專利名稱：磁阻效應(yīng)元件、磁頭和磁存儲(chǔ)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于反強(qiáng)磁性膜和強(qiáng)磁性膜的交換結(jié)合膜及使用該交換結(jié)合膜的磁阻效應(yīng)元件、磁頭和磁存儲(chǔ)裝置。
背景技術(shù)：
作為高密度磁記錄中的重放用磁頭，正在進(jìn)行使用磁阻效應(yīng)膜(MR膜)的磁頭(MR磁頭)的研究。作為MR膜，例如顯示各向異性磁阻效應(yīng)(AMR)的Ni80Fe20(的原子百分?jǐn)?shù))合金(坡莫合金)等是已知的。AMR膜磁阻變化率(MR變化率)小到3％程度，因此作為替代它的MR膜材料，顯示巨大磁阻效應(yīng)(GMR)的(Co/Cu)n等人造晶格膜和自旋閥膜正引人注目。
由坡莫合金膜等構(gòu)成的AMR膜具有磁疇，因而消除由此而引起的巴克豪森噪聲是重要的。因此，正在進(jìn)行使AMR膜單磁疇化方法的各種研究。作為其中之一，利用是強(qiáng)磁性體的AMR膜和反強(qiáng)磁性膜的交換結(jié)合，采用將AMR膜的磁疇控制在特定方向的方法。在此，作為反強(qiáng)磁性體，迄今，γ-FeMn合金是眾所周知的(例如，參照美國(guó)專利4,103,315號(hào)說(shuō)明書(shū)、5,014,147號(hào)說(shuō)明書(shū)等)。
上述的自旋閥膜具有由強(qiáng)磁性體層/非磁性體層/強(qiáng)磁性體層的層狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成的層狀結(jié)構(gòu)膜，通過(guò)固定其中一個(gè)強(qiáng)磁性體層的磁化，得到GMR。在像這樣的自旋閥膜的一個(gè)強(qiáng)磁性體層的磁化固定中，利用反強(qiáng)磁性膜和強(qiáng)磁性膜的交換結(jié)合技術(shù)正在普及。作為此時(shí)的反強(qiáng)磁性膜也廣泛使用γ-FeMn合金。
但是，γ-FeMn合金耐蝕性低劣，特別是有水容易引起腐蝕的問(wèn)題。因此，在使用γ-FeMn合金的場(chǎng)合，由于在MR元件和磁頭等的加工工序中的腐蝕和由大氣中的水分引起的腐蝕，隨時(shí)間的經(jīng)過(guò)，產(chǎn)生與MR膜的交換結(jié)合力劣化。
另一方面，最近，使處理能力高速化的MPU等，發(fā)熱量非常大，受其影響，即使在HDD等的磁記錄裝置內(nèi)，在工作時(shí)溫度上升至393K程度。因此，對(duì)于反強(qiáng)磁性膜和強(qiáng)磁性膜的交換結(jié)合膜來(lái)說(shuō)，從可靠性的觀點(diǎn)看，在393K要求200Oe以上的交換結(jié)合力。在393K為了得到200Oe以上的交換結(jié)合力，不用說(shuō)在室溫的交換結(jié)合力要高，交換結(jié)合力的溫度特性也必須是良好的。
關(guān)于交換結(jié)合力的溫度特性，希望是反強(qiáng)磁性膜和強(qiáng)磁性膜的交換結(jié)合力喪失的粘連溫度應(yīng)盡可能高。但是，γ-FeMn合金的粘連溫度是443K以下，并且交換結(jié)合力的溫度特性非常差。因此，在像上述的溫度環(huán)境下不能得到足夠的交換結(jié)合力。
像這樣，使用γ-FeMn合金作為反強(qiáng)磁性膜的MR元件和磁頭，由于制造工藝等不同，容易產(chǎn)生特性劣化，進(jìn)而有在上述的工作溫度環(huán)境下不能充分地得到長(zhǎng)期的可靠性的問(wèn)題。針對(duì)這樣的問(wèn)題，例如在美國(guó)專利5,315,468號(hào)說(shuō)明書(shū)中記載了使用具有面心正方晶系的晶體結(jié)構(gòu)的NiMn合金等θ-Mn合金作為反強(qiáng)磁性膜。
在上述公報(bào)中指出，若使用由θ-Mn合金構(gòu)成的反強(qiáng)磁性膜，則即使在高溫區(qū)反強(qiáng)磁性膜和強(qiáng)磁性膜的交換結(jié)合力也不降低。而且，本申請(qǐng)人過(guò)去曾指出，粘連溫度高，顯示大的交換結(jié)合力，進(jìn)而作為耐蝕性優(yōu)良的反強(qiáng)磁性膜，提出具有面心正方晶系的晶體結(jié)構(gòu)的IrMn合金(特原頁(yè)平7-324174)。作為相同晶體結(jié)構(gòu)的反強(qiáng)磁性膜，PtMn合金和RhMn合金等γ-Mn合金是已知的(參照美國(guó)專利5,315,468號(hào)說(shuō)明書(shū))。
但是，使用反強(qiáng)磁性膜和強(qiáng)磁性膜的交換結(jié)合膜的MR元件和磁頭的使用環(huán)境，正向更嚴(yán)酷的方向發(fā)展。例如，工作時(shí)的溫度處于上升傾向。并且，伴隨記錄密度的高密度化，正向窄信道化和窄磁隙化發(fā)展。在這樣的情況下，例如要求自旋閥膜的一個(gè)強(qiáng)磁性體層的磁化更牢靠地固定。由于這樣，即使是由IrMn合金、PtMn合金、RhMn合金等構(gòu)成的反強(qiáng)磁性膜，也未必能說(shuō)得到充分的交換結(jié)合力。因此，要求在室溫和高溫區(qū)顯示更大的交換結(jié)合力的反強(qiáng)磁性膜和強(qiáng)磁性膜的交換結(jié)合膜。
進(jìn)而，在反強(qiáng)磁性膜的形成中，一般采用濺射法，但上述的反強(qiáng)磁性膜材料都由難以制作高密度靶的Mn合金組成。因此，有反強(qiáng)磁性膜的膜質(zhì)和純度難以管理的問(wèn)題。面心立方晶系的晶體結(jié)構(gòu)在富Mn側(cè)形成，因此尤其難以制作優(yōu)質(zhì)的靶。反強(qiáng)磁性膜的膜質(zhì)和純度的低劣，成為與強(qiáng)磁性膜的交換結(jié)合力低的因素。另外，在使用像這樣的交換結(jié)合膜的MR元件和磁頭中，由于構(gòu)成該元件和磁頭的其他層，所以反強(qiáng)磁性膜容易受到惡劣影響，有交換結(jié)合特性容易劣化等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于通過(guò)提高由耐蝕性和熱特征優(yōu)良的Mn合金構(gòu)成的反強(qiáng)磁性膜的特性，提供在室溫和高溫區(qū)得到更大交換結(jié)合力的反強(qiáng)磁性膜和強(qiáng)磁性膜的交換結(jié)合膜。進(jìn)而本發(fā)明以通過(guò)謀求反強(qiáng)磁性膜的膜質(zhì)和純度等的穩(wěn)定化，提供在室溫和高溫區(qū)顯示足夠的交換結(jié)合力、而且能控制由制造過(guò)程引起的劣化等的交換結(jié)合膜作為目的。本發(fā)明的其他目的在于，通過(guò)使用像上述那樣的交換結(jié)合膜，提供能夠得到長(zhǎng)期穩(wěn)定的特性和輸出等的磁阻效應(yīng)元件和磁頭。
本發(fā)明人為了達(dá)到上述目的，對(duì)各種Mn合金構(gòu)成的反強(qiáng)磁性膜的特性進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使反強(qiáng)磁性膜進(jìn)行面內(nèi)取向，能夠提高與強(qiáng)磁性膜的交換結(jié)合力。進(jìn)而，例如由用濺射法成膜的Mn合金構(gòu)成的反強(qiáng)磁性膜進(jìn)行面內(nèi)取向的同時(shí)，使晶粒直徑增加，因而更能提高與強(qiáng)磁性膜的交換結(jié)合力。除此之外還發(fā)現(xiàn)，即使在交換結(jié)合膜層疊厚膜，也不產(chǎn)生由內(nèi)部應(yīng)力增加等引起的特性劣化。
本發(fā)明就是基于這樣的認(rèn)識(shí)而完成的。本發(fā)明的交換結(jié)合膜的特征在于，具備強(qiáng)磁性膜和與該強(qiáng)磁性膜交換結(jié)合的反強(qiáng)磁性膜，該反強(qiáng)磁性膜是含有從Ir、Rh、Pt、Au、Ag、Co、Pd、Ni、Cr、Ge、Ru、Re和Cu中選擇的至少一種的R元素和Mn，具有面內(nèi)取向的反強(qiáng)磁性膜。
本發(fā)明的交換結(jié)合膜的特征是，上述強(qiáng)磁性膜與上述反強(qiáng)磁性膜至少一部分進(jìn)行層疊。
在本發(fā)明的交換結(jié)合膜中，面內(nèi)取向的反強(qiáng)磁性膜，例如對(duì)膜面進(jìn)行電子束衍射時(shí)，電子束衍射圖案的各衍射斑點(diǎn)分布有收納在±15°以內(nèi)的組織區(qū)域。
本發(fā)明的交換結(jié)合膜的特征是，上述反強(qiáng)磁性膜中，一個(gè)主晶粒由數(shù)個(gè)亞晶粒構(gòu)成，而且上述亞晶粒的面內(nèi)結(jié)晶方向趨于一致。
本發(fā)明的交換結(jié)合膜的特征是，上述反強(qiáng)磁性膜具有5nm以上的平均晶粒直徑。
本發(fā)明的交換結(jié)合膜的特征是，上述反強(qiáng)磁性膜至少一部分具有面心立方晶系、面心正方晶系、體心立方晶系或者體心正方晶系的晶體結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的交換結(jié)合膜的特征是，上述反強(qiáng)磁性膜以一般式RXMn100-X式中，X為滿足2≤X≤80的原子百分?jǐn)?shù)，或者一般式(RX’Mn1-X’)100-YFeY表示的反強(qiáng)磁性合金構(gòu)成，式中，X’為滿足0.02≤X’≤0.80，Y為滿足0＜Y＜30的原子百分?jǐn)?shù)。
本發(fā)明的交換結(jié)合膜的特征是，上述反強(qiáng)磁性膜進(jìn)而以在小于50％的原子百分?jǐn)?shù)的范圍含有從Ta、Hf、Ti、Nb、Si、Al、W、Zr、Ga、Be、In、Sn、V、Mo、Ru、Os、Cd、Zn和N中選擇的至少一種。
