特開 2022-11105 磁気抵抗効果デバイスとその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022011105

(43)【公開日】2022-01-17

(54)【発明の名称】磁気抵抗効果デバイスとその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 43/08 20060101AFI20220107BHJP

   G01R 33/09 20060101ALI20220107BHJP

【ＦＩ】

H01L43/08 Z

H01L43/08 H

G01R33/09

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020112002

(22)【出願日】2020-06-29

(71)【出願人】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】深谷 直人

(72)【発明者】

【氏名】市村 雅彦

(72)【発明者】

【氏名】早川 純

【テーマコード（参考）】

2G017

5F092

【Ｆターム（参考）】

2G017AD55

2G017AD65

5F092AA07

5F092AB01

5F092AC08

5F092AD05

5F092AD06

5F092AD22

5F092BB09

5F092BB10

5F092BB12

5F092BB16

5F092BB17

5F092BB22

5F092BB31

5F092BB42

5F092BB53

5F092BB81

5F092BB82

5F092BC04

5F092BC07

5F092BC18

5F092BC42

5F092BC46

5F092CA02

5F092CA07

5F092CA08

5F092CA09

5F092CA23

5F092CA26

(57)【要約】

【課題】
高精度な磁気センシングを可能とした磁気抵抗効果デバイスを提供することにある。
【解決手段】
基板上に複数の素子を有する磁気抵抗効果デバイスであって、素子は、隣接する前記素子と間隔を有して配置されており、素子の側面は、磁性粒子の付着を防止する、１００ｎｍ以上の長さの磁性粒子付着防止層により覆われる磁気抵抗効果デバイスである。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上に複数の素子を有する磁気抵抗効果デバイスであって、
前記素子は、隣接する前記素子と間隔を有して配置されており、
前記素子の側面は、
磁性粒子の付着を防止する、１００ｎｍ以上の長さの磁性粒子付着防止層により覆われる磁気抵抗効果デバイス。

【請求項2】

請求項１に記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、
前記素子は、
前記基板上に、下地層と、反強磁性層と、強磁性固定層と、非磁性中間層と、強磁性自由層と、保護層とが積層された積層膜である磁気抵抗効果デバイス。

【請求項3】

請求項１に記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、
前記素子の幅と長さの比であるアスペクト比が、
１：５以上であり、１：３００以下である磁気抵抗効果デバイス。

【請求項4】

請求項２に記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、
前記反強磁性層は、
Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ若しくはＭｎのいずれか１つ以上の元素を含む酸化物、または、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｐｔ若しくはＩｒのいずれか１つ以上の元素を含む金属を有する磁気抵抗効果デバイス。

【請求項5】

請求項２に記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、
前記下地層は、
Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＡｌまたはＦｅを含む金属を有するか、または、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＡｌまたはＦｅを含む酸化物を有する磁気抵抗効果デバイス。

【請求項6】

請求項１に記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、
前記素子に接続された電極を有する磁気抵抗効果デバイス。

【請求項7】

請求項２に記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、
前記強磁性固定層は、
第１の強磁性固定層と、非磁性結合層と、第２の強磁性固定層とを有する磁気抵抗効果デバイス。

【請求項8】

請求項７に記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、
前記第１の強磁性固定層または前記第２の強磁性固定層は、
ＣｏまたはＣｏ－Ｆｅ合金を含み、
前記非磁性結合層は、
ＲｕまたはＩｒを含む磁気抵抗効果デバイス。

【請求項9】

請求項７に記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、
前記第１の強磁性固定層の磁化方向と、前記第２の強磁性固定層の磁化方向とは、
互いに反平行の関係にある磁気抵抗効果デバイス。

【請求項10】

請求項７に記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、
前記第２の強磁性固定層の上には、
第１の非磁性中間層と、強磁性自由層と、第２の非磁性中間層と、第３の強磁性固定層と、第２の非磁性結合層と、第４の強磁性固定層と、第２の反強磁性層と、前記保護層が積層されている磁気抵抗効果デバイス。

【請求項11】

請求項１０に記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、
前記第３の強磁性固定層または前記第４の強磁性固定層は、
ＣｏまたはＣｏ－Ｆｅ合金を含み、
前記第２の非磁性結合層は、
ＲｕまたはＩｒを含む磁気抵抗効果デバイス。

【請求項12】

請求項１０に記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、
前記第３の強磁性固定層の磁化方向と、前記第４の強磁性固定層の磁化方向とは、
互いに反平行の関係にある磁気抵抗効果デバイス。

