磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ、磁気記録再生装置、メモリセルアレイ、及び磁気抵抗効果素子の製造方法
【課題】 本発明の実施形態によれば、劣化しにくく、ＭＲ変化率の大きい磁気抵抗効果素子、それを用いた磁気ヘッドアセンブリ、磁気記録再生装置、メモリセルアレイ、及び磁気抵抗効果素子の製造方法を提供することができる。
【解決手段】 磁気抵抗効果素子は、第１の電極と、第１の磁性層と、第２の磁性層と、スペーサ層と、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも一つの元素とＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素とを含む酸化物層と、酸化物層に接して設けられ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも一つの元素を０．５ａｔ%以上８０ａｔ％以下の濃度で含み、かつＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素を含む金属層とを備える。
【解決手段】 磁気抵抗効果素子は、第１の電極と、第１の磁性層と、第２の磁性層と、スペーサ層と、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも一つの元素とＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素とを含む酸化物層と、酸化物層に接して設けられ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも一つの元素を０．５ａｔ%以上８０ａｔ％以下の濃度で含み、かつＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素を含む金属層とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ、磁気記録再生装置、メモリセルアレイ、及び磁気抵抗効果素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果素子は、２つの磁性層の間にスペーサ層を有する。磁気抵抗効果素子は、２つの磁性層が有する磁化の方向の相対角度の変化によって磁気抵抗効果が生じる。磁気抵抗効果素子には、例えばスペーサ層を絶縁層とするトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｒｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子、又はスペーサ層を金属層として磁気抵抗効果素子の膜面の垂直方向にセンス電流を通電するＣＰＰ−ＧＭＲ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｐｌａｎｅ−Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｒｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−６５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
磁気抵抗効果素子が小さくなると、磁気抵抗効果素子自体の抵抗値が大きくなる。そこで、ＴＭＲ素子の場合には絶縁層を薄くする。しかしながら、薄くなった絶縁層は、絶縁層内に多くのスピンホールを生じ、ＴＭＲ素子が劣化してしまう。また、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の場合には、素子自体は低抵抗となるが抵抗変化率（以下、ＭＲ変化率という）が小さい。
【０００５】
そこで、本発明の実施形態は、劣化しにくく、ＭＲ変化率の大きい磁気抵抗効果素子、それを用いた磁気ヘッドアセンブリ、磁気記録再生装置、及び磁気抵抗効果素子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】
【０００６】
本発明の一態様に係る磁気抵抗効果素子は、第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられ、磁化が一方向に固定され又は外部磁場に応じて変化する第１の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の電極との間に設けられ、磁化が外部磁場に応じて変化する第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられたスペーサ層と、前記第１の電極と前記第１の磁性層との間、前記第１の磁性層中、前記第１の磁性層と前記スペーサ層との間、前記スペーサ層中、前記スペーサ層と前記第２の磁性層との間、前記第２の磁性層中、又は前記第２の磁性層と前記第２の電極との間の何れかに設けられ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも一つの元素とＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素とを含む酸化物層と、前記第１の電極と前記第２の電極とを結ぶ方向において前記酸化物層に接して設けられ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも一つの元素を５ａｔ%以上８０ａｔ％以下の濃度で含み、かつＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素を含む金属層と、を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す図。
【図２】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す図。
【図３】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す図。
【図４】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す図。
【図５】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す図。
【図６】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す図。
【図７】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す図。
【図８】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す図。
【図９】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す図。
【図１０】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す図。
【図１１】第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す図。
【図１２】磁気抵抗効果素子の変形例を示す図。
【図１３】磁気抵抗効果素子の変形例を示す図。
【図１４】磁気抵抗効果素子の変形例を示す図。
【図１５】磁気抵抗効果素子の変形例を示す図。
【図１６】磁気抵抗効果素子の変形例を示す図。
【図１７】磁気抵抗効果素子の変形例を示す図。
【図１８】磁気抵抗効果素子の変形例を示す図。
【図１９】磁気抵抗効果素子の変形例を示す図。
【図２０】磁気抵抗効果素子の実施例を示す図。
【図２１】磁気抵抗効果素子の実施例を示す図。
【図２２】磁気抵抗効果素子の実施例を示す図。
【図２３】磁気抵抗効果素子の実施例を示す図。
【図２４】磁気抵抗効果素子の実施例を示す図。
【図２５】磁気抵抗効果素子の実施例を示す図。
【図２６】磁気抵抗効果素子の実施例を示す図。
【図２７】磁気抵抗効果素子の実施例を示す図。
【図２８】磁気抵抗効果素子の実施例を示す図。
【図２９】磁気抵抗効果素子の実施例を示す図。
【図３０】磁気抵抗効果素子の実施例を示す図。
【図３１】磁気抵抗効果素子の実施例を示す図。
【図３２】第３の実施形態に係る磁気記録再生装置を示す図。
【図３３】第４の実施形態に係るヘッドスタックアセンブリを示す図。
【図３４】第４の実施形態に係るヘッドスタックアセンブリを示す図。
【図３５】第５の実施形態に係る磁気記録再生装置を示す図。
【図３６】第５の実施形態に係る磁気記録再生装置を示す図。
【図３７】第５の実施形態に係る磁気記録再生装置を示す図。
【図３８】第５の実施形態に係る磁気記録再生装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下図面を参照して、本発明の各実施形態を説明する。同じ符号が付されているものは同様のものを示す。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、磁気抵抗効果素子１００を示す図である。磁気抵抗効果素子１００は、第１の磁性層２０と、スペーサ層３０と、酸化物層４０と、金属層５０と、第２の磁性層６０とを備える。酸化物層４０と金属層５０は接している。磁気抵抗効果素子１００は、第１の磁性層２０から第２の磁性層６０に向かって又は第２の磁性層６０から第１の磁性層２０に向かって電流が通電される。
【００１０】
第1の磁性層２０は、強磁性を有する。第1の磁性層２０の磁化は、一方向に固定され又は外部磁場に応じて変化する。第２の磁性層６０は、強磁性を有する。第２の磁性層６０の磁化は、外部磁場に応じて変化する。
【００１１】
第1の磁性層２０及び第２の磁性層６０には、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉを含む強磁性金属を用いることができる。例えば、Ｆｅ５０Ｃｏ５０［３ｎｍ］、又はスペーサ層３０側にＣｏＦｅが位置するように形成されたＣｏ９０Ｆｅ１０［１ｎｍ］／Ｎｉ８３Ｆｅ１７［３．５ｎｍ］という二層構成を用いることができる。ここで、‘／’は‘／’の左側に記載されたものから順に積層していることを示し、Ａｕ／Ｃｕ／Ｒｕと記載された場合、Ａｕ層上にＣｕ層を積層し、Ｃｕ層上にＲｕ層を積層していることを示す。また、‘×２’とは、２層であることを示し、（Ａｕ／Ｃｕ）×２と記載された場合、Ａｕ層上にＣｕ層を積層し、Ｃｕ層上にさらにＡｕ層、Ｃｕ層と順次積層していることを示す。また、‘［ ］’はその材料の膜厚を示す。
【００１２】
第１の磁性層２０の磁化が一方向に固定された磁化固定層である場合と磁化が外部磁場に応じて変化する磁化自由層である場合とで第１の磁性層２０に用いる材料は異なる。
【００１３】
第１の磁性層２０が磁化固定層である場合、第１の磁性層２０としては、Ｆｅ５０Ｃｏ５０を用いることができる。Ｆｅ５０Ｃｏ５０は、ｂｃｃ構造を有する磁性材料である。この材料は、スピン依存界面散乱効果が大きいため、大きなＭＲ変化率を実現することができる。ｂｃｃ構造をもつＦｅＣｏ系合金として、ＦｅｘＣｏ１００−ｘ（ｘ＝３０％〜１００％）や、ＦｅｘＣｏ１００−ｘに添加元素を加えたものが挙げられる。そのなかでも、諸特性をすべて満たしたＦｅｘＣｏｙ（ｘ＝４０％〜８０％、ｙ＝２０％〜６０％）が使いやすい材料の一例である。第１の磁性層２０が、高ＭＲ変化率を実現しやすいｂｃｃ構造をもつ磁性層から形成されている場合には、この磁性層の全膜厚が１．５ｎｍ以上であることが望ましい。ｂｃｃ構造を安定に保つためである。
【００１４】
スピンバルブ膜に用いられる金属材料は、ｆｃｃ構造またはｆｃｔ構造であることが多いため、第１の磁性層２０のみがｂｃｃ構造を有することがあり得る。このため、第１の磁性層２０の膜厚が薄すぎると、ｂｃｃ構造を安定に保つことが困難になり、高いＭＲ変化率が得られなくなる。
【００１５】
また、第１の磁性層２０の材料として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸ合金（ｘ＝０％〜１００％、ｘ＝０％〜３０％）を用いることもできる。（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸのようなアモルファス合金を用いた場合、磁気抵抗効果素子の素子サイズが小さくなった場合に懸念される結晶粒に起因した素子間のバラツキを抑えることができる。
【００１６】
また、このようなアモルファス合金を用いた場合、第１の磁性層２０を平坦な膜にすることができるため、第１の磁性層２０の上に形成されるスペーサ層３０を平坦化する効果がある。
【００１７】
スペーサ層３０の平坦化は、スペーサ層３０の欠陥の頻度を減らすことができる。よって、スペーサ層３０が平坦化されていれば、低い面積抵抗で高いＭＲ変化率を得ることができる。スペーサ層３０としてＭｇＯを用いる場合、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸのようなアモルファス合金を用いることでその上に形成されるＭｇＯ層の（１００）配向性を強めることができる。ＭｇＯ層の（１００）配向性は高いＭＲ変化率を得ることができる。また、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸ合金はアニール時にＭｇＯ（１００）面をテンプレートとして結晶化するため、ＭｇＯと（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸ合金の良好な結晶整合を得ることが出来る。第１の磁性層２０の膜厚は、厚いほうが大きなＭＲ変化率を得やすいが、大きなピン固定磁界を得るためにはその膜厚は薄い。例えば、ｂｃｃ構造をもつＦｅＣｏ合金層を用いたときには、ｂｃｃ構造を安定にする必要があるため、第１の磁性層２０は１．５ｎｍ以上である。また、ｆｃｃ構造のＣｏＦｅ合金層を用いるときにも、大きなＭＲ変化率を得るため、やはり１．５ｎｍ以上の膜厚である。一方、大きなピン固定磁界を得るためには、第１の磁性層２０の膜厚は最大でも、５ｎｍ以下である。以上のように、第１の磁性層２０の膜厚は、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下である。第１の磁性層２０には、ｂｃｃ構造をもつ磁性材料の代わりに、従来の磁気抵抗効果素子で広く用いられているｆｃｃ構造を有するＣｏ９０Ｆｅ１０合金や、ｈｃｐ構造をもつＣｏや、Ｃｏ合金を用いることができる。第１の磁性層２０として、Ｃｏ、Ｆｅ、又はＮｉなどの単体金属、又はこれらの元素を少なくとも１つ含む合金を用いることができる。第１の磁性層２０の磁性材料として、大きなＭＲ変化率を得るのに有利なものは、ｂｃｃ構造をもつＦｅＣｏ合金材料、５０％以上のコバルト組成をもつコバルト合金、５０％以上のＮｉ組成である。また、第１の磁性層２０として、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＡｌなどのホイスラー磁性合金層を用いることも可能である
第１の磁性層２０が磁化自由層である場合、例えば、スペーサ層３０側にＣｏＦｅが位置するように形成されたＮｉ８３Ｆｅ１７［３．５ｎｍ］／Ｃｏ９０Ｆｅ１０［１ｎｍ］という二層構成を用いることができる。ここで、スペーサ層３０側に位置するＣｏＦｅはＦｅｘＣｏ１００−ｘ（ｘ＝１０％〜１００％）でもよい。また、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅなどの三層構成としてもよい。なお、ＮｉＦｅ層を用いない場合には、Ｃｏ９０Ｆｅ１０［４ｎｍ］単層を用いることができる。Ｃｏ９０Ｆｅ１０の合金は、軟磁気特性が安定である。ＣｏＦｅ合金を用いる場合には、膜厚を０．５ｎｍ以上４ｎｍ以下とする。その他、ＦｅｘＣｏ１００−ｘ（ｘ＝１０％〜１００％）も用いることができる。また、第１の磁性層２０として、１ｎｍ以上２ｎｍ以下のＣｏＦｅ層またはＦｅ層と、０．１ｎｍ以上０．８ｎｍ以下の極薄Ｃｕ層とを複数層交互に積層したものを用いてもよい。また、第１の磁性層２０の一部として、ＣｏＺｒＮｂなどのアモルファス磁性層を用いても構わない。第1の磁性層２０の構造としては、スペーサ層３０側からみて、次のような構成が可能である。即ち、第1の磁性層２０の構造として、（１）結晶層のみ、（２）結晶層／アモルファス層の積層、（３）結晶層／アモルファス層／結晶層の積層、などが考えられる。（１）から（３）のいずれでもスペーサ層３０と第１の磁性層２０の界面は結晶層が接している。また、第１の磁性層２０として、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＡｌなどのホイスラー磁性合金層を用いることも可能である。
【００１８】
磁化が外部磁場に応じて変化する第２の磁性層６０は、第１の磁性層２０が磁化自由層である場合に好ましい材料と同じ材料を用いることができる。
【００１９】
スペーサ層３０は、金属、絶縁体、又は電流パス３１を含む絶縁層３２からなる。電流パス３１を含む絶縁層３２を電流狭窄層という。
【００２０】
スペーサ層３０に金属を用いる場合、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、又はＺｎを用いることができる。スペーサ層３０として、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｏｓを用いても良い。絶縁体には、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、又はＺｎから選択される少なくとも一つの元素を含む酸化物を用いることができる。具体的には、ＭｇＯを用いることできる。ＭｇＯは、コヒーレントなスピン依存トンネリング現象を示すため、高いＭＲ変化率を得ることができる。
【００２１】
絶縁層３２は、酸化物、窒化物、酸窒化物等を用いることができる。絶縁層３２の具体例としては、Ａｌ２Ｏ３およびこれに添加元素を加えたものが挙げられる。例として、膜厚約２ｎｍのＡｌ２Ｏ３を用いることができる。添加元素としては、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｂ、Ｃ、又はＺｎなどがある。これらの添加元素の添加量は０％〜５０％程度の範囲で適宜加えることができる。絶縁層３２には、Ａｌ２Ｏ３のようなＡｌ酸化物の変わりに、Ｍｇ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｈｆ酸化物、Ｍｎ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｃｒ酸化物、Ｔａ酸化物、Ｎｂ酸化物、Ｍｏ酸化物、Ｓｉ酸化物、又はＶ酸化物なども用いることができる。これらの酸化物に対しても上述した添加元素を用いることができる。添加元素の添加量は０％〜５０％程度の範囲で適宜加えることができる。絶縁層３２として、酸化物の変わりに、Ａｌ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｂ、Ｃをベースとする窒化物または酸窒化物を用いることもできる。
【００２２】
電流パス３１は、電流狭窄層の膜面垂直に電流を流すパス（経路）であり、電流を狭窄するためのものである。電流パス３１には、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、又はＦｅから選択される少なくとも一つの元素、又はこれらの元素からなる合金を用いることができる。合金としては、ＣｕＮｉ、ＣｕＣｏ、ＣｕＦｅ等を用いることができる。電流パス３１は絶縁層３２と比べて著しく酸素および窒素の含有量が少ない領域であり（少なくとも２倍以上の酸素または窒素の含有量の差がある）、結晶相である。結晶相は非結晶相よりも抵抗が小さいため、電流パス３１して機能しやすい。
【００２３】
スペーサ層３０の膜厚は、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下である。
【００２４】
酸化物層４０は、酸化物層４０を通過するアップスピン電子又はダウンスピン電子の透過を制御することができる。このような効果をスピンフィルタ効果という。酸化物層４０は、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも一つの元素とＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素を含む。これらは、酸化物層４０の母金属材料である。具体的には、Ｆｅ５０Ｃｏ５０とＺｎの混合酸化物を用いることができる。Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、又はＣｄの酸化物は、３ｅＶ以上の高いバンドギャップを有する。このような、高いバンドギャップを有する酸化物としては、例えばＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＣｄＯ、ＣｄＩｎ２Ｏ４、Ｃｄ２ＳｎＯ４、Ｚｎ２ＳｎＯ４等がある。化学量論組成から少し還元よりにずれることにより酸素空孔等の真性欠陥がドナー準位を酸化物層４０内で形成する。このため、酸化物層４０内の伝導電子密度が１０１８ｃｍ−３以上１０１９ｃｍ−３以下程度になる。このとき、価電子帯は主として酸素原子の２ｐ軌道となり、伝導帯は金属原子のｓ軌道で構成されている。キャリア密度が１０１２ｃｍ−３よりも増えるとフェルミ準位は伝導帯に達し縮退する。このような状態は、ｎ型の縮退と呼ばれ、大きな濃度と高い移動度を有する伝導電子が酸化物層４０内に形成されるために酸化物層４０が低い抵抗値を有する。しかしながら、上記したＺｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、又はＣｄの酸化物だけでは、酸化物層４０は、磁性を帯びない。Ｃｏ、Ｆｅ、又はＮｉは、常温で磁性を有する。このために、酸化物層４０は高いスピン依存散乱効果を有することになる。よって、酸化物層４０は低い抵抗率と高いスピン依存散乱効果を有する。従って、磁気抵抗効果素子１００は、高いＭＲ変化率を有する。なお、Ｚｎは、Ｆｅ、Ｃｏ、又はＮｉと周期表で同周期であるために、磁性を帯やすい。このために、酸化物層４０の磁化を安定化できる。
【００２５】
また、酸化物層４０にＺｎを含有する酸化物を用いた場合には、添加元素を加えてもよい。Ｚｎ酸化物に添加元素としてＡｌを加えた場合、熱耐性があがることが報告されている。Ａｌのほかにも、添加元素としては、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、又はＳｎ等があげられる。耐熱性が向上するメカニズムは完全に明らかとはなっていない。しかしながら、化学量論組成から還元気味にずれたことにより形成されるＺｎ酸化物中の酸素空孔の密度が、熱による再酸化の促進により減少して、キャリア密度が変わることにより耐熱性が向上すると考えられる。上記したこれらの元素はＩＩＩ族、またはＩＶ族のドーパントにあたり、これらのドーパントは熱によるＺｎ原子の再酸化の促進を防ぐ。このために、酸化物層４０中のキャリア密度の変化や、熱に対する抵抗率の変化が抑えられると考えられる。
【００２６】
酸化物層４０の膜厚は、スピンフィルタ効果を得るためには０．５ｎｍ以上とする。膜厚が均一な酸化物層４０を得るためには、製造上の装置の依存性を考慮して、１ｎｍ以上にする。一方、膜厚の上限は再生ヘッドのリードギャップを広げない観点で１０ｎｍ以下とする。
【００２７】
金属層５０は、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも一つの元素を５ａｔ（原子）％以上８０ａｔ％以下の濃度で含み、かつＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素を含む。なお、金属層５０は、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも一つの元素を含む層と、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素を含む層の２層からなる積層体であってもよい。具体的には、膜厚が２ｎｍのＺｎ５０（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）５０を用いることができる。他にも、（Ｚｎ[０．２５ｎｍ]／Ｆｅ５０Ｃｏ５０[０．２５ｎｍ]）×４のような積層体を用いても良い。図３は、金属層５０の働きを説明する図である。金属層５０が設けられていない場合、酸化物層４０に熱が加わると酸化物層４０内の酸素が拡散して酸化物層４０に隣接する第２の磁性層６０を酸化してしまう（図３（Ａ））。このため、磁気抵抗効果素子が劣化しやすくなる。なお、熱とは、製造工程で用いるアニール、磁性層の磁化を固定するためのアニール、又は磁気抵抗効果素子に電流を通電した際に生じるジュール熱を示す。
【００２８】
金属層５０が酸化物層４０に接して設けられている場合、酸化物層４０に熱が加わると酸化物層４０内の酸素は金属層５０の一部を酸化する（図３（Ｂ））。金属層５０は、酸化物層４０と共通の材料を有するために、酸化物層４０の効果を維持し、更に酸化による磁気抵抗効果素子１００の劣化を防ぐことができる。また、金属層５０は、酸化物層４０で用いられる母金属材料を共通の材料を有するので、高いスピン依存散乱を有する。このため、金属層５０が残っていても磁気抵抗効果素子１００に悪影響を与えることはない。ここでは、第２の磁性層６０を例に説明したが、第２の磁性層６０でなくても、電極、スペーサ層に対しても同様の効果を得ることができる。電極の場合には、電極の酸化を防止することができる。スペーサ層は、金属、絶縁体、又は電流パスを含む酸化物層の場合がある。スペーサ層が金属の場合には、金属の酸化を防止することができる。スペーサ層が絶縁体の場合には、絶縁体の過剰酸化を防止することができる。スペーサ層３０が電流パス３１を含む絶縁層３２の場合には、電流パスの酸化を防止することができる。
