JP2002176211A - 磁気抵抗効果素子とその製造方法、およびこれを用いた磁気デバイス - Google Patents
磁気抵抗効果素子とその製造方法、およびこれを用いた磁気デバイスInfo
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- JP2002176211A JP2002176211A JP2001266140A JP2001266140A JP2002176211A JP 2002176211 A JP2002176211 A JP 2002176211A JP 2001266140 A JP2001266140 A JP 2001266140A JP 2001266140 A JP2001266140 A JP 2001266140A JP 2002176211 A JP2002176211 A JP 2002176211A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の電気抵抗値を実用的な
範囲にまで高くする。また、磁気記録の高密度化による
トラック幅の狭小化に対応しうる上記素子およびＴＭＲ
素子を提供する。 【解決手段】 非磁性層７の面積Ｓ1が１μｍ2以下であ
り、第１磁性層６、第２磁性層８および非磁性層７から
選ばれる少なくとも１層が、電流が通過する第１領域３
０と、この領域を構成する材料の酸化膜、窒化膜または
酸窒化膜からなる第２領域２０とを有し、上記第１領域
の面積Ｓ2が、上記非磁性層の面積よりも小さいＭＲ素
子とする。この素子は、上記各層の少なくとも１層の側
面から、酸化、窒化または酸窒化を行うことにより形成
できる。
範囲にまで高くする。また、磁気記録の高密度化による
トラック幅の狭小化に対応しうる上記素子およびＴＭＲ
素子を提供する。 【解決手段】 非磁性層７の面積Ｓ1が１μｍ2以下であ
り、第１磁性層６、第２磁性層８および非磁性層７から
選ばれる少なくとも１層が、電流が通過する第１領域３
０と、この領域を構成する材料の酸化膜、窒化膜または
酸窒化膜からなる第２領域２０とを有し、上記第１領域
の面積Ｓ2が、上記非磁性層の面積よりも小さいＭＲ素
子とする。この素子は、上記各層の少なくとも１層の側
面から、酸化、窒化または酸窒化を行うことにより形成
できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素子
（以下、「ＭＲ素子」と記す）とその製造方法に関す
る。本発明は、さらに、ＭＲ素子を用いた磁気デバイ
ス、例えば、磁気抵抗効果型ヘッド（以下、「ＭＲヘッ
ド」と記す）、磁気記録再生装置（例えばハードディス
ク装置）に関する。
（以下、「ＭＲ素子」と記す）とその製造方法に関す
る。本発明は、さらに、ＭＲ素子を用いた磁気デバイ
ス、例えば、磁気抵抗効果型ヘッド（以下、「ＭＲヘッ
ド」と記す）、磁気記録再生装置（例えばハードディス
ク装置）に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気記録の高密度化に対応するべく、Ｇ
ＭＲ素子を用いた再生磁気ヘッドが開発された。また、
更なる高密度化に対応するために、抵抗変化が大きく、
抵抗自体も大幅に大きいＴＭＲ（Tunnel Magnetoresisa
nce）素子も盛んに研究されている。ＴＭＲ素子では、
非磁性層として絶縁層が用いられ、この絶縁層を通過す
るトンネル電流が利用される。通常、ＧＭＲ素子は膜面
に平行に電流を流して使用されるが（ＣＩＰ−ＧＭＲ；
Current in Plane-GMR）、ＴＭＲ素子と同様、膜面に垂
直に電流を流す素子（ＣＰＰ−ＧＭＲ；Current Perpen
dicular to the Plane-GMR）も提案されている。ＣＰＰ
−ＧＭＲ素子は、Ｃｏ／Ｃｕ、Ｃｏ／Ａｇ系等において
は、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子に比べ、ＭＲ比が５倍程度高く
なる。
ＭＲ素子を用いた再生磁気ヘッドが開発された。また、
更なる高密度化に対応するために、抵抗変化が大きく、
抵抗自体も大幅に大きいＴＭＲ（Tunnel Magnetoresisa
nce）素子も盛んに研究されている。ＴＭＲ素子では、
非磁性層として絶縁層が用いられ、この絶縁層を通過す
るトンネル電流が利用される。通常、ＧＭＲ素子は膜面
に平行に電流を流して使用されるが（ＣＩＰ−ＧＭＲ；
Current in Plane-GMR）、ＴＭＲ素子と同様、膜面に垂
直に電流を流す素子（ＣＰＰ−ＧＭＲ；Current Perpen
dicular to the Plane-GMR）も提案されている。ＣＰＰ
−ＧＭＲ素子は、Ｃｏ／Ｃｕ、Ｃｏ／Ａｇ系等において
は、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子に比べ、ＭＲ比が５倍程度高く
なる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ＣＰＰ−ＧＭＲ素子で
は、非磁性層に金属層が用いられ、しかも膜面に垂直に
電流が流れるため、デバイスに利用するには抵抗が低く
なり過ぎる。素子を小型化すれば、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子
においても、ある程度の高抵抗化は実現できる。しか
し、リソグラフィー技術を適用して小型化するだけで
は、十分に高い抵抗を有するＣＰＰ−ＧＭＲ素子が得ら
れない。
は、非磁性層に金属層が用いられ、しかも膜面に垂直に
電流が流れるため、デバイスに利用するには抵抗が低く
なり過ぎる。素子を小型化すれば、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子
においても、ある程度の高抵抗化は実現できる。しか
し、リソグラフィー技術を適用して小型化するだけで
は、十分に高い抵抗を有するＣＰＰ−ＧＭＲ素子が得ら
れない。
【０００４】磁気記録の高密度化が進展するにつれて、
記録媒体におけるトラック幅は小さくなる。このため、
再生磁気ヘッドにおいても、媒体からの磁気を感知して
情報を読み取る領域の幅（以下、「トラック対応幅」と
記す）を狭小化する必要が生じる。例えば、１００Ｇbi
t／in2を越える程度の高密度磁気記録では、０．１μｍ
以下のトラック対応幅が要求される。しかし、トラック
幅の狭小化が進行するにつれ、リソグラフィー技術のみ
では、技術の進歩を考慮に入れたとしても、いずれ対応
できなくなることが予想される。
記録媒体におけるトラック幅は小さくなる。このため、
再生磁気ヘッドにおいても、媒体からの磁気を感知して
情報を読み取る領域の幅（以下、「トラック対応幅」と
記す）を狭小化する必要が生じる。例えば、１００Ｇbi
t／in2を越える程度の高密度磁気記録では、０．１μｍ
以下のトラック対応幅が要求される。しかし、トラック
幅の狭小化が進行するにつれ、リソグラフィー技術のみ
では、技術の進歩を考慮に入れたとしても、いずれ対応
できなくなることが予想される。
【０００５】本発明は、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の電気抵抗
値を実用的な範囲にまで高くすることを目的とする。ま
た、本発明は、トラック幅の狭小化に対応しうるＭＲ素
子を提供することを目的とする。
値を実用的な範囲にまで高くすることを目的とする。ま
