(57)【要約】【課題】本発明の目的は、高出力でかつ外部磁界に対する感度が良好な磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘッド、磁気記憶装置、および磁気メモリ装置を提供する。【解決手段】ＧＭＲ膜３０は、下地層３１、反強磁性層３２、固定磁化積層体３３、非磁性金属層３７、拡散防止層３８、自由磁化層３９、保護層４０が順次積層された構成からなる。自由磁化層３９はＭｎ系ホイスラー合金からなり、拡散防止層３８はＣｏＦｅＡｌからなる。ＣｏＦｅＡｌの組成は、三元系の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量，Ｆｅ含有量，Ａｌ含有量）として表すと、点Ａ（５５，１０，３５）、点Ｂ（５０，１５，３５）、点Ｃ（５０，２０，３０）、点Ｄ（５５，２５，２０）、点Ｅ（６０，２５，１５）、点Ｆ（７０，１５，１５）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、および点Ａをこの順にそれぞれ直線で結んだ領域内に設定されてもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子であって、
固定磁化層と、非磁性金属層と、拡散防止層と、自由磁化層とがこの順に積層され、
前記自由磁化層はＭｎ系ホイスラー合金からなり、
前記拡散防止層はＣｏＦｅＡｌからなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子であって、
固定磁化層と、非磁性絶縁層と、自由磁化層と、他の拡散防止層と、保護層とがこの順に積層され、
前記保護層は非磁性金属材料からなり、
前記自由磁化層はＭｎ系ホイスラー合金からなり、
前記他の拡散防止層はＣｏＦｅＡｌからなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記ＣｏＦｅＡｌは、三元系の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量，Ｆｅ含有量，Ａｌ含有量）として表すと、点Ａ（５５，１０，３５）、点Ｂ（５０，１５，３５）、点Ｃ（５０，２０，３０）、点Ｄ（５５，２５，２０）、点Ｅ（６０，２５，１５）、点Ｆ（７０，１５，１５）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、および点Ａをこの順にそれぞれ直線で結んだ領域内の組成を有することを特徴とする請求項１または２記載の磁気抵抗効果素子（但し、各含有量は原子％で表す。）。
【請求項４】
請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の磁気抵抗効果素子を有する磁気ヘッドと、記録素子と、磁気記録媒体とを備える磁気記憶装置。
【請求項５】
固定磁化層と、非磁性金属層と、拡散防止層と、自由磁化層と、が積層されたＣＰＰ型の磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜に磁界を印加して、前記自由磁化層の磁化を所定の方向に向ける書込手段と、
前記磁気抵抗効果膜にセンス電流を供給して抵抗値を検出する読出手段とを備え、
前記自由磁化層はＭｎ系ホイスラー合金からなり、
前記拡散防止層はＣｏＦｅＡｌからなることを特徴とする磁気メモリ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気記憶装置において情報を再生するための磁気抵抗効果素子、磁気記憶装置、および磁気メモリ装置に関し、特に、磁気抵抗効果素子を構成する積層膜の積層方向にセンス電流を流すＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−Ｐｌａｎｅ）型の構造を有する磁気抵抗効果素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁気記憶装置の磁気ヘッドには、磁気記録媒体に記録された情報を再生するための再生用素子として磁気抵抗効果素子が用いられている。磁気抵抗効果素子は磁気記録媒体から漏洩する信号磁界の向きの変化を電気抵抗の変化に変換する磁気抵抗効果を利用して磁気記録媒体に記録された情報を再生する。
【０００３】
磁気記憶装置の高記録密度化に伴い、スピンバルブ膜を備えたものが主流となっている。スピンバルブ膜は、磁化が所定の方向に固定された固定磁化層と、非磁性層と、磁気記録媒体からの漏洩磁界の方向や強度に応じて磁化の方向が変わる自由磁化層が積層して構成されている。スピンバルブ膜は、固定磁化層の磁化と自由磁化層の磁化とがなす角に応じて電気抵抗値が変化する。電気抵抗値の変化を、スピンバルブ膜に一定値のセンス電流を流して電圧変化として検出することで、磁気抵抗効果素子が磁気記録媒体に記録されたビットを再生する。
【０００４】
従来、磁気抵抗効果素子は、スピンバルブ膜の面内方向にセンス電流を流すＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ）型の構造が採用されてきた。磁気記録装置のさらなる高記録密度化を図るためには、磁気記録媒体では、その線記録密度およびトラック密度を増加させる必要がある。一方、磁気抵抗効果素子では、磁気記録媒体のトラック幅に対応する素子幅、および素子高さ（素子の奥行き）の両方、すなわち素子断面積を低減する必要がある。この場合、ＣＩＰ型の構造では、センス電流の電流密度が大きくなるため過熱によりスピンバルブ膜を構成する材料のマイグレーション等による性能劣化が生じるおそれがある。
【０００５】
そこで、スピンバルブ膜の積層方向、すなわち、固定磁化層、非磁性層、および自由磁化層が積層された方向にセンス電流を流すＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−Ｐｌａｎｅ）型の構造が提案され、次世代の再生用素子として盛んに研究が行われている。ＣＰＰ型のスピンバルブ膜は、素子幅が狭小化されても出力がほとんど変化しないという特長を有するため、高記録密度化に適している。
【０００６】
ＣＰＰ型のスピンバルブ膜の出力は、スピンバルブ膜に外部磁界を一方向からその逆の方向に磁界を掃引して印加した際の磁気抵抗変化量で決まってくる。この磁気抵抗変化量は、センス電流の方向に垂直な膜面の単位面積の磁気抵抗変化量である。単位面積の磁気抵抗変化量は、スピンバルブ膜の磁気抵抗変化量とスピンバルブ膜の膜面の面積を乗じたものである。単位面積の磁気抵抗変化量を増加させるためには、自由磁化層や固定磁化層にスピン依存バルク散乱係数と比抵抗との積が大きな材料を用いる必要がある。スピン依存バルク散乱とは、伝導電子が持つスピンの向きに依存して自由磁化層や固定磁化層の層内で伝導電子が散乱する度合いを示す。スピン依存バルク散乱係数が大きいほど、磁気抵抗変化量が大きくなる。
【０００７】
スピン依存バルク散乱係数が大きな材料として、Ｍｎを含むホイスラー合金組成の強磁性材料を自由磁化層に用いた磁気抵抗効果素子が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。さらに、特許文献１ではＭｎを含むホイスラー合金組成を自由磁化層に用いた場合、製造中の熱処理により自由磁化層に接するＣｕやＣｒの非磁性層にＭｎ原子が拡散して、磁気抵抗変化量の著しい減少が生じるため、自由磁化層と非磁性層との間にＣｏＦｅ膜を形成して、磁気抵抗変化量の低下を回避する手法が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−２１８４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１のように自由磁化層と非磁性層との間にＣｏＦｅ膜を形成した場合、ＣｏＦｅ膜は厚いほどＭｎの非磁性層側への拡散を抑制できるが、これと同時に保磁力も増大する。このため、自由磁化層とＣｏＦｅ膜の磁化が外部磁界に対する感度が低下する。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、Ｍｎの拡散を抑制して高出力で外部磁界を検知する感度に対する磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気記憶装置および磁気メモリ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一観点によれば、ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子であって、固定磁化層と、非磁性金属層と、拡散防止層と、自由磁化層とがこの順に積層され、前記自由磁化層はＭｎ系ホイスラー合金からなり、前記拡散防止層はＣｏＦｅＡｌからなることを特徴とする磁気抵抗効果素子が提供される。
【００１１】
本発明によれば、自由磁化層と非磁性金属層との間にＣｏＦｅＡｌからなる拡散防止層を設けて、自由磁化層のＭｎ系ホイスラー合金のＭｎ原子が非磁性金属層に拡散するのを抑止する。また、ＣｏＦｅＡｌ膜がＣｏＦｅよりも飽和磁束密度が低いので、膜厚×飽和磁束密度で表される磁化量を所定値に設定する場合、ＣｏＦｅよりも自由磁化層の膜厚を増加でき、自由磁化層のＭｎ系ホイスラー合金はスピン依存バルク散乱がＣｏＦｅよりも大きいので。したがって、高出力の磁気抵抗効果素子が得られる。これと共に、ＣｏＦｅＡｌからなる拡散防止層が自由磁化層に接して設けられているので、拡散防止層の磁化と自由磁化層の磁化は互いに交換結合しながら外部磁界に対して応答する。ＣｏＦｅＡｌはＣｏＦｅよりも低保磁力かつ低飽和磁束密度なので、拡散防止層および自由磁化層の積層体の磁化は外部磁界に対する感度が向上する。これらのことから、高出力で外部磁界に対する感度が良好な磁気抵抗効果素子が得られる。
【００１２】
本発明の他の観点によれば、ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子であって、固定磁化層と、非磁性絶縁層と、自由磁化層と、他の拡散防止層と、保護層とがこの順に積層され、前記保護層は非磁性金属材料からなり、前記自由磁化層はＭｎ系ホイスラー合金からなり、前記他の拡散防止層はＣｏＦｅＡｌからなることを特徴とする磁気抵抗効果素子が提供される。
【００１３】
本発明によれば、自由磁化層と保護膜との間にＣｏＦｅＡｌからなる拡散防止層を設けて、自由磁化層のＭｎ系ホイスラー合金のＭｎ原子が保護膜に拡散するのを抑止する。また、ＣｏＦｅＡｌ膜がＣｏＦｅよりも飽和磁束密度が低いので、膜厚×飽和磁束密度で表される磁化量を所定値に設定する場合、ＣｏＦｅよりも自由磁化層の膜厚を増加でき、自由磁化層のＭｎ系ホイスラー合金はスピン依存バルク散乱がＣｏＦｅよりも大きいので。したがって、高出力の磁気抵抗効果素子が得られる。他の拡散防止層が自由磁化層に接して設けられているので、他の拡散防止層の磁化と自由磁化層の磁化は互いに交換結合しながら外部磁界に対して応答する。他の拡散防止層のＣｏＦｅＡｌはＣｏＦｅよりも低保磁力かつ低飽和磁束密度なので、他の拡散防止層と自由磁化層との積層体の磁化は外部磁界に対する感度が向上する。これらのことから、高出力で外部磁界に対する感度が良好な磁気抵抗効果素子が得られる。
【００１４】
本発明のその他の観点によれば、上記いずれか一項記載の磁気抵抗効果素子を有する磁気ヘッドと、記録素子と、磁気記録媒体とを備える磁気記憶装置が提供される。
【００１５】
本発明によれば、磁気抵抗効果素子が高出力でかつ磁気記録媒体からの信号磁界に対する感度が良好であるので、磁気記憶装置の高記録密度化が可能となる。
【００１６】
本発明のその他の観点によれば、固定磁化層と、非磁性金属層と、拡散防止層と、自由磁化層と、が積層されたＣＰＰ型の磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜に磁界を印加して、前記自由磁化層の磁化を所定の方向に向ける書込手段と、前記磁気抵抗効果膜にセンス電流を供給して抵抗値を検出する読出手段とを備え、前記自由磁化層はＭｎ系ホイスラー合金からなり、前記拡散防止層はＣｏＦｅＡｌからなることを特徴とする磁気メモリ装置が提供される。
【００１７】
本発明によれば、磁気抵抗効果膜は高出力であるので、情報の読出しの際に、保持された"０"および "１"に対応する磁気抵抗値の差が大きいので、正確な読出しができる。さらに、本発明では、前記非磁性金属層と自由磁化層との間に、自由磁化層に含まれるＭｎの非磁性金属層への拡散を防止する拡散防止層を備える。拡散防止層により磁気メモリ装置の製造過程における加熱処理や使用時の発熱等の温度上昇による非磁性金属層中へのＭｎの拡散を抑制できる。その結果、耐熱性に優れ、磁気抵抗変化量の劣化を抑制できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高出力でかつ磁界に対する感度が良好な磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気記憶装置、および磁気メモリ装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下図面を参照しつつ実施の形態を説明する。なお、説明の便宜のため、特に断らない限り、「単位面積の磁気抵抗変化量ΔＲＡ」を「磁気抵抗変化量ΔＲＡ」あるいは単に「ΔＲＡ」と略称する。
