(57)【要約】【課題】本発明の目的は、高出力でかつ磁界を検知する感度が良好な磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘッド、磁気記憶装置、および磁気メモリ装置を提供する。【解決手段】ＧＭＲ膜３０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、拡散防止層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。拡散防止層３８はＣｏ、Ｆｅ、およびＮｉからなる群のうち少なくとも１種の元素を含みかつＭｎを含まない強磁性材料からなり、自由磁化層３９を、三元系の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量，Ｍｎ含有量，Ａｌ含有量）として表すと、点Ａ（４４，２３，３３）、点Ｂ（４８，２５，２７）、点Ｃ（６０，２０，２０）、点Ｄ（６５，１５，２０）、点Ｅ（６５，１０，２５）、点Ｆ（６０，１０，３０）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、および点Ａをこの順にそれぞれ直線で結んだ領域ＡＢＣＤＥＦＡ内の組成から選択する。【選択図】図２
2007180470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定磁化層と、非磁性金属層と、自由磁化層と、が積層されたＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子であって、
前記自由磁化層はＣｏＭｎＡｌからなり、
前記非磁性金属層と自由磁化層との間に、該自由磁化層に含まれるＭｎの非磁性金属層への拡散を防止する拡散防止層を備え、
前記ＣｏＭｎＡｌが、三元系の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量，Ｍｎ含有量，Ａｌ含有量）として表すと、点Ａ（４４，２３，３３）、点Ｂ（４８，２５，２７）、点Ｃ（６０，２０，２０）、点Ｄ（６５，１５，２０）、点Ｅ（６５，１０，２５）、点Ｆ（６０，１０，３０）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、および点Ａ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磁気抵抗効果素子（但し、各含有量は原子％で表す。）。
【請求項２】
前記拡散防止層は、Ｃｏ、Ｆｅ、およびＮｉからなる群のうち少なくとも１種の元素を含み、かつＭｎを含まない強磁性材料からなることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記自由磁化層上に他の拡散防止層と、他の非磁性金属層と、他の固定磁化層と、がさらに積層してなることを特徴とする請求項１または２記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記固定磁化層は、第１の固定磁化層と、非磁性結合層と、第２の固定磁化層とがこの順に積層されてなり、該第２の固定磁化層と前記非磁性金属層との間にその他の拡散防止層をさらに備え、
前記第２の固定磁化層がＣｏＭｎＺ（但し、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。）からな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。
【請求項５】
固定磁化層と、非磁性絶縁層と、自由磁化層と、が積層されたＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子であって、
前記自由磁化層はＣｏＭｎＡｌからなり、
前記ＣｏＭｎＡｌが、三元系の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量，Ｍｎ含有量，Ａｌ含有量）として表すと、点Ａ（４４，２３，３３）、点Ｂ（４８，２５，２７）、点Ｃ（６０，２０，２０）、点Ｄ（６５，１５，２０）、点Ｅ（６５，１０，２５）、点Ｆ
（６０，１０，３０）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、および点Ａ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磁気抵抗効果素子（但し、各含有量は原子％で表す。）。
【請求項６】
前記非磁性絶縁層と自由磁化層との間に拡散防止層を備え、
前記拡散防止層は、Ｃｏ、Ｆｅ、およびＮｉからなる群のうち少なくとも１種の元素を含み、かつＭｎを含まない強磁性材料からなることを特徴とする請求項６記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
請求項１〜６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。
【請求項８】
請求項１〜６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。
【請求項９】
固定磁化層と、非磁性金属層と、自由磁化層と、が積層されたＣＰＰ型の磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜に磁界を印加して、前記自由磁化層の磁化を所定の方向に向ける書込手段と、
前記磁気抵抗効果膜にセンス電流を供給して抵抗値を検出する読出手段とを備え、
前記自由磁化層はＣｏＭｎＡｌからなり、
前記非磁性金属層と自由磁化層との間に、該自由磁化層に含まれるＭｎの非磁性金属層への拡散を防止する拡散防止層を備え、
前記ＣｏＭｎＡｌが、三元系の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量，Ｍｎ含有量，Ａｌ含有量）として表すと、点Ａ（４４，２３，３３）、点Ｂ（４８，２５，２７）、点Ｃ（６０，２０，２０）、点Ｄ（６５，１５，２０）、点Ｅ（６５，１０，２５）、点Ｆ（６０，１０，３０）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、および点Ａ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磁気メモリ装置（但し、各含有量は原子％で表す。）。
【請求項１０】
固定磁化層と、非磁性絶縁層と、自由磁化層と、が積層されたＣＰＰ型の磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜に磁界を印加して、前記自由磁化層の磁化を所定の方向に向ける書込手段と、
前記磁気抵抗効果膜にセンス電流を供給して抵抗値を検出する読出手段とを備え、
前記自由磁化層はＣｏＭｎＡｌからなり、
前記ＣｏＭｎＡｌが、三元系の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量，Ｍｎ含有量，Ａｌ含有量）として表すと、点Ａ（４４，２３，３３）、点Ｂ（４８，２５，２７）、点Ｃ（６０，２０，２０）、点Ｄ（６５，１５，２０）、点Ｅ（６５，１０，２５）、点Ｆ（６０，１０，３０）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、および点Ａ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磁気メモリ装置（但し、各含有量は原子％で表す。）。
【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、磁気ヘッド、磁気記憶装置、および磁気メモリ装置に関し、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、磁化が所定の方向に固定された固定磁化層と、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。スピンバルブ膜は、固定磁化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。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。
【０００４】
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）型の構造が採用されてきた。磁気記録装置のさらなる高記録密度化を図るためには、磁気記録媒体では、そ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。一方、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）の両方、すなわち素子断面積を低減する必要がある。この場合、ＣＩＰ型の構造では、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。
【０００５】
そこで、スピンバルブ膜の積層方向、すなわち、固定磁化層、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、素子幅が狭小化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。
【０００６】
ＣＰＰ型のスピンバルブ膜の出力は、スピンバルブ膜に外部磁界を一方向からその逆の方向に磁界を掃引して印加した際の磁気抵抗変化量で決まってくる。この磁気抵抗変化量は、センス電流の方向に垂直な膜面の単位面積の磁気抵抗変化量である。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必要がある。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層の層内で伝導電子が散乱する度合いを示す。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。
【０００７】
スピン依存バルク散乱係数が大きな材料として、ホイスラー合金組成の軟磁性合金を自由磁化層に用いた磁気抵抗効果素子が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２１８４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１のように自由磁化層にホイスラー合金組成のＣｏ2ＭｎＡｌを用いた場合、その保磁力が高いため、磁気記録媒体からの信号磁界に対する自由磁化層の磁化の応答が鈍くなる。すなわち、磁気抵抗効果素子の感度が低下してしまう。一般に、記録密度が高くなるにしたがって、磁気記録媒体からの信号磁界強度が低下する傾向にあるので、自由磁化層の保磁力が高い場合、磁気抵抗効果による電気抵抗値が飽和しないおそれもある。そうすると実質的な磁気抵抗変化量が低下し、磁気抵抗効果素子の出力が低下してしまう。また、あまりにも保磁力が高い場合は、信号磁界により自由磁化層の磁化がほとんど回転せず、出力がほとんど得られないおそれもある。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、高出力でかつ磁界を検知する感度が良好な磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘッド、磁気記憶装置、および磁気メモリ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一観点によれば、固定磁化層と、非磁性金属層と、自由磁化層と、が積層されたＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子であって、前記自由磁化層はＣｏＭｎＡｌからなり、前記非磁性金属層と自由磁化層との間に、該自由磁化層に含まれるＭｎの非磁性金属層への拡散を防止する拡散防止層を備え、前記ＣｏＭｎＡｌが、三元系の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量，Ｍｎ含有量，Ａｌ含有量）として表すと、点Ａ（４４，２３，３３）、点Ｂ（４８，２５，２７）、点Ｃ（６０，２０，２０）、点Ｄ（６５，１５，２０）、点Ｅ（６５，１０，２５）、点Ｆ（６０，１０，３０）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、および点Ａ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磁気抵抗効果素子が提供される。但し、上記Ｃｏ、Ｍｎ、およびＡｌの各含有量は原子％で表している。
