WO2001056090A1 - Magnetoresistance effect device and method for manufacturing the same, base for magnetoresistance effect device and method for manufacturing the same, and magnetoresistance effect sensor - Google Patents

Magnetoresistance effect device and method for manufacturing the same, base for magnetoresistance effect device and method for manufacturing the same, and magnetoresistance effect sensor Download PDF

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Migaku Takahashi
Satoshi Miura
Masakiyo Tsunoda
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Sharp Kabushiki Kaisha
Tsukishima Kikai Co., Ltd.
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    • G11B5/3967Composite structural arrangements of transducers, e.g. inductive write and magnetoresistive read

Definitions

  • FIG. 9 is a schematic diagram showing another example of the magnetoresistive sensor according to the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic plan view of a sputtering film forming apparatus used for producing a magnetoresistive element according to the present invention as viewed from above.
  • an element having a high MR ratio can be stably obtained, and according to the present invention, an appropriate amount of oxygen is introduced into the structures 105 and 209 as described in the related art. Without doing When high heat is applied to the element during use, oxygen in the structures 105 and 209 starts to move, and the layers 105 and 209 are stacked. As a result, the element according to the present invention can have a high MR ratio and also have excellent thermal stability.
  • the surface layer of the substrate is provided by doving treatment.
  • An example is a form of a driving layer.
  • the magnetoresistive effect element according to the large invention has a high MR ratio and excellent stability ', and must be equipped with two elements: high-resolution and long-term reliability. vd can be provided.
  • a magnetic head FIG. 8
  • a rotational position detection sensor a rotary encoder
  • an element having a spin valve type structure is used. Is applied to a playback head for HDD (Fig. 9).
  • a protective layer 210 may be provided on the spin-valve type structure 209.
  • the protective layer 210 is mainly composed of the antiferromagnetic layer 20. 8 is provided to prevent oxidation.
  • a Ta film is provided as the protective layer 210 is shown.
  • magnetic or electrical influences must be exerted on the structure 209 located below the protective layer 21.0.
  • the protective layer 210 may be made of any material, and its thickness is not limited.
  • Aluminum (A 1) which emits a small amount of gas, is used as the base material, and the newly formed surface is cut off from the atmosphere when the A 1 surface is applied, so that water and impurities in the atmosphere, which are the source of released gas, are taken into the processed surface EX processing and EL processing are widely known as techniques for avoiding this.
  • a high-purity (A r + O:) The method of processing while injecting gas is EX processing [H. Ishimaru; J. Vac. Sci. Technol., A2, 1170 (1984) ZM. Miyamoto et. Al .; J. Vac. Sci. Technol., A4, 2515 (1986)] and EL processing is a method of processing while spraying alcohol on the processing surface in the atmosphere.
  • an Fe Si film was used as the buffer layer 102 a.
  • the film was manufactured by changing the composition ratio of Si contained in this film in the range of 0 to 40 atomic%, and then a structure 105 was formed thereon. Deposition of each layer is performed in a deposition chamber to not more than 1 XL 0- 10 Torr back pressure, manufactured by the method of Supattari ring a predetermined data one rodents preparative high purity A r gas.
  • a stripe pattern arranged in a space on the surface so as to form a stripe pattern is manufactured by, for example, etching to a width of several tens of meters and a length of several mm.
  • a width of one magnetoresistive element 800 When a magnetic field is applied in the (short side) direction, the resistance of the element changes so as to take a local maximum value near the inversion of the magnetic field depending on the magnitude. In other words, the magnitude of the leakage magnetic field applied to the element 800 changes with a constant period due to the rotational movement of the magnetic drum 82. If this change is regarded as a voltage change, a sinusoidal signal is obtained. By using this signal, the rotation of the magnetic drum 820 can be controlled.
  • reference numeral 901 denotes a magnetoresistive element
  • reference numeral 902 denotes a buffer member
  • reference numeral 903 denotes a spin-valve structure
  • reference numeral 904 denotes a hard film
  • reference numeral 905 denotes an MR electrode
  • reference numeral 911 is the reproducing head
  • 912 is the upper shield of the reproducing head, which also serves as the lower magnetic pole (922) of the recording head
  • 913, 914 are insulating films
  • 915 is the reproducing
  • 916 is the substrate
  • 921 is the recording head
  • 922 is the upper ball of the recording head
  • 923 is the coil made of conductive material
  • 924 is the playback.

Abstract

A magnetoresistance effect device having a structure of artificial lattice or spin-bulb type, a high MR ratio with as small a quantity of oxygen as possible in a multiplayer structure, and an excellent thermal stability. The magnetoresistance effect device having a structure where alternated nonmagnetic layers and ferromagnetic layers formed on a base or where alternated nonmagnetic layers and ferromagnetic layers formed on a base and a nonferromagnetic layer formed on the uppermost ferromagnetic layer, is characterized in that a buffer member is provided on the base-side surface of the ferromagnetic layer nearest to the base and consists of at least one first element selected from Si, B, C, and Ge and at least one second element selected from Fe, Ti, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zr, Hf, and Ta.

Description

明細書  Specification
磁気抵抗効果素子及びその製造方法、 磁気抵抗効果素子用の基体及びその製造 方法、 磁気抵抗効果センサ 技術分野  Technical field
本発明は、 磁気抵抗効果素子及びその製造方法、 磁気抵抗効果素子用の基体及 びその製造方法、 磁気抵抗効果センサに係る。 より詳細には、 人工格子型または スピンバルブ型の構造体からなる磁気抵抗効果素子において、 構造体中に含まれ る酸素量を極力低減しても高い M R比が得られ、 熱的安定性にも優れた磁気抵抗 効果素子及びその製造方法に関する。 また、 上記構成をなす磁気抵抗効果素子を 形成可能な基体及びその製造方法に関する。 本発明に係る磁気抵抗効果素子は、 ハードディスク装置、 フロッピ一ディ スク装置、 磁気テープ装置等の各種磁気記 録再生装置において、 位置検出へッドゃ再生へッドとして利用される各種の磁気 抵抗効果センサに好適に用いられる。 背景技術  The present invention relates to a magnetoresistive element, a method for manufacturing the same, a substrate for the magnetoresistive element, a method for manufacturing the same, and a magnetoresistive sensor. More specifically, in a magnetoresistive element made of an artificial lattice type or spin valve type structure, a high MR ratio can be obtained even if the amount of oxygen contained in the structure is reduced as much as possible. And a method of manufacturing the same. Further, the present invention relates to a substrate capable of forming the magnetoresistive element having the above configuration and a method of manufacturing the same. The magnetoresistive element according to the present invention can be used in various magnetic recording and reproducing devices such as a hard disk device, a floppy disk device, and a magnetic tape device. It is suitably used for effect sensors. Background art
磁気記録密度の向上に伴い、 媒体に記録された信号磁界の読み出し用へッ ド (再生ヘッ ド) の形態は、 磁界変化の時間微分を再生出力とする誘導型磁気へッ ドから、 磁界強度を再生出力とする磁気抵抗効果型へッ ドへと移行しつつある。 磁気抵抗効果型へッ ドに用いられる磁気抵抗効果素子としては当初、 素子に通電 する電流方向と磁化方向との角度により電気抵抗が変化する異方性磁気抵抗効果 ( AM R ) を示すパーマロイ等の合金膜が用いられてきたが、 近年 AM Rより大 きな抵抗変化率を示す巨大磁気抵抗効果 (G M R ) が F e Z C r多層膜、 C o / C u多層膜等で発見され、 G M Rの磁気抵抗効果素子への応用が期待された。 このような G M Rの磁気抵抗効果素子の構造としては、 上述したところの基体 の表面上に、 非磁性体層 (スベーサ) を挟んで強磁性体層を複数回積層した構造 体からなる人工格子型の他に、 基体の表面上に、 非磁性体層を挟んで強磁性体層 を積層し、 最後に設けた前記強磁性体層の表面上に反強磁性体層を形成した構造 体からなるスピンバルブ型が広く知られている:. スビンバルブ型では、 反強磁性 体層と接する位置の強磁性体層が固定磁化層と呼ばれ、 この固定磁化層と非磁性 体層を介して接する位置の強磁性体層が自由磁化層と呼ばれる。 いずれの型においても、 G M Rは、 積層膜を構成する強磁性体層の層間におけ る磁化方向の相対角度により電気抵抗が変化する現象であり、 素子を流れる伝導 電子が非磁性体層と強磁性体層との界面にて散乱される際に、 電子のもつスピン の向き、 及び強磁性体層の磁化方向により散乱のされ方が異なるというスビン依 存散乱と呼ばれる性質に起因して生じる界面現象である,. このよ うな現象を利用 した積層膜においては、 非磁性体層を介して相対する各強磁性体層に生じた磁化 方向が反平行配列となる場合には高抵抗を示し、 平行配列となる場合には低抵抗 を示すことになる。 そこで、 本発明者は、 数 Aから数十 Aと極めて薄い層の積層構造からなる G M Rを示す多層膜において、 特に成膜雰囲気中に存在する不純物が各層の微細構造 に与える影響について注目し、 鋭意研究 ·開発を行い、 次のような特許出願や報 告等をしてきた。 With the increase in magnetic recording density, the read head (reproducing head) for reading the signal magnetic field recorded on the medium changes from an inductive magnetic head that uses the time derivative of the change in the magnetic field as the reproduction output to the magnetic field strength. The head is shifting to a magnetoresistive head that uses the read output as the output. Initially, the magnetoresistive effect element used in the magnetoresistive head is a permalloy exhibiting an anisotropic magnetoresistive effect (AMR) in which the electric resistance changes depending on the angle between the direction of current flowing through the element and the direction of magnetization. In recent years, a giant magnetoresistive effect (GMR) exhibiting a larger rate of change in resistance than AMR has been discovered in Fe ZCr multilayers, Co / Cu multilayers, etc. Is expected to be applied to a magnetoresistive element. The structure of such a GMR magnetoresistive effect element is an artificial lattice-type structure composed of a structure in which a ferromagnetic layer is laminated a plurality of times on a surface of a substrate as described above with a nonmagnetic layer (a spacer) interposed therebetween. In addition, a structure in which a ferromagnetic layer is laminated on a surface of a substrate with a non-magnetic layer interposed therebetween, and an antiferromagnetic layer is formed on the surface of the lastly provided ferromagnetic layer The spin-valve type consisting of a body is widely known: In the spin-valve type, the ferromagnetic layer at the position in contact with the antiferromagnetic layer is called a fixed magnetic layer. The ferromagnetic layer at the position in contact is called a free magnetic layer. In either case, GMR is a phenomenon in which the electrical resistance changes according to the relative angle of the magnetization direction between the layers of the ferromagnetic layers constituting the laminated film. When scattering at the interface with the magnetic layer, the interface is caused by a property called spin-dependent scattering, in which the scattering is different depending on the spin direction of the electrons and the magnetization direction of the ferromagnetic layer. A multilayer film utilizing such a phenomenon exhibits high resistance when the magnetization directions generated in the opposing ferromagnetic layers via the non-magnetic layer are antiparallel, When they are arranged in parallel, they exhibit low resistance. In view of this, the present inventors have focused on the influence of impurities present in the film formation atmosphere on the microstructure of each layer, particularly in a multilayer film showing a GMR having a laminated structure of extremely thin layers of several A to several tens A, He has been conducting research and development and has filed patent applications and reports as follows.
( 1 ) 積層構造の中に含まれる酸素量を 1 0 O wtppm以下とすることにより、 人 ェ格子型あるいはスピンバルブ型のいずれの磁気抵抗効果素子においても、 M R 比が著しく改善されることを開示した (特願平 7-193882号公報: MIG010) 。 また 同公報には、 酸素量を 1 0 O wtppm以下の積層構造を作製する方法としては、 成 膜室内の背圧を 1 0— y Torr台以下とした後、 成膜用ガスとして不純物濃度が 1 0 ppb以下である A rを用いるスパッタ成膜法が有効であると記載されている (1) By reducing the amount of oxygen contained in the laminated structure to 10 O wtppm or less, the MR ratio is remarkably improved in either the lattice-type or spin-valve magnetoresistive element. It was disclosed (Japanese Patent Application No. 7-193882: MIG010). According to the same publication, as a method of producing a laminated structure having an oxygen amount of 10 O wtppm or less, after the back pressure in the film formation chamber is set at 10- y Torr or less, the impurity concentration as a film forming gas is reduced. It is described that a sputter deposition method using Ar that is 10 ppb or less is effective.
( 2 ) 人工格子型の磁気抵抗効果素子において M R比を増加させる製造方法とし て、 成膜空間の背圧を 1 0— 9 Torr台以下とした後、 成膜空間内に微量の酸素また は水を含むガスを導入して成膜空間の背圧を 1 0— :' Torr台より高い圧力に変更し 、 さらに A r ガスを導入し、 これらの混合ガスを用いて上述した積層構造をスパ ッタ法で作製する方法が有効であることを開示した (国際出願 PCT/JP97/1091号 公報) (2) as the manufacturing method of increasing the MR ratio in the magnetoresistive element of the artificial lattice type, after the back pressure of the film forming space and 1 0- 9 Torr table below, trace oxygen or in the film forming space The back pressure of the film formation space is changed to a pressure higher than 10— : 'Torr level by introducing a gas containing water, and Ar gas is further introduced. Disclosed that the method of preparing by the scatter method is effective (International application PCT / JP97 / 1091)
( 3 ) 大気開放後の成膜空間を真空排気する時間を調整することによって、 水分 (Η,Ο) を主とする残留ガスにより成膜雰圃気の清浄性を変化させ、 作製した Co/(3) By adjusting the time to evacuate the film formation space after opening to the atmosphere, the cleanliness of the film formation atmosphere is changed by the residual gas mainly containing moisture (Η, Ο),
Cu多層膜の微細構造と GMR効果について報告した (三浦ら : Co/Cu多層膜の G MR効果に及ぼす成膜雰囲気中の残留ガスの影響、 第 22回日本応用磁気学会学術 講演会、 1998年 9月 20日発表) 一 同報告によれば、 熱酸化膜付き Si (100)単結晶基 板 [Si/Si02基板と呼称] を用いた場合、 MR比は、 成膜前圧力が 7 X 1 0 Torr付近で極大をとり、 さらに成膜前圧力を低下させると急激に減少し、 1 0 — 1 " Torr台以下ではほぼ零になる傾向が確認された その際、 M R比が極大を示 した成膜前圧力 (7 X 1 0"sTorr) 付近を境と して、 二乗平均粗さ (Rms : root mean square) が極高真空側では増加 ( 3 A→4 A) することが確認された。 Reported the microstructure and GMR effect of Cu multilayers. (Miura et al .: The effect of residual gas in the deposition atmosphere on the GMR effect of Co / Cu multilayers, The 22nd Annual Meeting of the Japan Society of Applied Magnetics, 1998.) According to September 20 announced) one same report, the case of using a thermal oxide film with Si (100) single crystal base plate [Si / Si0 2 substrate and referred], MR ratio, pre-deposition pressure is 7 X 1 takes a maximum near 0 Torr, further decreases abruptly when before lowering the pressure deposition, 1 0 - 1 "when the the tendency to become substantially zero was confirmed by Torr table below shows the maxima MR ratio It was confirmed that the root mean square (Rms: root mean square) increased (3 A → 4 A) on the ultra-high vacuum side around the pre-deposition pressure (7 X 10 " s Torr) Was done.
(4) 上記 (3) における Rmsの増大は、 各層を構成する結晶粒子が大型化し、 粒子中央部と粒界部との凹凸差が顕著となり、 このような層を複数回積層させた ために生じたことが断面 TEMの観察から明らかとなった (S.Miura et al :(4) The increase in Rms in (3) above is due to the fact that the crystal grains constituting each layer become large, and the unevenness between the central part and the grain boundary part becomes remarkable. The occurrence was evident from cross-sectional TEM observations (S. Miura et al:
Drastic change of giant magnetoresi stance of Co/し u multilayer by decreasing residual impurities in sputtering atmosphere : Journal of Applied Physics, 85, 4463-4465, 1999) 0 逆に言えば、 この実験結果は、 成膜 雰囲気中から各層内へ微量な不純物、 中でも酸素を導入することは、 膜の結晶成 長を抑制し、 積層界面の平坦性を向上させる効果があることを示している。 上述した文献より、 高い MR比を備えた磁気抵抗効果素子を得るためには、 適 当量の酸素を積層構造内に含ませることが必要なことが分かる つまり、 成膜空 間を極高真空 ( 1 'Torr台以下) まで一旦排気し、 その後の空間内に故意に酸 素を導入して積層膜を形成する手法が上記 (2 ) とするならば、 成膜空間を高真 空 ( 1 0— sT0rr台の後半の真空度) まで排気した後、 空間内に若干残存する酸素 をうまく利用して積層膜を形成する手法が上記 (3 ) である。 いずれの手法も、 積層膜内に微量の酸素を取り込み、 積層膜をなす結晶粒子の微細化を図り、 積層 界面の平坦化を改善することによって、 大きな M R比の素子を実現した。 しかしながら、 磁気抵抗効果素子が組み込まれた例えば磁気ヘッ ドは、 磁気記 録装置に実装された場合、 センス電流等によって生じる発熱温度 ( 1 5 0 °C〜 1 7 0 °C) に長時間曝される状況にある。 磁気抵抗効果素子がこのよ うな熱的状況 下に長期間おかれた場合、 その素子を構成する積層構造に含まれた酸素が熱的影 響を受け、 積層構造中で動きだし、 作製時の状況が変動すると考えられる。 具体 的には、 酸素が各層内で偏在したり、 あるいは各層間の界面に局在したり、 極端 な場合は積層構造から外部へ酸素が抜けてしまい界面の平坦性が劣化する、 等の 状況が考えられる。 ところが、 上記 4つの文献に記載された方法により作製された磁気抵抗効果素 子では、 適当量の酸素を積層構造内に含有することが高い M R比を実現する必須 条件であることから、 このような作製法による磁気抵抗効果素子には、 熱的影響 を受けやすく、 長期信頼性に欠けるという解決すべき課題が残されていた。 Drastic change of giant magnetoresi stance of Co / and u multilayer by decreasing residual impurities in sputtering atmosphere: Journal of Applied Physics, 85, 4463-4465, 1999) 0 Conversely, the experimental results, each layer from the film formation atmosphere The introduction of a small amount of impurities, especially oxygen, into the film has the effect of suppressing the crystal growth of the film and improving the flatness of the lamination interface. From the above-mentioned literature, it can be seen that in order to obtain a magnetoresistive element having a high MR ratio, it is necessary to include an appropriate amount of oxygen in the laminated structure. If the method of forming a stacked film by evacuating once to below 1 Torr and then intentionally introducing oxygen into the space described in (2) above, the film forming space must be high vacuum (10 (3) The above (3) is a method of forming a laminated film by evacuating to a degree of vacuum in the latter half of the order of s T 0 rr) and making good use of oxygen remaining in the space. Both approaches are: By incorporating a small amount of oxygen into the laminated film, miniaturizing the crystal grains that make up the laminated film, and improving the planarization of the laminated interface, a device with a large MR ratio was realized. However, for example, a magnetic head incorporating a magnetoresistive effect element, when mounted on a magnetic recording device, is exposed to a heat generation temperature (150 ° C to 170 ° C) generated by a sense current or the like for a long time. Is in a situation to be done. If the magnetoresistive effect element is exposed to such thermal conditions for a long period of time, oxygen contained in the laminated structure that constitutes the element is thermally affected and starts to move in the laminated structure. Is considered to fluctuate. Specifically, oxygen is unevenly distributed in each layer, or localized at the interface between the layers, or in extreme cases, oxygen is released from the laminated structure to the outside, and the flatness of the interface is deteriorated. Can be considered. However, in a magnetoresistive element manufactured by the methods described in the above four documents, the inclusion of an appropriate amount of oxygen in the laminated structure is an essential condition for realizing a high MR ratio. The problem to be solved is that magnetoresistive elements manufactured by various methods are susceptible to thermal effects and lack long-term reliability.
従って、 積層構造内に酸素を含有させることなく高い M R比を実現でき、 熱的 安定性も兼ね備えた、 磁気抵抗効果素子及びその製造方法の開発が期待されてい た。 また、 磁気抵抗効果素子の積層構造、 いわゆる人工格子型やスピンバルブ型 などに依存せず、 高い M R比と熱的安定性を同時に実現する、 磁気抵抗効果素子 用の基体及びその製造方法も求められていた。 そこで、 本発明者は、 従来のように適当量の酸素を積層構造内に a有させる手 法ではなく、 積層構造の初期成長過程を制御することにより、 積層膜の各層を構 成する結晶粒子の表面凹凸のレベルは変えずに、 結晶粒子の面内粒径を大きくす ることで、 各層の平坦性を改善し、 それによつて平坦な界面を得て、 M R比が高 い磁気抵抗効果素子を実現する作製法について研究開発を進めてきた。 本発明は、 人ェ格子型又はスピンバルブ型の構造体を備えた磁気抵抗効果素子 δ Therefore, the development of a magnetoresistive element and a method of manufacturing the same, which can realize a high MR ratio without containing oxygen in the laminated structure and also has thermal stability, have been expected. There is also a need for a substrate for a magnetoresistive element and a method of manufacturing the same that simultaneously achieves a high MR ratio and thermal stability without depending on the laminated structure of the magnetoresistive element, so-called artificial lattice type or spin valve type. Had been. Therefore, the present inventor has proposed a method of controlling the initial growth process of the laminated structure, instead of the method of providing an appropriate amount of oxygen in the laminated structure as in the prior art, so that the crystal grains constituting each layer of the laminated film are controlled. By increasing the in-plane grain size of the crystal grains without changing the level of the surface irregularities, the flatness of each layer is improved, and thereby a flat interface is obtained, resulting in a magnetoresistance effect with a high MR ratio. We have been conducting research and development on fabrication methods to realize devices. The present invention relates to a magnetoresistive element having a human lattice type or spin valve type structure. δ
において、 積層構造内に酸素を極力含有させずに高い MR比を実現し、 かつ、 熱 的安定性にも優れる磁気抵抗効果素子及びその製造方法を提供することを第一の 目的とする。 An object of the present invention is to provide a magnetoresistive effect element which achieves a high MR ratio without containing oxygen as much as possible in a laminated structure and has excellent thermal stability, and a method for manufacturing the same.
また本発明は、 磁気抵抗効果素子の積層構造、 いわゆる人工格子型ゃスピンバ ルブ型などに依存せず、 MR比が高く、 熱的安定性にも優れた素子が形成できる 、 磁気抵抗効果素子用の基体及びその製造方法を提供することを第二の目的とす る。  In addition, the present invention can form an element having a high MR ratio and excellent thermal stability without depending on a laminated structure of the magnetoresistive element, so-called artificial lattice type / spin valve type. A second object is to provide a substrate and a method for producing the same.
さらに本発明は、 磁気記録装置に実装された際に、 熱的影響を受けづらく、 長 期信頼性に優れた磁気抵抗効果センサを提供することを第三の目的とする。 発明の開示  Furthermore, a third object of the present invention is to provide a magnetoresistive sensor which is hardly affected by heat when mounted on a magnetic recording device and has excellent long-term reliability. Disclosure of the invention
本発明に係る磁気抵抗効果素子は、 基体上に、 非磁性体層を挟んで強磁性体層 を複数回積層した構造体、 又は非磁性体層を挟んで強磁性体層を積層し、 最後に 設けた前記強磁性体層の表面上に反強磁性体層を形成した構造体を備えた磁気抵 抗効果素子において、 前記構造体のうち最も基体近傍に位置する強磁性体層の基 体側にバッファ部材を設けてなり、 前記バッファ部材は、 S i、 B、 C若しくは G eカゝら選択される 1つ又は 2つ以上の第一元素と、 F e、 T i、 C r、 Mn、 C o、 N i 、 C u、 Z r、 H f 若しくは丁 aから選択される 1つ又は 2つ以上の 第二元素と、 から構成されることを特徴としている f. 本発明に係る磁気抵抗効果素子の製造方法としては、 次に示す 2つの方法があ る。 第一の磁気抵抗効果素子の製造方法 (第一の素子作製法と呼称) は、 減圧可能 な空間に基板を配置し、 前記空間の背圧を 1 0— l uTorr台以下に减圧する工程と、 前記基板上に、 S i 、 B、 C若しくは G eから選択される 1つ又は 2つ以上の第 一-元素と、 F e、 T i、 C r、 Mn、 C o、 N i、 C u、 Z r、 H i若しくは T aから選択される 1つ又は 2つ以上の第二元素と、 から構成されるバッファ部材 からなる堆積層を成膜し、 前記基板と前記堆積層からなる基体を形成する工程と 、 前記基体の表面をなす堆積層上に、 非磁性体層を挟んで強磁性体層を複数回積 層した構造体、 又は非磁性体層を挟んで強磁性体層を積層し、 最後に設けた前記 強磁性体層の表面上に反強磁性体層を形成した構造体を形成する工程と、 を具備 したことを特徴としている。 第二の磁気抵抗効果素子の製造方法 (第二の素子作製法と呼称) は、 減圧可能 な空間に、 S i 、 B、 C若しくは G eから選択される 1つ又は 2つ以上の第一元 素と、 F e、 T i 、 C r、 Mn、 C o、 N i 、 C u、 Z r、 H f 若しくは T a力、 ら選択される 1つ又は 2つ以上の第二元素と、 から構成されるバッファ部材から なる堆積層を基板上に備えてなる基体を配置し、 前記成膜空間の背圧を 1 0一1'' Torr台以下に減圧する工程と、 前記基体の表面をなす堆積層上をドライエツチン グ処理する工程と、 前記ドライエツチング処理を終えた堆積層上に、 非磁性体層 を挟んで強磁性体層を複数回積層した構造体、 又は非磁性体層を挟んで強磁性体 層を積層し、 最後に設けた前記強磁性体層の表面上に反強磁性体層を形成した構 造体を形成する工程と、 を具備したことを特徴としている。 本発明に係る磁気抵抗効果素子用の基体は、 少なく とも基体の表層部に、 S i 、 B、 C若しくは G eから選択される 1つ又は 2つ以上の第一元素と、 F e、 T i 、 C r、 Mn、 C o、 N i 、 C u、 Z r、 H f 若しくは T aから選択される 1 つ又は 2つ以上の第二元素と、 から構成されるバッファ部材を備えてなることを 特徴としている。 本発明に係る磁気抵抗効果素子用の基体の製造方法は、 減圧可能な空間に基板 を配置し、 前記空間の背圧を 1 0— l uTorr台以下に減圧する工程と、 少なく とも 前記基板の表層部に、 S i 、 B、 C又は G eから選択される 1つ又は 2つ以上の 第一元素と、 F e、 T i 、 C r、 Mn、 C o、 N i 、 C u、 Z r、 H ί又はT a から選択される 1つ又は 2つ以上の第二元素と、 から構成されるバッファ部材を 作製し、 前記基板と前記バッファ部材からなる基体を形成する工程と、 を具備し たことを特徴としている... 本発明に係る第一の磁気抵抗効果センサは、 基体上に、 非磁性体層を挟んで強 磁性体層を複数回積層した構造体からなる磁気抵抗効果素子を備え、 前記構造体 のうち最も基体近傍に位置する強磁性体層の基体側にバッファ部材を設けてなり 、 前記バッファ部材が、 S i、 B、 C若しくは G eから選択される 1つ又は 2つ 以上の第一元素と、 F e、 T i、 C r、 Mn、 C o、 N i、 C u、 Z r、 H f 若 しくは T aから選択される 1つ又は 2つ以上の第二元素と、 から構成されている ことを特徴としている c 本発明に係る第二の磁気抵抗効果センサは、 基体上に、 非磁性体層を挟んで強 磁性体層を積層し、 最後に設けた前記強磁性体層の表面上に反強磁性体層を形成 した構造体からなる磁気抵抗効果素子を備え、 前記構造体のうち基体近傍に位置 する強磁性体層の基体側にバッファ部材を設けてなり、 前記バッファ部材が、 S i、 B、 C若しくは G eから選択される 1つ又は 2つ以上の第一元素と、 F e、 T i、 C r、 Mn、 C o、 N i、 C u、 Z r、 H f 若しくは T aから選択されるA magnetoresistive element according to the present invention has a structure in which a ferromagnetic layer is laminated a plurality of times on a substrate with a nonmagnetic layer interposed therebetween, or a ferromagnetic layer is laminated with a nonmagnetic layer interposed therebetween. A magnetoresistive effect element having a structure in which an antiferromagnetic layer is formed on the surface of the ferromagnetic layer provided in the above, wherein the ferromagnetic layer located closest to the substrate in the structure is closer to the substrate side. A buffer member, wherein the buffer member includes one or more first elements selected from Si, B, C, and Ge, and Fe, Ti, Cr, and Mn. , C o, N i, C u, Z r, the magnetic according to f. present invention is characterized with one or more second elements selected from H f or Ding a, in that they are composed of There are the following two methods for manufacturing a resistance effect element. The first method of manufacturing a magnetoresistive element (referred to as a first element manufacturing method) includes a step of arranging a substrate in a space capable of reducing pressure and reducing a back pressure of the space to a level of 10- lu Torr or less. , On the substrate, one or more first-elements selected from Si, B, C or Ge, and Fe, Ti, Cr, Mn, Co, Ni, C forming a deposited layer comprising a buffer member composed of one or more second elements selected from u, Zr, Hi or Ta; and a substrate comprising the substrate and the deposited layer Forming a A structure in which a ferromagnetic layer is laminated a plurality of times with a non-magnetic layer interposed therebetween, or a ferromagnetic layer with a non-magnetic layer interposed therebetween, on the deposition layer forming the surface of the base; Forming a structure in which an antiferromagnetic material layer is formed on the surface of the provided ferromagnetic material layer. The method of manufacturing the second magnetoresistive element (referred to as the second element manufacturing method) includes one or more first or two or more selected from Si, B, C, and Ge in a space where pressure can be reduced. An element and one or more second elements selected from Fe, Ti, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zr, Hf or Ta forces; and a step of depositing layers of a buffer member arranged base body made provided on the substrate, reducing the pressure of the back pressure of the film-forming space 1 0 one 1 '' below Torr stand constituted by the surface of the substrate A step of performing a dry etching treatment on the deposited layer to be formed; and a structure in which a ferromagnetic layer is laminated a plurality of times with a non-magnetic layer interposed between the deposited layer after the dry etching treatment, or a non-magnetic layer. Forming a structure in which an antiferromagnetic layer is formed on the surface of the lastly provided ferromagnetic layer, It is characterized in that Bei was. The substrate for a magnetoresistive effect element according to the present invention comprises at least one or two or more first elements selected from Si, B, C, and Ge on the surface layer of the substrate, and Fe, T one, two or more second elements selected from i, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zr, Hf, and Ta; and a buffer member comprising It is characterized by: A method of manufacturing a substrate for a magnetoresistive effect element according to the present invention includes the steps of: arranging a substrate in a space where pressure can be reduced; and reducing the back pressure of the space to a level of 10- lu Torr or less. One or two or more first elements selected from Si, B, C or Ge, and Fe, Ti, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Z producing a buffer member composed of one or two or more second elements selected from r, H} and Ta, and forming a substrate composed of the substrate and the buffer member. It is characterized by doing ... A first magnetoresistive sensor according to the present invention includes a magnetoresistive element having a structure in which a ferromagnetic layer is stacked a plurality of times on a base with a nonmagnetic layer interposed therebetween. A buffer member is provided on the substrate side of the ferromagnetic material layer located near the substrate, wherein the buffer member includes one or more first elements selected from Si, B, C, and Ge; One or more second elements selected from Fe, Ti, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zr, Hf or Ta. second magnetoresistive sensor according to c present invention is characterized in that there is on the substrate, laminating the ferromagnetic layers sandwiching a nonmagnetic layer, the surface of the ferromagnetic layer finally provided A magnetoresistive element having a structure on which an antiferromagnetic layer is formed; and a ferromagnetic element located near a substrate in the structure. A buffer member is provided on the base side of the body layer, wherein the buffer member includes one or more first elements selected from Si, B, C, and Ge, and Fe, Ti, C selected from r, Mn, Co, Ni, Cu, Zr, Hf or Ta
1つ又は 2つ以上の第二元素と、 から構成されていることを特徴としている。 図面の簡単な説明 And one or more second elements. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
図 1は、 本発明に係る磁気抵抗効果素子の一例を示す模式的な断面図である。 図 2は、 本発明に係る磁気抵抗効果素子の他の一例を示す模式的な断面図であ る。  FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the magnetoresistance effect element according to the present invention. FIG. 2 is a schematic sectional view showing another example of the magnetoresistance effect element according to the present invention.
