JP2010093117A - 磁気抵抗効果素子とその製造方法および情報記憶装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＡ値を低く抑えつつ、ＭＲ比およびＢＤＶの向上と、Ｈｉｎの低減が可能な磁気抵抗効果素子を提供する。
【解決手段】磁気抵抗効果素子１は、磁化固定層１４の上に絶縁層１５が積層され、絶縁層１５の上に自由磁性層１６が積層される構造を有する磁気抵抗効果素子であって、磁化固定層１４は、上面に酸素原子２原子分の厚さ以下の酸素結合層が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気抵抗効果素子とその製造方法および情報記憶装置に関し、さらに詳細には、トンネル磁気抵抗効果素子とその製造方法、および該トンネル磁気抵抗効果素子を備える情報記憶装置に関する。

磁気ディスク装置に用いられる磁気ヘッドは、記録媒体に情報を記録する磁気記録ヘッドと、記録媒体に記録されている情報を読み取る磁気再生ヘッドとを備える。磁気再生ヘッドには、記録媒体に記録された磁化信号に応答して抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子が用いられる。
この磁気抵抗効果素子は、磁化固定層と、媒体からの磁界によって磁化方向が変化する自由磁性層とを備え、媒体からの磁化信号によって自由磁性層の磁化方向が変化し、磁化固定層の磁化方向との相対角度が変化することによる抵抗変化を読み取ることによって記録信号を読み出す作用をなす。

ここで、磁気抵抗効果素子には、ＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎ Ｐｌａｎｅ）型のＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子、あるいはＣＰＰ（Ｃｕｒｒｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ Ｐｌａｎｅ）型のＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子等がある。磁気再生ヘッドの出力電圧は、ＣＰＰ型の場合、磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果率（ＭＲ比）と印加電圧の積に比例する。

特に、ハードディスクドライブ用磁気ヘッドに関しては、さらなる記録密度の増加に対応すべく、高い再生感度の実現が要請されている。そのためには、当該磁気ヘッドに用いられる磁気抵抗効果素子の面直方向の抵抗値（ＲＡ値）を低下させる必要がある。
しかし、従来から、磁気抵抗効果素子のＲＡ値を低下させようとすると、同時に抵抗の変化率（以下「ＭＲ比」と表記する）の減少、磁化固定層と自由磁性層との間の層間結合磁界（以下「Ｈｉｎ」と表記する）の増大、素子絶縁破壊電圧（以下「ＢＤＶ」と表記する）の減少を引き起こしてしまう点が課題として指摘されていた。
そのため、磁気抵抗効果素子のＲＡ値を低く抑えつつ、ＭＲ比およびＢＤＶを改善し、Ｈｉｎを低減することが要請されていた。

ここで、ＴＭＲ素子におけるＨｉｎの低減等を可能とする従来技術の例として、特許文献１に記載のトンネル磁気抵抗効果素子およびその製造方法が提案されている。

特開２００７−１１５７４５号公報

本発明は、ＲＡ値を低く抑えつつ、ＭＲ比およびＢＤＶの向上と、Ｈｉｎの低減が可能な磁気抵抗効果素子を提供することを目的とする。

本発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。

この磁気抵抗効果素子は、磁化固定層の上に絶縁層が積層され、該絶縁層の上に自由磁性層が積層される構造を有する磁気抵抗効果素子であって、前記磁化固定層は、上面に酸素原子２原子分の厚さ以下の酸素結合層が形成されていることを要件とする。

本発明によれば、ＲＡ値を低く抑えつつ、ＭＲ比およびＢＤＶの向上と、Ｈｉｎの低減が可能な磁気抵抗効果素子が実現される。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳しく説明する。図１は、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１の膜構成の例を示す概略図である。図２〜図５は、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１の膜構成の他の例を示す概略図である。図６は、磁化固定層の酸化度合いにおける、磁気抵抗効果素子の面積抵抗ＲＡとＭＲ比との関係を示すグラフである。図７は、本発明の実施形態と従来の実施形態との比較において、磁気抵抗効果素子の面積抵抗ＲＡとＭＲ比との関係を示すグラフである。図８は、本発明の実施形態と従来の実施形態との比較において、磁気抵抗効果素子の面積抵抗ＲＡとＨｉｎとの関係を示すグラフである。図９は、本発明の実施形態と従来の実施形態との比較において、磁気抵抗効果素子の面積抵抗ＲＡとＨｉ−Ｓｔａｔｅ素子の割合との関係を示すグラフである。図１０は、本発明の実施形態と従来の実施形態との比較において、ウエハ面内の各磁気抵抗効果素子の面積抵抗ＲＡのばらつきを示すグラフである。図１１、図１２は、本発明の実施形態に係る磁気ヘッド１０の例を示す概略図である。図１３は、本発明の実施形態に係る情報記憶装置４０の例を示す概略図である。

