(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の強磁性層と、
前記第１の強磁性層の上に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層の上に設けられた第２の強磁性層と、
を備え、
前記絶縁層の所定の位置に前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層とが接続される最大幅が２０ｎｍ以下の開口を有する孔が設けられ、
前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との前記孔における接続部において、前記第１の強磁性層を構成する元素とも前記第２の強磁性層を構成する元素とも異なる異種元素が添加され、
前記異種元素が添加された領域の厚みは１０原子層以下であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
第１の強磁性層と、
前記第１の強磁性層の上に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層の上に設けられた第２の強磁性層と、
を備え、
前記絶縁層の所定の位置に前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層とが接続される最大幅が２０ｎｍ以下の開口を有する孔が設けられ、
前記第１の強磁性層及び前記第２の強磁性層の少なくともいずれかは、前記孔に接した部分を含む領域の結晶粒がそれ以外の領域の結晶粒よりも相対的に大きく、前記孔の全領域の結晶方位が同一の配向とされた、多結晶体であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との前記孔における接続部において、前記第１の強磁性層を構成する元素とも前記第２の強磁性層を構成する元素とも異なる異種元素が添加され、
前記異種元素が添加された領域の厚みは１０原子層以下であ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】
前記孔を通して前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との間に流される電流に対し、電気抵抗が前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層の相対的磁化配置により変化することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記絶縁層の孔は、前記第１の強磁性層側の開口幅が前記第２の強磁性層側の開口幅よりも小さくされた錐状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記孔が複数設けられたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との間の抵抗が５Ω以上１００ｋΩ以下であり、２０％以上の磁気抵抗変化率を示すことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
前記絶縁層は、ポリマー、または、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）及び鉄（Ｆｅ）よりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む酸化物、窒化物あるいはフッ化物であり、
前記第１及び第２の強磁性層は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、または、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）及びクロム（Ｃｒ）よりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む合金、酸化物、窒化物あるいはホイスラー合金、あるいは鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）及びクロム（Ｃｒ）の少なくともいずれかの元素を含む化合物半導体または酸化物半導体であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子の複数を直列に結合したことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子を備え、
磁気記録媒体から放出される磁束の経路上に前記第１及び第２の強磁性層を直列に設け、前記孔を挟んだ前記第１及び第２の強磁性層の磁化方向の差異を磁気抵抗変化として検出可能としたことを特徴とする磁気再生素子。
【請求項１１】
前記第１及び第２の強磁性層のうちで、前記磁気記録媒体から相対的に遠くに設けられた強磁性層の磁化が一方向に固着されてなることを特徴とする請求項１０記載の磁気再生素子。
【請求項１２】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子を備え、
前記第１の強磁性層の膜面は、磁気記録媒体に対して略垂直の配置にて前記磁気記録媒体からの信号磁界を検出することを特徴とする磁気再生素子。
【請求項１３】
前記孔は、前記絶縁層の中心から前記記録媒体の方向にずれた位置に設けられたことを特徴とする請求項１２記載の磁気再生素子。
【請求項１４】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子と、
前記第２の強磁性層の上に設けられた非磁性中間層と、
前記非磁性中間層の上に設けられた第３の強磁性層と、
を備え、
前記第１の強磁性層の磁化の方向が第１の方向に固着され、
前記第３の強磁性層の磁化の方向が前記第１の方向とは略反平行な第２の方向に固着され、
前記第２の強磁性層の磁化の方向が可変であり、前記第１乃至第３の強磁性層の膜面に対して略垂直方向に電流を流すことにより書き込み及び読み出しの少なくともいずれかを行うことを特徴とする磁気メモリ。
【請求項１５】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子と、
前記第２の強磁性層の上に設けられた非磁性中間層と、
前記非磁性中間層の上に設けられた第３の強磁性層と、
を備え、
前記第１及び第３の強磁性層の磁化の方向が第１の方向に固着され、
前記第２の強磁性層の磁化の方向が可変であり、
前記第１乃至第３の強磁性層の膜面に対して略垂直方向に電流を流すことにより書き込み及び読み出しの少なくともいずれかを行うことを特徴とする磁気メモリ。
【請求項１６】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子を備え、
前記第１及び第２の強磁性層のいずれか一方の磁化の方向が第１の方向に固着され、
前記第１及び第２の強磁性層のいずれか他方の磁化の方向が可変であり、
前記第１及び第２の強磁性層の膜面に対して略垂直方向に電流を流すことにより書き込み及び読み出しの少なくともいずれかを行うことを特徴とする磁気メモリ。
【請求項１７】
前記電流を流すための第１及び第２の電極が、前記第１及び第２の強磁性層の全体または一部のみを覆うように設けられ、前記第１及び第２の電極が対向する範囲内に前記開口が設けられたことを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１つに記載の磁気メモリ。
【請求項１８】
複数のメモリセルが絶縁領域により互いに分離されて２次元的に配列され、
導体プローブまたは固定配線により、前記複数のメモリセルのそれぞれに電流が供給され、
前記複数のメモリセルのそれぞれに対する書き込みのための電流の絶対値は、読み出しのためのセンス電流よりも大きく、
前記複数のメモリセルのそれぞれは、
請求項１〜９のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子を備え、
前記第１及び第２の強磁性層のいずれか一方の磁化の方向が第１の方向に固着され、
前記第１及び第２の強磁性層のいずれか他方の磁化の方向が可変であり、
前記第１及び第２の強磁性層の膜面に対して略垂直方向に電流を流すことにより前記書き込み及び読み出しの少なくともいずれかを行うことを特徴とする磁気メモリ。
【請求項１９】
第１の強磁性層と、前記第１の強磁性層の上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層の上に設けられた第２の強磁性層と、を有する積層体を形成する工程と、
前記積層体の主面に電子線を局所的に照射することにより前記絶縁層を局所的に消失させる工程と、
を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２０】
前記積層体は、前記電子線を照射される前記主面にタンタルからなる保護層を有することを特徴とする請求項１９記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２１】
第１の強磁性層の上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層の表面に針を当て、還元性雰囲気において前記絶縁層と前記針との間に電界を印加することにより電流を流して還元反応を生じさせ前記絶縁層の前記針を当てた領域を通電領域とする工程と、
前記絶縁層上に強磁性体を堆積することにより第２の強磁性層を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２２】
第１の強磁性層と、前記第１の強磁性層の上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層の上に設けられた第２の強磁性層と、を有する積層体を形成する工程と、
前記積層体の主面に針を当てて局所的に電界を印加することにより前記絶縁層を局所的に還元して前記絶縁層に局所的な通電領域を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２３】
第１の強磁性層の上に被酸化層を形成する工程と、
前記被酸化層の表面に針を当て、酸化性雰囲気において前記被酸化層と前記針との間に電界を印加することにより電流を流して陽極酸化反応を生じさせ前記被酸化層の前記針を当てた領域を酸化する工程と、
前記酸化した領域を選択的に取り除いて前記被酸化層に孔を形成する工程と、
前記被酸化層を酸化させることにより、孔が形成された絶縁層を形成する工程と、
前記孔を埋め込むように前記孔及び前記絶縁層の上に強磁性体を堆積することにより第２の強磁性層を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果素子及びその製造方法、磁気再生素子並びに磁気メモリに関し、より詳細には、高い磁気抵抗変化率を示す磁気微小接点を有する磁気抵抗効果素子及びその製造方法、磁気再生素子並びに磁気メモリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
強磁性層／非磁性層／強磁性層からなる積層構造において面内に電流を流した場合に、巨大磁気抵抗効果（Giant Magnetoresistance effect）が発現することが見出されて以来、さらに大きな磁気抵抗変化率を持つ系が探索されてきた。これまでに、強磁性トンネル接合や電流を積層構造に対して垂直方向に流すＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）型ＭＲ素子が開発され、これらは磁気センサーや磁気記録の再生素子として有望視されている。
【０００３】
磁気記録技術の分野においては、記録密度の向上により必然的に記録ビットの縮小化が進められ、その結果として十分な信号強度を得ることが難しくなりつつある。このため、より感度の高い磁気抵抗効果を示す材料が求められており、上述の如く大きな磁気抵抗変化率を示す系の必要性はますます高くなっている。
【０００４】
最近、１００％以上の磁気抵抗効果を示すものとして、２つの針状のニッケル（Ｎｉ）を付き合わせた「磁気微小接点」、あるいは２つのマグネタイトを接触させた磁気微小接点が、開示された（非特許文献１及び２参照）。
【０００５】
【非特許文献１】
N. Garcia, M. Munoz, and Y. -W. Zhao, Physical Review Letters, vol.82, p2923 (1999)
【非特許文献２】
J. J. Versluijs, M. A. Bari and J. M. D. Coey,  Physical Review Letters, vol.87, p26601 -1 (2001)
【０００６】
これらは、大きな磁気抵抗変化率を示しているものの、その磁気微小接点の作製方法は、いずれも２つの針状あるいは三角形状に加工した強磁性体を角付き合わせるというものである。
さらにごく最近、２本の細いＮｉワイヤをＴ字に配置し、電着法を用いて接触部に微小コラムを成長させた磁気微小接点が開示された（非特許文献３及び４参照）。
【０００７】
【非特許文献３】
N.Garciaら、Appl.Phys.Lett.,vol.80,p1785(2002)
【非特許文献４】
H.D.Chopra and S.Z.Hua, Phys.Rev.B,vol.66,p.20403-1(2002)
【０００８】
これらも非常に大きな磁気抵抗変化率を示しているが、この磁気微小接点の構造では素子化が不可能である。一方、アルミナのピンホールにＮｉクラスターを電着で成長させて作製した磁気微小接点が開示された（非特許文献５参照）。
【０００９】
【非特許文献５】
M. Munoz, G. G. Qian, N. Karar, H. Cheng, I. G. Saveliev, N. Garcia, T. P. Moffat, P. J. Chen, L. Gan, and W. F. Egelhoff, Jr., Appl. Phys. Lett., vol.79, p.2946, (2001))
【００１０】
この構造は磁区の制御と接点構造制御が困難で、このため、この接点の抵抗変化率は１４％以下と小さい。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
磁気微小接点は、大きな磁気抵抗変化率を示す可能性を有するものの、磁気抵抗効果の大きな磁気微小接点を得るためには、２つの針状等に加工した強磁性体を角付き合わせる、あるいは２本のワイヤ間に電着で微小コラムを形成することが必要であるなど、作製時の接点部の精密な制御が困難な構造であった。磁気ヘッドや固体磁気メモリなどへの応用を考慮すると、制御性よく作製でき、量産可能な微小接点の構造およびその作製方法の開発が必要である。
【００１２】
また、磁気抵抗変化は、微小接合を挟んだ両側の磁性電極における磁化方向の差異を検出する。このため、両側の磁性電極の磁区制御がその特性を決定する。よって、両磁性電極の磁区制御が容易となるような構造が、磁気抵抗効果素子としては不可欠である。
【００１３】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、磁性電極の磁区制御が容易な構造で、素子として使用できる磁気微小接点構造を提供することにある。また同時に、作製時に接点構造制御が容易な磁気微小接点構造を提供することにある。さらに、これを用いた高感度の再生ヘッド用素子を提供することにある。またさらに、この磁気抵抗効果素子を用いた記録再生機能をもつ磁気メモリを提供することも目的とする。またさらに、そのような磁気微小接点の作製法を提供することも目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様によれば、
第１の強磁性層と、
