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JP2970590B2 - 磁気抵抗効果素子並びにこれを用いた磁気抵抗効果センサ、磁気抵抗検出システム及び磁気記憶システム - Google Patents

磁気抵抗効果素子並びにこれを用いた磁気抵抗効果センサ、磁気抵抗検出システム及び磁気記憶システム

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JP2970590B2
JP2970590B2 JP9123797A JP12379797A JP2970590B2 JP 2970590 B2 JP2970590 B2 JP 2970590B2 JP 9123797 A JP9123797 A JP 9123797A JP 12379797 A JP12379797 A JP 12379797A JP 2970590 B2 JP2970590 B2 JP 2970590B2
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JP
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oxide
magnetic
magnetoresistive
magnetoresistive element
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一彦 林
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気記憶媒体に記
録した情報信号を読み取るための磁気抵抗効果素子、並
びにこれを用いた磁気抵抗効果センサ、磁気抵抗検出シ
ステム及び磁気記憶システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術として、磁気抵抗（ＭＲ）セン
サ又はＭＲヘッドと呼ばれる磁気読み取り変換器が知ら
れている。これは、大きな線形密度で磁気記憶媒体表面
からデータを読み取れることを特長としている。ＭＲセ
ンサは、読み取り素子によって感知される磁束の強さと
方向の関数としての抵抗変化を介して磁界信号を検出す
る。こうした従来技術のＭＲセンサは、読み取り素子の
抵抗の１成分が磁化方向と素子中を流れる感知電流の方
向の間の角度の余弦の２乗に比例して変化する、異方性
磁気抵抗（ＡＭＲ）効果に基づいて動作する。ＡＭＲ効
果のより詳しい説明は、Ｄ．Ａ．トムソン（Ｔｈｏｍｐ
ｓｏｎ）等の論文“Ｍｅｍｏｒｙ，Ｓｔｏｒａｇｅ，ａ
ｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”Ｉ
ＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ｏｎ Ｍａｇ．ＭＡＧ−１１，
ｐ．１０３９（１９７５）に掲載されている。ＡＭＲ効
果を用いた磁気ヘッドではバルクハウゼンノイズを押え
るために縦バイアスを印加することが多いが、この縦バ
イアス印加材料としてＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ニッケル酸
化物などの反強磁性材料を用いる場合がある。
【０００３】さらに最近には、積層磁気センサの抵抗変
化が、非磁性層を介する磁性層間での電導電子のスピン
依存性伝送、及びそれに付随する層界面でのスピン依存
性散乱に帰される、より顕著な磁気抵抗効果が報告され
ている。この磁気抵抗効果は、「巨大磁気抵抗効果」や
「スピン・バルブ効果」など様々な名称で呼ばれてい
る。このような磁気抵抗センサは、適当な材料でできて
おり、ＡＭＲ効果を利用するセンサで観察されるより
も、感度が改善され、抵抗変化が大きい。この種のＭＲ
センサでは、非磁性層で分離された１対の強磁性体層の
間の平面内抵抗が、２つの層の磁化方向間の角度の余弦
に比例して変化する。
【０００４】特開平２−６１５７２号公報には、磁性層
内の磁化の反平行整列によって生じる高いＭＲ変化をも
たらす積層磁性構造が記載されている。積層構造で使用
可能な材料として、上記公報には強磁性の遷移金属及び
合金が挙げられている。また、中間層により分離してい
る少なくとも二層の強磁性層の一方に反強磁性層を付加
した構造、及び反強磁性層としてＦｅＭｎが適当である
ことが開示されている。
【０００５】特開平４−３５８３１０号公報には、非磁
性金属体の薄膜層によって仕切られた強磁性体の二層の
薄膜層を有し、印加磁界が零である場合に２つの強磁性
薄膜層の磁化方向が直交し、２つの非結合強磁性体層間
の抵抗が２つの層の磁化方向間の角度の余弦に比例して
変化し、センサ中を通る電流の方向とは独立な、ＭＲセ
ンサが開示されている。
【０００６】特開平６−２０３３４０号公報には、非磁
性金属材料の薄膜層で分離された２つの強磁性体の薄膜
層を含み、外部印加磁界がゼロのとき、隣接する反強磁
性体層の磁化が他方の強磁性体層に対して垂直に保たれ
る、上記の効果に基づくＭＲセンサが開示されている。
【０００７】特開平７−２６２５２９号公報には、第１
磁性層／非磁性層／第２磁性層／反強磁性層の構成を有
するスピンバルブであって、特に第１及び第２磁性層に
ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＭｏ、ＦｅＳｉＡｌ、ＦｅＳ
ｉ、ＮｉＦｅ又はこれにＣｒ、Ｍｎ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃ
ｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎを添加した材
料を用いた磁気抵抗効果素子が開示されている。
【０００８】基板上に非磁性層を介して積層した複数の
磁性薄膜からなり、非磁性薄膜を介して隣り合う一方の
軟磁性薄膜に反強磁性薄膜が隣接して設けてあり、この
反強磁性薄膜のバイアス磁界をＨｒ、他方の軟磁性薄膜
の保磁力をＨｃ2 としたときに、Ｈｃ2 ＜Ｈｒである磁
気抵抗効果膜において、前記反強磁性体がＮｉＯ、Ｃｏ
Ｏ、ＦｅＯ、Ｆｅ2 Ｏ3 、ＭｎＯ、Ｃｒの少なくとも１
種又はこれらの混合物からなることを特徴とする磁気抵
抗効果膜が特開平７−２０２２９２号公報に開示されて
いる。また、前述の磁気抵抗効果膜において、前記反強
磁性体がＮｉＯ、Ｎｉx Ｃｏ1-x Ｏ、ＣｏＯから選ばれ
る少なくとも２種からなる超格子であることを特徴とす
る磁気抵抗効果膜が、特願平６−２１４８３７号公報及
び特願平６−２６９５２４号公報に開示されている。ま
た、前述の磁気抵抗効果膜において、前記反強磁性体が
ＮｉＯ、Ｎｉx Ｃｏ1-x Ｏ＝（ｘ＝０．１〜０．９）、
ＣｏＯから選ばれる少なくとも２種からなる超格子であ
り、この超格子中のＮｉのＣｏに対する原子数費が１．
０以上であることを特徴とする磁気抵抗効果膜が、特願
平７−１１３５４号公報に開示されている。また、前述
の磁気抵抗効果膜において、前記反強磁性体がＮｉＯ上
にＣｏＯを１０から４０オングストローム積層した二層
膜であることを特徴とする磁気抵抗効果膜が、特願平７
