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JPH1187803A - Magnetic resistance effect element - Google Patents

Magnetic resistance effect element

Info

Publication number
JPH1187803A
JPH1187803A JP9244015A JP24401597A JPH1187803A JP H1187803 A JPH1187803 A JP H1187803A JP 9244015 A JP9244015 A JP 9244015A JP 24401597 A JP24401597 A JP 24401597A JP H1187803 A JPH1187803 A JP H1187803A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
underlayer
ferromagnetic layer
magnetoresistive
layer
ferromagnetic
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
JP9244015A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoru Oikawa
悟 及川
Atsushi Maeda
篤志 前田
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.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co 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 Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP9244015A priority Critical patent/JPH1187803A/en
Publication of JPH1187803A publication Critical patent/JPH1187803A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Magnetic Heads (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a magnetic resistance change rate and at the same time magnetic sensitivity, by dispersing a projecting part in an island shape for forming a foundation layer, and by laminating ferromagnetic and non-magnetic conductive layers on the foundation layer. SOLUTION: A first foundation layer 2 consisting of Ta is formed on a substrate 1 consisting of Si, and a second foundation layer 3 consisting of Cu is formed on the first foundation layer 2. A projecting part 3a is dispersed in an island shape for forming on the second foundation layer 3, and a foundation layer 10 is constituted of the first and the second foundation layers 2 and 3. Furthermore, CoFe, Cu, CoFe, and IrMn layers that are ferromagnetic, non- magnetic conductive, ferromagnetic, and antiferromagnetic layers 4, 5, 6, and 7, respectively, are successively laminated and a spin valve-type magnetic resistance effect film is formed, thus increasing a magnetic resistance change rate and a one-axis anisotropy magnetic field and improving magnetic sensitivity.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素子
に関するものであり、特に巨大磁気抵抗効果膜を用いた
高い出力を有する磁気抵抗効果素子に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magneto-resistance effect element, and more particularly to a high-output magneto-resistance effect element using a giant magneto-resistance effect film.

【0002】[0002]

【従来の技術】ハードディスク(HDD)に用いる再生
専用の磁気ヘッドとして、近年、磁気抵抗効果型(M
R)ヘッドが注目されている。MRヘッドは、外部磁界
の変化を電気伝導率の変化により検出するヘッドであ
り、従来の誘導型磁気ヘッドに比べ高い磁界感度を有
し、高密度記録化を図ることができる。このようなMR
ヘッドに用いる磁気抵抗効果材料としては、従来より、
パーマアロイ等の3d遷移金属合金が採用されており、
磁化方向の変化に対応した抵抗の増減(異方性磁気抵抗
効果:AMR)で信号を検出している。
2. Description of the Related Art In recent years, as a read-only magnetic head used for a hard disk (HDD), a magnetoresistive (M
R) Heads are attracting attention. The MR head is a head that detects a change in an external magnetic field by a change in electric conductivity, has a higher magnetic field sensitivity than a conventional inductive magnetic head, and can achieve high-density recording. Such MR
As a magnetoresistive material used for the head,
3d transition metal alloy such as permalloy is adopted,
A signal is detected by increasing or decreasing the resistance (anisotropic magnetoresistance effect: AMR) corresponding to the change in the magnetization direction.

【0003】しかしながら、最近、この従来のAMRに
比べ一桁高い抵抗変化率を示す巨大磁気抵抗効果(GM
R)型の磁気抵抗効果材料が見出され、注目されてい
る。GMR材料は、一般に、強磁性層と非磁性導電層と
を積層した積層構造を有している。
However, recently, the giant magnetoresistive effect (GM) showing an order of magnitude higher resistance change than the conventional AMR has
An R) type magnetoresistive material has been found and attracted attention. The GMR material generally has a laminated structure in which a ferromagnetic layer and a nonmagnetic conductive layer are laminated.

【0004】このようなGMR材料の1つとして、人工
格子型といわれるGMR材料がある。この人工格子型の
GMR材料は、例えば、Co層とCu層とを交互に積層
させ、Co−Co層間に反強磁性結合を形成させた磁気
抵抗効果膜である。また、他のGMR材料として、保磁
力差型及びスピンバルブ型のGMR材料が知られてい
る。保磁力差型のGMR材料は、Cu層などの非磁性導
電層の両側を異なる保磁力の磁性体層で挟んだサンドイ
ッチ構造を有している。
As one of such GMR materials, there is a GMR material called an artificial lattice type. This artificial lattice type GMR material is, for example, a magnetoresistive film in which Co layers and Cu layers are alternately laminated to form antiferromagnetic coupling between Co—Co layers. As other GMR materials, coercive force difference type and spin valve type GMR materials are known. The coercive force difference type GMR material has a sandwich structure in which a nonmagnetic conductive layer such as a Cu layer is sandwiched between magnetic layers having different coercive forces.

