JP2010093157A

JP2010093157A - 磁気抵抗効果素子、磁気再生ヘッド、磁気抵抗デバイスおよび情報記憶装置

Info

Publication number: JP2010093157A
Application number: JP2008263553A
Authority: JP
Inventors: Kojiro Komagaki; 幸次郎駒垣
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2010-04-22

Abstract

【課題】高いバリア品質と高いＭＲ比を両立させることを可能とする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、絶縁層１７と非磁性層１９との間に、自由磁性層１８を備える磁気抵抗効果素子であって、絶縁層１７は、岩塩型結晶構造を有する金属酸化物を用いて形成され、自由磁性層１８は、構成元素の一つにホウ素を含む材料を用いて形成され、非磁性層１９は、タンタルと比較して、自由磁性層１８中のホウ素が相対的に拡散し易い材料を用いて形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気抵抗効果素子、磁気再生ヘッド、磁気抵抗デバイス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およびそれを用いた磁気再生ヘッド、磁気抵抗デバイスおよび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（ピン層）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（フリー層）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。このような作用をなす磁気抵抗効果素子は、一般にスピンバルブ素子と呼ばれている。

ここで、スピンバルブ素子には、ＣＩＰ（ＣｕｒｒｅｎｔＩｎＰｌａｎｅ）型のＧＭＲ（ＧｉａｎｔＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子、あるいはＣＰＰ（ＣｕｒｒｎｔＰｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｔｏＰｌａｎｅ）型のＴＭＲ（ＴｕｎｎｅｌｉｎｇＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子等がある。磁気再生ヘッドの出力電圧は、ＣＰＰ型の場合、スピンバルブ素子の磁気抵抗効果率（ＭＲ比）と印加電圧の積に比例する。したがって、高い出力電圧を得るには、ＭＲ比が大きいことが望ましい。

近年、ＭｇＯを絶縁層（トンネルバリア層）とするトンネル磁気抵抗効果素子において非常に大きなＭＲ比が得られ（非特許文献１）、特にＣｏＦｅＢを電極材料とするＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ／ＣｏＦｅＢ構造を有するトンネル磁気抵抗効果素子では、従来のスパッタ法においても大きなＭＲ比が得られる（非特許文献２）ことが示されて以来、デバイスへの応用上きわめて有用であることから、盛んに研究・開発が行われている。
このように、ＣｏＦｅＢを磁性層とするトンネル磁気抵抗効果素子において大きなＭＲ比が得られるのは、熱処理（アニール処理）の際にＣｏＦｅＢがＭｇＯ（００１）をテンプレートとしてＣｏＦｅ(００１)に結晶化することが大きく影響していると考えられており、いかにＣｏＦｅＢをＣｏＦｅ(００１)に結晶化させるかが重要なポイントとなっている。なお、（００１）は結晶の面指数を表す（以下同様）。

ここで、ＣｏＦｅＢを磁性材料とするトンネル磁気抵抗効果素子においては、ＣｏＦｅＢがスパッタ直後に結晶構造を持たないアモルファス状態であること、且つ熱処理後にＣｏＦｅ（００１）に結晶化すること、を満たす条件として、Ｂ（ホウ素）濃度が２０at.％であるＣｏＦｅＢが一般的に用いられている。

その一方で、ＢはＣｏＦｅ合金に対して非固溶であるため、熱処理によりＣｏＦｅＢがＣｏＦｅへ結晶化した際は、２０at.％ものＢは、結晶化後のＣｏＦｅ合金の中に安定して存在できない。よって、Ｂの一部はＣｏＦｅ合金以外の層へ拡散していることが容易に予想され、実験的にもＣｏＦｅＢに隣接する絶縁層（ＭｇＯ層）へＢが拡散していることが確かめられている（非特許文献３）。

Ｓ．Ｙｕａｓａｅｔａｌ．，Ｎａｔ．Ｍａｔｅｒ．３（２００４）８６８Ｄ．Ｄ．Ｄｊａｙａｐｒａｗｉｒａｅｔａｌ．，２３０％ｒｏｏｍ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃe ｉｎＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ／ＣｏＦｅＢｍａｇｎｅｔｉｃｔｕｎｎｅｌｊｕｎｃｔｉｏｎｓ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８６(２００５)０９２５０２Ｔ．Ｔａｋｅｕｃｈｉｅｔａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４６，Ｌ６２３ (２００７)