【００１１】
本発明によれば、ＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−Ｐｌａｎｅ）型の磁気抵抗効果素子の自由磁化層にＣｏＭｎＡｌを用いている。ＣｏＭｎＡｌは、従来、自由磁化層の材料として用いられているＣｏＦｅと同程度の比較的大きなスピン依存バルク散乱係数を有する。また、ＣｏＭｎＡｌの比抵抗は、ＣｏＦｅの比抵抗のよりも極めて大きい。したがって、ＣｏＭｎＡｌを自由磁化層や固定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。その結果、磁気抵抗効果素子の出力を極めて増加することが可能になる。さらに、本発明では、前記非磁性金属層と自由磁化層との間に、自由磁化層に含まれるＭｎの非磁性金属層への拡散を防止する拡散防止層を備える。非磁性金属層中にＭｎが存在することで固定磁化層と自由磁化層が同じ磁化方向を持って磁気的に結合してしまい、外部磁場に対して固定磁化層の磁化と自由磁化層の磁化とが同じ角度で動いてしまう事態が生じる。拡散防止層を備えることで、Ｍｎの非磁性金属層中への拡散を防止し、この事態に伴って生じるΔＲＡの劣化を防止する。
【００１２】
さらに、本願発明者等の検討により、自由磁化層のＣｏＭｎＡｌの組成を上記の領域ＡＢＣＤＥＦＡ内の組成とすることで、ホイスラー合金組成であるＣｏ50Ｍｎ25Ａｌ25よりも自由磁化層の保磁力を低減できることが見出された。これらにより、磁気記録媒体からの信号磁界に対する感度が向上し、高記録密度化に伴い信号磁界が低下する磁気記録媒体に対応できる。よって、本発明によれば、高出力でかつ磁界を検知する感度が良好な磁気抵抗効果素子を実現できる。なお、ＣＰＰ型とは、磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直に、すなわち磁気抵抗効果膜の各層の積層方向にセンス電流を流す方式である。
【００１３】
本発明の他の観点によれば、固定磁化層と、非磁性絶縁層と、自由磁化層と、が積層されたＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子であって、前記自由磁化層はＣｏＭｎＡｌからなり、前記ＣｏＭｎＡｌが、三元系の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量，Ｍｎ含有量，Ａｌ含有量）として表すと、点Ａ（４４，２３，３３）、点Ｂ（４８，２５，２７）、点Ｃ（６０，２０，２０）、点Ｄ（６５，１５，２０）、点Ｅ（６５，１０，２５）、点Ｆ（６０，１０，３０）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、および点Ａ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磁気抵抗効果素子が提供される。（但し、各含有量は原子％で表す。）。但し、Ｃｏ、Ｍｎ、およびＡｌの各含有量は原子％で表している。
【００１４】
本発明によれば、磁気抵抗効果素子が、いわゆるトンネル磁気抵抗効果膜を有する場合でも、自由磁化層に上記の組成範囲のＣｏＭｎＡｌを用いることで、高出力で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。
【００１５】
本発明のその他の観点によれば、上記いずれかの磁気抵抗効果素子を備える磁気ヘッドが提供される。本発明によれば、磁気抵抗効果素子が高出力でかつ信号磁界に対する感度が良好であるので、より高記録密度での記録および再生に対応できる磁気ヘッドが実現できる。
【００１６】
本発明のその他の観点によれば、上記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。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。
【００１７】
本発明のその他の観点によれば、固定磁化層と、非磁性金属層と、自由磁化層と、が積層されたＣＰＰ型の磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜に磁界を印加して、前記自由磁化層の磁化を所定の方向に向ける書込手段と、前記磁気抵抗効果膜にセンス電流を供給して抵抗値を検出する読出手段とを備え、前記自由磁化層はＣｏＭｎＡｌからなり、前記非磁性金属層と自由磁化層との間に、該自由磁化層に含まれるＭｎの非磁性金属層への拡散を防止する拡散防止層を備え、前記ＣｏＭｎＡｌが、三元系の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量，Ｍｎ含有量，Ａｌ含有量）として表すと、点Ａ（４４，２３，３３）、点Ｂ（４８，２５，２７）、点Ｃ（６０，２０，２０）、点Ｄ（６５，１５，２０）、点Ｅ（６５，１０，２５）、点Ｆ（６０，１０，３０）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、および点Ａ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磁気メモリ装置が提供される。但し、上記Ｃｏ、Ｍｎ、およびＡｌの各含有量は原子％で表している。
【００１８】
本発明によれば、自由磁化層にＣｏＭｎＡｌを用いているので、上述したように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。その結果、情報の読出しの際に、保持された"０"および "１"に対応する磁気抵抗値の差が大きいので、正確な読出しができる。さらに、本発明では、前記非磁性金属層と自由磁化層との間に、自由磁化層に含まれるＭｎの非磁性金属層への拡散を防止する拡散防止層を備える。拡散防止層により磁気メモリ装置の製造過程における加熱処理や使用時の発熱等の温度上昇による非磁性金属層中へのＭｎの拡散を抑制できる。その結果、耐熱性に優れ、磁気抵抗変化量の劣化を抑制できる。
【００１９】
本発明のその他の観点によれば、固定磁化層と、非磁性絶縁層と、自由磁化層と、が積層されたＣＰＰ型の磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜に磁界を印加して、前記自由磁化層の磁化を所定の方向に向ける書込手段と、前記磁気抵抗効果膜にセンス電流を供給して抵抗値を検出する読出手段とを備え、前記自由磁化層はＣｏＭｎＡｌからなり、前記ＣｏＭｎＡｌが、三元系の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量，Ｍｎ含有量，Ａｌ含有量）として表すと、点Ａ（４４，２３，３３）、点Ｂ（４８，２５，２７）、点Ｃ（６０，２０，２０）、点Ｄ（６５，１５，２０）、点Ｅ（６５，１０，２５）、点Ｆ（６０，１０，３０）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、および点Ａ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磁気メモリ装置が提供される。但し、上記Ｃｏ、Ｍｎ、およびＡｌの各含有量は原子％で表している。
【００２０】
本発明によれば、磁気抵抗効果膜が、トンネル磁気抵抗効果膜である場合でも、自由磁化層に上記の組成範囲のＣｏＭｎＡｌを用いることで、正確な読出しが可能な磁気メモリ装置を実現できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、高出力でかつ磁界を検知する感度が良好な磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘッド、磁気記憶装置、および磁気メモリ装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
【００２３】
（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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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（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。
【００３４】
次に、磁気抵抗効果素子２０を構成するＧＭＲ膜３０について５つの例（第１例〜第５例）を説明する。磁気抵抗効果素子２０には、第１例〜第５例のＧＭＲ膜のいずれを適用してもよい。
【００３５】
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。
【００３６】
図２を参照するに、第１例のＧＭＲ膜３０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、拡散防止層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３０は、いわゆるシングルスピンバルブ構造を有する。
【００３７】
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、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、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。
【００３８】
反強磁性層３２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。反強磁性層３２は、固定磁化積層体３３の第１固定磁化層３４に交換相互作用を及ぼして第１固定磁化層３４の磁化を所定の向きに固定する。
【００３９】
固定磁化積層体３３は、反強磁性層３２側から第１固定磁化層３４、非磁性結合層３５、第２固定磁化層３６が順に積層されてなる。固定磁化積層体３３は、第１固定磁化層３４の磁化と第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。
【００４０】
第１および第２固定磁化層３４，３６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。
【００４１】
第２固定磁化層３６として、ＣｏＦｅＺ（但し、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、Ｃｏ50Ｆｅ25Ｚ25（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。ＣｏＦｅＺ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。第２固定磁化層３６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。
【００４２】
第２固定磁化層３６に特に好適な強磁性材料としてはＣｏＭｎＡｌが挙げられる。ＣｏＭｎＡｌ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、ＣｏＭｎＡｌの比抵抗はＣｏＦｅの比抵抗よりも大きい。これらの点から、第２固定磁化層３６にＣｏＭｎＡｌ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。
【００４３】
また、第１固定磁化層３４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、第１固定磁化層３４の磁化は、第２固定磁化層３６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第２固定磁化層３６と同じ場合は、第１固定磁化層３４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。
【００４４】
