JP3952515B2 - 磁気抵抗効果素子、磁気記録装置及び磁気抵抗効果素子の製造方法 - Google Patents
磁気抵抗効果素子、磁気記録装置及び磁気抵抗効果素子の製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、磁気抵抗効果素子、磁気記録装置及び磁気抵抗効果素子の製造方法に関し、より詳しくは、磁性層と銀膜を含む非磁性金属層とが積層されて磁場の変化を素子の抵抗率の変化に変換する磁気抵抗効果素子、磁気記録装置及び磁気抵抗効果素子の製造方法に関する。
【０００２】
磁気抵抗効果素子、例えばスピンバルブ磁気抵抗効果素子またはジャイアント磁気抵抗効果素子は、磁気センサや磁気ヘッド等に使用され、特に磁気ディスク装置の小型化及び大容量化に適応するものとして期待されている。
【０００３】
【従来の技術】
図１（ａ），（ｂ）は、スピンバルブ磁気抵抗効果素子の側面図及びその斜視図である。
この磁気抵抗効果素子は、基板１１上に、下地層１２と、第１の磁性層13ａと、非磁性金属層１４と、第２の磁性層13ｂと、反強磁性層（バイアス磁性層）１５と、保護層１６とが順に積層され、端子17ａ及び17ｂが保護層１６の両端部に接触されてなる。なお、スピンバルブ磁気抵抗効果素子の基本的な構成、作用については特開平４−３５８３１０号公報に開示されている。
【０００４】
スピンバルブ磁気抵抗効果は、磁場の影響によって第１及び第２の磁性層13ａ，13ｂの磁化方向のなす角度が変化し、その角度の変化によってスピンバルブ膜の電気抵抗が変化する現象である。この電気抵抗の変化は、端子17ａ，17ｂ間に一定電流を供給することにより、端子17ａ，17ｂ間の電圧の変化として検出される。
【０００５】
また、スピンバルブ磁気抵抗効果の大きさは、非磁性金属層１４の膜厚に依存し、非磁性金属層１４を薄くすると大きくなり、非磁性金属層１４を厚くすると小さくなる。即ち、非磁性金属層１４を厚くすると、非磁性金属層１４に流れる電流が大きくなり、結果として生じる磁気抵抗効果は、従来の異方性磁気抵抗効果によって得られる磁気抵抗効果と同じとなる。従って、スピンバルブ磁気抵抗効果（一般に従来の異方性磁気抵抗効果より十分大きい）を得るためには、非磁性金属層１４を薄くする必要があり、約１６〜４０Åの範囲が望ましい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来、非磁性金属層１４として銅（Ｃｕ）を用いているが、Ｃｕは磁性層として用いられるＮｉ，Ｆｅ，Ｃｏ及びこれらの合金と固溶関係があるため、加熱による拡散により磁性層中に混入し、基板上のスピンバルブ磁気抵抗効果が小さくなるという問題があった。
【０００７】
一方、非磁性金属層１４にＡｇを用いた場合、Ａｇは磁性層として用いられるＮｉ，Ｆｅ，Ｃｏ及びこれらの合金と非固溶関係があるため、非磁性金属層１４にＣｕを用いた従来のスピンバルブ膜より高い耐熱性を持つと考えられる。
しかし、非磁性金属層１４にＡｇを用い、スピンバルブ磁気抵抗効果を得るためにＡｇ膜の膜厚を薄くすると、逆にスピンバルブ磁気抵抗効果が起こらなくなる現象が生じる。従って、Ａｇ膜を用いる場合、その膜厚をある程度厚くする必要があり、耐熱性は高くなるが、十分なスピンバルブ磁気抵抗効果が得られなくなるジレンマを生じる。
【０００８】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、耐熱性が高く、大きな磁気抵抗効果を有する磁気抵抗効果素子とその製造方法及び磁気記録装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、第１の発明は、磁気抵抗効果素子の製造方法に係り、磁気抵抗変化を検出するセンス領域全体にわたって形成されている、非磁性金属層と該非磁性金属層と接する磁性層とを有する積層構造を基板上に備え、かつ、前記非磁性金属層は銀膜又は銅銀合金膜の単層からなり、前記非磁性金属層の膜厚ｔ（Å）を
８≦ｔ≦４０
の範囲で設定し、該膜厚ｔの範囲で前記非磁性金属層にピンホールが生じない成膜温度の範囲を規定する
Ａ≦（ｔ−５２．５）×２
Ａ：基板の温度（℃）
の温度範囲に前記基板の温度を保持した状態で前記非磁性金属層を形成する磁気抵抗効果素子の製造方法であって、前記基板の温度Ａを設定し、前記非磁性金属層にピンホールが生じない膜厚範囲の下限付近の膜厚に前記非磁性金属層の膜厚を設定することを特徴とし、
第２の発明は、第１の発明の磁気抵抗効果素子の製造方法に係り、前記積層構造は、前記磁性層と前記非磁性金属層とを交互に複数積層したものであることを特徴とし、
第３の発明は、第１又は第２の発明の何れか一の磁気抵抗効果素子の製造方法に係り、前記積層構造は、各層間に非磁性金属層を挟んで配置される複数の磁性層と、最下部又は最上部の前記磁性層と隣接し、その磁性層に一定方向の磁化を付与するバイアス磁性層とを積層したものであることを特徴とし、
第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れか一の磁気抵抗効果素子の製造方法に係り、前記非磁性金属層は、平坦な下地の上に形成されていることを特徴とし、
第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れか一の磁気抵抗効果素子の製造方法に係り、前記基板の温度Ａを設定し、前記非磁性金属層にピンホールが生じない膜厚範囲の下限の膜厚に前記非磁性金属層の膜厚を設定することを特徴とし、
第６の発明は、磁気抵抗効果素子の製造方法に係り、磁気抵抗変化を検出するセンス領域全体にわたって形成されている、非磁性金属層と該非磁性金属層と接する磁性層とを有する積層構造を基板上に備え、かつ、前記非磁性金属層は、銅膜と、該銅膜と前記磁性層との間に介在する銅拡散阻止膜とで構成された多層からなり、前記非磁性金属層のうち前記磁性層と接する銅拡散阻止膜が銀膜又は銅銀合金膜であり、前記銅拡散阻止膜の膜厚ｔ（Å）を
ｔ≦４０
の範囲で設定し、該膜厚ｔの範囲で前記銅拡散阻止膜にピンホールが生じない成膜温度の範囲を規定する
Ａ≦（ｔ−５２．５）×２
Ａ：基板の温度（℃）
の温度範囲に前記基板の温度を保持した状態で前記銅拡散阻止膜を形成する磁気抵抗効果素子の製造方法であって、前記基板の温度Ａを設定し、前記銅拡散阻止膜にピンホールが生じない膜厚範囲の下限付近の膜厚に前記銅拡散阻止膜の膜厚を設定することを特徴とし、
第７の発明は、第６の発明の磁気抵抗効果素子の製造方法に係り、前記基板の温度Ａを設定し、前記銅拡散阻止膜にピンホールが生じない膜厚範囲の下限の膜厚に前記銅拡散阻止膜の膜厚を設定することを特徴としている。
【００１０】
【作用】
本発明の磁気抵抗効果素子によれば、磁性層に隣接する非磁性金属層として、銅銀合金膜や、銅膜とこの銅膜と磁性層の間に介在する銅拡散阻止膜とからなる多層膜を用いている。
銅銀合金膜は銀の作用により銅膜のみの場合と比較して、加熱による銅の拡散が起こりにくい。また、銅膜と磁性層の間に介在する銅拡散阻止膜、例えば銀膜や白金膜や金膜又はこれらの金属のいずれかを含む合金膜により、銅膜中の銅が磁性層中に拡散しにくい。
【００１１】
従って、磁気抵抗効果素子の製造中に加熱処理が加わっても、磁性層への銅の混入が抑制され、磁性層の磁気特性が劣化するのを防止することができる。
また、磁性層間に挟まれる非磁性金属層の膜厚が薄いほどスピンバルブ磁気抵抗効果が顕著になるため、非磁性金属層の膜厚を出来るだけ薄くする方が好ましいが、非磁性金属層は、成膜時の基板温度が高いと凝集し易く、連続膜になりにくいため、非磁性金属層の膜厚を薄くすると、連続膜とならず、ピンホール等が発生すると考えられる。ピンホール等が発生すると、非磁性金属層を挟む磁性層同士に磁性的な結合が生じ、磁性層の磁化方向のなす角度が常に０°となり、磁気抵抗効果が起こらなくなるものと考えられる。
