(57)【要約】【課題】強磁性トンネル接合を有する積層膜、その製造方法、磁気センサ、磁気記録装置、及び、磁気メモリ装置に関し、酸化アルミニウムより低抵抗で、且つ、高いＭＲ比が得られる絶縁膜を形成する。【解決手段】磁性層２／非磁性層３／磁性層４からなる強磁性トンネル接合１を構成する非磁性層３を、窒素と酸素とアルミニウムを含む非磁性層によって構成する。【選択図】　　　　　図１
2004079936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性層／非磁性層／磁性層からなる強磁性トンネル接合を有する積層膜において、前記非磁性層は、窒素と酸素とアルミニウムを含むことを特徴とする強磁性トンネル接合を有する積層膜。
【請求項２】
磁性層上にアルミニウム薄膜を堆積させたのち、前記アルミニウム薄膜を窒素と酸素の混合ガスに暴露して窒素と酸素とアルミニウムを含む非磁性層とし、次いで、前記非磁性層上に磁性層を堆積させて磁性層／非磁性層／磁性層からなる強磁性トンネル接合を形成する工程を少なくとも含むことを特徴とする強磁性トンネル接合を有する積層膜の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の強磁性トンネル接合を有する積層膜を用いたことを特徴とする磁気センサ。
【請求項４】
請求項３記載の磁気センサを搭載したことを特徴とする磁気記録装置。
【請求項５】
請求項３記載の磁気センサをメモリセルとして用いたことを特徴とする磁気メモリ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は強磁性トンネル接合を有する積層膜、その製造方法、磁気センサ、磁気記録装置、及び、磁気メモリ装置に関するものであり、特に、磁気ディスクの再生ヘッド（リードヘッド）或いはエンコーダ等に用いる強磁性トンネル接合を有する積層膜を構成するトンネル絶縁膜の構成に特徴のある強磁性トンネル接合を有する積層膜、その製造方法、磁気センサ、磁気記録装置、及び、磁気メモリ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コンピュータの外部記憶装置であるハードディスク装置等の磁気ヘッドとしては、コイルに発生する誘導電流により磁場を感知する誘導型の薄膜磁気ヘッド（インダクティブヘッド）が使用されていたが、近年のハードディスク装置等の高密度化、高速化の要請の高まりに伴い、磁場そのものを感知する磁気センサが再生用磁気ヘッドの主流となっている。
【０００３】
この様な磁気センサとしては、磁気抵抗効果を利用したものが採用されているが、このＭＲヘッドにおける再生原理は、リード電極から一定のセンス電流を流した場合に、磁気抵抗効果素子を構成する磁性薄膜の電気抵抗が記録媒体からの磁界により変化する現象を利用するものである。
【０００４】
近年のハードディスクドライブの高密度記録化に伴って、１ビットの記録面積が減少するとともに、発生する磁場は小さくなり、小さい外部磁場の変化を感知することができる必要があり、そのために、感度のより高い巨大磁気抵抗効果を利用した磁気ヘッドが採用されはじめている。
【０００５】
現在、巨大磁気抵抗効果を利用した磁気センサとしては、スピンバルブ膜を用いるとともに、電流を横方向に流すＣＩＰ方式のリードヘッドが用いられているが、このＣＩＰ方式の磁気センサにおいては、上下の磁気シールド層との間に、絶縁層、即ち、リードギャップ層を介在させる必要があるため、短ビット長化には限界がある。
【０００６】
そこで、この様な問題を解決するものとして、磁気センサ膜の膜面に垂直に電流を流すＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ　ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ　ｔｏ　ｔｈｅｐｌａｎｅ）方式の採用が検討されているが、この様なＣＰＰ方式のリードヘッドの一種として強磁性トンネル接合を利用した磁気センサ、即ち、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子がある。
【０００７】
一般に、金属／絶縁体／金属という構造をもつ接合において、両側の金属間に電圧を印加すると、絶縁体が充分薄い場合にわずかに電流が流れる。
通常、絶縁体は電流を通さないが、絶縁体が数Å〜数十Åと充分薄い場合には、量子力学的効果によってごくわずかに電子が透過する確率を持つためであり、この電流のことを「トンネル電流」といい、この構造をもつ接合を「トンネル接合」という。
【０００８】
このような絶縁層には、金属の酸化膜を絶縁障壁として用いるのが通常であり、例えば、Ａｌの表面層を自然酸化、プラズマ酸化、或いは、熱酸化などで酸化させる。
【０００９】
