(57)【要約】【課題】小さい径の磁気微小接合点を高純度で形成し、高い磁気抵抗効果を発現することが可能な磁気抵抗効果素子を提供する。【解決手段】第１の強磁性層上に金属層を形成し、前記金属層を酸化して、未酸化の金属が残存した酸化物層と、前記酸化物層の膜厚方向に侵入した前記第１の強磁性層の構成元素の少なくとも一部を含む磁性導電カラムとを形成し、前記酸化物層を形成するときの温度よりも高い温度で加熱して、前記磁性導電カラムの外周の少なくとも一部を変換して、前記酸化物層の構成元素の少なくとも一部と前記磁性導電カラムの構成元素の少なくとも一部を含む磁性酸化物を形成し、第２の強磁性層を形成することを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。【選択図】    図２
2010080839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の強磁性層上に金属層を形成し、
前記金属層を酸化して、未酸化の金属が残存した酸化物層と、前記酸化物層の膜厚方向に侵入した前記第１の強磁性層の構成元素の少なくとも一部を含む磁性導電カラムとを形成し、
前記酸化物層を形成するときの温度よりも高い温度で加熱して、前記磁性導電カラムの外周の少なくとも一部を変換して、前記酸化物層の構成元素の少なくとも一部と前記磁性導電カラムの構成元素の少なくとも一部を含む磁性酸化物を形成し、
第２の強磁性層を形成する
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２】
第１の強磁性層上に金属層を形成し、
酸化性ガスを供給しながら希ガスのイオンビームまたはＲＦプラズマを照射して前記金属層を酸化して、未酸化の金属が残存した酸化物層と、前記酸化物層の膜厚方向に侵入した前記第１の強磁性層の構成元素の少なくとも一部を含む磁性導電カラムとを形成し、
前記酸化物層を形成するときの温度よりも高い温度で加熱して、前記磁性導電カラムの外周の少なくとも一部を変換して、前記酸化物層の構成元素の少なくとも一部と前記磁性導電カラムの構成元素の少なくとも一部を含む磁性酸化物を形成し、
第２の強磁性層を形成する
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３】
第１の強磁性層上に金属層を形成し、
酸化性ガスを供給しながら希ガスのイオンビームまたはＲＦプラズマを照射して前記金属層を酸化し、さらに酸化性ガスの供給を止めて希ガスのイオンビームまたはＲＦプラズマを照射して、未酸化の金属が残存した酸化物層と、前記酸化物層の膜厚方向に侵入した前記第１の強磁性層の構成元素の少なくとも一部を含む磁性導電カラムとを形成し、
前記酸化物層を形成するときの温度よりも高い温度で加熱して、前記磁性導電カラムの外周の少なくとも一部を変換して、前記酸化物層の構成元素の少なくとも一部と前記磁性導電カラムの構成元素の少なくとも一部を含む磁性酸化物を形成し、
第２の強磁性層を形成する
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４】
一方は磁化方向が実質的に一方向に固着され、他方は磁化方向が外部磁場に対応して変化する、第１の強磁性層および第２の強磁性層と、前記第１の強磁性層と第２の強磁性層との間に設けられた中間層を含む積層膜と、前記積層膜の上下に設けられ前記積層膜の膜面に垂直にセンス電流を通電する１対の電極とを有し、
前記中間層は、酸化物層と、前記酸化物層の膜厚方向に侵入した前記第１の強磁性層の構成元素の少なくとも一部または前記第２の強磁性層の構成元素の少なくとも一部を含む磁性導電カラムと、前記磁性導電カラムの外周の少なくとも一部を覆う、前記酸化物層の構成元素の少なくとも一部と前記磁性導電カラムの構成元素の少なくとも一部を含む磁性酸化物とを含むことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記第１および第２の強磁性層は、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉからなる群より選択される少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項４に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記酸化物層は、金属元素としてＡｌを含むことを特徴とする請求項４または５に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
請求項４ないし６のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子を具備したことを特徴とする磁気ヘッドアセンブリ。
【請求項８】
磁気記録媒体と、請求項７に記載の磁気ヘッドアセンブリとを具備したことを特徴とする磁気記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜面に対して垂直方向に電流を通電する構造の磁気抵抗効果素子の製造方法、この方法により製造される磁気抵抗効果素子、この磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドアセンブリ、およびこの磁気ヘッドアセンブリを用いた磁気記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性体の積層構造体における巨大磁気抵抗効果（Giant MagnetoResistive Effect：ＧＭＲ）の発見により、磁気デバイスの性能が飛躍的に向上している。特に、スピンバルブ膜（Spin-Valve：ＳＶ膜）は磁気デバイスに容易に適用できる構造を有し、ＧＭＲ効果を有効に発揮させることができるので、磁気ヘッドアセンブリおよびＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）などの磁気デバイスに大きな技術的進歩をもたらした。
