(57)【要約】【課題】ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子のスピンバルブ膜においてリファレンス層と他の層との間の交換結合を維持しつつリファレンス層中のＧｅ等の元素の拡散を防止し得る構成を提供することを目的とする。【解決手段】ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子のスピンバルブ層に含まれるリファレンス層の下部及び上部のうちの少なくとも一方にＡｌの薄膜よりなる拡散防止層を形成する。【選択図】図２
2009283661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反強磁性層と、
前記反磁性層の上部に形成されたピンド層と、
前記ピンド層の上部に形成された非磁性結合層と、
前記非磁性結合層の上部に形成されたリファレンス層と、
前記リファレンス層の上部に形成された非磁性中間層と、
前記非磁性中間層の上部に形成された自由磁化層と
を有し、
前記反強磁性層と、前記ピンド層と、前記非磁性結合層と、前記リファレンス層と、前記非磁性中間層と、前記自由磁化層とがスピンバルブ構造を形成し、
前記リファレンス層はＧｅ，Ｓｉ及びＭｎのうちの少なくとも一の元素を含む磁性材料を有し、
更に前記リファレンス層の下部であって前記非磁性結合層の上部に形成された第１の拡散防止層及び前記リファレンス層の上部であって前記非磁性中間層の下部に形成された第２の拡散防止層のうちの少なくとも一の拡散防止層を有し、
前記少なくとも一の拡散防止層はＡｌの薄膜を有する
ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記リファレンス層は、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）Ｍｙ（ここで０≦ｘ≦１００，０＜ｙ＜３０原子％であり、ＭはＧｅ、Ｓｉ及びＭｎのうちの何れかの元素を示す），（ＣｏｘＭｎ１００−ｘ）Ｍｙ（ここで０≦ｘ≦１００，０＜ｙ＜３０原子％であり、ＭはＧｅ，Ｓｉ及びＡｌのうちの何れかを示す），Ｃｏ50Ｆｅ25Ａｌ12.5Ｓｉ12.5、Ｃｏ50Ｆｅ25Ｇｅ12.5Ｓｉ12.5、Ｃｏ50Ｆｅ25Ｇｅ12.5Ａｌ12.5、Ｃｏ50Ｆｅ25Ｇｅ12.5Ｍｎ12.5、Ｃｏ50Ｆｅ25Ａｌ12.5Ｍｎ12.5あるいはＣｏ50Ｆｅ25Ｓｉ12.5Ｍｎ12.5の組成を有してなる
請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記少なくとも一の拡散防止層が有するＡｌの薄膜の膜厚が０．１乃至１．０［ｎｍ］の範囲とされてなる
請求項１または２に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
下部反強磁性層と、
前記下部反強磁性層の上部に形成された下部ピンド層と、
前記下部ピンド層の上部に形成された下部非磁性結合層と、
前記下部非磁性結合層の上部に形成された下部リファレンス層と、
前記下部リファレンス層の上部に形成された下部非磁性中間層と、
前記下部非磁性中間層の上部に形成された自由磁化層と、
前記自由磁化層の上部に形成された上部非磁性中間層と、
前記上部非磁性中間層の上部に形成された上部リファレンス層と、
前記上部リファレンス層の上部に形成された上部非磁性結合層と、
前記上部非磁性結合層の上部に形成された上部ピンド層と、
前記上部ピンド層の上部に形成された上部反強磁性層と
を有し、
前記下部反強磁性層と、前記下部ピンド層と、前記下部非磁性結合層と、前記下部リファレンス層と、前記下部非磁性中間層と、前記自由磁化層と、前記上部非磁性中間層と、前記上部リファレンス層と、前記上部非磁性結合層と、前記上部ピンド層と、前記上部反強磁性層とがデュアルタイプのスピンバルブ構造を形成し、
前記下部リファレンス層及び前記上部リファレンス層の各々はＧｅ，Ｓｉ及びＭｎのうちの少なくとも一の元素を含む磁性材料を有し、
前記下部リファレンス層の下部であって前記下部非磁性結合層の上部に形成された第１の拡散防止層、前記下部リファレンス層の上部であって前記下部非磁性中間層の下部に形成された第２の拡散防止層、前記上部リファレンス層の下部であって前記上部非磁性中間層の上部に形成された第３の拡散防止層、前記上部リファレンス層の上部であって前記上部非磁性結合層の下部に形成された第４の拡散防止層のうちの少なくとも一の拡散防止層を有し、
前記少なくとも一の拡散防止層はＡｌの薄膜を有する
ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
反強磁性層と、
前記反磁性層の上部に形成されたピンド層と、
前記ピンド層の上部に形成された非磁性結合層と、
前記非磁性結合層の上部に形成されたリファレンス層と、
前記リファレンス層の上部に形成された酸化層と、
前記酸化層の上部に形成された自由磁化層と
を有し、
前記反強磁性層と、前記ピンド層と、前記非磁性結合層と、前記リファレンス層と、前記酸化層と、前記自由磁化層とがスピンバルブ構造を形成し、
前記リファレンス層はＧｅ，Ｓｉ及びＭｎのうちの少なくとも一の元素を含む磁性材料を有し、
更に前記リファレンス層の下部であって前記非磁性結合層の上部に形成された第１の拡散防止層及び前記リファレンス層の上部であって前記酸化層の下部に形成された第２の拡散防止層のうちの少なくとも一の拡散防止層を有し、
前記少なくとも一の拡散防止層はＡｌの薄膜を有する
ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
磁気記憶装置において磁気記録媒体に対する情報の記録または当該磁気記録媒体からの情報の再生を行うための磁気ヘッドであって、
請求項１乃至５のうちのいずれか一項記載の磁気抵抗効果素子を備えた
磁気ヘッド。
【請求項７】
情報を記録するための磁気記録媒体と、
当該磁気記録媒体に対する情報の記録または当該磁気記録媒体からの情報の再生を行うための磁気ヘッドと
を有し、
前記磁気ヘッドは請求項６記載の磁気ヘッドとされてなる
磁気記憶装置。
【請求項８】
請求項１乃至５のうちの何れか一項記載の磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子に外部から磁界を印加する磁界印加手段と
を有し、
前記磁界印加手段による磁界の印加により前記磁気抵抗効果素子の前記自由磁化層の磁化の方向を変化させることにより情報を記録する
磁気メモリ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気記憶装置及び磁気メモリ装置に係る。また本発明は特にＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子、同上磁気抵抗効果素子を使用した磁気ヘッド及び同上磁気ヘッドを使用した磁気記憶装置に関する。また本発明は更に、同上磁気抵抗効果素子を使用した磁気メモリ装置に関する。
【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、スピンバルブ膜を有する磁気抵抗効果素子を備えたものが主流となっている。このスピンバルブ膜では、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とが積層している。スピンバルブ膜では、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、その電気抵抗値が変化する。この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。このようにして、磁気抵抗効果素子により磁気記録媒体に記録されたビットが再生される。
【０００４】
従来、磁気抵抗効果素子としては、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）型の構造のものが採用されてきた。ここで磁気記録装置のさらなる高記録密度化を図るため、磁気記録媒体上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、以下同様）型の構造のものが提案されている。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、磁気記録装置の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、スピンバルブ膜に印加する外部磁界を一方向からその逆の方向に掃引する際の磁気抵抗変化量で決まる。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当たりの磁気抵抗変化量である。単位面積当たり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とを乗じて得られる。単位面積当たり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係数とは、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。
