(57)【要約】【課題】高い磁気抵抗効果が得られるポイントコンタクトを有する磁気抵抗効果素子及びその製造方法、磁気メモリ、磁気ヘッド並びに磁気記録装置を提供することを目的とする。【解決手段】絶縁性の下地と、前記下地の主面上に設けられた第１の強磁性体層と、前記下地の前記主面上において前記第１の強磁性体層と離間して設けられた第２の強磁性体層と、前記下地の前記主面上において前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層とに接してこれらの間に設けられた接続部であって、強磁性体からなる第１の結晶粒と強磁性体からなる第２の結晶粒とを有し、前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間を流れる電流の経路のうちの最も狭い部分は、前記第１の結晶粒と第２の結晶粒との結晶粒界である、接続部と、を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子を提供する。【選択図】図２
2008166507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性の下地と、
前記下地の主面上に設けられた第１の強磁性体層と、
前記下地の前記主面上において前記第１の強磁性体層と離間して設けられた第２の強磁性体層と、
前記下地の前記主面上において前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層とに接してこれらの間に設けられた接続部であって、強磁性体からなる第１の結晶粒と強磁性体からなる第２の結晶粒とを有し、前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間を流れる電流の経路のうちの最も狭い部分は、前記第１の結晶粒と第２の結晶粒との結晶粒界である、接続部と、
を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
絶縁性の下地と、
前記下地の主面上に設けられた第１の強磁性体層と、
前記下地の前記主面上において前記第１の強磁性体層と離間して設けられた第２の強磁性体層と、
前記下地の前記主面上において前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層とに接してこれらの間に設けられた接続部であって、強磁性体からなる複数の結晶粒を有し、前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間を流れる電流の経路のうちの最も狭い部分は、結晶粒界である、接続部と、
を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
絶縁性の下地と、
前記下地の主面上に設けられた第１の強磁性体層と、
前記下地の前記主面上において前記第１の強磁性体層と離間して設けられた第２の強磁性体層と、
前記下地の前記主面上において前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層とに接してこれらの間に設けられた接続部であって、強磁性体からなる第１の結晶粒と強磁性体からなる第２の結晶粒とを有し、前記第１の強磁性体層の磁化の方向と前記第２の強磁性体層の磁化の方向とが異なる場合に、前記第１の結晶粒と第２の結晶粒との結晶粒界に磁壁が形成される、接続部と、
を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
絶縁性の下地と、
前記下地の主面上に設けられた第１の強磁性体層と、
前記下地の前記主面上において前記第１の強磁性体層と離間して設けられた第２の強磁性体層と、
前記下地の前記主面上において前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層とに接してこれらの間に設けられた接続部であって、前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間の前記下地の前記主面上に強磁性体を堆積することより形成された複数の結晶粒を有し、前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間を流れる電流の経路のうちの最も狭い部分は、結晶粒界である、接続部と、
を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記下地は、前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間に設けられた溝と、前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間において前記溝に隣接したブリッジと、を有し、
前記接続部は、前記ブリッジの上に設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記結晶粒界は、非磁性元素を含有してなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
前記結晶粒界を通過する電流の経路の断面積は、前記結晶粒界の前後で不連続的に変化してなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
前記第１の強磁性層に積層され、前記第１の強磁性体層の磁化を固着する第１の反強磁性体層または第１の硬磁性体層をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
前記第２の強磁性層に積層され、前記第２の強磁性体層の磁化を前記第１の強磁性体層の前記磁化とは反対の方向に固着する第２の反強磁性体層または第２の硬磁性体層をさらに備えたことを特徴とする請求項８記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１０】
絶縁性の下地の主面上に、第１の強磁性体層と第２の強磁性体層とを形成し、
前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間の前記下地の前記主面上に強磁性体を堆積して前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層とを電気的に接続する接続部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１１】
前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間の前記下地に溝を形成し、
前記接続部を前記溝に隣接した前記主面上に形成することを特徴とする請求項１０記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１２】
絶縁性の下地の主面上に、強磁性体からなる第１の層を形成し、
前記第１の層と、その下の前記下地の少なくとも一部と、を選択的に除去し、
前記第１の層をさらに選択的除去することにより、第１の強磁性体層と第２の強磁性体層とに分離し、
前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間の前記主面上に強磁性体を堆積して前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層とを電気的に接続する接続部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１３】
