(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部磁界により容易に磁化回転する自由層と、
第１非磁性層と、
該第１非磁性層に対して該自由層の反対側に設けられ、該外部磁界により容易には磁化回転しない第１固定層とを含み、
該第１固定層は、該第１非磁性層と接する第１金属磁性膜と、第１酸化物磁性膜とを含み、
前記第１固定層は、前記第１酸化物磁性膜に対して前記第１金属磁性膜の反対側に設けられる第２金属磁性膜をさらに含み、
前記第１固定層と磁気的に結合する磁化回転抑制層をさらに含み、
前記磁化回転抑制層は、Ｐ−Ｍｎ系（ＰはＰｔ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｃｒから選ばれる１種もしくは２種以上の元素）合金より成る、
磁気抵抗効果素子。
（ここで、該第１固定層が、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）およびシリコン（Ｓｉ）を含むものを除く。
また、磁化回転抑制層がＩｒＭｎからなるものを除く）
【請求項２】
前記自由層に対して前記第１非磁性層の反対側に設けられる第２非磁性層と、
該第２非磁性層に対して該自由層の反対側に設けられ、該外部磁界により容易には磁化回転しない第２固定層とをさらに含む、請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記自由層は、第１金属磁性膜と、第１酸化物磁性膜とを含む、請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記自由層は、前記自由層に含まれる第１酸化物磁性膜に対して前記自由層に含まれる第１金属磁性膜の反対側に設けられる第２金属磁性膜をさらに含む、請求項３記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記第１固定層は、前記第１酸化物磁性膜に対して前記第１金属磁性膜の反対側に設けられる第２金属磁性膜と、
第３金属磁性膜と、
該第２金属磁性膜と該第３金属磁性膜とを反強磁性的に交換結合する交換結合用非磁性膜とをさらに含む、請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記第１固定層は、前記第１酸化物磁性膜に対して前記第１金属磁性膜の反対側に設けられる非磁性膜と、
該非磁性膜を介して該第１酸化物磁性膜と磁気的に交換結合する第２酸化物磁性膜をさらに含む、請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
前記第１酸化物磁性膜は、Ｆｅ元素を含有する、請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
前記第１酸化物磁性膜は、ＭＦｅ2Ｏ4（ＭはＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選ばれる１種もしくは２種以上の元素）を主成分とする、請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
前記第１酸化物磁性膜は、Ｆｅ3Ｏ4を主成分とする、請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１０】
前記第１酸化物磁性膜は、ＣｏＦｅ2Ｏ4を主成分とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１１】
前記第１酸化物磁性膜は、前記第１金属磁性膜の酸化物である、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１２】
前記第１金属磁性膜は、Ｃｏ−Ｆｅ合金からなる、請求項１１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１３】
特に該自由層は、非磁性膜と、
前記非磁性膜を介して反強磁性的に交換結合した、膜厚または飽和磁化の異なる２つの金属磁性膜とを含む、請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１４】
前記磁気抵抗効果素子の膜面の上下に配置される電極をさらに含み、
電流を前記膜面に垂直に流す、請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１５】
請求項１記載の磁気抵抗効果素子と、
シールド部とを具備する磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項１６】
請求項１記載の磁気抵抗効果素子と、
検知すべき磁界を前記磁気抵抗素子に導入するヨークとを具備する磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項１７】
請求項１５記載の磁気抵抗効果型ヘッドと、
記録媒体と該磁気抵抗効果型ヘッドとのトラッキングを制御するサーボ部と、
該磁気抵抗効果型ヘッドが該記録媒体に記録再生する信号を処理する信号処理部とを備える磁気記録装置。
【請求項１８】
請求項１記載の磁気抵抗効果素子と、
該磁気抵抗効果素子から情報を読み出すための情報読出用導体線と、
該情報を記録するための情報記録用導体線とを具備する磁気抵抗効果メモリ素子。
【請求項１９】
請求項１記載の磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
前記第１酸化物磁性膜を、酸化物ターゲットを用いてスパッタ法により形成する第１工程を包含する磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２０】
前記酸化物ターゲットはＦｅ3Ｏ4を含む、請求項１９に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２１】
前記第１工程は、不活性ガスと酸素ガスとを用いてスパッタ法により前記第１酸化物磁性膜を形成する第２工程を包含する、請求項１９に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２２】
前記第１工程は、不活性ガスと酸素ガスとを用いてスパッタ法により前記第１酸化物磁性膜を形成する第２工程を包含する、請求項１９に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２３】
前記酸化物ターゲットはＣｏＦｅ2Ｏ4を含む、請求項１９に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２４】
基板上に直接または下地層を介して、外部磁界により容易に磁化回転する自由層、非磁性層、外部磁界により容易には磁化回転しない固定層の金属磁性膜を順次積層する第１の工程と、
該固定層の該金属磁性膜の表面を酸化させる第２の工程と、
該金属磁性膜の表面上に酸化物磁性膜を形成する第３の工程と、
該酸化物磁性膜の上に磁化回転抑制層を更に形成する第４の工程とを包含する磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２５】
前記第２の工程は、プラズマ酸化法を含む、請求項２４記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２６】
前記第２の工程は、酸素ラジカル源から発生した酸素ラジカルにより、前記金属磁性膜の前記表面を酸化する工程を含む、請求項２４記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２７】
前記第２の工程は、自然酸化法を含む、請求項２４記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２８】
前記第２の工程は、イオン源より発生した酸素イオンを用いて前記金属磁性膜の前記表面を酸化する工程を含む、請求項２４記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２９】
基板上に直接または下地層を介して、外部磁界により容易に磁化回転する自由層、非磁性層、外部磁界により容易には磁化回転しない固定層の第１金属磁性膜を順次積層する第１の工程と、
該固定層の酸化物磁性膜を反応性スパッタリング法により形成する第２の工程と、
該酸化物磁性膜その上に該固定層の第２金属磁性膜を形成する第３の工程と、
該第２金属磁性膜上に磁化回転抑制層を更に形成する第４の工程とを包含する磁気抵抗効果素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は外部磁界に対して磁気抵抗変化により大きな出力を生ずる磁気抵抗効果素子と、それを用いて構成される高密度磁気記録再生に適した磁気抵抗効果型ヘッド、及びこれを用いたＨＤＤ等の磁気記録装置とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）の高密度化は著しく、媒体に記録された磁化を読みとる再生磁気ヘッドの進歩も著しい。中でも巨大磁気抵抗効果を利用したスピンバルブと呼ばれる磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）は、現在用いられている磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッド）の感度を大幅に上昇されるものとして盛んに研究されている。
【０００３】
スピンバルブは、非磁性層を介して２つの強磁性体層が配置され、一方の磁性層（固定層）の磁化方向を磁化回転抑制層（ピンニング層）による交換バイアス磁界で固定し（この時の強磁性体層と磁化回転抑制層を合わせて交換結合膜と呼ぶ）、もう一方の磁性層（自由層）の磁化方向を外部磁界に応じて比較的自由に動かすことにより、固定層と自由層の磁化方向の相対角度を変化させて、電気抵抗の変化を生じさせるものである。
【０００４】
スピンバルブ膜に用いられる材料としては、当初、磁性膜としてＮｉ−Ｆｅ膜、非磁性膜としてＣｕ、磁化回転抑制層としてＦｅ−Ｍｎを用いたもので磁気抵抗変化率（ＭＲ比）が約２％のものが提案された（ジャーナル  オブマグネティズム  アンド  マグネティック  マテリアルズ  ９３  第１０１項  （１９９１年）  （Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ  ａｎｄ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ９３，ｐ１０１，１９９１））。このように、磁化回転抑制層としてＦｅＭｎ膜を用いたものはＭＲ比が小さく、またブロッキング温度（磁化回転抑制層による固定層の磁化固定効果が無くなる温度）が十分高くなく、またＦｅＭｎ自体に耐食性に難点があるので、種種の磁化回転抑制層を用いたスピンバルブ膜が提案されている。中でも、ＰｔＭｎ系は耐食性と熱的安定性が良く、ＮｉＯやα−Ｆｅ２Ｏ３等の酸化物を磁化回転抑制層として用いたスピンバルブ膜は、ＭＲ比が１５％以上と飛躍的に大きいものが得られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＮｉＯ膜の場合はブロッキング温度が十分高くなく、ＮｉＯスピンバルブ膜の熱的安定性には問題がある。
【０００６】
また、α−Ｆｅ２Ｏ３スピンバルブ膜も金属磁性膜のピン止め効果が弱い欠点があり、特にデュアルスピンバルブ構造や固定層上にα−Ｆｅ２Ｏ３を付けた構造のスピンバルブとした場合、上部のα−Ｆｅ２Ｏ３膜においてこの傾向が顕著である。ＰｔＭｎ系は、熱的安定性に優れるもののＮｉＯやα−Ｆｅ２Ｏ３ほど大きなＭＲ比が得られない課題がある。従って、ＰｔＭｎ系のような熱的安定性と、ＮｉＯやα−Ｆｅ２Ｏ３系のような大きなＭＲ比の両立が一つの課題であった。
【０００７】
更により磁気抵抗効果を示す金属膜部の総膜厚が薄く、より大きなＭＲ比を示す磁気抵抗効果素子を得るのが課題であった。
【０００８】
本発明の目的は、熱的安定性と高ＭＲ比とを有する磁気抵抗効果素子とその製造方法、磁気抵抗効果型ヘッド、磁気記録装置、磁気抵抗効果メモリ素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために本発明では以下に詳細を述べる固定層に金属磁性膜と酸化物磁性膜との積層膜を用いることを特長とする。この構成とすることにより、より大きなＭＲ比を得るのが可能となり、例えばこの構成で磁化回転抑制層にＰｔＭｎ系等を用いれば、熱的安定性と高ＭＲ比の両立が可能となる。
【００１０】
本発明に係る磁気抵抗効果素子は、外部磁界により容易に磁化回転する自由層と、第１非磁性層と、該第１非磁性層に対して該自由層の反対側に設けられ、該外部磁界により容易には磁化回転しない第１固定層とを含み、該第１固定層と該自由層との少なくとも一方は、該第１非磁性層と接する第１金属磁性膜と、第１酸化物磁性膜とを含み、そのことにより上記目的が達成される。