前記第１の強磁性層の上に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層の上に設けられた第２の強磁性層と、
を備え、
前記絶縁層の所定の位置に前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層とが接続される最大幅が２０ｎｍ以下の開口を有する孔が設けられ、
前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との前記孔における接続部において、前記第１の強磁性層を構成する元素とも前記第２の強磁性層を構成する元素とも異なる異種元素が添加され、
前記異種元素が添加された領域の厚みは１０原子層以下であることを特徴とする磁気抵抗効果素子が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、
第１の強磁性層と、
前記第１の強磁性層の上に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層の上に設けられた第２の強磁性層と、
を備え、
前記絶縁層の所定の位置に前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層とが接続される最大幅が２０ｎｍ以下の開口を有する孔が設けられ、
前記第１の強磁性層及び前記第２の強磁性層の少なくともいずれかは、前記孔に接した部分を含む領域の結晶粒がそれ以外の領域の結晶粒よりも相対的に大きく、前記孔の全領域の結晶方位が同一の配向とされた、多結晶体であることを特徴とする磁気抵抗効果素子が提供される。
またここで、前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との前記孔における接続部において、前記第１の強磁性層を構成する元素とも前記第２の強磁性層を構成する元素とも異なる異種元素が添加され、前記異種元素が添加された領域の厚みは１０原子層以下であるものとすることもできる。
【００１５】
上記構成によれば、大きな磁気抵抗変化が得られる磁気微小接点を有する磁気抵抗効果素子を確実且つ容易に実現でき、また強磁性電極は薄膜構造のため、磁性電極の磁区制御が容易となり、各種のデバイスへの応用も可能となる。
【００１６】
ここで、前記孔を通して前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との間に流される電流に対し、電気抵抗が前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層の相対的磁化配置により変化するものとすることができる。
【００１７】
上記構成によっても、大きな磁気抵抗変化が得られる磁気微小接点を有する磁気抵抗効果素子を確実且つ容易に実現でき、また強磁性電極は薄膜構造のため、磁性電極の磁区制御が容易となり、各種のデバイスへの応用も可能となる。
【００１８】
ここで、前記絶縁層の孔は、前記第１の強磁性層側の開口幅が前記第２の強磁性層側の開口幅よりも小さくされた錐状であるものとすれば、針を用いて開口を形成することにより、確実且つ容易な製作が可能となる。
【００１９】
また、前記孔を複数設けてもよい。
【００２０】
また、前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との間の抵抗が５Ω以上１００ｋΩ以下であり、２０％以上の磁気抵抗変化率を示すものとすれば、磁気抵抗効果素子として、種々の用途に適用が可能である。
【００２１】
ここで、「第１の強磁性層と第２の強磁性層との間の抵抗」とは、平均値を意味するものとする。すなわち、第１の強磁性層と第２の強磁性層との間で観察される最大抵抗値をＲｍａｘ、最小抵抗値をＲｍｉｎとした時、「第１の強磁性層と第２の強磁性層との間の抵抗」とは、これらの平均値すなわち、（Ｒｍａｘ＋Ｒｍｉｎ）／２を意味するものと定義する。
【００２２】
なお本願明細書において、「磁気抵抗変化率」とは、磁場の印加による磁気抵抗効果素子の電気抵抗変化を磁場を印加した状態での電気抵抗で割った値と定義する。ただし磁場が不足して磁化が未飽和の場合には、最も小さい抵抗値で割った値と定義する。
【００２３】
また、前記絶縁層は、ポリマー、または、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）及び鉄（Ｆｅ）よりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む酸化物、窒化物あるいはフッ化物であり、
前記第１及び第２の強磁性層は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、または、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）及びクロム（Ｃｒ）よりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む合金、酸化物、窒化物あるいはホイスラー合金、あるいは鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）及びクロム（Ｃｒ）の少なくともいずれかの元素を含む化合物半導体または酸化物半導体であるものとすれば、良好な特性が容易に得られる。
【００２５】
また、前述したいずれかの磁気抵抗効果素子の複数を直列に結合したものとすれば、いわゆるタンデム型の直列構造が得られ、単独のものより大きな磁気抵抗変化が得られる。
【００２６】
一方、本発明の磁気再生素子は、前述したいずれかの磁気抵抗効果素子を備え、
磁気記録媒体から放出される磁束の経路上に前記第１及び第２の強磁性層を直列に設け、前記孔を挟んだ前記第１及び第２の強磁性層の磁化方向の差異を磁気抵抗変化として検出可能としたことを特徴とする。
【００２７】
上記構成によれば、高感度の磁気検出素子を確実且つ容易に実現することができる。
【００２８】
ここで、前記第１及び第２の強磁性層のうちで、前記磁気記録媒体から相対的に遠くに設けられた強磁性層の磁化が一方向に固着されてなるものとすれば、スピンフィルタ効果により高信号強度の磁気検出が可能となる。
【００２９】
また、前記第１の強磁性層の膜面は、磁気抵抗効果素子に対して略垂直の配置にて前記磁気記録媒体からの信号磁界を検出すれば、媒体からの信号を高感度に再生することが可能となる。
【００３０】
さらに、前記孔が、前記絶縁層の中心から前記記録媒体の方向にずれた位置に設けられたものとしてもよい。
【００３１】
上記構造によれば、感度の高い領域に磁気微小接点を設けることが可能となり高感度の磁気検出素子を容易に実現することができる。
【００３２】
一方、本発明の磁気メモリは、前述したいずれかの磁気抵抗効果素子と、前記第２の強磁性層の上に設けられた非磁性中間層と、前記非磁性中間層の上に設けられた第３の強磁性層と、を備え、
前記第１の強磁性層の磁化の方向が第１の方向に固着され、前記第３の強磁性層の磁化の方向が前記第１の方向とは略反平行な第２の方向に固着され、前記第２の強磁性層の磁化の方向が可変であり、前記第１乃至第３の強磁性層の膜面に対して略垂直方向に電流を流すことにより書き込み及び読み出しの少なくともいずれかを行うことを特徴とする。
【００３３】
上記構成によれば、磁気抵抗効果素子を用いた磁気メモリを実現できる。
【００３４】
また一方、本発明の磁気メモリは、前述したいずれかの磁気抵抗効果素子と、前記第２の強磁性層の上に設けられた非磁性中間層と、前記非磁性中間層の上に設けられた第３の強磁性層と、を備え、
前記第１及び第３の強磁性層の磁化の方向が第１の方向に固着され、前記第２の強磁性層の磁化の方向が可変であり、前記第１乃至第３の強磁性層の膜面に対して略垂直方向に電流を流すことにより書き込み及び読み出しの少なくともいずれかを行うことを特徴とする。
【００３５】
上記構成によっても、磁気抵抗効果素子を用いた磁気メモリを実現できる。
【００３６】
また一方、本発明の磁気メモリは、前述したいずれかの磁気抵抗効果素子を備え、前記第１及び第２の強磁性層のいずれか一方の磁化の方向が第１の方法に固着され、前記第１及び第２の強磁性層のいずれか他方の磁化の方向が可変であり、前記第１及び第２の強磁性層の膜面に対して略垂直方向に電流を流すことにより書き込み及び読み出しの少なくともいずれかを行うことを特徴とする。
【００３７】
上記構成によれば、構造シンプルな磁気抵抗効果素子を用いた磁気メモリを実現できる。
【００３８】
ここで、前記電流を流すための第１及び第２の電極が、前記第１及び第２の強磁性層の全体または一部のみを覆うように設けられ、前記第１及び第２の電極が対向する範囲内に前記開口が設けられたものとすることができる。
【００３９】
さらにまた一方、本発明の磁気メモリは、複数のメモリセルが絶縁領域により互いに分離されて２次元的に配列され、導体プローブまたは固定配線により、前記複数のメモリセルのそれぞれに電流が供給され、前記複数のメモリセルのそれぞれに対する書き込みのための電流の絶対値は、読み出しのためのセンス電流よりも大きく、前記複数のメモリセルのそれぞれは、前述したいずれかの磁気抵抗効果素子を備え、前記第１及び第２の強磁性層のいずれか一方の磁化の方向が第１の方法に固着され、前記第１及び第２の強磁性層のいずれか他方の磁化の方向が可変であり、前記第１及び第２の強磁性層の膜面に対して略垂直方向に電流を流すことにより前記書き込み及び読み出しの少なくともいずれかを行うことを特徴とする。
【００４０】
上記構造によれば、磁気抵抗効果素子を用いた大容量の記録が可能な磁気メモリを実現できる。
【００４１】
また、本発明の他の一態様によれば、
第１の強磁性層と、前記第１の強磁性層の上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層の上に設けられた第２の強磁性層と、を有する積層体を形成する工程と、
前記積層体の主面に電子線を局所的に照射することにより前記絶縁層を局所的に消失させる工程と、
を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法が提供される。
【００４２】
また、本発明のさらに他の一態様によれば、
第１の強磁性層の上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層の表面に針を当て、還元性雰囲気において前記絶縁層と前記針との間に電界を印加することにより電流を流して還元反応を生じさせ前記絶縁層の前記針を当てた領域を通電領域とする工程と、
前記絶縁層上に強磁性体を堆積することにより第２の強磁性層を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法が提供される。
【００４３】
また、本発明のさらに他の一態様によれば、
第１の強磁性層と、前記第１の強磁性層の上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層の上に設けられた第２の強磁性層と、を有する積層体を形成する工程と、
前記積層体の主面に針を当てて局所的に電界を印加することにより前記絶縁層を局所的に還元して前記絶縁層に局所的な通電領域を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法が提供される。
また、本発明のさらに他の一態様によれば、
第１の強磁性層の上に被酸化層を形成する工程と、
前記被酸化層の表面に針を当て、酸化性雰囲気において前記被酸化層と前記針との間に電界を印加することにより電流を流して陽極酸化反応を生じさせ前記被酸化層の前記針を当てた領域を酸化する工程と、
前記酸化した領域を選択的に取り除いて前記被酸化層に孔を形成する工程と、
前記被酸化層を酸化させることにより、孔が形成された絶縁層を形成する工程と、
前記孔を埋め込むように前記孔及び前記絶縁層の上に強磁性体を堆積することにより第２の強磁性層を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法が提供される。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００４５】
図１は、本発明の実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子の要部断面構造を例示する模式図である。
【００４６】
すなわち、本発明の磁気抵抗効果素子は、基板Ｓの上に直接あるいは間接的に形成された第１の強磁性層１の上に、微小開口Ａを有する絶縁層３が形成され、その微小開口Ａを埋め込むように第２の強磁性層２が形成されている。
【００４７】
微小開口Ａは、後に詳述するように、その最小部の開口幅が２０ｎｍ以下であることが望ましい。この「開口幅」は、微小開口Ａの開口形状が円形であれば、その直径であり、多角形の場合には対角線のうちで最も長いもの、扁平円などの非等方的な形状の場合には、その開口幅のうちで最も長いものを意味する。
【００４８】
絶縁層３は、第１の強磁性層１に向けて円錐形あるいは円形、多角錘形、円柱形、あるいは多角柱形などの開口を有し、その開口の一部が微小開口Ａを形成している。本発明の望ましい実施の形態のひとつとしては、微小開口Ａは、第１の強磁性層の近傍に設けられる。
【００４９】
つまり、本発明の磁気抵抗効果素子は、第１の強磁性層１と第２の強磁性層２とが、微小開口Ａにおいて接続された磁気微小接点を有する。
【００５０】
またさらに、強磁性層１および強磁性層２は、それら自身が電極としても作用し、あるいはそれらに接続された電極が別途設けられ、これら電極間に電流を通電した場合に得られる強磁性層１および強磁性層２の間の電気抵抗は、前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との相対的な磁化配置により変化するという特徴を有する。
【００５１】
すなわち、微小開口Ａにおいて形成された磁気微小接点の開口幅が２０ｎｍ以下になると、この開口部が極薄磁壁の発生部となり、強磁性層１と強磁性層２との間の相対的な磁化の配置関係を変化させることができる。これにより前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層２との間の電気抵抗が変化する。
本発明の磁気抵抗効果素子の場合、基本的に、磁場印加方向を変えても電気抵抗が磁場により減少する磁場領域が存在することから、ここで発生する磁気抵抗効果は、微小接点の部分で形成された磁壁により発生する磁気抵抗効果であるといえる。ここで、この磁壁は、磁化方向を異にする２つの部分の遷移領域として作用する。そして、本発明においては、磁化方向および印加磁場の大きさに応じて２０％以上の大きな磁気抵抗効果が発生する。
【００５２】
図２は、本発明の磁気抵抗効果素子における印加磁場と電気抵抗との関係を説明するための模式図である。すなわち、同図（ａ）及び（ｃ）は、微小開口Ａすなわち磁気微小接点の開口幅が２０ｎｍ以下の場合に、強磁性層１または２の膜面に対して平行な方向に磁場を印加して得られる電気抵抗の変化を表すグラフ図である。また、図２（ｂ）及び（ｄ）は、同様に、微小開口Ａの開口幅が２０ｎｍ以下で、強磁性層１または２の膜面に対して垂直な方向に磁場を印加した場合に得られる電気抵抗の変化を表すグラフ図である。なお、これらの図は、図１に例示したように、交換バイアス層を持たない最も単純な基本構造についてのものであり、素子の磁化容易磁区方向はこの場合には面内方向にある。
【００５３】
これらのグラフ図からわかるように、微小開口Ａの開口幅が２０ｎｍ以下の場合には、磁場の印加方向に依らずに、磁場印加方向を変えても電気抵抗が磁場により減少する磁場領域が基本的には存在する。ただし、困難磁区方向に磁場印加した場合に、変化が小さくて抵抗減少が見出せない場合もある。
【００５４】
これに対して、磁気微小接点の開口幅が２０ｎｍよりも大きくなると、通常の異方性磁気抵抗効果（Anisotropic Magnetoresistance Effect）による磁気抵抗効果が顕著になる。
