JP2006237154A - 磁気抵抗効果素子及び磁気ヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】 電流を流してもノイズの増加が少なく、良好なＳ／Ｎ比を得ることのできる磁気抵抗効果素子、及びこの磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドを提供する。
【解決手段】 磁化固定層２１と非磁性層１６と磁化自由層１７とを少なくとも有する積層膜が形成され、この積層膜の膜面に略垂直な方向に電流が流され、磁化自由層１７の近傍に、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏから選ばれる一種以上を主成分とする導体層１８が設けられた磁気抵抗効果素子１０を構成する。また、この磁気抵抗効果素子１０を備えた磁気ヘッドを構成する。
【選択図】 図１
【解決手段】 磁化固定層２１と非磁性層１６と磁化自由層１７とを少なくとも有する積層膜が形成され、この積層膜の膜面に略垂直な方向に電流が流され、磁化自由層１７の近傍に、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏから選ばれる一種以上を主成分とする導体層１８が設けられた磁気抵抗効果素子１０を構成する。また、この磁気抵抗効果素子１０を備えた磁気ヘッドを構成する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、磁気トンネル効果素子又は巨大磁気抵抗効果素子を使用した磁気抵抗効果素子、及び磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドに係わり、再生用の磁気ヘッドに適用して好適なものである。
ハードディスク装置用の磁気再生ヘッドには、高出力を得るために磁気抵抗効果素子が一般に使用されている。
記録密度を向上させディスク装置の記録要領を向上させるためには、磁気再生ヘッドの再生出力を高める必要があり、そのために、磁気抵抗効果（ＭＲ効果）の大きな磁気抵抗効果素子が求められている。
磁気ヘッド用の磁気抵抗効果素子としては、ＮｉＦｅ合金を使用した異方性磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ素子）、スピンバルブ構造を持った巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）、そしてトンネル磁気抵抗効果を使用したトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）等の開発が行われており、素子の出力を表す磁気抵抗変化率（ＭＲ比）は、それぞれ２〜３％、５〜２０％、５０〜２００％と、後者の素子ほど大きな出力が期待できる。
一般的なＧＭＲ素子を使用した磁気ヘッドの模式図（斜視図）を、図３に示す。
スライダーとなるアルチック等の基板１０１の表面に、下層シールドとなる軟磁性体層１０２及び絶縁層１０３が重ねて形成され、絶縁層１０３の上に、トラック幅程度に加工された磁気抵抗効果素子１０４と、その両端に接続される電極１０５，１０６とが形成されている。
さらにその上に、上部ギャップとなる絶縁層１０７と、上層シールドとなる軟磁性体層１０８とが形成されている。
スライダーとなるアルチック等の基板１０１の表面に、下層シールドとなる軟磁性体層１０２及び絶縁層１０３が重ねて形成され、絶縁層１０３の上に、トラック幅程度に加工された磁気抵抗効果素子１０４と、その両端に接続される電極１０５，１０６とが形成されている。
さらにその上に、上部ギャップとなる絶縁層１０７と、上層シールドとなる軟磁性体層１０８とが形成されている。
この構成の磁気ヘッドの信号検出は、２つの電極１０５，１０６間に電圧を印加して、流れる電流を検出することにより、磁気抵抗効果素子の抵抗変化を検出する。このため、電流面内型（ＣＩＰ型、Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎ Ｐｌａｎｅの略）検出方式と呼ばれている。
この電流面内型（ＣＩＰ型）検出方式の磁気ヘッドでは、磁気抵抗効果素子として、ＡＭＲ素子又はＧＭＲ素子が用いられる。
この電流面内型（ＣＩＰ型）検出方式の磁気ヘッドでは、磁気抵抗効果素子として、ＡＭＲ素子又はＧＭＲ素子が用いられる。
次に、ＴＭＲ素子を使用する一般的な磁気ヘッドの模式図（斜視図）を、図４に示す。
スライダーとなるアルチック等の基板１０１の表面に、下層シールド兼下部電極１１２が重ねて形成され、その表面上に、下部ギャップ兼下部接続電極となる導体層１１４、トラック幅程度に加工された磁気抵抗効果素子１１５とが形成されている。
さらにその上に、上部ギャップ兼上部接続電極となる導体層１１６と、上層シールド兼上部電極１１８とが形成されている。
スライダーとなるアルチック等の基板１０１の表面に、下層シールド兼下部電極１１２が重ねて形成され、その表面上に、下部ギャップ兼下部接続電極となる導体層１１４、トラック幅程度に加工された磁気抵抗効果素子１１５とが形成されている。
さらにその上に、上部ギャップ兼上部接続電極となる導体層１１６と、上層シールド兼上部電極１１８とが形成されている。
この構成の磁気ヘッドの信号検出は、下層シールド兼下部電極１１３と上層シールド兼上部電極１１８との間に電圧を印加して、流れる電流を検出することにより、磁気抵抗効果素子の抵抗変化を検出する。このため、電流面直型（ＣＰＰ型、Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ Ｐｌａｎｅの略）検出方式と呼ばれている。
この電流面直型（ＣＰＰ型）検出方式の磁気ヘッドでは、磁気抵抗効果素子として、ＴＭＲ素子又はＧＭＲ素子が用いられる。
この電流面直型（ＣＰＰ型）検出方式の磁気ヘッドでは、磁気抵抗効果素子として、ＴＭＲ素子又はＧＭＲ素子が用いられる。
ＴＭＲ素子の典型的な膜構成は、下層から例えば、下地層／反強磁性層／磁化固定層／トンネルバリア層（トンネル絶縁層）／磁化自由層／キャップ層の各層から構成される。なお、この膜構成の上下を逆にした構成も可能である。
ＴＭＲ素子を磁気ヘッドに用いる場合には、磁化自由層を磁気の検出に使用して、記録媒体等において記録された情報に対応して発生する磁束を検出する。即ち、磁化自由層を、記録媒体等に記録された情報に基く信号を検出する、信号検出層とする。
ＴＭＲ素子を磁気ヘッドに用いる場合には、磁化自由層を磁気の検出に使用して、記録媒体等において記録された情報に対応して発生する磁束を検出する。即ち、磁化自由層を、記録媒体等に記録された情報に基く信号を検出する、信号検出層とする。
ここで、ＴＭＲ素子から成る磁気抵抗効果素子の積層膜の断面模式図の一例を図５に示す。
この磁気抵抗効果素子５０は、図示しない基板上に、下地層５１、磁化固定層６１、トンネルバリア層（トンネル絶縁層）５６、磁化自由層（信号検出層）５７、キャップ層５８が積層形成されている。磁化固定層６１は、反強磁性層５２と、その上に形成された強磁性層５３／非磁性導体層５４／強磁性層５５の３層の積層膜とから成る。
磁化固定層６１では、反強磁性層５２により下層の強磁性層５３の磁化Ｍ５３の向きが固定され、強磁性層５３／非磁性導体層５４／強磁性層５５の反強磁性的結合作用により、上層の強磁性層５５の磁化Ｍ５５の向きが下層の強磁性層５３の磁化Ｍ５３とは逆向きに固定される。
磁化自由層（信号検出層）５７は、強磁性層により構成され、磁気抵抗効果素子の外部からの磁界の作用により、その磁化Ｍの向きを変化させたり反転させたりすることが可能な構成とされている。
そして、例えば外部からの磁界として、記録媒体において記録された情報に対応して発生する磁束（磁界）を検出することにより、記録媒体に記録された情報に基く信号を検出することができる。
この磁気記憶素子５０を製造する際には、真空装置内で、下地層５１からキャップ層５８までの各層を連続的に形成する。
なお、この例では、磁化固定層６１を上下の磁性層が反強磁性的に結合した、強磁性層５３／非磁性導体層５４／強磁性層５５の３層構造の積層膜で構成しているが、１層の強磁性層のみから磁化固定層を構成しても問題はない。