【０００３】
「スピンバルブ膜」とは、２つの強磁性層の間に非強磁性金属スペーサ層を挟んだ構造を有し、一方の強磁性層（「ピン層」や「磁化固着層」などと称される）の磁化を反強磁性層などで固着し、もう一方の強磁性層（「フリー層」や「磁化自由層」などと称される）の磁化を外部磁場（たとえば媒体磁場）に応じて回転するようにした積層膜をいう。スピンバルブ膜では、ピン層とフリー層の磁化方向の相対角度が変化することによって、巨大な磁気抵抗変化が得られる。
【０００４】
従来のスピンバルブ膜は、膜面に平行にセンス電流を通電するＣＩＰ（Current In Plane）−ＧＭＲ素子であった。近年、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子よりも大きなＭＲを発現することから、膜面にほぼ垂直方向にセンス電流を通電するＴＭＲ（Tunneling MagnetoResistace）素子、またはＣＰＰ（Current-Perpendicular-to-Plane）−ＧＭＲ素子が注目されている。
【０００５】
一方、近年においては、Ｎｉ細線同士の微小接合を用いて、高い磁気抵抗変化率の磁気抵抗効果が得られることが観測されている（非特許文献１参照）。
【０００６】
また、この磁気微小結合を三次元構造に展開した磁気抵抗効果素子の開発が進められている（特許文献１参照）。特許文献１では３次元方向のナノコンタクトの作製法、つまり穴あけ法として、ＥＢ（Electron Beam）照射プロセス、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）照射プロセス、ＡＦＭ（Atomic Force Microscope）技術などが開示されている。
【非特許文献１】Phys. Rev. Lett. 82 2923 (1999)
【特許文献１】特開２００３−２０４０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した文献に記載された磁気抵抗効果は、新規な磁気微小接合点における磁化の急激な変化によって生じると考えられる。磁気微小接合点における磁化の急激な変化は、磁気微小接合点に生じる磁壁厚さ（磁壁幅）に依存する。つまり、磁壁幅が狭いほど急峻な変化が得られると言うことである。また、磁壁幅は磁気微小接合点の径に依存するため、磁気微小接合点の径は小さい方が好ましい。さらに、その磁気微小接合点すなわち磁壁中の純度は高いことが望ましい。しかしながら、小さい径で、高純度な磁気微小接合点を形成するのは非常に困難であった。
【０００８】
本発明の目的は、小さい径の磁気微小接合点を高純度で形成し、高い磁気抵抗効果を発現することが可能な磁気抵抗効果素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施態様に係る磁気抵抗効果素子の製造方法は、第１の強磁性層上に金属層を形成し；前記金属層を酸化して、未酸化の金属が残存した酸化物層と、前記酸化物層の膜厚方向に侵入した前記第１の強磁性層の構成元素の少なくとも一部を含む磁性導電カラムとを形成し；前記酸化物層を形成するときの温度よりも高い温度で加熱して、前記磁性導電カラムの外周の少なくとも一部を変換して、前記酸化物層の構成元素の少なくとも一部と前記磁性導電カラムの構成元素の少なくとも一部を含む磁性酸化物を形成して、前記酸化物層、磁性導電カラムおよび磁性酸化物を含む中間層を形成し；前記中間層上に第２の強磁性層を形成することを特徴とする。また、第１の強磁性層上に金属層を形成し；前記金属層を酸化して、未酸化の金属が残存した酸化物層と、前記酸化物層の膜厚方向に侵入した前記第１の強磁性層の構成元素の少なくとも一部を含む磁性導電カラムとを形成し；第２の強磁性層を形成し；前記酸化物層を形成するときの温度よりも高い温度で加熱して、前記磁性導電カラムの外周の少なくとも一部を変換して、前記酸化物層の構成元素の少なくとも一部と前記磁性導電カラムの構成元素の少なくとも一部と前記第２の強磁性層の少なくとも一部を含む磁性酸化物を形成して、前記酸化物層、磁性導電カラムおよび磁性酸化物を含む中間層を形成することを特徴とする。
【００１０】
本発明の他の実施態様に係る磁気抵抗効果素子の製造方法は、第１の強磁性層上に金属層を形成し；酸化性ガスを供給しながら希ガスのイオンビームまたはＲＦプラズマを照射して前記金属層を酸化して、未酸化の金属が残存した酸化物層と、前記酸化物層の膜厚方向に侵入した前記第１の強磁性層の構成元素の少なくとも一部を含む磁性導電カラムとを形成し；前記酸化物層を形成するときの温度よりも高い温度で加熱して、前記磁性導電カラムの外周の少なくとも一部を変換した前記酸化物層の構成元素の少なくとも一部と前記磁性導電カラムの構成元素の少なくとも一部を含む磁性酸化物を形成して、前記酸化物層、磁性導電カラムおよび磁性酸化物を含む中間層を形成し；前記中間層上に第２の強磁性層を形成することを特徴とする。また、第１の強磁性層上に金属層を形成し；酸化性ガスを供給しながら希ガスのイオンビームまたはＲＦプラズマを照射して前記金属層を酸化して、未酸化の金属が残存した酸化物層と、前記酸化物層の膜厚方向に侵入した前記第１の強磁性層の構成元素の少なくとも一部を含む磁性導電カラムとを形成し；第２の強磁性層を形成し；前記酸化物層を形成するときの温度よりも高い温度で加熱して、前記磁性導電カラムの外周の少なくとも一部を変換して、前記酸化物層の構成元素の少なくとも一部と前記磁性導電カラムの構成元素の少なくとも一部と前記第２の強磁性層の少なくとも一部を含む磁性酸化物を形成して、前記酸化物層、磁性導電カラムおよび磁性酸化物を含む中間層を形成することを特徴とする。