非磁性結合層３５は、その膜厚が第１固定磁化層３４と第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。その範囲は、０．４ｎｍ〜１．５ｎｍ（好ましくは０．４ｎｍ〜０．９ｎｍ）である。非磁性結合層３５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。
【００４５】
なお、第１および第２固定磁化層３４，３６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。
【００４６】
さらに、図示を省略するが、第１固定磁化層３４と反強磁性層３２との間に第１固定磁化層３４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、第１固定磁化層３４と反強磁性層３２との間に働く交換相互作用を増加でき、第１固定磁化層３４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。
【００４７】
非磁性金属層３７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。非磁性金属層３７に好適な導電性材料としてはＣｕ、Ａｌ、Ｃｒ等が挙げられる。
【００４８】
拡散防止層３８は、例えば、膜厚０．２ｎｍ〜２ｎｍのＣｏ、Ｆｅ、およびＮｉからなる群のうち少なくとも１種の元素を含み、かつＭｎを含まない強磁性材料からなる。拡散防止層３８は、次に説明する自由磁化層３９のＣｏＭｎＡｌ中のＭｎが非磁性金属層３７に拡散することを防止する。Ｍｎが非磁性金属層３７に拡散すると、第２固定磁化層３６と自由磁化層３９とが同じ磁化方向を持って磁気的に結合してしまい、外部磁場に対して同じ角度で動いてしまうことに伴うΔＲＡを劣化させてしまう。しかし、拡散防止層３８を設けることで、Ｍｎの拡散を防止してΔＲＡの劣化を回避する。
【００４９】
拡散防止層３８としては、例えば、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ、ＣｏＦｅと非磁性元素との合金（例えば、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＣｕ）、ＮｉＦｅと非磁性元素との合金（例えば、ＮｉＦｅＢ、ＮｉＦｅＣｕ）、およびＣｏＮｉＦｅと非磁性元素との合金（例えば、ＣｏＮｉＦｅＢ、ＣｏＮｉＦｅＣｕ）等が挙げられる。拡散防止層３８を強磁性材料とすることで、磁気抵抗効果素子のΔＲＡをいっそう向上できる。拡散防止層３８には、スピン依存界面散乱係数が比較的大きいＣｏＦｅを用いることが好ましい。
【００５０】
さらに、拡散防止層３８にはＣｏＮｉＦｅを用いることが特に好ましい。スピン依存界面散乱係数がＣｏＦｅよりも大きく、所定の膜厚に設定することで、自由磁化層３９が単体の場合よりも、自由磁化層３９と拡散防止層３８とが一体化した積層体の保磁力が低下するので、磁界に対する感度を向上できる。ＣｏＮｉＦｅの膜厚は０．５ｎｍ〜２．０ｎｍの範囲に設定されることが好ましい。ＣｏＮｉＦｅ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ＣｏＮｉＦｅ単体の保磁力が増加し、自由磁化層３９と拡散防止層３８との積層体の保磁力が増加してしまう。
【００５１】
また、拡散防止層３８は、例えば、膜厚０．２ｎｍ〜２ｎｍのＴｉ、Ｔａ、Ｗ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｍｏ、およびＨｆからなる群のうち少なくとも１種の元素を含む非磁性材料からなる。このような非磁性材料も自由磁化層に含まれるＭｎの非磁性金属層３７への拡散を防止できる。
【００５２】
自由磁化層３９は、例えば膜厚が２ｎｍ〜１０ｎｍのＣｏＭｎＡｌから構成される。ＣｏＭｎＡｌは、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、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。
【００５３】
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。低保磁力の観点から、自由磁化層３９を構成するＣｏＭｎＡｌは、その組成範囲は、後の図８に示すＣｏＭｎＡｌの三元系組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量、Ｍｎ含有量、Ａｌ含有量）として表すと、点Ａ（４４，２３，３３）、点Ｂ（４８，２５，２７）、点Ｃ（６０，２０，２０）、点Ｄ（６５，１５，２０）、点Ｅ（６５，１０，２５）、点Ｆ（６０，１０，３０）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、および点Ａをこの順にそれぞれ直線で結んだ領域内の組成に設定される。この組成範囲では、ホイスラー合金組成であるＣｏ50Ｍｎ25Ａｌ25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。
【００５４】
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。
【００５５】
なお、図示を省略するが、第１例のＧＭＲ膜３０の変形例として、自由磁化層３９と保護層４０との間に、拡散防止層３８と同様の材料および膜厚の範囲から選択される他の拡散防止層をさらに設けることが好ましい。保護層の材料によっては自由磁化層３９中のＭｎが保護層４０へ拡散する場合がある。そうすると自由磁化層３９の磁気モーメントが減少して磁気抵抗変化量ΔＲＡが減少してしまう。他の拡散防止層を設けることで、Ｍｎの拡散を防止してΔＲＡの劣化を回避できる。
【００５６】
次に第１例のＧＭＲ膜３０の形成方法を、図２を参照しつつ説明する。最初に、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法等により、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形成する。
【００５７】
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、反強磁性層３２の磁化の方向を所定の方向に設定して、反強磁性層３２と固定磁化層３３との交換相互作用により固定磁化層３３の磁化を所定の向きに固定することができる。なお、この熱処理において、上述したＭｎ−ＴＭ合金のうちの一部の材料は規則合金化して反強磁性が出現する。
【００５８】
以上により、第１例のＧＭＲ膜３０は、自由磁化層３９がＣｏＭｎＡｌからなるので、磁気抵抗変化量ΔＲＡが大きく、さらに自由磁化層３９のＣｏＭｎＡｌを上述した所定の組成範囲に設定されていることにより、自由磁化層の保磁力が低い。したがって、高出力で、信号磁界の検出感度が良好な磁気抵抗効果素子を実現できる。
【００５９】
さらに、第１例のＧＭＲ膜３０は、非磁性金属層３７と自由磁化層３９との間に拡散防止層３８を有し、自由磁化層３９に含まれるＭｎの非磁性金属層３７への拡散を防止するため、磁気抵抗効果素子のΔＲＡの劣化を防止できる。特に、拡散防止層３８にＣｏＮｉＦｅを用いることでΔＲＡの増加および自由磁化層３９と拡散防止層３８との積層体の保磁力の低下を同時に実現できる。その結果、いっそう高出力で、信号磁界の検出感度がいっそう良好な磁気抵抗効果素子を実現できる。
【００６０】
次に、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膜について説明する。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。
【００６１】
図３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。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。
【００６２】
図３を参照するに、第２例のＧＭＲ膜５０は、下地層３１、反強磁性層３２、固定磁化積層体５３、第２拡散防止層５１、非磁性金属層３７、第１拡散防止層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。固定磁化積層体５３は、反強磁性層３２側から第１固定磁化層３４、非磁性結合層３５、第２固定磁化層５６が順に積層されてなる。ＧＭＲ膜５０は、シングルスピンバルブ構造を有する。なお、第１拡散防止層３８は、図２の拡散防止層３８と同様の材料および膜厚を有するので同一の符号を用いている。
【００６３】
ＧＭＲ膜５０は、第２固定磁化層５６がＣｏＭｎＺ（但し、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、Ｃｏ50Ｍｎ25Ｚ25（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からなり、第２固定磁化層５６と非磁性金属層３７との間に第２拡散防止層５１が設けられている以外は図２に示す第１例のＧＭＲ膜と同様の構成を有する。
【００６４】
第２固定磁化層５６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される。その結果、ΔＲＡを増加できる。
【００６５】
さらに第２固定磁化層５６がＣｏＭｎＡｌからなることが好ましい。第２固定磁化層５６の保磁力には制限がないため、スピン依存バルク散乱係数が大きいＣｏＭｎＡｌの組成を選択すればよい。なお、ＣｏＭｎＡｌの組成は、Ｃｏ含有量が、ＣｏＭｎＡｌが強磁性を示す点で２０原子％以上であり、かつ、Ａｌ含有量が、ＣｏＭｎＡｌが十分な比抵抗を有する点で１０原子％以上であることが必要である。
【００６６】
さらに、ＧＭＲ膜５０には、第２固定磁化層５６と非磁性金属層３７との間に第２拡散防止層５１が設けられているので、第２固定磁化層５６の非磁性金属層３７へのＭｎの拡散を防止できる。特に、磁界中熱処理においてＧＭＲ膜５０が高温に曝されるとＭｎが拡散し易くなるが、第１および第２拡散防止層３８，５１によりＭｎの拡散を防止できる。その結果、ΔＲＡの劣化を防止できる。
【００６７】
以上により、第２例のＧＭＲ膜５０は、第２固定磁化層５６がＣｏＭｎＺからなるので、磁気抵抗変化量ΔＲＡが大きく、さらに自由磁化層３９のＣｏＭｎＡｌが上述した所定の組成範囲に設定されることにより、自由磁化層３９の保磁力が低い。したがって、高出力で、信号磁界の検出感度が良好な磁気抵抗効果素子を実現できる。
【００６８】
次に、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膜について説明する。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。
【００６９】
図４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。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４を参照するに、第３例のＧＭＲ膜６０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、下部拡散防止層３８、自由磁化層３９、上部拡散防止層６８、上部非磁性金属層６７、上部固定磁化積層体６３、上部反強磁性層６２、保護層４０が順次積層された構成からなる。すなわち、ＧＭＲ膜６０は、図２に示す第１例のＧＭＲ膜３０の自由磁化層３９と保護層４０との間に、上部拡散防止層６８、上部非磁性金属層６７、上部固定磁化積層体６３、上部反強磁性層６２を設けた構成を有する。ＧＭＲ膜６０は、いわゆるデュアルスピンバルブ構造を有する。なお、下部反強磁性層３２、下部固定磁化積層体３３、および下部非磁性金属層３７、および下部拡散防止層３８は、各々、図２に示す第１例のＧＭＲ膜３０の反強磁性層３２、固定磁化層３３、非磁性金属層３７、および拡散防止層３８と同様の材料および膜厚を有するので同一の符号を用いている。
【００７１】
また、上部拡散防止層６８、上部非磁性金属層６７、および上部反強磁性層６２は、各々、下部拡散防止層３８、下部非磁性金属層３７、および下部反強磁性層３２と同様の材料を用いることができ、膜厚も同様の範囲に設定される。
【００７２】