【0005】スピンバルブ型のGMR材料は、強磁性層
と、非磁性導電層、強磁性層、及び反強磁性層を積層し
た構造を有しており、反強磁性層が一方の強磁性層と磁
気的に結合することにより、この強磁性層の磁化をピン
留めしている。このため、広い磁界領域で反平行磁化状
態が安定化しており、磁気抵抗変化率(MR比)が高
く、かつ磁界感度が高いところから、最も実用化に近い
GMR材料とされている。
A spin valve type GMR material has a structure in which a ferromagnetic layer, a nonmagnetic conductive layer, a ferromagnetic layer, and an antiferromagnetic layer are stacked, and the antiferromagnetic layer is formed of one ferromagnetic layer. The magnetization of the ferromagnetic layer is pinned by magnetic coupling. For this reason, the antiparallel magnetization state is stabilized in a wide magnetic field region, the magnetoresistance change ratio (MR ratio) is high, and the magnetic field sensitivity is high.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述のようなスピンバ
ルブ型のGMR材料を用いた磁気抵抗効果素子において
は、高い磁界検出感度を得るため、MR比及び一軸異方
性磁界(Hua)が高く、かつ磁界反転(フリー)層の
保磁力(Hc)が低いことが望ましく、このような観点
から種々の検討が成されている。しかしながら、従来の
GMR材料を用いた磁気抵抗効果素子では、ある程度大
きなMR比及び良好な磁界感度を示すものの、未だ不十
分であり、さらに高いMR比及び良好な磁界感度を有す
る磁気抵抗効果素子の開発が求められている。
In the magnetoresistive element using the spin valve type GMR material as described above, in order to obtain high magnetic field detection sensitivity, the MR ratio and the uniaxial anisotropic magnetic field (Hua) are high. It is desirable that the coercive force (Hc) of the magnetic field reversal (free) layer be low, and various studies have been made from such a viewpoint. However, a conventional magnetoresistive element using a GMR material exhibits a somewhat large MR ratio and a good magnetic field sensitivity, but is still insufficient, and is still insufficient. Development is required.

【0007】本発明の目的は、高いMR比を示し、かつ
良好な磁界感度を有する磁気抵抗効果素子を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a magnetoresistive element having a high MR ratio and good magnetic field sensitivity.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の磁気抵抗効果素
子は、凸部が島状に分散して設けられた下地層と、該下
地層の上に積層される、強磁性層と非磁性導電層を積層
した構造を有する磁気抵抗効果膜とを備える磁気抵抗効
果素子である。
According to the present invention, there is provided a magnetoresistance effect element comprising: an underlayer having convex portions dispersed in an island shape; a ferromagnetic layer and a nonmagnetic layer laminated on the underlayer. And a magnetoresistive film having a structure in which conductive layers are stacked.

【0009】本発明に従えば、凸部が島状に分散して設
けられた下地層の上に磁気抵抗効果膜が設けられるの
で、下地層の凹凸を引継ぎ、磁気抵抗効果膜中の強磁性
層と非磁性導電層の界面に凹凸が形成される。このよう
に強磁性層と非磁性導電層の界面に凹凸が形成されるこ
とにより、磁気抵抗効果膜中を流れる電子がより多く界
面を通過するため、磁気散乱の影響をより大きく受け、
この結果として、大きなMR比を示すとともに、良好な
磁界感度を示すものと思われる。
According to the present invention, since the magnetoresistive film is provided on the underlayer in which the convex portions are dispersed in an island shape, the unevenness of the underlayer is taken over, and the ferromagnetic effect in the magnetoresistive film is taken over. Irregularities are formed at the interface between the layer and the nonmagnetic conductive layer. Since the unevenness is formed at the interface between the ferromagnetic layer and the non-magnetic conductive layer in this way, more electrons flowing in the magnetoresistive film pass through the interface, and are more affected by magnetic scattering,
As a result, it is considered that a large MR ratio and good magnetic field sensitivity are exhibited.

【0010】本発明において、下地層は、連続層であっ
てもよいし、不連続層であってもよい。すなわち、下地
層の凸部の底部において、連続していてもよいし、不連
続であってもよい。すなわち、凸部のみが不連続に点在
するような下地層であってもよい。
In the present invention, the underlayer may be a continuous layer or a discontinuous layer. That is, it may be continuous or discontinuous at the bottom of the protrusion of the underlayer. That is, the underlayer may be such that only the protrusions are discontinuously scattered.

【0011】また、本発明において、下地層は、複数の
層から形成されていてもよい。例えば、第1の下地層の
上に第2の下地層を設けることにより下地層が構成され
ていてもよい。このような場合において、第2の下地層
に凸部が設けられていてもよい。特に、第1の下地層と
第2の下地層とを、それぞれ互いに非固溶の関係にある
材料から形成することにより、第2の下地層に島状に分
散した凸部を形成することができる。例えば、Taから
なる第1の下地層を形成し、この第1の下地層の上にC
uのようなTaに対し非固溶な関係の材料を用いて、ス
パッタリング法などによりその上に第2の下地層を形成
すると、第2の下地層に島状に分散した凸部を形成する
ことができる。このような非固溶な関係の材料として
は、その他に、Ag−Co、Cu−Feなどが挙げられ
る。
In the present invention, the underlayer may be formed of a plurality of layers. For example, an underlayer may be formed by providing a second underlayer on the first underlayer. In such a case, a protrusion may be provided on the second underlayer. In particular, by forming the first underlayer and the second underlayer from materials having a non-solid solution relationship with each other, it is possible to form island-shaped projections in the second underlayer. it can. For example, a first underlayer made of Ta is formed, and C is formed on the first underlayer.
When a second underlayer is formed thereon by a sputtering method or the like using a material which is insoluble in Ta such as u, an island-shaped convex portion is formed in the second underlayer. be able to. In addition, Ag-Co, Cu-Fe, and the like may be used as such a material having a non-solid solution.

