JP2003031870A - 交換結合膜及び前記交換結合膜を用いた磁気検出素子 - Google Patents
交換結合膜及び前記交換結合膜を用いた磁気検出素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来におけるシードレイヤはCrを40at
%以下含んだNiFeCr合金で形成されていたが、今
後の高記録密度化に伴って前記シードレイヤ表面の濡れ
性をさらに高めることが要望され、またNiFeCrの
シードレイヤを使用すると、前記シードレイヤ上の各層
表面の平滑性が悪化した。 【構成】 シードレイヤ22を、少なくとも一部に非晶
質相を含んだ15Å以上で50Å以下の膜厚からなるC
rで形成する。これによってシードレイヤ22表面の濡
れ性を従来に比べて飛躍的に向上させることができ、固
定磁性層3における一方向***換バイアス磁界を大きく
でき、また前記シードレイヤ上の各層の表面の平滑性を
良好にすることが可能になる。
%以下含んだNiFeCr合金で形成されていたが、今
後の高記録密度化に伴って前記シードレイヤ表面の濡れ
性をさらに高めることが要望され、またNiFeCrの
シードレイヤを使用すると、前記シードレイヤ上の各層
表面の平滑性が悪化した。 【構成】 シードレイヤ22を、少なくとも一部に非晶
質相を含んだ15Å以上で50Å以下の膜厚からなるC
rで形成する。これによってシードレイヤ22表面の濡
れ性を従来に比べて飛躍的に向上させることができ、固
定磁性層3における一方向***換バイアス磁界を大きく
でき、また前記シードレイヤ上の各層の表面の平滑性を
良好にすることが可能になる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、下からシードレイ
ヤ、反強磁性層および強磁性層とから成り、前記反強磁
性層と強磁性層との界面にて発生する交換結合磁界によ
り、前記強磁性層の磁化方向が一定の方向にされる交換
結合膜および前記交換結合膜を用いた磁気検出素子(ス
ピンバルブ型薄膜素子、AMR素子など)に係り、特に
今後の高記録密度化においても、従来に比べて適切に通
電信頼性(耐エレクトロマイグレーション)の向上を図
り、また良好な抵抗変化率などを得ることが可能な交換
結合膜及び前記交換結合膜を用いた磁気検出素子に関す
る。
ヤ、反強磁性層および強磁性層とから成り、前記反強磁
性層と強磁性層との界面にて発生する交換結合磁界によ
り、前記強磁性層の磁化方向が一定の方向にされる交換
結合膜および前記交換結合膜を用いた磁気検出素子(ス
ピンバルブ型薄膜素子、AMR素子など)に係り、特に
今後の高記録密度化においても、従来に比べて適切に通
電信頼性(耐エレクトロマイグレーション)の向上を図
り、また良好な抵抗変化率などを得ることが可能な交換
結合膜及び前記交換結合膜を用いた磁気検出素子に関す
る。
【0002】
【従来の技術】図15は従来における磁気検出素子(ス
ピンバルブ型薄膜素子)を記録媒体との対向面と平行な
方向から切断した部分断面図である。
ピンバルブ型薄膜素子)を記録媒体との対向面と平行な
方向から切断した部分断面図である。
【0003】図15に示す符号14は、例えばNiFe
Crで形成されたシードレイヤであり、前記シードレイ
ヤ14の上に反強磁性層30、固定磁性層31、非磁性
材料層32、フリー磁性層33および保護層7が順次積
層されている。
Crで形成されたシードレイヤであり、前記シードレイ
ヤ14の上に反強磁性層30、固定磁性層31、非磁性
材料層32、フリー磁性層33および保護層7が順次積
層されている。
【0004】この種のスピンバルブ型薄膜素子では、熱
処理によって前記反強磁性層30と固定磁性層31との
界面で交換結合磁界が発生し、前記固定磁性層31の磁
化はハイト方向(図示Y方向)に固定される。
処理によって前記反強磁性層30と固定磁性層31との
界面で交換結合磁界が発生し、前記固定磁性層31の磁
化はハイト方向(図示Y方向)に固定される。
【0005】図15では、前記シードレイヤ14から保
護層7までの多層膜の両側にハードバイアス層5が形成
され、前記ハードバイアス層5からの縦バイアス磁界に
より前記フリー磁性層33の磁化は、トラック幅方向
(図示X方向)に揃えられる。
護層7までの多層膜の両側にハードバイアス層5が形成
され、前記ハードバイアス層5からの縦バイアス磁界に
より前記フリー磁性層33の磁化は、トラック幅方向
(図示X方向)に揃えられる。
【0006】また図15に示すように前記ハードバイア
ス層5の上には重ねて電極層8が形成されている。前記
電極層8からのセンス電流は主として固定磁性層31、
非磁性材料層32、およびフリー磁性層33の3層に流
れる。
ス層5の上には重ねて電極層8が形成されている。前記
電極層8からのセンス電流は主として固定磁性層31、
非磁性材料層32、およびフリー磁性層33の3層に流
れる。
【0007】図15に示すスピンバルブ型薄膜素子で
は、前記反強磁性層30の下にシードレイヤ14が形成
されているが、前記シードレイヤ14を設けることで、
耐エレクトロマイグレーションの向上に代表される通電
信頼性や抵抗変化率の向上などが期待された。
は、前記反強磁性層30の下にシードレイヤ14が形成
されているが、前記シードレイヤ14を設けることで、
耐エレクトロマイグレーションの向上に代表される通電
信頼性や抵抗変化率の向上などが期待された。
【0008】従来において前記シードレイヤ14の結晶
構造は、面心立方構造(fcc構造)であることが重要
視された。
構造は、面心立方構造(fcc構造)であることが重要
視された。
【0009】前記シードレイヤ14が面心立方構造であ
ると、その上に形成される各層を適切に[111]配向さ
せることができ、また結晶粒径の増大を図ることがで
き、これによって、電気伝導性を高めることができると
ともに固定磁性層31と反強磁性層30間で発生する交
換結合磁界を大きくでき、通電信頼性の向上などを期待
することができたのである。
ると、その上に形成される各層を適切に[111]配向さ
せることができ、また結晶粒径の増大を図ることがで
き、これによって、電気伝導性を高めることができると
ともに固定磁性層31と反強磁性層30間で発生する交
換結合磁界を大きくでき、通電信頼性の向上などを期待
することができたのである。
【0010】そして従来では前記シードレイヤ14をN
iFeCr合金で形成し、このとき前記Crの組成比を
40at%以下に設定し、これによって前記シードレイ
ヤ14の結晶構造を面心立方構造に保っていた。
iFeCr合金で形成し、このとき前記Crの組成比を
40at%以下に設定し、これによって前記シードレイ
ヤ14の結晶構造を面心立方構造に保っていた。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかし今後の高記録密
度化に伴い、スピンバルブ型薄膜素子の更なる小型化に
より、前記スピンバルブ型薄膜素子に流れるセンス電流
密度が大きくなり、これによってエレクトロマイグレー
ションの発生等が問題となった。
度化に伴い、スピンバルブ型薄膜素子の更なる小型化に
より、前記スピンバルブ型薄膜素子に流れるセンス電流
密度が大きくなり、これによってエレクトロマイグレー
ションの発生等が問題となった。
【0012】本発明者らは、上記した問題を解決するに
は、シードレイヤ14の反強磁性層30に接する表面の
濡れ性の向上を図ることが重要であると考えた。濡れ性
が良いと前記シードレイヤ14上に反強磁性層30をス
パッタ成膜するとき、前記反強磁性層30を構成する反
強磁性材料の各原子を前記シードレイヤ14上で凝集し
にくくでき、結晶粒径を大きくでき、反強磁性層30と
固定磁性層31間で発生する交換結合磁界や抵抗変化率
を大きくできると考えたのである。
は、シードレイヤ14の反強磁性層30に接する表面の
濡れ性の向上を図ることが重要であると考えた。濡れ性
が良いと前記シードレイヤ14上に反強磁性層30をス
パッタ成膜するとき、前記反強磁性層30を構成する反
強磁性材料の各原子を前記シードレイヤ14上で凝集し
にくくでき、結晶粒径を大きくでき、反強磁性層30と
固定磁性層31間で発生する交換結合磁界や抵抗変化率
を大きくできると考えたのである。
【0013】ところで前記濡れ性の向上には、シードレ
イヤ14に含まれるCrの組成比が多いほど好ましいと
思われたが、前記Crの組成比を多くしすぎるとシード
レイヤ14の結晶構造に、面心立方構造(fcc構造)
の他に体心立方構造(bcc構造)が混在し始めてしま
い、また濡れ性も予想したほど向上しないためか、逆に
固定磁性層31と反強磁性層30間で発生する交換結合
磁界が低下してしまい、耐エレクトロマイグレーション
に代表される通電信頼性の向上、また抵抗変化率の向上
を適切に図ることができなかった。
イヤ14に含まれるCrの組成比が多いほど好ましいと
思われたが、前記Crの組成比を多くしすぎるとシード
レイヤ14の結晶構造に、面心立方構造(fcc構造)
の他に体心立方構造(bcc構造)が混在し始めてしま
い、また濡れ性も予想したほど向上しないためか、逆に
固定磁性層31と反強磁性層30間で発生する交換結合
磁界が低下してしまい、耐エレクトロマイグレーション
に代表される通電信頼性の向上、また抵抗変化率の向上
を適切に図ることができなかった。
【0014】すなわち従来のようにシードレイヤ14を
NiFeCr合金で形成した場合にあっては、前記Cr
の組成比を約40at%以下に設定しなければ、通電信
頼性や抵抗変化率の低下を余儀なくされた。そして今後
の高記録密度化に伴い、さらに高い交換結合磁界を得て
通電信頼性や抵抗変化率のさらなる向上を図ることは、
前記シードレイヤ14にNiFeCr合金を用いては困
難であるとわかった。
NiFeCr合金で形成した場合にあっては、前記Cr
の組成比を約40at%以下に設定しなければ、通電信
頼性や抵抗変化率の低下を余儀なくされた。そして今後
の高記録密度化に伴い、さらに高い交換結合磁界を得て
通電信頼性や抵抗変化率のさらなる向上を図ることは、
前記シードレイヤ14にNiFeCr合金を用いては困
難であるとわかった。
【0015】次に、従来のようにシードレイヤ14にN
iFeCr合金(Cr組成比は40at%以下)を用い
ると、反強磁性層30の表面が結晶粒界間でうねりを生
じ、前記反強磁性層30の表面の平滑性は悪化し、これ
によって以下のような問題点を引き起こした。
iFeCr合金(Cr組成比は40at%以下)を用い
ると、反強磁性層30の表面が結晶粒界間でうねりを生
じ、前記反強磁性層30の表面の平滑性は悪化し、これ
によって以下のような問題点を引き起こした。
【0016】図16は、図15に示す磁気検出素子の構
造を拡大した部分模式図である。なお図16に示すシー
ドレイヤ14はCr組成比が約40at%とされたNi
FeCr合金で形成されている。
造を拡大した部分模式図である。なお図16に示すシー
ドレイヤ14はCr組成比が約40at%とされたNi
FeCr合金で形成されている。
【0017】図16に示すように前記反強磁性層30に
形成された結晶粒界間の表面30aにはうねりが発生し
ていることがわかる。そしてこのうねりは、前記反強磁
性層30上に形成される固定磁性層31、非磁性材料層
32及びフリー磁性層33の表面にも発生してしまう。
形成された結晶粒界間の表面30aにはうねりが発生し
ていることがわかる。そしてこのうねりは、前記反強磁
性層30上に形成される固定磁性層31、非磁性材料層
32及びフリー磁性層33の表面にも発生してしまう。
【0018】このようなうねりが発生すると、図17
(図16に示す固定磁性層31、非磁性材料層32、お
よびフリー磁性層33をY方向に切断した断面を示す模
式図)に示すように、固定磁性層31表面のうねり部分
に磁極が生じ、前記磁極は、非磁性材料層32を介して
対向するフリー磁性層33のうねり部分にも生じ、これ
によって固定磁性層31とフリー磁性層33間の静磁結
合(トポロジカルカップリング)による層間結合磁界H
inが強まる。従って本来、図示X方向に磁化されなけ
ればならないフリー磁性層33に図示Y方向に磁化させ
ようとする作用が加わり、再生波形の非対称性(アシン
メトリー)が大きくなるといった問題が発生した。
(図16に示す固定磁性層31、非磁性材料層32、お
よびフリー磁性層33をY方向に切断した断面を示す模
式図)に示すように、固定磁性層31表面のうねり部分
に磁極が生じ、前記磁極は、非磁性材料層32を介して
対向するフリー磁性層33のうねり部分にも生じ、これ
によって固定磁性層31とフリー磁性層33間の静磁結
合(トポロジカルカップリング)による層間結合磁界H
inが強まる。従って本来、図示X方向に磁化されなけ
ればならないフリー磁性層33に図示Y方向に磁化させ
ようとする作用が加わり、再生波形の非対称性(アシン
メトリー)が大きくなるといった問題が発生した。
【0019】また前記フリー磁性層33上に、例えばT
aの酸化物で形成された鏡面反射層を形成する場合があ
るが、かかる場合、前記鏡面反射層の表面も反強磁性層
30の表面30aのうねりによって平滑性が阻害され、
これによって前記鏡面反射層の鏡面反射率が低下し、ス
ペキュラー効果による抵抗変化率の増大を期待すること
ができなかった。
aの酸化物で形成された鏡面反射層を形成する場合があ
るが、かかる場合、前記鏡面反射層の表面も反強磁性層
30の表面30aのうねりによって平滑性が阻害され、
これによって前記鏡面反射層の鏡面反射率が低下し、ス
ペキュラー効果による抵抗変化率の増大を期待すること
ができなかった。
【0020】本発明者らは、上記したシードレイヤ14
上に形成される各層の表面にうねりが生じる問題は、前
記シードレイヤ14の濡れ性の悪さや、シードレイヤ1
4に大きな結晶粒が存在することなどが原因であると考
えた。
上に形成される各層の表面にうねりが生じる問題は、前
記シードレイヤ14の濡れ性の悪さや、シードレイヤ1
4に大きな結晶粒が存在することなどが原因であると考
えた。
【0021】そこで本発明は上記従来の課題を解決する
ためのものであり、特にシードレイヤをCrで形成し膜
厚などを調整することで、前記シードレイヤの濡れ性を
向上させ、シードレイヤにNiFeCr合金を用いた場
合に比べて大きい強磁性層の一方向***換バイアス磁界
(Hex*)を得ることができ、また各層表面のうねり
を従来よりも小さくでき、通電信頼性や抵抗変化率の向
上などを適切に図ることが可能な交換結合膜及び前記交
換結合膜を用いた磁気検出素子を提供することを目的と
している。
ためのものであり、特にシードレイヤをCrで形成し膜
厚などを調整することで、前記シードレイヤの濡れ性を
向上させ、シードレイヤにNiFeCr合金を用いた場
合に比べて大きい強磁性層の一方向***換バイアス磁界
(Hex*)を得ることができ、また各層表面のうねり
を従来よりも小さくでき、通電信頼性や抵抗変化率の向
上などを適切に図ることが可能な交換結合膜及び前記交
換結合膜を用いた磁気検出素子を提供することを目的と
している。
【0022】
【課題を解決するための手段】本発明は、下からシード
レイヤ、反強磁性層、強磁性層の順に積層され、前記反
強磁性層と強磁性層との界面で交換結合磁界が発生する
ことで、前記強磁性層の磁化方向が一定方向にされる交
換結合膜において、前記シードレイヤはCrで形成さ
れ、少なくとも一部に非晶質相を含んでいることを特徴
とするものである。
レイヤ、反強磁性層、強磁性層の順に積層され、前記反
強磁性層と強磁性層との界面で交換結合磁界が発生する
ことで、前記強磁性層の磁化方向が一定方向にされる交
換結合膜において、前記シードレイヤはCrで形成さ
れ、少なくとも一部に非晶質相を含んでいることを特徴
とするものである。
【0023】本発明では従来と異なりシードレイヤはC
rで形成されている。従来ではシードレイヤをNiFe
Crで形成した場合、Crの組成比を大きくすれば濡れ
性の向上を図ることができると思われたが、実際には、
前記Cr組成比を40at%以上に大きくすると、逆に
反強磁性層と強磁性層間で発生する交換結合磁界は急激
に小さくなり、通電信頼性の向上などを適切に図ること
ができなかった。
rで形成されている。従来ではシードレイヤをNiFe
Crで形成した場合、Crの組成比を大きくすれば濡れ
性の向上を図ることができると思われたが、実際には、
前記Cr組成比を40at%以上に大きくすると、逆に
反強磁性層と強磁性層間で発生する交換結合磁界は急激
に小さくなり、通電信頼性の向上などを適切に図ること
ができなかった。
【0024】一方、本発明のようにシードレイヤをCr
の単層で形成すると、従来のようにNiFeCrで形成
される場合に比べて、シードレイヤ表面での濡れ性を飛
躍的に向上させることができることがわかった。また濡
れ性が向上するのは、本発明のように、前記シードレイ
ヤに非晶質相が含まれることもその一因ではないかと思
われる。濡れ性は表面エネルギーが増大し、表面活性と
なることで向上する。濡れ性の向上は、シードレイヤを
単にCrで形成することでは十分でなく、成膜条件、具
体的にはシードレイヤを形成する際の基板表面の温度や
基板とターゲット間の距離、前記シードレイヤを形成す
る際のAr圧、スパッタ速度などが重要な要素である。
の単層で形成すると、従来のようにNiFeCrで形成
される場合に比べて、シードレイヤ表面での濡れ性を飛
躍的に向上させることができることがわかった。また濡
れ性が向上するのは、本発明のように、前記シードレイ
ヤに非晶質相が含まれることもその一因ではないかと思
われる。濡れ性は表面エネルギーが増大し、表面活性と
なることで向上する。濡れ性の向上は、シードレイヤを
単にCrで形成することでは十分でなく、成膜条件、具
体的にはシードレイヤを形成する際の基板表面の温度や
基板とターゲット間の距離、前記シードレイヤを形成す
る際のAr圧、スパッタ速度などが重要な要素である。
【0025】そして本発明のようにシードレイヤ表面の
濡れ性の飛躍的な向上により、その上に堆積する反強磁
性層などの各層を層状成長させやすくなり、結晶粒径を
従来よりも大きくでき、前記シードレイヤをNiFeC
r合金で形成する場合に比べて、強磁性層における一方
向***換バイアス磁界(Hex*)をさらに大きくする
ことができることがわかった。
濡れ性の飛躍的な向上により、その上に堆積する反強磁
性層などの各層を層状成長させやすくなり、結晶粒径を
従来よりも大きくでき、前記シードレイヤをNiFeC
r合金で形成する場合に比べて、強磁性層における一方
向***換バイアス磁界(Hex*)をさらに大きくする
ことができることがわかった。
【0026】ここで一方向***換バイアス磁界(Hex
*)とは、抵抗変化率(ΔR/R)の最大値の半分の値
になるときの外部磁界の大きさを前記交換バイアス磁界
(Hex*)と定める。一方向***換バイアス磁界に
は、前記強磁性層と反強磁性層間で発生する交換結合磁
界の他、前記強磁性層が積層フェリ構造であるときは、
前記積層フェリ構造を構成する磁性層間で発生するRK
KY相互交換作用における結合磁界などを含む磁界の大
きさである。
*)とは、抵抗変化率(ΔR/R)の最大値の半分の値
になるときの外部磁界の大きさを前記交換バイアス磁界
(Hex*)と定める。一方向***換バイアス磁界に
は、前記強磁性層と反強磁性層間で発生する交換結合磁
界の他、前記強磁性層が積層フェリ構造であるときは、
前記積層フェリ構造を構成する磁性層間で発生するRK
KY相互交換作用における結合磁界などを含む磁界の大
きさである。
【0027】従って本発明における強磁性層が、積層フ
ェリ構造でない場合には、前記一方向***換バイアス磁
界とは、主として前記強磁性層と反強磁性層間で発生す
る交換結合磁界を意味し、また前記強磁性層が積層フェ
リ構造である場合には、前記一方向***換バイアス磁界
とは、主として前記交換結合磁界とRKKY相互交換作
用における結合磁界とを合わせた磁界を意味する。
ェリ構造でない場合には、前記一方向***換バイアス磁
界とは、主として前記強磁性層と反強磁性層間で発生す
る交換結合磁界を意味し、また前記強磁性層が積層フェ
リ構造である場合には、前記一方向***換バイアス磁界
とは、主として前記交換結合磁界とRKKY相互交換作
用における結合磁界とを合わせた磁界を意味する。
【0028】そして、この一方向***換バイアス磁界を
大きくできることで、適切に前記強磁性層を所定方向に
ピン止めすることができ、高熱の雰囲気においても素子
を流れる電流により誘起される磁界や微小素子端部に発
生する反磁界に負けることなく固定磁性層の磁化を一定
方向に保つことができるなど、耐エレクトロマイグレー
ションの向上に代表される通電信頼性の向上を適切に図
ることが可能になる。
大きくできることで、適切に前記強磁性層を所定方向に
ピン止めすることができ、高熱の雰囲気においても素子
を流れる電流により誘起される磁界や微小素子端部に発
生する反磁界に負けることなく固定磁性層の磁化を一定
方向に保つことができるなど、耐エレクトロマイグレー
ションの向上に代表される通電信頼性の向上を適切に図
ることが可能になる。
【0029】ここで各層の結晶配向性について説明する
と、前記反強磁性層などのシードレイヤ上の各層を基本
的に[111]配向させることは可能であると思われる。
しかし本発明では、従来重要視していた結晶配向性より
もシードレイヤ表面の濡れ性の飛躍的な向上を図ること
に着目して成されたものであり、したがって前記反強磁
性層などの各層の[111]配向性が弱くても、本発明で
は、濡れ性の飛躍的な向上で、前記一方向***換バイア
ス磁界(Hex*)を従来に比べて効果的に大きくでき
ることに成功したのである。
と、前記反強磁性層などのシードレイヤ上の各層を基本
的に[111]配向させることは可能であると思われる。
しかし本発明では、従来重要視していた結晶配向性より
もシードレイヤ表面の濡れ性の飛躍的な向上を図ること
に着目して成されたものであり、したがって前記反強磁
性層などの各層の[111]配向性が弱くても、本発明で
は、濡れ性の飛躍的な向上で、前記一方向***換バイア
ス磁界(Hex*)を従来に比べて効果的に大きくでき
ることに成功したのである。
【0030】ところで本発明では、前記シードレイヤに
は一部に非晶質相が含まれている。本発明では、前記シ
ードレイヤをCrで形成したことによる前記シードレイ
ヤ表面の濡れ性の飛躍的な向上と、前記シードレイヤの
少なくとも一部に非晶質相を含有させたことで、前記シ
ードレイヤ上に堆積される際の反強磁性層の原子が、前
記シードレイヤ上でよりいっそう動きやすくなって全体
的により均一な状態で堆積されていき、しかもシードレ
イヤ自体に大きな結晶粒が存在しないことから、前記反
強磁性層の結晶粒界となるべき部分に従来のような粒界
段差は生じにくく、したがって本発明では、従来に比べ
て前記シードレイヤ上に形成される各層の表面にうねり
が生じるのを抑制することができ、表面の平滑性を適切
に向上させることが可能になる。
は一部に非晶質相が含まれている。本発明では、前記シ
ードレイヤをCrで形成したことによる前記シードレイ
ヤ表面の濡れ性の飛躍的な向上と、前記シードレイヤの
少なくとも一部に非晶質相を含有させたことで、前記シ
ードレイヤ上に堆積される際の反強磁性層の原子が、前
記シードレイヤ上でよりいっそう動きやすくなって全体
的により均一な状態で堆積されていき、しかもシードレ
イヤ自体に大きな結晶粒が存在しないことから、前記反
強磁性層の結晶粒界となるべき部分に従来のような粒界
段差は生じにくく、したがって本発明では、従来に比べ
て前記シードレイヤ上に形成される各層の表面にうねり
が生じるのを抑制することができ、表面の平滑性を適切
に向上させることが可能になる。
【0031】そして上記交換結合膜が後述する磁気検出
素子として使用される場合では、固定磁性層(強磁性
層)とフリー磁性層間の静磁結合(トポロジカルカップ
リング)による層間結合磁界Hinを弱くでき、再生波
形の非対称性(アシンメトリー)を小さくでき、また鏡
面反射層が形成される場合にあっては、前記鏡面反射層
の鏡面反射率を向上させて、抵抗変化率の向上を図るこ
とが可能になる。
素子として使用される場合では、固定磁性層(強磁性
層)とフリー磁性層間の静磁結合(トポロジカルカップ
リング)による層間結合磁界Hinを弱くでき、再生波
形の非対称性(アシンメトリー)を小さくでき、また鏡
面反射層が形成される場合にあっては、前記鏡面反射層
の鏡面反射率を向上させて、抵抗変化率の向上を図るこ
とが可能になる。
【0032】以上のように本発明における交換結合膜に
よれば、前記シードレイヤの濡れ性を従来に比べて飛躍
的に向上させることができると共に、前記シードレイヤ
上に形成される各層の表面の平滑性を向上させることが
でき、従って強磁性層の一方向***換バイアス磁界(H
ex*)を従来に比べて大きくでき、今後の高記録密度
化においても通電信頼性を従来に比べて向上させること
が可能であり、さらに再生波形の安定性を図ることが可
能になる。また結晶粒径の増大により抵抗抵抗変化率を
従来と同程度、あるいはそれ以上に向上させることが可
能である。
よれば、前記シードレイヤの濡れ性を従来に比べて飛躍
的に向上させることができると共に、前記シードレイヤ
上に形成される各層の表面の平滑性を向上させることが
でき、従って強磁性層の一方向***換バイアス磁界(H
ex*)を従来に比べて大きくでき、今後の高記録密度
化においても通電信頼性を従来に比べて向上させること
が可能であり、さらに再生波形の安定性を図ることが可
能になる。また結晶粒径の増大により抵抗抵抗変化率を
従来と同程度、あるいはそれ以上に向上させることが可
能である。
【0033】本発明では、前記シードレイヤの下には、
Ta,Hf,Nb,Zr,Ti,Mo,Wのうち少なく
とも1種以上の元素で形成された下地層上が形成され、
前記シードレイヤの膜厚は、15Å以上で50Å以下の
範囲内で形成されることが好ましい。
Ta,Hf,Nb,Zr,Ti,Mo,Wのうち少なく
とも1種以上の元素で形成された下地層上が形成され、
前記シードレイヤの膜厚は、15Å以上で50Å以下の
範囲内で形成されることが好ましい。
【0034】Taなどで形成された前記下地層の表面
は、濡れ性が比較的良好であるため、前記下地層の上全
体にCrからなるシードレイヤをより緻密な状態で形成
でき、前記シードレイヤ表面の濡れ性を適切に向上させ
ることができる。
は、濡れ性が比較的良好であるため、前記下地層の上全
体にCrからなるシードレイヤをより緻密な状態で形成
でき、前記シードレイヤ表面の濡れ性を適切に向上させ
ることができる。
【0035】しかも前記下地層があった方がない場合に
比べて、所定の大きさの強磁性層の一方向***換バイア
ス磁界(Hex*)及び抵抗変化率(ΔR/R)を得る
ときのシードレイヤの膜厚の許容範囲を大きくできるこ
とが後述する実験によって確認されている。
比べて、所定の大きさの強磁性層の一方向***換バイア
ス磁界(Hex*)及び抵抗変化率(ΔR/R)を得る
ときのシードレイヤの膜厚の許容範囲を大きくできるこ
とが後述する実験によって確認されている。
【0036】本発明において前記シードレイヤの膜厚の
上限を50Åとしたのは、これ以上、前記シードレイヤ
の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シードレイ
ヤへの分流が大きくなり抵抗変化率(ΔR/R)の低下
が大きくなり、少なくとも従来と同程度の前記抵抗変化
率を得ることができなくなるからである。また前記シー
ドレイヤに非晶質相を含ませることが難しくなる。本発
明においてシードレイヤに非晶質相が含まれていると、
前記非晶質相は比抵抗が結晶相よりも高いから、センス
電流の分流を適切に低減でき、抵抗変化率を向上させる
ことができる。
上限を50Åとしたのは、これ以上、前記シードレイヤ
の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シードレイ
ヤへの分流が大きくなり抵抗変化率(ΔR/R)の低下
が大きくなり、少なくとも従来と同程度の前記抵抗変化
率を得ることができなくなるからである。また前記シー
ドレイヤに非晶質相を含ませることが難しくなる。本発
明においてシードレイヤに非晶質相が含まれていると、
前記非晶質相は比抵抗が結晶相よりも高いから、センス
電流の分流を適切に低減でき、抵抗変化率を向上させる
ことができる。
【0037】また前記シードレイヤの膜厚の下限を15
Åとしたのは、15Åよりも小さくなると、シードレイ
ヤの膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜厚で膜成
長しないため、前記シードレイヤの濡れ性や平滑性が向
上せず、前記シードレイヤの上に積層される反強磁性層
/強磁性層の結晶配向性は弱くなり、また平均結晶粒径
が小さくなり、この結果、抵抗変化率(ΔR/R)や一
方向***換バイアス磁界(Hex*)が小さくなり、ま
たシードレイヤ上の反強磁性層等の各層の表面の平滑性
も悪化するため層間結合磁界Hinが大きくなってしま
う。
Åとしたのは、15Åよりも小さくなると、シードレイ
ヤの膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜厚で膜成
長しないため、前記シードレイヤの濡れ性や平滑性が向
上せず、前記シードレイヤの上に積層される反強磁性層
/強磁性層の結晶配向性は弱くなり、また平均結晶粒径
が小さくなり、この結果、抵抗変化率(ΔR/R)や一
方向***換バイアス磁界(Hex*)が小さくなり、ま