本發(fā)明的交換結(jié)合膜的特征是，上述反強(qiáng)磁性膜具有以一般式RXMn100-X表示的組成，式中，至少一部分具有面心立方晶系的晶體結(jié)構(gòu)X滿足2≤X≤50。
本發(fā)明的交換結(jié)合膜的特征是，上述強(qiáng)磁性膜含有具有面心立方晶系的晶體結(jié)構(gòu)或者密排六方晶體結(jié)構(gòu)的Co或Co合金層。
本發(fā)明的交換結(jié)合膜的特征是，上述反強(qiáng)磁性膜使用氧含量為重量的1％以下的合金靶進(jìn)行成膜。
本發(fā)明的交換結(jié)合膜的特征是，上述反強(qiáng)磁性膜，具有以一般式RXMn100-X表示的組成，具有面心正方晶系或者體心立方晶系的晶體結(jié)構(gòu)，式中，X滿足30≤X≤70。
本發(fā)明的磁阻效應(yīng)元件，具備上述的本發(fā)明的交換結(jié)合膜，所述交換結(jié)合膜具備強(qiáng)磁性膜和以一般式RMn表示的反強(qiáng)磁性膜，R是選自Ir、Rh、Pt、Au、Ag、Co、Pd、Ni、Cr、Ge、Ru、Re和Cu中的至少一種，上述反強(qiáng)磁性膜進(jìn)行面內(nèi)取向，而且與上述強(qiáng)磁性膜進(jìn)行交換結(jié)合而構(gòu)成，其特征在于，它具有用于在上述交換結(jié)合膜中的強(qiáng)磁性膜中進(jìn)行電流通電的電極。
本發(fā)明的磁阻效應(yīng)元件的特征是，上述強(qiáng)磁性膜具備兩個(gè)強(qiáng)磁性體層、和在二個(gè)上述的強(qiáng)磁性體層之間插入的非磁性體層，其中一個(gè)上述強(qiáng)磁性層由所述反強(qiáng)磁性膜磁化固定。
本發(fā)明的磁阻效應(yīng)元件的特征是，利用上述反強(qiáng)磁性膜進(jìn)行磁化固定的上述強(qiáng)磁性體層，在上述反強(qiáng)磁性膜上層疊形成。
本發(fā)明的磁阻效應(yīng)元件的特征是，上述交換結(jié)合膜中的反強(qiáng)磁性膜，在對(duì)膜面進(jìn)行電子束衍射時(shí)，具有電子束衍射圖像的各斑點(diǎn)的分布收納在±15°以內(nèi)的組織區(qū)域。
本發(fā)明的磁阻效應(yīng)元件的特征是，上述交換結(jié)合膜中的反強(qiáng)磁性膜具有5nm以上的平均晶粒直徑。
本發(fā)明的磁阻效應(yīng)元件的特征是，上述反強(qiáng)磁性膜具有以一般式RXMn100-X表示的組成，式中，至少一部分具有面心立方晶系的晶體結(jié)構(gòu)，X為滿足2≤X≤50的數(shù)。
本發(fā)明的一種具有磁阻效應(yīng)元件的磁頭，所述磁阻效應(yīng)元件包括交換結(jié)合膜，所述交換結(jié)合膜具備強(qiáng)磁性膜和以一般式RMn表示的反強(qiáng)磁性膜，R是選自Ir、Rh、Pt、Au、Ag、Co、Pd、Ni、Cr、Ge、Ru、Re和Cu中的至少一種，上述反強(qiáng)磁性膜進(jìn)行面內(nèi)取向，而且與上述強(qiáng)磁性膜進(jìn)行交換結(jié)合而構(gòu)成，其特征在于，它包括下側(cè)磁屏蔽層，在上述下側(cè)磁屏蔽層上、通過(guò)下側(cè)重放磁隙形成所述磁阻效應(yīng)元件，以及在上述磁阻效應(yīng)元件上、通過(guò)上側(cè)重放磁隙形成的上側(cè)磁屏蔽層。
進(jìn)而，本發(fā)明的磁頭的特征是，具備與上述上側(cè)磁屏蔽層共同化的下側(cè)磁極、在上述下側(cè)磁極上形成的記錄磁隙和設(shè)置在上述記錄磁隙上的上側(cè)磁極。
本發(fā)明的磁存儲(chǔ)裝置，包括上述本發(fā)明的交換結(jié)合膜，所述交換結(jié)合膜具備強(qiáng)磁性膜和以一般式RMn的反強(qiáng)磁性膜，R是選自Ir、Rh、Pt、Au、Ag、Co、Pd、Ni、Cr、Ge、Ru、Re和Cu中的至少一種，上述反強(qiáng)磁性膜進(jìn)行面內(nèi)取向，而且與上述強(qiáng)磁性膜進(jìn)行交換結(jié)合而構(gòu)成，其特征在于，上述交換結(jié)合膜的強(qiáng)磁性膜由包括強(qiáng)磁性體層/非磁性體層/強(qiáng)磁性體層的層疊構(gòu)造的磁性多層膜構(gòu)成，并且上述強(qiáng)磁性體層中的一層具有由反強(qiáng)磁性膜磁化固定的磁阻效應(yīng)膜；將信息存儲(chǔ)在上述磁阻效應(yīng)膜的寫(xiě)入電極；和將存儲(chǔ)在上述磁阻效應(yīng)膜的信息重放的讀出電極。
在本發(fā)明的交換結(jié)合膜中使用面內(nèi)取向的反強(qiáng)磁性膜。面內(nèi)取向膜，磁矩的方向趨于一致，進(jìn)而在界面的共格性良好，與強(qiáng)磁性膜交換結(jié)合時(shí)，得到更大的交換結(jié)合力。進(jìn)而，使反強(qiáng)磁性膜的晶粒直徑大粒徑化到5nm以上，能夠使結(jié)晶穩(wěn)定化。因此，含有R元素和Mn的反強(qiáng)磁性膜能充分發(fā)揮本來(lái)具有的特性。除此之外，反強(qiáng)磁性膜的膜內(nèi)畸變得到緩和。
通過(guò)這些，按照本發(fā)明的交換結(jié)合膜，在室溫和高溫區(qū)能夠穩(wěn)定地得到足夠的交換結(jié)合力。進(jìn)而即使在交換結(jié)合膜的上部形成厚膜的場(chǎng)合，也抑制交換結(jié)合膜內(nèi)的的內(nèi)部應(yīng)力的增大，因此能夠謀求提高使用該交換結(jié)合膜的磁阻效應(yīng)元件、磁頭、磁記錄裝置等的特性。在強(qiáng)磁性膜由強(qiáng)磁性體層/非磁性體層/強(qiáng)磁性體層的層狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成的自旋閥膜中，無(wú)論使其上側(cè)的強(qiáng)磁性體層和反強(qiáng)磁性膜交換結(jié)合，還是使下側(cè)的強(qiáng)磁性體層和反強(qiáng)磁性膜交換結(jié)合，在任何場(chǎng)合都能得到足夠大的交換結(jié)合力。另外，與反強(qiáng)磁性進(jìn)行層疊的強(qiáng)磁性體層也可以不是單層的。
本發(fā)明的磁頭例如適用于磁記錄重放磁頭的重放磁頭。本發(fā)明的磁頭是進(jìn)而具備一對(duì)磁極和記錄磁隙，構(gòu)成磁記錄重放磁頭。
磁記錄重放磁頭搭載在磁盤(pán)裝置等磁記錄裝置上。磁記錄裝置例如是具備磁記錄媒體，具有通過(guò)磁疇將信號(hào)讀入上述磁記錄媒體上、而且通過(guò)從上述磁記錄媒體發(fā)生的磁疇將信號(hào)讀出的磁記錄重放磁頭的磁頭滑塊。
進(jìn)而，本發(fā)明的交換結(jié)合膜能適用于像以下所示的磁記錄裝置。磁記錄裝置具有本發(fā)明的交換結(jié)合膜，上述交換結(jié)合膜的強(qiáng)磁性膜利用包含強(qiáng)磁性體層/非磁性體層/強(qiáng)磁性體層的層狀結(jié)構(gòu)的磁性多層膜構(gòu)成的同時(shí)，具備一個(gè)上述強(qiáng)磁性體層通過(guò)上述反強(qiáng)磁性膜磁化固定的磁阻效應(yīng)膜、將情報(bào)記憶讀入在上述磁阻效應(yīng)膜上的電極和將記憶在上述磁阻效應(yīng)膜上的情報(bào)重放讀出的電極。


圖1表示本發(fā)明的交換結(jié)合膜的一種實(shí)施方式構(gòu)成的斷面圖。
圖2示意地表示本發(fā)明交換結(jié)合膜中的反強(qiáng)磁性膜的電子束衍射圖像的一個(gè)例子的圖。
圖3示意地表示反強(qiáng)磁性膜的微細(xì)結(jié)構(gòu)的圖。
圖4A表示反強(qiáng)磁性膜的亞晶粒的面內(nèi)結(jié)晶方向的一個(gè)例子圖。
圖4B示意地表示圖4A所示的反強(qiáng)磁性膜的電子束衍射圖像的圖。
圖5A表示反強(qiáng)磁性膜的亞晶粒的面內(nèi)結(jié)晶方向的其他例子圖。
圖5B示意地表示圖5A所示的反強(qiáng)磁性膜的電子束衍射圖像的圖。
圖6A表示反強(qiáng)磁性膜的亞晶粒的面內(nèi)結(jié)晶方向的其他例子圖。
圖6B示意地表示圖6A所示的反強(qiáng)磁性膜的電子束衍射圖像的圖。
圖7用于說(shuō)明用電子束衍射使反強(qiáng)磁性膜的面內(nèi)結(jié)晶方向一致的方法的圖。
圖8表示對(duì)面內(nèi)取向的反強(qiáng)磁性膜的膜斷面的電子束衍射圖像的一個(gè)例子圖。
圖9表示對(duì)面內(nèi)取向的反強(qiáng)磁性膜的膜斷面的電子束衍射圖像的其他例子圖。
圖10表示將本發(fā)明使用于AMR元件的一種實(shí)施方式的概略結(jié)構(gòu)的斷面圖。
圖11表示圖10所示的AMR元件的變型例的斷面圖。
圖12表示將本發(fā)明使用于GMR元件的一種實(shí)施方式的概略結(jié)構(gòu)的斷面圖。
圖13表示圖12所示的GMR元件的變型例的斷面圖。
圖14表示將本發(fā)明的MR元使適用于MRAM時(shí)的結(jié)構(gòu)例的斷面圖。
圖15表示MRAM的其他結(jié)構(gòu)例的平面圖。
圖16表示圖15所示的MRAM的斷面圖。
圖17表示使用本發(fā)明的GMR元件的錄放一體型磁頭的第1實(shí)施方式構(gòu)成的斷面圖。
圖18表示使用本發(fā)明的GMR元件的錄放一體型磁頭的第2實(shí)施方式構(gòu)成的斷面圖。
圖19表示圖17所示的錄放一體型磁頭的變型例構(gòu)成的斷面圖。
圖20表示圖18所示的錄放一體型磁頭的變型例構(gòu)成的斷面圖。
圖21表示使用本發(fā)明的AMR元件的錄放一體型磁頭的第1實(shí)施方式構(gòu)成的斷面圖。
圖22表示使用本發(fā)明的AMR元件的錄放一體型磁頭的第2實(shí)施方式構(gòu)成的斷面圖。
