(57)【要約】【課題】本発明は、ＭＲ変化率の高い磁気抵抗効果素子及びそれを用いた磁気記録再生装置を提供する。【解決手段】キャップ層と、磁化固着層と、前記キャップ層と前記磁化固着層との間に設けられた磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられたトンネル絶縁スペーサ層と、前記磁化固着層中、前記磁化固着層と前記トンネル絶縁スペーサ層との間、前記トンネル絶縁スペーサ層と前記磁化自由層との間、前記磁化自由層中、及び前記磁化自由層と前記キャップ層との間の何れかに設けられ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも１つの元素、並びにＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも１つの元素を含む酸化物を有する機能層と、を備えた積層体と、前記積層体の膜面に垂直に電流を流すための一対の電極と、を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。【選択図】図１
2011228545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャップ層と、
磁化固着層と、
前記キャップ層と前記磁化固着層との間に設けられた磁化自由層と、
前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられたトンネル絶縁スペーサ層と、
前記磁化固着層中、前記磁化固着層と前記トンネル絶縁スペーサ層との間、前記トンネル絶縁スペーサ層と前記磁化自由層との間、前記磁化自由層中、及び前記磁化自由層と前記キャップ層との間の何れかに設けられ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも１つの元素、並びにＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも１つの元素を含む酸化物を有する機能層と、
を備えた積層体と、
前記積層体の膜面に垂直に電流を流すための一対の電極と、
を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記機能層の抵抗率が５×１０４μΩｃｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記機能層の膜厚が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であるとこを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記機能層がさらにＡｌ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、及びＳｎから選択される少なくとも１つの元素を含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記トンネル絶縁スペーサ層はＭｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ及びＺｎから選択される少なくとも１つの元素を含む非磁性酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
磁気記録媒体と、
請求項１に記載の磁気抵抗効果素子を備えた磁気記録ヘッドと、
前記磁気記録ヘッドを用いて前記磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部と、
を備え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、磁気抵抗効果素子及びそれを用いた磁気記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果素子の品質を向上させる上で、ＭＲ変化率を増大させることが重要である。ＭＲ変化率を増大させる目的で、磁気抵抗効果素子の構成の改変やスペーサ層の材料の選択等が行われている。例えば、強磁性層の層中あるいは、これらと非磁性スペーサ層との界面に、酸化物あるいは窒化物からなる薄膜のスピンフィルター層（Ｓｐｉｎ  Ｆｉｌｔｅｒ：ＳＦ）を挿入した磁気抵抗効果素子が提案されている。このＳＦ層は、アップスピン電子又はダウンスピン電子の何れか一方の通電を阻害するスピンフィルター効果を有するために、ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｒｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）変化率を増大させることができる。このように、磁気抵抗効果素子に対して様々な改良がなされているものの、更なるＭＲ変化率の増大が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−６５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、ＭＲ変化率の高い磁気抵抗効果素子及びそれを用いた磁気記録再生装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子は、キャップ層と、磁化固着層と、前記キャップ層と前記磁化固着層との間に設けられた磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられたトンネル絶縁スペーサ層と、前記磁化固着層中、前記磁化固着層と前記トンネル絶縁スペーサ層との間、前記トンネル絶縁スペーサ層と前記磁化自由層との間、前記磁化自由層中、及び前記磁化自由層と前記キャップ層との間の何れかに設けられ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも１つの元素、並びにＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも１つの元素を含む酸化物を有する機能層と、を備えた積層体と、前記積層体の膜面に垂直に電流を流すための一対の電極と、を備えたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の構成を示す図。
【図２】第１の変形例に係る磁気抵抗効果素子の構成を示す図。
【図３】第２の変形例に係る磁気抵抗効果素子の構成を示す図。
【図４】第３の変形例に係る磁気抵抗効果素子の構成を示す図。
【図５】第４の変形例に係る磁気抵抗効果素子の構成を示す図。
【図６】第５の変形例に係る磁気抵抗効果素子の構成を示す図。
【図７】第６の変形例に係る磁気抵抗効果素子の構成を示す図。
【図８】第２の実施形態に係る磁気ヘッドの構成を示す図。
【図９】磁気ヘッドの構成を示す図。
【図１０】第３の実施形態に係る磁気記録再生装置の構成を示す図。
【図１１】ヘッドスライダの構成を示す図。
【図１２】ヘッドスタックアッセンブリの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。また、以下説明する図面において、符号が一致するものは、同様のものを示しており、重複した説明は省略する。
【０００８】
本発明は、スピンバルブ膜を含むＴＭＲ（ｔｕｎｎｅｌｉｇ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｔａｎｃｅ）素子を想定している。スピンバルブ膜とは、２層の強磁性層の間に非磁性スペーサ層を挟んだサンドイッチ構造を有する積層膜であり、抵抗変化を生ずる積層膜構造部位はスピン依存散乱ユニットとも呼ばれる。２層の強磁性層の一方の強磁性層（「ピン層」あるいは「磁化固定層」という）の磁化方向は反強磁性層などで固着される。他方の強磁性層（「フリー層」あるいは「磁化自由層」という）の磁化方向は外部磁界により変化可能である。スピンバルブ膜では、２層の強磁性層の磁化方向の相対角度の変化によって、大きな磁気抵抗効果が得られる。ＴＭＲ素子では、スピンバルブ膜面に対して垂直方向から電流を流す。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０の構成を示す図である。
【００１０】
本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０は、磁気抵抗効果素子１０を酸化等の劣化から防止するキャップ層１９と、磁化が固着された磁化固着層（以下、ピン層と呼ぶ）１４と、キャップ層１９とピン層１４との間に設けられた磁化が自由に回転する磁化自由層（以下、フリー層と呼ぶ）１８と、ピン層１４とフリー層１８との間に設けられた非磁性絶縁体からなる中間層（以下、トンネル絶縁スペーサ層と呼ぶ）１６と、トンネル絶縁スペーサ層１６とフリー層１８との間に設けられ、少なくともＺｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄの何れか１つの元素、並びに少なくともＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉの何れか１つの元素を混合した酸化物を含む機能層２１と、を備える。ここで、キャップ層１９、フリー層１８、機能層２１、トンネル絶縁スペーサ層１６、及びピン層１４を含む構成要素が積層されたものを積層体と定義する。
【００１１】
また、磁気抵抗効果素子１０は、積層体の膜面に垂直に電流を流すための一対の電極（下電極１１および上電極２０）を備える。これらの電極は、それぞれ積層体の最も外側の層に接触しており、トンネル絶縁スペーサ層１６を基準として、ピン層１４側に位置する電極を下電極１１と称し、フリー層１８側に位置する電極を上電極２０と称する。さらに、磁気抵抗効果素子１０は、下電極１１とピン層１４との間に設けられ、ピン層１４の磁化方向を固着するための反強磁性体からなるピニング層１３、およびピニング層１３と下電極１１との間に設けられた下地層１２を備える。
【００１２】
下電極１１および上電極２０は、磁気抵抗効果素子１０の膜面に対して垂直方向に電流を流す。下電極１１と上電極２０との間に電圧が印加されることで、磁気抵抗効果素子１０の内部を膜面垂直方向に沿って電流が流れる。
【００１３】
この電流が流れることで、磁気抵抗効果に起因する抵抗の変化を検出することができ、磁気の検知が可能となる。下電極１１および上電極２０としては、電流を磁気抵抗効果素子１０に流すために、電気抵抗が比較的小さいＣｕ、Ａｕ等が用いられる。
