【事件の表示】
　特許第３０５５６６２号「強磁性トンネル接合」の請求項１ないし５、７ないし９に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結　論】
　訂正を認める。
　特許第３０５５６６２号の請求項１ないし８に係る特許を維持する。
【理　由】
I．手続の経緯
　本件特許第３０５５６６２号の各請求公に係る発明は平成８年９月１９日日に出願され、平成１２年４月１４日にその発明について特許の設定登録がなされ、その後、その請求項１〜５，７〜９に係る発明について平成１２年１２月２６日に特許異議申立人遠山タイ子より、及び、請求項１，２，３，、５、８，９に係る発明について特許異議申立人根津　仁より特許異議の申立てがなされ、平成１３年３月２７日（平成１３年４月１０日発送）に取消理由通知がなされ、その指定期間内である平成１３年６月８日に訂正請求がなされ、平成１３年７月１２日（平成１３年７月２７日発送）に再度の取消理由通知がなされ、異議意見書、上申書の提出があったものである。
II．訂正の適否についての判断
II−１．訂正の内容
　平成１３年６月８日付けの訂正請求は、特許請求の範囲の記載について、
「【特許請求の範囲】
【請求項１】　第１強磁性層と、絶縁層と、第２強磁性層とが順次積層されてなる強磁性トンネル接合であって、前記絶縁層によるバリアポテンシャルが０．５〜３ｅＶの範囲にある強磁性トンネル接合。
【請求項２】　請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、前記絶縁層によるバリアポテンシャルは１．５〜２．５ｅＶの範囲にある強磁性トンネル接合。
【請求項３】　請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、前記第１強磁性層の保磁力と、前記第２強磁性層の保磁力とが異なる強磁性トンネル接合。
【請求項４】　請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、
　前記第１強磁性層および前記第２強磁性層が、前記絶縁層を介して、反強磁性的結合している強磁性トンネル接合。
【請求項５】　請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、前記絶縁層は、成膜後に大気中において４０〜１００℃で熱処理して形成した酸化アルミニウム膜である強磁性トンネル接合。
【請求項６】  請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、前記絶縁層は、ダイアモンド状炭素膜である強磁性トンネル接合。
【請求項７】　請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、トンネル接合部分の面積が１０μｍ２以下である強磁性トンネル接合。
【請求項８】　強磁性トンネル接合を感磁部とする磁気抵抗効果素子であって、前記強磁性トンネル接合は、請求項１乃至７に記載された何れかでなる磁気抵抗効果素子。
【請求項９】　磁気抵抗効果素子を有する磁気抵抗効果型ヘッドであって、前記磁気抵抗効果素子は、請求項８に記載されたものでなる磁気抵抗効果型ヘッド。」
を、
「【特許請求の範囲】
【請求項１】　第１強磁性層と、絶縁層と、第２強磁性層とが順次積層されてなる強磁性トンネル接合であって、前記絶縁層によるバリアポテンシャルが０．５〜３ｅＶの範囲にあり、トンネル接合部分の面積が１０μｍ２以下である強磁性トンネル接合。
【請求項２】　請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、前記絶縁層によるバリアポテンシャルは１．５〜２．５ｅＶの範囲にある強磁性トンネル接合。
【請求項３】　請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、前記第１強磁性層の保磁力と、前記第２強磁性層の保磁力とが異なる強磁性トンネル接合。
【請求項４】　請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、
　前記第１強磁性層および前記第２強磁性層が、前記絶縁層を介して、反強磁性的結合している強磁性トンネル接合。
【請求項５】　請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、前記絶縁層は、成膜後に大気中において４０〜１００℃で熱処理して形成した酸化アルミニウム膜である強磁性トンネル接合。
【請求項６】　請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、前記絶縁層は、ダイアモンド状炭素膜である強磁性トンネル接合。
【請求項７】　強磁性トンネル接合を感磁部とする磁気抵抗効果素子であって、前記強磁性トンネル接合は、請求項１乃至６に記載された何れかでなる磁気抵抗効果素子。
【請求項８】　磁気抵抗効果素子を有する磁気抵抗効果型ヘッドであって、前記磁気抵抗効果素子は、請求項７に記載されたものでなる磁気抵抗効果型ヘッド。」
と訂正するものである。
II−２．訂正の目的の適否、新規事項の有無及び拡張・変更の存否
　訂正後の請求項１に新たに加わった限定事項は、訂正前の請求項７に含まれていた限定事項であり、訂正後の請求項２〜５は訂正後の請求項１を引用する項、訂正後の請求項７，８はそれぞれ訂正前の請求項８，９を繰り上げたものであるから、この訂正は特許請求の範囲の減縮を目的とする明細書の訂正に該当するものである。
　また、上記訂正は、願書の最初に添付した明細書又は図面に記載した事項の範囲内においてしたものであり、実質上特許請求の範囲を拡張し、又は変更するものでもない。
