JP2008085185A - 磁気抵抗効果素子、その製造方法、および磁気記憶装置 - Google Patents

磁気抵抗効果素子、その製造方法、および磁気記憶装置 Download PDF

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Abstract

【課題】上部端子と磁気抵抗効果膜との磁気的な相互作用を抑制すると共にリードギャップ長の短小化が可能な磁気抵抗効果素子、その製造方法、およびその磁気抵抗効果素子を備える磁気記憶装置を提供する。
【解決手段】固定磁化積層体３３、非磁性金属層３７、および自由磁化層３８が順次積層された磁気抵抗効果膜３０と、自由磁化層３８を覆う第１磁気結合遮断層２５および第２磁気結合遮断層２６と、磁気抵抗効果膜３０の膜面に対して垂直方向にセンス電流を供給する軟磁性材料の下部端子２１および上部端子２２とから構成する。第１磁気結合遮断層２５は自由磁化層３８との間にスピン依存界面散乱を生じさせる非磁性材料からなり、第２磁気結合遮断層２６はＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、およびＡｕからなる群のうち少なくとも１種を含む材料からなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁気記憶装置において情報を再生するための磁気抵抗効果素子、その製造方法、および磁気記憶装置に係り、特に、磁気抵抗効果素子を構成する積層膜に垂直にセンス電流を流すＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−Ｐｌａｎｅ）型の構造を有する磁気抵抗効果素子に関する。
近年、磁気記憶装置の磁気ヘッドには、磁気記録媒体に記録された情報を再生するための再生用素子として磁気抵抗効果素子が用いられている。磁気抵抗効果素子は磁気記録媒体から漏洩する信号磁界の向きの変化を電気抵抗の変化に変換する磁気抵抗効果を利用して磁気記録媒体に記録された情報を再生する。
磁気記憶装置の高記録密度化に伴い、スピンバルブ膜を備えたものが主流となっている。スピンバルブ膜は磁化が所定の方向に固定された固定磁化層と、非磁性層と、磁気記録媒体からの漏洩磁界の方向や強度に応じて磁化の方向が変わる自由磁化層が積層して構成されている。スピンバルブ膜は、固定磁化層の磁化と自由磁化層の磁化とがなす角に応じて電気抵抗値が変化する。電気抵抗値の変化を、スピンバルブ膜に一定値のセンス電流を流して電圧変化として検出することで、磁気抵抗効果素子が磁気記録媒体に記録されたビットを再生する。
従来、磁気抵抗効果素子は、スピンバルブ膜の面内方向にセンス電流を流すＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ）構造が採用されてきた。しかし、さらなる高記録密度化を図るためには、磁気記録媒体の線記録密度およびトラック密度を増加させる必要がある。磁気抵抗効果素子では、磁気記録媒体のトラック幅に対応する素子幅および素子の奥行き（素子高さ）、すなわち素子断面積を低減する必要がある。この場合、ＣＩＰ構造では、センス電流の電流密度が大きくなるため過熱によりスピンバルブ膜を構成する材料のマイグレーション等による性能劣化が生じるおそれがある。
そこで、スピンバルブ膜の膜面に対して垂直方向にセンス電流を流すＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｔｏ−Ｐｌａｎｅ）型の構造が提案され、次世代の再生用素子として盛んに研究が行われている。ＣＰＰ型では、コア幅（磁気記録媒体のトラック幅に対応するスピンバルブ膜の幅）が縮小されても出力がほとんど変化しないという特長を有するため、高記録密度化に適している（例えば、特許文献１参照。）。
図１に示すように、ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子１００は、スピンバルブ膜１０１が磁気的なシールドを兼ねる下部端子１０２と上部端子１０３に挟まれている。スピンバルブ膜１０１は、下部端子１０２側から、下地層１１１、反強磁性層１１２、固定磁化層１１３、非磁性導電層１１４、自由磁化層１１５からなり、さらに、自由磁化層１１５を覆う保護膜１０４が形成されている。
スピンバルブ膜１０１の自由磁化層１１５は、下部端子１０２および上部端子１０３に挟まれた領域を通過する信号磁界の向きを検出する。下部端子１０２の上面と上部端子１０３の下面との距離、いわゆるリードギャップ長が短いほど、より微細に信号磁界の変化を検出でき、高密度記録に適している。
下部端子１０２および上部端子１０３は軟磁性材料からなり、スピンバルブ膜１０１の磁気シールドとして機能する。すなわち、下部端子１０２および上部端子１０３は、記録素子の磁極やコイルからの磁界がスピンバルブ膜１０１の固定磁化層１１３や自由磁化層１１５を磁化して悪影響を及ぼすことを回避している。
一方、上部端子１０３と自由磁化層１１５とは近接しているため、磁気的に結合しやすい。そのため、保護膜１０４が自由磁化層１１５と上部端子１０３との間に配置され磁気的な結合を遮断している。
特開２００３−３１８４６１号公報
ところで、リードギャップ長を短小化することにより高記録密度での再生出力およびＳＮ比（信号対雑音比）が向上して、さらなる記録密度の向上が可能となる。
しかし、リードギャップ長を短小化するため、図１に示す保護膜１０４を単に薄膜化すると、自由磁化層１１５の磁化Ｍａと、上部端子１０３に現れた磁化ＭELとが磁気的に結合してしまう。このような状態では信号磁界に対する自由磁化層１１５の磁化Ｍａの挙動が鈍くなったり偏ったりしてしまう。このため、再生出力に歪みが生じてＳＮ比が低下するという問題を生じる。
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、上部端子と磁気抵抗効果膜との磁気的な相互作用を抑制すると共にリードギャップ長の短小化が可能な磁気抵抗効果素子、その製造方法、およびその磁気抵抗効果素子を備える磁気記憶装置を提供することである。
本発明の一観点によれば、磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向にセンス電流が供給される磁気抵抗効果素子であって、前記磁気抵抗効果膜の上下にそれぞれ設けられた軟磁性材料からなる上部端子および下部端子と、下部端子側から固定磁化層と、非磁性金属層と、自由磁化層とがこの順に積層された磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜と上部端子との間に、前記自由磁化層を覆う第１の磁気結合遮断層および該第１の磁気結合遮断層を覆う第２の磁気結合遮断層と、を備え、前記第１の磁気結合遮断層は、自由磁化層を覆うと共にスピン依存界面散乱を生じさせる非磁性材料からなり、前記第２の磁気結合遮断層は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、およびＡｕからなる群のうち少なくとも１種を含み、かつ、第１の磁気結合遮断層とは異なる非磁性材料からなることを特徴とする磁気抵抗効果素子が提供される。
本発明によれば、第１の磁気結合遮断層は、自由磁化層に接して形成され、スピン依存界面散乱を生じさせる非磁性材料からなるので、磁気抵抗変化量が増加する。さらに、第２の磁気結合遮断層はＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、およびＡｕからなる群のうち少なくとも１種を含み、かつ、第１の磁気結合遮断層とは異なる非磁性材料からなり、従来用いられているＣｕ膜よりも薄い膜厚で自由磁化層と上部端子との磁気的結合を遮断する効果を有する。したがって、第１の磁気結合遮断層および第２の磁気結合遮断層の膜厚の総計は、自由磁化層と上部端子との交換結合磁界を増加させずに、従来のＣｕ膜のみからなるよりも薄膜化が可能となりリードギャップ長を短小化できる。その結果、磁気抵抗変化量の増加およびリードギャップ長を短小化による相乗的な効果により高記録密度化が可能な磁気抵抗効果素子を実現できる。
本発明の他の観点によれば、磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向にセンス電流が供給される磁気抵抗効果素子であって、前記磁気抵抗効果膜の上下にそれぞれ設けられた軟磁性材料からなる上部端子および下部端子と、固定磁化層と、非磁性層と、自由磁化層とが積層された磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜と上部端子との間に磁気結合遮断層と、を備え、前記磁気結合遮断層はＴａからなり、その膜厚が０．９ｎｍ〜５ｎｍの範囲に設定されてなることを特徴とする磁気抵抗効果素子が提供される。
本発明によれば、磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果膜と上部端子との間に上記所定の膜厚のＴａ膜を設けることで、自由磁化層と上部端子との交換結合磁界を抑制できると共にリードギャップ長のいっそうの短小化が可能となる。
本発明のその他の観点によれば、磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向にセンス電流が供給される磁気抵抗効果素子の製造方法であって、下部端子上に前記磁気抵抗効果膜を形成する工程と、前記磁気抵抗効果膜上に非磁性材料からなる第１の磁気結合遮断層および第２の磁気結合遮断層をこの順に形成する工程と、前記第２の磁気結合遮断層の表面に接触する上部端子を形成する工程とを含み、前記第１の磁気結合遮断層は、自由磁化層を覆うと共にスピン依存界面散乱を生じさせる非磁性材料からなり、前記第２の磁気結合遮断層は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、およびＡｕからなる群のうち少なくとも１種を含み、かつ、第１の磁気結合遮断層とは異なる非磁性材料からなることを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法が提供される。
