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JP2000322714A - Tunnel magnetoresistive magnetic field detecting element, method of manufacturing the same, and magnetic head using the same - Google Patents

Tunnel magnetoresistive magnetic field detecting element, method of manufacturing the same, and magnetic head using the same

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Publication number
JP2000322714A
JP2000322714A JP13341099A JP13341099A JP2000322714A JP 2000322714 A JP2000322714 A JP 2000322714A JP 13341099 A JP13341099 A JP 13341099A JP 13341099 A JP13341099 A JP 13341099A JP 2000322714 A JP2000322714 A JP 2000322714A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
insulating layer
magnetic field
ferromagnetic
thickness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP13341099A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Teruaki Takeuchi
輝明 竹内
Ryoichi Nakatani
亮一 中谷
Noboru Shimizu
昇 清水
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP13341099A priority Critical patent/JP2000322714A/en
Publication of JP2000322714A publication Critical patent/JP2000322714A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】高い磁気抵抗変化率を維持しつつ、電気抵抗が
低く信号対雑音比(S/N)の大きいトンネル磁気抵抗
効果型磁界検出素子を実現する。 【解決手段】第1の強磁性層3の上に貴金属層4を設
け、この上に非常に薄いアルミニウム等の金属膜を形成
し、それ酸化して絶縁層5を形成する。アルミニウムの
酸化処理では、酸化反応が貴金属層4で停止し、その下
の強磁性層3には及ばない。このため、絶縁層5の厚さ
が上記アルミニウム等の金属膜が酸化された層に限定さ
れる。さらに、この方法では、下地の強磁性層3が酸化
されないので、予め厚さの定められた金属膜を確実に酸
化して高品質の絶縁層することができる。このため、ト
ンネル効果における電子に対するポテンシャル障壁を高
く、かつ薄くすることができ、高い磁気抵抗変化率と低
い電気抵抗が両立して実現される。
[PROBLEMS] To realize a tunnel magnetoresistive effect type magnetic field detecting element having a low electric resistance and a high signal-to-noise ratio (S / N) while maintaining a high magnetoresistance change rate. A noble metal layer (4) is provided on a first ferromagnetic layer (3), and a very thin metal film such as aluminum is formed thereon, and then oxidized to form an insulating layer (5). In the oxidation treatment of aluminum, the oxidation reaction stops at the noble metal layer 4 and does not reach the ferromagnetic layer 3 thereunder. For this reason, the thickness of the insulating layer 5 is limited to a layer obtained by oxidizing the metal film such as aluminum. Further, in this method, since the underlying ferromagnetic layer 3 is not oxidized, the metal film having a predetermined thickness can be reliably oxidized to form a high-quality insulating layer. Therefore, the potential barrier for electrons in the tunnel effect can be made high and thin, and both high magnetoresistance ratio and low electric resistance can be realized.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル磁気抵抗
効果膜を用いた磁界検出素子及びその製造方法とそれを
用いた磁気ヘッド並びにこの磁気ヘッドを備えた磁気記
録再生装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic field detecting element using a tunnel magnetoresistive film, a method of manufacturing the same, a magnetic head using the same, and a magnetic recording / reproducing apparatus having the magnetic head.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在実用化されている磁気ディスク装置
において、磁気ディスクに記録された情報を再生するた
めに用いられる再生用磁気ヘッドには、例えばNi−F
e膜等に生じる異方性磁気抵抗効果(AMR)膜を用い
た磁気ヘッド(以下、この種のヘッドをAMRヘッドと
いう)が広く用いられている。
2. Description of the Related Art In a magnetic disk drive currently in practical use, a reproducing magnetic head used for reproducing information recorded on a magnetic disk includes, for example, Ni-F.
A magnetic head using an anisotropic magnetoresistive (AMR) film generated in an e film or the like (hereinafter, this type of head is referred to as an AMR head) is widely used.

【0003】この磁気ヘッドの場合、磁気抵抗変化率は
約2%である。さらに、最近、磁気特性の異なる二つの
強磁性層で非磁性金属層を挟んだ構造の巨大磁気抵抗効
果(GMR)膜を用いた磁気ヘッド(以下、この種のヘ
ッドをGMRヘッドという)も実用化され始めた。
In this magnetic head, the rate of change in magnetoresistance is about 2%. Furthermore, recently, a magnetic head using a giant magnetoresistive (GMR) film having a structure in which a nonmagnetic metal layer is sandwiched between two ferromagnetic layers having different magnetic properties (hereinafter, this type of head is referred to as a GMR head) is also in practical use. Has begun.

【0004】このGMRヘッドの磁気抵抗変化率は4〜
5%で、上述のAMRヘッドより高感度である。このた
め、より小さな磁区からの磁気情報を検出することが可
能となり、1平方インチあたり10ギガビットの密度の
記録も可能となる。しかしながら、今後、記録密度を大
幅に向上させるには、さらに大きな磁気抵抗変化率を有
する再生用磁気ヘッドが必要となる。
The GMR head has a magnetoresistance change ratio of 4 to
At 5%, it is more sensitive than the AMR head described above. For this reason, magnetic information from smaller magnetic domains can be detected, and recording at a density of 10 gigabits per square inch is possible. However, in order to greatly improve the recording density in the future, a reproducing magnetic head having an even higher magnetoresistance ratio is required.

【0005】このような高い磁気抵抗変化率を有する磁
気抵抗効果膜として、二つの強磁性層の間に絶縁層が挟
まれた構造のトンネル接合を含むトンネル磁気抵抗効果
膜が注目されている。この膜では、例えば、ジャーナル
・オブ・マグネティズム・アンド・マグネティック・マ
テリアルズ第139巻、L231ページ(1995年発
行)に示されたように、鉄の薄膜の間にアルミニウム酸
化層が挟まれた構造のトンネル磁気抵抗効果膜において
18%の磁気抵抗変化率が得られた等、大きな磁気抵抗
変化率が報告されている。
As a magnetoresistive film having such a high magnetoresistance change rate, a tunnel magnetoresistive film including a tunnel junction having a structure in which an insulating layer is sandwiched between two ferromagnetic layers has attracted attention. In this film, for example, as shown in Journal of Magnetics and Magnetic Materials, Vol. 139, page L231 (published in 1995), an aluminum oxide layer was sandwiched between thin films of iron. A large magnetoresistance change rate has been reported, for example, a magnetoresistance change rate of 18% was obtained in a tunnel magnetoresistance effect film having a structure.

【0006】このように、トンネル磁気抵抗効果膜は、
大きな磁気抵抗変化率を生じるため、高感度の磁界検出
素子として、特に磁気ヘッドの再生用ヘッドとして応用
すれば有望であり、1平方インチ当たり40ギガビット
などの高密度記録再生への適用が期待される。
Thus, the tunnel magnetoresistive film has
Since a large rate of change in magnetoresistance occurs, it is promising if it is applied as a high-sensitivity magnetic field detecting element, particularly as a reproducing head of a magnetic head, and is expected to be applied to high-density recording / reproducing such as 40 gigabits per square inch. You.

【0007】このトンネル磁気抵抗効果膜を高密度記録
再生用磁気ヘッド(以下、トンネル磁気抵抗効果型磁気
ヘッドという)に適用するには、トンネル接合部の寸法
(詳しくは絶縁層が強磁性層と接触する面積)を1μm
2程度あるいはこれより小さくする必要がある。ここ
で、電気抵抗は、接合部の面積に比例するため、微小な
接合部を形成した場合には非常に高く、一般に、前述の
AMRヘッドの1千倍以上もの抵抗値を示す。
To apply this tunnel magnetoresistive film to a high-density recording / reproducing magnetic head (hereinafter referred to as a tunnel magnetoresistive magnetic head), the dimensions of the tunnel junction (specifically, the insulating layer is formed of a ferromagnetic layer and 1 μm
Must be about 2 or smaller. Here, since the electric resistance is proportional to the area of the bonding portion, it is very high when a minute bonding portion is formed, and generally shows a resistance value which is 1000 times or more that of the aforementioned AMR head.

【0008】このため、トンネル磁気抵抗効果型磁気ヘ
ッドでは現在広く用いられているAMRヘッド用駆動回
路を用いることができず、また、熱雑音が大きいために
信号対雑音比(S/N)が小さくなるという問題が明ら
かとなってきた。
For this reason, a tunneling magneto-resistance effect type magnetic head cannot use a drive circuit for an AMR head which is widely used at present, and has a large signal-to-noise ratio (S / N) due to large thermal noise. The problem of becoming smaller has become apparent.

【0009】すなわち、磁気抵抗変化率は高くとも、電
気抵抗が高く、信号対雑音比(S/N)が小さいため、
このままでは、高感度の磁界検出素子、特に磁気ディス
クなどの高密度磁気記録媒体の再生用磁気ヘッドとして
適用することは不可能である。
That is, although the magnetoresistance ratio is high, the electrical resistance is high and the signal-to-noise ratio (S / N) is small.
If it is left as it is, it is impossible to apply it as a high-sensitivity magnetic field detecting element, particularly a magnetic head for reproducing a high-density magnetic recording medium such as a magnetic disk.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、上記従来の問題を解消することにあり、トンネ
ル磁気抵抗効果膜の高い磁気抵抗変化率を保持したま
ま、十分に低い電気抵抗値を有するトンネル磁気抵抗効
果膜を用いた高感度の磁界検出素子及びその製造方法と
これを用いた磁気ヘッド並びにこの磁気ヘッドを備えた
磁気記録再生装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and to provide a sufficiently low electric resistance value while maintaining a high magnetoresistance change rate of a tunnel magnetoresistive film. It is an object of the present invention to provide a high-sensitivity magnetic field detecting element using a tunnel magnetoresistive film having a magnetic field, a method of manufacturing the same, a magnetic head using the same, and a magnetic recording / reproducing apparatus including the magnetic head.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】トンネル磁気抵抗効果膜
を用いた磁界検出素子や磁気ヘッド(以下、これらをト
ンネル磁気抵抗効果素子と称する)は、前述のAMR及
びGMRの素子とは異なり、二つの強磁性金属層(以
下、単に強磁性層と略称する)の間に薄い絶縁層が挟持
された積層構造からなり、これら両強磁性層間に電極端
子を介して一定の電圧を印加する構成を有するものであ
る。すなわち、電圧を両強磁性層の積層膜面垂直方向に
印加し、両強磁性層の磁化方向の間の角度が外部磁界に
よって互いに変化した時に膜面垂直方向に流れる電流、
すなわち、薄い絶縁層を介して一方の電極から他方の電
極に流れる電流(トンネル電流)が変化することを利用
するものである。
A magnetic field detecting element and a magnetic head using a tunnel magnetoresistive film (hereinafter referred to as a tunnel magnetoresistive element) are different from the above-mentioned AMR and GMR elements. It has a laminated structure in which a thin insulating layer is sandwiched between two ferromagnetic metal layers (hereinafter simply referred to as a ferromagnetic layer), and has a configuration in which a constant voltage is applied between the two ferromagnetic layers via electrode terminals. Have That is, a voltage is applied in the direction perpendicular to the surface of the laminated film of both ferromagnetic layers, and the current flowing in the direction perpendicular to the film surface when the angle between the magnetization directions of the two ferromagnetic layers is changed by an external magnetic field.
That is, it utilizes the fact that the current (tunnel current) flowing from one electrode to the other electrode via the thin insulating layer changes.