前記第１の強磁性体層と第２の強磁性体層とに分離する工程と、前記接続部を形成する工程と、を減圧雰囲気を維持しつつ実行することを特徴とする請求項１２記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第１の強磁性体層と第２の強磁性体層とに分離する工程と、前記接続部を形成する工程と、を繰り返すことを特徴とする請求項１２または１３に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子を備え、前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間で電流を流すことにより書き込み及び読み出しの少なくともいずれかを行うことを特徴とする磁気メモリ。
【請求項１６】
請求項１〜９のいずれか１つ記載の磁気抵抗効果素子を備え、磁気記録媒体に磁気的に記録された情報の読み取りを可能としたことを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項１７】
請求項１６記載の磁気ヘッドを備えたことを特徴とする磁気記録装置。
【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の製造方法、磁気メモリ、磁気ヘッド並びに磁気記録装置に関し、特に高い磁気抵抗効果が得られる磁気抵抗効果素子、磁気メモリ表示入力装置及びそれらの製造方法、磁気ヘッド並びにこの磁気ヘッドを備えた磁気記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハードディスクドライブにおける磁気記録密度は急激に上昇し、それに伴い、再生ヘッドに要求される再生感度・再生分解能も年々上昇している。スピン依存散乱を動作原理に用いたＧＭＲ（Giant MagnetoResistance effect）ヘッドの出現は飛躍的に出力を上げ高記録密度化に対応した。また、さらなる高記録密度化に対応するための再生素子構造が提案されている。
【０００３】
最近、金属磁性体中の磁壁を情報として扱う不揮発性固体メモリ素子の報告がなされている。磁気モーメントは電子スピン情報に基づいて決められ、磁壁はそのスピン情報の境界に形成されることから、従来の磁界で磁壁をドライブするのではなく、より微細化に対応できる電子電流で磁壁をドライブする研究が精力的に進められている。
【０００４】
ふたつの磁性体の間に、くびれた構造を有する磁性体を設けた磁気抵抗素子が開示されている（特許文献１）。  
また一方、大小二つの磁性体の「くびれ」を有するワイヤに磁壁を閉じ込め、大きなくびれでは低抵抗（情報「０」）、小さなくびれでは高抵抗（情報「１」）、さらに「０」と「１」の書き換えは、磁壁を電流ドライブにてくびれ間を移動させる素子がある。本発明者は、スパッタＮｉＦｅ（パーマロイ）膜をイオンミリングで２次元的および３次元的に絞り込んだ形状にしたポイントコンタクトにおいて、およそ１０〜２０％の磁気抵抗効果（ＭＲ）が生ずることを確認した（非特許文献１及び２）。
【０００５】
これらの公知技術においては、磁性体をパターニングすることによりポイントコンタクトを形成している。しかし、最新のリソグラフィ技術をもってしても、理想的なポイントコンタクトを再現性よく形成することは容易ではなく、また磁気抵抗効果のさらなる向上は実現されていなかった。
【特許文献１】特開２００２−２７０９２２号公報
【非特許文献１】Y. Ohsawa, “Current-driven resistance change and magnetoresistance measurements in NiFe films with a nanoconstriction," IEEE Trans. Magn., vol. 42, No. 10, p2615(2006)
【非特許文献２】Y. Ohsawa, “In-situ magnetoresistance measurements of a nanoconstricted NiFe film with in-plane configuration, "IEEE Trans. Magn., vol. 41, No. 10, p2577(2005)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、高い磁気抵抗効果が得られるポイントコンタクトを有する磁気抵抗効果素子及びその製造方法、磁気メモリ、磁気ヘッド並びに磁気記録装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、絶縁性の下地と、前記下地の主面上に設けられた第１の強磁性体層と、前記下地の前記主面上において前記第１の強磁性体層と離間して設けられた第２の強磁性体層と、前記下地の前記主面上において前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層とに接してこれらの間に設けられた接続部であって、強磁性体からなる第１の結晶粒と強磁性体からなる第２の結晶粒とを有し、前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間を流れる電流の経路のうちの最も狭い部分は、前記第１の結晶粒と第２の結晶粒との結晶粒界である、接続部と、を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子が提供される。
【０００８】
また、本発明の他の一態様によれば、絶縁性の下地と、前記下地の主面上に設けられた第１の強磁性体層と、前記下地の前記主面上において前記第１の強磁性体層と離間して設けられた第２の強磁性体層と、前記下地の前記主面上において前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層とに接してこれらの間に設けられた接続部であって、強磁性体からなる複数の結晶粒を有し、前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間を流れる電流の経路のうちの最も狭い部分は、結晶粒界である、接続部と、を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子が提供される。
【０００９】
また、本発明の他の一態様によれば、絶縁性の下地と、前記下地の主面上に設けられた第１の強磁性体層と、前記下地の前記主面上において前記第１の強磁性体層と離間して設けられた第２の強磁性体層と、前記下地の前記主面上において前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層とに接してこれらの間に設けられた接続部であって、強磁性体からなる第１の結晶粒と強磁性体からなる第２の結晶粒とを有し、前記第１の強磁性体層の磁化の方向と前記第２の強磁性体層の磁化の方向とが異なる場合に、前記第１の結晶粒と第２の結晶粒との結晶粒界に磁壁が形成される、接続部と、を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子が提供される。
【００１０】
また、本発明の他の一態様によれば、絶縁性の下地と、前記下地の主面上に設けられた第１の強磁性体層と、前記下地の前記主面上において前記第１の強磁性体層と離間して設けられた第２の強磁性体層と、前記下地の前記主面上において前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層とに接してこれらの間に設けられた接続部であって、前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間の前記下地の前記主面上に強磁性体を堆積することより形成された複数の結晶粒を有し、前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間を流れる電流の経路のうちの最も狭い部分は、結晶粒界である、接続部と、を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子が提供される。
