(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反強磁性層と固定磁性層とが積層され、
前記反強磁性層はＰｔＣｒ層とＸＭｎ層（ただし、ＸはＰｔまたはＩｒ）とからなり、
前記ＸＭｎ層が前記固定磁性層に接していることを特徴とする交換結合膜。
【請求項２】
前記固定磁性層は、第１磁性層と中間層と第２磁性層とが積層されたセルフピン層である請求項１に記載の交換結合膜。
【請求項３】
前記ＰｔＣｒ層の膜厚は、前記ＸＭｎ層の膜厚よりも大きい請求項１または２に記載の交換結合膜。
【請求項４】
前記ＰｔＣｒ層の膜厚と前記ＸＭｎ層の膜厚との比は、５：１〜１００：１である請求項３に記載の交換結合膜。
【請求項５】
前記ＰｔＣｒ層は、ＰｔＸＣｒ100-X（Ｘは４５ａｔ％以上６２ａｔ％以下）である請求項１〜４のいずれか１項に記載の交換結合膜。
【請求項６】
前記ＰｔＣｒ層は、ＰｔＸＣｒ100-X（Ｘは５０ａｔ％以上５７ａｔ％以下）である請求項１〜４のいずれか１項に記載の交換結合膜。
【請求項７】
前記反強磁性層に隣接する下地層を備えており、
前記下地層はＮｉＦｅＣｒである請求項１〜６のいずれか１項に記載の交換結合膜。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の交換結合膜とフリー磁性層とが積層されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
請求項８に記載の磁気抵抗効果素子を備えていることを特徴とする磁気検出装置。
【請求項１０】
同一基板上に請求項８に記載の磁気抵抗効果素子を複数備えており、
複数の前記磁気抵抗効果素子には、前記固定磁性層の固定磁化方向が異なるものが含まれる請求項９に記載の磁気検出装置。
【請求項１１】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の交換結合膜の製造方法であって、
ＰｔとＣｒとを同時にスパッタする工程によりＰｔＣｒ層を形成することを特徴とする交換結合膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は交換結合膜ならびにこれを用いた磁気抵抗効果素子および磁気検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
反強磁性層と固定磁性層とを備えた交換結合膜は、磁気抵抗効果素子や磁気検出装置として用いられる。特許文献１には、磁気記録用媒体において、強磁性膜としてのＣｏ合金と、反強磁性膜としての種々の合金とを組み合わせることにより交換結合膜を構成できることが記載されている。反強磁性膜としては、ＣｏＭｎ、ＮｉＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｔＣｒなどの合金が例示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２１５４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
磁気検出装置は、磁気効果素子を基板に実装する際、はんだをリフロー処理（溶融処理）する必要があり、また、エンジンの周辺のような高温環境下において、用いられることがある。このため、磁気検出装置に用いられる交換結合膜には、広いダイナミックレンジで磁界を検出可能とするために、固定磁性層の磁化の方向が反転する磁界（Ｈｅｘ）が大きく、高温条件下における安定性が高いことが好ましい。
特許文献１は、磁気記録媒体として用いられる交換結合膜に関するものであることから、交換結合膜を用いた磁気検出装置の高温条件下における安定性については記載されていない。特許文献１には、反強磁性膜としてＰｔＣｒが例示されているが、ＰｔＣｒをどのような組成比で構成するのが好ましいか、は記載されていない。【０００５】
本発明は、固定磁性層の磁化の向きが反転する磁界（Ｈｅｘ）が大きく、高温条件下における安定性が高い交換結合膜、ならびにこれを用いた磁気抵抗効果素子および磁気検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の交換結合膜は、反強磁性層と固定磁性層とが積層され、
前記反強磁性層はＰｔＣｒ層とＸＭｎ層（ただし、ＸはＰｔまたはＩｒ）とからなり、
前記ＸＭｎ層が前記固定磁性層に接していることを特徴とするものである。【０００７】
前記固定磁性層は、第１磁性層と中間層と第２磁性層とが積層されたセルフピン層であってもよい。【０００８】
前記ＰｔＣｒ層の膜厚は、前記ＸＭｎ層の膜厚よりも大きいことが好ましい。
前記ＰｔＣｒ層の膜厚と前記ＸＭｎ層の膜厚との比は、５：１〜１００：１であるものが好ましい。【０００９】
前記ＰｔＣｒ層は、ＰｔＸＣｒ１００−Ｘ（Ｘは４５ａｔ％以上６２ａｔ％以下）であることが好ましく、ＰｔＸＣｒ１００−Ｘ（Ｘは５０ａｔ％以上５７ａｔ％以下）であることがより好ましい。【００１０】
前記反強磁性層に隣接する下地層を備えており、前記下地層はＮｉＦｅＣｒであることが好ましい。【００１１】
本発明の磁気抵抗効果素子は、本発明の交換結合膜とフリー磁性層とが積層されていることを特徴とするものである。【００１２】
本発明の磁気検出装置は、本発明の磁気抵抗効果素子を備えていることを特徴とするものである。【００１３】