【００２９】
金属層５０の膜厚は薄すぎると酸化物層４０からの余剰酸素を吸収しきれず、金属層５０上に形成される層の酸化を招いて低スピンフィルタ層が形成されるため、０．２５ｎｍ以上とすることが望ましい。また、金属層５０が厚すぎるとトータルの磁気抵抗効果素子の膜厚が厚くなり、狭ギャップ化の観点で望ましくないため４ｎｍ以下とすることが望ましい。
【００３０】
磁気抵抗効果素子１００は、第１の磁性層２０上に、スペーサ層３０、酸化物層４０、金属層５０、第２の磁性層６０が形成されているものとして説明した。しかしながら、図４〜図９に示すような構造であってもよい。
【００３１】
図４（Ａ）〜図４（Ｋ）に示す基本構造は、下から第１の磁性層２０、スペーサ層３０、第２の磁性層６０となっている。なお、上下は逆さまでもよい。つまり、第１の磁性層２０が下側でも第２の磁性層６０が下側でもどちらでもよい。これは、図５〜図８でも同様である。
【００３２】
図４（Ａ）は、スペーサ層３０と第２の磁性層６０との間に酸化物層４０が設けられ、酸化物層４０とスペーサ層３０との間に金属層５０が設けられている図を示す。係る場合には、スペーサ層３０の劣化を防止できる。
【００３３】
図４（Ｂ）、図４（Ｃ）は、第２の磁性層６０中に酸化物層４０が設けられ、酸化物層４０と第２の磁性層６０との間に金属層５０が設けられている図を示す。図４（Ｂ）は、酸化物層４０がスペーサ層３０側に設けられる図を示す。図４（Ｃ）は、金属層５０がスペーサ層３０側に設けられている図を示す。係る場合、第２の磁性層６０の酸化物層４０に接している側は、酸化されてしまう。しかしながら、金属層５０と第２の磁性層６０が接している側で高いＭＲ変化率を有するので総合してＭＲ変化率の高い磁気抵抗効果素子１００となる。
【００３４】
図４（Ｄ）は、第２の磁性層６０上に酸化物層４０、金属層５０が設けられている図を示す。図４（Ｅ）は、第２の磁性層６０上に金属層５０、酸化物層４０が設けられている図を示す。
【００３５】
図４（Ｆ）は、第１の磁性層２０とスペーサ層３０との間に酸化物層４０が設けられ、酸化物層４０とスペーサ層３０との間に金属層５０が設けられている図を示す。図４（Ｇ）は、第１の磁性層２０とスペーサ層３０との間に酸化物層４０が設けられ、酸化物層４０と第１の磁性層２０との間に金属層５０が設けられている図を示す。
【００３６】
図４（Ｈ）、図４（Ｉ）は、第１の磁性層２０中に酸化物層４０が設けられ、酸化物層４０と第１の磁性層２０との間に金属層５０が設けられている図を示す。図４（Ｈ）は、金属層５０がスペーサ層３０側に設けられ、図４（Ｉ）では、酸化物層４０がスペーサ層３０側に設けられている図を示す。
【００３７】
図４（Ｊ）は、第２の磁性層２０の下に金属層５０、酸化物層４０が設けられている図を示す。図４（Ｋ）は、第２の磁性層２０の下に酸化物層４０、金属層５０が設けられている図を示す。
【００３８】
図５（Ａ）〜図５（Ｆ）は、酸化物層４０を２つの金属層５０で挟んだ図を示す。図５（Ａ）〜図５（Ｆ）に示す基本構造は、下から第１の磁性層２０、スペーサ層３０、第２の磁性層６０となっている。
【００３９】
図５（Ａ）は、２つの金属層５０で挟まれた酸化物層４０がスペーサ層３０と第２の磁性層６０との間に設けられている図を示す。図５（Ｂ）は、２つの金属層５０で挟まれた酸化物層４０が第２の磁性層６０中に設けられている図を示す。図５（Ｃ）は、２つの金属層５０で挟まれた酸化物層４０が第２の磁性層６０上に設けられている図を示す。図５（Ｄ）は、２つの金属層５０で挟まれた酸化物層４０がスペーサ層３０と第１の磁性層２０との間に設けられている図を示す。図５（Ｅ）は、２つの金属層５０で挟まれた酸化物層４０が第１の磁性層２０中に設けられている図を示す。図５（Ｆ）は、２つの金属層５０で挟まれた酸化物層４０が第１の磁性層２０の下側に設けられている図を示す。
【００４０】
図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示す基本構造は、下から第１の磁性層２０、スペーサ層３０、第２の磁性層６０となっている。図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、スペーサ層３０中に酸化物層４０が設けられ、酸化物層４０とスペーサ層３０との間に金属層５０が設けられている図を示す。図６（Ａ）は、酸化物層４０が第１の磁性層２０側に設けられている図を示す。図６（Ｂ）は、金属層５０が第１の磁性層２０側に設けられている図を示す。図６（Ｃ）は、２つの金属層５０で挟まれた酸化物層４０がスペーサ層３０中に設けられている図を示す。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示す構造の場合には、スペーサ層３０は実質的に２層あることになる。よって、第１の磁性層２０側と第２の磁性層６０側で２つのスピンフィルタ効果を有するので、磁気抵抗効果素子１００のＭＲ変化率を高めることができる。
【００４１】
図７は、スペーサ層３０の代わりに酸化物層４０と金属層５０を用いた図である。図７（Ａ）は、第１の磁性層２０と第２の磁性層６０との間に酸化物層４０が設けられ、第２の磁性層６０と酸化物層４０との間に金属層５０が設けられている図を示す。図７（Ｂ）は、第１の磁性層２０と第２の磁性層６０との間に酸化物層４０が設けられ、第１の磁性層２０と酸化物層４０との間に金属層５０が設けられている図を示す。図７（Ｃ）は、第１の磁性層２０と第２の磁性層６０との間に、２つの金属層５０で挟まれた酸化物層４０が設けられている図を示す。図７に示す構造の場合には、スペーサ層３０を設けなくて良いので、磁気抵抗効果素子１００を微細化できる。ここで、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉからなる群から選択される強磁性元素のみを母金属材料とした酸化物層４０は比較的大きい磁化を有する。このため、図７のようにスペーサ層３０に配置した場合、第１の磁性層２０と第２の磁性層６０の磁気結合が強いため、スペーサ層３０として用いることができない。一方、本実施形態のＦｅ、Ｃｏ、ＮｉにさらにＺｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｃｄから選択される非磁性元素を加えた酸化物層４０は、前述したＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉのみを母金属材料とした酸化物に比べて磁化が小さい、若しくは非磁性となる。従って、第１の磁性層２０と第２の磁性層６０の磁気結合を十分に弱めることができ、スペーサ層３０として用いることができる。
【００４２】
図８は、第１の磁性層２０とスペーサ層３０との間、及び第２の磁性層６０とスペーサ層３０との間のそれぞれの場所に酸化物層４０が設けられ、酸化物層４０と第１の磁性層２０及び第２の磁性層６０との間にそれぞれ金属層５０が設けられている図を示す。係る場合、第１の磁性層２０及び第２の磁性層６０の両方の層の劣化を防ぐことができる。
【００４３】
図９は、スペーサ層３０と第２の磁性層６０との間に酸化物層４０が設けられ、酸化物層４０と第２の磁性層６０との間に金属層５０が設けられ、金属層５０と酸化物層４０との間に非磁性金属層が設けられている図を示す。係る場合、非磁性金属層の膜厚が１ｎｍ以上２ｎｍ以下であれば、酸化物層４０内の酸素が非磁性金属層を透過して金属層５０を酸化できる。
【００４４】
次に、磁気抵抗効果素子１００の製造方法について説明する。
【００４５】
図１０は、磁気抵抗効果素子１００の一部の製造方法を説明するフローチャート図である。磁気抵抗効果素子１００の製造方法は３つある。１つ目は、酸化物層４０の形成後に金属層５０を形成する工程である。２つ目は、金属層５０の形成後に酸化物層４０を形成する工程である。３つ目は、金属層５０を形成後に酸化物層４０を形成し更に金属層５０を形成する工程である。製造方法には、ＤＣマグネトロンスパッタ、ＲＦマグネトロンスパッタ等のスパッタ法、イオンビームスパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、又はＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法を用いることができる。
【００４６】
図１０（Ａ）は、酸化物層４０を形成後（Ｓ１０）に酸化物層４０上に金属層５０を形成する（Ｓ２０）フローを示す。金属層５０を形成後に加熱処理を行って、酸化物層４０の酸素で金属層５０を酸化進行させてもよい。なお、加熱処理を行わなくても、酸化物層４０の酸素は金属層５０の酸化を進行させることができる。これは、室温程度（３００Ｋ）のエネルギーであれば金属層５０との反応は十分進むからである。
【００４７】
図１０（Ｂ）は、金属層５０を形成後（Ｓ３０）に金属層５０上に酸化物層４０を形成する（Ｓ４０）フローを示す。酸化物層４０を形成後に加熱処理を行って、酸化物層４０の酸素で金属層５０の酸化を進行させてもよい。なお、加熱処理を行わなくても、酸化物層４０の酸素は金属層５０の酸化を進行させることができる。
【００４８】
図１０（Ｃ）は、金属層５０を形成後（Ｓ５０）に金属層５０上に酸化物層４０を形成し（Ｓ６０）、酸化物層４０を形成後に更に２層目の金属層５０を形成する（Ｓ７０）。金属層５０上に酸化物層４０を形成した後、又は２層目の金属層５０を形成した後に加熱処理を行って、酸化物層４０の酸素で金属層５０の酸化を進行させてもよい。なお、加熱処理を行わなくても、酸化物層４０の酸素は金属層５０の酸化を進行させることができる。
【００４９】
酸化処理としては、イオンビーム酸化、プラズマ酸化する方法を用いることができる。この場合、イオンビーム酸化やプラズマ酸化のエネルギーアシストにより、酸化物層４０を形成することができる。また、酸化物層４０を作製した後にＡｒプラズマ照射や水素イオン照射などの還元処理を行っても良い。このような還元処理を行いことにより、酸化物層４０の酸素濃度を調整することができる。
【００５０】
（第２の実施形態）
図１１は、第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子２００の構成を示す模式図である。
【００５１】
磁気抵抗効果素子２００は、磁気抵抗効果素子２００を酸化等の劣化から防止するキャップ層１９と、磁化が一方向に固定されたピン層１４と、キャップ層１９とピン層１４との間に設けられ磁化が外部磁場に応じて変化するフリー層１８と、ピン層１４とフリー層１８との間に設けられたスペーサ層３０と、スペーサ層３０とフリー層１８との間に設けられた酸化物層４０と、酸化物層４０とフリー層１８との間に設けられた金属層５０とを備える。フリー層１８は第１の磁性層２０に相当する。ピン層１４は、第２の磁性層６０に相当する。
【００５２】
また、磁気抵抗効果素子２００は、積層体の膜面に垂直に電流を流すための一対の電極１０、７０を備える。さらに、磁気抵抗効果素子２００は、電極１０とピン層１４との間に設けられ、ピン層１４の磁化方向を固定するための反強磁性体からなるピニング層１３、およびピニング層１３と電極１０との間に設けられた下地層１２を備える。
【００５３】
電極１０と電極７０との間に電圧が印加されることで、磁気抵抗効果素子２００の内部を膜面垂直方向に沿って電流が流れる。
【００５４】
この電流が流れることで、磁気抵抗効果に起因する抵抗の変化を検出することができ、磁気の検知が可能となる。電極１０、７０としては、電流を磁気抵抗効果素子２００に流すために、電気抵抗が比較的小さいＣｕ、Ａｕ等が用いられる。
【００５５】
下地層１２は、例えば、バッファ層およびシード層が積層した構成をとる。ここで、バッファ層は電極１０側に位置し、シード層はピニング層１３側に位置する。
【００５６】
バッファ層は電極１０の表面の荒れを緩和し、バッファ層上に積層される層の結晶性を改善する。バッファ層としては、例えばＴａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ又はこれらの合金を用いることができる。バッファ層の膜厚は１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。バッファ層の厚さが薄すぎるとバッファ効果が失われる。一方、バッファ層の厚さが厚すぎるとＭＲ変化率に寄与しない直列抵抗を増大させることになる。なお、バッファ層上に形成されるシード層がバッファ効果を有する場合には、バッファ層を必ずしも設ける必要はない。一例として、Ｔａを１ｎｍ設ける。
【００５７】
シード層は、シード層上に積層される層の結晶配位向及び結晶粒径を制御する。シード層としては、ｆｃｃ構造（ｆａｃｅ−ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：面心立方格子構造）、ｈｃｐ構造（ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｃｌｏｓｅ−ｐａｃｋｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：六方最密格子構造）またはｂｃｃ構造（ｂｏｄｙ−ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：体心立方格子構造）を有する金属等である。
【００５８】
例えば、シード層として、ｈｃｐ構造を有するＲｕまたはｆｃｃ構造を有するＮｉＦｅを用いることにより、その上に積層される層の結晶配向をｆｃｃ（１１１）配向にすることができる。また、ピニング層１３がＩｒＭｎの場合には良好なｆｃｃ（１１１）配向が実現され、ピニング層１３がＰｔＭｎの場合には規則化したｆｃｔ（１１１）構造（ｆａｃｅ−ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：面心正方構造）が得られる。また、フリー層１８及びピン層１４としてｆｃｃ金属を用いたときには良好なｆｃｃ（１１１）配向を実現でき、フリー層１８及びピン層１４としてｂｃｃ金属を用いたときには、良好なｂｃｃ（１１０）配向とすることができる。結晶配向を向上させるシード層としての機能を十分発揮するために、シード層の膜厚としては、１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。一例として、Ｒｕを２ｎｍ形成することができる。
【００５９】
他にも、シード層として、Ｒｕの代わりに、ＮｉＦｅベースの合金（例えば、ＮｉｘＦｅ１００−ｘ（ｘ＝９０％〜５０％）や、ＮｉＦｅに第３元素Ｘを添加して非磁性にした（ＮｉｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＸｙ（Ｘ＝Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｍｏ））を用いることもできる。ＮｉＦｅベースのシード層では、良好な結晶配向性を得るのが比較的容易であり、ロッキングカーブの半値幅を３°〜５°とすることができる。
【００６０】
シード層には、結晶配向を向上させる機能だけでなく、シード層上に積層される層の結晶粒径を制御する機能もある。具体的には、シード層上に積層される層の結晶粒径を５ｎｍ以上２０ｎｍ以下に制御することができ、磁気抵抗効果素子のサイズが小さくなっても、特性のばらつきを招くことなく高いＭＲ変化率を実現できる。
【００６１】
なお、シード層の結晶粒径を５ｎｍ以上２０ｎｍ以下にすることで、結晶粒界による電子乱反射及び非弾性散乱サイトが少なくなる。このサイズの結晶粒径を得るには、Ｒｕを２ｎｍ形成する。また、（ＮｉｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＺｙ（Ｚ＝Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｍｏ））の場合には、第３元素Ｘの組成ｙを０％〜３０％程度として（ｙが０の場合も含む）、２ｎｍ形成する。
【００６２】
シード層上に積層される層の結晶粒径は、シード層とスペーサ層３０との間に配置された層の結晶粒の粒径によって判別できる。例えば、断面ＴＥＭなどによって決定できる。ピン層１４がスペーサ層３０よりも下層に位置するボトム型スピンバルブ膜の場合には、シード層の上に形成されるピニング層１３や、ピン層１４の結晶粒径によって判別することができる。
【００６３】
ピニング層１３は、その上に形成されるピン層１４となる強磁性層に一方向異方性（ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）を付与して磁化を固定する機能を有する。ピニング層１３の材料としては、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、又はＲｕＲｈＭｎなどの反強磁性材料を用いることができる。この内、高記録密度対応のヘッドの材料として、ＩｒＭｎが有利である。ＩｒＭｎは、ＰｔＭｎよりも薄い膜厚で一方向異方性を印加することができ、高密度記録の為に必要な狭ギャップ化に適している。
【００６４】
十分な強さの一方向異方性を付与するために、ピニング層１３の膜厚を適切に設定する。ピニング層１３の材料がＰｔＭｎやＰｄＰｔＭｎの場合には、膜厚として、８ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。ピニング層１３の材料がＩｒＭｎの場合には、ＰｔＭｎなどより薄い膜厚でも一方向異方性を付与可能であり、４ｎｍ以上１８ｎｍ以下である。一例として、Ｉｒ２２Ｍｎ７８を７ｎｍ形成することができる。
【００６５】
ピニング層１３として、反強磁性層の代わりに、ハード磁性層を用いることができる。ハード磁性層として、例えば、ＣｏＰｔ（Ｃｏ＝５０％〜８５％）、（ＣｏｘＰｔ１００−ｘ）１００−ｙＣｒｙ（ｘ＝５０％〜８５％、ｙ＝０％〜４０％）、ＦｅＰｔ（Ｐｔ＝４０％〜６０％）を用いることができる。ハード磁性層（特に、ＣｏＰｔ）は比抵抗が比較的小さいため、直列抵抗および面積抵抗ＲＡ（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ａｒｅａ）の増大を抑制できる。
【００６６】
ここで、面積抵抗ＲＡとは、磁気抵抗効果素子２００の積層膜の積層方向に対して垂直な断面積と磁気抵抗効果素子２００の積層膜の膜面に垂直に電流を流したときに一対の電極から得られる抵抗との積を示す。
【００６７】
ピン層１４、スペーサ層３０、フリー層１８、又ピニング層１３等の結晶配向性は、Ｘ線回折により測定できる。ピン層１４、フリー層１８のｆｃｃ（１１１）ピーク、ピニング層１３（ＰｔＭｎ）のｆｃｔ（１１１）ピークまたはｂｃｃ（１１０）ピークでのロッキングカーブの半値幅を３．５°〜６°として、良好な配向性を得ることができる。なお、この配向の分散角は断面ＴＥＭを用いた回折スポットからも判別することができる。
【００６８】
ピン層１４は、ピニング層１３側から下部ピン層１４１、磁気結合層１４２、及び上部ピン層１４３をこの順に積層した構成をとる。
【００６９】
ピニング層１３と下部ピン層１４１は一方向異方性（Ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）を持つように交換磁気結合している。磁気結合層１４２を挟む下部ピン層１４１及び上部ピン層１４３は、磁化の向きが互いに反平行になるように強く結合している。
【００７０】
下部ピン層１４１の材料としては、例えば、ＣｏｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘ＝０％〜１００％）、ＮｉｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘ＝０％〜１００％）、またはこれらに非磁性元素を添加したものを用いることができる。また、下部ピン層１４１の材料として、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉの単元素やこれらの合金を用いることもできる。または、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸ合金（ｘ＝０％〜１００％、ｘ＝０％〜３０％）を用いることもできる。（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸのようなアモルファス合金を用いた場合、磁気抵抗効果素子の素子サイズが小さくなった場合に素子間のバラツキを抑えることができる。
【００７１】
下部ピン層１４１の膜厚は１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下である。ピニング層１３による一方向異方性磁界強度および磁気結合層１４２を介した下部ピン層１４１と上部ピン層１４３との反強磁性結合磁界を強く保つためである。
【００７２】
また、下部ピン層１４１が薄すぎると、ＭＲ変化率に影響を与える上部ピン層１４３も薄くしなければならなくなるため、ＭＲ変化率が小さくなる。一方、下部ピン層１４１が厚すぎるとデバイス動作に必要な十分な一方向性異方性磁界を得ることが困難になる。
【００７３】
また、下部ピン層１４１の磁気膜厚（飽和磁化Ｂｓ×膜厚ｔ（Ｂｓ・ｔ積））を考慮する場合、上部ピン層１４３の磁気膜厚とほぼ等しい。つまり、上部ピン層１４３の磁気膜厚と下部ピン層１４１の磁気膜厚とが対応する。
【００７４】
例えば、上部ピン層１４３がＦｅ５０Ｃｏ５０［３ｎｍ］の場合、薄膜でのＦｅ５０Ｃｏ５０の飽和磁化が約２．２Ｔであるため、磁気膜厚は２．２Ｔ×３ｎｍ＝６．６Ｔｎｍとなる。Ｃｏ７５Ｆｅ２５の飽和磁化が約２．１Ｔなので、上記と等しい磁気膜厚を与える下部ピン層１４１の膜厚ｔは６．６Ｔｎｍ／２．１Ｔ＝３．１５ｎｍとなる。したがって、この場合、下部ピン層１４１の膜厚は約３．２ｎｍのＣｏ７５Ｆｅ２５を用いる。
【００７５】
磁気結合層１４２は、磁気結合層１４２を挟む下部ピン層１４１及び上部ピン層１４３に反強磁性結合を生じさせてシンセティックピン構造を形成する機能を有する。磁気結合層１４２として、Ｒｕを用いることができ、磁気結合層１４２の膜厚は０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下である。なお、磁気結合層１４２を挟む下部ピン層１４１及び上部ピン層１４３に十分な反強磁性結合を生じさせる材料であれば、Ｒｕ以外の材料を用いてもよい。磁気結合層１４２の膜厚は、ＲＫＫＹ（Ｒｕｄｅｒｍａｎ−Ｋｉｔｔｅｌ−Ｋａｓｕｙａ−Ｙｏｓｉｄａ）結合の２ｎｄピークに対応する膜厚０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下の代わりに、ＲＫＫＹ結合の１ｓｔピークに対応する膜厚０．３ｎｍ以上０．６ｎｍ以下を用いることもできる。ここでは、より高信頼性の結合を安定して特性が得られる、膜厚が０．９ｎｍのＲｕが一例として挙げられる。磁気結合層１４２として、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓも用いることができる。
【００７６】
上部ピン層１４３は、ＭＲ効果に寄与する磁性層である。
【００７７】
上部ピン層１４３としては、Ｆｅ５０Ｃｏ５０を用いることができる。Ｆｅ５０Ｃｏ５０は、ｂｃｃ構造を有する磁性材料である。この材料は、スピン依存界面散乱効果が大きいため、大きなＭＲ変化率を実現することができる。ｂｃｃ構造をもつＦｅＣｏ系合金として、ＦｅｘＣｏ１００−ｘ（ｘ＝３０％〜１００％）や、ＦｅｘＣｏ１００−ｘに添加元素を加えたものが挙げられる。そのなかでも、諸特性をすべて満たしたＦｅｘＣｏｙ（ｘ＝４０％〜８０％、ｙ＝２０％〜６０％）が使いやすい材料の一例である。
【００７８】
上部ピン層１４３が、高ＭＲ変化率を実現しやすいｂｃｃ構造をもつ磁性層から形成されている場合には、この磁性層の全膜厚が１．５ｎｍ以上である。ｂｃｃ構造を安定に保つためである。スピンバルブ膜に用いられる金属材料は、ｆｃｃ構造またはｆｃｔ構造であることが多いため、上部ピン層１４３のみがｂｃｃ構造を有することがあり得る。このため、上部ピン層１４３の膜厚が薄すぎると、ｂｃｃ構造を安定に保つことが困難になり、高いＭＲ変化率が得られなくなる。
【００７９】
また、上部ピン層１４３の材料として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸ合金（ｘ＝０％〜１００％、ｘ＝０％〜３０％）を用いることもできる。（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸのようなアモルファス合金を用いた場合、磁気抵抗効果素子の素子サイズが小さくなった場合に懸念される結晶粒に起因した素子間のバラツキを抑えることができる。また、このようなアモルファス合金を用いた場合、上部ピン層１４３を平坦な膜にすることができるため、上部ピン層１４３の上に形成されるスペーサ層３０を平坦化する効果がある。スペーサ層３０の平坦化は、スペーサ層３０の欠陥の頻度を減らすことができるため、低い面積抵抗で高いＭＲ変化率を得るために重要である。スペーサ層３０としてＭｇＯを用いる場合、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸのようなアモルファス合金を用いることでその上に形成されるＭｇＯ層の（１００）配向性を強めることができる。ＭｇＯ層の（１００）配向性は高いＭＲ変化率を得るために重要である。また、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸ合金はアニール時にＭｇＯ（１００）面をテンプレートとして結晶化するため、ＭｇＯと（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸ合金の良好な結晶整合を得ることが出来る。
【００８０】