【００１４】
下地層１２は、例えば、バッファ層およびシード層が積層した構成をとる。ここで、バッファ層は下電極１１側に位置し、シード層はピニング層１３側に位置する。
【００１５】
バッファ層は下電極１１の表面の荒れを緩和し、バッファ層上に積層される層の結晶性を改善する。バッファ層としては、例えばＴａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ又はこれらの合金を用いることができる。バッファ層の膜厚は１ｎｍ以上１０ｎｍ以下が好ましく、２ｎｍ以上５ｎｍ以下がより好ましい。バッファ層の厚さが薄すぎるとバッファ効果が失われる。一方、バッファ層の厚さが厚すぎるとＭＲ変化率に寄与しない直列抵抗を増大させることになる。なお、バッファ層上に形成されるシード層がバッファ効果を有する場合には、バッファ層を必ずしも設ける必要はない。好ましい一例として、Ｔａを３ｎｍ形成することができる。
【００１６】
シード層は、シード層上に積層される層の結晶配位向及び結晶粒径を制御する。シード層としては、ｆｃｃ構造（ｆａｃｅ−ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：面心立方格子構造）、ｈｃｐ構造（ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｃｌｏｓｅ−ｐａｃｋｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：六方最密格子構造）またはｂｃｃ構造（ｂｏｄｙ−ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：体心立方格子構造）を有する金属等が好ましい。
【００１７】
例えば、シード層として、ｈｃｐ構造を有するＲｕまたはｆｃｃ構造を有するＮｉＦｅを用いることにより、その上のスピンバルブ膜の結晶配向をｆｃｃ（１１１）配向にすることができる。また、ピニング層１３がＩｒＭｎの場合には良好なｆｃｃ（１１１）配向が実現され、ピニング層１３がＰｔＭｎの場合には規則化したｆｃｔ（１１１）構造（ｆａｃｅ−ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：面心正方構造）が得られる。また、フリー層１８及びピン層１４としてｆｃｃ金属を用いたときには良好なｆｃｃ（１１１）配向を実現でき、フリー層１８及びピン層１４としてｂｃｃ金属を用いたときには、良好なｂｃｃ（１１０）配向とすることができる。結晶配向を向上させるシード層としての機能を十分発揮するために、シード層の膜厚としては、１ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましく、１．５ｎｍ以上３ｎｍ以下がより好ましい。好ましい一例として、Ｒｕを２ｎｍ形成することができる。
【００１８】
他にも、シード層として、Ｒｕの代わりに、ＮｉＦｅベースの合金（例えば、ＮｉｘＦｅ１００−ｘ（ｘ＝９０％〜５０％、好ましくは７５％〜８５％）や、ＮｉＦｅに第３元素Ｘを添加して非磁性にした（ＮｉｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＸｙ（Ｘ＝Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｍｏ））を用いることもできる。ＮｉＦｅベースのシード層では、良好な結晶配向性を得るのが比較的容易であり、ロッキングカーブの半値幅を３°〜５°とすることができる。
【００１９】
シード層には、結晶配向を向上させる機能だけでなく、スピンバルブ膜の結晶粒径を制御する機能もある。具体的には、スピンバルブ膜の結晶粒径を５ｎｍ以上２０ｎｍ以下に制御することができ、磁気抵抗効果素子のサイズが小さくなっても、特性のばらつきを招くことなく高いＭＲ変化率を実現できる。
【００２０】
なお、シード層の結晶粒径を５ｎｍ以上２０ｎｍ以下にすることで、結晶粒界による電子乱反射及び非弾性散乱サイトが少なくなる。このサイズの結晶粒径を得るには、Ｒｕを２ｎｍ形成する。また、（ＮｉｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＺｙ（Ｚ＝Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｍｏ））の場合には、第３元素Ｘの組成ｙを０％〜３０％程度として（ｙが０の場合も含む）、２ｎｍ形成することが好ましい。
【００２１】
スピンバルブ膜の結晶粒径は、シード層とトンネル絶縁スペーサ層１６との間に配置された層の結晶粒の粒径によって判別できる（例えば、断面ＴＥＭなどによって決定できる）。例えば、ピン層１４がトンネル絶縁スペーサ層１６よりも下層に位置するボトム型スピンバルブ膜の場合には、シード層の上に形成されるピニング層１３（反強磁性層）や、ピン層１４（磁化固着層）の結晶粒径によって判別することができる。
【００２２】
ピニング層１３は、その上に形成されるピン層１４となる強磁性層に一方向異方性（ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）を付与して磁化を固着する機能を有する。ピニング層１３の材料としては、ＰｔＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、又はＲｕＲｈＭｎなどの反強磁性材料を用いることができる。この内、高記録密度対応のヘッドの材料として、ＩｒＭｎが有利である。ＩｒＭｎは、ＰｔＭｎよりも薄い膜厚で一方向異方性を印加することができ、高密度記録の為に必要な狭ギャップ化に適している。
【００２３】
十分な強さの一方向異方性を付与するために、ピニング層１３の膜厚を適切に設定する。ピニング層１３の材料がＰｔＭｎやＰｄＰｔＭｎの場合には、膜厚として、８ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましく、１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。ピニング層１３の材料がＩｒＭｎの場合には、ＰｔＭｎなどより薄い膜厚でも一方向異方性を付与可能であり、４ｎｍ以上１８ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下がより好ましい。好ましい一例として、Ｉｒ２２Ｍｎ７８を７ｎｍ形成することができる。
【００２４】
ピニング層１３として、反強磁性層の代わりに、ハード磁性層も用いることができる。ハード磁性層として、例えば、ＣｏＰｔ（Ｃｏ＝５０％〜８５％）、（ＣｏｘＰｔ１００−ｘ）１００−ｙＣｒｙ（ｘ＝５０％〜８５％、ｙ＝０％〜４０％）、ＦｅＰｔ（Ｐｔ＝４０％〜６０％）を用いることができる。ハード磁性層（特に、ＣｏＰｔ）は比抵抗が比較的小さいため、直列抵抗および面積抵抗ＲＡ（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ａｒｅａ）の増大を抑制できる。
【００２５】
ここで、面積抵抗ＲＡとは、磁気抵抗効果素子１０の積層膜の積層方向に対して垂直な断面積と磁気抵抗効果素子１０の積層膜の膜面に垂直に電流を流したときに一対の電極から得られる抵抗との積を示す。
【００２６】
スピンバルブ膜やピニング層１３の結晶配向性は、Ｘ線回折により測定できる。スピンバルブ膜のｆｃｃ（１１１）ピーク、ピニング層１３（ＰｔＭｎ）のｆｃｔ（１１１）ピークまたはｂｃｃ（１１０）ピークでのロッキングカーブの半値幅を３．５°〜６°として、良好な配向性を得ることができる。なお、この配向の分散角は断面ＴＥＭを用いた回折スポットからも判別することができる。
【００２７】
ピン層１４は、ピニング層１３側から下部ピン層１４１、磁気結合層１４２、及び上部ピン層１４３をこの順に積層した構成をとる。
【００２８】
ピニング層１３と下部ピン層１４１は一方向異方性（Ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）を持つように交換磁気結合している。磁気結合層１４２を挟む下部ピン層１４１及び上部ピン層１４３は、磁化の向きが互いに反平行になるように強く結合している。
【００２９】
下部ピン層１４１の材料としては、例えば、ＣｏｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘ＝０％〜１００％）、ＮｉｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘ＝０％〜１００％）、またはこれらに非磁性元素を添加したものを用いることができる。また、下部ピン層１４１の材料として、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉの単元素やこれらの合金を用いることもできる。または、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸ合金（ｘ＝０％〜１００％、ｘ＝０％〜３０％）を用いることもできる。（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸのようなアモルファス合金を用いた場合、磁気抵抗効果素子の素子サイズが小さくなった場合に素子間のバラツキを抑える観点で好ましい。
【００３０】
下部ピン層１４１の膜厚は２ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。ピニング層１３による一方向異方性磁界強度および磁気結合層１４２を介した下部ピン層１４１と上部ピン層１４３との反強磁性結合磁界を強く保つためである。
【００３１】
また、下部ピン層１４１が薄すぎると、ＭＲ変化率に影響を与える上部ピン層１４３も薄くしなければならなくなるため、ＭＲ変化率が小さくなる。一方、下部ピン層１４１が厚すぎるとデバイス動作に必要な十分な一方向性異方性磁界を得ることが困難になる。
【００３２】
また、下部ピン層１４１の磁気膜厚（飽和磁化Ｂｓ×膜厚ｔ（Ｂｓ・ｔ積））を考慮する場合、上部ピン層１４３の磁気膜厚とほぼ等しいことが好ましい。つまり、上部ピン層１４３の磁気膜厚と下部ピン層１４１の磁気膜厚とが対応することが好ましい。
【００３３】