【特許文献１】特開平９−１９９７６８号公報
【特許文献２】特許第３４７０９５２号
【特許文献３】特開２００５−１１６７０３号公報
【特許文献４】特開２００７−１８０４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子のスピンバルブ膜においてリファレンス層と他の層との間の交換結合を維持しつつリファレンス層中のＧｅ等の元素の拡散を防止し得る構成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】
【０００９】
ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子のスピンバルブ層に含まれるリファレンス層の界面にＡｌ（アルミニウムを示す。以下同様）の薄膜を有する拡散防止層を形成する。
【００１０】
当該拡散防止層によりリファレンス層中のＧｅ等の元素の拡散が防止される。また当該拡散防止層を形成しても、リファレンス層と、当該拡散防止層を介した他の層との間の交換結合は維持される。
【発明の効果】
【００１１】
スピンバルブ膜においてリファレンス層と他の層との間の交換結合を維持しつつリファレンス層中のＧｅ等の元素の拡散を防止することが可能なため、高信頼性を有し、磁界を検知する感度が良好でかつ高出力な磁気抵抗効果素子を提供し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施例は、後述するように、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、磁気記憶装置及び磁気メモリ装置を含む。ここで磁気抵抗効果素子は、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型の構造を有する。
【００１３】
この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。またこの磁気抵抗効果素子は、磁気記憶装置の高記録密度化が可能なスピンバルブ膜を備えている。スピンバルブ膜では、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とが積層されている。スピンバルブ膜では、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その電気抵抗値が変化する。この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記録媒体に記録されたビットを再生することが可能となる。
【００１４】
すなわち実施例は、素子を構成する積層膜の膜面に垂直方向にセンス電流を通電するための上下電極端子を有するＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子である。磁気抵抗効果素子は磁気抵抗効果膜を有する。磁気抵抗効果膜は、少なくとも下から反強磁性層，ピンド層，非磁性結合層，リファレンス層，非磁性中間層、及び外部磁界に応じて磁化が回転する自由磁化層が積層されている。すなわち磁気抵抗効果素子はスピンバルブ構造を持つ。また上記リファレンス層として、Ｇｅ，ＳｉまたはＭｎを含む磁性材料が使用される。更に、非磁性結合層及び非磁性中間層の各々と、リファレンス層との間に、それぞれ極薄構造のＡｌで形成された拡散防止層が挿入される。
【００１５】
また上記リファレンス層の材料の組成は（ＣｏｘＦｅ100-x）Ｍｙ（ここで０≦ｘ≦１００，０＜y＜３０原子％とされ、ＭはＧｅ、ＳｉまたはＭｎとされる）としてもよい。あるいはリファレンス層の組成は（ＣｏｘＭｎ100-x）Ｍｙ（ここで０≦ｘ≦１００，０＜y＜３０原子％とされ、ＭはＧｅ、ＳｉまたはＡｌとされる）としてもよい。あるいはリファレンス層の組成は、Ｃｏ50Ｆｅ25Ａｌ12.5Ｓｉ12.5、Ｃｏ50Ｆｅ25Ｇｅ12.5Ｓｉ12.5、Ｃｏ50Ｆｅ25Ｇｅ12.5Ａｌ12.5、Ｃｏ50Ｆｅ25Ｇｅ12.5Ｍｎ12.5、Ｃｏ50Ｆｅ25Ａｌ12.5Ｍｎ12.5またはＣｏ50Ｆｅ25Ｓｉ12.5Ｍｎ12.5としてもよい。
【００１６】
また上記Ａｌで形成された拡散防止層の膜厚は０．１乃至１．０［ｎｍ］の範囲内とすることが望ましい。
【００１７】
また他の実施例は、素子を構成する積層膜の膜面に垂直方向にセンス電流を通電するための上下電極端子を有するＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子である。磁気抵抗効果素子は磁気抵抗効果膜を有する。この実施例では、磁気抵抗効果膜は以下の積層構造を有する。すなわち、下から下部反強磁性層，下部ピンド層，下部非磁性結合層，下部リファレンス層及び下部非磁性中間層が積層されている。更に外部磁界に応じて磁化が回転する自由磁化層が積層されている。更に上部非磁性中間層，上部リファレンス層，上部非磁性結合層，上部ピンド層及び上部反強磁性層が積層されている。すなわち磁気抵抗効果膜は、いわゆるデュアルタイプのスピンバルブ構造を持つ。上部及び下部のそれぞれのリファレンス層として、拡散の大きいＧｅ，ＳｉまたはＭｎを含む磁性材料が使用される。上部非磁性結合層及び上部非磁性中間層の各々と上部リファレンス層との間に、極薄構造のＡｌで形成された拡散防止層が挿入される。同様に下部磁性結合層及び下部非磁性中間層の各々と下部リファレンス層との間にも、極薄構造のＡｌで形成された拡散防止層が挿入される。これらのＡｌで形成された拡散防止層により各材料の拡散が防止され、当該磁気抵抗効果素子を使用する磁気記憶装置あるいは磁気メモリ装置の再生出力，信頼性及び感度が向上する。
【００１８】
更に他の実施例は、素子を構成する積層膜の膜面に垂直方向にセンス電流を通電するための上下電極端子を有するＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子である。磁気抵抗効果素子は磁気抵抗効果膜を有する。この実施例では、磁気抵抗効果膜は以下の積層構造を有する。すなわち、少なくとも下から反強磁性層，ピンド層，非磁性結合層，リファレンス層，酸化層及び外部磁界に応じて磁化が回転する自由磁化層が積層されている。この磁気抵抗効果膜はいわゆるスピンバルブ構造を持つ。前記リファレンス層として拡散の大きいＧｅ、ＳｉまたはＭｎを含む磁性材料を使用し、非磁性結合層及び酸化層の各々と、リファレンス層との間に、それぞれ極薄構造のＡｌで形成された拡散防止層を挿入する。これらのＡｌで形成された拡散防止層により、各材料の拡散が防止され、当該磁気抵抗効果素子を使用する磁気記憶装置あるいは磁気メモリ装置の再生出力、信頼性及び感度が向上する。
【００１９】
更に他の実施例は、上記の実施例のいずれかの磁気抵抗効果素子を備える磁気ヘッドである。
【００２０】
更に他の実施例は、当該磁気抵抗効果素子を備える磁気ヘッドと、当該磁気ヘッドにより情報の記録がなされ、あるいは記録情報が読み取られる磁気記録媒体とを有する磁気記憶装置である。
【００２１】
更に他の実施は、上記の実施例のいずれかの磁気抵抗効果素子を有する磁気メモリ装置である。
【００２２】
ここでリファレンス層として、上記のようにＳｉ，ＧｅまたはＭｎを含む磁性層を使用した場合，それらの元素の拡散により，実用化に必要な磁気抵抗効果膜の再生出力や信頼性，感度を確保することが困難であった。上記各実施例の磁気抵抗効果素子は、これらの拡散しやすい材料による特性の劣化を防ぐことができる。
【００２３】
すなわち上記各実施例では、Ａｌで形成された拡散防止層を設けることで各材料の拡散を防ぎ、再生出力，信頼性，感度を向上させることができる。ここで上記の如くＡｌで形成された拡散防止層の膜厚を０．１乃至  １．０ｎｍの範囲にすることで、上記磁性層に含まれるＳｉ，ＧｅあるいはＭｎの非磁性結合層への拡散を防ぐことができ、ピンド層とリファレンス層との結合力が増加する。同様に非磁性中間層とリファレンス層との間にＡｌで形成された拡散防止層を挿入することで、Ｓｉ，ＧｅあるいはＭｎの原子の拡散によるラフネスの悪化を抑えることができる。その結果自由磁化層の感度を向上させることが可能となり、結果として再生出力を高めることが可能となる。
