(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気エレメントであって、
特定の強度を有するように印加された磁界の存在下において、磁気モーメントが好適な方向に向けられる被固定強磁性体層（２４）から成る第１電極（１４）と、
十分な印加磁界の存在下において磁化が自由に回転する表面を有する自由強磁性体層（３０）から成る第２電極（１８）と、
前記第１電極の被固定強磁性体層と前記第２電極の自由強磁性体層との間に位置するスペーサ層（１６）と、
基板（１２）であって、その上に前記第１，第２電極および前記スペーサ層が形成されるところの基板（１２）とを備え、
前記被固定強磁性体層から前記自由強磁性体層への反磁界減少のために前記第２電極より大きな前記第１電極及び前記スペーサ層を与えることにより、前記被固定強磁性体層および前記自由強磁性体層間の正結合を相殺することを特徴とする磁気エレメント。
【請求項２】
磁気エレメントの製造方法であって、
特定の強度を有するように印加された磁界の存在下において、磁気モーメントが好適な方向に向けられる被固定強磁性体層（２４）から成る第１電極（１４）と、十分な印加磁界の存在下において磁化が自由に回転する表面を有する自由強磁性体層（３０）から成る第２電極（１８）との間に位置するスペーサ層（１６）を含む複数の薄膜層を形成する工程を備え、
前記被固定強磁性体層から前記自由強磁性体層への反磁界減少のために前記第２電極より大きな前記第１電極及び前記スペーサ層を与えることにより、前記被固定強磁性体層および前記自由強磁性体層間の正結合を相殺することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報格納および／または検出用磁気エレメントならびにその製造方法に関し、更に特定すれば、二重磁気状態を有する磁気エレメントおよび磁気エレメントの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本願は、１９９８年８月３１日に出願され"MAGNETIC RANDOM ACCESS MEMORY AND FABRICATING METHOD THEREOF"と題し、本願と同一譲受人に譲渡され本願でも使用可能な、米国特許出願番号第０９／１４１，６８６号の特許出願，１９９７年１２月８日に出願され"PROCESS OF PATTERNING MAGNETIC FILMS"と題し、本願と同一譲受人に譲渡され本願でも使用可能な、米国特許出願番号第０８／９８６，７６４号の特許出願，１９９９年７月１９日に出願され"MAGNETIC ELEMENT WITH IMPROVED FIELD RESPONSE AND FABRICATING METHOD THEREOF"と題し、本願と同一譲受人に譲渡され本願でも使用可能な、米国特許出願番号第０９／３５６，８６４号の特許出願，ならびに１９９８年６月１６日に特許され"MAGNETIC DEVICE HAVING MULTI-LAYER WITH INSULATING AND CONDUCTIVE LAYERS" と題し、本願と同一譲受人に譲渡され本願でも使用可能な米国特許第５，７６８，１８１号に関連がある。
【０００３】
典型的に、磁気トンネル接合メモリ・エレメントのような磁気メモリ・エレメントは、非磁性体のスペーサ層で分離された強磁性体層を含む構造を有する。情報は、磁気層内に磁化べクトルの方向として格納される。例えば、１つの磁性体層内における磁気ベクトルは、動作磁界範囲内に磁気的に固定即ち張り付けられ(pin)、一方他の磁性体層の磁化方向は、「平行」および「非平行」とそれぞれ呼ばれる同一方向および逆方向間で自由に切り替えられる。平行および非平行状態に応答して、磁気メモリ・エレメントは２つの異なる抵抗を表す。抵抗は、２つの磁性体層の磁化ベクトルがそれぞれほぼ同一方向および逆方向を指し示す場合に、最小値および最大値を有する。したがって、抵抗値の変化方向によって、ＭＲＡＭデバイスのようなデバイスは、磁気メモリ・エレメント内に格納されている情報を与えることができる。最小および最大抵抗値間の差を最小抵抗で除算したものは、磁気抵抗率（ＭＲ：magnetoresistance ratio)として知られている。