−１３６６７０号公報に開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来技術において、／
磁性層／非磁性層／磁性層／反強磁性層／、又は／反強
磁性層／磁性層／非磁性層／磁性層／という基本構成を
もつ磁気抵抗効果素子は、２００℃以上でのアニールに
より構成の最上層が酸化することにより、交換結合磁界
Ｈｅｘや磁気抵抗変化率（ＭＲ比）が低下していた。こ
のタイプの磁気抵抗効果素子では、反強磁性層から固定
磁性層へ印加される交換結合磁界を得るために、２００
℃以上の温度での熱処理が必要なものが多く、この工程
で酸化が起こり特性が劣化していた。また、熱処理を必
要としないタイプの反強磁性層を用いた場合において
も、記録再生ヘッドを実際に製造する段階では書き込み
ヘッド部のレジスト硬化工程が不可欠であり、この工程
に２００℃以上の温度での熱処理が必要になるので、実
ヘッドに加工した段階での磁気抵抗効果膜の酸化が起こ
っていた。
【００１０】また、保護層として金属を用いた場合、膜
厚が厚いときは、金属の有する導電性のために、磁気抵
抗変化に寄与しない保護層に多くのセンス電流が流れて
しまい、結果としてセンサーの出力が低下するという問
題があった。また、膜厚が薄いときは、金属層を通して
磁気抵抗効果部にまで酸化が到達することにより、保護
層としての役目を果たさなくなってしまう。
【００１１】本発明の目的は、磁気抵抗効果素子の最上
層に適切な保護層を設けることにより、記録再生ヘッド
製造時の加熱工程における磁気抵抗効果素子の酸化を防
ぎ、十分な抵抗変化率、反強磁性層から固定磁性層へ印
加される十分大きな交換結合磁界、及びフリー磁性層の
十分小さな保磁力を確保した上で、信頼性に優れる、磁
気抵抗効果素子並びにこれを用いた磁気抵抗効果セン
サ、磁気抵抗検出システム及び磁気記憶システムを提供
することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】／磁性層／非磁性層／磁
性層／反強磁性層／、又は／反強磁性層／磁性層／非磁
性層／磁性層／のユニットからなる多層膜を形成させた
基本構成をもつ磁気抵抗効果素子において、磁性層がＮ
ｉＦｅ，ＣｏＦｅ又はＮｉＣｏからなり、非磁性層がＣ
ｕ、Ｃｕに１〜２０ａｔ％程度のＡｇを添加した材料、
Ｃｕに１〜２０ａｔ％程度のＲｅを添加した材料又はＣ
ｕ−Ａｕ合金からなり、反強磁性層がＦｅＭｎ、ＮｉＭ
ｎ、ＩｒＭｎ、ＰｔＰｄＭｎ、ＲｅＭｎ、ＰｔＭｎ、Ｃ
ｒＭｎ、Ｎｉ酸化物、Ｎｉ酸化物とＦｅ酸化物の混合
物、Ｎｉ酸化物／Ｃｏ酸化物二層膜、Ｎｉ酸化物／Ｆｅ
酸化物二層膜、ＮｉＭｎＣｒ又はＲｈＭｎからなり、磁
気抵抗効果素子上に形成される保護層に、２ｎｍ以上７
ｎｍ以下の膜厚の、金属、酸化物、窒化物、酸化物と窒
化物の混合物、金属／酸化物の二層膜、金属／窒化物の
二層膜、又は金属／（酸化物と窒化物との混合物）の二
層膜を用いる。
【００１３】金属を保護層に用いた場合は保護層は導電
性となるので、保護層膜厚が厚い場合はセンス電流のう
ち保護層に分流する割合が増える。保護層を流れる電流
は磁気抵抗変化には寄与しないので、素子としての磁気
抵抗変化率が減少し、ヘッドの出力が減少する。保護層
の膜厚が薄い場合は、保護層を流れる電流はそれ程多く
ないので、保護層への分流による出力減少は少ない。そ
の反面、膜厚が薄いと、保護層として磁気抵抗素子を酸
化から保護する効果が弱くなる。したがって、金属保護
層の膜厚には最適な領域が存在する。
【００１４】酸化物や窒化物は、一般に実質的に非導電
性であるので、膜厚が厚い場合にも金属系保護層の場合
のように、磁気抵抗変化に寄与しない保護層にセンス電
流が分流することによる磁気抵抗変化率の減少は起こら
ない。そのため、膜厚を厚く設定できるので、記録再生
ヘッド製造中の高温工程において、有効に酸素の磁気抵
抗効果素子への進入を防ぐことができ、最終的に大きな
Ｈｅｘ、大きなＭＲ比、及び小さなフリー磁性層のＨｃ
を得ることができる。
【００１５】ただし、酸化物や窒化物は、／磁性層／非
磁性層／磁性層／反強磁性層／、又は／反強磁性層／磁
性層／非磁性層／磁性層／のユニットを構成する要素と
界面において原子レベルでの、馴染みが悪く、そのため
に高温プロセス後にわずかな特性の劣化が生じる場合が
ある。この場合は、上記ユニットと酸化物又は窒化物と
の間に上記ユニットと酸化物又は窒化物との双方と原子
レベルでの馴染みの良い金属を挿入することにより、高
温プロセス後においてもより良い特性を得ることができ
る。
【００１６】以上により、磁気抵抗効果素子として、並
びにこれを用いた磁気抵抗効果センサ、磁気抵抗検出シ
ステム及び磁気記憶システムとして、出力値、出力波
形、及びピットエラーレートにおいて良好な特性が得ら
れるとともに、熱的な信頼性においても良好な特性を得
ることができるのである。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明を適用したシールド型の磁
気抵抗効果センサとしては、図１及び図２のに示す構造
のものを用いることができる。
【００１８】図１の磁気抵抗効果センサでは、基板１上
に下シールド層２、下ギャップ層３、磁気抵抗効果素子
６を積層させる。その上にギャップ規定絶縁層７を積層
させることもある。下シールド層２は適当な大きさにフ
ォトレジスト（ＰＲ）工程によりパターン化されること
が多い。磁気抵抗効果素子６はＰＲ工程により適当な大
きさ形状にパターン化されており、その端部に接するよ
うに縦バイアス層４及び下電極層５が順次積層されてい
る。その上に上ギャップ層８及び上シールド層９が順次
積層されている。
【００１９】図２の磁気抵抗効果センサでは、基板１１
上に下シールド層１２、下ギャップ層１３、磁気抵抗効
果素子１６を積層させる。下シールド層１２は適当な大
きさにＰＲ工程によりパターン化されることが多い。磁
気抵抗効果素子１６はＰＲ工程により適当な大きさ形状
にパターン化されており、その上部に一部重なるように
縦バイアス層１４及び下電極層１５が順次積層されてい
る。その上に上ギャップ層１８及び上シールド層１９が
順次積層されている。
【００２０】図１及び図２のタイプの、下シールド層と
しては、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭ
ｏ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＨ
ｆ、ＣｏＴａ、ＣｏＴａＨｆ、ＣｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒ
Ｎｂ、ＣｏＨｆＰｄ、ＣｏＴａＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＭｏ
Ｎｉ合金、ＦｅＡｌＳｉ、窒化鉄系材料等を用いること
ができ、その膜厚は０．３〜１０μｍの範囲で適用可能
である。下ギャップ層は、アルミナ、ＳｉＯ2 、窒化ア
ルミニウム、窒化シリコン、ダイヤモンドライクカーボ
ン等が適用可能であり、０．０１〜０．２０μｍ範囲で
の使用が望ましい。下電極層としては、Ｚｒ、Ｔａ、Ｍ