た、本発明は、トラック幅の狭小化に対応しうるＭＲ素
子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、非磁性層と、この非磁性層を挟持する
第１磁性層および第２磁性層とを含み、第１磁性層の磁
化方向と第２磁性層の磁化方向との相対角度の変化に基
づく電気抵抗の変化をセンシングするための電流を、各
層の膜面に垂直に流すＭＲ素子に改良を加えることとし
た。本発明のＭＲ素子は、非磁性層の面積が１μｍ2以
下であり、第１磁性層、第２磁性層および非磁性層から
選ばれる少なくとも１層が、上記電流が通過する第１領
域と、この第１領域を構成する材料の酸化膜、窒化膜ま
たは酸窒化膜からなる第２領域とを有し、上記第１領域
の面積が、上記非磁性層の面積よりも小さいことを特徴
とする。
に、本発明では、非磁性層と、この非磁性層を挟持する
第１磁性層および第２磁性層とを含み、第１磁性層の磁
化方向と第２磁性層の磁化方向との相対角度の変化に基
づく電気抵抗の変化をセンシングするための電流を、各
層の膜面に垂直に流すＭＲ素子に改良を加えることとし
た。本発明のＭＲ素子は、非磁性層の面積が１μｍ2以
下であり、第１磁性層、第２磁性層および非磁性層から
選ばれる少なくとも１層が、上記電流が通過する第１領
域と、この第１領域を構成する材料の酸化膜、窒化膜ま
たは酸窒化膜からなる第２領域とを有し、上記第１領域
の面積が、上記非磁性層の面積よりも小さいことを特徴
とする。
【０００７】本発明のＭＲ素子の製造方法は、上記ＭＲ
素子を製造するに際し、非磁性層の面積が１μｍ2以下
となるように、第１磁性層、非磁性層および第２磁性層
を形成する工程と、第１磁性層、非磁性層および第２磁
性層から選ばれる少なくとも１層の側面から、上記少な
くとも１層の一部を酸化、窒化または酸窒化する工程を
含むことを特徴とする。
素子を製造するに際し、非磁性層の面積が１μｍ2以下
となるように、第１磁性層、非磁性層および第２磁性層
を形成する工程と、第１磁性層、非磁性層および第２磁
性層から選ばれる少なくとも１層の側面から、上記少な
くとも１層の一部を酸化、窒化または酸窒化する工程を
含むことを特徴とする。
【０００８】本発明をＣＰＰ−ＧＭＲ素子に適用する
と、抵抗を十分に高くした素子が得られる。また、この
素子を用いる磁気ヘッドのトラック対応幅を制限するこ
ともできる。本発明は、ＴＭＲ素子を用いる磁気ヘッド
のトラック対応幅の狭小化にも有効である。本発明は、
さらに、上記ＭＲ素子を用いた磁気ヘッド（ＭＲヘッ
ド）およびこの磁気ヘッドを用いた磁気記録再生装置を
提供する。
と、抵抗を十分に高くした素子が得られる。また、この
素子を用いる磁気ヘッドのトラック対応幅を制限するこ
ともできる。本発明は、ＴＭＲ素子を用いる磁気ヘッド
のトラック対応幅の狭小化にも有効である。本発明は、
さらに、上記ＭＲ素子を用いた磁気ヘッド（ＭＲヘッ
ド）およびこの磁気ヘッドを用いた磁気記録再生装置を
提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について説明する。本発明によれば、酸化膜、窒化膜ま
たは酸窒化膜からなる第２領域により、抵抗値が上昇
し、あるいはトラック対応幅が狭小化する。第２領域の
面積は、非磁性層の面積の１０％以上、特に４０％以上
とするとよい。第２領域は、非磁性層の面積が１μｍ2
以下である程度に小型化したＭＲ素子を構成する少なく
とも１つの層に形成される。本発明を非磁性層の面積が
０．１μｍ2以下、特に０．０１μｍ2以下である程度に
さらに小型化したＭＲ素子に適用すると、より良好な結
果が得られる。
について説明する。本発明によれば、酸化膜、窒化膜ま
たは酸窒化膜からなる第２領域により、抵抗値が上昇
し、あるいはトラック対応幅が狭小化する。第２領域の
面積は、非磁性層の面積の１０％以上、特に４０％以上
とするとよい。第２領域は、非磁性層の面積が１μｍ2
以下である程度に小型化したＭＲ素子を構成する少なく
とも１つの層に形成される。本発明を非磁性層の面積が
０．１μｍ2以下、特に０．０１μｍ2以下である程度に
さらに小型化したＭＲ素子に適用すると、より良好な結
果が得られる。
【００１０】本発明をＣＰＰ−ＧＭＲ素子に適用する場
合は、少なくとも非磁性層に、第１領域および第２領域
を形成するとよい。この場合、非磁性層の第１領域は、
金属膜、好ましくはＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒ
ｈおよびＣｒから選ばれる少なくとも１種を主成分とす
る膜である。なお、本明細書において、主成分とは、５
０重量％以上を占める成分をいう。
合は、少なくとも非磁性層に、第１領域および第２領域
を形成するとよい。この場合、非磁性層の第１領域は、
金属膜、好ましくはＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒ
ｈおよびＣｒから選ばれる少なくとも１種を主成分とす
る膜である。なお、本明細書において、主成分とは、５
０重量％以上を占める成分をいう。
【００１１】第２領域は、第１領域を構成する金属の酸
化膜、窒化膜または酸窒化膜である。この第２領域によ
り、非磁性層の導電領域（第１領域）が制限されるた
め、素子の抵抗値が上昇する。単に素子を微細加工する
のみでは、抵抗値の上昇には限界がある。例えば、１０
０ｎｍ×１００ｎｍに加工した素子（０．０１μｍ2の
素子面積）では、素子の膜厚を５０ｎｍ、比抵抗を３０
μΩｃｍとしたとしても、素子抵抗は１．５Ω程度であ
る。一方、上記素子面積を有するＣＰＰ−ＧＭＲ素子に
本発明を適用すると、３Ω以上の素子抵抗を得ることも
可能である。
化膜、窒化膜または酸窒化膜である。この第２領域によ
り、非磁性層の導電領域（第１領域）が制限されるた
め、素子の抵抗値が上昇する。単に素子を微細加工する
のみでは、抵抗値の上昇には限界がある。例えば、１０
０ｎｍ×１００ｎｍに加工した素子（０．０１μｍ2の
素子面積）では、素子の膜厚を５０ｎｍ、比抵抗を３０
μΩｃｍとしたとしても、素子抵抗は１．５Ω程度であ
る。一方、上記素子面積を有するＣＰＰ−ＧＭＲ素子に
本発明を適用すると、３Ω以上の素子抵抗を得ることも
可能である。
【００１２】ＣＰＰ−ＧＭＲ素子における非磁性層の膜
厚は、０．８ｎｍ〜１０ｎｍ、特に１．８ｎｍ〜５ｎｍ
が好適である。非磁性層が薄すぎると磁性層間の相互作
用が強くなりすぎる。逆に非磁性層が厚すぎると大きな
ＭＲ比が得られない。
厚は、０．８ｎｍ〜１０ｎｍ、特に１．８ｎｍ〜５ｎｍ
が好適である。非磁性層が薄すぎると磁性層間の相互作
用が強くなりすぎる。逆に非磁性層が厚すぎると大きな
ＭＲ比が得られない。
【００１３】本発明をＴＭＲ素子に適用する場合は、少
なくとも一方の磁性層、即ち第１磁性層または第２磁性
層に、第１領域および第２領域を形成するとよい。この
素子における非磁性層は、絶縁層（トンネル絶縁層）、
好ましくは酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒
化アルミニウム、酸化マグネシウムおよびチタン酸スト
ロンチウムから選ばれる少なくとも１種を主成分とする
層であるため、元来、十分に高い素子抵抗を有する。し
かし、この素子においても、第２領域による導電領域の
制限は、これを用いる磁気ヘッドのトラック対応幅の狭
小化に有効である。少なくとも一方の磁性層を酸化等し
て第２領域を形成すると、絶縁層にトンネル電流を供給