図 3は、 本発明に係る磁気抵抗効果素子の他の一例を示す模式的な断面図であ る。  FIG. 3 is a schematic sectional view showing another example of the magnetoresistance effect element according to the present invention.
図 4は、 本発明に係る磁気抵抗効果素子の他の一例を示す模式的な断面図であ る。  FIG. 4 is a schematic sectional view showing another example of the magnetoresistance effect element according to the present invention.
図 5は、 実施例 1及び比較例 1で作製した磁気抵抗効果素子の MR比と、 F e S iバッファ層に含まれる S iの組成比率との関係を示すグラフである。  FIG. 5 is a graph showing the relationship between the MR ratio of the magnetoresistive elements manufactured in Example 1 and Comparative Example 1 and the composition ratio of Si contained in the FeSi buffer layer.
図 6は、 実施例 4及び比較例 2で作製した磁気抵抗効果素子の MR比と、 成膜 室内の圧力 (酸素を入れた場合は酸素導入後の圧力) との関係を示すグラフであ るじ FIG. 6 is a graph showing the relationship between the MR ratio of the magnetoresistive elements manufactured in Example 4 and Comparative Example 2 and the pressure in the film forming chamber (in the case where oxygen is introduced, the pressure after introducing oxygen). Ruji
図 Ίは、 実施例 4及び比較例 2で作製した磁気抵抗効果素子の構造体表面を原 子間力顕微鏡 (AFM) で調べた結果を示すグラフである u FIG Ί is a graph showing the results of examining the structure surface of the magnetoresistance effect element manufactured in Example 4 and Comparative Example 2 In nuclear force microscope (AFM) u
図 8は、 本発明に係る磁気抵抗効果センサの一例を示す模式図である。  FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of the magnetoresistive sensor according to the present invention.
図 9は、 本発明に係る磁気抵抗効果センサの他の一例を示す模式図である。 図 1 0は、 本発明に係る磁気抵抗効果素子を作製するために用いたスパッタ成 膜装置を上方から見た模式的な平面図である。  FIG. 9 is a schematic diagram showing another example of the magnetoresistive sensor according to the present invention. FIG. 10 is a schematic plan view of a sputtering film forming apparatus used for producing a magnetoresistive element according to the present invention as viewed from above.
(符号の説明) (Explanation of code)
1 第一ロード室、  1 First load room,
2 第二ロード室、  2 Second loading room,
2 a 、 3 a、 4 a 、 4 a , 5 a、 6 a、 7 a、 7 a ' 、 8 a 排気手段、 2 b、 3 b、 5 b、 6 b 7 b、 8 b ザ一  2a, 3a, 4a, 4a, 5a, 6a, 7a, 7a ', 8a Exhaust means, 2b, 3b, 5b, 6b 7b, 8b
3 前処理室、  3 Pretreatment room,
4 搬送室、  4 transfer room,
5 第一成膜室、  5 First deposition chamber,
6 第二成膜室、  6 Second deposition chamber,
7 第三及び第四成膜室、  7 Third and fourth deposition chambers,
8 第五成膜室、  8 Fifth deposition chamber
9 第六成膜室、  9 Sixth deposition chamber,
1 0 , 1 1 基板の移動手段、  1 0, 1 1 substrate moving means,
1 0 0 基体、  100 substrate,
1 0 1 基板、  1 0 1 board,
1 0 2 a 堆積層からなるバッファ部材、  10 2 a buffer member consisting of a sedimentary layer,
1 0 2 b ド一ピング層からなるバッファ部材、  1 0 2 b Buffer member consisting of doping layer,
1 0 3 強磁性体層、  103 ferromagnetic layer,
1 0 4 非磁性体層、  104 non-magnetic layer,
1 0 5 人工格子型の構造体、  1 0 5 Artificial lattice type structure,
2 0 0 基体、 2 0 1 基板、 200 substrate, 2 0 1 board,
2 0 2 a 堆積層からなる ファ部材、  2 0 2 a Fa member consisting of a sedimentary layer,
2 0 2 b ド一ピング層からなるバッファ部材、 2 0 2 b Buffer member consisting of doping layer,
2 0 3 自由磁化層、 2 0 3 free magnetic layer,
2 0 4 第一の強磁性体層、  2 0 4 First ferromagnetic layer,
2 0 5 第二の強磁性体層、  2 0 5 second ferromagnetic layer,
2 0 6 非磁性体層、  206 nonmagnetic layer,
2 0 7 固定磁化層、  2 0 7 fixed magnetic layer,
2 0 8 反強磁性体層、  2 0 8 antiferromagnetic layer,
2 0 9 スピンバルブ型の構造体、  2 0 9 Spin valve type structure,
2 1 0 保護層、  2 1 0 protective layer,
8 0 0 8 1 0 磁気抵抗効果素子、  8 0 0 8 1 0 Magnetoresistance effect element,
8 0 1 基板、  8 0 1 board,
8 0 2 バッファ部材、  8 0 2 Buffer material,
8 0 3 人工格子型の構造体、  8 0 3 artificial lattice type structure,
8 0 4 ド膜、  804 membrane
8 0 5 M R電極、  8 0 5 M R electrode,
8 0 6 保護膜、  8 0 6 protective film,
8 2 0 磁気ドラム、  8 20 magnetic drum,
8 2 1 磁気記録媒体、  8 2 1 Magnetic recording medium,
9 0 1 磁気抵抗効果素子、  9 0 1 magnetoresistive effect element,
9 0 2 ノくッファ部材、 9 0 2 Knock-off member,
9 0 3 スピンバルブ型の構造体、  9 0 3 Spin valve type structure,
9 0 4 ハード膜、 9 0 4 Hard film,
9 0 5 M R電極、  9 0 5 M R electrode,
9 1 1 再生へッ ド、 9 1 1 Playback head,
9 1 2 下部磁極 ( 9 2 4 ) を兼ねる上部シールド、 9 1 2 Upper shield that doubles as lower magnetic pole (9 2 4)
9 1 3 9 1 4 絶緣膜、 9 1 3 9 1 4 Insulation membrane,
9 1 δ 再生へッ ドの下部シ一ルド、 9 1 6 基板、 9 1 δ Lower shield of playback head, 9 1 6 substrate,
9 2 1 記録へッ ド、  9 2 1 Record head,
9 2 2 記録へッ ドの上部ボール、  9 2 2 Top ball of record head,
9 2 3 導電体からなるコイル、  9 2 3 Conductor coil,
9 2 4 上部シールド ( 9 1 2 ) を兼ねる下部磁極 発明を実施するための最良の形態  9 2 4 Lower magnetic pole also serving as upper shield (9 1 2) Best mode for carrying out the invention
以下では、 本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 図 1 と図 2は本発明に係る磁気抵抗効果素子の一例を示す模式的な断面図であ り、 図 1は堆積層からなるバッファ部材上に人工格子型の構造体を備えた場合、 図 2は堆積層からなるバッファ部材上にスピンバルブ型の構造体を備えた場合、 を示す。 図 1において、 1 0 0は基体、 1 0 1は基板、 1 0 2 aは堆積層からな るバッファ部材、 1 0 3は強磁性体層、 1 0 4は非磁性体層、 1 0 5は人工格子 型の構造体である。 また図 2において、 2 0 0は基体、 2 0 1は基板、 2 0 2 a は堆積層からなるバッファ部材、 2 0 3は強磁性体からなる自由磁化層、 2 0 4 は第一の強磁性体層、 2 0 5は第二の強磁性体層、 2 0 6は非磁性体層、 2 0 7 は強磁性体からなる固定磁化層、 2 0 8は反強磁性体層、 2 0 9はスピンバルブ 型の構造体である。 本発明に係る磁気抵抗効果素子は、 基体 1 0 1上に、 非磁性体層 1 0 4を挟ん で強磁性体層 1 0 3を複数回積層した構造体 1 0 5、 又は非磁性体層 2 0 6を挟 んで強磁性体層 2 0 3、 2 0 7を積層し、 最後に設けた前記強磁性体層 2 0 7の 表面上に反強磁性体層 2 0 8を形成した構造体 2 0 9を備えた磁気抵抗効果素子 において、 前記構造体 1 0 5、 2 0 9のうち最も基体近傍に位置する強磁性体層 1 0 3、 2 0 3の基体側にバッファ部材 1 0 2 a、 2 0 2 aを設けてなり、 前記 バッファ部材 1 0 2 a、 2 0 2 aは、 S i 、 B、 C若しくは G eから選択される 1つ又は 2つ以上の第一元素と、 F e、 T i 、 C r、 M n、 C o、 N i 、 C u、 Z r、 H f 若しくは T aから選択される 1つ又は 2つ以上の第二元素と、 から構 成されている。 つまり、 本発明に係る磁気抵抗効果素子は、 バッファ部材上に設ける構造体に より、 次の 2つの構成がある 第一の構成は人工格子型の構造体 1 0 5のうち最も基体 1 0 0近傍に位置する 強磁性体層 1 0 3の基体側にバッファ部材 1 0 2 a を設ける場合 (図 1 ) でありHereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are schematic cross-sectional views showing an example of a magnetoresistive element according to the present invention. FIG. 1 shows a case where an artificial lattice type structure is provided on a buffer member composed of a deposited layer. Reference numeral 2 indicates a case where a spin-valve type structure is provided on a buffer member made of a deposition layer. In FIG. 1, 100 is a substrate, 101 is a substrate, 102 a is a buffer member made of a deposited layer, 103 is a ferromagnetic layer, 104 is a nonmagnetic layer, and 105 Is an artificial lattice type structure. In FIG. 2, reference numeral 200 denotes a substrate, reference numeral 201 denotes a substrate, reference numeral 202a denotes a buffer member composed of a deposited layer, reference numeral 203 denotes a free magnetic layer composed of a ferromagnetic material, and reference numeral 204 denotes a first magnetic layer. Magnetic layer, 205: second ferromagnetic layer, 206: non-magnetic layer, 206: fixed magnetic layer made of ferromagnetic material, 208: antiferromagnetic layer, 20 9 is a spin valve type structure. The magnetoresistive effect element according to the present invention includes a structure 105 in which a ferromagnetic layer 103 is laminated a plurality of times on a base 101 with a nonmagnetic layer 104 interposed therebetween, or a nonmagnetic layer. A structure in which the ferromagnetic layers 203 and 207 are laminated with the interposition of 206 therebetween, and the antiferromagnetic layer 208 is formed on the surface of the lastly provided ferromagnetic layer 207 In the magnetoresistive element provided with a buffer member, a buffer member is provided on the substrate side of the ferromagnetic layers located closest to the substrate among the structural bodies. a, 202 a is provided, wherein the buffer member 102 a, 202 a is one or two or more first elements selected from S i, B, C or Ge, One or more second elements selected from Fe, Ti, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zr, Hf or Ta; Has been established. That is, the magnetoresistive element according to the present invention has the following two configurations depending on the structure provided on the buffer member. The first configuration is the most basic substrate 100 out of the artificial lattice type structure 105. This is the case where a buffer member 102a is provided on the substrate side of the ferromagnetic layer 103 located in the vicinity (Fig. 1).
、 第二の構成はスピンバルブ型の構造体 2 0 9のうち基体 2 0 0近傍に位置する 強磁性体層 2 0 4の基体側にバッファ部材 2 0 2 a を設ける場合 (図 2 ) であるThe second configuration is a case where a buffer member 202a is provided on the substrate side of the ferromagnetic layer 204 located near the substrate 200 in the spin valve type structure 209 (FIG. 2). is there
。 その際、 バッファ部材 1 0 2 a 、 2 0 2 a としては、 S i 、 B、 C若しくは G eカゝら選択される 1つ又は 2つ以上の第一元素と、 F e、 T i 、 C r、 M n、 C o、 N i 、 C u、 Z I"、 H f 若しくは T aから選択される 1つ又は 2つ以上の第 二元素と、 から構成されるものを用いる 第一、 第二の何れの構成からなる素子の場合も、 構造体 1 0 5、 2 0 9の基体 側に上記バッファ部材 1 0 2 a、 2 0 2 aを備えることにより、 その上に形成さ れる素子の最下層をなす強磁性体層 1 0 3、 2 0 4の面内結晶粒径を増大させる ことができる。 これによつて、 構造体 1 0 5、 2 0 9における積層界面の平坦性 が著しく改善されるので、 高い M R比の素子が安定して得られる。 また本発明に よれば、 従来技術で述べたように構造体 1 0 5、 2 0 9の中へ適当量の酸素を導 入することなく、 高い M R比を有する素子を形成できるので、 使用時の素子に高 熱が加わった場合に、 構造体 1 0 5、 2 0 9中の酸素が動き出し、 構造体 1 0 5 、 2 0 9の積層界面が乱れる等の現象が発生しにく くなる: その結果、 本発明に 係る素子は、 高い M R比を有するとともに優れた熱的安定性も兼ね備えることが できる 上記説明では、 バッファ部材が基板 1 0 1、 2 0 1 の表面上に成膜して設けた 堆積層 1 0 2 a 、 2 0 2 a という形態 (図 1、 図 2 ) の場合について述べたが、 他の形態としても構わない、, 例えば、 基板の表層部をドービング処理して設けた ド一ビング層という形態が挙げられる。 . At that time, as the buffer member 102 a, 202 a, one or two or more first elements selected from Si, B, C, or Ge, and Fe, Ti, One or two or more second elements selected from Cr, Mn, Co, Ni, Cu, ZI ", Hf or Ta. In the case of an element having any one of the two structures, by providing the buffer members 102 a and 202 a on the substrate side of the structural bodies 105 and 209, the element formed thereon can be formed. It is possible to increase the in-plane crystal grain size of the lowermost ferromagnetic layers 103 and 204. As a result, the flatness of the stacked interface in the structures 105 and 209 is remarkably improved. As a result, an element having a high MR ratio can be stably obtained, and according to the present invention, an appropriate amount of oxygen is introduced into the structures 105 and 209 as described in the related art. Without doing When high heat is applied to the element during use, oxygen in the structures 105 and 209 starts to move, and the layers 105 and 209 are stacked. As a result, the element according to the present invention can have a high MR ratio and also have excellent thermal stability. Although the description has been given of the case of the deposited layers 1002a and 202a (FIGS. 1 and 2) formed on the surfaces of 01 and 201, other forms may be used. For example, the surface layer of the substrate is provided by doving treatment. An example is a form of a driving layer.
[¾ 3と図 4は本発明に係る磁気抵抗効果素子の他の一例を示す模式的な断面図 であり、 図 3はドーピング層からなるバッファ部材 1 0 2 b上に人工格子型の構 造体 1 0 5を備えた場合、 図 4はドーピング層からなるバッファ部材 2 0 2 b上 にスピンバルブ型の構造体 2 0 9を備えた場合、 を示す t この ド一ピング層からなるバッファ部材 1 0 2 b、 2 0 2 bは基板 1 0 1、 2 0 1の表層部を構成するので、 バッファ部材と基板とを一体化した基体 1 0 0、 2 0 0の提供が可能となる。 つまり、 ドーピング層からなるバッファ部材 1 0 2 b、 2 0 2 bは、 堆積層からなるバッファ部材 1 0 2 a 、 2 0 2 aに比べて、 熱 的あるいは外力の影響による基板 1 0 1、 2 0 1からの剥離等が防げるので、 そ の上に積層して設けた構造体 1 0 5、 2 0 9の界面はその平坦性をより一層長期 に渡って保持できる利点がある。 またバッファ部材 1 0 2、 2 0 2としては、 少なくとも F e と S iからなるも のが好適である。 バッファ部材の組成を 2原子%以上 3 6原子%以下の S i と残 部 F eとした場合は、 S i を含まないものに比べて 2倍以上の M R比をもつ素子 が得られるので好ましい。 またバッファ部材の組成を 4原子%以上 2 6原子%以 下の S i と残部 F e とした場合は、 4 0 %を越える M R比を有する素子が安定し て得られるのでより好ましい。 本発明に係る第一の素子作製法は、 図 1又は図 2に示すように、 堆積層からな るバッファ部材 1 0 2 a又はバッファ部材 2 0 2 a上に、 人工格子型の構造体 1 0 5又はスピンバルブ型の構造体 2 0 9を設ける方法であり、 バッファ部材 1 0 2 a又はバッファ部材 2 0 2 aの表面が全く大気暴露されることなく、 その上に 構造体 1 0 5又は構造体 2 0 9が積層形成される場合である, 第一の素子作製法によれば、 まず、 背圧が 1 0— 1 l' Torr台以下の空間で所望の 基板 1 0 1 、 2 0 1上に堆積膜という形態でバッファ部材 1 0 2 a 、 2 0 2 aを 作製することにより、 極力酸素を含まないバッファ部材 1 0 2 a 、 2 0 2 a を基 板 1 0 1 、 2 0 1上に備えてなる基体 1 0 0 、 2 0 0を形成できる。 次いで、 背 圧が 1 0— ' " Torr台以下の空間で、 ノくッファ部材 1 0 2 a又はバッファ部材 2 0 2 a上に、 人工格子型の構造体 1 0 5又はスピンバルブ型の構造体 2 0 9を作製 することで、 極力酸素を含まない構造体 1 0 5 、 2 0 9が形成できる。 従って、 第一の素子作製法を用いた場合、 構造体 1 0 5 、 2 0 9内に酸素が取 り込まれるのを防ぐことができるとともに、 作製したばかりの清浄なバッファ部 材 1 0 2 a 、 2 0 2 a上に、 ドライェツチング処理などを行うことなく、 構造体 1 0 5 、 2 0 9を積層形成することが可能となる つまり、 第一の素子作製法に よれば、 同一の薄膜製造装置内でバッファ部材 1 0 2 a と構造体 1 0 5を、 ある いはバッファ部材 2 0 2 a と構造体 2 0 9を連続して作製できるので、 ドライエ ツチング処理という工程を追加することなく、 清浄な界面が安定して得られる、 製造プ口セスの提供が可能となる。 [¾3 and FIG. 4 are schematic cross-sectional views showing another example of the magnetoresistive element according to the present invention. FIG. 3 shows an artificial lattice structure on a buffer member 102 b composed of a doping layer. when provided with a body 1 0 5, 4 buffer member made of a t the de one ping layer exhibiting, when a buffer member 2 0 2 b on the structure 2 0 9 spin valve type comprising a doped layer Since 102b and 202b constitute the surface layer of the substrates 101 and 201, it is possible to provide the substrates 100 and 200 in which the buffer member and the substrate are integrated. In other words, the buffer members 102 b and 202 b made of the doping layer have a substrate 101 and a substrate 101 caused by the influence of thermal or external force, compared to the buffer members 102 a and 202 a made of the deposited layer. Since peeling off from the substrate 201 can be prevented, the interface between the structural members 105 and 209 laminated thereon has an advantage that its flatness can be maintained for a longer period of time. Further, it is preferable that the buffer members 102 and 202 include at least Fe and Si. When the composition of the buffer member is 2 atomic% or more and 36 atomic% or less and the balance is Fe, an element having an MR ratio more than twice that obtained without Si is preferable. . When the composition of the buffer member is S i of 4 atomic% or more and 26 atomic% or less and the balance is Fe, it is more preferable because an element having an MR ratio exceeding 40% can be obtained stably. As shown in FIG. 1 or FIG. 2, the first element manufacturing method according to the present invention comprises the steps of: forming an artificial lattice type structure 1 on a buffer member 102 a or a buffer member 202 a composed of a deposited layer; In this method, the surface of the buffer member 102 a or the buffer member 202 a is not exposed to the atmosphere at all, and the structure Alternatively, according to the first device manufacturing method, first, a desired back pressure can be obtained in a space of less than 10-1 l 'Torr. By preparing the buffer members 102a and 202a in the form of a deposited film on the substrates 101 and 201, the buffer members 102a and 202a containing as little oxygen as possible can be used. Substrates 100 and 200 provided on the plates 101 and 201 can be formed. Then, in a space where the back pressure is less than 10- "" Torr, the artificial lattice structure 105 or the spin valve structure is placed on the buffer member 102a or the buffer member 202a. By manufacturing the body 209, the structures 105 and 209 containing as little oxygen as possible can be formed.Thus, when the first element manufacturing method is used, the structures 105 and 209 are used. In addition to preventing oxygen from being taken into the structure, the structure 1 can be placed on clean buffer materials 102 a and 202 a that have just been manufactured without performing dry etching treatment or the like. In other words, according to the first element manufacturing method, the buffer member 102 a and the structural body 105 can be formed in the same thin film manufacturing apparatus. Since the buffer member 202a and the structure 209 can be manufactured continuously, it is necessary to add a process called dry etching. Ku, clean interface can be obtained stably, it is possible to provide a manufacturing flop opening process.