【０００４】
ＭＲＡＭデバイスは、磁気エレメント、更に特定すれば、磁気メモリ・エレメント、およびその他の回路、例えば、磁気メモリ・エレメント用制御回路，磁気メモリ・エレメントにおける状態を検出する比較器，入出力回路等を集積している。これらの回路は、デバイスの電力消費を低減するために、ＣＭＯＳ（相補金属酸化物半導体）技術のプロセスで製造される。
【０００５】
加えて、磁気エレメントは、構造的に非常に薄い層を含み、その一部の厚さは数十オングストロームである。磁気エレメントの抵抗対磁界応答の関係は、薄層の表面組織(surface morphology)によって影響される。磁気エレメントがメモリ・セルとして動作するためには、静止状態にある場合、即ち、磁界が印加されていない場合に少なくとも２つの抵抗状態を有する必要がある。この磁気エレメントに対する要件は、ほぼ対称的な抵抗対磁界応答関係を有することと等価である。対称的な抵抗(centered resistance)を得るためには、形状的正結合(topological positive coupling)およびピン・ホール結合(pin-hole coupling)の存在を補正しなければならない。
【０００６】
スパッタ堆積，蒸着，またはエピタキシ技法によって成長する金属膜を含む、ＭＲＡＭメモリ・エレメントの製造のように、典型的なＭＴＪ磁気エレメントの製造において、膜表面は絶対的な平面ではなく、逆に表面または界面に波状を呈している。この強磁性体層の表面および／界面の波状が、自由強磁性体層と、固定層即ち被張付層のような、その他の強磁性体層との間の磁気結合の原因となる。これは、形状的結合またはNeelのオレンジ・ピール結合(orange peel coupling)として知られている。かかる結合は、典型的に、磁気エレメントでは望ましくない。何故なら、これは自由層の外部磁界に対する応答において、オフセットを生ずるからである。加えて、典型的なスピン・バルブ磁気エレメント(spin valve magnetic element)の製造では、電子交換結合が存在する。この種の結合に対する補償，ならびにＭＴＨおよびスピン・バルブ・エレメントにおいて共通に見られる他のあらゆる結合効果も、対称的な抵抗、したがってデバイスの二重状態での動作を得るためには、補償しなければならない。
【０００７】
更に、ＭＲＡＭメモリ・セルのスイッチング磁界(switching field)には、通常２種類のオフセットがある。先に論じた第１の種類は、強磁性結合即ち正結合であり、形状に関係する静磁気結合によって生じ、その結果、磁界が印加されない場合に、低い抵抗のメモリ状態しか得られなくなる。事実上、メモリ・セルは動作しない。メモリが機能するためには、ゼロ磁界において少なくとも２つのメモリ状態が必要である。別の種類のセル・スイッチング・オフセットは、非強磁性結合または負結合と呼ばれている。これは、セルの長さ対幅の比率が１以上のメモリ・セルの端部における静磁気結合によって生ずる。その影響によって、磁界が印加されない状態において、メモリ状態が高抵抗のみになってしまう。この場合も、読み取り磁界を印加しなければ、メモリは動作しない。読み取りを行う際に、電流パルス（群）によって生ずる磁界を印加せずに電力を節約し、高速動作を達成することが好ましい。
【０００８】
したがって、構造の全正結合を相殺することにより、外部磁界がゼロの場合に二重磁気状態が得られるように、ビット端静磁気周縁磁界(bit end magnetostatic fringing field)を含むデバイスを生産する必要がある。
【０００９】