例えば、上部ピン層１４３がＦｅ４０Ｃｏ４０Ｂ２０［３ｎｍ］の場合、薄膜でのＦｅ５０Ｃｏ５０の飽和磁化が約１．７５Ｔであるため、磁気膜厚は１．７５Ｔ×３ｎｍ＝５．２５Ｔｎｍとなる。Ｃｏ７５Ｆｅ２５の飽和磁化が約２．１Ｔなので、上記と等しい磁気膜厚を与える下部ピン層１４１の膜厚ｔは５．２５Ｔｎｍ／２．１Ｔ＝２．５ｎｍとなる。したがって、この場合、下部ピン層１４１の膜厚は約２．５ｎｍのＣｏ７５Ｆｅ２５を用いることが好ましい。
【００３４】
ここで、‘／’は‘／’の左側に記載されたものから順に積層していることを示し、Ａｕ／Ｃｕ／Ｒｕと記載された場合、Ａｕ層上にＣｕ層を積層し、Ｃｕ層上にＲｕ層を積層していることを示す。また、‘×２’とは、２層であることを示し、（Ａｕ／Ｃｕ）×２と記載された場合、Ａｕ層上にＣｕ層を積層し、Ｃｕ層上にさらにＡｕ層、Ｃｕ層と順次積層していることを示す。また、‘［ ］’はその材料の膜厚を示す。
【００３５】
磁気結合層１４２は、磁気結合層１４２を挟む下部ピン層１４１及び上部ピン層１４３に反強磁性結合を生じさせてシンセティックピン構造を形成する機能を有する。磁気結合層１４２として、Ｒｕを用いることができ、磁気結合層１４２の膜厚は０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下であることが好ましい。なお、磁気結合層１４２を挟む下部ピン層１４１及び上部ピン層１４３に十分な反強磁性結合を生じさせる材料であれば、Ｒｕ以外の材料を用いてもよい。磁気結合層１４２の膜厚は、ＲＫＫＹ（Ｒｕｄｅｒｍａｎ−Ｋｉｔｔｅｌ−Ｋａｓｕｙａ−Ｙｏｓｉｄａ）結合の２ｎｄピークに対応する膜厚０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下の代わりに、ＲＫＫＹ結合の１ｓｔピークに対応する膜厚０．３ｎｍ以上０．６ｎｍ以下を用いることもできる。ここでは、より高信頼性の結合を安定して特性が得られる、膜厚が０．９ｎｍのＲｕが一例として挙げられる。
【００３６】
上部ピン層１４３は、ＭＲ効果に直接的に寄与する磁性層であり、大きなＭＲ変化率を得るために、この構成材料、膜厚の双方が重要である。特に、トンネル絶縁スペーサ層１６との界面に位置する磁性材料は、スピン依存トンネリングに寄与する点で特に重要である。
【００３７】
上部ピン層１４３としては、Ｆｅ５０Ｃｏ５０を用いることができる。Ｆｅ５０Ｃｏ５０は、ｂｃｃ構造を有する磁性材料である。この材料は、スピン依存界面散乱効果が大きいため、大きなＭＲ変化率を実現することができる。ｂｃｃ構造をもつＦｅＣｏ系合金として、ＦｅｘＣｏ１００−ｘ（ｘ＝３０％〜１００％）や、ＦｅｘＣｏ１００−ｘに添加元素を加えたものが挙げられる。そのなかでも、諸特性をすべて満たしたＦｅ４０Ｃｏ６０〜Ｆｅ８０Ｃｏ２０が使いやすい材料の一例である。
【００３８】
上部ピン層１４３が、高ＭＲ変化率を実現しやすいｂｃｃ構造をもつ磁性層から形成されている場合には、この磁性層の全膜厚が１．５ｎｍ以上であることが好ましい。ｂｃｃ構造を安定に保つためである。スピンバルブ膜に用いられる金属材料は、ｆｃｃ構造またはｆｃｔ構造であることが多いため、上部ピン層１４３のみがｂｃｃ構造を有することがあり得る。このため、上部ピン層１４３の膜厚が薄すぎると、ｂｃｃ構造を安定に保つことが困難になり、高いＭＲ変化率が得られなくなる。
【００３９】
また、上部ピン層１４３の材料として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸ合金（ｘ＝０％〜１００％、ｘ＝０％〜３０％）を用いることもできる。（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸのようなアモルファス合金を用いた場合、磁気抵抗効果素子の素子サイズが小さくなった場合に懸念される結晶粒に起因した素子間のバラツキを抑える観点で好ましい。また、このようなアモルファス合金を用いた場合、上部ピン層１４３を平坦な膜にすることができるため、上部ピン層１４３の上に形成されるトンネル絶縁層を平坦化する効果がある。トンネル絶縁層の平坦化は、トンネル絶縁層の欠陥の頻度を減らすことができるため、低い面積抵抗で高いＭＲ変化率を得るために重要である。特に、トンネル絶縁層材料としてＭｇＯを用いる場合、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸのようなアモルファス合金を用いることでその上に形成されるＭｇＯ層の（１００）配向性を強めることができる。ＭｇＯ層の（１００）配向性は高いＭＲ変化率を得るために重要である。また、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸ合金はアニール時にＭｇＯ（１００）面をテンプレートとして結晶化するため、ＭｇＯと（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸ合金の良好な結晶整合を得ることが出来る。このような良好な結晶整合は高いＭＲ変化率を得る観点で重要である。
【００４０】
上部ピン層１４３の膜厚は、厚いほうが大きなＭＲ変化率を得やすいが、大きなピン固着磁界を得るためには薄いほうが好ましく、トレードオフの関係が存在する。例えば、ｂｃｃ構造をもつＦｅＣｏ合金層を用いたときには、ｂｃｃ構造を安定にする必要があるため、１．５ｎｍ以上の膜厚が好ましい。また、ｆｃｃ構造のＣｏＦｅ合金層を用いるときにも、大きなＭＲ変化率を得るため、やはり１．５ｎｍ以上の膜厚が好ましい。一方、大きなピン固着磁界を得るためには、上部ピン層１４３の膜厚が最大でも、５ｎｍ以下であることが好ましく、４ｎｍ以下であることがより好ましい。以上のように、上部ピン層１４３の膜厚は、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましく、２．０ｎｍ以上４ｎｍ以下がより好ましい。
【００４１】
上部ピン層１４３には、ｂｃｃ構造をもつ磁性材料の代わりに、従来の磁気抵抗効果素子で広く用いられているｆｃｃ構造を有するＣｏ９０Ｆｅ１０合金や、ｈｃｐ構造をもつＣｏや、Ｃｏ合金を用いることができる。上部ピン層１４３として、Ｃｏ、Ｆｅ、又はＮｉなどの単体金属、若しくはこれらのいずれか一つの元素を含む合金材料を用いることができる。上部ピン層１４３の磁性材料として、大きなＭＲ変化率を得るのに有利なものは、ｂｃｃ構造をもつＦｅＣｏ合金材料、５０％以上のコバルト組成をもつコバルト合金、５０％以上のＮｉ組成である。
【００４２】
また、上部ピン層１４３として、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＡｌなどのホイスラー磁性合金層を用いることも可能である。
【００４３】
トンネル絶縁スペーサ層１６は、ピン層１４とフリー層１８との磁気的な結合を分断する。トンネル絶縁スペーサ層１６は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ及びＺｎから選択される少なくとも１つの元素を含む非磁性酸化物とすることができる。特に、ＭｇＯはコヒーレントなスピン依存トンネリング現象を示すため、高いＭＲ変化率を得る観点で好ましい。また、トンネル絶縁スペーサ層１６の膜厚は１ｎｍ以上４ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４４】
フリー層１８は、磁化方向が外部磁界によって変化する強磁性体を有する層である。例えば、界面にＣｏＦｅを形成してＮｉＦｅを用いたＣｏ９０Ｆｅ１０［１ｎｍ］／Ｎｉ８３Ｆｅ１７［３．５ｎｍ］という二層構成を用いることができる。なお、ＮｉＦｅ層を用いない場合には、Ｃｏ９０Ｆｅ１０［４ｎｍ］単層を用いることができる。また、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅなどの三層構成からなるフリー層１８を用いても構わない。
【００４５】
フリー層１８には、ＣｏＦｅ合金のなかでも、軟磁気特性が安定であることから、Ｃｏ９０Ｆｅ１０が好ましい。Ｃｏ９０Ｆｅ１０近傍のＣｏＦｅ合金を用いる場合には、膜厚を０．５ｎｍ以上４ｎｍ以下とすることが好ましい。その他、ＣｏｘＦｅ１００−ｘ（ｘ＝７０％〜９０％）も用いることができる。
【００４６】
また、上部ピン層１４３の材料として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸ合金（ｘ＝０％〜１００％、ｘ＝０％〜３０％）を用いることもできる。（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸのようなアモルファス合金を用いた場合、磁気抵抗効果素子の素子サイズが小さくなった場合に懸念される結晶粒に起因した素子間のバラツキを抑える観点で好ましい。また、スペーサ層にＭｇＯを用いた場合には、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸ合金はアニール時にＭｇＯ（１００）面をテンプレートとして結晶化するため、ＭｇＯと（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸ合金の良好な結晶整合を得ることが出来る。このような良好な結晶整合は高いＭＲ変化率を得る観点で重要である。
【００４７】
また、フリー層１８として、１ｎｍ以上２ｎｍ以下のＣｏＦｅ層またはＦｅ層と、０．１ｎｍ以上０．８ｎｍ以下の極薄Ｃｕ層とを、複数層交互に積層したものを用いてもよい。
【００４８】
また、フリー層１８の一部として、ＣｏＺｒＮｂなどのアモルファス磁性層を用いても構わない。ただし、アモルファス磁性層を用いる場合でも、ＭＲ変化率に大きな影響を与えるスペーサ層１６と接する界面は結晶構造を有する磁性層を用いることが必要である。フリー層１８の構造としては、スペーサ層１６側からみて、次のような構成が可能である。即ち、フリー層１８の構造として、（１）結晶層のみ、（２）結晶層／アモルファス層の積層、（３）結晶層／アモルファス層／結晶層の積層、などが考えられる。ここで重要なことは、（１）〜（３）いずれでもスペーサ層１６との界面は必ず結晶層が接するようにしていることである。
【００４９】
キャップ層１９は、スピンバルブ膜を保護する機能を有する。キャップ層１９は、例えば、複数の金属層、例えば、Ｃｕ層とＲｕ層の２層構造（Ｃｕ［１ｎｍ］／Ｒｕ［１０ｎｍ］）とすることができる。また、キャップ層１９として、Ｒｕをフリー層１８側に配置したＲｕ／Ｃｕ層なども用いることができる。この場合、Ｒｕの膜厚は０．５ｎｍ以上２ｎｍ以下が好ましい。この構成のキャップ層１９は、特に、フリー層１８がＮｉＦｅからなる場合に好ましい。ＲｕはＮｉと非固溶な関係にあるので、フリー層１８とキャップ層１９の間に形成される界面ミキシング層の磁歪を低減できるからである。
