(57)【要約】【課題】磁気微少接合点における磁化の急激な変化によって磁気抵抗効果を発現させる磁気抵抗効果素子において、磁気微小接合点の界面（壁面）の粗れを抑制して平滑化し、壁面での電子の散乱に起因した抵抗変化率の損失を防止し、高い磁気抵抗効果を発現することが可能な磁気抵抗効果素子を提供する。【解決手段】磁化方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁化自由層、及び前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた中間層を含む積層体と、前記積層体の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するための、前記積層体の上下方向において電気的に接続された一対の電極とを備え、前記中間層は、絶縁部分、磁性金属部分、及びこの磁性金属部分の外周の少なくとも一部を覆う化合物部分を含むようにして磁気抵抗効果素子を構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁化自由層、及び前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた中間層を含む積層体と、
前記積層体の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するための、前記積層体の上下方向において電気的に接続された一対の電極とを備え、
前記中間層は、絶縁部分、磁性金属部分、及びこの磁性金属部分の外周の少なくとも一部を覆う化合物部分を含むことを特徴とする、磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記化合物部分は、前記中間層を構成する前記絶縁部分及び前記磁性金属部分の主構成元素と異なる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３】
前記化合物部分は、前記磁化固着層の構成材料よりも表面エネルギーの大きな金属を含むことを特徴とする、請求項２に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記化合物部分は、前記磁化固着層の構成材料に対して表面エネルギーが小さい金属を含み、かつ前記磁化固着層の構成材料の表面エネルギーをγＡ、前記金属の表面エネルギーをγＢとした時に、ΓＡＢ＝２｜（γＡ−γＢ）／（γＡ＋γＢ）｜で規定される表面エネルギーミスマッチの値が０．５以上となる関係を満たすことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記化合物部分は、酸素、窒素、及び炭素の少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記絶縁部分は、酸素、窒素、及び炭素の少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
前記磁性金属部分は、前記磁化固着層の構成元素の内、少なくとも一種の同じ構成元素を含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
前記磁性金属部分は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉの少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項７に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子を具備することを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項１０】
磁気記録媒体と、請求項９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１１】
磁化方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層上に、互いに独立して存在する島状形状の複数の金属部を形成する工程と、
前記磁化固着層上に、前記複数の金属部を埋設するようにして金属層を形成する工程と、
前記金属層に対して酸化、窒化、酸窒化及び炭化の少なくとも一種の処理を施すことによって、前記金属層を絶縁化する工程と、
前記複数の金属部及び前記磁化固着層に対してエネルギーを付加し、前記磁化固着層の構成元素の少なくとも一種を前記複数の金属部の略中央部内に移動させるとともに吸い上げて、前記複数の金属部の前記略中央部において、前記磁化固着層の前記少なくとも一種の構成元素を含む磁性金属部分を形成し、隣接する前記磁性金属部分の空隙部分に位置する絶縁部分、前記磁性金属部分の外周の少なくとも一部を覆うようにして前記金属部の少なくとも一部を含むように形成された化合物対部分、及び前記磁性金属部分を含む中間層を形成する工程と、
前記中間層上において前記磁化自由層を形成し、前記磁化固着層、前記中間層及び前記磁化自由層を含む積層体を形成する工程と、
前記積層体の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するために、前記積層体の上下面に電気的に接続されるようにして一対の電極を形成する工程と、