【００５５】
図３は、通常の異方性磁気抵抗効果による磁気抵抗変化を説明する概念図である。異方性磁気抵抗効果においては、電流に対して磁場を垂直に印加した場合、すわなち、強磁性層１または２の膜面に対して平行に磁場を印加した場合には、図３（ａ）に表したように、磁場の印加により、わずかに電気抵抗が減少する。
【００５６】
一方、電流に対して平行な方向に磁場を印加した場合、すなわち強磁性層１または２の膜面に対して垂直な方向に磁場を印加した場合には、磁場に対して磁化がなかなか飽和せず、図３（ｂ）に表したように、磁場勾配は小さいが磁場の印加により電気抵抗は増加する。但し、図３（ａ）及び（ｂ）からも分かるように、通常の異方性磁気抵抗効果を示す場合には、磁気抵抗変化率は大きくても高々数％どまりである。
【００５７】
これに対して、本発明の磁気抵抗効果素子の場合には、図２（ａ）〜（ｄ）に例示したように、磁場に対して大きく抵抗変化する磁場印加方向が存在する。しかもその磁気抵抗変化率は極めて大きいという特徴を有する。
以下、本発明の磁気抵抗効果素子が、従来の磁気抵抗効果素子と比較して大きな磁気抵抗変化率を示す理由について説明する。
【００５８】
図４は、本発明の磁気抵抗効果素子と従来の磁気抵抗効果素子とを比較して表した概念図である。
【００５９】
ここで、同図（ａ）乃至（ｆ）においては、それぞれ、上側に磁化の方向を含む素子の模式図を表し、下側に対応するポテンシャル図を表した。同図（ａ）および（ｂ）は、ＣＰＰ型磁気抵抗効果効果素子の場合、同図（ｃ）及び（ｄ）は、微小接点を有する本発明の磁気抵抗効果素子の場合、同図（ｅ）及び（ｆ）は、微小接点を有しない磁気抵抗効果素子の場合について、それぞれ平行磁化配置と反平行磁化配置の場合を表わす。
【００６０】
以下、これらの模式図において、電子の流れを強磁性層１から強磁性層２へ流した場合について説明する。
【００６１】
図４（ａ）及び（ｂ）のＣＰＰ−ＭＲの場合、強磁性層１及び２の間に設けられた中間層４０は、銅（Ｃｕ）などの非磁性体からなる層である。すなわち、ＣＰＰ型のＭＲ素子は、例えば、コバルト（Ｃｏ）／銅（Ｃｕ）／コバルト（Ｃｏ）という積層構造を有する。このようなＣＰＰ型のＭＲ素子の場合、図４（ａ）に表したように強磁性層１及び２の磁化Ｍが平行の場合には、アップスピン電子が強磁性層１から中間層４０を介して強磁性層２へ流れる。一方、図４（ｂ）に表したように、強磁性層１及び２の磁化Ｍが反平行の場合は、強磁性層１から中間層４０を通過時に散乱されずに生き残ったアップスピン電子は、強磁性層２へ向かい、強磁性層２で散乱される。
【００６２】
一方、本発明のＭＲ素子の場合、同図（ｃ）に表したように、磁化Ｍが平行の場合にはアップスピン電子とダウンスピン電子がそのまま強磁性層１から強磁性層２へ流入する。一方、同図（ｄ）に表したように磁化Ｍが反平行の場合には、微小接点部において極めて薄い磁壁が形成されて磁化Ｍの方向が急峻に変化する（図４（ｄ）において、この磁壁の厚さは、例えば描画線の太さと同程度である）ので、アップスピン電子は強磁性層２で散乱され、ダウンスピン電子も強磁性層２で散乱される。このように本発明のＭＲ素子の場合、両スピンの電子が散乱されるので、同（ａ）及び（ｂ）に例示したＣＰＰ−ＭＲ素子に比べて、大きな磁気抵抗効果が得られる。
なお、本発明者は、後に詳述するように、開口接続部に異種元素が添加されている場合にも大きな磁気抵抗効果が得られることを見出している。この場合、この異種元素からなる層の厚さは極めて薄いため、異種元素層の存在を無視して近似することができる。
【００６３】
一方、もし、微小接点が２０ｎｍを越えるような大きなサイズである場合には、図４（ｆ）に例示したように、磁化Ｍが反平行の場合に、それらの間の磁壁は非常に厚くなり、ここを通過する電子はスピン情報を保つことが難しくなる。その結果として、磁化Ｍの方向の変化に起因した磁気抵抗効果は得られにくくなる。
【００６４】
以上、本発明の磁気抵抗効果素子が極めて大きな磁気抵抗変化率を示す理由を説明した。
【００６５】
本発明においては、強磁性層１及び２の磁化Ｍの制御が容易になるように、素子構造を積層構造としているので、図４（ｄ）に表したような磁化の状態を容易に実現することができる。
なお、本発明の磁気抵抗効果素子の場合、磁場印加により電気抵抗は減少するが、ヒステリシスが存在する場合には、図２（ａ）に例示したように抵抗最大がゼロ磁場からシフトする場合もある。あるいは、図２（ｃ）のようにゼロ磁場近傍で抵抗が落ち込む場合もある。しかし何れの場合も、磁場を印加して抵抗が最大値を越えると、さらなる磁場増加により素子の磁化が全て平行に揃うまで、電気抵抗は減少する。
【００６６】
さて、図１に戻って説明を続けると、本発明の磁気抵抗効果素子においては、微小接点を挟んだ強磁性層１と磁性層２は、磁区制御が容易なように膜状の平面を有する。このようにすれば、磁化分布状態を揃えることができ、従って、微小接点において接続されている他方の強磁性層との間の磁壁幅を急峻に保つことが可能となり、大きな磁気抵抗変化率が得られる。
【００６７】
但し、強磁性層１や絶縁層３は、必ずしも厳密に平坦な層である必要はなく、例えば図１（ｂ）に例示したように、多少の凹凸面あるいは湾曲面を有していてもよい。
またさらに、本発明においては、図５（ａ）乃至（ｄ）に例示した如く、複数の微小接点を設けてもよい。微小接点を複数とすることにより、ＭＲ値は減少するが、単一の微小接点を有する場合と比較して素子ごとのＭＲ値の「ばらつき」を低減でき、安定したＭＲ特性を再現することが容易となる。
【００６８】
またここで、微小接点の開口形状としては、図５（ａ）及び（ｂ）に例示したような、「すり鉢状」の他にも、図６（ａ）に例示したように平坦な強磁性層１の上に形成された凸状曲面からなるものとしてもよい。また、図６（ｂ）に例示したような垂直壁面からなるものとしてもよい。あるいは、図６（ｃ）に例示したように、強磁性層１及び２のいずれの側においても、凸状曲面からなるものとしてもよい。
【００６９】
磁気微小接点を取り囲む絶縁層３としては、ポリマーあるいはアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、シリコン（Ｓｉ）、鉄（Ｆｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）の少なくともいずれかの元素を含む酸化物、窒化物あるいはフッ化物など、あるいはアルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）などの実質上絶縁体として作用する化合物半導体などを用いることができる。
【００７０】
また、強磁性層１及び強磁性層２としては、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）などの単体、または、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）の少なくともいずれかの元素を含む合金、または、「パーマロイ」と呼ばれるＮｉＦｅ系合金、あるいは、ＣｏＮｂＺｒ系合金、ＦｅＴａＣ系合金、ＣｏＴａＺｒ系合金、ＦｅＡｌＳｉ系合金、ＦｅＢ系合金、ＣｏＦｅＢ系合金などの軟磁性材料、ホイスラー合金やＣｒＯ２、Ｆｅ３Ｏ４、Ｌａ１―ＸＳｒＸＭｎＯ３などのハーフメタル磁性体を用いることができる。さらに、（Ｇａ、Ｃｒ）Ｎ、（Ｇａ、Ｍｎ）Ｎ、ＭｎＡｓ、ＣｒＡｓ、（Ｇａ、Ｃｒ）Ａｓ、ＺｎＯ：Ｆｅ、（Ｍｇ、Ｆｅ）などの、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）の少なくともいずれかの磁性元素と化合物半導体あるいは酸化物半導体を用いることができる。すなわち、これらの材料のうちから用途に応じた磁気特性を有するものを適宜選択して用いればよい。
【００７１】
また、強磁性層１あるいは強磁性層２は、それぞれ単一膜でも複数の強磁性層の組み合わせからなる多層膜構造でもよい。例えば、外部磁場を反応性よく検出したい場合には、ソフト層にＣｏＦｅ／パーマロイからなる２層膜を用いるとよい。すなわち、用途に応じた組み合わせを適宜選択して用いればよい。
【００７２】
また、強磁性層１と強磁性層２の材料は、同一のものを用いてもよく、互いに異なるものを用いてもよい。
【００７３】
また、強磁性層１または２の隣に、さらに、反強磁性層、あるいは非磁性層／強磁性層／反強磁性層からなる多層膜を設けることによって、強磁性層１または２の磁化方向を固定することができ、磁気抵抗効果素子の磁場に対する応答特性を制御することが可能となる。そのための反強磁性材料としては、ＦｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｄＭｎ、ＰｄＰｔＭｎなどが有用である。
【００７４】
素子抵抗を制御して所望の値を得るためには、若干量の導体あるいは半導体、あるいは絶縁体の性質をもつ異種元素を微小接点の開口部の付近に存在させることも有効である。
【００７５】
図７（ａ）及び（ｂ）は、このような磁気抵抗効果素子を表す模式図である。すなわち、これら具体例においては、微小開口Ａの開口端付近に、異種元素を添加した領域Ｄが設けられている。このようにすると、磁気抵抗変化率を若干犠牲にする場合があるが、磁気抵抗効果素子が使用されるシステムが必要とする値に調整することができる。異種元素を添加した領域Ｄは層状に形成することができ、この場合に微小開口Ａにおける領域Ｄの厚みは、平均して０原子層から１０原子層以下の範囲であることが望ましい。
【００７６】
これらの異種元素は、強磁性層１と強磁性層２との間の交換結合を切る作用を有するとともに、磁区制御をより容易にさせる効果をも持つ。さらに、異種元素の添加により、実効的開口径を小さくして磁区制御をより容易にするとともに、微小接点の磁気抵抗効果を高効率化する効果ももつ。
【００７７】
このような異種元素としては、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）等の貴金属のほかに、酸素を含む異種元素として、Ｎｉ−Ｏ、Ｆｅ−Ｏ、Ｃｏ−Ｏ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｏ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｏ、Ａｌ−Ｏ、Ｃｕ−Ｏ等の酸化物、およびこれら酸化物を含むＡｌ−Ｃｕ−Ｏなどの複合化合物、あるいはアンチモン（Ｓｂ）、すず（Ｓｎ）等の磁性層成長にとって所謂サーファクタントとして働く元素を用いることができる。
【００７８】
本発明の磁気抵抗効果素子は、従来提案されている微小接点を用いた磁気抵抗効果素子と比べて作成が容易でデバイス化も確実にできるという特徴を有する。以下、本発明の磁気抵抗効果素子の作製方法について説明する。
【００７９】
図８は、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法の要部を表す工程断面図である。
【００８０】
まず、同図（ａ）に表したように、基板（図示せず）の上に直接、あるいは図示しないバッファ層などの単層あるいは複数の層を介して強磁性層１を形成し、その上に絶縁層３を形成する。絶縁層３は、強磁性層１の上に、異種の材料を堆積あるいは析出させて形成してもよく、あるいは、強磁性層１の表面層を酸化、窒化、フッ化などの方法で改質することにより形成しても良い。
【００８１】
次に、図８（ｂ）または（ｃ）に表したように、先端部が曲率半径５ｎｍ〜１０００ｎｍの球形状、円錐形状あるいは多角錘形状の導電性を有する針１１０を接触させ、圧力を負荷することにより、絶縁層３に微小開口Ａを形成する。この際に、針１１０と磁性層との間に設けられた導線１２０に所定の電圧を印加し、この導線１２０を流れる電流が所定の値になるまで、針１１０を圧入する。つまり、針１１０が絶縁層３を貫通することによって強磁性層１との間を流れる電流をモニタすることにより、微小開口Ａの開口幅を制御する。このようにして、流れる電流が所定の値になったら針１１０を逆方向へ動かして絶縁層３の表面から外す。
【００８２】
この針１１０は、図８（ｂ）及び（ｃ）に表したような距離変化機能部１３０Ａ（１３０Ｂ）により駆動される。距離変化機能部１３０は、針１１０を試料面に対して垂直方向に動かす機能を有する。そのための動き方としては、例えば、図８（ｂ）に表したようにアームを湾曲させる方式や、図８（ｃ）に表したように垂直方向に移動させる方式などがある。
【００８３】
図８（ｂ）に例示した湾曲方式の場合、試料面と平行に設けたアーム１４０に針１１０を装着し、このアーム１４０の上部あるいは下部に設けられた距離変化機能部１３０Ａを伸縮させることによりアーム１４０を湾曲させ、針１１０の高さを変化させることができる。距離変化機能部１３０Ａとしては、通電加熱によって生ずる温度変化により熱膨張を起こす膜などを使用することができる。なおこのような通電加熱の場合には、距離変化機能部１３０とアーム１４０との間に絶縁体が適宜必要となる。
【００８４】
図８（ｃ）に例示した垂直移動方式の場合、針１１０の上側にピエゾ素子などの距離変化機能部１３０Ｂを設け、ここに印加する電圧により針１１０の位置を変移させることができる。
【００８５】
他のケースとして、図８（ｂ）の距離変化機能部１３０Ａとしてピエゾ素子を用いることも可能である。その場合、ピエゾ素子に電圧を印加してアーム１４０の湾曲を制御する。
【００８６】
これらの微小距離の制御が可能な機構を用いて形成された穴は、基本的に、所定の最小部直径をもち、針１１０の先端形状である球形状、円錐形状あるいは多角錘形状などに対応して形状を有する。
【００８７】
このような方法により、最終的に望ましいコンダクタンスを得るための微小開口Ａが、針１１０の先端形状に応じて円錐形状、円形状、もしくは多角錘形状をした開口の先端に形成される。
【００８８】
次のステップとして、図８（ｄ）に表したように、この穴に向けて、強磁性層２を堆積する。これにより、強磁性層１と強磁性層２とは所望の微小開口Ａにおいて、小さなコンダクタンスで繋がることとなる。このあと必要に応じて熱処理を行ってもよい。このようにして形成した磁気抵抗効果素子の使用にあたっては、それぞれの強磁性層に電極を設けて通電可能とする。
【００８９】
以上説明した方法により、強磁性層１及び２の間には再現性・制御性にすぐれた磁気微小接点が形成される。針１１０を圧入する際に印加する電圧の代表的な値としては、０．０１Ｖ〜１０Ｖで、所定の電流範囲は０．０５μＡ〜１００ｍＡであり、絶縁体の円錐形、円形、多角錐形を形成している穴の最小開口幅は０．１ｎｍ〜５０ｎｍである。特に、微小開口の開口幅は、０．１ｎｍから２０ｎｍが好ましい。
【００９０】
ここで用いる針１１０の材料としては、絶縁層３よりも硬く、かつ伝導性があるものが望ましい。例えば、導電性ダイヤモンドあるいは超硬金属、あるいはシリコン（Ｓｉ）あるいは導電性ダイヤモンドがコーティングされたシリコンなどを用いることができる。
【００９１】
また、磁気微小接点を形成する前の絶縁層３の厚さは、絶縁層３としての機能が維持される範囲で薄い方が好ましい。具体的には、０．５ｎｍから５０ｎｍの範囲である。また、強磁性層１及び２の厚さは、用途に応じて適宜決定することができる。特に、強磁性層１は、十分厚いバルク形状のものでも問題はない。
【００９２】
また、本発明によれば、図９に例示したように、共通の基板（図示せず）の上に複数の磁気抵抗効果素子を配列した構造も簡単に形成できる。このような構造は、例えば、後に詳述するパターンド媒体などに応用することができる。
【００９３】
本発明の磁気抵抗効果素子は、デバイス化が容易な構造であるため、いろいろな用途に応用できる。
【００９４】
まず、磁気記録システムにおける再生用素子として用いることができる。本発明の磁気抵抗効果素子を用いることで２０％以上の磁気抵抗変化率を発生することができるため、大きな再生感度を得ることができる。
【００９５】