たシードレイヤ上の反強磁性層等の各層の表面の平滑性
も悪化するため層間結合磁界Hinが大きくなってしま
う。
【0038】以上により本発明では、前記シードレイヤ
の膜厚を、15Å以上で50Å以下の範囲内で形成する
こととした。
の膜厚を、15Å以上で50Å以下の範囲内で形成する
こととした。
【0039】次に本発明では、前記膜厚は15Å以上で
40Å以下で形成されることがより好ましい。膜厚の下
限を15Åとしたのは上述の通りである。本発明におい
てシードレイヤの膜厚を40Å以下にしたのは、前記膜
厚を40Å以下にすることで、より適切にシードレイヤ
に非晶質相を含ませることができ、Crで形成されたシ
ードレイヤにセンス電流が分流するのを適切に抑制で
き、抵抗変化率(ΔR/R)の向上を適切に図ることが
できるからである。後述する実験によれば前記抵抗変化
率を10%以上確実に確保できることがわかった。
40Å以下で形成されることがより好ましい。膜厚の下
限を15Åとしたのは上述の通りである。本発明におい
てシードレイヤの膜厚を40Å以下にしたのは、前記膜
厚を40Å以下にすることで、より適切にシードレイヤ
に非晶質相を含ませることができ、Crで形成されたシ
ードレイヤにセンス電流が分流するのを適切に抑制で
き、抵抗変化率(ΔR/R)の向上を適切に図ることが
できるからである。後述する実験によれば前記抵抗変化
率を10%以上確実に確保できることがわかった。
【0040】また本発明では、前記膜厚は、20Å以上
で28Å以下で形成されることがさらに好ましい。
で28Å以下で形成されることがさらに好ましい。
【0041】後述する実験によれば、前記シードレイヤ
の膜厚を20Å以上28Å以下に設定することで、抵抗
変化率(ΔR/R)を12%以上にでき、また一方向性
交換バイアス磁界(Hex*)を約15.8×104(A
/m)以上にでき、さらに層間結合磁界Hinをほぼ0
(A/m)にできることができることがわかった。
の膜厚を20Å以上28Å以下に設定することで、抵抗
変化率(ΔR/R)を12%以上にでき、また一方向性
交換バイアス磁界(Hex*)を約15.8×104(A
/m)以上にでき、さらに層間結合磁界Hinをほぼ0
(A/m)にできることができることがわかった。
【0042】前記シードレイヤの膜厚を20Å以上で2
8Å以下にすると、前記シードレイヤが均一且つ緻密な
膜厚で膜成長し、シードレイヤ表面の濡れ性を十分に向
上させることができ、また前記シードレイヤを主として
非晶質相で構成できる。これによって、前記シードレイ
ヤの上に形成される各層の結晶配向や平均結晶粒径を大
きくでき、またシードレイヤが非晶質を多く含む(ある
いはすべて非晶質)ので比抵抗値を上げることができる
結果、前記シードレイヤへのセンス電流の分流を抑制で
きて抵抗変化率(ΔR/R)をさらに向上でき、また一
方向***換バイアス磁界(Hex*)をさらに大きくす
ることが可能である。またシードレイヤ22を適切に非
晶質相を主体で構成できるから、前記シードレイヤ22
上の各層表面の平滑性をより適切に向上させることがで
き、層間結合磁界Hinをより適切に0(A/m)に近
づけることができる。
8Å以下にすると、前記シードレイヤが均一且つ緻密な
膜厚で膜成長し、シードレイヤ表面の濡れ性を十分に向
上させることができ、また前記シードレイヤを主として
非晶質相で構成できる。これによって、前記シードレイ
ヤの上に形成される各層の結晶配向や平均結晶粒径を大
きくでき、またシードレイヤが非晶質を多く含む(ある
いはすべて非晶質)ので比抵抗値を上げることができる
結果、前記シードレイヤへのセンス電流の分流を抑制で
きて抵抗変化率(ΔR/R)をさらに向上でき、また一
方向***換バイアス磁界(Hex*)をさらに大きくす
ることが可能である。またシードレイヤ22を適切に非
晶質相を主体で構成できるから、前記シードレイヤ22
上の各層表面の平滑性をより適切に向上させることがで
き、層間結合磁界Hinをより適切に0(A/m)に近
づけることができる。
【0043】次に本発明では、前記シードレイヤの下に
は、Ta,Hf,Nb,Zr,Ti,Mo,Wのうち少
なくとも1種以上の元素からなる下地層が形成されてお
らず、前記シードレイヤの膜厚は、25Å以上で50Å
以下で形成されることが好ましい。
は、Ta,Hf,Nb,Zr,Ti,Mo,Wのうち少
なくとも1種以上の元素からなる下地層が形成されてお
らず、前記シードレイヤの膜厚は、25Å以上で50Å
以下で形成されることが好ましい。
【0044】本発明において前記シードレイヤの膜厚の
上限を50Åとしたのは、これ以上、前記シードレイヤ
の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シードレイ
ヤへの分流が大きくなり抵抗変化率(ΔR/R)の低下
が大きくなり、少なくとも従来と同程度の前記抵抗変化
率を得ることができなくなるからである。また前記シー
ドレイヤに非晶質相を含ませることが難しくなる。本発
明においてシードレイヤに非晶質相が含まれていると、
前記非晶質相は比抵抗が結晶相よりも高いから、センス
電流の分流を適切に低減でき、抵抗変化率を向上させる
ことができる。
上限を50Åとしたのは、これ以上、前記シードレイヤ
の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シードレイ
ヤへの分流が大きくなり抵抗変化率(ΔR/R)の低下
が大きくなり、少なくとも従来と同程度の前記抵抗変化
率を得ることができなくなるからである。また前記シー
ドレイヤに非晶質相を含ませることが難しくなる。本発
明においてシードレイヤに非晶質相が含まれていると、
前記非晶質相は比抵抗が結晶相よりも高いから、センス
電流の分流を適切に低減でき、抵抗変化率を向上させる
ことができる。
【0045】また前記シードレイヤの膜厚の下限を25
Åとしたのは、25Åよりも小さくなると、シードレイ
ヤの膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜厚で膜成
長しないため、前記シードレイヤの濡れ性や平滑性が向
上せず、前記シードレイヤの上に積層される反強磁性層
/強磁性層の結晶配向性は弱くなり、また平均結晶粒径
が小さくなり、この結果、抵抗変化率(ΔR/R)や一
方向***換バイアス磁界(Hex*)が小さくなり、ま
たシードレイヤ上の反強磁性層等の各層表面の平滑性も
悪化するから層間結合磁界Hinが大きくなってしま
う。
Åとしたのは、25Åよりも小さくなると、シードレイ
ヤの膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜厚で膜成
長しないため、前記シードレイヤの濡れ性や平滑性が向
上せず、前記シードレイヤの上に積層される反強磁性層
/強磁性層の結晶配向性は弱くなり、また平均結晶粒径
が小さくなり、この結果、抵抗変化率(ΔR/R)や一
方向***換バイアス磁界(Hex*)が小さくなり、ま
たシードレイヤ上の反強磁性層等の各層表面の平滑性も
悪化するから層間結合磁界Hinが大きくなってしま
う。
【0046】従って本発明では、前記下地層を敷かない
で前記シードレイヤを形成する場合、前記シードレイヤ
の膜厚を25Å以上で50Å以下の範囲内に設定するこ
とが好ましいとした。
で前記シードレイヤを形成する場合、前記シードレイヤ
の膜厚を25Å以上で50Å以下の範囲内に設定するこ
とが好ましいとした。
【0047】また本発明では、前記膜厚は25Å以上で
40Å以下で形成されることがより好ましい。前記シー
ドレイヤの膜厚の下限を25Åとした理由は、上述した
通りである。
40Å以下で形成されることがより好ましい。前記シー
ドレイヤの膜厚の下限を25Åとした理由は、上述した
通りである。
【0048】また前記シードレイヤの膜厚を40Å以下
にすることで、より適切にシードレイヤに非晶質相を含
ませることができ、Crで形成されたシードレイヤにセ
ンス電流が分流するのを適切に抑制でき、抵抗変化率
(ΔR/R)の向上を適切に図ることができる。後述す
る実験によれば前記抵抗変化率を10%以上確保でき
る。
にすることで、より適切にシードレイヤに非晶質相を含
ませることができ、Crで形成されたシードレイヤにセ
ンス電流が分流するのを適切に抑制でき、抵抗変化率
(ΔR/R)の向上を適切に図ることができる。後述す
る実験によれば前記抵抗変化率を10%以上確保でき
る。
【0049】また前記シードレイヤの膜厚を上記した2
5Å以上で40Å以下の範囲内に設定することで、一方
向***換バイアス磁界(Hex*)を約11.85×1
04(A/m)以上適切に確保することができることが
わかった。
5Å以上で40Å以下の範囲内に設定することで、一方
向***換バイアス磁界(Hex*)を約11.85×1
04(A/m)以上適切に確保することができることが
わかった。
【0050】また本発明では、前記シードレイヤの膜厚
は30Å以上で40Å以下で形成されることがさらに好
ましい。
は30Å以上で40Å以下で形成されることがさらに好
ましい。
【0051】後述する実験によれば、前記シードレイヤ
の膜厚を30Å以上で40Å以下の範囲内に設定するこ
とで、抵抗変化率(ΔR/R)を確実に10%以上にで
き、また一方向***換バイアス磁界(Hex*)を約1
5.8×104(A/m)以上にでき、さらに層間結合
磁界Hinを約400(A/m)以下に抑えることがで
きることがわかった。
の膜厚を30Å以上で40Å以下の範囲内に設定するこ
とで、抵抗変化率(ΔR/R)を確実に10%以上にで
き、また一方向***換バイアス磁界(Hex*)を約1
5.8×104(A/m)以上にでき、さらに層間結合
磁界Hinを約400(A/m)以下に抑えることがで
きることがわかった。
【0052】前記シードレイヤの膜厚を30Å以上で4
0Å以下にすると、前記シードレイヤが均一且つ緻密な
膜厚で膜成長し、シードレイヤ表面の濡れ性を十分に向
上させることができ、また前記シードレイヤを主として
非晶質相で構成できる。これによって、前記シードレイ
ヤの上に形成される各層の結晶配向や平均結晶粒径を大
きくでき、またシードレイヤが非晶質を多く含む(ある
いはすべて非晶質)ので比抵抗値を上げることができる
結果、前記シードレイヤへのセンス電流の分流を抑制で
きて抵抗変化率(ΔR/R)をさらに向上でき、また一
方向***換バイアス磁界(Hex*)をさらに大きくす
ることが可能である。またシードレイヤ22を適切に非
晶質相を主体で構成できるから、前記シードレイヤ22
上の各層表面の平滑性をより適切に向上させることがで
き、層間結合磁界Hinをより適切に0(A/m)に近
づけることができる。
0Å以下にすると、前記シードレイヤが均一且つ緻密な
膜厚で膜成長し、シードレイヤ表面の濡れ性を十分に向
上させることができ、また前記シードレイヤを主として
非晶質相で構成できる。これによって、前記シードレイ
ヤの上に形成される各層の結晶配向や平均結晶粒径を大
きくでき、またシードレイヤが非晶質を多く含む(ある
いはすべて非晶質)ので比抵抗値を上げることができる
結果、前記シードレイヤへのセンス電流の分流を抑制で
きて抵抗変化率(ΔR/R)をさらに向上でき、また一
方向***換バイアス磁界(Hex*)をさらに大きくす
ることが可能である。またシードレイヤ22を適切に非
晶質相を主体で構成できるから、前記シードレイヤ22
上の各層表面の平滑性をより適切に向上させることがで
き、層間結合磁界Hinをより適切に0(A/m)に近
づけることができる。
【0053】次に本発明では、前記シードレイヤは、非
晶質相と結晶質相との混相状態であってもよいし、前記
シードレイヤは、非晶質単相で構成されてもよい。
晶質相と結晶質相との混相状態であってもよいし、前記
シードレイヤは、非晶質単相で構成されてもよい。
【0054】ここで注目すべき点は、前記シードレイヤ
に結晶質相が含まれるときの、その結晶構造である。従
来では、前記NiFeCr合金のシードレイヤのCr組
成比を整えることで、結晶構造を、面心立方構造(fc
c構造)に保っていたが、本発明では、前記結晶構造は
面心立方構造である必要はなく体心立方構造(bcc構
造)などであってもよい。後述する実験結果によれば、
Crで形成されたシードレイヤに含まれる結晶質相の結
晶構造は体心立方構造(bcc構造)であった。
に結晶質相が含まれるときの、その結晶構造である。従
来では、前記NiFeCr合金のシードレイヤのCr組
成比を整えることで、結晶構造を、面心立方構造(fc
c構造)に保っていたが、本発明では、前記結晶構造は
面心立方構造である必要はなく体心立方構造(bcc構
造)などであってもよい。後述する実験結果によれば、
Crで形成されたシードレイヤに含まれる結晶質相の結
晶構造は体心立方構造(bcc構造)であった。
【0055】本発明では、従来重要視されていた前記シ
ードレイヤの結晶構造よりも、前記シードレイヤ表面の
濡れ性のさらなる向上を図ることに着目して成されたも
のであり、本発明のように、非晶質相を含むシードレイ
ヤを用いれば、前記シードレイヤ表面の濡れ性を従来に
比べて飛躍的に向上させることができ、強磁性層の一方
向***換バイアス磁界(Hex*)の向上を図ることが
できるとともに、前記シードレイヤ上の各層の表面の平
滑性を向上させることが可能になるのである。
ードレイヤの結晶構造よりも、前記シードレイヤ表面の
濡れ性のさらなる向上を図ることに着目して成されたも
のであり、本発明のように、非晶質相を含むシードレイ
ヤを用いれば、前記シードレイヤ表面の濡れ性を従来に
比べて飛躍的に向上させることができ、強磁性層の一方
向***換バイアス磁界(Hex*)の向上を図ることが
できるとともに、前記シードレイヤ上の各層の表面の平
滑性を向上させることが可能になるのである。
【0056】また本発明では、前記強磁性層は鏡面反射
層を有して形成されていてもよい。かかる場合、従来に
比べて前記強磁性層の表面の平滑性は良好であるから、
前記強磁性層に形成された鏡面反射層の鏡面反射率を向
上させることができ、磁気検出素子の抵抗変化率(ΔR
/R)の向上を図ることが可能である。
層を有して形成されていてもよい。かかる場合、従来に
比べて前記強磁性層の表面の平滑性は良好であるから、
前記強磁性層に形成された鏡面反射層の鏡面反射率を向
上させることができ、磁気検出素子の抵抗変化率(ΔR
/R)の向上を図ることが可能である。
【0057】また本発明では、前記シードレイヤ上の各
層に形成された結晶粒の膜面と平行な方向における平均
結晶粒径は、200Å以上であることが好ましい。この
ように大きな結晶粒が形成されることで、一方向***換
バイアス磁界(Hex*)の向上とともに、耐熱性や抵
抗変化率(ΔR/R)を従来と同程度、あるいはそれ以
上にすることができる。
層に形成された結晶粒の膜面と平行な方向における平均
結晶粒径は、200Å以上であることが好ましい。この
ように大きな結晶粒が形成されることで、一方向***換
バイアス磁界(Hex*)の向上とともに、耐熱性や抵
抗変化率(ΔR/R)を従来と同程度、あるいはそれ以
上にすることができる。
【0058】また本発明では、前記交換結合膜を膜厚方
向と平行に切断したときに切断面に現われる前記反強磁
性層に形成された結晶粒界と、強磁性層に形成された結
晶粒界とが、前記反強磁性層と強磁性層との界面の少な
くとも一部で不連続であることが好ましい。
向と平行に切断したときに切断面に現われる前記反強磁
性層に形成された結晶粒界と、強磁性層に形成された結
晶粒界とが、前記反強磁性層と強磁性層との界面の少な
くとも一部で不連続であることが好ましい。
【0059】また本発明では、前記交換結合膜を膜厚方
向と平行に切断したときに切断面に現われる前記反強磁
性層に形成された結晶粒界と、シードレイヤに形成され
た結晶粒界とが、前記反強磁性層とシードレイヤとの界
面の少なくとも一部で不連続であることが好ましい。
向と平行に切断したときに切断面に現われる前記反強磁
性層に形成された結晶粒界と、シードレイヤに形成され
た結晶粒界とが、前記反強磁性層とシードレイヤとの界
面の少なくとも一部で不連続であることが好ましい。
【0060】上記した状態は、反強磁性層が熱処理によ
って適切に不規則格子(面心立方格子)から規則格子
(面心正方格子)に変態したことを意味し、前記反強磁
性層と強磁性層間で発生する交換結合磁界を大きくする
ことができる。
って適切に不規則格子(面心立方格子)から規則格子
(面心正方格子)に変態したことを意味し、前記反強磁
性層と強磁性層間で発生する交換結合磁界を大きくする
ことができる。
【0061】また本発明では、前記反強磁性層には少な
くとも一部に双晶が形成され、少なくとも一部の前記双
晶には双晶境界が前記シードレイヤとの界面と非平行に
形成されていることが好ましい。
くとも一部に双晶が形成され、少なくとも一部の前記双
晶には双晶境界が前記シードレイヤとの界面と非平行に
形成されていることが好ましい。
【0062】本発明では、上記交換結合膜を成膜して熱
処理を施した後、上記のような双晶境界が現れたとき、
成膜段階では前記反強磁性層の原子は強磁性層の結晶構
造に拘束された状態にないと考えられる。このように界
面での拘束力が弱くなると、前記反強磁性層は熱処理に
よって不規則格子(面心立方格子)から規則格子(面心
正方格子)に変態しやすくなるが、この変態の際には格
子歪が発生するため、この格子歪を適切に緩和できない
と、前記変態を効果的に起すことはできない。変態をす
るときには反強磁性層の原子が不規則格子から規則格子
への再配列を起し、このとき生じる格子歪を、短い距離
間隔で原子配列が鏡面対称に変化していくことで緩和し
ていくと考えられる。熱処理後、前記鏡面対称変化の境
は双晶境界となり、このような双晶境界が形成されてい
ることは、いわば熱処理を施したときに規則化変態が起
こっていることを意味する。
処理を施した後、上記のような双晶境界が現れたとき、
成膜段階では前記反強磁性層の原子は強磁性層の結晶構
造に拘束された状態にないと考えられる。このように界
面での拘束力が弱くなると、前記反強磁性層は熱処理に
よって不規則格子(面心立方格子)から規則格子(面心
正方格子)に変態しやすくなるが、この変態の際には格
子歪が発生するため、この格子歪を適切に緩和できない
と、前記変態を効果的に起すことはできない。変態をす
るときには反強磁性層の原子が不規則格子から規則格子
への再配列を起し、このとき生じる格子歪を、短い距離
間隔で原子配列が鏡面対称に変化していくことで緩和し
ていくと考えられる。熱処理後、前記鏡面対称変化の境
は双晶境界となり、このような双晶境界が形成されてい
ることは、いわば熱処理を施したときに規則化変態が起
こっていることを意味する。
【0063】ここで反強磁性層と強磁性層との界面付近
では、前記界面と平行な方向に原子が再配列するときに
生じる格子歪を緩和するため、前記界面と交わる方向に
前記双晶境界が形成される。このため全体的に適切な規
則化変態が起きたとき前記双晶境界は前記界面と非平行
に形成される。すなわち本発明のように界面と非平行に
双晶境界が形成された場合、非常に大きな交換結合磁界
を得ることが可能になるのである。
では、前記界面と平行な方向に原子が再配列するときに
生じる格子歪を緩和するため、前記界面と交わる方向に
前記双晶境界が形成される。このため全体的に適切な規
則化変態が起きたとき前記双晶境界は前記界面と非平行
に形成される。すなわち本発明のように界面と非平行に
双晶境界が形成された場合、非常に大きな交換結合磁界
を得ることが可能になるのである。
【0064】以上説明した、結晶粒界の不連続性や双晶
境界の非平行性は、いずれもシードレイヤ表面の濡れ性
の向上に起因するものであるが、それ以外に前記反強磁
性層の組成比等も適切に調整することが必要である。
境界の非平行性は、いずれもシードレイヤ表面の濡れ性
の向上に起因するものであるが、それ以外に前記反強磁
性層の組成比等も適切に調整することが必要である。
【0065】本発明では、前記反強磁性層は、元素X
(ただしXは、Pt,Pd,Ir,Rh,Ru,Osの
うち1種または2種以上の元素である)とMnとを含有
する反強磁性材料で形成されることが好ましい。
(ただしXは、Pt,Pd,Ir,Rh,Ru,Osの
うち1種または2種以上の元素である)とMnとを含有
する反強磁性材料で形成されることが好ましい。
【0066】あるいは本発明では、前記反強磁性層は、
X−Mn−X′合金(ただし元素X′は、Ne,Ar,
Kr,Xe,Be,B,C,N,Mg,Al,Si,
P,Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,
Ga,Ge,Zr,Nb,Mo,Ag,Cd,Ir,S
n,Hf,Ta,W,Re,Au,Pb、及び希土類元
素のうち1種または2種以上の元素である)で形成され
ていてもよい。
X−Mn−X′合金(ただし元素X′は、Ne,Ar,
Kr,Xe,Be,B,C,N,Mg,Al,Si,
P,Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,
Ga,Ge,Zr,Nb,Mo,Ag,Cd,Ir,S
n,Hf,Ta,W,Re,Au,Pb、及び希土類元
素のうち1種または2種以上の元素である)で形成され
ていてもよい。
【0067】上記の場合、本発明では、前記X―Mn―
X′合金は、元素XとMnとで構成される空間格子の隙
間に元素X′が侵入した侵入型固溶体であり、あるい
は、元素XとMnとで構成される結晶格子の格子点の一
部が、元素X′に置換された置換型固溶体であることが
好ましい。
X′合金は、元素XとMnとで構成される空間格子の隙
間に元素X′が侵入した侵入型固溶体であり、あるい
は、元素XとMnとで構成される結晶格子の格子点の一
部が、元素X′に置換された置換型固溶体であることが
好ましい。
【0068】また本発明では、前記元素Xあるいは元素
X+X′の組成比は、45(at%)以上60(at
%)以下であることが好ましい。
X+X′の組成比は、45(at%)以上60(at
%)以下であることが好ましい。
【0069】また本発明は、下からシードレイヤ、反強
磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、およびフリー磁性
層の順に積層され、前記フリー磁性層の磁化が前記固定
磁性層の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子
において、前記シードレイヤ、反強磁性層及び固定磁性
層が上記に記載された交換結合膜により形成されている
ことを特徴とするものである。
磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、およびフリー磁性
層の順に積層され、前記フリー磁性層の磁化が前記固定
磁性層の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子
において、前記シードレイヤ、反強磁性層及び固定磁性
層が上記に記載された交換結合膜により形成されている
ことを特徴とするものである。
【0070】また本発明は、下からシードレイヤ、反強
磁性のエクスチェンジバイアス層、フリー磁性層、非磁
性材料層、固定磁性層、および反強磁性層の順に積層さ
れ、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と
交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、前記
シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及びフリー磁
性層が上記に記載された交換結合膜により形成されてい
ることを特徴とするものである。
磁性のエクスチェンジバイアス層、フリー磁性層、非磁
性材料層、固定磁性層、および反強磁性層の順に積層さ
れ、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と
交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、前記
シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及びフリー磁
性層が上記に記載された交換結合膜により形成されてい
ることを特徴とするものである。
【0071】また本発明は、フリー磁性層の上下に積層
された非磁性材料層と、一方の前記非磁性材料層の上お
よび他方の非磁性材料層の下に位置する固定磁性層と、
一方の前記固定磁性層の上および他方の固定磁性層の下
に位置する反強磁性層とを有し、前記フリー磁性層より
も下側に形成された反強磁性層の下側にはシードレイヤ
が形成され、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層
の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子におい
て、前記シードレイヤ、その上に接合された反強磁性層
及び固定磁性層が上記に記載された交換結合膜により形
成されていることを特徴とするものである。
された非磁性材料層と、一方の前記非磁性材料層の上お
よび他方の非磁性材料層の下に位置する固定磁性層と、
一方の前記固定磁性層の上および他方の固定磁性層の下
に位置する反強磁性層とを有し、前記フリー磁性層より
も下側に形成された反強磁性層の下側にはシードレイヤ
が形成され、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層
の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子におい
て、前記シードレイヤ、その上に接合された反強磁性層
及び固定磁性層が上記に記載された交換結合膜により形
成されていることを特徴とするものである。
【0072】また本発明は、下からシードレイヤ、反強
磁性のエクスチェンジバイアス層、磁気抵抗層、非磁性
層、および軟磁性層の順で積層された磁気検出素子にお
いて、前記シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及
び磁気抵抗層が上記に記載された交換結合膜により形成
されていることを特徴とするものである。
磁性のエクスチェンジバイアス層、磁気抵抗層、非磁性
層、および軟磁性層の順で積層された磁気検出素子にお
いて、前記シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及
び磁気抵抗層が上記に記載された交換結合膜により形成
されていることを特徴とするものである。
【0073】上記のように交換結合膜を各磁気検出素子
に使用することで、前記シードレイヤ表面の濡れ性を従
来よりも飛躍的に向上させ、前記シードレイヤ上に形成
される各層の結晶粒径を、従来シードレイヤとしてNi
FeCrを使用していたときよりも大きく形成でき、従
って固定磁性層における一方向***換バイアス磁界(H
ex*)を従来に比べて大きくすることができ、またシ
ードレイヤ上の各層表面の平滑性を向上させることがで
きる。
に使用することで、前記シードレイヤ表面の濡れ性を従
来よりも飛躍的に向上させ、前記シードレイヤ上に形成
される各層の結晶粒径を、従来シードレイヤとしてNi
FeCrを使用していたときよりも大きく形成でき、従
って固定磁性層における一方向***換バイアス磁界(H
ex*)を従来に比べて大きくすることができ、またシ
ードレイヤ上の各層表面の平滑性を向上させることがで
きる。
【0074】よって本発明では、今後の高記録密度化に
おいても通電信頼性の向上を図り、また抵抗変化率(Δ
R/R)を従来と同程度、あるいはそれ以上にすること
ができる。また従来と同程度の耐熱性を維持することが
できる。
おいても通電信頼性の向上を図り、また抵抗変化率(Δ
R/R)を従来と同程度、あるいはそれ以上にすること
ができる。また従来と同程度の耐熱性を維持することが
できる。
【0075】さらにフリー磁性層と固定磁性層間の静磁
結合(トポロジカルカップリング)による層間結合磁界
Hinを小さくすることができ、再生波形の非対称性
(アシンメトリー)を小さくできるなど、再生特性の向
上を図ることができる。
結合(トポロジカルカップリング)による層間結合磁界
Hinを小さくすることができ、再生波形の非対称性
(アシンメトリー)を小さくできるなど、再生特性の向
上を図ることができる。
【0076】また本発明では、前記磁気検出素子の上に
は、さらに鏡面反射層が形成されていることが好まし
く、かかる場合でも、前記鏡面反射層表面の平滑性を向
上させることができるから、前記鏡面反射層の鏡面反射
率を向上させて、スペキュラー効果による抵抗変化率の
向上を図ることができる。
は、さらに鏡面反射層が形成されていることが好まし
く、かかる場合でも、前記鏡面反射層表面の平滑性を向
上させることができるから、前記鏡面反射層の鏡面反射
率を向上させて、スペキュラー効果による抵抗変化率の
向上を図ることができる。
【0077】
【発明の実施の形態】図1は本発明の第1実施形態の磁
気検出素子(シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素
子)の全体構造を記録媒体との対向面側から見た断面図
である。なお、図1ではX方向に延びる素子の中央部分
のみを破断して示している。
気検出素子(シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素
子)の全体構造を記録媒体との対向面側から見た断面図
