(57)【要約】【課題】トップ型の積層構造で外部磁場耐性を向上させることができる磁気抵抗効果素子を提供する。【解決手段】磁気抵抗効果素子４２ではフリー層５３上に絶縁層５７が積層される。絶縁層５７上にはリファレンス層６１、結晶層６２、非磁性層６３およびピンド層６４の積層体が積層される。こうした磁気抵抗効果素子４２ではいわゆるトップ型の積層構造が確立される。この積層構造では、絶縁層５７はフリー層５３に受け止められることから、絶縁層５７で凹凸の発生は回避される。しかも、リファレンス層６１および非磁性層６３の間には結晶層６２が挟み込まれる。非磁性層６３の結晶粒は結晶層６２の結晶粒から成長する。非磁性層６３では十分な結晶成長が確立される。その結果、リファレンス層６１およびピンド層６４の間で十分な磁気的結合力が確保される。この磁気的結合力の働きで、トップ型の積層構造にも拘わらず外部磁場耐性の低下は回避される。【選択図】図５
2010062353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性材料から形成され、外部磁化の作用に応じて磁化方向の変化を許容するフリー層と、
前記フリー層上に積層され、絶縁材料から形成される絶縁層と、
前記絶縁層上に積層されて強磁性材料から形成され、所定の方向に磁化を固定する非晶質のリファレンス層と、
前記リファレンス層上に積層され、結晶粒を含む結晶層と、
前記結晶層上に積層されて前記結晶層の結晶粒から成長する結晶粒を含む非磁性層と、
前記非磁性層上に積層されて所定の方向に磁化を固定するピンド層とを備えることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気抵抗効果素子において、前記ピンド層上に積層されて反強磁性材料から形成されるピニング層を備えることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の磁気抵抗効果素子において、前記リファレンス層はＣｏおよびＦｅを含む非晶質の合金から形成されることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
請求項３に記載の磁気抵抗効果素子において、前記結晶層はＣｏおよびＦｅを含む結晶質の合金から形成されることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
強磁性材料から形成され、外部磁化の作用に応じて磁化方向の変化を許容するフリー層と、前記フリー層上に積層され、絶縁材料から形成される絶縁層と、前記絶縁層上に積層されて強磁性材料から形成され、所定の方向に磁化を固定する非晶質のリファレンス層と、前記リファレンス層上に積層され、結晶粒を含む結晶層と、前記結晶層上に積層されて前記結晶層の結晶粒から成長する結晶粒を含む非磁性層と、前記非磁性層上に積層されて所定の方向に磁化を固定するピンド層とを有する磁気抵抗効果素子と、
書き込み磁界を生成する書き込み素子とを備えることを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項６】
記憶媒体と、前記記憶媒体に向き合わせられて、前記記憶媒体に対して磁気情報の書き込みおよび読み出しを実行する磁気ヘッドとを備え、
前記磁気ヘッドは、強磁性材料から形成され、外部磁化の作用に応じて磁化方向の変化を許容するフリー層と、前記フリー層上に積層され、絶縁材料から形成される絶縁層と、前記絶縁層上に積層されて強磁性材料から形成され、所定の方向に磁化を固定する非晶質のリファレンス層と、前記リファレンス層上に積層され、結晶粒を含む結晶層と、前記結晶層上に積層されて前記結晶層の結晶粒から成長する結晶粒を含む非磁性層と、前記非磁性層上に積層されて所定の方向に磁化を固定するピンド層とを有する磁気抵抗効果素子と、書き込み磁界を生成する書き込み素子とを備えることを特徴とする記憶装置。
【請求項７】
