(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本構造が〔磁性膜／非磁性絶縁膜／磁性膜〕の積層体からなる磁気抵抗効果素子であって、上記非磁性絶縁膜の露出した部位に、当該絶縁膜と磁性膜との接触部分により十分小さな導電部分が形成され、その導電部分により上記磁性膜が相互に電気的に接続され、かつ、上記非磁性絶縁膜を挟むそれぞれの磁性膜に電極リード部が設けられているとともに、当該磁気抵抗効果素子の抵抗は、上記各磁性膜の磁化方向が互いに平行であるときは減少し、反平行のときは増加するよう構成されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
一方の上記磁性膜の膜面に，その磁性膜の磁化反転を抑制するために、導電性の磁化反転抑制膜が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
上記非磁性絶縁膜に、円柱状の導電部分が形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
上記非磁性絶縁膜は導電体の酸化物あるいは窒化物からなり、上記導電部分は、その非磁性絶縁膜における窒素濃度あるいは酸素濃度より減少した濃度であることを特徴とする請求の範囲第１項，第２項または第３項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
上記磁性膜の一方に軟磁性膜、もう一方にそれより保磁力が大きい磁性膜を用いることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
上記磁化反転抑制膜が導電性反強磁性体からなることを特徴とする請求の範囲第２項または第３項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
上記磁性膜のうち、少なくとも一方の磁性膜は非晶質合金膜であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
上記磁性膜のうち、少なくとも一方の磁性膜と非磁性絶縁膜の界面に主構成元素の一つとしてCoあるいはFeを含有する厚さ２nm以下の界面磁性膜が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第７のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
上記非磁性絶縁膜がNbの酸化物により構成されていることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第８項のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１０】
請求の範囲第１項乃至第９項のいずれかに記載された磁気抵抗効果素子が用いられた磁気抵抗効果型ヘッドであって、検知すべき磁気媒体からの信号磁界方向と一方の磁性膜の磁化容易軸方向が平行で、もう一方の磁性膜の磁化容易軸が直交するよう構成されたことを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
【請求項１１】
請求の範囲第１項乃至第９項のいずれかに記載された磁気抵抗効果素子が用いられたメモリー素子であって、この磁気抵抗効果素子近傍に情報記録用磁界を発生する導体線からなるワード線が絶縁膜を介して設けられているとともに、上記各電極リード部を導体線で接続した情報読み出し用センス線が設けられていることを特徴とするメモリー素子。
【請求項１２】
請求の範囲第１項乃至第９項のいずれかに記載された磁気抵抗効果素子が複数用いられたメモリー素子であって、これらの磁気抵抗効果素子がマトリクス状に配置され、その各磁気抵抗効果素子近傍に互いに絶縁された直交するワード線が設けられているとともに、各磁気抵抗効果素子の上下に形成された電極リード部を互いに導体線で接続するセンス線が設けられていることを特徴とするメモリー素子。
【請求項１３】