【００１１】
また、本発明の他の一態様によれば、絶縁性の下地の主面上に、第１の強磁性体層と第２の強磁性体層とを形成し、前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間の前記下地の前記主面上に強磁性体を堆積して前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層とを電気的に接続する接続部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が提供される。
【００１２】
また、本発明の他の一態様によれば、絶縁性の下地の主面上に、強磁性体からなる第１の層を形成し、前記第１の層と、その下の前記下地の少なくとも一部と、を選択的に除去し、前記第１の層をさらに選択的除去することにより、第１の強磁性体層と第２の強磁性体層とに分離し、前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間の前記主面上に強磁性体を堆積して前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層とを電気的に接続する接続部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が提供される。
【００１３】
また、本発明の他の一態様によれば、上記のいずれかの磁気抵抗効果素子を備え、前記第１の強磁性体層と前記第２の強磁性体層との間で電流を流すことにより書き込み及び読み出しの少なくともいずれかを行うことを特徴とする磁気メモリが提供される。
【００１４】
また、本発明の他の一態様によれば、上記のいずれかの磁気抵抗効果素子を備え、磁気記録媒体に磁気的に記録された情報の読み取りを可能としたことを特徴とする磁気ヘッドが提供される。
【００１５】
また、本発明の他の一態様によれば、上記の磁気ヘッドを備えたことを特徴とする磁気記録装置が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高い磁気抵抗効果が得られるポイントコンタクトを有する磁気抵抗効果素子及びその製造方法、磁気メモリ、磁気ヘッド並びに磁気記録装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について詳細に説明する。  
図１は、本発明の実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子の平面構造を表す概念図である。  本実施形態の磁気抵抗効果素子１０は、絶縁性の下地２０と、その主面上に併設された第１の強磁性体層３０と、第２の強磁性体層４０と、これら第１及び第２の強磁性体層３０、４０に接してその間に設けられた接続部５０と、を有する。
【００１８】
第１及び第２の強磁性体層３０、４０と接続部５０とは、いずれも強磁性体により形成され、第１の方向Ｘに沿って配置されている。第１の強磁性体層３０と第２の強磁性体層４０との間の間隔は、例えば、１０〜数１０ｎｍ程度とすることができる。接続部５０は、第１の方向Ｘに対して垂直な第２の方向Ｙに沿った幅が最も狭い最狭部５０Ｐを有する。そして、最狭部５０Ｐは、第１の結晶粒５０Ａと第２の結晶粒５０Ｂとが接触した結晶粒界とされている。この最狭部５０Ｐが、ポイントコンタクトとして作用する。なお、図１においては、ふたつの結晶粒５０Ａ、５０Ｂのみを表したが、接続部５０は３つ以上の結晶粒を含んでもよい。  
最狭部５０Ｐの近傍の磁性体は、下地２０の主面上で異なる向きに配向した結晶粒５０Ａ、５０Ｂを接続させた構造を有する。そして、結晶粒５０Ａ、５０Ｂの結晶粒界が、磁壁を閉じ込めるポイントコンタクトとされている。結晶粒５０Ａ、５０Ｂのサイズは、通常の形成条件によれば、１０〜２０ｎｍであり、成長の初期段階でも３〜５ｎｍ程度である。従って、このようなふたつの結晶粒５０Ａ、５０Ｂが接続された最狭部５０Ｐの粒界の幅は、十分に小さく、狭いポイントコンタクトが形成される。その結果として、高い磁気抵抗効果が得られる。
【００１９】
また、結晶粒同士を接続することで、その粒界には、原子距離オーダーの原子転位・欠陥が導入される。これにより、例えば１ｎｍ以下の長さで交換スティフネスの低下した領域が導入され、磁壁はその部分に閉じ込められる。
【００２０】
また、結晶粒という物理的サイズがある程度決まった単位同士を接続させることにより、最狭部（ポイントコンタクト）５０Ｐ付近の磁性体の断面積を急峻且つ不連続的に変化させることができる。こうすることで磁壁の面積に比例する磁壁エネルギーは、最狭部（ポイントコンタクト）５０Ｐから離れると急激に上昇し、最狭部５０Ｐへの局在性が上がり、より狭い磁壁を形成しやすくなる。また、最狭部５０Ｐに移動してきた磁壁は、最狭部５０Ｐに閉じ込められやすくなるため、安定した抵抗値を得やすくなる。
【００２１】
また、結晶粒界には、結晶粒内には含まれない不純物が偏析することが多い。つまり、最狭部５０Ｐが結晶粒５０Ａ、５０Ｂの粒内とは組成を異にすることで、さらに交換スティフネスを低下させることが可能となり、また例えば最狭部５０Ｐに酸素（Ｏ）が局在すると、２ｐ軌道の電子による電子分極が向上して磁気抵抗効果の向上につながる。
【００２２】
本実施形態の磁気抵抗効果素子を形成する方法としては、後に詳述するように、第１及び第２の強磁性体層３０、４０の間に長さおよび幅を規制した間隙を形成し、この隙間に露出した下地２０の主面上に強磁性体材料を堆積させて接続部５０を形成する方法を挙げることができる。この場合、接続部５０を堆積する初期成長過程において島状〜網目状構造が形成される。つまり、島状に形成された結晶核がそれぞれ結晶粒として成長し、隣接する結晶粒が接触した部分を最狭部５０Ｐとすることができる。
【００２３】
従来のトップダウン的な形成方法を用いた場合、結晶粒同士の接続を途中で断裂させず不連続な形状で形成することは極めて困難であり、また  最もくびれた部分と結晶粒界とを一致させるのは偶然に頼るしかない。これに対して、本実施形態によれば、結晶粒同士の接続部すなわち結晶粒界を最狭部５０Ｐとすることが容易となる。多結晶体による最狭部５０Ｐの結晶粒界の接合は、急峻な絞込みと磁壁を得るために理想的であるが、例えば特許文献１などには、このような結晶粒界の接合の開示はされていない。
【００２４】
ここで、下地２０の材料としては、例えば、アルミナやＭｇＯなど各種の絶縁性の材料を用いることができる。  
また、第１及び第２の強磁性体層３０、４０と接続部５０の材料としては、例えば、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、または、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）及びクロム（Ｃｒ）よりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む合金、酸化物、窒化物あるいはホイスラー合金、あるいは鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）及びクロム（Ｃｒ）の少なくともいずれかの元素を含む化合物半導体または酸化物半導体であり、強磁性を有するものを挙げることができる。  
外部磁界に感応すべき強磁性体層４０には、ＮｉＦｅ（パーマロイ）などの保磁力が相対的に低い材料を用い、電子散乱を起こす接続部５０の材料としては電子分極率が高いＦｅ系をベースにしたＦｅ、ＦｅＣｏ、ＦｅＣｏＮｉホイスラー合金などの材料を用いることで、高磁界感度と高抵抗変化を得ることができる。  
