(57)【要約】【課題】これまで以上に磁気情報を正確に読み出すことができるＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】導電性の自由磁性層５８および導電性の固定磁性層５６の間には導電性の非磁性中間層５７が挟み込まれる。自由磁性層５８および固定磁性層５６の少なくともいずれかは、窒化された磁性金属合金から構成される。本発明者らの検証によれば、自由磁性層５８および固定磁性層５６の少なくともいずれかで単位面積あたりの磁気抵抗変化量（ΔＲＡ）が増大することが確認された。その結果、ＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子の出力は向上する。しかも、窒化された磁性金属合金では飽和磁束密度（Ｂｓ）が減少する。その結果、磁性層では磁化は容易に反転する。ＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子の読み出し感度はこれまで以上に向上する。こうしたＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子はこれまで以上に正確に磁気情報を読み出すことができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の自由磁性層と、導電性の固定磁性層と、自由磁性層および固定磁性層の間に挟み込まれる導電性の非磁性中間層とを備え、前記自由磁性層および前記固定磁性層の少なくともいずれかは、窒化された磁性金属合金から構成されることを特徴とするＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
請求項１に記載のＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子において、前記磁性金属合金は、ＮｉＦｅＮ、ＣｏＦｅＮ、ＣｏＦｅＮｉＮ、ＣｏＦｅＡｌＮ、ＣｏＦｅＧｅＮ、ＣｏＦｅＳｉＮ、ＣｏＦｅＭｇＮの少なくともいずれかであることを特徴とするＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
基層の表面に、導電性の自由磁性層、導電性の固定磁性層、および、自由磁性層および固定磁性層の間に挟み込まれる導電性の非磁性中間層の積層体を形成する工程を備え、前記自由磁性層および前記固定磁性層の少なくともいずれかの形成にあたって、Ｎ２ガスを少なくとも含む雰囲気中で磁性金属合金が積層されることを特徴とするＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４】
導電性の自由磁性層と、導電性の固定磁性層と、自由磁性層および固定磁性層の間に挟み込まれる導電性の非磁性中間層とを備え、前記自由磁性層および前記固定磁性層の少なくともいずれかは、窒化された磁性金属合金から構成されるＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子が組み込まれたことを特徴とする記憶装置。
【請求項５】
導電性の自由磁性層と、導電性の固定磁性層と、自由磁性層および固定磁性層の間に挟み込まれる絶縁性の非磁性中間層とを備え、前記自由磁性層および前記固定磁性層の少なくともいずれかは窒化された磁性金属合金から構成されることを特徴とするＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
請求項５に記載のＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子において、前記磁性金属合金は、ＮｉＦｅＮ、ＣｏＦｅＮ、ＣｏＦｅＮｉＮ、ＣｏＦｅＡｌＮ、ＣｏＦｅＧｅＮ、ＣｏＦｅＳｉＮ、ＣｏＦｅＭｇＮの少なくともいずれかであることを特徴とするＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
基層の表面に、導電性の自由磁性層、導電性の固定磁性層、および、自由磁性層および固定磁性層の間に挟み込まれる絶縁性の非磁性中間層の積層体を形成する工程を備え、前記自由磁性層および前記固定磁性層の少なくともいずれかの形成にあたって、Ｎ２ガスを少なくとも含む雰囲気中で磁性金属合金が積層されることを特徴とするＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項８】
導電性の自由磁性層と、導電性の固定磁性層と、自由磁性層および固定磁性層の間に挟み込まれる絶縁性の非磁性中間層とを備え、前記自由磁性層および前記固定磁性層の少なくともいずれかは、窒化された磁性金属合金から構成されるＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子が組み込まれたことを特徴とする記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばスピンバルブ膜やトンネル接合膜といった磁気抵抗効果膜を利用する磁気抵抗効果素子に関し、特に、任意の基層の表面に積層される磁気抵抗効果膜に、基層の表面に直交する垂直方向成分を有するセンス電流を流通させるＣＰＰ（Current Perpendicular-to-the-Plane）構造磁気抵抗効果素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるスピンバルブ膜を備えるＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子は広く知られる。スピンバルブ膜は導電性の自由磁性層と導電性の固定磁性層とを備える。自由磁性層および固定磁性層の間には非磁性層が挟み込まれる。固定磁性層の磁化は反強磁性層の働きで一方向に固定される。その一方で、磁気ディスクに記録された磁化から作用する信号磁界に応じて自由磁性層で磁化方向が回転する。その結果、スピンバルブ膜の電気抵抗は大きく変化する。スピンバルブ膜に垂直方向にセンス電流が流れると、スピンバルブ膜から取り出される電気信号のレベルは電気抵抗の変化に応じて変化する。このレベルの変化に応じて磁気ディスクから磁気情報が読み出される。
【特許文献１】特開２００２−９２８２９号公報
【特許文献２】特開２００５−３３２８３８号公報
【特許文献３】特開２００２−３１４１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
磁気情報の読み出し感度の向上にあたって、自由磁性層における単位面積当たりの抵抗変化量の増大が求められる。抵抗変化量の増大の実現にあたっていわゆるｔＢｓが指標として参照される（ｔ＝磁性層の膜厚、Ｂｓ＝飽和磁束密度）。ｔＢｓが小さければ小さいほど磁性の磁気モーメントは減少する。その結果、ｔＢｓの小さい磁性材料が例えば自由磁性層に用いられると、磁気ディスクから作用する信号磁界に応じて磁化方向は回転しやすい。その結果、読み出し感度は向上する。例えば特許文献１に開示されるように、自由磁性層や固定磁性層がＣｏＦｅやＮｉＦｅといった磁性材料から構成される場合、抵抗変化量の増大の実現にあたって一般に膜厚が増大しなければならない。しかしながら、膜厚の増大はｔＢｓを増大させてしまう。ｔＢｓの増大は読み出し感度の低下につながってしまう。