この時、酸化条件を調節することで、表面の数Å〜数十Åを酸化層とすることができるが、この酸化アルミニウムは絶縁体であるために、トンネル接合の障壁層として用いることができ、このような接合の特徴としては、印加電圧に対する電流が、通常の抵抗と異なり非線形性を持つことから、非線形の素子として用いられたりしてきた。
【００１０】
このトンネル接合の両側の金属を強磁性金属に置き換えた構造が強磁性トンネル接合と呼ばれるものであり、強磁性トンネル接合においては、トンネル確率　（トンネル抵抗）　が、両側の磁性層の磁化状態に依存することが知られている。
【００１１】
即ち、磁場によってトンネル抵抗をコントロールできることになる。
ここで、磁化の相対角度をθとすると、トンネル抵抗Ｒは、
Ｒ＝Ｒｓ　＋０．５ΔＲ（１−ｃｏｓθ）　　　・・・（１）
表される。
したがって、両磁性層の磁化の角度がそろっているとき（θ＝０　）にはトンネル抵抗が小さく（Ｒ＝Ｒｓ　）、両磁性層の磁化が反対向き（θ＝１８０°）のときにはトンネル抵抗が大きくなる（Ｒ＝Ｒｓ　＋ΔＲ）。
【００１２】
この様な現象は、強磁性体内部の電子が分極していることに起因して起こるものである。
電子は通常、上向きのスピン状態のもの（ｕｐ電子）と下向きのスピン状態のもの（ｄｏｗｎ電子）が存在するが、通常の非磁性金属内部の電子は、両電子が同数だけ存在するため、全体として磁性を持たない。
一方、強磁性体内部の電子は、ｕｐ電子数（Ｎｕｐ）とｄｏｗｎ電子数（Ｎｄｏｗｎ）が異なるために、全体としてｕｐもしくはｄｏｗｎの磁性を持つ。
【００１３】
このようなスピン状態の電子が薄い絶縁膜をトンネルする場合、これらの電子は、それぞれのスピン状態を保ったままトンネルすることが知られている。
したがって、トンネル先の電子状態に空きがあれば、トンネルが可能であるが、トンネル先の電子状態に空きがなければ、電子はトンネルできない。
【００１４】
したがって、トンネル抵抗の変化率ΔＲ／Ｒｓ　は、電子源の偏極率Ｐ１　と、トンネル先の偏極率Ｐ２　の積で表される。
ΔＲ／ＲＳ　＝２×Ｐ１　×Ｐ２　／（１−Ｐ１　×Ｐ２　）　・・・（２）
ここで、電子源の偏極率Ｐ１　とトンネル先の偏極率Ｐ２　は、トンネル接合を構成する両磁性層の分極率Ｐを意味し、
Ｐ＝２（Ｎｕｐ−Ｎｄｏｗｎ）／（Ｎｕｐ＋Ｎｄｏｗｎ）　　　　・・・（３）
で表される。
【００１５】
この分極率Ｐは、強磁性金属の種類に依存するものであり、例えば、ＮｉＦｅ、Ｃｏ、ＣｏＦｅの分極率は、夫々０．３、０．３４、０．４６であり、その場合、理論的には、夫々約２０％、２６％、５４％の磁気抵抗変化率（ＭＲｒａｔｉｏ　）が期待できる。
このＭＲｒａｔｉｏ　の値は、異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）や、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）よりも大きく、磁気センサや磁気ヘッドへの応用が考えられいる。
【００１６】
また、トンネル抵抗Ｒは次式に示すように、絶縁層の絶縁障壁高さ（　φ）　と幅（　Ｗ）　に依存する。
Ｒ∝Ｅｘｐ（Ｗ×φ１／２　）　　　　・・・（４）
したがって、トンネル抵抗Ｒは、絶縁障壁高さφが低い場合、また、障壁幅Ｗが狭い場合小さくなる。
【００１７】
ここで、図８を参照して従来のＭＴＪ磁気センサを説明するが、この場合のＭＴＪは、強磁性トンネル接合である。
図８（ａ）及び（ｂ）参照
図８（ａ）は、本発明者が独自に作製した従来型のＭＴＪ磁気センサの概略的平面図であり、図８（ｂ）はＭＴＪ部の概念的断面図である。
まず、ＳｉＯ２　膜８２を形成したシリコン基板８１上に、２５ｎｍのＴａ、３０ｎｍのＡｕ、及び、５ｎｍのＴａを順次積層させた下部電極８３、厚さが６ｎｍのＮｉＦｅフリー層８４、厚さが１ｎｍのＣｏＦｅフリー層８５、及び、厚さが０．５〜１．５ｎｍのＡｌ膜を順次堆積させる。
なお、この時、下部電極８３の長手方向に磁場を印加した状態で堆積を行うものであり、ＣｏＦｅはＮｉＦｅより分極率が大きいので、強磁性トンネル抵抗変化を大きくする目的でＣｏＦｅフリー層８５を挿入している。
【００１８】
次いで、例えば、Ｏ２　ガスを１００ｓｃｃｍ流した状態で室温において６時間暴露することによって、Ａｌ膜の表面を酸化させてＡｌ−Ａｌ２　Ｏ３　膜８６に変換する。
【００１９】
次いで、下部の磁性層に直交する方向に、磁場を印加しながら、厚さが２．５ｎｍのＣｏＦｅピンド層８７及び厚さが１５ｎｍのＩｒＭｎピン層８８を積層し、さらに、その上に酸化防止膜として厚さが２０ｎｍのＡｕ酸化防止膜８９を積層する。
【００２０】