圖23表示使用本發(fā)明磁頭的磁盤(pán)裝置的一種構(gòu)成例的斜視圖。
圖24表示按照本發(fā)明實(shí)施例1的反強(qiáng)磁性膜的平均晶粒直徑和使用該平均晶粒直徑的交換結(jié)合膜的交換結(jié)合力的關(guān)系圖。
圖25表示按照本發(fā)明實(shí)施例3的反強(qiáng)磁性膜的平均晶粒直徑和使用該平均晶粒直徑的交換結(jié)合膜的交換結(jié)合力的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照

用于實(shí)施本發(fā)明的方式。
圖1是示意地表示本發(fā)明交換結(jié)合膜的一種實(shí)施方式構(gòu)成的圖。在基板1上形成的交換結(jié)合膜2具有層疊的反強(qiáng)磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4。所謂反強(qiáng)磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4，只要在它們之間產(chǎn)生交換結(jié)合地至少一部分層疊地形成就行。
再者，反強(qiáng)磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4的層疊順序根據(jù)用途設(shè)定。圖1表示強(qiáng)磁性膜4配置在反強(qiáng)磁性膜3的上側(cè)的狀態(tài)，但反強(qiáng)磁性膜3也可以配置在強(qiáng)磁性膜4的上側(cè)。另外，也可以以反強(qiáng)磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4多重層疊的層疊膜構(gòu)成交換結(jié)合膜。
反強(qiáng)磁性膜3至少由含有從Ir、Rh、Pt、Au、Ag、Co、Pd、Ni、Cr、Ge、Ru、Re和Cu中選擇的至少一種的R元素和Mn的反強(qiáng)磁性材料構(gòu)成。作為這樣的反強(qiáng)磁性材料的具體例子，可舉出實(shí)質(zhì)上以一般式RxMn100-x(1)(式中，x表示原子百分?jǐn)?shù)，并且滿足2≤x≤80)表示的RMn合金及一般式(Rx’Mn1-x’)100-yFey(2)(式中，x’表示原子百分?jǐn)?shù)，并且滿足0.02≤x’≤0.80，y表示原子的百分?jǐn)?shù)，并且滿足0＜y＜30)表示的RMnFe合金等反強(qiáng)磁性合金。反強(qiáng)磁性合金的晶體結(jié)構(gòu)，根據(jù)R元素的種類和組成，為面心立方晶體結(jié)構(gòu)、面心正方晶體結(jié)構(gòu)、體心立方晶體結(jié)構(gòu)或者體心正方晶體結(jié)構(gòu)。
由像上述的RMn合金RMnFe合金(以下總稱為RMn系合金)等構(gòu)成的反強(qiáng)磁性膜3具有面內(nèi)的晶粒間的結(jié)晶方向所沿的組織。即，反強(qiáng)磁性膜3是面內(nèi)取向膜。按照面內(nèi)取向的反強(qiáng)磁性膜3，例如在反強(qiáng)磁性膜3具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)的場(chǎng)合，對(duì)該膜面進(jìn)行電子束衍射時(shí)，得到如圖2所示的電子束衍射圖像。從圖2所示的電子束衍射圖像可清楚反強(qiáng)磁性膜3進(jìn)行(111)取向。而且，從<111>方向的電子束入射產(chǎn)生的衍射斑點(diǎn)，畫(huà)若干線，但其擴(kuò)展狹窄，不管怎樣寬大也收納在±15°以內(nèi)。
在具有這樣的面內(nèi)取向的反強(qiáng)磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4的交換結(jié)合膜2中，不用說(shuō)提高粘連溫度，也能提高交換結(jié)合力本身。面內(nèi)取向膜的磁矩方向趨于一致，而且在界面的共格性也良好，因此在與強(qiáng)磁性膜4進(jìn)行交換結(jié)合時(shí)，得到更大的交換結(jié)合力。
由電子束的入射而產(chǎn)生的衍射斑點(diǎn)進(jìn)行畫(huà)線，在該線的擴(kuò)展超過(guò)±15°的場(chǎng)合，不能充分發(fā)揮RMn系合金特性的危險(xiǎn)大。這樣，本發(fā)明的反強(qiáng)磁性膜3是至少一部分具有電子束衍射圖像的各衍射斑點(diǎn)分布收納在±15°以內(nèi)的組織區(qū)域。進(jìn)而，反強(qiáng)磁性膜3的電子束衍射圖像的各衍射斑點(diǎn)的擴(kuò)展在±15°以內(nèi)的場(chǎng)合，能緩和膜內(nèi)的畸變。因此，即使在反強(qiáng)磁性膜3上層疊厚膜的磁頭等中，也能夠防止由內(nèi)部應(yīng)力增大引起的交換結(jié)合力的降低。
在此，反強(qiáng)磁性膜如圖3所示，例如具有由主晶粒MG的聚集體構(gòu)成的微細(xì)結(jié)構(gòu)。在主晶粒MG中存在許多亞晶粒SG。在對(duì)這樣的主晶粒MG從膜面方向照射電子束B(niǎo)1、進(jìn)行電子束衍射的場(chǎng)合，如圖4所示，若亞晶粒SG的面內(nèi)結(jié)晶方向(在圖4A中以箭頭表示。例如<220>方向)趨于一致，則如圖4B所示，電子衍射圖像的各衍射斑點(diǎn)以點(diǎn)表示。
如圖5A所示，若亞晶粒SG的結(jié)晶方向多少不一致，則如圖5B所示，電子束衍射圖像的各衍射斑點(diǎn)的點(diǎn)聚集，成為畫(huà)線的狀態(tài)。本發(fā)明的反強(qiáng)磁性膜具有該衍射斑點(diǎn)分布收縮在±15°以內(nèi)的區(qū)域。另一方面，如圖6A所示，例如即使在膜厚方向進(jìn)行(111)取向，若亞晶粒SG的面內(nèi)結(jié)晶方向不趨于一致，如圖6B所示，衍射圖像中的各衍射斑點(diǎn)連接許多點(diǎn)，成為環(huán)狀。
本發(fā)明中的反強(qiáng)磁性膜如上所述，主晶粒MG內(nèi)的亞晶粒SG的面內(nèi)結(jié)晶方向趨于一致即可。具體地說(shuō)，電子束衍射圖像的各衍射斑點(diǎn)的分布具有收納在±15°以內(nèi)的區(qū)域即可。例如，如圖3所示，即使存在主晶粒MG間(例如MG1和MG2)的面內(nèi)的結(jié)晶方向不同的區(qū)域，在本發(fā)明中也是允許的。
再者，所謂反強(qiáng)磁性膜3進(jìn)行面內(nèi)取向，不限于從膜面方向的電子束衍射，因?yàn)閷?duì)于膜厚方向的斷面電子束衍射圖像也能等同。例如，如圖7所示，對(duì)反強(qiáng)磁性膜3的膜斷面照射電子束B(niǎo)2。在電子束B(niǎo)2中使用具有由FE-TE產(chǎn)生的1nm程度的電子束徑(nm-probe)。
例如，反強(qiáng)磁性膜3具有立方晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，從面內(nèi)取向的反強(qiáng)磁性膜3的膜面方向的電子束衍射圖像是如圖2所示。若對(duì)這樣的反強(qiáng)磁性膜3的膜斷面進(jìn)行電子束衍射，則按照電子束B(niǎo)2的入射方向得到如圖8和圖9所示的特定電子束衍射圖像。這些電子束衍射圖像等同于反強(qiáng)磁性膜3面內(nèi)取向。圖8是從<110>方向入射電子束B(niǎo)2時(shí)的衍射圖像。圖9是從<211>方向入射電子束B(niǎo)2時(shí)的衍射圖像。
由上述的RMn系合金構(gòu)成的反強(qiáng)磁性膜3更具有5nm以上的晶粒直徑。在此，RMn系合金具有基本上高的尼耳溫度，能夠提高這樣的反強(qiáng)磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4的交換結(jié)合膜2的粘連溫度。使反強(qiáng)磁性膜3的晶粒直徑大粒徑化到5nm以上，RMn系合金能夠穩(wěn)定地發(fā)揮本來(lái)具有的特性。因此，在室溫和高溫區(qū)能夠穩(wěn)定地得到良好的交換結(jié)合力，能夠提高交換結(jié)合膜2的可靠性。
使反強(qiáng)磁性膜3的晶粒直徑大粒徑化到5nm以上，還能夠緩和反強(qiáng)磁性膜3內(nèi)的畸變。在反強(qiáng)磁性膜中若產(chǎn)生畸變，作為在反強(qiáng)磁性膜上層疊厚膜的磁頭等的結(jié)構(gòu)時(shí)，則反強(qiáng)磁性膜的內(nèi)部應(yīng)力更增大，交換結(jié)合力降低。由此磁頭特性等劣化。反強(qiáng)磁性膜3的晶粒直徑大粒徑化到5mm以上，由于緩和膜內(nèi)畸變，能夠抑制由畸變引起的特性劣化。
為了更提高反強(qiáng)磁性膜3自身的特性，更希望反強(qiáng)磁性膜3的晶粒直徑是10nm以上。反強(qiáng)磁性膜3的晶粒直徑的上限沒(méi)有特別的限制，可以是適應(yīng)其膜厚的值。另外，反強(qiáng)磁性膜3也可以是單晶膜。在本發(fā)明中，在反強(qiáng)磁性膜選擇由主晶粒和該主晶粒內(nèi)的亞晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，所謂本發(fā)明的平均晶粒直徑是指主晶粒的晶粒直徑。
例如在以濺射法進(jìn)行成膜的場(chǎng)合，使用低氧濃度的合金靶，而且通過(guò)控制成膜室內(nèi)的氧濃度，能夠再現(xiàn)性良好地得到面內(nèi)取向的反強(qiáng)磁性膜3。按照這樣的成膜方法，可以使反強(qiáng)磁性膜3的晶粒直徑大粒徑化到5nm以上。所使用的合金靶中的氧含量最好是1重量％以下。通過(guò)使合金靶中的氧含量達(dá)到1重量％以下，即使是富Mn的合金靶也能實(shí)現(xiàn)高密度化。