【０００４】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、これまで以上に磁気情報を正確に読み出すことができるＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、第１発明によれば、導電性の自由磁性層と、導電性の固定磁性層と、自由磁性層および固定磁性層の間に挟み込まれる導電性の非磁性中間層とを備え、前記自由磁性層および前記固定磁性層の少なくともいずれかは、窒化された磁性金属合金から構成されることを特徴とするＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子が提供される。
【０００６】
こうしたＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子では、本発明者らの検証によれば、窒化された磁性金属合金から構成される自由磁性層および固定磁性層の少なくともいずれかで単位面積あたりの磁気抵抗変化量（ΔＲＡ）が増大することが確認された。その結果、ＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子の出力は向上する。しかも、窒化された磁性金属合金では飽和磁束密度（Ｂｓ）が減少する。その結果、磁性層では磁化は容易に反転する。ＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子の読み出し感度はこれまで以上に向上する。したがって、ＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子はこれまで以上に正確に磁気情報を読み出すことができる。
【０００７】
こうしたＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子では、前記磁性金属合金は、ＮｉＦｅＮ、ＣｏＦｅＮ、ＣｏＦｅＮｉＮ、ＣｏＦｅＡｌＮ、ＣｏＦｅＧｅＮ、ＣｏＦｅＳｉＮ、ＣｏＦｅＭｇＮの少なくともいずれかから構成されればよい。こういったＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子は例えば記憶装置に組み込まれることができる。
【０００８】
以上のようなＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子の製造にあたって、基層の表面に、導電性の自由磁性層、導電性の固定磁性層、および、自由磁性層および固定磁性層の間に挟み込まれる導電性の非磁性中間層の積層体を形成する工程を備え、前記自由磁性層および前記固定磁性層の少なくともいずれかの形成にあたって、Ｎ２ガスを少なくとも含む雰囲気中で磁性金属合金が積層されることを特徴とするＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子の製造方法が提供される。こうした製造方法によれば、自由磁性層および固定磁性層の少なくともいずれかは、窒化された磁性金属合金から構成される。こうして前述のＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子が製造される。
【０００９】
第２発明によれば、導電性の自由磁性層と、導電性の固定磁性層と、自由磁性層および固定磁性層の間に挟み込まれる絶縁性の非磁性中間層とを備え、前記自由磁性層および前記固定磁性層の少なくともいずれかは窒化された磁性金属合金から構成されることを特徴とするＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子が提供される。
【００１０】
こうしたＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子では、第１発明と同様に、窒化された磁性金属合金から構成される自由磁性層および固定磁性層の少なくともいずれかで単位面積あたりの磁気抵抗変化量（ΔＲＡ）が増大する。その結果、ＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子の出力は向上する。しかも、窒化された磁性金属合金では飽和磁束密度（Ｂｓ）が減少する。その結果、磁性層では磁化は容易に反転する。ＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子の読み出し感度はこれまで以上に向上する。したがって、ＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子はこれまで以上に正確に磁気情報を読み出すことができる。
【００１１】
こうしたＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子では、前記磁性金属合金は、ＮｉＦｅＮ、ＣｏＦｅＮ、ＣｏＦｅＮｉＮ、ＣｏＦｅＡｌＮ、ＣｏＦｅＧｅＮ、ＣｏＦｅＳｉＮ、ＣｏＦｅＭｇＮの少なくともいずれかから構成されればよい。こういったＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子は例えば記憶装置に組み込まれることができる。
【００１２】
以上のようなＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子の製造にあたって、基層の表面に、導電性の自由磁性層、導電性の固定磁性層、および、自由磁性層および固定磁性層の間に挟み込まれる絶縁性の非磁性中間層の積層体を形成する工程を備え、前記自由磁性層および前記固定磁性層の少なくともいずれかの形成にあたって、Ｎ２ガスを少なくとも含む雰囲気中で磁性金属合金が積層されることを特徴とするＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子の製造方法が提供される。こうした製造方法によれば、自由磁性層および固定磁性層の少なくともいずれかは、窒化された磁性金属合金から構成される。こうして前述のＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子が製造される。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように本発明によれば、これまで以上に磁気情報を正確に読み出すことができるＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子およびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。
【００１５】
図１は本発明の第１実施形態に係る記憶装置の一具体例すなわちハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）１１の内部構造を概略的に示す。このＨＤＤ１１は筐体すなわちハウジング１２を備える。ハウジング１２は箱形のベース１３およびカバー（図示されず）から構成される。ベース１３は例えば平たい直方体の内部空間を区画する。ベース１３は例えばアルミニウムといった金属材料から鋳造に基づき成型されればよい。カバーはベース１３の開口に結合される。カバーとベース１３との間でベース１３の内部空間は密閉される。カバーは例えばプレス加工に基づき１枚の板材から成型されればよい。