ここで、非特許文献３が示すようにＭｇＯで形成される絶縁層中に拡散したＢがバリア品質に悪影響を及ぼすことが懸念されるため、本願発明者はバリア特性について調査した。
その調査結果として、図８にＣｏＦｅＢで形成される自由磁性層のＢ濃度をＢ：０at.％、１１at.％、２０at.％と変化させた場合の、絶縁層（ＭｇＯ層）の膜厚に対する絶縁層（ＭｇＯ層）中に含まれるピンホール密度の依存性を示す。ここでピンホールとは、絶縁層中に含まれる不純物や酸素欠損等により形成されるバリア欠陥を意味し、こうした欠陥はバリア特性に悪影響を及ぼす。特に、電圧に対するバリア耐性が劣化して低電圧で絶縁層が破壊されてしまうといった、バリア信頼性に著しい影響を及ぼす。なお、ピンホール密度とは、絶縁層の単位面積あたりに含まれるピンホールの数を表しており、したがってピンホール密度が低い方が、絶縁層として信頼性が高く、好ましい。
当該図８からは、Ｂ濃度が増加するにつれて絶縁層中のピンホール密度が増加していることがわかった。これは、ＭｇＯで形成される絶縁層へ拡散したＢがピンホールとして働いていること、且つＣｏＦｅＢで形成される自由磁性層中に含まれるＢ濃度が増えるにつれて、ＭｇＯで形成される絶縁層中へ拡散するＢ量が増加していることを意味している。

絶縁層（ＭｇＯ層）の膜厚に対する絶縁層（ＭｇＯ層）中に含まれるピンホール密度が増加すると、当該絶縁層が破壊される破壊電圧が急激に低下するため、バリア信頼性が悪化し、ヘッド寿命が著しく低下する。したがって、図８の結果から、ヘッド寿命を低下させないためには、自由磁性層に含まれるＢを排除することが有効と考えられるが、その反面、前述の通り、高いＭＲ比を得るためには自由磁性層にはＢが含まれている必要があるため、高いバリア品質と高いＭＲ比を両立させることが困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、高いバリア品質と高いＭＲ比を両立させることを可能とする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、絶縁層と非磁性層との間に、自由磁性層を備える磁気抵抗効果素子であって、前記絶縁層は、岩塩型結晶構造を有する金属酸化物を用いて形成され、前記自由磁性層は、構成元素の一つにホウ素を含む材料を用いて形成され、前記非磁性層は、タンタルと比較して、前記自由磁性層中のホウ素が相対的に拡散し易い材料を用いて形成されることを要件とする。

本発明によれば、絶縁層におけるピンホールの発生およびそれに起因するブレイクダウン電圧の低下を防止することが可能となると共に、高いＭＲ比の実現による再生感度の向上が可能となる。

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、本発明の第一の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１の膜構成を示す概略図である。図２は、本発明の第二の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１の膜構成を示す概略図である。図３は、非磁性層１９材料に対するピンホール密度の絶縁層（ＭｇＯ層）膜厚依存性を示すグラフである。図４は、非磁性層１９材料に対する面積抵抗ＲＡとＭＲ比との関係を示すグラフである。図５、図６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７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。また、図８は、自由磁性層１８のＢ（ホウ素）濃度に対するピンホール密度の絶縁層（ＭｇＯ層）膜厚依存性を示すグラフである。

先ず、本発明の第一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、反強磁性結合層１５、リファレンス層１６、絶縁層１７、自由磁性層１８、非磁性層１９、上部シールド層２０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１７に対して上部シールド層２０側に自由磁性層１８を配置し、絶縁層１７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、反強磁性結合層１５、リファレンス層１６、絶縁層１７、自由磁性層１８、非磁性層１９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。

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／Ｒｕの２層膜が用いられる。

反強磁性層１３は、ＩｒＭｎによって８ｎｍ程度の厚さに成膜される。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。

磁化固定層１４にはＣｏＦｅ、およびリファレンス層１６にはＣｏＦｅＢといった強磁性材が用いられ、それぞれ４ｎｍ程度の厚さに成膜される。また、反強磁性結合層１５にはＲｕ（ルテニウム）が用いられる。
同図１に示すように、反強磁性結合層１５を介して磁化固定層１４とリファレンス層１６とが積層される構成を備えることによって、磁化固定層１４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、磁化固定層１４と自由磁性層１８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、磁化固定層１４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。
なお、リファレンス層１６の磁化方向は磁化固定層１４の磁化方向と逆向きとなる。