【００２４】
ここでＡｌで形成された拡散防止層の膜厚が１ｎｍより厚い場合、非磁性結合層によるピンド層とリファレンス層との交換結合が消失する。このため、Ａｌで形成された拡散防止層の膜厚としては、スパッタにより成膜可能な０．１ｎｍから１ｎｍの範囲が最適な範囲である。
【００２５】
又上記実施例による磁気ヘッドは、このようにリファレンス層の両方の界面に極薄のＡｌで形成された拡散防止層を挿入した磁気抵抗効果素子を備える。実施例による磁気抵抗効果素子が高信頼かつ高感度，高出力であるため、当該磁気ヘッドは、より高記録密度の磁気記録に対応させることが可能な構成を有する。
【００２６】
他の実施例として、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考えられる。当該磁気記録装置によれば、上記の如く、当該磁気抵抗効果素子が高出力であるため、当該磁気記憶装置の高記録密度化が可能となる。
【００２７】
また更に他の実施例として、上記の如く反強磁性層，ピンド層，非磁性結合層、リファレンス層，非磁性中間層及び自由磁化層とを備えるＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子を使用した磁気メモリ装置が考えられる。ここで前記リファレンス層は、スピン依存バルク散乱の大きい（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）Ｍｙ（ここで０≦ｘ≦１００，０＜y＜３０原子％、ＭはＧe，ＳｉまたはＭｎとされる）を有する。あるいは当該リファレンス層は（ＣｏｘＭｎ100-X）Ｍｙ（ここで０≦ｘ≦１００，０＜ｙ＜３０原子％、ＭはＧｅ，ＳｉまたはＡｌとされる）を有する。あるいは当該リファレンス層はＣｏ50Ｆｅ25Ａｌ12.5Ｓｉ12.5、Ｃｏ50Ｆｅ25Ｇｅ12.5Ｓｉ12.5、Ｃｏ50Ｆｅ25Ｇｅ12.5Ａｌ12.5、Ｃｏ50Ｆｅ25Ｇｅ12.5Ｍｎ12.5、Ｃｏ50Ｆｅ25Ａｌ12.5Ｍｎ12.5、またはＣｏ50Ｆｅ25Ｓｉ12.5Ｍｎ12.5を有する。更に非磁性結合層及び非磁性中間層の各々とリファレンス層との間に、それぞれ極薄のＡｌで形成された拡散防止層を挿入する。その結果各材料の拡散を防ぎ再生出力，信頼性，感度を向上させることが可能となる。このような構成の磁気抵抗効果膜に磁界を印加し、前記自由磁化層の磁化を所定の方向に向ける書込手段を設ける。また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を設ける。このようにして磁気メモリ装置が得られる。
【００２８】
上記各実施例によれば、信頼性が高く，磁界を検知する感度が良好でかつ高出力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ができる。
【実施例１】
【００２９】
以下図面を参照しつつ、実施例１につき、詳細に説明する。なお、説明の便宜のため、特に断らない限り、「単位面積当たりの磁気抵抗変化量ΔＲＡ」を「磁気抵抗変化量ΔＲＡ」あるいは単に「ΔＲＡ」と略称する。
【００３０】
実施例１の磁気抵抗効果素子と、誘導型記録素子とを備えた複合型の磁気ヘッドについて説明する。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（図示を省略）の移動方向を示す。図１を参照するに、複合型磁気ヘッド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とを有する。
【００３１】
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とを有する。誘導型記録素子１３は更に、上部磁極１４と下部磁極１６とを磁気的に接続するヨーク（図示を省略）と、ヨークに巻回され、記録電流により記録磁界をする誘起するコイル（図示を省略）とを有する。上部磁極１４、下部磁極１６、およびヨークは軟磁性材料で形成される。この軟磁性材料として、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あるいはＣｏＮｉＦｅ等が挙げられる。なお、誘導型記録素子１３の構成は上記のものに限定されることなく、他の公知の構成を用いることもできる。
【００３２】
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が積層された構成を有する。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。
【００３３】
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膜との積層体の構成を有する。磁区制御膜２４は、ＧＭＲ膜３０に含まれる自由磁化層（図２に示す。）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。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またはＣｏＦｅ等で形成される。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膜またはＴｉ膜等を設けてもよい。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ことが望ましい。
【００３４】
センス電流Ｉｓは、例えば上部電極２２から、ＧＭＲ膜３０を、その膜面に垂直に流れ、下部電極２１に達する。磁気記録媒体から漏洩する信号磁界の強度および方向に対応して当該ＧＭＲ膜３０の電気抵抗値、いわゆる磁気抵抗値が変化する。磁気抵抗効果素子２０において、所定の電流量のセンス電流Ｉｓを流すことにより、ＧＭＲ膜３０の磁気抵抗値の変化を電圧変化として検出することができる。このようにして、磁気抵抗効果素子２０を用いて磁気記録媒体に記録された情報を再生することができる。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、その逆向きでもよい。また、磁気記録媒体の移動方向も上記Ｘ方向とは逆向きの方向でもよい。
【００３５】
図２は、上記実施例１の磁気抵抗効果素子に含まれる第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では、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、自由磁化層３８、保護層３９が順次積層されている。当該ＧＭＲ膜３０は、いわゆるシングルスピンバルブ構造を有する。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、例えば、ＮｉＣｒ膜や、Ｔａ膜（例えば膜厚５ｎｍ）と、ＮｉＦｅ膜（例えば膜厚５ｎｍ）との積層体等の構成を有する。この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る。
【００３７】
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種を含む。）で形成される。Ｍｎ−ＴＭ合金としては、例えば、ＰｔＭｎ、ＰｄＭｎ、ＮｉＭｎ、ＩｒＭｎ、あるいは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（すなわちピンド層）３４に交換相互作用を及ぼしピンド層３４の磁化を所定の向きに固定する。固定磁化積層体３３は、反強磁性層３２側から、ピンド層３４、非磁性結合層３５、リファレンス層３６が順に積層された構成、いわゆる積層フェリ構造を有する。固定磁化積層体３３では、ピンド層３４の磁化とリファレンス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になる。
【００３８】
ピンド層３４として好適な軟磁性材料としては、比抵抗が低い点で、Ｃｏ60Ｆｅ40、またはＮｉＦｅが挙げられる。ここで、ピンド層３４の磁化は、リファレンス層３６の磁化の向きに対して逆向きとなるので、ピンド層３４が、磁気抵抗変化量ΔＲＡを低下させる作用を及ぼす。このような場合、ピンド層３４として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。
【００３９】