本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１の構成について、ＴＭＲ素子を例に挙げて説明する。

ＴＭＲ素子の膜構成としては、種々の構成を採用することができるが、一例として、図１に示すように、下部シールド層１１、下地層１２、反強磁性層１３、磁化固定層１４、絶縁層１５、自由磁性層１６、非磁性層１７、上部シールド層１８の順に積層して構成される。
なお、この構成のように、絶縁層１５に対して上部シールド層１８側に自由磁性層１６を配置し、絶縁層１５に対して下部シールド層１１側に磁化固定層１４を配置する構成を、「ボトムタイプ」と称する。
以下、下地層１２から、反強磁性層１３、磁化固定層１４、絶縁層１５、自由磁性層１６、非磁性層１７に至るまでの層を磁気抵抗効果膜４と称する。

下部シールド層１１は、軟磁性材であるＮｉＦｅが用いられ、めっき法もしくはスパッタリング法によって成膜される。この下部シールド層１１は、ＴＭＲ素子の電極を兼用するものである。なお、以下に述べる各層の成膜方法は、特記しない限り、いずれもスパッタリング法によるものである。ただし、その方法に限定されるものではない。

次に、下地層１２は、Ｍｎ系反強磁性材からなる反強磁性層１３の下地層となるもので、Ｔａ（１［ｎｍ］）／Ｒｕ（２［ｎｍ］）の２層膜が用いられる。なお、括弧内は各層の膜厚である。

次に、反強磁性層１３は、ＩｒＭｎを用いて６［ｎｍ］程度の厚さに形成される。なお、反強磁性層１３は、交換結合作用により磁化固定層１４の磁化方向を固定する作用を生じる。

次に、本実施形態では、磁化固定層１４は、下層から第１の磁化固定層１４Ａ、第２の磁化固定層１４Ｂ、第３の磁化固定層１４Ｃ、第４の磁化固定層１４Ｄという順に積層される多層構造に形成される。
第１の磁化固定層１４ＡはＣｏＦｅを用いて１．８［ｎｍ］程度の厚さに形成される。第２の磁化固定層１４ＢはＲｕ（ルテニウム）を用いて０．８［ｎｍ］程度の厚さに形成される。第３の磁化固定層１４ＣはＣｏＦｅＢを用いて１．５［ｎｍ］程度の厚さに形成される。第４の磁化固定層１４ＤはＣｏＦｅを用いて０．５［ｎｍ］程度の厚さに形成される。なお、本実施形態では、ＣｏＦｅとしてＣｏ６５Ｆｅを用いたが、これに限定されるものではない。
このように、第２の磁化固定層１４Ｂを介して第１の磁化固定層１４Ａと第３の磁化固定層１４Ｃとが積層される構成を備えることによって、第１の磁化固定層１４Ａの磁化方向をより強く固定する作用効果を奏する。すなわち、磁気抵抗効果膜４では、第１の磁化固定層１４Ａと自由磁性層１６の磁化の方向の相対角度が変化することによって抵抗値が変化することを検知するため、第１の磁化固定層１４Ａの磁化方向が完全に固定されていることは大きな効果を奏する。 ちなみに、第３の磁化固定層１４Ｃの磁化方向は第１の磁化固定層１４Ａの磁化方向と逆向きとなる。

本実施形態に特徴的な構成として、磁化固定層１４の最上層となる第４の磁化固定層１４Ｄは、Ｂ（ホウ素）を含まない材料（本実施形態ではＣｏ６５Ｆｅ）を用いて、且つ膜厚が１［ｎｍ］以下に形成される。
さらに、当該第４の磁化固定層１４Ｄの上面部分に酸素が結合した酸素結合層が形成される。当該酸素結合層は、膜圧方向の厚さが酸素原子２原子分の厚さ以下に形成される。