絶縁層１７には、ＭｇＯが用いられる。絶縁層１７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、１ｎｍ程度の極めて薄厚に形成される。なお、絶縁層１７は、岩塩型結晶構造を有する金属酸化物を用いて形成されることが好適である。ここで、岩塩型結晶構造を有する金属酸化物には、例えば、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、または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がある。

前述の非特許文献１に示されるように、ＭｇＯを絶縁層（トンネルバリア層）とするトンネル磁気抵抗効果素子において非常に大きなＭＲ比が得られているが、当該絶縁層が、岩塩型の結晶構造を有することが大きく影響しているものと考えられている。
すなわち、大きなＭＲ比を得る観点からは、絶縁層１７に、酸化マグネシウム以外に、酸化マグネシウムを基材としてマグネシウム、亜鉛、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も、当該材料が岩塩型の結晶構造を有することによって、同様の効果を達成し得るものと考えられる。

自由磁性層１８には、一例として、ＣｏＦｅＢが用いられる。なお、ＣｏＦｅＢ／ＮｉＦｅの２層膜のように構成してもよい。自由磁性層１８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。

このように、自由磁性層１８の構成元素の一つにＢ（ホウ素）を含む材料（例えば、ＣｏＦｅＢ）を用いることによって、前述の非特許文献２に示されるように、リファレンス層１６：ＣｏＦｅＢ／絶縁層１７：ＭｇＯ／自由磁性層１８：ＣｏＦｅＢ、という膜構成の磁気抵抗効果素子１が形成されるため、大きなＭＲ比が得られる効果が生じる。これは、熱処理（アニール処理）においてＣｏＦｅＢがＭｇＯ（００１）をテンプレートとしてＣｏＦｅ(００１)に結晶化することが大きく影響しているためと考えられる。

なお、自由磁性層１８は、ＣｏＦｅＢを基材とする化合物によって形成しても、ＣｏＦｅＢと同様の効果が得られるものと考えられる。例えば、ＣｏＦｅＢを基材とする化合物には、ＣｏＦｅＮｉＢ等が考えられる。このように、ＣｏＦｅＢを基材として、磁性材料を化合させた化合物が好適である。

非磁性層１９は、保護層として設けられるもので、Ｃｒ（クロム）を用いて形成される（詳細は後述）。なお、本実施形態に係るボトムタイプにおいては、当該非磁性層１９は「キャップ層」とも呼ばれる。

上部シールド層１９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１９は、ＴＭＲ素子の電極を兼用するものである。

ここで、本実施形態に特徴的な構成について説明する。
従来の磁気抵抗効果素子５０（図９参照）においては、非磁性層１９はＴａ（タンタル）、あるいはＴａ／Ｒｕの２層膜を用いて形成されていた。
これに対し、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１においては、非磁性層１９を、従来のＴａと比較して、自由磁性層１８中のＢ（ホウ素）が相対的に拡散し易い材料を用いて形成される。より具体的には、Ｔａよりも原子番号が小さく且つ体心立方格子型結晶構造（以下、「ｂｃｃ構造」という）を有する金属材料であって、例えば、Ｃｒ（クロム）が挙げられる。

従来の磁気抵抗効果素子５０（図９参照）において、自由磁性層１８に隣接する非磁性層１９にＴａが用いられていたのは、高いＭＲ比を得るために熱処理（アニール処理）により自由磁性層形成材料であるＣｏＦｅＢがｂｃｃ構造のＣｏＦｅに結晶化することを阻害しないように、同じｂｃｃ構造を有する材料を用いることが好ましいと考えられていたためである。

ここで、図３に、ボトムタイプであって、リファレンス層１６：ＣｏＦｅＢ／絶縁層１７：ＭｇＯ／自由磁性層１８：ＣｏＦｅＢ、という膜構成を有する磁気抵抗効果素子において、非磁性層１９を形成する材料を変更した場合の、絶縁層（ＭｇＯ層）１７の膜厚に対する絶縁層（ＭｇＯ層）中に含まれるピンホール密度を示す。
従来の磁気抵抗効果素子５０の非磁性層１９に用いられるＴａと比較して、原子番号の小さいＲｕ、Ｃｒはピンホール密度が減少する結果となった。これは、Ｔａ等の原子番号の大きい材料は軽元素であるＢを遮蔽する効果があると考えられ、非磁性層１９側へ拡散しようとするＢを遮蔽するため、相対的に絶縁層（ＭｇＯ層）１７中へ拡散するＢ量が増加したためと考えられる。
一方、Ｔａに比べて原子番号の小さいＲｕ、Ｃｒは、Ｂを遮蔽する効果がＴａに比べて小さいため、非磁性層１９側へもＢが拡散し、相対的に絶縁層（ＭｇＯ層）１７中へ拡散するＢ量が減少しピンホール密度が減少したものと考えられる。

