３Ｎ） + Irチップ（純度３Ｎ） ・プロセスガス圧力 ：１（ｍＴｏｒｒ） ＜第六成膜室＞ ・前処理層１０２ ：Ta膜（膜厚５ｎｍ） ・第二保護層２１２ ：Ta膜（膜厚２ｎｍ） ・ターゲット ：Ta （純度３Ｎ） ・プロセスガス圧力 ： １（ｍＴｏｒｒ）[Table 2] Item Setting value <Common film forming process conditions>-Film forming method: Parallel plate type sputtering method-Process gas: Ar-Impurity concentration in Ar gas: 1 (ppb) or less-Each film forming Back pressure P _{B in the} chamber: 10 ^-10 (Torr) level or less <First film forming chamber>-Second underlayer 204: Ni-Fe alloy film (film thickness D = 0 to 5 nm)-Target: 78.5 wt% Ni -Fe alloy (purity 3N)-Process gas pressure: 1 (mTorr) <Second film formation chamber>-First underlayer 203: Ta-Ni-Fe alloy film (1.5 nm thick)-Target: Ta (50at%) ) -Ni (40at%)-Fe alloy (purity 3N)-Process gas pressure: 1 (mTorr) <Third film formation chamber>-First ferromagnetic layer 206: Co-Fe alloy film (2 nm thick)- Second ferromagnetic layer 208: Co-Fe alloy film (thickness: 2 nm) Target: Co-Fe alloy (purity 3N) Process gas pressure : 1 (mTorr) <Fourth film forming chamber> Non-magnetic layer 106: Cu film (1 nm thick) First protective layer 211: Cu film (1 nm thick) Target: Cu (6N purity) Process Gas pressure: 1 (mTorr) <Fifth film forming chamber>-Antiferromagnetic layer 205: Mn-Ir alloy film (7 nm thick)-Target: 17 at% Ir-Mn alloy 3N purity + Ir chip (3N purity) Process gas pressure: 1 (mTorr) <Sixth deposition chamber> Pretreatment layer 102: Ta film (thickness: 5 nm) Second protective layer 212: Ta film (thickness: 2 nm) Target: Ta (purity) 3N) ・ Process gas pressure: 1 (mTorr)

【００５３】以下に、本例に係る磁気抵抗効果素子の製
造方法について、手順を追って説明する。括弧付き番号
は、その手順を表す。 （Ａ１）熱酸化膜を表面に設けたＳｉ（１００）単結晶
基板からなる基体２０１を図２の装置を構成する第一ロ
ード室１に導入後、第一ロード室１の内部空間を大気圧
から１０^-6〜１０^-8Ｔｏｒｒ台の所定の圧力まで排気手
段（不図示）を用いて減圧した。 （Ａ２）第一ロード室１の内部に配置された基体を、排
気手段２ａにより予め１０^-6〜１０^-10Ｔｏｒｒ台の所
定の圧力まで減圧してある第二ロード室２に、搬送手段
１０を用いて第一ロード室１から移動させた。 （Ａ３）第二ロード室２の内部に配置された基体を、排
気手段３ａにより予め背圧Ｐ_B を５×１０^-6〜５×１０
^-11Ｔｏｒｒの範囲にある一定圧力に内部空間を維持し
た前処理室３に、搬送手段１１を用いて移動させた。そ
の後、超高純度Ａｒガスを用い所定の条件で発生させた
プラズマにより、基体表面をドライクリーニングした。 （Ａ４）前処理室３から各成膜室５〜８への基体の移動
は、搬送室４に内蔵された搬送手段（不図示）にて行っ
た。各成膜室５〜８は予め５×１０^-6〜５×１０ ^-11Ｔ
ｏｒｒの範囲にある一定圧力Ｐ_B に内部空間の背圧を維
持した。また、搬送室４も各成膜室５〜８と同じ背圧で
あり、内蔵した搬送手段が動作している際も真空度が１
０^-10Ｔｏｒｒ台以上まで上昇しない搬送手段（特願平
１０−２９６６６６号公報に開示された超高真空対応搬
送ロボット）を用いた。Hereinafter, the manufacture of the magnetoresistive element according to this embodiment will be described.
The fabrication method will be described step by step. Number in parentheses
Represents the procedure. (A1) Si (100) single crystal with thermal oxide film provided on the surface
The substrate 201 made of a substrate is firstly mounted on the first part of the apparatus shown in FIG.
After introduction into the load chamber 1, the internal space of the first load chamber 1 is set to atmospheric pressure.
From 10^-6-10^-8Exhaust air to a predetermined pressure on the Torr level
The pressure was reduced using a step (not shown). (A2) The substrate disposed inside the first load chamber 1 is discharged.
10 in advance by the air means 2a.^-6-10^-TenTorr station
The transfer means is placed in the second load chamber 2 which has been reduced to a certain pressure.
It was moved from the first load chamber 1 using 10. (A3) The substrate disposed inside the second load chamber 2 is discharged.
Back pressure P_BIs 5 × 10^-6~ 5 × 10
^-11Maintaining the internal space at a constant pressure in the range of Torr
It was moved to the pretreatment chamber 3 using the transfer means 11. So
After that, it was generated under predetermined conditions using ultra-high purity Ar gas.
The substrate surface was dry-cleaned by plasma. (A4) Movement of the substrate from the pretreatment chamber 3 to each of the film formation chambers 5 to 8
Is performed by a transfer means (not shown) built in the transfer chamber 4.
Was. Each of the film forming chambers 5 to 8 has a size of 5 × 10^-6~ 5 × 10 ^-11T
constant pressure P in the range of orr_BTo maintain the back pressure of the internal space
I carried it. Also, the transfer chamber 4 has the same back pressure as the film forming chambers 5 to 8.
Yes, the degree of vacuum is 1 even when the built-in transfer means is operating.
0^-TenConveying means that does not rise above Torr level (Japanese Patent Application
Ultra-high vacuum compatible transport disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-296666.
Robot).

