JP2012060144A

JP2012060144A - 磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果ヘッド、磁気記憶装置、および磁気メモリ

Info

Publication number: JP2012060144A
Application number: JP2011235905A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Fukuzawa; 英明福澤; Masahiro Takashita; 雅弘高下; Hiromi Yuasa; 裕美湯浅; Yoshihiko Fuji; 慶彦藤; Hitoshi Iwasaki; 仁志岩崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2025-09-29
Also published as: JP5197826B2

Abstract

【課題】スピントランスファートルクに起因するノイズの低減を図った磁気抵抗効果素子
、磁気抵抗効果ヘッド、磁気記憶装置、および磁気メモリを提供する。
【解決手段】磁化固着層、非磁性層、磁化自由層を有する磁気抵抗効果素子の磁化固着層
、または磁化自由層内にＺｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｌａ，Ｈｆ，Ｔａ
，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕのいずれかを含む層を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気抵抗効果膜の膜面の垂直方向にセンス電流を流して磁気を検知する磁気
抵抗効果素子、磁気抵抗効果ヘッド、磁気記憶装置、および磁気メモリに関する。

巨大磁気抵抗効果（Giant Magneto-Resistive Effect：ＧＭＲ）の発見により、磁気デ
バイス、特に磁気ヘッドの性能が飛躍的に向上している。特に、スピンバルブ膜（Spin-V
alve：ＳＶ膜）の磁気ヘッドやＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）などへの適
用は、磁気デバイス分野に大きな技術的進歩をもたらした。

「スピンバルブ膜」とは、二つの強磁性層の間に非磁性のスペーサ層を挟んだ構造を有
し、一方の強磁性層（「ピン層」や「磁化固着層」などと称される）の磁化を反強磁性層
などで固着し、もう一方の強磁性層（「フリー層」や「磁化自由層」などと称される）の
磁化を外部磁界に応じて回転するようにした積層膜をいう。スピンバルブ膜では、ピン層
とフリー層の磁化方向の相対角度が変化することによって、巨大な磁気抵抗変化が得られ
る。

従来のスピンバルブ膜は、膜面に平行にセンス電流を通電するＣＩＰ（Current In Pla
ne）−ＧＭＲ素子であった。近年、膜面に対してほぼ垂直方向にセンス電流を通電するＣ
ＰＰ（Current Perpendicular to Plane）−ＧＭＲ素子（以下、「ＣＰＰ素子」という）
が、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子よりも大きなＧＭＲ効果を発現することから、注目されている。

これらの磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドに応用することを考慮した場合、素子抵抗が高
くなるとショットノイズおよび高周波応答の点で問題が生じる。素子抵抗に関しては、Ｒ
Ａ（抵抗×通電面積）で評価するのが妥当である。具体的には、ＲＡは、２００Ｇｂｐｓ
ｉ(Gigabit per square inch)の記録密度で数百ｍΩμｍ^２〜１Ωμｍ^２、５００Ｇｂｐ
ｓｉの記録密度で５００ｍΩμｍ^２以下であることが必要とされている。

このような要求に対して、ＣＰＰ素子は、磁気デバイスがますます微細化される傾向下
において、抵抗が低くても大きなＭＲ変化率が得られるポテンシャルを有している。この
ような背景から、ＣＰＰ素子およびそれを用いた磁気ヘッドは、２００Ｇｂｐｓｉ〜１Ｔ
ｂｐｓｉ(Terabit per square inch)の記録密度を実現するための有力候補と考えられる
。

しかし、ピン層／スペーサ層／フリー層（これら三層構造をスピン依存散乱ユニット、
またはスピンバルブ膜と呼ぶ）が金属層で形成されているメタルＣＰＰ素子では、磁化に
よる抵抗変化量が小さく、高密度化に伴う微弱磁界を検知するのは困難である。

この問題を解決するために、非磁性スペーサ層として、厚み方向への電流パスを含む酸
化物層［ＮＯＬ（nano-oxide layer）］を用いたＣＰＰ素子が提案されている（例えば特
許文献１参照）。このようなＣＰＰ素子では、電流狭窄［ＣＣＰ（Current-confined-pat
h）］効果により素子抵抗およびＭＲ変化率ともに増大させることができる。以下、この
ような素子をＣＣＰ−ＣＰＰ素子という。

ここで、素子（磁気デバイス）の微細化傾向に伴い、ＣＰＰスピンバルブ膜の平面方向
のサイズを１００ｎｍ×１００ｎｍより小さくすることが要求される。例えば、磁気ディ
スクの高密度化により、０．１μｍ以下のトラック幅が必要となる。

このように面積の小さなＣＰＰスピンバルブ膜の膜面垂直方向にセンス電流を流す場合
、スピントランスファートルクに起因するノイズが生じることが報告されている（STI（S
pin-Transfer Induced）ノイズの発生、非特許文献１、２参照）。

スピントランスファー効果は、ある臨界値以上の電流をＣＰＰスピンバルブ膜に通電し
たときに、外部磁界を全く印加しない状態でも、フリー層の磁化方向が変化する現象であ
る。このとき、通電方向が変化すると、フリー層の磁化方向が反転する可能性がある。言
い換えれば、通電方向が一方向に固定されれば、フリー層の磁化安定方向も一方向に固定
されることになる。

なお、このときの磁化安定方向は、次のようになる。電子がピン層からフリー層に流れ
る（電流がフリー層からピン層に流れる）ときには、フリー層の磁化方向がピン層の向き
に揃うようなスピントルクが働く。一方、電子がフリー層からピン層に流れる（電流がピ
ン層からフリー層に流れる）ときには、フリー層の磁化方向がピン層とは反平行の向きに
揃うような方向にスピントルクが働く。

磁気ヘッドでは、媒体磁界の向きによって、フリー層の磁化方向が変化する。このため
、通電方向が一定の場合、フリー層の磁化方向によっては、フリー層が磁化的に不安定と
なり、ノイズが発生する可能性がある。

このように、外部磁界を印加せず、センス電流を流した状態においても、フリー層内の
磁化が不安定となり、素子のノイズが増大する可能性がある。このノイズは、スピントラ
ンスファー効果に誘導されたノイズということで、ＳＴＩ（Spin Transfer Induced）ノ
イズと呼ばれる。

ＳＴＩノイズが発生すると、信号出力が一定でも、ノイズが増大することから、磁気ヘ
ッドのＳ／Ｎ比が悪くなり、ＨＤＤでのＢＥＲ（Bit Error Rate）が増大してしまう。こ
の結果、高密度記録時の微弱な媒体磁界を素子で検知することが困難となり、磁気ヘッド
等に用いることが実質的に不可能となる危険性がある。

特開２００２−２０８７４４号公報

M. Covington et al., Phys. Rev. B69, 184406 (2004) M. Covington et al., J. Magn. Magn. Mater. 287, 325 (2005) H. Yuasa et al., J. Appl. Phys. 92 (5), 2646 (2002) H. Fukuzawa et al., Appl. Phys. Lett. 87, 082507 (2005)

非特許文献１、２には、メタルＣｕ層をスペーサ層として用いた、メタルＣＰＰスピン
バルブ膜でのＳＴＩノイズが示されている。ＣＣＰを有するＮＯＬスペーサ層を用いた、
ＣＣＰ−ＣＰＰスピンバルブ膜においては、メタルＣＰＰスピンバルブ膜と比べて、ＳＴ
Ｉノイズを巡る状況がより複雑となる可能性がある。

ＣＣＰ−ＣＰＰスピンバルブ膜では、ＣＣＰの電流狭窄されたスペーサ層を介して、電
流が局所的に集中した状態で、フリー層からピン層、もしくはピン層からフリー層へと、
電子が注入される。局所的な電流密度は通常のメタルＣＰＰスピンバルブ膜よりもはるか
に大きな値となる。ＳＴＩノイズが電流密度に敏感な点を考慮すると、ＣＣＰ−ＣＰＰス
ピンバルブ膜でのＳＴＩノイズは、メタルＣＰＰスピンバルブ膜でのＳＴＩノイズよりも
大きくなる可能性がある。このように、ＣＣＰ−ＣＰＰスピンバルブ膜において、ＳＴＩ
ノイズの抑制は重要な課題である。

上記に鑑み、本発明は、ノイズの低減を図った磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果ヘッド
、磁気記憶装置、および磁気メモリを提供することを目的とする。

本発明に係る磁気抵抗効果素子は、磁化方向が実質的に一方向に固着される磁化固着層
と、前記磁化固着層上に配置され、絶縁層と、この絶縁層の層方向に電流を通過させる導
電体と、を有する非磁性層と、前記非磁性層上に配置され、かつ磁化方向が外部磁界によ
って変化する磁化自由層と、前記磁化固着層、または前記磁化自由層の少なくとも一方に
配置され、Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｌａ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，
Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕのいずれかを含み、かつ厚さが０．１ｎｍ以上、１ｎｍ以下の所
定の層と、を具備することを特徴とする。