本発明によれば、上記の磁気抵抗効果素子を形成でき、リードギャップ長を短小化できるので、高記録密度化が可能な磁気抵抗効果素子を実現できる。
本発明のその他の観点によれば、磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向にセンス電流が供給される磁気抵抗効果素子の製造方法であって、下部端子上に前記磁気抵抗効果膜を形成する工程と、前記磁気抵抗効果膜上に非磁性材料からなる磁気結合遮断層、および軟磁性材料からなる軟磁性保護膜をこの順に形成する工程と、前記磁気抵抗効果膜、磁気結合遮断層、および軟磁性保護膜を熱処理する工程と、前記軟磁性保護膜の一部を除去する工程と、前記除去工程により露出した軟磁性保護膜の表面を覆う上部端子を形成する工程とを含み、前記磁気結合遮断層は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、およびＡｕからなる群のうち少なくとも１種を含むことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法が提供される。
本発明によれば、磁気結合遮断層は軟磁性保護膜によりエッチング等から保護されているので、磁気結合遮断層の膜厚は堆積時の膜厚のまま維持される。したがって、磁気結合遮断層の膜厚制御は堆積時の管理のみでよく、磁気結合遮断層の膜厚はその後のエッチング量やそのばらつきの影響を受けない。その結果、磁気結合遮断層の膜厚制御が良好となり、リードギャップ長の制御性が良好になる。さらに、磁気結合遮断層は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、およびＡｕからなる群のうち少なくとも１種を含むので、磁気抵抗効果膜の磁性層（例えば、自由磁化層や、反強磁性層、固定磁化層等）と上部端子との磁気的結合を遮断する効果を有する。したがって、磁気抵抗効果膜の磁性層と上部端子との交換結合磁界を増加させずに、従来のＣｕ膜のみからなるよりも薄膜化が可能となる。これらの結果により、リードギャップ長を制御良く短小化でき、高記録密度化が可能な磁気抵抗効果素子を実現できる。
本発明のその他の観点によれば、上記いずれかの磁気抵抗効果素子を有する磁気ヘッドと、磁気記録媒体と、を備える磁気記憶装置が提供される。
本発明によれば、高密度記録が可能な磁気記憶装置を提供できる。
本発明によれば、上部端子と磁気抵抗効果膜との磁気的な相互作用を抑制すると共にリードギャップ長の短小化が可能な磁気抵抗効果素子、その製造方法、およびその磁気抵抗効果素子を備える磁気記憶装置を提供できる。
以下図面を参照しつつ実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
［第１例の磁気抵抗効果素子］
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る第１例の磁気抵抗効果素子を有する磁気ヘッドの媒体対向面の要部を示す図である。図２中、Ｘ軸方向が磁気抵抗効果素子に対向する磁気記録媒体（不図示）の移動方向、Ｙ軸方向がコア幅方向、Ｚ軸方向が奥行き（素子高さ）方向である。
図２を参照するに、磁気ヘッド１０は、大略して、ヘッドスライダの基体となるＡｌ2Ｏ3−ＴｉＣ等の平坦なセラミック基板１１上に形成された磁気抵抗効果素子２０と、その上に形成された誘導型記録素子１３から構成される。
誘導型記録素子１３は、媒体対向面に磁気記録媒体のトラック幅に相当する幅を有する上部磁極１４と、非磁性材料からなる記録ギャップ層１５を挟んで上部磁極１４に対向する下部磁極１６と、上部磁極１４と下部磁極１６とを磁気的に接続するヨーク（図示されず）と、ヨークを巻回し、記録電流により記録磁界をする誘起するコイル（図示されず）等からなる。上部磁極１４、下部磁極１６、およびヨークは軟磁性材料、例えば、十分な記録磁界を確保するために飽和磁束密度の大なる材料、例えば、Ｎｉ80Ｆｅ20、ＣｏＺｒＮｂ、ＦｅＮ、ＦｅＳｉＮ、ＦｅＣｏ、ＣｏＮｉＦｅ等からなる。なお、誘導型記録素子１３はこれに限定されるものではなく、公知の構造の誘導型記録素子を用いることができる。
第１例の磁気抵抗効果素子２０は、セラミック基板１１の表面に形成されたアルミナ膜１２上に、下部端子２１、磁気抵抗効果膜３０（詳しくは次の図３で説明する。）、第１磁気結合遮断層２５、第２磁気結合遮断層２６、および上部端子２２が積層された構成からなる。磁気抵抗効果膜３０は、下部端子２１および上部端子２２（第１および第２磁気結合遮断層２５，２６を介して）にそれぞれ電気的に接続されている。
磁気抵抗効果膜３０のＹ軸方向両側には、絶縁膜２３を介して磁区制御膜２４が設けられている。磁区制御膜２４は、例えば、Ｃｒ膜と強磁性のＣｏＣｒＰｔ膜との積層体からなる。磁区制御膜２４は、磁気抵抗効果膜３０を構成する自由磁化層（図４に示す。）の単磁区化を図り、バルクハウゼンノイズの発生を防止する。
下部端子２１および上部端子２２はセンス電流Ｉsの流路としての機能に加え、磁気シールドとしての機能も兼ねる。そのため、下部端子２１および上部端子２２は、Ｃｏ、Ｎｉ、およびＦｅのうち、少なくともいずれかを含む軟磁性材料からなり、例えばＮｉ80Ｆｅ20、ＣｏＺｒＮｂ、ＦｅＮ、ＦｅＳｉＮ、ＦｅＣｏ、ＣｏＮｉＦｅ等が挙げられる。さらに下部端子２１と磁気抵抗効果膜３０との界面に導電膜、例えば、Ｃｕ膜、Ｔａ膜、Ｔｉ膜等を設けてもよい。
また、磁気抵抗効果素子２０および誘導型記録素子１３は、媒体対向面側以外は腐食等を防止するためアルミナ膜や水素化カーボン膜等により覆われている。
センス電流Ｉｓは、例えば上部端子２２から、第２磁気結合遮断層２６、第１磁気結合遮断層２５、および磁気抵抗効果膜３０をその膜面に略垂直に流れ下部端子２１に達する。磁気抵抗効果膜３０は、磁気記録媒体からの漏洩する信号磁界の強度および方向に対応して電気抵抗、いわゆる磁気抵抗が変化する。磁気抵抗効果素子２０は、磁気抵抗効果膜３０の磁気抵抗の変化を、所定の電流量のセンス電流Ｉｓを流して電圧変化として検出する。このようにして、磁気抵抗効果素子２０は磁気記録媒体に記録された情報を再生する。なお、センス電流Ｉｓの流れる方向は図１に示す方向に限定されず、逆向きでもよい。また、磁気記録媒体の移動方向も逆向きでもよい。また、所定の定電圧を磁気抵抗効果膜３０に印加して磁気抵抗値の変化を電流変化として検出してもよい。
図３は、第１例の磁気抵抗効果素子の要部拡大図であり、磁気抵抗効果膜付近の積層構成を示している。
図３を図２と共に参照するに、磁気抵抗効果膜３０は、下部端子２１側から、下地層３１、反強磁性層３２、固定磁化積層体３３、非磁性金属層３７、および自由磁化層３８が順次積層された構成からなり、いわゆるシングルスピンバルブ構造を有する。
下地層３１は、下部端子２１の表面にスパッタ法等により形成され、例えば、ＮｉＣｒ膜や、Ｔａ膜（例えば膜厚５ｎｍ）とＮｉＦｅ膜（例えば膜厚５ｎｍ）との積層体等から構成される。このＮｉＦｅ膜は、Ｆｅの含有量が１７原子％〜２５原子％の範囲内であることが好ましい。このような組成のＮｉＦｅ膜を用いることにより、ＮｉＦｅ膜の結晶成長方向である（１１１）結晶面およびこれに結晶学的に等価な結晶面の表面に、反強磁性層３２がエピタキシャル成長する。これにより、反強磁性層３２の結晶性を向上させることができる。
反強磁性層３２は、例えば膜厚４ｎｍ〜３０ｎｍ（好ましくは４ｎｍ〜１０ｎｍ）のＭｎ−ＴＭ合金（ＴＭは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、ＩｒおよびＲｈのうち少なくとも１種を含む。）から構成される。Ｍｎ−ＴＭ合金としては、例えば、ＰｔＭｎ、ＰｄＭｎ、ＮｉＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｔＰｄＭｎが挙げられる。反強磁性層３２は、固定磁化積層体３３の第１固定磁化層３４に交換相互作用を及ぼして第１固定磁化層３４の磁化を所定の向きに固定する。
固定磁化積層体３３は、反強磁性層３２側から第１固定磁化層３４、非磁性結合層３５、第２固定磁化層３６が順に積層されてなり、いわゆる積層フェリ構造を有する。固定磁化積層体３３は、第１固定磁化層３４の磁化と第２固定磁化層３６の磁化とが反強磁性的に交換結合し、磁化の向きが互いに反平行になる。すなわち、第１固定磁化層３４の磁化は反強磁性層３２により所定の向きに固定され、第２固定磁化層３６の磁化は、第１固定磁化層３４は反強磁性交換結合により第１固定磁化層３４の磁化の向きと反対の向きに固定される。なお、固定磁化積層体３３は、第１固定磁化層３４のみからなる単層の固定磁化層としてもよい（以下の第２例〜第５例の磁気抵抗効果素子においても同様である。）。
第１および第２固定磁化層３４，３６は、それぞれ膜厚１〜３０ｎｍのＣｏ、Ｎｉ、およびＦｅのうち、少なくともいずれかを含む強磁性材料から構成される。第１および第２固定磁化層３４，３６に好適な強磁性材料としては、例えば、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＡｌ、ＮｉＦｅ、ＦｅＣｏＣｕ、ＣｏＮｉＦｅ等が挙げられる。なお、第１および第２固定磁化層３４，３６のそれぞれは、１層のみならず、互いに組成の異なる２層以上の積層体としてもよい。
また、第１固定磁化層３４として好適な強磁性材料としては、比抵抗が低い点で、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅが挙げられる。これは、第１固定磁化層３４の磁化は、第２固定磁化層３６の磁化の向きに対して逆向きとなるので、第１固定磁化層３４が磁気抵抗変化量ΔＲＡを低下させる方向に働く場合がある。このような場合、比抵抗の低い強磁性材料を用いることで、磁気抵抗変化量ΔＲＡの低下を抑制することができる。