図１０は、本発明の磁気抵抗効果素子を磁気再生素子として用いる具体例を表す模式図である。
【００９６】
同図（ａ）に例示した具体例の場合、磁気記録媒体２００の表面から放出される磁束が通過する経路上に、磁気抵抗効果素子の強磁性層２、絶縁層３、強磁性層１を直列に配置する。このようにすると、微小開口Ａに形成される磁気微小接点を挟んで対向する強磁性層１及び２の磁化方向の差異を磁気抵抗変化として検出することができる。この場合、同図に例示した如く、２つの強磁性層１及び２の磁化方向Ｍは必要に応じて磁区制御させておくとよい。
【００９７】
図１０（ｂ）に例示した具体例の場合、磁気記録媒体２００の表面に対して誤差角度プラスマイナス２０度程度の範囲内で垂直な方向に、磁気抵抗効果素子の強磁性層２、絶縁層３、強磁性層１を直列に配置する。このようにしても、微小開口Ａに形成される磁気微小接点を挟んで対向する強磁性層１及び２の磁化方向の差異を磁気抵抗変化として検出することができる。
【００９８】
この場合、記録媒体２００から遠い位置に設けられる強磁性層１の磁化Ｍを記録媒体２００の表面に対してプラスマイナス２０度の範囲内で垂直な方向に固着することが望ましい。磁化の固着の方法としては、強い形状磁気異方性を導入する方法や、図示しない反強磁性層を隣接して設けることにより一方向異方性を導入する方法などを挙げることができる。
【００９９】
そして、記録媒体２００に近い強磁性層２の磁化Ｍの方向は、媒体２００からの磁束によりスイッチング可能とする。このようにすれば、強磁性層１と強磁性層２と磁化Ｍが成す角度から記録媒体２００からの信号を検出することができる。
【０１００】
本発明の磁気抵抗効果素子を用いれば、高い感度が得られるとともに、記録媒体２００に面する媒体対向面側の形成・加工が容易である。媒体２００から磁気微小接点Ａまでの距離を、基本的に強磁性層２の層厚により決定することができるからである。また、記録媒体２００に面する媒体対向面の加工が容易である場合には、図１０（ｃ）に例示した如く、強磁性層１を記録媒体２００に近い側に配置することも可能である。
【０１０１】
図１１は、本発明の磁気抵抗効果素子を磁気再生素子として用いる他の具体例を表す模式図である。同図に表した具体例の場合、磁気抵抗効果素子の膜面を媒体２００に対して垂直に配置している。ここで、微小開口Ａは、磁気抵抗効果素子の中心（重心点）から見て、下方向（媒体２００に近づく方向）にずれている。媒体２００からの信号磁界は、媒体からの距離が短くなるほど大きくなるため、この構造は、フリー層２の磁界検出効率を大きくできるという大きな利点を有する。
【０１０２】
磁化感受層（フリー層）として機能する強磁性層２は、図１１（ａ）に例示したように１層としてもよく、あるいは、図１１（ｂ）に例示したように２層としてもよい。図１１（ａ）の具体例の場合、強磁性層１は、その磁化の方向が固着された「ピン層」を形成している。強磁性層（ピン層）１は、微小開口Ａから見て順に、磁性層／反強磁性層、あるいは磁性層／非磁性層／磁性層／反強磁性層のような積層構造とすることができる。
【０１０３】
また、図１１（ｂ）の具体例の場合、強磁性層（ピン層）１は、強磁性層／反強磁性層／強磁性層、あるいは強磁性層／非磁性層／強磁性層／反強磁性層／強磁性層／非磁性層／強磁性層という積層構造とすることができる。
図１１（ｂ）に表したように、ピン層の両脇に開口部Ａを挟んでフリー層２Ａ，２Ｂが設けられ、これらそれぞれはその下の記録媒体からの信号を感知する。その際、図１１（ｃ）に表したように、フリー層２Ａ、２Ｂとも上向き信号の場合には、ピン層と同じ方向に磁化が向けられるため抵抗変化ΔＲは０となり、フリー層２Ａ、２Ｂとも下向き信号の場合には、両側でのスピン散乱が生じるためΔＲは２となり、フリー層２Ａ、２Ｂの信号方向がそれぞれ下・上もしくは上・下の場合は、片側のみのスピン散乱になるためΔＲは１となり、その区別をΔＲの履歴から行う。
【０１０４】
このように複数のフリー層を設けることによって、多値の抵抗変化を発生させることができる。ナノホールＭＲでは抵抗変化が１００％以上発生させることが可能なので、組み合わせによりこのように多値での信号再生が可能となる。
【０１０５】
また、本発明の磁気抵抗効果素子は、いわゆる「パターンド（patterned）媒体」に応用することができる。すなわち、図９に例示したように複数の磁気抵抗効果素子を配列した構造を容易に形成することができる。この具体的な応用例として、磁気メモリあるいはプローブストレージ用媒体を挙げることができる。
【０１０６】
図１２は、本発明の磁気抵抗効果素子を用いた磁気メモリの要部断面構造を例示する模式図である。
【０１０７】
同図に表したように、本発明の磁気メモリは、電極層２０の上に複数の磁気抵抗素子１０が並列配置された構造を有する。それぞれの磁気抵抗効果素子１０は、絶縁体３０によって電気的に隔絶され、記録再生セルとしての役割を有する。
【０１０８】
これら記録再生セル１０のそれぞれへのアクセスとしては、例えば、図１３（ａ）に表したように、上側電極としての導電性プローブＰＲを用いてもよく、あるいは、図１３（ｂ）に表したように固定配線ＷＲを用いてもよい。
ここで固定配線ＷＲの場合は、セル１０に接触させて用いるが、導電性プローブＰＲの場合は、セル１０に対して接触か、あるいは非接触のいずれでもよい。非接触の場合には、セル１０との間に流れるトンネル電流を介してプロービングが可能である。
【０１０９】
図１４及び図１５は、図１２の磁気メモリに用いる磁気抵抗効果素子１０の断面構造を表す模式図である。図１４（ａ）〜（ｄ）及び図１５（ａ）〜（ｈ）のいずれの磁気抵抗効果素子も、第２の強磁性層２の上に、非磁性層４を介して磁性層を積層させた構造を有する。そして、この積層構造の上下に電極７がそれぞれ接続されている。これらの磁気抵抗効果素子は、いずれも記録および再生の機能を併せ持つ。すなわち、これらの磁気抵抗効果素子に対して、所定の大きさの電流を所定の方向に流すことより記録が可能となり、また、これよりも弱い電流を流して測定した抵抗値からそのセルの信号を読み込むことができる。
【０１１０】
図１４（ａ）に表したセルの場合、第２の強磁性層２の上に、非磁性中間層４、強磁性層５が積層された構造を有する。またここで、第１の強磁性層１と強磁性層５とは、磁化方向が互いに反平行となるようにそれぞれ磁化Ｍを固着しておく。磁化方向を反平行にすると、後に詳述するように、より小さい電流での書き込みが可能となる。
【０１１１】
このような積層構造に対して、膜面に垂直方向に電流を流すと、第２の強磁性層２を記録部として、記録及び再生が可能となる。すなわち、電流が第１の強磁性層１または強磁性層５を通る際に、伝導電子がこれら磁性層の磁化方向に応じたスピン情報を受け取る。そして、これら電子が第２の強磁性層２に流入した時、それら電子が持っているスピンの方向と第２の強磁性層２の磁化の方向に応じたスピンの方向とが同一の場合には、電子は通過しやすいが、これらが反平行の場合には、電子は反射され、第２の強磁性層２を通過しにくくなる。
【０１１２】
このとき、強磁性層１と強磁性層２の間のコンダクタンスは小さく磁気抵抗変化は大きい、一方、強磁性層２と強磁性層５との間のコンダクタンスは大きく、磁気抵抗変化は小さい。従って、これらが直列につながった図１４（ａ）の場合、前者の強磁性層１と強磁性層２の間のコンダクタンスが支配的になり、強磁性層１と強磁性層２の磁化方向の差異を検出することになる。つまり、第２の強磁性層２の磁化の方向に応じて電気抵抗の増減が観察され、磁化方向に応じた情報を読み出すことができる。
【０１１３】
一方、記録に際して、膜面に対して垂直方向に所定量の電流を流した場合、伝導電子は、まず、第１の強磁性層１と強磁性層５のうちの最初に流入した磁性層が有する磁化Ｍのスピン情報を受け取る。しかる後に、その電子は第２の強磁性層２に流入する。この際に、多量の電子が第２の強磁性層２に流入すると、第２の強磁性層２の磁化の方向が、これら電子が有するスピン情報に応じて遷移する。つまり、第１の強磁性層１と強磁性層５のうちで電子が最初に流入した層が有する磁化Ｍの方向を第２の強磁性層（記録層）２に転写する方向にある。
【０１１４】
また、強磁性層２を通過した電子は１と５のうちで後で流入する層のスピン情報を反作用の形で受け取り、反対方向を向く方向にある。これらのため、電流の向きにより磁化方向を制御することができる。
【０１１５】
図１４（ａ）乃至（ｄ）は、面内磁化すなわち磁化の方向が膜面に対して平行な場合を表しているが、図１５（ａ）、（ｃ）、（ｊ）に表したような垂直磁化の場合も同様の効果が得られる。また、微小開口の断面形状についても、図１４（ａ）乃至（ｄ）のように下向きに狭くなっていてもよく、あるいは、図１５（ｂ）乃至（ｌ）に表したように、上向きに狭くなっていてもよい。あるいは、図６（ａ）乃至（ｃ）に表したような各種の形状を与えることができる。
【０１１６】
図１４及び図１５に表した磁気抵抗効果素子においては、第２の強磁性層（記録層）２の磁化Ｍの方向はある臨界以上の電流を流した場合に電流の流れる向きにより変化する。この強磁性層（記録層  ）２の磁化方向により信号を記録する。また読み込みは、書きこみのための臨界電流以下の電流を流した場合の抵抗値から信号を読み込むことができる。
【０１１７】
このためには、記録層としての役割を有する第２の強磁性層２の上下に強磁性層１及び５を設け、これらの磁化Ｍを互いに反平行方向に固着する必要がある。
【０１１８】
図１４（ｂ）〜（ｄ）及び図１５（ｄ）〜（ｈ）は、この磁化固着を与える構造を例示する。
【０１１９】
図１４（ｂ）に表したセルの場合、第２の強磁性層２の上に、非磁性中間層４Ａ、強磁性層５Ａ、非磁性中間層４Ｂ、強磁性層５Ｂ、反強磁性層６Ａがこの順に積層された構造を有する。さらに、第１の強磁性層１の下側には、反強磁性層６Ｂが設けられている。このようにして、第１の強磁性層１及び強磁性層５の磁化Ｍをそれぞれ固着できる。ここで、微小開口は、例えば図１５（ｄ）に表したように、反対向きに開いてもよい。また、図１４及び図１５の全てに共通して上下の既定はない。さらに、面内磁化に限定されず、図１５（ｆ）に例示したような面直磁化（垂直磁化）としてもよい。
【０１２０】
また、  図１４（ｃ）に表したセルの場合、第２の強磁性層２の上に、非磁性中間層４Ａ、強磁性層５Ａ、反強磁性層６Ａがこの順に積層されている。また、第１の強磁性層１の下側には、非磁性中間層４Ｂ、強磁性層５Ｂ、反強磁性層６Ｂがこの順に設けられている。このようにしても、第１の強磁性層１及び強磁性層５の磁化Ｍをそれぞれ固着できる。
【０１２１】
さらに、図１４（ｄ）に表したセルの場合、第２の強磁性層２の上に、非磁性中間層４Ａ、強磁性層５Ａ、非磁性中間層４Ｂ、強磁性層５Ｂ、反強磁性層６Ａがこの順に積層されている。また、第１の強磁性層１の下側には、非磁性中間層４Ｃ、強磁性層５Ｃ、反強磁性層６Ｂがこの順に設けられている。このようにしても、第１の強磁性層１及び強磁性層５の磁化Ｍをそれぞれ固着できる。
【０１２２】
図１４（ａ）〜（ｄ）及び図１５（ａ）〜（ｄ）に例示した磁気抵抗効果素子の場合、強磁性層１と５の磁化の向きは反並行とされている。反平行とすることで、スピン伝達と反作用効果がプラスされて記録層２への書き込みが効率よく行われる。
【０１２３】
一方、作りやすさを考慮すると、図１５（ｆ）〜（ｈ）に例示したように強磁性層１と５の磁化を平行にした形態が好ましい。スピン伝達作用と反作用効果とは、記録層２に接した面積により働く効果の大きさが異なる。このため、片方を犠牲にして、すなわち、反転電流が若干大きくなることを犠牲にして、強磁性層１と５の磁化を平行配置にすることができる。このようにすると、固着化のための多層化を少なくする、あるいは作製上の工程を減らすことができる。
【０１２４】
図１６は、図１２に例示したような磁気メモリに用いることができる磁気抵抗効果素子の他の具体例を表す模式断面図である。すなわち、図１６（ａ）〜（ｅ）に表した具体例の場合、いずれも第１の強磁性層１と第２の強磁性層２の何れか一方の磁化方向が、所定の方向に固着され、他方の磁化方向が可変であり、第１と第２の強磁性層の外側（中間層３と反対側）に１対の電極７を設け、これら電極７に対して電流供給手段（図示せず）から電流を接触あるいは非接触で供給することで各積層膜の界面を電流が通過するように電流を流すことで記録再生を行なう。
【０１２５】
強磁性層の磁化の固着のためには、その磁性層の外側に反強磁性層を設けるか、あるいは非磁性層／強磁性層／反強磁性層を積層すればよい。
【０１２６】
再生は、この素子自身の磁気抵抗効果を利用して検出し、記録は再生よりも大きな電流を流すことで、前述したようにスピン伝達と反作用効果を強磁性層１と２との間で行なうことにより実行できる。図１６の構造は、素子特性を調整することが若干難しいが、しかし極めて構造がシンプルになるという利点を有する。なお、図１６に例示した磁気抵抗効果素子の場合も、微小開口の断面形状は、図示したような円錐形には限定されず、前述のように円柱、多角錘、多角柱、曲面などでもよい。
【０１２７】
なお、微小開口の位置は、磁気抵抗効果素子に電流を流すために設けられた２つの電極７、７の間であることが望ましい。よって、図１６（ｅ）に例示した如く電極７がオフセンターすなわち素子の中心から外れた位置に設けられた場合には、それに対応して微小開口もオフセンターにあることが望ましい。
【０１２８】
【実施例】
以下、実施例を参照しつつ、本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明する。
【０１２９】
（第１の実施例）
まず、本発明の第１の実施例として、アルミナでカバーされたニッケル（Ｎｉ）上に磁気微小接点を形成した磁気抵抗効果素子の作製例を紹介する。
【０１３０】
まず、図８（ａ）に表した積層構造を得るために、ニッケルからなる強磁性層１の上にアルミニウム（Ａｌ）を蒸着し、その表面を酸化させることで、絶縁層アルミナを形成した。
【０１３１】
次に、その表面に対して、図８（ｂ）に表したように導電性ダイヤモンドがコーティングされた微小開口形成用の針１１０を近づけた。そして、ニッケル層１と針１１０との間に０．１Ｖの電圧を印加し、流れる電流をモニターしながら針１１０をアルミナ３の中へ圧入していった。針１１０の移動は、アーム１４０の上部に取り付けられた距離変化機能部１３０Ａへの通電加熱による熱膨張を利用して制御した。
【０１３２】
図１７は、針１１０を一定速度で圧入した時の、（ａ）強磁性層１の表面と針１１０の先端部との間の距離と、（ｂ）これらの間に流れる電流の時間変化を表すグラフ図である。
【０１３３】
ここでは、時間とともに距離を線形（リニア）に変動させているが、流れる電流は指数関数的に増加する。設定電流を１０μＡとし、電流がこれに到達したら針１１０をマウントしているアーム１４０の湾曲をもとに戻した。さらに形成された穴を埋め込むように強磁性層２としてニッケルを蒸着した。
【０１３４】
このように形成された磁気抵抗効果素子の２つの強磁性層１、２にそれぞれ電極を設け、磁気抵抗効果を測定した。
【０１３５】
図１８は、本実施例の磁気抵抗効果素子において、印加した磁場と電気抵抗との関係を表すグラフ図である。多少のヒステリシスが見られたが、概ね、磁場を印加することにより抵抗は減少した。微小開口Ａにおける接点部の抵抗は磁場がゼロの時に約３ｋΩであり、ＭＲ比として１２０％という大きな値が得られた。
【０１３６】
（第２の実施例）
次に、本発明の第２の実施例として、前述した第１実施例において用いた作製方法を応用して、磁気記録のための再生素子を作製した。
【０１３７】
すなわち、まず、基板上にコバルト（Ｃｏ）の厚膜を形成し、その上にアルミナを形成した。そして、微小開口Ａを形成したのち厚さ２０ｎｍのパーマロイを蒸着した。微小開口Ａの上部のパーマロイを約２０ｎｍ角にパターン加工し、さらにその下のコバルト層を１００ｎｍに切り出した。これに導線を設け、この磁気抵抗効果素子を垂直磁化媒体の表面で動かしたところ、媒体信号変化に対応した抵抗変化が観察された。