【0012】トンネル磁気抵抗効果素子における抵抗値
は、接合部寸法(絶縁層の面積、つまり絶縁層が強磁性
層に接触する面積)の他、絶縁層固有の特性にも依存す
る。絶縁層は、電子が膜面垂直方向に進行する場合にポ
テンシャル障壁として働き、ポテンシャル障壁の高さと
厚さにより抵抗値が決まる。
The resistance value of the tunnel magnetoresistive element depends not only on the junction size (the area of the insulating layer, that is, the area where the insulating layer is in contact with the ferromagnetic layer) but also on the characteristics inherent in the insulating layer. The insulating layer functions as a potential barrier when electrons travel in the direction perpendicular to the film surface, and the resistance value is determined by the height and thickness of the potential barrier.

【0013】電気抵抗の観点からは、一般に、ポテンシ
ャル障壁の高さを低く、厚さを薄くすることが低抵抗化
の条件となる。しかし、磁気抵抗変化率に関しては、ポ
テンシャル障壁の高い方が、大きな値が得られる。この
ため、ポテンシャル障壁高さを調整しても、高い磁気抵
抗変化率と低い抵抗値とを両立させることは困難であ
る。このため、本発明においては、ポテンシャル障壁の
高さは低下させず、障壁の厚さを大幅に減少することに
より、大きな磁気抵抗変化率を保持しながら、抵抗値を
減少させる方法を用いた。
[0013] From the viewpoint of electric resistance, it is generally required to reduce the height of the potential barrier and the thickness thereof to reduce the resistance. However, the higher the potential barrier, the larger the value of the magnetoresistance change. For this reason, even if the height of the potential barrier is adjusted, it is difficult to achieve both a high magnetoresistance change rate and a low resistance value. Therefore, in the present invention, a method is used in which the resistance value is reduced while maintaining a large rate of change in magnetoresistance by substantially reducing the thickness of the barrier without reducing the height of the potential barrier.

【0014】ポテンシャル障壁の厚さを減少すること
は、絶縁層の厚さを減少することに対応し、スパッタ法
などの成膜技術で絶縁体自体を強磁性層の上に被着した
絶縁層を形成する場合には、被着層の厚さを減少するこ
とが必要となる。
[0014] Reducing the thickness of the potential barrier corresponds to reducing the thickness of the insulating layer, and the insulating layer itself is deposited on the ferromagnetic layer by a film forming technique such as sputtering. Is required to reduce the thickness of the deposited layer.

【0015】しかし、絶縁体自体を強磁性層上に直接被
着する方法で絶縁層の厚さを1.5nm程度より小にす
ると、絶縁層中にピンホールが生じ、トンネル効果を経
ずに移動する電子が存在するため、磁気抵抗変化率が極
めて小さくなってしまう。
However, if the thickness of the insulating layer is made smaller than about 1.5 nm by directly depositing the insulator itself on the ferromagnetic layer, pinholes are formed in the insulating layer, and a tunnel effect is not generated. Since there are moving electrons, the rate of change in magnetoresistance becomes extremely small.

【0016】このため、絶縁体自体を強磁性層上に直接
被着する方法は適当ではなく、予めアルミニウムやマグ
ネシウム等の金属膜を強磁性層の上に形成し、これを酸
化する等の反応により絶縁層を形成することが一般的で
ある。
For this reason, the method of directly depositing the insulator itself on the ferromagnetic layer is not appropriate, and a reaction such as forming a metal film such as aluminum or magnesium on the ferromagnetic layer in advance and oxidizing the metal film is performed. It is common to form an insulating layer by the following method.

【0017】金属膜を酸化するこの方法により絶縁層を
形成する場合、アルミニウムやマグネシウム等の金属膜
が厚いと、この膜全体が反応して絶縁体になると絶縁層
が厚くなるため適当ではない。絶縁層を薄くするために
は、この金属層の表面近傍のみを部分的に反応させる必
要があり、そのためには、酸素ガス圧を低くするなどの
条件が必要となる。
When an insulating layer is formed by this method of oxidizing a metal film, if the metal film such as aluminum or magnesium is thick, the entire film reacts and becomes an insulator, which is not suitable because the insulating layer becomes thick. In order to reduce the thickness of the insulating layer, it is necessary to cause a partial reaction only in the vicinity of the surface of the metal layer. For this purpose, conditions such as lowering the oxygen gas pressure are required.

【0018】しかし、このような条件では、絶縁層は薄
くなっても、その中での反応が十分ではないために、未
反応の金属元素の比率が高く、ポテンシャル障壁が低く
なり、磁気抵抗変化率が低くなるという問題が生じた。
However, under such conditions, even if the insulating layer becomes thin, the reaction in the insulating layer is not sufficient, so that the ratio of the unreacted metal element is high, the potential barrier is low, and the magnetoresistance change is low. There was a problem that the rate was low.

【0019】このように、絶縁層を形成する際にアルミ
ニウムやマグネシウム等の金属膜が厚いと、反応の条件
を選んでもポテンシャル障壁の高さを大とし、同時に厚
さを小にするということが困難である。
As described above, when a metal film such as aluminum or magnesium is thick when the insulating layer is formed, the height of the potential barrier can be increased and the thickness can be reduced at the same time even when the reaction conditions are selected. Have difficulty.

【0020】一方、酸化などの反応により絶縁層となる
アルミニウムやマグネシウム等の金属膜を単に薄くした
場合には、この金属膜を通り越して反応が進み、これに
隣接する強磁性層の一部にまで反応が及ぶ。強磁性物質
としては、鉄、ニッケル、コバルト等の強磁性金属ある
いはこれらの合金が通常用いられ、これらの強磁性物質
も、反応すると絶縁層となる。このため、酸化などの反
応により絶縁層となるアルミニウムやマグネシウム等の
金属膜を単に薄くしても、実際には、強磁性金属の反応
層も含めたものが絶縁層となるため、絶縁層全体として
の厚さは大きなものとなる。
On the other hand, when a metal film such as aluminum or magnesium which is to be an insulating layer is simply thinned by a reaction such as oxidation, the reaction proceeds through the metal film and a part of the ferromagnetic layer adjacent to the metal film is formed. The reaction reaches up. As the ferromagnetic substance, a ferromagnetic metal such as iron, nickel, cobalt or the like or an alloy thereof is usually used, and these ferromagnetic substances also become an insulating layer when reacted. For this reason, even if a metal film such as aluminum or magnesium which becomes an insulating layer by a reaction such as oxidation is simply thinned, the insulating layer actually includes the ferromagnetic metal reaction layer. Thickness will be large.

【0021】以上のように、アルミニウムやマグネシウ
ム等の金属膜を強磁性層の上に形成し、これを酸化する
等の反応により絶縁層を形成する場合、この金属膜の厚
さによらず、ポテンシャル障壁の高さを大にし、かつ厚
さを小にすることは困難である。すなわち、この方法で
は、高い磁気抵抗変化率と低い電気抵抗とを両立するこ
とが困難である。
As described above, when a metal film such as aluminum or magnesium is formed on a ferromagnetic layer and an insulating layer is formed by a reaction such as oxidizing the metal film, regardless of the thickness of the metal film, It is difficult to increase the height and the thickness of the potential barrier. That is, with this method, it is difficult to achieve both a high rate of change in magnetoresistance and a low electrical resistance.

【0022】本発明者等は、このような困難を克服する
ために種々実験検討した。その結果、強磁性層の上に、
十分に薄い貴金属の層をまず形成し、その上に、酸化等
の反応により絶縁層として用いるアルミニウムやマグネ
シウム等の金属膜を形成し、酸素雰囲気中での自然酸
化、キュリー点を越えない範囲の加熱温度での熱酸化、
さらには十分に強い反応条件で、酸素等と反応させて未
反応の金属元素の残留率が数%以下の絶縁層とすること
が可能であることを確認した。好ましい条件では、完全
に金属膜を酸化して100%酸化物から構成される絶縁
層とすることもできた。
The present inventors have studied various experiments to overcome such difficulties. As a result, on the ferromagnetic layer,
First, a sufficiently thin noble metal layer is formed, and then a metal film such as aluminum or magnesium used as an insulating layer is formed thereon by a reaction such as oxidation. Thermal oxidation at the heating temperature,
Further, it was confirmed that it was possible to react with oxygen or the like under sufficiently strong reaction conditions to form an insulating layer having a residual ratio of an unreacted metal element of several percent or less. Under preferable conditions, the metal film could be completely oxidized to form an insulating layer composed of 100% oxide.

【0023】この方法を用いると、アルミニウムやマグ
ネシウム等の金属膜は十分に反応し、高いポテンシャル
障壁を有する絶縁層が形成される。しかし、酸素等との
反応は、下地となる貴金属層で停止するため、酸化反応
する領域は、上記アルミニウムやマグネシウム等の金属
膜のみに限られ、その下の強磁性層の反応は防止され
る。すなわち、貴金属層はその上に形成した金属膜を酸
化して絶縁層とする際に、下地の強磁性層の酸化を防止
するための保護層として機能する。
When this method is used, a metal film such as aluminum or magnesium reacts sufficiently to form an insulating layer having a high potential barrier. However, since the reaction with oxygen or the like stops at the noble metal layer serving as the base, the region where the oxidation reaction occurs is limited to only the metal film such as aluminum or magnesium, and the reaction of the ferromagnetic layer thereunder is prevented. . That is, the noble metal layer functions as a protective layer for preventing oxidation of the underlying ferromagnetic layer when the metal film formed thereon is oxidized into an insulating layer.

