【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気センサや磁気ディスク駆動装置用再生ヘッド等に適用される磁気抵抗効果膜の製造方法に関し、特に磁気抵抗効果の異方性の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気抵抗効果を有する磁気抵抗効果膜は、磁界を検出する磁気抵抗効果素子として、磁気センサ、磁気ヘッド、回転検出素子、位置検出素子等の分野において広く用いられている。

【０００３】従来、上記磁気抵抗効果膜としては、主にＦｅ−Ｎｉ合金膜（いわゆるパーマロイ膜）が使用されてきた。 しかし、パーマロイ膜の磁気抵抗変化率は小さく、今後さらに発展すると思われる高密度磁気記録への対応等を考慮すると、感度等の点で十分なものとは言えない。

【０００４】一方、近年、異種の金属を数原子層ずつ交互に積層した人工格子膜が注目されている。 その中で、
Ｆｅよりなる磁性体層とＣｒよりなる導体層との積層体からなる人工格子膜において、数十％もの磁気抵抗変化率（以下、「巨大磁気抵抗効果」と称する。）が得られることが報告され、磁気抵抗効果素子への応用が期待されている。 （フィジカル・レビュー・レターズ、６１
巻、２４７２ページ、１９８８年）

【０００５】その後、Ｆｅ層とＣｒ層の組み合わせ以外にも、磁性体層をＣｏ層、導体層をＣｕ層とした組み合わせでも巨大磁気抵抗効果が得られることが報告されている。 （フィジカル・レビュー・レターズ、６６巻、２
１５２ページ、１９９１年）

【０００６】しかし、上記人工格子膜において、巨大磁気抵抗効果を得るためには、数１００Ｏｅないし数ｋＯ
ｅの外部磁場が必要であり、パーマロイ膜の場合に比べて大きな磁場を必要とする。 このように外部磁場に対する感度が低いと、磁気記録用の磁気抵抗効果素子として使用できず、磁気センサとして使用する場合も使用範囲が限られてしまうという欠点がある。

【０００７】この欠点を解決する方法として、磁性体層に、鉄、ニッケル、コバルトの三元素を組み合わせた合金を用いることで、小さな磁場変化でも大きな抵抗変化が得られるようになり、外部磁場に対する感度が改善され、実用的な観点から有効であることが報告されている。

【０００８】上記三元素を用いた人工格子膜において巨大磁気抵抗効果は、磁性体層と導体層の層厚の関係が大きく関わり、より有効な巨大磁気抵抗効果を安定して得るためには、それぞれの層厚を制御する必要がある。

【０００９】そこで、それぞれの層厚を制御し、実用に十分な感度を持つ巨大磁気抵抗効果を安定して得るために、上記人工格子膜の製造方法として、スパッタ装置を用いた成膜方法が提案されている。

【００１０】この成膜方法は、例えば、基板を異種ターゲット上を交互に通過させながらスパッタを行うことで積層膜を形成する方法であり、図８に示す二元スパッタ装置を用いて行う。 二元スパッタ装置は、真空容器３１
内に、導体層ターゲット３２と磁性体層ターゲット３
３、各ターゲット３２，３３に対向した二つのシャッタ３４，３５、基板３６を支持固定するための基板ホルダの付いた各ターゲット上で図中矢印Ａの方向に回転するターンテーブル３７とを有している。

【００１１】このような、スパッタ装置で成膜を行うには、基板３６を基板ホルダに支持固定した後、真空容器３１内を真空にして、基板３６をターンテーブル３７によって、図中矢印Ａの方向に回転させ、上記各ターゲット３２，３３上を交互に通過させる。 そして、スパッタリングを行い、各シャッタ３４，３５を開く。 そして、
ターンテーブル３７の回転によって、必要な周期だけ、
各ターゲット３２，３３上を基板３６が通過した後、各シャッタ３４，３５を閉じる。 こうして、基板３６上に必要な周期だけ磁性体層と導体層とが積層した人工格子膜が製造される。 （以下、この成膜方法を「回転成膜法」という。）

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記回転成膜法で製造された人工格子膜は、巨大磁気抵抗効果に、外部磁界印加方向に対して基板の回転円周方向が困難方向となる強い一軸異方性がつく。 そのため、磁気的に等方的であることが要求される磁気センサや磁気ヘッドにおいては、出力が十分得られても歪が大きくなってしまい実用化することができない。

【００１３】そのため、人工格子膜構造を有する磁気抵抗効果膜において、実用に十分な感度を持つ巨大磁気抵抗効果を保ったまま、外部磁界印加方向に対する巨大磁気抵抗効果の異方性をなくすことが望まれている。