する領域が制限される。このため、素子として機能する
部分、即ち媒体からの磁気を感知する領域が実質的に制
限される。
なくとも一方の磁性層、即ち第１磁性層または第２磁性
層に、第１領域および第２領域を形成するとよい。この
素子における非磁性層は、絶縁層（トンネル絶縁層）、
好ましくは酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒
化アルミニウム、酸化マグネシウムおよびチタン酸スト
ロンチウムから選ばれる少なくとも１種を主成分とする
層であるため、元来、十分に高い素子抵抗を有する。し
かし、この素子においても、第２領域による導電領域の
制限は、これを用いる磁気ヘッドのトラック対応幅の狭
小化に有効である。少なくとも一方の磁性層を酸化等し
て第２領域を形成すると、絶縁層にトンネル電流を供給
する領域が制限される。このため、素子として機能する
部分、即ち媒体からの磁気を感知する領域が実質的に制
限される。
【００１４】ＴＭＲ素子における非磁性層の膜厚は、ト
ンネル電流を流すために、０．４ｎｍ〜２ｎｍ、特に
０．４ｎｍ〜１ｎｍが好適である。
ンネル電流を流すために、０．４ｎｍ〜２ｎｍ、特に
０．４ｎｍ〜１ｎｍが好適である。
【００１５】本発明のＭＲ素子は、第１磁性層および第
２磁性層から選ばれる少なくとも１層に磁気的に結合す
る磁化回転制御層をさらに含んでいてもよい。磁化回転
制御層は、この層が磁気的に結合する磁性層の磁化回転
を容易または困難にする層であれば特に制限はないが、
例えば反強磁性層を用いることができる。
２磁性層から選ばれる少なくとも１層に磁気的に結合す
る磁化回転制御層をさらに含んでいてもよい。磁化回転
制御層は、この層が磁気的に結合する磁性層の磁化回転
を容易または困難にする層であれば特に制限はないが、
例えば反強磁性層を用いることができる。
【００１６】磁化回転制御層等を用いることにより、本
発明の素子を、いわゆるスピンバルブ型のＭＲ素子とし
てもよい。この素子では、例えば、反強磁性層との交換
バイアス磁界により一方の磁性層（固定磁性層）の磁化
回転を固定しながら、他方の磁性層（自由磁性層）の磁
化を外部磁界により回転させて抵抗の変化を検出する。
発明の素子を、いわゆるスピンバルブ型のＭＲ素子とし
てもよい。この素子では、例えば、反強磁性層との交換
バイアス磁界により一方の磁性層（固定磁性層）の磁化
回転を固定しながら、他方の磁性層（自由磁性層）の磁
化を外部磁界により回転させて抵抗の変化を検出する。
【００１７】第２領域は、例えば、層の側面に、酸素お
よび／または窒素を導入することにより形成できる。こ
の工程は、層を１００℃以上に加熱した状態で、酸素原
子および窒素原子から選ばれる少なくとも１種を含有す
る気体を、上記層の側面に導入して行うとよい。また、
酸素イオンおよび窒素イオンから選ばれる少なくとも１
種を層の側面に注入して実施してもよい。イオン注入の
方法自体に制限はなく、公知の方法を適用すれば足り
る。
よび／または窒素を導入することにより形成できる。こ
の工程は、層を１００℃以上に加熱した状態で、酸素原
子および窒素原子から選ばれる少なくとも１種を含有す
る気体を、上記層の側面に導入して行うとよい。また、
酸素イオンおよび窒素イオンから選ばれる少なくとも１
種を層の側面に注入して実施してもよい。イオン注入の
方法自体に制限はなく、公知の方法を適用すれば足り
る。
【００１８】酸化等の工程では、電極、特に非磁性層よ
りも前に形成した電極の酸化等が問題になることがあ
る。この場合は、予め形成した電極の少なくとも一部を
覆う保護膜を、好ましくは酸化等すべき側面を覆わない
程度に形成してから、上記酸化等を行えばよい。
りも前に形成した電極の酸化等が問題になることがあ
る。この場合は、予め形成した電極の少なくとも一部を
覆う保護膜を、好ましくは酸化等すべき側面を覆わない
程度に形成してから、上記酸化等を行えばよい。
【００１９】酸化等の工程は、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子につ
いては、少なくとも非磁性層の側面に対して行うとよ
い。一方、ＴＭＲ素子では、第１磁性層および／または
第２磁性層に対して行われる。いずれの素子において
も、素子の動作に支障を来さない限り、酸化、窒化また
は酸窒化する層に制限はなく、第１および第２磁性層、
非磁性層のすべての層を酸化等しても構わない。なお、
酸化、窒化または酸窒化のいずれを適用してもよいが、
高い抵抗値を得るためには酸化が好適である。
いては、少なくとも非磁性層の側面に対して行うとよ
い。一方、ＴＭＲ素子では、第１磁性層および／または
第２磁性層に対して行われる。いずれの素子において
も、素子の動作に支障を来さない限り、酸化、窒化また
は酸窒化する層に制限はなく、第１および第２磁性層、
非磁性層のすべての層を酸化等しても構わない。なお、
酸化、窒化または酸窒化のいずれを適用してもよいが、
高い抵抗値を得るためには酸化が好適である。
【００２０】以下、図面を参照して、本発明を適用した
ＭＲ素子の一例について説明する。図１に示したＭＲ素
子１００では、基板１上に、下部電極２、ＭＲ素子部１
０、上部電極３，４がこの順に積層されている。また、
両電極間には絶縁膜５が介在している。ＭＲ素子部１０
の周縁部は酸化され、酸化領域（酸化膜）２０となって
いる。図示したように、電極としての機能が維持される
限り、電極２，３の一部２ａ，３ａにまで酸化領域が広
がっていても構わない。
ＭＲ素子の一例について説明する。図１に示したＭＲ素
子１００では、基板１上に、下部電極２、ＭＲ素子部１
０、上部電極３，４がこの順に積層されている。また、
両電極間には絶縁膜５が介在している。ＭＲ素子部１０
の周縁部は酸化され、酸化領域（酸化膜）２０となって
いる。図示したように、電極としての機能が維持される
限り、電極２，３の一部２ａ，３ａにまで酸化領域が広
がっていても構わない。
【００２１】図２に拡大して示すように、このＭＲ素子
部１０は、基板側から、自由磁性層６、非磁性層７、固
定磁性層８、反強磁性層９がこの順に積層されている。
これら各層は、側面から酸化を受けているため、各層の
膜面に垂直に流れる電流は、酸化領域２０ではなく、実
質的には中央の非酸化領域３０を通過する。なお、ＴＭ
Ｒ素子では、磁性層が元来絶縁層であるが、磁性層６，
８が酸化されているため、トンネル電流はやはり非酸化
領域３０を通過することになる。
部１０は、基板側から、自由磁性層６、非磁性層７、固
定磁性層８、反強磁性層９がこの順に積層されている。
これら各層は、側面から酸化を受けているため、各層の
膜面に垂直に流れる電流は、酸化領域２０ではなく、実
質的には中央の非酸化領域３０を通過する。なお、ＴＭ
Ｒ素子では、磁性層が元来絶縁層であるが、磁性層６，
８が酸化されているため、トンネル電流はやはり非酸化
領域３０を通過することになる。
【００２２】このＭＲ素子は、図３に示した多層膜の側
面を酸化して形成することができる。酸化により、素子
として動作する部分の面積は、面積Ｓ1から面積Ｓ2にま
で低下している。素子として動作する領域は、厳密に
は、非磁性層と磁性層との界面において定められる。上
記のように、本発明の好ましい形態では、予めリソグラ
フィー技術により、非磁性層の面積Ｓ1を０．０１μｍ2
以下に制限し、さらに酸化等によってこの面積をＳ2に
まで低下させる。面積Ｓ1に対する面積（Ｓ1−Ｓ2）の
好ましい比率（(Ｓ1−Ｓ2)／Ｓ1）は、０．１以上、特