請求の範囲第１項乃至第９項のいずれかに記載された磁気抵抗効果素子を製造する方法であって、二つの磁性体に挟まれた、導電体の酸化物あるいは窒化物からなる非磁性絶縁膜に対して、高速イオンビームあるいは高速中性粒子ビームを照射することにより、その照射部分にその非磁性絶縁膜における窒素濃度あるいは酸素濃度より減少した濃度の導電部分を、当該非磁性絶縁膜と磁性膜との接触部分より十分小さい領域に形成し、その導電部分により上記磁性膜を相互に電気的に接続することを特徴とする磁気抵抗効果素子の作製法。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果型ヘッド、メモリー素子およびこれらの作製法に関する。
【従来の技術】
近年、Cr,Ru等の金属非磁性薄膜を介して反強磁性的結合をなす[Fe/Cr],[Co/Ru]人工格子膜が強磁場(1〜10kOe)で巨大磁気抵抗効果を示すことが発見された(PHYSICAL REVIEW LETTERS,Vol.No.21,p2472-2475,1988,PHYSICAL REVIEW LETTERS,Vol.No.19,p2304-2307,1990)。これらの技術による膜は大きな磁気抵抗（以下、ＭＲという）変化を示すものの、磁性膜間が反強磁性的に結合しているため、ＭＲ効果を生じるのに必要な磁界が数kOeと大きく、実用上問題があった。
また、金属非磁性薄膜Cuで分離され、磁気的結合の弱い２種類の磁性薄膜Ni-FeとCoを用いた[Ni-Fe/Cu/Co]人工格子膜においても巨大磁気抵抗効果が発見されており、室温印加磁界0.5kOeでＭＲ比が約８％のものが得られている(Journal of The Physical Society of Japan,Vol.59,No.9,S-eptember,1990,pp.3061-3064)。
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この技術においても完全に磁性膜間の磁性的結合を断つことが困難で更に小さな印加磁界でより大きなＭＲ変化を示す磁気抵抗効果素子の開発が課題であった。
なお、膜面に垂直方向に電流を流すと大きなＭＲ変化が得られるが、上記の人工格子膜は極めて薄いため、膜面に垂直方向の抵抗は極めて低く、実用上問題がある。
微小印加磁界で動作するものとしては反強磁性材料のFe-MnをNi-Fe/Cu/Ni-Feにつけたスピンバルブ型のものが提案され（Journal of Magnet-ism and Magnetic Materials 93,p.101-104,1991）、磁気抵抗効果型ヘッドへの応用が検討されている。しかしながら、この技術の構成の場合は、ＭＲ変化が２〜４％と小さい問題点がある。
更に二つの磁性膜間に絶縁膜を用いたトンネル型磁気抵抗効果素子が開発されているが（日本応用磁気学会誌Vol.19,No.2,p369-372,1995）、絶縁膜の膜質のコントロールが困難で特性の再現性の良好なものを得るのが困難である。
メモリー素子としては、ワード線と従来のＭＲ材料をセンス線に用いたものが提案されているが(IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS,VOL.27,NO.6,P5520-5522,1991)、ＭＲ変化率が小さいため情報読み出し時の出力が小さいという問題がある。本発明は、以上のような問題を解決するものであり、その目的は、より小さな磁界のもとでより大きなＭＲ変化を得ることができる磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果型ヘッド、メモリー素子およびこれらの作製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】
上記の目的を達成するため、本発明の磁気抵抗効果素子は、基本構造が〔磁性膜／非磁性絶縁膜／磁性膜〕の積層体からなる磁気抵抗効果素子であって、上記非磁性絶縁膜の露出した部位に、当該絶縁膜と磁性膜との接触部分により十分小さな導電部分が形成され、その導電部分により上記磁性膜が相互に電気的に接続され、かつ、上記非磁性絶縁膜を挟むそれぞれの磁性膜に電極リード部が設けられているとともに、当該磁気抵抗効果素子の抵抗は、上記各磁性膜の磁化方向が互いに平行であるときは減少し、反平行のときは増加するよう構成されていることによって特徴付けられる。