上部ピン層１４３の膜厚は、厚いほうが大きなＭＲ変化率を得やすいが、大きなピン固定磁界を得るためにはその膜厚は薄い。例えば、ｂｃｃ構造をもつＦｅＣｏ合金層を用いたときには、ｂｃｃ構造を安定にする必要があるため、１．５ｎｍ以上の膜厚である。また、ｆｃｃ構造のＣｏＦｅ合金層を用いるときにも、大きなＭＲ変化率を得るため、やはり１．５ｎｍ以上の膜厚である。一方、大きなピン固定磁界を得るためには、上部ピン層１４３の膜厚が最大でも、５ｎｍ以下である。以上のように、上部ピン層１４３の膜厚は、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下である。
【００８１】
上部ピン層１４３には、ｂｃｃ構造をもつ磁性材料の代わりに、従来の磁気抵抗効果素子で広く用いられているｆｃｃ構造を有するＣｏ９０Ｆｅ１０合金や、ｈｃｐ構造をもつＣｏや、Ｃｏ合金を用いることができる。上部ピン層１４３として、Ｃｏ、Ｆｅ、又はＮｉなどの単体金属、又はこれらの元素を少なくとも１つ含む合金を用いることができる。上部ピン層１４３の磁性材料として、大きなＭＲ変化率を得るのに有利なものは、ｂｃｃ構造をもつＦｅＣｏ合金材料、５０％以上のコバルト組成をもつコバルト合金、５０％以上のＮｉ組成である。
【００８２】
また、上部ピン層１４３として、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＡｌなどのホイスラー磁性合金層を用いることも可能である。
【００８３】
スペーサ層３０は、金属、絶縁体、又は電流パス３１を含む絶縁層３２からなる。電流パス３１を含む絶縁層３２を電流狭窄層という。
【００８４】
スペーサ層３０に金属を用いる場合、Ａｕ、Ａｇ、又はＣｕを用いることができる。絶縁体には、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、又はＺｎから選択される少なくとも一つの元素を含む酸化物を用いることができる。具体的には、ＭｇＯを用いることできる。ＭｇＯは、コヒーレントなスピン依存トンネリング現象を示すため、高いＭＲ変化率を得ることができる。
【００８５】
絶縁層３２は、酸化物、窒化物、酸窒化物等を用いることができる。絶縁層３２の具体例としては、Ａｌ２Ｏ３およびこれに添加元素を加えたものが挙げられる。例として、膜厚約２ｎｍのＡｌ２Ｏ３を用いることができる。添加元素としては、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｂ、Ｃ、又はＺｎなどがある。これらの添加元素の添加量は０％〜５０％程度の範囲で適宜加えることができる。絶縁層３２には、Ａｌ２Ｏ３のようなＡｌ酸化物の変わりに、Ｍｇ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｈｆ酸化物、Ｍｎ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｃｒ酸化物、Ｔａ酸化物、Ｎｂ酸化物、Ｍｏ酸化物、Ｓｉ酸化物、又はＶ酸化物なども用いることができる。これらの酸化物に対しても上述した添加元素を用いることができる。添加元素の添加量は０％〜５０％程度の範囲で適宜加えることができる。絶縁層３２として、酸化物の変わりに、Ａｌ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｂ、Ｃをベースとする窒化物または酸窒化物を用いることもできる。
【００８６】
電流パス３１は、電流狭窄層の膜面垂直に電流を流すパス（経路）であり、電流を狭窄するためのものである。電流パス３１には、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、又はＦｅから選択される少なくとも一つの元素、又はこれらの元素からなる合金を用いることができる。合金としては、ＣｕＮｉ、ＣｕＣｏ、ＣｕＦｅ等を用いることができる。電流パス３１は絶縁層３２と比べて著しく酸素および窒素の含有量が少ない領域であり（少なくとも２倍以上の酸素または窒素の含有量の差がある）、結晶相である。結晶相は非結晶相よりも抵抗が小さいため、電流パス３１して機能しやすい。
【００８７】
スペーサ層３０の膜厚は、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下である。
【００８８】
第1の磁性層２０及び第２の磁性層６０には、例えば、界面にＣｏＦｅを形成してＮｉＦｅを用いたＣｏ９０Ｆｅ１０［１ｎｍ］／Ｎｉ８３Ｆｅ１７［３．５ｎｍ］という二層構成を用いることができる。なお、ＮｉＦｅ層を用いない場合には、Ｃｏ９０Ｆｅ１０［４ｎｍ］単層を用いることができる。また、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅなどの三層構成としてもよい。ここで、‘／’は‘／’の左側に記載されたものから順に積層していることを示し、Ａｕ／Ｃｕ／Ｒｕと記載された場合、Ａｕ層上にＣｕ層を積層し、Ｃｕ層上にＲｕ層を積層していることを示す。また、‘×２’とは、２層であることを示し、（Ａｕ／Ｃｕ）×２と記載された場合、Ａｕ層上にＣｕ層を積層し、Ｃｕ層上にさらにＡｕ層、Ｃｕ層と順次積層していることを示す。また、‘［ ］’はその材料の膜厚を示す。
【００８９】
第1の磁性層２０及び第２の磁性層６０には、ＣｏＦｅ合金を用いることができる。Ｃｏ９０Ｆｅ１０の合金は、軟磁気特性が安定である。ＣｏＦｅ合金を用いる場合には、膜厚を０．５ｎｍ以上４ｎｍ以下とする。その他、ＣｏｘＦｅ１００−ｘ（ｘ＝７０％〜９０％）も用いることができる。また、第1の磁性層２０及び第２の磁性層６０として、１ｎｍ以上２ｎｍ以下のＣｏＦｅ層またはＦｅ層と、０．１ｎｍ以上０．８ｎｍ以下の極薄Ｃｕ層とを複数層交互に積層したものを用いてもよい。また、第1の磁性層２０及び第２の磁性層６０の一部として、ＣｏＺｒＮｂなどのアモルファス磁性層を用いても構わない。第1の磁性層２０の構造としては、スペーサ層３０側からみて、次のような構成が可能である。即ち、第1の磁性層２０の構造として、（１）結晶層のみ、（２）結晶層／アモルファス層の積層、（３）結晶層／アモルファス層／結晶層の積層、などが考えられる。（１）から（３）のいずれでもスペーサ層３０と第1の磁性層２０の界面は結晶層が接している。
【００９０】
キャップ層１９は、キャップ層１９の下の層を保護する機能を有する。キャップ層１９は、例えば、複数の金属層、例えば、Ｃｕ層とＲｕ層の２層構造（Ｃｕ［１ｎｍ］／Ｒｕ［１０ｎｍ］）とすることができる。また、キャップ層１９として、Ｒｕをフリー層１８側に配置したＲｕ／Ｃｕ層なども用いることができる。この場合、Ｒｕの膜厚は０．５ｎｍ以上２ｎｍ以下である。この構成のキャップ層１９は、例えばフリー層１８がＮｉＦｅである場合に用いる。ＲｕはＮｉと非固溶な関係にあるので、フリー層１８とキャップ層１９の間に形成される界面ミキシング層の磁歪を低減できるからである。
【００９１】
キャップ層１９が、Ｃｕ／ＲｕやＲｕ／Ｃｕのいずれの場合も、Ｃｕ層の膜厚は０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、Ｒｕ層の膜厚は０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下とすることができる。
【００９２】
キャップ層１９として、Ｃｕ層やＲｕ層の代わりに他の金属層を設けてもよい。
【００９３】
磁気抵抗効果素子２００の製造方法の一例について説明する。
【００９４】
微細加工プロセス用いて基板上に電極１０を形成する。電極１０上に下地層１２を形成する。下地層１２上にピニング層１３を形成する。ピニング層１３上にピン層１４を形成する。ピン層１４上にスペーサ層３０を形成する。スペーサ層３０上に酸化物層４０を形成する。
【００９５】
酸化物層４０は、スペーサ層３０上にＦｅとＺｎの金属層を成膜し、金属層に酸化処理を施す。金属層は、例えばＦｅ／Ｚｎ、Ｆｅ／Ｚｎ、（Ｆｅ／Ｚｎ）×２、又はＺｎとＦｅの合金とする。酸化処理は、イオンアシスト酸化（ＩＡＯ：Ｉｏｎ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）、加熱処理、又は自然酸化を用いる。ＩＡＯとは、酸素供給を行いながらＡｒ、Ｘｅ、Ｈｅ、Ｎｅ、又はＫｒ等の希ガスのイオンビーム又はプラズマを照射する方法である。なお、希ガスを用いずに、供給する酸素をイオンビーム又はプラズマとして用いることもできる。加熱処理は、１００℃以上３００℃以下の温度で加熱しながら酸素供給を行う。このようにすることで、酸化物層４０を形成することができる。なお、酸化物層４０は、金属層を積層し、酸化処理を行う工程を複数回行うことで形成してもよい。
【００９６】
次に、酸化物層４０上に金属層５０を形成する。金属層５０上にフリー層１８を形成する。フリー層１８上にキャップ層１９を形成し、アニール処理を行う。最後に、電極７０をキャップ層１９上に形成する。
【００９７】
（第１の変形例）
図１２は、磁気抵抗効果素子３００を示す。磁気抵抗効果素子３００は、磁気抵抗効果素子２００の変形例である。磁気抵抗効果素子３００は、スペーサ層３０が電流パス３１と絶縁層３２からなる電流狭窄層であり、電流狭窄層を下部電極層１５と上部電極層１７で挟んでいる点が磁気抵抗効果素子２００と異なる。
【００９８】
下部金属層１５は、電流パス３１の形成に用いられ、電流パス３１の供給源である。下部金属層１５は、その上部の絶縁層３２を形成するときに、下部に位置する上部ピン層１４３の酸化を抑制するストッパ層としての機能も有する。
【００９９】
電流パス３１の構成材料がＣｕの場合には、下部金属層１５の構成材料も同一（Ｃｕ）である。電流パス３１の構成材料を磁性材料とする場合には、この磁性材料はピン層１４の磁性材料と同一、別種のいずれでも構わない。電流パス３１の構成材料として、Ｃｕ以外に、Ａｕ、Ａｇなどを用いても良い。
【０１００】
上部金属層１７は、電流狭窄層４１を構成する酸素および窒素がフリー層１８中に拡散することを抑制するためのバリア層、およびフリー層１８の良好な結晶成長を促進するためのシード層として機能する。具体的には、上部金属層１７は、その上に成膜されるフリー層１８が、電流狭窄層４１の酸化物、窒化物および酸窒化物に接して酸化および窒化されないように保護する。即ち、上部金属層１７は、電流パス４２の酸化物層中の酸素とフリー層１８との直接的な接触を制限する。また、上部金属層１７は、フリー層１８の結晶性を良好にし、例えば、絶縁層３２の材料がアモルファス（例えば、Ａｌ２Ｏ３）の場合には、その上に成膜される金属層の結晶性が悪くなるが、結晶性を良好にする極薄のシード層（例えば、Ｃｕ層）を配置することで、フリー層１８の結晶性を著しく改善することが可能となる。
【０１０１】
上部金属層１７の材料は、電流狭窄層４１の電流パス３１の材料（例えば、Ｃｕ）と同一である。上部金属層１７の材料が電流パス３１の材料と異なる場合には界面抵抗の増大を招くが、両者が同一の材料であれば界面抵抗の増大は生じないためである。なお、電流パス３１の構成材料を磁性材料とする場合には、この磁性材料はフリー層１８の磁性材料と同一、別種のいずれでも構わない。上部金属層１７の構成材料として、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等を用いることができる。
【０１０２】
（第２の変形例）
図１３は、磁気抵抗効果素子４００を示す図である。磁気抵抗効果素子４００は、磁気抵抗効果素子２００の変形例である。磁気抵抗効果素子４００は、酸化物層４０と金属層５０の配置が入れ替わっている点が磁気抵抗効果素子２００と異なる。
【０１０３】
（第３の変形例）
図１４は、磁気抵抗効果素子５００を示す図である。磁気抵抗効果素子５００は、磁気抵抗効果素子２００の変形例である。磁気抵抗効果素子５００は、スペーサ層３０とフリー層１８との間に酸化物層４０を２つの金属層５０で挟んだ層が設けられている点が磁気抵抗効果素子２００と異なる。
【０１０４】
（第４の変形例）
図１５は、磁気抵抗効果素子６００を示す図である。磁気抵抗効果素子６００は、磁気抵抗効果素子２００の変形例である。磁気抵抗効果素子６００は、スペーサ層３０とピン層１４との間に酸化物層４０が設けられ、酸化物層４０とピン層１４との間に金属層５０が設けられている点が磁気抵抗効果素子２００と異なる。
【０１０５】
（第５の変形例）
図１６は、磁気抵抗効果素子７００を示す図である。磁気抵抗効果素子７００は、磁気抵抗効果素子２００の変形例である。磁気抵抗効果素子７００は、下地層１２上にフリー層１８、金属層５０、酸化物層４０、スペーサ層３０、ピン層１４、ピニング層１３、キャップ層１９の順に積層されている。磁気抵抗効果素子７００は、フリー層１８が下地層１２側に設けられている点と金属層５０と酸化物層４０の位置が入れ替わっている点が磁気抵抗効果素子２００と異なる。
【０１０６】
（第６の変形例）
図１７は、磁気抵抗効果素子８００を示す図である。磁気抵抗効果素子８００は、磁気抵抗効果素子２００の変形例である。磁気抵抗効果素子８００は、ピニング層１３とピン層１４がフリー層１８に入れ替わっている点が磁気抵抗効果素子２００と異なる。これら２つのフリー層１８は、磁界が印加されていない状態では、お互いにフリー層１８の磁化が９０°になるようにバイアスされている。磁化が９０°になるようにするには、スペーサ層３０を介した磁気結合とハードバイアスなどの組み合わせを用いる。
【０１０７】
（第７の変形例）
図１８は、磁気抵抗効果素子９００を示す図である。磁気抵抗効果素子９００は、磁気抵抗効果素子２００の変形例である。磁気抵抗効果素子９００は、酸化物層４０が２つの金属層５０で挟まれている点が磁気抵抗効果素子２００と異なる。
【０１０８】
（第８の変形例）
図１９は、磁気抵抗効果素子１０００を示す図である。磁気抵抗効果素子１０００は、中間層５５を備え、紙面上側の上部ピン層１４３の磁化の向きと紙面下側の上部ピン層１４３の磁化の向きが逆向きである点が主に磁気抵抗効果素子２００と異なる。磁気抵抗効果素子１０００は、積層構造が上下逆さまでも良い。磁気抵抗効果素子１０００は差動型構造と呼ばれる。磁気抵抗効果素子１０００は、中間層５５から上側又は下側の抵抗変化が外部磁界に対して逆極性で振舞う。そのため、垂直磁気記録媒体において媒体磁化の向きが上向きと下向きが隣り合う、磁化遷移領域において出力が得られる。すなわち、差動型の媒体磁界検出を行うことが出来る。なお、中間層５５には、例えばＣｕ［５ｎｍ］を用いることができる。中間層５５として、その他、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｔａなどの非磁性金属を用いても良い。また、中間層５５として、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉから選択される強磁性金属と、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｒｈから選択される強磁性金属層間に配置した際に反強磁性結合を生ずる金属との積層体で形成しても良い。この場合、フリー層１８ａとフリー層１８ｂの磁化方向を反平行結合とすることができる
（実施例１）
磁気抵抗効果素子２００を作製した。作製した磁気抵抗効果素子２００の作製条件、ＭＲ（％）、及びＲＡ（Ωμｍ２）を図２０に示す。磁気抵抗効果素子２００の各層の詳細は以下の通りである。
【０１０９】
下地層１２：Ｔａ［１ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
ピニング層１３：Ｉｒ２２Ｍｎ７８［７ｎｍ］
ピン層１４：Ｃｏ７５Ｆｅ２５［４ｎｍ］／Ｒｕ［０．８ｎｍ］／Ｆｅ５０Ｃｏ５０［４ｎｍ］
スペーサ層３０：Ｃｕ［１．５ｎｍ］
酸化物層４０：図２０に示すＳ１０を用いて作製
金属層５０：図２０に示すＳ２０を用いて作製
フリー層１８：Ｆｅ５０Ｃｏ５０［３ｎｍ］
酸化物層４０は、Ｆｅ［１ｎｍ］／Ｚｎ［０．６ｎｍ］を成膜し、表面にＩＡＯ処理を施すことでＺｎ−Ｆｅ−Ｏ［１．６ｎｍ］として作製した。次に、Ａｒのプラズマを還元性ガスとして還元処理を行った。
【０１１０】
金属層５０は、合金と積層構造の２種類を作製した。合金の場合には、Ｚｎ（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）［２ｎｍ］で様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。積層構造の場合には、（Ｚｎ／Ｆｅ５０Ｃｏ５０）×８の積層構造で全膜厚を２ｎｍとして、ＺｎとＦｅ５０Ｃｏ５０の膜厚比を変えることで様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。参考例として、金属層５０を成膜しない場合の磁気抵抗効果素子を作製した。また、比較例１−１として、金属層５０にＺｎを含まないＦｅ５０Ｃｏ５０［２ｎｍ］を作製した。比較例１−２として、金属層５０にＦｅ５０Ｃｏ５０を含まないＺｎ［２ｎｍ］を作製した。
【０１１１】
作製した各磁気抵抗効果素子について、ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡを測定した。ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡは、直流四端子法によって測定した。
【０１１２】
図２０に示すように、実施例１−１〜実施例１−１２の磁気抵抗効果素子は、参考例、比較例１−１、及び比較例１−２の磁気抵抗効果素子よりも高いＭＲ変化率を示した。また、金属層５０にＺｎが５％以上８０％以下で含まれる場合に高いＭＲ変化率を示すことがわかった。
【０１１３】
図２１は、参考例及び実施例１−１の磁気抵抗効果素子の断面ＴＥＭ及びＥＤＸライン分析の結果を示す図である。図２１（Ａ）は、参考例の磁気抵抗効果素子を示す。図２１（Ｂ）は、実施例１−１の磁気抵抗効果素子を示す。
【０１１４】
図２１に測定した断面ＴＥＭ像とＥＤＸライン分析の結果を示す。まず、断面ＴＥＭ像の結果より、参考例の酸化物層の膜厚はおよそ１．６ｎｍ（図２１（ａ））であった。実施例１−１の酸化物層の膜厚はおよそ１．７ｎｍであった（図２１（ｂ））。この断面ＴＥＭ像で確認される酸化物層の膜厚は、工程S１２０で形成された酸化物層４０の膜厚とその上下に隣接する層が再酸化されて形成された酸化物層の膜厚の足し合わせである。EDXライン分析結果より、図２１（ａ）の参考例のEDX結果では酸化物層４０の上側ではＺｎの元素が検出されていないのに対して、図２１（ｂ）の実施例１−１のEDX結果では酸化物層４０の上側にＺｎの元素が検出されている。この結果より、実施例１−１では金属層５０として成膜したＺｎ−Ｆｅ５０Ｃｏ５０［２ｎｍ］はすべて再酸化されずに金属層として残っていることがわかる。
【０１１５】
断面ＴＥＭ以外にも３次元アトムプローブ顕微鏡を用いることができる。３次元アトムプローブ顕微鏡を用いることで、原子オーダーの組成分析を行うことができる。
【０１１６】
（実施例２）
磁気抵抗効果素子４００を製造した。作製した磁気抵抗効果素子４００の作製条件、ＭＲ（％）、及びＲＡ（Ωμｍ２）を図２２に示す。磁気抵抗効果素子４００の各層の詳細は以下の通りである。
【０１１７】
下地層１２：Ｔａ［１ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
ピニング層１３：Ｉｒ２２Ｍｎ７８［７ｎｍ］
ピン層１４：Ｃｏ７５Ｆｅ２５［４ｎｍ］／Ｒｕ［０．８ｎｍ］／Ｆｅ５０Ｃｏ５０［４ｎｍ］
スペーサ層３０：Ｃｕ［１．５ｎｍ］
金属層５０：図２２に示すＳ３０を用いて作製
酸化物層４０：図２２に示すＳ４０を用いて作製
フリー層１８：Ｆｅ５０Ｃｏ５０［３ｎｍ］
酸化物層４０は、Ｆｅ［１ｎｍ］／Ｚｎ［０．６ｎｍ］を成膜し、表面にＩＡＯ処理を施すことでＺｎ−Ｆｅ−Ｏ［１．６ｎｍ］として作製した。次に、Ａｒのプラズマを還元性ガスとして還元処理を行った。
【０１１８】
金属層５０は、合金と積層構造の２種類を作製した。合金の場合には、Ｚｎ（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）［２ｎｍ］で様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。積層構造の場合には、（Ｚｎ／Ｆｅ５０Ｃｏ５０）×８の積層構造で全膜厚を２ｎｍとして、ＺｎとＦｅ５０Ｃｏ５０の膜厚比を変えることで様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。参考例として、金属層５０を成膜しない場合の磁気抵抗効果素子を作製した。また、比較例２−１として、金属層５０にＺｎを含まないＦｅ５０Ｃｏ５０［２ｎｍ］を作製した。比較例２−２として、金属層５０にＦｅ５０Ｃｏ５０を含まないＺｎ［２ｎｍ］を作製した。
【０１１９】
作製した各磁気抵抗効果素子について、ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡを測定した。ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡは、直流四端子法によって測定した。
【０１２０】
図２２に示すように、実施例２−１〜実施例２−１０の磁気抵抗効果素子は、参考例、比較例２−１、及び比較例２−２の磁気抵抗効果素子よりも高いＭＲ変化率を示した。また、金属層５０にＺｎが５％以上８０％以下で含まれる場合に高いＭＲ変化率を示すことがわかった。
【０１２１】
（実施例３）
磁気抵抗効果素子５００を製造した。作製した磁気抵抗効果素子５００の作製条件、ＭＲ（％）、及びＲＡ（Ωμｍ２）を図２３に示す。磁気抵抗効果素子５００の各層の詳細は以下の通りである。
【０１２２】
下地層１２：Ｔａ［１ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
ピニング層１３：Ｉｒ２２Ｍｎ７８［７ｎｍ］
ピン層１４：Ｃｏ７５Ｆｅ２５［４ｎｍ］／Ｒｕ［０．８ｎｍ］／Ｆｅ５０Ｃｏ５０［４ｎｍ］
スペーサ層３０：Ｃｕ［１．５ｎｍ］
金属層５０：図２３に示すＳ５０を用いて作製
酸化物層４０：図２３に示すＳ６０を用いて作製
金属層５０：図２３に示すＳ７０を用いて作製
フリー層１８：Ｆｅ５０Ｃｏ５０［３ｎｍ］
金属層５０は、合金と積層構造の２種類を作製した。合金の場合には、Ｚｎ（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）［２ｎｍ］で様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。積層構造の場合には、（Ｚｎ／Ｆｅ５０Ｃｏ５０）×８の積層構造で全膜厚を２ｎｍとして、ＺｎとＦｅ５０Ｃｏ５０の膜厚比を変えることで様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。参考例として、金属層５０を成膜しない場合の磁気抵抗効果素子を作製した。また、比較例３−１として、金属層５０にＺｎを含まないＦｅ５０Ｃｏ５０［２ｎｍ］を作製した。比較例３−２として、金属層５０にＦｅ５０Ｃｏ５０を含まないＺｎ［２ｎｍ］を作製した。
【０１２３】
作製した各磁気抵抗効果素子について、ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡを測定した。ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡは、直流四端子法によって測定した。
【０１２４】
図２３に示すように、実施例３−１〜実施例２−１２の磁気抵抗効果素子は、参考例、比較例３−１、及び比較例３−２の磁気抵抗効果素子よりも高いＭＲ変化率を示した。また、金属層５０にＺｎが５％以上８０％以下で含まれる場合に高いＭＲ変化率を示すことがわかった。
【０１２５】
（実施例４）
磁気抵抗効果素子２００を作製した。作製した磁気抵抗効果素子２００の作製条件、ＭＲ（％）、及びＲＡ（Ωμｍ２）を図２４に示す。
【０１２６】
本実施例と実施例１の違いは、Ｓ２０で作製される金属層５０として、ＺｎとＦｅを用いている点が異なる。
【０１２７】
金属層５０は、合金と積層構造の２種類を作製した。合金の場合には、ＺｎＦｅ［２ｎｍ］で様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。積層構造の場合には、（Ｚｎ／Ｆｅ）×８の積層構造で全膜厚を２ｎｍとして、ＺｎとＦｅの膜厚比を変えることで様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。参考例として、金属層５０を成膜しない場合の磁気抵抗効果素子を作製した。また、比較例４−１として、金属層５０にＺｎを含まないＦｅ［２ｎｍ］を作製した。比較例４−２として、金属層５０にＦｅを含まないＺｎ［２ｎｍ］を作製した。
【０１２８】
作製した各磁気抵抗効果素子について、ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡを測定した。ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡは、直流四端子法によって測定した。
【０１２９】
図２４に示すように、実施例４−１〜実施例４−１２の磁気抵抗効果素子は、参考例、比較例４−１、及び比較例４−２の磁気抵抗効果素子よりも高いＭＲ変化率を示した。また、金属層５０にＺｎが５％以上８０％以下で含まれる場合に高いＭＲ変化率を示すことがわかった。
【０１３０】
（実施例５）
磁気抵抗効果素子２００を作製した。作製した磁気抵抗効果素子２００の作製条件、ＭＲ（％）、及びＲＡ（Ωμｍ２）を図２５に示す。
【０１３１】
本実施例と実施例１の違いは、Ｓ２０で作製される金属層５０として、ＺｎとＣｏ９０Ｆｅ１０を用いている点が異なる。
【０１３２】