この磁気抵抗効果素子５０は、図示しない基板上に、下地層５１、磁化固定層６１、トンネルバリア層（トンネル絶縁層）５６、磁化自由層（信号検出層）５７、キャップ層５８が積層形成されている。磁化固定層６１は、反強磁性層５２と、その上に形成された強磁性層５３／非磁性導体層５４／強磁性層５５の３層の積層膜とから成る。
磁化固定層６１では、反強磁性層５２により下層の強磁性層５３の磁化Ｍ５３の向きが固定され、強磁性層５３／非磁性導体層５４／強磁性層５５の反強磁性的結合作用により、上層の強磁性層５５の磁化Ｍ５５の向きが下層の強磁性層５３の磁化Ｍ５３とは逆向きに固定される。
磁化自由層（信号検出層）５７は、強磁性層により構成され、磁気抵抗効果素子の外部からの磁界の作用により、その磁化Ｍの向きを変化させたり反転させたりすることが可能な構成とされている。
そして、例えば外部からの磁界として、記録媒体において記録された情報に対応して発生する磁束（磁界）を検出することにより、記録媒体に記録された情報に基く信号を検出することができる。
この磁気記憶素子５０を製造する際には、真空装置内で、下地層５１からキャップ層５８までの各層を連続的に形成する。
なお、この例では、磁化固定層６１を上下の磁性層が反強磁性的に結合した、強磁性層５３／非磁性導体層５４／強磁性層５５の３層構造の積層膜で構成しているが、１層の強磁性層のみから磁化固定層を構成しても問題はない。
ところで、電流面直型（ＣＰＰ型）の磁気ヘッドにおいては、センス電流により信号検出層（磁化自由層）の磁化状態が不安定になり、ある一定以上のセンス電流を流すことによって、信号検出層が磁化反転を引き起こす、スピン注入磁化反転という現象が起こることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
スピン注入による磁化反転とは、磁性体の中を通過してスピン偏極した電子を、他の磁性体に注入することにより、その磁化状態を変化させるものである。
例えば、２層以上の磁性体が、導体層もしくはトンネル障壁層を介して配置される巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）や磁気トンネル接合素子（ＭＴＪ素子）に対して、その膜面に垂直な方向に電流を流すＣＰＰ型の素子において、センス電流がこれらの素子の少なくとも一部の磁性層の磁化状態を変化させる現象であり、磁化が反転する現象や、磁化が高周波で振動する現象として観測される（例えば、非特許文献２参照）。
例えば、２層以上の磁性体が、導体層もしくはトンネル障壁層を介して配置される巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）や磁気トンネル接合素子（ＭＴＪ素子）に対して、その膜面に垂直な方向に電流を流すＣＰＰ型の素子において、センス電流がこれらの素子の少なくとも一部の磁性層の磁化状態を変化させる現象であり、磁化が反転する現象や、磁化が高周波で振動する現象として観測される（例えば、非特許文献２参照）。
Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９８年，８０巻，ｐ．４２８１
Ｎａｔｕｒｅ，２００３年，４２５巻，ｐ．３８０
磁気抵抗効果素子を磁気再生ヘッドに使用する場合、信号検出層の磁化状態は、記録媒体からの漏れ磁界のみに反応して、それ以外の擾乱を受けにくくすることが、読み出し信号の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を高めるために必要である。
そして、前述したスピン注入現象による信号検出層の磁化状態の変化は、信号検出層に擾乱を与えてノイズとなるため、Ｓ／Ｎ比の低下を招く。
このため、電流面直型（ＣＰＰ型）の磁気再生ヘッドにおいて、高いＳ／Ｎ比を実現するためには、スピン注入現象の影響を減少させる必要がある。
このため、電流面直型（ＣＰＰ型）の磁気再生ヘッドにおいて、高いＳ／Ｎ比を実現するためには、スピン注入現象の影響を減少させる必要がある。
本発明は、電流を流してもノイズの増加が少なく、良好なＳ／Ｎ比を得ることのできる磁気抵抗効果素子、及びこの磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドを提供するものである。
本発明の磁気抵抗効果素子は、磁化の向きが固定された磁化固定層と、磁化の向きを変化させることが可能な磁化自由層と、磁化固定層と磁化自由層との間に設けられた非磁性層とを少なくとも有する積層膜が形成され、この積層膜の膜面に略垂直な方向に電流が流されるものであり、磁化自由層の近傍に導体層が設けられ、この導体層がＰｄ，Ｐｔ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏから選ばれる一種以上を主成分とするものである。
また、本発明の磁気ヘッドは、上記本発明の磁気抵抗効果素子を備え、磁気抵抗効果素子に対して非磁性の導体層を介して上下に磁気シールドが配置されたものである。
また、本発明の磁気ヘッドは、上記本発明の磁気抵抗効果素子を備え、磁気抵抗効果素子に対して非磁性の導体層を介して上下に磁気シールドが配置されたものである。
上述の本発明の磁気抵抗効果素子の構成によれば、磁化自由層の近傍に導体層が設けられ、この導体層がＰｄ，Ｐｔ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏから選ばれる一種以上を主成分とすることにより、導体層が重金属元素や希土類元素等の伝導電子数の多い元素を主成分としているので、スピン散乱が大きい。これにより、導体層から磁化自由層に対して大きなスピンポンピング効果を及ぼして磁化自由層のダンピング定数を増大させ、前述したスピン注入磁化反転の発生を抑制することが可能になることから、スピン注入磁化反転によるノイズの発生を低減することができる。
また、本発明の磁気ヘッドの構成によれば、上記本発明の磁気抵抗効果素子を備え、磁気抵抗効果素子に対して非磁性の導体層を介して上下に磁気シールドが配置された構成であることにより、磁気抵抗効果素子がスピン注入磁化反転によるノイズの発生を低減することができる構成であるため、センス電流を流してもノイズの増加を少なくすることができる。
また、本発明の磁気ヘッドの構成によれば、上記本発明の磁気抵抗効果素子を備え、磁気抵抗効果素子に対して非磁性の導体層を介して上下に磁気シールドが配置された構成であることにより、磁気抵抗効果素子がスピン注入磁化反転によるノイズの発生を低減することができる構成であるため、センス電流を流してもノイズの増加を少なくすることができる。
上述の本発明の磁気抵抗効果素子及び磁気ヘッドによれば、スピン注入磁化反転によるノイズの発生を低減することができ、センス電流を流してもノイズの増加が少ないことから、良好なＳ／Ｎ比を得ることができる。
従って、本発明により、良好なＳ／Ｎ比を有し、再生時のノイズの発生の少ない磁気ヘッドを実現することができる。
従って、本発明により、良好なＳ／Ｎ比を有し、再生時のノイズの発生の少ない磁気ヘッドを実現することができる。
まず、本発明の具体的な実施の形態の説明に先立ち、本発明の概要を説明する。
前述したように、スピン注入現象による信号検出層の磁化状態の変化は、信号検出層に擾乱を与えてノイズとなって、Ｓ／Ｎ比の低下を招くため、電流面直型（ＣＰＰ型）の磁気再生ヘッドにおいて高いＳ／Ｎ比を実現するためには、スピン注入現象の影響を減少させる必要がある。
スピン注入現象において、磁化反転を生じさせる閾値電流を与える理論式は、下記の式１のようになることが理論的に導かれており、この式を利用すると、ダンピング定数を増加させれば磁化反転が起きる閾値電流が増加し、このために同じ大きさのセンス電流を流した場合は磁化状態が安定化されることが、理論的に計算される（J. Z. Sun,Phys. Rev. B,Vol.62,p.570,2000年参照）。