【請求項13】

請求項１に記載の磁気抵抗効果デバイスにおいて、
前記磁性粒子付着防止層は、
非磁性、または反強磁性の絶縁体から形成される磁気抵抗効果デバイス。

【請求項14】

基板上に複数の素子を有する磁気抵抗効果デバイスの製造方法であって、
前記素子は、隣接する前記素子と間隔を有して配置し、
１００ｎｍ以上の長さの磁性粒子付着防止層を、前記素子の側面に形成する磁気抵抗効果デバイスの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気抵抗効果デバイスに関し、特に、低磁界領域で巨大な磁気抵抗変化を起こす磁気抵抗効果デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサは、微小な磁界の変化を検出することができ、ハードディスクドライブの読み取りヘッドに代表されるように様々な用途に用いられている。一般的な巨大磁気抵抗効果素子は、基本構造として、下側から順に積層された強磁性固定層、非磁性中間層および強磁性自由層から成るＧＭＲ（Giant Magneto Resistance、以下、巨大磁気抵抗という）積層膜を有している。

【0003】

強磁性自由層は外部磁界の変化に対して磁化方向が敏感に変化するのに対して、強磁性固定層は外部磁場により磁化方向が変化しないように、強磁性固定層自体の材料または強磁性固定層の下地の積層構造が設計されている。このような基本構造において、強磁性自由層と強磁性固定層の磁化方向の相対角が外部磁場により変化することによって電気抵抗が大きく変化する現象は、巨大磁気抵抗効果（以下、ＧＭＲ効果という）と呼ばれている。

【0004】

ＧＭＲ積層膜をＧＭＲセンサとして用いる場合、外部磁界に対してその電気抵抗値が線形的に変化するように細線状に加工する。また加工したＧＭＲセンサを酸素や湿気などの劣化要因から保護するために、一般的にＧＭＲセンサ全体を絶縁膜で保護する必要がある。

【0005】

特許文献１には、細長形状に加工された磁気抵抗効果素子により、チャタリングの発生等を防止して安定した動作を得ることができ、また用途に合わせて磁気感度の制御を容易に行うことを可能とした磁気センサが記載されている。特許文献２には大容量磁気記録再生用ヘッドに使用される、パターニングされたＧＭＲ多層膜を絶縁膜で被覆した垂直通電型ＧＭＲ素子の製造方法について記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００７－２７３５２８号公報

【特許文献2】特開２０１０－８７２９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１では、磁気抵抗効果素子を細長形状に加工しているが、非接触式の磁気センサであり、検出対象となる磁性体は磁気センサに直接には接触しない。直接に接触する磁性体を検出する場合、検出対象がセンサ直上にあるか、またはセンサ横にあるかで正負反対のシグナルがそれぞれ発生し、打ち消しあってシグナルが小さくなる。

【0008】

特許文献２では、絶縁膜で被覆された垂直通電型ＧＭＲ素子を作製しているが、これも非接触式の磁気センサであり、また細長形状に加工されていないため、外部磁界に対してその電気抵抗値が線形的に変化する磁場範囲は極端に小さくなる。

【0009】

このため、磁気センサに検出対象の磁性体が接触している場合、大きなシグナルを得ることができず、高精度の磁気センシングが困難である。

【0010】

本発明の目的は、高精度な磁気センシングを可能とした磁気抵抗効果デバイスを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の好ましい一例としては、基板上に複数の素子を有する磁気抵抗効果デバイスであって、前記素子は、隣接する前記素子と間隔を有して配置されており、
前記素子の側面は、
磁性粒子の付着を防止する、１００ｎｍ以上の長さの磁性粒子付着防止層により覆われる磁気抵抗効果デバイスである。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、高精度に磁気センシングが可能な磁気抵抗効果デバイスを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施例１の磁気抵抗効果素子を構成する積層膜を示す図である。

【図2】実施例１の磁気抵抗効果デバイスを示す図である。

【図3】実施例２の磁気抵抗効果素子を構成する積層膜を示す図である。

【図4】実施例３の磁気抵抗効果素子を構成する積層膜を示す図である。

【図5】比較例の磁気抵抗効果デバイスを示す図である。

【図6】実験例１における磁気抵抗効果デバイスを示す図である。

【図7】実験例１におけるシグナルと測定磁場の関係を示す図である。

【図8】側壁からの距離とそのシグナルの関係を示す図。

【図9】実験例２におけるＭＲ比とＧＭＲセンサのアスペクト比の関係を示す図である。

【図10】実験例２における動作磁場範囲とＧＭＲセンサのアスペクト比の関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

