(57)【要約】【課題】  素子製造プロセスにおける熱処理工程に対して、直列抵抗の増加によるＭＲ特性の低下のような特性の劣化の無い磁気抵抗効果素子を提供する。【解決手段】  反強磁性体層３と固定強磁性体層１１と第１非磁性体層７と自由強磁性体層８と第１酸化物層５とを具備する磁気抵抗効果素子を用いる。反強磁性体層３は、基板１の上面側に形成されている。固定強磁性体層１１は、反強磁性体層３の上に形成されている。第１非磁性体層７は、固定強磁性体層１１の上に形成されている。自由強磁性体層８は、第１非磁性体層７の上に形成されている。第１酸化物層５は、反強磁性体層３と第１非磁性体層７との間に設けられている。第１酸化物層５は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物で、導電性を有するように形成され、室温以下の温度で強磁性体又は反強磁性体である。【選択図】      図３
2007027493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上面側に形成された反強磁性体層と、
前記反強磁性体層の上に形成された固定強磁性体層と、
前記固定強磁性体層の上に形成された第１非磁性体層と、
前記第１非磁性体層の上に形成された自由強磁性体層と、
前記反強磁性体層と前記第１非磁性体層との間に設けられた第１酸化物層と
を具備し、
前記第１酸化物層は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物で、導電性を有するように形成され、室温以下の温度で強磁性体又は反強磁性体である
磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
基板の上面側に形成された自由強磁性体層と、
前記自由強磁性体層の上に形成された第１非磁性体層と、
前記第１非磁性体層の上に形成された固定強磁性体層と、
前記固定強磁性体層の上に形成された反強磁性体層と、
前記反強磁性体層と前記第１非磁性体層との間に形成された第１酸化物層と
を具備し、
前記第１酸化物層は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物で、導電性を有するように形成され、室温以下の温度で強磁性体又は反強磁性体である
磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の磁気抵抗効果素子において、
前記第１酸化物層は、前記固定強磁性体層に含まれている
磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の磁気抵抗効果素子において、
前記固定強磁性体層は、
前記反強磁性体層側に形成された第１固定強磁性体層と、
前記第１固定強磁性体層の前記第１非磁性体層側に形成された第２非磁性体層と、
前記第２非磁性体層の前記第１非磁性体層側に形成された第２固定強磁性体層と
を備える
磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
請求項４に記載の磁気抵抗効果素子において、
前記第１酸化物層は、前記第２非磁性体層と前記反強磁性体層との間に形成されている
磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
請求項５に記載の磁気抵抗効果素子において、
前記第１酸化物層は、前記第１固定強磁性体層に含まれている
磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子において、
前記第１酸化物層は、ＬａＴｉＯ３、ＣｅＴｉＯ３、ＳｒＶＯ３、Ｌａ１−ＸＳｒＸＶＯ３、ＣａＣｒＯ３、Ｌａ１−ＸＳｒＸＭｎＯ３、ＣａＦｅＯ３、ＳｒＦｅＯ３、ＳｒＣｏＯ３、Ｌａ１−ＸＳｒＸＣｏＯ３、ＣａＲｕＯ３、ＳｒＲｕＯ３、Ｃａ１−ＸＳｒＸＲｕＯ３、Ｂａ５／６Ｓｒ１／６ＲｕＯ３、ＣｒＯ２、ＶｎＯ２ｎ−１、Ｌａ２ＮｉＯ４で構成される群のうちから選択される少なくともひとつの材料で形成されている
磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子において、
前記反強磁性体層がＭｎを含む合金である
磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
基板の上面側に反強磁性体層を形成する工程と、
前記反強磁性体層の上に第１酸化物層を含む固定強磁性体層を形成する工程と、
前記固定強磁性体層の上に第１非磁性体層を形成する工程と、
前記第１非磁性体層の上に自由強磁性体層を形成する工程と
を具備し、
前記第１酸化物層は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物で、導電性を有するように形成され、室温以下の温度で強磁性体又は反強磁性体である
磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１０】
基板の上面側に自由強磁性体層を形成する工程と、
前記自由強磁性体層の上に第１非磁性体層を形成する工程と、
前記第１非磁性体層の上に第１酸化物層を含む固定強磁性体層を形成する工程と、
前記固定強磁性体層の上に反強磁性体層を形成する工程と
を具備し、
前記第１酸化物層は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物で、導電性を有するように形成され、室温以下の温度で強磁性体又は反強磁性体である
磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記固定強磁性体層を形成する工程は、
前記反強磁性体層側に前記第１酸化物層を含む第１固定強磁性体層を形成する工程と、
前記第１固定強磁性体層の前記第１非磁性体層側に第２非磁性体層を形成する工程と、
前記第２非磁性体層の前記第１非磁性体層側に第２固定強磁性体層を形成する工程と
を備える
磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法において、
前記第１酸化物層は、ＬａＴｉＯ３、ＣｅＴｉＯ３、ＳｒＶＯ３、Ｌａ１−ＸＳｒＸＶＯ３、ＣａＣｒＯ３、Ｌａ１−ＸＳｒＸＭｎＯ３、ＣａＦｅＯ３、ＳｒＦｅＯ３、ＳｒＣｏＯ３、Ｌａ１−ＸＳｒＸＣｏＯ３、ＣａＲｕＯ３、ＳｒＲｕＯ３、Ｃａ１−ＸＳｒＸＲｕＯ３、Ｂａ５／６Ｓｒ１／６ＲｕＯ３、ＣｒＯ２、ＶｎＯ２ｎ−１、Ｌａ２ＮｉＯ４で構成される群のうちから選択される少なくともひとつの材料で形成されている
磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１３】
複数のメモリセルを具備し、
前記複数のメモリセルは、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の一端に接続された選択スイッチと
を備える
磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項１４】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子を有し、前記磁気抵抗効果素子で磁気記録媒体の磁界を感知する再生部と、
前記再生部から所定のギャップだけ離れて設けられ、磁気記録媒体にデータを書き込む書込み部と
を具備する
磁気ヘッド。
【請求項１５】
データを保持する磁気記録媒体と、
前記磁気記録媒体にデータを記録し、又は、データを読み出す請求項１４に記載の磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッドと磁気記録媒体とを駆動する駆動部と、
前記磁気記録媒体のデータの記録又は読み出しに関する信号処理を行う制御部と
を具備する
磁気記録装置。
【請求項１６】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の一端に接続された第１端子と、
前記磁気抵抗効果素子の他端に接続された第２端子と
を具備する
磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子およびその製造方法に関し、特に、磁気ランダムアクセスメモリのメモリセル、磁気ディスク装置における再生用磁気ヘッド、あるいは磁気センサに用いられる磁気抵抗効果素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ランダムアクセスメモリ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ； 以下「ＭＲＡＭ」ともいう）、再生用磁気ヘッド、磁気センサに用いられる磁気抵抗効果素子が知られている。磁気抵抗効果素子は、磁場を感知すると抵抗が変化する。現在、磁気抵抗効果素子として、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子が一般に用いられている。ＧＭＲ素子は、Ｃｕなどの導電性非磁性層の上下を強磁性体層で挟んだ構造をもっている。磁気抵抗効果素子として、強磁性トンネル接合（ＴＭＲ）素子が期待されている。ＴＭＲ素子はＧＭＲ素子よりも室温での磁気抵抗変化率（ＭＲ比）が大きいことから、ＭＲＡＭや再生用磁気ヘッドに有望である。
【０００３】
強磁性トンネル接合は、二つの強磁性体層の間に数オングストロームから数ｎｍという極薄のトンネルバリア層を挟んだ構造を持つ。この接合を有するＴＭＲ素子は、下部強磁性体層の自発磁化の向きと上部強磁性体層の自発磁化の向きとの相対角が小さいときにトンネル確率が高く、大きいときにトンネル確率が低い。この現象により、磁気抵抗効果が現れる。トンネルバリア層は一般にアルミニウム（Ａｌ）などの金属を酸化することで得られる。