ｏからなる単体又は合金又は混合物が望ましく、膜厚範
囲は０．０１〜０．１０μｍがよい。縦バイアス層とし
ては、ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒ、ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＴ
ａ、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｔＰｄＭｎ、Ｒ
ｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＣｒＭｎ、Ｎｉ酸化物、鉄酸化物、
Ｎｉ酸化物とＣｏ酸化物の混合物、Ｎｉ酸化物とＦｅ酸
化物の混合物、Ｎｉ酸化物／Ｃｏ酸化物二層膜、Ｎｉ酸
化物／Ｆｅ酸化物二層膜等を用いることができる。ギャ
ップ規定絶縁層としては、アルミナ、ＳｉＯ2 、窒化ア
ルミニウム、窒化シリコン、ダイヤモンドライクカーボ
ン等が適用可能であり、０．００５〜０．０５μｍ範囲
での使用が望ましい。上ギャップ層は、アルミナ、Ｓｉ
Ｏ2 、窒化アルミニウム、窒化シリコン、ダイヤモンド
ライクカーボン等が適用可能であり、０．０１〜０．２
０μｍ範囲での使用が望ましい。上シールド層には、Ｎ
ｉＦｅ、ＣｏＺｒ、又はＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭｏ、Ｃ
ｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＨｆ、Ｃｏ
Ｔａ、ＣｏＴａＨｆ、ＣｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒＮｂ、Ｃ
ｏＨｆＰｄ、ＣｏＴａＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＭｏＮｉ合
金、ＦｅＡｌＳｉ、窒化鉄系材料等を用いることがで
き、その膜厚は０．３〜１０μｍの範囲で適用可能であ
る。
【００２１】これらのシールド型の磁気抵抗効果センサ
は、インダクティブコイルによる書き込みヘッド部を形
成することにより、記録再生一体型ヘッドとして用いる
ことができるようになる。図３は記録再生ヘッドの概念
図である。記録再生ヘッドは、本発明の磁気抵抗効果セ
ンサを用いた再生ヘッドと、インダクティブ型の記録ヘ
ッドとからなる。ここでは長手磁気記録用の記録ヘッド
との搭載例を示したが、本発明の磁気抵抗効果素子を垂
直磁気記録用ヘッドと組み合わせ、垂直記録に用いても
よい。
【００２２】記録再生ヘッドは、基体５０上に下部シー
ルド膜８２、磁気抵抗効果素子４５及び電極４０、上部
シールド膜８１からなる再生ヘッドと、下部磁性膜８
４、コイル４１、上部磁性膜８４からなる記録ヘッドと
を形成してなる。この際、上部シールド膜８１と下部磁
性膜８４とを共通にしてもかまわない。この記録再生ヘ
ッドにより、記録媒体上に信号を書き込み、また、記録
媒体から信号を読み取るのである。再生ヘッドの感知部
分と、記録ヘッドの磁気ギャップはこのように同一スラ
イダ上に重ねた位置に形成することで、同一トラックに
同時に位置決めができる。この記録再生ヘッドをスライ
ダに加工し、磁気記録再生装置に搭載した。
【００２３】図４は本発明の磁気抵抗効果素子を用いた
磁気記録再生装置の概念図である。ヘッドスライダー９
０を兼ねる基板５０上に磁気抵抗効果素子４５及び電極
膜４０を形成し、これを磁気記録媒体９１上に位置決め
して再生を行う。磁気記録媒体９１は回転し、ヘッドス
ライダー９０は磁気記録媒体９１の上を、０．２μｍ以
下の高さ、又は接触状態で対向して相対運動する。この
機構により、磁気抵抗効果素子４５は磁気記録媒体９１
に記録された磁気的信号を、その漏れ磁界から読み取る
ことのできる位置に設定されるのである。
【００２４】図５乃至図１２は本発明に係る磁気抵抗効
果素子の膜構成の概念図である。図５の磁気抵抗効果素
子は、基体１００上に、下地層１０１、第１フリー磁性
層１０２、非磁性層１０４、ＭＲエンハンス層１０５、
固定磁性層１０６、反強磁性層１０７及び保護層１０８
を順次積層した構造である。図６の磁気抵抗効果素子
は、基体１００上に、下地層１０１、第１フリー磁性層
１０２、第２フリー磁性層１０３、非磁性層１０４、Ｍ
Ｒエンハンス層１０５、固定磁性層１０６、反強磁性層
１０７及び保護層１０８を順次積層した構造である。図
７の磁気抵抗効果素子は、基体１００上に、下地層１０
１、第１フリー磁性層１０２、非磁性層１０４、固定磁
性層１０６、反強磁性層１０７及び保護層１０８を順次
積層した構造である。図８の磁気抵抗効果素子は、基体
１００上に、下地層１０１、第１フリー磁性層１０２、
第２フリー磁性層１０３、非磁性層１０４、固定磁性層
１０６、反強磁性層１０７及び保護層１０８を順次積層
した構造である。図９の磁気抵抗効果素子は、基体１０
０上に、下地層１０１、反強磁性層１０７、固定磁性層
１０６、ＭＲエンハンス層１０５、非磁性層１０４、第
１フリー磁性層１０２及び保護層１０８を順次積層した
構造である。図１０の磁気抵抗効果素子は、基体１００
上に、下地層１０１、反強磁性層１０７、固定磁性層１
０６、ＭＲエンハンス層１０５、非磁性層１０４、第２
フリー磁性層１０３、第１フリー磁性層１０２及び保護
層１０８を順次積層した構造である。図１１の磁気抵抗
効果素子は、基体１００上に、下地層１０１、反強磁性
層１０７、固定磁性層１０６、非磁性層１０４、第１フ
リー磁性層１０２及び保護層１０８を順次積層した構造
である。図１２の磁気抵抗効果素子は、基体１００上
に、下地層１０１、反強磁性層１０７、固定磁性層１０
６、非磁性層１０４、第２フリー磁性層１０３、第１フ
リー磁性層１０２及び保護層１０８を順次積層した構造
である。
【００２５】下地層としては、２種以上の金属、具体的
には、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｐ
ｔ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｒ
ｈ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｎｂ、Ｖ等からなる多層
膜を用いる。例えば、０．２〜６．０ｎｍのＴａ、０．
２〜１．５ｎｍのＨｆ、又は０．２〜２．５ｎｍのＺｒ
を用いる。第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層とし
ては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＣｏ、
ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒ、
ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＨｆ、ＣｏＴａ、ＣｏＴａＨｆ、Ｃ
ｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＨｆＰｄ、ＣｏＴａＺ
ｒＮｂ、ＣｏＺｒＭｏＮｉ合金又はアモルファス磁性材
料を用いることができる。膜厚は１〜１０ｎｍ程度が適