'本発明に係る第二の素子作製法は、 図 1又は図 2に示すように、 堆積層からな るバッファ部材 1 0 2 a又はバッファ部材 2 0 2 a 上に、 人工格子型の構造体 1 0 5又はスピンバルブ型の構造体 2 0 9を設ける方法であり、 バッファ部材 1 0 2 a又はバッファ部材 2 0 2 aの表面が一旦大気暴露された後、 その上に構造体 1 0 5又は構造体 2 0 9が積層形成される場合である。 第二の素子作製法によれば、 まず、 事前に基板 1 0 1 、 2 0 1上に堆積膜とい う形態でバッファ部材 1 0 2 a 、 2 0 2 aを設けたものを基体 1 0 0 、 2 0 0と して用意し、 背圧が 1 0— l u Torr台以下の空間で、 その基体 1 0 0 、 2 0 0上す なわちバッファ部材 1 0 2 a 、 2 0 2 aの表面に対してドライエッチング処理を 行う。 これによつてバッファ部材 1 0 2 a 、 2 0 2 aの最表面は極力酸素の影響 を受けない雰囲気でクリーニングされ、 バッファ部材 1 0 2 a 、 2 0 2 aの表面 から吸着物を除去し清浄化を図ることができる: 次いで、 その清浄な表面状態と なったバッファ部材 1 0 2 a、 202 a上に、 背圧が 1 0— 1 "Torr台以下の空間 で、 人工格子型の構造体 1 0 5又はスピンバルブ型の構造体 209を作製するこ とで、 極力酸素を含まない構造体 1 0 5、 20 9が形成できる., 従って、 第二の素子作製法を用いた場合、 人工格子型の構造体 1 05又はスピ ンバルブ型の構造体 20 9を形成する薄膜製造装置とは別の装置で、 予め所望の 基板 1 0 1、 20 1上にバッファ部材 1 0 2 a、 202 aをなす堆積層を形成し たものを基体 1 00、 200として用いることができる.. つまり、 第二の素子作 製法によれば、 構造体 1 05、 20 9を形成する薄膜製造装置は、 バッファ部材 1 02 a . 20 2 aの形成工程に縛られることなく構造体 1 0 5、 20 9の形成 に専従できるので、 構造体 1 0 5、 209のより安定した製造工程が確立できる とともに、 簡素で信頼性の高い製造プロセスの提供が可能となる。 本発明に係る磁気抵抗効果素子用の基体は、 少なく とも基体 1 00、 200の 表層部に、 S i、 B、 C若しくは G eから選択される 1つ又は 2つ以上の第一元 素と、 F e、 T i、 C r、 Mn、 C o、 N i、 C u、 Z r、 H f 若しくは T aカ ら選択される 1つ又は 2つ以上の第二元素と、 から構成されるバッファ部材 1 0 2、 202を備えてなることを特徴としている。 この基体表層部をなすバッファ 部材 1 02、 202上に、 人工格子型またはスピンバルブ型のいずれかの構造体 1 05、 209を形成することにより、 ノくッファ部材 1 02、 202上に接して 形成される最初の層、 すなわち構造体をなす強磁性体層 1 0 3、 204の面内結 晶粒径を増大させることができる。 これによつて、 構造体 1 05、 20 9におけ る積層界面の平坦性が著しく改善されるので、 M R比の高い素子を安定して作製 できる。 また、 本構成からなる基体を用いた場合、 従来のように構造体 1 05や 構造体 20 9の中に酸素を含有させることなく、 高い MR比の素子が得られるの で、 素子の熱的安定性も同時に改善することが可能となる 上記構成におけるバッファ部材 1 0 2、 20 2としては、 堆積層 (図 1、 図 2) あるいはド一ビング層 (図 3、 図 4) の形態からなるものが好適に用いられ る 例えば、 図 1の場合は、 基板 1 0 1 と堆積層のバッファ部材 1 02 a と力、ら なる基体 1 00が本発明に係る磁気抵抗効果素子用の基体を表している。 同様に 、 図 2に示す基体 200は基板 20 1 と堆積層のバッフ ァ部材 202 aの,組合せ 、 図 3に示す基体 1 00は基板 1 0 1 と ドービング層のバッファ部材 1 ◦ 2 bの 組合せ、 図 4に示す基体 200は基板 20 1 と ドービング層のバッファ部材 20 2 bの組合せ、 から各々構成された場合である 上記構成における基板 1 0 1 20 1 としては、 基体 1 00 200上に形成 する薄膜の平坦性を維持するため、 表面の平坦性、 すなわち、 表面の粗さ及びう ねりが適切に制御される必要があるので、 開発レベルの場合は、 光学研磨面 (表 面粗さ R a < 0. I n m以下、 かつ、 表面うねり 5 00 n m以上) が安定してえ られる、 S i ( 1 00) 単結晶基板、 又は熱酸化膜付きの S i ( 1 00) 単結晶 基板、 ガラス基板 (例えば、 ニング社製 # 70 5 9 ) 等が多用される。 一方、 本発明に係る磁気抵抗効果素子を磁気センサや磁気へッドに搭載する場 合には、 基板 1 0 1 20 1 として、 例えば、 ガラス、 セラミック及びその複合 体、 又はそれらの表面に異種材質の非磁性体膜をスパッタ法、 蒸着法、 めっき法 等により表面コーティング処理を行ったものが用いられる . その際、 基板 1 0 1 20 1の表面に設ける非磁性体膜は、 高温で磁化せず、 導電性を有し、 機械加 ェなどがしゃすいことが求められる。 特に、 磁気ヘッド用途ではヘッド摺動時の 摩擦、 摩耗に耐える程度の適度な表面硬度をもっていることが好ましい。 このよ うな条件を満たす基板 1 0 1 20 1 としては、 特に、 実用とするヘッ ド用途の 場合は、 アルチック (アルミニウム酸化物とチタン炭化物の焼結体) 基板の表面 に非磁性体膜を設けたものが好ましい。 この場合の非磁性体膜としては、 C u, T a , W, T i , 又は、 C rが望ましい- 本発明に係る磁気抵抗効果素子用の基体の製造方法 (請求項 1 0) は、 減圧可 能な空間に基板を配置し、 前記空間の背圧を 1 0— "Torr台以下に減圧する工程 と、 少なく とも前記基板の表層部に、 S i B C若しくは G eから選択される 1つ又は 2つ以上の第一元素と、 F e、 T i 、 C r、 M n、 C o、 N i 、 C u、 Z r、 H f 若しくは T aから選択される 1つ又は 2つ以上の第二元素と、 から構 成されるバッファ部材を作製し、 前記基板と前記バッファ部材からなる基体を形 成する工程と、 を具備したことを特徴としている。 以下では、 図 1の構造体 1 0 5を作製する装置とは別の装置で図 1の堆積層か らなるバッファ部材 1 0 2 a を作製した場合を例にとり、 その作用について説明 する。 上記基体の作製法によれば、 バッファ部材作製用の成膜装置を用い、 背圧が 1 0—1 "Torr台以下の空間で所望の基板 1 0 1上にバッファ部材 1 0 2 bを作製す ることで、 極力酸素を含まないバッファ部材 1 0 2 bを備えた基体 1 0 0を形成 できる。 そのため、 次に構造体作製用の成膜装置を用い、 基体 1 0 0上に磁気抵 抗効果素子をなす構造体 1 0 5を形成する前に、 基体 1 0 0に対してドライエツ チング処理を行ったとき、 バッファ部材 1 0 2 b内から酸素の放出が殆ど発生せ ず、 バッファ部材 1 0 2 bの表面を短時間で極めて清浄な状態とすることができ る基体 1 0 0の提供が可能となる。 つまり、 本発明に係る基体の作製法を用いる ことで、 その上に形成される構造体 1 0 5は初期成長段階から積層中への酸素取 り込み量を著しく低減することができ、 また清浄な界面も安定して作製可能とな る。 すると、 基体 1 0 0上に形成された構造体 1 0 5は、 バッファ部材 1 0 2 b 上に接して形成される最初の層、 すなわち構造体をなす強磁性体層 1 0 3の面内 結晶粒径を増大させることによって、 構造体 1 0 5、 2 0 9における積層界面の 平坦性を著しく改善する。 その結果、 M R比の高い素子が安定して得られる c 上記作製法により形成された基体であれば、 たとえバッファ部材作製後に、 ノく ッファ部材表面が一旦大気中に曝されたとしても、 構造体作製用の成膜装置にお いて、 必要なときにいつでも清浄な表面を備えたバッファ部材 1 0 2 bを短時間 で用意できる。 すなわち、 本発明に係る基体は、 後工程である構造体の作製に影 響を与えずに前もって作製しておけるので、 既存の後工程を有効に利用しながら 従来より高い MR比を備えた磁気抵抗効果素子を容易に作製できることを意味す る: また、 本発明に係る基体の作製法はそれ自体で流通が可能な基体をもたらす ことも意味する.. 記基体の作製法による作用 -効果を ¾揮するためには、 ¾!¾を構成 るバ ファ部材として、 S i、 B -. C若しくは G e力'ら選択される ].つ又は 2っ以 第一元素と、 F e、 T i、 C r、 M n、 C o、 N i 、 C u、 Z r、 H f 若しくは T , - から選択される ] つ又は 2つ以上の第二元素と、 から構成されるバッファ 材を設ける必要がある。 た ヒ記 ¾ί本 作製法にお るバッフつ' ;お-を作製す 工程ご して .. 'A second element manufacturing method according to the present invention employs an artificial lattice type structure on a buffer member 102 a or a buffer member 202 a composed of a deposited layer as shown in FIG. 1 or FIG. A method of providing a structure 105 or a spin-valve type structure 209, in which the surface of the buffer member 102a or buffer member 210a is once exposed to the atmosphere, and then the structure 105 Alternatively, this is a case where the structures 209 are formed by lamination. According to the second element manufacturing method, first, a substrate 1001 provided with buffer members 102a and 202a in the form of deposited films on the substrates 101 and 201 in advance. , 200, and a back pressure of 10— lu Torr or lower, and the substrate 100, 200 on the surface, ie, the surface of the buffer members 102, 202 Dry etching is performed on As a result, the outermost surfaces of the buffer members 102a and 202a are cleaned in an atmosphere that is not affected by oxygen as much as possible, and adsorbed substances are removed from the surfaces of the buffer members 102a and 202a. Can be cleaned: then, with its clean surface condition Since the buffer member 1 0 on 2 a, 202 a, in the back pressure 1 0- 1 "Torr stand following space structure 1 0 5 or prepared child a spin-valve structure 209 of the artificial lattice type Thus, the structures 105 and 209 containing as little oxygen as possible can be formed. Therefore, when the second element manufacturing method is used, the artificial lattice structure 105 or the spin valve structure 20 9 is a device different from the thin film manufacturing device that forms the buffer layers 102 a and 202 a on the desired substrates 101 and 201 in advance. In other words, according to the second element manufacturing method, the thin film manufacturing apparatus for forming the structures 105 and 209 is restricted to the process of forming the buffer members 102 a and 202 a. Can be used exclusively for the formation of the structures 105 and 209, so that a more stable manufacturing process of the structures 105 and 209 can be established and simplified. The substrate for the magnetoresistive effect element according to the present invention is selected from Si, B, C or Ge at least on the surface layer of the substrates 100 and 200. One or more primary elements and one selected from the group consisting of Fe, Ti, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zr, Hf, and Ta Or two or more second elements, and a buffer member 102, 202 composed of: an artificial lattice type or a buffer member 102, 202 forming a surface layer portion of the base; By forming one of the spin-valve structures 105, 209, the first layer formed in contact with the buffer member 102, 202, that is, the ferromagnetic layer 103, which forms the structure, is formed. And 204 can increase the in-plane crystal grain size, thereby improving the flatness of the lamination interface in the structures 105 and 209. Since the element is remarkably improved, an element having a high MR ratio can be manufactured stably, and when a substrate having this structure is used, oxygen is contained in the structure 105 or the structure 209 as in the conventional case. Therefore, a device with a high MR ratio can be obtained, and the thermal stability of the device can be improved at the same time. As the buffer members 102 and 202 in the above configuration, the deposited layers (Fig. 1, Fig. 2) Alternatively, those having the form of a driving layer (Figs. 3 and 4) are preferably used. For example, in the case of FIG. 1, the substrate 101, the buffer member 102a of the deposited layer, and the substrate 100 made of a force represent the substrate for the magnetoresistive element according to the present invention. Similarly, the base 200 shown in FIG. 2 is a combination of the substrate 201 and the buffer member 202a of the deposited layer, and the base 100 shown in FIG. 3 is a combination of the substrate 101 and the buffer member 1◦2b of the doving layer. The substrate 200 shown in FIG. 4 is a combination of a substrate 201 and a buffer member 202 b of a doping layer. The substrate 101 in the above configuration is formed on the substrate 100 200 In order to maintain the flatness of the thin film, it is necessary to appropriately control the surface flatness, that is, the surface roughness and waviness. a <0. I nm or less and surface waviness of 500 nm or more) can be obtained stably, and a Si (100) single crystal substrate or a Si (100) single crystal substrate with a thermal oxide film, A glass substrate (for example, # 7059 manufactured by Ning) is frequently used. On the other hand, when the magnetoresistive effect element according to the present invention is mounted on a magnetic sensor or a magnetic head, for example, glass, ceramic, a composite thereof, or a different material may be used as the substrate. A non-magnetic film made of a material that has been subjected to a surface coating treatment by a sputtering method, a vapor deposition method, a plating method, or the like is used. In this case, the non-magnetic film provided on the surface of the substrate 101 201 is magnetized at high temperature. It is required to have conductivity, to be mechanical, and to be smooth. In particular, in magnetic head applications, it is preferable that the magnetic head has an appropriate surface hardness enough to withstand friction and wear during head sliding. As a substrate that satisfies these conditions, particularly for practical use in a head, a nonmagnetic film is provided on the surface of an Altic (a sintered body of aluminum oxide and titanium carbide) substrate. Are preferred. As the nonmagnetic film in this case, Cu, Ta, W, Ti, or Cr is desirable.- The method for manufacturing a substrate for a magnetoresistive effect element according to the present invention (claim 10) A step of arranging the substrate in a space that can be decompressed and reducing the back pressure of the space to a level of 10— “Torr or less; at least the surface layer of the substrate is selected from SiBC or Ge One or more first elements and one or two selected from Fe, Ti, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zr, Hf, or Ta Producing a buffer member composed of the above-described second element and: and forming a base composed of the substrate and the buffer member. Hereinafter, the operation of the buffer member 102a made of the deposited layer of FIG. 1 will be described as an example, using an apparatus different from the apparatus for manufacturing the structure 105 of FIG. According to method of producing the substrate, using a film formation apparatus of the buffer member prepared, producing a buffer member 1 0 2 b in the back pressure 1 0- 1 "Torr stand in the following space desired substrate 1 0 1 on This makes it possible to form the substrate 100 including the buffer member 102b containing as little oxygen as possible.Therefore, a film forming apparatus for manufacturing a structure is used to form a magnetic resistor on the substrate 100. When dry etching is performed on the substrate 100 before forming the structure 105 serving as an anti-effect element, almost no oxygen is released from the buffer member 102 b, and the buffer member It is possible to provide a substrate 100 that can bring the surface of 102b to an extremely clean state in a short time, that is, by using the method for producing a substrate according to the present invention, The structure 105 can significantly reduce oxygen uptake into the stack from the initial growth stage. In addition, a clean interface can be stably formed, and the structure 105 formed on the base 100 becomes the first layer formed in contact with the buffer member 102 b, That is, by increasing the in-plane crystal grain size of the ferromagnetic layer 103 forming the structure, the flatness of the laminated interface in the structures 105 and 209 is remarkably improved. if higher elements formed by c the production method obtained by stable substrate, even after the buffer member prepared, carbonochloridate Ffa even member surface is once exposed to the atmosphere, the deposition for the structures prepared In the apparatus, the buffer member 102b having a clean surface can be prepared in a short time whenever necessary, that is, the base according to the present invention has an effect on the fabrication of a structure in a later step. It can be made in advance without giving it, so existing post-processes are effective While using This means that a magnetoresistive element having a higher MR ratio than before can be easily manufactured: The method for manufacturing a substrate according to the present invention also means that a substrate that can be distributed by itself is obtained. Action by substrate manufacturing method-In order to exert the effect, Si, B-. C or Ge force is selected as a buffer member constituting ¾! ¾]. A first element and selected from Fe, Ti, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zr, Hf or T,-] or two or more second elements It is necessary to provide a buffer material composed ofバ ッ Buffer in the method of making the book ';
理にょ 基板 1 0 1上にバッファ部材ュ 0 2からなる堆積層を作製する工程が好 まし 、 . ただし、 超高真空下で行われる各種のイオン ド一ヒング法を用 、' ·、 例え ば基板 1 0 1.の表層部をバッファ部材 1 0 2 b力、らなる 一ピング層に変える丁.. 程を用いても同様の作用 ·効果は期待できることは言うまでもない ニ述 た構成からなる磁気抵抗効果素子は、 各種の磁気抵抗効果セン . etc resistive effect sensor, M Rセンサとも呼称される) に利用される。 そ の際、 本願に係る磁気抵抗効果センサは、 使用する磁気抵抗効果に限定されるも のではなく、 異方性磁気抵抗効果 (AMR) 、 巨大磁気抵抗効果 (GMR) のい づれであっても構わない。 ¾明に係る磁気抵抗効果センサは、 例えば VT Rのテープニン ド検出 へ ... HDDや F DDの回転位置検出センサ (ロータ リエンコーダ) 用へッ ' It is preferable to form a deposited layer composed of the buffer member 02 on the substrate 101. However, it is preferable to use various ion etching methods performed under an ultra-high vacuum. It is needless to say that the same action and effect can be expected even if the process is used by changing the surface layer of the substrate 101 to a buffer member 102 b. The resistance effect element is used for various kinds of magnetoresistive effect sensors (also referred to as MR sensors). At that time, the magnetoresistive sensor according to the present invention is not limited to the magnetoresistive effect to be used, but may be any of the anisotropic magnetoresistive effect (AMR) and the giant magnetoresistive effect (GMR). No problem. The magnetoresistive sensor according to the present invention can be used, for example, to detect VTR tape tapes.
DDの誘導型磁気へッドに代わる MRへッ ドなどに広範囲に用いることができる Can be used in a wide range of applications, such as MR heads that replace DD inductive magnetic heads
大発明に係る磁気抵抗効果素子は高い M R比と優れた 安定性を備 て る '、 二の素子を搭載すること:こよって.. 高分解能で長期信頼性 ¾兼ね備えた各種 vドの提供が可能となる。 後述する実施例では、 人工格子型の構造体を備えた素子を回転位置検出センサ (ロータリエンコーダ) 用の磁気ヘッ ド (図 8) に適用した場合と、 スピンバル ブ型の構造体を備えた素子を HDD用の再生ヘッ ド (図 9) に適用した場合につ いて示した。 The magnetoresistive effect element according to the large invention has a high MR ratio and excellent stability ', and must be equipped with two elements: high-resolution and long-term reliability. vd can be provided. In the embodiments described later, the case where an element having an artificial lattice type structure is applied to a magnetic head (FIG. 8) for a rotational position detection sensor (a rotary encoder) is shown, and the case where an element having a spin valve type structure is used. Is applied to a playback head for HDD (Fig. 9).
(人工格子型の構造体) (Artificial lattice type structure)
図 1又は図 3に示した人工格子型の構造体 1 0 5としては、 例えば強磁性体層 1 0 3ノ非磁性体層 1 04と表記するとすれば、 C oZC u、 C o - F e/C u 、 N i — F eZC u、 N i - F e /A g , N i — F e— C oZC u、 ¥ e / C τ 、 が挙げられる 強磁性体層 1 0 3として、 C ο系を用いたときには大きな MR比が、 また N i 系を用いたときには小さな飽和磁場がえられやすい。 F eZC rは、 スぺーサが 遷移金属であり、 メカニズムを理解する上で、 貴金属スべ一サと対比をなすもの として研究されている。 その中でも、 本発明の目的である高い MR比がえられや すいことから、 C o系が好適に用いられる。 非磁性体層 1 04および強磁性体層 1 0 3の膜厚は、 高い MR比を維持したま ま、 飽和磁場を小さくするために、 適宜決められる。 非磁性体層の膜厚としては 、 0. 5 η π!〜 5 n mが、 強磁性体層の膜厚としては、 0. 5 n m〜5 nmが望 ましい 人工格子型の構造体 1 0 5において非磁性体層 1 ◦ 4を挟んで強磁性体層 1 0 4を積層する回数としては、 1 0〜 1 0 0回程度が望ましい、. 積層回数をこの範 囲とすることにより、 構造体のうねりが增加するのも抑えられる  As the artificial lattice type structure 105 shown in FIG. 1 or FIG. 3, for example, if it is described as a ferromagnetic layer 103 and a nonmagnetic layer 104, CoZCu, Co-Fe / C u, N i — F eZC u, N i-F e / A g, N i — F e — C oZC u, ¥ e / C τ, As the ferromagnetic layer 103, C ο A large MR ratio is easily obtained when the system is used, and a small saturation magnetic field is easily obtained when the Ni system is used. FeZCr has been studied as a transition metal in comparison with a precious metal spacer in understanding its mechanism. Among them, the Co system is preferably used because a high MR ratio, which is the object of the present invention, is easily obtained. The thicknesses of the non-magnetic layer 104 and the ferromagnetic layer 103 are appropriately determined in order to reduce the saturation magnetic field while maintaining a high MR ratio. The thickness of the nonmagnetic layer is 0.5 ηπ! It is preferable that the ferromagnetic layer has a thickness of 0.5 nm to 5 nm. In the artificial lattice type structure 105, the ferromagnetic layer sandwiches the nonmagnetic layer 1◦4. The number of times of lamination of 104 is preferably about 100 to 100 times. By setting the number of laminations in this range, it is possible to suppress the increase of the undulation of the structure.
(スビンバルブ型の構造体) 図 2又は図 4に示したスピンバルブ型の構造体 2 0 9は、 反強磁性体層 2 0 8 と、 反強磁性体層 2 0 8接する位置の強磁性体層からなる固定磁化層 2 0 7と、 固定磁化層 2 0 7と非磁性体層 2 0 6を介して接する位置の強磁性体層からなる 自由磁化層 2 0 3と、 が積層された構成からなる 具体的には、 反強磁性体層 2 0 8 Z固定磁化層 2 0 7 Z非磁性体層 2 0 6 Z自由磁化層 2 0 3と表記するとす れば、 F e M n /N i F e ZC u /N i F e、 F e M n /N i F e /A g /N i F e、 F e Mn/C o/C u /N i F e F e Mn/C o N i F e /C u/N i F e、 Mn I r /C o/C u/ (C o /N i F e ) 、 N i O/N i F e /C / N i F e、 N i O/C o /C u/N i F e、 等が挙げられる c スピンバルブ型は、 8 0AZm ( l O e ) 程度の小さな磁場で、 4 %程度の M R比がえられるとともに、 非磁性体層 (スぺ一サ) が厚いため層間の磁気結合が なく、 ヒステリシスの小さい MR曲線がえられるため、 現在、 最も注目されてい る。 非磁性体層 2 0 5、 強磁性体層からなる自由磁化層 2 0 3や固定磁化層 2 0 7 の膜厚は、 高い MR比を維持したまま、 飽和磁場を小さくするために、 適宜決め られる。 非磁性体層 2 0 5の膜厚としては 0. 5 n m〜 5 n mが、 強磁性体層 2 0 3、 2 0 7の膜厚としては (Sbin valve type structure) The spin-valve structure 209 shown in FIG. 2 or FIG. 4 has an antiferromagnetic material layer 208 and a fixed magnetic layer 2 composed of a ferromagnetic material layer at a position in contact with the antiferromagnetic material layer 208. And a free magnetic layer 203 composed of a ferromagnetic layer at a position in contact with the fixed magnetic layer 207 and the nonmagnetic layer 206 via the nonmagnetic layer 207. Antiferromagnetic layer 2 0 8 Z Pinned magnetic layer 2 0 7 Z Nonmagnetic layer 2 0 6 Z Free magnetic layer 2 0 3 If expressed as F e M n / N i Fe Z Cu / N i F e, F e M n / N i Fe / A g / N i Fe, F e Mn / Co / C u / N i Fe E Fe Mn / C o N i Fe / C u / NiFe, MnIr / Co / Cu / (Co / NiFe), NiO / NiFe / C / NiFe, NiO / Co / Cu / N i Fe, etc., the c- spin-valve type provides an MR ratio of about 4% with a small magnetic field of about 80 AZm (lOe) and a non-magnetic layer. Magnetic layer with no hysteresis due to thick magnetic layer Currently, it is the hottest spot because of its curved shape. The thicknesses of the nonmagnetic layer 205, the free magnetic layer 203 composed of a ferromagnetic layer, and the fixed magnetic layer 207 are appropriately determined in order to reduce the saturation magnetic field while maintaining a high MR ratio. Can be The thickness of the nonmagnetic layer 205 is 0.5 nm to 5 nm, and the thickness of the ferromagnetic layers 203 and 207 is
0. δ n m〜 5 n m力;、 反強磁性体層 2 0 8の膜厚としては 1 n m〜 1 0◦ n m が望ましい。 また最近では、 磁気抵抗効果の磁界感度を向上させるため、 自由磁化層 2 0 3 を異なる強磁性体層からなる多層膜で作製する場合がある。 例えば、 MR比の增 大をもたらす層と磁化反転のしゃすさを向上させる層とから構成した自由磁化層 などが利用されている。 図 2及び図 4は、 自由磁化層 2 0 3が第一の強磁性体層 2 04と第二の強磁性 体層 2 0 5の 2層からなる場合を示している.. し力、し、 自由磁化層 2 0 3が 3層 以上の多層膜であつても、 上述したところの本発明に係るバッファ部材を備えた 磁気抵抗効果素子の作用 ·効果は変わるものではない。 さらに図 2又は図 4に示すようにスビンバルブ型の構造体 2 0 9の上に、 保護 層 2 1 0を設けても構わない この保護層 2 1 0は、 主に反強磁性体層 2 0 8の 酸化防止を目的として設けられる。 後述する実施例では保護層 2 1 0として T a 膜を設けた場合を示したが、 保護層 2 1. 0の下に位置する構造体 2 0 9へ磁気的 あるいは電気的な影響を及ぼさなければ、 保護層 2 1 0は如何なる材料でも構わ ないし、 その膜厚に制限はない。 0. δ nm to 5 nm force; The thickness of the antiferromagnetic layer 208 is preferably 1 nm to 10 ° nm. Recently, in order to improve the magnetic field sensitivity of the magnetoresistance effect, the free magnetic layer 203 may be formed of a multilayer film composed of different ferromagnetic layers. For example, a free magnetic layer composed of a layer that increases the MR ratio and a layer that improves the softness of the magnetization reversal is used. 2 and 4 show a case where the free magnetic layer 203 is composed of two layers, a first ferromagnetic layer 204 and a second ferromagnetic layer 205. , 3 layers of free magnetic layer 203 Even with the above-described multilayer film, the operation and effect of the above-described magnetoresistive element including the buffer member according to the present invention do not change. Further, as shown in FIG. 2 or FIG. 4, a protective layer 210 may be provided on the spin-valve type structure 209. The protective layer 210 is mainly composed of the antiferromagnetic layer 20. 8 is provided to prevent oxidation. In the embodiment described later, the case where a Ta film is provided as the protective layer 210 is shown. However, magnetic or electrical influences must be exerted on the structure 209 located below the protective layer 21.0. For example, the protective layer 210 may be made of any material, and its thickness is not limited.
(非磁性体層、 強磁性体層及び反強磁性体層の酸素濃度) (Oxygen concentration of non-magnetic layer, ferromagnetic layer and antiferromagnetic layer)
本発明における非磁性体層、 強磁性体層及び反強磁性体層は、 本発明に係るバ ッファ部材上に形成されるが、 各層は極力酸素を含まない条件で作製する必要が ある。 但し、 反強磁性体層のみ、 例えば N i Oなどの酸化物で作製する場合はこ の限りではない。 従来、 成膜室の到達真空度 (背圧) を 1 0— 9Torr以下とし、 不純物濃度が 1 0 p p b以下の A rガを用いて作製すると、 各層は 1 0 0 w t p p m以下の酸素が 含まれ、 このとき良好な M R比が得られるとした報告 (特顧平 7 - 193882号公報) 力 Sある。 しかしながら、 高い M R比と優れた熱的安定性を兼ね備えた、 本発明に係るバ ッファ部材を有する磁気抵抗効果素子を作製する場合は、 各層内により酸素が取 り込まれない条件で作製した方がよい。 具体的は、 成膜室の到達真空度 (背圧) は 1 0—l uTorr台以下が好ましく、 A rガスの不純物濃度は 1 p p b以下が好適 である。 タ一ゲッ ト材は酸素含有量ができるだけ少ないものが望ましいことは言 うまでもない。 ただし、 本発明に係るバッファ部材を設けた素子における M R比 の増加傾向は、 背圧が 1 X 1 0一 s Torr以下とした条件下でまず始まることから、 1 0— y Torr台の背圧で作製してた場合でも、 上述した本発明に係る作用 '効果は ある程度得られる 従来の作製条件と本発明の作製条件との差から考察すると、 本発明に係る素子 を構成する非磁性体層、 強磁性体層及び反強磁性体層の酸素濃度は、 従来の数値 1 0 0 w t p p mに比べて、 1 Z 1 0〜: L Z 1 ◦ 0程度と推定される。 換言すれ ば、 本発明に係る非磁性体層、 強磁性体層及び反強磁性体層は、 極力酸素が含ま れない条件下で形成することが求められる。 The nonmagnetic layer, ferromagnetic layer, and antiferromagnetic layer according to the present invention are formed on the buffer member according to the present invention, but each layer must be prepared under conditions that contain as little oxygen as possible. However, this does not apply to the case where only the antiferromagnetic layer is made of, for example, an oxide such as NiO. Conventionally, when the ultimate degree of vacuum (back pressure) in the film formation chamber is set to 10 to 9 Torr or less and an impurity concentration of 10 ppb or less is used to fabricate, each layer contains 100 wtppm or less of oxygen. There is a report that a good MR ratio can be obtained at this time (Japanese Patent Publication No. 7-193882). However, when manufacturing a magnetoresistive effect element having the buffer member according to the present invention, which has both a high MR ratio and excellent thermal stability, it is preferable to manufacture the magnetoresistance effect element under the condition that oxygen is not taken into each layer. Is good. Specifically, the ultimate vacuum (back pressure) of the film forming chamber is preferably in the order of 10- lu Torr or less, and the impurity concentration of the Ar gas is preferably 1 ppb or less. It goes without saying that the target material should have as little oxygen content as possible. However, increasing the MR ratio in device having a buffer member according to the present invention, since the first start with conditions backpressure was 1 X 1 0 one s Torr or less, 1 0- y Torr stand back pressure Even if it is manufactured by the method described above, Considering the difference between the conventional manufacturing conditions obtained to some extent and the manufacturing conditions of the present invention, the oxygen concentration of the nonmagnetic layer, the ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer constituting the device according to the present invention is Compared to the numerical value of 100 wtppm, it is estimated to be about 1Z10-0: LZ100. In other words, the nonmagnetic layer, the ferromagnetic layer, and the antiferromagnetic layer according to the present invention are required to be formed under conditions containing as little oxygen as possible.
(成膜方法および成膜装置) (Film forming method and film forming apparatus)
本発明に係る磁気抵抗効果素子を構成するシリサイ ド部材や構造体を作製する 際に用いる薄膜形成方法としては、 例えばスパッタ法、 蒸着法、 C V D法、 めつ き法等いかなる方法を用いても構わないが、 中でも密着性に優れた薄膜を安定し て作製できるスパッタ法が好適に用いられる。 しかし、 各層に含有される酸素を極力避けるためには、 1 0— 9Torr以下の背圧 が安定して得られるスパッタ装置を用いて作製さえすれば、 スパッタ法の種類は 何れであっても構わない„ この背圧条件を満たすためには、 チャンバ一内にフ'口セスを導入した際に、 成 膜雰囲気を汚染する主な原因となる次のような放出ガス源からの放出ガスを低減 する必要がある。 As a method of forming a thin film used for manufacturing a silicide member or a structure constituting the magnetoresistance effect element according to the present invention, for example, any method such as a sputtering method, a vapor deposition method, a CVD method, and a plating method may be used. Although it does not matter, a sputtering method capable of stably producing a thin film having excellent adhesion is suitably used. However, in order to avoid oxygen contained in each layer as much as possible, any type of sputtering method can be used as long as it is manufactured using a sputtering apparatus capable of stably obtaining a back pressure of 10 to 9 Torr or less. In order to satisfy this back pressure condition, when introducing an inlet into the chamber, release gas from the following release gas sources, which is the main cause of contaminating the film formation atmosphere, is required. It needs to be reduced.