【００５４】（Ａ５）基体２０１上に第六成膜室９でＴ
ａ膜からなる前処理層２０２（膜厚５ｎｍ）を形成し
た。その手順は、実施例１の（Ｍ５−１）〜（Ｍ５−
４）と同様とした。 （Ａ６）次に、基体２０１の表面をなす前処理層２０２
上に、第二成膜室６でＴａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜（厚さ１
ｎｍ）からなる第一下地層２０３を形成した。その手順
は、実施例１の（Ｍ６−１）〜（Ｍ６−４）と同様とし
た。 （Ａ７）次に、基体２０１の表面をなす第一下地層２０
３上に、第一成膜室５でＮｉ−Ｆｅ合金膜（厚さＤ＝０
〜５ｎｍ）からなる第二下地層２０４を形成した。その
手順は、実施例１の（Ｍ７−１）〜（Ｍ７−４）と同様
とした。 （Ａ８）次に、第二下地層２０４上に、第五成膜室８で
反強磁性体層２０５としてＭｎ−Ｉｒ合金膜（５ｎｍ）
を形成した。その手順を次の（Ａ８−１）〜（Ａ８−
５）に示す。 （Ａ８−１）ゲートバルブ５ｂを開け、搬送室４に内蔵
された搬送手段により第一成膜室５から基板を取り出
し、５ｂを閉じた後、８ｂを開け、第五成膜室８へ移動
させた。その後、ゲートバルブ８ｂを閉じた。基板を設
置した状態でも、成膜室８の真空度は所望の一定圧力を
維持させた。 （Ａ８−２）次に、成膜条件のプロセスガス圧（表１）
になるまで超高純度のＡｒガスを第五成膜室８に導入し
た。 （Ａ８−３）カソードに所定の電力を印加してＭｎ−Ｉ
ｒ合金ターゲットをスパッタリングした。まず一定時間
のプレスパッタを行った後、基板表面を覆うシャッター
を所定の時間開くことによりＮｉ−Ｆｅ合金膜からなる
第二下地層２０４上に厚さ７ｎｍのＭｎ−Ｉｒ合金膜か
らなる反強磁性体層２０５を形成した。Ｍｎ−Ｉｒ合金
膜の厚さは、所定時間経過後にシャッターを閉じること
により制御した。 （Ａ８−４）次に、電力を落とし放電を終了させた後、
Ａｒガスの供給を停止し、第五成膜室８の内部空間を所
望の一定圧力まで排気した。(A5) In the sixth film forming chamber 9, T
A pre-treatment layer 202 (thickness: 5 nm) made of the film a was formed. The procedure is as described in (M5-1) to (M5-
Same as 4). (A6) Next, the pretreatment layer 202 forming the surface of the substrate 201
On top, a Ta—Ni—Fe alloy film (thickness 1
nm) was formed. The procedure was the same as (M6-1) to (M6-4) in Example 1. (A7) Next, the first underlayer 20 forming the surface of the substrate 201
3 and a Ni—Fe alloy film (thickness D = 0)
-5 nm). The procedure was the same as (M7-1) to (M7-4) in Example 1. (A8) Next, an Mn-Ir alloy film (5 nm) is formed on the second underlayer 204 as the antiferromagnetic layer 205 in the fifth film forming chamber 8.
Was formed. The procedure is described in the following (A8-1) to (A8-
It is shown in 5). (A8-1) Open the gate valve 5b, take out the substrate from the first film formation chamber 5 by the transfer means built in the transfer chamber 4, close 5b, open 8b, and move to the fifth film formation chamber 8. I let it. Thereafter, the gate valve 8b was closed. The degree of vacuum in the film forming chamber 8 was maintained at a desired constant pressure even when the substrate was installed. (A8-2) Next, process gas pressure under film forming conditions (Table 1)
Ultra-high-purity Ar gas was introduced into the fifth film forming chamber 8 until the temperature reached. (A8-3) Mn-I by applying a predetermined power to the cathode
The r alloy target was sputtered. First, after performing the pre-sputtering for a predetermined time, a shutter covering the substrate surface is opened for a predetermined time, thereby forming a 7 nm thick Mn-Ir alloy film on the second underlayer 204 made of a Ni-Fe alloy film. A magnetic layer 205 was formed. The thickness of the Mn-Ir alloy film was controlled by closing a shutter after a lapse of a predetermined time. (A8-4) Next, after the power is dropped to end the discharge,
The supply of the Ar gas was stopped, and the internal space of the fifth film forming chamber 8 was evacuated to a desired constant pressure.

【００５５】（Ａ９）次に、基体２０１の表面をなす反
強磁性体層２０５上に、第三及び第四成膜室７で第一強
磁性体層２０６としてＣｏ−Ｆｅ合金膜（２ｎｍ）を、
非磁性体層２０７としてＣｕ膜（１ｎｍ）を、第二強磁
性体層２０８としてＣｏ−Ｆｅ合金膜（２ｎｍ）を、第
一保護層２１１としてＣｕ膜（１ｎｍ）を順に積層して
形成した。その手順を次の（Ａ９−１）〜（Ａ９−11）
に示す。 （Ａ９−１）反強磁性体層２０５を形成後、ゲートバル
ブ８ｂを開け、搬送室４に内蔵された搬送手段により第
五成膜室８から基板を取り出し、８ｂを閉じた後、７ｂ
を開け、第三及び第四成膜室７へ移動させ、Ｃｏ−Ｆｅ
合金ターゲットの上空位置に配置した後、ゲートバルブ
７ｂを閉じた。基板を設置した状態でも、成膜室７の真
空度は１０^-10Torr台以下の圧力を維持させた。 （Ａ９−２）次に、成膜条件のプロセスガス圧（表１）
になるまで超高純度のＡｒガスを第三及び第四成膜室７
に導入した。 （Ａ９−３）２つのカソードに所定の電力を印加し、Ｃ
ｏ−Ｆｅ合金ターゲットとＣｕターゲットを一緒にスパ
ッタリングすることにより、まず所定時間のプレスパッ
タを行った。(A9) Next, a Co—Fe alloy film (2 nm) is formed as the first ferromagnetic layer 206 in the third and fourth film forming chambers 7 on the antiferromagnetic layer 205 forming the surface of the substrate 201. To
A Cu film (1 nm) was formed as the nonmagnetic layer 207, a Co—Fe alloy film (2 nm) was formed as the second ferromagnetic layer 208, and a Cu film (1 nm) was formed as the first protective layer 211. The procedure is described in the following (A9-1) to (A9-11)
Shown in (A9-1) After forming the antiferromagnetic layer 205, the gate valve 8b is opened, the substrate is taken out of the fifth film forming chamber 8 by the transfer means built in the transfer chamber 4, and after closing 8b, 7b
Is opened and moved to the third and fourth film forming chambers 7, and Co-Fe
After being placed at the position above the alloy target, the gate valve 7b was closed. Even when the substrate was installed, the degree of vacuum in the film forming chamber 7 was maintained at a pressure of the order of 10 ⁻¹⁰ Torr or less. (A9-2) Next, process gas pressure under film forming conditions (Table 1)
Ultra-pure Ar gas is supplied to the third and fourth film forming chambers 7
Was introduced. (A9-3) A predetermined power is applied to the two cathodes, and C
First, pre-sputtering was performed for a predetermined time by sputtering the o-Fe alloy target and the Cu target together.

