JP2010212631A - 磁気抵抗効果素子および磁気記憶装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストでホイスラー合金の規則化を促進させ、高い磁気抵抗効果を実現すること。
【解決手段】下地層１１に自由磁化層１２、非磁性層１３、固定磁化層１４、反強磁性層１５および保護層１６を積層した積層構造を有する磁気抵抗効果素子１において、自由磁化層１２を固定磁化層１４のうち少なくともいずれか１層をホイスラー合金で形成し、下地層、非磁性層１３、保護層１６のうち少なくとも１層をＢ２規則化構造の合金層で形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、固定磁化層と自由磁化層との間に非磁性層を介在させた磁気抵抗効果素子と、かかる磁気抵抗効果素子を用いる磁気記憶装置に関する。

近年、記憶装置として広く用いられている磁気ディスク装置において、記録媒体である磁気ディスクからの読み出しに磁気抵抗効果素子が利用されてきた。磁気抵抗効果素子としては、固定磁化層と自由磁化層との間に非磁性層を設けた構造が用いられる。固定磁化層は磁化が所定の方向に固定されているのに対し、自由磁化層の磁化方向は外部の磁界に応じて変化する。自由磁化層の磁化方向が変化すると、磁気抵抗効果素子の抵抗値が変化するので、磁気抵抗効果素子を磁気ディスク表面に近づけて抵抗値を測定することで磁気ディスクの磁化方向を検知することができる。

磁気抵抗効果素子の抵抗値を測定する場合、従来は自由磁化層側もしくは固定磁化層側のいずれか一方に電極を設けて磁気抵抗効果素子の面内方向に電流を流すＣＩＰ（Current-Perpendicular-to-Plane）が用いられてきた。しかし近年、磁気ディスク装置の記録密度の向上に伴い、自由磁化層側と固定磁化層側にそれぞれ電極を設けて磁気抵抗効果素子の積層方向に電流を流すＣＰＰ（Current-Perpendicular-to-Plane）の採用が検討されている。

ＣＰＰ型磁気抵抗効果素子において高出力化を実現するためには、磁性素材として分極率の高い素材を使用することが有効である。かかる分極率の高い素材として、ハーフメタルの性質を持つホイスラー合金を適用することが検討されている。

ハーフメタルは、その材料の片方の電子スピンが金属的なバンド構造を持ち、もう片方のスピンが絶縁体的な性質を示す材料である。この性質を使うことによって片方のスピンを持つ電子は透過し、もう片方のスピンの向きを持つ電子は通さないといういわゆるスピンフィルターを作成することが可能である。このようなハーフメタルの性質を持つホイスラー合金は、規則化度がＡ２構造からＢ２構造へ、Ｂ２構造からＬ２１構造へと進むにつれて分極率が上がる。

そのため従来、ホイスラー合金層を形成する際には、高配向のＭｇＯ基板の上にＢＣＣ構造を持つＣｒを下地としてホイスラー合金層を形成することで規則化を促進していた。同様に、ＳｉＯ_２基板上にホイスラー合金を形成する時にはＭｇＯ酸化膜を下地層として用いることによる規則化の促進も行なわれてきた。

なお、磁気抵抗効果素子は、磁気ディスクからの読み出し用途に限らず、磁気抵抗効果素子自体を記録媒体とする磁気記憶装置、いわゆるＭＲＡＭ（MagnetoresistiveRandom Access Memory）にも適用される。

特開２００４−２２１５２６号公報 特開平８−２５０３６６号公報 特開２００４−１４６４８０号公報 特開２００５−３４７４１８号公報 特開２００８−７８５６７号公報

しかし、ホイスラー合金を磁気デバイスに使う際に高価なＭｇＯ基板を使用するとコストの上昇が問題となる。また、ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子では、信号を取り出す際にホイスラー合金に電流を流す必要があるので、ＭｇＯなどの酸化物を下地層として使用すると、酸化物層が寄生抵抗となって出力低下を招くという問題点があった。

また、Ｃｒを下地に用いた場合には、熱処理によって元素が拡散し、磁気抵抗変化が低下してしまうという問題点があった。

さらに、ホイスラー合金層の規則性向上には、下地となる層の格子定数や平坦性が重要となるが、Ｃｒ単層を下地にする場合のように単元素の層では格子定数や平坦性の制御が困難であるという問題点があった。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、低コストでホイスラー合金の規則化を促進させ、高い磁気抵抗効果を実現する磁気抵抗効果素子および磁気記憶装置を提供することを目的とする。