を備え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１２】
磁化方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層上に、互いに独立して存在する島状形状の複数の金属部を形成する工程と、
前記磁化固着層上に、前記複数の金属部を埋設するようにして金属層を形成する工程と、
前記複数の金属部及び前記磁化固着層に対してエネルギーを付加し、前記磁化固着層の構成元素の少なくとも一種を前記複数の金属部の略中央部内に移動させるとともに吸い上げて、前記複数の金属部の前記略中央部において、前記磁化固着層の前記少なくとも一種の構成元素を含む磁性金属部分を形成する工程と、
前記金属層に対して酸化、窒化、酸窒化及び炭化の少なくとも一種の処理を施すことによって前記金属層を絶縁化し、隣接する前記磁性金属部分の空隙部分に絶縁部分を形成するとともに、前記磁性金属部分の外周の少なくとも一部を覆うようにして前記金属部の少なくとも一部を含むように化合物対部分を形成し、前記絶縁部分、前記化合物対部分、及び前記磁性金属部分を含む中間層を形成する工程と、
前記中間層上において前記磁化自由層を形成し、前記磁化固着層、前記中間層及び前記磁化自由層を含む積層体を形成する工程と、
前記積層体の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するために、前記積層体の上下面に電気的に接続されるようにして一対の電極を形成する工程と、
を備え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１３】
前記複数の金属部は、前記絶縁部分及び前記磁性金属部分の構成元素と異なる元素を含むことを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１４】
前記複数の金属部は、前記磁化固着層の構成材料よりも表面エネルギーが大きいことを特徴とする、請求項１１〜１３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１５】
前記複数の金属部は、前記磁化固着層の構成材料に対して表面エネルギーが小さく、前記磁化固着層の構成材料の表面エネルギーをγＡ、前記金属部の表面エネルギーをγＢとした時に、ΓＡＢ＝２（γＡ−γＢ）／（γＡ＋γＢ）で規定される表面エネルギーミスマッチの値が０．５以上であることを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか一に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【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、ならびにこれを用いた磁気ヘッド、及び磁気記録再生装置に関し、さらには前記磁気抵抗効果素子の製造方法に関する。
【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強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-Plane）−ＧＭＲ素子が注目されている。
【０００５】
一方、近年においては、Ｎｉ細線同士の微少接合を用いて、高い磁気抵抗変化率の磁気抵抗効果が得られることが観測されている（非特許文献１参照）。
【０００６】
また、この磁気微小結合を三次元構造に展開した磁気抵抗効果素子の開発が進められている（特許文献１参照）。特許文献１では３次元方向のナノコンタクトの作製法、つまり穴あけ法として、ＥＢ（Electron Beam）照射プロセス、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）照射プロセス、ＡＦＭ（Atomic Force Microscope）技術などが開示されている。
【０００７】
【非特許文献１】Phys. Rev. Lett. 82 2923 (1999)
【特許文献１】特開２００３−２０４０９５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した文献に記載された磁気抵抗効果は、新規な磁気微少接合点における磁化の急激な変化によって生じると考えられる。しかしながら、このような前記磁気微小接合点の界面（壁面）が粗れていると、電流を流して前記磁気抵抗効果を発現させようとした場合に、前記電流（電子）が前記壁面で散乱されてしまい、前記磁気抵抗効果の発現に寄与する電流の割合が減少してしまう。その結果、抵抗変化率の損失が生じ、本来得られるべき磁気抵抗変化が得られないとう問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑み、磁気微少接合点における磁化の急激な変化によって磁気抵抗効果を発現させる磁気抵抗効果素子において、磁気微小接合点の界面（壁面）の粗れを抑制して平滑化し、壁面での電子の散乱に起因した抵抗変化率の損失を防止し、高い磁気抵抗効果を発現することが可能な磁気抵抗効果素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成すべく、本発明の一態様は、  
