(57)【要約】【課題】高出力の磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘッドおよび磁気記憶装置を提供する。【解決手段】ＧＭＲ膜３０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、下部界面磁性層３８、自由磁化層３９、上部界面磁性層４８、上部非磁性金属層４７、上部固定磁化積層体４３、上部反強磁性層４２、保護層４０が順次積層された構成を有する。自由磁化層３９はＣｏＦｅＡｌ膜からなり、磁気抵抗変化量ΔＲＡがＣｏＦｅ膜よりも大きい。さらに、下部および上部界面磁性層３８，４８はＣｏＦｅＮｉを主成分とするので、スピン依存界面散乱が増加し、磁気抵抗変化量ΔＲＡがさらに増加する。さらに下部および上部界面磁性層３８，４８にＣｏＮｉＦｅ膜を所定の組成とすることで、ＣｏＦｅＡｌ膜単体の場合よりも保磁力が低下し、信号磁界に対する感度が良好になる。【選択図】図２
2007221069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反強磁性層と、固定磁化層と、非磁性層と、自由磁化層とが積層されてなるＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子であって、
前記自由磁化層はＣｏＦｅＡｌ膜を含み、
前記ＣｏＦｅＡｌ膜の非磁性層側にＣｏＦｅＡｌ膜と接してＣｏＦｅＮｉを主成分とする界面磁性層を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
反強磁性層と、固定磁化層と、第１の非磁性層と、自由磁化層と、第２の非磁性層と、他の固定磁化層と、他の反強磁性層とが積層してなるＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子であって、
前記自由磁化層はＣｏＦｅＡｌ膜を含み、
前記ＣｏＦｅＡｌ膜の第１の非磁性層側、およびＣｏＦｅＡｌ膜の第２の非磁性層側の少なくとも一方の側に、ＣｏＦｅＡｌ膜と接してＣｏＦｅＮｉを主成分とする界面磁性層を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記固定磁化層は、反強磁性層側から第１の固定磁化層と、非磁性結合層と、第２の固定磁化層とが積層してなり、
前記他の固定磁化層は、他の反強磁性層側から他の第１の固定磁化層と、他の非磁性結合層と、他の第２の固定磁化層とが積層してなり、
前記第２の固定磁化層および他の第２の固定磁化層がＣｏＦｅＡｌ膜からなり、
前記第２の固定磁化層の第１の非磁性層側、および他の第２の固定磁化層の第２の非磁性層側にＣｏＦｅＮｉを主成分とする他の界面磁性層を有することを特徴とする請求項２記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記界面磁性層は実質的にＣｏＮｉＦｅ膜からなり、
前記ＣｏＮｉＦｅ膜が、三元系の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量、Ｎｉ含有量、Ｆｅ含有量）として表すと、点Ａ（１０、５５、３５）、点Ｂ（１０、５、８５）、点Ｃ（８０、５、１５）、点Ｄ（８０、１５、５）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、および点Ａをこの順に直線で結んだ領域ＡＢＣＤＡの範囲内の組成を有することを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の磁気抵抗効果素子（但し、組成値は原子％で表す。）。
【請求項５】
請求項１〜４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、磁気記録媒体とを備える磁気記憶装置。
【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および磁気記憶装置に関し、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およびこれを備えた磁気記憶装置に関する。
【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、反強磁性層と、磁化が所定の方向に固定された固定磁化積層体と、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。固定磁化積層体は、非磁性層から遠い側より第１強磁性層、非磁性結合層、および第２強磁性層が積層されてなり、第１強磁性層と第２強磁性層とが反強磁性的に交換結合された、いわゆる積層フェリピン構造が用いられている。積層フェリピン構造は、第１強磁性層および第２強磁性層のそれぞれの磁化の向きが逆のため、正味の磁気モーメントが減少する。これにより、固定磁化積層体全体の反磁界強度を抑制し、また反強磁性層との交換結合から発生する異方性磁界を増大させ、第１強磁性層の磁化方向を安定化させるという特徴を有する。
【０００４】
スピンバルブ膜は、固定磁化積層体の第２強磁性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。この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。
【０００５】
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）構造が採用されてきた。しかし、さらなる高記録密度化を図るためには、磁気記録媒体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。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）、すなわち素子断面積を低減する必要がある。この場合、ＣＩＰ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。
【０００６】
そこで、スピンバルブ膜の積層方向、すなわち、反強磁性層、固定磁化積層体、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、コア幅（磁気記録媒体のトラック幅に対応するスピンバルブ膜の幅）が縮小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。