また、反強磁性体層６０の材料としては、例えばＰｔＭｎやＩｒＭｎなどの各種の反強磁性体を用いることができる。なお、反強磁性体層６０の代わりに、ＣｏＰｔやＣｏＰｔＣｒなどの５００Ｏｅ（エルステッド）以上の高い保磁力を有する硬磁性体からなる硬磁性体層を設けて強磁性体層３０（あるいは４０）の磁化を固着してもよい。
【００２５】
以下、本実施形態の磁気抵抗効果素子について、実施例を参照しつつさらに詳細に説明する。  
（第１の実施例）
図２は、本発明の第１の実施例の磁気抵抗効果素子を表す模式図であり、図２（ａ）はその斜視図、図２（ｂ）はその主要部の平面図である。なお、図２以降の図については、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して、詳細な説明は適宜省略する。  
本実施例の磁気抵抗効果素子１０は、絶縁性の材料からなる下地２０の主面上に併設された第１の強磁性体層３０及び第２の強磁性体層４０と、これらの間に設けられた接続部５０と、を有する。下地２０には、その両側から溝Ｇが設けられ、これら一対の溝Ｇに挟まれた幅狭の下地の上に接続部５０が形成されている。なお、溝Ｇは、下地２０をその厚み方向に貫通している必要はなく、第１の強磁性体層３０などが設けられている主面よりも下方に窪んだ凹部であってもよい。接続部５０は、複数の結晶粒が互いに接続された多結晶構造を有し、これらのうちで、第１の結晶粒５０Ａと第２の結晶粒５０Ｂとが接触した結晶粒界が最狭部５０Ｐを構成している。  
さらに、第１の強磁性体層３０の上には、反強磁性体層６０が積層され、第１の強磁性体層３０の磁化方向が所定の方向に固定されている。一方、第２の強磁性体層４０の磁化は固定されておらず、その方向は外部から印加される磁界により可変とされている。また、第１の強磁性体層３０と第２の強磁性体層４０には、それぞれ電極７０が接続されている。
【００２６】
この磁気抵抗効果素子１０は、第１の強磁性体層３０を磁化固定層（ピン層）、第２の強磁性体層４０を磁化自由層（フリー層）として高い磁気抵抗効果を生ずる。
【００２７】
図３は、本実施例の磁気抵抗効果素子１０における磁気抵抗効果を説明するための要部模式図である。  
ピン層としての第１の強磁性体層３０の磁化Ｍは、図３に表した方向に固定されている。一方、フリー層としての第２の強磁性体層４０の磁化Ｍは、外部磁界により回転可能とされている。なお、図３（ａ）は外部磁界（Ｈsig）がゼロの状態を表す。
【００２８】
接続部５０に形成された最狭部５０Ｐの両側の結晶粒５０Ａ及び５０Ｂの、第１の方向Ｘに沿ったグレインサイズ（ＧＬ）は、例えば、それぞれ数ｎｍ〜１０ｎｍ程度とすることができる。このようにすると、結晶粒５０Ａと結晶粒５０Ｂのグレインサイズ（ＧＬ）の和（２ＧＬ）は、電子の平均自由行程ＭＦＰよりも大きくなる（２ＧＬ＞ＭＦＰ）。結晶粒５０Ａと第１の強磁性体層３０との間、及び結晶粒５０と第２の強磁性体層４０との間には、結晶粒５０Ｃが介在している。これら結晶粒５０Ｃは、強磁性体層３０及び４０の磁化Ｍの方向とセンス電流とを伝達する。すなわち、結晶粒５０Ｃのうちで、第１の強磁性体層３０と最狭部５０Ｐとの間にあるものは、第１の強磁性体層３０の磁化Ｍの方向を最狭部（ポイントコンタクト）５０Ｐに伝達する。一方、第２の強磁性体層３０と最狭部５０Ｐとの間に設けられた結晶粒５０Ｃは、第２の強磁性体層４０の磁化Ｍの方向を最狭部（ポイントコンタクト）５０Ｐに伝達する。
【００２９】
なお、図３（ａ）に表した状態においては、フリー層としての第２の強磁性体層４０の磁化Ｍは、ピン層としての第１の強磁性体層３０の磁化Ｍと略垂直である。そして、第１及び第２の強磁性体層３０、４０の磁化Ｍは、矢印５０Ｍで表したように、それぞれ隣接する接続部５０の結晶粒に伝達され、最狭部５０Ｐに形成された磁壁において隣接している。つまり、図３（ａ）に表した状態において、最狭部５０Ｐの磁壁は９０度とされている。
【００３０】
図３（ｂ）は、第１の強磁性体層３０の磁化Ｍに対して反対方向の外部磁界（Ｈsig）が印加された状態を表す。  
第１の強磁性体層３０の磁化Ｍに対して反対方向の外部磁界（Ｈsig）が印加されると、第２の強磁性体層４０の磁化Ｍは、その流入方向に向けて回転する。すると、この磁化は、矢印５０Ｍで表したように、第２の強磁性体層４０に隣接した接続部５０の結晶粒５０Ｃに伝達され、最狭部（ポイントコンタクト）５０Ｐには、これに応じた急峻な磁壁が形成される。すなわち、第１の強磁性体層３０の磁化Ｍとは反対方向に近い磁化が、第２の強磁性体層４０の側から最狭部５０Ｐに伝達されるため、最狭部５０Ｐにおいては約１８０度の磁壁が形成される。
【００３１】
つまり、図３（ａ）に表したように外部磁界（Ｈsig）がゼロの状態では、最狭部５０Ｐには約９０度の磁壁（スピン回転）が形成されていたのに対して、外部磁界が印加されることにより約１８０度の磁壁が入り、最狭部５０Ｐ内でのスピン回転量が上昇する。その結果として、最狭部５０Ｐでの電子散乱が上昇し、抵抗値が増加する。
【００３２】
この場合、磁性体における電子の平均自由行程（ＭＦＰ）が、結晶粒５０Ａと結晶粒５０Ｂのグレインサイズの和（２ＧＬ）よりも小さいことが望ましい。結晶粒５０Ａと結晶粒５０Ｂのうちの一方から最狭部５０Ｐに流入する電子の散乱は、最狭部５０Ｐに形成された磁壁の状態に依存する。すなわち、最狭部５０Ｐにおけるスピン回転角が０度（磁壁無し）の場合には散乱は生ずることがなく、一方、最狭部５０Ｐにおけるスピン回転角が１８０度（１８０度磁壁に対応する）の時に電子の散乱は最大となる。
【００３３】
ここで、磁気抵抗効果は、次式による抵抗変化率（ＭＲ比）として与えられる。
ＭＲ比＝１００×（Ｒhigh−Ｒlow）／Ｒlow    ・・・（１）
（１）式から分かるように、抵抗変化率を高くするためには、磁壁が無い状態で発生する付加的な抵抗であるＲlowをできるだけ小さくすることが効果的である。Ｒlowの抵抗に大きく影響を及ぼすのは、形状的に最も絞り込まれている最狭部５０Ｐの前後である。最狭部５０Ｐの前後において、電子が平均自由行程（ＭＦＰ）距離を移動する間に結晶粒界などによる散乱を極力おさえれば、ほぼ単結晶で素子を形成したのと近い低抵抗値を示す。電子の平均自由行程（ＭＦＰ）よりも、結晶粒５０Ａと結晶粒５０Ｂのグレインサイズの和（２ＧＬ）を大きくする（２ＧＬ＞ＭＦＰ）ことにより、電子が平均自由行程の距離を進む間に結晶粒界による散乱を受けることを抑制できる。つまり、電子が結晶粒５０Ａ、５０Ｂをそれぞれ通過する際に、平均自由行程の移動の間に結晶粒界による散乱を受けることが抑制され、Ｒlowを下げることが可能となる。強磁性体における電子の平均自由行程は数ナノメータ程度であるので、上述した条件は容易に満足させることができる。これは、一般的な金属磁性体の平均自由行程が銅（Ｃｕ）など非磁性体の良導体と平均自由行程と比べて短いことに起因する、独特の効果である。
【００３４】
なお、接続部５０を構成する結晶粒５０Ｃの数を減らして第１の強磁性体層３０から最狭部５０Ｐまでの抵抗と、第２の強磁性体層４０から最狭部５０Ｐまでの抵抗をそれぞれ低下させると、Ｒlowをさらに下げることができる。
【００３５】
次に、本実施例の磁気抵抗効果素子の製造方法について説明する。  
図４〜図６は、本実施例の磁気抵抗効果素子の製造方法を表す工程斜視図である。  