金属層５０は、合金と積層構造の２種類を作製した。合金の場合には、Ｚｎ（Ｃｏ９０Ｆｅ１０）［２ｎｍ］で様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。積層構造の場合には、（Ｚｎ／Ｃｏ９０Ｆｅ１０）×８の積層構造で全膜厚を２ｎｍとして、ＺｎとＦｅの膜厚比を変えることで様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。参考例として、金属層５０を成膜しない場合の磁気抵抗効果素子を作製した。また、比較例５−１として、金属層５０にＺｎを含まないＦｅ［２ｎｍ］を作製した。比較例５−２として、金属層５０にＦｅを含まないＺｎ［２ｎｍ］を作製した。
【０１３３】
作製した各磁気抵抗効果素子について、ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡを測定した。ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡは、直流四端子法によって測定した。
【０１３４】
図２５に示すように、実施例５−１〜実施例５−１２の磁気抵抗効果素子は、参考例、比較例５−１、及び比較例５−２の磁気抵抗効果素子よりも高いＭＲ変化率を示した。また、金属層５０にＺｎが５％以上８０％以下で含まれる場合に高いＭＲ変化率を示すことがわかった。
【０１３５】
（実施例６）
磁気抵抗効果素子２００を作製した。作製した磁気抵抗効果素子２００の作製条件、ＭＲ（％）、及びＲＡ（Ωμｍ２）を図２６に示す。
【０１３６】
本実施例と実施例１の違いは、Ｓ２０で作製される金属層５０として、ＺｎとＦｅ５０Ｎｉ５０を用いている点が異なる。
【０１３７】
金属層５０は、合金と積層構造の２種類を作製した。合金の場合には、Ｚｎ（Ｆｅ５０Ｎｉ５０）［２ｎｍ］で様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。積層構造の場合には、（Ｚｎ／Ｆｅ５０Ｎｉ５０）×８の積層構造で全膜厚を２ｎｍとして、ＺｎとＦｅの膜厚比を変えることで様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。参考例として、金属層５０を成膜しない場合の磁気抵抗効果素子を作製した。また、比較例６−１として、金属層５０にＺｎを含まないＦｅ［２ｎｍ］を作製した。比較例６−２として、金属層５０にＦｅを含まないＺｎ［２ｎｍ］を作製した。
【０１３８】
作製した各磁気抵抗効果素子について、ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡを測定した。ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡは、直流四端子法によって測定した。
【０１３９】
図２６に示すように、実施例６−１〜実施例６−１２の磁気抵抗効果素子は、参考例、比較例６−１、及び比較例６−２の磁気抵抗効果素子よりも高いＭＲ変化率を示した。また、金属層５０にＺｎが５％以上８０％以下で含まれる場合に高いＭＲ変化率を示すことがわかった。
【０１４０】
（実施例７）
磁気抵抗効果素子２００を作製した。作製した磁気抵抗効果素子２００の作製条件、ＭＲ（％）、及びＲＡ（Ωμｍ２）を図２７に示す。
【０１４１】
本実施例と実施例１の違いは、Ｓ２０で作製される金属層５０として、ＺｎとＣｏ５０Ｎｉ５０を用いている点が異なる。
【０１４２】
金属層５０は、合金と積層構造の２種類を作製した。合金の場合には、Ｚｎ（Ｃｏ５０Ｎｉ５０）［２ｎｍ］で様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。積層構造の場合には、（Ｚｎ／Ｃｏ５０Ｎｉ５０）×８の積層構造で全膜厚を２ｎｍとして、ＺｎとＦｅの膜厚比を変えることで様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。参考例として、金属層５０を成膜しない場合の磁気抵抗効果素子を作製した。また、比較例７−１として、金属層５０にＺｎを含まないＦｅ［２ｎｍ］を作製した。比較例７−２として、金属層５０にＦｅを含まないＺｎ［２ｎｍ］を作製した。
【０１４３】
作製した各磁気抵抗効果素子について、ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡを測定した。ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡは、直流四端子法によって測定した。
【０１４４】
図２７に示すように、実施例７−１〜実施例７−１２の磁気抵抗効果素子は、参考例、比較例７−１、及び比較例７−２の磁気抵抗効果素子よりも高いＭＲ変化率を示した。また、金属層５０にＺｎが５％以上８０％以下で含まれる場合に高いＭＲ変化率を示すことがわかった。
【０１４５】
（実施例８）
磁気抵抗効果素子２００を作製した。作製した磁気抵抗効果素子２００の作製条件、ＭＲ（％）、及びＲＡ（Ωμｍ２）を図２８に示す。
【０１４６】
本実施例と実施例１の違いは、Ｓ２０で作製される金属層５０のＺｎ（ＣｏＦｅ）のＣｏとＦｅの組成を変化させている点が異なる。
【０１４７】
参考例として、金属層５０を成膜しない場合の磁気抵抗効果素子を作製した。 作製した各磁気抵抗効果素子について、ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡを測定した。ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡは、直流四端子法によって測定した。
【０１４８】
図２８に示すように、実施例８−１〜実施例８−５の磁気抵抗効果素子は、参考例の磁気抵抗効果素子よりも高いＭＲ変化率を示した。また、金属層５０にＦｅが１０at％以上８０at％以下の濃度で、Ｃｏが２０at%以上９０at％以下の濃度で含まれている場合に高いＭＲ変化率を有することもわかった。
【０１４９】
（実施例９）
磁気抵抗効果素子２００を作製した。作製した磁気抵抗効果素子２００の作製条件、ＭＲ（％）、及びＲＡ（Ωμｍ２）を図２９に示す。
【０１５０】
本実施例と実施例１の違いは、Ｓ２０で作製される金属層５０の膜厚を変化させている点が異なる。
【０１５１】
参考例として、金属層５０を成膜しない場合の磁気抵抗効果素子を作製した。
【０１５２】
作製した各磁気抵抗効果素子について、ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡを測定した。ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡは、直流四端子法によって測定した。
【０１５３】
図２９に示すように、実施例９−１〜実施例９−１２の磁気抵抗効果素子は、参考例の磁気抵抗効果素子よりも高いＭＲ変化率を示した。また、金属層５０の膜厚が、０．１ｎｍ以上４ｎｍ以下の範囲でＭＲ変化率の向上を確認できた。（実施例１０）
磁気抵抗効果素子２００を作製した。作製した磁気抵抗効果素子２００の作製条件、ＭＲ（％）、及びＲＡ（Ωμｍ２）を図３０に示す。
【０１５４】
本実施例と実施例１の違いは、Ｓ２０で作製される金属層５０の比較例としてＺｎの代わりにＣｕ又はＡｇを用いている点が異なる。
【０１５５】
参考例として、金属層５０を成膜しない場合の磁気抵抗効果素子を作製した。また、比較例１０−１として、金属層５０にＣｕとＦｅ５０Ｃｏ５０の層［２ｎｍ］を作製した。比較例１０−２として、金属層５０にＡｇとＦｅ５０Ｃｏ５０の層［２ｎｍ］を作製した。
【０１５６】
作製した各磁気抵抗効果素子について、ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡを測定した。ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡは、直流四端子法によって測定した。
【０１５７】
図３０に示すように、実施例１０−１の磁気抵抗効果素子は、参考例、比較例１０−１、及び比較例１０−２の磁気抵抗効果素子よりも高いＭＲ変化率を示した。
【０１５８】
（実施例１１）
磁気抵抗効果素子２００を作製した。作製した磁気抵抗効果素子２００の作製条件、ＭＲ（％）、及びＲＡ（Ωμｍ２）を図３１に示す。
【０１５９】
本実施例と実施例１の違いは、Ｓ１０で作製される酸化物層４０として、ＺｎとＦｅ５０Ｃｏ５０の酸化物を用いている点が異なる。
【０１６０】
金属層５０は、合金と積層構造の２種類を作製した。合金の場合には、Ｚｎ（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）［２ｎｍ］で様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。積層構造の場合には、（Ｚｎ／Ｆｅ５０Ｃｏ５０）×８の積層構造で全膜厚を２ｎｍとして、ＺｎとＦｅの膜厚比を変えることで様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。参考例として、金属層５０を成膜しない場合の磁気抵抗効果素子を作製した。また、比較例１１−１として、金属層５０にＺｎを含まないＦｅ５０Ｃｏ５０［２ｎｍ］を作製した。比較例１１−２として、金属層５０にＦｅ５０Ｃｏ５０を含まないＺｎ［２ｎｍ］を作製した。
【０１６１】
作製した各磁気抵抗効果素子について、ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡを測定した。ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡは、直流四端子法によって測定した。
【０１６２】
図３１に示すように、実施例１１−１〜実施例１１−１２の磁気抵抗効果素子は、参考例、比較例１１−１、及び比較例１１−２の磁気抵抗効果素子よりも高いＭＲ変化率を示した。また、金属層５０にＺｎが５％以上８０％以下で含まれる場合に高いＭＲ変化率を示すことがわかった。
【０１６３】
（実施例１２）
磁気抵抗効果素子２００を作製した。作製した磁気抵抗効果素子２００の作製条件、ＭＲ（％）、及びＲＡ（Ωμｍ２）を図３２に示す。
【０１６４】
実施例１２−１では、ＦｅとＺｎを母材としてイオンビーム酸化、還元処理を用いてＺｎ―Ｆｅ酸化物層４０への変換を行った。実施例１２−２では、ＦｅとＺｎを母材としてイオンビーム酸化のみを行ってＺｎ―Ｆｅ酸化物層４０への変換を行った。実施例１２−３では、Ｆｅ５０Ｃｏ５０とＺｎを母材としてイオンビーム酸化、還元処理を用いてＺｎ―Ｆｅ５０Ｃｏ５０酸化物層４０への変換を行った。実施例１２−４では、Ｆｅ５０Ｃｏ５０とＺｎを母材としてイオンビーム酸化のみを行ってＺｎ―Ｆｅ５０Ｃｏ５０酸化物層４０への変換を行った。参考例１２−１から参考例１２−４として、金属層５０を用いない場合を実施例１２−１〜実施例１２−４のそれぞれの酸化物層４０に対応するように作製した。
【０１６５】
作製した各磁気抵抗効果素子について、ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡを測定した。ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡは、直流四端子法によって測定した。
【０１６６】
図３２に示すように、実施例１２−１〜実施例１２−４の磁気抵抗効果素子は、参考例１２−１〜参考例１２−４の磁気抵抗効果素子よりも高いＭＲ変化率を示した。また、酸化物層４０の形成プロセスの依存性に着目すると、実施例１２−１の最後に還元処理を行った場合は、実施例１２−２の行わなかった場合に比べて高いＭＲ変化率を示している。この傾向は、金属層５０の有または無のどちらの場合でも確認されている。また、酸化物層４０がＦｅまたはＦｅ５０Ｃｏ５０のどちらの場合でも確認された。
【０１６７】
（第３の実施の形態）
図３３は、第３の実施形態に係る磁気記録再生装置１５０を示す図である。
【０１６８】
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１８０は、スピンドルモータ４に装着され、駆動装置制御部（図示せず）からの制御信号に応答するモータ（図示せず）により矢印Ａの方向に回転する。本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、複数の記録用媒体ディスク１８０を備えたものとしても良い。
【０１６９】
記録用媒体ディスク１８０が回転すると、サスペンション１５４による押付け圧力とヘッドスライダーの媒体対向面（ＡＢＳともいう）で発生する圧力とがつりあい、ヘッドスライダーの媒体対向面は、記録用媒体ディスク１８０の表面から所定の浮上量をもって保持される。
【０１７０】
サスペンション１５４は、駆動コイル（図示せず）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駆動コイル（図示せず）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及び対向ヨークからなる磁気回路とから構成することができる。
【０１７１】
アクチュエータアーム１５５は、軸受部１５７の上下２箇所に設けられたボールベアリング（図示せず）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。その結果、磁気記録ヘッドを記録用媒体ディスク１８０の任意の位置に移動できる。
【０１７２】
（第４の実施形態）
図３４は、第４の実施形態に係るヘッドスタックアセンブリを示す図である。
【０１７３】
図３４（ａ）は磁気記録再生装置１５０の一部の構成を例示しており、ヘッドスタックアセンブリ１６０の拡大斜視図である。
【０１７４】
また、図３４（ｂ）は、ヘッドスタックアセンブリ１６０の一部となる磁気ヘッドアセンブリ（ヘッドジンバルアセンブリ）１５８を例示する斜視図である。
【０１７５】
図３４（ａ）に示すように、ヘッドスタックアセンブリ１６０は、軸受部１５７と、この軸受部１５７から延出したヘッドジンバルアセンブリ１５８と、軸受部１５７からＨＧＡと反対方向に延出していると供にボイスコイルモータのコイル１６２を支持した支持フレーム１６１を有している。
【０１７６】
また、図３４（ｂ）に示すように、ヘッドジンバルアセンブリ１５８は、軸受部１５７から延出したアクチュエータアーム１５５と、アクチュエータアーム１５５から延出したサスペンション１５４と、を有している。
【０１７７】
サスペンション１５４の先端には、ヘッドスライダー３が取り付けられている。そして、ヘッドスライダー３には、本発明の実施形態に係る磁気記録ヘッドのいずれかが搭載される。
【０１７８】
すなわち、本発明の実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリ（ヘッドジンバルアセンブリ）１５８は、本発明の実施形態に係る磁気記録ヘッドと、前記磁気記録ヘッドが搭載されたヘッドスライダー３と、ヘッドスライダー３を一端に搭載するサスペンション１５４と、サスペンション１５４の他端に接続されたアクチュエータアーム１５５と、を備える。
【０１７９】
（第５の実施の形態）
第５の実施形態に係る磁気記録再生装置として、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を搭載した磁気メモリの例について説明する。すなわち、本発明の実施形態に係る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（ＭＲＡＭ： magnetic random access memory）などの磁気メモリを実現できる。以下では、磁気抵抗効果素子１を用いる場合として説明するが、磁気抵抗効果素子１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００を用いることもできる。
【０１８０】
図３５は、第５の実施形態に係る磁気記録再生装置の構成を例示する模式図である。
【０１８１】
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回路構成を例示している。図３５に表したように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子においては、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が設けられており、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中の第１の磁性層２０又は第２の磁性層６０に記録されたビット情報を読み出すことができる。
【０１８２】
一方、ビット情報を書き込むときは、特定の書き込みワード線３２３とビット線３２２とに書き込み電流を流して発生する磁場を印加する。
【０１８３】
図３６は、第５の実施形態に係る磁気記録再生装置の別の構成を例示する模式図である。
【０１８４】
図３６に表したように、この場合には、マトリクス状に配線されたビット線３７２とワード線３８４とが、それぞれデコーダ３６０、３６１、３６２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１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１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。書き込みは、特定のビット線３７２と書き込みワード線３８３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。
【０１８５】
図３７は、第５の実施形態に係る磁気記録再生装置の要部を例示する模式的断面図である。
【０１８６】
図３８は、図３７のＡ−Ａ’線断面図である。
【０１８７】
これらの図は、図３５に例示した磁気記録再生装置（磁気メモリ）に含まれる１ビット分のメモリセルの構造を例示している。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。
【０１８８】
記憶素子部分３１１は、磁気抵抗効果素子１と、これに接続された一対の配線４２２及び配線４２４とを有する。磁気抵抗効果素子１は、上述した実施形態に係る磁気抵抗効果素子である。
【０１８９】
一方、アドレス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スイッチングトランジスタ３３０が設けられている。このスイッチングトランジスタ３３０は、ゲート３７０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１０１と配線４３４との電流経路の開閉を制御する。
【０１９０】
また、磁気抵抗効果素子１の下方には、書き込み用の配線４２３が、配線４２２とほぼ直交する方向に設けられている。これらの配線４２２、４２３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。
【０１９１】
上記の配線４２２がビット線３２２に対応し、配線４２３がワード線３２３に対応する。
【０１９２】
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１に書き込むときは、配線４２２、４２３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。
【０１９３】
また、ビット情報を読み出すときは、配線４２２と、磁気記録層を含む磁気抵抗効果素子１と、配線４２４とを通してセンス電流を流し、磁気抵抗効果素子１の抵抗値または抵抗値の変化を測定する。
【０１９４】
本発明の実施形態に係る磁気メモリは、上述した実施形態に係る磁気抵抗効果素子を用いることにより、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を確保でき、且つ、読み出しも確実に行うことができる。
【０１９５】
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。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。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。
【０１９６】
また、本発明の実施形態は、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適用できる。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。
【０１９７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１９８】
１０ … 電極、２０ … 第１の磁性層、３０ … スペーサ層、４０ … 酸化物層、５０ … 金属層、６０ … 第２の磁性層、７０ … 電極
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ、磁気記録再生装置、メモリセルアレイ、及び磁気抵抗効果素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果素子は、２つの磁性層の間にスペーサ層を有する。磁気抵抗効果素子は、２つの磁性層が有する磁化の方向の相対角度の変化によって磁気抵抗効果が生じる。磁気抵抗効果素子には、例えばスペーサ層を絶縁層とするトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｒｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子、又はスペーサ層を金属層として磁気抵抗効果素子の膜面の垂直方向にセンス電流を通電するＣＰＰ−ＧＭＲ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｐｌａｎｅ−Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｒｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−６５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
磁気抵抗効果素子が小さくなると、磁気抵抗効果素子自体の抵抗値が大きくなる。そこで、ＴＭＲ素子の場合には絶縁層を薄くする。しかしながら、薄くなった絶縁層は、絶縁層内に多くのスピンホールを生じ、ＴＭＲ素子が劣化してしまう。また、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の場合には、素子自体は低抵抗となるが抵抗変化率（以下、ＭＲ変化率という）が小さい。
【０００５】
そこで、本発明の実施形態は、劣化しにくく、ＭＲ変化率の大きい磁気抵抗効果素子、それを用いた磁気ヘッドアセンブリ、磁気記録再生装置、及び磁気抵抗効果素子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】
【０００６】
本発明の一態様に係る磁気抵抗効果素子は、第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられ、磁化が一方向に固定され又は外部磁場に応じて変化する第１の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の電極との間に設けられ、磁化が外部磁場に応じて変化する第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられたスペーサ層と、前記第１の電極と前記第１の磁性層との間、前記第１の磁性層中、前記第１の磁性層と前記スペーサ層との間、前記スペーサ層中、前記スペーサ層と前記第２の磁性層との間、前記第２の磁性層中、又は前記第２の磁性層と前記第２の電極との間の何れかに設けられ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも一つの元素とＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素とを含む酸化物層と、前記第１の電極と前記第２の電極とを結ぶ方向において前記酸化物層に接して設けられ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも一つの元素を５ａｔ%以上８０ａｔ％以下の濃度で含み、かつＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素を含む金属層と、を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す図。
【図２】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す図。
【図３】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す図。
【図４】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す図。
【図５】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す図。
【図６】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す図。
【図７】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す図。
【図８】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す図。
【図９】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す図。
【図１０】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す図。
【図１１】第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す図。
【図１２】磁気抵抗効果素子の変形例を示す図。