磁化方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁化自由層、及び前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた中間層を含む積層体と、
前記積層体の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するための、前記積層体の上下方向において電気的に接続された一対の電極とを備え、
前記中間層は、絶縁部分、磁性金属部分、及びこの磁性金属部分の外周の少なくとも一部を覆う化合物部分を含むことを特徴とする、磁気抵抗効果素子に関する。
【００１１】
本発明者らは、上記問題を解決すべく鋭意検討を実施した。その結果、上記一態様に示すように、実質的に磁化方向が一方向に固着された磁化固着層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層との間において、絶縁部分と磁性金属部分とを有する中間層を設け、この中間層における磁性金属部分を介した磁気結合を生ぜしめるようにしている。
【００１２】
このような構成の磁気抵抗効果素子においては、前記絶縁部分で離隔された前記磁性金属部分同士の微小な接合によって磁気抵抗効果が発現するが、前記磁性金属部分と前記絶縁部分との界面（壁面）は、その形成過程における酸化、原子拡散などに起因して一般的には粗れてしまう。この結果、電流を流した際に電子が前記壁面で散乱されてしまい、抵抗変化率の損失を生ぜしめ、その結果、十分な磁気抵抗効果を発現することができなくなってしまう。
【００１３】
しかしながら、上記態様においては、前記磁性金属部分の外周の少なくとも一部を覆うようにして化合物部分を設けるようにしている。この結果、前記磁性金属部分の前記壁面はこの化合物部分の存在によって平滑化され、壁面での電子散乱による抵抗変化率の損失を防止することができるようになる。結果として、高い磁気抵抗効果を発現することが可能な磁気抵抗効果素子を得ることができるようになる。
【００１４】
また、前記化合物部分は前記磁性金属部分に対する保護層としても機能する。すなわち、前記絶縁部分中に残存する酸素などが経時的に前記磁性金属部分へ拡散し、前記磁性金属部分が酸化され部分的あるいは全面的に消失するのを抑制することができる。したがって、長期に亘って安定した磁気抵抗効果を得ることができる。
【００１５】
なお、上記磁気抵抗効果素子は如何なる方法で製造しても良いが、好ましくは以下に示すような製造方法で製造することが好ましい。かかる製造方法は、
磁化方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層上に、互いに独立して存在する島状形状の複数の金属部を形成する工程と、
前記磁化固着層上に、前記複数の金属部を埋設するようにして金属層を形成する工程と、
前記金属層に対して酸化、窒化、酸窒化及び炭化の少なくとも一種の処理を施すことによって、前記金属層を絶縁化する工程と、
前記複数の金属部及び前記磁化固着層に対してエネルギーを付加し、前記磁化固着層の構成元素の少なくとも一種を前記複数の金属部の略中央部内に移動させるとともに吸い上げて、前記複数の金属部の前記略中央部において、前記磁化固着層の前記少なくとも一種の構成元素を含む磁性金属部分を形成し、隣接する前記磁性金属部分の空隙部分に位置する絶縁部分、前記磁性金属部分の外周の少なくとも一部を覆うようにして前記金属部の少なくとも一部を含むように形成された化合物対部分、及び前記磁性金属部分を含む中間層を形成する工程と、
前記中間層上において前記磁化自由層を形成し、前記磁化固着層、前記中間層及び前記磁化自由層を含む積層体を形成する工程と、
前記積層体の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するために、前記積層体の上下面に電気的に接続されるようにして一対の電極を形成する工程と、
を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、上記製造方法の異なる態様としては、
磁化方向が実質的に一方向に固着された磁化固着層上に、互いに独立して存在する島状形状の複数の金属部を形成する工程と、
前記磁化固着層上に、前記複数の金属部を埋設するようにして金属層を形成する工程と、
前記複数の金属部及び前記磁化固着層に対してエネルギーを付加し、前記磁化固着層の構成元素の少なくとも一種を前記複数の金属部の略中央部内に移動させるとともに吸い上げて、前記複数の金属部の前記略中央部において、前記磁化固着層の前記少なくとも一種の構成元素を含む磁性金属部分を形成する工程と、
前記金属層に対して酸化、窒化、酸窒化及び炭化の少なくとも一種の処理を施すことによって前記金属層を絶縁化し、隣接する前記磁性金属部分の空隙部分に絶縁部分を形成するとともに、前記磁性金属部分の外周の少なくとも一部を覆うようにして前記金属部の少なくとも一部を含むように化合物対部分を形成し、前記絶縁部分、前記化合物対部分、及び前記磁性金属部分を含む中間層を形成する工程と、
前記中間層上において前記磁化自由層を形成し、前記磁化固着層、前記中間層及び前記磁化自由層を含む積層体を形成する工程と、