この構成において、一方の上記磁性膜の膜面に，その磁性膜の磁化反転を抑制するために、導電性の磁化反転抑制膜を設けた構成としてもよい。
この構成においては、磁化反転膜により、この磁化反転膜に接合する磁性膜は容易に磁化反転せず、硬質磁性膜に対応する構成となる。
また、上記非磁性絶縁膜に、円柱状の導電部分が形成されていてもよい。
さらに、上記非磁性絶縁膜は導電体の酸化物あるいは窒化物からなり、上記導電部分は、その非磁性絶縁膜における窒素濃度あるいは酸素濃度より減少した濃度であることが好ましい。
またさらに、上記磁性膜の一方に軟磁性膜、もう一方にそれより保磁力が大きい磁性膜を用いることが好ましい。
この構成では、微小な信号磁界によって、保磁力が小さい磁性膜、すなわち軟磁性膜は印加磁界方向に磁化反転するが、保磁力の大きい磁性膜、すなわち、硬質磁性膜は反転せず、両磁性膜の磁化方向は反平行となり、素子の抵抗は増加し、ＭＲ変化率は大きくなる。
上記構成において、上記磁化反転抑制膜が導電性反強磁性体とすることが好ましい。さらに、上記磁性膜のうち、少なくとも一方の磁性膜は非晶質合金膜であってもよいし、上記磁性膜のうち、少なくとも一方の磁性膜と非磁性絶縁膜の界面に主構成元素の一つとしてCoあるいはFeを含有する厚さ２nm以下の界面磁性膜を設けた構成としてもよい。
また、上記非磁性絶縁膜がNbの酸化物により構成されていてもよい。
本発明の磁気抵抗効果型ヘッドは、上記の本発明の磁気抵抗効果素子が用いられた構成であり、検知すべき磁気媒体からの信号磁界方向と一方の磁性膜の磁化容易軸方向が平行で、もう一方の磁性膜の磁化容易軸が直交するよう構成されている。
また、本発明のメモリー素子は、上記の本発明の磁気抵抗効果素子が用いられた構成であり、この磁気抵抗効果素子近傍に情報記録用磁界を発生する導体線からなるワード線が絶縁膜を介して設けられているとともに、各電極リード部を導体線で接続した情報読み出し用センス線が設けられている。さらに、本発明の磁気抵抗効果素子が複数個マトリクス状に配置され、その各磁気抵抗効果素子近傍に互いに絶縁された直交するワード線を設け、その各磁気抵抗効果素子の上下に形成された電極リード部を互いに導体線で接続するセンス線が設けられている構成が好ましい。
本発明の磁気抵抗効果素子の作製法は、二つの磁性体に挟まれた、導電体の酸化物あるいは窒化物からなる非磁性絶縁膜に対して、高速イオンビームあるいは高速中性粒子ビームを照射することにより、その照射部分ににその非磁性絶縁膜における窒素濃度あるいは酸素濃度より減少した濃度の導電部分を、当該非磁性絶縁膜と磁性膜との接触部分より十分小さい領域に形成し、その導電部分により上記磁性膜を相互に電気的に接続することによって特徴付けられる。
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。
図１（ａ）は本発明の磁気抵抗効果素子の実施の形態の構成を示す斜視図であり、図１（ｂ）はこの図１（ａ）における要部Ａの拡大図である。
この形態における磁気抵抗効果素子は、〔磁性膜３／非磁性膜２／磁性膜１〕の基本構造を有し、非磁性膜２の露出した部位のエッジ部Ｃ’、Ｃ’、Ｃ’’’に、非磁性膜２と磁性膜３との接触部分より十分小さな導電部分Ｃが形成されており、その導電部分により磁性膜３、１が相互に電気的に接続される。なお、上下の磁性膜３、１に電極リード部（図示せず）が設けられる。
この構成の磁気抵抗効果素子による動作原理は以下のようになる。
微小な磁界Ｈが印加された場合、保磁力の小さい磁性膜、すなわち、軟磁性膜（図では磁性膜１とする）は印加磁界方向に磁化反転するが、保磁力の大きい磁性膜（図では磁性膜３とする）、すなわち、硬質磁性膜は磁化反転せず、この硬質磁性膜の磁化方向が印加磁界方向と反平行の場合は、両磁性膜の磁化方向は反平行となって素子の抵抗は増加する。印加磁界をさらに強くすると、両磁性膜の磁化方向は平行となり素子の抵抗は減少する。