【００１２】
従って、ピンホールが形成されないような成膜条件で非磁性金属層を形成する必要がある。実験によれば、非磁性金属層にピンホールが生じず、連続膜となるような成膜温度の上限が存在する。
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法においては、成膜すべき非磁性金属層の膜厚を設定し、その非磁性金属層にピンホールが生じない成膜温度の上限以下の温度範囲に基板の温度を保持した状態で非磁性金属層を形成している。
【００１３】
これにより、非磁性金属層から磁性層への銅の拡散を抑制するとともに、大きい磁気抵抗効果を有する磁気抵抗効果素子を作成することができる。
非磁性金属層として、或いは、非磁性金属層中の銅膜に隣接する銅拡散阻止膜として銀膜を用いた場合、成膜すべき銀膜の膜厚をｔ（Å）としたとき、銀膜を成膜するときの基板の温度Ａを、ピンホールが生じない成膜温度の上限以下の温度範囲、即ちＡ≦（ｔ−５２．５）×２に保持することにより、銀膜の膜厚を薄くしても、磁性層同士の接触を防止し、或いは、磁性層への銅の拡散を抑制して十分な磁気抵抗効果を得ることができる。特に、基板の温度Ａが決まっている場合、上記条件式を膜厚ｔの式に書き換えた条件式、ｔ≧Ａ／２＋５２．５にしたがって膜厚範囲の下限付近の膜厚に銀膜の膜厚ｔを設定することがＭＲ比の特性上好ましい。
【００１４】
また、銀膜の膜厚ｔを８〜４０Åとし、且つ、Ａ＝（ｔ−５２．５）×２に従って、基板の温度Ａを−８９〜−２５℃とすることにより、更に十分な磁気抵抗効果を得ることが出来る。
【００１５】
【実施例】
（１）本発明の第１の実施例に係るスピンバルブ磁気抵抗効果素子の説明
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施例に係るスピンバルブ磁気抵抗効果素子の側面図及びその斜視図である。
この磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と称する。））は、基板１上に、下地層２と、第１の磁性層３ａと、非磁性金属層４と、第２の磁性層３ｂと、反強磁性層（バイアス磁性層）５と、保護層６とが順に積層され、センス領域ＳＡを挟んで保護層６の両端部に接触する端子７ａ及び７ｂが形成されてなる。第１及び第２の磁性層３ａ及び３ｂは、軟磁性材よりなる強磁性体が用いられ、例えば、スパッタにより成膜される際、３０Ｏｅ程度の磁場が印加され、それぞれに互いに直交する方向の磁化が付与される。更に、下地層２から保護層６までは、約３×１５０μｍの矩形状を有している。
【００１６】
（成膜条件とＭＲ比の関係についての調査）
図３は、基板温度＋１５℃、−３５℃、−５５℃で成膜したときの、銀膜（Ａｇ膜）の膜厚と磁気抵抗比（ＭＲ比）の関係を示す特性図である。縦軸は線形目盛りで表したＭＲ比（％）を示し、横軸は線形目盛りで表したＡｇ膜の膜厚（Å）を示す。なお、ＭＲ比は、磁束が飽和したときの電気抵抗Ｒに対する、電気抵抗の変化分ΔＲの比である。
【００１７】
まず、成膜条件を説明する。ＭＲ素子は図１（ａ），（ｂ）の層構成を有し、Ｓｉ基板からなる基板１上に、膜厚５０Åのタンタル膜（Ｔａ膜）からなる下地層２と、膜厚９０ÅのＮｉＦｅ膜からなる第１の磁性層３ａと、膜厚ｔÅのＡｇ膜からなる非磁性金属層４と、膜厚４０ÅのＮｉＦｅ膜からなる第２の磁性層３ｂと、膜厚２００ÅのＦｅＭｎ膜からなる反強磁性層５と、膜厚５０ÅのＴａ膜からなる保護層６とを積層した。
【００１８】
その後、例えば全ての層を同時にパターニングして矩形状にした後、中央部のセンス領域ＳＡとなる領域を挟んで保護層６の両端部に金膜（Ａｕ膜）からなる端子７ａ，７ｂを形成した。
数種類の膜厚ｔのＡｇ膜を作成し、各膜厚についてＡｇ膜の成膜中の基板温度Ａを＋１５℃、−３５℃、−５５℃の３段階とした。
【００１９】
調査は、各々の条件で最大ＭＲ比（以下、単にＭＲ比と称する。）を測定することにより行った。
図３に示す調査結果によれば、基板温度が＋１５℃の場合、Ａｇ膜の膜厚が約６０Åのとき、ＭＲ比が最大となる。そして、Ａｇ膜の膜厚が６０Åより薄くなると、ＭＲ比が小さくなる。ピンホールの発生による第１及び第２の磁性層３ａ，３ｂ同士の接触のためであると考えられる。また、Ａｇ膜の膜厚が６０Åより厚くなると、その膜厚のためスピンバルブ磁気抵抗効果が小さくなる。
【００２０】
基板温度が−３５℃の場合、Ａｇ膜の膜厚が約３５Åのとき、ＭＲ比が最大となる。そして、Ａｇ膜の膜厚が３５Åより薄くなるとＭＲ比が小さくなる。ピンホールの発生による磁性層３ａ，３ｂ同士の接触のためであると考えられる。また、Ａｇ膜の膜厚が３５Åより厚くなると、その膜厚のためスピンバルブ磁気抵抗効果が小さくなる。
【００２１】
基板温度が−５５℃の場合、Ａｇ膜の膜厚が約３０Åのとき、ＭＲ比が最大となる。そして、Ａｇ膜の膜厚が３０Åより薄くなるとＭＲ比が小さくなる。ピンホールの発生による磁性層３ａ，３ｂ同士の接触のためであると考えられる。また、Ａｇ膜の膜厚が３０Åより厚くなると、その膜厚のためスピンバルブ磁気抵抗効果が小さくなる。
【００２２】
また、従来から、非磁性金属層の膜厚を１６〜４０Åにすると好ましいことが知られている。図３によれば、Ａｇ膜の膜厚が４０Å以下のときに、ＭＲ比が特に良好である。また、ジァイアントＭＲ素子では、膜厚が更に２分の１程度となる。よって、Ａｇ膜の膜厚の下限を８Åとし、膜厚の範囲を８〜４０Åとし、且つ、上記の条件式に基づいて基板の温度を−８９〜−２５℃とすることにより、更に良好な磁気抵抗効果を得ることが出来る。
【００２３】
図４は、Ａｇ膜の膜厚及び成膜温度と、磁気抵抗効果の有無の関係を示す特性図である。
まず、図４には、横軸に基板温度Ａ（℃）を表し、縦軸にＭＲ比が最大となるＡｇ膜の膜厚ｔ（Å）を表したとき、これらの関係がプロットされている。
これらのプロットされた点を結んだ直線により、Ａ≒（ｔ−５２．５）×２、或いは、ｔ≒Ａ／２＋５２．５の関係式が得られる。この関係式はＡｇ膜にピンホールが生じず、連続膜となるような成膜温度の上限、或いはＡｇ膜の膜厚の下限を表している。よって、Ａｇ膜の膜厚ｔを設定し、この膜厚ｔに基づいて上記条件式から得られる温度Ａ以下の温度に基板の温度Ａを設定することにより、顕著な磁気抵抗効果が得られる。また、逆に、基板の温度Ａを設定し、この温度に基づいて上記条件式から得られる膜厚にＡｇ膜の膜厚ｔを設定すると、ピンホールが生じず、連続膜となる、最も薄いＡｇ膜が得られるため、最も顕著な磁気抵抗効果が得られる。
【００２４】
更に、この直線の左上側の領域（ｔ≧Ａ／２＋５２．５）は磁気抵抗効果が生じる領域を示す。この領域は、Ａｇ膜の膜厚が最適膜厚（膜厚の下限）よりも厚くなる領域であり、この領域では、スピンバルブ磁気抵抗効果は若干低下するが、その低下は緩やかであるため、磁気抵抗効果は比較的大きい。
一方、図４の直線の右下側の領域（ｔ＜Ａ／２＋５２．５）は、磁気抵抗効果が起こらない領域を示す。この領域は、Ａｇ膜の膜厚が最適膜厚（膜厚の下限）よりも薄くなる領域であり、この領域では、ピンホールの発生により急激にスピンバルブ磁気抵抗効果が起こらなくなると考えられる。
【００２５】
（スピンバルブＭＲ素子への適用例）
図２（ａ），（ｂ）は、各々異なるスピンバルブＭＲ素子における、磁場の大きさＨと磁気抵抗比（ＭＲ比）の関係を示す特性図である。縦軸は線形目盛りで表したＭＲ比（％）を示し、横軸は線形目盛りで表したＨ（Ｏｅ）を示す。