リファレンス層３６は、それぞれの膜厚１〜１０ｎｍ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で形成される。リファレンス３６の組成は、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＡｌ、ＮｉＦｅ、ＦｅＣｏＣｕまたはＣｏＮｉＦｅとしてもよい。あるいは（ＣｏｘＦｅ１００−Ｘ）Ｍｙ（ここで０≦ｘ≦１００，０＜y＜３０原子％、ＭはＧe，ＳｉまたはＭｎを示す）としてもよい。あるいは（ＣｏｘＭｎ１００−ｘ）Ｍｙ（ここで０≦ｘ≦１００，０＜y＜３０原子％、ＭはＧｅ，ＳｉまたはＡｌを示す）としてもよい。あるいはＣｏ50Ｆｅ25Ａｌ12.5Ｓｉ12.5、Ｃｏ50Ｆｅ25Ｇｅ12.5Ｓｉ12.5、Ｃｏ50Ｆｅ25Ｇｅ12.5Ａｌ12.5、Ｃｏ50Ｆｅ25Ｇｅ12.5Ｍｎ12.5、Ｃｏ50Ｆｅ25Ａｌ12.5Ｍｎ12.5、またはＣｏ50Ｆｅ25Ｓｉ12.5Ｍｎ12.5等としてもよい。なお、ピンド層３４及びリファレンス層３６は各々、１層の構成であってもよいし、２層以上の積層体の構成であってもよい。積層体の構成の場合、当該積層体が有するそれぞれの層に、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い。あるいは、それぞれの層に、互いに異なる元素を組み合わせた材料を用いてもよい。リファレンス層３６の材料として特に好ましいのは、（ＣｏｘＦｅ１００−Ｘ）Ｍｙ（ここで０≦ｘ≦１００，０＜ｙ＜３０原子％、ＭはＧｅ，ＳｉまたはＭｎを示す）である。あるいは（ＣｏｘＭｎ１００−ｘ）Ｍｙ（ここで０≦ｘ≦１００，０＜ｙ＜３０原子％、ＭはＧｅ，ＳｉまたはＡｌを示す）である。あるいはＣｏ50Ｆｅ25Ａｌ12.5Ｓｉ12.5、Ｃｏ50Ｆｅ25Ｇｅ12.5Ｓｉ12.5、Ｃｏ50Ｆｅ25Ｇｅ12.5Ａｌ12.5、Ｃｏ50Ｆｅ25Ｇｅ12.5Ｍｎ12.5、Ｃｏ50Ｆｅ25Ａｌ12.5Ｍｎ12.5またはＣｏ50Ｆｅ25Ｓｉ12.5Ｍｎ12.5である。これは、以下の理由による。上記各材料のスピン依存バルク散乱係数は、軟磁性材料であるＣｏＦｅのスピン依存バルク散乱係数と同程度であり、その他の軟磁性材料よりも比較的大きい。例えば、Ｃｏ90Ｆｅ10のスピン依存バルク散乱係数は０．５５であるのに対し、Ｃｏ50Ｆｅ25Ｇｅ25のスピン依存バルク散乱係数は０．５０である。また、比抵抗につき、ＣｏＦｅＧｅはＣｏＦｅよりも極めて大きく、例えばＣｏ90Ｆｅ10が２０μΩｃｍであるに対して、Ｃｏ50Ｆｅ25Ｇｅ25は６倍以上の１３０μΩｃｍである。磁気抵抗変化量はスピン依存バルク散乱係数と比抵抗との積に依存する。このため、ＣｏＦｅＧｅ等の方がＣｏＦｅよりも磁気抵抗変化量ΔＲＡが極めて大きい。したがって、リファレンス層３６にそれらの材料のうちの何れかを用いることで、磁気抵抗変化量ΔＲＡを大幅に増加させることができる。
【００４０】
また，非磁性層３５，３７と当該リファレンス層３６の上記材料との界面にＡｌの薄膜、すなわちＡｌで形成された拡散防止層１−１，１−２を挿入する。あるいはリファレンス層３６が上記の如く積層体の構成を有する場合には、非磁性層３５，３７の各々と当該磁性層の積層体との界面にＡｌの薄膜、すなわちＡｌで形成された拡散防止層１−１，１−２を挿入する。この場合、比抵抗の増加に効果のあるＭｎ，Ｓｉ，Ｇｅ材料が非磁性層３５，３７に拡散することが防止される。その際のＡｌで形成された拡散防止層１−１，１−２の膜厚は、膜としてスパッタ可能な膜厚である０．１ｎｍから１ｎｍの範囲が好適である。非磁性結合層３５の膜厚は、第１固定磁化層（すなわちピンド層）３４と第２固定磁化層（すなわちリファレンス層）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、あるいはＩｒ系合金等の非磁性材料で形成される。Ｒｕ系合金としては、Ｒｕと、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＭｎのうちいずれか一つとの合金が好適である。あるいはこのＲｕ系合金としては、Ｒｕと、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＭｎのうちいずれか２種以上との合金も好適である。
【００４１】
非磁性中間層３７は、例えば、膜厚１．５ｎｍ〜１０ｎｍの非磁性の導電性材料で形成される。非磁性中間層３７に好適な導電性材料としてはＣｕ、ＡｌあるいはＣｒ等が挙げられる。
【００４２】
自由磁化層３８は、非磁性中間層３７の表面に設けられ、例えば膜厚が２ｎｍ〜１２ｎｍのＣｏＦｅ，ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅＡｌあるいはＣｏＦｅＧｅで形成される。
【００４３】
保護層３９は非磁性の導電性材料で形成され、例えばＲｕ、Ｃｕ、Ｔａ、Ａｕ、Ａｌ、およびＷのうちのいずれかを含む金属膜で形成され、あるいはこれらの金属膜の積層体で形成される。保護層３９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、自由磁化層３８の酸化を防止する。
【００４４】
次にこの第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、蒸着法あるいはＣＶＤ法等により、下地層３１から保護層３９までの各々の層を上述した材料を用いて形成する。
【００４５】
次いで、このようにして得られた積層体を磁界中で熱処理する。具体的には、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の各設定にて行う。この熱処理により、上述したＭｎ−ＴＭ合金のうちの一部は、規則合金化し、そこに反強磁性が出現する。また、熱処理の際に所定の方向に磁界を印加することで、反強磁性層３２の磁化の方向を所定の方向に設定し、反強磁性層３２とピンド層３３との交換相互作用によりピンド層３３の磁化を所定の向きに固定し得る。
【００４６】
次いで、下地層３１から保護層３９までの積層体を所定の形状にパターニングしてＧＭＲ膜３０を得る。なお、以下に説明する第２例〜第３例のＧＭＲ膜も、上記した第１例のＧＭＲ膜３０と同様の方法にて形成し得る。
【００４７】
次に、上記実施例１の磁気抵抗効果素子２０に含まれるＧＭＲ膜としての、第２例のＧＭＲ膜について説明する。この場合、図１に示す磁気抵抗効果素子２０のＧＭＲ膜３０の代わりに第２例のＧＭＲ膜４０を使用する。図３は、実施例１の磁気抵抗効果素子２０に含まれるＧＭＲ膜としての第２例のＧＭＲ膜４０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、その説明を省略する。
【００４８】
図３を参照するに、この第２例のＧＭＲ膜４０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、自由磁化層３８、上部非磁性金属層４７、上部固定磁化積層体４３、上部反強磁性層４２及び保護層３９を含む。またＧＭＲ膜４０は、上記各層が順次積層された構成を有する。すなわち、ＧＭＲ膜４０では、図２に示す第１例のＧＭＲ膜３０の自由磁化層３８と保護層３９との間に、上部非磁性金属層４７、上部固定磁化積層体４３、上部反強磁性層４２が設けられている。すなわち第２例のＧＭＲ膜４０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３４は、それぞれ図２に示す上記第１例のＧＭＲ膜３０の反強磁性層３２、固定磁化層３３、および非磁性金属層３４と同様の材料および膜厚を有するため同一の符号を用いている。また上部非磁性金属層４７および上部反強磁性層４２としては、それぞれ下部非磁性金属層３７および下部反強磁性層３２と同様の材料を用いて形成することができる。またこれら上部非磁性金属層４７、上部反強磁性層４２のそれぞれの膜厚も、下部非磁性金属層３７、下部反強磁性層３２と同様の範囲に設定し得る。また、上部固定磁化積層体４３は、上部反強磁性層４２側から上部ピンド層４４、上部非磁性結合層４５、上部リファレンス層４６が順に積層された構成、すなわち、いわゆる積層フェリ構造を有する。上部ピンド層４４、上部非磁性結合層４５、上部リファレンス層４６は、それぞれ下部ピンド層３４、下部非磁性結合層３５、下部リファレンス層３６と同様の材料を用いて形成することができる。またこれら上部ピンド層４４、上部非磁性結合層４５、上部リファレンス層４６の膜厚は、それぞれ、下部ピンド層３４、下部非磁性結合層３５、下部リファレンス層３６の膜厚と同様の範囲に設定し得る。
【００４９】