従来技術では、この非磁性膜に金属を用いると磁性膜間の磁気的結合を遮断するのが困難であり、その膜厚を増加させると磁気的結合の分離はできるものの、ＭＲ変化率は低下する。また、非磁性膜に絶縁体を用い、膜面垂直方向のトンネル効果により、電流を流そうとすれば、絶縁膜の膜質等により特性の再現性が悪くなる。
本実施の形態では、非磁性膜２の露出した部位に、上記の導電部分Ｃを設けた構成を採用することにより、上記の従来技術の問題を解消することができる。また、本実施の形態の非磁性絶縁膜部のトンネル効果は後述する磁気抵抗効果素子の作製法を用いることにより、制御可能となり、素子設計が容易となる。
このように基本構造が〔磁性膜３／非磁性膜２／磁性膜１〕の構成に限ることなく、図２に示すように〔磁化反転抑制膜４／磁性膜３’／非磁性膜２／磁性膜１〕なる構成であってもよい。この構成においては、磁化反転抑制膜４により磁性膜３’は容易に磁化反転せず、この磁化反転抑制膜４／磁性膜３’の構成が図１の磁性膜３に対応する構成となる。従って、磁性膜３’と磁性膜１は異なる膜でもよいし、同じ膜でもよい。
さらに、上記した基本構造の磁気抵抗効果素子を例えば非磁性膜２などの絶縁膜を介して積層する構成としてもよい。
さらに、磁性膜と非磁性膜の界面に主構成元素の一つとしてCoもしくはFeを含有する厚さ２ｎｍ以下の界面磁性膜を設けることにより、より大きなＭＲ変化率を得ることが可能である。
図３は本発明の磁気抵抗効果型ヘッドの実施の形態の構成を示す斜視図である。
この磁気抵抗効果型ヘッドは、基本構造が〔磁性膜３／非磁性膜２／磁性膜１〕の磁気抵抗効果素子を用いた構成となっており、磁気媒体からの信号磁界Ｈと磁気抵抗素子部の軟磁性膜部１の磁化容易軸Ｚは直交し、もう一方の磁性膜３のそれとは平行となっている。また、軟磁性膜部１の一部には信号磁界Ｈと平行な方向に突起部３ａが設けられており、効率よく信号磁界Ｈを検出できるよう配慮されている。軟磁性膜部１および磁性膜３にはリード電極部Ｓ、Ｓ’が設けられており、この間の抵抗変化を検出する。この構成により線形性が良好で低ノイズで高出力の磁気抵抗効果型ヘッドが可能となる。図３から明らかなように、本発明ではパターニングされた磁性膜の形状が異方性を有していても、検知すべき磁界方向と磁性膜の磁化容易軸方向の制御が容易であることに特徴があり、図３の構成ではパターニングされた磁性膜の長手方向が磁化容易軸となることを利用している。なお、もう一方の磁性膜３は信号磁界で磁化反転が起きないように保磁力が大きく、しかもより大きなＭＲ変化率を得るために磁化曲線の角型比（残留磁化／飽和磁化）が少なくとも０．７以上の硬質磁性膜が望ましい。また、〔磁化反転抑制膜４／磁性膜３’／非磁性膜２／磁性膜１〕なる構成の磁気抵抗効果素子を用いても、同様の磁気抵抗効果型ヘッドを得ることができる。
図４は本発明のメモリー素子の実施の形態の構成を示す斜視図である。
磁気抵抗効果素子部Ｍ（図４中、非磁性膜２を含む磁性膜３、１の交差部分）は導体線Ｓ，Ｓ’に接続されてセンス線を構成しており、この磁気抵抗効果素子部Ｍ近傍には、絶縁膜を介し情報記録用のワード線Ｗ、Ｗ’が設けられている。このメモリー素子の動作原理は以下のようになる。
すなわち、情報の記録はワード線Ｗ、Ｗ’に電流を流し、〔磁性膜３／非磁性膜２／磁性膜１〕タイプの磁気抵抗効果素子の場合は保磁力の大きい方の磁性膜３を磁化反転して情報を記録し、読み出しはワード線Ｗ、Ｗに弱い電流を流し、保磁力の小さい方の磁性膜１のみを磁化反転し、その時磁気抵抗効果素子部Ｍに生じる磁気抵抗変化をセンス線より検出して情報の読み出しがなされる。このメモリー素子の場合、保磁力の大きい方の磁性膜３はワード線により発生する磁界で磁化反転する必要があり、あまり保磁力が大きいと困難となるので、適当な大きさの保磁力の半硬質磁性膜であることが望ましい。また、情報の記録状態を明確にするためにはこの半硬質磁性膜の磁化曲線の角型性が良好なことが望ましい。