次いで、イオンミリング法を用いてＡｕ酸化防止膜８９乃至下部電極８３を所定形状にパターニングしたのち、Ａｕ酸化防止膜８９乃至ＮｉＦｅフリー層８４のみを０．０４μｍ×１．０μｍの大きさにエッチングして、下部電極８３を露出させ、次いで、全体をＳｉＯ２　膜２１で覆ったのち、Ａｕ酸化防止膜８９を露出させ、次いで、全面にＴａ層及びＡｕ層を順次堆積させたのち、図８（ａ）に示す形状にパターニングすることによって上部電極９２とし、次いで、下部電極８３に達するビアホールを形成し、Ａｕで埋め込んで下部引出電極９３を形成する。
【００２１】
この場合の強磁性トンネル接合（ＭＴＪ）部９０は、「磁性層（フリー層）／　絶縁層／　磁性層（ピンド層）／　反強磁性層（ピン層）」という構造からなり、ＣｏＦｅピンド層８７がＩｒＭｎピン層８８と交換結合し、ＣｏＦｅピンド層８７の磁化方向が固定される。
【００２２】
したがって、外部から磁場を印加すると、ＣｏＦｅフリー層８５及びＮｉＦｅフリー層８４のみが磁化回転するので、フリー層とピンド層の磁化の相対角度が変化するために、定電流源９４からセンス電流を流すと、上記の式（１）で示したように、磁場に依存してトンネル抵抗が変化し、その変化が電圧計９５によって検知されることになる。
【００２３】
図９参照
図９は、上述の工程で作製した従来型のＭＴＪ磁気センサの特性図であり、磁気抵抗変化率ＭＲｒａｔｉｏ　としては約２０％が得られる。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、強磁性トンネル接合膜では、上述のように、主に絶縁層に酸化アルミニウムが使用されているが、磁性トンネル接合膜を磁気センサ、特に超高密度記録用磁気ヘッド材料として使用するには、酸化アルミニウムを用いたトンネル接合膜の抵抗値は大きすぎるため、抵抗値を下げる必要がある。
【００２５】
抵抗値を下げる方法としては、上記の式（４）から明らかなように、絶縁層の膜厚Ｗを薄くするか、絶縁障壁高さφを低くすれば良い。
絶縁層を薄くするためには、薄くピンホールのない膜を作る必要があるが、現在用いられている酸化アルミニウム膜の厚さは約１０Å＝１ｎｍと薄く、これ以上薄くピンホールのない膜を作るのは困難であるという問題がある。
【００２６】
例えば、上記の図９において、抵抗ＲＡが５Ω・μｍ２　以下の低抵抗領域においては、膜がスカスカの状態で材料的に不安定になっており、ショートしてしまうので、所期のトンネル特性が得られないという問題がある。
【００２７】
一方、絶縁障壁高さを低くする方法として、酸化アルミニウム膜の代わりに窒化アルミニウム膜を作製する方法が提案されている（必要ならば、Ｊ．Ｊ．Ｓｕｎ，Ｒ．Ｃ．Ｓｏｕｓａ，Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｓｏｃ．Ｊａｐａｎ　ｖｏｌ．２３，ｐ．５５，１９９９参照）。
【００２８】
この場合、窒化アルミニウム膜を形成する際には、Ａｒ＋Ｎ２　混合ガスを使用し、反応性スパッタ法で形成しているが、ＭＲ比は２％以下であり、高いＭＲ比は得られていないという問題がある（必要ならば、Ｍ．Ｓｃｈｗｉｃｋｅｔ　ｅｔ　ａｌ．，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，８９，ｐ．６８７１，２００１参照）。
これは、反応性スパッタ法では、薄い膜の成膜が困難なためと考えられる。
【００２９】
そこで、本発明者、独自に窒化Ａｌ膜を形成してその特性を調べてみた。
なお、この場合には、上記図８で説明したＭＴＪ磁気センサの製造工程における酸化工程を窒化工程に代えただけで、窒化条件としては、Ｎ２　ガスを１０００ｓｃｃｍ流した状態で、室温において１時間の窒化処理を行ってＡｌ−ＡｌＮ膜を形成した。
【００３０】
図１０参照
図１０は、上述の工程で作製した窒化Ａｌ膜を用いたＭＴＪ磁気センサの特性図であり、図に示すように、磁気抵抗変化率としては２Ω・μｍ２　以下の低抵抗領域において約３％が得られる。
しかし、この場合も、低抵抗化は実現でき、従来の窒化Ａｌ膜に比べてＭＲ比（ＭＲｒａｔｉｏ　）の改善も見られたが、いまだＭＲ比が不十分であるという問題がある。
【００３１】
したがって、本発明は、酸化アルミニウムより低抵抗で、且つ、高いＭＲ比が得られる絶縁膜を形成することを目的とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上述の目的を達成するために、本発明は、磁性層２／非磁性層３／磁性層４からなる強磁性トンネル接合１を有する積層膜において、前記非磁性層３は、窒素と酸素とアルミニウムを含むことを特徴とする。
【００３３】
この様に、強磁性トンネル接合１を構成するトンネル絶縁膜を窒素と酸素とアルミニウムを含む非磁性層３で構成することによって、４Ω・μｍ２　近傍の低抵抗領域においても、実用に供し得る１０％以上のＭＲ比を実現することができる。
【００３４】