【0012】本発明の製造方法は、下地層をこのような
第1の下地層及び第2の下地層から形成することを特徴
としている。すなわち、本発明の製造方法は、基板上に
第1の下地層を形成する工程と、該第1の下地層の上
に、該第1の下地層の材料と非固溶の関係にある材料を
用いて、島状に分散した凸部を有する第2の下地層を形
成する工程と、該第2の下地層の上に、強磁性層と非磁
性導電層を積層した構造を有する磁気抵抗効果膜を形成
する工程とを備えている。
The manufacturing method of the present invention is characterized in that an underlayer is formed from such a first underlayer and a second underlayer. That is, in the manufacturing method of the present invention, a step of forming a first underlayer on a substrate and a material having a non-solid solution relationship with the material of the first underlayer are formed on the first underlayer. Forming a second underlayer having island-shaped protrusions by using a magnetic layer, and a magnetoresistive layer having a structure in which a ferromagnetic layer and a nonmagnetic conductive layer are laminated on the second underlayer. Forming an effect film.

【0013】本発明における下地層の凸部の寸法及び形
状は、磁気抵抗効果膜の強磁性層と非磁性導電層の界面
に適度な凹凸を形成できるものであれば特に限定される
ものではないが、例えば、高さ0.5〜10nm、膜面
方向の径1〜500nm程度の大きさの凸部が好まし
い。また凸部の形成密度は、凸部の中心間の平均的な距
離が5〜300nm程度となるような密度であることが
好ましい。
The size and shape of the protrusions of the underlayer according to the present invention are not particularly limited as long as moderate asperities can be formed at the interface between the ferromagnetic layer and the nonmagnetic conductive layer of the magnetoresistive film. However, for example, a projection having a height of 0.5 to 10 nm and a diameter of about 1 to 500 nm in the film surface direction is preferable. Further, it is preferable that the formation density of the protrusions is such that the average distance between the centers of the protrusions is about 5 to 300 nm.

【0014】本発明において下地層の上に積層される磁
気抵抗効果膜は、強磁性層と非磁性導電層を積層した構
造を有する磁気抵抗効果膜である。このような磁気抵抗
効果膜として、例えば、スピンバルブ型磁気抵抗効果
膜、保磁力差型磁気抵抗効果膜、及び人工格子型磁気抵
抗効果膜を挙げることができる。
In the present invention, the magnetoresistive film laminated on the underlayer is a magnetoresistive film having a structure in which a ferromagnetic layer and a nonmagnetic conductive layer are laminated. Examples of such a magnetoresistive film include a spin valve type magnetoresistive film, a coercive force difference type magnetoresistive film, and an artificial lattice type magnetoresistive film.

【0015】スピンバルブ型磁気抵抗効果膜は、第1の
強磁性層及び第2の強磁性層と、該第1の強磁性層と該
第2の強磁性層の間に設けられる非磁性導電層と、該第
1の強磁性層及び該第2の強磁性層のいずれか一方と磁
気的に結合する反強磁性層とを備える磁気抵抗効果膜で
ある。
The spin valve type magnetoresistive film comprises a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer, and a non-magnetic conductive layer provided between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer. A magnetoresistive film comprising a layer and an antiferromagnetic layer magnetically coupled to one of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer.

【0016】保磁力差型磁気抵抗効果膜は、第1の強磁
性層及び第2の強磁性層と、該第1の強磁性層と該第2
の強磁性層の間に設けられる非磁性導電層とを備え、該
第1の強磁性層と該第2の強磁性層の保磁力が実質的に
異なる磁気抵抗効果膜である。
The coercive force difference type magnetoresistive effect film includes a first ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer.
And a non-magnetic conductive layer provided between the two ferromagnetic layers, wherein the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer have substantially different coercive forces.

【0017】人工格子型磁気抵抗効果膜は、強磁性層と
非磁性導電層とを繰り返し積層した積層構造を有する磁
気抵抗効果膜である。本発明における下地層及び磁気抵
抗効果膜の各層を形成する方法は、特に限定されるもの
ではなく、スパッタリング法、真空蒸着法及びCVD法
などの一般的な薄膜形成方法を採用することができる。
The artificial lattice type magnetoresistive film is a magnetoresistive film having a laminated structure in which a ferromagnetic layer and a nonmagnetic conductive layer are repeatedly laminated. The method for forming each of the underlayer and the magnetoresistive film in the present invention is not particularly limited, and a general thin film forming method such as a sputtering method, a vacuum evaporation method, and a CVD method can be employed.

【0018】本発明における磁気抵抗効果膜の強磁性層
は、強磁性体から形成される層であれば特に限定される
ものではなく、例えば、NiFe、Co、CoNiF
e、CoFe等の強磁性体から形成することができる。
The ferromagnetic layer of the magnetoresistive film according to the present invention is not particularly limited as long as it is formed of a ferromagnetic material. For example, NiFe, Co, CoNiF
e, can be formed from a ferromagnetic material such as CoFe.

【0019】本発明における磁気抵抗効果膜の非磁性導
電層は、導電性に優れた非磁性体から形成された層であ
れば特に限定されるものではなく、例えばCu、Agな
どから形成することができる。
The non-magnetic conductive layer of the magnetoresistive film in the present invention is not particularly limited as long as it is formed of a non-magnetic material having excellent conductivity. For example, the non-magnetic conductive layer may be formed of Cu, Ag or the like. Can be.