強磁性材料から形成され、外部磁化の作用に応じて磁化方向の変化を許容するフリー層と、前記フリー層上に積層され、絶縁材料から形成される絶縁層と、前記絶縁層上に積層されて強磁性材料から形成され、所定の方向に磁化を固定する非晶質のリファレンス層と、前記リファレンス層上に積層され、結晶粒を含む結晶層と、前記結晶層上に積層されて前記結晶層の結晶粒から成長する結晶粒を含む非磁性層と、前記非磁性層上に積層されて所定の方向に磁化を固定するピンド層とを有する磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子に外部磁化を作用させて、前記自由磁化層の磁化方向を変化させる書き込み素子とを備えることを特徴とする磁気メモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子に関し、特に、トンネル接合磁気抵抗効果（ＴｕＭＲ）素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＴｕＭＲ素子は、外部磁化の作用に拘わらず磁化方向を固定する固定磁化層と、外部磁化の作用に応じて磁化方向の変化を許容するフリー層とを備える。固定磁化層は、ピンド層と、リファレンス層と、ピンド層およびリファレンス層に挟み込まれる非磁性層とから形成される。固定磁化層およびフリー層の間にはトンネルバリア層が挟み込まれる。固定磁化層の磁化方向とフリー層の磁化方向との相対角度に応じてＴｕＭＲ素子の磁気抵抗は変化する。磁気抵抗の変化に基づき例えば磁気ディスクから２値情報が読み出される。
【０００３】
ＴｕＭＲ素子ではいわゆるボトム型の積層構造が確立される。このボトム型の積層構造
では固定磁化層は反強磁性層に受け止められる。反強磁性層は例えばＩｒＭｎから形成される。ＩｒＭｎでは結晶粒に基づき表面に比較的に大きな凹凸が形成される。こうした凹凸は反強磁性層上のピンド層や非磁性層、リファレンス層を介してトンネルバリア層に反映される。その結果、フリー層およびリファレンス層の間で確立される磁気的相互作用が悪化するといった不都合が生じる。
【特許文献１】特開２００７−２９４７３７号公報
【特許文献２】特開２００８−１０３６６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうした不都合の解消にあたっていわゆるトップ型の積層構造が確立される。この積層構造では、フリー層、トンネルバリア層、リファレンス層、非磁性層、ピンド層および反強磁性層が順番に積層される。反強磁性層はトンネルバリア層よりも上層に積層される。トンネルバリア層には反強磁性層の凹凸の影響は及ばない。しかしながら、こうしたトップ型の積層構造ではいわゆる外部磁化耐性が低下してしまう。その結果、磁気抵抗の変化は低減してしまう。２値情報の読み出し感度は低下してしまう。
【０００５】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、トップ型の積層構造で外部磁場耐性を向上させることができる磁気抵抗効果素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、磁気抵抗効果素子は、強磁性材料から形成され、外部磁化の作用に応じて磁化方向の変化を許容するフリー層と、前記フリー層上に積層され、絶縁材料から形成される絶縁層と、前記絶縁層上に積層されて強磁性材料から形成され、所定の方向に磁化を固定する非晶質のリファレンス層と、前記リファレンス層上に積層され、結晶粒を含む結晶層と、前記結晶層上に積層されて前記結晶層の結晶粒から成長する結晶粒を含む非磁性層と、前記非磁性層上に積層されて所定の方向に磁化を固定するピンド層とを備えることを特徴とする。
【０００７】
こうした磁気抵抗効果素子ではいわゆるトップ型の積層構造が確立される。この積層構造では、絶縁層はフリー層に受け止められることから、絶縁層で凹凸の発生は回避される。しかも、リファレンス層および非磁性層の間には結晶層が挟み込まれる。非磁性層の結晶粒は結晶層の結晶粒から成長する。非磁性層では十分な結晶成長が確立される。その結果、リファレンス層およびピンド層の間で十分な磁気的結合力が確保される。この磁気的結合力の働きで、トップ型の積層構造にも拘わらず外部磁場耐性の低下は回避される。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように、磁気抵抗効果素子はトップ型の積層構造で外部磁場耐性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。
【００１０】
図１は本発明に係る記憶装置の一具体例すなわちハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）１１の内部構造を概略的に示す。このＨＤＤ１１は筐体すなわちハウジング１２を備える。ハウジング１２は箱形のベース１３およびカバー（図示されず）から構成される。ベース１３は例えば平たい直方体の内部空間すなわち収容空間を区画する。ベース１３は例えばＡｌ（アルミニウム）といった金属材料から鋳造に基づき成形されればよい。カバーはベース１３の開口に結合される。カバーとベース１３との間で収容空間は密閉される。カバーは例えばプレス加工に基づき１枚の板材から成形されればよい。