また、磁気抵抗効果素子部が〔磁化反転抑制膜４／磁性膜３’／非磁性膜２／磁性膜１〕なる構成で、特に磁化反転抑制膜４が反強磁性体の場合、ワード線電流発生磁界で磁性膜３’の磁化反転を起こすことは困難な場合が多く、この場合は情報の記録はワード線に電流を流し、磁性膜１を磁化反転して情報を記録し、読み出しもワード線に電流を流し磁性膜１を磁化反転して行う。先に説明した〔磁性膜３／非磁性膜２／磁性膜１〕タイプの構成は非破壊読み出しとなるのに対し、〔磁化反転抑制膜４／磁性膜３’／非磁性膜２／磁性膜１〕タイプの構成では破壊読み出しとなる。
以上の実施の形態では、非磁性絶縁膜２の露出した部位に導電部分Ｃが形成された構成を示したが、これに限ることなく、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、性膜１と磁性膜３に挟まれた非磁性絶縁膜２に、局所的にこの非磁性絶縁膜２を貫通する円柱状の導電部分Ｃを設けた構成としてもよく、先の実施の形態と同様な作用効果を得ることができる。
図４乃至図６は、それぞれ図２乃至図４で示した実施の形態において、この構成、すなわち、磁性膜１と磁性膜３あるいは磁性膜１と磁性膜３’に挟まれた非磁性絶縁膜２に図５（ａ）、（ｂ）に示す微小微小導体部分Ｃが形成された構成を採用した実施の形態を示す。
本発明の実施の形態の磁気抵抗効果素子を構成する軟磁性膜１、（半）硬質磁性膜３、導電性磁化反転抑制膜４および非磁性絶縁膜２には以下の構成のものが望ましい。
まず、軟磁性膜１としては磁気抵抗変化を生じやすく、低磁界で磁化反転しやすい、ＮｉXＣｏYＦｅZを主成分とし、原子組成比が、X=0.6〜0.9、Y=0〜0.4、Z=0〜0.3のNi-richの磁性膜が望ましく、その代表的なものは、Ｎｉ0.8Ｃｏ0.15Ｆｅ0.05、Ｎｉ0.68Ｃｏ0.2Ｆｅ0.12等である。
これらより、やや動作磁歪が大きくなるものの、より大きな磁気抵抗変化が得られるものとして、ＮｉX'ＣｏY'ＦｅZ'を主成分とし、原子組成比が、X'=0〜0.4、Y'=0.2〜0.95、Z'=0〜0.5のCo-richの磁性膜があり、その代表的なものは、Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1、Ｃｏ0.7Ｎｉ0.1Ｆｅ0.2等である。これらのものは磁歪が小さく実用上素子に使用する場合有効である。上記の軟磁性膜以外では非晶質合金膜があり、これは極めて薄い膜でも軟磁性を示すためこれを用いると素子全体の膜厚を薄くすることが可能である。これらの代表的なものはＣｏＭｎＢ，ＣｏＦｅＢ，ＣｏＮｂＢ等である。
また、Ｆｅ系膜は磁歪は零ではないものの大きなＭＲ変化率が得られ、作製条件により比較的保磁力の小さいものや大きいものができ、軟磁性膜としても後述する半硬質磁性膜としても使用できる。
（半）硬質磁性膜３としては検知すべき磁界で磁化反転しないように保磁力がある程度大きく角型の磁化曲線を有するものが望ましい。また、素子が大きな磁気抵抗効果を示すには主要構成元素の一つとしてＦｅやＣｏを含有することが望ましい。その代表的なものは、Ｃｏ、Ｃｏ0.5Ｆｅ0.5、Ｃｏ0.75Ｐｔ0.25等である。
導電性磁化反転抑制膜４としては、磁性膜３’に付けることにより磁性膜３’の磁化反転を抑制する効果があれば何でもよいが、例えばＩｒＭｎ，ＮｉＭｎ等の反強磁性体や、ＴｂＣｏ，ＳｍＣｏ等の硬質磁性膜が挙げられる。
界面磁性膜としてはＣｏもしくはＦｅを含有する薄膜がＭＲ変化率を向上させるのに有効であるが、磁性膜１と非磁性膜２の界面に設ける場合は磁性膜１の軟磁性を損なわないように膜厚を２nm以下にすることが望ましい。
非磁性絶縁膜２としては、ＡｌＯ，ＮｂＯ等の酸化膜があるが、これにイオンを照射注入することにより、その注入部分の酸素が反跳して酸素濃度がもとの非磁性絶縁膜２の酸素濃度より低い低酸素濃度領域が形成され、その領域が導電部分となる。この効果が特に顕著なものは、Ｎｂの酸化膜であるが、窒化膜の絶縁膜でもイオンの照射注入により同様に非磁性絶縁膜２の窒素濃度より低い低窒素濃度領域が形成され、その領域が導電部分となる。このように非磁性絶縁膜２としては反跳によって導電部分を形成することができる膜であればよい。