【００１６】
収容空間には、記憶媒体としての１枚以上の磁気ディスク１４が収容される。磁気ディスク１４はスピンドルモータ１５に装着される。スピンドルモータ１５は例えば３６００ｒｐｍや４２００ｒｐｍ、５４００ｒｐｍ、７２００ｒｐｍ、１００００ｒｐｍ、１５０００ｒｐｍといった高速度で磁気ディスク１４を回転させることができる。
【００１７】
収容空間にはキャリッジ１６がさらに収容される。キャリッジ１６はキャリッジブロック１７を備える。キャリッジブロック１７は、垂直方向に延びる支軸１８に回転自在に連結される。キャリッジブロック１７には、支軸１８から水平方向に延びる複数のキャリッジアーム１９が区画される。キャリッジブロック１７は例えば押し出し成型に基づきアルミニウムから成型されればよい。
【００１８】
個々のキャリッジアーム１９の先端にはヘッドサスペンション２１が取り付けられる。ヘッドサスペンション２１はキャリッジアーム１９の先端から前方に延びる。ヘッドサスペンション２１にはフレキシャが貼り付けられる。ヘッドサスペンション２１の前端でフレキシャにはいわゆるジンバルが区画される。ジンバルには浮上ヘッドスライダ２２が支持される。ジンバルの働きで浮上ヘッドスライダ２２はヘッドサスペンション２１に対して姿勢を変化させることができる。浮上ヘッドスライダ２２には磁気ヘッドすなわち電磁変換素子が搭載される。電磁変換素子の詳細は後述される。
【００１９】
磁気ディスク１４の回転に基づき磁気ディスク１４の表面で気流が生成されると、気流の働きで浮上ヘッドスライダ２２には正圧すなわち浮力および負圧が作用する。浮力および負圧とヘッドサスペンション２１の押し付け力とが釣り合うことで磁気ディスク１４の回転中に比較的に高い剛性で浮上ヘッドスライダ２２は浮上し続けることができる。
【００２０】
こういった浮上ヘッドスライダ２２の浮上中にキャリッジ１６が支軸１８回りで回転すると、浮上ヘッドスライダ２２は磁気ディスク１４の半径線に沿って移動することができる。その結果、浮上ヘッドスライダ２２上の電磁変換素子は最内周記録トラックと最外周記録トラックとの間でデータゾーンを横切ることができる。こうして浮上ヘッドスライダ２２上の電磁変換素子は目標の記録トラックに位置決めされる。
【００２１】
キャリッジブロック１７には例えばボイスコイルモーター（ＶＣＭ）２３といった動力源が接続される。このＶＣＭ２３の働きでキャリッジブロック１７は支軸１８回りで回転することができる。こうしたキャリッジブロック１７の回転に基づきキャリッジアーム１９およびヘッドサスペンション２１の揺動は実現される。
【００２２】
図２は一具体例に係る浮上ヘッドスライダ２２を示す。浮上ヘッドスライダ２２は、例えば平たい直方体に形成される基材すなわちスライダ本体２５を備える。スライダ本体２５は例えばＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ（アルチック）といった硬質の非磁性材料から形成されればよい。スライダ本体２５は媒体対向面すなわち浮上面２６で磁気ディスク１４に向き合う。浮上面２６には平坦なベース面すなわち基準面２７が規定される。磁気ディスク１４が回転すると、スライダ本体２５の前端から後端に向かって浮上面２６には気流２８が作用する。
【００２３】
スライダ本体２５の空気流出側端面には絶縁性の非磁性膜すなわち素子内蔵膜２９が積層される。この素子内蔵膜２９に電磁変換素子３１が組み込まれる。素子内蔵膜２９は例えばＡｌ２Ｏ３（アルミナ）といった比較的に軟質の絶縁非磁性材料から形成されればよい。
【００２４】
浮上面２６には、前述の気流２８の上流側すなわち空気流入側でベース面２７から立ち上がる１筋のフロントレール３２が形成される。フロントレール３２はベース面２７の空気流入端に沿ってスライダ幅方向に延びる。同様に、浮上面２６には、気流２８の下流側すなわち空気流出側でベース面２７から立ち上がるリアセンターレール３３が形成される。リアセンターレール３３はスライダ幅方向の中央位置に配置される。リアセンターレール３３は素子内蔵膜２９に至る。浮上面２６には左右１対のリアサイドレール３４、３４がさらに形成される。リアサイドレール３４は空気流出側でスライダ本体２５の側端に沿ってベース面２７から立ち上がる。リアサイドレール３４、３４同士の間にリアセンターレール３３は配置される。
【００２５】
フロントレール３２、リアセンターレール３３およびリアサイドレール３４、３４の頂上面にはいわゆる空気軸受け面（ＡＢＳ）３５、３６、３７、３７が規定される。空気軸受け面３５、３６、３７の空気流入端でフロントレール３２、リアセンターレール３３およびリアサイドレール３４の頂上面には段差が区画される。気流２８が浮上面２６に受け止められると、段差の働きで空気軸受け面３５、３６、３７には比較的に大きな正圧すなわち浮力が生成される。しかも、フロントレール３２の後方すなわち背後には大きな負圧が生成される。これら浮力および負圧の釣り合いに基づき浮上ヘッドスライダ２２の浮上姿勢は確立される。
【００２６】
空気軸受け面３５の空気流出側でリアセンターレール３３には電磁変換素子３１が埋め込まれる。電磁変換素子３１は素子内蔵膜２９の表面に読み出し素子の読み出しギャップや書き込み素子の書き込みギャップを臨ませる。ただし、空気軸受け面３５の空気流出側で素子内蔵膜２９の表面には硬質の保護膜が形成されてもよい。こういった硬質の保護膜は素子内蔵膜２９の表面で露出する書き込みギャップの先端や読み出しギャップの先端を覆う。保護膜には例えばＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜が用いられればよい。
【００２７】
図３は電磁変換素子３１の様子を詳細に示す。電磁変換素子３１は、薄膜磁気ヘッドすなわち誘導書き込みヘッド素子３８とＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子すなわちＣＰＰ構造巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）読み取り素子３９とを備える。誘導書き込みヘッド素子３８は、周知の通り、例えば導電コイルパターン（図示されず）で生起される磁界を利用して磁気ディスク１４に磁気情報すなわち２値情報を書き込むことができる。ＣＰＰ構造ＧＭＲ読み取り素子３９は、周知の通り、磁気ディスク１４から作用する磁界に応じて変化する抵抗に基づき２値情報を検出することができる。誘導書き込みヘッド素子３８およびＣＰＰ構造ＧＭＲ読み取り素子３９は、前述の素子内蔵膜２９の上側半層すなわちオーバーコート膜を構成するアルミナ膜４１と、下側半層すなわちアンダーコート膜を構成するアルミナ膜４２との間に挟み込まれる。
【００２８】
誘導書き込みヘッド素子３８は、空気軸受け面３６で前端を露出させる上部磁極層４３と、同様に空気軸受け面３６で前端を露出させる下部磁極層４４とを備える。上部磁極層４３および下部磁極層４４は例えばＮｉＦｅやＣｏＺｒＮｂ、ＦｅＮ、ＦｅＳｉＮ、ＦｅＣｏ、ＣｏＮｉＦｅから形成されればよい。上部および下部磁極層４３、４４は協働して誘導書き込みヘッド素子３８の磁性コアを構成する。
【００２９】