【０００４】
このＴＭＲ素子をＭＲＡＭや再生用磁気ヘッドのような微少な磁場で動作するデバイスに応用するために、スピンバルブ型と呼ばれる積層膜が提案されている。このスピンバルブ型ＴＭＲ積層膜では、トンネルバリア層を挟む一方の強磁性体層の自発磁化の向きが外部磁場に対して自由に動くことができ、他方の強磁性体層の自発磁化の向きが固定される。自発磁化の向きが固定されている強磁性体層は固定強磁性体層と、自発磁化の向きが自由に動く強磁性体層は自由強磁性体層と呼ばれている。この方法により、固定強磁性体層の自発磁化の向きと自由強磁性体層の自発磁化の向きとの間の磁化方向の相対角を容易に変化させることができる。自発磁化の向きを固定する方法としては、一般に固定強磁性体層となる強磁性体層を反強磁性体層上に積層し、双方の膜の界面に生じる交換結合磁場によって固定強磁性体層の磁化を固定する、交換結合方式が一般的である。反強磁性体層としては、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎなどのＭｎを含む合金が多く用いられている。
【０００５】
なお、この固定強磁性体層を磁性層単層とせず、強磁性体層／非磁性体層／強磁性体層の３層構造とする場合もある。この構造は、自由強磁性体層の磁化反転時の磁場の大きさを調整するために用いられる。この構造は、積層フェリ構造という。このとき、非磁性体層には１．０ｎｍ以下の極薄Ｒｕなどが用いられる。
【０００６】
図１は、従来のＴＭＲ積層膜の積層構造の一例を示す断面図である。図１は固定強磁性体層が磁性層単層のＴＭＲ積層膜の一例である。ＴＭＲ積層膜１１０は、基板１０１、バッファ層１２、反強磁性体層１０３、固定強磁性体層１０４、第１非磁性体層１０７、自由強磁性体層１０８、キャップ層１０９を具備する。なお、各層は二層以上の構造を取る場合もある。
【０００７】
図２は、従来のＴＭＲ積層膜の積層構造の一例を示す断面図である。図２は固定強磁性体層が積層フェリ構造のＴＭＲ積層膜の一例である。ＴＭＲ積層膜１１０は、基板１１１、バッファ層１１２、反強磁性体層１１３、第１非磁性体層１１７、自由強磁性体層１１８、キャップ層１１９、固定強磁性体層１１４／第２非磁性体層１１５／固定強磁性体層１１６という三層構造を有する固定層１２１を具備する。なお、各層は二層以上の構造を取る場合もある。
【０００８】
このＴＭＲ積層膜をＭＲＡＭや再生用磁気ヘッドに応用する場合、ＴＭＲ積層膜には製造プロセスにおける高温でのプロセスに耐える耐熱性が必要である。例えば、ＭＲＡＭに応用する場合、半導体回路の形成工程を用いる必要があるため、３５０℃以上の耐熱性が求められることが想定される。しかし、このような高熱で熱処理を施すと、ＴＭＲ積層膜の磁気抵抗効果が劣化しＭＲ比が低減することが知られている。
【０００９】
この劣化の原因の一つは、固定層（固定強磁性体層）／反強磁性体層の界面における相互拡散とされている。熱処理温度が上昇すると、反強磁性体層のＭｎ合金中のＭｎが拡散し、このＭｎがトンネルバリア層／固定層の界面に達するとトンネルバリアの性質に影響を及ぼし、磁気抵抗効果を劣化させると考えられている（例えば、Ｓ．Ｃａｒｄｏｓｏ，ｅｔ  ａｌ，“Ｓｐｉｎ−ｔｕｎｎｅｌ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  ａｎｄ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｉｎｔｅｒｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ａｂｏｖｅ  ３００℃”，“ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ”，ｖｏｌ．７６，２０００，ｐ．６１０−６１２）。
【００１０】
このＭｎ拡散を抑制する技術として、第１非磁性体層（酸化アルミニウム）と固定層（固定強磁性体層：ＣｏＦｅ）との間に酸化鉄（ＦｅＯｘ）層を挿入したＴＭＲ積層膜が報告されている（Ｚｏｎｇｚｈｉ  Ｚｈａｎｇ，ｅｔ  ａｌ，“４０％  ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ａｆｔｅｒ  ａｎｎｅａｌ  ａｔ  ３８０℃  ｆｏｒ  ｔｕｎｎｅｌ  ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ  ｗｉｔｈ  Ｉｒｏｎ−ｏｘｉｄｅ  ｉｎｔｅｒ  ｌａｙｅｒｓ”，“ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ”，ｖｏｌ．８９，２００１，ｐ．６６６５−６６６７）。この技術により、３８０℃の熱処理でも４０％のＭＲ比が得られている。しかし、この方法では大きなＭＲ比の得られる熱処理条件のマージンが狭い。そのため、製造の際の歩留まりが上がらないこと、酸化物層が高抵抗層となり接合抵抗を増大させること、などの問題がある。
【００１１】
Ｍｎ拡散を抑制する他の技術として、固定層（固定強磁性体層：ＣｏＦｅ）中にＣｏＦｅＯｘ層を挿入し、固定層をＣｏＦｅ／ＣｏＦｅＯｘ／ＣｏＦｅとする構成が開示されている（落合  隆夫ら、“ピン層にＣｏＦｅ／ＣｏＦｅＯｘ／ＣｏＦｅを用いた強磁性トンネル接合の耐熱性の改善”、“日本応用磁気学会誌”、２７巻、２００３、ｐ．３０７−３１０）。この技術により、最大のＭＲ比４７％が３５０℃熱処理後に得られている。しかし、この方法でも大きなＭＲ比の得られる熱処理条件のマージンは狭い。例えば３００℃熱処理後ではＭＲ比は約２５％、４００℃熱処理後ではＭＲ比は約２０％となるなど、安定した手法とは言えない。また、この構成でも酸化物層が高抵抗層となり接合抵抗を増大させる問題がある。
【００１２】
関連する技術として特開２００４−４７５８３号公報に、磁気抵抗効果素子、磁気メモリ、磁気ヘッド及び磁気記憶装置が開示されている。この従来技術では、反強磁性層の結晶粒の大きさと固定強磁性体層の厚さを規定し、Ｍｎの粒界拡散の影響を抑制すると記載されている。しかし、ある熱処理温度、あるいはある熱処理時間から急激にＭＲ比が低減するという問題が生じている。この問題は特に、各層をスパッタ成膜するときの条件である、到達真空度、基板温度、スパッタガス圧力、スパッタ電力で異なっている。例えば、スパッタガス厚を０．１Ｐａから１Ｐａへと高くすると、熱処理温度が３００℃程度と低くても、ＭＲ比は低減した。すなわち、耐熱性に優れたＴＭＲ膜を作成するためには、成膜条件を厳密に制御する必要があることを意味し、製造歩留まりの低下、製造コストの増加を招く原因となる。更に、粒界制御層である式Ｍ−Ｘで示される組成を有する強磁性材料が、アモルファス構造である場合を開示している。具体的にはＣｏＦｅＢやＮｉＦｅＢが開示されている。しかし、これらのアモルファス構造膜は、高温での熱処理で結晶化し粒界を生じる。加えて、３００℃以下の熱処理であってもＢの拡散が生じ、反強磁性体層のＭｎの拡散とは別に、Ｂの拡散によってトンネルバリア特性を劣化させている。
【００１３】
特開２００１−６９３２号公報に磁気抵抗効果膜とこれを用いた磁気読み取りセンサが開示されている。この磁気抵抗効果膜は、規則型反強磁性体層と、これに接合される固定強磁性体構造部と、第１の非磁性体導電層と、少なくとも一層以上の磁性層を有する自由強磁性体層部とを有する磁気抵抗効果膜である。上記固定強磁性体構造部が、第１の強磁性体層と第２非磁性体層と、第２の強磁性体層との三層構造を一組以上含む多層膜構造である。上記第１及び第２の強磁性体層の自発磁化の向きが、互いに平行もしくは平行成分を含む。しかし、この三層構造では第２非磁性体層を介した第１の強磁性体層と第２の強磁性体層が磁気的相互作用を保つこと自体が困難である。そのため、第１及び第２の強磁性層の自発磁化の向きが、互いに平行もしくは平行成分を含むことが難しく、該三層構造が固定層として機能しにくい欠点を持つ。
【００１４】
また、固定強磁性体層／反強磁性体層の構造をＣｏＦｅ／ＣｏＦｅＴａＯｘ／ＰｔＭｎとするＴＭＲ積層膜が開示されている（Ｙｏｓｈｉｙｕｋｉ  Ｆｕｋｕｍｏｔｏ，ｅｔ  ａｌ，“Ｈｉｇｈ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｔｕｎｎｅｌ  ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ  ｗｉｔｈ  ｏｘｉｄｅ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｂａｒｒｉｅｒ  ｌａｙｅｒｓ”，“ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ”，ｖｏｌ．８４，２００４，ｐ．２３３−２３５）。ＣｏＦｅＴａＯｘは磁性を持つアモルファス膜となり、Ｍｎの粒界拡散を抑制することができる。３８０℃、１時間のアニールの後もＭｎ原子がＣｏＦｅＴａＯｘ層にトラップされていることがＴＥＭにより観察されている。しかしＣｏＦｅＴａＯｘは十分な酸素を供給し、化学量論的組成を実現すれば磁性のない絶縁体となる系であり、磁性を持ち金属的に伝導するＣｏＦｅＴａＯｘを成膜するためには酸素流量を厳しく制御する必要がある。この手法では目的の組成を持つＣｏＦｅＴａＯｘを成膜するのに困難が伴い、製造歩留まりの低下に繋がる欠点を持つ。
【００１５】