当であり、望ましくは、０．１〜５ｎｍ程度が適当であ
る。非磁性層としてはＣｕ、Ｃｕに１〜２０ａｔ％程度
のＡｇを添加した材料、Ｃｕに１〜２０ａｔ％程度のＲ
ｅを添加した材料、Ｃｕ−Ａｕ合金を用いることができ
る。膜厚は２〜４ｎｍが望ましい。ＭＲエンハンス層と
してはＣｏ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＣｏ等、又はＣｏＦｅ
Ｂ、ＣｏＺｒＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒ
Ｔａ、ＣｏＨｆ、ＣｏＴａ、ＣｏＴａＨｆ、ＣｏＮｂＨ
ｆ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＨｆＰｄ、ＣｏＴａＺｒＮｂ、
ＣｏＺｒＭｏＮｉ合金又はアモルファス磁性材料を用い
る。膜厚は０．５〜５ｎｍ程度が望ましい。ＭＲエンハ
ンス層を用いない場合は、用いた場合に比べて若干ＭＲ
比が低下するが、用いない分だけ作製に要する工程数は
低減する。固定磁性層としては、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅをベ
ースにするグループからなる単体、合金、又は積層膜を
用いる。膜厚は１〜５０ｎｍ程度が望ましい。反強磁性
層としては、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｔＰｄ
Ｍｎ、ＲｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＣｒＭｎ、Ｎｉ酸化物、Ｆ
ｅ酸化物、Ｎｉ酸化物とＣｏ酸化物の混合物、Ｎｉ酸化
物とＦｅ酸化物の混合物、Ｎｉ酸化物／Ｃｏ酸化物二層
膜、Ｎｉ酸化物／Ｆｅ酸化物二層膜などを用いることが
できる。
【００２６】保護層としては、金属、酸化物、窒化物、
酸化物と窒化物の混合物、金属／酸化物の二層膜、金属
／窒化物の二層膜、又は金属／（酸化物と窒化物との混
合物）の二層膜を用いる。一層のみの金属としては、Ｔ
ｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍ
ｏ，Ｔｃ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，
Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ及びＡｕからなる群から選ばれ
た単体又は二以上の合金が好ましい。酸化物及び窒化物
としては、Ｓｉ，Ａｌ，Ｔｉ又はＴａの酸化物及び窒化
物が好ましい。二層膜における金属としては、Ｔａ，Ｈ
ｆ，Ｚｒ，Ｗ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｉｒ，
Ｃｕ，Ａｇ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｒｕ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｏｓ，Ｐ
ｄ，Ｎｂ，Ｖ及びＹからなる群から選ばれた単体又は二
以上の合金が好ましい。
【００２７】
【実施例】本発明の磁気抵抗効果素子と比較するため
に、図５の構成の磁気抵抗効果素子において、保護層を
用いない場合の諸特性を調べた。
【００２８】基体１００に厚さ１．１ｍｍのコーニング
７０５９ガラス基板、下地層１０１に３．０ｎｍのＴ
ａ、第１フリー磁性層１０２に８．０ｎｍのＮｉ81Ｆｅ
19（ａｔ％、スパッタにより成膜する際のターゲット組
成であり膜組成とは異なる。以下の元素についても同
じ。）、非磁性層１０４に２．８ｎｍのＣｕ、ＭＲエン
ハンス層１０５に０．４ｎｍのＣｏ90Ｆｅ10（ａｔ
％）、固定磁性層１０６に２．６ｎｍのＮｉ81Ｆｅ
19（ａｔ％）、反強磁性層１０７に２０ｎｍのＦｅ50Ｍ
ｎ50（ａｔ％）を用いた。反強磁性層にＦｅＭｎを用い
た場合は、熱処理無しでも反強磁性層から固定磁性層へ
交換結合磁界が印加されるので、成膜後の熱処理は行っ
ていない。その結果、フリー磁性層の保磁力１．０Ｏ
ｅ、反強磁性層から固定磁性層へ印加される交換結合磁
界Ｈｅｘ５２０Ｏｅ、ＭＲ比５．２％が得られた。この
磁気抵抗効果素子に対し、２７０℃、５時間の熱処理を
行った。その結果、Ｈｅｘは５２０Ｏｅから２８０Ｏｅ
に低下し、またＭＲ比は５．２％から２．８％に低下し
た。ＭＲ比の低下はＣｕ層と磁性層との界面の状態がア
ニールにより変化したことも関係していると考えられる
が、Ｈｅｘの低下はＦｅＭｎ層の酸化によるものであ
る。
【００２９】基体１００に厚さ１．１ｍｍのコーニング
７０５９ガラス基板、下地層１０１に３．０ｎｍのＴ
ａ、第１フリー磁性層１０２に８．０ｎｍのＮｉ81Ｆｅ
19（ａｔ％）。非磁性層１０４に２．８ｎｍのＣｕ、Ｍ
Ｒエンハンス層１０５に０．４ｎｍのＣｏ90Ｆｅ10（ａ
ｔ％）、固定磁性層１０６に２．６ｎｍのＮｉ81Ｆｅ19
（ａｔ％）、反強磁性層１０７に種々の材料を用いた。
反強磁性層から固定磁性層に交換結合力が印加されるよ
うにするために、成膜後に３×１０-6ｔｏｒｒの真空中
において、図１３に示すそれぞれの温度で、５時間の熱
処理を施した。その結果得られた諸特性を図１３に示
す。諸特性を、前述のＦｅＭｎを反強磁性層に用いた場
合の熱処理前の特性と比較すると、フリー磁性層のＨｃ
はそれ程変わらないものの、ＭＲ比及びＨｅｘが低くな
っていることがわかる。ＭＲ比が低いのは、Ｃｕ層と磁
性層との界面の状態が熱処理により変化したことも関係
していると考えられるが、Ｈｅｘの低下は反強磁性層の
酸化によるものと思われる。
【００３０】次に、本発明の磁気抵抗効果素子の諸特性
について述べる。
【００３１】図５の構成の磁気抵抗効果素子において、
基体１００に厚さ１．１ｍｍのコーニング７０５９ガラ
ス基板、下地層１０１に３．０ｎｍのＴａ、第１フリー
磁性層１０２に８．０ｎｍのＮｉ81Ｆｅ19（ａｔ％）、
非磁性層１０４に２．８ｎｍのＣｕ、ＭＲエンハンス層
１０５に０．４ｎｍのＣｏ90Ｆｅ10（ａｔ％）、固定磁
性層１０６に２．６ｎｍのＮｉ81Ｆｅ19（ａｔ％）、反
強磁性層１０７に２０ｎｍのＮｉ46Ｍｎ54を用い、保護
層１０８には図１４乃至図１６に示す種々の膜厚の種々
の金属材料を用いた。反強磁性層から固定磁性層に交換
結合磁界が印加されるようにするために、成膜後に２×
１０-6Ｔｏｒｒの真空中において、２７０℃、５時間の
熱処理を施した。このときの諸特性を図１４乃至図１６
に示す。各項目において１列目がフリー磁性層のＨｃ
（Ｏｅ）、２列目がＭＲ比（％）、３列目がＨｅｘ（Ｏ
ｅ) を示す。保護層がいずれの材料、いずれの膜厚の場
合においても、フリー磁性層のＨｃはほぼ一定であっ
た。ＭＲ比はいずれの材料においても保護層膜厚の上昇
にともない減少した。膜厚が７ｎｍを越えるとＭＲ比は
おおむね急激に低下し、ＭＲ比という観点から保護層の
膜厚は７ｎｍ以下が適当であることがわかる。Ｈｅｘは
保護層膜厚の上昇にともない単調に増加した。保護層膜
厚が２ｎｍ以上で比較的高い値が得られており、Ｈｅｘ
という観点からは２ｎｍ以上が適当であることがわか
る。フリー磁性層のＨｃ、ＭＲ比及びＨｅｘのいずれも