このＧＭＲ膜４０では、上部リファレンス層４６及び下部リファレンス層３６の各々が、図２に示す第１例のＧＭＲ膜のリファレンス層３６と同様の構成を有する要に形成し得る。すなわち、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）Ｍｙ（ここで０≦ｘ≦１００，０＜ｙ＜３０原子％、ＭはＧｅ，ＳｉまたはＭｎを示す）または（ＣｏｘＭｎ１００−ｘ）Ｍｙ（ここで０≦ｘ≦１００，０＜ｙ＜３０原子％、ＭはＧｅ，ＳｉまたはＡｌを示す）で形成し得る。あるいはＣｏ50Ｆｅ25Ａｌ12.5Ｓｉ12.5、Ｃｏ50Ｆｅ25Ｇｅ12.5Ｓｉ12.5、Ｃｏ50Ｆｅ25Ｇｅ12.5Ａｌ12.5、Ｃｏ50Ｆｅ25Ｇｅ12.5Ｍｎ12.5、Ｃｏ50Ｆｅ25Ａｌ12.5Ｍｎ12.5、またはＣｏ50Ｆｅ25Ｓｉ12.5Ｍｎ12.5で形成し得る。また図３に示す如く、上記非磁性層３５，３７および４５，４７の各々と、下部リファレンス層３６および上部リファレンス層４６の各々の上記材料との界面に、Ａｌの薄膜、すなわちＡｌで形成された拡散防止層１−１，１−２，１−３，１―４を挿入する。あるいはリファレンス層４６及び３６の各々が上記の如く積層体の構成を有する場合には、上記非磁性層３５，３７および４５，４７の各々と、当該リファレンス層３６、４６としてのそれぞれの積層体との界面に、Ａｌの薄膜、すなわちＡｌで形成された拡散防止層１−１，１−２，１−３，１―４を挿入する。この場合、リファレンス層３６，４６が有する、比抵抗の増加に効果のあるＭｎ，Ｓｉ，Ｇｅ材料が、Ａｌで形成された拡散防止層１−１，１−２，１−３，１―４を通し、非磁性層３５，３７，４５，４７に拡散することが可能となる．その際のＡｌで形成された拡散防止層１−１，１−２，１−３，１―４の各々の膜厚は、膜としてスパッタ可能な膜厚である０．１ｎｍ〜１ｎｍの範囲が好適である。このような積層構造により、第２例のＧＭＲ膜４０を有する磁気抵抗効果素子は、第１例のＧＭＲ膜３０を有する磁気抵抗効果素子の場合と同様の理由により、大きな磁気抵抗変化量ΔＲＡを有するようになる。
【００５０】
さらに、このＧＭＲ膜４０は、下部固定磁化積層体３３、下部非磁性金属層３７、自由磁化層３８からなるスピンバルブ構造を有する。更にこのＧＭＲ膜４０は、自由磁化層３８、上部非磁性金属層４７、上部固定磁化積層体４３からなるスピンバルブ構造をも有する。したがって、ＧＭＲ膜４０では、その磁気抵抗変化量ΔＲＡが増加し、その結果ＧＭＲ膜４０は、第１例のＧＭＲ膜３０の磁気抵抗変化量ΔＲＡに対し、約二倍の磁気抵抗変化量を有する。その結果、第２例のＧＭＲ膜４０を磁気抵抗効果素子に用いることで、第１例のＧＭＲ膜３０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、ＧＭＲ膜４０の形成方法は上記した第１例のＧＭＲ膜３０の形成方法と略同様であるので、その説明を省略する。
【００５１】
図６〜８は、上記実施例１のＧＭＲ膜のリファレンス層においてＧｅを含む磁性材料を用いた場合の特性を示す図である。図６は、リファレンス層におけるＧｅ組成及びその膜厚と、Ａｌで形成された拡散防止層の有無をパラメータとして、出力を表すＭＲ比を示す図である。図７は、リファレンス層におけるＧｅ組成及びその膜厚と、Ａｌで形成された拡散防止層の有無をパラメータとして、再生素子の感度Ｈｉｎを示す図である。図８は、リファレンス層におけるＧｅ組成及びその膜厚と、Ａｌで形成された拡散防止層の有無をパラメータとして、ピン層の信頼性を表すＨｕａを示す図である。ここでピン層とは、ピンド層，非磁性結合層およびリファレンス層の積層体を示す（以下同様）。ここでは実施例１の各サンプルを以下のようにして作製した。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）の積層膜を形成した。次いで下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。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。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。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。以下に、実施例１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す。なおこの点は以下の実施例においても同様である。
【００５２】
下地層：Ｒｕ（４ｎｍ）
反強磁性層：ＩｒＭｎ（５ｎｍ）
ピンド層：Ｃｏ60Ｆｅ40（２ｎｍ）
非磁性結合層：Ｒｕ（０．７２ｎｍ）
拡散防止層：Ａｌ(０．２５ｎｍ)
リファレンス層：ＣｏＦｅＧｅ（２〜３ｎｍ）
拡散防止層：Ａｌ(０．２５ｎｍ)
非磁性金属層：Ｃｕ（３．５ｎｍ）
自由磁化層：ＣｏＦｅＧｅ（４．５ｎｍ）
非磁性金属層：Ｃｕ（１．５ｎｍ）
保護層：Ｒｕ（５ｎｍ）
これらのサンプルにつき，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率ＭＲ比（ΔＲＡ／ＲＡ）の平均値を求めた。なお、磁気抵抗変化量ΔＲの測定は以下の如くに行った。すなわち、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（すなわちリファレンス層）の磁化方向に平行に−７９ｋＡ／ｍ〜７９ｋＡ／ｍの範囲で掃引した。また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。また、後述のＨｉｎやＨｕａは、外部磁界を上記と同じ方向に−７．９ｋＡ／ｍ〜７．９ｋＡ／ｍの範囲で掃引し、得られた磁気抵抗曲線のヒステリシスから求めた。ここでＨｉｎとは，図５に示すように、外部磁場の向きが変わる際、抵抗の変化が応答するのに要される磁場のシフト量を表す。リファレンス層と自由磁化層との間の磁気的な結合力が切れている時はそのシフト量が小さくなり、外部の磁場の変化に感度良く反応し得る状態となる。このＨｉｎは主に非磁性中間層の膜厚とラフネスによって決まる。非磁性中間層の膜厚が薄い場合や，ラフネスが大きくリファレンス層と自由磁化層とが部分的に磁気的結合してしまう場合、自由磁化層が媒体からの磁場に感度良く反応することができなくなる。このような場合非磁性中間層を厚くしてＨｉｎを下げる方法が考えられる。しかしながらＣＰＰ型素子の場合非磁性中間層の膜厚を増加させると上部端子と下部端子との間の距離が増加し、ビット方向の効率が低下してしまう。このため非磁性中間層の厚さは３．５ｎｍ以下が望ましい。また，磁気抵抗効果素子として正常に作用するための条件として、少なくともＨｉｎ≦１５［Ｏｅ］であることが要求される。また，Ｈｕａとは，図５に示すように、マイナスから磁場を変化させて抵抗の変化が起きた後に抵抗が下がる際の、磁気抵抗曲線の中点と原点との間の磁場の差を示す。この値Ｈｕａが大きいことは、外部磁場に対して磁化曲線が影響を受けにくいことを意味する。したがってＨｕａが大きいほど、より信頼性の高い磁気抵抗効果膜と言える。実用上Ｈｕａ≧２０００［Ｏｅ］が要求される。
【００５３】
図６は，実際にＣＰＰ−ＧＭＲ素子を作成してＭＲ比を測定した結果を示す。Ａｌで形成された拡散防止層の挿入の有無によらずＧｅ組成を２０原子％から３０原子％に上げた場合にＭＲ比が上昇し，３５原子％まで上げるとＭＲ比が減少した。３０原子％以上でのＭＲの低下は，拡散の影響というよりもＧｅ３５原子％によって磁性層の磁化が急減しＭＲが落ちてしまったことによるものと考えられる。しかしながら全ての条件においてＡｌで形成された拡散防止層の挿入を行うことでＭＲ特性が改善した。特にＣｏ45Ｆｅ25Ｇｅ30組成の膜厚３ｎｍ条件においてＡｌで形成された拡散防止層を挿入することでＭＲ比が５．２％から６．０％に増加した。また，図７はＨｉｎの変化を示したグラフである。同図を参照するに、リファレンス層の膜厚が２ｎｍの場合はＡｌで形成された拡散防止層の効果が見られない。しかしながらＧｅ=３０原子％でＭＲ比を上げるためにリファレンス層を３ｎｍに厚くしてＡｌで形成された拡散防止層を用いた場合Ｈｉｎが約３０％低下した。従来拡散によるラフネス悪化の問題から高いＭＲ比を示す３０原子％で３ｎｍのリファレンス層が実現できなかった。これに対し実施例の構成を用いることにより高ＭＲと低Ｈｉｎ（≦１５［Ｏｅ］）を両立させることが可能となった。
【００５４】
