(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方に向けて突出した凸部を有する下側電極と、
前記凸部の周囲を取り囲むように設けられた絶縁体層と、
前記凸部及びその周囲の前記絶縁体層の表面に生じた凹凸を埋め込んで上面が略平坦に形成された平坦化導電層と、
前記平坦化導電層の前記略平坦な前記上面に積層された磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の上に設けられた上側電極と、
を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記凹凸は、前記凸部及びその周囲の前記絶縁体層の表面に生じた段差、溝及び突起の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
上方に向けて突出した凸部を有する下側電極と、
前記凸部の周囲を取り囲むように設けられた絶縁体層と、
前記凸部及びその周囲の前記絶縁体層の上に設けられた平坦化導電層と、
前記平坦化導電層の上に設けられた磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の上に設けられた上側電極と、
を備え、
前記平坦化導電層は、前記凸部及びその周囲の前記絶縁体層に接するその下面よりも、前記磁気抵抗効果膜に接するその上面のほうが平坦に形成されてなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
上方に向けて突出した凸部を有する下側電極の前記凸部と、前記凸部の周囲を取り囲むように設けられた絶縁体層と、の上に、導電性材料からなる層を堆積しさらにその表面をエッチングあるいは研磨により平坦化処理を施すことにより平坦化導電層を形成し、前記平坦化導電層の上に磁気抵抗効果膜を形成したことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記磁気抵抗効果膜の両側に隣接して設けられた一対のバイアス印加膜をさらに備え、
前記平坦化導電層は、前記一対のバイアス印加膜の下にも延在して設けられた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】
前記絶縁体層は、前記平坦化導電層に接して上側に設けられた第１の絶縁性材料からなる第１の層と、前記第１の層の下に設けられ前記第１の絶縁性材料とは異なる第２の絶縁性材料からなる第２の層と、を有する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】
前記磁気抵抗効果膜は、  磁化方向が実質的に一方向に固着された第１の磁性体膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する第２の磁性体膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、を有する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】
上方に向けて突出した凸部を有する下側電極及び前記凸部の周囲を取り囲む絶縁体層を形成する工程と、
前記凸部及びその周囲の前記絶縁体層の上に、導電性材料からなる層を堆積する工程と、
前記導電性材料からなる層の上面をエッチングあるいは研磨により平坦化して平坦化導電層を形成する工程と、
前記平坦化導電層の上に磁気抵抗効果膜を形成する工程と、
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９】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子を備えたことを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項１０】
請求項９記載の磁気ヘッドを備え、磁気記録媒体に磁気的に記録された情報の読み取りを可能としたことを特徴とする磁気再生装置。
【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、磁気ヘッド並びに磁気再生装置に関し、より詳細には、磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向にセンス電流を流す構造の磁気抵抗効果素子及びその製造方法、これを用いた磁気ヘッド並びに磁気再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＨＤＤ（Hard Disk Drive：ハードディスクドライブ）の磁気記録密度は飛躍的に向上しているが、更なる高記録密度化が望まれている。高記録密度化に伴う記録ビットサイズの微小化により、従来の薄膜ヘッドでは再生感度が不充分となり、現在では磁気抵抗効果（MagnetoResistive effect）を利用した磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッド）が主流となっている。その中でも、特に大きな磁気抵抗効果を示すものとして、スピンバルブ（spin-valve）型巨大磁気抵抗効果型ヘッド（ＳＶＧＭＲヘッド）が注目されている。
【０００３】
一方、高記録密度化により、薄膜磁気ヘッド走行時の記録媒体からの浮上量は低下している。これは、小さな媒体ビット磁界をセンスするためである。このような傾向から、今後は、記録媒体と間欠的な接触あるいは定常的な接触状を維持しながら磁気ヘッドを走行させることも避けられないであろうと予想される。また、高記録密度化以外の観点からみても、今後の世の中のマルチメディア化が進むにつれて、オーディオや映像などのＡＶ機器へのＨＤＤの搭載が予想される。ＡＶ機器への搭載には、ＨＤＤの信頼性、特に外部からの機械的な衝撃による耐性が重要となる。その際、磁気ヘッドは媒体表面と接触することが考えられるために、接触に強い磁気ヘッド開発が望まれている。
【０００４】
しかしながら、上述した従来のＳＶヘッドは、再生時に記録媒体との接触により発生する熱によって異常な抵抗変化を示すこと（サーマルアスペリティ）がよく知られている。従って、媒体対向面に感磁部が露出する従来のＭＲヘッドおよびＳＶＧＭＲヘッドは、今後の高記録密度化には適応しにくくなる。
【０００５】
そこで、種々の構造のヨーク型磁気ヘッドが考案されている。ヨーク型磁気ヘッドは、媒体対向面にＳＶ（スピンバルブ）部の感磁部が露出していないために、上述したサーマルアスペリティに強い。その中でも、短磁路化が可能であり、ヘッドスライダの軽量化が容易な「水平ヨーク型磁気ヘッド」が注目されている。
【０００６】
ＭＲ素子の観点からは、近年の急激な微細化により、膜面に対して平行方向にセンス電流を通電する従来のＣＩＰ（Current In Plane：面内通電）型の電極構造は製造プロセスにおいて微細加工が非常に困難となると予想される。このため、膜面に対して略垂直方向にセンス電流を通電するＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane：垂直通電）型のＭＲ素子（ＣＰＰ−ＭＲ素子）が注目を集めている。垂直通電型の素子で代表的なものとしては、近年超巨大な磁気抵抗効果を発現している電子のトンネル効果を利用したトンネル型ＭＲ素子（Tunneling MagnetoResistive Effect：ＴＭＲ素子）がある。
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような垂直通電型の磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいては、その再生出力を高めるためにＭＲ膜の抵抗変化率を大きくする必要があり、また、通電による発熱で素子が熱破壊する問題も解決する必要がある。
【０００７】