上部磁極層４３および下部磁極層４４の間には例えばアルミナ製の非磁性ギャップ層４５が挟み込まれる。周知の通り、導電コイルパターンで磁界が生起されると、非磁性ギャップ層４５の働きで、上部磁極層４３と下部磁極層４４とを行き交う磁束は浮上面２６から漏れ出る。こうして漏れ出る磁束が記録磁界（ギャップ磁界）を形成する。
【００３０】
ＣＰＰ構造ＧＭＲ読み取り素子３９は、アルミナ膜４２の表面に沿って広がる基層すなわち下側電極４６を備える。下側電極４６は導電性を備えるだけでなく同時に軟磁性を備えてもよい。下側電極４６が例えばＮｉＦｅやＣｏＦｅといった導電性の軟磁性体で構成されると、この下側電極４６は同時にＣＰＰ構造ＧＭＲ読み取り素子３９の下部シールド層として機能することができる。下側電極４６は、アルミナ膜４２の表面で広がる絶縁層４７に埋め込まれる。下側電極４６の表面は、切れ目なく連続する１平坦化面４８すなわち基準面を規定する。
【００３１】
平坦化面４８上には磁気抵抗効果（ＭＲ）素子すなわちスピンバルブ膜４９が積層される。このスピンバルブ膜４９は、空気軸受け面３６で露出する前端から平坦化面４８に沿って後方に広がる。こうしてスピンバルブ膜４９と下側電極４６との間には電気的接続が確立される。スピンバルブ膜４９の構造の詳細は後述される。絶縁層４７上には上側電極５２が配置される。この上側電極５２は、導電性材料で構成され、被覆絶縁膜５１の表面に沿って広がる。上側電極５２は少なくとも空気軸受け面３６に沿ってスピンバルブ膜４９に接触する。こうしてスピンバルブ膜４９と上側電極５２との間には電気的接続が確立される。
【００３２】
こういった上側電極５２は例えばＮｉＦｅやＣｏＦｅといった導電性の軟磁性体で構成されればよい。上側電極５２で導電性だけでなく同時に軟磁性が確立されれば、上側電極５２は同時にＣＰＰ構造ＧＭＲ読み取り素子３９の上部シールド層として機能することができる。前述の下部シールド層すなわち下側電極４６と上側電極５２との間隔は磁気ディスク１４上で記録トラックの線方向に磁気記録の分解能を決定する。
【００３３】
このＣＰＰ構造ＧＭＲ読み取り素子３９では、下側電極４６と上側電極５２との間に１対の磁区制御膜５３が挟まれる。磁区制御膜５３、５３の間には空気軸受け面３６に沿ってスピンバルブ膜４９が配置される。磁区制御膜５３は硬磁性膜（いわゆるハード膜）から構成されてもよく反強磁性膜から構成されてもよい。いずれの場合にも、磁区制御膜５３には絶縁性が与えられる。磁区制御膜５３は例えばＣｏ膜とＣｏＣｒＰｔ膜との積層体から構成されればよい。
【００３４】
図４は本発明の第１具体例に係るスピンバルブ膜４９の構造を概略的に示す。このスピンバルブ膜４９では、下地層５４、磁化方向拘束層（pinning layer）すなわち反強磁性層５５、固定磁性層（pinned layer）５６、非磁性中間層５７、自由磁性層（free layer）５８および保護層５９が順番に重ね合わせられる。このスピンバルブ膜４９はいわゆるシングルスピンバルブ構造を有する。下側電極４６の表面に下地層５４が受け止められる。保護層５９の表面に上側電極５２が受け止められる。ただし、下地層５４および下側電極４６の間にはＣｕ膜やＴａ膜、Ｔｉ膜といった導電膜（図示されず）が挟み込まれてもよい。
【００３５】
下地層５４は例えばＮｉＣｒ膜や、Ｔａ膜とＮｉＦｅ膜とＴａ膜とＲｕ膜との積層体から構成されればよい。積層体が用いられる場合、ＮｉＦｅ膜には１７原子％〜２５原子％でＦｅが含まれることが好ましい。こうした組成のＮｉＦｅ膜が用いられれば、ＮｉＦｅ膜の結晶成長方向すなわち（１１１）結晶面およびこの結晶面に結晶学的に等価な結晶面の表面で、反強磁性層５５の結晶粒がエピタキシャル成長することができる。その結果、反強磁性層５５の結晶性は向上する。
【００３６】
反強磁性層５５は例えばＭｎ−ＴＭ合金といった反強磁性合金材料から構成されればよい。ＴＭにはＰｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、ＩｒおよびＲｈのうち少なくともいずれか１つが含まれる。ここでは、反強磁性層５５は、例えばＰｔＭｎ膜、ＰｄＭｎ膜、ＮｉＭｎ膜、ＩｒＭｎ膜およびＰｔＰｄＭｎ膜のいずれかから構成される。反強磁性層５５の膜厚は例えば４ｎｍ〜３０ｎｍ、好ましくは４ｎｍ〜１０ｎｍ程度に設定される。反強磁性層５５は固定磁性層５６に交換相互作用を及ぼす。こうした反強磁性層５５の働きで固定磁性層５６の磁化は１方向に固定される。
【００３７】
固定磁性層５６は、反強磁性層５５の表面に順番に積層形成される第１固定磁性層５６ａ、非磁性結合層５６ｂおよび第２固定磁性層５６ｃの積層体から構成される。固定磁性層５６はいわゆる積層フェリ構造を有する。この固定磁性層５６では、第１固定磁性層５６ａの磁化と第２固定磁性層５６ｃの磁化とが反強磁性的に交換結合する。その結果、第１固定磁性層５６ａおよび第２固定磁性層５６ｃの間で磁化の向きは反平行に規定される。
【００３８】
第１固定磁性層５６ａには、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が用いられる。ここでは、第１固定磁性層５６ａは、例えばＣｏＦｅ膜、ＣｏＦｅＢ膜、ＣｏＦｅＡｌ膜、ＣｏＦｅＭｇ膜、ＮｉＦｅ膜、ＦｅＣｏＣｕ膜およびＣｏＮｉＦｅ膜のいずれかから構成される。ここでは、第１固定磁性層５６ａにはＣｏ６０Ｆｅ４０膜やＮｉＦｅ膜が用いられればよい。第１固定磁性層５６ａの膜厚は例えば１ｎｍ〜３０ｎｍ程度に設定される。
【００３９】
第２固定磁性層５６ｃは、窒化された磁性金属合金から構成される。ここでは、第２固定磁性層５６ｃは、ＮｉＦｅＮ膜、ＣｏＦｅＮ膜、ＣｏＦｅＮｉＮ膜、ＣｏＦｅＡｌＮ膜、ＣｏＦｅＧｅＮ膜、ＣｏＦｅＳｉＮ膜およびＣｏＦｅＭｇＮ膜のいずれかから構成される。第２固定磁性層５６ｃの膜厚は、第１固定磁性層５６ａと同様に、例えば１ｎｍ〜３０ｎｍ程度に設定される。
【００４０】
非磁性結合層５６ｂには、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ系合金、Ｒｈ系合金およびＩｒ系合金といった非磁性材料が用いられる。こうした非磁性結合層５６ｂの働きで第１固定磁性層５６ａでは磁化の向きの変位や反転は回避される。その一方で、非磁性中間層５７にはＣｕやＡｌ、Ｃｒといった導電性の非磁性材料が用いられる。非磁性中間層５７の膜厚は例えば１．５ｎｍ〜１０ｎｍ程度に設定される。
【００４１】
自由磁性層５８は、第２固定磁性層５６ｃと同様に、窒化された磁性金属合金から構成される。ここでは、自由磁性層５８は、ＮｉＦｅＮ膜、ＣｏＦｅＮ膜、ＣｏＦｅＮｉＮ膜、ＣｏＦｅＡｌＮ膜、ＣｏＦｅＧｅＮ膜、ＣｏＦｅＳｉＮ膜およびＣｏＦｅＭｇＮ膜のいずれかから構成される。第２固定磁性層５６ｃの膜厚は、第１固定磁性層５６ａと同様に、例えば１ｎｍ〜３０ｎｍ程度に設定される。
【００４２】
保護層５９には、例えばＲｕ、Ｃｕ、Ｔａ、Ａｕ、ＡｌおよびＷのいずれかを含む導電性の磁性膜から構成される。その他、保護層５９は導電性の磁性膜の積層体から構成されてもよい。こうした保護層５９の働きによれば、スピンバルブ膜４９の成膜にあたって自由磁性層５８の酸化は防止される。
【００４３】