非磁性結合層３５は、その膜厚が第１固定磁化層３４と第２固定磁化層３６とが反強磁性的に交換結合する範囲に設定される。その範囲は、例えば０．２ｎｍ〜１．５ｎｍ（好ましくは０．２ｎｍ〜０．９ｎｍ）である。非磁性結合層３５は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ系合金、Ｒｈ系合金、Ｉｒ系合金等の非磁性材料から構成される。Ｒｕ系合金としてはＲｕに、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＭｎのうちいずれか一つ、あるいはこれらの合金との非磁性材料が好適である。
さらに、図示を省略するが、第１固定磁化層３４と反強磁性層３２との間に第１固定磁化層３４よりも飽和磁束密度が高い強磁性材料からなる強磁性接合層を設けてもよい。これにより、第１固定磁化層３４と反強磁性層３２との交換相互作用を増加でき、第１固定磁化層３４の磁化の向きが所定の向きから変位したり反転したりする問題を回避できる。ただし、強磁性接合層は、磁気抵抗変化量ΔＲＡの低下を抑制するため、第１固定磁化層３４よりも極めて薄い膜厚、例えば０．５〜２．０ｎｍにすべきである。
非磁性金属層３７は、例えば、膜厚１．５ｎｍ〜１０ｎｍの非磁性金属から構成される。非磁性金属層３７は、スピン依存界面散乱を生じさせる非磁性材料であれば、その材料は特に限定されない。非磁性金属層３７として好ましい材料は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、ＡｇおよびＣｒのうちいずれか１種の純金属あるいはそれを含む金属（合金）が挙げられる。
自由磁化層３８は、例えば膜厚が２ｎｍ〜１２ｎｍのＣｏ、Ｎｉ、およびＦｅのうち、少なくともいずれかを含む軟磁性材料から構成される。自由磁化層３８に好適な強磁性材料としては、例えば、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＡｌ、ＮｉＦｅ、ＦｅＣｏＣｕ、ＣｏＮｉＦｅ等が挙げられる。なお、自由磁化層３８は１層のみならず、互いに組成の異なる２層以上の積層体としてもよい。
次に、磁気抵抗効果膜３０上に形成された第１磁気結合遮断層２５および第２磁気結合遮断層２６について説明する。
第１磁気結合遮断層２５は、自由磁化層３８に接して形成され、スピン依存界面散乱を生じさせる非磁性材料であれば、その材料は特に限定されない。第１磁気結合遮断層２５の膜厚は例えば０．２ｎｍ〜２ｎｍに設定される。第１磁気結合遮断層２５として好ましい材料は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、ＡｇおよびＣｒのうちいずれか１種の純金属あるいはそれを含む金属（合金）が挙げられる。
第１磁気結合遮断層２５は、第２磁気結合遮断層２６と共に、自由磁化層３８と上部端子２２との距離を離隔して磁気的な相互作用を弱める、あるいは切る作用を有する。これと共に、第１磁気結合遮断層２５は、自由磁化層３８との界面においてスピン依存界面散乱を生じせることにより、磁気抵抗変化量を増加させる。
第２磁気結合遮断層２６は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、およびＡｕからなる群のうち少なくとも１種を含み、かつ、第１磁気結合遮断層２５とは異なる非磁性材料からなる。第２磁気結合遮断層２６は、上記の材料を用いることにより、従来用いられているＣｕ膜よりも薄い膜厚で自由磁化層３８と上部端子２２との磁気的結合を遮断する効果を有する。すなわち、第１および第２磁気結合遮断層２５，２６を形成した場合と、単にＣｕ膜を形成した場合では、第１および第２磁気結合遮断層２５，２６の膜厚の総計とＣｕ膜の膜厚を同等としたとき、自由磁化層３８と上部端子２２との間の交換結合磁界は、第１および第２磁気結合遮断層２５，２６の場合の方がＣｕ膜の場合よりも小さくなる。
なお、第２磁気結合遮断層２６の作用は、スピン方向の情報を持つ電子が第２磁気結合遮断層２６を通過する際にそのスピン方向の情報を失わせることである（いわゆる、スピン情報消失効果。）。第２磁気結合遮断層２６中で電子がスピン情報を失うため、自由磁化層３８と上部端子２２との間の磁気的な相互作用が抑制される。
また、第２磁気結合遮断層２６の膜厚は限定されないが、例えば０．２ｎｍ〜２ｎｍに設定される。
さらに、第２磁気結合遮断層２６は、上記の材料のうち比抵抗がＣｕ膜（比抵抗１．７μΩｃｍ）よりも大きいことが好ましい。比抵抗がＣｕ膜よりも大きい材料は、スピン拡散長がＣｕ膜よりも小さいので、自由磁化層３８と上部端子２２との間を、スピン情報を有する電子が伝導することを抑制することができる。その結果、自由磁化層３８と上部端子２２との磁気的結合を弱め、さらには遮断することができる。
さらには、第２磁気結合遮断層２６は、比抵抗が１０μΩｃｍ以上の材料からなることが好ましい。これにより、自由磁化層３８と上部端子２２との間の磁気的結合をさらに弱めることができ、第２磁気結合遮断層２６を薄膜化できる。なお、第２磁気結合遮断層２６は、上記の材料から選択された異なる材料からなる層が積層された積層体でもよい。
次に第１の実施の形態の磁気抵抗効果素子の形成方法を、図４Ａ〜図４Ｆを参照しつつ説明する。なお、図４Ａ〜図４Ｆは、図２と同様に媒体対向面側から視た図である。
最初に、図４Ａの工程では、セラミック基板（ウェハ）上に堆積したアルミナ膜（不図示）の表面に、めっき法あるいは真空蒸着法により下部端子２１を形成する。さらに、下部端子２１上に、図４の構成の磁気抵抗効果膜３０、第１磁気結合遮断層２５、および第２磁気結合遮断層２６を順次形成する。具体的には、磁気抵抗効果膜３０、第１磁気結合遮断層２５、および第２磁気結合遮断層２６を例えばＤＣマグネトロンスパッタ法により形成する。
図４Ａの工程ではさらに、図３に示した固定磁化積層体３３と自由磁化層３８の磁化方向を略垂直になるようにするため、外部磁界を印加しつつ熱処理（磁化固定化熱処理）を行う。外部磁界の方向は、固定磁化積層体３３の磁化方向を決める熱処理では例えば図２に示すＺ軸方向に印加し、自由磁化層３８の磁化方向（外部磁界が印加されない状態で向く方向）を決める熱処理ではＹ軸方向に印加する。磁化固定化熱処理により、第２磁気結合遮断層２６の表面が酸化され酸化部分が形成されるが、第１磁気結合遮断層２５は第２磁気結合遮断層２６に覆われているので酸化されない。なお、酸化部分は磁化固定化熱処理の条件や第２磁気結合遮断層の種類にもよるが、厚さが１ｎｍ〜３ｎｍ程度である。
図４Ａの工程ではさらに、第２磁気結合遮断層２６上に所定の形状のレジスト膜４０ａおよび４０ｂを形成する。具体的には、レジスト膜４０ａおよび４０ｂは、フォトリソグラフィ法により、磁気抵抗効果膜３０を最終的に残す位置に形成する。レジスト膜４０ａは、レジスト膜４０ｂよりも幅が狭いので、リフトオフの際にレジスト膜４０ａ、４０ｂの残渣が残り難い。なお、レジスト膜４０ａおよび４０ｂの形状はこれに限定されるものではない。例えば、レジスト膜４０ａおよび４０ｂを一体化して逆角錐台形状としてもよい。これにより、レジスト膜４０ａおよび４０ｂと同様の効果を有すると共に、レジスト膜４０の形成工程の工数を低減できる。
次いで、図４Ｂの工程では、例えばイオンミリング法によりレジスト膜４０ｂをマスクとして第２磁気結合遮断層２６、第１磁気結合遮断層２５、および磁気抵抗効果膜３０をエッチングして下部端子２１を露出させる。これにより形成された磁気抵抗効果膜３０の幅は、レジスト膜４０ｂの幅に支配される。また、磁気抵抗効果膜３０は上層側よりも下層側の幅が若干広くなる。
次いで、図４Ｃの工程では、図４Ｂの構造体の表面に絶縁膜２３と磁区制御膜２４を形成する。絶縁膜２３は下部端子２１の表面、磁気抵抗効果膜３０、第１磁気結合遮断層２５、および第２磁気結合遮断層２６の側壁を覆うように形成される。絶縁膜２３はさらに第２磁気結合遮断層２６の表面のレジスト膜４０ａが形成された領域以外を覆うように形成される。さらに、磁区制御膜２４を絶縁膜２３の表面に堆積する。
次いで、図４Ｄの工程では、有機溶剤等を用いてレジスト膜４０ａおよび４０ｂを溶解し、レジスト膜４０ｂ上の絶縁膜２３および磁区制御膜２４をレジスト膜４０ａ，４０ｂと共に除去する。なおさらに、必要に応じて酸素アッシングを行ってレジスト膜の残渣を除去してもよい。
次いで、図４Ｅの工程では、エッチングにより第２磁気結合遮断層２６の一部を除去して第２磁気結合遮断層２６の金属面２６ａを露出させる。これにより、図４Ａの工程の磁化固定加熱処理等により第２磁気結合遮断層２６の表面に形成された高抵抗を有する酸化部分が除去され、第２磁気結合遮断層２６と次に形成される上部端子２２との間の接続抵抗が低減される。この際のエッチング量はエッチング速度を予め求めておき、エッチング時間によりエッチング量を制御する。また、エッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングのいずれでもよいが、第２磁気結合遮断層２６のエッチング量を精度良く行える点でドライエッチングを用いることが好ましい。
次いで、図４Ｆの工程では、図４Ｅの構造体を覆う上部端子２２をめっき法等により形成する。これにより上部端子２２は第２磁気結合遮断層２６の金属面２６ａと接触する。以上により図２に示す磁気抵抗効果素子２０が形成される。なお、次いで磁気抵抗効果素子２０の表面に図３の構成の誘導型記録素子１３を公知の方法により形成する。
本実施の形態によれば、第１磁気結合遮断層２５は自由磁化層３８に接して形成され、スピン依存界面散乱を生じさせる非磁性材料からなるので、磁気抵抗変化量が増加する。さらに、第２磁気結合遮断層２６は上述した材料からなり、従来用いられているＣｕ膜よりも薄い膜厚で自由磁化層３８と上部端子２２との磁気的結合を遮断する効果を有する。