抵抗変化率の向上は、材料開発などによりある程度解決されつつあるが、発熱や応力による素子破壊については、未だ十分な対策がなされていないのが現状である。
【０００８】
また一方、本発明者が独自に行った試作・検討の結果、垂直通電型の磁気抵抗効果型素子の場合、下側電極のピラー状の凸部の上に磁気抵抗効果膜を形成すると、磁気抵抗効果膜を形成すべき面の平坦化が困難である。その結果として、磁気抵抗効果膜が、下地の凹凸に応じて湾曲して形成されたり、また、磁気抵抗効果膜の各層の膜厚に「むら」が生じたり、特性が低下しやすいという問題があることが判明した。
【０００９】
図１９は、このような磁気抵抗効果膜の膜厚の「むら」を説明するための模式断面図である。すなわち、同図は、ピラー状の凸部Ｐを有する下側電極２ａとその凸部Ｐの周囲を埋め込む絶縁体層３ａと、その上に形成された磁気抵抗効果膜６を表す。
【００１０】
ここで、下側電極２ａは、例えば膜厚が１５０ナノメータ程度で凸部Ｐの高さが５０ナノメータ程度の磁気シールド機能も兼ねたニッケル鉄（Ｎｉ８０Ｆｅ２０）（組成は原子パーセントである）により形成することができる。そして、凸部Ｐの周囲を絶縁体層３ａにより埋め込み、その上に、膜厚が４０ナノメータ程度の磁気抵抗効果膜６を形成する。
【００１１】
この場合、磁気抵抗効果膜６を形成する表面は平坦であることが望ましい。このために、例えば、凸部Ｐを有する電極２ａと絶縁体層３ａを形成した後に、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）などの方法により、表面を平坦化する方法が考えられる。
【００１２】
しかし、電極２ａと絶縁膜３ａとでは、材質が大幅に異なるために、機械的にも化学的にもエッチングのされ方が大幅に異なる。このため、ＣＭＰも含めた従来の平坦化方法では、その表面を十分に平坦且つ平滑にすることが困難であることが判明した。その一例としては、例えば、図１９に表したように、電極凸部Ｐの両端付近に突起Ｒが形成されてしまう場合がある。また、この他にも、後に本発明の実施例に関して詳述するように、電極の凸部Ｐが、その周囲の絶縁体層３ａよりも高く形成される場合もある。また、その反対に、周囲の絶縁体層３ａの方が凸部Ｐよりも高く形成される場合もある。さらに、電極の凸部Ｐと絶縁体層３ａとの間に、溝状の凹部が形成されてしまう場合もあった。
【００１３】
本発明者の検討によれば、ＣＭＰ法を用いて、その研磨条件やスラリー（研磨剤）の最適化を試みた場合でも、これら突起Ｒや、凸部Ｐと周囲の絶縁体層３ａとの段差あるいは溝状の凹部を完全になくすことは困難であり、その高さは１０ナノメータ程度、あるいはそれ以上となる場合が多かった。
【００１４】
また、このような突起Ｒの他にも、図２０に例示したように、凸部Ｐの周囲に、溝状の「ふちだれ」が生じたり、また、図２１に例示したように、凸部Ｐと絶縁体層３ａとの表面の高さが異なり「段差」が生ずる場合もあった。
【００１５】
このため、その上に形成する膜厚が４０ナノメータ程度の磁気抵抗効果膜６は、突起Ｒや「ふちだれ」や「段差」の形状を反映するように高さ方向に「うねり」や「湾曲」して形成される。その結果として、磁気抵抗効果膜６を構成する磁性体層や非磁性体層の膜厚に「むら」が生じたり、磁性層（磁化固着層と磁化自由層など）の間の磁気的な結合が不均一となる。そして、このような「むら」や「不均一」は、磁気抵抗変化率の低下や特性のばらつきを引き起こす。
【００１６】
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る。すなわち、その目的は、垂直通電型の磁気抵抗効果素子において、下側電極の凸部の上においても、磁気抵抗効果膜を平坦に形成することにより、磁気抵抗変化が大きく、特性が安定した磁気抵抗効果素子及びその製造方法、またこの磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッド並びに磁気再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の磁気抵抗効果素子は、
上方に向けて突出した凸部を有する下側電極と、
前記凸部の周囲を取り囲むように設けられた絶縁体層と、
前記凸部及びその周囲の前記絶縁体層の表面に生じた凹凸を埋め込んで上面が略平坦に形成された平坦化導電層と、
前記平坦化導電層の前記略平坦な前記上面に積層された磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の上に設けられた上側電極と、
を備えたことを特徴とする。
【００１７】
ここで、前記凹凸は、前記凸部及びその周囲の前記絶縁体層の表面に生じた段差、溝及び突起の少なくともいずれかであるものとすることができる。
【００１８】
また、本発明の第２の磁気抵抗効果素子は、
上方に向けて突出した凸部を有する下側電極と、
前記凸部の周囲を取り囲むように設けられた絶縁体層と、
前記凸部及びその周囲の前記絶縁体層の上に設けられた平坦化導電層と、
前記平坦化導電層の上に設けられた磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の上に設けられた上側電極と、
を備え、
前記平坦化導電層は、前記凸部及びその周囲の前記絶縁体層に接するその下面よりも、前記磁気抵抗効果膜に接するその上面のほうが平坦に形成されてなることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の第３の磁気抵抗効果素子は、
上方に向けて突出した凸部を有する下側電極の前記凸部と、前記凸部の周囲を取り囲むように設けられた絶縁体層と、の上に、導電性材料からなる層を堆積しさらにその表面をエッチングあるいは研磨により平坦化処理を施すことにより平坦化導電層を形成し、前記平坦化導電層の上に磁気抵抗効果膜を形成したことを特徴とする。
【００２０】
ここで、前記磁気抵抗効果膜の両側に隣接して設けられた一対のバイアス印加膜をさらに備え、
前記平坦化導電層は、前記一対のバイアス印加膜の下にも延在して設けられたものとすることができる。
【００２１】
また、前記絶縁体層は、前記平坦化導電層に接して上側に設けられた第１の絶縁性材料からなる第１の層と、前記第１の層の下に設けられ前記第１の絶縁性材料とは異なる第２の絶縁性材料からなる第２の層と、を有するものとすることができる。
【００２２】
また、前記磁気抵抗効果膜は、  磁化方向が実質的に一方向に固着された第１の磁性体膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する第２の磁性体膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、を有するものとすることができる。
【００２３】
一方、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、
上方に向けて突出した凸部を有する下側電極及び前記凸部の周囲を取り囲む絶縁体層を形成する工程と、
前記凸部及びその周囲の前記絶縁体層の上に、導電性材料からなる層を堆積する工程と、
前記導電性材料からなる層の上面をエッチングあるいは研磨により平坦化して平坦化導電層を形成する工程と、
前記平坦化導電層の上に磁気抵抗効果膜を形成する工程と、
を備えたことを特徴とするる
一方、本発明の磁気ヘッドは、上記いずれかの磁気抵抗効果素子を備えたことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の磁気再生装置は、この磁気ヘッドを備え、磁気記録媒体に磁気的に記録された情報の読み取りを可能としたことを特徴とする。
【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。
【００２５】
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。
【００２６】