【００１１】
前記第１固定層は、前記第１金属磁性膜と、前記第１酸化物磁性膜とを含んでもよい。
【００１２】
前記自由層に対して前記第１非磁性層の反対側に設けられる第２非磁性層と、該第２非磁性層に対して該自由層の反対側に設けられ、該外部磁界により容易には磁化回転しない第２固定層とをさらに含んでもよい。
【００１３】
前記自由層は、前記第１金属磁性膜と、前記第１酸化物磁性膜とを含んでもよい。
【００１４】
前記自由層に対して前記第１非磁性層の反対側に設けられ、平坦性の良好な酸化物非磁性膜をさらに含んでもよい。
【００１５】
前記第１酸化物磁性膜と磁気的に結合する磁化回転抑制層をさらに含んでもよい。
【００１６】
前記自由層は、前記酸化物磁性膜に対して前記第１金属磁性膜の反対側に設けられる第２金属磁性膜をさらに含んでもよい。
【００１７】
前記第１固定層と磁気的に結合するが磁化回転抑制層をさらに含んでもよい。
【００１８】
前記第１固定層は、前記第１酸化物磁性膜に対して前記第１金属磁性膜の反対側に設けられる第２金属磁性膜をさらに含んでもよい。
【００１９】
前記第１固定層は、前記第１酸化物磁性膜に対して前記第１金属磁性膜の反対側に設けられる第２金属磁性膜と、第３金属磁性膜と、該第２金属磁性膜と該第３金属磁性膜とを反強磁性的に交換結合する交換結合用非磁性膜とをさらに含んでもよい。
【００２０】
前記第１固定層は、前記第１酸化物磁性膜に対して前記第１金属磁性膜の反対側に設けられる非磁性膜と、該非磁性膜を介して該第１酸化物磁性膜と磁気的に交換結合する第２酸化物磁性膜をさらに含んでもよい。
【００２１】
前記第１酸化物磁性膜は、Ｆｅ元素を含有してもよい。
【００２２】
前記第１酸化物磁性膜は、Ｆｅ元素とＸ元素とを含有してもよい。ただし
ＸはＡｌ，Ｓｉ，Ｂ，Ｎから成る群より選ばれる１種もしくは２種以上の元素である。
【００２３】
前記第１酸化物磁性膜は、ＭＦｅ２Ｏ４（ＭはＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選ばれる１種もしくは２種以上の元素）を主成分としてもよい。
【００２４】
前記第１酸化物磁性膜は、Ｆｅ３Ｏ４を主成分としてもよい。
【００２５】
前記第１酸化物磁性膜は、ＣｏＦｅ２Ｏ４を主成分としてもよい。
【００２６】
前記磁化回転抑制層は、Ｐ−Ｍｎ系（ＰはＰｔ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｃｒから選ばれる１種もしくは２種以上の元素）合金より成ってもよい。
【００２７】
前記磁化回転抑制層は、α−Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯのいずれか、もしくはこれらの積層膜から成ってもよい。
【００２８】
前記該磁化回転抑制層は、（ＡＢ）２ＯＸ層から成ることを特長とする請求項６記載の磁気抵抗効果素子。ただし（ＡＢ）２ＯＸとはＡとＢ元素を足したものとＯ元素との比が２：Ｘであることを示し、Ｏは酸素原子２．８＜Ｘ＜３．２の条件を満足し、かつ原子Ａ、Ｂ、Ｏ  のイオン半径をそれぞれＲａ，Ｒｂ，Ｒｏとして次式
ｔ＝（Ｒａ＋Ｒｏ）／（√２・（Ｒｂ＋Ｒｏ））
で定義されるｔが０．８＜ｔ＜０．９７であることを満足するものである。
【００２９】
前記（ＡＢ）２ＯＸ層のＢがＦｅを主成分とする遷移金属元素であってもよい。
【００３０】
前記（ＡＢ）２ＯＸ層のＡが（Ｙ，Ｌａを含む）希土類元素から選ばれる１種もしくは２種以上の元素であってもよい。
【００３１】
前記第１酸化物磁性膜は、前記第１金属磁性膜の酸化物であってもよい。
【００３２】
前記第１金属磁性膜は、Ｃｏ−Ｆｅ合金からなってもよい。
【００３３】
特に該自由層は、非磁性膜と、前記非磁性膜を介して反強磁性的に交換結合した、膜厚または飽和磁化の異なる２つの金属磁性膜とを含んでもよい。
【００３４】
前記磁気抵抗効果素子の膜面の上下に配置される電極をさらに含み、電流を前記膜面に垂直に流してもよい。
【００３５】
本発明に係る磁気抵抗効果型ヘッドは、本発明に係る磁気抵抗効果素子と、シールド部とを具備し、そのことにより上記目的が達成される。
【００３６】
本発明に係る他の磁気抵抗効果型ヘッドは、本発明に係る磁気抵抗効果素子と、  検知すべき磁界を前記磁気抵抗素子に導入するヨークとを具備し、そのことにより上記目的が達成される。
【００３７】
本発明に係る磁気記録装置は、本発明に係る磁気抵抗効果型ヘッドと、記録媒体と該磁気抵抗効果型ヘッドとのトラッキングを制御するサーボ部と、該磁気抵抗効果型ヘッドが該記録媒体に記録再生する信号を処理する信号処理部とを備え、そのことにより上記目的が達成される。
【００３８】
本発明に係る磁気抵抗効果メモリ素子は、本発明に係る磁気抵抗効果素子と、該磁気抵抗効果素子から情報を読み出すための情報読出用導体線と、該情報を記録するための情報記録用導体線とを具備し、そのことにより上記目的が達成される。
【００３９】
本発明に係る磁気抵抗効果素子の製造方法は、本発明に係る磁気抵抗効果素子の製造方法であって、前記第１酸化物磁性膜を、酸化物ターゲットを用いてスパッタ法により形成する第１工程を包含し、そのことにより上記目的が達成される。
【００４０】
前記酸化物ターゲットはＦｅ３Ｏ４を含んでもよい。
【００４１】
前記第１工程は、不活性ガスと酸素ガスとを用いてスパッタ法により前記第１酸化物磁性膜を形成する第２工程を包含してもよい。
【００４２】
前記第１工程は、不活性ガスと酸素ガスとを用いてスパッタ法により前記第１酸化物磁性膜を形成する第２工程を包含してもよい。
【００４３】
前記酸化物ターゲットはＣｏＦｅ２Ｏ４を含んでもよい。
【００４４】
本発明に係る他の磁気抵抗効果素子の製造方法は、基板上に直接または下地層を介して、外部磁界により容易に磁化回転する自由層、非磁性層、外部磁界により容易には磁化回転しない固定層の金属磁性膜を順次積層する第１の工程と、該固定層の該金属磁性膜の表面を酸化させる第２の工程と、該金属磁性膜の表面上に酸化物磁性膜を形成する第３の工程と、該酸化物磁性膜の上に磁化回転抑制層を更に形成する第４の工程とを包含し、そのことにより上記目的が達成される。
【００４５】
前記第２の工程は、プラズマ酸化法を含んでもよい。
【００４６】
前記第２の工程は、酸素ラジカル源から発生した酸素ラジカルにより、前記金属磁性膜の前記表面を酸化する工程を含んでもよい。
【００４７】
前記第２の工程は、自然酸化法を含んでもよい。
【００４８】
前記第２の工程は、イオン源より発生した酸素イオンを用いて前記金属磁性膜の前記表面を酸化する工程を含んでもよい。
【００４９】
本発明に係るさらに他の磁気抵抗効果素子の製造方法は、基板上に直接または下地層を介して、外部磁界により容易に磁化回転する自由層、非磁性層、外部磁界により容易には磁化回転しない固定層の第１金属磁性膜を順次積層する第１の工程と、該固定層の酸化物磁性膜を反応性スパッタリング法により形成する第２の工程と、該酸化物磁性膜その上に該固定層の第２金属磁性膜を形成する第３の工程と、該第２金属磁性膜上に磁化回転抑制層を更に形成する第４の工程とを包含し、そのことにより上記目的が達成される。
【００５０】
【発明の実施の形態】
本発明のスピンバルブ膜を構成するには図１に示したように、磁性膜（自由層５）／非磁性層４／［金属磁性膜３２／酸化物磁性膜３１］（固定層３）／磁化回転抑制層２（ピンニング層）なる構成とし、非磁性層４と固定層３の金属磁性膜３２が接し、磁化回転抑制層２と固定層３の酸化物磁性膜３１が接する構成とする。
【００５１】
又、図２に示したように上記の非磁性層４と接しない自由層５の面に酸化物非磁性膜６を付けても良い。この時自由層５と酸化物非磁性層６の界面は平坦であることが重要である。
【００５２】
更に図３に示したように磁化回転抑制層２（ピンニング層）／［酸化物磁性膜３１／金属磁性膜３２］（固定層３）／非磁性層４／磁性膜（自由層５）／非磁性層４／［金属磁性膜３２／酸化物磁性膜３１］（固定層３）／磁化回転抑制層２（ピンニング層）なる構成としても良い。
【００５３】
また本発明は図５Ａに示したように自由層５Ａが該非磁性層４と接する金属磁性膜５１と酸化物磁性膜５２の積層膜より構成しても良い。図５Ａの固定層３Ｄには金属磁性膜と酸化物磁性膜を積層したものを用いても良い。
【００５４】
特に自由層５Ｂが図６に示したように［金属磁性膜５１／酸化物磁性膜５２／金属磁性膜５１］より構成されても良い。
【００５５】
これら図５Ａ、６に示したものの固定層は図７に示すような磁化回転抑制層２と接する構成としても良い。更にその固定層３Ｄを図１、２，あるいは後述する図４と同様の構成としても良いし、図８に示したように固定層を［金属磁性膜３２／酸化物磁性膜３１／金属磁性膜３２］で構成しても良い。
【００５６】
なお図７、８の自由層を図５Ａのような構成としても良い。
【００５７】
これら酸化物磁性膜としてはＦｅ元素を含有するものが望ましい。例えばＦｅ元素とＸ元素を含有するＦｅ−Ｘ（Ｘは原子％で４〜３０％）系のものが軟磁気特性と高抵抗を兼ね備えている。ただしＸはＡｌ，Ｓｉ，Ｂ，Ｎから成る群より選ばれる１種もしくは２種以上の元素である。成膜法としてはＦｅ−Ａｌ，Ｆｅ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｂ等をターゲットに用いて、酸素や窒素を用いた反応スパッタ法によりＦｅＡｌＯ，  ＦｅＳｉＯ，ＦｅＢＯ，ＦｅＡｌＯＮ，ＦｅＳｉＯＮ，ＦｅＢＯＮ，ＦｅＡｌＳｉＯ，ＦｅＡｌＳｉＯＮ等が形成出来る。以下に述べるＭＦｅ２Ｏ４系よりは抵抗が低いが成膜条件や組成で抵抗の調整が可能である利点がある。
【００５８】
又上記酸化物磁性膜はＭＦｅ２Ｏ４（ＭはＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選ばれる１種もしくは２種以上の元素）を主成分として構成することが望ましい。
【００５９】
この場合の酸化物磁性膜にはＦｅ３Ｏ４を主成分として構成すれば上記のＦｅ−Ｘ系より更に高抵抗となり、ＣｏＦｅ２Ｏ４を主成分とするものを用いれば更に高抵抗となり、この場合は硬質磁気特性を示すため固定層の一部として使用するのに適している。
【００６０】
上記ピンニング層はＰ−Ｍｎ系（ＰはＰｔ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｃｒから選ばれる１種もしくは２種以上の元素）合金より成ることをが望ましいが、α−Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯのいずれか、もしくはこれらの積層膜で構成されても良いし、（ＡＢ）２ＯＸ膜で構成されても良い。ただし（ＡＢ）２ＯＸとはＡとＢ元素を足したものとＯ元素との比が２：Ｘであることを示し、Ｏは酸素原子で２．８＜Ｘ＜３．２の条件を満足し、かつ原子Ａ、Ｂ、Ｏ  のイオン半径をそれぞれＲａ，Ｒｂ，Ｒｏとして次式
ｔ＝（Ｒａ＋Ｒｏ）／（√２・（Ｒｂ＋Ｒｏ））
で定義されるｔが０．８＜ｔ＜０．９７であることを満足するものである。
【００６１】
この場合（ＡＢ）２ＯＸ層のＢはＦｅを主成分とする遷移金属元素であることが望ましく、Ａは（Ｙ，Ｌａを含む）希土類元素から選ばれる１種もしくは２種以上の元素であることが望ましい。
【００６２】
これらの膜はスパッタ法等により基板上に形成されるが、図１に示したようにピンニング層が下にくる場合はピンニング層としてα−Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯ、（ＡＢ）２ＯＸ膜を用いることが望ましく、図１とは上下逆の構成でピンニング層が上に来る場合にはＰ−Ｍｎ系が望ましい。ただしＰｔ−Ｍｎ系は上下どちらにも対応可能である。
【００６３】
図２についても同様であり、図３においては上下のピンニング層を別々に望ましいものを用いても良い。
【００６４】
特殊な場合として図４に示したように該固定層３Ａが該非磁性層４と接する金属磁性膜３２と、非磁性膜３３を介して磁気的に交換結合をしている酸化物磁性膜３１の積層膜より構成されても良い。
【００６５】
更には以上述べた図１〜２，図４，図５Ａ，図８を適当に組み合わせた図９〜１３のような構成としても良い。
【００６６】
図９は図８の構成の上下を逆とし、自由層５は図１〜３の構成のように単層としたものであるが、自由層５の軟磁気特性を向上させるために下地層７を設けたものである。
【００６７】
図１０は図８の構成を基本として、自由層５に単層膜を用い、上部に酸化物非磁性膜６を設けた構成のものである。又磁化回転抑制層２の特性を向上させるために下地層７を設けている。
【００６８】