【００５６】（Ａ９−４）その後、Ｃｏ−Ｆｅ合金ター
ゲットと基体との間の空間に設けてあるシャッターを所
定の時間開くことにより反強磁性体層２０５に厚さ２ｎ
ｍのＣｏ−Ｆｅ合金膜からなる第一強磁性体層２０６を
形成した。Ｃｏ−Ｆｅ合金膜の厚さは、所定時間経過後
にシャッターを閉じることにより制御した。 （Ａ９−５）第一強磁性体層２０６を堆積させた基体
は、第三成膜室と第四成膜室との間で基体を移動させる
手段（不図示）を用い、Ｃｏ−Ｆｅ合金ターゲットの上
空位置からＣｕターゲットの上空位置へ移動させた。 （Ａ９−６）その後、Ｃｕターゲットと基体との間の空
間に設けてあるシャッターを所定の時間開くことにより
Ｃｏ−Ｆｅ合金膜からなる第一強磁性体層２０６上に厚
さ１ｎｍのＣｕ膜からなる非磁性体層２０７を形成し
た。Ｃｕ膜の厚さは、所定時間経過後にシャッターを閉
じることにより制御した。 （Ａ９−７）非磁性体層２０７を堆積させた基体は、第
三成膜室と第四成膜室との間で基体を移動させる手段
（不図示）を用い、再度Ｃｕターゲットの上空位置から
Ｃｏ−Ｆｅ合金ターゲットの上空位置へ移動させた。(A9-4) Thereafter, a shutter provided in a space between the Co—Fe alloy target and the base is opened for a predetermined time, so that the antiferromagnetic layer 205 has a thickness of 2 nm.
The first ferromagnetic layer 206 made of a m-Co-Fe alloy film was formed. The thickness of the Co—Fe alloy film was controlled by closing the shutter after a lapse of a predetermined time. (A9-5) The substrate on which the first ferromagnetic layer 206 is deposited is formed of a Co—Fe alloy using a means (not shown) for moving the substrate between the third film forming chamber and the fourth film forming chamber. The target was moved from the position above the target to the position above the Cu target. (A9-6) Thereafter, a shutter provided in a space between the Cu target and the base is opened for a predetermined time to thereby form a Cu film having a thickness of 1 nm on the first ferromagnetic layer 206 made of a Co—Fe alloy film. The nonmagnetic layer 207 made of was formed. The thickness of the Cu film was controlled by closing a shutter after a lapse of a predetermined time. (A9-7) The substrate on which the nonmagnetic layer 207 is deposited is again moved to a position above the Cu target by using means (not shown) for moving the substrate between the third film forming chamber and the fourth film forming chamber. Was moved to a position above the Co—Fe alloy target.

【００５７】（Ａ９−８）その後、Ｃｏ−Ｆｅ合金ター
ゲットと基体との間の空間に設けてあるシャッターを所
定の時間開くことによりＣｕ膜からなる非磁性体層２０
７上に厚さ２ｎｍのＣｏ−Ｆｅ合金膜からなる第二強磁
性体層２０８を形成した。Ｃｏ−Ｆｅ合金膜の厚さは、
所定時間経過後にシャッターを閉じることにより制御し
た。 （Ａ９−９）第二強磁性体層２０８を堆積させた基体
は、第三成膜室と第四成膜室との間で基体を移動させる
手段（不図示）を用い、再度Ｃｏ−Ｆｅ合金ターゲット
の上空位置からＣｕターゲットの上空位置へ移動させ
た。 （Ａ９−10）その後、Ｃｕターゲットと基体との間の空
間に設けてあるシャッターを所定の時間開くことにより
Ｃｏ−Ｆｅ合金膜からなる第二強磁性体層２０８上に厚
さ１ｎｍのＣｕ膜からなる第一保護層２１１を形成し
た。Ｃｕ膜の厚さは、所定時間経過後にシャッターを閉
じることにより制御した。 （Ａ９−11）次に、電力を落とし放電を終了させた後、
Ａｒガスの供給を停止し、第三及び第四成膜室７の内部
空間を所望の一定圧力まで排気した。(A9-8) Thereafter, the shutter provided in the space between the Co—Fe alloy target and the base is opened for a predetermined time, thereby opening the nonmagnetic layer 20 made of a Cu film.
A second ferromagnetic layer 208 made of a 2 nm-thick Co—Fe alloy film was formed on 7. The thickness of the Co—Fe alloy film is
The control was performed by closing the shutter after a lapse of a predetermined time. (A9-9) The substrate on which the second ferromagnetic layer 208 has been deposited is again coated with Co-Fe using means (not shown) for moving the substrate between the third film forming chamber and the fourth film forming chamber. The target was moved from the position above the alloy target to the position above the Cu target. (A9-10) Thereafter, a shutter provided in a space between the Cu target and the base is opened for a predetermined time to thereby form a Cu film having a thickness of 1 nm on the second ferromagnetic layer 208 made of a Co—Fe alloy film. The first protective layer 211 made of was formed. The thickness of the Cu film was controlled by closing a shutter after a lapse of a predetermined time. (A9-11) Next, after the power is dropped to end the discharge,
The supply of the Ar gas was stopped, and the internal spaces of the third and fourth film forming chambers 7 were evacuated to a desired constant pressure.

【００５８】（Ａ10）次に、第一保護層２１１上に、第
六成膜室９で保護層２１２としてＴａ膜（２ｎｍ）を形
成した。その手順を次の（Ａ10−１）〜（Ａ10−５）に
示す。 （Ａ10−１）ゲートバルブ７ｂを開け、搬送室４に内蔵
された搬送手段により第三及び第四成膜室７から基板を
取り出し、７ｂを閉じた後、９ｂを開け、第六成膜室９
へ移動させた。その後、ゲートバルブ９ｂを閉じた。基
板を設置した状態でも、第六成膜室９の真空度は所望の
一定圧力を維持させた。 （Ａ10−２）次に、成膜条件のプロセスガス圧（表１）
になるまで超高純度のＡｒガスを第六成膜室９に導入し
た。 （Ａ10−３）カソードに所定の電力を印加してＴａター
ゲットをスパッタリングした。まず一定時間のプレスパ
ッタを行った後、基板表面を覆うシャッターを所定の時
間開くことにより第一保護層２１１上に厚さ２ｎｍのＴ
ａ膜からなる第二保護層２１２を形成した。Ｔａ膜の厚
さは、所定時間経過後にシャッターを閉じることにより
制御した。 （Ａ10−４）次に、電力を落とし放電を終了させた後、
Ａｒガスの供給を停止し、第六成膜室９の内部空間を所
望の一定圧力まで排気した。 （Ａ11）最後に、第二保護層（Ｔａ膜）２１２の形成を
終えた基体を、第六成膜室９→前処理室３→第二ロード
室２→第一ロード室１の順に移動させることにより、第
二下地層２０４の膜厚を変えて形成した磁気抵抗効果素
子を製造装置内から取り出した。 以下では、本例で作製した磁気抵抗効果素子をＡαと呼
ぶ。(A10) Next, a Ta film (2 nm) was formed on the first protective layer 211 as the protective layer 212 in the sixth film forming chamber 9. The procedure is shown in the following (A10-1) to (A10-5). (A10-1) Open the gate valve 7b, take out the substrate from the third and fourth film forming chambers 7 by the transfer means incorporated in the transfer chamber 4, close 7b, open 9b, and open the sixth film forming chamber. 9
Moved to Thereafter, the gate valve 9b was closed. Even when the substrate was set, the degree of vacuum in the sixth film forming chamber 9 was maintained at a desired constant pressure. (A10-2) Next, process gas pressure under film forming conditions (Table 1)
Ultra-pure Ar gas was introduced into the sixth film-forming chamber 9 until the temperature reached. (A10-3) A predetermined power was applied to the cathode to sputter the Ta target. First, after performing pre-sputtering for a predetermined time, a shutter covering the substrate surface is opened for a predetermined time, thereby forming a 2 nm thick T on the first protective layer 211.
The second protective layer 212 made of the film a was formed. The thickness of the Ta film was controlled by closing the shutter after a lapse of a predetermined time. (A10-4) Next, after the power is dropped to end the discharge,
The supply of the Ar gas was stopped, and the internal space of the sixth film forming chamber 9 was evacuated to a desired constant pressure. (A11) Finally, the substrate on which the formation of the second protective layer (Ta film) 212 has been completed is moved in the order of the sixth film forming chamber 9 → the pretreatment chamber 3 → the second load chamber 2 → the first load chamber 1. Thus, the magnetoresistive element formed by changing the thickness of the second underlayer 204 was taken out of the manufacturing apparatus. Hereinafter, the magnetoresistance effect element manufactured in this example is referred to as Aα.