すなわち、本発明の磁気抵抗効果素子は、上方に向けて突出するように形成された凸部Ｐを有する下側電極２ａと、その上に設けられた平坦化導電層５と、その上に設けられた磁気抵抗効果膜６と、その上面にピラー状に凸部Ｐを接続して設けられた上側電極２ｂと、これらの周囲を埋め込むように設けられた絶縁体層３と、を有する。
【００２７】
すなわち、本発明においては、下側電極２ａと磁気抵抗効果膜６との間に、平坦化導電層５が設けられている。この平坦化導電層５は、その下面５Ａを見ると、平坦ではなく、下側電極２ａの凸部Ｐの表面の突起（図示せず）やその周囲の絶縁体層３との間に生ずる段差に応じた非平面を有する。一方、平坦化導電層５の上面５Ｂを見ると、ほぼ平坦に形成されている。つまり、平坦化導電層５の膜厚は、膜面内において一定ではなく、下側電極２ａの凸部Ｐあるいはその周囲に生ずる突起、段差、溝などを埋め込んで平坦化する作用を有する。
【００２８】
また、磁気ヘッドの設計仕様によっては、平坦化後の平坦化導電層５は下側電極２ａの凸部Pの上に残らなくても良く、即ち、平坦化導電層５が下側電極２ａの凸部Pの周囲に残る状態であっても良い。
【００２９】
平坦化導電層５は、後に詳述するように、各種の金属や、導電性を有する化合物などにより形成することができる。また、下側電極２ａの凸部Ｐの周囲の凹凸を吸収して平坦化するために、平坦化導電層５の膜厚は、凸部Ｐの周囲の凹凸の高さに応じて適宜決定することが望ましい。
【００３０】
本発明によれば、まず、このような平坦化導電層５を設けることにより、図１９に関して前述したような磁気抵抗効果膜６の膜厚の「むら」や、膜の「うねり」または「湾曲」による磁気的結合の不安定性を解消することができる。その結果として、磁気抵抗変化率の低下を抑制し、高い感度の磁気検出が可能な磁気抵抗効果素子を安定して提供することができる。
【００３１】
またさらに、本発明によれば、平坦化導電層５を設けることにより、磁気抵抗効果膜６の熱蓄積や膜応力による破壊等の問題を解決することが可能となる。すなわち、平坦化導電層５が放熱経路として作用するため、磁気抵抗効果膜６からの放熱性が向上する。その結果として、従来よりも高い記録密度の磁気記録システムにおいて、記録媒体に近接させて走行させた場合にも、発熱による特性の劣化が抑制され、安定した再生が可能となる。
【００３２】
一方、本発明によれば、平坦化導電層５をバイアス膜の下地層として作用させることも可能となる。
【００３３】
図２は、平坦化導電層５をバイアス膜１７の下にまで延在させた構造を例示する模式断面図である。すなわち、スピンバルブ構造などの磁気抵抗効果素子の場合、磁化自由層（「フリー層」などとも称される）の磁区構造を制御してバルクハウゼン・ノイズ（Barkhausen noise）を抑制するために、磁気抵抗効果膜６の両端にバイアス膜１７が設けられることが多い。このバイアス膜１７は、反強磁性体やハード磁性体などからなる。
【００３４】
本発明によれば、同図に例示した如く、これらバイアス膜１７の下にまで平坦化導電層５を延在させることにより、バイアス膜１７の下地層として作用させることができる。すなわち、平坦化導電層５が、バッファ（buffer）あるいはシード（seed）として作用することにより、バイアス膜１７の結晶性や配向方向などを所定の範囲に制御し、良好なバイアス磁界を得ることができる。
【００３５】
このような平坦化導電層５の製造方法について概説すると以下の如くである。すなわち、まず第１の方法としては、凸部Ｐを有する下側電極２ａを形成し、その上に絶縁体を堆積してエッチバック等の手法により表面を略平坦化した後に、その表面に、平坦化導電層５を形成することができる。
【００３６】
また、第２の方法としては、凸部Ｐを有する下側電極２ａを形成し、次いで、この電極上に絶縁体を形成した後、基板表面を直接ＣＭＰにより研磨するか、もしくは、低粘度の有機レジストを塗布した後に、ＲＩＥ（reactive ion etching）やイオンミリング（ion milling）など方法を用いて、その表面の凹凸が、例えば、３０ナノメータから１００ナノメータ程度になるまでの略平坦化を施す。
【００３７】
なお、この平坦化工程において、さらに良好な表面性を得るためには、ＣＭＰで用いるスラリーを最適化したり、下側電極２ａの凸部Ｐの高さを低くして初期の段差を小さくする等の施策が考えられるが、いずれの場合も膜面垂直通電タイプの磁気抵抗効果型磁気ヘッドに適応することは容易でない。
【００３８】
そこで、このように表面の凹凸が３０ナノメータから１００ナノメータ程度にまで略平坦化された膜面上に平坦化導電層５を形成することで、略平坦化した際に発生する電極の凸部Ｐと絶縁体３ａとの異種材料の境界で発生する「突起」、「段差」「溝」などの凹凸を覆うことができる。
【００３９】
また、この平坦化導電層５の表面は、一般的なスラリーを用いたＣＭＰによって確実且つ容易に平坦且つ平滑に研磨できる。すなわち、単一材料を研磨することになるため、研磨後のスクラッチが少なく、１０ナノメータを十分に下回る平滑性を容易に得ることができる。
【００４０】
平坦化導電層５の材料としては、周期律表においてIVａ族のチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、Ｖａ族のバナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、VIａ族のクロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、貴金属の銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、ならびにアルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）などを用いることができる。そして、より好ましくは、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）の少なくとも一種を含む合金や、これらの酸化物（例えば、ＴｉＯｘ，ＺｒＯｘ，ＨｆＯｘ，ＴａＯｘ，ＣｒＯｘ等）や窒化物（例えば、ＴｉＮｘ，ＺｒＮｘ，ＨｆＮｘ，ＴａＮｘ，ＣｒＮｘ，ＭｏＮｘ，ＷＮｘ，ＡｌＮｘ，ＳｉＮｘ等）ならびにこれらの酸窒化合物であって、導電性を有するものを挙げることができる。
【００４１】
平坦化導電層５の電気抵抗（ρ）は、ρ≦１０００μΩｃｍであることが望ましい。平坦化導電層５の電気抵抗（ρ）が１０００μΩｃｍ以上になると、下側電極２ａの凸部Ｐと磁気抵抗効果膜６との間に電流が流れにくくなり、出力を得るために大きな電流を投入すると、その電流磁界により磁気抵抗効果膜６の磁区の乱れによる抵抗変化の低下や磁気抵抗効果膜６の破壊等の問題が発生するおそれがあるからである。
【００４２】
一方、平坦化導電層５の膜厚（ｔ）は、平坦化導電層５を堆積する前の略平坦化工程後の下側電極２ａの凸部Ｐの近傍の表面が凹形状の場合、この凹の深さ（ｄ０）より厚く、ｄ０＜ｔ＜（ｄ０＋１００）（ナノメータ）の範囲であることが望ましい。膜厚ｔがｄ０以下だとＣＭＰを施しても凹部を十分に埋めることができず、また、膜厚ｔが（ｄ０＋１００）ナノメータ以上であると、ＣＭＰにおける研磨量が多くなり、研磨量の制御性が悪くなる傾向がみられるからである。
【００４３】
一方、平坦化導電層５を堆積する前の、略平坦化後の下側電極の凸部Ｐの付近の表面が凸形状の場合、この凸の高さをｄ’０とすると、膜厚ｔは、０＜ｔ＜  （ｄ’０＋５０）（ナノメータ）の範囲内とすることが望ましく、０＜ｔ＜ｄ’０の範囲内とすることがより望ましい。
【００４４】