まず、図４（ａ）に表したように、アルミナからなる下地２０の上に、パーマロイ（ＮｉＦｅ合金）などからなる強磁性体層１００を約１０ｎｍの厚みに形成する。そして、図４（ｂ）に表したように、第１の強磁性体層３０となる所定位置にＰｔＭｎからなる反強磁性体層６０を約２０ｎｍの厚みに形成する。しかる後に、これらＮｉＦｅ層１００とＰｔＭｎ反強磁性体層６０の表面をエッチングプロセスから保護するため、図４（ｃ）に表したように、マスク２００を形成する。マスク２００としては、例えば、厚みが０．１μｍ程度のＳｉＯ２膜を形成することができる。  
次に、図４（ｄ）に表したように、センス電流を供給するための電極７０として、厚みが０．２μｍ程度の金（Ａｕ）を形成する。なお、電極７０は、これ以降の工程においては、説明の便宜上、図示を省略する。
【００３６】
次に、図５（ａ）に表したように、反強磁性体層６０のエッジ（マスク２００の上には、段差として現れる）に沿って、マスク２００から下地２０までをエッチングし、幅が１０ｎｍ程度の溝を形成する。このエッチングには、例えば、集束イオンビーム（Focused Ion Beam：ＦＩＢ）３００を用いることができる。図５（ｂ）は、エッチング後の下地２０の表面を分離して表した概念図である。左右両端から集束イオンビーム３００で溝Ｇを形成し、後に接続部５０を形成する部分のみをブリッジ２０Ｂとして残す。
【００３７】
次に、図５（ｃ）に表したように、イオンミリングによりブリッジ２０Ｂの上に残存している磁性体層１００を除去し、ブリッジ２０Ｂの下地を露出させる。この時、それ以外の強磁性体層１００はマスク２００で保護される。これにより、溝Ｇの左右で、第１の強磁性体層３０と第２の強磁性体層４０とが分離される。なお、ブリッジ２０Ｂの上に残存した磁性体層１００を除去する工程は、例えば、図６（ａ）に関して後述する接続部５０の形成の前に、スパッタエッチングなどにより実施してもよい。
【００３８】
次に、ＮｉＦｅなどの強磁性体を堆積させ、下地２０のブリッジ２０Ｂの上に、接続部５０を形成する。堆積の方法としては、例えば、図６（ａ）に表したように、イオンビーム５００をＮｉＦｅなどのターゲット６００に照射して、スパッタリングさせる方法を用いることができる。また、堆積する量は、例えば、平均膜厚で３ｎｍ程度とすることができる。
【００３９】
ただし、本発明はこの方法には限定されず、例えば真空蒸着法などでもよい。スパッタリングや真空蒸着などで強磁性材料を堆積すると、まず結晶粒の核が形成され、それらが結晶粒として成長し、隣接する結晶粒どうしがやがて接触する。また、第１の強磁性体層３０や第２の強磁性体層４０の端面は、堆積した材料の結晶核が形成され結晶粒の成長が優先的に生ずることも考えられる。従って、これら強磁性体層３０、４０の間で結晶粒５０Ａ、５０Ｂを成長させ、これらを接触させて最狭部５０Ｐを形成することができる。
【００４０】
また、図６（ａ）に表した堆積の工程は、電極７０（図４（ｄ）参照）にセンス電流を流して素子の抵抗値を測定しながら行うとよい。すなわち、第１の強磁性体層３０と第２の強磁性体層４０とが分離している間は、電極７０、７０間の抵抗は無限大に近い。そして、ブリッジ２０Ｂの上にＮｉＦｅなどの強磁性材料が堆積し、接続部５０が形成されて第１の強磁性体層３０と第２の強磁性体層４０とが接続されると、電極７０、７０間の抵抗が急激に低下する。電極７０、７０間の抵抗が急激に低下するタイミングで強磁性材料の堆積を停止すると、図１あるいは図３に関して前述したように、結晶粒５０Ａ、５０Ｂが成長して接触し最狭部５０Ｐが形成されたタイミングで堆積を停止することが可能となる。
【００４１】
最後に、図示しない保護膜として、例えばＳｉＯ２を約０．１μｍ程度の厚みに堆積し、素子の全体を保護することで接続部５０の酸化や物理的変質を抑制することができる。このようにして、図６（ｂ）に表したように、本実施例の磁気抵抗効果素子が完成する。
【００４２】
また、この場合、もし強磁性材料を堆積しすぎたら、再び図５（ｃ）に表したエッチング工程に戻り、ブリッジ２０Ｂの上に形成された接続部を除去する。そして再び図６（ａ）に表した堆積工程を実行すればよい。この時、図５（ｃ）に表したエッチングの工程と、図６（ａ）に表した堆積の工程と、を同一の真空チャンバで実行すると、大気にさらすことがなく清浄な表面を維持できる。  
図７は、以上説明した方法により本発明者が試作した磁気抵抗効果素子において得られた特性を表すグラフ図である。  
図７においては、電極７０、７０間に印加したバイアス電圧に対するＭＲ比をプロットした。なお、試作した磁気抵抗効果素子のデバイス抵抗は、およそ１５ｋΩであった。バイアス電圧が＋／−１５０ｍＶ程度では、ＭＲ比は１％以下であるが、バイアス電圧を  ＋／−６００ｍＶ程度まで上げると１００％あるいはそれ以上の大きなＭＲ比が得られた。
【００４３】
本発明者がトップダウン的な手法を用いて、おなじＮｉＦｅをＭＲ膜としてポイントコンタクトを形成した非特許文献１の先行例においては、素子の抵抗は約１８ｋΩであり、ＭＲ比は、１０〜２０％であった。
【００４４】
これに対して、本実施例においては、素子の抵抗値は約１５ｋΩとやや低いながらも、得られたＭＲ比は、１４０％と飛躍的に大きかった。これは、図１及び図３に関して前述したように、ボトムアップ的な手法でポイントコンタクトを形成し、結晶粒界を最狭部５０Ｐとした磁気抵抗効果素子が実現できたからであると考えられる。
【００４５】
また、電極間で電気的に電気導通路が途切れているトンネリングＭＲ素子（ＴＭＲ）の場合には、バイアス電圧を高くするとＭＲ比は低下する傾向が表れる。これに対して、本実施例の磁気抵抗効果素子の場合には、バイアス電圧が高くなるにつれてＭＲ比が上昇する。つまり、本実施例の磁気抵抗効果素子は、ＴＭＲとは本質的に異なる物理現象に基づくことが確認できた。また、本実施例の磁気抵抗効果素子は、バイアス電圧を高くする（センス電流を大きくする）とＭＲ比が上昇するため、高出力化にとても有利である。すなわち、高い出力を得るためにセンス電流を増やすと、ＭＲ比が上昇しさらに高い出力が得られる。
【００４６】
なお、図６（ａ）に関して前述した接続部５０の形成工程において、強磁性体材料のみでなく、不純物として非磁性元素を添加してもよい。例えば、ＳｉＯ２からなるマスク２００の端部が強磁性体材料のスパッタ粒子やイオンビームなどでスパッタされると、その構成成分である酸素（Ｏ）が接続部５０に添加される。あるいは、接続部５０の形成の際に、酸素ガスを添加したり、酸素プラズマを照射と、やはり酸素が接続部５０に添加される。このようにして添加した元素は、粒界に偏析する傾向が大きいので、最狭部５０Ｐすなわちポイントコンタクトに局在化させることが可能である。ポイントコンタクトに酸素などの不純物元素を局在させると、電子分極率を向上させることことが可能となる。これは大きな抵抗変化率を得る観点で好ましい。
【００４７】
なお、添加する不純物としては、酸素だけでなく、他の非磁性元素（例えば、反強磁性体層６０に含有される白金（Ｐｔ）や、マスク２００に含有されるシリコン（Ｓｉ）や、電極７０に含有される（Ａｕ）などであってもよい。これらの不純物は、ポイントコンタクト）における交換スティフネスを低下させて狭い磁壁を形成することで、高ＭＲ化に寄与する。例えば、金（Ａｕ）の場合、数ａｔ（原子）％以下であれば、その電子分極率の低下よりも交換スティフネスの低下の効果のほうが大きく働き、その結果として、より高いＭＲを得ることが可能である。
【００４８】
一方、本実施例においては、接続部５０のマイグレーション効果を利用することも可能である。  
図８は、マイグレーション効果を説明するための模式図である。  