本発明の第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を表す斜視図である。本発明の第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子の製造工程を表すフロー図である。磁気抵抗効果素子の製造に用いられる成膜装置の概略図を示す模式図である。酸化チャンバーの構成を表す模式図である。本発明の第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子を表す斜視図である。本発明の第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子の製造工程を表すフロー図である。本発明の実施形態に係る磁気ヘッドの断面図である。本発明の実施形態に係る磁気ヘッドの断面図である。本発明の実施形態に係る磁気記録再生装置の斜視図である。本発明の実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリの斜視図である。本発明の実施形態に係る磁気メモリのマトリクス構成の一例を示す図である。本発明の実施形態に係る磁気メモリのマトリクス構成の他の例を示す図である。本発明の実施形態に係る磁気メモリの要部を示す断面図である。図１３のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施の形態に
おいては、合金の組成は原子％（atomic％）で表される。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子（ＣＣＰ−ＣＰＰ素子）を
表す斜視図である。なお、図１および以降の図は全て模式図であり、図上での膜厚同士の
比率と、実際の膜厚同士の比率は必ずしも一致しない。

図１に示すように本実施の形態に係る磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果膜１０、およ
びこれを上下から夾む下電極１１および上電極２０を有し、図示しない基板上に構成され
る。

磁気抵抗効果膜１０は、下地層１２、ピニング層１３、ピン層１４、下部金属層１５、
スペーサ層（ＣＣＰ−ＮＯＬ）１６、上部金属層１７、フリー層１８、キャップ層１９が
順に積層されて構成される。この内、ピン層１４、スペーサ層１６、およびフリー層１８
が、全体として、二つの強磁性層の間に非磁性のスペーサ層を挟んでなるスピンバルブ膜
に対応する。なお、見やすさのために、スペーサ層１６はその上下層（下部金属層１５お
よび上部金属層１７）から切り離した状態で表している。

本実施形態では、ピン層１４、およびフリー層１８の少なくとも一方にダンピングファ
クタ（ＤＦ）調整層２１を挿入することで、ＳＴＩノイズの低減を図っている。

なお、図１のＣＣＰ−ＣＰＰ素子はピン層１４を下部に配置したボトム型であるが、ピ
ン層１４を上部に配置したトップ型でも差し支えない。即ち、下電極１１、下地層１２〜
キャップ層１９、および上電極２０の積層構造の上下を逆転することが可能である。

以下、磁気抵抗効果素子の構成要素を説明する。

下電極１１は、スピンバルブ膜の垂直方向に通電するための電極である。下電極１１と
上電極２０との間に電圧が印加されることで、スピンバルブ膜内部をその膜垂直方向に沿
って電流が流れる。この電流によって、磁気抵抗効果に起因する抵抗の変化を検出するこ
とで、磁気の検知が可能となる。具体的な材料としては、下シールドと兼用したＮｉＦｅ
や、非磁性のＣｕ，Ｔａ，Ｒｕ、Ｃｒなどの金属層が用いられる。

下地層１２は、例えば、バッファ層１２ａ、シード層１２ｂに区分することができる。

バッファ層１２ａは下電極１１表面の荒れを緩和したりするための層である。シード層１
２ｂは、その上に成膜されるスピンバルブ膜の結晶配向および結晶粒径を制御するための
層である。

バッファ層１２ａとしては、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒまたはこれらの合金を
用いることができる。バッファ層１２ａの膜厚は２〜１０ｎｍ程度が好ましく、３〜５ｎ
ｍ程度がより好ましい。バッファ層１２ａの厚さが薄すぎるとバッファ効果が失われる。

一方、バッファ層１２ａの厚さが厚すぎるとＭＲ変化率に寄与しない直列抵抗を増大させ
ることになるので好ましくない。なお、バッファ層１２ａ上に成膜されるシード層１２ｂ
がバッファ効果も有する場合には、バッファ層１２ａを必ずしも設ける必要はない。

シード層１２ｂは、その上に成膜される層の結晶配向を制御できる材料であればよいが
、ｈｃｐ構造（hexagonal close-packed structure：六方最密構造）またはｆｃｃ構造（
face-centered cubic structure：面心立方構造）を有する金属層などが好ましい。シー
ド層１２ｂとして、Ｒｕを用いることにより、その上のスピンバルブ膜の結晶配向をｆｃ
ｃ（１１１）配向にすることができる。また、ピニング層１３（例えば、ＰｔＭｎ）の結
晶配向を規則化したｆｃｔ構造（face-centered tetragonal structure：面心正方構造）
、あるいはｂｃｃ（body-centered cubic structure：体心立方構造）（１１０）配向と
することができる。

スピンバルブ膜やピニング層１３の結晶配向性は、Ｘ線回折により測定できる。スピン
バルブ膜のｆｃｃ（１１１）ピーク、ピニング層１３（ＰｔＭｎ）のｆｃｔ（１１１）ピ
ークまたはｂｃｃ（１１０）ピークでのロッキングカーブの半値幅を３．５〜６度として
、良好な配向性を得ることができる。なお、この配向の分散角は断面ＴＥＭを用いた回折
スポットからも判別することができる。

また、シード層１２ｂを設けることにより、スピンバルブ膜の結晶粒径を１０〜４０ｎ
ｍに制御することができ、ＣＣＰ−ＣＰＰ素子のサイズが小さくなっても特性のばらつき
を招くことなく高ＭＲ変化率を実現できる。

シード層１２ｂとして、Ｒｕの代わりに、例えばＮｉ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}（ｘ＝９０〜５
０％、好ましくは７５〜８５％）や、ＮｉＦｅに第３元素Ｘを添加して非磁性にした（Ｎ
ｉ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}）_{１００−ｙ}Ｘ_ｙ（Ｘ＝Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｍｏ）などの
ＮｉＦｅベースの合金を用いることもできる。Ｒｕよりも、ＮｉＦｅベースのほうが、シ
ード層１２ｂとして良好な結晶配向性を得るのがより容易であり、上記と同様に測定した
ロッキングカーブの半値幅を３〜５度とすることができる。

上述した１０〜４０ｎｍという適正な結晶粒径を得るためには、第３元素Ｘの組成ｙを
０〜３０％程度とすることが好ましい（ｙが０％の場合も含む）。結晶粒径を４０ｎｍよ
りも粗大化させるためには、さらに多量の添加元素を用いることが好ましい。例えば、Ｎ
ｉＦｅＣｒの場合にはＣｒ量を３５〜４５％程度とし、ｆｃｃとｂｃｃの境界相を示す組
成を用いることが好ましい。

ただし、高密度記録に対応した再生ヘッドとして用いる場合には、素子サイズが１００
ｎｍ以下になるので、結晶粒径が大きすぎると特性のばらつきを招くことがあり、大きな
結晶粒を用いることはあまり好ましくない。一方、例えばＭＲＡＭとして用いる場合には
、素子サイズが１００ｎｍ以上の場合があるので、結晶粒径を粗大化させるシード層１２
ｂを用いてもよい。

シード層１２ｂの膜厚は１．５ｎｍ〜６ｎｍ程度が好ましく、２〜４ｎｍがより好まし
い。シード層１２ｂの厚さが薄すぎると結晶配向制御などの効果が失われる。一方、シー
ド層１２ｂの厚さが厚すぎると直列抵抗の増大を招くうえに、スピンバルブ膜の界面凹凸
の原因となることがある。

ピニング層１３は、その上に成膜されるピン層１４となる強磁性層に一方向異方性を付
与して磁化を固着する機能を有する。ピニング層１３の材料としては、ＰｔＭｎ、ＰｄＰ
ｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＲｕＲｈＭｎなどの反強磁性材料を用いることができる。

十分な強さの一方向異方性を付与するために、ピニング層１３の膜厚を適切に設定する
。ピニング層１３がＰｔＭｎやＰｄＰｔＭｎの場合には、膜厚は８〜２０ｎｍ程度が好ま
しく、１０〜１５ｎｍがより好ましい。ピニング層１３がＩｒＭｎやＲｕＲｈＭｎの場合
には、ＰｔＭｎなどより薄い膜厚でも一方向異方性を付与することができるので、５〜１
８ｎｍが好ましく、７〜１５ｎｍがより好ましい。

ＰｔＭｎ等の反強磁性層の比抵抗は概ね１００μΩｃｍ以上と大きいため、ピニング層
１３がＭＲ変化率に直接寄与しない直列抵抗を増大させ、ＲＡの値を大きくする要因にな
る可能性がある。直列抵抗の増加を防止するために、ピニング層１３として、反強磁性層
の代わりに、ハード磁性層を用いることができる。ハード磁性層としては、例えばＣｏＰ
ｔ（Ｃｏ＝５０〜８５％）、（Ｃｏ_ｘＰｔ_{１００−ｘ}）_{１００−ｙ}Ｃｒ_ｙ（ｘ＝５０〜８
５％、ｙ＝０〜４０％）、ＦｅＰｔ（Ｐｔ４０〜６０％）などを用いることができる。ハ
ード磁性層（特にＣｏＰｔ）は比抵抗が比較的小さいため、直列抵抗およびＲＡの増大を
抑制できる。

ピン層１４は、下部ピン層１４１（例えば、Ｃｏ_９０Ｆｅ_１０）、磁気結合層１４２（
例えば、Ｒｕ）、および上部ピン層１４３（例えば、Ｃｏ_９０Ｆｅ_１０［４ｎｍ］）から
なる３層構造のシンセティックピン層とすることができる。ピニング層１３（例えば、Ｐ
ｔＭｎ）とその直上の下部ピン層１４１は一方向異方性をもつように交換磁気結合してい
る。磁気結合層１４２の上下の下部ピン層１４１および上部ピン層１４３は、磁化の向き
が互いに反平行になるように強く磁気結合している。