本発明の磁気検出装置は、同一基板上に本発明の磁気抵抗効果素子を複数備えており、
複数の前記磁気抵抗効果素子には、前記固定磁化方向が異なるものが含まれる構成とすることができる。【００１４】
本発明の製造方法は、ＰｔとＣｒとを同時にスパッタする工程によりＰｔＣｒ層を形成することにより、本発明の交換結合膜を製造することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の交換結合膜は、反強磁性層としてＰｔＣｒ層とＸＭｎ層（ただし、ＸはＰｔまたはＩｒ）とからなるものを用いることにより、固定磁性層の磁化の向きが反転する磁界（Ｈｅｘ）が高くなり、高温条件下における安定性が向上する。したがって、本発明の交換結合膜を用いれば、高温でリフロー処理がなされたり、高温環境下で使用されたりしても、安定な磁気検出装置とすることが可能である。
本発明の製造方法は、ＰｔとＣｒとを同時にスパッタすることにより、Ｈｅｘが高い固定磁性層を備えた交換結合膜を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態の交換結合膜１０の膜構成を示す説明図、
【図２】本発明の第２の実施形態の交換結合膜２０の膜構成を示す説明図、
【図３】本発明の実施形態の磁気センサ３０の回路ブロック図、
【図４】磁気センサ３０に使用される磁気検出素子１１を示す平面図、
【図５】実施例１の磁気検出素子１１のＲ−Ｈ曲線、
【図６】実施例２の磁気検出素子１１のＲ−Ｈ曲線、
【図７】比較例１の磁気検出素子１１のＲ−Ｈ曲線、
【図８】ＰｔＣｒ層の膜厚とＰｔＭｎ層の膜厚とを変化させた、実施例３〜実施例５の交換結合膜のＨｅｘを示すグラフ、
【図９】ＰｔＣｒ層の膜厚とＩｒＭｎ層の膜厚とを変化させた、実施例６の交換結合膜のＨｅｘを示すグラフ、
【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）実施例７の磁気検出素子１１のＲ−Ｈ曲線、
【図１１】（Ａ）〜（Ｃ）実施例８の磁気検出素子１１のＲ−Ｈ曲線、
【図１２】（Ａ）〜（Ｃ）比較例２の磁気検出素子１１のＲ−Ｈ曲線、
【図１３】参考例１と参考例２のＰｔＣｒに含まれるＰｔの割合とＨｅｘの関係を示すグラフ
【図１４】参考例１と参考例３のＰｔＣｒに含まれるＰｔの割合とＨｅｘの関係を示すグラフ
【図１５】本発明の実施例９〜１２および比較例３〜４の交換結合膜４０の膜構成を示す説明図、
【図１６】実施例９〜１２および比較例３〜４の交換結合膜４０の温度とＨｅｘとの関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜第１の実施形態＞
図１に本発明の第１の実施形態に係る交換結合膜１０を使用した磁気検出素１１の膜構成が示されている。
磁気検出素子１１は、基板の表面から、下地層１、反強磁性層２、固定磁性層３、非磁性材料層４、フリー磁性層５および保護層６の順に積層されて成膜されている。反強磁性層２は、ＰｔＣｒ層２ＡとＸＭｎ層（ただし、ＸはＰｔまたはＩｒ）２Ｂ層とからなり、ＸＭｎ層２Ｂが固定磁性層３に接している。これら各層は、例えばスパッタ工程やＣＶＤ工程で成膜される。反強磁性層１と固定磁性層３とが本発明の第１の実施の形態の交換結合膜１０である。
【００１８】
磁気検出素子１１は、いわゆるシングルスピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を利用した積層素子であり、固定磁性層３の固定磁化のベクトルと、フリー磁性層５の外部磁界によって変化する磁化のベクトルとの相対関係で電気抵抗が変化する。
【００１９】
下地層１は、ＮｉＦｅＣｒ合金（ニッケル・鉄・クロム合金）、ＣｒあるいはＴａなどで形成される。本実施形態の交換結合膜１０において固定磁性層３の磁化の向きが反転する磁界（以下、適宜「Ｈｅｘ」ともいう）を高くするために、ＮｉＦｅＣｒ合金が好ましい。
【００２０】
反強磁性層２は、ＰｔＣｒ層２ＡとＸＭｎ層２Ｂ（ただし、ＸはＰｔまたはＩｒ）からなる積層構造である。Ｈｅｘを高くするためには、反強磁性層２のＰｔＣｒ層２Ａの膜厚Ｄ１はＸＭｎ層２Ｂの膜厚Ｄ２よりも大きいことが好ましい。膜厚Ｄ１と膜厚Ｄ２の比（Ｄ１：Ｄ２）は、５：１〜１００：１がより好ましく、１０：１〜５０：１がさらに好ましい。
【００２１】
Ｈｅｘを高くする観点から、ＰｔＣｒ層２Ａは、ＰｔＸＣｒ１００−Ｘ（Ｘは４５ａｔ％以上６２ａｔ％以下）であることが好ましく、ＰｔＸＣｒ１００−Ｘ（Ｘは５０ａｔ％以上５７ａｔ％以下）であることがより好ましい。同様の観点から、ＸＭｎ層２Ｂは、ＰｔＭｎ層が好ましい。
【００２２】
本実施形態では、反強磁性層２をアニール処理して規則化し、固定磁性層３との間（界面）で交換結合を生じさせる。この交換結合によって、固定磁性層３の強磁場耐性を向上させてＨｅｘを高くする。
【００２３】
固定磁性層３は、ＣｏＦｅ合金（コバルト・鉄合金）で形成される。ＣｏＦｅ合金は、Ｆｅの含有割合を高くすることにより、保磁力が高くなる。固定磁性層３はスピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果に寄与する層であり、固定磁性層３の固定磁化方向Ｐが延びる方向が磁気検出素子１１の感度軸方向である。
【００２４】
非磁性材料層４は、Ｃｕ（銅）などを用いて形成することができる。