本願の開示する磁気抵抗効果素子および磁気記憶装置は、磁化が所定の方向に固定された固定磁化層と、外部磁界の影響を受けて磁化の方向が変わる自由磁化層のうち少なくとも１層がホイスラー合金である磁気抵抗効果素子において、積層構造の少なくともいずれか１層にＢ２規則化構造の合金層を有する。

本願の開示する磁気抵抗効果素子および磁気記憶装置の一つの態様によれば、低コストでホイスラー合金の規則化を促進させ、高い磁気抵抗効果を実現する磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドおよび磁気記憶装置を得ることができるという効果を奏する。

図１は、本実施例にかかる磁気抵抗効果素子の概要構成を示す概要構成図である。 図２は、磁気ディスク装置の概要構成を示す概要構成図である。 図３は、磁気ヘッドの浮上面の模式図である。 図４は、磁気抵抗効果素子の変形例を示す断面構成図である。（その１） 図５は、磁気抵抗効果素子の変形例を示す断面構成図である。（その２） 図６は、磁気抵抗効果素子の変形例を示す断面構成図である。（その３） 図７は、リード素子とライト磁極の形成について説明するフローチャートである。 図８は、リード素子の形成について説明するフローチャートである。 図９は、磁気メモリ装置について説明する説明図である。 図１０は、メモリセル７０の上下方向断面図である。 図１１は、メモリセルの等価回路図である。 図１２は、スピン注入磁化反転を用いるメモリセルの断面図である。

以下に、本願が開示する磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドおよび磁気記憶装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本実施例にかかる磁気抵抗効果素子の概要構成を示す概要構成図である。また、図２は、図１に示した磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドに搭載した磁気ディスク装置の概要構成を示す概要構成図であり、図３は、図２に示した磁気ヘッドの浮上面の模式図である。

図１に示したように、本実施例にかかる磁気抵抗効果素子１は、下地層１１に自由磁化層１２、非磁性層１３、固定磁化層１４、反強磁性層１５および保護層１６を積層した積層構造を有する。そして、磁気抵抗効果素子１では、自由磁化層１２をホイスラー合金で形成し、下地層１１をＢ２規則化構造の合金層で形成している。

ホイスラー合金としては、組成式が
Ｃｏ_２ＸＹ（Ｘ＝Ｍｎ，Ｆｅ、Ｙ＝Ｓｉ,Ｇｅ,Ａｌ,Ｇａ,Ｓｎ,Ａｓ,Ｔｉ,Ｖ,Ｃｒ）、
Ｃｏ_２ＣｒＺ（Ｚ＝Ｓｉ,Ｇｅ,Ａｌ,Ｇａ,Ｓｎ,Ａｓ,Ｔｉ,Ｖ,）、
Ｃｏ_２ＦｅＡｌ_０．５Ｓｉ_０．５、
Ｃｏ_２ＦｅＣｒ_０．５Ａｌ_０．５
の合金が知られている。ホイスラー合金は、Ｃｏ_２ＭｎＧｅを例に取ると、三つの元素がランダムに配置するＡ２構造、ｂｃｃ（体心立方格子）の四隅にＣｏが配置され、中心にＭｎとＧｅがランダムに配置するＢ２構造とＣｏが四隅にあってＭｎとＧｅが交互に配置するＬ２１構造の３つの状態を持つ。この規則化度がＡ２構造からＢ２構造へ、Ｂ２構造からＬ２１構造へと進むにつれてハーフメタルの性質を示す分極率が増加する。

このホイスラー合金の下地層として、Ｂ２規則化構造の下地層１１を設けることで、基板を選ばずに高い分極率を持つホイスラー合金を得ることが可能となる。ここで、下地層１の材料としては、ＲｕＡｌ、ＦｅＡｌ、ＮｉＡｌ、ＣｏＡｌが好適である。ＲｕＡｌ，ＣｏＡｌ，ＦｅＡｌ，ＮｉＡｌのように組成が１：１の合金は室温でスパッタ成膜することであらかじめＢ２構造になることが知られている。そのため、この合金層に隣接してホイスラー合金を成膜することでＢ２及びＬ２１構造を持つホイスラー合金を作成することができる。

またＡｌ元素を５０ａｔ％含んだ合金は非磁性金属の性質を示すので、下地層１１の他、非磁性層１３や保護層１６に使用することも可能である。その際、使用する合金はＡｌが５０％入っていればその他のＣｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｒｕは少なくとも一つの元素を含めば良く、これらの元素を用いた３元系、例えば、（Ｃｏ_ＸＮｉ_{（１００−Ｘ）}）_５０Ａｌ_５０ ０≦Ｘ≦１００や、４元系にして組成を調整することでＢ２規則合金の格子定数を変えることが可能である。

