(57)【要約】【課題】高ＭＲ変化率が得られ、高密度化への対応が期待できる磁気抵抗効果素子、ならびにこれを用いた磁気ヘッド、磁気記録再生装置および磁気ランダムアクセスメモリーを提供する。【解決手段】第１の磁性層及び第２の磁性層を形成し、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に、Cr, Feの少なくともひとつを含む金属層を酸素暴露量が1000ラングミュア以下なる条件で自然酸化することにより中間層を形成し、さらに前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層を含む積層膜の膜面垂直に電流を通電する電極を形成して磁気抵抗効果素子を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の磁性層、第２の磁性層、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に配置される中間層、前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層を含む積層膜の膜面垂直に電流を通電する電極とを具備する磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記中間層は、Cr, Feの少なくともひとつを含む金属層を酸素暴露量が1000ラングミュア以下なる条件で自然酸化することにより形成することを特徴とする、磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２】
第１の磁性層、第２の磁性層、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に配置される中間層、前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層を含む積層膜の膜面垂直に電流を通電する電極とを具備する磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記中間層は、Cr, Feの少なくともひとつを含む金属層を酸素暴露量が300ラングミュア以下なる条件で、イオンビーム又はプラズマ照射を実施して酸化することにより形成することを特徴とする、磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３】
第１の磁性層、第２の磁性層、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に配置される中間層、前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層を含む積層膜の膜面垂直に電流を通電する電極とを具備する磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記中間層は、Fe1-xCox(0≦x≦0.5)なる組成の金属層を酸素暴露量がL[ラングミュア]≦1000＋10xなる条件で自然酸化することにより形成することを特徴とする、磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４】
第１の磁性層、第２の磁性層、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に配置される中間層、前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層を含む積層膜の膜面垂直に電流を通電する電極とを具備する磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記中間層は、Fe1-xCox(0≦x≦0.5)なる組成の金属層を酸素暴露量がL[ラングミュア]≦300＋10xなる条件で、イオンビーム又はプラズマ照射を実施して酸化することにより中間層を形成することを特徴とする、磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項５】
第１の磁性層、第２の磁性層、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に配置される中間層、前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層を含む積層膜の膜面垂直に電流を通電する電極とを具備する磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記中間層は、Fe1-xCox (0.5<x≦1.0)又はCo1-xNix (0≦x≦1.0)なる組成の金属層を自然酸化することにより形成することを特徴とする、磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項６】