フリー磁性層５は、その材料および構造が限定されるものではないが、例えば、材料としてＣｏＦｅ合金（コバルト・鉄合金）、ＮｉＦｅ合金（ニッケル・鉄合金）などを用いることができ、単層構造、積層構造、積層フェリ構造などとして形成することができる。
保護層６は、Ｔａ（タンタル）などを用いて形成することができる。
【００２５】
＜第２の実施形態＞
図２に本発明の第２の実施形態の交換結合膜２０を使用した磁気検出素子２１の膜構成を示す説明図が示されている。本実施形態では、図１に示す磁気抵抗効果素子１１と機能が同じ層に同じ符号を付して、説明を省略する。
第２の実施形態の磁気検出素子２１では、交換結合膜２０が、セルフピン止め構造の固定磁性層３と反強磁性層２とが接合されて構成されている。また、非磁性材料層４とフリー磁性層５が固定磁性層３よりも下側に形成されている点において、図１の磁気抵抗効果素子１１と相違している。
【００２６】
磁気検出素子２１も、いわゆるシングルスピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果を利用した積層素子である。固定磁性層３の第１磁性層３Ａの固定磁化のベクトルと、フリー磁性層５の外部磁界によって変化する磁化のベクトルとの相対関係で電気抵抗が変化する。
【００２７】
固定磁性層３は、第１磁性層３Ａおよび第２磁性層３Ｃと、これらの二層の間に位置する非磁性中間層３Ｂと、で構成されたセルフピン止め構造となっている。第１磁性層３Ａの固定磁化方向Ｐ１と、第２磁性層３Ｃの固定磁化方向Ｐとは、相互作用により反平行となっている。非磁性材料層４に隣接する第１磁性層３Ａの固定磁化方向Ｐ１が固定磁性層３の固定磁化方向である。この固定磁化方向Ｐ１が延びる方向が磁気検出素子１１の感度軸方向である。
【００２８】
第１磁性層３Ａおよび第２磁性層３Ｃは、ＦｅＣｏ合金（鉄・コバルト合金）で形成される。ＦｅＣｏ合金は、Ｆｅの含有割合を高くすることにより、保磁力が高くなる。非磁性材料層４に隣接する第１磁性層３Ａはスピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果に寄与する層である。
非磁性中間層３ＢはＲｕ（ルテニウム）などで形成されている。Ｒｕからなる非磁性中間層３Ｂの膜厚は、３〜５Åまたは８〜１０Åであることが好ましい。
【００２９】
＜磁気センサの構成＞
図３に、図１に示す磁気検出素子１１を組み合わせた磁気センサ（磁気検出装置）３０が示されている。図３では、固定磁化方向Ｐ（図１参照）が異なる磁気検出素子１１を、それぞれ１１Ｘａ，１１Ｘｂ，１１Ｙａ，１１Ｙｂの異なる符号を付して区別している。磁気センサ３０では、磁気検出素子１１Ｘａ，１１Ｘｂ，１１Ｙａ，１１Ｙｂが同一基板上に設けられている。
【００３０】
図３に示す磁気センサ３０は、フルブリッジ回路３２Ｘおよびフルブリッジ回路３２Ｙを有している。フルブリッジ回路３２Ｘは、２つの磁気検出素子１１Ｘａと２つの磁気検出素子１１Ｘｂとを備えており、フルブリッジ回路３２Ｙは、２つの磁気検出素子１１Ｙａと２つの磁気検出素子１１Ｙｂとを備えている。磁気検出素子１１Ｘａ，１１Ｘｂ，１１Ｙａ，１１Ｙｂはいずれも、図１に示した磁気検出素子１１の交換結合膜１０の膜構造を備えている。これらを特に区別しない場合、以下適宜、磁気検出素子１１と記す。
【００３１】
フルブリッジ回路３２Ｘとフルブリッジ回路３２Ｙとは、検出磁場方向を異ならせるために、図３中に矢印で示した固定磁化方向が異なる磁気検出素子１１を用いたものであって、磁場を検出する機構は同じである。そこで、以下では、フルブリッジ回路３２Ｘを用いて磁場を検出する機構を説明する。
【００３２】
フルブリッジ回路３２Ｘは、第１の直列部３２Ｘａと第２の直列部３２Ｘｂが並列に接続されて構成されている。第１の直列部３２Ｘａは、磁気検出素子１１Ｘａと磁気検出素子１１Ｘｂとが直列に接続されて構成され、第２の直列部３２Ｘｂは、磁気検出素子１１Ｘｂと磁気検出素子１１Ｘａとが直列に接続されて構成されている。
【００３３】
第１の直列部３２Ｘａを構成する磁気検出素子１１Ｘａと、第２の直列部３２Ｘｂを構成する磁気検出素子１１Ｘｂに共通の電源端子３３に、電源電圧Ｖｄｄが与えられる。第１の直列部３２Ｘａを構成する磁気検出素子１１Ｘｂと、第２の直列部３２Ｘｂを構成する磁気検出素子１１Ｘａに共通の接地端子３４が接地電位ＧＮＤに設定されている。
【００３４】
フルブリッジ回路３２Ｘを構成する第１の直列部３２Ｘａの中点３５Ｘａの出力電位（ＯｕｔＸ１）と、第２の直列部３２Ｘｂの中点３５Ｘｂの出力電位（ＯｕｔＸ２）との差動出力（ＯｕｔＸ１）−（ＯｕｔＸ２）がＸ方向の検知出力（検知出力電圧）ＶＸｓとして得られる。
【００３５】
フルブリッジ回路３２Ｙも、フルブリッジ回路３２Ｘと同様に作用することで、第１の直列部３２Ｙａの中点３５Ｙａの出力電位（ＯｕｔＹ１）と、第２の直列部３２Ｙｂの中点３５Ｙｂの出力電位（ＯｕｔＹ２）との差動出力（ＯｕｔＹ１）―（ＯｕｔＹ２）がＹ方向の検知出力（検知出力電圧）ＶＹｓとして得られる。
【００３６】
図３に矢印で示すように、フルブリッジ回路３２Ｘを構成する磁気検出素子１１Ｘａおよび磁気検出素子１１Ｘｂの感度軸方向と、フルブリッジ回路３２Ｙを構成する磁気検出素子１１Ｙａおよび各磁気検出素子１１Ｙｂの感度軸方向とは互いに直交している。
【００３７】