　そして、特許異議申立てがされていない訂正前の請求項６に対応する訂正後の請求項６は、訂正後の請求項１を引用している項であり、また絶縁層をダイアモンド状炭素膜とする従来技術もないことから独立特許要件も満足する。
　よって、上記訂正は、特許法第１２０条の４第２項及び同条第３項において準用する特許法第１２６条第２〜３項の規定に適合し、請求項６についてはさらに同法第１２６条第４項の規定にも適合するので、当該訂正を認める。
III．特許異議申立てについての判断
III−１．特許異議申立ての概要
III−１−１．特許異議申立人遠山タイ子の申立ての概要
　特許異議申立人遠山タイ子は、証拠として
宮崎照宣「スピントンネル磁気抵抗効果」　
　日本応用磁気学会誌Ｖｏｌ．２０．Ｎｏ．５、１９９６，８９６−９０４頁（甲第１号証）
及び
Terunobu Miyazaki、Nobuki Tezuka
「Spin polarized tunneling in ferromagnet/insulator/ferromagnet junctions」
　Journal of Magnetism and Magnetic Materials,151(1995)403-410（甲第２号証）
を示し、
（１）（訂正前の）請求項１〜５，７〜９中の「バリアポテンシャル」は測定ないしは評価方法によって変わるので不明確であり、「直線領域」も意味不明であるため特許法第３６条第６項第２号に違反する。
（２）（訂正前の）請求項１〜５，７〜９に係る発明は、甲第１号証に記載の公然と知られた発明と同一であるから特許法第２９条第１項第１号に、また甲第１号証及び甲第２号証に記載された発明から当業者が容易に発明をすることができたため特許法第２９条第２項に該当し、
　（訂正前の）請求項１，３〜４、８〜９に係る発明は、甲第２号証に記載された発明と同一であるから特許法第２９条第１項第３号に該当するので、
　（訂正前の）請求項１〜５，７〜９に係る発明に対する特許は特許法第１１３条第４号または第２号の規定により取り消されるべきである。
III−１−２．特許異議申立人根津　仁の申立ての概要
　特許異議申立人根津　仁は、証拠として刊行物、特開平８−７０１４９号公報を示し、（訂正前の）請求項１，２，３、５，８，９に係る発明は上記刊行物に記載の発明と同一であるから特許法第２９条第１項第３号に該当し、同発明に対する特許は特許法第１１３条第２号の規定により取り消されるべきである。
III−２．当審の判断
III−２−１．特許異議申立人遠山タイ子の申立てについて
（１）特許法第３６条違反について
  バリアポテンシャルの測定方法は、特許権者の提出した、
　
Jagadeesh S.Moodera,R.Meservey,and P.M.Tedrow
「Artificial tunnel barriers produced by cryogenically deposited Al2O3 」
Appl.Phys.Lett.Vol.41.No5.1 September 1982 pp488-490(乙第１号証）、
　
J ohn.G.Simmons
[Electric Tunnel Effect between Dissimilar Electrodes Separated by a Thin Insulating Film」
Journal of Applied Physics Volume34 Number9  September 1963 pp2582(乙第2号証）、
　
C.K.Chow
「Square-Mean-Root Approximation for Evaluating Asynmetric Tunneling Characteristics」 
Journal of Applied Physics Volume36 .Number2  February 1965 pp561（乙第３号証）、
　
佐藤雅重、小林和雄
「磁化固定層をもつ強磁性トンネル接合の磁気抵抗効果」
日本応用磁気学会誌Ｖｏｌｕｍｅ２１、Ｎｏ．４−２、１９９７　ｐｐ４８９−４９２（乙第４号証）
　
に示される如く、電流−電圧曲線の直線部分を利用して、乙第２号証のＳｉｍｍｏｎの式、もしくはその発展形である乙第３号証のＣｈｏｗの式でフィッテイングして求める方法が確立しており、直線部分（直線領域）の設定の可否についても、乙第２号証のＳｉｍｍｏｎの理論では、Ｖ＝０の低電圧領域では、Ｖ−Ｉ特性が直線近似可能であり、理論値と実測値との比較により、それらのずれを解析することによってバリヤポテンシャルが求められることが知られていることから、異議申立人の主張する不明確さは認められない。温度、絶縁層の厚さについても、温度は特に限定がなければ室温と解釈するのが通常であり、厚さもバリヤポテンシャルの数値を前提とするとの特許権者の主張を了解出来る。
　また、同時に当審で審問した、強磁性トンネル接合の接合面積の上限値１０μｍ２ の臨界的意義については、表Ｉ−１および追加の実験成績からも、接合面積１０μｍ２の付近にＭＲ変化率の変曲点があり、１０μｍ２ 以下の領域でＭＲ変化率が大きく且つ安定していることが読み取られ、また各表に散見される、歩留まり、ＭＲ変化率のばらつきも、製造条件等のばらつきに依存すると考えられて、接合面積１０μｍ２以下で本願発明に必要な高いＭＲ変化率が得られると言う事実の信頼性を損なうに至らないので、臨界的意義を認めることが出来る。
　従って、これらの事項が特許法第３６条の規定に違反するとはできない。
（２）特許法第２９条違反について
（２）−１  異議申立人遠山タイ子の提出した異議証拠甲第１号証及び甲第１号証に記載された事項の証拠能力について
　異議申立人遠山タイ子の提出した異議証拠甲第１号証：
　　宮崎照宣「スピントンネル磁気抵抗効果」　
　日本応用磁気学会誌Ｖｏｌ．２０、Ｎｏ．５、１９９６，８９６−９０４頁
は、