ここで、図６に磁化固定層の酸化度合いにおける、磁気抵抗効果素子の面積抵抗ＲＡ［Ω・μｍ^２］とＭＲ比［％］との関係を示す。同図６の領域Ａに示すように、従来から、絶縁層１５に隣接する磁化固定層１４の上面が過剰に酸化されると、ＲＡ値の増大（１０倍〜１０００倍）、およびＭＲ比の低下が生じ、磁気抵抗効果素子の特性が悪化することが知られていた。 これに対して、同図６の領域Ｂに示すように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１では、磁化固定層１４（本実施形態では第４の磁化固定層１４Ｄ）の上面に、膜厚方向の厚さが酸素原子２原子分の厚さ以下の酸素結合層を形成し、その上部に酸化物ターゲットを用いて均一な酸化度の絶縁層１５を成膜することによって（詳細は後述）、素子特性に悪影響を与えることなく、ＲＡ値の増化を抑制しつつ、ＭＲ比を向上させることが可能となる効果が得られた。
これは、絶縁層１５の結晶性を向上させることができているためと考えられ、またその結果として、磁気抵抗効果素子１におけるＭＲ比およびＢＤＶの向上が可能となり、また、Ｈｉｎの低減が可能となる効果も得られる。より具体的には、本発明の実施形態（磁化固定層１４の上面に前記酸素結合層を形成した場合）と従来の実施形態（磁化固定層１４の上面に前記酸素結合層を形成しない場合）との比較を図７〜図９に示す。図７は、本発明の実施形態と従来の実施形態との比較において、磁気抵抗効果素子の面積抵抗ＲＡ［Ω・μｍ^２］とＭＲ比［％］との関係を示すグラフである。図８は、本発明の実施形態と従来の実施形態との比較において、磁気抵抗効果素子の面積抵抗ＲＡ［Ω・μｍ^２］とＨｉｎ［Ｏｅ］との関係を示すグラフである。図９は、本発明の実施形態と従来の実施形態との比較において、磁気抵抗効果素子の面積抵抗ＲＡ［Ω・μｍ^２］とＨｉ−Ｓｔａｔｅ素子の割合［％］との関係を示すグラフである。ここで、ＢＤＶの指標となるＨｉ−Ｓｔａｔｅ素子の割合については、０．０１３８／０．０２０７／０．０２７６／０．０３７９５［μｍ^２］の面積を持つＴＭＲ素子において、絶縁破壊電圧６００［ｍＶ］以上のＨｉ−Ｓｔａｔｅ素子の割合として定義した。
図７〜図９から明らかなように、特に、２．０［Ω・μｍ^２］以下の低抵抗ＴＭＲ素子において同じＲＡ値で比較すると、ＭＲ比が２０％以上向上し（図７参照）、Ｈｉｎが５［Ｏｅ］以上低減し（図８参照）、ＢＤＶが良化（Ｈｉ−Ｓｔａｔｅ素子が増加）する（図９参照）ことが確認された。

また、別の観点から、図６に基づけば、酸素雰囲気中で磁化固定層１４の上面に所定厚さの酸素結合層を形成する工程を実施した際に、磁気抵抗効果素子１の面積抵抗ＲＡの増加率を２．０［Ω・μｍ^２］以下に抑えることによって、ＭＲ比を向上させる効果を得ることができるといえる。

なお、変形例として、磁化固定層１４を、第１の磁化固定層１４Ａ（この場合ＣｏＦｅを用いる）のみの単層とする構造（図２参照）、あるいは、第１の磁化固定層１４Ａ（この場合ＣｏＦｅＢを用いる）と、第４の磁化固定層１４Ｄ（この場合ＣｏＦｅを用いる）との二層とする構造（図３参照）等も考えられる。これらの場合、各層の膜厚は適宜設定される。

次に、絶縁層１５は、ＭｇＯを用いて形成される。絶縁層１５は、トンネル効果によってセンス電流を通流させるものであり、２［ｎｍ］以下（本実施形態では１［ｎｍ］程度）の極めて薄厚に形成される。 なお、絶縁層１５は、ＭｇＯを基材としてＭｇ（マグネシウム）、Ｚｎ（亜鉛）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）が添加もしくは多層状に積層された材料を用いて形成してもよく、また、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｎの酸化物を基材として形成してもよい。

ここで、本実施形態に特徴的な構成として、前記絶縁層１５の上面部分は後述の製造方法で示すように酸素を結合させる処理が施される、これによって、図１０に示す通り、ウエハ上に多数形成される磁気抵抗効果素子に関して、ウエハ面内で各素子のＲＡ値がばらつくという課題を改善することが可能となる。なお、図１０は、本発明の実施形態（絶縁層１５の上面に酸素結合処理をした場合）と従来の実施形態（絶縁層１５の上面に酸素結合処理をしない場合）との比較において、ウエハ面内の各磁気抵抗効果素子の面積抵抗ＲＡのばらつきを示すグラフである。