この場合の非磁性層３中の酸素／（酸素＋窒素）の比率は０．１〜５０原子％、より好適には、０．１〜１０原子％が望ましく、５０原子％を越えると従来のＡｌ−Ａｌ２　Ｏ３　膜との差異が確認できなくなる。
【００３５】
この様な窒素と酸素とアルミニウムを含む非磁性層３からなるトンネル絶縁膜を形成するためには、磁性層４上にアルミニウム薄膜を堆積させたのち、アルミニウム薄膜を窒素と酸素の混合ガスに暴露して窒素と酸素とアルミニウムを含む非磁性層３とし、次いで、非磁性層３上に磁性層２を堆積させれば良い。
【００３６】
また、窒素と酸素の混合ガスに代えて、窒素と酸素の混合プラズマ或いは窒素と酸素の混合ラジカルに暴露しても良いものである。
【００３７】
さらには、アルミニウム薄膜を窒素または酸素のいずれか一方のガスに暴露したのち、窒素または酸素のいずれか他方のガスに暴露しても良いものであり、この場合も、窒素と酸素に代えて、窒素プラズマと酸素プラズマ、或いは、窒素ラジカルと酸素ラジカルに暴露しても良いものである。
【００３８】
また、上述の強磁性トンネル接合１を有する積層膜を用いることによって、感度の良い磁気センサを構成することができ、また、この磁気センサと誘導型のライトヘッドと組み合わせることによって感度の良い磁気ヘッドを構成することができ、これらを搭載することによって、高密度記録の磁気記録装置を構成することができる。
【００３９】
さらに、上述の磁気センサをメモリセルとして用いることによって、感度の高い磁気メモリ装置を構成することができ、且つ、感度が高いことによって１ビット線当りに接続できるセル数を増やすことができるので、磁気メモリ装置の高集積度化が可能になる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
ここで、図２及び図３を参照して、本発明の第１の実施の形態のＭＴＪ磁気センサを説明する。
図２（ａ）及び（ｂ）参照
図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態のＭＴＪ磁気センサの平面図であり、また、図２（ｂ）は、ＭＴＪ部２０の近傍を拡散した概念的拡大図である。
まず、ＳｉＯ２　膜１２を形成したシリコン基板１１上に、２５ｎｍのＴａ、３０ｎｍのＡｕ、及び、５ｎｍのＴａを順次堆積させた下部電極１３、厚さが６ｎｍのＮｉＦｅフリー層１４、厚さが１ｎｍのＣｏＦｅフリー層１５、及び、厚さが０．５〜１．５ｎｍ、例えば、０．８ｎｍのＡｌ膜（図示は省略）を順次堆積させる。
なお、この時、図２（ａ）における上下方向に磁場を印加した状態で堆積を行うものであり、ＮｉＦｅの組成は、例えば、Ｎｉ８０Ｆｅ２０であり、ＣｏＦｅの組成は、例えば、Ｃｏ７４Ｆｅ２６である。
【００４１】
次いで、例えば、１％の酸素ガスを混入した窒素ガスを１０００ｓｃｃｍ流した状態で、室温において１時間暴露することによって、Ａｌ膜の表面を酸窒化して、酸窒化Ａｌ膜１６を形成してトンネル絶縁膜とする。
この場合、酸窒化Ａｌ膜１６は、必ずしも深さ方向において完全に酸窒化したものではない。
【００４２】
次いで、図２（ａ）において左右方向に、磁場を印加しながら、厚さが２．５ｎｍのＣｏＦｅピンド層１７及び厚さが１５ｎｍのＩｒＭｎピン層１８を積層し、さらに、その上に厚さが２０ｎｍのＡｕ酸化防止膜１９を積層する。
なお、ＣｏＦｅの組成は、例えば、Ｃｏ７４Ｆｅ２６であり、また、ＩｒＭｎの組成は、例えば、Ｉｒ２０Ｍｎ８０である。
【００４３】
次いで、イオンミリング法を用いてＡｕ酸化防止膜１９乃至下部電極１３を図２（ａ）に示す形状にパターニングしたのち、Ａｕ酸化防止膜１９乃至ＮｉＦｅフリー層１４のみを更に図２（ａ）に示すように例えば、０．０４μｍ×１．０μｍの四角柱状にエッチングして、下部電極１３を露出させる。
【００４４】
次いで、全体をＳｉＯ２　膜２１で覆ったのち、Ａｕ酸化防止膜１９を露出させ、次いで、全面にＴａ膜及びＡｕ膜を順次堆積させたのち、図２（ａ）に示す形状にパターニングすることによって、Ｔａ／Ａｕ上部電極２２とする。
【００４５】
次いで、下部電極１３に達するビアホールを形成し、Ａｕで埋め込んで下部引出電極２３を形成することによって、本発明の第１の実施の形態のＭＴＪ磁気センサの基本構成が得られる。
【００４６】
図３参照
図３は、本発明の第１の実施の形態のＭＴＪ磁気センサの特性図であり、抵抗値≒４Ω・μｍ２　で、ＭＲ比１３％の特性を持つ低抵抗・高ＭＲ比の強磁性トンネル接合の作成が可能になり、抵抗値≒３Ω・μｍ２　でも、ＭＲ比１０％の低抵抗・高ＭＲ比特性が得られた。
【００４７】
この様に、本発明の第１の実施の形態においては、トンネル絶縁膜として酸・窒化アルミニウム膜を用いているので、低抵抗・高ＭＲ比の強磁性トンネル接合の作成が可能になり、感度の高い磁気センサを構成することが可能になる。
【００４８】