強磁性結合力は、表面磁荷密度(surface magnetic charge density)に比例し、層間厚さの指数の逆数として定義されると言われている。１９９８年６月９日に特許され、"MAGNETIC TUNNEL JUNCTION DEVICE WITH NONFERROMAGNETIC INTERFACE LAYER FOR IMPROVED MAGNETIC FIELD RESPONSE"と題する米国特許番号第５，７６４，５６７号に開示されているように、磁気トンネル接合構造において、酸化アルミニウム・トンネル・バリアの次に非磁性体の銅層を追加し、磁性体層間の分離を強化することによって、強磁性体オレンジ・ピール結合即ち形状結合の低減が達成される。しかしながら、銅層の追加により、トンネル接合のＭＲ低下を招き、デバイスの性能が低下する。加えて、銅層の追加により、材料をエッチングする際の複雑度も高まる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、印加磁界に対して対称的な抵抗応答曲線を有し、二重状態で動作可能な、改良された磁気エレメントを提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、強磁性結合、更に特定すれば、形状起源の強磁性結合即ち交換結合の存在に対する補償を含む、改良された磁気エレメントを提供することである。
【００１２】
本発明の更に別の目的は、ビット端反磁界(bit end demagnetizing field)が構造の全正結合を相殺し、ゼロ外部磁界において二重磁気状態が得られる、磁気エレメントを提供することである。
【００１３】
本発明の更に別の目的は、対称的な抵抗対磁界応答関係を有することにより、二重状態で動作可能な磁気エレメントを形成する方法を提供することである。
【００１４】
本発明の更に別の目的は、高スループット製造に適した、対称的な抵抗対磁界応答関係を有する磁気エレメントを形成する方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
これらの必要性およびその他は、複数の薄膜層を含み、ビット端反磁界が構造の全正結合を相殺することによってゼロ外部磁界において二重磁気状態を得るようにした、磁気エレメントの提供によって満たされる。加えて、複数の薄膜層を備え、当該薄膜のビット端反磁界が構造の全正結合を相殺し、ゼロ外部磁界において二重磁気状態が得られる、磁気エレメントの製造方法も開示する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
この説明の間、本発明を図示する異なる図において、同様のエレメントを識別する際には、同様の番号を用いることとする。図１および図２は、本発明によるＭＴＨ磁気エレメントの２つの実施例の構造を断面図で示す。更に特定すれば、図１には、完全にパターニングし、合成反強磁性構造(synthetic antiferromagnetic structure)１１を含む、磁気エレメント構造１０が示されている。この構造は、基板１２，下側電極多層スタック１４，酸化アルミニウムを含むスペーサ層１６，および上側電極多層スタック１８を含む。下側電極多層スタック１４および上側電極多層スタック１８は、強磁性体層を含む。下型電極層１４は、基板１２上に形成された金属リード１３上に形成される。下側電極層１４は、下位金属リード１３上に堆積され、シード層およびテンプレート層(template layer)として機能する複数の下位層２０，反強磁性張付材料の層２２，被張付強磁性体層２４，ルテニウムの中間層２６，および下地の反強磁性体張付層２２上に形成されこれと交換結合された固定強磁性体層２８を含む。
【００１７】
下位層２０は、典型的に、タンタルおよびルテニウム（Ｔａ／Ｒｕ）で形成される。これらの層は、反強磁性張付層２２の配向基準(orienting base)として機能する。反強磁性張付層２２は、一般に、イリジウム・マンガン（ＩｒＭｎ）またはプラチナ・マンガン（ＰｔＭｎ）で形成される。
【００１８】
被張付強磁性体層２４を被張付（pinned）と記述するのは、その磁気モーメントが張付層２２に交換結合され、自由磁性体層３０を回転させる程大きい印加磁界の存在下において、回転が防止されているからである。強磁性体層２４は、典型的に、ニッケル（Ｎｉ），鉄（Ｆｅ），およびコバルト（Ｃｏ）の１つ以上の合金で形成される。次に、中間層２６は、典型的にルテニウムで作られ、被張付強磁性体層２４および固定強磁性体層２８間で反強磁性交換結合を誘発するように機能する。最後に、ルテニウムの中間層２６の最上面上に、固定強磁性体層２８が形成されている。固定強磁性体層２８を固定または被張付と記述するのは、その磁気モーメントが、自由磁性体層３０を回転させる程大きい印加磁界の存在下において、その回転が防止されているからである。