【００１１】
収容空間には、記憶媒体としての１枚以上の磁気ディスク１４が収容される。磁気ディスク１４はスピンドルモータ１５の駆動軸に装着される。スピンドルモータ１５は例えば４２００ｒｐｍや５４００ｒｐｍ、７２００ｒｐｍ、１００００ｒｐｍ、１５０００ｒｐｍといった高速度で磁気ディスク１４を回転させることができる。ここでは、例えば磁気ディスク１４は垂直磁気記録ディスクに構成される。すなわち、磁気ディスク１４上の記録磁性膜では磁化容易軸は磁気ディスク１４の表面に直交する垂直方向に設定される。
【００１２】
収容空間にはキャリッジ１６がさらに収容される。キャリッジ１６はキャリッジブロック１７を備える。キャリッジブロック１７は、垂直方向に延びる支軸１８に回転自在に連結される。キャリッジブロック１７には支軸１８から水平方向に延びる複数のキャリッジアーム１９が区画される。キャリッジブロック１７は例えば押し出し成型に基づきＡｌから成型されればよい。
【００１３】
個々のキャリッジアーム１９の先端にはヘッドサスペンション２１が取り付けられる。ヘッドサスペンション２１はキャリッジアーム１９の先端から前方に延びる。ヘッドサスペンション２１にはフレキシャが貼り付けられる。ヘッドサスペンション２１の先端でフレキシャにはジンバルが区画される。ジンバルに磁気ヘッドスライダすなわち浮上ヘッドスライダ２２が搭載される。ジンバルの働きで浮上ヘッドスライダ２２はヘッドサスペンション２１に対して姿勢を変化させることができる。浮上ヘッドスライダ２２には磁気ヘッドすなわち電磁変換素子が搭載される。
【００１４】
磁気ディスク１４の回転に基づき磁気ディスク１４の表面で気流が生成されると、気流の働きで浮上ヘッドスライダ２２には正圧すなわち浮力および負圧が作用する。浮力および負圧とヘッドサスペンション２１の押し付け力とが釣り合うことで磁気ディスク１４の回転中に比較的に高い剛性で浮上ヘッドスライダ２２は浮上し続けることができる。
【００１５】
キャリッジブロック１７には例えばボイスコイルモータ（ＶＣＭ）２３といった動力源が接続される。このボイスコイルモータ２３の働きでキャリッジブロック１７は支軸１８回りで回転することができる。こうしたキャリッジブロック１７の回転に基づきキャリッジアーム１９およびヘッドサスペンション２１の揺動は実現される。浮上ヘッドスライダ２２の浮上中にキャリッジアーム１９が支軸１８回りで揺動すると、浮上ヘッドスライダ２２は磁気ディスク１４の半径線に沿って移動することができる。その結果、浮上ヘッドスライダ２２上の電磁変換素子は最内周記録トラックと最外周記録トラックとの間でデータゾーンを横切ることができる。こうして浮上ヘッドスライダ２２上の電磁変換素子は目標の記録トラック上に位置決めされる。
【００１６】
図２は一具体例に係る浮上ヘッドスライダ２２を示す。この浮上ヘッドスライダ２２は、例えば平たい直方体に形成される基材すなわちスライダ本体２５を備える。スライダ本体２５の空気流出側端面には絶縁性の非磁性膜すなわち素子内蔵膜２６が積層される。この素子内蔵膜２６に電磁変換素子２７が組み込まれる。電磁変換素子２７の詳細は後述される。
【００１７】
スライダ本体２５は例えばＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ（アルチック）といった硬質の非磁性材料から形成される。素子内蔵膜２６は例えばＡｌ２Ｏ３（アルミナ）といった比較的に軟質の絶縁非磁性材料から形成される。スライダ本体２５は媒体対向面２８で磁気ディスク１４に向き合う。媒体対向面２８には平坦なベース面２９すなわち基準面が規定される。磁気ディスク１４が回転すると、スライダ本体２５の前端から後端に向かって媒体対向面２８には気流３１が作用する。
【００１８】
媒体対向面２８には、前述の気流３１の上流側すなわち空気流入側でベース面２９から立ち上がる１筋のフロントレール３２が形成される。フロントレール３２はベース面２９の空気流入端に沿ってスライダ幅方向に延びる。同様に、媒体対向面２８には、気流３１の下流側すなわち空気流出側でベース面２９から立ち上がるリアセンターレール３３が形成される。リアセンターレール３３はスライダ幅方向の中央位置に配置される。リアセンターレール３３は素子内蔵膜２６に至る。媒体対向面２８には左右１対のリアサイドレール３４、３４がさらに形成される。リアサイドレール３４は空気流出側でスライダ本体２５の側端に沿ってベース面２９から立ち上がる。リアサイドレール３４、３４同士の間にリアセンターレール３３は配置される。