【００２０】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子と、誘導型記録素子を備えた複合型の磁気ヘッドについて説明する。
【００２１】
図１は、複合型の磁気ヘッドの媒体対向面の要部を示す図である。図１中、矢印Ｘの方向は、磁気抵抗効果素子に対向する磁気記録媒体（不図示）の移動方向を示す。
【００２２】
図１を参照するに、磁気ヘッド１０は、大略して、ヘッドスライダの基体となるＡｌ2Ｏ3−ＴｉＣ等の平坦なセラミック基板１１の上に形成された磁気抵抗効果素子２０と、その上に形成された誘導型記録素子１３から構成される。
【００２３】
誘導型記録素子１３は、媒体対向面に磁気記録媒体のトラック幅に相当する幅を有する上部磁極１４と、非磁性材料からなる記録ギャップ層１５を挟んで上部磁極１４に対向する下部磁極１６と、上部磁極１４と下部磁極１６とを磁気的に接続するヨーク（図示されず）と、ヨークを巻回し、記録電流により記録磁界をする誘起するコイル（図示されず）等からなる。上部磁極１４、下部磁極１６、およびヨークは軟磁性材料より構成される。この軟磁性材料としては、記録磁界を確保するために飽和磁束密度の大なる材料、例えば、Ｎｉ80Ｆｅ20、ＣｏＺｒＮｂ、ＦｅＮ、ＦｅＳｉＮ、ＦｅＣｏ、ＣｏＮｉＦｅ等が挙げられる。なお、誘導型記録素子１３はこれに限定されるものではなく、公知の構造の誘導型記録素子を用いることができる。
【００２４】
磁気抵抗効果素子２０は、セラミック基板１１の表面に形成されたアルミナ膜１２上に、下部電極２１、磁気抵抗効果膜３０（以下、「ＧＭＲ膜３０」と称する。）、アルミナ膜２５、上部電極２２が積層された構成となっている。ＧＭＲ膜３０は、下部電極２１および上部電極２２とそれぞれ電気的に接続されている。
【００２５】
ＧＭＲ膜３０の両側には、絶縁膜２３を介して磁区制御膜２４が設けられている。磁区制御膜２４は、例えば、Ｃｒ膜と強磁性のＣｏＣｒＰｔ膜との積層体からなる。磁区制御膜２４は、ＧＭＲ膜３０を構成する自由磁化層（図２に示す符号３９）の単磁区化を図り、バルクハウゼンノイズの発生を防止する。
【００２６】
下部電極２１および上部電極２２は、センス電流Ｉsの流路としての機能に加え、磁気シールドとしての機能も兼ねる。そのため、下部電極２１および上部電極２２は、軟磁性合金、例えばＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ等から構成される。さらに下部電極２１とＧＭＲ膜３０との界面に導電膜、例えば、Ｃｕ膜、Ｔａ膜、Ｔｉ膜等を設けてもよい。これらの導電膜によりＧＭＲ膜３０を構成する各層の結晶性が向上する。
【００２７】
また、磁気抵抗効果素子２０および誘導型記録素子１３は、腐食等を防止するためアルミナ膜や水素化カーボン膜等により覆われる。
【００２８】
センス電流Ｉｓは、例えば、上部電極２２から、ＧＭＲ膜３０をその膜面に略垂直方向（ＧＭＲ膜の積層方向に流れ下部電極２１に達する。ＧＭＲ膜３０は、磁気記録媒体からの漏洩する信号磁界の強度および方向に対応して電気抵抗値、いわゆる磁気抵抗値が変化する。磁気抵抗効果素子２０は、ＧＭＲ膜３０の磁気抵抗値の変化を、所定の電流量のセンス電流Ｉｓを流して、電圧変化として検出する。このようにして、磁気抵抗効果素子２０は磁気記録媒体に記録された情報を再生する。なお、センス電流Ｉｓの流れる方向は図１に示す方向に限定されず、逆向きでもよい。また、磁気記録媒体の移動方向も逆向きでもよい。
【００２９】
なお、磁気ヘッド１０の記録素子１３および磁気抵抗効果素子２０の形成方法は公知の方法、例えば、スパッタ法や真空蒸着法、化学気相成長法等の成膜方法と、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を組み合わせたパターニング方法を用いることができる。
【００３０】
また、本発明の一つの実施の形態として複合型の磁気ヘッド１０を示したが、本発明の他の実施の形態として、磁気ヘッドは第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子（あるいは後ほど説明する第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子）のみを備える再生専用の磁気ヘッドでもよい。
【００３１】
次に、磁気抵抗効果素子２０を構成するＧＭＲ膜３０について５つの例（第１例〜第５例）を説明する。磁気抵抗効果素子２０には、第１例〜第５例のＧＭＲ膜のいずれを適用してもよい。
【００３２】
［第１例のＧＭＲ膜］
図２は、第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を構成する第１例のＧＭＲ膜の断面図である。
【００３３】
図２を参照するに、第１例のＧＭＲ膜３０は、下地層３１、反強磁性層３２、固定磁化積層体３３、非磁性金属層３７、拡散防止層３８、自由磁化層３９、保護層４０が順次積層された構成からなる。ＧＭＲ膜３０は、いわゆるシングルスピンバルブ構造を有する。
【００３４】
下地層３１は、図１に示す下部電極２１の表面にスパッタ法等により形成される。下地層３１は、例えば、ＮｉＣｒ膜や、Ｔａ膜（例えば膜厚５ｎｍ）とＮｉＦｅ膜（例えば膜厚５ｎｍ）との積層体等から構成される。ＮｉＦｅ膜は、Ｆｅの含有量が１７原子％〜２５原子％の範囲内であることが好ましい。このような組成のＮｉＦｅ膜を用いることにより、ＮｉＦｅ膜の結晶成長方向である（１１１）結晶面およびこれに結晶学的に等価な結晶面の表面に、反強磁性層３２がエピタキシャル成長する。これにより、反強磁性層３２の結晶性を向上させることができ、さらには、反強磁性層３２上に積層された各層３４〜３８を介して自由磁化層３９の結晶性が向上し、自由磁化層３９の保磁力を低下させることができる。
【００３５】
反強磁性層３２は、例えば膜厚４ｎｍ〜３０ｎｍ（好ましくは４ｎｍ〜１０ｎｍ）のＭｎ−ＴＭ合金（ＴＭは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、ＩｒおよびＲｈのうち少なくとも１種から選択される。）から構成される。Ｍｎ−ＴＭ合金としては、例えば、ＰｔＭｎ、ＰｄＭｎ、ＮｉＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｔＰｄＭｎが挙げられる。反強磁性層３２は、固定磁化積層体３３の第１固定磁化層３４に交換相互作用を及ぼして第１固定磁化層３４の磁化を所定の向きに固定する。
【００３６】
固定磁化積層体３３は、反強磁性層３２側から第１固定磁化層３４、非磁性結合層３５、第２固定磁化層３６が順に積層されてなる。固定磁化積層体３３は、第１固定磁化層３４の磁化と第２固定磁化層３６の磁化とが反強磁性的に交換結合し、磁化の向きが互いに反平行となる、いわゆる積層フェリ構造を有する。
【００３７】
第１および第２固定磁化層３４，３６は、それぞれ膜厚１〜３０ｎｍのＣｏ、Ｎｉ、およびＦｅのうち、少なくともいずれかを含む強磁性材料から構成される。この強磁性材料としては、例えば、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＡｌ、ＮｉＦｅ、ＦｅＣｏＣｕ、ＣｏＮｉＦｅ等が挙げられる。
【００３８】
第２固定磁化層３６として、ＣｏＦｅＺ（但し、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｖ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂ、およびＮｉから選択される少なくとも１種の元素である。）の一般式で表され、Ｃｏ50Ｆｅ25Ｚ25（但し、含有量は原子％で示している。）の組成でホイスラー合金の結晶構造を形成する強磁性材料を用いてもよい。ＣｏＦｅＺ強磁性材料は、スピン依存バルク散乱係数が大きいので、磁気抵抗効果素子のΔＲＡを増加できる。第２固定磁化層３６の強磁性材料は保磁力が高くても磁気抵抗効果素子の特性に悪影響を及ぼさないため、スピン依存バルク散乱係数が大きい組成範囲から選択できる。
【００３９】
また、第１固定磁化層３４として好適な強磁性材料としては、比抵抗が低い点で、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅが挙げられる。これは、第１固定磁化層３４の磁化は、第２固定磁化層３６の磁化の向きに対して逆向きとなるので、スピン依存バルク散乱係数の符号が第２固定磁化層３６と同じ場合は、第１固定磁化層３４が磁気抵抗変化量ΔＲＡを低下させる方向に働く。このような場合、比抵抗の低い強磁性材料を用いることで、磁気抵抗変化量ΔＲＡの低下を抑制することができる。
【００４０】
非磁性結合層３５は、その膜厚が第１固定磁化層３４と第２固定磁化層３６とが反強磁性的に交換結合する範囲に設定される。その範囲は、０．４ｎｍ〜１．５ｎｍ（好ましくは０．４ｎｍ〜０．９ｎｍ）である。非磁性結合層３５は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ系合金、Ｒｈ系合金、Ｉｒ系合金等の非磁性材料から構成される。Ｒｕ系合金としてはＲｕに、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＭｎのうちいずれか一つ、あるいはこれらの合金との非磁性材料が好適である。
【００４１】
なお、第１および第２固定磁化層３４，３６のそれぞれは、１層のみならず、２層以上の積層体としてもよく、この積層体は、その各々の層が同一の元素の組み合わせでかつ互いに異なる組成比の材料を用いてもよく、あるいは、互いに異なる元素を組み合わせた材料を用いてもよい。
【００４２】
さらに、図示を省略するが、第１固定磁化層３４と反強磁性層３２との間に第１固定磁化層３４よりも飽和磁束密度が高い強磁性材料からなる強磁性接合層を設けてもよい。これにより、第１固定磁化層３４と反強磁性層３２との間に働く交換相互作用を増加でき、第１固定磁化層３４の磁化の向きが所定の向きから変位したり反転したりする問題を回避できる。
【００４３】
非磁性金属層３７は、例えば、膜厚１．５ｎｍ〜１０ｎｍの非磁性の金属材料から構成される。非磁性金属層３７に好適な導電性材料としてはＣｕ、Ａｌ、Ｃｒ等が挙げられる。
【００４４】
拡散防止層３８はＣｏＦｅＡｌからなる。ＣｏＦｅＡｌを用いることで、以下に説明するように、磁気抵抗効果素子の高出力化および高感度化が可能になる。
【００４５】
ＣｏＦｅＡｌは、後の図７において説明するが、自由磁化層３９のＭｎ系ホイスラー合金のＭｎの非磁性金属層３７への拡散を抑止する。そのためＭｎの拡散による磁気抵抗変化量ΔＲＡの低下を抑止できる。特に非磁性金属層３７がＣｕの場合はＭｎが拡散し易く、磁気抵抗変化量ΔＲＡが極めて低下するので、拡散防止層３８によってその低下を回避する。
【００４６】
さらに、ＣｏＦｅＡｌは、後の図８において説明するが、保磁力および飽和磁束密度がＣｏＦｅよりも低い。保磁力は磁化の飽和の困難性を示しており、外部磁界に対する応答は保磁力が低いほどよい。ＣｏＦｅＡｌがＣｏＦｅよりも保磁力が低いので、より低い外部磁界により磁化の向きが反転されて自由磁化層３９と共に外部磁界に反応可能となる。
【００４７】
また、自由磁化層３９が拡散防止層３８と共に外部磁界に追従して磁化が回転する際、磁化の回転の容易性は自由磁化層３９および拡散防止層３８のそれぞれの飽和磁束密度と膜厚との積（以下、「飽和磁束密度膜厚積」と称する。）の総和により決定され、その総和は所定値以下に設定される。ＣｏＦｅＡｌはＣｏＦｅよりも飽和磁束密度が低く、かつ、Ｍｎの拡散防止層として機能する厚さはＣｏＦｅと略同等と考えられるため、ＣｏＦｅよりも飽和磁束密度膜厚積を抑制できる。そのため、抑制された飽和磁束密度膜厚積の分を自由磁化層３９に割り当てられるので、自由磁化層３９の膜厚を増加できる。自由磁化層３９のＭｎ系ホイスラー合金のスピン依存バルク散乱係数は、ＣｏＦｅやＣｏＦｅＡｌよりも大きいため、自由磁化層３９の膜厚を増加することで磁気抵抗変化量ΔＲＡを増加でき、磁気抵抗効果素子２０の高出力化が可能になる。
【００４８】