合金靶的低氧含量化和高密度化，能大大有助于使用這樣的靶進(jìn)行成膜的反強(qiáng)磁性膜3的高純度化，特別有助于低氧濃度化。進(jìn)而，也有助于改善反強(qiáng)磁性膜3的膜質(zhì)和膜組成(來(lái)自靶組成的偏差)等。反強(qiáng)磁性膜3的高純度化直接影響晶粒間的結(jié)晶取向和晶粒直徑。即，若使反強(qiáng)磁性膜3高純度化，則能夠再現(xiàn)性良好地得到面內(nèi)取向的反強(qiáng)磁性膜3。進(jìn)而，若反強(qiáng)磁性膜3是高純度，就促進(jìn)RMn系合金的晶粒長(zhǎng)大，因此再現(xiàn)性良好地得到具有5nm以上的晶粒直徑的反強(qiáng)磁性膜3。從上述的理由看，所使用的合金靶的密度最好是90％以上。
由RMn系合金組成的合金靶，通過(guò)燒結(jié)R元素與Mn的合金粉末和混合粉末或者進(jìn)行熔融而得到。此時(shí)，作為起始原料使用高純度粉末，并且在混合時(shí)防止雜質(zhì)量的增加，使用熱壓和HIP等制作靶，能夠使靶中的氧含量達(dá)到1重量％以下。合金靶中的氧含量最好達(dá)到重量的0.7％以下。燒結(jié)手段只要能夠形成Mn化合物，可以是長(zhǎng)壓燒結(jié)。
反強(qiáng)磁性膜3進(jìn)行濺射成膜時(shí)的背壓最好達(dá)到10-6Pa。如果采用這樣的背壓，就能抑制成膜時(shí)的氧混入等，更能提高反強(qiáng)磁性膜3的純度。由此，提高反強(qiáng)磁性膜3的面內(nèi)取向性。反強(qiáng)磁性膜3的面內(nèi)取向性和晶粒直徑，也可以通過(guò)成膜時(shí)的基板加熱、靶的公轉(zhuǎn)、使用高純度Ar、使用Xe氣體而進(jìn)行的成膜等來(lái)提高。
在以上述(1)式表示的RMn合金中，如上所述，R由選自Ir、Rh、Pt、Au、Ag、Co、Pd、Ni、Cr、Ge、Ru、Re和Cu中的至少一種元素組成，例如通過(guò)CrPtMn和PdPtMn等的組合等等提高交換結(jié)合特性。若這樣的R元素的含量過(guò)少，則有耐蝕性降低的傾向，而R元素的含量過(guò)多，反強(qiáng)磁性就弱。因此，規(guī)定R元素量的x值較好達(dá)到2～80％的原子百分?jǐn)?shù)的范圍，最好達(dá)到10～70％的原子百分?jǐn)?shù)的范圍。
在以(2)式表示的RMnFe合金中，規(guī)定R元素量的x’值，也由于同樣的理由最好達(dá)到0.02～0.80％的原子百分?jǐn)?shù)的范圍。Fe使RMn和強(qiáng)磁性膜4的晶格共格性良好，具有使交換結(jié)合膜2的交換結(jié)合力變大的作用。但是，F(xiàn)e含量是30％的原子百分?jǐn)?shù)以上時(shí)，耐蝕性大大降低，因此，F(xiàn)e含量規(guī)定為低于30％的原子百分?jǐn)?shù)。最好Fe含量是0.01％≤y≤25％的原子百分?jǐn)?shù)的范圍。
在R是Ir、Rh、Au、Ag、Co、Ge、Ru、Re時(shí)，RMn合金的更佳的組成范圍是5％≤x≤40％的原子百分?jǐn)?shù)。含有上述的R元素的RMn合金，一般x是5～40％的原子百分?jǐn)?shù)的組成范圍，面心立方晶系的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。晶體結(jié)構(gòu)的至少一部分是面心立方晶體結(jié)構(gòu)的RMn合金，具有特別高的尼耳溫度，因而更能提高交換結(jié)合膜2的粘連溫度。具有面心立方晶系晶體結(jié)構(gòu)的RMn合金，通常，與具有面心立方晶系的晶體結(jié)構(gòu)或者密排六方晶體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)磁性膜4的晶格共格性良好。出于同樣的理由，RMnFe合金中的R元素的組成比最好也達(dá)到5％≤x≤40％的原子百分?jǐn)?shù)。
再者，含有上述R元素的大部分的RMn合金，一般在x是35～60％的原子百分?jǐn)?shù)的組成范圍，面心正方晶系的晶體結(jié)構(gòu)成為穩(wěn)定。但是，在晶體結(jié)構(gòu)是面心立方晶系的Cu等組成的基底上及在同樣具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)的Fe、Co、Ni和它們的合金等作為主體的強(qiáng)磁性膜4上，在使RMn合金構(gòu)成的反強(qiáng)磁性膜3外延生長(zhǎng)的場(chǎng)合，即使x在40％＜x＜70％的原子百分?jǐn)?shù)的范圍，也得到具有面心立方晶系的晶體結(jié)構(gòu)的RMn合金。
在R是Ni、Pd的場(chǎng)合，晶體結(jié)構(gòu)是面心正方晶系時(shí)，熱穩(wěn)定性提高。因此，像這樣的晶體結(jié)構(gòu)成為穩(wěn)定的組成范圍，也就是說(shuō)最好達(dá)到30％≤x≤70％的原子百分?jǐn)?shù)。進(jìn)而，在R是Cr的場(chǎng)合，RMn合金選擇體心立方晶體結(jié)構(gòu)和體心正方晶體結(jié)構(gòu)，組成范圍最好是30≤x≤70的原子百分?jǐn)?shù)。另外，在R是Pt的場(chǎng)合，面心立方結(jié)晶和面心正方結(jié)晶共同使熱穩(wěn)定性良好，最好是2％≤x≤30％的原子百分?jǐn)?shù)或者40％≤x≤70％的原子百分?jǐn)?shù)的組成范圍。
規(guī)定RMnFe合金中的R元素量的x’值，也由于同樣的理由，根據(jù)R元素的種類，最好與上述的RMn合金成為相同組成范圍地設(shè)定。
由RMn系合金構(gòu)成的反強(qiáng)磁性膜3，進(jìn)而可以含有從Ta、Hf、Ti、Nb、Si、Al、W、Zr、Ga、Be、In、Sn、V、Mo、Ru、Os、Cd、Zn、和N中選擇的至少一種的添加成分。在RMn系合金中，根據(jù)上述的組成范圍和晶體結(jié)構(gòu)等，與以往的FeMn合金相比，得到充分良好的耐蝕性，但由于含有這樣的添加成分能夠更加提高耐蝕性。
但是，若過(guò)多量地含有上述的添加成分，則有交換結(jié)合膜2的交換結(jié)合力降低的危險(xiǎn)。因此，對(duì)于RMn系合金，上述元素的配合量較好是50％的原子百分?jǐn)?shù)以下，最好是90％的原子百分?jǐn)?shù)以下。
由RMn系合金構(gòu)成的反強(qiáng)磁性膜3，最好至少一部分具有規(guī)則相。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)使由RMn系合金構(gòu)成的反強(qiáng)磁性膜3的原子排列規(guī)則化，尼耳點(diǎn)上升，進(jìn)而交換結(jié)合膜2的粘連溫度上升。交換結(jié)合膜2的可靠性提高，而且也能夠增大反強(qiáng)磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4的交換結(jié)合力本身。
再者，在以RMn系合金形成反強(qiáng)磁性膜3的場(chǎng)合，在剛形成反強(qiáng)磁性膜3后的as-depo狀態(tài)，通常是不規(guī)則相支配的。對(duì)其進(jìn)行373～573K程度的熱處理，生成例如Cu3Au型、CuAu型等規(guī)則相。
由RMn系合金構(gòu)成的反強(qiáng)磁性膜3的膜厚，只要是表現(xiàn)反強(qiáng)磁性的范圍即可，沒(méi)有特別的限制。在交換結(jié)合膜2中，為了得到特別大的交換結(jié)合力，希望使反強(qiáng)磁性膜3的膜厚比強(qiáng)磁性膜4的膜厚要厚。在強(qiáng)磁性膜4的上側(cè)層疊反強(qiáng)磁性膜3的場(chǎng)合，從熱處理后的交換結(jié)合力的穩(wěn)定性等觀點(diǎn)看，反強(qiáng)磁性膜3的膜厚，在面心立方結(jié)晶時(shí)，較好是3～20nm程度，最好是15nm以下。另一方面，在面心正方結(jié)晶時(shí)，最好是15～40nm程度。從同樣的觀點(diǎn)看，強(qiáng)磁性膜4的膜厚最好是1nm以上至3nm。另一方面，在強(qiáng)磁性膜4的下側(cè)層疊反強(qiáng)磁性膜3的場(chǎng)合，反強(qiáng)磁性膜3的膜厚最好是3～50nm程度。強(qiáng)磁性膜4的膜厚最好也是1nm～7nm。在此，稱為釘止層的層也可以是層狀結(jié)構(gòu)，該強(qiáng)磁性膜4的膜厚是實(shí)質(zhì)上與反強(qiáng)磁性膜連接的層的膜厚。
在強(qiáng)磁性膜4中，可以使用由Fe、Co、Ni及它們的合金構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)磁性體層、顯示強(qiáng)磁性性質(zhì)的磁性多層膜和粒狀膜等。作為具體的強(qiáng)磁性膜4，可舉出各向異性磁阻效應(yīng)膜(AMR膜)、自旋閥膜、人造晶格膜、粒狀膜、強(qiáng)磁性隧道接合膜等巨大磁阻效應(yīng)膜(GMR膜)等。
在上述的強(qiáng)磁性體中，特別是因?yàn)镃o或Co合金與由RMn系合金構(gòu)成的反強(qiáng)磁性膜3層疊形成，所以得到粘連溫度非常高的交換結(jié)合膜2，因此最好使用該膜。在強(qiáng)磁性膜4是MR膜的場(chǎng)合，在Co中添加Fe、Ni及其他元素的Co合金顯示大的MR變化率，因而是令人滿意的。
作為在Co合金中添加的元素，除了上述的Fe和Ni之外，可以使用Pd、Au、Ag、Cu、Pt、Ir、Rh、Ru、Os、Hf等的1種或2種以上。這些添加元素量最好是5～50％的原子百分?jǐn)?shù)的范圍。更希望使用以5～40％的原子百分?jǐn)?shù)范圍含有Fe的CoFe合金。含有Fe的Co合金，在使強(qiáng)磁性膜4和反強(qiáng)磁性膜3的交換結(jié)合力大方面是有利的。另外，該強(qiáng)磁性膜可以是組成調(diào)制膜，也可以是不同組成的層疊膜。