が良好な保護層の膜厚範囲は、２ｎｍ以上かつ７ｎｍ以
下であることが理解される。
【００３２】図５の構成の磁気抵抗効果素子において、
基体１００に厚さ１．１ｍｍのコーニング７０５９ガラ
ス基板、下地層１０１に３．０ｎｍのＴａ、第１フリー
磁性層１０２に８．０ｎｍのＮｉ81Ｆｅ19（ａｔ％）、
非磁性層１０４に２．８ｎｍのＣｕ、ＭＲエンハンス層
１０５に４．０ｎｍのＣｏ90Ｆｅ10（ａｔ％）、固定磁
性層１０６に２．６ｎｍのＮｉ81Ｆｅ19（ａｔ％）、反
強磁性層１０７に２０ｎｍのＮｉ46Ｍｎ54を用い、保護
層１０８には図１７に示す種々の材料（膜厚は５０ｎ
ｍ）を用いた。反強磁性層から固定磁性層に交換結合磁
界が印加されるようにするために、成膜後に２×１０-6
Ｔｏｒｒの真空中において、２７０℃、５時間の熱処理
を施した。このときの諸特性を図１７に示す。
【００３３】図５の構成の磁気抵抗効果素子において、
基体１００に厚さ１．１ｍｍのコーニング７０５９ガラ
ス基板、下地層１０１に３．０ｎｍのＴａ、第１フリー
磁性層１０２に８．０ｎｍのＮｉ81Ｆｅ19（ａｔ％）、
非磁性層１０４に２．８ｎｍのＣｕ、ＭＲエンハンス層
１０５に０．４ｎｍのＣｏ90Ｆｅ10（ａｔ％）、固定磁
性層１０６に２．６ｎｍのＮｉ81Ｆｅ19（ａｔ％）、反
強磁性層１０７に２０ｎｍのＮｉ46Ｍｎ54を用い、保護
層１０８には図１８に示す各金属保護層（３ｎｍ）とＡ
ｌ酸化物保護層（５０ｎｍ）との積層二層膜を用いた。
金属保護層がＮｉＭｎ層と接するように用いてある。反
強磁性層から固定磁性層に交換結合磁界が印加されるよ
うにするために、成膜後に２×１０-6Ｔｏｒｒの真空中
において、２７０℃、５時間の熱処理を施した。このと
きの諸特性を図１８に示す。保護層がＡｌ酸化物単層の
場合と比較して、フリー磁性層Ｈｃ及びＭＲ比はほとん
ど変化が無いが、Ｈｅｘはほとんどの材料において大き
くなった。
【００３４】図５の構成の磁気抵抗効果素子において、
基体１００に厚さ１．１ｍｍのコーニング７０５９ガラ
ス基板、下地層１０１に３．０ｎｍのＴａ、第１フリー
磁性層１０２に８．０ｎｍのＮｉ81Ｆｅ19（ａｔ％）、
非磁性層１０４に２．８ｎｍのＣｕ、ＭＲエンハンス層
１０５に０．４ｎｍのＣｏ90Ｆｅ10（ａｔ％）、固定磁
性層１０６に２．６ｎｍのＮｉ81Ｆｅ19（ａｔ％）、反
強磁性層１０７に２０ｎｍのＮｉ45Ｍｎ54を用い、保護
層１０８にはＴａ保護層（３ｎｍ）と図１９に示す非金
属保護層（５０ｎｍ）との積層二層膜を用いた。Ｔａ保
護層がＮｉＭｎ層と接するように用いてある。反強磁性
層から固定磁性層に交換結合磁界が印加されるようにす
るために、成膜後に２×１０-6Ｔｏｒｒの真空中におい
て、２７０℃、５時間の熱処理を施した。このときの諸
特性を図１９に示す。
【００３５】図５の構成の磁気抵抗効果素子において、
基体１００に厚さ１．１ｍｍのコーニング７０５９ガラ
ス基板、下地層１０１に３．０ｎｍのＴａ、第１フリー
磁性層１０２に８．０ｎｍのＮｉ81Ｆｅ19（ａｔ％）、
非磁性層１０４に２．８ｎｍのＣｕ、ＭＲエンハンス層
１０５に０．４ｎｍのＣｏ90Ｆｅ10（ａｔ％）、固定磁
性層１０６に２．６ｎｍのＮｉ81Ｆｅ19（ａｔ％）、反
強磁性層１０７に２０ｎｍのＮｉ46Ｍｎ54を用い、保護
層１０８にはＴａ保護層（３ｎｍ）とＡｌ酸化物保護層
（Ｘｎｍ）との積層二層膜を用いた。Ｔａ保護層がＮｉ
Ｍｎ層と接するように用いてある。反強磁性層から固定
磁性層に交換結合磁界が印加されるようにするために、
成膜後に２×１０-6Ｔｏｒｒの真空中において、２７０
℃、５時間の熱処理を施した。Ａｌ酸化層膜厚を変えた
ときの諸特性を図２０に示す。フリー磁性層のＨｃはＡ
ｌ酸化物層の膜厚によらずほぼ一定であるが、ＭＲ比及
びＨｅｘは、膜厚の上昇にともない増大し、膜厚が３０
ｎｍ以上で一定になった。
【００３６】図５の構成の磁気抵抗効果素子において、
基体１００に厚さ１．１ｍｍのコーニング７０５９ガラ
ス基板、下地層１０１に３．０ｎｍのＴａ、第１フリー
磁性層１０２に８．０ｎｍのＮｉ81Ｆｅ19（ａｔ％）、
非磁性層１０４に２．８ｎｍのＣｕ、ＭＲエンハンス層
１０５に０．４ｎｍのＣｏ90Ｆｅ10（ａｔ％）、固定磁
性層１０６に２．６ｎｍのＮｉ81Ｆｅ19（ａｔ％）、反
強磁性層１０７に２０ｎｍのＮｉ46Ｍｎ54を用い、保護
層１０８にはＴａ保護層（Ｘｎｍ）とＡｌ酸化物保護層
（５０ｎｍ）との積層二層膜を用いた。Ｔａ保護層がＮ
ｉＭｎ層と接するように用いてある。反強磁性層から固
定磁性層に交換結合磁界が印加されるようにするため
に、成膜後に２×１０-6Ｔｏｒｒの真空中において、２
７０℃、５時間の熱処理を施した。Ｔａ層膜厚を変えた
ときの諸特性を図２１に示す。フリー磁性層のＨｃはＴ
ａ層の膜厚によらずほぼ一定であった。ＭＲ比は、Ｔａ
膜厚が５．０ｎｍまでほぼ一定であるが、７．０ｎｍ以
上では減少する傾向を示した。これは、Ｔａ層への電流
の分流によるものと思われる。Ｈｅｘは、Ｔａ層膜厚の
上昇にともない増大し、２．０ｎｍ以上でほぼ一定値に
なった。
【００３７】図５の構成の磁気抵抗効果素子において、
基体１００に厚さ１．１ｍｍのコーニング７０５９ガラ
ス基板、下地層に３．０ｎｍのＴａ、第１フリー磁性層
１０２に８．０ｎｍのＮｉ81Ｆｅ19（ａｔ％）、非磁性
層１０４に２．８ｎｍのＣｕ、ＭＲエンハンス層１０５
に０．４ｎｍのＣｏ90Ｆｅ10（ａｔ％）、固定磁性層１
０６に２．６ｎｍのＮｉ81Ｆｅ19（ａｔ％）、反強磁性
層１０７に種々の材料を用いた。保護層１０８にはＴａ
保護層（３ｎｍ）と非金属保護層（５０ｎｍ）との積層
二層膜を用いた。Ｔａ保護層がＮｉＭｎ層等（反強磁性
層）と接するように用いてある。反強磁性層から固定磁
性層に交換結合力が印加されるようにするために、成膜
後に３×１０-6ｔｏｒｒの真空中において、図２２に示
すそれぞれの温度で、５時間の熱処理を施した。その結
果得られた諸特性を図２２に示す。いずれの反強磁性層
の場合にも、保護層を用いなかった場合と比較してＨｅ
ｘが改善されていることがわかる。フリー磁性層のＨｃ
及びＭＲ比は保護層がない場合と比較して優位な変化は
見られなかった。
【００３８】図５乃至図１２の構成の磁気抵抗効果素子
において、基体１００に厚さ１．１ｍｍのコーニング７
０５９ガラス基板、下地層に３．０ｎｍのＴａ、第１フ
リー磁性層１０２に８．０ｎｍのＮｉ81Ｆｅ19（ａｔ
％）、第２フリー磁性層１０３に１．０ｎｍのＣｏ90Ｆ
ｅ10（ａｔ％）、非磁性層１０４に２．８ｎｍのＣｕ、
ＭＲエンハンス層１０５に０．４ｎｍのＣｏ90Ｆｅ
10（ａｔ％）、固定磁性層１０６に２．６ｎｍのＮｉ81
Ｆｅ19（ａｔ％）、反強磁性層１０７に２０ｎｍのＮｉ
46Ｍｎ54（ａｔ％）を用い、保護層１０８にはＴａ保護
層（３ｎｍ）と非金属保護層（５０ｎｍ）との積層二層
膜を用いた。Ｔａ保護層が保護膜を除く磁気抵抗効果膜
の最上層（図５〜８の構成ではＮｉＭｎ層、図９〜１２
の構成ではＮｉＦｅ層）と接するように用いてある。反
強磁性層から固定磁性層に交換結合力が印加されるよう
にするために、成膜後に３×１０-6ｔｏｒｒの真空中に
おいて、２７０℃、５時間の熱処理を施した。その結果