【0020】本発明における磁気抵抗効果膜の反強磁性
層は、反強磁性体から形成された層であれば特に限定さ
れるものではなく、例えば、FeMn、IrMn、及び
NiMnなどの反強磁性合金や、NiO、CoO、及び
Fe2 3 などの酸化物系反強磁性体などから形成する
ことができる。
The antiferromagnetic layer of the magnetoresistive film according to the present invention is not particularly limited as long as it is formed of an antiferromagnetic material. For example, antiferromagnetic layers such as FeMn, IrMn and NiMn can be used. It can be formed from an alloy or an oxide antiferromagnetic material such as NiO, CoO, and Fe 2 O 3 .

【0021】本発明における磁気抵抗効果素子は、一般
に基板上に形成される。基板の材質は一般には、非磁性
であれば特に限定されるものではなく、例えば、Si、
TiC、Al2 3 、及びガラスなどの基板を用いるこ
とができる。
The magnetoresistance effect element according to the present invention is generally formed on a substrate. In general, the material of the substrate is not particularly limited as long as it is non-magnetic.
Substrates such as TiC, Al 2 O 3 , and glass can be used.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】図1は、本発明に従う磁気抵抗効
果素子の一実施例を示す断面図である。Siからなる基
板1の(100)面の上に、Taからなる第1の下地層
2(膜厚6.5nm)が形成されている。第1の下地層
2の上には、Cuからなる第2の下地層3が形成されて
いる。この第2の下地層3には、凸部3aが島状に分散
して形成されている。本実施例において、凸部3aの底
部は連続している。第1の下地層2及び第2の下地層3
から、下地層10が構成されている。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a magnetoresistive element according to the present invention. A first underlayer 2 (6.5 nm thick) made of Ta is formed on a (100) plane of a substrate 1 made of Si. On the first underlayer 2, a second underlayer 3 made of Cu is formed. In the second underlayer 3, convex portions 3a are formed in an island-like manner. In this embodiment, the bottom of the projection 3a is continuous. First underlayer 2 and second underlayer 3
Thus, the underlayer 10 is formed.

【0023】第2の下地層3の上には、CoFeからな
る第1の強磁性層4(膜厚5nm)、Cuからなる非磁
性導電層5(膜厚2.5nm)、CoFeからなる第2
の強磁性層6(膜厚3nm)、及びIrMnからなる反
強磁性層7(膜厚15nm)が積層されている。
On the second underlayer 3, a first ferromagnetic layer 4 made of CoFe (5 nm thick), a nonmagnetic conductive layer 5 made of Cu (2.5 nm thick), and a 2
And a ferromagnetic layer 7 (thickness: 15 nm) made of IrMn.

【0024】これらの第1の強磁性層4、非磁性導電層
5、第2の強磁性層6、及び反強磁性層7から、スピン
バルブ型の磁気抵抗効果膜が構成されている。第1の下
地層2及び第2の下地層3、並びに磁気抵抗効果膜を構
成する各層4〜6は、いずれもイオンビームスパッタリ
ング(IBS)法により形成されている。
The first ferromagnetic layer 4, the nonmagnetic conductive layer 5, the second ferromagnetic layer 6, and the antiferromagnetic layer 7 constitute a spin-valve type magnetoresistive film. The first underlayer 2, the second underlayer 3, and the layers 4 to 6 constituting the magnetoresistive film are all formed by an ion beam sputtering (IBS) method.

【0025】図2は、図1に示す実施例において、基板
1上に第1の下地層2及び第2の下地層3を形成した後
の状態を示す断面図である。図2に示すように、第1の
下地層2の上に形成された第2の下地層3には、粒子状
の凸部3aが形成されている。本実施例では、上述のよ
うに、第1の下地層2の材料としてTaを用い、第2の
下地層3の材料としてCuを用いている。TaとCuは
互いに非固溶の関係にある。このように、第1の下地層
2の材料及び第2の下地層3の材料として、それぞれ互
いに非固溶の関係にある材料を用いることにより、図2
に示すような粒子状の凸部3aが島状に分散して設けら
れた第2の下地層3を形成することができる。
FIG. 2 is a sectional view showing a state after the first underlayer 2 and the second underlayer 3 are formed on the substrate 1 in the embodiment shown in FIG. As shown in FIG. 2, on the second underlayer 3 formed on the first underlayer 2, a particulate convex portion 3 a is formed. In this embodiment, as described above, Ta is used as the material of the first underlayer 2 and Cu is used as the material of the second underlayer 3. Ta and Cu have a non-solid solution relationship with each other. As described above, when the materials of the first underlayer 2 and the material of the second underlayer 3 are insoluble in each other, the materials of FIG.
The second underlayer 3 in which the particle-like protrusions 3a as shown in FIG.

【0026】図3は、基板1の上に第1の下地層2を形
成した後の状態を示す原子間力顕微鏡写真である。な
お、図3〜図5、いずれも原子間力顕微鏡写真であり、
記載した寸法から明らかなように、高さ方向の倍率を高
め、高さ方向の寸法を強調して示している。
FIG. 3 is an atomic force microscope photograph showing a state after the first underlayer 2 is formed on the substrate 1. 3 to 5 are all atomic force microscope photographs,
As is clear from the dimensions described, the magnification in the height direction is increased, and the dimensions in the height direction are emphasized.