【実施例0015】

以下では、基板上に順に積層された下地層、反強磁性層、強磁性固定層、非磁性中間層、強磁性自由層および保護層を有するＧＭＲ積層膜を細線状に微細加工し、磁性粒子付着防止層を形成することでＧＭＲセンサの性能を向上させることについて説明する。ここで細線状とは、短軸と長軸からなる細長形状をいい、積層膜の幅が短軸である。

【0016】

具体的には、ＧＭＲセンサの上部に付着した検出対象の磁性体から漏洩する磁界をより効率よく検出することについて説明する。本実施例では、細線状に加工したＧＭＲセンサに磁性粒子付着防止層を形成している。

【0017】

＜磁気抵抗効果素子の構造＞
図１に、本実施例のＧＭＲ積層膜の構成を示す。本実施例のＧＭＲ積層膜は、基板１０１を有し、基板１０１上に形成された下地層１０２を有している。下地層１０２は、ＧＭＲ積層膜を平坦に形成する役割と、下地層１０２上に形成されたＧＭＲ積層膜の構成膜を結晶化させる役割を持つ。

【0018】

下地層１０２は、Ｔａ（タンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｒ（クロム）、Ａｌ（アルミ）、またはＦｅ（鉄）を含む金属を有する。または、下地層１０２は、Ｔａ（タンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｒ（クロム）、Ａｌ（アルミ）、またはＦｅ（鉄）を含む酸化物を有する。具体的には、下地層１０２は１種類以上の材料から構成され、例えば、Ｔａ層およびＮｉＣｒ（ニッケルクロム）層の２層から成る積層膜により形成することができる。下地層１０２の膜厚が薄い場合、下地層として機能しなくなるため、下地層１０２は１ｎｍ以上の膜厚を有することが望ましい。

【0019】

下地層１０２上には、反強磁性層１０３が形成されている。反強磁性層１０３はＧＭＲ積層膜が動作する室温以上で磁性を維持することが必要である。よって、反強磁性層１０３を構成する材料は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ（コバルト）若しくはＭｎ（マンガン）のいずれか１つ以上の元素を含む酸化物であることが好ましい。あるいは、反強磁性層１０３を構成する材料は、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｐｔ（白金）若しくはＩｒ（イリジウム）のいずれか１つ以上の元素を含む金属であることが好ましい。

【0020】

反強磁性層１０３は、全体として磁気モーメントを持たない材料から成る。ただし、微細な観点において、反強磁性層１０３内では磁性原子の磁気モーメントが互い違いに逆向きに規則正しく並んでいる。本実施例の反強磁性層１０３は、例えば、基板１０１の上面に沿う方向であって、互いに反対向きの２種類の磁気モーメントのみを有している。その結果、自発磁化は打消し合うため、反強磁性層１０３の自発磁化は全体としてゼロになっている。

【0021】

反強磁性層１０３上には、強磁性固定層１０４が形成されている。強磁性固定層１０４は、単体では磁化の向きが固定されない強磁性層である。しかし、反強磁性層１０３と強磁性固定層１０４とが相互間の界面で磁気結合することで、強磁性固定層１０４の磁化方向が固定される。強磁性固定層１０４の磁化方向は、外部磁界が大きい場合であっても容易に変化しない必要がある。このため、強磁性固定層１０４の材料としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏまたはこれらの合金のうちの少なくとも１つを含むことが好ましい。

【0022】

強磁性固定層１０４上には、非磁性中間層１０５が形成されている。また、非磁性中間層１０５上には、強磁性自由層１０６が形成されている。非磁性中間層１０５は、非磁性中間層１０５の上の強磁性自由層１０６と、非磁性中間層１０５の下の強磁性固定層１０４との磁気結合を消失させるために十分厚い膜厚を有している必要がある。

【0023】

非磁性中間層１０５の膜厚は、例えば１ｎｍ以上であることが好ましい。また、ＧＭＲ効果は、強磁性固定層１０４、非磁性中間層１０５および強磁性自由層１０６を含む領域で発現するため、当該領域に効率よく電流を流すために、非磁性中間層１０５は伝導性の高い材料から成ることが好ましい。非磁性中間層１０５の材料としては、例えばＣｕなどが挙げられる。