なお、この場合の酸窒化Ａｌ膜１６中の酸素混入量は、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析器）によって測定を試みたところ、酸素／（酸素＋窒素）として、０．１〜５０原子％、より好適には０．１〜１０原子％が望ましい。
なお、酸素／（酸素＋窒素）が５０原子％をを越えた場合、従来のＡｌ−Ａｌ２　Ｏ３　膜との差異は確認できなかった。
【００４９】
次に、図４乃至図６を参照して、磁気ディスク装置に搭載可能なＭＴＪ磁気センサを説明する。
即ち、上記の第１の実施の形態のＭＴＪ磁気センサの場合には、上下電極の端子構造から、磁気ディスクに近接して配置できないため、磁気ディスク装置用の磁気ヘッドとしては用いることができない構成である。
【００５０】
図４（ａ）及び（ｂ）参照
図４（ａ）は、本発明の第２の実施の形態のＭＴＪ磁気センサの概略的断面図であり、また、図４（ｂ）は、図４（ａ）における破線で示す円内の概略的拡大図である。
まず、Ａｌ２　Ｏ３　−ＴｉＣ基板３１上に、スパッタ法を用いて、例えば、ＮｉＦｅからなり、厚さが、例えば、０．５μｍの下部磁気シールド層３２を形成したのち、Ａｌ２　Ｏ３　膜（図示を省略）を介してＴａからなる下部電極３３、厚さが５ｎｍのＮｉＦｅフリー層３４、厚さが１ｎｍのＣｏＦｅフリー層３５、及び、厚さが０．８ｎｍのＡｌ膜（図示は省略）を順次堆積させる。
なお、磁場を印加した状態で堆積を行うものであり、各ＮｉＦｅの組成は、例えば、Ｎｉ８０Ｆｅ２０であり、ＣｏＦｅの組成は、例えば、Ｃｏ７４Ｆｅ２６である。
【００５１】
次いで、上記の第１の実施の形態と同様に、チャンバー内に１％の酸素を混入した窒素ガスを１０００ｓｃｃｍ流した状態で、室温において１時間暴露することによってＡｌ膜の表面を酸窒化し、酸窒化Ａｌ膜３６を形成してトンネル絶縁膜とする。
【００５２】
次いで、先の磁場印加方向と直交する方向に、磁場を印加しながら、厚さが２．５ｎｍのＣｏＦｅピンド層３７及び厚さが２５ｎｍのＰｔＭｎピン層３８を積層し、さらに、その上に酸化防止膜として厚さが２０ｎｍのＡｕ酸化防止膜３９を積層する。
なお、ＣｏＦｅの組成は、例えば、Ｃｏ７４Ｆｅ２６であり、また、ＰｔＭｎの組成は、例えば、Ｐｔ４８Ｍｎ５２である。
【００５３】
次いで、レジストパターン（図示を省略）をマスクとしてイオンミリング法を用いてＡｕ酸化防止膜３９乃至下部電極３３を所定形状にパターニングしたのち、Ａｕ酸化防止膜層３９乃至ＮｉＦｅフリー層３４のみを更に０．７μｍ×０．７μｍの四角柱状にエッチングして、下部電極３３を露出させる。
【００５４】
次いで、スパッタリング法を用いて全面にＳｉＯ２　膜４１を堆積させて、後述する磁区制御膜とＭＴＪ部４０との間の絶縁膜とする。
【００５５】
引き続いて、スパッタ法を用いて、全面に、厚さが２０〜５０ｎｍ、例えば、３０ｎｍのＣｏＣｒＰｔ膜を堆積させたのち、ＣＭＰ（化学機械研磨）法を用いて、Ａｕ酸化防止膜３９が露出するまで研磨して全体を平坦化することによって、ＣｏＣｒＰｔ磁区制御膜４２を形成する。
なお、この場合のＣｏＣｒＰｔの組成は、例えば、Ｃｏ７８Ｃｒ１０Ｐｔ１２である。
【００５６】
次いで、再び、スパッタ法を用いて、全面に、厚さが、例えば、０．２μｍのＳｉＯ２　平坦化膜４３を堆積させたのち、Ａｕ酸化防止膜３９を露出させ、次いで、全面にＴａ膜及びＡｕ膜を順次堆積させたのち、所定形状にパターニングすることによって、上部電極４４を形成する。
【００５７】
次いで、Ａｌ２　Ｏ３　膜（図示を省略）で被覆したのち、スパッタリング法を用いて全面にＮｉ８０Ｆｅ２０からなる上部磁気シールド層４５を形成し、以降は従来の誘導型のライトヘッドを上部磁気シールド層４５上に形成し、スライダー加工することによってＭＴＪを利用した複合型磁気ヘッドが得られる。
【００５８】
図５参照
図５は、スライダー加工後の上下の磁気シールド層の形状を示す平面図であり、下部磁気シールド層３２及び上部磁気シールド層４５の研磨端面にＭＴＪ部４０が露出する構成となる。
【００５９】
図６参照
図６は、本発明の第２の実施の形態のＭＴＪ磁気センサを搭載した磁気ディスク装置の平面図であり、スピンドルモータ５３の回転軸に取り付けられるとともに、ディスククランプリング５２によって固定された磁気ディスク５１、先端部にサスペンション５５を介して本発明の第２の実施の形態のＭＴＪ磁気センサを備えたスライダー５６と取り付けられたヘッドアーム５４から基本構成が構成される。
【００６０】
次に、図７を参照して、本発明の第３の実施の形態の磁気抵抗メモリ装置を説明する。
磁気抵抗メモリ装置（ＭＲＡＭ：Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）は、強磁性体の巨大磁気抵抗効果を用いてメモリセルを形成するものであり、構造が簡単で微細化・集積化に向く、メモリセルが不揮発であるため低消費電力である、応答速度も速い、などの点から次世代のＲＡＭとして注目されている。