【００５９】（比較例２）本例では、図２に示す層構成
から第一下地層２０３を取り除いた構成の磁気抵抗効果
素子を作製した。他の点は、実施例２と同様とした。以
下では、本例で作製した試料をＡβと呼ぶ。実施例２及
び比較例２で作製した試料Ａαと試料ＡβのＸＲＤプロ
ファイルを調べ、Ｍｎ−Ｉｒ、Ｃｏ−Ｆｅ及びＣｕの
（１１１）面による回折ピークが明瞭に現れる第二下地
層１０４の必要最低厚みＤｍを求めた結果、以下の点が
明らかとなった。図３にはＴａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜から
なる第一下地層２０３を持たない試料ＡβのＸＲＤプロ
ファイルを例示した。試料Ａαに対しても同様の測定を
行い、上記Ｄｍを求めた。 （ｂ１）Ｔａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜からなる第一下地層２
０３を持つ試料Ａαでは、Ｄ＝０．５〜５ｎｍにおいて
Ｍｎ−Ｉｒ、Ｃｏ−Ｆｅ及びＣｕの（１１１）面からの
回折線が明瞭に認められた。但し、Ｄ＝０ｎｍの場合は
この回折線が消失する。つまり、第一下地層２０３を持
つ試料Ａαでは、必要最低厚みＤｍは０．５ｎｍであ
る。 （ｂ２）Ｔａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜からなる第一下地層２
０３を持たない試料Ａβでは、Ｍｎ−Ｉｒ、Ｃｏ−Ｆｅ
及びＣｕの（１１１）面からの回折線が明瞭に認められ
るＤの範囲が２〜５ｎｍと狭まる。つまり、第一下地層
２０３を持たない試料Ａβでは、必要最低厚みＤｍは２
ｎｍである。 （ｂ３）Ｔａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜からなる第一下地層２
０３を持つ試料Ａαにおいて、Ｄの値が小さな試料ほ
ど、ＭＲ比が増大する傾向が見られた。また、このＤの
値が小さな試料ほど、第二下地層１０４をなすＮｉ−Ｆ
ｅ合金膜の膜面の荒さが低減する傾向もＳＴＭを用いた
表面形態の観察から確認された。Comparative Example 2 In this example, a magnetoresistive element having a structure in which the first underlayer 203 was removed from the layer structure shown in FIG. 2 was manufactured. The other points were the same as in Example 2. Hereinafter, the sample prepared in this example is referred to as Aβ. The XRD profiles of the samples Aα and Aβ produced in the example 2 and the comparative example 2 were examined, and the necessary minimum of the second underlayer 104 in which diffraction peaks due to the (111) plane of Mn-Ir, Co-Fe and Cu clearly appeared. As a result of obtaining the thickness Dm, the following points became clear. FIG. 3 illustrates an XRD profile of the sample Aβ having no first underlayer 203 made of a Ta—Ni—Fe alloy film. The same measurement was performed on the sample Aα to determine the above Dm. (B1) First underlayer 2 made of a Ta-Ni-Fe alloy film
In sample Aα having No. 03, diffraction lines from the (111) plane of Mn-Ir, Co-Fe and Cu were clearly observed at D = 0.5 to 5 nm. However, when D = 0 nm, this diffraction line disappears. That is, in the sample Aα having the first underlayer 203, the required minimum thickness Dm is 0.5 nm. (B2) First underlayer 2 made of a Ta-Ni-Fe alloy film
No. 03, Mn-Ir, Co-Fe
And the range of D where diffraction lines from the (111) plane of Cu are clearly recognized is narrowed to 2 to 5 nm. That is, in the sample Aβ having no first underlayer 203, the required minimum thickness Dm is 2
nm. (B3) First underlayer 2 made of a Ta-Ni-Fe alloy film
In the sample Aα having 03, a tendency that the MR ratio increases as the value of D decreases is observed. Further, the smaller the value of D, the more Ni-F
The tendency of the roughness of the film surface of the e-alloy film to decrease was also confirmed from observation of the surface morphology using STM.

【００６０】以上のことから、Ｔａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜
からなる第一下地層２０３の働きで、Ｎｉ−Ｆｅ合金膜
からなる第二下地層２０４の濡れ性が良くなり、（１１
１）配向した結晶粒が膜面内方向に大きく成長した結
果、その上に積層されたＭｎ−Ｉｒ合金膜、Ｃｏ−Ｆｅ
合金膜及びＣｕ膜が強く（１１１）配向したと考えられ
る。従って、スピンバルブ型の構造体２０９をなす各層
に良好な結晶配向性を持たせるためには、Ｔａ−Ｎｉ−
Ｆｅ合金膜からなる第一下地層２０３と、前記第一下地
層２０３上に設けられ面心立方構造からなり（１１１）
面が優先成長面をなす第二下地層２０４とを設けた上
に、スピンバルブ型の構造体２０９を設けることが有効
であることが明らかとなった。なお、実施例２及び比較
例２では、第一下地層２０３上に設けられ面心立方構造
からなり（１１１）面が優先成長面をなす第二下地層２
０４としてＮｉ−Ｆｅ合金膜を用いた場合について述べ
たが、Ｎｉ−Ｆｅ合金膜に代えてＣｕ膜あるいはＣｏ−
Ｆｅ合金膜あるいはＮｉ−Ｆｅ合金膜、Ｃｏ−Ｆｅ合金
膜、Ｃｕ膜を適宜、組み合わせた積層膜を用いても同様
の作用・効果が得られることが判明した。From the above, the wettability of the second underlayer 204 made of the Ni—Fe alloy film is improved by the function of the first underlayer 203 made of the Ta—Ni—Fe alloy film, and (11)
1) As a result of the oriented crystal grains growing largely in the in-plane direction of the film, a Mn-Ir alloy film, Co-Fe
It is considered that the alloy film and the Cu film were strongly (111) oriented. Therefore, in order to give each layer constituting the spin-valve structure 209 good crystal orientation, Ta-Ni-
A first underlayer 203 made of an Fe alloy film, and a face-centered cubic structure provided on the first underlayer 203 (111)
It has been found that it is effective to provide the spin-valve type structure 209 on the second base layer 204 whose surface forms the preferential growth surface. In Example 2 and Comparative Example 2, the second underlayer 2 provided on the first underlayer 203 and having a face-centered cubic structure and having a (111) plane as a preferential growth surface was used.
Although the case where a Ni—Fe alloy film is used as 04 has been described, a Cu film or a Co—
It has been found that the same operation and effect can be obtained by using a laminated film in which an Fe alloy film, a Ni—Fe alloy film, a Co—Fe alloy film, and a Cu film are appropriately combined.