得られた諸特性を図２３に示す。いずれの構成の場合も
十分大きなＨｅｘが確保されている。
【００３９】次に、これらの磁気抵抗効果素子をシール
ド型の磁気抵抗効果センサに適用した例を示す。
【００４０】本発明に係る磁気抵抗効果素子を用いて図
１の磁気抵抗効果センサを製造した。このとき、下シー
ルド層としてはＮｉＦｅ、下ギャップ層としてはアルミ
ナを用いた。磁気抵抗効果素子としてはＴａ（３ｎｍ）
／Ｎｉ82Ｆｅ18（７ｎｍ）／Ｃｏ90Ｆｅ10（１．０ｎ
ｍ）／Ｃｕ（２．５ｎｍ）／Ｃｏ90Ｆｅ10（１ｎｍ）／
Ｎｉ46Ｍｎ54（２０ｎｍ）／保護層、をＰＲ工程により
１×１μｍの大きさに加工して用いた。この磁気抵抗効
果素子の端部に接するようにＣｏＣｒＰｔとＭｏ下電極
層を積層した。上ギャップ層としてはアルミナ、上シー
ルド層としてはＮｉＦｅを用いた。この磁気抵抗効果セ
ンサを図３のような記録再生一体型ヘッドに加工及びス
ライダ加工し、ＣｏＣｒＴａ系の磁気記録媒体上にデー
タを記録再生した。この際、書き込みトラック幅は１．
５μｍ、書き込みギャップは０．２μｍ、読み込みトラ
ック幅は１．０μｍ、読み込みギャップは０．２１μｍ
とした。磁気記録媒体の保磁力は２．５ｋＯｅである。
記録マーク長を変えて再生出力を測定した。測定結果を
図２４乃至図２６に示す。なお、図２４乃至図２６にお
ける試作番号と保護層との対応は図２７に示す通りであ
る。
【００４１】次に、本発明に係る磁気抵抗効果素子を用
いて図２の磁気抵抗効果センサを製造した。このとき、
下シールド層としてはＦｅＴａＮ、下ギャップ層として
はアモルファスカーボン、磁気抵抗効果素子としては図
５の構成を用いた。磁気抵抗効果素子は、Ｔａ（３ｎ
ｍ）／Ｎｉ82Ｆｅ18（７ｎｍ）／Ｃｏ90Ｆｅ10（１．０
ｎｍ）／Ｃｕ（２．５ｎｍ）／Ｃｏ90Ｆｅ10（１ｎｍ）
／Ｎｉ46Ｍｎ54（２０ｎｍ）／保護層を、ＰＲ工程によ
り１×１μｍの大きさに加工して用いた。この磁気抵抗
効果素子に一部重なるようにＣｏＣｒＰｔとＭｏ下電極
層を積層した。上ギャップ層としてはアルミナ、上シー
ルド層としてはＮｉＦｅを用いた。この磁気抵抗効果セ
ンサを図３のような記録再生一体型ヘッドに加工及びス
ライダ加工し、ＣｏＣｒＴａ系の磁気記録媒体上にデー
タを記録再生した。この際、書き込みトラック幅は１．
５μｍ、書き込みギャップは０．２μｍ、読み込みトラ
ック幅は１．０μｍ、読み込みギャップは０．２１μｍ
とした。磁気記録媒体の保磁力は２．５ｋＯｅである。
記録マーク長を変えて再生出力を測定した。測定結果を
図２８乃至図３０に示す。なお、図２８乃至図３０にお
ける試作番号と保護層との対応は図２７に示す通りであ
る。
【００４２】次に本発明を適用して作製された磁気ディ
スク装置の説明をする。磁気ディスク装置はベース上に
３枚の磁気ディスクを備え、ベース裏面にヘッド駆動回
路及び信号処理回路と入出力インターフェイスとを収め
ている。外部とは３２ビットのバスラインで接続され
る。磁気ディスクの両面には６個のヘッドが配置されて
いる。ヘッドを駆動するためのロータリーアクチュエー
タとその駆動及び制御回路、ディスク回転用スピンドル
直結モータが搭載されている。ディスクの直径は４６ｍ
ｍであり、データ面は直径１０ｍｍから４０ｍｍまでを
使用する。埋め込みサーボ方式を用い、サーボ面を有し
ないため高密度化が可能である。本装置は、小型コンピ
ューターの外部記憶装置として直接接続が可能になって
る。入出力インターフェイスには、キャッシュメモリを
搭載し、転送速度が毎秒５から２０メガバイトの範囲で
あるバスラインに対応する。また、外部コントローラを
置き、本装置を複数台接続することにより、大容量の磁
気ディスク装置を構成することも可能である。
【００４３】
【発明の効果】本発明によれば、磁気抵抗効果素子の最
上層に適切な保護層を設けることにより、記録再生ヘッ
ド製造時の加熱工程における磁気抵抗効果素子の酸化を
防止できる。したがって、十分な抵抗変化率、反強磁性
層から固定磁性層へ印加される十分大きな交換結合磁
界、及びフリー磁性層の十分小さな保磁力を確保した上
で信頼性に優れる、磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果セ
ンサ、磁気抵抗検出システム、及び磁気記憶システムを
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁気抵抗効果素子を用いた磁気抵
抗効果センサの構成を示す概念図である。
【図２】本発明に係る磁気抵抗効果素子を用いた磁気抵
抗効果センサの構成を示す概念図である。
【図３】本発明に係る磁気抵抗効果素子を用いた記録再
生ヘッドを示す概念図である。
【図４】本発明に係る磁気抵抗効果素子を用いた磁気記
録再生装置の概念図である。
【図５】本発明に係る磁気抵抗効果素子を示す断面図で
ある。
【図６】本発明に係る磁気抵抗効果素子を示す断面図で
ある。
【図７】本発明に係る磁気抵抗効果素子を示す断面図で
ある。
【図８】本発明に係る磁気抵抗効果素子を示す断面図で
ある。
【図９】本発明に係る磁気抵抗効果素子を示す断面図で
ある。
【図１０】本発明に係る磁気抵抗効果素子を示す断面図
である。
【図１１】本発明に係る磁気抵抗効果素子を示す断面図
である。
【図１２】本発明に係る磁気抵抗効果素子を示す断面図
である。
【図１３】従来の磁気抵抗効果素子における、反強磁性
層の種類に対する諸特性を示す図表である。
【図１４】本発明に係る磁気抵抗効果素子における、保
護層の種類に対する諸特性を示す図表である。
【図１５】本発明に係る磁気抵抗効果素子における、保
護層の種類に対する諸特性を示す図表である。
【図１６】本発明に係る磁気抵抗効果素子における、保
護層の種類に対する諸特性を示す図表である。
【図１７】本発明に係る磁気抵抗効果素子における、保
護層の種類に対する諸特性を示す図表である。
【図１８】本発明に係る磁気抵抗効果素子における、保
護層の種類に対する諸特性を示す図表である。
【図１９】本発明に係る磁気抵抗効果素子における、保
護層の種類に対する諸特性を示す図表である。
【図２０】本発明に係る磁気抵抗効果素子における、保
護層の種類に対する諸特性を示す図表である。
【図２１】本発明に係る磁気抵抗効果素子における、保
護層の種類に対する諸特性を示す図表である。
【図２２】本発明に係る磁気抵抗効果素子における、反
強磁性層の種類に対する諸特性を示す図表である。
【図２３】本発明に係る磁気抵抗効果素子における、図
５乃至図１２の構成に対する諸特性を示す図表である。
【図２４】図１の磁気抵抗効果センサにおける、磁気抵
抗効果素子の種類に対する諸特性を示す図表である。
【図２５】図１の磁気抵抗効果センサにおける、磁気抵
抗効果素子の種類に対する諸特性を示す図表である。
【図２６】図１の磁気抵抗効果センサにおける、磁気抵
抗効果素子の種類に対する諸特性を示す図表である。
【図２７】図２４乃至図２６及び図２８乃至図３０にお
ける、試作番号と保護層との対応を示す図表である。
【図２８】図２の磁気抵抗効果センサにおける、磁気抵
抗効果素子の種類に対する諸特性を示す図表である。