である。なお、図1ではX方向に延びる素子の中央部分
のみを破断して示している。
【0078】このシングルスピンバルブ型磁気抵抗効果
素子は、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライ
ダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディ
スクなどの記録磁界を検出するものである。なお、ハー
ドディスクなどの磁気記録媒体の移動方向はZ方向であ
り、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向はY方向であ
る。
素子は、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライ
ダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディ
スクなどの記録磁界を検出するものである。なお、ハー
ドディスクなどの磁気記録媒体の移動方向はZ方向であ
り、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向はY方向であ
る。
【0079】図1の最も下に形成されているのはTa,
Hf,Nb,Zr,Ti,Mo,Wのうち1種または2
種以上の元素などの非磁性材料で形成された下地層6で
ある。この下地層6の上に、シードレイヤ22、反強磁
性層4、固定磁性層3、非磁性材料層2、フリー磁性層
1が積層されている。
Hf,Nb,Zr,Ti,Mo,Wのうち1種または2
種以上の元素などの非磁性材料で形成された下地層6で
ある。この下地層6の上に、シードレイヤ22、反強磁
性層4、固定磁性層3、非磁性材料層2、フリー磁性層
1が積層されている。
【0080】前記シードレイヤ22の上に形成された反
強磁性層4は、元素X(ただしXは、Pt,Pd,I
r,Rh,Ru,Osのうち1種または2種以上の元素
である)とMnとを含有する反強磁性材料で形成される
ことが好ましい。
強磁性層4は、元素X(ただしXは、Pt,Pd,I
r,Rh,Ru,Osのうち1種または2種以上の元素
である)とMnとを含有する反強磁性材料で形成される
ことが好ましい。
【0081】これら白金族元素を用いたX−Mn合金
は、耐食性に優れ、またブロッキング温度も高く、さら
に交換結合磁界(Hex)を大きくできるなど反強磁性
材料として優れた特性を有している。特に白金族元素の
うちPtを用いることが好ましく、例えば二元系で形成
されたPtMn合金を使用することができる。
は、耐食性に優れ、またブロッキング温度も高く、さら
に交換結合磁界(Hex)を大きくできるなど反強磁性
材料として優れた特性を有している。特に白金族元素の
うちPtを用いることが好ましく、例えば二元系で形成
されたPtMn合金を使用することができる。
【0082】また本発明では、前記反強磁性層4は、元
素Xと元素X′(ただし元素X′は、Ne,Ar,K
r,Xe,Be,B,C,N,Mg,Al,Si,P,
Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,G
a,Ge,Zr,Nb,Mo,Ag,Cd,Sn,H
f,Ta,W,Re,Au,Pb、及び希土類元素のう
ち1種または2種以上の元素である)とMnとを含有す
る反強磁性材料で形成されてもよい。
素Xと元素X′(ただし元素X′は、Ne,Ar,K
r,Xe,Be,B,C,N,Mg,Al,Si,P,
Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,G
a,Ge,Zr,Nb,Mo,Ag,Cd,Sn,H
f,Ta,W,Re,Au,Pb、及び希土類元素のう
ち1種または2種以上の元素である)とMnとを含有す
る反強磁性材料で形成されてもよい。
【0083】なお前記元素X′には、元素XとMnとで
構成される空間格子の隙間に侵入し、または元素XとM
nとで構成される結晶格子の格子点の一部と置換する元
素を用いることが好ましい。ここで固溶体とは、広い範
囲にわたって、均一に成分が混ざり合った固体のことを
指している。
構成される空間格子の隙間に侵入し、または元素XとM
nとで構成される結晶格子の格子点の一部と置換する元
素を用いることが好ましい。ここで固溶体とは、広い範
囲にわたって、均一に成分が混ざり合った固体のことを
指している。
【0084】侵入型固溶体あるいは置換型固溶体とする
ことで、前記X−Mn合金膜の格子定数に比べて、前記
X−Mn−X′合金の格子定数を大きくすることができ
る。これによって反強磁性層4の格子定数と固定磁性層
3の格子定数との差を広げることができ、前記反強磁性
層4と固定磁性層3との界面構造を非整合状態にしやす
くできる。ここで非整合状態とは、前記反強磁性層4と
固定磁性層3との界面で前記反強磁性層4を構成する原
子と前記固定磁性層3を構成する原子とが一対一に対応
しない状態である。
ことで、前記X−Mn合金膜の格子定数に比べて、前記
X−Mn−X′合金の格子定数を大きくすることができ
る。これによって反強磁性層4の格子定数と固定磁性層
3の格子定数との差を広げることができ、前記反強磁性
層4と固定磁性層3との界面構造を非整合状態にしやす
くできる。ここで非整合状態とは、前記反強磁性層4と
固定磁性層3との界面で前記反強磁性層4を構成する原
子と前記固定磁性層3を構成する原子とが一対一に対応
しない状態である。
【0085】また特に置換型で固溶する元素X′を使用
する場合は、前記元素X′の組成比が大きくなりすぎる
と、反強磁性としての特性が低下し、固定磁性層3との
界面で発生する交換結合磁界が小さくなってしまう。特
に本発明では、侵入型で固溶し、不活性ガスの希ガス元
素(Ne,Ar,Kr,Xeのうち1種または2種以
上)を元素X′として使用することが好ましいとしてい
る。希ガス元素は不活性ガスなので、希ガス元素が、膜
中に含有されても、反強磁性特性に大きく影響を与える
ことがなく、さらに、Arなどは、スパッタガスとして
従来からスパッタ装置内に導入されるガスであり、ガス
圧を適正に調節するのみで、容易に、膜中にArを侵入
させることができる。
する場合は、前記元素X′の組成比が大きくなりすぎる
と、反強磁性としての特性が低下し、固定磁性層3との
界面で発生する交換結合磁界が小さくなってしまう。特
に本発明では、侵入型で固溶し、不活性ガスの希ガス元
素(Ne,Ar,Kr,Xeのうち1種または2種以
上)を元素X′として使用することが好ましいとしてい
る。希ガス元素は不活性ガスなので、希ガス元素が、膜
中に含有されても、反強磁性特性に大きく影響を与える
ことがなく、さらに、Arなどは、スパッタガスとして
従来からスパッタ装置内に導入されるガスであり、ガス
圧を適正に調節するのみで、容易に、膜中にArを侵入
させることができる。
【0086】なお、元素X′にガス系の元素を使用した
場合には、膜中に多量の元素X′を含有することは困難
であるが、希ガスの場合においては、膜中に微量侵入さ
せるだけで、熱処理によって発生する交換結合磁界を、
飛躍的に大きくできる。
場合には、膜中に多量の元素X′を含有することは困難
であるが、希ガスの場合においては、膜中に微量侵入さ
せるだけで、熱処理によって発生する交換結合磁界を、
飛躍的に大きくできる。
【0087】なお本発明では、好ましい前記元素X′の
組成範囲は、at%(原子%)で0.2から10であ
り、より好ましくは、at%で、0.5から5である。
また本発明では前記元素XはPtであることが好まし
く、よってPt−Mn−X′合金を使用することが好ま
しい。
組成範囲は、at%(原子%)で0.2から10であ
り、より好ましくは、at%で、0.5から5である。
また本発明では前記元素XはPtであることが好まし
く、よってPt−Mn−X′合金を使用することが好ま
しい。
【0088】また本発明では、反強磁性層4の元素Xあ
るいは元素X+X′のat%を45(at%)以上で6
0(at%)以下に設定することが好ましい。より好ま
しくは49(at%)以上で56.5(at%)以下で
ある。これによって成膜段階において、固定磁性層3と
の界面が非整合状態にされ、しかも前記反強磁性層4は
熱処理によって適切な規則変態を起すものと推測され
る。
るいは元素X+X′のat%を45(at%)以上で6
0(at%)以下に設定することが好ましい。より好ま
しくは49(at%)以上で56.5(at%)以下で
ある。これによって成膜段階において、固定磁性層3と
の界面が非整合状態にされ、しかも前記反強磁性層4は
熱処理によって適切な規則変態を起すものと推測され
る。
【0089】前記反強磁性層4の上に形成されている固
定磁性層3は5層構造となっている。
定磁性層3は5層構造となっている。
【0090】前記固定磁性層3は、磁性層11、中間層
12、磁性層13、鏡面反射層16、および磁性層23
で形成される。前記反強磁性層4との界面での交換結合
磁界及び中間層12を介した反強磁性的交換結合磁界
(RKKY相互作用)により前記磁性層11と磁性層1
3及び磁性層23との磁化方向は互いに反平行状態にさ
れる。これは、いわゆる人工フェリ磁性結合状態と呼ば
れ、この構成により固定磁性層3の磁化を安定した状態
にでき、また前記固定磁性層3と反強磁性層4との界面
で発生する交換結合磁界を見かけ上大きくすることがで
きる。
12、磁性層13、鏡面反射層16、および磁性層23
で形成される。前記反強磁性層4との界面での交換結合
磁界及び中間層12を介した反強磁性的交換結合磁界
(RKKY相互作用)により前記磁性層11と磁性層1
3及び磁性層23との磁化方向は互いに反平行状態にさ
れる。これは、いわゆる人工フェリ磁性結合状態と呼ば
れ、この構成により固定磁性層3の磁化を安定した状態
にでき、また前記固定磁性層3と反強磁性層4との界面
で発生する交換結合磁界を見かけ上大きくすることがで
きる。
【0091】またこの実施形態では、前記磁性層13と
磁性層23間に鏡面反射層16が形成されている。前記
鏡面反射層16を設けることで、センス電流を流した際
に非磁性材料層2を移動する伝導電子のうちの例えばア
ップスピンの伝導電子を、スピンの方向を保持させたま
ま、前記鏡面反射層16と磁性層23との境界で鏡面反
射させることができ、これにより前記アップスピンの伝
導電子の平均自由行程は延ばされ、前記アップスピンの
伝導電子とダウンスピンの伝導電子の平均自由行程の差
が大きくなることで、抵抗変化率(ΔR/R)を高める
ことができる。
磁性層23間に鏡面反射層16が形成されている。前記
鏡面反射層16を設けることで、センス電流を流した際
に非磁性材料層2を移動する伝導電子のうちの例えばア
ップスピンの伝導電子を、スピンの方向を保持させたま
ま、前記鏡面反射層16と磁性層23との境界で鏡面反
射させることができ、これにより前記アップスピンの伝
導電子の平均自由行程は延ばされ、前記アップスピンの
伝導電子とダウンスピンの伝導電子の平均自由行程の差
が大きくなることで、抵抗変化率(ΔR/R)を高める
ことができる。
【0092】前記鏡面反射層16は、前記磁性層13を
形成した後、前記磁性層13の表面を酸化させて、この
酸化された部分を鏡面反射層16として機能させること
ができる。例えば前記磁性層13はCoFe合金で形成
され、その表面を酸化させる。これによって前記磁性層
13表面にCo−Fe−Oからなる鏡面反射層16を形
成することができる。なお本発明では前記磁性層11、
23もCoFe合金で形成することが好ましい。あるい
は磁性層11、13、23をNiFe合金やCoFeN
i合金、Coなどの磁性材料で形成してもよい。
形成した後、前記磁性層13の表面を酸化させて、この
酸化された部分を鏡面反射層16として機能させること
ができる。例えば前記磁性層13はCoFe合金で形成
され、その表面を酸化させる。これによって前記磁性層
13表面にCo−Fe−Oからなる鏡面反射層16を形
成することができる。なお本発明では前記磁性層11、
23もCoFe合金で形成することが好ましい。あるい
は磁性層11、13、23をNiFe合金やCoFeN
i合金、Coなどの磁性材料で形成してもよい。
【0093】あるいは別の形態としては、磁性層13上
に、あるいは前記磁性層13を形成せず、中間層12の
上にFeMO(元素Mは、Mn、Co、Ni、Ba、S
r、Y、Gd、Cu、Znのうち少なくとも1種以上)
などからなる鏡面反射層16をスパッタ成膜し、その上
に磁性層23を形成する。
に、あるいは前記磁性層13を形成せず、中間層12の
上にFeMO(元素Mは、Mn、Co、Ni、Ba、S
r、Y、Gd、Cu、Znのうち少なくとも1種以上)
などからなる鏡面反射層16をスパッタ成膜し、その上
に磁性層23を形成する。
【0094】いずれにしても本発明では、前記固定磁性
層3は鏡面反射層を有して形成されていることが好まし
い。
層3は鏡面反射層を有して形成されていることが好まし
い。
【0095】ただし前記固定磁性層3に鏡面反射層が含
まれていなくてもよく、また図1に示す形態では、前記
固定磁性層3が積層フェリ構造であるが、これが磁性材
料層の単層、あるいは磁性材料層の多層構造で形成され
ていてもよい。
まれていなくてもよく、また図1に示す形態では、前記
固定磁性層3が積層フェリ構造であるが、これが磁性材
料層の単層、あるいは磁性材料層の多層構造で形成され
ていてもよい。
【0096】なお前記磁性層11は例えば20Å程度で
形成され、中間層12は8Å程度で形成され、磁性層1
3、23は5Å〜15Å程度で形成される。
形成され、中間層12は8Å程度で形成され、磁性層1
3、23は5Å〜15Å程度で形成される。
【0097】また中間層12は、Ru、Rh、Ir、C
r、Re、Cuなどの非磁性導電材料で形成される。
r、Re、Cuなどの非磁性導電材料で形成される。
【0098】前記固定磁性層3の上に形成された非磁性
材料層2は、例えばCuで形成されている。なお本発明
における磁気検出素子が、トンネル効果の原理を用いた
トンネル型磁気抵抗効果素子(TMR素子)の場合、前
記非磁性材料層2は、例えばAl2O3等の絶縁材料で形
成される。
材料層2は、例えばCuで形成されている。なお本発明
における磁気検出素子が、トンネル効果の原理を用いた
トンネル型磁気抵抗効果素子(TMR素子)の場合、前
記非磁性材料層2は、例えばAl2O3等の絶縁材料で形
成される。
【0099】さらに前記非磁性材料層2の上には2層膜
で形成されたフリー磁性層1が形成される。
で形成されたフリー磁性層1が形成される。
【0100】前記フリー磁性層1は、例えばNiFe合
金膜9とCoFe膜10の2層で形成される。図1に示
すように前記CoFe膜10を非磁性材料層2と接する
側に形成することにより、前記非磁性材料層2との界面
での金属元素等の拡散を防止し、抵抗変化率(ΔR/
R)を大きくすることができる。
金膜9とCoFe膜10の2層で形成される。図1に示
すように前記CoFe膜10を非磁性材料層2と接する
側に形成することにより、前記非磁性材料層2との界面
での金属元素等の拡散を防止し、抵抗変化率(ΔR/
R)を大きくすることができる。
【0101】なお前記NiFe合金膜9は、例えば前記
Niを80(at%)、Feを20(at%)として形
成する。またCoFe合金10は、例えば前記Coを9
0(at%)、Feを10(at%)として形成する。
また前記NiFe合金膜9の膜厚を例えば45Å程度、
CoFe膜を5Å程度で形成する。また前記CoFe膜
10に代えて、Co、CoFeNi合金などを用いても
よい。また前記フリー磁性層1は磁性材料の単層あるい
は多層構造で形成されてもよく、かかる場合、前記フリ
ー磁性層1はCoFeNi合金の単層構造で形成される
ことが好ましい。また前記フリー磁性層1は固定磁性層
3と同じ積層フェリ構造であってもよい。
Niを80(at%)、Feを20(at%)として形
成する。またCoFe合金10は、例えば前記Coを9
0(at%)、Feを10(at%)として形成する。
また前記NiFe合金膜9の膜厚を例えば45Å程度、
CoFe膜を5Å程度で形成する。また前記CoFe膜
10に代えて、Co、CoFeNi合金などを用いても
よい。また前記フリー磁性層1は磁性材料の単層あるい
は多層構造で形成されてもよく、かかる場合、前記フリ
ー磁性層1はCoFeNi合金の単層構造で形成される
ことが好ましい。また前記フリー磁性層1は固定磁性層
3と同じ積層フェリ構造であってもよい。
【0102】前記フリー磁性層1の上には、金属材料あ
るいは非磁性金属のCu,Au,Agからなるバックド
層15が形成されている。例えば前記バックド層の膜厚
は20Å以下で形成される。
るいは非磁性金属のCu,Au,Agからなるバックド
層15が形成されている。例えば前記バックド層の膜厚
は20Å以下で形成される。
【0103】前記バックド層15の上には、保護層7が
形成されている。前記保護層7は、Taなどの酸化物か
らなる鏡面反射層であることが好ましい。
形成されている。前記保護層7は、Taなどの酸化物か
らなる鏡面反射層であることが好ましい。
【0104】前記バックド層15が形成されることによ
って、磁気抵抗効果に寄与するアップスピンの伝導電子
における平均自由行程(mean free pat
h)を延ばし、いわゆるスピンフィルター効果(spi
n filter effect)によりスピンバルブ
型磁気素子において、大きな抵抗変化率(ΔR/R)が
得られ、高記録密度化に対応できるものとなる。なお前
記バックド層15は形成されなくてもよい。
って、磁気抵抗効果に寄与するアップスピンの伝導電子
における平均自由行程(mean free pat
h)を延ばし、いわゆるスピンフィルター効果(spi
n filter effect)によりスピンバルブ
型磁気素子において、大きな抵抗変化率(ΔR/R)が
得られ、高記録密度化に対応できるものとなる。なお前
記バックド層15は形成されなくてもよい。
【0105】また前記バックド層15上に鏡面反射層7
を設けることで、前記鏡面反射層7の部分で、前記アッ
プスピンの伝導電子を鏡面反射させて、前記伝導電子の
平均自由行程を延ばすことができ、さらなる抵抗変化率
(ΔR/R)の向上を図ることができる。
を設けることで、前記鏡面反射層7の部分で、前記アッ
プスピンの伝導電子を鏡面反射させて、前記伝導電子の
平均自由行程を延ばすことができ、さらなる抵抗変化率
(ΔR/R)の向上を図ることができる。
【0106】鏡面反射層7としては、Taの酸化物の他
に、α−Fe2O3、またはFe−O、Ni−O、Co−
O、Co−Fe−O、Co−Fe−Ni−O、Al−
O、Al−Q−O(ここでQはB、Si、N、Ti、
V、Cr、Mn、Fe、Co、Niから選択される1種
以上)、R−O(ここでRはTi、V、Cr、Zr、N
b、Mo、Hf、Wから選択される1種以上)等の酸化
物、Al−N、Al−Q−N(ここでQはB、Si、
O、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Niから選択
される1種以上)、R−N(ここでRはTi、V、C
r、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される
1種以上)等の窒化物、NiMnSb、PtMnSbな
どの半金属ホイッスラー金属等を選択することができ
る。なおこの材質は、固定磁性層3に形成された鏡面反
射層16にも適用可能である。
に、α−Fe2O3、またはFe−O、Ni−O、Co−
O、Co−Fe−O、Co−Fe−Ni−O、Al−
O、Al−Q−O(ここでQはB、Si、N、Ti、
V、Cr、Mn、Fe、Co、Niから選択される1種
以上)、R−O(ここでRはTi、V、Cr、Zr、N
b、Mo、Hf、Wから選択される1種以上)等の酸化
物、Al−N、Al−Q−N(ここでQはB、Si、
O、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Niから選択
される1種以上)、R−N(ここでRはTi、V、C
r、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Wから選択される
1種以上)等の窒化物、NiMnSb、PtMnSbな
どの半金属ホイッスラー金属等を選択することができ
る。なおこの材質は、固定磁性層3に形成された鏡面反
射層16にも適用可能である。
【0107】図1に示す実施形態では、前記下地層6か
ら保護層(鏡面反射層)7までの積層膜の両側にはハー
ドバイアス層5及び電極層8が形成されている。前記ハ
ードバイアス層5からの縦バイアス磁界によってフリー
磁性層1の磁化はトラック幅方向(図示X方向)に揃え
られる。
ら保護層(鏡面反射層)7までの積層膜の両側にはハー
ドバイアス層5及び電極層8が形成されている。前記ハ
ードバイアス層5からの縦バイアス磁界によってフリー
磁性層1の磁化はトラック幅方向(図示X方向)に揃え
られる。
【0108】前記ハードバイアス層5,5は、例えばC
o−Pt(コバルト−白金)合金やCo−Cr−Pt
(コバルト−クロム−白金)合金などで形成されてお
り、電極層8,8は、α−Ta、Au、Cr、Cu
(銅)、Rh、Ir、RuやW(タングステン)などで
形成されている。なお上記したトンネル型磁気抵抗効果
素子やCPP型磁気検出素子の場合、前記電極層8,8
は、フリー磁性層1の上側と、反強磁性層4の下側にそ
れぞれ形成されることになる。
o−Pt(コバルト−白金)合金やCo−Cr−Pt
(コバルト−クロム−白金)合金などで形成されてお
り、電極層8,8は、α−Ta、Au、Cr、Cu
(銅)、Rh、Ir、RuやW(タングステン)などで
形成されている。なお上記したトンネル型磁気抵抗効果
素子やCPP型磁気検出素子の場合、前記電極層8,8
は、フリー磁性層1の上側と、反強磁性層4の下側にそ
れぞれ形成されることになる。
【0109】図1に示すスピンバルブ型薄膜素子では、
下地層6から保護層7を積層後、熱処理を施し、これに
よって前記反強磁性層4と固定磁性層3との界面に交換
結合磁界を発生させる。このとき磁場を図示Y方向と平
行な方向に向けることで、前記固定磁性層3の磁化は図
示Y方向と平行な方向に向けられ固定される。なお図1
に示す実施形態では前記固定磁性層3は積層フェリ構造
であるため、磁性層11が例えば図示Y方向に磁化され
ると、磁性層13及び磁性層23は図示Y方向と逆方向
に磁化される。
下地層6から保護層7を積層後、熱処理を施し、これに
よって前記反強磁性層4と固定磁性層3との界面に交換
結合磁界を発生させる。このとき磁場を図示Y方向と平
行な方向に向けることで、前記固定磁性層3の磁化は図
示Y方向と平行な方向に向けられ固定される。なお図1
に示す実施形態では前記固定磁性層3は積層フェリ構造
であるため、磁性層11が例えば図示Y方向に磁化され
ると、磁性層13及び磁性層23は図示Y方向と逆方向
に磁化される。
【0110】次に図1に示す実施形態では前記反強磁性
層4の下にシードレイヤ22が形成されているが、本発
明では前記シードレイヤ22はCrで形成されている。
層4の下にシードレイヤ22が形成されているが、本発
明では前記シードレイヤ22はCrで形成されている。
【0111】しかも本発明では前記シードレイヤ22に
は少なくとも一部に非晶質相(アモルファス相)が含ま
れている。すなわち本発明におけるシードレイヤ22は
完全な結晶質相で形成されていない。
は少なくとも一部に非晶質相(アモルファス相)が含ま
れている。すなわち本発明におけるシードレイヤ22は
完全な結晶質相で形成されていない。
【0112】本発明では、前記シードレイヤ22がCr
で形成され、さらに少なくとも一部に非晶質相を含むこ
とで、前記シードレイヤ22がNiFeCr合金で形成
されていた従来に比べてシードレイヤ表面での表面エネ
ルギーを増大させ界面活性状態にでき、いわゆる濡れ性
(wettability)を従来に比べて飛躍的に向
上させることができる。
で形成され、さらに少なくとも一部に非晶質相を含むこ
とで、前記シードレイヤ22がNiFeCr合金で形成
されていた従来に比べてシードレイヤ表面での表面エネ
ルギーを増大させ界面活性状態にでき、いわゆる濡れ性
(wettability)を従来に比べて飛躍的に向
上させることができる。
【0113】前記シードレイヤ22表面の濡れ性が向上
することで、前記シードレイヤ22上に形成される反強
磁性層4を層状成長させやすく、またこのとき、前記シ
ードレイヤ22上に形成される各層の結晶粒径を従来に
比べて大きく形成できる。
することで、前記シードレイヤ22上に形成される反強
磁性層4を層状成長させやすく、またこのとき、前記シ
ードレイヤ22上に形成される各層の結晶粒径を従来に
比べて大きく形成できる。
【0114】しかも本発明では、飛躍的に向上したシー
ドレイヤ表面の濡れ性と、前記シードレイヤの少なくと
も一部に非晶質相を含むことから、前記シードレイヤ自
体に大きな結晶粒がなく、前記反強磁性層4に形成され
る結晶粒界間の表面をより適切に平滑化することができ
る。
ドレイヤ表面の濡れ性と、前記シードレイヤの少なくと
も一部に非晶質相を含むことから、前記シードレイヤ自
体に大きな結晶粒がなく、前記反強磁性層4に形成され
る結晶粒界間の表面をより適切に平滑化することができ
る。
【0115】従来、前記シードレイヤ22がNiFeC
rで形成されていたときは、このシードレイヤ自体、大
きな結晶粒を持ち、前記反強磁性層4に形成される結晶
粒界の部分で、成膜過程においてスパッタ粒子がシャド
ウ効果を受けて粒界段差が助長され、前記反強磁性層4
の表面にはうねりが生じ易くなっていたが、本発明で
は、前記シードレイヤ22表面の極めて高い濡れ性によ
って前記反強磁性層4に形成される結晶粒界の部分でも
堆積する原子が比較的自由に移動でき、またシードレイ
ヤに大きな結晶粒がないことから、上記した結晶段差は
生じ難く、したがって前記反強磁性層4の表面の平滑性
を従来に比べて向上させることが可能になる。
rで形成されていたときは、このシードレイヤ自体、大
きな結晶粒を持ち、前記反強磁性層4に形成される結晶
粒界の部分で、成膜過程においてスパッタ粒子がシャド
ウ効果を受けて粒界段差が助長され、前記反強磁性層4
の表面にはうねりが生じ易くなっていたが、本発明で
は、前記シードレイヤ22表面の極めて高い濡れ性によ
って前記反強磁性層4に形成される結晶粒界の部分でも
堆積する原子が比較的自由に移動でき、またシードレイ
ヤに大きな結晶粒がないことから、上記した結晶段差は
生じ難く、したがって前記反強磁性層4の表面の平滑性
を従来に比べて向上させることが可能になる。
【0116】ところで本発明のように、シードレイヤ2
2をCr形成し、しかも前記シードレイヤ22の少なく
とも一部に非晶質相を含ませるには、前記シードレイヤ
22の膜厚を適切に調整する必要性がある。
2をCr形成し、しかも前記シードレイヤ22の少なく
とも一部に非晶質相を含ませるには、前記シードレイヤ
22の膜厚を適切に調整する必要性がある。
【0117】本発明では、後述するように、前記シード
レイヤ22の膜厚を15Å以上で50Å以下に設定して
いる。さらにこの膜厚の設定だけでなく、前記シードレ
イヤ22を成膜するときの成膜条件も前記シードレイヤ
22に非晶質相を含ませる上で重要な要素である。
レイヤ22の膜厚を15Å以上で50Å以下に設定して
いる。さらにこの膜厚の設定だけでなく、前記シードレ
イヤ22を成膜するときの成膜条件も前記シードレイヤ
22に非晶質相を含ませる上で重要な要素である。
【0118】例えば本発明では、前記シードレイヤ22
のスパッタ成膜時における基板の温度を20〜100℃
とし、また基板とターゲット間の距離を40〜80mm
とし、またスパッタ成膜時に導入されるArガスの圧力
を0.5〜3mTorr(0.067〜0.4Pa)と
することが好ましい。これによってCrで形成されたシ
ードレイヤ22に非晶質相の介在を促進させることが可
能になる。
のスパッタ成膜時における基板の温度を20〜100℃
とし、また基板とターゲット間の距離を40〜80mm
とし、またスパッタ成膜時に導入されるArガスの圧力
を0.5〜3mTorr(0.067〜0.4Pa)と
することが好ましい。これによってCrで形成されたシ
ードレイヤ22に非晶質相の介在を促進させることが可
能になる。
【0119】以上のように本発明では前記シードレイヤ
22をCrで形成し、前記シードレイヤ22の少なくと
も一部に非晶質相を含ませることで、前記シードレイヤ
22表面の濡れ性を飛躍的に向上させることができると
共に、前記シードレイヤ22上の各層の平滑性を向上さ
せることができる。
22をCrで形成し、前記シードレイヤ22の少なくと
も一部に非晶質相を含ませることで、前記シードレイヤ
22表面の濡れ性を飛躍的に向上させることができると
共に、前記シードレイヤ22上の各層の平滑性を向上さ
せることができる。
【0120】濡れ性の向上によって本発明では、固定磁
性層3における一方向***換バイアス磁界(Hex*)
を大きくすることができる。ここで一方向***換バイア
ス磁界(Hex*)とは、抵抗変化率(ΔR/R)の最
大値の半分の値になるときの外部磁界の大きさを前記交
換バイアス磁界(Hex*)と定める。
性層3における一方向***換バイアス磁界(Hex*)
を大きくすることができる。ここで一方向***換バイア
ス磁界(Hex*)とは、抵抗変化率(ΔR/R)の最
大値の半分の値になるときの外部磁界の大きさを前記交
換バイアス磁界(Hex*)と定める。
【0121】一方向***換バイアス磁界(Hex*)に
は、前記固定磁性層3と反強磁性層4との間で発生する