【0024】このため、アルミニウムやマグネシウム等
の酸素と反応して絶縁層が形成される金属膜の厚さを十
分薄くしておけば、絶縁層の厚さを十分薄くすることが
可能となり、ポテンシャル障壁を薄くすることができ
る。
For this reason, if the thickness of the metal film on which the insulating layer is formed by reacting with oxygen such as aluminum or magnesium is made sufficiently thin, the thickness of the insulating layer can be made sufficiently thin, and the potential Barriers can be made thinner.

【0025】これまでの実験結果から判断すると、ポテ
ンシャル障壁の厚さは3.0nm以下、好ましくは0.
6〜0.9nm程度、高さは少なくとも1電子ボルト以
上、望ましくは2〜3電子ボルト程度まで欲しいところ
である。3電子ボルトはなかなか得られ難いが、2.2
電子ボルト程度であればアルミニウムの酸化物で容易に
得られる。
Judging from the experimental results so far, the thickness of the potential barrier is 3.0 nm or less, preferably 0.1 nm.
It is desired to have a height of about 6 to 0.9 nm and a height of at least 1 eV, preferably about 2 to 3 eV. It is difficult to obtain 3 eV, but 2.2
If it is about electron volts, it can be easily obtained with an oxide of aluminum.

【0026】ここで、ポテンシャル障壁の高さは、絶縁
層において酸素等と反応していない金属元素の量に関係
し、2電子ボルト以上のポテンシャル障壁高さは、未反
応の金属元素の比率が6%以下であることに対応する。
上述の膜構成とし、さらに、酸素ガス圧を高く酸化時間
を長くするなど金属膜を十分に反応させる条件を用いる
ことにより、このようなポテンシャル障壁に関する条件
を満たすことが可能となり、高い磁気抵抗変化率と低い
電気抵抗とを両立することが可能となる。
Here, the height of the potential barrier is related to the amount of the metal element which has not reacted with oxygen or the like in the insulating layer, and the potential barrier height of 2 eV or more is determined by the ratio of the unreacted metal element. This corresponds to less than 6%.
By using the above-described film configuration and using conditions for sufficiently reacting the metal film, such as increasing the oxygen gas pressure and lengthening the oxidation time, it is possible to satisfy the condition relating to such a potential barrier, and to achieve a high magnetoresistance change. It is possible to achieve both a low rate and a low electrical resistance.

【0027】また、上記貴金属層の存在による影響は、
これを十分に薄くしておけば、磁気抵抗変化率の低下は
無視できる。貴金属層の好ましい厚さは、アルミニウム
やマグネシウム等の金属膜を酸化して絶縁層を形成する
際に、一方では強磁性層の酸化防止機能を考慮し、他方
では金属膜が十分に酸化されて品質の良好な絶縁層が得
られる条件を満たすものでなければならない。
The influence of the presence of the noble metal layer is as follows.
If this is made sufficiently thin, the decrease in the magnetoresistance ratio can be ignored. The preferable thickness of the noble metal layer is such that when oxidizing a metal film such as aluminum or magnesium to form an insulating layer, on the one hand, the anti-oxidation function of the ferromagnetic layer is taken into consideration, and on the other hand, the metal film is sufficiently oxidized. It must satisfy the conditions for obtaining a good quality insulating layer.

【0028】本発明者等の実験検討によれば、貴金属層
の好ましい膜厚の上限は、1.5nm程度、下限は0.
24nm程度で少なくとも1原子層以上は必要であり、
実用的に特に好ましい膜厚は0.4〜1.0nmであ
る。
According to the experimental studies by the present inventors, the upper limit of the preferable thickness of the noble metal layer is about 1.5 nm, and the lower limit is about 0.1 nm.
At least one atomic layer is required at about 24 nm,
A practically particularly preferable film thickness is 0.4 to 1.0 nm.

【0029】なお、貴金属層としては、Au,Pt,P
d,Rh,Ir及びRuの元素群から選択される少なく
とも1種類の貴金属元素あるいはこれらの合金の層が適
用される。
The noble metal layer is made of Au, Pt, P
At least one kind of noble metal element selected from the group consisting of d, Rh, Ir, and Ru, or a layer of an alloy thereof is applied.

【0030】本発明は、以上説明したトンネル磁気抵抗
効果素子に関する検討結果をもとになされたものであ
り、上記本発明の目的を達成することのできる発明の特
徴を以下に具体的に説明する。
The present invention has been made based on the results of the study on the tunnel magnetoresistive element described above, and the features of the present invention that can achieve the above-mentioned objects of the present invention will be specifically described below. .

【0031】(1)先ず、本発明のトンネル磁気抵抗効
果型磁界検出素子は、互いに磁化反転する磁界に差のあ
る二つの強磁性金属層の間に絶縁層が存在してトンネル
接合を形成するトンネル磁気抵抗効果素子と、前記二つ
の強磁性金属層間に電圧を印加する電極端子とを備えた
磁界検出素子において、一方の強磁性金属層と絶縁層と
の間に、Au,Pt,Pd,Rh,Ir及びRuの貴金
属元素群から選択される少なくとも1種類の元素もしく
はこれらの元素の合金からなる貴金属層を設けたことを
特徴とする。
(1) First, in the tunneling magneto-resistance effect type magnetic field detecting element of the present invention, an insulating layer is present between two ferromagnetic metal layers having different magnetic reversing magnetic fields to form a tunnel junction. In a magnetic field detecting element including a tunnel magnetoresistive effect element and an electrode terminal for applying a voltage between the two ferromagnetic metal layers, Au, Pt, Pd, and Pd are disposed between one ferromagnetic metal layer and an insulating layer. A feature is that a noble metal layer made of at least one element selected from the noble metal element group of Rh, Ir and Ru or an alloy of these elements is provided.

【0032】上記貴金属層の厚さは1.5nm以下であ
ることが望ましく、より好ましくは0.4〜1.0nm
である。
The thickness of the noble metal layer is preferably 1.5 nm or less, more preferably 0.4 to 1.0 nm.
It is.

【0033】また、上記絶縁層の厚さは3.0nm以下
であることが望ましく、より好ましくは0.6〜0.9
nmである。すなわち、絶縁層の厚さを強磁性膜に対す
る絶縁層のポテンシャル障壁の高さに表わすと、少なく
とも1電子ボルト以上、望ましくは2〜3電子ボルト程
度まで欲しいところである。3電子ボルトはなかなか得
られ難いが、2.2電子ボルト程度であればアルミニウ
ムの酸化物で容易に得られる。このような絶縁層を構成
する代表的なものとして、アルミニウム及びマグネシウ
ムの少なくとも1種の金属酸化物が挙げられる。
The thickness of the insulating layer is preferably 3.0 nm or less, more preferably 0.6 to 0.9.
nm. That is, when the thickness of the insulating layer is represented by the height of the potential barrier of the insulating layer with respect to the ferromagnetic film, it is desired that the thickness be at least 1 eV or more, preferably about 2 to 3 eV. It is very difficult to obtain 3 eV, but if it is about 2.2 eV, it can be easily obtained from an oxide of aluminum. Representative examples of such an insulating layer include at least one metal oxide of aluminum and magnesium.

【0034】(2)このようなトンネル磁気抵抗効果型
磁界検出素子を製造する発明の製造方法は、互いに磁化
反転する磁界に差のある二つの強磁性金属層の間に絶縁
層が存在してトンネル接合を形成するトンネル磁気抵抗
効果素子と、前記二つの強磁性金属層間に電圧を印加す
る電極端子とを備えた磁界検出素子の製造方法におい
て、前記いずれか一方の強磁性金属層上に絶縁層を形成
する工程を、前記強磁性金属層上に下地層として厚さ
1.5nm以下のAu,Pt,Pd,Rh,Ir及びR
uの貴金属元素群から選択される少なくとも1種類の元
素もしくはこれらの元素の合金からなる貴金属層を形成
する工程と、前記貴金属層上に、酸化することによっ
て容易に絶縁層となり、かつこの絶縁層の前記強磁性金
属層に対するポテンシャル障壁の高さが少なくとも1電
子ボルトである膜厚3nm以下の金属膜を形成し、前記
貴金属層を前記強磁性金属層の酸化防止膜として保護し
つつ前記金属膜を選択的に酸化して酸化物層に変換する
絶縁層の形成工程とで構成したことを特徴とする。
(2) According to the manufacturing method of the invention for manufacturing such a tunneling magneto-resistance effect type magnetic field detecting element, an insulating layer exists between two ferromagnetic metal layers having different magnetic fields for reversing magnetization. In a method for manufacturing a magnetic field detecting element comprising a tunnel magnetoresistive element forming a tunnel junction and an electrode terminal for applying a voltage between the two ferromagnetic metal layers, an insulating layer is provided on one of the ferromagnetic metal layers. The step of forming a layer is performed by forming Au, Pt, Pd, Rh, Ir, and R having a thickness of 1.5 nm or less as an underlayer on the ferromagnetic metal layer.
forming a noble metal layer made of at least one element selected from the noble metal element group of u or an alloy of these elements; and oxidizing the noble metal layer to easily form an insulating layer, and Forming a metal film having a thickness of 3 nm or less having a potential barrier height of at least 1 eV with respect to the ferromagnetic metal layer, and protecting the noble metal layer as an antioxidant film of the ferromagnetic metal layer. And a step of forming an insulating layer for selectively oxidizing and converting it to an oxide layer.

【0035】上記貴金属層及び上記金属膜の形成は、真
空蒸着法もしくはスパッタリング法で容易に形成するこ
とができる。また、前記金属膜を酸化して酸化物層に変
換する絶縁層の形成工程は、酸素雰囲気中の自然酸化処
理、熱酸化処理もしくはプラズマ酸化処理のいずれかの
酸化処理工程とすることができる。
The noble metal layer and the metal film can be easily formed by a vacuum evaporation method or a sputtering method. In addition, the step of forming an insulating layer that oxidizes the metal film to convert it into an oxide layer can be any one of a natural oxidation treatment, a thermal oxidation treatment, and a plasma oxidation treatment in an oxygen atmosphere.