したがって、第１磁気結合遮断層２５および第２磁気結合遮断層２６の膜厚の総計は、自由磁化層と上部端子との交換結合磁界を増加させずに、従来のＣｕ膜のみからなるよりも薄膜化が可能となる。その結果、リードギャップ長を短小化できる。よって、磁気抵抗変化量の増加およびリードギャップ長の短小化の相乗効果により、高記録密度化が可能な磁気抵抗効果素子を実現できる。
［第２例の磁気抵抗効果素子］
第１の実施の形態に係る第２例の磁気抵抗効果素子は、第１例の磁気抵抗効果素子の変形例であり、第２磁気結合遮断層と上部端子との間に第３磁気結合遮断層を設けた構成を有する。
図５は、第１の実施の形態に係る第２例の磁気抵抗効果素子の媒体対向面の要部を示す図である。なお、磁気抵抗効果素子の上に、図２において示した誘導型記録素子を設けてもよく設けなくともよい。これは後に説明する第３例〜第５例の磁気抵抗効果素子においても同様である。また、図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図５を参照するに、第２例の磁気抵抗効果素子５０は、セラミック基板１１の表面に形成されたアルミナ膜１２上に、下部端子２１、磁気抵抗効果膜３０、第１磁気結合遮断層２５、第２磁気結合遮断層２６、第３磁気結合遮断層５１、および上部端子２２が積層された構成からなる。磁気抵抗効果膜３０は先の図３に示す構成を有し、第１磁気結合遮断層２５は、磁気抵抗効果膜３０の自由磁化層３８と接している。磁気抵抗効果膜３０は下部端子２１および上部端子２２（第１〜第３磁気結合遮断層２５，２６，５１を介して）にそれぞれ電気的に接続されている。第２例の磁気抵抗効果素子５０は、第２磁気結合遮断層２６と上部端子２２との間に第３磁気結合遮断層５１が設けられている以外は第１例の磁気抵抗効果素子２０と同様の構成を有する。
第３磁気結合遮断層５１は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、ＡｇおよびＣｒのうちいずれか１種の純金属あるいはそれを含む金属（合金）から選択される。第３磁気結合遮断層５１は、第１磁気結合遮断層２５と同一の材料であることが好ましい。これにより、第１磁気結合遮断層２５と第３磁気結合遮断層５１との間に第２磁気結合遮断層２６を挿入した積層体とすることで、第２磁気結合遮断層２６を設けない場合よりも第１〜第３磁気結合遮断層２５，２６，５１の積層体全体の厚さを低減できる。
また、第１磁気結合遮断層２５は、磁気抵抗変化量が増加する点でＣｕ膜からなることが好ましく、さらに、第３磁気結合遮断層５１もＣｕ膜からなることが好ましい。さらに、この場合、第２磁気結合遮断層２６はＴａ膜あるいはＲｕ膜からなることが上記積層体全体の厚さをさらに低減できる点でさらに好ましい。
第２例の磁気抵抗効果素子５０は、第１例の磁気抵抗効果素子と同様の効果を有する。さらに、第２例の磁気抵抗効果素子５０は、第１磁気結合遮断層２５と、第１磁気結合遮断層２５と同様の材料からなる第３磁気結合遮断層５１との間に、第２磁気結合遮断層２６を設けることにより、第２磁気結合遮断層２６を設けない場合よりも第１〜第３磁気結合遮断層２５，２６，５１の積層体全体の厚さを低減できる。
なお、第２例の磁気抵抗効果素子５０の製造方法は、第２磁気結合遮断層２６上に第３磁気結合遮断層５１を形成する以外は図４Ａ〜図４Ｆに示す第１例の磁気抵抗効果素子２０と略同様であるのでその説明を省略する。
［第３例の磁気抵抗効果素子］
第１の実施の形態に係る第３例の磁気抵抗効果素子は、第１例の磁気抵抗効果素子の変形例であり、第２磁気結合遮断層と上部端子との間に軟磁性保護膜を設けた構成を有する。
図６は、第１の実施の形態に係る第３例の磁気抵抗効果素子の媒体対向面の要部を示す図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図６を参照するに、第３例の磁気抵抗効果素子６０は、セラミック基板１１の表面に形成されたアルミナ膜１２上に、下部端子２１、磁気抵抗効果膜３０、第１磁気結合遮断層２５、第２磁気結合遮断層２６、軟磁性保護膜６１、および上部端子２２が積層された構成からなる。磁気抵抗効果膜３０は先の図３に示す構成を有し、第１磁気結合遮断層２５は、磁気抵抗効果膜３０の自由磁化層３８と接している。磁気抵抗効果膜３０は下部端子２１および上部端子２２（第１〜第２磁気結合遮断層２５，２６および軟磁性保護膜６１を介して）にそれぞれ電気的に接続されている。第３例の磁気抵抗効果素子６０は、第２磁気結合遮断層２６と上部端子２２との間に軟磁性保護膜６１が設けられている以外は第１例の磁気抵抗効果素子と同様の構成を有する。
軟磁性保護膜６１は、金属あるいは合金の軟磁性材料であれば、その材料は特に限定されず、膜厚は例えば１ｎｍ〜１０ｎｍに設定される。軟磁性保護膜６１は、例えばＣｏ、Ｎｉ、およびＦｅからなる群のうち少なくとも１種を含む軟磁性材料からなり、具体例として、Ｎｉ80Ｆｅ20、ＣｏＺｒＮｂ、ＦｅＮ、ＦｅＳｉＮ、ＦｅＣｏ、ＣｏＮｉＦｅ等が挙げられる。軟磁性保護膜６１は、その上に形成される上部端子２２と同組成の材料が、良好な格子整合性による結晶成長が可能な点で好ましい。軟磁性保護膜６１は、後ほど説明する熱処理において、第１および第２磁気結合遮断層２５，２６の酸化を防止する機能を有する。
また、軟磁性保護膜６１は、その上側の上部端子２２と金属面６１ａで接触している。軟磁性保護膜６１は接触部分のＹ軸方向（コア幅方向）両側の表面には酸化部分６１ｂが形成されている。これに対して、金属面６１ａでは、軟磁性保護膜６１の材料自体の比抵抗を有しているので、上部端子２２と軟磁性保護膜６１との間の抵抗（電気抵抗）が低く抑えられる。そのため、磁気抵抗効果素子６０の素子抵抗を低く抑えることができる。
なお、磁気抵抗効果素子６０の素子抵抗は、磁気抵抗効果、つまり図３に示す自由磁化層３８の磁化と固定磁化積層体３３のうち第２固定磁化層３６の磁化との相対的な方向に依存する、自由磁化層３８と固定磁化積層体３３とから生じる抵抗（磁気抵抗）と、磁気抵抗効果膜３０と下部端子２１および上部端子２２のそれぞれとの間の抵抗（接続抵抗）と、自由磁化層３８と固定磁化積層体３３からなる磁気抵抗効果膜３０以外の膜の抵抗（寄生抵抗）と、下部端子２１および上部端子２２自体の抵抗（端子抵抗）との総和、すなわち、素子抵抗＝磁気抵抗＋接続抵抗＋寄生抵抗＋端子抵抗である。また、磁気抵抗変化率＝磁気抵抗変化量÷素子抵抗×１００（％）で表される。磁気抵抗変化量は自由磁化層３８の磁化と第２固定磁化層３６の磁化とが反平行状態での磁気抵抗から自由磁化層３８の磁化と第２固定磁化層３６の磁化とが平行状態での磁気抵抗を差し引いた形で表される。
第３例の磁気抵抗効果素子６０は、自由磁化層３８と上部端子２２との間に、自由磁化層３８側から、第１磁気結合遮断層２５、第２磁気結合遮断層２６、および軟磁性保護膜６１がこの順に積層されている。上部端子２２は、軟磁性保護膜６１の金属面６１ａに接触しているので、上部端子２２と軟磁性保護膜６１との接続抵抗が低く抑えられる。したがって、磁気抵抗効果素子６０の素子抵抗を低く抑えることができる。さらに、軟磁性保護膜６１が軟磁性材料からなるので、リードギャップ長は、下部端子２１の表面から軟磁性保護膜６１の下面、すなわち下部端子２１の表面から第２磁気結合遮断層２６の表面までの距離となる。第２磁気結合遮断層２６は軟磁性保護膜６１によりエッチング等から保護されているので、第１および第２磁気結合遮断層２５，２６の膜厚は堆積時の膜厚のまま維持される。したがって、第１および第２磁気結合遮断層２５，２６の膜厚制御は、堆積時の管理のみでよく、その後のエッチング量やそのばらつきの影響を受けない。その結果、第１および第２磁気結合遮断層２５，２６の膜厚制御が良好となり、リードギャップ長の制御性が良好になる。ひいては、リードギャップ長が短小化された磁気抵抗効果素子を実現できるので、高記録密度化が可能な磁気抵抗効果素子を実現できる。
次に第３例の磁気抵抗効果素子６０の製造方法を説明する。
第３例の磁気抵抗効果素子６０の製造方法は、第２磁気結合遮断層２６上に軟磁性保護膜６１を形成する工程および軟磁性保護膜６１の酸化部分６１ｂを除去して金属面６１ａを露出する工程以外は先の図４Ａ〜図４Ｆに示す第１例の磁気抵抗効果素子２０と略同様である。異なる工程のみを図７Ａおよび図７Ｂを参照しつつ説明する。
図７Ａの工程では、セラミック基板（ウェハ）上に堆積したアルミナ膜（不図示）の表面に、めっき法あるいは真空蒸着法により下部端子２１を形成する。さらに、下部端子２１上に、図３の構成の磁気抵抗効果膜３０、第１磁気結合遮断層２５、および第２磁気結合遮断層２６を順次形成する。具体的には、磁気抵抗効果膜３０、第１磁気結合遮断層２５、および第２磁気結合遮断層２６を例えばＤＣマグネトロンスパッタ法により形成する。
図７Ａの工程ではさらに、第２磁気結合遮断層２６上に上述した材料の軟磁性保護膜６１を形成する。軟磁性保護膜６１の形成は、スパッタ法、ＣＶＤ法、真空蒸着法のいずれでもよい。
図７Ａの工程ではさらに、図３に示した固定磁化積層体３３と自由磁化層３８の磁化方向を略垂直に設定するため外部磁界を印加しつつ熱処理（磁化固定加熱処理）を行う。この熱処理の条件は、図４Ａと同様である。
なお、軟磁性保護膜６１を形成した後で磁化固定化熱処理を行う前後や、次の工程のレジスト膜を形成する際は、セラミック基板２１（磁気抵抗効果膜３０から軟磁性保護膜６１までが形成されている。）は成膜装置から取り出され、熱処理装置やエッチング処理装置に搬送される。この際、軟磁性保護膜６１が大気に曝露される。そのため、軟磁性保護膜６１の表面には自然酸化膜等の酸化部分６１ｂが形成される。酸化部分６１ｂは、軟磁性保護膜６１の種類にもよるが、１ｎｍ〜３ｎｍ程度の厚さを有する。
次いで、図７Ｂの工程では、先の図４Ｂ〜図４Ｄと同様の工程を行う。この際、磁気抵抗効果膜３０、第１磁気結合遮断層２５、第２磁気結合遮断層２６、および軟磁性保護膜６１の両側面には、軟磁性保護膜６１の表面と同様に、酸化部分（不図示）が形成される場合がある。