【0027】図4は、図3に示すTaからなる第1の下
地層2の上に、Cuからなる第2の下地層3を形成した
後の状態を示す原子間力顕微鏡写真である。図4に示す
下地層3は、Cu膜厚換算レートを1.5nmとして形
成した場合の薄膜である。ここでCu膜厚換算レートと
は、表面が平坦な薄膜であれば30秒後にそのよう膜厚
の薄膜を形成することができるデポジションレートであ
る。Cu膜厚換算レートを1.5nmとして形成した図
4の場合には、凸部3aの高さは、約7nmであり、凸
部3aの膜面方向に沿う径(直径)は60〜120nm
であった。また、凸部3aの中心間の平均的な距離は、
0.1〜0.3μmであった。
FIG. 4 is an atomic force microscope photograph showing a state after the second underlayer 3 made of Cu is formed on the first underlayer 2 made of Ta shown in FIG. The underlayer 3 shown in FIG. 4 is a thin film formed when the Cu film thickness conversion rate is set to 1.5 nm. Here, the Cu film thickness conversion rate is a deposition rate at which a thin film having such a film thickness can be formed after 30 seconds if the thin film has a flat surface. In the case of FIG. 4 where the Cu film thickness conversion rate is set to 1.5 nm, the height of the projection 3a is about 7 nm, and the diameter (diameter) of the projection 3a along the film surface direction is 60 to 120 nm.
Met. The average distance between the centers of the projections 3a is:
It was 0.1 to 0.3 μm.

【0028】図5は、Cu膜厚換算レートを2.25n
mとした場合の第2の下地層3及びその凸部3aを示す
原子間力顕微鏡写真である。図5に示すように、図4に
示す凸部3aに比べ、より大きな凸部3aが形成されて
いる。また凸部3aの形成密度が低くなっていることが
わかる。
FIG. 5 shows a Cu film thickness conversion rate of 2.25 n.
6 is an atomic force micrograph showing the second underlayer 3 and its convex portion 3a when m is set. As shown in FIG. 5, a larger projection 3a is formed than the projection 3a shown in FIG. Also, it can be seen that the formation density of the projections 3a is low.

【0029】図6はCu膜厚換算レートを0.75nm
にして第2の下地層3を形成した場合の、図1に示す磁
気抵抗効果素子のMR曲線(MR比の外部磁界に対する
変化を示す曲線)を示す図である。図6から明らかなよ
うに、最大のMR比は9.2%であり、一軸異方性磁界
(Hua)は200Oeであり、フリー層の保磁力(H
c)は25Oeである。従って、高いMR比を示すとと
もに、良好な磁界感度を示すことがわかる。
FIG. 6 shows a Cu film thickness conversion rate of 0.75 nm.
FIG. 2 is a diagram showing an MR curve (a curve showing a change in an MR ratio with respect to an external magnetic field) of the magnetoresistive effect element shown in FIG. 1 when a second underlayer 3 is formed. As is clear from FIG. 6, the maximum MR ratio is 9.2%, the uniaxial anisotropic magnetic field (Hua) is 200 Oe, and the coercive force (H
c) is 25 Oe. Therefore, it can be seen that a high MR ratio and good magnetic field sensitivity are exhibited.

【0030】図7〜図9は、図1に示す実施例におい
て、第2の下地層3を形成する際のCu膜厚換算レート
を変化させて種々の磁気抵抗効果素子を作製し、得られ
た磁気抵抗効果素子の特性を示した図である。図7は、
磁気抵抗効果素子のMR比(■)及びΔR(□)を示し
ており、いずれも図1における下地層10を形成しない
場合の値を1とした規格化値で表している。図8は、磁
気抵抗効果素子のHc(○)及びHua(●)を同様に
規格化値で表している。また、図9は第2の下地層にお
ける凸部の膜面方向の径を表している。
FIGS. 7 to 9 show various magnetoresistive elements manufactured by changing the Cu film thickness conversion rate when forming the second underlayer 3 in the embodiment shown in FIG. FIG. 4 is a diagram showing characteristics of a magnetoresistive element according to the present invention. FIG.
1 shows the MR ratio (■) and ΔR (□) of the magnetoresistive effect element, both of which are represented by normalized values where the value when the underlayer 10 is not formed in FIG. FIG. 8 similarly shows Hc (O) and Hua (●) of the magnetoresistive effect element with normalized values. FIG. 9 shows the diameter of the convex portion in the second underlayer in the film surface direction.

【0031】図7から明らかなように、本発明に従う実
施例においては、いずれも高いMR比を示している。特
に、Cu膜厚換算レートが0.75nm近傍で高いMR
比及びΔRが得られている。また、アニール(260℃
×60分)を施しても、MR比の低下は認められなかっ
た。
As is clear from FIG. 7, all the embodiments according to the present invention show a high MR ratio. In particular, when the Cu film thickness conversion rate is high near 0.75 nm, the MR
The ratio and ΔR are obtained. In addition, annealing (260 ° C.
× 60 minutes), no decrease in the MR ratio was observed.