また、磁性層に接している導体層が、スピンポンピングと呼ばれる現象により、磁性層の材料特性であるダンピング定数に対し影響を与えて、磁性層のダンピング定数を増加させることが報告されている（例えば、Yaroslav他，Phys.Rev.B，Vol.66，P.224403，2002年や、Mizukami他，J.Magn.Magn.Mater．，Vol.226-230，P.1640，2001年参照）。
本発明においては、磁気抵抗効果素子の材料構成を工夫することによって、スピンポンピング効果によりダンピング定数を増加させるように設定して、電流を流してもノイズの増加が少なく、良好なＳ／Ｎ比を得ることのできる磁気抵抗効果素子、及びこの磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドを実現するものである。
そのために、本発明の磁気抵抗効果素子では、２つ以上の磁性体を有する磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子もしくはＴＭＲ素子等）において、外部磁界により磁化の方向が変化する磁化自由層（信号検出層）に対して、その近傍に磁化自由層（信号検出層）のダンピング定数を増加させる効果を持つ導体層を設けることを特徴とする。この導体層は、磁化自由層（信号検出層）に直接接していてもよく、また他の薄い膜を介して配置されていてもよい。
また、本発明の磁気ヘッドは、この本発明の磁気抵抗効果素子を備え、磁気抵抗効果素子に対して非磁性の導体層を介して上下に磁気シールドが配置された構成である。
また、本発明の磁気ヘッドは、この本発明の磁気抵抗効果素子を備え、磁気抵抗効果素子に対して非磁性の導体層を介して上下に磁気シールドが配置された構成である。
磁化自由層（信号検出層）のダンピング定数を増加させる効果を持つ導体層の材料としては、大きいスピンポンピング効果が得られるように、スピン散乱の大きい材料を用いる。例えば、伝導電子数の多い重金属や希土類を用いることが望ましい。
具体的には、例えば、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏの各元素や、これらの元素から選ばれる一種以上を主成分とする合金・化合物等が挙げられる。
具体的には、例えば、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏの各元素や、これらの元素から選ばれる一種以上を主成分とする合金・化合物等が挙げられる。
例えば、ＮｉＦｅ合金層にＰｔ層を隣接して配置した場合に、ＮｉＦｅ層のダンピング定数が増加する実験結果が示されている（例えば、前述したMizukami他，J.Magn.Magn.Mater．，Vol.226-230，P.1640，2001年参照）。
従って、磁化自由層（信号検出層）をＮｉＦｅ層とし、これに隣接してＰｔ層を配置すると、前述したスピンポンピング効果により、前述した式１に従って、スピン注入磁化反転効果を減少させることができる。
このため、電流を流した場合の磁化自由層（信号検出層）の磁化状態を安定化でき、そのために信号検出時のスピン注入現象によるノイズを減少させることができる。
従って、磁化自由層（信号検出層）をＮｉＦｅ層とし、これに隣接してＰｔ層を配置すると、前述したスピンポンピング効果により、前述した式１に従って、スピン注入磁化反転効果を減少させることができる。
このため、電流を流した場合の磁化自由層（信号検出層）の磁化状態を安定化でき、そのために信号検出時のスピン注入現象によるノイズを減少させることができる。
ところが、一般に、ＮｉＦｅ層にＰｔ層を積層し、さらに３００℃程度以上の熱処理を行うと、ＮｉＦｅとＰｔとが界面で反応し、ＮｉＦｅの保磁力が増加する。
磁気ヘッドの製造工程では、一般に、磁化固定層の磁化の向きを配向させるための熱処理が行われており、温度は３００℃前後である。
このように磁化自由層（信号検出層）のＮｉＦｅの保磁力が増加した状態の磁気抵抗効果素子を、磁気ヘッドに使用すると、信号検出層の保磁力が増大して軟磁気特性が損なわれているため、バルクハウゼンノイズが増大することになる。
Ｐｔに限らず、前述した導体層の他の材料、即ちＰｄ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ等を用いた場合にも、同様に信号検出層の保磁力が増大してバルクハウゼンノイズが増大することが懸念される。
磁気ヘッドの製造工程では、一般に、磁化固定層の磁化の向きを配向させるための熱処理が行われており、温度は３００℃前後である。
このように磁化自由層（信号検出層）のＮｉＦｅの保磁力が増加した状態の磁気抵抗効果素子を、磁気ヘッドに使用すると、信号検出層の保磁力が増大して軟磁気特性が損なわれているため、バルクハウゼンノイズが増大することになる。
Ｐｔに限らず、前述した導体層の他の材料、即ちＰｄ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ等を用いた場合にも、同様に信号検出層の保磁力が増大してバルクハウゼンノイズが増大することが懸念される。
この現象を防止する方法としては、熱処理による界面拡散が起こっても、磁化自由層（信号検出層）を構成する強磁性体の磁気特性が劣化しないように、第２の導体材料を強磁性体に接して配置して、この第２の導体材料を介してＰｔ等の導体を配置することが考えられる。
この場合、第２の導体材料が、Ｐｔ等の導体によるスピンポンピング効果を妨げないようにする。
この場合、第２の導体材料が、Ｐｔ等の導体によるスピンポンピング効果を妨げないようにする。
そこで、本発明の磁気抵抗効果素子において、より好ましくは、直接接触した導体層の影響で磁化自由層（信号検出層）の磁気特性が劣化することのないように、磁化自由層（信号検出層）と導体層（第１の導体層）との間に、別種の導体層（第２の導体層）を挿入する。
この別種の導体層（第２の導体層）の材料としては、スピン拡散長が長く、スピンポンピング効果が小さい材料を用いる。さらに、磁化自由層（信号検出層）に接触しても、その磁気特性を悪化させない材料であることが望ましい。即ち、軽元素や、磁性体の主成分となるＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の遷移金属元素に電子状態が近いものが望ましい。
具体的には、例えば、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｎｂ，Ｔａの元素やこれらの元素から選ばれる１種以上を主成分とする合金・化合物が挙げられる。
具体的には、例えば、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｎｂ，Ｔａの元素やこれらの元素から選ばれる１種以上を主成分とする合金・化合物が挙げられる。
また、さらに、この別種の導体層（第２の導体層）は、厚さを１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とすることが望ましい。
厚さをこの範囲内とすることにより、第１の導体層によるスピンポンピング効果を妨げることなく、かつ製造時の熱処理による界面拡散が生じても第２の導体層が残存し、磁化自由層（信号検出層）の磁性材料と第１の導体層の導体材料との拡散による信号検出層の磁気特性の劣化を抑制する効果が充分に得られる。
厚さをこの範囲内とすることにより、第１の導体層によるスピンポンピング効果を妨げることなく、かつ製造時の熱処理による界面拡散が生じても第２の導体層が残存し、磁化自由層（信号検出層）の磁性材料と第１の導体層の導体材料との拡散による信号検出層の磁気特性の劣化を抑制する効果が充分に得られる。
続いて、本発明の具体的な実施の形態を説明する。
本発明の磁気抵抗効果素子の一実施の形態の概略構成図（断面図）を図１に示す。
この磁気抵抗効果素子１０は、図示しない基板上に、下地層１１、反強磁性層１２、強磁性層１３、非磁性導体層１４、強磁性層１５、トンネルバリア層（トンネル絶縁層）１６、磁化自由層（信号検出層）１７、導体層１８、キャップ層１９が積層形成されて構成されている。
このうち、反強磁性層１２と、強磁性層１３、非磁性導体層１４、強磁性層１５の３層の積層膜とにより、磁性体の磁化の向きが固定された磁化固定層２１が構成されている。