【００１９】
フロントレール３２、リアセンターレール３３およびリアサイドレール３４、３４の頂上面にはいわゆる空気軸受け面（ＡＢＳ）３５、３６、３７、３７が規定される。空気軸受け面３５、３６、３７の空気流入端は段差でフロントレール３２、リアセンターレール３３およびリアサイドレール３４の頂上面にそれぞれ接続される。気流３１が媒体対向面２８に受け止められると、段差の働きで空気軸受け面３５、３６、３７には比較的に大きな正圧すなわち浮力が生成される。しかも、フロントレール３２の後方すなわち背後には大きな負圧が生成される。これら浮力および負圧のバランスに基づき浮上ヘッドスライダ２２の浮上姿勢は確立される。なお、浮上ヘッドスライダ２２の形態はこういった形態に限られるものではない。
【００２０】
空気軸受け面３６の空気流出側でリアセンターレール３３には電磁変換素子２７が埋め込まれる。電磁変換素子２７は例えば読み出し素子と書き込み素子とを備える。読み出し素子にはトンネル接合磁気抵抗効果（ＴｕＭＲ）素子が用いられる。ＴｕＭＲ素子では磁気ディスク１４から作用する磁界の向きに応じてトンネル接合膜の抵抗変化が引き起こされる。こういった抵抗変化に基づき磁気ディスク１４から情報は読み出される。書き込み素子にはいわゆる単磁極ヘッドが用いられる。単磁極ヘッドは薄膜コイルパターンの働きで磁界を生成する。この磁界の働きで磁気ディスク１４に情報は書き込まれる。電磁変換素子２７は素子内蔵膜２６の表面に読み出し素子の読み出しギャップや書き込み素子の書き込みギャップを臨ませる。ただし、空気軸受け面３６の空気流出側で素子内蔵膜２６の表面には硬質の保護膜が形成されてもよい。こういった硬質の保護膜は素子内蔵膜２６の表面で露出する読み出しギャップや書き込みギャップを覆う。保護膜には例えばＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜が用いられればよい。
【００２１】
図３に示されるように、読み出し素子３８では、上下１対の導電層すなわち下部電極３９および上部電極４１にトンネル接合磁気抵抗効果膜４２が挟み込まれる。下部電極３９および上部電極４１は例えばＦｅＮ（窒化鉄）やＮｉＦｅ（ニッケル鉄）、ＮｉＦｅＢ（ニッケル鉄ボロン）、ＣｏＦｅＢ（コバルト鉄ボロン）といった高透磁率材料から構成されればよい。下部電極３９や上部電極４１の膜厚は例えば２．０μｍ〜３．０μｍに設定される。こうして下部電極３９および上部電極４１は下部シールド層および上部シールド層として機能することができる。その結果、下部電極３９および上部電極４１の間隔は磁気ディスク１４上で記録トラックの線方向に磁気記録の分解能を決定する。
【００２２】
同時に、下部電極３９および上部電極４１の間には１対の磁区制御膜４３が配置される。トンネル接合磁気抵抗効果膜４２は媒体対向面２８に沿って磁区制御膜４３同士の間に配置される。磁区制御膜４３は例えばＣｏＣｒＰｔ（コバルトクロム白金）といった硬磁性材料から形成される。磁区制御膜４３は媒体対向面２８に沿って一方向に磁化を確立する。磁区制御膜４３と下部電極３９との間、および、磁区制御膜４３とトンネル接合磁気抵抗効果膜４２との間には絶縁膜４４が挟み込まれる。絶縁膜４４は例えばＡｌ２Ｏ３から形成される。絶縁膜４４の膜厚は例えば３．０ｎｍ〜１０．０ｎｍの範囲で設定されればよい。磁区制御膜４３は下部電極３９およびトンネル接合磁気抵抗効果膜４２から絶縁される。したがって、たとえ磁区制御膜４３が導電性を有していても、上部電極４１と下部電極３９との間ではトンネル接合磁気抵抗効果膜４２のみで導通が確立される。
【００２３】
書き込み素子４５すなわち単磁極ヘッドは、リアセンターレール３３の表面で露出する主磁極４６および補助磁極４７を備える。主磁極４６および補助磁極４７は例えばＦｅＮやＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＢ、ＣｏＦｅＢといった磁性材料から構成されればよい。図４を併せて参照し、補助磁極４７の後端は主磁極４６に磁性連結片４８で接続される。磁性連結片４８周りで磁気コイルすなわち薄膜コイルパターン４９が形成される。こうして主磁極４６、補助磁極４７および磁性連結片４８は、薄膜コイルパターン４９の中心位置を貫通する磁性コアを形成する。なお、図４は、図３の４−４線に沿った断面図である。