次に、本実施形態では、自由磁性層１６は、下層から第１の自由磁性層１６Ａ、第２の自由磁性層１６Ｂ、第３の自由磁性層１６Ｃ、第４の自由磁性層１６Ｄという順に積層される多層構造に形成される（図１参照）。
第１の自由磁性層１６ＡはＣｏＦｅを用いて０．３［ｎｍ］程度の厚さに形成される。第２の自由磁性層１６ＢはＣｏＦｅＢを用いて１．５［ｎｍ］程度の厚さに形成される。第３の自由磁性層１６ＣはＴａを用いて０．３［ｎｍ］程度の厚さに形成される。第４の自由磁性層１６ＤはＮｉＦｅを用いて３．５［ｎｍ］程度の厚さに形成される。なお、本実施形態では、ＣｏＦｅとしてＣｏ６５Ｆｅを用いたが、これに限定されるものではない。
これにより、第２の自由磁性層１６Ｂは、記録媒体からの磁化信号によって磁化方向が変化し、そのときの磁化固定層１４（第１の磁化固定層１４Ａ）の磁化方向との相対角度が変化することによる抵抗変化を読み取ることによって記録信号を読み出す作用を生じる。

ここで、本実施形態に特徴的な構成として、自由磁性層１６の最下層となる第１の自由磁性層１６Ａは、Ｂ（ホウ素）を含まない材料を用いて、且つ膜厚が１［ｎｍ］以下に形成される。
これによって、第１の自由磁性層１６Ａと接する絶縁層１５の結晶性が向上するため、ＭＲ比とＢＤＶが改善され、Ｈｉｎが低減される効果が生じる。

なお、変形例として、自由磁性層１６を、第２の自由磁性層１６Ｂ（この場合ＣｏＦｅを用いる）のみの単層とする構造（図４参照）、あるいは、第１の自由磁性層１６Ａ（この場合ＣｏＦｅを用いる）と、第２の自由磁性層１６Ｂ（この場合ＣｏＦｅＢを用いる）との二層とする構造（図５参照）等も考えられる。これらの場合、各層の膜厚は適宜設定される。

次に、非磁性層１７は、保護層として設けられるもので、Ｔａ（５［ｎｍ］）／Ｒｕ（１０［ｎｍ］）の２層膜が用いられる。なお、括弧内は各層の膜厚である。
これ以外にも、非磁性層１７は、Ｔａ、Ｃｒ（クロム）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｍｏ（モリブデン）等を用いて形成される構造が考えられる。

次に、上部シールド層１８には、下部シールド層１１と同様にＮｉＦｅ等の軟磁性材が用いられる。この上部シールド層１８は、ＴＭＲ素子の電極を兼用するものである。

続いて、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法について、ＴＭＲ素子の場合を例として説明する。 先ず、ウエハ基板上に、ＮｉＦｅ等の磁性材料を用いて下部シールド層１１を膜厚１〜２［μｍ］程度に形成する。例えば、鍍金プロセスにより形成し、上面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学機械的研磨）プロセスにより平坦化する。

次いで、下部シールド層１１の上層に、前述の多層構造を有する磁気抵抗効果膜４を形成する。形成方法の例として、前述の各積層膜をスパッタリング法により成膜した後、アニール処理を行う。 より具体的には、下部シールド層１１の上に下地層１２を、その上に反強磁性層１３を、さらにその上に磁化固定層１４を、それぞれスパッタリング法により成膜する。なお、各層の形成材料は前述の通りである。

次いで、本実施の形態に特徴的な工程として、酸素雰囲気中で磁化固定層１４の上面部分を酸素と結合させて、当該上面部に所定厚さの酸素結合層を形成する。このとき、前記酸素結合層の膜厚は、酸素原子２原子分の厚さ以下となるように形成する。 より具体的には、前工程で磁化固定層１４まで成膜された積層体を、酸素導入口と真空ポンプの両方を備えるチャンバ内に収容し、チャンバ内の酸素分圧を１×１０^−３［Ｐａ］以下として、磁化固定層１４の上面部分に酸素を結合させる。
一例として、酸素導入口から酸素を流量１［ｓｃｃｍ］で２０秒間導入すると同時に、真空ポンプでチャンバ内を減圧して、当該酸素結合層を形成することによって、所定の厚さに酸素を結合させることが可能となる。

なお、前述の通り、酸素雰囲気中で磁化固定層１４の上面に所定厚さの酸素結合層を形成する工程を実施する際に、磁気抵抗効果素子１の面積抵抗ＲＡの増加率を２．０［Ω・μｍ^２］以下に抑えることによって、ＭＲ比を向上させる効果を得ることができる。

次いで、磁化固定層１４の上に、スパッタリング法によって、ＴＭＲ素子の絶縁層１５となるＭｇＯ層を膜厚１［ｎｍ］程度で成膜する。
なお、当該スパッタリング法に関しては、酸化物ターゲットを用いてスパッタすることにより成膜する方法と、金属もしくは酸化物ターゲットを酸素雰囲気中でスパッタすることにより成膜する方法とが考えられる。