進(jìn)而，像后面詳述的自旋閥膜那樣，在強(qiáng)磁性膜4具有包含強(qiáng)磁性體層/非磁性體層/強(qiáng)磁性體層的層狀結(jié)構(gòu)的磁性多層膜時(shí)，NiFe系強(qiáng)磁性體，是其構(gòu)成元素的Ni和作為非磁性體層多使用的Cu是全率固溶系。因此，在MR元件和磁頭的制作工序中，由于473K程度的溫度上升，引起擴(kuò)散，即使在磁場(chǎng)中進(jìn)行熱處理，磁阻變化率的值不再現(xiàn)地變小。
另一方面，Co和Cu是非固溶系，在MR元件和磁頭的制作工序中即使經(jīng)過(guò)623K的溫度，通過(guò)在磁場(chǎng)中進(jìn)行熱處理，也得到原來(lái)的磁阻變化率。再者，面心正方晶系的NiMn、PdMn、PrMn等在as-depo狀態(tài)不能交換結(jié)合，在543K的溫度進(jìn)行退火循環(huán)，可以達(dá)到交換結(jié)合。從耐這樣的退火循環(huán)的觀點(diǎn)看，也能希望Co系強(qiáng)磁體作為強(qiáng)磁性膜4的構(gòu)成材料。
因?yàn)檫@樣，所以強(qiáng)磁性膜4最好具有至少有面心立方晶系的晶體結(jié)構(gòu)或者密排六方晶系晶體結(jié)構(gòu)的Co或Co合金層。強(qiáng)磁性膜4的結(jié)晶性等特性沒(méi)有特別的限制，可以是結(jié)晶狀的高取向膜，并且也可以是非高取向。進(jìn)而，也可以使用微晶膜和非晶態(tài)膜。
交換結(jié)合膜2，使用濺射法、蒸鍍法、MBE法等各種公知的成膜方法，例如在玻璃、樹(shù)脂等非晶質(zhì)基板，Si、MgO、Al2O3、Al2O3·TiC、斜硅鈣石等單晶基板、取向基板、燒結(jié)基板等各種基板1上形成。在適用于MR元件和磁頭等的場(chǎng)合，在適應(yīng)它們的結(jié)構(gòu)的各種基底上形成。交換結(jié)合膜2的成膜方法沒(méi)有特別的限制，但在得到面內(nèi)取向的反強(qiáng)磁性膜3上，最好使用采用上述的低氧濃度的合金靶的濺射法成膜。
在形成交換結(jié)合膜2的基板1上可以設(shè)置具有1～100nm厚的底膜。底膜只要是提高反強(qiáng)磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4的結(jié)晶性即可，沒(méi)有特別的限制，但可以使用例如Pd和Pt等貴金屬，CoZrNb等結(jié)晶狀金屬，具有Ta和Ti、Cu合金等的面心立方晶體結(jié)構(gòu)和體心立方晶體結(jié)構(gòu)的金屬和合金等。進(jìn)而，為了對(duì)反強(qiáng)磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4的結(jié)合賦予單軸各向異性，在磁場(chǎng)中進(jìn)行成膜，或者也可以在磁場(chǎng)中進(jìn)行熱處理。熱處理用于出現(xiàn)規(guī)則相也是有效的。
在消除磁阻效應(yīng)元件(MR元件)中的強(qiáng)磁性膜的巴克豪森噪聲、或者人造晶格膜和自旋閥膜中的強(qiáng)磁性膜的磁化固定等中，有效地使用上述實(shí)施方式的交換結(jié)合膜2。但是，交換結(jié)合膜2的用途并不限于MR元件，例如在由強(qiáng)磁性膜構(gòu)成的磁軛的磁各向異性控制等各種用途中也能使用。
接著，參照?qǐng)D10～13說(shuō)明使用上述交換結(jié)合膜的磁阻效應(yīng)元件(MR元件)的實(shí)施方式。MR元件例如作為像HDD那樣的磁記錄裝置用磁頭的重放元件和磁場(chǎng)檢測(cè)用傳感元件等是有效的，但除這些之外，也可以在像磁阻效應(yīng)存儲(chǔ)(MRAM(Magnetoresistive random access memoty))那樣的磁記錄裝置中使用。
首先，敘述在重放用磁頭中使用本發(fā)明的MR元件時(shí)的實(shí)施方式。圖10示出在消除各向異性磁阻效應(yīng)膜(AMR膜)的巴克豪森噪聲等中使用本發(fā)明的交換結(jié)合膜的AMR元件5的一種構(gòu)成例。
AMR元件5，作為強(qiáng)磁性膜，依存于電流方向和磁性膜的磁矩的形成角度，具有由電阻變化的Ni80Fe20等強(qiáng)磁性體構(gòu)成的AMR膜6。在該AMR膜6的兩端分別層疊形成反強(qiáng)磁性膜3。這些AMR膜6和反強(qiáng)磁性膜3構(gòu)成交換結(jié)合膜，從反強(qiáng)磁性膜3對(duì)AMR膜6賦予磁偏。
再在AMR膜6的兩端，通過(guò)反強(qiáng)磁性膜3，形成電氣連接的、由Cu、Ag、Au、Al或它們的合金構(gòu)成的一對(duì)電極7。通過(guò)該一對(duì)電極7向AMR膜6供給電流(讀出電流)。由這些AMR膜6、反強(qiáng)磁性膜3和一對(duì)電極7構(gòu)成AMR元件5。再者，電極7也可以形成與AMR膜6直接接觸的形式。另外，這些各構(gòu)成元件例如在由Al2O3·TiC等構(gòu)成的基板1的主表面上形成。
在上述的AMR元件5中，利用AMR膜6和反強(qiáng)磁性膜3的交換結(jié)合，對(duì)AMR膜6賦予磁偏進(jìn)行磁區(qū)控制。通過(guò)該AMR膜6的磁區(qū)控制，抑制巴克豪森噪聲的發(fā)生。向由反強(qiáng)磁性膜3形成的AMR膜6賦予磁偏，如圖11所示，也可以通過(guò)在AMR膜6上經(jīng)過(guò)交換偏磁場(chǎng)調(diào)整膜8層疊反強(qiáng)磁性膜3形成的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。AMR膜6和反強(qiáng)磁性膜3通過(guò)交換偏磁場(chǎng)調(diào)整膜8進(jìn)行交換結(jié)合。在此情況下，一對(duì)電極7與反強(qiáng)磁性膜3兩端部一部分層疊地形成。
在AMR元件5中，在向AMR膜6賦予磁偏時(shí)，使用本發(fā)明的交換結(jié)合膜的場(chǎng)合，如上所述，由RMn系合金構(gòu)成的反強(qiáng)磁性膜3能夠充分且穩(wěn)定地發(fā)揮基本特性，因此，在室溫和高溫區(qū)能夠穩(wěn)定地得到足夠的交換結(jié)合力。因而，在各種條件下都能再現(xiàn)性良好地抑制巴克豪森噪聲的發(fā)生。
圖12示出在巨大磁阻效應(yīng)膜(GMR膜)的強(qiáng)磁性體層的磁化固定中使用本發(fā)明的交換結(jié)合膜的GMR元件9的一種構(gòu)成例。GMR元件9作為強(qiáng)磁性膜具有GMR膜10。
圖12所示的GMR元件9具有由自旋閥膜構(gòu)成的GMR膜(自旋閥GMR膜)10。自旋閥GMR膜10具有強(qiáng)磁性體層11/非磁性體層12/強(qiáng)磁性體層13的層狀結(jié)構(gòu)膜。其中，在上側(cè)的強(qiáng)磁性體層13上層疊形成反強(qiáng)磁性膜3，強(qiáng)磁性體層13和反強(qiáng)磁性膜3構(gòu)成交換結(jié)合膜。上側(cè)的強(qiáng)磁性體層13是利用與反強(qiáng)磁性膜3的交換結(jié)合力進(jìn)行磁化固定的所謂磁化釘止層。另一方面，下側(cè)的強(qiáng)磁性體層11是利用來(lái)自磁記錄媒體等的信號(hào)磁場(chǎng)(外部磁場(chǎng))變化磁化方向的所謂磁化自由層。
強(qiáng)磁性體層11根據(jù)需要在磁性底層14上形成。磁性底層14可以用一種磁性膜構(gòu)成。也可以是不同種類的磁性膜的層疊膜。作為磁性底層14，使用非晶態(tài)系軟磁性體和具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)的軟磁性體，例如NiFe合金、NiFeCo合金、在上述合金中添加各種添加元素的合金等。進(jìn)而，最好使用非晶態(tài)系軟磁性體和具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)的軟磁性體的層疊膜，此時(shí)具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)的軟磁性體與強(qiáng)磁性體層11結(jié)合地形成，但在提高自旋閥GMR膜10的結(jié)晶性上是令人滿意的。另外，代替非晶態(tài)系軟磁性體也可以使用面心立方晶體結(jié)構(gòu)和體心立方晶體結(jié)構(gòu)的金屬和合金。另外，非晶態(tài)系軟磁性體的下面即使有它們也不介意。
另外，在磁性底層14的下面以提高取向性等為目的，進(jìn)而可以設(shè)置具有1～100nm厚度的底膜。底膜只要是提高結(jié)晶性和取向性的就行，沒(méi)有特別的限制，例如可以使用Pd和Pt等貴金屬，CoZrNb等非晶態(tài)金屬，具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)和體心立方晶體結(jié)構(gòu)的金屬和合金等。再者，圖15中是Ta等構(gòu)成的保護(hù)膜，根據(jù)需要而形成。另外，作為這樣的保護(hù)膜，也往往選擇控制反強(qiáng)磁性膜的晶格常數(shù)地施加壓縮應(yīng)力目的等的材料。
在自旋閥GMR膜10的兩端部形成由Cu、Ag、Au、Al、它們的合金等構(gòu)成的一對(duì)電極7。由該一對(duì)電極7向自旋閥GMR膜10供給電流(讀出電流)。由自旋閥GMR膜10和一對(duì)電極7構(gòu)成GMR元件9。電極7也可以作為在自旋閥GMR膜10下側(cè)形成的形態(tài)。