本実施例の磁気抵抗効果素子の最狭部５０Ｐは、極めて幅が狭いので、高いバイアス電圧を印加することにより接続部５０を構成する原子が可逆的にマイグレーションすることが考えられる。可逆的なマイグレーションを発生させる、バイアスポイントにて磁気抵抗効果素子を動作させることで、最狭部５０Ｐすなわちポイントコンタクトをさらに絞り込むことが可能となる。最狭部５０を絞り込んでその断面積を小さくすると、磁壁幅を狭くしてより大きな抵抗変化を得ることができる。図８（ａ）は、マイグレーションを起こす前の状態を表し、図８（ｂ）はマイグレーションさせた後の状態を表す。図８（ｂ）において、マイグレーション前の状態（破線）と適正な高いバイアス電圧を印加してマイグレレーションさせた状態（実線）をそれぞれ表した。バイアスにより接続部５０の最狭部５０近傍の原子が両側に引き寄せられ、最狭部５０の接触面積が小さくなっている。その結果として、無バイアス時（マイグレーション前）よりも狭い磁壁を形成でき、大きなＭＲ比が期待できる。これは磁壁を散乱体にして利用する磁性デバイス独特の効果であり、非磁性体金属による物理的スイッチのように接触面積の増減を伴わないので高信頼性も得られる。  
なお、図６（ａ）に関して前述した接続部５０の形成プロセスを、高真空中の電子線ビーム蒸着により実施すると、イオンビームスパッタで形成する場合よりも、成長した粒子がより大きくなるためバイアスによるマイグレーション効果が大きくなると考えられる。
【００４９】
図９は、本実施形態の磁気抵抗効果素子の変型例を表す模式図であり、図９（ａ）は、図１（ｂ）に対応する断面図、図９（ｂ）はその一部拡大図である。
【００５０】
本変型例においては、第１の強磁性体層３０と第２の強磁性体層４０との間の下地２０の主面が凹状に窪んでいる。つまり、ブリッジ２０Ｂに対応する部分が下方に後退している。このような形状は、例えば、図５（ｃ）に関して前述したエッチング工程において、磁性体層１００をエッチングした後に、下地２０の主面もエッチングすることにより形成できる。または、図６（ａ）に関して前述した接続部５０の形成に先立って、ブリッジ２０Ｂの表面をエッチングすることによっても形成できる。
【００５１】
凹状に窪んだ下地２０の上には、接続部５０が形成され、その最狭部５０Ｐには結晶粒界が設けられ磁壁がトラップされている。このように凹状の下地２０の上に接続部５０を形成すると、最狭部５０Ｐの断面積を狭く形成しやすくなる。その結果として、より高いＭＲが得られやすい。
【００５２】
凹状に窪んだ下地２０の上に形成した接続部５０には、プラスのチャージが発生し、磁壁が形成されやすくなる。
【００５３】
すなわち一般に、磁化の方向に沿って曲がったところや断面積の狭くなったところに磁化は発生し、磁化が発生すると反磁界が発生するので、磁壁が形成される。したがって、本変型例のように凹状に窪んだ主面上に形成した接続部５０は、平坦な主面上に形成した接続部５０に比べて磁化が発生しやすく、その中でも最もくびれた最狭部５０Ｐにおいて磁壁が最も発生しやすい。つまり、最も抵抗値が高くなる最狭部５０Ｐに磁壁が発生しやすくなる。
【００５４】
本実施形態においては、接続部５０は多結晶体であるので、電流の経路の断面積が結晶粒界を通過する時に不連続的に変化する。そのため最狭部５０Ｐ以外にも上記の理由で磁化が発生し磁壁の局在性を増加させることとなる。その結果として、熱擾乱による磁壁の移動を防ぎ磁気抵抗効果素子あるいは磁気メモリの信頼性が増す。
【００５５】
薄膜成長初期段階においては、薄膜の密度がバルクに比べて低く、引っ張り応力になる傾向がある。最も狭い接合部位である最狭部５０Ｐはストレスマイグレーションによる劣化（幅サイズなどの変化）を受けやすい。接続部５０の下の下地２０の主面が凹状に窪んでることでストレスが分散し、最狭部５０Ｐへの局所的な応力が緩和され、ストレスマイグレーションによる磁気抵抗効果素子の劣化を抑制することができる。
【００５６】
本変型例においては、接続部５０の形成前の下地２０のエッチング量を制御することでその主面の凹状の窪み量をコントロールでき、それは接続部５０の応力の制御につながる。すなわち、電子伝導方向に見た原子間距離を制御することで、バルクでは得られにくいスピン分極度などの電子状態を局所的に生成することができる。その結果、磁界感受は低保磁力の強磁性体層４０のバルク的な特長を維持しつつ、電子依存散乱に関わる接続部５０における局所的な電子状態を変化させて大きな抵抗変化を得ることができ、一般には難しい高磁界感度・高抵抗変化の両立を得ることができる。つまり、強磁性体層４０と接続部５０の材料を使い分けることなく、同一の材料を用いて高磁界感度と高抵抗変化とを両立させることができ、磁気抵抗効果素子のコストダウンにもつながる。
【００５７】
（第２の実施例）
図１０は、本発明の第２の実施例の磁気抵抗効果素子を表す模式図であり、図１０（ａ）はその斜視図、図１０（ｂ）はその主要部の平面図である。  
本実施例においては、第２の強磁性体層４０の上にも反強磁性体層８０が積層され、その磁化Ｍが第１の強磁性体層３０の磁化Ｍとは反対方向に固着されている。第１及び第２の強磁性体層３０、４０は、例えば厚み１０ｎｍ程度のＮｉＦｅにより形成できる。また、反強磁性体層６０と反強磁性体層８０をネール温度の異なる反強磁性体により形成すると、磁場中アニールにより互いに反対方向の磁化を付与することが容易となる。具体的には、反強磁性体層６０をＰｔＭｎにより形成し、反強磁性体層８０をＩｒＭｎにより形成することができる。  
また、図１０（ｂ）においては、磁化Ｍの向きは、第１の方向Ｘに対して平行及び反平行とされているが、第２の方向Ｙに対して平行及び反平行としてもよい。またさらに、反強磁性体層６０、８０のいずれか一方または両方の代わりに、例えば保持力が５００Ｏｅ以上の硬磁性体からなる硬磁性体層を設けてもよい。
【００５８】
このような磁気抵抗効果素子を用いると、スピンカレントにより磁壁の位置を移動させて情報を蓄積するメモリが可能となる。  
図１１は、本実施例の磁気抵抗効果素子の動作を説明するための模式図である。  
第１及び第２の磁性体層３０、４０の磁化が反対方向に固着されているので、これら強磁性体層に接続された接続部５０の磁化は、図１１（ａ）に矢印５０Ｍで表したように、最狭部５０Ｐを境に、それぞれ強磁性体層３０、４０の磁化Ｍと同じ方向を向く傾向にある。そして、最狭部５０Ｐには、１８０度の磁壁が存在する。
【００５９】
このような磁気抵抗効果素子に電流を流すと、磁壁を移動させることができ、これに伴って抵抗が変化する。例えば、図１１（ｂ）において、幅が最も狭い最狭部５０Ｐの位置Ｉ０に磁壁が存在する時に磁壁抵抗は最も高い（例えば、情報「０」）。そして、結晶粒５０Ａと５０Ｃとの間に磁壁が移動した場合には、磁壁の接合幅が広くなるため（位置Ｉ１）抵抗が下がる。このような磁壁の移動は、電極７０に供給する電流により行われ、電源が符号Ａの方向の接続では、第２の磁性体層４０から供給されるスピンカレントによりある臨界電流密度Ｊｃ以上で最狭部５０Ｐにある磁壁は押されて移動する。そして、磁壁は、断面積が不連続に変化する粒界（結晶粒５０Ａと５０Ｃとの間）の接合点（位置Ｉ１）にとどまる。これは、位置Ｉ１では断面積が不連続的に急激に広がるため電流密度が低下して磁壁へのスピンカレントによる圧力が低下するためである。その結果、位置Ｉ１での接合面積は大きくなっているため磁壁幅は広がり、低抵抗を示すようになる（例えば、情報「１」）。さらに電流を大きくして流し続けても、磁化が反強磁性体層６０により固着されている位置Ｉ３にて磁壁は停止するため、位置Ｉ３の低抵抗状態（例えば、情報「１」）は保持される。
【００６０】
一方、電源の接続を符号Ｂのように極性を逆にし、電流密度をＪｃよりもあげることで位置Ｉ１にあった磁壁は位置Ｉ０へ戻り（高抵抗、例えば情報「０」）、さらに電圧を加えると結晶粒５０Ｂと５０Ｃとの間の位置Ｉ２（低抵抗、例えば情報「１」））へ移動する。さらに電流を大きくして流し続けても磁化が反強磁性体層８０により固着さられている位置Ｉ４にて磁壁は停止するため、位置Ｉ４の低抵抗状態（例えば、情報「１」）は保持される。