に０．４以上である。
面を酸化して形成することができる。酸化により、素子
として動作する部分の面積は、面積Ｓ1から面積Ｓ2にま
で低下している。素子として動作する領域は、厳密に
は、非磁性層と磁性層との界面において定められる。上
記のように、本発明の好ましい形態では、予めリソグラ
フィー技術により、非磁性層の面積Ｓ1を０．０１μｍ2
以下に制限し、さらに酸化等によってこの面積をＳ2に
まで低下させる。面積Ｓ1に対する面積（Ｓ1−Ｓ2）の
好ましい比率（(Ｓ1−Ｓ2)／Ｓ1）は、０．１以上、特
に０．４以上である。
【００２３】以下、各層の材料等を例示する。自由磁性
層６には、良好な軟磁気特性を得るために、Ｆｅ、Ｎｉ
−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｃｏ−ＦｅまたはＣｏ−Ｆｅ合金が適し
ている。Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅの組成（原子組成比；以下同
様）は、ＮｉxＣｏyＦｅzにより表示して、０．６≦ｘ
≦０．９、０≦ｙ≦０．４、０≦ｚ≦０．３のＮｉリッ
チの組成、または０≦ｘ≦０．４、０．２≦ｙ≦０．９
５、０≦ｚ≦０．５のＣｏリッチの組成が適している。
これらの組成からなる膜は、磁気センサーやＭＲヘッド
用として要求される低磁歪特性（磁歪定数：１×１０-5
以下）を有する。自由磁性層には、Ｃｏ−Ｍｎ−Ｂ、Ｃ
ｏ−Ｆｅ−Ｂ、Ｃｏ−Ｎｂ−Ｚｒ、Ｃｏ−Ｎｂ−Ｂ等の
組成を有するアモルファス膜を用いてもよい。
層６には、良好な軟磁気特性を得るために、Ｆｅ、Ｎｉ
−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｃｏ−ＦｅまたはＣｏ−Ｆｅ合金が適し
ている。Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅの組成（原子組成比；以下同
様）は、ＮｉxＣｏyＦｅzにより表示して、０．６≦ｘ
≦０．９、０≦ｙ≦０．４、０≦ｚ≦０．３のＮｉリッ
チの組成、または０≦ｘ≦０．４、０．２≦ｙ≦０．９
５、０≦ｚ≦０．５のＣｏリッチの組成が適している。
これらの組成からなる膜は、磁気センサーやＭＲヘッド
用として要求される低磁歪特性（磁歪定数：１×１０-5
以下）を有する。自由磁性層には、Ｃｏ−Ｍｎ−Ｂ、Ｃ
ｏ−Ｆｅ−Ｂ、Ｃｏ−Ｎｂ−Ｚｒ、Ｃｏ−Ｎｂ−Ｂ等の
組成を有するアモルファス膜を用いてもよい。
【００２４】自由磁性層６の膜厚は、１ｎｍ〜１０ｎｍ
とするとよい。膜厚が厚すぎるとＭＲに寄与しない抵抗
が増加するためにＭＲ比が低下するが、薄すぎると軟磁
気特性が劣化する。
とするとよい。膜厚が厚すぎるとＭＲに寄与しない抵抗
が増加するためにＭＲ比が低下するが、薄すぎると軟磁
気特性が劣化する。
【００２５】ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の非磁性層７には、非
磁性金属材料が用いられる。ＴＭＲ素子の非磁性層７に
は、絶縁材料が用いられる。好ましい材料および膜厚
は、それぞれ上記に例示したとおりである。
磁性金属材料が用いられる。ＴＭＲ素子の非磁性層７に
は、絶縁材料が用いられる。好ましい材料および膜厚
は、それぞれ上記に例示したとおりである。
【００２６】固定磁性層８の材料としては、自由磁性層
の材料にもよるが、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｏ−Ｆｅ合金（特に
Ｃｏ1-xＦｅxにより表示して０＜ｘ≦０．５）、Ｃｏ−
Ｎｉ−Ｆｅ合金が適している。大きなＭＲ比を得るため
である。非磁性層としてＣｒを用いる場合には、Ｆｅが
好ましい。この場合は、自由磁性層にもＦｅを用いると
よい。Ｃｏ1-xＦｅx合金は、非磁性膜としてＣｕを併用
すると、スピンに依存した散乱が大きくなり、大きなＭ
Ｒ比が得られる。
の材料にもよるが、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｏ−Ｆｅ合金（特に
Ｃｏ1-xＦｅxにより表示して０＜ｘ≦０．５）、Ｃｏ−
Ｎｉ−Ｆｅ合金が適している。大きなＭＲ比を得るため
である。非磁性層としてＣｒを用いる場合には、Ｆｅが
好ましい。この場合は、自由磁性層にもＦｅを用いると
よい。Ｃｏ1-xＦｅx合金は、非磁性膜としてＣｕを併用
すると、スピンに依存した散乱が大きくなり、大きなＭ
Ｒ比が得られる。
【００２７】固定磁性層８の膜厚は、薄すぎるとＭＲ比
が低下し、厚すぎると交換バイアス磁界が低下するた
め、１ｎｍ〜１０ｎｍとするとよい。
が低下し、厚すぎると交換バイアス磁界が低下するた
め、１ｎｍ〜１０ｎｍとするとよい。
【００２８】反強磁性層９の材料としては、Ｆｅ−Ｍ
ｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｉｒ−Ｍ
ｎ、Ｃｒ−Ａｌ、Ｃｒ−Ｍｎ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｒ
ｈ、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｒｈ−Ｍｎ、Ｍｎ−Ｒｕ
およびＣｒ−Ａｌから選ばれる少なくとも１種が好適で
ある。耐食性や熱安定性の観点からは、Ｍｎ系反強磁性
体、具体的にはＮｉ−Ｍｎ、Ｉｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、
特にＰｔ−Ｍｎが優れている。ＰｔzＭｎ1-zの組成とし
ては、０．４５≦ｚ≦０．５５の範囲がよい。反強磁性
層の膜厚は、バイアス効果を大きくするために、５ｎｍ
以上、特に１０ｎｍ以上が好ましい。
ｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｉｒ−Ｍ
ｎ、Ｃｒ−Ａｌ、Ｃｒ−Ｍｎ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｒ
ｈ、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｒｈ−Ｍｎ、Ｍｎ−Ｒｕ
およびＣｒ−Ａｌから選ばれる少なくとも１種が好適で
ある。耐食性や熱安定性の観点からは、Ｍｎ系反強磁性
体、具体的にはＮｉ−Ｍｎ、Ｉｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、
特にＰｔ−Ｍｎが優れている。ＰｔzＭｎ1-zの組成とし
ては、０．４５≦ｚ≦０．５５の範囲がよい。反強磁性
層の膜厚は、バイアス効果を大きくするために、５ｎｍ
以上、特に１０ｎｍ以上が好ましい。
【００２９】非磁性層としてＣｕを用いる場合には、強
磁性膜（自由層６、固定層８）と非磁性層７との間の界
面に、界面磁性層として、ＣｏまたはＣｏ−Ｆｅ合金を
挿入することが好ましい。ＭＲ比がより大きくなるから
である。界面磁性層の膜厚は、厚すぎるとＭＲ比の磁界
感度が低下するため、２ｎｍ以下、特に１ｎｍ以下とす
るとよく、薄すぎるとＭＲ比が向上しないため、０．４
ｎｍ以上とよい。
磁性膜（自由層６、固定層８）と非磁性層７との間の界
面に、界面磁性層として、ＣｏまたはＣｏ−Ｆｅ合金を
挿入することが好ましい。ＭＲ比がより大きくなるから
である。界面磁性層の膜厚は、厚すぎるとＭＲ比の磁界
感度が低下するため、２ｎｍ以下、特に１ｎｍ以下とす
るとよく、薄すぎるとＭＲ比が向上しないため、０．４