【0036】なかでも、プラズマ酸化処理は、他の処理
法に比較して処理時間が短くても確実に金属膜を酸化で
き、良好な絶縁層が得られ好ましい。この場合の好まし
い条件として、例えば酸素ガス圧0.8〜2.5Tor
r、電力200〜500W、処理時間10秒〜3分が挙
げられる。
Above all, the plasma oxidation treatment is preferable because the metal film can be reliably oxidized even if the treatment time is shorter than other treatment methods, and a good insulating layer can be obtained. As preferable conditions in this case, for example, an oxygen gas pressure of 0.8 to 2.5 Torr
r, power 200 to 500 W, processing time 10 seconds to 3 minutes.

【0037】(3)上記トンネル磁気抵抗効果型磁界検
出素子を応用した本発明の磁気ヘッドは、互いに磁化反
転する磁界に差のある二つの強磁性層の間に絶縁層が存
在してトンネル接合を形成するトンネル磁気抵抗効果素
子と、前記二つの強磁性層間に電圧を印加する電極端子
を有する磁界検出素子と、前記電極端子を通して前記二
つの強磁性層間に所定の電圧を印加する定電圧電源とを
備えた磁気ヘッドにおいて、前記一方の強磁性層と絶縁
層との間に、Au,Pt,Pd,Rh,Ir及びRuの
貴金属元素群から選択される少なくとも1種類の元素も
しくはこれらの元素の合金からなる貴金属層を設けると
共に、前記貴金属層上に形成される前記絶縁層として、
前記強磁性金属層に対するポテンシャル障壁の高さが少
なくとも1電子ボルトである絶縁層を設けたことを特徴
とする。
(3) In the magnetic head of the present invention to which the above-mentioned tunneling magneto-resistance effect type magnetic field detecting element is applied, an insulating layer exists between two ferromagnetic layers having different magnetic fields for reversing magnetization, and a tunnel junction is formed. , A magnetic field detecting element having an electrode terminal for applying a voltage between the two ferromagnetic layers, and a constant voltage power supply for applying a predetermined voltage between the two ferromagnetic layers through the electrode terminals And at least one element selected from the group of noble metal elements of Au, Pt, Pd, Rh, Ir, and Ru, or these elements, between the one ferromagnetic layer and the insulating layer. With a noble metal layer made of an alloy of the, as the insulating layer formed on the noble metal layer,
An insulating layer having a potential barrier height of at least 1 eV with respect to the ferromagnetic metal layer is provided.

【0038】この磁気ヘッドは再生用磁気ヘッドである
が、これと周知の磁気誘導型磁気ヘッドとを組み合わせ
ることにより容易に記録再生磁気ヘッドが実現できる。
Although this magnetic head is a reproducing magnetic head, a recording / reproducing magnetic head can be easily realized by combining this magnetic head with a well-known magnetic induction type magnetic head.

【0039】(4)そして、この記録再生磁気ヘッド
は、高密度記録再生を可能とするものであるため、高密
度磁気記録媒体と組み合わせて、優れた磁気記録再生特
性を有する磁気記録再生装置を実現することができる。
(4) Since this recording / reproducing magnetic head enables high-density recording / reproducing, a magnetic recording / reproducing apparatus having excellent magnetic recording / reproducing characteristics can be provided in combination with a high-density magnetic recording medium. Can be realized.

【0040】[0040]

【発明の実施の形態】図1は、本発明によるトンネル磁
気抵抗効果素子の基本構造を模式的に示した断面図であ
る。ここで、1はシリコン基板(100)で、2はこの
上に設けた熱酸化膜(SiO2)、3は第1の強磁性
膜、4は貴金属層、5は絶縁層、6は第2の強磁性層、
2´は保護膜となる絶縁体、7は、第1の強磁性膜3と
第2の磁性層6との間に電圧を印加するためのAu電極
である。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing a basic structure of a tunnel magnetoresistive element according to the present invention. Here, 1 is a silicon substrate (100), 2 is a thermal oxide film (SiO 2 ) provided thereon, 3 is a first ferromagnetic film, 4 is a noble metal layer, 5 is an insulating layer, and 6 is a second Ferromagnetic layer,
2 'is an insulator serving as a protective film, and 7 is an Au electrode for applying a voltage between the first ferromagnetic film 3 and the second magnetic layer 6.

【0041】上記構造において、本発明の特徴は第1の
強磁性膜3の上に貴金属層4を介して絶縁層5を設けた
点にある。先ず、貴金属層4としては、Au,Pt,P
d,Rh,Ir及びRuの貴金属元素群から選択される
少なくとも1種類の元素もしくはこれらの元素の合金か
らなる貴金属層が形成される。
In the above structure, a feature of the present invention resides in that an insulating layer 5 is provided on the first ferromagnetic film 3 with a noble metal layer 4 interposed therebetween. First, as the noble metal layer 4, Au, Pt, P
A noble metal layer made of at least one element selected from the noble metal element group of d, Rh, Ir and Ru or an alloy of these elements is formed.

【0042】貴金属層4の膜厚は、後述するように酸化
処理を経る絶縁層5の形成工程時に、下地となる第1の
強磁性膜3(磁性金属)に対し酸化防止効果を有する厚
さであれば極力薄いことが望ましく、上限は1.5n
m、下限は酸化防止効果のある最低の膜厚で1原子層以
上の0.24nm程度であり、実用的には0.4〜1.
0nmの膜厚が好ましい。
The thickness of the noble metal layer 4 is such that the first ferromagnetic film 3 (magnetic metal) serving as a base has an antioxidant effect during the step of forming the insulating layer 5 through oxidation treatment as described later. , It is desirable to be as thin as possible, and the upper limit is 1.5n
m, the lower limit is about 0.24 nm of one atomic layer or more at the minimum thickness having an antioxidant effect, and practically 0.4 to 1.
A thickness of 0 nm is preferred.

【0043】また、貴金属層4は、酸化防止効果のみな
らず、固有抵抗が小さいので電子スピンの情報を維持し
た状態でトンネル電流を流すことができ、結果として高
い磁気抵抗変化率を維持しながら、トンネル磁気抵抗効
果型磁気検出素子の電気抵抗低減に寄与している。
In addition, the noble metal layer 4 has a small specific resistance as well as an antioxidant effect, so that a tunnel current can flow while maintaining the information of electron spin. As a result, a high rate of change in magnetoresistance is maintained. This contributes to a reduction in electric resistance of the tunneling magneto-resistance effect type magnetic sensing element.

【0044】絶縁層5は、貴金属層4上に予め例えばA
lやMg等の金属膜を形成しておき、これを表面から選
択的に酸化して形成したものである。すなわち、貴金属
層4上に予め形成したAlやMg等の金属膜を表面から
酸化した場合、この金属膜は選択的に酸化され、絶縁層
が形成されるが、貴金属層4およびその下の第1の強磁
性層3は酸化されないため、絶縁層の厚さは、AlやM
g等の金属膜が酸化された領域に制限され、十分に薄い
絶縁層5が設計通りの厚さで確実に形成される。
The insulating layer 5 is formed on the noble metal layer 4 by, for example, A
This is formed by forming a metal film such as 1 or Mg and selectively oxidizing the metal film from the surface. That is, when a metal film, such as Al or Mg, formed in advance on the noble metal layer 4 is oxidized from the surface, the metal film is selectively oxidized to form an insulating layer. 1 is not oxidized, the thickness of the insulating layer is set to Al or M
The region where the metal film such as g is oxidized is limited, and the sufficiently thin insulating layer 5 is surely formed with the designed thickness.

【0045】また、この金属膜の酸化においては貴金属
層4の酸化防止効果で十分な酸化が可能なため、高いポ
テンシャル障壁が形成される。
In this oxidation of the metal film, a sufficient potential barrier can be formed because sufficient oxidation can be achieved by the effect of preventing the noble metal layer 4 from being oxidized.

【0046】この絶縁層4の厚さは、強磁性層に対する
ポテンシャル障壁の高さが少なくとも1電子ボルトであ
る膜厚3nm以下、好ましくは0.6〜0.9nmであ
る。
The thickness of the insulating layer 4 is 3 nm or less, preferably 0.6 to 0.9 nm, in which the height of the potential barrier to the ferromagnetic layer is at least 1 eV.

【0047】また、第1、第2の強磁性層3、6は、そ
れぞれ互いに磁化反転する磁界に差のある磁性層からな
り、第1の強磁性層3は、例えばCo−17at%Pt
合金等のCo系(硬磁性層)、第2の強磁性層6は、例
えばNi−20at%Fe合金等のNi−Fe系(軟磁
性層)の磁性層を真空蒸着もしくはスパッタリングで形
成する。これら両強磁性層3、6の磁気特性として、保
磁力及び磁気異方性には、第1の磁性層3>第2の磁性
層6の関係が要求される。
The first and second ferromagnetic layers 3 and 6 are each composed of a magnetic layer having a difference in the magnetic field where magnetization reversal occurs. The first ferromagnetic layer 3 is made of, for example, Co-17 at% Pt.
The Co-based (hard magnetic layer) such as an alloy and the second ferromagnetic layer 6 are formed by vacuum deposition or sputtering of a Ni-Fe (soft magnetic layer) such as a Ni-20 at% Fe alloy. As the magnetic properties of these two ferromagnetic layers 3 and 6, the relationship of first magnetic layer 3> second magnetic layer 6 is required for coercive force and magnetic anisotropy.

【0048】電極7は、必ずしもAuである必要はない
が、耐食性と良好な導電性を有するものであれば他の金
属でもよい。
The electrode 7 does not necessarily need to be Au, but may be another metal as long as it has corrosion resistance and good conductivity.

【0049】なお、第1の磁性膜3の下地に、Ni−O
等の反強磁性層を形成し、強磁性層3に一方向の磁気異
方性を与える構成としてもよい。
The underlayer of the first magnetic film 3 is made of Ni—O
The antiferromagnetic layer may be formed to give the ferromagnetic layer 3 magnetic anisotropy in one direction.

【0050】このトンネル磁気抵抗効果素子をトンネル
磁気抵抗効果型磁界検出素子もしくは磁気ヘッドとする
に際しては、第1、第2の強磁性層3、6に接続された
Au電極7を、定電圧源Eに接続して所定の電圧を印加
すればよい。定電圧源Eとしては、直流電源が一般的で
あるが、交流もしくはパルス電源であってもよい。
When this tunneling magneto-resistance effect element is used as a tunneling magneto-resistance effect type magnetic field detecting element or a magnetic head, the Au electrode 7 connected to the first and second ferromagnetic layers 3 and 6 is connected to a constant voltage source. A predetermined voltage may be applied by connecting to E. The constant voltage source E is generally a DC power supply, but may be an AC or pulse power supply.