①チャンバ一本体、 及び各構成部品に用いられる材料表面からの放出ガス (1) Outgassing from the surface of the material used for the chamber, the main body, and each component
②外部からの大気リーク ②External air leak
③オイルを用いた真空ポンプ使用の場合、 チャンバ一内へのオイルの逆拡散 (3) When using a vacuum pump that uses oil, reverse diffusion of oil into the chamber
④プロセスガス中に含まれる不純物 本発明では、 上記放出ガスの低減に成功した図 1 0に示すようなマルチチャン バー型のスバッタ装置を用い、 磁気抵抗効果素子を作製した 図 1 0に示した成 膜装置は、 特開平 1 0— 2 9 8 7 4 5号公報において開示されている極高真空対 応マルチスパッタ装置 (日立造船製、 型式 H I M S— X O 0 5 ) である c 図 1 0において、 1は第一ロード室、 2は第一-口一ド室の上方に配置された第 二ロード室、 3は前処理室、 4は搬送室、 5は第一成膜室、 6は第二成膜室、 7 は第三及び第四成膜室、 8は第五成膜室、 1 0及び 1 1は基板の移動手段である c また 2 a 、 3 a、 4 a、 4 a ' 、 5 a、 6 a、 7 a、 7 a ' 及び 8 aは各室内 を減圧するオイルフリーの排気手段である。 ここで、 排気手段 4 a と 4 a ' は搬 送室 4の下方 (紙面裏側) に配置される。 さらに 2 b、 3 b、 5 b、 6 b、 7 b 及び 8 bは各室間に設けたゲ一トバルブを表す t.. 上記の各成膜室はスパッタアップ型の構成からなる:. すなわち、 各室内の下方 にターゲッ ト (不図示) を載置した力ソード (不図示) が配置され、 ターゲッ ト の上方で、 ターゲッ ト面と対向する位置に薄膜を堆積する面がくるように基体不純 物 Impurities contained in the process gas In the present invention, the magnetoresistive effect element was manufactured using a multi-chamber type sbutter device as shown in FIG. The film forming apparatus is an ultrahigh vacuum pair disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-2898745. Response Multi sputtering apparatus (Hitachi Zosen Ltd., model HIMS- XO 0 5) in c Figure 1 0 is, 1 the first load chamber, the two first - second load chamber which is arranged above the mouth one de chamber , 3 is a pretreatment chamber, 4 is a transfer chamber, 5 is a first film formation chamber, 6 is a second film formation chamber, 7 is a third and fourth film formation chamber, 8 is a fifth film formation chamber, 10 and 1 1 is the substrate moving means c and 2a, 3a, 4a, 4a ', 5a, 6a, 7a, 7a' and 8a are oil-free exhaust means for reducing the pressure in each chamber It is. Here, the exhaust means 4 a and 4 a ′ are disposed below the transfer chamber 4 (on the back side of the drawing). Further, 2b, 3b, 5b, 6b, 7b and 8b represent gate valves provided between the respective chambers t . Each of the above film forming chambers has a sputter-up type structure: A force sword (not shown) on which a target (not shown) is placed is placed below each chamber, and a substrate on which a thin film is to be deposited is located above the target and at a position facing the target surface.
(不図示) が配置される構成である。 また、 ターゲッ トと基体との間の空間には シャツタ (不図示) を備えており、 シャツタが移動することによって、 適当な時 間のみ基体上に薄膜を堆積することができる機構を備えている。 特に、 第三及び 第四成膜室 7は、 各成膜室間を遮る位置に防着機能を兼ねたシールド板 (不図 示) を有するとともに、 第三成膜室と第四成膜室との間で基体を移動させる手段(Not shown). In addition, the space between the target and the substrate is provided with a shutter (not shown), and a mechanism is provided for moving the shirt to deposit a thin film on the substrate only for an appropriate time. . In particular, the third and fourth film forming chambers 7 each have a shield plate (not shown) also having a function of preventing deposition at a position blocking between the respective film forming chambers, and a third film forming chamber and a fourth film forming chamber. Means for moving the substrate between and
(不図示) も備えている。 また図 1 0の装置では、 全てのチヤンバ一 1〜 9の内壁が E L加工されており 、 特に各成膜室 5〜 9は 1 0— 1 2 Torr台の背圧が実現できるという特長を備えて いる. 搬送室 4は、 その背圧を 1 0 1 ' Torr台に維持することが可能であり、 基 体の移動手段 1 1 も備えているので、 構造体の各層や界面に含有される酸素を極 力避けた素子の作製に非常に適した装置である。 さらに図 1 0の装置を構成する各チャンバ一】 〜 9には、 内壁面が C R P処理 されたプロセスガス導入系 (不図示) が配置されいる (Not shown). In the apparatus shown in FIG. 10, the inner walls of all the chambers 1 to 9 are EL-processed. In particular, each of the deposition chambers 5 to 9 has a feature that a back pressure of the order of 10 to 12 Torr can be realized. and are. transfer chamber 4, it is possible to maintain the back pressure in 1 0 1 'Torr stand, since also comprises moving means 1 1 of the group member, which is contained in each layer and the interface of the structure This is a very suitable device for fabricating devices that minimize oxygen. Further, in each of the chambers 1 to 9 constituting the apparatus of FIG. 10, a process gas introduction system (not shown) in which the inner wall surface is subjected to the CRP treatment is arranged.
後述する実施例では、 例えば人工格子型の場合、 第二成膜室 6でバッファ層を 、 第三及び第四成膜室 7で非磁性体層と強磁性体層を作製した。 In the embodiment described later, for example, in the case of the artificial lattice type, the buffer layer is formed in the second film forming chamber 6. In the third and fourth film forming chambers 7, a nonmagnetic layer and a ferromagnetic layer were formed.
第三及び第四成膜室 7では、 シャッターの開閉、 及び、 基体の成膜室間での移 動により、 適宜基体の表面上に非磁性体層と強磁性体層とを交互に積層させるこ とができる。 基体の移動回数を調整することで、 構造体の積層回数を制御する。 搬送室 4とある一つの成膜室との間でゲ一トバルブを開けて基体を移動させる 場合は、 基体表面の汚染を避ける目的から、 搬送室 4と他の成膜室とを仕切るゲ 一トバルブは全て閉めた状態とした方が好ましい また、 成膜室における放電の 生起は、 成膜室内に基体が搬送され、 成膜室を搬送室 4と空間的に仕切るゲート バルブを閉じた後で行う工程を用いた方が、 搬送室 4の汚染が防止できるので望 ましい. 図 1 0に示す装置では、 例えば 1つのチャンバ一 5内においてプロセスガスと して A rガスを用い、 スパッタ成膜を行ってから A r ガスの流入を停止した場合 、 チャンバ一 5はその内部空間を瞬時に 1 0 Torr台に減圧可能な排気手段 5 a を備えている。 そして、 チャンバ一 5を 1 0— ft Torr台とした後であれば、 背圧が 1 0— l l' Torr台にある搬送室 4とチャンバ一 5との間に設けたゲ一トバルブ 5 b を開けても、 搬送室 4の中は十分 1 0— ] u Torr台の真空度を維持できる排気能力 を、 搬送室 4の排気手段 4 a 、 4 a ' は持っている。 従って、 図 1 0の装置を用 いれば、 前工程で用いたチャンバのプロセスガス等の影響は、 次工程で用いるチ ャンバ内に殆ど及ぶことがない。 In the third and fourth film forming chambers 7, a non-magnetic layer and a ferromagnetic layer are alternately laminated on the surface of the substrate as appropriate by opening and closing the shutter and moving the substrate between the film forming chambers. be able to. By adjusting the number of movements of the substrate, the number of laminations of the structure is controlled. When the substrate is moved by opening the gate valve between the transfer chamber 4 and one of the film formation chambers, a gate that separates the transfer chamber 4 from another film formation chamber in order to avoid contamination of the substrate surface. It is preferable that all the valves be closed.In addition, the generation of electric discharge in the film formation chamber occurs after the substrate is transported into the film formation chamber and the gate valve that spatially partitions the film formation chamber from the transfer chamber 4 is closed. It is preferable to use a process in which the transfer chamber 4 is prevented from being contaminated. In the apparatus shown in FIG. 10, for example, Ar gas is used as a process gas in one chamber 15 and sputtering is performed. When the flow of Ar gas is stopped after the film is formed, the chamber 15 is provided with an exhaust means 5a capable of instantaneously reducing the internal space to a level of 10 Torr. Then, after the chamber 15 is set at the 10- ft Torr level, the gate valve 5 b provided between the transfer chamber 4 and the chamber 15 at the back pressure of the 10- ll 'Torr level is operated. be opened, the exhaust ability to maintain sufficient 1 0-] u Torr stand vacuum degree in the transfer chamber 4, the exhaust means 4 a transfer chamber 4, 4 a 'has. Therefore, if the apparatus shown in FIG. 10 is used, the influence of the process gas in the chamber used in the previous step hardly affects the chamber used in the next step.
( E L加工) (EL processing)
放出ガス量の少ないアルミニウム (A 1 ) を母材として用い、 その A 1表面加 ェ時に加工新生面を大気から遮断することにより、 放出ガス源となる大気中の水 分、 不純物が加工表面に取り込まれるのを回避する技術として、 E X加工と E L 加工が広く知られている。 大気遮断方法として、 真空排気したチャンバ一内で、 高純度の (A r + O : ) ガスを噴射しながら加工する方法が E X加工 [H. Ishimaru;J. Vac. Sci. Technol. , A2, 1170 (1984) ZM. Miyamoto et. al.; J. Vac. Sci. Technol. , A4, 2515(1986)] であ り、 大気中で加工面にアルコールを噴射しながら加工する方法が E L加工 Aluminum (A 1), which emits a small amount of gas, is used as the base material, and the newly formed surface is cut off from the atmosphere when the A 1 surface is applied, so that water and impurities in the atmosphere, which are the source of released gas, are taken into the processed surface EX processing and EL processing are widely known as techniques for avoiding this. As a method of shutting off the atmosphere, a high-purity (A r + O:) The method of processing while injecting gas is EX processing [H. Ishimaru; J. Vac. Sci. Technol., A2, 1170 (1984) ZM. Miyamoto et. Al .; J. Vac. Sci. Technol., A4, 2515 (1986)] and EL processing is a method of processing while spraying alcohol on the processing surface in the atmosphere.
[ . Suemitsu et. al.; J. Vac. Sci. Technol. , A5, 37 (1987) ]である u 本発明で用いた図 1 0の装置では、 全てのチャンバ一 1〜 8の内壁にこの E L 加工技術を適用した。 [Suemitsu et. Al .; J. Vac. Sci. Technol., A5, 37 (1987)] u In the apparatus of FIG. 10 used in the present invention, the inner wall of all chambers 1 to 8 EL processing technology was applied.
(C R P処理) (CRP processing)
CR P処理とは、 放出ガス量の少ないステンレス (SUS) を母材として用い 、 その表面を電解複合研磨 (ECB) して表面の平滑化を図った後、 この E CB 処理面に酸化クロム膜不動態を形成し、 放出ガス量を低減させる技術 [T. Ohmi et. al.; J. Electrochem. So , 140, 1691 (1993)] である  CRP processing means that stainless steel (SUS), which emits a small amount of gas, is used as a base material, and its surface is electrolytically polished (ECB) to smooth the surface. A technique for forming a passivation and reducing the amount of emitted gas [T. Ohmi et. Al .; J. Electrochem. So, 140, 1691 (1993)].
本発明で用いた図 1 0の装置では、 プロセスガス導入系にこの CR P処理技術 を適用した。  In the apparatus of FIG. 10 used in the present invention, this CRP treatment technology was applied to a process gas introduction system.
(プロセスに用いる A rガスの不純物およびその濃度) (Ir gas impurities and their concentrations used in the process)
本発明のプロセスに用いるガスは、 ユースポィン 卜で 1 p p b以下の不純物濃 度を示す高純度 A rである。 この高純度 A rガスの不純物としては、 例えば、 H 2〇、 〇 CO H2、 N CXH、、 H、 0、 CO等があげられる。 特に、 膜 中に取り込まれる酸素量に影響する不純物は、 H20、 〇 CO 0、 COと 推定される。 従って、 上記の不純物濃度は、 成膜に用いる A rガス中に含まれて いる H2〇、 CO 0、 COの和で表した数値である The gas used in the process of the present invention is a high-purity Ar which shows an impurity concentration of 1 ppb or less at a use point. As the impurities in high purity A r gas, eg, H 2 〇, 〇 CO H 2, NC X H ,, H, 0, CO , and the like. In particular, impurities that affect the amount of oxygen taken into the film are estimated to be H 20 , 〇CO 0, and CO. Therefore, the above impurity concentration is a numerical value expressed by the sum of H 2 〇, CO 0, and CO contained in the Ar gas used for film formation.
(高周波スパッタ法によるクリ一ユング処理) (Clean-Jung processing by high frequency sputtering)
高周波スパッタ法によるクリーニング処理と しては、 例えば、 放電可能なガス 圧空間内に置かれた基体に対して、 R F (radio frequency, 1 .56MHz) 電源か ら交流電圧を印加する手法があげられる。 この手法の特長は、 基体が導電性でな い場合にも適用可能な点である, 本発明では、 シリサイ ド部材を別な装置で作製した基体上に、 人工格子型ゃス ピンバルブ型の構造体をなす薄膜を形成する場合にのみ、 シリサイ ド部材の表面 をクリ一ニング処理した。 換言すれば、 シリサイ ド部材と構造体とを同じ装置内 で减圧下において連続的に作製され、 シリサイ ド部材の表面が一旦大気に曝され る状況にない場合は、 上記クリーユング処理は用いなかった し力、し、 実際の量産機ではチャンバ一内のク リーン度を補う意味から、 同じ装 置内でシリサイ ド部材と構造体を形成する場合でも、 作製したシリサイ ド部材表 面をクリーニング処理してから、 その上に構造体を適宜形成しても構わないこと は言うまでもない。 As a cleaning process using a high frequency sputtering method, for example, there is a method of applying an AC voltage from an RF (radio frequency, 1.56 MHz) power supply to a substrate placed in a dischargeable gas pressure space. . The feature of this method is that it can be applied even when the substrate is not conductive. According to the present invention, the surface of the silicide member is cleaned only when a thin film forming an artificial lattice type spin valve type structure is formed on a substrate on which the silicide member is manufactured by another apparatus. In other words, if the silicide member and the structure were continuously manufactured under the same pressure in the same apparatus and the surface of the silicide member was not exposed to the atmosphere, the above-mentioned cleaning process was not used. In order to compensate for the cleanliness inside the chamber in an actual mass production machine, even if the silicide member and the structure are formed in the same equipment, the surface of the manufactured silicide member is cleaned. After that, it goes without saying that a structure may be appropriately formed thereon.
(F eタ一ゲッ ト及び S iチップの不純物およびその濃度) (Impurities and their concentrations in Fe targets and Si chips)
後述する実施例では、 F e膜又は F e S i膜からなるバッファ層を形成する際 に、 F eターゲッ トと S iチップを用いた。  In the examples described later, the Fe target and the Si chip were used when forming the buffer layer composed of the Fe film or the FeSi film.
F eターゲッ トとしては純度が 99. 9 9 w t %以上の F eを用いた。 その不 純物としては、 例えば、 N i、 S i、 Mg、 A I、 Mn、 C u、 C r、 C、 0、 N等があげられる。 特に、 膜中に取り込まれる酸素量に影響する不純物は Oと推 定されるので、 本発明における F eターゲッ トの不純物濃度としては、 バッファ 層を形成する際に用いたターゲッ ト中に含まれている酸素を示す。 実施例では、 酸素含有量が 20w t p pmのターゲッ トを用いた. また F e S iバッファ層を形成する場合は、 F eターゲッ 卜上に純度が 9 9. 9 9 9 9 w t%以上の S iチップを載せて、 所望の組成比からなる薄膜を形成し た。 As the Fe target, Fe having a purity of 99.99 wt% or more was used. Examples of the impurities include Ni, Si, Mg, AI, Mn, Cu, Cr, C, 0, and N. In particular, since impurities that affect the amount of oxygen taken into the film are estimated to be O, the impurity concentration of the Fe target in the present invention is included in the target used when forming the buffer layer. Shows oxygen In the example, a target having an oxygen content of 20 w tp pm was used.When the Fe Si buffer layer was formed, the purity on the Fe target was not less than 99.9999 wt%. The Si chip was mounted thereon to form a thin film having a desired composition ratio.
(C uタ一ゲッ 卜の不純物およびその濃度) (Cu target impurities and their concentrations)
後述する実施例では、 非磁性体層を形成する際に用いる C uターゲッ トとして 純度が 9 9 . 9 9 9 9 w t %以上の C uを用いた その不純物としては、 例えば 、 A g、 U、 丁 h、 C、 0、 N等があげられる。 特に、 膜中に取り込まれる酸素 量に影響する不純物は◦と推定される, 従って、 本発明における C uターゲッ ト の不純物濃度としては、 非磁性体層を形成する際に用いたターゲッ 卜中に含まれ ている酸素を示す。 実施例では、 酸素含有量が 1 w t p p mより小さなターゲッ 卜を用いた。 In the examples described later, the Cu target used when forming the non-magnetic layer is used as the Cu target. As impurities using Cu having a purity of 99.9999 wt% or more, for example, Ag, U, c, h, C, 0, N and the like can be mentioned. In particular, impurities that affect the amount of oxygen taken into the film are presumed to be ◦. Therefore, the impurity concentration of the Cu target in the present invention may be different from that in the target used for forming the nonmagnetic layer. Indicates the oxygen content. In the example, a target having an oxygen content of less than 1 wtppm was used.
( C oタ一ゲッ 卜の不純物およびその濃度) (Co target impurities and their concentrations)
後述する実施例では、 強磁性体層を形成する際に用いる C oターゲッ トとして 純度が 9 9 . 9 w t %以上の C oを用いた。 その不純物としては、 例えば、 N i 、 F e、 A l 、 S i 、 C、 0、 N等があげられる.. 特に、 膜中に取り込まれる酸 素量に影響する不純物は Oと推定される。 従って、 本発明における C oターゲッ トの不純物濃度としては、 強磁性金属層を形成する際に用いたターゲッ ト中に含 まれている酸素を示す。 実施例では、 酸素含有量が 1 O w t p p mより小さなタ ーゲッ トを用いた。  In Examples described later, Co having a purity of 99.9 wt% or more was used as a Co target used in forming the ferromagnetic layer. The impurities include, for example, Ni, Fe, Al, Si, C, 0, and N. In particular, impurities that affect the amount of oxygen taken into the film are estimated to be O. . Therefore, the impurity concentration of the Co target in the present invention indicates the oxygen contained in the target used for forming the ferromagnetic metal layer. In the examples, a target having an oxygen content of less than 1 Owtppm was used.
( N i F eターゲッ 卜の不純物およびその濃度) (Impurity of NiFe target and its concentration)
後述する実施例では、 強磁性体層を形成する際に用いる N i F eターゲッ トと して純度が 9 9 . 9 w t %以上の N i — 2 1 . 5 w t % F eからなる組成のもの を用いた。 このターゲッ トにおける不純物としては、 例えば、 S i 、 C u、 A I 、 〇、 N等があげられる。 特に、 膜中に取り込まれる酸素量に影響する不純物は ◦と推定される。 従って、 本発明における N i F eターゲッ トの不純物濃度とし ては、 強磁性金属層を形成する際に用いたタ一ゲッ 卜中に含まれている酸素を示 す 実施例では、 酸素含有量が 9 0 w t p p mのターゲッ 卜を用いた。  In an example described later, a Ni Fe target having a purity of 99.9 wt% or more and having a composition of Ni—21.5 wt% Fe is used as a Ni Fe target used in forming a ferromagnetic layer. One was used. Examples of impurities in this target include Si, Cu, AI, A, and N. In particular, impurities that affect the amount of oxygen taken into the film are presumed to be ◦. Therefore, the impurity concentration of the NiFe target in the present invention refers to the oxygen content in the target used for forming the ferromagnetic metal layer. However, a target of 90 wtppm was used.
(M n I rターゲッ 卜の不純物およびその濃度) (MnIr target impurities and their concentrations)
後述する実施例では、 反強磁性体層を形成する際に、 M n I rターゲッ トとそ の上に載置する I rチップを用いた  In the examples described later, when forming the antiferromagnetic layer, an MnIr target and an Ir chip mounted thereon were used.
M n I rターゲッ トと しては純度が 9 9 . 9 w t %以上の M n - 1 7 a t % I rからなる組成のものを用いた。 実施例では、 酸素 a有量が 6 4 0 w t p p mの ターゲッ 卜を用いた,. For the MnIr target, Mn-17 at% I with a purity of 99.9 wt% or more A composition having the composition of r was used. In the example, a target having an oxygen a content of 64 wtppm was used.
また膜組成を調整するために、 上記組成の M n I rタ一ゲッ 卜上に純度が 9 9 . 9 9 w ΐ %以上の I rチップを載せて、 所望の組成比からなる薄膜を形成した  In order to adjust the film composition, an Ir chip having a purity of 99.9 w% or more was placed on the MnIr target having the above composition to form a thin film having a desired composition ratio. did
(基体の表面温度) (Surface temperature of substrate)
バッファ層や非磁性体層、 強磁性体層、 反強磁性体層を形成する際の基体の表 面温度は、 本発明に係る磁気抵抗効果素子を構成する各層の材料に依存せず、 薄 膜表面の粗さを左右する成膜因子の 1つとなる.. 例えば、 ガラス基板上に低融点 金属の超薄膜を形成する場合、 基板温度が高いと島状膜化する傾向があることは 公知である。 本発明では極めて平坦性の高い薄膜の形成を目指しているので、 成 膜中の基体裏面を水冷することによって、 基体の表面温度は約 2 0 °Cに保持した  The surface temperature of the substrate when forming the buffer layer, the nonmagnetic layer, the ferromagnetic layer, and the antiferromagnetic layer does not depend on the material of each layer constituting the magnetoresistive element according to the present invention. It is one of the film formation factors that affect the roughness of the film surface. For example, when forming an ultra-thin film of a low melting point metal on a glass substrate, it is known that when the substrate temperature is high, an island-like film tends to be formed. It is. Since the present invention aims to form a thin film having extremely high flatness, the surface temperature of the substrate was maintained at about 20 ° C. by water cooling the back surface of the substrate during film formation.
(表面粗さ R ) (Surface roughness R)
本発明における表面粗さは、 人ェ格子型又はスピンバルブ型の構造体表面を、 原子間力顕微鏡 (A F M) で観察した場合の、 平均中心線粗さ R aを用いて評価 した 測定器としては、 セイコー電子工業社製の S F A 3 0 0を用いた。 測定試料の傾き補正を行った後に得られた A F M像から、 次式を用いて R aを S = ( 5 0 0 n m) 」 の範囲で算出した  The surface roughness in the present invention is defined as a measuring instrument evaluated using the average center line roughness Ra when observing the surface of a human lattice type or spin valve type structure with an atomic force microscope (AFM). Used SFA300 manufactured by Seiko Electronic Industries. From the AFM image obtained after correcting the tilt of the measurement sample, Ra was calculated in the range of S = (500 nm) using the following equation.
【数 1 】  [Equation 1]
R a = S " 1 If I z ( x, y ) — z u i d x d y R a = S " 1 If I z (x, y) — zuidxdy
【数 2】 [Equation 2]
Figure imgf000029_0001
Figure imgf000029_0001
ここで、 Sは算出に用いた範囲の面積、 z ( x, y ) は位置 (X , y ) における 構造体表面の平均高さである;. (結晶の面内粒径 L) Where S is the area of the range used for the calculation, and z (x, y) is the average height of the structure surface at position (X, y); (Crystal in-plane particle size L)
本発明における結晶の面内粒径 Lは、 人工格子型又はスピンバルブ型の構造体 表面を構成する結晶粒子が面内方向にもつ粒径の平均値であり、 この数値は原子 力間顕微鏡 (A FM) を用いて測定した。 但し、 前記構造体の断面を透過電子顕 微鏡 (T EM) で観察した結果から、 第二層目以降の結晶粒径は第一層目の結晶 粒径とほぼ同じ大きさの粒径となっていることが確認された 従って、 構造体表面を構成する結晶粒子が面内方向にもつ粒径の平均値 Lは、 第一層目の結晶粒径の数値として評価できると考えた。 ここで、 本発明における 構造体の第一層目とは、 バッファ部材 1 0 2、 2 0 2上に接して設けられる強磁 性体層 1 0 3、 2 0 3を意味する。 実施例  The in-plane particle size L of the crystal in the present invention is an average value of the particle size in the in-plane direction of the crystal particles constituting the surface of the artificial lattice type or spin valve type structure. A FM). However, from the result of observing the cross section of the structure using a transmission electron microscope (TEM), the crystal grain size of the second and subsequent layers was substantially the same as that of the first layer. Therefore, it was considered that the average value L of the crystal grains constituting the surface of the structure in the in-plane direction can be evaluated as the numerical value of the crystal grain size of the first layer. Here, the first layer of the structure in the present invention means the ferromagnetic layers 103 and 203 provided in contact with the buffer members 102 and 202. Example
以下に実施例をあげて本発明をより詳細に説明するが、 本発明がこれら実施例 に限定されることはない。  Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
(実施例 1) (Example 1)
本例では、 図 1に示すバッファ層 1 0 2 a と人工格子型の構造体 1 0 5 とを備 えた磁気抵抗効果素子を作製する際に、 バッファ層 1 0 2 a として F e S i膜を 用い、 この膜に含まれる S iの組成比率を 0〜4 0原子%の範囲で変えて作製し た後、 その上に構造体 1 0 5を形成した。 各層の成膜は背圧を 1 X L 0-10Torr 以下とした成膜室内で行われ、 高純度 A rガスで所定のタ一ゲッ トをスパッタリ ングする方法で作製した。 その際、 バッファ層 1 0 2 aの膜厚は 7. 5 n mに固定し、 構造体 1 0 5とし ては、 C o膜からなる強磁性体層 1 0 3と C u膜からなる非磁性体層 1 0 4を交 互に 5 0回積層したものを用いた。 すなわち、 本例で作製した磁気抵抗効果素子 (図 1 ) は、 基板 1 0 1 /バッフ ァ層 1 0 2 a ( F e S i膜、 膜厚 7. 5 n m) / [強磁性体層 1 0 3 ( C o膜、 膜厚 l nm) Z非磁性体層 1 04 (C u膜、 1 n m) ] r,„ からなる積層構造と した.. 本例では、 基板 1 0 1 としては熱酸化膜を表面に設けた S i ( 1 00) 単結晶 基板を用い、 成膜中の基板温度は少なく とも基板ホルダーを水冷することにより 制御した なお、 上記構成の磁気抵抗効果素子を作製する成膜装置と しては、 特開平 1 0 - 2 9 8 7 4 5号公報に開示された極高真空対応マルチスパッタ装置 (日立造船 製、 型式 H I MS— X 0 0 5 ) を用いた。 図 1 0は、 この成膜装置を上方から見 た模式的な平面図であり、 1は第一ロード室、 2は第一ロード室の上方に配置さ れた第二ロード室、 3は前処理室、 4は搬送室、 5は第一成膜室、 6は第二成膜 室、 7は第三及び第四成膜室、 8は第五成膜室、 1 0及び 1 1は基板の移動手段 である。 また 2 a 、 3 a、 4 a、 4 a ' 、 5 a 、 6 a、 7 a 、 7 a ' 及び 8 aは 各室内を減圧する排気手段である。 ここで、 排気手段 4 a と 4 a ' は搬送室 4の 下方 (紙面裏側) に配置される。 さらに 2 b、 3 b、 5 b、 6 b、 7 b及び 8 b は各室間に設けたゲートバルブを表す。 さらに図 1 0の成膜装置は、 各成膜室に プロセスガスの供給系 (不図示) が備えてあり、 そのユースポイン トにおける A r ガスの不純物濃度が 1 (p p b) 以下となる供給手段を用いた。 各層を構成する薄膜は個別の成膜室で作製した., 具体的には、 第二成膜室 6で バッファ層 1 ◦ 2を、 第三及び第四成膜室で強磁性体層 1 0 3及び非磁性体層 1 0 4を、 それぞれ作製した. 大気中に用意した基板 1 0 1は、 段階的に背圧が低 くなるように維持してある、 第一口一ド室 1→第二ロード室 2—前処理室 3→搬 送室 4の順に通過させ、 所定の成膜室へ導入した, その際、 搬送室 4の背圧は 1 0 11 Torr台を維持されるようにした。 なお本例では、 前処理室 3における基板 表面のクリ一ユング処理は行わなかった。 表 1には、 本例に係る磁気抵抗効果素子を製造する際の成膜条件を示した. In this example, when fabricating a magnetoresistive element having the buffer layer 102 a shown in FIG. 1 and the artificial lattice type structure 105, an Fe Si film was used as the buffer layer 102 a. The film was manufactured by changing the composition ratio of Si contained in this film in the range of 0 to 40 atomic%, and then a structure 105 was formed thereon. Deposition of each layer is performed in a deposition chamber to not more than 1 XL 0- 10 Torr back pressure, manufactured by the method of Supattari ring a predetermined data one rodents preparative high purity A r gas. At this time, the thickness of the buffer layer 102 a was fixed at 7.5 nm, and the structure 105 was a non-magnetic layer 103 composed of a Co film and a nonmagnetic layer composed of a Cu film. A layer obtained by laminating body layers 104 alternately 50 times was used. In other words, the magnetoresistive effect element (FIG. 1) manufactured in this example has a substrate 101 / buffer Layer 10 2 a (FeSi film, film thickness 7.5 nm) / (ferromagnetic layer 10 3 (Co film, film thickness l nm) Z non-magnetic layer 104 (Cu film , 1 nm)] r, „. In this example, a Si (100) single crystal substrate with a thermal oxide film on the surface was used as the substrate 101, The substrate temperature was controlled by at least cooling the substrate holder with water. A film forming apparatus for manufacturing the magnetoresistive element having the above-described configuration is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-289845. An ultra-high vacuum compatible multi-sputtering apparatus (Hitachi Zosen, model HI MS—X05) was used, and Fig. 10 is a schematic plan view of the film forming apparatus as viewed from above. The first load chamber, 2 is the second load chamber located above the first load chamber, 3 is the pretreatment chamber, 4 is the transfer chamber, 5 is the first film formation chamber, 6 is the second film formation chamber, 7 is the third and fourth film forming chambers, 8 is the fifth film forming chamber, 10 and 1 Reference numeral 1 denotes a means for moving the substrate, and reference numerals 2a, 3a, 4a, 4a ', 5a, 6a, 7a, 7a', and 8a denote exhaust means for reducing the pressure in each chamber. And the exhaust means 4 a and 4 a ′ are arranged below the transfer chamber 4 (on the back side of the paper). Further, 2 b, 3 b, 5 b, 6 b, 7 b, and 8 b are provided between the chambers. In addition, the film forming apparatus shown in Fig. 10 has a process gas supply system (not shown) in each film forming chamber, and the impurity concentration of the Ar gas at its use point is 1 (ppb). The following supply means were used: The thin films constituting each layer were prepared in separate film forming chambers.Specifically, the buffer layer 1 2 was formed in the second film forming chamber 6, and the third and fourth films were formed. A ferromagnetic layer 103 and a nonmagnetic layer 104 were formed in the film chamber. The substrate 101 prepared in the air was maintained so that the back pressure gradually decreased. 、 First mouth Chamber 1 → passed in the order of the second load chamber 2 pretreatment chamber 3 → transportable Okushitsu 4 were introduced into a predetermined film forming chamber, whereby the back pressure of the transfer chamber 4 is maintained 1 0 11 Torr stand Note that, in this example, the cleaning process on the substrate surface in the pretreatment chamber 3 was not performed. Table 1 shows the film forming conditions when manufacturing the magnetoresistance effect element according to this example.