磁気情報の読み出しにあたってＣＰＰ構造ＧＭＲ読み取り素子３９が磁気ディスク１４の表面に向き合わせられると、スピンバルブ膜４９では、周知の通り、磁気ディスク１４から作用する磁界の向きに応じて自由磁性層５８の磁化方向は回転する。こうして自由磁性層５８の磁化方向が回転すると、スピンバルブ膜４９の電気抵抗は大きく変化する。したがって、上側電極５２および下側電極４６からスピンバルブ膜４９にセンス電流が供給されると、上側電極５２および下側電極４６から取り出される電気信号のレベルは電気抵抗の変化に応じて変化する。このレベルの変化に応じて２値情報は読み取られる。
【００４４】
なお、第１固定磁性層５６ａおよび第２固定磁性層５６ｃはそれぞれ複数の膜の積層体から構成されてもよい。このとき、積層体では、積層される膜が同一の金属元素の組み合わせから構成され、かつ、積層される膜同士の間で相互に異なる組成比が設定されればよい。その一方で、積層される膜が、相互に異なる金属元素の組み合わせから構成されてもよい。
【００４５】
その他、反強磁性層５５および第１固定磁性層５６ａの間には強磁性接合層（図示されず）が挟み込まれてもよい。この強磁性接合層の働きで第１固定磁性層５６ａと反強磁性層５５とが結合することから、大きな固定磁化が確立される。強磁性接合層の膜厚は例えば０．４ｎｍ〜１．５ｎｍ、好ましくは０．４ｎｍ〜０．９ｎｍに設定される。
【００４６】
次に、スピンバルブ膜４９の成膜方法について説明する。基層すなわち下部電極４６の表面すなわち平坦化面４８には、例えばスパッタリング方法に基づき前述の下地層５４〜保護層５９の積層体が成膜される。このとき、第２固定磁性層５６ｃおよび自由磁性層５８の成膜にあたってスパッタリング装置のチャンバ内には例えばＮｉＦｅ合金ターゲットが配置される。放電に基づきＮｉＦｅ合金ターゲットからＮｉＦｅ合金の粒子が降り注ぐ。このとき、チャンバ内ではＡｒガスに加えて所定の流量でＮ２ガスが流通する。その結果、ＮｉＦｅＮ膜が成膜される。なお、ＮｉＦｅ膜の成膜後にチャンバ内にＮ２ガスが流通してもよい。また、ＮｉＦｅＮ膜の成膜にあたってチャンバ内にはＮｉターゲットとＦｅターゲットが配置されてもよい。
【００４７】
続いて、積層体には磁界中で熱処理が施される。熱処理は真空雰囲気中で実施される。加熱温度は２５０［℃］〜３２０［℃］程度に設定される。加熱時間は２時間〜８時間程度に設定される。積層体に作用する磁界は１５９２［ｋＡ／ｍ］に設定される。こうした熱処理によれば、反強磁性層５５を構成する例えばＭｎ−ＴＭ合金の一部が規則合金化する。その結果、反強磁性層５５の磁化の向きは設定される。反強磁性層５５と固定磁性層５６との交換相互作用に基づき固定磁性層５６の磁化の向きは所定の方向に固定される。その後、下地層５４〜保護層５９の積層体は所定の形状にパターニングされる。パターニングにあたって積層体にはフォトリソグラフィおよびイオンミリングが施される。こうしてスピンバルブ膜４９が形成される。
【００４８】
本発明者らは、窒化された磁性金属合金から構成される磁性層の効果を検証した。検証にあたって例えば６つのサンプルが製造された。各サンプルではシリコン基板の表面に５０ｎｍの膜厚のＮｉＦｅＮ膜が成膜された。成膜にあたってスパッタリング装置のチャンバ内にはＡｒガスとＮ２ガスとが導入された。このとき、サンプルごとにチャンバ内のＮ２分圧（全体積中のＮ２ガスの体積の割合）［％］が変更された。同時に、比較例に係るサンプルが製造された。比較例に係るサンプルではシリコン基板の表面に５０ｎｍの膜厚のＮｉＦｅ膜が成膜された。
【００４９】
このとき、具体例に係るサンプルのＮｉＦｅＮ膜および比較例に係るサンプルのＮｉＦｅ膜で比抵抗ρ［μΩｃｍ］が測定された。その結果、図５に示されるように、比較例に係るサンプル（Ｎ２ガスの割合＝０［％］）では２１［μΩｃｍ］の比抵抗ρが測定された。その一方で、具体例に係るサンプルではＮ２ガスの割合が増大するにつれて比抵抗ρが増大した。例えば５０［％］の割合でＮ２ガスが含まれると、０［％］の割合すなわちＮ２ガスが含まれない場合に比べて６倍程度も比抵抗ρが増大した。
【００５０】
同時に、具体例に係るサンプルのＮｉＦｅＮ膜および比較例に係るサンプルのＮｉＦｅ膜で飽和磁束密度Ｂｓ［Ｔ］が測定された。その結果、図６に示されるように、比較例に係るサンプル（Ｎ２ガスの割合＝０［％］）では１．０８［Ｔ］の飽和磁束密度Ｂｓが測定された。その一方で、具体例に係るサンプルではＮ２ガスの割合が増大するにつれて飽和磁束密度Ｂｓが減少した。例えば５０［％］の割合でＮ２ガスが含まれると、０［％］の割合すなわちＮ２ガスが含まれない場合に比べて飽和磁束密度Ｂｓは５分の１程度に減少した。
【００５１】
ここで、スピンバルブ膜の出力は、スピンバルブ膜に一方向からその逆方向に外部磁界を作用させた際の単位面積当たりの磁気抵抗変化量（ΔＲＡ）で特定される。このΔＲＡは、スピンバルブ膜の抵抗変化量［ΔＲ］とセンス電流の流通方向に直交する平面に沿ったスピンバルブ膜の断面積［Ａ］との積で表される。このΔＲＡが増大すれば、スピンバルブ膜の出力は向上する。このΔＲＡの増大の実現にあたって、スピン依存バルク散乱係数と比抵抗ρとの積の大きな材料が磁性膜に用いられることが必要である。スピン依存バルク散乱とは、伝導電子のスピンの向きに依存して自由磁性層内や固定磁性層内で伝導電子が散乱する現象をいう。
【００５２】
前述の検証の結果、Ｎ２ガスを含む雰囲気中で成膜された磁性膜では、Ｎ２ガスを含まない雰囲気中で成膜された磁性膜に比べて比抵抗ρが増大することが確認された。スピン依存バルク散乱係数と比抵抗ρとの積は増大する。その結果、比抵抗ρの値の増大は単位面積当たりの磁気抵抗変化量（ΔＲＡ）を増大させる。したがって、Ｎ２ガスを含む雰囲気中で成膜された自由磁性層５８や第２固定磁性層５６ｃの働きで本発明に係るスピンバルブ膜４９の出力は向上する。２値情報は正確に読み出されることができる。ただし、本発明では、自由磁性層５８および第２固定磁性層５６ｃの少なくともいずれかが、窒化された磁性金属合金から構成されればよい。
【００５３】
その一方で、スピンバルブ膜の読み出し感度は、自由磁性層内での磁化の向きの反転しやすさで特定される。この反転しやすさは、自由磁性層の膜厚ｔと飽和磁束密度Ｂｓとの積すなわちｔＢｓで特定される。このｔＢｓが小さければ小さいほど、磁化の向きは反転しやすい。前述の検証の結果、Ｎ２ガスを含む雰囲気中で成膜された磁性膜では、膜厚が同一に設定される場合、Ｎ２ガスを含まない雰囲気中で成膜された磁性膜に比べて飽和磁束密度Ｂｓが減少することが確認された。その結果、Ｎ２ガスを含む雰囲気中で成膜された自由磁性層５８ではこれまで以上に磁化は反転しやすい。したがって、本発明に係るスピンバルブ膜４９の読み出し感度はこれまで以上に向上する。
【００５４】
こうした効果の検証にあたってスピンバルブ膜のサンプルが製造された。製造にあたって表面に熱酸化膜を備えるシリコン基板が用意された。シリコン基板の表面に下部電極として膜厚２５０ｎｍのＣｕ膜と膜厚５０ｎｍのＮｉＦｅ膜との積層膜が形成された。この下部電極の積層膜の表面に積層体が形成された。積層体の形成にあたって積層膜の表面に、下地層として膜厚４ｎｍのＲｕ膜、反強磁性層として膜厚７ｎｍのＩｒＭｎ膜、第１固定磁性層として膜厚３ｎｍのＣｏ６０Ｆｅ４０膜、非磁性結合層として膜厚０．７ｎｍのＲｕ膜、第２固定磁性層として膜厚４ｎｍのＣｏ４０Ｆｅ６０膜、非磁性中間層として膜厚３．５ｎｍのＣｕ膜、自由磁性層として膜厚７ｎｍのＮｉＦｅＮ膜および保護膜として膜厚５ｎｍのＲｕ膜が順番に成膜された。