【００６１】
なお、接合面積の不連続な変化は、マクロな電流路（第１の強磁性体層３０と第２の強磁性層４０との間の直線Ｌ）に対して垂直に変化する必要はなく、位置Ｉ１に例示したように斜めでもよい。たとえば、位置Ｉ０、位置Ｉ２なども、位置Ｉ１のように斜めに入っても問題はなく、静磁気エネルギー的には安定となるため情報の安定性という意味では望ましい。
【００６２】
本実施例においては、このように電流の極性を変えることで、磁壁の位置を移動させて記録を行うことができる。臨界電流密度Ｊｃ以下のセンス電流を流すことによって、その抵抗値を読み取り、情報「１」または「０」として取得できる。本実施例では、接続部５０が複数の結晶粒が接続された構造を有し、これら結晶粒の粒界では必然的に接続面積の不連続に変化が生ずる。リソグラフィーなどのトップダウン的な手法を用いて形成した場合には、加工エッジの形状はなだらかとなり、また結晶粒界と磁壁位置を合致させることは極めて偶然となる。なお、磁壁エネルギーは、断面積が極小となる部分（結晶粒の接続部分のくびれた部分）において極小になるため、磁壁はこの部分にトラップされる傾向が強い。そのため、本実施例の磁気抵抗効果素子は、磁性粒子というボトムアップ的構造により結晶粒同士の接続部のくびれを利用しているので、粒子サイズスケールで情報を移動させることができ、記録（情報の書き換え）も早くできる。
【００６３】
電子の平均自由行程（ＭＦＰ）を、結晶粒５０Ａと結晶粒５０Ｂのグレインサイズの和（２ＧＬ）よりも小さくする（２ＧＬ＞ＭＦＰ）ことで、ベースとなる低抵抗状態に不必要な上昇分を加えることがないため、大きな抵抗変化を有する素子を提供できる。
【００６４】
（第３の実施例）
次に、本発明の第３の実施例として、メモリアレイについて説明する。  
図１２は、磁気抵抗効果素子をアレイ状に並べたメモリを表す模式図である。  
互いに磁化Ｍの方向を逆向きにした一対の強磁性体層３０、４０の組み合わせがアレイ状に配列されている。強磁性体層３０、４０の間には、接続部５０が設けられている。メモリのように、多数の磁気抵抗効果素子を形成する場合、電子線描画などの方法でポイントコンタクトをひとつずつ形成するのは非効率的であるが、本実施例によれば、一対の強磁性体層３０、４０の組み合わせをアレイ状に形成し、その後、図６（ａ）に関して前述したような方法で強磁性材料を堆積することにより、ボトムアップ的な方法で最狭部５０Ｐを有する接続部５０を全ての磁気抵抗効果素子について同時に形成することができる。つまり、製造に要する時間やコストと点でも極めて有利である。
【００６５】
図１３及び図１４は、本実施例のメモリアレイの製造方法を表す工程図である。ここで、図１３（ａ）及び（ｃ）と図１４（ａ）及び（ｃ）は平面図であり、図１３（ｂ）及び（ｄ）と図１４（ｂ）及び（ｄ）はそれぞれ図１３（ａ）のＡ−Ａ線断面に対応する断面図である。
【００６６】
まず、図１３（ａ）及び（ｂ）に表したように、アルミナなどの下地２０の主面上に、パーマロイ（ＮｉＦｅ合金）などからなる強磁性体層１００を厚み１０ｎｍ程度形成する。そして、第１の強磁性体層３０となる所定の位置に厚さ２０ｎｍ程度のＰｔＭｎなどの反強磁性体層６０を形成する。  
次に、図１３（ｃ）及び（ｄ）に表したように、第２の強磁性体層４０となる位置に厚さ２０ｎｍ程度のＩｒＭｎなどの反強磁性体層８０を形成する。このように、反強磁性体層６０、８０にネール温度が異なる反強磁性体を用いると、反平行に磁化を固着することが容易となる。すなわち、磁場中アニールの際に、摂氏２４０度で磁界中熱処理をしながら温度を下げ、第１の強磁性体層３０（ＰｔＭｎ側）のＮｉＦｅの磁化Ｍを一方向に磁化固着を行い、さらに温度を下げて摂氏１２０度程度で印加する磁界方向を逆転させて第２の強磁性体層４０の側（ＩｒＭｎ側）のＮｉＦｅの磁化Ｍを第１の強磁性体層３０とは反平行状態にする。ここで、第１の強磁性体層３０及び第２の強磁性体層４０のサイズは、例えば、幅Ｘ＝１００ｎｍ、長さＹ＝５００ｎｍ、隣接する第１の強磁性体層３０同士の間隔Ｓ＝５００ｎｍ、第１及び第２の強磁性体層３０、４０の間隔Ｇ＝１０ｎｍ程度とすることができる。
【００６７】
次に、図１４（ａ）及び（ｂ）に表したように、反強磁性体層６０、８０の周囲の強磁性体層１００を除去し、さらに下地２０をエッチングして溝Ｇを形成することにより、ブリッジ２０Ｂを形成する。ブリッジ２０Ｂの幅は、例えば、３０ｎｍ程度とすることができる。
【００６８】
しかる後に、図６（ａ）に関して前述したように、強磁性体を堆積して接続部５０を形成する。たとえば、ＮｉＦｅを平均膜厚３ｎｍにて高真空中の電子線ビーム蒸着で堆積する。そのときの基板温度は、摂氏３５０度とすることができる。
【００６９】
図６（ｃ）及び（ｄ）に表したるように、強磁性体は、ブリッジ２０Ｂ以外の部分でも成長するが、隣接する第１の強磁性体層３０の間隔を例えば５００ｎｍと大きくしているので、これらの間で強磁性体により接続されることはない。
【００７０】
また、接続部５０を形成するプロセスにおいて、ブリッジ２０Ｂ以外をマスクで隠すようにすれば、ブリッジ２０Ｂ以外の部分でのショートを抑制できる。従って、磁気抵抗効果素子の間隔を縮め、高密度化を図ることが可能となる。また、必要に応じ、図５（ｃ）及び図６（ａ）のプロセスを繰り返すことにより、不要な強磁性体の堆積物を消去することも可能となる。
【００７１】
（第４の実施例）
図１５は、本発明の第４の実施例の磁気抵抗効果素子を表す模式図である。  
本実施例においても、第１の強磁性体層３０の磁化Ｍと第２の強磁性体層４０の磁化Ｍとは反対方向に固着されている。そして、これら強磁性体層３０、４０の間に形成された接続部５０は、結晶粒５０Ｂと結晶粒５０Ａと結晶粒５０Ｂとがこの順に接続した部分を有する。これら結晶粒の間には、それぞれ最狭部５０Ｐが形成されている。つまり、本実施例の磁気抵抗効果素子は、２つの最狭部５０Ｐすなわちポイントコンタクトを有する。これら２つの最狭部５０Ｐの幅（断面積）はほぼ同一であるが、必ずしも厳密に同一である必要はない。これら最狭部５０Ｐの断面積が、いずれも、接続部５０の他の部分の断面積よりもある程度小さければよい。
【００７２】
なお、これらふたつの最狭部５０Ｐの間には、１つの結晶粒５０Ａの代わりに、複数の結晶粒が設けられていてもよい。また、それぞれの最狭部５０Ｐの前後での電流経路の断面積が不連続となることで、不連続となる位置への磁壁の局在性が向上し、断面積が大きい位置に磁壁が保持されていたものが、熱擾乱による長期的な磁化の変化（磁壁位置が長期的に最も磁壁エネルギーの低い最狭位置に移動すること）に対して磁壁をトラップして変化を抑制し、熱耐性・信頼性が向上する。
【００７３】
第２実施例と同様に、電源の極性が符号Ａで表される場合には、位置Ｉ１と位置Ｉ３が低抵抗を示す磁壁の位置である。また、電源の極性が符号Ｂで表される場合には、位置Ｉ２と位置Ｉ４が低抵抗（例えば、情報「１」）を示す磁壁位置である。そして、本実施例では最狭部５０Ｐが２箇所にあるので、これらの位置Ｉ０１、Ｉ０２に磁壁がある状態が、高抵抗（例えば、情報「０」）に対応する。これら位置Ｉ０１、Ｉ０２に磁壁がある時の抵抗は、これら最狭部５０Ｐの断面積に依存し、同じような断面積であれば、同じような抵抗を示す。スピンカレントによって磁壁が位置Ｉ２や位置Ｉ３に移動した場合も、位置Ｉ０１や位置Ｉ０２に磁壁がある状態との差は明確にあり、情報「１」、「０」を判断することができる。  
なお、図１５には最狭部５０Ｐがふたつの場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、最狭部５０Ｐが３つ以上、すなわち、結晶粒５０Ａ、５０Ｂが４つ以上接続した接続部５０を有する磁気抵抗効果素子も本発明の範囲に包含される。