【００６１】
このＭＲＡＭに用いる。磁気抵抗素子にはいくつかの構造が実際に使われ、あるいは提案されているが、基本的には２種類の薄い強磁性体を積層電極として、その間にＣｕ等の常磁性金属（分離層）　をはさんだスピンバルブ型と、２種類の薄い強磁性体の間に薄い酸化物等のトンネルバリアをはさんだトンネル型（ＴＭＲ）がある。
【００６２】
どちらも一方の電極（ピンド層）の磁性を固定し、もう一方の電極（フリー層）の磁化を外部磁場により反転させることにより、”１”，”０”の情報を書き込むものであり、メモリセルを構成する磁気抵抗効果素子の感度が問題となる。
【００６３】
そこで、感度を高めるために、上記の酸窒化アルミニウム膜をトンネル絶縁膜として用いたＭＴＪ接合を利用してメモリセルを構成したので、図７を参照して説明する。
図７（ａ）参照
図７（ａ）は、本発明の第３の実施の形態の磁気抵抗メモリ装置の要部等価回路図であり、ビット線６１とワード線６２との交点にＭＴＪ部７１を配置し、ｉ番目のビット線６１をスイッチＳｂｉを介してセンスアンプ６４に接続したものである。
なお、この場合のセンスアンプを含む周辺回路部は、化合物半導体を用いた半導体周辺回路６３によって構成したものであり、センスアンプ６４はＭＥＳＦＥＴによって構成される。
【００６４】
図７（ｂ）及び（ｃ）参照
図７（ｂ）及び（ｃ）はＭＴＪ部７１の模式図であり、ビット線６１上にＴａ膜７２を介して、ＰｔＭｎピン層７３／ＣｏＦｅピンド層７４／酸窒化Ａｌ膜７５／ＣｏＦｅフリー層７６／ＮｉＦｅフリー層７７を順次積層し、Ｔａ膜７８を介してワード線６２と接続したものである。
【００６５】
この場合、図７（ｂ）に示すＣｏＦｅフリー層７６及びＮｉＦｅフリー層７７の磁化方向が、ＰｔＭｎピン層７３によって磁化方向を固定したＣｏＦｅピンド層７４と同一である場合、素子の縦方向の抵抗は小さく、一方、図７（ｃ）に示すように反対であれば大きくなるという磁気抵抗の変化を見ることで情報を読み出すものである。
【００６６】
図においては番地（ｍ，ｍ）に位置するＭＴＪ部７１に書き込む場合、一対のスイッチＳｗｍを接続して番地（ｍ，ｍ）に位置するＭＴＪ部７１に接続するワード線６２に書込電流Ｉｗｗを流すとともに、一対のスイッチＳｂｍを接続して番地（ｍ，ｍ）に位置するＭＴＪ部７１に接続するビット線６１に書込電流Ｉｂｗを流し、それぞれの電流Ｉｗｗ，Ｉｂｗによって発生した磁界によりＣｏＦｅフリー層７６及びＮｉＦｅフリー層７７の磁化方向を変化させて情報”１”を書き込む。
【００６７】
一方、番地（ｍ，ｍ）に位置するＭＴＪ部７１に書き込まれた情報を消去する場合、一対のスイッチＳｗｍを接続して番地（ｍ，ｍ）に位置するＭＴＪ部７１に接続するワード線６２に書込電流Ｉｗｗと逆方向の消去電流Ｉｗｅを流すとともに、一対のスイッチＳｂｍを接続して番地（ｍ，ｍ）に位置するＭＴＪ部７１に接続するビット線６１に書込電流Ｉｂｗと逆方向の消去電流Ｉｂｅを流し、それぞれの電流Ｉｗｅ，Ｉｂｅによって発生した磁界によりＣｏＦｅフリー層７６及びＮｉＦｅフリー層７７の磁化方向を変化させて状態を”０”とする。
なお、元々”０”の状態のメモリセル、即ち、ＭＴＪ部７１においては、磁化方向が変化しないので、”０”の状態のままとなる。
【００６８】
また、番地（ｍ，ｍ）に位置するＭＴＪ部７１に書き込まれた情報を読み出す場合、ワード線６２に接続されているスイッチＳｗｍの一方のみをオンにするとともに、ビット線６１に接続されているセンスアンプ６４側のスイッチＳｂｗのみをオンにして、ワード線６２側から書込電流より小さな読出電流Ｉｂ　を流し、ＣｏＦｅフリー層７６及びＮｉＦｅフリー層７７の磁化方向に応じてＭＴＪ部７１を貫通して流れた電流量をセンスアンプ６４で検出する。
【００６９】
この第３の実施の形態においては、抵抗値が小さくＭＲ比の大きなＭＴＪ部２０を用いてメモリセルを構成しているので、ビット線当たりのメモリセル数を従来のＭＲＡＭに比べて増やすことができ、それによって、大容量メモリ装置の構築が可能になる。
なお、この場合のビット線６１及びワード線６２は、各種の導電体で構成することが可能であるが、例えば、Ｗで構成すれば良い。
【００７０】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は各実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の各実施の形態の説明においては、酸窒化Ａｌ膜を酸素と窒素の混合ガス中に暴露することによって形成しているが、酸素と窒素の混合プラズマに暴露しても良いものであり、さらには、マイクロ波ラジカルガン或いは高周波電源を用いてラジカル化した酸素と窒素の混合ラジカルに暴露しても良いものである。