【０００７】
ＣＰＰ型のスピンバルブ膜の出力は、外部磁界をスピンバルブ膜に印加して、外部磁界の方向を一方向からその逆の方向に掃引した際の単位面積の磁気抵抗変化量で決まってくる。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積層体の第２強磁性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ことが望ましい。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積層体の層内で伝導電子が散乱する度合いが異なる現象であり、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。
【０００８】
スピン依存バルク散乱係数の大きな材料としてはＣｏＦｅＡｌ材料を用いた磁気抵抗効果素子が提案されている（特許文献１参照。）。ＣｏＦｅＡｌは、規則格子を有する体心立方晶の結晶構造を有する合金である。
【特許文献１】特開２００４−２２１５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、自由磁化層にＣｏＦｅＡｌを用いた場合、自由磁化層と非磁性層との界面で生じるスピン依存界面散乱が比較的小さい。高記録密度化を図る上では、磁気抵抗効果素子の出力を維持するために、磁気抵抗変化量をさらに増加することが望ましい。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、より高出力で新規で有用な磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘッドおよび磁気記憶装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一観点によれば、反強磁性層と、固定磁化層と、非磁性層と、自由磁化層とが積層されてなるＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子であって、前記自由磁化層はＣｏＦｅＡｌ膜を含み、前記ＣｏＦｅＡｌ膜の非磁性層側にＣｏＦｅＡｌ膜と接してＣｏＦｅＮｉを主成分とする界面磁性層を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子が提供される。
【００１２】
本発明によれば、ＣｏＦｅＡｌ膜は、軟磁性材料であるＣｏＦｅ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し、ＣｏＦｅＡｌ膜の比抵抗は、ＣｏＦｅの比抵抗の約６倍ある。したがって、ＣｏＦｅＡｌ膜を自由磁化層に用いることで、スピン依存バルク散乱係数と比抵抗との積に依存する磁気抵抗変化量がＣｏＦｅよりも極めて大きくなる。さらに、本発明では、非磁性層と自由磁化層との間にＣｏＦｅＮｉを主成分とする界面磁性層を設けてある。ＣｏＦｅＮｉはＣｏＦｅＡｌよりもスピン依存界面散乱係数が大きいため、スピン依存界面散乱に寄因して磁気抵抗変化量が増加する。その結果、より高出力の磁気抵抗効果素子を実現できる。
【００１３】
本発明の他の観点によれば、反強磁性層と、固定磁化層と、第１の非磁性層と、自由磁化層と、第２の非磁性層と、他の固定磁化層と、他の反強磁性層とが積層してなるＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子であって、前記自由磁化層はＣｏＦｅＡｌ膜を含み、前記ＣｏＦｅＡｌ膜の第１の非磁性層側、およびＣｏＦｅＡｌ膜の第２の非磁性層側の少なくとも一方の側に、ＣｏＦｅＡｌ膜と接してＣｏＦｅＮｉを主成分とする界面磁性層を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子が提供される。
【００１４】
本発明によれば、ΔＲＡが上記磁気抵抗効果素子の約２倍になり、いっそう高出力の磁気抵抗効果素子を実現できる。
【００１５】
本発明のその他の観点によれば、上記のいずれかの磁気抵抗効果素子を有する磁気ヘッドと、磁気記録媒体とを備える磁気記憶装置が提供される。
【００１６】
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。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、より高出力の磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘッドおよび磁気記憶装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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２０（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。
【００３０】
次に、磁気抵抗効果素子２０を構成するＧＭＲ膜３０について３つの例（第１例〜第３
例）を説明する。磁気抵抗効果素子２０には、第１例〜第３例のＧＭＲ膜のいずれを適用してもよい。
【００３１】
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。
【００３２】
図２を参照するに、第１例のＧＭＲ膜３０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、下部界面磁性層３８、自由磁化層３９、上部界面磁性層４８、上部非磁性金属層４７、上部固定磁化積層体４３、上部反強磁性層４２、保護層４０が順次積層された構成からなり、いわゆるデュアルスピンバルブ構造を有する。
【００３３】
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、下部反強磁性層３２の結晶性を向上させることができ、さらには、下部反強磁性層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。
【００３４】