交換結合磁界のほか、前記固定磁性層3は積層フェリ構
造であるため、前記固定磁性層3を構成する例えばCo
Fe合金層間で発生するRKKY相互交換作用における
結合磁界などを含む磁界である。
は、前記固定磁性層3と反強磁性層4との間で発生する
交換結合磁界のほか、前記固定磁性層3は積層フェリ構
造であるため、前記固定磁性層3を構成する例えばCo
Fe合金層間で発生するRKKY相互交換作用における
結合磁界などを含む磁界である。
【0122】従って、前記固定磁性層3が積層フェリ構
造でない場合には、前記一方向***換バイアス磁界(H
ex*)とは、主として固定磁性層3と反強磁性層4間
で発生する交換結合磁界のことを意味し、一方、前記固
定磁性層3が図1に示す積層フェリ構造である場合に
は、前記一方向***換バイアス磁界(Hex*)とは、
主として前記交換結合磁界と、RKKY相互交換作用に
おける結合磁界を合わせた磁界のことを意味する。
造でない場合には、前記一方向***換バイアス磁界(H
ex*)とは、主として固定磁性層3と反強磁性層4間
で発生する交換結合磁界のことを意味し、一方、前記固
定磁性層3が図1に示す積層フェリ構造である場合に
は、前記一方向***換バイアス磁界(Hex*)とは、
主として前記交換結合磁界と、RKKY相互交換作用に
おける結合磁界を合わせた磁界のことを意味する。
【0123】この一方向***換バイアス磁界(Hex
*)が大きいほど、前記固定磁性層3を適切に所定方向
に適切にピン止めすることができ、また高温雰囲気中に
おいても素子に流れる電流により誘起される磁界や微小
素子端部に発生する反磁界に負けることなく固定磁性層
3の磁化を一定方向に保つことができ、エレクトロマイ
グレーションの発生を抑制し、いわゆる通電信頼性の向
上を適切に図ることができる。
*)が大きいほど、前記固定磁性層3を適切に所定方向
に適切にピン止めすることができ、また高温雰囲気中に
おいても素子に流れる電流により誘起される磁界や微小
素子端部に発生する反磁界に負けることなく固定磁性層
3の磁化を一定方向に保つことができ、エレクトロマイ
グレーションの発生を抑制し、いわゆる通電信頼性の向
上を適切に図ることができる。
【0124】上記した一方向***換バイアス磁界が大き
くなるのは、シードレイヤ22表面の極めて良好な濡れ
性によって、前記シードレイヤ22上に形成される各層
の膜面と平行な方向における結晶粒径を大きくでき、反
強磁性層4の結晶磁気異方性KAFを大きくできた結果、
ブロッキング温度を高くできたことなどが原因であると
考えられる。
くなるのは、シードレイヤ22表面の極めて良好な濡れ
性によって、前記シードレイヤ22上に形成される各層
の膜面と平行な方向における結晶粒径を大きくでき、反
強磁性層4の結晶磁気異方性KAFを大きくできた結果、
ブロッキング温度を高くできたことなどが原因であると
考えられる。
【0125】また本発明では、前記各層の膜面と平行な
方向における平均結晶粒径を従来よりも大きくできるた
め、伝導電子の粒界散乱を低減でき、抵抗変化率(ΔR
/R)なども従来における磁気検出素子と同程度、ある
いはそれ以上得ることが可能になっている。
方向における平均結晶粒径を従来よりも大きくできるた
め、伝導電子の粒界散乱を低減でき、抵抗変化率(ΔR
/R)なども従来における磁気検出素子と同程度、ある
いはそれ以上得ることが可能になっている。
【0126】さらに本発明では、シードレイヤ22上に
形成される各層の表面の平滑性を従来よりも向上させる
ことができることで、非磁性材料層2を介した固定磁性
層3とフリー磁性層1間の静磁結合(トポロジカルカッ
プリング)による層間結合磁界Hinを小さくでき、再
生波形の非対称性(アシンメトリー)を小さくでき、再
生特性の向上を図ることができる。後述する実験によれ
ば、前記層間結合磁界Hinを0(A/m)に近い数値
にすることができる。
形成される各層の表面の平滑性を従来よりも向上させる
ことができることで、非磁性材料層2を介した固定磁性
層3とフリー磁性層1間の静磁結合(トポロジカルカッ
プリング)による層間結合磁界Hinを小さくでき、再
生波形の非対称性(アシンメトリー)を小さくでき、再
生特性の向上を図ることができる。後述する実験によれ
ば、前記層間結合磁界Hinを0(A/m)に近い数値
にすることができる。
【0127】また図1のように鏡面反射層16、7が設
けられている場合には、前記シードレイヤ22上の各層
の表面の平滑性を向上させることができることで、前記
鏡面反射層16、7自体の表面の平滑性も向上させるこ
とができるため、前記鏡面反射層16、7の鏡面反射率
を向上させることができ、前記鏡面反射層を設けたこと
による抵抗変化率(ΔR/R)の向上を適切に図ること
ができる。
けられている場合には、前記シードレイヤ22上の各層
の表面の平滑性を向上させることができることで、前記
鏡面反射層16、7自体の表面の平滑性も向上させるこ
とができるため、前記鏡面反射層16、7の鏡面反射率
を向上させることができ、前記鏡面反射層を設けたこと
による抵抗変化率(ΔR/R)の向上を適切に図ること
ができる。
【0128】また本発明では前記シードレイヤ22の膜
厚を15Å以上で50Å以下に設定することが好まし
い。
厚を15Å以上で50Å以下に設定することが好まし
い。
【0129】なおこの膜厚範囲は図1に示すように、シ
ードレイヤ22の下に下地層6が形成されている場合に
おける膜厚である。
ードレイヤ22の下に下地層6が形成されている場合に
おける膜厚である。
【0130】Taなどで形成された前記下地層の表面
は、濡れ性が比較的良好であるため、前記下地層の上全
体にCrからなるシードレイヤ22をより緻密な状態で
形成でき、前記シードレイヤ22表面の濡れ性を適切に
向上させることができる。
は、濡れ性が比較的良好であるため、前記下地層の上全
体にCrからなるシードレイヤ22をより緻密な状態で
形成でき、前記シードレイヤ22表面の濡れ性を適切に
向上させることができる。
【0131】しかも前記下地層6があった方がない場合
に比べて、所定の大きさの強磁性層の一方向***換バイ
アス磁界(Hex*)及び抵抗変化率(ΔR/R)を得
るときのシードレイヤの膜厚の許容範囲を大きくできる
ことが後述する実験によって確認されている。
に比べて、所定の大きさの強磁性層の一方向***換バイ
アス磁界(Hex*)及び抵抗変化率(ΔR/R)を得
るときのシードレイヤの膜厚の許容範囲を大きくできる
ことが後述する実験によって確認されている。
【0132】本発明において前記シードレイヤ22の膜
厚の上限を50Åとしたのは、これ以上、前記シードレ
イヤ22の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シ
ードレイヤ22への分流が大きくなり抵抗変化率(ΔR
/R)の低下が大きくなり、少なくとも従来と同程度の
前記抵抗変化率を得ることができなくなるからである。
また前記シードレイヤ22に非晶質相を含ませることが
難しくなる。本発明においてシードレイヤ22に非晶質
相が含まれていると、前記非晶質相は比抵抗が結晶相よ
りも高いから、センス電流の分流を適切に低減でき、抵
抗変化率を向上させることができる。
厚の上限を50Åとしたのは、これ以上、前記シードレ
イヤ22の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シ
ードレイヤ22への分流が大きくなり抵抗変化率(ΔR
/R)の低下が大きくなり、少なくとも従来と同程度の
前記抵抗変化率を得ることができなくなるからである。
また前記シードレイヤ22に非晶質相を含ませることが
難しくなる。本発明においてシードレイヤ22に非晶質
相が含まれていると、前記非晶質相は比抵抗が結晶相よ
りも高いから、センス電流の分流を適切に低減でき、抵
抗変化率を向上させることができる。
【0133】また前記シードレイヤ22の膜厚の下限を
15Åとしたのは、15Åよりも小さくなると、シード
レイヤ22の膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜
厚で膜成長しないため、前記シードレイヤ22の濡れ性
や平滑性が向上せず、前記シードレイヤ22の上に積層
される反強磁性層4やその上に形成される各層の結晶配
向性は弱くなり、また平均結晶粒径が小さくなり、この
結果、抵抗変化率(ΔR/R)や一方向***換バイアス
磁界(Hex*)が小さくなる。
15Åとしたのは、15Åよりも小さくなると、シード
レイヤ22の膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜
厚で膜成長しないため、前記シードレイヤ22の濡れ性
や平滑性が向上せず、前記シードレイヤ22の上に積層
される反強磁性層4やその上に形成される各層の結晶配
向性は弱くなり、また平均結晶粒径が小さくなり、この
結果、抵抗変化率(ΔR/R)や一方向***換バイアス
磁界(Hex*)が小さくなる。
【0134】またシードレイヤ22の膜厚が15Å以下
では、前記シードレイヤ22の膜が均一に成長しないか
ら、表面に凹凸が発生しやすく、これによって層間結合
磁界Hinが大きくなり、再生出力の非対称性が低下し
てしまう。
では、前記シードレイヤ22の膜が均一に成長しないか
ら、表面に凹凸が発生しやすく、これによって層間結合
磁界Hinが大きくなり、再生出力の非対称性が低下し
てしまう。
【0135】以上により本発明では、前記シードレイヤ
22の膜厚を、15Å以上で50Å以下の範囲内で形成
することとした。
22の膜厚を、15Å以上で50Å以下の範囲内で形成
することとした。
【0136】次に本発明では、前記シードレイヤ22の
膜厚は15Å以上で40Å以下で形成されることがより
好ましい。前記シードレイヤ22の膜厚の下限を15Å
としたのは上述の通りである。本発明においてシードレ
イヤ22の膜厚を40Å以下にしたのは、前記膜厚を4
0Å以下にすることで、より適切にシードレイヤ22に
非晶質相を含ませることができ、Crで形成されたシー
ドレイヤ22にセンス電流が分流するのを適切に抑制で
き、抵抗変化率(ΔR/R)の向上を適切に図ることが
できるからである。後述する実験によれば前記抵抗変化
率を確実に10%以上確保できることがわかった。
膜厚は15Å以上で40Å以下で形成されることがより
好ましい。前記シードレイヤ22の膜厚の下限を15Å
としたのは上述の通りである。本発明においてシードレ
イヤ22の膜厚を40Å以下にしたのは、前記膜厚を4
0Å以下にすることで、より適切にシードレイヤ22に
非晶質相を含ませることができ、Crで形成されたシー
ドレイヤ22にセンス電流が分流するのを適切に抑制で
き、抵抗変化率(ΔR/R)の向上を適切に図ることが
できるからである。後述する実験によれば前記抵抗変化
率を確実に10%以上確保できることがわかった。
【0137】また本発明では、前記シードレイヤ22の
膜厚は、20Å以上で28Å以下で形成されることがさ
らに好ましい。
膜厚は、20Å以上で28Å以下で形成されることがさ
らに好ましい。
【0138】後述する実験によれば、前記シードレイヤ
22の膜厚を20Å以上28Å以下に設定することで、
抵抗変化率(ΔR/R)を12%以上にでき、また一方
向***換バイアス磁界(Hex*)を約15.8×104
(A/m)以上にでき、さらに層間結合磁界Hinをほ
ぼ0(A/m)にできることがわかった。
22の膜厚を20Å以上28Å以下に設定することで、
抵抗変化率(ΔR/R)を12%以上にでき、また一方
向***換バイアス磁界(Hex*)を約15.8×104
(A/m)以上にでき、さらに層間結合磁界Hinをほ
ぼ0(A/m)にできることがわかった。
【0139】前記シードレイヤ22の膜厚を20Å以上
で28Å以下にすると、前記シードレイヤ22が均一且
つ緻密な膜厚で膜成長し、シードレイヤ22表面の濡れ
性を十分に向上させることができ、また前記シードレイ
ヤ22を主として非晶質相で構成できる。これによっ
て、前記シードレイヤ22の上に形成される各層の結晶
配向や平均結晶粒径を大きくでき、またシードレイヤ2
2が非晶質を多く含む(あるいはすべて非晶質)ので比
抵抗値を上げることができる結果、前記シードレイヤ2
2へのセンス電流の分流を抑制できて抵抗変化率(ΔR
/R)をさらに向上でき、また一方向***換バイアス磁
界(Hex*)をさらに大きくすることが可能である。
またシードレイヤ22を適切に非晶質相を主体で構成で
きるから、前記シードレイヤ22上の各層表面の平滑性
をより適切に向上させることができ、層間結合磁界Hi
nをより適切に0(A/m)に近づけることができる。
で28Å以下にすると、前記シードレイヤ22が均一且
つ緻密な膜厚で膜成長し、シードレイヤ22表面の濡れ
性を十分に向上させることができ、また前記シードレイ
ヤ22を主として非晶質相で構成できる。これによっ
て、前記シードレイヤ22の上に形成される各層の結晶
配向や平均結晶粒径を大きくでき、またシードレイヤ2
2が非晶質を多く含む(あるいはすべて非晶質)ので比
抵抗値を上げることができる結果、前記シードレイヤ2
2へのセンス電流の分流を抑制できて抵抗変化率(ΔR
/R)をさらに向上でき、また一方向***換バイアス磁
界(Hex*)をさらに大きくすることが可能である。
またシードレイヤ22を適切に非晶質相を主体で構成で
きるから、前記シードレイヤ22上の各層表面の平滑性
をより適切に向上させることができ、層間結合磁界Hi
nをより適切に0(A/m)に近づけることができる。
【0140】また、下地層6を敷かない場合は、前記シ
ードレイヤ22の膜厚は、25Å以上で50Å以下で形
成されることが好ましい。
ードレイヤ22の膜厚は、25Å以上で50Å以下で形
成されることが好ましい。
【0141】本発明において前記シードレイヤ22の膜
厚の上限を50Åとしたのは、これ以上、前記シードレ
イヤ22の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シ
ードレイヤへの分流が大きくなり抵抗変化率(ΔR/
R)の低下が大きくなり、少なくとも従来と同程度の前
記抵抗変化率を得ることができなくなるからである。ま
た前記シードレイヤ22に非晶質相を含ませることが難
しくなる。本発明においてシードレイヤ22に非晶質相
が含まれていると、前記非晶質相は比抵抗が結晶相より
も高いから、センス電流の分流を適切に低減でき、抵抗
変化率を向上させることができる。
厚の上限を50Åとしたのは、これ以上、前記シードレ
イヤ22の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シ
ードレイヤへの分流が大きくなり抵抗変化率(ΔR/
R)の低下が大きくなり、少なくとも従来と同程度の前
記抵抗変化率を得ることができなくなるからである。ま
た前記シードレイヤ22に非晶質相を含ませることが難
しくなる。本発明においてシードレイヤ22に非晶質相
が含まれていると、前記非晶質相は比抵抗が結晶相より
も高いから、センス電流の分流を適切に低減でき、抵抗
変化率を向上させることができる。
【0142】また前記シードレイヤ22の膜厚の下限を
25Åとしたのは、25Åよりも小さくなると、シード
レイヤ22の膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜
厚で膜成長しないため、前記シードレイヤ22の濡れ性
や平滑性が向上せず、前記シードレイヤの上に積層され
る反強磁性層4及びその上に形成される各層の結晶配向
性は弱くなり、また平均結晶粒径が小さくなり、この結
果、抵抗変化率(ΔR/R)や一方向***換バイアス磁
界(Hex*)が小さくなり、またシードレイヤ22上
の反強磁性層4等の表面の平滑性も悪化するから層間結
合磁界Hinが大きくなってしまう。
25Åとしたのは、25Åよりも小さくなると、シード
レイヤ22の膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜
厚で膜成長しないため、前記シードレイヤ22の濡れ性
や平滑性が向上せず、前記シードレイヤの上に積層され
る反強磁性層4及びその上に形成される各層の結晶配向
性は弱くなり、また平均結晶粒径が小さくなり、この結
果、抵抗変化率(ΔR/R)や一方向***換バイアス磁
界(Hex*)が小さくなり、またシードレイヤ22上
の反強磁性層4等の表面の平滑性も悪化するから層間結
合磁界Hinが大きくなってしまう。
【0143】従って本発明では、シードレイヤ22の下
に下地層6を敷かない場合、前記シードレイヤ22の膜
厚を25Å以上で50Å以下の範囲内に設定することが
好ましいとした。
に下地層6を敷かない場合、前記シードレイヤ22の膜
厚を25Å以上で50Å以下の範囲内に設定することが
好ましいとした。
【0144】また上記のように下地層6を敷かない場合
において、前記シードレイヤ22の膜厚は25Å以上で
40Å以下で形成されることがより好ましい。前記シー
ドレイヤ22の膜厚の下限を25Åとした理由は、上述
した通りである。
において、前記シードレイヤ22の膜厚は25Å以上で
40Å以下で形成されることがより好ましい。前記シー
ドレイヤ22の膜厚の下限を25Åとした理由は、上述
した通りである。
【0145】また前記シードレイヤ22の膜厚を40Å
以下にすることで、より適切にシードレイヤ22に非晶
質相を含ませることができ、Crで形成されたシードレ
イヤ22にセンス電流が分流するのを適切に抑制でき、
抵抗変化率(ΔR/R)の向上を適切に図ることができ
る。後述する実験によれば前記抵抗変化率を10%以上
確保できることがわかった。
以下にすることで、より適切にシードレイヤ22に非晶
質相を含ませることができ、Crで形成されたシードレ
イヤ22にセンス電流が分流するのを適切に抑制でき、
抵抗変化率(ΔR/R)の向上を適切に図ることができ
る。後述する実験によれば前記抵抗変化率を10%以上
確保できることがわかった。
【0146】また前記シードレイヤ22の膜厚を上記し
た25Å以上で40Å以下の範囲内に設定することで、
一方向***換バイアス磁界(Hex*)を約11.85
×104(A/m)以上適切に確保することができる。
た25Å以上で40Å以下の範囲内に設定することで、
一方向***換バイアス磁界(Hex*)を約11.85
×104(A/m)以上適切に確保することができる。
【0147】また本発明では、前記シードレイヤ22の
膜厚は30Å以上で40Å以下で形成されることがさら
に好ましい。
膜厚は30Å以上で40Å以下で形成されることがさら
に好ましい。
【0148】後述する実験によれば、前記シードレイヤ
22の膜厚を30Å以上で40Å以下の範囲内に設定す
ることで、抵抗変化率(ΔR/R)を確実に10%以上
にでき、また一方向***換バイアス磁界(Hex*)を
約15.8×104(A/m)以上にでき、さらに層間
結合磁界Hinを約400(A/m)以下に抑えること
ができることがわかった。
22の膜厚を30Å以上で40Å以下の範囲内に設定す
ることで、抵抗変化率(ΔR/R)を確実に10%以上
にでき、また一方向***換バイアス磁界(Hex*)を
約15.8×104(A/m)以上にでき、さらに層間
結合磁界Hinを約400(A/m)以下に抑えること
ができることがわかった。
【0149】前記シードレイヤ22の膜厚を30Å以上
で40Å以下にすると、前記シードレイヤ22が均一且
つ緻密な膜厚で膜成長し、シードレイヤ22表面の濡れ
性を十分に向上させることができ、また前記シードレイ
ヤ22を主として非晶質相で構成できる。これによっ
て、前記シードレイヤ22の上に形成される各層の結晶
配向や平均結晶粒径を大きくでき、またシードレイヤ2
2が非晶質を多く含む(あるいはすべて非晶質)ので比
抵抗値を上げることができる結果、前記シードレイヤ2
2へのセンス電流の分流を抑制できて抵抗変化率(ΔR
/R)をさらに向上でき、また一方向***換バイアス磁
界(Hex*)をさらに大きくすることが可能である。
またシードレイヤ22を適切に非晶質相を主体で構成で
きるから、前記シードレイヤ22上の各層表面の平滑性
をより適切に向上させることができ、層間結合磁界Hi
nをより適切に0(A/m)に近づけることができる。
で40Å以下にすると、前記シードレイヤ22が均一且
つ緻密な膜厚で膜成長し、シードレイヤ22表面の濡れ
性を十分に向上させることができ、また前記シードレイ
ヤ22を主として非晶質相で構成できる。これによっ
て、前記シードレイヤ22の上に形成される各層の結晶
配向や平均結晶粒径を大きくでき、またシードレイヤ2
2が非晶質を多く含む(あるいはすべて非晶質)ので比
抵抗値を上げることができる結果、前記シードレイヤ2
2へのセンス電流の分流を抑制できて抵抗変化率(ΔR
/R)をさらに向上でき、また一方向***換バイアス磁
界(Hex*)をさらに大きくすることが可能である。
またシードレイヤ22を適切に非晶質相を主体で構成で
きるから、前記シードレイヤ22上の各層表面の平滑性
をより適切に向上させることができ、層間結合磁界Hi
nをより適切に0(A/m)に近づけることができる。
【0150】次に前記シードレイヤ22の膜構造につい
て説明する。本発明では既に説明したように、前記シー
ドレイヤ22の少なくとも一部には非晶質相が含まれて
いるが、前記シードレイヤ22は、前記非晶質相と結晶
質相との混相状態であっても、あるいは非晶質単相で構
成されていてもどちらでもよい。
て説明する。本発明では既に説明したように、前記シー
ドレイヤ22の少なくとも一部には非晶質相が含まれて
いるが、前記シードレイヤ22は、前記非晶質相と結晶
質相との混相状態であっても、あるいは非晶質単相で構
成されていてもどちらでもよい。
【0151】ここで前記シードレイヤ22に結晶質相が
含まれる場合の、前記結晶質相の結晶構造であるが、こ
れは如何なる結晶構造であってもかまわない。後述する
実験によれば前記結晶質相は体心立方構造(bcc構
造)であったが、本発明では前記結晶質相が如何なる結
晶構造であっても、前記シードレイヤ22表面の極めて
高い濡れ性によって、前記シードレイヤ22上に形成さ
れる各層を従来に比べてより適切に層状成長させやす
く、結晶粒径を大きくでき、一方向***換バイアス磁界
(Hex*)を大きくできると共に、各層表面の平滑性
の向上を適切に図ることができるのである。
含まれる場合の、前記結晶質相の結晶構造であるが、こ
れは如何なる結晶構造であってもかまわない。後述する
実験によれば前記結晶質相は体心立方構造(bcc構
造)であったが、本発明では前記結晶質相が如何なる結
晶構造であっても、前記シードレイヤ22表面の極めて
高い濡れ性によって、前記シードレイヤ22上に形成さ
れる各層を従来に比べてより適切に層状成長させやす
く、結晶粒径を大きくでき、一方向***換バイアス磁界
(Hex*)を大きくできると共に、各層表面の平滑性
の向上を適切に図ることができるのである。
【0152】なお本発明では、前記シードレイヤ22上
に形成される各層に形成された結晶粒の膜面と平行な方
向における平均結晶粒径は200Å以上であることが好
ましい。後述する実験によれば、シードレイヤ22がC
rで形成された実施例では、前記平均結晶粒径を200
Å以上にできることが確認されている。
に形成される各層に形成された結晶粒の膜面と平行な方
向における平均結晶粒径は200Å以上であることが好
ましい。後述する実験によれば、シードレイヤ22がC
rで形成された実施例では、前記平均結晶粒径を200
Å以上にできることが確認されている。
【0153】これにより耐エレクトロマイグレーション
の向上を図ることができ通電信頼性を向上させることが
できるとともに、抵抗変化率(ΔR/R)や耐熱性など
を従来と同程度、あるいはそれ以上にすることが可能で
ある。
の向上を図ることができ通電信頼性を向上させることが
できるとともに、抵抗変化率(ΔR/R)や耐熱性など
を従来と同程度、あるいはそれ以上にすることが可能で
ある。
【0154】次に本発明では、前記磁気検出素子を膜厚
方向に平行に切断したときに現れる反強磁性層4の結晶
粒界と前記固定磁性層3の結晶粒界が前記反強磁性層4
と固定磁性層3との界面の少なくとも一部で不連続な状
態になっていることが好ましい。
方向に平行に切断したときに現れる反強磁性層4の結晶
粒界と前記固定磁性層3の結晶粒界が前記反強磁性層4
と固定磁性層3との界面の少なくとも一部で不連続な状
態になっていることが好ましい。
【0155】また本発明では、前記磁気検出素子を膜厚
方向に平行に切断したときに現れる反強磁性層4の結晶
粒界と前記シードレイヤ22の結晶粒界が前記反強磁性
層4とシードレイヤ22との界面の少なくとも一部で不
連続な状態になっていることが好ましい。
方向に平行に切断したときに現れる反強磁性層4の結晶
粒界と前記シードレイヤ22の結晶粒界が前記反強磁性
層4とシードレイヤ22との界面の少なくとも一部で不
連続な状態になっていることが好ましい。
【0156】また本発明では、前記反強磁性層4には少
なくとも一部に双晶が形成され、少なくとも一部の前記
双晶には双晶境界が前記シードレイヤ22との界面と非
平行に形成されていることが好ましい。
なくとも一部に双晶が形成され、少なくとも一部の前記
双晶には双晶境界が前記シードレイヤ22との界面と非
平行に形成されていることが好ましい。
【0157】上記のような関係にある場合、反強磁性層
4と固定磁性層3との界面では、いわゆる非整合状態が
保たれ、前記反強磁性層4は熱処理によって不規則格子
から規則格子に適切な規則変態がなされており、大きな
交換結合磁界を得ることが可能である。
4と固定磁性層3との界面では、いわゆる非整合状態が
保たれ、前記反強磁性層4は熱処理によって不規則格子
から規則格子に適切な規則変態がなされており、大きな
交換結合磁界を得ることが可能である。
【0158】上記した関係を得るには、シードレイヤ2
2表面の濡れ性が高いことのほかに、反強磁性層4の組
成比や前記シードレイヤ22の上に形成される各層の成
膜条件を適切に調整することが必要である。
2表面の濡れ性が高いことのほかに、反強磁性層4の組
成比や前記シードレイヤ22の上に形成される各層の成
膜条件を適切に調整することが必要である。
【0159】既に説明したように前記反強磁性層4を構
成する元素Xあるいは元素X+X′の組成比は45(a
t%)以上60(at%)以下であることが好ましい。
成する元素Xあるいは元素X+X′の組成比は45(a
t%)以上60(at%)以下であることが好ましい。
【0160】また成膜条件としては、例えばスパッタ成
膜の際に使用されるArガスの圧力を3mTorrとす
る。また反強磁性層4と固定磁性層3間に交換結合磁界
を発生させるための熱処理温度を200℃以上で300
℃以下とし、熱処理時間を2時間以上で10-6Torr
以下の真空中で磁場中熱処理をする。また前記基板とタ
ーゲット間の距離を80mmとする。
膜の際に使用されるArガスの圧力を3mTorrとす
る。また反強磁性層4と固定磁性層3間に交換結合磁界
を発生させるための熱処理温度を200℃以上で300
℃以下とし、熱処理時間を2時間以上で10-6Torr
以下の真空中で磁場中熱処理をする。また前記基板とタ
ーゲット間の距離を80mmとする。
【0161】上記の反強磁性層4の組成比及び成膜条件
などにより、前記反強磁性層4と固定磁性層3との界
面、反強磁性層4とシードレイヤ22との界面を適切に
非整合状態にでき、反強磁性層4と固定磁性層3間に1
1.58×104(A/m)以上の高い交換結合磁界を
得ることが可能である。
などにより、前記反強磁性層4と固定磁性層3との界
面、反強磁性層4とシードレイヤ22との界面を適切に
非整合状態にでき、反強磁性層4と固定磁性層3間に1
1.58×104(A/m)以上の高い交換結合磁界を
得ることが可能である。
【0162】次に前記シードレイヤ22上に形成される
各層の結晶配向であるが、本発明では、従来のように前
記シードレイヤ22上の各層の結晶配向が膜面と平行な
方向に優先的に[111]配向していなくてもよく、[1
11]配向性が弱くてもかまわない。
各層の結晶配向であるが、本発明では、従来のように前
記シードレイヤ22上の各層の結晶配向が膜面と平行な
方向に優先的に[111]配向していなくてもよく、[1
11]配向性が弱くてもかまわない。
【0163】本発明ではシードレイヤ22上の各層の結
晶配向が膜面と平行な方向に[111]配向することが好
ましいが、本発明では各層の結晶配向性よりも、シード
レイヤ22表面の濡れ性の向上に重点を置き、さらにシ
ードレイヤ22の少なくとも一部に非晶質相を含ませる
ことで、前記固定磁性層3における一方向***換バイア
ス磁界(Hex*)を従来よりも大きくできるととも
に、前記シードレイヤ22上の各層の表面の平滑性を向
上させることを可能としている。
晶配向が膜面と平行な方向に[111]配向することが好
ましいが、本発明では各層の結晶配向性よりも、シード
レイヤ22表面の濡れ性の向上に重点を置き、さらにシ
ードレイヤ22の少なくとも一部に非晶質相を含ませる
ことで、前記固定磁性層3における一方向***換バイア
ス磁界(Hex*)を従来よりも大きくできるととも
に、前記シードレイヤ22上の各層の表面の平滑性を向
上させることを可能としている。
【0164】図2以降は、図1に示す磁気検出素子とは
異なる膜構造を有する磁気検出素子である。
異なる膜構造を有する磁気検出素子である。
【0165】図2は、本発明における他の磁気検出素子
(スピンバルブ型薄膜素子)の構造を記録媒体との対向
面側から見た示す部分断面図である。