【００５０】
キャップ層１９が、Ｃｕ／ＲｕやＲｕ／Ｃｕのいずれの場合も、Ｃｕ層の膜厚は０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下が好ましく、Ｒｕ層の膜厚は０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下とすることができる。Ｒｕは比抵抗値が高いため、あまり厚いＲｕ層を用いることは好ましくないため、このような膜厚範囲にしておくことが好ましい。
【００５１】
キャップ層１９として、Ｃｕ層やＲｕ層の代わりに他の金属層を設けてもよい。キャップ層１９の構成は特に限定されず、キャップとしてスピンバルブ膜を保護可能なものであれば、他の材料を用いてもよい。但し、キャップ層の選択によってＭＲ変化率や長期信頼性が変わる場合があるので、注意が必要である。ＣｕやＲｕはこれらの観点からも好ましいキャップ層の材料の例である。
【００５２】
機能層２１は、アップスピン電子又はダウンスピン電子の透過を制御することができるスピンフィルター効果を有する。機能層２１としては、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄの何れか少なくとも１つの元素、並びにＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉの何れか少なくとも１つの元素を混合した酸化物を含むことを特徴とする。具体的には、Ｆｅ５０Ｃｏ５０とＺｎの混合酸化物を用いることができる。なお、Ｚｎは、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄの中でもＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉと同周期であるために、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉとの混合酸化物となった場合に磁性を帯びやすいので、機能層２１の磁化を安定化させることができるので、より好ましい。
【００５３】
これらの材料を用いることで、高いスピンフィルター効果と低い抵抗率の実現によるスピンフリップの低減を両立することができているため、磁気抵抗効果素子１０のＭＲ変化率を向上させることができる。
【００５４】
ここで、低い抵抗率のスピンフィルタリング層を実現するためには、スピンフィルタリング層がＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＣｄＯ、ＣｄＩｎ２Ｏ４、Ｃｄ２ＳｎＯ４、Ｚｎ２ＳｎＯ４などの上記したＺｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄを含む酸化物材料を含有することが有効である。これらの酸化物材料が低い抵抗率を示す理由の１つとして、次のことが考えられる。これらの酸化物半導体は、３ｅＶ以上のバンドギャップを持つ半導体であるが、化学量論組成から少し還元気味にずれることにより酸素空孔などの真性欠陥がドナー準位を形成するため、伝導電子密度が１０１８ｃｍ−３〜１０１９ｃｍ−３程度まで到達する。これらの導電性酸化物のバンド構造において、価電子帯は主として酸素原子の２ｐ軌道で、伝導帯は金属原子のｓ軌道で構成されている。キャリア密度フェルミ準位が１０１８ｃｍ−３よりも増えると伝導帯に達し、縮退と呼ばれる状態になる。このような酸化物半導体はｎ型の縮退半導体と呼ばれ、伝導電子の十分な濃度と移動度を併せ持ち、低い抵抗率を実現する。なお、このような理論に当てはまらないものであっても、低い抵抗率を示すものであれば、そのような酸化物材料を使用することができる。
【００５５】
一方、高いスピンフィルター効果を有するスピンフィルタリング層を実現するためには、スピンフィルタリング層が室温で磁性を有するＣｏ、Ｆｅ、及びＮｉの酸化物を含有することが有効である。低い抵抗率を実現するのに有効なＺｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄを含む酸化物材料はバルクの特性として磁性を有していない。フリー層やピン層に極薄の酸化物層を挿入した場合、磁性を有していない酸化物材料も磁性を発現してスピンフィルター効果が得られることが特開２００４−６５８９号に開示されているが、Ｃｏ、Ｆｅ、及びＮｉの酸化物を含有したほうが酸化物層の膜厚の制限に縛られずに容易に磁性を発現して高いスピンフィルター効果が得られる。
【００５６】
また、機能層２１にさらに添加元素を加えても良い。Ｚｎ酸化物に添加元素としてＡｌを加えた場合、熱耐性があがることが報告されている。Ａｌのほかにも、添加元素としては、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、及びＳｎ等があげられる。耐熱性が向上するメカニズムは完全に明らかとはなっていないが、化学量論組成から還元気味にずれたことにより形成されるＺｎ酸化物中の酸素空孔の密度が、熱による再酸化の促進により減少して、キャリア密度が変わることが起因していると考えられる。他にも耐熱性が向上する理由として、上記したこれらの元素はＩＩＩ族、またはＩＶ族のドーパントにあたり、これらのドーパントは熱によるＺｎ原子の再酸化の促進を防ぐために、機能層２１中のキャリア密度の変化を抑えることができ、さらには熱に対する抵抗率の変化が抑えられるということが挙げられる。
【００５７】
機能層２１の膜厚は、十分なスピンフィルタリング効果を得るためには０．５ｎｍ以上とすることが好ましい。また、より均一な機能層２１を得るためには、製造上の装置の依存性を考慮して、１ｎｍ以上にすることがさらに好ましい。一方、膜厚の上限は再生ヘッドのリードギャップを広げない観点で１０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００５８】
機能層２１を設ける位置は、図１に示されるようなフリー層１８とトンネル絶縁スペーサ層１６との間だけに限定されない。例えば、図２から７に示されるような位置に挿入することができる。それぞれの詳細については変形例として後述する。
【００５９】
なお、スピンの違いが電子の挙動に与える影響は、その電子が強磁性層（フリー層１８およびピン層１４）と非磁性層（トンネル絶縁スペーサ層１６）との界面を通過するときに最も顕著となる。したがって、この界面に機能層２１を設けることで、機能層２１による効果を高めることができる。すなわち、図１または図４のように、機能層２１を、トンネル絶縁スペーサ層１６とフリー層１８またはピン層１４との間に設けることが好ましい。また、図７のように、フリー層１８とトンネル絶縁スペーサ層１６との間に機能層２２を設け、且つトンネル絶縁スペーサ層１６とピン層１４との間に機能層２１を設けることがより好ましい。
【００６０】
機能層２１をフリー層１８とトンネル絶縁スペーサ層１６の界面に形成する場合、フリー層１８は、磁性化合物よりも軟磁気特性に優れる軟磁性膜を用いることにより、磁場応答性をよくすることができる。後述する変形例に示している、フリー層１８内部、フリー層１８とキャップ層１９の界面に機能層２１を設ける場合も同様である。フリー層１８には、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉなどの単体金属、またはこれらのいずれか一つの元素を含む合金材料はすべて用いることができる。特に、前述したように、界面にＣｏＦｅを形成してＮｉＦｅを用いたＣｏ９０Ｆｅ１０［１ｎｍ］／Ｎｉ８３Ｆｅ１７［３．５ｎｍ］という２層構成や、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅなどの３層構成、Ｃｏ−Ｆｅ合金の単層などを用いることができる。
【００６１】
機能層２１をピン層１４とトンネル絶縁スペーサ層１６の界面、ピン層１４内部、磁気結合層１４２とピン層１４の界面に形成する場合、上部ピン層１４３に機能層２１よりも一方向にピンされやすい材料を用いることにより、ピン特性をよくすることができる。上部ピン層１４３の材料としては、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉなどの単体金属、またはこれらのいずれか一つの元素を含む合金材料はすべて用いることができる。
【００６２】
機能層２１をフリー層１８とトンネル絶縁スペーサ層１６の界面、ピン層１４とトンネル絶縁スペーサ層６の界面に形成した場合、機能層２１のスピンフィルタリング効果によるスピン依存トンネリング効果の増強によるＭＲ変化率の増大を得ることができる。一方、機能層２１をフリー層１８中、フリー層１８とキャップ層１９の界面、ピン層１４中、上部ピン層１４１と磁気結合層１４２の界面に設けた場合においても、機能層２１のスピンフィルタリング効果によりスピン依存トンネリング効果を増強することができ、ＭＲ変化率を増強することができる。
【００６３】
機能層２１は、フリー層１８またはピン層１４に複数設けても良い。例えば、トンネル絶縁スペーサ層１６とフリー層１８の界面とフリー層１８内部に設けた場合、スピン依存トンネリング効果をさらに増強することができ、高いＭＲ変化率を実現することができる。しかし、機能層２１の挿入数が多すぎると、抵抗の増大を招き、スピンフリップが発生してしまうので、挿入数は適切な数に抑える必要がある。例えば、４層程度、フリー層１８又はピン層１８内に設けることができる。
【００６４】
図１に示すように機能層２１をフリー層１８とトンネル絶縁スペーサ層１６の界面に形成した場合、前述したように機能層２１はスピン依存トンネリング効果に寄与する。
【００６５】
次に、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０の製造方法について説明する。
【００６６】
本実施形態では、製造する際の形成方法として、ＤＣマグネトロンスパッタ、ＲＦマグネトロンスパッタ等のスパッタ法、イオンビームスパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、およびＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法などを用いることができる。