下部反強磁性層３２および上部反強磁性層４２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。下部反強磁性層３２は、下部固定磁化積層体３３の下部第１固定磁化層３４に交換相互作用を及ぼして下部第１固定磁化層３４の磁化を所定の向きに固定する。また、上部反強磁性層４２は、上部固定磁化積層体４３の上部第１固定磁化層４４に交換相互作用を及ぼして上部第１固定磁化層４４の磁化を所定の向きに固定する。
【００３５】
下部固定磁化積層体３３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３６が順に積層されてなる。下部固定磁化積層体３３は、下部第１固定磁化層３４の磁化と下部第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。また、上部固定磁化積層体４３は、上部反強磁性層４２側から上部第１固定磁化層４４、上部非磁性結合層４５、上部第２固定磁化層４６が順に積層されてなる。上部固定磁化積層体４３は、上部第１固定磁化層４４の磁化と上部第２固定磁化層４６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。
【００３６】
下部第１および第２固定磁化層３４，３６、および上部第１および第２固定磁化層４４，４６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。
【００３７】
また、下部および上部第２固定磁化層３６，４６として、ＣｏＸＺ（但しＸはＦｅまたはＭｎ、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、Ｃｏ50Ｘ25Ｚ25（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。ＣｏＸＺ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。下部および上部第２固定磁化層３６，４６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。
【００３８】
下部および上部第２固定磁化層３６，４６に特に好適な強磁性材料としてはＣｏＦｅＡｌが挙げられる。ＣｏＦｅＡｌは、その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、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。さらに、ＣｏＦｅＡｌの比抵抗はＣｏＦｅの比抵抗よりも大きい。これらの点から、下部および上部第２固定磁化層３６，４６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る。
【００３９】
また、下部および上部第１固定磁化層３４，４４として好適な強磁性材料としては、比抵抗が低い点で、Ｃｏ60Ｆｅ40、ＮｉＦｅが挙げられる。これは、下部および上部第１固定磁化層３４，４４の磁化は、それぞれ下部および上部第２固定磁化層３６，４６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それぞれ下部および上部第２固定磁化層３６，４６と同じ場合は、下部および上部第１固定磁化層３４，４４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】
下部非磁性結合層３５は、その膜厚が下部第１固定磁化層３４と下部第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。上部非磁性結合層４５の膜厚も同様に上部第１固定磁化層４４と上部第２固定磁化層４６とが反強磁性的に交換結合する範囲に設定される。下部および上部非磁性結合層３５，４５の膜厚の範囲は、０．４ｎｍ〜１．５ｎｍ（好ましくは０．４ｎｍ〜０．９ｎｍ）である。下部および上部非磁性結合層３５，４５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、下部第１および第２固定磁化層３４，３６、および上部第１および第２固定磁化層４４，４６は、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、下部第１固定磁化層３４と下部反強磁性層３２との間、および上部第１固定磁化層４４と上部反強磁性層４２との間のそれぞれに下部および上部第１固定磁化層３４，４４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、下部第１固定磁化層３４と下部反強磁性層３２との間、およびに上部第１固定磁化層４４と上部反強磁性層４２との間のそれぞれに働く交換相互作用を増加でき、下部および上部第１固定磁化層３４，４４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】
下部および上部非磁性金属層３７，４７は、例えば、膜厚１．５ｎｍ〜１０ｎｍの非磁性の導電性材料より構成される。下部および上部非磁性金属層３７に好適な導電性材料としてはＣｕ、Ａｌ等が挙げられる。
【００４４】
下部および上部界面磁性層３８，４８は、ＣｏＮｉＦｅを主成分とする強磁性材料（ＣｏＮｉＦｅを全体の７０原子％以上含有する。）からなる。下部および上部界面磁性層３８，４８は、ＣｏＮｉＦｅにＶあるいはＢが添加されていてもよく、ＣｏＮｉＦｅのみを含有するＣｏＦｅＮｉ膜でもよい。下部および上部界面磁性層３８，４８を設けることで、これを設けない場合よりもスピン依存バルク散乱およびスピン依存界面散乱のいずれもが増加し、その結果、磁気抵抗変化量が増加する。特に、ＣｏＮｉＦｅ膜は、ＣｏＦｅＡｌ膜よりもスピン依存界面散乱係数が大きいため、スピン依存界面散乱の増加が著しい。これにより磁気抵抗変化量ΔＲＡの増加が顕著になる。
【００４５】
また、下部および上部界面磁性層３８，４８の膜厚は、０．３ｎｍ〜２．０ｎｍの範囲に設定されることが好ましい。下部および上部界面磁性層３８，４８の膜厚は、大きいほどスピン依存バルク散乱が増加するので好ましいが、２．０ｎｍを超えると下部および上部界面磁性層３８，４８の保磁力が増加し、下部および上部界面磁性層３８，４８と自由磁化層３９との積層体全体の保磁力が極めて増加してしまう。また、下部および上部界面磁性層３８，４８の膜厚は、０．３ｎｍを切るとスピン依存界面散乱の効果が低下してしまう。
