JP2001102659A

JP2001102659A - 磁気抵抗素子

Info

Publication number: JP2001102659A
Application number: JP36880699A
Authority: JP
Inventors: Toshinao Suzuki; 利尚鈴木; Sunao Horiai; 直堀合
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1999-01-04
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2001-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の磁気トンネル抵抗素子を直列接続した
磁気抵抗素子において、高い磁気抵抗変化率を実現す
る。【解決手段】基板５上に、複数の下部電極3及び反強
磁性膜８を一列に配置して設ける。各反強磁性膜８上
に、下磁性層９，９、バリア膜１０，１０、上磁性層１
１，１１及びダミー膜１６，１６からなる一対の磁気ト
ンネル接合構造を、層間絶縁膜１２でそれぞれ絶縁分離
して形成する。各磁気トンネル接合構造は、その平面形
状を長方形状とし、同長方形状の長辺を平行に対向させ
る。異なる下部電極3及び反強磁性膜８上の各ダミー膜
１６（上磁性層１１）を上部電極４によりそれぞれ接続
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ヘッド、各種
センサなどに用いられる磁気抵抗素子に係り、特にバリ
ア膜を下磁性層と上磁性層との間に挟んで構成した複数
の磁気トンネル接合構造を基板上にて直列接続して形成
した磁気抵抗素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ＮｉＦｅ等の異方性磁気抵抗
効果を利用した磁気抵抗素子、電子のスピンの向きに依
存した散乱を利用して巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）
を得る磁気抵抗素子などがよく知られている。この種の
磁気抵抗素子の特性を評価する性質の１つに磁気抵抗変
化率があり、この磁気抵抗変化率は前者では約３％の値
を示し、後者では約１０％の値を示す。

【０００３】これらの磁気抵抗素子に対し、近年、磁気
抵抗変化率が２０〜３０％という大きな値を示す磁気ト
ンネル効果を利用した磁気抵抗素子が出現してきてい
る。この磁気抵抗素子は、例えば特開平１１−１３５８
５７号公報に示されているように、絶縁材料（例えば、
Ａｌ_２Ｏ_３）からなるバリア膜を、強磁性材料（例え
ば、Ｎｉ_０．８１Ｆｅ_０．１９、ＣｏＦｅ）からなる下
磁性層と、強磁性層（例えば、Ｎｉ_０．８１Ｆｅ
_０．１９）からなる上磁性層との間に挟んで磁気トンネ
ル接合構造を基板上に形成するとともに、下磁性層の直
下に反強磁性層（例えば、ＦｅＭｎ）を設けて下磁性を
固定層化とするとともに上磁性層をフリー層として、磁
気トンネル効果により高い磁気抵抗変化率を得るように
している。また、反強磁性層を設けなくても、上磁性層
と下磁性層との間に保磁力の差を設けておき、前記と同
等な磁気トンネル効果を実現できることも知られてい
る。

【０００４】この磁気トンネル効果を用いた磁気抵抗素
子の使用に際しては、磁気抵抗素子（磁気トンネル接合
構造）に対して電圧を印加して磁場の変化に対する磁気
抵抗変化率に応じた電圧を取り出すようにするが、この
磁気抵抗素子にあっては印加電圧を上げていくと磁気抵
抗変化率が徐々に低下する傾向を示すとともに、この磁
気抵抗変化率の低下傾向は抵抗値が大きいほど顕者にな
る。したがって、抵抗値が大きい磁気抵抗素子に大きな
電圧をかけると、大きな磁気抵抗変化率の減少を招くた
め、磁場の変化に対応して十分な検出電圧を取り出すこ
とができないという問題がある。逆に、抵抗値の小さな
磁気抵抗素子を使用すると、磁気抵抗変化率の減少傾向
は小さいが、磁気抵抗素子自体の抵抗が小さいために、
十分に大きな電圧を取り出すことができないという問題
がある。

【０００５】この問題に対処するために、例えば特開平
１１−６７７６２号公報及び特開平１１−１１２０５４
号公報に示されるように、複数の磁気トンネル接合構造
を直列に接続して用いることが提案されている。この場
合、前者においては、連続して形成した下磁性層上に一
対のバリア膜及び上磁性層を独立に分離して設けるよう
にして下磁性層を共通に用いるようにしている。また、
後者においては、前記のようなそれぞれ分離した一対の
バリア膜及び上磁性を共通の下磁性層上に形成したトン
ネル接合構造の基本単位を更に複数組横に並べて、隣り
合う基本単位の上磁性層を共通に連続する上磁性層材料
で連結して多くのトンネル接合を下磁性層及び上磁性層
を共通に用いて直列に連結するようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような磁気トンネ
ル効果を用いた磁気抵抗素子における主な抵抗要素とし
ては、電極などの配線、バリア膜及び下磁性層であり、
これらの抵抗要素のうち、磁界の変化に対して変化する
のはバリア膜だけであるので、大きな磁気抵抗変化率を
得るためには、バリア膜以外の抵抗要素の抵抗値を低く
抑える必要がある。特に、バリア膜１０の下層に位置す
る下磁性層などを厚く構成すると、同下磁性層などの表
面粗さが大きくなり、バリア膜１０にピンホールが発生
する原因となるため、下磁性層などを厚くすることがで
きず、各磁気トンネル接合構造間を流れる電流が共通の
下磁性層などを通る場合には、この下磁性層などの抵抗
要素が問題となる。しかし、上記従来の磁気抵抗素子に
関する記述においては、磁気トンネル接合構造を直列に
接続することのみを提示しており、最適な接続方法に関
しては何ら考慮されておらず、高い磁気抵抗変化率を得
ることができない。

【０００７】

【発明の概略】本発明は、上記問題に対処するためにな
されもので、その目的は、バリア膜を下磁性層と上磁性
層との間に挟んで構成した磁気トンネル接合構造を基板
上に直列に接続して形成した磁気抵抗素子であって、高
い磁気抵抗変化率が得られるようにした磁気抵抗素子を
提供することにある。

【０００８】前記目的を達成するために本発明の構成上
の特徴は、バリア膜を下磁性層と上磁性層との間に挟ん
で構成した一対の磁気トンネル接合構造を基板上にて直
列に接続してなる磁気抵抗素子において、前記各磁気ト
ンネル接合構造の平面形状を長辺及び短辺からなる長方
形状にそれぞれ形成するとともに、同各磁気トンネル接
合構造の各長辺を平行かつ対向して配置したことにあ
る。