下部ピン層１４１には、例えばＣｏ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}合金（ｘ＝０〜１００％）、Ｎｉ
_ｘＦｅ_{１００−ｘ}合金（ｘ＝０〜１００％）、またはこれらに非磁性元素を添加したもの
を用いることができる。

下部ピン層１４１は、磁気膜厚すなわち飽和磁化Ｂｓ×膜厚ｔ（Ｂｓ・ｔ積）が、上部
ピン層１４３とほぼ等しくなるように設計することが好ましい。一例として、上部ピン層
１４３が（Ｆｅ_５０Ｃｏ_５０［１ｎｍ］／Ｃｕ［０．２５ｎｍ］）×２／Ｆｅ_５０Ｃｏ_５
_０［１ｎｍ］の場合には、ＦｅＣｏの飽和磁化が約２．２Ｔであるため、磁気膜厚は２．
２Ｔ×３ｎｍ＝６．６Ｔｎｍとなる。下部ピン層１４１についてはＣｏ_９０Ｆｅ_１０の飽
和磁化が約１．８Ｔなので、上記と等しい磁気膜厚を与える下部ピン層１４１の膜厚ｔは
６．６Ｔｎｍ／１．８Ｔ＝３．６６ｎｍとなる。したがって、膜厚が約３．６ｎｍのＣｏ
_９０Ｆｅ_１０を用いることが望ましい。

下部ピン層１４１に用いられる磁性層の膜厚は２〜５ｎｍ程度が好ましい。ピニング層
１３（例えば、ＰｔＭｎ）による一方向異方性磁界強度およびＲｕを介した下部ピン層１
４１と上部ピン層１４３との反強磁性結合磁界強度という観点に基づく。下部ピン層１４
１が薄すぎるとＭＲ変化率が小さくなる。一方、下部ピン層１４１が厚すぎるとデバイス
動作に必要な十分な一方向性異方性磁界を得ることが困難になる。

磁気結合層１４２（例えば、Ｒｕ）は上下の磁性層に反強磁性結合を生じさせてシンセ
ティックピン構造を形成する機能を有する。磁気結合層１４２としてのＲｕ層の膜厚は０
．８〜１ｎｍであることが好ましい。なお、上下の磁性層（下部ピン層１４１および上部
ピン層１４３）に十分な反強磁性結合を生じさせる材料であれば、Ｒｕ以外の材料を用い
てもよい。

上部ピン層１４３（Ｃｏ_９０Ｆｅ_１０［４ｎｍ］）は、スピン依存散乱ユニットの一部
をなす。上部ピン層１４３として、ｆｃｃ構造をもつＣｏ_９０Ｆｅ_１０の換わりに、ｂｃ
ｃ構造をもつＦｅＣｏなどを用いた場合、スピン依存界面散乱効果が大きいため、大きな
ＭＲ変化率を実現することができる。ｂｃｃ構造をもつＦｅＣｏ系合金としては、Ｆｅ_ｘ
Ｃｏ_{１００−ｘ}（ｘ＝３０〜１００％）や、Ｆｅ_ｘＣｏ_{１００−ｘ}に添加元素を加えたも
のが挙げられる。スピンバルブ膜に用いられる金属材料は、ｆｃｃ構造またはｆｃｔ構造
であることが多いため、上部ピン層１４３のみがｂｃｃ構造を有することがあり得る。

上部ピン層１４３の膜厚が薄すぎると、ｂｃｃ構造を安定に保つことが困難になり、高
いＭＲ変化率が得られなくなるので、上部ピン層１４３の膜厚は２ｎｍ以上であることが
好ましい。一方、大きなピン固着磁界を得るために、上部ピン層１４３の膜厚は５ｎｍ以
下であることが好ましい。

上部ピン層１４３が高ＭＲ変化率を実現しやすいｂｃｃ構造をもつ磁性層から形成され
ている場合には、ｂｃｃ構造をより安定に保つために、ｂｃｃ構造をもつ層の膜厚は２ｎ
ｍ以上であることが好ましい。

大きなピン固着磁界とｂｃｃ構造の安定性とを両立させるには、ｂｃｃ構造をもつ層の
膜厚は２．５ｎｍ〜４ｎｍ程度が好ましい。ＦｅＣｏ系の磁性膜に関しては、相図上でよ
り安定なｂｃｃ構造が得られる組成範囲として、Ｆｅ_７５Ｃｏ_２５〜Ｆｅ_８５Ｃｏ_１５が
挙げられる。

上部ピン層１４３には、ｂｃｃ構造をもつ磁性材料の代わりに、ｆｃｃ構造のＣｏＦｅ
合金や、ｈｃｐ構造をもつコバルト合金も用いることができる。Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉなどの
単体金属、またはこれらのいずれか一つの元素を含む合金材料はすべて用いることができ
る。上部ピン層１４３の磁性材料として、大きなＭＲ変化率を得るのに有利なものから並
べると、ｂｃｃ構造をもつ合金材料、５０％以上のコバルト組成をもつコバルト合金、５
０％以上のＮｉ組成をもつニッケル合金の順になる。

上部ピン層１４３中にダンピングファクタ（ＤＦ）調整層２１を挿入して、ＳＴＩノイ
ズの抑制を図ることができる。この詳細は後述する。

下部金属層１５は、電流パス１６２を形成するときに用いられ、いわば電流パス１６２
の供給源である。ただし、電流パス１６２の形成後にも明確な金属層として残存している
必要はない。

スペーサ層（ＣＣＰ−ＮＯＬ）１６は、絶縁層１６１、電流パス１６２を有する。なお
、スペーサ層１６、下部金属層１５、および上部金属層１７を含めて、スペーサ層として
取り扱うことも可能である。

絶縁層１６１は、酸化物、窒化物、酸窒化物等から構成され、アモルファスから形成さ
れるＡｌ₂Ｏ₃もあれば、ＭｇＯのような結晶構造を有する場合もある。

絶縁層１６１に用いる典型的な絶縁材料として、Ａｌ_２Ｏ_３をベース材料としたものや
、これに添加元素を加えたものがある。添加元素として、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｍｇ、Ｚｒ，Ｖ，
Ｍｏ、Ｓｉ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ、Ｂ，Ｃなどがある。これらの添加元素の割合は０％
〜５０％程度の割合で適宜変えて用いることができる。

絶縁層１６１には、Ａｌ_２Ｏ_３のようなＡｌ酸化物の換わりに、Ｔｉ酸化物、Ｈｆ酸化
物、Ｍｇ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｃｒ酸化物、Ｖ酸化物、Ｔａ酸化物、Ｎｂ酸化物、Ｍｏ酸
化物、Ｓｉ酸化物なども用いることができる。これらの酸化物の場合でも、添加元素とし
て上述したような材料を用いることができる。また、添加元素の量としても０％〜５０％
程度の割合で適宜変えて用いることができる。

これら酸化物の換わりに、上述したようなＡｌ，Ｓｉ，Ｈｆ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｚｒ，Ｖ，
Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，Ｂ，Ｃをベースとした酸窒化物や、窒化物を用いても良い。

電流パス１６２は、電流を狭窄するためのものであり、絶縁層１６１の層方向に電流を
通過させる導電体として機能し、例えば、Ｃｕ等の非磁性金属から構成できる。即ち、ス
ペーサ層１６は電流狭窄構造（ＣＣＰ構造）を有する。電流狭窄効果により素子抵抗およ
びＭＲ変化率を増大させることができる。

電流パス１６２は絶縁層１６１と比べて著しく酸素、窒素の含有量が少ない領域であり
（少なくとも２倍以上の酸素や窒素の含有量の差がある）、一般的には結晶相である。結
晶相は非結晶相よりも抵抗が小さいため、電流パス１６２として機能しやすい。

上部金属層１７は、その上に成膜されるフリー層１８がスペーサ層１６の酸化物に接し
て酸化されないように保護するバリア層としての機能を有する。

なお、フリー層１８の酸化はアニール条件の最適化などによって回避可能なので、必ず
しも上部金属層１７を設けなくてもよい。しかし、製造上のマージンを考慮すると、スペ
ーサ層１６上に上部金属層１７を形成することが好ましい。

上部金属層１７の構成材料として、Ｃｕ以外に、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕなどを用いることも
できる。上部金属層１７の材料は、スペーサ層１６の電流パス１６２の材料と同一である
ことが好ましい。上部金属層１７の材料が電流パス１６２の材料と異なる場合には界面抵
抗の増大を招くが、両者が同一の材料であれば界面抵抗の増大は生じない。

上部金属層１７の膜厚は、０〜１ｎｍが好ましく、０．１〜０．５ｎｍがより好ましい
。上部金属層１７が厚すぎると、スペーサ層１６で狭窄された電流が上部金属層１７で広
がって電流狭窄効果が不十分になり、ＭＲ変化率の低下を招く。

フリー層１８は、磁化方向が外部磁界によって変化する強磁性体を有する層であり、例
えば、界面にＣｏＦｅを挿入してＮｉＦｅを用いたＣｏ₉₀Ｆｅ₁₀［１ｎｍ］／Ｎｉ₈₃Ｆｅ
₁₇［３．５ｎｍ］という３層を用いてもよい。高いＭＲ変化率を得るためには、スペーサ
層１６の界面に位置するフリー層１８の磁性材料の選択が重要である。この場合、スペー
サ層１６との界面には、ＮｉＦｅ合金よりもＣｏＦｅ合金を設けることが好ましい。なお
、ＮｉＦｅ層を用いない場合には、Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀［４ｎｍ］を用いることができる。