図１１Ａは図１０の構成を基本として、磁化回転抑制層２と接する金属磁性膜３２ともう一つの金属磁性膜３２を非磁性膜３３を介して、図４の固定層３Ａのように磁気的に交換結合させているものである。通常、この交換結合は反強磁性的のものを用い、これにより磁化回転抑制層２のピンニング効果を高める効果が得られる。この場合は図４とは異なり、金属磁性膜３２を用いている。なおこの場合は自由層５の上には図１０と異なり酸化物非磁性膜は無いが、上部にはキャップとして酸化膜を設けても良いし、金属の保護膜を設けても良い。
【００６９】
以上述べた磁気抵抗効果素子では通常膜面内に電流を流すが、酸化物磁性層を有するため、特に電極を素子の膜面の上下に配置し、電流を膜面に垂直に流す構成とすることが可能である。
【００７０】
本発明の磁気抵抗効果型ヘッドは、図１４Ａ，１４Ｂ、図１５に示したように本発明の磁気抵抗効果素子９に、更にシールド１０、１５を具備してなるものと、検知すべき磁界を磁気抵抗効果素子９に導入すべく設けられたを軟磁性体を用いて構成されるヨーク１６を具備してなることを特長とする２種類のものである。図１４Ａはハードバイアス部１２を有し、図１４Ｂは反強磁性バイアス部１２Ａを有する構成となっている。
【００７１】
図では膜面内を電流が流れる構成としたが、図１４Ａ、１４Ｂのリード部１３をＭＲ素子９の膜面上下につけ、上部シールド１５及び下部シールド１０とつなげば膜面垂直に電流が流れる構成となり、狭ギャップ化に対して有利な構造となる（ただしこの場合ハードバイアス部１２と素子９を絶縁するか、ハードバイアス部１２を絶縁物で構成する必要がある。）
図１６は以上述べた磁気ヘッドを用いて作製される磁気記録装置１６００の構成図である。磁気記録装置は情報を記録するディスク１６０４、記録・再生する磁気ヘッド部１６０１、信号処理部１６０３、ヘッドとディスクのトラッキングをするサーボ部１６０２より成り立っている。本発明の磁気ヘッドを用いたこの磁気記録装置では従来より高密度記録が可能である。
【００７２】
以上に述べた磁気抵抗効果素子に、更に情報を読み出すためのセンス線２３と、情報を記録するためのワード線２２とを具備すれば図１７に示すような磁気抵抗効果メモリ素子１７００となり、これらの素子をマトリックス状に配置すれば所謂ＭＲＡＭ（磁気抵抗ランダムアクセスメモリ）が構成される。
【００７３】
以下本発明の磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果型ヘッド、磁気抵抗メモリ素子を図面に基づいて詳細に説明する。
【００７４】
図１に本発明の磁気抵抗効果素子１００の構成を示す断面図の一例を示す。図１では、基板１上に、磁化回転抑制層２、固定層３（酸化物磁性膜３１／金属磁性膜３２）、非磁性層４、自由層５が順次積層されている。固定層３の酸化物磁性膜３１の磁化は、磁化回転抑制層２による交換バイアス磁界によりピン止めされており、酸化物磁性膜３３と金属磁性膜３２は強磁性的に結合しているため、金属磁性膜３２の磁化も酸化物磁性膜３３の磁化と同じ方向にピン止めされている。一方の磁性体である自由層５は、非磁性層４により、固定層３より磁気的に分離されているので、外部からの磁界により比較的自由に動くことができる。一般的に二つの磁性層の磁化方向が反平行の場合は電子は［磁性層／非磁性層］界面で散乱され素子の抵抗は高くなる。
【００７５】
これに対して磁化方向が同じ場合は界面での電子の散乱は少なく素子の抵抗は低くなる。従って、固定層３と自由層５の磁化の角度が相対的に変化し、それによって、素子の電気抵抗が変化する。磁気抵抗センサーとしては、図１の自由層５に電極を付けて電流を流し、外部からの磁界により生じた抵抗変化を電気信号として読みとることができる。又図１の基板１の上の構造（磁化回転抑制層２〜自由層５）を上下逆にしても良い。この場合は電極は上部の磁化回転抑制層２と酸化物磁性膜３３を取り除き、金属磁性膜３２と接する必要がある。なお図１には磁化回転抑制層２を示したが、固定層３自体が容易に磁化回転しない保磁力の大きな硬質磁性膜であれば、磁化回転抑制層２は不要である。
【００７６】
なお、図１において磁化回転抑制層２は必ずしも必要ではない。例えば酸化物磁性膜３１が保磁力の大きな硬質磁性膜であれば、これと金属磁性膜３２が磁気的に結合して、磁化回転抑制層２無しでも固定層としての役割を十分果たし、磁気抵抗効果素子が構成出来る。
【００７７】
本発明者らは、磁気抵抗を支配する要因が［磁性層／非磁性層］界面でほぼ決まり、磁性層が金属膜である場合はその膜厚が増加するとシャント効果によりＲとΔＲが減少することに着目して、図１に示したように非磁性層４と固定層３との界面は金属／金属界面とし、残りの固定層の部分は酸化物磁性膜としてシャント効果によるＲとΔＲの低減を改善している。これにより素子全体の抵抗Ｒを高くでき、素子の出力は抵抗変化量ΔＲと素子電流Ｉの積：Ｉ×ΔＲに比例するため、その出力の向上が可能となる。これに対して、図で酸化物磁性膜３１が無い場合、スピンバルブ膜の抵抗Ｒは小さくなり、特に磁化回転抑制層２が金属膜である場合このＲの減少は顕著であり、ＭＲ比（磁気抵抗化率）：ΔＲ／Ｒが同じ値を出せたとしても出力は減少する。なお酸化物磁性膜３１と金属磁性膜３２の界面は凹凸が０．５ｎｍ以下の平坦性を有することが望ましい。平坦性が悪いと磁性層の磁化が平行の場合でも抵抗が高くなりＭＲ比が低下するからである。
【００７８】
一般的に磁化回転抑制層が金属膜より酸化膜の場合の方が大きなＭＲ比が得られるが、ピン止めされる磁性膜（固定層）が金属膜の場合はそのピン止め効果が弱い欠点がある。上述のように磁化回転抑制層と接する固定層を酸化物磁性膜とすることによりこの課題は改善される。
【００７９】
図２は更に自由層５の表面に平坦性に優れた酸化物非磁性膜６を設けて表面での電子を鏡面反射させ、これにより磁性層の磁化が平行な場合の抵抗をより低くして大きなＭＲ比を得ようとする磁気抵抗効果素子２００である。この場合も酸化物非磁性膜６と自由層５の界面は、凹凸が０．５ｎｍ以下の平坦性を有することが望ましく、そうでないと十分な反射効果が得られない。
【００８０】
なお自由層５の軟磁気特性を劣化させないものであれば上記の酸化膜は平坦性の良好な酸化物磁性膜でも良い。又自由層５の表面に電子を鏡面反射する金属反射膜即ちＡｇ，Ａｕ膜を設けても良い。この場合は金属反射膜は厚すぎるとシャント効果でＭＲ比が低下するので、１０ｎｍ以下、望ましくは３ｎｍ以下とするのがよい。
【００８１】
この場合も金属反射膜と自由層５の界面は、凹凸が０．５ｎｍ以下の平坦性を有することが望ましく、そうでない場合には十分な反射効果は得られない。更にこの金属反射膜の上に上述の酸化物非磁性膜を設けても良い。又図２に示した構造を上下逆にしても良い。
【００８２】
上下逆にした場合は電極は上部の磁化回転抑制層２と酸化物磁性膜３１を取り除き、金属磁性膜３２と接する必要がある。
【００８３】
図３は本発明を用いたデュアルスピンバルブ構造の磁気抵抗効果素子３００で、一般的に図１の構造に比べて、電子が磁気的散乱を受ける［磁性層／非磁性層］界面が増加するためより大きなＭＲ比が得られるのがその特長である。従来の場合、酸化物磁性膜３１が無かったため、素子全体の抵抗Ｒは減少し、ΔＲはさほど増加せず出力的には大きな改善とならない課題があったが、図３に示した構造とすることにより、２つの酸化物磁性膜３１で挟まれた中を主に電流は流れるためＲの減少は少なく、かつＭＲ比は増大するため大きな出力を得ることが可能となる。この場合は電極は上部の磁化回転抑制層２と酸化物磁性膜３１を取り除き、金属磁性膜３２と接する必要がある。
【００８４】
図４は特殊な場合として固定層３Ａが非磁性層４と接する金属磁性膜３２と、非磁性膜３３を介して磁気的に交換結合をしている二つの酸化物磁性膜３１の積層膜より構成されている磁気抵抗効果素子４００である。図４において酸化物磁性膜３１は非磁性膜３３を介して磁気的に交換結合し、外部磁界により容易には磁化回転しない。これと金属磁性膜３２が磁気的に結合することにより全体として固定層３Ａを構成している。更に酸化物磁性膜３１と該非磁性膜３３との間に新たな金属磁性膜を設けて、非磁性膜３３を介した二つの酸化物磁性膜３１の間の交換結合を強化しても良い。
【００８５】
なお図には示さなかったが更に基板１と酸化物磁性膜３１の間に図１〜図３と同様に磁化回転抑制層２を設けても良い。
【００８６】
上述したものは固定層に酸化物磁性膜を用いたものであるが図５〜図８に示したように自由層に酸化物磁性膜を用いても良い。
【００８７】
図５Ａにおいては自由層５Ａは非磁性層４と接する金属磁性膜５１と酸化物磁性膜５２より構成されており、自由層がすべて金属磁性膜の場合より大きなＭＲ比が得られ、かつ素子５００Ａ全体の金属部の総膜厚を低減出来る長所がある。ただしこの場合酸化物磁性膜５２は軟磁性を示すものが望ましい。また図では固定層３は単層膜で示したが、図５Ｂに示したように金属磁性膜３２と酸化物磁性膜３１との積層膜でも良い。
【００８８】
図６の素子６００も同様の効果が得られる長所の他、酸化物磁性膜５２を２ｎｍ以下に薄くすれば、その酸化物磁性膜５２の軟磁気特性は図５の場合ほど厳密に必要ではない。
【００８９】
いずれの場合も酸化物磁性膜５２は抵抗が高いことが望ましい。
【００９０】
図７は固定層３が磁化回転抑制層２によりピンニングされているタイプの構成例で、また図８は特に固定層３Ｂが［金属磁性膜３２／酸化物磁性膜３１／金属磁性膜３２］より成ることを特徴とするものである。図７の場合は磁化回転抑制層２が酸化物の方が大きなＭＲ比が得られ、図８の場合は固定層３Ｂの中央の酸化物磁性膜３１の抵抗が高い方が大きなＭＲ比が得られる。
【００９１】
図９は図８の構成の上下を逆とし、自由層は図１〜図３の構成のように単層としたものであるが、自由層５の軟磁気特性を向上させるために下地層７を設けたものである。
【００９２】
図１０は図８の構成を基本として、自由層に単層膜を用い、上部に酸化物非磁性膜６を設けた構成のものである。又磁化回転抑制層２の特性を向上させるために下地層７を設けている。この場合は上部に設けた酸化物非磁性膜６と自由層５の界面を平坦とすることにより、ＭＲ比が大きくなる効果が得られる。
【００９３】
図１１Ａは図１０の構成を基本として、磁化回転抑制層２と接する磁性層（金属磁性膜３２）ともう一つの磁性層（金属磁性膜３２）を非磁性膜３３を介して、図４の固定層３Ａのように磁気的に交換結合させてものであるが、この場合は図４とは異なり、金属磁性膜３２を用いている。非磁性膜３３の膜厚を適当な値（例えばＲｕを用いてその膜厚を０．６〜０．８ｎｍ）とすることにより、この交換結合を反強磁性的とすることが可能である。これにより磁化回転抑制層２のピンニング効果を高める効果が得られる。
【００９４】
また反強磁性的結合とすることにより、この磁気抵抗効果素子１１００をスピンバルブヘッドに用いた場合、固定層３Ｃ全体による自由層５へのバイアス磁界を低減出来る効果が得られる。なおこの場合は自由層５の上には図１０と異なり酸化物非磁性膜６は無いが、上部にはキャップとして酸化膜を設けても良いし、金属の保護膜を設けても良い。
【００９５】
図１２は特に自由層５Ｃが非磁性膜５３を介して反強磁性的に交換結合した、膜厚または飽和磁化の異なる２層の強磁性膜（金属磁性膜５１）からなるものを用いた素子である。非磁性膜５３を介して二つの強磁性膜は反平行となっており、自由層５Ｃ全体での磁化は二つの磁性膜の膜厚をそれぞれｄ１，ｄ２とし、飽和磁化をそれぞれＭｓ１，Ｍｓ２とするとＭｓ１・ｄ１−Ｍｓ２・ｄ２となり、全体での反磁界係数を小さくすることが出来る。一般に素子幅が小さくなると反磁界係数が大きくなり、磁気抵抗素子やヘッドの場合はその感度が劣化し、メモリ素子の場合は磁化反転の際のワード線の電流を増加させる要因となるが、この構造とすることによりその課題が解決される。
【００９６】
図１３は図６と図１２の素子構造を融合させたもので、自由層５Ｄの磁性膜の一方に酸化物磁性膜５２を挿入し、更に大きなＭＲ比を得ようとするものである。
【００９７】
磁化回転抑制層２としては金属膜としては不規則合金系のＩｒ−Ｍｎ，Ｒｈ−Ｍｎ，Ｒｕ−Ｍｎ，Ｃｒ−Ｐｔ−Ｍｎ等があり、磁界中で成膜することにより磁性膜と交換結合させることができ工程が簡便となる利点がある。これらの膜を用いて素子を形成する場合は図１，２とは上下逆の構成とすることが望ましく、図３では上の磁化回転抑制層２に用いることが望ましい。一方規則合金系のＮｉ−Ｍｎ，Ｐｔ−（Ｐｄ）−Ｍｎ等は規則化のための熱処理が必要であるが、熱的安定性に優れている。一般的にはこれらも磁気抵抗効果素子に用いる場合は図１，２とは上下逆の構成が望ましく、図３では上の磁化回転抑制層２に用いることが望ましい。なおＰｔ−Ｍｎ系は上下どちらでも使用出来き、ピンニング効果も大きく、かつ熱的にも安定なため望ましい特長を有するが、これら金属膜を磁化回転抑制層２に用いた素子は大きなＭＲ比が得られない欠点があった。本発明はこの欠点を補い磁化回転抑制層２にこれら金属系を用いても大きなＭＲ比を得ることが可能である。
【００９８】