図７Ｂの工程ではさらに、エッチングにより軟磁性保護膜６１の一部を除去して酸化部分６１ｂを除去し、軟磁性保護膜６１の金属面６１ａを露出させる。これにより、図７Ａの工程の磁化固定加熱処理等により軟磁性保護膜６１の表面に形成された高抵抗を有する酸化部分６１ｂが除去され、軟磁性保護膜６１と、次に形成される上部端子２２との間の接続抵抗が低減される。この際のエッチング量はエッチング速度を予め求めておき、エッチング時間によりエッチング量を制御する。また、エッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングのいずれでもよいが、軟磁性保護膜６１のエッチング量を精度良く設定可能な点でドライエッチングを用いることが好ましい。
図７Ｂの工程の後の工程は、図４Ｆの工程と略同様である。以上により、図６に示す第３例の磁気抵抗効果素子６０が形成される。
この製造方法では、軟磁性保護膜６１の表面に形成された酸化部分６１ｂを除去して金属面６１ａを露出することで、上部端子を軟磁性保護膜６１との接続抵抗を低く抑えることができる。これと共に、磁気抵抗効果素子６０のリードギャップ長は、下部端子２１の表面から第２磁気結合遮断層２６の表面までの距離となる。第２磁気結合遮断層２６は、磁化固定加熱処理による酸化部分も生ぜず、エッチングされることもないため、堆積時の膜厚によってリードギャップ長が決まる。よって、リードギャップ長の制御性が良好な磁気抵抗効果素子を形成できる。なお、軟磁性保護膜６１と上部端子２２との接触部分（金属面６１ａ）のコア幅方向両側の軟磁性保護膜６１の表面には、上記エッチング処理により研削されていないので酸化部分６１ｂが存在する。
なお、上記エッチングにより軟磁性保護膜６１の表面全体を除去してもよい。この場合は金属面６１ａが軟磁性保護膜６１のコア幅方向の両側端まで延びるので、軟磁性保護膜６１の表面の酸化部分６１ｂは残留しない。
［第４例の磁気抵抗効果素子］
図８は、第１の実施の形態に係る第４例の磁気抵抗効果素子の媒体対向面の要部を示す図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図８を参照するに、第４例の磁気抵抗効果素子７０は、セラミック基板１１の表面に形成されたアルミナ膜１２上に、下部端子２１、磁気抵抗効果膜３０、Ｔａ膜７１、および上部端子２２が積層された構成からなる。磁気抵抗効果膜３０は先の図３に示す構成を有し、Ｔａ膜７１は磁気抵抗効果膜３０の自由磁化層３８と接している。磁気抵抗効果膜３０は下部端子２１および上部端子２２（Ｔａ膜７１を介して）にそれぞれ電気的に接続されている。第４例の磁気抵抗効果素子７０は、磁気抵抗効果膜３０と上部端子２２との間にＴａ膜７１が設けられている以外は第１例の磁気抵抗効果素子２０と同様の構成を有する。
Ｔａ膜７１は、従来用いられているＣｕ膜よりも、自由磁化層３８と上部端子２２との交換結合磁界を抑制する効果を有する。すなわち、Ｔａ膜７１は、図８中に示す厚さＬ１（磁気抵抗効果膜３０の表面と上部端子２２の下面との距離）で形成した場合、同じ膜厚で形成したＣｕ膜の場合と比較すると、Ｃｕ膜の場合よりも自由磁化層３８と上部端子２２との交換結合磁界を抑制できる。そのため、Ｔａ膜７１は、交換結合磁界を増加させることなく、Ｃｕ膜よりも薄膜化が可能となる。
Ｔａ膜７１の膜厚（Ｌ１）は、自由磁化層３８と上部端子２２との交換結合磁界を１０Ｏｅ以下とした場合、後ほど説明する実施例２により０．９ｎｍまで薄膜化が可能となる。これは、Ｔａ膜７１の場合がＣｕ膜の場合（後ほど説明する比較例１）よりも１．５ｎｍあるいはそれ以上も薄膜化できることになる。したがって、Ｔａ膜の膜厚（Ｌ１）は、０．９ｎｍ以上に設定する。さらに、Ｔａ膜７１の膜厚（Ｌ１）は、リードギャップ長が過度に長くなり高記録密度での再生出力に悪影響を与えない点で５ｎｍ以下であることが好ましい。さらに、Ｔａ膜の膜厚（Ｌ１）は、交換結合磁界を抑制する効果と高記録密度での良好な再生出力およびＳＮ比を両立する点で、０．９ｎｍ〜５ｎｍであることがとりわけ好ましい。さらには、極めて交換結合磁界を抑制する点で、実施例２において説明するように０．９ｎｍ〜２．３ｎｍであることが極めて好ましい。
第４例の磁気抵抗効果素子７０は、磁気抵抗効果膜３０と上部端子２２との間に上記所定の膜厚のＴａ膜７１を設けることで、自由磁化層３８と上部端子２２との交換結合磁界を抑制できると共にリードギャップ長のいっそうの短小化が可能となる。
なお、第４例の磁気抵抗効果素子７０の製造方法は、磁気抵抗効果膜３０上にＴａ膜７１を形成する以外は図４Ａ〜図４Ｆに示す第１例の磁気抵抗効果素子２０と略同様であるのでその説明を省略する。
なお、第４例の磁気抵抗効果素子７０は図３に示す磁気抵抗効果膜３０を有するが、非磁性金属層３７の代わりに、非磁性の絶縁材料からなる非磁性絶縁層とした強磁性トンネル磁気効果（ＴＭＲ）膜としてもよい。ＴＭＲ膜は強磁性トンネル磁気抵抗効果を生じ、磁気抵抗効果膜と同様にして磁気記録媒体からの信号磁界を検出する。非磁性絶縁層は、例えば厚さが０．２ｎｍ〜２．０ｎｍからなり、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、およびＺｒからなる群のうちいずれか１種の酸化物からなる。このような酸化物としては、ＭｇＯ、ＡｌＯx、ＴｉＯx、ＺｒＯxが挙げられる。ここで、ｘは各々材料の化合物の組成からずれた組成でもよいことを示す。また、非磁性絶縁層はＡｌ、Ｔｉ、およびＺｒからなる群のうちいずれか１種の窒化物、あるいは酸窒化物から構成されてもよい。このような窒化物としては、ＡｌＮ、ＴｉＮ、ＺｒＮが挙げられる。このような非磁性絶縁層は、次の第５例の磁気抵抗効果素子に適用してもよい。
［第５例の磁気抵抗効果素子］
第１の実施の形態に係る第５例の磁気抵抗効果素子は、第３例および第４例の磁気抵抗効果素子の変形例であり、Ｔａ膜と上部端子との間に軟磁性保護膜が設けられた構成を有する。
図９は、第１の実施の形態に係る第５例の磁気抵抗効果素子の媒体対向面の要部を示す図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図９を参照するに、第５例の磁気抵抗効果素子７５は、セラミック基板１１の表面に形成されたアルミナ膜１２上に、下部端子２１、磁気抵抗効果膜３０、Ｔａ膜７１、軟磁性保護膜６１、および上部端子２２が積層された構成からなる。磁気抵抗効果膜３０は先の図３に示す構成を有する。Ｔａ膜７１は磁気抵抗効果膜３０の自由磁化層３８上に形成され、Ｔａ膜７１上に軟磁性保護膜６１が形成され、軟磁性保護膜６１の金属面６１ａに上部端子２２が接触している。
軟磁性保護膜６１は上述した第３例の磁気抵抗効果素子の軟磁性保護膜と同様の材料および膜厚から選択される。
さらに、軟磁性保護膜６１は第３例の磁気抵抗効果素子の軟磁性保護膜と同様の工程および工程の順序により形成される。すなわち、第５例の磁気抵抗効果素子７５は、第３例の磁気抵抗効果素子の製造方法において、図７Ａの工程では、磁気抵抗効果膜３０上にＴａ膜７１および軟磁性保護膜６１が順次形成され、次いで、磁化固定化熱処理を行う。そして、図７Ｂの工程を同様に行う。これにより、Ｔａ膜７１は磁化固定化熱処理による酸化が回避され、さらに、エッチングによる膜厚の変化も回避される。したがって、Ｔａ膜７１の最終的な膜厚は堆積時の膜厚のまま維持される。したがって、Ｔａ膜７１の膜厚制御は堆積時の管理のみでよく、Ｔａ膜７１の膜厚はその後のエッチング量やそのばらつきの影響を受けない。その結果、Ｔａ膜７１の膜厚制御が良好となり、リードギャップ長の制御性が良好になる。
ひいては、Ｔａ膜７１が自由磁化層と上部端子との交換結合磁界を抑制できると共に薄膜化が可能であるので、より狭いリードギャップ長の磁気抵抗効果素子を実現できるので、高記録密度化が可能な磁気抵抗効果素子を実現できる。
第５例の磁気抵抗効果素子７５は、上部端子２２と軟磁性保護膜６１との接続抵抗が低く抑えられるので、磁気抵抗効果素子７５の素子抵抗を低く抑えることができる。さらに、軟磁性保護膜６１が軟磁性材料からなるので、リードギャップ長は、下部端子２１の表面から軟磁性保護膜６１の下面、すなわち下部端子２１の表面からＴａ膜７１の表面までの距離となる。Ｔａ膜７１は軟磁性保護膜６１によりエッチング等から保護されているので、Ｔａ膜７１の膜厚は堆積時の膜厚のまま維持される。したがって、Ｔａ膜７１の膜厚制御は堆積時の管理のみでよく、その後のエッチング量やそのばらつきの影響を受けない。さらにＴａ膜は、自由磁化層と上部端子との交換結合磁界を抑制できると共に薄膜化が可能であるので、その結果、Ｔａ膜７１の膜厚制御が良好となり、リードギャップ長の制御性が良好になる。ひいては、より狭いリードギャップの磁気抵抗効果素子を実現できるので、高記録密度化が可能な磁気抵抗効果素子を実現できる。
なお、第５例の磁気抵抗効果素子７５では、Ｔａ膜７１の代わりに図２に示す第１例の磁気抵抗効果素子の第２磁気結合遮断層２６（但しＴａは除く）を適用してもよい。
また、第４例および第５例の磁気抵抗効果素子では、磁気抵抗効果膜は次の図１０に示す第１変形例あるいは図１１に示す第２変形例の構成を有してもよい。
図１０は磁気抵抗効果膜の第１変形例の断面図、図１１は磁気抵抗効果膜の第２変形例の断面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図１０を参照するに、第１変形例の磁気抵抗効果膜８０は、下部端子（不図示）側から、下地層３１、自由磁化層３８、非磁性金属層３７、固定磁化積層体３３（第２固定磁化層３６、非磁性結合層３５、第１固定磁化層３４）、反強磁性層３２が順次積層された構成を有する。先の第４例および第５例の磁気抵抗効果素子では、反強磁性層３２上にＴａ膜７１が形成される。