本発明の磁気抵抗効果素子の一実施の形態の概略構成図（断面図）を図１に示す。
この磁気抵抗効果素子１０は、図示しない基板上に、下地層１１、反強磁性層１２、強磁性層１３、非磁性導体層１４、強磁性層１５、トンネルバリア層（トンネル絶縁層）１６、磁化自由層（信号検出層）１７、導体層１８、キャップ層１９が積層形成されて構成されている。
このうち、反強磁性層１２と、強磁性層１３、非磁性導体層１４、強磁性層１５の３層の積層膜とにより、磁性体の磁化の向きが固定された磁化固定層２１が構成されている。
磁化固定層２１では、反強磁性層１２により下層の強磁性層１３の磁化Ｍ１３の向きが固定され、強磁性層１３／非磁性導体層１４／強磁性層１５の反強磁性的結合作用により、上層の強磁性層１５の磁化Ｍ１５の向きが下層の強磁性層１３の磁化Ｍ１３とは逆向きに固定される。
図１の磁気抵抗効果素子１０では、下層の強磁性層１３の磁化Ｍ１３の向きが右向きに固定され、上層の強磁性層１５の磁化Ｍ１５の向きが左向きに固定されている。
図１の磁気抵抗効果素子１０では、下層の強磁性層１３の磁化Ｍ１３の向きが右向きに固定され、上層の強磁性層１５の磁化Ｍ１５の向きが左向きに固定されている。
磁化自由層（信号検出層）１７は、強磁性層により構成され、磁気抵抗効果素子の外部からの磁界の作用により、その磁化Ｍの向きを変化させたり反転させたりすることが可能な構成とされている。
そして、例えば外部からの磁界として、記録媒体において記録された情報に対応して発生する磁束（磁界）を検出することにより、記録媒体に記録された情報に基く信号を検出することができる。
そして、例えば外部からの磁界として、記録媒体において記録された情報に対応して発生する磁束（磁界）を検出することにより、記録媒体に記録された情報に基く信号を検出することができる。
また、磁化固定層２１と、トンネルバリア層（トンネル絶縁層）１６と、磁化自由層（信号検出層）１７とにより、トンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）が構成される。
このＴＭＲ素子に対して、積層膜の膜面に略垂直な方向に電流を流すと、磁化固定層２１の磁化Ｍ１３，Ｍ１５の向きと磁化自由層（信号検出層）１７の磁化Ｍの向きとの関係によって、電流に対する抵抗値が変化する、トンネル磁気抵抗効果を生じる。
このトンネル磁気抵抗効果を利用して、磁界を検出することができ、例えば、記録媒体に記録された情報に基く信号を検出することができる。
具体的には、磁化自由層（信号検出層）１７の磁化Ｍの向きが、磁化固定層２１の上層の強磁性層１５の磁化Ｍ１５の向きに対して、平行であるとき（図１では磁化Ｍが左向きのとき）は抵抗値が低くなり、反平行であるとき（図１では磁化Ｍが右向きのとき）は抵抗値が高くなる。
このＴＭＲ素子に対して、積層膜の膜面に略垂直な方向に電流を流すと、磁化固定層２１の磁化Ｍ１３，Ｍ１５の向きと磁化自由層（信号検出層）１７の磁化Ｍの向きとの関係によって、電流に対する抵抗値が変化する、トンネル磁気抵抗効果を生じる。
このトンネル磁気抵抗効果を利用して、磁界を検出することができ、例えば、記録媒体に記録された情報に基く信号を検出することができる。
具体的には、磁化自由層（信号検出層）１７の磁化Ｍの向きが、磁化固定層２１の上層の強磁性層１５の磁化Ｍ１５の向きに対して、平行であるとき（図１では磁化Ｍが左向きのとき）は抵抗値が低くなり、反平行であるとき（図１では磁化Ｍが右向きのとき）は抵抗値が高くなる。
磁化固定層２１を構成する強磁性層１３，１５には、例えばＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏの１種以上から成る材料を用いることができる。
磁化自由層（信号検出層）１７の材料としては、バルクハウゼンノイズを低減するために軟磁気特性に優れている必要があるが、その条件を満たすならば、特に限定されず、任意の強磁性体を使用することができる。例えば、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏの１種以上から成る材料（例えば、ＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅ合金）を用いることができる。
磁化自由層（信号検出層）１７の材料としては、バルクハウゼンノイズを低減するために軟磁気特性に優れている必要があるが、その条件を満たすならば、特に限定されず、任意の強磁性体を使用することができる。例えば、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏの１種以上から成る材料（例えば、ＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅ合金）を用いることができる。
さらに、これらの強磁性層１３，１５，１７の合金に、ＮｂやＺｒ等の遷移金属元素、ＢやＣ等の軽元素を含有させることもできる。
これらの強磁性層１３，１５，１７の飽和磁化量Ｍｓの値は、一般に２００ｅｍｕ／ｃｃ以上２０００ｅｍｕ／ｃｃ以下の範囲が適当である。
これらの強磁性層１３，１５，１７の飽和磁化量Ｍｓの値は、一般に２００ｅｍｕ／ｃｃ以上２０００ｅｍｕ／ｃｃ以下の範囲が適当である。
反強磁性層１２の材料としては、例えば、ＰｔＭｎ，ＲｈＭｎ，ＲｕＭｎ，ＦｅＭｎ，ＩｒＭｎ等のＭｎ化合物を使用することができる。
磁化固定層２１を構成する非磁性導体層１４の材料としては、Ｒｕ，Ｃｕ，Ｒｈ，Ｃｒ等の、磁性層間に反強磁性層間結合を生じる材料を使用することができる。
トンネルバリア層（トンネル絶縁層）１６の材料としては、Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯ，ＨｆＯ，ＳｉＯ，ＳｉＯ２，ＳｉＮや、これらの混合物を用いることができる。
下地層１１とキャップ層１９の材料は、特に制限されないが、一般的には、Ｔａ，Ｃｒ，Ｔｉ等の金属が使用される。
磁化固定層２１を構成する非磁性導体層１４の材料としては、Ｒｕ，Ｃｕ，Ｒｈ，Ｃｒ等の、磁性層間に反強磁性層間結合を生じる材料を使用することができる。
トンネルバリア層（トンネル絶縁層）１６の材料としては、Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯ，ＨｆＯ，ＳｉＯ，ＳｉＯ２，ＳｉＮや、これらの混合物を用いることができる。
下地層１１とキャップ層１９の材料は、特に制限されないが、一般的には、Ｔａ，Ｃｒ，Ｔｉ等の金属が使用される。
本実施の形態の磁気抵抗効果素子１０においては、特に、磁化自由層（信号検出層）１７の上に接して、導体層１８を設けている。
この導体層１８の材料としては、前述した例えば、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏの各元素や、これらの元素から選ばれる一種以上を主成分とする合金・化合物等を用いる。
これにより、導体層１８から磁化自由層（信号検出層）１７に大きなスピンポンピング効果を作用させて、磁化自由層（信号検出層）１７のダンピング定数を大きくして、前述したスピン注入磁化反転現象を抑制することができる。
この導体層１８の材料としては、前述した例えば、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏの各元素や、これらの元素から選ばれる一種以上を主成分とする合金・化合物等を用いる。
これにより、導体層１８から磁化自由層（信号検出層）１７に大きなスピンポンピング効果を作用させて、磁化自由層（信号検出層）１７のダンピング定数を大きくして、前述したスピン注入磁化反転現象を抑制することができる。
本実施の形態の磁気抵抗効果素子１０は、下地層１１からキャップ層１９までを真空装置内で連続的に形成して、その後エッチング等の加工により磁気抵抗効果素子１０のパターンを形成することにより、製造することができる。
また、本実施の形態の磁気抵抗効果素子１０を用いて、図４に示した磁気ヘッドと同様の構成の磁気ヘッドを構成することができる。