【００１１】
本発明のさらに他の実施態様に係る磁気抵抗効果素子の製造方法は、第１の強磁性層上に金属層を形成し；酸化性ガスを供給しながら希ガスのイオンビームまたはＲＦプラズマを照射して前記金属層を酸化し、さらに酸化性ガスの供給を止めて希ガスのイオンビームまたはＲＦプラズマを照射して、未酸化の金属が残存した酸化物層と、前記酸化物層の膜厚方向に侵入した前記第１の強磁性層の構成元素の少なくとも一部を含む磁性導電カラムとを形成し；前記酸化物層を形成するときの温度よりも高い温度で加熱して、前記磁性導電カラムの外周の少なくとも一部を変換した前記酸化物層の構成元素の少なくとも一部と前記磁性導電カラムの構成元素の少なくとも一部を含む磁性酸化物を形成して、前記酸化物層、磁性導電カラムおよび磁性酸化物を含む中間層を形成し；前記中間層上に第２の強磁性層を形成することを特徴とする。また、第１の強磁性層上に金属層を形成し；酸化性ガスを供給しながら希ガスのイオンビームまたはＲＦプラズマを照射して前記金属層を酸化し、さらに酸化性ガスの供給を止めて希ガスのイオンビームまたはＲＦプラズマを照射して、未酸化の金属が残存した酸化物層と、前記酸化物層の膜厚方向に侵入した前記第１の強磁性層の構成元素の少なくとも一部を含む磁性導電カラムとを形成し；第２の強磁性層を形成し；前記酸化物層を形成するときの温度よりも高い温度で加熱して、前記磁性導電カラムの外周の少なくとも一部を変換して、前記酸化物層の構成元素の少なくとも一部と前記磁性導電カラムの構成元素の少なくとも一部と前記第２の強磁性層の少なくとも一部を含む磁性酸化物を形成して、前記酸化物層、磁性導電カラムおよび磁性酸化物を含む中間層を形成することを特徴とする。
【００１２】
本発明の一実施態様に係る磁気抵抗効果素子は、一方は磁化方向が実質的に一方向に固着され、他方は磁化方向が外部磁場に対応して変化する、第１の強磁性層および第２の強磁性層と、前記第１の強磁性層と第２の強磁性層との間に設けられた中間層を含む積層膜と、前記積層膜の上下に設けられ前記積層膜の膜面に垂直にセンス電流を通電する１対の電極とを有し、前記中間層は、酸化物層と、前記酸化物層の膜厚方向に侵入した前記第１の強磁性層の構成元素の少なくとも一部または前記第２の強磁性層の構成元素の少なくとも一部を含む磁性導電カラムと、前記磁性導電カラムの外周の少なくとも一部を覆う、前記酸化物層の構成元素の少なくとも一部と前記磁性導電カラムの構成元素の少なくとも一部を含む磁性酸化物とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の実施形態によれば、金属層を酸化して酸化物層と磁性導電カラムとを形成する際に、酸化物層中に未酸化の金属を残存させ、その後の加熱工程で酸化物層の構成元素の少なくとも一部と磁性導電カラムの構成元素の少なくとも一部を含む磁性酸化物を形成する。このような方法により、磁性導電カラムを高純度化するとともに、その径は狭小化することができる。この結果、狭小で高純度な磁気接合点を持ち高い磁気抵抗効果を示す磁気抵抗効果素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す断面図である。この磁気抵抗効果素子は、下電極（ＬＥ）１と、上電極（ＵＥ）８との間に積層膜が設けられた構造を有する。  図１において、下電極（ＬＥ）１と上電極（ＵＥ）８との間の積層膜は、下地層２、反強磁性層３、第１の強磁性層としてのピン層（磁化固着層）４、中間層５、第２の強磁性層としてのフリー層（磁化自由層）６、保護層７を含む。
【００１６】
図１におけるピン層４は、磁化反平行結合層４ｂの両側に下部ピン層４ａおよび上部ピン層４ｃを設けたシンセティック構造を有する。
【００１７】
図１における中間層５は、酸化物層５ａと、酸化物層５ａを膜厚方向に貫通する磁性導電カラム５ｂと、磁性導電カラム５ｂの外周の少なくとも一部を覆う磁性酸化物５ｃとを含む。磁性導電カラム５ｂは、下地の第１の強磁性層（この場合ピン層）の構成元素の少なくとも一部または上部の第２の強磁性層（この場合フリー層）の構成元素の少なくとも一部を含む。なお、磁性導電カラム５ｂに含まれる第１の強磁性層の構成元素は、全ての構成元素とは限らず、一部の構成元素でもよい。また、第１の強磁性層上に金属層を形成し、酸化を行い、第２の強磁性層を形成した後に、酸化時の温度よりも高い温度で加熱する方法を採用した場合、磁性導電カラム５ｂには、第２の強磁性層の構成元素も含まれる。この場合の第２の強磁性層の構成元素もすべての構成元素とは限らず一部の構成元素でも良い。磁性酸化物５ｃは、酸化物層５ａの構成元素の少なくとも一部と磁性導電カラム５ｂの構成元素の少なくとも一部を含む。
【００１８】
図１では、シンセティック構造のピン層４と、中間層５と、フリー層６によってスピンバルブ膜が構成されている。
【００１９】
この磁気抵抗効果素子では、下電極（ＬＥ）１および上電極（ＵＥ）８を介して積層膜の膜厚方向に対してほぼ垂直方向にセンス電流が通電され、ＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）型の磁気抵抗効果素子として動作する。
【００２０】
図１の積層膜を反転させた構造、下電極ＬＥ側から順に、下地層２、フリー層６、中間層５、シンセティック構造のピン層４、反強磁性層３、および保護層７を順次に積層した構造を採用してもよい。この場合、第１の強磁性層がフリー層６、第２の強磁性層がシンセティック構造のピン層４に相当する。