一方、下側電極２ａの材質ならびにその凸部Ｐの形状は、ＣＰＰ−ＭＲ素子の設計仕様に順ずるのもで良く、特に限定はされない。また、このとき用いる絶縁体層３の材料も、特に限定されないが、例えば、シリコン（Ｓｉ）やアルミニウム（Ａｌ）の酸化物や窒化物ならびにこれらの複合物を用いることができ、電気的な絶縁を十分に確保するために、これらを積層した多層膜でもよい。但し、絶縁体層３の膜厚は、凸部Ｐの高さらに対してマイナス２０パーセントから若干厚いことが必要であり、さらにこの凸部Ｐの高さ＋２００（ナノメータ）以下の厚さであることが望ましい。このように凸部Ｐの高さから、マイナス２０パーセントから、プラス２００（ナノメータ）までの範囲にすることで、略平坦化での「ふちだれ」や表面凹凸の制御がより容易となる。
【００４５】
なお、本発明において、下側電極の凸部Ｐ形成方法としては、上述した方法のほかにも、平坦な電極の上に開口を有する絶縁体層を形成し、その開口を電極材料で埋め込む方法によってもよい。すなわち、絶縁体層の開口の中に電極材料を埋め込むことにより凸部Ｐを形成し、全体を例えばＣＭＰ、イオンミリングやエッチバック等の方法で略平坦化して、その上に平坦化導電層を設けて仕上げの研磨（例えば、ＣＭＰ等）を施してもよい。この場合にも、平坦化導電層５を設けることにより、凸部Ｐの表面でで発生する「ふちだれ」を吸収して、十分に平坦且つ平滑な表面を得ることができる。
【００４６】
またこの場合、絶縁体層の最表面に平坦化ストッパ層を設けることで、略平坦化時のモニターが容易になり、その平坦化度も向上する。また、この平坦化ストッパ層として、非磁性の高抵抗材料、できれば絶縁材料を用いることで上下電極間の絶縁確率が大幅に向上する。この平坦化ストッパ層の電気抵抗（ρ）としては、１０００μΩｃｍ以上が望ましい。さらに、凹絶縁体と電極との間に絶縁体密着層を設けても良い。
【００４７】
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。
【００４８】
（第１の実施例）
まず、本発明の第１の実施例として、図１に表した構造の磁気抵抗効果素子の試作例について説明する。
【００４９】
図３乃至図５は、本実施例の磁気抵抗効果素子の要部製造工程を表す工程断面図である。
【００５０】
本実施例においては、まず、図３（ａ）に表したように、凸部Ｐを有する電極２ａと、測定用の電極端子部（図示せず）とを形成する。本実施例においては、磁気抵抗効果素子の磁気特性の確認を主目的としていたために、磁気ヘッドとして機能させるために必要な磁気シールド、磁化固着膜や記録部は作製しなかった。
【００５１】
最初に、厚さが約０．６ミリメータで直径が３インチのシリコン基板１の上に、通常のスパッタ法を用いて基板側から膜厚５ナノメータのタンタル（Ｔａ）と膜厚４００ナノメータの銅（Ｃｕ）と膜厚１０ナノメータのタンタル（Ｔａ）を積層した。
【００５２】
次いで、直径が約１マイクロメータで高さが約１．２マイクロメータのレジストパターン（Ｖ９０：東京応化製）をｇ線ステッパ（ステップ式投影露光装置）を用いて形成し、さらにイオンミリング装置を用いて、凸部Ｐの高さが５００ナノメータになるまで加速電圧が５００［ｅＶ］でビーム電流が２００［ｍＡ］のアルゴン（Ａｒ）イオンを照射してエッチングした後、レジストを通常の半導体プロセスで除去して図３（ａ）に表したような凸部Ｐを形成した。
【００５３】
次に、図３（ｂ）に表したように、電極２ａの上に厚さ７００ナノメータの絶縁体３ａを形成した。ここで、絶縁体３ａとしては、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）を用いた。絶縁体３ａの具体的な形成方法としては、直径が５インチで厚さが８ナノメータのシリコン（Ｓｉ）をターゲットとしてアルゴン（Ａｒ）ガスと酸素（Ｏ２）ガスの混合ガスを導入した反応性スパッタを行い、その膜厚は凸部Ｐの高さよりも厚く形成した。また、凸部Ｐを反映して形成される絶縁体３ａの表面の凸形状のテーパ角度を調整するために、スパッタの際に高周波のバイアスを印加した。このような条件で作製した図３（ｂ）の構造の断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡：Scanning Electron Microscope）で観察したところ、絶縁体３ａのテーパ角度は約４２度であり、電極２ａの凸部Ｐに対する位置の「ずれ」が５０ナノメータ以下と、位置合わせ精度が非常に良好であることも併せて確認できた。
【００５４】
次に、図３（ｃ）に表したように、厚さが１．２マイクロメータの平坦化レジスト４を塗布しベーキングを施した。平坦化レジスト４としては、低粘度のＯＦＲ（東京応化製）レジストを用いた。このように塗布・ベーキングされた試料の表面凹凸をαステップ（触針式の表面段差計）で測定したところ、その凹凸は５０ナノメータ以下で非常に平坦であることを確認した。
【００５５】
次に、平坦化レジスト４と絶縁体３ａに対してエッチバックを施すことにより、表面を比較的平らにして、図４（ａ）に表した状態を得た。本実施例におけるエッチバックの具体的な方法としては、平行平板タイプのＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置に試料をセットした後、エッチングガスとして四フッ化炭素（ＣＦ４）を圧力が５パスカル（Ｐａ）になるまで導入した後、１００ワット（ｗ）の高周波を投入してエッチングを行った。このときのエッチング速度は、平坦化レジスト４が９７ナノメータ毎分（ｎｍ／ｍｉｎ．）でＳｉＯｘ絶縁体３ａが１１０ナノメータ毎分（ｎｍ／ｍｉｎ．）と、ほぼ両者のエッチング速度が等しい条件を用いた。
【００５６】
なお、エッチバックの方法としては、ＲＩＥの代わりに平坦化レジスト４と絶縁体３ａのエッチング速度が略等しい条件が得られるイオンミリング、ＲＩＢＥ（Reactive Ion Beam Etching）やＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）等他のエッチング方法や平坦化レジストを塗布しないで直接ＣＭＰを行う方法など他の方法を用いることも可能である。
【００５７】
ＲＩＥを用いたエッチバック法で略平坦化した試料の表面凹凸を、αステップで測定したところ、３０ナノメータであった。
【００５８】
次に、図４（ｂ）に示すように平坦化導電層５を形成した。本実施例においては、平坦化導電層５の材料として、電極２ａの凸部Ｐの最表面と同一材料であるタンタル（Ｔａ）を選んだ。また、その膜厚は、エッチバック後の凹凸よりもやや大きい５０ナノメータとした。平坦化導電層５の膜形成は、通常のＲＦマグネトロンスパッタ法で行い、その後に表面凹凸を測定したところ、５０ナノメータ以下であることを確認した。
【００５９】
次に、図４（ｃ）に表したように、平坦化導電層５をＣＭＰで平坦平滑化の研磨処理を施して、その表面を平坦にした。このとき、ＣＭＰ用のスラリーとしては、ＣＨＳ７００（芝浦メカトロニクス（株）製）を用いた。その結果、ＣＭＰ後の表面凹凸は非常に小さくなり、ＡＦＭ（Atomic Force Microscope）で表面の凹凸を測定したところ、電極２ａの凸部Ｐの周囲で５ナノメータ以下であり、非常に平坦性と平滑性の優れた表面が得られていることが確認できた。
【００６０】
また、電極２ａの凸部Ｐの近傍をＦＩＢ（Focused Ion Beam）により断面観察用に加工し、高分解能ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）で平坦化導電層５の残り量と「ふちだれ」の埋め込み状態を観察したところ、平坦化導電層５の残り量が約１０ナノメータで電極２ａの凸部Ｐと絶縁体層３ａとの境にある「ふちだれ」部分に平坦化導電層がきれいに埋め込まれていることが確認できた。
【００６１】
次に、このように良好な表面性を有する平坦化導電層５の上に、磁気抵抗効果膜６を形成し、素子レジストパターンの形成とエッチングならびにレジストの除去により、図４（ｄ）に表したような断面構造を形成した。
【００６２】