また、ＣｏＦｅＡｌのスピン依存バルク散乱係数は、軟磁性材料であるＣｏＦｅのスピン依存バルク散乱係数と同程度で、その他の軟磁性材料よりも比較的大きなスピン依存バルク散乱係数を有する。例えば、Ｃｏ90Ｆｅ10のスピン依存バルク散乱係数は０．５５であるのに対し、Ｃｏ50Ｆｅ20Ａｌ30のスピン依存バルク散乱係数は０．５０である。また、比抵抗はＣｏＦｅＡｌがＣｏＦｅよりも極めて大きく、例えばＣｏ90Ｆｅ10が２０μΩｃｍであるに対して、Ｃｏ50Ｆｅ20Ａｌ30はＣｏ90Ｆｅ10の６倍程度の１３０μΩｃｍである。磁気抵抗変化量はスピン依存バルク散乱係数と比抵抗との積に依存するので、ＣｏＦｅＡｌの方がＣｏＦｅよりも磁気抵抗変化量ΔＲＡが極めて大きい。したがって、拡散防止層３８にＣｏＦｅＡｌを用いることで、磁気抵抗変化量ΔＲＡを大幅に増加することができ、磁気抵抗効果素子２０のいっそうの高出力化が可能になる。
【００４９】
さらに、ＣｏＦｅＡｌのスピン依存バルク散乱係数および比抵抗は、ＣｏＦｅＡｌの組成比に対する依存性が小さいため、製造の際のＣｏＦｅＡｌの組成管理が容易になるという利点もある。なお、ＣｏＦｅＡｌはこれらの利点から、次に説明する自由磁化層３８にも好適に用いられる。
【００５０】
さらに、拡散防止層３８のＣｏＦｅＡｌは、後の図９および図１０に示すように、組成を選択することで、保磁力をさらに低減できる。すなわち、図１０に示すように、ＣｏＦｅＡｌの三元系組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量、Ｆｅ含有量、Ａｌ含有量）として表すと、点Ａ（５５，１０，３５）、点Ｂ（５０，１５，３５）、点Ｃ（５０，２０，３０）、点Ｄ（５５，２５，２０）、点Ｅ（６０，２５，１５）、点Ｆ（７０，１５，１５）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、および点Ａをこの順にそれぞれ直線で結んだ領域ＡＢＣＤＥＦＡの範囲内の組成に設定される（図１０中、太い実線で示す範囲）。この組成範囲は、ホイスラー合金組成であるＣｏ50Ｆｅ25Ａｌ25と同等の磁気抵抗変化量ΔＲＡを有し、かつ保磁力が低減されている。したがって、磁気抵抗効果素子２０は高出力が得られると共に、信号磁界に対する感度が高めることができる。
【００５１】
さらにまた、自由磁化層３８の組成範囲を、後の図８に示すＣｏＦｅＡｌの三元系組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量、Ｆｅ含有量、Ａｌ含有量）として表すと、点Ａ（５５，１０，３５）、点Ｂ（５０，１５，３５）、点Ｃ（５０，２０，３０）、点Ｇ（６５，２０，１５）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｇ、および点Ａをこの順にそれぞれ直線で結んだ領域内の組成に設定する図１０中、太い破線で示す範囲）ことで、拡散防止層３８自体の保磁力を２０Ｏｅ以下にすることができるので、信号磁界に対する感度がいっそう高めることができる。
【００５２】
また、拡散防止層３８は、膜厚０．５ｎｍ〜２．０ｎｍの範囲に設定されることが好ましい。拡散防止層３８の膜厚が０．５ｎｍを切るとＭｎの拡散防止機能が低下し、２．０ｎｍを超えると、ＧＭＲ膜の膜厚が増大しリードギャップ長が増大し、高記録密度での再生出力が十分に得られなくなる。
【００５３】
自由磁化層３９は、Ｍｎ系のホイスラー合金からなる。ホイスラー合金はスピン依存バルク散乱係数がＣｏＦｅのスピン依存バルク散乱係数と同程度で、比抵抗がＣｏＦｅよりも極めて大きい。そのため、磁気抵抗変化量ΔＲＡは、ＣｏＦｅを用いた場合よりも極めて大きくなる。
【００５４】
Ｍｎ系のホイスラー合金、例えば、Ｃｏ2ＭｎＧｅの場合、その結晶構造は、体心立方格子の頂点にＣｏがあって中心にＭｎとＧｅが交互に規則的に配置されている。このような構造をとることで片方の電子スピン（例えばアップスピン）が金属的なバンド構造、もう片方の電子スピン（例えばダウンスピン）が絶縁体的なバンド構造を有するハーフメタルと呼ばれる材料になる。その結果、スピンバルク散乱係数、すなわち、磁性材料内でスピンが散乱する割合が大きくなり、磁気抵抗変化量ΔＲＡが増加する。
【００５５】
自由磁化層３９に好適なＭｎ系のホイスラー合金としては、Ｃｏ2ＭｎＸ（ＸはＡｌ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｂ、およびＳｎからなる群のうちいずれか一つ）、Ｎｉ2ＭｎＡｌ、Ｎｉ2ＭｎＳｎ、Ｃｕ2ＭｎＡｌ、Ｐｄ2ＭｎＩｎ、Ｐｄ2ＭｎＳｎ、Ｐｄ2ＭｎＳｂ、ＮｉＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｂ、ＰｄＭｎＳｂ、およびＰｔＭｎＳｎである。
【００５６】
また、自由磁化層３９は、その膜厚が例えば２ｎｍ〜８ｎｍに設定されることが好ましく、飽和磁束密度膜厚積が拡散防止層と合わせて８ｎｍＴ以下に設定することが好ましい。ただし、飽和磁束密度膜厚積は十分な再生出力が得られる点で２ｎｍＴ以上に設定されるべきである。
【００５７】
保護層４０は非磁性金属材料からなり、例えばＲｕ、Ｃｕ、Ｔａ、Ａｕ、Ａｌ、およびＷのいずれかを含む金属膜から構成され、さらに、これらの金属膜の積層体から構成してもよい。保護層４０は、以下に説明する反強磁性層３２の反強磁性を出現させるための熱処理等の際に自由磁化層３９の酸化を防止できる。
【００５８】
なお、図示を省略するが、第１例のＧＭＲ膜３０の変形例として、自由磁化層３９と保護層４０との間に、拡散防止層３８と同様の材料および膜厚の範囲から選択される他の拡散防止層をさらに設けることが好ましい。保護層４０の材料（例えばＣｕ）によっては自由磁化層３９中のＭｎが保護層４０へ拡散する場合がある。そうすると自由磁化層３９の磁気モーメントが減少して磁気抵抗変化量ΔＲＡが減少してしまう。他の拡散防止層を設けることで、Ｍｎの拡散を防止してΔＲＡの劣化を回避できる。
【００５９】
次に第１例のＧＭＲ膜３０の形成方法を、図２を参照しつつ説明する。最初に、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法等により、下地層３１、反強磁性層３２、固定磁化積層体３３、非磁性金属層３７、拡散防止層３８、自由磁化層３９、までの各々の層を上述した材料を用いて順次形成する。
【００６０】
次いで、このようにして得られた積層体を所定の方向の磁界を印加しながら熱処理する。熱処理は、真空雰囲気で、例えば加熱温度２５０℃〜３２０℃、加熱時間約２〜４時間、印加磁界１５９２ｋＡ／ｍに設定する。この熱処理により、反強磁性層３２の磁化の方向を所定の方向に設定して、反強磁性層３２と固定磁化層３３との交換相互作用により固定磁化層３３の磁化を所定の向きに固定することができる。なお、この熱処理において、上述したＭｎ−ＴＭ合金のうちの一部の材料は規則合金化して反強磁性が出現する。
【００６１】
以上説明したように、第１例のＧＭＲ膜３０は、自由磁化層３９と非磁性金属層３７との間にＣｏＦｅＡｌからなる拡散防止層３８を設けて、自由磁化層３９のＭｎ系ホイスラー合金のＭｎ原子が非磁性金属層３７に拡散するのを抑止する。また、ＣｏＦｅＡｌ膜がＣｏＦｅよりも飽和磁束密度が低いので、自由磁化層３９の膜厚を増加でき、自由磁化層３９のＭｎ系ホイスラー合金はスピン依存バルク散乱がＣｏＦｅよりも大きいので。したがって、高出力の磁気抵抗効果素子が得られる。
【００６２】
これと共に、第１例のＧＭＲ膜３０は、拡散防止層３８が自由磁化層３９に接して設けられているので、拡散防止層３８の磁化と自由磁化層３９の磁化は互いに交換結合しながら外部磁界に対して応答する。拡散防止層３８のＣｏＦｅＡｌはＣｏＦｅよりも低保磁力かつ低飽和磁束密度なので、拡散防止層３８および自由磁化層３９の積層体の磁化は外部磁界に対する感度が向上する。これらのことから、高出力で外部磁界に対する感度が良好な磁気抵抗効果素子が得られる。
【００６３】
［第２例のＧＭＲ膜］
次に、第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を構成する第２例のＧＭＲ膜について説明する。第２例のＧＭＲ膜は、図２に示す第１例のＧＭＲ膜３０の変形例である。
【００６４】
図３は、第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を構成する第２例のＧＭＲ膜の断面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００６５】
図３を参照するに、第２例のＧＭＲ膜５０は、下地層３１、反強磁性層３２、固定磁化積層体５３、第２拡散防止層５１、非磁性金属層３７、第１拡散防止層３８、自由磁化層３９、保護層４０が順次積層された構成からなる。固定磁化積層体５３は、反強磁性層３２側から第１固定磁化層３４、非磁性結合層３５、第２固定磁化層５６が順に積層されてなる。ＧＭＲ膜５０は、シングルスピンバルブ構造を有する。なお、第１拡散防止層３８は、図２の拡散防止層３８と同様の材料および膜厚を有するので同一の符号を用いている。
【００６６】
ＧＭＲ膜５０は、第２固定磁化層５６が自由磁化層３９の材料と同様のＭｎ系ホイスラー合金からなる。第２固定磁化層５６は、第１例のＧＭＲ膜で説明した好適なＭｎ系ホイスラー合金から選択されることが好ましい。なお、第２固定磁化層５６は自由磁化層３９と組成が同一の材料でもよく、異なる材料でもよい。第２固定磁化層５６にもＭｎ系ホイスラー合金を用いることで、磁気抵抗変化量ΔＲＡを第１例のＧＭＲ膜よりもさらに向上でき、磁気抵抗効果素子１０のいっそうの高出力化が図れる。
【００６７】
第２拡散防止層５１はＣｏＦｅＡｌからなる。ＣｏＦｅＡｌを用いることで第２固定磁化層５６のＭｎ系ホイスラー合金のＭｎの非磁性金属層３７への拡散を抑止する。そのためＭｎの拡散による磁気抵抗変化量ΔＲＡの低下を抑止できる。特に非磁性金属層３７がＣｕの場合はＭｎが拡散し易く、磁気抵抗変化量ΔＲＡが極めて低下するので、第２拡散防止層５１によってその低下を回避する。
【００６８】
以上により、第２例のＧＭＲ膜５０は、第２固定磁化層５６がＭｎ系ホイスラー合金からなり、このＭｎ原子が非磁性金属層３７に拡散するのを抑止する第２拡散防止層５１が設けられている。そのため、いっそうの高出力で信号磁界に対する感度が良好な磁気抵抗効果素子を実現できる。
【００６９】
なお、図示は省略するが、第２例のＧＭＲ膜５０の変形例として、図３に示す非磁性結合層３５と第２固定磁化層５６との間に、第２拡散防止層５１と同様の組成および膜厚範囲から選択されたＣｏＦｅＡｌ膜を形成してもよい。これにより第２固定磁化層５６の磁化がＣｏＦｅＡｌ膜を介して第１固定磁化層３４の磁化とより強い交換相互作用により反強磁性的に結合され、固定磁化積層体５３全体の磁化の不所望な反転を回避できる。
【００７０】
なお、第２例のＧＭＲ膜５０およびその変形例のＧＭＲ膜の形成方法は第１例のＧＭＲ膜と略同様であるので、その説明を省略する。以下の例でも同様に省略する。
【００７１】
［第３例のＧＭＲ膜］
次に、第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を構成する第３例のＧＭＲ膜について説明する。第３例のＧＭＲ膜は、図２に示す第１例のＧＭＲ膜３０の変形例である。
【００７２】
図４は、第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を構成する第３例のＧＭＲ膜の断面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００７３】
図４を参照するに、第３例のＧＭＲ膜６０は、下地層３１、下部反強磁性層３２、下部固定磁化積層体３３、下部非磁性金属層３７、下部拡散防止層３８、自由磁化層３９、上部拡散防止層６８、上部非磁性金属層６７、上部固定磁化積層体６３、上部反強磁性層６２、保護層４０が順次積層された構成からなる。すなわち、ＧＭＲ膜６０は、図２に示す第１例のＧＭＲ膜３０の自由磁化層３９と保護層４０との間に、上部拡散防止層６８、上部非磁性金属層６７、上部固定磁化積層体６３、上部反強磁性層６２を設けた構成を有する。ＧＭＲ膜６０は、いわゆるデュアルスピンバルブ構造を有する。なお、下部反強磁性層３２、下部固定磁化積層体３３、および下部非磁性金属層３７、および下部拡散防止層３８は、各々、図２に示す第１例のＧＭＲ膜３０の反強磁性層３２、固定磁化層３３、非磁性金属層３７、および拡散防止層３８と同様の材料および膜厚を有するので同一の符号を用いている。
【００７４】
また、上部拡散防止層６８、上部非磁性金属層６７、および上部反強磁性層６２は、各々、下部拡散防止層３８、下部非磁性金属層３７、および下部反強磁性層３２と同様の材料を用いることができ、膜厚も同様の範囲に設定される。
【００７５】