【図１３】磁気抵抗効果素子の変形例を示す図。
【図１４】磁気抵抗効果素子の変形例を示す図。
【図１５】磁気抵抗効果素子の変形例を示す図。
【図１６】磁気抵抗効果素子の変形例を示す図。
【図１７】磁気抵抗効果素子の変形例を示す図。
【図１８】磁気抵抗効果素子の変形例を示す図。
【図１９】磁気抵抗効果素子の変形例を示す図。
【図２０】磁気抵抗効果素子の実施例を示す図。
【図２１】磁気抵抗効果素子の実施例を示す図。
【図２２】磁気抵抗効果素子の実施例を示す図。
【図２３】磁気抵抗効果素子の実施例を示す図。
【図２４】磁気抵抗効果素子の実施例を示す図。
【図２５】磁気抵抗効果素子の実施例を示す図。
【図２６】磁気抵抗効果素子の実施例を示す図。
【図２７】磁気抵抗効果素子の実施例を示す図。
【図２８】磁気抵抗効果素子の実施例を示す図。
【図２９】磁気抵抗効果素子の実施例を示す図。
【図３０】磁気抵抗効果素子の実施例を示す図。
【図３１】磁気抵抗効果素子の実施例を示す図。
【図３２】第３の実施形態に係る磁気記録再生装置を示す図。
【図３３】第４の実施形態に係るヘッドスタックアセンブリを示す図。
【図３４】第４の実施形態に係るヘッドスタックアセンブリを示す図。
【図３５】第５の実施形態に係る磁気記録再生装置を示す図。
【図３６】第５の実施形態に係る磁気記録再生装置を示す図。
【図３７】第５の実施形態に係る磁気記録再生装置を示す図。
【図３８】第５の実施形態に係る磁気記録再生装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下図面を参照して、本発明の各実施形態を説明する。同じ符号が付されているものは同様のものを示す。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、磁気抵抗効果素子１００を示す図である。磁気抵抗効果素子１００は、第１の磁性層２０と、スペーサ層３０と、酸化物層４０と、金属層５０と、第２の磁性層６０とを備える。酸化物層４０と金属層５０は接している。磁気抵抗効果素子１００は、第１の磁性層２０から第２の磁性層６０に向かって又は第２の磁性層６０から第１の磁性層２０に向かって電流が通電される。
【００１０】
第1の磁性層２０は、強磁性を有する。第1の磁性層２０の磁化は、一方向に固定され又は外部磁場に応じて変化する。第２の磁性層６０は、強磁性を有する。第２の磁性層６０の磁化は、外部磁場に応じて変化する。
【００１１】
第1の磁性層２０及び第２の磁性層６０には、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉを含む強磁性金属を用いることができる。例えば、Ｆｅ５０Ｃｏ５０［３ｎｍ］、又はスペーサ層３０側にＣｏＦｅが位置するように形成されたＣｏ９０Ｆｅ１０［１ｎｍ］／Ｎｉ８３Ｆｅ１７［３．５ｎｍ］という二層構成を用いることができる。ここで、‘／’は‘／’の左側に記載されたものから順に積層していることを示し、Ａｕ／Ｃｕ／Ｒｕと記載された場合、Ａｕ層上にＣｕ層を積層し、Ｃｕ層上にＲｕ層を積層していることを示す。また、‘×２’とは、２層であることを示し、（Ａｕ／Ｃｕ）×２と記載された場合、Ａｕ層上にＣｕ層を積層し、Ｃｕ層上にさらにＡｕ層、Ｃｕ層と順次積層していることを示す。また、‘［ ］’はその材料の膜厚を示す。
【００１２】
第１の磁性層２０の磁化が一方向に固定された磁化固定層である場合と磁化が外部磁場に応じて変化する磁化自由層である場合とで第１の磁性層２０に用いる材料は異なる。
【００１３】
第１の磁性層２０が磁化固定層である場合、第１の磁性層２０としては、Ｆｅ５０Ｃｏ５０を用いることができる。Ｆｅ５０Ｃｏ５０は、ｂｃｃ構造を有する磁性材料である。この材料は、スピン依存界面散乱効果が大きいため、大きなＭＲ変化率を実現することができる。ｂｃｃ構造をもつＦｅＣｏ系合金として、ＦｅｘＣｏ１００−ｘ（ｘ＝３０％〜１００％）や、ＦｅｘＣｏ１００−ｘに添加元素を加えたものが挙げられる。そのなかでも、諸特性をすべて満たしたＦｅｘＣｏｙ（ｘ＝４０％〜８０％、ｙ＝２０％〜６０％）が使いやすい材料の一例である。第１の磁性層２０が、高ＭＲ変化率を実現しやすいｂｃｃ構造をもつ磁性層から形成されている場合には、この磁性層の全膜厚が１．５ｎｍ以上であることが望ましい。ｂｃｃ構造を安定に保つためである。
【００１４】
スピンバルブ膜に用いられる金属材料は、ｆｃｃ構造またはｆｃｔ構造であることが多いため、第１の磁性層２０のみがｂｃｃ構造を有することがあり得る。このため、第１の磁性層２０の膜厚が薄すぎると、ｂｃｃ構造を安定に保つことが困難になり、高いＭＲ変化率が得られなくなる。
【００１５】
また、第１の磁性層２０の材料として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸ合金（ｘ＝０％〜１００％、ｘ＝０％〜３０％）を用いることもできる。（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸのようなアモルファス合金を用いた場合、磁気抵抗効果素子の素子サイズが小さくなった場合に懸念される結晶粒に起因した素子間のバラツキを抑えることができる。
【００１６】
また、このようなアモルファス合金を用いた場合、第１の磁性層２０を平坦な膜にすることができるため、第１の磁性層２０の上に形成されるスペーサ層３０を平坦化する効果がある。
【００１７】
スペーサ層３０の平坦化は、スペーサ層３０の欠陥の頻度を減らすことができる。よって、スペーサ層３０が平坦化されていれば、低い面積抵抗で高いＭＲ変化率を得ることができる。スペーサ層３０としてＭｇＯを用いる場合、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸのようなアモルファス合金を用いることでその上に形成されるＭｇＯ層の（１００）配向性を強めることができる。ＭｇＯ層の（１００）配向性は高いＭＲ変化率を得ることができる。また、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸ合金はアニール時にＭｇＯ（１００）面をテンプレートとして結晶化するため、ＭｇＯと（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸ合金の良好な結晶整合を得ることが出来る。第１の磁性層２０の膜厚は、厚いほうが大きなＭＲ変化率を得やすいが、大きなピン固定磁界を得るためにはその膜厚は薄い。例えば、ｂｃｃ構造をもつＦｅＣｏ合金層を用いたときには、ｂｃｃ構造を安定にする必要があるため、第１の磁性層２０は１．５ｎｍ以上である。また、ｆｃｃ構造のＣｏＦｅ合金層を用いるときにも、大きなＭＲ変化率を得るため、やはり１．５ｎｍ以上の膜厚である。一方、大きなピン固定磁界を得るためには、第１の磁性層２０の膜厚は最大でも、５ｎｍ以下である。以上のように、第１の磁性層２０の膜厚は、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下である。第１の磁性層２０には、ｂｃｃ構造をもつ磁性材料の代わりに、従来の磁気抵抗効果素子で広く用いられているｆｃｃ構造を有するＣｏ９０Ｆｅ１０合金や、ｈｃｐ構造をもつＣｏや、Ｃｏ合金を用いることができる。第１の磁性層２０として、Ｃｏ、Ｆｅ、又はＮｉなどの単体金属、又はこれらの元素を少なくとも１つ含む合金を用いることができる。第１の磁性層２０の磁性材料として、大きなＭＲ変化率を得るのに有利なものは、ｂｃｃ構造をもつＦｅＣｏ合金材料、５０％以上のコバルト組成をもつコバルト合金、５０％以上のＮｉ組成である。また、第１の磁性層２０として、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＡｌなどのホイスラー磁性合金層を用いることも可能である
第１の磁性層２０が磁化自由層である場合、例えば、スペーサ層３０側にＣｏＦｅが位置するように形成されたＮｉ８３Ｆｅ１７［３．５ｎｍ］／Ｃｏ９０Ｆｅ１０［１ｎｍ］という二層構成を用いることができる。ここで、スペーサ層３０側に位置するＣｏＦｅはＦｅｘＣｏ１００−ｘ（ｘ＝１０％〜１００％）でもよい。また、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅなどの三層構成としてもよい。なお、ＮｉＦｅ層を用いない場合には、Ｃｏ９０Ｆｅ１０［４ｎｍ］単層を用いることができる。Ｃｏ９０Ｆｅ１０の合金は、軟磁気特性が安定である。ＣｏＦｅ合金を用いる場合には、膜厚を０．５ｎｍ以上４ｎｍ以下とする。その他、ＦｅｘＣｏ１００−ｘ（ｘ＝１０％〜１００％）も用いることができる。また、第１の磁性層２０として、１ｎｍ以上２ｎｍ以下のＣｏＦｅ層またはＦｅ層と、０．１ｎｍ以上０．８ｎｍ以下の極薄Ｃｕ層とを複数層交互に積層したものを用いてもよい。また、第１の磁性層２０の一部として、ＣｏＺｒＮｂなどのアモルファス磁性層を用いても構わない。第1の磁性層２０の構造としては、スペーサ層３０側からみて、次のような構成が可能である。即ち、第1の磁性層２０の構造として、（１）結晶層のみ、（２）結晶層／アモルファス層の積層、（３）結晶層／アモルファス層／結晶層の積層、などが考えられる。（１）から（３）のいずれでもスペーサ層３０と第１の磁性層２０の界面は結晶層が接している。また、第１の磁性層２０として、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＡｌなどのホイスラー磁性合金層を用いることも可能である。
【００１８】
磁化が外部磁場に応じて変化する第２の磁性層６０は、第１の磁性層２０が磁化自由層である場合に好ましい材料と同じ材料を用いることができる。
【００１９】
スペーサ層３０は、金属、絶縁体、又は電流パス３１を含む絶縁層３２からなる。電流パス３１を含む絶縁層３２を電流狭窄層という。
【００２０】
スペーサ層３０に金属を用いる場合、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、又はＺｎを用いることができる。スペーサ層３０として、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｏｓを用いても良い。絶縁体には、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、又はＺｎから選択される少なくとも一つの元素を含む酸化物を用いることができる。具体的には、ＭｇＯを用いることできる。ＭｇＯは、コヒーレントなスピン依存トンネリング現象を示すため、高いＭＲ変化率を得ることができる。
【００２１】
絶縁層３２は、酸化物、窒化物、酸窒化物等を用いることができる。絶縁層３２の具体例としては、Ａｌ２Ｏ３およびこれに添加元素を加えたものが挙げられる。例として、膜厚約２ｎｍのＡｌ２Ｏ３を用いることができる。添加元素としては、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｂ、Ｃ、又はＺｎなどがある。これらの添加元素の添加量は０％〜５０％程度の範囲で適宜加えることができる。絶縁層３２には、Ａｌ２Ｏ３のようなＡｌ酸化物の変わりに、Ｍｇ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｈｆ酸化物、Ｍｎ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｃｒ酸化物、Ｔａ酸化物、Ｎｂ酸化物、Ｍｏ酸化物、Ｓｉ酸化物、又はＶ酸化物なども用いることができる。これらの酸化物に対しても上述した添加元素を用いることができる。添加元素の添加量は０％〜５０％程度の範囲で適宜加えることができる。絶縁層３２として、酸化物の変わりに、Ａｌ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｂ、Ｃをベースとする窒化物または酸窒化物を用いることもできる。
【００２２】
電流パス３１は、電流狭窄層の膜面垂直に電流を流すパス（経路）であり、電流を狭窄するためのものである。電流パス３１には、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、又はＦｅから選択される少なくとも一つの元素、又はこれらの元素からなる合金を用いることができる。合金としては、ＣｕＮｉ、ＣｕＣｏ、ＣｕＦｅ等を用いることができる。電流パス３１は絶縁層３２と比べて著しく酸素および窒素の含有量が少ない領域であり（少なくとも２倍以上の酸素または窒素の含有量の差がある）、結晶相である。結晶相は非結晶相よりも抵抗が小さいため、電流パス３１して機能しやすい。
【００２３】
スペーサ層３０の膜厚は、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下である。
【００２４】
酸化物層４０は、酸化物層４０を通過するアップスピン電子又はダウンスピン電子の透過を制御することができる。このような効果をスピンフィルタ効果という。酸化物層４０は、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも一つの元素とＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素を含む。これらは、酸化物層４０の母金属材料である。具体的には、Ｆｅ５０Ｃｏ５０とＺｎの混合酸化物を用いることができる。Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、又はＣｄの酸化物は、３ｅＶ以上の高いバンドギャップを有する。このような、高いバンドギャップを有する酸化物としては、例えばＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＣｄＯ、ＣｄＩｎ２Ｏ４、Ｃｄ２ＳｎＯ４、Ｚｎ２ＳｎＯ４等がある。化学量論組成から少し還元よりにずれることにより酸素空孔等の真性欠陥がドナー準位を酸化物層４０内で形成する。このため、酸化物層４０内の伝導電子密度が１０１８ｃｍ−３以上１０１９ｃｍ−３以下程度になる。このとき、価電子帯は主として酸素原子の２ｐ軌道となり、伝導帯は金属原子のｓ軌道で構成されている。キャリア密度が１０１２ｃｍ−３よりも増えるとフェルミ準位は伝導帯に達し縮退する。このような状態は、ｎ型の縮退と呼ばれ、大きな濃度と高い移動度を有する伝導電子が酸化物層４０内に形成されるために酸化物層４０が低い抵抗値を有する。しかしながら、上記したＺｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、又はＣｄの酸化物だけでは、酸化物層４０は、磁性を帯びない。Ｃｏ、Ｆｅ、又はＮｉは、常温で磁性を有する。このために、酸化物層４０は高いスピン依存散乱効果を有することになる。よって、酸化物層４０は低い抵抗率と高いスピン依存散乱効果を有する。従って、磁気抵抗効果素子１００は、高いＭＲ変化率を有する。なお、Ｚｎは、Ｆｅ、Ｃｏ、又はＮｉと周期表で同周期であるために、磁性を帯やすい。このために、酸化物層４０の磁化を安定化できる。
【００２５】
また、酸化物層４０にＺｎを含有する酸化物を用いた場合には、添加元素を加えてもよい。Ｚｎ酸化物に添加元素としてＡｌを加えた場合、熱耐性があがることが報告されている。Ａｌのほかにも、添加元素としては、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、又はＳｎ等があげられる。耐熱性が向上するメカニズムは完全に明らかとはなっていない。しかしながら、化学量論組成から還元気味にずれたことにより形成されるＺｎ酸化物中の酸素空孔の密度が、熱による再酸化の促進により減少して、キャリア密度が変わることにより耐熱性が向上すると考えられる。上記したこれらの元素はＩＩＩ族、またはＩＶ族のドーパントにあたり、これらのドーパントは熱によるＺｎ原子の再酸化の促進を防ぐ。このために、酸化物層４０中のキャリア密度の変化や、熱に対する抵抗率の変化が抑えられると考えられる。
【００２６】
酸化物層４０の膜厚は、スピンフィルタ効果を得るためには０．５ｎｍ以上とする。膜厚が均一な酸化物層４０を得るためには、製造上の装置の依存性を考慮して、１ｎｍ以上にする。一方、膜厚の上限は再生ヘッドのリードギャップを広げない観点で１０ｎｍ以下とする。
【００２７】
金属層５０は、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも一つの元素を５ａｔ（原子）％以上８０ａｔ％以下の濃度で含み、かつＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素を含む。なお、金属層５０は、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも一つの元素を含む層と、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素を含む層の２層からなる積層体であってもよい。具体的には、膜厚が２ｎｍのＺｎ５０（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）５０を用いることができる。他にも、（Ｚｎ[０．２５ｎｍ]／Ｆｅ５０Ｃｏ５０[０．２５ｎｍ]）×４のような積層体を用いても良い。図３は、金属層５０の働きを説明する図である。金属層５０が設けられていない場合、酸化物層４０に熱が加わると酸化物層４０内の酸素が拡散して酸化物層４０に隣接する第２の磁性層６０を酸化してしまう（図３（Ａ））。このため、磁気抵抗効果素子が劣化しやすくなる。なお、熱とは、製造工程で用いるアニール、磁性層の磁化を固定するためのアニール、又は磁気抵抗効果素子に電流を通電した際に生じるジュール熱を示す。
【００２８】
金属層５０が酸化物層４０に接して設けられている場合、酸化物層４０に熱が加わると酸化物層４０内の酸素は金属層５０の一部を酸化する（図３（Ｂ））。金属層５０は、酸化物層４０と共通の材料を有するために、酸化物層４０の効果を維持し、更に酸化による磁気抵抗効果素子１００の劣化を防ぐことができる。また、金属層５０は、酸化物層４０で用いられる母金属材料を共通の材料を有するので、高いスピン依存散乱を有する。このため、金属層５０が残っていても磁気抵抗効果素子１００に悪影響を与えることはない。ここでは、第２の磁性層６０を例に説明したが、第２の磁性層６０でなくても、電極、スペーサ層に対しても同様の効果を得ることができる。電極の場合には、電極の酸化を防止することができる。スペーサ層は、金属、絶縁体、又は電流パスを含む酸化物層の場合がある。スペーサ層が金属の場合には、金属の酸化を防止することができる。スペーサ層が絶縁体の場合には、絶縁体の過剰酸化を防止することができる。スペーサ層３０が電流パス３１を含む絶縁層３２の場合には、電流パスの酸化を防止することができる。
【００２９】
金属層５０の膜厚は薄すぎると酸化物層４０からの余剰酸素を吸収しきれず、金属層５０上に形成される層の酸化を招いて低スピンフィルタ層が形成されるため、０．２５ｎｍ以上とすることが望ましい。また、金属層５０が厚すぎるとトータルの磁気抵抗効果素子の膜厚が厚くなり、狭ギャップ化の観点で望ましくないため４ｎｍ以下とすることが望ましい。
【００３０】
磁気抵抗効果素子１００は、第１の磁性層２０上に、スペーサ層３０、酸化物層４０、金属層５０、第２の磁性層６０が形成されているものとして説明した。しかしながら、図４〜図９に示すような構造であってもよい。
【００３１】
図４（Ａ）〜図４（Ｋ）に示す基本構造は、下から第１の磁性層２０、スペーサ層３０、第２の磁性層６０となっている。なお、上下は逆さまでもよい。つまり、第１の磁性層２０が下側でも第２の磁性層６０が下側でもどちらでもよい。これは、図５〜図８でも同様である。
【００３２】
図４（Ａ）は、スペーサ層３０と第２の磁性層６０との間に酸化物層４０が設けられ、酸化物層４０とスペーサ層３０との間に金属層５０が設けられている図を示す。係る場合には、スペーサ層３０の劣化を防止できる。
【００３３】
図４（Ｂ）、図４（Ｃ）は、第２の磁性層６０中に酸化物層４０が設けられ、酸化物層４０と第２の磁性層６０との間に金属層５０が設けられている図を示す。図４（Ｂ）は、酸化物層４０がスペーサ層３０側に設けられる図を示す。図４（Ｃ）は、金属層５０がスペーサ層３０側に設けられている図を示す。係る場合、第２の磁性層６０の酸化物層４０に接している側は、酸化されてしまう。しかしながら、金属層５０と第２の磁性層６０が接している側で高いＭＲ変化率を有するので総合してＭＲ変化率の高い磁気抵抗効果素子１００となる。
【００３４】
図４（Ｄ）は、第２の磁性層６０上に酸化物層４０、金属層５０が設けられている図を示す。図４（Ｅ）は、第２の磁性層６０上に金属層５０、酸化物層４０が設けられている図を示す。
【００３５】
図４（Ｆ）は、第１の磁性層２０とスペーサ層３０との間に酸化物層４０が設けられ、酸化物層４０とスペーサ層３０との間に金属層５０が設けられている図を示す。図４（Ｇ）は、第１の磁性層２０とスペーサ層３０との間に酸化物層４０が設けられ、酸化物層４０と第１の磁性層２０との間に金属層５０が設けられている図を示す。
【００３６】
図４（Ｈ）、図４（Ｉ）は、第１の磁性層２０中に酸化物層４０が設けられ、酸化物層４０と第１の磁性層２０との間に金属層５０が設けられている図を示す。図４（Ｈ）は、金属層５０がスペーサ層３０側に設けられ、図４（Ｉ）では、酸化物層４０がスペーサ層３０側に設けられている図を示す。
【００３７】
図４（Ｊ）は、第２の磁性層２０の下に金属層５０、酸化物層４０が設けられている図を示す。図４（Ｋ）は、第２の磁性層２０の下に酸化物層４０、金属層５０が設けられている図を示す。
【００３８】
図５（Ａ）〜図５（Ｆ）は、酸化物層４０を２つの金属層５０で挟んだ図を示す。図５（Ａ）〜図５（Ｆ）に示す基本構造は、下から第１の磁性層２０、スペーサ層３０、第２の磁性層６０となっている。
【００３９】
図５（Ａ）は、２つの金属層５０で挟まれた酸化物層４０がスペーサ層３０と第２の磁性層６０との間に設けられている図を示す。図５（Ｂ）は、２つの金属層５０で挟まれた酸化物層４０が第２の磁性層６０中に設けられている図を示す。図５（Ｃ）は、２つの金属層５０で挟まれた酸化物層４０が第２の磁性層６０上に設けられている図を示す。図５（Ｄ）は、２つの金属層５０で挟まれた酸化物層４０がスペーサ層３０と第１の磁性層２０との間に設けられている図を示す。図５（Ｅ）は、２つの金属層５０で挟まれた酸化物層４０が第１の磁性層２０中に設けられている図を示す。図５（Ｆ）は、２つの金属層５０で挟まれた酸化物層４０が第１の磁性層２０の下側に設けられている図を示す。
【００４０】
図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示す基本構造は、下から第１の磁性層２０、スペーサ層３０、第２の磁性層６０となっている。図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、スペーサ層３０中に酸化物層４０が設けられ、酸化物層４０とスペーサ層３０との間に金属層５０が設けられている図を示す。図６（Ａ）は、酸化物層４０が第１の磁性層２０側に設けられている図を示す。図６（Ｂ）は、金属層５０が第１の磁性層２０側に設けられている図を示す。図６（Ｃ）は、２つの金属層５０で挟まれた酸化物層４０がスペーサ層３０中に設けられている図を示す。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示す構造の場合には、スペーサ層３０は実質的に２層あることになる。よって、第１の磁性層２０側と第２の磁性層６０側で２つのスピンフィルタ効果を有するので、磁気抵抗効果素子１００のＭＲ変化率を高めることができる。
【００４１】
図７は、スペーサ層３０の代わりに酸化物層４０と金属層５０を用いた図である。図７（Ａ）は、第１の磁性層２０と第２の磁性層６０との間に酸化物層４０が設けられ、第２の磁性層６０と酸化物層４０との間に金属層５０が設けられている図を示す。図７（Ｂ）は、第１の磁性層２０と第２の磁性層６０との間に酸化物層４０が設けられ、第１の磁性層２０と酸化物層４０との間に金属層５０が設けられている図を示す。図７（Ｃ）は、第１の磁性層２０と第２の磁性層６０との間に、２つの金属層５０で挟まれた酸化物層４０が設けられている図を示す。図７に示す構造の場合には、スペーサ層３０を設けなくて良いので、磁気抵抗効果素子１００を微細化できる。ここで、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉからなる群から選択される強磁性元素のみを母金属材料とした酸化物層４０は比較的大きい磁化を有する。このため、図７のようにスペーサ層３０に配置した場合、第１の磁性層２０と第２の磁性層６０の磁気結合が強いため、スペーサ層３０として用いることができない。一方、本実施形態のＦｅ、Ｃｏ、ＮｉにさらにＺｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｃｄから選択される非磁性元素を加えた酸化物層４０は、前述したＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉのみを母金属材料とした酸化物に比べて磁化が小さい、若しくは非磁性となる。従って、第１の磁性層２０と第２の磁性層６０の磁気結合を十分に弱めることができ、スペーサ層３０として用いることができる。
【００４２】
図８は、第１の磁性層２０とスペーサ層３０との間、及び第２の磁性層６０とスペーサ層３０との間のそれぞれの場所に酸化物層４０が設けられ、酸化物層４０と第１の磁性層２０及び第２の磁性層６０との間にそれぞれ金属層５０が設けられている図を示す。係る場合、第１の磁性層２０及び第２の磁性層６０の両方の層の劣化を防ぐことができる。
【００４３】
図９は、スペーサ層３０と第２の磁性層６０との間に酸化物層４０が設けられ、酸化物層４０と第２の磁性層６０との間に金属層５０が設けられ、金属層５０と酸化物層４０との間に非磁性金属層が設けられている図を示す。係る場合、非磁性金属層の膜厚が１ｎｍ以上２ｎｍ以下であれば、酸化物層４０内の酸素が非磁性金属層を透過して金属層５０を酸化できる。