【００２１】
図１ではシンセティック構造のピン層４を用いているが、ピン層４を単一の強磁性層で構成してもよい。一方、図１では単一の強磁性層からなるフリー層６を用いているが、積層構造のフリー層６を用いてもよい。
【００２２】
以下、図１の磁気抵抗効果素子の各層をより詳細に説明する。
【００２３】
下地層２は、たとえばバッファ層およびシード層の２層構造とすることができる。バッファ層は下電極ＬＥ表面の荒れを緩和したりするための層であり、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒまたはこれらの合金から構成することができる。シード層は、スピンバルブ膜の結晶配向を制御するための層であり、Ｒｕ、（ＦｅxＮｉ100-x）100-yＸy（Ｘ＝Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｍｏ、１５＜ｘ＜２５、２０＜ｙ＜４５）、Ｃｒ、Ｃｕなどから構成することができる。また、下地層２はバッファ層、下地層のどちらか一方の材料だけでも構成できる。
【００２４】
反強磁性層３は、シンセティック構造のピン層４に一方向異方性（unidirectional anisotropy）を付与して磁化を固着する機能を有する反強磁性材料（たとえば、ＰｔＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＲｕＲｈＭｎ）などから構成することができる。特にＩｒＭｎを用いた場合、ＩｒＭｎの組成はＩｒ量を２２ａｔ％より多くする事が耐熱性の点で好ましい。
【００２５】
シンセティック構造のピン層４における下部ピン層４ａおよび上部ピン層４ｃは、たとえば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＦｅＣｏ合金、ＦｅＮｉ合金、ＦｅＣｏＮｉ合金、ＣｏＦｅＢ合金などの各種磁性材料で構成することができる。また上部ピン層４ｃに関しては上記以外に、たとえばＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉなどを含むハーフメタル系材料とする事が出来る。さらに上述した磁性体に非磁性金属を添加したものを用いることも出来る。磁化反平行結合層４ｂは、下部ピン層４ａと上部ピン層４ｃを反強磁性的に結合するものであり、たとえば、Ｒｕ、ＩｒおよびＲｈから構成することができる。
【００２６】
中間層５における酸化物層５ａは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｅ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂａ、Ｋａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｈｇ、Ｐｂ、Ｂｉ、ランタノイド元素の少なくとも一種を含む酸化物から構成できる。その他、酸化物層５ａには電流を絶縁する機能を有する材料を適宜に利用できる。
【００２７】
中間層５における磁性導電カラム５ｂは、中間層５の膜面垂直方向に電流を流すための通路（パス）であり、ピン層４ｃとフリー層６とを磁気的に接合する接合点である。磁性導電カラム５ｂは、ピン層４のうち上部ピン層４ｃまたはフリー層６の構成元素である、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの強磁性体または合金から構成される。
【００２８】
中間層５における磁性酸化物５ｃは、酸化物層５ａの構成元素の少なくとも一部と磁性導電カラム５ｂの構成元素の少なくとも一部を含む。なお、図１では、磁性酸化物５ｃは磁性導電カラム５ｂの外周全体を覆うように図示しているが、必ずしも外周全体を覆う必要はなく、少なくとも外周の一部を覆っていればよい。ただし、磁性導電カラム５ｂの径をより小さくするには、磁性導電カラム５ｂの外周全体を磁性酸化物５ｃで覆うようにすることが好ましい。
【００２９】
フリー層（磁化自由層）１５は、外部磁場に対応して磁化方向が変化する強磁性体、たとえば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＦｅＣｏ合金、ＦｅＮｉ合金などから構成することができる。また、上記以外に、たとえばＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉなどを含むハーフメタル系材料とする事が出来る。さらに上述した磁性体に非磁性金属を添加したものを用いることも出来る。図１では、フリー層６を単層としているが、上述したように複数の層が積層された積層構造としてもよい。また、ピン層とフリー層の合金組成比及び構成元素は同一でなくても良い。
【００３０】
保護層７は、スピンバルブ膜を保護する機能を有する。保護層７は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｅ、Ｖの単体、多層膜、混合物、さらにこれらの積層膜とすることができる。たとえば、Ｃｕ／Ｒｕの２層構造およびＣｕ／Ｔａ／Ｒｕの３層構造などとすることができる。
【００３１】
図１の磁気抵抗効果素子において、上部ピン層４ｃの磁化方向と反対の磁場がフリー層６に印加され、フリー層６の磁化方向がその磁場方向に向いた場合、上部ピン層４ｃとフリー層６の磁化方向が反平行となる。この場合、磁化方向が異なる２つの強磁性層（上部ピン層４ｃおよびフリー層６）に磁性導電カラム５ｂが挟まれることから、磁性導電カラム５ｂに磁壁が発生する。本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子は、磁性導電カラム５ｂの磁壁幅が狭いので、磁性導電カラム５ｂにおける磁化の急峻な変化が得られる。