(スピンバルブ型薄膜素子)の構造を記録媒体との対向
面側から見た示す部分断面図である。
【0166】図2に示すスピンバルブ型薄膜素子では、
下地層6上にトラック幅方向(図示X方向)にトラック
幅Twの間隔を開けた一対のシードレイヤ22が形成さ
れ、前記シードレイヤ22の上にエクスチェンジバイア
ス層24が形成されている。
下地層6上にトラック幅方向(図示X方向)にトラック
幅Twの間隔を開けた一対のシードレイヤ22が形成さ
れ、前記シードレイヤ22の上にエクスチェンジバイア
ス層24が形成されている。
【0167】前記一対のシードレイヤ22及びエクスチ
ェンジバイアス層24間は、SiO 2やAl2O3等の絶
縁材料で形成された絶縁層17によって埋められてい
る。
ェンジバイアス層24間は、SiO 2やAl2O3等の絶
縁材料で形成された絶縁層17によって埋められてい
る。
【0168】そして前記エクスチェンジバイアス層24
及び絶縁層17上にはフリー磁性層1が形成されてい
る。
及び絶縁層17上にはフリー磁性層1が形成されてい
る。
【0169】前記エクスチェンジバイアス層24はX−
Mn合金、あるいはX−Mn−X′合金で形成され、前
記元素Xあるいは元素X+X′の組成比は45(at
%)以上60(at%)以下であることが好ましく、よ
り好ましくは49(at%)以上56.5(at%)以
下である。
Mn合金、あるいはX−Mn−X′合金で形成され、前
記元素Xあるいは元素X+X′の組成比は45(at
%)以上60(at%)以下であることが好ましく、よ
り好ましくは49(at%)以上56.5(at%)以
下である。
【0170】前記フリー磁性層1の両側端部では、エク
スチェンジバイアス層24間での交換結合磁界により図
示X方向に単磁区化され、フリー磁性層1のトラック幅
Tw領域の磁化は、外部磁界に対して反応する程度に図
示X方向に適性に揃えられている。
スチェンジバイアス層24間での交換結合磁界により図
示X方向に単磁区化され、フリー磁性層1のトラック幅
Tw領域の磁化は、外部磁界に対して反応する程度に図
示X方向に適性に揃えられている。
【0171】図2に示すように前記フリー磁性層1の上
には非磁性材料層2が形成され、さらに前記非磁性材料
層2の上には固定磁性層3が形成されている。さらに前
記固定磁性層3の上には反強磁性層4、保護層7が形成
される。
には非磁性材料層2が形成され、さらに前記非磁性材料
層2の上には固定磁性層3が形成されている。さらに前
記固定磁性層3の上には反強磁性層4、保護層7が形成
される。
【0172】この実施形態においても前記シードレイヤ
22は、Crで形成され、少なくとも一部に非晶質相を
含んでいる。
22は、Crで形成され、少なくとも一部に非晶質相を
含んでいる。
【0173】本発明では、非晶質相を含むCrでシード
レイヤ22を形成することで、前記シードレイヤ22表
面の濡れ性を従来に比べて飛躍的に高めることができ、
シードレイヤ22上の各層の結晶粒径を大きくでき、し
たがってフリー磁性層1における一方向***換バイアス
磁界(Hex*)を大きくすることができると共に、前
記シードレイヤ22上に形成される各層の表面の平滑性
を向上させることができる。また抵抗変化率(ΔR/
R)を従来と同程度、あるいはそれ以上得ることができ
る。
レイヤ22を形成することで、前記シードレイヤ22表
面の濡れ性を従来に比べて飛躍的に高めることができ、
シードレイヤ22上の各層の結晶粒径を大きくでき、し
たがってフリー磁性層1における一方向***換バイアス
磁界(Hex*)を大きくすることができると共に、前
記シードレイヤ22上に形成される各層の表面の平滑性
を向上させることができる。また抵抗変化率(ΔR/
R)を従来と同程度、あるいはそれ以上得ることができ
る。
【0174】従って本発明によれば、耐エレクトロマイ
グレーションに代表される通電信頼性を向上させると共
に、前記フリー磁性層1と固定磁性層3間の静磁結合
(トポロジカルカップリング)による層間結合磁界Hi
nを小さくでき、再生波形の非対称性(アシンメトリ
ー)を小さくすることができ、また鏡面反射層が設けら
れている場合には、前記鏡面反射層の鏡面反射率を向上
させ、抵抗変化率(ΔR/R)の向上を図ることができ
る。
グレーションに代表される通電信頼性を向上させると共
に、前記フリー磁性層1と固定磁性層3間の静磁結合
(トポロジカルカップリング)による層間結合磁界Hi
nを小さくでき、再生波形の非対称性(アシンメトリ
ー)を小さくすることができ、また鏡面反射層が設けら
れている場合には、前記鏡面反射層の鏡面反射率を向上
させ、抵抗変化率(ΔR/R)の向上を図ることができ
る。
【0175】本発明では、前記シードレイヤ22の膜厚
は15Å以上で50Å以下の範囲内で形成されているこ
とが好ましい。
は15Å以上で50Å以下の範囲内で形成されているこ
とが好ましい。
【0176】なおこの膜厚範囲は図2に示すように、シ
ードレイヤ22の下に下地層6が形成されている場合に
おける膜厚である。
ードレイヤ22の下に下地層6が形成されている場合に
おける膜厚である。
【0177】本発明において前記シードレイヤ22の膜
厚の上限を50Åとしたのは、これ以上、前記シードレ
イヤ22の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シ
ードレイヤ22への分流が大きくなり抵抗変化率(ΔR
/R)の低下が大きくなり、少なくとも従来と同程度の
前記抵抗変化率を得ることができなくなるからである。
また前記シードレイヤ22に非晶質相を含ませることが
難しくなる。本発明においてシードレイヤ22に非晶質
相が含まれていると、前記非晶質相は比抵抗が結晶相よ
りも高いから、センス電流の分流を適切に低減でき、抵
抗変化率を向上させることができる。
厚の上限を50Åとしたのは、これ以上、前記シードレ
イヤ22の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シ
ードレイヤ22への分流が大きくなり抵抗変化率(ΔR
/R)の低下が大きくなり、少なくとも従来と同程度の
前記抵抗変化率を得ることができなくなるからである。
また前記シードレイヤ22に非晶質相を含ませることが
難しくなる。本発明においてシードレイヤ22に非晶質
相が含まれていると、前記非晶質相は比抵抗が結晶相よ
りも高いから、センス電流の分流を適切に低減でき、抵
抗変化率を向上させることができる。
【0178】また前記シードレイヤ22の膜厚の下限を
15Åとしたのは、15Åよりも小さくなると、シード
レイヤ22の膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜
厚で膜成長しないため、前記シードレイヤ22の濡れ性
や平滑性が向上せず、前記シードレイヤ22の上に積層
される各層の結晶配向性は弱くなり、また平均結晶粒径
が小さくなり、この結果、抵抗変化率(ΔR/R)や一
方向***換バイアス磁界(Hex*)が小さくなる。
15Åとしたのは、15Åよりも小さくなると、シード
レイヤ22の膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜
厚で膜成長しないため、前記シードレイヤ22の濡れ性
や平滑性が向上せず、前記シードレイヤ22の上に積層
される各層の結晶配向性は弱くなり、また平均結晶粒径
が小さくなり、この結果、抵抗変化率(ΔR/R)や一
方向***換バイアス磁界(Hex*)が小さくなる。
【0179】またシードレイヤ22の膜厚が15Å以下
では、前記シードレイヤ22の膜が均一に成長しないか
ら、表面に凹凸が発生しやすく、これによって層間結合
磁界Hinが大きくなり、再生出力の非対称性が低下し
てしまう。
では、前記シードレイヤ22の膜が均一に成長しないか
ら、表面に凹凸が発生しやすく、これによって層間結合
磁界Hinが大きくなり、再生出力の非対称性が低下し
てしまう。
【0180】以上により本発明では、前記シードレイヤ
22の膜厚を、15Å以上で50Å以下の範囲内で形成
することとした。
22の膜厚を、15Å以上で50Å以下の範囲内で形成
することとした。
【0181】次に本発明では、前記シードレイヤ22の
膜厚は15Å以上で40Å以下で形成されることがより
好ましい。前記シードレイヤ22の膜厚の下限を15Å
としたのは上述の通りである。本発明においてシードレ
イヤ22の膜厚を40Å以下にしたのは、前記膜厚を4
0Å以下にすることで、より適切にシードレイヤ22に
非晶質相を含ませることができ、Crで形成されたシー
ドレイヤ22にセンス電流が分流するのを適切に抑制で
き、抵抗変化率(ΔR/R)の向上を適切に図ることが
できるからである。後述する実験によれば前記抵抗変化
率を10%以上確保できることがわかった。
膜厚は15Å以上で40Å以下で形成されることがより
好ましい。前記シードレイヤ22の膜厚の下限を15Å
としたのは上述の通りである。本発明においてシードレ
イヤ22の膜厚を40Å以下にしたのは、前記膜厚を4
0Å以下にすることで、より適切にシードレイヤ22に
非晶質相を含ませることができ、Crで形成されたシー
ドレイヤ22にセンス電流が分流するのを適切に抑制で
き、抵抗変化率(ΔR/R)の向上を適切に図ることが
できるからである。後述する実験によれば前記抵抗変化
率を10%以上確保できることがわかった。
【0182】また本発明では、前記シードレイヤ22の
膜厚は、20Å以上で28Å以下で形成されることがさ
らに好ましい。
膜厚は、20Å以上で28Å以下で形成されることがさ
らに好ましい。
【0183】後述する実験によれば、前記シードレイヤ
22の膜厚を20Å以上28Å以下に設定することで、
抵抗変化率(ΔR/R)を12%以上にでき、また一方
向***換バイアス磁界(Hex*)を約15.8×104
(A/m)以上にでき、さらに層間結合磁界Hinをほ
ぼ0(A/m)にできることがわかった。
22の膜厚を20Å以上28Å以下に設定することで、
抵抗変化率(ΔR/R)を12%以上にでき、また一方
向***換バイアス磁界(Hex*)を約15.8×104
(A/m)以上にでき、さらに層間結合磁界Hinをほ
ぼ0(A/m)にできることがわかった。
【0184】前記シードレイヤ22の膜厚を20Å以上
で28Å以下にすると、前記シードレイヤ22が均一且
つ緻密な膜厚で膜成長し、シードレイヤ22表面の濡れ
性を十分に向上させることができ、また前記シードレイ
ヤ22を主として非晶質相で構成できる。これによっ
て、前記シードレイヤ22の上に形成される各層の結晶
配向や平均結晶粒径を大きくでき、またシードレイヤ2
2が非晶質を多く含む(あるいはすべて非晶質)ので比
抵抗値を上げることができる結果、前記シードレイヤ2
2へのセンス電流の分流を抑制できて抵抗変化率(ΔR
/R)をさらに向上でき、また一方向***換バイアス磁
界(Hex*)をさらに大きくすることが可能である。
またシードレイヤ22を適切に非晶質相を主体で構成で
きるから、前記シードレイヤ22上の各層表面の平滑性
をより適切に向上させることができ、層間結合磁界Hi
nをより適切に0(A/m)に近づけることができる。
で28Å以下にすると、前記シードレイヤ22が均一且
つ緻密な膜厚で膜成長し、シードレイヤ22表面の濡れ
性を十分に向上させることができ、また前記シードレイ
ヤ22を主として非晶質相で構成できる。これによっ
て、前記シードレイヤ22の上に形成される各層の結晶
配向や平均結晶粒径を大きくでき、またシードレイヤ2
2が非晶質を多く含む(あるいはすべて非晶質)ので比
抵抗値を上げることができる結果、前記シードレイヤ2
2へのセンス電流の分流を抑制できて抵抗変化率(ΔR
/R)をさらに向上でき、また一方向***換バイアス磁
界(Hex*)をさらに大きくすることが可能である。
またシードレイヤ22を適切に非晶質相を主体で構成で
きるから、前記シードレイヤ22上の各層表面の平滑性
をより適切に向上させることができ、層間結合磁界Hi
nをより適切に0(A/m)に近づけることができる。
【0185】また、下地層6を敷かない場合は、前記シ
ードレイヤ22の膜厚は、25Å以上で50Å以下で形
成されることが好ましい。
ードレイヤ22の膜厚は、25Å以上で50Å以下で形
成されることが好ましい。
【0186】本発明において前記シードレイヤ22の膜
厚の上限を50Åとしたのは、これ以上、前記シードレ
イヤ22の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シ
ードレイヤへの分流が大きくなり抵抗変化率(ΔR/
R)の低下が大きくなり、少なくとも従来と同程度の前
記抵抗変化率を得ることができなくなるからである。ま
た前記シードレイヤ22に非晶質相を含ませることが難
しくなる。本発明においてシードレイヤ22に非晶質相
が含まれていると、前記非晶質相は比抵抗が結晶相より
も高いから、センス電流の分流を適切に低減でき、抵抗
変化率を向上させることができる。
厚の上限を50Åとしたのは、これ以上、前記シードレ
イヤ22の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シ
ードレイヤへの分流が大きくなり抵抗変化率(ΔR/
R)の低下が大きくなり、少なくとも従来と同程度の前
記抵抗変化率を得ることができなくなるからである。ま
た前記シードレイヤ22に非晶質相を含ませることが難
しくなる。本発明においてシードレイヤ22に非晶質相
が含まれていると、前記非晶質相は比抵抗が結晶相より
も高いから、センス電流の分流を適切に低減でき、抵抗
変化率を向上させることができる。
【0187】また前記シードレイヤ22の膜厚の下限を
25Åとしたのは、25Åよりも小さくなると、シード
レイヤ22の膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜
厚で膜成長しないため、前記シードレイヤ22の濡れ性
や平滑性が向上せず、前記シードレイヤの上に積層され
るエクスチェンジバイアス層24及びその上に形成され
る各層の結晶配向性は弱くなり、また平均結晶粒径が小
さくなり、この結果、抵抗変化率(ΔR/R)や一方向
***換バイアス磁界(Hex*)が小さくなり、またシ
ードレイヤ22上のエクスチェンジバイアス層24等の
表面の平滑性が悪化し層間結合磁界Hinが大きくなっ
てしまう。
25Åとしたのは、25Åよりも小さくなると、シード
レイヤ22の膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜
厚で膜成長しないため、前記シードレイヤ22の濡れ性
や平滑性が向上せず、前記シードレイヤの上に積層され
るエクスチェンジバイアス層24及びその上に形成され
る各層の結晶配向性は弱くなり、また平均結晶粒径が小
さくなり、この結果、抵抗変化率(ΔR/R)や一方向
***換バイアス磁界(Hex*)が小さくなり、またシ
ードレイヤ22上のエクスチェンジバイアス層24等の
表面の平滑性が悪化し層間結合磁界Hinが大きくなっ
てしまう。
【0188】従って本発明では、シードレイヤ22の下
に下地層6を敷かない場合、前記シードレイヤ22の膜
厚を25Å以上で50Å以下の範囲内に設定することが
好ましいとした。
に下地層6を敷かない場合、前記シードレイヤ22の膜
厚を25Å以上で50Å以下の範囲内に設定することが
好ましいとした。
【0189】また上記のように下地層6を敷かない場合
において、前記シードレイヤ22の膜厚は25Å以上で
40Å以下で形成されることがより好ましい。前記シー
ドレイヤ22の膜厚の下限を25Åとした理由は、上述
した通りである。
において、前記シードレイヤ22の膜厚は25Å以上で
40Å以下で形成されることがより好ましい。前記シー
ドレイヤ22の膜厚の下限を25Åとした理由は、上述
した通りである。
【0190】また前記シードレイヤ22の膜厚を40Å
以下にすることで、より適切にシードレイヤ22に非晶
質相を含ませることができCrで形成されたシードレイ
ヤ22にセンス電流が分流するのを適切に抑制でき、抵
抗変化率(ΔR/R)の向上を適切に図ることができ
る。後述する実験によれば前記抵抗変化率を10%以上
確保できることがわかった。
以下にすることで、より適切にシードレイヤ22に非晶
質相を含ませることができCrで形成されたシードレイ
ヤ22にセンス電流が分流するのを適切に抑制でき、抵
抗変化率(ΔR/R)の向上を適切に図ることができ
る。後述する実験によれば前記抵抗変化率を10%以上
確保できることがわかった。
【0191】また前記シードレイヤ22の膜厚を上記し
た25Å以上で40Å以下の範囲内に設定することで、
一方向***換バイアス磁界(Hex*)を約11.85
×104(A/m)以上適切に確保することができる。
た25Å以上で40Å以下の範囲内に設定することで、
一方向***換バイアス磁界(Hex*)を約11.85
×104(A/m)以上適切に確保することができる。
【0192】また本発明では、前記シードレイヤ22の
膜厚は30Å以上で40Å以下で形成されることがさら
に好ましい。
膜厚は30Å以上で40Å以下で形成されることがさら
に好ましい。
【0193】後述する実験によれば、前記シードレイヤ
22の膜厚を30Å以上で40Å以下の範囲内に設定す
ることで、抵抗変化率(ΔR/R)を確実に10%以上
にでき、また一方向***換バイアス磁界(Hex*)を
約15.8×104(A/m)以上にでき、さらに層間
結合磁界Hinを約400(A/m)以下に抑えること
ができることがわかった。
22の膜厚を30Å以上で40Å以下の範囲内に設定す
ることで、抵抗変化率(ΔR/R)を確実に10%以上
にでき、また一方向***換バイアス磁界(Hex*)を
約15.8×104(A/m)以上にでき、さらに層間
結合磁界Hinを約400(A/m)以下に抑えること
ができることがわかった。
【0194】前記シードレイヤ22の膜厚を30Å以上
で40Å以下にすると、前記シードレイヤ22が均一且
つ緻密な膜厚で膜成長し、シードレイヤ22表面の濡れ
性を十分に向上させることができ、また前記シードレイ
ヤ22を主として非晶質相で構成できる。これによっ
て、前記シードレイヤ22の上に形成される各層の結晶
配向や平均結晶粒径を大きくでき、またシードレイヤ2
2が非晶質を多く含む(あるいはすべて非晶質)ので比
抵抗値を上げることができる結果、前記シードレイヤ2
2へのセンス電流の分流を抑制できて抵抗変化率(ΔR
/R)をさらに向上でき、また一方向***換バイアス磁
界(Hex*)をさらに大きくすることが可能である。
またシードレイヤ22を適切に非晶質相を主体で構成で
きるから、前記シードレイヤ22上の各層表面の平滑性
をより適切に向上させることができ、層間結合磁界Hi
nをより適切に0(A/m)に近づけることができる。
で40Å以下にすると、前記シードレイヤ22が均一且
つ緻密な膜厚で膜成長し、シードレイヤ22表面の濡れ
性を十分に向上させることができ、また前記シードレイ
ヤ22を主として非晶質相で構成できる。これによっ
て、前記シードレイヤ22の上に形成される各層の結晶
配向や平均結晶粒径を大きくでき、またシードレイヤ2
2が非晶質を多く含む(あるいはすべて非晶質)ので比
抵抗値を上げることができる結果、前記シードレイヤ2
2へのセンス電流の分流を抑制できて抵抗変化率(ΔR
/R)をさらに向上でき、また一方向***換バイアス磁
界(Hex*)をさらに大きくすることが可能である。
またシードレイヤ22を適切に非晶質相を主体で構成で
きるから、前記シードレイヤ22上の各層表面の平滑性
をより適切に向上させることができ、層間結合磁界Hi
nをより適切に0(A/m)に近づけることができる。
【0195】図3は本発明におけるデュアルスピンバル
ブ型薄膜素子の構造を示す部分断面図である。
ブ型薄膜素子の構造を示す部分断面図である。
【0196】図3に示すように、下から下地層6、シー
ドレイヤ22、反強磁性層4、固定磁性層3、非磁性材
料層2、およびフリー磁性層1が連続して積層されてい
る。前記フリー磁性層1は3層膜で形成され、例えばC
o膜10,10とNiFe合金膜9で構成される。さら
に前記フリー磁性層1の上には、非磁性材料層2、固定
磁性層3、反強磁性層4、および保護層7が連続して積
層されている。
ドレイヤ22、反強磁性層4、固定磁性層3、非磁性材
料層2、およびフリー磁性層1が連続して積層されてい
る。前記フリー磁性層1は3層膜で形成され、例えばC
o膜10,10とNiFe合金膜9で構成される。さら
に前記フリー磁性層1の上には、非磁性材料層2、固定
磁性層3、反強磁性層4、および保護層7が連続して積
層されている。
【0197】また、下地層6から保護層7までの多層膜
の両側にはハードバイアス層5,5、電極層8,8が積
層されている。なお、各層は図1で説明した材質と同じ
材質で形成されている。
の両側にはハードバイアス層5,5、電極層8,8が積
層されている。なお、各層は図1で説明した材質と同じ
材質で形成されている。
【0198】この実施例では、フリー磁性層1よりも図
示下側に位置する反強磁性層4の下にはシードレイヤ2
2が形成されている。さらに前記反強磁性層4を構成す
る元素Xあるいは元素X+X′の組成比は、45(at
%)以上60(at%)以上で形成されることが好まし
く、より好ましくは49(at%)以上56.5(at
%)以下である。
示下側に位置する反強磁性層4の下にはシードレイヤ2
2が形成されている。さらに前記反強磁性層4を構成す
る元素Xあるいは元素X+X′の組成比は、45(at
%)以上60(at%)以上で形成されることが好まし
く、より好ましくは49(at%)以上56.5(at
%)以下である。
【0199】この実施形態においても前記シードレイヤ
22は、Crで形成され、少なくとも一部に非晶質相を
含んでいる。
22は、Crで形成され、少なくとも一部に非晶質相を
含んでいる。
【0200】本発明では、非晶質相を含むCrでシード
レイヤ22を形成することで、前記シードレイヤ22表
面の濡れ性を従来に比べて高めることができ、前記シー
ドレイヤ22上の各層の結晶粒径を従来よりも大きくで
き、したがって固定磁性層3における一方向***換バイ
アス磁界(Hex*)を大きくできると共に、前記シー
ドレイヤ22上に形成される各層の表面の平滑性を向上
させることができる。また抵抗変化率(ΔR/R)を従
来と同程度、あるいはそれ以上得ることができる。
レイヤ22を形成することで、前記シードレイヤ22表
面の濡れ性を従来に比べて高めることができ、前記シー
ドレイヤ22上の各層の結晶粒径を従来よりも大きくで
き、したがって固定磁性層3における一方向***換バイ
アス磁界(Hex*)を大きくできると共に、前記シー
ドレイヤ22上に形成される各層の表面の平滑性を向上
させることができる。また抵抗変化率(ΔR/R)を従
来と同程度、あるいはそれ以上得ることができる。
【0201】従って本発明によれば、耐エレクトロマイ
グレーションに代表される通電信頼性を向上させると共
に、前記フリー磁性層1と固定磁性層3間の静磁結合
(トポロジカルカップリング)による層間結合磁界Hi
nを小さくでき、磁気ヘッドの再生波形の非対称性(ア
シンメトリー)を小さくすることができ、また鏡面反射
層が設けられている場合には、前記鏡面反射層の鏡面反
射率を向上させ、抵抗変化率の向上を図ることができ
る。
グレーションに代表される通電信頼性を向上させると共
に、前記フリー磁性層1と固定磁性層3間の静磁結合
(トポロジカルカップリング)による層間結合磁界Hi
nを小さくでき、磁気ヘッドの再生波形の非対称性(ア
シンメトリー)を小さくすることができ、また鏡面反射
層が設けられている場合には、前記鏡面反射層の鏡面反
射率を向上させ、抵抗変化率の向上を図ることができ
る。
【0202】上記した効果を有する本発明におけるスピ
ンバルブ型薄膜素子では、今後の高記録密度化におい
て、前記磁気検出素子に流れるセンス電流密度が大きく
なっても前記高記録密度化に十分に対応可能なスピンバ
ルブ型薄膜素子を製造することが可能である。
ンバルブ型薄膜素子では、今後の高記録密度化におい
て、前記磁気検出素子に流れるセンス電流密度が大きく
なっても前記高記録密度化に十分に対応可能なスピンバ
ルブ型薄膜素子を製造することが可能である。
【0203】本発明では、前記シードレイヤ22の膜厚
は15Å以上で50Å以下で形成されることが好まし
い。
は15Å以上で50Å以下で形成されることが好まし
い。
【0204】なおこの膜厚範囲は図3に示すように、シ
ードレイヤ22の下に下地層6が形成されている場合に
おける膜厚である。
ードレイヤ22の下に下地層6が形成されている場合に
おける膜厚である。
【0205】本発明において前記シードレイヤ22の膜
厚の上限を50Åとしたのは、これ以上、前記シードレ
イヤ22の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シ
ードレイヤ22への分流が大きくなり抵抗変化率(ΔR
/R)の低下が大きくなり、少なくとも従来と同程度の
前記抵抗変化率を得ることができなくなるからである。
また前記シードレイヤ22に非晶質相を含ませることが
難しくなる。本発明においてシードレイヤ22に非晶質
相が含まれていると、前記非晶質相は比抵抗が結晶相よ
りも高いから、センス電流の分流を適切に低減でき、抵
抗変化率を向上させることができる。
厚の上限を50Åとしたのは、これ以上、前記シードレ
イヤ22の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シ
ードレイヤ22への分流が大きくなり抵抗変化率(ΔR
/R)の低下が大きくなり、少なくとも従来と同程度の
前記抵抗変化率を得ることができなくなるからである。
また前記シードレイヤ22に非晶質相を含ませることが
難しくなる。本発明においてシードレイヤ22に非晶質
相が含まれていると、前記非晶質相は比抵抗が結晶相よ
りも高いから、センス電流の分流を適切に低減でき、抵
抗変化率を向上させることができる。
【0206】また前記シードレイヤ22の膜厚の下限を
15Åとしたのは、15Åよりも小さくなると、シード
レイヤ22の膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜
厚で膜成長しないため、前記シードレイヤ22の濡れ性
や平滑性が向上せず、前記シードレイヤ22の上に積層
される反強磁性層4やその上に形成される各層の結晶配
向性は弱くなり、また平均結晶粒径が小さくなり、この
結果、抵抗変化率(ΔR/R)や一方向***換バイアス
磁界(Hex*)が小さくなる。
15Åとしたのは、15Åよりも小さくなると、シード
レイヤ22の膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜
厚で膜成長しないため、前記シードレイヤ22の濡れ性
や平滑性が向上せず、前記シードレイヤ22の上に積層
される反強磁性層4やその上に形成される各層の結晶配
向性は弱くなり、また平均結晶粒径が小さくなり、この
結果、抵抗変化率(ΔR/R)や一方向***換バイアス
磁界(Hex*)が小さくなる。
【0207】またシードレイヤ22の膜厚が15Å以下
では、前記シードレイヤ22の膜が均一に成長しないか
ら、表面に凹凸が発生しやすく、これによって層間結合
磁界Hinが大きくなり、再生出力の非対称性が低下し
てしまう。
では、前記シードレイヤ22の膜が均一に成長しないか
ら、表面に凹凸が発生しやすく、これによって層間結合
磁界Hinが大きくなり、再生出力の非対称性が低下し
てしまう。
【0208】以上により本発明では、前記シードレイヤ
22の膜厚を、15Å以上で50Å以下の範囲内で形成
することとした。
22の膜厚を、15Å以上で50Å以下の範囲内で形成
することとした。
【0209】次に本発明では、前記シードレイヤ22の
膜厚は15Å以上で40Å以下で形成されることがより
好ましい。前記シードレイヤ22の膜厚の下限を15Å
としたのは上述の通りである。本発明においてシードレ
イヤ22の膜厚を40Å以下にしたのは、前記膜厚を4
0Å以下にすることで、より適切にシードレイヤ22に
非晶質相を含ませることができCrで形成されたシード
レイヤ22にセンス電流が分流するのを適切に抑制で
き、抵抗変化率(ΔR/R)の向上を適切に図ることが
できるからである。後述する実験によれば前記抵抗変化
率を10%以上確実に確保できることがわかった。
膜厚は15Å以上で40Å以下で形成されることがより
好ましい。前記シードレイヤ22の膜厚の下限を15Å
としたのは上述の通りである。本発明においてシードレ
イヤ22の膜厚を40Å以下にしたのは、前記膜厚を4
0Å以下にすることで、より適切にシードレイヤ22に
非晶質相を含ませることができCrで形成されたシード
レイヤ22にセンス電流が分流するのを適切に抑制で
き、抵抗変化率(ΔR/R)の向上を適切に図ることが
できるからである。後述する実験によれば前記抵抗変化
率を10%以上確実に確保できることがわかった。
【0210】また本発明では、前記シードレイヤ22の
膜厚は、20Å以上で28Å以下で形成されることがさ
らに好ましい。
膜厚は、20Å以上で28Å以下で形成されることがさ
らに好ましい。
【0211】後述する実験によれば、前記シードレイヤ
22の膜厚を20Å以上28Å以下に設定することで、
抵抗変化率(ΔR/R)を12%以上にでき、また一方
向***換バイアス磁界(Hex*)を約15.8×104
(A/m)以上にでき、さらに層間結合磁界Hinをほ
ぼ0(A/m)にできることがわかった。