在強(qiáng)磁性體層11、13上如上所述最好使用Co或Co合金。在配置在強(qiáng)磁性體層11、13之間的非磁性體層12上可以使用各種導(dǎo)電性非磁性材料，但最好使用自旋依存散射大的Cu。
在自旋閥GMR膜10上的磁化釘止層和磁化自由層的位置，可以是上下相反。圖13示出在下側(cè)配置磁化釘止層的自旋閥GMR膜10。該自旋閥GMR膜10在基板1側(cè)形成反強(qiáng)磁性膜3在該反強(qiáng)磁性膜3上形成強(qiáng)磁性體層11/非磁性體層12/強(qiáng)磁性體層13的層狀結(jié)構(gòu)膜。在此情況下，下側(cè)的強(qiáng)磁性體層11和反強(qiáng)磁性膜3構(gòu)成交換結(jié)合膜，下側(cè)的強(qiáng)磁性體層11是磁化釘止層，上側(cè)的強(qiáng)磁性體層13是磁化自由層。
在基板1側(cè)上形成反強(qiáng)磁性膜3時(shí)，為了提高其晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和結(jié)晶方向性，反強(qiáng)磁性膜3可以設(shè)置在底膜16上。即使沒(méi)有底膜16，本發(fā)明中的RMn系反強(qiáng)磁性材料能(111)取向或者(110)取向地成長(zhǎng)。作為底膜16可以使用Ta、Zr、Nb、Cu、Cr、Hf、Ti等，也可以使用具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)和體心立方晶體結(jié)構(gòu)的合金或單金屬。按照本發(fā)明，RMn系合金例如即使在10≤x≤70的原子百分?jǐn)?shù)的組成范圍，也能夠穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)反強(qiáng)磁性膜3下置結(jié)構(gòu)。即，本發(fā)明特別因?yàn)橄蚋籑n側(cè)的效果異常，所以能夠?qū)崿F(xiàn)通常為不穩(wěn)定的反強(qiáng)磁性膜3下置的結(jié)構(gòu)。
在反強(qiáng)磁性膜3與是磁化釘止層的強(qiáng)磁性體層11的界面上，為了使從反強(qiáng)磁性膜3向強(qiáng)磁性體層11的交換偏磁場(chǎng)增大，可以插入具有它們的中間晶格常數(shù)的磁性膜?；蛘咭部梢圆迦胧箯?qiáng)磁性體層11的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化的磁性體極薄層等。另外，該強(qiáng)磁性體層也可以是中途地夾持非磁性體層的層疊膜。
根據(jù)需要，可以在是磁化自由層的強(qiáng)磁性體層13上形成軟磁性輔助膜17。特別是，在強(qiáng)磁性體層13上使用CoFe合金等Co合金的場(chǎng)合，希望形成由NiFe合金，NiFeX(X選自Cr、Nb、Ta、Zr、Hf、W、Mo、V、Ti、Rh、Ir、Cu、Au、Ag、Mn、Re、Ru中的至少一種元素)合金，CoZrNb系、CoFeRe系、CoFeAlO系等非晶態(tài)磁性合金，F(xiàn)eZrN、COFeTaN等氮化微晶合金，CoNbC、FeTaV等碳化微晶合金，或者它們的層疊膜等構(gòu)成的軟磁性輔助膜17，提高強(qiáng)磁性體層13的軟磁性。
在自旋閥型的GMR元件9中，在一個(gè)強(qiáng)磁性體層的磁化固定中使用本發(fā)明的交換結(jié)合膜的場(chǎng)合，如上所述，因?yàn)槌浞智曳€(wěn)定地發(fā)揮由RMn系合金等構(gòu)成的反強(qiáng)磁性膜3的基本特性，在室溫和高溫區(qū)能夠穩(wěn)定地得到足夠的交換結(jié)合力，所以釘止層的磁化固定狀態(tài)成為穩(wěn)定且牢固的。由此能夠穩(wěn)定地得到良好的GMR特性。
另外，在記錄重放一體型磁頭等中使用GMR元件9的場(chǎng)合，能夠防止由厚膜的多層化引起的交換結(jié)合膜的特性劣化。進(jìn)而，如果使用本發(fā)明的交換結(jié)合膜，即使是具有富Mn的面心立方晶體結(jié)構(gòu)的反強(qiáng)磁性膜，也能夠進(jìn)行與自旋閥膜下側(cè)的強(qiáng)磁性體層的良好交換結(jié)合。
在圖12和圖13所示的GMR元件9中，在GMR膜10上也可以使用具有強(qiáng)磁性體層和非磁性體層的多層層疊膜的人造晶格膜、強(qiáng)磁性隧道結(jié)合膜等。在強(qiáng)磁性隧道結(jié)合元件中，與自旋閥型的GMR元件同樣地在一個(gè)強(qiáng)磁性體層的磁化固定中使用反強(qiáng)磁性膜。
下面，敘述在磁阻效應(yīng)存儲(chǔ)(MRAM)中使用本發(fā)明的MR元件時(shí)的實(shí)施方式。
圖14是表示利用巨大磁阻效應(yīng)(GMR)的MRAM的一種實(shí)施例的圖。在該圖中所示的MRAM18具有在玻璃基板和Si基板等基板19上形成的自旋閥GMR膜20。在自旋閥GMR膜20的強(qiáng)磁性體層23的磁化固定中使用本發(fā)明的交換結(jié)合膜。
即，在基板19上形成強(qiáng)磁性體層21/非磁性體層22/強(qiáng)磁性體層23的層狀結(jié)構(gòu)膜。其中，通過(guò)調(diào)節(jié)交換結(jié)合力大小的調(diào)整膜3’，在強(qiáng)磁性體層23上形成反強(qiáng)磁性膜3。在此情況下，上側(cè)的強(qiáng)磁性體層23和反強(qiáng)磁性膜3構(gòu)成交換結(jié)合膜，上側(cè)的強(qiáng)磁性體層23是磁化釘止層，下側(cè)的強(qiáng)磁性體層21是磁化自由層。
在自旋閥GMR膜20的上部，通過(guò)絕緣層24設(shè)置讀入電極(字碼線)25。通過(guò)在讀入電極25中流過(guò)電流時(shí)的電流方向改變磁化釘止層23的磁化方向，其方向不論是哪一個(gè)或規(guī)定為“1”或規(guī)定為“0”。
在自旋閥GMR膜20的兩端部、通過(guò)由Au等構(gòu)成的分流層26設(shè)置一對(duì)讀出電極(位線)27。由一對(duì)電極27向自旋閥GMR膜20供給電流(讀出電流)。數(shù)據(jù)的讀出，在讀入電極25和讀出電極27中流過(guò)從正變成負(fù)的脈沖電流。此時(shí)，磁化自由層21的磁化方向例如從右向變成左相向。伴隨這種變化，自旋閥GMR膜20的電阻值，在磁化釘止層23的數(shù)據(jù)是“1”時(shí)從最大變成最小，在磁化釘止層的數(shù)據(jù)是“0”時(shí)從最小變成最大。讀出該電阻變化，作為電極27的電壓變動(dòng)而輸出。像這樣進(jìn)行，能夠讀出在MRAM18上記憶的數(shù)據(jù)。
在這樣的MRAM18中，也能得到與磁頭用的GMR元件9相同的效果。在數(shù)根字碼線和與此交叉的數(shù)根位線的各交叉部分別配置MRAM18，將其陣列狀地配置在單一的基板上構(gòu)成集成化的記憶裝置在使用將反強(qiáng)磁性膜3下置的自旋閥GMR膜的MRAM中，也使用本發(fā)明的交換結(jié)合膜，能夠得到良好的特性。在圖15和圖16中示出使用將反強(qiáng)磁性膜3下置的自旋閥GMR膜的MRAM的結(jié)構(gòu)。圖15是MRAM28的平面圖，圖16是沿圖15的A-A’線的剖面圖。
在圖15和圖16所示的MRAM28中，在基板19上形成反強(qiáng)磁性膜3。在反強(qiáng)磁性膜3上形成強(qiáng)磁性體層23/非磁性體層22/強(qiáng)磁性體層21的層狀結(jié)構(gòu)膜。由此構(gòu)成反強(qiáng)磁性膜3下置的自旋閥GMR膜29。在此情況下，下側(cè)的強(qiáng)磁性體層23和反強(qiáng)磁性膜3構(gòu)成交換結(jié)合膜，下側(cè)的強(qiáng)磁性體層23是磁化釘止層，上側(cè)的強(qiáng)磁性體層21是磁化自由層。這種結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)讀入磁化自由層。
在將反強(qiáng)磁性膜3下置的自旋閥GMR膜29的兩端部外側(cè)，配置一對(duì)讀出電極(位線)27。在自旋閥GMR膜29上、通過(guò)絕緣層24a設(shè)置X方向的讀入電極25a。再在其上、通過(guò)絕緣層24b設(shè)置Y方向的讀入電極25b。X方向的讀入電極25a和Y方向的讀入電極25b交叉地配置，在該交叉部配置自旋閥GMR膜29。
接著，參照?qǐng)D17～圖22說(shuō)明在重放用MR磁頭和使用該磁頭的記錄·重放一體型磁頭中使用上述實(shí)施方式的MR元件(GMR元件和MR元件)時(shí)的實(shí)施方式。
首先，敘述在重放用磁頭中使用本發(fā)明的GMR元件的記錄·重放一體型磁頭的實(shí)施方式。如圖17所示，在Al2O3·TiC構(gòu)成的基板31的主表面上、通過(guò)Al2O3絕緣層32形成由軟磁性材料構(gòu)成的下側(cè)磁屏蔽層33。在下側(cè)磁屏蔽層33上、通過(guò)Al2O3等非磁性絕緣膜構(gòu)成的下側(cè)重放磁隙34形成圖12或圖13所示的GMR元件9。
圖中35是對(duì)自旋閥GMR膜10賦予偏磁疇的CoPt合金等構(gòu)成的硬質(zhì)磁性膜。另外，在硬質(zhì)磁性膜35上形成一對(duì)電極7，自旋閥GMR膜10和一對(duì)電極7通過(guò)硬質(zhì)磁性膜35進(jìn)行電氣連接。對(duì)自旋閥GMR膜10賦予偏磁疇的硬質(zhì)磁性膜35，如圖18所示，也可以預(yù)先在下側(cè)重放磁隙34上形成。在此情況下，包含一對(duì)硬質(zhì)磁性膜35上，在下側(cè)重放磁隙34上形成自旋閥GMR膜10，在其上形成一對(duì)電極7。
在GMR元件9上形成由Al2O3等非磁性絕緣膜構(gòu)成的上側(cè)重放磁隙36。再在其上形成由軟磁性材料構(gòu)成的上側(cè)磁屏蔽層37，由此，構(gòu)成作為重放磁頭機(jī)能的屏蔽型GMR磁頭38。