「表 1」 "table 1"
項 目 設 定 値  Item setting value
<共通の成膜処理条件 >  <Common deposition conditions>
-成膜方法 平行平板型スパッタリング法  -Deposition method Parallel plate type sputtering method
- フロセスガス A r  -Process gas A r
• A r ガス中の不純物濃度 1 ( p p b ) 以下 • Impurity concentration in Ar gas 1 (ppb) or less
-各成膜室の背圧 PB 1 0— l u (T o r r ) 台以下 -Back pressure of each deposition chamber P B 10- lu (T orr) units or less
.基板ホルダーの温度制御 少なく とも基板ホルダーを水  Controlling the temperature of the substrate holder
(第二成膜室)  (Second deposition chamber)
ノくッファ層 1 02 a F e S i膜 (膜厚 7. 5 nm)  Nouffer layer 102 a FeSi film (film thickness 7.5 nm)
- タ一ゲッ ト F e (純度 4N)  -Target Fe (purity 4N)
+ S iチッフ' (純度 6 N)  + S i chip '(purity 6 N)
• プロセスガス圧力 2 (mT o r r )  • Process gas pressure 2 (mT or r)
-成膜速度 2 (A/ s e c )  -Deposition rate 2 (A / sec)
(第三成膜室)  (Third deposition chamber)
強磁性体層 1 03 C o膜 (膜厚 1 nm)  Ferromagnetic layer 103 C o film (1 nm thick)
• タ—ゲット C o (純度 3N)  • Target Co (purity 3N)
■ プロセスガス圧力 2 (mT o r r )  ■ Process gas pressure 2 (mT or r)
-成膜速度 2 (AZ s e c )  -Film formation speed 2 (AZ sec)
(第四成膜室)  (Fourth deposition chamber)
強磁性体層 1 04 C u膜 (膜厚 1 nm)  Ferromagnetic layer 104 Cu film (1 nm thick)
• タ一ゲッ 卜 C u (純度 6N)  • Target Cu (6N purity)
• プロセスガス圧力 2 (mT o r r )  • Process gas pressure 2 (mT or r)
-成膜速度 2 (A/ s e c )  -Deposition rate 2 (A / sec)
以下では、 本例の磁気抵抗効果素子の製造方法について、 手順を追って説明す る 括弧付き番号は、 その手順を表す:. (M l ) 熱酸化膜を表面に設けた S i ( 1 00 ) 単結晶からなる基板 1 0 1を図 L 0の装置を構成する第一ロード室 1に導入後、 第一ロード室 1の内部空間を大 気圧から 1 X 1 0— Torr以下の圧力まで排気手段 (不図示) を用いて減圧した。 In the following, a step-by-step description of the method of manufacturing the magnetoresistive element of the present example will be given. (Ml) After introducing a substrate 101 of Si (100) single crystal provided with a thermal oxide film on the surface thereof into the first load chamber 1 constituting the apparatus of FIG. The internal space was evacuated from atmospheric pressure to a pressure of 1 X 10-Torr or less using an exhaust means (not shown).
( 2 ) 第一ロード室 1 の内部に配置された基板を、 排気手段 2 aにより予め ] X 1 0 Torr以下の圧力まで減圧してある第二ロード室 2に、 搬送手段 1 0を用 いて第一口一ド室 1から移動させた c (2) Using the transfer means 10 to the second load chamber 2 in which the substrate disposed inside the first load chamber 1 is evacuated to a pressure of X 10 Torr or less in advance by the exhaust means 2a. C moved from the first mouth room 1
(M 3 ) 第二ロード室 2の内部に配置された基板を、 排気手段 3 aにより予め背 圧を 1 X 1 O HTorr以下の圧力まで減圧してある前処理室 3に、 搬送手段 1 1 を用いて移動させた。  (M 3) The transfer means 11 transfers the substrate placed inside the second load chamber 2 to the pretreatment chamber 3 in which the back pressure has been previously reduced to a pressure of 1 X 1 O HTorr or less by the exhaust means 3 a. It was moved using.
(M 4 ) 前処理室 3から第二成膜室 6又は第三及び第四成膜室 7への基板の移動 は、 搬送室 4に内蔵された搬送手段 (不図示) を用いて行った 各成膜室 6、 7 は予め 1 X 1 0— l uTorr以下の圧力に内部空間の背圧を維持した。 また、 搬送室 4の背圧は 1 0 nTorr台以下とし、 内蔵した搬送手段が動作している際も真空 度が 1 0 Torr台を越える圧力まで上昇しない搬送手段 (特願平 1 0— 2 9 6 6 6 6号公報に開示された超高真空対応搬送ロボッ ト) を用いた c (M 4) The transfer of the substrate from the pretreatment chamber 3 to the second film formation chamber 6 or the third and fourth film formation chambers 7 was performed using a transfer means (not shown) built in the transfer chamber 4. In each of the film forming chambers 6 and 7, the back pressure of the internal space was previously maintained at a pressure of 1 × 10— lu Torr or less. Further, the back pressure of the transfer chamber 4 is set to 10 nTorr or less, and even when the built-in transfer means is operating, the transfer means does not increase to a pressure exceeding the level of 10 Torr (Japanese Patent Application No. 10-1990). C using the transfer robot disclosed in Japanese Patent Publication No.
(M δ ) 基板 1 ◦ 1上にバッファ層 1 0 2 a として F e S i膜 (7. 5 nm) を 形成し本例に係る基体 1 00とした。 その手順を、 次の (M 5— 1 ) 〜 (M 5— 4) に示す。  (Mδ) A FeSi film (7.5 nm) was formed as a buffer layer 102a on a substrate 1 • 1 to obtain a substrate 100 according to this example. The procedure is shown in the following (M5-1) to (M5-4).
(Μδ - 1 ) ゲートバルブ 3 bを開け、 搬送室 4に内蔵された搬送手段により前 処理室 3から基板を取り出し、 3 bを閉じた後、 6 bを開け、 第二成膜室 6へ移 動させた。 その後、 ゲートバルブ 6 bを閉じた。 基板を設置した状態でも、 第二 成膜室 6の真空度は 1 0— l uTorr台以下の圧力を維持させた。 (Μδ-1) Open the gate valve 3b, take out the substrate from the pretreatment chamber 3 by the transfer means built in the transfer chamber 4, close 3b, open 6b, and go to the second deposition chamber 6. Moved. Then, the gate valve 6b was closed. Even when the substrate was installed, the degree of vacuum in the second film forming chamber 6 was maintained at a pressure of 10 lu- Torr or less.
(M5— 2 ) 次に、 成膜条件のプロセスガス圧 (表 1 ) になるまで超高純度の A rガスを成膜室 6に導入した  (M5-2) Next, an ultra-high-purity Ar gas was introduced into the deposition chamber 6 until the process gas pressure under the deposition conditions (Table 1) was reached.
(M δ - 3 ) 力ソードに所定の電力を印加して所定量の S iチップを載置させた F eターゲッ トをスパッタリングした。 まず一定時間のプレスパッタを行った後 、 基板表面を覆うシャッターを所定の時間開く ことにより基板 1 0 1上に厚さ 7 . 5 n mの F e S i膜 1 0 2 aを形成した。 F e S i 膜の厚さは、 所定時間経過 後にシャッターを閉じることにより制御した, (Μδ - 4 ) 次に、 電力を落とし放電を終了させた後、 A rガスの供給を停止し 、 第二成膜室 6の内部空間を 1 0— Torr台以下の圧力まで排気した (Mδ-3) A predetermined power was applied to the force source to sputter the Fe target on which a predetermined amount of the Si chip was mounted. First, after performing pre-sputtering for a certain time, a shutter covering the substrate surface was opened for a predetermined time to form a 7.5 nm thick FeSi film 102 a on the substrate 101. The thickness of the F e S i film was controlled by closing the shutter after a predetermined time. (Μδ−4) Next, after the power was turned off and the discharge was terminated, the supply of the Ar gas was stopped, and the internal space of the second film formation chamber 6 was evacuated to a pressure of 10-Torr or less.
(M6 ) 次に、 基体 1 00の表面をなす F e S i膜 (バッファ層) 1 0 2 a上に 、 C o膜 (厚さ 1 n m) からなる強磁性体層 1 0 3と C u膜 (厚さ 1 n m) から なる非磁性体層 1 04を交互に 5 0回積層させた,. その手順を次の (M 6— 1 ) 〜 (M 6— 8 ) に示す u (M6) Next, on the FeSi film (buffer layer) 102a forming the surface of the substrate 100, a ferromagnetic layer 103 composed of a Co film (thickness 1 nm) and Cu are formed. the non-magnetic layer 1 04 comprising a film (thickness 1 nm) were stacked 5 0 times alternately,. u indicating the procedure of the following (M 6- 1) ~ (M 6- 8)
(M6— 1 ) F e S i膜 1 0 2を形成後、 ゲートバルブ 6 bを開け、 搬送室 4に 内蔵された搬送手段により第二成膜室 6から基板を取り出し、 6 bを閉じた後、 7 bを開け、 第三及び第四成膜室 7へ移動させ、 C oターゲッ トの上空位置に配 置した後、 ゲートバルブ 6 bを閉じた。 基板を設置した状態でも、 成膜室 7の真 空度は 1 0— luTorr台以下の圧力を維持させた。 (M6-1) After forming the FeSi film 102, the gate valve 6b was opened, the substrate was taken out of the second film forming chamber 6 by the transfer means built in the transfer chamber 4, and 6b was closed. Thereafter, 7b was opened, moved to the third and fourth film forming chambers 7, and placed at a position above the Co target, and then the gate valve 6b was closed. Even in the state where the substrate was set, the vacuum of the film forming chamber 7 was maintained at a pressure of 10 lu- Torr or less.
(M6 - 2 ) 次に、 成膜条件のプロセスガス圧 (表 1) になるまで超高純度の A rガスを成膜室 7に導入した。  (M6-2) Next, an ultra-high-purity Ar gas was introduced into the film forming chamber 7 until the process gas pressure under the film forming conditions (Table 1) was reached.
(M6 - 3 ) 2つの力ソードに所定の電力を印加し、 C oターゲッ トと C uター ゲットを一緒にスパッタリングすることにより、 まず所定時間のプレスパッタを 行った。  (M6-3) Pre-sputtering was first performed for a predetermined time by applying a predetermined power to the two power sources and sputtering the Co target and the Cu target together.
(M6 - 4 ) その後、 C oターゲットと基板との間の空間に設けてあるシャツタ —を所定の時間開く ことにより F e S i膜 1 0 2 a上に厚さ 1 n mの C o膜 1 0 3を形成した。 C o膜の厚さは、 所定時間経過後にシャッターを閉じることによ り制御した。  (M6-4) Thereafter, the shirt provided in the space between the Co target and the substrate is opened for a predetermined time to form a 1 nm thick Co film 1 on the FeSi film 102a. 0 3 was formed. The thickness of the Co film was controlled by closing the shutter after a lapse of a predetermined time.
(M6 - 5) C o膜 1 0 3を堆積させた基板は、 第三成膜室と第四成膜室との間 で基板を移動させる手段 (不図示) を用い、 C οターゲッ トの上空位置から C u タ一ゲッ 卜の上空位置へ移動させた。  (M6-5) The substrate on which the Co film 103 has been deposited is transferred to the C o target using a means (not shown) for moving the substrate between the third film formation chamber and the fourth film formation chamber. It was moved from the sky position to the sky position of the Cu target.
(M6— 6) その後、 C uターゲッ トと基板との間の空間に設けてあるシャツタ 一を所定の時間開く ことにより C o膜 1 0 3上に厚さ 1 ^!1のじ 1^膜1 04を形 成した。 C u膜の厚さは、 所定時間経過後にシャッターを閉じることにより制御 した。  (M6-6) Thereafter, the shirt provided in the space between the Cu target and the substrate is opened for a predetermined period of time, so that a film having a thickness of 1 ^! 1 is formed on the Co film 103. 104 was formed. The thickness of the Cu film was controlled by closing the shutter after a lapse of a predetermined time.
(M6— 7) C u膜 1 04を堆積させた基板は、 第三成膜室と第四成膜室との間 で基板を移動させる手段 (不図示) を用い、 C uターゲッ トの上空位置から C o ターゲッ 卜の上空位置へ移動させた。 (M6-7) The substrate on which the Cu film 104 has been deposited is placed above the Cu target using a means (not shown) for moving the substrate between the third film forming chamber and the fourth film forming chamber. From position C o The target was moved to the sky.
(M6 - 8 ) その後、 上記工程 (M6—4) から工程 (M6— 7) を 4 9回繰り 返すことにより、 ノく ッファ層 1 0 2 aの上に強磁性体層 1 0 3と非磁性体層 1 〇 4を 50回繰り返し積層させた人工格子型の構造体 1 0 5を作製した。  (M6-8) Thereafter, the above step (M6-4) to step (M6-7) are repeated 49 times, so that the ferromagnetic layer 103 is not formed on the buffer layer 102a. An artificial lattice type structure 105 in which the magnetic layers 1 to 4 were repeatedly laminated 50 times was produced.
(M7) 最後に、 構造体 1 0 5の形成を終えた基板を、 成膜室 7→前処理室 3— 第二口 一ド室 2—第一口 一ド室 1の順に移動させることにより、 作製した磁気抵 抗効果素子を製造装置内から取り出した。 以下では、 本例で作製した磁気抵抗効果素子のうち、 F e S iバッファ層を備 えた試料は Ma (F e S i ) と呼び、 S i を含まない F eバッファ層を備えた試 料は M a (F e ) と呼ぶ。  (M7) Finally, the substrate on which the structure 105 has been formed is moved in the order of the film formation chamber 7 → the pretreatment chamber 3—the second port / the first chamber 2—the first port / the first chamber 1 Then, the produced magnetic resistance effect element was taken out of the manufacturing apparatus. In the following, of the magnetoresistive elements fabricated in this example, the sample provided with the Fe Si buffer layer is referred to as Ma (F e Si), and the sample provided with the Fe buffer layer not containing Si. Is called M a (F e).
(比較例 1 ) (Comparative Example 1)
本例では、 図 1に示す層構成からバッファ層 1 0 2 aを取り除いた構成の磁気 抵抗効果素子を作製した。 他の点は、 実施例 1 と同様とした u 以下では、 本例で 作製した試料を Mひ (無) と呼ぶ。 図 5は、 実施例 1及び比較例 1で作製した磁気抵抗効果素子の磁気抵抗 (MR 比) と、 F e S iノくッファ層に含まれる S iの組成比率 (原子%、 a t %とも表 記) との関係を示すグラフである。 ここで、 ノくッファ層における S ίの組成比率 は、 蛍光 X線分析法 (XRF ; X-ray Fluorescence Spectroscopy) で測定した 数値である。 素子の MR比は、 大気中、 室温において膜面内に電流を流し、 磁界 を電流と垂直方向に印加し、 直流四端子法で測定した数値である。 その際、 磁界 の値を土 20 k O eの範囲で可変制御することによって、 MR比の測定を行った 図 5において、 〇印は試料 Ma (F e S i ) 、 ◎印は試料 M ft (F e ) 、 △印 は試料 Mtt (無) を示す。 図 5より、 以下の点が明らかとなつ† In this example, a magnetoresistive element having a configuration in which the buffer layer 102a was removed from the layer configuration shown in FIG. 1 was manufactured. In other respects, the following u was the same as in Example 1, it referred to the sample prepared in this example M Monument and (no). FIG. 5 shows the magnetoresistance (MR ratio) of the magnetoresistive elements fabricated in Example 1 and Comparative Example 1 and the composition ratio of Si (atomic% and at%) contained in the FeSi cuffer layer. It is a graph showing the relationship with (notation). Here, the composition ratio of S in the buffer layer is a value measured by X-ray Fluorescence Spectroscopy (XRF). The MR ratio of the device is a value measured by a DC four-terminal method by applying a current in the air at room temperature at room temperature, applying a magnetic field in a direction perpendicular to the current. At that time, the MR ratio was measured by variably controlling the value of the magnetic field within the range of 20 kOe on the soil.In Fig. 5, 〇 indicates sample Ma (F e S i), and ◎ indicates sample M ft. (F e), and the △ mark indicates the sample M tt (none). From FIG. 5, the following points become clear.
( a 1 ) 背圧を 1 0— l uTorr台以下とした成膜室で素子を作製した場合、 バッフ ァ層 1 0 2 aを設けない従来の層構成からなる試料 Μ (無) では、 MR比が 2 %程度と非常に低レ、数値となる。 (a1) When the device is manufactured in a deposition chamber with a back pressure of 10 lu- Torr or less, In the case of the sample Μ (none), which has the conventional layer configuration without the core layer 102 a, the MR ratio is very low at about 2%, which is a numerical value.
( a 2 ) 基板と構造体との間にバッファ層 1 0 2 a として F e膜を設けることに より、 M R比は 5 %程度まで僅かに増加する。  (a2) By providing the Fe film as the buffer layer 102a between the substrate and the structure, the MR ratio slightly increases to about 5%.
( a 3 ) F e膜からなるバッファ層 1 02 aに S i を含有させることにより M R 比が著しく増加する.. 具体的には、 バッファ層の中の S i組成比率を 2原子%以 上 36原子%以下とすることにより、 F e膜バッファ層を備えた素子に比べて倍 以上の MR比をもつ素子が形成できる。 特に、 S i組成比率を 4原子%以上 26 原子。/。以下とした場合は、 40%を越える高い MR比をもつ素子が安定して得ら れる。  (a3) The MR ratio is significantly increased by including Si in the buffer layer 102a made of the Fe film. Specifically, the Si composition ratio in the buffer layer is set to 2 atomic% or more. By setting the content to 36 atomic% or less, an element having an MR ratio more than twice that of the element having the Fe film buffer layer can be formed. In particular, the Si composition ratio is at least 4 at. /. If the value is below, a device with a high MR ratio exceeding 40% can be obtained stably.
(実施例 2) (Example 2)
本例では、 実施例 1で用いた F e S i膜に代えて F e G e膜、 F e C膜又は F e B膜をバッファ層 1 0 2 aに用いた磁気抵抗効果素子を作製した。 その際、 各 膜の組成比率は表 2に示すとおり とした。 他の点は、 実施例 1 と同様とした。 表 2は、 これら 3種類の膜からなるバッファ層を備えた素子の MR比を示す。 なお表 2には、 比較のためバッファ層が F e膜の場合と F e S i膜の場合も示し た。  In this example, a magnetoresistive element using a FeGe film, a FeC film, or a FeB film for the buffer layer 102a instead of the FeSi film used in Example 1 was manufactured. . At that time, the composition ratio of each film was as shown in Table 2. Other points were the same as in Example 1. Table 2 shows the MR ratio of devices with a buffer layer consisting of these three types of films. For comparison, Table 2 also shows the case where the buffer layer is the Fe film and the case where the buffer layer is the Fe Si film.
「表 2」 "Table 2"
膜の名称 組成比率 MR比 (%)  Film name Composition ratio MR ratio (%)
F e G e F e— 1 0 at%G e 4 7. 5  F e Ge e Fe — 10 at% Ge 47.5
F e C F e - 1 2at%C 40. 8  F e C F e-1 2at% C 40.8
F e B F e— 1 2 at% B 3 7. 4  F e B F e— 1 2 at% B 3 7.4
F e S i F e— 7at% S i 4 9. 0  F e S i F e— 7at% S i 4 9.0
F e F e δ . 0 表 2より、 F e S i膜に代えて F e G e膜、 F e C膜又は F e B膜をバッファ 層に用いても、 MR比の大きな磁気抵抗効果素子が作製できることが分かった。 また表 2では、 6膜に5 1、 G e、 Cあるいは Bからなる一元素を加えた場合 の結果を示したが、 これらの元素を二つ以上同時に F e膜に加えても同様の作用 -効果が得られることが確認された。. F e F e δ. 0 From Table 2, it was found that a magnetoresistive element having a large MR ratio can be manufactured even when the FeGe film, the FeC film, or the FeB film is used for the buffer layer instead of the FeSi film. Table 2 shows the results when one element consisting of 51, Ge, C or B was added to the six films, but the same effect was obtained when two or more of these elements were simultaneously added to the Fe film. -It was confirmed that the effect was obtained. .
(実施例 3) (Example 3)
本例では、 実施例 1で用いた F e S i膜に代えて T i S i膜、 C r S i膜、 M n S i膜、 C o S i膜、 N i S i膜、 C u S i膜、 Z r S i膜、 H f S i膜又は T a S i膜をバッファ層 1 0 2 aに用いた磁気抵抗効果素子を作製した。 その際、 各膜の組成比率は表 3に示すとおりとした。 他の点は、 実施例 1 と同様とした。 表 3は、 これら 9種類の膜からなるバッファ層を備えた素子の MR比を示す。 なお表 3には、 比較のためバッファ層が F e膜の場合と F e S i膜の場合も示し た'.:  In this example, a TiSi film, a CrSi film, a MnSi film, a CoSi film, a NiSi film, and a CuSi film were used instead of the FeSi film used in the first embodiment. A magnetoresistive element using the Si film, the ZrSi film, the HfSi film, or the TaSi film as the buffer layer 102a was manufactured. At that time, the composition ratio of each film was as shown in Table 3. Other points were the same as in Example 1. Table 3 shows the MR ratio of devices with a buffer layer consisting of these nine types of films. For comparison, Table 3 also shows the case where the buffer layer is an Fe film and the case where the buffer layer is an Fe Si film. ':
「表 3」 "Table 3"
膜の名称 組成比率 MR比 (%)  Film name Composition ratio MR ratio (%)
T i S i T i ― 7at% S 2 8. 0  T i S i T i ― 7at% S 2 8.0
C r S i C r一 7at% S 30 3  C r S i C r 1 7at% S 30 3
Mn S i M n - 7 at% S 2 2 5  Mn S i M n-7 at% S 2 2 5
C o S i C o— 7 at% S 1 4 0  C o S i C o— 7 at% S 1 4 0
N i S i N i — 7 at% S 2 2 0  N i S i N i — 7 at% S 2 2 0
C u S i C u— 7at% S 1 5 8  C u S i C u— 7at% S 1 5 8
Z r S i Z r - 7at% S 2 1 2  ZrSiZr-7at% S2 1 2
H f S i H f ― 7at% S 1 9 0 T a S i T a 7at%S i 2 8. 5 H f S i H f ― 7at% S 1 9 0 T a S i T a 7at% S i 2 8.5
F e S i F e 7 at% S i 4 9. 0  F e S i F e 7 at% S i 4 9.0
F e F e 5. 0 表 3より、 F e S i膜に代えて T i S i膜、 C r S i膜、 M n S i膜、 C o S i膜、 N i S i膜、 C u S i膜、 Z r S i膜、 H ί S i膜又は T a S i膜をバッ ファ層に用いても、 MR比の増大効果が得られることが明らかとなった。 また表 3では、 S i膜に T i、 C r、 Mn、 C o、 N i、 C u、 Z r、 H f あるいは T aからなる一元素を加えた場合の結果を示したが、 これらの元素を二つ以上同時 に S i膜に加えたり、 またこれらの元素に F eを加えても、 適宜その含有量を調 節することで同様の作用 ·効果が期待できる。 また、 MR増大以外の効果、 すなわち熱的安定性、 耐食性、 機械的加工性など を向上させる目的から、 上述した他の元素をバッファ層に適宜加えても構わない ことは言うまでもなレ、。  F e Fe 5.0 From Table 3, it can be seen from Table 3 that the TiSi film, the CrSi film, the MnSi film, the CoSi film, the NiSi film, and the C It was revealed that the effect of increasing the MR ratio was obtained even when the uSi film, the ZrSi film, the HίSi film, or the TaSi film was used for the buffer layer. Table 3 also shows the results when one element consisting of Ti, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zr, Hf or Ta was added to the Si film. Even if two or more of these elements are added to the Si film at the same time, or Fe is added to these elements, the same action and effect can be expected by appropriately adjusting the content. Needless to say, the above-mentioned other elements may be appropriately added to the buffer layer for the purpose of improving effects other than the MR increase, that is, improving thermal stability, corrosion resistance, mechanical workability, and the like.
(実施例 4) (Example 4)
本例では、 図 1の磁気抵抗効果素子すなわちバッファ層 1 02 a及び人工格子 型の構造体 1 0 5からなる素子をスパッタ法で作製する際に、 両方 (バッファ層 と人工格子型の構造体) とも成膜室内を 1 ◦— l uTorr台以下の所定の真空度まで 減圧後 A rガスのみ用いて形成する場合と、 バッファ層は成膜室内を 1 X 1 0 一1 uTorrの真空度まで減圧後 A rガスのみ用いて形成するが、 人工格子型の構造 体は成膜室内を 1 0— l uTorr台の真空度まで減圧後、 酸素 (0:) ガスを導入して 成膜室内の圧力を 1 X 1 0— ;'Torr〜 1 X 1 0— 6Torrの一定圧力に変更してから A rガスを導入し、 (A r +O 混合ガスを用いて形成する場合と、 を比較検討 した = その際、 ノくッファ層 1 02 a と しては F e S i膜 (7at%S i、 残部 F e ) を用いた。 他の点は、 実施例 1 と同様とした。 In this example, when the magnetoresistive effect element of FIG. 1, that is, the element composed of the buffer layer 102a and the artificial lattice type structure 105 is manufactured by the sputtering method, both (the buffer layer and the artificial lattice type structure ) with the case of forming by using only the reduced pressure after a r gas deposition chamber to 1 ◦- lu Torr table following a predetermined degree of vacuum, the buffer layer is a deposition chamber 1 X 1 0 one 1 u Torr vacuum degree until it formed by using only the reduced pressure after a r gas, after the structure of the artificial lattice type vacuum film deposition chamber to 1 0- lu Torr stand vacuum, oxygen (0:) deposition chamber by introducing a gas the pressure of 1 X 1 0-; introducing a r gas was changed to 'constant pressure of Torr~ 1 X 1 0- 6 Torr, and a case of forming with (a r + O mixed gas Comparative study = At this time, a Fe Si film (7 at% Si, the balance Fe) was used as the buffer layer 102a, and the other points were the same as in Example 1.