【００４６】
図３は、下部および上部界面磁性層のＣｏＮｉＦｅ膜の組成を示す図である。図３は三角座標であり、三辺にＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅの各々の含有量（原子％）が示されている。
【００４７】
図３を図２と共に参照するに、ＣｏＮｉＦｅ膜は、その組成に応じてｂｃｃ（体心立方）構造あるいはｆｃｃ（面心立方）構造を有する。ｂｃｃ構造とｆｃｃ構造の境界線ＦＧは、ＣｏＦｅ側の点Ｆ（７７、０、２３）とＮｉＦｅ側の点Ｇ（０、３５、６５）を結ぶ略直線状の曲線である。ＣｏＮｉＦｅ膜は、境界線ＦＧをよりも高Ｎｉ含有量あるいは低Ｆｅ含有量側でｆｃｃ構造を有し、境界線ＦＧをよりも低Ｎｉ含有量あるいは高Ｆｅ含有量側でｂｃｃ構造を有する。このＣｏＮｉＦｅ膜の室温における等温状態図は、Ｏｓａｋａ等による論文（Ｎａｔｕｒｅ  Ｖｏｌ．  ３９２  （１９９８）  ｐｐ．  ７９６  −  ｐｐ．  ７９８）から引用したものである。この等温状態図は電気めっき法により作製されたＣｏＮｉＦｅ膜についてのものである。しかし、スパッタ法により形成されたＣｏＮｉＦｅ膜でも、略同様の組成に境界線ＦＧが位置すると推察されるのでこの等温状態図を用いて説明する。
【００４８】
本願発明者等は、種々の検討により、ｆｃｃ構造とｂｃｃ構造の境界線ＦＧ付近の組成範囲である図３に示す領域ＡＢＣＤＡの範囲内の組成から選択されることが、磁気抵抗変化量ΔＲＡが増加する点でより好ましいことを知得した。領域ＡＢＣＤＡは、点Ａ（１０、５５、３５）、点Ｂ（１０、５、８５）、点Ｃ（８０、５、１５）、点Ｄ（８０、１５、５）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、および点Ａをこの順に直線で結んだ領域である。本願発明者等は、ＣｏＮｉＦｅ膜を単体の自由磁化層としていわゆるシングルスピンバルブ構造のＧＭＲ膜を形成し、磁気抵抗変化量ΔＲＡを検討したところ、図３に示す領域ＡＢＣＤＡ内の組成で大きな磁気抵抗変化量ΔＲＡが得られることが分かった。
【００４９】
また、領域ＡＢＣＤＡ内で、低Ｎｉ含有量側（辺ＢＣ側）の組成では、それよりも高Ｎｉ含有量側（辺ＡＤ側）の組成よりも高い磁気抵抗変化量ΔＲＡを示した。これは、ＣｏＮｉＦｅ膜の結晶構造がｂｃｃ構造の方が、ｆｃｃ構造よりもスピン依存バルク散乱が大きくなるためと推察される。なお、辺ＡＤよりも高Ｎｉ含有量の組成では、スピン依存バルク散乱の低下に加え、スピン依存界面散乱も低下してしまう。
【００５０】
また、下部および上部界面磁性層３８，４８のＣｏＮｉＦｅ膜は、自由磁化層３９との積層体の保磁力（以下、「積層体保磁力」と称する。）を低減できる点で、領域ＡＢＣＤＡの範囲内の組成を有することが好ましい。後ほど実施例で説明するが、界面磁性層３８のＣｏＦｅＮｉ膜の膜厚が０．３ｎｍの場合、領域ＡＢＣＤＡ内に含まれる全部の組成で積層体保磁力を低減できる。さらに、ＣｏＦｅＮｉ膜は、領域ＡＢＣＤＡ内でかつＦｅ含有量が３０原子％以下でかつＮｉ含有量が２０原子％以上の組成では、積層体保磁力はＣｏＦｅＮｉ膜の膜厚に略依存せず、０．３ｎｍ〜２．０ｎｍの範囲で積層体保磁力を低減できる。
【００５１】
自由磁化層３９は、例えば膜厚が２ｎｍ〜１０ｎｍのＣｏＦｅＡｌ膜から構成される。ＣｏＦｅＡｌ膜の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、ＣｏＦｅＡｌ膜の比抵抗がＣｏＦｅの比抵抗よりも極めて大きい。そのため、自由磁化層３９は、ＣｏＦｅ膜を用いた場合よりも磁気抵抗変化量ΔＲＡが極めて大きくなる。
【００５２】
図４は、自由磁化層のＣｏＦｅＡｌ膜の組成と保磁力との関係を示す図である。図４は三角座標であり、三辺にＣｏ、Ｆｅ、Ａｌの各々の含有量（原子％）が示されている。また、図４に示す保磁力は、後述する実施例１において下部および上部界面磁性層を省略した以外は略同様の構成と形成方法で磁気抵抗効果素子を形成し、その磁気抵抗曲線から保磁力を求めたものである。すなわち、図４に示す保磁力は、下部および上部界面磁性層を設けない場合の保磁力を示している。
【００５３】
図４を参照するに、自由磁化層３９のＣｏＦｅＡｌ膜は、その組成範囲は、ＣｏＦｅＡｌ膜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Ｐ（５５，１０，３５）、点Ｑ（３７．５，２７．５，３５）、点Ｒ（６２．５，２７．５，１０）、点Ｓ（７７．５，１２．５，１０）、点Ｔ（６２．５，１２．５，２５）として、点Ｐ、点Ｑ、点Ｒ、点Ｓ、点Ｔ、および点Ｐをこの順にそれぞれ直線で結んだ領域ＰＱＲＳＴＰ（図中太線で囲まれた領域）内の組成に設定される。この範囲では、スピン依存バルク散乱係数が大きく、磁気抵抗効果素子２０は高出力が得られる。
【００５４】
さらに、自由磁化層３９の磁化は、外部から印加される信号磁界に対して、応答が良好であること望ましい。そのため、自由磁化層３９の保磁力は小さいほどよい。この点で、ＣｏＦｅＡｌ膜の組成は、点Ｐ（５５，１０，３５）、点Ｕ（５０，１５，３５）、点Ｖ（５０，２０，３０）、点Ｗ（５５，２５，２０）、点Ｘ（６０，２５，１５）、点Ｙ（７０，１５，１５）として、点Ｐ、点Ｕ、点Ｖ、点Ｗ、点Ｘ、点Ｙ、および点Ｐをこの順にそれぞれ直線で結んだ領域ＰＵＶＷＸＹＰ（図中太線と破線とで囲まれた領域）内の組成に設定されることが好ましい。これにより、ホイスラー合金組成であるＣｏ50Ｆｅ25Ａｌ25に対して保磁力が低減される。その結果、磁気抵抗効果素子は高出力が得られると共に、信号磁界に対する感度が高まる。
【００５５】
保護層４０は非磁性の導電性材料からなり、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の際に自由磁化層３９の酸化を防止できる。
【００５６】
次に第１例のＧＭＲ膜３０の形成方法を、先の図２を参照しつつ説明する。
【００５７】
最初に、スパッタ法、蒸着法、あるいはＣＶＤ法等により、真空雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気で下地層３１から保護層４０までの各々の層を上述した材料を用いて順に堆積させる。
【００５８】