【００６７】
最初に、基板上に下電極１１を微細加工プロセスによって形成する。次に、下電極１１上に、下地層１２として例えばＴａ［１ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］を形成する。Ｔａは下電極１１の荒れを緩和等するためのバッファ層に相当する。Ｒｕはその上に形成されるスピンバルブ膜の結晶配向および結晶粒径を制御するシード層に相当する。
【００６８】
その後、下地層１２上にピニング層１３を形成する。ピニング層１３の材料としては、ＰｔＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、又はＲｕＲｈＭｎ等の反強磁性材料を用いることができる。
【００６９】
その後、ピニング層１３上にピン層１４を形成する。ピン層１４は、例えば、下部ピン層１４１（Ｃｏ７５Ｆｅ２５［２．５ｎｍ］）、磁気結合層１４２（Ｒｕ）、および上部ピン層１４３（Ｃｏ５０Ｆｅ５０［１ｎｍ］／Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０［２ｎｍ］）からなるシンセティックピン層とすることができる。
【００７０】
その後、ピン層１４上にトンネル絶縁スペーサ層１６を形成する。トンネル絶縁スペーサ層１６は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ及びＺｎから選択される少なくとも１つの元素を含む非磁性酸化物を用いて形成される。
【００７１】
その後、トンネル絶縁スペーサ層１６上に機能層２１を形成する。具体的には、上部ピン層１４３上にＦｅ５０Ｃｏ５０とＺｎの金属層を形成する。ここで、Ｆｅ５０Ｃｏ５０とＺｎの金属層は、Ｆｅ５０Ｃｏ５０／ＺｎやＺｎ／Ｆｅ５０Ｃｏ５０や（Ｆｅ５０Ｃｏ５０／Ｚｎ）×２のようなＦｅ５０Ｃｏ５０層とＺｎ層の積層体としても良いし、Ｚｎ５０（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）５０のような合金の単層としてもよい。ＺｎとＦｅ５０Ｃｏ５０を含む金属材料に酸化処理を施し、物機能層２１を形成する。この変換処理は、希ガスなどのイオンビームまたはプラズマを金属材料層に照射しながら、酸素を供給して行う、イオンアシスト酸化（ＩＡＯ：Ｉｏｎ ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）を用いることができる。また、上記のイオンアシスト変換処理において、酸素ガスをイオン化またはプラズマ化してもよい。イオンビームの照射による金属材料層へのエネルギーアシストにより、安定で均一な酸化物層を機能層２１として形成することができる。また、一層の機能層２１を形成するに当たり、上述した金属材料層の形成と変換処理を数回繰り返して行ってもよい。この場合、所定の膜厚の機能層２１を一度の形成および変換処理で作成するのではなく、膜厚を分割して薄い膜厚の金属材料層に変換処理を行うほうが好ましい。また、ＺｎとＦｅ５０Ｃｏ５０を含む金属材料層を酸素雰囲気に晒す自然酸化を用いてもよい。ただし、安定な酸化物を形成するためには、エネルギーアシストを用いた酸化方法のほうが好ましい。また、ＺｎとＦｅ５０Ｃｏ５０の金属材料を積層体とした場合は、均一に混合されたＺｎとＦｅ５０Ｃｏ５０の機能層２１を形成する上で、イオンビームの照射を行いながら酸化した場合のほうが好ましい。
【００７２】
なお、エネルギーアシストの方法として、イオンビームの照射以外に加熱処理などを行ってもよい。この場合、たとえば、金属材料層を形成後に１００℃〜３００℃の温度で加熱しながら、酸素を供給してもよい。
【００７３】
以下、機能層２１を形成する場合の変換処理において、イオンビームアシスト処理を行った場合のビーム条件について説明する。変換処理により、機能層２１を形成する際に前述した希ガスをイオン化またはプラズマ化して照射する場合、その加速電圧Ｖを３０Ｖ〜１３０Ｖ、ビーム電流Ｉｂを２０ｍＡ〜２００ｍＡに設定することが好ましい。これらの条件は、イオンビームエッチングを行う場合の条件と比較すると著しく弱い条件である。イオンビームの換わりにＲＦプラズマなどのプラズマを用いても同様に機能層２１を形成することができる。イオンビームの入射角度は、膜面に対して垂直に入射する場合を０°、膜面に平行に入射する場合を９０°と定義して、０°〜８０°の範囲で適宜変更する。この工程による処理時間は１５秒〜１２００秒が好ましく、制御性などの観点から３０秒以上がより好ましい。処理時間が長すぎると、磁気抵抗効果素子の生産性が劣るため好ましくない。これらの観点から、処理時間は３０秒から６００秒が好ましい。
【００７４】
イオン又はプラズマを用いた酸化処理の場合、酸素暴露量はＩＡＯの場合には１×１０３〜１×１０４Ｌ（Ｌａｎｇｍｉｕｒ、１Ｌ＝１×１０−６Ｔｏｒｒ×ｓｅｃ）が好ましい。自然酸化の場合には３×１０３Ｌ〜３×１０４Ｌが好ましい。
【００７５】
その後、機能層２１上にフリー層１８を形成する。フリー層１８としては、例えば、Ｆｅ５０Ｃｏ５０［１ｎｍ］／Ｎｉ８５Ｆｅ１５［３．５ｎｍ］を形成する。
【００７６】
その後、フリー層１８上にキャップ層１９を形成する。キャップ層１９としては、例えば、Ｃｕ［１ｎｍ］／Ｒｕ［１０ｎｍ］を形成する。
【００７７】
その後、アニール処理を行う。
【００７８】
最後に、キャップ層１９上に磁気抵抗効果素子１０へ垂直通電するための上電極２０を形成する。
【００７９】
（変形例１）
図２は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０の第１の変形例を示す図である。
【００８０】
本変形例は、機能層２１がフリー層１８内に設けられている点で第１の実施形態と異なる。また、フリー層１８は第１のフリー層１８ａと第２のフリー層１８ｂからなる。なお、第１のフリー層１８ａは、トンネル絶縁スペーサ層１６と機能層２１との間に設けられ、第２のフリー層１８ｂはキャップ層１９と機能層２１との間に設けられている。
【００８１】
フリー層１８内に機能層２１を形成する場合、第１のフリー層１８ａ上に、トンネル絶縁スペーサ層１６、機能層２１、第２のフリー層１８ｂの順に形成する。
【００８２】
このように、機能層２１をフリー層１８内に機能層２１を設けた場合においても、前述したように機能層２１はスピン依存トンネリングに寄与する。また、機能層２１は、フリー層１８と磁気結合をし、フリー層１８と同様に磁化の方向が自由になるので、フリー層１８の機能を阻害することなく、磁気抵抗効果素子１０のＭＲ変化率の向上に寄与する。さらに、機能層２１に含まれる酸素がトンネル絶縁スペーサ層１６に拡散することを少なくすることができるため、トンネル絶縁スペーサ層１６中に酸素元素が存在した場合に引き起こされるトンネル絶縁スペーサ層１６中でのスピンフリップの発生を抑制して高いＭＲ変化率を得ることができる。
【００８３】
（変形例２）
図３は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０の第２の変形例を示す図である。
【００８４】
本変形例は、機能層２１がフリー層１８とキャップ層１９との間に設けられている点で第１の実施形態と異なる。
【００８５】
このように、機能層２１をフリー層１８とキャップ層１９との間に設けた場合においても、前述したように機能層２１はスピン依存トンネリングに寄与する。また、機能層２１は、酸化物であるので、磁気抵抗効果素子１０を酸化等の劣化から保護することができる。さらに、機能層２１に含まれる酸素がスペーサ層１６に拡散することを少なくすることができるため、スペーサ層１６中に酸素元素が存在した場合に引き起こされるスペーサ層１６中でのスピンフリップの発生を抑制して高いＭＲ変化率を得ることができる。
【００８６】
（変形例３）
図４は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０の第３の変形例を示す図である。
【００８７】
本変形例は、機能層２１がピン層１４とトンネル絶縁スペーサ層１６との間に設けられている点で第１の実施形態と異なる。
【００８８】
このように、機能層２１をピン層１４とトンネル絶縁スペーサ層１６との間に設けた場合、前述したように機能層２１はスピン依存トンネリングに寄与する。また、機能層２１は、酸化物であるので、トンネル絶縁スペーサ層１６を構成する材料とピン１４層を構成する材料が混ざることを防ぐことができるので、トンネル絶縁スペーサ層１６はスピンフリップを抑制させた状態で伝導電子を通過させ、ピン層１４の磁化を安定して固着させることができる。
【００８９】
（変形例４）
図５は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０の第４の変形例を示す図である。
【００９０】
本変形例は、機能層２１が上部ピン層１４３内に設けられている点で第１の実施形態と異なる。
【００９１】
このように、機能層２１を上部ピン層１４３内に設けた場合においても、前述したように機能層２１はスピン依存トンネリングに寄与する。また、機能層２１をトンネル絶縁スペーサ層と接しない位置に配置した場合、機能層２１に含まれる酸素のトンネル絶縁スペーサ層への拡散が少なくなるため、トンネル絶縁スペーサ層中に酸素元素が存在した場合に引き起こされるトンネル絶縁スペーサ層中のスピンフリップを回避して高いＭＲ変化率を得ることができる。
【００９２】
（変形例５）
図６は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０の第５の変形例を示す図である。
【００９３】
本変形例は、機能層２１が上部ピン層１４３と磁気結合層１４２との間に設けられている点で第１の実施形態と異なる。
【００９４】
このように、機能層２１を上部ピン層１４３と磁気結合層１４２との間に設けた場合においても、前述したように機能層２１はスピン依存トンネリングに寄与する。また、機能層２１をトンネル絶縁スペーサ層と接しない位置に配置した場合、機能層２１に含まれる酸素のトンネル絶縁スペーサ層への拡散が少なくなるため、トンネル絶縁スペーサ層中に酸素元素が存在した場合に引き起こされるトンネル絶縁スペーサ層中のスピンフリップを回避して高いＭＲ変化率を得ることができる。
【００９５】
（変形例６）
図７は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０の第６の変形例を示す図である。
