JP2003204095A - Magnetoresistive device, its manufacturing method, magnetic reproducing device, and magnetic memory - Google Patents

Magnetoresistive device, its manufacturing method, magnetic reproducing device, and magnetic memory

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JP2003204095A
JP2003204095A JP2002269783A JP2002269783A JP2003204095A JP 2003204095 A JP2003204095 A JP 2003204095A JP 2002269783 A JP2002269783 A JP 2002269783A JP 2002269783 A JP2002269783 A JP 2002269783A JP 2003204095 A JP2003204095 A JP 2003204095A
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magnetic
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裕一 大沢
Shigeru Haneda
茂 羽根田
Yuzo Kamiguchi
裕三 上口
Tatsuya Kishi
達也 岸
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic micro contact which can be turned to an element, is superior in controllability, and easily manufactured, a reproducing head device which uses the magnetic micro contact and is high in sensitivity, and furthermore a magnetic memory which uses a magnetoresistive device and has a recording/producing function. <P>SOLUTION: The magnetoresistive device is equipped with a first ferromagnetic layer (1), an insulating layer (3) formed on the first ferromagnetic layer (1), and a second ferromagnetic layer (2) formed on the insulating layer (3). An opening (A) having a diameter of 20 nm or smaller is provided to the insulating layer (3), and the first ferromagnetic layer (1) and the second ferromagnetic layer (2) are connected together through the intermediary of the opening (A) for the formation of the magnetoresistive effect device. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素子
及びその製造方法、磁気再生素子並びに磁気メモリに関
し、より詳細には、高い磁気抵抗変化率を示す磁気微小
接点を有する磁気抵抗効果素子及びその製造方法、磁気
再生素子並びに磁気メモリに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetoresistive effect element, a method of manufacturing the same, a magnetic reproducing element and a magnetic memory, and more particularly, a magnetoresistive effect element having magnetic micro contacts showing a high magnetoresistive change rate. The present invention relates to a manufacturing method thereof, a magnetic reproducing element and a magnetic memory.

【0002】[0002]

【従来の技術】強磁性層/非磁性層/強磁性層からなる
積層構造において面内に電流を流した場合に、巨大磁気
抵抗効果(Giant Magnetoresistance effect)が発現す
ることが見出されて以来、さらに大きな磁気抵抗変化率
を持つ系が探索されてきた。これまでに、強磁性トンネ
ル接合や電流を積層構造に対して垂直方向に流すCPP
(Current Perpendicular to Plane)型MR素子が開発
され、これらは磁気センサーや磁気記録の再生素子とし
て有望視されている。
2. Description of the Related Art Since it was found that a giant magnetoresistive effect (Giant Magnetoresistance effect) appears when a current is applied in a plane in a laminated structure of a ferromagnetic layer / nonmagnetic layer / ferromagnetic layer , A system with a larger magnetoresistance change rate has been searched. So far, the CPP that allows the ferromagnetic tunnel junction and current to flow in the direction perpendicular to the laminated structure
(Current Perpendicular to Plane) type MR elements have been developed, and these are regarded as promising as magnetic sensors and reproducing elements for magnetic recording.

【0003】磁気記録技術の分野においては、記録密度
の向上により必然的に記録ビットの縮小化が進められ、
その結果として十分な信号強度を得ることが難しくなり
つつある。このため、より感度の高い磁気抵抗効果を示
す材料が求められており、上述の如く大きな磁気抵抗変
化率を示す系の必要性はますます高くなっている。
In the field of magnetic recording technology, the recording density is inevitably reduced by the improvement of recording density.
As a result, it is becoming difficult to obtain sufficient signal strength. Therefore, there is a demand for a material exhibiting a magnetoresistive effect with higher sensitivity, and the need for a system exhibiting a large magnetoresistive change rate as described above is increasing.

【0004】最近、100%以上の磁気抵抗効果を示す
ものとして、2つの針状のニッケル(Ni)を付き合わ
せた「磁気微小接点」、あるいは2つのマグネタイトを
接触させた磁気微小接点が、開示された(非特許文献1
及び2参照)。
Recently, a "magnetic microcontact" in which two needle-shaped nickel (Ni) are attached to each other or a magnetic microcontact in which two magnetites are brought into contact with each other has been disclosed as those exhibiting a magnetoresistive effect of 100% or more. (Non-Patent Document 1
And 2).

【0005】[0005]

【非特許文献1】N. Garcia, M. Munoz, and Y. -W. Zh
ao, Physical Review Letters,vol.82, p2923 (1999)
[Non-Patent Document 1] N. Garcia, M. Munoz, and Y. -W. Zh
ao, Physical Review Letters, vol.82, p2923 (1999)

【非特許文献2】J. J. Versluijs, M. A. Bari and J.
M. D. Coey, Physical Review Letters, vol.87, p26
601 -1 (2001)
[Non-Patent Document 2] JJ Versluijs, MA Bari and J.
MD Coey, Physical Review Letters, vol.87, p26
601 -1 (2001)

【0006】これらは、大きな磁気抵抗変化率を示して
いるものの、その磁気微小接点の作製方法は、いずれも
2つの針状あるいは三角形状に加工した強磁性体を角付
き合わせるというものである。さらにごく最近、2本の
細いNiワイヤをT字に配置し、電着法を用いて接触部
に微小コラムを成長させた磁気微小接点が開示された
(非特許文献3及び4参照)。
Although these materials show a large rate of change in magnetic resistance, the method for producing the magnetic microcontacts is such that two needle-shaped or triangular-shaped ferromagnetic bodies are angled together. More recently, a magnetic microcontact has been disclosed in which two thin Ni wires are arranged in a T-shape and a microcolumn is grown at a contact portion by using an electrodeposition method (see Non-Patent Documents 3 and 4).

【0007】[0007]

【非特許文献3】N.Garciaら、Appl.Phys.Lett.,vol.8
0,p1785(2002)
[Non-Patent Document 3] N. Garcia et al., Appl. Phys. Lett., Vol. 8
0, p1785 (2002)

【非特許文献4】H.D.Chopra and S.Z.Hua, Phys.Rev.
B,vol.66,p.20403-1(2002)
[Non-Patent Document 4] HD Chopra and SZHua, Phys. Rev.
B, vol.66, p.20403-1 (2002)

【0008】これらも非常に大きな磁気抵抗変化率を示
しているが、この磁気微小接点の構造では素子化が不可
能である。一方、アルミナのピンホールにNiクラスタ
ーを電着で成長させて作製した磁気微小接点が開示され
た(非特許文献5参照)。
These also show a very large rate of change in magnetic resistance, but this magnetic microcontact structure cannot be used as an element. On the other hand, a magnetic microcontact made by growing Ni clusters in alumina pinholes by electrodeposition has been disclosed (see Non-Patent Document 5).

【0009】[0009]

【非特許文献5】M. Munoz, G. G. Qian, N. Karar, H.
Cheng, I. G. Saveliev, N. Garcia, T. P. Moffat,
P. J. Chen, L. Gan, and W. F. Egelhoff, Jr., Appl.
Phys. Lett., vol.79, p.2946, (2001))
[Non-Patent Document 5] M. Munoz, GG Qian, N. Karar, H.
Cheng, IG Saveliev, N. Garcia, TP Moffat,
PJ Chen, L. Gan, and WF Egelhoff, Jr., Appl.
Phys. Lett., Vol.79, p.2946, (2001))

【0010】この構造は磁区の制御と接点構造制御が困
難で、このため、この接点の抵抗変化率は14%以下と
小さい。
With this structure, it is difficult to control the magnetic domain and the contact structure, and therefore the resistance change rate of this contact is as small as 14% or less.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】磁気微小接点は、大き
な磁気抵抗変化率を示す可能性を有するものの、磁気抵
抗効果の大きな磁気微小接点を得るためには、2つの針
状等に加工した強磁性体を角付き合わせる、あるいは2
本のワイヤ間に電着で微小コラムを形成することが必要
であるなど、作製時の接点部の精密な制御が困難な構造
であった。磁気ヘッドや固体磁気メモリなどへの応用を
考慮すると、制御性よく作製でき、量産可能な微小接点
の構造およびその作製方法の開発が必要である。
Although the magnetic microcontact has a possibility of exhibiting a large magnetoresistance change rate, in order to obtain a magnetic microcontact having a large magnetoresistive effect, it is necessary to process the magnetic microcontact into two needles or the like. Corners of magnetic material, or 2
The structure was such that precise control of the contact portion during fabrication was difficult, because it was necessary to form minute columns by electrodeposition between the wires of the book. Considering applications to magnetic heads and solid-state magnetic memories, it is necessary to develop a microcontact structure that can be manufactured with good controllability and that can be mass-produced, and a manufacturing method thereof.

【0012】また、磁気抵抗変化は、微小接合を挟んだ
両側の磁性電極における磁化方向の差異を検出する。こ
のため、両側の磁性電極の磁区制御がその特性を決定す
る。よって、両磁性電極の磁区制御が容易となるような
構造が、磁気抵抗効果素子としては不可欠である。
The change in magnetic resistance detects the difference in the magnetization direction between the magnetic electrodes on both sides of the micro junction. Therefore, the magnetic domain control of the magnetic electrodes on both sides determines its characteristics. Therefore, a structure that facilitates magnetic domain control of both magnetic electrodes is indispensable as a magnetoresistive effect element.

【0013】本発明は、かかる課題の認識に基づいてな
されたものであり、その目的は、磁性電極の磁区制御が
容易な構造で、素子として使用できる磁気微小接点構造
を提供することにある。また同時に、作製時に接点構造
制御が容易な磁気微小接点構造を提供することにある。
さらに、これを用いた高感度の再生ヘッド用素子を提供
することにある。またさらに、この磁気抵抗効果素子を
用いた記録再生機能をもつ磁気メモリを提供することも
目的とする。またさらに、そのような磁気微小接点の作
製法を提供することも目的とする。
The present invention has been made on the basis of the recognition of such a problem, and an object thereof is to provide a magnetic microcontact structure which can be used as an element with a structure in which the magnetic domain of a magnetic electrode can be easily controlled. At the same time, another object of the present invention is to provide a magnetic minute contact structure whose contact structure can be easily controlled during manufacturing.
Another object is to provide a highly sensitive read head element using the same. Still another object is to provide a magnetic memory having a recording / reproducing function using the magnetoresistive effect element. Still another object is to provide a method for manufacturing such a magnetic microcontact.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第1の磁気抵抗効果素子は、第1の強磁性
層と、前記第1の強磁性層の上に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層の上に設けられた第2の強磁性層と、を備
え、前記絶縁層の所定の位置に前記第1の強磁性層と前
記第2の強磁性層とが接続される最大幅が20nm以下
の開口を有する孔が設けられていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first magnetoresistive effect element of the present invention comprises a first ferromagnetic layer and an insulating layer provided on the first ferromagnetic layer. Layers and
A second ferromagnetic layer provided on the insulating layer, the maximum width at which the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer are connected to a predetermined position of the insulating layer. Is provided with a hole having an opening of 20 nm or less.

【0015】上記構成によれば、大きな磁気抵抗変化が
得られる磁気微小接点を有する磁気抵抗効果素子を確実
且つ容易に実現でき、また強磁性電極は薄膜構造のた
め、磁性電極の磁区制御が容易となり、各種のデバイス
への応用も可能となる。
According to the above structure, a magnetoresistive effect element having a magnetic minute contact capable of obtaining a large magnetoresistive change can be reliably and easily realized, and since the ferromagnetic electrode has a thin film structure, the magnetic domain control of the magnetic electrode is easy. Therefore, it can be applied to various devices.

【0016】また、本発明の第2の磁気抗効果素子は、
第1の強磁性層と、前記第1の強磁性層の上に設けられ
た絶縁層と、前記絶縁層の上に設けられた第2の強磁性
層と、を備え、前記絶縁層の所定の位置には、前記第1
の強磁性層と前記第2の強磁性層とが接続される最大幅
が20nm以下の開口を有する孔が設けられており、前
記孔を通して前記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層
との間に流される電流に対し、電気抵抗が前記第1の強
磁性層と前記第2の強磁性層の相対的磁化配置により変
化することを特徴とする。
The second magnetic resistance element of the present invention is
A first ferromagnetic layer, an insulating layer provided on the first ferromagnetic layer, and a second ferromagnetic layer provided on the insulating layer. At the position of the first
A hole having an opening with a maximum width of 20 nm or less for connecting the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer is provided, and the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer are passed through the hole. It is characterized in that the electric resistance changes depending on the relative magnetization arrangement of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer with respect to the current applied to the layer.

【0017】上記構成によっても、大きな磁気抵抗変化
が得られる磁気微小接点を有する磁気抵抗効果素子を確
実且つ容易に実現でき、また強磁性電極は薄膜構造のた
め、磁性電極の磁区制御が容易となり、各種のデバイス
への応用も可能となる。
With the above structure, it is possible to surely and easily realize a magnetoresistive effect element having a magnetic minute contact capable of obtaining a large magnetoresistive change. Further, since the ferromagnetic electrode has a thin film structure, the magnetic domain control of the magnetic electrode becomes easy. It can be applied to various devices.

【0018】ここで、前記絶縁層の孔は、前記第1の強
磁性層側の開口幅が前記第2の強磁性層側の開口幅より
も小さくされた錐状であるものとすれば、針を用いて開
口を形成することにより、確実且つ容易な製作が可能と
なる。
Here, if the holes in the insulating layer are cone-shaped, the opening width on the side of the first ferromagnetic layer is smaller than the opening width on the side of the second ferromagnetic layer. By forming an opening using a needle, reliable and easy manufacturing is possible.

【0019】また、前記孔を複数設けてもよい。A plurality of holes may be provided.

【0020】また、前記第1の強磁性層と前記第2の強
磁性層との間の抵抗が5Ω以上100kΩ以下であり、
20%以上の磁気抵抗変化率を示すものとすれば、磁気
抵抗効果素子として、種々の用途に適用が可能である。
The resistance between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer is 5 Ω or more and 100 kΩ or less,
If it exhibits a magnetoresistance change rate of 20% or more, it can be applied to various applications as a magnetoresistance effect element.

【0021】ここで、「第1の強磁性層と第2の強磁性
層との間の抵抗」とは、平均値を意味するものとする。
すなわち、第1の強磁性層と第2の強磁性層との間で観
察される最大抵抗値をRmax、最小抵抗値をRmin
とした時、「第1の強磁性層と第2の強磁性層との間の
抵抗」とは、これらの平均値すなわち、(Rmax+R
min)/2を意味するものと定義する。
Here, "resistance between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer" means an average value.
That is, the maximum resistance value observed between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer is Rmax and the minimum resistance value is Rmin.
Then, “the resistance between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer” is the average value of these, that is, (Rmax + R
min) / 2 is defined.

【0022】なお本願明細書において、「磁気抵抗変化
率」とは、磁場の印加による磁気抵抗効果素子の電気抵
抗変化を磁場を印加した状態での電気抵抗で割った値と
定義する。ただし磁場が不足して磁化が未飽和の場合に
は、最も小さい抵抗値で割った値と定義する。
In the present specification, the "rate of change in magnetoresistance" is defined as a value obtained by dividing the change in electric resistance of the magnetoresistive effect element by application of a magnetic field by the electric resistance in the state where a magnetic field is applied. However, when the magnetic field is insufficient and the magnetization is unsaturated, it is defined as the value divided by the smallest resistance value.

【0023】また、前記絶縁層は、ポリマー、または、
アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、タンタル(T
a)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、シリコン
(Si)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)
及び鉄(Fe)よりなる群から選択された少なくともい
ずれかの元素を含む酸化物、窒化物あるいはフッ化物で
あり、前記第1及び第2の強磁性層は、鉄(Fe)、コ
バルト(Co)、ニッケル(Ni)、または、鉄(F
e)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン
(Mn)及びクロム(Cr)よりなる群から選択された
少なくともいずれかの元素を含む合金、酸化物、窒化物
あるいはホイスラー合金、あるいは鉄(Fe)、コバル
ト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)及び
クロム(Cr)の少なくともいずれかの元素を含む化合
物半導体または酸化物半導体であるものとすれば、良好
な特性が容易に得られる。
The insulating layer is made of polymer or
Aluminum (Al), titanium (Ti), tantalum (T
a), cobalt (Co), nickel (Ni), silicon (Si), zirconium (Zr), hafnium (Hf)
And an oxide, a nitride, or a fluoride containing at least one element selected from the group consisting of iron (Fe), and the first and second ferromagnetic layers are made of iron (Fe), cobalt (Co). ), Nickel (Ni), or iron (F
e), an alloy, oxide, nitride or Heusler alloy containing at least one element selected from the group consisting of cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn) and chromium (Cr), or iron ( If a compound semiconductor or oxide semiconductor containing at least one element of Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), and chromium (Cr) is used, good characteristics can be easily obtained. To be

【0024】また、前記第1の強磁性層と前記第2の強
磁性層との前記孔における接続部において、前記第1の
強磁性層を構成する元素とも前記第2の強磁性層を構成
する元素とも異なる異種元素が添加され、前記異種元素
が添加された領域の厚みは10原子層以下であるものと
することもできる。
Further, at the connection portion of the hole between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer, the element constituting the first ferromagnetic layer and the element constituting the second ferromagnetic layer also constitute the second ferromagnetic layer. It is also possible to add a different element different from the above element and the thickness of the region to which the different element is added is 10 atomic layers or less.

【0025】また、前述したいずれかの磁気抵抗効果素
子の複数を直列に結合したものとすれば、いわゆるタン
デム型の直列構造が得られ、単独のものより大きな磁気
抵抗変化が得られる。
If a plurality of any one of the magnetoresistive effect elements described above are connected in series, a so-called tandem type serial structure can be obtained, and a larger magnetoresistive change than that of a single element can be obtained.

【0026】一方、本発明の磁気再生素子は、前述した
いずれかの磁気抵抗効果素子を備え、磁気記録媒体から
放出される磁束の経路上に前記第1及び第2の強磁性層
を直列に設け、前記孔を挟んだ前記第1及び第2の強磁
性層の磁化方向の差異を磁気抵抗変化として検出可能と
したことを特徴とする。
On the other hand, the magnetic reproducing element of the present invention comprises any of the magnetoresistive elements described above, and the first and second ferromagnetic layers are connected in series on the path of the magnetic flux emitted from the magnetic recording medium. It is characterized in that the difference between the magnetization directions of the first and second ferromagnetic layers sandwiching the hole can be detected as a change in magnetoresistance.

【0027】上記構成によれば、高感度の磁気検出素子
を確実且つ容易に実現することができる。
According to the above structure, a highly sensitive magnetic detection element can be realized reliably and easily.

【0028】ここで、前記第1及び第2の強磁性層のう
ちで、前記磁気記録媒体から相対的に遠くに設けられた
強磁性層の磁化が一方向に固着されてなるものとすれ
ば、スピンフィルタ効果により高信号強度の磁気検出が
可能となる。
Here, of the first and second ferromagnetic layers, the magnetization of a ferromagnetic layer provided relatively far from the magnetic recording medium is fixed in one direction. With the spin filter effect, magnetic detection with high signal strength becomes possible.

【0029】また、前記第1の強磁性層の膜面は、磁気
抵抗効果素子に対して略垂直の配置にて前記磁気記録媒
体からの信号磁界を検出すれば、媒体からの信号を高感
度に再生することが可能となる。
Further, if the signal magnetic field from the magnetic recording medium is detected by arranging the film surface of the first ferromagnetic layer substantially perpendicular to the magnetoresistive effect element, the signal from the medium is highly sensitive. It becomes possible to reproduce.

【0030】さらに、前記孔が、前記絶縁層の中心から
前記記録媒体の方向にずれた位置に設けられたものとし
てもよい。
Furthermore, the holes may be provided at positions displaced from the center of the insulating layer in the direction of the recording medium.

【0031】上記構造によれば、感度の高い領域に磁気
微小接点を設けることが可能となり高感度の磁気検出素
子を容易に実現することができる。
According to the above structure, the magnetic minute contact can be provided in the highly sensitive area, and the highly sensitive magnetic detecting element can be easily realized.

【0032】一方、本発明の磁気メモリは、前述したい
ずれかの磁気抵抗効果素子と、前記第2の強磁性層の上
に設けられた非磁性中間層と、前記非磁性中間層の上に
設けられた第3の強磁性層と、を備え、前記第1の強磁
性層の磁化の方向が第1の方向に固着され、前記第3の
強磁性層の磁化の方向が前記第1の方向とは略反平行な
第2の方向に固着され、前記第2の強磁性層の磁化の方
向が可変であり、前記第1乃至第3の強磁性層の膜面に
対して略垂直方向に電流を流すことにより書き込み及び
読み出しの少なくともいずれかを行うことを特徴とす
る。
On the other hand, the magnetic memory of the present invention comprises: a magnetoresistive element according to any one of the above, a nonmagnetic intermediate layer provided on the second ferromagnetic layer, and a nonmagnetic intermediate layer provided on the nonmagnetic intermediate layer. A third ferromagnetic layer provided, wherein the magnetization direction of the first ferromagnetic layer is fixed to the first direction, and the magnetization direction of the third ferromagnetic layer is the first direction. Is fixed in a second direction substantially anti-parallel to the direction, the direction of magnetization of the second ferromagnetic layer is variable, and the direction is substantially perpendicular to the film surfaces of the first to third ferromagnetic layers. At least one of writing and reading is performed by applying a current to the device.

【0033】上記構成によれば、磁気抵抗効果素子を用
いた磁気メモリを実現できる。
According to the above structure, a magnetic memory using the magnetoresistive effect element can be realized.

【0034】また一方、本発明の磁気メモリは、前述し
たいずれかの磁気抵抗効果素子と、前記第2の強磁性層
の上に設けられた非磁性中間層と、前記非磁性中間層の
上に設けられた第3の強磁性層と、を備え、前記第1及
び第3の強磁性層の磁化の方向が第1の方向に固着さ
れ、前記第2の強磁性層の磁化の方向が可変であり、前
記第1乃至第3の強磁性層の膜面に対して略垂直方向に
電流を流すことにより書き込み及び読み出しの少なくと
もいずれかを行うことを特徴とする。
On the other hand, in the magnetic memory of the present invention, any one of the magnetoresistive element described above, the non-magnetic intermediate layer provided on the second ferromagnetic layer, and the non-magnetic intermediate layer provided on the non-magnetic intermediate layer are provided. And a magnetization direction of the first and third ferromagnetic layers are fixed to the first direction, and a magnetization direction of the second ferromagnetic layer is fixed to the first direction. It is variable, and at least one of writing and reading is performed by causing a current to flow in a direction substantially perpendicular to the film surfaces of the first to third ferromagnetic layers.

【0035】上記構成によっても、磁気抵抗効果素子を
用いた磁気メモリを実現できる。
With the above structure, a magnetic memory using a magnetoresistive effect element can be realized.

【0036】また一方、本発明の磁気メモリは、前述し
たいずれかの磁気抵抗効果素子を備え、前記第1及び第
2の強磁性層のいずれか一方の磁化の方向が第1の方法
に固着され、前記第1及び第2の強磁性層のいずれか他
方の磁化の方向が可変であり、前記第1及び第2の強磁
性層の膜面に対して略垂直方向に電流を流すことにより
書き込み及び読み出しの少なくともいずれかを行うこと
を特徴とする。
On the other hand, the magnetic memory of the present invention includes any one of the magnetoresistive effect elements described above, and the magnetization direction of either one of the first and second ferromagnetic layers is fixed to the first method. The direction of magnetization of the other of the first and second ferromagnetic layers is variable, and a current is caused to flow in a direction substantially perpendicular to the film surfaces of the first and second ferromagnetic layers. At least one of writing and reading is performed.

【0037】上記構成によれば、構造シンプルな磁気抵
抗効果素子を用いた磁気メモリを実現できる。
With the above structure, a magnetic memory using a magnetoresistive effect element having a simple structure can be realized.

【0038】ここで、前記電流を流すための第1及び第
2の電極が、前記第1及び第2の強磁性層の全体または
一部のみを覆うように設けられ、前記第1及び第2の電
極が対向する範囲内に前記開口が設けられたものとする
ことができる。
Here, the first and second electrodes for passing the current are provided so as to cover all or part of the first and second ferromagnetic layers, and the first and second electrodes are provided. The opening may be provided in a range in which the electrodes of FIG.

【0039】さらにまた一方、本発明の磁気メモリは、
複数のメモリセルが絶縁領域により互いに分離されて2
次元的に配列され、導体プローブまたは固定配線によ
り、前記複数のメモリセルのそれぞれに電流が供給さ
れ、前記複数のメモリセルのそれぞれに対する書き込み
のための電流の絶対値は、読み出しのためのセンス電流
よりも大きく、前記複数のメモリセルのそれぞれは、前
述したいずれかの磁気抵抗効果素子を備え、前記第1及
び第2の強磁性層のいずれか一方の磁化の方向が第1の
方法に固着され、前記第1及び第2の強磁性層のいずれ
か他方の磁化の方向が可変であり、前記第1及び第2の
強磁性層の膜面に対して略垂直方向に電流を流すことに
より前記書き込み及び読み出しの少なくともいずれかを
行うことを特徴とする。
On the other hand, the magnetic memory of the present invention is
A plurality of memory cells are separated from each other by an insulating region 2
A current is supplied to each of the plurality of memory cells by a conductor probe or a fixed wiring arranged in a dimension, and an absolute value of a current for writing to each of the plurality of memory cells is a sense current for reading. And each of the plurality of memory cells includes any of the magnetoresistive effect elements described above, and the magnetization direction of either one of the first and second ferromagnetic layers is fixed to the first method. The direction of magnetization of the other of the first and second ferromagnetic layers is variable, and a current is caused to flow in a direction substantially perpendicular to the film surfaces of the first and second ferromagnetic layers. At least one of the writing and reading is performed.

【0040】上記構造によれば、磁気抵抗効果素子を用
いた大容量の記録が可能な磁気メモリを実現できる。
According to the above structure, it is possible to realize a magnetic memory using the magnetoresistive effect element and capable of recording a large capacity.

【0041】一方、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方
法は、第1の強磁性層の上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層の表面に針を圧入させて前記第1の強磁性層
に至る孔を形成する工程と、前記孔を埋め込むように前
記孔及び前記絶縁層の上に強磁性体を堆積することによ
り第2の強磁性層を形成する工程と、を備えたことを特
徴とする。
On the other hand, the method of manufacturing a magnetoresistive effect element according to the present invention comprises a step of forming an insulating layer on the first ferromagnetic layer,
A step of forming a hole reaching the first ferromagnetic layer by press-fitting a needle on the surface of the insulating layer; and depositing a ferromagnetic material on the hole and the insulating layer so as to fill the hole. And a step of forming a second ferromagnetic layer.

【0042】上記構成によれば、針を圧入することによ
り、確実に微小開口を形成し、これを埋め込むことによ
り、確実且つ容易に磁気微小接点を形成することができ
る。
According to the above structure, the minute opening can be surely formed by press-fitting the needle, and the small opening can be surely and easily formed by embedding the minute opening.

【0043】ここで、前記第1の強磁性層と前記針との
間に流れる電流をモニタし、前記電流が所定の値に達し
たら前記針の前記圧入を停止するものとすれば、微小開
口の開口幅を確実且つ容易に制御できる。
Here, if the current flowing between the first ferromagnetic layer and the needle is monitored and the press-fitting of the needle is stopped when the current reaches a predetermined value, a minute opening is formed. The opening width can be controlled reliably and easily.

【0044】[0044]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0045】図1は、本発明の実施の形態にかかる磁気
抵抗効果素子の要部断面構造を例示する模式図である。
FIG. 1 is a schematic view illustrating a cross-sectional structure of a main part of a magnetoresistive effect element according to an embodiment of the present invention.

【0046】すなわち、本発明の磁気抵抗効果素子は、
基板Sの上に直接あるいは間接的に形成された第1の強
磁性層1の上に、微小開口Aを有する絶縁層3が形成さ
れ、その微小開口Aを埋め込むように第2の強磁性層2
が形成されている。
That is, the magnetoresistive element of the present invention is
An insulating layer 3 having a minute opening A is formed on the first ferromagnetic layer 1 formed directly or indirectly on the substrate S, and the second ferromagnetic layer is formed so as to fill the minute opening A. Two
Are formed.

【0047】微小開口Aは、後に詳述するように、その
最小部の開口幅が20nm以下であることが望ましい。
この「開口幅」は、微小開口Aの開口形状が円形であれ
ば、その直径であり、多角形の場合には対角線のうちで
最も長いもの、扁平円などの非等方的な形状の場合に
は、その開口幅のうちで最も長いものを意味する。
As will be described in detail later, it is desirable that the minute opening A has a minimum opening width of 20 nm or less.
This "aperture width" is the diameter of the minute aperture A if it is circular, and in the case of a polygon it is the longest of the diagonal lines, or if it is an anisotropic shape such as a flat circle. Means the longest of the opening widths.