第１の磁性層、第２の磁性層、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に配置される中間層、前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層を含む積層膜の膜面垂直に電流を通電する電極とを具備する磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記中間層は、Fe1-xCox (0.5<x≦1.0)又はCo1-xNix (0≦x≦1.0)なる組成の金属層を酸素暴露量が3000ラングミュア以下なる条件で、イオンビーム又はプラズマ照射を実施して酸化することにより形成することを特徴とする、磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項７】
第１の磁性層、第２の磁性層、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に配置される中間層、前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層を含む積層膜の膜面垂直に電流を通電する電極とを具備する磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記中間層は、Cr、Mn、Fe、Co、Niのいずれかひとつを主成分とする2種以上の層を順次積層するとともに、自然酸化又はイオンビーム、プラズマ照射による酸化を実施して形成することを特徴とする、磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項８】
第１の磁性層、第２の磁性層、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に配置される中間層、前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層を含む積層膜の膜面垂直に電流を通電する電極とを具備する磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記中間層は、Cr、Mn、Fe、Co、Niのいずれかひとつを主成分とする金属層を、自然酸化又はイオンビーム、プラズマ照射による酸化を複数回実施して形成することを特徴とする、磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項９】
前記第1の磁性層及び前記第２の磁性層は、Fe、Co、Niのいずれかひとつを主成分として含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一に記載の方法によって製造された磁気抵抗効果素子を具えることを特徴とする、磁気ヘッド。
【請求項１１】
磁気記録媒体と、請求項１０に記載の磁気ヘッドとを具えることを特徴とする、磁気記録再生装置。
【請求項１２】
請求項１〜９のいずれか一に記載の方法で製造された磁気抵抗効果素子を具えることを特徴とする、磁気メモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜面に対して垂直方向に電流を通電する構造の磁気抵抗効果素子の製造方法、ならびにこれを用いた磁気ヘッド、磁気記録再生装置、および磁気メモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性体の積層構造体における巨大磁気抵抗効果（Giant MagnetoResistive Effect：ＧＭＲ）の発見により、磁気デバイスの性能が飛躍的に向上している。特に、スピンバルブ膜（Spin-Valve：ＳＶ膜）は磁気デバイスに容易に適用できる構造を有し、ＧＭＲ効果を有効に発揮させることができるので、磁気ヘッドおよびＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）などの磁気デバイスに大きな技術的進歩をもたらした。
【０００３】
「スピンバルブ膜」とは、２つの強磁性層の間に非磁性金属スペーサ層を挟んだ構造を有し、一方の強磁性層（「ピン層」や「磁化固着層」などと称される）の磁化を反強磁性層などで固着し、もう一方の強磁性層（「フリー層」や「磁化自由層」などと称される）の磁化を外部磁界（たとえば媒体磁界）に応じて回転するようにした積層膜をいう。スピンバルブ膜では、ピン層とフリー層の磁化方向の相対角度が変化することによって、巨大な磁気抵抗変化が得られる。
【０００４】
従来のスピンバルブ膜は、膜面に平行にセンス電流を通電するＣＩＰ（Current In Plane）−ＧＭＲ素子であった。近年、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子よりも大きなＭＲを発現することから、膜面にほぼ垂直方向にセンス電流を通電するＴＭＲ（Tunneling MagnetoResistace）素子、あるいはＣＰＰ（Current Perpendicular to the Plane）−ＧＭＲ素子、が注目されている。
【０００５】
ＴＭＲ素子では、ＭＲが高いが素子の抵抗が高すぎ、Ｓ/Ｎが悪くなったりＨＤＤの転送レートが上がらなかったりという問題を抱えているため、面記録密度500Gbpsi以上のＨＤＤに応用するためには低抵抗化と高ＭＲの両立を図る必要がある。一方ＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、ＴＭＲ素子とは逆に素子抵抗が大幅に小さく、抵抗変化量自体かなり小さいため、大きな再生出力信号を得ることが難しいとう問題を抱えている。
【０００６】