１．著者宮崎照宣氏が本件発明と同じ分野の研究者であり、かつ当該分野において企業と共同出願を行っている等完全な第三者とは言えず、また法的に守秘義務が無いと言っても、自己の研究成果である甲第１号証に記載の事実を論文（甲第１号証）掲載以前に第三者に全て公開するとも断言できない。さらに第三者が上記宮崎照宣氏にアクセスして上記甲第１号証に記載の事実を知ったという証拠がない。この点は共同研究者についても同様である。
２．一般的に学会は論文を受理した後も、守秘義務の有無にかかわらず、第三者に当該論文の内容を公表するとは考えられないので、論文が受理されたことをもって公開されたとも言えない。
　ことから、上記宮崎照宣氏及び共同研究者が自己の研究結果として、本件出願前に本件（訂正前の）請求項１〜５、７〜９に係る発明と同じ事項を知っていたとしても、上記各請求項に係る発明を特許法同２９条第１項第１号に定める公然知られた発明とは言えず、学会内でも公然と知られていたとは認められないので、甲第１号証は公知の刊行物としても、公然と知られた発明の証拠としても採用できない。
　また、異議申立人は、上記甲第１号証の第４節に，Ａｌ２Ｏ３ の障壁高さについて従来の報告値が１〜３ｅＶであると記載されていることから、
上記甲第１号証が有効でなくとも、甲第１号証執筆時に公知であることが明らかであるとするが、これも甲第１号証が公知文献でない以上伝聞証拠に過ぎず採用できない。甲第１号証の接合面積に関する記載も同様である。
（２）−２．甲第２号証について
　甲第２号証は甲第１号証と同様、強磁性体／絶縁体／強磁性体接合のスピン分極トンネル接合による磁気抵抗効果に関するもので、第４０７頁のテーブル２には、種々の接合、温度における磁気抵抗比と障壁高さ（MR ratio and barrier height for various junctions)が示され、そのテーブル中に、８０ＮｉＦｅ／Ａｌ２Ｏ３／Ｃｏ 接合において障壁高さ(barrier height)Φ１（ｅＶ）が０．６１−０．７５、Φ２（ｅＶ）が０．１３−０．１９ であることが示され、第４０９頁には「結果はテーブル２に示されており、Φ１ は異なる厚さの絶縁体のケースに対応し、Φ２　は５０Åの一定厚さの絶縁体のケースに対応する。（The result is shown in Table 2, in which Φ1  is corresponds to the case of different insulator thickness and Φ2 the case of 50Åconstant  insulator thickness. )」と記載されている。
　しかし、訂正後の請求項１において新たに規定された限定事項「トンネル接合部分の面積が１０μｍ２以下」については、格別の記載はない。当審が同時に取消理由として通知した刊行物特開平４−４２４１７号公報に「強磁性トンネル効果を用いた多層構造の磁気抵抗効果膜を形成する一対の磁性層間の接合面積が小さいほど再生感度が向上する」との記載（公報第４頁右上欄第８〜１１行参照）があるが、ここにも、「トンネル接合部分の面積が１０μｍ２以下」にするとの記載も示唆もない。そして、上記刊行物に示されない数値限定を含む上記限定事項により規定される構成により「高いＭＲ変化率を、
再現性よく
（２）−３．まとめ
　以上より訂正後の請求項１〜８に係る発明は甲第１号証に示された公然と知られた発明と同一であるとも、甲第２号証に記載された発明と同一であるとも、甲第１，２号証、及び当審の引用刊行物に記載の発明から当業者が容易に発明をすることができたとも認められないため、上記各請求項に係る発明に対する特許は特許法第２９条のいずれの規定にも該当せず、取り消されるべきものとはいえない。
III−２−２．特許異議申立人根津　仁の申立てについて
　特許異議申立人根津　仁の証拠として示す刊行物、特開平８−７０１４９号公報には、
「第１強磁性層と、酸化アルミニウムからなる絶縁層と、保磁力が第１強磁性層と異なる第２強磁性層とが順次積層されてなる強磁性トンネル接合において、抵抗変化率が１０％以上である強磁性トンネル接合、トンネル接合を利用した磁気抵抗素子、及びトンネル接合を利用した磁気抵抗素子を感磁部とする磁気ヘッド。」
が示されていると認められるが、訂正後の各請求項に規定された限定事項である「トンネル接合部分の面積が１０μｍ２以下」である点については何の記載もない。　従って、訂正後の請求項１〜８に係る発明は上記刊行物に期さされた発明と同一であるとはいえずず、特許法第２９条第１項第３号に該当するとは認められないため、同法第１１３条第２号の規定にもとづいて上記各請求項に係る発明に対する特許を取り消すことは出来ない。
IV．むすび
　以上のとおりであるから、特許異議申立て理由及び証拠によっては、本件の訂正後の請求項１〜８に係る発明に対する特許を取り消すことは出来ない。
　また、他に 上記各発明に対する特許を取り消すべき理由を発見しない。
  よって、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１４年１月２２日（２００２．１．２２）
【訂正の要旨】
訂正の要旨
　特許請求の範囲の記載について、
「【特許請求の範囲】
　【請求項１】　第１強磁性層と、絶縁層と、第２強磁性層とが順次積層されてなる強磁性トンネル接合であって、前記絶縁層によるバリアポテンシャルが０．５〜３ｅＶの範囲にある強磁性トンネル接合。
　【請求項２】　請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、前記絶縁層によるバリアポテンシャルは１．５〜２．５ｅＶの範囲にある強磁性トンネル接合。
　【請求項３】　請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、前記第１強磁性層の保磁力と、前記第２強磁性層の保磁力とが異なる強磁性トンネル接合。