また、図１１を参照するに、磁気抵抗効果膜９０は、下部端子側から、下地層３１、下部反強磁性層３２、下部固定磁化積層体３３、下部非磁性金属層３７、自由磁化層３８、上部非磁性金属層９７、上部固定磁化積層体９３、および上部反強磁性層９２が順次積層された構成からなり、いわゆるデュアルスピンバルブ構造を有する。磁気抵抗効果膜９０の自由磁化層３８から下側の構造は、図１０に示す磁気抵抗効果膜８０と同様の構成を有し、対応する層には同じ符号を付している。また、上部非磁性金属層９７、上部固定磁化積層体９３、および上部反強磁性層９２は、それぞれ、上述した下部非磁性金属層３７、下部固定磁化積層体３３、下部反強磁性層３２と同様の材料および膜厚から選択される。但し、上部固定磁化積層体９３は、上部非磁性金属層９７側から、上部第２固定磁化層９６、上部非磁性結合層９５、および上部第１固定磁化層９４が順に積層されてなる。
第１および第２変形例の磁気抵抗効果膜８０，９０をこのような構成とすることで、反強磁性層３２あるいは上部反強磁性層９２上に形成されたＴａ膜７１により、反強磁性層３２あるいは上部反強磁性層９２（あるいは第１固定磁化層３４や上部第１固定磁化層９４）と上部端子２２との磁気的な結合を抑制可能であり、リードギャップ長のいっそう短小化された磁気抵抗効果素子を実現できる。
次に第１の実施の形態に係る実施例を説明する。
（実施例１）
実施例１（実施例１−１〜１−３）では、図３に示す第１の実施の形態の第１例の磁気抵抗効果素子２０を構成する第１磁気結合遮断層２５および第２磁気結合遮断層２６が自由磁化層３８と上部端子２２との交換結合磁界を遮断する程度を測定するために以下の構成を有する積層体を作製し交換結合磁界を測定した。
［実施例１−１］
実施例１−１の積層体の構成は以下の通りである。なお、括弧内の数値は膜厚を表し、以下の実施例および比較例においても同様に示す。また、下側の層から順に示しており、複数の層からなる場合は右側の層が左側の層の上に形成されていることを示す。
下地層：Ｔａ膜（５ｎｍ）／Ｒｕ膜（５ｎｍ）
反強磁性層：ＩｒＭｎ（５ｎｍ）
第１磁性層：Ｎｉ80Ｆｅ20（５ｎｍ）
第１磁気結合遮断層：Ｃｕ膜（０．２５ｎｍから２．０ｎｍまで異ならせた。）
第２磁気結合遮断層：Ｔａ膜（０．５ｎｍ）
第２磁性層：Ｎｉ80Ｆｅ20（１０ｎｍ）
保護膜：Ｒｕ膜（５ｎｍ）
実施例１−１の積層体を以下のようにして作製した。最初に熱酸化膜が形成されたシリコン基板上に、ＤＣマグネトロン法により下地層のＴａ膜（５ｎｍ）から保護膜まで、上記の組成および膜厚を有する積層体を超高真空（真空度：２×１０-6Ｐａ以下）雰囲気でスパッタ装置を用いて基板の加熱を行わないで形成した。
次いで、得られた積層体の磁化固定熱処理を行った。磁化固定熱処理の条件は、加熱温度３００℃、処理時間３時間、印加磁界１９５２ｋＡ／ｍとした。
次いで、このようにして得られた積層体を以下のようにして第１磁性層と第２磁性層との交換結合磁界を測定した。上記の構成の実施例１−１の積層体において第１磁性層の磁化の向きは反強磁性層の作用により固定されている。第２磁性層の磁化は磁界を印加しない状態では第１磁性層との交換結合磁界により、第１磁性層の磁化の向きと逆向きになっている。振動試料型磁力計（ＶＳＭ）により膜面内でかつ第１磁性層の磁化の向きと同じ向きおよびその逆向きに磁界を印加して磁化量のヒステリシスループを測定する。ヒステリシスループ（縦軸：磁化量、横軸：磁界）は磁化量軸（磁界＝零）に対して左右対象とならず、磁界軸方向に変位する。この変位量を交換結合磁界とした。以下の実施例および比較例でも同様にして交換結合磁界を得た。
［実施例１−２］
実施例１−２は実施例１−１の第２磁気結合遮断層のＴａ膜の膜厚を１．０ｎｍとし、第１磁気結合遮断層のＣｕ膜の膜厚を１．０ｎｍから２．０ｎｍまで異ならせた以外は実施例１−１と同様の構成とした。このような構成の積層体を実施例１−１と略同様にして作製し、交換結合磁界を得た。
［実施例１−３］
実施例１−３は実施例１−１の第１磁気結合遮断層のＣｕ膜の膜厚を１．０ｎｍとし、第２磁気結合遮断層のＴａ膜の膜厚を０．５ｎｍから１．５ｎｍまで異ならせた以外は実施例１−１と同様の構成とし、交換結合磁界を得た。
（実施例２）
実施例２では、図８に示す第１の実施の形態の第４例の磁気抵抗効果素子７０を構成するＴａ膜７１が自由磁化層３８と上部端子２２との交換結合磁界を遮断する程度を測定するために以下の構成を有する積層体を作製し交換結合磁界を測定した。
下地層：Ｔａ膜（５ｎｍ）／Ｒｕ膜（５ｎｍ）
反強磁性層：ＩｒＭｎ（５ｎｍ）
第１磁性層：Ｎｉ80Ｆｅ20（５ｎｍ）
Ｔａ膜７１：Ｔａ膜（０．５ｎｍから２．０ｎｍまで異ならせた。）
第２磁性層：Ｎｉ80Ｆｅ20（１０ｎｍ）
保護膜：Ｒｕ膜（５ｎｍ）
実施例２の積層体の作製方法は実施例１−１と略同様であるので、その説明を省略する。
（比較例１）
比較例１では、実施例２のＴａ膜をＣｕ膜に置き換えた以外は実施例２と同様の構成とした。比較例１の磁気抵抗効果素子の作製方法は実施例１と略同様である。
図１２Ａは、実施例１−１〜１−３、２および比較例１の交換結合磁界と磁気結合遮断層の膜厚との関係図、図１２Ｂは図１２Ａの縦軸を拡大して示す図である。
なお、図１２Ａおよび図１２Ｂの縦軸は第１磁性層と第２磁性層との交換結合磁界を示しており、横軸は第１磁気結合遮断層および第２磁気結合遮断層が設けられている場合はそれらの膜厚の総計を示し、磁気結合遮断層としてのＴａ膜のみが設けられている場合はそれ自体の膜厚を示している。なお、以下の説明では、特に断らない限り第１磁気結合遮断層および第２磁気結合遮断層の積層体および磁気結合遮断層としてのＴａ膜を単に「磁気結合遮断層」と称する。また、図中、実施例１−１は"○"、実施例１−２は"△"、実施例１−３は"Ｘ"、実施例２は"□"、比較例１は"●"で示している。
図１２Ａおよび図１２Ｂを参照するに、実施例１−１〜１−３および実施例２は、比較例１よりも、磁気結合遮断層を薄膜化するに伴う、第１磁性層と第２磁性層との交換結合磁界の増加の割合が少なくなっていることが分かる。このことから、実施例１−１〜１−３の第２磁気結合遮断層や実施例２の磁気結合遮断層にＴａ膜を用いることにより、第１の実施の形態に係る各例の磁気抵抗効果素子の自由磁化層と上部端子との磁気的な相互作用を抑制できることが分かる。
比較例１では、第１磁性層と第２磁性層との交換結合磁界を１０Ｏｅ以下に設定するためには、２．４ｎｍかそれ以上の膜厚のＣｕ膜が必要である。これに対して、実施例１−１では１．３ｎｍかそれ以上、実施例２では０．９ｎｍかそれ以上の膜厚の磁気結合遮断層が必要である。このことにより、実施例１−１では１．１ｎｍ、実施例２では１．５ｎｍも磁気結合遮断層を薄膜化可能であることが分かる。なお、本願発明者の検討によれば、交換結合磁界が１０Ｏｅ以下であれば、実際の磁気抵抗効果素子の自由磁化層は、実用上、上部端子からの磁気的な悪影響を受けないことが確認されている。
さらに、比較例１では、第１磁性層と第２磁性層との交換結合磁界を５Ｏｅ以下に設定するためには、２．９ｎｍかそれ以上の膜厚のＣｕ膜が必要である。これに対して、実施例１−１〜１−３および実施例２では、１．７ｎｍあるいは１．８ｎｍかそれ以上の膜厚の磁気結合遮断層が必要である。このことにより、実施例１−１〜１−３および実施例２の方が、１．１ｎｍも磁気結合遮断層を薄膜化可能であることが分かる。
また、実施例１−１〜１−３および実施例２を比較すると、磁気結合遮断層に占めるＴａ膜の膜厚の割合が大きいほど交換結合磁界が小さくなることが分かる。すなわち、実施例２が最も交換結合磁界を低減できることが分かる。
（実施例３および比較例２）
実施例３では、図２および図３に示す第１の実施の形態の第１例の磁気抵抗効果素子２０の構成を有する磁気抵抗効果素子を作製し、磁気抵抗変化率を測定した。なお、実施例３は磁気抵抗変化率を測定することが目的であり、実施例３の磁気抵抗効果素子では下部端子および上部端子にはＣｕ膜を使用したが、磁気抵抗変化率は影響しない。
実施例３の構成は以下の通りである。なお、括弧内の数値は膜厚を表し、以下の実施例において同様である。
下部端子：Ｃｕ膜（３００ｎｍ）
下地層：Ｔａ膜（５ｎｍ）／Ｒｕ膜（５ｎｍ）
反強磁性層：ＩｒＭｎ膜（５ｎｍ）
第１固定磁化層：Ｃｏ90Ｆｅ10膜（３ｎｍ）
非磁性結合層：Ｒｕ膜（０．８ｎｍ）
第２固定磁化層：Ｃｏ90Ｆｅ10膜（３ｎｍ）
非磁性金属層：Ｃｕ膜（４ｎｍ）
自由磁化層：Ｃｏ90Ｆｅ10膜（３ｎｍ）
第１磁気結合遮断層：Ｃｕ膜（１．０ｎｍから２．０ｎｍまで異ならせた。）
第２磁気結合遮断層：Ｔａ膜（５ｎｍ）
上部端子：Ｃｕ膜（３００ｎｍ）
なお、実施例３および比較例２の作製方法を以下に示す。最初に熱酸化膜が形成されたシリコン基板上に、ＤＣマグネトロンスパッタ法により下部端子層を形成し、続けて上記の組成および膜厚を有する下地層〜第２磁気結合遮断層までの積層体を超高真空（真空度：２×１０-6Ｐａ以下）雰囲気でＤＣマグネトロンスパッタ法を用い基板の加熱を行わないで形成した。
次いで、得られた積層体の磁化固定熱処理を行った。磁化固定熱処理の条件は、加熱温度３００℃、処理時間３時間、印加磁界１９５２ｋＡ／ｍとした。
次いで、このようにして得られた積層体上にマスクを形成し、さらにイオンミリングにより研削して、先の図４Ｂに示す整形された積層体を作製した。
次いで、このようにして得られた積層体をシリコン酸化膜で覆い、次いでドライエッチングにより保護層を露出させ、さらに保護層に接触するようにＤＣマグネトロンスパッタ法により上部端子を形成した。
また比較のため、第１磁気結合遮断層のＣｕ膜を設けない磁気抵抗効果素子（比較例２とする。）を作製した。なお、比較例２の作製方法は実施例３と略同様である。
次いで、磁気抵抗変化量ΔＲの測定は、センス電流の電流値を２ｍＡに設定し、外部磁界を第２固定磁化層の磁化方向に平行に−７９ｋＡ／ｍ〜７９ｋＡ／ｍの範囲で掃引し、下部電極と上部電極との間の電圧をデジタルボルトメータにより測定し、磁気抵抗曲線を得た。そして、磁気抵抗曲線の最大値と最小値との差から磁気抵抗変化量ΔＲを求めた。そして、磁気抵抗変化量ΔＲと磁気抵抗効果素子の接合面積Ａの積を求め単位面積の磁気抵抗変化量ΔＲＡを求めた。磁気抵抗変化率は、磁気抵抗効果素子の素子抵抗ＲALL
との比（ΔＲＡ／ＲALL×１００（％））である。