【００６１】（実施例３）本例では、実施例１で述べた
人工格子型の構造体１０７を備えた磁気抵抗効果素子を
用い、磁気抵抗効果センサの一つである回転位置検出セ
ンサ（ロータリエンコーダ）用の磁気ヘッドを作製した
場合について説明する。図４は、本発明に係る人工格子
型の構造体を備えた磁気抵抗効果素子を回転位置検出セ
ンサ（ロータリエンコーダ）用の磁気ヘッドに適用した
場合の一例を示す図である。（ａ）は磁気ドラムに対す
る磁気ヘッドを構成する磁気抵抗効果素子の配置例を示
す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’部分
の断面図である。図４において、４００、４１０は磁気
ヘッドを構成する磁気抵抗効果素子、４０１は基板、４
０２ａは第一下地層、４０２ｂは第二下地層、４０３は
人工格子型の構造体、４０４はハード膜、４０５はＭＲ
電極、４０６は保護膜、４２０は磁気ドラム、４２１は
磁気記録媒体である。円筒形の磁気ドラム４２０の周面
上に設けられた磁気記録媒体４２１は、位置読み取り精
度に応じて、移動方向（矢印Ｂの方向）に平行に漏洩磁
界が出るように多極着磁されている。磁気抵抗効果素子
４００、４１０は磁気記録媒体４２１から例えば１００
μｍ程度離れた位置に配置される。(Embodiment 3) In this embodiment, a magnetoresistive element having the artificial lattice type structure 107 described in Embodiment 1 is used, and a rotational position detection sensor (rotary A case in which a magnetic head for (encoder) is manufactured will be described. FIG. 4 is a diagram showing an example in which the magnetoresistive element including the artificial lattice type structure according to the present invention is applied to a magnetic head for a rotational position detection sensor (rotary encoder). (A) is a perspective view showing an arrangement example of a magnetoresistive element constituting a magnetic head with respect to a magnetic drum, and (b) is a cross-sectional view of AA 'part in (a). 4, reference numerals 400 and 410 denote magnetoresistive elements constituting a magnetic head, 401 denotes a substrate,
02a is a first underlayer, 402b is a second underlayer, 403 is an artificial lattice type structure, 404 is a hard film, and 405 is MR.
The electrode, 406 is a protective film, 420 is a magnetic drum, and 421 is a magnetic recording medium. The magnetic recording medium 421 provided on the peripheral surface of the cylindrical magnetic drum 420 is multipolar magnetized so that a leakage magnetic field is generated in parallel with the moving direction (the direction of arrow B) according to the position reading accuracy. I have. The magnetoresistive elements 400 and 410 are separated from the magnetic recording medium 421 by, for example, 100
It is arranged at a position about μm apart.

【００６２】図４の磁気ヘッドは、多極着磁された磁気
記録媒体４２１に磁気抵抗効果素子４００、４１０を２
〜４個対向させて、表面磁界の分布を正弦波で検出する
ものであり、図４は２個の素子からなる場合を示してい
る。図４では、漏洩磁界検出部として機能する磁気抵抗
効果素子４００、４１０を詳述するため、磁気ヘッドの
他の構成要素は省略した。図示しない他の構成要素とし
ては、漏洩磁界検出部からの電子信号を取り出すリード
線取り出し部やリード線、漏洩磁界検出部への電流導入
手段などが挙げられる。磁気抵抗効果素子４００、４１
０は略長方形の形態からなり、多極着磁された磁気記録
媒体４２１の漏洩磁界を検出するため、磁気ドラム４２
０の周面が移動する方向（矢印Ｂの方向）を短辺とし、
これと垂直をなす方向が長辺となるように配置される。
すなわち、複数個の磁気抵抗効果素子は、磁気ドラム４
２０の周面上の空間に、ストライプパターンをなすよう
に配置される。ストライプパターンは、例えば幅数十μ
ｍ、長さ数ｍｍにエッチングされて作製される。例え
ば、一つの磁気抵抗効果素子４００の幅（短辺）方向に
磁界が印加された場合、その大きさによって素子の抵抗
は磁界が反転する付近で極大値をとるように変化する。
つまり、磁気ドラム４２０の回転移動にともない素子４
００にかかる漏洩磁界の大きさは一定周期で変化するの
で、この変化を電圧変化として捉えると正弦波状の信号
が得られる。この信号を利用することで、磁気ドラム４
２０の回転制御が可能となる。In the magnetic head shown in FIG. 4, two magnetoresistive elements 400 and 410 are provided on a multi-pole magnetized magnetic recording medium 421.
The surface magnetic field distribution is detected as a sine wave by facing up to four elements, and FIG. 4 shows a case where the element is composed of two elements. In FIG. 4, other components of the magnetic head are omitted in order to describe the magneto-resistance effect elements 400 and 410 functioning as the leakage magnetic field detection unit in detail. Other components (not shown) include a lead wire take-out unit and a lead wire for extracting an electronic signal from the leakage magnetic field detection unit, a current introduction unit to the leakage magnetic field detection unit, and the like. Magnetoresistance effect element 400, 41
Numeral 0 has a substantially rectangular shape, and is used to detect a leakage magnetic field of the magnetic recording medium 421 magnetized with multipolarity.
The direction in which the peripheral surface of 0 moves (the direction of arrow B) is a short side,
It is arranged so that the direction perpendicular to this becomes the long side.
That is, the plurality of magnetoresistive elements are
20 are arranged in a space on the peripheral surface so as to form a stripe pattern. The stripe pattern is, for example, several tens μm in width.
It is manufactured by etching to a length of m and several mm. For example, when a magnetic field is applied in the width (short side) direction of one magnetoresistive element 400, the resistance of the element changes so as to take a local maximum value near the reversal of the magnetic field depending on the magnitude.
That is, as the magnetic drum 420 rotates, the element 4
Since the magnitude of the leakage magnetic field according to 00 changes at a constant period, a sine-wave-like signal is obtained when this change is regarded as a voltage change. By utilizing this signal, the magnetic drum 4
20 rotation control becomes possible.

【００６３】磁気ドラム４２０の回転が高速化すると、
磁気抵抗効果素子４００には漏洩磁界のさらなる高感度
な検出が求められる。その最もシンプルな解決法は素子
自体のＭＲ比を増大させることである。また、高速回転
体の近傍に素子が配置されることから、素子は熱的な影
響を受けやすい状況下にある。したがって、耐熱性に優
れた素子が期待されていた。本発明に係るバッファ部材
を備えた磁気抵抗効果素子は、極力酸素を含有させるこ
となく作製した構造体により高いＭＲ比を実現したの
で、長期に渡って熱的影響を受けても構造体をなす界面
の平坦性が維持され、ＭＲ比の経時変化を抑制できる。
したがって、本発明に係る素子を適用したロータリエン
コーダ用の磁気ヘッドは、従来より高感度でかつ長期信
頼性に優れたものとなる。When the rotation speed of the magnetic drum 420 is increased,
The magnetoresistive effect element 400 is required to detect the leakage magnetic field with higher sensitivity. The simplest solution is to increase the MR ratio of the device itself. Further, since the element is disposed near the high-speed rotating body, the element is under a condition that is easily affected by heat. Therefore, an element having excellent heat resistance was expected. The magnetoresistive effect element provided with the buffer member according to the present invention achieves a high MR ratio by a structure manufactured without containing oxygen as much as possible, and thus forms a structure even if it is thermally affected for a long period of time. The flatness of the interface is maintained, and the temporal change of the MR ratio can be suppressed.
Therefore, the magnetic head for the rotary encoder to which the element according to the present invention is applied has higher sensitivity and longer-term reliability than the conventional one.