特開２０００−２４２９１３号公報に磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果型ヘッドが開示されている。この磁気抵抗効果素子は、第１の強磁性層、非磁性層、第２の強磁性層、酸化物反強磁性体、金属反強磁性体が順次積層された構成を有する。ここで開示されている酸化物強磁性体は、ＮｉＯ、ＣｏＯ、α−Ｆｅ２Ｏ３膜である。これらはいずれも化学量論的組成で導電性を持つ物質ではない。これらの膜に導電性を持たせるためには、化学量論的組成よりも酸素量を減じる必要がある。そのため、組成比の制御が必要であり、製造歩留まりの低下の要因となりうる。加えて、化学量論比からずれているため、膜質の長期安定性に悪影響のある恐れが考えられる。更に、酸化物強磁性体としてのＮｉＯ、ＣｏＯ、α−Ｆｅ２Ｏ３膜は、金属反強磁性体と共に反強磁性体層として固定層（第２の強磁性層）の自発磁化の向きを固定する旨記載されている。すなわち、この酸化物強磁性体は、反強磁性体層の一部である。
【００１６】
特開２００２−１５０５１４号公報に磁気抵抗効果型磁気ヘッド及び磁気記録再生装置が開示されている。この磁気抵抗効果型磁気ヘッドは、反強磁性体膜と固定強磁性体層と非磁性体膜と自由強磁性体層とが順に形成されている。固定強磁性体層は、一対の強磁性体膜の間に酸化物層が形成されている。該酸化物層の膜厚が５×１０−１０ｍ以上３０×１０−１０ｍ以下である。該酸化物層がＭｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｔｉ，Ｚｒのうち少なくとも１種類以上の元素を含むものである。しかし、絶縁体層を拡散防止層として用いた場合、直列抵抗を付与することになる。そのため、ＭＲ特性を低下させることになる。
【００１７】
特開２００１−３５２１１２号公報に磁気抵抗効果素子及び磁気抵抗効果型磁気ヘッドが開示されている。この磁気抵抗効果素子は、反強磁性体層と、固定強磁性体層と、非磁性体層と自由強磁性体層が順次積層した多層膜である。固定強磁性体層は、外部磁界により容易には磁化回転しない。自由強磁性体層は、外部磁界により容易に磁化回転が可能である。反強磁性体層、固定強磁性体層、非磁性体層、自由強磁性体層のいずれかの層中か、または、反強磁性体層、固定強磁性体層、非磁性体層及び自由強磁性体層のいずれかの界面に酸化物層を形成している。かつ反強磁性体層、固定強磁性体層、非磁性体層及び自由強磁性体層から選ばれる少なくとも一つの層（以下「ω層」とする）と、酸化物層との間に、ω層の酸化を抑制するための酸素拡散防止層を形成している。酸素拡散防止層が、Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｒｕ，Ｎｉ及びＮｉ１−ｘＭｘ合金（ただしＭはＦｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｔａのうち一種以上、０≦Ｘ＜４０、Ｘは原子組成比）から選ばれる少なくとも一つを主成分としても良い。酸化物層が元素Ｄ（ただし、ＤはＡｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｆｅ，Ｃｏ及びＮｉから選ばれる少なくとも１種の元素）を主成分とする酸化物からなっていても良い。この場合も酸素拡散防止層が絶縁層となり、直列抵抗を付与することになってＭＲ特性を低下させることになる。
【００１８】
特開２００２−１５８３８１号公報に強磁性トンネル接合素子およびその製造方法が開示されている。この強磁性トンネル接合素子は、Ｍｎを含む反強磁性体層と、反強磁性体層上に形成された、第１及び第２の２つの強磁性体層の間に絶縁層またはアモルファス磁性層を挟んだ構造を有する固定強磁性体層と、固定強磁性体層上に形成されたトンネルバリア層と、前記トンネルバリア層上に形成された自由強磁性体層とを具備する。固定強磁性体層の絶縁層またはアモルファス磁性層が、Ｍｎの拡散を防止する機能を有していても良い。固定強磁性体層との第１の強磁性体層を酸化雰囲気、窒化雰囲気または炭化雰囲気に曝露して、固定強磁性体層の絶縁層を形成しても良い。
【００１９】
関連する技術として特開平８−１９４９２１号公報に磁気抵抗センサと磁気再生装置が開示されている。この磁気抵抗センサは、第１強磁性層と第２強磁性層との間に非磁性層が挿入され、第１強磁性層と第２強磁性層のうちいずれか一方に反強磁性層が接合され、非磁性層が前記いずれか一方の強磁性層を介して一対の電極に接続され、第１強磁性層の磁化と第２強磁性層の磁化の向きの差による抵抗変化特性を示す磁気抵抗センサにおいて、第１強磁性層と第２強磁性層との間に挿入された非磁性層は複数の非磁性層で構成されている。
【００２０】
３５０℃以上の熱処理工程に対して特性が劣化せず耐熱性のある磁気抵抗効果素子が望まれる。製造が比較的容易で製造歩留まりが高く、製造コストの低い磁気抵抗効果素子が望まれる。耐熱性が高く、製造が比較的容易で製造歩留まりが高く、直列抵抗の増加によるＭＲ特性の低下を起こさない磁気抵抗効果素子が望まれる。耐熱性が高く、製造歩留まりが高く、製造コストの低い磁気ランダムアクセスメモリ、磁気ヘッド及び磁気記憶装置が望まれる。
【００２１】
【特許文献１】特開２００４−４７５８３号
【特許文献２】特開２００１−６９３２号
【特許文献３】特開２０００−２４２９１３号
【特許文献４】特開２００２−１５０５１４号
【特許文献５】特開２００１−３５２１１２号
【特許文献６】特開２００２−１５８３８１号
【特許文献７】特開平８−１９４９２１号
【非特許文献１】Ｓ．Ｃａｒｄｏｓｏ，ｅｔ  ａｌ，“Ｓｐｉｎ−ｔｕｎｎｅｌ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  ａｎｄ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｉｎｔｅｒｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ａｂｏｖｅ  ３００℃”，“ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ”，ｖｏｌ．７６，２０００，ｐ．６１０−６１２
【非特許文献２】Ｚｏｎｇｚｈｉ  Ｚｈａｎｇ，ｅｔ  ａｌ，“４０％  ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ａｆｔｅｒ  ａｎｎｅａｌ  ａｔ  ３８０℃  ｆｏｒ  ｔｕｎｎｅｌ  ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ  ｗｉｔｈ  Ｉｒｏｎ−ｏｘｉｄｅ  ｉｎｔｅｒ  ｌａｙｅｒｓ”，“ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ”，ｖｏｌ．８９，２００１，ｐ．６６６５−６６６７
【非特許文献３】落合  隆夫ら、“ピン層にＣｏＦｅ／ＣｏＦｅＯｘ／ＣｏＦｅを用いた強磁性トンネル接合の耐熱性の改善”、“日本応用磁気学会誌”、２７巻、２００３、ｐ．３０７−３１０
【非特許文献４】Ｙｏｓｈｉｙｕｋｉ  Ｆｕｋｕｍｏｔｏ，ｅｔ  ａｌ，“Ｈｉｇｈ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｔｕｎｎｅｌ  ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ  ｗｉｔｈ  ｏｘｉｄｅ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｂａｒｒｉｅｒ  ｌａｙｅｒｓ”，“ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ”，ｖｏｌ．８４，２００４，ｐ．２３３−２３５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明の目的は、素子製造プロセスにおける熱処理工程に対して、直列抵抗の増加によるＭＲ特性の低下のような特性の劣化が無く、耐熱性が高い磁気抵抗効果素子およびその製造方法、及びその磁気抵抗効果素子を有する磁気ランダムアクセスメモリ、磁気ヘッド及び磁気記憶装置を提供することにある。
【００２３】
本発明の他の目的は、製造が比較的容易で製造歩留まりが高く、製造コストの低い磁気抵抗効果素子およびその製造方法、及びその磁気抵抗効果素子を有する磁気ランダムアクセスメモリ、磁気ヘッド及び磁気記憶装置を提供することにある。
【００２４】
本発明の更に他の目的は、素子製造プロセスにおける熱処理工程に対して、直列抵抗の増加によるＭＲ特性の低下のような特性の劣化が無く、耐熱性が高く、製造が比較的容易で製造歩留まりが高く、製造コストの低い磁気抵抗効果素子およびその製造方法、及びその磁気抵抗効果素子を有する磁気ランダムアクセスメモリ、磁気ヘッド及び磁気記憶装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
以下に、発明を実施するための最良の形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００２６】
上記課題を解決するために、本発明の磁気抵抗効果素子は、反強磁性体層（３、２４）と、固定強磁性体層（１１、３５）と、第１非磁性体層（７、３０）と、自由強磁性体層（８、３１）と、第１酸化物層（５、２６）とを具備する。反強磁性体層（３、２４）は、基板（１、２１）の上面側に形成されている。固定強磁性体層（１１、３５）は、反強磁性体層（３、２４）の上に形成されている。第１非磁性体層（７、３０）は、固定強磁性体層（１１、３５）の上に形成されている。自由強磁性体層（８、３１）は、第１非磁性体層（７、３０）の上に形成されている。第１酸化物層（５、２６）は、反強磁性体層（３、２４）と第１非磁性体層（７、３０）との間に設けられている。第１酸化物層（５、２６）は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物で、導電性を有するように形成され、室温以下の温度で強磁性体又は反強磁性体である。