【０１３８】
（第３の実施例）
次に、本発明の第３の実施例として、図１２に例示した磁気メモリを作成した。
【０１３９】
すなわち、導電性基板上に、図１４（ｄ）に表した積層構造膜をスパッタ装置を用いて作製した。その過程で、微小開口Ａの形成も行なった。
【０１４０】
すなわち、電極層２０の上に反強磁性層６Ｂ〜第１の強磁性層１を積層形成し、その上に、絶縁層３として、ポリマーを塗布し、微小開口Ａを形成した。そして、その上に第２の強磁性層２を堆積した。
【０１４１】
さらに、図１４（ｄ）に表したように、非磁性中間層４Ａ〜反強磁性層６Ａを形成した。そして、この上に相分離構造をもつポリマーを塗布することで微細加工用マスクを形成し、その表面をイオンミリングでエッチングすることでパターンド媒体を作製した。セル・パターンの間にはポリマーを充填して表面を平らにした。
【０１４２】
このようにして作製したパターンド媒体の１つのセルに対し、探針（プローブ）を電極として電流を流し、記録再生テストを行なった。まず、プラス５００μＡの記録電流を流すことにより書きこみを行なった。ここで、プラス方向は、図１４（ｄ）において上から下へ電流が流れる方向に対応する。そして、１０μＡの電流でセルの抵抗を測定した。このときの抵抗値は３ｋΩであった。また、マイナス５００μＡの記録電流を流すことにより書きこみを行ない、同じく１０μＡの電流でセルの抵抗を測定した結果、抵抗値は７ｋΩであった。
【０１４３】
すなわち、多少のヒステリシスが観察されたものの、この結果は電流駆動書きこみと電流駆動の読み込みが可能であることが確認できた。
（第４の実施例）
次に、本発明の第４の実施例として、開口部に異種元素を添加した磁気抵抗効果素子について説明する。
ここでは、図１９に表した構造により接点部に異種元素を添加した磁気抵抗効果素子と、接点部に図７（ａ）に表したように異種元素を添加した素子と、異種元素を添加しない磁気微小接点からなる素子と、をそれぞれ作製し、従来のＣＣＰ−ＭＲ構造の素子と比較した。
【０１４４】
いずれの膜も、堆積にはイオンビームスパッタ製膜装置を用い、下記サンプルＩＩを除き、電子ビームによる反応性エッチング（詳細は、後述の第１１の実施例に関して説明する）を用いて作製した。また、絶縁層３の開口径は、設定目標値として１０ｎｍとした。各サンプルの構造は次の通りである。
【０１４５】
サンプルＩは、図１９（ａ）に表した構造をもち、ここで異種元素として、３原子層の銅（Ｃｕ）を挿入した。強磁性層１を含む下部構造は、ＰｔＭｎ１５ｎｍ／ＣｏＦｅ４ｎｍ／Ｒｕ１ｎｍ／ＣｏＦｅ４ｎｍ（強磁性層１）からなる積層構造とし、強磁性層１をピン層とした。絶縁層３の材料としてはＳｉＯ２を用い、３ｎｍの厚みに堆積させたあと、開口を形成した。
【０１４６】
異種元素としてＣｕ層を挿入すると、接点部の結晶性を保ったまま、上下の強磁性層１、２の交換結合の分断を促し、これら上下の層１、２の磁化が独立に、すなわち、この場合は上の強磁性層２の磁化がより自由に動くようにすることができる。一般に、Ｃｕの中間層が存在する場合でも、その膜厚が薄いところでは層間交換相互作用が働くので、上下層が結合してしまう。しかし、磁気微小接点のような接触面積が極めて小さい場合には、層間交換相互作用は無視できるため、上下の磁性層の結合分断に有効である。
【０１４７】
なお、強磁性層２はＣｏＦｅ４ｎｍとし、この上には保護膜としてＣｕ層を堆積した。
【０１４８】
一方、サンプルIIは、図１９（ｂ）に表した構造とし、ここでの異種元素としては、銅（Ｃｕ）とアルミニウム（Ａｌ）からなる合金を堆積させたのち酸素中で酸化させ、Ｃｕ−Ａｌ−Ｏとした。強磁性層１を含む下部構造および強磁性層２はサンプルＩと同じで、絶縁層３の材料としては、Ａｌ２Ｏ３を用いた。Ｃｕ−Ａｌ−Ｏ層では、アルミナがリッチな高絶縁微粒子と、Ｃｕがリッチな導通がある箇所とが形成されやすい。従って、磁気微小接点の開口サイズを実質的に小さくすることができ、これによりさらに大きな磁気抵抗効果が得られる。
【０１４９】
サンプルIIIは、図７（ａ）に表した構造を有する。ここでの異種元素は酸素（Ｏ）であり、自然酸化により酸素元素を導入した。その基本的な構造は、異種元素の導入方法を除いては、サンプルＩと同じである。この酸化層の導入は、サンプルIIと同じく、磁気微小接点の開口サイズを実質的に小さくすることを目的とする。
【０１５０】
サンプルIVはパーマロイのみからなる微小接点であり、接点部には異種元素層が存在しない構造である。
【０１５１】
サンプルＶは通常のＣＣＰ−ＭＲ構造で、ＰｔＭｎ１５ｎｍ／ＣｏＦｅ４ｎｍ／Ｒｕ１ｎｍ／ＣｏＦｅ４ｎｍ／Ｃｕ２ｎｍ／ＣｏＦｅ４ｎｍ／Ｃｕなる積層構造をもつ。
【０１５２】
磁気抵抗変化率の測定結果を表１にまとめた。本発明の磁気抵抗効果素子であるサンプルＩ〜IVではいずれも、サンプルＶの通常のＣＣＰ−ＭＲよりも大きな磁気抵抗変化率を示している。また、サンプルＩとIIでは、異種元素添加により、さらに大きな磁気抵抗変化率が得られた。
【０１５３】
【表１】
0003967237.tif 000002
（第５の実施例）
次に、本発明の第５の実施例として、複数の磁気抵抗効果素子を直列に積層させたいわゆる「タンデム型」の素子を製作した。
【０１５４】
図２０は、本実施例として製作した磁気抵抗効果素子の要部断面構造を表す模式図である。
【０１５５】
同図に表したように、強磁性層１と絶縁層３とが交互に積層され、それぞれの絶縁層３には微小開口Ａが形成され、隣接する強磁性層１同士を磁気微小接点により接続されている。すなわち、図１に表した磁気抵抗効果素子における強磁性層１と強磁性層２とを、隣り合う磁気抵抗素子素子間で兼用するようにした。
【０１５６】
ここで、各絶縁層３に形成される微小開口Ａの位置は、必ずしも一直線上に整列している必要はなく、図２０に例示した如く互いに「ずれて」いてもよい。
【０１５７】
本実施例のような直列構造とすると、より大きな磁気抵抗変化が得られる点で有利である。
【０１５８】
また、このような積層直列構造において、仮に微小開口Ａの開口幅にばらつきがある場合には、もっとも抵抗の大きな微小開口Ａの部分で全体の特性が規定されるので、微小開口Ａが大きくなりがちであるという欠点を補うことができる。
【０１５９】
（第６の実施例）
次に、本発明の第６の実施例として、円柱状の微小開口を形成した磁気抵抗効果素子について説明する。
【０１６０】
図２１は、本実施例において製作した磁気抵抗効果素子の要部断面構造を表す模式図である。
【０１６１】
まず、導電性基板Ｓの上に反強磁性膜６、磁性層１をこの順に形成し、さらにその上に直径５ｎｍの円柱形の微小開口Ａを有するアルミナ３を形成した。この微小開口Ａに対して、電気化学的な堆積方法によりニッケル（Ｎｉ）を埋め込んだ。そして、その上に磁性層２を堆積することにより、図２１に表した構造の磁気抵抗効果素子を得た。
【０１６２】
図２２は、この磁気抵抗効果素子の磁気抵抗変化を表すグラフ図である。すなわち、ゼロ磁場における電気抵抗は１００Ω以下と比較的小さく、磁場２０Ｇ以上で抵抗の大きな減少が得られることが分かった。
【０１６３】
（第７の実施例）
次に、本発明の第７の実施例として、図１１（ａ）に表した構造を有する磁気記録のための再生素子を作製した。この素子を媒体２００側から眺めた断面構造（開口面上の）は、図２３に表した如くである。電極層の一部およびシールド層を除いた磁気抵抗効果素子を構成する各層の材料と膜厚は、次のとおりである。Ｔａ５ｎｍ／ＣｏＦｅ１ｎｍ／ＳｉＯ２層の中に開口部／ＣｏＦｅ１ｎｍ／Ｒｕ１ｎｍ／ＣｏＦｅ１ｎｍ／ＰｔＭｎ３０ｎｍ／Ｔａ５ｎｍ
【０１６４】
ここで開口部はＦＩＢ（focused ion beam）を利用することで作製した。また、磁気抵抗効果素子の側面には、フリー層２の磁化の制御のためにハードマグネット層ＨＭを設けた。フリー層２は、ハードマグネット層ＨＭに近い部分が磁化制御のために不感応領域２Ａとなる。このため、単純なフリー層／中間層／ピン層という単純な積層構造のＭＲ素子の場合には、不感応領域２Ａの磁気抵抗効果も含むため、検出効率が低下する。また、媒体２００から遠くなるほど媒体２００からの信号磁界が小さくなるため、フリー層２の応答は悪くなり、やはり検出効率が低下する。
【０１６５】
これに対して本実施例の構造では、不感応領域２Ａをさけ、また、フリー層２のうちで、媒体２００に近い部分のみにおけるセンス状態を検出することができる。つまり、本実施例によれば、感度のロスが少なく、単純なフリー層／中間層／ピン層構造に比べ、検出効率を１．５倍以上に上げることができる。
【０１６６】
（第８の実施例）
次に、本発明の第８の実施例として、図１５（ｇ）の構造をもつ磁気抵抗効果セルを図１２に表したように基板上に並べ、３２×３２のマトリックスを形成した。このマトリックスをさらに３２×３２並べ、合計で１Ｍ（メガ）ビットの記録再生媒体を形成した。
【０１６７】
そして、この記録再生媒体に対して、３２個×３２個からなるプローブで記録再生を行った。すなわち、マトリックス１セットに対しプローブ１個を対応させた。プロービングは、図１３（ａ）に表した如くである。それぞれのプローブＰＲに対するセルの選択は、媒体に設けられたＸＹ駆動機構により行なった。
【０１６８】
また、これらプローブＰＲを、図２４に表したようにトランジスタＴＲを介してアレイ状に接続した。こうすることによって、ビット線ＢＬとワード線ＷＬとを選択し、所定のプローブＰＲに対応するトランジスタＴＲをオン（ＯＮ）することによりプローブの選択を行なった。このような構造をとることで、多数のビットに対してもビット選択が可能となることを確認した。
【０１６９】
（第９の実施例）
次に、本発明の第９の実施例として、図５（ｄ）に例示した断面構造を有する磁気抵抗効果素子を、「自己組織化プロセス」を利用して作製した。
【０１７０】
まず、超高真空イオンビームスパッタ装置を用いて、基板上にＣｏＦｅからなる強磁性層１の平坦な層を形成したのち、基板温度を２００℃まで上げてその上にＳｉＯ２層３を成長させた。条件によりＳｉＯ２層３はアイランド状に成長する。
【０１７１】
図２５（ａ）乃至（ｃ）は、成長時間とともに変化するＳｉＯ２層３の平面形態を表す模式図である。
【０１７２】
すなわち、ＳｉＯ２層３は、成長初期には、図２５（ａ）に表したように微細なアイランド、成長中期には大きいアイランド、成長後期にはアイランドが繋がって成長していき、最終的には連続的な膜となる。
【０１７３】
このように異なる成長時間の膜に対し、さらにそれらの上面にＣｏＦｅ強磁性層２を堆積し、磁気抵抗効果を調べた。
【０１７４】
図２６は、横軸にＳｉＯ２層３の成長時間、縦軸にＭＲ比を表すグラフ図である。成長の初期は強磁性層１及び２が大きな面積で接しているため、ＭＲ効果は非常に小さい。しかし、ＳｉＯ２層３の成長が進行して、強磁性層１及び２の接触面積が適切な範囲まで小さくなると、ＭＲ比が急激に大きくなる。そして、ＳｉＯ２層３の成長がさらに進行すると、強磁性層１の表面を覆うために、ＭＲ比は、ピークを越えて急速に低下する。なお、ＳｉＯ２層３が強磁性層１の表面を覆った直後の状態においてはＴＭＲ効果が出現していると推測されるが、この絶縁層３の厚さが成長の進行によって厚くなるので、ＭＲ比は急速に低下する。
【０１７５】
以上説明したように、本実施例の方法によれば、微細加工技術を駆使する必要なく、微小開口を形成して大きなＭＲ値を得ることができる。
【０１７６】
（第１０の実施例）
次に、本発明の第１０の実施例として、図１６（ａ）に表した磁化方向の関係を有するセルを第９実施例と同様の方法で作製し、図１２の磁気記録媒体を形成した。
【０１７７】
まず、超高真空スパッタ装置を用いて下地電極２０の上にＰｔＭｎ層（厚み１０ｎｍ）を形成したのちＣｏ層（厚み５ｎｍ）１を成長させ、さらにアルミナ層３をアイランド状に形成し、その上にＣｏ層（２．５ｎｍ）２を形成した。そして、その上Ｔａ層（３ｎｍ）を形成した。この積層膜を真空磁場中でアニールしたのち、ＥＢ（electron beam）露光装置を用いて、それぞれが７０ｎｍ×１２０ｎｍのサイズを有するセルが規則正しく並んだセルアレイを形成した。
【０１７８】
そして、これらセルのうちの一つにプローブＰＲを接触させて電流値をスウィープさせた場合の素子抵抗変化を調べた。その結果、プラス１．２ｍＡ以上の電流を流すと素子の抵抗が大きくなり、さらに電流を２ｍＡまで流した後に減少させ電流方向を反転すると、マイナス１．４ｍＡ近くまでは抵抗値が大きいままであり、この電流値を境にさらにそれよりもマイナス方向に電流値を増加すると抵抗は減少した。このような抵抗変化の反応は、何回かの繰り返し実験でも同様に再現した。電流スウィープによる抵抗の変化率は、平均すると２２％であった。
【０１７９】
以上、図１乃至図２６を参照しつつ、本発明の磁気抵抗効果素子及びその製造方法について説明した。以下、本発明の磁気抵抗効果素子に設けられる微小開口の製造方法に関連した他の具体例について、第１１乃至第１８の実施例を参照しつつ詳細に説明する。
【０１８０】
（第１１の実施例）
次に、本発明の第１１の実施例として、電子線（ＥＢ）によるエッチングを利用して微小開口を形成する具体例について説明する。
【０１８１】
図２７は、本実施例において用いた方法を説明する概念図である。この装置は、真空チャンバ３００内に設置された電子線を供給するＥＢソース３１０、サンプルステージ３２０、サンプルに反応ガスを供給するノズル３４０さらにサンプル温度を上昇させるためのサンプルヒータ３３０を有する。真空チャンバ３００は、排気口３５０を介して真空排気され、減圧雰囲気が維持可能とされている。
【０１８２】
微小開口の穴あけ加工は、以下の要領で行った。
【０１８３】
まず、強磁性層１と絶縁層３とが形成されたサンプルをサンプルステージ３２０に固定する。スキャンされたＥＢ像を観察して絶縁層３の穴あけ位置を決定する。さらにその予定の場所にＥＢを集中して照射し、さらにノズル３４０を介して反応ガスをその近傍に吹き付ける。また、反応を促進するためサンプルヒータ３３０により、サンプルの温度を適宜上昇させる。そのようにすることで、絶縁層３の表面は供給されたガスとＥＢにより反応して揮発性物質となり蒸発する。その結果、エッチングが促進される。また、サンプル温度を上昇させることにより、反応速度をあげて工程時間を短縮することができる。また、エンドポイントであり反応が進まない磁性層１の表面でカーボンフロライド層がＥＢ照射にて形成堆積するのを防ぐ。
【０１８４】
図２８は、磁気抵抗効果素子の形成工程を表す模式図である。すなわち、同図は、ＣｏＦｅ磁性層１の上に形成されたＳｉＯ２絶縁層３に微小開口Ａを形成する工程を表す。
【０１８５】
まず、図示しない下地膜（例えば、厚み５ｎｍのタンタルなどからなる）上に、図示しないＰｔＭｎ反強磁性膜（例えば、厚み１５ｎｍ）が形成される。その上に、ＣｏＦｅ層１がＭＲ素子のピン層として形成される。その上に厚み３ｎｍのＳｉＯ２層３が形成されている。
【０１８６】
次に、ビーム径が１０ｎｍ以下に絞られたＥＢをスポット状にＳｉＯ２層３の表面に照射する。絶縁体のチャージアップを防ぐため、ＥＢの加速電圧は１０ｋＶとした。そこへ反応ガスとしてＸｅＦ２を吹き付ける。そのようにすることで、ＳｉＯ２はガスと反応してＳｉフッ化物となり蒸発する。しかしながら、ＣｏＦｅ磁性層１とは揮発性の反応物を作らないため反応はＳｉＯ２層３のエッチングのみで停止する。
【０１８７】
チャージアップの影響避けるためには、サンプルを約３０度ほど傾けたり、２次電子の放出を促進させるとよい。ノズル３４０から供給する反応性ガスとしては、ＸｅＦ２のみでなく、ＣＨＦ３ガスや他のフレオン系ガスでも効果がある。さらに、チャージアップへの対策として、ＳｉＯ２層３の上にＮｂ（ニオブ）膜などの金属膜を形成しても良い。
【０１８８】
図２９は、Ｎｂ膜４００を形成した例を表す。Ｎｂ膜４００の厚みは、例えば、３ｎｍ程度とすることができる。この場合には、まず、図２９（ａ）に表したように、ＣＦ４を反応ガスとして用いてＥＢを照射して、Ｎｂ膜４００にスポット状の穴４００Ａを形成する。次に、図２９（ｂ）に表したように、ＸｅＦ２ガスに切り替えてＳｉＯ２層３をＥＢ照射にてエッチングする。