ＣｏＦｅ合金のなかでも、軟磁気特性が安定であることから、Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀が好ましい
。Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀近傍のＣｏＦｅ合金を用いる場合には、膜厚を０．５〜４ｎｍとすること
が好ましい。

また、フリー層１８として、１〜２ｎｍのＣｏＦｅ層またはＦｅ層と、０．１〜０．８
ｎｍ程度の極薄Ｃｕ層とを、複数層交互に積層したものを用いてもよい。

フリー層１８の場合においても、ピン層１４の場合と同様に、スペーサ層１６がＣｕ層
から形成される場合には、ｂｃｃのＦｅＣｏ層をスペーサ層１６との界面材料として用い
るとＭＲ変化率が大きくなるので、スペーサ層１６との界面材料として、ｆｃｃのＣｏＦ
ｅ合金の換わりにｂｃｃのＦｅＣｏ合金を用いることもできる。この場合にはｂｃｃ層が
形成されやすい、Ｆｅ_ｘＣｏ_{１００−ｘ}（ｘ＝３０〜１００）や、これに添加元素を加え
た材料も用いることができる。

ここで、これらのフリー層１８中にダンピングファクタ（ＤＦ）調整層２１を挿入して
、ＳＴＩノイズの抑制を図ることができる。この詳細は後述する。

キャップ層１９は、スピンバルブ膜を保護する機能を有する。キャップ層１９は、例え
ば、複数の金属層、例えば、Ｃｕ層とＲｕ層の２層構造とすることができる。このときＣ
ｕ層の膜厚は０．５〜１０ｎｍ程度が好ましい。また、Ｒｕ層の膜厚を０．５〜１０ｎｍ
程度とすることができる。

キャップ層１９として、Ｃｕ層を用いず、０．５〜１０ｎｍ程度の厚さのＲｕ層をフリ
ー層１８上に直接設けてもよい。また、Ｒｕ層の代わりに他の金属層を設けてもよい。キ
ャップ層１９の構成は特に限定されず、キャップとしてスピンバルブ膜を保護可能なもの
であれば、他の材料を用いてもよい。

上電極２０は、スピンバルブ膜の垂直方向に通電するための電極である。下電極１１と
上電極２０との間に電圧が印加されることで、スピンバルブ膜内部をその膜垂直方向に沿
って電流が流れる。

（ダンピングファクタ（ＤＦ）調整層２１の詳細）
ダンピングファクタ調整層２１はＳＴＩノイズを低減するための層である。前述したよ
うに、磁化方向を動かそうとするトルクによって、ＳＴＩノイズが発生する。スピントル
クを持った電子（簡易的な言い方をすると、磁性層の磁化情報をもった電子）がピン層１
４からフリー層１８もしくはその逆向きに流れることで、磁化情報を互いに平行に揃える
方向、もしくは反平行の向きに揃えるトルクが発生し、このトルクがノイズの原因となる
。このような磁化方向を動かそうとするトルクを抑制すること（電流通電による磁化トル
クを安定させること）がＳＴＩノイズの低減に有効である。このトルクへのダンピングを
表すパラメータがダンピングファクタである。

本実施形態では、ダンピングファクタを増大させて、ＳＴＩノイズを低減し、しかもＭ
Ｒ変化率を高い値に維持することが可能である。具体的な手法として、ＣＣＰ−ＣＰＰス
ピンバルブ膜の磁性層中に、ダンピングファクタ調整層２１として、例えば、０．５ｎｍ
程度の極薄のＰｔ層を挿入する。これによりスピントランスファートルク現象、ひいては
ＳＴＩノイズが抑制される。

ここで、ダンピングファクタ調整層２１として、原子番号が大きな材料、または非磁性
３ｄ遷移金属の極薄層を用いることが、ダンピングファクタを上昇させるために有効であ
る。ダンピングファクタ調整層２１は、ピン層１４、またはフリー層１８に挿入される。

しかしながら、通常のメタルＣＰＰスピンバルブ膜の磁性層に大きな原子番号の材料を
混入させることは、弊害をもたらす危険性がある。具体的には、大きな原子番号を有する
材料を磁性層に混入させると、スピン軌道相互作用によってＧＭＲ効果が減少する。特に
、メタルＣＰＰスピンバルブ膜においては、ＧＭＲ効果への影響が顕著である。これは、
ＣＰＰ−ＧＭＲでは、スピン依存界面散乱効果とスピン依存バルク散乱効果の二つがある
が、通常のメタルＣＰＰスピンバルブ膜ではスピン依存バルク散乱効果の方が顕著である
ことに起因する。

スピン依存界面散乱効果は、スペーサ層１６と、ピン層１４、もしくはフリー層１８の
界面におけるＧＭＲ効果であり、界面近傍のみで生じる現象である。それに対し、スピン
依存バルク散乱効果は、ピン層１４、もしくはフリー層１８の磁性層内部で生じるＧＭＲ
効果である。スピン依存バルク散乱効果は磁性層内での現象であるため、磁性層の膜厚が
厚いほうが、スピン依存バルク散乱効果が大きくなり、ＭＲ変化率が大きくなる。

通常のメタルＣＰＰスピンバルブ膜においては、スピン依存界面散乱効果によるＧＭＲ
現象は小さく、ＧＭＲ現象のほとんどがスピン依存バルク散乱効果に起因する（非特許文
献３：H. Yuasa et al., J. Appl. Phys. 92 (5), 2646 (2002)）。この非特許文献３の
Ｆｉｇ５で、磁性層膜厚がゼロの極限でのＡｄＲ（面積抵抗変化量）に比べて（この値が
スピン依存界面散乱効果に相当）、磁性層膜厚が厚いところでのＡｄＲのほうがはるかに
大きいこと（磁性層膜厚が厚いところではスピン依存界面散乱効果とスピン依存バルク散
乱効果の和をみていることになる）から、この事実を理解することができる。

つまり、通常のメタルＣＰＰスピンバルブ膜においては、スピンバルク散乱効果の寄与
が非常に大きい。このため、スピン依存バルク散乱効果を低下させる大きな原子番号の材
料を磁性層に挿入することは、ＭＲ変化率の低下、ひいてはヘッド出力の低下、という観
点において好ましくない。即ち、低ＳＴＩノイズと高出力の両立が困難である。このよう
に、通常のメタルスペーサ層１６を有するメタルＣＰＰスピンバルブ膜において、大きな
原子番号の元素をピン層１４もしくはフリー層１８の磁性層に挿入するのは好ましい手法
とは言いにくい。

一方、ＣＣＰ−ＣＰＰスピンバルブ膜においては、スピン依存バルク散乱効果よりも、
スピン依存界面散乱効果の影響のほうがはるかに大きい（非特許文献４：H. Fukuzawa et
al., Appl. Phys. Lett. 87, 082507 (2005)）。これは、スピンバルブ膜のトータル抵
抗に占める、ＣＣＰ部分の寄与が非常に大きいため、ＣＣＰ近傍での界面効果の影響が大
きいことに起因する。つまり、ＣＣＰ−ＣＰＰスピンバルブ膜においては、多少のスピン
依存バルク散乱効果の低下があったとしても、スピン依存界面散乱効果の低下が起こらな
ければ、ＭＲ変化率およびヘッド出力の低下は生じにくい。このため、低ＳＴＩノイズと
高いＭＲ変化率の両立を図ることが容易となる。

上記の理由によって、ＣＣＰ−ＣＰＰ素子において、ダンピングファクタ調整層２１に
よって、ＭＲを事実上低下させることなく、ＳＴＩノイズを抑制することが可能となる。

ダンピングファクタ調整層２１としては、Ｐｔ以外にもＺｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ
，Ｐｄ，Ａｇ，Ｌａ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕなどの原子番号が
比較的大きな材料や、非磁性のＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎなどの３ｄ遷移金属も用いることが
できる。

非磁性材料を挿入することで、ピン層１４、またはフリー層１８内（即ち、ダンピング
ファクタ調整層２１を介した上下磁性層間）での磁気結合が分断される可能性がある。ダ
ンピングファクタ調整層２１を介した磁気結合を十分大きな値として保つためには、ダン
ピングファクタ調整層２１の膜厚として、０．１〜１ｎｍ、さらに好ましくは０．１ｎｍ
〜０．７ｎｍが好ましい。

ダンピングファクタ調整層２１はピン層１４、フリー層１８のいずれか一方のみに挿入
されていても差し支えない。

スペーサ層１６の近傍にダンピングファクタ調整層２１を挿入すると、ＭＲ変化率の減
少を招き好ましくない。スペーサ層１６から少なくとも１ｎｍ以上離れた位置に、ダンピ
ングファクタ調整層２１を挿入することが好ましい。即ち、ＭＲ変化率への影響を考慮し
、スペーサ層１６からある程度離れた位置にダンピングファクタ調整層２１を配置する。

このように、スペーサ層１６との界面近傍から１ｎｍ程度離れた位置にダンピングファ
クタ調整層２１が配置されることによって、スピン依存界面散乱効果には悪影響を与える
ことなく、ダンピングファクタを抑制することができる。つまり、ＣＣＰ−ＣＰＰの場合
にはＭＲ変化率を犠牲にすることなく、効率的にＳＴＩノイズを抑制することが可能とな
る。