【００１９】
上側電極スタック１８は、自由強磁性体層３０および保護層３２を含む。自由強磁性体層３０の磁気モーメントは、交換結合によって固定されておらず、即ち、張り付けられておらず、印加磁界の存在下において２つの状態間で自由に回転する。自由強磁性体層３０は、典型的に、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）合金で形成される。
【００２０】
固定強磁性体層２８は、厚さｔ1を有するものとして記載する。ここで、ｔ1は典型的に３ないし１００Åの範囲である。被張付強磁性体層２４は、厚さｔ2を有するものとして記載する。ここで、ｔ2は通常１００Å未満である。スペーサ層１６は、厚さｔ3を有するものとして記載する。ここで、ｔ3は、磁気トンネル接合構造または銅（Ｃｕ）スペーサを有するスピン・バルブ型の膜では、通常５０Å未満である。この特定実施例では、スペーサ層１６を横切る正結合の補償を行なうために、被張付強磁性体層２４の厚さよりも大きな厚さを有する固定強磁性体層２８を形成する。即ち、ｔ1＞ｔ3である。尚、この開示によって逆構造即ち反転構造も想起されることは理解されよう。即ち、開示される磁気エレメントは、最上固定即ち被張付層を含むように形成することができ、したがって上位被張付構造と記述されることが想起される。
【００２１】
全ての磁性体層は、単一磁性体，または互いに隣接する多数の磁性体層から成り、スイッチング磁界，磁気抵抗等のような磁気特性を微調整可能な複合磁性体層とすることができる。この実施例では、固定強磁性体層２８は、Ｍ1およびＴ1の特性を有し、Ｍ＝磁化およびＴ＝厚さである。被張付強磁性体層２４は、Ｍ2およびＴ2の特性を有し、自由強磁性体層３０はＭ3およびＴ3の特性を有する。
【００２２】
固定磁性体層２８および自由強磁性体層３０間の正形状結合を補償するために、Ｍ1Ｔ1の積は、Ｍ2Ｔ2よりも大きい必要がある。これは、Ｔ1＞Ｔ2およびＭ1＝Ｍ2とするか、またはＴ1＝Ｔ2およびＭ1＞Ｍ2とするか、またはＴ1＞Ｔ2およびＭ1＞Ｍ2とすることによって得ることができる。Ｍ1およびＴ1間の差ならびにＭ2Ｔ2を調節することによって、正結合を完全に相殺することができる。Ｍ1Ｔ1＞Ｍ2Ｔ2の場合、固定強磁性体層２８の端部に補償されない極即ち磁荷が生ずる。長さ／幅の比率が１以上である高密度メモリ・セルでは、自由強磁性体層３０と、固定即ち被張付強磁性体層のビット端間の静磁気結合(magnetostatic coupling)は、性質上反強磁性的であり、磁束閉塞(magnetic flux closure)を形成する。この反強磁性結合は、Ｍ1Ｔ1およびＭ2Ｔ2の差によって調整し、正結合を完全に相殺することができる。
【００２３】
図２に、合成反強磁性構造１１’を含む、完全にパターニングした磁気エレメント構造の代替実施例を示す。これに参照番号１０’を付す。この場合も、第２実施例のコンポーネントと同様の第１実施例のコンポーネント全てには、同様の番号を付し、更に異なる実施例であることを示すためにダッシュを付加していることを注記しておく。図１に関して説明した構造と同様、この構造は、基板１２’，下側電極多層スタック１４’，スペーサ層１６’，および上側多層スタック１８’を含む。下側電極多層スタック１４’および上側電極多層スタック１８’は、図１のスタック１４，１８とほぼ同様の強磁性体層を含む。下側電極層１４’は、基板１２’上に形成された金属リード１３’上に形成され、金属リード１３’上に堆積された第１シード層２１，およびテンプレート層２３を含む複数の下位層２０’，反強磁性体の層２２’，下地の反磁性体層２２’上に形成されこれと交換結合されている被張付強磁性体層２４’，結合中間層２６’，ならびに反強磁性的に被張付層に結合されている固定強磁性体層２８’を含む。強磁性体層２４’，２８’を被張付、即ち、固定と記述するのは、その磁気モーメントが、印加磁界の存在下において、回転を防止されているからである。上側電極スタック１８’は、自由強磁性体層３０’および保護層３２’を含む。自由強磁性体層３０’の磁気モーメントは、交換結合によって、固定されていない、即ち、張り付けられておらず、印加磁界の存在下において２つの状態間で自由に回転する。