図３に示す磁気センサ３０では、それぞれの磁気検出素子１１のフリー磁性層５の向きが外部磁場Ｈの方向に倣うように変化する。このとき、固定磁性層３の固定磁化方向Ｐと、フリー磁性層５の磁化方向との、ベクトルの関係で抵抗値が変化する。
【００３８】
例えば、外部磁場Ｈが図３に示す方向に作用したとすると、フルブリッジ回路３２Ｘを構成する磁気検出素子１１Ｘａでは感度軸方向と外部磁場Ｈの方向が一致するため電気抵抗値は小さくなり、一方、磁気検出素子１１Ｘｂでは感度軸方向と外部磁場Ｈの方向が反対であるため電気抵抗値は大きくなる。この電気抵抗値の変化により、検知出力電圧ＶＸｓ＝（ＯｕｔＸ１）−（ＯｕｔＸ２）が極大となる。外部磁場Ｈが紙面に対して右向きに変化するにしたがって、検知出力電圧ＶＸｓが低くなっていく。そして、外部磁場Ｈが図３の紙面に対して上向きまたは下向きになると、検知出力電圧ＶＸｓがゼロになる。
【００３９】
一方、フルブリッジ回路３２Ｙでは、外部磁場Ｈが図３に示すように紙面に対して左向きのときは、全ての磁気検出素子１１で、フリー磁性層５の磁化の向きが、感度軸方向（固定磁化方向Ｐ）に対して直交するため、磁気検出素子１１Ｙａおよび磁気検出素子１１Ｘｂの電気抵抗値は同じである。したがって、検知出力電圧ＶＹｓはゼロである。図３において外部磁場Ｈが紙面に対して下向きに作用すると、フルブリッジ回路３２Ｙの検知出力電圧ＶＹｓ＝（ＯｕｔＹ１）―（ＯｕｔＹ２）が極大となり、外部磁場Ｈが紙面に対して上向きに変化するにしたがって、検知出力電圧ＶＹｓが低くなっていく。
【００４０】
このように、外部磁場Ｈの方向が変化すると、それに伴いフルブリッジ回路３２Ｘおよびフルブリッジ回路３２Ｙの検知出力電圧ＶＸｓおよびＶＹｓも変動する。したがって、フルブリッジ回路３２Ｘおよびフルブリッジ回路３２Ｙから得られる検知出力電圧ＶＸｓおよびＶＹｓに基づいて、検知対象の移動方向や移動量（相対位置）を検知することができる。
【００４１】
図３には、Ｘ方向と、Ｘ方向に直交するＹ方向の磁場を検出可能に構成された磁気センサ３０を示した。しかし、Ｘ方向またはＹ方向の磁場のみを検出するフルブリッジ回路３２Ｘまたはフルブリッジ回路３２Ｙのみを備えた構成としてもよい。
【００４２】
図４に、磁気検出素子１１Ｘａと磁気検出素子１１Ｘｂの平面構造が示されている。図３と図４は、ＢＸａ−ＢＸｂ方向がＸ方向である。図４（Ａ）（Ｂ）に、磁気検出素子１１Ｘａ，１１Ｘｂの固定磁化方向Ｐが矢印で示されている。磁気検出素子１１Ｘａと磁気検出素子１１Ｘｂでは、固定磁化方向ＰがＸ方向であり、互いに逆向きである。
【００４３】
図４に示すように、磁気検出素子１１Ｘａと磁気検出素子１１Ｘｂは、ストライプ形状の素子部１２を有している。素子部１２の長手方向がＢＹａ−ＢＹｂ方向に向けられている。素子部１２は複数本が平行に配置されており、隣り合う素子部１２の図示右端部が導電部１３ａを介して接続され、隣り合う素子部１２の図示右端部が導電部１３ｂを介して接続されている。素子部１２の図示右端部と図示左端部では、導電部１３ａ，１３ｂが互い違いに接続されており、素子部１２はいわゆるミアンダ形状に連結されている。磁気検出素子１１Ｘａ，１１Ｘｂの、図示右下部の導電部１３ａは接続端子１４ａと一体化され、図示左上部の導電部１３ｂは接続端子１４ｂと一体化されている。
【００４４】
各素子部１２は複数の金属層（合金層）が積層されて構成されている。図１に素子部１２の積層構造が示されている。なお、各素子部１２は図２に示す積層構造であってもよい。
【００４５】
なお、図３と図４に示す磁気センサ３０では、磁気検知素子１１を図２に示す第２の実施形態の磁気検知素子２１に置き換えることが可能である。
【実施例】
【００４６】
（実施例１）
以下の膜構成を備えた交換結合膜１０を有する磁気検出素子１１（図１参照）を製造した。以下の実施例、比較例および参考例では（）内の数値は膜厚（Å）を示す。交換結合膜１０を１ｋｅの磁場中において４００℃で５時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定した。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（６０）／反強磁性層２［ＰｔＣｒ層２Ａ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（２８０）／ＸＭｎ層２Ｂ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（２０）］／固定磁性層３：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（５０）／非磁性材料層４：Ｃｕ（４０）／フリー磁性層５：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１５）／Ｎｉ８１．５ａｔ％Ｆｅ１８．５ａｔ％（３０）／保護層６：Ｔａ（５０）【００４７】
（実施例２）