【００３２】
次に、図２（ａ）〜（ｃ）を参照して、図１に示す磁気抵抗効果素子の製造方法の一例を概略的に説明する。
【００３３】
（１）下電極（ＬＥ）１、下地層２、および反強磁性層３の形成
基板（図示せず）上に、下電極（ＬＥ）１を微細加工プロセスによって形成する。下電極（ＬＥ）１上に、下地層２および反強磁性層３を順に成膜する。
【００３４】
（２）シンセティック構造のピン層４の形成
下部ピン層４ａ、磁化反平行結合層４ｂおよび上部ピン層４ｃを順に成膜する。
【００３５】
（３）中間層５の形成
図２（ａ）に示すように、上部ピン層４ｃ上に、酸化物層に変換される金属層９として、たとえばＡｌを成膜する。
【００３６】
図２（ｂ）に示すように、この金属層（Ａｌ）９を自然暴露法、イオンアシスト法、ＲＦプラズマ法、イオンビーム法、ラジカル法などを用いて酸化し、酸化物層５ａと、酸化物層５ａの膜厚方向に侵入した上部ピン層４ｃの構成元素の少なくとも一部を含む磁性導電カラム５ｂとを形成する。このとき、特に基板を加熱する必要はなく、酸化を室温において実施することができる。
【００３７】
本発明の実施形態においては、このときの酸化条件を、全ての金属層（Ａｌ）９が酸化物に変換される適正酸化条件または過剰酸化条件と比較して、より穏やかな酸化条件に設定することにより、酸化物層５ａ中に未酸化金属（Ａｌ）９ａを残すようにする。穏やかな酸化条件にするには、適正酸化条件または過剰酸化条件と比較して、酸素流量を低減する、酸素圧力を低減する、酸化時間を短縮するなどの方法を用いることができる。上述の方法の調整及び金属層（Ａｌ）９の厚み調整により酸化物層５ａ中の未酸化金属（Ａｌ）９ａの量を変化させる事が出来る。
【００３８】
また、未酸化金属（Ａｌ）９ａが残存している酸化物層５ａに対して、ＲＦプロズマ法、イオンビーム法などを施して、磁性導電カラム５ｂを形成するようにしてもよい。
【００３９】
図２（ｃ）に示すように、未酸化金属（Ａｌ）９ａが残存している酸化物層５ａおよび磁性導電カラム５ｂを形成した後、真空中において酸化処理時よりも高い温度で加熱（in situアニール）して、磁性導電カラム５ｂの外周の少なくとも一部が変換されるように、酸化物層５ａの構成元素の少なくとも一部と磁性導電カラム５ｂの構成元素の少なくとも一部を含む磁性酸化物５ｃを形成する。こうして、酸化物層５ａ、磁性導電カラム５ｂおよび磁性酸化物５ｃを含む中間層５を形成する。
【００４０】
たとえば上部ピン層４ｃの材料としてＦｅ50Ｃｏ50を用いた場合、酸化および必要に応じて行われる磁性導電カラム形成のための補充プロセスの終了後には、磁性導電カラム５ｂ中にＦｅＣｏ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｆｅ−Ｃｏ酸化物などが存在している。この状態で加熱することにより、Ｆｅ−Ｃｏ酸化物は未酸化金属（Ａｌ）と化合して、Ｆｅ−Ａｌ酸化物が生成するとともに、還元によりＣｏが生成する。この結果、磁性導電カラム５ｂはＣｏを主元素として高純度化され、Ｆｅ−Ａｌ酸化物は磁性導電カラム５ｂの外周の少なくとも一部を覆い磁性導電カラム５ｂの径を狭小化する。この加熱工程は、上記の反応が起こるように酸化処理時よりも高温であればよい。加熱条件の上限は、構成膜界面の拡散が生じない範囲の温度、時間となる。この構成膜界面の拡散が起きる温度は、成膜後の膜界面のミキシング度、凹凸などに左右されるものであるため特定されない。
【００４１】
なお、上記の例と同様に、上部ピン層４ｃの材料には、酸化されやすいＦｅと、酸化されにくいＣｏまたはＮｉを含む合金を用いることが好ましい。
【００４２】
（４）フリー層６、保護層７、および上電極（ＵＥ）８の形成
中間層５上にフリー層６を形成した後、フリー層６上に、保護層７および上電極（ＵＥ）８を順に形成する。こうして、磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【００４３】
（５）磁場中熱処理
得られた磁気抵抗効果素子を磁場中で熱処理することにより、ピン層４の磁化方向を固着させる。
【００４４】
図２（ａ）〜（ｃ）では、第１の強磁性層がピン層である場合について説明したが、第１の強磁性層がフリー層である場合にも同様の工程を用いることができる。この場合、磁性導電カラム５ｂは、フリー層の構成元素の少なくとも一部を含むことはいうまでもない。
【００４５】
以上ではフリー層成膜前に中間層５を形成する場合について説明したが、以下においては図３（ａ）および（ｂ）を参照して、フリー層を成膜してから中間層５を形成する場合について説明する。
【００４６】
（１）と（２）の工程は上記と同様である。
【００４７】
（３’）中間層５及びフリー層６の形成
図２（ａ）と同様に、上部ピン層４ｃ上に、酸化物層に変換される金属層９として、たとえばＡｌを成膜する。図２（ｂ）と同様に、この金属層（Ａｌ）９を自然暴露法、イオンアシスト法、ＲＦプラズマ法、イオンビーム法、ラジカル法などを用いて酸化し、酸化物層５ａと、酸化物層５ａの膜厚方向に侵入した上部ピン層４ｃの構成元素の少なくとも一部を含む磁性導電カラム５ｂとを形成する。このとき、特に基板を加熱する必要はなく、酸化を室温において実施することができる。
【００４８】
本発明の実施形態においては、このときの酸化条件を、全ての金属層（Ａｌ）９が酸化物に変換される適正酸化条件または過剰酸化条件と比較して、より穏やかな酸化条件に設定することにより、酸化物層５ａ中に未酸化金属（Ａｌ）９ａを残すようにする。穏やかな酸化条件にするには、適正酸化条件または過剰酸化条件と比較して、酸素流量を低減する、酸素圧力を低減する、酸化時間を短縮するなどの方法を用いることができる。上述の方法の調整及び金属層（Ａｌ）９の厚み調整により酸化物層５ａ中の未酸化金属（Ａｌ）９ａの量を変化させる事が出来る。