まず、図２（ａ）のＭＲ素子の成膜条件について説明する。ＭＲ素子は図１（ａ），（ｂ）の層構成を有し、Ｓｉ基板からなる基板１上に、膜厚５０ÅのＴａ膜からなる下地層２と、膜厚９０ÅのＮｉＦｅ膜からなる第１の磁性層３ａと、膜厚６０ÅのＡｇ膜からなる非磁性金属層４と、膜厚４０ÅのＮｉＦｅ膜からなる第２の磁性層３ｂと、膜厚２００ÅのＦｅＭｎ膜からなる反強磁性層５と、膜厚５０ÅのＴａ膜からなる保護層６とを積層した。基板の温度Ａ（℃）を＋１５℃に保持した状態で上記Ａｇ膜を成膜した。成膜すべきＡｇ膜の膜厚をｔÅとしたとき、Ａ＝（ｔ−５２．５）×２に相当する。
【００２６】
一方、図２（ｂ）のＭＲ素子の成膜条件は、非磁性金属層４の膜厚を４１Åに変更しただけであり、他の条件は上記の第１の実験例と同じである。Ａ＞（ｔ−５２．５）×２の範囲にある。
図２（ａ）によれば、このＭＲ素子は、最大ＭＲ比が１．４％であり、磁気抵抗効果は比較的顕著である。なお、磁場の大きさＨとＭＲ比の関係は、若干ヒステリシス特性を有している。
【００２７】
一方、図２（ｂ）によれば、このＭＲ素子は、最大ＭＲ比は０．３％であり、磁気抵抗効果が殆ど起きていない。即ち、設定された基板の温度Ａに対してＡｇ膜の膜厚ｔが薄くなっている。Ａ≦（ｔ−５２．５）×２を満たすようにするため、Ａｇ膜の膜厚ｔを４１Åとした場合、基板の温度Ａを下げて−２３℃以下に設定しなければならない。
【００２８】
（人工格子型ＭＲ素子への適用例）
また、本発明は、上記のスピンバルブＭＲ素子に限られるものではなく、人工格子型ＭＲ素子にも適用することができる。図５は、人工格子型ＭＲ素子の断面図である。
この人工格子型ＭＲ素子は、基板１上に、下地層２と、第１の磁性層３０と、第１の非磁性金属層４０と、第２の磁性層３１と、第２の非磁性金属層４１と、複数組の磁性層及び非磁性金属層と、第Ｎの磁性層３９と、第Ｎの非磁性金属層４９と、保護層６とが順に積層され、センス領域ＳＡを挟んで保護層６の両端部に端子17ａ及び17ｂが接触されてなる。なお、第２の非磁性金属層４１と第Ｎの磁性層３９の間の、複数組の磁性層及び非磁性金属層は、例えば、１０〜２０組程度積層されている。
【００２９】
上記で、基板１はＳｉ基板であり、下地層２は膜厚５０ÅのＴａ膜であり、第１〜第Ｎの磁性層３１，３２，３９は膜厚２０ÅのＮｉＦｅ膜であり、第１〜第Ｎの非磁性金属層４０，４１，４９は膜厚２０ÅのＡｇ膜であり、保護層６は膜厚５０ÅのＴａ膜である。
この人工格子型ＭＲ素子も、スピンバルブＭＲ素子と同様、磁性層とＡｇ膜からなる非磁性金属層とを積層するものであるから、上述の如く、Ａｇ膜の膜厚とその膜厚に対応する基板の温度とを設定することにより、前述のスピンバルブ効果素子と同様の効果を有する。
（２）本発明の第２の実施例に係るスピンバルブＭＲ素子の説明
図６は、本発明の第２の実施例に係るスピンバルブＭＲ素子について示す断面図である。そのＭＲ素子では、図１（ａ），（ｂ）に示す層構成を有し、非磁性金属層８としてＡｇ膜の代わりに銀銅合金膜（ＡｇＣｕ合金膜）を用いている。
【００３０】
上記ＭＲ素子の成膜条件について以下に説明する。
（１００）面を有するＳｉ基板からなる基板１上に、膜厚５０ÅのＴａ膜からなる下地層２と、膜厚９０ÅのＮｉＦｅ膜からなる第１の磁性層３ａと、Ａｇの割合が７５％であるＡｇＣｕ合金膜からなる非磁性金属層８と、膜厚４０ÅのＮｉＦｅ膜からなる第２の磁性層３ｂと、膜厚２００ÅのＦｅＭｎ膜からなる反強磁性層（バイアス磁性層）５と、膜厚５０ÅのＴａ膜からなる保護層６とを積層した。そして、保護層１６の両端部に端子７ａ，７ｂを形成した。
【００３１】
非磁性金属層８としてのＡｇＣｕ合金膜は、膜厚４０Åを有し、上記した条件式にしたがって膜厚４０Åでの温度範囲の上限以下の温度−６５℃に基板の温度を設定し、保持した状態で、スパッタにより成膜した。
このＭＲ素子に対して２３０℃、１時間の熱処理を行っても、ＭＲ比の低下は認められなかった。これに対して、非磁性金属層として銅膜（Ｃｕ膜）を用いた従来の場合、２３０℃、１時間の熱処理で、ＭＲ比が２５％低下した。
【００３２】
上記第２の実施例に係るスピンバルブＭＲ素子によれば、非磁性金属層８としてＡｇＣｕ合金膜を用い、成膜すべきＡｇＣｕ合金膜の膜厚を設定した後、そのＡｇＣｕ合金膜にピンホールが生じない成膜温度の上限以下の温度範囲に基板の温度を保持した状態でＡｇＣｕ合金膜を形成しているので、薄く、かつピンホールのない連続膜を形成することが可能である。
【００３３】
これにより、ＡｇＣｕ合金膜中のＣｕの拡散を抑制して耐熱性を向上させるとともに、薄く、かつピンホールのない連続膜であるＡｇＣｕ合金膜を形成することで、大きな磁気抵抗効果が得られる。
（３）本発明の第３の実施例に係るスピンバルブＭＲ素子の説明
図７は、第３の実施例に係るスピンバルブＭＲ素子について示す断面図である。そのＭＲ素子では、図１（ａ），（ｂ）の層構成を有し、非磁性金属層９としてＡｇ膜の代わりに、Ａｇ膜９ａ／Ｃｕ膜９ｂ／Ａｇ膜９ｃの３層の非磁性金属膜を用いている。
【００３４】
上記のＭＲ素子の成膜条件について以下に説明する。
（１１０）面を有するＳｉ基板からなる基板１上に、膜厚６０ÅのＴａ膜からなる下地層２と、ＮｉとＦｅの割合がそれぞれ８２と１８である膜厚９０ÅのＮｉＦｅ膜からなる第１の磁性層３ａと、非磁性金属層９と、膜厚４０ÅのＮｉＦｅ膜からなる第２の磁性層３ｂと、膜厚１２０ÅのＦｅＭｎ膜からなる反強磁性層（バイアス磁性層）５と、膜厚５０ÅのＴａ膜からなる保護層６とを積層した。更に、保護層６の両端部に端子７ａ，７ｂを形成した。
【００３５】
非磁性金属層９は、Ｃｕ膜９ｂを挟む上下のＡｇ膜９ａ、９ｃの膜厚２Åを有し、その挟まれたＣｕ膜９ｂの膜厚１６Åを有する。Ａｇ膜は薄いほどシャント効果が小さくなり、ＭＲ比が高くなるため、極めて薄い膜厚にしている。
非磁性金属層９の成膜時に、上記した条件式に従って基板の温度を−１０１℃に保持した状態で、Ａｇ膜９ａ／Ｃｕ膜９ｂ／Ａｇ膜９ｃを各々スパッタにより成膜した。非磁性金属層９以外の他の層の成膜中は基板温度を常温２５℃に保持した。
【００３６】
このＭＲ素子に対して３００℃の加熱処理を行っても、、ＭＲ比が変化しないことが確かめられた。非磁性金属層としてＣｕ膜を用い、２３０℃が限界であった従来の場合と比較して耐熱性が大幅に向上した。
上記第３の実施例に係るスピンバルブＭＲ素子によれば、成膜中の基板１の温度を−１０１℃以下の低温に保持することにより、２Åの膜厚でもピンホールのない平坦性のよいＡｇ膜９ａ、９ｃを形成することが可能である。
【００３７】
従って、Ａｇ膜９ａ，９ｃを薄くして有効な磁気抵抗効果を得るとともに、Ｃｕ膜９ｂを挟むピンホールのないＡｇ膜９ａ，９ｃによりＣｕ膜９ｂ中のＣｕが上下の磁性層３ａ及び３ｂに拡散するのを抑制して耐熱性を向上させることができる。
なお、上記実施例ではＣｕ膜９ｂを挟む銅拡散阻止膜としてＡｇ膜９ａ，９ｃを用いているが、白金膜（Ｐｔ膜）や金膜（Ａｕ膜）又はこれらの金属のいずれかを含む合金膜のうちいずれかを用いてもよい。
（４）本発明の第４の実施例に係る磁気記録装置の説明
次に、上記のＭＲ素子を組み込んだ第４の実施例に係る磁気記録装置について図８（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。図８（ａ）〜（ｃ）は、磁気記録装置の磁気ヘッド及び磁気記録媒体の部分を示す断面図である。
【００３８】
図８（ａ）は、複合型ＭＲヘッドを示す。Ａ部が再生用ヘッド、Ｂ部が記録用ヘッドを示し、再生用ヘッドの磁気シールドと記録用ヘッドの磁極は軟磁性層１０２が共用されている。
図８（ａ）に示すように、再生用ヘッドの部分では、磁気シールドとしての軟磁性層１０１，１０２が間隔をおいて対向し、磁気記録媒体１０６と対面する部分１０５のギャップ内に上記のＭＲ素子が挟まれている。磁気記録媒体１０６からの漏洩磁界は直接ＭＲ素子に検出される。