Ｂ２規則合金の組成の調整によって、その上に成膜するホイスラー合金との格子定数を揃えることができるので、この点についても単元素を用いた下地層よりも有利である。さらに、Ｂ２規則化合金とｂｃｃの格子を持つＣｒ等の単元素を積層させた２層下地層とすることも可能である。

また、その他の効果として従来のＣｒなどの単層のｂｃｃ下地層と比較してＲｕＡｌ，ＣｏＡｌ，ＦｅＡｌ，ＮｉＡｌは結合が強く、ホイスラー合金に元素が拡散しにくいため熱による元素拡散でホイスラー合金のハーフメタルの性質がなくなることがなく、また結晶の粒径もＣｒよりも小さいため界面ラフネスを抑えることも可能である。

非磁性層１３は、自由磁化層１２と固定磁化層１４との間に介在する層であり、非磁性であれば導体材料であっても絶縁材料であってもよい。導体材料を使用した場合、磁気抵抗効果素子１はＧＭＲ（Giant Magneto Resistive effect）素子となる。そして、絶縁材料を使用した場合、磁気抵抗効果素子１はＴＭＲ（Tunneling Magneto Resistive effect）素子となる。

固定磁化層１４は、磁化が所定の方向に固定された層であり、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅのうち、少なくともいずれかを含む強磁性材料によって形成する。また、この固定磁化層１４をホイスラー合金で形成してもよい。

反強磁性層１５は、固定磁化層１４の磁化方向を固定する層であり、例えばＰｔＭｎなどの材料で形成する。

保護層１６は、磁気抵抗効果素子１を物理的に保護する層であり、非磁性の材料で形成する。また、この保護層１６を、既に述べたようにＢ２規則化構造の合金で形成してもよい。

この磁気抵抗効果素子１では、自由磁化層１２、固定磁化層１４のうち、少なくとも１つ、もしくは双方をホイスラー合金とする。特に自由磁化層１２がホイスラー合金とするのに好適である。

さらに、磁気抵抗効果素子１では、下地層１１、非磁性層１３、保護層１６のうち、少なくとも１つをＢ２規則化合金とする。特にホイスラー合金層の直下の層がＢ２規則化合金とするのに好適である。Ｂ２規則化合金の層を複数設ける場合、下地層１１、非磁性層１３、保護層１６のうち全ての層をＢ２規則化合金としてもよいし、任意の２層をＢ２規則化合金としてもよい。

図２は、図１に示した磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドに搭載した磁気ディスク装置の概要構成を示す概要構成図である。図２に示したように、ハードディスク装置２０は、ベース２１内部に、磁気情報を記録するディスク状の記録媒体２２、記録媒体２２を回転させるスピンドルモータ２７、磁気記録媒体２２に対して磁気情報の読み書きを行なう磁気ヘッド２３、磁気ヘッド２３を保持するサスペンション２４、サスペンション２４を揺動させて磁気ヘッド２３の位置制御を行なうボイスコイルモータ２６、磁気記憶装置２０全体を制御する制御回路２５を有する。

磁気ヘッド２３には、ヘッドスライダの一端にリード素子とライト磁極とが積層されている。図３は、磁気ヘッド２３の浮上面、すなわち磁気記録媒体２２からみた面の模式図であり、ヘッドスライダ５０上に、絶縁層を介してリード素子３０とライト磁極４０を積層している。

リード素子３０は、電極３１を磁気抵抗効果素子１の下地層１１に接続し、電極３２を磁気抵抗効果素子１の保護層１６に接続している。そして、磁気抵抗効果素子１の左右には磁区制御膜２４を設けて磁気抵抗効果素子１の自由磁化層１２を単磁区化している。

ライト磁極４０は、主磁極４１とリターンヨーク４２とを内部接続部４３で接続して構成される。また、図示しないが主磁極４１の近傍、もしくは内部接続部４３の近傍にコイルを有する。

主磁極４１は、コア幅がトラック幅に対応し、コイルに通電した場合に磁気記録媒体２２に対する書き込み磁界を発生する。書き込み磁界は、磁気記録媒体２２を経由してリターンヨーク４２に戻る。

主磁極４１によって磁気記録媒体２２に書き込まれた磁化をリード素子３０で読み出す場合、電極３２から電極３１に電流を流し、抵抗値を取る。電極３２から電極３１に電流を流すと、磁気抵抗効果素子１の積層方向に電流が流れ、自由磁化層１２の磁化方向が固定磁化層の磁化方向と平行であるか、反平行であるかによって異なる抵抗値が得られる。自由磁化層１２の磁化方向は、磁気記録媒体２２表面の磁化の影響を受けているので、この抵抗値から磁気記録媒体２２に書き込まれた磁化方向を読み取ることができる。