在由屏蔽型GMR磁頭38構(gòu)成的重放磁頭上，形成由感應(yīng)型薄膜磁頭39構(gòu)成的記錄磁頭。屏蔽型GMR磁頭38的上側(cè)磁屏蔽層37兼任感應(yīng)型薄膜磁頭39的下部記錄磁極。在該上側(cè)磁屏蔽層兼下部記錄磁極37上，通過(guò)由Al2O3等非磁性絕緣膜構(gòu)成的記錄磁隙40，形成規(guī)定形狀圖案的上部記錄磁極41。
利用由這樣的屏蔽型GMR磁頭38構(gòu)成重放磁頭和由感應(yīng)型薄膜磁頭39構(gòu)成的記錄磁頭構(gòu)成錄放一體型磁頭42。如圖19和圖20所示，上部記錄磁極41，在記錄磁隙40上形成的SiO2絕緣層43上設(shè)置溝槽44，也可以是埋入該溝槽44內(nèi)形成。按照這樣的上部記錄磁極41，能夠再現(xiàn)性良好的實(shí)現(xiàn)狹窄信道。錄放一體型磁頭42，例如采用半導(dǎo)體工藝、通過(guò)進(jìn)行形狀形成和分割等而制作。
上述實(shí)施方式的錄放一體型磁頭42中的屏蔽型GMR磁頭38，能夠充分產(chǎn)生RMn系合金構(gòu)成的反強(qiáng)磁性膜和強(qiáng)磁性膜的交換結(jié)合膜本來(lái)具有的大交換結(jié)合力和高的粘連溫度。在自旋閥GMR膜10上形成上側(cè)磁屏蔽層兼下部記錄磁極37和保護(hù)膜(未圖示)等的厚膜，但自旋閥GMR膜10內(nèi)的反強(qiáng)磁性膜的膜內(nèi)畸變，如上所述得到緩和。因此，能夠抑制由厚膜形成引起的反強(qiáng)磁性膜的內(nèi)部應(yīng)力增大，發(fā)揮良好的磁特性。由此能夠穩(wěn)定地得到良好的磁頭特性。
下面，參照?qǐng)D21和圖22敘述在重放用磁頭中使用本發(fā)明的AMR元件的記錄·重放一體型磁頭的實(shí)施方式。
圖21中所示的錄放一體型磁頭45，與上述的實(shí)施方式同樣地在Al2O3·TiC等構(gòu)成的基板31主表面上、通過(guò)Al2O3絕緣層32形成由軟磁性材料構(gòu)成的下側(cè)磁屏蔽層33。在下側(cè)磁屏蔽層33上、通過(guò)Al2O3等非磁性絕緣膜構(gòu)成的下側(cè)重放磁隙34形成圖10所示的AMR元件5?；蛘呷鐖D22所示，在下側(cè)重放磁隙34上形成圖11所示的AMR元件5。
在上述的AMR元件5上形成由Al2O3等非磁性絕緣膜構(gòu)成的上側(cè)重放磁隙36，再在其上形成由軟磁性材料構(gòu)成的上側(cè)屏蔽層37。由它們構(gòu)成作為重放磁頭機(jī)能的屏蔽型AMR磁頭46。在該屏蔽型AMR磁頭46上形成的感應(yīng)型薄膜磁頭39具有與上述實(shí)施方式相同的構(gòu)成。利用這些屏蔽型AMR磁頭46構(gòu)成的重放磁頭和感應(yīng)型薄膜磁頭39構(gòu)成錄放一體型磁頭45。
在該實(shí)施方式的錄放一體型磁頭45中，也能充分產(chǎn)生RMn系合金構(gòu)成的反強(qiáng)磁性膜和強(qiáng)磁性膜的交換結(jié)合膜本來(lái)具有的大交換結(jié)合力和高粘連溫度。因而，能夠穩(wěn)定地抑制巴克豪森噪聲的發(fā)生，進(jìn)而能夠經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地得到AMR膜6的輸出成為可能。在反強(qiáng)磁性膜3上形成上側(cè)磁屏蔽層兼下部記錄磁極37和保護(hù)膜(未圖示)等的厚膜，但反強(qiáng)磁性膜3的膜內(nèi)畸變?nèi)缟纤龅玫骄徍?，因此抑制由厚膜形成引起的反?qiáng)磁性膜3的內(nèi)部應(yīng)力的增大，能夠發(fā)揮良好的磁特性。由此能夠穩(wěn)定地得到良好的磁頭特性。
上述的錄放一體型磁頭組裝到磁頭滑塊中。具備錄放一體型磁頭的磁頭滑塊搭載在例如圖23所示的磁盤(pán)裝置等磁記錄裝置上。圖23示出使用旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器的磁盤(pán)裝置50的概略結(jié)構(gòu)。
磁盤(pán)51靠安裝在主軸52上的、應(yīng)答來(lái)自驅(qū)動(dòng)裝置控制源(未圖示)的控制信號(hào)的電動(dòng)機(jī)(未圖示)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。以在磁盤(pán)51上上浮狀態(tài)進(jìn)行情報(bào)的記錄重放的磁頭滑塊53安裝在薄膜狀的懸置部件54的前端。
磁盤(pán)51一旋轉(zhuǎn)，磁頭滑塊53的媒體相對(duì)面(ABS)就從磁盤(pán)51的表面具有規(guī)定的上浮量(0以上、100nm以下)地被保持。磁頭滑塊53是具備上述實(shí)施方式的錄放一體型磁頭的磁頭滑塊。
懸置部件54連接在具有保持未圖示的驅(qū)動(dòng)線圈的線圈架部等的執(zhí)行元件臂55的一端。在執(zhí)行元件臂55的另一端設(shè)置是線性電動(dòng)機(jī)的一種的音圈電動(dòng)機(jī)56。音圈電動(dòng)機(jī)56由卷繞在執(zhí)行元件臂55的線圈架部的未圖示的驅(qū)動(dòng)線圈、夾住該線圈地相對(duì)配置的永磁鐵和相對(duì)置的軛組成的磁回路構(gòu)成。
執(zhí)行元件臂55靠設(shè)置在固定軸57的上下2個(gè)位置的未圖示的滾珠軸承來(lái)保持，利用音圈電動(dòng)機(jī)56能夠自由地旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)。
接著，說(shuō)明本發(fā)明的具體的實(shí)施例及其評(píng)價(jià)結(jié)果。
實(shí)施例1首先，使用RF磁控管濺射裝置，在磁場(chǎng)中，在熱氧化Si基板1上依次地形成RhMn合金構(gòu)成的膜厚20nm的反強(qiáng)磁性膜3和CoFe合金構(gòu)成的膜厚5nm的強(qiáng)磁性膜4，制成圖1所示的交換結(jié)合膜2。此時(shí)，基板不特別進(jìn)行加熱。另外，在反強(qiáng)磁性膜3的濺射成膜中，使用氧含量為0.3重量％、密度為95％的Rh20Mn80合金相構(gòu)成的靶。
所得到的由RhMn合金構(gòu)成的反強(qiáng)磁性膜3的組成與靶的組成一致。另外，用X射線衍射調(diào)查晶體結(jié)構(gòu)，具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)。進(jìn)行反強(qiáng)磁性膜3的電子顯微鏡觀察和電子束衍射的結(jié)果，其主晶粒的平均晶粒直徑是約100nm。并且反強(qiáng)磁性膜3沿膜厚方向進(jìn)行(111)取向，在面內(nèi)的結(jié)晶方向大致是一致的。該反強(qiáng)磁性膜3的電子束衍射圖像是如圖2所示。測(cè)定這樣的反強(qiáng)磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4的交換結(jié)合力，得到500Oe的良好值。
接著，使用變化氧含量和密度的數(shù)個(gè)靶，將Rh20Mn80合金構(gòu)成的反強(qiáng)磁性膜3進(jìn)行濺射成膜。測(cè)定各個(gè)反強(qiáng)磁性膜3的平均晶粒直徑和與CoFe合金構(gòu)成的強(qiáng)磁性膜4的交換結(jié)合力。其結(jié)果示于圖24中。從圖24可清楚地知道，通過(guò)反強(qiáng)磁性膜3的平均晶粒直徑達(dá)到5nm以上，能夠穩(wěn)定地得到良好的交換結(jié)合力。
實(shí)施例2和實(shí)施例1同樣地制作，將表1中所示的RMn合金構(gòu)成的反強(qiáng)磁性膜和CoFe合金構(gòu)成的強(qiáng)磁性膜成膜，制成交換結(jié)合膜。在反強(qiáng)磁性膜的濺射成膜中使用的靶是如表1中所示。和實(shí)施例1相同地測(cè)定這些交換結(jié)合膜中的反強(qiáng)磁性膜的主晶粒的平均晶粒直徑和交換結(jié)合力。其結(jié)果示于表1中。從膜面和膜斷面的電子束衍射已證實(shí)，反強(qiáng)磁性膜都是面內(nèi)取向。
表1


*1得到類似大致單晶的膜。
*2表示退火后的交換結(jié)合力。
實(shí)施例3使用RF磁控管濺射裝置，在磁場(chǎng)中，在熱氧化Si基板1上依次地將PtMnFe合金構(gòu)成的膜厚15nm的反強(qiáng)磁性膜3和CoFe合金構(gòu)成的膜厚5nm的強(qiáng)磁性膜4成膜，制成圖1所示的交換結(jié)合膜2。此時(shí)，基板不特別進(jìn)行加熱。另外，在反強(qiáng)磁性膜3的濺射成膜中，使用氧含量為重量的0.3％、密度為95％的Pt18Mn72Fe10合金相構(gòu)成的靶。
所得到的由PtMnFe合金構(gòu)成的反強(qiáng)磁性膜3的組成與靶的組成一致。用X射線衍射調(diào)查晶體結(jié)構(gòu)，具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)。進(jìn)行反強(qiáng)磁性膜3的電子顯微鏡觀察和電子束衍射的結(jié)果，其主晶粒的平均晶粒直徑是約85nm，并且反強(qiáng)磁性膜3沿膜厚方向進(jìn)行(111)取向，同時(shí)在面內(nèi)的結(jié)晶方向大致是一致的。測(cè)定這樣的反強(qiáng)磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4的交換結(jié)合力，得到400Oe的良好值。