磁化回転抑制層２として酸化膜を用いる場合は上述したように（ＡＢ）２ＯＸ、ＮｉＯ、α−Ｆｅ２Ｏ３等の酸化膜化膜があり、これらを用いると大きなＭＲ比が得られ、本発明の構成とすることにより、より大きなＭＲ比が得られる。ＮｉＯは熱的安定性にやや課題があるのでα−Ｆｅ２Ｏ３と積層構造にするとより望ましい。（ＡＢ）２ＯＸ膜はそれ自体の耐熱性に優れるが成膜時に基板加熱が必要である。（ＡＢ）２ＯＸにおいてはＡはイオン半径の大きい元素で、Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｙ等の希土類元素が望ましく、Ｂはイオン半径が小さい遷移金属が望ましく、ピン止め効果が高温まである磁化回転抑制層としては特にＦｅが望ましい。
【００９９】
図に示した磁気抵抗素子の自由層５としては、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金が適している。Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ膜の原子組成比としては、ＮｉｘＣｏｙＦｅｚ
０．６≦ｘ≦０．９
０≦ｙ≦０．４
０≦ｚ≦０．３
のＮｉ−ｒｉｃｈの軟磁性膜、もしくは、Ｎｉｘ’Ｃｏｙ’Ｆｅｚ’
０≦ｘ’≦０．４
０．２≦ｙ’≦０．９５
０≦ｚ’≦０．５
のＣｏ−ｒｉｃｈ膜を用いるのが望ましい。これらの組成の膜はセンサーやＭＲヘッド用として要求される低磁歪特性（１×１０−５）を有する。
【０１００】
自由層５の膜厚としては１ｎｍ以上１０ｎｍ以下がよい。膜厚が厚いとシャント効果でＭＲ比が低下するが、薄すぎると軟磁気特性が劣化する。より望ましくは２ｎｍ以上７ｎｍ以下がよい。
【０１０１】
固定層の金属磁性膜３２としては、ＣｏまたはＣｏ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金等の材料が優れている。特にＣｏまたはＣｏ−Ｆｅ合金が大きなＭＲ比を得るのに良いので非磁性層４との界面にはＣｏ−ｒｉｃｈを用いることが望ましい。
【０１０２】
固定層の酸化物磁性膜３１としてはＭＦｅ２Ｏ４（ＭはＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選ばれる１種もしくは２種以上の元素）が望ましい。これらは比較的高温まで強磁性を示し、Ｆｅ−ｒｉｃｈに比べＣｏ，Ｎｉ−ｒｉｃｈは極めて抵抗が高い。又Ｃｏ−ｒｉｃｈは磁気異方性が大きい特長があるので、これらの組成比の調整により所望の特性のものが得られる。軟磁気特性や飽和磁化の観点からはＦｅ３Ｏ４を主成分とするものが望ましい。
【０１０３】
又金属磁性膜３２と酸化物磁性膜３１より成る固定層３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃには、磁気異方性が大きく保磁力が大きいＣｏＦｅ２Ｏ４を主成分とするものが望ましい。
【０１０４】
酸化物磁性膜３１の作製法としては、膜厚を０．１ｎｍのオーダーで精密にコントロールする場合はターゲットに酸化物を用い、スパッタ法により成膜することが望ましい。
【０１０５】
上記の場合、例えばＦｅ３Ｏ４、あるいはＣｏＦｅ２Ｏ４を主成分とするターゲットを用いてＡｒガス等の不活性ガスによりスパッタすれば、Ｆｅ３Ｏ４やＣｏＦｅ２Ｏ４膜の精密な膜厚コントロールが可能であり、又スパッタ室内に酸素ガスを流す必要がないためスパッタ室を高真空に保つことが可能である。
【０１０６】
時としてＭＦｅ２Ｏ４をターゲットに用いても、出来る膜中のＯ（酸素）が、少なくなる場合や、ターゲットからＯが抜けて、膜中のＯが少なくなる場合があるが、この場合はスパッタガスに適当量（通常は不活性スパッタガスとの分圧比で１０％以下が望ましい）の酸素ガスを加えてスパッタすれば、所望の膜組成が得られる。
【０１０７】
固定層３の別の材料としては、金属磁性膜３２とその酸化物を酸化物磁性膜３１として用いることができる。この場合、酸化物磁性膜として新たにスパッタリングターゲットを用意する必要がなく、生産が容易となる。特に金属磁性膜３２として、Ｃｏ−Ｆｅ膜を用いた場合、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ膜は良好な酸化物磁性膜３１となる。
【０１０８】
このとき、酸化物磁性膜３１の形成方法としては、種種の方法がある。まず一つはあらかじめ金属磁性膜３２を形成しておいて、その後、金属磁性膜３２の表面を酸化させる方法である。金属磁性膜３２の表面を酸化させる方法は、プラズマ酸化法、自然酸化法、ラジカルガンを用いる方法、イオンガンを用いる方法などがある。プラズマ酸化法とは、真空チャンバー中で酸素ガスを流しながら、金属膜表面と電極との間にｒｆまたはＤＣの電位差を与え、膜表面と電極との間にプラズマを発生させ、そのプラズマによって金属膜表面を酸化させるものである。金属膜表面のダメージも大きいが、比較的高抵抗の酸化膜が形成される。
【０１０９】
自然酸化法は、金属膜を一度大気に暴露するという方法もあるが、大気中では、湿度が一定でない等の問題もあり、より望ましくは、真空チャンバーに大気圧以下の圧力に酸素ガスを導入し、金属膜の表面を酸化する方法がよい。
【０１１０】
また、ラジカルガンを用いる方法は、ガンの内部の放電によって発生した酸素ラジカルを、金属膜表面に照射して酸化させる方法で、比較的金属膜にダメージ少なく表面だけ酸化させるのに有効な方法である。
【０１１１】
また、ラジカルではなくイオンを用いても膜表面を酸化することができる。イオン源としては、熱フィラメントを用いるカウフマン型、ＥＣＲ放電を利用するタイプなどいろいろあるが、いずれも本発明では有効である。この場合、イオンガンで発生した酸素イオンを加速電圧を印可して、金属表面にぶつける。加速電圧としては、あまり高すぎると金属膜のダメージが大きくなるのでせいぜい５００Ｖ以下、望ましくは２００Ｖ以下とするのがよい。
【０１１２】
固定層３の全体の膜厚は１ｎｍ以上１０ｎｍ以下がよい。
【０１１３】
また、ＭＲ比を更に大きくするために、強磁性体層（固定層３または自由層５）と非磁性層４の界面に界面磁性層を挿入するのも有効である。自由層５は軟磁気特性が必要なためＮｉ−ｒｉｃｈが良いが、非磁性層４と接する自由層５の界面磁性層にはＣｏ−ｒｉｃｈを用い、その他はＮｉ−ｒｉｃｈとするれば軟磁気特性を損なうことなく高ＭＲ比とすることが可能である。又図３の様な構造では自由層５の中心には上記のＮｉ−ｒｉｃｈを用い非磁性層４との界面にはＣｏ−ｒｉｃｈを用いるのが望ましい。自由層５の界面磁性層の膜厚が厚いと、軟磁気特性が劣化しＭＲ比の磁界感度が低下するので、界面磁性層の膜厚は２ｎｍ以下、望ましくは１．８ｎｍ以下とする必要がある。またこの界面磁性層が有効に働くためには、少なくとも０．２ｎｍ以上の膜厚は必要であり、望ましくは０．８ｎｍ以上の膜厚がよい。界面磁性層の材料としては、ＣｏまたはＣｏ高濃度のＣｏ−Ｆｅ合金が優れている。
【０１１４】
図４や図１１の非磁性膜３３及び図１２，１３の非磁性膜５３には磁性層間の交換結合を生じやすい非磁性金属膜が望ましく、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕでも良いが、界面の熱的安定性からはＲｕ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｅ等のほうがより望ましく、特にＲｕが優れている。更図４で、酸化物磁性膜３１と該非磁性膜３３との間に設ける場合の金属磁性膜としては、Ｃｏ−ｒｉｃｈの金属磁性膜が望ましい。この金属磁性膜の挿入により非磁性膜３３を介した二つの酸化物磁性膜３１の間の交換結合を強化することが可能である。
【０１１５】
自由層５と固定層３の間の非磁性層４としては、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｒｕなどがあるが、特にＣｕが優れている。非磁性層４の膜厚としては、磁性層間の相互作用を弱くするために少なくとも０．９ｎｍ以上は必要である。また非磁性層４が厚くなるとＭＲ比が低下してしまうので膜厚は１０ｎｍ以下、望ましくは３ｎｍ以下とするべきである。又この非磁性層４の膜厚が３ｎｍ以下の場合は図１〜図３の構成において、基板１からこの非磁性層４までの各層の平坦性は重要で、平坦性が悪いと、非磁性層４で磁気的に分離されているはずの二つの磁性層（金属磁性膜３２と自由層５）の間に磁気的結合が生じてＭＲ比の劣化と感度の低下が生ずる。従って磁性層／非磁性層の界面の凹凸は０．５ｎｍ以下であることが望ましい。
【０１１６】
基板１としては、ガラス、ＭｇＯ、Ｓｉ、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ基板等表面の比較的平滑なものを用いる。ＭＲヘッドを作製する場合には、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ基板が適している。
【０１１７】
なお以上述べた各層の構成方法としては、スパッタリング法が適している。スパッタリング法としてはＤＣスパッタリング法、ＲＦスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法などがあるが、いずれの方法でも本発明の磁気抵抗効果素子を作製できる。
【０１１８】
以上述べたような本発明の磁気抵抗効果素子を用いて、磁気抵抗効果型ヘッドを構成することができる。図１４ＡにＭＲヘッドの一例としてハード膜バイアス型のＭＲヘッド１４００Ａの構成の一例を示す。図１４ＡではＭＲ素子９は上部および下部のシールドギャップ１１、１４に挟まれるように構成されている。シールドギャップ材としては、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＡｌＮ等の絶縁膜が使われる。
【０１１９】
上部および下部シールド１０、１５としてはＮｉ−Ｆｅ（−Ｃｏ），Ｃｏ−Ｎｂ−Ｚｒ，  Ｆｅ−Ｔａ−Ｎ合金などの軟磁性膜が使われる。Ｎｉ−Ｆｅ（−Ｃｏ）系はメッキ法で作製でき、Ｃｏ−Ｎｂ−Ｚｒ系は耐食性に優れ、異方性の制御性が良い。Ｆｅ−Ｔａ−Ｎ系は高温熱処理に強く、上述の（ＡＢ）２ＯＸ系のように基板温度を高温で成膜する必要のある磁化回転抑制層を使用する場合有効である。
【０１２０】
ＭＲ素子９の磁区制御には、Ｃｏ−Ｐｔ合金等のハード膜より成るハードバイアス部１２のバイアス磁界を用いる。ＭＲ素子９はシールドギャップ１１、１４によってシールド１０、１５等と絶縁されており、リード部１３を介して電流を流すことにより、ＭＲ素子９の抵抗変化を読みとる。
【０１２１】
将来のハードディスクドライブの高密度化を考慮すると、記録波長を短くする必要性があり、そのためには図１４Ａに示したシールド間の距離ｄを短くする必要がある。そのためには図１４Ａから明らかな様に、ＭＲ素子９を薄くする必要があり、少なくとも２０ｎｍ以下とするのが望ましい。酸化物の磁化回転抑制層２は、絶縁膜であるので、実質的にＭＲ素子９と言うよりは下部シールドギャップ１１の一部ととらえることができ、この目的に適した構造といえる。
【０１２２】
またＭＲ素子９においては、自由層の磁化回転時にバルクハウゼンノイズの発生を押さえるために、図１，２、３、４の自由層５の磁化容易軸は、検知すべき信号磁界方向に垂直となるように、固定層３の磁化容易軸は検知すべき磁界方向と平行になるように構成されているのがよい。
【０１２３】
図１４Ａに示したものはハードバイアス部１２を有するものであるが、図１４Ｂに示すものはこれに代わって反強磁性バイアス部１２Ａを有するものである。高密度化にともないシールドギャップは狭くなり、ハードバイアス部１２からの磁界がシールド部に吸収されＭＲ素子９の自由層５へのバイアス磁界が弱くなる問題があるが、この反強磁性バイアス部１２Ａを有する構造ではこの課題が解決される長所がある。ただしこの場合はＭＲ素子９の反強磁性膜と反強磁性バイアス部１２Ａの反強磁性膜を異なるものとした方が素子１４００Ｂは形成しやすく、例えばＭＲ素子９にはＰｔＭｎ系を反強磁性バイアス部１２ＡにはＩｒＭｎ系等を使用すれば良い。
【０１２４】
なお、以上は従来の横型ＧＭＲヘッドについて説明したが、本発明は縦型のＧＭＲヘッドに対しても有効である。横型ＧＭＲヘッドが検知する磁界に対して電流方向が垂直であるのに対して、縦型ＧＭＲヘッドは磁界に対して平行に電流を流すのを特徴とする。
【０１２５】
本発明の磁気ヘッドの一例として図１４Ａ、１４Ｂのシールド型とは別なヨーク型ヘッド１５００を図１５に示す。図１５において１６はＭＲ素子９に検知すべき信号磁界をガイドする軟磁性膜で構成されたヨークで、通常このヨークは導電性の金属磁性膜を用いるため、ＭＲ素子９とショートしないように絶縁膜１７が設けられる。又このヘッド１５００はヨーク１６を用いるため感度では図１４Ａ、１４Ｂのタイプのヘッド１４００Ａ、１４００Ｂより劣るが、図１４Ａ、１４Ｂのようにシールドギャップ中にＭＲ素子９を置く必要がないため超狭ギャップ化では有利である。
【０１２６】
これらの磁気ヘッド１４００Ａ、１４００Ｂ、１５００は再生感度に優れているため、これら磁気ヘッドを用いてＨＤＤ等の磁気記録装置をすると、４０Ｇｂ／ｉｎｃｈ２を越えるような高密度な磁気記録装置が可能となる。