　【請求項４】　請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、
　前記第１強磁性層および前記第２強磁性層が、前記絶縁層を介して、反強磁性的結合している
強磁性トンネル接合。
　【請求項５】　請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、前記絶縁層は、成膜後に大気中において４０〜１００℃で熱処理して形成した酸化アルミニウム膜である強磁性トンネル接合。
　【請求項６】　請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、前記絶縁層は、ダイアモンド状炭素膜である強磁性トンネル接合。
　【請求項７】　請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、トンネル接合部分の面積が１０μｍ２以下である強磁性トンネル接合。
　【請求項８】　強磁性トンネル接合を感磁部とする磁気抵抗効果素子であって、前記強磁性トンネル接合は、請求項１乃至７に記載された何れかでなる磁気抵抗効果素子。
　【請求項９】　磁気抵抗効果素子を有する磁気抵抗効果型ヘッドであって、前記磁気抵抗効果素子は、請求項８に記載されたものでなる磁気抵抗効果型ヘッド。」
を、
「【特許請求の範囲】
　【請求項１】　第１強磁性層と、絶縁層と、第２強磁性層とが順次積層されてなる強磁性トンネル接合であって、前記絶縁層によるバリアポテンシャルが０．５〜３ｅＶの範囲にあり、トンネル接合部分の面積が１０μｍ２以下である強磁性トンネル接合。
　【請求項２】　請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、前記絶縁層によるバリアポテンシャルは１．５〜２．５ｅＶの範囲にある強磁性トンネル接合。
　【請求項３】　請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、前記第１強磁性層の保磁力と、前記第２強磁性層の保磁力とが異なる強磁性トンネル接合。
　【請求項４】　請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、
　前記第１強磁性層および前記第２強磁性層が、前記絶縁層を介して、反強磁性的結合している
強磁性トンネル接合。
　【請求項５】　請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、前記絶縁層は、成膜後に大気中において４０〜１００℃で熱処理して形成した酸化アルミニウム膜である強磁性トンネル接合。
　【請求項６】　請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、前記絶縁層は、ダイアモンド状炭素膜である強磁性トンネル接合。
　【請求項７】　強磁性トンネル接合を感磁部とする磁気抵抗効果素子であって、前記強磁性トンネル接合は、請求項１乃至６に記載された何れかでなる磁気抵抗効果素子。
　【請求項８】　磁気抵抗効果素子を有する磁気抵抗効果型ヘッドであって、前記磁気抵抗効果素子は、請求項７に記載されたものでなる磁気抵抗効果型ヘッド。」
と訂正する。
（５４）【発明の名称】
強磁性トンネル接合
（５７）【特許請求の範囲】
　【請求項１】　第１強磁性層と、絶縁層と、第２強磁性層とが順次積層されてなる強磁性トンネル接合であって、
　前記絶縁層によるバリアポテンシャルが０．５〜３ｅＶの範囲にあり、
　トンネル接合部分の面積が１０μｍ２以下である
強磁性トンネル接合。
　【請求項２】　請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、
　前記絶縁層によるバリアポテンシャルは１．５〜２．５ｅＶの範囲にある
強磁性トンネル接合。
　【請求項３】　請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、
　前記第１強磁性層の保磁力と、前記第２強磁性層の保磁力とが異なる
強磁性トンネル接合。
　【請求項４】　請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、
　前記第１強磁性層および前記第２強磁性層が、前記絶縁層を介して、反強磁性的結合している
強磁性トンネル接合。
　【請求項５】　請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、
　前記絶縁層は、成膜後に大気中において４０〜１００℃で熱処理して形成した酸化アルミニウム膜である
強磁性トンネル接合。
　【請求項６】　請求項１に記載された強磁性トンネル接合であって、
　前記絶縁層は、ダイアモンド状炭素膜である
強磁性トンネル接合。
　【請求項７】　強磁性トンネル接合を感磁部とする磁気抵抗効果素子であって、
　前記強磁性トンネル接合は、請求項１乃至６に記載された何れかでなる
磁気抵抗効果素子。
　【請求項８】　磁気抵抗効果素子を有する磁気抵抗効果型ヘッドであって、
　前記磁気抵抗効果素子は、請求項７に記載されたものでなる
磁気抵抗効果型ヘッド。
【発明の詳細な説明】
　【０００１】
　【発明の属する技術分野】
　本発明は、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドに用いられる強磁性トンネル接合に関する。
　【０００２】
　【従来の技術】
　高密度磁気記録における再生ヘッドとして、異方性磁気抵抗（以下ＡＭＲと称する）効果を用いた磁気抵抗効果型ヘッド（以下ＭＲ磁気ヘッドと称する）が商品化されている。しかしながら、磁性層にＮｉＦｅ等のＡＭＲ効果膜を用いているため、磁気抵抗（ＭＲ）変化率は約２％、感度は０．５％／Ｏｅと低いので、さらに高ＭＲ変化率、高感度なＭＲ膜が望まれている。