22の膜厚を20Å以上28Å以下に設定することで、
抵抗変化率(ΔR/R)を12%以上にでき、また一方
向***換バイアス磁界(Hex*)を約15.8×104
(A/m)以上にでき、さらに層間結合磁界Hinをほ
ぼ0(A/m)にできることがわかった。
【0212】前記シードレイヤ22の膜厚を20Å以上
で28Å以下にすると、前記シードレイヤ22が均一且
つ緻密な膜厚で膜成長し、シードレイヤ22表面の濡れ
性を十分に向上させることができ、また前記シードレイ
ヤ22を主として非晶質相で構成できる。これによっ
て、前記シードレイヤ22の上に形成される各層の結晶
配向や平均結晶粒径を大きくでき、またシードレイヤ2
2が非晶質を多く含む(あるいはすべて非晶質)ので比
抵抗値を上げることができる結果、前記シードレイヤ2
2へのセンス電流の分流を抑制できて抵抗変化率(ΔR
/R)をさらに向上でき、また一方向***換バイアス磁
界(Hex*)をさらに大きくすることが可能である。
またシードレイヤ22を適切に非晶質相を主体で構成で
きるから、前記シードレイヤ22上の各層表面の平滑性
をより適切に向上させることができ、層間結合磁界Hi
nをより適切に0(A/m)に近づけることができる。
で28Å以下にすると、前記シードレイヤ22が均一且
つ緻密な膜厚で膜成長し、シードレイヤ22表面の濡れ
性を十分に向上させることができ、また前記シードレイ
ヤ22を主として非晶質相で構成できる。これによっ
て、前記シードレイヤ22の上に形成される各層の結晶
配向や平均結晶粒径を大きくでき、またシードレイヤ2
2が非晶質を多く含む(あるいはすべて非晶質)ので比
抵抗値を上げることができる結果、前記シードレイヤ2
2へのセンス電流の分流を抑制できて抵抗変化率(ΔR
/R)をさらに向上でき、また一方向***換バイアス磁
界(Hex*)をさらに大きくすることが可能である。
またシードレイヤ22を適切に非晶質相を主体で構成で
きるから、前記シードレイヤ22上の各層表面の平滑性
をより適切に向上させることができ、層間結合磁界Hi
nをより適切に0(A/m)に近づけることができる。
【0213】また、下地層6を敷かない場合は、前記シ
ードレイヤ22の膜厚は、25Å以上で50Å以下で形
成されることが好ましい。
ードレイヤ22の膜厚は、25Å以上で50Å以下で形
成されることが好ましい。
【0214】本発明において前記シードレイヤ22の膜
厚の上限を50Åとしたのは、これ以上、前記シードレ
イヤ22の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シ
ードレイヤへの分流が大きくなり抵抗変化率(ΔR/
R)の低下が大きくなり、少なくとも従来と同程度の前
記抵抗変化率を得ることができなくなるからである。ま
た前記シードレイヤ22に非晶質相を含ませることが難
しくなる。本発明においてシードレイヤ22に非晶質相
が含まれていると、前記非晶質相は比抵抗が結晶相より
も高いから、センス電流の分流を適切に低減でき、抵抗
変化率を向上させることができる。
厚の上限を50Åとしたのは、これ以上、前記シードレ
イヤ22の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シ
ードレイヤへの分流が大きくなり抵抗変化率(ΔR/
R)の低下が大きくなり、少なくとも従来と同程度の前
記抵抗変化率を得ることができなくなるからである。ま
た前記シードレイヤ22に非晶質相を含ませることが難
しくなる。本発明においてシードレイヤ22に非晶質相
が含まれていると、前記非晶質相は比抵抗が結晶相より
も高いから、センス電流の分流を適切に低減でき、抵抗
変化率を向上させることができる。
【0215】また前記シードレイヤ22の膜厚の下限を
25Åとしたのは、25Åよりも小さくなると、シード
レイヤ22の膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜
厚で膜成長しないため、前記シードレイヤ22の濡れ性
や平滑性が向上せず、前記シードレイヤの上に積層され
る反強磁性層4及びその上に形成される各層の結晶配向
性は弱くなり、また平均結晶粒径が小さくなり、この結
果、抵抗変化率(ΔR/R)や一方向***換バイアス磁
界(Hex*)が小さくなり、またシードレイヤ22上
の反強磁性層4等の表面の平滑性が悪化するから層間結
合磁界Hinが大きくなってしまう。
25Åとしたのは、25Åよりも小さくなると、シード
レイヤ22の膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜
厚で膜成長しないため、前記シードレイヤ22の濡れ性
や平滑性が向上せず、前記シードレイヤの上に積層され
る反強磁性層4及びその上に形成される各層の結晶配向
性は弱くなり、また平均結晶粒径が小さくなり、この結
果、抵抗変化率(ΔR/R)や一方向***換バイアス磁
界(Hex*)が小さくなり、またシードレイヤ22上
の反強磁性層4等の表面の平滑性が悪化するから層間結
合磁界Hinが大きくなってしまう。
【0216】従って本発明では、シードレイヤ22の下
に下地層6を敷かない場合、前記シードレイヤ22の膜
厚を25Å以上で50Å以下の範囲内に設定することが
好ましいとした。
に下地層6を敷かない場合、前記シードレイヤ22の膜
厚を25Å以上で50Å以下の範囲内に設定することが
好ましいとした。
【0217】また上記のように下地層6を敷かない場合
において、前記シードレイヤ22の膜厚は25Å以上で
40Å以下で形成されることがより好ましい。前記シー
ドレイヤ22の膜厚の下限を25Åとした理由は、上述
した通りである。
において、前記シードレイヤ22の膜厚は25Å以上で
40Å以下で形成されることがより好ましい。前記シー
ドレイヤ22の膜厚の下限を25Åとした理由は、上述
した通りである。
【0218】また前記シードレイヤ22の膜厚を40Å
以下にすることで、より適切にシードレイヤ22に非晶
質相を含ませることができCrで形成されたシードレイ
ヤ22にセンス電流が分流するのを適切に抑制でき、抵
抗変化率(ΔR/R)の向上を適切に図ることができ
る。後述する実験によれば前記抵抗変化率を10%以上
確保できることがわかった。
以下にすることで、より適切にシードレイヤ22に非晶
質相を含ませることができCrで形成されたシードレイ
ヤ22にセンス電流が分流するのを適切に抑制でき、抵
抗変化率(ΔR/R)の向上を適切に図ることができ
る。後述する実験によれば前記抵抗変化率を10%以上
確保できることがわかった。
【0219】また前記シードレイヤ22の膜厚を上記し
た25Å以上で40Å以下の範囲内に設定することで、
一方向***換バイアス磁界(Hex*)を約11.85
×104(A/m)以上適切に確保することができる。
た25Å以上で40Å以下の範囲内に設定することで、
一方向***換バイアス磁界(Hex*)を約11.85
×104(A/m)以上適切に確保することができる。
【0220】また本発明では、前記シードレイヤ22の
膜厚は30Å以上で40Å以下で形成されることがさら
に好ましい。
膜厚は30Å以上で40Å以下で形成されることがさら
に好ましい。
【0221】後述する実験によれば、前記シードレイヤ
22の膜厚を30Å以上で40Å以下の範囲内に設定す
ることで、抵抗変化率(ΔR/R)を確実に10%以上
にでき、また一方向***換バイアス磁界(Hex*)を
約15.8×104(A/m)以上にでき、さらに層間
結合磁界Hinを約400(A/m)以下に抑えること
ができることがわかった。
22の膜厚を30Å以上で40Å以下の範囲内に設定す
ることで、抵抗変化率(ΔR/R)を確実に10%以上
にでき、また一方向***換バイアス磁界(Hex*)を
約15.8×104(A/m)以上にでき、さらに層間
結合磁界Hinを約400(A/m)以下に抑えること
ができることがわかった。
【0222】前記シードレイヤ22の膜厚を30Å以上
で40Å以下にすると、前記シードレイヤ22が均一且
つ緻密な膜厚で膜成長し、シードレイヤ22表面の濡れ
性を十分に向上させることができ、また前記シードレイ
ヤ22を主として非晶質相で構成できる。これによっ
て、前記シードレイヤ22の上に形成される各層の結晶
配向や平均結晶粒径を大きくでき、またシードレイヤ2
2が非晶質を多く含む(あるいはすべて非晶質)ので比
抵抗値を上げることができる結果、前記シードレイヤ2
2へのセンス電流の分流を抑制できて抵抗変化率(ΔR
/R)をさらに向上でき、また一方向***換バイアス磁
界(Hex*)をさらに大きくすることが可能である。
またシードレイヤ22を適切に非晶質相を主体で構成で
きるから、前記シードレイヤ22上の各層表面の平滑性
をより適切に向上させることができ、層間結合磁界Hi
nをより適切に0(A/m)に近づけることができる。
で40Å以下にすると、前記シードレイヤ22が均一且
つ緻密な膜厚で膜成長し、シードレイヤ22表面の濡れ
性を十分に向上させることができ、また前記シードレイ
ヤ22を主として非晶質相で構成できる。これによっ
て、前記シードレイヤ22の上に形成される各層の結晶
配向や平均結晶粒径を大きくでき、またシードレイヤ2
2が非晶質を多く含む(あるいはすべて非晶質)ので比
抵抗値を上げることができる結果、前記シードレイヤ2
2へのセンス電流の分流を抑制できて抵抗変化率(ΔR
/R)をさらに向上でき、また一方向***換バイアス磁
界(Hex*)をさらに大きくすることが可能である。
またシードレイヤ22を適切に非晶質相を主体で構成で
きるから、前記シードレイヤ22上の各層表面の平滑性
をより適切に向上させることができ、層間結合磁界Hi
nをより適切に0(A/m)に近づけることができる。
【0223】図4は本発明における異方性磁気抵抗効果
型素子(AMR素子)を記録媒体との対向面と平行な方
向から切断した部分断面図である。
型素子(AMR素子)を記録媒体との対向面と平行な方
向から切断した部分断面図である。
【0224】図4では、下地層6上にトラック幅方向
(図示X方向)にトラック幅Twの間隔を開けて一対の
シードレイヤ22が形成されている。前記シードレイヤ
22上にはエクスチェンジバイアス層21,21が形成
され、前記一対のシードレイヤ22及びエクスチェンジ
バイアス層21,21間がSiO2やAl2O3等の絶縁
材料で形成された絶縁層26によって埋められている。
(図示X方向)にトラック幅Twの間隔を開けて一対の
シードレイヤ22が形成されている。前記シードレイヤ
22上にはエクスチェンジバイアス層21,21が形成
され、前記一対のシードレイヤ22及びエクスチェンジ
バイアス層21,21間がSiO2やAl2O3等の絶縁
材料で形成された絶縁層26によって埋められている。
【0225】そして前記エクスチェンジバイアス層2
1,21及び前記絶縁層26上に、磁気抵抗層(MR
層)20、非磁性層(SHUNT層)19、及び軟磁性
層(SAL層)18が積層される。
1,21及び前記絶縁層26上に、磁気抵抗層(MR
層)20、非磁性層(SHUNT層)19、及び軟磁性
層(SAL層)18が積層される。
【0226】上記した図4に示すAMR型薄膜素子で
は、前記エクスチェンジバイアス層21,21と磁気抵
抗層20との界面で発生する交換結合磁界により、図4
に示す磁気抵抗層20のE領域が、図示X方向に単磁区
化される。そしてこれに誘発されて前記磁気抵抗層20
のD領域の磁化が図示X方向に揃えられる。また、検出
電流が磁気抵抗層20を流れる際に発生する電流磁界
が、軟磁性層18にY方向に印加され、軟磁性層18が
もたらす静磁結合エネルギーにより、磁気抵抗層20の
D領域に横バイアス磁界がY方向に与えられる。X方向
に単磁区化された磁気抵抗層20のD領域にこの横バイ
アス層が与えられることにより、磁気抵抗層20のD領
域の磁界変化に対する抵抗変化(磁気抵抗効果特性:H
―R効果特性)が直線性を有する状態に設定される。
は、前記エクスチェンジバイアス層21,21と磁気抵
抗層20との界面で発生する交換結合磁界により、図4
に示す磁気抵抗層20のE領域が、図示X方向に単磁区
化される。そしてこれに誘発されて前記磁気抵抗層20
のD領域の磁化が図示X方向に揃えられる。また、検出
電流が磁気抵抗層20を流れる際に発生する電流磁界
が、軟磁性層18にY方向に印加され、軟磁性層18が
もたらす静磁結合エネルギーにより、磁気抵抗層20の
D領域に横バイアス磁界がY方向に与えられる。X方向
に単磁区化された磁気抵抗層20のD領域にこの横バイ
アス層が与えられることにより、磁気抵抗層20のD領
域の磁界変化に対する抵抗変化(磁気抵抗効果特性:H
―R効果特性)が直線性を有する状態に設定される。
【0227】記録媒体の移動方向はZ方向であり、図示
Y方向に漏れ磁界が与えられると、磁気抵抗層20のD
領域の抵抗値が変化し、これが電圧変化として検出され
る。
Y方向に漏れ磁界が与えられると、磁気抵抗層20のD
領域の抵抗値が変化し、これが電圧変化として検出され
る。
【0228】この実施形態においても前記シードレイヤ
22は、Crで形成され、少なくとも一部に非晶質相を
含んでいる。
22は、Crで形成され、少なくとも一部に非晶質相を
含んでいる。
【0229】本発明では、非晶質相を含むCrでシード
レイヤ22を形成することで、前記シードレイヤ22表
面の濡れ性を従来に比べて高めることができ、前記シー
ドレイヤ22上の各層の結晶粒径を従来よりも大きくす
ることができ、したがって磁気抵抗層20における一方
向***換バイアス磁界(Hex*)を増大させることが
できると共に、前記シードレイヤ22上に形成される各
層の表面の平滑性を向上させることができる。また抵抗
変化率(ΔR/R)を従来と同程度、あるいはそれ以上
得ることができる。
レイヤ22を形成することで、前記シードレイヤ22表
面の濡れ性を従来に比べて高めることができ、前記シー
ドレイヤ22上の各層の結晶粒径を従来よりも大きくす
ることができ、したがって磁気抵抗層20における一方
向***換バイアス磁界(Hex*)を増大させることが
できると共に、前記シードレイヤ22上に形成される各
層の表面の平滑性を向上させることができる。また抵抗
変化率(ΔR/R)を従来と同程度、あるいはそれ以上
得ることができる。
【0230】従って本発明によれば、耐エレクトロマイ
グレーションに代表される通電信頼性を向上させると共
に、前記磁気抵抗層20と軟磁性層18間の静磁結合
(トポロジカルカップリング)による層間結合磁界Hi
nを小さくでき、再生波形の非対称性(アシンメトリ
ー)を小さくすることができる。
グレーションに代表される通電信頼性を向上させると共
に、前記磁気抵抗層20と軟磁性層18間の静磁結合
(トポロジカルカップリング)による層間結合磁界Hi
nを小さくでき、再生波形の非対称性(アシンメトリ
ー)を小さくすることができる。
【0231】上記した効果を有する本発明における磁気
検出素子では、今後の高記録密度化において、前記磁気
検出素子に流れるセンス電流密度が大きくなっても前記
高記録密度化に十分に対応可能なAMR型薄膜素子を製
造することが可能である。
検出素子では、今後の高記録密度化において、前記磁気
検出素子に流れるセンス電流密度が大きくなっても前記
高記録密度化に十分に対応可能なAMR型薄膜素子を製
造することが可能である。
【0232】本発明では前記シードレイヤ22の膜厚は
15Å以上で50Å以下で形成されることが好ましい。
15Å以上で50Å以下で形成されることが好ましい。
【0233】なおこの膜厚範囲は図1に示すように、シ
ードレイヤ22の下に下地層6が形成されている場合に
おける膜厚である。
ードレイヤ22の下に下地層6が形成されている場合に
おける膜厚である。
【0234】Taなどで形成された前記下地層の表面
は、濡れ性が比較的良好であるため、前記下地層の上全
体にCrからなるシードレイヤ22をより緻密な状態で
形成でき、前記シードレイヤ22表面の濡れ性を適切に
向上させることができる。
は、濡れ性が比較的良好であるため、前記下地層の上全
体にCrからなるシードレイヤ22をより緻密な状態で
形成でき、前記シードレイヤ22表面の濡れ性を適切に
向上させることができる。
【0235】しかも前記下地層6があった方がない場合
に比べて、所定の大きさの強磁性層の一方向***換バイ
アス磁界(Hex*)及び抵抗変化率(ΔR/R)を得
るときのシードレイヤの膜厚の許容範囲を大きくできる
ことが後述する実験によって確認されている。
に比べて、所定の大きさの強磁性層の一方向***換バイ
アス磁界(Hex*)及び抵抗変化率(ΔR/R)を得
るときのシードレイヤの膜厚の許容範囲を大きくできる
ことが後述する実験によって確認されている。
【0236】本発明において前記シードレイヤ22の膜
厚の上限を50Åとしたのは、これ以上、前記シードレ
イヤ22の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シ
ードレイヤ22への分流が大きくなり抵抗変化率(ΔR
/R)の低下が大きくなり、少なくとも従来と同程度の
前記抵抗変化率を得ることができなくなるからである。
また前記シードレイヤ22に非晶質相を含ませることが
難しくなる。本発明においてシードレイヤ22に非晶質
相が含まれていると、前記非晶質相は比抵抗が結晶相よ
りも高いから、センス電流の分流を適切に低減でき、抵
抗変化率を向上させることができる。
厚の上限を50Åとしたのは、これ以上、前記シードレ
イヤ22の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シ
ードレイヤ22への分流が大きくなり抵抗変化率(ΔR
/R)の低下が大きくなり、少なくとも従来と同程度の
前記抵抗変化率を得ることができなくなるからである。
また前記シードレイヤ22に非晶質相を含ませることが
難しくなる。本発明においてシードレイヤ22に非晶質
相が含まれていると、前記非晶質相は比抵抗が結晶相よ
りも高いから、センス電流の分流を適切に低減でき、抵
抗変化率を向上させることができる。
【0237】また前記シードレイヤ22の膜厚の下限を
15Åとしたのは、15Åよりも小さくなると、シード
レイヤ22の膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜
厚で膜成長しないため、前記シードレイヤ22の濡れ性
や平滑性が向上せず、前記シードレイヤ22の上に積層
されるエクスチェンジバイアス層21やその上に形成さ
れる各層の結晶配向性は弱くなり、また平均結晶粒径が
小さくなり、この結果、抵抗変化率(ΔR/R)や一方
向***換バイアス磁界(Hex*)が小さくなる。
15Åとしたのは、15Åよりも小さくなると、シード
レイヤ22の膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜
厚で膜成長しないため、前記シードレイヤ22の濡れ性
や平滑性が向上せず、前記シードレイヤ22の上に積層
されるエクスチェンジバイアス層21やその上に形成さ
れる各層の結晶配向性は弱くなり、また平均結晶粒径が
小さくなり、この結果、抵抗変化率(ΔR/R)や一方
向***換バイアス磁界(Hex*)が小さくなる。
【0238】またシードレイヤ22の膜厚が15Å以下
では、前記シードレイヤ22の膜が均一に成長しないか
ら、表面に凹凸が発生しやすく、これによって層間結合
磁界Hinが大きくなり、再生出力の非対称性が低下し
てしまう。
では、前記シードレイヤ22の膜が均一に成長しないか
ら、表面に凹凸が発生しやすく、これによって層間結合
磁界Hinが大きくなり、再生出力の非対称性が低下し
てしまう。
【0239】以上により本発明では、前記シードレイヤ
22の膜厚を、15Å以上で50Å以下の範囲内で形成
することとした。
22の膜厚を、15Å以上で50Å以下の範囲内で形成
することとした。
【0240】次に本発明では、前記シードレイヤ22の
膜厚は15Å以上で40Å以下で形成されることがより
好ましい。前記シードレイヤ22の膜厚の下限を15Å
としたのは上述の通りである。本発明においてシードレ
イヤ22の膜厚を40Å以下にしたのは、前記膜厚を4
0Å以下にすることで、Crで形成されたシードレイヤ
22にセンス電流が分流するのを適切に抑制でき、抵抗
変化率(ΔR/R)の向上を適切に図ることができるか
らである。後述する実験によれば前記抵抗変化率を10
%以上確実に確保できることがわかった。
膜厚は15Å以上で40Å以下で形成されることがより
好ましい。前記シードレイヤ22の膜厚の下限を15Å
としたのは上述の通りである。本発明においてシードレ
イヤ22の膜厚を40Å以下にしたのは、前記膜厚を4
0Å以下にすることで、Crで形成されたシードレイヤ
22にセンス電流が分流するのを適切に抑制でき、抵抗
変化率(ΔR/R)の向上を適切に図ることができるか
らである。後述する実験によれば前記抵抗変化率を10
%以上確実に確保できることがわかった。
【0241】また本発明では、前記シードレイヤ22の
膜厚は、20Å以上で28Å以下で形成されることがさ
らに好ましい。
膜厚は、20Å以上で28Å以下で形成されることがさ
らに好ましい。
【0242】後述する実験によれば、前記シードレイヤ
22の膜厚を20Å以上28Å以下に設定することで、
抵抗変化率(ΔR/R)を12%以上にでき、また一方
向***換バイアス磁界(Hex*)を約15.8×104
(A/m)以上にでき、さらに層間結合磁界Hinをほ
ぼ0(A/m)にできることがわかった。
22の膜厚を20Å以上28Å以下に設定することで、
抵抗変化率(ΔR/R)を12%以上にでき、また一方
向***換バイアス磁界(Hex*)を約15.8×104
(A/m)以上にでき、さらに層間結合磁界Hinをほ
ぼ0(A/m)にできることがわかった。
【0243】前記シードレイヤ22の膜厚を20Å以上
で28Å以下にすると、前記シードレイヤ22が均一且
つ緻密な膜厚で膜成長し、シードレイヤ22表面の濡れ
性を十分に向上させることができ、また前記シードレイ
ヤ22を主として非晶質相で構成できる。これによっ
て、前記シードレイヤ22の上に形成される各層の結晶
配向や平均結晶粒径を大きくでき、またシードレイヤ2
2が非晶質を多く含む(あるいはすべて非晶質)ので比
抵抗値を上げることができる結果、前記シードレイヤ2
2へのセンス電流の分流を抑制できて抵抗変化率(ΔR
/R)をさらに向上でき、また一方向***換バイアス磁
界(Hex*)をさらに大きくすることが可能である。
またシードレイヤ22を適切に非晶質相を主体で構成で
きるから、前記シードレイヤ22上の各層表面の平滑性
をより適切に向上させることができ、層間結合磁界Hi
nをより適切に0(A/m)に近づけることができる。
で28Å以下にすると、前記シードレイヤ22が均一且
つ緻密な膜厚で膜成長し、シードレイヤ22表面の濡れ
性を十分に向上させることができ、また前記シードレイ
ヤ22を主として非晶質相で構成できる。これによっ
て、前記シードレイヤ22の上に形成される各層の結晶
配向や平均結晶粒径を大きくでき、またシードレイヤ2
2が非晶質を多く含む(あるいはすべて非晶質)ので比
抵抗値を上げることができる結果、前記シードレイヤ2
2へのセンス電流の分流を抑制できて抵抗変化率(ΔR
/R)をさらに向上でき、また一方向***換バイアス磁
界(Hex*)をさらに大きくすることが可能である。
またシードレイヤ22を適切に非晶質相を主体で構成で
きるから、前記シードレイヤ22上の各層表面の平滑性
をより適切に向上させることができ、層間結合磁界Hi
nをより適切に0(A/m)に近づけることができる。
【0244】また、下地層6を敷かない場合は、前記シ
ードレイヤ22の膜厚は、25Å以上で50Å以下で形
成されることが好ましい。
ードレイヤ22の膜厚は、25Å以上で50Å以下で形
成されることが好ましい。
【0245】本発明において前記シードレイヤ22の膜
厚の上限を50Åとしたのは、これ以上、前記シードレ
イヤ22の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シ
ードレイヤへの分流が大きくなり抵抗変化率(ΔR/
R)の低下が大きくなり、少なくとも従来と同程度の前
記抵抗変化率を得ることができなくなるからである。ま
た前記シードレイヤ22に非晶質相を含ませることが難
しくなる。本発明においてシードレイヤ22に非晶質相
が含まれていると、前記非晶質相は比抵抗が結晶相より
も高いから、センス電流の分流を適切に低減でき、抵抗
変化率を向上させることができる。
厚の上限を50Åとしたのは、これ以上、前記シードレ
イヤ22の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シ
ードレイヤへの分流が大きくなり抵抗変化率(ΔR/
R)の低下が大きくなり、少なくとも従来と同程度の前
記抵抗変化率を得ることができなくなるからである。ま
た前記シードレイヤ22に非晶質相を含ませることが難
しくなる。本発明においてシードレイヤ22に非晶質相
が含まれていると、前記非晶質相は比抵抗が結晶相より
も高いから、センス電流の分流を適切に低減でき、抵抗
変化率を向上させることができる。
【0246】また前記シードレイヤ22の膜厚の下限を
25Åとしたのは、25Åよりも小さくなると、シード
レイヤ22の膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜
厚で膜成長しないため、前記シードレイヤ22の濡れ性
や平滑性が向上せず、前記シードレイヤの上に積層され
るエクスチェンジ層21やその上に形成される各層の結
晶配向性は弱くなり、また平均結晶粒径が小さくなり、
この結果、抵抗変化率(ΔR/R)や一方向***換バイ
アス磁界(Hex*)が小さくなり、またシードレイヤ
21上の反強磁性層4等の表面の平滑性も悪化するから
層間結合磁界Hinが大きくなってしまう。
25Åとしたのは、25Åよりも小さくなると、シード
レイヤ22の膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜
厚で膜成長しないため、前記シードレイヤ22の濡れ性
や平滑性が向上せず、前記シードレイヤの上に積層され
るエクスチェンジ層21やその上に形成される各層の結
晶配向性は弱くなり、また平均結晶粒径が小さくなり、
この結果、抵抗変化率(ΔR/R)や一方向***換バイ
アス磁界(Hex*)が小さくなり、またシードレイヤ
21上の反強磁性層4等の表面の平滑性も悪化するから
層間結合磁界Hinが大きくなってしまう。
【0247】従って本発明では、シードレイヤ22の下
に下地層6を敷かない場合、前記シードレイヤ22の膜
厚を25Å以上で50Å以下の範囲内に設定することが
好ましいとした。
に下地層6を敷かない場合、前記シードレイヤ22の膜
厚を25Å以上で50Å以下の範囲内に設定することが
好ましいとした。
【0248】また上記のように下地層6を敷かない場合
において、前記シードレイヤ22の膜厚は25Å以上で
40Å以下で形成されることがより好ましい。前記シー
ドレイヤ22の膜厚の下限を25Åとした理由は、上述
した通りである。
において、前記シードレイヤ22の膜厚は25Å以上で
40Å以下で形成されることがより好ましい。前記シー
ドレイヤ22の膜厚の下限を25Åとした理由は、上述
した通りである。
【0249】また前記シードレイヤ22の膜厚を40Å
以下にすることで、より適切にシードレイヤ22に非晶
質相を含ませることができCrで形成されたシードレイ
ヤ22にセンス電流が分流するのを適切に抑制でき、抵
抗変化率(ΔR/R)の向上を適切に図ることができ
る。後述する実験によれば前記抵抗変化率を10%以上
確保できることがわかった。
以下にすることで、より適切にシードレイヤ22に非晶
質相を含ませることができCrで形成されたシードレイ
ヤ22にセンス電流が分流するのを適切に抑制でき、抵
抗変化率(ΔR/R)の向上を適切に図ることができ
る。後述する実験によれば前記抵抗変化率を10%以上
確保できることがわかった。
【0250】また前記シードレイヤ22の膜厚を上記し
た25Å以上で40Å以下の範囲内に設定することで、
一方向***換バイアス磁界(Hex*)を約11.85
×104(A/m)以上適切に確保することができる。
た25Å以上で40Å以下の範囲内に設定することで、
一方向***換バイアス磁界(Hex*)を約11.85
×104(A/m)以上適切に確保することができる。
【0251】また本発明では、前記シードレイヤ22の
膜厚は30Å以上で40Å以下で形成されることがさら
に好ましい。
膜厚は30Å以上で40Å以下で形成されることがさら
に好ましい。
【0252】後述する実験によれば、前記シードレイヤ
22の膜厚を30Å以上で40Å以下の範囲内に設定す
ることで、抵抗変化率(ΔR/R)を確実に10%以上
にでき、また一方向***換バイアス磁界(Hex*)を
約15.8×104(A/m)以上にでき、さらに層間
結合磁界Hinを約400(A/m)以下に抑えること
ができることがわかった。
22の膜厚を30Å以上で40Å以下の範囲内に設定す
ることで、抵抗変化率(ΔR/R)を確実に10%以上
にでき、また一方向***換バイアス磁界(Hex*)を
約15.8×104(A/m)以上にでき、さらに層間
結合磁界Hinを約400(A/m)以下に抑えること
ができることがわかった。
【0253】前記シードレイヤ22の膜厚を30Å以上
で40Å以下にすると、前記シードレイヤ22が均一且
つ緻密な膜厚で膜成長し、シードレイヤ22表面の濡れ
性を十分に向上させることができ、また前記シードレイ
ヤ22を主として非晶質相で構成できる。これによっ
て、前記シードレイヤ22の上に形成される各層の結晶
配向や平均結晶粒径を大きくでき、またシードレイヤ2
2が非晶質を多く含む(あるいはすべて非晶質)ので比
抵抗値を上げることができる結果、前記シードレイヤ2
2へのセンス電流の分流を抑制できて抵抗変化率(ΔR
/R)をさらに向上でき、また一方向***換バイアス磁
界(Hex*)をさらに大きくすることが可能である。
またシードレイヤ22を適切に非晶質相を主体で構成で
きるから、前記シードレイヤ22上の各層表面の平滑性
をより適切に向上させることができ、層間結合磁界Hi
nをより適切に0(A/m)に近づけることができる。
で40Å以下にすると、前記シードレイヤ22が均一且
つ緻密な膜厚で膜成長し、シードレイヤ22表面の濡れ
性を十分に向上させることができ、また前記シードレイ
ヤ22を主として非晶質相で構成できる。これによっ
て、前記シードレイヤ22の上に形成される各層の結晶
配向や平均結晶粒径を大きくでき、またシードレイヤ2
2が非晶質を多く含む(あるいはすべて非晶質)ので比
抵抗値を上げることができる結果、前記シードレイヤ2
2へのセンス電流の分流を抑制できて抵抗変化率(ΔR
/R)をさらに向上でき、また一方向***換バイアス磁
界(Hex*)をさらに大きくすることが可能である。
またシードレイヤ22を適切に非晶質相を主体で構成で
きるから、前記シードレイヤ22上の各層表面の平滑性
をより適切に向上させることができ、層間結合磁界Hi
nをより適切に0(A/m)に近づけることができる。
【0254】図5は、図1から図4に示す磁気検出素子
が形成された読み取りヘッドの構造を記録媒体との対向
面側から見た断面図である。
が形成された読み取りヘッドの構造を記録媒体との対向
面側から見た断面図である。
【0255】符号40は、例えばNiFe合金などで形
成された下部シールド層であり、この下部シールド層4
0の上に下部ギャップ層41が形成されている。また下
部ギャップ層41の上には、図1ないし図4に示す磁気
検出素子42が形成されており、さらに前記磁気検出素
子42の上には、上部ギャップ層43が形成され、前記
上部ギャップ層43の上には、NiFe合金などで形成
された上部シールド層44が形成されている。
成された下部シールド層であり、この下部シールド層4
0の上に下部ギャップ層41が形成されている。また下
部ギャップ層41の上には、図1ないし図4に示す磁気
検出素子42が形成されており、さらに前記磁気検出素
子42の上には、上部ギャップ層43が形成され、前記
上部ギャップ層43の上には、NiFe合金などで形成
された上部シールド層44が形成されている。
【0256】図1ないし4の磁気検出素子において、シ
ードレイヤ22の下に下地層6が形成されていない場
合、前記シードレイヤ22は下部ギャップ層41上に直
接、形成されることになる。あるいは図1ないし4の磁
気検出素子がトンネル型磁気抵抗効果型素子あるいはC
PP型磁気検出素子である場合、前記シードレイヤ22
は例えば電極層上に形成されることになる。
ードレイヤ22の下に下地層6が形成されていない場
合、前記シードレイヤ22は下部ギャップ層41上に直
接、形成されることになる。あるいは図1ないし4の磁
気検出素子がトンネル型磁気抵抗効果型素子あるいはC
PP型磁気検出素子である場合、前記シードレイヤ22
は例えば電極層上に形成されることになる。
【0257】前記下部ギャップ層41及び上部ギャップ
層43は、例えばSiO2やAl2O 3(アルミナ)など
の絶縁材料によって形成されている。図5に示すよう
に、下部ギャップ層41から上部ギャップ層43までの
長さがギャップ長Glであり、このギャップ長Glが小
さいほど高記録密度化に対応できるものとなっている。
層43は、例えばSiO2やAl2O 3(アルミナ)など
の絶縁材料によって形成されている。図5に示すよう
に、下部ギャップ層41から上部ギャップ層43までの
長さがギャップ長Glであり、このギャップ長Glが小
さいほど高記録密度化に対応できるものとなっている。
【0258】本発明では前記反強磁性層4の膜厚を小さ
くしてもなお大きな交換結合磁界を発生させることがで
きる。前記反強磁性層4の膜厚は、例えば70Å以上で
形成され、300Å程度の膜厚であった従来に比べて前
記反強磁性層4の膜厚を十分に小さくできる。よって狭
ギャップ化により高記録密度化に対応可能な薄膜磁気ヘ
ッドを製造することが可能になっている。
くしてもなお大きな交換結合磁界を発生させることがで
きる。前記反強磁性層4の膜厚は、例えば70Å以上で
形成され、300Å程度の膜厚であった従来に比べて前
記反強磁性層4の膜厚を十分に小さくできる。よって狭
ギャップ化により高記録密度化に対応可能な薄膜磁気ヘ
ッドを製造することが可能になっている。
【0259】なお前記上部シールド層44の上には書き
込み用のインダクティブヘッドが形成されていてもよ
い。
込み用のインダクティブヘッドが形成されていてもよ
い。
【0260】なお本発明における磁気検出素子は、ハー
ドディスク装置内に内臓される磁気ヘッド以外にも磁気
センサなどに利用可能である。
ドディスク装置内に内臓される磁気ヘッド以外にも磁気
センサなどに利用可能である。
【0261】次に本発明における磁気検出素子の製造方
法について以下に説明する。本発明では、まず前記下地
層6上にシードレイヤ22をスパッタ成膜する。前記下
地層6は、Ta,Hf,Nb,Zr,Ti,Mo,Wの
うち少なくとも1種以上の元素で形成されていることが
好ましい。下地層6の形成により、その上に形成される
シードレイヤ22を緻密な膜として形成でき、前記シー
ドレイヤ22表面の濡れ性を適切に向上させることが可
能になる。
法について以下に説明する。本発明では、まず前記下地
層6上にシードレイヤ22をスパッタ成膜する。前記下
地層6は、Ta,Hf,Nb,Zr,Ti,Mo,Wの
うち少なくとも1種以上の元素で形成されていることが
好ましい。下地層6の形成により、その上に形成される
シードレイヤ22を緻密な膜として形成でき、前記シー
ドレイヤ22表面の濡れ性を適切に向上させることが可
能になる。
【0262】前記シードレイヤ22をスパッタ成膜する
ときは、Crで形成されたターゲットを使用する。
ときは、Crで形成されたターゲットを使用する。
【0263】前記シードレイヤ22をスパッタ成膜する
とき、前記シードレイヤ22のスパッタ成膜時における
基板25の温度を20〜100℃とし、また基板25と
ターゲット間の距離を40〜80mmとし、またスパッ
タ成膜時に導入されるArガスの圧力を0.5〜3mT
orr(0.067〜0.4Pa)とすることが好まし
い。
とき、前記シードレイヤ22のスパッタ成膜時における
基板25の温度を20〜100℃とし、また基板25と
ターゲット間の距離を40〜80mmとし、またスパッ
タ成膜時に導入されるArガスの圧力を0.5〜3mT
orr(0.067〜0.4Pa)とすることが好まし
い。
【0264】また本発明では、上記のように下地層6上
にシードレイヤ22を形成するとき、前記シードレイヤ
22を15Å以上で50Å以下の膜厚で形成する。この
膜厚と上記した成膜条件によって前記シードレイヤ22
に少なくとも一部、非晶質相を含ませることができる。
にシードレイヤ22を形成するとき、前記シードレイヤ
22を15Å以上で50Å以下の膜厚で形成する。この
膜厚と上記した成膜条件によって前記シードレイヤ22
に少なくとも一部、非晶質相を含ませることができる。
【0265】あるいは本発明では、より好ましくは、前
記シードレイヤ22を15Å以上で40Å以下、さらに
好ましくは20Å以上で28Å以下で形成する。これに
よって前記シードレイヤ22をより適切に非晶質相を主
体とする膜構造にできる。
記シードレイヤ22を15Å以上で40Å以下、さらに
好ましくは20Å以上で28Å以下で形成する。これに
よって前記シードレイヤ22をより適切に非晶質相を主
体とする膜構造にできる。
【0266】また、前記シードレイヤ22の下に下地層
6を設けない場合には、前記シードレイヤ22を25Å
以上で50Å以下、より好ましくは25Å以上で40Å
以下、さらに好ましくは30Å以上で40Å以下で形成
する。これによって前記シードレイヤ22を適切に非晶
質相を主体とする膜構造にできる。
6を設けない場合には、前記シードレイヤ22を25Å
以上で50Å以下、より好ましくは25Å以上で40Å
以下、さらに好ましくは30Å以上で40Å以下で形成
する。これによって前記シードレイヤ22を適切に非晶
質相を主体とする膜構造にできる。
【0267】次に前記シードレイヤ22の上に反強磁性
層4をスパッタ成膜する。本発明では、前記反強磁性層
4を、元素X(ただしXは、Pt,Pd,Ir,Rh,
Ru,Osのうち1種または2種以上の元素である)と
Mnとを含有する反強磁性材料でスパッタ成膜すること
が好ましい。
層4をスパッタ成膜する。本発明では、前記反強磁性層
4を、元素X(ただしXは、Pt,Pd,Ir,Rh,
Ru,Osのうち1種または2種以上の元素である)と
Mnとを含有する反強磁性材料でスパッタ成膜すること
が好ましい。
【0268】また本発明では前記反強磁性層4を、X−
Mn−X′合金(ただし元素X′は、Ne,Ar,K
r,Xe,Be,B,C,N,Mg,Al,Si,P,
Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,G
a,Ge,Zr,Nb,Mo,Ag,Cd,Ir,S
n,Hf,Ta,W,Re,Au,Pb、及び希土類元
素のうち1種または2種以上の元素である)でスパッタ
成膜してもよい。
Mn−X′合金(ただし元素X′は、Ne,Ar,K
r,Xe,Be,B,C,N,Mg,Al,Si,P,
Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,G
a,Ge,Zr,Nb,Mo,Ag,Cd,Ir,S
n,Hf,Ta,W,Re,Au,Pb、及び希土類元
素のうち1種または2種以上の元素である)でスパッタ
成膜してもよい。
【0269】また本発明では、前記元素Xあるいは元素
X+X′の組成比を、45(at%)以上60(at
%)以下とすることが好ましい。
X+X′の組成比を、45(at%)以上60(at
%)以下とすることが好ましい。
【0270】さらに前記反強磁性層4の上に固定磁性層
3、非磁性材料層2、フリー磁性層1、バックド層15
及び保護層7を成膜する。
3、非磁性材料層2、フリー磁性層1、バックド層15
及び保護層7を成膜する。
【0271】本発明では上記したように、Crで形成さ
れ、また少なくとも一部に非晶質相を含むシードレイヤ
22を形成することで、前記シードレイヤ22表面の濡
れ性を従来よりも十分に高めることができ、前記シード
レイヤ22上に形成される各層を層状成長させやすくで
き、また結晶粒径が従来よりも増大することから、その
後の工程で施される熱処理工程で、前記固定磁性層3に
おける一方向***換バイアス磁界(Hex*)を従来に
比べて大きくすることができる。
れ、また少なくとも一部に非晶質相を含むシードレイヤ
22を形成することで、前記シードレイヤ22表面の濡
れ性を従来よりも十分に高めることができ、前記シード
レイヤ22上に形成される各層を層状成長させやすくで
き、また結晶粒径が従来よりも増大することから、その
後の工程で施される熱処理工程で、前記固定磁性層3に
おける一方向***換バイアス磁界(Hex*)を従来に
比べて大きくすることができる。
【0272】また本発明では、前記シードレイヤ22の
濡れ性が極めて高いことに加え、少なくとも一部に非晶
質相を含んでいることで、前記シードレイヤ22上に形
成される各層の表面の平滑性を向上させることができ
る。
濡れ性が極めて高いことに加え、少なくとも一部に非晶
質相を含んでいることで、前記シードレイヤ22上に形
成される各層の表面の平滑性を向上させることができ
る。
【0273】
【実施例】本発明では、Crで形成されたシードレイヤ
を用いた実施例、およびNiFeCrで形成されたシー
ドレイヤを用いた比較例を用い、シードレイヤの膜構造
や前記シードレイヤ上に形成される反強磁性層の結晶状
態などを調べた。
を用いた実施例、およびNiFeCrで形成されたシー
ドレイヤを用いた比較例を用い、シードレイヤの膜構造
や前記シードレイヤ上に形成される反強磁性層の結晶状
態などを調べた。
【0274】実施例の膜構成は下から、Si基板/アル
ミナ(1000)/下地層:Ta(32)/シードレイ
ヤ:Cr(20)/反強磁性層(120):Pt50at%
Mn50at%/固定磁性層:[Co90 at%Fe10at%(1
6)/Ru(9)/Co90at%Fe10at%(22)]/非
磁性材料層:Cu(21)/フリー磁性層:[Co
90at%Fe10at%(10)/Ni80at %Fe20at%(1
8)]/バックド層:Cu(10)/保護層:Ta(3
0)であった。なお括弧書きは膜厚を示しており、単位
はオングストロームである。
ミナ(1000)/下地層:Ta(32)/シードレイ
ヤ:Cr(20)/反強磁性層(120):Pt50at%
Mn50at%/固定磁性層:[Co90 at%Fe10at%(1
6)/Ru(9)/Co90at%Fe10at%(22)]/非
磁性材料層:Cu(21)/フリー磁性層:[Co
90at%Fe10at%(10)/Ni80at %Fe20at%(1
8)]/バックド層:Cu(10)/保護層:Ta(3
0)であった。なお括弧書きは膜厚を示しており、単位
はオングストロームである。
【0275】各膜をスパッタ成膜した後、約800(k
A/m)の磁場中で、290℃で約4時間の熱処理を施
した。
A/m)の磁場中で、290℃で約4時間の熱処理を施
した。
【0276】次に比較例の膜構成は下から、Si基板/
アルミナ(1000)/下地層:Ta(32)/シード
レイヤ:(Ni0.8Fe0.2)60at%Cr40at%(55)/
反強磁性層:Pt50at%Mn50at%(200)/固定磁性
層:[Co90at%Fe10at%(15)/Ru(9)/Co
90at%Fe10at%(22)]/非磁性材料層:Cu(2
1)/フリー磁性層:[Co90at%Fe10at%(10)/
Ni80at%Fe20at%(32)]/バックド層:Cu(1
7)/保護層:Ta(20)であった。なお括弧書きは
膜厚を示しており、単位はオングストロームである。
アルミナ(1000)/下地層:Ta(32)/シード
レイヤ:(Ni0.8Fe0.2)60at%Cr40at%(55)/
反強磁性層:Pt50at%Mn50at%(200)/固定磁性
層:[Co90at%Fe10at%(15)/Ru(9)/Co
90at%Fe10at%(22)]/非磁性材料層:Cu(2
1)/フリー磁性層:[Co90at%Fe10at%(10)/
Ni80at%Fe20at%(32)]/バックド層:Cu(1
7)/保護層:Ta(20)であった。なお括弧書きは
膜厚を示しており、単位はオングストロームである。
【0277】各層をスパッタ成膜した後、約800(k
A/m)の磁場中で、290℃で約4時間の熱処理を施
した。
A/m)の磁場中で、290℃で約4時間の熱処理を施
した。
【0278】図6は、上記した実施例の膜構成における
磁気検出素子の透過電子顕微鏡写真であり、図7は、図
6に示した写真の一部を模式図的に示したものである。
磁気検出素子の透過電子顕微鏡写真であり、図7は、図
6に示した写真の一部を模式図的に示したものである。
【0279】図6、7に示すように、Crで形成された
シードレイヤ上に形成された反強磁性層、およびその上
に形成された固定磁性層などの各層の表面はうねりが小
さく各層表面の平滑性は非常に優れた状態であることが
わかった。
シードレイヤ上に形成された反強磁性層、およびその上
に形成された固定磁性層などの各層の表面はうねりが小
さく各層表面の平滑性は非常に優れた状態であることが
わかった。
【0280】また前記シードレイヤ22上に形成された
各層の膜面と平行な方向における平均結晶粒径は概ね2
20Å程度に大きく成長していることがわかった。
各層の膜面と平行な方向における平均結晶粒径は概ね2
20Å程度に大きく成長していることがわかった。
【0281】また図6、7に示すように、前記反強磁性
層に形成された結晶粒界と、その上に形成された固定磁
性層などに形成された結晶粒界は、界面で不連続になっ
ていることがわかる。
層に形成された結晶粒界と、その上に形成された固定磁
性層などに形成された結晶粒界は、界面で不連続になっ
ていることがわかる。
【0282】同様に、シードレイヤに形成された結晶粒
界と、前記反強磁性層に形成された結晶粒界も界面で不
連続となっていることがわかる。
界と、前記反強磁性層に形成された結晶粒界も界面で不
連続となっていることがわかる。
【0283】ところで前記シードレイヤには、電子顕微
鏡で見ると、格子縞が見えている部分もあるが、格子縞
がぼやけてはっきりと見えていない部分もある。
鏡で見ると、格子縞が見えている部分もあるが、格子縞
がぼやけてはっきりと見えていない部分もある。
【0284】そこで、次に前記シードレイヤの膜構造を
調べるため、前記シードレイヤの部分の電子線回折像を
取ってみた。電子線回折像の結果は、図6の左下に添付
されている。
調べるため、前記シードレイヤの部分の電子線回折像を
取ってみた。電子線回折像の結果は、図6の左下に添付
されている。
【0285】図6に示すように、Crで形成されたシー
ドレイヤの電子線回折像には、非晶質相(アモルファス
相)の存在を示すブロードなリング(ハロー)と体心立
方構造の結晶質相を存在を示す回折スポットが現れてい
ることがわかる。
ドレイヤの電子線回折像には、非晶質相(アモルファス
相)の存在を示すブロードなリング(ハロー)と体心立
方構造の結晶質相を存在を示す回折スポットが現れてい
ることがわかる。
【0286】このことから、図6に示すCrで形成され
たシードレイヤは、非晶質相と結晶質相との混相状態と
なっていることがわかった。
たシードレイヤは、非晶質相と結晶質相との混相状態と
なっていることがわかった。
【0287】図8は、上記した実施例の膜構成における
磁気検出素子を図6とは別の場所から切断したときの切
断面の透過電子顕微鏡写真であり、図9は、図8に示し
た写真の一部を模式図的に示したものである。
磁気検出素子を図6とは別の場所から切断したときの切
断面の透過電子顕微鏡写真であり、図9は、図8に示し
た写真の一部を模式図的に示したものである。
【0288】図8、9に示すように、Crで形成された
シードレイヤ上に形成された反強磁性層、およびその上
に形成された固定磁性層などの各層の表面はうねりが小
さく各層表面の平滑性は非常に優れた状態であることが
わかった。
シードレイヤ上に形成された反強磁性層、およびその上
に形成された固定磁性層などの各層の表面はうねりが小
さく各層表面の平滑性は非常に優れた状態であることが
わかった。
【0289】また図8、9に示すように反強磁性層には
双晶が形成され、この双晶内における双晶境界は、シー
ドレイヤと前記反強磁性層との界面と非平行に形成され
ていることがわかる。 図10は、上記した比較例の膜
構成における磁気検出素子の透過電子顕微鏡写真であ
り、図11は、図10の透過電子顕微鏡写真の一部を模
式図的に示したものである。
双晶が形成され、この双晶内における双晶境界は、シー
ドレイヤと前記反強磁性層との界面と非平行に形成され
ていることがわかる。 図10は、上記した比較例の膜
構成における磁気検出素子の透過電子顕微鏡写真であ
り、図11は、図10の透過電子顕微鏡写真の一部を模
式図的に示したものである。
【0290】図10、11に示すように、NiFeCr
で形成されたシードレイヤ上に形成された反強磁性層、
およびその上に形成された固定磁性層などの各層の表面
は、図6、7の実施例に比べてうねりが激しく、各層の
表面の平滑性はさほど優れていないことがわかった。
で形成されたシードレイヤ上に形成された反強磁性層、
およびその上に形成された固定磁性層などの各層の表面
は、図6、7の実施例に比べてうねりが激しく、各層の
表面の平滑性はさほど優れていないことがわかった。
【0291】また図10に示す電子顕微鏡写真を見る
と、前記シードレイヤの部分には格子縞がはっきりと見
えており、この比較例におけるシードレイヤは結晶質相
のみで構成されているものと考えられる。なお前記結晶
質相は面心立方構造(fcc構造)であった。
と、前記シードレイヤの部分には格子縞がはっきりと見
えており、この比較例におけるシードレイヤは結晶質相
のみで構成されているものと考えられる。なお前記結晶
質相は面心立方構造(fcc構造)であった。
【0292】以上、図6、7、8、9の実施例と図1
0、11の比較例とを対比してみると、実施例の方が比
較例に比べて、反強磁性層、およびその上に形成される
固定磁性層等の各層の表面は平滑性に優れていることが
わかった。これは実施例のCrで形成されたシードレイ
ヤの方が、NiFeCr合金に比べて濡れ性が高いこ
と、さらに実施例のCrで形成されたシードレイヤは膜
厚が約20Åと薄く、膜構造の一部に非晶質相が混在し
ているためであると考えられる。
0、11の比較例とを対比してみると、実施例の方が比
較例に比べて、反強磁性層、およびその上に形成される
固定磁性層等の各層の表面は平滑性に優れていることが
わかった。これは実施例のCrで形成されたシードレイ
ヤの方が、NiFeCr合金に比べて濡れ性が高いこ
と、さらに実施例のCrで形成されたシードレイヤは膜
厚が約20Åと薄く、膜構造の一部に非晶質相が混在し
ているためであると考えられる。
【0293】次に、上記した実施例、比較例(以下で
は、比較例1という)の一方向***換バイアス磁界(H
ex*)、層間結合磁界Hin、抵抗変化率(ΔR/
R)、平均結晶粒径などをまとめた表を以下に示す。ま
た比較例2として、以下に示す膜構成で形成された磁気
検出素子の実験結果についても表に載せた。
は、比較例1という)の一方向***換バイアス磁界(H
ex*)、層間結合磁界Hin、抵抗変化率(ΔR/
R)、平均結晶粒径などをまとめた表を以下に示す。ま
た比較例2として、以下に示す膜構成で形成された磁気
検出素子の実験結果についても表に載せた。
【0294】比較例2の磁気検出素子の膜構成は、下か
ら、Si基板/アルミナ(1000)/下地層:Ta
(32)/反強磁性層:Pt50 at%Mn50at%(120)
/固定磁性層:[Co90at%Fe10at%(15)/Ru
(9)/Co90at%Fe10at%(22)]/非磁性材料
層:Cu(21)/フリー磁性層:[Co90at%Fe
10at%(10)/Ni80at%Fe20at%(32)]/バック
ド層:Cu(17)/保護層:Ta(20)であった。
なお括弧書きは膜厚を示しており、単位はオングストロ
ームである。
ら、Si基板/アルミナ(1000)/下地層:Ta
(32)/反強磁性層:Pt50 at%Mn50at%(120)
/固定磁性層:[Co90at%Fe10at%(15)/Ru
(9)/Co90at%Fe10at%(22)]/非磁性材料
層:Cu(21)/フリー磁性層:[Co90at%Fe
10at%(10)/Ni80at%Fe20at%(32)]/バック
ド層:Cu(17)/保護層:Ta(20)であった。
なお括弧書きは膜厚を示しており、単位はオングストロ
ームである。
【0295】各層をスパッタ成膜した後、約800(k
A/m)の磁場中で290℃で約4時間の熱処理を施し
た。
A/m)の磁場中で290℃で約4時間の熱処理を施し
た。
【0296】上記膜構成に示すように、比較例2にはシ
ードレイヤが敷かれていない。
ードレイヤが敷かれていない。
【0297】
【表1】
【0298】表1に示すように、実施例では、既に説明
したようにシードレイヤの構造は、非晶質相(アモルフ
ァス)と体心立方構造(bcc構造)の結晶相とが混相
状態であり、一方比較例1では、面心立方構造(fcc
構造)であった。
したようにシードレイヤの構造は、非晶質相(アモルフ
ァス)と体心立方構造(bcc構造)の結晶相とが混相
状態であり、一方比較例1では、面心立方構造(fcc
構造)であった。
【0299】次に一方向***換バイアス磁界(Hex
*)は、実施例の方が、比較例1、2に比べて高くなっ
ていることがわかる。これは、実施例では、シードレイ
ヤとしてCrを用いたことで、前記シードレイヤ表面の
濡れ性を飛躍的に向上させることが可能になり、前記シ
ードレイヤ上に形成される各層の結晶粒径を大きくでき
たことが原因であると思われる。
*)は、実施例の方が、比較例1、2に比べて高くなっ
ていることがわかる。これは、実施例では、シードレイ
ヤとしてCrを用いたことで、前記シードレイヤ表面の
濡れ性を飛躍的に向上させることが可能になり、前記シ
ードレイヤ上に形成される各層の結晶粒径を大きくでき
たことが原因であると思われる。
【0300】次に抵抗変化率(ΔR/R)であるが、実
施例が比較例1、2に比べて高くなっていることがわか
る。これは、実施例の方が比較例1、2に比べて、シー
ドレイヤ上に形成される各層の結晶粒径が大きいことが
一つの要因であると思われる。表の最も右の欄に記載さ
れた膜面方向における平均結晶粒径は、実施例が217
(Å)であるのに対し、比較例1では197(Å)と、
実施例よりも小さくなっていることがわかる。なお実施
例の方が比較例に比べて平均結晶粒径が大きいことは、
図7ないし図11に示すシードレイヤ上の各層の結晶粒
界の間隔が、実施例の方が比較例に比べて広いことから
も予測することができる。
施例が比較例1、2に比べて高くなっていることがわか
る。これは、実施例の方が比較例1、2に比べて、シー
ドレイヤ上に形成される各層の結晶粒径が大きいことが
一つの要因であると思われる。表の最も右の欄に記載さ
れた膜面方向における平均結晶粒径は、実施例が217
(Å)であるのに対し、比較例1では197(Å)と、
実施例よりも小さくなっていることがわかる。なお実施
例の方が比較例に比べて平均結晶粒径が大きいことは、
図7ないし図11に示すシードレイヤ上の各層の結晶粒
界の間隔が、実施例の方が比較例に比べて広いことから
も予測することができる。
【0301】このように実施例では、200Å以上の非
常に大きな結晶粒径を有することで、抵抗変化率(ΔR
/R)は、比較例よりも向上しているものと考えられ
る。また実施例では、前記シードレイヤの膜厚が20Å
に薄く、センス電流が前記シードレイヤに分流する量が
少ないことも抵抗変化率(ΔR/R)を向上させる要因
であると考えられる。
常に大きな結晶粒径を有することで、抵抗変化率(ΔR
/R)は、比較例よりも向上しているものと考えられ
る。また実施例では、前記シードレイヤの膜厚が20Å
に薄く、センス電流が前記シードレイヤに分流する量が
少ないことも抵抗変化率(ΔR/R)を向上させる要因
であると考えられる。
【0302】次に層間結合磁界Hinについて説明す
る。層間結合磁界Hinとは、非磁性材料層を介したフ
リー磁性層と固定磁性層との間の層間結合磁界Hinの
ことであり、この値が正の値であると、フリー磁性層の
磁化方向を固定磁性層の磁化方向と平行な方向に向かせ
ようとする結合力が作用し、一方、負の値であると、フ
リー磁性層の磁化方向を固定磁性層の磁化方向と反平行
に向かせようとする結合力が作用する。
る。層間結合磁界Hinとは、非磁性材料層を介したフ
リー磁性層と固定磁性層との間の層間結合磁界Hinの
ことであり、この値が正の値であると、フリー磁性層の
磁化方向を固定磁性層の磁化方向と平行な方向に向かせ
ようとする結合力が作用し、一方、負の値であると、フ
リー磁性層の磁化方向を固定磁性層の磁化方向と反平行
に向かせようとする結合力が作用する。
【0303】そして、前記層間結合磁界Hinを小さく
することで、前記フリー磁性層の磁化を、固定磁性層の
磁化方向に対し交叉する方向に向けやすくでき、これに
よって再生波形の非対称性(アシンメトリー)を小さく
することが可能である。
することで、前記フリー磁性層の磁化を、固定磁性層の
磁化方向に対し交叉する方向に向けやすくでき、これに
よって再生波形の非対称性(アシンメトリー)を小さく
することが可能である。
【0304】そこで表1を見てみると、実施例では、比
較例1、2に比べて、層間結合磁界Hinが非常に小さ
いことがわかる。実施例では前記層間結合磁界Hinは
0(A/m)に近い数値であることがわかる。これは、
図6ないし図11でも説明したように、実施例の方が比
較例に比べてシードレイヤ上に形成される各層の表面に
うねりが少なく、平滑性が良好であることに起因するも
のであると考えられる。
較例1、2に比べて、層間結合磁界Hinが非常に小さ
いことがわかる。実施例では前記層間結合磁界Hinは
0(A/m)に近い数値であることがわかる。これは、
図6ないし図11でも説明したように、実施例の方が比
較例に比べてシードレイヤ上に形成される各層の表面に
うねりが少なく、平滑性が良好であることに起因するも
のであると考えられる。
【0305】次に、Crで形成されたシードレイヤを用
いて以下の膜構成からなる磁気検出素子を形成し、固定
磁性層における一方向***換バイアス磁界及び抵抗変化
率との関係から前記シードレイヤの好ましい膜厚の範囲
を導き出した。
いて以下の膜構成からなる磁気検出素子を形成し、固定
磁性層における一方向***換バイアス磁界及び抵抗変化
率との関係から前記シードレイヤの好ましい膜厚の範囲
を導き出した。
【0306】実験に使用した膜構成は下から、基板/シ
ードレイヤ:Cr(X)/反強磁性層:PtMn(12
0)/固定磁性層:[CoFe(16)/Ru(8.