【００２７】
上記課題を解決するために、本発明の磁気抵抗効果素子は、自由強磁性体層（８、３１）と、第１非磁性体層（７、３０）と、固定強磁性体層（１１、３５）と、反強磁性体層（３、２４）と、第１酸化物層（５、２６）とを具備する。自由強磁性体層（８、３１）は、基板（１、２１）の上面側に形成されている。第１非磁性体層（７、３０）は、自由強磁性体層（８、３１）の上に形成されている。固定強磁性体層（１１、３５）は、第１非磁性体層（７、３０）の上に形成されている。反強磁性体層（３、２４）は、固定強磁性体層（１１、３５）の上に形成されている。第１酸化物層（５、２６）は、反強磁性体層（３、２４）と第１非磁性体層（７、３０）との間に形成されている。第１酸化物層（５、２６）は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物で、導電性を有するように形成され、室温以下の温度で強磁性体又は反強磁性体である。
【００２８】
上記の磁気抵抗効果素子において、第１酸化物層（５）は、固定強磁性体層（１１）に含まれている。
【００２９】
上記の磁気抵抗効果素子において、固定強磁性体層（３５）は、反強磁性体層（２４）側に形成された第１固定強磁性体層（３４）と、第１固定強磁性体層（３４）の第１非磁性体層（３０）側に形成された第２非磁性体層（２８）と、第２非磁性体層（２８）の第１非磁性体層（３０）側に形成された第２固定強磁性体層（２９）とを備える。
【００３０】
上記の磁気抵抗効果素子において、第１酸化物層（２６）は、第２非磁性体層（２８）と反強磁性体層（２４）との間に形成されている。
【００３１】
上記の磁気抵抗効果素子において、第１酸化物層（５）は、第１固定強磁性体層（３４）に含まれている。
【００３２】
上記の磁気抵抗効果素子において、第１酸化物層（５、２６）は、ＬａＴｉＯ３、ＣｅＴｉＯ３、ＳｒＶＯ３、Ｌａ１−ＸＳｒＸＶＯ３、ＣａＣｒＯ３、Ｌａ１−ＸＳｒＸＭｎＯ３、ＣａＦｅＯ３、ＳｒＦｅＯ３、ＳｒＣｏＯ３、Ｌａ１−ＸＳｒＸＣｏＯ３、ＣａＲｕＯ３、ＳｒＲｕＯ３、Ｃａ１−ＸＳｒＸＲｕＯ３、Ｂａ５／６Ｓｒ１／６ＲｕＯ３、ＣｒＯ２、ＶｎＯ２ｎ−１、Ｌａ２ＮｉＯ４で構成される群のうちから選択される少なくともひとつの材料で形成されている。
【００３３】
上記の磁気抵抗効果素子において、反強磁性体層（３、２４）がＭｎを含む合金である。
【００３４】
上記課題を解決するために、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、基板（１、２１）の上面側に反強磁性体層（３、２４）を形成する工程と、反強磁性体層（３、２４）の上に第１酸化物層（５、２６）を含む固定強磁性体層（１１、３５）を形成する工程と、固定強磁性体層（１１、３５）の上に第１非磁性体層（７、３０）を形成する工程と、第１非磁性体層（７、３０）の上に自由強磁性体層（８、３１）を形成する工程とを具備する。第１酸化物層（５、２６）は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物で、導電性を有するように形成され、室温以下の温度で強磁性体又は反強磁性体である。
【００３５】
上記課題を解決するために、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、基板（１、２１）の上面側に自由強磁性体層（８、３１）を形成する工程と、自由強磁性体層（８、３１）の上に第１非磁性体層（７、３０）を形成する工程と、第１非磁性体層（７、３０）の上に第１酸化物層（５、２６）を含む固定強磁性体層（１１、３５）を形成する工程と、固定強磁性体層（１１、３５）の上に反強磁性体層（３、２４）を形成する工程とを具備する。第１酸化物層（５、２６）は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物で、導電性を有するように形成され、室温以下の温度で強磁性体又は反強磁性体である。
【００３６】
上記の磁気抵抗効果素子の製造方法において、固定強磁性体層（３５）を形成する工程は、反強磁性体層（２４）側に第１酸化物層（５）を含む第１固定強磁性体層（３４）を形成する工程と、第１固定強磁性体層（３４）の第１非磁性体層（３０）側に第２非磁性体層（２８）を形成する工程と、第２非磁性体層（２８）の第１非磁性体層（３０）側に第２固定強磁性体層（２９）を形成する工程とを備える。
【００３７】
上記の磁気抵抗効果素子の製造方法において、第１酸化物層（５、２６）は、ＬａＴｉＯ３、ＣｅＴｉＯ３、ＳｒＶＯ３、Ｌａ１−ＸＳｒＸＶＯ３、ＣａＣｒＯ３、Ｌａ１−ＸＳｒＸＭｎＯ３、ＣａＦｅＯ３、ＳｒＦｅＯ３、ＳｒＣｏＯ３、Ｌａ１−ＸＳｒＸＣｏＯ３、ＣａＲｕＯ３、ＳｒＲｕＯ３、Ｃａ１−ＸＳｒＸＲｕＯ３、Ｂａ５／６Ｓｒ１／６ＲｕＯ３、ＣｒＯ２、ＶｎＯ２ｎ−１、Ｌａ２ＮｉＯ４で構成される群のうちから選択される少なくともひとつの材料で形成されている。
【００３８】
上記課題を解決するために、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、複数のメモリセル（６０）を具備する。複数のメモリセル（６０）は、上記各項のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子（５５＝１０、４０）と、磁気抵抗効果素子（５５）の一端に接続された選択スイッチ（５６）とを備える。
【００３９】
上記課題を解決するために本発明の磁気ヘッドは、再生部（６９）と、書込み部（６１）とを具備する。再生部（６９）は、上記いずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子（１０、４０）を有し、磁気抵抗効果素子（１０、４０）で磁気記録媒体の磁界を感知する。書込み部（６１）は、再生部（６９）から所定のギャップだけ離れて設けられ、磁気記録媒体にデータを書き込む。
【００４０】
上記課題を解決するために本発明の磁気記録装置は、磁気記録媒体（７５）と、磁気ヘッド（７０）と、駆動部（７３）と、制御部（７４）とを具備する。磁気記録媒体（７５）は、データを保持する。磁気ヘッド（７０）は、磁気記録媒体（７５）にデータを記録し、又は、データを読み出す上記に記載のものである。駆動部（７３）は、磁気ヘッド（７０）と磁気記録媒体（７５）とを駆動する。制御部（７４）は、磁気記録媒体（７５）のデータの記録又は読み出しに関する信号処理を行う。
【００４１】
上記課題を解決するために本発明の磁気センサは、上記いずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子（１０、４０）と、磁気抵抗効果素子（１０、４０）の一端に接続された第１端子（８２）と、磁気抵抗効果素子（１０、４０）の他端に接続された第２端子（８３）とを具備する。
【発明の効果】
【００４２】
本発明により、素子製造プロセスにおける熱処理工程に対して、直列抵抗の増加によるＭＲ特性の低下のような特性の劣化が無く、耐熱性が高い磁気抵抗効果素子を得ることができる。製造が比較的容易で製造歩留まりが高く、製造コストの低い磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の磁気抵抗効果素子およびその製造方法の第１の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。図３は、本発明の磁気抵抗効果素子の第１の実施の形態の構成を示す断面図である。この磁気抵抗効果素子１０は、バッファ層２、反強磁性体層３、固定層１１、第１非磁性体層７、自由強磁性体層８、キャップ層９、第１酸化物層５を具備している。バッファ層２は、半導体基板（素子や配線が設けられていても良い）のような基板１上に設けられている。反強磁性体層３は、基板１の上面側に形成されている。ここでは、バッファ層２上に設けられている。固定層１１は、反強磁性体層３の上に形成されている。第１非磁性体層７は、固定層１１の上に設けられている。自由強磁性体層８は、第１非磁性体層７の上に形成されている。キャップ層９は、自由強磁性層８の上に形成されている。
【００４４】
第１酸化物層５は、反強磁性体層３と第１非磁性体層７との間に設けられている。例えば、反強磁性体層３及び第１非磁性体層７のうちのいずれかと接するように設けられていても良い。または、固定層１１に含まれていても良い。図３の例では、固定層１１に含まれていている例を示している。すなわち、固定層１１は、固定強磁性体層４、第１酸化物層５、固定強磁性体層６を備えている。固定強磁性体層４は、反強磁性体層３の上に形成されている。第１酸化物層５は、固定強磁性体層４の上に形成されている。固定強磁性体層６は、第１酸化物層５の上に形成されている。これにより、反強磁性体層３の物質が拡散した場合でも、その物質が第１非磁性体層７又はその近傍に到達する前に、第１酸化物層５はその拡散の障壁になることができる。
【００４５】
第１酸化物層５は、磁気抵抗効果素子１０の動作温度（動作により、自身又は周辺が発熱して温度が上がった場合には、その上がった温度を含む）において、強磁性体ないし反強磁性体であることが好ましい。例えば、動作温度が室温又はそれ以下の温度であれば、第１酸化物層５は、室温又はそれ以下の温度において強磁性体ないし反強磁性体である。これにより、固定層１１の残部（固定強磁性体層４及び固定強磁性体層６）の固定層としての機能を妨げない他、固定層としての機能を持たせることもできる。
【００４６】