前者の条件で作製した素子を試料 (F e S i ) 、 後者の条件で作製した素 子を試料 My (F e S i ) と呼ぶ- (比較例 2 ) The device fabricated under the former condition is called sample (F e S i), and the device fabricated under the latter condition is called sample My (F e S i). (Comparative Example 2)
本例では、 図 1に示す層構成からバッファ層 1 0 2を取り除いた構成の磁気抵 抗効果素子を、 実施例 4と同様の方法で作製した 本例において、 人工格子型の構造体が成膜室内を 1 0— 'Torr台以下の所定の 真空度まで減圧後 A rガスのみ用いて形成された素子は試料 M (無) と呼ぶ。 - 方、 人工格子型の構造体が成膜室内を 1 0— "Torr台の真空度まで減圧後、 酸 素 (O ) ガスを導入して成膜室内の圧力を 1 X 1 0— yTorr〜 1 X 1 0— 6Torrの 一定圧力に変更してから A rガスを導入し、 (A r +O-) 混合ガスを用いて形 成された素子は試料 Μγ (無) と呼ぶ。 図 6は、 実施例 4及び比較例 2で作製した磁気抵抗効果素子の磁気抵抗 (MR 比) と、 成膜室内の圧力 (酸素を入れた場合は酸素導入後の圧力) との関係を示 In this example, a magnetoresistance effect element having a configuration in which the buffer layer 102 was removed from the layer configuration shown in FIG. 1 was manufactured in the same manner as in Example 4. In this example, an artificial lattice type structure was formed. A device formed using only Ar gas after depressurizing the inside of the film chamber to a predetermined degree of vacuum of 10-'Torr or less is referred to as a sample M (none). -On the other hand, after the artificial lattice structure decompresses the inside of the film formation chamber to 10- "Torr vacuum, oxygen (O) gas is introduced and the pressure in the film formation chamber is set to 1 X 10- y Torr. introducing a r gas was changed to a constant pressure of ~ 1 X 1 0- 6 Torr, referred to as (a r + O-) elements made form using a mixed gas sample Myuganma (no). FIG. Fig. 6 shows the relationship between the magnetoresistance (MR ratio) of the magnetoresistive elements fabricated in Example 4 and Comparative Example 2 and the pressure in the film formation chamber (or pressure after oxygen introduction if oxygen was introduced).
MR比は実施例 1 と同じ方法で測定した数値である。 図 6において、 〇印と參印は実施例 4の試料であり、 〇印は酸素導入が無い場 合 [M/5 (F e S i ) ] を、 ·印は酸素導入が有る場合 [My (F e S i ) ] を 示す。 また△印と▲印は比較例 2の試料であり、 △印は酸素導入が無い場合 [M β (無) ] を、 Α印は酸素導入が有る場合 [My (無) ] を示す。 図 6より、 以下の点が明らかとなった。  The MR ratio is a value measured by the same method as in Example 1. In FIG. 6, the symbols 〇 and reference are the samples of Example 4, and the symbol 〇 indicates that oxygen was not introduced [M / 5 (F e S i)]. The symbol 場合 indicates that oxygen was introduced. (F e S i)]. In addition, Δ and ▲ are the samples of Comparative Example 2, and Δ indicates [M β (no)] when oxygen was not introduced, and Δ indicates [My (none)] when oxygen was introduced. Figure 6 reveals the following points.
(b 1 ) バッファ層 1 0 2 aを持たない従来の層構成からなる比較例 2の試料は 、 成膜室内の圧力すなわち背圧を 1 X 1 0— ftTorr以下とした場合 (△印) 、 MR 比は 2〜 3%程度と低い値に留まる。 (b 1) The sample of Comparative Example 2 having the conventional layer configuration without the buffer layer 102 a was prepared when the pressure in the film forming chamber, that is, the back pressure was set to 1 × 10— ft Torr or less (marked with △). However, the MR ratio remains as low as about 2-3%.
(b 2) しかしながら、 比較例 2の試料でも、 構造体の作製前に酸素ガスを導入 して成膜室内の圧力を変更することによって (▲印) 、 大きな MR比をもつ素子 の形成が可能となる。 特に、 酸素導入後の圧力を 5 X 1 0— sTorrとしたとき MR 比が極大値をもつことが分かった. (b 3) これに対して、 F e S i膜のバッファ層 1. 02 aを備えた層構成からな る実施例 4の試料は、 成膜室内の背圧を 1 X 1 0 Torr以下とした場合 (〇印) 40%を越える高い MR比が安定して得られる (b 2) However, even with the sample of Comparative Example 2, it is possible to form an element having a large MR ratio by introducing oxygen gas before manufacturing the structure and changing the pressure in the film formation chamber (marked with ▲). Becomes In particular, it was found that the MR ratio had a maximum value when the pressure after oxygen introduction was 5 X 10- s Torr. (b 3) On the other hand, in the sample of Example 4 having a layer structure provided with the buffer layer 1.02a of the FeSi film, the back pressure in the film formation chamber was 1 × 10 Torr or less. (Marked with 〇) High MR ratio exceeding 40% can be obtained stably
(b 4) 実施例 4の試料は、 酸素ガスを導入して成膜室内の圧力を 3 X 1 0— 11 丁 orrから 1 X 1 0— 6Torrの範囲の一定圧力に変化させて作製すると、 圧力の上昇 に伴い試料の MR比は、 3 X 1 0 sTorrで極小値を、 1 X 1 0_7Torrで極大値を とることが分かった。 図 7は、 実施例 4及び比較例 2で作製した磁気抵抗効果素子の構造体表面を原 子間力顕微鏡 (AFM) で調べた結果を示すグラフであり、 横軸は成膜室内の圧 力 (酸素を入れた場合は酸素導入後の圧力) を、 縦軸は平均中心線粗さ R a と面 内結晶粒径 Lを表す。 図 7において、 〇印と秦印は実施例 4の試料であり、 〇印は酸素導入が無い場 合 [M/3 (F e S i ) ] を、 ·印は酸素導入が有る場合 [Μγ (F e S i ) ] を 示す。 また△印と▲印は比較例 2の試料であり、 Δ印は酸素導入が無い場合 [M β (無) ] を、 Α印は酸素導入が有る場合 [My (無) ] を示す。 図 7より、 以下の点が明らかとなった。 (b 4) the samples of Example 4 and by introducing oxygen gas is changed to a constant pressure in the range of pressure in the deposition chamber from 3 X 1 0- 11 Ding orr of 1 X 1 0- 6 Torr be fabricated As the pressure increased, the MR ratio of the sample showed a minimum value at 3 X 10 s Torr and a maximum value at 1 X 10 -7 Torr. Fig. 7 is a graph showing the result of examining the surface of the structure of the magnetoresistive element fabricated in Example 4 and Comparative Example 2 with an atomic force microscope (AFM). (If oxygen is added, the pressure after introducing oxygen), and the vertical axis represents the average center line roughness Ra and the in-plane crystal grain size L. In FIG. 7, the symbols 〇 and Hata are the samples of Example 4, and the symbol 合 indicates the case where oxygen was not introduced [M / 3 (F e S i)], and the symbol 場合 indicates the case where oxygen was introduced [Μγ (F e S i)]. In addition, Δ and ▲ are samples of Comparative Example 2, and Δ indicates [M β (no)] when oxygen was not introduced, and Δ indicates [My (none)] when oxygen was introduced. From Figure 7, the following points became clear.
( b 5 ) 平均中心線粗さ R aは、 バッファ層の有無によらず、 1 0— 1 ] 1 0 Torr台では 4 5 Aあるのに対して、 圧力上昇とともに減少し 1 0— s 1 0— 7 Torr台では 2 A程度となる。 (b 5) The average center line roughness Ra is 45 A in the 10 -1] 10 Torr range, regardless of the presence or absence of the buffer layer, but decreases with increasing pressure. 10 0 s 1 It is about 2 a in the 0- 7 Torr table.
(b 6) 面内結晶粒径しも、 バッファ層の有無によらず、 圧力上昇とともに減少 する傾向は平均中心線粗さ R a と同様である。 しかしながら、 構造体に酸素が極 力含まれない 1 0 1 0— Torr台で作製した場合の面内結晶粒径の数値に大 きな違いが見られる。 すなわち、 バッファ層を備えた実施例 4の試料 [M/3 (F e S i ) ] は、 バッファ層を持たない比較例 2の試料 [Μ^' (無) ] に比べて 5 0 %以上も大きな面内結晶粒径となることが分かった。  (b 6) The tendency of the in-plane crystal grain size to decrease with increasing pressure regardless of the presence or absence of the buffer layer is the same as the average centerline roughness Ra. However, there is a great difference in the numerical value of the in-plane crystal grain size when the structure is manufactured on a 10 10 -Torr level where oxygen is not contained as much as possible. That is, the sample [M / 3 (F e S i)] of Example 4 having the buffer layer was 50% or more in comparison with the sample [Μ ^ '(none)] of Comparative Example 2 having no buffer layer. Was also found to have a large in-plane crystal grain size.
(b 7) 上記 (b 6) に述べた実施例 4の試料における面内結晶粒径の増加傾向 は、 1 X 1 0— sTorr以下の圧力で確認された また圧力が 1 X 1 0— sTorrで作製 した実施例 4の試料の面内結晶粒径は、 比較例 2の試料における面内結晶粒径の 最大値すなわち 1 0— n〜 1 0— ^Torr台で作製した場合の数値を越えることも分 かった 以上の結果より、 バッファ層を備えた実施例 4の試料は、 構造体に酸素が極力 含まれない 1 0— 〜 1 0— l uTorr台で作製することにより、 バッファ層を設けな い比較例 2の試料に比べて面内結晶粒径を著しく増加させることができる,. その 際、 バッファ層の有無により平均中心線粗さ R aには違いが殆どないことから、 この面内結晶粒径の増加は、 構造体表面の平坦化ひいては構造体界面の平坦化を もたらした その結果、 上記 (b 3) に示すように、 バッファ層 1 02 aを備え た実施例 4の試料は 1 0— "〜 1 0— l uTorr台において大きな MR比が得られたと 考えられる- 一方、 1 0— 8〜 1 0— 7Torrにおける MR比の極大は、 構造体に適量の酸素が含 有され、 平均粗さ R aが小さくなるとともに、 面内結晶粒径も小型化し、 結果的 に構造体の界面が平坦化された作用により生じたと解釈される„ そして、 さらに 圧力を高く した 1 0— :〜 1 0— 6Torrの試料では構造体の酸化が進みすぎ、 その M R比が急速に減少したものと推定される。 従って、 本発明に係るバッファ層を備えることにより、 人工格子型の構造体か らなる磁気抵抗効果素子は、 構造体中に酸素を極力含ませることなく、 高い MR 比を実現できる . 表 4に示した MR比は、 実施例 4と比較例 2で作製した各試料に対して真空中 で 200°Cの熱処理を行った後の MR比を、 熱処理前の MR比で割った値である t ここで、 試料 M β ' (F e S i ) は F e S iバッファ層 1 0 2 aを備え、 酸素 導入を行わずに構造体 1 05を形成したもの (圧力 P = 1 X 1 0— luTorrの試料 ) 、 試料 Μγ' ( F e S i ) は F e S iバッファ層 1 02 aを備え、 酸素導入を 行い構造体 1 0 5を形成したもの (圧力 P = 1 X 1 0— TTorrの試料) 、 試料 M ' (無) は試料 My ( F e S i ) 力 ^ら F e S iノく ッファ層 1 0 2 aを取り除いた もの (圧力 P = 1 X 1 0— '。Torrの試料) 、 を意味するし (b 7) Increasing tendency of in-plane crystal grain size in the sample of Example 4 described in (b 6) above Was confirmed at a pressure of 1 × 10— s Torr or less. The in-plane crystal grain size of the sample of Example 4 manufactured at a pressure of 1 × 10— s Torr was the same as that of the sample of Comparative Example 2. It was also found that the maximum value of the crystal grain size, that is, the numerical value when fabricated on the order of 10—n to 10— ^ Torr, was exceeded. From the above results, the sample of Example 4 having the buffer layer was a structure By using a 10- to 10- lu Torr unit containing as little oxygen as possible, the in-plane crystal grain size can be significantly increased compared to the sample of Comparative Example 2 without a buffer layer, At this time, since there is almost no difference in the average center line roughness Ra depending on the presence or absence of the buffer layer, this increase in the in-plane crystal grain size leads to the flattening of the structure surface and the flattening of the structure interface. As a result, as shown in the above (b3), the sample of Example 4 provided with the buffer layer 102 a 1 0 high MR ratio in the lu Torr stand is considered to have been obtained - the other hand, the maximum of the MR ratio of 1 0- 8 ~ 1 0 7 Torr, an appropriate amount of oxygen is containing organic in structure, average roughness with R a is small, the surface crystal particle diameter is also smaller, resulting in and the "interface structures are interpreted as caused by the action that has been flattened, further increasing the pressure 1 0-: ~ 1 0 — It is presumed that the oxidation of the structure in the 6 Torr sample progressed too much and the MR ratio decreased rapidly. Therefore, by providing the buffer layer according to the present invention, the magnetoresistance effect element including the artificial lattice structure can realize a high MR ratio without containing oxygen in the structure as much as possible. The indicated MR ratio is a value obtained by dividing the MR ratio of each sample prepared in Example 4 and Comparative Example 2 after heat treatment at 200 ° C in vacuum by the MR ratio before heat treatment t. Here, the sample M β ′ (F e S i) includes the F e S i buffer layer 102 a and forms the structure 105 without introducing oxygen (pressure P = 1 × 10− lu Torr sample), sample Μγ '(F e S i) has a F e S i In this case, the structure 105 was formed (pressure P = 1 X 10— T Torr sample), and the sample M '(none) is the sample My (FeS i) force. The layer with the layer 102 a removed (pressure P = 1 X 10— '. Torr sample).
「表 4」 "Table 4"
試料の名称 作製条件 MR比 (%)  Sample name Preparation condition MR ratio (%)
、"ッファ層 酸素導入  , "Introduction of oxygen
M β ' ( F e S i ) 有 無 0.85-0.80 0  M β '(F e S i) Yes No 0.85-0.80 0
My' (F e S i ) 有 有 0.63-0.37 7  My '(F e S i) Yes Yes 0.63-0.37 7
M β ' (無) <0.1 表 4より、 以下の点が明らかとなつた。  M β '(none) <0.1 From Table 4, the following points became clear.
( c 1 ) 本発明に係るバッファ層 1 0 2 aを持たない試料 M (無) は、 20 0°Cの熱処理によって、 MR比が加熱前の 1 Z 1 0より小さくなった。  (c 1) The sample M (no) having no buffer layer 102 a according to the present invention had a MR ratio smaller than 1 Z 10 before heating by heat treatment at 200 ° C.
( c 2) 本発明に係るバッファ層 1 02 aを備え、 かつ酸素導入せずに構造体 1 05を作製した試料 M/3 ' (F e S i ) は、 M R比の減少が 1 5〜 20 %程度に 抑えられる。  (c 2) The sample M / 3 ′ (F e S i) including the buffer layer 102 a according to the present invention and producing the structure 105 without introducing oxygen has a decrease in MR ratio of 15 to It can be reduced to about 20%.
( c 3 ) 本発明に係るバッファ層 1 02 aは備えているが、 酸素導入を行い構造 体 1 05を作製した試料 M y ' (F e S i ) は、 MR比が約 40 %も減少し、 こ の減少量は試料 M/3' (F e S i ) の約 2倍であった。 以上の結果より、 作製後の素子が高い MR比と優れた熱安定性とを兼ね備える ためには、 本発明に係るバッファ層 1 02 aを備えるとともに、 極力酸素が含有 されない雰囲気で構造体 1 0 5を作製することが必要であることが分かった。  (c 3) Although the buffer layer 102 a according to the present invention is provided, the sample My ′ (F e S i) prepared by introducing oxygen to form the structure 105 has an MR ratio reduced by about 40%. However, this reduction was about twice that of the sample M / 3 '(F e S i). From the above results, in order for the device after fabrication to have both a high MR ratio and excellent thermal stability, it is necessary to provide the buffer layer 102a according to the present invention and to provide the structure 10 in an atmosphere containing as little oxygen as possible. It turns out that it is necessary to make 5.
(実施例 5) (Example 5)
本例では、 基板 1 0 1上にバッファ層 1 02 aを設けた基体 1 00を作製した 後、 基体 1 00を一旦大気に曝してから、 その上に人工格子型の構造体 1 05を 作製する場合について述べる。 本例では、 実施例 1の工程 (M 5) と工程 (M6 ) との間に、 以下に示す工程 (m l ) 〜 (m 5 ) を設けた。 In this example, after preparing a substrate 100 having a buffer layer 102a provided on a substrate 101, the substrate 100 was once exposed to the atmosphere, and then an artificial lattice type structure 105 was formed thereon. Is described. In this example, the following steps (ml) to (m5) were provided between the step (M5) and the step (M6) in Example 1.
(m 1 ) 基板 1 0 1上に F e S i膜からなるバッファ層 1 0 2を形成した基体 1 0 0を、 第二成膜室 6→前処理室 3→第二ロード室 2→第一口一ド室 1の順に移 動させ、 基体 1 0 0を製造装置内から取り出した,. すなわち、 基体 1 0 0の表面 をなすバッファ層 1 0 2 aを大気中に- 旦暴露させた :(m 1) A substrate 100 having a buffer layer 102 formed of a FeSi film formed on a substrate 101 is transferred to the second film forming chamber 6 → the pretreatment chamber 3 → the second load chamber 2 → the The substrate 100 was moved in the order of the bite chamber 1, and the substrate 100 was taken out of the manufacturing apparatus. That is, the buffer layer 102a forming the surface of the substrate 100 was exposed to the air. : ;
(m 2) その後、 大気暴露した基体 1 0 0を、 図 1 0の装置を構成する第一ロー ド室 1に再度導入し、 第一口一ド室 1の内部空間を大気圧から 1 X 1 0— 7Torr以 下の圧力まで排気手段 (不図示) を用いて減圧した (m 2) Thereafter, the substrate 100 exposed to the atmosphere was re-introduced into the first loading chamber 1 constituting the apparatus shown in FIG. 10, and the internal space of the first opening chamber 1 was changed from atmospheric pressure to 1 X until 1 0- 7 Torr or less pressure under using the evacuation means (not shown) and vacuum
(m 3 ) 第一ロード室 1の内部に配置された基体〗 0 0を、 排気手段 2 aにより 予め 1 X 1 0— 9Torr以下の圧力まで減圧してある第二口一ド室 2に、 搬送手段 1 0を用いて第一ロード室 1から移動させた。 (m 3) of substrate〗 0 0 disposed within the first loading chamber 1, previously 1 X 1 0- 9 Torr to a two-neck one-de chamber 2 which had been evacuated to a pressure by the exhaust means 2 a It was moved from the first load chamber 1 using the transfer means 10.
(m4) 第二口一ド室 2の内部に配置された基体 1 0 0を、 排気手段 3 aにより 予め背圧 Pを 1 X 1 0 Torr以下の圧力まで減圧してある前処理室 3に、 搬送 手段 1 1を用いて移動させた。 その後、 超高純度 A r ガスを用い所定の条件で発 生させた誘導結合型プラズマにより、 基体表面すなわちバッファ層表面をドライ クリーニングした。 このドライクリーニングは、 不純物濃度が 1 ppb以下の A r ガスを用い、 プロセスガス圧力は 1 OmTorrとして、 少なく とも基板ホルダーを 水冷しながら行った。  (m4) The substrate 100 disposed inside the second inlet chamber 2 is transferred to the pretreatment chamber 3 in which the back pressure P has been previously reduced to a pressure of 1 X 10 Torr or less by the exhaust means 3a. It was moved using the transfer means 11. Thereafter, the surface of the substrate, that is, the surface of the buffer layer was dry-cleaned by inductively-coupled plasma generated under predetermined conditions using ultrahigh-purity Ar gas. This dry cleaning was performed using Ar gas having an impurity concentration of 1 ppb or less, a process gas pressure of 1 OmTorr, and at least cooling the substrate holder with water.
(m 5) ドライクリーニングを終えた基体 1 0 0は、 搬送室 4に内蔵した搬送手 段を用いて第三及び第四成膜室 7に移動させた。 上記工程を追加して作製した磁気抵抗効果素子、 すなわちバッファ層 1 0 2 a の表面を一旦大気に暴露した後で構造体 1 0 5を積層形成してなる素子は、 バッ ファ層 1 0 2 aの表面を大気暴露せずに構造体 1 0 5を積層した実施例 1の試料 と同様に 4 0%を越える高い MR比をもつことが確認された ϋ この結果は、 次の ことを示唆している (m5) The substrate 100 after the dry cleaning was moved to the third and fourth film forming chambers 7 by using the transfer means built in the transfer chamber 4. The magnetoresistive effect element manufactured by adding the above-described steps, that is, the element in which the structure 105 is laminated and formed after the surface of the buffer layer 102a is once exposed to the atmosphere, has a buffer layer of 102 It was confirmed that it had a high MR ratio exceeding 40%, similar to the sample of Example 1 in which the surface of a was laminated with the structure 105 without exposing the surface to the atmosphere.This result suggests the following: are doing
( d 1 ) 背圧を 1 0— l uTorr台以下とした成膜室内で作製した F e S i膜からな るバッファ層 1 0 2 aを備えた基体 1 0 0は、 その上に構造体 1 0 5を設ける前 にドライクリーユング処理さえすれば、 バッファ層 1 0 2 a表面の大気暴露の有 無によらず高い MR比の素子を形成できる、. (d 1) The F e Si film formed in the deposition chamber with the back pressure of less than 10 lu- Torr The substrate 100 provided with the buffer layer 102a can be subjected to dry cleaning before the structure 105 is provided thereon, with or without exposure to the air on the surface of the buffer layer 102a. A device with a high MR ratio can be formed regardless of
( d 2) 予めバッファ層 1 0 2 a を備えた基体 1 0 0のみ、 構造体 1 0 5を形成 する装置とは別の装置で作製しておき、 必要に応じて構造体 1 0 5を形成する装 置内へ導入し、 所望の素子を作製できる.. 以上より、 本発明に係るバッファ層 1 0 2 aを基板 1 0 1上に設けてなる基体 1 0 0は、 それ自体を流通 ·販売することが可能であることが分かった,. また、 既存の構造体作製用の装置が背圧を 1 0— l l'Torr台以下にできる成膜室さえ備え ていれば、 本発明に係るバッファ層 1 0 2 aを備えた基体 1 0 0を利用できる。 このことは、 新たな設備投資をすることなく、 高い MR比と優れた熱安定性を兼 ね備えた本発明に係る磁気抵抗効果素子を、 既存の製造ラインで生産できること を意味する。 (d2) Only the base 100 having the buffer layer 102a is prepared in advance using a device different from the device that forms the structure 105, and the structure 105 is formed as necessary. A desired device can be manufactured by introducing the device into a device to be formed. As described above, the substrate 100 provided with the buffer layer 102 a according to the present invention on the substrate 101 can distribute itself. and sales it proved possible to. Moreover, if even with the film forming chamber in which an existing device structure for making it possible backpressure to 1 0- ll 'below Torr stand, the present invention A substrate 100 having such a buffer layer 102a can be used. This means that the magnetoresistive element according to the present invention having both a high MR ratio and excellent thermal stability can be produced on an existing production line without making new capital investment.
(実施例 6) (Example 6)
本例では、 人工格子型の構造体 1 0 5に代えてスピンバルブ型の構造体 2 0 9 を用いた、 図 2に示す構成からなる磁気抵抗効果素子を作製した 本構成は、 固 定磁化層 2 0 7上に反強磁性体層 2 0 8が積層されたものであり、 通常トップス ピンバルブ型と呼ばれる 全ての層すなわちバッファ層 2 0 2 a、 構造体 2 0 9 および保護層 2 1 0力';、 成膜室内を 1 0— ' ' T o r r台の真空度まで減圧後、 了 ルゴン (A r ) ガスを導入し、 A r ガスのみ用いてスパッタ法により形成された  In this example, a magnetoresistive element having the configuration shown in FIG. 2 was manufactured using a spin-valve type structure 209 instead of the artificial lattice type structure 105. An antiferromagnetic layer 208 is laminated on the layer 207, and all layers usually called a top-spin valve type, that is, a buffer layer 202a, a structure 209, and a protective layer 210 are provided. After depressurizing the film-forming chamber to a degree of vacuum of the order of 10 to 10 Torr, argon (Ar) gas was introduced, and sputtering was performed using only Ar gas.
本例で作製したスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子は、 基板 2 0 1 /バッファ 層 2 0 2 a (F e S i膜、 膜厚 7. 5 n m ) Z第一の強磁性体層 2 04 (N i F e膜、 膜厚 3 n m) /第二の強磁性体層 2 0 5 (C o膜、 膜厚 1 n m) Z非磁性 体層 2 0 6 (C u膜、 膜厚 2. 5 n m) ノ固定磁化層 2 0 7 (じ ^膜ゝ 膜厚 ! m) /反強磁性体層 2 0 8 (Mn I r膜、 膜厚 5 n m) /保護層 2 1 0 (T a膜 、 膜厚 5 n m ) からなる積層構造とした。 その際、 ノくッファ層 2 0 2 a と しては膜厚 7. 5 n mの F e S i膜を用い、 こ の膜に含まれる S i の組成比率は 7原子% (a t %) とした,. また上記積層構造 では、 第一の強磁性体層 2 0 4及び第二の強磁性体層 2 0 5が自由磁化層 2 0 3 を構成する 他の点は実施例 1 と同様とした。 なお、 上記構成の磁気抵抗効果素子を作製するために用いた成膜装置は、 実施 例 1 と同様の図 1 0に示した極高真空対応マルチスパッタ装置である。 各層を構 成する薄膜は個別の成膜室で作製した。 具体的には、 第一成膜室 5では N i F e 膜を、 第二成膜室 6では F e S i膜を、 第三及び第四成膜室では C o膜と C u膜 を、 第五成膜室 8では Mn I r膜を、 第六成膜室 9では T a膜を、 形成した。 表 5には、 本例に係る磁気抵抗効果膜を製造する際の成膜条件を示した。 The spin-valve magnetoresistive element manufactured in this example has a substrate 201 / buffer layer 202a (FeSi film, film thickness 7.5 nm) Z first ferromagnetic layer 204 (N i Fe film, film thickness 3 nm) / Second ferromagnetic layer 205 (Co film, film thickness 1 nm) Z nonmagnetic layer 206 (Cu film, film thickness 2. 5 nm) Non-fixed magnetic layer 207 (J ^ film 膜厚 film thickness! M) / Antiferromagnetic layer 208 (MnIr film, film thickness 5 nm) / Protective layer 210 (Ta film) And a film thickness of 5 nm). At this time, a 7.5 nm-thick FeSi film was used as the buffer layer 202a, and the composition ratio of Si contained in this film was 7 atomic% (at%). Further, in the above laminated structure, the first ferromagnetic layer 204 and the second ferromagnetic layer 205 constitute the free magnetic layer 203. The other points are the same as in the first embodiment. did. The film forming apparatus used for manufacturing the magnetoresistive element having the above-described configuration is a multi-sputter apparatus for ultra-high vacuum shown in FIG. The thin films constituting each layer were prepared in separate film forming chambers. Specifically, the first film forming chamber 5 uses a NiFe film, the second film forming chamber 6 uses a FeSi film, and the third and fourth film forming chambers use a Co film and a Cu film. An MnIr film was formed in the fifth film forming chamber 8, and a Ta film was formed in the sixth film forming chamber 9. Table 5 shows film forming conditions for manufacturing the magnetoresistive film according to the present example.
「表 5」 "Table 5"
項 目 設 定 値  Item setting value
<共通の成膜処理条件〉  <Common deposition conditions>
-成膜方法 平行平板型スパッタリ ング法  -Deposition method Parallel plate type sputtering method
. ブ'ロセスガス A r  B'Rosesgas A r
- A rガス中の不純物濃度 1 (p p b ) 以下  -Impurity concentration in Ar gas 1 (ppb) or less
•各成膜室の背圧 P B 1 0"10 (T o r r ) 台以下 • Back pressure of each deposition chamber PB 10 " 10 (T orr) units or less
.基板ホルダーの温度制御 少なく とも基板ホルダーを水冷  .Temperature control of substrate holder Water cooling at least the substrate holder
(第二成膜室)  (Second deposition chamber)
バッファ層 2 0 2 a F e S i膜 (膜厚 7. 5 n m)  Buffer layer 202 a FeSi film (film thickness 7.5 nm)
• タ—ゲッ ト F e (純度 4 N)  • Target Fe (purity 4 N)
+ S iチッフ (純度 6 N)  + Si chip (purity 6 N)
• プロセスガス圧力 2 ( m T o r r )  • Process gas pressure 2 (mTorr)
(第一成膜室) 第一の強磁性体層 2 0 4 N i F e膜 (膜厚 3 n m) (First deposition chamber) First ferromagnetic layer 204 NiFe film (thickness 3 nm)
• ターゲッ ト 7 8. 5 w t % N i - F e (純度 4 N) • Target 78.5 wt% Ni-Fe (purity 4 N)
• プロセスガス圧力 0. 7 5 (mT o r r ) • Process gas pressure 0.75 (mT or r)
(第三成膜室)  (Third deposition chamber)
第二の強磁性体層 2 0 5 C o膜 (膜厚 1 n m)  Second ferromagnetic layer 205 Co film (film thickness 1 nm)
• ターゲッ 卜 C o (純度 3 N)  • Target Co (purity 3 N)
• プロセスガス圧力 0. 6 ( m T o r r )  • Process gas pressure 0.6 (mTorr)
(第四成膜室)  (Fourth deposition chamber)
非磁性体層 2 0 6 C u膜 (膜厚 2. 5 n m)  Nonmagnetic layer 206 Cu film (2.5 nm thickness)
• ターゲット C u (純度 6 N)  • Target Cu (purity 6 N)
- プロセスガス圧力 0. 6 ( m T o r r )  -Process gas pressure 0.6 (mTorr)
(第三成膜室)  (Third deposition chamber)
固定磁化層 2 0 7 C o膜 (膜厚 2 n m)  Fixed magnetic layer 207 Co film (film thickness 2 nm)
• タ一ゲッ 卜 C o (純度 3 N)  • Target Co (purity 3 N)
• プロセスガス圧力 0. 6 (mT o r r )  • Process gas pressure 0.6 (mT or r)
(第五成膜室)  (Fifth film forming room)
反強磁性体層 2 0 8 Mn I r膜 (膜厚 5 nm)  Antiferromagnetic layer 208 Mn Ir film (5 nm thick)
• タ―ゲット Mn - 1 7 a t % I r (純度 3 N)  • Target Mn-17 at% Ir (purity 3 N)
+ I rチップ (純度 4 N)  + Ir chip (purity 4 N)
• プロセスガス圧力 2 0 (mT o r r )  • Process gas pressure 20 (mT or r)
(第六成膜室)  (Sixth deposition chamber)
保護層 2 1 0 T a膜 (膜厚 5 n m)  Protective layer 2 10 Ta film (film thickness 5 nm)
• タ一ゲッ 卜 T a (純度 4 N)  • Target Ta (purity 4 N)
• プロセスガス圧力 1 (m T o r r )  • Process gas pressure 1 (mTorr)
以下では、 本例の磁気抵抗効果素子の製造方法について、 手順を追って説明す る。 括弧付き番号は、 その手順を表す。 Hereinafter, a method of manufacturing the magnetoresistive effect element of this example will be described step by step. The number in parentheses indicates the procedure.