【０１８９】
このように、金属膜４００を絶縁層３の上に形成することで、チャージアップによるＥＢ照射径の増大を防ぐことができる。また、金属膜４００が絶縁層３の上に存在することで、その上に形成される磁性膜２の結晶性が向上し、その結果として軟磁性の向上や抵抗変化率の向上が図られる。つまり、磁気抵抗効果素子の磁界感度の向上に寄与する。
【０１９０】
図３０は、微小開口の形成プロセスのもうひとつの例を表す工程断面図である。
【０１９１】
すなわち、素子ひとつひとつについてＥＢにより微小開口Ａを形成するのは時間がかかるので、ＥＢによる微小開口Ａの形成は、図３０（ａ）に表したように金属膜４００だけにしておき、その後、図３０（ｂ）に表したようにＣＨＦ３ガスによるＲＩＥ（Reactive Ion Etching）をウェーハ全体で行ったり、さらに物理的ダメージの小さいＣＤＥ（Chemical Dry Etching）によってウェーハ全体に亘ってＳｉＯ２層３をエッチングすることにより、工程時間の短縮化を図ることができる。
【０１９２】
また、図３０（ａ）に表したすように金属膜４００に穴４００Ａが開口した状態で全体をスパッタエッチングやイオンミリングすることにより、図３０（ｃ）に表したように金属の穴４００Ａを絶縁層３に転写してもよい。この方法の場合も、ウェーハ全体に亘って微小開口Ａを同時に形成できるので、工程時間の短縮化を図ることが可能である。
【０１９３】
ＳｉＯ２層３に微小開口Ａを形成した後、図３１（ａ）に例示したようにフリー層となる磁性層２（例えば、厚みが５ｎｍ程度のＣｏＦｅ  ）を積層形成し、さらに保護膜９となるＴａ膜を５ｎｍ程度、積層形成して、ピン層とフリー層とがポイントコンタクトしたＭＲ積層膜を得ることができる。
【０１９４】
また、図３１（ｂ）に表したようにフリー層となるＣｏＦｅ磁性膜２を形成する前にＭＲ素子における非磁性中間層（スペーサ層）４となるＣｒ膜やＣｕ膜を２ｎｍ程度、積層形成しても良い。このようにすることで、図１４に関して前述したように、フリー層２のコンタクト部分が外部磁界に対して磁化回転しやすくなり、低信号磁界で反応するようになる。
【０１９５】
また、図３１（ｃ）に表したようにピン層１の上に非磁性中間層４を設けても同様の効果が得られる。
【０１９６】
一方、上下の磁性層を反転させて下をフリー層、上をピン層としてもよい。
【０１９７】
図３２（ａ）は、上下を反転させた例を表し、微小開口Ａを形成後、ピン層となるＣｏＦｅ層１さらにそれを磁化固着する反強磁性層６さらにＴａ保護膜９が形成される。微小開口Ａの中に埋め込まれる磁性膜１はどうしても結晶欠陥が入りやすいので、軟磁気特性を要求されないピン層が穴に埋め込まれる形態のほうが信号磁界への感度という点では有利である。ピン層となる磁性膜２を埋め込む場合にも、図３２（ｂ）に表したように最初に非磁性中間層４を埋め込んでもよい。この場合も、フリー層１の信号磁界に対する磁化回転がスムーズになり、信号磁界に対する感度を増すことができる。
【０１９８】
また、図３２（ｃ）に表したようにフリー層２の上にスペーサー層４が形成されていても同様の効果が得られる。
【０１９９】
埋め込まれる磁性層２の結晶性を良くして高いＭＲを得るためには、微小開口Ａの側面はなだらかなテーパー状であること、およびその表面粗さが小さいことが望ましい。なだらかなテーパーをつけるためには、図３３に表したように斜め入射のイオンミリングや、斜め入射でのＲＩＢＥ（Reactive Ion Beam Etching）加工で絶縁膜３をエッチングするとよい。またテーパー面の表面荒さを小さくするためには、絶縁層３の材料として、ＳｉＯ２やアルミナなどのアモルファスの酸化物を用いることが望ましい。
【０２００】
以上説明したように、反応性ガスを用いたＥＢ照射により任意の場所に微小な穴を開けることができる。この電子を反応性ガスと共に基板に衝突させて加工する原理自体は、Ｊ．Ｗ．Ｃｏｂｕｒｎ  により開示されている（非特許文献６参照）。
【０２０１】
【非特許文献６】
J.W.Coburn (Journal of Applied Physics , vol.50,no.5,pp3189-3196(1979)
【０２０２】
この方法の特徴は、電子衝突であるため衝突ターゲットに与える物理的ダメージがきわめて小さいことである。ナノコンタクトＭＲ素子の形成に適用した場合、極微小に絞った電子線を使用して絶縁膜の下層にある磁性体に物理的ダメージを与えることなく絶縁膜のエッチング加工を行うことができる。微小部分エッチングは絶縁体表面を金属膜で覆うことによりチャージアップによるＥＢ収束劣化を防ぐことができる。
【０２０３】
ナノコンタクトＭＲ素子ではコンタクト部分の良好な結晶性が要求されるため、このＥＢ照射エッチングは特に有用な開口部形成プロセスである。また、素子一つ一つの加工領域が極めて狭いためプロセス時間が短いこと、さらに加工後、加工形状を観察できその結果プロセスフィードバックが可能であることが、この方法をナノコンタクトＭＲ素子に適用することのメリットである。
【０２０４】
なお、絶縁体の微小開口を形成した後、上側の磁性層あるいは異種元素層や非磁性中間層を形成する前に、工程によっては、試料を取り出す必要があり、質の悪い雰囲気に晒されることによって下側の磁性層の開口部が望まない酸化する場合がある。このような場合に酸化層を除去する方法として、２つの方法を以下に挙げる。
【０２０５】
まず第１の方法は、通常のスパッタエッチングにより除去する方法である。この場合、結晶にダメージが入りやすいので、上部電極を形成する真空チャンバと同一あるいは真空ラインで繋がった真空チャンバ内でイオンビームでスパッタエッチングした後、電子ビームあるいはレーザービームを用いて局所加熱すると結晶性向上に有用である。もちろん、試料を加熱してもよい。
【０２０６】
第２の方法は、上部電極を形成する真空チャンバと同一のチャンバあるいは真空ラインで繋がった別の真空チャンバ内で試料表面を原子状水素にさらすことで表面酸素を除去する方法である。
【０２０７】
原子状水素は、試料近傍に設けられた高温に加熱した（およその温度として摂氏１４００度から２０００度以上程度）タングステン（Ｗ）フィラメントあるいはタンタル（Ｔａ）チューブに水素ガスを導入して水素をクラッキング（加熱分解）させることで発生させることができる。ノズルから試料表面までの距離は１０ｃｍ程度のこともあるが、チャンバ内構造によってはより距離があっても構わない。水素による酸素の還元とともに加熱による結晶性回復を行なうとより効果的である。
【０２０８】
この場合の熱源としては、水素クラッキング装置からの輻射熱、あるいは電子ビームを局所的にあてる電子ビーム加熱、あるいはレーザービームを局所的にあてるレーザービーム加熱などを用いることができる。
以上のような酸化層の除去方法は、本実施例の微小開口形成法以外にも、本発明の磁気抵抗効果素子へ適用することができる。
【０２０９】
（第１２の実施例）
次に、本発明の第１２の実施例として、ＥＢを利用してＭＲ積層膜の状態でスポット的に加熱を行い微小開口を形成するプロセスについて説明する。
【０２１０】
図３４は、本実施例による磁気抵抗効果素子の製造プロセスを表す工程断面図である。
【０２１１】
まず、同図（ａ）に表したように、下から順に、ＰｔＭｎ反強磁性層６（厚み１５ｎｍ）、ピン層となるＣｏＦｅ磁性層１（厚み２ｎｍ）、ＳｉＯ２絶縁層３（厚み２ｎｍ）、フリー層となるＣｏＦｅ層２（厚み２ｎｍ）、保護層９としてＴａ層（厚み５ｎｍ）を形成する。
【０２１２】
次に、図３４（ｂ）に表したように、ＥＢのスポット径１０ｎｍ以下に絞込み、Ｔａ保護層９の上から照射する。
【０２１３】
すると、図３４（ｃ）に表したように、ＥＢ照射された領域が急激に温度上昇して粒径の増大を引き起こし、ＳｉＯ２絶縁層３を構成するＳｉ原子とＯ原子が界面に偏析したり、その一部がＣｏＦｅ層１、２内に取り込まれ、ＥＢが照射された部分で絶縁層３が局所的に消失する。その結果として、上下の磁性層１、２の間をポイントコンタクトにより接続することができる。
【０２１４】
また、図３５（ａ）に表したように、上下の磁性層１、２の間に、例えばＣｒのような非磁性スペーサー層４Ａと、その表面が酸化されて形成された酸化クロムの非磁性スペーサー層４Ｂとが挿入された構造も考えられる。
【０２１５】
この場合も、同様にして、図３５（ｂ）に表したように、Ｔａ保護層９の上からＥＢ照射を局所的に行うことで、図３５（ｃ）に表したように局所的にスペーサー層４Ａ、４Ｂを消失させ、導通を得ることができる。この場合、上下の磁性層１、２の間で、非磁性スペーサー４Ａ、４Ｂに形成された微小開口を介して電気的な導通が得られると、ポイントコンタクトによるＭＲ増大のメリットと、低信号磁界にもフリー層２が反応することによる感度の向上のメリットの両方を得ることができる。
【０２１６】
このようなＴａ保護層９の上からＥＢ照射することのメリットは、ＭＲ膜積層工程の途中で微小開口の形成プロセスを実施しないため、よりクリーンな積層界面を形成できること、またＥＢ照射１回のみでポイントコンタクトを形成できるので工程時間を短縮できることである。
【０２１７】
また、このＥＢ照射プロセスは、図３６に表したように、下側のピン磁性層１の上にピン磁性層１が酸化された酸化層１Ａ（Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ）が形成されている場合や、図３７に表したように、上側のフリー磁性層２の下側に酸化層２Ａ（Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ）が形成されている場合でも有効である。
【０２１８】
また、ＥＢ照射により形成されるナノホール（微小開口）ＰＣは、図３８（ａ）に表したようにＥＢをスポット状に照射した場合、図３８（ｃ）のように照射した部分に形成される場合や、図３８（ｂ）のように照射スポットの周りに複数が点在するように形成される場合もある。これらいずれの場合でも、磁気抵抗効果素子の微小接点として利用できる。なお、図３８（ａ）乃至（ｃ）においては、ＥＢ照射領域を一点鎖線により表している。
【０２１９】
また、ＥＢ照射する位置は、磁気抵抗効果素子として磁気ヘッドに搭載される場合、媒体走行面に近いところに照射することが望ましい。
【０２２０】
図３９は、ＭＲ積層膜を形成後の状態で、アライメントマークＡＭを読み込み素子の重心（中心）点Ｃよりも媒体走行面に近いところへＥＢ照射位置が設定されていることを表す概念図である。
【０２２１】
図４０は、デバイスの構成を表す概念図である。磁気抵抗効果膜ＭＲは、上下電極ＥＬにサンドイッチされ、またその左右を縦バイアス膜ＨＭに挟まれる。同図から分かるように、ＥＢ照射により形成されるポイントコンタクトＰＣは、素子の重心（中心）点Ｃよりも媒体走行面ＡＢＳに近い方向にオフセットされている。こうすることで、ＭＲ素子の磁気検出部を媒体走行面ＡＢＳに近づけ、記録媒体からの大きな信号磁界が得られる部分に集中的にセンス電流を供給することができる。その結果として、センス電流あたりの検出出力を増加させることができる。
【０２２２】
なお、第１１実施例に関して前述したようにＥＢを用いてエッチングを行う場合にも、微小開口の形成位置は媒体走行面ＡＢＳに近いところとすることが望ましい。
【０２２３】
ところで、本実施例においては、ＥＢ照射された領域は結晶粒径が増大して結晶欠陥が減少していた。その結果として、素子抵抗が減少し、ＭＲ変化率の向上が見られた。しかし、軟磁性の改善は明確には確認されなかった。これは、素子の電気的性質は通電領域のみの結晶性に依存するが、軟磁気的性質はフリー層２の全体が交換結合して全体で磁化が動くため、局所的な欠陥の減少の効果が明確には現れないためであると考えられる。
【０２２４】
このことから、ＥＢ照射による局所的アニールは、素子全体をオーブンなどで加熱する方法に比べて素子の電気的性質および磁気的性質を独立に制御できる方法であることがわかる。
【０２２５】
例えば、結晶磁気異方性が大きなｂｃｃ結晶構造のＦｅＣｏは大きなＭＲを期待できるが、結晶サイズが大きくなるとその軟磁性が劣化してしまう。そこで、図４１（ａ）に表したように、ほとんどの部分を微結晶で構成したｂｃｃ−ＦｅＣｏを形成し、その通電領域のみにＥＢ照射する（ＥＢ照射領域を一点鎖線により表した）。すると同図（ｂ）に表したようにＥＢ照射部分は若干、結晶サイズが増大するがセンス電流の通電領域の結晶欠陥は減少する。こうすることで、大きなＭＲと軟磁性とを両立することができる。軟磁性をアシストするためにＮｉＦｅ（パーマロイ）合金膜と積層させる場合にも、同様の方法が有効である。
【０２２６】
また、ＥＢ照射によるアニールを利用して、特定の結晶方位のみの選択的な成長を促すこともできる。
【０２２７】
図４２は、ＭＲ素子内にいくつかの（例えば、［１１１］，［１００］，［１１０］）成長軸が存在する状態を表す模式図である。これら成長軸は、例えば、イオンビームを照射して得られるＳＩ（Secondary Ion）像において、コントラストの違いとして確認することができる。ＭＲ素子が異なる面方位を有する複数の結晶粒で構成される場合は、磁気抵抗効果素子として動作する場合のノイズの発生原因となる。これは、素子のサイズが小さくなり、少数の結晶粒で構成される場合にはさらに顕著となる。また、ポイントコンタクトが粒界近くに形成されると、電流磁界の影響も加わり、さらに動作信頼性に問題が生じる。
【０２２８】
そこで、ＥＢをポイント照射する場合は、この粒界を避けて照射することが望ましい。またさらに、単に粒界を避けるのみでなく、ＥＢを制御してスキャンさせることにより、特定の方位の結晶粒を成長させることができる。
【０２２９】
例えば、図４３（ａ）に例示したように、ＥＢ照射を［１１１］配向した結晶粒の部分で「うずまき状」に徐々に広げてゆくことで、［１１１］配向部分を広げることができる。そして、図４３（ｂ）に表したように、ポイントコンタクトＰＣの全領域が同一の配向の状態となることが望ましい。
【０２３０】
また、本実施例において、ＥＢ加熱による結晶性の改善は、ＭＲ膜の全ての層を積層した後でなく、途中で行っても良い。
【０２３１】
図４４（ａ）は、基板（図示せず）側から順に、フリー磁性層１、抵抗変化率を上げる目的のＣｒＡｓ層４１０、ＳｉＯ２絶縁層３、Ｎｂ導電層４００からなる積層体にコンタクトホールＣＨが形成された状態を表す。このコンタクトホールＣＨにＥＢ照射してＣｒＡｓ層４１０を過熱する。こうすることで、ＣｒＡｓ層４１０の結晶性および結晶配向を改善し、高い電子分極特性を有する構造が得られる。
【０２３２】
この後、図４４（ｂ）に表したように、ピン層となる磁性層２と反強磁性層６および保護膜９を形成する。積層の途中の工程でＥＢ照射を行うことにより、特定の層のみを加熱処理できる。
【０２３３】
また一方、図４５（ａ）に表すように、ＭＲ膜の全ての層（下から順に、ＣｏＦｅフリー層１、ＣｒＡｓ層４１０、Ｃｒスペーサー層４Ａ、Ｃｒ酸化物層４Ｂ、ＣｏＦｅピン層２、ＰｔＭｎ反強磁性層６、Ｔａ保護層９）を形成した後に、ＥＢ照射を局所的に行ってもよい。
その結果、ＣｒＡｓ層４１０の原子配列は、上下に隣接する積層膜の影響を受けて再配列する。このように、ＥＢ照射を微小接点に行うことで、その部分のみの結晶性の向上を行うことができ、他の部分には加熱による悪影響を及ぼさない素子作成法となる。
【０２３４】
また、絶縁層３への穴あけ工程において、下側の磁性層１に導入された結晶欠陥や歪などのダメージをＥＢ照射によって取り除くこともできる。
【０２３５】
図４６（ａ）は、ＲＩＥによる穴あけ工程で、下側の磁性層１の表面にダメージが導入された部分ＤＭが形成された状態を表す。この後、図４６（ｂ）に表すようにＥＢ照射を穴に向かって行うことで、ダメージが導入された部分ＤＭを局所的アニールで取り除くことができる（図４６（ｃ））。
【０２３６】