【００７４】
（第５の実施例）
次に、本発明の第５の実施例として、本発明の磁気抵抗効果素子１０を搭載した磁気再生装置について説明する。すなわち、図１〜図１５に関して説明した本発明の磁気抵抗効果素子１０は、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込まれ、磁気記録再生装置に搭載することができる。
【００７５】
図１６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。すなわち、本発明の磁気記録再生装置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、記録用媒体ディスク１８０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。本発明の磁気記録再生装置１５０は、複数の媒体ディスク１８０を備えたものとしてもよい。
【００７６】
媒体ディスク１８０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。ここで、ヘッドスライダ１５３は、例えば、前述したいずれかの実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子１０をその先端付近に搭載している。
【００７７】
媒体ディスク１８０が回転すると、ヘッドスライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は媒体ディスク１８０の表面から所定の浮上量をもって保持される。あるいはスライダが媒体ディスク１８０と接触するいわゆる「接触走行型」であってもよい。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
図１７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。すなわち、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。
【００８１】
サスペンション１５４の先端には、図１〜図１５に関して前述したいずれかの磁気抵抗効果素子１０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。
【００８２】
本発明によれば、図１〜図１５に関して前述したような本発明の磁気抵抗効果素子１０を具備することにより、従来よりも高い記録密度で媒体ディスク１８０に磁気的に記録された情報を確実に読みとることが可能となる。
【００８３】
（第６の実施例）
次に、本発明の第６の実施例として、本発明の磁気抵抗効果素子１０を搭載した磁気メモリについて説明する。すなわち、図１〜図１５に関して説明した本発明の磁気抵抗効果素子１０を用いて、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）などの磁気メモリを実現できる。
【００８４】
図１８は、本実施例の磁気メモリのマトリクス構成を例示する概念図である。
【００８５】
すなわち、同図は、メモリセルをアレイ状に配置した場合の実施形態の回路構成を示す。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がオンになり一意に選択され、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を構成する磁気記録層に記録されたビット情報を読み出すことができる。
【００８６】
ビット情報を書き込むときは、特定の書込みワード線３２３とビット線３２２に書き込み電流を流して発生する磁場により行われる。
【００８７】
図１９は、本実施例の磁気メモリのマトリクス構成のもうひとつの具体例を表す概念図である。すなわち、本具体例の場合、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。
【００８８】
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。
【００８９】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、上述した各具体例に限定されるものではない。例えば、図１〜図１９に関して前述した各具体例のいずれか２つあるいはそれ以上を技術的に可能な範囲で組み合わせたのも、本発明の範囲に包含される。  
すなわち、本発明は各具体例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能であり、これらすべては本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子の平面構造を表す概念図である。
【図２】本発明の第１の実施例の磁気抵抗効果素子を表す模式図である。
【図３】本実施例の磁気抵抗効果素子１０における磁気抵抗効果を説明するための要部模式図である。
【図４】本実施例の磁気抵抗効果素子の製造方法を表す工程斜視図である。
【図５】本実施例の磁気抵抗効果素子の製造方法を表す工程斜視図である。
【図６】本実施例の磁気抵抗効果素子の製造方法を表す工程斜視図である。
【図７】本発明者が試作した磁気抵抗効果素子において得られた特性を表すグラフ図である。
【図８】マイグレーション効果を説明するための模式図である。
【図９】本実施形態の磁気抵抗効果素子の変型例を表す模式図である。
【図１０】本発明の第２の実施例の磁気抵抗効果素子を表す模式図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその主要部の平面図である。
【図１１】本実施例の磁気抵抗効果素子の動作を説明するための模式図である。
【図１２】磁気抵抗効果素子をアレイ状に並べたメモリを表す模式図である。
【図１３】本実施例のメモリアレイの製造方法を表す工程図である。
【図１４】本実施例のメモリアレイの製造方法を表す工程図である。
【図１５】本発明の第４の実施例の磁気抵抗効果素子を表す模式図である。
【図１６】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１７】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。
【図１８】本実施例の磁気メモリのマトリクス構成を例示する概念図である。
【図１９】本実施例の磁気メモリのマトリクス構成のもうひとつの具体例を表す概念図である。
【符号の説明】
【００９１】
１０ 磁気抵抗効果素子、 ２０ 下地、 ２０Ｂ ブリッジ、 ３０ 第１の強磁性体層、 ４０ 第２の強磁性体層、 ５０ 接続部、 ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ 結晶粒、 ５０Ｍ 磁化、 ５０Ｐ 最狭部、 ６０ 反強磁性体層、 ７０ 電極、 ８０ 反強磁性体層、１００ 強磁性体層、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、１８０ 媒体ディスク、２００ マスク、３００ 集束イオンビーム、３２２ ビット線、３２３ ワード線、３３０ スイッチングトランジスタ、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、５００ イオンビーム、６００ ターゲット
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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