【００２４】
図５は本発明の一実施形態に係るトンネル接合磁気抵抗効果膜４２の構造を概略的に示す。このトンネル接合磁気抵抗効果膜４２ではトップ型の積層構造が確立される。トンネル接合磁気抵抗効果膜４２は、下部電極３９上に広がる下地層５２を備える。下地層５２は例えばＴａ（タンタル）から形成される。下地層５２では非晶質すなわちアモルファス構造が確立される。下地層５２の膜厚は例えば３．０ｎｍに設定される。
【００２５】
下地層５２の表面には自由磁化層すなわちフリー層５３が重ね合わせられる。フリー層５３は強磁性層から形成される。ここでは、フリー層５３は、下地層５２上に順番に積層されるＮｉＦｅ層５４、Ｔａ層５５およびＣｏＦｅＢ層５６の積層体から形成される。ＮｉＦｅ層５４の膜厚は４．０ｎｍに設定される。Ｔａ層５５の膜厚は０．４ｎｍに設定される。ＣｏＦｅＢ層５６の膜厚は２．０ｎｍに設定される。フリー層５３は、外部磁化の作用に応じて磁化方向の変化を許容する。フリー層５３では前述の磁区制御膜４３の働きで磁化の向きは揃えられる。
【００２６】
フリー層５３の表面には絶縁層すなわちトンネルバリア層５７が重ね合わせられる。トンネルバリア層５７は絶縁材料から形成される。ここでは、トンネルバリア層５７はＭｇＯ（酸化マグネシウム）から形成される。トンネルバリア層５７の膜厚は例えば１．０ｎｍ以下に設定される。
【００２７】
トンネルバリア層５７の表面には固定磁化層５９が重ね合わせられる。固定磁化層５９は、トンネルバリア層５７上に順番に積層されるリファレンス層６１、結晶層６２、非磁性層６３およびピンド層６４の積層体から形成される。リファレンス層６１ではアモルファス構造が確立される。リファレンス層６１はＣｏおよびＦｅを含む非晶質の合金から形成される。ここでは、リファレンス層６１はＣｏＦｅＢから形成される。リファレンス層６１の膜厚は１．６ｎｍ〜２．０ｎｍの範囲に設定される。ここでは、リファレンス層６１の膜厚は１．６ｎｍに設定される。結晶層６２はＣｏおよびＦｅを含む結晶質の合金から形成される。ここでは、結晶層６２はＣｏＦｅから形成される。結晶層６２は結晶粒を含む。結晶層６２の膜厚は０．５ｎｍに設定される。
【００２８】
非磁性層６３は非磁性材料から形成される。非磁性層６３は、結晶層６２の結晶粒から成長する結晶粒を含む。ここでは、非磁性層６３はＲｕ（ルテニウム）から形成される。非磁性層６３の膜厚は０．６５ｎｍに設定される。ピンド層６４は強磁性層から形成される。ここでは、ピンド層６４はＣｏＦｅ（コバルト鉄）から形成される。ピンド層６４の膜厚は例えば１．７ｎｍに設定される。リファレンス層６１はピンド層６４および非磁性層６３と協働で積層フェリ構造を確立する。したがって、ピンド層６４とリファレンス層６１との間には交換結合が確立される。この交換結合の働きでリファレンス層６１の磁化方向とピンド層６４の磁化方向との間には反平行の関係が確立される。
【００２９】
固定磁化層５９の表面にはピニング層６５が重ね合わせられる。ピニング層６５は反強磁性層から形成される。ここでは、ピニング層６５はＩｒＭｎ（イリジウムマンガン）から形成される。ピニング層６５の膜厚は例えば７ｎｍに設定される。ピンド層６４とピニング層６５との間には交換結合が確立される。この交換結合の働きでピンド層６４の磁化は所定の方向に固定される。
【００３０】
ピニング層６５の表面にはキャップ層６６が重ね合わせられる。キャップ層６６は例えば非磁性金属から形成される。ここでは、キャップ層６６は、ピニング層６５上に順番に積層されるＴａ（タンタル）層６７およびＲｕ層６８から形成される。Ｔａ層６７の膜厚は例えば５．０ｎｍに設定される。Ｒｕ層６８の膜厚は例えば１０．０ｎｍに設定される。キャップ層６６には前述の上部電極４１が重ね合わせられる。
【００３１】
以上のようなトンネル接合磁気抵抗効果膜４２ではトップ型の積層構造が確立される。トップ型の積層構造では、トンネルバリア層５７はピニング層６５よりも下層に積層されることから、トンネルバリア層５７で凹凸の発生は回避される。しかも、リファレンス層６１および非磁性層６３の間に結晶層６２が挟み込まれる。非磁性層６３の結晶粒は結晶層６２の結晶粒から成長する。非磁性層６３では十分な結晶成長が確立される。その結果、リファレンス層６１およびピンド層６４の間で十分な磁気的結合力が確保される。この磁気的結合力の働きで、トップ型の積層構造にも拘わらず外部磁場耐性の低下は回避されることができる。