前記積層体の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するために、前記積層体の上下面に電気的に接続されるようにして一対の電極を形成する工程と、
を備えることを特徴とする。
【００１７】
上記製造方法によれば、上記磁気抵抗効果素子を簡易に製造することができる。
【００１８】
また、上記磁気抵抗効果素子及びその製造方法においては、前記化合物部分は、前記磁化固着層の構成材料よりも表面エネルギーの大きな金属を含むことができる。さらに、前記化合物部分は、前記磁化固着層の構成材料に対して表面エネルギーが小さい金属を含み、かつ前記磁化固着層の構成材料の表面エネルギーをγＡ、前記金属の表面エネルギーをγＢとした時に、ΓＡＢ＝２｜（γＡ−γＢ）／（γＡ＋γＢ）｜で規定される表面エネルギーミスマッチの値が０．５以上となる関係を満たすようにすることができる。これによって、上記磁気抵抗効果素子における、磁化固着層及び磁化自由層間に位置する絶縁部分、磁性金属部分、及びこの磁性金属部分の外周の少なくとも一部を覆う化合物部分を含む中間層を簡易に形成することができる
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、磁気微少接合点における磁化の急激な変化によって磁気抵抗効果を発現させる磁気抵抗効果素子において、磁気微小接合点の界面（壁面）の粗れを抑制して平滑化し、壁面での電子散乱に起因した抵抗変化率の損失を防止し、高い磁気抵抗効果を発現することが可能な磁気抵抗効果素子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】
【００２０】
以下、本発明のその他の特徴及び利点について、発明を実施するための最良の形態に基づいて説明する。
【００２１】
（磁気抵抗効果素子）
図１は、本発明の磁気抵抗効果素子の一例を示す構成図である。図１に示す磁気抵抗効果素子１０は、下電極ＬＥ及び上電極ＵＥの間に複数の膜が積層されたような構成を呈している。具体的には、下電極ＬＥ側から順に、下地層１１、反強磁性層１２、複合ピン層１３、中間層１４、フリー層１５、及び保護層１６が順次に積層されたような構成を呈している。複合ピン層１３は、第1のピン層１３１及び第２のピン層１３３間に磁化反平行結合層１３２が挟まれたような構成を呈している。
【００２２】
中間層１４中には、絶縁部分１４１と磁性金属部分１４２とが交互に位置するようにして設けられている。また、磁性金属部分１４２の外周を覆うようにして化合物部分１４３が形成されている。
【００２３】
本例では、複合ピン層１３、中間層１４及びフリー層１５によってスピンバルブ膜が構成されている。
【００２４】
また、複合ピン層１３が本発明における実質的に磁化方向が固着された第1の磁性層に相当し、フリー層１５が本発明における外部磁界に応じて磁化方向が変化する第２の磁性層に相当している。また、中間層１４が本発明における中間層に相当している。なお、第1の磁性層は複合ピン層１３のように複数の層の積層体とする代わりに単一の磁性層で構成しても良い。
【００２５】
下電極ＬＥ及び上電極ＵＥは、上記積層膜に対しての略垂直方向にセンス電流を通電するためのものであり、この結果、磁気抵抗効果素子１０は、センス電流を素子膜面に対して垂直方向に流すＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）型の磁気抵抗効果素子を構成する。
【００２６】
下地層１１は、例えばバッファ層及びシード層の２層構造とすることができる。前記バッファ層は下電極ＬＥ表面の荒れを緩和したりするための層であり、Ta、 Ti、 W、 Zr、 Hf、 Crまたはこれらの合金から構成することができる。前記シード層は、スピンバルブ膜の結晶配向を制御するための層であり、Ru、（FexNi100−x）100−yXy（X＝Cr、 V、 Nb、 Hf、 Zr、 Mo、15＜x＜25、20＜y＜45）などから構成することができる。
【００２７】
反強磁性層１２は、複合ピン層１３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反強磁性材料（例えば、PtMn、 PdPtMn、 IrMn、 RuRhMn）が用いられる。
【００２８】
複合ピン層１３における第1の第１のピン層１３１及び第２のピン層１３３は、例えば、Fe、 Co、 Ni、 FeCo合金、FeNi合金、FeCoNi合金、CoFeB合金等で構成することができる。磁化反平行結合層１３２は、第１のピン層１３１及び１３３を反強磁性的に結合するものであり、例えば、Ru、 Ir及びRhから構成することができる。
【００２９】
中間層１４における絶縁部分１４１は、Al、Mg、Li、Si、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Se、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Ba、Ka、Hf、Ta、W、Re、Pt、Hg、Pb、Bi、ランタノイド元素の少なくとも一種を含む酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物等から構成できる。その他、絶縁部分１４１には、電流を絶縁する機能を有する材料を適宜に利用できる。
【００３０】