ワード線やセンス線の導体線部は抵抗の低い金属が好ましく、例えば、Ａｕ、Ｃｕ等が挙げられる。
イオンを打ち込むことにより、微小な導電層が形成される機構は、以下のように考えられる。打ち込まれたイオンと非磁性絶縁膜中の金属原子と酸素（窒素）原子は衝突し、金属原子と酸素（窒素）原子はそれぞれイオンにより運動エネルギを与えられる。運動を始めた金属原子、酸素（窒素）原子は質量、運動エネルギにより決まる飛程分だけ移動し、エネルギを失って停止する。飛程は質量が小さくなるに従って長くなる。非磁性絶縁膜層の厚みを酸素（窒素）原子の飛程以上で、金属原子の飛程以下にしておくことにより、イオンビームの照射部位において絶縁層中に局所的にその絶縁層に比べ、低酸素（低窒素）部位が生じ、導電層が形成される。イオンビーム自体も飛程をもつため、導電領域は絶縁層の厚みおよびイオンビームの飛程により規定される。
図１に示すような〔磁性膜３／非磁性膜２／磁性膜１〕なる構造において、磁性膜１の上面の非磁性膜２（図中に符号２で示す部分）の厚みを高速イオンビームの飛程より十分厚くし、一方磁性膜１の端面にかかる非磁性膜（図中に符号Ｃ、Ｃ’で示す部分）の厚みを上記条件を満たすようにするとき、高速イオンビームを全面に照射することにより、４ヶ所のエッジ部分（Ｃ、Ｃ’、Ｃ’’、Ｃ’’’）に上記機構により微小な導電層が形成される。その大きさは断面は図１の拡大図においてＣで示される部分であり、奥行きはビーム打ち込み深さに相当する。これらのサイズは軟磁性膜部１、非磁性絶縁膜の膜厚および打ち込むビームエネルギによって決まるので、それぞれ容易にナノメートル精度の制御を行うことが可能である。このとき、マスクを用いるかあるいは図１０に示すような集束イオンビーム装置を用いて、高速イオンビームの照射部位を制限することにより、Ｃ、Ｃ’、Ｃ’’、Ｃ’’’のうち任意の１〜３ヶ所のみに導電部分３を形成することもできる。
また、図５（ａ）、（ｂ）に示すような〔磁性膜３／非磁性膜２／磁性膜１〕なる構造において、磁性層１の上面の非磁性膜２に対して、磁性膜３を成膜する前に集束した高速イオンビームを照射することにより、照射部分Ｃに微小な円柱上の導電層が形成される。そのサイズは非磁性膜２の膜厚および打ち込むビームのサイズによって決まるので、それぞれ容易にナノメートル精度の制御を行うことが可能となる。
ここで、本実施の形態の磁気抵抗効果素子を作製するに際して用いるのに適した集束イオンビーム装置の構成例を、図面を参照しながら説明する。
この例において、集束イオンイオンビーム装置は、ヒータにより加熱される液体金属イオン源２１と、そのイオン取り出し口に近接配置された引き出し電極２３、イオン源から引き出されたイオンを集束させるコンデンサレンズ２４、質量分析器としてのＥ×Ｂマスフィルタ２６およびビームアパーチャ２５、ビームを走査するための偏向電極２７、ターゲットである基板（図示せず）の直前でイオンビームを集束させる対物レンズ２８、基板を支持するサンプルホルダ２９、およびそのサンプルホルダ２９を支承するサンプルステージ３０を主構成要素とし、これらは真空チャンバ２０内に収容されている。
このような集束イオンイオンビーム装置によって、図５（ａ）、（ｂ）に示すような、局所的に、円柱状の導電部分を形成することができる。
なお、図１乃至図４に示すような所定領域にわたって導電層を形成する場合は、集束イオンビーム装置を用いなくてもよく、その所定領域にイオンを注入することのできる装置であればよい。また、一定のエネルギをもつ粒子ビームであれば中性ビームでもよい。
次に、具体的な実施例について説明する。
（実施例１）
スパッタ法により磁性膜１としてＮｉ0.68Ｃｏ0.2Ｆｅ0.12を１２nmの厚さに蒸着した後、厚さ１０nmのＮｂの酸化膜を形成し、その後パターニングしてストライプ状にする。この後さらに、Ｎｂの酸化膜を厚さ５nmに形成する。この結果、磁性体１の上面には厚さ１５nmの非磁性絶縁層２が、また側面には厚さ５nmの非磁性絶縁膜２’が形成される。その後、スパッタ法で磁性膜３としてＣｏ0.5Ｆｅ0.5を２nmの厚さに蒸着した後、パターニングして図１に示したような絶縁膜部が露出した形状とする。更に、５keV〜５０keVのエネルギをもつイオンビームを照射して図１に示したような導電部分Ｃを形成し、トンネル型様磁気抵抗効果素子を作製した。磁性膜１と磁性膜３の電極リード部に電流を流して膜面垂直方向のＭＲ変化特性を調べたところ、図９に示すような結果が得られた。本実施例では、印加磁界５０Oeを印加して測定したところ１８％のＭＲ変化率が得られた。