図１３は、実施例３および比較例２の磁気抵抗変化率と第１磁気結合遮断層の膜厚との関係図である。図中、実施例３は"○"、比較例２は"●"で示している。
図１３を参照するに、比較例２の場合は磁気抵抗変化率が０．６５％であるのに対して、実施例３の場合は磁気抵抗変化率が０．８％である。すなわち、第１磁気結合遮断層Ｃｕ膜を設けることにより磁気抵抗変化率が２割程度増加していることが分かる。自由磁化層上に第１磁気結合遮断層としてＣｕ膜を設けることで、スピン依存界面散乱が増加して磁気抵抗変化率が増加することが分かる。
（実施例４）
実施例４（実施例４−１〜４−２）では、図５に示す第１の実施の形態の第２例の磁気抵抗効果素子５０を構成する第１磁気結合遮断層２５、第２磁気結合遮断層２６、および第３磁気結合遮断層５１が自由磁化層３８（図３に示す。）と上部端子２２との交換結合磁界を遮断する程度を測定するために以下の構成を有する積層体を作製し交換結合磁界を測定した。なお、作製方法は実施例１と略同様の方法であるので、その説明を省略する。
［実施例４−１］
実施例４−１の構成は以下の通りである。なお、括弧内の数値は膜厚を表し、以下の実施例において同様である。
下地層：Ｔａ膜（５ｎｍ）／Ｒｕ膜（５ｎｍ）
反強磁性層：ＩｒＭｎ（５ｎｍ）
第１磁性層：Ｎｉ80Ｆｅ20（５ｎｍ）
第１磁気結合遮断層：Ｃｕ膜（１．０ｎｍ）
第２磁気結合遮断層：Ｔａ膜（０．５ｎｍから１．１ｎｍまで異ならせた）
第３磁気結合遮断層：Ｃｕ膜（１．０ｎｍ）
第２磁性層：Ｎｉ80Ｆｅ20（１０ｎｍ）
保護膜：Ｒｕ膜（５ｎｍ）
［実施例４−２］
実施例４−２は実施例４−１の第２磁気結合遮断層をＲｕ膜とし、その膜厚を０．２５ｎｍから０．７５ｎｍまで異ならせた以外は実施例４−１と同様の構成とした。
（比較例３）
比較例３は、実施例４−１の第１〜第３磁気結合遮断層を単層のＣｕ膜とし、その膜厚を３．０ｎｍから４．０ｎｍまで異ならせた以外は実施例４−１と同様の構成とした。
図１４は、実施例４および比較例３の交換結合磁界と磁気結合遮断層の膜厚との関係図である。なお、図１４の縦軸は第１磁性層と第２磁性層との交換結合磁界を示しており、横軸は第１〜第３磁気結合遮断層の膜厚の総計を示している。なお、以下では特に断らない限り第１〜第３磁気結合遮断層の積層体を単に「磁気結合遮断層」と称する。また、図中、実施例４−１は"○"、実施例４−２は"□"、比較例３は"●"で示している。
図１４を参照するに、実施例４−１〜４−２は、比較例３よりも、磁気結合遮断層を薄膜化するに伴う第１磁性層と第２磁性層との交換結合磁界の増加の割合が少なくなっていることが分かる。このことから、実施例４−１〜４−２の第２磁気結合遮断層にＴａ膜やＲｕ膜を用いることにより、第１の実施の形態の第２例の磁気抵抗効果素子５０の自由磁化層と上部端子との磁気的な相互作用を抑制できることが分かる。
さらに、比較例３では、自由磁化層と上部端子との交換結合磁界を５Ｏｅ以下に設定するためには、４．０ｎｍかそれ以上の膜厚のＣｕ膜が必要である。これに対して、実施例４−１および実施例４−２では、それぞれ２．６ｎｍ、２．４ｎｍかそれ以上の膜厚の磁気結合遮断層が必要である。このことにより、実施例４−１〜４−２の方が、２．４ｎｍ（あるいはそれ以上）も磁気結合遮断層を薄膜化可能であることが分かる。
（第２の実施の形態）
図１５は、本発明の実施の第２の実施の形態に係る磁気記憶装置の要部を示す平面図である。
図１５を参照するに、磁気記憶装置１００は大略ハウジング１０１からなる。ハウジング１０１内には、スピンドル（図示されず）により駆動されるハブ１０２、ハブ１０２に固定されスピンドルにより回転される磁気記録媒体１０３、アクチュエータユニット１０４、アクチュエータユニット１０４に支持され、磁気記録媒体１０３の径方向に駆動されるアーム１０５およびサスペンション１０６、サスペンション１０６に支持された磁気ヘッド１０８が設けられている。
磁気記録媒体１０３は面内磁気記録方式あるいは垂直磁気記録方式のいずれの磁気記録媒体でもよく、斜め異方性を有する記録媒体でもよい。
磁気ヘッド１０８は、図２に示したように、セラミック基板１１の上に形成された磁気抵抗効果素子２０と、その上に形成された誘導型記録素子１３から構成される。誘導型記録素子１３は面内記録用のリング型の記録素子でもよく、垂直磁気記録用の単磁極型の記録素子でもよく、他の公知の記録素子でもよい。
磁気抵抗効果素子は、第１の実施の形態の第１例〜第５例のいずれかの磁気抵抗効果素子からなる。したがって、磁気抵抗効果素子は、上部および下部端子と磁気抵抗効果膜との磁気的な相互作用を抑制すると共にリードギャップ長の短小化が可能であるので、高記録密度での再生出力およびＳＮ比の向上が可能である。その結果、磁気記憶装置１００は、高記録密度記録に好適である。なお、第２の実施の形態に係る磁気記憶装置１００の基本構成は、図１５に示すものに限定されるものではない。
以上本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
また、第２の実施の形態では、磁気記録媒体がディスク状の場合を例に説明したが、本発明は、磁気記録媒体がテープ状である磁気テープ装置でも適用できることはいうまでもない。また、磁気抵抗効果素子と記録素子とを備える磁気ヘッドを一例として説明したが、磁気抵抗効果素子のみを備える磁気ヘッドでもよい。さらに、複数の磁気抵抗効果素子が配置された磁気ヘッドでもよい。
なお、以上の説明に関してさらに以下の付記を開示する。
（付記１）
磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向にセンス電流が供給される磁気抵抗効果素子であって、
前記磁気抵抗効果膜の上下にそれぞれ設けられた軟磁性材料からなる上部端子および下部端子と、
下部端子側から固定磁化層と、非磁性金属層と、自由磁化層とがこの順に積層された磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜と上部端子との間に、前記自由磁化層を覆う第１の磁気結合遮断層および該第１の磁気結合遮断層を覆う第２の磁気結合遮断層と、を備え、
前記第１の磁気結合遮断層は、自由磁化層を覆うと共にスピン依存界面散乱を生じさせる非磁性材料からなり、
前記第２の磁気結合遮断層は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、およびＡｕからなる群のうち少なくとも１種を含み、かつ、第１の磁気結合遮断層とは異なる非磁性材料からなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
（付記２）
前記第２の磁気結合遮断層は、比抵抗がＣｕ膜よりも大きな材料からなることを特徴とする付記１記載の磁気抵抗効果素子。
（付記３）
前記第２の磁気結合遮断層は、比抵抗が１０μΩｃｍ以上である材料からなることを特徴とする付記１記載の磁気抵抗効果素子。
（付記４）
前記第１の磁気結合遮断層は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、ＡｇおよびＣｒからなる群のうちいずれか１種の純金属あるいはそれを含む金属からなることを特徴とする付記１記載の磁気抵抗効果素子。
（付記５）
前記第２の磁気結合遮断層を覆う第３の磁気結合遮断層をさらに備え、
前記第３の磁気結合遮断層は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、ＡｇおよびＣｒからなる群のうちいずれか１種の純金属あるいはそれを含む金属からなることを特徴とする付記１〜４のうちいずれか１項記載の磁気抵抗効果素子。
（付記６）
前記第２の磁気結合遮断層を覆う軟磁性保護膜をさらに備え、
前記軟磁性保護膜は、金属または合金の軟磁性材料からなることを特徴とする付記１〜４のうち、いずれか１項記載の磁気抵抗効果素子。
（付記７）
前記上部端子は、前記軟磁性保護膜の金属面に接触してなることを特徴とする付記６記載の磁気抵抗効果素子。
（付記８）
前記上部端子が接触する前記金属面のコア幅方向両側の表面に酸化部分が形成されてなることを特徴とする付記７記載の磁気抵抗効果素子。
（付記９）
前記第２の磁気結合遮断層は、ＴａまたはＲｕからなることを特徴とする付記１〜８のうち、いずれか一項記載の磁気抵抗効果素子。
（付記１０）
磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向にセンス電流が供給される磁気抵抗効果素子であって、
前記磁気抵抗効果膜の上下にそれぞれ設けられた軟磁性材料からなる上部端子および下部端子と、
固定磁化層と、非磁性層と、自由磁化層とが積層された磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜と上部端子との間に磁気結合遮断層と、を備え、
前記磁気結合遮断層はＴａからなり、その膜厚が０．９ｎｍ〜５ｎｍの範囲に設定されてなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
（付記１１）
前記磁気結合遮断層を覆う軟磁性保護膜をさらに備え、
前記軟磁性保護膜は、金属または合金の軟磁性材料からなることを特徴とする付記１０記載の磁気抵抗効果素子。
（付記１２）
前記上部端子は、前記軟磁性保護膜の金属面に接触してなることを特徴とする付記１１記載の磁気抵抗効果素子。
（付記１３）
前記上部端子が接触する前記金属面のコア幅方向両側の表面に酸化部分が形成されてなることを特徴とする付記１２記載の磁気抵抗効果素子。
（付記１４）
前記非磁性層は自由磁化層との間にスピン依存界面散乱を生じさせる非磁性金属からなることを特徴とする付記１０または１１記載の磁気抵抗効果素子。
（付記１５）
前記非磁性層は非磁性絶縁材料からなることを特徴とする付記１０または１１記載の磁気抵抗効果素子。
（付記１６）
磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向にセンス電流が供給される磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