ここで、磁気抵抗効果膜６の膜構成は、平坦化導電層５の側から順に、膜厚５ナノメータのタンタル（Ｔａ）の下地層、膜厚２ナノメータのニッケル鉄（ＮｉＦｅ）と膜厚３ナノメータのコバルト鉄（ＣｏＦｅ）とからなる磁化自由層（フリー層）、膜厚２ナノメータの銅（Ｃｕ）の非磁性中間層（スペーサ層）、膜厚４ナノメータのコバルト鉄（ＣｏＦｅ）の磁化固着層（ピン層）と膜厚１０ナノメータの白金マンガン（ＰｔＭｎ）の反強磁性層とした。
【００６３】
磁気抵抗効果膜６の形成は、通常のスパッタ法で行った。その後、８×１０５アンペア／メータ（Ａ／ｍ）の磁界を印加した状態で、真空中で２７０℃において約４時間の熱処理を施すことにより、磁気抵抗効果膜６の磁化固着層に一軸性の磁気異方性を付与した。
【００６４】
次いで、磁気抵抗効果膜６の上に、厚さが４００ナノメータのＶ９０（東京応化製）レジストを塗布し、ステッパで露光した後、現像により素子サイズが３．２×３．２マイクロメータの残しパターンを形成する。次いで、イオンミリングで磁気抵抗効果膜６をエッチングし、通常のレジスト除去工程を行った。
【００６５】
次に、図５（ａ）に表したように、絶縁体層３ｂを形成した。すなわち、絶縁体層３ａの形成と同様のスパッタ法を用いて、膜厚が４００ナノメータのＳｉＯｘ絶縁体層３ｂを形成した。この時、絶縁体層３ａの表面には、電極２ａの凸部Ｐを反映した凸形状が形成される。この凸形状の高さは、約２０ナノメータ程度であった。
【００６６】
次に、図５（ｂ）に表したように、開口径が約０．８マイクロメータで厚さが４００ナノメータのＶ９０レジストパターン７を形成した。
【００６７】
この後、ＣＨＦ３ガスを圧力が１パスカル（Ｐａ）なるまで導入したＲＩＥ装置により、絶縁体層３ｂを１５０ワット（ｗ）の投入電力で約７分間エッチングし、電極２ｂを接続するためコンタクトホールと電極２ａの測定用電極部用のコンタクトホール（図示せず）を形成した。
【００６８】
次に、図５（ｃ）に表したように、上側電極２ｂを形成した。すなわち、ＲＩＥにより形成したコンタクトホールに電極材料を埋め込むことにより電極２ｂを形成した。電極２ｂの膜構成は、磁気抵抗効果膜６のから順に、膜厚５ナノメータのタンタル（Ｔａ）密着層と、膜厚４００ナノメータの銅（Ｃｕ）、膜厚２００ナノメータの金（Ａｕ）という積層構造とした。また、その成膜には、通常のスパッタ法を用いたが、銅（Ｃｕ）の成膜時のみ、コンタクトホールへの埋め込み状態を改善する目的で１００ワット（ｗ）の高周波バイアスを印加した。この後、下側電極２ａと上側電極２ｂの測定用電極レジストパターン（図示せず）を形成し、イオンミリングによるエッチング等を施して磁気抵抗効果素子を形成した。
【００６９】
図６は、このようにして得られたＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子の磁界と抵抗の関係（ＭＲ特性）を表すグラフ図である。
【００７０】
本発明による素子（実線で表した）の場合、プラス方向の磁界の印加に伴って、抵抗が増加し、幅広い磁界範囲において高い抵抗値が維持されたフラットな特性が得られていた。
【００７１】
これに対して、平坦化導電層５を設けずに、下側電極２ａの上に直接、磁気抵抗効果膜６を形成した比較例の磁化抵抗効果素子（破線で表した）の場合、磁界の増加に伴う抵抗値の変化はピーク状であり、高い抵抗が得られる磁界の範囲が極めて狭い。これは、図１９に関して前述したように、下側電極２ａの凸部Ｐの周囲の段差あるいは突起などにより、磁気抵抗効果膜６を構成する各層の膜厚に「むら」や「不均一」などが生じたためであると考えられる。すなわち、比較例の素子においては、非磁性中間層（スペーサ層）を介した上下の強磁性層（ピン層とフリー層）の反強磁性結合が非常に弱くなり、そのため比較的小さな磁界から磁化反転が起こることに起因して、抵抗の減少が生じていると考えられる。
【００７２】
これに対して、本実施例の素子においては、幅広い磁界範囲で高い抵抗が維持され、ノイズの少ない非常にきれいなＭＲ特性が得られ、平坦化導電層５の有効性を確認できた。
【００７３】
（第２の実施例）
次に、本発明の第２の実施例について説明する。
【００７４】
図７及び図８は、本実施例の磁気抵抗効果素子の要部製造工程を表す工程断面図である。なお、本実施例においても、第１実施例と同様に、磁気シールドならびに磁気記録部等の部分についての工程は省略した。
【００７５】
まず、図７（ａ）に表したように、平坦に形成した電極２ａの上に、凸部Ｐを形成するための絶縁体層３ａを形成し、パターンニングにより開口Ｈを形成した。具体的には、まず、熱酸化されたシリコン基板（図示せず）上に、膜厚が約３００ナノメータの銅と銀との合金（Ｃｕ９５Ａｇ５：組成は原子パーセント）からなる電極２ａを通常のスパッタ法により形成し、ＭＲ特性測定用の電極パターン（図示せず）を通常の半導体プロセスで形成した。そして、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）ターゲットを用いたスパッタにより、膜厚が２００ナノメータのＡｌ２Ｏ３絶縁体層３ａを成膜した。さらに、その上に、厚さが３００ナノメータで直径が約４００ナノメータの残しのレジストパターンをＩ線ステッパで形成した。次いで、イオンミリングにより絶縁体層３ａをエッチングした後、レジストを除去して直径が約４００ナノメータ、深さが約２００ナノメータの凸部Ｐを形成するための開口Ｈを形成した。
【００７６】
次いで、図７（ｂ）に表したように、絶縁体層３ａの上に凸部Ｐを形成するための電極層２ａ’を形成した。ここで、電極層２ａ’としては、膜厚が１５０ナノメータの銅（Ｃｕ）を、スパッタ粒子の指向性が高いＩＢＤ（Ion Beam Deposition）で成膜した。成膜された試料の一部分を、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）で断面加工してＳＥＭで観察したところ、電極層２ａ’は、絶縁体層３ａの開口Ｈの中にきれいに埋め込まれていることが確認できた。
【００７７】
次に、基板の全面をＣＭＰにより略平坦化を行い、図７（ｃ）に表したように、凸部Ｐ以外の電極層２ａ’を除去した。ＣＭＰには、銅（Ｃｕ）用のスラリーを用い、電極層２ａ’を約１５０ナノメータ研磨した。ここで、図７（ｃ）に表したように、絶縁体層３ａと凸部Ｐとの間に、約５０ナノメータの段差（凸部Ｐの方が絶縁体層３ａよりも低い）と、深さ約２０ナノメータの「ふちだれ」すなわち溝が確認された。
【００７８】
このように数１０ナノメータのオーダの凹凸を有する基体の上に磁気抵抗効果膜６を直接、形成すると、図２０に例示したように、「うねり」あるいは「湾曲」して形成され、その膜厚にも「むら」や「不均一」などが生ずる。そして、その結果として、各層間の磁気的な結合が不安定となり、図６に破線で示した如く、磁気抵抗率の低下などが生ずる。
【００７９】
これに対して、本実施例においては、図７（ｄ）に表したように、平坦化導電層５を形成して、その表面を平坦にする。本実施例においては、平坦化導電層５としては、導電性金属であるチタン（Ｔｉ）を膜厚５０ナノメータになるまでスパッタ法で形成した。但し、この場合の平坦化導電層５の材料としては、チタン（Ｔｉ）以外にも、例えばアルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）やこれらの合金、または窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化アルミニウム・チタン（（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ）、窒化タングステン（ＷＮ）等の窒化物を用いても良い。
【００８０】
次に、ＭＲ特性の良好なＣＰＰ型磁気抵抗効果素子を形成するために、平坦化・平滑化のためのＣＭＰを行い、図７（ｅ）に表したような断面形状を得た。この時、ＣＭＰの研磨量を約５０ナノメータにすることで、表面が平坦で平滑になった。ＡＦＭでその表面性を測定したところ、表面荒さは約４ナノメータであり、絶縁体層３ａと凸部Ｐの表面が有していた「段差」や「ふちだれ」は大幅に解消されて平坦な表面が得られたことが確認できた。