材料によっては、スペーサ層１６との界面近傍から１ｎｍ以下の領域にダンピングファ
クタ調整層２１を挿入することも可能である。具体的には、Ｔｉ、Ｚｒ、ＰｄやＮｂなど
をダンピングファクタ調整層２１として用いたときには、比較的スピン依存界面散乱効果
の影響を乱すことがないので、スペーサ層１６との界面から１ｎｍ以下の領域にダンピン
グファクタ調整層２１を挿入しても構わない。より具体的には、スペーサ層１６との界面
（つまり界面から０ｎｍの距離）から１ｎｍまでの距離における挿入位置でも用いること
ができる。当然のことながら、これらの材料は、それよりも離れた距離など、任意の位置
に挿入することが可能ある。

ＭＲ変化率への影響が少ない、という観点において、これらＴｉ、Ｚｒ、Ｐｄ、Ｎｂな
どの材料はダンピングファクタ調整層２１として用いやすい材料である。

ダンピングファクタ調整層２１はピン層１４、もしくはフリー層１８といった磁性層に
複数層挿入しても構わない。この場合には、上記Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂなどの材料を用いると
きはスペーサ層１６からの距離が１ｎｍ以下のところに第一層を挿入し、Ｐｔ等他の元素
のときにはスペーサ層１６からの距離が１ｎｍよりも離れたところに第一層を挿入する。

そして、第２層、第３層といった積層膜を前記第１層よりもスペーサ層１６から離れた
位置に挿入することになる。これら第１層と第２層、もしくは第２層と第３層との間の距
離は、１ｎｍから２ｎｍ程度が好ましい範囲である。しかし、厚い磁性層を用いる場合に
はこの範囲よりも厚い間隔で用いることも可能である。

フリー層１８、もしくはピン層１４内でダンピングファクタ調整層２１を複数層用いる
ことのメリットとして、ダンピングファクタ調整の効果、ひいてはノイズ低減の効果がよ
り増大する点がある。ダンピングファクタ調整層２１を複数層挿入するのは、フリー層１
８だけの場合でもよいし、ピン層１４だけの場合でもよく、またピン層１４、フリー層１
８両方を積層構成にしても構わない。

複数層のダンピングファクタ調整層２１を用いるデメリットとして、ＭＲ変化率が低減
したり、ダンピングファクタ調整層２１を介した磁性層間の磁気結合が弱まったりするこ
とで、磁気特性が悪くなる可能性がある。磁気特性を防止するため、フリー層１８、もし
くはピン層１４内でのダンピングファクタ調整層２１の膜厚の総量が、一層の場合と同様
の膜厚範囲であることが好ましい。また、一つの磁性層内での複数のダンピングファクタ
調整層２１間の距離としては、上述したように、１〜２ｎｍが好ましい範囲となる。

ここで、本実施形態のような、ダンピングファクタ調整層２１を用いる代わりに、磁性
層（ピン層１４、フリー層１８）の構成材料自体に、ＳＴ効果が抑制されるような材料（
例えば、合金材料）を選択することが考えられる。

しかし、この場合にはＭＲ変化率が低下してしまう。ＣＣＰ構造をもつＣＰＰスピンバ
ルブ膜ではスペーサ層１６の界面近傍でのＭＲ効果が大きく、この界面近傍にＭＲ変化率
を低下させるような添加元素が存在することは好ましくない。

スペーサ層１６との界面近傍では高ＭＲ化を損なわない磁性材料を用い、磁性層（ピン
層１４、フリー層１８）の内部に極薄の層（ダンピングファクタ調整層２１）を挿入する
ことでＳＴ効果を抑制できる。このようにすることで、ＳＴ効果の抑制と、ＭＲ変化率の
維持とを両立することが容易となる。

以下、本実施形態を比較例と対比して説明する。

Ａ．Ｐｔを磁性層全体に添加する場合との比較比較例として、Ｐｔを磁性層全体に添加
元素として用いた場合を考える。フリー層１８として用いる、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅのよう
な積層磁性層に、Ｐｔを全体的に添加すると、ＣｏＦｅＰｔ／ＮｉＦｅＰｔのフリー層１
８となる。この場合、ダンピングファクタが上昇し、ＳＴＩノイズを抑制することができ
る。しかし、その一方では、ＭＲ変化率が低下するため、ヘッド出力の低下を招くことに
なる。具体的には、Ｐｔ添加しないフリー層においては、９％であったＭＲ変化率が、Ｐ
ｔを添加したフリー層においては、４％となり、ＭＲ変化率が大幅に低下してしまう。

一方、本実施形態では、Ｐｔの極薄層をＣＣＰの界面から少し遠ざかったところに挿入
することで、大きなスピン依存界面散乱効果を維持したままで、ダンピングファクタ調整
する効果が発揮される。具体的には、０．５ｎｍの極薄Ｐｔ層をＮｉＦｅ層中に挿入する
ことで、ＭＲ変化率は８．５％と若干低下するが、さほど大きな低下ではなく、かつＳＴ
Ｉノイズを大幅に抑制することが可能となる。即ち、本実施形態では、ＭＲ変化率が微減
して信号出力が微減する影響よりも、ノイズが低減することでＳ／Ｎ比が向上するメリッ
トの方が大きく、結果的にＢＥＲ（Bit Error Rate）が低下し、良好な特性を得ることが
可能となる。

Ｂ．メタルＣＰＰスピンバルブ膜の場合との比較
ＣＣＰ構造を有しないメタルＣＰＰスピンバルブ膜の場合には、スピン依存界面散乱効
果が主ではなく、スピン依存バルク散乱効果が非常に大きな寄与となっている。このため
、スペーサ層１６の界面から遠ざかったところに極薄のＰｔ層を挿入したとしても、ＭＲ
変化率は低下してしまい、ダンピングファクタ調整層２１としての機能を発揮することが
できない。

具体的な例を挙げると、ＣＣＰスペーサ層を有しない、５ｎｍのＣｕスペーサ層を有す
る通常のメタルＣＰＰスピンバルブ膜で、標準的なＣｏＦｅ／ＮｉＦｅフリー層の場合に
は、ＭＲ変化率は２％である。このとき、ＮｉＦｅ層中に０．５ｎｍの極薄Ｐｔ層等を挿
入すると、ＭＲ変化率は１％になってしまう。単純なメタルＣＰＰスピンバルブ膜の場合
には、もともとのＭＲ変化率が１〜３％とただでさえ小さい値で、磁気ヘッドとして十分
な出力を取りにくい。そして、このメタルＣＰＰスピンバルブ膜にダンピングファクタ調
整層２１を挿入することによるＭＲ変化率の劣化量は、ＣＣＰ−ＣＰＰの場合よりも大き
い。このため、トータルパフォーマンスとしては、メタルＣＰＰスピンバルブ膜のダンピ
ングファクタ調整層２１として、極薄Ｐｔ層を用いることは困難である。

このように、ＣＣＰスピンバルブ膜とダンピングファクタ調整層２１とを組み合わせる
ことで、大きな効果が発揮される。

Ｃ．ダンピングファクタ調整層２１を変更することによる影響
基本となるＣＣＰ−ＣＰＰスピンバルブ膜を固定し、ダンピングファクタ調整層２１を
変えたときのＭＲ変化率への影響を検討する。

ＭＲ変化率に大きな影響を与えるピン層１４、スペーサ層１６、フリー層１８の構成と
しては以下のような構成を用いて検討した。まず、ピン層１４３として、２〜３ｎｍのＦ
ｅ_５０Ｃｏ_５０に、０．２ｎｍの極薄Ｃｕを１ｎｍのＦｅＣｏごとに積層したものを用い
た。スペーサ層１６は、ＣＣＰ構造を有するＡｌ_２Ｏ_３を絶縁層として用い、Ｃｕをメタ
ルパスとして用いた１．５〜２ｎｍのスペーサ層１６とした。フリー層１８としては、Ｃ
ｏＦｅ１ｎｍ／ＮｉＦｅ３．５ｎｍを基本膜構成とした。

このようなＣＣＰ−ＣＰＰスピンバルブ膜において、ダンピングファクタ調整層２１を
用いたときの、ダンピングファクタ調整層２１の材料、および挿入位置依存性を示したも
のを以下の表１に示す。

この表１は、ダンピングファクタ調整層２１をフリー層１８のみに挿入した場合の、材
料、および挿入位置（距離：ＣＣＰ界面からの距離）へのＭＲ変化率の依存性を表す。な
お、比較例０は、ダンピングファクタ調整層２１を有しない場合である。

表１から判るように、Ｐｔのような標準的なダンピングファクタ調整層２１をスペーサ
層１６の界面に挿入した場合には、ＭＲ変化率は大きく減少し、有効とはいえない。通常
は、スペーサ層１６の界面から１ｎｍ以上離れた位置にダンピングファクタ調整層２１を
挿入することが望ましい。

一方、ダンピングファクタ調整層２１がＴｉ，Ｚｒ，ＰｄやＨｆの場合には、これをス
ペーサ層１６の界面近傍に挿入してもＭＲ変化率の減少の程度は比較的小さく、界面近傍
においても用いることができる。しかしながら、界面よりも磁性層内部に挿入した場合の
ほうが、ＭＲ変化率減少への影響が少なくなるので、ＭＲ変化率の観点からは望ましい。