中間層１４における磁性金属部分１４２は、中間層１４の層垂直方向に電流を流す通路（パス）であり、Fe、Co、Ni等の強磁性体または合金からなる金属を含む。なお、以下に詳述する製造方法を用いる場合、磁性金属部分１４２は下側に位置する複合ピン層１３の構成材料から構成されるようになるので、磁性金属部分１４２の構成材料は複合ピン層１３の構成材料に依存することになる。
【００３１】
第２のピン層１３３の磁化方向と反対の磁場がフリー層１５に印加され、フリー層１５の磁化方向がその磁場方向に向いた場合、第２のピン層１３３とフリー層１５の磁化方向が反平行となる。この場合、磁化方向が異なる２つの強磁性層（複合ピン層１３、フリー層１５）に磁性金属部分１４２が挟まれることから、磁性金属部分１４２には磁壁が発生する。
【００３２】
中間層１４における化合物部分１４３は、酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物等とすることができる。なお、化合物部分１４３を構成する主元素は、特に以下に詳述する製造方法を用いる場合、絶縁部分１４１及び磁性金属部分１４２の主構成元素と異なる元素とする。
【００３３】
具体的には、化合物部分１４３の前記主元素は、複合ピン層１３の構成材料であるFe、 Co、 Niよりも表面エネルギーの大きな金属、又は複合ピン層１３の構成材料であるFe、 Co、 Niなどよりも表面エネルギーが小さく複合ピン層１３の構成材料（Fe、 Co、 Niなど）の表面エネルギーをγＡ、前記金属の表面エネルギーをγＢとした時に、ΓＡＢ＝２｜（γＡ−γＢ）／（γＡ＋γＢ）｜で規定される表面エネルギーミスマッチの値が０．５以上となる関係を満たす金属とすることができる。表面エネルギーミスマッチの上限は例えば２とすることができるが、本例（本発明）においては特に限定されるものではない。
【００３４】
このような金属としては、特に複合ピン層１３の構成材料がFe、 Co、 Niであるとした場合、Al、Ta、Hf、Y、Ga及びBiなどを例示することができる。また複合ピン層１３の構成材料がNi、Coであるとした場合、Zrを例示する事が出来る。さらに複合ピン層１３の構成材料がNi であるとした場合、Tiを例示する事が出来る。Ta、Ti、Zr、 及びHfは、主として前者（表面エネルギーが大きい場合）の場合に相当し、 Al、 Y、Ga及びBiは、主として後者（表面エネルギーが小さく、表面エネルギーミスマッチが０．５以上の場合）の場合に相当する。
【００３５】
図１に示す磁気抵抗効果素子１０では、磁性金属部分１４２の外周全体を覆うようにして化合物部分１４３が設けられている。この結果、磁性金属部分１４２の、絶縁部分１４１に対する界面すなわち壁面は、化合物部分１４３の存在によって平滑化される。したがって、壁面での電子散乱による抵抗変化率の損失を防止することができるようになり、高い磁気抵抗効果を発現することが可能な磁気抵抗効果素子を得ることができるようになる。
【００３６】
また、化合物部分１４３は磁性金属部分１４２に対する保護層としても機能する。すなわち、絶縁部分１４１中に残存する酸素などが経時的に磁性金属部分１４２へ拡散し、磁性金属部分１４２を酸化して部分的あるいは全面的に消失するのを抑制することができる。したがって、電流パスを長期に亘って安定して確保することができ、長期に亘って安定した磁気抵抗効果を得ることができる。
【００３７】
なお、図１では、化合物部分１４３は磁性金属部分１４２の外周全体を覆うようにしているが、必ずしもその全体を覆うことを必須の要件とするものではなく、少なくとも一部を覆っていれば足りる。上述した作用効果をより発揮するようにするには、図１に示すように、化合物部分１４３は磁性金属部分１４２の外周全体を覆うようにすることが好ましい。
【００３８】
フリー層（磁化自由層）１５は、外部磁界に対応して磁化方向が変化する強磁性体（例えば、Fe、Co、Ni、FeCo合金、FeNi合金）などから構成することができる。本例では、フリー層１５を単層としているが、複数の層が積層された積層構造としても良い。
【００３９】
保護層１６は、スピンバルブ膜を保護する機能を有する。保護層１６は、例えば、Cu／Ruの２層構造及びCu／Ta／Ruの３層構造とすることができる。
【００４０】
（磁気抵抗効果素子の製造方法）
以下、図１に示す磁気抵抗効果素子１０の製造方法の一例を概略的に説明する。最初に、所定の基板上に、下電極ＬＥ、下地層１１、反強磁性層１２、複合ピン層１３、中間層１４、フリー層１５、保護層１６及び上電極ＵＥを順次に形成する。通常、これらの各層は減圧下で形成されるようになる。以下、各層の具体的形成方法について説明する。
【００４１】
（１）下電極ＬＥ〜反強磁性層１２の形成
基板（図示せず）上に、下電極ＬＥを微細加工プロセスによって形成する。次いで、下電極ＬＥ上に、下地層１１及び反強磁性層１２を順に成膜する。
【００４２】
（２）複合ピン層１３の形成
第１のピン層１３１、磁化反平行結合層１３２及び第２のピン層１３３を順に成膜する。この際、適宜第２のピン層１３３の表面に非強磁性金属層を成膜したり、ピン層の材料と非強磁性金属との合金層を成膜したりすることができる。
【００４３】
（３）中間層１４の形成
図２〜図６は、中間層１４の形成方法の一例を概略的に示す工程図である。なお、これらの図においては、形成方法についての特徴を明確にすべく、各構成要素の詳細な構成に関しては簡略（省略）している。