【００４４】
次に、磁気抵抗効果素子１００の製造方法について説明する。
【００４５】
図１０は、磁気抵抗効果素子１００の一部の製造方法を説明するフローチャート図である。磁気抵抗効果素子１００の製造方法は３つある。１つ目は、酸化物層４０の形成後に金属層５０を形成する工程である。２つ目は、金属層５０の形成後に酸化物層４０を形成する工程である。３つ目は、金属層５０を形成後に酸化物層４０を形成し更に金属層５０を形成する工程である。製造方法には、ＤＣマグネトロンスパッタ、ＲＦマグネトロンスパッタ等のスパッタ法、イオンビームスパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、又はＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法を用いることができる。
【００４６】
図１０（Ａ）は、酸化物層４０を形成後（Ｓ１０）に酸化物層４０上に金属層５０を形成する（Ｓ２０）フローを示す。金属層５０を形成後に加熱処理を行って、酸化物層４０の酸素で金属層５０を酸化進行させてもよい。なお、加熱処理を行わなくても、酸化物層４０の酸素は金属層５０の酸化を進行させることができる。これは、室温程度（３００Ｋ）のエネルギーであれば金属層５０との反応は十分進むからである。
【００４７】
図１０（Ｂ）は、金属層５０を形成後（Ｓ３０）に金属層５０上に酸化物層４０を形成する（Ｓ４０）フローを示す。酸化物層４０を形成後に加熱処理を行って、酸化物層４０の酸素で金属層５０の酸化を進行させてもよい。なお、加熱処理を行わなくても、酸化物層４０の酸素は金属層５０の酸化を進行させることができる。
【００４８】
図１０（Ｃ）は、金属層５０を形成後（Ｓ５０）に金属層５０上に酸化物層４０を形成し（Ｓ６０）、酸化物層４０を形成後に更に２層目の金属層５０を形成する（Ｓ７０）。金属層５０上に酸化物層４０を形成した後、又は２層目の金属層５０を形成した後に加熱処理を行って、酸化物層４０の酸素で金属層５０の酸化を進行させてもよい。なお、加熱処理を行わなくても、酸化物層４０の酸素は金属層５０の酸化を進行させることができる。
【００４９】
酸化処理としては、イオンビーム酸化、プラズマ酸化する方法を用いることができる。この場合、イオンビーム酸化やプラズマ酸化のエネルギーアシストにより、酸化物層４０を形成することができる。また、酸化物層４０を作製した後にＡｒプラズマ照射や水素イオン照射などの還元処理を行っても良い。このような還元処理を行いことにより、酸化物層４０の酸素濃度を調整することができる。
【００５０】
（第２の実施形態）
図１１は、第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子２００の構成を示す模式図である。
【００５１】
磁気抵抗効果素子２００は、磁気抵抗効果素子２００を酸化等の劣化から防止するキャップ層１９と、磁化が一方向に固定されたピン層１４と、キャップ層１９とピン層１４との間に設けられ磁化が外部磁場に応じて変化するフリー層１８と、ピン層１４とフリー層１８との間に設けられたスペーサ層３０と、スペーサ層３０とフリー層１８との間に設けられた酸化物層４０と、酸化物層４０とフリー層１８との間に設けられた金属層５０とを備える。フリー層１８は第１の磁性層２０に相当する。ピン層１４は、第２の磁性層６０に相当する。
【００５２】
また、磁気抵抗効果素子２００は、積層体の膜面に垂直に電流を流すための一対の電極１０、７０を備える。さらに、磁気抵抗効果素子２００は、電極１０とピン層１４との間に設けられ、ピン層１４の磁化方向を固定するための反強磁性体からなるピニング層１３、およびピニング層１３と電極１０との間に設けられた下地層１２を備える。
【００５３】
電極１０と電極７０との間に電圧が印加されることで、磁気抵抗効果素子２００の内部を膜面垂直方向に沿って電流が流れる。
【００５４】
この電流が流れることで、磁気抵抗効果に起因する抵抗の変化を検出することができ、磁気の検知が可能となる。電極１０、７０としては、電流を磁気抵抗効果素子２００に流すために、電気抵抗が比較的小さいＣｕ、Ａｕ等が用いられる。
【００５５】
下地層１２は、例えば、バッファ層およびシード層が積層した構成をとる。ここで、バッファ層は電極１０側に位置し、シード層はピニング層１３側に位置する。
【００５６】
バッファ層は電極１０の表面の荒れを緩和し、バッファ層上に積層される層の結晶性を改善する。バッファ層としては、例えばＴａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ又はこれらの合金を用いることができる。バッファ層の膜厚は１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。バッファ層の厚さが薄すぎるとバッファ効果が失われる。一方、バッファ層の厚さが厚すぎるとＭＲ変化率に寄与しない直列抵抗を増大させることになる。なお、バッファ層上に形成されるシード層がバッファ効果を有する場合には、バッファ層を必ずしも設ける必要はない。一例として、Ｔａを１ｎｍ設ける。
【００５７】
シード層は、シード層上に積層される層の結晶配位向及び結晶粒径を制御する。シード層としては、ｆｃｃ構造（ｆａｃｅ−ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：面心立方格子構造）、ｈｃｐ構造（ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｃｌｏｓｅ−ｐａｃｋｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：六方最密格子構造）またはｂｃｃ構造（ｂｏｄｙ−ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：体心立方格子構造）を有する金属等である。
【００５８】
例えば、シード層として、ｈｃｐ構造を有するＲｕまたはｆｃｃ構造を有するＮｉＦｅを用いることにより、その上に積層される層の結晶配向をｆｃｃ（１１１）配向にすることができる。また、ピニング層１３がＩｒＭｎの場合には良好なｆｃｃ（１１１）配向が実現され、ピニング層１３がＰｔＭｎの場合には規則化したｆｃｔ（１１１）構造（ｆａｃｅ−ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：面心正方構造）が得られる。また、フリー層１８及びピン層１４としてｆｃｃ金属を用いたときには良好なｆｃｃ（１１１）配向を実現でき、フリー層１８及びピン層１４としてｂｃｃ金属を用いたときには、良好なｂｃｃ（１１０）配向とすることができる。結晶配向を向上させるシード層としての機能を十分発揮するために、シード層の膜厚としては、１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。一例として、Ｒｕを２ｎｍ形成することができる。
【００５９】
他にも、シード層として、Ｒｕの代わりに、ＮｉＦｅベースの合金（例えば、ＮｉｘＦｅ１００−ｘ（ｘ＝９０％〜５０％）や、ＮｉＦｅに第３元素Ｘを添加して非磁性にした（ＮｉｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＸｙ（Ｘ＝Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｍｏ））を用いることもできる。ＮｉＦｅベースのシード層では、良好な結晶配向性を得るのが比較的容易であり、ロッキングカーブの半値幅を３°〜５°とすることができる。
【００６０】
シード層には、結晶配向を向上させる機能だけでなく、シード層上に積層される層の結晶粒径を制御する機能もある。具体的には、シード層上に積層される層の結晶粒径を５ｎｍ以上２０ｎｍ以下に制御することができ、磁気抵抗効果素子のサイズが小さくなっても、特性のばらつきを招くことなく高いＭＲ変化率を実現できる。
【００６１】
なお、シード層の結晶粒径を５ｎｍ以上２０ｎｍ以下にすることで、結晶粒界による電子乱反射及び非弾性散乱サイトが少なくなる。このサイズの結晶粒径を得るには、Ｒｕを２ｎｍ形成する。また、（ＮｉｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＺｙ（Ｚ＝Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｍｏ））の場合には、第３元素Ｘの組成ｙを０％〜３０％程度として（ｙが０の場合も含む）、２ｎｍ形成する。
【００６２】
シード層上に積層される層の結晶粒径は、シード層とスペーサ層３０との間に配置された層の結晶粒の粒径によって判別できる。例えば、断面ＴＥＭなどによって決定できる。ピン層１４がスペーサ層３０よりも下層に位置するボトム型スピンバルブ膜の場合には、シード層の上に形成されるピニング層１３や、ピン層１４の結晶粒径によって判別することができる。
【００６３】
ピニング層１３は、その上に形成されるピン層１４となる強磁性層に一方向異方性（ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）を付与して磁化を固定する機能を有する。ピニング層１３の材料としては、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、又はＲｕＲｈＭｎなどの反強磁性材料を用いることができる。この内、高記録密度対応のヘッドの材料として、ＩｒＭｎが有利である。ＩｒＭｎは、ＰｔＭｎよりも薄い膜厚で一方向異方性を印加することができ、高密度記録の為に必要な狭ギャップ化に適している。
【００６４】
十分な強さの一方向異方性を付与するために、ピニング層１３の膜厚を適切に設定する。ピニング層１３の材料がＰｔＭｎやＰｄＰｔＭｎの場合には、膜厚として、８ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。ピニング層１３の材料がＩｒＭｎの場合には、ＰｔＭｎなどより薄い膜厚でも一方向異方性を付与可能であり、４ｎｍ以上１８ｎｍ以下である。一例として、Ｉｒ２２Ｍｎ７８を７ｎｍ形成することができる。
【００６５】
ピニング層１３として、反強磁性層の代わりに、ハード磁性層を用いることができる。ハード磁性層として、例えば、ＣｏＰｔ（Ｃｏ＝５０％〜８５％）、（ＣｏｘＰｔ１００−ｘ）１００−ｙＣｒｙ（ｘ＝５０％〜８５％、ｙ＝０％〜４０％）、ＦｅＰｔ（Ｐｔ＝４０％〜６０％）を用いることができる。ハード磁性層（特に、ＣｏＰｔ）は比抵抗が比較的小さいため、直列抵抗および面積抵抗ＲＡ（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ａｒｅａ）の増大を抑制できる。
【００６６】
ここで、面積抵抗ＲＡとは、磁気抵抗効果素子２００の積層膜の積層方向に対して垂直な断面積と磁気抵抗効果素子２００の積層膜の膜面に垂直に電流を流したときに一対の電極から得られる抵抗との積を示す。
【００６７】
ピン層１４、スペーサ層３０、フリー層１８、又ピニング層１３等の結晶配向性は、Ｘ線回折により測定できる。ピン層１４、フリー層１８のｆｃｃ（１１１）ピーク、ピニング層１３（ＰｔＭｎ）のｆｃｔ（１１１）ピークまたはｂｃｃ（１１０）ピークでのロッキングカーブの半値幅を３．５°〜６°として、良好な配向性を得ることができる。なお、この配向の分散角は断面ＴＥＭを用いた回折スポットからも判別することができる。
【００６８】
ピン層１４は、ピニング層１３側から下部ピン層１４１、磁気結合層１４２、及び上部ピン層１４３をこの順に積層した構成をとる。
【００６９】
ピニング層１３と下部ピン層１４１は一方向異方性（Ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）を持つように交換磁気結合している。磁気結合層１４２を挟む下部ピン層１４１及び上部ピン層１４３は、磁化の向きが互いに反平行になるように強く結合している。
【００７０】
下部ピン層１４１の材料としては、例えば、ＣｏｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘ＝０％〜１００％）、ＮｉｘＦｅ１００−ｘ合金（ｘ＝０％〜１００％）、またはこれらに非磁性元素を添加したものを用いることができる。また、下部ピン層１４１の材料として、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉの単元素やこれらの合金を用いることもできる。または、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸ合金（ｘ＝０％〜１００％、ｘ＝０％〜３０％）を用いることもできる。（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸのようなアモルファス合金を用いた場合、磁気抵抗効果素子の素子サイズが小さくなった場合に素子間のバラツキを抑えることができる。
【００７１】
下部ピン層１４１の膜厚は１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下である。ピニング層１３による一方向異方性磁界強度および磁気結合層１４２を介した下部ピン層１４１と上部ピン層１４３との反強磁性結合磁界を強く保つためである。
【００７２】
また、下部ピン層１４１が薄すぎると、ＭＲ変化率に影響を与える上部ピン層１４３も薄くしなければならなくなるため、ＭＲ変化率が小さくなる。一方、下部ピン層１４１が厚すぎるとデバイス動作に必要な十分な一方向性異方性磁界を得ることが困難になる。
【００７３】
また、下部ピン層１４１の磁気膜厚（飽和磁化Ｂｓ×膜厚ｔ（Ｂｓ・ｔ積））を考慮する場合、上部ピン層１４３の磁気膜厚とほぼ等しい。つまり、上部ピン層１４３の磁気膜厚と下部ピン層１４１の磁気膜厚とが対応する。
【００７４】
例えば、上部ピン層１４３がＦｅ５０Ｃｏ５０［３ｎｍ］の場合、薄膜でのＦｅ５０Ｃｏ５０の飽和磁化が約２．２Ｔであるため、磁気膜厚は２．２Ｔ×３ｎｍ＝６．６Ｔｎｍとなる。Ｃｏ７５Ｆｅ２５の飽和磁化が約２．１Ｔなので、上記と等しい磁気膜厚を与える下部ピン層１４１の膜厚ｔは６．６Ｔｎｍ／２．１Ｔ＝３．１５ｎｍとなる。したがって、この場合、下部ピン層１４１の膜厚は約３．２ｎｍのＣｏ７５Ｆｅ２５を用いる。
【００７５】
磁気結合層１４２は、磁気結合層１４２を挟む下部ピン層１４１及び上部ピン層１４３に反強磁性結合を生じさせてシンセティックピン構造を形成する機能を有する。磁気結合層１４２として、Ｒｕを用いることができ、磁気結合層１４２の膜厚は０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下である。なお、磁気結合層１４２を挟む下部ピン層１４１及び上部ピン層１４３に十分な反強磁性結合を生じさせる材料であれば、Ｒｕ以外の材料を用いてもよい。磁気結合層１４２の膜厚は、ＲＫＫＹ（Ｒｕｄｅｒｍａｎ−Ｋｉｔｔｅｌ−Ｋａｓｕｙａ−Ｙｏｓｉｄａ）結合の２ｎｄピークに対応する膜厚０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下の代わりに、ＲＫＫＹ結合の１ｓｔピークに対応する膜厚０．３ｎｍ以上０．６ｎｍ以下を用いることもできる。ここでは、より高信頼性の結合を安定して特性が得られる、膜厚が０．９ｎｍのＲｕが一例として挙げられる。磁気結合層１４２として、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓも用いることができる。
【００７６】
上部ピン層１４３は、ＭＲ効果に寄与する磁性層である。
【００７７】
上部ピン層１４３としては、Ｆｅ５０Ｃｏ５０を用いることができる。Ｆｅ５０Ｃｏ５０は、ｂｃｃ構造を有する磁性材料である。この材料は、スピン依存界面散乱効果が大きいため、大きなＭＲ変化率を実現することができる。ｂｃｃ構造をもつＦｅＣｏ系合金として、ＦｅｘＣｏ１００−ｘ（ｘ＝３０％〜１００％）や、ＦｅｘＣｏ１００−ｘに添加元素を加えたものが挙げられる。そのなかでも、諸特性をすべて満たしたＦｅｘＣｏｙ（ｘ＝４０％〜８０％、ｙ＝２０％〜６０％）が使いやすい材料の一例である。
【００７８】
上部ピン層１４３が、高ＭＲ変化率を実現しやすいｂｃｃ構造をもつ磁性層から形成されている場合には、この磁性層の全膜厚が１．５ｎｍ以上である。ｂｃｃ構造を安定に保つためである。スピンバルブ膜に用いられる金属材料は、ｆｃｃ構造またはｆｃｔ構造であることが多いため、上部ピン層１４３のみがｂｃｃ構造を有することがあり得る。このため、上部ピン層１４３の膜厚が薄すぎると、ｂｃｃ構造を安定に保つことが困難になり、高いＭＲ変化率が得られなくなる。
【００７９】
また、上部ピン層１４３の材料として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸ合金（ｘ＝０％〜１００％、ｘ＝０％〜３０％）を用いることもできる。（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸのようなアモルファス合金を用いた場合、磁気抵抗効果素子の素子サイズが小さくなった場合に懸念される結晶粒に起因した素子間のバラツキを抑えることができる。また、このようなアモルファス合金を用いた場合、上部ピン層１４３を平坦な膜にすることができるため、上部ピン層１４３の上に形成されるスペーサ層３０を平坦化する効果がある。スペーサ層３０の平坦化は、スペーサ層３０の欠陥の頻度を減らすことができるため、低い面積抵抗で高いＭＲ変化率を得るために重要である。スペーサ層３０としてＭｇＯを用いる場合、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸのようなアモルファス合金を用いることでその上に形成されるＭｇＯ層の（１００）配向性を強めることができる。ＭｇＯ層の（１００）配向性は高いＭＲ変化率を得るために重要である。また、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸ合金はアニール時にＭｇＯ（１００）面をテンプレートとして結晶化するため、ＭｇＯと（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ＹＢＸ合金の良好な結晶整合を得ることが出来る。
【００８０】
上部ピン層１４３の膜厚は、厚いほうが大きなＭＲ変化率を得やすいが、大きなピン固定磁界を得るためにはその膜厚は薄い。例えば、ｂｃｃ構造をもつＦｅＣｏ合金層を用いたときには、ｂｃｃ構造を安定にする必要があるため、１．５ｎｍ以上の膜厚である。また、ｆｃｃ構造のＣｏＦｅ合金層を用いるときにも、大きなＭＲ変化率を得るため、やはり１．５ｎｍ以上の膜厚である。一方、大きなピン固定磁界を得るためには、上部ピン層１４３の膜厚が最大でも、５ｎｍ以下である。以上のように、上部ピン層１４３の膜厚は、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下である。
【００８１】
上部ピン層１４３には、ｂｃｃ構造をもつ磁性材料の代わりに、従来の磁気抵抗効果素子で広く用いられているｆｃｃ構造を有するＣｏ９０Ｆｅ１０合金や、ｈｃｐ構造をもつＣｏや、Ｃｏ合金を用いることができる。上部ピン層１４３として、Ｃｏ、Ｆｅ、又はＮｉなどの単体金属、又はこれらの元素を少なくとも１つ含む合金を用いることができる。上部ピン層１４３の磁性材料として、大きなＭＲ変化率を得るのに有利なものは、ｂｃｃ構造をもつＦｅＣｏ合金材料、５０％以上のコバルト組成をもつコバルト合金、５０％以上のＮｉ組成である。
【００８２】
また、上部ピン層１４３として、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＡｌなどのホイスラー磁性合金層を用いることも可能である。
【００８３】
スペーサ層３０は、金属、絶縁体、又は電流パス３１を含む絶縁層３２からなる。電流パス３１を含む絶縁層３２を電流狭窄層という。
【００８４】
スペーサ層３０に金属を用いる場合、Ａｕ、Ａｇ、又はＣｕを用いることができる。絶縁体には、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、又はＺｎから選択される少なくとも一つの元素を含む酸化物を用いることができる。具体的には、ＭｇＯを用いることできる。ＭｇＯは、コヒーレントなスピン依存トンネリング現象を示すため、高いＭＲ変化率を得ることができる。
【００８５】
絶縁層３２は、酸化物、窒化物、酸窒化物等を用いることができる。絶縁層３２の具体例としては、Ａｌ２Ｏ３およびこれに添加元素を加えたものが挙げられる。例として、膜厚約２ｎｍのＡｌ２Ｏ３を用いることができる。添加元素としては、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｂ、Ｃ、又はＺｎなどがある。これらの添加元素の添加量は０％〜５０％程度の範囲で適宜加えることができる。絶縁層３２には、Ａｌ２Ｏ３のようなＡｌ酸化物の変わりに、Ｍｇ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｈｆ酸化物、Ｍｎ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｃｒ酸化物、Ｔａ酸化物、Ｎｂ酸化物、Ｍｏ酸化物、Ｓｉ酸化物、又はＶ酸化物なども用いることができる。これらの酸化物に対しても上述した添加元素を用いることができる。添加元素の添加量は０％〜５０％程度の範囲で適宜加えることができる。絶縁層３２として、酸化物の変わりに、Ａｌ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｂ、Ｃをベースとする窒化物または酸窒化物を用いることもできる。
【００８６】
電流パス３１は、電流狭窄層の膜面垂直に電流を流すパス（経路）であり、電流を狭窄するためのものである。電流パス３１には、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、又はＦｅから選択される少なくとも一つの元素、又はこれらの元素からなる合金を用いることができる。合金としては、ＣｕＮｉ、ＣｕＣｏ、ＣｕＦｅ等を用いることができる。電流パス３１は絶縁層３２と比べて著しく酸素および窒素の含有量が少ない領域であり（少なくとも２倍以上の酸素または窒素の含有量の差がある）、結晶相である。結晶相は非結晶相よりも抵抗が小さいため、電流パス３１して機能しやすい。
【００８７】
スペーサ層３０の膜厚は、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下である。
【００８８】
第1の磁性層２０及び第２の磁性層６０には、例えば、界面にＣｏＦｅを形成してＮｉＦｅを用いたＣｏ９０Ｆｅ１０［１ｎｍ］／Ｎｉ８３Ｆｅ１７［３．５ｎｍ］という二層構成を用いることができる。なお、ＮｉＦｅ層を用いない場合には、Ｃｏ９０Ｆｅ１０［４ｎｍ］単層を用いることができる。また、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅなどの三層構成としてもよい。ここで、‘／’は‘／’の左側に記載されたものから順に積層していることを示し、Ａｕ／Ｃｕ／Ｒｕと記載された場合、Ａｕ層上にＣｕ層を積層し、Ｃｕ層上にＲｕ層を積層していることを示す。また、‘×２’とは、２層であることを示し、（Ａｕ／Ｃｕ）×２と記載された場合、Ａｕ層上にＣｕ層を積層し、Ｃｕ層上にさらにＡｕ層、Ｃｕ層と順次積層していることを示す。また、‘［ ］’はその材料の膜厚を示す。
【００８９】
第1の磁性層２０及び第２の磁性層６０には、ＣｏＦｅ合金を用いることができる。Ｃｏ９０Ｆｅ１０の合金は、軟磁気特性が安定である。ＣｏＦｅ合金を用いる場合には、膜厚を０．５ｎｍ以上４ｎｍ以下とする。その他、ＣｏｘＦｅ１００−ｘ（ｘ＝７０％〜９０％）も用いることができる。また、第1の磁性層２０及び第２の磁性層６０として、１ｎｍ以上２ｎｍ以下のＣｏＦｅ層またはＦｅ層と、０．１ｎｍ以上０．８ｎｍ以下の極薄Ｃｕ層とを複数層交互に積層したものを用いてもよい。また、第1の磁性層２０及び第２の磁性層６０の一部として、ＣｏＺｒＮｂなどのアモルファス磁性層を用いても構わない。第1の磁性層２０の構造としては、スペーサ層３０側からみて、次のような構成が可能である。即ち、第1の磁性層２０の構造として、（１）結晶層のみ、（２）結晶層／アモルファス層の積層、（３）結晶層／アモルファス層／結晶層の積層、などが考えられる。（１）から（３）のいずれでもスペーサ層３０と第1の磁性層２０の界面は結晶層が接している。
【００９０】
キャップ層１９は、キャップ層１９の下の層を保護する機能を有する。キャップ層１９は、例えば、複数の金属層、例えば、Ｃｕ層とＲｕ層の２層構造（Ｃｕ［１ｎｍ］／Ｒｕ［１０ｎｍ］）とすることができる。また、キャップ層１９として、Ｒｕをフリー層１８側に配置したＲｕ／Ｃｕ層なども用いることができる。この場合、Ｒｕの膜厚は０．５ｎｍ以上２ｎｍ以下である。この構成のキャップ層１９は、例えばフリー層１８がＮｉＦｅである場合に用いる。ＲｕはＮｉと非固溶な関係にあるので、フリー層１８とキャップ層１９の間に形成される界面ミキシング層の磁歪を低減できるからである。
【００９１】
キャップ層１９が、Ｃｕ／ＲｕやＲｕ／Ｃｕのいずれの場合も、Ｃｕ層の膜厚は０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、Ｒｕ層の膜厚は０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下とすることができる。
【００９２】
キャップ層１９として、Ｃｕ層やＲｕ層の代わりに他の金属層を設けてもよい。
【００９３】
磁気抵抗効果素子２００の製造方法の一例について説明する。
【００９４】