【０１２７】
図１７は本発明の磁気抵抗効果素子を用いたメモリ素子の一例である。メモリ素子１７００は本発明の［自由層／非磁性層／固定層］を有する磁気抵抗効果素子９、磁気抵抗効果素子９とは絶縁された情報記録用導体線（ワード線）２２、磁気抵抗効果素子９と電極２１によりつながれた情報読出用導体線（センス線）２３を有する。図では本発明の磁気抵抗効果素子９の膜面の上下に電極２１を有する構造のものを示しているが磁気抵抗効果素子９の左右に電極を有する構造としても良い。又固定層３の下に磁化回転抑制層を付けても良い。
【０１２８】
図においてワード線２２に電流を流し、これにより発生する磁界により、磁気抵抗効果素子９の自由層５の磁化を反転して情報を書き込みを行う。再生は再度ワード線２２に電流を流して自由層５の磁化を反転し、その時の抵抗変化をセンス線２３により情報の読み出しを行う。この場合は固定層３の磁化反転を行わず、自由層５の磁化反転のみを行い、固定層３との磁化の方向が平行か反平行かで磁気抵抗効果素子９の抵抗が異なることより”１”，”０”状態の識別を行う。
【０１２９】
上記の場合は情報読出の際に情報が消される破壊読出であるが、ワード線２２に電流を流して、固定層３も自由層５も磁化反転を起こす磁界を発生させ、固定層３に情報を記録し、読み出しはワード線２２に上記より弱い電流を流して、固定層３の磁化反転は起こさず自由層５の磁化反転のみ起こす磁界を発生して自由層５の磁化反転のみを起こし、これに伴う抵抗変化により”  １”，”０”状態を識別すれば非破壊読み出しが可能である。ただしこの場合固定層３用と自由層５用の異なる反転磁界の設定が必要なため、動作はやや複雑となる。
【０１３０】
これら磁気抵抗メモリ素子１７００を複数個マトリックス状に配置し、ワード線を各ＭＲ素子９上で直交する配置として、ワード線２２から発生する合成磁界によりＭＲ素子９への情報の書き込み、読み出しを行えば、所謂ＭＲＡＭが構成される。このＭＲＡＭは従来の半導体ＤＲＡＭと異なり、不揮発性で、ソフトエラーも無く次世代固体メモリとして有望である。
【０１３１】
【実施例】
本発明の磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果型ヘッド、磁気抵抗効果メモリ素子について以下具体的な実施例を用いて説明する。
【０１３２】
（実施例１）
多元スパッタリング装置を用いて図１に示した構成から磁化回転抑制層２の無い磁気抵抗効果素子を作製した。基板１にはＳｉを用い、非磁性層４用としてはＣｕを、自由層５用にはＮｉ０．６８Ｆｅ０．２０Ｃｏ０．１２を主に用い、固定層３の金属磁性膜３２用としてＣｏ０．９Ｆｅ０．１の合金ターゲットを用いた。又固定層３の酸化物磁性膜３１用にはＣｏＦｅ２Ｏ４を用いた。真空チャンバー内を１×１０−８Ｔｏｒｒ以下まで排気した後、Ａｒガスを約０．８ｍＴｏｒｒになるように流しながら、ガラス基板上に、スパッタリング法を用いて、下記の実施例サンプル１Ａの構成の磁気抵抗効果素子を作製した。又比較のためＣｏＦｅ２Ｏ４を用いない従来例試料も作製した。
【０１３３】
実施例サンプル１Ａ  ＮｉＦｅＣｏ（５）／Ｃｕ（２））／ＣｏＦｅ（２）／ＣｏＦｅ２Ｏ４（５）
（かっこ内は各層の膜厚をｎｍ単位で示したものである）
このようにして作製した磁気抵抗効果素子のＭＲ特性を室温で最高２００ｋＡ／ｍの磁界を印可して、直流４端子法で評価した。その結果ＭＲ比が１６％という高い値を得ることに成功した。一方ＣｏＦｅ２Ｏ４を用いない従来例試料は特性のばらつきが大きく、ＭＲ比も１０％を越えるものは得られなかった。以下ＭＲ比は％の値で示すこととする。
【０１３４】
（実施例２）
多元スパッタリング装置を用いて図１に示した構成の磁気抵抗効果素子１００を作製した。基板１にはＳｉを用い、磁化回転抑制層２用のターゲットには焼結したＮｉＯ、α−Ｆｅ２Ｏ３、ＡＢＯ３（Ａ＝Ｌａ；Ｂ＝Ｆｅ）を、又合金ターゲットとしてＰｔ０．５Ｍｎ０．５、Ｉｒ０．２Ｍｎ０．８を用いた。
【０１３５】
非磁性層４１用としてはＣｕを、自由層５用にはＮｉ０．６８Ｆｅ０．２０Ｃｏ０．１２を主に用い、自由層５の界面磁性膜用と固定層３の金属磁性膜３２用としてＣｏ０．９Ｆｅ０．１の合金ターゲットを用いた。又固定層３の酸化物磁性膜３１用にはＦｅ３Ｏ４を用いた。真空チャンバー内を１×１０−８Ｔｏｒｒ以下まで排気した後、Ａｒガスを約０．８ｍＴｏｒｒになるように流しながら、ガラス基板上に、スパッタリング法を用いて、下記の構成の磁気抵抗効果素子を作製した。又比較のためＦｅ３Ｏ４を用いない試料も作製した（従来例サンプルＡ〜Ｄ）
従来例サンプルＡ  ＮｉＦｅＣｏ（３）／ＣｏＦｅ（１）／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（２．５）／ＰｔＭｎ（２０）
従来例サンプルＢ  ＮｉＦｅＣｏ（３）／ＣｏＦｅ（１）／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（２．５）／ＩｒＭｎ（１５）
従来例サンプルＣ  ＮｉＯ（１０）／α−Ｆｅ２Ｏ３（２０）／ＣｏＦｅ（２．５）／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（１）／ＮｉＦｅＣｏ（３）
従来例サンプルＤ  ＬａＦｅＯ３（４０）／ＣｏＦｅ（２．５）／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（１）／ＮｉＦｅＣｏ（３）
実施例サンプル１  ＮｉＦｅＣｏ（３）／ＣｏＦｅ（１）／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（１）／Ｆｅ３Ｏ４（１．５）／ＰｔＭｎ（２０）
実施例サンプル２  ＮｉＦｅＣｏ（３）／ＣｏＦｅ（１）／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（１）／Ｆｅ３Ｏ４（１．５）／ＮｉＦｅＣｏ（３）
実施例サンプル３  ＮｉＯ（１０）／α−Ｆｅ２Ｏ３（２０）／Ｆｅ３Ｏ４（１．５）／ＣｏＦｅ（１）／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（１）／ＮｉＦｅＣｏ（３）
実施例サンプル４  ＬａＦｅＯ３（４０）／Ｆｅ３Ｏ４（１．５）／ＣｏＦｅ（１）／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（１）／ＮｉＦｅＣｏ（３）
ただし従来例サンプルＡ、Ｂ、実施例サンプル１，２は図１とは上下逆の構造である。また上記試料ではＮｉＦｅＣｏ（３）／ＣｏＦｅ（１）が自由層５に対応し、従来例サンプルＡ〜ＤではＣｏＦｅ（２．５）が固定層３に対応し、実施例サンプル１〜４ではＣｏＦｅ（１）／Ｆｅ３Ｏ４（１．５）が固定層３に対応する。
【０１３６】
このようにして作製した磁気抵抗効果素子のＭＲ特性を室温で最高２００ｋＡ／ｍの磁界を印可して、直流４端子法で評価した。素子のピン止め磁界をＨｐとし、測定結果を（表１）に示した。
【０１３７】
【表１】
0003601690.tif 000002
【０１３８】
（表１）に示した実験結果より従来例サンプルＡ〜Ｄが本発明構造とすることによりＭＲ比が増加し、酸化物磁化回転抑制層２を用いたもののＨｐが改善されていることがわかる。
【０１３９】
（実施例３）
実施例１と同様に、多元スパッタリング装置を用い図２に示した構造の磁気抵抗効果素子２００を作製した。酸化物非磁性膜６はＡｌターゲットを用い、ＡｒとＯ２の混合ガスによる反応スパッタによりＡｌ２Ｏ３膜を作製した。図２に示すような磁気抵抗効果素子２００を作製した。
【０１４０】
実施例サンプル５  ＰｔＭｎ（２０）／Ｆｅ３Ｏ４（１．５）／ＣｏＦｅ（１）／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（１）／ＮｉＦｅＣｏ（３）／Ａｌ２Ｏ３（２）
実施例サンプル６  Ａｌ２Ｏ３（２）／ＮｉＦｅＣｏ（３）／ＣｏＦｅ（１）／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（１）／Ｆｅ３Ｏ４（１．５）／ＩｒＭｎ（１５）
ただし実施例サンプル６は図２とは逆の構造となっている。このようにして作製した磁気抵抗効果素子のＭＲ特性を室温で最高２００ｋＡ／ｍの磁界を印可して、直流４端子法で評価した。素子のピン止め磁界をＨｐとし、測定結果を表２に示した。
【０１４１】
【表２】
0003601690.tif 000003
【０１４２】
（表２）の結果と表１の実施例サンプル１、２を比較するとＭＲ比が改善されていることがわかる。
【０１４３】
（実施例４）
多元スパッタリング装置を用いて図５Ｂ及び図７に示した構成の磁気抵抗効果素子５００Ａ、７００を作製した。基板１にはＳｉを用い、ターゲットとして非磁性層４用としてはＣｕを、自由層５Ａ、５Ｂの金属磁性膜５１用にはＮｉ０．６８Ｆｅ０．２０Ｃｏ０．１２を、酸化物磁性膜５２用にはＦｅ３Ｏ４を用いた。
【０１４４】
図５Ｂの固定層３用にはＣｏ０．９Ｆｅ０．１とＣｏＦｅ２Ｏ４の積層膜を用い、図７の固定層３Ｄ用にＣｏ０．９Ｆｅ０．１を、また磁化回転抑制層２用にα−Ｆｅ２Ｏ３を用いた。
【０１４５】
真空チャンバー内を１×１０−８Ｔｏｒｒ以下まで排気した後、Ａｒガスを約０．８ｍＴｏｒｒになるように流しながら、ガラス基板上に、スパッタリング法を用いて、下記の構成の磁気抵抗効果素子５００Ｂ、７００を作製した。
【０１４６】
実施例サンプル７  ＣｏＦｅ２Ｏ４（５０）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ０．６８Ｆｅ０．２０Ｃｏ０．１２（４）／Ｆｅ３Ｏ４（１）
実施例サンプル８  α−Ｆｅ２Ｏ３（５０）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ０．６８Ｆｅ０．２０Ｃｏ０．１２（２）／Ｆｅ３Ｏ４（１）／Ｎｉ０．６８Ｆｅ０．２０Ｃｏ０．１２（３）
このようにして作製した磁気抵抗効果素子５００Ｂ、７００のＭＲ特性を室温で最高２００ｋＡ／ｍの磁界を印可して、直流４端子法で評価した。素子のピン止め磁界をＨｐとし、測定結果を（表３）に示した。
【０１４７】
【表３】
0003601690.tif 000004
【０１４８】
（表３）に示したＨｐの特性を更に改善するには固定層３をＲｕ等の非磁性膜を介して交換結合した磁性膜を用いることが有効である。
【０１４９】
この場合酸化物磁性膜３１の膜厚を低減することも可能となる。又上記実施例では感度の観点から自由層５ＢにＮｉＦｅＣｏ膜を用いているが、ＣｏＦｅを用いれば更に大きなＭＲ比が得られる。
【０１５０】
この観点から更にタ−ゲットにＲｕを用いて以下の構成の磁気抵抗効果素子を同様に作製した。
【０１５１】
実施例サンプル９  α−Ｆｅ２Ｏ３（３０）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｒｕ（０．７）／ＣｏＦｅ（２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（４）／Ｆｅ３Ｏ４（１）このようにして作製した磁気抵抗効果素子のＭＲ特性を室温で最高２００ｋＡ／ｍの磁界を印可して、直流４端子法で評価した。素子のピン止め磁界をＨｐとし、測定結果を（表４）に示した。
【０１５２】
【表４】
0003601690.tif 000005
【０１５３】
このようにＭＲ比もＨｐも更に改善できることがわかった。
【０１５４】
（実施例５）
多元スパッタリング装置を用いて図７及び図８に示した構成の磁気抵抗効果素子７００、８００を作製した。基板１にはＳｉを用い、ターゲットとして非磁性層４用としてはＣｕを、自由層５Ｂの金属磁性膜５１用にはＮｉ０．８Ｆｅ０．２とＣｏ０．９Ｆｅ０．１を、酸化物磁性膜５２用にはＦｅ３Ｏ４を用いた。図７の固定層３Ｄ用にはＣｏ０．９Ｆｅ０．１を、磁化回転抑制層２にはα−Ｆｅ２Ｏ３を用い、図８の固定層３Ｂ用にＣｏ０．９Ｆｅ０．１とＦｅ３Ｏ４を、磁化回転抑制層２用にＰｔＭｎを、またＰｔＭｎと基板１の間のバッファ層としてＴａを用いた。真空チャンバー内を１×１０−８Ｔｏｒｒ以下まで排気した後、Ａｒガスを約０．８ｍＴｏｒｒになるように流しながら、ガラス基板上に、スパッタリング法を用いて、下記の構成の磁気抵抗効果素子を作製した。
【０１５５】
実施例サンプル１０  α−Ｆｅ２Ｏ３（５０）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｆｅ３Ｏ４（１）／Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２（３）
実施例サンプル１１  Ｔａ（５）／ＰｔＭｎ（１５）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｆｅ３Ｏ４（１）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（５）