【００２４】
固定強磁性体層２８’は、厚さＴ1を有するものとして記載する。被張付強磁性体層２４’は、厚さＴ２を有するものとして記載する。この特定実施例では、スペーサ層１６’を横切る正結合の補償を行なうために、固定強磁性体層２８’は、被張付強磁性体層２４’の厚さよりも大きな厚さを有するものとして形成される。即ち、Ｔ1＞Ｔ2である。尚、この開示によって逆構造即ち反転構造も想起されることは理解されよう。即ち、開示される磁気エレメントはＳＡＦ構造を有し、上位固定即ち被張付層を含むように形成することができ、したがって上位被張付構造と記述されることが想起される。
【００２５】
この特定実施例の製造は、２回のエッチング工程を伴う。最初に、全ての層をエッチングして磁気デバイス１０’を規定し、次いで保護層３２’および自由強磁性体層３０’をエッチングして、オフセット４０を規定する。即ち、強磁性体層３０’の下にある層は、オフセット４０の量だけ、自由強磁性体層３０’よりも大きい。このデバイス１０’のエッチングにより、スペーサ層１６’を横切る短絡を回避する。
【００２６】
次に図３を参照すると、本発明の磁気デバイスの別の実施例の簡略断面図が示されている。即ち、この特定実施例では、結合中間層および固定強磁性体層を用いずに磁気エレメント５０を形成していることを除いて、図１のデバイス１０とほぼ同様のデバイス５０が示されている。図１に関して説明した構造と同様に、この構造は、基板５２，下側電極多層スタック５４，スペーサ層５６，および上側電極多層スタック５８を含む。下側電極多層スタック５４および上側電極多層スタック５８は、図１のスタック１４，１８とほぼ同様の強磁性体層を含む。下側電極層５４は、基板５２上に形成された金属リード５３上に形成され、金属リード５３上に堆積された第１シード層６１，およびテンプレート層６３を含む複数の下位層６０を含む。下側電極多層スタック５４は、更に、被張付強磁性体層６４を含む。強磁性体層６４を固定、即ち、被張付と記述するのは、その磁気モーメントが、ある強度以下の印加磁界の存在下において、回転を防止されているからである。上側電極スタック５８は、自由強磁性体層７０および保護層７２を含む。自由強磁性体層７０の磁気モーメントは、交換結合によって、固定されていない、即ち、張り付けられておらず、ある強度以上の印加磁界の存在下において２つの状態間で自由に回転する。
【００２７】
図２に示した実施例とほぼ同様に、デバイス５０は、図４に示すようなオフセット７４を含む。尚、図４の実施例のコンポーネントと同様の図３の実施例のコンポーネントには、同様の番号を付し、更に異なる実施例であることを示すためにダッシュを付加していることは理解されよう。
【００２８】
図４の実施例では、オフセット５４は、被張付層６４’から自由強磁性体層７０’までの反磁界を低下させることによって、被張付強磁性体層６４’および自由強磁性体層７０’間の正結合を相殺する。尚、この開示によって逆構造即ち反転構造も想起されることは理解されよう。即ち、開示される磁気エレメントは、最上固定即ち被張付層を含むように形成することができ、したがって上位被張付構造と記述されることが想起される。
【００２９】
再度図４を参照すると、この特定実施例の製造は、２回のエッチング工程を伴う。最初に、全ての層をエッチングして磁気デバイス５０’を規定し、次いで保護層７２’および自由強磁性体層７０’をエッチングしてオフセット７４を規定する。即ち、自由強磁性体層７０’の下にある層は、オフセット７４の量だけ自由強磁性体層７０’より大きい。このデバイス５０’のエッチングにより、スペーサ層５６’を横切る短絡を防止する。
【００３０】