第１酸化物層５は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物材料で、導電性を有するように形成されていることが好ましい。導電性を有することにより、電流に対する抵抗にならないので、磁気抵抗効果素子１０における直列抵抗の増加によるＭＲ特性の低下を防止することができる。化学量論的組成の物質は、物質として安定的な状態にあると考えられるので、製造中や動作中においても安定していると考えられる。すなわち、長期的な劣化を防止することができる。
【００４７】
第１酸化物層５は、ＬａＴｉＯ３、ＣｅＴｉＯ３、ＳｒＶＯ３、Ｌａ１−ＸＳｒＸＶＯ３、ＣａＣｒＯ３、Ｌａ１−ＸＳｒＸＭｎＯ３、ＣａＦｅＯ３、ＳｒＦｅＯ３、ＳｒＣｏＯ３、Ｌａ１−ＸＳｒＸＣｏＯ３、ＣａＲｕＯ３、ＳｒＲｕＯ３、Ｃａ１−ＸＳｒＸＲｕＯ３、Ｂａ５／６Ｓｒ１／６ＲｕＯ３、ＣｒＯ２、ＶｎＯ２ｎ−１、Ｌａ２ＮｉＯ４で構成される群のうちから選択される少なくともひとつの材料で形成されている。
【００４８】
これらの物質は、以下の性質を有している点で好ましい。
（１）化学量論的組成の物質は、物質として安定的な状態であると考えられる。したがって、化学量論的組成から積極的にずらした組成の物質を製造する場合と比較して、組成比の制御のような特別な制御をする必要が少なく製造が容易である。
（２）化学量論的組成の物質は、物質として安定的な状態にあると考えられる。したがって、一旦製造されれば、他の製造プロセス中や動作中においても膜として安定していると考えられる。すなわち、膜自身の劣化が起こりにくく信頼性が高い。
（３）磁気抵抗効果素子１０の製造プロセス（例示：少なくとも４００℃以下）において、高い耐熱性を有している。このため、製造プロセス中に、自身の物質が拡散することがなく、反強磁性体層３からの物質の拡散に対する障壁となりうる。
（４）磁気抵抗効果素子１０の使用される状況で想定される動作温度において、強磁性体ないし反強磁性体である。このため、固定層１１の残部の固定層としての機能を妨げない他、固定層としての機能を持たせることもできる。
（５）化学量論的組成において導電性を持っている。このため、磁気抵抗効果素子１０における直列抵抗の増加によるＭＲ特性の低下を防止することができる。
【００４９】
次に、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法の第１の実施の形態について説明する。
まず、基板１上にバッファ層２を形成する。次に、基板１の上面側におけるバッファ層２上に、反強磁性体層３を形成する。続いて、反強磁性体層３の上に固定強磁性体層４を形成する。その後、固定強磁性体層４の上に第１酸化物層５を形成する。ただし、第１酸化物層５は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物で、導電性を有するように形成される。続いて、第１酸化物層５の上に固定強磁性体層６を形成する。これにより、固定層１１（固定強磁性体層４、第１酸化物層５及び固定強磁性体層６）が形成される。その後、固定層１１の上に第１非磁性体層７を形成する。次に、第１非磁性体層７の上に自由強磁性体層８を形成する。続いて、自由強磁性体層８の上にキャップ層９を形成する。
【００５０】
なお、成膜方法としては、スパッタ法やＣＶＤ法など従来知られた成膜方法を使用することができる。なお、酸化膜については、上記方法のほか、金属膜を成膜後、その金属膜を酸化雰囲気中で熱処理する方法や酸素プラズマで処理する方法で酸化して形成することも可能である。
【００５１】
このようにして、図３の磁気抵抗効果素子１０が製造される。
【００５２】
上記の磁気抵抗効果素子１０は上下逆であっても良い。それを示しているのが、図４である。図４は、本発明の磁気抵抗効果素子の第１の実施の形態の構成の変形例を示す断面図である。この磁気抵抗効果素子１０ａは、バッファ層２、自由強磁性体層８、第１非磁性体層７、固定層１１、反強磁性体層３、キャップ層９、第１酸化物層５を具備している。バッファ層２は、基板１上に設けられている。自由強磁性体層８は、基板１の上面側に形成されている。ここでは、バッファ層２上に設けられている。第１非磁性体層７は、自由強磁性体層８の上に設けられている。固定層１１は、第１非磁性体層７の上に形成されている。反強磁性体層３は、固定層１１の上に形成されている。キャップ層９は、反強磁性層３の上に形成されている。
【００５３】
第１酸化物層５は、反強磁性体層３と第１非磁性体層７との間に設けられている。例えば、反強磁性体層３及び第１非磁性体層７のうちのいずれかと接するように設けられていても良い。または、固定層１１に含まれていても良い。図４の例では、固定層１１に含まれていている例を示している。すなわち、固定層１１は、固定強磁性体層６、第１酸化物層５、固定強磁性体層４を備えている。固定強磁性体層６は、第１非磁性体層７の上に形成されている。第１酸化物層５は、固定強磁性体層６の上に形成されている。固定強磁性体層４は、第１酸化物層５の上に形成されている。これにより、反強磁性体層３の物質が拡散した場合でも、その物質が第１非磁性体層７又はその近傍に到達する前に、その拡散の障壁になることができる。
【００５４】
第１酸化物層５におけるその他の構成及び性質については、図３の場合と同様であるのでその説明を省略する。この場合にも、図３の場合と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
次に、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法の第１の実施の形態の変形例について説明する。
まず、基板１上にバッファ層２を形成する。次に、基板１の上面側におけるバッファ層２上に、自由強磁性体層８を形成する。続いて、自由強磁性体層８の上に第１非磁性体層７を形成する。その後、第１非磁性体層７の上に固定強磁性体層６を形成する。次に、固定強磁性体層６の上に第１酸化物層５を形成する。ただし、第１酸化物層５は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物で、導電性を有するように形成される。続いて、第１酸化物層５の上に固定強磁性体層４を形成する。これにより、固定層１１（固定強磁性体層６、第１酸化物層５及び固定強磁性体層４）が形成される。その後、固定層１１の上に反強磁性体層３を形成する。続いて、反強磁性体層３の上にキャップ層９を形成する。
【００５６】
なお、成膜方法としては、スパッタ法やＣＶＤ法など従来知られた成膜方法を使用することができる。なお、酸化膜については、上記方法のほか、金属膜を成膜後、その金属膜を酸化雰囲気中で熱処理する方法や酸素プラズマで処理する方法で酸化して形成することも可能である。
【００５７】
このようにして、図４の磁気抵抗効果素子１０ａが製造される。
【００５８】
本発明では、第１非磁性体層７とＭｎを含む反強磁性体層３との間に、化学量論的組成で導電性を持つ酸化物層であり、室温又はそれ以下の温度で強磁性体もしくは反強磁性体である第１酸化物層５をＭｎ拡散防止層として挿入している。Ｍｎ拡散防止層は微結晶構造を持つことが望ましい。そのような構造を有する第１酸化物層５は通常のスパッタ法等でそれが実現できる。また、これらの導電性の第１酸化物層５は、熱的に安定である。また、第１酸化物層５は導電性を持つためＭＲ特性を劣化させることがない。また、第１酸化物層５は室温ないしそれ以下の温度で強磁性体ないし反強磁性体であるため、磁性膜に隣接あるいは挿入しても強磁性的ないし反強磁性的性質を持つため、ＴＭＲ膜の磁気的特性を保つことができる。
【００５９】
（第２の実施の形態）
以下、本発明の磁気抵抗効果素子およびその製造方法の第２の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。図５は、本発明の磁気抵抗効果素子の第２の実施の形態の構成を示す断面図である。この磁気抵抗効果素子４０は、下部電極層２２、バッファ層２３、反強磁性体層２４、固定層３５、第１非磁性体層３０、自由強磁性体層３１、上部電極層３２、第１酸化物層２６を具備している。下部電極層２２は、半導体基板（素子や配線が設けられていても良い）のような基板２１上に設けられている。バッファ層２３は、下部電極層２２の上に設けられている。反強磁性体層２４は、基板２１の上面側に形成されている。ここでは、バッファ層２３上に設けられている。固定層３５は、反強磁性体層２４の上に形成されている。第１非磁性体層３０は、固定層３５の上に設けられている。自由強磁性体層３１は、第１非磁性体層３０の上に形成されている。上部電極層３２は、自由強磁性層３１の上に形成されている。
【００６０】
第１酸化物層２６は、反強磁性体層２４と第１非磁性体層３０との間に設けられている。例えば、反強磁性体層２４及び第１非磁性体層３０のうちのいずれかと接するように設けられていても良い。または、固定層３５に含まれていても良い。図３の例では、固定層３５に含まれていている例を示している。すなわち、固定層３５は、固定強磁性体層３４、第２非磁性体層２８、第２固定強磁性体層２９を備えている。固定強磁性体層３４は、反強磁性体層２４の上に形成されている。固定強磁性体層３４は、第１固定強磁性体層２５と第１酸化物層２６と第１固定強磁性体層２７とをこの順に積層して含む。第２非磁性体層２８は、第１固定強磁性体層２７の上に形成されている。第２固定強磁性体層２９は、第２非磁性体層２８の上に形成されている。これにより、反強磁性体層２４の物質が拡散した場合でも、その物質が第１非磁性体層３０又はその近傍に到達する前に、第１酸化物層２６はその拡散の障壁になることができる。
【００６１】
ここで、第１酸化物層２６の材料の種類、機能、特徴（性質）、効果については、第１の実施の形態における第１酸化物層５と同様であるのでその説明を省略する。
【００６２】
次に、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法の第２の実施の形態について説明する。