このような問題に鑑み、絶縁層中にこれを貫通する非磁性金属からなる微細な電流パス（電流狭窄部）を形成したスペーサ層を用いたＣＰＰ−ＧＭＲ素子が提案されている。このようなＣＰＰ素子は、電流狭窄［ＣＣＰ（Current-confined-path）］効果を示し、非磁性金属スペーサ層を用いた単純なＣＰＰ−ＧＭＲ素子よりも大きな再生出力信号を得ることができる。しかし、高記録密度対応の磁気ヘッド応用を考えた場合、ＣＣＰ−ＣＰＰ−ＧＭＲ素子でもＭＲ変化率が不足する可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、高ＭＲ変化率が得られ、高密度化への対応が期待できる磁気抵抗効果素子、ならびにこれを用いた磁気ヘッド、磁気記録再生装置および磁気ランダムアクセスメモリーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成すべく、本発明の一態様は、
第１の磁性層、第２の磁性層、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に配置される中間層、前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層を含む積層膜の膜面垂直に電流を通電する電極とを具備する磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記中間層は、Cr, Feの少なくともひとつを含む金属層を酸素暴露量が1000ラングミュア以下なる条件で自然酸化することにより形成することを特徴とする、磁気抵抗効果素子の製造方法（第１の製造方法）に関する。
【０００９】
また、本発明の一態様は、
第１の磁性層、第２の磁性層、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に配置される中間層、前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層を含む積層膜の膜面垂直に電流を通電する電極とを具備する磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記中間層は、Cr, Feの少なくともひとつを含む金属層を酸素暴露量が300ラングミュア以下なる条件で、イオンビーム又はプラズマ照射を実施して酸化することにより形成することを特徴とする、磁気抵抗効果素子の製造方法（第２の製造方法）に関する。
【００１０】
さらに、本発明の一態様は、
第１の磁性層、第２の磁性層、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に配置される中間層、前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層を含む積層膜の膜面垂直に電流を通電する電極とを具備する磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記中間層は、Fe1-xCox(0≦x≦0.5)なる組成の金属層を酸素暴露量がL[ラングミュア]≦1000＋10xなる条件で自然酸化することにより形成することを特徴とする、磁気抵抗効果素子の製造方法（第３の製造方法）に関する。
【００１１】
また、本発明の一態様は、
第１の磁性層、第２の磁性層、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に配置される中間層、前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層を含む積層膜の膜面垂直に電流を通電する電極とを具備する磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記中間層は、Fe1-xCox(0≦x≦0.5)なる組成の金属層を酸素暴露量がL[ラングミュア]≦300＋10xなる条件で、イオンビーム又はプラズマ照射を実施して酸化することにより形成することを特徴とする、磁気抵抗効果素子の製造方法（第４の製造方法）に関する。
【００１２】
さらに、本発明の一態様は、
第１の磁性層、第２の磁性層、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に配置される中間層、前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層を含む積層膜の膜面垂直に電流を通電する電極とを具備する磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記中間層は、Fe1-xCox (0.5<x≦1.0)又はCo1-xNix (0≦x≦1.0)なる組成の金属層を自然酸化することにより形成することを特徴とする、磁気抵抗効果素子の製造方法（第５の製造方法）に関する。
【００１３】
また、本発明の一態様は、
第１の磁性層、第２の磁性層、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に配置される中間層、前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層を含む積層膜の膜面垂直に電流を通電する電極とを具備する磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記中間層は、Fe1-xCox (0.5<x≦1.0)又はCo1-xNix (0≦x≦1.0)なる組成の金属層を酸素暴露量が3000ラングミュア以下なる条件で、イオンビーム又はプラズマ照射を実施して酸化することにより形成することを特徴とする、磁気抵抗効果素子の製造方法（第６の製造方法）に関する。