( S 1 ) 熱酸化膜を表面に設けた S i ( 1 0 0 ) 単結晶基板からなる基板 2 0 1 を図 1 0の装置を構成する第一ロード室 1 に導入後、 第一ロード室 1の内部空間 を大気圧から 1 X 1 0— 7Torr以下の圧力まで排気手段 (不図示) を用いて減圧し(S 1) After introducing a substrate 201 made of a Si (100) single crystal substrate provided with a thermal oxide film on the surface thereof into the first load chamber 1 constituting the apparatus of FIG. 1 internal space The using exhaust means (not shown) from atmospheric pressure to a pressure of less than 1 X 1 0- 7 Torr vacuo
†:、. †:,.
(S 2) 第一ロード室 1の内部に配置された基板を、 排気手段 2 aにより予め 1 X 1 0_yTorr以下の圧力まで減圧してある第二ロード室 2に、 搬送手段 1 0を用 いて第一ロード室 1から移動させた The (S 2) a substrate disposed in the interior of the first load chamber 1, a second load chamber 2 which had been evacuated to advance 1 X 1 0_ y Torr or less pressure by the exhaust means 2 a, the conveying means 1 0 Moved from the first load room 1
(S 3) 第二ロード室 2の内部に配置された基板を、 排気手段 3 aにより予め背 圧を 1 X 1 0 HTorr以下の圧力まで減圧してある前処理室 3に、 搬送手段 1 1 を用いて移動させた。  (S3) The transfer means 11 transfers the substrate disposed inside the second load chamber 2 to the pretreatment chamber 3 in which the back pressure has been reduced to a pressure of 1 X 10 HTorr or less in advance by the exhaust means 3a. It was moved using.
( S 4 ) 前処理室 3から各成膜室 5〜 8への基板の移動は、 搬送室 4に内蔵され た搬送手段 (不図示) を用いて行ったし 各成膜室 5〜 8は予め 1 X 1 0— l uTorr 以下の圧力に内部空間の背圧を維持した また、 搬送室 4の背圧は 1 0— ^Torr 台以下とし、 内蔵した搬送手段が動作している際も真空度が 1 0— 'uTorr台を越 える圧力まで上昇しない搬送手段 (特願平 1 0— 2 9 6 6 6 6号公報に開示され た超高真空対応搬送ロボッ ト) を用いた。 (S4) The transfer of the substrate from the pretreatment chamber 3 to each of the film forming chambers 5 to 8 was performed by using a transfer means (not shown) built in the transfer chamber 4. The back pressure of the internal space was previously maintained at a pressure of 1 X 10— lu Torr or less.The back pressure of the transfer chamber 4 was set at 10— ^ Torr or less, and vacuum was maintained even when the built-in transfer means was operating. A transfer means whose transfer degree does not rise to a pressure exceeding the 10- ' u Torr level (a transfer robot compatible with ultra-high vacuum disclosed in Japanese Patent Application No. 10-266666) was used.
(S 5 ) 基板 2 0 1上にバッファ層 2 0 2として F e S i膜 (7. δ n m) を形 成し基体 2 0 0とした。 その手順を、 次の (S 5— 1 ) 〜 (S 5— 4) に示す。  (S5) A FeSi film (7.δ nm) was formed as a buffer layer 202 on the substrate 201 to form a substrate 200. The procedure is shown in the following (S5-1) to (S5-4).
( S 5 - 1 ) ゲートバルブ 3 bを開け、 搬送室 4に内蔵された搬送手段により前 処理室 3から基板を取り出し、 3 bを閉じた後、 6 bを開け、 成膜室 6へ移動さ せた。 その後、 ゲー トバルブ 6 bを閉じた。 基板を設置した状態でも、 成膜室 6 の真空度は 1 X 1 0— l uTorr以下の圧力を維持させた。 (S 5-1) Open gate valve 3 b, take out substrate from pretreatment chamber 3 by the transfer means built in transfer chamber 4, close 3 b, open 6 b, and move to film formation chamber 6 Let me know. Thereafter, the gate valve 6b was closed. Even when the substrate was installed, the degree of vacuum in the film forming chamber 6 was maintained at a pressure of 1 × 10— lu Torr or less.
(S 5 - 2) 成膜条件のフロセスガス圧 (表 5) になるまで超高純度の A rガス を成膜室 6に導入した。  (S5-2) Ultrahigh-purity Ar gas was introduced into the deposition chamber 6 until the process gas pressure under the deposition conditions (Table 5) was reached.
(S 5— 3) 力ソードに所定の電力を印加して所定量の S i チップを載置させた F eターゲッ 卜をスパッタリングした e まず一定時間のブレスパッタを行った後 、 基板表面を覆うシャッターを所定の時間開く ことにより基板 2 0 1上に厚さ 7 . 5 nmの F e S i膜 2 0 2を形成した。 F e S i膜の厚さは、 所定時間経過後 にシャツタ一を閉じることにより制御した。 (S 5-3) force after the predetermined F e target Bok the sputtered e first fixed time Buresupatta that the applied power is placed a predetermined amount of S i chip Sword, the shutter covering the substrate surface Was opened for a predetermined time to form a 7.5 nm thick FeSi film 202 on the substrate 201. The thickness of the FeSi film was controlled by closing the shirt after a predetermined time.
( S δ - 4 ) 電力を落とし放電を終了させた後、 A r ガスの供給を停止し、 成膜 室 6の内部空間を 1 X 1 0— 1 uTorr以下の圧力まで排気した.. (S 6) 次に、 基体 200の表面をなす F e S i膜 (バッファ層) 1 0 2上に、 第一の強磁性体層 204として N i F e膜 ( 3 nm) を形成した。 その手順を次 の (S 6— 1 ) 〜 (S 6— 4) に示す。 (S δ - 4) After finishing dropping discharge power, to stop the supply of A r gas was evacuated internal space of the film forming chamber 6 to 1 X 1 0- 1 u Torr pressure below .. (S 6) Next, a Ni Fe film (3 nm) was formed as the first ferromagnetic layer 204 on the Fe Si film (buffer layer) 102 forming the surface of the substrate 200. The procedure is shown in the following (S6-1) to (S6-4).
( S 6 - 1 ) F e S i膜を形成後、 ゲートバルブ 6 bを開け、 搬送室 4に內蔵さ れた搬送手段により成膜室 6から基板を取り出し、 6 bを閉じた後、 5 bを開け 、 成膜室 5へ移動させた。 その後、 ゲートバルブ 5 bを閉じた。 基板を設置した 状態でも、 成膜室 5の真空度は 1 X 1 0— l uTorr以下の圧力を維持させた (S6-1) After forming the FeSi film, open the gate valve 6b, take out the substrate from the film forming chamber 6 by the transfer means stored in the transfer chamber 4, close the 6b, 5b was opened and moved to the film forming chamber 5. Then, the gate valve 5b was closed. Even when the substrate was installed, the degree of vacuum in the film formation chamber 5 was maintained at a pressure of 1 × 10— lu Torr or less.
( S 6 - 2 ) 成膜条件のプロセスガス圧 (表 5) になるまで超高純度の A rガス を成膜室 5に導入した。  (S 6-2) Ultra-high-purity Ar gas was introduced into the deposition chamber 5 until the process gas pressure under the deposition conditions (Table 5) was reached.
( S 6— 3 ) カソ一ドに所定の電力を印加して N i F eターゲッ トをスパッタリ ングした。 まず一定時間のブレスパッタを行った後、 基板表面を覆うシャ ッター を所定の時間開くことにより F e S i膜上に厚さ 3 の N i F e膜を形成した 。 N i F e膜の厚さは、 所定時間経過後にシャ ッターを閉じることにより制御し た。  (S6-3) A predetermined power was applied to the cathode to sputter the NiFe target. First, after a predetermined time of batter sputtering, a NiFe film having a thickness of 3 was formed on the FeSi film by opening a shutter covering the substrate surface for a predetermined time. The thickness of the NiFe film was controlled by closing the shutter after a predetermined time.
(S 6— 4) 電力を落とし放電を終了させた後、 A 1· ガスの供給を停止し、 第一 成膜室 5の内部空間を 1 X 1 0— l uTorr以下の圧力まで排気した。 (S6-4) After the power was turned off to terminate the discharge, the supply of the A1 gas was stopped, and the internal space of the first film forming chamber 5 was evacuated to a pressure of 1 X 10- lu Torr or less.
(S 7) 次に、 N i F e膜 (第一の強磁性体層) 204上に第二の強磁性体層 2 05として C o膜 ( 1 nm) を、 その上に非磁性体層 206として C u膜 (2. 5 nm) を、 更にその上に固定磁化層 20 7と して C o膜 ( 2 nm) を形成した 。 その手順を次の (S 7— 1 ) 〜 (S 7— 4) に示す。  (S 7) Next, a Co film (1 nm) is formed as a second ferromagnetic layer 205 on the N i Fe film (first ferromagnetic layer) 204, and a non-magnetic layer is formed thereon. A Cu film (2.5 nm) was formed as 206, and a Co film (2 nm) was formed thereon as the fixed magnetic layer 207. The procedure is shown in the following (S7-1) to (S7-4).
( S 7 - 1 ) N i F e膜 204を形成後、 ゲートバルブ 5 bを開け、 搬送室 4に 内蔵された搬送手段により成膜室 5から基板を取り出し、 5 bを閉じた後、 7 b を開け、 成膜室 7へ移動させた。 その後、 ゲー トバルブ 7 bを閉じた。 基板を設 置した状態でも、 成膜室 7の真空度は 1 X 1 0— Torr以下の圧力を維持させた。  (S7-1) After forming the NiFe film 204, the gate valve 5b is opened, the substrate is taken out of the film forming chamber 5 by the transfer means built in the transfer chamber 4, and 5b is closed. b was opened and moved to the film formation chamber 7. Thereafter, the gate valve 7b was closed. Even in the state where the substrate was set, the degree of vacuum in the film forming chamber 7 was maintained at a pressure of 1 × 10 −Torr or less.
(S 7 - 2) 成膜条件のプロセスガス圧 (表 5) になるまで超高純度の A rガス を成膜室 7に導入した。  (S 7-2) Ultra-high-purity Ar gas was introduced into the deposition chamber 7 until the process gas pressure under the deposition conditions (Table 5) was reached.
(S 7— 3— 1 ) 2つの力ソードに所定の電力を印加して C oタ一ゲッ トと C u ターゲッ トをスパッタリングした。 まず一定時間のブレスバッタを行った後、 基 板表面を覆うシャッターを所定の時問開く ことにより N i F e膜 204上に厚さ l nmの C o膜 (第二の強磁性体層) 20 5を形成した„ C o膜の厚さは、 所定 時間経過後にシャッターを閉じることにより制御した。 (S 7-3-1) A predetermined power was applied to the two force sources to sputter the Co target and the Cu target. First, after breathing for a certain period of time, the shutter covering the substrate surface is opened for a predetermined time, so that the thickness on the NiFe film 204 is increased. The thickness of the lCo film (the second ferromagnetic layer) 205 having a thickness of l nm was controlled by closing the shutter after a lapse of a predetermined time.
(S 7— 3— 2) 成膜室 7に内蔵された搬送手段により、 C o膜 (第二の強磁性 体層) 20 5を形成した基板を C uターゲッ ト側に移動させた後、 基板表面を覆 うシャッタ一を所定の時間開くことにより C o膜 205上に厚さ 2. 5 nmの C u膜 (非磁性体層) 20 6を形成した。 C u膜の厚さは、 所定時間経過後にシャ ッターを閉じることにより制御した。  (S7-3-2) After the substrate on which the Co film (second ferromagnetic layer) 205 has been formed is moved to the Cu target side by the transport means built in the film forming chamber 7, By opening the shutter covering the substrate surface for a predetermined time, a 2.5 nm thick Cu film (nonmagnetic layer) 206 was formed on the Co film 205. The thickness of the Cu film was controlled by closing the shutter after a predetermined time.
(S 7— 3— 3) 成膜室 7に内蔵された搬送手段により、 C u膜 (非磁性体層) 206を形成した基板を C οタ一ゲッ ト側に再度移動させた後、 基板表面を覆う シャッタ一を所定の時間開く ことにより C u膜 20 6上に厚さ 2 nmの C o膜 (S7-3-3-3) After the substrate on which the Cu film (non-magnetic layer) 206 has been formed is moved again to the Co target side by the transporting means built in the film forming chamber 7, the substrate is Covering the surface A 2 nm thick Co film is formed on the Cu film 206 by opening the shutter for a predetermined time.
(固定磁化層) 20 7を形成した。 C o膜の厚さは、 所定時間経過後にシャツタ —を閉じることにより制御した。 (Fixed magnetic layer) 207 was formed. The thickness of the Co film was controlled by closing the shirt after a predetermined time.
(S 7-4) 電力を落とし放電を終了させた後、 A rガスの供給を停止し、 成膜 室 7の内部空間を 1 X 1 0— l tJTorr以下の圧力まで排気した。 (S7-4) After the power was turned off to terminate the discharge, the supply of the Ar gas was stopped, and the internal space of the film forming chamber 7 was evacuated to a pressure of 1 × 10—ltJ Torr or less.
(S 8) 次に、 C o膜 (固定磁化層) 207上に反強磁性体層 208として Mn I r膜 (5 nm) を形成した。 その手順を次の (S 8— 1 ) 〜 (S 8— 5) に示 す。  (S 8) Next, an MnIr film (5 nm) was formed as an antiferromagnetic layer 208 on the Co film (fixed magnetic layer) 207. The procedure is shown in the following (S8-1) to (S8-5).
(S 8 - 1 ) ゲートバルブ 7 bを開け、 搬送室 4に内蔵された搬送手段により成 膜室 7から基板を取り出し、 7 bを閉じた後、 8 bを開け、 成膜室 8へ移動させ た。 その後、 ゲートバルブ 8 bを閉じた。 基板を設置した状態でも、 成膜室 8の 真空度は 1 X 1 0— l uTorr以下の圧力を維持させた。 (S8-1) Open the gate valve 7b, take out the substrate from the film formation chamber 7 by the transfer means built in the transfer chamber 4, close 7b, open 8b, and move to the film formation chamber 8. I let it. Thereafter, the gate valve 8b was closed. Even when the substrate was set, the degree of vacuum in the film forming chamber 8 was maintained at a pressure of 1 × 10— lu Torr or less.
(S 8 - 2) 次に、 成膜条件のプロセスガス圧 (表 5) になるまで超高純度の A rガスを成膜室 8に導入した。  (S8-2) Next, an ultra-high-purity Ar gas was introduced into the film forming chamber 8 until the process gas pressure under the film forming conditions (Table 5) was reached.
(S 8 - 3 ) カソ一ドに所定の電力を印加して Mn I rタ一ゲッ 卜をスパッタリ ングした。 まず一定時間のプレスパッタを行った後、 基板表面を覆うシャッター を所定の時問開くことにより C o膜 (固定磁化層) 20 7上に厚さ 511 !11の\/11 I r膜 208を形成した Mn I r膜の厚さは、 所定時間経過後にシャッターを 閉じることにより制御した。  (S8-3) A predetermined power was applied to the cathode to sputter the MnIr target. First, after performing pre-sputtering for a certain period of time, the shutter covering the substrate surface is opened for a predetermined time to form a \ 511 Ir film 208 with a thickness of 511! 11 on the Co film (fixed magnetic layer) 207 The thickness of the formed MnIr film was controlled by closing a shutter after a lapse of a predetermined time.
(S 8 -4) 次に、 電力を落とし放電を終了させた後、 A rガスの供給を停止し 、 成膜室 8の内部空間を 1 X 1 0—l uTorr以下の圧力まで排気した c (S 9) 次に、 Mn _ I r膜 (反強磁性体層) 20 8上に保護層 2 1 0として T a膜 (5 nm) を形成した。 その手順を次の (S 9— 1 ) 〜 (S 9— 4) に示す (S8-4) Next, after the power is turned off and the discharge is terminated, the supply of Ar gas is stopped. Then, the internal space of the film forming chamber 8 was evacuated to a pressure of 1 X 10— lu Torr or less. C (S 9) Next, a protective layer 2 1 was formed on the Mn_Ir film (antiferromagnetic layer) 208. A Ta film (5 nm) was formed as 0. The procedure is shown in the following (S9-1) to (S9-4)
( S 9 - 1 ) ゲートバルブ 8 bを開け、 搬送室 4に内蔵された搬送手段により成 膜室 8から基板を取り出し、 8 bを閉じた後、 9 bを開け、 成膜室 9へ移動させ た。 その後、 ゲートバルブ 9 bを閉じた。 基板を設置した状態でも、 成膜室 9の 真空度は 1 X 1 0— l uTorr以下の圧力を維持させた。 (S9-1) Open the gate valve 8b, take out the substrate from the film forming chamber 8 by the transfer means built in the transfer chamber 4, close 8b, open 9b, and move to the film formation chamber 9. I let it. Thereafter, the gate valve 9b was closed. Even in the state where the substrate was installed, the degree of vacuum in the film forming chamber 9 was maintained at a pressure of 1 × 10— lu Torr or less.
( S 9 - 2) 次に、 成膜条件のプロセスガス圧 (表 5) になるまで超高純度の A rガスを成膜室 9に導入した。  (S 9-2) Next, an ultra-high purity Ar gas was introduced into the film forming chamber 9 until the process gas pressure under the film forming conditions (Table 5) was reached.
(S 9— 3) カソ一ドに所定の電力を印加して T a ターゲッ トをスパッタリング した。 まず一定時間のプレスパッタを行った後、 基板表面を覆うシャッターを所 定の時間開くことにより基板上に厚さ 5 nmの T a膜を形成した。 T a膜の厚さ は、 所定時間経過後にシャッターを閉じることにより制御した。  (S9-3) A predetermined power was applied to the cathode to sputter the Ta target. First, after performing pre-sputtering for a certain time, a shutter covering the substrate surface was opened for a predetermined time to form a 5-nm-thick Ta film on the substrate. The thickness of the Ta film was controlled by closing the shutter after a predetermined time.
(S 9-4) 次に、 電力を落とし放電を終了させた後、 A rガスの供給を停止し 、 成膜室 9の內部空間を 1 X 10—1 QTorr以下の圧力まで排気した。 (S9-4) Next, after the power was turned off to terminate the discharge, the supply of the Ar gas was stopped, and the internal space of the film forming chamber 9 was evacuated to a pressure of 1 × 10-1 QTorr or less.
(S 1 0) 最後に、 T a膜 (保護層) 2 1 0の形成を終えた基板を、 成膜室 9— 前処理室 3→第二口一ド室 2→第一ロード室 1の順に移動させることにより、 本 例に係る積層構造 209を備えた磁気抵抗効果素子を製造装置内から取り出した υ 以下では、 本例で作製した磁気抵抗効果素子を試料 Sひ (F e S i ) と呼ぶ。 (S10) Finally, the substrate on which the Ta film (protective layer) 210 has been formed is transferred to the deposition chamber 9—pretreatment chamber 3 → second opening chamber 2 → first loading chamber 1 by moving in this order, upsilon hereinafter taken out from the magnetoresistive element through the manufacturing apparatus having a laminated structure 209 according to the present embodiment, the magnetoresistance effect element manufactured in the present example sample S monument (F e S i) Call.
(比較例 3 ) (Comparative Example 3)
本例では、 図 2に示す層構成の自由磁化層 203を作製する際に、 まず酸素 (Ο,) ガスを導入し圧力 Ρを 1 X 1 0— 7Torrに変更した後、 A r ガスを導入し、 (〇: + A r ) 混合ガスを用いて自由磁化層 203をスパッタ成膜した。 すなわち、 本例で酸素導入を行い成膜した自由磁化層 20 3とは、 N i F e膜 (第一の強磁性体層) 204と C o膜 (第二の強磁性体層) の 2層である Θ 他の点は実施例 6と同様とし、 図 2に示す層構成の磁気抵抗効果素子を作製し †こ" 以下では、 本例で作製した磁気抵抗効果素子を試料 S (F e S i ) と呼ぶ In this example, in making the free magnetic layer 203 having a layer structure shown in FIG. 2, first, oxygen (Omicron,) after changing the introduced gas pressure Ρ to 1 X 1 0- 7 Torr, the A r gas Then, a free magnetic layer 203 was formed by sputtering using a mixed gas of (〇: + A r). In other words, the free magnetic layer 203 formed by introducing oxygen in this example is composed of a Ni Fe film (first ferromagnetic layer) 204 and a Co film (second ferromagnetic layer). it is a layer Θ The other points were the same as in Example 6. A magnetoresistive element having the layer configuration shown in FIG. 2 was fabricated. In the following, the magnetoresistive element fabricated in this example was referred to as a sample S (F e S i). Call
(比較例 4 ) (Comparative Example 4)
本例では、 図 2に示す層構成のバッファ層 2 0 2 a として、 F e S i膜に代え て F e膜を用いた構成の磁気抵抗効果素子を作製した。 他の点は、 実施例 6と同 様とした。 以下では、 本例で作製した磁気抵抗効果素子を試料 S ひ (F e ) と呼 ぶ。  In this example, a magnetoresistive element having a configuration using an Fe film instead of the FeSi film as the buffer layer 202 a having the layer configuration shown in FIG. 2 was manufactured. Other points were the same as in Example 6. Hereinafter, the magnetoresistive element manufactured in this example is referred to as a sample S (F e).
(比較例 5 ) (Comparative Example 5)
本例では、 図 2に示す層構成からバッファ層 2 0 2 a を取り除いた構成の磁気 抵抗効果素子を作製した。 他の点は、 実施例 6と同様とした。 以下では、 本例で 作製した磁気抵抗効果素子を試料 S ひ (無) と呼ぶ。 表 6には、 実施例 6と比較例 3〜 5で作製した各試料の熱処理前後の MR比を それぞれ示した。 「熱処理前」 の数値は成膜後の MR比であり、 「熱処理後」 の 数値は加熱処理 (真空中、 2 0 0°C加熱) 後の MR比を熱処理前の MR比で割つ た値である。 ここで、 試料 S a (F e S i ) は F e S i ノく ッファ層 2 0 2 aを備え、 酸素導 入を行わずに構造体 2 0 9を形成したもの (圧力 P == 1 X 1 0— l uTorrの試料) 、 試料 S β (F e S i ) は F e S iバッファ層 2 0 2 a を備え、 酸素導入を行い 構造体 2 0 9を形成したもの (圧力 P = 1 X 1 0— ;Torrの試料) 、 試料 S ひ (F e ) は F eバッファ層 2 0 2 aを備え、 酸素導入を行わずに構造体 2 0 9を形成 したもの (圧力 P = 1 X 1 0— 1 ()Torrの試料) 、 試料 S " (無) は試料 S a (F e S i ) 力、ら F e S i ノく ッファ層 2 ◦ 2 aを取り除いたもの (圧力 P = 1 X 1 0 一1。 Torrの試料) 、 意味する c 「表 6」 In this example, a magnetoresistive element having a configuration in which the buffer layer 202a was removed from the layer configuration shown in FIG. 2 was manufactured. The other points were the same as in Example 6. Hereinafter, the magnetoresistive element manufactured in this example is referred to as a sample S (none). Table 6 shows the MR ratio before and after heat treatment of each sample prepared in Example 6 and Comparative Examples 3 to 5, respectively. The value of “Before heat treatment” is the MR ratio after film formation, and the value of “After heat treatment” is the MR ratio after heat treatment (heating in vacuum at 200 ° C) divided by the MR ratio before heat treatment. Value. Here, the sample S a (F e S i) includes the F e S i buffer layer 202 a, and forms the structure 209 without introducing oxygen (pressure P == 1 X 10— lu Torr sample) and sample S β (F e S i) provided with a F e S i buffer layer 202 a and subjected to oxygen introduction to form a structure 209 (pressure P = 1 X 10— ; Torr sample), sample S layer (F e) has a Fe buffer layer 202 a and has a structure 209 formed without introducing oxygen (pressure P = 1 X 1 0—1 () Torr sample), sample S "(none) is sample S a (F e S i) force, F e S i No buffer layer 2 ◦ 2a removed (pressure P = 1 X 1 0 one 1. Torr sample), meaning c "Table 6"
試料の名称 作製条件 MR比 (%)  Sample name Preparation condition MR ratio (%)
/ファ層 酸素導入 熟処理前 熱処理後  / Fa layer Oxygen introduction Before ripening After heat treatment
S a ( F e S i ) 4nt  S a (F e S i) 4nt
有 13〜17 0.92〜0.83  Available 13-17 0.92-0.83
S β (F e S i ) 有 有 15〜20 0.65~0.53 S β (F e S i) Yes Yes 15 ~ 20 0.65 ~ 0.53
S a ( F e ) 有 2〜3 <0.1 S a (F e) Yes 2-3 <0.1
S a (無) に 1〜2 <0.1 表 6より、 以下の点が明らかとなつ†:c Table 1 shows that the following points are evident from Table 6: c
(e l ) ノく ッファ層 202 a を持たない試料 Sひ (無) は、 熱処理前の MR比が 1〜 2 %と低く、 熱処理後の M R比は殆ど無くなる。  (el) The sample S (no) without the buffer layer 202a has a low MR ratio of 1 to 2% before heat treatment, and the MR ratio after heat treatment is almost eliminated.
( e 2 ) F eバッファ層 20 2 a を備えた試料 S α ( F e ) は、 熱処理前の M R 比が 2〜 3 %程度であり試料 S α (無) より若干大きめだが、 熱処理後の MR比 は殆ど無くなる。  (e 2) The sample S α (F e) with the Fe buffer layer 202a has an MR ratio before heat treatment of about 2 to 3% and is slightly larger than the sample S α (none), The MR ratio almost disappears.
( e 3 ) 本発明に係るバッファ層 202 aを備えた試料 S a (F e S i ) は、 熱 処理前に 1 3〜 1 7%の高い MR比を有し、 かつ熱処理後の MR比の減少を 2割 以内に抑えられる。  (e 3) Sample Sa (F e S i) provided with buffer layer 202 a according to the present invention has a high MR ratio of 13 to 17% before heat treatment, and an MR ratio after heat treatment. Can be reduced to within 20%.
( e 4 ) 酸素導入して成膜した試料 S (F e S i ) は、 熱処理前こそ 1 5〜2 0 %の高い M R比を持っているが、 熱処理後には M R比が 3割以上减少する。 以上の結果より、 磁気抵抗効果素子が高い MR比と優れた熱安定性とを兼ね備 えるためには、 本発明に係るバッファ層 202 aを備えるとともに、 スピンバル ブ型の構造体 209は極力酸素が含有されない雰囲気で作製することが必要であ ると判断した。  (e 4) Sample S (F e Si) formed by introducing oxygen has a high MR ratio of 15 to 20% before heat treatment, but the MR ratio after heat treatment is reduced by 30% or more. I do. From the above results, in order for the magnetoresistive element to have both a high MR ratio and excellent thermal stability, it is necessary to provide the buffer layer 202a according to the present invention and to use the spin valve type structure It was determined that it was necessary to manufacture the product in an atmosphere where it was not contained.