【００６４】（実施例４）本例では、実施例２で述べた
スピンバルブ型の構造体２０９を備えた磁気抵抗効果素
子を用い、磁気抵抗効果センサの一つであるスピンバル
ブ型ＧＭＲ再生ヘッド及び、これと誘導型記録ヘッドを
組み合わせた記録再生分離型磁気ヘッドを作製した。図
５は、本発明に係るスピンバルブ型の構造体を備えた磁
気抵抗効果素子をＨＤＤ用の記録再生分離型磁気ヘッド
を構成する再生ヘッドに適用した場合の一例を示す図で
あり、（ａ）は磁気ヘッドの一部を切断した斜視図、
（ｂ）は磁気抵抗効果素子近傍の部分拡大図である。図
５において、５０１は磁気抵抗効果素子、５０２ａは第
一下地層、５０２ｂは第二下地層、５０３はスピンバル
ブ型の構造体、５０４はハード膜、５０５はＭＲ電極、
５１１は再生ヘッド、５１２は記録ヘッドの下部磁極
（５２４）を兼ねる再生ヘッドの上部シールド、５１
３、５１４は絶縁膜、５１５は再生ヘッドの下部シール
ド、５１６は基板、５２１は記録ヘッド、５２２は記録
ヘッドの上部ポール、５２３は導電体からなるコイル、
５２４は再生ヘッドの上部シールド（５１２）を兼ねる
記録ヘッドの下部磁極である。ここで、記録ヘッドを構
成する磁極は通称ポールとも呼ばれる。スピンバルブ型
の構造体５０４は、第二下地層５０２ｂ上に不図示の反
強磁性体層、固定磁化層をなす第一強磁性体層、非磁性
体層、自由磁化層をなす第二強磁性体層、が順番に積層
された構造体であり、通称ボトムスピンバルブ型と呼称
されるものである。(Embodiment 4) In this embodiment, a magnetoresistive element having the spin valve type structure 209 described in Embodiment 2 is used, and a spin valve type GMR reproducing head which is one of the magnetoresistive sensors is used. Further, a recording / reproducing separation type magnetic head combining this and an induction type recording head was produced. FIG. 5 is a diagram showing an example in which a magnetoresistive element having a spin-valve type structure according to the present invention is applied to a read head constituting a read / write separated magnetic head for an HDD. ) Is a perspective view in which a part of the magnetic head is cut,
(B) is a partial enlarged view near the magnetoresistive element. 5, reference numeral 501 denotes a magnetoresistive element, 502a denotes a first underlayer, 502b denotes a second underlayer, 503 denotes a spin-valve structure, 504 denotes a hard film, 505 denotes an MR electrode,
Reference numeral 511 denotes a reproducing head; 512, an upper shield of the reproducing head serving also as a lower magnetic pole (524) of the recording head;
3, 514 is an insulating film, 515 is a lower shield of a reproducing head, 516 is a substrate, 521 is a recording head, 522 is an upper pole of the recording head, 523 is a coil made of a conductor,
Reference numeral 524 denotes a lower magnetic pole of the recording head which also serves as an upper shield (512) of the reproducing head. Here, the magnetic poles constituting the recording head are also commonly called poles. The spin valve type structure 504 includes an antiferromagnetic layer (not shown), a first ferromagnetic layer forming a fixed magnetic layer, a nonmagnetic layer, and a second magnetic layer forming a free magnetic layer on the second underlayer 502b. A magnetic body layer is a structure in which layers are sequentially stacked, and is generally called a bottom spin valve type.

【００６５】本発明に係る２層の下地層すなわち第一下
地層５０２ａ及び第二下地層５０２ｂ上に設けたスピン
バルブ型の構造体５０３とからなる磁気抵抗効果素子５
０１を上部シールド層５１２と下部シールド層５１５で
挟んだ部分が再生ヘッド５１１として働き、薄膜Ｃｕか
らなるコイル５２３を上部磁極５２２と下部磁極５２４
で挟んだ部分が記録ヘッド５２１として機能する。本発
明に係る記録再生分離型磁気ヘッドは、再生ヘッド５１
１の上部シールド５１２が、記録ヘッド５２１の下部磁
極５２４を兼ねる構成とした場合である。なお図５で
は、絶縁膜５１４と再生ヘッドの下部シールド５１５
が、磁気抵抗効果素子５０１の基板５１６として機能す
る。上記構成において、本発明に係る再生ヘッド５１１
は、磁気抵抗効果素子５０１の上下に絶縁膜５１３、５
１４として十分な厚みのアルミナ膜（合計厚み、例えば
８０ｎｍ）を配した状態で、ギャップ長（上部シールド
５１２と下部シールド５１５との間隔）０．１μｍを実
現した。また上記構成では、再生ヘッド５１１の上部シ
ールド５１２が記録ヘッド５２１の下部ポール５２４を
兼ねる場合について説明したが、上部シールド５１２と
下部ポール５２４に別材料を用い積層構造としたり、あ
るいは両者５１２、５２４の間に他の構成物を配置して
も本発明の作用・効果は失われるものではない。さらに
上記説明では記録再生分離型磁気ヘッドを構成する再生
ヘッドに本発明に係る磁気抵抗効果素子を適用した場合
について述べたが、再生専用の磁気ヘッドに本発明に係
る磁気抵抗効果素子を利用しても構わないことは言うま
でもない。A magnetoresistive element 5 comprising a two-layer underlayer according to the present invention, ie, a spin-valve structure 503 provided on a first underlayer 502a and a second underlayer 502b.
01 between the upper shield layer 512 and the lower shield layer 515 functions as the reproducing head 511, and the coil 523 made of the thin film Cu is connected to the upper magnetic pole 522 and the lower magnetic pole 524.
The portion sandwiched between functions as the recording head 521. The read / write separation type magnetic head according to the present invention includes a read head 51.
In this case, one upper shield 512 also serves as the lower magnetic pole 524 of the recording head 521. In FIG. 5, the insulating film 514 and the lower shield 515 of the read head are shown.
Function as a substrate 516 of the magnetoresistive element 501. In the above configuration, the reproducing head 511 according to the present invention
Are insulating films 513, 5 above and below the magnetoresistive element 501.
The gap length (the distance between the upper shield 512 and the lower shield 515) of 0.1 μm was realized with an alumina film having a sufficient thickness (total thickness, for example, 80 nm) as 14. Further, in the above configuration, the case where the upper shield 512 of the reproducing head 511 also functions as the lower pole 524 of the recording head 521 has been described. However, the upper shield 512 and the lower pole 524 may have a laminated structure using different materials, or may have a laminated structure. The operation and effect of the present invention are not lost even if other components are arranged between them. Further, in the above description, the case where the magnetoresistive element according to the present invention is applied to the read head constituting the separate read / write magnetic head is described. Needless to say, it does not matter.