【００３２】
次に読み出し素子３８および書き込み素子４５の製造方法を簡単に説明する。まず、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ基板は用意される。Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ基板の表面には第１Ａｌ２Ｏ３膜が形成される。第１Ａｌ２Ｏ３膜上では個々の浮上ヘッドスライダ２２ごとに読み出し素子３８や書き込み素子４５が形成される。書き込み素子４５は周知のとおりに形成されればよい。読み出し素子３８や書き込み素子４５の形成後、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ基板の表面には第２Ａｌ２Ｏ３膜が形成される。第１および第２Ａｌ２Ｏ３膜は素子内臓膜２６となる。Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ基板から個々の浮上ヘッドスライダ２２は切り出される。
【００３３】
次に読み出し素子３８の製造方法を詳述する。第１Ａｌ２Ｏ３膜上には規定の位置で下部電極３９が形成される。形成にあたって例えばスパッタリングは用いられる。下部電極３９は所定の形状に象られる。下部電極３９上には、図６に示されるように、Ｔａ膜７１、ＮｉＦｅ膜７２、Ｔａ膜７３、ＣｏＦｅＢ膜７４、ＭｇＯ膜７５、ＣｏＦｅＢ膜７６、ＣｏＦｅ膜７７、Ｒｕ膜７８、ＣｏＦｅ膜７９、ＩｒＭｎ膜８１、Ｔａ膜８２およびＲｕ膜８３が形成される。各膜７１〜８３の形成にあたって例えばスパッタリングは用いられる。その後、各膜７１〜８３には２Ｔ以上に設定される磁場中で加熱処理が実施される。加熱処理は３００℃の温度で４時間にわたって実施される。こうしてＣｏＦｅ膜７９およびＩｒＭｎ膜８１で一方向異方性磁界が確立される。
【００３４】
その後、フォトリトグラフィ技術に基づきＴａ膜７１、ＮｉＦｅ膜７２、Ｔａ膜７３、ＣｏＦｅＢ膜７４、ＭｇＯ膜７５、ＣｏＦｅＢ膜７６、ＣｏＦｅ膜７７、Ｒｕ膜７８、ＣｏＦｅ膜７９、ＩｒＭｎ膜８１、Ｔａ膜８２およびＲｕ膜８３の積層体からトンネル接合磁気抵抗効果膜４２は削り出される。削り出しにあたって、上層のＲｕ膜８３上にはフォトレジスト膜８４が形成される。フォトレジスト膜８４をマスクとしてイオンミリングが実施される。フォトレジスト膜８４の周囲で積層体は除去される。フォトレジスト膜８４の周囲で下部電極３９の表面は露出する。
【００３５】
その後、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ基板上では膜厚３．０ｎｍ〜１０．０ｎｍで絶縁膜４４が形成される。ここでは、例えばＡｌ２Ｏ３膜が形成される。形成にあたってスパッタリングは用いられる。Ａｌ２Ｏ３はフォトレジスト膜８４上および下部電極３９上に堆積する。続いて絶縁膜４４上にはスパッタリングに基づき磁区制御膜４３の材料の膜が形成される。ここでは、ＣｏＣｒＰｔ膜が形成される。トンネル接合磁気抵抗効果膜４２はＣｏＣｒＰｔ膜で囲まれる。その後、トンネル接合磁気抵抗効果膜４２上から絶縁膜４４やＣｏＣｒＰｔ膜がリフトオフされる。すなわち、トンネル接合磁気抵抗効果膜４２上からフォトレジスト膜８４は除去される。
【００３６】
ＣｏＣｒＰｔ膜の表面は平坦化研磨処理される。化学機械研磨（ＣＭＰ）が用いられる。キャップ層６６および磁区制御膜４３の表面は連続面に平坦化される。こうした連続面上で上部電極４１が積層形成される。形成にあたって例えばスパッタリングは用いられる。上部電極４１は所定の形状に象られる。磁区制御膜６１は磁場中で加熱処理される。磁区制御膜６１には所定の方向に磁化が確立される。こうして読み出し素子３８は形成される。その後、読み出し素子３８上には絶縁膜が形成される。絶縁膜上に書き込み素子４５が形成される。書き込み素子４５の製造にあたって周知の製造方法が実施されればよい。
【００３７】
発明者はボトム型の積層構造とトップ型の積層構造との相違を検証した。検証にあたってトップ型の具体例およびボトム型の具体例が製造された。ここでは、トンネルバリア層の積層前まで製造された。トップ型では、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ基板上に、下地層として膜厚５．０ｎｍのＴａ膜、自由磁化層として４．０ｎｍのＮｉＦｅ膜、０．３ｎｍのＴａ膜および２．０ｎｍのＣｏＦｅＢ膜の積層体が順番に積層形成された。ボトム型では、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ基板上に、下地層として膜厚５．０ｎｍのＴａ膜および１．７ｎｍのＲｕ膜、ピニング層として７．０ｎｍのＩｒＭｎ膜、ピンド層として１．７ｎｍのＣｏＦｅ膜、非磁性層として０．７ｎｍのＲｕ膜、および、リファレンス層として１．８ｎｍのＣｏＦｅＢ膜が順番に積層形成された。