ところで、本実施形態においては、アニール処理によって絶縁層１５の酸化度の均一化を図る訳ではない。すなわち、上記のように絶縁層１５は酸化物ターゲット等のスパッタリングで形成されるため、そもそも、膜厚方向の酸化度が均一であり、磁化固定層１４の上面が僅かに酸素と結合されていることによって、その上部に成膜される絶縁層１５の結晶性が向上する効果が生じるのである。

次いで、本実施の形態に特徴的な工程として、酸素雰囲気中で絶縁層１５の上面に酸素を結合させる工程を実施する。 より具体的には、前工程で絶縁層１５まで成膜された積層体を、酸素導入口と真空ポンプの両方を備えるチャンバ内に収容し、酸素導入口から酸素を導入すると同時に真空ポンプでチャンバ内を減圧して実施する（低圧下の実施方法）。なお、他の方法として、チャンバ内に酸素を導入した後、酸素導入口と真空ポンプ両方のバルブを封止して、チャンバ内の酸素分圧を一定に保って実施してもよい（高圧下の実施方法）。
上記の工程によって、金属酸化物（本実施形態ではＭｇＯ）を用いて形成されている絶縁層１５の上面に対して、あらためて酸素と結合させる処理が施され、前述の効果を得ることができる。

次いで、絶縁層１５の上に、自由磁性層１６を、さらにその上に非磁性層１７を、それぞれスパッタリング法により成膜する。なお、各層の形成材料は前述の通りである。

次いで、非磁性層１７の上に、ＮｉＦｅ等の磁性材料を用いて上部シールド層１８を膜厚１〜２［μｍ］程度に形成する。一例として、鍍金プロセスによって形成する。

なお、この段階では、単なる積層膜の状態であり、後のＡＢＳ面加工工程等を経て磁気抵抗効果素子（再生素子）として機能することとなる。

上記の工程を備えて、前述の図１に示す膜構造を有する磁気抵抗効果素子１を形成することが可能となる。また、積層膜を適宜省略することによって、図２〜図５に示す膜構造を有する磁気抵抗効果素子１の形成が可能であることはいうまでもない。

続いて、本発明に係る磁気抵抗デバイスの実施の形態について、上記磁気抵抗効果素子１を用いた磁気ヘッド１０を例に挙げて説明する。

前述の構成を備える磁気抵抗効果素子１は、磁気ヘッドの磁気再生ヘッドに組み込むことによって高品質の磁気ヘッドとして提供される。ここで、図１１に上記磁気抵抗効果素子１を搭載した磁気ヘッド１０の構成例を示す。

当該図１１に示すように、磁気ヘッド１０は、一つの実施形態として、磁気再生ヘッド２と磁気記録ヘッド３とを備える複合型磁気ヘッドとして構成される。なお、本発明の適用を当該複合型磁気ヘッドに限定するものではなく、磁気再生ヘッド２のみを備える磁気ヘッド（磁気再生ヘッド）として構成しても、もちろん構わない。なお、当該図１１は磁気ヘッド１０のコア幅方向に垂直な方向の断面図として図示している。ちなみに、媒体対向面（浮上面）５は、各層の積層工程が完了した後に、研磨工程を経て所定位置に形成される。

本実施の形態に係る磁気ヘッド１０の構成について、垂直記録方式を採用する磁気ヘッドを例にとり説明する。ただし、あくまでも一例示に過ぎず、当該構成に限定されるものではない。
先ず、磁気再生ヘッド２の構成例を説明する。ベースとなるウエハ基板（図示せず）上に、磁気再生ヘッド２の下部シールド層１１が形成される。
下部シールド層１１の上層には、磁気抵抗効果膜４が形成される。ここで、磁気抵抗効果膜４には、例えば、前述のＴＭＲ膜等の磁気抵抗効果膜が用いられるが、その膜構成としては、種々の構成を採用することができる。
図１２に示すように、磁気抵抗効果膜４のコア幅方向の両側に、絶縁膜２８を介してハードバイアス膜２９が形成され、また、磁気抵抗効果膜４の後方には、Ａｌ_２Ｏ_３等を用いて絶縁膜３１が形成される（図１１参照）。なお、図１２は、磁気再生ヘッド２を媒体対向面５側から視た図である。
同図１２のように、磁気抵抗効果膜４、絶縁膜３１、絶縁膜２８、およびハードバイアス膜２９上に、上部シールド層１８が形成される。なお、上部シールド層１８、下部シールド層１１共に、ＮｉＦｅ等の磁性材料（軟磁性材）を用いて形成される。