【００８１】
次に、図８（ａ）乃至（ｄ）に表したように、磁気抵抗効果膜６を形成し、磁気抵抗効果膜６をパターニングし、絶縁体層３ｂを形成、パターニングし、上側電極２ｂを形成することにより、ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子を完成した。
【００８２】
本実施例の磁気抵抗効果素子の平面サイズは、１．５マイクロメータ×１．５マイクロメータであり、電極２ｂを埋め込むコンタクトホールの径は４００ナノメータであり、上側電極２ｂとしては、膜厚が３００ナノメータの銅（Ｃｕ）を堆積した。
【００８３】
このようにして得られたＣＰＰ型磁気抵抗効果素子の磁界と抵抗の関係（ＭＲ特性）を調べたところ、図６に表した結果と同様に、平坦化導電層５を設けない場合に比べて、ノイズの少ない非常にきれいなＭＲ特性が得られ、平坦化導電層５を用いた本実施例おいても同様に、本発明の有効性が確認された。
【００８４】
（第３の実施例）
次に、本発明の第３の実施例形態について説明する。
【００８５】
図９は、本実施例の磁気抵抗効果素子の要部構成を表す断面図である。同図については、図１乃至図８に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８６】
すなわち、本実施例においては、下側電極２ａの上に絶縁体密着層８が設けられている。この絶縁体密着層８は、下側電極２ａと絶縁体層３ａとの付着強度を向上させる役割を有し、膜厚が１０ナノメータ程度のタンタル（Ｔａ）などにより形成することができる。
【００８７】
以下、本実施例の磁気抵抗効果素子の構成について、その製造手順に沿って説明する。本実施例の磁気抵抗効果素子の製造工程の要部は、図３乃至図５に関して前述したものと同様とすることができるので、以下、これら図面を参照しつつ説明する。
【００８８】
まず、第１実施例の場合と同様に、下側電極２ａとして、基板側から順に、膜厚５ナノメータのタンタル（Ｔａ）、膜厚３００ナノメータの銅（Ｃｕ）、膜厚１０ナノメータのタンタル（Ｔａ）を形成した後、高さが１００ナノメータで直径が１００ナノメータの凸部Ｐをイオンミリングで形成して、図３（ａ）に表した構造を形成する。
【００８９】
次に、下側電極２ａと絶縁体層３ａとの密着力向上を目的とした絶縁体密着層８として膜厚１０ナノメータのタンタル（Ｔａ）を形成した後に、膜厚が１５０ナノメータのＳｉＯｘからなる絶縁体層３ａを反応性のバイアススパッタで成膜した（図３（ｂ））。その後、厚み４００ナノメータのＯＦＲ平坦化レジストを塗布し（図３（ｃ））、ＲＩＥによりＳｉＯｘ絶縁体層３ａが約１００ナノメータの膜厚になるまで平坦化した（図４（ａ））。
【００９０】
次に、平坦化導電層５として、膜厚が２０ナノメータの窒化アルミニウム・チタン（（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ）をＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）で成膜（図４（ｂ））した後、その表面を平坦化（図４（ｂ））した。
【００９１】
さらに、磁気抵抗効果膜６を成膜し、素子サイズが１マイクロメータ×１マイクロメータのパターンに加工した（図４（ｄ））。この加工は、ステッパによるパターニングとイオンミリングによるエッチングならびにレジスト除去により行った。
【００９２】
次に、絶縁体層３ｂとして膜厚が１５０ナノメータのＡｌ２Ｏ３をスパッタ法で成膜（図５（ａ））した後、ＥＢ露光装置にて直径が１００ナノメータの抜きパターンを形成（図５（ｂ））した。
【００９３】
そして、エッチングによって電極２ｂ用のコンタクトホール形成した後、ＩＢＤにより膜厚が３００ナノメータの銅（Ｃｕ）からなる電極２ｂを成膜した。以降、電極２ａならびに電極２ｂの測定用電極レジストパターン形成、イオンミリングによるエッチング等を施した。
【００９４】
このようにして得られたＣＰＰ型磁気抵抗効果素子の磁界と抵抗の関係（ＭＲ特性）を調べたところ、やはり図６に関して前述したものと同様に、平坦化導電層５を用いない場合に比べて、ノイズの少ない非常にきれいなＭＲ特性が得られた。さらに、本実施例においては、図４（ｃ）などに表した工程におけるＣＭＰ研磨時の絶縁体層３ａの電極２ａからの膜剥がれは、第１実施例の約１０％（膜剥がれの面積の割合）から０％へと大幅に改善されており、本実施例の絶縁体密着層８の有効性が併せて確認できた。
【００９５】
（第４の実施例）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
【００９６】
図１０は、本実施例の磁気抵抗効果素子の断面構造を表す模式図である。同図についても、図１乃至図９に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９７】
すなわち、本実施例においては、絶縁体層３ａと平坦化導電層５との間に、平坦化ストッパ層９が設けられている。この平坦化ストッパ層９は、下側電極２ａの凸部Ｐとその周囲の絶縁体層３ａとの「段差」を緩和する役割を有する。
【００９８】
本実施例の素子は、その基本的な製造工程を、前述した第２実施例のものと同様とすることができる。従って、以下、図７及び図８を参照しつつ、前述したものと異なる個所を中心に説明する。
【００９９】
本実施例においては、第２実施例に加えて、絶縁体層３の上に平坦化ストッパ層９を形成した点が特徴的である。ここで、本実施例においては、絶縁体層３ａとしてはＳｉＯｘを形成し、平坦化ストッパ層９としては、アルミニウム（Ａｌ）の酸窒化物である酸窒化アルミニウム（Ａｌ（Ｏ，Ｎ））をＭＢＥで膜厚５ナノメータ形成した。その後、下側電極２ａの凸部Ｐを形成するための開口Ｈを形成し、電極材料で開口Ｈを埋め込んだ後、オンミリングでエッチバックを平坦化ストッパ層９が露出するまで実施した（図７（ｃ））。
【０１００】
その結果、下側電極２ａの凸部Ｐと絶縁体層３ａ（平坦化ストッパ層９）との境界の「ふちだれ」は２０ナノメータ程度あるものの、凸部Ｐと平坦化ストッパ層９の表面との「段差」は、約１０ナノメータであり、「段差」を小さくすることが確認できた。
【０１０１】
次いで、平坦化導電層５、磁気抵抗効果膜６、絶縁体層３ｂ、電極２ｂを順次形成して、ＭＲ特性評価用のヘッドを作製した。
【０１０２】
このようにして得られたＣＰＰ型磁気抵抗効果素子の磁界と抵抗の関係（ＭＲ特性）を調べたところ、やはり、平坦化導電層５を用いない場合に比べ、ノイズの少ない非常にきれいなＭＲ特性が得られ、平坦化導電層５を用いた第４の実施形態においても同様に、本発明の有効性が確認された。
【０１０３】
（第５の実施例）
次に、本発明の第５の実施例について、図１１及び図１２を参照しつつ説明する。本実施例の磁気抵抗効果素子の製造工程の要部は、第１実施例の素子と同様となることができるので、以下、異なる個所を中心に説明する。
【０１０４】
まず、第１実施例と同様に、下側電極２ａとして、基板側から順に、膜厚５ナノメータのタンタル（Ｔａ）と膜厚２００ナノメータのニッケル鉄（Ｎｉ８０Ｆｅ２０：原子パーセント）を形成した後、図１１（ａ）に表したように、幅が２００ナノメータ、高さが２００ナノメータの逆テーパーレジストパターン２０をエキシマステッパで形成した。
【０１０５】
次に、入射角度を２０度（ｄｅｇ）としてイオンミリングを行い、図１１（ｂ）に表したように、電極２ａに高さが５０ナノメータの凸部Ｐを形成した。
【０１０６】
次に、スパッタ粒子の指向性が高いＩＢＳ（Ion Beam Sputtering）等により凸部Ｐの高さと同程度の膜厚のＡｌ２Ｏ３を形成することにより、図１１（ｃ）に表したように、絶縁体層３ａを形成した。
次に、レジスト２０を除去して、図１２（ａ）に表したような形態とした。その表面粗さ（Ｒmax）を計測したところ、約２０ナノメータの表面性を得られた。
【０１０７】