【００３８】
このとき、トップ型の具体例に係るＣｏＦｅＢ膜の表面およびボトム型の具体例に係るＣｏＦｅＢ膜の表面で原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）に基づき表面粗さＲａが観察された。その結果、トップ型のＣｏＦｅＢ膜の表面では０．１３ｎｍの表面粗さＲａが計測された。その一方で、ボトム型のＣｏＦｅＢ膜の表面では０．１７ｎｍの表面粗さＲａが計測された。ボトム型に比べてトップ型ではトンネルバリア層で凹凸は低減されることが確認された。ボトム型ではＣｏＦｅＢ膜の下層にピニング層としてＩｒＭｎ層が形成されることが原因と考えられる。したがって、トップ型では平坦なトンネルバリア層が形成される。その結果、トンネルバリア層の薄膜化が実現される。
【００３９】
次に発明者は、非磁性層６３の膜厚の変化に対する一方向異方性磁界Ｈｕａの変化を検証した。検証にあたってトップ型の具体例およびボトム型の具体例が製造された。トップ型では、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ基板上に、下地層として膜厚３．０ｎｍのＴａ膜、フリー層として４．０ｎｍのＮｉＦｅ膜、０．３ｎｍのＴａ膜および２．０ｎｍのＣｏＦｅＢ膜の積層体、トンネルバリア層として１．０ｎｍのＭｇＯ膜、固定磁化層として１．８ｎｍのＣｏＦｅＢ膜、非磁性層としてＲｕ膜および１．７ｎｍのＣｏＦｅ膜の積層体、ピニング層として７．０ｎｍのＩｒＭｎ膜、および、キャップ層が順番に積層形成された。ボトム型では、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ基板上に、下地層として３．０ｎｍのＴａ膜および２．０ｎｍのＲｕ膜、ピニング層として７．０ｎｍのＩｒＭｎ膜、ピンド層として１．７ｎｍのＣｏＦｅ膜、非磁性層としてＲｕ膜、リファレンス層として１．８ｎｍのＣｏＦｅＢ膜、トンネルバリア層として１．０ｎｍのＭｇＯ膜、フリー層として２．０ｎｍのＣｏＦｅＢ膜、０．３ｎｍのＴａ膜および４．０ｎｍのＮｉＦｅ膜の積層体、キャップ層が順番に積層形成された。このとき、非磁性層すなわちＲｕ膜の膜厚の変化に応じてＨｕａが算出された。その結果、図７に示されるように、Ｒｕ膜の膜厚が例えば０．５ｎｍ以上の範囲に設定されると、ボトム型に比べてトップ型ではＨｕａが低下することが確認された。
【００４０】
次に、発明者は結晶層６２の効果を検証した。検証にあたって、前述と同様に、非磁性層６３の膜厚に対するＨｕａの変化が計測された。ただし、トップ型では、前述の具体例に加えて、ＣｏＦｅＢ膜およびＲｕ膜の間に挟み込まれる所定の膜厚の結晶層すなわちＣｏＦｅ膜を備える具体例が追加された。ＣｏＦｅ膜の膜厚は０．３ｎｍ、０．５ｎｍ、０．７ｎｍおよび０．９ｎｍにそれぞれ設定された。その結果、図８に示されるように、ＣｏＦｅ膜を備えないトップ型の具体例（０ｎｍ）に比べて、ＣｏＦｅ膜を備えるトップ型の具体例ではＨｕａが増大することが確認された。したがって、本発明では結晶層６２の働きで一方向異方性磁界Ｈｕａすなわち外部磁場耐性は向上することが確認された。図９に示されるように、トップ型の具体例ではＣｏＦｅ膜の膜厚の変化に応じてＨｕａが変化する。このとき、Ｒｕ膜の膜厚は０．６５ｎｍに設定された。ＣｏＦｅ膜の膜厚は例えば０．３ｎｍ〜０．９ｎｍの範囲に設定されればよいことが確認された。
【００４１】
次に、発明者はリファレンス層６１の膜厚に対するＭＲ比の変化を検証した。リファレンス層６１の膜厚が減少すれば、ゼーマンエネルギーは低く抑えられる。なお、ゼーマンエネルギーは、外部磁界から作用する外部磁場と磁気モーメントとの積で表される。ゼーマンエネルギーが低く抑えられると、固定磁化層５９の外部磁場耐性が高められる。ただし、その一方で、リファレンス層６１の膜厚が減少すると、磁気抵抗効果率（ＭＲ比）の低下を招いてしまう。読み出し素子３８の出力は低下する。外部磁場耐性とＭＲ比とはトレードオフの関係を有する。したがって、発明者はＭＲ比の変化の検証に基づきリファレンス層６１の膜厚の下限値を計測した。
【００４２】