このような構成を備え、磁気再生ヘッド２では、前述の通り、磁気記録媒体に記録された磁気情報（記録情報）の読み出し作用が生じる。

次に、磁気記録ヘッド３の構成例を説明する。前記上部シールド層１８上に、Ａｌ_２Ｏ_３等を用いて絶縁膜３２が形成される。

絶縁膜３２上には、全面に第１リターンヨーク２１が形成される。
第１リターンヨーク２１上にＡｌ_２Ｏ_３等を用いて絶縁膜３３が形成され、絶縁膜３３上には導電材料を用いて、平面螺旋状に第１コイル２２が形成される。
第１コイル２２の層間および上層には、Ａｌ_２Ｏ_３等を用いて絶縁膜３４が形成される。

絶縁膜３４上に、ＣｏＦｅ等の強磁性材料を用いて主磁極２３が形成される。主磁極２３の作用として、主磁極２３から第１リターンヨーク２１および第２リターンヨーク２７に向かう方向および逆の方向に磁界を発生させる。つまり、当該磁界が磁気記録媒体に対する記録用外部磁界として作用することとなる。

主磁極２３の後端側には、バックギャップ２５が形成されると共に、主磁極２３上にＡｌ_２Ｏ_３等を用いて絶縁膜３５が形成され、さらに絶縁膜３５上に、バックギャップ２５を取り巻くように導電材料からなる第２コイル２４が形成される。また、主磁極２３の先端部の上方には、主磁極２３と離間（トレーリングギャップと呼ばれる）させる形で、磁性材料からなるトレーリングシールド２６が形成される。さらに、第２コイル２４の層間および上層に絶縁膜３６が形成されると共に、さらにその上層に、バックギャップ２５およびトレーリングシールド２６に連結する第２リターンヨーク２７が形成される。
さらに、第２リターンヨーク２７上に保護層（不図示）等の形成が行われて、磁気ヘッド１０が所定の積層構造として完成される。

本実施の形態に係る磁気ヘッド１０によれば、ＲＡ値を低く抑えつつ、ＭＲ比およびＢＤＶの向上と、Ｈｉｎの低減が可能な磁気抵抗効果素子１を用いることによって、高い再生感度を実現することができるため、さらなる高記録密度化を実現することが可能となる。

続いて、本発明の実施の形態に係る情報記憶装置について説明する。
前述の本実施の形態に係る磁気抵抗効果素子１を備える磁気ヘッド１０を用いて、磁気ディスク装置、ＭＲＡＭ等を構成することにより、記録密度の増加に対応した高い再生感度の実現、あるいは記憶特性の向上が可能な情報記憶装置が実現される。

情報記憶装置の一例として、図１３に示す磁気ディスク装置４０は、前述の磁気ヘッド１０が、磁気記録媒体（磁気ディスク）４１との間で情報の記録・再生を行うヘッドスライダ４２に組み込まれる。さらに、ヘッドスライダ４２は、ヘッドサスペンション４３のディスク面に対向する面に取り付けられ、該サスペンション４３の端部を固定し、回動自在なアクチュエータアーム４４と、該サスペンション４３及び該アクチュエータアーム４４上の絶縁された導電線を通じて、前記磁気ヘッド１０に電気的に接続され、当該磁気ヘッド１０からの信号を処理する信号処理基板（不図示）とを有する記憶装置として構成される。その作用として、磁気ディスク４１が回転駆動されることにより、ヘッドスライダ４２がディスク面から浮上し、磁気ディスク４１との間で情報を記録し、情報を再生する操作がなされる。

本実施形態に係る磁気ディスク装置４０によれば、ＲＡ値を低く抑えつつ、ＭＲ比およびＢＤＶの向上と、Ｈｉｎの低減が可能な磁気抵抗効果素子１を備える磁気ヘッド１０を用いることによって、非常に高い磁気抵抗効果が得られ、再生出力を高めることが可能となるため、高記録密度化を達成することが可能となる。

また、本発明に係る磁気抵抗デバイスの他の実施の形態として、磁気抵抗効果素子を利用したメモリ素子であるＭＲＡＭへの利用が考えられる。ＭＲＡＭは、絶縁層を挟む配置に磁化固定層と自由磁性層を設けたもので、外部から作用させた磁界によって自由磁性層の磁化の向きが変化した状態をメモリとして記憶するものである。この場合も、本発明に係る磁気抵抗効果素子を利用することで、メモリ素子としての記憶特性を向上させることが可能となる。