また、上部固定磁化積層体６３は、上部非磁性金属層６７側から上部第２固定磁化層６６、上部非磁性結合層６５、および上部第１固定磁化層６４が順に積層されてなり、いわゆる積層フェリ構造を有する。上部第１固定磁化層６４、上部非磁性結合層６５、および上部第２固定磁化層６６は、各々、下部第１固定磁化層３４、下部非磁性結合層３５、および下部第２固定磁化層３６と同様の材料を用いることができ、膜厚も同様の範囲に設定される。
【００７６】
ＧＭＲ膜６０は、自由磁化層３９が、図２に示す第１例のＧＭＲ膜３０の自由磁化層３９と同様のＭｎ系ホイスラー合金からなり、自由磁化層３９と下部非磁性金属層３７および上部非磁性金属層６７とのそれぞれの間にＣｏＦｅＡｌからなる下部拡散防止層３８および上部拡散防止層６８が形成されている。したがって、自由磁化層３９のＭｎ系ホイスラー合金のＭｎ原子が下部非磁性金属層３７および上部非磁性金属層６７に拡散するのを抑止する。また、Ｍｎ系ホイスラー合金はスピン依存バルク散乱がＣｏＦｅよりも大きく、さらにＣｏＦｅＡｌ膜がＣｏＦｅよりも飽和磁束密度が低いので、自由磁化層３９の膜厚を増加できる。したがって、高出力の磁気抵抗効果素子が得られる。
【００７７】
これと共に、下部拡散防止層３８および上部拡散防止層６８はそれぞれ自由磁化層３９に接して設けられているので、下部拡散防止層３８および上部拡散防止層６８の磁化と自由磁化層３９の磁化は互いに交換結合しながら外部磁界に対して応答する。下部拡散防止層３８および上部拡散防止層６８のＣｏＦｅＡｌはＣｏＦｅよりも低保磁力かつ低飽和磁束密度なので、下部拡散防止層３８および上部拡散防止層６８および自由磁化層３９の磁化は外部磁界に対する感度が向上する。これらのことから、高出力で外部磁界に対する感度が良好な磁気抵抗効果素子が得られる。
【００７８】
さらに、ＧＭＲ膜６０は、下部固定磁化積層体３３、下部非磁性金属層３７、下部拡散防止層３８、および自由磁化層３９からなるスピンバルブ構造と、自由磁化層３９、上部拡散防止層６８、上部非磁性金属層６７、上部固定磁化積層体６３からなるスピンバルブ構造を合わせ有する。したがって、ＧＭＲ膜６０は磁気抵抗変化量ΔＲＡが増加し、第１例のＧＭＲ膜の磁気抵抗変化量ΔＲＡに対して略二倍となる。その結果、第３例のＧＭＲ膜６０を備える磁気抵抗効果素子は、第１例のＧＭＲ膜を備える場合よりも、いっそう高出力の磁気抵抗効果素子が実現できる。なお、ＧＭＲ膜６０の形成方法は第１例のＧＭＲ膜の形成方法と略同様であるので、説明を省略する。
【００７９】
以上により、第３例のＧＭＲ膜６０は、第１例のＧＭＲ膜と同様の効果を有し、さらに第１例のＧＭＲ膜の磁気抵抗変化量ΔＲＡに対して略二倍の磁気抵抗変化量ΔＲＡを有する。その結果、いっそう高出力の磁気抵抗効果素子を実現できる。
【００８０】
［第４例のＧＭＲ膜］
次に、第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を構成する第４例のＧＭＲ膜について説明する。第４例のＧＭＲ膜は、図４に示す第３例のＧＭＲ膜６０の変形例である。
【００８１】
図５は、第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を構成する第４例のＧＭＲ膜の断面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００８２】
図５を参照するに、第４例のＧＭＲ膜７０は、下地層３１、下部反強磁性層３２、下部固定磁化積層体７１、下部非磁性金属層３７、下部第２拡散防止層３８、自由磁化層３９、上部第１拡散防止層６８、上部非磁性金属層６７、上部固定磁化積層体７２、上部反強磁性層６２、保護層４０が順次積層された構成からなる。下部固定磁化積層体７１は、下部反強磁性層３２側から下部第１固定磁化層３４、下部非磁性結合層３５、下部第２固定磁化層５６、下部第２拡散防止層７３が順に積層されてなる。また、上部固定磁化積層体７２は、上部非磁性金属層６７側から上部第２拡散防止層７４、上部第２固定磁化層７６、上部非磁性結合層６５、および上部第１固定磁化層６４が順に積層されてなる。
【００８３】
ＧＭＲ膜７０は、下部第２固定磁化層５６および上部第２固定磁化層７６が自由磁化層３９の材料と同様のＭｎ系ホイスラー合金からなる。第２固定磁化層５６は、第１例のＧＭＲ膜で説明した好適なＭｎ系ホイスラー合金から選択されることが好ましい。なお下部第２固定磁化層５６および上部第２固定磁化層７６は自由磁化層３９と組成が同一の材料でもよく、異なる材料でもよい。下部第２固定磁化層５６および上部第２固定磁化層７６にもＭｎ系ホイスラー合金を用いることで、磁気抵抗変化量ΔＲＡを第３例のＧＭＲ膜よりもさらに向上でき、磁気抵抗効果素子１０のいっそうの高出力化が図れる。
【００８４】
さらに、ＧＭＲ膜７０は、下部第２固定磁化層５６と下部非磁性金属層３７との間に下部第２拡散防止層７３が設けられ、上部非磁性金属層６７と上部第２固定磁化層７６との間に上部第２拡散防止層７４が設けられている。下部第２拡散防止層７３および上部第２拡散防止層７４はＣｏＦｅＡｌからなる。ＣｏＦｅＡｌを用いることで下部第２固定磁化層５６および上部第２拡散防止層７４のＭｎ系ホイスラー合金のＭｎの下部非磁性金属層３７および上部非磁性金属層６７へのそれぞれの拡散を抑止する。そのためＭｎの拡散による磁気抵抗変化量ΔＲＡの低下を抑止できる。特に非磁性金属層３７がＣｕの場合はＭｎが拡散し易く、磁気抵抗変化量ΔＲＡが極めて低下するので、下部第２拡散防止層７３および上部第２拡散防止層７４によってその低下を回避する。
【００８５】
以上により、第４例のＧＭＲ膜７０は、第３例のＧＭＲ膜と同様の効果を有し、さらに
下部第２固定磁化層５６および上部第２固定磁化層７６のＭｎ系ホイスラー合金の効果、および下部第２拡散防止層７３および上部第２拡散防止層７４のＭｎ拡散抑止効果により磁気抵抗変化量ΔＲＡを増加でき、いっそう高出力化できる。
【００８６】
［第５例のＧＭＲ膜］
次に、第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を構成する第５例のＧＭＲ膜について説明する。第５例のＧＭＲ膜は、図５に示す第４例のＧＭＲ膜７０の変形例である。
【００８７】
図６は、第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を構成する第５例のＧＭＲ膜の断面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００８８】
図６を参照するに、第５例のＧＭＲ膜８０は、下地層３１、下部反強磁性層３２、下部固定磁化積層体８１、下部非磁性金属層３７、下部第２拡散防止層３８、自由磁化層３９、上部第１拡散防止層６８、上部非磁性金属層６７、上部固定磁化積層体８２、上部反強磁性層６２、保護層４０が順次積層された構成からなる。下部固定磁化積層体８１は、下部反強磁性層３２側から、下部第１固定磁化層３４、下部非磁性結合層３５、下部界面磁性層８３、下部第２固定磁化層５６、下部第２拡散防止層７３が順に積層されてなる。また、上部固定磁化積層体８２は、上部非磁性金属層６７側から上部第２拡散防止層７４、上部第２固定磁化層７６、上部界面磁性層８４、上部非磁性結合層６５、および上部第１固定磁化層６４が順に積層されてなる。すなわち、ＧＭＲ膜８０は、図５に示す第４例のＧＭＲ膜７０の下部非磁性結合層３５と下部第２固定磁化層５６との間に下部界面磁性層８３を設け、さらに上部第２固定磁化層７６と上部非磁性結合層６５との間に上部界面磁性層８４を設けた構成を有する。
【００８９】
下部界面磁性層８３および上部界面磁性層８４は、ＣｏＦｅＡｌからなる。ＣｏＦｅＡｌを用いることで、Ｍｎ系ホイスラー合金からなる下部第２固定磁化層５６および上部第２拡散防止層７４がそれぞれ下部界面磁性層８３および上部界面磁性層８４と強磁性的に交換結合する。そのため、下部第２固定磁化層５６および上部第２拡散防止層７４はそれぞれ下部第１固定磁化層３４および上部第１固定磁化層６４とより強い交換相互作用によって反強磁性的に結合するので、下部固定磁化積層体８１全体および上部固定磁化積層体８２全体の磁化の不所望な反転を回避できる。下部界面磁性層８３および上部界面磁性層８４は、その膜厚は、それぞれ０．２ｎｍ〜２．５ｎｍの範囲に設定されることが好ましい。下部界面磁性層８３および上部界面磁性層８４には同じ組成比でもよく、異なる組成比でもよい。
【００９０】
以上により、第５例のＧＭＲ膜８０は、第４例のＧＭＲ膜と同様の効果を有し、さらに下部界面磁性層８３および上部界面磁性層８４を設けることにより、下部固定磁化積層体８１全体および上部固定磁化積層体８２全体の磁化を安定化できるので磁気抵抗効果素子の動作を安定化できる。
【００９１】
次にＣｏＦｅＡｌ膜の拡散防止効果を説明する。
【００９２】
以下の構成の磁気抵抗効果素子を作製し、Ｃｏ58Ｆｅ20Ａｌ22膜の上下面をＣｏＦｅ膜で挟んだ磁気抵抗効果素子を作製し（「試作例１」と称する。）、磁気抵抗変化量ΔＲＡとＣｏＦｅ膜の膜厚との関係を測定した。また、比較のためＣｏ2ＭｎＧｅ膜の上下面をＣｏＦｅ膜で挟んだ磁気抵抗効果素子を作製し（「試作例２」と称する。）、同様に上記関係を測定した。
【００９３】
［試作例１］
熱酸化シリコン基板上に下記の膜を順次積層した。なお、同じ行の右側に記載した膜は左側の膜の上に積層されることを示す。また、括弧内の数値は膜厚を示す。以下の実施例において同様である。
【００９４】
下部電極：Ｃｕ膜（３５０ｎｍ）／ＮｉＦｅ膜（５０ｎｍ）
下地層：ＮｉＣｒ膜（４ｎｍ）
下部反強磁性層：ＩｒＭｎ膜（５ｎｍ）
下部第１固定磁化層：Ｃｏ60Ｆｅ40膜（３．５ｎｍ）
下部非磁性結合層：Ｒｕ膜（０．７５ｎｍ）
界面ＣｏＦｅ膜：Ｃｏ40Ｆｅ60膜
下部第２固定磁化層：Ｃｏ58Ｆｅ20Ａｌ22膜
界面ＣｏＦｅ膜
下部非磁性金属層：Ｃｕ膜（３．５ｎｍ）
界面ＣｏＦｅ膜
自由磁化層：Ｃｏ58Ｆｅ20Ａｌ22膜
界面ＣｏＦｅ膜
上部非磁性金属層：Ｃｕ膜（３．５ｎｍ）
界面ＣｏＦｅ膜
上部第２固定磁化層：Ｃｏ58Ｆｅ20Ａｌ22膜
界面ＣｏＦｅ膜
上部非磁性結合層：Ｒｕ膜（０．７５ｎｍ）
上部第１固定磁化層：Ｃｏ60Ｆｅ40膜（３．５ｎｍ）
上部反強磁性層：ＩｒＭｎ膜（５ｎｍ）
保護層：Ｒｕ膜（５ｎｍ）
上記試作例１の作製方法は以下の通りである。超高真空のスパッタ装置の真空容器に熱酸化シリコン基板を載置し、基板加熱を行わない状態で上記の各層を成膜し、得られた積層体をフォトリソグラフィ法およびイオンミリングにより積層方向にセンス電流を流せるように素子化した。素子面積を０．１μｍ2〜０．６μｍ2に設定した。また、６つの界面ＣｏＦｅ膜の膜厚を０ｎｍ、０．２５ｎｍ、０．５０ｎｍ、０．７５ｎｍ、および１．００ｎｍに同時に異ならせた。また、界面ＣｏＦｅ膜の膜厚に応じて、下部第２固定磁化層、自由磁化層、上部第２固定磁化層の膜厚を変え、界面ＣｏＦｅ膜／下部第２固定磁化層／界面ＣｏＦｅ膜、界面ＣｏＦｅ膜／自由磁化層／界面ＣｏＦｅ膜、界面ＣｏＦｅ膜／上部第２固定磁化層／界面ＣｏＦｅ膜の各積層体のそれぞれの飽和磁化膜厚積が同等になるようにした。
【００９５】
［試作例２］
試作例２の磁気抵抗効果素子は、試作例１の下部第２固定磁化層、自由磁化層、上部第２固定磁化層をＣｏ2ＭｎＧｅ膜とし、界面ＣｏＦｅ膜の膜厚を０ｎｍ、０．５０ｎｍ、０．７５ｎｍ、１．００ｎｍ、および１．５０ｎｍに異ならせた以外は試作例１と同様とした。
【００９６】
図７は、Ｃｏ58Ｆｅ20Ａｌ22膜およびＣｏ2ＭｎＧｅ膜のＣｕ膜中への拡散の程度を説明するための図である。
【００９７】
図７を参照するに、試作例２（Ｃｏ2ＭｎＧｅ膜）の場合は、界面ＣｏＦｅ膜が１．０ｎｍの厚さでは磁気抵抗変化量ΔＲＡが高く、界面ＣｏＦｅ膜の膜厚を薄くするにつれて磁気抵抗変化量ΔＲＡが減少し、界面ＣｏＦｅ膜を形成しない場合（膜厚０．０ｎｍの場合）最もΔＲＡが低下している。これにより、界面ＣｏＦｅ膜が薄くなるにつれて磁気抵抗変化量ΔＲＡが減少しているので、Ｃｏ2ＭｎＧｅ膜のＭｎのＣｕ膜への拡散が生じることでΔＲＡが減少していることが容易に推定される。
【００９８】
他方、試作例１（Ｃｏ58Ｆｅ20Ａｌ22膜）では、界面ＣｏＦｅ膜が１．０ｎｍの厚さでは磁気抵抗変化量ΔＲＡが最も小さく、界面ＣｏＦｅ膜の膜厚を薄くするにつれて磁気抵抗変化量ΔＲＡがやや増加し、界面ＣｏＦｅ膜を形成しない場合（膜厚０．０ｎｍの場合）最もΔＲＡが大きい。このことは、界面ＣｏＦｅ膜がない場合にもＣｏ58Ｆｅ20Ａｌ22膜のＣｕ膜への拡散が生じていないことを示しており、これにより、Ｃｏ58Ｆｅ20Ａｌ22膜がＭｎのような拡散し易い原子の拡散を抑止可能なことを示している。このことから、上述した第１例から第５例に用いられているＣｏＦｅＡｌ膜は拡散防止効果を有することが確認できた。
【００９９】
次にＣｏＦｅＡｌ膜を自由磁化層に接して形成することのＣｏＦｅ膜に対する優位性を説明する。
【０１００】
［試作例３］