【００４９】
また、未酸化金属（Ａｌ）９ａが残存している酸化物層５ａに対して、ＲＦプロズマ法、イオンビーム法などを施して、磁性導電カラム５ｂを形成するようにしてもよい。
【００５０】
次に、図３（ａ）に示すように、未酸化金属（Ａｌ）９ａが残存している酸化物層５ａおよび磁性導電カラム５ｂ上にフリー層６を形成する。
【００５１】
図３（ｂ）に示すように、フリー層６を形成した後、真空中において酸化処理時よりも高い温度で加熱（in situアニール）して、磁性導電カラム５ｂの外周の少なくとも一部が変換されるように、酸化物層５ａの構成元素の少なくとも一部と磁性導電カラム５ｂの構成元素の少なくとも一部とフリー層の構成元素の少なくとも一部を含む磁性酸化物５ｃを形成する。こうして、酸化物層５ａ、磁性導電カラム５ｂおよび磁性酸化物５ｃを含む中間層５を形成する。また、この時、磁性導電カラム５ｂの構成元素はフリー層の構成元素が主であるかまたは混在していても良い。
【００５２】
たとえば上部ピン層４ｃの材料としてＦｅ50Ｃｏ50を用いた場合、酸化および必要に応じて行われる磁性導電カラム形成のための補充プロセス及びＦｅ50Ｃｏ50系フリー層形成終了後には、磁性導電カラム５ｂ中にはピン層４c構成元素が主のＦｅＣｏ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｆｅ−Ｃｏ酸化物などが存在している。この状態で加熱することにより、磁性導電カラム中のＦｅ−Ｃｏ酸化物は未酸化金属（Ａｌ）と化合し、さらにフリー層中のＦｅ元素も供給されて、Ｆｅ−Ａｌ酸化物が生成するとともに、還元によりＣｏが生成する。この結果、磁性導電カラム５ｂはＣｏを主元素として高純度化され、Ｆｅ−Ａｌ酸化物は磁性導電カラム５ｂの外周の少なくとも一部を覆い磁性導電カラム５ｂの径を狭小化する。この加熱工程は、上記の反応が起こるように酸化処理時よりも高温であればよい。加熱条件の上限は、構成膜界面の拡散が生じない範囲の温度、時間となる。この構成膜界面の拡散が起きる温度は、成膜後の膜界面のミキシング度、凹凸などに左右されるものであるため特定されない。
【００５３】
なお、上記の例と同様に、上部ピン層４ｃまたはフリー層６の材料には、酸化されやすいＦｅと、酸化されにくいＣｏまたはＮｉを含む合金を用いることが好ましい。
【００５４】
（４’）保護層７、および上電極（ＵＥ）８の形成
フリー層６上に、保護層７および上電極（ＵＥ）８を順に形成する。こうして、磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【００５５】
（５）磁場中熱処理
得られた磁気抵抗効果素子を磁場中で熱処理することにより、ピン層４の磁化方向を固着させる。
【００５６】
図３（ａ）および（ｂ）に示した例でも、第１の強磁性層がピン層である場合について説明したが、第１の強磁性層がフリー層である場合にも同様の工程を用いることができる。この場合、磁性導電カラム５ｂは、フリー層、ピン層の両方の構成元素またはピン層の構成元素の少なくとも一部を含む。
【００５７】
次に、上記磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドアセンブリおよび磁気記録再生装置（ＨＤＤ）について説明する。
【００５８】
図４は、トップカバーを外してＨＤＤの内部構造を示す斜視図である。図４に示すように、ＨＤＤは筐体１０を備えている。筐体１０は、上面の開口した矩形箱状のベース１２と、複数のねじ１１によりベースにねじ止めされてベースの上端開口を閉塞したトップカバー１４とを有している。ベース１２は、矩形状の底壁１２ａと、底壁の周縁に沿って立設された側壁１２ｂとを有している。
【００５９】
筐体１０内には、記録媒体としての１枚の磁気ディスク１６、および磁気ディスクを支持および回転させる駆動部としてのスピンドルモータ１８が設けられている。スピンドルモータ１８は、底壁１２ａ上に配設されている。なお、筐体１０は、複数枚、例えば、２枚の磁気ディスクを収容可能な大きさに形成され、スピンドルモータ１８は、２枚の磁気ディスクを支持および駆動可能に形成されている。
【００６０】
筐体１０内には、磁気ディスク１６に対して情報の記録、再生を行なう複数の磁気ヘッド１７、これらの磁気ヘッドを磁気ディスク１６に対して移動自在に支持したヘッドスタックアッセンブリ（以下ＨＳＡと称する）２２、ＨＳＡを回動および位置決めするボイスコイルモータ（以下ＶＣＭと称する）２４、磁気ヘッドが磁気ディスクの最外周に移動した際、磁気ヘッドを磁気ディスクから離間した退避位置に保持するランプロード機構２５、ＨＤＤに衝撃等が作用した際、ＨＳＡを退避位置に保持するラッチ機構２６、およびプリアンプ等を有する基板ユニット２１が収納されている。ベース１２の底壁１２ａ外面には、図示しないプリント回路基板がねじ止めされている。プリント回路基板は、基板ユニット２１を介してスピンドルモータ１８、ＶＣＭ２４、および磁気ヘッドの動作を制御する。ベース１２の側壁には、可動部の稼動によって筐体内に発生した塵埃を捕獲する循環フィルタ２３が設けられ、磁気ディスク１６の外側に位置している。
【００６１】
磁気ディスク１６は、例えば、直径６５ｍｍ（２．５インチ）に形成され、上面および下面に磁気記録層を有している。磁気ディスク１６は、スピンドルモータ１８の図示しないハブに互いに同軸的に嵌合されているとともにクランプばね２７によりクランプされ、ハブに固定されている。これにより、磁気ディスク１６は、ベース１２の底壁１２ａと平行に位置した状態に支持されている。そして、磁気ディスク１６は、スピンドルモータ１８により所定の速度、例えば、５４００ｒｐｍあるいは７２００ｒｐｍの速度で回転される。