さらにピン層の安定性を示すＨｕａについても、Ａｌで形成された拡散防止層を用いることでＲｕ層とＣｏＦｅＧｅ層との間の拡散も防止され、全てのリファレンス層の膜条件で５００［Ｏｅ］程度増加した。このことから、Ａｌで形成された拡散防止層によりリファレンス層の膜厚増加によるＨｕａ低下を補うことが出来リファレンス層の膜厚を増厚した条件でもＨｕａ≧２０００［Ｏｅ］が可能となることが分かる。
【００５５】
上記のようにリファレンス層と隣接する層との間にＡｌで形成された拡散防止層を挿入することで、Ｈｕａ，Ｈｉｎの観点から元素の拡散の影響により磁気抵抗効果膜に適用できなかったＣｏＦｅＧｅ組成や膜厚の条件を磁気抵抗効果膜に適用し得るようになる。またこのようにリファレンス層と隣接する層との間にＡｌで形成された拡散防止層を挿入することで、出力を表すＭＲ比，感度を示すＨｉｎ，信頼性を示すＨｕａの全ての特性を改善させることが出来る。また，Ｇｅの他にもＳｉやＭｎ等の拡散しやすい元素を用いたリファレンス層についても、このＡｌで形成された拡散防止層の層入は同様に有効である。
【実施例２】
【００５６】
以下に実施例２の磁気ヘッドについて説明する。
【００５７】
実施例２の磁気ヘッドは、磁気抵抗効果素子としてトンネル磁気抵抗効果（以下、「ＴＭＲ」と称する。）膜を有する。実施例２の磁気ヘッドの構成は、図１に示す磁気ヘッドにおいてＧＭＲ膜３０の代わりにＴＭＲ膜を設けた点を除き、図１に示す磁気ヘッドと略同様である。したがって磁気ヘッド自体の説明を省略する。
【００５８】
図４は実施例２の磁気ヘッドに使用する磁気抵抗効果素子としてのＴＭＲ膜７０の断面図である。図４を参照するに、ＴＭＲ膜７０は、先の図２に示したＧＭＲ膜３０において非磁性金属層３７を絶縁材料で形成される非磁性絶縁層３７ａに置き換えた点を除き、ＧＭＲ膜３０と同様の構成を有する。
【００５９】
この非磁性絶縁層３７ａは、例えば厚さが０．２ｎｍ〜２．０ｎｍとされ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、およびＺｒからなる群のうちいずれか１種の酸化物で形成される。このような酸化物としては、ＭｇＯ、ＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＺｒＯｘが挙げられる。ここで上記化学式中のｘは任意の０以外の自然数とすることが可能である。特に、非磁性絶縁層３７ａは、結晶質のＭｇＯで形成されることが好ましい。またこの場合、特にトンネル抵抗変化率が増加する点で、ＭｇＯの（００１）面が膜面に略平行であることが好ましい。また、非磁性絶縁層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、あるいは酸窒化物で形成されてもよい。このような窒化物としては、ＡｌＮ、ＴｉＮ、ＺｒＮが挙げられる。非磁性絶縁層３７ａの形成方法として、スパッタ法、ＣＶＤ法または蒸着法を用いて上記の材料を直接形成してもよい。あるいは、スパッタ法、ＣＶＤ法または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同金属膜を酸化膜や窒化膜に変換することで非磁性絶縁層３７ａを形成してもよい。
【００６０】
実施例２のＴＭＲ膜７０の単位面積当たりのトンネル抵抗変化量は、上記実施例１のＧＭＲ膜３０の単位面積当たりの磁気抵抗変化量ΔＲＡの測定と同様にして測定され得る。実施例２のＴＭＲ膜７０の単位面積当たりのトンネル抵抗変化量は、自由磁化層３８およびピンド層３６の分極率が大きいほど増加する。分極率は、絶縁層（非磁性絶縁層３７ａ）を介した強磁性層（自由磁化層３８およびピンド層３６）の分極率である。リファレンス層３６にＧｅ，ＳｉまたはＭｎを含む磁性材料を使用し，非磁性結合層３５及び非磁性中間層３７の各々とリファレンス層３６との間にそれぞれ極薄のＡｌで形成された拡散防止膜を挿入する。その結果、当該ＴＭＲ膜７０から得られる出力，感度，信頼性が、従来用いられてきたＮｉＦｅやＣｏＦｅの場合よりも大きい。このため、実施例２のＴＭＲ層４０のリファレンス層３６として実施例１のＧＲＭ膜３０のリファレンス層３６と同様の構成のものを用いることで、実施例１のＧＭＲ膜３０と同様に、特性の向上した磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【実施例３】
【００６１】
次に実施例３の磁気記憶装置につき、図とともに説明する。
【００６２】
図９は実施例３の磁気記憶装置９０の要部を示す平面図である。図９を参照するに、磁気記憶装置９０はハウジング９１を有する。ハウジング９１内には、スピンドル（図示せず）により駆動されるハブ９２、ハブ９２に固定されスピンドルにより回転される磁気記録媒体９３及びアクチュエータユニット９４が含まれる。またハウジング９１内には、アクチュエータユニット９４に支持され、磁気記録媒体９３の径方向に駆動されるアーム９５およびサスペンション９６、およびサスペンション９６に支持された磁気ヘッド９８が設けられている。磁気記録媒体９３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９３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。
【００６３】
磁気ヘッド９８は、図１に示したように、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とで形成される。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、あるいは他の公知の記録素子でもよい。磁気抵抗効果素子２０としては、上記した実施例１の第１例及び第２例のうちのいずれかのＧＭＲ膜、あるいは実施例２のＴＭＲ膜を備える。したがって、磁気抵抗効果素子２０の単位面積当たりの磁気抵抗変化量ΔＲＡ、あるいは単位面積当たりのトンネル抵抗変化量が大きく、磁気抵抗効果素子２０は高出力を有する。よって、このような磁気抵抗効果素子２０を有する磁気記憶装置９０は、高記録密度記録に好適である。なお、実施例３の磁気記憶装置９０の基本構成は、図９に示すものに限定されることはない。
【実施例４】
【００６４】
次に実施例４の第１例の磁気メモリ装置につき図とともに説明する。
【００６５】
図１０（Ａ）は実施例４の第１例の磁気メモリ装置１００の断面図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）に示されるＧＭＲ膜３０の構成を示す図である。また、図１２は、上記実施例４の第１例の磁気メモリ装置１００のうちの一のメモリセル１０１の等価回路図である。なお、図１０（Ａ）では方向を示すために直交座標軸を併せて示している。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、先に説明した部分と対応する部分には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００６６】
図１0（Ａ）、（Ｂ）、および図１2を参照するに、磁気メモリ装置１００は、例えばマトリクス状に配列された複数のメモリセル１０１を有する。メモリセル１０１は、磁気抵抗効果（ＧＭＲ）膜３０とＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１０２とを有する。なお、ＭＯＳ型ＦＥＴ１０２としては、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。ここでは、ＭＯＳ型ＦＥＴ１０２として、電子がキャリアとなるｎチャネルＭＯＳ型ＦＥＴを例にとって説明する。ＭＯＳ型ＦＥＴ１０２は、シリコン基板１０３中に形成されたｐ型不純物を含むｐウェル領域１０４を有する。ＭＯＳ型ＦＥＴ１０２はまた、ｐウェル領域１０４中のシリコン基板１０３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１０５ａ、１０５ｂを有する。ここで、一方の不純物拡散領域１０５ａをソースＳ、他方の不純物拡散領域１０５ｂをドレインＤとする。ＭＯＳ型ＦＥＴ１０２では、２つの不純物拡散領域１０５ａ、１０５ｂの間のシリコン基板１０３の表面にゲート絶縁膜１０６を介してゲート電極Ｇが設けられている。
【００６７】