ｎｍ以上とよい。
【００３０】固定磁性層８（ピン層）に与えるバイアス
磁界を大きくする、換言すると固定層の磁化方向をより
安定にするために、固定磁性層として、強磁性層／非磁
性層／強磁性層の三層からなる間接交換結合膜を用いて
もよい。間接交換結合膜では、強磁性層および非磁性層
に適当な材料と膜厚とを選択すると、強磁性層間に大き
な反強磁性的な結合が生じ、固定磁性層の磁化がより安
定化する。
磁界を大きくする、換言すると固定層の磁化方向をより
安定にするために、固定磁性層として、強磁性層／非磁
性層／強磁性層の三層からなる間接交換結合膜を用いて
もよい。間接交換結合膜では、強磁性層および非磁性層
に適当な材料と膜厚とを選択すると、強磁性層間に大き
な反強磁性的な結合が生じ、固定磁性層の磁化がより安
定化する。
【００３１】間接交換結合膜を構成する強磁性層の適当
な材料は、Ｃｏ、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ合金等
であり、Ｃｏ、Ｃｏ−Ｆｅ合金が優れている。中間の非
磁性層の材料としてはＲｕ、Ｉｒ、Ｒｈ等が適当であ
り、Ｒｕが優れている。強磁性層の膜厚は１ｎｍ〜４ｎ
ｍが好ましい。非磁性層の膜厚は、０．３ｎｍ〜１．２
ｎｍ、特に０．４ｎｍ〜０．９ｎｍが適当である。
な材料は、Ｃｏ、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ合金等
であり、Ｃｏ、Ｃｏ−Ｆｅ合金が優れている。中間の非
磁性層の材料としてはＲｕ、Ｉｒ、Ｒｈ等が適当であ
り、Ｒｕが優れている。強磁性層の膜厚は１ｎｍ〜４ｎ
ｍが好ましい。非磁性層の膜厚は、０．３ｎｍ〜１．２
ｎｍ、特に０．４ｎｍ〜０．９ｎｍが適当である。
【００３２】下部電極２、上部電極３，４としては、種
々の非磁性金属材料、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐ
ｔ、Ｔａ、Ｃｒ等を用いればよい。
々の非磁性金属材料、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐ
ｔ、Ｔａ、Ｃｒ等を用いればよい。
【００３３】ＭＲ素子部１０の構成は、図２、図３の例
示に制限されない。例えば、非磁性層と磁性層とをさら
に交互に重ねてもよい。この場合は、少なくとも一組の
磁性層／非磁性層／磁性層が上記で説明した構成であれ
ばよい。
示に制限されない。例えば、非磁性層と磁性層とをさら
に交互に重ねてもよい。この場合は、少なくとも一組の
磁性層／非磁性層／磁性層が上記で説明した構成であれ
ばよい。
【００３４】次に、本発明のＭＲ素子の製造方法の一例
を図面を参照して説明する。まず、図４に示すように、
基板１上に、下部電極２、ＭＲ素子部１０、上部電極３
を順次積層する。次いで、図５に示すように、フォトレ
ジスト４１を塗布して露光し、イオンミリングして下部
電極２を所定の形状とする。さらに、図６に示すよう
に、再度フォトレジスト４２を塗布して露光し、イオン
ミリングしてＭＲ素子部１０中の非磁性層の面積が１μ
ｍ2以下となるように成形する。なお、このイオンミリ
ングは下部電極２の一部がミリングされるまで行うとよ
い。
を図面を参照して説明する。まず、図４に示すように、
基板１上に、下部電極２、ＭＲ素子部１０、上部電極３
を順次積層する。次いで、図５に示すように、フォトレ
ジスト４１を塗布して露光し、イオンミリングして下部
電極２を所定の形状とする。さらに、図６に示すよう
に、再度フォトレジスト４２を塗布して露光し、イオン
ミリングしてＭＲ素子部１０中の非磁性層の面積が１μ
ｍ2以下となるように成形する。なお、このイオンミリ
ングは下部電極２の一部がミリングされるまで行うとよ
い。
【００３５】引き続き、図７に示すように、保護膜とし
て、絶縁膜４５を蒸着等により形成した後、酸素イオン
４３を注入する。素子１０の側面が酸化されるように、
酸素イオンは、膜面に対して斜め方向から行うとよい。
必要に応じて、さらに真空中で加熱しながら酸素ガスを
素子側面に導入してもよい。イオン注入により素子の側
面はアモルファス化しているため、この側面に酸素を導
入すると、酸化膜２０が容易に形成される。
て、絶縁膜４５を蒸着等により形成した後、酸素イオン
４３を注入する。素子１０の側面が酸化されるように、
酸素イオンは、膜面に対して斜め方向から行うとよい。
必要に応じて、さらに真空中で加熱しながら酸素ガスを
素子側面に導入してもよい。イオン注入により素子の側
面はアモルファス化しているため、この側面に酸素を導
入すると、酸化膜２０が容易に形成される。
【００３６】酸化膜２０の形成方法は、イオン注入に限
らず、１００℃以上に加熱した素子の側面に酸素ガスを
導入することにより行ってもよい。また、本発明の目的
が達成される限り、プラズマ酸化法、自然酸化法を用い
ても構わない。酸化膜に代えて窒化膜または酸窒化膜を
形成してもよい。
らず、１００℃以上に加熱した素子の側面に酸素ガスを
導入することにより行ってもよい。また、本発明の目的
が達成される限り、プラズマ酸化法、自然酸化法を用い
ても構わない。酸化膜に代えて窒化膜または酸窒化膜を
形成してもよい。
【００３７】酸化の後、図８に示すように、蒸着等によ
りさらに絶縁膜５を形成する。図示したように、先に形
成した保護用絶縁膜４５を絶縁膜５の一部としてもよ
い。図９に示したように、余分な絶縁膜５をリフトオフ
してから、追加の上部電極４を蒸着等により形成する。
こうして、ＭＲ素子１００が完成する。なお、上記各層
の成膜は、従来から用いられてきた方法を用いればよ
く、例えば、ＭＲ素子部１０の各層は、各種のスパッタ
リング法、蒸着法等を用いて成膜すればよい。
りさらに絶縁膜５を形成する。図示したように、先に形
成した保護用絶縁膜４５を絶縁膜５の一部としてもよ
い。図９に示したように、余分な絶縁膜５をリフトオフ
してから、追加の上部電極４を蒸着等により形成する。
こうして、ＭＲ素子１００が完成する。なお、上記各層
の成膜は、従来から用いられてきた方法を用いればよ
く、例えば、ＭＲ素子部１０の各層は、各種のスパッタ
リング法、蒸着法等を用いて成膜すればよい。
【００３８】図１０に、上記ＭＲ素子１００を用いたＭ
Ｒヘッドの一例を示す。図１２に示したように、ＣＩＰ
−ＧＭＲ素子を用いたＭＲヘッド２２０では、電極１９
ａ，１９ｂ間を、ＭＲ素子１２０の膜面に平行方向に電
流が流れるが、図１０のＭＲヘッド２００では、ＭＲ素
子１００の膜面に垂直方向に電流が流れる。図１１に示
すように、素子の膜面に垂直に電流を流すＭＲヘッド２
１０自体は、従来から知られていたが、図１０のＭＲヘ
ッドは、ヘッドのトラック対応幅Ｗ1が従来のトラック
対応幅Ｗ2よりも狭小化している。トラック対応幅Ｗ
1は、０．１μｍ以下、特に０．０１〜０．１μｍが好
ましい。
Ｒヘッドの一例を示す。図１２に示したように、ＣＩＰ
−ＧＭＲ素子を用いたＭＲヘッド２２０では、電極１９
ａ，１９ｂ間を、ＭＲ素子１２０の膜面に平行方向に電
流が流れるが、図１０のＭＲヘッド２００では、ＭＲ素
子１００の膜面に垂直方向に電流が流れる。図１１に示
すように、素子の膜面に垂直に電流を流すＭＲヘッド２
１０自体は、従来から知られていたが、図１０のＭＲヘ
ッドは、ヘッドのトラック対応幅Ｗ1が従来のトラック
対応幅Ｗ2よりも狭小化している。トラック対応幅Ｗ
1は、０．１μｍ以下、特に０．０１〜０．１μｍが好
ましい。
【００３９】図１２のＭＲヘッド２２０では、磁気シー