以上、本発明によれば、ＲＡ値を低く抑えつつ、ＭＲ比の向上と、Ｈｉｎの低減を図り、記録密度の増加に対応した高い再生感度の実現が可能であると共に、素子破壊を引き起こす原因となるＢＤＶの低下を防止することが可能な磁気抵抗効果素子が提供される。さらに、磁気抵抗効果素子の品質向上を図ることによって、それを用いた高品質の磁気抵抗デバイスの提供が可能となる。

なお、「ボトムタイプ」の磁気抵抗効果素子を例にとり説明を行ったが、絶縁層に対して上部シールド層側に磁化固定層を配置し、絶縁層に対して下部シールド層側に自由磁性層を配置する「トップタイプ」の磁気抵抗効果素子に対しても、本発明を同様に適用することが可能であることはもちろんである。

（付記１） 磁化固定層の上に絶縁層が積層され、該絶縁層の上に自由磁性層が積層される構造を有する磁気抵抗効果素子であって、
前記磁化固定層は、上面に酸素原子２原子分の厚さ以下の酸素結合層が形成されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
（付記２） 前記磁化固定層は、複数の材料が積層される多層構造を有し、最上層がＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉの少なくとも一つを含む材料を用いて形成され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） 前記磁化固定層の最上層は、ホウ素を含まず、且つ膜厚が１ｎｍ以下であることを特徴とする付記２記載の磁気抵抗効果素子。
（付記４） 前記磁化固定層の最上層は、ＣｏＦｅを用いて形成されることを特徴とする付記３記載の磁気抵抗効果素子。
（付記５） 前記絶縁層は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎの少なくとも一つの材料の酸化物を基材として形成されることを特徴とする付記１〜４のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
（付記６） 前記絶縁層の膜厚が２ｎｍ以下であることを特徴とする付記１〜５のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
（付記７） 前記自由磁性層がＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉの少なくとも一つを含む材料を用いて形成されることを特徴とする付記１〜６のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
（付記８） 前記自由磁性層は、複数の材料が積層される多層構造を有し、最下層がＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉの少なくとも一つを含む材料を用いて形成されることを特徴とする付記１〜７のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
（付記９） 前記自由磁性層の最下層は、ホウ素を含まず、且つ膜厚が１ｎｍ以下であることを特徴とする付記８記載の磁気抵抗効果素子。
（付記１０） 前記自由磁性層の最下層は、ＣｏＦｅを用いて形成されることを特徴とする付記９記載の磁気抵抗効果素子。
（付記１１） 磁化固定層の上に絶縁層が積層され、該絶縁層の上に自由磁性層が積層される構造を有する磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
酸素雰囲気中で前記磁化固定層の上面に所定厚さの酸素結合層を形成する工程と、
前記磁化固定層の上に、前記絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層の上に、前記自由磁性層を形成する工程と、を備えることを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
（付記１２） 前記酸素結合層の膜厚は、酸素原子２原子分の厚さ以下であること
を特徴とする付記１１記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
（付記１３） 前記磁化固定層の上に前記絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の上に前記自由磁性層を形成する工程と、の間に、酸素雰囲気中で前記絶縁層の上面に酸素を結合させる工程を備えることを特徴とする付記１１または付記１２記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
（付記１４） 前記絶縁層が、酸化物ターゲットからスパッタ法を用いて成膜されることを特徴とする付記１１〜１３のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
（付記１５） 前記絶縁層が、金属もしくは酸化物ターゲットを酸素雰囲気中でスパッタすることにより成膜されることを特徴とする付記１１〜１３のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
（付記１６） 前記酸素雰囲気中で前記磁化固定層の上面に所定厚さの酸素結合層を形成する工程を実施した際の磁気抵抗効果素子の面積抵抗の増加率が２．０Ω・μｍ^２以下であることを特徴とする付記１１〜１５のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
（付記１７） 前記酸素雰囲気中で前記磁化固定層の上面に所定厚さの酸素結合層を形成する工程、および前記酸素雰囲気中で前記絶縁層の上面に酸素を結合させる工程は、酸素導入口と真空ポンプ両方を備えるチャンバ内で実施することを特徴とする付記１３〜１６のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
（付記１８） 前記酸素雰囲気中で前記磁化固定層の上面に所定厚さの酸素結合層を形成する工程は、前記チャンバ内の酸素分圧を１×１０^−３Ｐａ以下として実施す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） 前記酸素雰囲気中で前記磁化固定層の上面に所定厚さの酸素結合層を形成する工程は、前記酸素導入口から酸素を導入すると同時に前記真空ポンプで前記チャンバ内を減圧して実施することを特徴とする付記１７または付記１８記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
（付記２０） 前記酸素導入口から導入する酸素は、流量１ｓｃｃｍで２０秒間導入することを特徴とする付記１７〜１９のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
（付記２１） 前記酸素雰囲気中で前記絶縁層の上面に酸素を結合させる工程は、前記酸素導入口から酸素を導入すると同時に前記真空ポンプで前記チャンバ内を減圧して実施することを特徴とする付記１７〜２０のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
（付記２２） 前記酸素雰囲気中で前記絶縁層の上面に酸素を結合させる工程は、前記チャンバ内に酸素を導入した後、前記酸素導入口と前記真空ポンプ両方のバルブを封止して、該チャンバ内の酸素分圧を一定に保って実施することを特徴とする付記１７〜２０のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
（付記２３） 付記１〜１０のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子、もしくは付記１１〜２２のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法により製造される磁気抵抗効果素子を備えたヘッドスライダと、
前記ヘッドスライダを支持するサスペンションと、
前記サスペンションの端部を固定し、回動自在なアクチュエータアームと、
前記サスペンション及び前記アクチュエータアーム上の絶縁された導電線を通じて、前記磁気抵抗効果素子に電気的に接続され、媒体に記録された情報を読み取るための電気信号を検出する回路と、を備える情報記憶装置。