ＭＯＳ型ＦＥＴ１０２のソースＳは、垂直配線１１４および層内配線１１５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、ＭＯＳ型ＦＥＴ１０２のドレインＤには垂直配線１１４を介してプレート線１０８が電気的に接続される。ＭＯＳ型ＦＥＴ１０３のゲート電極Ｇは読出用ワード線１０９に電気的に接続される。なおこの場合、ゲート電極Ｇが読出用ワード線１０９を兼ねてもよい。また、ビット線１０１は、ＧＭＲ膜３０の他方の側、例えば保護膜３９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１１１が設けられている。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。このＧＭＲ膜３０は、自由磁化層３８の磁化容易軸の方向を図１０（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。
【００６８】
なおこの磁気メモリ装置１００では、シリコン基板１０３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１１３で覆われている。また、ＧＭＲ膜３０、プレート線１０８、読出用ワード線１０９、ビット線１１０、書込用ワード線１１１、垂直配線１１４、および層内配線１１５は、上述した電気的な接続以外は層間絶縁膜１１３により互いに電気的に絶縁されている。
【００６９】
この磁気メモリ装置１００では、そのＧＭＲ膜３０に情報を保持する。この場合、情報は、第２固定磁化層３６の磁化の方向に対し、自由磁化層３８の磁化の方向が平行の状態であるか、あるいは反平行の状態であるかにより保持される。
【００７０】
次に、磁気メモリ装置１００の書込みおよび読出し動作について説明する。
【００７１】
磁気メモリ装置１００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１１０と書込用ワード線１１１とにより行われる。ビット線１１０はＧＭＲ膜３０の上方に、Ｘ方向に沿って延在している。ビット線１１０に電流を流すことにより、ＧＭＲ膜３０にＹ方向の磁界が印加される。また、書込用ワード線１１１はＧＭＲ膜３０の下方に、Ｙ方向に沿って延在している。書込用ワード線１１１に電流を流すことにより、ＧＭＲ膜３０にＸ方向の磁界が印加される。ＧＭＲ膜３０の自由磁化層３８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している。
【００７２】
情報をＧＭＲ膜３０に書込む際はビット線１１０と書込用ワード線１１１とに同時に電流を流す。例えば、自由磁化層３８の磁化をＸ1方向に向ける場合は、書込用ワード線１１１に流す電流として、Ｙ1方向の電流を流す。これにより、ＧＭＲ膜３０に印加される磁界がＸ1方向の磁界となる。この際、ビット線１１０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１１０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方向の磁界になり、自由磁化層３８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３８に対しＸ1方向の磁界とＹ1方向またはＹ2方向の磁界とが同時に印加される。その結果、Ｘ2方向を向いていた自由磁化層３８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３８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、この磁界の方向は安定している。
【００７３】
このようにして、ＧＭＲ膜３０には自由磁化層３８の磁化の方向に応じて、"１"あるいは"０"の情報を記録できる。例えば、第２固定磁化層３６の磁化の方向がＸ1方向の場合、自由磁化層３８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"の情報が記録されているものとして扱う。この場合、同様に自由磁化層３８の磁化方向がＸ2方向（トンネル抵抗値が高い状態）のときは"０"の情報が記録されているものとして扱う。なお、書込み動作の際にビット線１１０および書込用ワード線１１１に供給される電流の大きさは、ビット線１１０あるいは書込用ワード線１１１のいずれか一方のみに電流が流れても自由磁化層３８の磁化の反転が生じない程度の大きさに設定される。これにより、電流を供給したビット線１１０と電流を供給した書込用ワード線１１１との交点にあるＧＭＲ膜３０の自由磁化層３８の磁化のみにつき、情報の記録が行われる。なお、書込み動作時、ビット線１１０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。
【００７４】
次に、磁気メモリ装置１００のＧＭＲ膜３０からの情報の読出し動作について説明を行う。情報の読み出しは、ソースＳに対する負電圧をビット線１１０に印加し、読出用ワード線１０９、すなわちゲート電極ＧにＭＯＳ型ＦＥＴ１０２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ＦＥＴ１０２はオンとなり、電子がビット線１１０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１０８に流れる。プレート線１０８に電流計等の電流値検出器１１８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３８の磁化の方向に対応する磁気抵抗値を検出することができる。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。
【００７５】
実施例４の第１例の磁気メモリ装置１００では、ＧＭＲ膜３０のリファレンス層３６にＧｅ，ＳｉまたはＭｎを含む磁性材料を使用している。またＧＭＲ膜３０の非磁性結合層３５及び非磁性中間層３７の各々とリファレンス層３６との間に極薄のＡｌで形成された拡散防止層１−１，１―２を挿入している。その結果、ＧＭＲ膜３０の出力，感度，信頼性が大きい。したがって、当該ＧＭＲ膜３０を使用した磁気メモリ装置１００では、情報の読出しの際、保持された"０"の情報及び"１"の情報のそれぞれに対応する磁気抵抗値間の差により正確に情報を読出すことができる。なお、磁気メモリ装置１００が有するＧＭＲ膜３０を、図2及び図3に示すＧＭＲ膜４０，５０のうちのいずれかで置き換えてもよい。
【００７６】
図12は、上記した第１例の磁気メモリ装置１００の変形例の磁気メモリ装置が有するＴＭＲ膜７０の構成図である。図12を図10（Ａ）と共に参照するに、図１２に示す変形例の磁気メモリ装置では、図１０（Ａ）に示される磁気メモリ装置１００が有するＧＭＲ膜３０の代わりにＴＭＲ膜７０を用いる。このＴＭＲ膜７０は、上記した実施例２の磁気抵抗効果素子に含まれる第１例のＴＭＲ膜７０と同様の構成を有する。ＴＭＲ膜７０につき、例えば、その下地層３１が層内配線１１５に接触し、その保護膜３９がビット線１１０に接触している。また、ＴＭＲ膜７０の自由磁化層３８の磁化容易軸は上述したＧＭＲ膜３０におけるものと同様に設定される。ＴＭＲ膜７０を用いた場合の磁気メモリ装置の書込み動作および読出し動作は、上記したＧＭＲ膜３０を用いた磁気メモリ装置の書き込み動作及び読み出し動作と同様であるのでその説明を省略する。
【００７７】
このＴＭＲ膜７０は、実施例２において説明したようにトンネル抵抗効果を示す。ＴＭＲ膜７０のリファレンス層３６としてＧｅ，ＳｉまたはＭｎを含む磁性材料を使用し，非磁性結合層３５及び非磁性中間層３７の各々とリファレンス層３６との間にそれぞれ極薄のＡｌで形成された拡散防止層１−１，１−２を挿入している。その結果ＴＭＲ膜７０の出力，感度，信頼性が大きい。したがって、ＴＭＲ膜７０を使用した磁気メモリ装置では、情報の読出しの際に、保持された"０"および"１"のそれぞれ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。
【００７８】
図13は、実施例４の第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。図13を参照するに、実施例４の磁気メモリ装置１２０は、ＧＭＲ膜３０に情報を書込むための機構が図１０（Ａ）とともに上記した第１例の磁気メモリ装置１００におけるものと異なる。
【００７９】
この磁気メモリ装置１２０のメモリセルは、書込用ワード線１１１が設けられていない点を除き、図10（Ａ）および（Ｂ）に示すメモリセル１０１と同様の構成を有する。以下、図10（Ｂ）を図13とあわせて参照しつつ説明する。
【００８０】