【0024】

非磁性中間層１０５上に形成された強磁性自由層１０６は、単体では磁化の向きが固定されない強磁性層である。強磁性自由層１０６は、磁気抵抗効果素子の上部で検査対象物から発生する微弱な磁界を検出する際に磁化方向が変化するセンシング位置にある。

【0025】

したがって、強磁性自由層１０６は、その磁化方向が、外部磁界の変化に対して容易に変わる材料により構成されている必要がある。つまり、強磁性自由層１０６は、良好な軟磁気特性を示す必要がある。このため、強磁性自由層１０６の材料は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏまたはこれらの合金のうちの少なくとも１つを含むことが好ましい。特に、Ｎｉの比率が５０％以上であることがより好ましい。

【0026】

強磁性自由層１０６上には、保護層１０７が形成されている。このように、ＧＭＲ積層膜は、基板１０１と、基板１０１上に順に積層された下地層１０２、反強磁性層１０３、強磁性固定層１０４、非磁性中間層１０５、強磁性自由層１０６および保護層１０７を有している。保護層１０７は、強磁性自由層１０６の上面に接し、強磁性自由層１０６の上面の全体を覆っている。

【0027】

保護層１０７は、強磁性自由層１０６がＧＭＲ積層膜の外部環境により劣化することを防ぐ役割を有している。すなわち、保護層１０７は、強磁性自由層１０６が酸化などの化学反応により変質し、これにより磁気抵抗効果素子の信頼性が低下することを防ぐ役割を有する。保護層１０７の膜厚は、その結晶性を維持する必要があるため、少なくとも０．５ｎｍの膜厚を有する。

【0028】

また、本実施例の主な特徴の１つとして、ＧＭＲ積層膜が細線状に加工されていることにある。このとき、強磁性固定層１０４の磁化方向は細線の短軸方向に固定し、強磁性自由層の磁化方向は、形状磁気異方性により細線のＧＭＲ積層膜の長軸方向に向いている。細線の形状として、具体的には、アスペクト比は１：５以上、１：３００以下の細線形状である。ここで、アスペクト比は、磁気抵抗効果デバイスの素子を構成するＧＭＲ積層膜の幅（矢印１０８で示す短軸方向の長さ）と、ＧＭＲ積層膜の長軸方向の長さ（図１の紙面に垂直な方向における積層膜の長さ）との比である。

【0029】

アスペクト比１：５以上であることで、外部磁界に対してその電気抵抗値が線形的に変化する。またアスペクト比１：３００以下であることで、強磁性固定層の磁化方向を細線の短軸方向に固定することが可能となり、ＧＭＲセンサとして機能するようになる。ここで、ＧＭＲセンサは少なくとも１本以上の細線から成り、直列、または並列に電気的に複数本の細線が接続されていてもよい。

【0030】

また、本実施例の主な特徴の１つとして、ＧＭＲ積層膜を細線状に加工した後、磁性粒子付着防止層を形成することにある。図２は、磁気抵抗効果デバイスを示す図である。磁気抵抗効果デバイスは、基板２０３の上に形成される磁気抵抗効果素子（ＧＭＲセンサ）を有する。磁気抵抗効果素子（ＧＭＲセンサ）は、図２では、省略しているが電極と接続される。

【0031】

図２に示すＧＭＲセンサ２０１の上部に、磁性粒子が付着した場合と、ＧＭＲセンサ２０１の側壁に磁性粒子が付着した場合でＧＭＲセンサのシグナルが正負反対である。そのため、ＧＭＲセンサ全体に磁性粒子が付着した場合、シグナルは打ち消しあうことで減衰する。

【0032】

シグナルの絶対値はＧＭＲセンサの上部に磁性粒子が付いた場合の方が大きいため、ＧＭＲセンサの側壁に磁性粒子付着防止層２０２を形成することで、ＧＭＲセンサのトータルのシグナルが向上する。磁性粒子付着防止層２０２は、非磁性、または反強磁性の絶縁体の材料から形成される。また、ＧＭＲセンサ２０１の側壁は、少なくとも１００ｎｍ以上の長さ（矢印２０４で示す）の磁性粒子付着防止層２０２により覆われている必要がある。