反強磁性層２のＰｔＣｒ層２Ａを、実施例１のＰｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（２８０）からＰｔ５４ａｔ％Ｃｒ４６ａｔ％（２８０）に変更して、以下の膜構成を備えた交換結合膜１０を製造した。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（６０）／反強磁性層２［ＰｔＣｒ層２Ａ：Ｐｔ５４ａｔ％Ｃｒ４６ａｔ％（２８０）／ＸＭｎ層２Ｂ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（２０）］／固定磁性層３：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（５０）／非磁性材料層４：Ｃｕ（４０）／フリー磁性層５：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１５）／Ｎｉ８１．５ａｔ％Ｆｅ１８．５ａｔ％（３０）／保護層６：Ｔａ（５０）【００４８】
（比較例１）
反強磁性層２を、実施例１の［ＰｔＣｒ層２Ａ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（２８０）／ＸＭｎ層２Ｂ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（２０）］からＰｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（３００）に変更して、以下の膜構成を備えた交換結合膜１０を製造した。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（６０）／反強磁性層２：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（３００）／固定磁性層３：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（５０）／非磁性材料層４：Ｃｕ（４０）／フリー磁性層５：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１５）／Ｎｉ８１．５ａｔ％Ｆｅ１８．５ａｔ％（３０）／保護層６：Ｔａ（５０）【００４９】
＜外部磁界の印加＞
実施例１，実施例２および比較例１の磁気検出素子１１において、交換結合膜１０における固定磁性層３の固定磁化方向（図１のＰ方向）に対して平行な方向から外部磁界Ｈをかけて、磁界Ｈによって電気抵抗Ｒが変化する割合（抵抗変化率）△ＭＲ（△Ｒ／Ｒ）を求めた。
図５，図６および図７は、実施例１，実施例２および比較例１の磁気検出素子１１のＲ−Ｈ曲線である。これらの図では、横軸が磁界Ｈの強さ［Ｏｅ］、縦軸が抵抗変化率△ＭＲ［％］を示し、「Ｉｎｃ．」を付した曲線（Ｈ＝１０００［Ｏｅ］において下側に位置する曲線）が磁界Ｈの強さを増加させたときの△ＭＲ、「Ｄｅｃ．」を付した曲線（Ｈ＝１０００［Ｏｅ］において上側に位置する曲線）が磁界Ｈの強さを減少させたときの△ＭＲ、をそれぞれ示している。
図５ないし図７では、磁界をプラス側に変化させたときの抵抗変化率△ＭＲ［％］の変動曲線「Ｉｎｃ．」と、磁界をマイナス側に変化させたときの抵抗変化率△ＭＲ［％］の変動曲線「Ｄｅｃ．」にヒステリシスが発生しているが、変動曲線「Ｉｎｃ．」と変動曲線「Ｄｅｃ．」の半値の中間点が固定磁性層の磁化の向きが反転する磁界（Ｈｅｘ）にほぼ一致する。
反強磁性層がＰｔＣｒ層とＰｔＭｎ層とからなり、ＰｔＭｎ層が固定磁性層に接している図５に示す実施例１と図６に示す実施例２は、反強磁性層がＰｔＭｎ層のみからなる比較例に比べて、磁界（Ｈｅｘ）が高くなることが分かった。すなわち、実施例１と実施例２の交換結合膜１０を使用した磁気検出素子１１は、強磁場の環境でも磁界の測定が十分に可能になる。【００５０】
（実施例３）
反強磁性層２のＰｔＣｒ層２Ａの厚さＤ１とＰｔＭｎ層２Ｂの厚さＤ２を、下記の表１に示すように変化させて、以下の膜構成を備えた交換結合膜１０（図１参照）を製造した。交換結合膜１０を１ｋｅの磁場中において４００℃で５時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定した。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（６０）／反強磁性層２［ＰｔＣｒ層２Ａ：Ｐｔ５４ａｔ％Ｃｒ４６ａｔ％（３００−ｘ）／ＸＭｎ層２Ｂ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（ｘ）］／固定磁性層３：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（５０）／非磁性材料層４：Ｃｕ（４０）／フリー磁性層５：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１５）／Ｎｉ８１．５ａｔ％Ｆｅ１８．５ａｔ％（３０）／保護層６：Ｔａ（５０）【００５１】
表１に示す膜厚のＰｔＣｒ層およびＰｔＭｎ層を備えた交換結合膜１０のそれぞれについて、Ｒ−Ｈ曲線から算出されたＨｅｘは以下のとおりであった。なお、以下では、適宜、Ｐｔ５４ａｔ％Ｃｒ４６ａｔ％を５４ＰｔＣｒ、Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％を５１ＰｔＣｒ、Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％をＰｔＭｎと記載する。
【表１】
0006725667.tif 000002
【００５２】
（実施例４）