【００４４】
中間層１４の形成に際しては、最初に、図２に示すように、複合ピン層１３上に、互いに離隔して島状形状を呈する複数の金属部１４３Ａを形成する。このような金属部１４３は、例えば、複合ピン層１３の構成材料であるFe、 Co、 Niなどよりも表面エネルギーの大きな金属、又は複合ピン層１３の構成材料であるFe、 Co、 Niなどよりも表面エネルギーが小さい金属であって、複合ピン層１３の構成材料（Fe、 Co、 Niなど）の表面エネルギーをγＡ、前記金属の表面エネルギーをγＢとした時に、ΓＡＢ＝２｜（γＡ−γＢ）／（γＡ＋γＢ）｜で規定される表面エネルギーミスマッチの値が０．５以上となる関係を満たす金属を適宜選択し、スパッタリングなどの汎用の成膜手法を用いて複合ピン層１３上に堆積させることによって形成することができる。
【００４５】
このような金属としては、特に複合ピン層１３の構成材料がFe、 Co、 Niであるとした場合、Al、Ta、Hf、Y、Ga及びBiなどを例示することができる。また複合ピン層１３の構成材料がNi、Coであるとした場合、Zrを例示する事が出来る。さらに複合ピン層１３の構成材料がNi であるとした場合、Tiを例示する事が出来る。Ta、 Ti、 Zr、 及びHfは、主として前者（表面エネルギーが大きい場合）の場合に相当し、Al、 Y、Ga及びBiは、主として後者（表面エネルギーが小さく、表面エネルギーミスマッチが０．５以上の場合）の場合に相当する。
【００４６】
なお、後者の場合の表面エネルギーミスマッチの上限は例えば２とすることができるが、本例（本発明）においては特に限定されるものではない。
【００４７】
次に、図３に示すように、複数の金属部１４３Ａを埋設するようにしてAl層(複数の金属部１４３Ａの材料としてAl以外を選んだ場合はAlを１４１Ａに選択できる)などの金属層１４１Ａを形成する。次いで、金属層１４１Ａに対して、酸化、窒化、酸窒化、炭化処理などを行って絶縁化し、図４に示すように絶縁部分１４１を形成する。ここでの酸化、窒化、酸窒化、炭化処理には自然暴露法、イオンアシスト法、ＲＦプラズマ法、イオンビーム法、ラジカル法等を用いる事が出来、その作製法は限定されない。さらに、酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物となった状態の１４１A材料を成膜しても良い。次いで、このようにして得た中間積層体に対し、ＲＦプロズマ法、イオンビーム法、加熱処理などを施し、複合ピン層１３及び複数の金属部１４３Ａに対してエネルギーを付与する。なお、これらの処理は単独で行うこともできるが、２以上を適宜組み合わせて、必要により順次に行うようにすることもできる。
【００４８】
すると、図５に示すように、複合ピン層１３の構成元素が複数の金属部１４３Ａの略中央部に吸い上げられるようにして拡散移動する。この際、絶縁部分１４１中の過剰酸素などが金属部１４３Ａの外周部に取り込まれるようになる。この結果、図６に示すように、金属部１４３Ａは、略中央部における複合ピン層１３の構成元素（金属）からなる磁性金属部分１４２と、その外周に形成された化合物部分１４３とに転換されることになる。また、隣接する磁性金属部分１４２の空隙部分には絶縁部分１４１が存在するようになる。
【００４９】
したがって、以上のような工程を経ることにより、絶縁部分１４１と磁性金属部分１４２とが交互に位置し、磁性金属部分１４２の外周を覆うようにして化合物部分１４３が形成された中間層１４が形成される。
【００５０】
なお、本例においては、図４及び図５に示すように、絶縁部分１４１を形成した後、エネルギー付加を行って磁性金属部分１４２及び化合物部分１４３を形成するようにしているが、これらの順序を逆にすることもできる。すなわち、図３に示すように、金属層１４１Ａを形成した後、上述したエネルギー付加を行って磁性金属部分１４２を金属部１４３Ａ内に形成し、次いで、酸化処理などを行って金属層１４１Ａを絶縁化して絶縁部分１４１を形成するとともに、その際の過剰酸素などを用いて化合物部分１４３を形成するようにすることもできる。
【００５１】
また、金属層１４１Ａ及び金属部１４３Ａの材料選定は、上述した絶縁化処理における酸化、窒化、酸窒化、炭化処理のされやすさが、金属層１４１Ａ＞金属部１４３Ａ＞複合ピン層１３の順となるようにして適宜に行う。これらの要件を満足しないと、図４及び図５に示す工程を順次良好に行うことができない場合がある。
【００５２】
（４）フリー層１５、保護層１６お呼び上電極ＵＥの形成
次いで、上述のようにして形成した中間層１４上にフリー層１５を形成し、その後、フリー層１５の上に、保護層１６及び上電極ＵＥを順に形成する。この結果、磁気抵抗効果素子１０を得ることができる。
【００５３】
（５）熱処理
上述のようにして得た磁気抵抗効果素子１０を磁界中で熱処理することにより、第１のピン層１３１の磁化方向を固着させる。
【００５４】
（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。
【００５５】
図７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７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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