【００９６】
本変形例は、機能層２１が上部ピン層１４３とトンネル絶縁スペーサ層１６との間に設けられていることに加えて、更に２つ目の機能層２２がトンネル絶縁スペーサ層１６とフリー層１８との間に設けられている点で第１の実施形態と異なる。
【００９７】
なお、機能層２１の構成は機能層２２と同様であるので説明は省略する。
【００９８】
このように、機能層２１を上部ピン層１４３とトンネル絶縁スペーサ層１６との間に設けることに加えて、更に２つ目の機能層２２をトンネル絶縁スペーサ層１６とフリー層１８との間に設けることで、２つの機能層のスピンフィルタリング効果の足し合わせた効果を得ることができるので１層の機能層を用いた場合に比べて高いＭＲ変化率を得ることができる。
【００９９】
なお、上記した変形例１〜６に係る磁気抵抗効果素子１０は、第１の実施形態で説明した磁気抵抗効果素子１０の製造方法を用いることで製造することができるので、変形例１〜６に係る磁気抵抗効果素子１０の製造方法についての説明は省略する。
【０１００】
（実施例）
第１の実施形態及び変形例１〜６に係る磁気抵抗効果素子１０を作製して、下電極１１と上電極２０間で垂直通電を行うことで磁気抵抗効果素子１０のＲＡ値、及び磁気抵抗効果素子１０のＭＲ変化率を評価した。
【０１０１】
（実施例１）
第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０を作製して、ＲＡ値及びＭＲ変化率を評価した。すなわち、図１に示すようにトンネル絶縁スペーサ層１６とフリー層１８との間に機能層２１を設けた構造を作製した。
【０１０２】
機能層２１の作製方法は、ＭｇＯからなるトンネル絶縁スペーサ層１６上に、Ｆｅ５０Ｃｏ５０を１ｎｍ形成し、その上にＺｎを０．６ｎｍ形成した。次に、ＩＡＯによりＺｎとＦｅ５０Ｃｏ５０の酸化物（以下、Ｚｎ−Ｆｅ５０Ｃｏ５０−Ｏと表記する）へと変換行い機能層２１を形成した。このときの機能層２１の膜厚は１．８ｎｍであった。このとき、ＩＡＯで用いる酸素曝露量は１．５×１０４Ｌａｎｇｍｉｕｒとして用いた。次に、機能層２１上にＦｅ５０Ｃｏ５０［１ｎｍ］／Ｎｉ８５Ｆｅ１５［３．５ｎｍ］を形成してフリー層１８を形成した。最後に、２８０℃で５時間アニール処理を行い、下電極１１および上電極２０を形成した。
【０１０３】
なお、機能層の形成方法は、以下の実施例では同様であるので説明は省略する。
【０１０４】
以下に、本実施例で形成した磁気抵抗効果素子１０の構成を示す。
【０１０５】
下地層１２：Ｔａ［１ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
ピニング層１３：Ｉｒ２２Ｍｎ７８［７ｎｍ］
ピン層１４：Ｃｏ７５Ｆｅ２５［２．５ｎｍ］／Ｒｕ［０．９ｎｍ］／Ｆｅ５０Ｃｏ５０［１ｎｍ］／（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）８０Ｂ２０［２ｎｍ］
トンネル絶縁スペーサ層１６：ＭｇＯ［１．５ｎｍ］
機能層２１：Ｚｎ−Ｆｅ５０Ｃｏ５０−Ｏ［１．８ｎｍ］
フリー層１８：Ｆｅ５０Ｃｏ５０［０．５ｎｍ］／Ｎｉ８５Ｆｅ１５［３ｎｍ］
キャップ層１９：Ｃｕ［１ｎｍ］／Ｔａ［２ｎｍ］／Ｒｕ［１５ｎｍ］
本実施例に係る磁気抵抗効果素子１０のＲＡは１．１Ωμｍ２、ＭＲ変化率は６３％であった。
【０１０６】
（実施例２）
変形例１に係る磁気抵抗効果素子１０を作製してＲＡ値及びＭＲ変化率を評価した。すなわち、図２に示すようにフリー層１８内に機能層２１を設けた構造を作製した。
【０１０７】
下地層１２：Ｔａ［１ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
ピニング層１３：Ｉｒ２２Ｍｎ７８［７ｎｍ］
ピン層１４：Ｃｏ７５Ｆｅ２５［２．５ｎｍ］／Ｒｕ［０．９ｎｍ］／Ｆｅ５０Ｃｏ５０［１ｎｍ］／（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）８０Ｂ２０［２ｎｍ］
トンネル絶縁スペーサ層１６：ＭｇＯ［１．５ｎｍ］
フリー層１８Ａ：（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）８０Ｂ２０［０．５ｎｍ］
機能層２１：Ｚｎ−Ｆｅ５０Ｃｏ５０−Ｏ［１．８ｎｍ］
フリー層１８Ｂ：／Ｎｉ８５Ｆｅ１５［３ｎｍ］
キャップ層１９：Ｃｕ［１ｎｍ］／Ｔａ［２ｎｍ］／Ｒｕ［１５ｎｍ］
本実施例に係る磁気抵抗効果素子１０のＲＡは１．２Ωμｍ２、ＭＲ変化率は５９％であった。
【０１０８】
（実施例３）
変形例２に係る磁気抵抗効果素子１０を作製してＲＡ値及びＭＲ変化率を評価した。すなわち、図３に示すようにキャップ層１９とフリー層１８との間に機能層２１を設けた構造を作製した。
【０１０９】
下地層１２：Ｔａ［１ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
ピニング層１３：Ｉｒ２２Ｍｎ７８［７ｎｍ］
ピン層１４：Ｃｏ７５Ｆｅ２５［２．５ｎｍ］／Ｒｕ［０．９ｎｍ］／Ｆｅ５０Ｃｏ５０［１ｎｍ］／（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）８０Ｂ２０［２ｎｍ］
トンネル絶縁スペーサ層１６：ＭｇＯ［１．５ｎｍ］
フリー層１８：（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）８０Ｂ２０［１ｎｍ］／Ｎｉ８５Ｆｅ１５［３ｎｍ］
機能層２１：Ｚｎ−Ｆｅ５０Ｃｏ５０−Ｏ［１．８ｎｍ］
キャップ層１９：Ｃｕ［１ｎｍ］／Ｔａ［２ｎｍ］／Ｒｕ［１５ｎｍ］
本実施例に係る磁気抵抗効果素子１０のＲＡは１．２Ωμｍ２、ＭＲ変化率は５４％であった。
【０１１０】
（実施例４）
変形例３に係る磁気抵抗効果素子１０を作製してＲＡ値及びＭＲ変化率を評価した。すなわち、図４に示すようにトンネル絶縁スペーサ層１６と上部ピン層１４３との間に機能層２１を設けた構造を作製した。
【０１１１】
下地層１２：Ｔａ［１ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
ピニング層１３：Ｉｒ２２Ｍｎ７８［７ｎｍ］
ピン層１４：Ｃｏ７５Ｆｅ２５［２．５ｎｍ］／Ｒｕ［０．９ｎｍ］／Ｆｅ５０Ｃｏ５０［０．５ｎｍ］／（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）８０Ｂ２０［１ｎｍ］
機能層２１：Ｚｎ−Ｆｅ５０Ｃｏ５０−Ｏ［１．８ｎｍ］
トンネル絶縁スペーサ層１６：ＭｇＯ［１．５ｎｍ］
フリー層１８：（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）８０Ｂ２０［１ｎｍ］／Ｎｉ８５Ｆｅ１５［３ｎｍ］
キャップ層１９：Ｃｕ［１ｎｍ］／Ｔａ［２ｎｍ］／Ｒｕ［１５ｎｍ］
本実施例に係る磁気抵抗効果素子１０のＲＡは１．１Ωμｍ２、ＭＲ変化率は６５％であった。
【０１１２】
（実施例５）
変形例４に係る磁気抵抗効果素子１０を作製してＲＡ値及びＭＲ変化率を評価した。すなわち、図５に示すように上部ピン層１４３内に機能層２１を設けた構造を作製した。
【０１１３】
下地層１２：Ｔａ［１ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
ピニング層１３：Ｉｒ２２Ｍｎ７８［７ｎｍ］
ピン層１４：Ｃｏ７５Ｆｅ２５［２．５ｎｍ］／Ｒｕ［０．９ｎｍ］／Ｆｅ５０Ｃｏ５０［０．５ｎｍ］
機能層２１：Ｚｎ−Ｆｅ５０Ｃｏ５０−Ｏ［１．８ｎｍ］
ピン層１４３Ｂ：（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）８０Ｂ２０［１ｎｍ］
トンネル絶縁スペーサ層１６：ＭｇＯ［１．５ｎｍ］
フリー層１８：（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）８０Ｂ２０［２ｎｍ］／Ｎｉ８５Ｆｅ１５［３ｎｍ］
キャップ層１９：Ｃｕ［１ｎｍ］／Ｔａ［２ｎｍ］／Ｒｕ［１５ｎｍ］
本実施例に係る磁気抵抗効果素子１０のＲＡは１．１Ωμｍ２、ＭＲ変化率は６０％であった。
【０１１４】
（実施例６）
変形例５に係る磁気抵抗効果素子１０を作製してＲＡ値及びＭＲ変化率を評価した。すなわち、図６に示すように、上部ピン層１４３と磁気結合層１４２との間に機能層２１を設けた構造を作製した。
【０１１５】
下地層１２：Ｔａ［１ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
ピニング層１３：Ｉｒ２２Ｍｎ７８［７ｎｍ］
ピン層１４：Ｃｏ７５Ｆｅ２５［２．５ｎｍ］／Ｒｕ［０．９ｎｍ］
機能層２１：Ｚｎ−Ｆｅ５０Ｃｏ５０−Ｏ［１．８ｎｍ］
ピン層１４３Ｂ：（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）８０Ｂ２０［１．５ｎｍ］
トンネル絶縁スペーサ層１６：ＭｇＯ［１．５ｎｍ］
フリー層１８：（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）８０Ｂ２０［２ｎｍ］／Ｎｉ８５Ｆｅ１５［３ｎｍ］
キャップ層１９：Ｃｕ［１ｎｍ］／Ｔａ［２ｎｍ］／Ｒｕ［１５ｎｍ］
本実施例に係る磁気抵抗効果素子１０のＲＡは１．２Ωμｍ２、ＭＲ変化率は５４％であった。
【０１１６】
（実施例７）
変形例６に係る磁気抵抗効果素子１０を作製してＲＡ値及びＭＲ変化率を評価した。すなわち、図７に示すように、フリー層１８とトンネル絶縁スペーサ層１６との間に機能層２２を設け、トンネル絶縁スペーサ層１６と上部ピン層１４３との間にも機能層２１を設けた構造を作製した。
【０１１７】
下地層１２：Ｔａ［１ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
ピニング層１３：Ｉｒ２２Ｍｎ７８［７ｎｍ］
ピン層１４：Ｃｏ７５Ｆｅ２５［２．５ｎｍ］／Ｒｕ［０．９ｎｍ］／Ｆｅ５０Ｃｏ５０［０．５ｎｍ］／（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）８０Ｂ２０［１ｎｍ］
機能層２１：Ｚｎ−Ｆｅ５０Ｃｏ５０−Ｏ［１．８ｎｍ］
トンネル絶縁スペーサ層１６：ＭｇＯ［１．５ｎｍ］
機能層２２：Ｚｎ−Ｆｅ５０Ｃｏ５０−Ｏ［１．８ｎｍ］
フリー層１８：（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）８０Ｂ２０［０．５ｎｍ］／Ｎｉ８５Ｆｅ１５［３ｎｍ］