微細加工プロセス用いて基板上に電極１０を形成する。電極１０上に下地層１２を形成する。下地層１２上にピニング層１３を形成する。ピニング層１３上にピン層１４を形成する。ピン層１４上にスペーサ層３０を形成する。スペーサ層３０上に酸化物層４０を形成する。
【００９５】
酸化物層４０は、スペーサ層３０上にＦｅとＺｎの金属層を成膜し、金属層に酸化処理を施す。金属層は、例えばＦｅ／Ｚｎ、Ｆｅ／Ｚｎ、（Ｆｅ／Ｚｎ）×２、又はＺｎとＦｅの合金とする。酸化処理は、イオンアシスト酸化（ＩＡＯ：Ｉｏｎ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）、加熱処理、又は自然酸化を用いる。ＩＡＯとは、酸素供給を行いながらＡｒ、Ｘｅ、Ｈｅ、Ｎｅ、又はＫｒ等の希ガスのイオンビーム又はプラズマを照射する方法である。なお、希ガスを用いずに、供給する酸素をイオンビーム又はプラズマとして用いることもできる。加熱処理は、１００℃以上３００℃以下の温度で加熱しながら酸素供給を行う。このようにすることで、酸化物層４０を形成することができる。なお、酸化物層４０は、金属層を積層し、酸化処理を行う工程を複数回行うことで形成してもよい。
【００９６】
次に、酸化物層４０上に金属層５０を形成する。金属層５０上にフリー層１８を形成する。フリー層１８上にキャップ層１９を形成し、アニール処理を行う。最後に、電極７０をキャップ層１９上に形成する。
【００９７】
（第１の変形例）
図１２は、磁気抵抗効果素子３００を示す。磁気抵抗効果素子３００は、磁気抵抗効果素子２００の変形例である。磁気抵抗効果素子３００は、スペーサ層３０が電流パス３１と絶縁層３２からなる電流狭窄層であり、電流狭窄層を下部電極層１５と上部電極層１７で挟んでいる点が磁気抵抗効果素子２００と異なる。
【００９８】
下部金属層１５は、電流パス３１の形成に用いられ、電流パス３１の供給源である。下部金属層１５は、その上部の絶縁層３２を形成するときに、下部に位置する上部ピン層１４３の酸化を抑制するストッパ層としての機能も有する。
【００９９】
電流パス３１の構成材料がＣｕの場合には、下部金属層１５の構成材料も同一（Ｃｕ）である。電流パス３１の構成材料を磁性材料とする場合には、この磁性材料はピン層１４の磁性材料と同一、別種のいずれでも構わない。電流パス３１の構成材料として、Ｃｕ以外に、Ａｕ、Ａｇなどを用いても良い。
【０１００】
上部金属層１７は、電流狭窄層４１を構成する酸素および窒素がフリー層１８中に拡散することを抑制するためのバリア層、およびフリー層１８の良好な結晶成長を促進するためのシード層として機能する。具体的には、上部金属層１７は、その上に成膜されるフリー層１８が、電流狭窄層４１の酸化物、窒化物および酸窒化物に接して酸化および窒化されないように保護する。即ち、上部金属層１７は、電流パス４２の酸化物層中の酸素とフリー層１８との直接的な接触を制限する。また、上部金属層１７は、フリー層１８の結晶性を良好にし、例えば、絶縁層３２の材料がアモルファス（例えば、Ａｌ２Ｏ３）の場合には、その上に成膜される金属層の結晶性が悪くなるが、結晶性を良好にする極薄のシード層（例えば、Ｃｕ層）を配置することで、フリー層１８の結晶性を著しく改善することが可能となる。
【０１０１】
上部金属層１７の材料は、電流狭窄層４１の電流パス３１の材料（例えば、Ｃｕ）と同一である。上部金属層１７の材料が電流パス３１の材料と異なる場合には界面抵抗の増大を招くが、両者が同一の材料であれば界面抵抗の増大は生じないためである。なお、電流パス３１の構成材料を磁性材料とする場合には、この磁性材料はフリー層１８の磁性材料と同一、別種のいずれでも構わない。上部金属層１７の構成材料として、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等を用いることができる。
【０１０２】
（第２の変形例）
図１３は、磁気抵抗効果素子４００を示す図である。磁気抵抗効果素子４００は、磁気抵抗効果素子２００の変形例である。磁気抵抗効果素子４００は、酸化物層４０と金属層５０の配置が入れ替わっている点が磁気抵抗効果素子２００と異なる。
【０１０３】
（第３の変形例）
図１４は、磁気抵抗効果素子５００を示す図である。磁気抵抗効果素子５００は、磁気抵抗効果素子２００の変形例である。磁気抵抗効果素子５００は、スペーサ層３０とフリー層１８との間に酸化物層４０を２つの金属層５０で挟んだ層が設けられている点が磁気抵抗効果素子２００と異なる。
【０１０４】
（第４の変形例）
図１５は、磁気抵抗効果素子６００を示す図である。磁気抵抗効果素子６００は、磁気抵抗効果素子２００の変形例である。磁気抵抗効果素子６００は、スペーサ層３０とピン層１４との間に酸化物層４０が設けられ、酸化物層４０とピン層１４との間に金属層５０が設けられている点が磁気抵抗効果素子２００と異なる。
【０１０５】
（第５の変形例）
図１６は、磁気抵抗効果素子７００を示す図である。磁気抵抗効果素子７００は、磁気抵抗効果素子２００の変形例である。磁気抵抗効果素子７００は、下地層１２上にフリー層１８、金属層５０、酸化物層４０、スペーサ層３０、ピン層１４、ピニング層１３、キャップ層１９の順に積層されている。磁気抵抗効果素子７００は、フリー層１８が下地層１２側に設けられている点と金属層５０と酸化物層４０の位置が入れ替わっている点が磁気抵抗効果素子２００と異なる。
【０１０６】
（第６の変形例）
図１７は、磁気抵抗効果素子８００を示す図である。磁気抵抗効果素子８００は、磁気抵抗効果素子２００の変形例である。磁気抵抗効果素子８００は、ピニング層１３とピン層１４がフリー層１８に入れ替わっている点が磁気抵抗効果素子２００と異なる。これら２つのフリー層１８は、磁界が印加されていない状態では、お互いにフリー層１８の磁化が９０°になるようにバイアスされている。磁化が９０°になるようにするには、スペーサ層３０を介した磁気結合とハードバイアスなどの組み合わせを用いる。
【０１０７】
（第７の変形例）
図１８は、磁気抵抗効果素子９００を示す図である。磁気抵抗効果素子９００は、磁気抵抗効果素子２００の変形例である。磁気抵抗効果素子９００は、酸化物層４０が２つの金属層５０で挟まれている点が磁気抵抗効果素子２００と異なる。
【０１０８】
（第８の変形例）
図１９は、磁気抵抗効果素子１０００を示す図である。磁気抵抗効果素子１０００は、中間層５５を備え、紙面上側の上部ピン層１４３の磁化の向きと紙面下側の上部ピン層１４３の磁化の向きが逆向きである点が主に磁気抵抗効果素子２００と異なる。磁気抵抗効果素子１０００は、積層構造が上下逆さまでも良い。磁気抵抗効果素子１０００は差動型構造と呼ばれる。磁気抵抗効果素子１０００は、中間層５５から上側又は下側の抵抗変化が外部磁界に対して逆極性で振舞う。そのため、垂直磁気記録媒体において媒体磁化の向きが上向きと下向きが隣り合う、磁化遷移領域において出力が得られる。すなわち、差動型の媒体磁界検出を行うことが出来る。なお、中間層５５には、例えばＣｕ［５ｎｍ］を用いることができる。中間層５５として、その他、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｔａなどの非磁性金属を用いても良い。また、中間層５５として、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉから選択される強磁性金属と、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｒｈから選択される強磁性金属層間に配置した際に反強磁性結合を生ずる金属との積層体で形成しても良い。この場合、フリー層１８ａとフリー層１８ｂの磁化方向を反平行結合とすることができる
（実施例１）
磁気抵抗効果素子２００を作製した。作製した磁気抵抗効果素子２００の作製条件、ＭＲ（％）、及びＲＡ（Ωμｍ２）を図２０に示す。磁気抵抗効果素子２００の各層の詳細は以下の通りである。
【０１０９】
下地層１２：Ｔａ［１ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
ピニング層１３：Ｉｒ２２Ｍｎ７８［７ｎｍ］
ピン層１４：Ｃｏ７５Ｆｅ２５［４ｎｍ］／Ｒｕ［０．８ｎｍ］／Ｆｅ５０Ｃｏ５０［４ｎｍ］
スペーサ層３０：Ｃｕ［１．５ｎｍ］
酸化物層４０：図２０に示すＳ１０を用いて作製
金属層５０：図２０に示すＳ２０を用いて作製
フリー層１８：Ｆｅ５０Ｃｏ５０［３ｎｍ］
酸化物層４０は、Ｆｅ［１ｎｍ］／Ｚｎ［０．６ｎｍ］を成膜し、表面にＩＡＯ処理を施すことでＺｎ−Ｆｅ−Ｏ［１．６ｎｍ］として作製した。次に、Ａｒのプラズマを還元性ガスとして還元処理を行った。
【０１１０】
金属層５０は、合金と積層構造の２種類を作製した。合金の場合には、Ｚｎ（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）［２ｎｍ］で様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。積層構造の場合には、（Ｚｎ／Ｆｅ５０Ｃｏ５０）×８の積層構造で全膜厚を２ｎｍとして、ＺｎとＦｅ５０Ｃｏ５０の膜厚比を変えることで様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。参考例として、金属層５０を成膜しない場合の磁気抵抗効果素子を作製した。また、比較例１−１として、金属層５０にＺｎを含まないＦｅ５０Ｃｏ５０［２ｎｍ］を作製した。比較例１−２として、金属層５０にＦｅ５０Ｃｏ５０を含まないＺｎ［２ｎｍ］を作製した。
【０１１１】
作製した各磁気抵抗効果素子について、ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡを測定した。ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡは、直流四端子法によって測定した。
【０１１２】
図２０に示すように、実施例１−１〜実施例１−１２の磁気抵抗効果素子は、参考例、比較例１−１、及び比較例１−２の磁気抵抗効果素子よりも高いＭＲ変化率を示した。また、金属層５０にＺｎが５％以上８０％以下で含まれる場合に高いＭＲ変化率を示すことがわかった。
【０１１３】
図２１は、参考例及び実施例１−１の磁気抵抗効果素子の断面ＴＥＭ及びＥＤＸライン分析の結果を示す図である。図２１（Ａ）は、参考例の磁気抵抗効果素子を示す。図２１（Ｂ）は、実施例１−１の磁気抵抗効果素子を示す。
【０１１４】
図２１に測定した断面ＴＥＭ像とＥＤＸライン分析の結果を示す。まず、断面ＴＥＭ像の結果より、参考例の酸化物層の膜厚はおよそ１．６ｎｍ（図２１（ａ））であった。実施例１−１の酸化物層の膜厚はおよそ１．７ｎｍであった（図２１（ｂ））。この断面ＴＥＭ像で確認される酸化物層の膜厚は、工程S１２０で形成された酸化物層４０の膜厚とその上下に隣接する層が再酸化されて形成された酸化物層の膜厚の足し合わせである。EDXライン分析結果より、図２１（ａ）の参考例のEDX結果では酸化物層４０の上側ではＺｎの元素が検出されていないのに対して、図２１（ｂ）の実施例１−１のEDX結果では酸化物層４０の上側にＺｎの元素が検出されている。この結果より、実施例１−１では金属層５０として成膜したＺｎ−Ｆｅ５０Ｃｏ５０［２ｎｍ］はすべて再酸化されずに金属層として残っていることがわかる。
【０１１５】
断面ＴＥＭ以外にも３次元アトムプローブ顕微鏡を用いることができる。３次元アトムプローブ顕微鏡を用いることで、原子オーダーの組成分析を行うことができる。
【０１１６】
（実施例２）
磁気抵抗効果素子４００を製造した。作製した磁気抵抗効果素子４００の作製条件、ＭＲ（％）、及びＲＡ（Ωμｍ２）を図２２に示す。磁気抵抗効果素子４００の各層の詳細は以下の通りである。
【０１１７】
下地層１２：Ｔａ［１ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
ピニング層１３：Ｉｒ２２Ｍｎ７８［７ｎｍ］
ピン層１４：Ｃｏ７５Ｆｅ２５［４ｎｍ］／Ｒｕ［０．８ｎｍ］／Ｆｅ５０Ｃｏ５０［４ｎｍ］
スペーサ層３０：Ｃｕ［１．５ｎｍ］
金属層５０：図２２に示すＳ３０を用いて作製
酸化物層４０：図２２に示すＳ４０を用いて作製
フリー層１８：Ｆｅ５０Ｃｏ５０［３ｎｍ］
酸化物層４０は、Ｆｅ［１ｎｍ］／Ｚｎ［０．６ｎｍ］を成膜し、表面にＩＡＯ処理を施すことでＺｎ−Ｆｅ−Ｏ［１．６ｎｍ］として作製した。次に、Ａｒのプラズマを還元性ガスとして還元処理を行った。
【０１１８】
金属層５０は、合金と積層構造の２種類を作製した。合金の場合には、Ｚｎ（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）［２ｎｍ］で様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。積層構造の場合には、（Ｚｎ／Ｆｅ５０Ｃｏ５０）×８の積層構造で全膜厚を２ｎｍとして、ＺｎとＦｅ５０Ｃｏ５０の膜厚比を変えることで様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。参考例として、金属層５０を成膜しない場合の磁気抵抗効果素子を作製した。また、比較例２−１として、金属層５０にＺｎを含まないＦｅ５０Ｃｏ５０［２ｎｍ］を作製した。比較例２−２として、金属層５０にＦｅ５０Ｃｏ５０を含まないＺｎ［２ｎｍ］を作製した。
【０１１９】
作製した各磁気抵抗効果素子について、ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡを測定した。ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡは、直流四端子法によって測定した。
【０１２０】
図２２に示すように、実施例２−１〜実施例２−１０の磁気抵抗効果素子は、参考例、比較例２−１、及び比較例２−２の磁気抵抗効果素子よりも高いＭＲ変化率を示した。また、金属層５０にＺｎが５％以上８０％以下で含まれる場合に高いＭＲ変化率を示すことがわかった。
【０１２１】
（実施例３）
磁気抵抗効果素子５００を製造した。作製した磁気抵抗効果素子５００の作製条件、ＭＲ（％）、及びＲＡ（Ωμｍ２）を図２３に示す。磁気抵抗効果素子５００の各層の詳細は以下の通りである。
【０１２２】
下地層１２：Ｔａ［１ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
ピニング層１３：Ｉｒ２２Ｍｎ７８［７ｎｍ］
ピン層１４：Ｃｏ７５Ｆｅ２５［４ｎｍ］／Ｒｕ［０．８ｎｍ］／Ｆｅ５０Ｃｏ５０［４ｎｍ］
スペーサ層３０：Ｃｕ［１．５ｎｍ］
金属層５０：図２３に示すＳ５０を用いて作製
酸化物層４０：図２３に示すＳ６０を用いて作製
金属層５０：図２３に示すＳ７０を用いて作製
フリー層１８：Ｆｅ５０Ｃｏ５０［３ｎｍ］
金属層５０は、合金と積層構造の２種類を作製した。合金の場合には、Ｚｎ（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）［２ｎｍ］で様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。積層構造の場合には、（Ｚｎ／Ｆｅ５０Ｃｏ５０）×８の積層構造で全膜厚を２ｎｍとして、ＺｎとＦｅ５０Ｃｏ５０の膜厚比を変えることで様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。参考例として、金属層５０を成膜しない場合の磁気抵抗効果素子を作製した。また、比較例３−１として、金属層５０にＺｎを含まないＦｅ５０Ｃｏ５０［２ｎｍ］を作製した。比較例３−２として、金属層５０にＦｅ５０Ｃｏ５０を含まないＺｎ［２ｎｍ］を作製した。
【０１２３】
作製した各磁気抵抗効果素子について、ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡを測定した。ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡは、直流四端子法によって測定した。
【０１２４】
図２３に示すように、実施例３−１〜実施例２−１２の磁気抵抗効果素子は、参考例、比較例３−１、及び比較例３−２の磁気抵抗効果素子よりも高いＭＲ変化率を示した。また、金属層５０にＺｎが５％以上８０％以下で含まれる場合に高いＭＲ変化率を示すことがわかった。
【０１２５】
（実施例４）
磁気抵抗効果素子２００を作製した。作製した磁気抵抗効果素子２００の作製条件、ＭＲ（％）、及びＲＡ（Ωμｍ２）を図２４に示す。
【０１２６】
本実施例と実施例１の違いは、Ｓ２０で作製される金属層５０として、ＺｎとＦｅを用いている点が異なる。
【０１２７】
金属層５０は、合金と積層構造の２種類を作製した。合金の場合には、ＺｎＦｅ［２ｎｍ］で様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。積層構造の場合には、（Ｚｎ／Ｆｅ）×８の積層構造で全膜厚を２ｎｍとして、ＺｎとＦｅの膜厚比を変えることで様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。参考例として、金属層５０を成膜しない場合の磁気抵抗効果素子を作製した。また、比較例４−１として、金属層５０にＺｎを含まないＦｅ［２ｎｍ］を作製した。比較例４−２として、金属層５０にＦｅを含まないＺｎ［２ｎｍ］を作製した。
【０１２８】
作製した各磁気抵抗効果素子について、ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡを測定した。ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡは、直流四端子法によって測定した。
【０１２９】
図２４に示すように、実施例４−１〜実施例４−１２の磁気抵抗効果素子は、参考例、比較例４−１、及び比較例４−２の磁気抵抗効果素子よりも高いＭＲ変化率を示した。また、金属層５０にＺｎが５％以上８０％以下で含まれる場合に高いＭＲ変化率を示すことがわかった。
【０１３０】
（実施例５）
磁気抵抗効果素子２００を作製した。作製した磁気抵抗効果素子２００の作製条件、ＭＲ（％）、及びＲＡ（Ωμｍ２）を図２５に示す。
【０１３１】
本実施例と実施例１の違いは、Ｓ２０で作製される金属層５０として、ＺｎとＣｏ９０Ｆｅ１０を用いている点が異なる。
【０１３２】
金属層５０は、合金と積層構造の２種類を作製した。合金の場合には、Ｚｎ（Ｃｏ９０Ｆｅ１０）［２ｎｍ］で様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。積層構造の場合には、（Ｚｎ／Ｃｏ９０Ｆｅ１０）×８の積層構造で全膜厚を２ｎｍとして、ＺｎとＦｅの膜厚比を変えることで様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。参考例として、金属層５０を成膜しない場合の磁気抵抗効果素子を作製した。また、比較例５−１として、金属層５０にＺｎを含まないＦｅ［２ｎｍ］を作製した。比較例５−２として、金属層５０にＦｅを含まないＺｎ［２ｎｍ］を作製した。
【０１３３】
作製した各磁気抵抗効果素子について、ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡを測定した。ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡは、直流四端子法によって測定した。
【０１３４】
図２５に示すように、実施例５−１〜実施例５−１２の磁気抵抗効果素子は、参考例、比較例５−１、及び比較例５−２の磁気抵抗効果素子よりも高いＭＲ変化率を示した。また、金属層５０にＺｎが５％以上８０％以下で含まれる場合に高いＭＲ変化率を示すことがわかった。
【０１３５】
（実施例６）
磁気抵抗効果素子２００を作製した。作製した磁気抵抗効果素子２００の作製条件、ＭＲ（％）、及びＲＡ（Ωμｍ２）を図２６に示す。
【０１３６】
本実施例と実施例１の違いは、Ｓ２０で作製される金属層５０として、ＺｎとＦｅ５０Ｎｉ５０を用いている点が異なる。
【０１３７】
金属層５０は、合金と積層構造の２種類を作製した。合金の場合には、Ｚｎ（Ｆｅ５０Ｎｉ５０）［２ｎｍ］で様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。積層構造の場合には、（Ｚｎ／Ｆｅ５０Ｎｉ５０）×８の積層構造で全膜厚を２ｎｍとして、ＺｎとＦｅの膜厚比を変えることで様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。参考例として、金属層５０を成膜しない場合の磁気抵抗効果素子を作製した。また、比較例６−１として、金属層５０にＺｎを含まないＦｅ［２ｎｍ］を作製した。比較例６−２として、金属層５０にＦｅを含まないＺｎ［２ｎｍ］を作製した。
【０１３８】
作製した各磁気抵抗効果素子について、ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡを測定した。ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡは、直流四端子法によって測定した。
【０１３９】
図２６に示すように、実施例６−１〜実施例６−１２の磁気抵抗効果素子は、参考例、比較例６−１、及び比較例６−２の磁気抵抗効果素子よりも高いＭＲ変化率を示した。また、金属層５０にＺｎが５％以上８０％以下で含まれる場合に高いＭＲ変化率を示すことがわかった。
【０１４０】
（実施例７）
磁気抵抗効果素子２００を作製した。作製した磁気抵抗効果素子２００の作製条件、ＭＲ（％）、及びＲＡ（Ωμｍ２）を図２７に示す。
【０１４１】
本実施例と実施例１の違いは、Ｓ２０で作製される金属層５０として、ＺｎとＣｏ５０Ｎｉ５０を用いている点が異なる。
【０１４２】
金属層５０は、合金と積層構造の２種類を作製した。合金の場合には、Ｚｎ（Ｃｏ５０Ｎｉ５０）［２ｎｍ］で様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。積層構造の場合には、（Ｚｎ／Ｃｏ５０Ｎｉ５０）×８の積層構造で全膜厚を２ｎｍとして、ＺｎとＦｅの膜厚比を変えることで様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。参考例として、金属層５０を成膜しない場合の磁気抵抗効果素子を作製した。また、比較例７−１として、金属層５０にＺｎを含まないＦｅ［２ｎｍ］を作製した。比較例７−２として、金属層５０にＦｅを含まないＺｎ［２ｎｍ］を作製した。
【０１４３】
作製した各磁気抵抗効果素子について、ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡを測定した。ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡは、直流四端子法によって測定した。
【０１４４】
図２７に示すように、実施例７−１〜実施例７−１２の磁気抵抗効果素子は、参考例、比較例７−１、及び比較例７−２の磁気抵抗効果素子よりも高いＭＲ変化率を示した。また、金属層５０にＺｎが５％以上８０％以下で含まれる場合に高いＭＲ変化率を示すことがわかった。
【０１４５】
（実施例８）
磁気抵抗効果素子２００を作製した。作製した磁気抵抗効果素子２００の作製条件、ＭＲ（％）、及びＲＡ（Ωμｍ２）を図２８に示す。
【０１４６】
本実施例と実施例１の違いは、Ｓ２０で作製される金属層５０のＺｎ（ＣｏＦｅ）のＣｏとＦｅの組成を変化させている点が異なる。
【０１４７】
参考例として、金属層５０を成膜しない場合の磁気抵抗効果素子を作製した。 作製した各磁気抵抗効果素子について、ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡを測定した。ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡは、直流四端子法によって測定した。
【０１４８】
図２８に示すように、実施例８−１〜実施例８−５の磁気抵抗効果素子は、参考例の磁気抵抗効果素子よりも高いＭＲ変化率を示した。また、金属層５０にＦｅが１０at％以上８０at％以下の濃度で、Ｃｏが２０at%以上９０at％以下の濃度で含まれている場合に高いＭＲ変化率を有することもわかった。
【０１４９】
（実施例９）
磁気抵抗効果素子２００を作製した。作製した磁気抵抗効果素子２００の作製条件、ＭＲ（％）、及びＲＡ（Ωμｍ２）を図２９に示す。
【０１５０】
本実施例と実施例１の違いは、Ｓ２０で作製される金属層５０の膜厚を変化させている点が異なる。
【０１５１】
参考例として、金属層５０を成膜しない場合の磁気抵抗効果素子を作製した。
【０１５２】
作製した各磁気抵抗効果素子について、ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡを測定した。ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡは、直流四端子法によって測定した。
【０１５３】
図２９に示すように、実施例９−１〜実施例９−１２の磁気抵抗効果素子は、参考例の磁気抵抗効果素子よりも高いＭＲ変化率を示した。また、金属層５０の膜厚が、０．１ｎｍ以上４ｎｍ以下の範囲でＭＲ変化率の向上を確認できた。（実施例１０）
磁気抵抗効果素子２００を作製した。作製した磁気抵抗効果素子２００の作製条件、ＭＲ（％）、及びＲＡ（Ωμｍ２）を図３０に示す。
【０１５４】
本実施例と実施例１の違いは、Ｓ２０で作製される金属層５０の比較例としてＺｎの代わりにＣｕ又はＡｇを用いている点が異なる。
【０１５５】
参考例として、金属層５０を成膜しない場合の磁気抵抗効果素子を作製した。また、比較例１０−１として、金属層５０にＣｕとＦｅ５０Ｃｏ５０の層［２ｎｍ］を作製した。比較例１０−２として、金属層５０にＡｇとＦｅ５０Ｃｏ５０の層［２ｎｍ］を作製した。
【０１５６】