実施例サンプル１２  Ｔａ（５）／ＰｔＭｎ（１５）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｆｅ３Ｏ４（１）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｆｅ３Ｏ４（１）  ／Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２（３）
このようにして作製した磁気抵抗効果素子のＭＲ特性を室温で最高２００ｋＡ／ｍの磁界を印可して、直流４端子法で評価した。素子のピン止め磁界をＨｐとし、測定結果を（表５）に示した。
【０１５６】
【表５】
0003601690.tif 000006
【０１５７】
（実施例６）
多元スパッタリング装置を用い図４に示した構造の磁気抵抗効果素子４００を作製した。
【０１５８】
基板１にはＳｉを用い、非磁性層４用としてはＣｕを、自由層５用にはＮｉ０．６８Ｆｅ０．２０Ｃｏ０．１２を主に用い、固定層３Ａの金属磁性膜３２用としてＣｏ０．９Ｆｅ０．１の合金ターゲットを用いた。又固定層３Ａの酸化物磁性膜３１用にはＦｅ３Ｏ４を用いた。真空チャンバー内を１×１０−８Ｔｏｒｒ以下まで排気した後、Ａｒガスを約０．８ｍＴｏｒｒになるように流しながら、ガラス基板上に、スパッタリング法を用いて、下記の構成の磁気抵抗効果素子を作製した。
【０１５９】
実施例サンプル１３  ＮｉＦｅＣｏ（４）／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（２）／Ｆｅ３Ｏ４（２）／Ｒｕ（０．７）／Ｆｅ３Ｏ４（３）
実施例サンプル１４  ＮｉＦｅＣｏ（４）／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（２）／Ｆｅ３Ｏ４（２）／ＣｏＦｅ（２）／Ｒｕ（０．７）／ＣｏＦｅ（２）／Ｆｅ３Ｏ４（３）
このようにして作製した磁気抵抗効果素子のＭＲ特性を室温で最高２００ｋＡ／ｍの磁界を印可して、直流４端子法で評価した。測定結果を（表６）に示した。
【０１６０】
【表６】
0003601690.tif 000007
【０１６１】
大きなＭＲ比が両者で、また実施例サンプル１４ではより大きなＨｐが得られることがわかった。
【０１６２】
実施例サンプル１３、１４のＦｅ３Ｏ４（３）に更に磁化回転抑制層としてＰｔＭｎを付加することによりＨｐは、それぞれ約６０，８０ｋＡ／ｍと更に大きくなることがわかった。
【０１６３】
（実施例７）
次に本発明の実施例サンプル１、５、１０の磁気抵抗効果素子をＭＲ素子９として用いて、図１４Ａに示すようなＭＲヘッド１４００Ａを構成して、特性を評価した。この場合、基板としてはＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ基板を用い、シールド１０、１５材にはＮｉ０．８Ｆｅ０．２合金を用い、シールドギャップ１１、１４にはＡｌ２Ｏ３を用いた。
【０１６４】
またハードバイアス部１２にはＣｏ−Ｐｔ合金を用い、リード部１３をＡｕで構成した。
【０１６５】
また、自由層５の磁化容易方向が検知すべき信号磁界方向と垂直になるように、固定層３の磁化容易軸の方向が検知すべき信号磁界方向と平行になるように磁性膜に異方性を付与した。この方法は、磁気抵抗効果素子を作成後、まず、磁界中２８０℃で熱処理して、固定層３の容易方向を規定した後、更に、２００℃で熱処理して、自由層５の容易軸を規定して行った。
【０１６６】
これらのヘッドに、センス電流として直流電流を流し、約３ｋＡ／ｍの交流信号磁界を印加してヘッドの出力を評価し、本発明のＭＲ素子を用いたＭＲヘッドの出力を、従来例サンプルＡの磁気抵抗効果素子をＭＲ素子部９に用いて同様に試作したヘッドの出力と比較した。その結果を以下に示す。
【０１６７】
【表７】
0003601690.tif 000008
【０１６８】
この様に本発明磁気ヘッドは従来のものに比較して大きな出力が得られることがわかった。
【０１６９】
（実施例８）
実施例１と同様の方法で、図３に示すデュアル構造の磁気抵抗素子３００を作成した。
【０１７０】
実施例サンプル１５  ＰｔＭｎ（２０）／Ｆｅ３Ｏ４（１．５）／ＣｏＦｅ（１）／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（１）／ＮｉＦｅＣｏ（３）／ＣｏＦｅ（１）／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（１）／Ｆｅ３Ｏ４（１．５）／ＰｔＭｎ（２０）
実施例サンプル１６  ＮｉＯ（１０）／α−Ｆｅ２Ｏ３（２０）／Ｆｅ３Ｏ４（１．５）／ＣｏＦｅ（１）／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（１）／ＮｉＦｅＣｏ（３）／ＣｏＦｅ（１）／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（１）／Ｆｅ３Ｏ４（１．５）／ＩｒＭｎ（１５）
以上の磁気抵抗効果素子に関して、実施例１と同様の方法でＭＲ効果を測定した。
【０１７１】
その結果を表８に示す。
【０１７２】
【表８】
0003601690.tif 000009
【０１７３】
表より極めて大きなＭＲ比が得られることがわかる。
【０１７４】
（実施例９）
上記の実施例サンプル１５のＭＲ素子を用いて図１５に示したヨーク型ヘッド１５００を作製した。この場合図１５の絶縁膜１７にはプラズマ酸化法で作製した厚さ２ｎｍのＡｌ−Ｏ超薄膜を用いた。又ヨーク１６には高透磁率のＣｏＮｂＺｒ系アモルファス合金膜を用いた。このようにして作製したヘッドの出力と実施例１の表１の従来例サンプルＡのＭＲ素子を用いたヘッド出力を比較したところ約＋６ｄＢの出力アップが実現されることがわかった。
【０１７５】
（実施例１０）
実施例１と同様のスパッタリング装置を用いて、図９に示す磁気抵抗効果素子９００を作成した。この場合、基板１には表面に約１００ｎｍの熱酸化膜を有するＳｉを用い、下地層７としてＴａ、自由層５および固定層３Ｂの金属磁性膜３２としてＣｏ０．９Ｆｅ０．１、非磁性層４としてＣｕ、磁化回転抑制層２として、Ｐｔ０．５Ｍｎ０．５膜を用いた。真空チャンバー内を１×１０−８Ｔｏｒｒ以下となるまで排気した後、排気しながらＡｒガスを約０．８ｍＴｏｒｒになるように流量を調節した。まず基板１上にＴａ（５ｎｍ）膜を形成した後、第１の工程として、自由層５Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２ｎｍ）、非磁性層４Ｃｕ（２ｎｍ）、金属磁性膜３２Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（３ｎｍ）をスパッタ法で順次形成した。次に、第２の工程として、いったんスパッタ放電を停止させ、Ａｒガスに加えて、約１／８の酸素ガスを流し、ラジカルガンに約１００Ｗの電力を投入して、酸素ラジカルを発生させ、それを金属膜の表面に照射して、金属磁性膜の表面約１ｎｍを酸化させて酸化物磁性膜３１を形成した。
【０１７６】
次に、第３の工程として、いったんガスフローを停止して放電を停止した後、再びＡｒガスを導入して金属磁性膜３２としてＣｏ０．９Ｆｅ０．１（２ｎｍ）をスパッタリング法で形成した。
【０１７７】
さらに、第４の工程として、磁化回転抑制層２としてＰｔ０．５Ｍｎ０．５（２０ｎｍ）膜をスパッタリング法で形成した。最後に表面に酸化物非磁性膜６としてＴａ酸化膜を形成した。このあと、試料は更に真空中で１ｋＯｅの磁界を印加しながら、２６０℃の温度に３時間保持した。また、従来例サンプルＥとして、上記第２の工程がない以外は全く実施例サンプル１７と同様に作成した。
【０１７８】
実施例サンプル１７  Ｔａ（５）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ（１）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｐｔ０．５Ｍｎ０．５（２０）／Ｔａ−Ｏ（３）  （Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏの膜厚は酸化する前で示してある）
従来例サンプルＥ  Ｔａ（５）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（５）／Ｐｔ０．５Ｍｎ０．５（２０）／Ｔａ−Ｏ（３）
なお、以上は金属磁性膜３２を酸化させる方法として、ラジカルガンを用いる方法を用いた実施例サンプル１７について説明したが、その他は全く同様にして酸化物を作成する手段だけ他の方法を用いた膜も作成した。
【０１７９】
自然酸化法を用いた場合には、第１の工程までは全く実施例サンプル１７と同様の方法で作成し、その後、チャンバー内をいったん排気した後、第２の工程としてチャンバー内が約２０Ｔｏｒｒになるまで酸素ガスを導入して、適当な時間保持して実施例サンプル１７と同様、Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１膜の表面１ｎｍを酸化させた。次に真空チャンバーを再び１×１０−８Ｔｏｒｒ以下となるまで排気して、第３，第４の工程、熱処理を経て、実施例サンプル１７と全く同じ構成の実施例サンプル１８を作成した。
【０１８０】
プラズマ酸化法を用いる場合には、実施例サンプル１７と同様の方法で作成し、その後、第２の工程としてチャンバー内をいったん排気した後、３ｍＴｏｒｒ程度になるまで酸素ガスを導入し、基板ホルダー側に０．０１Ｗ／ｃｍ２のｒｆ電力を印加して金属磁性膜表面を酸化させた。次に真空チャンバーを再び１×１０−８Ｔｏｒｒ以下となるまで排気して、第３，第４の工程、熱処理を経て、実施例サンプル１７と全く同じ構成の実施例サンプル１９を作成した。
【０１８１】
また、イオンガンを用いる方法としては、イオンガンとしてＥＣＲプラズマを使用したイオンガンを用いた。第１の工程までは全く実施例サンプル１７と同様の方法で作成し、その後、チャンバー内をいったん排気した後、第２の工程として、イオンガンに２ＧＨｚのマイクロ波を導入し、酸素ガスを４ｓｃｃｍ，  Ａｒガスを０．５ｓｃｃｍ流して、イオンガン中にプラズマを発生させた。このプラズマから約５０Ｖの加速電圧で酸素ガスを引きだして、金属磁性膜表面に照射した。次に真空チャンバーを再び１×１０−８Ｔｏｒｒ以下となるまで排気して、第３，第４の工程、熱処理を経て、実施例サンプル１７と全く同じ構成の実施例サンプル２０を作成した。
【０１８２】
次に、酸化物磁性膜を形成する方法として反応性スパッタリング法を用い、その他は実施例サンプル１７と同じ方法で作成した膜も作成した。この場合は、第１の工程で金属磁性膜Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２ｎｍ）を作成した後、チャンバー内に酸素ガスとＡｒガスを８：２の割合で０．８ｍＴｏｒｒになるまで導入してＣｏ０．９Ｆｅ０．１（２ｎｍ）をスパッタリングしてＣｏ−Ｆｅ−Ｏ膜をほぼ実施例サンプル１７と同じ厚さになるように形成した。その後は実施例サンプル１７と同様に第３，第４の工程、熱処理を経て、実施例サンプル１７と全く同じ構成の実施例サンプル２１を作成した。
【０１８３】
このようにして作成した本発明の磁気抵抗効果素子を、室温で４００ｋＡ／ｍの磁界を印可して磁気抵抗効果を評価した。その結果を表９に示す。
【０１８４】
【表９】
0003601690.tif 000010
【０１８５】
（表９）からわかるように、本発明の実施例サンプル１７〜２１は従来例サンプルＥに比べてＨｐでは遜色なくＭＲ比が大きいことが分かる。
【０１８６】
（実施例１１）
実施例１０と同様のスパッタリング装置を用いて、図１０に示す磁気抵抗効果素子１０００を作成した。図１０は、図９で自由層５／非磁性層４／固定層３Ｂ／磁化回転抑制層２の積層順を逆にした以外は同じである。
【０１８７】
また、作成方法に関しても、工程の順番が変わるだけで、図９と同様の方法で作成できる。本実施例の場合、基板１として熱酸化膜付きのＳｉ，自由層５としてＮｉ０．８Ｆｅ０．２／Ｃｏ積層膜、固定層３ＢとしてＣｏ０．８Ｆｅ０．２／Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ／Ｃｏ０．８Ｆｅ０．２膜、磁化回転抑制層２としてＰｔ０．５Ｍｎ０．５膜を用いて、以下の構成の磁気抵抗効果素子を作成した。なお、この場合、実施例サンプル１７と同様にラジカルガンを使う方法で、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ膜を形成した。このようにして作成した実施例サンプル２２と比較のために酸化物磁性膜３１のない従来例サンプルＦを実施例１０と同様の方法で評価した。
【０１８８】
その結果を表１０に示す。