　【０００３】
　このような要望に応える技術として、近年、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）という新しい現象が見出され、従来のＡＭＲ効果より大きな磁気抵抗変化率が得られるということで研究が進められている。ＧＭＲ効果を生じる、強磁性層／非磁性金属層／強磁性層／反強磁性層の膜構成からなるスピンバルブ（ＳＶ）膜は、２〜５％／Ｏｅの高感度な特性を示すため、これを用いたＳＶヘッドが次世代再生ヘッドとして注目され、実用化研究が始められている。
　【０００４】
　一方、ＧＭＲ効果とは別に、強磁性層／絶縁層／強磁性層の接合構造を持ち、両強磁性層の磁化の相対角度に依存してトンネル効果があらわれる強磁性トンネル効果という現象が見出され、この現象を利用した磁気抵抗効果素子の研究及び開発が進められている。強磁性トンネル効果膜は非常に高い磁場感度を有するため、１０Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ２以上の超高密度磁気記録における再生ヘッドとして可能性がある。Ｓ．Ｍａｅｋａｗａ　ａｎｄ　Ｖ．Ｇａｆｖｅｒｔ等は、ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．，ＭＡＧ−１８，７０７（１９８２）において、磁性体／絶縁体／磁性体接合で両磁性層の磁化の相対角度に依存してトンネル効果が現れることが期待されることを理論的、実験的に示した。
　【０００５】
　特開平４−４２４１７号公報は、強磁性トンネル効果膜を有する磁気抵抗効果素子を開示しており、従来のＭＲヘッドにくらべ、微小な漏洩磁束の変化を高感度、かつ、高分解能に検出できること、接合面積を狭めることによりピンホ−ルの発生確率を小さくして、再生感度を一層向上させることができる旨述べられている。
　【０００６】
　また、特開平４−１０３０１４号公報は、磁性層に反強磁性体からのバイアス磁界を印加する強磁性トンネル効果膜およびそれを用いた磁気抵抗効果素子を開示している。
　【０００７】
　更に、Ｔ．Ｍｉｙａｚａｋｉ及びＮ．Ｔｅｚｕｋａ等は、Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｍａｇｎ．Ｍａｔｅｒ．１３９（１９９５）Ｌ２３１において、Ｆｅ／Ａｌ２Ｏ３／Ｆｅトンネル接合で室温においてＭＲ変化率１８％が得られたと報告している。また　Ｍ．Ｐｏｍｅｒａｎｔｚ，Ｊ．Ｃ．Ｓｌｏｃｚｅｗｓｋｉ及びＥ．Ｓｐｉｌｌｅｒ等は、Ｆｅ／ａ−Ｃａｒｂｏｎ／Ｆｅ膜について開示している。
　【０００８】
　しかしながら、これまで報告された強磁性トンネル接合には、種々の解決すべき課題が存する。
　【０００９】
　なお、本発明における強磁性トンネル接合は上記の強磁性トンネル効果膜と同一のものである。
　【００１０】
　【発明が解決しようとする課題】
　本発明の課題は、高いＭＲ変化率を、再現性良く得ることのできる強磁性トンネル接合を提供することである。
　【００１１】
　本発明のもう一つの課題は、磁気抵抗効果素子または磁気ヘッド等への応用において、構造を簡素化し得る強磁性トンネル接合を提供することである。
　【００１２】
　【課題を解決するための手段】
　上述した課題を解決するため、本発明は、第１強磁性層と、絶縁層と、第２強磁性層とが順次積層されてなる強磁性トンネル接合において、前記絶縁層によるバリアポテンシャルを０．５〜３ｅＶの範囲に設定したことを特徴とする。
　【００１３】
　【発明の実施の形態】
　図１は強磁性トンネル接合を概念的に示す斜視図、図２は図１のＡ２ーＡ２線に沿った断面図である。図示するように、強磁性トンネル接合は、第１強磁性層１と、絶縁層３と、第２強磁性層２とが順次積層されてなる。これらは、適当な絶縁支持基板４上に積層されている。本発明は、かかる構造において、絶縁層３によるバリアポテンシャルを０．５〜３ｅＶの範囲に設定したことを特徴とする。
　【００１４】
　強磁性トンネル接合において、電子ｅがスピンの向きを保ったまま、第１強磁性層１から、絶縁層３を介して、第２強磁性層２に通り抜ける（図１、図２参照）とき、電子ｅの透過率はスピンを考慮して求めた波動関数を用いて、入射波と透過波の振幅自乗比から求められ、そのトンネルコンダクタンスＧは、
　Ｇ＝Ｇ０′（１＋Ｐ１′・Ｐ２′）ＣＯＳθ
と表される。ここで、
　Ｐ１′＝［（Ｋ１↑−Ｋ１↓）／（Ｋ１↑＋Ｋ１↓）］α１
　Ｐ２′＝［（Ｋ２↑−Ｋ２↓）／（Ｋ２↑＋Ｋ２↓）］α２
　Ｇ０′：両強磁性層内での電子の波数Ｋ１↑、Ｋ１↓、Ｋ２↑、Ｋ２↓及びバリアポテンシャルの高さで定まる定数
　α１、α２：　バリアポテンシャルの高さに依存する係数
　Ｐ１′、Ｐ２′：　両強磁性層１、２の有効スピン偏極度
　Ｐ１、Ｐ２：　両強磁性層１、２のスピン偏極度（有効スピン偏極度Ｐ１′、Ｐ２′の分数部分）
である。トンネルコンダクタンスの変化率△Ｇ／Ｇ０は、
　△Ｇ／Ｇ０＝２・Ｐ１′・Ｐ２′
となる。トンネルコンダクタンスの変化率△Ｇ／Ｇ０はＭＲ変化率と同義である。
　【００１５】
　バリアポテンシャルの高さが低いと、それに依存する係数α１、α２が小さくなるため、両強磁性層の有効スピン偏極度Ｐ１′、Ｐ２′も小さくなり、ＭＲ変化率が低くなる。逆に、バリアポテンシャルが充分に高いと、有効スピン偏極度Ｐ１′、Ｐ２′が、スピン偏極度Ｐ１、Ｐ２に近づき、高いＭＲ変化率が得られる。
　【００１６】
　バリアポテンシャルが０．５〜３ｅＶの範囲にある本発明の場合、高いＭＲ変化率を、再現性よく得ることができる。その理由の一つは、バリアポテンシャルを０．５〜３ｅＶの範囲に保つことにより、均一性が良好で、ピンホールの非常に少ない絶縁層３の形成が保証されるためと推測される。