下記の順序で積層した構成の積層体を作製し、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）により磁気特性を測定した。
【０１０１】
Ｒｕ膜（５ｎｍ）／Ｃｕ膜（２ｎｍ）／Ｃｏ58Ｆｅ20Ａｌ22膜（１０ｎｍ）／Ｃｕ膜（２ｎｍ）／Ｒｕ膜（５ｎｍ）
この積層体の形成は、超高真空のスパッタ装置の真空容器に熱酸化シリコン基板を載置し、基板加熱を行わない状態で上記の各層を成膜した。
【０１０２】
また、比較のため、Ｃｏ58Ｆｅ20Ａｌ22膜の代わりに、Ｃｏ60Ｆｅ40膜およびＣｏ40Ｆｅ60膜についても同様に積層体を形成した。
【０１０３】
図８は、ＣｏＦｅＡｌ膜およびＣｏＦｅ膜の磁気特性図である。図８中、棒グラフは飽和磁束密度を示し、折れ線グラフは保磁力を示している。
【０１０４】
図８を参照するに、Ｃｏ58Ｆｅ20Ａｌ22膜は、Ｃｏ60Ｆｅ40膜およびＣｏ40Ｆｅ60膜に対して、保磁力の１／３程度以下であり、Ｃｏ58Ｆｅ20Ａｌ22膜の飽和磁束密度は、略半分である。このように、ＣｏＦｅＡｌ膜を自由磁化層に接する拡散防止層として用いた場合、ＣｏＦｅ膜よりも保磁力が低いので有利なことは容易に推測できる。
【０１０５】
また、ＣｏＦｅＡｌ膜は飽和磁束密度が低いことから以下の利点がある。磁気抵抗効果素子では自由磁化層の磁化の回転し易さを確保するために飽和磁束密度膜厚を所定値以下に設定する設計を行う。例えば、飽和磁束密度膜厚を８ｎｍＴに設定する場合、自由磁化層にＣｏ2ＭｎＧｅ膜（飽和磁束密度１．３Ｔ）、その上下に拡散防止層を膜厚１ｎｍで形成したとき、拡散防止層がＣｏ60Ｆｅ40膜（飽和磁束密度２．０Ｔ）では、Ｃｏ60Ｆｅ40膜／Ｃｏ2ＭｎＧｅ膜／Ｃｏ60Ｆｅ40膜の積層体のＣｏ2ＭｎＧｅ膜の膜厚は２．７ｎｍに設定される。一方、Ｃｏ58Ｆｅ20Ａｌ22膜（飽和磁束密度１．０Ｔ）では、が、Ｃｏ58Ｆｅ20Ａｌ22膜／Ｃｏ2ＭｎＧｅ膜／Ｃｏ58Ｆｅ20Ａｌ22膜の積層体のＣｏ2ＭｎＧｅ膜の膜厚は４．６ｎｍに設定される。すなわち、Ｃｏ58Ｆｅ20Ａｌ22膜を用いた方がＣｏ60Ｆｅ40膜よりも、Ｃｏ2ＭｎＧｅ膜の膜厚を１．9ｎｍ（＝４．６−２．７）も厚くできる。したがって、Ｃｏ58Ｆｅ20Ａｌ22膜を用いた場合Ｃｏ2ＭｎＧｅ膜をより厚く設定できるので、より高出力の磁気抵抗効果素子を形成可能である。なお、ＣｏＦｅＡｌ膜はその組成比が異なっても飽和磁束密度は図１０に示す組成範囲領域ＡＢＣＤＥＦＡの範囲では略同等であるため、上記の利点はＣｏ58Ｆｅ20Ａｌ22膜のみならず、これと異なる組成比のＣｏＦｅＡｌ膜を用いても同様である。
【０１０６】
［試作例４］
試作例４は、ＣｏＦｅＡｌ膜単体の保磁力と組成との関係を得るため、ＣｏＦｅＡｌ膜を自由磁化層として磁気抵抗効果素子を作製したものである。保磁力は磁気抵抗効果素子の磁気抵抗曲線のヒステリシスから求めた。
【０１０７】
試作例４の磁気抵抗効果素子の構成は以下の通りである。
【０１０８】
下地層：ＮｉＣｒ（４ｎｍ）
下部反強磁性層：ＩｒＭｎ（５ｎｍ）
下部第１固定磁化層：Ｃｏ60Ｆｅ40（３．５ｎｍ）
下部非磁性結合層：Ｒｕ（０．７２ｎｍ）
下部第２固定磁化層：ＣｏＦｅＡｌ（５．０ｎｍ）
下部非磁性金属層：Ｃｕ（３．５ｎｍ）
自由磁化層：ＣｏＦｅＡｌ（６．５ｎｍ）
上部非磁性金属層：Ｃｕ（３．５ｎｍ）
上部第２固定磁化層：ＣｏＦｅＡｌ（５．０ｎｍ）
上部非磁性結合層：Ｒｕ（０．７２ｎｍ）
上部第１固定磁化層：Ｃｏ60Ｆｅ40（３．５ｎｍ）
上部反強磁性層：ＩｒＭｎ（５ｎｍ）
保護層：Ｒｕ（５ｎｍ）
図９は、試作例４の自由磁化層、下部および上部第２固定磁化層の組成および保磁力を示す図である。
【０１０９】
試作例４の磁気抵抗効果素子は以下のようにして作製および保磁力の測定を行った。試作例４のサンプルとして図９に示す、組成が違いに異なるＮｏ．１〜Ｎｏ．２７のサンプルを作製した。
【０１１０】
まず、熱酸化膜が形成されたシリコン基板上に、下部電極として、シリコン基板側からＣｕ（２５０ｎｍ）／ＮｉＦｅ（５０ｎｍ）の積層膜を形成し、次いで下記の組成および膜厚を有する下地層〜保護層までの積層体の各層を超高真空（真空度：２×１０-6Ｐａ以下）雰囲気でスパッタ装置を用いて基板の加熱を行わないで形成した。なお、各サンプルにおいて、下部第２固定磁化層、自由磁化層、および上部第２固定磁化層のＣｏＦｅＡｌの組成は同等であり、その組成を図９に示している。
【０１１１】
次いで、反強磁性層の反強磁性を出現させるための熱処理を行った。熱処理の条件は、加熱温度３００℃、処理時間３時間、印加磁界１９５２ｋＡ／ｍとした。
【０１１２】
次いで、このようにして得られた積層体をイオンミリングにより研削し、０．１μｍ2〜０．６μｍ2の範囲の６種類の接合面積を有する積層体を作製した。なお、各接合面積毎に４０個の積層体を作製した。
【０１１３】
次いで、このようにして得られた積層体をシリコン酸化膜で覆い、次いでドライエッチングにより保護層を露出させ、保護層に接触するようにＡｕ膜からなる上部電極を形成した。
【０１１４】
このようにして得られたサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．２７のそれぞれについて、磁気抵抗曲線（ヒステリシスカーブ、磁気抵抗変化量ΔＲ値と印加磁界との関係）を測定した。具体的には、この測定は、以下の用に行った。センス電流の電流値を２ｍＡに設定し、外部磁界を下部および上部第２固定磁化層の磁化方向に平行に−７．９ｋＡ／ｍ〜７．９ｋＡ／ｍの範囲で掃引し、下部電極と上部電極との間の電圧をデジタルボルトメータにより測定し、磁気抵抗曲線（ヒステリシスカーブ）を得た。そして、このヒステリシスカーブから保磁力を求めた。このようにして得られたサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．２７の保磁力は図９に示す通りである。
【０１１５】
図１０は、試作例４のＣｏＦｅＡｌ膜の保磁力と組成との関係図である。図１０は、Ｃｏ、Ｆｅ、およびＡｌの３元系の組成図に図９に示したサンプルＮｏ．１〜２７の自由磁化層の保磁力（単位：Ｏｅ）をその組成の座標上に合わせて数値で示している。
【０１１６】
図１０を参照するに、自由磁化層の保磁力は、ホイスラー合金の組成であるＣｏ50Ｆｅ25Ａｌ25の保磁力が３０．５Ｏｅであるのに対して、Ｃｏ含有量が多い側、およびＦｅ含有量が少ない側の組成で低くなっていることが分かる。但し、Ｃｏ含有量が８０原子％でかつＡｌ含有量が２５原子％では自由磁化層の保磁力が増大する。
【０１１７】
この結果から、ＣｏＦｅＡｌ膜の保磁力を３０Ｏｅ以下に設定するための組成範囲は、各組成の座標を（Ｃｏ含有量、Ｆｅ含有量、Ａｌ含有量）として表すと、点Ａ（５５，１０，３５）、点Ｂ（５０，１５，３５）、点Ｃ（５０，２０，３０）、点Ｄ（５５，２５，２０）、点Ｅ（６０，２５，１５）、点Ｆ（７０，１５，１５）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、および点Ａをこの順にそれぞれ直線で結んだ領域ＡＢＣＤＥＦＡ内（図１０の太線の実線で囲まれた領域）の組成に設定すればよいことが分かる。
【０１１８】
さらに、ＣｏＦｅＡｌ膜の保磁力を２０Ｏｅ以下に設定するための組成範囲は、点Ａ（５５，１０，３５）、点Ｂ（５０，１５，３５）、点Ｃ（５０，２０，３０）、点Ｇ（６５，２０，１５）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｇ、および点Ａをこの順にそれぞれ直線で結んだ領域ＡＢＣＧＡ（図１０の太線の破線で囲まれた領域）の組成に設定すればよいことが分かる。
【０１１９】
以上から得られた組成範囲のＣｏＦｅＡｌ膜を自由磁化層に接する拡散防止層に用いて、自由磁化層と拡散防止層の積層体としての保磁力を低減できる。
【０１２０】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る磁気ヘッドは、磁気抵抗効果素子がトンネル磁気抵抗効果（以下、「ＴＭＲ」と称する。）膜を有するものである。第２の実施の形態に係る磁気ヘッドの構成は、図１に示す磁気ヘッド１０の磁気抵抗効果素子２０を構成するＧＭＲ膜３０の代わりにＴＭＲ膜を設けた以外は、略同様であるので、磁気ヘッドの説明を省略する。以下、磁気抵抗効果素子２０を構成するＴＭＲ膜について５つの例（第１例〜第４例）を説明する。磁気抵抗効果素子２０には、第１例〜第４例のＴＭＲ膜のいずれを適用してもよい。
【０１２１】
［第１例のＴＭＲ膜］
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を構成する第１例のＴＭＲ膜の断面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【０１２２】
図１１を参照するに、第１例のＴＭＲ膜９１は、下地層３１、反強磁性層３２、固定磁化積層体３３、非磁性絶縁層３７ａ、第１拡散防止層３８、自由磁化層３９、第３拡散防止層４１、保護層４０が順次積層された構成からなる。
【０１２３】
ＴＭＲ膜９１は、先の図２に示したＧＭＲ膜３０において、非磁性金属層３７を絶縁材料からなる非磁性絶縁層３７ａに置き換え、さらに第３拡散防止層４１をさらに形成した以外は同様の構成からなる。ＴＭＲ膜９１は、自由磁化層３９と第２固定磁化層３６との間に非磁性絶縁層３７ａを設けることにより、第２固定磁化層３６の磁化方向に対して自由磁化層３９の磁化方向がなす角度に応じて強磁性トンネル効果が生じ、自由磁化層３９と第２固定磁化層３６との間の電気抵抗値が変化する。
【０１２４】
非磁性絶縁層３７ａは、例えば厚さが０．２ｎｍ〜２．０ｎｍからなり、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、およびＺｒからなる群のうちいずれか１種の酸化物からなる。このような酸化物としては、ＭｇＯ、ＡｌＯx、ＴｉＯx、ＺｒＯxが挙げられる。ここで、ｘは各々材料の化合物の組成からずれた組成でもよいことを示す。特に、非磁性絶縁層３７ａは、結晶質のＭｇＯであることが好ましく、特に、センス電流の方向に垂直な膜面の単位面積のトンネル抵抗変化量（以下、特に断らない限り「トンネル抵抗変化量」と称する。）が増加する点で、ＭｇＯの（００１）面は、膜面に略平行であることが好ましい。また、非磁性絶縁膜３７ａはＡｌ、Ｔｉ、およびＺｒからなる群のうちいずれか１種の窒化物、あるいは酸窒化物から構成されてもよい。このような窒化物としては、ＡｌＮ、ＴｉＮ、ＺｒＮが挙げられる。
【０１２５】
非磁性絶縁膜３７ａの形成方法は、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法を用いて上記の材料を直接形成してもよく、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法を用いて金属膜を形成後、酸化処理や窒化処理を行って酸化膜や窒化膜に変換してもよい。なお、後ほど図１３に示す第３例のＴＭＲ膜の上部非磁性絶縁層６７ａも非磁性絶縁膜３７ａと同様の方法で形成される。
【０１２６】
トンネル抵抗変化量は、第１の実施の形態の単位面積の磁気抵抗変化量ΔＲＡの測定と同様して得られる。トンネル抵抗変化量は、自由磁化層３９および第２固定磁化層３６の分極率が大きいほど増加する。分極率は、絶縁層（非磁性絶縁膜３７ａ）を介した強磁性層（自由磁化層３９あるいは第２固定磁化層３６）の分極率である。Ｍｎ系ホイスラー合金のスピン依存バルク散乱係数は、ＣｏＦｅ膜と同程度あるいはそれよりも大きいため、第１の実施の形態と同様に、自由磁化層３９にＭｎ系ホイスラー合金を用いることで、単位面積のトンネル抵抗変化量の増加できる。
【０１２７】
また、第１拡散防止層３８および第３拡散防止層４１は、第１の実施の形態において説明したのと同様のＣｏＦｅＡｌからなる。これにより、自由磁化層３９から非磁性絶縁層３７ａおよび保護膜４０へのＭｎの拡散を抑止できる。
【０１２８】
以上により、第１例のＴＭＲ膜９１は、自由磁化層３９と非磁性絶縁層３７ａおよび保護膜４０とのそれぞれの間にＣｏＦｅＡｌからなる拡散防止層３８を設けて、自由磁化層３９のＭｎ系ホイスラー合金のＭｎ原子が非磁性絶縁層３７ａおよび保護膜４０に拡散するのをより完全に抑止する。また、Ｍｎ系ホイスラー合金はスピン依存バルク散乱がＣｏＦｅよりも大きく、さらにＣｏＦｅＡｌ膜がＣｏＦｅよりも飽和磁束密度が低いので、自由磁化層３９の膜厚を増加できる。したがって、高出力の磁気抵抗効果素子が得られる。
【０１２９】