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、下部および上部反強磁性層３２，４２の磁化の方向が所定の方向に設定され、下部および上部固定磁化積層体３３，４３の各磁化層３４，３６，４４，４６の磁化の方向が固定される。以上により、第１例のＧＭＲ膜３０が形成される。
【００５９】
第１例のＧＭＲ膜３０は、自由磁化層３９がＣｏＦｅＡｌ膜からなるので、磁気抵抗変化量ΔＲＡが大きい。さらに、ＣｏＦｅＡｌ膜の上下に接してＣｏＦｅＮｉを主成分とする下部および上部界面磁性層３８，４８を設けることで、スピン依存界面散乱が増加し磁気抵抗変化量ΔＲＡがさらに増加する。したがって、高出力の磁気抵抗効果素子を実現できる。
【００６０】
またさらに、第１例のＧＭＲ膜３０は、下部および上部界面磁性層３８，４８にＣｏＦｅＮｉ膜を用いて、図３に示す領域ＡＢＣＤＡの範囲内の組成を選択することで、磁気抵抗変化量ΔＲＡがさらに増加する。また、ＣｏＦｅＮｉ膜を上記の所定の膜厚に設定することで、自由磁化層３９と下部および上部界面磁性層３８，４８との積層体の保磁力が低減される。これにより、したがって、高出力でかつ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。
【００６１】
なお、下部界面磁性層３８および上部界面磁性層４８は両方設けることが好ましいが、いずれか一方を省略してもよく、この場合でも、自由磁化層３９との積層体の保磁力低減の効果を有する。この場合、自由磁化層３９のＣｏＦｅＡｌ膜にＣｏＮｉＦｅ膜が接していない側にＣｏＦｅ膜やＣｏＦｅＢ膜等を設けてもよい。
【００６２】
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２例のＧＭＲ膜の断面図である。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。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。
【００６３】
図５を参照するに、第２例のＧＭＲ膜５０は、下地層３１、下部反強磁性層３２、下部固定磁化積層体５１、下部非磁性金属層３７、下部界面磁性層３８、自由磁化層３９、上部界面磁性層４８、上部非磁性金属層４７、上部固定磁化積層体５２、上部反強磁性層４２、保護層４０が順次積層された構成からなる。すなわち、ＧＭＲ膜５０は、図２に示す第１例のＧＭＲ膜２０の下部および上部固定磁化積層体３３，４３の代わりに、下部および上部固定磁化積層体５１，５２を設けた構成を有する。
【００６４】
下部固定磁化積層体５１は、下部第２固定磁化層３６の下部非磁性金属層３７側に下部第２界面磁性層５３を有し、上部固定磁化積層体５２は、上部第２固定磁化層４６の上部非磁性金属層４７側に上部第２界面磁性層５４を有する。
【００６５】
下部および上部第２界面磁性層５３，５４は、それぞれ、例えば厚さが０．３ｎｍ〜３ｎｍの範囲に設定されＣｏＮｉＦｅ膜からなる。ＣｏＮｉＦｅ膜は、Ｎｉ含有量が５５原子％以下でかつＣｏおよびＦｅ含有量はＮｉ含有量以外の残余の含有量に設定される。Ｎｉ含有量を５５原子％を超えて設定すると、下部および上部非磁性金属層３７，４７にＣｕ膜を用いた場合、このＣｕとＣｏＮｉＦｅ膜のＮｉとが固溶する可能性があり、固溶すると磁気抵抗変化量ΔＲＡが低下してしまう。
【００６６】
さらに、下部および上部第２界面磁性層５３，５４のＣｏＮｉＦｅ膜は、上述したように、図３のＣｏＮｉＦｅ膜の組成を示す図において、領域ＡＢＣＤＡの範囲内の組成から選択されることが好ましい。この領域ＡＢＣＤＡの範囲内に設定することで、磁気抵抗変化量ΔＲＡを増加できる。
【００６７】
また、下部および上部第２固定磁化層３６，４６は第１例のＧＭＲ膜の下部および上部第２固定磁化層３６，４６と同様の材料から選択されるが、特に、ＣｏＦｅＡｌ膜を用いることが上述したように、スピン依存バルク散乱係数がＣｏＦｅと同程度でかつ比抵抗がＣｏＦｅよりも大きいので、磁気抵抗変化量ΔＲＡを増加できる点で好ましい。さらに、ＣｏＦｅＡｌ膜は、図４に示す領域ＰＱＲＳＴＰ内の組成に設定されることが好ましい。
【００６８】
第２例のＧＭＲ膜５０は、第１例のＧＭＲ膜と同様の効果を有し、さらに下部および上部第２界面磁性層５３，５４を設けることにより磁気抵抗変化量ΔＲＡを第１例のＧＭＲ膜よりもさらに増加することができる。
【００６９】
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３例のＧＭＲ膜の断面図である。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。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。
【００７０】
図６を参照するに、第３例のＧＭＲ膜６０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、界面磁性層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６０は、いわゆるシングルスピンバルブ構造を有し、図２に示す第１例のＧＭＲ膜３０の上側のスピンバルブ構造を省略した以外は、第１例のＧＭＲ膜３０と同様の構成を有する。なお、ＧＭＲ膜６０の各構成部分には、これに対応する、図２に示す第１例のＧＭＲ膜３０の構成部分と同じ符号を用いており、また、各構成部分の名称の「下部」を省略している。
【００７１】
第３例のＧＭＲ膜６０は、磁気抵抗変化量ΔＲＡは第１例の略半分となるが、第１例のＧＭＲ膜と同様の効果、すなわち、自由磁化層３９にＣｏＦｅＡｌ膜を採用することで磁気抵抗変化量ΔＲＡが大きく、さらに、ＣｏＦｅＡｌ膜に接してＣｏＦｅＮｉを主成分とする界面磁性層３８を設けることで、さらに、磁気抵抗変化量ΔＲＡを増加させることができる。したがって、高出力の磁気抵抗効果素子を実現できる。
【００７２】
なお、図６に示す第３例のＧＭＲ膜６０において、第２固定磁化層３６と非磁性金属層３７との間に、図５に示す下部第２界面磁性層５３をさらに設けてもよい。これにより、磁気抵抗変化量ΔＲＡをいっそう増加できる。
【００７３】
次に第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子の実施例を説明する。