【００３９】
また、記録用ヘッドの部分では、磁極としての軟磁性層１０２，１０４が間隔をおいて対向し、軟磁性層１０２，１０４間のギャップ内に軟磁性層１０２，１０４を通流する磁束を発生するコイル１０３が形成されている。この磁束により対面部分１０５のギャップから漏洩磁界を発生させて磁気記録媒体１０６に記録を行う。
【００４０】
この磁気記録装置によれば、再生部に第１〜第３の実施例に係るＭＲ素子を用いているので、耐熱性に優れ、再生感度の高い磁気記録装置を提供することが可能となる。
図８（ｂ）はフラックスガイドを有するインギャップ型ＭＲヘッドを示す。同図に示すように、磁極としての軟磁性層１１１，１１４が間隔をおいて対向し、磁気記録媒体１１６と対面する部分１１５のギャップ内に上記のＭＲ素子が挟まれ、軟磁性層１１１，１１４間のギャップ内に軟磁性層１１１，１１４を通流する磁束を発生するコイル１１３が形成されている。
【００４１】
ＭＲ素子は、腐食を避けるため、或いは磁気記録媒体との直接接触を避けるため、磁気記録媒体１１６との対面部分１１５に露出せずに、磁気ヘッドの内側に引っ込んでいる。対面部分１１５には、ＭＲ素子と電気的に絶縁され、磁気的に結合されているフラックスガイド112aが露出している。磁気記録媒体１１６からの漏洩磁界はフラックスガイド112aに入り、ＭＲ素子に検出される。なお、ＭＲ素子の他端には、ＭＲ素子と電気的に絶縁され、かつ磁気的に結合された別のフラックスガイド112bが形成されており、ＭＲ素子を通った磁束を軟磁性層１１１，１１４に導く。
【００４２】
この磁気記録装置によれば、再生部に第１〜第３の実施例のＭＲ素子を用いているので、耐熱性に優れ、再生感度の高いＭＲ素子を提供することが可能である。
図８（ｃ）はヨーク型ＭＲヘッドを示す。同図に示すように、磁極としての軟磁性層１２１と123a及び123bが間隔をおいて対向し、軟磁性層１２１と軟磁性層123a及び123bの間のギャップ内に軟磁性層１２１と軟磁性層123a及び123bを通流する磁束を発生するコイル１２２が形成されている。ＭＲ素子は、一方の軟磁性層123a及び123bが途切れた箇所に軟磁性層123a及び123bと電気的に絶縁され、かつ磁気的に結合されて配置されている。コイル１２２で発生し、軟磁性層１２１と123a及び123bを通流する磁束により対面部分１２４のギャップから漏洩磁界を発生させて磁気記録媒体１２５に記録を行う。
【００４３】
この場合も、再生部に第１〜第３の実施例のＭＲ素子を用いているので、耐熱性に優れ、再生感度の高いＭＲ素子を提供することが可能である。
なお、図８（ａ）〜（ｃ）に示す磁気記録装置では、ともに磁気ヘッドが形成される基板や軟磁性層間の絶縁膜等は省略してある。
また、本発明に係るＭＲ素子は、上記記録部と再生部を有する磁気記録装置に限らず、種々の磁気記録装置に用いることができる。
【００４４】
更に、そのＭＲ素子を再生専用の磁気記録装置に用いることも可能である。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の磁気抵抗効果素子によれば、非磁性金属層として銀銅合金膜や、銅膜と銅拡散阻止膜の多層膜を用いている。これにより、耐熱性が高い磁気抵抗効果素子を提供することが可能となる。
また、非磁性金属層にピンホールが発生しない成膜温度の上限以下の温度範囲に基板温度を保持して非磁性金属層を形成している。これにより、耐熱性が高く、大きな磁気抵抗効果を有する磁気抵抗効果素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１の実施例に係るスピンバルブ磁気抵抗効果素子の断面図、図１（ｂ）は、その斜視図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の第１の実施例に係るスピンバルブ磁気抵抗効果素子の磁場の大きさと磁気抵抗比の関係を示す特性図であり、図２（ｂ）は、比較例に係るスピンバルブ磁気抵抗効果素子における同じ関係を示す特性図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施例に係るスピンバルブ磁気抵抗効果素子の銀膜の膜厚と磁気抵抗比の関係についての調査結果を示す特性図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施例に係るスピンバルブ磁気抵抗効果素子の銀膜の膜厚及び成膜温度と磁気抵抗効果の有無の関係についての調査結果を示す特性図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施例に係る人口格子型磁気抵抗効果素子の断面図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施例に係るスピンバルブ磁気抵抗効果素子の断面図である。
【図７】図７は、本発明の第３の実施例に係るスピンバルブ磁気抵抗効果素子の断面図である。
【図８】図８（ａ）は、本発明の実施例に係る磁気抵抗効果素子を用いた複合型ＭＲヘッドを示す断面図であり、図８（ｂ）は本発明の実施例に係る磁気抵抗効果素子を用いたインギャップ型ＭＲヘッドを示す断面図であり、図８（ｃ）は本発明の実施例に係る磁気抵抗効果素子を用いたヨーク型ＭＲヘッドを示す断面図である。
【符号の説明】
１ 基板、
２ 下地層、
３ａ，３ｂ，３１，３２，３９ 磁性層、
４，９，４０，４１，４９ 非磁性金属層、
５ 反強磁性層（バイアス磁性層）、
６ 保護層、
７ａ，７ｂ 端子、
８ 非磁性金属層（ＡｇＣｕ合金層）、
９ａ，９ｃ Ａｇ膜（銅拡散阻止膜）、
９ｂ Ｃｕ膜（非磁性金属膜）、
１０１，１０２，１０４，１１１，１１４，１２１，１２３ａ，１２３ｂ 軟磁性層、
１０３，１１３，１２２ コイル、
１０５，１１５，１２４ 対面部分、
１０６，１１６，１２５ 磁気記録媒体、
１１２ａ，１１２ｂ フラックスガイド、
ＳＡ センス領域。
【産業上の利用分野】
本発明は、磁気抵抗効果素子、磁気記録装置及び磁気抵抗効果素子の製造方法に関し、より詳しくは、磁性層と銀膜を含む非磁性金属層とが積層されて磁場の変化を素子の抵抗率の変化に変換する磁気抵抗効果素子、磁気記録装置及び磁気抵抗効果素子の製造方法に関する。
【０００２】
磁気抵抗効果素子、例えばスピンバルブ磁気抵抗効果素子またはジャイアント磁気抵抗効果素子は、磁気センサや磁気ヘッド等に使用され、特に磁気ディスク装置の小型化及び大容量化に適応するものとして期待されている。
【０００３】
【従来の技術】
図１（ａ），（ｂ）は、スピンバルブ磁気抵抗効果素子の側面図及びその斜視図である。
この磁気抵抗効果素子は、基板１１上に、下地層１２と、第１の磁性層13ａと、非磁性金属層１４と、第２の磁性層13ｂと、反強磁性層（バイアス磁性層）１５と、保護層１６とが順に積層され、端子17ａ及び17ｂが保護層１６の両端部に接触されてなる。なお、スピンバルブ磁気抵抗効果素子の基本的な構成、作用については特開平４−３５８３１０号公報に開示されている。
【０００４】
スピンバルブ磁気抵抗効果は、磁場の影響によって第１及び第２の磁性層13ａ，13ｂの磁化方向のなす角度が変化し、その角度の変化によってスピンバルブ膜の電気抵抗が変化する現象である。この電気抵抗の変化は、端子17ａ，17ｂ間に一定電流を供給することにより、端子17ａ，17ｂ間の電圧の変化として検出される。
【０００５】