次に、図１２（ｂ）に表したように、平坦化導電層５として、膜厚が３０ナノメータのタンタル（Ｔａ）を通常のスパッタで形成して、表面荒さＲmaxが１５ナノメータの表面性が得られた。
【０１０８】
次いで、図１２（ｃ）に表したように、平坦化導電層５をＣＭＰでタンタル（Ｔａ）の膜厚に換算して約２５ナノメータ研磨することにより、表面荒さＲmaxが３ナノメータ以下で、平坦性・平滑性の極めて良好な表面が得られた。
【０１０９】
以下、第１実施例と同様の方法で、ＣＰＰ型磁気抵抗効果膜６の成膜後に素子サイズが３００ナノメータ×３００ナノメータのパターンをＥＢステッパによるパターニングとイオンミリングによるエッチングにより形成し、レジスト除去した。
【０１１０】
次いで、絶縁体層３ｂとして膜厚が１５０ナノメータの酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）をスパッタ法で成膜した後、ＥＢ露光装置にて直径が１００ナノメータの抜きパターンを形成し、エッチングして電極２ｂ用のコンタクトホール形成した。その後、ＩＢＤにより膜厚が２００ナノメータのニッケル鉄（Ｎｉ８０Ｆｅ２０：原子パーセント）からなる電極２ｂを成膜した。
【０１１１】
これ以降、電極２ａならびに電極２ｂの測定用電極レジストパターン形成、イオンミリングによるエッチング等を施した。
【０１１２】
このようにして得られたＣＰＰＧＭＲ素子の磁界と抵抗の関係（ＭＲ特性）を調べたところ、平坦化導電層５を用いない場合に比べて、やはりノイズの少ない非常にきれいなＭＲ特性が得られ、平坦化導電層５の有効性が確認された。
【０１１３】
（第６の実施例）
次に、本発明の第６の実施例として、本発明の磁気抵抗効果素子を搭載した磁気再生装置について説明する。すなわち、図１乃至図１２に関して説明した本発明の磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッドは、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込まれ、磁気記録再生装置に搭載することができる。
【０１１４】
図１３は、このような磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。すなわち、本発明の磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。同図において、記録用媒体ディスク２００は、スピンドル１５２に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。本発明の磁気記録再生装置１５０は、複数の媒体ディスク２００を備えたものとしてもよい。
【０１１５】
媒体ディスク２００に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダ１５３は、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられている。ここで、ヘッドスライダ１５３は、例えば、前述したいずれかの実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッドをその先端付近に搭載している。
【０１１６】
媒体ディスク２００が回転すると、ヘッドスライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は媒体ディスク２００の表面から所定の浮上量をもって保持される。あるいはスライダが媒体ディスク２００と接触するいわゆる「接触走行型」であってもよい。
【０１１７】
サスペンション１５４は、図示しない駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータアーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石および対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。
【０１１８】
アクチュエータアーム１５５は、スピンドル１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。
【０１１９】
図１４は、アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ１６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５を有し、アクチュエータアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続されている。
サスペンション１５４の先端には、図１乃至図１２に関して前述したいずれかの磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッドを具備するヘッドスライダ１５３が取り付けられている。サスペンション１５４は信号の書き込みおよび読み取り用のリード線１６４を有し、このリード線１６４とヘッドスライダ１５３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。図中１６５は磁気ヘッドアッセンブリ１６０の電極パッドである。
【０１２０】
本発明によれば、図１乃至図１２に関して前述したような本発明の磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッドを具備することにより、従来よりも高い記録密度で媒体ディスク２００に磁気的に記録された情報を確実に読みとることが可能となる。
【０１２１】
（第７の実施例）
次に、本発明の第７の実施例として、本発明の磁気抵抗効果素子を搭載した磁気メモリについて説明する。すなわち、図１乃至図１２に関して説明した本発明の磁気抵抗効果素子を用いて、例えば、メモリセルがマトリクス状に配置されたランダムアクセス磁気メモリ（magnetic random access memory)などの磁気メモリを実現できる。
【０１２２】
図１５は、本実施例の磁気メモリのマトリクス構成を例示する概念図である。
【０１２３】
すなわち、同図は、メモリセルをアレイ状に配置した場合の実施形態の回路構成を示す。アレイ中の１ビットを選択するために、列デコーダ３５０、行デコーダ３５１が備えられており、ビット線３３４とワード線３３２によりスイッチングトランジスタ３３０がオンになり一意に選択され、センスアンプ３５２で検出することにより磁気抵抗効果素子３２１を構成する磁気記録層に記録されたビット情報を読み出すことができる。
【０１２４】
ビット情報を書き込むときは、特定の書込みワード線３２３とビット線３２２に書き込み電流を流して発生する磁場により行われる。
【０１２５】
図１６は、本実施例の磁気メモリのマトリクス構成のもうひとつの具体例を表す概念図である。すなわち、本具体例の場合、マトリクス状に配線されたビット線３２２とワード線３３４とが、それぞれデコーダ３６０、３６１により選択されて、アレイ中の特定のメモリセルが選択される。それぞれのメモリセルは、磁気抵抗効果素子３２１とダイオードＤとが直列に接続された構造を有する。ここで、ダイオードＤは、選択された磁気抵抗効果素子３２１以外のメモリセルにおいてセンス電流が迂回することを防止する役割を有する。
【０１２６】
書き込みは、特定のビット線３２２と書き込みワード線３２３とにそれぞれに書き込み電流を流して発生する磁場により行われる。
【０１２７】
図１７は、本発明の実施の形態にかかる磁気メモリの要部断面構造を表す概念図である。また、図１８は、図１７のＡ−Ａ’線断面図である。
【０１２８】
すなわち、これらの図に表した構造は、図１５に例示した磁気メモリに含まれるひとつのメモリセルに対応する。つまり、ランダムアクセスメモリとして動作する磁気メモリの１ビット部分のメモリセルである。このメモリセルは、記憶素子部分３１１とアドレス選択用トランジスタ部分３１２とを有する。