この磁気抵抗効果素子１の高出力化には、自由磁化層や固定磁化層の磁性素材として分極率の高い素材を使用することが有効である。そこで、規則化によって分極率が向上するホイスラー合金を磁性素材として使用するとともに、ホイスラー合金の規則化を促進するＢ２規則化合金層を設けることで、磁気ディスク装置２０の読み取り性能を向上することができる。

つぎに、磁気抵抗効果素子の構成の変形例について説明する。図４に示した磁気抵抗効果素子２は、下地層１１に自由磁化層１２、非磁性層１３、第２固定磁化層１７、非磁性結合層１８、第１固定磁化層１９、反強磁性層１５および保護層１６を積層した積層構造を有する。すなわち、磁気抵抗効果素子２は、磁気抵抗効果素子１の固定磁化層１４を第２固定磁化層１７、非磁性結合層１８、第１固定磁化層１９に置き換えた構造である。

第１固定磁化層１９は、反強磁性層１５の影響を受けて、磁化方向が所定方向に固定されている。非磁性結合層１８は、たとえばＲｕなどで形成される。この非磁性結合層１８を介することで第２固定磁化層１７の磁化方向は第１固定磁化層１９の磁化方向に対して反平行となる。

この磁気抵抗効果素子２では、自由磁化層１２、第２固定磁化層１７、第１固定磁化層１９のうち、少なくとも１つをホイスラー合金とする。特に自由磁化層１２と第２固定磁化層１７がホイスラー合金とするのに好適である。ホイスラー合金の層を複数設ける場合、自由磁化層１２、第２固定磁化層１７、第１固定磁化層１９のうち全ての層をホイスラー合金としてもよいし、任意の２層をホイスラー合金としてもよい。

さらに、磁気抵抗効果素子２では、下地層１１、非磁性層１３、保護層１６のうち、少なくとも１つをＢ２規則化合金とする。特にホイスラー合金層の直下の層がＢ２規則化合金とするのに好適である。Ｂ２規則化合金の層を複数設ける場合、下地層１１、非磁性層１３、保護層１６のうち全ての層をＢ２規則化合金としてもよいし、任意の２層をＢ２規則化合金としてもよい。

図５に示した磁気抵抗効果素子３は、下地層１１に反強磁性層１５、固定磁化層１４、非磁性層１３、自由磁化層１２および保護層１６を積層した積層構造を有する。すなわち、磁気抵抗効果素子１がトップ型であるのに対し、磁気抵抗効果素子３はボトム型の構造を有する。

この磁気抵抗効果素子３では、自由磁化層１２、固定磁化層１４のうち、少なくとも１つ、もしくは双方をホイスラー合金とする。特に自由磁化層１２がホイスラー合金とするのに好適である。

さらに、磁気抵抗効果素子１では、下地層１１、非磁性層１３、保護層１６のうち、少なくとも１つをＢ２規則化合金とする。特にホイスラー合金層の直下の層がＢ２規則化合金とするのに好適である。Ｂ２規則化合金の層を複数設ける場合、下地層１１、非磁性層１３、保護層１６のうち全ての層をＢ２規則化合金としてもよいし、任意の２層をＢ２規則化合金としてもよい。

図６に示した磁気抵抗効果素子４は、下地層１１に反強磁性層１５、第１固定磁化層１９、非磁性結合層１８、第２固定磁化層１７、非磁性層１３、自由磁化層１２および保護層１６を積層した積層構造を有する。すなわち、磁気抵抗効果素子４は、磁気抵抗効果素子３の固定磁化層１４を第１固定磁化層１９、非磁性結合層１８、第１固定磁化層１７に置き換えた構造である。

この磁気抵抗効果素子４では、自由磁化層１２、第２固定磁化層１７、第１固定磁化層１９のうち、少なくとも１つをホイスラー合金とする。特に自由磁化層１２と第２固定磁化層１７がホイスラー合金とするのに好適である。ホイスラー合金の層を複数設ける場合、自由磁化層１２、第２固定磁化層１７、第１固定磁化層１９のうち全ての層をホイスラー合金としてもよいし、任意の２層をホイスラー合金としてもよい。

さらに、磁気抵抗効果素子２では、下地層１１、非磁性層１３、保護層１６のうち、少なくとも１つをＢ２規則化合金とする。特にホイスラー合金層の直下の層がＢ２規則化合金とするのに好適である。Ｂ２規則化合金の層を複数設ける場合、下地層１１、非磁性層１３、保護層１６のうち全ての層をＢ２規則化合金としてもよいし、任意の２層をＢ２規則化合金としてもよい。