まず、基板２１上に下部電極層２２を形成する。続いて、下部電極層２２の上にバッファ層２３を形成する。次に、基板２１の上面側におけるバッファ層２３上に、反強磁性体層２４を形成する。続いて、反強磁性体層２４の上に第１固定強磁性体層２５を形成する。その後、第１固定強磁性体層２５の上に第１酸化物層２６を形成する。ただし、第１酸化物層２６は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物で、導電性を有するように形成される。続いて、第１酸化物層２６の上に第１固定強磁性体層２７を形成する。次に、第１固定強磁性体層２７の上に第２非磁性体層２８を形成する。その後、第２非磁性体層２８の上に第２固定強磁性体層２９を形成する。これにより、固定強磁性体層３４（第１固定強磁性体層２５、第１酸化物層２６及び第１固定強磁性体層２７）が形成される。同時に、固定層３５（固定強磁性体層３４、第２非磁性体層２８及び第２固定強磁性体層２９）が形成される。その後、固定層３５の上に第１非磁性体層３０を形成する。次に、第１非磁性体層３０の上に自由強磁性体層３１を形成する。続いて、自由強磁性体層３１の上に上部電極層３２を形成する。
【００６３】
なお、成膜方法としては、スパッタ法やＣＶＤ法など従来知られた成膜方法を使用することができる。なお、酸化膜については、上記方法のほか、金属膜を成膜後、その金属膜を酸化雰囲気中で熱処理する方法や酸素プラズマで処理する方法で酸化して形成することも可能である。
【００６４】
このようにして、図５の磁気抵抗効果素子１０が製造される。
【００６５】
上記の磁気抵抗効果素子４０は上下逆であっても良い。それを示しているのが、図６である。図６は、本発明の磁気抵抗効果素子の第２の実施の形態の構成の変形例を示す断面図である。この磁気抵抗効果素子４０ａは、下部電極層２２、バッファ層２３、自由強磁性体層３１、第１非磁性体層３０、固定層３５、反強磁性体層２４、上部電極層３２、第１酸化物層２６を具備している。下部電極層２２は、半導体基板（素子や配線が設けられていても良い）のような基板２１上に設けられている。バッファ層２３は、下部電極層２２の上に設けられている。自由強磁性体層３１は、基板２１の上面側に形成されている。ここでは、バッファ層２３上に設けられている。第１非磁性体層３０は、自由強磁性層３１の上に形成されている。固定層３５は、第１非磁性体層３０の上に形成されている。反強磁性体層２４は、固定層３５の上に設けられている。上部電極層３２は、反強磁性体層２４の上に形成されている。
【００６６】
第１酸化物層２６は、反強磁性体層２４と第１非磁性体層３０との間に設けられている。例えば、反強磁性体層２４及び第１非磁性体層３０のうちのいずれかと接するように設けられていても良い。または、固定層３５に含まれていても良い。図６の例では、固定層３５に含まれていている例を示している。すなわち、固定層３５は、第２固定強磁性体層２９、第２非磁性体層２８、固定強磁性体層３４を備えている。第２固定強磁性体層２９は、第１非磁性体層３０の上に形成されている。第２非磁性体層２８は、第２固定強磁性体層２９の上に形成されている。固定強磁性体層３４は、第１固定強磁性体層２７と第１酸化物層２６と第１固定強磁性体層２５とをこの順に積層して含む。固定強磁性体層３４は、第２非磁性体層２８の上に形成されている。これにより、反強磁性体層２４の物質が拡散した場合でも、その物質が第１非磁性体層３０又はその近傍に到達する前に、第１酸化物層２６はその拡散の障壁になることができる。
【００６７】
ここで、第１酸化物層２６の材料の種類、機能、特徴（性質）、効果については、第１の実施の形態における第１酸化物層５と同様であるのでその説明を省略する。
【００６８】
次に、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法の第２の実施の形態について説明する。
まず、基板２１上に下部電極層２２を形成する。続いて、下部電極層２２の上にバッファ層２３を形成する。次に、基板２１の上面側におけるバッファ層２３上に、自由強磁性体層３１を形成する。続いて、自由強磁性体層３１の上に第１非磁性体層３０を形成する。その後、第１非磁性体層３０の上に第２固定強磁性体層２９を形成する。続いて、第２固定強磁性体層２９の上に第２非磁性体層２８を形成する。次に、第２非磁性体層２８の上に第１固定強磁性体層２７を形成する。その後、第１固定強磁性体層２７の上に第１酸化物層２６を形成する。ただし、第１酸化物層２６は、化学量論的組成において導電性を持つ酸化物で、導電性を有するように形成される。次に、第１酸化物層２６の上に第１固定強磁性体層２５を形成する。これにより、固定強磁性体層３４（第１固定強磁性体層２７、第１酸化物層２６及び第１固定強磁性体層２５）が形成される。同時に、固定層３５（第２固定強磁性体層２９、第２非磁性体層２８及び固定強磁性体層３４）が形成される。その後、固定層３５の上に反強磁性体層２４を形成する。続いて、反強磁性体層２４の上に上部電極層３２を形成する。
【００６９】
なお、成膜方法としては、スパッタ法やＣＶＤ法など従来知られた成膜方法を使用することができる。なお、酸化膜については、上記方法のほか、金属膜を成膜後、その金属膜を酸化雰囲気中で熱処理する方法や酸素プラズマで処理する方法で酸化して形成することも可能である。
【００７０】
このようにして、図６の磁気抵抗効果素子４０ａが製造される。
【００７１】
本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
（実施例）
本発明の磁気抵抗効果素子の実施例について図５を参照して以下に説明する。
基板２１は、例えば、絶縁膜が形成された半導体基板やガラス基板などに例示される。電子素子や配線が設けられていても良い。下部電極層２２は、基板２１の上面側に形成されている。その材料は、例えば、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｕから選択される少なくとも一種類の金属や少なくとも一種類を含む合金、あるいはＴａＮ、ＴｉＮなどの金属の窒化物が好ましい。これにより抵抗値の小さい下部電極層２２を実現できる。バッファ層２３は、下部電極層２２の上に形成されている。その材料は、例えば、ＮｉＦｅ、ＮｉＣｒ、ＮｉＦｅＣｒ、Ｒｕ、Ｃｕが好ましい。これにより、バッファ層２３上に積層される反強磁性体層２４の結晶性を制御することができる。
【００７３】
反強磁性体層２４は、バッファ層６４の上に積層されている。その材料は、例えばＭｎ−Ｘのような反強磁性体が好ましい。ただし、ＸはＰｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される少なくとも一種類の金属である。これにより第１固定強磁性体層２５の自発磁化の向きを固定することができる。第１固定強磁性体層２５、第１酸化物層２６、第１固定強磁性体層２７、第２非磁性体層２８及び第２固定強磁性体層２９は、自発磁化の向きを固定する層として作用する。これらの各層については後述する。
【００７４】
第１非磁性体層３０は、第２固定強磁性体層２９の上に形成されている。第１非磁性体層３０をトンネルバリア層とする場合、第１非磁性体層３０の材料は、非磁性の絶縁体または半導体であれば特に限定されない。例えば、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＩＩａ〜ＶＩａ族およびＩＩｂ〜ＩＶｂ族から選ばれる少なくとも一種の元素と、Ｆ、Ｏ、Ｃ、Ｎ及びＢから選ばれる少なくとも一種の元素との化合物を用いることが望ましい。特に絶縁性に優れかつ薄膜化が可能であり安定性や再現性にも優れているＡｌもしくはＭｇの酸化物、窒化物、または酸窒化物がより好ましい。
【００７５】
自由強磁性体層３１は、第１非磁性体層３０の上に形成されている。その材料は例えばＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される少なくとも一種類の金属を主成分とすることが望ましい。これらの金属及び合金はスピン分極率が高く、ＭＲ比の大きい磁気抵抗効果素子を得ることができる。また、その金属または合金が、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏから選ばれる少なくとも一種類の元素を含んでいても良い。これらの元素の添加により、磁気特性の改善が可能である。
【００７６】
上部電極層３２は、自由強磁性体層３１の上に形成されている。その材料は例えばＴａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｕから選択される少なくとも一種類の金属ないし少なくとも一種類の金属を含む合金か、窒化Ｔａ、窒化Ｔｉ等が適当である。これにより抵抗値の小さい上部電極層を実現できる。
【００７７】
固定層３５として作用する第１固定強磁性体層２５、第１酸化物層２６、第１固定強磁性体層２７、第２非磁性体層２８及び第２固定強磁性体層２９について説明する。
第１固定強磁性体層２５及び第１固定強磁性体層２７は、固定強磁性体層３４の下部及び上部である。その材料は例えばＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される少なくとも一種類の金属を主成分とすることが好ましい。また、その金属または合金が、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏから選ばれる少なくとも一種類の元素を含んでいても良い。これらの元素の添加により、磁気特性の改善が可能である。
【００７８】