　【００１７】
　もう一つの理由は、上述したバリアポテンシャルの範囲では、第１強磁性層１と第２強磁性層２との間に、絶縁層３を介して、安定した反強磁性
的
　【００１８】
　バリアポテンシャルが３ｅＶを越えると、高いＭＲ変化率を得ることができなくなる。原因は明確ではないが、３ｅＶを越えるバリアポテンシャルの範囲では、トンネル電流が流れなくなるためではないかと推測される。
　【００１９】
　バリアポテンシャルが０．５ｅＶよりも小さくなると、この種の強磁性トンネル接合において期待される高いＭＲ変化率を得ることができなくなる。その理由は、絶縁層３の均一性が劣化し、ピンホールが増えるためと推測される。
　【００２０】
　次に、バリアポテンシャルが０．５〜３ｅＶとなる範囲において、第１強磁性層１と第２強磁性層２との間に、絶縁層３を介して、安定した反強磁性的結合を生じさせ得る可能性は、この強磁性トンネル接合を、磁気ヘッドの読み取り用磁気変換素子に用いる場合に大きな利点をもたらす。
　【００２１】
　図３は反強磁性的結合を生じている場合の磁場ー磁気抵抗変化率特性を示す図である。図３に示すように、反強磁性的結合を生じている場合、磁場ー磁気抵抗曲線Ｌ１、Ｌ２が零磁場付近の領域△Ｈで、ＭＲ変化率が最も高い値を示すようになる。従って、この強磁性トンネル接合を磁気ヘッドの読み取り用磁気変換素子として用いた場合、バイアス磁場を印加する必要がなく、形状効果のみで、零磁場付近で直線領域が得られる。このため、磁気ヘッドの構造を簡素化することができる。
　【００２２】
　上述のようなバリアポテンシャルを確保し得る絶縁層３の一例は、大気中で４０〜１００℃アニールした酸化アルミニウム膜である。かかる酸化アルミニウム膜は、金属アルミニウムが局部的に存在しなくなったため、上下の強磁性層１−２間でブリッジができなくなり、その結果、高いバリアポテンシャルを有する極薄絶縁層３を有する強磁性トンネル接合が実現できる。
　【００２３】
　絶縁膜の他の例としては、ダイアモンド状炭素膜（Ｄｉａｍｏｎｄ−ｌｉｋｅ　ｃａｒｂｏｎ膜、以下ＤＬＣ膜と称する）も、高いバリアポテンシャルを有する極薄絶縁層３を実現するのに有効である。特に、プラズマＣＶＤ法で作製したＤＬＣ膜は、数十Åという非常に薄い層厚においても、均一、かつ、ピンホ−ルのない良好な絶縁層３が得られる。
　【００２４】
　なお、Ｍ．Ｐｏｍｅｒａｎｔｚ，Ｊ．Ｃ．Ｓｌｏｃｚｅｗｓｋｉ　及びＥ．Ｓｐｉｌｌｅｒ等が開示した中間層のＣ膜は、ＭＢＥ法で作製したアモルファス−Ｃ膜であり、プラズマＣＶＤ法で作製したＤＬＣ膜とは異なる。具体的には、アモルファス−Ｃ膜は炭素同士がネットワーク状に結合しているものであるが、本発明のＤＬＣ膜は炭素と水素がネットワ−ク状に結合しており、本質的に異なるものである。
　【００２５】
　本発明において、通常、第１強磁性層１の保磁力と、第２強磁性層２の保磁力とは、互いに異ならせる。図４は第１強磁性層１の保磁力Ｈ１と、第２強磁性層２の保磁力Ｈ２とを、Ｈ１＞Ｈ２（またはＨ２＞Ｈ１）のように異ならせた場合の磁化曲線を示している。図示するように、磁化曲線は二段ループになっている。図４中、円の内部に示された２つの矢印は、第１強磁性層１の磁化の向き、及び、第２強磁性層２の磁化の向きをそれぞれ示している。
　【００２６】
　第１強磁性層１の磁化の向きと、第２強磁性層２の磁化の向きは、印加磁界が保磁力Ｈ２（絶対値）より大きく、かつ、保磁力Ｈ１（絶対値）よりも小さい場合は、反平行になり、印加磁界が保磁力Ｈ１よりも大きい場合は、平行になる。電気抵抗は、磁化の向きが反平行状態のとき大きく、磁化の向きが平行状態であるとき小さくなる。磁化の向きが平行である時の抵抗値Ｒｓとし、磁化の向きが反平行から平行へ変化した時の抵抗の変化分を△Ｒとすると、ＭＲ変化率は△Ｒ／Ｒｓとなる。これにより、外部印加磁界を検出することができる。
　【００２７】
　次に実施例を挙げて説明する。
実施例１
　３インチφのガラス基板でなる絶縁支持基板４上に、ＮｉＦｅでなる第１強磁性層１、酸化アルミニウム膜でなる絶縁層３及びＣｏでなる第２強磁性層２を積層し、図１及び図２に示した強磁性トンネル接合を得た。酸化アルミニウム膜でなる絶縁層３は、アルミニウム膜を大気中において６０℃、２４時間の熱処理を行なって形成した。強磁性トンネル接合の接合面積は０．２５〜２５００μｍ２とした。
　【００２８】
　上述した接合面積を持つ強磁性トンネル接合を、各２０個ずつ作製し、各接合面積毎のバリアポテンシャル、ＭＲ変化率の平均値及びそのばらつきを調べた。また、歩留りについても調べた。次に、強磁性トンネル接合の作製方法を具体的に説明する。
　【００２９】
　まず、大きさ３インチφのコ−ニング７０５９ガラス基板でなる支持基板４上に第１強磁性層１として、層厚１０ｎｍのＮｉＦｅ膜をＲＦスパッタ法で成膜し、レジストフォトリソ、Ａｒイオンミリング、レジスト剥離の微細加工技術を用いて、０．５〜５０μｍ×０．５ｍｍの矩形状にパタ−ニングした。
　【００３０】
　その後、レジストパタ−ニングをおこない、第１強磁性層１を構成するＮｉＦｅ層の表面酸化層を逆スパッタにより除去したあと、電子ビ−ム加熱式真空蒸着法により、層厚５ｎｍのアルミニウム膜を成膜した。
　【００３１】
　その後、サンプルを真空蒸着装置から取り出して、大気中において６０℃、２４時間の熱処理を行なった後、リフト・オフ・プロセスを経て、直径３ｍｍφの酸化アルミニウム膜でなる絶縁層３を形成した。
　【００３２】
　次に、再びレジストパタ−ニングをおこなった後、第２強磁性層２として層厚１００ｎｍのＣｏ膜をＲＦスパッタ法で成膜し、続いて、リフトオフプロセスを経て、第１強磁性層１と直角方向に０．５〜５０μｍ×０．５ｍｍの矩形状パタ−ンを持つ第２強磁性層２を形成した。これにより、接合面積０．２５〜２５００μｍ２の強磁性トンネル接合が得られた。