【００６６】[0066]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基体上にＧＭＲ多層膜をなす人工格子型の構造体又はス
ピンバルブ型の構造体を備えた第一又は第二磁気抵抗効
果素子は、基体と各構造体との間に、Ｔａ−Ｎｉ−Ｆｅ
合金膜からなる第一下地層と、前記第一下地層上に設け
られ面心立方構造からなり（１１１）面が優先成長面を
なす膜からなる第二下地層とを、下から順に積層して設
けた。これにより、従来は粒径の大型化に伴い界面の荒
れが増大したＸＣで作製しても、第二下地層における粒
径の大型化と界面の平坦化を両立することが可能となっ
た。この平坦性が改善された第二下地層上に、各構造体
を設けることにより、各構造体における積層界面の平坦
性を著しく改善することができる。その結果、各構造体
をなす各層の極薄膜化を図った場合、具体的は数ｎｍの
膜厚とした場合でも、各構造体をなす各層は良好な結晶
配向性を維持できる。ゆえに、本発明によれば、極めて
厚みの少ない人工格子型の構造体又はスピンバルブ型の
構造体を持ちながら、極めて安定したＭＲ比を有するこ
とができる磁気抵抗効果素子の提供が可能となる。As described above, according to the present invention,
A first or second magnetoresistive element having an artificial lattice type structure or a spin valve type structure forming a GMR multilayer film on a substrate is provided with Ta-Ni-Fe between the substrate and each structure.
A first underlayer made of an alloy film and a second underlayer made of a film provided on the first underlayer and having a face-centered cubic structure and a (111) plane forming a preferential growth surface are laminated in order from the bottom. Provided. As a result, it has been possible to achieve both the enlargement of the grain size in the second underlayer and the flattening of the interface, even in the case of the conventional XC, in which the roughness of the interface increases with the increase in the grain size. By providing each structure on the second underlayer with improved flatness, the flatness of the lamination interface in each structure can be significantly improved. As a result, when the thickness of each layer constituting each structure is reduced, specifically, even when the thickness is several nm, each layer constituting each structure can maintain good crystal orientation. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a magnetoresistive element capable of having an extremely stable MR ratio while having an artificial lattice type structure or a spin valve type structure having a very small thickness.

【００６７】また本発明によれば、従来技術のようにＧ
ＭＲ多層膜をなす各構造体１０７、２０９内あるいはこ
の多層膜に接する位置の第二下地層１０４、２０４内に
酸素、Ｓｉ原子等のサーファクタント原子が含まれてい
ないので、これらのサーファクタント原子がＧＭＲ多層
膜の構造体１０７、２０９をなす膜中に分散する恐れが
ない。従って、上記構成によれば、熱的影響を受けづら
くなるので、長期信頼性に優れる磁気抵抗効果素子が得
られる。また、上述した構成を有する磁気抵抗効果素子
は、本発明に係る第一又は第二磁気抵抗効果素子の製造
方法により安定して作製できる。更に、上述した磁気抵
抗効果素子を各種磁気ヘッドに組み込むことによって、
従来より著しく高感度で、熱的な信頼性にも優れた磁気
抵抗効果センサの提供が可能となる。Further, according to the present invention, as in the prior art, G
Surfactant atoms such as oxygen and Si atoms are not contained in each of the structures 107 and 209 forming the MR multilayer film or in the second underlayers 104 and 204 at positions in contact with the multilayer film. There is no risk of dispersion in the films forming the multilayer structures 107 and 209. Therefore, according to the above configuration, the magneto-resistance effect element having excellent long-term reliability can be obtained since it is hardly affected by heat. Further, the magnetoresistive element having the above-described configuration can be stably manufactured by the method of manufacturing the first or second magnetoresistive element according to the present invention. Further, by incorporating the above-described magnetoresistive effect element into various magnetic heads,
It is possible to provide a magnetoresistive sensor having extremely high sensitivity and excellent thermal reliability as compared with the related art.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】 図１は、本発明に係る磁気抵抗効果素子の一
例を示す模式的な断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of a magnetoresistive element according to the present invention.

【図２】 図２は、本発明に係る磁気抵抗効果素子の他
の一例を示す模式的な断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view showing another example of the magnetoresistance effect element according to the present invention.

【図３】 図３は、比較例２で作製した、Ｔａ−Ｎｉ−
Ｆｅ合金膜からなる第一下地層２０３を持たない試料Ａ
βのＸＲＤプロファイルを示す図である。FIG. 3 shows Ta-Ni- fabricated in Comparative Example 2.
Sample A without the first underlayer 203 made of an Fe alloy film
FIG. 3 is a diagram showing an XRD profile of β.

【図４】 図４は、本発明に係る磁気抵抗効果センサの
一例を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic view showing an example of a magnetoresistive sensor according to the present invention.

【図５】 図５は、本発明に係る磁気抵抗効果センサの
他の一例を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic view showing another example of the magnetoresistance effect sensor according to the present invention.

【図６】 図６は、本発明に係る磁気抵抗効果素子を作
製するために用いたスパッタ成膜装置を上方から見た模
式的な平面図である。FIG. 6 is a schematic plan view of a sputter deposition apparatus used for producing the magnetoresistance effect element according to the present invention, as viewed from above.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 第一ロード室、 ２ 第二ロード室、 ２ａ、３ａ、４ａ、４ａ’、５ａ、６ａ、７ａ、７
ａ’、８ａ 排気手段、 ２ｂ、３ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂ、８ｂ ゲートバルブ、 ３ 前処理室、 ４ 搬送室、 ５ 第一成膜室、 ６ 第二成膜室、 ７ 第三及び第四成膜室、 ８ 第五成膜室、 ９ 第六成膜室、 １０、１１ 基板の移動手段、 １００、２００ 磁気抵抗効果素子、 １０１、２０１ 基体、 １０２、２０２ 前処理層、 １０３、２０３ 第一下地層、 １０４、２０４ 第二下地層、 １０５ 強磁性体層、 １０６、２０７ 非磁性体層、 １０７ 人工格子型の構造体、 ２０５ 反強磁性体層、 ２０６ 第一強磁性体層、 ２０８ 第二強磁性体層、 ２０９ スピンバルブ型の構造体、 ２１０ 保護層、 ２１１ 第一保護層、 ２１２ 第二保護層、 ４００、４１０ 磁気抵抗効果素子、 ４０１ 基板、 ４０２ａ 第一下地層、 ４０２ｂ 第二下地層、 ４０３ 人工格子型の構造体、 ４０４ ハード膜、 ４０５ ＭＲ電極、 ４０６ 保護膜、 ４２０ 磁気ドラム、 ４２１ 磁気記録媒体、 ５０１ 磁気抵抗効果素子、 ５０２ａ 第一下地層、 ５０２ｂ 第二下地層、 ５０３ スピンバルブ型の構造体、 ５０４ ハード膜、 ５０５ ＭＲ電極、 ５１１ 再生ヘッド、 ５１２ 下部磁極（５２４）を兼ねる上部シールド、 ５１３、５１４ 絶縁膜、 ５１５ 下部シールド、 ５１６ 基板、 ５２１ 記録ヘッド、 ５２２ 上部ポール、 ５２３ コイル、 ５２４ 上部シールド（５１２）を兼ねる下部磁極。1 first load chamber, 2 second load chamber, 2a, 3a, 4a, 4a ', 5a, 6a, 7a, 7
a ', 8a Exhaust means, 2b, 3b, 5b, 6b, 7b, 8b Gate valve, 3 Pretreatment chamber, 4 Transfer chamber, 5 First film forming chamber, 6 Second film forming chamber, 7 Third and 4th Film forming chamber, 8 fifth film forming chamber, 9 sixth film forming chamber, 10, 11 substrate moving means, 100, 200 magnetoresistive element, 101, 201 substrate, 102, 202 pretreatment layer, 103, 203 One underlayer, 104, 204 second underlayer, 105 ferromagnetic layer, 106, 207 nonmagnetic layer, 107 artificial lattice structure, 205 antiferromagnetic layer, 206 first ferromagnetic layer, 208 Second ferromagnetic layer, 209 spin valve type structure, 210 protective layer, 211 first protective layer, 212 second protective layer, 400, 410 magnetoresistive element, 401 substrate, 402a first underlayer, 402b Two underlayers, 403 Lattice type structure, 404 hard film, 405 MR electrode, 406 protective film, 420 magnetic drum, 421 magnetic recording medium, 501 magnetoresistive element, 502a first underlayer, 502b second underlayer, 503 spin valve type Structure, 504 hard film, 505 MR electrode, 511 reproducing head, 512 upper shield also serving as lower magnetic pole (524), 513, 514 insulating film, 515 lower shield, 516 substrate, 521 recording head, 522 upper pole, 523 coil, 524 Lower magnetic pole also serving as upper shield (512).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 43/12 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ (72)発明者 屋上 公二郎 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉05 東北大 学大学院工学研究科電子工学専攻内 (72)発明者 角田 匡清 宮城県仙台市青葉区荒巻字青葉05 東北大 学大学院工学研究科電子工学専攻内 (72)発明者 高橋 研 宮城県仙台市太白区人来田２丁目20−２ Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AB07 AD55 AD65 5D034 BA03 BA04 BA12 BB09 CA08 5E049 AA01 AA07 AC00 AC05 BA12 BA16 CB02 DB12 GC01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. ⁷ Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 43/12 G01R 33/06 R (72) Inventor Koujiro Roof 05 Aoba Aramaki, Aoba-ku, Aoba-ku, Sendai, Miyagi Tohoku Graduate School of Engineering, Graduate School of Engineering (72) Inventor Masayoshi Tsunoda 05 Aoba, Aramaki, Aoba-ku, Aoba-ku, Sendai, Miyagi Prefecture Tohoku University Graduate School of Engineering, Department of Electronics (72) Inventor Ken Takahashi Sendai, Miyagi 2-207-1 Hitokita, Taihaku-ku F-term (reference) 2G017 AA01 AB07 AD55 AD65 5D034 BA03 BA04 BA12 BB09 CA08 5E049 AA01 AA07 AC00 AC05 BA12 BA16 CB02 DB12 GC01