図８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。
【００６０】
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。
【００６１】
図７及び８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。
【００６２】
（実施例１）
磁気抵抗効果素子１０の実施例１を説明する。実施例１では、以下の膜構成を有する磁気抵抗効果素子１０を作製した。
・下地層１１：Ｔａ［５ｎｍ］／ＮｉＦｅＣｒ［７ｎｍ］
・反強磁性層１２：ＰｔＭｎ［１５ｎｍ］
・ピン層１３１：Ｃｏ９Ｆｅ１［３．３ｎｍ］
・磁化反平行結合層１３２：Ｒｕ［０．９ｎｍ］
・ピン層１３３：Ｆｅ５Ｃｏ５［２．５ｎｍ］
・化合物層となる金属：Ｔａ［０．０２ｎｍ］
・絶縁層となる金属：Ａｌ
Ａｌ［０．９ｎｍ］を成膜、自然酸化処理をした。その後加熱処理をした。
・フリー層１５：Ｆｅ５Ｃｏ５［２．５ｎｍ］
・保護層１６：Ｃｕ［１ｎｍ］／Ｔａ［２ｎｍ］／Ｒｕ［１５ｎｍ］
作製した磁気抵抗効果素子１０を磁界中において、２７０℃で１０時間ほど熱処理した。実施例１の素子の抵抗変化率は化合物層となる金属を成膜しないときよりも大きく、また抵抗値は低かった。
【００６３】
（実施例２）
磁気抵抗効果素子１０の実施例２を説明する。実施例２では、以下の膜構成を有する磁気抵抗効果素子１０を作製した。
・下地層１１：Ｔａ［５ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
・反強磁性層１２：ＰｔＭｎ［１５ｎｍ］
・ピン層１３１：Ｃｏ９Ｆｅ１［３．３ｎｍ］
・磁化反平行結合層１３２：Ｒｕ［０．９ｎｍ］
・ピン層１３３：Ｆｅ５Ｃｏ５［２．５ｎｍ］
・化合物層となる金属：Ｔａ［０．０２ｎｍ］
・絶縁層となる金属：Ａｌ
Ａｌ［０．９ｎｍ］を成膜、自然酸化処理をした。その後加熱処理をした。
・フリー層１５：Ｆｅ５Ｃｏ５［２．５ｎｍ］
・保護層１６：Ｃｕ［１ｎｍ］／Ｔａ［２ｎｍ］／Ｒｕ［１５ｎｍ］
作製した磁気抵抗効果素子１０を磁界中において、２７０℃で１０時間ほど熱処理した。実施例２の素子の抵抗変化率は化合物層となる金属を成膜しないときよりも大きく、また抵抗値は低かった。
【００６４】
（実施例３）
磁気抵抗効果素子１０の実施例３を説明する。実施例３では、以下の膜構成を有する磁気抵抗効果素子１０を作製した。
・下地層１１：Ｔａ［５ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
・反強磁性層１２：ＩｒＭｎ［１０ｎｍ］
・ピン層１３１：Ｃｏ９Ｆｅ１［３．３ｎｍ］
・磁化反平行結合層１３２：Ｒｕ［０．９ｎｍ］
・ピン層１３３：Ｆｅ５Ｃｏ５［２．５ｎｍ］
・化合物層となる金属：Ｔａ［０．０２ｎｍ］  
・絶縁層となる材料：Ａｌ２Ｏ３
Ａｌ２Ｏ３［１．２ｎｍ］を成膜した。その後加熱処理をした。
・フリー層１５：Ｆｅ５Ｃｏ５［２．５ｎｍ］
・保護層１６：Ｃｕ［１ｎｍ］／Ｔａ［２ｎｍ］／Ｒｕ［１５ｎｍ］
作製した磁気抵抗効果素子１０を磁界中において、２７０℃で１０時間ほど熱処理した。実施例３の素子の抵抗変化率は化合物層となる金属を成膜しないときよりも大きく、また抵抗値は低かった。
【００６５】
（実施例４）
磁気抵抗効果素子１０の実施例４を説明する。実施例４では、以下の膜構成を有する磁気抵抗効果素子１０を作製した。
・下地層１１：Ｔａ［５ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
・反強磁性層１２：ＩｒＭｎ［１０ｎｍ］
・ピン層１３１：Ｃｏ９Ｆｅ１［３．３ｎｍ］
・磁化反平行結合層１３２：Ｒｕ［０．９ｎｍ］
・ピン層１３３：Ｆｅ５Ｃｏ５［２．５ｎｍ］
・化合物層となる金属：Ｔａ［０．０２ｎｍ］  
・絶縁層となる材料：Ａｌ２Ｏ３
Ａｌ２Ｏ３［１．２ｎｍ］を成膜した。その後イオントリートメントを行った。
・フリー層１５：Ｆｅ５Ｃｏ５［１ｎｍ］／Ｎｉ８Ｆｅ２［２ｎｍ］
・保護層１６：Ｃｕ［１ｎｍ］／Ｔａ［２ｎｍ］／Ｒｕ［１５ｎｍ］
作製した磁気抵抗効果素子１０を磁界中において、２７０℃で１０時間ほど熱処理した。実施例４の素子の抵抗変化率は化合物層となる金属を成膜しないときよりも大きく、また抵抗値は低かった。
【００６６】
（実施例５）
磁気抵抗効果素子１０の実施例５を説明する。実施例５では、以下の膜構成を有する磁気抵抗効果素子１０を作製した。
・下地層１１：Ｔａ［５ｎｍ］／ＮｉＦｅＣｒ［７ｎｍ］
・反強磁性層１２：ＰｔＭｎ［１５ｎｍ］
・ピン層１３１：Ｃｏ９Ｆｅ１［３．３ｎｍ］
・磁化反平行結合層１３２：Ｒｕ［０．９ｎｍ］
・ピン層１３３：Ｆｅ５Ｃｏ５［２．５ｎｍ］
・化合物層となる金属：Ｔａ［０．０２ｎｍ］  
・絶縁層となる金属：Ａｌ
Ａｌ［０．９ｎｍ］を成膜、イオンアシスト酸化をし、その後加熱処理を行った。
・フリー層１５：Ｆｅ５Ｃｏ５［１ｎｍ］／Ｎｉ８Ｆｅ２［２ｎｍ］
・保護層１６：Ｃｕ［１ｎｍ］／Ｔａ［２ｎｍ］／Ｒｕ［１５ｎｍ］
作製した磁気抵抗効果素子１０を磁界中において、２７０℃で１０時間ほど熱処理した。実施例５の素子の抵抗変化率は化合物層となる金属を成膜しないときよりも大きく、また抵抗値は低かった。