反強磁性層２のＰｔＣｒ層２Ａを、実施例３の５４ＰｔＣｒ（２８０−ｘ）から５１ＰｔＣｒ（２８０−ｘ）に変更して、以下の膜構成を備えた交換結合膜１０を製造した。交換結合膜１０を１ｋｅの磁場中において４００℃で５時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定した。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（６０）／反強磁性層２［ＰｔＣｒ層２Ａ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（３００−ｘ）／ＸＭｎ層２Ｂ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（ｘ）］／固定磁性層３：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（５０）／非磁性材料層４：Ｃｕ（４０）／フリー磁性層５：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１５）／Ｎｉ８１．５ａｔ％Ｆｅ１８．５ａｔ％（３０）／保護層６：Ｔａ（５０）【００５３】
表２に示す膜厚のＰｔＣｒ層およびＰｔＭｎ層を備えた交換結合膜１０それぞれについて、Ｒ−Ｈ曲線から算出されたＨｅｘは以下のとおりであった。
【表２】
0006725667.tif 000003
【００５４】
（実施例５）
実施例４と同じ膜構成を備えた交換結合膜１０を製造し、アニール処理の温度を実施例４の４００℃から３５０℃に変更した。
表３に示す膜厚の５１ＰｔＣｒ層およびＰｔＭｎ層を備えた交換結合膜１０のそれぞれについて、Ｒ−Ｈ曲線から算出されたＨｅｘは以下のとおりであった。
【表３】
0006725667.tif 000004
【００５５】
図８は、ＰｔＣｒ層の膜厚とＰｔＭｎ層の膜厚を変化させた、実施例３〜実施例５の交換結合膜１０のＨｅｘを示すグラフである。同図では、横軸がＰｔＭｎ層の膜厚（PtMn Thickness、［Å］）を示し、縦軸が交換結合膜のＨｅｘ［Ｏｅ］を示している。図８および表１〜表３から、ＰｔＣｒ層として５１ＰｔＣｒおよび５４ＰｔＣｒのいずれを用いても、反強磁性層をＰｔＭｎ層のみで構成したものと比較して、交換結合膜１０のＨｅｘが高くなることが分かる。
Ｈｅｘが高い交換結合膜１０とする観点から、ＰｔＣｒ層として５４ＰｔＣｒを用いることが好ましい。また、アニール温度を３５０℃としても、４００℃とＨｅｘが同程度の交換結合膜１０が得られるため、アニール温度を低くする観点からは、ＰｔＣｒ層として５１ＰｔＣｒを用いることが好ましい。【００５６】
（実施例６）
反強磁性層２のＸＭｎ層２Ｂを、実施例３のＰｔＭｎから、ＩｒＭｎに変更して、以下の膜構成を備えた交換結合膜１０を製造した。交換結合膜１０を１ｋｅの磁場中において４００℃で５時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定した。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（６０）／反強磁性層２［ＰｔＣｒ層２Ａ：Ｐｔ５４ａｔ％Ｃｒ４６ａｔ％（３００−ｘ）／ＸＭｎ層２Ｂ：Ｉｒ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（ｘ）］／固定磁性層３：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（５０）／非磁性材料層４：Ｃｕ（４０）／フリー磁性層５：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１５）／Ｎｉ８１．５ａｔ％Ｆｅ１８．５ａｔ％（３０）／保護層６：Ｔａ（５０）【００５７】
表４に示す膜厚のＰｔＣｒ層およびＰｔＭｎ層を備えた交換結合膜１０のそれぞれについて、Ｒ−Ｈ曲線から算出されたＨｅｘは以下のとおりであった。
【表４】
0006725667.tif 000005
【００５８】
図９は、ＰｔＣｒ層の膜厚およびＩｎＭｎ層の膜厚を変化させた、実施例６の交換結合膜のＨｅｘを示すグラフである。同図では、横軸がＩｎＭｎ層の膜厚（IrMn Thickness［Å］）を示し、縦軸が交換結合膜のＨｅｘ［Ｏｅ］を示している。図９および表４から、ＰｔＣｒ層のＨｅｘを高くする効果は、ＰｔＭｎ層同様にＩｒＭｎと組み合わせた反強磁性層によっても奏されることが分かった。【００５９】
（実施例７）
以下の膜構成を備えた交換結合膜２０を有する磁気検出素子２１（図２参照）を製造した。（）内の数値は膜厚（Å）を示す。交換結合膜２０を無磁場中において３５０℃で５時間アニール処理して安定化させた。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（４２）／フリー磁性層５：Ｎｉ８１．５ａｔ％Ｆｅ１８．５ａｔ％（１８）／：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１４）／非磁性材料層４：Ｃｕ（３０）／固定磁性層３［第１磁性層３Ａ：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（２４）／非磁性中間層３Ｂ：Ｒｕ（３．６）］／第２磁性層３Ｃ：Ｆｅ６０ａｔ％Ｃｏ４０ａｔ％（１７）／反強磁性層２［ＸＭｎ層：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（２０）／Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（２８０）］／保護層６：Ｔａ（９０）【００６０】