【００１４】そこで本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであって、実用に十分な感度を持つ巨大磁気抵抗効果を持つとともに、外部磁界印加方向に対する巨大磁気抵抗効果の異方性が軽減された磁気抵抗効果膜の製造方法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するために、本発明の磁気抵抗効果膜の製造方法は、導体層と磁性体層とをスパッタ法にて基板上に交互に成膜することによって人工格子膜を形成するに際して、前記基板を自転させながら、導体ターゲット上と磁性体ターゲット上を交互に通過するように公転させるものである。

【００１６】上記製造方法において、磁気抵抗効果が膜内の面内方向において十分な等方性発現するためには、
基板の公転数ｖと自転数Ｖを、Ｖ≧ｖ／２なる条件が満たされるように設定することが好ましい。 また、Ｖ≧ｖ
／２を満たす中でも、具体的には、公転数ｖを５ｒｐｍ
〜２０ｒｐｍ、自転数Ｖを３００ｒｐｍ〜２０００ｒｐ
ｍとするのが特に好ましい。

【００１７】なお、本発明が対象とする人工格子膜は、
磁性体層と導体層をそれぞれ厚みｔＡ，ｔＢで交互にｎ
組積層し、全膜厚をＴとした磁性人工格子膜で、前記各層の厚みｔＡ，ｔＢを０．５ｎｍ≦ｔＡ，ｔＢ≦５０ｎ
ｍ、交互に積層する磁性体層と導体層との組数ｎを１≦
ｎ≦３０、全膜厚Ｔを５ｎｍ≦Ｔ≦１００ｎｍとしてなるものである。

【００１８】前記磁性体層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ｒ
ｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓｉ、Ａｌ、
Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｂの元素のうち少なくとも１種類以上の元素からなる磁性体で、室温で強磁性体であるものである。

【００１９】中でも、Ｃｕを１〜５０原子％含有し、且つ、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉより選ばれる少なくとも１種を含有するものを磁性体層とするのが好ましい。 このとき、
前記磁性体層に含有されるＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉは、外部磁場に対する感度を向上させるために、その組成比を下記のように定めることが特に好ましい。 Ｆｅ _x Ｃｏ _y Ｎｉ _z
（ｘ，ｙ，ｚは原子％）とすると、 １０≦ｘ≦２５，４０≦ｙ≦８０，１０≦ｚ≦４０，ｘ
＋ｙ＋ｚ＝１００

【００２０】一方、前記導体層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、
Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｃｕ、
Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓｉ、Ａ
ｌ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｇの元素のうち少なくとも１種類以上の元素からなる導体で、室温で非磁性体であるものである。

【００２１】中でも、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉより選ばれる少なくとも１種を０．０５〜５原子％含有しているものを導体層とするのが好ましい。

【００２２】また、巨大磁気抵抗効果を安定に得るためには、人工格子膜中に含まれる酸素量を７原子％以下ととすることが好ましい。

【００２３】

【作用】上記製造方法では、前記基板を自転させながら、導体ターゲット上と磁性体ターゲット上を交互に通過するように公転させることにより、実用に十分な感度を持つ巨大磁気抵抗効果を持つとともに、外部磁界印加方向に対する巨大磁気抵抗効果の異方性が軽減された、
磁気抵抗効果が膜内の面内方向において略等方的に発現する磁気抵抗効果膜を製造することができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例とその評価、及び自転数及び公転数の影響、及び本発明により製造された磁気抵抗効果膜を磁気センサへ適用した実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００２５】本発明の実施例として、図１に示すように、スライドガラス基板１６上に、ＤＣマグネトロン型スパッタ装置により、Ｃｕよりなる導体層２及びＦｅ ₁₅
Ｎｉ ₅₅ Ｃｏ ₃₀よりなる磁性体層３を２０周期積層した磁気抵抗効果膜を製造した。

【００２６】本実施例で使用したＤＣマグネトロン型スパッタ装置を図２に示す。 このＤＣマグネトロン型スパッタ装置は、真空容器１１内に導体ターゲット１２と磁性体ターゲット１３を備えた二元スパッタ装置であり、
各ターゲット１２，１３に対向してそれぞれにシャッタ１４，１５が設けられている。 本実施例では、導体ターゲット１２にＣｕを、磁性体ターゲット１３にＦｅ ₁₅ Ｎ
ｉ ₅₅ Ｃｏ ₃₀を用いた。