この磁気メモリ装置１２０の場合、書込み動作が第１例の磁気メモリ装置１００の場合のものと異なる。磁気メモリ装置１２０の場合、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３８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反転させる。あるいは偏極スピン電流Ｉｗの電流の向きによって自由磁化層３８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をＧＭＲ膜３０のＺ1方向あるいはＺ2方向の向きに流すことで、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３８の膜厚に応じて適宜選択されるが、数ｍＡ〜２０ｍＡ程度である。この場合の偏極スピン電流Ｉｗの電流量は、図10（Ａ）の第１例の磁気メモリ装置１００の書き込み動作の際にビット線１１０および書込用ワード線１１１に流す電流量よりも少ない。したがって消費電力を低減できる。
【００８１】
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。この場合電子のスピンの向きは、これら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１２０の読み取り動作は図10（Ａ）の第１例の磁気メモリ装置１００の読取動作と同様である。
【００８２】
この第２例の磁気メモリ装置１２０は、第１例の磁気メモリ装置１００の効果と同様の効果を有する。さらに、第２例の磁気メモリ装置１２０は、第１例の磁気メモリ装置１００に対し、上記の如く低消費電力化が可能である。なお、これら実施例４の第１例および第２例の磁気メモリ装置１００、１２０では、ＭＯＳ型ＦＥＴ１０２により書込み動作および読出し動作の際の電流方向を制御していたが、他の公知の手段によりこの電流方向の制御を行ってもよい。
【００８３】
以上好ましい実施例について詳述したが、これら特定の実施例に限定されず、種々の変形・変更が可能である。例えば、上記実施例３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、磁気記録媒体がテープ状である磁気テープ装置において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としてもよい。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としてもよい。
【００８４】
次に図１４とともに、各実施例において用いる上記Ａｌで形成された拡散防止層の材料としてＡｌを用いる根拠の説明として、他の元素を用いた場合と比較した結果につき説明する。
【００８５】
図１４はＡｌ以外の各種の非磁性金属を、中間層Ｘに用いた場合のＣＰＰ−ＧＭＲ特性の実験結果を示す。当該実験における膜構成は以下の通りである。
ＮｉＣｒ（４ｎｍ）
ＩｒＭｎ（５ｎｍ）
Ｃｏ60Ｆｅ（４ｎｍ）
Ｒｕ（０．７ｎｍ）
Ｆｅ60Ｃｏ（４ｎｍ）
Ｘ（３ｎｍ）
Ｆｅ60Ｃｏ40（７ｎｍ）
Ｘ（３ｎｍ）
Ｆｅ60Ｃｏ（４ｎｍ）
Ｒｕ（０．７ｎｍ）
Ｃｏ60Ｆｅ40（４．５ｎｍ）
ＩｒＭｎ（５ｎｍ）
Ｒｕ（５ｎｍ）
（ＸはＣｕ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｈｆ、ＮｉＣｒまたはＲｈを示す)
図１４から、磁性合金とこれらの金属Ｃｕ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｈｆ、ＮｉＣｒまたはＲｈとを隣接させた場合、ＭＲ比が大きく低下することが分かる。そのためこれらの合金による層を、上記Ａｌで形成された拡散防止層の代わりに用いた場合、磁気抵抗効果自体が生じず、不適であることが分かる。
【００８６】
次に図１５とともに、上記各実施例においてＡｌが拡散防止層として適する理由について更に説明する。
【００８７】
図１５に、各実施例において、拡散する元素として限定したＧｅ，Ｓｉ，Ｍｎと、磁性材料として使われるＣｏ，Ｆｅとの、Ｃｕに対する拡散係数（Ｃｕは自己拡散）とを示す（金属材料データブック  丸善）。図に示す各々の拡散係数の値は反強磁性層のピンアニール温度３００℃での値である。図１５から、Ａｌはリファレンス層を形成する他の元素と比較して拡散係数が1／３〜１／９と非常に小さく、拡散しにくい元素であることがわかる。図１５に併せて示した各元素の原子半径の値から，Ａｌは遷移金属以外の非磁性金属の中でも半径が１．４Åと、比較的大きいことが分かる。このように、Ａｌの原子半径と、中間層であるＣｕの原子半径との差が大きいことが、Ａｌの拡散係数が小さい、すなわちＡｌが拡散しにくい原因として考えられる。またＡｌと、拡散しやすい元素であるＭｎ，ＧｅあるいはＳｉとの間の原子半径の差も、ＡｌとＣｕとの間の原子半径との差以上に大きいことが分かる。したがって、Ａｌで形成された拡散防止層を中間層Ｃｕとの界面に挿入することで、Ｃｕと原子半径が近いＭｎ，ＧｅあるいはＳｉの侵入を妨げることが可能となるものと考えられる。
【００８８】
次に図１６とともに、上記した各実施例において、リファレンス層３６の組成の根拠につき説明する。
【００８９】
図１６は、ＣｏＭｎＡｌの組成におけるＡｌの組成範囲とＢｓ（磁束密度）との関係の実験結果を示す。この実験結果から，ＣｏＭｎＡｌの組成においてＡｌを３５原子％まで混ぜると、その場合の磁束密度が、Ａｌを１５原子％混ぜた場合の半分程度まで低下することが分かる。磁性層の磁気モーメントの強さは膜厚×Ｂｓで表されることから、このようにＢｓが半分になった場合には、所定の特性を維持するためには２倍の膜厚が必要になる。ＣＰＰ−ＧＭＲ膜において膜厚の増加はリードギャップ（Ｒｅａｄ−ｇａｐ）の増加につながり，このことは将来の高記録密度に逆行する。このため、３０原子％以上の非磁性金属組成の磁気ヘッドへの適用は困難であることが分かる。このためＣｏＭｎＡｌの組成におけるＡｌの組成範囲の上限を３０原子％とした。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】実施例１の磁気ヘッドの媒体対向面の要部を示す図である。
【図２】実施例１の磁気抵抗効果素子に含まれる第１例のＧＭＲ膜の断面図である。
【図３】実施例１の磁気抵抗効果素子に含まれる第２例のＧＭＲ膜の断面図である。
【図４】実施例２の磁気抵抗効果素子に含まれる第１例のＴＭＲ膜の断面図である。
【図５】磁気抵抗効果の曲線におけるＨｉｎ，Ｈｕａを表す模式図である。
【図６】実施例１のリファレンス層の組成，膜厚およびＡｌで形成された拡散防止層の有無をパラメータとした時の、ＭＲ比を示す図である。
【図７】実施例１のリファレンス層の組成，膜厚およびＡｌで形成された拡散防止層の有無をパラメータとした時の、Ｈｉｎを示す図である。
【図８】実施例１のリファレンス層の組成，膜厚およびＡｌで形成された拡散防止層の有無をパラメータとした時の、Ｈｕａを示す図である。
【図９】実施例３の磁気記憶装置の要部を示す平面図である。
【図１０】（Ａ）は実施例４の第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１１】第１例の磁気メモリ装置における、一のメモリセルの等価回路図である。
【図１２】第１例の磁気メモリ装置の変形例が有するＴＭＲ膜の構成図である。
【図１３】実施例４の第２例の磁気メモリ装置の断面図である。
【図１４】各種非磁性金属を中間層に用いた場合のＭＲ比を示す図である。
【図１５】Ｃｕに対する各非磁性金属の拡散係数と原子半径とを示す図である。
【図１６】（Ｃｏ２Ｍｎ）１００−ｘＡｌｘにおけるＢｓのＡｌ組成依存性を示す図である。
【符号の説明】
【００９１】
１−１，１−２，１−３，１−４  Ａｌで形成された拡散防止層
１０、９８  磁気ヘッド
２０  磁気抵抗効果素子
３０、４０  ＧＭＲ膜
３２  反強磁性層（下部反強磁性層）
３４  ピンド層（下部ピンド層）
３５  非磁性結合層（下部非磁性結合層）
３６  リファレンス層（下部リファレンス層）
３７  非磁性中間層（下部非磁性中間層）
３７ａ  非磁性絶縁層
３８  自由磁化層
４２  上部反強磁性層
４４  上部ピンド層
４５  上部非磁性結合層
４６  上部リファレンス層
４７  上部非磁性中間層
７０  ＴＭＲ膜
９０  磁気記憶装置
９３  磁気記録媒体
１００、１２０  磁気メモリ装置
１０１  メモリセル
【図１】
2009283661.tif 000003
【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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