（実施例２）
スパッタ法により磁性膜１としてＣｏ0.72Ｍｎ0.08Ｂ0.20を２nmの厚さに蒸着した後、実施例１に示したものと同じ方法を用いて磁性膜１のパターニングおよび非磁性絶縁層２の形成を行う。さらにスパッタ法で磁性膜３’、磁化反転抑制膜４としてＣｏを２nm、ＩｒＭｎを１０nm蒸着し、パターニングして図２に示したような絶縁層膜部が露出した形状とし、更にイオンを照射注入して図２に示したような導電部分Ｃを形成し、電極に電流を膜面垂直方向のＭＲ特性を図２に示した検知すべき磁界方向に印加磁界２０Oeを印加して測定したところ１０％のＭＲ変化率が得られた。
（実施例３）
スパッタ法により磁性膜１としてＮｉ0.8Ｆｅ0.2を１０nmの厚さに蒸着した後、実施例１に示したものと同じ方法を用いて磁性膜１のパターニングおよび非磁性絶縁層２の形成を行う。さらにスパッタ法で磁性膜３としてＣｏを５nm蒸着し、パターニングして図３に示したような絶縁膜部が露出した形状とし、更にイオンを照射注入して図３に示したような導電部分Ｃを形成し、上下磁性膜部に電極Ｓ，Ｓ’を設けることにより、磁気抵抗効果型ヘッドを作製した。このヘッドに検知すべき磁界方向に、１０Oeの磁界を印加し発生した出力を測定したところ、類似形状で従来ＭＲ材料であるＮｉ−Ｆｅ膜を用いたヘッドに比べて６倍の出力があることが分かった。
（実施例４）
スパッタ法により磁性膜１としてＮｉ0.8Ｆｅ0.2を１０nmの厚さに蒸着した後、実施例１に示したものと同じ方法を用いて磁性膜１のパターニングおよび非磁性絶縁層２の形成を行う。さらにスパッタ法で磁性膜３としてＣｏを５nm蒸着し、パターニングして図４に示したような絶縁膜部が露出した形状とし、更にイオンを照射注入して図４に示したような導電部分Ｃを形成し、上下磁性膜部に電極を付けセンス線を形成した後、ＳｉＯ2をスパッタリングして絶縁膜を付ける。更にＡｕを蒸着してパターニングしてワード線を作製することにより、メモリー素子を作製した。ワード線に電流を流して磁性膜３を一方向に磁化した後、磁性膜１のみを磁化反転すべく磁性膜３の磁化方向と反対方向の磁界を発生する弱電流をワード線に流してセンス線の抵抗変化を測定したところ出力変化があり、磁性膜の磁化方向に磁界を発生する弱電流をワード線に流したところセンス線には出力変化が生じず、メモリー素子として動作することが分かった。また、何度弱電流をワード線に流して情報の読み出しをしても出力変化があり、非破壊読み出しが可能なことが分かった。
（実施例５）
スパッタ法により磁性膜１としてＮｉ0.68Ｃｏ0.2Ｆｅ0.12を１２nmの厚さに蒸着した後、Ｎｂの酸化膜を１０nm形成し、パターニングしてストライプ状にする。この結果、磁性体１の上面には厚さ１０nmの非磁性絶縁層２が形成される。引き続き、更に５keV〜５０keVのエネルギをもつ集束イオンビームを照射して図５（ａ）、（ｂ）に示したような導電部分Ｃを形成する。更にスパッタ法で磁性膜３としてＣｏ0.5Ｆｅ0.5を２nm蒸着し、パターニングして図５（ａ）、（ｂ）に示したような形状とすることにより、トンネル型様磁気抵抗効果素子を作製した。磁性膜１と磁性膜３の電極リード部に電流を流して膜面垂直方向のＭＲ特性を印加磁界５０Oeで測定したところ１８％のＭＲ変化率が得られた。
（実施例６）
スパッタ法により磁性膜１としてＣｏ0.72Ｍｎ0.08Ｂ0.20を２nmの厚さに蒸着した後、実施例５に示したものと同じ方法を用いて磁性膜１のパターニングおよび非磁性絶縁層２の形成を行う。更に、集束イオンを照射注入して導電部分Ｃを形成し、引き続き、スパッタ法で磁性膜３’、磁化反転抑制膜４としてＣｏを２nm、ＩｒＭｎを１０nm蒸着し、パターニングして図６に示したような形状とし、磁性膜１、３’に電極リードを設け、電流を流して膜面垂直方向のＭＲ特性を印加磁界２０Oeで測定したところ１０％のＭＲ変化率が得られた。