【0033】

また本実施例において、ＧＭＲセンサ最表面を分子修飾することで検出対象を含む分子を結合させ、さらに漏洩磁場を生じる物質を特異的に結合させることでバイオセンサーとして機能させることができる。ＧＭＲセンサ表面における分子修飾として、例えばＧＭＲセンサ表面において酸素プラズマ処理を行うことで酸素を水酸基に変換し、アミノ基とのシランカップリング反応により３－アミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＴＥＳ）で修飾することが可能である。

【0034】

上記のＧＭＲセンサの結晶構造は、Ｘ線回折（ＸＲＤ：X-ray diffraction）によって容易に確認ができる。また、上記のＧＭＲセンサの構造は、ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope、透過型電子顕微鏡）またはＳＥＭ（Scanning Electron Microscope、走査電子顕微鏡）などの電子顕微鏡により観察することで確認できる。また、上記のＧＭＲ積層膜の単結晶もしくは多結晶の結晶構造と積層構造とは、電子線回折像においてスポット状パターンまたはリング状パターンを観察することで確認することができる。

【0035】

ＧＭＲセンサの各層の組成分布はＥＤＸ（Energy dispersive X-ray spectrometry、エネルギー分散型Ｘ線分析）などのＥＰＭＡ（Electron Probe Micro Analyzer、電子線マイクロアナライザー）を用いて確認できる。また、当該組成分布は、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry、二次イオン質量分析法）、Ｘ線光電子分光法またはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma、誘導結合プラズマ）発光分光分析法などの手法を用いて確認できる。

【0036】

＜ＧＭＲセンサの作製方法＞
次に、ＧＭＲセンサの作製方法について説明する。ＧＭＲセンサ内のＧＭＲ積層膜の各層は、例えば、到達真空度１．０×１０^－５Ｐａ以下の超高真空中で行うスパッタリング法により形成できる。各層の材料は、形成する各層と同じ組成を持つスパッタリングターゲットを用いて形成できる。平坦且つ結晶性および配向性のよい層を得るため、成膜時のＡｒ（アルゴン）圧力は１０ｍＴｏｒｒ以下であることが好ましい。

【0037】

次に、デバイス化プロセスについて説明する。ＧＭＲ積層膜のＧＭＲセンサ化にはフォトリソグラフィ、電子ビームリソグラフィ技術を用いる。まず、ＧＭＲ積層膜上に、ＧＭＲセンサのパターンの形状を有するフォトレジスト膜を、電子ビームリソグラフィ技術を用いて形成する。その後、当該レジスト膜をエッチング阻止マスクとして用い、アルゴンイオンミリングを用いてエッチングを行い、基板までオーバーエッチングする。その後、レジスト膜を除去する。その後６ｋＯｅの印加磁場下において２４０℃で１時間アニールされ、そのまま炉冷した。

【0038】

その際のアニール温度は、平坦且つ結晶性および配向性のよい層を得るため、２００℃以上、４００℃以下であることが好ましい。より好ましくは、２４０℃以上、３００℃以下でアニールすると、さらに平坦且つ結晶性および配向性のよい層が得られる。またアニールにおける磁界の大きさが５ｋＯｅ以上であると、強磁性固定層の磁化方向の固定化が促進されるため好ましい。

【0039】

＜ＧＭＲセンサの効果＞
ＧＭＲセンサにおいて微弱な漏洩磁場を定量的に検出するには、外部磁場に対してセンサの電気抵抗値が線形的に変化する必要がある。そのためにＧＭＲ積層膜を細線状に加工している。このとき、強磁性固定層の磁化方向は細線の短軸方向に固定し、強磁性自由層の磁化方向は形状磁気異方性により細線の長軸方向に向いている。

【0040】

磁場のない初期状態では強磁性固定層と強磁性自由層の磁化方向の相対角は90°となる。磁性粒子が付着し漏洩磁場などの外部磁場が働くと強磁性固定層と強磁性自由層の磁化方向の相対角は９０°からずれることになり、その相対角の増減に対して電気抵抗値も増減する。ここで、ＧＭＲセンサは少なくとも１本以上の細線から成り、直列、または並列に電気的に複数本の細線が接続されていてもよい。

【0041】

図２は、磁気抵抗効果デバイスを長軸方向から見た図である。磁気抵抗効果デバイスの素子であるＧＭＲセンサ２０１において磁性粒子などの付着物を検出する場合には、ＧＭＲセンサの上部に磁性粒子が付着した場合と、ＧＭＲセンサの側壁に磁性粒子が付着した場合がある。