【0051】このトンネル磁気抵抗効果素子は、金属膜
の酸化処理による絶縁層の形成方法を除き、周知の成膜
技術と周知のリソグラフィ技術によるパターン形成技術
による製造方法によって容易に得ることができる。
This tunnel magnetoresistance effect element can be easily obtained by a manufacturing method using a well-known film forming technique and a well-known pattern forming technique using a lithography technique, except for a method of forming an insulating layer by oxidizing a metal film.

【0052】[0052]

【実施例】以下、図面にしたがって本発明の実施例を具
体的に説明する。 〈実施例1〉図1は、本発明の磁気抵抗効果型磁界検出
素子及び磁気ヘッド素子の構造を示す断面図である。こ
の図に示したように、SiO2からなる厚さ400nm
の熱酸化膜2を有するシリコン単結晶基板〔Si(10
0)〕1上に、先ず、第1の磁性層3として膜厚30n
mのCo−17at%Pt層(硬磁性層)、貴金属層4
として膜厚1.0nmのAu層、金属層5´として膜厚
0.6nmのAl膜、を順次スパッタリングで形成し
た。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. Embodiment 1 FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a magnetoresistive effect type magnetic field detecting element and a magnetic head element according to the present invention. As shown in this figure, the thickness of 400nm of SiO 2
Silicon single crystal substrate [Si (10
0)] First, as the first magnetic layer 3, a film thickness of 30 n
m Co-17 at% Pt layer (hard magnetic layer), noble metal layer 4
An Au layer having a thickness of 1.0 nm and an Al film having a thickness of 0.6 nm as a metal layer 5 'were sequentially formed by sputtering.

【0053】この状態で最上層のAl膜を、プラズマ酸
化法で酸化して絶縁層5を形成した。ここで、酸素ガス
圧は1mTorrとし、300Wの投入電力の下で1分
間酸化した。
In this state, the uppermost Al film was oxidized by a plasma oxidation method to form an insulating layer 5. Here, the oxygen gas pressure was set to 1 mTorr, and oxidation was performed for 1 minute under an input power of 300 W.

【0054】次いで、この絶縁層5上に第2の強磁性層
6として膜厚15nmのNi−20at%Fe層(軟磁
性層)を同じくスパッタリングで形成した。
Next, a 15 nm-thick Ni-20 at% Fe layer (soft magnetic layer) was formed on the insulating layer 5 as a second ferromagnetic layer 6 by sputtering.

【0055】こうして得られた積層体にフォトマスクを
形成し、周知のリソグラフィ工程によって第1の磁性層
3が露出し、これがわずかにエッチングされる深さまで
加工し、凸状の所定パターンを形成する。
A photomask is formed on the laminate thus obtained, and the first magnetic layer 3 is exposed by a well-known lithography process and is processed to a depth at which the first magnetic layer 3 is slightly etched to form a predetermined convex pattern. .

【0056】次いで、SiO2からなる絶縁体2´をス
パッタリングで形成し、さらに絶縁体2´にフォトマス
クを形成し、周知のリソグラフィ工程によって電極形成
のための穴あけ加工を行い、第1の磁性層3と第2の磁
性層6とを露出させる。
Next, an insulator 2 ′ made of SiO 2 is formed by sputtering, a photomask is formed on the insulator 2 ′, and a hole is formed by a well-known lithography process to form an electrode. The layer 3 and the second magnetic layer 6 are exposed.

【0057】最後に、電極材であるAu層を蒸着もしく
はスパッタリングで形成し、選択エッチングにより所定
の電極パターン7を形成することにより、図1に示した
磁気抵抗効果型磁気ヘッド素子を形成した。
Finally, an Au layer as an electrode material was formed by vapor deposition or sputtering, and a predetermined electrode pattern 7 was formed by selective etching, whereby the magnetoresistive effect type magnetic head element shown in FIG. 1 was formed.

【0058】絶縁層5の両側の第1、第2の磁性層3お
よび6の間には電極7を介して電圧が印加されている。
この磁気ヘッド素子の電気抵抗は、ほとんど絶縁層5を
電流がトンネルする時の抵抗であるため、絶縁層5のト
ンネル抵抗以外の電気抵抗による電圧降下は無視でき
る。したがって、電極間に与えた電圧は、第1及び第2
の磁性層3および6の間に印加されている電圧Eに等し
いと考えて良い。
A voltage is applied between the first and second magnetic layers 3 and 6 on both sides of the insulating layer 5 via an electrode 7.
Since the electric resistance of the magnetic head element is almost the resistance when a current tunnels through the insulating layer 5, a voltage drop due to electric resistance other than the tunnel resistance of the insulating layer 5 can be ignored. Therefore, the voltage applied between the electrodes is the first and second voltages.
May be considered to be equal to the voltage E applied between the magnetic layers 3 and 6.

【0059】上述の多層膜では、第1の磁性層3を構成
するCo−17at%Pt合金層の保磁力は第2の磁性
層より高いため、磁気記録媒体からの磁界が印加されて
も、Co−17at%Pt合金層(第1の磁性層3)の
磁化の向きは変化しない。
In the above-described multilayer film, the Co-17 at% Pt alloy layer constituting the first magnetic layer 3 has a higher coercive force than the second magnetic layer, so that even if a magnetic field from the magnetic recording medium is applied, The direction of magnetization of the Co-17 at% Pt alloy layer (first magnetic layer 3) does not change.

【0060】これに対し、第2の磁性層6を構成するN
i−20at%Fe合金層の保磁力は第1の磁性層3よ
り低いため、磁気記録媒体からの磁界が印加されると、
Ni−20at%Fe合金層(第2の磁性層6)の磁化
の向きが回転する。
On the other hand, N constituting the second magnetic layer 6
Since the coercive force of the i-20 at% Fe alloy layer is lower than that of the first magnetic layer 3, when a magnetic field from a magnetic recording medium is applied,
The direction of magnetization of the Ni-20 at% Fe alloy layer (second magnetic layer 6) rotates.

【0061】第2の磁性層6であるNi−20at%F
e合金層の磁化の変化により上記絶縁層5をトンネルす
る電流が変化し、そのトンネル電流の変化により外部磁
界の変化を検出することができる。
Ni-20 at% F as the second magnetic layer 6
The change in the magnetization of the e-alloy layer changes the current tunneling through the insulating layer 5, and the change in the tunnel current makes it possible to detect the change in the external magnetic field.

【0062】磁気抵抗変化率は、第1の磁性層3と第2
の磁性層6との磁化が平行の場合と反平行の場合との電
気抵抗の差で表わされ、この素子の例では磁気抵抗変化
率が22%であった。
The rate of change in magnetoresistance is determined by comparing the first magnetic layer 3 with the second magnetic layer 3.
Is expressed by a difference in electric resistance between the case where the magnetization of the magnetic layer 6 is parallel and the case where the magnetization is antiparallel. In the example of this element, the magnetoresistance ratio was 22%.

【0063】また、第1の磁性層3と第2の磁性層6と
の間の電気抵抗は、Au層4を設けない比較例では10
0kΩμm-2であったのに対し、本実施例では2.5k
Ωμm-2と1/40に激減した。信号対雑音比(S/
N)は比較例の2倍強であった。
The electric resistance between the first magnetic layer 3 and the second magnetic layer 6 is 10 in the comparative example in which the Au layer 4 is not provided.
In contrast to 0 kΩμm −2 , this embodiment uses 2.5 kΩμm −2.
Ωμm -2, which was drastically reduced to 1/40. Signal to noise ratio (S /
N) was slightly more than twice that of the comparative example.

【0064】本実施例に示した磁気抵抗効果型磁界検出
素子を磁気ヘッドとして使用する場合、再生ヘッド専用
となり、記録能力がない。したがって、記録と再生を行
うためには、周知の記録用誘導型磁気ヘッドと組み合わ
せて使用する必要がある。
When the magnetoresistive effect type magnetic field detecting element shown in this embodiment is used as a magnetic head, it is used exclusively for a reproducing head and has no recording capability. Therefore, in order to perform recording and reproduction, it is necessary to use in combination with a well-known recording induction type magnetic head.

【0065】〈実施例2〉図2は、トンネル磁気抵抗効
果型磁界検出素子の断面図を模式的に示したものであ
る。100nm厚の酸化層(不図示)付きのシリコン基
板1上にイオンビームスパッタ法により図2に示す断面
の基本構造を有するトンネル磁気抵抗効果型磁界検出素
子を作製した。
Embodiment 2 FIG. 2 schematically shows a sectional view of a tunnel magnetoresistive effect type magnetic field detecting element. A tunnel magnetoresistive effect type magnetic field detecting element having a basic structure having a cross section shown in FIG. 2 was produced by ion beam sputtering on a silicon substrate 1 having an oxide layer (not shown) having a thickness of 100 nm.

【0066】基板1上に、反強磁性層8としてNiOを
30nm厚で形成し、この上に、第1の強磁性層3とし
て膜厚15nmのCo層を形成した。この上に、後述す
る絶縁層5を形成のための酸化過程において、酸化が第
1の強磁性層3に及ぶことを防止するための貴金属層4
として膜厚1.5nmのAu層を形成した。
On the substrate 1, NiO was formed with a thickness of 30 nm as the antiferromagnetic layer 8, and a 15-nm-thick Co layer was formed thereon as the first ferromagnetic layer 3. On this, a noble metal layer 4 for preventing oxidation from reaching the first ferromagnetic layer 3 in an oxidation process for forming an insulating layer 5 described later.
An Au layer having a thickness of 1.5 nm was formed.

【0067】この上に絶縁層5を形成するため、まず膜
厚0.6nmのAl膜5´(不図示)を形成し、この状
態で試料表面をプラズマ酸化法で酸化して絶縁層5を形
成した。ここで、酸素ガス圧は1Torrとし、300
Wの投入電力の下で1分間酸化した。
To form the insulating layer 5 thereon, an Al film 5 ′ (not shown) having a thickness of 0.6 nm is first formed, and in this state, the surface of the sample is oxidized by a plasma oxidation method to form the insulating layer 5. Formed. Here, the oxygen gas pressure is 1 Torr and 300
Oxidation was performed for 1 minute under a power of W.