　【００３３】
　また、比較として、従来用いられている自然酸化アルミニウム膜（成膜後、大気中において２４時間放置）を絶縁層３としたＮｉＦｅ／酸化アルミニウム／Ｃｏ強磁性トンネル接合も同様に作製した。
　【００３４】
　実施例及び比較例において採用された第１強磁性層１および第２強磁性層２の成膜条件は以下に示す通りである。また、アルミニウム膜は、到達圧力３×１０−５　Ｐａ、蒸着速度０．０５ｎｍ／ｓｅｃで作製した。
＜強磁性層成膜条件＞
　到達圧力：１×１０−５Ｐａ
　タ−ゲット：　Ｎｉ８０Ｆｅ２０ａｔ％、Ｃｏ（４インチφ）
　スパッタガス：Ａｒ　５０　ｓｃｃｍ
　スパッタ圧力：０．５Ｐａ
　投入パワ−：　１５０　Ｗ
　成膜レ−ト：ＮｉＦｅ　４５ｎｍ／ｍｉｎ、Ｃｏ　４０ｎｍ／ｍｉｎ
　基板温度：　水冷
このようにして作製したサンプルについて、直流４端子法で磁気抵抗（ＭＲ）曲線を測定した。なお、測定時の最大印加磁場は±１ｋＯｅとし、−１ｋＯｅの磁場を印加させたのち、磁場を徐々に大きくして＋１ｋＯｅまでかけ、再び−１ｋＯｅに戻した。また、バリアポテンシャルはトンネル接合のＶ−Ｉ特性を測定し、直線領域からのずれをもとめた。
　【００３５】
　図５に本発明に係る接合面積５０×５０μｍ２の強磁性トンネル接合の磁気抵抗曲線を示す。印加磁場を−１ｋＯｅより大きくしていくと、＋５Ｏｅにおいて、第１強磁性層１の磁化反転がおこり、第１強磁性層１　と第２強磁性層２のスピンが反平行になるため、電気抵抗が大きくなる。バリアポテンシャルを求めた結果０．５ｅＶであり、作製した２０個のうち１６個において同様のＭＲ曲線が得られた。ＭＲ変化率は６．６〜８．１％であり、ＭＲ変化率の平均値は７．６％で、変化率ばらつきは±７％であった。
　【００３６】
　一方、自然酸化アルミニウム膜を絶縁層３とした比較例の強磁性トンネル接合においては、バリアポテンシャルは０．２ｅＶしか得られなかった。また、４個しかＭＲ曲線が観測できず、ＭＲ変化率平均値は１．５％と低く、平均値ばらつき±８８％と非常に大きかった。種々の接合面積についても同様の評価を行なった。これらの結果を表１ー１、１ー２に示す。
　【００３７】
　表１から明らかなように、大気中６０℃熱処理により形成した酸化アルミニウム膜を絶縁層３としての用いることにより、０．５〜３ｅＶの高いバリアポテンシャルと高いＭＲ変化率が得られ、しかもばらつきが少なく、高い歩留まりが得られる。特にバリアポテンシャルが１．５〜２．５ｅＶのとき歩留りが高い。また、３０〜２５０℃の温度範囲で大気中熱処理して得られた酸化アルミニウム膜を絶縁層３とした強磁性トンネル接合のＭＲ特性を調べた結果、４０〜１００℃熱処理した場合に、高いＭＲ変化率が得られ、しかも、ばらつきが少なく、高い歩留まりが得られることがわかった。
　【００３８】
　実施例２
　ガラス基板でなる支持基板４上に、絶縁層３をＤＬＣ膜によって構成した強磁性トンネル接合を形成した。第１強磁性層１はＣｏ５０Ｆｅ５０によって構成し、第２強磁性２層２はＣｏによって構成した。接合面積は０．２５〜２５００μｍ２とした。第１強磁性層１及び第２強磁性層２は実施例１と同様の方法で作製した。絶縁膜３を構成するＤＬＣ膜は、プラズマＣＶＤ法により、層厚５ｍｍ、直径３ｍｍφになるよう成膜し、リフトオフ法によりパタ−ニングした。ＤＬＣ膜の成膜条件は以下に示す。
　【００３９】
　＜ＤＬＣ膜成膜条件＞
　到達圧力：２×１０−３　Ｐａ
　導入ガス：メタン　５ｓｃｃｍ
　スパッタ圧力：３．５Ｐａ
　ＲＦパワ−：５０　Ｗ
　自己バイアス：−１５０　Ｖ
　成膜レート：１０ｎｍ／ｍｉｎ
　基板温度：加熱および水冷なし
また、比較例として、自然酸化アルミニウム膜を絶縁層３としたＣｏ５０Ｆｅ５０／酸化アルミニウム／Ｃｏ強磁性トンネル接合を作製した。
　【００４０】
　上記実施例及び比較例のサンプルについて、直流４端子法でＭＲ特性を測定して得られた結果を表２ー１、２ー２に示す。
　【００４１】
　表２から明らかなように、プラズマＣＶＤ法で作製したＤＬＣ膜を、絶縁層３として用いることにより、高いバリアポテンシャルおよび高いＭＲ変化率が得られ、しかも、ばらつきが少なく、高い歩留まりが得られることがわかる。例えば、本実施例による接合面積５０×５０μｍ２のサンプルについて、作製した２０個のうち、１５個でＭＲ曲線が得られた。ＭＲ変化率の平均値は１８．９％で、変化率のばらつきは±１２％であった。また、実施例１と同様に、バリアポテンシャル１．５〜２．５ｅＶのとき特に歩留りが高かった。これに対して、自然酸化アルミニウム膜を絶縁層３とした比較例の強磁性トンネル接合においては、バリアポテンシャルは小さく、５個しかＭＲ曲線が観測できず、ＭＲ変化率平均値は３．３％と低く、ばらつきは±８８％と非常に大きかった。
　【００４２】
　次に、接合面積と反転磁場との関係について述べる。接合面積が小さいほど絶縁層３のピンホールなどの欠陥が少なくなるため高い歩留まりが得られることは報告されている。表１および表２からわかるように、本実施例の強磁性トンネル接合において、接合面積が小さいほどＭＲ変化率は高く、また高い歩留まりが得られる。特にバリアポテンシャル１．５〜２．５ｅＶのときに歩留りが高くなる。また、図５に示す磁場Ｈａｂ、即ち、第１強磁性層１の磁化が反転する磁場が、負の方向にシフトしていくことがわかった。特に、接合面積が１０μｍ２より小さくバリアポテンシャルが１．５〜２．５ｅＶのとき、零磁場において第１強磁性層１と第２強磁性層２の各々の磁化が反平行状態になる。このことは、両磁性層間に反強磁性的結合力が作用していることを示している。接合面積が１０μｍ２より小さい場合に高いＭＲ変化率と高い歩留まりが得られたのは、均一でピンホールの非常に少ない絶縁層３を用い、かつ、接合面積を小さくすることにより、両磁性層間に反強磁性的結合が生じたためと考えられる。また実施例１−７及び実施例２−８に示すように、接合面積が１０μｍ２以下でもバリアポテンシャルが２．５ｅＶより大きいと、両磁性層間で反強磁性的接合は得られず、歩留りも若干低下する。