また、図４に、非磁性層１９に用いられる材料を変更した場合の、磁気抵抗効果素子の面積抵抗ＲＡとＭＲ比の関係を示す。従来の磁気抵抗効果素子５０の非磁性層１９に用いられるＴａと比較して、ＲｕではＭＲ比が低下した。これは、Ｒｕは六方稠密構造であるため、Ｂｃｃ構造のＣｏＦｅの結晶化を阻害したためと考えられる。
一方、Ｃｒは、Ｔａと同程度の値であった。ｂｃｃ構造を有するＣｒは、同じくｂｃｃ構造のＴａと同様の効果が得られているものと思われる。

したがって、図３、図４の結果から、高いＭＲ比と高いバリア品質を両立するためには、Ｔａよりも原子番号が小さく、且つｂｃｃ構造を有する材料を非磁性層１９に用いることで達成可能となる。当該条件を満たす材料の例としては、Ｃｒの他にＶ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｍｏ（モリブデン）が挙げられ、これらの材料もＣｒと同様の効果が得られるものと考えられる。

さらに、これらの金属材料を基材とする化合物であって結晶構造がｂｃｃ構造を有する材料も、Ｃｒと同様の効果が得られるものと考えられる。

以上のように、従来の磁気抵抗効果素子５０においては、自由磁性層１８中に含まれるＢ濃度が増えるにつれて絶縁層（ＭｇＯ層）１７中へ拡散するＢ量が増加し、ピンホール密度が増加してしまうことから、ヘッド寿命を低下させないためには自由磁性層１８に含まれるＢを排除することが必要となる一方で、高いＭＲ比を得るためには、自由磁性層にはＢが含まれていることが必要となるため、高いバリア品質と高いＭＲ比を両立させることが困難であるという課題があったのに対し、本実施の形態に係る磁気抵抗素子１によれば、自由磁性層１８に隣接する絶縁層１７と反対側の非磁性層１９を、従来用いていた材料であるＴａから、Ｔａよりも原子番号が小さく、且つｂｃｃ構造をもつ材料に変更することで、バリア品質と高いＭＲ比を両立させることが可能となる。

続いて、本発明の第二の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１について説明する。
図２に示すように、下部シールド層１１、非磁性層１９、自由磁性層１８、絶縁層１７、リファレンス層１６、反強磁性結合層１５、磁化固定層１４、反強磁性層１３、下地層１２、上部シールド層２０の順に積層して構成される。ここで、非磁性層１９から、自由磁性層１８、絶縁層１７、リファレンス層１６、反強磁性結合層１５、磁化固定層１４、反強磁性層１３、下地層１２に至るまでの層を磁気抵抗効果膜４と称する。
なお、この構成のように、絶縁層１７に対して上部シールド層２０側に磁化固定層１４を配置し、絶縁層１７に対して下部シールド層１１側に自由磁性層１８を配置する構成を、「トップタイプ」と称する。また、本実施形態に係るトップタイプにおいては、当該非磁性層１９は「シード層」とも呼ばれる。

本実施形態では、前記第一の実施形態に係る「ボトムタイプ」と比較して、絶縁層１７を挟んで、自由磁性層１８と、リファレンス層１６との位置が上下方向（膜厚方向）で逆転しているが、自由磁性層１８：ＣｏＦｅＢ／絶縁層１７：ＭｇＯ／リファレンス層１６：ＣｏＦｅＢ、という膜構成は、前記第一の実施形態におけるリファレンス層１６：ＣｏＦｅＢ／絶縁層１７：ＭｇＯ／自由磁性層１８：ＣｏＦｅＢ、と同様の作用効果を生じる。すなわち、熱処理（アニール処理）においてＣｏＦｅＢがＭｇＯ（００１）をテンプレートとしてＣｏＦｅ(００１)に結晶化することによって、大きなＭＲ比が得られる。