【0042】

ＧＭＲセンサの上部に磁性粒子が付着した場合と、ＧＭＲセンサの側壁に磁性粒子が付着した場合でＧＭＲセンサのシグナルが正負反対であるため、ＧＭＲセンサ全体に磁性粒子が付着した場合、シグナルは打ち消しあい減衰する。シグナルの絶対値はＧＭＲセンサ上部に磁性粒子が付いた場合の方が大きい。

【0043】

本実施例の磁性粒子付着防止層２０２は、非磁性、または反強磁性の絶縁体の材料から形成される。また、ＧＭＲセンサ２０１の側壁は、少なくとも１００ｎｍ以上の長さの磁性粒子付着防止層２０２により覆われている。そのため、側壁に付着する磁性粒子のシグナルを減衰させ、ＧＭＲセンサのトータルのシグナルを向上させることができる。

【0044】

本実施例によれば、ＧＭＲセンサの性能を向上させることができる。特に、磁性粒子による磁界の方向が統一され、ＧＭＲセンサに接触する磁性体の磁界を効率的に検出することができる。したがって、磁性体が磁気抵抗効果デバイスに接触することにより磁性体があることを検出する接触型の磁気抵抗効果デバイスに対して高精度な磁気センシングを実現できる。

【実施例0045】

ＧＭＲセンサを構成するＧＭＲ積層膜の構造は、図３に示すような積層構造を有していてもよい。実施例２のＧＭＲ積層膜は、基板３０１上に順に形成された下地層３０２、反強磁性層３０３、第１の強磁性固定層３０４、非磁性結合層３０５、第２の強磁性固定層３０６、非磁性中間層３０７、強磁性自由層３０８および保護層３０９により構成されている。

【0046】

図１に示す構造とは異なり、ここでは、第１の強磁性固定層３０４および第２の強磁性固定層３０６が層形成されており、それらの中間に非磁性結合層３０５が形成されている。第１の強磁性固定層３０４の磁化方向は、反強磁性層３０３によって固定されている。また、第１の強磁性固定層３０４上に非磁性結合層３０５を介して形成された第２の強磁性固定層３０６の磁化方向は、第１の強磁性固定層３０４と反対の方向で固定されている。第２の強磁性固定層３０６の磁化方向は、非磁性結合層３０５の膜厚、つまり、第１の強磁性固定層３０４と第２の強磁性固定層３０６との間の距離により決まる。

【0047】

第１の強磁性固定層３０４および第２の強磁性固定層３０６のそれぞれの磁化方向は、互いに反対方向を向いている。言い換えれば、第１の強磁性固定層３０４の磁化方向と第２の強磁性固定層３０６の磁化方向とは、互いに反平行の関係にある。これにより、第１の強磁性固定層３０４および第２の強磁性固定層３０６のそれぞれから出る磁界は、第１の強磁性固定層３０４と第２の強磁性固定層３０６との間をループする。

【0048】

つまり、第１の強磁性固定層３０４から出た漏れ磁界の殆どは第２の強磁性固定層３０６を通り、第２の強磁性固定層３０６から出た漏れ磁界の殆どは第１の強磁性固定層３０４を通る。このため、第１の強磁性固定層３０４および第２の強磁性固定層３０６のそれぞれから出る磁界は外部環境に影響を与えない。

【0049】

このような構造は積層反強磁性構造と呼ばれる。積層反強磁性構造ではＧＭＲ積層膜から出る磁界が減少するため、非常に微弱な磁性体の磁界を検出する際、検出前後で検出対象の磁性体の磁気状態を変えずに当該磁性体の磁界を検出することができる。したがって、磁気の状態をより正確に検知することができる。第１の強磁性固定層３０４および第２の強磁性固定層３０６のうち少なくとも一方は、ＣｏまたはＣｏ－Ｆｅ合金のいずれか一方を含み、非磁性結合層３０５は、Ｒｕ（ルテニウム）とＩｒとの少なくとも一方を含むことが好ましい。

【0050】

第１の強磁性固定層３０４、非磁性結合層３０５および第２の強磁性固定層３０６から成る積層膜は、１つの強磁性固定層とみなすことができる。すなわち、本実施例の磁気抵抗効果素子は、実施例１の強磁性固定層１０４が、第１の強磁性固定層３０４、非磁性結合層３０５および第２の強磁性固定層３０６から成る積層膜により構成されているものと考えることができる。