第２固定強磁性体層２９は、その材料が例えばＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される少なくとも１種類の金属を主成分とすることが好ましい。また、その金属または合金が、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏから選ばれる少なくとも一種類の元素を含んでいても良い。これらの元素の添加により、磁気特性の改善が可能である。
【００７９】
第２非磁性体層２８は、この第２非磁性体層２８を挟んで第１固定強磁性体層２５及び第１固定強磁性体層２７と第２固定強磁性体層２９とが磁気的に相互作用を持ち、第１固定強磁性体層２５及び第１固定強磁性体層２７と第２固定強磁性体層２９の自発磁化の結合が反平行になる。第２非磁性体層２８の材料としてはＲｕ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒから選ばれる少なくとも一種の元素からなる金属もしくはその化合物であることが好ましい。
【００８０】
第１酸化物層２６は、室温又はそれ以下の温度で強磁性体となる導電性酸化物からなる第１酸化物層である。この図の例では、第１固定強磁性体層２５と第１固定強磁性体層２７との間に挿入されている。この第１酸化物層２６が、反強磁性体層２４のＭｎの拡散を抑制する層として働く。第１酸化物層２６の挿入場所は、第１固定強磁性体層２５と第１固定強磁性体層２７との間のみに限定されることはない。反強磁性体層２４と第１非磁性体層３０との間に挿入されればＭｎ拡散を抑制する層として働かせることができる。第１固定強磁性体層２５と第１固定強磁性体層２７との間以外のところに挿入すれば、第１固定強磁性体層２５と第１固定強磁性体層２７とは一体の第１固定強磁性体層となる。なお、第１酸化物層２６の挿入場所は、反強磁性体層２４と第２非磁性体層２９との間に挿入することがより好ましい。Ｍｎが第２非磁性体層２９内に拡散すると、第１固定強磁性体層２５及び第１固定強磁性体層２７と第２強磁性体層２９との自発磁化の結合が反平行になる効果が弱くなるためである。
【００８１】
なお、図５において第２非磁性体層２８、第２固定強磁性体層２９を使用せず、第１固定強磁性体層２５及び第１固定強磁性体層２７のみを使用する場合もある。このときにも第１酸化物層２６の挿入場所は第１固定強磁性体層２５と第１固定強磁性体層２７との間のみとは限らず、反強磁性体層２４と第１非磁性体層３０との間に挿入されればＭｎの拡散を抑制する層として働かせることができる。
【００８２】
第１酸化物層２６は、ＬａＴｉＯ３、ＣｅＴｉＯ３、ＳｒＶＯ３、Ｌａ１−ＸＳｒＸＶＯ３、ＬａＣｒＯ３、Ｌａ１−ＸＳｒＸＭｎＯ３、ＣａＦｅＯ３、ＳｒＦｅＯ３、ＳｒＣｏＯ３、Ｌａ１−ＸＳｒＸＣｏＯ３、ＣａＲｕＯ３、ＳｒＲｕＯ３、Ｃａ１−ＸＳｒＸＲｕＯ３、Ｂａ５／６Ｓｒ１／６ＲｕＯ３、ＣｒＯ２、ＶｎＯ２ｎ−１、Ｌａ２ＮｉＯ４のうちのいずれかを用いる。
【００８３】
以下、ＳｒＲｕＯ３を用いた場合の成膜方法を一例として説明する。図５の下部電極層２２、バッファ層２３、反強磁性体層２４及び第１固定強磁性体層２５を成膜し、第１固定強磁性体層２５の成膜の後に真空を破ることなく連続して第１酸化物層２６をスパッタリング法にて真空中で成膜する。このとき成膜チャンバの成膜前の真空度は３ｘ１０−６Ｐａ以下となることが好ましい。膜中に取り込まれる水素や水蒸気といった不純物を少なくするためである。第１酸化物層２６の成膜後、真空を破ることなく連続して第１固定強磁性体層２７を成膜する。図５の各層のうち必ずしも全ての膜を、真空を破ることなく連続して行う必要はない。第１酸化物層２６をスパッタリング法にて真空中で成膜する時にはＳｒＲｕＯ３ターゲットを用いる。成膜する際に純酸素を導入しても良い。
【００８４】
この導電性酸化物層（第１酸化物層２６）をＴＭＲ膜に適用した場合、この導電性酸化物層に要求される抵抗率はＴＭＲ膜の抵抗に対応して変化する。この導電性酸化物層の膜厚は特に制限を定めないが、現実的には極薄膜である必要があり０．１ｎｍ〜５ｎｍ程度である。抵抗Ｒと抵抗率ρ、膜厚ｄ、膜面積をＳとすると、膜に縦に流れる電流に発生する抵抗は
Ｒ（Ω）＝ρ（Ω・ｃｍ）×ｄ（ｃｍ）／Ｓ（ｃｍ２）                  （１）
から求められる。仮にトンネル抵抗を１００ｋΩ、導電性酸化物層の膜厚を１ｎｍ、ＴＭＲ素子面積を０．５μｍ２とするとＭＲ特性に与える影響をＭＲ比の１％以下に抑えるためには、１ｋΩ以下となれば良いのだから、ρ＜５０Ω・ｃｍでなければならない。仮にトンネル抵抗が５Ωであれば、ＭＲ特性に与える影響をＭＲ比の１％以下に抑えるためには、ρ＜２．５ｘ１０−３Ω・ｃｍが必要である。
【００８５】
本発明の磁気抵抗効果素子は、拡散抑制層として働く第１酸化物層２６を有している。この層によるＭｎの拡散を抑制する機能により、素子製造プロセスにおける熱処理に伴う第１非磁性体層３０へのＭｎの拡散を防止することができる。それにより、３５０℃以上の熱処理であっても、磁気抵抗効果素子の特性の劣化を防止することができる。それとともに製造歩留まりを向上させることができ、製造コストの低い磁気抵抗効果膜を得ることが可能となる。また、導電性酸化物としてあげたＬａＴｉＯ３、ＣｅＴｉＯ３、ＳｒＶＯ３、Ｌａ１−ＸＳｒＸＶＯ３、ＬａＣｒＯ３、Ｌａ１−ＸＳｒＸＭｎＯ３、ＣａＦｅＯ３、ＳｒＦｅＯ３、ＳｒＣｏＯ３、Ｌａ１−ＸＳｒＸＣｏＯ３、ＣａＲｕＯ３、ＳｒＲｕＯ３、Ｃａ１−ＸＳｒＸＲｕＯ３、Ｂａ５／６Ｓｒ１／６ＲｕＯ３、ＣｒＯ２、ＶｎＯ２ｎ−１、Ｌａ２ＮｉＯ４は概ね室温での抵抗率が１ｘ１０−３Ω・ｃｍ以下である。したがって、どの抵抗のＴＭＲ膜にも対応可能でＭＲ特性を低下させることはない。
【００８６】
なお、この技術はＴＭＲ膜ばかりではなく、ＧＭＲ膜にも応用することが可能である。この場合、図５の第１非磁性体層３０として導電性材料を用いる。このとき、非磁性のＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、ＲｕおよびＣｒから選ばれる少なくとも一種の元素を用いることが好ましい。このとき、上記元素の単体膜を用いても、合金膜を用いても良い。
【００８７】
上記第１の実施の形態及び第２の実施の形態において、自由強磁性体層３１は積層フェリ構造を有していても良い。すなわち、自由強磁性体層３１は、非磁性層を介して反強磁性的に結合した第１磁性層と第２磁性層とを備えていても良い。第１磁性層と第２磁性層の材料として、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎ及びこれらのうちの少なくとも一つを含む化合物から構成されるグループのうちから選択される材料が例示される。第１磁性層と第２磁性層２の膜厚として、１．５ｎｍ〜１０ｎｍが例示される。非磁性層の材料として、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ及びこれらのうちの少なくとも一つを含む化合物から構成されるグループから選択される材料が例示される。非磁性膜の膜厚として、０．４ｎｍ〜３ｎｍが例示される。
【００８８】
このような自由強磁性体層３１に積層フェリ構造を有する磁気抵抗効果素子は、通常のＭＲＡＭのほか、トグル型ＭＲＡＭに対しても同様に用いることができる。その場合にも、第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８９】
（第３の実施の形態）
第１及び第２の実施の形態で説明した磁気抵抗効果素子は、ＭＲＡＭに用いることができる。図７は、本発明のＭＲＡＭの実施の形態の構成を示すブロック図である。ＭＲＡＭは、メモリセルアレイ５１、複数の書き込みワード線５３、複数の読み出しワード線５２、複数のビット線５４、Ｘ側セレクタ４６、Ｘ側電流源回路５０、Ｘ側終端回路４７、Ｙ側セレクタ４８、Ｙ側電流終端回路４９、Ｙ側電流源回路４２、読み出し電流負荷回路４３及びセンスアンプ４５を具備する。
【００９０】
メモリセルアレイ５１は、メモリセル６０が行列に配列されている。Ｘ側セレクタ４６は、Ｘ軸方向に延設された複数の読み出しワード線５２及び複数の書き込みワード線５３から、読み出し動作時には所望の選択読み出しワード線５２ｓを、書き込み動作時には所望の選択書き込みワード線５３ｓを選択する。Ｘ側電流源回路５０は、書き込み動作時に、定電流を供給する。Ｘ側電流源終端回路４７は、複数の書き込みワード線５３を終端する。Ｙ側セレクタ４８は、Ｙ軸方向に延設された複数のビット線５４から、所望の選択ビット線５４ｓを選択する。読み出し電流負荷回路４３は、読み出し動作時に、選択されたメモリセル６０（選択セル６０ｓ）とリファレンスセル用のメモリセル６０ｒ（リファレンスセル）とに所定の電流を供給する。Ｙ側電流終端回路４９は、複数のビット線５４を終端する。センスアンプ４５は、リファレンスセル６０ｒにつながるリファレンス用のビット線５４ｒの電圧と、選択セル６０ｓにつながるビット線５４の電圧との差に基づいて、選択セル６０ｓのデータを出力する。
【００９１】
複数のメモリセル６０は、複数の読み出しワード線５２及び複数の書き込みワード線５３と、複数のビット線５４との交点の各々に対応して設けられている。メモリセル６０は、メモリセル６０の選択時に同時にＯＮとなるＭＯＳトランジスタ５６と、磁気抵抗効果素子５５とを含み、それらが直列に接続されている。磁気抵抗効果素子５は、データが“１”と“０”とで実効的な抵抗値が変わる（ＲとＲ＋ΔＲ）ので、可変抵抗器で示している。
【００９２】