即ち、磁気抵抗効果素子１０の下に、下部ギャップ兼下部接続電極となる非磁性導体層を介して、下層磁気シールド兼下部電極を配置し、また、磁気抵抗効果素子１０の上に、上部ギャップ兼上部接続電極となる非磁性導体層を介して上層磁気シールド兼上部電極を配置して磁気ヘッドを構成する。
そして、上部電極と下部電極との間にセンス電流を流すことにより、磁気抵抗効果素子１０の積層膜の膜面に略垂直な方向にセンス電流を流して、磁気抵抗効果素子１０の磁化自由層（信号検出層）１７の磁化Ｍの向きに対応する抵抗値の変化を検出することができる。これにより、磁気ヘッドに外部から加わった磁界を検出することができる。
従って、例えば、記憶媒体に記録された情報に基づく磁界を検出して、記録された情報を読み出す、又は再生することができる。
即ち、磁気抵抗効果素子１０の下に、下部ギャップ兼下部接続電極となる非磁性導体層を介して、下層磁気シールド兼下部電極を配置し、また、磁気抵抗効果素子１０の上に、上部ギャップ兼上部接続電極となる非磁性導体層を介して上層磁気シールド兼上部電極を配置して磁気ヘッドを構成する。
そして、上部電極と下部電極との間にセンス電流を流すことにより、磁気抵抗効果素子１０の積層膜の膜面に略垂直な方向にセンス電流を流して、磁気抵抗効果素子１０の磁化自由層（信号検出層）１７の磁化Ｍの向きに対応する抵抗値の変化を検出することができる。これにより、磁気ヘッドに外部から加わった磁界を検出することができる。
従って、例えば、記憶媒体に記録された情報に基づく磁界を検出して、記録された情報を読み出す、又は再生することができる。
上述の本実施の形態の磁気抵抗効果素子１０の構成によれば、磁化自由層（信号検出層）１７の上に接して導体層１８を設け、この導体層１８がＰｄ，Ｐｔ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏの各元素や、これらの元素から選ばれる一種以上を主成分とする合金・化合物を用いて構成されていることにより、導体層１８が重金属元素や希土類元素等の伝導電子数の多い元素を主成分としているので、スピン散乱が大きくなっており、導体層１８から磁化自由層（信号検出層）１７に対して大きなスピンポンピング効果を及ぼして磁化自由層（信号検出層）１７のダンピング定数を増大させる。これにより、前述したスピン注入磁化反転の発生を抑制することが可能になることから、スピン注入磁化反転によるノイズの発生を低減することができる。
そして、このようにスピン注入磁化反転によるノイズの発生を低減することができる磁気抵抗効果素子１０を備えて磁気ヘッドを構成することにより、センス電流を流してもノイズの増加が少ないことから、良好なＳ／Ｎ比を得ることができる。
従って、良好なＳ／Ｎ比を有し、再生時のノイズの発生の少ない磁気ヘッドを実現することができる。
従って、良好なＳ／Ｎ比を有し、再生時のノイズの発生の少ない磁気ヘッドを実現することができる。
続いて、本発明の磁気抵抗効果素子の他の実施の形態の概略構成図（断面図）を図２に示す。
この磁気抵抗効果素子２０は、先の実施の形態の磁気抵抗効果素子１０の構成に対して、磁化自由層（信号検出層）１７と導体層１８との間に、さらに第２の導体層２２を設けている。
この第２の導体層２２は、導体層（第１の導体層）１８と磁化自由層（信号検出層）１７とが高温熱処理により界面の拡散を生じて磁化自由層（信号検出層）１７の磁気特性が劣化する現象を抑制するために設けられている。
この磁気抵抗効果素子２０は、先の実施の形態の磁気抵抗効果素子１０の構成に対して、磁化自由層（信号検出層）１７と導体層１８との間に、さらに第２の導体層２２を設けている。
この第２の導体層２２は、導体層（第１の導体層）１８と磁化自由層（信号検出層）１７とが高温熱処理により界面の拡散を生じて磁化自由層（信号検出層）１７の磁気特性が劣化する現象を抑制するために設けられている。
この第２の導体層２２の材料としては、前述した例えば、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｎｂ，Ｔａの元素やこれらの元素から選ばれる１種以上を主成分とする合金・化合物を用いることができる。
また、より好ましくは、第２の導体層２２の厚さを、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とする。
これにより、第１の導体層１８によるスピンポンピング効果を妨げることなく、かつ製造時の熱処理による界面拡散が生じても第２の導体層２２が残存し、磁化自由層（信号検出層）１７の磁性材料と第１の導体層１８の導体材料との拡散による磁化自由層（信号検出層）１７の磁気特性の劣化を抑制する効果が充分に得られる。
これにより、第１の導体層１８によるスピンポンピング効果を妨げることなく、かつ製造時の熱処理による界面拡散が生じても第２の導体層２２が残存し、磁化自由層（信号検出層）１７の磁性材料と第１の導体層１８の導体材料との拡散による磁化自由層（信号検出層）１７の磁気特性の劣化を抑制する効果が充分に得られる。
その他の構成は、先の実施の形態の磁気抵抗効果素子１０と同様であるので、同一符号を付して重複説明を省略する。
また、本実施の形態の磁気抵抗効果素子２０を用いて、図４に示した磁気ヘッドと同様の構成の磁気ヘッドを構成することができる。
即ち、磁気抵抗効果素子２０の下に、下部ギャップ兼下部接続電極となる非磁性導体層を介して、下層磁気シールド兼下部電極を配置し、また、磁気抵抗効果素子２０の上に、上部ギャップ兼上部接続電極となる非磁性導体層を介して上層磁気シールド兼上部電極を配置して磁気ヘッドを構成する。
そして、上部電極と下部電極との間にセンス電流を流すことにより、磁気抵抗効果素子２０の積層膜の膜面に略垂直な方向にセンス電流を流して、磁気抵抗効果素子２０の磁化自由層（信号検出層）１７の磁化Ｍの向きに対応する抵抗値の変化を検出することができる。これにより、磁気ヘッドに外部から加わった磁界を検出することができる。
従って、例えば、記憶媒体に記録された情報に基づく磁界を検出して、記録された情報を読み出す、又は再生することができる。
即ち、磁気抵抗効果素子２０の下に、下部ギャップ兼下部接続電極となる非磁性導体層を介して、下層磁気シールド兼下部電極を配置し、また、磁気抵抗効果素子２０の上に、上部ギャップ兼上部接続電極となる非磁性導体層を介して上層磁気シールド兼上部電極を配置して磁気ヘッドを構成する。
そして、上部電極と下部電極との間にセンス電流を流すことにより、磁気抵抗効果素子２０の積層膜の膜面に略垂直な方向にセンス電流を流して、磁気抵抗効果素子２０の磁化自由層（信号検出層）１７の磁化Ｍの向きに対応する抵抗値の変化を検出することができる。これにより、磁気ヘッドに外部から加わった磁界を検出することができる。
従って、例えば、記憶媒体に記録された情報に基づく磁界を検出して、記録された情報を読み出す、又は再生することができる。
上述の本実施の形態の磁気抵抗効果素子２０の構成によれば、磁化自由層（信号検出層）１７の上方に導体層（第１の導体層）１８を設け、この第１の導体層１８がＰｄ，Ｐｔ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏの各元素や、これらの元素から選ばれる一種以上を主成分とする合金・化合物を用いて構成されていることにより、先の実施の形態の磁気抵抗効果素子１０と同様に、第１の導体層１８から磁化自由層（信号検出層）１７に対して大きなスピンポンピング効果を及ぼして磁化自由層（信号検出層）１７のダンピング定数を増大させる。これにより、前述したスピン注入磁化反転の発生を抑制することが可能になることから、スピン注入磁化反転によるノイズの発生を低減することができる。
そして、このようにスピン注入磁化反転によるノイズの発生を低減することができる磁気抵抗効果素子２０を備えて磁気ヘッドを構成することにより、センス電流を流してもノイズの増加が少ないことから、良好なＳ／Ｎ比を得ることができる。
従って、良好なＳ／Ｎ比を有し、再生時のノイズの発生の少ない磁気ヘッドを実現することができる。
従って、良好なＳ／Ｎ比を有し、再生時のノイズの発生の少ない磁気ヘッドを実現することができる。