【００５５】
成膜にあたってスパッタリング装置のチャンバ内で真空度は２×１０−６［Ｐａ］以下に設定された。成膜時にチャンバ内にはＡｒガスが導入された。成膜時にチャンバ内で加熱処理は施されなかった。自由磁性層の成膜時のみチャンバ内でＮ２ガスの割合［％］が調整された。Ｎ２ガスの割合は０〜６７［％］の間で制御された。同時に、Ｎ２ガスの流量［ｓｃｃｍ］は０〜３０の間で制御された。すなわち、Ｎ２ガスの割合が０［％］のとき、自由磁性層としてＮｉＦｅ膜が成膜された。積層体の形成後、前述と同様に、積層体に加熱処理が施された。積層体は３００［℃］の加熱温度で３時間にわたって加熱された。このとき、積層体には所定の方向に１９５２［ｋＡ／ｍ］の磁界が作用した。こうした加熱処理に基づき反強磁性層で反強磁性が発現した。
【００５６】
こうして成膜された積層体にフォトリソグラフィおよびイオンミリングが施された。その結果、０．１［μｍ２］〜０．６［μｍ２］の間で例えば０．１［μｍ２］間隔で６種類の断面積を有する積層体が形成された。各断面積を有する積層体ごとに数十個、合計百個を超える積層体がウェハー内に形成された。各積層体はシリコン酸化膜で覆われた。その後、積層体にはドライエッチングが施された。ドライエッチングに基づき積層体の表面でシリコン酸化膜が削り取られた。こうして積層体の表面すなわち保護膜の表面が露出した。保護膜の表面には上部電極としてＡｕ膜が形成された。こうしてシリコン基板上にスピンバルブ膜が形成された。
【００５７】
形成されたスピンバルブ膜に上部電極または下部電極からセンス電流が流通した。電流値は２［ｍＡ］に設定された。同時に、スピンバルブ膜には外部磁界が作用した。外部磁界は、第２固定磁性層の磁化の向きに平行に−７９［ｋＡ／ｍ］〜＋７９［ｋＡ／ｍ］の大きさで作用した。このとき、上部電極と下部電極との間で電圧が測定された。測定にあたってデジタルボルトメータが用いられた。測定された電圧に基づき磁気抵抗曲線が得られた。磁気抵抗曲線の最大値と最小値との差に基づき単位面積あたりの磁気抵抗変化量（ΔＲＡ）が算出された。
【００５８】
その結果、図７に示されるように、６０［％］程度の割合までのΔＲＡは０［％］の膜厚のときのΔＲＡと同等またはそれ以上の大きさを示した。したがって、本発明に係るスピンバルブ膜４９では自由磁性層５８が、窒化された磁性金属合金から構成されれば、スピンバルブ膜４９の読み出し感度は向上することが確認された。ただし、割合が６０［％］を超えるとΔＲＡは低下した。前述の図６から明らかなように、割合が６０［％］を超えるとＢｓが下がりすぎ、ＮｉＦｅＮ膜が非磁性合金から構成されてしまうことが原因と考えられる。したがって、Ｎ２ガスの割合は６０［％］以下程度に設定されることが望ましいことが確認された。
【００５９】
図８は従来のスピンバルブ膜の自由磁性層の膜厚とΔＲＡとの関係を示すグラフである。ΔＲＡの算出にあたって前述のサンプルと同様にスピンバルブ膜の第１サンプルおよび第２サンプルが製造された。いずれのサンプルでも第２固定磁性層の膜厚は４ｎｍに設定された。自由磁性層にはＦｅ３０Ｃｏ７０膜が用いられた。第１サンプルでは自由磁性層の膜厚は７ｎｍに設定された。第２サンプルでは自由磁性層の膜厚は１１ｎｍに設定された。グラフの横軸は第２固定磁性層および自由磁性層の総膜厚を示す。図８から明らかなように、ΔＲＡの増大の実現にあたって自由磁性層の膜厚は増大しなければならない。
【００６０】
図９は従来のスピンバルブ膜のΔＲＡの自由磁性層のｔＢｓへの依存性を示すグラフである。依存性の検証にあたってシミュレーションが実施された。センス電流の電流値は２［ｍＡ］に設定された。このとき、出力１５００［μＶ］の確立にあたって必要なΔＲＡのｔＢｓへの依存性が検証された。図９から明らかなように、前述のΔＲＡが増大するにつれて自由磁性層のｔＢｓが増大する。言い替えれば、ΔＲＡの増大の実現にあたって自由磁性層の膜厚ｔが増大しなければならない。こうしてｔＢｓが増大してしまうと、自由磁性層で磁化の向きは反転しにくい。その結果、スピンバルブ膜の読み出し感度は低下してしまう。
【００６１】
図１０は本発明の第２具体例に係るスピンバルブ膜４９ａの構造を概略的に示す。このスピンバルブ膜４９ａはいわゆるデュアルスピンバルブ構造を有する。スピンバルブ膜４９ａでは、前述のスピンバルブ膜４９の自由磁性層５８および保護層５９の間に上側の反強磁性層６１、上側の固定磁性層６２および上側の非磁性中間層６３が挟み込まれる。自由磁性層５８の表面に非磁性中間層６３、固定磁性層６２および反強磁性層６１が順番に積層される。反強磁性層６１の表面に保護層５９が受け止められる。
【００６２】
反強磁性層６１は前述の反強磁性層５５と同様の構成を有する。非磁性中間層６３は前述の非磁性中間層６３と同様の構成を有する。固定磁性層６２は第１固定磁性層６２ａ、非磁性結合層６２ｂおよび第２固定磁性層６２ｃの積層体から構成される。固定磁性層６２はいわゆる積層フェリ構造を有する。第１固定磁性層６２ａ、非磁性結合層６２ｂおよび第２固定磁性層６２ｃは第１固定磁性層５６ａ、非磁性結合層５６ｂおよび第２固定磁性層５６ｃとそれぞれ同様の構造を有する。その他、前述と均等な構成や構造には同一の参照符号が付される。
【００６３】
こうしたスピンバルブ膜４９ａは、固定磁性層５６、非磁性中間層５７および自由磁性層５８で１つのスピンバルブ構造を有する。同時に、スピンバルブ膜４９ａは、固定磁性層６２、非磁性中間層６３および自由磁性層５８で１つのスピンバルブ構造を有する。その結果、例えば両方のスピンバルブ構造で窒化された磁性金属合金から構成される磁性層が確立されれば、スピンバルブ膜４９ａでは前述のスピンバルブ膜４９に比べてΔＲＡは２倍程度に増大する。したがって、前述のスピンバルブ膜４９に比べて、本具体例に係るスピンバルブ膜４９ａの出力や読み出し感度はさらに向上する。
【００６４】
図１１は本発明の第３具体例に係るスピンバルブ膜４９ｂの構造を概略的に示す。このスピンバルブ膜４９ｂでは、スピンバルブ膜４９ａの自由磁性層５８が軟磁性層すなわち第１界面磁性層６４ａおよび軟磁性層すなわち第２界面磁性層６４ｂに挟み込まれる。第１界面磁性層６４ａおよび第２界面磁性層６４ｂは軟磁性材料から構成される。軟磁性材料は、自由磁性層５８および固定磁性層５６、６２の少なくともいずれかを構成する前述の窒化された磁性金属合金よりも大きいスピン依存界面散乱係数を有すればよい。こうした材料には、例えばＣｏＦｅ膜、ＣｏＦｅ合金膜、ＮｉＦｅ膜およびＮｉＦｅ合金膜の少なくともいずれかから構成されればよい。ＮｉＦｅ合金膜には例えばＮｉＦｅＣｕ膜やＮｉＦｅＣｒ膜が含まれる。第１界面磁性層６４ａおよび第２界面磁性層６４ｂは例えば０．２［ｎｍ］〜２．５［ｎｍ］程度の膜厚を有する。その他、前述のスピンバルブ膜４９ａと均等な構成や構造には同一の参照符号が付される。
【００６５】