【図２９】図２の磁気抵抗効果センサにおける、磁気抵
抗効果素子の種類に対する諸特性を示す図表である。
【図３０】図２の磁気抵抗効果センサにおける、磁気抵
抗効果素子の種類に対する諸特性を示す図表である。
【符号の説明】
１，１１ 基板 ２，１２ 下シールド層 ３，１３ 下ギャップ層 ４，１４ 縦バイアス層 ５，１５ 下電極層 ６，１６ 磁気抵抗効果素子 ７ ギャップ規定絶縁層 ８，１８ 上ギャップ層 ９，１９ 上シールド層 ４０ 電極膜 ４１ コイル ４２ 磁気抵抗効果素子幅 ４４ 記録トラック幅 ４５ 磁気抵抗効果素子 ５０ 基板 ６４ 媒体からの漏れ磁界 ８１ 固定磁性層磁化 ８２ フリー磁性層磁化 ８３ ＡＢＳ面 ９０ ヘッドスライダー ９１ 磁気記録媒体 １００ 基体 １０１ 下地層 １０２ 第１フリー磁性層 １０３ 第２フリー磁性層 １０４ 非磁性層 １０５ ＭＲエンハンス層 １０６ 固定磁性層 １０７ 反強磁性層 １０８ 保護層

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 磁性層、非磁性層、磁性層及び反強磁性
    層がこの順又はこの逆の順に積層され、更にこれらの上
    に保護層を有する磁気抵抗効果素子において、 前記磁性層は、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ又はＮｉＦｅＣｏか
    らなり、 前記非磁性層は、Ｃｕ、Ｃｕに１〜２０ａｔ％程度のＡ
    ｇを添加した材料、Ｃｕに１〜２０ａｔ％程度のＲｅを
    添加した材料又はＣｕ−Ａｕ合金からなり、 前記反強磁性層は、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＩｒＭｎ、Ｐ
    ｔＰｄＭｎ、ＲｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＣｒＭｎ、Ｎｉ酸化
    物、Ｎｉ酸化物とＦｅ酸化物の混合物、Ｎｉ酸化物／Ｃ
    ｏ酸化物二層膜、Ｎｉ酸化物／Ｆｅ酸化物二層膜、Ｎｉ
    ＭｎＣｒ又はＲｈＭｎからなり、 前記保護層は、２ｎｍ以上かつ７ｎｍ以下の膜厚の金属
    からなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  2. 【請求項２】 前記保護層の金属は、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，
    Ｃｏ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒ
    ｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，
    Ｉｒ，Ｐｔ及びＡｕからなる群から選択された単体又は
    二以上の合金である、請求項１記載の磁気抵抗効果素
    子。
  3. 【請求項３】 磁性層、非磁性層、磁性層及び反強磁性
    層がこの順又はこの逆の順に積層され、更にこれらの上
    に保護層を有する磁気抵抗効果素子において、 前記磁性層は、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ又はＮｉＦｅＣｏか
    らなり、 前記非磁性層は、Ｃｕ、Ｃｕに１〜２０ａｔ％程度のＡ
    ｇを添加した材料、Ｃｕに１〜２０ａｔ％程度のＲｅを
    添加した材料又はＣｕ−Ａｕ合金からなり、 前記反強磁性層は、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＩｒＭｎ、Ｐ
    ｔＰｄＭｎ、ＲｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＣｒＭｎ、Ｎｉ酸化
    物、Ｎｉ酸化物とＦｅ酸化物の混合物、Ｎｉ酸化物／Ｃ
    ｏ酸化物二層膜、Ｎｉ酸化物／Ｆｅ酸化物二層膜、Ｎｉ
    ＭｎＣｒ又はＲｈＭｎからなり、 前記保護層は、２ｎｍ以上かつ７ｎｍ以下の膜厚の酸化
    物からなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  4. 【請求項４】 磁性層、非磁性層、磁性層及び反強磁性
    層がこの順又はこの逆の順に積層され、更にこれらの上
    に保護層を有する磁気抵抗効果素子において、 前記磁性層は、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ又はＮｉＦｅＣｏか
    らなり、 前記非磁性層は、Ｃｕ、Ｃｕに１〜２０ａｔ％程度のＡ
    ｇを添加した材料、Ｃｕに１〜２０ａｔ％程度のＲｅを
    添加した材料又はＣｕ−Ａｕ合金からなり、 前記反強磁性層は、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＩｒＭｎ、Ｐ
    ｔＰｄＭｎ、ＲｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＣｒＭｎ、Ｎｉ酸化
    物、Ｎｉ酸化物とＦｅ酸化物の混合物、Ｎｉ酸化物／Ｃ
    ｏ酸化物二層膜、Ｎｉ酸化物／Ｆｅ酸化物二層膜、Ｎｉ
    ＭｎＣｒ又はＲｈＭｎからなり、 前記保護層は、２ｎｍ以上かつ７ｎｍ以下の膜厚の窒化
    物からなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  5. 【請求項５】 磁性層、非磁性層、磁性層及び反強磁性
    層がこの順又はこの逆の順に積層され、更にこれらの上
    に保護層を有する磁気抵抗効果素子において、 前記磁性層は、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ又はＮｉＦｅＣｏか
    らなり、 前記非磁性層は、Ｃｕ、Ｃｕに１〜２０ａｔ％程度のＡ
    ｇを添加した材料、Ｃｕに１〜２０ａｔ％程度のＲｅを
    添加した材料又はＣｕ−Ａｕ合金からなり、 前記反強磁性層は、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＩｒＭｎ、Ｐ
    ｔＰｄＭｎ、ＲｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＣｒＭｎ、Ｎｉ酸化
    物、Ｎｉ酸化物とＦｅ酸化物の混合物、Ｎｉ酸化物／Ｃ
    ｏ酸化物二層膜、Ｎｉ酸化物／Ｆｅ酸化物二層膜、Ｎｉ
    ＭｎＣｒ又はＲｈＭｎからなり、 前記保護層は、２ｎｍ以上かつ７ｎｍ以下の膜厚の、酸
    化物と窒化物との混合物からなることを特徴とする磁気
    抵抗効果素子。
  6. 【請求項６】 磁性層、非磁性層、磁性層及び反強磁性
    層がこの順又はこの逆の順に積層され、更にこれらの上
    に保護層を有する磁気抵抗効果素子において、 前記磁性層は、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ又はＮｉＦｅＣｏか
    らなり、 前記非磁性層は、Ｃｕ、Ｃｕに１〜２０ａｔ％程度のＡ
    ｇを添加した材料、Ｃ ｕに１〜２０ａｔ％程度のＲｅを