また、上部固定磁化積層体６３は、上部非磁性金属層６７側から上部第２固定磁化層６６、上部非磁性結合層６５、および上部第１固定磁化層６４が順に積層されてなり、いわゆる積層フェリ構造を有する。上部第１固定磁化層６４、上部非磁性結合層６５、および上部第２固定磁化層６６は、各々、下部第１固定磁化層３４、下部非磁性結合層３５、および下部第２固定磁化層３６と同様の材料を用いることができ、膜厚も同様の範囲に設定される。
【００７３】
ＧＭＲ膜６０は、自由磁化層３９が、図２に示す第１例のＧＭＲ膜３０の自由磁化層３９と同様のＣｏＭｎＡｌの組成範囲から選択される。したがって自由磁化層３９は、第１例のＧＭＲ膜の場合と同様の理由により保磁力が低減されている。したがって、ＧＭＲ膜６０を備える磁気抵抗効果素子は信号磁界に対する感度が高まる。
【００７４】
また、ＧＭＲ膜６０は、自由磁化層３９と下部非磁性金属層３７との間に下部拡散防止層３８を有し、自由磁化層３９と上部非磁性金属層６７との間に上部拡散防止層６８を有するので、自由磁化層３９に含まれるＭｎが下部非磁性金属層３７および上部非磁性金属層６７へのＭｎの拡散が防止される。これにより、ΔＲＡの劣化が防止できる。
【００７５】
さらに、ＧＭＲ膜６０は、下部固定磁化積層体３３、下部非磁性金属層３７、下部拡散防止層３８、および自由磁化層３９からなるスピンバルブ構造と、自由磁化層３９、上部拡散防止層６８、上部非磁性金属層６７、上部固定磁化積層体６３からなるスピンバルブ構造を合わせ有する。したがって、ＧＭＲ膜６０は磁気抵抗変化量ΔＲＡが増加し、第１例のＧＭＲ膜の磁気抵抗変化量ΔＲＡに対して略二倍となる。その結果、第３例のＧＭＲ膜６０を備える磁気抵抗効果素子は、第１例のＧＭＲ膜を備える場合よりも、いっそう高出力の磁気抵抗効果素子が実現できる。なお、ＧＭＲ膜６０の形成方法は第１例のＧＭＲ膜の形成方法と略同様であるので、説明を省略する。
【００７６】
以上により、第３例のＧＭＲ膜６０は、第１例のＧＭＲ膜と同様の効果を有し、さらに第１例のＧＭＲ膜の磁気抵抗変化量ΔＲＡに対して略二倍の磁気抵抗変化量ΔＲＡを有する。その結果、いっそう高出力の磁気抵抗効果素子を実現できる。
【００７７】
次に、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４例のＧＭＲ膜について説明する。第４例のＧＭＲ膜は、図４に示す第３例のＧＭＲ膜６０の変形例である。
【００７８】
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４例のＧＭＲ膜の断面図である。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。
【００７９】
図５を参照するに、第４例のＧＭＲ膜７０は、下地層３１、下部反強磁性層３２、下部固定磁化積層体７１、下部非磁性金属層３７、下部第２拡散防止層３８、自由磁化層３９、上部第１拡散防止層６８、上部非磁性金属層６７、上部固定磁化積層体７２、上部反強磁性層６２、保護層４０が順次積層された構成からなる。下部固定磁化積層体７１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５６、下部第２拡散防止層７３が順に積層されてなる。また、上部固定磁化積層体７２は、上部非磁性金属層６７側から上部第２拡散防止層７４、上部第２固定磁化層７６、上部非磁性結合層６５、および上部第１固定磁化層６４が順に積層されてなる。
【００８０】
ＧＭＲ膜７０は、下部第２固定磁化層５６および上部第２固定磁化層７６がＣｏＭｎＺ（但し、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、Ｃｏ50Ｍｎ25Ｚ25（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からなる。さらに、ＧＭＲ膜７０は、下部第２固定磁化層５６と下部非磁性金属層３７との間に下部第２拡散防止層７３が設けられ、上部非磁性金属層６７と上部第２固定磁化層７６との間に上部第２拡散防止層７４が設けられている。ＧＭＲ膜７０は、これらの点以外は図４に示す第３例のＧＭＲ膜と同様の構成を有する。
【００８１】
下部第２固定磁化層５６および上部第２固定磁化層７６は、上記のＣｏＭｎＺからなり、スピン依存バルク散乱係数が大きく、かつ比抵抗が大きいので、ΔＲＡをいっそう増加できる。他方、下部第２拡散防止層７３および上部第２拡散防止層７４が設けられているので、下部第２固定磁化層５６および上部第２固定磁化層７６のそれぞれから下部非磁性金属層３７および上部非磁性金属層６７へのＭｎの拡散を防止できる。
【００８２】
以上により、第４例のＧＭＲ膜７０は、第３例のＧＭＲ膜と同様の効果を有し、さらに
下部第２拡散防止層７３および上部第２拡散防止層７４がＣｏＭｎＺからなるので、磁気抵抗変化量ΔＲＡを増加でき、いっそう高出力化できる。
【００８３】
次に、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５例のＧＭＲ膜について説明する。第５例のＧＭＲ膜は、図５に示す第４例のＧＭＲ膜７０の変形例である。
【００８４】
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５例のＧＭＲ膜の断面図である。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。
【００８５】
図６を参照するに、第５例のＧＭＲ膜８０は、下地層３１、下部反強磁性層３２、下部固定磁化積層体８１、下部非磁性金属層３７、下部第２拡散防止層３８、自由磁化層３９、上部第１拡散防止層６８、上部非磁性金属層６７、上部固定磁化積層体８２、上部反強磁性層６２、保護層４０が順次積層された構成からなる。下部固定磁化積層体８１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、下部界面磁性層８３、下部第２固定磁化層５６、下部第２拡散防止層７３が順に積層されてなる。また、上部固定磁化積層体８２は、上部非磁性金属層６７側から上部第２拡散防止層７４、上部第２固定磁化層７６、上部界面磁性層８４、上部非磁性結合層６５、および上部第１固定磁化層６４が順に積層されてなる。すなわち、ＧＭＲ膜８０は、図５に示す第４例のＧＭＲ膜７０の下部非磁性結合層３５と下部第２固定磁化層５６との間に下部界面磁性層８３を設け、さらに上部第２固定磁化層７６と上部非磁性結合層６５との間に上部界面磁性層８４を設けた構成を有する。
【００８６】
下部界面磁性層８３および上部界面磁性層８４は、それぞれ、例えば厚さが０．２ｎｍ〜２．５ｎｍの範囲に設定され、強磁性材料から構成される。下部界面磁性層８３および上部界面磁性層８４は、それぞれ、スピン依存界面散乱がＣｏＭｎＡｌよりも大きな材料、例えばＣｏＦｅ、ＣｏＦｅ合金、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅ合金から選択されることが好ましい。ＣｏＦｅ合金としては、例えば、ＣｏＦｅＮｉ、ＣｏＦｅＣｕ、ＣｏＦｅＣｒ等が挙げられる。また、ＮｉＦｅ合金としては、例えば、ＮｉＦｅＣｕ、ＮｉＦｅＣｒ等が挙げられる。これにより、磁気抵抗変化量ΔＲＡを増加させることができる。なお、下部界面磁性層８３および上部界面磁性層８４には同じ組成の材料を用いてもよく、同じ元素を含み、組成比の異なる材料を用いてもよく、互いに異なる元素からなる材料を用いてもよい。
【００８７】
また、下部界面磁性層８３および上部界面磁性層８４は、図２に示す第１例のＧＭＲ膜３０の拡散防止層３８と同様の材料および膜厚から選択されることが好ましい。これにより、ＣｏＭｎＺからなる下部第２固定磁化層５６および上部第２固定磁化層７６から、それぞれ下部非磁性結合層３５、上部非磁性結合層６５へのＭｎの拡散を防止できる。これにより下部界面磁性層８３および上部界面磁性層８４の磁気モーメントの減少を防止して磁気抵抗変化量ΔＲＡの劣化を防止できる。
【００８８】
以上により、第５例のＧＭＲ膜８０は、第４例のＧＭＲ膜と同様の効果を有し、さらに下部界面磁性層８３および上部界面磁性層８４を設けることにより磁気抵抗変化量ΔＲＡを第４例のＧＭＲ膜よりもさらに増加することができ、高出力化できる。
【００８９】
［実施例］
実施例では、図６に示す第１の実施の形態の第５例のＧＭＲ膜８０の構成を有する磁気抵抗効果素子を作製した。以下に、実施例のサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．２０のＧＭＲ膜の具体的構成を示す。なお、括弧内の数値は膜厚を表し、以下の実施例において同様である。
【００９０】
下地層：ＮｉＣｒ（４ｎｍ）
下部反強磁性層：ＩｒＭｎ（５ｎｍ）
下部第１固定磁化層：Ｃｏ60Ｆｅ40（３．５ｎｍ）
下部非磁性結合層：Ｒｕ（０．７ｎｍ）
下部界面磁性層：ＣｏＦｅ（０．５ｎｍ）
下部第２固定磁化層：Ｃｏ100-X-YＭｎXＡｌY
下部第２拡散防止層：ＣｏＦｅ（０．５ｎｍ）
下部非磁性金属層：Ｃｕ（３．５ｎｍ）
下部第１拡散防止層：ＣｏＦｅ（０．５ｎｍ）
自由磁化層：Ｃｏ100-X-YＭｎXＡｌY
上部第１拡散防止層：ＣｏＦｅ（０．５ｎｍ）
上部非磁性金属層：Ｃｕ（３．５ｎｍ）
上部第２拡散防止層：ＣｏＦｅ（０．５ｎｍ）
上部第２固定磁化層：Ｃｏ100-X-YＭｎXＡｌY
上部界面磁性層：ＣｏＦｅ（０．５ｎｍ）
上部非磁性結合層：Ｒｕ（０．７ｎｍ）
上部第１固定磁化層：Ｃｏ60Ｆｅ40（３．５ｎｍ）
上部反強磁性層：ＩｒＭｎ（５ｎｍ）
保護層：Ｒｕ（５ｎｍ）
なお、下部第２固定磁化層、自由磁化層、および上部第２固定磁化層のＣｏ100-X-YＭｎXＡｌYの組成は、サンプル内では共通とし、各々の膜厚は、飽和磁束密度と膜厚との積が７ｎＴｍとなるように選択した。また、上記ＸおよびＹは原子％で表した含有量である。
【００９１】
図７は、第１の実施の形態に係る実施例の自由磁化層の組成と保磁力との関係図である。
【００９２】
図７を参照するに、実施例のＮｏ．１〜Ｎｏ．２０のサンプルは、第２固定磁化層、自由磁化層、および上部第２固定磁化層に用いたＣｏＭｎＡｌの組成を異ならせている。本実施例の各サンプルを以下のようにして作製した。
【００９３】
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）／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〜保護層までの積層体の各層を超高真空（真空度：２×１０-6Ｐａ以下）雰囲気で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。
【００９４】
次いで、反強磁性層の反強磁性を出現させ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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
このようにして得られたサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．２０のそれぞれについて、自由磁化層の保磁力を測定した。なお、自由磁化層は下部第１拡散防止層および上部第１拡散防止層と強磁性的に結合しているので、測定により得られた保磁力はこれらの３つの層が一体化した積層体の保磁力である。保磁力は直流四端子法による磁気抵抗曲線から求めた。
【００９８】
また、サンプルＮｏ．５，９，１３，１７〜２０のΔＲＡを測定した。これらのサンプルは後の図８に示す直線ＰＱ上の組成を有する。ΔＲＡの測定は、磁気抵抗変化量ΔＲ値を測定し、同程度の接合面積を有する磁気抵抗効果素子毎に磁気抵抗変化量ΔＲ値の平均値を求めた。そして磁気抵抗変化量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。さらに接合面積Ａが互いに異なる６種類の磁気抵抗効果素子が、互いに略同等のΔＲＡを有することを確認して、それらのΔＲＡの平均値を最終的なΔＲＡとした。
【００９９】
なお、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。
【０１００】
図８は、自由磁化層の保磁力と組成範囲を示す図であり、図７に示した自由磁化層の保磁力を三元系の組成図に示したものである。三元系の組成図は、Ｃｏ含有量が一定の線は紙面左下から右上斜めに、Ｍｎ含有量が一定の線は紙面左上から右下斜めに、Ａｌ含有量が一定の線が紙面横方向にそれぞれ延在するように示している。