【０１８９】
実施例サンプル２２  Ｔａ（５）／Ｐｔ０．５Ｍｎ０．５（１５）／Ｃｏ０．８Ｆｅ０．２（２）／Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ（１）／Ｃｏ０．８Ｆｅ０．２（２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ（０．５）／Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２（３）／Ｔａ−Ｏ（３）  （Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏの膜厚は酸化する前で示してある）
従来例サンプルＦ  Ｔａ（５）／Ｐｔ０．５Ｍｎ０．５（１５）／Ｃｏ０．８Ｆｅ０．２（５）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ（０．５）／Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２（３）／Ｔａ−Ｏ（３）
【０１９０】
【表１０】
0003601690.tif 000011
【０１９１】
（表１０）からわかるように、本発明の実施例サンプル２２は従来例サンプルＦに比べてＭＲ比が大きいことが分かる。
【０１９２】
（実施例１２）
実施例１０と同様のスパッタリング装置を用いて、図１１Ａに示す磁気抵抗効果素子１１００Ａを作成した。図１１Ａは、固定層３Ｃがいわゆる積層フェリ（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔ）構造をしている場合である。図１１Ａで、非磁性膜３３には通常Ｒｕが用いられる。非磁性膜３３が０．４ｎｍ−１ｎｍの膜厚の時、これに接した金属磁性膜３２に反強磁性的な交換結合が生じる。この交換結合磁界は非常に強いので、結局固定層３Ｃの反転磁界は非常に大きくなる。図１１Ａの磁気抵抗効果素子１１００Ａの構成は、基本的に図９に比べて非磁性膜３３が増えるだけなので、その製造方法も工程が一部増加するだけで、本発明は有効である。本実施例の場合、基板１として熱酸化膜付きのＳｉ，自由層５としてＮｉ０．８Ｆｅ０．２／Ｃｏ積層膜、固定層３ＣとしてＣｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ（１）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）膜、磁化回転抑制層２としてＩｒ０．２Ｍｎ０．８膜またはα−Ｆｅ２Ｏ３膜を用いて、以下の構成の磁気抵抗効果素子を作成した。
【０１９３】
なお、この場合、実施例サンプル１７と同様にラジカルガンを使う方法で、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ膜を形成した。このようにして作成した実施例サンプル２３、２４と比較のために酸化物磁性膜３２のない従来例サンプルＧを実施例１０と同様の方法で評価した。その結果を（表１１）に示す。
【０１９４】
実施例サンプル２３  Ｔａ（３）／Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２（５）／Ｉｒ０．２Ｍｎ０．８（１０）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ（１）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ（０．５）／Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２（３）／Ｔａ−Ｏ（３）
（Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏの膜厚は酸化する前で示してある）
実施例サンプル２４  α−Ｆｅ２Ｏ３（２０）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ（１）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ（０．５）／Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２（３）／Ｔａ−Ｏ（３）
従来例サンプルＧ  Ｔａ（３）／Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２（５）／Ｉｒ０．２Ｍｎ０．８（１０）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ（０．５）／Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２（３）／Ｔａ−Ｏ（３）
【０１９５】
【表１１】
0003601690.tif 000012
【０１９６】
（表１１）からわかるように、本発明の実施例サンプル２３、２４は従来例サンプルＧに比べてＭＲ比が大きいことが分かる。また、磁化回転抑制層２にα−Ｆｅ２Ｏ３膜を用いた場合には、Ｈｐはやや小さくなるが、より大きなＭＲ比が得られる。
【０１９７】
（実施例１３）
次に図１０に示した構成の磁気抵抗効果素子１０００を、実施例１と同様の方法で、作成した。ただし、この場合自由層５に非磁性層４（この場合Ｒｕ）を介して反強磁性的に交換結合した膜厚または飽和磁化の異なる２つの強磁性層（積層フェリ自由層）を用いる。積層フェリ自由層は自由層の膜厚を、実質的に２つの自由層の膜厚（磁化）の差に下げる効果があり、ヘッドを作成した場合高感度化に効果がある。本実施例では自由層５の強磁性膜としてＣｏ０．９Ｆｅ０．１膜を用いた。作成した膜の構成を以下に示す。この場合酸化物磁性膜３１としＦｅ３Ｏ４膜を用い、固定層３Ｂの金属磁性膜３２にＣｏ０．９Ｆｅ０．１（２）膜、磁化反転抑制層２としてＰｔ０．５Ｍｎ０．５（２０）膜、非磁性層４としてＣｕを用いた。
【０１９８】
実施例サンプル２５  Ｔａ（５）／Ｐｔ０．５Ｍｎ０．５（２０）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（１）／Ｆｅ３Ｏ４（１．５）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｆｅ３Ｏ４（１）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（３）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（４）／Ｔａ−Ｏ（３）
実施例サンプル２６  Ｔａ（５）／Ｐｔ０．５Ｍｎ０．５（２０）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（１）／Ｆｅ３Ｏ４（１．５）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｆｅ３Ｏ４（１）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（３）／Ｔａ−Ｏ（３）
従来例サンプルＨ  Ｔａ（５）／Ｐｔ０．５Ｍｎ０．５（２０）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（３）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（５）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（４）／Ｔａ−Ｏ（３）
ＭＲ素子９として用いて、図１４Ａに示すようなＭＲヘッド１４００Ａを構成して、特性を評価した。この場合、基板としてはＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ基板を用い、シールド１０、１５材にはＮｉ０．８Ｆｅ０．２合金を用い、シールドギャップ１１、１４にはＡｌ２Ｏ３を用いた。
【０１９９】
またハードバイアス部１２にはＣｏ−Ｐｔ合金を用い、リード部１３をＡｕで構成した。
【０２００】
また、自由層５の磁化容易方向が検知すべき信号磁界方向と垂直になるように、固定層３の磁化容易軸の方向が検知すべき信号磁界方向と平行になるように磁性膜に異方性を付与した。この方法は、磁気抵抗効果素子を作成後、まず、磁界中２８０℃で熱処理して、固定層３の容易方向を規定した後、更に、２００℃で熱処理して、自由層５の容易軸を規定して行った。
【０２０１】
これらのヘッドに、センス電流として直流電流を流し、約３ｋＡ／ｍの交流信号磁界を印加してヘッドの出力を評価し、本発明のＭＲ素子を用いたＭＲヘッドの出力を、従来例サンプルＡの磁気抵抗効果素子をＭＲ素子部９に用いて同様に試作したヘッドの出力と比較した。その結果を以下に示す。
【０２０２】
【表１２】
0003601690.tif 000013
【０２０３】
この様に本発明磁気ヘッドは従来のものに比較して大きな出力が得られることがわかった。
【０２０４】
（実施例１４）
次に図１１Ａに示した構成の磁気抵抗効果素子１１００Ａを、実施例１と同様の方法で、作成した。本実施例では自由層５の強磁性膜としてＣｏ０．９Ｆｅ０．１膜を用いた。作成した膜の構成を以下に示す。この場合酸化物磁性膜３１としＦｅ３Ｏ４膜を用い、金属磁性膜３２にＣｏ０．９Ｆｅ０．１膜、磁化反転抑制層２としてＰｔ０．５Ｍｎ０．５膜、非磁性層４としてＣｕを用い、交換結合用非磁性膜３３としてＲｕを、保護膜用としてＴａを用いた。作製した膜の構成は以下のとおりである。
【０２０５】
実施例サンプル２７  Ｔａ（５）／Ｐｔ０．５Ｍｎ０．５（１５）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｆｅ３Ｏ４（１．２）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１  （２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｔａ−Ｏ（３）
実施例サンプル２８  Ｔａ（３）／Ｐｔ０．５Ｍｎ０．５（１５）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１  （２）／Ｆｅ３Ｏ４（１）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１  （２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｔａ−Ｏ（３）
従来例サンプルＩ  Ｔａ（５）／Ｐｔ０．５Ｍｎ０．５（１５）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１  （２）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１  （２）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｃｕ（２）  ／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｔａ−Ｏ（３）
このようにして作製したＭＲ素子を用いて、実施例１３と同様にして磁気ヘッドを作製した。
【０２０６】
これらのヘッドに、センス電流として直流電流を流し、約３ｋＡ／ｍの交流信号磁界を印加して両ヘッドの出力を評価し、本発明のＭＲ素子を用いたＭＲヘッドの出力を、従来例サンプルＩの磁気抵抗効果素子をＭＲ素子９に用いて同様に試作したヘッドの出力と比較した。その結果を（表１３）に示す。
【０２０７】
【表１３】
0003601690.tif 000014
【０２０８】
このように本発明磁気ヘッドは従来のものと比較して大きな出力が得られることがわかった。
【０２０９】
この磁気ヘッド１４００Ａ、１４００Ｂ、１５００を用いて図１６に示した構成のＨＤＤドライブ１６００を試作したところ、２０Ｇｂ／ｉｎｃｈ２以上の記録密度が達成可能なことがわかった。
【０２１０】
（実施例１５）
次に実施例１３と１４の構造を併せ持つ図１１Ａに示した構成の磁気抵抗効果素子１１００Ａを作成した。本実施例では自由層５の強磁性膜としてＮｉ０．６８Ｆｅ０．２Ｃｏ０．１２膜を用い、酸化物磁性膜３１としてはＦｅ０．８Ａｌ０．２，Ｆｅ０．８Ｓｉ０．２をターゲットに用いて反応スパッタでＦｅＡｌＯ，  ＦｅＳｉＯ膜としたものを用い、金属磁性膜３２にＣｏ０．９Ｆｅ０．１膜、磁化反転抑制層２としてＰｔ０．５Ｍｎ０．５膜、非磁性層４としてＣｕ、交換結合用非磁性膜３３としてＲｕ、保護膜用としてＴａを用いた。作成した膜の構成を以下に示す。
【０２１１】
実施例サンプル２９  Ｔａ（３）／Ｐｔ０．５Ｍｎ０．５（１５）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（３）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／ＦｅＡｌＯ（１）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｃｕ（２．２）／ＮｉＯＦｅＣｏ（３）／Ｒｕ（０．７）／ＮｉＦｅＣｏ（２）／Ｔａ（３）