こうしたスピンバルブ膜４９ｂでは、第１界面磁性層６４ａおよび第２界面磁性層６４ｂはスピン依存界面散乱係数の大きい強磁性材料から構成される。こういった第１界面磁性層６４ａおよび第２界面磁性層６４ｂは自由磁性層５８を挟み込む。その結果、前述のスピンバルブ膜４９、４９ａに比べて、本具体例に係るスピンバルブ膜４９ｂの出力や読み出し感度はさらに向上する。なお、第１界面磁性層６４ａおよび第２界面磁性層６４ｂは、同一の金属元素を含みつつ同一の組成の磁性膜から構成されてもよく、同一の金属元素を含みつつ相互に異なる組成の磁性膜から構成されてもよい。その一方で、第１界面磁性層６４ａおよび第２界面磁性層６４ｂは、相互に異なる金属元素を含む磁性膜から構成されてもよい。
【００６６】
図１２は本発明の第４具体例に係るスピンバルブ膜４９ｃの構造を概略的に示す。このスピンバルブ膜４９ｃでは前述の第１界面磁性層６４ａが第２固定磁性層５６ｃおよび非磁性中間層５７の間に挟み込まれる。前述の第２界面磁性層６４ｂが第２固定磁性層６２ｃおよび非磁性中間層６３の間に挟み込まれる。その他、前述のスピンバルブ膜４９ｂと均等な構成や構造には同一の参照符号が付される。こうしたスピンバルブ膜４９ｃによれば、前述のスピンバルブ膜４９、４９ａに比べて、スピンバルブ膜４９ｃの出力や読み出し感度はさらに向上する。
【００６７】
図１３は本発明の第５具体例に係るスピンバルブ膜４９ｄの構造を概略的に示す。このスピンバルブ膜４９ｄは、前述のスピンバルブ膜４９ｃの非磁性結合層５６ｂおよび第２固定磁性層５６ｃの間に第１強磁性接合層６５ａが挟み込まれる。同様に、前述のスピンバルブ膜４９ｃの非磁性結合層６２ｂおよび第２固定磁性層６２ｃの間に第２強磁性接合層６５ｂが挟み込まれる。第１強磁性接合層６５ａは第２固定磁性層５６ｃよりも飽和磁化の大きい強磁性材料から構成される。同様に、第２強磁性接合層６５ｂは第２固定磁性層６２ｃよりも飽和磁化の大きい強磁性材料から構成される。ここでは、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅのいずれかを少なくとも含むＣｏＦｅ膜、ＣｏＦｅＢ膜、ＣｏＮｉＦｅ膜のいずれかが用いられればよい。その他、前述のスピンバルブ膜４９ｃと均等な構成や構造には同一の参照符号が付される。
【００６８】
こうしたスピンバルブ膜４９ｄでは、第１強磁性接合層６５ａおよび第２強磁性接合層６５ｂは第２固定磁性層５６ｃや第２固定磁性層６２ｃとの交換結合を高める。その結果、第２固定磁性層５６ｃおよび第２固定磁性層６５ｃで磁化の向きが安定化する。その結果、スピンバルブ膜４９ｄのΔＲＡは安定化する。
【００６９】
その他、第３具体例に係るスピンバルブ膜４９ｂ〜第５具体例に係るスピンバルブ膜４９ｄは第１具体例に係るスピンバルブ膜４９と組み合わされてもよい。スピンバルブ膜４９には例えば第１界面磁性層６４ａや第１強磁性接合層６５ａが組み込まれてもよい。また、第３具体例に係るスピンバルブ膜４９ｂ〜第５具体例に係るスピンバルブ膜４９ｄは相互に組み合わされてもよい。こうした構成によれば前述のスピンバルブ膜４９ｂ〜スピンバルブ膜４９ｄと同様の作用効果が実現されることができる。
【００７０】
その他、電磁変換素子３１には、ＣＰＰ構造巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）読み取り素子３９に代えて、ＣＰＰ構造トンネル接合磁気抵抗効果（ＴＭＲ）読み取り素子が組み込まれてもよい。このＣＰＰ構造ＴＭＲ読み取り素子では、図１４に示されるように、前述のスピンバルブ膜４９の非磁性中間層５７が絶縁性の非磁性中間層５７ａに代替されればよい。非磁性中間層５７ａは、Ｍｇ、Ａｌ、ＴｉおよびＺｒから構成される群のうちのいずれか１種の酸化物から構成される。酸化物には例えばＭｇＯやＡｌＯＸ、ＴｉＯＸ、ＺｒＯＸが含まれる。Ｘは、各酸化物の組成と異なる組成を示す数字から特定されてもよい。ここでは、非磁性絶縁層は結晶質のＭｇＯから構成されればよい。ＭｇＯの（００１）面はスピンバルブ膜の断面に平行に規定されることが好ましい。非磁性中間層の膜厚は例えば０．２［ｎｍ］〜２．０［ｎｍ］程度に設定される。
【００７１】
こうしたＣＰＰ構造ＴＭＲ読み取り素子では、トンネル抵抗変化率は前述のＣＰＰ構造ＧＭＲ読み取り素子の単位面積当たりの磁気抵抗変化量ΔＲＡと同様に測定されることができる。したがって、トンネル抵抗変化率は前述のＣＰＰ構造ＧＭＲ読み取り素子と同様にこれまで以上に増大する。ＣＰＰ構造ＴＭＲ読み取り素子の出力や読み出し感度は向上する。その他、非磁性絶縁層は、Ａｌ、ＴｉおよびＺｒから構成される群のうちのいずれか１種の窒化物または酸窒化物から構成されてもよい。窒化物には例えばＡｌＮやＴｉＮ、ＺｒＮが含まれる。その他、前述のスピンバルブ膜４９と均等な構成や構造には同一の参照符号が付される。こうしたＣＰＰ構造ＴＭＲ読み取り素子は前述のＣＰＰ構造ＧＭＲ読み取り素子と同様に製造されればよい。
【００７２】
また、図１５〜図１８に示されるように、前述のスピンバルブ膜４９ａ〜スピンバルブ膜４９ｄの非磁性中間層５７および非磁性中間層６３が絶縁性の非磁性中間層５７ａおよび非磁性中間層６３ａに代替されればよい。非磁性中間層６３ａは非磁性中間層５７ａと同様に構成されればよい。その他、前述のスピンバルブ膜４９ａ〜スピンバルブ膜４９ｄとそれぞれ均等な構成や構造には同一の参照符号が付される。こうしたスピンバルブ膜４９ａ〜スピンバルブ膜４９ｄによれば、前述のスピンバルブ膜４９と同様に、ＣＰＰ構造ＴＭＲ読み取り素子の出力や読み出し感度は向上する。
【００７３】
図１９は本発明の第２実施形態に係る記憶装置すなわち磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）８１の構造を概略的に示す。このＭＲＡＭ８１は、例えばマトリックス状に配置される複数のメモリセル８２を備える。各メモリセル８２はＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）８３を備える。ＭＯＳＦＥＴ８３にはｐ型ＭＯＳＦＥＴおよびｎ型ＭＯＳＦＥＴのいずれかが用いられることができる。ここでは、ＭＯＳＦＥＴ８３にはｐ型ＭＯＳＦＥＴが用いられる。周知の通り、ｐ型ＭＯＳＦＥＴでは電子がキャリアを構成する。
【００７４】
ＭＯＳＦＥＴ８３は基材すなわちシリコン基板８４を備える。シリコン基板８４内にはｐ型不純物を含むｐウェル領域８５が区画される。ｐウェル領域８５上ではｐウェル領域８５で相互に隔てられる１対の不純物拡散領域８６ａ、８６ｂが区画される。不純物拡散領域８６ａ、８６ｂにはｎ型不純物が導入される。一方の不純物拡散領域８６ａはソース領域Ｓを構成する。他方の不純物拡散領域８６ｂはドレイン領域Ｄを構成する。不純物拡散領域８６ａ、８６ｂの間でシリコン基板８４の表面にはゲート絶縁層８７が形成される。ゲート絶縁層８７上にはゲート電極８８が形成される。ゲート絶縁層８７およびゲート電極８８はゲート領域Ｇを構成する。
【００７５】
シリコン基板８４の表面でゲート電極８８には絶縁層８９が覆い被さる。絶縁層８９には例えばシリコン窒化膜やシリコン酸化膜が用いられる。ゲート電極８８は読み出し用ワード線を兼ねる。絶縁層８９内では、シリコン基板８４の表面に直交する垂直方向すなわちｚ軸に沿って延びる１対の垂直配線９１ａ、９１ｂが延びる。垂直配線９１ａの一端はソース領域Ｓに接続される。垂直配線９１ａの他端にはシリコン基板８４の表面に平行に延びる層内配線９２が接続される。垂直配線９１ｂの一端にはドレイン領域Ｄが接続される。垂直配線９１ｂの他端にはｚ軸に直交するｙ軸に沿って延びるプレート線９３が接続される。