【００７４】
［実施例１］
実施例１は、図２に示す第２例のＧＭＲ膜の構成を有する磁気抵抗効果素子を作製したものである。実施例１のＮｏ．１〜Ｎｏ．５のサンプルの共通する構成を以下のようにした。
【００７５】
下地層：ＮｉＣｒ（４ｎｍ）
下部反強磁性層：ＩｒＭｎ（５ｎｍ）
下部第１固定磁化層：ＣｏＦｅ（３．５ｎｍ）
下部非磁性結合層：Ｒｕ（０．７５ｎｍ）
下部第２固定磁化層：Ｃｏ50Ｆｅ20Ａｌ30（４ｎｍ）
下部非磁性金属層：Ｃｕ（３．５ｎｍ）
下部界面磁性層：ＣｏＮｉＦｅ
自由磁化層：Ｃｏ50Ｆｅ20Ａｌ30
上部界面磁性層：ＣｏＮｉＦｅ
上部非磁性金属層：Ｃｕ（３．５ｎｍ）
上部第２固定磁化層：Ｃｏ50Ｆｅ20Ａｌ30（４ｎｍ）
上部非磁性結合層：Ｒｕ（０．７５ｎｍ）
上部第１固定磁化層：ＣｏＦｅ（３．５ｎｍ）
上部反強磁性層：ＩｒＭｎ（５ｎｍ）
保護層：Ｒｕ（５ｎｍ）
なお、括弧内の数値は膜厚を示している。また、実施例１のＮｏ．１〜Ｎｏ．５のサンプルは、下部および上部界面磁性層のＣｏＮｉＦｅ膜の組成および膜厚を次に説明する図７に示している。
【００７６】
さらに、自由磁化層のＣｏ50Ｆｅ20Ａｌ30の膜厚は、下部界面磁性層、自由磁化層、および上部界面磁性層の飽和磁束密度膜厚積（飽和磁束密度Ｂｓ×膜厚ｔ）の総和が同一となるように設定した。また、比較のため、比較例として下部および上部界面磁性層を省略した以外は実施例１と同様のサンプルを比較例１として作製した。なお、比較例１の自由磁化層の飽和磁束密度膜厚積の値を実施例１のＮｏ．１〜Ｎｏ．５のサンプルと同一に設定した。
【００７７】
実施例１のＮｏ．１〜Ｎｏ．５および比較例１の各サンプルを以下のようにして作製した。
【００７８】
最初に、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）とこれを覆うＮｉＦｅ（５０ｎｍ）の積層膜を形成し、次いで上記の組成および膜厚を有する下地層〜保護層までを超高真空（真空度：２×１０-6Ｐａ以下）雰囲気において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。
【００７９】
次いで、下部および上部固定磁化積層体の磁化の方向を固定す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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。素子サイズは０．１〜０．６μｍ2に設定した。
【００８２】
このようにして得られた実施例１のサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．５および比較例１のそれぞれについて、外部磁界を−７．９ｋＡ／ｍ〜７．９ｋＡ／ｍの範囲で掃引し、磁気抵抗変化量ΔＲ値を測定し、磁気抵抗曲線を得た。自由磁化層と下部および上部界面磁性層の積層体の保磁力は、得られた磁気抵抗曲線のヒステリシスから求めた。
【００８３】
図７は、実施例１の下部および上部界面磁性層のＣｏＮｉＦｅ膜の組成および膜厚と保磁力との関係を示す図である。
【００８４】
図７を参照するに、実施例１のサンプルＮｏ．１〜５のＣｏＮｉＦｅ膜の組成は、図４に示すＣｏＮｉＦｅ膜の組成領域ＰＱＲＳＴＰ内である。実施例１のサンプルＮｏ．１〜５では、比較例１に対して、ＣｏＮｉＦｅ膜の膜厚が０．３ｎｍにおいて総ての組成で保磁力が低減されている。これは、自由磁化層のＣｏＦｅＡｌ膜の上下に下部および上部界面磁性層のＣｏＮｉＦｅ膜を接して設けることにより、これらの積層体の保磁力がＣｏＦｅＡｌ膜単体に対して低減されていることが分かる。
【００８５】
さらに、サンプルＮｏ．１およびＮｏ．３では、ＣｏＮｉＦｅ膜の膜厚が０．３ｎｍ〜０．９ｎｍの総ての範囲で、比較例１よりも保磁力が低減されており、保磁力が膜厚の増加に対して略一定になっている。したがって、ＣｏＮｉＦｅ膜の膜厚を２ｎｍまで増加させても保磁力が比較例１よりも増加しないことが容易に推察される。また、サンプルＮｏ．１およびＮｏ．３のＣｏＮｉＦｅ膜の組成よりも高Ｎｉ含有量ではＣｏＮｉＦｅ膜単体での保磁力は低下傾向にあるので、図３に示す領域ＡＢＣＤＡ内でかつＦｅ含有量が３０原子％以下でかつＮｉ含有量が２０原子％以上の組成では、ＣｏＮｉＦｅ膜の膜厚が０．３ｎｍ〜２．０ｎｍの範囲で、自由磁化層と下部および上部界面磁性層の積層体の保磁力は自由磁化層単体の保磁力に対して低減されることが容易に推察される。
【００８６】
また、実施例２として、実施例１のサンプルＮｏ．４の構成で、下部および上部界面磁性層のＣｏＦｅＮｉ膜の膜厚を０．３ｎｍに設定したサンプルを実施例１とは別の実験で作製した。また、比較例２として、比較例１と同様の構成で、実施例２と同じ実験において作製した。
【００８７】
図８は、実施例２および比較例２の保磁力と磁気抵抗変化量ΔＲＡを示す図である。図８に示す保磁力は、実施例２では自由磁化層と下部および上部界面磁性層の積層体の保磁力であり、比較例２では自由磁化層単体の保磁力である。保磁力は実施例１と同様の方法で測定した。
【００８８】
図８を参照するに、実施例２は、自由磁化層と下部および上部界面磁性層の積層体の保磁力が比較例の自由磁化層の保磁力よりも低減されている。これは、下部および上部界面磁性層のＣｏＮｉＦｅ膜を自由磁化層に接して設けたことによる保磁力低減効果を示している。さらに、実施例２は、比較例２よりも磁気抵抗変化量ΔＲＡが増加している。これは、ＣｏＮｉＦｅ膜によりスピン依存界面散乱が増加したことによるものである。
【００８９】
なお、磁気抵抗変化量ΔＲＡは、以下のようにして求めた。まず、磁気抵抗変化量ΔＲの測定し、次いで、磁気抵抗変化量ΔＲ値の平均値と接合面積Ａとから単位面積の磁気抵抗変化量ΔＲＡを求めた。磁気抵抗変化量ΔＲの測定は、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−７９ｋＡ／ｍ〜７９ｋＡ／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、磁気抵抗曲線を得た。そして、磁気抵抗曲線の最大値と最小値との差から磁気抵抗変化量ΔＲを求めた。
【００９０】