次に図５を参照すると、本発明の磁気エレメントの別の実施例が簡略断面図で示されている。即ち、結合中間層および固定強磁性体層を用いずに形成された磁気エレメント８０が示されている。図４に関して説明した構造と同様に、この構造は、基板８２，下側電極多層スタック８４，第１スペーサ層８６，第２スペーサ層即ちトンネル・バリア８８，および上側電極多層スタック９０を含む。下側電極多層スタック８４および上側電極多層スタック９０は、図１のスタック１４，１８とほぼ同様の強磁性体層を含む。下側電極層８４は、基板８２上に形成された下位金属リード８３上に形成され、下位金属リード８３上に堆積された第１シード層８１，およびオプションのテンプレート層８５を含む、複数の下位層を含む。更に、下側電極層８４は強磁性体層９２を含む。強磁性体層９２を固定、即ち、被張付と記述するのは、その磁気モーメントが、ある強度以下の印加磁界の存在下において、回転を防止されているからである。加えて、下側電極多層スタック８４は、スペーサ層８６，および自由強磁性体層９４も含む。自由強磁性体層９４の磁気モーメントは、交換結合によって、固定されていない、即ち、張り付けられておらず、ある強度以上の印加磁界の存在下において、２つの状態間で自由に回転する。上側電極スタック９０は、第２固定強磁性体層９６および保護層９８を含む。強磁性体層９２，９６は、端部静磁気結合(end-magneto static coupling)のために、非平行整合(antiparallel alignment)を有するものとして記載する。
【００３１】
図４に示した実施例とほぼ同様に、デバイス８０は、オプションとして、図５に示したようなオフセット１００を含むことができる。オフセット１００は、強磁性体層の少なくとも１つ９２または９６から自由強磁性体層９４までの反磁界を低下させることによって、被張付強磁性体層９２または９６および自由強磁性体層９４間の正結合を相殺する。尚、この開示によって逆構造即ち反転構造も想起されることは理解されよう。
【００３２】
この特定実施例の製造は、オフセット１００がある場合、２回のエッチング工程を伴う。最初に、全ての層をエッチングして磁気デバイス８０を規定し、次いで保護層９８および強磁性体層９６をエッチングしてオフセット１００を規定する。即ち、強磁性体層９６の下にある層は、オフセットの量だけ、被張付強磁性体層９６よりも大きい。このデバイス８０のエッチングによって、スペーサ層８８を横切る短絡を回避する。
【００３３】
次に図６を参照すると、図１の層２８のような固定強磁性体層の厚さの、磁気エレメントの形状結合磁界（Ｈcpl）およびビット端反磁界即ち負磁界に対する効果を示すグラフがある。図示のように、図２および図４に示したデバイス層のオフセットが増大するに連れて、反磁界の減少が見られる。オフセットが３０００Å未満の場合、より大きな負磁界即ち反磁界が発生する。情報格納および／または検出デバイスに典型的に利用される磁気エレメントは、薄い自由層の使用により、スイッチング磁界を低く維持する必要がある。しかし、これら薄い自由層を有するデバイスを設計すると、形状結合磁界Ｈcplが増大する。したがって、形状結合磁界Ｈcplを補償即ち相殺するために、ここに開示した磁気エレメントの残りの構造を調節し、正結合磁界を反磁界によって相殺することができる。
【００３４】
図７を参照すると、固定層２８のような磁気層の厚さを、図１の被張付層２４に対して調節することによる結合磁界Ｈcplの低減が示されている。図示のように、固定層２８の厚さを増大し被張付層２４の厚さよりも大きくすることにより、正結合磁界Ｈcplの存在を補償する。正終端極(positive end pole)および逆の負終端極の存在が、形状、ピン・ホールおよび正電子交換結合を含む正結合と相殺し、消滅する。したがって、図７に示すように、図１の磁気エレメント１０とほぼ同様の磁気エレメントは、自由層３０に加えて、被張付層２４の厚さよりも大きな厚さを有する固定層２８を含んでおり、層２８，３０間に差を形成することにより、正結合を相殺し、対称的な抵抗対磁界応答，および二重状態で動作可能な平衡デバイスが得られる。
【００３５】