【００２７】上記ＤＣマグネトロン型スパッタ装置にて、磁気抵抗効果膜を製造するには、基板１６を、基板中心の法線方向の軸を中心に回転する基板自転用回転板１８に取り付け、基板自転用回転板１８を基板１６とともに、図中矢印Ｃの方向に自転させる。 さらに、この基板自転用回転板１８を、導体ターゲット１２及び磁性体ターゲット１３上で回転する基板公転用回転板１７に取り付け、基板１６が導体ターゲット１２及び磁性体ターゲット１３上を交互に通過するように、基板公転用回転板１７を基板自転用回転板１８とともに、図中矢印Ｂの方向に公転させる。 本実施例では、自転数は１０ｒｐ
ｍ、公転数は１０ｒｐｍとした。

【００２８】そして、各シャッタ１４，１５を閉じたまま、導体ターゲット１２及び磁性体ターゲット１３をスパッタする。 その後、各シャッタ１４，１５を開放して、基板１６上に導体層２または磁性体層３を堆積させる。 このとき、基板１６は公転しているため導体層２と磁性体層３とが交互に積層される。 そして、必要な周期だけ公転を行った後、各シャッタ１４，１５を閉じる。
本実施例では、公転を２０周期行った後、各シャッタ１
４，１５を閉じた。

【００２９】こうして、基板１６上に、層厚が２．０ｎ
ｍ〜２．７ｎｍの導体層２と、層厚が１．０ｎｍの磁性体層３とを、２０周期積層した人工格子膜よりなる磁気抵抗効果膜を製造した。

【００３０】以上のように製造した磁気抵抗効果膜の磁気的異方性を評価した。 評価は、磁気抵抗変化率の外部磁場依存性を、外部磁場の印加方向を基板の公転円周方向（回転成膜法では困難軸方向となる。）としたときと、外部磁場の印加方向を基板の公転径方向（回転成膜法では容易軸方向となる。）としたときについて測定して行った。

【００３１】図３及び図４に測定結果を示す。 図３は外部磁場の印加方向を基板の公転円周方向としたときの測定結果を、図４は外部磁場の印加方向を基板の公転径方向としたときの測定結果を示す。 この結果から明らかなように、本実施例の磁気抵抗効果膜は、外部磁場の印加方向を変えても同等の磁気抵抗効果が得られており、磁気的に略等方的であるといえる。

【００３２】次に、自転数及び公転数の影響について評価した結果を示す。 。

【００３３】評価は、自転数Ｖと公転数ｖ以外は実施例１と同様に製造した直径１インチの複数の磁気抵抗効果膜を試料として行った。

【００３４】そして、上記磁気抵抗効果膜の巨大磁気抵抗効果の測定を４端子法にて行った。 つまり、磁気抵抗効果膜の四方に４つの端子を接続し、外部磁場を変化させたときの各端子間の抵抗の変化を測定した。 そして、
外部磁場変化に対する抵抗変化が最も大きいときの外部磁場Ｈｓを、各端子間それぞれについて測定した。 そして、これらのＨｓにおいて、最大のＨｓをＨｓｍａｘとし、各Ｈｓの内の最小のＨｓをＨｓｍｉｎとして、Ｈｓ
ｍａｘとＨｓｍｉｎとの差であるΔＨｓ（ΔＨｓ＝Ｈｓ
ｍａｘ−Ｈｓｍｉｎ）を算出した。

【００３５】このΔＨｓを、自転数Ｖ及び公転数ｖを変えて製造した各磁気抵抗効果膜について求め、これらのΔＨｓを比較することによって磁気的異方性を評価した。 なお、磁気的異方性が少ない磁気抵抗効果膜ほど、
ΔＨｓは小さな値となる。 なぜなら、磁気的異方性が少ないほど、外部磁場変化に対する抵抗変化が最も大きいときの外部磁場Ｈｓは、各端子間において差が小さくなるからである

【００３６】このように、各磁気抵抗効果膜についてΔ
Ｈｓを求めたところ、公転数ｖを一定としたときの、Δ
Ｈｓと自転数Ｖの関係は図５に示すようになった。 この結果から、本発明によると、ΔＨｓが小さな値となるのがわかる。 つまり、外部磁界印加方向に対する巨大磁気抵抗効果の異方性が軽減された、磁気抵抗効果が膜内の面内方向において略等方的に発現する磁気抵抗効果膜を製造できるといえる。 そして、自転数Ｖが多いほどΔＨ
ｓが小さな値となり、より磁気的異方性が少なくなるのが分かる。 特に、公転数ｖと自転数Ｖが、Ｖ≧ｖ／２なる条件を満たすときに、ΔＨｓは十分に小さな値となっており、磁気的異方性が十分に軽減されている。

【００３７】次に、本発明により製造された磁気抵抗効果膜を磁気センサへ適用した実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００３８】本実施例の磁気センサは、磁気情報が記録された記録媒体と、記録された情報を検出するための磁界検出用ヘッドとからなり、検出した磁気情報から記録媒体と磁界検出用ヘッドとの相対位置を検出するものである。