【0068】この上に、さらに、第2の強磁性層6とし
て膜厚15nmのNi−Fe層を形成した。この後、ト
ンネル磁気抵抗効果積層膜の2つの強磁性層3、6にそ
れぞれ電極端子7を取り付け両方の強磁性層の間に電圧
を印加する構成として、トンネル磁気抵抗効果型磁界検
出素子の磁気特性を測定した。
A 15-nm thick Ni—Fe layer was further formed thereon as the second ferromagnetic layer 6. Thereafter, an electrode terminal 7 is attached to each of the two ferromagnetic layers 3 and 6 of the tunnel magnetoresistive effect laminated film, and a voltage is applied between both ferromagnetic layers. The properties were measured.

【0069】図3は、図2に示したトンネル磁気抵抗効
果型磁界検出素子の電極端子7に直流電源Eを接続し、
両方の強磁性層3、6の間に電圧(v)を印加し流れる
電流を測定した結果である。
FIG. 3 shows that a DC power supply E is connected to the electrode terminal 7 of the tunnel magnetoresistive effect type magnetic field detecting element shown in FIG.
This is a result of measuring a current flowing when a voltage (v) is applied between the two ferromagnetic layers 3 and 6.

【0070】ここで、縦軸は電流値を接合部面積(強磁
性層3、6に対する絶縁層5の接触面積)で除した電流
密度として表示した。この曲線を解析した結果、ここで
形成された絶縁層5の電子に対するポテンシャル障壁の
高さは2.1電子ボルトで厚さは0.8nmであること
が分かった。
Here, the vertical axis represents the current value obtained by dividing the current value by the area of the junction (the contact area of the insulating layer 5 with the ferromagnetic layers 3 and 6). As a result of analyzing this curve, it was found that the height of the potential barrier for electrons in the insulating layer 5 formed here was 2.1 eV and the thickness was 0.8 nm.

【0071】この試料に磁界を印可し、これを変化させ
た場合、反強磁性層8と結合し磁化方向が変化しにくい
Co層(第1の強磁性層3)の磁化方向は変化しない
が、保持力および磁気異方性の小さいNi−Fe層(第
2の強磁性層6)の磁化方向は容易に変化し、両方の強
磁性層の磁化方向のなす角度が変化する。これにより、
磁気抵抗変化が生じる。その結果、磁界の変化が電圧の
変化として検出され、出力される。
When a magnetic field is applied to the sample and the magnetic field is changed, the magnetization direction of the Co layer (first ferromagnetic layer 3) which is coupled to the antiferromagnetic layer 8 and whose magnetization direction is difficult to change does not change. The magnetization direction of the Ni—Fe layer (second ferromagnetic layer 6) having small coercive force and magnetic anisotropy easily changes, and the angle between the magnetization directions of both ferromagnetic layers changes. This allows
A magnetoresistance change occurs. As a result, a change in the magnetic field is detected and output as a change in the voltage.

【0072】この試料において、両方の強磁性層3、6
の磁化が平行の場合と反平行の場合との電気抵抗の差、
すなわち磁気抵抗変化率は22%であった。なお、前述
の、絶縁層5における未反応の金属元素(ここではA
l)比率は、この試料においては、1%以下であった。
In this sample, both ferromagnetic layers 3, 6
The difference in electrical resistance between when the magnetization of the
That is, the magnetoresistance ratio was 22%. The unreacted metal element in the insulating layer 5 (here, A
l) The ratio was less than 1% in this sample.

【0073】また、第1の磁性層3と第2の磁性層6と
の間の電気抵抗は、Au層4を設けない比較例では10
0kΩμm-2であったのに対し、本実施例では2.5k
Ωμm-2と1/40に激減した。信号対雑音比(S/
N)は比較例の2.2倍であった。
The electric resistance between the first magnetic layer 3 and the second magnetic layer 6 is 10 in the comparative example in which the Au layer 4 is not provided.
In contrast to 0 kΩμm −2 , this embodiment uses 2.5 kΩμm −2.
Ωμm -2, which was drastically reduced to 1/40. Signal to noise ratio (S /
N) was 2.2 times that of the comparative example.

【0074】上記実施例においては、貴金属層4として
Au層を用いたが、その他の貴金属としてPt,Pd,
Rh,Ir,Ruを用いても同様の効果が見られた。
In the above embodiment, the Au layer was used as the noble metal layer 4, but Pt, Pd,
Similar effects were obtained with Rh, Ir, and Ru.

【0075】これら貴金属層4の厚さを増加すると、一
般に磁気抵抗変化率が減少する傾向が見られた。これは
一方の強磁性層から他方の強磁性層へ偏極電子が進行す
る際に、貴金属層で電子スピンが散乱され、スピン偏極
状態が乱されるためと考えられる。この貴金属層の膜厚
依存性は貴金属の種類によって異なっているが、貴金属
層厚が1.5nm以下であれば、いずれの貴金属におい
ても上記スピン散乱による影響は無視できた。
When the thickness of the noble metal layer 4 was increased, the rate of change in magnetoresistance generally tended to decrease. This is considered to be because when the polarized electrons proceed from one ferromagnetic layer to the other ferromagnetic layer, electron spins are scattered by the noble metal layer and the spin-polarized state is disturbed. The thickness dependence of the noble metal layer differs depending on the type of the noble metal. However, when the noble metal layer thickness is 1.5 nm or less, the influence of the spin scattering can be ignored for any noble metal.

【0076】また、本実施例の場合、第1の強磁性層3
の磁界方向を一定方向に固定するため、下地として膜厚
30nmのNiOからなる反強磁性層8を設けたが、こ
の種のものとしては、その他Fe−Mn系合金、Mn−
Ir系合金及びMn−Pt等のMnと貴金属との合金な
どが用いられる。膜厚は一般に5〜30nmが好まし
い。なお、この反強磁性層8は実施例1の図1に示した
ように省略することもできる。
In the case of the present embodiment, the first ferromagnetic layer 3
In order to fix the direction of the magnetic field in a certain direction, an antiferromagnetic layer 8 made of NiO having a thickness of 30 nm was provided as an underlayer.
An Ir-based alloy and an alloy of Mn such as Mn-Pt and a noble metal are used. Generally, the film thickness is preferably 5 to 30 nm. The antiferromagnetic layer 8 can be omitted as shown in FIG. 1 of the first embodiment.

【0077】〈実施例3〉図4は、実施例2の第2の強
磁性層6の下地に分極率が高い磁性層61を形成したト
ンネル磁気抵抗効果型磁界検出素子の断面図を模式的に
示したものである。
<Embodiment 3> FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a tunneling magneto-resistance effect type magnetic field detecting element in which a magnetic layer 61 having a high polarizability is formed under a second ferromagnetic layer 6 in Embodiment 2. This is shown in FIG.

【0078】磁気抵抗変化率は、絶縁層5のポテンシャ
ル障壁の形状の他に第1、第2の強磁性層3、6の分極
率にも関係し、分極率が高い方が磁気抵抗変化率が高
い。実施例2では、一方の強磁性層(第2の強磁性層
6)にNi−Feを用いたものであるが、本実施例にお
いては、より高い磁気抵抗変化率を目指し、第2の強磁
性層6であるNi−Fe層の下にも分極率の高いCo層
61を設ける構成とした。
The magnetoresistance change rate is related to not only the shape of the potential barrier of the insulating layer 5 but also the polarizabilities of the first and second ferromagnetic layers 3 and 6. Is high. In the second embodiment, one of the ferromagnetic layers (the second ferromagnetic layer 6) is made of Ni—Fe. A Co layer 61 having a high polarizability was provided under the Ni—Fe layer as the magnetic layer 6.

【0079】すなわち、図4に示すように、基板1上に
膜厚30nmのNiOの反強磁性層8、第1の強磁性層
である膜厚15nmのCoの強磁性層3を順に積層した
上に膜厚1nmのRuの貴金属層4および膜厚0.7n
mの絶縁層形成用のAl膜5´(不図示)を形成し、前
述の条件でプラズマ酸化を行った。
That is, as shown in FIG. 4, an antiferromagnetic layer 8 of NiO having a thickness of 30 nm and a ferromagnetic layer 3 of Co having a thickness of 15 nm, which is a first ferromagnetic layer, were sequentially stacked on the substrate 1. A Ru noble metal layer 4 having a thickness of 1 nm and a thickness of 0.7 n
An Al film 5 '(not shown) for forming an insulating layer was formed, and plasma oxidation was performed under the above-described conditions.

【0080】この酸化過程で形成された絶縁層5の上に
膜厚2nmのCo層61、および膜第2の強磁性層であ
る厚15nmのNi−Fe層6を順に形成した。
A 2 nm-thick Co layer 61 and a 15 nm-thick Ni—Fe layer 6 as a second ferromagnetic layer were sequentially formed on the insulating layer 5 formed in the oxidation process.

【0081】ここで、分極率が高い磁性層であるCo層
61の磁化と第2の強磁性層6であるNi−Fe層6の
磁化の方向は一致するので、外部磁界を変化させた場合
に、この合体した強磁性層は、第1の強磁性層であるC
o層3よりも磁化方向が変化し易い。
Here, the magnetization direction of the Co layer 61, which is a magnetic layer having a high polarizability, and the direction of magnetization of the Ni—Fe layer 6, which is the second ferromagnetic layer 6, match. In addition, this combined ferromagnetic layer is a first ferromagnetic layer, C
The magnetization direction is easier to change than the o-layer 3.

【0082】このため、印加磁界を変化することによ
り、両方の強磁性層3、6の磁化方向に角度差が生じ磁
気抵抗変化が生じ、磁界検出素子として印加磁界の変化
に基づく出力が電圧の変化として得られる。ここでは、
絶縁層5の膜厚は0.89nmであり、磁気抵抗変化率
は28%であった。また、この試料においても、前述
の、絶縁層における未反応の金属元素比率(ここではA
l)は、1%以下であった。
For this reason, by changing the applied magnetic field, an angle difference occurs between the magnetization directions of the two ferromagnetic layers 3 and 6, causing a change in magnetoresistance. As a magnetic field detecting element, the output based on the change in the applied magnetic field changes the voltage. Obtained as a change. here,
The thickness of the insulating layer 5 was 0.89 nm, and the magnetoresistance ratio was 28%. Also in this sample, the unreacted metal element ratio in the insulating layer (here, A
l) was 1% or less.