　【００４３】
　次に、本発明に係る強磁性トンネル接合を、磁気ヘッドへ適用した例について述べる。
＜本発明のＭＲヘッド＞
　実施例２によるＣｏ５０Ｆｅ５０／ＤＬＣ／Ｃｏ強磁性トンネル接合を磁気抵抗効果膜に用いた再生用磁気抵抗効果型ヘッドを作製し、磁気記録媒体に書き込まれた記録信号を読み出し、再生感度および再生出力を調べ、従来のＡＭＲ磁気抵抗効果型ヘッドと比較した。図６に本発明にかかる強磁性トンネル接合を用いた再生用磁気ヘッドの模式図を示す。次に、ヘッドの作製方法について説明する。
　【００４４】
　まず、膜厚３０μｍのアルミナ絶縁膜が形成されたＡｌ２Ｏ３ーＴｉＣ基板（図示しない）上に下部シ−ルド膜７１として、ＤＣスパッタ法を用いて、膜厚２μｍのセンダスト膜を形成し、フォトリソグラフおよびＡｒイオンエッチングにより所定の形状にした。
　【００４５】
　次に、この上に下部絶縁層８１として、ＲＦスパッタ法を用いて、膜厚８０ｎｍのアルミナ膜を形成し、続いて、第１電極膜６１として、レジストパタ−ニング後、Ｃｒ（５ｎｍ）／Ｃｕ（３０ｎｍ）／Ｃｒ（５ｎｍ）膜をＤＣスパッタ法により成膜し、リフトオフ法で所定の形状に加工した。
　【００４６】
　次に、膜厚１０ｎｍのＣｏ５０Ｆｅ５０膜でなる第１強磁性層１、膜厚５ｎｍのＤＬＣ膜でなる絶縁膜３及び膜厚５ｎｍのＣｏ膜でなる第２強磁性層２を積層し、それによって強磁性トンネル接合９を形成した。強磁性トンネル接合の形成方法について述べる。
　【００４７】
　まず、レジストパタ−ニング後第１強磁性層１として、Ｃｏ５０Ｆｅ５０（１０ｎｍ）層をＲＦスパッタ法で形成し、絶縁層３としてＤＬＣ（５ｍｍ）層をプラズマＣＶＤ法で形成した。次に、第２強磁性層２として、Ｃｏ（１０ｎｍ）層をＲＦスパッタ法で形成し、リフトオフ法により幅１μｍ×長さ６μｍの形状にした。
　【００４８】
　最後に、第１電極膜６１と同じ方法で、レジストパタ−ニング後、第２電極膜６２としてＣｒ（５ｎｍ）／Ｃｕ（３０ｎｍ）／Ｃｒ（５ｎｍ）膜を成膜し、リフトオフ法で所定の形状に加工した。なお、第２電極膜を成膜する前に、第２強磁性層２の上部に形成された表面酸化層などを逆スパッタで除去し、最終的な第２強磁性層厚が５μｎｍになるようにした。その上に、上部絶縁層８２として膜厚９０ｎｍのアルミナ膜を形成した。
　【００４９】
　次に、上部シ−ルド膜７２として、膜厚２μｍのＮｉＦｅ膜をＤＣスパッタ法で成膜し、フォトリソおよびＡｒイオンエッチングにより所定の形状にした。最後に、めっき法でＣｕのバンプ電極膜を作製したのち、保護膜として膜厚３０μｍのアルミナ膜を被せた。その後、所定の大きさに加工研磨して接合面積が幅１μｍ、長さ１μｍの再生用磁気抵抗効果型ヘッドとした。すなわち、ヘッドのトラック幅は１μｍおよびＭＲハイトは１μｍ、ＭＲシ−ルド間隔は０．２７μｍとした。
＜従来のＡＭＲヘッド：比較例＞
　比較のため、図７に示すような、ＳＡＬバイアス方式のＮｉＦｅ層をＭＲ膜としたトラック幅１μｍ、ＭＲハイト１μｍ、ＭＲシ−ルド間隔０．２７μｍの従来のＡＭＲヘッドも作製した。作製方法を以下に示す。下部絶縁層８１の形成までは本発明の強磁性トンネル接合型ＭＲヘッドと同じである。下部絶縁層８１を形成した後、まずＳＡＬ膜としてＮｉＦｅＲｈ膜５１、磁気分離膜としてＴａ膜５２及び、ＭＲ膜としてＮｉＦｅ膜５３をＤＣスパッタ法で成膜し、微細加工技術により矩形状に加工した。その後、電極膜６１、６２、上部絶縁層８２及び上部シ−ルド膜７２を薄膜及び微細加工技術で形成した。
　【００５０】
　この磁気ヘッドを用いて、保磁力２５００Ｏｅ、膜厚５０ｎｍの磁気記録媒体に書き込まれた記録信号を再生し、特性を調べた。図８は、単位トラック幅当たりの再生出力と記録密度を比較した図である。曲線Ｌ３は本発明に係る強磁性トンネル接合を用いた磁気ヘッドの特性、曲線Ｌ４は従来のＡＭＲヘッドの特性をそれぞれ示している。図８に示すように、本発明の再生用磁気抵抗効果型ヘッドによれば、従来のＡＭＲヘッドより４〜５倍の再生出力が得られた。
　【００５１】
　【発明の効果】
　以上述べたように、本発明によれば、次のような効果を得ることができる。
（ａ）高いＭＲ変化率を、再現性良く得ることのできる強磁性トンネル接合を提供することができる
（ｂ）磁気抵抗効果素子または磁気ヘッド等への応用において、構造を簡素化し得る強磁性トンネル接合を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
　【図１】
　本発明に係る強磁性トンネル接合を模式的に示す斜視図である。
　【図２】
　図１のＡ２ーＡ２線に沿った断面図である。
　【図３】
　強磁性トンネル接合の磁気抵抗変化率特性を示す図である。
　【図４】
　強磁性トンネル接合の磁化曲線を示す図である。
　【図５】
　本発明に係る強磁性トンネル接合の磁気抵抗変化率特性を示す図である。
　【図６】
　本発明に係る強磁性トンネル接合を用いた磁気ヘッドの構成を概略的に示す斜視図である。
　【図７】
　ＡＭＲ効果を用いた従来の磁気ヘッドの構成を示す断面図である。
　【図８】
　本発明の再生磁気ヘッドと従来のＡＭＲヘッドの再生特性を示す図である。
　【符号の説明】
　１　　　　　　　第１強磁性層
　２　　　　　　　第２強磁性層
　３　　　　　　　絶縁層
　４　　　　　　　基板
　５１　　　　　　ＳＡＬ膜
　５２　　　　　　磁気分離膜
　５３　　　　　　ＭＲ膜
　６１、６２　　　電極膜
　７１　　　　　　下部シ−ルド膜
　７２　　　　　　上部シ−ルド膜
　８１　　　　　　下部絶縁層
　８２　　　　　　上部絶縁層
　９　　　　　　　強磁性トンネル接合