接著，使用變化氧含量和密度的數(shù)個(gè)靶，將Pt18Mn72Fe10合金構(gòu)成的反強(qiáng)磁性膜3進(jìn)行濺射成膜。測(cè)定各個(gè)反強(qiáng)磁性膜3的平均晶粒直徑和與CoFe合金構(gòu)成的強(qiáng)磁性膜4的交換結(jié)合力。其結(jié)果示于圖25中。從圖25可清楚地知道，在RMnFe合金構(gòu)成的反強(qiáng)磁性膜中，也通過(guò)平均晶粒直徑達(dá)到5nm以上，能夠穩(wěn)定地得到良好的交換結(jié)合力。
再者，作為R元素，即使在使用除Pt以外的其他元素的場(chǎng)合，也得到同樣的結(jié)果。
實(shí)施例4使用本發(fā)明的交換結(jié)合膜，制成具有圖17～圖20所示的GMR磁頭38的錄放一體型磁頭42。結(jié)果如上所述。反強(qiáng)磁性膜的組成如表2所示。另外，按照實(shí)施例1進(jìn)行該反強(qiáng)磁性膜的成膜。在下側(cè)磁屏蔽層和上側(cè)磁屏蔽層中使用坡莫合金。
自旋閥GMR膜的構(gòu)成，形成結(jié)構(gòu)(a)Ta(5nm)/Co81Zr3Nb16(5nm)/NiFe(2nm)/Co90Fe10(3nm)/Cu(3nm)/Co90Fe10(2nm)/RMn(xnm)/Ta(5nm)，結(jié)構(gòu)(b)RMn(xnm)/Co90Fe10(3nm)/Cu(3nm)/Co90Fe10(3nm)/NiFe(2nm)/Co81Zr3Nb16(5nm)/Ta(5nm)。在磁頭加工工序中使用半導(dǎo)體工藝，進(jìn)行分割、形狀成形。
在將重放部和記錄部進(jìn)行層疊的薄片工序終了之后，利用探測(cè)器評(píng)價(jià)R-H特性，求出自旋閥GMR膜內(nèi)的反強(qiáng)磁性膜和強(qiáng)磁性體層的交換結(jié)合力。該結(jié)果示于表2中。再者，表中的比較例沒(méi)有面內(nèi)取向，同時(shí)是使用平均晶粒直徑不到5nm的反強(qiáng)磁性膜。
表2

從表2可清楚地知道，在薄片工序終了時(shí)的交換結(jié)合力的劣化在本發(fā)明的交換結(jié)合膜中沒(méi)有看到。再者，在各屏蔽層中，在使用坡莫合金、仙臺(tái)鐵硅鋁磁合金等結(jié)晶態(tài)類和CoZrNb等非晶態(tài)類的各種軟磁性膜的場(chǎng)合，也得到同樣的結(jié)果。
作為這次的自由層構(gòu)成，使用CZN/NiFe/CoFe，但CZN不像NiFe(10nm)/CoFe(1nm)或者NiFe(10nm)/Co(1nm)等那樣，在NiFe厚，Co或CoFe薄時(shí)都顯示同樣的效果。
實(shí)施例5使用本發(fā)明的交換結(jié)合膜，制成具有圖21和圖22所示的AMR磁頭46的錄放一體型磁頭45。結(jié)構(gòu)如上所述。反強(qiáng)磁性膜的組成是R20Mn80和R50Mn50，這些反強(qiáng)磁性膜的成膜按照實(shí)施例1進(jìn)行。在AMR膜6中使用Ni20Fe80合金膜，在下側(cè)磁屏蔽層中使用仙臺(tái)鐵硅鋁磁性合金，在上側(cè)磁屏蔽層中使用坡莫合金。
在層疊重放部和錄放部的薄片工序終了后，利用探測(cè)器評(píng)價(jià)R-H特性，求出AMR膜內(nèi)的反強(qiáng)磁性膜和強(qiáng)磁性體層的交換結(jié)合力。其結(jié)果和實(shí)施例4相同，使用本發(fā)明的反強(qiáng)磁性膜的磁頭反映僅制成交換結(jié)合膜時(shí)的特性。另一方面，使用作為比較例制成的平均晶粒直徑低于5nm或者面內(nèi)的結(jié)晶取向不趨于一致的反強(qiáng)磁性膜的磁頭，交換結(jié)合力大致減半。
如以上所說(shuō)明，按照本發(fā)明，能夠使由耐蝕性和熱特性等優(yōu)良的Mn合金構(gòu)成的反強(qiáng)磁性膜本來(lái)具有的特性穩(wěn)定成為可能。。因此，能夠再現(xiàn)性良好地提供交換結(jié)合力及其熱穩(wěn)定性、耐蝕性等均優(yōu)良的交換結(jié)合膜。按照使用這樣的交換結(jié)合膜的本發(fā)明磁阻效應(yīng)元件，能夠穩(wěn)定地得到良好的特性。按照本發(fā)明的磁頭，能夠得到經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的輸出特性。
權(quán)利要求
1.一種磁阻效應(yīng)元件；其特征在于，具備強(qiáng)磁性膜和以一般式RXMn100-X’式中，R是選自Ir、Rh、Pt、Au、Ag、Co、Pd、Ni、Cr、Ge、Ru、Re和Cu中的至少一種，X滿足2≤X≤80，或者一般式(RX’，Mn1-X’)100-YFeY式中，R是選自Ir、Rh、Pt、Au、Ag、Co、Pd、Ni、Cr、Ge、Ru、Re和Cu中的至少一種，X’滿足0.02≤X’≤0.80，Y滿足0＜Y＜30所表示的反強(qiáng)磁性膜，上述反強(qiáng)磁性膜具有進(jìn)行面內(nèi)取向，而且與上述強(qiáng)磁性膜進(jìn)行交換結(jié)合而構(gòu)成的交換結(jié)合膜；和用以將電流對(duì)上述交換結(jié)合膜通電的電極。
2.權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于，上述交換結(jié)合膜中的反強(qiáng)磁性膜，對(duì)膜面進(jìn)行電子束衍射時(shí)，具有電子束衍射圖像的各衍射斑點(diǎn)分布收納在±15°以內(nèi)的組織區(qū)域。
3.權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于，上述交換結(jié)合膜中的反強(qiáng)磁性膜中，一個(gè)主晶粒由數(shù)個(gè)亞晶粒構(gòu)成，而且上述亞晶粒的面內(nèi)結(jié)晶方向趨于一致。
4.權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于，上述交換結(jié)合膜中的反強(qiáng)磁性膜具有5nm以上的平均晶粒直徑。
5.權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于，上述交換結(jié)合膜中的反強(qiáng)磁性膜至少一部分具有面心立方晶系、面心正方晶系、體心立方晶系或者體心正方晶系的晶體結(jié)構(gòu)。
6.權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于，上述交換結(jié)合膜中的反強(qiáng)磁性膜進(jìn)而以在小于50％的原子百分?jǐn)?shù)的范圍含有從Ta、Hf、Ti、Nb、Si、Al、W、Zr、Ga、Be、In、Sn、V、Mo、Ru、Os、Cd、Zn和N中選擇的至少一種。
7.權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于，上述強(qiáng)磁性膜具備兩個(gè)強(qiáng)磁性體層、和在兩個(gè)上述的強(qiáng)磁性體層之間插入的非磁性體層的疊層結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)上述強(qiáng)磁性層由所述反強(qiáng)磁性膜磁化固定。
8.權(quán)利要求7所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于，利用上述反強(qiáng)磁性膜進(jìn)行磁化固定的上述強(qiáng)磁性體層，在上述反強(qiáng)磁性膜上層疊形成。
9.一種磁頭，其特征在于，所述磁頭包括下側(cè)磁屏蔽層，在上述下側(cè)磁屏蔽層上、通過(guò)下側(cè)重放磁隙形成的如權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)元件，以及在上述磁阻效應(yīng)元件上、通過(guò)上側(cè)重放磁隙形成的上側(cè)磁屏蔽層。
10.權(quán)利要求9所述的磁頭，其特征在于，進(jìn)而具備與上述上側(cè)磁屏蔽層共同化的下側(cè)磁極，在上述下側(cè)磁極上形成的記錄磁隙，以及設(shè)置在上述記錄磁隙上的上側(cè)磁極。
11.權(quán)利要求9所述的磁頭，其特征在于，上述交換結(jié)合膜中的反強(qiáng)磁性膜進(jìn)而以在小于50％的原子百分?jǐn)?shù)的范圍含有從Ta、Hf、Ti、Nb、Si、Al、W、Zr、Ga、Be、In、Sn、V、Mo、Ru、Os、Cd、Zn和N中選擇的至少一種。
12.一種磁存儲(chǔ)裝置，其特征在于，具備權(quán)利要求1記載的磁阻效應(yīng)元件，將信息存儲(chǔ)在上述磁阻效應(yīng)元件的寫(xiě)入電極；和將存儲(chǔ)在上述磁阻效應(yīng)元件的信息重放的讀出電極。
13.權(quán)利要求12所述的磁存儲(chǔ)裝置，其特征在于，上述交換結(jié)合膜中的反強(qiáng)磁性膜進(jìn)而以在小于50％的原子百分?jǐn)?shù)的范圍含有從Ta、Hf、Ti、Nb、Si、Al、W、Zr、Ga、Be、In、Sn、V、Mo、Ru、Os、Cd、Zn和N中選擇的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明提供一種磁阻效應(yīng)元件、磁頭和磁存儲(chǔ)裝置，其中，所述磁阻效應(yīng)元件；其特征在于，具備強(qiáng)磁性膜和以一般式R
文檔編號(hào)G11C11/15GK1523575SQ20031012254
公開(kāi)日2004年8月25日 申請(qǐng)日期1998年4月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月3日
發(fā)明者福家廣見(jiàn), 浩, 齊藤和浩, 一, 中村新一, 巖崎仁志, 志, 佐橋政司, 司 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