【００７１】
また、酸窒化工程は同時に行う必要は必ずしもなく、酸素ガスに暴露したのち窒素ガスに暴露しても良く、或いは、逆に、窒素ガスに暴露したのち酸素ガスに暴露しても良いものである。
【００７２】
または、酸素ガス及び窒素ガスに代えて、酸素プラズマに暴露したのち窒素プラズマに暴露しても良く、或いは、逆に、窒素プラズマに暴露したのち酸素プラズマに暴露しても良いものである。
【００７３】
または、酸素ガス及び窒素ガスに代えて、酸素ラジカルに暴露したのち窒素ラジカルに暴露しても良く、或いは、逆に、窒素ラジカルに暴露したのち酸素ラジカルに暴露しても良いものである。
【００７４】
また、上記の各実施の形態における、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、及び、ＣｏＣｒＰｔの組成比は単なる一例であり、他の組成比の材料を用いても良いものである。
【００７５】
また、上記の第１の実施の形態においては、ピン層となる反強磁性層をＩｒＭｎで構成しているが、ＰｔＭｎ或いはＰｄＰｔＭｎ等の他の反強磁性体を用いても良いものであり、一方、第２の実施の形態においては、ＰｔＭｎを用いているが、ＩｒＭｎ或いはＰｄＰｔＭｎ等の他の反強磁性体を用いても良いものである。
【００７６】
また、上記の各実施の形態においては、フリー層をＮｉＦｅ／ＣｏＦｅの２層構造としているが、必ずしも２層構造である必要はなく、ＮｉＦｅ或いはＣｏＦｅの単層構造で形成しても良いものである。
【００７７】
また、上記の各実施の形態においては、ピンド層を単層のＣｏＦｅによって構成しているが、例えば、０．４ｎｍのＣｏＦｅ、０．８ｎｍのＲｕ、及び、０．５ｎｍのＣｏＦｅ層を堆積させ、その上に反強磁性層を設けるＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅのフェリピン構造で形成しても良いものである。
【００７８】
また、上記の第１及び第２の実施の形態においては、ＴＭＲ素子を反強磁性層が最上層となるＴｏｐ型として説明しているが、第３の実施の形態のように、積層構造を反対にして反強磁性層が最下層となるＢｏｔｔｏｍ型で構成しても良いものである。
【００７９】
また、上記の第３の実施の形態においては、ＭＴＪ部を反強磁性層が最下層となるＢｏｔｔｏｍ型として説明しているが、第１の実施の形態のように、積層構造を反対にして反強磁性層が最上層となるＴｏｐ型で構成しても良いものである。
【００８０】
また、本発明の第２の実施の形態の説明においては、複合型薄膜磁気ヘッドに用いる磁気センサとして説明しているが、本発明は単独のリードヘッド用の磁気センサとしても適用されるものであることは言うまでもないことであり、さらには、エンコーダ装置にも用いられるものである。
【００８１】
ここで、再び、図１を参照して、本発明の詳細な特徴を説明する。
図１参照
（付記１）　磁性層２／非磁性層３／磁性層４からなる強磁性トンネル接合１を有する積層膜において、前記非磁性層３は、窒素と酸素とアルミニウムを含むことを特徴とする強磁性トンネル接合を有する積層膜。
（付記２）　磁性層４上にアルミニウム薄膜を堆積させたのち、前記アルミニウム薄膜を窒素と酸素の混合ガスに暴露して窒素と酸素とアルミニウムを含む非磁性層３とし、次いで、前記非磁性層３上に磁性層２を堆積させて磁性層２／非磁性層３／磁性層４からなる強磁性トンネル接合１を形成する工程を少なくとも含むことを特徴とする強磁性トンネル接合を有する積層膜の製造方法。
（付記３）　磁性層４上にアルミニウム薄膜を堆積させたのち、前記アルミニウム薄膜を窒素と酸素の混合プラズマに暴露して窒素と酸素とアルミニウムを含む非磁性層３とし、次いで、前記非磁性層３上に磁性層２を堆積させて磁性層２／非磁性層３／磁性層４からなる強磁性トンネル接合１を形成する工程を少なくとも含むことを特徴とする強磁性トンネル接合を有する積層膜の製造方法。
（付記４）　磁性層４上にアルミニウム薄膜を堆積させたのち、前記アルミニウム薄膜を窒素と酸素の混合ラジカルに暴露して窒素と酸素とアルミニウムを含む非磁性層３とし、次いで、前記非磁性層３上に磁性層２を堆積させて磁性層２／非磁性層３／磁性層４からなる強磁性トンネル接合１を形成する工程を少なくとも含むことを特徴とする強磁性トンネル接合を有する積層膜の製造方法。
（付記５）　磁性層４上にアルミニウム薄膜を堆積させたのち、前記アルミニウム薄膜を窒素または酸素のいずれか一方のガスに暴露し、次いで、窒素または酸素のいずれか他方のガスに暴露して窒素と酸素とアルミニウムを含む非磁性層３としたのち、前記非磁性層３上に磁性層２を堆積させて磁性層２／非磁性層３／磁性層４からなる強磁性トンネル接合１を形成する工程を少なくとも含むことを特徴とする強磁性トンネル接合を有する積層膜の製造方法。