【0032】図1に示す実施例においては、磁気抵抗効
果膜として、スピンバルブ型の磁気抵抗効果膜を用いて
いる。本発明においては、例えば、図1に示すスピンバ
ルブ型の磁気抵抗効果膜を逆の順序で積層させた磁気抵
抗効果膜を用いてもよい。すなわち、反強磁性層7、第
2の強磁性層6、非磁性導電層5、及び第1の強磁性層
4の順で積層した磁気抵抗効果膜を用いてもよい。ま
た、デュアルスピンバルブ型の磁気抵抗効果膜を用いて
もよい。このようなデュアルスピンバルブ型の磁気抵抗
効果膜としては、例えば、反強磁性層/強磁性層/非磁
性導電層/強磁性層(フリー層)/非磁性導電層/強磁
性層/反強磁性層の積層構造を有するものが挙げられ
る。
In the embodiment shown in FIG. 1, a spin valve type magnetoresistive film is used as the magnetoresistive film. In the present invention, for example, a magnetoresistive film in which the spin-valve magnetoresistive films shown in FIG. 1 are stacked in reverse order may be used. That is, a magnetoresistive film in which the antiferromagnetic layer 7, the second ferromagnetic layer 6, the nonmagnetic conductive layer 5, and the first ferromagnetic layer 4 are stacked in this order may be used. Further, a dual spin valve type magnetoresistive film may be used. Examples of such a dual spin valve type magnetoresistive film include an antiferromagnetic layer / ferromagnetic layer / nonmagnetic conductive layer / ferromagnetic layer (free layer) / nonmagnetic conductive layer / ferromagnetic layer / antiferromagnetic layer. One having a laminated structure of a magnetic layer is exemplified.

【0033】図10は、本発明に従う磁気抵抗効果素子
の他の実施例を示す断面図である。図10に示す実施例
では、磁気抵抗効果膜として、保磁力差型の磁気抵抗効
果膜が用いられている。凸部3aを有する第2の下地層
3の上には、Coからなる第1の強磁性層14(膜厚5
0Å)、Cuからなる非磁性導電層15(膜厚25
Å)、及びFeからなる第2の強磁性層16(膜厚50
Å)が、順次IBS法により形成され、積層されてい
る。この磁気抵抗効果膜においては、非磁性導電層15
の両側に、異なる保磁力を有する第1の強磁性層14と
第2の強磁性層16が設けられ、保磁力差型の磁気抵抗
効果膜を構成している。
FIG. 10 is a sectional view showing another embodiment of the magnetoresistive element according to the present invention. In the embodiment shown in FIG. 10, a coercive force difference type magnetoresistive film is used as the magnetoresistive film. A first ferromagnetic layer 14 of Co (film thickness 5) is formed on the second underlayer 3 having the convex portions 3a.
0 °), the nonmagnetic conductive layer 15 made of Cu (film thickness 25
Å) and the second ferromagnetic layer 16 made of Fe (film thickness 50
Å) are sequentially formed by the IBS method and stacked. In this magnetoresistive film, the nonmagnetic conductive layer 15
A first ferromagnetic layer 14 and a second ferromagnetic layer 16 having different coercive forces are provided on both sides of the magnetoresistive effect film to form a coercive force difference type magnetoresistive film.

【0034】図11は、本発明に従うさらに他の実施例
の磁気抵抗効果素子を示す断面図である。図11に示す
実施例では、磁気抵抗効果膜として、人工格子型の磁気
抵抗効果膜が設けられている。凸部3aを有する第2の
下地層3の上には、Coからなる強磁性層24(膜厚2
0Å)とCuからなる非磁性導電層25(膜厚20Å)
が複数回繰り返して積層されている。本実施例では、1
5回繰り返し積層されている。本実施例の磁気抵抗効果
膜は、非磁性導電層25を挟む両側の強磁性層24間に
反強磁性結合が存在しており、いわゆる人工格子型の磁
気抵抗効果膜となっている。
FIG. 11 is a sectional view showing a magnetoresistive element according to still another embodiment of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 11, an artificial lattice type magnetoresistive film is provided as the magnetoresistive film. A ferromagnetic layer 24 made of Co (film thickness 2) is formed on the second underlayer 3 having the convex portions 3a.
0 °) and a nonmagnetic conductive layer 25 made of Cu (film thickness: 20 °)
Are repeatedly laminated a plurality of times. In this embodiment, 1
It is repeatedly laminated five times. The magnetoresistive film of this embodiment has a so-called artificial lattice type magnetoresistive film in which antiferromagnetic coupling exists between the ferromagnetic layers 24 on both sides of the nonmagnetic conductive layer 25.

【0035】図12は、本発明に従う磁気抵抗効果素子
のさらに他の実施例を示す断面図である。図12に示す
実施例においては、基板1の上に凸部20aを島状に分
散して有する下地層20が形成されている。この下地層
20の上に、図1に示す実施例と同様のスピンバルブ型
の磁気抵抗効果膜が積層されている。このように、本発
明においては、下地層が1つの層から形成されていても
よい。
FIG. 12 is a sectional view showing still another embodiment of the magnetoresistive element according to the present invention. In the embodiment shown in FIG. 12, an underlayer 20 having convex portions 20a dispersed in an island shape on a substrate 1 is formed. On this underlayer 20, a spin-valve magnetoresistive film similar to the embodiment shown in FIG. Thus, in the present invention, the underlayer may be formed from one layer.