【００６２】
図５はヘッドスタックアッセンブリ（ＨＳＡ）２２を示す斜視図、図６はＨＳＡを分解して示す分解斜視図である。図５、図６に示すように、ＨＳＡ２２は、回転自在な軸受部２８と、軸受部から延出した２本のヘッドジンバルアッセンブリ（以下、ＨＧＡと称する）３０と、ＨＧＡ間に積層配置されたスペーサリング４４と、ダミースペーサ５０とを備えている。
【００６３】
軸受部２８は、ベース１２の長手方向に沿って磁気ディスク１６の回転中心から離間して位置しているとともに、磁気ディスクの外周縁近傍に配置されている。軸受部２８は、ベース１２の底壁１２ａに立設される枢軸３２と、枢軸に軸受３４を介して回転自在にかつ枢軸と同軸的に支持された円筒形状のスリーブ３６とを有している。スリーブ３６の上端には環状のフランジ３７が形成され、下端部外周にはねじ部３８が形成されている。軸受部２８のスリーブ３６は、最大本数として、例えば４本のＨＧＡと、隣り合う２つのＨＧＡ間に位置するスペーサとを積層状態で取付け可能な大きさ、ここでは取付け可能な軸方向長さを有して形成されている。
【００６４】
本実施形態において、磁気ディスク１６は１枚に設定されていることから、取付け可能な最大本数である４本よりも少ない２本のＨＧＡ３０が軸受部２８に設けられている。各ＨＧＡは、軸受部２８から延出したアーム４０、アームから延出したサスペンション４２、およびサスペンションの延出端にジンバル部を介して支持された磁気ヘッド１７を有している。
【００６５】
アーム４０は、例えば、ステンレス、アルミニウム、ステンレスを積層して薄い平板状に形成され、その一端、つまり、基端には円形の透孔４１が形成されている。サスペンション４２は、細長い板ばねにより構成され、その基端がスポット溶接あるいは接着によりアーム４０の先端に固定され、アームから延出している。なお、サスペンション４２およびアーム４０は、同一材料で一体に形成してもよい。
【００６６】
磁気ヘッド１７は、図示しないほぼ矩形状のスライダとこのスライダに形成された記録ヘッドおよび実施形態に係る再生用のＣＰＰ−ＧＭＲヘッドとを有し、サスペンション４２の先端部に形成されたジンバル部に固定されている。また、磁気ヘッド１７は、図示しない４つの電極を有している。アーム４０およびサスペンション４２上には図示しない中継フレキシブルプリント回路基板（以下、中継ＦＰＣと称する）が設置され、磁気ヘッド１７は、この中継ＦＰＣを介して後述するメインＦＰＣ２１ｂに電気的に接続される。
【００６７】
スペーサリング４４は、アルミニウム等により所定の厚さおよび所定の外径に形成されている。このスペーサリング４４には、合成樹脂からなる支持フレーム４６が一体的に成形され、スペーサリングから外方に延出している。支持フレーム４６には、ＶＣＭ２４のボイスコイル４７が固定されている。
【００６８】
ダミースペーサ５０は、環状のスペーサ本体５２と、スペーサ本体から延出したバランス調整部５４とを有し、例えば、ステンレス等の金属に一体的に形成されている。スペーサ本体５２の外径は、スペーサリング４４の外径と等しく形成されている。すなわち、スペーサ本体５２のアームと接触する部分の外径は、スペーサリング４４がアームに接触する部分の外径と同一に形成されている。また、スペーサ本体５２の厚さは、ＨＧＡの最大本数よりも少ない本数分、ここでは、２本のＨＧＡにおけるアームの厚さ、つまり、２本のアーム分の厚さと、これらアーム間に配設されるスペーサリングの厚さとを合計した厚さに形成されている。
【００６９】
ダミースペーサ５０、２本のＨＧＡ３０、スペーサリング４４は、スペーサ本体５２の内孔、アーム４０の透孔４１、スペーサリングの内孔に軸受部２８のスリーブ３６が挿通された状態でスリーブの外周に嵌合され、スリーブの軸方向に沿ってフランジ３７上に積層配置されている。ダミースペーサ５０のスペーサ本体５２は、フランジ３７と一方のアーム４０との間、およびスペーサリング４４は、２本のアーム４０間にそれぞれ挟まれた状態でスリーブ３６の外周に嵌合されている。更に、スリーブ３６の下端部外周には、環状のワッシャ５６が嵌合されている。
【００７０】
スリーブ３６の外周に嵌合されたダミースペーサ５０、２本のアーム４０、スペーサリング４４、ワッシャ５６は、スリーブ３６のねじ部３８に螺合されたナット５８とフランジ３７との間に挟持され、スリーブの外周上に固定保持されている。
【００７１】
２本のアーム４０は、スリーブ３６の円周方向に対して互いに所定位置に位置決めされ、スリーブから同一の方向へ延出している。これにより、２本のＨＧＡは、スリーブ３６と一体的に回動可能となっているとともに、磁気ディスク１６の表面と平行に、かつ、互いに所定の間隔を置いて向かい合っている。また、スペーサリング４４と一体の支持フレーム４６は、軸受部２８からアーム４０と反対の方向へ延出している。支持フレーム４６からはピン状の２本の端子６０が突出し、これらの端子は、支持フレーム４６内に埋め込まれた図示しない配線を介してボイスコイル４７に電気的に接続されている。
【実施例】
【００７２】
（実施例１）
本実施例では、以下のようにして磁気抵抗効果素子を製造した。
【００７３】
まず、下電極（ＬＥ）１上に、それぞれ下記の材料を用いて、下地層２から上部ピン層４ｃまでの各層を形成した。
【００７４】
下地層２：Ｔａ［５ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
反強磁性層３：ＩｒＭｎ［７ｎｍ］
下部ピン層４ａ：Ｃｏ90Ｆｅ10［３．３ｎｍ］