【００７６】
絶縁層８９内で層内配線９２にはビット線９４が平行に延びる。ビット線９４は、ｚ軸に直交するｘ軸に沿って延びる。層内配線９２およびビット線９４は前述のスピンバルブ膜４９で電気的に接続される。層内配線９２にはスピンバルブ膜４９の下地層５４が受け止められる。スピンバルブ膜４９の保護層５９にはビット配線９４が受け止められる。層内配線９２を挟んでスピンバルブ膜４９の反対側には書き込み用ワード線９５が配置される。書き込み用ワード線９５は、ｚ軸およびｘ軸に直交するｙ軸に沿って延びる。
【００７７】
図２０はメモリセル８２の等価回路図を示す。図２０に示されるように、前述のプレート線９３には電流値検出器９６が電気的に接続される。電流値検出器９６には例えば電流計が用いられればよい。ゲート電極８８すなわち読み出し用ワード線と書き込み用ワード線９５はｙ軸に沿って延びる。その一方で、ビット線９４は、ｙ軸に直交するｘ軸に沿って延びる。こうして書き込み用ワード線９５はビット線９４と空間的に隔てられつつ交差する。
【００７８】
こうしたＭＲＡＭ８１のスピンバルブ膜４９では、自由磁性層５８の磁化容易軸はｘ軸に沿って規定される。同時に、自由磁性層５８の磁化困難軸はｙ軸に沿って規定される。情報の書き込み処理にあたって、ビット線９４および書き込み用ワード線９５に同時に電流が流される。ビット線９４内や書き込み用ワード線９５内で電流は所定の向きに供給される。書き込み用ワード線９５への電流の供給に基づき自由磁性層５８にはｘ軸方向に作用する。同時に、ビット線９４への電流の供給に基づき自由磁性層５８にはｙ軸方向に磁界が作用する。その結果、自由磁性層５８ではｘ軸方向で磁化は反転する。こうした磁化の向きに「１」または「０」が対応付けられる。
【００７９】
情報の読み出し処理にあたって、ビット線９４にソース領域Ｓに対して負電圧が印加される。同時に、ゲート電極８８にＭＯＳＦＥＴ８１の閾値電圧よりも大きな電圧すなわち正電圧が印加される。その結果、ビット線９４、ソース領域Ｓおよびドレイン領域Ｄを介してプレート線９３に電子が流れる。前述されるように、プレート線９３には電流値検出器９６が接続されることから、電流値検出器９６で第２固定磁性層５６ｃの磁化の向きに対する自由磁性層５８の磁化の向きに対応する磁気抵抗値が検出される。こうした磁気抵抗値に基づき「１」または「０」が読み出される。
【００８０】
以上のようなＭＲＡＭ８１にはスピンバルブ膜４９が組み込まれる。前述されるように本発明に係るスピンバルブ膜４９ではΔＲＡがこれまで以上に増大する。その結果、情報の読み出しにあたって、「１」に対応する磁気抵抗値と「０」に対応する磁気抵抗値との差はこれまで以上に増大する。したがって、スピンバルブ膜４９から情報は正確に読み出されることができる。なお、ＭＲＡＭ８１にはスピンバルブ膜４９に代えて前述のスピンバルブ膜４９ａ〜４９ｄが組み込まれてもよい。その他、前述と同様に、スピンバルブ膜４９の非磁性中間層５７は非磁性絶縁層に変更されてもよい。こうして磁気抵抗値の検出にあたってトンネル抵抗変化が用いられてもよい。
【００８１】
図２１に示されるように、ＭＲＡＭ８１にはメモリセル８２ａが組み込まれてもよい。このメモリセル８２ａでは書き込み用ワード線９５が省略される。情報の書き込みにあたってスピンバルブ膜４９には偏極スピン電流Ｉｗが流される。スピン偏極電流Ｉｗの流通の向きに応じて第２固定磁性層５６ｃの磁化の向きと自由磁性層５８の磁化の向きとが平行および反平行の間で変化する。こうした変化が「１」または「０」に対応付けられればよい。スピン偏極電流Ｉｗの電流値は例えば数［ｍＡ］〜２０［ｍＡ］程度に設定されればよい。その他、前述のメモリセル８２と均等な構成や構造には同一の参照符号が付される。
【００８２】
こうしたＭＲＡＭ８１によれば、前述と同様に、「１」に対応する磁気抵抗値と「０」に対応する磁気抵抗値との差はこれまで以上に増大する。スピンバルブ膜４９から情報は正確に読み出されることができる。その他、前述と同様に、スピンバルブ膜４９の非磁性中間層５７は非磁性絶縁層に変更されてもよい。こうして磁気抵抗値の検出にあたってトンネル抵抗変化が用いられてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る記憶装置すなわちハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）の内部構造を概略的に示す平面図である。
【図２】一具体例に係る浮上ヘッドスライダの構造を概略的に示す拡大斜視図である。
【図３】浮上面で観察される読み出し書き込みヘッドの様子を概略的に示す正面図である。
【図４】本発明の第１具体例に係るスピンバルブ膜の構造を概略的に示す拡大図である。
【図５】Ｎ２ガスの割合と比抵抗との関係を示すグラフである。
【図６】Ｎ２ガスの割合と飽和磁束密度との関係を示すグラフである。
【図７】Ｎ２ガスの割合とΔＲＡとの関係を示すグラフである。
【図８】従来のスピンバルブ膜における自由磁性層および固定磁性層の総膜厚とΔＲＡとの関係を示すグラフである。
【図９】従来のスピンバルブ膜におけるｔＢｓとΔＲＡとの関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２具体例に係るスピンバルブ膜の構造を概略的に示す拡大図である。
【図１１】本発明の第３具体例に係るスピンバルブ膜の構造を概略的に示す拡大図である。
【図１２】本発明の第４具体例に係るスピンバルブ膜の構造を概略的に示す拡大図である。
【図１３】本発明の第５具体例に係るスピンバルブ膜の構造を概略的に示す拡大図である。
【図１４】本発明の一変形例に係るスピンバルブ膜の構造を概略的に示す拡大図である。
【図１５】本発明の他の変形例に係るスピンバルブ膜の構造を概略的に示す拡大図である。
【図１６】本発明のさらに他の変形例に係るスピンバルブ膜の構造を概略的に示す拡大図である。
【図１７】本発明のさらに他の変形例に係るスピンバルブ膜の構造を概略的に示す拡大図である。
【図１８】本発明のさらに他の変形例に係るスピンバルブ膜の構造を概略的に示す拡大図である。
【図１９】本発明の第２実施形態に係る記憶装置の一具体例すなわち磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）の構造を概略的に示す拡大断面図である。
【図２０】図１９に示すＭＲＡＭの１メモリセルの等価回路図である。
【図２１】本発明の他の具体例に係るＭＲＡＭの構造を概略的に示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１１  記憶装置（ハードディスク駆動装置）、３９  ＣＰＰ構造磁気抵抗効果素子、４６  基層（下側電極）、５６  固定磁性層、５７  導電性の非磁性中間層、５７ａ  導電性の非磁性中間層、５８  自由磁性層、６３  絶縁性の非磁性中間層、６３ａ  絶縁性の非磁性中間層、８１  記憶装置（磁気抵抗ランダムアクセスメモリ）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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