【０１０１】
図８を参照するに、自由磁化層の保磁力は、ホイスラー合金組成であるＣｏ50Ｍｎ25Ａｌ25の保磁力が１１．５Ｏｅであるのに対して、Ｃｏ含有量が多い側でかつＭｎ含有量が少ない側の組成で低くなっていることが分かる。
【０１０２】
この結果から、ホイスラー合金組成の保磁力よりも低い保磁力が得られる点で、自由磁化層のＣｏＭｎＡｌの組成範囲は、図８の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量、Ｍｎ含有量、Ａｌ含有量）として表すと、点Ａ（４４，２３，３３）、点Ｂ（４８，２５，２７）、点Ｃ（６０，２０，２０）、点Ｄ（６５，１５，２０）、点Ｅ（６５，１０，２５）、点Ｆ（６０，１０，３０）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、および点Ａをこの順にそれぞれ直線で結んだ領域ＡＢＣＤＥＦＡ内（図中の太線で囲まれた領域）の組成に設定される。この組成範囲は、自由磁化層の保磁力が１１．５Ｏｅ未満の範囲である。したがって、自由磁化層の保磁力はホイスラー合金の組成であるＣｏ50Ｍｎ25Ａｌ25の場合よりも低く、信号磁界に対する感度が良好になる。
【０１０３】
自由磁化層の組成範囲は、Ａｌ含有量が２０原子％よりも少ない範囲では保磁力が増加する傾向にあるため好ましくない。また、辺ＡＦよりもＡｌ含有量が多い組成では、保磁力は低くなるが非磁性元素であるＡｌの増加による飽和磁束密度の低下が著しい。自由磁化層は、その飽和磁束密度と膜厚との積が所定値以上であることが必要なので、辺ＡＦよりもＡｌ含有量が多い組成では膜厚が厚くなり、いわゆるリードギャップ長が過度に増加するので好ましくない。
【０１０４】
図９は、実施例の自由磁化層の保磁力とＡｌ含有量との関係図、図１０は、実施例の磁気抵抗効果素子のΔＲＡとＡｌ含有量との関係図である。なお、図９および図１０に示すサンプルは、ＣｏＭｎＡｌが（Ｃｏ2Ｍｎ）100-AＡｌA（Ａは１５．０ａｔ％〜３８．０ａｔ％）を満たす組成を有する。これらのサンプルは、図８に示す直線ＰＱ上の組成のサンプルであり、図７に示すサンプルＮｏ．５，９，１３，１７〜２０である。
【０１０５】
図９を参照するに、Ａｌ含有量が２５ａｔ％の場合、すなわち、ホイスラー合金組成の場合は、保磁力は１１．５Ｏｅであり、それよりもＡｌ含有量が多い組成では保磁力が１１．５Ｏｅよりも低くなることが分かる。
【０１０６】
図１０を参照するに、ΔＲＡは、Ａｌ含有量がホイスラー合金組成のＡｌ含有量２５原子％よりも多い組成で増加し、略３０ａｔ％で最大値をとり、さらに、Ａｌ含有量が多い組成では減少する。このことから、ΔＲＡがホイスラー合金組成よりも大きな点で、Ａｌ含有量が２７ａｔ％〜３３ａｔ％の範囲でより好ましいことが分かる。すなわち、図８の直線ＰＱ上で、かつＡｌ含有量が２７ａｔ％〜３３ａｔ％の範囲の組成が、ホイスラー合金組成に対して、自由磁化層の保磁力が低くかつΔＲＡが大きい点でより好ましいことが分かる。もちろん、このより好ましい組成範囲はこの直線ＰＱ上のみならず直線ＰＱの組成から例えばＣｏ含有量が±１ａｔ％以内の範囲も含まれることが十分に推察される。
【０１０７】
本実施例によれば、自由磁化層のＣｏＭｎＡｌを図８に示す領域ＡＢＣＤＥＦＡ内の組成から選択することで、自由磁化層の保磁力をホイスラー合金組成（Ｃｏ50Ｍｎ25Ａｌ25）の保磁力である１１．５Ｏｅよりも低く設定できる。この自由磁化層の低保磁力化は、さらなる高記録密度化において磁気記録媒体からの信号磁界強度が必然的に低下するため、非常に重要である。これにより、高記録密度化が可能な磁気抵抗効果素子が実現できる。
【０１０８】
（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１０の磁気抵抗効果素子２０を構成する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。以下、磁気抵抗効果素子２０を構成するＴＭＲ膜について５つの例（第１例〜第５例）を説明する。磁気抵抗効果素子２０には、第１例〜第５例のＴＭＲ膜のいずれを適用してもよい。
【０１０９】
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例のＴＭＲ膜の断面図である。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。
【０１１０】
図１１を参照するに、第１例のＴＭＲ膜９０は、下地層３１、反強磁性層３２、固定磁化積層体３３、非磁性絶縁層３７ａ、自由磁化層３９、保護層４０が順次積層された構成からなる。
【０１１１】
ＴＭＲ膜９０は、先の図２に示したＧＭＲ膜３０において、非磁性金属層３７を絶縁材料からなる非磁性絶縁層３７ａに置き換え、さらに拡散防止層３８を省略した以外は同様の構成からなる。ＴＭＲ膜９０は、自由磁化層３９と第２固定磁化層３６との間に非磁性絶縁層３７ａを設けることにより、第２固定磁化層３６の磁化方向に対して自由磁化層３９の磁化方向がなす角度に応じて強磁性トンネル効果が生じ、自由磁化層３９と第２固定磁化層３６との間の電気抵抗値が変化する。
【０１１２】
非磁性絶縁層３７ａ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は、結晶質のＭｇＯであることが好ましく、特に、センス電流の方向に垂直な膜面の単位面積のトンネル抵抗変化量（以下、特に断らない限り「トンネル抵抗変化量」と称する。）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、非磁性絶縁膜３７ａ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。
【０１１３】
非磁性絶縁膜３７ａ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。なお、後ほど図１３に示す第３例のＴＭＲ膜の上部非磁性絶縁層６７ａも非磁性絶縁膜３７ａと同様の方法で形成される。
【０１１４】
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。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（非磁性絶縁膜３７ａ）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）の分極率である。ＣｏＭｎＡｌ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ＣｏＭｎＡｌ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３６，６６にＣｏＭｎＡｌ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。
【０１１５】
自由磁化層３９のＣｏＭｎＡｌ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ＣｏＭｎＡｌの組成範囲と同様の範囲に設定される。すなわち、自由磁化層のＣｏＭｎＡｌの組成範囲は、図８に示すＣｏＭｎＡｌの三元系組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量、Ｍｎ含有量、Ａｌ含有量）として表すと、点Ａ（４４，２３，３３）、点Ｂ（４８，２５，２７）、点Ｃ（６０，２０，２０）、点Ｄ（６５，１５，２０）、点Ｅ（６５，１０，２５）、点Ｆ（６０，１０，３０）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、および点Ａをこの順にそれぞれ直線で結んだ領域ＡＢＣＤＥＦＡ内の組成に設定される。これにより、自由磁化層３９の保磁力が低減される。その結果、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。
【０１１６】
なお、ＴＭＲ膜９０では、図２に示した拡散防止層３８が設けられていない。これは、自由磁化層３９のＣｏＭｎＡｌに含まれるＭｎが非磁性絶縁層３７ａにほとんど拡散せず、トンネル抵抗変化量に悪影響を及ぼさないからである。なお、次に説明する第２例のＴＭＲ膜のように拡散防止層を設けてもよい。
【０１１７】
次に、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膜について説明する。第２例のＴＭＲ膜は、図１１に示す第１例のＴＭＲ膜９０の変形例である。
【０１１８】
図１２は、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。
【０１１９】
図１２を参照するに、第２例のＴＭＲ膜９１は、下地層３１、反強磁性層３２、固定磁化積層体５３、第２拡散防止層５１、非磁性絶縁層３７ａ、第１拡散防止層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。固定磁化積層体５３は、反強磁性層３２側から第１固定磁化層３４、非磁性結合層３５、第２固定磁化層５６が順に積層されてなる。
【０１２０】
第２例のＴＭＲ膜９１は、図１１の第１例のＴＭＲ膜において、第２固定磁化層５６がＣｏＭｎＺ（但し、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、Ｃｏ50Ｍｎ25Ｚ25（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からなる。ＴＭＲ膜９１は、さらに、第２固定磁化層５６と非磁性絶縁層３７ａとの間に第２拡散防止層５１が設けられ、非磁性絶縁層３７ａと自由磁化層３９との間に第１拡散防止層３８が設けられている以外は、同様の構成を有する。
【０１２１】
ＴＭＲ膜９１は、第２固定磁化層５６がＣｏＭｎＺからなるので、スピン依存バルク散乱係数が大きいのでトンネル抵抗変化量を第１例のＴＭＲ膜よりも大きくできる。さらに第２固定磁化層５６がＣｏＭｎＡｌからなることが好ましい。第２固定磁化層５６の保磁力には制限がないため、スピン依存バルク散乱係数が大きいＣｏＭｎＡｌの組成を選択すればよい。なお、ＣｏＭｎＡｌの組成は、Ｃｏ含有量が、ＣｏＭｎＡｌが強磁性を示す点で２０原子％以上であり、かつ、Ａｌ含有量が、ＣｏＭｎＡｌが十分な比抵抗を有する点で１０原子％以上であることが必要である。
【０１２２】
さらに非磁性絶縁層３７ａと自由磁化層３９との間に第１拡散防止層３８を設け、さらに、第２固定磁化層５６と非磁性絶縁層３７ａとの間に第２拡散防止層５１を設けているので、第１の実施の形態においても述べたように、自由磁化層３９および第２固定磁化層５６のＭｎの拡散をより完全に防止できる。特に、磁界中熱処理においてＴＭＲ膜９１が高温に曝されるとＭｎが拡散し易くなるが、第１および第２拡散防止層３８，５１によりＭｎの拡散を防止できる。
【０１２３】
以上により、第２例のＴＭＲ膜９１は、第２固定磁化層５６がＣｏＭｎＺからなるので、トンネル抵抗変化量が大きく、さらに自由磁化層３９のＣｏＭｎＡｌを上述した所定の組成範囲に設定されていることにより、自由磁化層３９の保磁力が低い。したがって、高出力で、信号磁界の検出感度が良好な磁気抵抗効果素子を実現できる。
【０１２４】
なお、第１の実施の形態の第１例のＧＭＲ膜において説明した拡散防止層の組成および膜厚を適用することで、第１例のＧＭＲ膜と同様の効果が得られる。
【０１２５】
また、図示を省略するが、自由磁化層３９と保護層４０との間に、第１拡散防止層３８と同様の材料および膜厚の範囲から選択される拡散防止層をさらに設けることが好ましい。保護層４０の材料によっては自由磁化層３９中のＭｎが保護層４０へ拡散する場合がある。そうすると自由磁化層３９の磁気モーメントが減少して磁気抵抗変化量ΔＲＡが減少してしまう。他の拡散防止層を設けることで、Ｍｎの拡散を防止してΔＲＡの劣化を回避できる。
【０１２６】
次に、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膜について説明する。第３例のＴＭＲ膜は、図１１に示す第１例のＴＭＲ膜９０の変形例である。
【０１２７】
図１３は、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。
【０１２８】