（実施例７）
スパッタ法により磁性膜１としてＮｉ0.8Ｆｅ0.2を１２nmの厚さに蒸着した後、実施例５に示したものと同じ方法を用いて磁性膜１のパターニングおよび非磁性絶縁層２の形成を行う。さらにスパッタ法で磁性膜３としてＣｏ0.5Ｆｅ0.5を２nm蒸着し、パターニングして図７に示したような形状とし、さらに電極Ｓ，Ｓ’で示す配線を設けて磁気抵抗効果型ヘッドを作製した。このヘッドに検知すべき磁界方向に、１０Oeの磁界を印加し発生した出力を測定したところ、類似形状で従来ＭＲ材料であるＮｉ−Ｆｅ膜を用いたヘッドに比べて６倍の出力があることがわかった。
（実施例８）
スパッタ法により磁性膜１としてＮｉ0.8Ｆｅ0.2を１０nmの厚さに蒸着した後、実施例５に示した同じ方法を用いて磁性膜１のパターニング及び非磁性絶縁層２の形成を行う。次に、集束イオンを照射注入して導電部分Ｃを形成し、更にスパッタ法で磁性膜３としてＣｏを５nm蒸着し、パターニングして図８に示すような形状とし、上下磁性膜部に電極を付けセンス線を形成した後、ＳｉＯ2をスパッタリングして絶縁膜を付け。更にＡｕを蒸着してパターニングしてワード線を作製することにより、メモリー素子を作製した。ワード線に電流を流して磁性膜３を一方向に磁化した後、磁性膜１のみを磁化反転すべく磁性膜３の磁化方向と反対方向の磁界を発生する弱電流をワード線に流してセンス線の抵抗変化を測定したところ出力変化があり、磁性膜の磁化方向に磁界を発生する弱電流をワード線に流したところセンス線には出力変化が生じず、メモリー素子として動作することが分かった。また、何度弱電流をワード線に流して情報の読み出しをしても出力変化があり、非破壊読み出しが可能なことが分かった。
【発明の効果】
本発明の磁気抵抗効果素子は、上記構成により、微小磁界でも容易に磁化反転する軟磁性膜と容易には磁化反転しない磁性膜とを特殊な非磁性絶縁膜で分離し、両磁性膜の磁気的結合を極めて弱くして軟磁性膜の磁化回転を良好にすることにより、素子の磁界感度を向上することができる。また、よりおおきなＭＲ変化率を示す膜面垂直方向の磁気抵抗効果を得ることができる。
また、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドは、上記構成により、出力が大きく線形性の良好な磁気抵抗効果型ヘッドが得られる。
さらに、本発明の磁気抵抗効果型ヘッドおよびメモリー素子においては、膜面垂直方向も抵抗が高く、素子の膜面垂直方向に電流を流すことが可能で、より大きなＭＲ変化率を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）図は本発明の磁気抵抗効果素子の実施の形態の構成を示す斜視図、（ｂ）図はこの（ａ）図における要部Ａの拡大図
【図２】本発明の磁気抵抗効果素子の他の実施の形態の構成を示す斜視図
【図３】本発明の磁気抵抗効果型ヘッドの実施の形態の構成を示す斜視図
【図４】本発明のメモリー素子の実施の形態の構成を示す斜視図
【図５】（ａ）図は本発明の磁気抵抗効果素子の更に他の実施の形態の構成を示す斜視図、（ｂ）図はこの（ａ）図におけるＸ−Ｘ断面図
【図６】本発明の磁気抵抗効果素子の更に他の実施の形態の構成を示す斜視図
【図７】本発明の磁気抵抗効果型ヘッドの他の実施の形態の構成を示す斜視図
【図８】本発明のメモリー素子の他の実施の形態の構成を示す斜視図
【図９】本発明実施例１の磁気抵抗効果素子の磁気抵抗変化率を示す図
【図１０】本発明の磁気抵抗効果素子の作製に際して適した集束イオンビーム装置の構成を模式的に示す縦断面図
【符号の説明】
１，３              磁性膜
２                  非磁性膜
Ｃ                  導電部分
Ｃ’、Ｃ’’、Ｃ’’’  エッジ部
【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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