図８は、本発明のＭＲＡＭの実施の形態における磁気抵抗効果素子の構成を示す断面図である。磁気抵抗効果素子５５（１０）は、キャップ層９を介して、上部をビット線５３に接続され、バッファ層２及び下部電極層１２を介してＭＯＳトランジスタ５６と接続されている。磁気抵抗効果素子５５は、第１及び第２の実施の形態で説明した磁気抵抗効果素子１０、１０ａ、４０、４０ａのいずれかと同じである。したがって、磁気抵抗効果素子５５の詳細について説明を省略する。磁気抵抗効果素子５５からやや離れた下部には、書き込みワード線５３が配線されている。
【００９３】
図８（ａ）に示す書き込み動作時には、この書込みワード線５３を流れる書き込み電流ＩＷＬと、ビット線５３を流れる書き込み電流ＩＢＬとが作る磁界により、自由強磁性体層８の自発磁化の向きを変化させて、磁気抵抗効果素子５５にデータを記憶する。
【００９４】
図８（ｂ）に示す読み出し動作時には、ビット線５４−磁気抵抗効果素子５５−ＭＯＳトランジスタ５６−接地の経路へ読み出し電流ＩＲを流して、磁気抵抗効果素子５５の抵抗を測定することにより、磁気抵抗効果素子５５のデータを読み出す。
【００９５】
本実施の形態においても、第１及び第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００９６】
（第４の実施の形態）
第１及び第２の実施の形態で説明した磁気抵抗効果素子は、磁気ヘッドの再生部に用いることができる。図９は、本発明の磁気ヘッドの実施の形態の構成を示す断面図である。磁気ヘッド７０は、磁気媒体にデータを書き込む書き込み部６１と、磁気媒体の磁界を感知する再生部６９とを具備する。
【００９７】
書き込み部６１は、第２磁気コア６２、非磁性絶縁体６３、コイル６４、第１磁気コア６５を備える。第１磁気コア６５は、再生部６９から離れて設けられている。第２磁気コア６２は、第１磁気コア６５に関して再生部６９と反対の側に、所定のギャップを形成するように、第１磁気コア６５から離れて設けられている。コイル６４は、第１磁気コア６５と第２磁気コア６２との間に絶縁層である非磁性絶縁体６３を介して設けられている。再生部６９は、上部シールド６６、磁気抵抗効果素子１０、下部電極層６７、非磁性絶縁体６８を備える。磁気抵抗効果素子１０は、第１及び第２の実施の形態で説明した磁気抵抗効果素子１０であり、第１及び第２の実施の形態で説明した磁気抵抗効果素子１０ａ、４０、４０ａのいずれかであっても良い。
【００９８】
このような磁気ヘッド７０において、再生部６９で磁気媒体のデータを読み出すとき、まず、磁気記録媒体が再生部６９へ接近される。このとき、磁気記録媒体の磁界により自由強磁性体層８の自発磁化の向きが変化することで、磁気抵抗効果素子１０の抵抗が変化する。上部シールド６６−磁気抵抗効果素子１０−下部電極層６７の経路へ電流を流していると、その抵抗の変化を感知することができる。それにより、磁気記録媒体の磁界を感知することができる。
【００９９】
また、上記の磁気ヘッドを適用して、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）などの磁気記録装置７８を構成することができる。図１０は、本発明の磁気記録装置の実施の形態の構成を示す概略図である。磁気記録装置７８は、磁気記録媒体７５、磁気ヘッド７０、駆動部７３、制御部７４を備える。磁気記録媒体７５は、磁気的にデータを記録する。磁気ヘッド７０は、磁気記録媒体７５の磁化を変化させ（磁気的にデータを書き込み）、及び、磁界の変化を感知する（磁気的にデータを読み出す）。図９に示しているように、本発明の磁気抵抗効果素子１０を含む。駆動部７３は、磁気ヘッド７０を保持するアーム部７１と、アーム部７１及び磁気記録媒体７５を駆動／制御する駆動制御部７２とを有する。制御部７４は、信号処理を行う。磁気ヘッドとして本発明の磁気ヘッド７０を用いることで熱に対する耐久性のある安定した磁気記録装置７８とすることができる。
【０１００】
（第５の実施の形態）
第１及び第２の実施の形態で説明した磁気抵抗効果素子は、磁気センサに用いることができる。図１１は、本発明の磁気センサの実施の形態の構成を示す概略図である。図１１（ａ）を参照して、磁気センサ８０は、上部電極層８２、磁気抵抗効果素子１０、下部電極層８３を具備する。磁気抵抗効果素子１０は、第１及び第２の実施の形態で説明した磁気抵抗効果素子１０であり、第１及び第２の実施の形態で説明した磁気抵抗効果素子１０ａ、４０、４０ａのいずれかであっても良い。上部電極層８２は、磁気抵抗効果素子１０の一端に接続されている。下部電極層８３は、磁気抵抗効果素子１０の他端に接続されている。
【０１０１】
磁気センサ８０は、外部磁界中に置かれ、その磁界により自由強磁性体層８の自発磁化の向きが変化して、磁気抵抗効果素子１０の抵抗が変化する。そのとき、上部電極層８２−磁気抵抗効果素子１０−下部電極層８３と電流が流されていると、その抵抗値の変化を読み取ることで磁界を感知することができる。本発明の磁気抵抗効果素子１０を磁気センサとすることで、耐熱性に優れた高感度の磁気センサ８０を実現することができる。
【０１０２】
図１１（ｂ）を参照すると、この磁気センサチップ９０は、二つの磁気センサ８０を角度９０度をつけて配置している。出力は端子８５から取り出す。この場合、それぞれが感知した磁界から、外部磁界の方向と大きさを検出することができる。この場合も、本発明の磁気抵抗効果素子１０を磁気センサとすることで、耐熱性に優れた高感度の磁気センサチップ９０を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】図１は、従来のＴＭＲ積層膜の積層構造の一例を示す断面図である。
【図２】図２は、従来のＴＭＲ積層膜の積層構造の一例を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の磁気抵抗効果素子の第１の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の磁気抵抗効果素子の第１の実施の形態の構成の変形例を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の磁気抵抗効果素子の第２の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の磁気抵抗効果素子の第２の実施の形態の構成の変形例を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明のＭＲＡＭのの実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、本発明のＭＲＡＭの実施の形態における磁気抵抗効果素子の構成を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の磁気ヘッドの実施の形態の構成を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の磁気記録装置の実施の形態の構成を示す概略図である。
【図１１】図１１は、本発明の磁気センサの実施の形態の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１、２１    基板
２、２３    バッファ層
３、２４    反強磁性体層
４、６、    固定強磁性体層
５、２６    第１酸化物層
７、３０    第１非磁性体層
８、３１    自由強磁性体層
９    キャップ層
１０、１０ａ、４０、４０ａ、５５    磁気抵抗効果素子
１１、３５    固定層
１２    下部電極層
２５、２７    第１固定強磁性体層
２８    第２非磁性体層
２９    第２固定強磁性体層
２２    下部電極層
３２    上部電極層
３４    固定強磁性体層
４２    Ｙ側電流源回路
４３    読み出し電流負荷回路
４５    センスアンプ
４６    Ｘ側セレクタ
４７    Ｘ側終端回路
４８    Ｙ側セレクタ
４９    Ｙ側電流終端回路
５０    Ｘ側電流源回路
５１    メモリセルアレイ
５２    読み出しワード線
５３    書き込みワード線
５４    ビット線
５５    磁気抵抗効果素子
５６    ＭＯＳトランジスタ
６０    メモリセル
６１    書き込み部
６２    第２磁気コア
６３    非磁性絶縁体
６４    コイル
６５    第１磁気コア
６６    上部シールド
６７    下部電極層
６８    磁性絶縁体
６９    再生部
７０    磁気ヘッド
７１    アーム部
７２    駆動制御部
７３    駆動部
７４    制御部
７５    磁気記録媒体
７８    磁気記録装置
８０    磁気センサ
８２    上部電極層
８３    下部電極層
８５    端子
９０    磁気センサチップ
１０１、１１１    基板
１０２、１１２    バッファ層
１０３、１１３    反強磁性体層
１０４、１１４、１１６    固定強磁性体層
１０７、１１７    第１非磁性体層
１１５    第２非磁性体層
１０８、１１８    自由強磁性体層
１０９、１１９    キャップ層
１１０、１２０    ＴＭＲ積層膜
１２１    固定層
【図１】
2007027493.tif 000003
【図２】
2007027493.tif 000004
【図３】
2007027493.tif 000005
【図４】
2007027493.tif 000006
【図５】
2007027493.tif 000007
【図６】
2007027493.tif 000008
【図７】
2007027493.tif 000009
【図８】
2007027493.tif 000010
【図９】
2007027493.tif 000011
【図１０】
2007027493.tif 000012
【図１１】
2007027493.tif 000013