【0083】また、第1の磁性層3と第2の磁性層6と
の間の電気抵抗は、Ru層4を設けない比較例では10
0kΩμm-2であったのに対し、本実施例では8kΩμ
-2と1/13に激減した。信号対雑音比(S/N)は
比較例の2.1倍であった。
The electric resistance between the first magnetic layer 3 and the second magnetic layer 6 is 10 in the comparative example in which the Ru layer 4 is not provided.
In contrast to 0 kΩμm −2 , in this embodiment, 8 kΩμm
It decreased sharply to m -2 and 1/13. The signal-to-noise ratio (S / N) was 2.1 times that of the comparative example.

【0084】なお、貴金属層4としてRu層を用いた
が、その他の貴金属としてAu,Pt,Pd,Rh,I
rを用いても同様の効果が見られた。
Although the Ru layer was used as the noble metal layer 4, Au, Pt, Pd, Rh, and I were used as other noble metals.
Similar effects were obtained when r was used.

【0085】また、ここでは絶縁層5としてAl膜を酸
化した酸化アルミニウム(Al23)層を用いたが、M
g膜を酸化した酸化マグネシウム(MgO)層、さらに
はAlとMgの合金膜を酸化した絶縁層であっても、上
記酸化アルミニウム層の場合とほぼ同様の結果が得られ
た。
In this case, an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) layer obtained by oxidizing an Al film is used as the insulating layer 5.
A magnesium oxide (MgO) layer obtained by oxidizing the g film, and an insulating layer obtained by oxidizing an alloy film of Al and Mg also gave substantially the same results as those of the aluminum oxide layer.

【0086】〈実施例4〉図5は、基本的には実施例1
のトンネル磁気抵抗効果型磁界検出素子と同一構造であ
るが、第2の磁性層6と絶縁層5との間に実施例3と同
様の分極率が高い磁性層であるCo層61(膜厚2n
m)を介挿した。強磁性層に対する絶縁層5の接触面積
は1.5μm×1.5μmである。この再生用磁気ヘッ
ドの抵抗値は1.4kΩであり、これに基づく熱雑音
は、磁気抵抗変化率との関係から問題とならないことが
確認できた。
<Embodiment 4> FIG. 5 basically shows Embodiment 1.
Co layer 61 (film thickness) having the same structure as that of the tunnel magnetoresistive effect type magnetic field detecting element of the third embodiment, but having a high polarizability between the second magnetic layer 6 and the insulating layer 5 as in the third embodiment. 2n
m) was inserted. The contact area of the insulating layer 5 with the ferromagnetic layer is 1.5 μm × 1.5 μm. The resistance value of this reproducing magnetic head was 1.4 kΩ, and it was confirmed that thermal noise based on this value did not pose any problem from the relationship with the magnetoresistance change rate.

【0087】〈実施例5〉実施例1〜4で述べた本発明
の磁気抵抗効果型磁気ヘッドを用いて磁気ディスク装置
を作製した。装置の構造の要部を65に示す。図6
(a)は平面図であり、図6(b)は図6(a)のA−
A´断面図である。
Embodiment 5 A magnetic disk drive was manufactured using the magnetoresistive head of the present invention described in Embodiments 1-4. The main part of the structure of the device is shown at 65. FIG.
(A) is a plan view, and (b) of FIG.
It is A 'sectional drawing.

【0088】磁気記録媒体駆動部52により回転する磁
気記録媒体51には、Co−Cr系合金からなる磁性材
料を用いた。磁気ヘッド駆動部54により保持された磁
気ヘッド53のトラック幅は1μmとした。この磁気ヘ
ッド53の再生部には実施例1〜4で示した本発明の磁
気抵抗効果型磁気ヘッドが搭載されている。
For the magnetic recording medium 51 rotated by the magnetic recording medium driving section 52, a magnetic material made of a Co—Cr alloy was used. The track width of the magnetic head 53 held by the magnetic head drive unit 54 was 1 μm. The reproducing section of the magnetic head 53 is mounted with the magnetoresistive head of the present invention shown in the first to fourth embodiments.

【0089】本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドを用い
た磁気記録再生装置では、高い出力の再生信号が観測さ
れた。これは、本発明で用いた多層膜の磁気抵抗変化量
が大きいためである。また、ノイズも比較的小さかっ
た。これは、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドのS/Nが
20以上であるためである。
In the magnetic recording / reproducing apparatus using the magnetoresistive head of the present invention, a high-output reproduced signal was observed. This is because the magnetoresistance change of the multilayer film used in the present invention is large. Also, the noise was relatively small. This is because the S / N of the magnetoresistive head of the present invention is 20 or more.

【0090】[0090]

【発明の効果】以上説明したように、本発明により所期
の目的を達成することができた。すなわち、本発明のト
ンネル磁気抵抗効果型磁界検出素子は、高い磁気抵抗変
化率を維持しながら、電気抵抗が低く、かつ高いS/N
特性が得られるので、高感度の磁界検出素子の実現を可
能とする。特に電気抵抗が低いため、これを磁気ヘッド
に適用すれば、従来の磁気ヘッドの駆動回路が使用でき
るため容易に高記録密度に対応した磁気ヘッドが実現で
きる。したがって、高記録密度の磁気記録再生装置が得
られ、産業の発展に貢献できるところ多大である。
As described above, the intended object can be achieved by the present invention. That is, the tunneling magneto-resistance effect type magnetic field detecting element of the present invention has a low electric resistance and a high S / N while maintaining a high magnetoresistance change rate.
Since the characteristics can be obtained, it is possible to realize a highly sensitive magnetic field detecting element. In particular, since the electric resistance is low, if this is applied to a magnetic head, a conventional magnetic head drive circuit can be used, so that a magnetic head compatible with high recording density can be easily realized. Therefore, a magnetic recording / reproducing apparatus having a high recording density can be obtained, and it can greatly contribute to industrial development.

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

【図1】本発明のトンネル磁気抵抗効果型磁界検出素子
の基本構造を模式的に示した断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a basic structure of a tunneling magneto-resistance effect type magnetic field detecting element of the present invention.

【図2】本発明の一実施例となるトンネル磁気抵抗効果
型磁界検出素子を模式的に示した断面図。
FIG. 2 is a sectional view schematically showing a tunnel magnetoresistive effect type magnetic field detecting element according to one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例となる磁界検出素子における
電流密度と電圧の関係を示すグラフ。
FIG. 3 is a graph showing a relationship between current density and voltage in a magnetic field detection element according to one embodiment of the present invention.

【図4】本発明の他の実施例となるトンネル磁気抵抗効
果型磁界検出素子を模式的に示した断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a tunnel magnetoresistive effect type magnetic field detecting element according to another embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施例となる再生用磁気ヘッドの断
面図。
FIG. 5 is a sectional view of a reproducing magnetic head according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の磁気ディスク装置の要部構造を模式的
に示した説明図。
FIG. 6 is an explanatory view schematically showing a main structure of the magnetic disk drive of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…基板、 2…熱酸化層、 2´…絶縁体(SiO2)、 3…第1の強磁性層、 4…貴金属層、 5…絶縁層、 6…第2の強磁性層、 61…分極率の高い磁性層、 7…電極、 8…反強磁性層、 E…定電圧電源。1 ... substrate, 2 ... thermal oxide layer, 2'... insulator (SiO 2), 3 ... first ferromagnetic layer, 4 ... noble metal layer, 5 ... insulating layer, 6 ... second ferromagnetic layer, 61 ... Magnetic layer having high polarizability, 7: electrode, 8: antiferromagnetic layer, E: constant voltage power supply.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 昇 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Fターム(参考) 5D034 BA03 BA15 BA17 BA18 BA21 CA04 DA07  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Noboru Shimizu 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji-shi, Tokyo F-term in Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. 5D034 BA03 BA15 BA17 BA18 BA21 CA04 DA07