つぎに、リード素子とライト磁極の形成について説明する。図７は、リード素子とライト磁極の形成について説明するフローチャートである。図７に示した各処理は、種々の処理装置を有する製造システムが、適切な処理装置を選択して処理を実行することでおこなわれる。

まず、製造システムは、酸化シリコンやアルチックなどの任意の基板上に第１電極層を形成し（Ｓ１０１）、第１電極層上にリード素子を形成する（Ｓ１０２）。つぎに製造システムは、リード素子上に第２電極層を形成し（Ｓ１０３）、第２電極層の上方にライト磁極を形成して（Ｓ１０４）、処理を終了する。

図８は、リード素子の形成についてさらに説明するフローチャートである。図８に示したように、製造システムは、まず第１電極上に磁気抵抗効果素子の各層を順次形成する（Ｓ２０１）。各層の形成には、スパッタリング、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、蒸着など、任意の方法でおこなえばよい。

つぎに製造システムは、磁界を印加しつつ加熱して、反強磁性層１５に反強磁性を持たせる（Ｓ２０２）。この加熱処理によって反強磁性層１５の磁化方向が、印加された磁界の方向に固定される。そのため、反強磁性層１５と固定磁化層１５もしくは第１固定磁化層１９との交換相互作用により、固定磁化層１５もしくは第１固定磁化層１９の磁化方向が固定されることとなる。

つぎに、製造システムは、リード素子の周囲をミリングなどによって削って所定の形状にパターンニングし（Ｓ２０３）、リード素子の側方に絶縁膜を介して磁区制御膜を形成して（Ｓ２０４）、処理を終了する。

さて、ここまでの説明では、開示の磁気抵抗効果素子を磁気ディスク装置からにおける読み取りに使用する場合を例に説明を行なったが、開示の磁気抵抗効果素子自体を記録媒体として使用することもできる。

図９は、開示の磁気抵抗効果素子を記録媒体とする磁気記憶装置、いわゆる磁気メモリ装置（ＭＲＡＭ）について説明する説明図である。

図９に示したように、磁気メモリ装置６０は、磁気抵抗効果素子を１つずつ有する複数のメモリセル７０を集積し、各メモリセル内の磁気抵抗効果素子をそれぞれ１ビットの記録媒体として使用する。

より詳細には、複数のメモリセル６０は格子状に配置される。メモリセルの対向する面を便宜上、上面、下面とすると、メモリセル群の上面側に複数のビット線６１が平行に配置され、各ビット線６１は自らの下に位置する複数のメモリセル６０と電気的に接続される。そして、メモリセル群の下面側に複数のワード線６２が平行に、かつビット線６１に対して直角に配置され、各ワード線６２は自らの上に位置する複数のメモリセル６０と電気的に接続される。以降、ビット線６１の方向を便宜上横方向、ワード線６２の方向を便宜上縦方向とする。

図１０は、メモリセル７０の上下方向断面図である。図１０に示したようにメモリセル７０は、磁気抵抗効果素子１を有する。そして磁気抵抗効果素子１の下地層と保護層のうち、一方にビット線６１を接続する。さらに、他方には面内配線７３を接続するとともに、書き込みワード線６２ｂを配する。

加えて、メモリセル７０は、ＭＯＳ型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）７１を有する。ＭＯＳＦＥＴは、ホールがキャリアとなるｐチャネル型と電子がキャリアとなるｎチャネル型のいずれであっても良い。図１０では、ｎチャネル型を例示している。

ＭＯＳＦＥＴ７１は、シリコン基板に形成されたｐ型不純物を含むｐウェル７１ａと、ｐウェル７１ａの近傍に互いに離隔したｎ型不純物を含むｎ領域７１ｂ、７１ｃを有する。ここで、一方のｎ領域７１ｂをソース（Ｓ）、他方のｎ領域７１ｃをドレイン（Ｄ）、ｐウェル７１ａをゲート（Ｇ）とする。

ＭＯＳＦＥＴ７１のソースは、垂直配線７２を介して面内配線７３に接続している。そして、ドレインにはプレート線１０８が電気的に接続される。さらに、ゲートには読出用ワード線６２ａに電気的に接続される。

ビット線６１は、既に述べたように横方向に延びて複数のメモリセルに接続する。そして、読み出しワード線６２ａ、書き込みワード線６２ｂ、プレート線６３は、縦方向に延びて複数のメモリセルを貫通する。

メモリセル７０は、磁気抵抗効果素子１に情報を保持する。具体的には、固定磁化層の磁化方向に対して、自由磁化層の磁化方向が平行であるか反平行であるかが１ビットの情報となる。