これと共に、第１例のＴＭＲ膜９１は、拡散防止層３８および第３拡散防止層４１が自由磁化層３９の上下に接して設けられているので、拡散防止層３８および第３拡散防止層４１の磁化と自由磁化層３９の磁化は互いに交換結合しながら外部磁界に対して応答する。拡散防止層３８および第３拡散防止層４１のＣｏＦｅＡｌはＣｏＦｅよりも低保磁力かつ低飽和磁束密度なので、拡散防止層３８および第３拡散防止層４１および自由磁化層３９の磁化は外部磁界に対する感度が向上する。これらのことから、高出力で外部磁界に対する感度が良好な磁気抵抗効果素子が得られる。
［第２例のＴＭＲ膜］
次に、第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を構成する第２例のＴＭＲ膜について説明する。第２例のＴＭＲ膜は、図１１に示す第１例のＴＭＲ膜９１の変形例である。
【０１３０】
図１１は、第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を構成する第２例のＴＭＲ膜の断面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【０１３１】
図１１を参照するに、第２例のＴＭＲ膜９２は、下地層３１、反強磁性層３２、固定磁化積層体５３、第２拡散防止層５１、非磁性絶縁層３７ａ、第１拡散防止層３８、自由磁化層３９、第３拡散防止層４１、保護層４０が順次積層された構成からなる。固定磁化積層体５３は、反強磁性層３２側から第１固定磁化層３４、非磁性結合層３５、第２固定磁化層５６が順に積層されてなる。
【０１３２】
第２例のＴＭＲ膜９２は、第２固定磁化層５６がＭｎ系ホイスラー合金からなり、第２固定磁化層５６と非磁性絶縁層３７ａとの間に第２拡散防止層５１が設けられている以外は、図１１の第１例のＴＭＲ膜と同様の構成を有する。
【０１３３】
ＴＭＲ膜９２は、第２固定磁化層５６がＭｎ系ホイスラー合金からなるので、トンネル抵抗変化量を第１例のＴＭＲ膜よりも大きくできる。さらに非磁性絶縁層３７ａと自由磁化層３９との間に第１拡散防止層３８を設け、第２固定磁化層５６と非磁性絶縁層３７ａとの間に第２拡散防止層５１を設け、自由磁化層３９と保護膜４０との間に第３拡散防止層４１を設けているので、第１の実施の形態においても述べたように、自由磁化層３９および第２固定磁化層５６のＭｎの拡散をより完全に防止できる。特に、磁界中熱処理においてＴＭＲ膜９１が高温に曝されるとＭｎが拡散し易くなるが、第１〜第３拡散防止層３８，５１，４１によりＭｎの拡散を防止できる。また、
以上により、第２例のＴＭＲ膜９２は、第１例のＴＭＲ膜の効果と同様の効果を有し、さらに第２固定磁化層５６がＭｎ系ホイスラー合金からなるので、トンネル抵抗変化量を増加できる。したがって、高出力で、信号磁界に対する感度が良好な磁気抵抗効果素子を実現できる。
［第３例のＴＭＲ膜］
次に、第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を構成する第３例のＴＭＲ膜について説明する。第３例のＴＭＲ膜は、図１１に示す第１例のＴＭＲ膜９１の変形例である。
【０１３４】
図１３は、第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を構成する第３例のＴＭＲ膜の断面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【０１３５】
図１３を参照するに、第３例のＴＭＲ膜９３は、下地層３１、下部反強磁性層３２、下部固定磁化積層体３３、下部非磁性絶縁層３７ａ、下部拡散防止層３８、自由磁化層３９、上部拡散防止層６８、上部非磁性絶縁層６７ａ、上部固定磁化積層体６３、上部反強磁性層６２、保護層４０が順次積層された構成からなる。すなわち、ＴＭＲ膜９３は、図１１に示す第１例のＴＭＲ膜９１の自由磁化層３９と保護層４０との間に、上部拡散防止層６８、上部非磁性絶縁層６７ａ、上部固定磁化積層体６３、上部反強磁性層６２を設けた構成を有する。
【０１３６】
なお、下部反強磁性層３２、下部固定磁化積層体３３、下部非磁性絶縁層３７ａ、および下部拡散防止層３８は、各々、図１１に示す第１例のＴＭＲ膜９０の反強磁性層３２、固定磁化層３３、非磁性絶縁層３７ａ、および第１拡散防止層３８と同様の材料および膜厚を有するので同一の符号を用いている。また、上部拡散防止層６８、上部非磁性絶縁層６７ａ、および上部反強磁性層６２は、各々、下部拡散防止層３８、下部非磁性絶縁層３７ａ、下部反強磁性層３２と同様の材料を用いることができ、膜厚も同様の範囲に設定される。
【０１３７】
また、上部固定磁化積層体６３は、上部非磁性絶縁層６７ａ側から上部第２固定磁化層６６、上部非磁性結合層６５、および上部第１固定磁化層６４が順に積層されてなり、いわゆる積層フェリ構造を有する。上部第１固定磁化層６４、上部非磁性結合層６５、および上部第２固定磁化層６６は、各々、下部第１固定磁化層３４、下部非磁性結合層３５、および下部第２固定磁化層３６と同様の材料を用いることができ、膜厚も同様の範囲に設定される。
【０１３８】
ＴＭＲ膜９３は、デュアルスピンバルブ構造を有するので、トンネル抵抗変化量が増加し、第１例のＴＭＲ膜のトンネル抵抗変化量に対して略二倍となる。
【０１３９】
以上により、第３例のＴＭＲ膜９３は、いっそう高出力の磁気抵抗効果素子が実現できる。
【０１４０】
［第４例のＴＭＲ膜］
次に、第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を構成する第４例のＴＭＲ膜について説明する。第４例のＴＭＲ膜は、図１３に示す第３例のＴＭＲ膜の変形例である。
【０１４１】
図１４は、第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を構成する第４例のＴＭＲ膜の断面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【０１４２】
図１４を参照するに、第４例のＴＭＲ膜９４は、下部第２固定磁化層５６がＭｎ系ホイスラー合金からなり、下部非磁性結合層３５と下部第２固定磁化層５６との間にＣｏＦｅＡｌからなる下部界面磁性層８３が設けられ、下部第２固定磁化層５６と下部非磁性絶縁層３７ａとの間に下部第２拡散防止層７３が設けられている。ＴＭＲ膜９４は、さらに、上部第２固定磁化層６６がＭｎ系ホイスラー合金からなり、上部非磁性絶縁層６７ａと上部第２固定磁化層７６との間にＣｏＦｅＡｌからなる上部第２拡散防止層７４が設けられ、上部第２固定磁化層６６と上部非磁性結合層６５との間に上部界面磁性層８４が設けられている。その他の構成は、図１３に示す第３例のＴＭＲ膜９３と同様である。
【０１４３】
下部第２固定磁化層５６および上部第２固定磁化層６６がＭｎ系ホイスラー合金からなるので、トンネル抵抗変化量が大きい。さらに、下部第２拡散防止層７３および上部第２拡散防止層７４を設けることで、下部第２固定磁化層５６および上部第２固定磁化層６６のＭｎの拡散をより完全に防止できる。
【０１４４】
さらに、下部界面磁性層８３および上部界面磁性層８４は、それぞれ、図６の第１の実施の形態の第５例のＧＭＲ膜８０の下部界面磁性層８３および上部界面磁性層８４と同様の材料および膜厚から選択される。これにより、下部固定磁化積層体８１全体および上部固定磁化積層体８２全体の磁化の不所望な反転を回避できる。
【０１４５】
以上により、第５例のＴＭＲ膜９４は、第４例のＴＭＲ膜と同様の効果を有し、さらにトンネル抵抗変化量が増加する。また、下部固定磁化積層体８１全体および上部固定磁化積層体８２全体の磁化を安定化できるので磁気抵抗効果素子の動作を安定化できる。
【０１４６】
（第３の実施の形態）
図１５は、本発明の実施の第３の実施の形態に係る磁気記憶装置の要部を示す平面図である。
【０１４７】
図１５を参照するに、磁気記憶装置１００は大略ハウジング１０１からなる。ハウジング１０１内には、スピンドル（図示されず）により駆動されるハブ１０２、ハブ１０２に固定されスピンドルにより回転される磁気記録媒体１０３、アクチュエータユニット１０４、アクチュエータユニット１０４に支持され、磁気記録媒体１０３の径方向に駆動されるアーム１０５およびサスペンション１０６、サスペンション１０６に支持された磁気ヘッド１０８が設けられている。
【０１４８】
磁気記録媒体１０３は面内磁気記録方式あるいは垂直磁気記録方式のいずれの磁気記録媒体でもよく、斜め異方性を有する記録媒体でもよい。磁気記録媒体１０３は磁気ディスクに限定されず、磁気テープであってもよい。
【０１４９】
磁気ヘッド１０８は、図１に示したように、セラミック基板の上に形成された磁気抵抗効果素子２０と、その上に形成された誘導型記録素子１３から構成される。誘導型記録素子１３は面内記録用のリング型の記録素子でもよく、垂直磁気記録用の単磁極型の記録素子でもよく、他の公知の記録素子でもよい。磁気抵抗効果素子２０は、第１の実施の形態の第１例〜第５例のいずれかのＧＭＲ膜、あるいは第２の実施の形態の第１例〜第４例のいずれかのＴＭＲ膜を備える。したがって、磁気抵抗効果素子は、高出力でかつ信号磁界に対する感度が良好である。よって、磁気記憶装置１００は、高記録密度記録に好適である。なお、本実施の形態に係る磁気記憶装置１００の基本構成は、図１５に示すものに限定されるものではない。
【０１５０】
（第４の実施の形態）
図１６（Ａ）は本発明の第４の実施の形態に係る第１例の磁気メモリ装置の断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＧＭＲ膜の構成図である。また、図１７は、第１例の磁気メモリ装置の一つのメモリセルの等価回路図である。なお、図１６（Ａ）では方向を示すために直交座標軸を合わせて示している。このうち、Ｙ1およびＹ2方向は紙面に垂直な方向であり、Ｙ1方向は紙面の奥に向かう方向、Ｙ2方向は紙面の手前に向かう方向である。なお、以下の説明において例えば単にＸ方向という場合は、Ｘ1方向およびＸ2方向のいずれでもよいことを示し、Ｙ方向およびＺ方向についても同様である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【０１５１】
図１６（Ａ）、（Ｂ）、および図１７を参照するに、磁気メモリ装置１１０は、例えばマトリクス状に配列された複数のメモリセル１１１からなる。メモリセル１１１は、大略して磁気抵抗効果（ＧＭＲ）膜３０とＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１１２からなる。なお、ＭＯＳ型ＦＥＴは、ｐチャネルＭＯＳ型ＦＥＴあるいはｎチャネルＭＯＳ型ＦＥＴを用いることができるが、ここでは、電子がキャリアとなるｎチャネルＭＯＳ型ＦＥＴを例として説明する。
【０１５２】
ＭＯＳ型ＦＥＴ１１２は、シリコン基板１１３中に形成されたｐ型不純物を含むｐウェル領域１１４と、ｐウェル領域１１４中のシリコン基板１１３の表面の近傍に互いに離隔してｎ型不純物が導入された不純物拡散領域１１５ａ、１１５ｂを有する。ここで、一方の不純物拡散領域１１５ａをソースＳ、他方の不純物拡散領域１１５ｂをドレインＤとする。ＭＯＳ型ＦＥＴ１１２は、２つの不純物拡散領域１１５ａ、１１５ｂの間のシリコン基板１１３の表面にゲート絶縁膜１１６を介してゲート電極Ｇが設けられている。
【０１５３】
ＭＯＳ型ＦＥＴ１１２のソースＳは、垂直配線１２４および層内配線１２５を介してＧＭＲ膜３０の一方の側、例えば下地層３１に電気的に接続される。また、ドレインＤには垂直配線１２４を介してプレート線１１８が電気的に接続される。ゲート電極Ｇには読出用ワード線１１９に電気的に接続される。なお、ゲート電極Ｇが読出用ワード線１１９を兼ねてもよい。
【０１５４】
また、ビット線１２０は、ＧＭＲ膜３０の他方の側、例えば保護層４０に電気的に接続される。ＧＭＲ膜３０の下側には離隔して書込用ワード線１２１が設けられている。
【０１５５】
ＧＭＲ膜３０は、先に図２に示したＧＭＲ膜３０と同様の構成を有する。ＧＭＲ膜３０は、自由磁化層３９の磁化容易軸の方向を図１６（Ａ）に示すＸ軸方向に沿って設定し、磁化困難軸の方向をＹ方向に沿って設定する。磁化容易軸の方向は、熱処理により形成してもよく、形状異方性により形成してもよい。形状異方性によりＸ軸方向に磁化容易軸を形成する場合は、ＧＭＲ膜３０の膜面に平行な断面形状（Ｘ−Ｙ平面に平行な断面形状）をＹ方向の辺よりもＸ方向の辺が長い矩形とする。
【０１５６】
なお、磁気メモリ装置１１０は、シリコン基板１１３の表面やゲート電極Ｇがシリコン窒化膜やシリコン酸化膜等の層間絶縁膜１２３に覆われている。また、ＧＭＲ膜３０、プレート線１１８、読出用ワード線１１９、ビット線１２０、書込用ワード線１２１、垂直配線１２４、および層内配線１２５は、上記で説明した電気的な接続以外は層間絶縁膜１２３により互いに電気的に絶縁されている。
【０１５７】
磁気メモリ装置１１０は、ＧＭＲ膜３０に情報を保持する。情報は、第２固定磁化層３６の磁化の方向に対して、自由磁化層３９の磁化の方向が平行あるいは反平行の状態であるかにより保持される。
【０１５８】