また、スピンバルブ磁気抵抗効果の大きさは、非磁性金属層１４の膜厚に依存し、非磁性金属層１４を薄くすると大きくなり、非磁性金属層１４を厚くすると小さくなる。即ち、非磁性金属層１４を厚くすると、非磁性金属層１４に流れる電流が大きくなり、結果として生じる磁気抵抗効果は、従来の異方性磁気抵抗効果によって得られる磁気抵抗効果と同じとなる。従って、スピンバルブ磁気抵抗効果（一般に従来の異方性磁気抵抗効果より十分大きい）を得るためには、非磁性金属層１４を薄くする必要があり、約１６〜４０Åの範囲が望ましい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来、非磁性金属層１４として銅（Ｃｕ）を用いているが、Ｃｕは磁性層として用いられるＮｉ，Ｆｅ，Ｃｏ及びこれらの合金と固溶関係があるため、加熱による拡散により磁性層中に混入し、基板上のスピンバルブ磁気抵抗効果が小さくなるという問題があった。
【０００７】
一方、非磁性金属層１４にＡｇを用いた場合、Ａｇは磁性層として用いられるＮｉ，Ｆｅ，Ｃｏ及びこれらの合金と非固溶関係があるため、非磁性金属層１４にＣｕを用いた従来のスピンバルブ膜より高い耐熱性を持つと考えられる。
しかし、非磁性金属層１４にＡｇを用い、スピンバルブ磁気抵抗効果を得るためにＡｇ膜の膜厚を薄くすると、逆にスピンバルブ磁気抵抗効果が起こらなくなる現象が生じる。従って、Ａｇ膜を用いる場合、その膜厚をある程度厚くする必要があり、耐熱性は高くなるが、十分なスピンバルブ磁気抵抗効果が得られなくなるジレンマを生じる。
【０００８】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、耐熱性が高く、大きな磁気抵抗効果を有する磁気抵抗効果素子とその製造方法及び磁気記録装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、第１の発明は、磁気抵抗効果素子の製造方法に係り、磁気抵抗変化を検出するセンス領域全体にわたって形成されている、非磁性金属層と該非磁性金属層と接する磁性層とを有する積層構造を基板上に備え、かつ、前記非磁性金属層は銀膜又は銅銀合金膜の単層からなり、前記非磁性金属層の膜厚ｔ（Å）を
８≦ｔ≦４０
の範囲で設定し、該膜厚ｔの範囲で前記非磁性金属層にピンホールが生じない成膜温度の範囲を規定する
Ａ≦（ｔ−５２．５）×２
Ａ：基板の温度（℃）
の温度範囲に前記基板の温度を保持した状態で前記非磁性金属層を形成する磁気抵抗効果素子の製造方法であって、前記基板の温度Ａを設定し、前記非磁性金属層にピンホールが生じない膜厚範囲の下限付近の膜厚に前記非磁性金属層の膜厚を設定することを特徴とし、
第２の発明は、第１の発明の磁気抵抗効果素子の製造方法に係り、前記積層構造は、前記磁性層と前記非磁性金属層とを交互に複数積層したものであることを特徴とし、
第３の発明は、第１又は第２の発明の何れか一の磁気抵抗効果素子の製造方法に係り、前記積層構造は、各層間に非磁性金属層を挟んで配置される複数の磁性層と、最下部又は最上部の前記磁性層と隣接し、その磁性層に一定方向の磁化を付与するバイアス磁性層とを積層したものであることを特徴とし、
第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れか一の磁気抵抗効果素子の製造方法に係り、前記非磁性金属層は、平坦な下地の上に形成されていることを特徴とし、
第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れか一の磁気抵抗効果素子の製造方法に係り、前記基板の温度Ａを設定し、前記非磁性金属層にピンホールが生じない膜厚範囲の下限の膜厚に前記非磁性金属層の膜厚を設定することを特徴とし、
第６の発明は、磁気抵抗効果素子の製造方法に係り、磁気抵抗変化を検出するセンス領域全体にわたって形成されている、非磁性金属層と該非磁性金属層と接する磁性層とを有する積層構造を基板上に備え、かつ、前記非磁性金属層は、銅膜と、該銅膜と前記磁性層との間に介在する銅拡散阻止膜とで構成された多層からなり、前記非磁性金属層のうち前記磁性層と接する銅拡散阻止膜が銀膜又は銅銀合金膜であり、前記銅拡散阻止膜の膜厚ｔ（Å）を
ｔ≦４０
の範囲で設定し、該膜厚ｔの範囲で前記銅拡散阻止膜にピンホールが生じない成膜温度の範囲を規定する
Ａ≦（ｔ−５２．５）×２
Ａ：基板の温度（℃）
の温度範囲に前記基板の温度を保持した状態で前記銅拡散阻止膜を形成する磁気抵抗効果素子の製造方法であって、前記基板の温度Ａを設定し、前記銅拡散阻止膜にピンホールが生じない膜厚範囲の下限付近の膜厚に前記銅拡散阻止膜の膜厚を設定することを特徴とし、
第７の発明は、第６の発明の磁気抵抗効果素子の製造方法に係り、前記基板の温度Ａを設定し、前記銅拡散阻止膜にピンホールが生じない膜厚範囲の下限の膜厚に前記銅拡散阻止膜の膜厚を設定することを特徴としている。
【００１０】
【作用】
本発明の磁気抵抗効果素子によれば、磁性層に隣接する非磁性金属層として、銅銀合金膜や、銅膜とこの銅膜と磁性層の間に介在する銅拡散阻止膜とからなる多層膜を用いている。
銅銀合金膜は銀の作用により銅膜のみの場合と比較して、加熱による銅の拡散が起こりにくい。また、銅膜と磁性層の間に介在する銅拡散阻止膜、例えば銀膜や白金膜や金膜又はこれらの金属のいずれかを含む合金膜により、銅膜中の銅が磁性層中に拡散しにくい。
【００１１】
従って、磁気抵抗効果素子の製造中に加熱処理が加わっても、磁性層への銅の混入が抑制され、磁性層の磁気特性が劣化するのを防止することができる。
また、磁性層間に挟まれる非磁性金属層の膜厚が薄いほどスピンバルブ磁気抵抗効果が顕著になるため、非磁性金属層の膜厚を出来るだけ薄くする方が好ましいが、非磁性金属層は、成膜時の基板温度が高いと凝集し易く、連続膜になりにくいため、非磁性金属層の膜厚を薄くすると、連続膜とならず、ピンホール等が発生すると考えられる。ピンホール等が発生すると、非磁性金属層を挟む磁性層同士に磁性的な結合が生じ、磁性層の磁化方向のなす角度が常に０°となり、磁気抵抗効果が起こらなくなるものと考えられる。
【００１２】
従って、ピンホールが形成されないような成膜条件で非磁性金属層を形成する必要がある。実験によれば、非磁性金属層にピンホールが生じず、連続膜となるような成膜温度の上限が存在する。
本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法においては、成膜すべき非磁性金属層の膜厚を設定し、その非磁性金属層にピンホールが生じない成膜温度の上限以下の温度範囲に基板の温度を保持した状態で非磁性金属層を形成している。
【００１３】
これにより、非磁性金属層から磁性層への銅の拡散を抑制するとともに、大きい磁気抵抗効果を有する磁気抵抗効果素子を作成することができる。
非磁性金属層として、或いは、非磁性金属層中の銅膜に隣接する銅拡散阻止膜として銀膜を用いた場合、成膜すべき銀膜の膜厚をｔ（Å）としたとき、銀膜を成膜するときの基板の温度Ａを、ピンホールが生じない成膜温度の上限以下の温度範囲、即ちＡ≦（ｔ−５２．５）×２に保持することにより、銀膜の膜厚を薄くしても、磁性層同士の接触を防止し、或いは、磁性層への銅の拡散を抑制して十分な磁気抵抗効果を得ることができる。特に、基板の温度Ａが決まっている場合、上記条件式を膜厚ｔの式に書き換えた条件式、ｔ≧Ａ／２＋５２．５にしたがって膜厚範囲の下限付近の膜厚に銀膜の膜厚ｔを設定することがＭＲ比の特性上好ましい。
【００１４】
また、銀膜の膜厚ｔを８〜４０Åとし、且つ、Ａ＝（ｔ−５２．５）×２に従って、基板の温度Ａを−８９〜−２５℃とすることにより、更に十分な磁気抵抗効果を得ることが出来る。
【００１５】
【実施例】
（１）本発明の第１の実施例に係るスピンバルブ磁気抵抗効果素子の説明