図１１は、メモリセル７０の等価回路である。図１１に示したように、磁気抵抗効果素子１の一端にビット線６１が、他端にＭＯＳＦＥＴ７１のソースが接続される。さらに、ＭＯＳＦＥＴ７１のゲートには読み出しワード線６２ａが接続され、ＭＯＳＦＥＴ７１のドレインにプレート６３が接続される。

メモリセル７０に書き込みを行なう場合には、ビット線６１と書き込みワード線６２ｂとに同時に電流を流すことで、磁気抵抗効果素子１の自由磁化層の磁化方向を制御する。より具体的には、ビット線６１に電流を流すことによって発生する磁界と、書き込みワード線６２ｂに電流を流すことによって発生する磁界とが合成された場合に、その交点に位置する磁気抵抗効果素子の自由磁化層の磁化方向が変化することとなる。

そして、メモリセル７０から読み出しを行なう場合には、ビット線６１からソースに対して負電圧を印加し、読み出しワード線６２ａに正電圧を印加することでＭＯＳＦＥＴ７１をオン状態とする。このため、電子がビット線１１０から磁気抵抗効果素子１を経由し、ソース、ドレインを通ってプレート線６３に流れる。

したがって、プレート線６３から電流値を検出すれば、磁気抵抗効果素子１の抵抗値を得ることができ、抵抗値から自由磁化層の磁化方向を知ることができる。

図１０に示したメモリセル７０は、ビット線とワード線の合成磁界で磁気抵抗効果素子の磁化方向を制御する方式を採用していたが、スピン注入磁化反転によって磁化方向を制御する方式を採用してメモリセルを構成することもできる。

図１２は、スピン注入磁化反転を用いるメモリセル８０の断面図である。図１０に示したメモリセル７０では、書き込みワード線６２ｂと読み出しワード線６２ａを個別に設けていたが、メモリセル８０はワード線６２がゲートに接続された１本のみである。

このメモリセル８０に書き込みを行なう場合、磁気メモリ装置６０は、偏極スピン電流を磁気抵抗効果素子１に注入し、その電流の向きによって、自由磁化層の磁化方向を制御する。ここで、偏極スピン電流は、電子が取り得る２つのスピンの向きのうち、一方の向きの電子からなる電子流である。

メモリセル８０から読み出しを行なう場合には、ビット線６１からソースに対して負電圧を印加し、ワード線６２に正電圧を印加することでＭＯＳＦＥＴ７１をオン状態とする。そして、プレート線６３から電流値を検出すれば、磁気抵抗効果素子１の抵抗値を得ることができ、抵抗値から自由磁化層の磁化方向を知ることができる。

なお、ここでは一例として磁気抵抗素子１を用いた磁気メモリ装置を例に説明を行なったが、磁気抵抗効果素子２〜４を用いて磁気メモリ装置を構成してもよいことは言うまでも無い。

上述してきたように、本実施例では、少なくとも１層のホイスラー合金層を有するＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子において、Ｂ２規則化構造の合金層を設けることで、ホイスラー合金の規則化を促進させて分極率を向上ことができる。

すなわち、Ｂ２規則化合金層の上にホイスラー合金層を形成する場合には、Ｂ２規則化合金層の規則構造が直接伝播してホイスラー合金層の規則化が促進される。Ｂ２規則化合金層とホイスラー合金層との間に他の層が介在する場合であっても、介在する層の規則化が促進されることでホイスラー合金層も間接的に規則化が促進される。

また、Ｂ２規則化合金層の上方にホイスラー合金層を形成する場合には、反強磁性層の磁性を固定するための加熱処理時において、Ｂ２規則化合金層の規則構造がホイスラー合金層に伝播して規則化が促進される。

加えて、Ｂ２規則化合金層に２つの元素を用いているため、格子定数を制御してホイスラー合金層に合わせることができる。また、従来下地として用いられていたＣｒより結合が強いため拡散が少ない、ｇｒａｉｎサイズが小さいためフラットであるなどの利点がある。

このように、Ｂ２規則化合金層を設けることで、分極率の大きいホイスラー合金層を作成することができる。そのため、低コストでホイスラー合金の規則化を促進させ、高い磁気抵抗効果を実現する磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドおよび磁気記憶装置を提供することができる。

なお、本実施例はあくまで一例であり、開示の技術はホイスラー合金層を有する磁気抵抗効果素子であれば任意の構成に適用可能であり、また、かかる磁気抵抗効果素子を使用する任意の装置に適用可能である。

以上の各実施例を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）磁化が所定の方向に固定された固定磁化層と、外部磁界の影響を受けて磁化の方向が変わる自由磁化層とを含み、前記固定磁化層と前記自由磁化層との間に非磁性層を有する積層構造の磁気抵抗効果素子であって、
前記固定磁化層と前記自由磁化層のうち少なくとも１層がホイスラー合金であり、
前記積層構造の少なくともいずれか１層にＢ２規則化構造の合金層を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子。