なお、各層の形成材料は前記第一の実施形態と同様であり、その作用効果についても、前記第一の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

以上のように、本実施の形態に係る磁気抵抗素子１は、自由磁性層１８に隣接する絶縁層１７と反対側の非磁性層１９、すなわち、ボトムタイプの場合はキャップ層を、トップタイプの場合はシード層を、従来用いていた材料であるＴａから、Ｔａよりも原子番号が小さく、且つｂｃｃ構造をもつ材料に変更することで、バリア品質と高いＭＲ比を両立させることが可能となる。すなわち、絶縁層におけるピンホールの発生およびそれに起因するブレイクダウン電圧の低下を防止することが可能となると共に、高いＭＲ比の実現による再生感度の向上によって、さらなる高記録密度化を達成することが可能となる。

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５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５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５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６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５参照）。なお、図６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６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２０が形成される。なお、上部シールド層２０、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２０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、磁気抵抗効果素子１（磁気抵抗効果膜４）の絶縁層１７の性能低下すなわち絶縁耐性の低下を防止しつつ、大きなＭＲ比を達成でき、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７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、絶縁層１７の性能低下すなわち絶縁耐性の低下を防止しつつ、大きなＭＲ比を達成でき、高い再生感度を実現することができる磁気抵抗効果素子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、ピンホール等の欠陥発生による絶縁層の性能低下を防止して、素子破壊を引き起こす原因となるブレイクダウン電圧低下等を防止することが可能であると共に、記録密度の増加に対応した高い再生感度の実現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。

本発明の第一の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の膜構成を示す概略図である。本発明の第二の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の膜構成を示す概略図である。磁気抵抗効果素子における、非磁性層材料に対するピンホール密度の絶縁層（ＭｇＯ層）膜厚依存性を示すグラフである。磁気抵抗効果素子における、非磁性層材料に対する面積抵抗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。磁気抵抗効果素子における、自由磁性層のＢ（ホウ素）濃度に対するピンホール密度の絶縁層（ＭｇＯ層）膜厚依存性を示すグラフである。従来の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の膜構成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反強磁性結合層
１６リファレンス層
１７絶縁層
１８自由磁性層
１９非磁性層
２０上部シールド層
４０情報記憶装置（磁気ディスク装置）

Claims

絶縁層と非磁性層との間に、自由磁性層を備える磁気抵抗効果素子であって、
前記絶縁層は、岩塩型結晶構造を有する金属酸化物を用いて形成され、
前記自由磁性層は、構成元素の一つにホウ素を含む材料を用いて形成され、
前記非磁性層は、タンタルと比較して、前記自由磁性層中のホウ素が相対的に拡散し易い材料を用いて形成されること
を特徴とする磁気抵抗効果素子。
前記ホウ素が相対的に拡散し易い材料は、タンタルよりも原子番号が小さく且つ体心立方格子型結晶構造を有する金属材料、もしくは該金属材料を基材とする化合物であって体心立方格子型結晶構造を有する材料であること
を特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
前記金属材料は、クロム、バナジウム、ニオブ、モリブデンであること
を特徴とする請求項２記載の磁気抵抗効果素子。
前記岩塩型結晶構造を有する金属酸化物は、酸化マグネシウム、または酸化マグネシウムを基材としてマグネシウム、亜鉛、酸化亜鉛が添加もしくは多層状に積層された材料であること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の磁気抵抗効果素子。
前記構成元素の一つにホウ素を含む材料は、ＣｏＦｅＢ、もしくはＣｏＦｅＢを基材とする化合物であること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の磁気抵抗効果素子。
前記ＣｏＦｅＢを基材とする化合物は、ＣｏＦｅＮｉＢ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。
請求項１〜６のいずれか一項記載の磁気抵抗効果素子を備える磁気再生ヘッド。
請求項１〜６のいずれか一項記載の磁気抵抗効果素子を備える磁気抵抗デバイス。
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であって、
前記磁気抵抗効果素子は、絶縁層と非磁性層との間に、自由磁性層を備え、
前記絶縁層は、岩塩型結晶構造を有する金属酸化物を用いて形成され、
前記自由磁性層は、構成元素の一つにホウ素を含む材料を用いて形成され、
前記非磁性層は、タンタルと比較して、前記自由磁性層中のホウ素が相対的に拡散し易い材料を用いて形成されること
を特徴とする情報記憶装置。