（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に示す磁気ヘッドの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。
【００９１】
図９〜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〜第３例のＴＭＲ膜の断面図である。
【００９２】
図９〜図１１を参照するに、第１例〜第３例のＴＭＲ膜７０〜７２は、先の図２、図５および図６に示したＧＭＲ膜３０，５０，６０において、非磁性金属層（下部非磁性金属層）３７、および上部非磁性金属層４７を、それぞれ絶縁材料からなる非磁性絶縁層（下部非磁性絶縁層）３７ａ，上部非磁性絶縁層４７ａに置き換えた以外は同様の構成からなる（以下、下部非磁性絶縁層３７ａおよび上部非磁性絶縁層４７ａを非磁性絶縁層３７ａ，４７ａと略称する。）。
【００９３】
非磁性絶縁層３７ａ，４７ａ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，４７ａは、結晶質のＭｇＯであることが好ましく、特にトンネル抵抗変化率が増加する点で、ＭｇＯの（００１）面は、膜面に略平行であることが好ましい。また、非磁性絶縁層３７ａ，４７ａ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。
【００９４】
非磁性絶縁層３７ａ，４７ａ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。
【００９５】
単位面積の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。単位面積の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３６，４６の分極率が大きいほど増加する。分極率は、絶縁層（非磁性絶縁層３７ａ，４７ａ）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３６，４６）の分極率である。ＣｏＦｅＡｌ膜のスピン依存バルク散乱係数は、従来用いられてきたＮｉＦｅやＣｏＦｅ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ＣｏＦｅＡｌ膜を用いることで、単位面積のトンネル抵抗変化量の増加が見込まれる。また、第２固定磁化層３６，４６にＣｏＦｅＡｌ膜を用いることで、単位面積のトンネル抵抗変化量の増加もまた見込まれる。
【００９６】
自由磁化層３９のＣｏＦｅＡｌ膜の組成範囲は、第１の実施の形態で説明した自由磁化層のＣｏＦｅＡｌ膜の組成範囲と同様の範囲（図４に示す領域ＰＱＲＳＴＰ）内の組成範囲、あるいは、領域ＰＵＶＷＸＹＰ内の組成範囲に設定される。これにより、自由磁化層３９の保磁力が低減される。
【００９７】
さらに、自由磁化層３９のＣｏＦｅＡｌ膜の上下に接してＣｏＦｅＮｉを主成分とする下部および上部界面磁性層３８，４８を設けることで、自由磁化層３９と下部および上部界面磁性層３８，４８との積層体の保磁力が低減される。その結果、高出力で信号磁界に対する感度が良好なＴＭＲ膜を有する磁気抵抗効果素子を実現できる。
【００９８】
（第３の実施の形態）
図１２は、本発明の実施の第２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。
【００９９】
図１２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。
【０１００】
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。
【０１０１】
磁気ヘッド１０８は、図１に示したように、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。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。磁気抵抗効果素子は、第１の実施の形態の第１例〜第３例のＧＭＲ膜の何れか、あるいは、第２の実施の形態の第１例〜第３例のＴＭＲ膜の何れかを備える。したがって、磁気抵抗効果素子は単位面積の磁気抵抗変化量ΔＲＡ、あるいは単位面積のトンネル抵抗変化量が大きく、高出力である。さらに、自由磁化層の保磁力が低減されているので感度が高い。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１２に示すものに限定されるものではない。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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で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。
【０１０４】
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）  反強磁性層と、固定磁化層と、非磁性層と、自由磁化層とが積層されてなるＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子であって、
前記自由磁化層はＣｏＦｅＡｌ膜を含み、
前記ＣｏＦｅＡｌ膜の非磁性層側にＣｏＦｅＡｌ膜と接してＣｏＦｅＮｉを主成分とする界面磁性層を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
（付記２）  前記固定磁化層は、反強磁性層側から第１の固定磁化層と、非磁性結合層と、第２の固定磁化層とが積層してなり、
前記第２の固定磁化層がＣｏＦｅＡｌ膜からなり、
前記第２の固定磁化層の第１の非磁性層側にＣｏＦｅＮｉを主成分とする他の界面磁性層を有す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）  反強磁性層と、固定磁化層と、第１の非磁性層と、自由磁化層と、第２の非磁性層と、他の固定磁化層と、他の反強磁性層とが積層してなるＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子であって、
前記自由磁化層はＣｏＦｅＡｌ膜を含み、