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】互いに磁化反転する磁界に差のある二つの
強磁性金属層の間に絶縁層が存在してトンネル接合を形
成するトンネル磁気抵抗効果素子と、前記二つの強磁性
金属層間に電圧を印加する電極端子とを備えた磁界検出
素子において、一方の強磁性金属層と絶縁層との間に、
Au,Pt,Pd,Rh,Ir及びRuの貴金属元素群
から選択される少なくとも1種類の元素もしくはこれら
の元素の合金からなる貴金属層を設けたことを特徴とす
るトンネル磁気抵抗効果型磁界検出素子。
A tunnel magnetoresistive element in which an insulating layer is present between two ferromagnetic metal layers having a difference in a magnetic field for reversing magnetization to form a tunnel junction; and a voltage between the two ferromagnetic metal layers. In the magnetic field detecting element provided with an electrode terminal for applying a voltage, between one ferromagnetic metal layer and the insulating layer,
A tunnel magnetoresistance effect type magnetic field detecting element, comprising a noble metal layer made of at least one element selected from a noble metal element group of Au, Pt, Pd, Rh, Ir and Ru or an alloy of these elements. .
【請求項2】上記貴金属層の厚さが1.5nm以下であ
ることを特徴とする請求項1記載のトンネル磁気抵抗効
果型磁界検出素子。
2. The tunnel magneto-resistance effect type magnetic field detecting element according to claim 1, wherein said noble metal layer has a thickness of 1.5 nm or less.
【請求項3】上記絶縁層の厚さが3.0nm以下である
ことを特徴とする請求項1もしくは2記載のトンネル磁
気抵抗効果型磁界検出素子。
3. The tunneling magneto-resistance effect type magnetic field detecting element according to claim 1, wherein the thickness of the insulating layer is 3.0 nm or less.
【請求項4】上記絶縁層の厚さが0.6〜0.9nmで
あることを特徴とする請求項1もしくは2記載のトンネ
ル磁気抵抗効果型磁界検出素子。
4. A tunnel magnetoresistive effect type magnetic field detecting element according to claim 1, wherein said insulating layer has a thickness of 0.6 to 0.9 nm.
【請求項5】上記絶縁層は、上記強磁性金属層に対する
ポテンシャル障壁の高さが少なくとも1電子ボルトの金
属酸化物層からなることを特徴とする請求項1もしくは
2記載のトンネル磁気抵抗効果型磁界検出素子。
5. The tunnel magnetoresistive effect type according to claim 1, wherein said insulating layer comprises a metal oxide layer having a potential barrier height to said ferromagnetic metal layer of at least 1 eV. Magnetic field detection element.
【請求項6】上記絶縁層が、アルミニウム及びマグネシ
ウムの少なくとも1種の金属酸化物からなることを特徴
とする請求項1乃至5いずれか一つに記載のトンネル磁
気抵抗効果型磁界検出素子。
6. The tunneling magneto-resistance effect type magnetic field detecting element according to claim 1, wherein said insulating layer is made of at least one metal oxide of aluminum and magnesium.
【請求項7】互いに磁化反転する磁界に差のある二つの
強磁性金属層の間に絶縁層が存在してトンネル接合を形
成するトンネル磁気抵抗効果素子と、前記二つの強磁性
金属層間に電圧を印加する電極端子とを備えた磁界検出
素子の製造方法において、前記いずれか一方の強磁性金
属層上に絶縁層を形成する工程を、 前記強磁性金属層上に下地層として厚さ1.5nm以
下のAu,Pt,Pd,Rh,Ir及びRuの貴金属元
素群から選択される少なくとも1種類の元素もしくはこ
れらの元素の合金からなる貴金属層を形成する工程と、 前記貴金属層上に、酸化することによって容易に絶縁
層となり、かつこの絶縁層の前記強磁性金属層に対する
ポテンシャル障壁の高さが少なくとも1電子ボルトであ
る膜厚3nm以下の金属膜を形成し、前記貴金属層を前
記強磁性金属層の酸化防止膜として保護しつつ前記金属
膜を選択的に酸化して酸化物層に変換する絶縁層の形成
工程とで構成したことを特徴とするトンネル磁気抵抗効
果型磁界検出素子の製造方法。
7. A tunnel magnetoresistive element in which an insulating layer is present between two ferromagnetic metal layers having a difference in a magnetic field for reversing magnetization to form a tunnel junction, and a voltage between the two ferromagnetic metal layers. And a step of forming an insulating layer on one of the ferromagnetic metal layers, wherein the step of forming an insulating layer on the one of the ferromagnetic metal layers comprises: Forming a noble metal layer made of at least one element selected from a noble metal element group of Au, Pt, Pd, Rh, Ir and Ru or an alloy of these elements of 5 nm or less; By doing so, a metal film having a thickness of 3 nm or less in which the height of a potential barrier of the insulating layer with respect to the ferromagnetic metal layer is at least 1 eV is formed. Forming an insulating layer for selectively oxidizing the metal film and converting it to an oxide layer while protecting the noble metal layer as an antioxidant film for the ferromagnetic metal layer. Of manufacturing a magnetic field detecting element.
【請求項8】上記金属膜をの厚さを0.6〜0.9nm
としたことを特徴とする請求項7記載のトンネル磁気抵
抗効果型磁界検出素子の製造方法。
8. A metal film having a thickness of 0.6 to 0.9 nm.
8. The method for manufacturing a tunnel magnetoresistive effect type magnetic field detecting element according to claim 7, wherein:
【請求項9】上記金属膜を、アルミニウム及びマグネシ
ウムの少なくとも1種の金属層で形成し、これを酸化し
て酸化物層に変換する絶縁層の形成工程を有することを
特徴とする請求項7もしくは8記載のトンネル磁気抵抗
効果型磁界検出素子の製造方法。
9. The method according to claim 7, further comprising a step of forming an insulating layer for forming the metal film with at least one metal layer of aluminum and magnesium and oxidizing the metal layer to an oxide layer. Or a method for manufacturing a tunnel magnetoresistive effect type magnetic field detecting element according to item 8.
【請求項10】上記貴金属層及び上記金属膜の形成は、
真空蒸着法もしくはスパッタリング法で形成し、前記金
属膜を酸化して酸化物層に変換する絶縁層の形成工程
は、酸素雰囲気中の自然酸化処理、熱酸化処理もしくは
プラズマ酸化処理のいずれかの酸化処理工程としたこと
を特徴とする請求項7乃至9のいずれか一つに記載のト
ンネル磁気抵抗効果型磁界検出素子の製造方法。
10. The formation of the noble metal layer and the metal film,
The step of forming an insulating layer formed by a vacuum evaporation method or a sputtering method and oxidizing the metal film to convert it to an oxide layer is performed by any of natural oxidation treatment, thermal oxidation treatment, or plasma oxidation treatment in an oxygen atmosphere. The method for manufacturing a tunnel magnetoresistive effect type magnetic field detecting element according to claim 7, wherein the method is a processing step.
【請求項11】互いに磁化反転する磁界に差のある二つ
の強磁性層の間に絶縁層が存在してトンネル接合を形成
するトンネル磁気抵抗効果素子と、前記二つの強磁性層
間に電圧を印加する電極端子を有する磁界検出素子と、
前記電極端子を通して前記二つの強磁性層間に所定の電
圧を印加する定電圧電源とを備えた磁気ヘッドにおい
て、前記一方の強磁性層と絶縁層との間に、Au,P
t,Pd,Rh,Ir及びRuの貴金属元素群から選択
される少なくとも1種類の元素もしくはこれらの元素の
合金からなる貴金属層を設けると共に、前記貴金属層上
に形成される前記絶縁層として、前記強磁性金属層に対
するポテンシャル障壁の高さが少なくとも1電子ボルト
である絶縁層を設けたことを特徴とするトンネル磁気抵
抗効果型磁気ヘッド。
11. A tunnel magnetoresistive element in which an insulating layer is present between two ferromagnetic layers having a difference in a magnetic field for reversing magnetization to form a tunnel junction, and a voltage is applied between the two ferromagnetic layers. A magnetic field detection element having an electrode terminal
In a magnetic head having a constant voltage power supply for applying a predetermined voltage between the two ferromagnetic layers through the electrode terminals, Au, P is provided between the one ferromagnetic layer and the insulating layer.
A noble metal layer made of at least one element selected from the noble metal element group of t, Pd, Rh, Ir and Ru or an alloy of these elements is provided, and the insulating layer formed on the noble metal layer is A tunnel magnetoresistive magnetic head comprising an insulating layer having a potential barrier height of at least 1 eV with respect to a ferromagnetic metal layer.
【請求項12】上記貴金属層の厚さが1.5nm以下で
あり、上記絶縁層の厚さが3nm以下であることを特徴
とする請求項11記載のトンネル磁気抵抗効果型磁気ヘ
ッド。
12. The tunnel magnetoresistive head according to claim 11, wherein the thickness of the noble metal layer is 1.5 nm or less, and the thickness of the insulating layer is 3 nm or less.
【請求項13】上記貴金属層の厚さが1.5nm以下で
あり、上記絶縁層の厚さが0.4〜1.0nmであるこ
とを特徴とする請求項11記載のトンネル磁気抵抗効果
型磁気ヘッド。
13. The tunnel magnetoresistive effect type according to claim 11, wherein said noble metal layer has a thickness of 1.5 nm or less, and said insulating layer has a thickness of 0.4 to 1.0 nm. Magnetic head.
【請求項14】上記絶縁層が、アルミニウム及びマグネ
シウムの少なくとも1種の金属酸化物からなることを特
徴とする請求項11乃至13のいずれか一つに記載のト
ンネル磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
14. A tunnel magnetoresistive head according to claim 11, wherein said insulating layer is made of at least one metal oxide of aluminum and magnesium.
【請求項15】請求項11乃至14のいずれか一つに記
載のトンネル磁気抵抗効果型磁気ヘッドと誘導型磁気ヘ
ッドとを組み合わせて構成した記録再生磁気ヘッド。
15. A recording / reproducing magnetic head comprising a combination of the tunneling magneto-resistance effect type magnetic head according to claim 11 and an inductive type magnetic head.
【請求項16】請求項11乃至15のいずれか一つに記
載の磁気ヘッドを備えた磁気記録再生装置。
16. A magnetic recording / reproducing apparatus comprising the magnetic head according to claim 11.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002093564A1 (en) * 2001-05-16 2002-11-21 Hitachi, Ltd. Method for driving magnetic reproducing head, and magnetic recording/reproducing apparatus
WO2002099905A1 (en) * 2001-05-31 2002-12-12 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Tunnel magnetoresistance element
US6914257B2 (en) 2001-04-16 2005-07-05 Nec Corporation Magnetoresistive device and method of producing the same
US7252852B1 (en) 2003-12-12 2007-08-07 International Business Machines Corporation Mg-Zn oxide tunnel barriers and method of formation
US7274080B1 (en) 2003-08-22 2007-09-25 International Business Machines Corporation MgO-based tunnel spin injectors
US7598555B1 (en) 2003-08-22 2009-10-06 International Business Machines Corporation MgO tunnel barriers and method of formation
US7916436B2 (en) 2006-09-11 2011-03-29 Tdk Corporation Tunneling magnetic sensor including platinum layer and method for producing the same
CN110352506A (en) * 2017-03-09 2019-10-18 索尼半导体解决方案公司 Ferromagnetic tunnel junction element and its manufacturing method

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6914257B2 (en) 2001-04-16 2005-07-05 Nec Corporation Magnetoresistive device and method of producing the same
WO2002093564A1 (en) * 2001-05-16 2002-11-21 Hitachi, Ltd. Method for driving magnetic reproducing head, and magnetic recording/reproducing apparatus
WO2002099905A1 (en) * 2001-05-31 2002-12-12 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Tunnel magnetoresistance element
US7220498B2 (en) 2001-05-31 2007-05-22 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Tunnel magnetoresistance element
US7514160B2 (en) 2001-05-31 2009-04-07 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Tunnel magnetoresistance element having a double underlayer of amorphous MgO and crystalline MgO(001)
US7274080B1 (en) 2003-08-22 2007-09-25 International Business Machines Corporation MgO-based tunnel spin injectors
US7598555B1 (en) 2003-08-22 2009-10-06 International Business Machines Corporation MgO tunnel barriers and method of formation
US7252852B1 (en) 2003-12-12 2007-08-07 International Business Machines Corporation Mg-Zn oxide tunnel barriers and method of formation
US7916436B2 (en) 2006-09-11 2011-03-29 Tdk Corporation Tunneling magnetic sensor including platinum layer and method for producing the same
CN110352506A (en) * 2017-03-09 2019-10-18 索尼半导体解决方案公司 Ferromagnetic tunnel junction element and its manufacturing method
CN110352506B (en) * 2017-03-09 2023-12-22 索尼半导体解决方案公司 Ferromagnetic tunnel junction element and method of manufacturing the same

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