作製した各磁気抵抗効果素子について、ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡを測定した。ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡは、直流四端子法によって測定した。
【０１５７】
図３０に示すように、実施例１０−１の磁気抵抗効果素子は、参考例、比較例１０−１、及び比較例１０−２の磁気抵抗効果素子よりも高いＭＲ変化率を示した。
【０１５８】
（実施例１１）
磁気抵抗効果素子２００を作製した。作製した磁気抵抗効果素子２００の作製条件、ＭＲ（％）、及びＲＡ（Ωμｍ２）を図３１に示す。
【０１５９】
本実施例と実施例１の違いは、Ｓ１０で作製される酸化物層４０として、ＺｎとＦｅ５０Ｃｏ５０の酸化物を用いている点が異なる。
【０１６０】
金属層５０は、合金と積層構造の２種類を作製した。合金の場合には、Ｚｎ（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）［２ｎｍ］で様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。積層構造の場合には、（Ｚｎ／Ｆｅ５０Ｃｏ５０）×８の積層構造で全膜厚を２ｎｍとして、ＺｎとＦｅの膜厚比を変えることで様々なＺｎ組成の金属層５０を作製した。参考例として、金属層５０を成膜しない場合の磁気抵抗効果素子を作製した。また、比較例１１−１として、金属層５０にＺｎを含まないＦｅ５０Ｃｏ５０［２ｎｍ］を作製した。比較例１１−２として、金属層５０にＦｅ５０Ｃｏ５０を含まないＺｎ［２ｎｍ］を作製した。
【０１６１】
作製した各磁気抵抗効果素子について、ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡを測定した。ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡは、直流四端子法によって測定した。
【０１６２】
図３１に示すように、実施例１１−１〜実施例１１−１２の磁気抵抗効果素子は、参考例、比較例１１−１、及び比較例１１−２の磁気抵抗効果素子よりも高いＭＲ変化率を示した。また、金属層５０にＺｎが５％以上８０％以下で含まれる場合に高いＭＲ変化率を示すことがわかった。
【０１６３】
（実施例１２）
磁気抵抗効果素子２００を作製した。作製した磁気抵抗効果素子２００の作製条件、ＭＲ（％）、及びＲＡ（Ωμｍ２）を図３２に示す。
【０１６４】
実施例１２−１では、ＦｅとＺｎを母材としてイオンビーム酸化、還元処理を用いてＺｎ―Ｆｅ酸化物層４０への変換を行った。実施例１２−２では、ＦｅとＺｎを母材としてイオンビーム酸化のみを行ってＺｎ―Ｆｅ酸化物層４０への変換を行った。実施例１２−３では、Ｆｅ５０Ｃｏ５０とＺｎを母材としてイオンビーム酸化、還元処理を用いてＺｎ―Ｆｅ５０Ｃｏ５０酸化物層４０への変換を行った。実施例１２−４では、Ｆｅ５０Ｃｏ５０とＺｎを母材としてイオンビーム酸化のみを行ってＺｎ―Ｆｅ５０Ｃｏ５０酸化物層４０への変換を行った。参考例１２−１から参考例１２−４として、金属層５０を用いない場合を実施例１２−１〜実施例１２−４のそれぞれの酸化物層４０に対応するように作製した。
【０１６５】
作製した各磁気抵抗効果素子について、ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡを測定した。ＭＲ変化率および面積抵抗ＲＡは、直流四端子法によって測定した。
【０１６６】
図３２に示すように、実施例１２−１〜実施例１２−４の磁気抵抗効果素子は、参考例１２−１〜参考例１２−４の磁気抵抗効果素子よりも高いＭＲ変化率を示した。また、酸化物層４０の形成プロセスの依存性に着目すると、実施例１２−１の最後に還元処理を行った場合は、実施例１２−２の行わなかった場合に比べて高いＭＲ変化率を示している。この傾向は、金属層５０の有または無のどちらの場合でも確認されている。また、酸化物層４０がＦｅまたはＦｅ５０Ｃｏ５０のどちらの場合でも確認された。
【０１６７】
（第３の実施の形態）
図３３は、第３の実施形態に係る磁気記録再生装置１５０を示す図である。
【０１６８】
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１８０は、スピンドルモータ４に装着され、駆動装置制御部（図示せず）からの制御信号に応答するモータ（図示せず）により矢印Ａの方向に回転する。本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、複数の記録用媒体ディスク１８０を備えたものとしても良い。
【０１６９】
記録用媒体ディスク１８０が回転すると、サスペンション１５４による押付け圧力とヘッドスライダーの媒体対向面（ＡＢＳともいう）で発生する圧力とがつりあい、ヘッドスライダーの媒体対向面は、記録用媒体ディスク１８０の表面から所定の浮上量をもって保持される。
【０１７０】
サスペンション１５４は、駆動コイル（図示せず）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駆動コイル（図示せず）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及び対向ヨークからなる磁気回路とから構成することができる。
【０１７１】
アクチュエータアーム１５５は、軸受部１５７の上下２箇所に設けられたボールベアリング（図示せず）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。その結果、磁気記録ヘッドを記録用媒体ディスク１８０の任意の位置に移動できる。
【０１７２】
（第４の実施形態）
図３４は、第４の実施形態に係るヘッドスタックアセンブリを示す図である。
【０１７３】
図３４（ａ）は磁気記録再生装置１５０の一部の構成を例示しており、ヘッドスタックアセンブリ１６０の拡大斜視図である。
【０１７４】
また、図３４（ｂ）は、ヘッドスタックアセンブリ１６０の一部となる磁気ヘッドアセンブリ（ヘッドジンバルアセンブリ）１５８を例示する斜視図である。
【０１７５】
図３４（ａ）に示すように、ヘッドスタックアセンブリ１６０は、軸受部１５７と、この軸受部１５７から延出したヘッドジンバルアセンブリ１５８と、軸受部１５７からＨＧＡと反対方向に延出していると供にボイスコイルモータのコイル１６２を支持した支持フレーム１６１を有している。
【０１７６】
また、図３４（ｂ）に示すように、ヘッドジンバルアセンブリ１５８は、軸受部１５７から延出したアクチュエータアーム１５５と、アクチュエータアーム１５５から延出したサスペンション１５４と、を有している。
【０１７７】
サスペンション１５４の先端には、ヘッドスライダー３が取り付けられている。そして、ヘッドスライダー３には、本発明の実施形態に係る磁気記録ヘッドのいずれかが搭載される。
【０１７８】
すなわち、本発明の実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリ（ヘッドジンバルアセンブリ）１５８は、本発明の実施形態に係る磁気記録ヘッドと、前記磁気記録ヘッドが搭載されたヘッドスライダー３と、ヘッドスライダー３を一端に搭載するサスペンション１５４と、サスペンション１５４の他端に接続されたアクチュエータアーム１５５と、を備える。
【０１７９】
（第５の実施の形態）
第５の実施形態に係る磁気記録再生装置として、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を搭載した磁気メモリの例について説明する。すなわち、本発明の実施形態に係る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（ＭＲＡＭ： magnetic random access memory）などの磁気メモリを実現できる。以下では、磁気抵抗効果素子１を用いる場合として説明するが、磁気抵抗効果素子１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００を用いることもできる。
【０１８０】
図３５は、第５の実施形態に係る磁気記録再生装置の構成を例示する模式図である。
【０１８１】
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回路構成を例示している。図３５に表したように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子においては、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が設けられており、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中の第１の磁性層２０又は第２の磁性層６０に記録されたビット情報を読み出すことができる。
【０１８２】
一方、ビット情報を書き込むときは、特定の書き込みワード線３２３とビット線３２２とに書き込み電流を流して発生する磁場を印加する。
【０１８３】
図３６は、第５の実施形態に係る磁気記録再生装置の別の構成を例示する模式図である。
【０１８４】
図３６に表したように、この場合には、マトリクス状に配線されたビット線３７２とワード線３８４とが、それぞれデコーダ３６０、３６１、３６２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１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１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。書き込みは、特定のビット線３７２と書き込みワード線３８３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。
【０１８５】
図３７は、第５の実施形態に係る磁気記録再生装置の要部を例示する模式的断面図である。
【０１８６】
図３８は、図３７のＡ−Ａ’線断面図である。
【０１８７】
これらの図は、図３５に例示した磁気記録再生装置（磁気メモリ）に含まれる１ビット分のメモリセルの構造を例示している。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。
【０１８８】
記憶素子部分３１１は、磁気抵抗効果素子１と、これに接続された一対の配線４２２及び配線４２４とを有する。磁気抵抗効果素子１は、上述した実施形態に係る磁気抵抗効果素子である。
【０１８９】
一方、アドレス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スイッチングトランジスタ３３０が設けられている。このスイッチングトランジスタ３３０は、ゲート３７０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１０１と配線４３４との電流経路の開閉を制御する。
【０１９０】
また、磁気抵抗効果素子１の下方には、書き込み用の配線４２３が、配線４２２とほぼ直交する方向に設けられている。これらの配線４２２、４２３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。
【０１９１】
上記の配線４２２がビット線３２２に対応し、配線４２３がワード線３２３に対応する。
【０１９２】
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１に書き込むときは、配線４２２、４２３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。
【０１９３】
また、ビット情報を読み出すときは、配線４２２と、磁気記録層を含む磁気抵抗効果素子１と、配線４２４とを通してセンス電流を流し、磁気抵抗効果素子１の抵抗値または抵抗値の変化を測定する。
【０１９４】
本発明の実施形態に係る磁気メモリは、上述した実施形態に係る磁気抵抗効果素子を用いることにより、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を確保でき、且つ、読み出しも確実に行うことができる。
【０１９５】
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。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。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。
【０１９６】
また、本発明の実施形態は、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適用できる。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。
【０１９７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１９８】
１０ … 電極、２０ … 第１の磁性層、３０ … スペーサ層、４０ … 酸化物層、５０ … 金属層、６０ … 第２の磁性層、７０ … 電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられ、磁化が一方向に固定され又は外部磁場に応じて変化する第１の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の電極との間に設けられ、磁化が外部磁場に応じて変化する第２の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられたスペーサ層と、
前記第１の電極と前記第１の磁性層との間、前記第１の磁性層中、前記第１の磁性層と前記スペーサ層との間、前記スペーサ層中、前記スペーサ層と前記第２の磁性層との間、前記第２の磁性層中、又は前記第２の磁性層と前記第２の電極との間の何れかに設けられ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも一つの元素とＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素とを含む酸化物層と、
前記第１の電極と前記第２の電極とを結ぶ方向において前記酸化物層に接して設けられ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも一つの元素を５ａｔ%以上８０ａｔ％以下の濃度で含み、かつＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素を含む金属層と、
を備えることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記金属層が、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも一つの元素を含む層と、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素を含む層との積層体からなることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記金属層に含まれるＦｅの濃度が１０at％以上８０at％以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記金属層の膜厚が０．１ｎｍ以上４ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の磁気抵抗効果素子が搭載されたヘッドスライダーと、
前記ヘッドスライダーを一端に搭載するサスペンションと、
前記サスペンションの他端に接続されたアクチュエータアームと、
を備えることを特徴とする磁気ヘッドアセンブリ。
【請求項６】
請求項５に記載の磁気ヘッドアセンブリと、前記磁気ヘッドアッセンブリに搭載された前記記録ヘッドを用いて前記磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部と、
を備えることを特徴とする磁気記録再生装置。
【請求項７】
列方向に複数設けられた第１の配線と、
行方向に複数設けられた第２の配線と、
前記第１の配線と前記第２の配線が交わる位置であって前記第１の配線と前記第２の配線との間に設けられた、請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の磁気抵抗効果素子と、
を備えることを特徴とするメモリセルアレイ。
【請求項８】
第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられ、磁化が一方向に固定され又は外部磁場に応じて変化する第１の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の電極との間に設けられ、磁化が外部磁場に応じて変化する第２の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられたスペーサ層と、
前記第１の電極と前記第１の磁性層との間、前記第１の磁性層中、前記第１の磁性層と前記スペーサ層との間、前記スペーサ層中、前記スペーサ層と前記第２の磁性層との間、前記第２の磁性層中、又は前記第２の磁性層と前記第２の電極との間の何れかに設けられ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも一つの元素とＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素とを含む酸化物層と、
を備える磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
前記第１の電極の形成後でかつ前記酸化物層の形成前の前記第１の電極上、前記第１の磁性層の形成途中に形成される前記酸化物層の形成前の前記第１の磁性層上、前記第１の磁性層の形成後でかつ前記酸化物層の形成前の前記第１の磁性層上、前記スペーサ層の形成途中に形成される前記酸化物層の形成前の前記スペーサ層上、前記スペーサ層の形成後でかつ前記酸化物層の形成前の前記スペーサ層上、前記第２の磁性層の形成途中に形成される前記酸化物層の形成前の前記第２の磁性層上、前記第２の磁性層の形成後でかつ前記酸化物層の形成前の前記第２の磁性層上、又は前記酸化物層の形成後の前記酸化物層上にＺｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも一つの元素を含み、かつＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素を含む金属層を形成する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】
前記金属層に含まれる、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも一つの元素の濃度は、５at％以上８０at％以下であることを特徴とする請求項８に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１０】
前記金属層は、０．１ｎｍ以上４ｎｍ以下の膜厚で形成されることを特徴とする請求項８に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１】
第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられ、磁化が一方向に固定され又は外部磁場に応じて変化する第１の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の電極との間に設けられ、磁化が外部磁場に応じて変化する第２の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられたスペーサ層と、
前記第１の電極と前記第１の磁性層との間、前記第１の磁性層中、前記第１の磁性層と前記スペーサ層との間、前記スペーサ層中、前記スペーサ層と前記第２の磁性層との間、前記第２の磁性層中、又は前記第２の磁性層と前記第２の電極との間の何れかに設けられ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも一つの元素とＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素とを含む酸化物層と、
前記第１の電極と前記第２の電極とを結ぶ方向において前記酸化物層に接して設けられ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも一つの元素を５ａｔ%以上８０ａｔ％以下の濃度で含み、かつＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素を含む金属層と、
を備えることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記金属層が、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも一つの元素を含む層と、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素を含む層との積層体からなることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記金属層に含まれるＦｅの濃度が１０at％以上８０at％以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記金属層の膜厚が０．１ｎｍ以上４ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の磁気抵抗効果素子が搭載されたヘッドスライダーと、
前記ヘッドスライダーを一端に搭載するサスペンションと、
前記サスペンションの他端に接続されたアクチュエータアームと、
を備えることを特徴とする磁気ヘッドアセンブリ。
【請求項６】
請求項５に記載の磁気ヘッドアセンブリと、前記磁気ヘッドアッセンブリに搭載された前記記録ヘッドを用いて前記磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部と、
を備えることを特徴とする磁気記録再生装置。
【請求項７】
列方向に複数設けられた第１の配線と、
行方向に複数設けられた第２の配線と、
前記第１の配線と前記第２の配線が交わる位置であって前記第１の配線と前記第２の配線との間に設けられた、請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の磁気抵抗効果素子と、
を備えることを特徴とするメモリセルアレイ。
【請求項８】
第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられ、磁化が一方向に固定され又は外部磁場に応じて変化する第１の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の電極との間に設けられ、磁化が外部磁場に応じて変化する第２の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられたスペーサ層と、
前記第１の電極と前記第１の磁性層との間、前記第１の磁性層中、前記第１の磁性層と前記スペーサ層との間、前記スペーサ層中、前記スペーサ層と前記第２の磁性層との間、前記第２の磁性層中、又は前記第２の磁性層と前記第２の電極との間の何れかに設けられ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも一つの元素とＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素とを含む酸化物層と、
を備える磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
前記第１の電極の形成後でかつ前記酸化物層の形成前の前記第１の電極上、前記第１の磁性層の形成途中に形成される前記酸化物層の形成前の前記第１の磁性層上、前記第１の磁性層の形成後でかつ前記酸化物層の形成前の前記第１の磁性層上、前記スペーサ層の形成途中に形成される前記酸化物層の形成前の前記スペーサ層上、前記スペーサ層の形成後でかつ前記酸化物層の形成前の前記スペーサ層上、前記第２の磁性層の形成途中に形成される前記酸化物層の形成前の前記第２の磁性層上、前記第２の磁性層の形成後でかつ前記酸化物層の形成前の前記第２の磁性層上、又は前記酸化物層の形成後の前記酸化物層上にＺｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも一つの元素を含み、かつＦｅ、Ｃｏ、及びＮｉから選択される少なくとも一つの元素を含む金属層を形成する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】
前記金属層に含まれる、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、及びＣｄから選択される少なくとも一つの元素の濃度は、５at％以上８０at％以下であることを特徴とする請求項８に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１０】
前記金属層は、０．１ｎｍ以上４ｎｍ以下の膜厚で形成されることを特徴とする請求項８に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図２１】
【公開番号】特開２０１２−１７８４４２（Ｐ２０１２−１７８４４２Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４０３６２（Ｐ２０１１−４０３６２）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]