下部端子上に前記磁気抵抗効果膜を形成する工程と、
前記磁気抵抗効果膜上に非磁性材料からなる第１の磁気結合遮断層および第２の磁気結合遮断層をこの順に形成する工程と、
前記第２の磁気結合遮断層の表面に接触する上部端子を形成する工程とを含み、
前記第１の磁気結合遮断層は、自由磁化層を覆うと共にスピン依存界面散乱を生じさせる非磁性材料からなり、
前記第２の磁気結合遮断層は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、およびＡｕからなる群のうち少なくとも１種を含み、かつ、第１の磁気結合遮断層とは異なる非磁性材料からなることを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
（付記１７）
磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向にセンス電流が供給される磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
下部端子上に前記磁気抵抗効果膜を形成する工程と、
前記磁気抵抗効果膜上に非磁性材料からなる磁気結合遮断層、および軟磁性材料からなる軟磁性保護膜をこの順に形成する工程と、
前記磁気抵抗効果膜、磁気結合遮断層、および軟磁性保護膜を熱処理する工程と、
前記軟磁性保護膜の一部を除去する工程と、
前記除去工程により露出した軟磁性保護膜の表面を覆う上部端子を形成する工程とを含み、
前記磁気結合遮断層は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、およびＡｕからなる群のうち少なくとも１種を含むことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
（付記１８）
前記磁気結合遮断層は、Ｔａ膜であることを特徴とする付記１７記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
（付記１９）
付記１〜１５のうち、いずれか一項記載の磁気抵抗効果素子を有する磁気ヘッドと、
磁気記録媒体と、を備える磁気記憶装置。
従来の磁気抵抗効果素子の問題点を説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態に係る第１例の磁気抵抗効果素子を有する磁気ヘッドの媒体対向面の要部を示す図である。 第１例の磁気抵抗効果素子の要部拡大図である。 第１例の磁気抵抗効果素子の製造工程図（その１）である。 第１例の磁気抵抗効果素子の製造工程図（その２）である。 第１例の磁気抵抗効果素子の製造工程図（その３）である。 第１例の磁気抵抗効果素子の製造工程図（その４）である。 第１例の磁気抵抗効果素子の製造工程図（その５）である。 第１例の磁気抵抗効果素子の製造工程図（その６）である。 第１の実施の形態に係る第２例の磁気抵抗効果素子の媒体対向面の要部を示す図である。 第１の実施の形態に係る第３例の磁気抵抗効果素子の媒体対向面の要部を示す図である。 第３例の磁気抵抗効果素子の製造工程図（その１）である。 第３例の磁気抵抗効果素子の製造工程図（その２）である。 第１の実施の形態に係る第４例の磁気抵抗効果素子の媒体対向面の要部を示す図である。 第１の実施の形態に係る第５例の磁気抵抗効果素子の媒体対向面の要部を示す図である。 磁気抵抗効果膜の第１変形例の断面図である。 磁気抵抗効果膜の第２変形例の断面図である。 実施例１、２および比較例１の交換結合磁界と磁気結合遮断層の膜厚との関係図である。 図１２Ａの縦軸を拡大して示す図である。 実施例３および比較例２の磁気抵抗変化率と第１磁気結合遮断層の膜厚との関係図である。 実施例４および比較例３の交換結合磁界と磁気結合遮断層の膜厚との関係図である。 本発明の第２の実施の形態に係る磁気記憶装置の要部を示す平面図である。
符号の説明
１０，１０８ 磁気ヘッド
１１ セラミック基板
１２，１８，１９ アルミナ膜
１３ 誘導型記録素子
１４ 上部磁極
１５ 記録ギャップ層
１６ 下部磁極
２０，５０，６０，７０，７５ 磁気抵抗効果素子
２１ 下部端子
２２ 上部端子
２３ 絶縁膜
２４ 磁区制御膜
２５ 第１磁気結合遮断層
２６ 第２磁気結合遮断層
２６ａ 金属面
３０，８０，９０ 磁気抵抗効果膜
３１ 下地層
３２ 反強磁性層（下部反強磁性層）
３３ 固定磁化積層体（下部固定磁化積層体）
３４ 第１固定磁化層（下部第１固定磁化層）
３５ 非磁性結合層（下部非磁性結合層）
３６ 第２固定磁化層（下部第２固定磁化層）
３７ 非磁性金属層（下部非磁性金属層）
３８ 自由磁化層
４０ａ，４０ｂ レジスト膜
５１ 第３磁気結合遮断層
６１ 軟磁性保護膜
７１ Ｔａ膜
９２ 上部反強磁性層
９３ 上部固定磁化積層体
９４ 上部第１固定磁化層
９５ 上部非磁性結合層
９６ 上部第２固定磁化層
９７ 上部非磁性金属層
１００ 磁気記憶装置

Claims (8)

  1. 磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向にセンス電流が供給される磁気抵抗効果素子であって、
    前記磁気抵抗効果膜の上下にそれぞれ設けられた軟磁性材料からなる上部端子および下部端子と、
    下部端子側から固定磁化層と、非磁性金属層と、自由磁化層とがこの順に積層された磁気抵抗効果膜と、
    前記磁気抵抗効果膜と上部端子との間に、前記自由磁化層を覆う第１の磁気結合遮断層および該第１の磁気結合遮断層を覆う第２の磁気結合遮断層と、を備え、
    前記第１の磁気結合遮断層は、自由磁化層を覆うと共にスピン依存界面散乱を生じさせる非磁性材料からなり、
    前記第２の磁気結合遮断層は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、およびＡｕからなる群のうち少なくとも１種を含み、かつ、第１の磁気結合遮断層とは異なる非磁性材料からなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  2. 前記第２の磁気結合遮断層は、比抵抗が１０μΩｃｍ以上である材料からなることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
  3. 前記第２の磁気結合遮断層を覆う軟磁性保護膜をさらに備え、
    前記軟磁性保護膜は、金属または合金の軟磁性材料からなることを特徴とする請求項１または２項記載の磁気抵抗効果素子。
  4. 磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向にセンス電流が供給される磁気抵抗効果素子であって、
    前記磁気抵抗効果膜の上下にそれぞれ設けられた軟磁性材料からなる上部端子および下部端子と、
    固定磁化層と、非磁性層と、自由磁化層とが積層された磁気抵抗効果膜と、
    前記磁気抵抗効果膜と上部端子との間に磁気結合遮断層と、を備え、
    前記磁気結合遮断層はＴａからなり、その膜厚が０．９ｎｍ〜５ｎｍの範囲に設定されてなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  5. 前記磁気結合遮断層を覆う軟磁性保護膜をさらに備え、
    前記軟磁性保護膜は、金属または合金の軟磁性材料からなることを特徴とする請求項４記載の磁気抵抗効果素子。
  6. 磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向にセンス電流が供給される磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
    下部端子上に前記磁気抵抗効果膜を形成する工程と、
    前記磁気抵抗効果膜上に非磁性材料からなる第１の磁気結合遮断層および第２の磁気結合遮断層をこの順に形成する工程と、
    前記第２の磁気結合遮断層の表面に接触する上部端子を形成する工程とを含み、
    前記第１の磁気結合遮断層は、自由磁化層を覆うと共にスピン依存界面散乱を生じさせる非磁性材料からなり、
    前記第２の磁気結合遮断層は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、およびＡｕからなる群のうち少なくとも１種を含み、かつ、第１の磁気結合遮断層とは異なる非磁性材料からなることを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
  7. 磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向にセンス電流が供給される磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
    下部端子上に前記磁気抵抗効果膜を形成する工程と、
    前記磁気抵抗効果膜上に非磁性材料からなる磁気結合遮断層、および軟磁性材料からなる軟磁性保護膜をこの順に形成する工程と、
    前記磁気抵抗効果膜、磁気結合遮断層、および軟磁性保護膜を熱処理する工程と、
    前記軟磁性保護膜の一部を除去する工程と、
    前記除去工程により露出した軟磁性保護膜の表面を覆う上部端子を形成する工程とを含み、
    前記磁気結合遮断層は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、およびＡｕからなる群のうち少なくとも１種を含むことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
  8. 請求項１〜５のうち、いずれか一項記載の磁気抵抗効果素子を有する磁気ヘッドと、
    磁気記録媒体と、を備える磁気記憶装置。
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