具体的なＳＴＩノイズの状況に応じて、界面近傍に設けるか、それとも磁性層内部に設
けるかが最適化される。媒体の磁界に対する磁化応答はフリー層１８が担い、ピン層１４
は媒体磁界の向きによらず磁化固着されているため、フリー層１８にダンピングファクタ
調整層２１を挿入することがＳＴＩノイズ低減に有効である。よって、実施例１〜１１の
ようにフリー層１８に挿入することが、ＭＲ変化率と、ＳＴＩノイズ低減とが両立する構
成として好ましい。

ピン層１４のみにダンピングファクタ調整層２１を挿入した場合の実施例２１〜３１を
表２に示す。この場合も材料への依存性は定性的には実施例１〜１１と同様である。しか
しながら、ピン層１４の場合にはスピン依存界面散乱効果が大きなｂｃｃ−ＦｅＣｏを用
いていることで、スピン依存界面散乱効果の上昇程度が大きい。このため、ダンピングフ
ァクタ調整層２１を挿入することによるＭＲ変化率の減少へのダメージはフリー層１８の
場合よりも大きくなる。

ピン層１４、フリー層１８ともに挿入した場合の実施例４１〜５１を表３に示す。傾向
はこれまでと同様であり、ピン層１４のみ、フリー層１８のみに挿入した場合と比較する
と、ＭＲ変化率の減少度合いは大きくなるが、ＳＴＩノイズ抑制効果は大きくなる。

（磁気抵抗効果素子の製造方法）
以下、本実施の形態における磁気抵抗効果素子の製造方法についてより詳細に説明する
。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造工程を表すフロー図で
ある。

図３は、磁気抵抗効果素子の製造に用いられる成膜装置の概略を示す模式図である。ま
た、図４は、この成膜装置中の酸化チャンバー６０を表す模式図である。

図３に示すように、搬送チャンバー（ＴＣ）５０を中心として、ロードロックチャンバ
ー５１、プレクリーニングチャンバー５２、第１の金属成膜チャンバー（ＭＣ１）５３、
第２の金属成膜チャンバー（ＭＣ２）５４、酸化チャンバー（ＯＣ）６０がそれぞれゲー
トバルブを介して設けられている。この成膜装置では、ゲートバルブを介して接続された
各チャンバーの間で、真空中において基板を搬送することができるので、基板の表面は清
浄に保たれる。

金属成膜チャンバー５３，５４は多元（５〜１０元）のターゲットを有する。成膜方式
は、ＤＣマグネトロンスパッタ、ＲＦマグネトロンスパッタ等のスパッタ法や、イオンビ
ームスパッタ法、蒸着法などが挙げられる。

図４に示すように、酸化チャンバー６０は真空ポンプ６１によって真空引きされ、酸化
チャンバー６０にはマスフローコントローラー（ＭＦＣ）６３により流量制御された酸素
ガスが酸素供給管６２から導入される。

酸化チャンバー６０内にはイオンソース７０が設けられている。イオンソースの形式は
、ＩＣＰ（Inductive coupled plasma）型、Capacitive coupled plasma型、ＥＣＲ（Ele
ctron-cyclotron resonance）型、カウフマン型などが挙げられる。

イオンソース７０に対向するように基板ホルダー８０および基板１が配置される。イオ
ンソース７０からのイオン放出口には、イオン加速度を調整する３枚のグリッド７１、７
２、７３が設けられている。イオンソース７０の外側にはイオンを中和するニュートララ
イザ７４が設けられている。基板ホルダー８０は傾斜可能に支持されている。基板１への
イオンの入射角度は広い範囲で変えることができるが、典型的な入射角度の値は１５°〜
６０°である。

以下、磁気抵抗効果素子の製造工程を説明する。

基板（図示せず）上に、下電極１１、下地層１２、ピニング層１３、ピン層１４、下部
金属層１５、スペーサ層１６、上部金属層１７、フリー層１８、キャップ層１９、上電極
２０を順に形成する。なお、形成の順序をこの逆とすることも可能である。

基板をロードロックチャンバー５１にセットし、金属の成膜を金属成膜チャンバー５３
、５４で、酸化を酸化チャンバー６０でそれぞれ行う。金属成膜チャンバーの到達真空度
は１×１０^−８Ｔｏｒｒ以下とすることが好ましく、５×１０^−１０Ｔｏｒｒ〜５×１０
^−９Ｔｏｒｒ程度が一般的である。搬送チャンバー５０の到達真空度は１０^−９Ｔｏｒｒ
オーダーである。酸化チャンバー６０の到達真空度は８×１０^−８Ｔｏｒｒ以下である。

（１）下電極１１、下地層１２、ピニング層１３の形成（ステップＳ１１）基板（図示
せず）上に、下電極１１を形成する。

下電極１１上に、下地層１２として、例えば、Ｔａ［５ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］を成膜
する。既述のように、Ｔａは下電極の荒れを緩和したりするためのバッファ層１２ａであ
る。Ｒｕはその上に成膜されるスピンバルブ膜の結晶配向および結晶粒径を制御するシー
ド層１２ｂである。

下地層１２上にピニング層１３を成膜する。ピニング層１３の材料としては、ＰｔＭｎ
、ＰｄＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＲｕＲｈＭｎなどの反強磁性材料を用いることができる。

（２）ピン層１４（およびダンピングファクタ調整層２１）の形成（ステップＳ１２）
ピニング層１３上にピン層１４を形成する。ピン層１４は、例えば、下部ピン層１４１（
Ｃｏ９０Ｆｅ_１０）、磁気結合層１４２（Ｒｕ）、および上部ピン層１４３（Ｃｏ９０Ｆ
ｅ_１０［４ｎｍ］）からなるシンセティックピン層とすることができる。

上部ピン層１４３の成膜の途中で、成膜する材料を切り換えることでダンピングファク
タ調整層２１を挿入することができる。具体的には、成膜材料をＣｏ９０Ｆｅ_１０からＰ
ｔに切り換えて、またＣｏ_９０Ｆｅ_１０に戻すことで、上部ピン層１４３中にＰｔからな
るダンピングファクタ調整層２１が挿入される。

（３）スペーサ層１６の形成（ステップＳ１３）
次に、電流狭窄構造（ＣＣＰ構造）を有するスペーサ層１６を形成する。スペーサ層１
６を形成するには、酸化チャンバー６０を用いる。

スペーサ層１６を形成するには、以下のような方法を用いる。ここでは、アモルファス
構造を有するＡｌ₂Ｏ₃からなる絶縁層１６１中に金属結晶構造を有するＣｕからなる電流
パス１６２を含むスペーサ層１６を形成する場合を例に説明する。

１）上部ピン層１４３上に、電流パスの供給源となる下部金属層１５（例えばＣｕ）を
成膜した後、下部金属層１５上に絶縁層に変換される被酸化金属層（例えばＡｌＣｕやＡ
ｌ）を成膜する。

被酸化金属層に希ガス（例えばＡｒ）のイオンビームを照射して前処理を行う。この前
処理をＰＩＴ（Pre-ion treatmentという）。このＰＩＴの結果、被酸化金属層中に下部
金属層の一部が吸い上げられて侵入した状態になる。

２）酸化ガス（例えば酸素）を供給して被酸化金属層を酸化する。この酸化により、被
酸化金属層をＡｌ₂Ｏ₃からなる絶縁層１６１に変換するとともに、絶縁層１６１を貫通す
る電流パス１６２を形成して、スペーサ層１６を形成する。

例えば、希ガス（Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｈｅなど）のイオンビームを照射しながら酸化ガ
ス（例えば酸素）を供給して被酸化金属層を酸化する（イオンビームアシスト酸化（ＩＡ
Ｏ：Ion beam-assisted Oxidation））。この酸化処理により、絶縁層１６１であるＡｌ₂
Ｏ₃と電流パス１６２であるＣｕとが分離した形態のスペーサ層１６が形成される。Ａｌ
が酸化されやすく、Ｃｕが酸化されにくいという、酸化エネルギーの差を利用した処理で
ある。

（４）上部金属層１７、フリー層１８（およびダンピングファクタ調整層２１）の形成（
ステップＳ１４）
スペーサ層１６の上に、上部金属層１７として、例えば、Ｃｕ［０．２５ｎｍ］を成膜
する。

上部金属層１７の上に、フリー層１８、例えば、Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀［１ｎｍ］／Ｎｉ₈₃Ｆｅ
₁₇［３．５ｎｍ］を形成する。

フリー層１８の成膜の途中で、成膜する材料を切り換えることでダンピングファクタ調
整層２１を挿入することができる。具体的には、成膜材料をＮｉ₈₃Ｆｅ₁₇からＰｔに切り
換えて、またＮｉ₈₃Ｆｅ₁₇に戻すことで、フリー層１８のＮｉ₈₃Ｆｅ₁₇中にＰｔからなる
ダンピングファクタ調整層２１が挿入される。

（５）キャップ層１９、および上電極２０の形成（ステップＳ１５）
フリー層１８の上に、キャップ層１９として例えば、Ｃｕ［１ｎｍ］／Ｒｕ［１０ｎｍ
］を積層する。キャップ層１９の上にスピンバルブ膜へ垂直通電するための上電極２０を
形成する。

（実施例）
本発明の実施例の一例として、以下のような構成を挙げることができる。この実施例で
は、上部ピン層１４３中、およびフリー層１８のＦｅ_５０Ｃｏ_５０層中に、ダンピングフ
ァクタ調整層２１として、０．５ｎｍのＰｔ層を配置している。ダンピングファクタ調整
層２１を用いることで、ＲＡが３００〜１０００ｍｍ^２で、ＭＲ変化率が８〜１５％とい
う高い値を保持しつつ、ＳＴＩノイズを抑制することが可能となる。

・下電極１１
・下地層１２：Ｔａ［５ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
・ピニング層１３：Ｐｔ_５０Ｍｎ_５０［１５ｎｍ］
・ピン層１４：Ｃｏ_９０Ｆｅ_１０［４ｎｍ］／Ｒｕ［０．９ｎｍ］／Ｆｅ_５０Ｃｏ_５０［
２ｎｍ］／Ｐｔ０．５ｎｍ／Ｆｅ_５０Ｃｏ_５０［２ｎｍ］
・下部金属層１５：Ｃｕ［０．５ｎｍ］
・スペーサ層（ＣＣＰ−ＮＯＬ）１６：Ａｌ_２Ｏ_３からなる絶縁層１６１およびＣｕから
なる電流パス１６２（Ａｌ_９０Ｃｕ_１０［０．９ｎｍ］を成膜した後、酸化処理）
・上部金属層１７：Ｃｕ［０．２５ｎｍ］
・フリー層１８：Ｃｏ_９０Ｆｅ_１０［１ｎｍ］／Ｎｉ_８３Ｆｅ_１７［１ｎｍ］／Ｐｔ［０
．５ｎｍ］／Ｎｉ_８３Ｆｅ_１７［１ｎｍ］
・キャップ層１９：Ｃｕ［１ｎｍ］／Ｒｕ［１０ｎｍ］
・上電極２０
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子（ＣＣＰ−ＣＰＰ素子）を
表す斜視図である。

図５に示すように本実施の形態に係る磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果膜１０ａ、お
よびこれを上下から夾む下電極１１および上電極２０を有し、図示しない基板上に構成さ
れる。

磁気抵抗効果膜１０ａは、下地層１２、ピニング層１３、ピン層１４ａ、下部金属層１
５、スペーサ層（ＣＣＰ−ＮＯＬ）１６、上部金属層１７、フリー層１８ａ、キャップ層
１９が順に積層されて構成される。磁気抵抗効果膜１０ａは、本質的に磁気抵抗効果膜１
０と異なる訳ではないので、これら下地層１２〜キャップ層１９の詳細な説明は省略する
。

本実施形態では、フリー層１８ａ上の界面（フリー層１８ａとキャップ層１９の境界）
に電子乱反射層（Diffusive Electron Scattering Layer: DESL）２２を配置することで
、ＳＴＩノイズの低減を図っている。第１の実施形態と異なり、ピン層１４ａには電子乱
反射層２２は配置していない。

電子乱反射層２２は、キャップ層１９の下に配置され、電子を乱反射させる層である。
電子乱反射層２２で電子を乱反射させることで、強磁性層（フリー層１８ａ）の外側界面
（スペーサ層１６とは反対側の界面）での電子反射を制限し、ＳＴ効果、ひいてはＳＴＩ
ノイズを抑制することができる。なお、電子乱反射層２２をキャップ層１９に含めて考え
ることも可能である。

（１）非磁性アモルファス材料によって、電子乱反射層２２を構成できる。非磁性アモ
ルファス材料のアモルファス構造によって、電子を乱反射させ、ＳＴＩノイズが抑制され
る。

非磁性アモルファス材料として、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｂ、Ｓｉ、Ｗなどの
単体金属、またはこれらの元素を少なくとも５０％以上含む合金材料を用いることができ
る。非磁性アモルファス材料として、ＡｌＢや、ＡｌＳｉＢ、ＡｌＳｉなどの合金組成に
よるアモルファス材料を用いても良い。

非磁性アモルファス材料のアモルファス構造による電子の乱反射を利用してＳＴＩノイ
ズを抑制するため、電子乱反射層２２が結晶構造を有することは好ましくない。電子乱反
射層２２内の結晶化を抑制するために、電子乱反射層２２がある程度薄い方が好ましい。

また、狭ギャップという観点からも、電子乱反射層２２がある程度薄い方が好ましい。具
体的には、電子乱反射層２２の厚さとして０．５〜５ｎｍが好ましく、１〜３ｎｍがより
好ましい。

（２）また、ミキシング層によって、電子乱反射層２２を構成できる。ミキシング層に
よって、電子の乱反射を発生させ、ＳＴＩノイズを抑制できる。

２つの層を積層し、その界面にミキシング層を形成できる。即ち、相互に固溶な関係に
ある少なくとも二種以上の合金材料を２層にわけて積層し、その界面に固溶なミキシング
層を形成できる。相互に固溶な材料の組み合わせとして、ＣｕとＡｌ（ＣｕＡｌ合金を形
成）、ＣｕとＮｉ（ＣｕＮｉ合金を形成）などが挙げられる。

（磁気抵抗効果素子の製造方法）
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子の製造工程を表すフロー図
である。

図６は、ダンピングファクタ調整層２１に換えて電子乱反射層２２を形成する点が図２
と異なる。これ以外の点では、図６は図２と本質的に異なる訳ではないので、以下、電子
乱反射層２２の形成のみを説明する。

図６のステップＳ２５での電子乱反射層２２の形成には次の手法（１）〜（３）のいず
れかを適用できる。

（１）アモルファス層の形成
既述のＴａなどの単体金属、これらの元素を少なくとも５０％以上含む合金材料、Ａｌ
Ｂなどの合金材料を成膜することで、非磁性アモルファス材料の層が形成される。この成
膜にＤＣマグネトロンスパッタ、ＲＦマグネトロンスパッタ等のスパッタ法や、イオンビ
ームスパッタ法、蒸着法を用いることができる。

なお、これらの材料はアモルファス化し易いことから、冷却等のアモルファス化を促進
する手段を成膜時に適用しなくても差し支えない。

（２）ミキシング層の形成
１）既述のように、相互に固溶な関係にある少なくとも二種以上の合金材料を第１層、
第２層にわけて積層することで、その界面に固溶なミキシング層を形成できる。この積層
にＤＣマグネトロンスパッタ、ＲＦマグネトロンスパッタ等のスパッタ法や、イオンビー
ムスパッタ法、蒸着法を用いることができる。

例えば、フリー層１８ａ上に、第１層としてＡｌを０．５ｎｍ、第２層としてＣｕを０
．５ｎｍ、順に積層する。ＡｌとＣｕは互いに固溶な関係にあるため、その界面において
ミキシング層が形成され、このミキシング層で電子が乱反射される。

なお、Ａｌ［０．５ｎｍ］／Ｃｕ［０．５ｎｍ］に引き続いて、Ｒｕを１０ｎｍ積層し
、キャップ層１９とすることができる（図６のステップＳ２６）。

２）第１層、第２層の界面に表面処理を施して、ミキシング層の形成を促進することも
可能である。

例えば、フリー層１８ａ上に、第１層としてＡｌを０．５ｎｍ成膜し、その後、第２層
としてＣｕを０．５ｎｍ成膜後、プラズマやイオンビーム等の処理をその表面に施す。表
面処理を施すことで、Ａｌ層とＣｕ層の界面でのミキシング層の形成をエンハンス（促進
）できる。イオン等の入射エネルギーにより、Ａｌ層とＣｕ層の界面の原子が移動し、入
り交じることで、ミキシング層の形成が促進される。

この表面処理は、第１、第２層の成膜後のみならず、成膜中に行っても良い。例えば、
第１層の成膜後、第２層の成膜中に、表面処理を施すことができる。

この表面処理には、Ａｒ，Ｎｅ等の不活性ガスをプラズマ化、イオン化して用いること
ができる。このとき、希ガスのイオンの他に、中性原子も、この表面処理に寄与し得る。
界面に入射した際に、ある程度のエネルギーを有していれば、そのイオン化の有無を問わ
ず、界面の原子を移動させることができる。

表面処理によるミキシング層の形成促進は、ＡｌとＣｕの組み合わせ以外に、他の材料
の組み合わせの場合（例えば、ＮｉとＣｕ）でも有効である。

（実施例）
本発明の実施例の一例として、以下のような構成を挙げることができる。ここではキャ
ップ層１９内のＴａ層が電子乱反射層２２として機能する。即ち、ここでは電子乱反射層
２２をキャップ層１９に含めて考えている。フリー層１８の内部にある非磁性層や、スペ
ーサ層１６との界面にある非磁性層はダンピングファクタ調整層２１として考えるが、フ
リー層１８の最上部に積層された非磁性層はキャップ層１９の一部とみなすことができる
。

ここでは、（Ｆｅ_５０Ｃｏ_５０／Ｃｕ）を２回繰り返し積層して、上部ピン層１４３ａ
を形成している。非特許文献３で示したように、ＦｅＣｏはスピン依存界面散乱効果が大
きいため用いており、Ｃｕを積層するのはスピン依存バルク散乱効果を向上させるためで
ある。