図１３を参照するに、第３例のＴＭＲ膜９２は、下地層３１、下部反強磁性層３２、下部固定磁化積層体３３、下部非磁性絶縁層３７ａ、自由磁化層３９、上部非磁性絶縁層６７ａ、上部固定磁化積層体６３、上部反強磁性層６２、保護層４０が順次積層された構成からなる。すなわち、ＴＭＲ膜９２は、図１１に示す第１例のＴＭＲ膜９０の自由磁化層３９と保護層４０との間に、上部非磁性絶縁層６７ａ、上部固定磁化積層体６３、上部反強磁性層６２を設けた構成を有する。ＴＭＲ膜９２は、いわゆるデュアルスピンバルブ構造を有する。
【０１２９】
なお、下部反強磁性層３２、下部固定磁化積層体３３、および下部非磁性絶縁層３７ａは、各々、図１１に示す第１例のＴＭＲ膜９０の反強磁性層３２、固定磁化層３３、および非磁性金属層３７と同様の材料および膜厚を有するので同一の符号を用いている。また、上部非磁性絶縁層６７ａおよび上部反強磁性層６２は、各々、下部非磁性絶縁層３７ａ、下部反強磁性層３２と同様の材料を用いることができ、膜厚も同様の範囲に設定される。
【０１３０】
また、上部固定磁化積層体６３は、上部非磁性絶縁層６７ａ側から上部第２固定磁化層６６、上部非磁性結合層６５、および上部第１固定磁化層６４が順に積層されてなり、いわゆる積層フェリ構造を有する。上部第１固定磁化層６４、上部非磁性結合層６５、および上部第２固定磁化層６６は、各々、下部第１固定磁化層３４、下部非磁性結合層３５、および下部第２固定磁化層３６と同様の材料を用いることができ、膜厚も同様の範囲に設定される。
【０１３１】
ＴＭＲ膜９２は、自由磁化層３９が、図１１に示す第１例のＴＭＲ膜９０の自由磁化層３９と同様のＣｏＭｎＡｌの組成範囲から選択される。したがって、自由磁化層３９は、第１例のＴＭＲ膜の場合と同様に保磁力が低減されている。したがって、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。
【０１３２】
さらに、ＴＭＲ膜９２は、デュアルスピンバルブ構造を有するので、トンネル抵抗変化量が増加し、第１例のＴＭＲ膜のトンネル抵抗変化量に対して略二倍となる。
【０１３３】
以上により、第３例のＴＭＲ膜９２は、自由磁化層３９の保磁力が低く、第１例のＴＭＲ膜を用いた場合よりも、いっそう高出力の磁気抵抗効果素子が実現できる。なお、ＴＭＲ膜９２の形成方法は第１例のＴＭＲ膜の形成方法と略同様であるので、説明を省略する。
【０１３４】
次に、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４例のＴＭＲ膜について説明する。第４例のＴＭＲ膜は、図１３に示す第３例のＴＭＲ膜の変形例である。
【０１３５】
図１４は、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４例のＴＭＲ膜の断面図である。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。
【０１３６】
図１４を参照するに、第４例のＴＭＲ膜９３は、下部非磁性絶縁層３７ａと自由磁化層３９との間に下部拡散防止層３８、自由磁化層３９と上部非磁性絶縁層６７ａとの間に上部拡散防止層６８を設けた以外は、図１３に示す第３例のＴＭＲ膜９２と同様の構成を有する。
【０１３７】
第４例のＴＭＲ膜９３は、下部拡散防止層３８および上部拡散防止層６８が、図１２に示す第２例のＴＭＲ膜の第１拡散防止層３８と同様の材料の組成および膜厚の範囲から選択される。磁界中熱処理においてＴＭＲ膜は高温に曝されるとＭｎが拡散し易くなるが、下部拡散防止層３８および上部拡散防止層６８により、自由磁化層３９のＭｎの拡散をより完全に防止できる。その結果、トンネル抵抗変化量の劣化が防止される。
【０１３８】
以上により、第４例のＴＭＲ膜９３は、トンネル抵抗変化量の劣化が防止され、高出力で信号磁界に対する感度の良好な磁気抵抗効果素子が実現できる。
【０１３９】
次に、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５例のＴＭＲ膜について説明する。第５例のＴＭＲ膜は、図１４に示す第４例のＴＭＲ膜９３の変形例である。
【０１４０】
図１５は、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５例のＴＭＲ膜の断面図である。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。
【０１４１】
図１５を参照するに、第５例のＴＭＲ膜９４は、下部第２固定磁化層５６がＣｏＭｎＺの一般式で表される強磁性材料からなり、下部非磁性結合層３５と下部第２固定磁化層５６との間に下部界面磁性層８３が設けられ、下部第２固定磁化層５６と下部非磁性絶縁層３７ａとの間に下部第２拡散防止層７３が設けられている。ＴＭＲ膜９４は、さらに、上部第２固定磁化層６６がＣｏＭｎＺの一般式で表される強磁性材料からなり、上部非磁性絶縁層６７ａと上部第２固定磁化層７６との間に上部第２拡散防止層７４が設けられ、上部第２固定磁化層６６と上部非磁性結合層６５との間に上部界面磁性層８４が設けられている。ＴＭＲ膜９４の他の構成は、図１４に示す第４例のＴＭＲ膜９３と同様である。ここで、ＣｏＭｎＺ（但し、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、Ｃｏ50Ｍｎ25Ｚ25（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である。
【０１４２】
下部第２固定磁化層５６および上部第２固定磁化層６６がＣｏＭｎＺからなるので、トンネル抵抗変化量が大きく、さらに自由磁化層３９のＣｏＭｎＡｌを上述した所定の組成範囲が設定されることにより、自由磁化層３９の保磁力が低い。したがって、高出力で信号磁界の検出感度が良好な磁気抵抗効果素子を実現できる。
【０１４３】
さらに、下部第２拡散防止層７３および上部第２拡散防止層７４を設けることで、下部第２固定磁化層５６および上部第２固定磁化層６６のＭｎの拡散をより完全に防止できる。
【０１４４】
さらに、下部界面磁性層８３および上部界面磁性層８４は、それぞれ、第１の実施の形態の第５例のＧＭＲ膜の下部界面磁性層８３および上部界面磁性層８４と同様の材料および膜厚から選択される。したがって、トンネル変化量を増加させることができる。
【０１４５】
以上により、第５例のＴＭＲ膜９４は、第４例のＴＭＲ膜よりもさらにトンネル抵抗変化量が増加するので、いっそう高出力で信号磁界に対する感度の良好な磁気抵抗効果素子が実現できる。
【０１４６】
（第３の実施の形態）
図１６は、本発明の実施の第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。
【０１４７】
図１６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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
磁気ヘッド１０８は、図１に示したように、セラミック基板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２０は、第１の実施の形態の第１例〜第５例のいずれかのＧＭＲ膜、あるいは第２の実施の形態の第１例〜第５例のいずれかのＴＭＲ膜を備える。したがって、磁気抵抗効果素子は、高出力でかつ信号磁界に対する感度が良好である。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１６に示すものに限定されるものではない。
【０１５０】
（第４の実施の形態）
図１７（Ａ）は本発明の第４の実施の形態に係る第１例の磁気メモリ装置の断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＧＭＲ膜の構成図である。また、図１８は、第１例の磁気メモリ装置の一つのメモリセルの等価回路図である。なお、図１７（Ａ）では方向を示すために直交座標軸を合わせて示している。このうち、Ｙ1およびＹ2方向は紙面に垂直な方向であり、Ｙ1方向は紙面の奥に向かう方向、Ｙ2方向は紙面の手前に向かう方向である。なお、以下の説明において例えば単にＸ方向という場合は、Ｘ1方向およびＸ2方向のいずれでもよいことを示し、Ｙ方向およびＺ方向についても同様である。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。
【０１５１】
図１７（Ａ）、（Ｂ）、および図１８を参照するに、磁気メモリ装置１１０は、例えばマトリクス状に配列された複数のメモリセル１１１からなる。メモリセル１１１は、大略して磁気抵抗効果（ＧＭＲ）膜３０とＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１１２からなる。なお、ＭＯＳ型ＦＥＴは、ｐチャネルＭＯＳ型ＦＥＴあるいはｎチャネルＭＯＳ型ＦＥＴを用いることができるが、ここでは、電子がキャリアとなるｎチャネルＭＯＳ型ＦＥＴを例として説明する。
【０１５２】
ＭＯＳ型ＦＥＴ１１２は、シリコン基板１１３中に形成されたｐ型不純物を含むｐウェル領域１１４と、ｐウェル領域１１４中のシリコン基板１１３の表面の近傍に互いに離隔してｎ型不純物が導入された不純物拡散領域１１５ａ、１１５ｂを有する。ここで、一方の不純物拡散領域１１５ａをソースＳ、他方の不純物拡散領域１１５ｂをドレインＤとする。ＭＯＳ型ＦＥＴ１１２は、２つの不純物拡散領域１１５ａ、１１５ｂの間のシリコン基板１１３の表面にゲート絶縁膜１１６を介してゲート電極Ｇが設けられている。
【０１５３】
ＭＯＳ型ＦＥＴ１１２のソースＳは、垂直配線１２４および層内配線１２５を介してＧＭＲ膜３０の一方の側、例えば下地層３１に電気的に接続される。また、ドレインＤには垂直配線１２４を介してプレート線１１８が電気的に接続される。ゲート電極Ｇには読出用ワード線１１９に電気的に接続される。なお、ゲート電極Ｇが読出用ワード線１１９を兼ねてもよい。
【０１５４】
また、ビット線１２０は、ＧＭＲ膜３０の他方の側、例えば保護膜４０に電気的に接続される。ＧＭＲ膜３０の下側には離隔して書込用ワード線１２１が設けられている。
【０１５５】
ＧＭＲ膜３０は、先に図２に示したＧＭＲ膜３０と同様の構成を有する。ＧＭＲ膜３０は、自由磁化層３９の磁化容易軸の方向を図１７（Ａ）に示すＸ軸方向に沿って設定し、磁化困難軸の方向をＹ方向に沿って設定する。磁化容易軸の方向は、熱処理により形成してもよく、形状異方性により形成してもよい。形状異方性によりＸ軸方向に磁化容易軸を形成する場合は、ＧＭＲ膜３０の膜面に平行な断面形状（Ｘ−Ｙ平面に平行な断面形状）をＹ方向の辺よりもＸ方向の辺が長い矩形とする。
【０１５６】
なお、磁気メモリ装置１１０は、シリコン基板１１３の表面やゲート電極Ｇがシリコン窒化膜やシリコン酸化膜等の層間絶縁膜１２３に覆われている。また、ＧＭＲ膜３０、プレート線１１８、読出用ワード線１１９、ビット線１２０、書込用ワード線１２１、垂直配線１２４、および層内配線１２５は、上記で説明した電気的な接続以外は層間絶縁膜１２３により互いに電気的に絶縁されている。
【０１５７】
磁気メモリ装置１１０は、ＧＭＲ膜３０に情報を保持する。情報は、第２固定磁化層３６の磁化の方向に対して、自由磁化層３９の磁化の方向が平行あるいは反平行の状態であるかにより保持される。
【０１５８】
次に、磁気メモリ装置１１０の書込みおよび読出し動作を説明する。磁気メモリ装置１１０のＧＭＲ膜３０への情報の書込み動作は、ＧＭＲ膜３０の上下に配置されたビット線１２０と書込用ワード線１２１により行われる。ビット線１２０はＧＭＲ膜３０の上方をＸ方向に延在しており、ビット線１２０に電流を流すことにより、ＧＭＲ膜３０にＹ方向に印加される。また、書込用ワード線１２１はＧＭＲ膜３０の下方をＹ方向に延在しており、書込用ワード線１２１に電流を流すことにより、ＧＭＲ膜３０にＸ方向に磁界が印加される。
【０１５９】
ＧＭＲ膜３０の自由磁化層３９の磁化は、実質的に磁界が印加されない場合はＸ方向（例えばＸ2方向とする。）を向いており、その磁化方向は安定である。
【０１６０】