（実施例８）
反強磁性層２を、実施例７の［ＸＭｎ層：ＰｔＭｎ（２０）／５１ＰｔＣｒ（２８０）］から［ＸＭｎ層：ＩｒＭｎ（４）／５１ＰｔＣｒ（２９６）］に変更して、以下の膜構成を備えた交換結合膜２０を製造した。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（４２）／フリー磁性層５：Ｎｉ８１．５ａｔ％Ｆｅ１８．５ａｔ％（１８）／：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１４）／非磁性材料層４：Ｃｕ（３０）／固定磁性層３［第１磁性層３Ａ：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（２４）／非磁性中間層３Ｂ：Ｒｕ（３．６）］／第２磁性層３Ｃ：Ｆｅ６０ａｔ％Ｃｏ４０ａｔ％（１７）／反強磁性層２［ＸＭｎ層：Ｉｒ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（４）／Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（２９６）］／保護層６：Ｔａ（９０）【００６１】
（比較例２）
反強磁性層２を、実施例７の［ＸＭｎ層：ＰｔＭｎ（２０）／５１ＰｔＣｒ（２８０）］からＰｔＭｎ（３００）に変更して、以下の膜構成を備えた交換結合膜２０を製造した。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（４２）／フリー磁性層５：Ｎｉ８１．５ａｔ％Ｆｅ１８．５ａｔ％（１８）／：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１４）／非磁性材料層４：Ｃｕ（３０）／固定磁性層３［第１磁性層３Ａ：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（２４）／非磁性中間層３Ｂ：Ｒｕ（３．６）］／第２磁性層３Ｃ：Ｆｅ６０ａｔ％Ｃｏ４０ａｔ％（１７）／反強磁性層２：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（３００）／保護層６：Ｔａ（９０）【００６２】
＜外部磁界の印加＞
実施例７，実施例８および比較例２の磁気検出素子２１における固定磁性層３の固定磁化方向（図２のＰ１方向）に平行な方向から外部磁界Ｈをかけて、磁界Ｈによる抵抗変化率△ＭＲ（△Ｒ／Ｒ）の変動を求めた。
図１０（Ａ）〜（Ｃ），図１１（Ａ）〜（Ｃ）および図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例７，実施例８および比較例２の磁気検出素子２１のＲ−Ｈ曲線である。これらの図では、横軸が磁界Ｈの強さ（Ｏｅ）、縦軸が△ＭＲ（％）、「Ｉｎｃ．」で示した曲線が磁界Ｈの強さを増加させたときの△ＭＲ、「Ｄｅｃ．」で示した曲線が磁界Ｈの強さを減少させたときの△ＭＲ、をそれぞれ示している。
図１０（Ａ）〜（Ｃ）および図１１（Ａ）〜（Ｃ）はいずれも、図１２（Ａ）〜（Ｃ）よりもヒステリシスが小さく、＋５ｋＯｅまでのΔＭＲ減少過程に改善が見られた。この結果から、ＰｔＣｒ層とＰｔＭｎ層とからなり、ＰｔＭｎ層が固定磁性層に接している反強磁性層は、固定磁性層が第１磁性層と中間層と第２磁性層とが積層されたセルフピン層である場合も、交換結合膜の安定化を向上させることが分かる。【００６３】
（参考例１）
以下の膜構成を備えた磁気検出素子を製造した。（）内の数値は膜厚（Å）を示す。交換結合膜１０を１ｋｅの磁場中において４００℃で５時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定した。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（６０）／反強磁性層２：Ｐｔｘａｔ％Ｃｒ（１００−Ｘ）ａｔ％（３００）／固定磁性層３：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（５０）／非磁性材料層４：Ｃｕ（４０）／フリー磁性層５：［Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１５）／８１．５ＮｉＦｅ（３０）］／保護層６：Ｔａ（５０）
ＰｔとＣｒを同時にスパッタすることにより、ＰｔとＣｒとの比の異なるＰｔｘａｔ％Ｃｒ（１００−Ｘ）ａｔ％（３００）を製膜した。【００６４】
（参考例２）
ＰｔとＣｒを同時にスパッタする代わりに、ＰｔとＣｒとを交互に積層することにより製膜した以外は、参考例１と同様にして、ＰｔとＣｒとの比の異なるＰｔｘａｔ％Ｃｒ（１００−Ｘ）ａｔ％（３００）を製膜した。【００６５】
（参考例３）
下地層１を、実施例１のＮｉＦｅＣｒ（６０）からＴａ（５０）に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、ＰｔとＣｒとの比の異なるＰｔｘａｔ％Ｃｒ（１００−Ｘ）ａｔ％（３００）を製膜した。【００６６】
（スパッタと交互積層）