ルド１３，１６との間の絶縁を確保するための絶縁領域
１７（通常、絶縁膜が用いられる）が必要となる。これ
に対し、図１０の磁気ヘッドでは、上部磁気シールド１
３および下部磁気シールド１６を電極として用いれば、
電極２，３を省くことも可能である。このように、信号
磁界以外の余分な磁界のＭＲ素子への流入を抑制する磁
気シールドを電極として利用すれば、記録の高密度化に
伴う挟ギャップ化にも対応しやすい。
ルド１３，１６との間の絶縁を確保するための絶縁領域
１７（通常、絶縁膜が用いられる）が必要となる。これ
に対し、図１０の磁気ヘッドでは、上部磁気シールド１
３および下部磁気シールド１６を電極として用いれば、
電極２，３を省くことも可能である。このように、信号
磁界以外の余分な磁界のＭＲ素子への流入を抑制する磁
気シールドを電極として利用すれば、記録の高密度化に
伴う挟ギャップ化にも対応しやすい。
【００４０】これらの磁気ヘッドでは、再生ヘッドに接
して、磁気シールドの一つを再生ヘッドと共有する記録
ヘッドが配置されている。記録ヘッドは、記録磁極（上
部シールド）１２、共通シールド１３、両シールドの間
に介在する絶縁膜１４、および巻き線１１から構成され
ている。
して、磁気シールドの一つを再生ヘッドと共有する記録
ヘッドが配置されている。記録ヘッドは、記録磁極（上
部シールド）１２、共通シールド１３、両シールドの間
に介在する絶縁膜１４、および巻き線１１から構成され
ている。
【００４１】上部、共通、下部の各磁気シールド１２，
１３，１６には、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ、Ｃｏ
−Ｎｂ−Ｚｒ合金等の軟磁性膜を用いればよい。絶縁膜
１４，１５には、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＳｉＯ2等が適し
ている。
１３，１６には、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ、Ｃｏ
−Ｎｂ−Ｚｒ合金等の軟磁性膜を用いればよい。絶縁膜
１４，１５には、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＳｉＯ2等が適し
ている。
【００４２】なお、バルクハウゼンノイズの発生を抑制
するために、磁気抵抗効果素子１０の両側にＣｏ−Ｐｔ
等からなる強磁性バイアス層（図示せず）を設けてもよ
い。
するために、磁気抵抗効果素子１０の両側にＣｏ−Ｐｔ
等からなる強磁性バイアス層（図示せず）を設けてもよ
い。
【００４３】図１３、図１４は、それぞれ、上記ＭＲヘ
ッド２００を用いたハードディスク装置３００の平面図
および側面図である。このハードディスク装置３００
は、ＭＲヘッド（図示せず）を有するスライダ１２０
と、スライダを支持するヘッド支持機構１３０と、ヘッ
ド支持機構１３０を介してＭＲヘッドをトラッキングす
るアクチュエータ１１４と、ヘッドにより情報を記録／
再生するための磁気ディスク１１６を回転駆動するディ
スク駆動モータ１１２とを備えている。ヘッド支持機構
１３０には、アーム１２２とサスペンジョン１２４とが
備えられている。
ッド２００を用いたハードディスク装置３００の平面図
および側面図である。このハードディスク装置３００
は、ＭＲヘッド（図示せず）を有するスライダ１２０
と、スライダを支持するヘッド支持機構１３０と、ヘッ
ド支持機構１３０を介してＭＲヘッドをトラッキングす
るアクチュエータ１１４と、ヘッドにより情報を記録／
再生するための磁気ディスク１１６を回転駆動するディ
スク駆動モータ１１２とを備えている。ヘッド支持機構
１３０には、アーム１２２とサスペンジョン１２４とが
備えられている。
【００４４】ディスク駆動モータ１１２は、ディスク１
１６を所定速度で回転させる。アクチュエータ１１４
は、ＭＲヘッドがディスクの所定のデータトラックにア
クセスできるように、このヘッドを保持するスライダ１
２０をディスク１１６の半径方向に移動させる。アクチ
ュエータ１１４は、例えば直線式または回転式のボイス
コイルモータである。スライダ１２０は、例えば空気ベ
アリングスライダである。この場合、スライダ１２０
は、ハードディスク装置３００の起動／停止動作時には
ディスク１１６の表面と接触する。一方、情報の記録再
生動作時には、スライダ１２０は、回転するディスク１
１６とスライダ１２０との間に形成される空気ベアリン
グによりディスクの表面から浮上した状態となる。この
状態で、ＭＲヘッド２００により、磁気ディスク１１６
に情報が記録および／または再生される。
１６を所定速度で回転させる。アクチュエータ１１４
は、ＭＲヘッドがディスクの所定のデータトラックにア
クセスできるように、このヘッドを保持するスライダ１
２０をディスク１１６の半径方向に移動させる。アクチ
ュエータ１１４は、例えば直線式または回転式のボイス
コイルモータである。スライダ１２０は、例えば空気ベ
アリングスライダである。この場合、スライダ１２０
は、ハードディスク装置３００の起動／停止動作時には
ディスク１１６の表面と接触する。一方、情報の記録再
生動作時には、スライダ１２０は、回転するディスク１
１６とスライダ１２０との間に形成される空気ベアリン
グによりディスクの表面から浮上した状態となる。この
状態で、ＭＲヘッド２００により、磁気ディスク１１６
に情報が記録および／または再生される。
【００４５】
【実施例】（実施例１）多元スパッタリング装置を用い
てＭＲ素子部を形成した。ＭＲ素子部は、自由層の両側
に非磁性層を介して固定層を配置したいわゆるデュアル
スピンバルブ構造とした。この素子の積層構成を、基
板、電極とともに以下に示す。
てＭＲ素子部を形成した。ＭＲ素子部は、自由層の両側
に非磁性層を介して固定層を配置したいわゆるデュアル
スピンバルブ構造とした。この素子の積層構成を、基
板、電極とともに以下に示す。
【００４６】基板／Ａｕ（５００）／Ｐｔ0.5Ｍｎ
0.5（３０）／ＣｏＦｅ（３）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ
Ｆｅ（３）／Ｃｕ（３）／ＣｏＦｅ（２）／ＮｉＦｅ
（５）／ＣｏＦｅ（２）／Ｃｕ（３）／ＣｏＦｅ（３）
／Ｒｕ（０．７）／ＣｏＦｅ（３）／Ｐｔ0.5Ｍｎ
0.5（３０）／Ａｕ（５００）ただし、カッコ内の数値
は、膜厚である（単位：ｎｍ；以下、同様）。
0.5（３０）／ＣｏＦｅ（３）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ
Ｆｅ（３）／Ｃｕ（３）／ＣｏＦｅ（２）／ＮｉＦｅ
（５）／ＣｏＦｅ（２）／Ｃｕ（３）／ＣｏＦｅ（３）
／Ｒｕ（０．７）／ＣｏＦｅ（３）／Ｐｔ0.5Ｍｎ
0.5（３０）／Ａｕ（５００）ただし、カッコ内の数値
は、膜厚である（単位：ｎｍ；以下、同様）。
【００４７】Ｃｕは非磁性層であり、ＰｔＭｎは反強磁
性層であり、Ａｕは電極である。なお、基板としては、
表面を熱酸化したＳｉを用いた。
性層であり、Ａｕは電極である。なお、基板としては、
表面を熱酸化したＳｉを用いた。
【００４８】こうして得たＣＰＰ−ＧＭＲ素子部を、図
４〜図９を参照して上記で説明した方法により、ＭＲ素
子へと加工した。フォトレジストを用いたパターニング
の大きさは１００ｎｍ×１００ｎｍとした。なお、絶縁
膜（図７，８における符合５、４５）にはＳｉＯ2膜を
用いた。酸化膜２０は、３０ｋｅＶの酸素イオンを膜面