（付記２）前記固定磁化層側に第１電極を接続し、前記自由磁化層側に第２電極を接続したことを特徴とする付記１に記載の磁気抵抗効果素子。

（付記３）前記ホイスラー合金からなる層に隣接して前記合金層を設けたことを特徴とする付記１または２に記載の磁気抵抗効果素子。

（付記４）前記固定磁化層を前記合金層と前記非磁性層との間に配置したことを特徴とする付記１〜３のいずれか一つに記載の磁気抵抗効果素子。

（付記５）前記自由磁化層を前記合金層と前記非磁性層との間に配置したことを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の磁気抵抗効果素子。

（付記６）前記非磁性層を前記合金層としたことを特徴とする付記１〜５のいずれか一つに記載の磁気抵抗効果素子。

（付記７）前記固定磁化層は、非磁性結合層を介して第１固定磁化層と第２固定磁化層を積層した層であり、前記第１固定磁化層と前記第２固定磁化層のうち少なくともいずれか１層は前記ホイスラー合金であることを特徴とする付記１〜６のいずれか一つに記載の磁気抵抗効果素子。

（付記８）前記合金層は非磁性合金であることを特徴とする付記１〜７のいずれか一つに記載の磁気抵抗効果素子。

（付記９）前記合金層は、ＲｕＡｌ、ＦｅＡｌ、ＮｉＡｌ、ＣｏＡｌのいずれかであることを特徴とする付記１〜８のいずれか一つに記載の磁気抵抗効果素子。

（付記１０）前記ホイスラー合金は、組成式が
Ｃｏ_２ＸＹ（Ｘ＝Ｍｎ，Ｆｅ、Ｙ＝Ｓｉ,Ｇｅ,Ａｌ,Ｇａ,Ｓｎ,Ａｓ,Ｔｉ,Ｖ,Ｃｒ）、
Ｃｏ_２ＣｒＺ（Ｚ＝Ｓｉ,Ｇｅ,Ａｌ,Ｇａ,Ｓｎ,Ａｓ,Ｔｉ,Ｖ,）、
Ｃｏ_２ＦｅＡｌ_０．５Ｓｉ_０．５、
Ｃｏ_２ＦｅＣｒ_０．５Ａｌ_０．５
のいずれかであることを特徴とする付記１〜９のいずれか一つに記載の磁気抵抗効果素子。

（付記１１）磁気記録媒体から磁化方向を読み取る磁気ヘッドであって、
第１の電極と第２の電極との間に磁気抵抗効果素子を有し、
前記磁気抵抗効果素子は、磁化が所定の方向に固定された固定磁化層と、前記記録媒体の磁化方向の影響を受けて磁化の方向が変わる自由磁化層とを含み、前記固定磁化層と前記自由磁化層との間に非磁性層を有する積層構造を有し、
前記固定磁化層と前記自由磁化層のうち少なくとも１層がホイスラー合金であり、
前記積層構造の少なくともいずれか１層にＢ２規則化構造の合金層を有することを特徴とする磁気ヘッド。

（付記１２）情報を磁化方向として保持する磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体から磁化方向を読み取る磁気ヘッドとを有する磁気記憶装置であって、
前記磁気ヘッドは、第１の電極と第２の電極との間に磁気抵抗効果素子を有し、
前記磁気抵抗効果素子は、磁化が所定の方向に固定された固定磁化層と、前記記録媒体の磁化方向の影響を受けて磁化の方向が変わる自由磁化層とを含み、前記固定磁化層と前記自由磁化層との間に非磁性層を有する積層構造を有し、
前記固定磁化層と前記自由磁化層のうち少なくとも１層がホイスラー合金であり、
前記積層構造の少なくともいずれか１層にＢ２規則化構造の合金層を有することを特徴とする磁気記憶装置。

（付記１３）磁化が所定の方向に固定された固定磁化層と、外部磁界の影響を受けて磁化の方向が変わる自由磁化層とを含み、前記固定磁化層と前記自由磁化層との間に非磁性層を有する積層構造の磁気抵抗効果素子と、
前記自由磁化層の磁化方向を制御する磁化方向制御部と、
前記磁気抵抗効果素子の通電特性から前記自由磁化層の磁化方向を読み出す読み出し部と、
を備えた磁気記憶装置であって、
前記磁気抵抗効果素子は、
前記固定磁化層と前記自由磁化層のうち少なくとも１層がホイスラー合金であり、
前記積層構造の少なくともいずれか１層にＢ２規則化構造の合金層を有することを特徴とする磁気記憶装置。