実施例サンプル３０  Ｔａ（３）／Ｐｔ０．５Ｍｎ０．５（１５）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（３）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／ＦｅＳｉＯ（１）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｃｕ（２．２）／ＮｉＯＦｅＣｏ（３）／Ｒｕ（０．７）／ＮｉＦｅＣｏ（２）／Ｔａ（３）
図１７を参照して、この様にして作成した磁気抵抗効果素子を０．５μｍ角にパターニングして、膜の左右にＣｕ／Ｐｔから成る電極２１を付けセンス線２３を構成し、これらをＡｌ２Ｏ３で絶縁した後、その上にＣｕより構成されるワード線２２を設けて磁気抵抗効果メモリー素子１７００を作成した。
【０２１２】
ワード線２２に電流を流してＮｉＦｅＣｏ／Ｒｕ／ＮｉＦｅＣｏより成る自由層５を磁化反転して情報を書き込んた。次にワード線２２に同じ方向に電流を流し、センス線２３の抵抗変化を測定しても変化は観測されなかったが、電流を逆方向に流したところセンス線２３には明確な抵抗変化が観測された。このように本発明の磁気抵抗素子９を用いてメモリー素子１７００が構成出来ることがわかった。
【０２１３】
（実施例１６）
次に自由層５Ｄにも酸化物磁性膜５２を挿入した図１３に示した構成の磁気抵抗効果素子１３００を基板上に電極用のＣｕ／Ｐｔ膜を付けた後作成した。本実施例では自由層５Ｄの金属磁性膜５１としてＮｉ０．６８Ｆｅ０．２Ｃｏ０．１２膜を用い、酸化物磁性膜５２にはＦｅ３Ｏ４膜、金属磁性膜３２にＣｏ０．９Ｆｅ０．１膜、磁化反転抑制層２としてＰｔ０．５Ｍｎ０．５膜、非磁性層４としてＣｕを用い、交換結合用非磁性膜３３としてＲｕを、保護膜用としてＴａを、上部電極用としてＰｔを用いた。作成した膜の構成を以下に示す。
【０２１４】
実施例サンプル３１  Ｃｕ（１００）／Ｐｔ（１０）／Ｔａ（３）／Ｐｔ０．５Ｍｎ０．５（１５）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（３）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｆｅ３Ｏ４（０．６）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｃｕ（２．２）／ＮｉＦｅＣｏ（２）／Ｆｅ３Ｏ４（０．６）／ＮｉＦｅＣｏ（１）／Ｒｕ（０．７）／ＮｉＦｅＣｏ（２）／Ｔａ（３）／Ｐｔ（１０）
このようにして作成した磁気抵抗効果素子をＣｕ／Ｐｔ下部電極を残して０．３μｍ角にパターニングした後、全体をＡｌ２Ｏ３膜で絶縁し、上部電極２１と、下部電極１１とのスルーホールを開け、Ｃｕより成るセンス線２３を別々に上部と下部電極２１、２２に接続し、更にＡｌ２Ｏ３膜で絶縁して、Ｃｕより成るワード線２２を設け、図１７に示したような構成のメモリー素子１７００とした。実施例１５と同様にワード線２２に電流を流してＮｉＦｅＣｏ／Ｒｕ／ＮｉＦｅＣｏより成る自由層５Ｄを磁化反転して情報を書き込み、次にワード線２２に電流を流しセンス線２３の抵抗変化を測定してその動作を確認し、メモリー素子１７００が構成出来ることがわかった。このように本発明の磁気抵抗素子９を用いたメモリー素子１７００は０．３μｍ角のセルサイズでも動作することが確認され、かつ実施例１５，１６で作成したメモリー素子は不揮発性であることが確認された。
【０２１５】
（実施例１７）
多元のスパッタカソードを有する成膜装置を用いて、スパッタ法により、図１１Ｂの構成の磁気抵抗効果素子１１００Ｂを作成した。この場合、ターゲットとしては、磁化回転抑制層２用としてＰｔ０．５Ｍｎ０．５，下地層７としてＴａ，金属磁性層３２としてＣｏ０．９Ｆｅ０．１、非磁性膜３３用としてＲｕ、酸化物磁性膜３１、５２用としてＦｅ３０４、非磁性層４としてＣｕ、金属磁性膜５１としてはＣｏ０．９Ｆｅ０．１およびＮｉ０．８Ｆｅ０．２を用いた。スパッタリング用の不活性ガスとしては、Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ等があるが、この場合にはＡｒガスを用いた。また酸化物磁性膜３１、５２を作成するときだけ、約１％のＯ２ガスをＡｒガスと一緒に導入した。この酸素ガスを添加する目的は、長期間高真空中でスパッタしたためＦｅ３Ｏ４ターゲットのＯ量が比較的低くなっている場合や高真空中でスパッタリングを行う場合等に成膜された酸化物磁性膜の酸素量を調整するためである。導入する酸素量としては全ガス圧の１０％以下程度が適当である。
【０２１６】
上述の長期間高真空中でスパッタしたためＦｅ３Ｏ４ターゲットのＯ量が比較的低くなっているＦｅ３Ｏ４ターゲットを用い、チャンバー内を１×１０−９Ｔｏｒｒ以下に排気した後、スパッタリングガスを０．８ｍＴｏｒｒになるまで導入して、Ｓｉ基板上に次の構成の磁気抵抗効果素子を作成した。
【０２１７】
実施例サンプル３２  Ｔａ（３）／Ｐｔ０．５Ｍｎ０．５（１）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（１．５）／Ｆｅ３Ｏ４（１）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（１．５）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（１）／Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２（２）／Ｆｅ３Ｏ４（１）／Ｔａ（３）
また比較のために酸化物磁性膜の層がない従来例サンプルＪを作成した。
【０２１８】
従来例サンプルＪ  Ｔａ（３）／Ｐｔ０．５Ｍｎ０．５（１）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（３）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（１）／Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２（２）／Ｔａ（３）
このようにして作成した磁気抵抗効果素子の特性を実施例１２と同様の方法で比較した。その結果を表１４に示す。
【０２１９】
【表１４】
0003601690.tif 000015
【０２２０】
表１４の結果から分かるように、本発明の実施例サンプル３２は酸化物磁性膜３１、５２の効果でＨｐの大きさは従来例と変わらないのに、大きなＭＲ比を示していることが分かる。
【０２２１】
また、実施例サンプル３２で、酸化物磁性膜５２の代わりにＡ１２Ｏ３ターゲットを用いて酸化物非磁性膜であるＡ１２Ｏ３膜を形成した実施例サンプル３３も作成した。
実施例サンプル３３  Ｔａ（３）／Ｐｔ０．５Ｍｎ０．５（１）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（２）／Ｒｕ（０．７）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（１．５）／Ｆｅ３Ｏ４（１）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（１．５）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１（１）／Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２（２）／Ａｌ２Ｏ３（１）／Ｔａ（３）
この場合、ＭＲ比は１２．８％と実施例サンプル３２と同等であったが、自由層５Ａの軟磁気特性が劣化し、実施例サンプル３２の自由層５Ａの反転磁界（保磁力）が約３Ｏｅであるのに対して、実施例サンプル３３では１０Ｏｅに増大した。これは、酸化物磁性膜５２に、単に電子の鏡面反射効果だけでなく、軟性磁気特性を改善する効果もあるためと考えられる。
【０２２２】
【発明の効果】
本発明の磁気抵抗効果素子は従来のものに比べて大きなＭＲ比を実現し、これを用いることにより高出力の磁気抵抗効果型ヘッドを可能とし、更にはこのヘッドを用いて超高密度の磁気記録装置を可能するものである。又本発明の磁気抵抗効果素子を用いれば不揮発性で高密度の磁気抵抗効果メモリー素子が作成出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図２】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図３】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図４】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図５Ａ】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図５Ｂ】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図６】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図７】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図８】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図９】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図１０】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図１１Ａ】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図１１Ｂ】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図１２】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図１３】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図。
【図１４Ａ】本発明の磁気抵抗効果型ヘッドの一例を示す図。
【図１４Ｂ】本発明の磁気抵抗効果型ヘッドの一例を示す図。
【図１５】本発明のヨーク型磁気抵抗効果型ヘッドの一例を示す図。
【図１６】本発明の磁気記録装置の説明図。
【図１７】本発明の磁気抵抗効果メモリー素子の一例を示す図。
【符号の説明】
１  基板
２  磁化回転抑制層（ピンニング層）
３  磁性膜（固定層）
３１  酸化物磁性膜
３２  金属磁性膜
３３  非磁性膜
４  非磁性層
５  磁性層（自由層）
５１  金属磁性膜
５２  酸化物磁性膜
６  酸化物非磁性膜
７  下地膜
９  ＭＲ素子部
１０  下部シールド
１１  下部シールドギャップ
１２  ハードバイアス部
１３  リード部
１４  上部シールドギャップ
１５  上部シールド
１６  ヨーク部
１７  絶縁膜
１８  記録ポール部
１９  巻き線部
２０  記録兼再生ギャップ部
２１  電極部
２２  情報記録用導体線（ワード線）
２３  情報読出用導体線（センス線）
【図１】
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【図２】
0003601690.tif 000017
【図３】
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【図４】
0003601690.tif 000019
【図５Ａ】
0003601690.tif 000020
【図５Ｂ】
0003601690.tif 000021
【図６】
0003601690.tif 000022
【図７】
0003601690.tif 000023
【図８】
0003601690.tif 000024
【図９】
0003601690.tif 000025
【図１０】
0003601690.tif 000026
【図１１Ａ】
0003601690.tif 000027
【図１１Ｂ】
0003601690.tif 000028
【図１２】
0003601690.tif 000029
【図１３】
0003601690.tif 000030
【図１４Ａ】
0003601690.tif 000031
【図１４Ｂ】
0003601690.tif 000032
【図１５】
0003601690.tif 000033
【図１６】
0003601690.tif 000034
【図１７】
0003601690.tif 000035