【０００９】この場合、前記一対の磁気トンネル接合構
造の各下磁性層を前記基板上にて電気的に接続するよう
にするとよい。

【００１０】また、前記複数の磁気トンネル接合構造の
配列を具体的にすると、本発明の構成上の特徴は、複数
の磁気トンネル接合構造を基板上に直線的に配列すると
ともに直列に接続してなる磁気抵抗素子において、前記
各磁気トンネル接合構造の平面形状を長方形状にそれぞ
れ形成するとともに、同長方形状の長辺が前記複数の磁
気トンネル接合構造の配列方向に対して直角をなすよう
にしたことにある。

【００１１】この場合、隣り合う一対の磁気トンネル接
合構造の各上磁性層と各下磁性層とをそれぞれ交互に順
次電気的に接続することにより、前記複数の磁気トンネ
ル接合構造を直列に接続するようにするとよい。また、
各磁気トンネル接合構造の下磁性層を一方向に向かって
隣りの磁気トンネル接合構造の上磁性層に順次電気的に
接続することにより、前記複数の磁気トンネル接合構造
を直列に接続するようにしてもよい。

【００１２】また、前記複数の磁気トンネル接合構造の
配列を別の態様で具体的にすると、本発明の他の構成上
の特徴は、前記各磁気トンネル接合構造の平面形状を長
辺及び短辺からなる長方形状にそれぞれ形成し、各一対
ずつの磁気トンネル接合構造の各長辺を平行に対向させ
てなるとともに、前記複数の磁気トンネル接合構造を各
長辺方向に直線的にかつ各短辺方向に２列に配置してな
る。

【００１３】この場合、前記長辺を対向させてなる各一
対ずつの磁気トンネル接合構造の各下磁性層をそれぞれ
電気的に接続するとともに、前記各列毎に隣り合う各磁
気トンネル接合構造の各上磁性層を一つおきに電気的に
接続することにより、前記複数の磁気トンネル接合構造
を直列に接続するようにするとよい。

【００１４】上記のように構成した本発明の構成上の特
徴によれば、各磁気トンネル接合構造間を流れる電流
は、各磁気トンネル接合構造の長方形状の長辺方向に対
して直角な方向、すなわち面積の大きな面を通過するこ
とになるので、各磁気トンネル接合構造間の抵抗を小さ
くできる。特に、イオンビームエッチング処理などを用
いて磁気抵抗素子を形成することによりバリア膜の下方
に位置する下磁性層、固定磁化層（反強磁性層、強磁性
層）、導電層などのその他の層を厚くすることができな
くても、これらの下磁性層及びその他の層の断面積の大
きな方向に電流が流れることになり、各磁気トンネル接
合構造間の抵抗を小さくできる。したがって、本発明に
よれば、バリア膜以外の抵抗要素の抵抗値を小さく抑え
ることができ、磁気抵抗素子の磁気抵抗変化率を大きな
値に保つことができる。

【００１５】また、本発明の他の構成上の特徴は、バリ
ア膜を下磁性層と上磁性層との間に挟んで構成した複数
の磁気トンネル接合構造を基板上に配列してなる磁気抵
抗素子において、前記複数の磁気トンネル接合構造を縦
横複数ずつマトリクス状に配置するとともに、同複数の
磁気トンネル接合構造を直列に接続するようにしたこと
にある。

【００１６】この場合、前記複数の磁気トンネル接合構
造を前記マトリクスの縦又は横方向に直線的に順次電気
的に接続するとともに、同マトリクスの両端部にて折り
返すように電気的に接続することにより、同複数の磁気
トンネル接合構造を直列に接続するようにするとよい。

【００１７】これによれば、多数の磁気トンネル接合構
造を直列に接続できて、一つの磁気トンネル接合素子に
印加される電圧が小さくても全体として大きな電圧を印
加できるので、磁気抵抗変化率の減少を極力抑えた上
で、大きな電圧を取り出すことができ、磁場の変化に対
応して十分な検出電圧を取り出すことができるようにな
る。また、複数の磁気トンネル接合構造をマトリクス状
に配置しているので、磁気抵抗素子を縦又は横長にしな
くて、適度な長さの方形状に形成でき、製造上、強度上
などにも有利となる。

【００１８】また、本発明の他の構成上の特徴は、前記
複数の磁気トンネル接合構造の各平面形状を長方形状に
それぞれ形成するとともに、同複数の磁気トンネル接合
構造によるマトリクスの平面形状も長方形状に形成し、
前記各磁気トンネル接合構造の長方形状の長辺方向と前
記マトリクスの長方形状の長辺方向とを一致させるよう
にしたことにある。

【００１９】このように構成した磁気抵抗素子において
は、磁気抵抗素子の磁界の方向と直交する幅を短くでき
るので、反磁場の影響度を小さく抑えることができる。
したがって、これによれば、前記マトリクス状に多数の
磁気トンネル接合構造を配列したことによる効果に加え
て、反磁場の影響を受けることがなくなって大きな磁気
抵抗変化率を確保できる。

【００２０】なお、前記において、長方形状とはほぼ長
方形をしていればよく、角部に多少の円形部分を有して
いても、本明細書においては長方形状というものとす
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係る磁
気抵抗素子について説明すると、図１(Ａ)は同実施形態
に係る磁気抵抗素子の概略平面図であり、図１(Ｂ)は同
磁気抵抗素子の断面図である。なお、図１(Ａ)において
は、各層の接続状態を理解し易くするために、各層の寸
法を異ならせて示している。

【００２２】この磁気抵抗素子は、例えばＳｉＯ_２／Ｓ
ｉ、ガラス又は石英からなる基板５を備えている。基板
５上には、平面形状を長方形状に形成した複数の下部電
極３が横方向に所定の間隔を隔てて一列に配置されてお
り、同下部電極３は、非磁性導電材料であるＣｒ（又は
Ｔｉ）により膜厚１０ｎｍ程度に形成されている。各下
部電極３上には、下部電極３と同一平面形状に形成さ
れ、ＲｈＭｎからなり膜厚３０ｎｍ程度の複数の反強磁
性膜８がそれぞれ積層されている。

【００２３】複数の反強磁性膜８上には、下磁性層９，
９、バリア膜１０，１０及び上磁性層１１，１１からな
る各積層構造の一対の磁気トンネル接合構造が所定の間
隔を隔ててそれぞれ積層されている。各磁気トンネル接
合構造の平面形状は長方形状（例えば、１０×６０μ
ｍ）にそれぞれ形成され、その各長辺がそれぞれ所定の
距離を隔てて平行かつ対向して配置されており、同長辺
方向が反強磁性膜８及び下部電極３の配列方向に直角に
なるように配置されている。下磁性層９，９は、膜厚１
０ｎｍ程度のＮｉＦｅからなる。バリア膜１０，１０
は、膜厚２ｎｍ程度のＡｌ_２Ｏ_３からなる。上磁性層１
１，１１は、膜厚２ｎｍ程度のＣｏ膜を下層とし、膜厚
２０ｎｍ程度のＮｉＦｅ膜を上層とする２層構造に構成
されている。