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施例に係るスピンバルブ磁気抵抗効果素子の側面図及びその斜視図である。
この磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と称する。））は、基板１上に、下地層２と、第１の磁性層３ａと、非磁性金属層４と、第２の磁性層３ｂと、反強磁性層（バイアス磁性層）５と、保護層６とが順に積層され、センス領域ＳＡを挟んで保護層６の両端部に接触する端子７ａ及び７ｂが形成されてなる。第１及び第２の磁性層３ａ及び３ｂは、軟磁性材よりなる強磁性体が用いられ、例えば、スパッタにより成膜される際、３０Ｏｅ程度の磁場が印加され、それぞれに互いに直交する方向の磁化が付与される。更に、下地層２から保護層６までは、約３×１５０μｍの矩形状を有している。
【００１６】
（成膜条件とＭＲ比の関係についての調査）
図３は、基板温度＋１５℃、−３５℃、−５５℃で成膜したときの、銀膜（Ａｇ膜）の膜厚と磁気抵抗比（ＭＲ比）の関係を示す特性図である。縦軸は線形目盛りで表したＭＲ比（％）を示し、横軸は線形目盛りで表したＡｇ膜の膜厚（Å）を示す。なお、ＭＲ比は、磁束が飽和したときの電気抵抗Ｒに対する、電気抵抗の変化分ΔＲの比である。
【００１７】
まず、成膜条件を説明する。ＭＲ素子は図１（ａ），（ｂ）の層構成を有し、Ｓｉ基板からなる基板１上に、膜厚５０Åのタンタル膜（Ｔａ膜）からなる下地層２と、膜厚９０ÅのＮｉＦｅ膜からなる第１の磁性層３ａと、膜厚ｔÅのＡｇ膜からなる非磁性金属層４と、膜厚４０ÅのＮｉＦｅ膜からなる第２の磁性層３ｂと、膜厚２００ÅのＦｅＭｎ膜からなる反強磁性層５と、膜厚５０ÅのＴａ膜からなる保護層６とを積層した。
【００１８】
その後、例えば全ての層を同時にパターニングして矩形状にした後、中央部のセンス領域ＳＡとなる領域を挟んで保護層６の両端部に金膜（Ａｕ膜）からなる端子７ａ，７ｂを形成した。
数種類の膜厚ｔのＡｇ膜を作成し、各膜厚についてＡｇ膜の成膜中の基板温度Ａを＋１５℃、−３５℃、−５５℃の３段階とした。
【００１９】
調査は、各々の条件で最大ＭＲ比（以下、単にＭＲ比と称する。）を測定することにより行った。
図３に示す調査結果によれば、基板温度が＋１５℃の場合、Ａｇ膜の膜厚が約６０Åのとき、ＭＲ比が最大となる。そして、Ａｇ膜の膜厚が６０Åより薄くなると、ＭＲ比が小さくなる。ピンホールの発生による第１及び第２の磁性層３ａ，３ｂ同士の接触のためであると考えられる。また、Ａｇ膜の膜厚が６０Åより厚くなると、その膜厚のためスピンバルブ磁気抵抗効果が小さくなる。
【００２０】
基板温度が−３５℃の場合、Ａｇ膜の膜厚が約３５Åのとき、ＭＲ比が最大となる。そして、Ａｇ膜の膜厚が３５Åより薄くなるとＭＲ比が小さくなる。ピンホールの発生による磁性層３ａ，３ｂ同士の接触のためであると考えられる。また、Ａｇ膜の膜厚が３５Åより厚くなると、その膜厚のためスピンバルブ磁気抵抗効果が小さくなる。
【００２１】
基板温度が−５５℃の場合、Ａｇ膜の膜厚が約３０Åのとき、ＭＲ比が最大となる。そして、Ａｇ膜の膜厚が３０Åより薄くなるとＭＲ比が小さくなる。ピンホールの発生による磁性層３ａ，３ｂ同士の接触のためであると考えられる。また、Ａｇ膜の膜厚が３０Åより厚くなると、その膜厚のためスピンバルブ磁気抵抗効果が小さくなる。
【００２２】
また、従来から、非磁性金属層の膜厚を１６〜４０Åにすると好ましいことが知られている。図３によれば、Ａｇ膜の膜厚が４０Å以下のときに、ＭＲ比が特に良好である。また、ジァイアントＭＲ素子では、膜厚が更に２分の１程度となる。よって、Ａｇ膜の膜厚の下限を８Åとし、膜厚の範囲を８〜４０Åとし、且つ、上記の条件式に基づいて基板の温度を−８９〜−２５℃とすることにより、更に良好な磁気抵抗効果を得ることが出来る。
【００２３】
図４は、Ａｇ膜の膜厚及び成膜温度と、磁気抵抗効果の有無の関係を示す特性図である。
まず、図４には、横軸に基板温度Ａ（℃）を表し、縦軸にＭＲ比が最大となるＡｇ膜の膜厚ｔ（Å）を表したとき、これらの関係がプロットされている。
これらのプロットされた点を結んだ直線により、Ａ≒（ｔ−５２．５）×２、或いは、ｔ≒Ａ／２＋５２．５の関係式が得られる。この関係式はＡｇ膜にピンホールが生じず、連続膜となるような成膜温度の上限、或いはＡｇ膜の膜厚の下限を表している。よって、Ａｇ膜の膜厚ｔを設定し、この膜厚ｔに基づいて上記条件式から得られる温度Ａ以下の温度に基板の温度Ａを設定することにより、顕著な磁気抵抗効果が得られる。また、逆に、基板の温度Ａを設定し、この温度に基づいて上記条件式から得られる膜厚にＡｇ膜の膜厚ｔを設定すると、ピンホールが生じず、連続膜となる、最も薄いＡｇ膜が得られるため、最も顕著な磁気抵抗効果が得られる。
【００２４】
更に、この直線の左上側の領域（ｔ≧Ａ／２＋５２．５）は磁気抵抗効果が生じる領域を示す。この領域は、Ａｇ膜の膜厚が最適膜厚（膜厚の下限）よりも厚くなる領域であり、この領域では、スピンバルブ磁気抵抗効果は若干低下するが、その低下は緩やかであるため、磁気抵抗効果は比較的大きい。
一方、図４の直線の右下側の領域（ｔ＜Ａ／２＋５２．５）は、磁気抵抗効果が起こらない領域を示す。この領域は、Ａｇ膜の膜厚が最適膜厚（膜厚の下限）よりも薄くなる領域であり、この領域では、ピンホールの発生により急激にスピンバルブ磁気抵抗効果が起こらなくなると考えられる。
【００２５】
（スピンバルブＭＲ素子への適用例）
図２（ａ），（ｂ）は、各々異なるスピンバルブＭＲ素子における、磁場の大きさＨと磁気抵抗比（ＭＲ比）の関係を示す特性図である。縦軸は線形目盛りで表したＭＲ比（％）を示し、横軸は線形目盛りで表したＨ（Ｏｅ）を示す。
まず、図２（ａ）のＭＲ素子の成膜条件について説明する。ＭＲ素子は図１（ａ），（ｂ）の層構成を有し、Ｓｉ基板からなる基板１上に、膜厚５０ÅのＴａ膜からなる下地層２と、膜厚９０ÅのＮｉＦｅ膜からなる第１の磁性層３ａと、膜厚６０ÅのＡｇ膜からなる非磁性金属層４と、膜厚４０ÅのＮｉＦｅ膜からなる第２の磁性層３ｂと、膜厚２００ÅのＦｅＭｎ膜からなる反強磁性層５と、膜厚５０ÅのＴａ膜からなる保護層６とを積層した。基板の温度Ａ（℃）を＋１５℃に保持した状態で上記Ａｇ膜を成膜した。成膜すべきＡｇ膜の膜厚をｔÅとしたとき、Ａ＝（ｔ−５２．５）×２に相当する。
【００２６】
一方、図２（ｂ）のＭＲ素子の成膜条件は、非磁性金属層４の膜厚を４１Åに変更しただけであり、他の条件は上記の第１の実験例と同じである。Ａ＞（ｔ−５２．５）×２の範囲にある。
図２（ａ）によれば、このＭＲ素子は、最大ＭＲ比が１．４％であり、磁気抵抗効果は比較的顕著である。なお、磁場の大きさＨとＭＲ比の関係は、若干ヒステリシス特性を有している。
【００２７】
一方、図２（ｂ）によれば、このＭＲ素子は、最大ＭＲ比は０．３％であり、磁気抵抗効果が殆ど起きていない。即ち、設定された基板の温度Ａに対してＡｇ膜の膜厚ｔが薄くなっている。Ａ≦（ｔ−５２．５）×２を満たすようにするため、Ａｇ膜の膜厚ｔを４１Åとした場合、基板の温度Ａを下げて−２３℃以下に設定しなければならない。
【００２８】
（人工格子型ＭＲ素子への適用例）
また、本発明は、上記のスピンバルブＭＲ素子に限られるものではなく、人工格子型ＭＲ素子にも適用することができる。図５は、人工格子型ＭＲ素子の断面図である。
この人工格子型ＭＲ素子は、基板１上に、下地層２と、第１の磁性層３０と、第１の非磁性金属層４０と、第２の磁性層３１と、第２の非磁性金属層４１と、複数組の磁性層及び非磁性金属層と、第Ｎの磁性層３９と、第Ｎの非磁性金属層４９と、保護層６とが順に積層され、センス領域ＳＡを挟んで保護層６の両端部に端子17ａ及び17ｂが接触されてなる。なお、第２の非磁性金属層４１と第Ｎの磁性層３９の間の、複数組の磁性層及び非磁性金属層は、例えば、１０〜２０組程度積層されている。