検証にあたって、複数の具体例に係るトンネル接合磁気抵抗効果膜４２が製造された。各具体例ではリファレンス層６１すなわちＣｏＦｅＢ膜の膜厚が調整された。このとき、トンネル接合磁気抵抗効果膜４２のＭＲ比［％］が算出された。ただし、電気抵抗率（ＲＡ）は１０［Ωμｍ２］以下に設定された。その結果、図１０に示されるように、ＣｏＦｅＢ膜の膜厚が１．６ｎｍを下回ると、ＭＲ比の急激な低下が確認された。その一方で、ＣｏＦｅＢ膜の膜厚が１．６ｎｍ〜２．０ｎｍの範囲に設定されると十分なＭＲ比が確保されることが確認された。次に、各具体例でＲＡが調整された。その結果、図１１に示されるように、ＣｏＦｅＢ膜の膜厚が１．６ｎｍを下回ると、十分なＭＲ比が確保されないことが確認された。以上の結果から、外部磁場耐性の向上と読み出し素子３８の出力の増大との両立の確立にあたって、リファレンス層６１の膜厚の下限値は１．６ｎｍであることが判明した。
【００４３】
図１２は本発明に係る磁気メモリの一具体例すなわち磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）９１の構造を概略的に示す。ＭＲＡＭ９１は複数行に平行に交互に延びる書き込みワード線９２および読み出しワード線９３を備える。複数列のビット線９４は書き込みワード線９２および読み出しワード線９３に交差する。ビット線９４および書き込みワード線９２の交差位置でビット線９４には前述のトンネル接合磁気抵抗効果膜４２が接続される。トンネル接合磁気抵抗効果膜４２は例えばＭＯＳトランジスタ９５のソースに接続される。ＭＯＳトランジスタ９５のドレインは接地される。ＭＯＳトランジスタ９５のゲートには読み出しワード線９３が接続される。書き込みワード線９２およびビット線９４は本発明の書き込み素子を構成する。
【００４４】
トンネル接合磁気抵抗効果膜４２では書き込みワード線９２およびビット線９４の合成磁界に基づきフリー層５３１の磁化方向が反転する。合成磁界は書き込みワード線９２およびビット線９４にそれぞれ流通する電流に基づき生成される。書き込みワード線９２およびビット線９４の組み合わせに基づき個々のトンネル接合磁気抵抗効果膜４２は選択される。こうしてトンネル接合磁気抵抗効果膜４２に２値情報は記録される。読み出しにあたって読み出しワード線９３に電流は流通する。電流の流通に応じてＭＯＳトランジスタ９５のゲートに電圧は印加される。選択されたビット線９４に電流が流通すると、トンネル接合磁気抵抗効果膜４２の働きでビット線９４の電圧は変化する。電圧変化は検出回路（図示されず）で検出される。こうして２値情報は検知される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る記憶装置の一具体例すなわちハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）の内部構造を概略的に示す平面図である。
【図２】一具体例に係る浮上ヘッドスライダを概略的に示す拡大斜視図である。
【図３】媒体対向面から観察される電磁変換素子を概略的に示す電磁変換素子の正面図である。
【図４】図３の４−４線に沿った断面図である。
【図５】トンネル接合磁気抵抗効果膜の構造を概略的に示す拡大正面図である。
【図６】トンネル接合磁気抵抗効果膜の製造工程を概略的に示す図である。
【図７】非磁性層の膜厚と一方向異方性磁界との関係を示すグラフである。
【図８】非磁性層の膜厚と一方向異方性磁界との関係を示すグラフである。
【図９】結晶層の膜厚と一方向異方性磁界との関係を示すグラフである。
【図１０】リファレンス層の膜厚と磁気抵抗比（ＭＲ）との関係を示すグラフである。
【図１１】電気抵抗率（ＲＡ）と磁気抵抗（ＭＲ）比との関係を示すグラフである。
【図１２】磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）の構造を概略的に示す回路図である。
【符号の説明】
【００４６】
１１  記憶装置、１４  記憶媒体（磁気ディスク）、２７  磁気ヘッド（電磁変換素子）、４２  磁気抵抗効果素子、４５  書き込み素子、５３  フリー層、５７  絶縁層（トンネルバリア層）、６１  リファレンス層、６２  結晶層、６３  非磁性層、６４  ピンド層、６５  ピニング層、９１  磁気メモリ。
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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