また、本実施の形態の磁気抵抗効果素子２０の構成によれば、磁化自由層（信号検出層）１７と第１の導体層１８との間に、第２の導体層２２を設け、この第２の導体層２２がＴｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｎｂ，Ｔａの元素やこれらの元素から選ばれる１種以上を主成分とする合金・化合物を用いて構成されていることにより、第２の導体層２２が軽元素又は磁性遷移金属元素（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等）に電子状態が近い元素を主成分としているので、第２の導体層２２のスピン拡散長が長くスピンポンピング効果が小さい。
これにより、磁化自由層（信号検出層）１７と第２の導体層２２とが高温熱処理により界面で拡散し合ったとしても、磁化自由層（信号検出層）１７の軟磁気特性が劣化しにくい。
従って、製造時に高温熱処理が行われても、磁化自由層（信号検出層）１７の軟磁気特性の劣化が抑制され、バルクハウゼンノイズの増大を抑制することができる。
これにより、磁化自由層（信号検出層）１７と第２の導体層２２とが高温熱処理により界面で拡散し合ったとしても、磁化自由層（信号検出層）１７の軟磁気特性が劣化しにくい。
従って、製造時に高温熱処理が行われても、磁化自由層（信号検出層）１７の軟磁気特性の劣化が抑制され、バルクハウゼンノイズの増大を抑制することができる。
なお、上述の各実施の形態では、磁化固定層２１を、反強磁性層１２と、上下の強磁性層が反強磁性的に結合した強磁性層１３／非磁性導体層１４／強磁性層１５の３層構造の積層膜とにより構成しているが、反強磁性層と単層の強磁性層とにより磁化固定層を構成しても構わない。
また、上述の各実施の形態では、磁化固定層２１と磁化自由層（信号検出層）１８との間をトンネルバリア層（トンネル絶縁層）１７としてトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）を構成したが、本発明では、磁化固定層と磁化自由層（信号検出層）との間を非磁性導体層として、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）を構成してもよい。
また、上述の各実施の形態では、磁化固定層２１と磁化自由層（信号検出層）１８との間をトンネルバリア層（トンネル絶縁層）１７としてトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）を構成したが、本発明では、磁化固定層と磁化自由層（信号検出層）との間を非磁性導体層として、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）を構成してもよい。
また、磁化固定層と磁化自由層（信号検出層）との積層順序が、上述の各実施の形態とは逆であってもよい。
即ち、反強磁性層が最上層にあって、下層から磁化自由層（信号検出層）・非磁性層・磁化固定層の順序で積層されている構成としてもよい。
即ち、反強磁性層が最上層にあって、下層から磁化自由層（信号検出層）・非磁性層・磁化固定層の順序で積層されている構成としてもよい。
ここで、本発明の磁気抵抗効果素子を実際に作製して、その特性を調べた。
（サンプル１：比較例）
まず、厚さ０．５７５ｍｍのシリコン基板上に、厚さ２μｍの熱酸化膜を形成し、その上に図５に示した構成の磁気抵抗効果素子５０を形成した。
具体的には、図５に示した構成の磁気抵抗効果素子５０において、各層の材料及び膜厚を、下地膜５１を膜厚３ｎｍのＴａ膜、反強磁性層５２を膜厚２０ｎｍのＰｔＭｎ膜、磁化固定層６１を構成する強磁性層５３を膜厚２ｎｍのＣｏＦｅ膜、磁化固定層６１を構成する非磁性導体層５４を膜厚０．８ｎｍのＲｕ膜、磁化固定層６１を構成する強磁性層５５を膜厚４ｎｍのＣｏＦｅ膜、トンネルバリア層（トンネル絶縁層）５６を膜厚０．５ｎｍのＡｌ膜を酸化した酸化アルミニウム膜、磁化自由層（信号検出層）５７を膜厚２ｎｍのＣｏＦｅ膜、キャップ層５８を膜厚５ｎｍのＴａ膜と選定し、また下地膜５１と反強磁性層５２との間に図示しない膜厚１００ｎｍのＣｕ膜を設けて、各層を形成した。
即ち、各層の材料及び膜厚を、下記の構成（膜構成１）として、磁気抵抗効果素子５０の積層膜を作製した。
膜構成１：
Ta(3nm)/Cu(100nm)/PtMn(20nm)/CoFe(2nm)/Ru(0.8nm)/CoFe(4nm)/Al(0.5nm)-Ox/CoFe(2nm)/Ta(5nm)
上記膜構成において、ＰｔＭｎ膜の組成はＰｔ５０Ｍｎ５０（原子％）、ＣｏＦｅ膜の組成はＣｏ９０Ｆｅ１０(原子％)とした。
酸化アルミニウム膜から成るトンネルバリア層５６以外の各層は、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて成膜した。
酸化アルミニウム（Ａｌ−Ｏｘ）膜から成るトンネルバリア層５６は、まず金属Ａｌ膜をＤＣスパッタ法により０．５ｎｍ堆積させて、その後に酸素／アルゴンの流量比を１：１とし、チャンバーガス圧を１０Ｔｏｒｒとして、自然酸化法により金属Ａｌ層を酸化させた。酸化時間は１０分とした。
さらに、磁気抵抗効果素子５０の各層を成膜した後に、磁場中熱処理炉で、１０ｋＯｅ・２６０℃・４時間の熱処理を行い、反強磁性層５２のＰｔＭｎ膜の規則化熱処理を行った。
まず、厚さ０．５７５ｍｍのシリコン基板上に、厚さ２μｍの熱酸化膜を形成し、その上に図５に示した構成の磁気抵抗効果素子５０を形成した。
具体的には、図５に示した構成の磁気抵抗効果素子５０において、各層の材料及び膜厚を、下地膜５１を膜厚３ｎｍのＴａ膜、反強磁性層５２を膜厚２０ｎｍのＰｔＭｎ膜、磁化固定層６１を構成する強磁性層５３を膜厚２ｎｍのＣｏＦｅ膜、磁化固定層６１を構成する非磁性導体層５４を膜厚０．８ｎｍのＲｕ膜、磁化固定層６１を構成する強磁性層５５を膜厚４ｎｍのＣｏＦｅ膜、トンネルバリア層（トンネル絶縁層）５６を膜厚０．５ｎｍのＡｌ膜を酸化した酸化アルミニウム膜、磁化自由層（信号検出層）５７を膜厚２ｎｍのＣｏＦｅ膜、キャップ層５８を膜厚５ｎｍのＴａ膜と選定し、また下地膜５１と反強磁性層５２との間に図示しない膜厚１００ｎｍのＣｕ膜を設けて、各層を形成した。
即ち、各層の材料及び膜厚を、下記の構成（膜構成１）として、磁気抵抗効果素子５０の積層膜を作製した。
膜構成１：
Ta(3nm)/Cu(100nm)/PtMn(20nm)/CoFe(2nm)/Ru(0.8nm)/CoFe(4nm)/Al(0.5nm)-Ox/CoFe(2nm)/Ta(5nm)
上記膜構成において、ＰｔＭｎ膜の組成はＰｔ５０Ｍｎ５０（原子％）、ＣｏＦｅ膜の組成はＣｏ９０Ｆｅ１０(原子％)とした。
酸化アルミニウム膜から成るトンネルバリア層５６以外の各層は、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて成膜した。
酸化アルミニウム（Ａｌ−Ｏｘ）膜から成るトンネルバリア層５６は、まず金属Ａｌ膜をＤＣスパッタ法により０．５ｎｍ堆積させて、その後に酸素／アルゴンの流量比を１：１とし、チャンバーガス圧を１０Ｔｏｒｒとして、自然酸化法により金属Ａｌ層を酸化させた。酸化時間は１０分とした。
さらに、磁気抵抗効果素子５０の各層を成膜した後に、磁場中熱処理炉で、１０ｋＯｅ・２６０℃・４時間の熱処理を行い、反強磁性層５２のＰｔＭｎ膜の規則化熱処理を行った。
次に、この積層膜を用いて磁気抵抗効果素子５０を作製した。
まず、下部電極となる部分をフォトリソグラフィによってマスクした後に、下部電極以外の部分の積層膜に対してＡｒプラズマにより選択エッチングを行うことにより、下部電極を形成した。この際に、下部電極部分以外は基板の深さ５ｎｍまでエッチングされた。
その後、電子ビーム描画装置により磁気抵抗効果素子５０のパターンのマスクを形成し、積層膜に対して選択エッチングを行い、磁気抵抗効果素子５０を形成した。磁気抵抗効果素子５０の部分以外は、Ｃｕ層直上までエッチングした。このとき、磁気抵抗効果素子５０のパターンを、短軸０．０９μｍ×長軸０．１８μｍの長方形状とした。