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 Ｔａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜からなる第一下
地層と、前記第一下地層上に設けられ面心立方構造から
なり（１１１）面が優先成長面をなす第二下地層と、前
記第二下地層上に設けられ強磁性体層と非磁性体層を順
に複数回積層してなる構造体と、を具備したことを特徴
とする磁気抵抗効果素子。1. A first underlayer made of a Ta—Ni—Fe alloy film, and a second underlayer provided on the first underlayer and having a face-centered cubic structure and having a (111) plane as a preferential growth surface. And a structure provided on the second underlayer and formed by sequentially laminating a ferromagnetic layer and a nonmagnetic layer a plurality of times. 【請求項２】 Ｔａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜からなる第一下
地層と、前記第一下地層上に設けられ面心立方構造から
なり（１１１）面が優先成長面をなす第二下地層と、前
記第二下地層上に設けられ反強磁性体層、第一強磁性体
層、非磁性体層、第二強磁性体層が順に積層されてなる
構造体と、を具備したことを特徴とする磁気抵抗効果素
子。2. A first underlayer made of a Ta-Ni-Fe alloy film, and a second underlayer provided on the first underlayer and having a face-centered cubic structure and having a (111) plane as a preferential growth surface. A structure in which an antiferromagnetic layer, a first ferromagnetic layer, a nonmagnetic layer, and a second ferromagnetic layer are sequentially stacked on the second underlayer. Magneto-resistance effect element. 【請求項３】 前記第二下地層は、Ｎｉ−Ｆｅ合金膜、
Ｃｕ膜、又はＣｏ−Ｆｅ合金膜のいずれか１つであるこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気抵抗効果素
子。3. The second underlayer is a Ni—Fe alloy film,
The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the magnetoresistive element is one of a Cu film and a Co—Fe alloy film. 【請求項４】 前記第一下地層がＴａ膜からなる前処理
層を最表面とする基体上に設けられる場合、前記第一下
地層の組成は、原子％で、Ｔａの比率をｘ％、Ｎｉの比
率をｙ％、Ｆｅの比率をｚ％としたとき、ｘ＝２０〜６
０、ｙ＝２５〜７０、ｚ＝５〜２０、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１０
０であることを特徴とする請求項３に記載の磁気抵抗効
果素子。4. When the first underlayer is provided on a substrate having a pretreatment layer made of a Ta film as the outermost surface, the composition of the first underlayer is atomic%, the ratio of Ta is x%, When the ratio of Ni is y% and the ratio of Fe is z%, x = 20 to 6
0, y = 25-70, z = 5-20, x + y + z = 10
The magnetoresistance effect element according to claim 3, wherein the value is zero. 【請求項５】 減圧可能な空間に基体を配置し、前記空
間を１０^-10Torr台以下に減圧する工程と、 前記基体上にＴａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜からなる第一下地
層を形成する工程と、 前記第一下地層上に面心立方構造からなり（１１１）面
が優先成長面をなす第二下地層を設ける工程と、 前記第二下地層上に強磁性体層と非磁性体層を順に複数
回積層してなる構造体を設ける工程と、 を具備したことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方
法。5. A step of arranging a substrate in a space where pressure can be reduced, reducing the pressure of the space to a level of 10 ⁻¹⁰ Torr or less, and forming a first underlayer made of a Ta—Ni—Fe alloy film on the substrate. Providing a second underlayer having a face-centered cubic structure and having a (111) plane as a preferential growth surface on the first underlayer; Providing a structure in which layers are sequentially laminated a plurality of times. 【請求項６】 減圧可能な空間に基体を配置し、前記空
間を１０^-10Torr台以下に減圧する工程と、 前記基体上にＴａ−Ｎｉ−Ｆｅ合金膜からなる第一下地
層を形成する工程と、 前記第一下地層上に面心立方構造からなり（１１１）面
が優先成長面をなす第二下地層を設ける工程と、 前記第二下地層上に反強磁性体層、第一強磁性体層、非
磁性体層、第二強磁性体層が順に積層されてなる構造体
を設ける工程と、 を具備したことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方
法。6. A step of arranging a base in a space where pressure can be reduced and reducing the space to a level of 10 ⁻¹⁰ Torr or less, and forming a first underlayer made of a Ta—Ni—Fe alloy film on the base. Providing a second underlayer having a face-centered cubic structure on the first underlayer and having a (111) plane as a preferential growth surface; and an antiferromagnetic layer on the second underlayer. Providing a structure in which a ferromagnetic layer, a non-magnetic layer, and a second ferromagnetic layer are sequentially stacked; and a method for manufacturing a magnetoresistance effect element. 【請求項７】 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
磁気抵抗効果素子を備えたことを特徴とする磁気抵抗効
果センサ。7. A magnetoresistive sensor comprising the magnetoresistive element according to claim 1. Description: