JPH1074658A - スピンバルブ磁気抵抗効果素子の製造方法 - Google Patents
スピンバルブ磁気抵抗効果素子の製造方法Info
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- JPH1074658A JPH1074658A JP8219241A JP21924196A JPH1074658A JP H1074658 A JPH1074658 A JP H1074658A JP 8219241 A JP8219241 A JP 8219241A JP 21924196 A JP21924196 A JP 21924196A JP H1074658 A JPH1074658 A JP H1074658A
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- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
- H01F10/3268—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn
- H01F10/3281—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn only by use of asymmetry of the magnetic film pair itself, i.e. so-called pseudospin valve [PSV] structure, e.g. NiFe/Cu/Co
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- H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
- H01F41/14—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 強磁性体自由層４の磁化方向９は変化させ
ず、容易に強磁性体固定層６の磁化方向１０を変えるこ
とができるスピンバルブ磁気抵抗効果素子の製造方法を
提供する。 【解決手段】 形状異方性が得られるよう、同一平面上
にあって、平行配置された第１の磁極を有する第１の磁
石１２ａ第２の磁極を有する第２の磁石１３ａとの間に
形成された磁界方向Ｆ1 と平行に基板２を配置し、基板
２を移動しながら強磁性体自由層４と、非磁性スペ−サ
層５とをこの基板２上に順次堆積させる第１工程と、前
記基板２の移動を停止し、更に強磁性体固定層６と、反
強磁性体層７を堆積させる第２の工程と、前記強磁性体
自由層４の磁化方向９と直角方向に磁界を印加しながら
前記強磁性体自由層４のキュリ−温度以上あるいは、前
記反強磁性体層７のブロッキング温度以上で熱処理後、
冷却する第３の工程とからなる。
ず、容易に強磁性体固定層６の磁化方向１０を変えるこ
とができるスピンバルブ磁気抵抗効果素子の製造方法を
提供する。 【解決手段】 形状異方性が得られるよう、同一平面上
にあって、平行配置された第１の磁極を有する第１の磁
石１２ａ第２の磁極を有する第２の磁石１３ａとの間に
形成された磁界方向Ｆ1 と平行に基板２を配置し、基板
２を移動しながら強磁性体自由層４と、非磁性スペ−サ
層５とをこの基板２上に順次堆積させる第１工程と、前
記基板２の移動を停止し、更に強磁性体固定層６と、反
強磁性体層７を堆積させる第２の工程と、前記強磁性体
自由層４の磁化方向９と直角方向に磁界を印加しながら
前記強磁性体自由層４のキュリ−温度以上あるいは、前
記反強磁性体層７のブロッキング温度以上で熱処理後、
冷却する第３の工程とからなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は媒体から情報信号を
読み出すための磁気トランスデュ−サに関し、特に改良
型磁気抵抗読出しトランスデュ−サの製造法に関する。
読み出すための磁気トランスデュ−サに関し、特に改良
型磁気抵抗読出しトランスデュ−サの製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６は従来のスピンバルブ磁気抵抗効果
素子の構造断面斜視図である。図６を参照して、スピン
バルブ磁気抵抗効果素子の構造について説明する。まず
最初に、スピンバルブ磁気抵抗効果素子１は基板２上に
Ｔａ等からなる下地層３、ＦｅＮｉ、ＦｅＮｉＣｏ等か
らなる強磁性体自由層４、Ｃｕからなるスペ−サ層５、
ＦｅＮｉ、ＦｅＮｉＣｏ等からなる強磁性体固定層６、
ＦｅＭｎ、ＮｉＯ等からなる反磁性体層７、Ｔａ等から
なる保護層８が順次積層された構造である。強磁性体固
定層６の磁化方向は矢印９の示す方向に固定され、磁界
が印加されていない場合の強磁性体自由層４の磁化方向
は矢印１０で示すように強磁性体固定層６の磁化方向と
直角をなしている。そして、磁界が印加されると磁界の
大きさに応じて強磁性体自由層４の磁化が回転し、素子
中を流れる電子が自由層と固定層のそれぞれの磁化によ
って受ける散乱される量の変化を電気抵抗に変化させる
ことにより、磁界を検知することができる。強磁性体自
由層４の材料としては、磁界検知感度を高めるために低
磁界で磁化回転するような軟磁性体材料が選ばれる。強
磁性体固定層６は強磁性体自由層４の飽和保磁力よりも
高く設定されていて、強磁性体固定層６の磁化方向は一
定に固定されたままである。その磁化方向９は強磁性体
固定層６中を流れる電流の方向Ｉと直角方向に向いてい
る。さらに、一対の電極１１、１１は積層方向に垂直な
方向にスピンバルブ磁気抵抗効果素子１を挟んで形成さ
れている。
素子の構造断面斜視図である。図６を参照して、スピン
バルブ磁気抵抗効果素子の構造について説明する。まず
最初に、スピンバルブ磁気抵抗効果素子１は基板２上に
Ｔａ等からなる下地層３、ＦｅＮｉ、ＦｅＮｉＣｏ等か
らなる強磁性体自由層４、Ｃｕからなるスペ−サ層５、
ＦｅＮｉ、ＦｅＮｉＣｏ等からなる強磁性体固定層６、
ＦｅＭｎ、ＮｉＯ等からなる反磁性体層７、Ｔａ等から
なる保護層８が順次積層された構造である。強磁性体固
定層６の磁化方向は矢印９の示す方向に固定され、磁界
が印加されていない場合の強磁性体自由層４の磁化方向
は矢印１０で示すように強磁性体固定層６の磁化方向と
直角をなしている。そして、磁界が印加されると磁界の
大きさに応じて強磁性体自由層４の磁化が回転し、素子
中を流れる電子が自由層と固定層のそれぞれの磁化によ
って受ける散乱される量の変化を電気抵抗に変化させる
ことにより、磁界を検知することができる。強磁性体自
由層４の材料としては、磁界検知感度を高めるために低
磁界で磁化回転するような軟磁性体材料が選ばれる。強
磁性体固定層６は強磁性体自由層４の飽和保磁力よりも
高く設定されていて、強磁性体固定層６の磁化方向は一
定に固定されたままである。その磁化方向９は強磁性体
固定層６中を流れる電流の方向Ｉと直角方向に向いてい
る。さらに、一対の電極１１、１１は積層方向に垂直な
方向にスピンバルブ磁気抵抗効果素子１を挟んで形成さ
れている。
【０００３】次に、動作について説明する。スピンバル
ブ磁気抵抗効果素子１は一対の電極１１、１１に一定電
流を流した状態で、その積層方向に磁気記録媒体１４を
接して走行させる時、磁気記録媒体１４からの磁界が強
磁性体固定層６の磁化方向９と同方向に印加されると、
強磁性体自由層４の磁化方向は強磁性体固定層６の磁化
方向９と同一方向を向き、電流は散乱を受けずに流れる
ので、スピンバルブ磁気抵抗効果素子１の抵抗値の変化
は最小値をとる。一方、磁気記録媒体１４からの磁界が
強磁性体固定層６の磁化方向９と逆方向に印加される
と、強磁性体自由層４の磁化方向は強磁性体固定層６の
磁化方向９と逆方向を向き、電流は散乱を受けて流れる
ので、スピンバルブ磁気抵抗効果素子１の抵抗値の変化
は最大値をとる。また、磁気記録媒体１４からの磁界が
ない時には強磁性体自由層４の磁化方向は初期状態を保
ったままであるので、電流の変化はなく、スピンバルブ
磁気抵抗効果素子１の抵抗値の変化はゼロである。
ブ磁気抵抗効果素子１は一対の電極１１、１１に一定電
流を流した状態で、その積層方向に磁気記録媒体１４を
接して走行させる時、磁気記録媒体１４からの磁界が強
磁性体固定層６の磁化方向９と同方向に印加されると、
強磁性体自由層４の磁化方向は強磁性体固定層６の磁化
方向９と同一方向を向き、電流は散乱を受けずに流れる
ので、スピンバルブ磁気抵抗効果素子１の抵抗値の変化
は最小値をとる。一方、磁気記録媒体１４からの磁界が
強磁性体固定層６の磁化方向９と逆方向に印加される
と、強磁性体自由層４の磁化方向は強磁性体固定層６の
磁化方向９と逆方向を向き、電流は散乱を受けて流れる
ので、スピンバルブ磁気抵抗効果素子１の抵抗値の変化
は最大値をとる。また、磁気記録媒体１４からの磁界が
ない時には強磁性体自由層４の磁化方向は初期状態を保
ったままであるので、電流の変化はなく、スピンバルブ
磁気抵抗効果素子１の抵抗値の変化はゼロである。
【０００４】このようにして、磁気記録媒体１４からス
ピンバルブ磁気抵抗効果素子１へ印加されるの磁界の大
きさ及び方向によって抵抗値が変化することを利用し
て、磁気記録媒体１４に記録されている信号を読み取る
ことができる。
ピンバルブ磁気抵抗効果素子１へ印加されるの磁界の大
きさ及び方向によって抵抗値が変化することを利用し
て、磁気記録媒体１４に記録されている信号を読み取る
ことができる。
【０００５】次に、図７及び図８を参照しながら、従来
のスピンバルブ磁気抵抗効果素子１の製造方法について
説明する。図７（ａ）は、従来のスピンバルブ磁気抵抗
効果素子１の各層の形成を行うためのマグネトロンスパ
ッタ装置２０の構造断面図である。図７（ｂ）は陰極２
１側から見た陽極１９上に配置された基板の平面図であ
る。図７（ｃ）は、陽極１９側から見た陰極２１上に配
置されたタ−ゲットの構成図である。図８はスピンバル
ブ磁気抵抗効果素子１の製造工程図である。
のスピンバルブ磁気抵抗効果素子１の製造方法について
説明する。図７（ａ）は、従来のスピンバルブ磁気抵抗
効果素子１の各層の形成を行うためのマグネトロンスパ
ッタ装置２０の構造断面図である。図７（ｂ）は陰極２
１側から見た陽極１９上に配置された基板の平面図であ
る。図７（ｃ）は、陽極１９側から見た陰極２１上に配
置されたタ−ゲットの構成図である。図８はスピンバル
ブ磁気抵抗効果素子１の製造工程図である。
【０００６】まずは、図７を参照しながら、マグネトロ
ンスパッタ装置２０の構成及び動作について説明する。
マグネトロンスパッタ装置２０のチャンバ２３内には陽
極１９と円盤状の陰極２１とが対向配置している。図７
（ｂ）に示すように陽極１９上には、基板２を挟み互い
に平行配置された一対のＮ極を有する第１の磁石１２
ａ、Ｓ極を有する第２の磁石１３ａが固定されている。
この際、２つの磁石１２ａ、１３ａの形状は基板２の形
状よりも十分大きくし、２つの磁石１２、１３の間に発
生する磁界が互いに平行な領域中に基板２を配置する。
一方、図７（ｃ）に示すように、陽極１９と対向する側
の陰極２１の上部には複数個のタ−ゲット１５、１６、
１７及び１８が所定の位置間隔を保って固定されてい
る。ここで、１５はＴａタ−ゲット、１６はＦｅＮｉＣ
ｏタ−ゲット、１７はＣｕタ−ゲット、１８はＦｅＭｎ
タ−ゲットである。
ンスパッタ装置２０の構成及び動作について説明する。
マグネトロンスパッタ装置２０のチャンバ２３内には陽
極１９と円盤状の陰極２１とが対向配置している。図７
（ｂ）に示すように陽極１９上には、基板２を挟み互い
に平行配置された一対のＮ極を有する第１の磁石１２
ａ、Ｓ極を有する第２の磁石１３ａが固定されている。
この際、２つの磁石１２ａ、１３ａの形状は基板２の形
状よりも十分大きくし、２つの磁石１２、１３の間に発
生する磁界が互いに平行な領域中に基板２を配置する。
一方、図７（ｃ）に示すように、陽極１９と対向する側
の陰極２１の上部には複数個のタ−ゲット１５、１６、
１７及び１８が所定の位置間隔を保って固定されてい
る。ここで、１５はＴａタ−ゲット、１６はＦｅＮｉＣ
ｏタ−ゲット、１７はＣｕタ−ゲット、１８はＦｅＭｎ
タ−ゲットである。
【０００７】また、陰極２１上部に配置された複数個の
タ−ゲット位置に対応する陰極２１下部には一対のＮ極
を有する第１の磁石１２ｂとＳ極を有する第２の磁石１
３ｂが配置され、第１の磁石１２ｂと第２の磁石１３ｂ
とで形成される磁界がそれぞれのタ−ゲット１５、１
６、１７及び１８に印加されるようになっている。端子
ａは陰極２１に、端子ｂは直流電源２４に接続され、端
子ａと端子ｂをスイッチＳＷで短絡することによって陰
極２１に負の電圧を印加できる。
タ−ゲット位置に対応する陰極２１下部には一対のＮ極
を有する第１の磁石１２ｂとＳ極を有する第２の磁石１
３ｂが配置され、第１の磁石１２ｂと第２の磁石１３ｂ
とで形成される磁界がそれぞれのタ−ゲット１５、１
６、１７及び１８に印加されるようになっている。端子
ａは陰極２１に、端子ｂは直流電源２４に接続され、端
子ａと端子ｂをスイッチＳＷで短絡することによって陰
極２１に負の電圧を印加できる。
【０００８】シャッタ２２は円盤状の陰極２１と中心を
同軸とした略同じ大きさの直径を有する回転可能な円盤
形状であり、、スパッタの対象となっているタ−ゲット
が露出するように窓（例えば円形状）２２ａを１つだけ
設けられている。こうして、スパッタの対象となってい
るタ−ゲットによるスパッタ層が他のタ−ゲットに付着
したり、他のタ−ゲットがスパッタされないようにして
いる。スパッタの対象となっているタ−ゲットとシャッ
タ２２に設けられた窓２２ａとの位置合わせは、以下の
ように行う。例えば、円盤状の陰極２１上に反時計回り
方向に９０°毎にタ−ゲット１５、１６、１７及び１８
を配置する。初期状態において、窓２２ａとタ−ゲット
１５とを位置合わせしておく。この状態から円盤状のシ
ャッタ２２を反時計回り方向に回転した時、９０°毎に
止まるようにして、複数個の各タ−ゲット１５、１６、
１７及び１８と窓２２ａとを位置合わせする。真空ポン
プ２４はチャンバ２３内を真空排気するために、流量調
節バルブ２６はチャンバ２３内への導入ガス（Ａｒガ
ス）の流量を調節するために設けられている。
同軸とした略同じ大きさの直径を有する回転可能な円盤
形状であり、、スパッタの対象となっているタ−ゲット
が露出するように窓（例えば円形状）２２ａを１つだけ
設けられている。こうして、スパッタの対象となってい
るタ−ゲットによるスパッタ層が他のタ−ゲットに付着
したり、他のタ−ゲットがスパッタされないようにして
いる。スパッタの対象となっているタ−ゲットとシャッ
タ２２に設けられた窓２２ａとの位置合わせは、以下の
ように行う。例えば、円盤状の陰極２１上に反時計回り
方向に９０°毎にタ−ゲット１５、１６、１７及び１８
を配置する。初期状態において、窓２２ａとタ−ゲット
１５とを位置合わせしておく。この状態から円盤状のシ
ャッタ２２を反時計回り方向に回転した時、９０°毎に
止まるようにして、複数個の各タ−ゲット１５、１６、
１７及び１８と窓２２ａとを位置合わせする。真空ポン
プ２４はチャンバ２３内を真空排気するために、流量調
節バルブ２６はチャンバ２３内への導入ガス（Ａｒガ
ス）の流量を調節するために設けられている。
【０００９】次に従来のスピンバルブ磁気抵抗効果素子
１の製造工程を図７及び図８を参照しながら説明する。 （第１工程）真空ポンプ２４によりチャンバ２３内を６
×１０-7Ｔｏｒｒ以下に排気する。流量調節バルブ２６
でガス流量を調節しながらＡｒガスをチャンバ２３内に
導入し、チャンバ２３内の真空度が２ｍＴｏｒｒになる
ようにする。シャッタ２２を回転させて、窓２２ａがＴ
ａタ−ゲット１５上に位置するようにする。スイッチＳ
Ｗを端子ａと端子ｂに接続し、陰極２１には直流電源２
５から負の電圧、陽極１９には正の電圧を印加し、Ｔａ
のスパッタを開始する。陽極１９に印加している正の電
圧は各タ−ゲットのスパッタ終了まで印加したままであ
る。こうして、Ｔａタ−ゲット１５にＡｒを衝突させ、
Ｔａをスパッタして、基板上に所定厚さのＴａからなる
下地層３を積層した後、スイッチＳＷを端子ａと端子ｂ
から切り離し、スパッタを停止する。陰極２１の下部に
配置した第１の磁石１２ｂと第２の磁石１３ｂとで形成
されている磁界によりＡｒが加速されてスパッタされる
ので、効率の良いスパッタができる。この際、Ｔａのス
パッタ中、他のタ−ゲット１６、１７及び１８はシャッ
タ２２により覆われているのでスパッタされたＴａの付
着がなく、タ−ゲット１６、１７及び１８がスパッタさ
れることもない。次に、シャッタ２２を反時計回り方向
に９０°回転して、窓２２ａがＦｅＮｉＣｏタ−ゲット
１６上に位置するようにする。スイッチＳＷを端子ａと
端子ｂとを接続し、陰極２１に負電圧を印加し、ＦｅＮ
ｉＣｏのスパッタを開始する。基板２上に所定厚さのＦ
ｅＮｉＣｏからなる強磁性体自由層４を積層した後、ス
イッチＳＷを端子ａと端子ｂから切り離し、スパッタを
停止する。同様にして、Ｃｕからなるスペ−サ層５、Ｆ
ｅＮｉＣｏからなる強磁性体固定層６、ＦｅＺｎからな
る反強磁性体層７、Ｔａからなる保護層８を順次積層す
る（図８（ａ））。その後、陽極１９に印加されている
正の電圧の印加を停止し、チャンバ２３内から各層を積
層した基板２を取り出す。このようにして形成された強
磁性体自由層４の磁化方向９と強磁性体固定層６の磁化
方向１０は一致している。
１の製造工程を図７及び図８を参照しながら説明する。 （第１工程）真空ポンプ２４によりチャンバ２３内を６
×１０-7Ｔｏｒｒ以下に排気する。流量調節バルブ２６
でガス流量を調節しながらＡｒガスをチャンバ２３内に
導入し、チャンバ２３内の真空度が２ｍＴｏｒｒになる
ようにする。シャッタ２２を回転させて、窓２２ａがＴ
ａタ−ゲット１５上に位置するようにする。スイッチＳ
Ｗを端子ａと端子ｂに接続し、陰極２１には直流電源２
５から負の電圧、陽極１９には正の電圧を印加し、Ｔａ
のスパッタを開始する。陽極１９に印加している正の電
圧は各タ−ゲットのスパッタ終了まで印加したままであ
る。こうして、Ｔａタ−ゲット１５にＡｒを衝突させ、
Ｔａをスパッタして、基板上に所定厚さのＴａからなる
下地層３を積層した後、スイッチＳＷを端子ａと端子ｂ
から切り離し、スパッタを停止する。陰極２１の下部に
配置した第１の磁石１２ｂと第２の磁石１３ｂとで形成
されている磁界によりＡｒが加速されてスパッタされる
ので、効率の良いスパッタができる。この際、Ｔａのス
パッタ中、他のタ−ゲット１６、１７及び１８はシャッ
タ２２により覆われているのでスパッタされたＴａの付
着がなく、タ−ゲット１６、１７及び１８がスパッタさ
れることもない。次に、シャッタ２２を反時計回り方向
に９０°回転して、窓２２ａがＦｅＮｉＣｏタ−ゲット
１６上に位置するようにする。スイッチＳＷを端子ａと
端子ｂとを接続し、陰極２１に負電圧を印加し、ＦｅＮ
ｉＣｏのスパッタを開始する。基板２上に所定厚さのＦ
ｅＮｉＣｏからなる強磁性体自由層４を積層した後、ス
イッチＳＷを端子ａと端子ｂから切り離し、スパッタを
停止する。同様にして、Ｃｕからなるスペ−サ層５、Ｆ
ｅＮｉＣｏからなる強磁性体固定層６、ＦｅＺｎからな
る反強磁性体層７、Ｔａからなる保護層８を順次積層す
る（図８（ａ））。その後、陽極１９に印加されている
正の電圧の印加を停止し、チャンバ２３内から各層を積
層した基板２を取り出す。このようにして形成された強
磁性体自由層４の磁化方向９と強磁性体固定層６の磁化
方向１０は一致している。
【００１０】（第２工程）次に、強磁性体自由層４及び
強磁性体固定層６の磁化方向９及び１０と直角の方向に
Ｎ極を有する第１の磁石１２ｃとＳ極を有する第２の磁
石１３ｃよって形成される磁界を印加し、反強磁性体層
７のブロッッキング温度以上で熱処理する（図８
（ｂ））。
強磁性体固定層６の磁化方向９及び１０と直角の方向に
Ｎ極を有する第１の磁石１２ｃとＳ極を有する第２の磁
石１３ｃよって形成される磁界を印加し、反強磁性体層
７のブロッッキング温度以上で熱処理する（図８
（ｂ））。
【００１１】このようにして、強磁性体固定層６の磁化
方向１０を強磁性体自由層４の磁化方向９と直角にす
る。この後、作製されたスピンバルブ磁気抵抗素子１を
積層方向に挟み、Ｃｕからなる電極１１、１１を形成し
て図６を得る。
方向１０を強磁性体自由層４の磁化方向９と直角にす
る。この後、作製されたスピンバルブ磁気抵抗素子１を
積層方向に挟み、Ｃｕからなる電極１１、１１を形成し
て図６を得る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、強磁性
体自由層４の磁化方向９と強磁性体固定層６の磁化方向
１０とを同一になるように形成した後、その磁化方向９
及び１０に直角に磁界を印加しながら熱処理をすること
によって、強磁性体固定層６の磁化方向１０を強磁性体
自由層４の磁化方向９と直角になるようにしているの
で、強磁性体自由層４のキュリ−温度が低い場合や反強
磁性体層７のブロッキング温度が高い場合には、強磁性
体自由層４の磁化方向９自体も印加磁界の影響を受けて
しまうので、強磁性体固定層６の磁化方向を強磁性体自
由層４の磁化方向と直角になるように回転させることが
困難となってしまう。そこで、本発明は、上記のような
問題点を解消するためになされたもので、強磁性体自由
層４の磁化方向９は変化させず、容易に強磁性体固定層
６の磁化方向１０を変えることができる、安定した特性
を有するスピンバルブ磁気抵抗効果素子の製造方法を提
供することを目的とする。
体自由層４の磁化方向９と強磁性体固定層６の磁化方向
１０とを同一になるように形成した後、その磁化方向９
及び１０に直角に磁界を印加しながら熱処理をすること
によって、強磁性体固定層６の磁化方向１０を強磁性体
自由層４の磁化方向９と直角になるようにしているの
で、強磁性体自由層４のキュリ−温度が低い場合や反強
磁性体層７のブロッキング温度が高い場合には、強磁性
体自由層４の磁化方向９自体も印加磁界の影響を受けて
しまうので、強磁性体固定層６の磁化方向を強磁性体自
由層４の磁化方向と直角になるように回転させることが
困難となってしまう。そこで、本発明は、上記のような
問題点を解消するためになされたもので、強磁性体自由
層４の磁化方向９は変化させず、容易に強磁性体固定層
６の磁化方向１０を変えることができる、安定した特性
を有するスピンバルブ磁気抵抗効果素子の製造方法を提
供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明に係わるスピンバ
ルブ磁気抵抗効果素子の製造方法は、形状異方性が得ら
れるよう、同一平面上にあって、平行配置された第１の
磁極を有する第１の磁石と第２の磁極を有する第２の磁
石との間に形成された磁界方向と平行に基板を配置し、
前記基板を移動しながら前記磁界方向に磁化方向が向く
ように強磁性体自由層と、非磁性スペ−サ層とをこの基
板上に順次堆積させる第１工程と、前記基板の移動を停
止し、前記非磁性スペ−サ層上に強磁性体固定層と、反
強磁性体層を堆積させる第２の工程と、前記強磁性体自
由層の磁化方向と直角方向に磁界を印加しながら前記強
磁性体自由層のキュリ−温度以上あるいは、前記反強磁
性体層のブロッキング温度以上で熱処理後、冷却する第
３の工程とからなることを特徴とする。
ルブ磁気抵抗効果素子の製造方法は、形状異方性が得ら
れるよう、同一平面上にあって、平行配置された第１の
磁極を有する第１の磁石と第２の磁極を有する第２の磁
石との間に形成された磁界方向と平行に基板を配置し、
前記基板を移動しながら前記磁界方向に磁化方向が向く
ように強磁性体自由層と、非磁性スペ−サ層とをこの基
板上に順次堆積させる第１工程と、前記基板の移動を停
止し、前記非磁性スペ−サ層上に強磁性体固定層と、反
強磁性体層を堆積させる第２の工程と、前記強磁性体自
由層の磁化方向と直角方向に磁界を印加しながら前記強
磁性体自由層のキュリ−温度以上あるいは、前記反強磁
性体層のブロッキング温度以上で熱処理後、冷却する第
３の工程とからなることを特徴とする。
【００１４】第２の発明として、請求項１記載のスピン
バルブ磁気抵抗効果素子の製造方法において、２〜１５
ｍＴｏｒｒのガス圧で前記強磁性体固定層を形成するこ
とを特徴とする。
バルブ磁気抵抗効果素子の製造方法において、２〜１５
ｍＴｏｒｒのガス圧で前記強磁性体固定層を形成するこ
とを特徴とする。
【００１５】本発明によれば、基板を移動しながら強磁
性体自由層を形成することによって、磁場中熱処理後、
冷却によって磁化の方向が変化しにくく、容易に強磁性
体自由層と強磁性体自由層の磁化方向を直角にすること
ができ、良好なスピンバルブ磁気抵抗効果素子が得られ
る。また、２〜１５ｍＴｏｒｒのガス圧で強磁性体固定
層を形成することによって、強磁性体固定層の飽和磁化
特性を劣化させずに、交換結合磁化率を大きくすること
ができる。
性体自由層を形成することによって、磁場中熱処理後、
冷却によって磁化の方向が変化しにくく、容易に強磁性
体自由層と強磁性体自由層の磁化方向を直角にすること
ができ、良好なスピンバルブ磁気抵抗効果素子が得られ
る。また、２〜１５ｍＴｏｒｒのガス圧で強磁性体固定
層を形成することによって、強磁性体固定層の飽和磁化
特性を劣化させずに、交換結合磁化率を大きくすること
ができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図１乃至図６、図７を参照
しながら、本発明の一実施例について説明する。図１
（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施例を示すスピンバルブ磁
気抵抗効果素子の製造工程図である。前述した構成と同
一構成部分は同一符号を付し、その説明を省略する。 （第１工程）前記したマグネトロンスパッタ装置２０の
チャンバ２３内のタ−ゲット１５、１６、１７、１８の
配置は同一であり、基板２が磁化しやすい形状方向（形
状異方性）を第１の磁石１２ａと第２の磁石１３ａで形
成される磁界の方向Ｆ1 に平行配置し、磁界の方向Ｆ1
と直角方向Ｆ2 に往復運動できることが従来例と異なっ
ている。
しながら、本発明の一実施例について説明する。図１
（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施例を示すスピンバルブ磁
気抵抗効果素子の製造工程図である。前述した構成と同
一構成部分は同一符号を付し、その説明を省略する。 （第１工程）前記したマグネトロンスパッタ装置２０の
チャンバ２３内のタ−ゲット１５、１６、１７、１８の
配置は同一であり、基板２が磁化しやすい形状方向（形
状異方性）を第１の磁石１２ａと第２の磁石１３ａで形
成される磁界の方向Ｆ1 に平行配置し、磁界の方向Ｆ1
と直角方向Ｆ2 に往復運動できることが従来例と異なっ
ている。
【００１７】真空ポンプ２４によりチャンバ２３内を６
×１０-7Ｔｏｒｒ以下に排気する。流量調節バルブ２６
でガス流量を調節しながらＡｒガスをチャンバ２３内に
導入し、チャンバ２３内の真空度が２〜６ｍＴｏｒｒに
なるようにし、好ましくは４ｍＴｏｒｒにする。シャッ
タ２２を回転させて、窓２２ａがＴａタ−ゲット１５上
に位置するようにする。スイッチＳＷを端子ａと端子ｂ
に接続し、陰極２１には直流電源２５から負の電圧、陽
極１９には正の電圧を印加し、Ｔａのスパッタを開始す
る。陽極１９に印加している正の電圧は各タ−ゲットの
スパッタ終了まで印加したままである。こうして、Ｔａ
タ−ゲット１５にＡｒを衝突させ、Ｔａをスパッタし
て、基板上に１００オングストロ−ム厚のＴａからなる
下地層３を積層する。この後、スイッチＳＷを端子ａと
端子ｂから切り離し、スパッタを停止する。陰極２１の
下部に配置した第１の磁石１２ｂと第２の磁石１３ｂと
で形成されている磁界によりＡｒが加速されてスパッタ
されるので、効率の良いスパッタができる。この際、Ｔ
ａのスパッタ中、他のタ−ゲット１６、１７及び１８は
シャッタ２２により覆われているのでスパッタされたＴ
ａの付着がなく、タ−ゲット１６、１７及び１８がスパ
ッタされることもない。
×１０-7Ｔｏｒｒ以下に排気する。流量調節バルブ２６
でガス流量を調節しながらＡｒガスをチャンバ２３内に
導入し、チャンバ２３内の真空度が２〜６ｍＴｏｒｒに
なるようにし、好ましくは４ｍＴｏｒｒにする。シャッ
タ２２を回転させて、窓２２ａがＴａタ−ゲット１５上
に位置するようにする。スイッチＳＷを端子ａと端子ｂ
に接続し、陰極２１には直流電源２５から負の電圧、陽
極１９には正の電圧を印加し、Ｔａのスパッタを開始す
る。陽極１９に印加している正の電圧は各タ−ゲットの
スパッタ終了まで印加したままである。こうして、Ｔａ
タ−ゲット１５にＡｒを衝突させ、Ｔａをスパッタし
て、基板上に１００オングストロ−ム厚のＴａからなる
下地層３を積層する。この後、スイッチＳＷを端子ａと
端子ｂから切り離し、スパッタを停止する。陰極２１の
下部に配置した第１の磁石１２ｂと第２の磁石１３ｂと
で形成されている磁界によりＡｒが加速されてスパッタ
されるので、効率の良いスパッタができる。この際、Ｔ
ａのスパッタ中、他のタ−ゲット１６、１７及び１８は
シャッタ２２により覆われているのでスパッタされたＴ
ａの付着がなく、タ−ゲット１６、１７及び１８がスパ
ッタされることもない。
【００１８】次に、シャッタ２２を反時計回り方向に９
０°回転して、窓２２ａがＦｅＮｉＣｏタ−ゲット１６
上に位置するようにする。図７（ｃ）に示すように、第
１の磁石１２ａと第２の磁石１３ａにより形成される磁
界の方向Ｆ1と直角方向Ｆ2に基板２の往復運動を開始す
る。基板２は下地層３、強磁性体自由層４及びスペ−サ
層５の積層中は往復運動をさせたままである。また、流
量調節バルブ２６で調節されたＡｒのガス流量をチャン
バ２２内の真空度が２〜２６ｍＴｏｒｒの範囲になるよ
うにする。スイッチＳＷを端子ａと端子ｂとに接続し、
直流電源２５から陰極２１に負電圧を印加し、ＦｅＮｉ
Ｃｏのスパッタを開始し、基板２上に１００オングスト
ロ−ム厚のＦｅＮｉＣｏからなる強磁性体自由層４を積
層する。この時、基板２は固定したままである。この
後、スイッチＳＷを端子ａと端子ｂから切り離し、スパ
ッタを停止する。更に、Ａｒのガス流量をチャンバ２２
内の真空度が２〜６ｍＴｏｒｒとなるように調節する。
同様にして、２８オングストロ−ム厚のＣｕからなるス
ペ−サ層５を積層する（図１（ａ））。このようにする
ことによって、強磁性体自由層４の磁化方向９を印加さ
れた磁界の方向Ｆ1 に形成することができる。
０°回転して、窓２２ａがＦｅＮｉＣｏタ−ゲット１６
上に位置するようにする。図７（ｃ）に示すように、第
１の磁石１２ａと第２の磁石１３ａにより形成される磁
界の方向Ｆ1と直角方向Ｆ2に基板２の往復運動を開始す
る。基板２は下地層３、強磁性体自由層４及びスペ−サ
層５の積層中は往復運動をさせたままである。また、流
量調節バルブ２６で調節されたＡｒのガス流量をチャン
バ２２内の真空度が２〜２６ｍＴｏｒｒの範囲になるよ
うにする。スイッチＳＷを端子ａと端子ｂとに接続し、
直流電源２５から陰極２１に負電圧を印加し、ＦｅＮｉ
Ｃｏのスパッタを開始し、基板２上に１００オングスト
ロ−ム厚のＦｅＮｉＣｏからなる強磁性体自由層４を積
層する。この時、基板２は固定したままである。この
後、スイッチＳＷを端子ａと端子ｂから切り離し、スパ
ッタを停止する。更に、Ａｒのガス流量をチャンバ２２
内の真空度が２〜６ｍＴｏｒｒとなるように調節する。
同様にして、２８オングストロ−ム厚のＣｕからなるス
ペ−サ層５を積層する（図１（ａ））。このようにする
ことによって、強磁性体自由層４の磁化方向９を印加さ
れた磁界の方向Ｆ1 に形成することができる。
【００１９】（第２工程）次に、基板２の往復運動を停
止し、基板２に磁界を印加したままの状態で、１００オ
ングストロ−ム厚のＦｅＮｉＣｏからなる強磁性体固定
層６、１５０オングストロ−ム厚のＦｅＭｎからなる反
強磁性体層７、Ｔａからなる１００オングストロ−ム厚
の保護層８を順次積層する（図１（ｂ））。この時のチ
ャンバ２３内の真空度はＡｒのガス流量を調節すること
によって２〜６ｍＴｏｒｒの範囲にあるようにしてあ
る。その後、陽極１９に印加されている正の電圧の印加
を停止し、チャンバ２３内から各層を積層した基板２を
取り出す。
止し、基板２に磁界を印加したままの状態で、１００オ
ングストロ−ム厚のＦｅＮｉＣｏからなる強磁性体固定
層６、１５０オングストロ−ム厚のＦｅＭｎからなる反
強磁性体層７、Ｔａからなる１００オングストロ−ム厚
の保護層８を順次積層する（図１（ｂ））。この時のチ
ャンバ２３内の真空度はＡｒのガス流量を調節すること
によって２〜６ｍＴｏｒｒの範囲にあるようにしてあ
る。その後、陽極１９に印加されている正の電圧の印加
を停止し、チャンバ２３内から各層を積層した基板２を
取り出す。
【００２０】（第３工程）次に、向かい合って配置され
たＮ極を有する第１の磁石１２ｃＳ極を有する第２の磁
石１３ｃ形成する磁界の方向Ｆ1 が強磁性体自由層４の
磁化方向９と直角になるように基板２を配置し、反磁性
体層７のブロッキング温度以上で熱処理を行い、自然冷
却を行う（図１（ｃ））。これにより、反強磁性体層７
は印加された磁界の方向に磁化の向きが反磁性配列し、
強磁性体固定層６と反強磁性体層７の界面でも反強磁性
配列が起こるので、強磁性体固定層６全体の磁化の向き
も印加される磁界の方向に回転する。こうして、強磁性
体固定層６の磁化方向１０は強磁性体自由層４の磁化方
向９と直角方向に形成することができる。
たＮ極を有する第１の磁石１２ｃＳ極を有する第２の磁
石１３ｃ形成する磁界の方向Ｆ1 が強磁性体自由層４の
磁化方向９と直角になるように基板２を配置し、反磁性
体層７のブロッキング温度以上で熱処理を行い、自然冷
却を行う（図１（ｃ））。これにより、反強磁性体層７
は印加された磁界の方向に磁化の向きが反磁性配列し、
強磁性体固定層６と反強磁性体層７の界面でも反強磁性
配列が起こるので、強磁性体固定層６全体の磁化の向き
も印加される磁界の方向に回転する。こうして、強磁性
体固定層６の磁化方向１０は強磁性体自由層４の磁化方
向９と直角方向に形成することができる。
【００２１】この後、作製されたスピンバルブ磁気抵抗
効果素子１を積層方向に挟み、Ｃｕからなる電極１１、
１１を形成して図６を得る。このようにして、スピンバ
ルブ磁気抵抗効果素子１に電流を流した状態で、スピン
バルブ磁気抵抗効果素子１へ磁界が印加されると、磁界
の大きさ及び方向によって抵抗値が変化することを利用
して、信号を読み取ることができる。
効果素子１を積層方向に挟み、Ｃｕからなる電極１１、
１１を形成して図６を得る。このようにして、スピンバ
ルブ磁気抵抗効果素子１に電流を流した状態で、スピン
バルブ磁気抵抗効果素子１へ磁界が印加されると、磁界
の大きさ及び方向によって抵抗値が変化することを利用
して、信号を読み取ることができる。
【００２２】ここで、図７に示すマグネトロンスパッタ
装置２０を用いて、ＦｅＮｉＣｏ単層膜とＦｅＮｉＣｏ
／Ｃｕ多層膜を作製し、強磁性体自由層４としての適性
について調べた。まずは、ＦｅＮｉＣｏ単層膜を基板２
上に形成して、ＦｅＮｉＣｏ単層膜の磁化の大きさの磁
界依存性について調べた。図２（ａ）〜（ｃ）は図７に
示すように、磁界の印加方向Ｆ1 と平行にかつ、磁化し
やすい方向（容易軸方向）に配置した基板を磁界の印加
方向Ｆ1 と直角方向Ｆ2 に移動させながらＦｅＮｉＣｏ
層を形成した場合の熱処理の有無による磁化の大きさＭ
の磁界依存性を示す。図２（ｄ）〜（ｆ）は図７に示す
ように、磁界の印加方向Ｆ1 と平行にかつ、容易軸方向
に配置した基板を固定して、ＦｅＮｉＣｏ層を形成した
場合の熱処理の有無による磁化の大きさの磁界依存性を
示す。図２（ａ）〜（ｆ）中において、は基板の容易
軸方向に測定した磁気ヒステリシス曲線、は基板の容
易軸方向に垂直な方向（困難軸方向）に測定した磁気ヒ
ステリシス曲線である。横軸は磁界であり、縦軸はＦｅ
ＮｉＣｏ層の磁化の大きさＭである。
装置２０を用いて、ＦｅＮｉＣｏ単層膜とＦｅＮｉＣｏ
／Ｃｕ多層膜を作製し、強磁性体自由層４としての適性
について調べた。まずは、ＦｅＮｉＣｏ単層膜を基板２
上に形成して、ＦｅＮｉＣｏ単層膜の磁化の大きさの磁
界依存性について調べた。図２（ａ）〜（ｃ）は図７に
示すように、磁界の印加方向Ｆ1 と平行にかつ、磁化し
やすい方向（容易軸方向）に配置した基板を磁界の印加
方向Ｆ1 と直角方向Ｆ2 に移動させながらＦｅＮｉＣｏ
層を形成した場合の熱処理の有無による磁化の大きさＭ
の磁界依存性を示す。図２（ｄ）〜（ｆ）は図７に示す
ように、磁界の印加方向Ｆ1 と平行にかつ、容易軸方向
に配置した基板を固定して、ＦｅＮｉＣｏ層を形成した
場合の熱処理の有無による磁化の大きさの磁界依存性を
示す。図２（ａ）〜（ｆ）中において、は基板の容易
軸方向に測定した磁気ヒステリシス曲線、は基板の容
易軸方向に垂直な方向（困難軸方向）に測定した磁気ヒ
ステリシス曲線である。横軸は磁界であり、縦軸はＦｅ
ＮｉＣｏ層の磁化の大きさＭである。
【００２３】図２中の（ａ）と（ｄ）はＦｅＮｉＣｏ層
を形成後、熱処理無しのもの、（ｂ）と（ｅ）はＦｅＮ
ｉＣｏ層を形成後、１８０℃の温度で熱処理後、冷却を
行ったもの、（ｃ）と（ｆ）はＦｅＮｉＣｏ層を形成
後、２００℃の温度で熱処理後、冷却を行ったものであ
る。図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、移動している基
板上にＦｅＮｉＣｏ層を形成後、熱処理温度を１８０
℃、２００℃と高くしていった場合、容易軸方向に測定
した磁気ヒステリシス曲線は変化せず、磁化方向は初
期状態を保ったままであることがわかる。一方、困難軸
方向の磁気ヒステリシス曲線は磁化方向が変化してて
きているものの磁化方向が変わってしまうまでには至っ
ていない。
を形成後、熱処理無しのもの、（ｂ）と（ｅ）はＦｅＮ
ｉＣｏ層を形成後、１８０℃の温度で熱処理後、冷却を
行ったもの、（ｃ）と（ｆ）はＦｅＮｉＣｏ層を形成
後、２００℃の温度で熱処理後、冷却を行ったものであ
る。図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、移動している基
板上にＦｅＮｉＣｏ層を形成後、熱処理温度を１８０
℃、２００℃と高くしていった場合、容易軸方向に測定
した磁気ヒステリシス曲線は変化せず、磁化方向は初
期状態を保ったままであることがわかる。一方、困難軸
方向の磁気ヒステリシス曲線は磁化方向が変化してて
きているものの磁化方向が変わってしまうまでには至っ
ていない。
【００２４】また、図２（ｄ）〜（ｆ）に示すように、
固定配置した基板上にＦｅＮｉＣｏ層を形成後、熱処理
温度を１８０℃、２００℃と高くしていった場合、容易
軸方向に測定した磁気ヒステリシス曲線及び困難軸方
向の磁気ヒステリシス曲線は変化し、磁化方向が変化
していることがわかる。その結果、容易軸方向に基板を
配置した基板を磁界の印加方向と直角方向に移動しなが
ら形成したＦｅＮｉＣｏ層を強磁性体自由層４として用
いれば、前述したスピンバルブ磁気抵抗効果素子１の製
造工程における熱処理後冷却する第３工程で強磁性体自
由層４の磁化方向を変化させることなく、強磁性体固定
層６の磁化方向１０を強磁性体自由層４の磁化方向９に
直角にすることができる。
固定配置した基板上にＦｅＮｉＣｏ層を形成後、熱処理
温度を１８０℃、２００℃と高くしていった場合、容易
軸方向に測定した磁気ヒステリシス曲線及び困難軸方
向の磁気ヒステリシス曲線は変化し、磁化方向が変化
していることがわかる。その結果、容易軸方向に基板を
配置した基板を磁界の印加方向と直角方向に移動しなが
ら形成したＦｅＮｉＣｏ層を強磁性体自由層４として用
いれば、前述したスピンバルブ磁気抵抗効果素子１の製
造工程における熱処理後冷却する第３工程で強磁性体自
由層４の磁化方向を変化させることなく、強磁性体固定
層６の磁化方向１０を強磁性体自由層４の磁化方向９に
直角にすることができる。
【００２５】次に、ＦｅＮｉＣｏ／Ｃｕ多層膜の強磁性
体自由層４としての適性について調べた。ＦｅＮｉＣｏ
／Ｃｕ多層膜には厚さ１８オングストロ−ムのＦｅＮｉ
Ｃｏ厚さ１４オングストロ−ムのＣｕ層を８ペア積層し
たものを用いた。
体自由層４としての適性について調べた。ＦｅＮｉＣｏ
／Ｃｕ多層膜には厚さ１８オングストロ−ムのＦｅＮｉ
Ｃｏ厚さ１４オングストロ−ムのＣｕ層を８ペア積層し
たものを用いた。
【００２６】図３（ａ）〜（ｃ）は図７に示すように、
磁界の印加方向Ｆ1 と平行にかつ、容易軸方向に配置し
た基板を磁界の印加方向Ｆ1 と直角方向Ｆ2 に移動させ
ながらＦｅＮｉＣｏ／Ｃｕ多層膜を形成した場合の熱処
理の有無による磁化の大きさＭの磁界依存性を示す。図
３（ｄ）〜（ｆ）は磁界の印加方向Ｆ1 と平行にかつ、
容易軸方向に配置した基板を固定して、ＦｅＮｉＣｏ多
層膜を形成した場合の熱処理の有無による磁化の大きさ
Ｍの磁界依存性を示す。図３（ａ）〜（ｆ）中におい
て、は基板の容易軸方向に測定した磁気ヒステリシス
曲線、は基板の容易軸方向に垂直な方向（困難軸方
向）に測定した磁気ヒステリシス曲線である。横軸は磁
界であり、縦軸はＦｅＮｉＣｏ／Ｃｕ多層膜の磁化の大
きさＭである。
磁界の印加方向Ｆ1 と平行にかつ、容易軸方向に配置し
た基板を磁界の印加方向Ｆ1 と直角方向Ｆ2 に移動させ
ながらＦｅＮｉＣｏ／Ｃｕ多層膜を形成した場合の熱処
理の有無による磁化の大きさＭの磁界依存性を示す。図
３（ｄ）〜（ｆ）は磁界の印加方向Ｆ1 と平行にかつ、
容易軸方向に配置した基板を固定して、ＦｅＮｉＣｏ多
層膜を形成した場合の熱処理の有無による磁化の大きさ
Ｍの磁界依存性を示す。図３（ａ）〜（ｆ）中におい
て、は基板の容易軸方向に測定した磁気ヒステリシス
曲線、は基板の容易軸方向に垂直な方向（困難軸方
向）に測定した磁気ヒステリシス曲線である。横軸は磁
界であり、縦軸はＦｅＮｉＣｏ／Ｃｕ多層膜の磁化の大
きさＭである。
【００２７】図３中の（ａ）と（ｄ）はＦｅＮｉＣｏ／
Ｃｕ多層膜を形成後、熱処理無しのもの、（ｂ）と
（ｅ）はＦｅＮｉＣｏ／Ｃｕ多層膜を形成後、２００℃
の温度で熱処理後、冷却を行ったもの、（ｃ）と（ｆ）
はＦｅＮｉＣｏ／Ｃｕ多層膜を形成後、２８０℃の温度
で熱処理後、冷却を行ったものである。図３（ａ）〜
（ｃ）に示すように、移動している基板上にＦｅＮｉＣ
ｏ／Ｃｕ多層膜を形成後、熱処理温度を２００℃、２８
０℃と高くしていった場合、容易軸方向に測定した磁気
ヒステリシス曲線は変化せず、磁化方向は初期状態を
保ったままであることがわかる。一方、困難軸方向に測
定した磁気ヒステリシス曲線は磁化方向が変化してて
きているものの磁化方向が変わってしまうまでには至っ
ていない。
Ｃｕ多層膜を形成後、熱処理無しのもの、（ｂ）と
（ｅ）はＦｅＮｉＣｏ／Ｃｕ多層膜を形成後、２００℃
の温度で熱処理後、冷却を行ったもの、（ｃ）と（ｆ）
はＦｅＮｉＣｏ／Ｃｕ多層膜を形成後、２８０℃の温度
で熱処理後、冷却を行ったものである。図３（ａ）〜
（ｃ）に示すように、移動している基板上にＦｅＮｉＣ
ｏ／Ｃｕ多層膜を形成後、熱処理温度を２００℃、２８
０℃と高くしていった場合、容易軸方向に測定した磁気
ヒステリシス曲線は変化せず、磁化方向は初期状態を
保ったままであることがわかる。一方、困難軸方向に測
定した磁気ヒステリシス曲線は磁化方向が変化してて
きているものの磁化方向が変わってしまうまでには至っ
ていない。
【００２８】図３（ｄ）〜（ｆ）に示すように、固定配
置した基板上にＦｅＮｉＣｏ／Ｃｕ多層膜を形成後、熱
処理温度を１８０℃、２００℃と高くしていった場合、
容易軸方向に測定した磁気ヒステリシス曲線及び困難
軸方向の磁気ヒステリシス曲線は変化し、磁化方向が
変化していることがわかる。その結果、磁界の印加方向
と平行にかつ、容易軸方向に配置した基板を磁界の印加
方向と直角方向に移動させながら形成したＦｅＮｉＣｏ
／Ｃｕ多層膜を強磁性体自由層４として用いれば、その
磁化方向９は変わらないので、ＦｅＮｉＣｏ単層膜と同
様に、ＦｅＮｉＣｏ／Ｃｕ多層膜を強磁性体自由層４と
して用いることができる。
置した基板上にＦｅＮｉＣｏ／Ｃｕ多層膜を形成後、熱
処理温度を１８０℃、２００℃と高くしていった場合、
容易軸方向に測定した磁気ヒステリシス曲線及び困難
軸方向の磁気ヒステリシス曲線は変化し、磁化方向が
変化していることがわかる。その結果、磁界の印加方向
と平行にかつ、容易軸方向に配置した基板を磁界の印加
方向と直角方向に移動させながら形成したＦｅＮｉＣｏ
／Ｃｕ多層膜を強磁性体自由層４として用いれば、その
磁化方向９は変わらないので、ＦｅＮｉＣｏ単層膜と同
様に、ＦｅＮｉＣｏ／Ｃｕ多層膜を強磁性体自由層４と
して用いることができる。
【００２９】また、ＦｅＮｉＣｏからなる強磁性体固定
層６の交換結合磁界の大きさと飽和磁化量は強磁性体固
定層６の形成時におけるガス圧に依存するため、強磁性
体固定層６の磁化容易軸方向が磁界Ｈと平行になるよう
に配置して、強磁性体固定層６を形成して、強磁性体固
定層６の交換結合磁界Ｈ2と飽和磁化量ＭSをスピンバル
ブ磁気抵抗効果素子１の磁化の大きさＭ及び磁気抵抗変
化率ＭＲの磁界Ｈ依存性から調べた。図４は、スピンバ
ルブ磁気抵抗効果素子１の磁化の大きさＭ及び磁気抵抗
率変化ＭＲの磁界依存性を示す。図４（ａ）にはスピン
バルブ磁気抵抗効果素子１の磁化の大きさＭの磁界Ｈ依
存性を示す。図４（ｂ）にはスピンバルブ磁気抵抗効果
素子１の磁気抵抗率変化ＭＲの磁界Ｈ依存性を示す。図
５はＦｅＮｉＣｏからなる強磁性体固定層６の作製時に
おいて、交換結合磁界の大きさと飽和磁化量ＭSとのス
パッタ時のガス圧依存性を示す。
層６の交換結合磁界の大きさと飽和磁化量は強磁性体固
定層６の形成時におけるガス圧に依存するため、強磁性
体固定層６の磁化容易軸方向が磁界Ｈと平行になるよう
に配置して、強磁性体固定層６を形成して、強磁性体固
定層６の交換結合磁界Ｈ2と飽和磁化量ＭSをスピンバル
ブ磁気抵抗効果素子１の磁化の大きさＭ及び磁気抵抗変
化率ＭＲの磁界Ｈ依存性から調べた。図４は、スピンバ
ルブ磁気抵抗効果素子１の磁化の大きさＭ及び磁気抵抗
率変化ＭＲの磁界依存性を示す。図４（ａ）にはスピン
バルブ磁気抵抗効果素子１の磁化の大きさＭの磁界Ｈ依
存性を示す。図４（ｂ）にはスピンバルブ磁気抵抗効果
素子１の磁気抵抗率変化ＭＲの磁界Ｈ依存性を示す。図
５はＦｅＮｉＣｏからなる強磁性体固定層６の作製時に
おいて、交換結合磁界の大きさと飽和磁化量ＭSとのス
パッタ時のガス圧依存性を示す。
【００３０】図４（ａ）中の低磁界Ｈ1側の磁気ヒステ
リシス曲線Ａは飽和磁化の小さい強磁性体自由層４であ
り、高磁界Ｈ2側の磁気ヒステリシス曲線Ｂは飽和磁化
の大きい強磁性体固定層６である。磁界Ｈ2の前後で磁
化の大きさＭが大きく変化するのは反強磁性体層７の磁
化方向に強磁性体固定層６の磁化方向１０が向き交換結
合が行われているためと考えられる。これは、図４
（ｂ）に示す磁気抵抗変化率ＭＲの磁界依存性において
もヒステリシス曲線Ａ′は図４（ａ）中の磁気ヒステリ
シス曲線Ａと、ヒステリシス曲線Ｂ′は図４（ａ）中の
磁気ヒステリシス曲線Ｂと対応して変化している。図４
に示すように、高磁界側の磁気ヒステリシス曲線Ｂ及び
磁気抵抗変化率ＭＲのヒステリシス曲線Ｂ′において、
磁化の大きさＭを大きく変化させる磁界Ｈ2が交換結合
磁界である。また、交換結合磁界Ｈ2における飽和して
安定した磁化の大きさＭが飽和磁化量ＭSである。この
ように、交換結合磁界Ｈ2及び飽和磁化量ＭSは図４の関
係から求めることができる。スパッタ時のガス圧を２〜
３０ｍＴｏｒｒと変化させて、各ガス圧での交換結合磁
界Ｈ2及び飽和磁化量ＭSを求めると、図５の関係が得ら
れる。
リシス曲線Ａは飽和磁化の小さい強磁性体自由層４であ
り、高磁界Ｈ2側の磁気ヒステリシス曲線Ｂは飽和磁化
の大きい強磁性体固定層６である。磁界Ｈ2の前後で磁
化の大きさＭが大きく変化するのは反強磁性体層７の磁
化方向に強磁性体固定層６の磁化方向１０が向き交換結
合が行われているためと考えられる。これは、図４
（ｂ）に示す磁気抵抗変化率ＭＲの磁界依存性において
もヒステリシス曲線Ａ′は図４（ａ）中の磁気ヒステリ
シス曲線Ａと、ヒステリシス曲線Ｂ′は図４（ａ）中の
磁気ヒステリシス曲線Ｂと対応して変化している。図４
に示すように、高磁界側の磁気ヒステリシス曲線Ｂ及び
磁気抵抗変化率ＭＲのヒステリシス曲線Ｂ′において、
磁化の大きさＭを大きく変化させる磁界Ｈ2が交換結合
磁界である。また、交換結合磁界Ｈ2における飽和して
安定した磁化の大きさＭが飽和磁化量ＭSである。この
ように、交換結合磁界Ｈ2及び飽和磁化量ＭSは図４の関
係から求めることができる。スパッタ時のガス圧を２〜
３０ｍＴｏｒｒと変化させて、各ガス圧での交換結合磁
界Ｈ2及び飽和磁化量ＭSを求めると、図５の関係が得ら
れる。
【００３１】図５に示すように、強磁性体固定層６の交
換結合磁界Ｈ2はガス圧の増加と共に大きくなる一方、
飽和磁化量ＭSはガス圧が２〜１５ｍＴｏｒｒの範囲で
は一定であり、１５ｍＴｏｒｒ以上では急激に減少す
る。このことはガス圧が１５ｍＴｏｒｒ以上では強磁性
体固定層６の磁性が失われ、磁気抵抗変化率ＭＲが低下
することを示している。その結果、飽和磁化量ＭSの一
定値が保たれるている２〜１５ｍＴｏｒｒのガス圧上で
強磁性体固定層６を形成することがよいことがわかる。
従って、この条件でＦｅＮｉＣｏからなる強磁性体固定
層６を形成し、容易軸方向を磁界の方向と平行配置した
ＦｅＮｉＣｏ単層膜あるいは、ＦｅＮｉＣｏ／Ｃｕ多層
膜を用いれば、感度の良好なスピンバルブ磁気抵抗効果
素子１を得ることができる。
換結合磁界Ｈ2はガス圧の増加と共に大きくなる一方、
飽和磁化量ＭSはガス圧が２〜１５ｍＴｏｒｒの範囲で
は一定であり、１５ｍＴｏｒｒ以上では急激に減少す
る。このことはガス圧が１５ｍＴｏｒｒ以上では強磁性
体固定層６の磁性が失われ、磁気抵抗変化率ＭＲが低下
することを示している。その結果、飽和磁化量ＭSの一
定値が保たれるている２〜１５ｍＴｏｒｒのガス圧上で
強磁性体固定層６を形成することがよいことがわかる。
従って、この条件でＦｅＮｉＣｏからなる強磁性体固定
層６を形成し、容易軸方向を磁界の方向と平行配置した
ＦｅＮｉＣｏ単層膜あるいは、ＦｅＮｉＣｏ／Ｃｕ多層
膜を用いれば、感度の良好なスピンバルブ磁気抵抗効果
素子１を得ることができる。
【００３２】
【発明の効果】本発明によるスピンバルブ磁気抵抗効果
素子の製造方法によれば、基板を磁化しやすい方向に磁
界を印加し、その磁界と直角方向に基板を移動させなが
ら強磁性体自由層を形成すると熱処理において強磁性体
自由層の磁化方向が変化せず、強磁性体固定層のみの磁
化方向を強磁性体自由層の磁化方向と直角にすることが
できる。また、ガス圧２〜１５ｍＴｏｒｒの条件で強磁
性体固定層を形成すれば、交換結合磁界が大きく、磁性
劣化がなく良好な感度を有するスピンバルブ磁気抵抗効
果素子を得ることができる。
素子の製造方法によれば、基板を磁化しやすい方向に磁
界を印加し、その磁界と直角方向に基板を移動させなが
ら強磁性体自由層を形成すると熱処理において強磁性体
自由層の磁化方向が変化せず、強磁性体固定層のみの磁
化方向を強磁性体自由層の磁化方向と直角にすることが
できる。また、ガス圧２〜１５ｍＴｏｒｒの条件で強磁
性体固定層を形成すれば、交換結合磁界が大きく、磁性
劣化がなく良好な感度を有するスピンバルブ磁気抵抗効
果素子を得ることができる。
【図１】本発明によるスピンバルブ磁気抵抗効果素子の
製造工程図である。
製造工程図である。
【図２】ＦｅＮｉＣｏ単層膜の磁化の大きさとの磁界依
存性の関係図である。
存性の関係図である。
【図３】ＦｅＮｉＣｏ／Ｃｕ多層膜の磁化の大きさの磁
界依存性の関係図である。
界依存性の関係図である。
【図４】スピンバルブ磁気抵抗効果素子の磁化の大きさ
及び磁気抵抗効果率の磁界依存性の関係図である。
及び磁気抵抗効果率の磁界依存性の関係図である。
【図５】ＦｅＮｉＣｏの交換結合磁界及び飽和磁化量の
ガス圧依存性の関係図である。
ガス圧依存性の関係図である。
【図６】従来のスピンバルブ磁気抵抗効果素子の構造の
断面図である。
断面図である。
【図７】マグネトロンスパッタ装置の構造断面図であ
る。
る。
【図８】従来のスピンバルブ磁気抵抗効果素子の製造工
程図である。