なお、磁気再生ヘッドにおいては、高周波応答特性を確保するためにＴＭＲ素子のトンネル絶縁層の抵抗値を抑える必要があるため、磁気抵抗効果素子５０の面積・抵抗値積（Ω・μｍ2）が１０Ω・μｍ2となるようにした。
次に、磁気抵抗効果素子５０の部分以外を、厚さ１００ｎｍ程度のＡｌ２Ｏ３のスパッタリングによって絶縁した。
その後、フォトリソグラフィを用いて、上部電極を形成した。
このようにして、サンプル１の磁気抵抗効果素子の試料（比較例）を作製した。
まず、下部電極となる部分をフォトリソグラフィによってマスクした後に、下部電極以外の部分の積層膜に対してＡｒプラズマにより選択エッチングを行うことにより、下部電極を形成した。この際に、下部電極部分以外は基板の深さ５ｎｍまでエッチングされた。
その後、電子ビーム描画装置により磁気抵抗効果素子５０のパターンのマスクを形成し、積層膜に対して選択エッチングを行い、磁気抵抗効果素子５０を形成した。磁気抵抗効果素子５０の部分以外は、Ｃｕ層直上までエッチングした。このとき、磁気抵抗効果素子５０のパターンを、短軸０．０９μｍ×長軸０．１８μｍの長方形状とした。
なお、磁気再生ヘッドにおいては、高周波応答特性を確保するためにＴＭＲ素子のトンネル絶縁層の抵抗値を抑える必要があるため、磁気抵抗効果素子５０の面積・抵抗値積（Ω・μｍ2）が１０Ω・μｍ2となるようにした。
次に、磁気抵抗効果素子５０の部分以外を、厚さ１００ｎｍ程度のＡｌ２Ｏ３のスパッタリングによって絶縁した。
その後、フォトリソグラフィを用いて、上部電極を形成した。
このようにして、サンプル１の磁気抵抗効果素子の試料（比較例）を作製した。
（サンプル２：実施例１）
まず、厚さ０．５７５ｍｍのシリコン基板上に、厚さ２μｍの熱酸化膜を形成し、その上に図１に示した構成の磁気抵抗効果素子１０を形成した。
具体的には、図１に示した構成の磁気抵抗効果素子１０において、各層の材料及び膜厚を、下地膜１１を膜厚３ｎｍのＴａ膜、反強磁性層１２を膜厚２０ｎｍのＰｔＭｎ膜、磁化固定層２１を構成する強磁性層１３を膜厚２ｎｍのＣｏＦｅ膜、磁化固定層２１を構成する非磁性導体層１４を膜厚０．８ｎｍのＲｕ膜、磁化固定層２１を構成する強磁性層１５を膜厚４ｎｍのＣｏＦｅ膜、トンネルバリア層（トンネル絶縁層）１６を膜厚０．５ｎｍのＡｌ膜を酸化した酸化アルミニウム膜、磁化自由層（信号検出層）１７を膜厚２ｎｍのＣｏＦｅ膜、導体層１８を膜厚２０ｎｍのＰｔ膜、キャップ層１９を膜厚５ｎｍのＴａ膜と選定し、また下地膜１１と反強磁性層１２との間に図示しない膜厚１００ｎｍのＣｕ膜を設けて、各層を形成した。
即ち、各層の材料及び膜厚を、下記の構成（膜構成２）として、磁気抵抗効果素子１０の積層膜を作製した。
膜構成２：
Ta(3nm)/Cu(100nm)/PtMn(20nm)/CoFe(2nm)/Ru(0.8nm)/CoFe(4nm)/Al(0.5nm)-Ox/CoFe(2nm)/Pt(20nm)/Ta(5nm)
上記膜構成において、ＰｔＭｎ膜の組成はＰｔ５０Ｍｎ５０（原子％）、ＣｏＦｅ膜の組成はＣｏ９０Ｆｅ１０(原子％)とした。
酸化アルミニウム膜から成るトンネルバリア層１６以外の各層は、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて成膜した。
酸化アルミニウム（Ａｌ−Ｏｘ）膜から成るトンネルバリア層１６は、まず金属Ａｌ膜をＤＣスパッタ法により０．５ｎｍ堆積させて、その後に酸素／アルゴンの流量比を１：１とし、チャンバーガス圧を１０Ｔｏｒｒとして、自然酸化法により金属Ａｌ層を酸化させた。酸化時間は１０分とした。
さらに、磁気抵抗効果素子１０の各層を成膜した後に、磁場中熱処理炉で、１０ｋＯｅ・２６０℃・４時間の熱処理を行い、反強磁性層１２のＰｔＭｎ膜の規則化熱処理を行った。
まず、厚さ０．５７５ｍｍのシリコン基板上に、厚さ２μｍの熱酸化膜を形成し、その上に図１に示した構成の磁気抵抗効果素子１０を形成した。
具体的には、図１に示した構成の磁気抵抗効果素子１０において、各層の材料及び膜厚を、下地膜１１を膜厚３ｎｍのＴａ膜、反強磁性層１２を膜厚２０ｎｍのＰｔＭｎ膜、磁化固定層２１を構成する強磁性層１３を膜厚２ｎｍのＣｏＦｅ膜、磁化固定層２１を構成する非磁性導体層１４を膜厚０．８ｎｍのＲｕ膜、磁化固定層２１を構成する強磁性層１５を膜厚４ｎｍのＣｏＦｅ膜、トンネルバリア層（トンネル絶縁層）１６を膜厚０．５ｎｍのＡｌ膜を酸化した酸化アルミニウム膜、磁化自由層（信号検出層）１７を膜厚２ｎｍのＣｏＦｅ膜、導体層１８を膜厚２０ｎｍのＰｔ膜、キャップ層１９を膜厚５ｎｍのＴａ膜と選定し、また下地膜１１と反強磁性層１２との間に図示しない膜厚１００ｎｍのＣｕ膜を設けて、各層を形成した。
即ち、各層の材料及び膜厚を、下記の構成（膜構成２）として、磁気抵抗効果素子１０の積層膜を作製した。
膜構成２：
Ta(3nm)/Cu(100nm)/PtMn(20nm)/CoFe(2nm)/Ru(0.8nm)/CoFe(4nm)/Al(0.5nm)-Ox/CoFe(2nm)/Pt(20nm)/Ta(5nm)
上記膜構成において、ＰｔＭｎ膜の組成はＰｔ５０Ｍｎ５０（原子％）、ＣｏＦｅ膜の組成はＣｏ９０Ｆｅ１０(原子％)とした。
酸化アルミニウム膜から成るトンネルバリア層１６以外の各層は、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて成膜した。
酸化アルミニウム（Ａｌ−Ｏｘ）膜から成るトンネルバリア層１６は、まず金属Ａｌ膜をＤＣスパッタ法により０．５ｎｍ堆積させて、その後に酸素／アルゴンの流量比を１：１とし、チャンバーガス圧を１０Ｔｏｒｒとして、自然酸化法により金属Ａｌ層を酸化させた。酸化時間は１０分とした。
さらに、磁気抵抗効果素子１０の各層を成膜した後に、磁場中熱処理炉で、１０ｋＯｅ・２６０℃・４時間の熱処理を行い、反強磁性層１２のＰｔＭｎ膜の規則化熱処理を行った。
次に、この積層膜を用いて磁気抵抗効果素子１０を作製した。
まず、下部電極となる部分をフォトリソグラフィによってマスクした後に、下部電極以外の部分の積層膜に対してＡｒプラズマにより選択エッチングを行うことにより、下部電極を形成した。この際に、下部電極部分以外は基板の深さ５ｎｍまでエッチングされた。
その後、電子ビーム描画装置により磁気抵抗効果素子１０のパターンのマスクを形成し、積層膜に対して選択エッチングを行い、磁気抵抗効果素子１０を形成した。磁気抵抗効果素子１０の部分以外は、Ｃｕ層直上までエッチングした。このとき、磁気抵抗効果素子１０のパターンを、短軸０．０９μｍ×長軸０．１８μｍの長方形状とした。なお、磁気再生ヘッドにおいては、高周波応答特性を確保するためにＴＭＲ素子のトンネル絶縁層の抵抗値を抑える必要があるため、磁気抵抗効果素子１０の面積・抵抗値積（Ω・μｍ2）が１０Ω・μｍ2となるようにした。
次に、磁気抵抗効果素子１０の部分以外を、厚さ１００ｎｍ程度のＡｌ２Ｏ３のスパッタリングによって絶縁した。
その後、フォトリソグラフィを用いて、上部電極を形成した。
このようにして、サンプル２の磁気抵抗効果素子の試料（実施例１）を作製した。
まず、下部電極となる部分をフォトリソグラフィによってマスクした後に、下部電極以外の部分の積層膜に対してＡｒプラズマにより選択エッチングを行うことにより、下部電極を形成した。この際に、下部電極部分以外は基板の深さ５ｎｍまでエッチングされた。
その後、電子ビーム描画装置により磁気抵抗効果素子１０のパターンのマスクを形成し、積層膜に対して選択エッチングを行い、磁気抵抗効果素子１０を形成した。磁気抵抗効果素子１０の部分以外は、Ｃｕ層直上までエッチングした。このとき、磁気抵抗効果素子１０のパターンを、短軸０．０９μｍ×長軸０．１８μｍの長方形状とした。なお、磁気再生ヘッドにおいては、高周波応答特性を確保するためにＴＭＲ素子のトンネル絶縁層の抵抗値を抑える必要があるため、磁気抵抗効果素子１０の面積・抵抗値積（Ω・μｍ2）が１０Ω・μｍ2となるようにした。
次に、磁気抵抗効果素子１０の部分以外を、厚さ１００ｎｍ程度のＡｌ２Ｏ３のスパッタリングによって絶縁した。
その後、フォトリソグラフィを用いて、上部電極を形成した。
このようにして、サンプル２の磁気抵抗効果素子の試料（実施例１）を作製した。
（サンプル３：実施例２）