キャップ層１９：Ｃｕ［１ｎｍ］／Ｔａ［２ｎｍ］／Ｒｕ［１５ｎｍ］
本実施例に係る磁気抵抗効果素子１０のＲＡは１．２Ωμｍ２、ＭＲ変化率は６８％であった。
【０１１８】
（比較例１）
機能層を用いていない磁気抵抗効果素子を作製してＲＡ値及びＭＲ変化率を評価した。
【０１１９】
下地層１２：Ｔａ［１ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
ピニング層１３：Ｉｒ２２Ｍｎ７８［７ｎｍ］
ピン層１４：Ｃｏ７５Ｆｅ２５［２．５ｎｍ］／Ｒｕ［０．９ｎｍ］／Ｆｅ５０Ｃｏ５０［１ｎｍ］／（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）８０Ｂ２０［２ｎｍ］
トンネル絶縁スペーサ層１６：ＭｇＯ［１．５ｎｍ］
フリー層１８：（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）８０Ｂ２０［２ｎｍ］／Ｎｉ８５Ｆｅ１５［３ｎｍ］
キャップ層１９：Ｃｕ［１ｎｍ］／Ｔａ［２ｎｍ］／Ｒｕ［１５ｎｍ］
本比較例に係る磁気抵抗効果素子１０のＲＡは１．１Ωμｍ２、ＭＲ変化率は５１％であった。
【０１２０】
実施例１〜７に係る磁気抵抗効果素子１０のＭＲ変化率は何れも、比較例１のＭＲ変化率よりも大きな値を示しており、第１の実施形態及び変形例１〜６に係る磁気抵抗効果素子１０を用いることで、ＭＲの変化率の向上をさせることができることがわかる。
【０１２１】
ＭＲ変化率が向上した理由として、機能層が高いスピンフィルター効果と低い抵抗率の実現によるスピンフリップの低減を両立することができているためと考えられる。酸化物のスピンフィルタリング層は、抵抗率の高い材料となりやすいため、抵抗が高くなりやすい。一般的に、抵抗が高い層を電子が通過する際には、スピン情報を失ってしまうスピンフリップが起こりやすく、スピンフリップが起こるとＭＲ変化率を低減してしまう。酸化物のスピンフィルタリング層では、スピンフリップを低減することでさらにＭＲ変化率を増大できる余地がある。
【０１２２】
（実施例８〜１０）
機能層２１の抵抗と、磁気抵抗効果素子１０のＭＲ変化率との間の関係を調べた。具体的には、機能層２１のみのシート抵抗を測定し、この機能層２１と同様に作製した機能層２１を含む磁気抵抗効果素子１０のＭＲ変化率を測定し、これらの測定結果から、機能層２１の抵抗が磁気抵抗効果素子１０のＭＲ変化率に与える影響を評価した。
【０１２３】
機能層２１は次のように作製した。厚さ１ｎｍのＦｅＣｏの層を形成した後、その上にＺｎを０．６ｎｍを積層し、ＩＡＯによる処理を行って酸化物を形成させた。このサイクルを全部で３０回繰り返すことで機能層２１を作製した。ここで、ＩＡＯで用いる酸素曝露量を、３．０×１０４Ｌａｎｇｍｉｕｒ（比較例３）、１．２×１０４Ｌａｎｇｍｉｕｒ（実施例８）、１．５×１０４Ｌａｎｇｍｉｕｒ（実施例９）または１．８×１０４Ｌａｎｇｍｉｕｒ（実施例１０）として４種の機能層２１を作製した。
【０１２４】
一方、機能層２１を含む磁気抵抗効果素子１０は、以下の層を下電極１１に対して順に積層することで作製した。  
下地層１２：Ｔａ［１ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
ピニング層１３：Ｉｒ２２Ｍｎ７８［７ｎｍ］
ピン層１４：Ｃｏ７５Ｆｅ２５［２．５ｎｍ］／Ｒｕ［０．９ｎｍ］／Ｆｅ５０Ｃｏ５０［１ｎｍ］／（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）８０Ｂ２０［２ｎｍ］
トンネル絶縁スペーサ層１６：ＭｇＯ［１．５ｎｍ］
機能層２１：Ｚｎ−Ｆｅ５０Ｃｏ５０−Ｏ［１．８ｎｍ］
フリー層１８：（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）８０Ｂ２０［１ｎｍ］／Ｎｉ８５Ｆｅ１５［３ｎｍ］
キャップ層１９：Ｃｕ［１ｎｍ］／Ｔａ［２ｎｍ］／Ｒｕ［１５ｎｍ］
ここで、機能層２１は、上記の単独で作製した機能層２１と同様に作製した。すなわち、ＦｅＣｏ［１ｎｍ］／Ｚｎ［０．６ｎｍ］をＩＡＯで処理するサイクルを３０回行った。このとき、酸素曝露量を、３．０×１０４Ｌａｎｇｍｉｕｒ（比較例３）、１．２×１０４Ｌａｎｇｍｉｕｒ（実施例８）、１．５×１０４Ｌａｎｇｍｉｕｒ（実施例９）または１．８×１０４Ｌａｎｇｍｉｕｒ（実施例１０）として４種の磁気抵抗効果素子１０を作製した。
【０１２５】
単独で作製した機能層２１について、シート抵抗を測定した。また、磁気抵抗効果素子１０についてＲＡ値およびＭＲ変化率を測定した。それらの結果を、酸素曝露量とともに表１にまとめた。なお、表１には、比較例２として、機能層を設けない以外は実施例８〜１０と同様に作製した磁気抵抗効果素子１０のＲＡ値およびＭＲ変化率を示した。
【表１】
2011228545.tif 000003
【０１２６】
表１からから機能層の抵抗率が５×１０４μΩｃｍ未満の場合に、ＭＲ変化率が向上していることがわかる。
【０１２７】
上記の結果は、適正な酸素暴露量を用いて、低い抵抗率の機能層２１を作製することにより、機能層２１内部のスピンフリップを抑制することができたためと考えられる。
【０１２８】
（第２の実施形態）
次に、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０を用いた磁気ヘッドについて説明する。
【０１２９】
図８及び図９は、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０を磁気ヘッドに組み込んだ状態を示す図である。図８は、磁気記録媒体（図示せず）に対向する媒体対向面に対してほぼ平行な方向に磁気抵抗効果素子１０を切断した断面図である。図９は、磁気抵抗効果素子１０を媒体対向面ＡＢＳに対して垂直な方向に切断した断面図である。
【０１３０】
図８及び図９に例示した磁気ヘッドは、いわゆるハード・アバッテッド（ｈａｒｄ ａｂｕｔｔｅｄ）構造を有する。磁気抵抗効果素子１０の上下には、下電極１１と上電極２０とがそれぞれ設けられている。図８において、磁気抵抗効果素子１０の両側面には、バイアス磁界印加膜４１と絶縁膜４２とが積層して設けられている。図９に示すように、磁気抵抗効果素子１０の媒体対向面には保護層４３が設けられている。
【０１３１】
磁気抵抗効果素子１０に対するセンス電流は、その上下に配置された下電極１１および上電極２０によって矢印Ａで示したように、膜面に対してほぼ垂直方向に通電される。また、左右に設けられた一対のバイアス磁界印加膜４１により、磁気抵抗効果素子１０にはバイアス磁界が印加される。このバイアス磁界により、磁気抵抗効果素子１０のフリー層１８の磁気異方性を制御して単磁区化することによりその磁区構造が安定化し、磁壁の移動に伴うバルクハウゼンノイズ（Ｂａｒｋｈａｕｓｅｎ ｎｏｉｓｅ）を抑制することができる。
【０１３２】
磁気抵抗効果膜１０のＳ／Ｎ比が向上しているので、磁気ヘッドに応用した場合に高感度の磁気再生が可能となる。
【０１３３】
（第３の実施形態）
次に、本実施形態に係る磁気抵抗効素子１０を用いた磁気記録再生装置および磁気ヘッドアセンブリについて説明する。
【０１３４】
図１０は本実施形態に係る磁気記録再生装置を示す斜視図である。
【０１３５】
図１０に示すように、本実施形態に係る磁気記録再生装置３１０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。磁気記録媒体２３０は、スピンドルモータ３３０に設けられ、駆動制御部（図示せず）からの制御信号に応答するモータ（図示せず）により媒体移動方向２７０の方向に回転する。磁気記録再生装置３１０は、複数の磁気記録媒体２３０を備えてもよい。
【０１３６】
磁気記録媒体２３０に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダ２８０は、図１１に示すように、磁気抵抗効果素子１０を備えた磁気ヘッド１４０がヘッドスライダ２８０に設けられる。ヘッドスライダ２８０は、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＣなどからなり、磁気ディスクなどの磁気記録媒体２３０の上を、浮上又は接触しながら相対的に運動できるように設計されている。
【０１３７】
ヘッドスライダ２８０は薄膜状のサスペンション３５０の先端に取り付けられている。ヘッドスライダ２８０は、磁気ヘッド１４０をヘッドスライダ２８０の先端付近に設けられている。
【０１３８】
磁気記録媒体２３０が回転すると、サスペンション３５０により押し付け圧力とヘッドスライダ２８０の媒体対向面（ＡＢＳ）で発生する圧力とがつりあう。ヘッドスライダ２８０の媒体対向面は、磁気記録媒体２３０の表面から所定の浮上量をもって保持される。ヘッドスライダ２８０が磁気記録媒体２３０と接触する「接触走行型」としてもよい。
【０１３９】
サスペンション３５０は、駆動コイル（図示せず）を保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム３６０の一端に接続されている。アクチュエータアーム３６０の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ３７０が設けられている。ボイスコイルモータ３７０は、アクチュエータアーム３６０のボビン部に巻き上げられた駆動コイル（図示せず）と、この駆動コイルを挟み込むように対向して設けられた永久磁石及び対向ヨークからなる磁気回路から構成することができる。
【０１４０】
アクチュエータアーム３６０は、軸受部３８０の上下２箇所に設けられたボールベアリング（図示せず）によって保持され、ボイスコイルモータ３７０により回転摺動が自在にできるようになっている。その結果、磁気ヘッド１４０を磁気記録媒体２３０の任意の位置に移動可能となる。
【０１４１】
図１２（ａ）は、本実施形態に係る磁気記録再生装置３１０の一部を構成するヘッドスタックアセンブリ３９０を示す。
【０１４２】
図１２（ｂ）は、ヘッドスタックアセンブリ３９０の一部となる磁気ヘッドアセンブリ（ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ））４００を示す斜視図である。
【０１４３】