（付記６）　磁性層４上にアルミニウム薄膜を堆積させたのち、前記アルミニウム薄膜を窒素または酸素のいずれか一方のプラズマに暴露し、次いで、窒素または酸素のいずれか他方のプラズマに暴露して窒素と酸素とアルミニウムを含む非磁性層３としたのち、前記非磁性層３上に磁性層２を堆積させて磁性層２／非磁性層３／磁性層４からなる強磁性トンネル接合１を形成する工程を少なくとも含むことを特徴とする強磁性トンネル接合を有する積層膜の製造方法。
（付記７）　磁性層４上にアルミニウム薄膜を堆積させたのち、前記アルミニウム薄膜を窒素または酸素のいずれか一方のラジカルに暴露し、次いで、窒素または酸素のいずれか他方のラジカルに暴露して窒素と酸素とアルミニウムを含む非磁性層３としたのち、前記非磁性層３上に磁性層２を堆積させて磁性層２／非磁性層３／磁性層４からなる強磁性トンネル接合１を形成する工程を少なくとも含むことを特徴とする強磁性トンネル接合を有する積層膜の製造方法。
（付記８）　付記１記載の強磁性トンネル接合１を有する積層膜を用いたことを特徴とする磁気センサ。
（付記９）　付記１記載の強磁性トンネル接合１を有する積層膜を用いたことを特徴とする磁気ヘッド。
（付記１０）　付記８記載の磁気センサを搭載したことを特徴とする磁気記録装置。
（付記１１）　付記８記載の磁気センサをメモリセルとして用いたことを特徴とする磁気メモリ装置。
【００８２】
【発明の効果】
本発明によれば、ＭＴＪ磁気磁気センサを構成する際に、トンネル絶縁膜として酸窒化Ａｌ膜を用いているので、低抵抗領域において高いＭＲ比を実現することができ、高記録密度のＨＤＤ装置或いは高集積度の磁気抵抗メモリ装置の実現・普及に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態のＭＴＪ磁気センサの構成説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態のＭＴＪ磁気センサの特性図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態のＭＴＪ磁気センサの概略的断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態のＭＴＪ磁気センサの平面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態のＭＴＪ磁気センサを搭載した磁気ディスク装置の平面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態の磁気抵抗メモリ装置の説明図である。
【図８】従来のＭＴＪ磁気センサの構成説明図である。
【図９】酸化Ａｌ膜を用いたＭＴＪ磁気センサの特性図である。
【図１０】窒化Ａｌ膜を用いたＭＴＪ磁気センサの特性図である。
【符号の説明】
１　強磁性トンネル接合
２　磁性層
３　非磁性層
４　磁性層
５　反強磁性層
１１　シリコン基板
１２　ＳｉＯ２　膜
１３　下部電極
１４　ＮｉＦｅフリー層
１５　ＣｏＦｅフリー層
１６　酸窒化Ａｌ膜
１７　ＣｏＦｅピンド層
１８　ＩｒＭｎピン層
１９　Ａｕ酸化防止膜
２０　ＭＴＪ部
２１　ＳｉＯ２　膜
２２　Ｔａ／Ａｕ上部電極
２３　下部引出電極
３１　Ａｌ２　Ｏ３　−ＴｉＣ基板
３２　下部磁気シールド層
３３　下部電極
３４　ＮｉＦｅフリー層
３５　ＣｏＦｅフリー層
３６　酸窒化Ａｌ膜
３７　ＣｏＦｅピンド層
３８　ＰｔＭｎピン層
３９　Ａｕ酸化防止膜
４０　ＭＴＪ部
４１　ＳｉＯ２　膜
４２　ＣｏＣｒＰｔ磁区制御膜
４３　ＳｉＯ２　平坦化膜
４４　上部電極
４５　上部磁気シールド層
５１　磁気記録媒体
５２　ディスククランプリング
５３　スピンドルモータ
５４　ヘッドアーム
５５　サスペンション
５６　スライダー
６１　ビット線
６２　ワード線
６３　半導体周辺回路
６４　センスアンプ
７１　ＭＴＪ部
７２　Ｔａ膜
７３　ＰｔＭｎピン層
７４　ＣｏＦｅピンド層
７５　酸窒化Ａｌ膜
７６　ＣｏＦｅフリー層
７７　ＮｉＦｅフリー層
７８　Ｔａ膜
８１　シリコン基板
８２　ＳｉＯ２　膜
８３　下部電極
８４　ＮｉＦｅフリー層
８５　ＣｏＦｅフリー層
８６　Ａｌ−Ａｌ２　Ｏ３　膜
８７　ＣｏＦｅピンド層
８８　ＩｒＭｎピン層
８９　Ａｕ酸化防止膜
９０　ＭＴＪ部
９１　ＳｉＯ２　膜
９２　上部電極
９３　下部引出電極
９４　定電流源
９５　電圧計
【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】
2004079936.tif 000009
【図８】
2004079936.tif 000010
【図９】
2004079936.tif 000011
【図１０】
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