7)/CoFe(22)]/非磁性材料層:Cu(2
1)/フリー磁性層:[CoFe(10)/Ni80at%F
e20at%(18)]/バックド層:Cu(10)/保護
層:Ta(30)であり、括弧書きは膜厚を示し、単位
はオングストロームである。
ードレイヤ:Cr(X)/反強磁性層:PtMn(12
0)/固定磁性層:[CoFe(16)/Ru(8.
7)/CoFe(22)]/非磁性材料層:Cu(2
1)/フリー磁性層:[CoFe(10)/Ni80at%F
e20at%(18)]/バックド層:Cu(10)/保護
層:Ta(30)であり、括弧書きは膜厚を示し、単位
はオングストロームである。
【0307】また、上記した膜構成のシードレイヤと基
板間にTa膜(32Å)を敷いたものでも実験を行っ
た。
板間にTa膜(32Å)を敷いたものでも実験を行っ
た。
【0308】なおCrで形成されたシードレイヤを成膜
するときは、スパッタ成膜時に導入されるArガスの圧
力を1mTorrとし、またスパッタターゲットに供給
される電力を100Wとし、またターゲットと基板間の
距離を約7cmとした。
するときは、スパッタ成膜時に導入されるArガスの圧
力を1mTorrとし、またスパッタターゲットに供給
される電力を100Wとし、またターゲットと基板間の
距離を約7cmとした。
【0309】また上記した膜構成で形成された磁気検出
素子を成膜した後、約800(kA/m)の磁場中で2
90℃で約4時間の磁場中アニールを施した。
素子を成膜した後、約800(kA/m)の磁場中で2
90℃で約4時間の磁場中アニールを施した。
【0310】図12は、Crで形成されたシードレイヤ
の膜厚と抵抗変化率(ΔR/R)との関係を示すグラフ
である。
の膜厚と抵抗変化率(ΔR/R)との関係を示すグラフ
である。
【0311】図12に示すように、シードレイヤの下に
Ta膜を敷いた「Ta/Cr」の実験結果は、Crの膜
厚が15Å以上で50Å以下であると前記抵抗変化率を
約10%以上にできることがわかった。前記Crの膜厚
を50Å以上にすると、センス電流の前記シードレイヤ
22への分流量が多くなるため、前記抵抗変化率の低下
を招く。
Ta膜を敷いた「Ta/Cr」の実験結果は、Crの膜
厚が15Å以上で50Å以下であると前記抵抗変化率を
約10%以上にできることがわかった。前記Crの膜厚
を50Å以上にすると、センス電流の前記シードレイヤ
22への分流量が多くなるため、前記抵抗変化率の低下
を招く。
【0312】一方、シードレイヤの下にTa膜を敷いて
いない「Cr」の実験結果は、Crの膜厚が25Å以上
で50Å以下であると前記抵抗変化率を約10%以上に
できることがわかった。
いない「Cr」の実験結果は、Crの膜厚が25Å以上
で50Å以下であると前記抵抗変化率を約10%以上に
できることがわかった。
【0313】またTa膜のある無しに関わらず、前記シ
ードレイヤの膜厚を40Å以下にすることで確実に10
%以上の抵抗変化率を得ることができることがわかっ
た。
ードレイヤの膜厚を40Å以下にすることで確実に10
%以上の抵抗変化率を得ることができることがわかっ
た。
【0314】また図12に示すように、「Ta/Cr」
の実験結果では、Crの膜厚を20Å以上で28Å以下
にすると、12%以上の高い抵抗変化率を得ることがで
きるとわかった。
の実験結果では、Crの膜厚を20Å以上で28Å以下
にすると、12%以上の高い抵抗変化率を得ることがで
きるとわかった。
【0315】また「Cr」の実験結果では、Cr膜厚を
30Å以上で40Å以下にすれば、より確実に抵抗変化
率を10%以上にできることがわかった。
30Å以上で40Å以下にすれば、より確実に抵抗変化
率を10%以上にできることがわかった。
【0316】図13は、一方向***換バイアス磁界(H
ex*)とCrで形成されたシードレイヤの膜厚との関
係を示すグラフである。
ex*)とCrで形成されたシードレイヤの膜厚との関
係を示すグラフである。
【0317】図13に示すようにCrで形成されたシー
ドレイヤの下にTa膜を敷いた「Ta/Cr」の実験結
果は、Crの膜厚が15Å以上であると11.85×1
04A/m(1500Oe)以上の高い一方向***換バ
イアス磁界(Hex*)を得ることができることがわか
った。
ドレイヤの下にTa膜を敷いた「Ta/Cr」の実験結
果は、Crの膜厚が15Å以上であると11.85×1
04A/m(1500Oe)以上の高い一方向***換バ
イアス磁界(Hex*)を得ることができることがわか
った。
【0318】一方、Crで形成されたシードレイヤの下
にTa膜を敷いていない「Cr」の実験結果は、Crの
膜厚が25Å以上であると11.85×104A/m
(1500Oe)以上の高い一方向***換バイアス磁界
(Hex*)を得ることができることがわかった。
にTa膜を敷いていない「Cr」の実験結果は、Crの
膜厚が25Å以上であると11.85×104A/m
(1500Oe)以上の高い一方向***換バイアス磁界
(Hex*)を得ることができることがわかった。
【0319】なお図13に示す一方向***換バイアス磁
界(Hex*)の実験結果では、前記シードレイヤの膜
厚を厚くしても、図12に示す抵抗変化率の実験結果の
ように、前記一方向***換バイアス磁界(Hex*)の
値が低下するといったことがないことがわかった。
界(Hex*)の実験結果では、前記シードレイヤの膜
厚を厚くしても、図12に示す抵抗変化率の実験結果の
ように、前記一方向***換バイアス磁界(Hex*)の
値が低下するといったことがないことがわかった。
【0320】また図13に示すように、「Ta/Cr」
の実験結果では、Crの膜厚を20Å以上にすれば、一
方向***換バイアス磁界(Hex*)を約15.8×1
04(A/m)にできることがわかった。
の実験結果では、Crの膜厚を20Å以上にすれば、一
方向***換バイアス磁界(Hex*)を約15.8×1
04(A/m)にできることがわかった。
【0321】一方、「Cr」の実験結果では、Crの膜
厚を30Å以上にすれば、一方向***換バイアス磁界
(Hex*)を約15.8×104(A/m)にできるこ
とがわかった。
厚を30Å以上にすれば、一方向***換バイアス磁界
(Hex*)を約15.8×104(A/m)にできるこ
とがわかった。
【0322】次に図14は、シードレイヤの膜厚と、層
間結合磁界Hinとの関係を示すグラフである。
間結合磁界Hinとの関係を示すグラフである。
【0323】図14に示すように、シードレイヤの下に
Ta膜を敷いた「Ta/Cr」の実験結果では、前記シ
ードレイヤの膜厚を15Å以上にすると、約790(A
/m)=10Oe以下の層間結合磁界Hinにできるこ
とがわかる。特に前記シードレイヤの膜厚を20Å以上
にすると、前記層間結合磁界Hinを0(A/m)によ
り近づけることができ好ましいことがわかる。
Ta膜を敷いた「Ta/Cr」の実験結果では、前記シ
ードレイヤの膜厚を15Å以上にすると、約790(A
/m)=10Oe以下の層間結合磁界Hinにできるこ
とがわかる。特に前記シードレイヤの膜厚を20Å以上
にすると、前記層間結合磁界Hinを0(A/m)によ
り近づけることができ好ましいことがわかる。
【0324】一方、前記シードレイヤの下にTa膜を敷
かない「Cr」の実験結果では、前記シードレイヤの膜
厚を25Å以上にすると、前記層間結合磁界Hinを1
580(A/m)=20Oe以下にできることがわか
る。特に前記シードレイヤの膜厚を30Å以上にする
と、前記層間結合磁界Hinを0(A/m)により近づ
けることができて好ましいことがわかる。
かない「Cr」の実験結果では、前記シードレイヤの膜
厚を25Å以上にすると、前記層間結合磁界Hinを1
580(A/m)=20Oe以下にできることがわか
る。特に前記シードレイヤの膜厚を30Å以上にする
と、前記層間結合磁界Hinを0(A/m)により近づ
けることができて好ましいことがわかる。
【0325】また図14に示すように、「Ta/Cr」
の実験結果では、Crの膜厚を20Å以上にすれば、層
間結合磁界Hinをより0(A/m)に近づけることが
できることがわかった。
の実験結果では、Crの膜厚を20Å以上にすれば、層
間結合磁界Hinをより0(A/m)に近づけることが
できることがわかった。
【0326】一方、「Cr」の実験結果では、Crの膜
厚を30Å以上にすれば、層間結合磁界Hinを約40
0(A/m)以下に抑えることができるとわかった。
厚を30Å以上にすれば、層間結合磁界Hinを約40
0(A/m)以下に抑えることができるとわかった。
【0327】以上の実験結果から本発明では、「Ta/
Cr」の場合、Crの膜厚を15Å以上で50Å以下の
範囲とした。この膜厚の範囲内であれば、10%以上の
抵抗変化率及び11.85×104(A/m)以上の一
方向***換バイアス磁界(Hex*)を得ることができ
る。また層間結合磁界Hinも小さくできる。
Cr」の場合、Crの膜厚を15Å以上で50Å以下の
範囲とした。この膜厚の範囲内であれば、10%以上の
抵抗変化率及び11.85×104(A/m)以上の一
方向***換バイアス磁界(Hex*)を得ることができ
る。また層間結合磁界Hinも小さくできる。
【0328】またより好ましくは、Crの膜厚を15Å
以上で40Å以下にすることである。これによって抵抗
変化率を確実に10%以上にできる。
以上で40Å以下にすることである。これによって抵抗
変化率を確実に10%以上にできる。
【0329】またさらに好ましくは、Crの膜厚を20
Å以上で28Å以下にすることである。これによって抵
抗変化率を12%以上にできるとともに、一方向***換
バイアス磁界(Hex*)を約15.8×104(A/
m)に大きくすることができる。
Å以上で28Å以下にすることである。これによって抵
抗変化率を12%以上にできるとともに、一方向***換
バイアス磁界(Hex*)を約15.8×104(A/
m)に大きくすることができる。
【0330】またTa膜を敷かない場合には、Crの膜
厚を25Å以上で50Å以下にすることが好ましい。こ
れによって、10%以上の抵抗変化率及び11.85×
10 4(A/m)以上の一方向***換バイアス磁界(H
ex*)を得ることができる。また層間結合磁界も小さ
くできる。
厚を25Å以上で50Å以下にすることが好ましい。こ
れによって、10%以上の抵抗変化率及び11.85×
10 4(A/m)以上の一方向***換バイアス磁界(H
ex*)を得ることができる。また層間結合磁界も小さ
くできる。
【0331】またCrの膜厚を25Å以上で40Å以下
にすることが、確実に10%以上の抵抗変化率を得るこ
とができて好ましい。
にすることが、確実に10%以上の抵抗変化率を得るこ
とができて好ましい。
【0332】さらに好ましくは、Crの膜厚を30Å以
上で40Å以下にすることである。これによって確実に
10%以上の抵抗変化率を得ることができるとともに、
一方向***換バイアス磁界(Hex*)を約15.8×
104(A/m)に大きくすることができる。また層間
結合磁界Hinを400(A/m)以下に抑えることが
できる。
上で40Å以下にすることである。これによって確実に
10%以上の抵抗変化率を得ることができるとともに、
一方向***換バイアス磁界(Hex*)を約15.8×
104(A/m)に大きくすることができる。また層間
結合磁界Hinを400(A/m)以下に抑えることが
できる。
【0333】
【発明の効果】以上詳述したように本発明における交換
結合膜では、シードレイヤがCrで形成され、しかも前
記シードレイヤは15Å以上で50Å以下の膜厚で、少
なくとも一部に非晶質相を含むものである。
結合膜では、シードレイヤがCrで形成され、しかも前
記シードレイヤは15Å以上で50Å以下の膜厚で、少
なくとも一部に非晶質相を含むものである。
【0334】本発明におけるシードレイヤでは、従来の
ようにNiFeCrで形成される場合に比べて、シード
レイヤ表面での濡れ性を飛躍的に向上させることがで
き、従って前記シードレイヤの上に堆積する反強磁性層
などの各層を層状成長させやすく、結晶粒径を従来より
も大きくでき、前記シードレイヤをNiFeCr合金で
形成する場合に比べて、強磁性層における一方向***換
バイアス磁界(Hex*)及びブロッキング温度をさら
に高くすることができる。
ようにNiFeCrで形成される場合に比べて、シード
レイヤ表面での濡れ性を飛躍的に向上させることがで
き、従って前記シードレイヤの上に堆積する反強磁性層
などの各層を層状成長させやすく、結晶粒径を従来より
も大きくでき、前記シードレイヤをNiFeCr合金で
形成する場合に比べて、強磁性層における一方向***換
バイアス磁界(Hex*)及びブロッキング温度をさら
に高くすることができる。
【0335】そして、この一方向***換バイアス磁界と
ブロッキング温度を大きくできることで、素子が高温下
においても適切に前記強磁性層を所定方向にピン止めす
ることができ、また高い熱の発生による各層間での粒界
拡散の発生を抑制できるなど、耐エレクトロマイグレー
ションの向上に代表される通電信頼性の向上を適切に図
ることが可能になる。
ブロッキング温度を大きくできることで、素子が高温下
においても適切に前記強磁性層を所定方向にピン止めす
ることができ、また高い熱の発生による各層間での粒界
拡散の発生を抑制できるなど、耐エレクトロマイグレー
ションの向上に代表される通電信頼性の向上を適切に図
ることが可能になる。
【0336】また本発明では、前記シードレイヤをCr
で形成したことによる前記シードレイヤ表面の濡れ性の
飛躍的な向上と、前記シードレイヤの少なくとも一部に
非晶質相を含有させたことで、従来に比べて前記シード
レイヤ上に形成される各層の表面にうねりが生じるのを
抑制することができ、表面の平滑性を適切に向上させる
ことが可能になる。
で形成したことによる前記シードレイヤ表面の濡れ性の
飛躍的な向上と、前記シードレイヤの少なくとも一部に
非晶質相を含有させたことで、従来に比べて前記シード
レイヤ上に形成される各層の表面にうねりが生じるのを
抑制することができ、表面の平滑性を適切に向上させる
ことが可能になる。
【0337】そして上記交換結合膜が磁気検出素子とし
て使用される場合では、固定磁性層(強磁性層)とフリ
ー磁性層間の静磁結合(トポロジカルカップリング)に
よる層間結合磁界Hinを弱くでき、再生波形の非対称
性(アシンメトリー)を小さくでき、また鏡面反射層が
形成される場合にあっては、前記鏡面反射層の鏡面反射
率を向上させて、抵抗変化率の向上を図ることが可能に
なる。
て使用される場合では、固定磁性層(強磁性層)とフリ
ー磁性層間の静磁結合(トポロジカルカップリング)に
よる層間結合磁界Hinを弱くでき、再生波形の非対称
性(アシンメトリー)を小さくでき、また鏡面反射層が
形成される場合にあっては、前記鏡面反射層の鏡面反射
率を向上させて、抵抗変化率の向上を図ることが可能に
なる。
【0338】以上のように本発明における交換結合膜及
びこの交換結合膜を用いた磁気検出素子によれば、前記
シードレイヤの濡れ性を従来に比べて飛躍的に向上させ
ることができると共に、前記シードレイヤ上に形成され
る各層の表面の平滑性を向上させることができ、従って
一方向***換バイアス磁界(Hex*)を従来に比べて
大きくでき、今後の高記録密度化においても通電信頼性
を従来に比べて向上させることが可能であり、さらに再
生波形の安定性や抵抗変化率の向上などを図ることが可
能になる。
びこの交換結合膜を用いた磁気検出素子によれば、前記
シードレイヤの濡れ性を従来に比べて飛躍的に向上させ
ることができると共に、前記シードレイヤ上に形成され
る各層の表面の平滑性を向上させることができ、従って
一方向***換バイアス磁界(Hex*)を従来に比べて
大きくでき、今後の高記録密度化においても通電信頼性
を従来に比べて向上させることが可能であり、さらに再
生波形の安定性や抵抗変化率の向上などを図ることが可
能になる。
【図1】本発明の第1実施形態の磁気検出素子(シング
ルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子)の構造を記録媒体
との対向面側から見た断面図、
ルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子)の構造を記録媒体
との対向面側から見た断面図、
【図2】本発明の第2実施形態の磁気検出素子(シング
ルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子)の構造を記録媒体
との対向面側から見た断面図、
ルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子)の構造を記録媒体
との対向面側から見た断面図、
【図3】本発明の第3実施形態の磁気検出素子(デュア
ルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子)の構造を記録媒体
との対向面側から見た断面図、
ルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子)の構造を記録媒体
との対向面側から見た断面図、
【図4】本発明の第4実施形態の磁気検出素子(AMR
型磁気抵抗効果素子)の構造を記録媒体との対向面側か
ら見た断面図、
型磁気抵抗効果素子)の構造を記録媒体との対向面側か
ら見た断面図、
【図5】磁気検出素子を有する薄膜磁気ヘッドの部分断
面図、
面図、
【図6】20ÅのCrからなるシードレイヤ(実施例)
をTa膜上に形成した場合の磁気検出素子の透過電子顕
微鏡写真と、前記シードレイヤの電子線回折像、
をTa膜上に形成した場合の磁気検出素子の透過電子顕
微鏡写真と、前記シードレイヤの電子線回折像、
【図7】図6に示す写真の一部を模式図的に示した図、
【図8】20ÅのCrからなるシードレイヤ(実施例、
図6とは別からの矢視)をTa膜上に形成した場合の磁
気検出素子の透過電子顕微鏡写真、
図6とは別からの矢視)をTa膜上に形成した場合の磁
気検出素子の透過電子顕微鏡写真、
【図9】図8に示す写真の一部を模式図的に示した図、
【図10】55ÅのNiFeCr(Crは40at%)
からなるシードレイヤ(比較例)をTa膜上に形成した
場合の磁気検出素子の透過電子顕微鏡写真、
からなるシードレイヤ(比較例)をTa膜上に形成した
場合の磁気検出素子の透過電子顕微鏡写真、
【図11】図10に示す写真の一部を模式図的に示した
図、
図、
【図12】Crで形成されたシードレイヤ及びTa上に
Crで形成されたシードレイヤの膜厚と抵抗変化率との
関係を示すグラフ、
Crで形成されたシードレイヤの膜厚と抵抗変化率との
関係を示すグラフ、
【図13】Crで形成されたシードレイヤ及びTa上に
Crで形成されたシードレイヤの膜厚と固定磁性層の一
方向***換バイアス磁界(Hex*)との関係を示すグ
ラフ、
Crで形成されたシードレイヤの膜厚と固定磁性層の一
方向***換バイアス磁界(Hex*)との関係を示すグ
ラフ、
【図14】Crで形成されたシードレイヤ及びTa上に
Crで形成されたシードレイヤの膜厚と層間結合磁界H
inとの関係を示すグラフ、
Crで形成されたシードレイヤの膜厚と層間結合磁界H
inとの関係を示すグラフ、
【図15】従来における磁気検出素子を記録媒体との対
向面側から見た部分断面図、
向面側から見た部分断面図、
【図16】図15に示す磁気検出素子の一部を拡大して
層構造を示すための部分模式図、
層構造を示すための部分模式図、
【図17】図16に示す固定磁性層、非磁性材料層及び
フリー磁性層の部分を拡大して層構造を示すための部分
模式図、
フリー磁性層の部分を拡大して層構造を示すための部分
模式図、
1 フリー磁性層
2 非磁性材料層
3 固定磁性層(強磁性層)
4 反強磁性層
5 ハードバイアス層
6 下地層
7 保護層(鏡面反射層)
8 電極層
15 バックド層
16 鏡面反射層
22 シードレイヤ
フロントページの続き
(72)発明者 長谷川 直也
東京都大田区雪谷大塚町1番7号 アルプ
ス電気株式会社内
Fターム(参考) 2G017 AC01 AD55 AD62 AD63 AD65
5D034 BA03 CA03
5E049 BA16 DB04
Claims (23)
- 【請求項1】 下からシードレイヤ、反強磁性層、強磁
性層の順に積層され、前記反強磁性層と強磁性層との界
面で交換結合磁界が発生することで、前記強磁性層の磁
化方向が一定方向にされる交換結合膜において、 前記シードレイヤはCrで形成され、少なくとも一部に
非晶質相を含んでいることを特徴とする交換結合膜。 - 【請求項2】 前記シードレイヤの下には、Ta,H
f,Nb,Zr,Ti,Mo,Wのうち少なくとも1種
以上の元素で形成された下地層上が形成され、前記シー
ドレイヤの膜厚は、15Å以上で50Å以下の範囲内で
形成される請求項1記載の交換結合膜。 - 【請求項3】 前記膜厚は15Å以上で40Å以下で形
成される請求項2に記載の交換結合膜。 - 【請求項4】 前記膜厚は、20Å以上で28Å以下で
形成される請求項2に記載の交換結合膜。 - 【請求項5】 前記シードレイヤの下には、、Ta,H
f,Nb,Zr,Ti,Mo,Wのうち少なくとも1種
以上の元素からなる下地層が形成されておらず、前記シ
ードレイヤの膜厚は、25Å以上で50Å以下で形成さ
れる請求項1記載の交換結合膜。 - 【請求項6】 前記膜厚は25Å以上で40Å以下で形
成される請求項5記載の交換結合膜。 - 【請求項7】 前記膜厚は30Å以上で40Å以下で形
成される請求項5記載の交換結合膜。 - 【請求項8】 前記シードレイヤは、非晶質相と結晶質
相との混相状態である請求項1ないし7のいずれかに記
載の交換結合膜。 - 【請求項9】 前記シードレイヤは、非晶質単相で構成
される請求項1ないし7のいずれかに記載の交換結合
膜。 - 【請求項10】 前記強磁性層は鏡面反射層を有して形
成されている請求項1ないし9のいずれかに記載の交換
結合膜。 - 【請求項11】 前記シードレイヤ上の各層に形成され
た結晶粒の膜面と平行な方向における平均結晶粒径は、
200Å以上である請求項1ないし10のいずれかに記
載の交換結合膜。 - 【請求項12】 前記交換結合膜を膜厚方向と平行に切
断したときに切断面に現われる前記反強磁性層に形成さ
れた結晶粒界と、強磁性層に形成された結晶粒界とが、
前記反強磁性層と強磁性層との界面の少なくとも一部で
不連続である請求項1ないし11のいずれかに記載の交
換結合膜。 - 【請求項13】 前記交換結合膜を膜厚方向と平行に切
断したときに切断面に現われる前記反強磁性層に形成さ
れた結晶粒界と、シードレイヤに形成された結晶粒界と
が、前記反強磁性層とシードレイヤとの界面の少なくと
も一部で不連続である請求項1ないし12のいずれかに
記載の交換結合膜。 - 【請求項14】 前記反強磁性層には少なくとも一部に
双晶が形成され、少なくとも一部の前記双晶には双晶境
界が前記シードレイヤとの界面と非平行に形成されてい
る請求項1ないし13のいずれかに記載の交換結合膜。 - 【請求項15】 前記反強磁性層は、元素X(ただしX
は、Pt,Pd,Ir,Rh,Ru,Osのうち1種ま
たは2種以上の元素である)とMnとを含有する反強磁
性材料で形成される請求項1ないし14のいずれかに記
載の交換結合膜。 - 【請求項16】 前記反強磁性層は、X−Mn−X′合
金(ただし元素X′は、Ne,Ar,Kr,Xe,B
e,B,C,N,Mg,Al,Si,P,Ti,V,C
r,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Z
r,Nb,Mo,Ag,Cd,Ir,Sn,Hf,T
a,W,Re,Au,Pb、及び希土類元素のうち1種
または2種以上の元素である)で形成されている請求項
1ないし14のいずれかに記載の交換結合膜。 - 【請求項17】 前記X―Mn―X′合金は、元素Xと
Mnとで構成される空間格子の隙間に元素X′が侵入し
た侵入型固溶体であり、あるいは、元素XとMnとで構
成される結晶格子の格子点の一部が、元素X′に置換さ
れた置換型固溶体である請求項16記載の交換結合膜。 - 【請求項18】 前記元素Xあるいは元素X+X′の組
成比は、45(at%)以上60(at%)以下である
請求項15ないし17のいずれかに記載の交換結合膜。 - 【請求項19】 下からシードレイヤ、反強磁性層、固
定磁性層、非磁性材料層、およびフリー磁性層の順に積
層され、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁
化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、 前記シードレイヤ、反強磁性層及び固定磁性層が請求項
1ないし18のいずれかに記載された交換結合膜により
形成されていることを特徴とする磁気検出素子。 - 【請求項20】 下から、シードレイヤ、反強磁性のエ
クスチェンジバイアス層、フリー磁性層、非磁性材料
層、固定磁性層、および反強磁性層の順に積層され、前
記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と交叉す
る方向に揃えられた磁気検出素子において、 前記シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及びフリ
ー磁性層が請求項1ないし18のいずれかに記載された
交換結合膜により形成されていることを特徴とする磁気
検出素子。 - 【請求項21】 フリー磁性層の上下に積層された非磁
性材料層と、一方の前記非磁性材料層の上および他方の
非磁性材料層の下に位置する固定磁性層と、一方の前記
固定磁性層の上および他方の固定磁性層の下に位置する
反強磁性層とを有し、前記フリー磁性層よりも下側に形
成された反強磁性層の下側にはシードレイヤが形成さ
れ、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と
交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、 前記シードレイヤ、その上に接合された反強磁性層及び
固定磁性層が請求項1ないし18のいずれかに記載され
た交換結合膜により形成されていることを特徴とする磁
気検出素子。 - 【請求項22】 下から、シードレイヤ、反強磁性のエ
クスチェンジバイアス層、磁気抵抗層、非磁性層、およ
び軟磁性層の順で積層された磁気検出素子において、 前記シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及び磁気
抵抗層が請求項1ないし18のいずれかに記載された交
換結合膜により形成されていることを特徴とする磁気検
出素子。 - 【請求項23】 前記磁気検出素子の上には、さらに鏡
面反射層が形成されている19ないし21のいずれかに
記載の磁気検出素子。
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JP2001219426A JP2003031870A (ja) | 2001-07-19 | 2001-07-19 | 交換結合膜及び前記交換結合膜を用いた磁気検出素子 |
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- 2001-07-19 JP JP2001219426A patent/JP2003031870A/ja not_active Withdrawn
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