【００１４】
さらに、本発明の一態様は、
第１の磁性層、第２の磁性層、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に配置される中間層、前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層を含む積層膜の膜面垂直に電流を通電する電極とを具備する磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記中間層は、Cr、Mn、Fe、Co、Niのいずれかひとつを主成分とする2種以上の層を順次積層するとともに、自然酸化又はイオンビーム、プラズマ照射による酸化を実施して中間層を形成することを特徴とする、磁気抵抗効果素子の製造方法（第７の製造方法）に関する。
【００１５】
また、本発明の一態様は、
第１の磁性層、第２の磁性層、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に配置される中間層、前記第１の磁性層、前記第２の磁性層及び前記中間層を含む積層膜の膜面垂直に電流を通電する電極とを具備する磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記中間層は、Cr、Mn、Fe、Co、Niのいずれかひとつを主成分とする金属層を、自然酸化又はイオンビーム、プラズマ照射による酸化を複数回実施して形成することを特徴とする、磁気抵抗効果素子の製造方法（第８の製造方法）に関する。
【００１６】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を実施した。その結果、第１の磁性層及び第２の磁性層間に、上述したような第１の製造方法から第８の製造方法のいずれかの方法で中間層を形成し、さらにこれらの層を含む積層膜に対して膜面垂直方向に電流を流すことが可能な電極を形成して磁気抵抗効果素子を製造することにより、前記中間層内にＭＲ効果が発現するという全く新たな現象を見出すに至った。
【００１７】
したがって、上述した製造方法により得た磁気抵抗効果素子の新規なＭＲ効果を利用することにより、比較的高ＭＲ変化率の新たな磁気抵抗効果素子を得ることができ、高密度化への対応が期待できる磁気抵抗効果素子、ならびにこれを用いた磁気ヘッド、磁気記録再生装置および磁気ランダムアクセスメモリーを提供することができるようになる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、高ＭＲ変化率が得られ、高密度化への対応が期待できる磁気抵抗効果素子、ならびにこれを用いた磁気ヘッド、磁気記録再生装置および磁気ランダムアクセスメモリーを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴、利点について、発明を実施するための最良の形態に基づいて説明する。
【００２０】
（磁気抵抗効果素子）
図１は、本発明の上記第１の製造方法から第８の製造方法で得た磁気抵抗効果素子のＭＲ効果の発現を説明するための概略図である。
【００２１】
上述のように、上記製造方法に基づいて得た中間層は、例えばCr, Feの少なくともひとつを含む金属層が酸化されて構成されている（第１の製造方法及び第２の製造方法参照）。この場合、その酸素暴露量の程度やその材料組成などに依存して、例えば磁気記録媒体からの信号磁場が存在しないような状態においては、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、前記中間層内における磁化の向きは反強磁性的配列又はランダムな配列となっている。この状態で、前記中間層を第１の磁性層及び第２の磁性層で挟み込むようにして構成された積層体の電気抵抗は高くなる。
【００２２】
一方、図１（ａ）及び（ｂ）に示すような磁化状態の前記中間層に対して、例えば磁気記録媒体より信号磁場が膜面に対して略水平に作用するようになると、その磁化は図１（ｃ）に示すような配列となる。この状態で、前記中間層を第１の磁性層及び第２の磁性層で挟み込むようにして構成された積層体の電気抵抗は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すような磁化状態の場合に比較して、低くなる。
【００２３】
したがって、上記積層体の膜面に対して垂直方向に電流を流すことにより、上記電気抵抗の高低に依存して、比較的高いＭＲ効果を発現するようになる。
【００２４】
なお、このようなＭＲ効果を発現するためには、磁気抵抗効果素子を構成する中間層を上述した第１の製造方法から第８の製造方法に従って形成する必要がある。この場合、前記中間層中には、図１に示すような反強磁性的配列又はランダムな配列となる主要磁化成分の他に、強磁性成分が部分的に残存していると考えられ、このような成分の相互作用が図１に示すような、信号磁場の有無に起因した磁化配列の相違に基づく、高いＭＲ効果を発現するものと推定される。
【００２５】