【００３９】図６に実施例１の磁気抵抗効果膜を適用した磁気センサの一例を示す。 本実施例においては、情報記録用の記録媒体２１として、直径３ｍｍ、長さ３０ｃ
ｍのＣｕＮｉＦｅの丸棒を使用した。 記録媒体としては、断面形状が円形の丸棒を使用するのが加工が容易であり望ましいが、断面形状が角形等であっても構わない。

【００４０】この記録媒体２１には、波長１００μｍの磁気情報を、通常の磁気テープ記録に使用する記録ヘッドで記録媒体の長さ方向に沿って記録した。 一方、磁界検出手段である磁界検出用ヘッド２２には、記録媒体の外径より若干大きな内径を有する孔２２ａが開けられており、この孔２２ａに記録媒体２１を挿入し、記録媒体２１に沿って移動することにより信号を検出する。 本実施例では、この孔２２ａの直径は３．０５ｍｍとした。

【００４１】図７に磁界検出用ヘッド２２を拡大して示す。 磁界検出部である磁界検出用素子２３には、本発明により製造した磁気抵抗効果膜を、前記孔２２ａの外周を取り囲むように、フォトリソグラフィ技術を利用して加工したものを用いた。

【００４２】磁界検出用素子２３のうち円周上の一部は切り取られており、その部分に電子線加熱蒸着装置により１μｍの厚さで成膜したＣｕが電極２４として電気的に接続されており、孔２２ａの外周を取り囲む磁界検出用素子２３に信号検出用の電流（いわゆるセンス電流）
を流せるようにしてある。 円周を取り囲む部分の磁界検出用素子２３の線幅は１００μｍとした。 磁界検出用ヘッド２２の基板２５には厚さ５０μｍのＢｅＣｕ合金を使用し、表面にＳｉＯ ₂をスパッタ装置で１μｍ成膜して絶縁膜とした。

【００４３】そして、上記記録媒体２１と磁界検出用ヘッド２２を用いて再生出力を測定したところ、非常に高い感度の出力が歪を生じることなく安定して得られた。
従って、本実施例の磁気センサは、高い検出精度を得ることができるといえる。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発明の製造方法を用いることにより、外部磁界印加方向に対する巨大磁気抵抗効果の異方性が軽減された、磁気抵抗効果が膜内の面内方向において略等方的に発現する磁気抵抗効果膜を提供することができる。

【００４５】特に、公転数ｖと自転数Ｖが、Ｖ≧ｖ／２
なる条件を満たすようにすると、十分に等方的な磁気抵抗効果を得ることができる。

【００４６】そして、本発明により製造された磁気抵抗効果膜は、歪が少なく高い出力を得ることができるので、磁気的に等方的であることが要求される磁気センサや磁気ヘッドの磁界検出用素子へ適用することが可能であり、その検出精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で製造される磁気抵抗効果膜の要部拡大断面図である。

【図２】本発明の実施例に使用されるＤＣマグネトロン型スパッタ装置の一構成例を示す概略断面図である。

【図３】本発明の実施例で製造された磁気抵抗効果膜の、基板の公転径方向に外部磁場を印加したときの、磁気抵抗変化率の外部磁場依存性を示す特性図である。

【図４】本発明の実施例で製造された磁気抵抗効果膜の、基板の公転円周方向に外部磁場を印加したときの、
磁気抵抗変化率の外部磁場依存性を示す特性図である。

【図５】本発明の実施例で製造された磁気抵抗効果膜の、基板の公転数を一定としたときの、磁気的異方性の指標となるΔＨｓと、基板の自転数との関係を示すグラフである。

【図６】本発明により製造した磁気抵抗効果膜を使用した磁気センサの一構成例を示す概略斜視図である。

【図７】本発明により製造した磁気抵抗効果膜を使用した磁気センサの磁界検出ヘッドの一例を示す概略正面図である。

【図８】従来の磁気抵抗効果膜の製造に使用されるＤＣ
マグネトロン型スパッタ装置の一構成例を示す概略断面図である。

【符号の説明】

２ 導体層 ３ 磁性体層 １１ 真空容器 １２ 導体ターゲット １３ 磁性体ターゲット １４ シャッタ １５ シャッタ １６ 基板 １７ 基板公転用回転板 １８ 基板自転用回転板 ２１ 記録媒体 ２２ 磁界検出用ヘッド ２３ 磁界検出用素子 ２４ 電極 ２５ 磁界検出用ヘッド基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl. ⁶識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 43/12