前記ＣｏＦｅＡｌ膜の第１の非磁性層側、およびＣｏＦｅＡｌ膜の第２の非磁性層側の少なくとも一方の側に、ＣｏＦｅＡｌ膜と接してＣｏＦｅＮｉを主成分とする界面磁性層を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
（付記４）  前記固定磁化層は、反強磁性層側から第１の固定磁化層と、非磁性結合層と、第２の固定磁化層とが積層してなり、
前記他の固定磁化層は、他の反強磁性層側から他の第１の固定磁化層と、他の非磁性結合層と、他の第２の固定磁化層とが積層してなり、
前記第２の固定磁化層および他の第２の固定磁化層がＣｏＦｅＡｌ膜からなり、
前記第２の固定磁化層の第１の非磁性層側、および他の第２の固定磁化層の第２の非磁性層側にＣｏＦｅＮｉを主成分とする他の界面磁性層を有することを特徴とする付記３記載の磁気抵抗効果素子。
（付記５）  前記界面磁性層あるいは他の界面磁性層は実質的にＣｏＮｉＦｅ膜からなり、
前記ＣｏＮｉＦｅ膜が、三元系の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量、Ｎｉ含有量、Ｆｅ含有量）として表すと、点Ａ（１０、５５、３５）、点Ｂ（１０、５、８５）、点Ｃ（８０、５、１５）、点Ｄ（８０、１５、５）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、および点Ａをこの順に直線で結んだ領域ＡＢＣＤＡの範囲内の組成を有することを特徴とする付記１〜４のうち、いずれか一項記載の磁気抵抗効果素子（但し、組成値は原子％で表す。）。
（付記６）  前記自由磁化層、第２の固定磁化層、および他の第２の固定磁化層のＣｏＦｅＡｌ膜が、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Ｐ（５５，１０，３５）、点Ｑ（３７．５，２７．５，３５）、点Ｒ（６２．５，２７．５，１０）、点Ｓ（７７．５，１２．５，１０）、点Ｔ（６２．５，１２．５，２５）として、点Ｐ、点Ｑ、点Ｒ、点Ｓ、点Ｔ、および点Ｐ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１〜５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７）  前記自由磁化層のＣｏＦｅＡｌ膜が、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Ｐ（５５，１０，３５）、点Ｕ（５０，１５，３５）、点Ｖ（５０，２０，３０）、点Ｗ（５５，２５，２０）、点Ｘ（６０，２５，１５）、点Ｙ（７０，１５，１５）として、点Ｐ、点Ｕ、点Ｖ、点Ｗ、点Ｘ、点Ｙ、および点Ｐ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６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８）  前記非磁性層が非磁性金属からなることを特徴とする付記１〜７のうち、いずれか一項記載の磁気抵抗効果素子。
（付記９）  前記非磁性層が酸化物または窒化物からなる非磁性絶縁材料からなることを特徴とする付記１〜７のうち、いずれか一項記載の磁気抵抗効果素子。
（付記１０）  付記１〜９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１１）  付記１〜９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、磁気記録媒体とを備える磁気記憶装置。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【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】下部および上部界面磁性層のＣｏＮｉＦｅ膜の組成を示す図である。
【図４】自由磁化層のＣｏＦｅＡｌ膜の組成と保磁力との関係を示す図である。
【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２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３例のＧＭＲ膜の断面図である。
【図７】実施例１の下部および上部界面磁性層のＣｏＮｉＦｅ膜の組成および膜厚と保磁力との関係を示す図である。
【図８】実施例２および比較例２の保磁力と磁気抵抗変化量ΔＲＡを示す図である。
【図９】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１０】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１１】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１２】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。
【符号の説明】
【０１０６】
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    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）
３３，５１    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    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    界面磁性層（下部界面磁性層）
３９    自由磁化層
４０    保護層
４２    上部反強磁性層
４３，５２    上部固定磁化積層体
４４    上部第１固定磁化層
４５    上部非磁性結合層
４６    上部第２固定磁化層
４７    上部非磁性金属層
４７ａ  上部非磁性絶縁層
４８    上部界面磁性層
５３    下部第２界面磁性層
５４    上部第２界面磁性層
７０〜７２    トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）膜
１００    磁気記憶装置
【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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