【0036】図13は、本発明に従う磁気抵抗効果素子
のさらに他の実施例を示す断面図である。基板1の上に
は、凸部30aを島状に分散して有する下地層30が形
成されている。本実施例において、下地層30は、不連
続な薄膜であり、凸部30aの底部において隣接する凸
部と不連続になっている。このように、本発明において
は、凸部30aが不連続に点在するような下地層を用い
てもよい。本実施例では、このような不連続な下地層3
0の上に、図1に示す実施例と同様にスピンバルブ型の
磁気抵抗効果膜が形成されている。
FIG. 13 is a sectional view showing still another embodiment of the magnetoresistive element according to the present invention. On the substrate 1, an underlayer 30 having convex portions 30a dispersed in an island shape is formed. In this embodiment, the underlayer 30 is a discontinuous thin film, and is discontinuous at the bottom of the projection 30a with the adjacent projection. Thus, in the present invention, a base layer in which the protrusions 30a are discontinuously scattered may be used. In this embodiment, such a discontinuous underlayer 3
A spin-valve magnetoresistive film is formed on the reference numeral 0 as in the embodiment shown in FIG.

【0037】上記実施例においては、磁気抵抗効果膜と
して、スピンバルブ型、保磁力差型、及び人工格子型の
磁気抵抗効果膜を例にして説明したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、強磁性層と非磁性導電層を積
層した構造を有する磁気抵抗効果膜を備える磁気抵抗効
果素子に対して適用することができる。
In the above embodiment, the spin-valve type, coercive force difference type and artificial lattice type magneto-resistance effect films have been described as examples of the magneto-resistance effect film, but the present invention is not limited to this. Instead, the present invention can be applied to a magnetoresistive element including a magnetoresistive film having a structure in which a ferromagnetic layer and a nonmagnetic conductive layer are stacked.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明に従えば、MR比及び一軸異方性
磁界が高く、かつ良好な磁界感度を有する磁気抵抗効果
素子とすることができる。
According to the present invention, a magnetoresistive element having a high MR ratio and a high uniaxial anisotropic magnetic field and excellent magnetic field sensitivity can be obtained.

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

【図1】本発明に従う磁気抵抗効果素子の一実施例を示
す断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a magnetoresistance effect element according to the present invention.

【図2】図1に示す実施例において下地層を形成した後
の状態を示す断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing a state after a base layer is formed in the embodiment shown in FIG. 1;

【図3】基板上に形成した第1の下地層の薄膜の状態を
示す原子間力顕微鏡写真。
FIG. 3 is an atomic force microscope photograph showing a state of a thin film of a first underlayer formed on a substrate.

【図4】第1の下地層の上に形成した第2の下地層の薄
膜の状態を示す原子間力顕微鏡写真。
FIG. 4 is an atomic force microscope photograph showing a state of a thin film of a second underlayer formed on the first underlayer.

【図5】第1の下地層の上に形成した第2の下地層の薄
膜の状態を示す原子間力顕微鏡写真。
FIG. 5 is an atomic force microscope photograph showing a state of a thin film of a second underlayer formed on the first underlayer.

【図6】図1に示す実施例の磁気抵抗効果素子のMR曲
線を示す図。
FIG. 6 is a view showing an MR curve of the magnetoresistive element of the embodiment shown in FIG. 1;

【図7】MR比及びΔRと第2の下地層のCu膜厚換算
レートとの関係を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between an MR ratio and ΔR and a conversion rate of a Cu film thickness of a second underlayer.

【図8】Hc及びHuaと第2の下地層のCu膜厚換算
レートとの関係を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between Hc and Hua and a Cu film thickness conversion rate of a second underlayer.

【図9】第2の下地層の凸部の径と第2の下地層のCu
膜厚換算レートとの関係を示す図。
FIG. 9 shows the diameter of the protrusion of the second underlayer and the Cu of the second underlayer.
The figure which shows the relationship with a film thickness conversion rate.

【図10】本発明に従う磁気抵抗効果素子の他の実施例
を示す断面図。
FIG. 10 is a sectional view showing another embodiment of the magnetoresistance effect element according to the present invention.

【図11】本発明に従う磁気抵抗効果素子のさらに他の
実施例を示す断面図。
FIG. 11 is a sectional view showing still another embodiment of the magnetoresistive element according to the present invention.

【図12】本発明に従う磁気抵抗効果素子のさらに他の
実施例を示す断面図。
FIG. 12 is a sectional view showing still another embodiment of the magnetoresistance effect element according to the present invention.