【００２９】
上記で、基板１はＳｉ基板であり、下地層２は膜厚５０ÅのＴａ膜であり、第１〜第Ｎの磁性層３１，３２，３９は膜厚２０ÅのＮｉＦｅ膜であり、第１〜第Ｎの非磁性金属層４０，４１，４９は膜厚２０ÅのＡｇ膜であり、保護層６は膜厚５０ÅのＴａ膜である。
この人工格子型ＭＲ素子も、スピンバルブＭＲ素子と同様、磁性層とＡｇ膜からなる非磁性金属層とを積層するものであるから、上述の如く、Ａｇ膜の膜厚とその膜厚に対応する基板の温度とを設定することにより、前述のスピンバルブ効果素子と同様の効果を有する。
（２）本発明の第２の実施例に係るスピンバルブＭＲ素子の説明
図６は、本発明の第２の実施例に係るスピンバルブＭＲ素子について示す断面図である。そのＭＲ素子では、図１（ａ），（ｂ）に示す層構成を有し、非磁性金属層８としてＡｇ膜の代わりに銀銅合金膜（ＡｇＣｕ合金膜）を用いている。
【００３０】
上記ＭＲ素子の成膜条件について以下に説明する。
（１００）面を有するＳｉ基板からなる基板１上に、膜厚５０ÅのＴａ膜からなる下地層２と、膜厚９０ÅのＮｉＦｅ膜からなる第１の磁性層３ａと、Ａｇの割合が７５％であるＡｇＣｕ合金膜からなる非磁性金属層８と、膜厚４０ÅのＮｉＦｅ膜からなる第２の磁性層３ｂと、膜厚２００ÅのＦｅＭｎ膜からなる反強磁性層（バイアス磁性層）５と、膜厚５０ÅのＴａ膜からなる保護層６とを積層した。そして、保護層１６の両端部に端子７ａ，７ｂを形成した。
【００３１】
非磁性金属層８としてのＡｇＣｕ合金膜は、膜厚４０Åを有し、上記した条件式にしたがって膜厚４０Åでの温度範囲の上限以下の温度−６５℃に基板の温度を設定し、保持した状態で、スパッタにより成膜した。
このＭＲ素子に対して２３０℃、１時間の熱処理を行っても、ＭＲ比の低下は認められなかった。これに対して、非磁性金属層として銅膜（Ｃｕ膜）を用いた従来の場合、２３０℃、１時間の熱処理で、ＭＲ比が２５％低下した。
【００３２】
上記第２の実施例に係るスピンバルブＭＲ素子によれば、非磁性金属層８としてＡｇＣｕ合金膜を用い、成膜すべきＡｇＣｕ合金膜の膜厚を設定した後、そのＡｇＣｕ合金膜にピンホールが生じない成膜温度の上限以下の温度範囲に基板の温度を保持した状態でＡｇＣｕ合金膜を形成しているので、薄く、かつピンホールのない連続膜を形成することが可能である。
【００３３】
これにより、ＡｇＣｕ合金膜中のＣｕの拡散を抑制して耐熱性を向上させるとともに、薄く、かつピンホールのない連続膜であるＡｇＣｕ合金膜を形成することで、大きな磁気抵抗効果が得られる。
（３）本発明の第３の実施例に係るスピンバルブＭＲ素子の説明
図７は、第３の実施例に係るスピンバルブＭＲ素子について示す断面図である。そのＭＲ素子では、図１（ａ），（ｂ）の層構成を有し、非磁性金属層９としてＡｇ膜の代わりに、Ａｇ膜９ａ／Ｃｕ膜９ｂ／Ａｇ膜９ｃの３層の非磁性金属膜を用いている。
【００３４】
上記のＭＲ素子の成膜条件について以下に説明する。
（１１０）面を有するＳｉ基板からなる基板１上に、膜厚６０ÅのＴａ膜からなる下地層２と、ＮｉとＦｅの割合がそれぞれ８２と１８である膜厚９０ÅのＮｉＦｅ膜からなる第１の磁性層３ａと、非磁性金属層９と、膜厚４０ÅのＮｉＦｅ膜からなる第２の磁性層３ｂと、膜厚１２０ÅのＦｅＭｎ膜からなる反強磁性層（バイアス磁性層）５と、膜厚５０ÅのＴａ膜からなる保護層６とを積層した。更に、保護層６の両端部に端子７ａ，７ｂを形成した。
【００３５】
非磁性金属層９は、Ｃｕ膜９ｂを挟む上下のＡｇ膜９ａ、９ｃの膜厚２Åを有し、その挟まれたＣｕ膜９ｂの膜厚１６Åを有する。Ａｇ膜は薄いほどシャント効果が小さくなり、ＭＲ比が高くなるため、極めて薄い膜厚にしている。
非磁性金属層９の成膜時に、上記した条件式に従って基板の温度を−１０１℃に保持した状態で、Ａｇ膜９ａ／Ｃｕ膜９ｂ／Ａｇ膜９ｃを各々スパッタにより成膜した。非磁性金属層９以外の他の層の成膜中は基板温度を常温２５℃に保持した。
【００３６】
このＭＲ素子に対して３００℃の加熱処理を行っても、、ＭＲ比が変化しないことが確かめられた。非磁性金属層としてＣｕ膜を用い、２３０℃が限界であった従来の場合と比較して耐熱性が大幅に向上した。
上記第３の実施例に係るスピンバルブＭＲ素子によれば、成膜中の基板１の温度を−１０１℃以下の低温に保持することにより、２Åの膜厚でもピンホールのない平坦性のよいＡｇ膜９ａ、９ｃを形成することが可能である。
【００３７】
従って、Ａｇ膜９ａ，９ｃを薄くして有効な磁気抵抗効果を得るとともに、Ｃｕ膜９ｂを挟むピンホールのないＡｇ膜９ａ，９ｃによりＣｕ膜９ｂ中のＣｕが上下の磁性層３ａ及び３ｂに拡散するのを抑制して耐熱性を向上させることができる。
なお、上記実施例ではＣｕ膜９ｂを挟む銅拡散阻止膜としてＡｇ膜９ａ，９ｃを用いているが、白金膜（Ｐｔ膜）や金膜（Ａｕ膜）又はこれらの金属のいずれかを含む合金膜のうちいずれかを用いてもよい。
（４）本発明の第４の実施例に係る磁気記録装置の説明
次に、上記のＭＲ素子を組み込んだ第４の実施例に係る磁気記録装置について図８（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。図８（ａ）〜（ｃ）は、磁気記録装置の磁気ヘッド及び磁気記録媒体の部分を示す断面図である。
【００３８】
図８（ａ）は、複合型ＭＲヘッドを示す。Ａ部が再生用ヘッド、Ｂ部が記録用ヘッドを示し、再生用ヘッドの磁気シールドと記録用ヘッドの磁極は軟磁性層１０２が共用されている。
図８（ａ）に示すように、再生用ヘッドの部分では、磁気シールドとしての軟磁性層１０１，１０２が間隔をおいて対向し、磁気記録媒体１０６と対面する部分１０５のギャップ内に上記のＭＲ素子が挟まれている。磁気記録媒体１０６からの漏洩磁界は直接ＭＲ素子に検出される。
【００３９】
また、記録用ヘッドの部分では、磁極としての軟磁性層１０２，１０４が間隔をおいて対向し、軟磁性層１０２，１０４間のギャップ内に軟磁性層１０２，１０４を通流する磁束を発生するコイル１０３が形成されている。この磁束により対面部分１０５のギャップから漏洩磁界を発生させて磁気記録媒体１０６に記録を行う。
【００４０】
この磁気記録装置によれば、再生部に第１〜第３の実施例に係るＭＲ素子を用いているので、耐熱性に優れ、再生感度の高い磁気記録装置を提供することが可能となる。
図８（ｂ）はフラックスガイドを有するインギャップ型ＭＲヘッドを示す。同図に示すように、磁極としての軟磁性層１１１，１１４が間隔をおいて対向し、磁気記録媒体１１６と対面する部分１１５のギャップ内に上記のＭＲ素子が挟まれ、軟磁性層１１１，１１４間のギャップ内に軟磁性層１１１，１１４を通流する磁束を発生するコイル１１３が形成されている。
【００４１】
ＭＲ素子は、腐食を避けるため、或いは磁気記録媒体との直接接触を避けるため、磁気記録媒体１１６との対面部分１１５に露出せずに、磁気ヘッドの内側に引っ込んでいる。対面部分１１５には、ＭＲ素子と電気的に絶縁され、磁気的に結合されているフラックスガイド112aが露出している。磁気記録媒体１１６からの漏洩磁界はフラックスガイド112aに入り、ＭＲ素子に検出される。なお、ＭＲ素子の他端には、ＭＲ素子と電気的に絶縁され、かつ磁気的に結合された別のフラックスガイド112bが形成されており、ＭＲ素子を通った磁束を軟磁性層１１１，１１４に導く。
【００４２】
この磁気記録装置によれば、再生部に第１〜第３の実施例のＭＲ素子を用いているので、耐熱性に優れ、再生感度の高いＭＲ素子を提供することが可能である。