１〜４ 磁気抵抗効果素子
１１ 下地層
１２ 自由磁化層
１３ 非磁性層
１４ 固定磁化層
１５ 反強磁性層
１６ 保護層
１７ 第２固定磁化層
１８ 非磁性結合層
１９ 第１固定磁化層
２０ ハードディスク装置
２１ ベース
２２ 記録媒体
２３ 磁気ヘッド
２４ サスペンション
２５ 制御回路
２６ ボイスコイルモータ
２７ スピンドルモータ
３０ リード素子
３１，３２ 電極
３３ 磁区制御膜
４０ ライト磁極
４１ 主磁極
４２ リターンヨーク
４３ 内部接続部
５０ ヘッドスライダ
６０ 磁気メモリ装置
６１ ビット線
６２ ワード線
６２ａ 読み出しワード線
６２ｂ 書き込みワード線
６３ プレート線
７０，８０ メモリセル
７１ ＭＯＳＦＥＴ
７１ａ ｐウェル
７１ｂ，７１ｃ ｎ領域
７２ 垂直配線
７３ 面内配線

Claims (8)

1. 磁化が所定の方向に固定された固定磁化層と、外部磁界の影響を受けて磁化の方向が変わる自由磁化層とを含み、前記固定磁化層と前記自由磁化層との間に非磁性層を有する積層構造の磁気抵抗効果素子であって、
   前記固定磁化層と前記自由磁化層のうち少なくとも１層がホイスラー合金であり、
   前記積層構造の少なくともいずれか１層にＢ２規則化構造の合金層を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
2. 前記固定磁化層側に第１電極を接続し、前記自由磁化層側に第２電極を接続することで面内に垂直方向にセンス電流を流すことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
3. 前記非磁性層を前記合金層としたことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気抵抗効果素子。
4. 前記固定磁化層は、非磁性結合層を介して第１固定磁化層と第２固定磁化層を積層した層であり、前記第１固定磁化層と前記第２固定磁化層のうち少なくともいずれか１層は前記ホイスラー合金であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の磁気抵抗効果素子。
5. 前記合金層は、ＲｕＡｌ、ＦｅＡｌ、ＮｉＡｌ、ＣｏＡｌのいずれかであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の磁気抵抗効果素子。
6. 前記ホイスラー合金は、組成式が
   Ｃｏ_２ＸＹ（Ｘ＝Ｍｎ，Ｆｅ、Ｙ＝Ｓｉ,Ｇｅ,Ａｌ,Ｇａ,Ｓｎ,Ａｓ,Ｔｉ,Ｖ,Ｃｒ）、
   Ｃｏ_２ＣｒＺ（Ｚ＝Ｓｉ,Ｇｅ,Ａｌ,Ｇａ,Ｓｎ,Ａｓ,Ｔｉ,Ｖ,）、
   Ｃｏ_２ＦｅＡｌ_０．５Ｓｉ_０．５、
   Ｃｏ_２ＦｅＣｒ_０．５Ａｌ_０．５
   のいずれかであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の磁気抵抗効果素子。
7. 情報を磁化方向として保持する磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体から磁化方向を読み取る磁気ヘッドとを有する磁気記憶装置であって、
   前記磁気ヘッドは、第１の電極と第２の電極との間に磁気抵抗効果素子を有し、
   前記磁気抵抗効果素子は、磁化が所定の方向に固定された固定磁化層と、前記記録媒体の磁化方向の影響を受けて磁化の方向が変わる自由磁化層とを含み、前記固定磁化層と前記自由磁化層との間に非磁性層を有する積層構造を有し、
   前記固定磁化層と前記自由磁化層のうち少なくとも１層がホイスラー合金であり、
   前記積層構造の少なくともいずれか１層にＢ２規則化構造の合金層を有することを特徴とする磁気記憶装置。
8. 磁化が所定の方向に固定された固定磁化層と、外部磁界の影響を受けて磁化の方向が変わる自由磁化層とを含み、前記固定磁化層と前記自由磁化層との間に非磁性層を有する積層構造の磁気抵抗効果素子と、
   前記自由磁化層の磁化方向を制御する磁化方向制御部と、
   前記磁気抵抗効果素子の通電特性から前記自由磁化層の磁化方向を読み出す読み出し部と、
   を備えた磁気記憶装置であって、
   前記磁気抵抗効果素子は、
   前記固定磁化層と前記自由磁化層のうち少なくとも１層がホイスラー合金であり、
   前記積層構造の少なくともいずれか１層にＢ２規則化構造の合金層を有することを特徴とする磁気記憶装置。

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