次に、磁気メモリ装置１１０の書込みおよび読出し動作を説明する。磁気メモリ装置１１０のＧＭＲ膜３０への情報の書込み動作は、ＧＭＲ膜３０の上下に配置されたビット線１２０と書込用ワード線１２１により行われる。ビット線１２０はＧＭＲ膜３０の上方をＸ方向に延在しており、ビット線１２０に電流を流すことにより、ＧＭＲ膜３０にＹ方向に印加される。また、書込用ワード線１２１はＧＭＲ膜３０の下方をＹ方向に延在しており、書込用ワード線１２１に電流を流すことにより、ＧＭＲ膜３０にＸ方向に磁界が印加される。
【０１５９】
ＧＭＲ膜３０の自由磁化層３９の磁化は、実質的に磁界が印加されない場合はＸ方向（例えばＸ2方向とする。）を向いており、その磁化方向は安定である。
【０１６０】
情報をＧＭＲ膜３０に書込む際はビット線１２０と書込用ワード線１２１に同時に電流を流す。例えば、自由磁化層３９の磁化をＸ1方向に向ける場合は、書込用ワード線１２１に流す電流をＹ1方向に流す。これにより、ＧＭＲ膜３０において磁界がＸ1方向となる。この際、ビット線１２０に流す電流の方向は、Ｘ1方向およびＸ2方向のいずれでもよい。ビット線１２０に流す電流による生じる磁界は、ＧＭＲ膜３０においてＹ1方向またはＹ2方向になり、自由磁化層３９の磁化が磁化困難軸の障壁を越えるための磁界の一部として機能する。すなわち、自由磁化層３９の磁化にＸ1方向の磁界と、Ｙ1方向またはＹ2方向とが同時に印加されることで、Ｘ2方向を向いていた自由磁化層３９の磁化は、Ｘ1方向に反転する。そして磁界を取り去った後も自由磁化層３９の磁化はＸ1方向を向いており、次の書込み動作の磁界あるいは消去用の磁界が印加されない限りは安定である。
【０１６１】
このようにして、ＧＭＲ膜３０には自由磁化層３９の磁化の方向に応じて、"１"あるいは"０"を記録できる。例えば、第２固定磁化層３６の磁化の方向がＸ1方向の場合に、自由磁化層３９の磁化方向がＸ1方向（トンネル抵抗値が低い状態）のときは"１"、Ｘ2方向（トンネル抵抗値が高い状態）のときは"０"に設定する。
【０１６２】
なお、書込み動作の際にビット線１２０および書込用ワード線１２１に供給される電流の大きさは、ビット線１２０あるいは書込用ワード線１２１のいずれか一方のみに電流が流れても自由磁化層３９の磁化の反転が生じない程度に設定される。これにより、電流を供給したビット線１２０と電流を供給した書込用ワード線１２１との交点にあるＧＭＲ膜３０の自由磁化層３９の磁化のみに記録が行われる。なお、書込み動作の際にビット線１２０に電流を流した際に、ＧＭＲ膜３０には電流が流れないように、ソースＳ側がハイピーダンスに設定される。
【０１６３】
次に、磁気メモリ装置１１０のＧＭＲ膜３０への情報の読出し動作は、ビット線１２０にソースＳに対して負電圧を印加し、読出用ワード線１１９、すなわちゲート電極ＧにＭＯＳ型ＦＥＴ１１２の閾値電圧よりも大きな電圧（正電圧）を印加して行う。これによりＭＯＳ型ＦＥＴ１１２はオンとなり、電子がビット線１２０から、ＧＭＲ膜３０、ソースＳ、およびドレインＤを介してプレート線１１８に流れる。プレート線１１８に電流計等の電流値検出器１２８を電気的に接続することで、第２固定磁化層３６の磁化の方向に対する自由磁化層３９の磁化の方向に対応する磁気抵抗値を検出する。これにより、ＧＭＲ膜３０が保持する"１"あるいは"０"の情報を読出すことができる。
【０１６４】
第４の実施の形態に係る第１例の磁気メモリ装置１１０は、ＧＭＲ膜３０の自由磁化層３９がＭｎ系ホイスラー合金からなるので、磁気抵抗変化量ΔＲＡが大きい。したがって、磁気メモリ装置１１０は、情報の読出しの際に、保持された"０"および "１"に対応する磁気抵抗値の差が大きいので、正確な読出しができる。さらに、ＧＭＲ膜３０は、第１の実施の形態において説明したように、自由磁化層３９に接して設けた拡散防止層３８のＣｏＦｅＡｌをもちいることにより、自由磁化層３９と拡散防止層３８の積層体の保磁力が低い。したがって、磁気メモリ装置１１０は、書込み動作の際に印加する磁界を低減することができる。したがって、書込み動作の際のビット線１２０および書込用ワード線１２１に流す電流値を低減できるので、磁気メモリ装置１１０の消費電力を低減できる。
【０１６５】
さらに、ＧＭＲ膜３０は、非磁性金属層３７と自由磁化層３９との間に拡散防止層３８を有するため、自由磁化層３９に含まれるＭｎの非磁性金属層３７への拡散を防止する。そのため、ＧＭＲ膜３０のΔＲＡの劣化を防止できる。拡散防止層３８にＣｏＦｅＡｌを用いているので、ΔＲＡの増加および自由磁化層３９と拡散防止層３８との積層体の保磁力の低下を同時に実現できる。その結果、磁気メモリ装置１１０は、書込み動作の際に印加する磁界を低減することができる。したがって、書込み動作の際のビット線１２０および書込用ワード線１２１に流す電流値を低減できるので、磁気メモリ装置１１０の消費電力を低減できる。
【０１６６】
なお、磁気メモリ装置１１０を構成するＧＭＲ膜３０は、図３〜図６に示す第２例〜第５例のＧＭＲ膜５０，６０，７０，８０のいずれかに置換してもよく、さらに、第１例〜第５例のＧＭＲ膜３０，５０，６０，７０，８０の説明中の変形例を用いてもよい。
【０１６７】
図１８は、第１例の磁気メモリ装置の変形例を構成するＴＭＲ膜の構成図である。図１８を図１６（Ａ）と共に参照するに、磁気メモリ装置１１０を構成するＧＭＲ膜３０の代わりにＴＭＲ膜９１を用いてもよい。ＴＭＲ膜９１は、図１１に示す第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を構成する第１例のＴＭＲ膜９１と同様の構成を有する。ＴＭＲ膜９１は、例えば、下地層３１が層内配線１２５に接触し、保護層４０がビット線１２０に接触している。また、自由磁化層３９の磁化容易軸は上述したＧＭＲ膜３０と同様に配置される。ＴＭＲ膜９１を用いた場合の磁気メモリ装置１１０の書込み動作および読出し動作はＧＭＲ膜と同様であるのでその説明を省略する。
【０１６８】
ＴＭＲ膜９１は、第２の実施の形態において説明したようにトンネル抵抗効果を示す。ＴＭＲ膜９１は、自由磁化層３９がＭｎ系ホイスラー合金からなるので、トンネル抵抗変化量が大きい。したがって、磁気メモリ装置１１０は、情報の読出しの際に、保持された"０"および "１"に対応するトンネル抵抗変化量が大きいので、正確な読出しができる。さらに、自由磁化層３９の保磁力が低減されているので感度が高く、磁気メモリ装置１１０の消費電力を低減できる。
【０１６９】
なお、磁気メモリ装置１１０を構成するＴＭＲ膜９１は、図１２〜図１４に示す第２例〜第４例のＴＭＲ膜９２〜９４を用いてもよく、さらに、第１例〜第４例のＴＭＲ膜９１〜９４の説明中の変形例を用いてもよい。
【０１７０】
図１９は、第４の実施の形態に係る第２例の磁気メモリ装置の断面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【０１７１】
図１９を参照するに、磁気メモリ装置１３０は、ＧＭＲ膜３０に情報を書込むための機構が第１例の磁気メモリ装置と異なる。磁気メモリ装置１３０のメモリセルは、書込用ワード線１２１が設けられていない以外は、図１６（Ａ）および（Ｂ）に示すメモリセル１１１と同様の構成を有する。
【０１７２】
以下、図１６（Ｂ）を図１９とあわせて参照しつつ説明する。磁気メモリ装置１３０は、書込み動作が第１例の磁気メモリ装置と異なっている。磁気メモリ装置１３０は、偏極スピン電流ＩｗをＧＭＲ膜３０に注入し、その電流の向きによって、自由磁化層３９の磁化の向きを第２固定磁化層３６の磁化の向きに対して平行の状態から反平行の状態に、あるいは反平行の状態から平行の状態に反転させる。偏極スピン電流Ｉｗは、電子が取り得る２つのスピンの向きの一方の向きの電子からなる電子流である。偏極スピン電流Ｉｗの向きをＧＭＲ膜３０の紙面下方あるいは上方に流すことで、自由磁化層の磁化にトルクを発生させ、いわゆるスピン注入磁化反転を起こさせる。偏極スピン電流Ｉｗの電流量は、自由磁化層３９の膜厚に応じて適宜選択されるが数ｍＡ〜２０ｍＡ程度である。偏極スピン電流Ｉｗの電流量は、図１６（Ａ）の第１例の磁気メモリ装置の書き込み動作の際にビット線１２０および書込用ワード線１２１に流す電流量よりも少なく、消費電力を低減できる。
【０１７３】
なお、偏極スピン電流は、ＧＭＲ膜３０と略同様の構成を有する、Ｃｕ膜を２つの強磁性層で挟んだ積層体に垂直に電流を流すことで生成することができる。電子のスピンの向きは２つの強磁性層の磁化の向きを平行あるいは反平行に設定することで制御できる。なお、磁気メモリ装置１３０の読み取り動作は図１６（Ａ）の第１例の磁気メモリ装置１１０と同様である。
【０１７４】
第２例の磁気メモリ装置１３０は、第１例の磁気メモリ装置と同様の効果を有する。さらに、第２例の磁気メモリ装置１３０は、書き込み動作の際の電流量が第１例の磁気メモリ装置よりも低減できるので、低消費電力化が可能である。
【０１７５】
なお、磁気メモリ装置１３０は、ＧＭＲ膜３０の代わりに、図３〜図６に示す第２例〜第５例のＧＭＲ膜５０，６０，７０，８０のいずれかに置換してもよく、あるいは、図１１〜図１４に示す第１例〜第４例のＴＭＲ膜９１〜９４に置換してもよく、さらにこれらの説明中の変形例のＧＭＲ膜あるいはＴＭＲ膜に置換してもよい。
【０１７６】
また、第４の実施の形態の第１例および第２例の磁気メモリ装置１１０、１３０では、ＭＯＳ型ＦＥＴ１１２により書込み動作および読出し動作の際の電流制御を行っているが、他の公知の手段により電流制御を行ってもよい。
【０１７７】
以上本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０１７８】
例えば、第３の実施の形態では、磁気記録媒体がディスク状の場合を例に説明したが、本発明は、磁気記録媒体がテープ状である磁気テープ装置にも適用できることはいうまでもない。また、磁気抵抗効果素子と記録素子とを備える磁気ヘッドを一例として説明したが、磁気抵抗効果素子のみを備える磁気ヘッドでもよい。さらに、複数の磁気抵抗効果素子が配置された磁気ヘッドでもよい。
【０１７９】
なお、以上の説明に関してさらに以下の付記を開示する。
（付記１）
ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子であって、
固定磁化層と、非磁性金属層と、拡散防止層と、自由磁化層とがこの順に積層され、
前記自由磁化層はＭｎ系ホイスラー合金からなり、
前記拡散防止層はＣｏＦｅＡｌからなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
（付記２）
前記自由磁化層上にさらに他の拡散防止層および保護層がこの順に積層されてなり、
前記他の拡散防止層がＣｏＦｅＡｌからなることを特徴とする付記１記載の磁気抵抗効果素子。
（付記３）
前記自由磁化層上に他の拡散防止層と、他の非磁性金属層と、他の固定磁化層と、がさらに積層されてなることを特徴とする付記１または２記載の磁気抵抗効果素子。
（付記４）
前記固定磁化層は、第１の固定磁化層と、非磁性結合層と、第２の固定磁化層とがこの順に積層されてなり、該第２の固定磁化層と前記非磁性金属層との間にその他の拡散防止層をさらに備え、
前記第２の固定磁化層がＭｎ系ホイスラー合金からなり、
前記その他の拡散防止層がＣｏＦｅＡｌからなることを特徴とする付記１〜３のうち、いずれか一項記載の磁気抵抗効果素子。
（付記５）
前記非磁性結合層と、第２の固定磁化層との間に前記その他の拡散防止層をさらに備えることを特徴とする付記４記載の磁気抵抗効果素子。
（付記６）
前記他の固定磁化層は、他の第２の固定磁化層と、他の非磁性結合層と、他の第１の固定磁化層と、がこの順に積層されてなり、該他の第２の固定磁化層と前記他の非磁性金属層との間にその他の拡散防止層をさらに備え、
前記第２の固定磁化層がＭｎ系ホイスラー合金からなり、
前記その他の拡散防止層がＣｏＦｅＡｌからなることを特徴とする付記３〜５のうち、いずれか一項記載の磁気抵抗効果素子。
（付記７）
前記他の第２の固定磁化層と、他の非磁性結合層との間にさらに前記その他の拡散防止層を備えることを特徴とする付記６記載の磁気抵抗効果素子。
（付記８）
ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子であって、
固定磁化層と、非磁性絶縁層と、自由磁化層と、他の拡散防止層と、保護層とがこの順に積層され、
前記保護層は非磁性金属材料からなり、
前記自由磁化層はＭｎ系ホイスラー合金からなり、
前記他の拡散防止層はＣｏＦｅＡｌからなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
（付記９）
前記保護層は他の拡散防止層に接してＣｕ膜を有することを特徴とする付記８記載の磁気抵抗効果素子。
（付記１０）
前記非磁性絶縁層と自由磁化層との間に拡散防止層をさらに備え、