図８（ｃ）はヨーク型ＭＲヘッドを示す。同図に示すように、磁極としての軟磁性層１２１と123a及び123bが間隔をおいて対向し、軟磁性層１２１と軟磁性層123a及び123bの間のギャップ内に軟磁性層１２１と軟磁性層123a及び123bを通流する磁束を発生するコイル１２２が形成されている。ＭＲ素子は、一方の軟磁性層123a及び123bが途切れた箇所に軟磁性層123a及び123bと電気的に絶縁され、かつ磁気的に結合されて配置されている。コイル１２２で発生し、軟磁性層１２１と123a及び123bを通流する磁束により対面部分１２４のギャップから漏洩磁界を発生させて磁気記録媒体１２５に記録を行う。
【００４３】
この場合も、再生部に第１〜第３の実施例のＭＲ素子を用いているので、耐熱性に優れ、再生感度の高いＭＲ素子を提供することが可能である。
なお、図８（ａ）〜（ｃ）に示す磁気記録装置では、ともに磁気ヘッドが形成される基板や軟磁性層間の絶縁膜等は省略してある。
また、本発明に係るＭＲ素子は、上記記録部と再生部を有する磁気記録装置に限らず、種々の磁気記録装置に用いることができる。
【００４４】
更に、そのＭＲ素子を再生専用の磁気記録装置に用いることも可能である。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の磁気抵抗効果素子によれば、非磁性金属層として銀銅合金膜や、銅膜と銅拡散阻止膜の多層膜を用いている。これにより、耐熱性が高い磁気抵抗効果素子を提供することが可能となる。
また、非磁性金属層にピンホールが発生しない成膜温度の上限以下の温度範囲に基板温度を保持して非磁性金属層を形成している。これにより、耐熱性が高く、大きな磁気抵抗効果を有する磁気抵抗効果素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１の実施例に係るスピンバルブ磁気抵抗効果素子の断面図、図１（ｂ）は、その斜視図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の第１の実施例に係るスピンバルブ磁気抵抗効果素子の磁場の大きさと磁気抵抗比の関係を示す特性図であり、図２（ｂ）は、比較例に係るスピンバルブ磁気抵抗効果素子における同じ関係を示す特性図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施例に係るスピンバルブ磁気抵抗効果素子の銀膜の膜厚と磁気抵抗比の関係についての調査結果を示す特性図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施例に係るスピンバルブ磁気抵抗効果素子の銀膜の膜厚及び成膜温度と磁気抵抗効果の有無の関係についての調査結果を示す特性図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施例に係る人口格子型磁気抵抗効果素子の断面図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施例に係るスピンバルブ磁気抵抗効果素子の断面図である。
【図７】図７は、本発明の第３の実施例に係るスピンバルブ磁気抵抗効果素子の断面図である。
【図８】図８（ａ）は、本発明の実施例に係る磁気抵抗効果素子を用いた複合型ＭＲヘッドを示す断面図であり、図８（ｂ）は本発明の実施例に係る磁気抵抗効果素子を用いたインギャップ型ＭＲヘッドを示す断面図であり、図８（ｃ）は本発明の実施例に係る磁気抵抗効果素子を用いたヨーク型ＭＲヘッドを示す断面図である。
【符号の説明】
１ 基板、
２ 下地層、
３ａ，３ｂ，３１，３２，３９ 磁性層、
４，９，４０，４１，４９ 非磁性金属層、
５ 反強磁性層（バイアス磁性層）、
６ 保護層、
７ａ，７ｂ 端子、
８ 非磁性金属層（ＡｇＣｕ合金層）、
９ａ，９ｃ Ａｇ膜（銅拡散阻止膜）、
９ｂ Ｃｕ膜（非磁性金属膜）、
１０１，１０２，１０４，１１１，１１４，１２１，１２３ａ，１２３ｂ 軟磁性層、
１０３，１１３，１２２ コイル、
１０５，１１５，１２４ 対面部分、
１０６，１１６，１２５ 磁気記録媒体、
１１２ａ，１１２ｂ フラックスガイド、
ＳＡ センス領域。
Claims (7)
- 磁気抵抗変化を検出するセンス領域全体にわたって形成されている、非磁性金属層と該非磁性金属層と接する磁性層とを有する積層構造を基板上に備え、
かつ、前記非磁性金属層は銀膜又は銅銀合金膜の単層からなり、前記非磁性金属層の膜厚ｔ（Å）を
８≦ｔ≦４０
の範囲で設定し、該膜厚ｔの範囲で前記非磁性金属層にピンホールが生じない成膜温度の範囲を規定する
Ａ≦（ｔ−５２．５）×２
Ａ：基板の温度（℃）
の温度範囲に前記基板の温度を保持した状態で前記非磁性金属層を形成する磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
前記基板の温度Ａを設定し、前記非磁性金属層にピンホールが生じない膜厚範囲の下限付近の膜厚に前記非磁性金属層の膜厚を設定することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 前記積層構造は、前記磁性層と前記非磁性金属層とを交互に複数積層したものであることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記積層構造は、各層間に非磁性金属層を挟んで配置される複数の磁性層と、最下部又は最上部の前記磁性層と隣接し、その磁性層に一定方向の磁化を付与するバイアス磁性層とを積層したものであることを特徴とする請求項１又は２の何れか一に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記非磁性金属層は、平坦な下地の上に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 前記基板の温度Ａを設定し、前記非磁性金属層にピンホールが生じない膜厚範囲の下限の膜厚に前記非磁性金属層の膜厚を設定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一に記載の記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 磁気抵抗変化を検出するセンス領域全体にわたって形成されている、非磁性金属層と該非磁性金属層と接する磁性層とを有する積層構造を基板上に備え、
かつ、前記非磁性金属層は、銅膜と、該銅膜と前記磁性層との間に介在する銅拡散阻止膜とで構成された多層からなり、前記非磁性金属層のうち前記磁性層と接する銅拡散阻止膜が銀膜又は銅銀合金膜であり、前記銅拡散阻止膜の膜厚ｔ（Å）を
ｔ≦４０
の範囲で設定し、該膜厚ｔの範囲で前記銅拡散阻止膜にピンホールが生じない成膜温度の範囲を規定する
Ａ≦（ｔ−５２．５）×２
Ａ：基板の温度（℃）
の温度範囲に前記基板の温度を保持した状態で前記銅拡散阻止膜を形成する磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
前記基板の温度Ａを設定し、前記銅拡散阻止膜にピンホールが生じない膜厚範囲の下限付近の膜厚に前記銅拡散阻止膜の膜厚を設定することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 前記基板の温度Ａを設定し、前記銅拡散阻止膜にピンホールが生じない膜厚範囲の下限の膜厚に前記銅拡散阻止膜の膜厚を設定することを特徴とする請求項６記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
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