【０１２９】
記憶素子部分３１１は、磁気抵抗効果素子３２１と、これに接続された一対の配線３２２、３２４とを有する。磁気抵抗効果素子３２１は、図１〜図１２に関して前述したような本発明の磁気抵抗効果素子であり、ＧＭＲ効果やＴＭＲ効果などを有し、且つ平坦化導電層５が設けられた素子である。
【０１３０】
ＧＭＲ効果を有する場合は、ビット情報読み出しの際には磁気抵抗効果素子３２１にセンス電流を流してその抵抗変化を検出すればよい。
【０１３１】
また、特に、磁性層／非磁性トンネル層／磁性層／非磁性トンネル層／磁性層という構造をもつ強磁性２重トンネル接合などを含むものであると、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果による抵抗変化により磁気抵抗効果が得られる。
【０１３２】
これらの構造において、いずれかの磁性層は、磁化固着層として作用し、他のいずれかの磁性層が磁気記録層として作用するものとすることができる。
【０１３３】
一方、選択用トランジスタ部分３１２には、ビア３２６及び埋め込み配線３２８を介して接続されたトランジスタ３３０が設けられている。このトランジスタ３３０は、ゲート３３２に印加される電圧に応じてスイッチング動作をし、磁気抵抗効果素子３２１と配線３３４との電流経路の開閉を制御する。゜
また、磁気抵抗効果素子３２１の下方には、書き込み配線３２３が、配線３２２と略直交する方向に設けられている。これら書き込み配線３２２、３２３は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）あるいはこれらいずれかを含む合金により形成することができる。
【０１３４】
このような構成のメモリセルにおいて、ビット情報を磁気抵抗効果素子３２１に書き込むときは、配線３２２、３２３に書き込みパルス電流を流し、それら電流により誘起される合成磁場を印加することにより磁気抵抗効果素子の記録層の磁化を適宜反転させる。
【０１３５】
また、ビット情報を読み出すときは、配線３２２と、磁気記録層を含む磁気抵抗効果素子３２１と、下部電極３２４とを通してセンス電流を流し、磁気抵抗効果素子３２１の抵抗値または抵抗値の変化を測定することにより行われる。
【０１３６】
本具体例の磁気メモリは、図１〜図１２に関して前述したような磁気抵抗効果素子を用いることにより、安定した磁気抵抗変化率が得られる。その結果として、セルサイズを微細化しても、記録層の磁区を確実に制御して確実な書き込みが確保され、且つ、読み出しも確実に行うことができる。
【０１３７】
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、磁気抵抗効果膜の具体的な構造や、その他、電極、バイアス印加膜、絶縁膜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。
【０１３８】
例えば、磁気抵抗効果素子を再生用磁気ヘッドに適用する際に、素子の上下に磁気シールドを付与することにより、磁気ヘッドの検出分解能を規定することができる。
【０１３９】
また、本発明は、長手磁気記録方式のみならず垂直磁気記録方式の磁気ヘッドあるいは磁気再生装置についても同様に適用して同様の効果を得ることができる。
【０１４０】
さらに、本発明の磁気再生装置は、特定の記録媒体を定常的に備えたいわゆる固定式のものでも良く、一方、記録媒体が差し替え可能ないわゆる「リムーバブル」方式のものでも良い。
【０１４１】
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、磁気記憶再生装置及び磁気メモリも同様に本発明の範囲に属する。
【０１４２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明よれば、エッチバック等により略平坦化した表面上に平坦化導電層を形成し、その表面をＣＭＰ等の加工により平坦化することにより、従来の平坦化技術に比べてその平坦性ならびに平滑性が顕著に優れており、この上に形成する磁気抵抗効果膜のＭＲ特性の劣化を大幅に抑制できる。
【０１４３】
その結果として、高感度の磁気検出を安定して得られ、高い記録密度でも高出力で高いＳ／Ｎを有する磁気ヘッド、およびそれを搭載した磁気再生装置や、高集積な磁気メモリなどを提供することが可能となり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】平坦化導電層５をバイアス膜１７の下にまで延在させた構造を例示する模式断面図である。
【図３】本発明の第１実施例の磁気抵抗効果素子の要部製造工程を表す工程断面図である。
【図４】本発明の第１実施例の磁気抵抗効果素子の要部製造工程を表す工程断面図である。
【図５】本発明の第１実施例の磁気抵抗効果素子の要部製造工程を表す工程断面図である。
【図６】本発明により得られたＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子の磁界と抵抗の関係（ＭＲ特性）を表すグラフ図である。
【図７】本発明の第２実施例の磁気抵抗効果素子の要部製造工程を表す工程断面図である。
【図８】本発明の第２実施例の磁気抵抗効果素子の要部製造工程を表す工程断面図である。
【図９】本発明の第３実施例の磁気抵抗効果素子の要部構成を表す断面図である。
【図１０】本発明の第４実施例の磁気抵抗効果素子の断面構造を表す模式図である。
【図１１】本発明の第５の実施例の磁気抵抗効果素子の製造工程を表す工程断面図である。
【図１２】本発明の第５の実施例の磁気抵抗効果素子の製造工程を表す工程断面図である。
【図１３】本発明の磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。
【図１４】アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。
【図１５】本発明の磁気メモリのマトリクス構成を例示する概念図である。
【図１６】本発明の磁気メモリのマトリクス構成のもうひとつの具体例を表す概念図である。
【図１７】本発明の実施の形態にかかる磁気メモリの要部断面構造を表す概念図である。
【図１８】図１７のＡ−Ａ’線断面図である。
【図１９】磁気抵抗効果膜の膜厚の「むら」を説明するための模式断面図である。
【図２０】凸部Ｐの周囲に、溝状の「ふちだれ」が生じた状態を例示する模式図である。
【図２１】凸部Ｐと絶縁体層３ａとの表面の高さが異なり「段差」が生じた状態を表す模式図である。
【符号の説明】
１ シリコン基板
２ａ 下側電極
２ｂ 上側電極
３、３ａ、３ｂ 絶縁体層
４ 平坦化レジスト
５ 平坦化導電層
６ 磁気抵抗効果膜
７ レジストパターン
８ 絶縁体密着層
９ 平坦化ストッパ層
１７ バイアス膜
１２ 絶縁膜
２０ レジスト
２０ 逆テーパーレジストパターン
１５０ 磁気記録再生装置
１５２ スピンドル
１５３ ヘッドスライダ
１５４ サスペンション
１５５ アクチュエータアーム
１５６ ボイスコイルモータ
１５７ スピンドル
１６０ 磁気ヘッドアッセンブリ
１６４ リード線
２００ 磁気記録媒体ディスク
３１１ 記憶素子部分
３１２ アドレス選択用トランジスタ部分
３１２ 選択用トランジスタ部分
３２１ 磁気抵抗効果素子
３２２ ビット線
３２２ 配線
３２３ ワード線
３２３ 配線
３２４ 下部電極
３２６ ビア
３２８ 配線
３３０ スイッチングトランジスタ
３３２ ゲート
３３２ ワード線
３３４ ビット線
３３４ ワード線
３５０ 列デコーダ
３５１ 行デコーダ
３５２ センスアンプ
３６０ デコーダ
Ｈ  開口
Ｐ  凸部
Ｒ  突起
【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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