図２に示した磁気抵抗効果素子２０の構成とし、第１の導体層１８を膜厚２０ｎｍのＰｔ膜、第２の導体層２２を膜厚６ｎｍのＣｕ膜と選定し、その他の構成はサンプル２（実施例１）と同様にして、磁気抵抗効果素子２０の積層膜を作製した。
即ち、各層の材料及び膜厚を、下記の構成（膜構成３）として、磁気抵抗効果素子２０の積層膜を作製した。
膜構成３：
Ta(3nm)/Cu(100nm)/PtMn(20nm)/CoFe(2nm)/Ru(0.8nm)/CoFe(4nm)/Al(0.5nm)-Ox/CoFe(2nm)/Cu(6nm)/Pt(20nm)/Ta(5nm)
その後も、サンプル２（実施例１）と同様にして、サンプル３の磁気抵抗効果素子の試料（実施例２）を作製した。
図２に示した磁気抵抗効果素子２０の構成とし、第１の導体層１８を膜厚２０ｎｍのＰｔ膜、第２の導体層２２を膜厚６ｎｍのＣｕ膜と選定し、その他の構成はサンプル２（実施例１）と同様にして、磁気抵抗効果素子２０の積層膜を作製した。
即ち、各層の材料及び膜厚を、下記の構成（膜構成３）として、磁気抵抗効果素子２０の積層膜を作製した。
膜構成３：
Ta(3nm)/Cu(100nm)/PtMn(20nm)/CoFe(2nm)/Ru(0.8nm)/CoFe(4nm)/Al(0.5nm)-Ox/CoFe(2nm)/Cu(6nm)/Pt(20nm)/Ta(5nm)
その後も、サンプル２（実施例１）と同様にして、サンプル３の磁気抵抗効果素子の試料（実施例２）を作製した。
（ノイズの測定）
サンプル１〜サンプル３の各試料のノイズの測定を行った。
具体的には、信号検出の際のセンス電流として０．５ｍＡの電流を流し、この状態で、外部磁界を与えない場合と、静止評価装置にて外部擬似信号磁界を与えた場合とにおいて、それぞれ出力に含まれるノイズを、スペクトルアナライザを使用して測定した。
測定した２つのスペクトル（磁界なしと磁界あり）を比較することにより、ノイズ信号を求めた。
そして、サンプル１（比較例）の試料のノイズ信号を１（基準値）として、ノイズ信号の相対値を求めた。
結果をまとめて表１に示す。
サンプル１〜サンプル３の各試料のノイズの測定を行った。
具体的には、信号検出の際のセンス電流として０．５ｍＡの電流を流し、この状態で、外部磁界を与えない場合と、静止評価装置にて外部擬似信号磁界を与えた場合とにおいて、それぞれ出力に含まれるノイズを、スペクトルアナライザを使用して測定した。
測定した２つのスペクトル（磁界なしと磁界あり）を比較することにより、ノイズ信号を求めた。
そして、サンプル１（比較例）の試料のノイズ信号を１（基準値）として、ノイズ信号の相対値を求めた。
結果をまとめて表１に示す。
表１の結果から、サンプル２及びサンプル３のように、磁化自由層（信号検出層）に対して導体層を設けた本発明の構成とすることにより、ノイズの発生を抑制することが可能であることがわかる。
次に、同じ膜構成において、３４０℃・１時間という、より高温の熱処理を行った磁気抵抗効果素子の試料（サンプル１〜サンプル３）を作製し、同様にノイズの測定を行った。
結果を表２に示す。
結果を表２に示す。
表２の結果より、熱処理温度が高温になった場合、サンプル２（実施例１）ではバルクハウゼンノイズの増加によってノイズ信号が増加しているが、第２の導体層２２を設けたサンプル３（実施例２）の場合はノイズの増加がなく、良好な特性を維持していることがわかる。
即ち、第２の導体層２２を設けることにより、高温熱処理による磁化自由層（信号検出層）の磁気特性の劣化を抑制することがわかる。
即ち、第２の導体層２２を設けることにより、高温熱処理による磁化自由層（信号検出層）の磁気特性の劣化を抑制することがわかる。
本発明は、上述の各実施の形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
１０，２０ 磁気抵抗効果素子、１１ 下地層、１２ 反強磁性層、１３，１５ 強磁性層、１４ 非磁性導体層、１６ トンネルバリア層（トンネル絶縁層）、１７ 磁化自由層（信号検出層）、１８ 導体層（第１の導体層）、１９ キャップ層、２１ 磁化固定層、２２ 第２の導体層
Claims (4)
- 磁化の向きが固定された磁化固定層と、磁化の向きを変化させることが可能な磁化自由層と、前記磁化固定層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性層とを少なくとも有する積層膜が形成され、
前記積層膜の膜面に略垂直な方向に電流が流される磁気抵抗効果素子であって、
前記磁化自由層の近傍に、導体層が設けられ、
前記導体層がＰｄ，Ｐｔ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏから選ばれる一種以上を主成分とする
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 前記磁化自由層と前記導体層との間に、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｎｂ，Ｔａから選ばれる一種以上を主成分とする第２の導体層が設けられてい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。
- 前記第２の導体層の厚さが、１ｎｍ以上、２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の磁気抵抗効果素子。
- 磁化の向きが固定された磁化固定層と、磁化の向きを変化させることが可能な磁化自由層と、前記磁化固定層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性層とを少なくとも有する積層膜が形成され、前記積層膜の膜面に略垂直な方向に電流が流される磁気抵抗効果素子を備え、
前記磁気抵抗効果素子に対して、非磁性の導体層を介して上下に磁気シールドが配置された磁気ヘッドであって、
前記磁気抵抗効果素子は、前記磁化自由層の近傍に、導体層が設けられ、前記導体層がＰｄ，Ｐｔ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏから選ばれる一種以上を主成分とする
ことを特徴とする磁気ヘッド。
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|---|---|---|---|
| JP2005047633A JP2006237154A (ja) | 2005-02-23 | 2005-02-23 | 磁気抵抗効果素子及び磁気ヘッド |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2010533367A (ja) * | 2007-07-10 | 2010-10-21 | コミサリア ア レネルジィ アトミーク エ オ ゼネ ルジイ アルテアナティーフ | 横方向のスピン移動を用いた低ノイズ磁気センサ |
| US8203808B2 (en) | 2006-10-30 | 2012-06-19 | Tdk Corporation | Magneto-resistance effect element including free layer having multilayer constitution including magnetic body mixed with element having 4F electrons |
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| TWI401680B (zh) * | 2006-12-12 | 2013-07-11 | Sony Corp | 儲存元件以及記憶體 |
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-
2005
- 2005-02-23 JP JP2005047633A patent/JP2006237154A/ja active Pending
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