前記拡散防止層がＣｏＦｅＡｌからなることを特徴とする付記８または９記載の磁気抵抗効果素子。
（付記１１）
前記他の拡散防止層上に保護層の代わりに他の非磁性絶縁層と、他の固定磁化層と、がさらに積層されてなることを特徴とする付記８〜１０のうち、いずれか一項記載の磁気抵抗効果素子。
（付記１２）
前記固定磁化層は、第１の固定磁化層と、非磁性結合層と、第２の固定磁化層とがこの順に積層されてなり、該第２の固定磁化層と前記非磁性絶縁層との間にその他の拡散防止層をさらに備え、
前記第２の固定磁化層がＭｎ系ホイスラー合金からなり、
前記その他の拡散防止層がＣｏＦｅＡｌからなることを特徴とする付記８〜１１のうち、いずれか一項記載の磁気抵抗効果素子。
（付記１３）
前記非磁性結合層と、第２の固定磁化層との間に前記その他の拡散防止層をさらに備えることを特徴とする付記１２記載の磁気抵抗効果素子。
（付記１４）
前記他の固定磁化層は、他の第２の固定磁化層と、他の非磁性結合層と、他の第１の固定磁化層と、がこの順に積層されてなり、該他の第２の固定磁化層と前記他の非磁性絶縁層との間にその他の拡散防止層をさらに備え、
前記第２の固定磁化層がＭｎ系ホイスラー合金からなり、
前記その他の拡散防止層がＣｏＦｅＡｌからなることを特徴とする付記８〜１３のうち、いずれか一項記載の磁気抵抗効果素子。
（付記１５）
前記他の第２の固定磁化層と、他の非磁性結合層との間にさらに前記その他の拡散防止層を備えることを特徴とする付記１４記載の磁気抵抗効果素子。
（付記１６）
前記Ｍｎ系ホイスラー合金は、Ｃｏ2ＭｎＸ（ＸはＡｌ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｂ、およびＳｎからなる群のうちいずれか一つ）、Ｎｉ2ＭｎＡｌ、Ｎｉ2ＭｎＳｎ、Ｃｕ2ＭｎＡｌ、Ｐｄ2ＭｎＩｎ、Ｐｄ2ＭｎＳｎ、Ｐｄ2ＭｎＳｂ、ＮｉＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｂ、ＰｄＭｎＳｂ、およびＰｔＭｎＳｎからなる群のうちいずれか一つであることを特徴とする付記１〜１５のうち、いずれか一項記載の磁気抵抗効果素子。
（付記１７）
前記ＣｏＦｅＡｌは、三元系の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量，Ｆｅ含有量，Ａｌ含有量）として表すと、点Ａ（５５，１０，３５）、点Ｂ（５０，１５，３５）、点Ｃ（５０，２０，３０）、点Ｄ（５５，２５，２０）、点Ｅ（６０，２５，１５）、点Ｆ（７０，１５，１５）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、および点Ａをこの順にそれぞれ直線で結んだ領域内の組成を有することを特徴とする付記１〜１６のうち、いずれか一項記載の磁気抵抗効果素子（但し、各含有量は原子％で表す。）。
（付記１８）
前記拡散防止層、他の拡散防止層、あるいはその他の拡散防止層は、その膜厚が０．５ｎｍ〜２．０ｎｍの範囲に設定されることを特徴とする付記１〜１７のうち、いずれか一項記載の磁気抵抗効果素子。
（付記１９）
付記１〜１８のうち、いずれか一項記載の磁気抵抗効果素子を備える磁気ヘッド。
（付記２０）
付記１〜１８のうち、いずれか一項記載の磁気抵抗効果素子を有する磁気ヘッドと、記録素子と、磁気記録媒体とを備える磁気記憶装置。
（付記２１）
固定磁化層と、非磁性金属層と、拡散防止層と、自由磁化層と、が積層されたＣＰＰ型の磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜に磁界を印加して、前記自由磁化層の磁化を所定の方向に向ける書込手段と、
前記磁気抵抗効果膜にセンス電流を供給して抵抗値を検出する読出手段とを備え、
前記自由磁化層はＭｎ系ホイスラー合金からなり、
前記拡散防止層はＣｏＦｅＡｌからなることを特徴とする磁気メモリ装置。
（付記２２）
固定磁化層と、非磁性絶縁層と、自由磁化層と、他の拡散防止層と、保護層とがこの順に積層されたＣＰＰ型の磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜に磁界を印加して、前記自由磁化層の磁化を所定の方向に向ける書込手段と、
前記磁気抵抗効果膜にセンス電流を供給して抵抗値を検出する読出手段とを備え、
前記自由磁化層はＭｎ系ホイスラー合金からなり、
前記他の拡散防止層はＣｏＦｅＡｌからなることを特徴とする磁気メモリ装置。
（付記２３）
前記Ｍｎ系ホイスラー合金は、Ｃｏ2ＭｎＸ（ＸはＡｌ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｂ、およびＳｎからなる群のうちいずれか一つ）、Ｎｉ2ＭｎＡｌ、Ｎｉ2ＭｎＳｎ、Ｃｕ2ＭｎＡｌ、Ｐｄ2ＭｎＩｎ、Ｐｄ2ＭｎＳｎ、Ｐｄ2ＭｎＳｂ、ＮｉＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｂ、ＰｄＭｎＳｂ、およびＰｔＭｎＳｎからなる群のうちいずれか一つであることを特徴とする付記２０または２１記載の磁気メモリ装置。
（付記２４）
前記ＣｏＦｅＡｌは、三元系の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量，Ｆｅ含有量，Ａｌ含有量）として表すと、点Ａ（５５，１０，３５）、点Ｂ（５０，１５，３５）、点Ｃ（５０，２０，３０）、点Ｄ（５５，２５，２０）、点Ｅ（６０，２５，１５）、点Ｆ（７０，１５，１５）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、および点Ａをこの順にそれぞれ直線で結んだ領域内の組成を有することを特徴とする付記２１〜２３のうちいずれか一項記載の磁気メモリ装置（但し、各含有量は原子％で表す。）。
（付記２５）
前記書込手段は、磁気抵抗効果膜の膜面に略平行に自由磁化層の磁化容易軸の一方の向きに第１の磁界を印加すると共に、該膜面に略平行でかつ第１の磁界とは所定の角度をなす方向に第２の磁界を印加して、自由磁化層の磁化の向きを制御することを特徴とする付記２１〜２４のうち、いずれか一項記載の磁気メモリ装置。
（付記２６）
前記書込手段は、磁気抵抗効果膜に偏極したスピンを有する電子流に基づいて自由磁化層の磁化の向きを制御することを特徴とする付記２１〜２４のうち、いずれか一項記載の磁気メモリ装置。
（付記２７）
ビット線と、ワード線と、制御電極および２つの電流供給電極を有するＭＯＳ型トランジスタをさらに備え、
前記ワード線は制御電極に電気的に接続され、
前記磁気抵抗効果膜は、ビット線と一方の電流供給電極との間に電気的に接続され、
前記読出手段は、ワード線を所定の電圧に設定してＭＯＳ型トランジスタをオンさせ、ビット線と前記一方の電流供給電極との間にセンス電流を流して磁気抵抗値を検出することを特徴とする付記２４または２５記載の磁気メモリ装置。
【図面の簡単な説明】
【０１８０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る磁気ヘッドの媒体対向面の要部を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を構成する第１例のＧＭＲ膜の断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を構成する第２例のＧＭＲ膜の断面図である。
【図４】第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を構成する第３例のＧＭＲ膜の断面図である。
【図５】第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を構成する第４例のＧＭＲ膜の断面図である。
【図６】第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を構成する第５例のＧＭＲ膜の断面図である。
【図７】ＣｏＦｅＡｌ膜およびＣｏ2ＭｎＧｅ膜のＣｕ膜中への拡散の程度を説明するための図である。
【図８】ＣｏＦｅＡｌ膜およびＣｏＦｅ膜の磁気特性図である。
【図９】試作例４の自由磁化層、下部および上部第２固定磁化層の組成および保磁力を示す図である。
【図１０】試作例４のＣｏＦｅＡｌ膜の保磁力と組成との関係図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を構成する第１例のＴＭＲ膜の断面図である。
【図１２】第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を構成する第２例のＴＭＲ膜の断面図である。
【図１３】第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を構成する第３例のＴＭＲ膜の断面図である。
【図１４】第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を構成する第４例のＴＭＲ膜の断面図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る磁気記憶装置の要部を示す平面図である。
【図１６】（Ａ）は本発明の第４の実施の形態に係る第１例の磁気メモリ装置の断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＧＭＲ膜の構成図である。
【図１７】第１例の磁気メモリ装置の一つのメモリセルの等価回路図である。
【図１８】第１例の磁気メモリ装置の変形例を構成するＴＭＲ膜の構成図である。
【図１９】第４の実施の形態に係る第２例の磁気メモリ装置の断面図である。
【符号の説明】
【０１８１】
１０，１０８    磁気ヘッド
１１    セラミック基板
１２，２５    アルミナ膜
１３    誘導型記録素子
１４    上部磁極
１５    記録ギャップ層
１６    下部磁極
２０    磁気抵抗効果素子
２１    下部電極
２２    上部電極
２３    絶縁膜
２４    磁区制御膜
３０，５０，６０，７０，８０    磁気抵抗効果（ＧＭＲ）膜
３１    下地層
３２    反強磁性層（下部反強磁性層）
３３，５３，８１    固定磁化積層体（下部固定磁化積層体）
３４    第１固定磁化層（下部第１固定磁化層）
３５    非磁性結合層（下部非磁性結合層）
３６，５６    第２固定磁化層（下部第２固定磁化層）
３７    非磁性金属層（下部非磁性金属層）
３７ａ  非磁性絶縁層（下部非磁性絶縁層）
３８    拡散防止層（第１拡散防止層、下部（第１）拡散防止層）
３９    自由磁化層
４０    保護層
４１    第３拡散防止層
５１，７３    第２拡散防止層（下部第２拡散防止層）
６２    上部反強磁性層
６３，７２，８２    上部固定磁化積層体
６４    上部第１固定磁化層
６５    上部非磁性結合層
６６，７６    上部第２固定磁化層
６７    上部非磁性金属層
６７ａ  上部非磁性絶縁層
６８    第１拡散防止層（上部（第１）拡散防止層）
７４    上部第２拡散防止層
８３    下部界面磁性層
８４    上部界面磁性層
９１〜９４    トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）膜
１００    磁気記憶装置
１１０，１３０    磁気メモリ装置
１１１    メモリセル
１１２    ＭＯＳ型ＦＥＴ
１１８    プレート線
１１９    読出用ワード線
１２０    ビット線
１２１    書込用ワード線
【図１】
2008091551.tif 000003
【図２】
2008091551.tif 000004
【図３】
2008091551.tif 000005
【図４】
2008091551.tif 000006
【図５】
2008091551.tif 000007
【図６】
2008091551.tif 000008
【図７】
2008091551.tif 000009
【図８】
2008091551.tif 000010
【図９】
2008091551.tif 000011
【図１０】
2008091551.tif 000012
【図１１】
2008091551.tif 000013
【図１２】
2008091551.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2008091551.tif 000016
【図１５】
2008091551.tif 000017
【図１６】
2008091551.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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