【００６７】
（実施例６）
磁気抵抗効果素子１０の実施例６を説明する。実施例６では、以下の膜構成を有する磁気抵抗効果素子１０を作製した。
・下地層１１：Ｔａ［５ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
・反強磁性層１２：ＩｒＭｎ［７ｎｍ］
・ピン層１３１：Ｃｏ７Ｆｅ３［３ｎｍ］
・磁化反平行結合層１３２：Ｒｕ［０．９ｎｍ］
・ピン層１３３：Ｆｅ５Ｃｏ５［２．５ｎｍ］
・化合物層となる金属：Ｔａ［０．０２ｎｍ］
・絶縁層となる金属：Ａｌ９０Ｂ１０
Ａｌ９０Ｂ１０［0.9ｎｍ］を成膜、イオンアシスト酸化をし、その後イオントリートメントを行った。
・フリー層１５：Ｃｏ９Ｆｅ１［１ｎｍ］／Ｎｉ８Ｆｅ２［２ｎｍ］
・保護層１６：Ｃｕ［１ｎｍ］／Ｔａ［２ｎｍ］／Ｒｕ［１５ｎｍ］
作製した磁気抵抗効果素子１０を磁界中において、２７０℃で１０時間ほど熱処理した。実施例６の素子の抵抗変化率は化合物層となる金属を成膜しないときよりも大きく、また抵抗値は低かった。
【００６８】
（実施例７）
磁気抵抗効果素子１０の実施例７を説明する。実施例７では、以下の膜構成を有する磁気抵抗効果素子１０を作製した。
・下地層１１：Ｔａ［５ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
・反強磁性層１２：ＩｒＭｎ［７ｎｍ］
・ピン層１３１：Ｃｏ７Ｆｅ３［３ｎｍ］
・磁化反平行結合層１３２：Ｒｕ［０．９ｎｍ］
・ピン層１３３：Ｆｅ５Ｃｏ５［２．５ｎｍ］
・化合物層となる金属：Ｔａ［０．０２ｎｍ］  
・絶縁層となる金属：Ａｌ
Ａｌ［０．９ｎｍ］を成膜、イオンアシスト窒化をし、その後イオントリートメントを行った。
・フリー層１５：Ｃｏ９Ｆｅ１［１ｎｍ］／Ｎｉ８Ｆｅ２［２ｎｍ］
・保護層１６：Ｃｕ［１ｎｍ］／Ｔａ［２ｎｍ］／Ｒｕ［１５ｎｍ］
作製した磁気抵抗効果素子１０を磁界中において、２７０℃で１０時間ほど熱処理した。実施例７の素子の抵抗変化率は化合物層となる金属を成膜しないときよりも大きく、また抵抗値は低かった。
【００６９】
（実施例８）
磁気抵抗効果素子１０の実施例８を説明する。実施例８では、以下の膜構成を有する磁気抵抗効果素子１０を作製した。
・下地層１１：Ｔａ［５ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
・反強磁性層１２：ＩｒＭｎ［７ｎｍ］
・ピン層１３１：Ｃｏ７Ｆｅ３［３ｎｍ］
・磁化反平行結合層１３２：Ｒｕ［０．９ｎｍ］
・ピン層１３３：Ｆｅ５Ｃｏ５［２．５ｎｍ］
・化合物層となる金属：Ａｌ［０．０３ｎｍ］  
・絶縁層となる金属：Ｈｆ
Ｈｆ［０．９ｎｍ］を成膜、イオンアシスト酸化をし、その後加熱処理を行った．
・フリー層１５：Ｃｏ９Ｆｅ１［１ｎｍ］／Ｎｉ８Ｆｅ２［２ｎｍ］
・保護層１６：Ｃｕ［１ｎｍ］／Ｔａ［２ｎｍ］／Ｒｕ［１５ｎｍ］
作製した磁気抵抗効果素子１０を磁界中において、２７０℃で１０時間ほど熱処理した。実施例８の素子の抵抗変化率は化合物層となる金属を成膜しないときよりも大きく、また抵抗値は低かった。
【００７０】
他の化合物層となる材料についても同様の実施例を行ったが、いずれも化合物層となる金属を成膜しないときよりも抵抗変化率は大きく、また抵抗値は低かった。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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】
【００７５】
【図１】本発明の磁気抵抗効果素子の一例を示す構成図である。
【図２】図１に示す磁気抵抗効果素子の中間層の形成方法の一例を概略的に示す工程図である。
【図３】同じく、図１に示す磁気抵抗効果素子の中間層の形成方法の一例を概略的に示す工程図である。
【図４】同じく、図１に示す磁気抵抗効果素子の中間層の形成方法の一例を概略的に示す工程図である。
【図５】同じく、図１に示す磁気抵抗効果素子の中間層の形成方法の一例を概略的に示す工程図である。
【図６】同じく、図１に示す磁気抵抗効果素子の中間層の形成方法の一例を概略的に示す工程図である。
【図７】本発明の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】アクチュエータアーム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。
【符号の説明】
【００７６】
１０  磁気抵抗効果素子
ＬＥ  下電極
１１  下地層
１２  反強磁性層
１３  複合ピン層
１４  中間層
１５  フリー層
１６  保護層
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
【図１】
2008244109.tif 000003
【図２】
2008244109.tif 000004
【図３】
2008244109.tif 000005
【図４】
2008244109.tif 000006
【図５】
2008244109.tif 000007
【図６】
2008244109.tif 000008
【図７】
2008244109.tif 000009
【図８】
2008244109.tif 000010