(実施例 7) (Example 7)
本例では、 実施例 1で述べた人工格子型の構造体 1 0 5を備えた磁気抵抗効果 素子を用い、 磁気抵抗効果センサの一つである回転位置検出センサ (ロータリエ ンコーダ) 用の磁気へッ ドを作製した場合について説明する. 図 8は、 本発明に係る人工格子型の構造体を備えた磁気抵抗効果素子を回転位 置検出センサ (口一タリエンコーダ) 用の磁気ヘッ ドに適用した場合の一例を示 す図である。 ( a ) は磁気ドラムに対する磁気ヘッ ドを構成する磁気抵抗効果素 子の配置例を示す斜視図であり、 (b ) は ( a ) における A— A ' 部分の断面図 である、. 図 8において、 8 0 0、 8 1 0は磁気ヘッ ドを構成する磁気抵抗効果素子、 8 0 1は基板、 8 0 2はバッファ部材、 8 0 3は人工格子型の構造体、 8 0 4はハ 一ド膜、 8 0 5は M R電極、 8 0 6は保護膜、 8 2 0は磁気ドラム、 8 2 1は磁 気記録媒体である。 円筒形の磁気ドラム 8 2 0の周面上に設けられた磁気記録媒体 8 2 1は、 位置 読み取り精度に応じて、 移動方向 (矢印 Bの方向) に平行に漏洩磁界が出るよう に多極着磁されている。 磁気抵抗効果素子 8 0 0、 8 1 0は磁気記録媒体 8 2 1 から例えば 1 0 0 μ m程度離れた位置に配置される。 図 8の磁気へッ ドは、 多極着磁された磁気記録媒体 8 2 1に磁気抵抗効果素子 8 0 0、 8 1 0を 2〜4個対向させて、 表面磁界の分布を正弦波で検出するもの であり、 図 8は 2個の素子からなる場合を示している。 図 8では、 漏洩磁界検出 部として機能する磁気抵抗効果素子 8 0 0、 8 1 0を詳述するため、 磁気ヘッド の他の構成要素は省略した。 図示しない他の構成要素としては、 漏洩磁界検出部 からの電子信号を取り出すリ一ド線取り出し部ゃリ一ド線、 漏洩磁界検出部への 電流導入手段などが挙げられる。 磁気抵抗効果素子 8 0 0 , 8 1 0は略長方形の形態からなり、 多極着磁された 磁気記録媒体 8 2 1の漏洩磁界を検出するため、 磁気ドラム 8 2 0の周面が移動 する方向 (矢印 Bの方向) を短辺とし、 これと垂直をなす方向が長辺となるよう に配置される すなわち、 複数個の磁気抵抗効果素子は、 磁気ドラム 8 2 0の周 面上の空間に、 ストライプパターンをなすように配置される ストライプパター ンは、 例えば幅数十 m、 長さ数 m mにエッチングされて作製される 例えば、 一つの磁気抵抗効果素子 8 0 0の幅 (短辺) 方向に磁界が印加された 場合、 その大きさによって素子の抵抗は磁界が反転する付近で極大値をとるよう に変化する。 つまり、 磁気ドラム 8 2 0の回転移動にともない素子 8 0 0にかか る漏洩磁界の大きさは一定周期で変化するので、 この変化を電圧変化として捉え ると正弦波状の信号が得られる。 この信号を利用することで、 磁気ドラム 8 2 0 の回転制御が可能となる。 磁気ドラム 8 2 0の回転が高速化すると、 磁気抵抗効果素子 8 0 0には漏洩磁 界のさらなる高感度な検出が求められる。 その最もシンプルな解決法は素子自体 の M R比を増大させることである また、 高速回転体の近傍に素子が配置される ことから、 素子は熱的な影響を受けやすい状況下にある。 したがって、 耐熱性に 優れた素子が期待されていた。 本発明に係るバッファ部材を備えた磁気抵抗効果素子は、 極力酸素を含有させ ることなく作製した構造体により高い M R比を実現したので、 長期に渡って熱的 影響を受けても構造体をなす界面の平坦性が維持され、 M R比の経時変化を抑制 できる。 したがって、 本発明に係る素子を適用したロータリエンコーダ用の磁気 へッドは、 従来より高感度でかつ長期信頼性に優れたものとなる。 In this example, a magnetoresistive element having the artificial lattice type structure 105 described in the first embodiment is used, and a magnetic sensor for a rotational position detection sensor (rotary encoder), which is one of the magnetoresistive sensors, is used. The case where a head is manufactured will be described. FIG. 8 is a diagram showing an example of a case where the magnetoresistive element having the artificial lattice type structure according to the present invention is applied to a magnetic head for a rotational position detection sensor (a single encoder). . (a) is a perspective view showing an arrangement example of a magnetoresistive element constituting a magnetic head with respect to a magnetic drum, and (b) is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in (a). , 800 and 8100 are magnetoresistive elements constituting a magnetic head, 800 is a substrate, 802 is a buffer member, 803 is an artificial lattice type structure, and 804 is c. Reference numeral 805 denotes an MR electrode, reference numeral 806 denotes a protective film, reference numeral 820 denotes a magnetic drum, and reference numeral 821 denotes a magnetic recording medium. The magnetic recording medium 821, which is provided on the peripheral surface of the cylindrical magnetic drum 82, has multiple poles so that a leakage magnetic field is generated parallel to the moving direction (the direction of arrow B) according to the position reading accuracy. It is magnetized. The magnetoresistive effect elements 800 and 810 are arranged at a distance of, for example, about 100 μm from the magnetic recording medium 82 1. The magnetic head shown in Fig. 8 is composed of two or four magnetoresistive elements 800 and 810 opposed to a multipolar magnetized magnetic recording medium 821, and the surface magnetic field distribution is represented by a sine wave. FIG. 8 shows a case in which two elements are detected. In FIG. 8, other components of the magnetic head are omitted in order to describe the magnetoresistance effect elements 800 and 8100 functioning as a leakage magnetic field detection unit in detail. Other components (not shown) include a lead wire take-out unit for taking out an electronic signal from the leakage magnetic field detection unit, a lead wire, and a means for introducing current to the leakage magnetic field detection unit. The magnetoresistive elements 800 and 810 have a substantially rectangular shape, and the outer circumferential surface of the magnetic drum 820 moves to detect a leakage magnetic field of the multipolar magnetized magnetic recording medium 821. The direction (the direction of arrow B) is set as the short side, and the direction perpendicular to the short side is set as the long side. That is, the plurality of magnetoresistive elements are arranged around the magnetic drum 82. A stripe pattern arranged in a space on the surface so as to form a stripe pattern is manufactured by, for example, etching to a width of several tens of meters and a length of several mm. For example, a width of one magnetoresistive element 800 When a magnetic field is applied in the (short side) direction, the resistance of the element changes so as to take a local maximum value near the inversion of the magnetic field depending on the magnitude. In other words, the magnitude of the leakage magnetic field applied to the element 800 changes with a constant period due to the rotational movement of the magnetic drum 82. If this change is regarded as a voltage change, a sinusoidal signal is obtained. By using this signal, the rotation of the magnetic drum 820 can be controlled. As the rotation speed of the magnetic drum 820 increases, the magnetoresistive element 800 needs to detect the leakage magnetic field with higher sensitivity. The simplest solution is to increase the MR ratio of the element itself, and since the element is placed near the high-speed rotating body, the element is in a condition that is easily affected by heat. Therefore, an element having excellent heat resistance was expected. The magnetoresistive effect element provided with the buffer member according to the present invention achieves a higher MR ratio with a structure manufactured without containing oxygen as much as possible, so that the structure can be protected from thermal effects over a long period of time. The flatness of the formed interface is maintained, and the temporal change of the MR ratio can be suppressed. Therefore, the magnetic head for a rotary encoder to which the element according to the present invention is applied has higher sensitivity and longer-term reliability than the conventional one.
(実施例 8 ) (Example 8)
本例では、 実施例 6で述べたスピンバルブ型の構造体 2 0 9を備えた磁気抵抗 効果素子を用い、 磁気抵抗効果センサの一つであるスピンバルブ型 G M R再生へ ッド及び、 これと誘導型記録へッ ドを組み合わせた記録再生分離型磁気へッ ドを 作製した。 図 9は、 本発明に係るスピンバルブ型の構造体を備えた磁気抵抗効果素子を H D D用の記録再生分離型磁気へッ ドを構成する再生へッ ドに適用した場合の一例 を示す図であり、 ( a ) は磁気ヘッ ドの一部を b刀断した斜視図、 (b ) は磁気抵 抗効果素子近傍の部分拡大図である。 図 9において、 9 0 1は磁気抵抗効果素子、 9 0 2はバッファ部材、 9 0 3は スピンバルブ型の構造体、 9 0 4はハ一ド膜、 9 0 5は M R電極、 9 1 1は再生 へッ ド、 9 1 2は記録へッ ドの下部磁極 ( 9 2 4 ) を兼ねる再生へッ ドの上部シ —ルド、 9 1 3 、 9 1 4は絶縁膜、 9 1 5は再生へッ ドの下部シールド、 9 1 6 は基板、 9 2 1は記録へッ ド、 9 2 2は記録へッドの上部ボール、 9 2 3は導電 体からなるコイル、 9 2 4は再生へッ ドの上部シール ド ( 9 1 2 ) を兼ねる記録 ヘッ ドの下部磁極である ここで、 記録ヘッ ドを構成する磁極は通称ボールとも 呼ばれる。 スピンバルブ型の構造体 9 0 4は、 バッファ部材 9 0 3上に不図示の自由磁化 層、 非磁性体層、 固定磁化層、 反強磁性体層が順番に積層された構造体であり、 通称トップスピンバルブ型と呼称されるものであるじ 本発明に係るバッファ部材 9 0 3とその上に設けたスピンバルブ型の構造体 9In this example, a magnetoresistive element having the spin-valve type structure 209 described in Example 6 was used, and a spin-valve type GMR reproducing head, which is one of the magnetoresistive sensors, and A recording / reproducing separation type magnetic head combined with an inductive recording head was fabricated. FIG. 9 shows a magnetoresistive element having a spin-valve structure according to the present invention, FIG. 4 is a diagram showing an example of a case where the present invention is applied to a reproducing head constituting a separate recording / reproducing magnetic head for DD. (A) is a perspective view in which a part of the magnetic head is cut off; () Is a partially enlarged view near the magnetoresistance effect element. In FIG. 9, reference numeral 901 denotes a magnetoresistive element, reference numeral 902 denotes a buffer member, reference numeral 903 denotes a spin-valve structure, reference numeral 904 denotes a hard film, reference numeral 905 denotes an MR electrode, and reference numeral 911. Is the reproducing head, 912 is the upper shield of the reproducing head, which also serves as the lower magnetic pole (922) of the recording head, 913, 914 are insulating films, and 915 is the reproducing The lower shield of the head, 916 is the substrate, 921 is the recording head, 922 is the upper ball of the recording head, 923 is the coil made of conductive material, and 924 is the playback. The lower pole of the recording head, which also serves as the upper shield (911) of the head, where the magnetic poles that make up the recording head are commonly called balls. The spin-valve structure 904 is a structure in which a free magnetic layer, a nonmagnetic layer, a fixed magnetic layer, and an antiferromagnetic layer (not shown) are sequentially stacked on a buffer member 903. The buffer member 903 according to the present invention and a spin-valve structure 9 provided thereon.
0 4とからなる磁気抵抗効果素子 9 0 2を上部シールド層 9 1 2と下部シールド 層 9 1 5で挟んだ部分が再生へッ ド 9 1 1 として働き、 薄膜 C uからなるコイルThe portion of the magnetoresistive effect element 90 composed of the element 04 is sandwiched between the upper shield layer 912 and the lower shield layer 915 as a reproducing head 911.
9 2 3を上部磁極 9 2 2と下部磁極 9 2 4で挟んだ部分が記録へッド 9 2 1 とし て機能する。 本発明に係る記録再生分離型磁気へッ ドは、 再生へッ ド 9 1 1の上 部シールド 9 1 2力';、 記録へッ ド 9 2 1 の下部磁極 9 2 4を兼ねる構成とした場 合である なお図 9では、 絶縁膜 9 1 4と再生へッ ドの下部シール ド 9 1 5力';、 磁気抵抗効果素子 9 0 1 の基板 9 1 6として機能する。 上記構成において、 本発明に係る再生ヘッ ド 9 〗 1は、 磁気抵抗効果素子 9 0 1の上下に絶縁膜 9 1 3 、 9 1 4として十分な厚みのアルミナ膜 (合計厚〜 8 0 n m ) を配した状態で、 ギャップ長 (上部シ一ル ド 9 1 2と下部シールド 9 1 5 との間隔) 0 . を実現した。 また、 このときの M R比は室温かつ成膜後で 約 1 7 %であった また上記構成では、 再生へッド 9 1 1 の上部シールド 9 1 2が記録へッ ド 9 2 1の下部ポール 9 2 4を兼ねる場合について説明したが、 上部シ一ルド 9 1 2と 下部ポール 9 2 4に別材料を用い積層構造としたり、 あるいは両者 9 1 2、 9 2 4の間に他の構成物を配置しても本発明の作用 ■効果は失われるものではない:. さらに上記説明では記録再生分離型磁気へッ ドを構成する再生へッドに本発明 に係る磁気抵抗効果素子を適用した場合について述べたが、 再生専用の磁気へッ ドに本発明に係る磁気抵抗効果素子を利用しても構わないことは言うまでもない The portion where 9 23 is sandwiched between the upper magnetic pole 9 2 2 and the lower magnetic pole 9 2 4 functions as the recording head 9 2 1. The read / write separated magnetic head according to the present invention is configured to also serve as the upper shield 9 12 force of the read head 9 11 and the lower magnetic pole 9 24 of the write head 9 21. In FIG. 9, the insulating film 914 and the lower shield 915 of the reproducing head 9 'function as a substrate 916 of the magnetoresistive element 901. In the above configuration, the reproducing head 901 according to the present invention has an alumina film having a sufficient thickness as the insulating films 913 and 914 above and below the magnetoresistive effect element 91 (total thickness of ~ 80 nm). The gap length (upper shield 9 12 and lower shield 9 1 5 .) Was realized. The MR ratio at this time was about 17% at room temperature and after film formation. In the above configuration, the upper shield 912 of the reproduction head 911 was connected to the lower pole of the recording head 921. Although the case where the upper pole 912 and the lower pole 9224 are made of different materials is described above, the upper shield 912 and the lower pole 9224 may have a laminated structure. The effect of the present invention is not lost even if the arrangement is made. Further, in the above description, the magnetoresistive effect element according to the present invention is applied to the read head constituting the read / write separated magnetic head. Although the case has been described, it goes without saying that the magnetoresistive element according to the present invention may be used for a read-only magnetic head.
産業上の利用の可能性 Industrial applicability
以上説明したように、 本発明によれば、 基体上に人工格子型の構造体又はスピ ンバルブ型の構造体を備えた磁気抵抗効果素子において、 前記構造体のうち最も 基体近傍に位置する強磁性体層の基体側に、 S i 、 B、 C又は G eから選択され る 1つ又は 2つ以上の第一元素と、 F e、 T i 、 C r、 M n、 C o、 N i 、 C u 、 Z r、 H ί又は T aから選択される 1つ又は 2つ以上の第二元素と、 から構成 されるバッファ部材を設けたことによって、 前記強磁性体層の面内結晶粒径の大 型化を促し、 これは前記構造体における積層界面の平坦性を著しく改善する。 従 つて、 本発明に係るバッファ部材を備えた素子は、 従来技術のように構造体中へ 適当量の酸素を導入することなく、 高い M R比を達成できる u 上記構成からなる磁気抵抗効果素子は、 構造体が酸素を極力排除して形成され ているので、 使用時の素子に高熱が加わった場合でも、 構造体に含まれた酸素が 動き出すことによる様々な影響を回避できるので、 優れた熱的安定性も兼ね備え ることができる。 上記効果をもたらすバッファ部材は、 基板の表面上に成膜して設けた堆積層と いう形態が好適であるが、 他の形態、 例えば基板の表層部をドーピング処理して 設けたド一ビング層という形態としても構わなレ、 また本発明に係るバッファ部材は、 酸素が極力含まれない条件下、 例えば背圧 を 1 0— 1 uTorr台以下に減圧した空間内で作製されるならば、 上述した作用 ·効 果が得られることから、 バッファ部材の作製工程と構造体の作製工程は必ずしも 真空プロセスで連続している必要はない。 つまり、 作製後のバッファ部材表面は 一旦大気中に暴露されても構わない。 このことは、 バッファ部材の作製工程と構 造体の作製工程を独立させた製造プロセスを可能にする。 例えば、 本発明は、 予 め基板上にバッファ部材を設けた基体を作製しておき、 構造体を作製する工程の 要求に応じてその基体を利用できるプロセスが可能となる。 あるいは、 この基体 自体を磁気抵抗効果素子用の基体として、 容易に流通させることができる。 また 、 本発明に係るバッファ部材を備えた基体を利用すれば、 1 0— l u Torr台以下に 減圧した空間さえ持っていれば既存の構造体作製工程を変えることなく、 高い M R比と優れた熱安定性を兼ね備えた素子を容易に形成できるので、 更なる設備投 資をせずに素子の特性を著しく改善できる。 更に、 上述した磁気抵抗効果素子を各種磁気へッ ドに組み込むことによって、 従来より著しく高感度で、 熱的な信頼性にも優れた磁気抵抗効果センサの提供が 可能となる。 As described above, according to the present invention, in a magnetoresistive effect element including an artificial lattice type structure or a spin valve type structure on a substrate, the ferromagnetic element positioned closest to the substrate among the structures On the substrate side of the body layer, one or more first elements selected from Si, B, C or Ge, and Fe, Ti, Cr, Mn, Co, Ni, By providing a buffer member composed of one or two or more second elements selected from Cu, Zr, Hί, or Ta, the in-plane crystal grain size of the ferromagnetic layer This greatly improves the flatness of the stack interface in the structure. Accordance connexion, device having a buffer member according to the present invention, without introducing a suitable amount of oxygen to the structure in as in the prior art, the magnetoresistive element comprising a u above configuration can achieve a high MR ratio Since the structure is formed by eliminating oxygen as much as possible, even if high heat is applied to the element during use, various effects due to the movement of oxygen contained in the structure can be avoided, so that excellent heat It can also have strategic stability. The buffer member having the above effect is preferably in the form of a deposited layer formed on the surface of the substrate by deposition, but may be in another form, for example, a driving layer provided by doping the surface layer portion of the substrate. Les such may be in the form of, also buffer member according to the present invention, if oxygen as much as possible does not contain conditions, for example, produced by the vacuum back pressure to 1 0- 1 u Torr table below space, Since the above-described functions and effects can be obtained, the manufacturing process of the buffer member and the manufacturing process of the structure need not necessarily be continuous in a vacuum process. That is, the surface of the buffer member after fabrication may be once exposed to the atmosphere. This enables a manufacturing process in which the manufacturing process of the buffer member and the manufacturing process of the structure are independent. For example, the present invention enables a process in which a base having a buffer member provided on a substrate in advance is prepared, and the base can be used in accordance with a request for a step of manufacturing a structure. Alternatively, the substrate itself can be easily distributed as a substrate for a magnetoresistance effect element. In addition, if the substrate having the buffer member according to the present invention is used, a high MR ratio and an excellent MR ratio can be obtained without changing the existing structure manufacturing process as long as the space has a reduced pressure of 10- lu Torr or less. Since the device having thermal stability can be easily formed, the characteristics of the device can be remarkably improved without further capital investment. Further, by incorporating the above-described magnetoresistive effect element into various magnetic heads, it becomes possible to provide a magnetoresistive effect sensor having extremely high sensitivity and excellent thermal reliability as compared with the related art.

Claims

請求の範囲 The scope of the claims
1. 基体上に、 非磁性体層を挟んで強磁性体層を複数回積層した構造体、 又は 非磁性体層を挟んで強磁性体層を積層し、 最後に設けた前記強磁性体層の表面上 に反強磁性体層を形成した構造体を備えた磁気抵抗効果素子において、 1. A structure in which a ferromagnetic layer is laminated a plurality of times on a substrate with a non-magnetic layer interposed therebetween, or a ferromagnetic layer is laminated with a non-magnetic layer interposed therebetween, A magnetoresistive element having a structure in which an antiferromagnetic layer is formed on the surface of
前記構造体のうち最も基体近傍に位置する強磁性体層の基体側にバッファ部材 を設けてなり、  A buffer member is provided on the substrate side of the ferromagnetic layer located closest to the substrate in the structure,
前記バッファ部材は、 S i 、 B、 C若しくは G eから選択される 1つ又は 2つ 以上の第一元素と、 F e、 T i、 C r、 Mn、 C o、 N i、 C u、 Z r、 H f 若 しくは T aから選択される 1つ又は 2つ以上の第二元素と、 から構成されること を特徴とする磁気抵抗効果素子。  The buffer member includes one or more first elements selected from Si, B, C, and Ge, and Fe, Ti, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, A magnetoresistance effect element comprising: one or more second elements selected from Zr, Hf, and Ta.
2. 前記バッファ部材が堆積層であることを特徴とする請求項 1に記載の磁気 抵抗効果素子。  2. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the buffer member is a deposition layer.
3. 前記バッファ部材は少なく とも F eと S i とからなることを特徴とする請 求項 1に記載の磁気抵抗効果素子。  3. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the buffer member comprises at least Fe and Si.
4. 前記バッファ部材の組成は 2原子%以上 36原子%以下の S i と残部 F e であることを特徴とする請求項 3に記載の磁気抵抗効果素子。  4. The magnetoresistive element according to claim 3, wherein the composition of the buffer member is Si of 2 atomic% to 36 atomic% and the balance Fe.
5. 前記バッファ部材の組成は 4原子%以上 26原子%以下の S i と残部 F e であることを特徴とする請求項 3に記載の磁気抵抗効果素子。  5. The magnetoresistive element according to claim 3, wherein the composition of the buffer member is Si of 4 at% to 26 at% and the balance Fe.
6. 減圧可能な空間に基板を配置し、 前記空間の背圧を 1 0一1" 6. Place a substrate in a reduced pressure space capable, the back pressure of the space 1 0 one 1 "
Torr台以下に減圧する工程と、 Depressurizing to below Torr level,
前記基板上に、 S i、 B、 C若しくは G eから選択される 1つ又は 2つ以上の 第一元素と、 F e、 T i、 C r、 Mn、 C o、 N i 、 C u、 Z r、 H i若しくは T aから選択される 1つ又は 2つ以上の第二元素と、 から構成されるバッファ部 材からなる堆積層を成膜し、 前記基板と前記堆積層からなる基体を形成する工程 と、  On the substrate, one or two or more first elements selected from Si, B, C or Ge, and Fe, Ti, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Forming a deposition layer composed of a buffer member composed of one or two or more second elements selected from Zr, Hi, and Ta; and forming the substrate and the substrate composed of the deposition layer. Forming, and
前記基体の表面をなす堆積層上に、 非磁性体層を挟んで強磁性体層を複数回積 層した構造体、 又は非磁性体層を挟んで強磁性体層を積層し、 最後に設けた前記 強磁性体層の表面上に反強磁性体層を形成した構造体を形成する工程と、 を具備したことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法、. A structure in which a ferromagnetic layer is laminated a plurality of times with a non-magnetic layer interposed therebetween, or a ferromagnetic layer with a non-magnetic layer interposed therebetween, on the deposition layer forming the surface of the base, and is provided last. Forming a structure having an antiferromagnetic layer formed on the surface of the ferromagnetic layer, A method for manufacturing a magnetoresistive effect element, comprising:
7. 減圧可能な空間に、 S i 、 B、 C若しくは G eから選択される 1つ又は 2 つ以上の第一元素と、 F e、 T i 、 C r、 Mn、 C o、 N i 、 C u  7. One or more first elements selected from S i, B, C or Ge and F e, T i, C r, M n, C o, N i, C u
、 Z r、 H f 若しくは T aから選択される 1つ又は 2つ以上の第二元素と、 力.、ら 構成されるバッファ部材からなる堆積層を基板上に備えてなる基体を配置し、 前 記成膜空間の背圧を 1 0— l uTorr台以下に減圧する工程と、 , Zr, Hf or Ta, one or more second elements selected from the group consisting of: A step of reducing the back pressure of the deposition space to a level of 10 lu- Torr or less;
前記基体の表面をなす堆積層上をドライエッチング処理する工程と、 前記ドライエッチング処理を終えた堆積層上に、 非磁性体層を挟んで強磁性体 層を複数回積層した構造体、 又は非磁性体層を挟んで強磁性体層を積層し、 最後 に設けた前記強磁性体層の表面上に反強磁性体層を形成した構造体を形成するェ 程と、  A step of dry-etching the deposited layer forming the surface of the substrate, a structure in which a ferromagnetic layer is laminated a plurality of times on the deposited layer after the dry-etching process with a non-magnetic layer interposed therebetween, or Forming a structure in which a ferromagnetic layer is laminated with a magnetic layer interposed therebetween and an antiferromagnetic layer is formed on the surface of the lastly provided ferromagnetic layer;
を具備したことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。  A method for manufacturing a magnetoresistive element, comprising:
8. 少なく とも基体の表層部に、 S i 、 B、 C又は G eから選択される 1つ又 は 2つ以上の第一元素と、 F e、 T i 、 C r、 Mn、 C o、 N i 、 C u、 Z r、 H f 又は T aから選択される 1つ又は 2つ以上の第二元素と、 から構成されるバ ッファ部材を備えてなることを特徴とする磁気抵抗効果素子用の基体。  8. At least one or more first elements selected from Si, B, C or Ge, and Fe, Ti, Cr, Mn, Co, And a buffer member composed of one or more second elements selected from Ni, Cu, Zr, Hf and Ta. Substrate.
9. 前記バッファ部材は堆積層であることを特徴とする請求項 8に記載の磁気 抵抗効果素子用の基体。  9. The substrate according to claim 8, wherein the buffer member is a deposition layer.
1 0. 減圧可能な空間に基板を配置し、 前記空間の背圧を 1 0— 16Torr台以下に 減圧する工程と、 1 0. The substrate was placed on the evacuable space, a step of depressurizing the back pressure of the space 1 0 16 or less Torr stand,
少なく とも前記基板の表層部に、 S i 、 B、 C若しくは G eから選択される 1 つ又は 2つ以上の第一元素と、 F e、 丁 i 、 C r、 Mi 、 C o、 N i 、 C u、 Z r、 H f 若しくは T aから選択される 1つ又は 2つ以上の第二元素と、 から構成 されるバッファ部材を作製し、 前記基板と前記バッファ部材からなる基体を形成 する工程と、  At least one or two or more first elements selected from S i, B, C or Ge, and Fe, D i, C r, Mi, C o, N i are provided on at least the surface layer of the substrate. A buffer member composed of one or two or more second elements selected from Cu, Zr, Hf and Ta, and forming a substrate comprising the substrate and the buffer member Process and
を具備したことを特徴とする磁気抵抗効果素子用の基体の製造方法。  A method for producing a substrate for a magnetoresistive element, comprising:
1 1 . 前記バッファ部材を作製する工程は、 成膜処理により前記基板上にバッ ファ部材からなる堆積層を作製する工程であることを特徴とする請求項 1 0に記 載の磁気抵抗効果素子用の基体の製造方法。 11. The magnetoresistive element according to claim 10, wherein the step of manufacturing the buffer member is a step of forming a deposition layer made of the buffer member on the substrate by a film forming process. Of manufacturing a substrate for use.
1 2. 基体上に、 非磁性体層を挟んで強磁性体層を複数回積層した構造体から なる磁気抵抗効果素子を備え、 1 2. A magnetoresistive element consisting of a structure in which a ferromagnetic layer is laminated a plurality of times with a nonmagnetic layer interposed between
前記構造体のうち最も基体近傍に位置する強磁性体層の基体側にバッファ部材 を設けてなり、 前記バッファ部材が、 S i、 B、 C若しくは G eから選択される 1つ又は 2つ以上の第一元素と、 F e、 T i、 C r、 Mn、 C o、 N i、 C u、 Z r、 H f 若しくは T aから選択される 1つ又は 2つ以上の第二元素と、 から構 成されていることを特徴とする磁気抵抗効果センサ。  A buffer member is provided on the substrate side of the ferromagnetic layer closest to the substrate in the structure, wherein the buffer member is one or more selected from Si, B, C, and Ge A first element and one or more second elements selected from Fe, Ti, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zr, Hf or Ta; A magnetoresistive effect sensor comprising:
1 3. 基体上に、 非磁性体層を挟んで強磁性体層を積層し、 最後に設けた前記 強磁性体層の表面上に反強磁性体層を形成した構造体からなる磁気抵抗効果素子 を備え、  1 3. A magnetoresistive effect consisting of a structure in which a ferromagnetic layer is laminated on a substrate with a nonmagnetic layer interposed, and an antiferromagnetic layer is formed on the surface of the lastly provided ferromagnetic layer Element
前記構造体のうち基体近傍に位置する強磁性体層の基体側にバッファ部材を設 けてなり、 前記バッファ部材が、 S i 、 B、 C若しくは G eから選択される 1つ 又は 2つ以上の第一元素と、 F e、 T i、 C r、 Mn、 C o、 N i、 C u、 Z r 、 H f 若しくは T aから選択される 1つ又は 2つ以上の第二元素と、 から構成さ れていることを特徴とする磁気抵抗効果センサ。  A buffer member is provided on the substrate side of the ferromagnetic layer located near the substrate in the structure, and the buffer member is one or more selected from S i, B, C or Ge A first element and one or more second elements selected from Fe, Ti, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zr, Hf or Ta; A magnetoresistive effect sensor comprising:
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