情報をＧＭＲ膜３０に書込む際はビット線１２０と書込用ワード線１２１に同時に電流を流す。例えば、自由磁化層３９の磁化をＸ1方向に向ける場合は、書込用ワード線１２１に流す電流をＹ1方向に流す。これにより、ＧＭＲ膜３０において磁界がＸ1方向となる。この際、ビット線１２０に流す電流の方向は、Ｘ1方向およびＸ2方向のいずれでもよい。ビット線１２０に流す電流による生じる磁界は、ＧＭＲ膜３０においてＹ1方向またはＹ2方向になり、自由磁化層３９の磁化が磁化困難軸の障壁を越えるための磁界の一部として機能する。すなわち、自由磁化層３９の磁化にＸ1方向の磁界と、Ｙ1方向またはＹ2方向とが同時に印加されることで、Ｘ2方向を向いていた自由磁化層３９の磁化は、Ｘ1方向に反転する。そして磁界を取り去った後も自由磁化層３９の磁化はＸ1方向を向いており、次の書込み動作の磁界あるいは消去用の磁界が印加されない限りは安定である。
【０１６１】
このようにして、ＧＭＲ膜３０には自由磁化層３９の磁化の方向に応じて、"１"あるいは"０"を記録できる。例えば、第２固定磁化層３６の磁化の方向がＸ1方向の場合に、自由磁化層３９の磁化方向がＸ1方向（トンネル抵抗値が低い状態）のときは"１"、Ｘ2方向（トンネル抵抗値が高い状態）のときは"０"に設定する。
【０１６２】
なお、書込み動作の際にビット線１２０および書込用ワード線１２１に供給される電流の大きさは、ビット線１２０あるいは書込用ワード線１２１のいずれか一方のみに電流が流れても自由磁化層３９の磁化の反転が生じない程度に設定される。これにより、電流を供給したビット線１２０と電流を供給した書込用ワード線１２１との交点にあるＧＭＲ膜３０の自由磁化層３９の磁化のみに記録が行われる。なお、書込み動作の際にビット線１２０に電流を流した際に、ＧＭＲ膜３０には電流が流れないように、ソースＳ側がハイピーダンスに設定される。
【０１６３】
次に、磁気メモリ装置１１０のＧＭＲ膜３０への情報の読出し動作は、ビット線１２０にソースＳに対して負電圧を印加し、読出用ワード線１１９、すなわちゲート電極ＧにＭＯＳ型ＦＥＴ１１２の閾値電圧よりも大きな電圧（正電圧）を印加して行う。これによりＭＯＳ型ＦＥＴ１１２はオンとなり、電子がビット線１２０から、ＧＭＲ膜３０、ソースＳ、およびドレインＤを介してプレート線１１８に流れる。プレート線１１８に電流計等の電流値検出器１２８を電気的に接続することで、第２固定磁化層３６の磁化の方向に対する自由磁化層３９の磁化の方向に対応する磁気抵抗値を検出する。これにより、ＧＭＲ膜３０が保持する"１"あるいは"０"の情報を読出すことができる。
【０１６４】
第４の実施の形態に係る第１例の磁気メモリ装置１１０は、ＧＭＲ膜３０の自由磁化層３９がＣｏＭｎＡｌからなるので、磁気抵抗変化量ΔＲＡが大きい。したがって、磁気メモリ装置１１０は、情報の読出しの際に、保持された"０"および "１"に対応する磁気抵抗値の差が大きいので、正確な読出しができる。さらに、ＧＭＲ膜３０は、第１の実施の形態において説明したように、自由磁化層３９のＣｏＭｎＡｌを所定の組成範囲に設定することにより、自由磁化層の保磁力が低い。したがって、磁気メモリ装置１１０は、書込み動作の際に印加する磁界を低減することができる。したがって、書込み動作の際のビット線１２０および書込用ワード線１２１に流す電流値を低減できるので、磁気メモリ装置１１０の消費電力を低減できる。
【０１６５】
さらに、ＧＭＲ膜３０は、非磁性金属層３７と自由磁化層３９との間に拡散防止層３８を有するため、自由磁化層３９に含まれるＭｎの非磁性金属層３７への拡散を防止する。そのため、ＧＭＲ膜３０のΔＲＡの劣化を防止できる。特に、拡散防止層３８にＣｏＮｉＦｅを用いることでΔＲＡの増加および自由磁化層３９と拡散防止層３８との積層体の保磁力の低下を同時に実現できる。その結果、磁気メモリ装置１１０は、書込み動作の際に印加する磁界を低減することができる。したがって、書込み動作の際のビット線１２０および書込用ワード線１２１に流す電流値を低減できるので、磁気メモリ装置１１０の消費電力を低減できる。
【０１６６】
なお、磁気メモリ装置１１０を構成するＧＭＲ膜３０は、図３〜図６に示す第２例〜第５例のＧＭＲ膜５０，６０，７０，８０のいずれかに置換してもよく、さらに、第２例〜第５例のＧＭＲ膜５０，６０，７０，８０の説明中の変形例を用いてもよい。
【０１６７】
図１９は、第１例の磁気メモリ装置の変形例を構成するＴＭＲ膜の構成図である。図１９を図１７（Ａ）と共に参照するに、磁気メモリ装置１１０を構成するＧＭＲ膜３０の代わりにＴＭＲ膜９０を用いてもよい。ＴＭＲ膜９０は、図１１に示す第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膜と同様の構成を有する。ＴＭＲ膜９０は、例えば、下地層３１が層内配線１２５に接触し、保護膜４０がビット線１２０に接触している。また、自由磁化層３９の磁化容易軸は上述したＧＭＲ膜３０と同様に配置される。ＴＭＲ膜９０を用いた場合の磁気メモリ装置１１０の書込み動作および読出し動作はＧＭＲ膜と同様であるのでその説明を省略する。
【０１６８】
ＴＭＲ膜９０は、第２の実施の形態において説明したようにトンネル抵抗効果を示す。ＴＭＲ膜９０は、自由磁化層３９がＣｏＭｎＡｌからなるので、トンネル抵抗変化量が大きい。したがって、磁気メモリ装置１１０は、情報の読出しの際に、保持された"０"および "１"に対応するトンネル抵抗変化量が大きいので、正確な読出しができる。さらに、自由磁化層３９の保磁力が低減されているので感度が高く、磁気メモリ装置１１０の消費電力を低減できる。
【０１６９】
なお、磁気メモリ装置１１０を構成するＴＭＲ膜９０は、図１２〜図１５に示す第２例〜第５例のＴＭＲ膜９１〜９４を用いてもよく、さらに、第２例〜第５例のＴＭＲ膜９１〜９４の説明中の変形例を用いてもよい。
【０１７０】
図２０は、第４の実施の形態に係る第２例の磁気メモリ装置の断面図である。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。
【０１７１】
図２０を参照するに、磁気メモリ装置１３０は、ＧＭＲ膜３０に情報を書込むための機構が第１例の磁気メモリ装置と異なる。磁気メモリ装置１３０のメモリセルは、書込用ワード線１２１が設けられていない以外は、図１７（Ａ）および（Ｂ）に示すメモリセル１１１と同様の構成を有する。以下、図１７（Ｂ）を図２０とあわせて参照しつつ説明する。
【０１７２】
磁気メモリ装置１３０は、書込み動作が第１例の磁気メモリ装置と異なっている。磁気メモリ装置１３０は、偏極スピン電流ＩｗをＧＭＲ膜３０に注入し、その電流の向きによって、自由磁化層３９の磁化の向きを第２固定磁化層３６の磁化の向きに対して平行の状態から反平行の状態に、あるいは反平行の状態から平行の状態に反転させる。偏極スピン電流Ｉｗは、電子が取り得る２つのスピンの向きの一方の向きの電子からなる電子流である。偏極スピン電流Ｉｗの向きをＧＭＲ膜３０の紙面下方あるいは上方に流すことで、自由磁化層の磁化にトルクを発生させ、いわゆるスピン注入磁化反転を起こさせる。偏極スピン電流Ｉｗの電流量は、自由磁化層３９の膜厚に応じて適宜選択されるが数ｍＡ〜２０ｍＡ程度である。偏極スピン電流Ｉｗの電流量は、図１７（Ａ）の第１例の磁気メモリ装置の書き込み動作の際にビット線１２０および書込用ワード線１２１に流す電流量よりも少なく、消費電力を低減できる。
【０１７３】
なお、偏極スピン電流は、ＧＭＲ膜３０と略同様の構成を有する、Ｃｕ膜を２つの強磁性層で挟んだ積層体に垂直に電流を流すことで生成することができる。電子のスピンの向きは２つの強磁性層の磁化の向きを平行あるいは反平行に設定することで制御できる。なお、磁気メモリ装置１３０の読み取り動作は図１７（Ａ）の第１例の磁気メモリ装置１１０と同様である。
【０１７４】
第２例の磁気メモリ装置１３０は、第１例の磁気メモリ装置と同様の効果を有する。さらに、第２例の磁気メモリ装置１３０は、書き込み動作の際の電流量が第１例の磁気メモリ装置よりも低減できるので、低消費電力化が可能である。
【０１７５】
なお、磁気メモリ装置１３０は、ＧＭＲ膜３０の代わりに、図３〜図６に示す第２例〜第５例のＧＭＲ膜５０，６０，７０，８０のいずれかに置換してもよく、あるいは、図１１〜図１５に示す第１例〜第５例のＴＭＲ膜９０〜９４に置換してもよい。
【０１７６】
また、第４の実施の形態の第１例および第２例の磁気メモリ装置１１０、１３０では、ＭＯＳ型ＦＥＴ１１２により書込み動作および読出し動作の際の電流制御を行っているが、他の公知の手段により電流制御を行ってもよい。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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に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。
【０１７９】
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）  固定磁化層と、非磁性金属層と、自由磁化層と、が積層されたＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子であって、
前記自由磁化層はＣｏＭｎＡｌからなり、
前記非磁性金属層と自由磁化層との間に、該自由磁化層に含まれるＭｎの非磁性金属層への拡散を防止する拡散防止層を備え、
前記ＣｏＭｎＡｌが、三元系の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量，Ｍｎ含有量，Ａｌ含有量）として表すと、点Ａ（４４，２３，３３）、点Ｂ（４８，２５，２７）、点Ｃ（６０，２０，２０）、点Ｄ（６５，１５，２０）、点Ｅ（６５，１０，２５）、点Ｆ（６０，１０，３０）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、および点Ａ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磁気抵抗効果素子（但し、各含有量は原子％で表す。）。
（付記２）  前記拡散防止層は、Ｃｏ、Ｆｅ、およびＮｉからなる群のうち少なくとも１種の元素を含み、かつＭｎを含まない強磁性材料からな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）  前記拡散防止層は、ＣｏＮｉＦｅからなり、その膜厚は０．２ｎｍ〜２．０ｎｍの範囲に設定されることを特徴とする付記２記載の磁気抵抗効果素子。
（付記４）  前記自由磁化層上にさらにその他の拡散防止層および保護膜がこの順に積層され、
前記さらにその他の拡散防止層は、Ｃｏ、Ｆｅ、およびＮｉからなる群のうち少なくとも１種の元素を含み、かつＭｎを含まない強磁性材料からな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５）  前記自由磁化層上に他の拡散防止層と、他の非磁性金属層と、他の固定磁化層と、がさらに積層してな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６）  前記他の拡散防止層は、Ｃｏ、Ｆｅ、およびＮｉからなる群のうち少なくとも１種の元素を含み、かつＭｎを含まない強磁性材料からなることを特徴とする付記５記載の磁気抵抗効果素子。
（付記７）  前記固定磁化層は、第１の固定磁化層と、非磁性結合層と、第２の固定磁化層とがこの順に積層されてなり、該第２の固定磁化層と前記非磁性金属層との間にその他の拡散防止層をさらに備え、
前記第２の固定磁化層がＣｏＭｎＺ（但し、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。）からな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８）  前記非磁性結合層と、第２の固定磁化層との間にさらにその他の拡散防止層を備えることを特徴とする付記７記載の磁気抵抗効果素子。
（付記９）  前記他の固定磁化層は、他の第２の固定磁化層と、他の非磁性結合層と、他の第１の固定磁化層と、がこの順に積層されてなり、該他の第２の固定磁化層と前記他の非磁性金属層との間にその他の拡散防止層をさらに備え、
前記第２の固定磁化層がＣｏＭｎＺ（但し、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。）からなることを特徴とする付記５記載の磁気抵抗効果素子。
（付記１０）  前記他の第２の固定磁化層と、他の非磁性結合層との間にさらにその他の拡散防止層を備えることを特徴とする付記９記載の磁気抵抗効果素子。