図１２（ａ）に示すように、ヘッドスタックアセンブリ３９０は、軸受部３８０と、この軸受部３８０から延出したヘッドジンバルアセンブリ４００と、軸受部３８０からヘッドジンバルアセンブリ４００と反対方向に延出しているとともにボイスコイルモータのコイル４１０を支持した支持フレーム４２０を有する。
【０１４４】
図１２（ｂ）に示すように、ヘッドジンバルアセンブリ４００は、軸受部３８０から延出したアクチュエータアーム３６０と、アクチュエータアーム３６０から延出したサスペンション３５０とを有する。
【０１４５】
サスペンション３５０の先端には、第２の実施形態で説明した磁気記録ヘッド１４０を有するヘッドスライダ２８０が設けられている。
【０１４６】
本実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリ（ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ））４００は、第２の実施形態で説明した磁気記録ヘッド１４０と、磁気記録ヘッド１４０が設けられたヘッドスライダ２８０と、ヘッドスライダ２８０を一端に搭載するサスペンション３５０と、サスペンション３５０の他端に接続されたアクチュエータアーム３６０とを備える。
【０１４７】
サスペンション３５０は、信号の書き込み及び読み取り用、浮上量調整のためのヒータ用、ＳＴＯ１０用のリード線（図示せず）を有し、このリード線とヘッドスライダ２８０に組み込まれた磁気記録ヘッド１４０の各電極とが電気的に接続される。電極パッド（図示せず）はヘッドジンバルアセンブリ４００に設けられる。本実施形態では、電極パッドは８個設けられる。主磁極２００のコイル用の電極パッドが２つ、磁気再生素子１９０用の電極パッドが２つ、ＤＦＨ（ダイナミックフライングハイト）用の電極パッドが２つ、ＳＴＯ１０用の電極パッドが２つ設けられている。
【０１４８】
信号処理部３８５（図示せず）が、図１０に示す磁気記録再生装置３１０の図面中の背面側に設けられる。信号処理部３８５は、磁気記録ヘッド１４０を用いて磁気記録媒体２３０への信号の書き込みと読み出しを行う。信号処理部３８５の入出力線は、ヘッドジンバルアセンブリ４００の電極パッドに接続され、磁気記録ヘッド１４０と電気的に結合される。
【０１４９】
本実施形態に係る磁気記録再生装置３１０は、磁気記録媒体２３０と、磁気記録ヘッド１４０と、磁気記録媒体２３０と磁気記録ヘッド１４０とを離間させ、又は、接触させた状態で対峙させながら相対的に移動可能とした可動部と、磁気記録ヘッド１４０を磁気記録媒体２３０の所定記録位置に位置あわせする位置制御部と、磁気記録ヘッド１４０を用いて磁気記録媒体２３０への書き込みと読み出しを行う信号処理部３８５とを備える。
【０１５０】
上記の磁気記録媒体２３０として、磁気記録媒体２３０が用いられる。上記の可動部は、ヘッドスライダ２８０を含むことができる。上記の位置制御部は、ヘッドジンバルアセンブリ４００を含むことができる。
【０１５１】
磁気記録再生装置３１０は、磁気記録媒体２３０と、ヘッドジンバルアセンブリ４００と、ヘッドジンバルアセンブリ４００に搭載された磁気記録ヘッド１４０を用いて磁気記録媒体２３０への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部３８５とを備える。
【０１５２】
本発明の実施形態として上述した磁気ヘッドおよび磁気記録再生装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施しうるすべての磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気記録再生装置および磁気メモリも同様に本発明に係る磁気抵抗効果素子を用いることができる。
【０１５３】
本発明の実施形態では、ボトム型の磁気抵抗効果素子１０について説明したが、ピン層１４がスペーサ層１６よりも上に形成されたトップ型の磁気抵抗効果素子１０でも本発明の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【０１５４】
１０…磁気抵抗効果素子、１１…下電極、１２…下地層、１３…ピニング層、１４…ピン層（磁化固着層）、１６…トンネル絶縁スペーサ層、１８…フリー層（磁化自由層）、１８ａ…第１のフリー層、１８ｂ…第２のフリー層、１９…キャップ層、２０…上電極、２１、２２…機能層、４１…バイアス磁界印加膜、４２…絶縁膜、４３…保護層、１４０…磁気ヘッド、１４１…下部ピン層、１４２…磁気結合層、１４３…上部ピン層、２３０…磁気記録媒体、２７０…媒体移動方向、２８０…ヘッドスライダ、２９０…空気流入側、３００…空気流出側、３１０…磁気記録再生装置、３３０…スピンドルモータ、３５０…サスペンション、３６０…アクチュエータアーム、３７０…ボイスコイルモータ、３８０…軸受部、３８５…信号処理部、３９０…ヘッドスタックアセンブリ、４００…磁気ヘッドアセンブリ（ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ））、４１０…コイル、４２０…支持フレーム。
【図１】
2011228545.tif 000004
【図２】
2011228545.tif 000005
【図３】
2011228545.tif 000006
【図４】
2011228545.tif 000007
【図５】
2011228545.tif 000008
【図６】
2011228545.tif 000009
【図７】
2011228545.tif 000010
【図８】
2011228545.tif 000011
【図９】
2011228545.tif 000012
【図１０】
2011228545.tif 000013
【図１１】
2011228545.tif 000014
【図１２】
2011228545.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成23年6月14日(2011.6.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル絶縁スペーサ層と、
Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも１つの元素、並びにＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも１つの元素を含む酸化物を有する機能層と、
を備えた積層体を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記機能層の抵抗率が５×１０４μΩｃｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記機能層の膜厚が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であるとこを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記機能層がさらにＡｌ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、及びＳｎから選択される少なくとも１つの元素を含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記トンネル絶縁スペーサ層はＭｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ及びＺｎから選択される少なくとも１つの元素を含む非磁性酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記積層体が、
キャップ層と、
第１の磁化固着層および第２の磁化固着層と、
磁化自由層と
をさらに含み、
前記積層体において、前記第２の磁化固着層、前記機能層、前記第１の磁化固着層、前記トンネル絶縁スペーサ層、前記磁化自由層および前記キャップ層がこの順に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
前記積層体が、
キャップ層と、
磁化固着層と、
磁化自由層と
をさらに含み、
前記積層体において、前記磁化固着層、前記機能層、前記トンネル絶縁スペーサ層、前記磁化自由層および前記キャップ層がこの順に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
前記積層体が、
キャップ層と、
磁化固着層と、
磁化自由層と
をさらに含み、
前記積層体において、前記磁化固着層、前記トンネル絶縁スペーサ層、前記機能層、前記磁化自由層および前記キャップ層がこの順に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
前記積層体が、
キャップ層と、
磁化固着層と、
第１の磁化自由層および第２の磁化自由層と
をさらに含み、
前記積層体において、前記磁化固着層、前記トンネル絶縁スペーサ層、前記第２の磁化自由層、前記機能層、前記第１の磁化自由層および前記キャップ層がこの順に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１０】
前記積層体が、
キャップ層と、
磁化固着層と、
磁化自由層と
をさらに含み、
前記積層体において、前記磁化固着層、前記トンネル絶縁スペーサ層、前記磁化自由層、前記機能層および前記キャップ層がこの順に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１１】
前記積層体の膜面に垂直に電流を流すための一対の電極をさらに含む請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１２】
磁気記録媒体と、
請求項１に記載の磁気抵抗効果素子を備えた磁気記録ヘッドと、
前記磁気記録ヘッドを用いて前記磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部と、
を備えたことを特徴とする磁気記録再生装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子は、トンネル絶縁スペーサ層と、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも１つの元素、並びにＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも１つの元素を含む酸化物を有する機能層と、を備えた積層体を備えたことを特徴とする。