に対して約４５度傾いた方向から打ち込んで形成した。
酸素イオンの注入量は１×１０15ions／cm2とした。イ
オン注入により十分に酸化できない場合は、さらに真空
中２００〜３００℃に加熱した状態で酸素ガスを導入し
てもよい。こうして、素子の片側の側面から酸化を行っ
たところ、非磁性層には、側面から４５ｎｍの深さまで
Ｃｕの酸化膜が形成された。図示したように、酸化は、
両面から行っても構わない。
４〜図９を参照して上記で説明した方法により、ＭＲ素
子へと加工した。フォトレジストを用いたパターニング
の大きさは１００ｎｍ×１００ｎｍとした。なお、絶縁
膜（図７，８における符合５、４５）にはＳｉＯ2膜を
用いた。酸化膜２０は、３０ｋｅＶの酸素イオンを膜面
に対して約４５度傾いた方向から打ち込んで形成した。
酸素イオンの注入量は１×１０15ions／cm2とした。イ
オン注入により十分に酸化できない場合は、さらに真空
中２００〜３００℃に加熱した状態で酸素ガスを導入し
てもよい。こうして、素子の片側の側面から酸化を行っ
たところ、非磁性層には、側面から４５ｎｍの深さまで
Ｃｕの酸化膜が形成された。図示したように、酸化は、
両面から行っても構わない。
【００４９】こうして得たＭＲ素子（素子Ａ）ととも
に、側面酸化工程を省いた以外は上記と同様にしてＭＲ
素子（素子Ｂ）を作製した。両素子の磁気抵抗特性を、
室温で５００Oe（約３９．８ｋＡ／ｍ）の磁界を印加
し、４端子法を用いて評価した。側面を酸化した素子Ａ
では、抵抗が３Ω、抵抗変化が０．９Ω、ＭＲ比が３０
％であったのに対し、従来型の素子Ｂでは、抵抗が１．
５Ω、抵抗変化が０．４５Ω、ＭＲ比が３０％であっ
た。側面を酸化することにより、抵抗変化量が２倍にな
ることが確認された。
に、側面酸化工程を省いた以外は上記と同様にしてＭＲ
素子（素子Ｂ）を作製した。両素子の磁気抵抗特性を、
室温で５００Oe（約３９．８ｋＡ／ｍ）の磁界を印加
し、４端子法を用いて評価した。側面を酸化した素子Ａ
では、抵抗が３Ω、抵抗変化が０．９Ω、ＭＲ比が３０
％であったのに対し、従来型の素子Ｂでは、抵抗が１．
５Ω、抵抗変化が０．４５Ω、ＭＲ比が３０％であっ
た。側面を酸化することにより、抵抗変化量が２倍にな
ることが確認された。
【００５０】さらに、上記と同様にして、図１０、図１
１に示したようなＭＲヘッド２００，２１０を作製し
た。磁気シールドにはＮｉ0.8Ｆｅ0.2合金を、絶縁膜に
はＡｌ 2Ｏ3をそれぞれ用いた。電極は磁気シールドで代
用した。また、各層を形成するための基板としてＡｌ2
Ｏ3−ＴｉＣ基板を用いた。こうして得た両ヘッドに、
センス電流として直流電流を流し、約４ｋＡ／ｍの交流
信号磁界を印加して両ヘッドの出力を評価した。図１０
に対応するＭＲヘッドの出力は、図１１に対応するＭＲ
ヘッド出力の約２倍となった。
１に示したようなＭＲヘッド２００，２１０を作製し
た。磁気シールドにはＮｉ0.8Ｆｅ0.2合金を、絶縁膜に
はＡｌ 2Ｏ3をそれぞれ用いた。電極は磁気シールドで代
用した。また、各層を形成するための基板としてＡｌ2
Ｏ3−ＴｉＣ基板を用いた。こうして得た両ヘッドに、
センス電流として直流電流を流し、約４ｋＡ／ｍの交流
信号磁界を印加して両ヘッドの出力を評価した。図１０
に対応するＭＲヘッドの出力は、図１１に対応するＭＲ
ヘッド出力の約２倍となった。
【００５１】（実施例２）多元スパッタリング装置を用
いてＭＲ素子部を形成した。この素子の積層構成を、基
板、電極とともに以下に示す。
いてＭＲ素子部を形成した。この素子の積層構成を、基
板、電極とともに以下に示す。
【００５２】基板／Ａｕ（５００）／Ｐｔ0.5Ｍｎ
0.5（３０）／ＣｏＦｅ（３）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ
Ｆｅ（３）／Ａｌ2Ｏ3（０．８）／ＣｏＦｅ（２）／Ｎ
ｉＦｅ（５）／Ａｕ（５００）
0.5（３０）／ＣｏＦｅ（３）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ
Ｆｅ（３）／Ａｌ2Ｏ3（０．８）／ＣｏＦｅ（２）／Ｎ
ｉＦｅ（５）／Ａｕ（５００）
【００５３】なお、非磁性層Ａｌ2Ｏ3膜は、成膜したＡ
ｌを自然酸化法で酸化して形成した。こうして得たＴＭ
Ｒ素子部を、実施例１と同様にしてＭＲ素子へと加工
し、側面を酸化したＭＲ素子（素子Ｃ）とともに、側面
酸化工程を省いて作製したＭＲ素子（素子Ｄ）を得た。
ｌを自然酸化法で酸化して形成した。こうして得たＴＭ
Ｒ素子部を、実施例１と同様にしてＭＲ素子へと加工
し、側面を酸化したＭＲ素子（素子Ｃ）とともに、側面
酸化工程を省いて作製したＭＲ素子（素子Ｄ）を得た。
【００５４】両素子を透過電子顕微鏡を用いて観察した
ところ、素子Ｃでは、非磁性層を挟持する両磁性層が、
側面から酸化されていた。非酸化領域の幅は約５０ｎｍ
であった。一方、素子Ｄでは、酸化領域が観察されず、
素子として機能する領域の幅は約１００ｎｍのままであ
った。
ところ、素子Ｃでは、非磁性層を挟持する両磁性層が、
側面から酸化されていた。非酸化領域の幅は約５０ｎｍ
であった。一方、素子Ｄでは、酸化領域が観察されず、
素子として機能する領域の幅は約１００ｎｍのままであ
った。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
膜面に垂直に電流が流れるＭＲ素子において、電気抵抗
を実用的な範囲にまで上昇させたり、リソグラフィー的
な手法では困難な程度にまでトラック対応幅を狭小化で
きる。
膜面に垂直に電流が流れるＭＲ素子において、電気抵抗
を実用的な範囲にまで上昇させたり、リソグラフィー的
な手法では困難な程度にまでトラック対応幅を狭小化で
きる。
【図１】 本発明のＭＲ素子の一例を示す断面図であ
る。
る。
【図２】 図１の素子のＭＲ素子部の拡大図である。
【図３】 図２の素子部を形成するための多層膜の例を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図４】 本発明の製造方法の一例における一工程（各
層の積層工程）を説明するための断面図である。
層の積層工程）を説明するための断面図である。
【図５】 図４の積層体を加工する工程を説明するため
の断面図である。
の断面図である。
【図６】 図５の積層体をさらに加工する工程を説明す
るための断面図である。
るための断面図である。
【図７】 図６の積層体を部分的に酸化する工程を説明
するための断面図である。
するための断面図である。
【図８】 図７の積層体にさらに絶縁膜を形成する工程
を説明するための断面図である。
を説明するための断面図である。
【図９】 図８の積層体にさらに追加の上部電極を形成
する工程を説明するための断面図である。
する工程を説明するための断面図である。
【図１０】 本発明のＭＲヘッドの一例を示す部分斜視
図である。
図である。
【図１１】 従来のＭＲヘッドの部分斜視図である。
【図１２】 ＣＩＰ−ＧＭＲ素子を用いた従来のＭＲヘ
ッドの部分斜視図である。
ッドの部分斜視図である。
【図１３】 本発明の磁気記録再生装置の一例を示す平
面図である。
面図である。
【図１４】 図１３の磁気記録再生装置の断面図であ
る。
る。