（付記１１）  前記ＣｏＭｎＡｌは、その組成が（Ｃｏ2Ｍｎ）100-AＡｌAと表したとき、Ａが２７ａｔ％〜３３ａｔ％の範囲から選択されてな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１２）  固定磁化層と、非磁性絶縁層と、自由磁化層と、が積層されたＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子であって、
前記自由磁化層はＣｏＭｎＡｌからなり、
前記ＣｏＭｎＡｌが、三元系の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量，Ｍｎ含有量，Ａｌ含有量）として表すと、点Ａ（４４，２３，３３）、点Ｂ（４８，２５，２７）、点Ｃ（６０，２０，２０）、点Ｄ（６５，１５，２０）、点Ｅ（６５，１０，２５）、点Ｆ（６０，１０，３０）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、および点Ａ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磁気抵抗効果素子（但し、各含有量は原子％で表す。）。
（付記１３）  前記非磁性絶縁層と自由磁化層との間に拡散防止層を備え、
前記拡散防止層は、Ｃｏ、Ｆｅ、およびＮｉからなる群のうち少なくとも１種の元素を含み、かつＭｎを含まない強磁性材料からなることを特徴とする付記１２記載の磁気抵抗効果素子。
（付記１４）  前記拡散防止層は、ＣｏＮｉＦｅからなり、その膜厚は０．２ｎｍ〜２．０ｎｍの範囲に設定されることを特徴とする付記１３記載の磁気抵抗効果素子。
（付記１５）  前記自由磁化層上にさらにその他の拡散防止層および保護膜がこの順に積層され、
前記さらにその他の拡散防止層は、Ｃｏ、Ｆｅ、およびＮｉからなる群のうち少なくとも１種の元素を含み、かつＭｎを含まない強磁性材料からなることを特徴とする付記１１記載の磁気抵抗効果素子。
（付記１６）  前記自由磁化層上に他の拡散防止層と、他の非磁性絶縁層と、他の固定磁化層と、がさらに積層してなることを特徴とする付記１２記載の磁気抵抗効果素子。
（付記１７）  前記自由磁化層と他の非磁性絶縁層との間に他の拡散防止層を備え、
前記他の拡散防止層は、Ｃｏ、Ｆｅ、およびＮｉからなる群のうち少なくとも１種の元素を含み、かつＭｎを含まない強磁性材料からなることを特徴とする付記１６記載の磁気抵抗効果素子。
（付記１８）  前記固定磁化層は、第１の固定磁化層と、非磁性結合層と、第２の固定磁化層とがこの順に積層されてなり、
前記第２の固定磁化層がＣｏＭｎＺ（但し、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。）からなることを特徴とする付記１２記載の磁気抵抗効果素子。
（付記１９）  前記他の固定磁化層は、他の第２の固定磁化層と、他の非磁性結合層と、他の第１の固定磁化層とがこの順に積層されてなり、
前記第２の固定磁化層がＣｏＭｎＺ（但し、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。）からなることを特徴とする付記１６記載の磁気抵抗効果素子。
（付記２０）付記１〜１９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２１）付記１〜１９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。
（付記２２）  固定磁化層と、非磁性金属層と、自由磁化層と、が積層されたＣＰＰ型の磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜に磁界を印加して、前記自由磁化層の磁化を所定の方向に向ける書込手段と、
前記磁気抵抗効果膜にセンス電流を供給して抵抗値を検出する読出手段とを備え、
前記自由磁化層はＣｏＭｎＡｌからなり、
前記非磁性金属層と自由磁化層との間に、該自由磁化層に含まれるＭｎの非磁性金属層への拡散を防止する拡散防止層を備え、
前記ＣｏＭｎＡｌが、三元系の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量，Ｍｎ含有量，Ａｌ含有量）として表すと、点Ａ（４４，２３，３３）、点Ｂ（４８，２５，２７）、点Ｃ（６０，２０，２０）、点Ｄ（６５，１５，２０）、点Ｅ（６５，１０，２５）、点Ｆ（６０，１０，３０）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、および点Ａ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磁気メモリ装置（但し、各含有量は原子％で表す。）。
（付記２３）  固定磁化層と、非磁性絶縁層と、自由磁化層と、が積層されたＣＰＰ型の磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜に磁界を印加して、前記自由磁化層の磁化を所定の方向に向ける書込手段と、
前記磁気抵抗効果膜にセンス電流を供給して抵抗値を検出する読出手段とを備え、
前記自由磁化層はＣｏＭｎＡｌからなり、
前記ＣｏＭｎＡｌが、三元系の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量，Ｍｎ含有量，Ａｌ含有量）として表すと、点Ａ（４４，２３，３３）、点Ｂ（４８，２５，２７）、点Ｃ（６０，２０，２０）、点Ｄ（６５，１５，２０）、点Ｅ（６５，１０，２５）、点Ｆ（６０，１０，３０）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、および点Ａ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磁気メモリ装置（但し、各含有量は原子％で表す。）。
（付記２４）  前記書込手段は、磁気抵抗効果膜の膜面に略平行に自由磁化層の磁化容易軸の一方の向きに第１の磁界を印加すると共に、該膜面に略平行でかつ第１の磁界とは所定の角度をなす方向に第２の磁界を印加して、自由磁化層の磁化の向きを制御することを特徴とする付記２２または２３記載の磁気メモリ装置。
（付記２５）  ビット線と、ワード線と、制御電極および２つの電流供給電極を有するＭＯＳ型トランジスタをさらに備え、
前記ワード線は制御電極と電気的に接続され、
前記磁気抵抗効果膜は、ビット線と一方の電流供給電極との間に電気的に接続され、
前記読出手段は、ワード線を所定の電圧に設定してＭＯＳ型トランジスタをオンさせ、ビット線と前記一方の電流供給電極との間にセンス電流を流して磁気抵抗値を検出することを特徴とする付記２４記載の磁気メモリ装置。
（付記２６）  前記書込手段は、磁気抵抗効果膜に偏極したスピンを有する電子流に基づいて自由磁化層の磁化の向きを制御することを特徴とする付記２２または２３記載の磁気メモリ装置。
（付記２７）  ビット線と、ワード線と、制御電極および２つの電流供給電極を有するＭＯＳ型トランジスタをさらに備え、
前記ワード線は制御電極と電気的に接続され、
前記磁気抵抗効果膜は、ビット線と一方の電流供給電極との間に電気的に接続され、
前記読出手段は、ワード線を所定の電圧に設定してＭＯＳ型トランジスタをオンさせ、ビット線と前記一方の電流供給電極との間にセンス電流を流して磁気抵抗値を検出することを特徴とする付記２６記載の磁気メモリ装置。
【図面の簡単な説明】
【０１８０】
【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】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４】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４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５例のＧＭＲ膜の断面図である。
【図７】第１の実施の形態に係る実施例の自由磁化層の組成と保磁力との関係図である。
【図８】自由磁化層の保磁力と組成範囲を示す図である。
【図９】実施例の自由磁化層の保磁力とＡｌ含有量との関係図である。
【図１０】実施例の磁気抵抗効果素子のΔＲＡとＡｌ含有量との関係図である。
【図１１】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１２】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１３】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１４】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４例のＴＭＲ膜の断面図である。
【図１５】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５例のＴＭＲ膜の断面図である。
【図１６】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。
【図１７】（Ａ）は本発明の第４の実施の形態に係る第１例の磁気メモリ装置の断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＧＭＲ膜の構成図である。
【図１８】第１例の磁気メモリ装置の一つのメモリセルの等価回路図である。
【図１９】第１例の磁気メモリ装置の変形例を構成するＴＭＲ膜の構成図である。
【図２０】第４の実施の形態に係る第２例の磁気メモリ装置の断面図である。
【符号の説明】
【０１８１】
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
３０，５０，６０，７０，８０    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）
３３，５３，８１    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）
３６，５６    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    拡散防止層（第１拡散防止層、下部（第１）拡散防止層）
３９    自由磁化層
４０    保護層
５１    第２拡散防止層（下部第２拡散防止層）
６２    上部反強磁性層
６３，７２，８２    上部固定磁化積層体
６４    上部第１固定磁化層
６５    上部非磁性結合層
６６，７６    上部第２固定磁化層
６７    上部非磁性金属層
６７ａ  上部非磁性絶縁層
６８    第１拡散防止層（上部（第１）拡散防止層）
７４    上部第２拡散防止層
８３    下部界面磁性層
８４    上部界面磁性層
９０〜９４    トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）膜
１００    磁気記憶装置
１１０，１３０    磁気メモリ装置
【図１】
2007180470.tif 000003
【図２】
2007180470.tif 000004
【図３】
2007180470.tif 000005
【図４】
2007180470.tif 000006
【図５】
2007180470.tif 000007
【図６】
2007180470.tif 000008
【図７】
2007180470.tif 000009
【図８】
2007180470.tif 000010
【図９】
2007180470.tif 000011
【図１０】
2007180470.tif 000012
【図１１】
2007180470.tif 000013
【図１２】
2007180470.tif 000014
【図１３】
2007180470.tif 000015
【図１４】
2007180470.tif 000016
【図１５】
2007180470.tif 000017
【図１６】
2007180470.tif 000018
【図１７】
2007180470.tif 000019
【図１８】
2007180470.tif 000020
【図１９】
2007180470.tif 000021
【図２０】
2007180470.tif 000022