図１３は、参考例１（同時スパッタ）と参考例２（交互積層）のＰｔＣｒに含まれるＰｔの割合とＨｅｘとの関係を示すグラフである。同図に示すように、Ｐｔの割合が５１ａｔ％〜５７ａｔ％の範囲内で、同時スパッタによりＰｔｘａｔ％Ｃｒ（１００−Ｘ）ａｔ％を製膜した参考例１が、交互積層によりＰｔｘａｔ％Ｃｒ（１００−Ｘ）ａｔ％を製膜した参考例２よりも顕著にＨｅｘが高くなることが分かった。【００６７】
（下地層）
図１４は、参考例１と参考例３のＰｔＣｒに含まれるＰｔの割合とＨｅｘとの関係を示すグラフである。同図に示すように、Ｐｔの割合が５１ａｔ％〜５７ａｔ％の範囲内で、参考例１（ＮｉＦｅＣｒ下地）の交換結合膜のほうが、参考例３（Ｔａ下地）よりも顕著にＨｅｘが高くなることが分かった。【００６８】
（実施例９）
温度とＨｅｘとの関係を調べるために、図１５に示す構造を備えた交換結合膜４０を作製した。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（４２）／反強磁性層２／固定磁性層３：９０ＣｏＦｅ（１００）／保護層６：Ｔａ（９０）【００６９】
反強磁性層２を５１ＰｔＣｒ（２８０）／ＰｔＭｎ（２０）として交換結合膜４０を形成し、１ｋｅの磁場中において３５０℃で５時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定した。【００７０】
（比較例３）
反強磁性層２を５１ＰｔＣｒ（３００）として交換結合膜４０を形成し、１ｋｅの磁場中において３５０℃で５時間アニール処理して、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定した。【００７１】
実施例９および比較例３の交換結合膜４０について、温度変化に伴うＨｅｘの変化を測定した結果を表５に示す。表５〜表７において、Ｔｂは固定磁性層３の磁化が消失する温度を示し、Ｈｅｘ（２００℃または３００℃）／Ｈｅｘ（室温）は、２００℃または３００℃におけるＨｅｘを室温におけるＨｅｘで除して規格化して得られる値を示す。
【表５】
0006725667.tif 000006
【００７２】
（実施例１０）
反強磁性層２を５１ＰｔＣｒ（２８０）／ＰｔＭｎ（２０）として交換結合膜４０を形成し、１ｋｅの磁場中において４００℃で５時間アニール処理して、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定した。【００７３】
（比較例４）
反強磁性層２をＰｔＭｎ（３００）として交換結合膜４０を形成し、１ｋｅの磁場中において４００℃で５時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定した。【００７４】
実施例１０および比較例４の測定結果を表６に示す。
【表６】
0006725667.tif 000007
【００７５】
（実施例１１）
反強磁性層２を５４ＰｔＣｒ（２９０）／ＰｔＭｎ（１０）として交換結合膜４０を形成し、１ｋｅの磁場中において４００℃で５時間アニール処理して、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定した。【００７６】
（実施例１２）
反強磁性層２を５４ＰｔＣｒ（２８０）／ＰｔＭｎ（２０）として交換結合膜４０を形成し、１ｋｅの磁場中において４００℃で５時間アニール処理して、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定した。【００７７】
実施例１１、１２および比較例４の測定結果を表７に示す。
【表７】
0006725667.tif 000008
【００７８】
図１６は実施例９〜１２および比較例３〜４の交換結合膜４０の温度とＨｅｘとの関係を示すグラフである。同グラフは、図５〜７のＲ−Ｈ曲線におけるＨｅｘに相当する量についてＶＳＭ（振動試料型磁力計）を用いて測定した結果を示している。【００７９】
図１６および表５〜表７に示すように、ＰｔＣｒ層をＰｔＭｎ層に挿入した反強磁性層２を備える交換結合４０は、ＰｔＭｎのみからなる反強磁性層２を備える交換結合膜よりもＴｂが高く、また高温条件下において高いＨｅｘを維持する高温条件下における安定性の高いものであった。
【符号の説明】
【００８０】
１  下地層
２，２Ａ，２Ｂ  反強磁性層，ＰｔＣｒ層，ＸＭｎ層
３  固定磁性層
４  非磁性材料層
５  フリー磁性層
６  保護層
１０，２０，４０  交換結合膜
１１，１１Ｘａ，１１Ｘｂ，１１Ｙａ，１１Ｙｂ，２１磁気検出素子
３０  磁気センサ（磁気検出装置）
【図１】
0006725667.tif 000009
【図２】
0006725667.tif 000010
【図３】
0006725667.tif 000011
【図４】
0006725667.tif 000012
【図５】
0006725667.tif 000013
【図６】
0006725667.tif 000014
【図７】
0006725667.tif 000015
【図８】
0006725667.tif 000016
【図９】
0006725667.tif 000017
【図１０】
0006725667.tif 000018
【図１１】
0006725667.tif 000019
【図１２】
0006725667.tif 000020
【図１３】
0006725667.tif 000021
【図１４】
0006725667.tif 000022
【図１５】
0006725667.tif 000023
【図１６】
0006725667.tif 000024