【0048】絶縁層3は、第1の強磁性層1に向けて円
錐形あるいは円形、多角錘形、円柱形、あるいは多角柱
形などの開口を有し、その開口の一部が微小開口Aを形
成している。本発明の望ましい実施の形態のひとつとし
ては、微小開口Aは、第1の強磁性層の近傍に設けられ
る。
The insulating layer 3 has a conical or circular opening, a polygonal pyramid shape, a cylindrical shape, or a polygonal columnar shape toward the first ferromagnetic layer 1, and a part of the opening is a minute opening A. Is formed. As one of the preferred embodiments of the present invention, the minute opening A is provided in the vicinity of the first ferromagnetic layer.

【0049】つまり、本発明の磁気抵抗効果素子は、第
1の強磁性層1と第2の強磁性層2とが、微小開口Aに
おいて接続された磁気微小接点を有する。
That is, the magnetoresistive effect element of the present invention has the magnetic minute contact in which the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 are connected in the minute opening A.

【0050】またさらに、強磁性層1および強磁性層2
は、それら自身が電極としても作用し、あるいはそれら
に接続された電極が別途設けられ、これら電極間に電流
を通電した場合に得られる強磁性層1および強磁性層2
の間の電気抵抗は、前記第1の強磁性層と前記第2の強
磁性層との相対的な磁化配置により変化するという特徴
を有する。
Furthermore, the ferromagnetic layer 1 and the ferromagnetic layer 2
Are ferromagnetic layers 1 and 2 obtained when they also act as electrodes, or electrodes connected to them are separately provided and a current is passed between these electrodes.
The electrical resistance between the two is characterized by changing depending on the relative magnetization arrangement of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer.

【0051】すなわち、微小開口Aにおいて形成された
磁気微小接点の開口幅が20nm以下になると、この開
口部が極薄磁壁の発生部となり、強磁性層1と強磁性層
2との間の相対的な磁化の配置関係を変化させることが
できる。これにより前記第1の強磁性層と前記第2の強
磁性層2との間の電気抵抗が変化する。本発明の磁気抵
抗効果素子の場合、基本的に、磁場印加方向を変えても
電気抵抗が磁場により減少する磁場領域が存在すること
から、ここで発生する磁気抵抗効果は、微小接点の部分
で形成された磁壁により発生する磁気抵抗効果であると
いえる。ここで、この磁壁は、磁化方向を異にする2つ
の部分の遷移領域として作用する。そして、本発明にお
いては、磁化方向および印加磁場の大きさに応じて20
%以上の大きな磁気抵抗効果が発生する。
That is, when the opening width of the magnetic fine contact formed in the fine opening A becomes 20 nm or less, this opening becomes a generation portion of an ultrathin domain wall, and the relative distance between the ferromagnetic layer 1 and the ferromagnetic layer 2 is increased. It is possible to change the relative arrangement of the magnetization. As a result, the electric resistance between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer 2 changes. In the case of the magnetoresistive effect element of the present invention, basically, there is a magnetic field region in which the electric resistance is reduced by the magnetic field even if the magnetic field application direction is changed. Therefore, the magnetoresistive effect generated here is It can be said that this is a magnetoresistive effect generated by the formed domain wall. Here, this domain wall acts as a transition region of two parts having different magnetization directions. Further, in the present invention, 20 is set according to the magnetization direction and the magnitude of the applied magnetic field.
% Or more large magnetoresistive effect occurs.

【0052】図2は、本発明の磁気抵抗効果素子におけ
る印加磁場と電気抵抗との関係を説明するための模式図
である。すなわち、同図(a)及び(c)は、微小開口
Aすなわち磁気微小接点の開口幅が20nm以下の場合
に、強磁性層1または2の膜面に対して平行な方向に磁
場を印加して得られる電気抵抗の変化を表すグラフ図で
ある。また、図2(b)及び(d)は、同様に、微小開
口Aの開口幅が20nm以下で、強磁性層1または2の
膜面に対して垂直な方向に磁場を印加した場合に得られ
る電気抵抗の変化を表すグラフ図である。なお、これら
の図は、図1に例示したように、交換バイアス層を持た
ない最も単純な基本構造についてのものであり、素子の
磁化容易磁区方向はこの場合には面内方向にある。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the relationship between the applied magnetic field and the electric resistance in the magnetoresistive effect element of the present invention. That is, FIGS. 10A and 10C show that when the minute aperture A, that is, the aperture width of the magnetic minute contact is 20 nm or less, a magnetic field is applied in a direction parallel to the film surface of the ferromagnetic layer 1 or 2. It is a graph showing the change of the electrical resistance obtained by. Similarly, FIGS. 2B and 2D are obtained when the opening width of the minute opening A is 20 nm or less and a magnetic field is applied in a direction perpendicular to the film surface of the ferromagnetic layer 1 or 2. It is a graph showing the change of the electric resistance. As shown in FIG. 1, these figures show the simplest basic structure having no exchange bias layer, and the easy magnetization domain direction of the device is in the in-plane direction in this case.

【0053】これらのグラフ図からわかるように、微小
開口Aの開口幅が20nm以下の場合には、磁場の印加
方向に依らずに、磁場印加方向を変えても電気抵抗が磁
場により減少する磁場領域が基本的には存在する。ただ
し、困難磁区方向に磁場印加した場合に、変化が小さく
て抵抗減少が見出せない場合もある。
As can be seen from these graphs, when the opening width of the minute aperture A is 20 nm or less, the electric resistance is reduced by the magnetic field even if the magnetic field application direction is changed, regardless of the magnetic field application direction. Areas basically exist. However, in some cases, when a magnetic field is applied in the direction of the hard magnetic domain, the change is small and the resistance decrease cannot be found.

【0054】これに対して、磁気微小接点の開口幅が2
0nmよりも大きくなると、通常の異方性磁気抵抗効果
(Anisotropic Magnetoresistance Effect)による磁気
抵抗効果が顕著になる。
On the other hand, the opening width of the magnetic microcontact is 2
When it becomes larger than 0 nm, the magnetoresistive effect due to the usual anisotropic magnetoresistive effect becomes remarkable.

【0055】図3は、通常の異方性磁気抵抗効果による
磁気抵抗変化を説明する概念図である。異方性磁気抵抗
効果においては、電流に対して磁場を垂直に印加した場
合、すわなち、強磁性層1または2の膜面に対して平行
に磁場を印加した場合には、図3(a)に表したよう
に、磁場の印加により、わずかに電気抵抗が減少する。
FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the change in magnetoresistance due to the usual anisotropic magnetoresistance effect. In the anisotropic magnetoresistive effect, when the magnetic field is applied perpendicularly to the current, that is, when the magnetic field is applied parallel to the film surface of the ferromagnetic layer 1 or 2, the As shown in a), the electric resistance is slightly reduced by applying the magnetic field.

【0056】一方、電流に対して平行な方向に磁場を印
加した場合、すなわち強磁性層1または2の膜面に対し
て垂直な方向に磁場を印加した場合には、磁場に対して
磁化がなかなか飽和せず、図3(b)に表したように、
磁場勾配は小さいが磁場の印加により電気抵抗は増加す
る。但し、図3(a)及び(b)からも分かるように、
通常の異方性磁気抵抗効果を示す場合には、磁気抵抗変
化率は大きくても高々数%どまりである。
On the other hand, when a magnetic field is applied in the direction parallel to the current, that is, when a magnetic field is applied in the direction perpendicular to the film surface of the ferromagnetic layer 1 or 2, the magnetization is It does not saturate easily, and as shown in Fig. 3 (b),
Although the magnetic field gradient is small, the electric resistance increases with the application of the magnetic field. However, as can be seen from FIGS. 3A and 3B,
When exhibiting the usual anisotropic magnetoresistive effect, the magnetoresistive change rate is at most a few percent at most.

【0057】これに対して、本発明の磁気抵抗効果素子
の場合には、図2(a)〜(d)に例示したように、磁
場に対して大きく抵抗変化する磁場印加方向が存在す
る。しかもその磁気抵抗変化率は極めて大きいという特
徴を有する。以下、本発明の磁気抵抗効果素子が、従来
の磁気抵抗効果素子と比較して大きな磁気抵抗変化率を
示す理由について説明する。
On the other hand, in the case of the magnetoresistive effect element of the present invention, as illustrated in FIGS. 2A to 2D, there is a magnetic field application direction in which the resistance changes greatly with respect to the magnetic field. Moreover, it has a characteristic that the rate of change in magnetic resistance is extremely large. Hereinafter, the reason why the magnetoresistive effect element of the present invention exhibits a large magnetoresistive change rate as compared with the conventional magnetoresistive effect element will be described.

【0058】図4は、本発明の磁気抵抗効果素子と従来
の磁気抵抗効果素子とを比較して表した概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a comparison between the magnetoresistive effect element of the present invention and a conventional magnetoresistive effect element.

【0059】ここで、同図(a)乃至(f)において
は、それぞれ、上側に磁化の方向を含む素子の模式図を
表し、下側に対応するポテンシャル図を表した。同図
(a)および(b)は、CPP型磁気抵抗効果効果素子
の場合、同図(c)及び(d)は、微小接点を有する本
発明の磁気抵抗効果素子の場合、同図(e)及び(f)
は、微小接点を有しない磁気抵抗効果素子の場合につい
て、それぞれ平行磁化配置と反平行磁化配置の場合を表
わす。
Here, in each of FIGS. 7A to 7F, a schematic diagram of the element including the magnetization direction is shown on the upper side, and a corresponding potential diagram is shown on the lower side. 7A and 7B show the case of the CPP type magnetoresistive effect element, and FIGS. 7C and 7D show the case of the magnetoresistive effect element of the present invention having minute contacts. ) And (f)
In the case of the magnetoresistive effect element having no minute contact, the case of parallel magnetization arrangement and the case of antiparallel magnetization arrangement are shown.

【0060】以下、これらの模式図において、電子の流
れを強磁性層1から強磁性層2へ流した場合について説
明する。
In the following, in these schematic diagrams, the case where the flow of electrons flows from the ferromagnetic layer 1 to the ferromagnetic layer 2 will be described.

【0061】図4(a)及び(b)のCPP−MRの場
合、強磁性層1及び2の間に設けられた中間層40は、
銅(Cu)などの非磁性体からなる層である。すなわ
ち、CPP型のMR素子は、例えば、コバルト(Co)
/銅(Cu)/コバルト(Co)という積層構造を有す
る。このようなCPP型のMR素子の場合、図4(a)
に表したように強磁性層1及び2の磁化Mが平行の場合
には、アップスピン電子が強磁性層1から中間層40を
介して強磁性層2へ流れる。一方、図4(b)に表した
ように、強磁性層1及び2の磁化Mが反平行の場合は、
強磁性層1から中間層40を通過時に散乱されずに生き
残ったアップスピン電子は、強磁性層2へ向かい、強磁
性層2で散乱される。
In the case of the CPP-MR of FIGS. 4A and 4B, the intermediate layer 40 provided between the ferromagnetic layers 1 and 2 is
It is a layer made of a non-magnetic material such as copper (Cu). That is, the CPP type MR element is formed of, for example, cobalt (Co).
It has a laminated structure of / copper (Cu) / cobalt (Co). In the case of such a CPP type MR element, FIG.
When the magnetizations M of the ferromagnetic layers 1 and 2 are parallel to each other, as shown in (1), up-spin electrons flow from the ferromagnetic layer 1 to the ferromagnetic layer 2 via the intermediate layer 40. On the other hand, as shown in FIG. 4B, when the magnetizations M of the ferromagnetic layers 1 and 2 are antiparallel,
The up-spin electrons that have survived without being scattered when passing through the intermediate layer 40 from the ferromagnetic layer 1 travel toward the ferromagnetic layer 2 and are scattered by the ferromagnetic layer 2.

【0062】一方、本発明のMR素子の場合、同図
(c)に表したように、磁化Mが平行の場合にはアップ
スピン電子とダウンスピン電子がそのまま強磁性層1か
ら強磁性層2へ流入する。一方、同図(d)に表したよ
うに磁化Mが反平行の場合には、微小接点部において極
めて薄い磁壁が形成されて磁化Mの方向が急峻に変化す
る(図4(d)において、この磁壁の厚さは、例えば描
画線の太さと同程度である)ので、アップスピン電子は
強磁性層2で散乱され、ダウンスピン電子も強磁性層2
で散乱される。このように本発明のMR素子の場合、両
スピンの電子が散乱されるので、同(a)及び(b)に
例示したCPP−MR素子に比べて、大きな磁気抵抗効
果が得られる。なお、本発明者は、後に詳述するよう
に、開口接続部に異種元素が添加されている場合にも大
きな磁気抵抗効果が得られることを見出している。この
場合、この異種元素からなる層の厚さは極めて薄いた
め、異種元素層の存在を無視して近似することができ
る。
On the other hand, in the case of the MR element of the present invention, as shown in FIG. 6C, when the magnetization M is parallel, the up-spin electrons and the down-spin electrons are directly transferred from the ferromagnetic layer 1 to the ferromagnetic layer 2. Flow into. On the other hand, as shown in FIG. 4D, when the magnetization M is antiparallel, an extremely thin domain wall is formed at the minute contact point, and the direction of the magnetization M changes sharply (in FIG. 4D, Since the thickness of this domain wall is, for example, about the same as the thickness of the drawing line, the up-spin electrons are scattered by the ferromagnetic layer 2 and the down-spin electrons are also scattered in the ferromagnetic layer 2.
Is scattered at. As described above, in the case of the MR element of the present invention, electrons of both spins are scattered, so that a larger magnetoresistive effect can be obtained as compared with the CPP-MR element illustrated in (a) and (b). As will be described later in detail, the present inventor has found that a large magnetoresistive effect can be obtained even when a different element is added to the opening connection portion. In this case, since the thickness of the layer composed of the different element is extremely thin, the existence of the different element layer can be ignored and the approximation can be performed.

【0063】一方、もし、微小接点が20nmを越える
ような大きなサイズである場合には、図4(f)に例示
したように、磁化Mが反平行の場合に、それらの間の磁
壁は非常に厚くなり、ここを通過する電子はスピン情報
を保つことが難しくなる。その結果として、磁化Mの方
向の変化に起因した磁気抵抗効果は得られにくくなる。
On the other hand, if the minute contact has a large size exceeding 20 nm, as shown in FIG. 4 (f), when the magnetization M is antiparallel, the domain wall between them is extremely small. Becomes thicker, and it becomes difficult for the electrons passing here to keep spin information. As a result, it becomes difficult to obtain the magnetoresistive effect due to the change in the direction of the magnetization M.

【0064】以上、本発明の磁気抵抗効果素子が極めて
大きな磁気抵抗変化率を示す理由を説明した。
The reason why the magnetoresistive effect element of the present invention exhibits an extremely large magnetoresistance change rate has been described above.

【0065】本発明においては、強磁性層1及び2の磁
化Mの制御が容易になるように、素子構造を積層構造と
しているので、図4(d)に表したような磁化の状態を
容易に実現することができる。なお、本発明の磁気抵抗
効果素子の場合、磁場印加により電気抵抗は減少する
が、ヒステリシスが存在する場合には、図2(a)に例
示したように抵抗最大がゼロ磁場からシフトする場合も
ある。あるいは、図2(c)のようにゼロ磁場近傍で抵
抗が落ち込む場合もある。しかし何れの場合も、磁場を
印加して抵抗が最大値を越えると、さらなる磁場増加に
より素子の磁化が全て平行に揃うまで、電気抵抗は減少
する。
In the present invention, since the element structure has a laminated structure so that the magnetization M of the ferromagnetic layers 1 and 2 can be easily controlled, the magnetization state shown in FIG. Can be realized. In the case of the magnetoresistive effect element of the present invention, the electric resistance is reduced by applying a magnetic field, but in the case where hysteresis is present, the maximum resistance may be shifted from the zero magnetic field as illustrated in FIG. is there. Alternatively, the resistance may drop near the zero magnetic field as shown in FIG. However, in any case, when the resistance exceeds the maximum value when a magnetic field is applied, the electric resistance decreases until the magnetizations of the elements are all aligned in parallel due to a further increase in the magnetic field.

【0066】さて、図1に戻って説明を続けると、本発
明の磁気抵抗効果素子においては、微小接点を挟んだ強
磁性層1と磁性層2は、磁区制御が容易なように膜状の
平面を有する。このようにすれば、磁化分布状態を揃え
ることができ、従って、微小接点において接続されてい
る他方の強磁性層との間の磁壁幅を急峻に保つことが可
能となり、大きな磁気抵抗変化率が得られる。
Now, returning to FIG. 1 and continuing the description, in the magnetoresistive effect element of the present invention, the ferromagnetic layer 1 and the magnetic layer 2 sandwiching the minute contact are film-shaped so that the magnetic domain control is easy. It has a plane. By doing so, the magnetization distribution state can be made uniform, so that the domain wall width between the other ferromagnetic layer connected at the minute contact can be kept steep, and a large magnetoresistance change rate can be obtained. can get.

【0067】但し、強磁性層1や絶縁層3は、必ずしも
厳密に平坦な層である必要はなく、例えば図1(b)に
例示したように、多少の凹凸面あるいは湾曲面を有して
いてもよい。またさらに、本発明においては、図5
(a)乃至(d)に例示した如く、複数の微小接点を設
けてもよい。微小接点を複数とすることにより、MR値
は減少するが、単一の微小接点を有する場合と比較して
素子ごとのMR値の「ばらつき」を低減でき、安定した
MR特性を再現することが容易となる。
However, the ferromagnetic layer 1 and the insulating layer 3 do not necessarily have to be strictly flat layers, and have some uneven or curved surface as illustrated in FIG. 1B, for example. May be. Furthermore, in the present invention, FIG.
As illustrated in (a) to (d), a plurality of minute contacts may be provided. Although the MR value is reduced by using a plurality of minute contact points, it is possible to reduce the “variation” of the MR value for each element as compared with the case where a single minute contact point is provided, and to reproduce stable MR characteristics. It will be easy.

【0068】またここで、微小接点の開口形状として
は、図5(a)及び(b)に例示したような、「すり鉢
状」の他にも、図6(a)に例示したように平坦な強磁
性層1の上に形成された凸状曲面からなるものとしても
よい。また、図6(b)に例示したような垂直壁面から
なるものとしてもよい。あるいは、図6(c)に例示し
たように、強磁性層1及び2のいずれの側においても、
凸状曲面からなるものとしてもよい。
Here, as the opening shape of the minute contact, in addition to the "mortar shape" as illustrated in FIGS. 5 (a) and 5 (b), it is flat as illustrated in FIG. 6 (a). It may be composed of a convex curved surface formed on the ferromagnetic layer 1. Further, it may have a vertical wall surface as illustrated in FIG. 6 (b). Alternatively, as illustrated in FIG. 6C, on either side of the ferromagnetic layers 1 and 2,
It may be formed of a convex curved surface.

【0069】磁気微小接点を取り囲む絶縁層3として
は、ポリマーあるいはアルミニウム(Al)、チタン
(Ti)、タンタル(Ta)、コバルト(Co)、ニッ
ケル(Ni)、シリコン(Si)、鉄(Fe)、ジルコ
ニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)の少なくともいず
れかの元素を含む酸化物、窒化物あるいはフッ化物な
ど、あるいはアルミニウム砒素(AlAs)などの実質
上絶縁体として作用する化合物半導体などを用いること
ができる。
As the insulating layer 3 surrounding the magnetic micro contacts, polymer or aluminum (Al), titanium (Ti), tantalum (Ta), cobalt (Co), nickel (Ni), silicon (Si), iron (Fe) is used. It is preferable to use an oxide, a nitride or a fluoride containing at least one element of zirconium, zirconium (Zr) and hafnium (Hf), or a compound semiconductor such as aluminum arsenide (AlAs) which substantially acts as an insulator. it can.

【0070】また、強磁性層1及び強磁性層2として
は、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)
などの単体、または、鉄(Fe)、コバルト(Co)、
ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、クロム(Cr)
の少なくともいずれかの元素を含む合金、または、「パ
ーマロイ」と呼ばれるNiFe系合金、あるいは、Co
NbZr系合金、FeTaC系合金、CoTaZr系合
金、FeAlSi系合金、FeB系合金、CoFeB系
合金などの軟磁性材料、ホイスラー合金やCrO 、F
、La1―XSrMnOなどのハーフメタ
ル磁性体を用いることができる。さらに、(Ga、C
r)N、(Ga、Mn)N、MnAs、CrAs、(G
a、Cr)As、ZnO:Fe、(Mg、Fe)など
の、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(N
i)、マンガン(Mn)、クロム(Cr)の少なくとも
いずれかの磁性元素と化合物半導体あるいは酸化物半導
体を用いることができる。すなわち、これらの材料のう
ちから用途に応じた磁気特性を有するものを適宜選択し
て用いればよい。
As the ferromagnetic layer 1 and the ferromagnetic layer 2,
Is iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)
Such as, or iron (Fe), cobalt (Co),
Nickel (Ni), manganese (Mn), chromium (Cr)
Alloy containing at least one element of
-NiFe alloy called "malloy" or Co
NbZr alloy, FeTaC alloy, CoTaZr alloy
Gold, FeAlSi type alloy, FeB type alloy, CoFeB type
Soft magnetic materials such as alloys, Heusler alloys and CrO Two, F
eThreeOFour, La1-XSrXMnOThreeHalf meta such as
A magnetic material can be used. Furthermore, (Ga, C
r) N, (Ga, Mn) N, MnAs, CrAs, (G
a, Cr) As, ZnO: Fe, (Mg, Fe), etc.
Of iron (Fe), cobalt (Co), nickel (N
i), at least manganese (Mn) and chromium (Cr)
Any magnetic element and compound semiconductor or oxide semiconductor
The body can be used. That is, these materials
Choose the one with the magnetic characteristics suitable for the application.
You can use it.

【0071】また、強磁性層1あるいは強磁性層2は、
それぞれ単一膜でも複数の強磁性層の組み合わせからな
る多層膜構造でもよい。例えば、外部磁場を反応性よく
検出したい場合には、ソフト層にCoFe/パーマロイ
からなる2層膜を用いるとよい。すなわち、用途に応じ
た組み合わせを適宜選択して用いればよい。
Further, the ferromagnetic layer 1 or the ferromagnetic layer 2 is
Each may be a single film or a multi-layer film structure composed of a combination of a plurality of ferromagnetic layers. For example, when it is desired to detect an external magnetic field with good reactivity, a two-layer film made of CoFe / Permalloy may be used for the soft layer. That is, a combination may be appropriately selected and used according to the application.

【0072】また、強磁性層1と強磁性層2の材料は、
同一のものを用いてもよく、互いに異なるものを用いて
もよい。
The materials of the ferromagnetic layers 1 and 2 are
The same one may be used or different ones may be used.

【0073】また、強磁性層1または2の隣に、さら
に、反強磁性層、あるいは非磁性層/強磁性層/反強磁
性層からなる多層膜を設けることによって、強磁性層1
または2の磁化方向を固定することができ、磁気抵抗効
果素子の磁場に対する応答特性を制御することが可能と
なる。そのための反強磁性材料としては、FeMn、P
tMn、PdMn、PdPtMnなどが有用である。
Further, next to the ferromagnetic layer 1 or 2, an antiferromagnetic layer or a multi-layered film of nonmagnetic layer / ferromagnetic layer / antiferromagnetic layer is further provided, whereby the ferromagnetic layer 1
Alternatively, the magnetization direction of 2 can be fixed, and the response characteristic of the magnetoresistive effect element to the magnetic field can be controlled. As antiferromagnetic materials therefor, FeMn, P
tMn, PdMn, PdPtMn, etc. are useful.

【0074】素子抵抗を制御して所望の値を得るために
は、若干量の導体あるいは半導体、あるいは絶縁体の性
質をもつ異種元素を微小接点の開口部の付近に存在させ
ることも有効である。
In order to control the element resistance to obtain a desired value, it is also effective to make a small amount of a different element having the properties of a conductor, a semiconductor, or an insulator exist near the opening of the minute contact. .

【0075】図7(a)及び(b)は、このような磁気
抵抗効果素子を表す模式図である。すなわち、これら具
体例においては、微小開口Aの開口端付近に、異種元素
を添加した領域Dが設けられている。このようにする
と、磁気抵抗変化率を若干犠牲にする場合があるが、磁
気抵抗効果素子が使用されるシステムが必要とする値に
調整することができる。異種元素を添加した領域Dは層
状に形成することができ、この場合に微小開口Aにおけ
る領域Dの厚みは、平均して0原子層から10原子層以
下の範囲であることが望ましい。
FIGS. 7A and 7B are schematic views showing such a magnetoresistive effect element. That is, in these specific examples, the region D to which the different element is added is provided near the opening end of the minute opening A. In this case, the magnetoresistance change rate may be slightly sacrificed, but it can be adjusted to a value required by the system in which the magnetoresistance effect element is used. The region D to which the different element is added can be formed in a layered form, and in this case, the thickness of the region D in the minute opening A is preferably in the range of 0 atomic layer to 10 atomic layers or less on average.

【0076】これらの異種元素は、強磁性層1と強磁性
層2との間の交換結合を切る作用を有するとともに、磁
区制御をより容易にさせる効果をも持つ。さらに、異種
元素の添加により、実効的開口径を小さくして磁区制御
をより容易にするとともに、微小接点の磁気抵抗効果を
高効率化する効果ももつ。
These different elements have the effect of breaking the exchange coupling between the ferromagnetic layers 1 and 2, and also have the effect of facilitating the control of the magnetic domain. Furthermore, by adding different elements, the effective opening diameter can be reduced to facilitate the control of magnetic domains, and to increase the efficiency of the magnetoresistive effect of the minute contacts.

【0077】このような異種元素としては、銅(C
u)、金(Au)、銀(Ag)等の貴金属のほかに、酸
素を含む異種元素として、Ni−O、Fe−O、Co−
O、Co−Fe−O、Ni−Fe−O、Ni−Fe−C
o−O、Al−O、Cu−O等の酸化物、およびこれら
酸化物を含むAl−Cu−Oなどの複合化合物、あるい
はアンチモン(Sb)、すず(Sn)等の磁性層成長に
とって所謂サーファクタントとして働く元素を用いるこ
とができる。
As such a different element, copper (C
u), gold (Au), silver (Ag), and other noble metals such as Ni—O, Fe—O and Co—
O, Co-Fe-O, Ni-Fe-O, Ni-Fe-C
O-O, Al-O, Cu-O, and other oxides, and complex compounds containing these oxides, such as Al-Cu-O, or so-called surfactants for growth of magnetic layers such as antimony (Sb) and tin (Sn). An element that acts as can be used.

【0078】本発明の磁気抵抗効果素子は、従来提案さ
れている微小接点を用いた磁気抵抗効果素子と比べて作
成が容易でデバイス化も確実にできるという特徴を有す
る。以下、本発明の磁気抵抗効果素子の作製方法につい
て説明する。
The magnetoresistive effect element of the present invention is characterized in that it is easier to manufacture and can be surely made into a device, as compared with the magnetoresistive effect element using the minute contact which has been conventionally proposed. Hereinafter, a method for manufacturing the magnetoresistive effect element of the present invention will be described.

【0079】図8は、本発明の磁気抵抗効果素子の製造
方法の要部を表す工程断面図である。
FIG. 8 is a process sectional view showing an essential part of the method for manufacturing a magnetoresistive effect element according to the present invention.

【0080】まず、同図(a)に表したように、基板
(図示せず)の上に直接、あるいは図示しないバッファ
層などの単層あるいは複数の層を介して強磁性層1を形
成し、その上に絶縁層3を形成する。絶縁層3は、強磁
性層1の上に、異種の材料を堆積あるいは析出させて形
成してもよく、あるいは、強磁性層1の表面層を酸化、
窒化、フッ化などの方法で改質することにより形成して
も良い。
First, as shown in FIG. 10A, the ferromagnetic layer 1 is formed directly on a substrate (not shown) or via a single layer or a plurality of layers such as a buffer layer (not shown). Then, the insulating layer 3 is formed thereon. The insulating layer 3 may be formed by depositing or depositing a different material on the ferromagnetic layer 1, or by oxidizing the surface layer of the ferromagnetic layer 1.
It may be formed by modifying by a method such as nitriding or fluorination.

【0081】次に、図8(b)または(c)に表したよ
うに、先端部が曲率半径5nm〜1000nmの球形
状、円錐形状あるいは多角錘形状の導電性を有する針1
10を接触させ、圧力を負荷することにより、絶縁層3
に微小開口Aを形成する。この際に、針110と磁性層
との間に設けられた導線120に所定の電圧を印加し、
この導線120を流れる電流が所定の値になるまで、針
110を圧入する。つまり、針110が絶縁層3を貫通
することによって強磁性層1との間を流れる電流をモニ
タすることにより、微小開口Aの開口幅を制御する。こ
のようにして、流れる電流が所定の値になったら針11
0を逆方向へ動かして絶縁層3の表面から外す。
Next, as shown in FIG. 8B or 8C, the needle 1 having a spherical shape, a conical shape, or a polygonal pyramid shape whose tip has a radius of curvature of 5 nm to 1000 nm is conductive.
10 is brought into contact with each other and pressure is applied to the insulating layer 3
A minute opening A is formed in the. At this time, a predetermined voltage is applied to the conducting wire 120 provided between the needle 110 and the magnetic layer,
The needle 110 is press-fitted until the current flowing through the lead wire 120 reaches a predetermined value. That is, the opening width of the minute opening A is controlled by monitoring the current flowing between the needle 110 and the ferromagnetic layer 1 by penetrating the insulating layer 3. In this way, when the flowing current reaches a predetermined value, the needle 11
Move 0 in the opposite direction to remove it from the surface of the insulating layer 3.

【0082】この針110は、図8(b)及び(c)に
表したような距離変化機能部130A(130B)によ
り駆動される。距離変化機能部130は、針110を試
料面に対して垂直方向に動かす機能を有する。そのため
の動き方としては、例えば、図8(b)に表したように
アームを湾曲させる方式や、図8(c)に表したように
垂直方向に移動させる方式などがある。
The needle 110 is driven by the distance changing function section 130A (130B) as shown in FIGS. 8B and 8C. The distance changing function unit 130 has a function of moving the needle 110 in a direction perpendicular to the sample surface. As a method of movement for that purpose, for example, there is a method of bending the arm as shown in FIG. 8B or a method of moving the arm in the vertical direction as shown in FIG. 8C.

【0083】図8(b)に例示した湾曲方式の場合、試
料面と平行に設けたアーム140に針110を装着し、
このアーム140の上部あるいは下部に設けられた距離
変化機能部130Aを伸縮させることによりアーム14
0を湾曲させ、針110の高さを変化させることができ
る。距離変化機能部130Aとしては、通電加熱によっ
て生ずる温度変化により熱膨張を起こす膜などを使用す
ることができる。なおこのような通電加熱の場合には、
距離変化機能部130とアーム140との間に絶縁体が
適宜必要となる。
In the case of the bending method illustrated in FIG. 8 (b), the needle 110 is attached to the arm 140 provided in parallel with the sample surface,
By expanding and contracting the distance changing function part 130A provided on the upper part or the lower part of the arm 140,
The height of the needle 110 can be changed by bending 0. As the distance changing function part 130A, a film or the like that causes thermal expansion due to a temperature change caused by energization heating can be used. In the case of such electric heating,
An insulator is required between the distance changing function unit 130 and the arm 140 as appropriate.

【0084】図8(c)に例示した垂直移動方式の場
合、針110の上側にピエゾ素子などの距離変化機能部
130Bを設け、ここに印加する電圧により針110の
位置を変移させることができる。
In the case of the vertical movement system illustrated in FIG. 8C, a distance changing function section 130B such as a piezo element is provided above the needle 110, and the position of the needle 110 can be changed by the voltage applied thereto. .

【0085】他のケースとして、図8(b)の距離変化
機能部130Aとしてピエゾ素子を用いることも可能で
ある。その場合、ピエゾ素子に電圧を印加してアーム1
40の湾曲を制御する。
As another case, it is possible to use a piezo element as the distance changing function section 130A of FIG. 8 (b). In that case, voltage is applied to the piezo element and the arm 1
Control the curvature of 40.

【0086】これらの微小距離の制御が可能な機構を用
いて形成された穴は、基本的に、所定の最小部直径をも
ち、針110の先端形状である球形状、円錐形状あるい
は多角錘形状などに対応して形状を有する。
The hole formed by using the mechanism capable of controlling these minute distances basically has a predetermined minimum diameter, and has a spherical shape, a conical shape, or a polygonal pyramid shape which is the tip shape of the needle 110. It has a shape corresponding to.

【0087】このような方法により、最終的に望ましい
コンダクタンスを得るための微小開口Aが、針110の
先端形状に応じて円錐形状、円形状、もしくは多角錘形
状をした開口の先端に形成される。
By such a method, the minute opening A for finally obtaining the desired conductance is formed at the tip of the opening having a conical shape, a circular shape, or a polygonal cone shape depending on the shape of the tip of the needle 110. .

【0088】次のステップとして、図8(d)に表した
ように、この穴に向けて、強磁性層2を堆積する。これ
により、強磁性層1と強磁性層2とは所望の微小開口A
において、小さなコンダクタンスで繋がることとなる。
このあと必要に応じて熱処理を行ってもよい。このよう
にして形成した磁気抵抗効果素子の使用にあたっては、
それぞれの強磁性層に電極を設けて通電可能とする。
As the next step, as shown in FIG. 8D, the ferromagnetic layer 2 is deposited toward this hole. As a result, the ferromagnetic layer 1 and the ferromagnetic layer 2 have the desired minute opening A.
At, it will be connected with a small conductance.
Thereafter, heat treatment may be performed if necessary. In using the magnetoresistive effect element thus formed,
An electrode is provided on each ferromagnetic layer so that electricity can be supplied.

【0089】以上説明した方法により、強磁性層1及び
2の間には再現性・制御性にすぐれた磁気微小接点が形
成される。針110を圧入する際に印加する電圧の代表
的な値としては、0.01V〜10Vで、所定の電流範
囲は0.05μA〜100mAであり、絶縁体の円錐
形、円形、多角錐形を形成している穴の最小開口幅は
0.1nm〜50nmである。特に、微小開口の開口幅
は、0.1nmから20nmが好ましい。
By the method described above, a magnetic microcontact excellent in reproducibility and controllability is formed between the ferromagnetic layers 1 and 2. A typical value of the voltage applied when the needle 110 is press-fitted is 0.01 V to 10 V, the predetermined current range is 0.05 μA to 100 mA, and a conical shape, a circular shape, or a polygonal pyramid shape of an insulator is used. The minimum opening width of the formed hole is 0.1 nm to 50 nm. In particular, the opening width of the minute opening is preferably 0.1 nm to 20 nm.

【0090】ここで用いる針110の材料としては、絶
縁層3よりも硬く、かつ伝導性があるものが望ましい。
例えば、導電性ダイヤモンドあるいは超硬金属、あるい
はシリコン(Si)あるいは導電性ダイヤモンドがコー
ティングされたシリコンなどを用いることができる。
The material of the needle 110 used here is preferably harder than the insulating layer 3 and conductive.
For example, conductive diamond, superhard metal, silicon (Si), silicon coated with conductive diamond, or the like can be used.

【0091】また、磁気微小接点を形成する前の絶縁層
3の厚さは、絶縁層3としての機能が維持される範囲で
薄い方が好ましい。具体的には、0.5nmから50n
mの範囲である。また、強磁性層1及び2の厚さは、用
途に応じて適宜決定することができる。特に、強磁性層
1は、十分厚いバルク形状のものでも問題はない。
Further, it is preferable that the thickness of the insulating layer 3 before forming the magnetic minute contact is thin within a range in which the function as the insulating layer 3 is maintained. Specifically, 0.5 nm to 50 n
The range is m. Further, the thicknesses of the ferromagnetic layers 1 and 2 can be appropriately determined according to the application. In particular, the ferromagnetic layer 1 may be of a sufficiently thick bulk shape without any problem.

【0092】また、本発明によれば、図9に例示したよ
うに、共通の基板(図示せず)の上に複数の磁気抵抗効
果素子を配列した構造も簡単に形成できる。このような
構造は、例えば、後に詳述するパターンド媒体などに応
用することができる。
Further, according to the present invention, as shown in FIG. 9, a structure in which a plurality of magnetoresistive effect elements are arranged on a common substrate (not shown) can be easily formed. Such a structure can be applied to, for example, a patterned medium described in detail later.

【0093】本発明の磁気抵抗効果素子は、デバイス化
が容易な構造であるため、いろいろな用途に応用でき
る。
Since the magnetoresistive effect element of the present invention has a structure that can be easily made into a device, it can be applied to various uses.

【0094】まず、磁気記録システムにおける再生用素
子として用いることができる。本発明の磁気抵抗効果素
子を用いることで20%以上の磁気抵抗変化率を発生す
ることができるため、大きな再生感度を得ることができ
る。
First, it can be used as a reproducing element in a magnetic recording system. By using the magnetoresistive effect element of the present invention, a magnetoresistive change rate of 20% or more can be generated, so that a large reproducing sensitivity can be obtained.

【0095】図10は、本発明の磁気抵抗効果素子を磁
気再生素子として用いる具体例を表す模式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a specific example in which the magnetoresistive effect element of the present invention is used as a magnetic reproducing element.

【0096】同図(a)に例示した具体例の場合、磁気
記録媒体200の表面から放出される磁束が通過する経
路上に、磁気抵抗効果素子の強磁性層2、絶縁層3、強
磁性層1を直列に配置する。このようにすると、微小開
口Aに形成される磁気微小接点を挟んで対向する強磁性
層1及び2の磁化方向の差異を磁気抵抗変化として検出
することができる。この場合、同図に例示した如く、2
つの強磁性層1及び2の磁化方向Mは必要に応じて磁区
制御させておくとよい。
In the case of the specific example illustrated in FIG. 10A, the ferromagnetic layer 2, the insulating layer 3 and the ferromagnetic layer of the magnetoresistive effect element are provided on the path through which the magnetic flux emitted from the surface of the magnetic recording medium 200 passes. Layer 1 is placed in series. By doing so, the difference in the magnetization directions of the ferromagnetic layers 1 and 2 facing each other with the magnetic microcontact formed in the microaperture A interposed therebetween can be detected as a change in magnetic resistance. In this case, as illustrated in FIG.
The magnetization directions M of the two ferromagnetic layers 1 and 2 may be controlled by magnetic domains as necessary.

【0097】図10(b)に例示した具体例の場合、磁
気記録媒体200の表面に対して誤差角度プラスマイナ
ス20度程度の範囲内で垂直な方向に、磁気抵抗効果素
子の強磁性層2、絶縁層3、強磁性層1を直列に配置す
る。このようにしても、微小開口Aに形成される磁気微
小接点を挟んで対向する強磁性層1及び2の磁化方向の
差異を磁気抵抗変化として検出することができる。
In the case of the specific example illustrated in FIG. 10B, the ferromagnetic layer 2 of the magnetoresistive effect element is perpendicular to the surface of the magnetic recording medium 200 within an error angle of about ± 20 degrees. , The insulating layer 3 and the ferromagnetic layer 1 are arranged in series. Even in this case, the difference in the magnetization directions of the ferromagnetic layers 1 and 2 facing each other with the magnetic minute contact formed in the minute opening A interposed therebetween can be detected as a change in magnetic resistance.

【0098】この場合、記録媒体200から遠い位置に
設けられる強磁性層1の磁化Mを記録媒体200の表面
に対してプラスマイナス20度の範囲内で垂直な方向に
固着することが望ましい。磁化の固着の方法としては、
強い形状磁気異方性を導入する方法や、図示しない反強
磁性層を隣接して設けることにより一方向異方性を導入
する方法などを挙げることができる。
In this case, it is desirable that the magnetization M of the ferromagnetic layer 1 provided at a position far from the recording medium 200 be fixed in the direction perpendicular to the surface of the recording medium 200 within a range of plus or minus 20 degrees. As a method of fixing the magnetization,
Examples thereof include a method of introducing strong shape magnetic anisotropy and a method of introducing unidirectional anisotropy by providing an antiferromagnetic layer (not shown) adjacently.

【0099】そして、記録媒体200に近い強磁性層2
の磁化Mの方向は、媒体200からの磁束によりスイッ
チング可能とする。このようにすれば、強磁性層1と強
磁性層2と磁化Mが成す角度から記録媒体200からの
信号を検出することができる。
Then, the ferromagnetic layer 2 close to the recording medium 200
The direction of the magnetization M can be switched by the magnetic flux from the medium 200. In this way, the signal from the recording medium 200 can be detected from the angle formed by the ferromagnetic layer 1, the ferromagnetic layer 2, and the magnetization M.

【0100】本発明の磁気抵抗効果素子を用いれば、高
い感度が得られるとともに、記録媒体200に面する媒
体対向面側の形成・加工が容易である。媒体200から
磁気微小接点Aまでの距離を、基本的に強磁性層2の層
厚により決定することができるからである。また、記録
媒体200に面する媒体対向面の加工が容易である場合
には、図10(c)に例示した如く、強磁性層1を記録
媒体200に近い側に配置することも可能である。
When the magnetoresistive effect element of the present invention is used, high sensitivity can be obtained and the medium facing surface side facing the recording medium 200 can be easily formed and processed. This is because the distance from the medium 200 to the magnetic minute contact A can be basically determined by the layer thickness of the ferromagnetic layer 2. If the medium facing surface facing the recording medium 200 is easy to process, the ferromagnetic layer 1 may be arranged on the side closer to the recording medium 200 as illustrated in FIG. .

【0101】図11は、本発明の磁気抵抗効果素子を磁
気再生素子として用いる他の具体例を表す模式図であ
る。同図に表した具体例の場合、磁気抵抗効果素子の膜
面を媒体200に対して垂直に配置している。ここで、
微小開口Aは、磁気抵抗効果素子の中心(重心点)から
見て、下方向(媒体200に近づく方向)にずれてい
る。媒体200からの信号磁界は、媒体からの距離が短
くなるほど大きくなるため、この構造は、フリー層2の
磁界検出効率を大きくできるという大きな利点を有す
る。
FIG. 11 is a schematic diagram showing another specific example in which the magnetoresistive effect element of the present invention is used as a magnetic reproducing element. In the case of the specific example shown in the figure, the film surface of the magnetoresistive effect element is arranged perpendicular to the medium 200. here,
The minute opening A is shifted downward (direction toward the medium 200) when viewed from the center (center of gravity) of the magnetoresistive effect element. Since the signal magnetic field from the medium 200 increases as the distance from the medium decreases, this structure has a great advantage that the magnetic field detection efficiency of the free layer 2 can be increased.

【0102】磁化感受層(フリー層)として機能する強
磁性層2は、図11(a)に例示したように1層として
もよく、あるいは、図11(b)に例示したように2層
としてもよい。図11(a)の具体例の場合、強磁性層
1は、その磁化の方向が固着された「ピン層」を形成し
ている。強磁性層(ピン層)1は、微小開口Aから見て
順に、磁性層/反強磁性層、あるいは磁性層/非磁性層
/磁性層/反強磁性層のような積層構造とすることがで
きる。
The ferromagnetic layer 2 functioning as a magnetization sensing layer (free layer) may be a single layer as illustrated in FIG. 11A, or may be two layers as illustrated in FIG. 11B. Good. In the case of the specific example of FIG. 11A, the ferromagnetic layer 1 forms a “pin layer” whose magnetization direction is fixed. The ferromagnetic layer (pin layer) 1 may have a laminated structure such as a magnetic layer / antiferromagnetic layer or a magnetic layer / nonmagnetic layer / magnetic layer / antiferromagnetic layer in this order from the minute opening A. it can.

【0103】また、図11(b)の具体例の場合、強磁
性層(ピン層)1は、強磁性層/反強磁性層/強磁性
層、あるいは強磁性層/非磁性層/強磁性層/反強磁性
層/強磁性層/非磁性層/強磁性層という積層構造とす
ることができる。図11(b)に表したように、ピン層
の両脇に開口部Aを挟んでフリー層2A,2Bが設けら
れ、これらそれぞれはその下の記録媒体からの信号を感
知する。その際、図11(c)に表したように、フリー
層2A、2Bとも上向き信号の場合には、ピン層と同じ
方向に磁化が向けられるため抵抗変化ΔRは0となり、
フリー層2A、2Bとも下向き信号の場合には、両側で
のスピン散乱が生じるためΔRは2となり、フリー層2
A、2Bの信号方向がそれぞれ下・上もしくは上・下の
場合は、片側のみのスピン散乱になるためΔRは1とな
り、その区別をΔRの履歴から行う。
In the case of the specific example of FIG. 11B, the ferromagnetic layer (pin layer) 1 is composed of ferromagnetic layer / antiferromagnetic layer / ferromagnetic layer, or ferromagnetic layer / nonmagnetic layer / ferromagnetic layer. A layered structure of layers / antiferromagnetic layer / ferromagnetic layer / nonmagnetic layer / ferromagnetic layer can be used. As shown in FIG. 11B, free layers 2A and 2B are provided on both sides of the pinned layer with an opening A sandwiched therebetween, and each of these senses a signal from the recording medium thereunder. At that time, as shown in FIG. 11C, when both the free layers 2A and 2B are upward signals, the magnetization is directed in the same direction as that of the pinned layer, so that the resistance change ΔR becomes 0,
When both the free layers 2A and 2B are downward signals, spin scattering occurs on both sides, and ΔR becomes 2.
When the signal directions of A and 2B are down / up or up / down, respectively, only one side is spin-scattered, and therefore ΔR becomes 1, and the distinction is made from the history of ΔR.

【0104】このように複数のフリー層を設けることに
よって、多値の抵抗変化を発生させることができる。ナ
ノホールMRでは抵抗変化が100%以上発生させるこ
とが可能なので、組み合わせによりこのように多値での
信号再生が可能となる。
By providing a plurality of free layers in this way, it is possible to generate multivalued resistance changes. Since the nanohole MR can generate a resistance change of 100% or more, it is possible to reproduce a multi-valued signal by combining them.

【0105】また、本発明の磁気抵抗効果素子は、いわ
ゆる「パターンド(patterned)媒体」に応用すること
ができる。すなわち、図9に例示したように複数の磁気
抵抗効果素子を配列した構造を容易に形成することがで
きる。この具体的な応用例として、磁気メモリあるいは
プローブストレージ用媒体を挙げることができる。
The magnetoresistive effect element of the present invention can be applied to a so-called "patterned medium". That is, it is possible to easily form a structure in which a plurality of magnetoresistive effect elements are arranged as illustrated in FIG. As a concrete application example of this, a magnetic memory or a medium for probe storage can be cited.

【0106】図12は、本発明の磁気抵抗効果素子を用
いた磁気メモリの要部断面構造を例示する模式図であ
る。
FIG. 12 is a schematic view illustrating the cross-sectional structure of the main part of a magnetic memory using the magnetoresistive effect element of the present invention.

【0107】同図に表したように、本発明の磁気メモリ
は、電極層20の上に複数の磁気抵抗素子10が並列配
置された構造を有する。それぞれの磁気抵抗効果素子1
0は、絶縁体30によって電気的に隔絶され、記録再生
セルとしての役割を有する。
As shown in the figure, the magnetic memory of the present invention has a structure in which a plurality of magnetoresistive elements 10 are arranged in parallel on the electrode layer 20. Each magnetoresistive effect element 1
0 is electrically isolated by the insulator 30 and has a role as a recording / reproducing cell.

【0108】これら記録再生セル10のそれぞれへのア
クセスとしては、例えば、図13(a)に表したよう
に、上側電極としての導電性プローブPRを用いてもよ
く、あるいは、図13(b)に表したように固定配線W
Rを用いてもよい。ここで固定配線WRの場合は、セル
10に接触させて用いるが、導電性プローブPRの場合
は、セル10に対して接触か、あるいは非接触のいずれ
でもよい。非接触の場合には、セル10との間に流れる
トンネル電流を介してプロービングが可能である。
To access each of these recording / reproducing cells 10, for example, as shown in FIG. 13 (a), a conductive probe PR as an upper electrode may be used, or FIG. 13 (b). Fixed wiring W as shown in
R may be used. Here, in the case of the fixed wiring WR, the cell 10 is used in contact with it, but in the case of the conductive probe PR, either contact or non-contact with the cell 10 may be used. In the case of non-contact, probing is possible via the tunnel current flowing between the cell 10 and the cell 10.

【0109】図14及び図15は、図12の磁気メモリ
に用いる磁気抵抗効果素子10の断面構造を表す模式図
である。図14(a)〜(d)及び図15(a)〜
(h)のいずれの磁気抵抗効果素子も、第2の強磁性層
2の上に、非磁性層4を介して磁性層を積層させた構造
を有する。そして、この積層構造の上下に電極7がそれ
ぞれ接続されている。これらの磁気抵抗効果素子は、い
ずれも記録および再生の機能を併せ持つ。すなわち、こ
れらの磁気抵抗効果素子に対して、所定の大きさの電流
を所定の方向に流すことより記録が可能となり、また、
これよりも弱い電流を流して測定した抵抗値からそのセ
ルの信号を読み込むことができる。
14 and 15 are schematic views showing the cross-sectional structure of the magnetoresistive effect element 10 used in the magnetic memory of FIG. 14 (a) to (d) and FIG. 15 (a) to
Each of the magnetoresistive effect elements in (h) has a structure in which a magnetic layer is laminated on the second ferromagnetic layer 2 with a nonmagnetic layer 4 interposed therebetween. The electrodes 7 are connected to the top and bottom of this laminated structure. Each of these magnetoresistive elements has both recording and reproducing functions. That is, recording can be performed by applying a current of a predetermined magnitude to these magnetoresistive effect elements in a predetermined direction.
The signal of the cell can be read from the resistance value measured by passing a current weaker than this.

【0110】図14(a)に表したセルの場合、第2の
強磁性層2の上に、非磁性中間層4、強磁性層5が積層
された構造を有する。またここで、第1の強磁性層1と
強磁性層5とは、磁化方向が互いに反平行となるように
それぞれ磁化Mを固着しておく。磁化方向を反平行にす
ると、後に詳述するように、より小さい電流での書き込
みが可能となる。
The cell shown in FIG. 14A has a structure in which the nonmagnetic intermediate layer 4 and the ferromagnetic layer 5 are laminated on the second ferromagnetic layer 2. Further, here, the magnetizations M of the first ferromagnetic layer 1 and the ferromagnetic layer 5 are fixed so that their magnetization directions are antiparallel to each other. When the magnetization directions are antiparallel, writing with a smaller current becomes possible, as will be described later in detail.

【0111】このような積層構造に対して、膜面に垂直
方向に電流を流すと、第2の強磁性層2を記録部とし
て、記録及び再生が可能となる。すなわち、電流が第1
の強磁性層1または強磁性層5を通る際に、伝導電子が
これら磁性層の磁化方向に応じたスピン情報を受け取
る。そして、これら電子が第2の強磁性層2に流入した
時、それら電子が持っているスピンの方向と第2の強磁
性層2の磁化の方向に応じたスピンの方向とが同一の場
合には、電子は通過しやすいが、これらが反平行の場合
には、電子は反射され、第2の強磁性層2を通過しにく
くなる。
With respect to such a laminated structure, when a current is passed in the direction perpendicular to the film surface, recording and reproduction can be performed using the second ferromagnetic layer 2 as a recording section. That is, the current is the first
When passing through the ferromagnetic layer 1 or the ferromagnetic layer 5, the conduction electrons receive spin information according to the magnetization direction of these magnetic layers. Then, when these electrons flow into the second ferromagnetic layer 2, when the spin directions of the electrons and the spin direction corresponding to the magnetization direction of the second ferromagnetic layer 2 are the same, , The electrons easily pass through, but when they are antiparallel, the electrons are reflected and become difficult to pass through the second ferromagnetic layer 2.

【0112】このとき、強磁性層1と強磁性層2の間の
コンダクタンスは小さく磁気抵抗変化は大きい、一方、
強磁性層2と強磁性層5との間のコンダクタンスは大き
く、磁気抵抗変化は小さい。従って、これらが直列につ
ながった図14(a)の場合、前者の強磁性層1と強磁
性層2の間のコンダクタンスが支配的になり、強磁性層
1と強磁性層2の磁化方向の差異を検出することにな
る。つまり、第2の強磁性層2の磁化の方向に応じて電
気抵抗の増減が観察され、磁化方向に応じた情報を読み
出すことができる。
At this time, the conductance between the ferromagnetic layers 1 and 2 is small and the change in magnetoresistance is large, while
The conductance between the ferromagnetic layers 2 and 5 is large, and the change in magnetoresistance is small. Therefore, in the case of FIG. 14A in which these are connected in series, the conductance between the former ferromagnetic layer 1 and ferromagnetic layer 2 becomes dominant, and the magnetization directions of the ferromagnetic layers 1 and 2 become dominant. Differences will be detected. That is, an increase or decrease in electric resistance is observed according to the magnetization direction of the second ferromagnetic layer 2, and information according to the magnetization direction can be read.

【0113】一方、記録に際して、膜面に対して垂直方
向に所定量の電流を流した場合、伝導電子は、まず、第
1の強磁性層1と強磁性層5のうちの最初に流入した磁
性層が有する磁化Mのスピン情報を受け取る。しかる後
に、その電子は第2の強磁性層2に流入する。この際
に、多量の電子が第2の強磁性層2に流入すると、第2
の強磁性層2の磁化の方向が、これら電子が有するスピ
ン情報に応じて遷移する。つまり、第1の強磁性層1と
強磁性層5のうちで電子が最初に流入した層が有する磁
化Mの方向を第2の強磁性層(記録層)2に転写する方
向にある。
On the other hand, in recording, when a predetermined amount of current is passed in the direction perpendicular to the film surface, the conduction electrons first flow into the first ferromagnetic layer 1 and the ferromagnetic layer 5. The spin information of the magnetization M included in the magnetic layer is received. After that, the electrons flow into the second ferromagnetic layer 2. At this time, if a large amount of electrons flow into the second ferromagnetic layer 2,
The direction of the magnetization of the ferromagnetic layer 2 changes according to the spin information of these electrons. That is, the direction of the magnetization M of the layer in which the electron first flows in between the first ferromagnetic layer 1 and the ferromagnetic layer 5 is in the direction of being transferred to the second ferromagnetic layer (recording layer) 2.

【0114】また、強磁性層2を通過した電子は1と5
のうちで後で流入する層のスピン情報を反作用の形で受
け取り、反対方向を向く方向にある。これらのため、電
流の向きにより磁化方向を制御することができる。
The electrons that have passed through the ferromagnetic layer 2 are 1 and 5
Among them, the spin information of the layer which flows in later is received in the form of a reaction, and is directed in the opposite direction. Therefore, the magnetization direction can be controlled by the direction of the current.

【0115】図14(a)乃至(d)は、面内磁化すな
わち磁化の方向が膜面に対して平行な場合を表している
が、図15(a)、(c)、(j)に表したような垂直
磁化の場合も同様の効果が得られる。また、微小開口の
断面形状についても、図14(a)乃至(d)のように
下向きに狭くなっていてもよく、あるいは、図15
(b)乃至(l)に表したように、上向きに狭くなって
いてもよい。あるいは、図6(a)乃至(c)に表した
ような各種の形状を与えることができる。
FIGS. 14A to 14D show the case where the in-plane magnetization, that is, the direction of the magnetization is parallel to the film surface. FIGS. 15A, 15C, and 15J show the same. Similar effects can be obtained in the case of perpendicular magnetization as shown. Further, the cross-sectional shape of the minute opening may be narrowed downward as shown in FIGS. 14A to 14D, or FIG.
As shown in (b) to (l), it may be narrowed upward. Alternatively, it is possible to give various shapes as shown in FIGS.

【0116】図14及び図15に表した磁気抵抗効果素
子においては、第2の強磁性層(記録層)2の磁化Mの
方向はある臨界以上の電流を流した場合に電流の流れる
向きにより変化する。この強磁性層(記録層 )2の磁
化方向により信号を記録する。また読み込みは、書きこ
みのための臨界電流以下の電流を流した場合の抵抗値か
ら信号を読み込むことができる。
In the magnetoresistive effect element shown in FIGS. 14 and 15, the direction of the magnetization M of the second ferromagnetic layer (recording layer) 2 depends on the direction of current flow when a current of a certain critical level or more flows. Change. A signal is recorded according to the magnetization direction of the ferromagnetic layer (recording layer) 2. Further, the reading can read the signal from the resistance value when a current equal to or lower than the critical current for writing is passed.

【0117】このためには、記録層としての役割を有す
る第2の強磁性層2の上下に強磁性層1及び5を設け、
これらの磁化Mを互いに反平行方向に固着する必要があ
る。
For this purpose, the ferromagnetic layers 1 and 5 are provided above and below the second ferromagnetic layer 2 having a role as a recording layer,
It is necessary to fix these magnetizations M in the antiparallel direction to each other.

【0118】図14(b)〜(d)及び図15(d)〜
(h)は、この磁化固着を与える構造を例示する。
14 (b)-(d) and 15 (d)-
(H) exemplifies the structure which gives this magnetization fixation.

【0119】図14(b)に表したセルの場合、第2の
強磁性層2の上に、非磁性中間層4A、強磁性層5A、
非磁性中間層4B、強磁性層5B、反強磁性層6Aがこ
の順に積層された構造を有する。さらに、第1の強磁性
層1の下側には、反強磁性層6Bが設けられている。こ
のようにして、第1の強磁性層1及び強磁性層5の磁化
Mをそれぞれ固着できる。ここで、微小開口は、例えば
図15(d)に表したように、反対向きに開いてもよ
い。また、図14及び図15の全てに共通して上下の既
定はない。さらに、面内磁化に限定されず、図15
(f)に例示したような面直磁化(垂直磁化)としても
よい。
In the case of the cell shown in FIG. 14B, the non-magnetic intermediate layer 4A, the ferromagnetic layer 5A, and the second ferromagnetic layer 2 are formed on the second ferromagnetic layer 2.
The non-magnetic intermediate layer 4B, the ferromagnetic layer 5B, and the antiferromagnetic layer 6A are laminated in this order. Further, an antiferromagnetic layer 6B is provided below the first ferromagnetic layer 1. In this way, the magnetizations M of the first ferromagnetic layer 1 and the ferromagnetic layer 5 can be fixed respectively. Here, the minute opening may be opened in the opposite direction as shown in FIG. 15D, for example. Also, there is no upper or lower default common to all of FIGS. 14 and 15. Furthermore, the magnetization is not limited to the in-plane magnetization, and
The perpendicular magnetization (perpendicular magnetization) as illustrated in (f) may be used.

【0120】また、 図14(c)に表したセルの場
合、第2の強磁性層2の上に、非磁性中間層4A、強磁
性層5A、反強磁性層6Aがこの順に積層されている。
また、第1の強磁性層1の下側には、非磁性中間層4
B、強磁性層5B、反強磁性層6Bがこの順に設けられ
ている。このようにしても、第1の強磁性層1及び強磁
性層5の磁化Mをそれぞれ固着できる。
In the case of the cell shown in FIG. 14C, the nonmagnetic intermediate layer 4A, the ferromagnetic layer 5A and the antiferromagnetic layer 6A are laminated in this order on the second ferromagnetic layer 2. There is.
A non-magnetic intermediate layer 4 is provided below the first ferromagnetic layer 1.
B, a ferromagnetic layer 5B, and an antiferromagnetic layer 6B are provided in this order. Even in this case, the magnetizations M of the first ferromagnetic layer 1 and the ferromagnetic layer 5 can be fixed.

【0121】さらに、図14(d)に表したセルの場
合、第2の強磁性層2の上に、非磁性中間層4A、強磁
性層5A、非磁性中間層4B、強磁性層5B、反強磁性
層6Aがこの順に積層されている。また、第1の強磁性
層1の下側には、非磁性中間層4C、強磁性層5C、反
強磁性層6Bがこの順に設けられている。このようにし
ても、第1の強磁性層1及び強磁性層5の磁化Mをそれ
ぞれ固着できる。
Further, in the case of the cell shown in FIG. 14D, the non-magnetic intermediate layer 4A, the ferromagnetic layer 5A, the non-magnetic intermediate layer 4B, the ferromagnetic layer 5B, on the second ferromagnetic layer 2, The antiferromagnetic layer 6A is laminated in this order. Further, below the first ferromagnetic layer 1, a nonmagnetic intermediate layer 4C, a ferromagnetic layer 5C, and an antiferromagnetic layer 6B are provided in this order. Even in this case, the magnetizations M of the first ferromagnetic layer 1 and the ferromagnetic layer 5 can be fixed.

【0122】図14(a)〜(d)及び図15(a)〜
(d)に例示した磁気抵抗効果素子の場合、強磁性層1
と5の磁化の向きは反並行とされている。反平行とする
ことで、スピン伝達と反作用効果がプラスされて記録層
2への書き込みが効率よく行われる。
14 (a) to 14 (d) and 15 (a) to
In the case of the magnetoresistive effect element illustrated in (d), the ferromagnetic layer 1
The directions of magnetization of and 5 are antiparallel. By making them antiparallel, spin transfer and reaction effects are added, and writing to the recording layer 2 is efficiently performed.

【0123】一方、作りやすさを考慮すると、図15
(f)〜(h)に例示したように強磁性層1と5の磁化
を平行にした形態が好ましい。スピン伝達作用と反作用
効果とは、記録層2に接した面積により働く効果の大き
さが異なる。このため、片方を犠牲にして、すなわち、
反転電流が若干大きくなることを犠牲にして、強磁性層
1と5の磁化を平行配置にすることができる。このよう
にすると、固着化のための多層化を少なくする、あるい
は作製上の工程を減らすことができる。
On the other hand, considering the ease of making, FIG.
As illustrated in (f) to (h), it is preferable that the magnetizations of the ferromagnetic layers 1 and 5 are parallel. The magnitudes of the spin transfer effect and the reaction effect differ depending on the area in contact with the recording layer 2. So at the expense of one,
The magnetizations of the ferromagnetic layers 1 and 5 can be arranged in parallel at the expense of a slightly higher reversal current. By doing so, it is possible to reduce the number of layers for fixing or reduce the number of manufacturing steps.

【0124】図16は、図12に例示したような磁気メ
モリに用いることができる磁気抵抗効果素子の他の具体
例を表す模式断面図である。すなわち、図16(a)〜
(e)に表した具体例の場合、いずれも第1の強磁性層
1と第2の強磁性層2の何れか一方の磁化方向が、所定
の方向に固着され、他方の磁化方向が可変であり、第1
と第2の強磁性層の外側(中間層3と反対側)に1対の
電極7を設け、これら電極7に対して電流供給手段(図
示せず)から電流を接触あるいは非接触で供給すること
で各積層膜の界面を電流が通過するように電流を流すこ
とで記録再生を行なう。
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing another specific example of the magnetoresistive effect element which can be used in the magnetic memory illustrated in FIG. That is, FIG.
In the case of the specific example shown in (e), the magnetization direction of either the first ferromagnetic layer 1 or the second ferromagnetic layer 2 is fixed to a predetermined direction, and the other magnetization direction is variable. And the first
And a pair of electrodes 7 are provided outside the second ferromagnetic layer (on the side opposite to the intermediate layer 3), and a current is supplied to these electrodes 7 from a current supply means (not shown) in a contact or non-contact manner. By doing so, recording / reproducing is performed by passing an electric current so that the electric current passes through the interface of each laminated film.

【0125】強磁性層の磁化の固着のためには、その磁
性層の外側に反強磁性層を設けるか、あるいは非磁性層
/強磁性層/反強磁性層を積層すればよい。
In order to fix the magnetization of the ferromagnetic layer, an antiferromagnetic layer may be provided outside the magnetic layer or nonmagnetic layer / ferromagnetic layer / antiferromagnetic layer may be laminated.

【0126】再生は、この素子自身の磁気抵抗効果を利
用して検出し、記録は再生よりも大きな電流を流すこと
で、前述したようにスピン伝達と反作用効果を強磁性層
1と2との間で行なうことにより実行できる。図16の
構造は、素子特性を調整することが若干難しいが、しか
し極めて構造がシンプルになるという利点を有する。な
お、図16に例示した磁気抵抗効果素子の場合も、微小
開口の断面形状は、図示したような円錐形には限定され
ず、前述のように円柱、多角錘、多角柱、曲面などでも
よい。
The reproduction is detected by utilizing the magnetoresistive effect of the element itself, and the recording is caused to flow a current larger than that of the reproduction, so that the spin transfer and the reaction effect are generated between the ferromagnetic layers 1 and 2 as described above. You can do it by doing between. The structure of FIG. 16 is slightly difficult to adjust the device characteristics, but has the advantage of being extremely simple in structure. Also in the case of the magnetoresistive effect element illustrated in FIG. 16, the cross-sectional shape of the minute opening is not limited to the conical shape as illustrated, and may be a cylinder, a polygonal pyramid, a polygonal prism, a curved surface or the like as described above. .

【0127】なお、微小開口の位置は、磁気抵抗効果素
子に電流を流すために設けられた2つの電極7、7の間
であることが望ましい。よって、図16(e)に例示し
た如く電極7がオフセンターすなわち素子の中心から外
れた位置に設けられた場合には、それに対応して微小開
口もオフセンターにあることが望ましい。
It is desirable that the position of the minute opening is between the two electrodes 7, 7 provided for flowing a current through the magnetoresistive effect element. Therefore, when the electrode 7 is provided off-center, that is, at a position deviated from the center of the element as illustrated in FIG. 16 (e), it is desirable that the minute aperture be correspondingly off-center.

【0128】[0128]

【実施例】以下、実施例を参照しつつ、本発明の実施の
形態についてさらに詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described in more detail below with reference to embodiments.

【0129】(第1の実施例)まず、本発明の第1の実
施例として、アルミナでカバーされたニッケル(Ni)
上に磁気微小接点を形成した磁気抵抗効果素子の作製例
を紹介する。
(First Embodiment) First, as a first embodiment of the present invention, nickel (Ni) covered with alumina is used.
An example of making a magnetoresistive element with a magnetic microcontact formed on it will be introduced.

【0130】まず、図8(a)に表した積層構造を得る
ために、ニッケルからなる強磁性層1の上にアルミニウ
ム(Al)を蒸着し、その表面を酸化させることで、絶
縁層アルミナを形成した。
First, in order to obtain the laminated structure shown in FIG. 8A, aluminum (Al) is vapor-deposited on the ferromagnetic layer 1 made of nickel, and the surface thereof is oxidized to form the insulating layer alumina. Formed.

【0131】次に、その表面に対して、図8(b)に表
したように導電性ダイヤモンドがコーティングされた微
小開口形成用の針110を近づけた。そして、ニッケル
層1と針110との間に0.1Vの電圧を印加し、流れ
る電流をモニターしながら針110をアルミナ3の中へ
圧入していった。針110の移動は、アーム140の上
部に取り付けられた距離変化機能部130Aへの通電加
熱による熱膨張を利用して制御した。
Next, as shown in FIG. 8B, a needle 110 for forming a minute opening coated with conductive diamond was brought close to the surface. Then, a voltage of 0.1 V was applied between the nickel layer 1 and the needle 110, and the needle 110 was pressed into the alumina 3 while monitoring the flowing current. The movement of the needle 110 was controlled by utilizing the thermal expansion of the distance changing function unit 130A attached to the upper portion of the arm 140 due to electric heating.

【0132】図17は、針110を一定速度で圧入した
時の、(a)強磁性層1の表面と針110の先端部との
間の距離と、(b)これらの間に流れる電流の時間変化
を表すグラフ図である。
FIG. 17 shows (a) the distance between the surface of the ferromagnetic layer 1 and the tip of the needle 110 and (b) the current flowing between them when the needle 110 is press-fitted at a constant speed. It is a graph showing time change.

【0133】ここでは、時間とともに距離を線形(リニ
ア)に変動させているが、流れる電流は指数関数的に増
加する。設定電流を10μAとし、電流がこれに到達し
たら針110をマウントしているアーム140の湾曲を
もとに戻した。さらに形成された穴を埋め込むように強
磁性層2としてニッケルを蒸着した。
Here, the distance is linearly changed with time, but the flowing current increases exponentially. The set current was set to 10 μA, and when the current reached this value, the bending of the arm 140 mounting the needle 110 was restored. Further, nickel was vapor-deposited as the ferromagnetic layer 2 so as to fill the formed hole.

【0134】このように形成された磁気抵抗効果素子の
2つの強磁性層1、2にそれぞれ電極を設け、磁気抵抗
効果を測定した。
Electrodes were respectively provided on the two ferromagnetic layers 1 and 2 of the magnetoresistive effect element thus formed, and the magnetoresistive effect was measured.

【0135】図18は、本実施例の磁気抵抗効果素子に
おいて、印加した磁場と電気抵抗との関係を表すグラフ
図である。多少のヒステリシスが見られたが、概ね、磁
場を印加することにより抵抗は減少した。微小開口Aに
おける接点部の抵抗は磁場がゼロの時に約3kΩであ
り、MR比として120%という大きな値が得られた。
FIG. 18 is a graph showing the relationship between the applied magnetic field and the electric resistance in the magnetoresistive effect element of this example. Although some hysteresis was observed, the resistance decreased in general when the magnetic field was applied. The resistance of the contact portion in the minute opening A was about 3 kΩ when the magnetic field was zero, and a large MR ratio of 120% was obtained.

【0136】(第2の実施例)次に、本発明の第2の実
施例として、前述した第1実施例において用いた作製方
法を応用して、磁気記録のための再生素子を作製した。
(Second Embodiment) Next, as a second embodiment of the present invention, a reproducing element for magnetic recording was manufactured by applying the manufacturing method used in the first embodiment described above.

【0137】すなわち、まず、基板上にコバルト(C
o)の厚膜を形成し、その上にアルミナを形成した。そ
して、微小開口Aを形成したのち厚さ20nmのパーマ
ロイを蒸着した。微小開口Aの上部のパーマロイを約2
0nm角にパターン加工し、さらにその下のコバルト層
を100nmに切り出した。これに導線を設け、この磁
気抵抗効果素子を垂直磁化媒体の表面で動かしたとこ
ろ、媒体信号変化に対応した抵抗変化が観察された。
That is, first, cobalt (C
A thick film of o) was formed and alumina was formed thereon. Then, after forming the minute openings A, permalloy having a thickness of 20 nm was deposited. Approximately 2 permalloys above the small aperture A
A 0 nm square pattern was processed, and the cobalt layer thereunder was cut out to 100 nm. When a conductor was provided on this and this magnetoresistive effect element was moved on the surface of the perpendicular magnetization medium, a resistance change corresponding to the medium signal change was observed.

【0138】(第3の実施例)次に、本発明の第3の実
施例として、図12に例示した磁気メモリを作成した。
(Third Embodiment) Next, as a third embodiment of the present invention, the magnetic memory illustrated in FIG. 12 was prepared.

【0139】すなわち、導電性基板上に、図14(d)
に表した積層構造膜をスパッタ装置を用いて作製した。
その過程で、微小開口Aの形成も行なった。
That is, FIG. 14D is formed on the conductive substrate.
The laminated structure film shown in was prepared using a sputtering apparatus.
In the process, the minute openings A were also formed.

【0140】すなわち、電極層20の上に反強磁性層6
B〜第1の強磁性層1を積層形成し、その上に、絶縁層
3として、ポリマーを塗布し、微小開口Aを形成した。
そして、その上に第2の強磁性層2を堆積した。
That is, the antiferromagnetic layer 6 is formed on the electrode layer 20.
B to the first ferromagnetic layer 1 were laminated and formed thereon, as the insulating layer 3, a polymer was applied to form the minute openings A.
Then, the second ferromagnetic layer 2 was deposited thereon.

【0141】さらに、図14(d)に表したように、非
磁性中間層4A〜反強磁性層6Aを形成した。そして、
この上に相分離構造をもつポリマーを塗布することで微
細加工用マスクを形成し、その表面をイオンミリングで
エッチングすることでパターンド媒体を作製した。セル
・パターンの間にはポリマーを充填して表面を平らにし
た。
Further, as shown in FIG. 14D, the nonmagnetic intermediate layer 4A to the antiferromagnetic layer 6A were formed. And
A microfabrication mask was formed by applying a polymer having a phase-separated structure on this, and the patterned medium was prepared by etching the surface by ion milling. Polymer was filled between the cell patterns to flatten the surface.

【0142】このようにして作製したパターンド媒体の
1つのセルに対し、探針(プローブ)を電極として電流
を流し、記録再生テストを行なった。まず、プラス50
0μAの記録電流を流すことにより書きこみを行なっ
た。ここで、プラス方向は、図14(d)において上か
ら下へ電流が流れる方向に対応する。そして、10μA
の電流でセルの抵抗を測定した。このときの抵抗値は3
kΩであった。また、マイナス500μAの記録電流を
流すことにより書きこみを行ない、同じく10μAの電
流でセルの抵抗を測定した結果、抵抗値は7kΩであっ
た。
A recording / reproducing test was conducted by passing a current through one cell of the patterned medium thus manufactured using a probe as an electrode. First, plus 50
Writing was performed by passing a recording current of 0 μA. Here, the plus direction corresponds to the direction in which the current flows from top to bottom in FIG. And 10 μA
The resistance of the cell was measured with the current of. The resistance value at this time is 3
It was kΩ. Further, writing was performed by passing a recording current of −500 μA, and the resistance of the cell was measured at the same current of 10 μA. As a result, the resistance value was 7 kΩ.

【0143】すなわち、多少のヒステリシスが観察され
たものの、この結果は電流駆動書きこみと電流駆動の読
み込みが可能であることが確認できた。 (第4の実施例)次に、本発明の第4の実施例として、
開口部に異種元素を添加した磁気抵抗効果素子について
説明する。ここでは、図19に表した構造により接点部
に異種元素を添加した磁気抵抗効果素子と、接点部に図
7(a)に表したように異種元素を添加した素子と、異
種元素を添加しない磁気微小接点からなる素子と、をそ
れぞれ作製し、従来のCCP−MR構造の素子と比較し
た。
That is, although some hysteresis was observed, it was confirmed from this result that current drive writing and current drive reading were possible. (Fourth Embodiment) Next, as a fourth embodiment of the present invention,
A magnetoresistive effect element in which a different element is added to the opening will be described. Here, according to the structure shown in FIG. 19, the magnetoresistive effect element in which the different element is added to the contact portion, the element in which the different element is added to the contact portion as shown in FIG. 7A, and the different element is not added. An element composed of magnetic microcontacts was produced and compared with an element having a conventional CCP-MR structure.

【0144】いずれの膜も、堆積にはイオンビームスパ
ッタ製膜装置を用い、下記サンプルIIを除き、電子ビ
ームによる反応性エッチング(詳細は、後述の第11の
実施例に関して説明する)を用いて作製した。また、絶
縁層3の開口径は、設定目標値として10nmとした。
各サンプルの構造は次の通りである。
For each of the films, an ion beam sputter film forming apparatus was used for deposition, and reactive etching by an electron beam (details will be described with respect to an eleventh embodiment described later) was used except for sample II described below. It was made. Further, the opening diameter of the insulating layer 3 was set to 10 nm as a set target value.
The structure of each sample is as follows.

【0145】サンプルIは、図19(a)に表した構造
をもち、ここで異種元素として、3原子層の銅(Cu)
を挿入した。強磁性層1を含む下部構造は、PtMn1
5nm/CoFe4nm/Ru1nm/CoFe4nm
(強磁性層1)からなる積層構造とし、強磁性層1をピ
ン層とした。絶縁層3の材料としてはSiOを用い、
3nmの厚みに堆積させたあと、開口を形成した。
Sample I has the structure shown in FIG. 19 (a), and here, as a different element, a triatomic layer of copper (Cu) is used.
Inserted. The lower structure including the ferromagnetic layer 1 is PtMn1.
5nm / CoFe4nm / Ru1nm / CoFe4nm
The ferromagnetic layer 1 was used as a pinned layer having a laminated structure of (ferromagnetic layer 1). SiO 2 is used as the material of the insulating layer 3,
Openings were formed after deposition to a thickness of 3 nm.

【0146】異種元素としてCu層を挿入すると、接点
部の結晶性を保ったまま、上下の強磁性層1、2の交換
結合の分断を促し、これら上下の層1、2の磁化が独立
に、すなわち、この場合は上の強磁性層2の磁化がより
自由に動くようにすることができる。一般に、Cuの中
間層が存在する場合でも、その膜厚が薄いところでは層
間交換相互作用が働くので、上下層が結合してしまう。
しかし、磁気微小接点のような接触面積が極めて小さい
場合には、層間交換相互作用は無視できるため、上下の
磁性層の結合分断に有効である。
When a Cu layer is inserted as a different element, the exchange coupling between the upper and lower ferromagnetic layers 1 and 2 is promoted while maintaining the crystallinity of the contact portion, and the magnetizations of these upper and lower layers 1 and 2 are independent. That is, in this case, the magnetization of the upper ferromagnetic layer 2 can move more freely. In general, even when a Cu intermediate layer is present, interlayer exchange interaction works where the film thickness is small, so the upper and lower layers are combined.
However, when the contact area such as a magnetic microcontact is extremely small, the interlayer exchange interaction can be ignored, and therefore it is effective for disconnecting the coupling between the upper and lower magnetic layers.

【0147】なお、強磁性層2はCoFe4nmとし、
この上には保護膜としてCu層を堆積した。
The ferromagnetic layer 2 is CoFe 4 nm,
A Cu layer was deposited thereon as a protective film.

【0148】一方、サンプルIIは、図19(b)に表し
た構造とし、ここでの異種元素としては、銅(Cu)と
アルミニウム(Al)からなる合金を堆積させたのち酸
素中で酸化させ、Cu−Al−Oとした。強磁性層1を
含む下部構造および強磁性層2はサンプルIと同じで、
絶縁層3の材料としては、Alを用いた。Cu−
Al−O層では、アルミナがリッチな高絶縁微粒子と、
Cuがリッチな導通がある箇所とが形成されやすい。従
って、磁気微小接点の開口サイズを実質的に小さくする
ことができ、これによりさらに大きな磁気抵抗効果が得
られる。
On the other hand, Sample II has the structure shown in FIG. 19B. As the different element here, an alloy of copper (Cu) and aluminum (Al) is deposited and then oxidized in oxygen. , Cu-Al-O. The substructure including the ferromagnetic layer 1 and the ferromagnetic layer 2 are the same as in the sample I,
Al 2 O 3 was used as the material of the insulating layer 3. Cu-
In the Al-O layer, highly insulating fine particles rich in alumina,
A place where Cu is rich and conductive is easily formed. Therefore, it is possible to substantially reduce the size of the opening of the magnetic micro-contact, thereby obtaining a larger magnetoresistive effect.

【0149】サンプルIIIは、図7(a)に表した構造
を有する。ここでの異種元素は酸素(O)であり、自然
酸化により酸素元素を導入した。その基本的な構造は、
異種元素の導入方法を除いては、サンプルIと同じであ
る。この酸化層の導入は、サンプルIIと同じく、磁気微
小接点の開口サイズを実質的に小さくすることを目的と
する。
Sample III has the structure shown in FIG. The foreign element here is oxygen (O), and the oxygen element was introduced by natural oxidation. Its basic structure is
It is the same as Sample I except for the method of introducing the different element. The introduction of this oxide layer aims to substantially reduce the opening size of the magnetic microcontact, as in Sample II.

【0150】サンプルIVはパーマロイのみからなる微小
接点であり、接点部には異種元素層が存在しない構造で
ある。
Sample IV is a minute contact made of only permalloy, and has a structure in which a different element layer does not exist in the contact portion.

【0151】サンプルVは通常のCCP−MR構造で、
PtMn15nm/CoFe4nm/Ru1nm/Co
Fe4nm/Cu2nm/CoFe4nm/Cuなる積
層構造をもつ。
Sample V has a normal CCP-MR structure,
PtMn15nm / CoFe4nm / Ru1nm / Co
It has a laminated structure of Fe4 nm / Cu2 nm / CoFe4 nm / Cu.

【0152】磁気抵抗変化率の測定結果を表1にまとめ
た。本発明の磁気抵抗効果素子であるサンプルI〜IVで
はいずれも、サンプルVの通常のCCP−MRよりも大
きな磁気抵抗変化率を示している。また、サンプルIと
IIでは、異種元素添加により、さらに大きな磁気抵抗変
化率が得られた。
Table 1 summarizes the measurement results of the rate of change in magnetoresistance. Samples I to IV, which are the magnetoresistive effect elements of the present invention, all show a larger magnetoresistance change rate than the normal CCP-MR of sample V. Also, with sample I
In II, a larger magnetoresistance change rate was obtained by adding different elements.

【0153】[0153]

【表1】 (第5の実施例)次に、本発明の第5の実施例として、
複数の磁気抵抗効果素子を直列に積層させたいわゆる
「タンデム型」の素子を製作した。
[Table 1] (Fifth Embodiment) Next, as a fifth embodiment of the present invention,
A so-called "tandem type" element was manufactured by stacking a plurality of magnetoresistive elements in series.

【0154】図20は、本実施例として製作した磁気抵
抗効果素子の要部断面構造を表す模式図である。
FIG. 20 is a schematic view showing the cross-sectional structure of the main part of the magnetoresistive effect element manufactured as this example.

【0155】同図に表したように、強磁性層1と絶縁層
3とが交互に積層され、それぞれの絶縁層3には微小開
口Aが形成され、隣接する強磁性層1同士を磁気微小接
点により接続されている。すなわち、図1に表した磁気
抵抗効果素子における強磁性層1と強磁性層2とを、隣
り合う磁気抵抗素子素子間で兼用するようにした。
As shown in the figure, the ferromagnetic layers 1 and the insulating layers 3 are alternately laminated, and the minute openings A are formed in each of the insulating layers 3. Connected by contacts. That is, the ferromagnetic layer 1 and the ferromagnetic layer 2 in the magnetoresistive effect element shown in FIG. 1 are shared between adjacent magnetoresistive element elements.

【0156】ここで、各絶縁層3に形成される微小開口
Aの位置は、必ずしも一直線上に整列している必要はな
く、図20に例示した如く互いに「ずれて」いてもよ
い。
Here, the positions of the minute openings A formed in each insulating layer 3 do not necessarily have to be aligned on a straight line, and may be "shifted" from each other as illustrated in FIG.

【0157】本実施例のような直列構造とすると、より
大きな磁気抵抗変化が得られる点で有利である。
The series structure as in this embodiment is advantageous in that a larger magnetoresistance change can be obtained.

【0158】また、このような積層直列構造において、
仮に微小開口Aの開口幅にばらつきがある場合には、も
っとも抵抗の大きな微小開口Aの部分で全体の特性が規
定されるので、微小開口Aが大きくなりがちであるとい
う欠点を補うことができる。
Further, in such a laminated series structure,
If there are variations in the opening width of the minute opening A, the entire characteristic is defined by the portion of the minute opening A having the highest resistance, so that the disadvantage that the minute opening A tends to become large can be compensated. .

【0159】(第6の実施例)次に、本発明の第6の実
施例として、円柱状の微小開口を形成した磁気抵抗効果
素子について説明する。
(Sixth Embodiment) Next, as a sixth embodiment of the present invention, a magnetoresistive effect element having a cylindrical minute opening will be described.

【0160】図21は、本実施例において製作した磁気
抵抗効果素子の要部断面構造を表す模式図である。
FIG. 21 is a schematic view showing the cross-sectional structure of the main part of the magnetoresistive effect element manufactured in this example.

【0161】まず、導電性基板Sの上に反強磁性膜6、
磁性層1をこの順に形成し、さらにその上に直径5nm
の円柱形の微小開口Aを有するアルミナ3を形成した。
この微小開口Aに対して、電気化学的な堆積方法により
ニッケル(Ni)を埋め込んだ。そして、その上に磁性
層2を堆積することにより、図21に表した構造の磁気
抵抗効果素子を得た。
First, on the conductive substrate S, the antiferromagnetic film 6,
A magnetic layer 1 is formed in this order, and a diameter of 5 nm is further formed on the magnetic layer 1.
Alumina 3 having a cylindrical minute opening A was formed.
Nickel (Ni) was embedded in the minute openings A by an electrochemical deposition method. Then, by depositing the magnetic layer 2 thereon, a magnetoresistive effect element having the structure shown in FIG. 21 was obtained.

【0162】図22は、この磁気抵抗効果素子の磁気抵
抗変化を表すグラフ図である。すなわち、ゼロ磁場にお
ける電気抵抗は100Ω以下と比較的小さく、磁場20
G以上で抵抗の大きな減少が得られることが分かった。
FIG. 22 is a graph showing the magnetoresistance change of this magnetoresistance effect element. That is, the electric resistance in the zero magnetic field is relatively small as 100Ω or less, and
It has been found that a great reduction in resistance is obtained above G.

【0163】(第7の実施例)次に、本発明の第7の実
施例として、図11(a)に表した構造を有する磁気記
録のための再生素子を作製した。この素子を媒体200
側から眺めた断面構造(開口面上の)は、図23に表し
た如くである。電極層の一部およびシールド層を除いた
磁気抵抗効果素子を構成する各層の材料と膜厚は、次の
とおりである。 Ta5nm/CoFe1nm/SiO層の中に開口部
/CoFe1nm/Ru1nm/CoFe1nm/Pt
Mn30nm/Ta5nm
(Seventh Embodiment) Next, as a seventh embodiment of the present invention, a reproducing element for magnetic recording having the structure shown in FIG. 11A was manufactured. This device is a medium 200
The sectional structure (on the opening surface) viewed from the side is as shown in FIG. The materials and film thicknesses of the respective layers constituting the magnetoresistive effect element excluding a part of the electrode layers and the shield layer are as follows. Ta5nm / CoFe1nm / opening in the SiO 2 layer / CoFe1nm / Ru1nm / CoFe1nm / Pt
Mn30nm / Ta5nm

【0164】ここで開口部はFIB(focused ion bea
m)を利用することで作製した。また、磁気抵抗効果素
子の側面には、フリー層2の磁化の制御のためにハード
マグネット層HMを設けた。フリー層2は、ハードマグ
ネット層HMに近い部分が磁化制御のために不感応領域
2Aとなる。このため、単純なフリー層/中間層/ピン
層という単純な積層構造のMR素子の場合には、不感応
領域2Aの磁気抵抗効果も含むため、検出効率が低下す
る。また、媒体200から遠くなるほど媒体200から
の信号磁界が小さくなるため、フリー層2の応答は悪く
なり、やはり検出効率が低下する。
Here, the opening is FIB (focused ion bea).
m) was used. Further, a hard magnet layer HM is provided on the side surface of the magnetoresistive effect element for controlling the magnetization of the free layer 2. A portion of the free layer 2 near the hard magnet layer HM becomes the insensitive region 2A for controlling the magnetization. Therefore, in the case of an MR element having a simple laminated structure of a simple free layer / intermediate layer / pin layer, the magnetoresistive effect of the insensitive region 2A is also included, so that the detection efficiency is reduced. Further, as the distance from the medium 200 increases, the signal magnetic field from the medium 200 decreases, so that the response of the free layer 2 deteriorates and the detection efficiency also decreases.

【0165】これに対して本実施例の構造では、不感応
領域2Aをさけ、また、フリー層2のうちで、媒体20
0に近い部分のみにおけるセンス状態を検出することが
できる。つまり、本実施例によれば、感度のロスが少な
く、単純なフリー層/中間層/ピン層構造に比べ、検出
効率を1.5倍以上に上げることができる。
On the other hand, in the structure of this embodiment, the insensitive region 2A is avoided, and the medium 20 in the free layer 2 is avoided.
It is possible to detect the sense state only in the portion close to 0. That is, according to the present embodiment, the loss of sensitivity is small, and the detection efficiency can be increased to 1.5 times or more as compared with the simple free layer / intermediate layer / pin layer structure.

【0166】(第8の実施例)次に、本発明の第8の実
施例として、図15(g)の構造をもつ磁気抵抗効果セ
ルを図12に表したように基板上に並べ、32×32の
マトリックスを形成した。このマトリックスをさらに3
2×32並べ、合計で1M(メガ)ビットの記録再生媒
体を形成した。
(Eighth Embodiment) Next, as an eighth embodiment of the present invention, magnetoresistive cells having the structure of FIG. 15G are arranged on the substrate as shown in FIG. A x32 matrix was formed. 3 more of this matrix
A total of 1 M (mega) bit recording / reproducing medium was formed by 2 × 32 arrangement.

【0167】そして、この記録再生媒体に対して、32
個×32個からなるプローブで記録再生を行った。すな
わち、マトリックス1セットに対しプローブ1個を対応
させた。プロービングは、図13(a)に表した如くで
ある。それぞれのプローブPRに対するセルの選択は、
媒体に設けられたXY駆動機構により行なった。
With respect to this recording / reproducing medium, 32
Recording and reproduction were performed with a probe consisting of 32 pieces. That is, one probe was made to correspond to one set of matrix. Probing is as shown in FIG. The cell selection for each probe PR is
It was performed by an XY drive mechanism provided on the medium.

【0168】また、これらプローブPRを、図24に表
したようにトランジスタTRを介してアレイ状に接続し
た。こうすることによって、ビット線BLとワード線W
Lとを選択し、所定のプローブPRに対応するトランジ
スタTRをオン(ON)することによりプローブの選択
を行なった。このような構造をとることで、多数のビッ
トに対してもビット選択が可能となることを確認した。
Further, these probes PR were connected in an array through the transistors TR as shown in FIG. By doing so, the bit line BL and the word line W
A probe was selected by selecting L and L and turning on a transistor TR corresponding to a predetermined probe PR. It was confirmed that such a structure enables bit selection even for a large number of bits.

【0169】(第9の実施例)次に、本発明の第9の実
施例として、図5(d)に例示した断面構造を有する磁
気抵抗効果素子を、「自己組織化プロセス」を利用して
作製した。
(Ninth Embodiment) Next, as a ninth embodiment of the present invention, a magnetoresistive effect element having the sectional structure illustrated in FIG. It was made.

【0170】まず、超高真空イオンビームスパッタ装置
を用いて、基板上にCoFeからなる強磁性層1の平坦
な層を形成したのち、基板温度を200℃まで上げてそ
の上にSiO層3を成長させた。条件によりSiO
層3はアイランド状に成長する。
First, an ultrahigh vacuum ion beam sputtering apparatus was used to form a flat layer of the ferromagnetic layer 1 made of CoFe on the substrate, then the substrate temperature was raised to 200 ° C. and the SiO 2 layer 3 was formed thereon. Has grown up. SiO 2 depending on conditions
Layer 3 grows like an island.

【0171】図25(a)乃至(c)は、成長時間とと
もに変化するSiO層3の平面形態を表す模式図であ
る。
FIGS. 25A to 25C are schematic views showing the planar form of the SiO 2 layer 3 which changes with the growth time.

【0172】すなわち、SiO層3は、成長初期に
は、図25(a)に表したように微細なアイランド、成
長中期には大きいアイランド、成長後期にはアイランド
が繋がって成長していき、最終的には連続的な膜とな
る。
That is, the SiO 2 layer 3 grows by connecting fine islands in the initial growth stage, large islands in the middle growth stage, and islands in the latter growth stage as shown in FIG. The end result is a continuous film.

【0173】このように異なる成長時間の膜に対し、さ
らにそれらの上面にCoFe強磁性層2を堆積し、磁気
抵抗効果を調べた。
CoFe ferromagnetic layers 2 were further deposited on the upper surfaces of the films having different growth times as described above, and the magnetoresistive effect was examined.

【0174】図26は、横軸にSiO層3の成長時
間、縦軸にMR比を表すグラフ図である。成長の初期は
強磁性層1及び2が大きな面積で接しているため、MR
効果は非常に小さい。しかし、SiO層3の成長が進
行して、強磁性層1及び2の接触面積が適切な範囲まで
小さくなると、MR比が急激に大きくなる。そして、S
iO層3の成長がさらに進行すると、強磁性層1の表
面を覆うために、MR比は、ピークを越えて急速に低下
する。なお、SiO層3が強磁性層1の表面を覆った
直後の状態においてはTMR効果が出現していると推測
されるが、この絶縁層3の厚さが成長の進行によって厚
くなるので、MR比は急速に低下する。
FIG. 26 is a graph showing the growth time of the SiO 2 layer 3 on the horizontal axis and the MR ratio on the vertical axis. Since the ferromagnetic layers 1 and 2 are in contact with each other over a large area at the initial stage of growth, the MR
The effect is very small. However, when the growth of the SiO 2 layer 3 progresses and the contact area of the ferromagnetic layers 1 and 2 decreases to an appropriate range, the MR ratio rapidly increases. And S
When the growth of the iO 2 layer 3 further progresses, the MR ratio exceeds the peak and rapidly decreases to cover the surface of the ferromagnetic layer 1. It is assumed that the TMR effect appears in the state immediately after the SiO 2 layer 3 covers the surface of the ferromagnetic layer 1. However, since the thickness of the insulating layer 3 increases as the growth proceeds, The MR ratio drops rapidly.

【0175】以上説明したように、本実施例の方法によ
れば、微細加工技術を駆使する必要なく、微小開口を形
成して大きなMR値を得ることができる。
As described above, according to the method of this embodiment, it is possible to form a minute opening and obtain a large MR value without making full use of the fine processing technique.

【0176】(第10の実施例)次に、本発明の第10
の実施例として、図16(a)に表した磁化方向の関係
を有するセルを第9実施例と同様の方法で作製し、図1
2の磁気記録媒体を形成した。
(Tenth Embodiment) Next, the tenth embodiment of the present invention will be described.
16A, a cell having the relationship of the magnetization directions shown in FIG. 16A is manufactured by the same method as in the ninth embodiment, and
No. 2 magnetic recording medium was formed.

【0177】まず、超高真空スパッタ装置を用いて下地
電極20の上にPtMn層(厚み10nm)を形成した
のちCo層(厚み5nm)1を成長させ、さらにアルミ
ナ層3をアイランド状に形成し、その上にCo層(2.
5nm)2を形成した。そして、その上Ta層(3n
m)を形成した。この積層膜を真空磁場中でアニールし
たのち、EB(electron beam)露光装置を用いて、そ
れぞれが70nm×120nmのサイズを有するセルが
規則正しく並んだセルアレイを形成した。
First, a PtMn layer (thickness 10 nm) is formed on the base electrode 20 using an ultra-high vacuum sputtering apparatus, then a Co layer (thickness 5 nm) 1 is grown, and further an alumina layer 3 is formed in an island shape. , And a Co layer (2.
5 nm) 2 was formed. Then, a Ta layer (3n
m) was formed. After this laminated film was annealed in a vacuum magnetic field, an EB (electron beam) exposure apparatus was used to form a cell array in which cells each having a size of 70 nm × 120 nm were regularly arranged.

【0178】そして、これらセルのうちの一つにプロー
ブPRを接触させて電流値をスウィープさせた場合の素
子抵抗変化を調べた。その結果、プラス1.2mA以上
の電流を流すと素子の抵抗が大きくなり、さらに電流を
2mAまで流した後に減少させ電流方向を反転すると、
マイナス1.4mA近くまでは抵抗値が大きいままであ
り、この電流値を境にさらにそれよりもマイナス方向に
電流値を増加すると抵抗は減少した。このような抵抗変
化の反応は、何回かの繰り返し実験でも同様に再現し
た。電流スウィープによる抵抗の変化率は、平均すると
22%であった。
Then, the change in element resistance when the probe PR was brought into contact with one of these cells and the current value was swept was examined. As a result, when a current of plus 1.2 mA or more is applied, the resistance of the element increases, and when the current is applied up to 2 mA and then reduced to reverse the current direction,
The resistance value was still large until it was close to minus 1.4 mA, and the resistance value decreased when the current value was further increased in the negative direction beyond this current value. Such a resistance change reaction was similarly reproduced in several repeated experiments. The rate of change in resistance due to the current sweep was 22% on average.

【0179】以上、図1乃至図26を参照しつつ、本発
明の磁気抵抗効果素子及びその製造方法について説明し
た。以下、本発明の磁気抵抗効果素子に設けられる微小
開口の製造方法に関連した他の具体例について、第11
乃至第18の実施例を参照しつつ詳細に説明する。
The magnetoresistive effect element and the method of manufacturing the same according to the present invention have been described above with reference to FIGS. 1 to 26. Hereinafter, with respect to another specific example related to the method for manufacturing the minute opening provided in the magnetoresistive effect element of the present invention,
A detailed description will be given with reference to the eighteenth embodiment.

【0180】(第11の実施例)次に、本発明の第11
の実施例として、電子線(EB)によるエッチングを利
用して微小開口を形成する具体例について説明する。
(Eleventh Embodiment) Next, the eleventh embodiment of the present invention will be described.
As a practical example of the above, a specific example in which a minute opening is formed by using etching with an electron beam (EB) will be described.

【0181】図27は、本実施例において用いた方法を
説明する概念図である。この装置は、真空チャンバ30
0内に設置された電子線を供給するEBソース310、
サンプルステージ320、サンプルに反応ガスを供給す
るノズル340さらにサンプル温度を上昇させるための
サンプルヒータ330を有する。真空チャンバ300
は、排気口350を介して真空排気され、減圧雰囲気が
維持可能とされている。
FIG. 27 is a conceptual diagram for explaining the method used in this embodiment. This apparatus includes a vacuum chamber 30
An EB source 310 that supplies an electron beam installed in
It has a sample stage 320, a nozzle 340 for supplying a reaction gas to the sample, and a sample heater 330 for raising the sample temperature. Vacuum chamber 300
Is vacuum-exhausted through the exhaust port 350, and a reduced pressure atmosphere can be maintained.

【0182】微小開口の穴あけ加工は、以下の要領で行
った。
The drilling of the minute openings was performed as follows.

【0183】まず、強磁性層1と絶縁層3とが形成され
たサンプルをサンプルステージ320に固定する。スキ
ャンされたEB像を観察して絶縁層3の穴あけ位置を決
定する。さらにその予定の場所にEBを集中して照射
し、さらにノズル340を介して反応ガスをその近傍に
吹き付ける。また、反応を促進するためサンプルヒータ
330により、サンプルの温度を適宜上昇させる。その
ようにすることで、絶縁層3の表面は供給されたガスと
EBにより反応して揮発性物質となり蒸発する。その結
果、エッチングが促進される。また、サンプル温度を上
昇させることにより、反応速度をあげて工程時間を短縮
することができる。また、エンドポイントであり反応が
進まない磁性層1の表面でカーボンフロライド層がEB
照射にて形成堆積するのを防ぐ。
First, the sample on which the ferromagnetic layer 1 and the insulating layer 3 are formed is fixed to the sample stage 320. Observing the scanned EB image, the position where the insulating layer 3 is drilled is determined. Further, the EB is concentrated and irradiated to the predetermined place, and the reaction gas is further sprayed in the vicinity through the nozzle 340. Further, the sample heater 330 appropriately raises the temperature of the sample in order to accelerate the reaction. By doing so, the surface of the insulating layer 3 reacts with the supplied gas by EB to become a volatile substance and evaporate. As a result, etching is promoted. Further, by raising the sample temperature, the reaction rate can be increased and the process time can be shortened. In addition, the carbon fluoride layer is EB on the surface of the magnetic layer 1 which is an end point and does not react.
Prevents formation and deposition by irradiation.

【0184】図28は、磁気抵抗効果素子の形成工程を
表す模式図である。すなわち、同図は、CoFe磁性層
1の上に形成されたSiO絶縁層3に微小開口Aを形
成する工程を表す。
FIG. 28 is a schematic diagram showing a process of forming a magnetoresistive effect element. That is, the figure shows a step of forming the minute openings A in the SiO 2 insulating layer 3 formed on the CoFe magnetic layer 1.

【0185】まず、図示しない下地膜(例えば、厚み5
nmのタンタルなどからなる)上に、図示しないPtM
n反強磁性膜(例えば、厚み15nm)が形成される。
その上に、CoFe層1がMR素子のピン層として形成
される。その上に厚み3nmのSiO層3が形成され
ている。
First, a base film (not shown) having a thickness of 5
PtM (not shown)
An n antiferromagnetic film (for example, thickness 15 nm) is formed.
The CoFe layer 1 is formed thereon as a pinned layer of the MR element. A SiO 2 layer 3 having a thickness of 3 nm is formed thereon.

【0186】次に、ビーム径が10nm以下に絞られた
EBをスポット状にSiO層3の表面に照射する。絶
縁体のチャージアップを防ぐため、EBの加速電圧は1
0kVとした。そこへ反応ガスとしてXeF2を吹き付
ける。そのようにすることで、SiOはガスと反応し
てSiフッ化物となり蒸発する。しかしながら、CoF
e磁性層1とは揮発性の反応物を作らないため反応はS
iO層3のエッチングのみで停止する。
Next, the surface of the SiO 2 layer 3 is irradiated with spots of EB having a beam diameter of 10 nm or less. To prevent the insulator from charging up, the EB acceleration voltage is 1
It was set to 0 kV. XeF2 is sprayed as a reaction gas there. By doing so, SiO 2 reacts with the gas to become Si fluoride and evaporates. However, CoF
e The reaction is S because it does not form a volatile reactant with the magnetic layer 1.
It stops only by etching the iO 2 layer 3.

【0187】チャージアップの影響避けるためには、サ
ンプルを約30度ほど傾けたり、2次電子の放出を促進
させるとよい。ノズル340から供給する反応性ガスと
しては、XeFのみでなく、CHFガスや他のフレ
オン系ガスでも効果がある。さらに、チャージアップへ
の対策として、SiO層3の上にNb(ニオブ)膜な
どの金属膜を形成しても良い。
In order to avoid the influence of charge-up, it is advisable to incline the sample by about 30 degrees or accelerate the emission of secondary electrons. As the reactive gas supplied from the nozzle 340, not only XeF 2 but also CHF 3 gas or other Freon-based gas is effective. Furthermore, as a measure against charge-up, a metal film such as an Nb (niobium) film may be formed on the SiO 2 layer 3.

【0188】図29は、Nb膜400を形成した例を表
す。Nb膜400の厚みは、例えば、3nm程度とする
ことができる。この場合には、まず、図29(a)に表
したように、CFを反応ガスとして用いてEBを照射
して、Nb膜400にスポット状の穴400Aを形成す
る。次に、図29(b)に表したように、XeFガス
に切り替えてSiO層3をEB照射にてエッチングす
る。
FIG. 29 shows an example in which the Nb film 400 is formed. The thickness of the Nb film 400 can be set to, for example, about 3 nm. In this case, first, as shown in FIG. 29A, EB is irradiated using CF 4 as a reaction gas to form spot-shaped holes 400A in the Nb film 400. Next, as shown in FIG. 29B, the SiO 2 layer 3 is etched by EB irradiation by switching to the XeF 2 gas.

【0189】このように、金属膜400を絶縁層3の上
に形成することで、チャージアップによるEB照射径の
増大を防ぐことができる。また、金属膜400が絶縁層
3の上に存在することで、その上に形成される磁性膜2
の結晶性が向上し、その結果として軟磁性の向上や抵抗
変化率の向上が図られる。つまり、磁気抵抗効果素子の
磁界感度の向上に寄与する。
As described above, by forming the metal film 400 on the insulating layer 3, it is possible to prevent the EB irradiation diameter from increasing due to charge-up. In addition, since the metal film 400 is present on the insulating layer 3, the magnetic film 2 formed thereon is
The crystallinity is improved, and as a result, the soft magnetism and the resistance change rate are improved. That is, it contributes to the improvement of the magnetic field sensitivity of the magnetoresistive effect element.

【0190】図30は、微小開口の形成プロセスのもう
ひとつの例を表す工程断面図である。
FIG. 30 is a process sectional view showing another example of a process of forming a minute opening.

【0191】すなわち、素子ひとつひとつについてEB
により微小開口Aを形成するのは時間がかかるので、E
Bによる微小開口Aの形成は、図30(a)に表したよ
うに金属膜400だけにしておき、その後、図30
(b)に表したようにCHFガスによるRIE(Reac
tive Ion Etching)をウェーハ全体で行ったり、さらに
物理的ダメージの小さいCDE(Chemical Dry Etchin
g)によってウェーハ全体に亘ってSiO層3をエッ
チングすることにより、工程時間の短縮化を図ることが
できる。
That is, the EB for each element
Since it takes time to form the minute opening A by
The minute openings A formed by B are formed only on the metal film 400 as shown in FIG.
(B) As shown in CHF 3 gas by RIE (Reac
tive ion etching is performed on the entire wafer, and CDE (Chemical Dry Etching) with less physical damage is performed.
The process time can be shortened by etching the SiO 2 layer 3 over the entire wafer by g).

【0192】また、図30(a)に表したすように金属
膜400に穴400Aが開口した状態で全体をスパッタ
エッチングやイオンミリングすることにより、図30
(c)に表したように金属の穴400Aを絶縁層3に転
写してもよい。この方法の場合も、ウェーハ全体に亘っ
て微小開口Aを同時に形成できるので、工程時間の短縮
化を図ることが可能である。
Further, as shown in FIG. 30A, by sputter etching or ion milling the whole in the state where the hole 400A is opened in the metal film 400, as shown in FIG.
The metal hole 400A may be transferred to the insulating layer 3 as shown in FIG. Also in the case of this method, since the minute openings A can be simultaneously formed over the entire wafer, the process time can be shortened.

【0193】SiO層3に微小開口Aを形成した後、
図31(a)に例示したようにフリー層となる磁性層2
(例えば、厚みが5nm程度のCoFe )を積層形成
し、さらに保護膜9となるTa膜を5nm程度、積層形
成して、ピン層とフリー層とがポイントコンタクトした
MR積層膜を得ることができる。
After forming the minute openings A in the SiO 2 layer 3,
As shown in FIG. 31A, the magnetic layer 2 serving as a free layer.
(For example, CoFe 3 having a thickness of about 5 nm) is laminated, and further a Ta film to be the protective film 9 is laminated to have a thickness of about 5 nm, whereby an MR laminated film in which the pin layer and the free layer are in point contact can be obtained. .

【0194】また、図31(b)に表したようにフリー
層となるCoFe磁性膜2を形成する前にMR素子にお
ける非磁性中間層(スペーサ層)4となるCr膜やCu
膜を2nm程度、積層形成しても良い。このようにする
ことで、図14に関して前述したように、フリー層2の
コンタクト部分が外部磁界に対して磁化回転しやすくな
り、低信号磁界で反応するようになる。
Also, as shown in FIG. 31B, before forming the CoFe magnetic film 2 to be the free layer, the Cr film or Cu to be the non-magnetic intermediate layer (spacer layer) 4 in the MR element is formed.
The films may be laminated to have a thickness of about 2 nm. By doing so, as described above with reference to FIG. 14, the contact portion of the free layer 2 is easily magnetized and rotated with respect to the external magnetic field, and reacts with the low signal magnetic field.

【0195】また、図31(c)に表したようにピン層
1の上に非磁性中間層4を設けても同様の効果が得られ
る。
Further, as shown in FIG. 31C, the same effect can be obtained by providing the nonmagnetic intermediate layer 4 on the pinned layer 1.

【0196】一方、上下の磁性層を反転させて下をフリ
ー層、上をピン層としてもよい。
On the other hand, the upper and lower magnetic layers may be inverted so that the lower layer is a free layer and the upper layer is a pinned layer.

【0197】図32(a)は、上下を反転させた例を表
し、微小開口Aを形成後、ピン層となるCoFe層1さ
らにそれを磁化固着する反強磁性層6さらにTa保護膜
9が形成される。微小開口Aの中に埋め込まれる磁性膜
1はどうしても結晶欠陥が入りやすいので、軟磁気特性
を要求されないピン層が穴に埋め込まれる形態のほうが
信号磁界への感度という点では有利である。ピン層とな
る磁性膜2を埋め込む場合にも、図32(b)に表した
ように最初に非磁性中間層4を埋め込んでもよい。この
場合も、フリー層1の信号磁界に対する磁化回転がスム
ーズになり、信号磁界に対する感度を増すことができ
る。
FIG. 32A shows an example in which the top and bottom are inverted, and after forming the minute opening A, the CoFe layer 1 serving as the pinned layer, the antiferromagnetic layer 6 for fixing the magnetization of the CoFe layer 1, and the Ta protective film 9 are formed. It is formed. Since the magnetic film 1 embedded in the minute opening A is likely to have crystal defects, it is more advantageous in terms of sensitivity to a signal magnetic field to embed a pin layer, which is not required to have soft magnetic characteristics, in a hole. Even when the magnetic film 2 to be the pinned layer is embedded, the nonmagnetic intermediate layer 4 may be embedded first as shown in FIG. Also in this case, the magnetization rotation of the free layer 1 with respect to the signal magnetic field becomes smooth, and the sensitivity to the signal magnetic field can be increased.

【0198】また、図32(c)に表したようにフリー
層2の上にスペーサー層4が形成されていても同様の効
果が得られる。
Further, as shown in FIG. 32C, the same effect can be obtained even if the spacer layer 4 is formed on the free layer 2.

【0199】埋め込まれる磁性層2の結晶性を良くして
高いMRを得るためには、微小開口Aの側面はなだらか
なテーパー状であること、およびその表面粗さが小さい
ことが望ましい。なだらかなテーパーをつけるために
は、図33に表したように斜め入射のイオンミリング
や、斜め入射でのRIBE(Reactive Ion Beam Etchin
g)加工で絶縁膜3をエッチングするとよい。またテー
パー面の表面荒さを小さくするためには、絶縁層3の材
料として、SiOやアルミナなどのアモルファスの酸
化物を用いることが望ましい。
In order to improve the crystallinity of the embedded magnetic layer 2 and obtain a high MR, it is desirable that the side surface of the minute opening A has a gentle taper shape and has a small surface roughness. In order to make a gentle taper, as shown in Fig. 33, oblique incident ion milling and oblique incident RIBE (Reactive Ion Beam Etchin) are used.
g) Etching the insulating film 3 may be performed. Further, in order to reduce the surface roughness of the tapered surface, it is desirable to use an amorphous oxide such as SiO 2 or alumina as the material of the insulating layer 3.

【0200】以上説明したように、反応性ガスを用いた
EB照射により任意の場所に微小な穴を開けることがで
きる。この電子を反応性ガスと共に基板に衝突させて加
工する原理自体は、J.W.Coburn により開示
されている(非特許文献6参照)。
As described above, EB irradiation using a reactive gas can be used to make a fine hole at an arbitrary position. The principle itself of processing the electrons by colliding with the substrate together with the reactive gas is described in J. W. It is disclosed by Coburn (see Non-Patent Document 6).

【0201】[0201]

【非特許文献6】J.W.Coburn (Journal of Applied Phy
sics , vol.50,no.5,pp3189-3196(1979)
[Non-Patent Document 6] JW Coburn (Journal of Applied Phy
sics, vol.50, no.5, pp3189-3196 (1979)

【0202】この方法の特徴は、電子衝突であるため衝
突ターゲットに与える物理的ダメージがきわめて小さい
ことである。ナノコンタクトMR素子の形成に適用した
場合、極微小に絞った電子線を使用して絶縁膜の下層に
ある磁性体に物理的ダメージを与えることなく絶縁膜の
エッチング加工を行うことができる。微小部分エッチン
グは絶縁体表面を金属膜で覆うことによりチャージアッ
プによるEB収束劣化を防ぐことができる。
The feature of this method is that the physical damage to the collision target is extremely small because it is an electron collision. When applied to the formation of a nano-contact MR element, the insulating film can be etched by using an electron beam that is extremely finely squeezed without physically damaging the magnetic material under the insulating film. The minute partial etching can prevent EB convergence deterioration due to charge-up by covering the surface of the insulator with a metal film.

【0203】ナノコンタクトMR素子ではコンタクト部
分の良好な結晶性が要求されるため、このEB照射エッ
チングは特に有用な開口部形成プロセスである。また、
素子一つ一つの加工領域が極めて狭いためプロセス時間
が短いこと、さらに加工後、加工形状を観察できその結
果プロセスフィードバックが可能であることが、この方
法をナノコンタクトMR素子に適用することのメリット
である。
This EB irradiation etching is a particularly useful opening forming process because the contact portion of the nano-contact MR element is required to have good crystallinity. Also,
The merit of applying this method to the nano-contact MR element is that the processing time is short because the processing area of each element is extremely narrow, and the processing shape can be observed after processing and as a result process feedback is possible. Is.

【0204】なお、絶縁体の微小開口を形成した後、上
側の磁性層あるいは異種元素層や非磁性中間層を形成す
る前に、工程によっては、試料を取り出す必要があり、
質の悪い雰囲気に晒されることによって下側の磁性層の
開口部が望まない酸化する場合がある。このような場合
に酸化層を除去する方法として、2つの方法を以下に挙
げる。
Depending on the process, it is necessary to take out a sample after forming the minute openings in the insulator and before forming the upper magnetic layer, the different element layer, or the nonmagnetic intermediate layer.
Exposure to a poor quality atmosphere can cause unwanted oxidation of the openings in the underlying magnetic layer. Two methods are listed below as methods for removing the oxide layer in such a case.

【0205】まず第1の方法は、通常のスパッタエッチ
ングにより除去する方法である。この場合、結晶にダメ
ージが入りやすいので、上部電極を形成する真空チャン
バと同一あるいは真空ラインで繋がった真空チャンバ内
でイオンビームでスパッタエッチングした後、電子ビー
ムあるいはレーザービームを用いて局所加熱すると結晶
性向上に有用である。もちろん、試料を加熱してもよ
い。
First, the first method is a method of removing by ordinary sputter etching. In this case, the crystal is likely to be damaged. Therefore, if sputter etching is performed with an ion beam in the same vacuum chamber as the upper electrode or in a vacuum chamber connected by a vacuum line, the crystal may be heated locally by using an electron beam or a laser beam. It is useful for improving sex. Of course, the sample may be heated.

【0206】第2の方法は、上部電極を形成する真空チ
ャンバと同一のチャンバあるいは真空ラインで繋がった
別の真空チャンバ内で試料表面を原子状水素にさらすこ
とで表面酸素を除去する方法である。
The second method is a method of removing surface oxygen by exposing the sample surface to atomic hydrogen in the same chamber as the vacuum chamber for forming the upper electrode or in another vacuum chamber connected by a vacuum line. .

【0207】原子状水素は、試料近傍に設けられた高温
に加熱した(およその温度として摂氏1400度から2
000度以上程度)タングステン(W)フィラメントあ
るいはタンタル(Ta)チューブに水素ガスを導入して
水素をクラッキング(加熱分解)させることで発生させ
ることができる。ノズルから試料表面までの距離は10
cm程度のこともあるが、チャンバ内構造によってはよ
り距離があっても構わない。水素による酸素の還元とと
もに加熱による結晶性回復を行なうとより効果的であ
る。
Atomic hydrogen was heated to a high temperature provided in the vicinity of the sample (about 1400 ° C to 2 ° C as an approximate temperature).
It can be generated by introducing hydrogen gas into a tungsten (W) filament or a tantalum (Ta) tube to crack (heat decompose) hydrogen. The distance from the nozzle to the sample surface is 10
It may be about cm, but it may be longer depending on the internal structure of the chamber. It is more effective to reduce the oxygen by hydrogen and recover the crystallinity by heating.

【0208】この場合の熱源としては、水素クラッキン
グ装置からの輻射熱、あるいは電子ビームを局所的にあ
てる電子ビーム加熱、あるいはレーザービームを局所的
にあてるレーザービーム加熱などを用いることができ
る。以上のような酸化層の除去方法は、本実施例の微小
開口形成法以外にも、本発明の磁気抵抗効果素子へ適用
することができる。
As the heat source in this case, radiant heat from a hydrogen cracking device, electron beam heating for locally applying an electron beam, or laser beam heating for locally applying a laser beam can be used. The method of removing the oxide layer as described above can be applied to the magnetoresistive effect element of the present invention, in addition to the method of forming a minute opening of this embodiment.

【0209】(第12の実施例)次に、本発明の第12
の実施例として、EBを利用してMR積層膜の状態でス
ポット的に加熱を行い微小開口を形成するプロセスにつ
いて説明する。
(Twelfth Embodiment) Next, the twelfth embodiment of the present invention will be described.
As an example of the above, a process of forming minute openings by performing spot-like heating in the state of the MR laminated film using EB will be described.

【0210】図34は、本実施例による磁気抵抗効果素
子の製造プロセスを表す工程断面図である。
FIG. 34 is a process sectional view showing a manufacturing process of the magnetoresistive effect element according to the present embodiment.

【0211】まず、同図(a)に表したように、下から
順に、PtMn反強磁性層層6(厚み15nm)、ピン
層となるCoFe磁性層1(厚み2nm)、SiO
縁層3(厚み2nm)、フリー層となるCoFe層2
(厚み2nm)、保護層9としてTa層(厚み5nm)
を形成する。
First, as shown in FIG. 9A, the PtMn antiferromagnetic layer 6 (thickness 15 nm), the CoFe magnetic layer 1 (thickness 2 nm) to be the pinned layer, and the SiO 2 insulating layer 3 are arranged in this order from the bottom. (Thickness 2 nm), CoFe layer 2 to be a free layer
(Thickness 2 nm), Ta layer as protective layer 9 (thickness 5 nm)
To form.

【0212】次に、図34(b)に表したように、EB
のスポット径10nm以下に絞込み、Ta保護層9の上
から照射する。
Next, as shown in FIG. 34 (b), EB
The spot diameter is narrowed to 10 nm or less, and irradiation is performed from above the Ta protective layer 9.

【0213】すると、図34(c)に表したように、E
B照射された領域が急激に温度上昇して粒径の増大を引
き起こし、SiO絶縁層3を構成するSi原子とO原
子が界面に偏析したり、その一部がCoFe層1、2内
に取り込まれ、EBが照射された部分で絶縁層3が局所
的に消失する。その結果として、上下の磁性層1、2の
間をポイントコンタクトにより接続することができる。
Then, as shown in FIG. 34C, E
The region irradiated with B rapidly rises in temperature to cause an increase in grain size, and Si atoms and O atoms constituting the SiO 2 insulating layer 3 are segregated at the interface, or a part of them is in the CoFe layers 1 and 2. The insulating layer 3 locally disappears in the portion that is taken in and irradiated with EB. As a result, the upper and lower magnetic layers 1 and 2 can be connected by a point contact.

【0214】また、図35(a)に表したように、上下
の磁性層1、2の間に、例えばCrのような非磁性スペ
ーサー層4Aと、その表面が酸化されて形成された酸化
クロムの非磁性スペーサー層4Bとが挿入された構造も
考えられる。
As shown in FIG. 35 (a), a non-magnetic spacer layer 4A such as Cr and a chromium oxide formed by oxidizing its surface are formed between the upper and lower magnetic layers 1 and 2. A structure in which the non-magnetic spacer layer 4B is inserted is also conceivable.

【0215】この場合も、同様にして、図35(b)に
表したように、Ta保護層9の上からEB照射を局所的
に行うことで、図35(c)に表したように局所的にス
ペーサー層4A、4Bを消失させ、導通を得ることがで
きる。この場合、上下の磁性層1、2の間で、非磁性ス
ペーサー4A、4Bに形成された微小開口を介して電気
的な導通が得られると、ポイントコンタクトによるMR
増大のメリットと、低信号磁界にもフリー層2が反応す
ることによる感度の向上のメリットの両方を得ることが
できる。
Also in this case, similarly, as shown in FIG. 35B, EB irradiation is locally performed from above the Ta protective layer 9 so that local irradiation as shown in FIG. The spacer layers 4A and 4B can be effectively eliminated to obtain conduction. In this case, when electrical continuity is obtained between the upper and lower magnetic layers 1 and 2 through the minute openings formed in the non-magnetic spacers 4A and 4B, MR by point contact is obtained.
Both the merit of increase and the merit of improving the sensitivity due to the reaction of the free layer 2 with a low signal magnetic field can be obtained.

【0216】このようなTa保護層9の上からEB照射
することのメリットは、MR膜積層工程の途中で微小開
口の形成プロセスを実施しないため、よりクリーンな積
層界面を形成できること、またEB照射1回のみでポイ
ントコンタクトを形成できるので工程時間を短縮できる
ことである。
The merits of performing EB irradiation from above the Ta protective layer 9 are that since a process of forming a minute opening is not performed during the MR film laminating step, a cleaner laminating interface can be formed, and EB irradiation is performed. Since the point contact can be formed only once, the process time can be shortened.

【0217】また、このEB照射プロセスは、図36に
表したように、下側のピン磁性層1の上にピン磁性層1
が酸化された酸化層1A(Co−Fe−O)が形成され
ている場合や、図37に表したように、上側のフリー磁
性層2の下側に酸化層2A(Co−Fe−O)が形成さ
れている場合でも有効である。
In addition, as shown in FIG. 36, in this EB irradiation process, the pinned magnetic layer 1 is formed on the lower pinned magnetic layer 1.
37 is formed by oxidizing the oxide layer 1A (Co-Fe-O), or as shown in FIG. 37, the oxide layer 2A (Co-Fe-O) is formed below the free magnetic layer 2 on the upper side. It is effective even when the formation is formed.

【0218】また、EB照射により形成されるナノホー
ル(微小開口)PCは、図38(a)に表したようにE
Bをスポット状に照射した場合、図38(c)のように
照射した部分に形成される場合や、図38(b)のよう
に照射スポットの周りに複数が点在するように形成され
る場合もある。これらいずれの場合でも、磁気抵抗効果
素子の微小接点として利用できる。なお、図38(a)
乃至(c)においては、EB照射領域を一点鎖線により
表している。
Further, the nanoholes (small openings) PC formed by the EB irradiation are E-shaped as shown in FIG.
When B is irradiated in a spot shape, it is formed in the irradiated portion as shown in FIG. 38 (c), or as plural spots are formed around the irradiation spot as shown in FIG. 38 (b). In some cases. In any of these cases, it can be used as a minute contact of a magnetoresistive effect element. Note that FIG. 38 (a)
In (c) to (c), the EB irradiation region is represented by a one-dot chain line.

【0219】また、EB照射する位置は、磁気抵抗効果
素子として磁気ヘッドに搭載される場合、媒体走行面に
近いところに照射することが望ましい。
Further, when the EB irradiation position is mounted on a magnetic head as a magnetoresistive effect element, it is desirable to irradiate the position near the medium running surface.

【0220】図39は、MR積層膜を形成後の状態で、
アライメントマークAMを読み込み素子の重心(中心)
点Cよりも媒体走行面に近いところへEB照射位置が設
定されていることを表す概念図である。
FIG. 39 shows a state after the MR laminated film is formed.
Alignment mark AM is read and the center of gravity of the element (center)
9 is a conceptual diagram showing that the EB irradiation position is set closer to the medium traveling surface than point C. FIG.

【0221】図40は、デバイスの構成を表す概念図で
ある。磁気抵抗効果膜MRは、上下電極ELにサンドイ
ッチされ、またその左右を縦バイアス膜HMに挟まれ
る。同図から分かるように、EB照射により形成される
ポイントコンタクトPCは、素子の重心(中心)点Cよ
りも媒体走行面ABSに近い方向にオフセットされてい
る。こうすることで、MR素子の磁気検出部を媒体走行
面ABSに近づけ、記録媒体からの大きな信号磁界が得
られる部分に集中的にセンス電流を供給することができ
る。その結果として、センス電流あたりの検出出力を増
加させることができる。
FIG. 40 is a conceptual diagram showing the structure of the device. The magnetoresistive film MR is sandwiched between the upper and lower electrodes EL, and the left and right sides thereof are sandwiched by the vertical bias film HM. As can be seen from the figure, the point contact PC formed by the EB irradiation is offset in a direction closer to the medium running surface ABS than the center (center) point C of the element. By doing so, the magnetic detecting portion of the MR element can be brought close to the medium traveling surface ABS, and the sense current can be concentratedly supplied to the portion where a large signal magnetic field from the recording medium is obtained. As a result, the detection output per sense current can be increased.

【0222】なお、第11実施例に関して前述したよう
にEBを用いてエッチングを行う場合にも、微小開口の
形成位置は媒体走行面ABSに近いところとすることが
望ましい。
Even when etching is performed using EB as described above with respect to the eleventh embodiment, it is desirable that the position where the minute opening is formed is close to the medium running surface ABS.

【0223】ところで、本実施例においては、EB照射
された領域は結晶粒径が増大して結晶欠陥が減少してい
た。その結果として、素子抵抗が減少し、MR変化率の
向上が見られた。しかし、軟磁性の改善は明確には確認
されなかった。これは、素子の電気的性質は通電領域の
みの結晶性に依存するが、軟磁気的性質はフリー層2の
全体が交換結合して全体で磁化が動くため、局所的な欠
陥の減少の効果が明確には現れないためであると考えら
れる。
By the way, in this example, the crystal grain size was increased and the crystal defects were reduced in the EB-irradiated region. As a result, the element resistance was reduced and the MR change rate was improved. However, the improvement of soft magnetism was not clearly confirmed. This is because the electrical properties of the device depend on the crystallinity of only the current-carrying region, but the soft magnetic properties of the entire free layer 2 are exchange-coupled and the magnetization moves as a whole. It is considered that the above does not appear clearly.

【0224】このことから、EB照射による局所的アニ
ールは、素子全体をオーブンなどで加熱する方法に比べ
て素子の電気的性質および磁気的性質を独立に制御でき
る方法であることがわかる。
From this, it is understood that the local annealing by the EB irradiation is a method in which the electrical properties and magnetic properties of the element can be controlled independently as compared with the method of heating the entire element in an oven or the like.

【0225】例えば、結晶磁気異方性が大きなbcc結
晶構造のFeCoは大きなMRを期待できるが、結晶サ
イズが大きくなるとその軟磁性が劣化してしまう。そこ
で、図41(a)に表したように、ほとんどの部分を微
結晶で構成したbcc−FeCoを形成し、その通電領
域のみにEB照射する(EB照射領域を一点鎖線により
表した)。すると同図(b)に表したようにEB照射部
分は若干、結晶サイズが増大するがセンス電流の通電領
域の結晶欠陥は減少する。こうすることで、大きなMR
と軟磁性とを両立することができる。軟磁性をアシスト
するためにNiFe(パーマロイ)合金膜と積層させる
場合にも、同様の方法が有効である。
For example, FeCo having a bcc crystal structure having a large crystal magnetic anisotropy can be expected to have a large MR, but its soft magnetism deteriorates as the crystal size increases. Therefore, as shown in FIG. 41A, most of bcc-FeCo is formed of microcrystals, and EB irradiation is performed only on the current-carrying region (the EB irradiation region is indicated by a chain line). Then, as shown in FIG. 7B, the crystal size of the EB-irradiated portion slightly increases, but the crystal defects in the conduction region of the sense current decrease. By doing this, a large MR
It is possible to achieve both soft magnetic properties and soft magnetic properties. The same method is also effective when laminated with a NiFe (permalloy) alloy film for assisting soft magnetism.

【0226】また、EB照射によるアニールを利用し
て、特定の結晶方位のみの選択的な成長を促すこともで
きる。
Further, it is possible to promote the selective growth only in a specific crystal orientation by utilizing the annealing by the EB irradiation.

【0227】図42は、MR素子内にいくつかの(例え
ば、[111],[100],[110])成長軸が存
在する状態を表す模式図である。これら成長軸は、例え
ば、イオンビームを照射して得られるSI(Secondary
Ion)像において、コントラストの違いとして確認する
ことができる。MR素子が異なる面方位を有する複数の
結晶粒で構成される場合は、磁気抵抗効果素子として動
作する場合のノイズの発生原因となる。これは、素子の
サイズが小さくなり、少数の結晶粒で構成される場合に
はさらに顕著となる。また、ポイントコンタクトが粒界
近くに形成されると、電流磁界の影響も加わり、さらに
動作信頼性に問題が生じる。
FIG. 42 is a schematic diagram showing a state in which several (eg, [111], [100], [110]) growth axes exist in the MR element. These growth axes are, for example, SI (Secondary) obtained by irradiating an ion beam.
It can be confirmed as a difference in contrast in the Ion) image. When the MR element is composed of a plurality of crystal grains having different plane orientations, it causes noise when operating as a magnetoresistive effect element. This becomes more remarkable when the element size is reduced and the number of crystal grains is small. Further, when the point contacts are formed near the grain boundaries, the influence of the current magnetic field is also added, which further causes a problem in operational reliability.

【0228】そこで、EBをポイント照射する場合は、
この粒界を避けて照射することが望ましい。またさら
に、単に粒界を避けるのみでなく、EBを制御してスキ
ャンさせることにより、特定の方位の結晶粒を成長させ
ることができる。
Therefore, when EB is point-irradiated,
It is desirable to avoid this grain boundary and perform irradiation. Furthermore, it is possible to grow crystal grains in a specific orientation not only by avoiding grain boundaries but by controlling EB for scanning.

【0229】例えば、図43(a)に例示したように、
EB照射を[111]配向した結晶粒の部分で「うずま
き状」に徐々に広げてゆくことで、[111]配向部分
を広げることができる。そして、図43(b)に表した
ように、ポイントコンタクトPCの全領域が同一の配向
の状態となることが望ましい。
For example, as illustrated in FIG. 43 (a),
The [111] -oriented portion can be widened by gradually spreading the EB irradiation in a “spiral-like” shape at the [111] -oriented crystal grain portion. Then, as shown in FIG. 43B, it is desirable that the entire region of the point contact PC be in the same orientation.

【0230】また、本実施例において、EB加熱による
結晶性の改善は、MR膜の全ての層を積層した後でな
く、途中で行っても良い。
Further, in the present embodiment, the improvement of the crystallinity by the EB heating may be carried out in the middle not after laminating all the layers of the MR film.

【0231】図44(a)は、基板(図示せず)側から
順に、フリー磁性層1、抵抗変化率を上げる目的のCr
As層410、SiO絶縁層3、Nb導電層400か
らなる積層体にコンタクトホールCHが形成された状態
を表す。このコンタクトホールCHにEB照射してCr
As層410を過熱する。こうすることで、CrAs層
410の結晶性および結晶配向を改善し、高い電子分極
特性を有する構造が得られる。
FIG. 44A shows, in order from the substrate (not shown) side, the free magnetic layer 1 and Cr for the purpose of increasing the resistance change rate.
A state in which the contact hole CH is formed in the stacked body including the As layer 410, the SiO 2 insulating layer 3, and the Nb conductive layer 400 is shown. This contact hole CH is irradiated with EB to Cr.
Overheat the As layer 410. By doing so, the crystallinity and crystal orientation of the CrAs layer 410 are improved, and a structure having high electronic polarization characteristics is obtained.

【0232】この後、図44(b)に表したように、ピ
ン層となる磁性層2と反強磁性層6および保護膜9を形
成する。積層の途中の工程でEB照射を行うことによ
り、特定の層のみを加熱処理できる。
After this, as shown in FIG. 44B, the magnetic layer 2 to be the pinned layer, the antiferromagnetic layer 6 and the protective film 9 are formed. By performing EB irradiation in the process in the middle of lamination, only a specific layer can be heat-treated.

【0233】また一方、図45(a)に表すように、M
R膜の全ての層(下から順に、CoFeフリー層1、C
rAs層410、Crスペーサー層4A、Cr酸化物層
4B、CoFeピン層2、PtMn反強磁性層6、Ta
保護層9)を形成した後に、EB照射を局所的に行って
もよい。その結果、CrAs層410の原子配列は、上
下に隣接する積層膜の影響を受けて再配列する。このよ
うに、EB照射を微小接点に行うことで、その部分のみ
の結晶性の向上を行うことができ、他の部分には加熱に
よる悪影響を及ぼさない素子作成法となる。
On the other hand, as shown in FIG. 45 (a), M
All layers of the R film (from the bottom, CoFe free layer 1, C
rAs layer 410, Cr spacer layer 4A, Cr oxide layer 4B, CoFe pinned layer 2, PtMn antiferromagnetic layer 6, Ta.
EB irradiation may be performed locally after forming the protective layer 9). As a result, the atomic arrangement of the CrAs layer 410 is rearranged due to the influence of the vertically adjacent laminated films. As described above, by performing EB irradiation on the minute contact point, the crystallinity of only that portion can be improved, and the element manufacturing method does not adversely affect the heating of other portions.

【0234】また、絶縁層3への穴あけ工程において、
下側の磁性層1に導入された結晶欠陥や歪などのダメー
ジをEB照射によって取り除くこともできる。
In the step of making a hole in the insulating layer 3,
Damage such as crystal defects and strain introduced into the lower magnetic layer 1 can be removed by EB irradiation.

【0235】図46(a)は、RIEによる穴あけ工程
で、下側の磁性層1の表面にダメージが導入された部分
DMが形成された状態を表す。この後、図46(b)に
表すようにEB照射を穴に向かって行うことで、ダメー
ジが導入された部分DMを局所的アニールで取り除くこ
とができる(図46(c))。
FIG. 46A shows a state in which a damaged portion DM has been formed on the surface of the lower magnetic layer 1 in the RIE drilling step. After that, by performing EB irradiation toward the hole as shown in FIG. 46B, the damaged portion DM can be removed by local annealing (FIG. 46C).

【0236】また、これとは別のプロセスとして、さら
に上側の磁性層2を成膜して穴の中に埋め込んだ後、そ
の部分をEBアニールしても同じ効果が得られ、さらに
穴に埋め込まれた磁性体の結晶欠陥を低減することもで
きる。その結果、高いMR変化率を有するMR素子を得
ることができる。
As a process different from this, the same effect can be obtained by further forming the upper magnetic layer 2 and burying it in the hole, and then EB annealing the same, and further burying in the hole. It is also possible to reduce crystal defects of the magnetic substance that has been generated. As a result, an MR element having a high MR change rate can be obtained.

【0237】以上説明したように、EB局所照射加熱は
ナノホールMR素子において、磁性層の接続部に局所的
に必要な電気的性質および外部磁界に反応するフリー層
全体的な磁気的性質を両立できるプロセスである。な
お、局所加熱はEB照射のみならずレーザー光照射を用
いても効果がある。レーザー光照射の場合は、表面が透
明層の場合には、任意の場所に焦点を合わせることが可
能である。例えば、フリー層形成後、絶縁層を形成、そ
の絶縁層にレーザーを照射することで穴あけ加工など必
要とせずに上下磁性層を電気的につなぐための「ピラ
ー」を形成できる。その後、ピン層を積層することでポ
イントコンタクトしたMR素子が形成できる。この方法
は穴を開けてそこへ磁性層を埋め込むわけではないので
埋めこみ磁性膜の膜質が向上し、その結果、素子のMR
や軟磁性が向上する。
As described above, the EB local irradiation heating can achieve both the electrical properties locally required for the connection part of the magnetic layer and the overall magnetic properties of the free layer responsive to an external magnetic field in the nanohole MR element. Is a process. Local heating is effective not only by EB irradiation but also by laser light irradiation. In the case of laser light irradiation, when the surface is a transparent layer, it is possible to focus on an arbitrary place. For example, a "pillar" for electrically connecting the upper and lower magnetic layers can be formed by forming an insulating layer after forming the free layer and irradiating the insulating layer with a laser without the need for drilling. After that, a pin layer is laminated to form an MR element with point contact. Since this method does not form a hole and bury the magnetic layer there, the quality of the embedded magnetic film is improved, and as a result, the MR of the device is improved.
And soft magnetism is improved.

【0238】(第13の実施例)次に、本発明の第13
の実施例として、FIB(Focused Ion Beam)によって
微小接点を形成する方法について説明する。FIBの場
合は、基本的に、衝突粒子(イオン)の質量が大きいた
め、照射だけでエッチング加工が可能である。
(Thirteenth Embodiment) Next, the thirteenth embodiment of the present invention will be described.
As an example of the above, a method of forming minute contacts by FIB (Focused Ion Beam) will be described. In the case of FIB, since the mass of collision particles (ions) is basically large, etching processing can be performed only by irradiation.

【0239】図47は、CoFe磁性層1の上に形成さ
れたSiO絶縁層3に微小開口を開ける方法を表す工
程断面図である。
FIG. 47 is a process sectional view showing a method of forming a minute opening in the SiO 2 insulating layer 3 formed on the CoFe magnetic layer 1.

【0240】まず、図示しない下地層(厚み5nmのT
a)上に、図示しないPtMn反強磁性層(厚み15n
m)を形成する。その上に、CoFe層1をMR素子の
ピン層として形成する。その上に、厚み3nmのSiO
層3を形成する。
First, an underlayer (not shown) having a thickness of 5 nm is used.
a), a PtMn antiferromagnetic layer (thickness: 15 n)
m) is formed. The CoFe layer 1 is formed thereon as a pinned layer of the MR element. On top of that, SiO with a thickness of 3 nm
Two layers 3 are formed.

【0241】次に、図47(a)に表したように、ビー
ム径を10nm以下に絞ったFIBをスポット状にSi
層3の表面に照射する。ドーズ量を制御することに
より、図47(b)に表したように、SiO層3に微
小開口Aを開けることができる。ただし、一般的にFI
B源として用いられるGaイオンは、CoFe層1もエ
ッチングしてしまうので、ドーズ量の厳密な制御が必要
となる。また、SiO 層3とCoFe層1のエッチン
グ選択比を大きくすることにより、CoFe磁性層1の
オーバーエッチングを抑えることができる。
Next, as shown in FIG.
FIB with a diameter of 10 nm or less is spotted into Si.
OTwoIrradiate the surface of layer 3. To control the dose
Therefore, as shown in FIG.TwoFine in layer 3
The small opening A can be opened. However, in general, FI
Ga ions used as a B source are also used in the CoFe layer 1.
Strict control of the dose amount is required because
Becomes Also, SiO TwoEtching of layer 3 and CoFe layer 1
By increasing the selection ratio of the CoFe magnetic layer 1,
Overetching can be suppressed.

【0242】例えば、図48(a)に例示したように、
フレオン系ガスを反応アシストガスAGとして加工領域
に吹き付けながらFIB加工を行うことにより、選択比
を高めることができる。その結果として、図48(b)
に表したように、CoFe磁性層1のオーバーエッチン
グを抑えて微小開口Aを形成できる。ガスとしてはCH
F3などのフレオン系ガスのほかにやヨウ素ガスなども
使用できる。
For example, as illustrated in FIG. 48 (a),
By performing FIB processing while spraying Freon-based gas as the reaction assist gas AG onto the processing region, the selection ratio can be increased. As a result, FIG. 48 (b)
As shown in (1), the fine openings A can be formed while suppressing the over-etching of the CoFe magnetic layer 1. CH as gas
Besides Freon gas such as F3, iodine gas can also be used.

【0243】また、図49(a)に表したように、Si
層3の表面をFIB加工するが、FIB加工はSi
層3の途中で止めておき(図49(b))、残りの
部分は、別の方法によりエッチングしてもよい(図49
(c))。
Further, as shown in FIG. 49 (a), Si
The surface of the O 2 layer 3 is FIB processed, but the FIB processing is Si
It may be stopped in the middle of the O 2 layer 3 (FIG. 49B), and the remaining portion may be etched by another method (FIG. 49).
(C)).

【0244】このエッチングの方法として、磁性層1に
対するエッチング速度が極めて低くなるRIEもしくは
CDEなどを用いると、CoFe磁性層1のオーバーエ
ッチングや結晶性劣化ダメージの導入などの問題を抑え
ることができる。すなわち、FIBを途中でとめ、最後
はダメージがより少ないRIEやCDEでのエッチング
することで、さらに低ダメージのエッチングが可能であ
る。
If RIE or CDE, which makes the etching rate of the magnetic layer 1 extremely low, is used as this etching method, problems such as over-etching of the CoFe magnetic layer 1 and introduction of damage due to crystallinity deterioration can be suppressed. That is, by stopping FIB in the middle and finally etching by RIE or CDE with less damage, etching with lower damage is possible.

【0245】なお、この場合、SiO層3の初期の膜
厚設定を、RIEやCDEなどによりエッチングされる
量だけ、多目にしておく必要がある。
In this case, it is necessary to set the initial film thickness of the SiO 2 layer 3 to a large amount by the amount etched by RIE or CDE.

【0246】また、図50に例示したように、SiO
層3の表面に例えばTa膜などを形成すると、RIEや
CDEによるSiO層3の膜べりを減らすことができ
る。具体的には、例えば、図50(a)に表したよう
に、SiO層3の上に厚み3nmのTa膜9を形成す
る。そして、これにFIBにて穴加工を行う。
Further, as illustrated in FIG. 50, SiO 2
Forming a Ta film or the like on the surface of the layer 3 can reduce the film slip of the SiO 2 layer 3 due to RIE or CDE. Specifically, for example, as shown in FIG. 50A, a Ta film 9 having a thickness of 3 nm is formed on the SiO 2 layer 3. Then, a hole is drilled in the FIB.

【0247】図50(b)に表したように開口がSiO
層3にまで達したところで、図50(c)に表したよ
うに、RIEやCDEに切り替える。
As shown in FIG. 50B, the opening is made of SiO 2.
When the number of layers reaches 3, the switching to RIE or CDE is performed as shown in FIG.

【0248】RIEやCDEで大きなエッチング選択比
が得られる材料をSiO層3の上にマスク層9として
形成しておくことで、CHFなどのようなフレオン系
ガスによるRIEやCDEでの膜厚の減少を抑制でき、
さらに、オーバーエッチング時間やエッチングの面内の
不均一によるSiO層3の膜厚の面内不均一も抑制す
ることができる。
By forming a material, which can obtain a large etching selection ratio in RIE or CDE, on the SiO 2 layer 3 as the mask layer 9, a film in RIE or CDE using a Freon-based gas such as CHF 3 is formed. It is possible to suppress the decrease in thickness,
Further, in-plane non-uniformity of the film thickness of the SiO 2 layer 3 due to over-etching time and in-plane non-uniformity of etching can be suppressed.

【0249】また、このようにして形成された微小開口
に中に埋め込まれる磁性層2の欠陥を減少させるために
は、微小開口の側壁にテーパーをつけることが有効であ
る。このためには、図50(c)に例示したように、斜
め入射のRIBEを行うことも望ましい。
Further, in order to reduce the defects of the magnetic layer 2 embedded in the thus formed minute opening, it is effective to taper the side wall of the minute opening. For this purpose, it is also preferable to perform oblique incidence RIBE as illustrated in FIG.

【0250】金属マスク層9を適用することにより、E
Bの場合と同様にチャージアップによるビーム径の増大
を防ぐことができる。さらに、金属マスク層9は、その
上に形成される磁性層2のバッファ層として作用するた
め、磁性層2の結晶性向上による高出力高感度を得るこ
とができる。
By applying the metal mask layer 9, E
As in the case of B, it is possible to prevent the beam diameter from increasing due to charge-up. Further, since the metal mask layer 9 acts as a buffer layer of the magnetic layer 2 formed thereon, high output and high sensitivity can be obtained by improving the crystallinity of the magnetic layer 2.

【0251】また、同様のプロセスをFIBのみで行う
ことも可能である。
It is also possible to perform the same process only with the FIB.

【0252】まず、図51(a)に表したように、下か
らCoFe磁性層1、SiO酸化物層3、Taマスク
層9という積層構造を形成し、FIBを照射する。
First, as shown in FIG. 51A, a laminated structure of the CoFe magnetic layer 1, the SiO 2 oxide layer 3 and the Ta mask layer 9 is formed from the bottom and FIB irradiation is performed.

【0253】図51(b)に表すようにTaマスク層9
に穴が形成されたら、次に、図51(c)に表すよう
に、再びFIBにてSiO層3を削る。この時、CH
などのアシストガスAGを導入してSiO層3の
エッチング速度を増加させ、CoFe磁性層1とのエッ
チング速度の選択比を大きくすることができる。
As shown in FIG. 51B, the Ta mask layer 9 is formed.
When holes are formed in, then, as represented in FIG. 51 (c), cutting the SiO 2 layer 3 again in FIB. At this time, CH
It is possible to increase the etching rate of the SiO 2 layer 3 by introducing an assist gas AG such as F 3 to increase the etching rate selection ratio with the CoFe magnetic layer 1.

【0254】プロセス上の簡略化さのためには、アシス
トガスAGは、最初のTa膜エッチング時(図51
(a))から吹き付けていてかまわない。しかし、マス
ク層9の材料として、アシストガスAGに対して反応す
るものを用いた場合、通常ではエッチングが進行しない
ような、FIBビームの裾野の部分でもエッチングが進
んでしまい、結果的に穴が大きくなってしまうことがあ
る。そのため、絶縁層3に対しては反応するが、マスク
層9および磁性層1には反応しないようなアシストガス
AGガスを選択することが望ましい。
For simplification of the process, the assist gas AG is used during the first Ta film etching (see FIG. 51).
It does not matter if it is sprayed from (a)). However, when a material that reacts with the assist gas AG is used as the material of the mask layer 9, the etching proceeds even at the skirt portion of the FIB beam, which would not normally proceed, and as a result, a hole is formed. It can grow large. Therefore, it is desirable to select an assist gas AG gas that reacts with the insulating layer 3 but does not react with the mask layer 9 and the magnetic layer 1.

【0255】また、図52に表したようにスペーサー層
4(たとえばCu)を挿入し、これをエッチングストッ
プ層として用いることもできる。
Further, as shown in FIG. 52, it is also possible to insert a spacer layer 4 (eg Cu) and use it as an etching stop layer.

【0256】本実施例では、イオン源としてガリウム
(Ga)を使用した例を示したが、ガリウム原子が加工
面に残るような場合には、このような残留の心配がない
アルゴン(Ar)ガスなどのガスを用いたイオン源を用
いることが望ましい。
In this example, gallium (Ga) was used as the ion source, but when gallium atoms remain on the processed surface, there is no fear of such residual argon (Ar) gas. It is desirable to use an ion source using a gas such as.

【0257】(第14の実施例)次に、本発明の第14
の実施例として、ウェーハの全面に亘って一括的に微小
開口を形成できるプロセスについて説明する。すなわ
ち、微小開口をひとつずつ形成するよりも、ウェーハ全
面で一度に形成するほうが工程時間を短縮でき有利であ
る。
(Fourteenth Embodiment) Next, the fourteenth embodiment of the present invention will be described.
As an example of the above, a process of collectively forming fine openings over the entire surface of a wafer will be described. That is, it is advantageous to form the microscopic openings all over the wafer at once rather than to form the microscopic openings one by one, because the process time can be shortened.

【0258】図53及び図54は、本実施例のプロセス
を表す工程図である。
53 and 54 are process diagrams showing the process of this embodiment.

【0259】まず、図53(a)に表したように、磁性
層(図示せず)上に形成されたアルミナ絶縁層3(厚み
6nm)の上に厚み0.1μmのフォトレジストPRを
コートし、穴の位置Xの部分までパターニングする。
First, as shown in FIG. 53A, a photoresist PR having a thickness of 0.1 μm is coated on the alumina insulating layer 3 (thickness 6 nm) formed on the magnetic layer (not shown). , Patterning up to the position X of the hole.

【0260】次に、図53(b)に表したように、その
上に厚み7nmのSiO膜420を形成する。フォト
レジストPR側壁には5nmのSiO膜420が形成
された。さらに、図53(c)に表したように、厚み
0.1μmのフォトレジストPRをコートする。
Next, as shown in FIG. 53B, a SiO 2 film 420 having a thickness of 7 nm is formed thereon. A 5 nm SiO 2 film 420 was formed on the sidewall of the photoresist PR. Further, as shown in FIG. 53C, a photoresist PR having a thickness of 0.1 μm is coated.

【0261】そして、表面をイオンミリングもしくはR
IEによりエッチバックして約30nm厚まで削り、図
53(d)に表したように、PRの側壁のSiO膜4
20を表面に露出させた。すなわち、上方から見ると、
SiO膜420が幅5nmのライン状に見える状態と
なる。
Then, the surface is subjected to ion milling or R
Etching back by IE and shaving to a thickness of about 30 nm, as shown in FIG. 53D, the SiO 2 film 4 on the side wall of the PR is formed.
20 was exposed on the surface. That is, when viewed from above,
The SiO 2 film 420 looks like a line with a width of 5 nm.

【0262】これをCHFガスによるRIEにより、
図54(a)に表したように、5nm幅のSiO層4
20を選択的にエッチングする。さらに、CHF−C
混合ガスによるRIEをおこない、図54(b)に
表したように、アルミナ絶縁層3の膜厚の半分程度(約
3nm)までライン状にエッチングする。
By RIE using CHF 3 gas,
As shown in FIG. 54A, the SiO 2 layer 4 having a width of 5 nm is formed.
20 is selectively etched. Furthermore, CHF 3 -C
RIE using an F 4 mixed gas is performed, and as shown in FIG. 54B, line etching is performed up to about half the film thickness of the alumina insulating layer 3 (about 3 nm).

【0263】そして、表面に残った一対のフォトレジス
トPRをOガスのRIEで除去し、さらに、その下の
SiO膜420をCHFガスRIEによって除去す
る。アルミナ絶縁層3に対して、これらのガスによるR
IEのエッチング速度は10分の1以下であるため、ア
ルミナ絶縁層3のエッチングはわずかで済む。
Then, the pair of photoresist PR remaining on the surface is removed by RIE of O 2 gas, and further the SiO 2 film 420 thereunder is removed by CHF 3 gas RIE. R for these gases with respect to the alumina insulating layer 3
Since the etching rate of the IE is 1/10 or less, the etching of the alumina insulating layer 3 is small.

【0264】以上のプロセスにより、図54(c)に表
したように、アルミナ絶縁層3の表面の位置xにおい
て、幅5nm深さ3nmの溝Gが形成される。
Through the above process, as shown in FIG. 54C, a groove G having a width of 5 nm and a depth of 3 nm is formed at the position x on the surface of the alumina insulating layer 3.

【0265】次に、パターニングする方向を90度回転
させ、図53(a)乃至図54(b)に表したプロセス
を繰り返して幅5nm深さ3nmの溝Gを形成する。す
ると、図54(d)に表したように、これら直交する2
つの溝Gの交点には5nm角の穴CHが形成されること
になる。
Next, the patterning direction is rotated by 90 degrees, and the process shown in FIGS. 53A to 54B is repeated to form a groove G having a width of 5 nm and a depth of 3 nm. Then, as shown in FIG.
A hole CH of 5 nm square is formed at the intersection of the two grooves G.

【0266】以上説明したプロセスを適用することで、
穴あけ工程の時間を大幅に短縮することができた。ま
た、穴CHの形状は、RIEを用いた場合は、その側壁
の傾斜角度が80度以上と急峻であり、一方、CDEを
用いた場合にはワインカップ状になだらかにな側壁が形
成される。その上に埋め込む磁性膜2がフリー層の場合
には、なだらかな側壁形状であるほうが穴内部に埋め込
まれる磁性体の軟磁気特性が優れる。
By applying the process described above,
We were able to greatly reduce the time required for the drilling process. Further, the hole CH has a steep inclination angle of 80 degrees or more when RIE is used, while when CDE is used, a gentle side wall is formed in a wine cup shape. . When the magnetic film 2 to be embedded thereover is a free layer, the soft magnetic characteristics of the magnetic substance embedded in the hole are better when the side wall is gentle.

【0267】(第15の実施例)次に、本発明の第15
の実施例として、AFM(Atomic Force Microprove)
技術に代表される針の技術で穴を開ける方法について説
明する。
(Fifteenth Embodiment) The fifteenth embodiment of the present invention will now be described.
As an example of AFM (Atomic Force Microprove)
A method of making a hole with a needle technique represented by a technique will be described.

【0268】図55は、本実施例において還元反応を利
用するプロセスを説明するための概念図である。
FIG. 55 is a conceptual diagram for explaining a process utilizing a reduction reaction in this example.

【0269】サンプルとしては、磁性層1の上にアルミ
ナ絶縁層3(厚み5nm)を形成したものを用いた。そ
して、AFMの針の表面に金属膜をコーティングし、新
たな酸化物の生成を防ぐためH2混合フォーミングガス
を吹き付けて還元性雰囲気とした状態で、針NDとサン
プルとの間に電界を印加する。すると、ある電界強度で
電流が急激に流れ出し、還元反応が起こって、針NDを
当てた領域が通電領域(Al)となる。針NDで接触し
ているため、電気力線は接触部分で密であり、その部分
から還元反応が進行する。
As a sample, a magnetic layer 1 on which an alumina insulating layer 3 (thickness: 5 nm) was formed was used. Then, a metal film is coated on the surface of the needle of the AFM, and an electric field is applied between the needle ND and the sample in a state where the H2 mixed forming gas is blown to reduce the generation of new oxide to create a reducing atmosphere. . Then, an electric current suddenly flows out at a certain electric field strength, a reduction reaction occurs, and the region where the needle ND is applied becomes the energization region (Al). Since the needles ND are in contact with each other, the lines of electric force are dense at the contact portion, and the reduction reaction proceeds from that portion.

【0270】ここで、アルミナ絶縁層3と磁性層1との
間にスペーサー層4を挿入しても良い。また、絶縁層3
の材料として金属酸化物を用いる場合、アルミニウム
(Al)などの金属を成膜し、その後酸化プロセスによ
り酸化物を形成しても良い。
Here, the spacer layer 4 may be inserted between the alumina insulating layer 3 and the magnetic layer 1. Also, the insulating layer 3
When a metal oxide is used as the material, a metal such as aluminum (Al) may be formed into a film and then the oxide may be formed by an oxidation process.

【0271】本実施例における絶縁層3としては、金属
酸化物が望ましいが、SiOを使用した場合には、針
NDからの通電によりSiOを還元してSiまたはS
i化合物を形成し、しかる後に、図56に表したよう
に、RIEで取り除くとコンタクトホールが完成する。
A metal oxide is desirable as the insulating layer 3 in this embodiment, but when SiO 2 is used, Si or S is reduced by reducing the SiO 2 by energization from the needle ND.
The i compound is formed, and thereafter, as shown in FIG. 56, the contact hole is completed by removing it by RIE.

【0272】また、絶縁層3の上に磁性層2を積層した
状態で加工することも可能である。すなわち、図57に
例示した如く、磁性層1、絶縁層3、磁性層2のサンド
イッチ構造のサンプルに対して、針NDから局所的に電
界を印加することで、絶縁層3が局所的に還元され、局
所的な通電領域を形成することも可能である。
It is also possible to process the magnetic layer 2 laminated on the insulating layer 3. That is, as illustrated in FIG. 57, by locally applying an electric field from the needle ND to the sample having the sandwich structure of the magnetic layer 1, the insulating layer 3, and the magnetic layer 2, the insulating layer 3 is locally reduced. It is also possible to form a local current-carrying region.

【0273】また一方、本発明においては、酸化反応を
利用することも可能である。
On the other hand, in the present invention, it is also possible to utilize an oxidation reaction.

【0274】図58は、酸化反応を利用したプロセスを
説明するための概念図である。
FIG. 58 is a conceptual diagram for explaining a process utilizing an oxidation reaction.

【0275】すなわち、磁性層1の上に、シリコン(S
i)などの層3Aを設けておき、酸化性雰囲気中で、こ
れに針NDを接触させて逆方向の電界を印加すると、陽
極酸化反応が局所的に進行する。その結果として、同図
(a)に表したように、微小なSiO領域3Rが形成
される。
That is, on the magnetic layer 1, silicon (S
When the layer 3A such as i) is provided and the needle ND is brought into contact with this in an oxidizing atmosphere to apply an electric field in the opposite direction, the anodizing reaction locally proceeds. As a result, a minute SiO 2 region 3R is formed as shown in FIG.

【0276】しかる後に、このSiO領域3RをRI
Eなどにより選択的にエッチング除去する。この際に
は、母体のシリコン(Si)とのエッチング選択比が大
きい条件でエッチングを行うことが望ましい。
Then, the SiO 2 region 3R is removed by RI.
Etching is selectively removed by E or the like. At this time, it is desirable to perform the etching under the condition that the etching selection ratio to the base silicon (Si) is large.

【0277】この後、シリコン層3Aを酸化させてSi
とすることにより、微小開口が形成された絶縁層3
を形成できる。
Thereafter, the silicon layer 3A is oxidized to form Si.
The insulating layer 3 in which minute openings are formed by using O 2
Can be formed.

【0278】AFM技術を用いた場合には、サンプルの
上での開口位置を予め確認し、調節することも容易であ
るという利点がある。特に、本発明のMR素子を形成す
る場合は、局所的に通電するため、通電領域としては、
欠陥、異物、粒界などをさけたい。これに対して、AF
M走査により事前の膜表面形状を把握し、また穴あけ位
置を調節することができる。またさらに、磁性体からな
る針NDを用いることにより、サンプルの表面の磁気的
な状態をMFM(Magnetic Force Microscope)技術に
よって確認できる点でも、顕著なメリットがあるといえ
る。
When the AFM technique is used, there is an advantage that the opening position on the sample can be confirmed in advance and adjusted. In particular, when the MR element of the present invention is formed, since the current is locally applied,
I want to avoid defects, foreign substances, grain boundaries, etc. On the other hand, AF
It is possible to grasp the shape of the surface of the film in advance by M scanning and adjust the drilling position. Furthermore, it can be said that there is a remarkable merit in that the magnetic state of the surface of the sample can be confirmed by the MFM (Magnetic Force Microscope) technique by using the needle ND made of a magnetic material.

【0279】(第16の実施例)次に、本発明の第16
の実施例として、非磁性体からなるスペーサー層4の作
用について説明する。
(Sixteenth Embodiment) Next, the sixteenth embodiment of the present invention will be described.
As an example, the function of the spacer layer 4 made of a non-magnetic material will be described.

【0280】図59(a)には、CoFe磁性層1の上
にSiO絶縁層3が形成され、コンタクトホールCH
が構成されている場合、スペーサー層4として例えばC
u(厚み2nm)などを先に形成し、その上にCoFe
磁性層2(厚み4nm)を形成する構造を表した。この
構造の場合、磁性層1と磁性層2とが直接接触しないた
めに、フリー層(例えば磁性層2)がピン層(例えば磁
性層1)と交換結合することに起因する軟磁性の低下を
抑制できる。 特に、コンタクトホールCHの中に埋め
込まれる磁性体には欠陥が多く含まれピン層とフリー層
とで急峻な磁化回転を起こしにくくなる。これに対し
て、図59(a)に表したように、非磁性層4をまず形
成し、続いて上側の磁性層2を形成する。こうすること
でコンタクトホールCHの側面も金属膜下地が形成され
ることになり、コンタクトホールCH内の磁性膜の結晶
性が向上、穴CHの中の磁性体が周りの磁性層と一緒に
磁化回転できるようになり、信号磁界に対して敏感なM
R変化を発生させるようになる。
In FIG. 59A, the SiO 2 insulating layer 3 is formed on the CoFe magnetic layer 1, and the contact hole CH is formed.
Is formed, the spacer layer 4 is made of, for example, C
u (thickness 2 nm) is formed first, and CoFe is formed on top of it.
The structure for forming the magnetic layer 2 (thickness 4 nm) is shown. In the case of this structure, since the magnetic layer 1 and the magnetic layer 2 do not come into direct contact with each other, there is a decrease in soft magnetism due to exchange coupling of the free layer (for example, the magnetic layer 2) with the pinned layer (for example, the magnetic layer 1). Can be suppressed. In particular, the magnetic substance embedded in the contact hole CH contains many defects, which makes it difficult for the pinned layer and the free layer to undergo steep magnetization rotation. On the other hand, as shown in FIG. 59A, the nonmagnetic layer 4 is first formed, and then the upper magnetic layer 2 is formed. By doing so, the side surface of the contact hole CH also forms a metal film underlayer, the crystallinity of the magnetic film in the contact hole CH is improved, and the magnetic substance in the hole CH is magnetized together with the surrounding magnetic layer. It becomes rotatable and is sensitive to the signal magnetic field.
R change occurs.

【0281】また、穴CHを開ける過程もしくは埋め込
み成膜前のスパッタエッチングなどで、穴CHの底の磁
性層1が削られる場合も、図59(b)に例示したよう
に、スペーサー層4を形成して開口を形成した後に、図
59(c)に表したように上側のスペーサー層4及び磁
性層2を形成することで同様のバッファ効果が得られ
る。
Also, when the magnetic layer 1 at the bottom of the hole CH is abraded by the process of opening the hole CH or the sputter etching before the buried film formation, as shown in FIG. 59 (b), the spacer layer 4 is formed. After forming the openings and forming the openings, a similar buffer effect can be obtained by forming the upper spacer layer 4 and the magnetic layer 2 as shown in FIG.

【0282】一方、絶縁層3をフレオン系のガスでRI
Eエッチングした場合、図60(a)に表したように、
エッチング条件によっては穴CHの底部(すなわち、下
側の磁性層1の表面)に、カーボン膜CFが堆積するこ
とがある。このカーボン膜CFもスペーサー層4として
機能する。すなわち、図60(b)に表したように上側
の磁性層2を形成する際に、上述したものと同様のバッ
ファ効果が得られる。
On the other hand, the insulating layer 3 is RI with a Freon gas.
When E etching is performed, as shown in FIG.
Depending on the etching conditions, the carbon film CF may be deposited on the bottom of the hole CH (that is, the surface of the lower magnetic layer 1). This carbon film CF also functions as the spacer layer 4. That is, when forming the upper magnetic layer 2 as shown in FIG. 60B, the same buffer effect as that described above is obtained.

【0283】スペーサー層4はCH内全面をCuで覆う
必要は無く、ピンホール的にまたは網目状にCuが抜け
て部分的にCHを狭窄した状態で、磁気的な接触面積を
制限することでも効果がある。導体を挿入することで狭
窄による電気抵抗の過上昇を防ぐことができ、その結果
より高周波に対応する再生素子を供給できる。また、絶
縁膜を部分的に挿入することで、MR値を上昇させるこ
とができる。CHが製造プロセスで大きく出来上がって
しまった場合、有効な対処方法となる。
It is not necessary for the spacer layer 4 to cover the entire surface of CH with Cu, and it is also possible to limit the magnetic contact area in the state where Cu is pinhole-like or mesh-like and Cu is partially confined. effective. By inserting the conductor, it is possible to prevent the electric resistance from excessively increasing due to the constriction, and as a result, it is possible to supply a reproducing element corresponding to a high frequency. Moreover, the MR value can be increased by partially inserting the insulating film. This is an effective countermeasure when CH is greatly completed in the manufacturing process.

【0284】(第17の実施例)次に、本発明の第17
の実施例として、メッキ法によって、コンタクトホール
を磁性体で埋め込むプロセスについて説明する。
(17th Embodiment) Next, the 17th embodiment of the present invention will be described.
As an example, a process of filling a contact hole with a magnetic material by a plating method will be described.

【0285】コンタクトホールの中に磁性層を埋め込む
場合、メッキ法を用いると穴の底部から磁性層の成長が
開始するため、欠陥を極めて抑えて成長させることがで
きる。
When the magnetic layer is embedded in the contact hole, the growth of the magnetic layer starts from the bottom of the hole when the plating method is used, so that defects can be extremely suppressed and grown.

【0286】例えば、図61(a)に表したように、下
側の磁性層1の上にSiO絶縁層3を形成し、コンタ
クトホールCHを形成する。その後、磁性層1に電極を
接続してメッキ浴PLに入れる。例えば、NiFeメッ
キ浴PLへ入れた場合、図61(b)に表したように、
コンタクトホールCHの底に露出した磁性層1であるC
oFe表面からNiFeの成長が始まる。また、この場
合、CoFe磁性層1の表面にCuスペーサー層4(図
示せず)を積層しても良い。
For example, as shown in FIG. 61A, the SiO 2 insulating layer 3 is formed on the lower magnetic layer 1, and the contact hole CH is formed. Then, an electrode is connected to the magnetic layer 1 and put in the plating bath PL. For example, when it is put into the NiFe plating bath PL, as shown in FIG.
C which is the magnetic layer 1 exposed at the bottom of the contact hole CH
NiFe growth starts from the oFe surface. Further, in this case, a Cu spacer layer 4 (not shown) may be laminated on the surface of the CoFe magnetic layer 1.

【0287】コンタクトホール底部より始まったNiF
e膜2の成長は穴CHを出たところで周囲に向けて広が
り、表面積が急激に増加し始めるため、一定のメッキ電
流では成長速度が低下する。したがって、極微小コンタ
クトホール部分へのメッキを行う場合には、穴を埋め込
むメッキの停止タイミングは、メッキ時間で管理するこ
とが容易となる。このように、メッキでコンタクトホー
ルに形成した磁性膜は欠陥が少なく大きなMRを出現さ
せることができる。
NiF started from the bottom of the contact hole
The growth of the e-film 2 spreads toward the periphery at the exit of the hole CH, and the surface area starts to increase rapidly, so that the growth rate decreases at a constant plating current. Therefore, when plating is performed on the extremely small contact hole portion, the timing of stopping the plating for filling the hole can be easily controlled by the plating time. As described above, the magnetic film formed in the contact hole by plating has few defects and a large MR can appear.

【0288】さらにこの後、図61(c)に表したよう
に反強磁性層6を成膜してピン層の固着を行う。このよ
うに、メッキで穴を埋めた後、反強磁性層で磁化固着を
行うことで磁区制御が可能となり、非特許文献5(M.Mu
noz (Applied Physics Letters vol.79,No.18,pp2946-2
948(2001))における問題点である大きなノイズを抑制
した再生素子を提供することができる。
After that, as shown in FIG. 61C, the antiferromagnetic layer 6 is formed to fix the pinned layer. As described above, after the holes are filled with plating, the magnetic domain can be controlled by fixing the magnetization in the antiferromagnetic layer.
noz (Applied Physics Letters vol.79, No.18, pp2946-2
It is possible to provide a reproducing element in which a large noise, which is a problem in 948 (2001)), is suppressed.

【0289】(第18の実施例)次に、本発明の第18
の実施例として、通電方向が膜面に対して平行に形成さ
れた微小接点を有するMR素子の形成方法について説明
する。
(Eighteenth Embodiment) Next, the eighteenth embodiment of the present invention will be described.
As an example of the above, a method of forming an MR element having minute contacts whose current-carrying direction is formed parallel to the film surface will be described.

【0290】図62は、本実施例のMR素子の構造を表
す模式図である。すなわち、第1の電極EL1から第2
の電極EL2へ電流が流れる途中に、ピン層1、電流が
狭窄される(A―B)領域PC、フリー層2が設けられ
る。この構成例では、信号磁界SMは、第2電極EL2
の側からフリー層2に入る。
FIG. 62 is a schematic diagram showing the structure of the MR element of this example. That is, from the first electrode EL1 to the second electrode
The pinned layer 1, the region PC in which the current is confined (AB), and the free layer 2 are provided while the current flows to the electrode EL2. In this configuration example, the signal magnetic field SM is generated by the second electrode EL2.
Enter Free Tier 2 from the side.

【0291】図63は、このようなMR素子を形成する
プロセスを表す工程図である。
FIG. 63 is a process chart showing the process of forming such an MR element.

【0292】まず、同図(a)に表したように、CoF
e磁性層(厚み5nm)FMを成膜し、その上にPtM
n反強磁性層6(厚み15nm)を形成する。さらに、
その上に、電流狭窄される位置にエッジ(端部)が配置
されるようにフォトレジストPRをパターニング形成す
る。
First, as shown in FIG.
e Magnetic layer (thickness 5 nm) FM is formed, and PtM is formed on it.
An n antiferromagnetic layer 6 (thickness 15 nm) is formed. further,
Then, a photoresist PR is patterned and formed so that an edge (end portion) is arranged at a position where the current is constricted.

【0293】次に、図63(b)に表したように、イオ
ンミリングでフリー層になる側のCoFe層FMの上の
PtMn層6を除去する。
Next, as shown in FIG. 63B, the PtMn layer 6 on the CoFe layer FM on the side which becomes the free layer by ion milling is removed.

【0294】次に、図63(c)に表したように、フォ
トレジストPRのエッジに沿って、FIBによりビーム
走査してトリミングを行い、電流狭窄する部分PCを形
成する。
Next, as shown in FIG. 63 (c), beam scanning is performed by the FIB along the edge of the photoresist PR to perform trimming to form a current constricting portion PC.

【0295】すると、加工後に、図63(d)に表した
ような形状が得られる。その後、第1電極EL1および
第2電極EL2を形成する。
Then, after processing, a shape as shown in FIG. 63 (d) is obtained. Then, the first electrode EL1 and the second electrode EL2 are formed.

【0296】ところが、このときA−B断面のフリー層
2側の断面を見てみると、図64に表したようにFIB
ビームのプロファイルの影響を受けて上側が丸まってし
まい、抵抗値制御が困難となる。そこで、図65に表し
たように、保護層PRを設け、この保護層PF越しにF
IB加工を行うことで、磁性層FMの「丸まり」を防ぐ
ことができる。保護膜PFは、絶縁膜のような高抵抗膜
とすると、磁性膜との電流の分流の観点で望ましい。
However, at this time, looking at the cross section on the free layer 2 side of the AB cross section, as shown in FIG.
The upper side is rounded under the influence of the beam profile, which makes resistance value control difficult. Therefore, as shown in FIG. 65, a protective layer PR is provided, and F is provided through the protective layer PF.
By performing the IB processing, it is possible to prevent “curl” of the magnetic layer FM. The protective film PF is preferably a high resistance film such as an insulating film from the viewpoint of current shunt with the magnetic film.

【0297】図66は、図63(b)の状態からさらに
フォトレジストをコートしてフリー層上に保護層PRを
形成した状態を表す。この状態で、FIBによる電流狭
窄加工を行うと、ピン層1とフリー層2ともに、上面保
護された状態でFIBエッチングを受けることになるの
で、「丸まり」による抵抗のばらつきを抑えることがで
きる。
FIG. 66 shows a state in which a photoresist is further coated from the state of FIG. 63 (b) to form a protective layer PR on the free layer. If current confinement processing is performed by FIB in this state, both the pinned layer 1 and the free layer 2 are subjected to FIB etching while the upper surfaces are protected, so that variations in resistance due to "rounding" can be suppressed.

【0298】また一方、ガリウム(Ga)打ち込みを利
用して、電流狭窄幅を加工幅よりも狭くすることもでき
る。
On the other hand, the current confinement width can be made narrower than the processing width by utilizing gallium (Ga) implantation.

【0299】図67は、FIB加工部の端部にGaを打
ち込んだ状態を表す模式図である。Gaを打ち込んだ領
域IZは、CoFe層1、2の結晶が破壊され抵抗値も
増加する。したがってFIBによる物理的な加工幅より
も、両側が数〜10数nmずつ実効的に狭いジャンクシ
ョンが形成されることとなる。このように、Gaなどの
FIBソース粒子の打ち込みにより、物理的加工幅より
も実質的に狭いコンタクトを形成することが可能とな
る。
FIG. 67 is a schematic diagram showing a state in which Ga is driven into the end portion of the FIB processed portion. In the Ga implanted region IZ, the crystals of the CoFe layers 1 and 2 are destroyed and the resistance value also increases. Therefore, a junction that is narrower on both sides by several to several tens of nm is formed effectively than the physical processing width by FIB. Thus, by implanting FIB source particles such as Ga, it is possible to form a contact that is substantially narrower than the physically processed width.

【0300】また狭窄部をEB照射加熱して結晶欠陥を
改善することでMR特性の向上をはかることができる。
Further, the MR characteristics can be improved by heating the narrowed portion by EB irradiation to improve crystal defects.

【0301】以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施
の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの
具体例に限定されるものではない。例えば、磁気抵抗効
果膜を構成する各要素の具体的な寸法関係や材料、その
他、電極、バイアス印加膜、絶縁構造などの形状や材質
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
できる限り、本発明の範囲に包含される。
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, regarding the specific dimensional relationship and material of each element constituting the magnetoresistive effect film, as well as the shape and material of the electrode, the bias applying film, the insulating structure, etc., those skilled in the art can appropriately select from the known range. The present invention is included in the scope of the present invention as long as it can be carried out in the same manner and the same effect can be obtained.

【0302】また、前述したように、磁気抵抗効果素子
における反強磁性層、強磁性層、非磁性中間層、絶縁層
などの構成要素は、それぞれ単層として形成してもよ
く、あるいは2以上の層を積層した構造としてもよい。
As described above, the components such as the antiferromagnetic layer, the ferromagnetic layer, the non-magnetic intermediate layer and the insulating layer in the magnetoresistive effect element may be formed as a single layer, or two or more layers may be formed. It may have a structure in which the layers are laminated.

【0303】また、本発明の磁気抵抗効果素子を再生用
磁気ヘッドに適用する際に、これと隣接して書き込み用
の磁気ヘッドを設けることにより、記録再生一体型の磁
気ヘッドが得られる。
When the magnetoresistive effect element of the present invention is applied to a reproducing magnetic head, a write magnetic head is provided adjacent to the reproducing magnetic head to obtain a recording / reproducing integrated magnetic head.

【0304】その他、本発明の実施の形態として上述し
た磁気ヘッド及び磁気記憶再生装置を基にして、当業者
が適宜設計変更して実施しうるすべての磁気抵抗効果素
子、磁気ヘッド及び磁気記憶再生装置も同様に本発明の
範囲に属する。
In addition, based on the magnetic head and the magnetic storage / reproducing apparatus described above as the embodiments of the present invention, all magnetoresistive elements, magnetic heads, and magnetic storage / reproduction which can be appropriately modified and implemented by those skilled in the art. The device likewise falls within the scope of the invention.

【0305】[0305]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
素子化可能でかつ制御性が良好、さらに作製容易な磁気
微小接点を提供するとともに、これを用いた高感度の再
生ヘッド用素子を提供することができる。
As described in detail above, according to the present invention,
It is possible to provide a magnetic minute contact which can be formed into an element, has good controllability, and is easy to manufacture, and also to provide a highly sensitive read head element using the same.

【0306】またさらに、この磁気抵抗効果素子を用い
た記録再生機能をもつ磁気メモリを提供することもでき
産業上のメリットは多大である。
Furthermore, it is possible to provide a magnetic memory having a recording / reproducing function using this magnetoresistive effect element, which is a great industrial advantage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子
の要部断面構造を例示する模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional structure of a main part of a magnetoresistive effect element according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の磁気抵抗効果素子における印加磁場と
電気抵抗との関係を説明するための模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a relationship between an applied magnetic field and electric resistance in the magnetoresistive effect element of the present invention.

【図3】通常の異方性磁気抵抗効果による磁気抵抗変化
を説明する概念図である。
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a change in magnetoresistance due to a normal anisotropic magnetoresistance effect.

【図4】本発明の磁気抵抗効果素子と従来の磁気抵抗効
果素子とを比較して表した概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a comparison between the magnetoresistive effect element of the present invention and a conventional magnetoresistive effect element.

【図5】複数の微小接点を有する磁気抵抗効果素子を表
す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a magnetoresistive effect element having a plurality of minute contacts.

【図6】微小接点の開口部の断面形状を例示する模式図
である。
FIG. 6 is a schematic view illustrating the cross-sectional shape of the opening of the minute contact.

【図7】微小開口Aの開口端付近に、異種元素を添加し
た領域Dが設けられた磁気抵抗効果素子を表す模式図で
ある。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a magnetoresistive effect element in which a region D to which a different element is added is provided near the opening end of a minute opening A.

【図8】本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法の要部を
表す工程断面図である。
FIG. 8 is a process cross-sectional view illustrating a main part of a method of manufacturing a magnetoresistive effect element according to the present invention.

【図9】共通の基板(図示せず)の上に複数の磁気抵抗
効果素子を配列した構造を表す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a structure in which a plurality of magnetoresistive effect elements are arranged on a common substrate (not shown).

【図10】本発明の磁気抵抗効果素子を磁気再生素子と
して用いる具体例を表す模式図である。
FIG. 10 is a schematic view showing a specific example in which the magnetoresistive effect element of the present invention is used as a magnetic reproducing element.

【図11】本発明の磁気抵抗効果素子を磁気再生素子と
して用いる他の具体例を表す模式図である。
FIG. 11 is a schematic view showing another specific example in which the magnetoresistive effect element of the present invention is used as a magnetic reproducing element.

【図12】本発明の磁気抵抗効果素子を用いた磁気メモ
リの要部断面構造を例示する模式図である。
FIG. 12 is a schematic view illustrating a cross-sectional structure of a main part of a magnetic memory using the magnetoresistive effect element of the present invention.

【図13】記録再生セル10のそれぞれへのアクセスの
手段を例示する模式図である。
FIG. 13 is a schematic view illustrating a means for accessing each of the recording / reproducing cells 10.

【図14】図12の磁気メモリに用いる磁気抵抗効果素
子10の断面構造を表す模式図である。
14 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a magnetoresistive effect element 10 used in the magnetic memory of FIG.

【図15】図12の磁気メモリに用いる磁気抵抗効果素
子10の断面構造を表す模式図である。
15 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a magnetoresistive effect element 10 used in the magnetic memory of FIG.

【図16】図12の磁気メモリに用いることができる磁
気抵抗効果素子の他の具体例を表す模式断面図である。
16 is a schematic cross-sectional view showing another specific example of the magnetoresistive effect element that can be used in the magnetic memory of FIG.

【図17】針110を一定速度で圧入した時の、(a)
強磁性層1の表面と針110の先端部との間の距離と、
(b)これらの間に流れる電流の時間変化を表すグラフ
図である。
FIG. 17 (a) when the needle 110 is press-fitted at a constant speed.
The distance between the surface of the ferromagnetic layer 1 and the tip of the needle 110,
(B) It is a graph figure showing the time change of the electric current which flows between these.

【図18】本発明の実施例の磁気抵抗効果素子におい
て、印加した磁場と電気抵抗との関係を表すグラフ図で
ある。
FIG. 18 is a graph showing a relationship between an applied magnetic field and electric resistance in the magnetoresistive effect element according to the example of the present invention.

【図19】本発明の第4実施例として製作した磁気抵抗
効果素子の要部断面構造を表す模式図である。
FIG. 19 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a main part of a magnetoresistive effect element manufactured as a fourth example of the present invention.

【図20】本発明の実施例において製作した磁気抵抗効
果素子の要部断面構造を表す模式図である。
FIG. 20 is a schematic view showing a cross-sectional structure of a main part of a magnetoresistive effect element manufactured in an example of the present invention.

【図21】本発明の実施例において製作した磁気抵抗効
果素子の要部断面構造を表す模式図である。
FIG. 21 is a schematic view showing a cross-sectional structure of a main part of a magnetoresistive effect element manufactured in an example of the present invention.

【図22】本発明の実施例の磁気抵抗効果素子の磁気抵
抗変化を表すグラフ図である。
FIG. 22 is a graph showing changes in magnetoresistance of the magnetoresistive effect element according to the example of the present invention.

【図23】本発明の第7の実施例において形成した素子
を媒体200側から眺めた断面構造を表す模式図であ
る。
FIG. 23 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of an element formed in a seventh example of the present invention as viewed from the medium 200 side.

【図24】複数のプローブをトランジスタTRを介して
アレイ状に接続した状態を表す模式図である。
FIG. 24 is a schematic diagram showing a state in which a plurality of probes are connected in an array via transistors TR.

【図25】成長時間とともに変化するSiO層3の平
面形態を表す模式図である。
FIG. 25 is a schematic diagram showing a planar form of the SiO 2 layer 3 which changes with the growth time.

【図26】横軸にSiO層3の成長時間、縦軸にMR
比を表すグラフ図である。
FIG. 26 shows the growth time of the SiO 2 layer 3 on the horizontal axis and the MR on the vertical axis.
It is a graph showing a ratio.

【図27】本発明の第11実施例の方法を説明するため
の模式図である。
FIG. 27 is a schematic diagram for explaining the method of the eleventh embodiment of the present invention.

【図28】本発明の実施例の磁気抵抗効果素子を形成す
る方法を表す模式図である。
FIG. 28 is a schematic diagram showing a method of forming a magnetoresistive effect element according to an example of the present invention.

【図29】ニオブ膜400を形成する具体例を表す模式
図である。
FIG. 29 is a schematic view showing a specific example of forming a niobium film 400.

【図30】微小接点を形成する方法を表す模式図であ
る。
FIG. 30 is a schematic view illustrating a method of forming a minute contact.

【図31】図30に続く工程を表す模式図である。FIG. 31 is a schematic view illustrating a process following the process in FIG. 30.

【図32】微小接点を形成する別の方法を表す模式図で
ある。
FIG. 32 is a schematic diagram showing another method of forming minute contacts.

【図33】斜め入射による方法を表す模式図である。FIG. 33 is a schematic diagram showing a method by oblique incidence.

【図34】本発明の実施例における磁気抵抗効果素子の
製造方法を表す模式図である。
FIG. 34 is a schematic view showing a method of manufacturing a magnetoresistive effect element according to an example of the present invention.

【図35】本発明の実施例における磁気抵抗効果素子の
別の製造方法を表す模式図である。
FIG. 35 is a schematic view showing another manufacturing method of the magnetoresistive effect element in the example of the present invention.

【図36】本発明の実施例における磁気抵抗効果素子の
さらに別の製造方法を表す模式図である。
FIG. 36 is a schematic view showing still another manufacturing method of the magnetoresistive effect element in the example of the present invention.

【図37】本発明の実施例における磁気抵抗効果素子の
さらに別の製造方法を表す模式図である。
FIG. 37 is a schematic view showing still another manufacturing method of the magnetoresistive effect element in the example of the present invention.

【図38】電子線をスポット状に照射した場合のポイン
トコンタクトの形成を説明する模式図である。
FIG. 38 is a schematic diagram illustrating formation of point contacts when an electron beam is applied in spots.

【図39】素子の中心Cに対して、電子線の照射位置の
関係を例示した模式図である。
FIG. 39 is a schematic view illustrating the relationship between the electron beam irradiation position and the center C of the element.

【図40】デバイスの構成を表す模式図である。FIG. 40 is a schematic diagram showing the configuration of a device.

【図41】MR素子内に複数の成長軸が存在する場合を
表す模式図である。
FIG. 41 is a schematic diagram showing a case where a plurality of growth axes exist in the MR element.

【図42】結晶粒の結晶方位を配向させるプロセスを例
示する模式図である。
FIG. 42 is a schematic view illustrating a process of orienting the crystal orientation of crystal grains.

【図43】MR積層膜の積層プロセスに挿入される電子
線加熱のプロセスを表す模式図である。
FIG. 43 is a schematic diagram showing an electron beam heating process inserted in the lamination process of the MR laminated film.

【図44】MR積層膜の積層プロセスの後に電子線加熱
を行うプロセスを表す模式図である。
FIG. 44 is a schematic view showing a process of performing electron beam heating after the MR laminated film laminating process.

【図45】穴あけ工程で生じた欠陥を取り除くプロセス
を表す模式図である。
FIG. 45 is a schematic view showing a process of removing a defect generated in a hole making step.

【図46】微小開口を形成する方法を表す模式図であ
る。
FIG. 46 is a schematic view showing a method of forming a minute opening.

【図47】オーバーエッチングを防ぐ方法を表す模式図
である。
FIG. 47 is a schematic view showing a method for preventing overetching.

【図48】異なるエッチングを利用して微小開口を形成
するプロセスを表す模式図である。
FIG. 48 is a schematic diagram showing a process of forming a minute opening by using different etching.

【図49】絶縁層の膜べりを抑制するプロセスを表す模
式図である。
FIG. 49 is a schematic diagram illustrating a process of suppressing film slippage of an insulating layer.

【図50】FIBによる形成プロセスを表す模式図であ
る。
FIG. 50 is a schematic diagram showing a formation process by FIB.

【図51】スペーサー層を用いるプロセスを表す模式図
である。
FIG. 51 is a schematic view showing a process using a spacer layer.

【図52】本発明の第14実施例のプロセスを表す模式
図である。
FIG. 52 is a schematic diagram showing the process of the fourteenth embodiment of the present invention.

【図53】本発明の第14実施例のプロセスを表す模式
図である。
FIG. 53 is a schematic diagram showing the process of the fourteenth embodiment of the present invention.

【図54】本発明の第15実施例のプロセスを表す模式
図である。
FIG. 54 is a schematic view showing the process of the fifteenth embodiment of the present invention.

【図55】本発明の第15実施例のプロセスを表す模式
図である。
FIG. 55 is a schematic view showing a process of the fifteenth embodiment of the present invention.

【図56】本発明の第15実施例のプロセスを表す模式
図である。
FIG. 56 is a schematic diagram showing the process of the fifteenth embodiment of the present invention.

【図57】酸化反応を利用したプロセスを表す模式図で
ある。
FIG. 57 is a schematic diagram showing a process utilizing an oxidation reaction.

【図58】本発明の第16実施例のプロセスを表す模式
図である。
FIG. 58 is a schematic view showing the process of the 16th example of the present invention.

【図59】スペーサー層を用いたプロセスを表す模式図
である。
FIG. 59 is a schematic view showing a process using a spacer layer.

【図60】穴の底部にカーボン膜が堆積した状態を表す
模式図である。
FIG. 60 is a schematic diagram showing a state in which a carbon film is deposited on the bottom of a hole.

【図61】本発明の第17の実施例を表す模式図であ
る。
FIG. 61 is a schematic diagram showing a seventeenth embodiment of the present invention.

【図62】本発明の第18の実施例にかかるMR素子を
表す模式図である。
FIG. 62 is a schematic view showing an MR element according to the 18th embodiment of the present invention.

【図63】本発明の第18実施例のMR素子を形成する
プロセスを表す模式図である。
FIG. 63 is a schematic view showing the process of forming the MR element of the eighteenth embodiment of the present invention.

【図64】FIBビームのプロファイルにより磁性層に
「丸まり」が生ずることを表す模式図である。
FIG. 64 is a schematic diagram showing that “rounding” occurs in the magnetic layer due to the profile of the FIB beam.

【図65】保護層PFを用いた状態を表す模式図であ
る。
FIG. 65 is a schematic diagram showing a state in which a protective layer PF is used.

【図66】フォトレジストを用いた具体例を表す模式図
である。
FIG. 66 is a schematic view showing a specific example using a photoresist.

【図67】FIB加工部の端部にGaを打ち込んだ状態
を表す模式図である。
FIG. 67 is a schematic view showing a state where Ga is driven into the end portion of the FIB processed portion.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、2 強磁性層 3 絶縁層 4、4A〜4C 非磁性中間層 5、5A〜5C 強磁性層 6、6A、6B 反強磁性層 7 電極 10 磁気抵抗効果素子 20 電極層 30 絶縁体 110 針 120 導線 130A、130B 距離変化機能部 140 アーム A 微小開口 S 基板 1 and 2 ferromagnetic layers 3 insulating layers 4, 4A to 4C non-magnetic intermediate layer 5, 5A-5C ferromagnetic layer 6, 6A, 6B Antiferromagnetic layer 7 electrodes 10 Magnetoresistive element 20 electrode layers 30 insulator 110 needles 120 conductors 130A, 130B Distance change function unit 140 arms A micro aperture S substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01F 10/32 H01F 10/32 H01L 27/105 H01L 43/12 43/12 27/10 447 (72)発明者 羽根田 茂 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 上口 裕三 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 岸 達也 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Fターム(参考) 5D034 BA03 5E049 AA01 AA04 AA07 AC05 BA12 DB11 5F083 FZ10 GA27 JA36 JA37 JA38 JA39 PR03 PR04 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01F 10/32 H01F 10/32 H01L 27/105 H01L 43/12 43/12 27/10 447 (72) Invention Person Shigeru Haneda 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Within the Toshiba Research and Development Center, a stock company (72) Inventor Yuzo Ueguchi 1 Komukai-shiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Toshiba Research & Development Center (72) Inventor Tatsuya Kishi 1 Komukai Toshiba Town, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture F-term in Toshiba Research and Development Center, a stock company (reference) 5D034 BA03 5E049 AA01 AA04 AA07 AC05 BA12 DB11 5F083 FZ10 GA27 JA36 JA37 JA38 JA39 PR03 PR04

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1の強磁性層と、 前記第1の強磁性層の上に設けられた絶縁層と、 前記絶縁層の上に設けられた第2の強磁性層と、 を備え、 前記絶縁層の所定の位置に前記第1の強磁性層と前記第
2の強磁性層とが接続される最大幅が20nm以下の開
口を有する孔が設けられていることを特徴とする磁気抵
抗効果素子。
1. A first ferromagnetic layer, an insulating layer provided on the first ferromagnetic layer, and a second ferromagnetic layer provided on the insulating layer, A magnetoresistive device characterized in that a hole having an opening with a maximum width of 20 nm or less for connecting the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer is provided at a predetermined position of the insulating layer. Effect element.
【請求項2】前記孔を通して前記第1の強磁性層と前記
第2の強磁性層との間に流される電流に対し、電気抵抗
が前記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層の相対的磁
化配置により変化することを特徴とする請求項1記載の
磁気抵抗効果素子。
2. The electric resistance of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer with respect to a current flowing through the hole between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer. The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein the magnetoresistive effect element changes depending on the relative magnetization arrangement of the layers.
【請求項3】前記絶縁層の孔は、前記第1の強磁性層側
の開口幅が前記第2の強磁性層側の開口幅よりも小さく
された錐状であることを特徴とする請求項1また2に記
載の磁気抵抗効果素子。
3. The holes of the insulating layer are cone-shaped, with the opening width on the side of the first ferromagnetic layer being smaller than the opening width on the side of the second ferromagnetic layer. Item 3. The magnetoresistive effect element according to Item 1 or 2.
【請求項4】前記孔が複数設けられたことを特徴とする
請求項1〜3のいずれか1つに記載の磁気抵抗効果素
子。
4. The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein a plurality of the holes are provided.
【請求項5】前記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層
との間の抵抗が5Ω以上100kΩ以下であり、20%
以上の磁気抵抗変化率を示すことを特徴とする請求項1
〜4のいずれか1つに記載の磁気抵抗効果素子。
5. The resistance between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer is 5 Ω or more and 100 kΩ or less, and is 20%.
The above-mentioned magnetoresistance change rate is shown, The claim 1 characterized by the above-mentioned.
The magnetoresistive effect element as described in any one of 4-4.
【請求項6】前記絶縁層は、ポリマー、または、アルミ
ニウム(Al)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、
コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、シリコン(S
i)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)及び
鉄(Fe)よりなる群から選択された少なくともいずれ
かの元素を含む酸化物、窒化物あるいはフッ化物であ
り、 前記第1及び第2の強磁性層は、鉄(Fe)、コバルト
(Co)、ニッケル(Ni)、または、鉄(Fe)、コ
バルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)
及びクロム(Cr)よりなる群から選択された少なくと
もいずれかの元素を含む合金、酸化物、窒化物あるいは
ホイスラー合金、あるいは鉄(Fe)、コバルト(C
o)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)及びクロム
(Cr)の少なくともいずれかの元素を含む化合物半導
体または酸化物半導体であることを特徴とする請求項1
〜5のいずれか1つに記載の磁気抵抗効果素子。
6. The insulating layer is made of polymer, aluminum (Al), titanium (Ti), tantalum (Ta),
Cobalt (Co), Nickel (Ni), Silicon (S
i), an oxide, a nitride, or a fluoride containing at least one element selected from the group consisting of zirconium (Zr), hafnium (Hf), and iron (Fe). The magnetic layer is made of iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), or iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn).
And alloys, oxides, nitrides or Heusler alloys containing at least one element selected from the group consisting of chromium and chromium (Cr), or iron (Fe), cobalt (C)
o), nickel (Ni), manganese (Mn) and chromium (Cr), which is a compound semiconductor or oxide semiconductor containing at least one element.
The magnetoresistive effect element as described in any one of Claims 1-3.
【請求項7】前記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層
との前記孔における接続部において、前記第1の強磁性
層を構成する元素とも前記第2の強磁性層を構成する元
素とも異なる異種元素が添加され、 前記異種元素が添加された領域の厚みは10原子層以下
であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに
記載の磁気抵抗効果素子。
7. The second ferromagnetic layer is formed with the element forming the first ferromagnetic layer at the connection between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer in the hole. 7. The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein a different element different from the element described above is added, and the thickness of the region to which the different element is added is 10 atomic layers or less.
【請求項8】請求項1〜7のいずれか1つに記載の磁気
抵抗効果素子の複数を直列に結合したことを特徴とする
磁気抵抗効果素子。
8. A magnetoresistive effect element comprising a plurality of magnetoresistive effect elements according to any one of claims 1 to 7 coupled in series.
【請求項9】請求項1〜8のいずれか1つに記載の磁気
抵抗効果素子を備え、 磁気記録媒体から放出される磁束の経路上に前記第1及
び第2の強磁性層を直列に設け、前記孔を挟んだ前記第
1及び第2の強磁性層の磁化方向の差異を磁気抵抗変化
として検出可能としたことを特徴とする磁気再生素子
9. A magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein the first and second ferromagnetic layers are connected in series on a path of a magnetic flux emitted from a magnetic recording medium. A magnetic reproducing element, which is provided so that a difference between the magnetization directions of the first and second ferromagnetic layers sandwiching the hole can be detected as a change in magnetoresistance.
【請求項10】前記第1及び第2の強磁性層のうちで、
前記磁気記録媒体から相対的に遠くに設けられた強磁性
層の磁化が一方向に固着されてなることを特徴とする請
求項9記載の磁気再生素子。
10. Of the first and second ferromagnetic layers,
10. The magnetic reproducing element according to claim 9, wherein the magnetization of a ferromagnetic layer provided relatively far from the magnetic recording medium is fixed in one direction.
【請求項11】請求項1〜8のいれか1つに記載の磁気
抵抗効果素子を備え、 前記第1の強磁性層の膜面は、磁気記録媒体に対して略
垂直の配置にて前記磁気記録媒体からの信号磁界を検出
することを特徴とする磁気再生素子。
11. A magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein the film surface of the first ferromagnetic layer is arranged substantially perpendicular to a magnetic recording medium. A magnetic reproducing element characterized by detecting a signal magnetic field from a magnetic recording medium.
【請求項12】前記孔は、前記絶縁層の中心から前記記
録媒体の方向にずれた位置に設けられたことを特徴とす
る請求項11記載の磁気再生素子。
12. The magnetic reproducing element according to claim 11, wherein the hole is provided at a position displaced from the center of the insulating layer toward the recording medium.
【請求項13】請求項1〜8のいずれか1つに記載の磁
気抵抗効果素子と、 前記第2の強磁性層の上に設けられた非磁性中間層と、 前記非磁性中間層の上に設けられた第3の強磁性層と、 を備え、 前記第1の強磁性層の磁化の方向が第1の方向に固着さ
れ、 前記第3の強磁性層の磁化の方向が前記第1の方向とは
略反平行な第2の方向に固着され、 前記第2の強磁性層の磁化の方向が可変であり、前記第
1乃至第3の強磁性層の膜面に対して略垂直方向に電流
を流すことにより書き込み及び読み出しの少なくともい
ずれかを行うことを特徴とする磁気メモリ。
13. A magnetoresistive effect element according to claim 1, a nonmagnetic intermediate layer provided on the second ferromagnetic layer, and a nonmagnetic intermediate layer provided on the nonmagnetic intermediate layer. A third ferromagnetic layer provided on the first ferromagnetic layer, the magnetization direction of the first ferromagnetic layer is fixed to the first direction, and the magnetization direction of the third ferromagnetic layer is the first direction. Is fixed in a second direction substantially antiparallel to the direction of, the direction of magnetization of the second ferromagnetic layer is variable, and is substantially perpendicular to the film surfaces of the first to third ferromagnetic layers. A magnetic memory characterized in that at least one of writing and reading is performed by passing a current in a direction.
【請求項14】請求項1〜8のいずれか1つに記載の磁
気抵抗効果素子と、 前記第2の強磁性層の上に設けられた非磁性中間層と、 前記非磁性中間層の上に設けられた第3の強磁性層と、 を備え、 前記第1及び第3の強磁性層の磁化の方向が第1の方向
に固着され、 前記第2の強磁性層の磁化の方向が可変であり、 前記第1乃至第3の強磁性層の膜面に対して略垂直方向
に電流を流すことにより書き込み及び読み出しの少なく
ともいずれかを行うことを特徴とする磁気メモリ。
14. A magnetoresistive effect element according to claim 1, a non-magnetic intermediate layer provided on the second ferromagnetic layer, and a non-magnetic intermediate layer provided on the non-magnetic intermediate layer. And a magnetization direction of the second ferromagnetic layer is fixed to the first direction, and a magnetization direction of the second ferromagnetic layer is fixed to the first direction. A magnetic memory, which is variable and which performs at least one of writing and reading by passing a current in a direction substantially perpendicular to the film surfaces of the first to third ferromagnetic layers.
【請求項15】請求項1〜8のいずれか1つに記載の磁
気抵抗効果素子を備え、 前記第1及び第2の強磁性層のいずれか一方の磁化の方
向が第1の方法に固着され、 前記第1及び第2の強磁性層のいずれか他方の磁化の方
向が可変であり、 前記第1及び第2の強磁性層の膜面に対して略垂直方向
に電流を流すことにより書き込み及び読み出しの少なく
ともいずれかを行うことを特徴とする磁気メモリ。
15. The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein the magnetization direction of one of the first and second ferromagnetic layers is fixed to the first method. The direction of magnetization of the other of the first and second ferromagnetic layers is variable, and a current is passed in a direction substantially perpendicular to the film surfaces of the first and second ferromagnetic layers. A magnetic memory characterized by performing at least one of writing and reading.
【請求項16】前記電流を流すための第1及び第2の電
極が、前記第1及び第2の強磁性層の全体または一部の
みを覆うように設けられ、前記第1及び第2の電極が対
向する範囲内に前記開口が設けられたことを特徴とする
請求項13〜15のいずれか1つに記載の磁気メモリ。
16. The first and second electrodes for flowing the current are provided so as to cover all or part of the first and second ferromagnetic layers, and the first and second electrodes are provided. The magnetic memory according to any one of claims 13 to 15, wherein the opening is provided within a range where the electrodes face each other.
【請求項17】複数のメモリセルが絶縁領域により互い
に分離されて2次元的に配列され、 導体プローブまたは固定配線により、前記複数のメモリ
セルのそれぞれに電流が供給され、 前記複数のメモリセルのそれぞれに対する書き込みのた
めの電流の絶対値は、読み出しのためのセンス電流より
も大きく、 前記複数のメモリセルのそれぞれは、 請求項1〜8のいずれか1つに記載の磁気抵抗効果素子
を備え、 前記第1及び第2の強磁性層のいずれか一方の磁化の方
向が第1の方法に固着され、 前記第1及び第2の強磁性層のいずれか他方の磁化の方
向が可変であり、 前記第1及び第2の強磁性層の膜面に対して略垂直方向
に電流を流すことにより前記書き込み及び読み出しの少
なくともいずれかを行うことを特徴とする磁気メモリ。
17. A plurality of memory cells are separated from each other by an insulating region and arranged two-dimensionally, and a current is supplied to each of the plurality of memory cells by a conductor probe or a fixed wiring. The absolute value of the current for writing to each is larger than the sense current for reading, and each of the plurality of memory cells includes the magnetoresistive effect element according to claim 1. The direction of magnetization of one of the first and second ferromagnetic layers is fixed to the first method, and the direction of magnetization of the other one of the first and second ferromagnetic layers is variable. The magnetic memory is characterized in that at least one of the writing and reading is performed by passing a current in a direction substantially perpendicular to the film surfaces of the first and second ferromagnetic layers.
【請求項18】第1の強磁性層の上に絶縁層を形成する
工程と、 前記絶縁層の表面に針を圧入させて前記第1の強磁性層
に達する孔を形成する工程と、 前記孔を埋め込むように前記孔及び前記絶縁層の上に強
磁性体を堆積することにより第2の強磁性層を形成する
工程と、 を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方
法。
18. A step of forming an insulating layer on the first ferromagnetic layer, a step of press-fitting a needle on the surface of the insulating layer to form a hole reaching the first ferromagnetic layer, A step of forming a second ferromagnetic layer by depositing a ferromagnetic material on the hole and the insulating layer so as to fill the hole, and a method for manufacturing a magnetoresistive effect element, comprising:
【請求項19】前記第1の強磁性層と前記針との間に流
れる電流をモニタし、前記電流が所定の値に達したら前
記針の前記圧入を停止することを特徴とする請求項18
記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
19. The current flowing between the first ferromagnetic layer and the needle is monitored, and when the current reaches a predetermined value, the press-fitting of the needle is stopped.
A method for manufacturing the magnetoresistive effect element described.
【請求項20】収束された荷電粒子線の照射により、絶
縁層を挟んだ上下磁性層間の電気的導通を実質的に前記
照射領域に規定する工程を有することを特徴とする磁気
抵抗効果素子の形成方法。
20. A magnetoresistive effect element comprising a step of substantially regulating the electrical conduction between upper and lower magnetic layers sandwiching an insulating layer in the irradiation region by converging irradiation of a charged particle beam. Forming method.
【請求項21】収束された電子線および絶縁層との反応
で揮発性ガスが合成される反応ガスを絶縁層表面に供給
することで絶縁層表面をエッチングする工程と、 前記エッチング領域に磁気抵抗効果素子構成層の一部と
なる磁性層を埋め込む工程と、 を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子の形成方
法。
21. A step of etching a surface of an insulating layer by supplying a reaction gas, which is a volatile gas synthesized by a reaction between the converged electron beam and the insulating layer, to the surface of the insulating layer; A method of forming a magnetoresistive effect element, comprising the step of embedding a magnetic layer which is a part of the effect element constituent layer.
【請求項22】収束されたイオン線にて絶縁層表面をエ
ッチングする工程と、 前記エッチング領域に磁気抵抗効果素子構成層の一部と
なる磁性層を埋め込む工程と、を有することを特徴とす
る磁気抵抗効果素子の形成方法。
22. A step of etching the surface of the insulating layer with a focused ion beam, and a step of burying a magnetic layer which is a part of the magnetoresistive effect element constituent layer in the etching region. Method of forming magnetoresistive element.
【請求項23】第1の強磁性層と、 前記第1の強磁性層の上に設けられた絶縁層と、 前記絶縁層の上に設けられた第2の強磁性層と、 を備え、 前記絶縁層には孔が設けられ、 前記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層とは前記孔を
介して接続されてなる磁気抵抗効果素子の製造方法であ
って、 電子線を照射することにより前記第1及び第2の強磁性
層の少なくともいずれかの結晶配列に変化を生じさせる
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
23. A first ferromagnetic layer, an insulating layer provided on the first ferromagnetic layer, and a second ferromagnetic layer provided on the insulating layer, A method of manufacturing a magnetoresistive effect element, wherein a hole is provided in the insulating layer, and the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer are connected to each other through the hole. A method of manufacturing a magnetoresistive effect element, characterized in that the crystal arrangement of at least one of the first and second ferromagnetic layers is changed by irradiation.
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