    添加した材料又はＣｕ−Ａｕ合金からなり、 前記反強磁性層は、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＩｒＭｎ、Ｐ
    ｔＰｄＭｎ、ＲｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＣｒＭｎ、Ｎｉ酸化
    物、Ｎｉ酸化物とＦｅ酸化物の混合物、Ｎｉ酸化物／Ｃ
    ｏ酸化物二層膜、Ｎｉ酸化物／Ｆｅ酸化物二層膜、Ｎｉ
    ＭｎＣｒ又はＲｈＭｎからなり、 前記保護層は、２ｎｍ以上かつ７ｎｍ以下の膜厚であ
    り、なおかつ前記反磁性層又は磁性層と接する側に設け
    られた金属と、この金属上に設けられた酸化物との二層
    からなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  7. 【請求項７】 磁性層、非磁性層、磁性層及び反強磁性
    層がこの順又はこの逆の順に積層され、更にこれらの上
    に保護層を有する磁気抵抗効果素子において、 前記磁性層は、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ又はＮｉＦｅＣｏか
    らなり、 前記非磁性層は、Ｃｕ、Ｃｕに１〜２０ａｔ％程度のＡ
    ｇを添加した材料、Ｃｕに１〜２０ａｔ％程度のＲｅを
    添加した材料又はＣｕ−Ａｕ合金からなり、 前記反強磁性層は、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＩｒＭｎ、Ｐ
    ｔＰｄＭｎ、ＲｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＣｒＭｎ、Ｎｉ酸化
    物、Ｎｉ酸化物とＦｅ酸化物の混合物、Ｎｉ酸化物／Ｃ
    ｏ酸化物二層膜、Ｎｉ酸化物／Ｆｅ酸化物二層膜、Ｎｉ
    ＭｎＣｒ又はＲｈＭｎからなり、 前記保護層は、２ｎｍ以上かつ７ｎｍ以下の膜厚であ
    り、なおかつ前記反磁性層又は磁性層と接する側に設け
    られた金属と、この金属上に設けられた窒化物との二層
    からなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  8. 【請求項８】 磁性層、非磁性層、磁性層及び反強磁性
    層がこの順又はこの逆の順に積層され、更にこれらの上
    に保護層を有する磁気抵抗効果素子において、 前記磁性層は、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ又はＮｉＦｅＣｏか
    らなり、 前記非磁性層は、Ｃｕ、Ｃｕに１〜２０ａｔ％程度のＡ
    ｇを添加した材料、Ｃｕに１〜２０ａｔ％程度のＲｅを
    添加した材料又はＣｕ−Ａｕ合金からなり、 前記反強磁性層は、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＩｒＭｎ、Ｐ
    ｔＰｄＭｎ、ＲｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＣｒＭｎ、Ｎｉ酸化
    物、Ｎｉ酸化物とＦｅ酸化物の混合物、Ｎｉ酸 化物／Ｃ
    ｏ酸化物二層膜、Ｎｉ酸化物／Ｆｅ酸化物二層膜、Ｎｉ
    ＭｎＣｒ又はＲｈＭｎからなり、 前記保護層は、２ｎｍ以上かつ７ｎｍ以下の膜厚であ
    り、なおかつ前記反磁性層又は磁性層と接する側に設け
    られた金属と、この金属上に設けられた酸化物及び窒化
    物の混合物との二層からなることを特徴とする磁気抵抗
    効果素子。
  9. 【請求項９】 前記保護層の酸化物は、Ｓｉ，Ａｌ，Ｔ
    ｉ又はＴａの酸化物である、請求項３，５，６又は８記
    載の磁気抵抗効果素子。
  10. 【請求項１０】 前記保護層の窒化物は、Ｓｉ，Ａｌ，
    Ｔｉ又はＴａの窒化物である、請求項４，５，７又は８
    記載の磁気抵抗効果素子。
  11. 【請求項１１】 前記保護層の金属は、Ｔａ，Ｈｆ，Ｚ
    ｒ，Ｗ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｉｒ，Ｃｕ，
    Ａｇ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｒｕ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｏｓ，Ｐｄ，Ｎ
    ｂ，Ｖ及びＹからなる群から選択された単体又は二以上
    の合金である、請求項６，７又は８記載の磁気抵抗効果
    素子。
  12. 【請求項１２】 基板上に下シールド層、下ギャップ層
    及び磁気抵抗効果素子が順次積層されており、前記下シ
    ールド層はパターン化されており、前記磁気抵抗効果素
    子はパターン化されておりその端部に接するように縦バ
    イアス層及び下電極層が順次積層されており、この下電
    極層及び前記磁気抵抗効果素子の上に上ギャップ層及び
    上シールド層が順次積層されているシールド型の磁気抵
    抗効果センサにおいて前記磁気抵抗効果素子が請求項
    １，２，３，４，５，６，７，８，９，１０又は１１記
    載の磁気抵抗効果素子であることを特徴とする磁気抵抗
    効果センサ。
  13. 【請求項１３】 基板上に下シールド層、下ギャップ層
    及び磁気抵抗効果素子が順次積層されており、前記下シ
    ールド層はパターン化されており、前記磁気抵抗効果素
    子はパターン化されておりその上部に一部重なるように
    縦バイアス層及び下電極層が順次積層されており、この
    下電極層及び前記磁気抵抗効果素子の上に上ギャップ層
    及び上シールド層が順次積層されているシールド型の磁
    気抵抗効果センサにおいて前記磁気抵抗効果素子が請求
    項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０又は１１
    記載の磁気抵抗効果素子であることを特徴とする磁気抵
    抗効果センサ。
  14. 【請求項１４】 請求項１２又は１３記載の磁気抵抗効
    果センサと、この磁気抵抗効果センサを通る電流を生じ
    る手段と、前記磁気抵抗効果センサによって検出される
    磁界の関数としての抵抗率変化を検出する手段とを備え
    た磁気抵抗検出システム。
  15. 【請求項１５】 データ記録のための複数個のトラック
    を有する磁気記憶媒体と、この磁気記憶媒体上にデータ
    を記憶させるための磁気記録システムと、請求項１４記
    載の磁気抵抗検出システムと、この磁気抵抗検出システ
    ム及び前記磁気記録システムを前記磁気記憶媒体上の選
    択されたトラックへ移動させるために当該磁気抵抗検出
    システム及び磁気記録システムに結合されたアクチュエ
    ータ手段とを備えた磁気記憶システム。
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