【図13】本発明に従う磁気抵抗効果素子のさらに他の
実施例を示す断面図。
FIG. 13 is a sectional view showing still another embodiment of the magnetoresistance effect element according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…基板 2…第1の下地層 3…第2の下地層 3a…第2の下地層の凸部 4…第1の強磁性層 5…非磁性導電層 6…第2の強磁性層 7…反強磁性層 10…下地層 14…第1の強磁性層 15…非磁性導電層 16…第2の強磁性層 20…下地層 20a…下地層の凸部 24…強磁性層 25…非磁性導電層 30…下地層 30a…下地層の凸部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ... 1st underlayer 3 ... 2nd underlayer 3a ... convex part of 2nd underlayer 4 ... 1st ferromagnetic layer 5 ... nonmagnetic conductive layer 6 ... 2nd ferromagnetic layer 7 ... Anti-ferromagnetic layer 10 ... Underlayer 14 ... First ferromagnetic layer 15 ... Nonmagnetic conductive layer 16 ... Second ferromagnetic layer 20 ... Underlayer 20a ... Underlayer convex portion 24 ... Ferromagnetic layer 25 ... Non Magnetic conductive layer 30... Underlayer 30 a.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 凸部が島状に分散して設けられた下地層
と、 前記下地層の上に積層される、強磁性層と非磁性導電層
を積層した構造を有する磁気抵抗効果膜とを備える磁気
抵抗効果素子。
An underlayer in which convex portions are dispersed in an island shape, and a magnetoresistive film having a structure in which a ferromagnetic layer and a nonmagnetic conductive layer are stacked on the underlayer. A magnetoresistive effect element comprising:
【請求項2】 前記下地層が、前記凸部の底部において
連続している下地層である請求項1に記載の磁気抵抗効
果素子。
2. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the underlayer is a continuous underlayer at the bottom of the projection.
【請求項3】 前記下地層が、前記凸部の底部において
不連続な下地層である請求項1に記載の磁気抵抗効果素
子。
3. The magnetoresistance effect element according to claim 1, wherein the underlayer is a discontinuous underlayer at the bottom of the projection.
【請求項4】 前記下地層が、第1の下地層の上に第2
の下地層を設けた下地層であり、第2の下地層に前記凸
部が設けられている請求項1に記載の磁気抵抗効果素
子。
4. The method according to claim 1, wherein the underlayer is a second underlayer on the first underlayer.
2. The magnetoresistance effect element according to claim 1, wherein the underlayer is provided with the underlayer, and the protrusion is provided on a second underlayer. 3.
【請求項5】 前記第1の下地層と前記第2の下地層と
が、それぞれ互いに非固溶の関係にある材料から形成さ
れている請求項4に記載の磁気抵抗効果素子。
5. The magnetoresistive element according to claim 4, wherein the first underlayer and the second underlayer are each formed of a material having a non-solid solution relationship with each other.
【請求項6】 前記第1の下地層がTaから形成されて
おり、前記第2の下地層がCuから形成されている請求
項5に記載の磁気抵抗効果素子。
6. The magnetoresistive element according to claim 5, wherein the first underlayer is formed of Ta, and the second underlayer is formed of Cu.
【請求項7】 前記磁気抵抗効果膜が、第1の強磁性層
及び第2の強磁性層と、前記第1の強磁性層と前記第2
の強磁性層の間に設けられる非磁性導電層と、前記第1
の強磁性層及び前記第2の強磁性層のいずれか一方と磁
気的に結合する反強磁性層とを備えるスピンバルブ型の
磁気抵抗効果膜である請求項1〜6のいずれか1項に記
載の磁気抵抗効果素子。
7. The magneto-resistance effect film includes a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer, the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer.
A nonmagnetic conductive layer provided between the ferromagnetic layers of
7. A spin-valve type magnetoresistive film comprising a ferromagnetic layer and an antiferromagnetic layer magnetically coupled to one of the second ferromagnetic layer. The magnetoresistive effect element as described in the above.
【請求項8】 前記磁気抵抗効果膜が、第1の強磁性層
及び第2の強磁性層と、前記第1の強磁性層と前記第2
の強磁性層の間に設けられる非磁性導電層とを備え、前
記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層の保磁力が実質
的に異なる保磁力差型の磁気抵抗効果膜である請求項1
〜6のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。
8. The magneto-resistance effect film includes a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer, the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer.
A non-magnetic conductive layer provided between the ferromagnetic layers of the first and second ferromagnetic layers, wherein a coercive force difference type magnetoresistive film in which the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer have substantially different coercive forces. Certain claim 1
7. The magnetoresistive element according to any one of items 1 to 6.
【請求項9】 前記磁気抵抗効果膜が、強磁性層と非磁
性導電層とを繰り返し積層した人工格子型の磁気抵抗効
果膜である請求項1〜6のいずれか1項に記載の磁気抵
抗効果素子。
9. The magnetoresistive film according to claim 1, wherein said magnetoresistive film is an artificial lattice type magnetoresistive film in which a ferromagnetic layer and a nonmagnetic conductive layer are repeatedly laminated. Effect element.
【請求項10】 基板上に第1の下地層を形成する工程
と、 前記第1の下地層の上に、前記第1の下地層の材料と非
固溶の関係にある材料を用いて、島状に分散した凸部を
有する第2の下地層を形成する工程と、 前記第2の下地層の上に、強磁性層と非磁性導電層を積
層した構造を有する磁気抵抗効果膜を形成する工程とを
備える磁気抵抗効果素子の製造方法。
10. A step of forming a first underlayer on a substrate, and using a material which has a non-solid solution relationship with a material of the first underlayer on the first underlayer. Forming a second underlayer having island-shaped projections; and forming a magnetoresistive film having a structure in which a ferromagnetic layer and a nonmagnetic conductive layer are stacked on the second underlayer. And manufacturing the magnetoresistive effect element.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010033533A (en) * 1998-10-26 2001-04-25 다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시 Magnetoresistant device and a magnetic sensor comprising the same
JP2003060261A (en) * 2001-08-13 2003-02-28 Canon Inc MAGNETORESISTIVE EFFECT FILM, MEMORY ELEMENT HAVING THE SAME, AND MEMORY USING THE SAME
US6980405B2 (en) 2002-01-02 2005-12-27 International Business Machines Corporation Method and apparatus for providing precise control of magnetic coupling field in NiMn top spin valve heads and amplitude enhancement

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