程図である。
１…スピンバルブ磁気抵抗効果素子 ２…基板 ３…下地層 ４…強磁性体自由層 ５…スペ−サ層 ６…強磁性体固定層 ７…反磁性体層 ８…保護層 ９、１０…磁化方向 １１…電極 １２ａ…第１の磁石 １３ａ…第２の磁石 Ｆ1 …磁界の方向 Ｆ2 …磁界の方向に直角方向
Claims (2)
- 【請求項１】形状異方性が得られるよう、同一平面上に
あって、平行配置された第１の磁極を有する第１の磁石
と第２の磁極を有する第２の磁石との間に形成された磁
界方向と平行に基板を配置し、前記基板を移動しながら
前記磁界方向に磁化方向が向くように強磁性体自由層
と、非磁性スペ−サ層とをこの基板上に順次堆積させる
第１工程と、前記基板の移動を停止し、前記非磁性スペ
−サ層上に強磁性体固定層と、反強磁性体層を堆積させ
る第２の工程と、前記強磁性体自由層の磁化方向と直角
方向に磁界を印加しながら前記強磁性体自由層のキュリ
−温度以上あるいは、前記反強磁性体層のブロッキング
温度以上で熱処理後、冷却する第３の工程とからなるこ
とを特徴とするスピンバルブ磁気抵抗効果素子の製造方
法。 - 【請求項２】２〜１５ｍＴｏｒｒのガス圧で前記強磁性
体固定層を形成することを特徴とする請求項１記載のス
ピンバルブ磁気抵抗効果素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8219241A JPH1074658A (ja) | 1996-06-28 | 1996-07-31 | スピンバルブ磁気抵抗効果素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8-188542 | 1996-06-28 | ||
| JP18854296 | 1996-06-28 | ||
| JP8219241A JPH1074658A (ja) | 1996-06-28 | 1996-07-31 | スピンバルブ磁気抵抗効果素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1074658A true JPH1074658A (ja) | 1998-03-17 |
Family
ID=26504999
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8219241A Pending JPH1074658A (ja) | 1996-06-28 | 1996-07-31 | スピンバルブ磁気抵抗効果素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1074658A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002084680A1 (de) * | 2001-04-12 | 2002-10-24 | Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. | Verfahren zum festlegen von referenzmagnetisierungen in schichtsystemen |
| EP1378950A1 (de) * | 2002-07-06 | 2004-01-07 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Einstellung oder lokalen Veränderung einer Magnetisierung in einer Schicht einer magnetoresistiven Schichtanordnung, Heizstempel zum Aufheizen der magnetoresistiven Schichtanordnung und deren Verwendung |
| US7060509B2 (en) | 2001-04-12 | 2006-06-13 | Leibniz-Institut Fuer Festkoerper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. | Method for defining reference magnetizations in layer systems |
| CN100440564C (zh) * | 2004-02-10 | 2008-12-03 | 日立环球储存科技荷兰有限公司 | 电流垂直于平面磁阻传感器及其制造方法 |
| CN111090063A (zh) * | 2018-10-24 | 2020-05-01 | Tdk株式会社 | 磁传感器 |
-
1996
- 1996-07-31 JP JP8219241A patent/JPH1074658A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002084680A1 (de) * | 2001-04-12 | 2002-10-24 | Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. | Verfahren zum festlegen von referenzmagnetisierungen in schichtsystemen |
| US7060509B2 (en) | 2001-04-12 | 2006-06-13 | Leibniz-Institut Fuer Festkoerper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. | Method for defining reference magnetizations in layer systems |
| EP1378950A1 (de) * | 2002-07-06 | 2004-01-07 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Einstellung oder lokalen Veränderung einer Magnetisierung in einer Schicht einer magnetoresistiven Schichtanordnung, Heizstempel zum Aufheizen der magnetoresistiven Schichtanordnung und deren Verwendung |
| US7033849B2 (en) | 2002-07-06 | 2006-04-25 | Robert Bosch Gmbh | Method of adjusting or locally modifying a magnetization in a layer of a magnetoresistive layer system, heat stamp for heating the magnetoresistive layer system, and use of same |
| CN100440564C (zh) * | 2004-02-10 | 2008-12-03 | 日立环球储存科技荷兰有限公司 | 电流垂直于平面磁阻传感器及其制造方法 |
| CN111090063A (zh) * | 2018-10-24 | 2020-05-01 | Tdk株式会社 | 磁传感器 |
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