磁化反平行結合層４ｂ：Ｒｕ［０．９ｎｍ］
上部ピン層４ｃ：Ｆｅ50Ｃｏ50［２．５ｎｍ］
次に、上部ピン層４ｃ上に、酸化物層に変換される金属層９としてＡｌ［０．９ｎｍ］を成膜した。Ａｌ［０．９ｎｍ］を成膜後、室温においてチャンバーに酸素を導入しながらＡｌ膜面にＡｒイオンを照射した。さらに、酸素導入を止めた後に引き続きＡｌ膜面にＡｒイオンを照射した。こうして、酸化物層５ａと、酸化物層５ａの膜厚方向に侵入した上部ピン層４ｃの構成元素の少なくとも一部を含む磁性導電カラム５ｂとを形成した。
【００７５】
このときの酸化条件は、全ての金属層（Ａｌ）９が酸化物に変換される適正酸化条件（または過剰酸化条件）と比較して酸素流量を下げるかまたは酸化時間を短縮した低酸素暴露量条件であり、全てのＡｌが酸化されることはない。
【００７６】
この段階で処理を停止し保護膜を形成した別サンプルでＸＰＳによる分析を行ったところ、酸化物層５ａ中に未酸化Ａｌが残っていることが確認できた。
【００７７】
その後、２００〜３００℃で３０分加熱（in situアニール）して、磁性導電カラム５ｂの外周の少なくとも一部を覆うように、酸化物層５ａの構成元素の少なくとも一部と磁性導電カラム５ｂの構成元素の少なくとも一部を含む磁性酸化物５ｃを形成し、酸化物層５ａ、磁性導電カラム５ｂおよび磁性酸化物５ｃを含む中間層５を形成した。
【００７８】
さらに、それぞれ下記の材料を用いて、フリー層６および保護層７を形成した後、上電極（ＵＥ）８を形成した。
【００７９】
フリー層６：Ｆｅ50Ｃｏ50［２．５ｎｍ］
保護層７：Ｃｕ［１ｎｍ］／Ｔａ［２ｎｍ］／Ｒｕ［１５ｎｍ］
得られた磁気抵抗効果素子を磁場中において２９０℃で約１時間熱処理して、ピン層４の磁化方向を固着させた。
【００８０】
図７に、実施例１で製造したいくつかの磁気抵抗効果素子について、in situアニール温度とＭＲ変化率との関係を示す。図７から、実施例１の磁気抵抗効果素子は、in situアニール温度が２００〜３００℃の範囲で高くなるほど、ＭＲ変化率が向上している。
【００８１】
また、得られた磁気抵抗効果素子中に磁性酸化物が存在することを確認するために、以下の実験を行った。下部ピン層／Ｒｕ層／上部ピン層からなるピン層に対し、上部ピン層の磁化を反転させる方向に＋１０ｋＯｅの磁場を印加したまま１５Ｋまで冷却した場合と、無磁場で１５Ｋまで冷却した場合とで、それぞれ抵抗変化の温度依存性を調べた。図８に、抵抗変化、ｄＲ（Ｔ）／ｄＲ（３００Ｋ）、の温度依存性を示す。
【００８２】
図８に示されるように、＋１０ｋＯｅの磁場を印加したまま１５Ｋまで冷却した場合には、１５０Ｋ付近で抵抗変化が急激に減少している。このことは、磁気抵抗効果素子中に、１５０Ｋ付近に磁気転移点をもつ磁性酸化物が存在することを意味している。この結果、０．３Ωμｍ2の面積抵抗（ＲＡ）で５０％以上の磁気抵抗変化率が得られた。
【００８３】
実施例として、フリー層成膜前にin-situアニールする場合を示したが、フリー層成膜後のin-situアニールでも同様の結果である。またフリー層成膜後のin-situアニールでは、フリー層をＦｅ50Ｃｏ50／Ｃｏ90Ｆｅ10の積層構造として行なうこともある。
【００８４】
さらに、膜構成を
下地層２：Ｔａ［５ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
反強磁性層３：ＩｒＭｎ［７ｎｍ］
下部ピン層４ａ：Ｃｏ90Ｆｅ10［３．３ｎｍ］
磁化反平行結合層４ｂ：Ｒｕ［０．９ｎｍ］
上部ピン層４ｃ：Ｆｅ50Ｃｏ50［２．５ｎｍ］
Ａｌ［１．５ｎｍ］
フリー層６：Ｆｅ50Ｃｏ50［０．３ｎｍ］／Ｃｕ［０．３ｎｍ］／Ｆｅ50Ｃｏ50［４．７ｎｍ］
保護層７：Ｃｕ［１ｎｍ］／Ｔａ［２ｎｍ］／Ｒｕ［１５ｎｍ］
とした場合についても同様の結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す断面図。
【図２】図１に示す磁気抵抗効果素子の製造方法の一例を示す断面図。
【図３】図１に示す磁気抵抗効果素子の製造方法の他の例を示す断面図。
【図４】本発明の実施形態に係るＨＤＤを、そのトップカバーを取外して示す分解斜視図。
【図５】図３のＨＤＤにおけるヘッドスタックアッセンブリを示す斜視図。
【図６】図４のヘッドスタックアッセンブリの分解斜視図。
【図７】実施例１の磁気抵抗効果素子について、in situアニール温度とＭＲ変化率との関係を示すグラフ。
【図８】実施例１の磁気抵抗効果素子について、抵抗変化の温度依存性を示すグラフ。
【符号の説明】
【００８６】
１…下電極（ＬＥ）、２…下地層、３…反強磁性層、４…ピン層（磁化固着層）、４ａ…下部ピン層、４ｂ…磁化反平行結合層、４ｃ…上部ピン層、５…中間層、５ａ…酸化物層、５ｂ…磁性導電カラム、５ｃ…磁性酸化物、６…フリー層（磁化自由層）、７…保護層、８…上電極（ＵＥ）、９…金属層、９ａ…未酸化金属、１０…ケース、１２…ベース、１２ａ…底壁、１２ｂ…側壁、１６…磁気ディスク、１７…磁気ヘッド、１８…スピンドルモータ、２２…ヘッドスタックアッセンブリ、２４…ＶＣＭ、２８…軸受部、３０…ＨＧＡ、３６…スリーブ、４０…アーム、４２…サスペンション、４４…スペーサリング、５０…ダミースペーサ、５２…スペーサ本体、５４…バランス調整部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010080839.tif 000007
【図６】
2010080839.tif 000008
【図７】
2010080839.tif 000009
【図８】
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