また、前記中間層の元となる金属層の厚さは、上述した第１の製造方法から第８の製造方法のいずれにおいても、前記金属層を構成する材料成分などに依存し、上述した酸素暴露によって、上述の図１に示したような作用効果を呈するように適宜に選択して決定する。しかしながら、現状においては、ナノメートルオーダからサブナノメートルオーダの範囲において、上述した第１の製造方法〜第８の製造方法における各条件で酸素暴露を行うことにより、ほぼ確実に上述の図１に示すような作用効果を得ることを確認している。
【００２６】
具体的には、前記金属層の厚さが０．３〜２．０の範囲に設定することによって、上記図１に示すような作用効果を呈することが確認されている。特に０．５〜１．５の厚さに設定することにより、ほぼ１００％の割合で上記図１の作用効果を得ている。
【００２７】
上記中間層を構成する材料成分及び組成としては、図１に示すように、磁気記録媒体からの信号磁場がない場合においては、磁化の向き（磁気モーメント）が反強磁性的配列あるいはランダムな配列となり、前記信号磁場のような弱い磁場においても、磁化の向き（磁気モーメント）が平行となるようなものを選択する必要がある。
【００２８】
通常の金属反強磁性体（ＦｅＭｎやＣｒなど）では、磁気モーメントの交換エネルギーが強く、実用レベルの磁場では磁気モーメントが揃わない。そこで、ゼロ磁場下では磁化が弱く反平行配列等に結合し、弱い信号磁場でも平行に揃う物質が必要となる。これに最適な材料として、３ｄ強磁性金属を酸化したものが挙げられる。Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉを酸化させると、内部の磁気モーメントが反強磁性配列などになる。
【００２９】
これら酸化層の磁気モーメントの結合力は、酸化強度によって制御できる。磁気結合力の強度と、その目安について図２で説明する。反強磁性結合が強いと、上下2層の磁性層の磁化が±90度程度に結合される。これでは現実的な信号磁場によって磁気モーメントをそろえることができないので利用できない。一方、前記反強磁性結合があまりにも弱いと90度結合ができない。90度結合は、一般に反強磁性層であれば条件次第で実現する。つまり、反強磁性層になっているかどうかは、ある程度条件を変えたところで90度結合ができるかどうかで材料限定することができる。結合の強すぎるものと弱すぎるものの間が、最適な材料といえる。
【００３０】
Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉを酸化させた場合、90度結合は実現できるので、図２の右側の条件（結合力の弱いリミット）は満たしている。また、左側の条件（結合力の強いリミット）は、酸化強度を制御することで満たすことができる。その条件を図３に示す。これは、酸化方法が自然酸化の場合である。自然酸化とは、背圧が１×１０−６ Torr以下、好ましくは５×１０−７Ｔｏｒｒよりも高真空である真空チャンバー内に、酸素を導入することによってなされる。具体的な工程を図４に示す。
【００３１】
図３に戻ると、適した酸化強度は酸化される元素によって異なる。Cr, Fe系では酸素暴露量が、1000ラングミュア以下、好ましくは100ラングミュア以上がよい（第１の製造方法）。Fe1-xCox(0≦x≦0.5) で表される金属層は、L[ラングミュア]≦1000＋10x、好ましくは100≦L[ラングミュア]がよい（第３の製造方法）。Fe1-xCox (0.5<x≦1.0)あるいはCo1-xNix (0≦x≦1.0)で表される金属層の場合は、酸素暴露量の上限はない（第５の製造方法）。このような条件が推奨である。
【００３２】
また、酸化プロセスには自然酸化以外の方法がある。図５、図６に、イオンビームを用いた酸化（Ion Assisted Oxidation: IAO）およびプラズマ酸化の工程を示す。このような酸化方法は、エネルギーが加わるので、酸素暴露量が少なくても酸化強度が大きくなる。その条件を図７に示す。その結果、自然酸化とは異なる条件が適した条件になる。
【００３３】
Cr, Fe系の場合、イオンビームやプラズマを用いた酸化では300ラングミュア以下、好ましくは50ラングミュア以上が適している（第２の製造方法）。Fe1-xCox(0≦x≦0.5) で表される金属層の場合、L[ラングミュア]≦300＋10x、好ましくは50≦L[ラングミュア]で表される条件が適している（第４の製造方法）。Fe1-xCox (0.5<x≦1.0)あるいはCo1-xNix (0≦x≦1.0)表される金属層の場合、イオンビームやプラズマを用いた酸化では3000ラングミュア以下が適している（第６の製造方法）。なお、第６の製造方法において、特に下限値は限定されないが、好ましくは10ラングミュアとする。これ以下であると、本発明の作用効果を得ることができない場合がある。
【００３４】
なお、上述のように、イオンビームやプラズマを用いた酸化でも、真空チャンバー内の背圧が１×１０−６ Torr以下、さらには５×１０−７Ｔｏｒｒよりも高真空とすることが好ましい。
【００３５】
また、上述した中間層は、Cr、Mn、Fe、Co、Niのいずれかひとつを主成分とする2種以上の層を順次積層するとともに、自然酸化又はイオンビーム、プラズマ照射による酸化を実施することによっても形成することができる（第７の製造方法）。さらに、Cr、Mn、Fe、Co、Niのいずれかひとつを主成分とする金属層を、自然酸化又はイオンビーム、プラズマ照射による酸化を複数回実施して形成することができる（第８の製造方法）。