また、これとは別のプロセスとして、さらに上側の磁性層２を成膜して穴の中に埋め込んだ後、その部分をＥＢアニールしても同じ効果が得られ、さらに穴に埋め込まれた磁性体の結晶欠陥を低減することもできる。その結果、高いＭＲ変化率を有するＭＲ素子を得ることができる。
【０２３７】
以上説明したように、ＥＢ局所照射加熱はナノホールＭＲ素子において、磁性層の接続部に局所的に必要な電気的性質および外部磁界に反応するフリー層全体的な磁気的性質を両立できるプロセスである。なお、局所加熱はＥＢ照射のみならずレーザー光照射を用いても効果がある。レーザー光照射の場合は、表面が透明層の場合には、任意の場所に焦点を合わせることが可能である。
例えば、フリー層形成後、絶縁層を形成、その絶縁層にレーザーを照射することで穴あけ加工など必要とせずに上下磁性層を電気的につなぐための「ピラー」を形成できる。その後、ピン層を積層することでポイントコンタクトしたＭＲ素子が形成できる。この方法は穴を開けてそこへ磁性層を埋め込むわけではないので埋めこみ磁性膜の膜質が向上し、その結果、素子のＭＲや軟磁性が向上する。
【０２３８】
（第１３の実施例）
次に、本発明の第１３の実施例として、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）によって微小接点を形成する方法について説明する。ＦＩＢの場合は、基本的に、衝突粒子（イオン）の質量が大きいため、照射だけでエッチング加工が可能である。
【０２３９】
図４７は、ＣｏＦｅ磁性層１の上に形成されたＳｉＯ２絶縁層３に微小開口を開ける方法を表す工程断面図である。
【０２４０】
まず、図示しない下地層（厚み５ｎｍのＴａ）上に、図示しないＰｔＭｎ反強磁性層（厚み１５ｎｍ）を形成する。その上に、ＣｏＦｅ層１をＭＲ素子のピン層として形成する。その上に、厚み３ｎｍのＳｉＯ２層３を形成する。
【０２４１】
次に、図４７（ａ）に表したように、ビーム径を１０ｎｍ以下に絞ったＦＩＢをスポット状にＳｉＯ２層３の表面に照射する。ドーズ量を制御することにより、図４７（ｂ）に表したように、ＳｉＯ２層３に微小開口Ａを開けることができる。ただし、一般的にＦＩＢ源として用いられるＧａイオンは、ＣｏＦｅ層１もエッチングしてしまうので、ドーズ量の厳密な制御が必要となる。また、ＳｉＯ２層３とＣｏＦｅ層１のエッチング選択比を大きくすることにより、ＣｏＦｅ磁性層１のオーバーエッチングを抑えることができる。
【０２４２】
例えば、図４８（ａ）に例示したように、フレオン系ガスを反応アシストガスＡＧとして加工領域に吹き付けながらＦＩＢ加工を行うことにより、選択比を高めることができる。その結果として、図４８（ｂ）に表したように、ＣｏＦｅ磁性層１のオーバーエッチングを抑えて微小開口Ａを形成できる。ガスとしてはＣＨＦ３などのフレオン系ガスのほかにやヨウ素ガスなども使用できる。
【０２４３】
また、図４９（ａ）に表したように、ＳｉＯ２層３の表面をＦＩＢ加工するが、ＦＩＢ加工はＳｉＯ２層３の途中で止めておき（図４９（ｂ））、残りの部分は、別の方法によりエッチングしてもよい（図４９（ｃ））。
【０２４４】
このエッチングの方法として、磁性層１に対するエッチング速度が極めて低くなるＲＩＥもしくはＣＤＥなどを用いると、ＣｏＦｅ磁性層１のオーバーエッチングや結晶性劣化ダメージの導入などの問題を抑えることができる。すなわち、ＦＩＢを途中でとめ、最後はダメージがより少ないＲＩＥやＣＤＥでのエッチングすることで、さらに低ダメージのエッチングが可能である。
【０２４５】
なお、この場合、ＳｉＯ２層３の初期の膜厚設定を、ＲＩＥやＣＤＥなどによりエッチングされる量だけ、多目にしておく必要がある。
【０２４６】
また、図５０に例示したように、ＳｉＯ２層３の表面に例えばＴａ膜などを形成すると、ＲＩＥやＣＤＥによるＳｉＯ２層３の膜べりを減らすことができる。具体的には、例えば、図５０（ａ）に表したように、ＳｉＯ２層３の上に厚み３ｎｍのＴａ膜９を形成する。そして、これにＦＩＢにて穴加工を行う。
【０２４７】
図５０（ｂ）に表したように開口がＳｉＯ２層３にまで達したところで、図５０（ｃ）に表したように、ＲＩＥやＣＤＥに切り替える。
【０２４８】
ＲＩＥやＣＤＥで大きなエッチング選択比が得られる材料をＳｉＯ２層３の上にマスク層９として形成しておくことで、ＣＨＦ３などのようなフレオン系ガスによるＲＩＥやＣＤＥでの膜厚の減少を抑制でき、さらに、オーバーエッチング時間やエッチングの面内の不均一によるＳｉＯ２層３の膜厚の面内不均一も抑制することができる。
【０２４９】
また、このようにして形成された微小開口に中に埋め込まれる磁性層２の欠陥を減少させるためには、微小開口の側壁にテーパーをつけることが有効である。このためには、図５０（ｃ）に例示したように、斜め入射のＲＩＢＥを行うことも望ましい。
【０２５０】
金属マスク層９を適用することにより、ＥＢの場合と同様にチャージアップによるビーム径の増大を防ぐことができる。さらに、金属マスク層９は、その上に形成される磁性層２のバッファ層として作用するため、磁性層２の結晶性向上による高出力高感度を得ることができる。
【０２５１】
また、同様のプロセスをＦＩＢのみで行うことも可能である。
【０２５２】
まず、図５１（ａ）に表したように、下からＣｏＦｅ磁性層１、ＳｉＯ２酸化物層３、Ｔａマスク層９という積層構造を形成し、ＦＩＢを照射する。
【０２５３】
図５１（ｂ）に表すようにＴａマスク層９に穴が形成されたら、次に、図５１（ｃ）に表すように、再びＦＩＢにてＳｉＯ２層３を削る。この時、ＣＨＦ３などのアシストガスＡＧを導入してＳｉＯ２層３のエッチング速度を増加させ、ＣｏＦｅ磁性層１とのエッチング速度の選択比を大きくすることができる。
【０２５４】
プロセス上の簡略化さのためには、アシストガスＡＧは、最初のＴａ膜エッチング時（図５１（ａ））から吹き付けていてかまわない。しかし、マスク層９の材料として、アシストガスＡＧに対して反応するものを用いた場合、通常ではエッチングが進行しないような、ＦＩＢビームの裾野の部分でもエッチングが進んでしまい、結果的に穴が大きくなってしまうことがある。そのため、絶縁層３に対しては反応するが、マスク層９および磁性層１には反応しないようなアシストガスＡＧガスを選択することが望ましい。
【０２５５】
また、図５２に表したようにスペーサー層４（たとえばＣｕ）を挿入し、これをエッチングストップ層として用いることもできる。
【０２５６】
本実施例では、イオン源としてガリウム（Ｇａ）を使用した例を示したが、ガリウム原子が加工面に残るような場合には、このような残留の心配がないアルゴン（Ａｒ）ガスなどのガスを用いたイオン源を用いることが望ましい。
【０２５７】
（第１４の実施例）
次に、本発明の第１４の実施例として、ウェーハの全面に亘って一括的に微小開口を形成できるプロセスについて説明する。すなわち、微小開口をひとつずつ形成するよりも、ウェーハ全面で一度に形成するほうが工程時間を短縮でき有利である。
【０２５８】
図５３及び図５４は、本実施例のプロセスを表す工程図である。
【０２５９】
まず、図５３（ａ）に表したように、磁性層（図示せず）上に形成されたアルミナ絶縁層３（厚み６ｎｍ）の上に厚み０．１μｍのフォトレジストＰＲをコートし、穴の位置Ｘの部分までパターニングする。
【０２６０】
次に、図５３（ｂ）に表したように、その上に厚み７ｎｍのＳｉＯ２膜４２０を形成する。フォトレジストＰＲ側壁には５ｎｍのＳｉＯ２膜４２０が形成された。さらに、図５３（ｃ）に表したように、厚み０．１μｍのフォトレジストＰＲをコートする。
【０２６１】
そして、表面をイオンミリングもしくはＲＩＥによりエッチバックして約３０ｎｍ厚まで削り、図５３（ｄ）に表したように、ＰＲの側壁のＳｉＯ２膜４２０を表面に露出させた。すなわち、上方から見ると、ＳｉＯ２膜４２０が幅５ｎｍのライン状に見える状態となる。
【０２６２】
これをＣＨＦ３ガスによるＲＩＥにより、図５４（ａ）に表したように、５ｎｍ幅のＳｉＯ２層４２０を選択的にエッチングする。さらに、ＣＨＦ３−ＣＦ４混合ガスによるＲＩＥをおこない、図５４（ｂ）に表したように、アルミナ絶縁層３の膜厚の半分程度（約３ｎｍ）までライン状にエッチングする。
【０２６３】
そして、表面に残った一対のフォトレジストＰＲをＯ２ガスのＲＩＥで除去し、さらに、その下のＳｉＯ２膜４２０をＣＨＦ３ガスＲＩＥによって除去する。アルミナ絶縁層３に対して、これらのガスによるＲＩＥのエッチング速度は１０分の１以下であるため、アルミナ絶縁層３のエッチングはわずかで済む。
【０２６４】
以上のプロセスにより、図５４（ｃ）に表したように、アルミナ絶縁層３の表面の位置ｘにおいて、幅５ｎｍ深さ３ｎｍの溝Ｇが形成される。
【０２６５】
次に、パターニングする方向を９０度回転させ、図５３（ａ）乃至図５４（ｂ）に表したプロセスを繰り返して幅５ｎｍ深さ３ｎｍの溝Ｇを形成する。すると、図５４（ｄ）に表したように、これら直交する２つの溝Ｇの交点には５ｎｍ角の穴ＣＨが形成されることになる。
【０２６６】
以上説明したプロセスを適用することで、穴あけ工程の時間を大幅に短縮することができた。また、穴ＣＨの形状は、ＲＩＥを用いた場合は、その側壁の傾斜角度が８０度以上と急峻であり、一方、ＣＤＥを用いた場合にはワインカップ状になだらかにな側壁が形成される。その上に埋め込む磁性膜２がフリー層の場合には、なだらかな側壁形状であるほうが穴内部に埋め込まれる磁性体の軟磁気特性が優れる。
【０２６７】
（第１５の実施例）
次に、本発明の第１５の実施例として、ＡＦＭ（Atomic Force Microprove）技術に代表される針の技術で穴を開ける方法について説明する。
【０２６８】
図５５は、本実施例において還元反応を利用するプロセスを説明するための概念図である。
【０２６９】
サンプルとしては、磁性層１の上にアルミナ絶縁層３（厚み５ｎｍ）を形成したものを用いた。そして、ＡＦＭの針の表面に金属膜をコーティングし、新たな酸化物の生成を防ぐためＨ２混合フォーミングガスを吹き付けて還元性雰囲気とした状態で、針ＮＤとサンプルとの間に電界を印加する。すると、ある電界強度で電流が急激に流れ出し、還元反応が起こって、針ＮＤを当てた領域が通電領域（Ａｌ）となる。針ＮＤで接触しているため、電気力線は接触部分で密であり、その部分から還元反応が進行する。
【０２７０】
ここで、アルミナ絶縁層３と磁性層１との間にスペーサー層４を挿入しても良い。また、絶縁層３の材料として金属酸化物を用いる場合、アルミニウム（Ａｌ）などの金属を成膜し、その後酸化プロセスにより酸化物を形成しても良い。
【０２７１】
本実施例における絶縁層３としては、金属酸化物が望ましいが、ＳｉＯ２を使用した場合には、針ＮＤからの通電によりＳｉＯ２を還元してＳｉまたはＳｉ化合物を形成し、しかる後に、図５６に表したように、ＲＩＥで取り除くとコンタクトホールが完成する。
【０２７２】
また、絶縁層３の上に磁性層２を積層した状態で加工することも可能である。すなわち、図５７に例示した如く、磁性層１、絶縁層３、磁性層２のサンドイッチ構造のサンプルに対して、針ＮＤから局所的に電界を印加することで、絶縁層３が局所的に還元され、局所的な通電領域を形成することも可能である。
【０２７３】
また一方、本発明においては、酸化反応を利用することも可能である。
【０２７４】
図５８は、酸化反応を利用したプロセスを説明するための概念図である。
【０２７５】
すなわち、磁性層１の上に、シリコン（Ｓｉ）などの層３Ａを設けておき、酸化性雰囲気中で、これに針ＮＤを接触させて逆方向の電界を印加すると、陽極酸化反応が局所的に進行する。その結果として、同図（ａ）に表したように、微小なＳｉＯ２領域３Ｒが形成される。
【０２７６】
しかる後に、このＳｉＯ２領域３ＲをＲＩＥなどにより選択的にエッチング除去する。この際には、母体のシリコン（Ｓｉ）とのエッチング選択比が大きい条件でエッチングを行うことが望ましい。
【０２７７】
この後、シリコン層３Ａを酸化させてＳｉＯ２とすることにより、微小開口が形成された絶縁層３を形成できる。
【０２７８】
ＡＦＭ技術を用いた場合には、サンプルの上での開口位置を予め確認し、調節することも容易であるという利点がある。特に、本発明のＭＲ素子を形成する場合は、局所的に通電するため、通電領域としては、欠陥、異物、粒界などをさけたい。これに対して、ＡＦＭ走査により事前の膜表面形状を把握し、また穴あけ位置を調節することができる。またさらに、磁性体からなる針ＮＤを用いることにより、サンプルの表面の磁気的な状態をＭＦＭ（Magnetic Force Microscope）技術によって確認できる点でも、顕著なメリットがあるといえる。
【０２７９】
（第１６の実施例）
次に、本発明の第１６の実施例として、非磁性体からなるスペーサー層４の作用について説明する。
【０２８０】
図５９（ａ）には、ＣｏＦｅ磁性層１の上にＳｉＯ２絶縁層３が形成され、コンタクトホールＣＨが構成されている場合、スペーサー層４として例えばＣｕ（厚み２ｎｍ）などを先に形成し、その上にＣｏＦｅ磁性層２（厚み４ｎｍ）を形成する構造を表した。この構造の場合、磁性層１と磁性層２とが直接接触しないために、フリー層（例えば磁性層２）がピン層（例えば磁性層１）と交換結合することに起因する軟磁性の低下を抑制できる。  特に、コンタクトホールＣＨの中に埋め込まれる磁性体には欠陥が多く含まれピン層とフリー層とで急峻な磁化回転を起こしにくくなる。これに対して、図５９（ａ）に表したように、非磁性層４をまず形成し、続いて上側の磁性層２を形成する。こうすることでコンタクトホールＣＨの側面も金属膜下地が形成されることになり、コンタクトホールＣＨ内の磁性膜の結晶性が向上、穴ＣＨの中の磁性体が周りの磁性層と一緒に磁化回転できるようになり、信号磁界に対して敏感なＭＲ変化を発生させるようになる。
【０２８１】
また、穴ＣＨを開ける過程もしくは埋め込み成膜前のスパッタエッチングなどで、穴ＣＨの底の磁性層１が削られる場合も、図５９（ｂ）に例示したように、スペーサー層４を形成して開口を形成した後に、図５９（ｃ）に表したように上側のスペーサー層４及び磁性層２を形成することで同様のバッファ効果が得られる。
【０２８２】
一方、絶縁層３をフレオン系のガスでＲＩＥエッチングした場合、図６０（ａ）に表したように、エッチング条件によっては穴ＣＨの底部（すなわち、下側の磁性層１の表面）に、カーボン膜ＣＦが堆積することがある。このカーボン膜ＣＦもスペーサー層４として機能する。すなわち、図６０（ｂ）に表したように上側の磁性層２を形成する際に、上述したものと同様のバッファ効果が得られる。
【０２８３】
スペーサー層４はＣＨ内全面をＣｕで覆う必要は無く、ピンホール的にまたは網目状にＣｕが抜けて部分的にＣＨを狭窄した状態で、磁気的な接触面積を制限することでも効果がある。導体を挿入することで狭窄による電気抵抗の過上昇を防ぐことができ、その結果より高周波に対応する再生素子を供給できる。また、絶縁膜を部分的に挿入することで、ＭＲ値を上昇させることができる。ＣＨが製造プロセスで大きく出来上がってしまった場合、有効な対処方法となる。
【０２８４】
（第１７の実施例）
次に、本発明の第１７の実施例として、メッキ法によって、コンタクトホールを磁性体で埋め込むプロセスについて説明する。
【０２８５】
コンタクトホールの中に磁性層を埋め込む場合、メッキ法を用いると穴の底部から磁性層の成長が開始するため、欠陥を極めて抑えて成長させることができる。
【０２８６】
例えば、図６１（ａ）に表したように、下側の磁性層１の上にＳｉＯ２絶縁層３を形成し、コンタクトホールＣＨを形成する。その後、磁性層１に電極を接続してメッキ浴ＰＬに入れる。例えば、ＮｉＦｅメッキ浴ＰＬへ入れた場合、図６１（ｂ）に表したように、コンタクトホールＣＨの底に露出した磁性層１であるＣｏＦｅ表面からＮｉＦｅの成長が始まる。また、この場合、ＣｏＦｅ磁性層１の表面にＣｕスペーサー層４（図示せず）を積層しても良い。
【０２８７】