更に具体的に図７を参照すると、層２４，２８間に終端磁極が形成される。固定層２８の厚さを増大させ、固定層２８を被張付層２４よりも厚くすることによって、磁気エレメント１０内において、正結合に対する補償を行なうことが可能となる。
【００３６】
次に、図３の層６１，６３のような非磁性シード層およびテンプレート層の使用により、ＳＡＦ構造を含ませる必要なく、磁界応答結合の減少が得られることを開示する。テンプレート層は構造にモーメントを追加しないので、構造に薄い被張付層を含ませることの結果、終端静磁気結合が生じるだけである。したがって、二重状態で動作可能なデバイスに対する結合のレベルを相殺する調節が可能である。テンプレート層６３が非磁性体であり、ＳＡＦがない場合、パターニングした形状の終端における極による負静磁気結合が存在するので、被張付層６４の自由層７０に対する厚さによって、正結合を制御することができる。被張付層６４の厚さは、静磁気結合をオフセットさせ、対称的なループを与えるように選択することができる。このように、被張付層６４の厚さを減少させ、被張付層６４が被張付層７０よりも小さい厚さを有するようにすることにより、磁気エレメント５０において正結合を相殺することが可能となる。
【００３７】
再度図７を参照すると、磁極を示す図１の磁気エレメント１０の構造が図示されており、ビット端静磁気反磁界が構造の全正結合を相殺し、ゼロ外部磁界において、二重磁気状態が得られる。
【００３８】
以上のように、二重状態で動作可能な磁気エレメントおよびその製造方法を開示した。この場合、複数の磁性体層相互間の厚さ、または磁化および複数の磁性体層相互間の厚さの積に基づいて、磁気結合が相殺、即ち、補償される。開示したように、この技法は、磁気センサ，磁気記録ヘッド，磁気記録媒体等のような、パターン化磁気エレメントを用いるデバイスに適用可能である。したがって、このような場合は、本開示によって包含されているものと見なすこととする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にしたがって磁界応答を改善した磁気エレメントを示す断面図。
【図２】本発明にしたがって磁界応答を改善した磁気エレメントを示す断面図。
【図３】本発明にしたがって磁界応答を改善した磁気エレメントを示す断面図。
【図４】本発明にしたがって磁界応答を改善した磁気エレメントを示す断面図。
【図５】本発明にしたがって磁界応答を改善した磁気エレメントを示す断面図。
【図６】本発明による形状結合磁界および算出した反磁界対固定磁性体層の厚さに関する実験結果を示すグラフ。
【図７】本発明による磁気エレメントの金属膜層の磁極を示す図。
【符号の説明】
１０    磁気エレメント構造
１１    合成反強磁性構造
１２    基板
１３    金属リード
１４    下側電極多層スタック
１６    スペーサ層
１８    上側電極多層スタック
２０    下位層
２１    第１シード層
２２    反強磁性張付材料層
２３    テンプレート層
２４    被張付強磁性体層
２６    中間層
２８    固定強磁性体層
３０    自由磁性体層
３２    保護層
４０    オフセット
５０    磁気エレメント
５２    基板
５４    下側電極多層スタック
５６    スペーサ層
５８    上側電極多層スタック
６０    下位層
６１    第１シード層
６３    テンプレート層
６４    被張付強磁性体層
７０    自由強磁性体層
７２    保護層
７４    オフセット
８０    磁気エレメント
８１    第１シード層
８２    基板
８３    下位金属リード
８４    下側電極多層スタック
８５    テンプレート層
８６    第１スペーサ層
８８    第２スペーサ層
９０    上側電極多層スタック
９２    強磁性体層
９４    自由強磁性体層
９６    第２固定強磁性体層
９８    保護層
１００    オフセット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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