【００３６】
但し、この場合の酸素暴露量は、材料成分や材料組成、さらには積層数などに依存して決定されるので、それらの条件に応じて適宜設定する。例えば、自然酸化の場合には、第１の製造方法に従って、1000ラングミュア以下とすることができる。また、イオンビームやプラズマを用いた酸化では300ラングミュア以下とすることができる。なお、第８の製造方法では、複数回酸化による合計が上記値以下となるようにする。
【００３７】
また、本発明において、上記中間層を挟み込むようにして設けられている第１の磁性層及び第２の磁性層は強磁性層、具体的にはFe、Co、Niのいずれかひとつを主成分として含むように構成することができる。この場合、上記第１の磁性層及び第２の磁性層に対してバイアス層としての機能を付加せしめることができる。
【００３８】
例えば、図１（ｃ）において、第１の磁性層及び第２の磁性層の磁化を、図中の矢印で示すように、予め磁気記録媒体からの信号磁場と同方向に磁化させておくことにより、上記中間層の磁化配列をより弱い信号磁場で容易に同方向に配列させることができるようになり、図１に示す現象をより弱い信号磁場で実現し、結果としてより弱い信号磁場でＭＲ効果を発現することができるようになる。
【００３９】
以上のような製造方法に基づく結果、得られた磁気抵抗効果素子は、第１の磁性層及び第２の磁性層と、その間に挟まれた中間層からなる積層体と、この積層体の膜面垂直方向に電流を流すための、一対の電極を有する。この電極の内、一方は第１の磁性層の主面上に設けられ（上部電極）、他方は第２の磁性層の主面上に設けられる（下部電極）。
【００４０】
前記積層体は前記下部電極をパターニングによって作製した後、第２の磁性層、中間層、第１の磁性層を同一成膜装置で作製する。そしてこの積層膜をパターニングした後、上部電極を作製する。
【００４１】
なお、前記積層膜は、下地層と保護層とを有することが多く、その場合には、下地層、第２の磁性層、中間層、第１の磁性層、及び保護層と順次に積層して前記積層膜を作製する。
【００４２】
また、第２の磁性層の磁化を固着するために反強磁性層を用いることがある。その場合には、下地層、反強磁性層、第２の磁性層、中間層、第１の磁性層、及び保護層を順次積層して前記積層膜を作製する。
【００４３】
なお、第２の磁性層をRu等を用いてシンセティック構造としてもよい。その場合は、下地層、反強磁性層、第３の磁性層、Ru、第２の磁性層、中間層、第１の磁性層、保護層と順次積層して前記積層膜を作製する。Ruの代わりにRh、Irを用いることもできる。
また、上述した積層順序は、逆転することも可能である。
【００４４】
（磁気ヘッド、及び磁気記録再生装置）
上述した磁気抵抗効果素子は、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込んで、磁気記録再生装置に搭載することができる。
【００４５】
図８は、このような磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。図８に示す磁気記録再生装置１５０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。同図において、磁気ディスク２００は、スピンドル１５２に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。なお、図に示す磁気記録再生装置１５０では、単独の磁気ディスク２００のみを用いているが、複数の磁気ディスク２００を具えることができる。
【００４６】
磁気ディスク２００に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダ１５３は、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられている。ヘッドスライダ１５３は、上述したいずれかの実施形態に係る磁気抵抗効果素子を含む磁気ヘッドをその先端付近に搭載している。
【００４７】
磁気ディスク２００が回転すると、ヘッドスライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は磁気ディスク２００の表面から所定の浮上量をもって保持される。但し、このような浮上型に代えて、スライダが磁気ディスク２００と接触するいわゆる「接触走行型」であってもよい。サスペンション１５４は、図示しない駆動コイル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１５５の一端に接続されている。アクチュエータアーム１５５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１５６が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石および対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。
【００４８】
アクチュエータアーム１５５は、スピンドル１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。
【００４９】