１ 基板 ２ 下部電極 ３，４ 上部電極 ５ 絶縁膜 ６ 自由磁性層 ７ 非磁性層 ８ 固定磁性層 ９ 反強磁性層 １０ ＭＲ素子部 ２０ 酸化領域 ３０ 非酸化領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｆ 10/30 Ｈ０１Ｆ 10/32 10/32 Ｈ０１Ｌ 43/12 Ｈ０１Ｌ 43/12 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ (72)発明者 小田川 明弘 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 吉田 哲久 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 榊間 博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2G017 AD55 AD56 AD60 AD62 AD65 5D034 AA02 BA02 BA03 5E049 AA04 AA09 AC00 AC05 BA12 CB02 DB02 DB12 FC01 GC01
Claims (23)
- 【請求項１】 非磁性層と、前記非磁性層を挟持する第
１磁性層および第２磁性層とを含み、前記第１磁性層の
磁化方向と前記第２磁性層の磁化方向との相対角度の変
化に基づく電気抵抗の変化をセンシングするための電流
を、前記各層の膜面に垂直な方向に流す磁気抵抗効果素
子であって、 前記非磁性層の面積は、１μｍ2以下であり、 前記第１磁性層、前記第２磁性層および前記非磁性層か
ら選ばれる少なくとも１層が、前記電流が通過する第１
領域と、前記第１領域を構成する材料の酸化膜、窒化膜
または酸窒化膜からなる第２領域とを有し、 前記第１領域の面積が、前記非磁性層の面積よりも小さ
いことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２】 第２領域の面積が、非磁性層の面積の１
０％以上を占める請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項３】 非磁性層の面積が、０．１μｍ2以下で
ある請求項１または２に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項４】 少なくとも非磁性層が、第１領域および
第２領域を有する請求項１〜３のいずれかに記載の磁気
抵抗効果素子。 - 【請求項５】 非磁性層における第１領域が、Ｃｕ、Ａ
ｇ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、ＲｈおよびＣｒから選ばれる少
なくとも１種を主成分とする請求項４に記載の磁気抵抗
効果素子。 - 【請求項６】 非磁性層の膜厚が、０．８ｎｍ以上１０
ｎｍ以下である請求項４に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項７】 少なくとも第１磁性層または第２磁性層
が、第１領域および第２領域を有する請求項１〜３のい
ずれかに記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項８】 非磁性層が絶縁層である請求項７に記載
の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項９】 非磁性層が、酸化アルミニウム、窒化ア
ルミニウム、酸窒化アルミニウム、酸化マグネシウムお
よびチタン酸ストロンチウムから選ばれる少なくとも１
種を主成分とする請求項７または８に記載の磁気抵抗効
果素子。 - 【請求項１０】 非磁性層の膜厚が、０．４ｎｍ以上２
ｎｍ以下である請求項７〜９のいずれかに記載の磁気抵
抗効果素子。 - 【請求項１１】 第１磁性層および第２磁性層から選ば
れる少なくとも１層に磁気的に結合する磁化回転制御層
をさらに含む請求項１〜１０のいずれかに記載の磁気抵
抗効果素子。 - 【請求項１２】 磁化回転制御層が、反強磁性層である
請求項１１に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１３】 非磁性層と、前記非磁性層を挟持する
第１磁性層および第２磁性層とを含み、前記第１磁性層
の磁化方向と前記第２磁性層の磁化方向との相対角度の
変化に基づく電気抵抗の変化をセンシングするための電
流を、前記各層の膜面に垂直に流す磁気抵抗効果素子の
製造方法であって、 前記非磁性層の面積が１μｍ2以下となるように、前記
第１磁性層、前記非磁性層および前記第２磁性層を形成
する工程と、 前記第１磁性層、前記非磁性層および前記第２磁性層か
ら選ばれる少なくとも１層の側面から、前記少なくとも
１層の一部を酸化、窒化または酸窒化する工程とを含む
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 【請求項１４】 層を１００℃以上に加熱した状態で、
酸素原子および窒素原子から選ばれる少なくとも１種を
含有する気体を層の側面に導入することにより、酸化、
窒化または酸窒化する請求項１３に記載の磁気抵抗効果
素子の製造方法。 - 【請求項１５】 酸素イオンおよび窒素イオンから選ば
れる少なくとも１種を層の側面に注入することにより、
酸化、窒化または酸窒化する請求項１３に記載の磁気抵
抗効果素子の製造方法。 - 【請求項１６】 電流を流すための電極を形成する工程
と、前記電極の少なくとも一部を覆う保護膜を形成する
工程とをさらに含み、前記保護膜を形成した後に、層の
一部を酸化、窒化または酸窒化する請求項１３〜１５の
いずれかに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 【請求項１７】 非磁性層として、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、
Ｉｒ、Ｒｕ、ＲｈおよびＣｒから選ばれる少なくとも１
種を主成分とする層を形成する請求項１３〜１６のいず
れかに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 【請求項１８】 少なくとも非磁性層の側面を、酸化、
窒化または酸窒化する請求項１７に記載の磁気抵抗効果
素子の製造方法。 - 【請求項１９】 非磁性層として、絶縁層を形成する請
求項１３〜１６のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子の
製造方法。 - 【請求項２０】 少なくとも第１磁性層または第２磁性
層の側面を、酸化、窒化または酸窒化する請求項１９に
記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 【請求項２１】 請求項１〜１２のいずれかに記載の磁
気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子を挟むように
配置された一対の磁気シールドとを有することを特徴と
する磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項２２】 磁気記録媒体からの磁気を感知する領
域の幅が０．１μｍ以下である請求項２１に記載の磁気
抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項２３】 請求項２１または２２に記載の磁気抵
抗効果型ヘッドと、前記ヘッドにより情報を記録再生す
るための磁気記録媒体とを有することを特徴とする磁気
記録再生装置。
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