コンタクトホール底部より始まったＮｉＦｅ膜２の成長は穴ＣＨを出たところで周囲に向けて広がり、表面積が急激に増加し始めるため、一定のメッキ電流では成長速度が低下する。したがって、極微小コンタクトホール部分へのメッキを行う場合には、穴を埋め込むメッキの停止タイミングは、メッキ時間で管理することが容易となる。このように、メッキでコンタクトホールに形成した磁性膜は欠陥が少なく大きなＭＲを出現させることができる。
【０２８８】
さらにこの後、図６１（ｃ）に表したように反強磁性層６を成膜してピン層の固着を行う。このように、メッキで穴を埋めた後、反強磁性層で磁化固着を行うことで磁区制御が可能となり、非特許文献５（M.Munoz (Applied Physics Letters vol.79,No.18,pp2946-2948(2001)）における問題点である大きなノイズを抑制した再生素子を提供することができる。
【０２８９】
（第１８の実施例）
次に、本発明の第１８の実施例として、通電方向が膜面に対して平行に形成された微小接点を有するＭＲ素子の形成方法について説明する。
【０２９０】
図６２は、本実施例のＭＲ素子の構造を表す模式図である。すなわち、第１の電極ＥＬ１から第２の電極ＥＬ２へ電流が流れる途中に、ピン層１、電流が狭窄される（Ａ―Ｂ）領域ＰＣ、フリー層２が設けられる。この構成例では、信号磁界ＳＭは、第２電極ＥＬ２の側からフリー層２に入る。
【０２９１】
図６３は、このようなＭＲ素子を形成するプロセスを表す工程図である。
【０２９２】
まず、同図（ａ）に表したように、ＣｏＦｅ磁性層（厚み５ｎｍ）ＦＭを成膜し、その上にＰｔＭｎ反強磁性層６（厚み１５ｎｍ）を形成する。さらに、その上に、電流狭窄される位置にエッジ（端部）が配置されるようにフォトレジストＰＲをパターニング形成する。
【０２９３】
次に、図６３（ｂ）に表したように、イオンミリングでフリー層になる側のＣｏＦｅ層ＦＭの上のＰｔＭｎ層６を除去する。
【０２９４】
次に、図６３（ｃ）に表したように、フォトレジストＰＲのエッジに沿って、ＦＩＢによりビーム走査してトリミングを行い、電流狭窄する部分ＰＣを形成する。
【０２９５】
すると、加工後に、図６３（ｄ）に表したような形状が得られる。その後、第１電極ＥＬ１および第２電極ＥＬ２を形成する。
【０２９６】
ところが、このときＡ−Ｂ断面のフリー層２側の断面を見てみると、図６４に表したようにＦＩＢビームのプロファイルの影響を受けて上側が丸まってしまい、抵抗値制御が困難となる。そこで、図６５に表したように、保護層ＰＲを設け、この保護層ＰＦ越しにＦＩＢ加工を行うことで、磁性層ＦＭの「丸まり」を防ぐことができる。保護膜ＰＦは、絶縁膜のような高抵抗膜とすると、磁性膜との電流の分流の観点で望ましい。
【０２９７】
図６６は、図６３（ｂ）の状態からさらにフォトレジストをコートしてフリー層上に保護層ＰＲを形成した状態を表す。この状態で、ＦＩＢによる電流狭窄加工を行うと、ピン層１とフリー層２ともに、上面保護された状態でＦＩＢエッチングを受けることになるので、「丸まり」による抵抗のばらつきを抑えることができる。
【０２９８】
また一方、ガリウム（Ｇａ）打ち込みを利用して、電流狭窄幅を加工幅よりも狭くすることもできる。
【０２９９】
図６７は、ＦＩＢ加工部の端部にＧａを打ち込んだ状態を表す模式図である。Ｇａを打ち込んだ領域ＩＺは、ＣｏＦｅ層１、２の結晶が破壊され抵抗値も増加する。したがってＦＩＢによる物理的な加工幅よりも、両側が数〜１０数ｎｍずつ実効的に狭いジャンクションが形成されることとなる。このように、ＧａなどのＦＩＢソース粒子の打ち込みにより、物理的加工幅よりも実質的に狭いコンタクトを形成することが可能となる。
【０３００】
また狭窄部をＥＢ照射加熱して結晶欠陥を改善することでＭＲ特性の向上をはかることができる。
【０３０１】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気抵抗効果膜を構成する各要素の具体的な寸法関係や材料、その他、電極、バイアス印加膜、絶縁構造などの形状や材質に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【０３０２】
また、前述したように、磁気抵抗効果素子における反強磁性層、強磁性層、非磁性中間層、絶縁層などの構成要素は、それぞれ単層として形成してもよく、あるいは２以上の層を積層した構造としてもよい。
【０３０３】
また、本発明の磁気抵抗効果素子を再生用磁気ヘッドに適用する際に、これと隣接して書き込み用の磁気ヘッドを設けることにより、記録再生一体型の磁気ヘッドが得られる。
【０３０４】
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気ヘッド及び磁気記憶再生装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施しうるすべての磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気記憶再生装置も同様に本発明の範囲に属する。
【０３０５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、素子化可能でかつ制御性が良好、さらに作製容易な磁気微小接点を提供するとともに、これを用いた高感度の再生ヘッド用素子を提供することができる。
【０３０６】
またさらに、この磁気抵抗効果素子を用いた記録再生機能をもつ磁気メモリを提供することもでき産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子の要部断面構造を例示する模式図である。
【図２】本発明の磁気抵抗効果素子における印加磁場と電気抵抗との関係を説明するための模式図である。
【図３】通常の異方性磁気抵抗効果による磁気抵抗変化を説明する概念図である。
【図４】本発明の磁気抵抗効果素子と従来の磁気抵抗効果素子とを比較して表した概念図である。
【図５】複数の微小接点を有する磁気抵抗効果素子を表す模式図である。
【図６】微小接点の開口部の断面形状を例示する模式図である。
【図７】微小開口Ａの開口端付近に、異種元素を添加した領域Ｄが設けられた磁気抵抗効果素子を表す模式図である。
【図８】本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法の要部を表す工程断面図である。
【図９】共通の基板（図示せず）の上に複数の磁気抵抗効果素子を配列した構造を表す断面図である。
【図１０】本発明の磁気抵抗効果素子を磁気再生素子として用いる具体例を表す模式図である。
【図１１】本発明の磁気抵抗効果素子を磁気再生素子として用いる他の具体例を表す模式図である。
【図１２】本発明の磁気抵抗効果素子を用いた磁気メモリの要部断面構造を例示する模式図である。
【図１３】記録再生セル１０のそれぞれへのアクセスの手段を例示する模式図である。
【図１４】図１２の磁気メモリに用いる磁気抵抗効果素子１０の断面構造を表す模式図である。
【図１５】図１２の磁気メモリに用いる磁気抵抗効果素子１０の断面構造を表す模式図である。
【図１６】図１２の磁気メモリに用いることができる磁気抵抗効果素子の他の具体例を表す模式断面図である。
【図１７】針１１０を一定速度で圧入した時の、（ａ）強磁性層１の表面と針１１０の先端部との間の距離と、（ｂ）これらの間に流れる電流の時間変化を表すグラフ図である。
【図１８】本発明の実施例の磁気抵抗効果素子において、印加した磁場と電気抵抗との関係を表すグラフ図である。
【図１９】本発明の第４実施例として製作した磁気抵抗効果素子の要部断面構造を表す模式図である。
【図２０】本発明の実施例において製作した磁気抵抗効果素子の要部断面構造を表す模式図である。
【図２１】本発明の実施例において製作した磁気抵抗効果素子の要部断面構造を表す模式図である。
【図２２】本発明の実施例の磁気抵抗効果素子の磁気抵抗変化を表すグラフ図である。
【図２３】本発明の第７の実施例において形成した素子を媒体２００側から眺めた断面構造を表す模式図である。
【図２４】複数のプローブをトランジスタＴＲを介してアレイ状に接続した状態を表す模式図である。
【図２５】成長時間とともに変化するＳｉＯ２層３の平面形態を表す模式図である。
【図２６】横軸にＳｉＯ２層３の成長時間、縦軸にＭＲ比を表すグラフ図である。
【図２７】本発明の第１１実施例の方法を説明するための模式図である。
【図２８】本発明の実施例の磁気抵抗効果素子を形成する方法を表す模式図である。
【図２９】ニオブ膜４００を形成する具体例を表す模式図である。
【図３０】微小接点を形成する方法を表す模式図である。
【図３１】図３０に続く工程を表す模式図である。
【図３２】微小接点を形成する別の方法を表す模式図である。
【図３３】斜め入射による方法を表す模式図である。
【図３４】本発明の実施例における磁気抵抗効果素子の製造方法を表す模式図である。
【図３５】本発明の実施例における磁気抵抗効果素子の別の製造方法を表す模式図である。
【図３６】  本発明の実施例における磁気抵抗効果素子のさらに別の製造方法を表す模式図である。
【図３７】本発明の実施例における磁気抵抗効果素子のさらに別の製造方法を表す模式図である。
【図３８】電子線をスポット状に照射した場合のポイントコンタクトの形成を説明する模式図である。
【図３９】素子の中心Ｃに対して、電子線の照射位置の関係を例示した模式図である。
【図４０】デバイスの構成を表す模式図である。
【図４１】ＭＲ素子内に複数の成長軸が存在する場合を表す模式図である。
【図４２】結晶粒の結晶方位を配向させるプロセスを例示する模式図である。
【図４３】ＭＲ積層膜の積層プロセスに挿入される電子線加熱のプロセスを表す模式図である。
【図４４】ＭＲ積層膜の積層プロセスの後に電子線加熱を行うプロセスを表す模式図である。
【図４５】穴あけ工程で生じた欠陥を取り除くプロセスを表す模式図である。
【図４６】微小開口を形成する方法を表す模式図である。
【図４７】オーバーエッチングを防ぐ方法を表す模式図である。
【図４８】異なるエッチングを利用して微小開口を形成するプロセスを表す模式図である。
【図４９】絶縁層の膜べりを抑制するプロセスを表す模式図である。
【図５０】ＦＩＢによる形成プロセスを表す模式図である。
【図５１】スペーサー層を用いるプロセスを表す模式図である。
【図５２】本発明の第１４実施例のプロセスを表す模式図である。
【図５３】本発明の第１４実施例のプロセスを表す模式図である。
【図５４】本発明の第１５実施例のプロセスを表す模式図である。
【図５５】本発明の第１５実施例のプロセスを表す模式図である。
【図５６】本発明の第１５実施例のプロセスを表す模式図である。
【図５７】酸化反応を利用したプロセスを表す模式図である。
【図５８】本発明の第１６実施例のプロセスを表す模式図である。
【図５９】スペーサー層を用いたプロセスを表す模式図である。
【図６０】穴の底部にカーボン膜が堆積した状態を表す模式図である。
【図６１】本発明の第１７の実施例を表す模式図である。
【図６２】本発明の第１８の実施例にかかるＭＲ素子を表す模式図である。
【図６３】本発明の第１８実施例のＭＲ素子を形成するプロセスを表す模式図である。
【図６４】ＦＩＢビームのプロファイルにより磁性層に「丸まり」が生ずることを表す模式図である。
【図６５】保護層ＰＦを用いた状態を表す模式図である。
【図６６】フォトレジストを用いた具体例を表す模式図である。
【図６７】ＦＩＢ加工部の端部にＧａを打ち込んだ状態を表す模式図である。
【符号の説明】
１、２  強磁性層
３  絶縁層
４、４Ａ〜４Ｃ  非磁性中間層
５、５Ａ〜５Ｃ  強磁性層
６、６Ａ、６Ｂ  反強磁性層
７  電極
１０  磁気抵抗効果素子
２０  電極層
３０  絶縁体
１１０  針
１２０  導線
１３０Ａ、１３０Ｂ  距離変化機能部
１４０  アーム
Ａ  微小開口
Ｓ  基板
【図１】
0003967237.tif 000003
【図２】
0003967237.tif 000004
【図３】
0003967237.tif 000005
【図４】
0003967237.tif 000006
【図５】
0003967237.tif 000007
【図６】
0003967237.tif 000008
【図７】
0003967237.tif 000009
【図８】
0003967237.tif 000010
【図９】
0003967237.tif 000011
【図１０】
0003967237.tif 000012
【図１１】
0003967237.tif 000013
【図１２】
0003967237.tif 000014
【図１３】
0003967237.tif 000015
【図１４】
0003967237.tif 000016
【図１５】
0003967237.tif 000017
【図１６】
0003967237.tif 000018
【図１７】
0003967237.tif 000019
【図１８】
0003967237.tif 000020
【図１９】
0003967237.tif 000021
【図２０】
0003967237.tif 000022
【図２１】
0003967237.tif 000023
【図２２】
0003967237.tif 000024
【図２３】
0003967237.tif 000025
【図２４】
0003967237.tif 000026
【図２５】
0003967237.tif 000027
【図２６】
0003967237.tif 000028
【図２７】
0003967237.tif 000029
【図２８】
0003967237.tif 000030
【図２９】
0003967237.tif 000031
【図３０】
0003967237.tif 000032
【図３１】
0003967237.tif 000033
【図３２】
0003967237.tif 000034
【図３３】
0003967237.tif 000035
【図３４】
0003967237.tif 000036
【図３５】
0003967237.tif 000037
【図３６】
0003967237.tif 000038
【図３７】
0003967237.tif 000039
【図３８】
0003967237.tif 000040
【図３９】
0003967237.tif 000041
【図４０】
0003967237.tif 000042
【図４１】
0003967237.tif 000043
【図４２】
0003967237.tif 000044
【図４３】
0003967237.tif 000045
【図４４】
0003967237.tif 000046
【図４５】
0003967237.tif 000047
【図４６】
0003967237.tif 000048
【図４７】
0003967237.tif 000049
【図４８】
0003967237.tif 000050
【図４９】
0003967237.tif 000051
【図５０】
0003967237.tif 000052
【図５１】
0003967237.tif 000053
【図５２】
0003967237.tif 000054
【図５３】
0003967237.tif 000055
【図５４】
0003967237.tif 000056
【図５５】
0003967237.tif 000057
【図５６】
0003967237.tif 000058
【図５７】
0003967237.tif 000059
【図５８】
0003967237.tif 000060
【図５９】
0003967237.tif 000061
【図６０】
0003967237.tif 000062
【図６１】
0003967237.tif 000063
【図６２】
0003967237.tif 000064
【図６３】
0003967237.tif 000065
【図６４】
0003967237.tif 000066
【図６５】
0003967237.tif 000067
【図６６】
0003967237.tif 000068
【図６７】
0003967237.tif 000069