【００２４】これらの反強磁性膜８、下磁性層９，９、
バリア膜１０，１０及び上磁性層１１，１１からなる各
積層構造により、下部電極３上にアスペクト比「６」の
一対の磁気トンネル抵抗素子２，２が形成されているこ
とになる。この場合、反強磁性膜８は、下磁性層９，９
を固定層とするための固定磁化層として機能し、上磁性
層１１，１１がフリー層となる。各上磁性層１１，１１
上には、各磁気トンネル抵抗素子２，２のエッチングに
よるマージンを稼ぐため、膜厚６０ｎｍ程度のＭｏ膜か
らなり同各上磁性層１１，１１と同一平面形状のダミー
膜１６が形成されている。

【００２５】基板５及び磁気トンネル抵抗素子２，２を
覆う領域には、複数の下部電極３及び反強磁性膜８をそ
れぞれ分離するとともに、各反強磁性膜８上に設けた一
対の磁気トンネル接合構造をそれぞれ絶縁分離するため
の層間絶縁膜１２が設けられている。この層間絶縁膜１
２は、例えばＳｉＯ_２からなって膜厚２５０ｎｍ程度に
形成されている。

【００２６】この層間絶縁膜１２には、磁気トンネル抵
抗素子２，２（ダミー膜１６，１６）上にてコンタクト
ホール１３，１３がそれぞれ形成されている。このコン
タクトホール１３，１３を埋設するとともに、異なる下
部電極３及び反強磁性膜８上に設けた一対の磁気トンネ
ル抵抗素子２，２の各一方間を互いに電気的に接続する
ように、例えば膜厚３００ｎｍのＡｌからなる上部電極
４，４がそれぞれ形成されている。このようにして、下
部電極３及び反強磁性膜８と、上部電極４とにより、隣
り合う一対の磁気トンネル接合構造の各上磁性１１，１
１と各下磁性層９，９とをそれぞれ交互に順次電気的に
接続して、複数の磁気トンネル接合構造を直列に接続し
た磁気抵抗素子が形成されている。

【００２７】ａ．製造方法次に、上記のように構成した磁気抵抗素子の製造方法に
ついて、図２(ａ)〜(ｄ)及び図３(ａ)〜(ｃ)を用いて説
明する。ただし、図２(ａ)〜(ｄ)及び図３(ａ)〜(ｃ)
は、一つの下部電極３及び反強磁性膜８すなわち一対の
磁気トンネル抵抗素子２，２のみを図示している。

【００２８】(１)第１工程まず、予め洗浄した、例えばＳｉＯ_２／Ｓｉ、ガラス又
は石英からなる基板５をスパッタ装置にセットする。こ
のスパッタ装置のチャンバを１×１０^−７Ｔｏｒｒ以下
まで排気する。そして、例えば、純度が９９．９９９９
％のＡｒガスを圧力が４ｍＴｏｒｒになるまでチャンバ
内に導入する。チャンバ内に装備されているスパッタガ
ンを用いて、膜厚が１０ｎｍのＣｒ（又はＴｉ）膜を下
部電極３として基板５上に成膜する。（図２(ａ)参照）

【００２９】(２)第２工程次に、例えば４ｍＴｏｒｒのＡｒガス雰囲気下におい
て、スパッタガンにより、反強磁性膜８として、膜厚が
３０ｎｍのＲｈＭｎ膜を下部電極３上に成膜する。この
反強磁性膜８上に、スパッタガンにより、下磁性層９と
して膜厚が１０ｎｍのＮｉＦｅ膜を成膜する。（図２
(ａ)参照）

【００３０】(３)第３工程次に、下磁性層９上に、スパッタガンにより、膜厚が２
ｎｍのＡｌ膜を成膜する。Ａｌ膜の成膜後、真空を破ら
ずに、基板５を処理室に移動させて、純酸素をチャンバ
内の圧力が１００Ｔｏｒｒになるまで導入し、例えば、
２０分間放置し、Ａｌ膜の酸化処理を行う。これによ
り、酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３からなるバリア膜１０
を得る。（図２(ａ)参照）

【００３１】(４)第４工程次に、バリア膜１０上に、スパッタガンにより、上磁性
層１１として、膜厚が２ｎｍ程度のＣｏ及び膜厚が２０
ｎｍ程度のＮｉＦｅ膜を順次成膜する。そして、上磁性
層１１上に、スパッタガンにより、ダミー膜１６とし
て、膜厚が６０ｎｍ程度のＭｏ膜を成膜する。（図２
(ａ)参照）

【００３２】(５)第５工程次に、ダミー膜１６の上面をレジスト膜でパターニング
した後、イオンミリング装置を用いたイオンビームエッ
チングにより、ダミー膜１６、上磁性層１１、バリア膜
１０、下磁性層９、反強磁性膜８及び下部電極３の外周
端部をエッチング除去して、端部の除去されたダミー膜
１６、上磁性層１１、バリア膜１０、下磁性層９、反強
磁性膜８及び下部電極３からなる積層構造を基板５上に
形成する。このエッチングは、同エッチングにより削り
出された基板５の材料（ＳｉＯ_２／Ｓｉなど）の検出を
条件とし、同検出から多少の時間経過後に終了され、そ
の後にアセトンでレジスト膜を除去する。（図２(ｂ)参
照）

【００３３】(６)第６工程次に、ダミー膜１６の上面をレジスト膜でパターニング
した後、イオンミリング装置を用いたイオンビームエッ
チングにより、ダミー膜１６、上磁性層１１、バリア膜
１０及び下磁性層９の図示左右方向中央部及び両端部を
エッチング除去して、それぞれダミー膜１６、上磁性層
１１、バリア膜１０及び下磁性層９からなる一対の積層
構造を反強磁性膜８上にそれぞれ形成する。なお、この
場合、エッチングは、同エッチングにより削り出された
反強磁性膜８の材料（ＲｈＭｎ）の検出を条件とし、同
検出時又は同検出から多少の時間経過後に終了される。
（図２(ｃ)参照）

【００３４】(７)第７工程次に、前記第６工程の終了したものをスパッタ装置の真
空チャンバ内に設置する。そして、例えば真空チャンバ
内を２．０×１０^−６Ｔｏｒｒ以下に真空排気した後、
５ｍＴｏｒｒのＡｒガスを導入した後、膜厚が２５０ｎ
ｍのＳｉＯ_２からなる層間絶縁膜１２で基板５上を覆
う。（図２(ｄ)参照）

【００３５】(８)第８工程次に、成膜した層間絶縁膜１２の上面をレジスト膜でパ
ターニングした後、イオンミリング装置を用いたイオン
ビームエッチングにより、各ダミー膜１６，１６の上方
の層間絶縁膜１２をエッチング除去して、層間絶縁膜１
２に各コンタクトホール１３，１３を開口形成する。そ
して、このエッチングは、同エッチングにより削り出さ
れたダミー膜１６の材料（Ｍｏ）の検出を条件に、同検
出時から多少の時間経過後に終了され、その後に、例え
ばアセトンを使用してレジスト膜を除去する。（図３
(ａ)参照）

【００３６】(９)第９工程次に、コンタクトホール１３，１３の形成が終了したも
のを、真空チャンバにセットして、真空チャンバ内を
２．０×１０^−６Ｔｏｒｒ以下まで真空排気した後に、
例えば、５ｍＴｏｒｒのＡｒガスを導入する。そして、
膜厚が３００ｎｍであるＡｌ膜からなる上部電極４を形
成する。（図３(ｂ)参照）

【００３７】(１０)第１０工程次に、成膜した上部電極４の上面をレジスト膜でパター
ニングした後、イオンミリング装置を用いたイオンビー
ムエッチングにより、上部電極４の中央部（切欠部１
４）をエッチング除去することにより、上部電極４を２
つに分離する。そして、このエッチングは、同エッチン
グにより削り出された層間絶縁膜１２の材料（Ｓｉ
Ｏ_２）の検出を条件に、同検出時から多少の時間経過後
に終了され、前記エッチング終了後に、例えばアセトン
を使用してレジスト膜を除去する。これにより、図１
(Ａ)(Ｂ)に示す磁気トンネル効果を用いた磁気抵抗素子
が形成される。（図３(ｃ)参照）

【００３８】このように、前記第５，６，８，１０工程
のイオンビームエッチングにおいては、不要部分を確実
に除去するために、同不要部分の下方に位置する層の部
材成分の検出によりイオンビームエッチングを停止する
ようにしているので、同下方に位置する層の上表面の一
部も除去される。

【００３９】なお、上記構成の磁気抵抗素子において
は、バリア膜１０と基板５との間の膜厚が１００ｎｍを
超えると、表面粗さが大きくなり、バリア膜１０にピン
ホールが発生する原因となる。したがって、この膜厚
は、１００ｎｍを超えない必要がある。また、各磁気ト
ンネル抵抗素子２の抵抗のバラツキを少なくするため、
好ましくは、バリア膜１０と基板５との間の膜厚は５０
ｍｍ以下にするとよい。

【００４０】ｂ．動作説明このように複数の磁気トンネル接合構造（磁気トンネル
抵抗素子２）を直列に接続することにより、共通の反強
磁性膜８上に形成した一対の磁気トンネル接合構造のう
ちの一方の上部電極４（両端の上部電極４は入力端子と
なり外部から所定電位が印加される）に入力した電流
は、同一方の磁気トンネル接合構造のダミー膜１６、上
磁性層１１、バリア膜１０及び下磁性層９を介して反強
磁性膜８及び下部電極３に向かって流れる。そして、反
強磁性膜８及び下部電極３内を同反強磁性膜８及び下部
電極３の配列方向（図１(Ａ)の矢印方向）に流れ、前記
一対の磁気トンネル接合構造のうちの他方の下磁性層
９、バリア膜１０、上磁性層１１及びダミー膜１６を介
して同他方の磁気トンネル接合構造の上部電極４に流れ
て、他の反強磁性膜８及び下部電極３上に形成した一対
の磁気トンネル接合構造のうちの電気的に接続された一
方の上部電極４に流れる。

【００４１】ここで、磁気抵抗素子１の全体の抵抗を考
えると、全抵抗は、上部電極４による配線抵抗Ｒ_Ｌと、
バリア膜１０によるトンネル抵抗Ｒ_Ｔと、反強磁性膜８
及び下部電極３による抵抗Ｒ_Ｍとからなり、これらは直
列に接続されている。これらの抵抗Ｒ_Ｌ，Ｒ_Ｔ，Ｒ_Ｍの
うち、磁界の変化に対して抵抗値が変化するのはトンネ
ル抵抗Ｒ_Ｔの部分だけである。このため、大きな磁気抵
抗変化率を得るためには、バリア膜１０の抵抗Ｒ_Ｔの部
分以外の他の抵抗Ｒ_Ｌ，Ｒ_Ｍを低く抑える必要がある。
例えば、磁気トンネル抵抗素子２，２の平面形状の長方
形のサイズが１０μｍ×６０μｍ（アスペクト比が
「６」）であれば、一つの磁気トンネル抵抗素子２当た
りにおいて、配線抵抗Ｒ_Ｌは数Ω、トンネル抵抗が３３
Ω、反強磁性膜８及び下部電極３による抵抗Ｒ_Ｍは２０
乃至１００Ωである。このように複数の磁気トンネル抵
抗素子２を直列接続した場合の磁気抵抗変化率は、磁気
トンネル抵抗素子２単体の場合に比べて半分程度にな
る。

【００４２】これは、上部電極４に関しては膜厚を３０
０〜１０００ｎｍと厚くできるのに対して、反強磁性膜
８及び下部電極３は、表面を粗くしないでバリア膜１０
内にピンホールを発生させないようにするために、あま
り厚く構成できない。したがって、反強磁性膜８及び下
部電極３内を前記図１(Ａ)の矢印方向に電流が流れ易く
する必要がある、すなわち同矢印方向の反強磁性膜８及
び下部電極３による抵抗を小さくする必要がある。上記
のように構成した実施形態によれば、複数の共通の反強
磁性膜８上に、下磁性層９、バリア膜１０及び上磁性層
１１からなる一対の磁気トンネル接合構造を形成し、同
一対のトンネル接合構造の平面形状を長方形状にし、同
長方形状の各長辺を平行かつ対向させるようにした。そ
の結果、電流の流れる方向と直角な反強磁性膜８及び下
部電極３の断面積が大きくなるので、反強磁性膜８及び
下部電極３の抵抗値を小さく抑えることができ、磁気抵
抗変化率を高く保つことができる。また、多数の磁気ト
ンネル抵抗素子２を直列に接続するようにしたので、全
体として大きな電圧を印加するようにしても、一つの磁
気トンネル抵抗素子２に印加される電圧を小さく抑える
ことができ、高い磁気抵抗変化率を保ったまま大きな検
出電圧を取り出すことができる。

【００４３】ｃ．接続例の変形例次に、一つの反強磁性膜８上に一つの磁気トンネル接合
構造のみを備えて、複数の磁気トンネル接合構造を直列
に接続した第２接続例について説明する。図４(Ａ)はこ
の第２接続例に係る磁気抵抗素子の概略平面図であり、
図４(Ｂ)は同磁気抵抗素子の断面図である。なお、図４
(Ａ)においても、各層の接続状態を理解し易くするため
に、各層の寸法を異ならせて示している。

【００４４】この場合、上記第１接続例の反強磁性膜８
上に設けたダミー膜１６、上磁性層１１、バリア膜１０
及び下磁性層９からなる一対の積層構造が削除され、ダ
ミー膜１６、上磁性層１１、バリア膜１０及び下磁性層
９からなる一つの積層構造のみが反強磁性膜８にそれぞ
れ形成されているとともに、同反強磁性膜８は隣の反強
磁性膜８上に設けたダミー膜１６、上磁性層１１、バリ
ア膜１０及び下磁性層９からなる一つの積層構造のダミ
ー膜１６に上部電極４により電気的に接続されている。
他の構造に関しては上記第１接続例と同じであり、製造
方法も同第１接続例とほぼ同様であるので、それらの説
明は省略する。

【００４５】これにより、各磁気トンネル接合構造の下
磁性層９を一方向に向かって隣りの磁気トンネル接合構
造の上磁性層１１に順次電気的に接続することにより、
複数の磁気トンネル接合構造を直列に接続した構成が実
現される。そして、この場合も、反強磁性膜８及び下部
電極３内を前記図４(Ａ)の矢印方向に電流が流れ、電流
の流れる方向と直角な反強磁性膜８及び下部電極３の断
面積を大きくできるので、反強磁性膜８及び下部電極３
の抵抗値を小さく抑えることができ、磁気抵抗変化率を
高く保つことができる。

【００４６】また、複数の磁気トンネル接合構造を、図
５に第３接続例として示すように、直列接続することも
できる。この場合、前記第１接続例と同様にダミー膜１
６、上磁性層１１、バリア膜１０及び下磁性層９からそ
れぞれなる一対の積層構造を共通の反強磁性膜８上に形
成しているが、各積層構造の各長辺を平行かつ対向させ
て図示上下２列に配置している。そして、各反強磁性膜
８上の上下２列の磁気トンネル抵抗素子２，２がそれら
の各長辺方向にそれぞれ２列の直線状になるように、複
数の下部電極３及び強磁性膜８を直線的に基板５上に配
置し、図示横方向に隣り合う反強磁性膜８上の上下２列
の磁気トンネル抵抗素子２の各ダミー膜１６，１６をそ
れぞれ上部電極４を連続させて上下交互に接続していく
ようにしている。なお、他の構造に関しては上記第１接
続例と同じであり、製造方法も同第１接続例とほぼ同様
であるので、それらの説明は省略する。

【００４７】この場合も、反強磁性膜８及び下部電極３
内の電流は、図示矢印で示すように、各磁気トンネル抵
抗素子２の長辺に対して直角方向に流れる。したがっ
て、電流の流れる方向と直角な反強磁性膜８及び下部電
極３の断面積を大きくできるので、反強磁性膜８及び下
部電極３の抵抗値を小さく抑えることができ、磁気抵抗
変化率を高く保つことができる。

【００４８】ここで、これらの第１〜第３接続例につい
て、実験により各磁気抵抗変化率を確認した結果につい
て説明しておく。この実験においては、磁気トンネル接
合構造（磁気トンネル抵抗素子２）を前記第１〜第３接
続例の場合と同一構成で平面形状を長方形状（長辺を６
０μｍ、短辺を１０μｍからなるアスペクト比「６」の
磁気トンネル抵抗素子２）にしたが、その長辺方向を各
磁気トンネル抵抗素子２の配列方向と同一方向にした比
較例についても磁気抵抗変化率を測定した。すなわち、
比較例１として、図６(Ａ)に示すように、長辺方向を磁
気トンネル抵抗素子２の配列方向とするダミー膜１６、
上磁性層１１、バリア膜１０及び下磁性層９からなる一
対の積層構造を一つの反強磁性膜８上に設けるととも
に、異なる反強磁性膜８上のダミー膜１６間を上部電極
４で電気的に接続したものを採用した。また、比較例２
として、図６(Ｂ)に示すように、長辺方向を磁気トンネ
ル抵抗素子２の配列方向とするダミー膜１６、上磁性層
１１、バリア膜１０及び下磁性層９からなる一つの積層
構造を一つの反強磁性膜８上に設けるとともに、同反強
磁性膜８と異なる反強磁性膜８上のダミー膜１６とを上
部電極４で電気的に接続したものを採用した。また、こ
の実験においては、いずれの場合も、磁気トンネル抵抗
素子２を５００個それぞれ直列接続した。これらの測定
結果を下記表１に示す。

【００４９】

【表１】

【００５０】この実験結果からも、磁気トンネル接合構
造（磁気トンネル抵抗素子２）を、その平面形状を長方
形状に構成するとともに同長方形状の長辺方向が互いに
平行かつ対向するように配置して、磁気トンネル抵抗素
子２間を流れる電流の方向が磁気トンネル抵抗素子２の
長辺方向に直角になるようにすることが好ましいことが
理解できる。

【００５１】ｄ．アスペクト比についてここで磁気トンネル抵抗素子２のアスペクト比について
説明しておく。なお、アスペクト比とは、下磁性層９、
バリア膜１０及び上磁性層１１が同一面積かつ同一形状
で同一位置に重ねられている場合には、これらの各平面
形状の長辺方向と短辺方向の長さの比を指し、詳しくは
フリー層となる上磁性層１１（又は下磁性層９）の平面
形状の長辺方向と短辺方向の長さの比を指す。本発明者
らの実験及び経験では、このアスペクト比が大きいほど
バルクハウゼンノイズの影響が少なく、出力波形信号に
歪みが少なくなることが分かった。

【００５２】磁気トンネル接合構造（磁気トンネル抵抗
素子２）の各上磁性層（フリー層）１１の平面形状を長
方形にそれぞれ構成して、その長辺が４０μｍで短辺が
２０μｍであるアスペクト比「２」の第１サンプルと、
その長辺が８０μｍで短辺が２０μｍであるアスペクト
比「４」の第２サンプルを用意した。そして、第１及び
第２サンプルに係る一対の磁気トンネル抵抗素子２，２
からなる各磁気抵抗素子１をそれぞれ５個ずつ直列接続
（磁気トンネル抵抗素子２を１０個直列接続）し、幅が
５０μｍのＮ極とＳ極とが交互に配置されたパターンか
らの磁場を変化させて、それらの各抵抗値（出力電圧）
の変化を検出して、各一周期分の出力電圧波形を得た。

【００５３】アスペクト比が「２」である磁気トンネル
抵抗素子２を１０個直列接続したものでは、図７(Ａ)に
示すように、出力波形に若干歪みが生じた。一方、アス
ペクト比が「４」である磁気トンネル抵抗素子２を１０
個直列接続したものでは、図７(Ｂ)に示すように、出力
波形から前記歪みが消えて整った正弦波波形が得られ
た。前記歪みはバルクハウゼンノイズに起因するものと
考えられ、この実験結果からもアスペクト比が大きいほ
ど出力電圧に乱れが生ぜず、磁気ヘッド、磁気抵抗セン
サとしては精度のよいものが製造されることが確認でき
た。なお、上記基本的構成例の各種変形例においても、
このようにアスペクト比が大きいほど良好である。

【００５４】ｅ．マトリクス接続例次に、磁気トンネル接合構造（磁気トンネル抵抗素子
２）を多数直列に接続するのに好ましい実施形態につい
て説明する。磁気トンネル抵抗素子２を多数接続する場
合、前記接続例では磁気トンネル抵抗素子２の数が多い
と長さが長くなりすぎるため、途中で折り返してマトリ
クス（ミランダ）構造とするとよい。

【００５５】図８は、この第１のマトリクス構造に係る
磁気センサを平面図により示しており、方形状の基板５
（図示省略）上に、例えば２０×４個の磁気トンネル抵
抗素子２をマトリクス上に配置した例を概略平面図によ
り示している。図９は、第２のマトリクス構造に係る磁
気センサを平面図により示しており、方形状の基板５
（図示省略）上に、例えば１０×１２個の磁気トンネル
抵抗素子２をマトリクス上に配置した例を概略平面図に
より示している。

【００５６】この場合も、上記図１(Ａ)(Ｂ)の第１接続
例の場合と同様に、共通の下部電極３及び反強磁性膜８
上に、平面形状を長方形に形成して下磁性層９、バリア
膜１０、上磁性層１１及びダミー膜１６を積層した一対
の磁気トンネル接合構造（磁気トンネル抵抗素子２，
２）が長辺を縦方向にして平行かつ対向して配置され、
前記一対の磁気トンネル接合構造をそれぞれ配置させて
なる複数の共通の下部電極３及び反強磁性膜８が基板５
上にて横方向に直線的に縦方向に複数列にわたって配置
されている。そして、左右両端の磁気トンネル抵抗素子
２（Ｘで示す）以外の磁気トンネル抵抗素子２に関して
は、横方向に隣り合う一対の磁気トンネル抵抗素子２，
２の各ダミー膜１６，１６（上磁性層１１，１１）が上
部電極４によって横方向に直線的に直列接続されてい
る。左右両端の磁気トンネル抵抗素子２（Ｘで示す）に
関しては、図示上下一対の磁気抵抗素子１，１の各ダミ
ー膜１６，１６（各上磁性層１１，１１）が縦長の上部
電極４によりそれぞれ接続されている。なお、図８，９
においては、反強磁性膜８を省略して示している。

【００５７】このように構成した第１及び第２のマトリ
クス構造に係る磁気センサにおいては、上磁性層１１
（磁気トンネル抵抗素子２）の長辺方向を互いに対向さ
せるとともに、これらの磁気トンネル抵抗素子２を下部
電極３及び上部電極４で交互に前記長辺方向と直交する
方向に連結して、同直交する方向に電流が流れるように
したので、上記第１〜第３接続例のように大きな磁気抵
抗変化率を得ることができる。なお、左右両端の磁気ト
ンネル抵抗素子２（Ｘで示す）に関しては、電流が下部
電極３及び上部電極４を図示矢印のように折り返して流
れる。

【００５８】また、第１のマトリクス構造に係る磁気セ
ンサ（図８）においては、全体の寸法として、上磁性層
１１（磁気トンネル抵抗素子２）の長辺方向に短くかつ
同長辺方向と直交する短辺方向に長く構成されている。
これに対して、第２のマトリクス構造に係る磁気センサ
（図９）においては、全体の寸法として、上磁性層１１
（磁気トンネル抵抗素子２）の長辺方向に長くかつ同長
辺方向と直交する短辺方向に短く、すなわち上磁性層１
１（磁気トンネル抵抗素子２）の長辺方向と全体の長辺
方向とが一致している。この種の磁気センサにおいて
は、図８，９に示すように、磁界Ｈの方向を上磁性層１
１（磁気トンネル抵抗素子２）の長辺方向にして用いる
ものであり、図８の場合には、図９の場合に比べて、磁
界Ｈの方向と直交する幅が長くなり、反磁場の影響のた
めに特性が若干劣る。したがって、第２のマトリクス構
造に係る磁気センサ（図９）のように、磁界Ｈの方向と
平行な方向を上磁性層１１（磁気トンネル抵抗素子２）
の長辺方向とするとともに、センサ全体もこの方向を長
辺方向とするのが好ましい。

【００５９】次に、前記第２のマトリクス構造に係る磁
気センサの測定結果を示しておく。この測定において
は、上磁性層１１（バリア膜１０及び下磁性層９）の短
辺の長さ（図９の横方向の長さ）を１０μｍとするとと
もに長辺（図９の縦方向の長さ）を６０μｍとし（アス
ペクト比「６」）、反強磁性膜８及び下部電極３（図示
省略）の横方向の長さを３２μｍとするとともに縦方向
の長さを６８μｍとした。そして、一対の磁気トンネル
抵抗素子２，２を載置した反強磁性膜８及び下部電極３
を横方向に３６μｍのピッチで１６個（磁気トンネル抵
抗素子２を３２個）配置するとともに、縦方向に７２μ
ｍのピッチで１６個配置して、５１２個の磁気トンネル
抵抗素子２で磁気センサを構成した。この場合、規格化
抵抗値は６６ｋΩ・μｍ^２、磁気トンネル抵抗素子２の
１個あたりの抵抗１１０Ω、磁気センサ全体で５７ｋΩ
になる。また、同センサに６０μＡの電流を流して磁界
を変化させた結果、図１０のような出力電圧を得た。こ
の結果、この実験によれば、抵抗値５７ｋΩ、抵抗変化
率２９％という実験データを得た。

【００６０】このように磁気トンネル抵抗素子２をマト
リクス状に配置して磁気センサを構成するようにすれ
ば、多数の磁気トンネル抵抗素子２を直列接続しても、
磁気センサ自体を細く構成する必要もなく、高い磁気抵
抗変化率を得ることができる。特に、上磁性層１１（磁
気トンネル抵抗素子２）の長辺方向と、センサ全体の長
辺方向とを一致させるようにすれば、全体として高抵
抗、かつ高い磁気抵抗変化率を有する磁気センサを実現
できる。

【００６１】ｆ．積層構造の変形例次に、上記下部電極３、反強磁性膜８、下磁性層９、バ
リア膜１０、上磁性層１１、ダミー膜１６からなる積層
構造の変形例について説明しておく。

【００６２】第１変形例は、図１１に示すように、基板
５上に複数の下部電極３を形成するとともに、各下部電
極３上に、反強磁性膜８、下磁性層９、バリア膜１０、
上磁性層１１、ダミー膜１６からなる独立した一対の積
層構造をそれぞれ形成したものである。

【００６３】第２変形例は、図１２に示すように、基板
５上に下部電極３、反強磁性膜８及び下磁性層９からな
る複数の積層構造を形成し、各下磁性層９上に、バリア
膜１０、上磁性層１１、ダミー膜１６からなる独立した
一対の積層構造をそれぞれ形成したものである。

【００６４】第３変形例は、図１３に示すように、上記
第１変形例の反強磁性膜８を、各上磁性層１１，１１と
各ダミー膜１６，１６との間にそれぞれ設けるようにし
たものである。これによれば、上磁性層１１，１１が固
定層として機能するとともに、下磁性層が９，９がフリ
ー層として機能するようになる。

【００６５】第４変形例は、図１４に示すように、上記
第１〜３変形例の反強磁性膜８を削除したもので、一対
の磁気トンネル抵抗素子２，２は、下磁性層９，９、バ
リア膜１０，１０及び上磁性層１１，１１のみで構成さ
れている。この場合、各下磁性層９，９と各上磁性層１
１，１１との間にある程度大きな保磁力の差を設けるよ
うにして、保磁力の小さな方をフリー層として機能させ
るとともに保磁力の大きな方を固定層として機能させる
ようにする。また、この第４変形例においても、基板５
上に下部電極３及び下磁性層９からなる複数の積層構造
を形成し、各下磁性層９上に、バリア膜１０、上磁性層
１１、ダミー膜１６からなる独立した一対の積層構造を
それぞれ形成するようにしてもよい。

【００６６】これらの積層構造に関する各種変形例にお
いても、上述した積層構造と同一の材料を用いることが
できるとともに、製造方法も同種の方法を採用できるの
で、それらの説明は省略する。そして、これらの積層構
造に関する各種変形例においても、上述した第１〜第３
接続例及びマトリクス構造を採用できるものである。

【００６７】なお、上記積層構造の各種例においては、
下磁性層９又は上磁性層１１を固定層とするためにＲｈ
Ｍｎからなる反強磁性膜８を固定磁化層として用いるよ
うにしたが、このＲｈＭｎに代えて、ＦｅＭｎ，ＰｔＭ
ｎ等からなる反強磁性膜８を用いてもよい。

【００６８】また、これらの反強性性膜８に代えて、下
磁性層９又は上磁性層１１を固定層とするための固定磁
化層として膜厚３０ｎｍ程度のＣｏＰｔＣｒなどの強磁
性膜をそれぞれ用いることもできる。このＣｏＰｔＣｒ
からなる強磁性膜を用いることにより、上記第１〜４変
形例による効果に加えて、温度特性が良好となる。ま
た、前記ＣｏＰｔＣｒに代えて、ＣｏＴａＣｒなどの保
磁力が十分に大きい強磁性膜を使用することもできる。

【００６９】また、上記各種例においては、バリア膜１
０の形成のために、上記第３工程の処理により、純酸素
チャンバ内でＡｌ膜を２０分間放置して酸化処理するよ
うにしたが、これでは最終的な１つの磁気トンネル抵抗
素子２当たりの規格化抵抗値は２０ｋΩ・μｍ^２程度で
ある。したがって、この規格化抵抗値を増加させるため
には、前記Ａｌ膜を厚くして前記酸化処理時間を長くす
るようにしてもよい。これにより、前記規格化抵抗値を
２００ｋΩ・μｍ^２程度まで増大させることができる。
また、成膜後に真空チャンバ内に、酸素を１００ｍＴｏ
ｒｒ導入し、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波により
酸素プラズマを発生させ、Ａｌ膜を、例えば、１分間酸
素プラズマに曝すことにより前記規格化抵抗値を１ＭΩ
・μｍ^２まで大きくすることもできる。

【００７０】また、本実施形態においては、バリア膜１
０の作製方法は、純酸素を使用する方法を使用したが、
本発明は、特にこれに限定されるものではなく、自然酸
化法又は酸素プラズマに変えて酸素イオンビームをＡｌ
膜に照射して酸化させる方法等を使用することができ
る。

【００７１】このように、磁気トンネル抵抗素子２の規
格抵抗値は種々に調整されるものであるが、この規格化
抵抗値が増加すると、熱雑音の影響が増加するので、そ
の用途に応じて規格化抵抗値もある程度の値に抑える必
要がある。

【００７２】また、上記基本的構成例及びその各種変形
例においては、下部電極３の材料としてＣｒ，Ｔｉ等を
用いるようにしたが、これに限らず、Ｃｕ，Ｗ，Ｔａ，
Ａｕ，Ｍｏ等の導電性非磁性金属材料を用いることがで
きる。また、上部電極４及びダミー膜１６に関しても、
Ｃｒ，Ｔｉに加え、前記のような各種導電性非磁性金属
材料を用いることができる。

【００７３】また、上記のように構成した磁気抵抗素子
を用いた磁気センサにおいては、基準抵抗と直列に同セ
ンサを直列接続して用いてもよいし、ホイートストン・
ブリッジの１辺として組込んで用いてもよい。これらの
場合でも、一つの基板５上に、基準抵抗、ホイートスト
ン・ブリッジ内の抵抗を形成するようにするとよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の一実施形態に係る複数の磁
気トンネル抵抗素子を直線状に直列接続した磁気抵抗素
子（第１接続例）を示す概略平面図であり、（Ｂ）は前
記磁気抵抗素子の断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｄ）は、前記磁気抵抗素子の製造
方法を工程順に示す断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は、図２の次の工程を工程順
に示す磁気抵抗素子の断面図である。

【図４】（Ａ）は前記第１接続例の変形例に係る磁気
抵抗素子（第２接続例）を示す概略平面図であり、
（Ｂ）は前記磁気抵抗素子の断面図である。

【図５】前記第１接続例の変形例に係る磁気抵抗素子
（第３接続例）を示す概略平面図である。

【図６】 (Ａ)は前記第１〜第３接続例に係る磁気抵抗
素子の性能を評価するために複数の磁気トンネル抵抗素
子を直列列接続した第１比較例に係る磁気抵抗素子の概
略平面図であり、(Ｂ)は同第２比較例に係る磁気抵抗素
子の概略平面図である。

【図７】 (Ａ)は磁場を変化させてアスペクト比が
「２」である磁気トンネル抵抗素子の出力電圧波形を測
定した測定結果であり、(Ｂ)は磁場を変化させてアスペ
クト比が「４」である磁気トンネル抵抗素子の出力電圧
波形を測定した測定結果である。

【図８】複数の磁気抵抗素子をマトリクス状に配置し
た第１マトリクス構造を有する磁気抵抗素子の概略平面
図である。

【図９】複数の磁気抵抗素子をマトリクス状に配置し
た第２マトリクス構造を有する概略平面図である。

【図１０】前記第2マトリクス構造を有する磁気抵抗
素子の磁界に対する出力電圧の特性図である。

【図１１】積層構造の第１変形例を示す磁気抵抗素子
の断面図である。

【図１２】積層構造の第２変形例を示す磁気抵抗素子
の断面図である。

【図１３】積層構造の第３変形例を示す磁気抵抗素子
の断面図である。

【図１４】積層構造の第４変形例を示す磁気抵抗素子
の断面図である。

【符号の説明】

２…磁気トンネル抵抗素子、３…下部電極、４…上部電
極、５…基板、８…反強磁性膜、９…下磁性層、１０…
バリア膜、１１…上磁性層、１２…層間絶縁膜、１３…
コンタクトホール、１４…切欠部、１６…ダミー膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G017 AD55 AD56 AD63 AD65 5D034 BA03 BA08 BA15 BB02 5E049 AA04 AA07 AA09 AC00 AC05 BA12 BA16 CB02 DB04 DB14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バリア膜を下磁性層と上磁性層との間に挟
んで構成した一対の磁気トンネル接合構造を基板上にて
直列に接続してなる磁気抵抗素子において、前記各磁気トンネル接合構造の平面形状を長辺及び短辺
からなる長方形状にそれぞれ形成するとともに、同各磁
気トンネル接合構造の各長辺を平行かつ対向して配置し
たことを特徴とする磁気抵抗素子。
【請求項２】前記請求項１に記載の磁気抵抗素子におい
て、前記一対の磁気トンネル接合構造の各下磁性層を前記基
板上にて電気的に接続するようにした磁気抵抗素子。
【請求項３】バリア膜を下磁性層と上磁性層との間に挟
んで構成した複数の磁気トンネル接合構造を基板上に直
線的に配列するとともに直列に接続してなる磁気抵抗素
子において、前記各磁気トンネル接合構造の平面形状を長方形状にそ
れぞれ形成するとともに、同長方形状の長辺が前記複数
の磁気トンネル接合構造の配列方向に対して直角をなす
ようにしたことを特徴とする磁気抵抗素子。
【請求項４】前記請求項３に記載の磁気抵抗素子におい
て、隣り合う一対の磁気トンネル接合構造の各上磁性層と各
下磁性層とをそれぞれ交互に順次電気的に接続すること
により、前記複数の磁気トンネル接合構造を直列に接続
するようにした磁気抵抗素子。
【請求項５】前記請求項３に記載の磁気抵抗素子におい
て、各磁気トンネル接合構造の下磁性層を一方向に向かって
隣りの磁気トンネル接合構造の上磁性層に順次電気的に
接続することにより、前記複数の磁気トンネル接合構造
を直列に接続するようにした磁気抵抗素子。
【請求項６】バリア膜を下磁性層と上磁性層との間に挟
んで構成した複数の磁気トンネル接合構造を基板上にて
直列に接続してなる磁気抵抗素子において、前記各磁気トンネル接合構造の平面形状を長辺及び短辺
からなる長方形状にそれぞれ形成し、各一対ずつの磁気
トンネル接合構造の各長辺を平行に対向させてなるとと
もに、前記複数の磁気トンネル接合構造を各長辺方向に
直線的にかつ各短辺方向に２列に配置してなることを特
徴とする磁気抵抗素子。
【請求項７】前記請求項６に記載の磁気抵抗素子におい
て、前記長辺を対向させてなる各一対ずつの磁気トンネル接
合構造の各下磁性層をそれぞれ電気的に接続するととも
に、前記各列毎に隣り合う各磁気トンネル接合構造の各
上磁性層を一つおきに電気的に接続することにより、前
記複数の磁気トンネル接合構造を直列に接続するように
した磁気抵抗素子。
【請求項８】バリア膜を下磁性層と上磁性層との間に挟
んで構成した複数の磁気トンネル接合構造を基板上に配
列してなる磁気抵抗素子において、前記複数の磁気トンネル接合構造を縦横複数ずつマトリ
クス状に配置するとともに、同複数の磁気トンネル接合
構造を直列に接続するようにした磁気抵抗素子。
【請求項９】前記請求項８に記載の磁気抵抗素子におい
て、前記複数の磁気トンネル接合構造を前記マトリクスの縦
又は横方向に直線的に順次電気的に接続するとともに、
同マトリクスの両端部にて折り返すように電気的に接続
することにより、同複数の磁気トンネル接合構造を直列
に接続するようにした磁気抵抗素子。
【請求項１０】前記請求項８に記載の磁気抵抗素子にお
いて、前記複数の磁気トンネル接合構造の各平面形状を長方形
状にそれぞれ形成するとともに、同複数の磁気トンネル
接合構造によるマトリクスの平面形状も長方形状に形成
し、前記各磁気トンネル接合構造の長方形状の長辺方向と前
記マトリクスの長方形状の長辺方向とを一致させるよう
にした磁気抵抗素子。