図９は、アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。磁気ヘッドアッセンブリ１６０は、例えば駆動コイル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１５５を有し、アクチュエータアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続されている。
【００５０】
サスペンション１５４の先端には、上述したいずれかの実施形態に係る磁気抵抗効果素子を含む磁気ヘッドを具備するヘッドスライダ１５３が取り付けられている。サスペンション１５４は信号の書き込みおよび読み取り用のリード線１６４を有し、このリード線１６４とヘッドスライダ１５３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。図中１６５は磁気ヘッドアッセンブリ１６０の電極パッドである。
【００５１】
図８及び９に示す磁気記録再生装置においては、上述した本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を含む磁気ヘッドを具えることにより、従来よりも高い記録密度で磁気ディスク２００に磁気的に記録された情報を確実に読み取ることが可能となる。
【００５２】
（磁気メモリ）
上述した磁気抵抗効果素子は、例えばメモリセルがマトリクス状に配置されたランダムアクセス磁気メモリ（magnetic random access memory、ＭＲＡＭ）などの磁気メモリを構成することができる。
【００５３】
図１０は、磁気メモリのマトリクス構成の一例を示す図である。この図は、メモリセルをアレイ状に配置した場合の回路構成を示す。アレイ中の１ビットを選択するために、列デコーダ３５０、行デコーダ３５１が備えられており、ビット線３３４とワード線３３２によりスイッチングトランジスタ３３０がオンになって一意に選択され、センスアンプ３５２で検出することにより磁気抵抗効果素子１０中の磁気記録層（フリー層）に記録されたビット情報を読み出すことができる。ビット情報を書き込むときは、特定の書き込みワード線３２３とビット線３２２に書き込み電流を流して発生する磁場を印加する。
【００５４】
図１１は、上記磁気メモリのマトリクス構成の他の例を示す図である。この場合、マトリクス状に配線されたビット線３２２とワード線３３４とが、それぞれデコーダ３６０、３６１により選択されて、アレイ中の特定のメモリセルが選択される。それぞれのメモリセルは、磁気抵抗効果素子１０とダイオードＤとが直列に接続された構造を有する。ここで、ダイオードＤは、選択された磁気抵抗効果素子１０以外のメモリセルにおいてセンス電流が迂回することを防止する役割を有する。書き込みは、特定のビット線３２２と書き込みワード線３２３とにそれぞれに書き込み電流を流して発生する磁場により行われる。
【００５５】
図１２は、本発明の実施形態に係る磁気メモリの要部を示す断面図である。図１３は、図１２のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。これらの図に示した構造は、図１０または図１１に示した磁気メモリに含まれる１ビット分のメモリセルに対応する。このメモリセルは、記憶素子部分３１１とアドレス選択用トランジスタ部分３１２とを有する。
【００５６】
記憶素子部分３１１は、磁気抵抗効果素子１０と、これに接続された一対の配線３２２、３２４とを有する。磁気抵抗効果素子１０は、上述した実施形態に係る磁気抵抗効果素子である。
【００５７】
一方、選択用トランジスタ部分３１２には、ビア３２６および埋め込み配線３２８を介して接続されたトランジスタ３３０が設けられている。このトランジスタ３３０は、ゲート３３２に印加される電圧に応じてスイッチング動作をし、磁気抵抗効果素子１０と配線３３４との電流経路の開閉を制御する。
【００５８】
また、磁気抵抗効果素子１０の下方には、書き込み配線３２３が、配線３２２とほぼ直交する方向に設けられている。これら書き込み配線３２２、３２３は、例えばアルミニウム（Al）、銅（Cu）、タングステン（W）、タンタル（Ta）あるいはこれらいずれかを含む合金により形成することができる。
【００５９】
このような構成のメモリセルにおいて、ビット情報を磁気抵抗効果素子１０に書き込むときは、配線３２２、３２３に書き込みパルス電流を流し、それら電流により誘起される合成磁場を印加することにより磁気抵抗効果素子の記録層の磁化を適宜反転させる。
【００６０】
また、ビット情報を読み出すときは、配線３２２と、磁気記録層を含む磁気抵抗効果素子１０と、下電極３２４とを通してセンス電流を流し、磁気抵抗効果素子１０の抵抗値または抵抗値の変化を測定する。
【００６１】
上記磁気メモリは、上述した磁気抵抗効果素子を用いることにより、セルサイズを微細化しても、記録層の磁区を確実に制御して確実な書き込みを確保でき、且つ、読み出しも確実に行うことができる。
【実施例】
【００６２】
本実施例においては、下記構成の積層体を構成し、得られた磁気抵抗効果素子のＭＲ効果の発現を調べた。なお、以下に示す積層体において、第１の磁性層／中間層／第２の磁性層が感磁部として機能し、ＭＲ効果を発現する。
【００６３】
（積層体の構成）
下地層                 ：Ta5nm/Ru2nm