本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の膜構成の例を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の膜構成の他の例を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の膜構成の他の例を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の膜構成の他の例を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の膜構成の他の例を示す概略図である。 磁化固定層の酸化度合いにおける、磁気抵抗効果素子の面積抵抗ＲＡとＭＲ比との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態と従来の実施形態との比較において、磁気抵抗効果素子の面積抵抗ＲＡとＭＲ比との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態と従来の実施形態との比較において、磁気抵抗効果素子の面積抵抗ＲＡとＨｉｎとの関係を示すグラフである。 本発明の実施形態と従来の実施形態との比較において、磁気抵抗効果素子の面積抵抗ＲＡとＨｉ−Ｓｔａｔｅ素子の割合との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態と従来の実施形態との比較において、ウエハ面内の各磁気抵抗効果素子の面積抵抗ＲＡのばらつきを示すグラフである。 本発明の実施形態に係る磁気ヘッドの例を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る磁気ヘッドの例を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る情報記憶装置の例を示す概略図である。

符号の説明

１ 磁気抵抗効果素子
２ 磁気再生ヘッド
３ 磁気記録ヘッド
４ 磁気抵抗効果膜
５ 媒体対向面（浮上面）
１０ 磁気ヘッド
１１ 下部シールド層
１２ 下地層
１３ 反強磁性層
１４ 磁化固定層
１５ 絶縁層
１６ 自由磁性層
１７ 非磁性層
１８ 上部シールド層
４０ 情報記憶装置（磁気ディスク装置）

Claims (7)

1. 磁化固定層の上に絶縁層が積層され、該絶縁層の上に自由磁性層が積層される構造を有する磁気抵抗効果素子であって、
   前記磁化固定層は、上面に酸素原子２原子分の厚さ以下の酸素結合層が形成されていること
   を特徴とする磁気抵抗効果素子。
2. 前記磁化固定層は、複数の材料が積層される多層構造を有し、最上層がＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉの少なくとも一つを含む材料を用いて形成されること
   を特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
3. 前記磁化固定層の最上層は、ホウ素を含まず、且つ膜厚が１ｎｍ以下であること
   を特徴とする請求項２記載の磁気抵抗効果素子。
4. 前記絶縁層は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎの少なくとも一つの材料の酸化物を基材として形成されること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
5. 磁化固定層の上に絶縁層が積層され、該絶縁層の上に自由磁性層が積層される構造を有する磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
   酸素雰囲気中で前記磁化固定層の上面に所定厚さの酸素結合層を形成する工程と、
   前記磁化固定層の上に、前記絶縁層を形成する工程と、
   前記絶縁層の上に、前記自由磁性層を形成する工程と、を備えること
   を特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
6. 前記酸素結合層の膜厚は、酸素原子２原子分の厚さ以下であること
   を特徴とする請求項５記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
7. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子、もしくは請求項５または請求項６記載の磁気抵抗効果素子の製造方法により製造される磁気抵抗効果素子を備えたヘッドスライダと、
   前記ヘッドスライダを支持するサスペンションと、
   前記サスペンションの端部を固定し、回動自在なアクチュエータアームと、
   前記サスペンション及び前記アクチュエータアーム上の絶縁された導電線を通じて、前記磁気抵抗効果素子に電気的に接続され、媒体に記録された情報を読み取るための電気信号を検出する回路と、を備える情報記憶装置。