反強磁性層             ：PtMn15nm
下地磁性層             ：CoFe3nm
反強磁性結合層         ：Ru0.8nm
第１の磁性層           ：CoFe3nm
中間層                 ：Fe50Co50-O
第２の磁性層            ：CoFe3nm
保護層                         ：Cu1nm/Ta2nm/Ru5nm
【００６４】
なお、本例では、上記中間層はFe50Co50からなる金属層をイオンビーム酸化（Ion Assisted Oxidation:  IAO）により酸化させ、1000Ｌ（ラングミュア）の酸素暴露を付与することにより形成した。
【００６５】
図１４は、上記積層体から磁気抵抗効果素子に対して垂直通電させた際の磁場−電気抵抗の依存性を示すグラフ(R-H曲線)である。図１４から明らかなように、磁場印加とともに電気抵抗が減少し、上記磁気抵抗効果素子がＭＲ効果を発現することを確認した。
【００６６】
なお、本実施例では、上記第４の製造方法について示しているが、特に図示はしないものの、その他の製造方法についても同様の効果を得ることが判明した。
【００６７】
また、酸素暴露量を上述した特に好ましい範囲内の任意の値とすることにより、図１４同様の磁場−電気抵抗依存性のグラフ(R-H曲線)を得ることができ、ＭＲ効果を発現できることが判明した。
【００６８】
以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【００６９】
例えば、磁気抵抗効果素子を再生用磁気ヘッドに適用する際に、素子の上下に磁気シールドを付与することにより、磁気ヘッドの検出分解能を規定することができる。
【００７０】
さらに、上記磁気抵抗効果素子は、長手磁気記録方式のみならず垂直磁気記録方式の磁気ヘッドあるいは磁気記録再生装置についても同様に適用して同様の効果を得ることができる。
【００７１】
また、本発明の磁気記録再生装置は、特定の記録媒体を定常的に備えたいわゆる固定式のものでも良く、一方、記録媒体が差し替え可能ないわゆる「リムーバブル」方式のものでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の製造方法で得た磁気抵抗効果素子のＭＲ効果の発現を説明するための概略図である。
【図２】本発明の製造方法で得る磁気抵抗効果素子の、中間層（酸化層）に要求される磁気結合力の目安について説明するための図である。
【図３】本発明の製造方法で得る磁気抵抗効果素子の、中間層（酸化層）を自然酸化によって形成する場合の、酸素暴露量の目安について説明するための図である。
【図４】本発明の製造方法で得る磁気抵抗効果素子の、中間層（酸化層）を自然酸化によって形成する場合の概略工程図である。
【図５】本発明の製造方法で得る磁気抵抗効果素子の、中間層（酸化層）をイオンビームを用いた酸化（Ion Assisted Oxidation: IAO）によって形成する場合の概略工程図である。
【図６】本発明の製造方法で得る磁気抵抗効果素子の、中間層（酸化層）をプラズマ酸化によって形成する場合の概略工程図である。
【図７】本発明の製造方法で得る磁気抵抗効果素子の、中間層（酸化層）をイオンビーム酸化又はプラズマ酸化によって形成する場合の、酸素暴露量の目安について説明するための図である。
【図８】本発明の製造方法で得た磁気抵抗効果素子を含む磁気記録再生装置の一例を示す斜視図である。
【図９】本発明の磁気ヘッドアセンブリの一例を示す図である。
【図１０】本発明の製造方法で得た磁気抵抗効果素子を含む磁気メモリマトリクスの一例を示す図である。
【図１１】本発明の製造方法で得た磁気抵抗効果素子を含む磁気メモリマトリクスの他の例を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る磁気メモリの要部を示す断面図である。
【図１３】図１０のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図１４】本発明の製造方法で得た磁気抵抗効果素子の一例におけるR-H曲線のグラフを示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１５０  磁気記録再生装置
１５２  スピンドル
１５３  ヘッドスライダ
１５４  サスペンション
１５５  アクチュエータアーム
１５６  ボイスコイルモータ
１５７  スピンドル
１６０  磁気ヘッドアッセンブリ
１６４  リード線
２００  磁気記録磁気ディスク
３１１  記憶素子部分
３１２  アドレス選択用トランジスタ部分
３１２  選択用トランジスタ部分
３２１  磁気抵抗効果素子
３２２  ビット線
３２２  配線
３２３  ワード線
３２３  配線
３２４  下部電極
３２６  ビア
３２８  配線
３３０  スイッチングトランジスタ
３３２  ゲート
３３２  ワード線
３３４  ビット線
３３４  ワード線
３５０  列デコーダ
３５１  行デコーダ
３５２  センスアンプ
３６０  デコーダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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