なお、上部ピン層１４３ａをＦｅ_５０Ｃｏ_５０のみから形成しても差し支えない。

・下電極１１
・下地層１２：Ｔａ［５ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
・ピニング層１３：Ｐｔ_５０Ｍｎ_５０［１５ｎｍ］
・ピン層１４：Ｃｏ_９０Ｆｅ_１０［４ｎｍ］／Ｒｕ［０．９ｎｍ］／（Ｆｅ_５０Ｃｏ_５０
［１ｎｍ］／Ｃｕ［０．２５ｎｍ］）×２／Ｆｅ_５０Ｃｏ_５０［１ｎｍ］
・下部金属層１５：Ｃｕ［０．５ｎｍ］
・スペーサ層（ＣＣＰ−ＮＯＬ）１６
・上部金属層１７：Ｃｕ［０．２５ｎｍ］
・フリー層１８：Ｃｏ_９０Ｆｅ_１０［１ｎｍ］／Ｎｉ_８３Ｆｅ_１７［３．５ｎｍ］
・キャップ層１９：Ｔａ［１ｎｍ］／Ｃｕ［１０ｎｍ］
・上電極２０
（磁気ヘッド）
図７および図８は、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドに組み込ん
だ状態を示している。図７は、磁気記録媒体（図示せず）に対向する媒体対向面に対して
ほぼ平行な方向に磁気抵抗効果素子を切断した断面図である。図８は、この磁気抵抗効果
素子を媒体対向面ＡＢＳに対して垂直な方向に切断した断面図である。

図７および図８に例示した磁気ヘッドは、いわゆるハード・アバッテッド（hard abutt
ed）構造を有する。磁気抵抗効果膜１０は上述したＣＣＰ−ＣＰＰ膜である。磁気抵抗効
果膜１０の上下には、下電極１１と上電極２０とがそれぞれ設けられている。図７におい
て、磁気抵抗効果膜１０の両側面には、バイアス磁界印加膜４１と絶縁膜４２とが積層し
て設けられている。図８に示すように、磁気抵抗効果膜１０の媒体対向面には保護層４３
が設けられている。

磁気抵抗効果膜１０に対するセンス電流は、その上下に配置された電極１１、２０によ
って矢印Ａで示したように、膜面に対してほぼ垂直方向に通電される。また、左右に設け
られた一対のバイアス磁界印加膜４１、４１により、磁気抵抗効果膜１０にはバイアス磁
界が印加される。このバイアス磁界により、磁気抵抗効果膜１０のフリー層１８の磁気異
方性を制御して単磁区化することによりその磁区構造が安定化し、磁壁の移動に伴うバル
クハウゼンノイズ（Barkhausen noise）を抑制することができる。

磁気抵抗効果膜１０のＳ／Ｎ比が向上しているので、磁気ヘッドに応用した場合に高感
度の磁気再生が可能となる。

（ハードディスクおよびヘッドジンバルアセンブリー）
図７および図８に示した磁気ヘッドは、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み
込んで、磁気記録再生装置に搭載することができる。

図９は、このような磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。すなわ
ち、本発明の磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置
である。同図において、磁気ディスク２００は、スピンドル１５２に装着され、図示しな
い駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転
する。本発明の磁気記録再生装置１５０は、複数の磁気ディスク２００を備えたものとし
てもよい。

磁気ディスク２００に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダ１５３は、薄膜状
のサスペンション１５４の先端に取り付けられている。ヘッドスライダ１５３は、上述し
たいずれかの実施形態に係る磁気抵抗効果素子を含む磁気ヘッドをその先端付近に搭載し
ている。

磁気ディスク２００が回転すると、ヘッドスライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は磁
気ディスク２００の表面から所定の浮上量をもって保持される。あるいはスライダが磁気
ディスク２００と接触するいわゆる「接触走行型」であってもよい。

サスペンション１５４はアクチュエータアーム１５５の一端に接続されている。アクチ
ュエータアーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６
が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、ボビン部に巻かれた図示しない駆動コ
イルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石および対向ヨークから
なる磁気回路とから構成される。

アクチュエータアーム１５５は、スピンドル１５７の上下２箇所に設けられた図示しな
いボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在
にできるようになっている。

図１０は、アクチュエータアーム１５５から先のヘッドジンバルアセンブリーをディス
ク側から眺めた拡大斜視図である。すなわち、アセンブリ１６０は、アクチュエータアー
ム１５５を有し、アクチュエータアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続さ
れている。サスペンション１５４の先端には、上述したいずれかの実施形態に係る磁気抵
抗効果素子を含む磁気ヘッドを具備するヘッドスライダ１５３が取り付けられている。サ
スペンション１５４は信号の書き込みおよび読み取り用のリード線１６４を有し、このリ
ード線１６４とヘッドスライダ１５３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接
続されている。図中１６５はアセンブリ１６０の電極パッドである。

本実施形態によれば、上述の磁気抵抗効果素子を含む磁気ヘッドを具備することにより
、高い記録密度で磁気ディスク２００に磁気的に記録された情報を確実に読み取ることが
可能となる。

（磁気メモリ）
次に、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を搭載した磁気メモリについて説明す
る。すなわち、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を用いて、例えばメモリセルが
マトリクス状に配置されたランダムアクセス磁気メモリ（ＭＲＡＭ： magnetic random a
ccess memory）などの磁気メモリを実現できる。

図１１は、本発明の実施形態に係る磁気メモリのマトリクス構成の一例を示す図である
。この図は、メモリセルをアレイ状に配置した場合の回路構成を示す。アレイ中の１ビッ
トを選択するために、列デコーダ３５０、行デコーダ３５１が備えられており、ビット線
３３４とワード線３３２によりスイッチングトランジスタ３３０がオンになり一意に選択
され、センスアンプ３５２で検出することにより磁気抵抗効果膜１０中の磁気記録層（フ
リー層）に記録されたビット情報を読み出すことができる。ビット情報を書き込むときは
、特定の書き込みワード線３２３とビット線３２２に書き込み電流を流して発生する磁場
を印加する。

図１２は、本発明の実施形態に係る磁気メモリのマトリクス構成の他の例を示す図であ
る。この場合、マトリクス状に配線されたビット線３２２とワード線３３４とが、それぞ
れデコーダ３６０、３６１により選択されて、アレイ中の特定のメモリセルが選択される
。それぞれのメモリセルは、磁気抵抗効果素子１０とダイオードＤとが直列に接続された
構造を有する。ここで、ダイオードＤは、選択された磁気抵抗効果素子１０以外のメモリ
セルにおいてセンス電流が迂回することを防止する役割を有する。書き込みは、特定のビ
ット線３２２と書き込みワード線３２３とにそれぞれに書き込み電流を流して発生する磁
場により行われる。

図１３は、本発明の実施形態に係る磁気メモリの要部を示す断面図である。図１４は、
図１３のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。これらの図に示した構造は、図１１または図１
２に示した磁気メモリに含まれる１ビット分のメモリセルに対応する。このメモリセルは
、記憶素子部分３１１とアドレス選択用トランジスタ部分３１２とを有する。

記憶素子部分３１１は、磁気抵抗効果素子１０と、これに接続された一対の配線３２２
、３２４とを有する。磁気抵抗効果素子１０は、上述した実施形態に係る磁気抵抗効果素
子（ＣＣＰ−ＣＰＰ素子）である。

一方、選択用トランジスタ部分３１２には、ビア３２６および埋め込み配線３２８を介
して接続されたトランジスタ３３０が設けられている。このトランジスタ３３０は、ゲー
ト３３２に印加される電圧に応じてスイッチング動作をし、磁気抵抗効果素子１０と配線
３３４との電流経路の開閉を制御する。

また、磁気抵抗効果素子１０の下方には、書き込み配線３２３が、配線３２２とほぼ直
交する方向に設けられている。これら書き込み配線３２２、３２３は、例えばアルミニウ
ム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）あるいはこれらいずれ
かを含む合金により形成することができる。

このような構成のメモリセルにおいて、ビット情報を磁気抵抗効果素子１０に書き込む
ときは、配線３２２、３２３に書き込みパルス電流を流し、それら電流により誘起される
合成磁場を印加することにより磁気抵抗効果素子の記録層の磁化を適宜反転させる。

また、ビット情報を読み出すときは、配線３２２と、磁気記録層を含む磁気抵抗効果素
子１０と、下電極３２４とを通してセンス電流を流し、磁気抵抗効果素子１０の抵抗値ま
たは抵抗値の変化を測定する。

本発明の実施形態に係る磁気メモリは、上述した実施形態に係る磁気抵抗効果素子（Ｃ
ＣＰ−ＣＰＰ素子）を用いることにより、セルサイズを微細化しても、記録層の磁区を確
実に制御して確実な書き込みを確保でき、且つ、読み出しも確実に行うことができる。

（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した
実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

磁気抵抗効果膜の具体的な構造や、その他、電極、バイアス印加膜、絶縁膜などの形状
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。

例えば、磁気抵抗効果素子を再生用磁気ヘッドに適用する際に、素子の上下に磁気シー
ルドを付与することにより、磁気ヘッドの検出分解能を規定することができる。

また、本発明の実施形態は、長手磁気記録方式のみならず、垂直磁気記録方式の磁気ヘ
ッドあるいは磁気再生装置についても適用できる。

さらに、本発明の磁気再生装置は、特定の記録媒体を定常的に備えたいわゆる固定式の
ものでも良く、一方、記録媒体が差し替え可能ないわゆる「リムーバブル」方式のもので
も良い。

その他、本発明の実施形態として上述した磁気ヘッドおよ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、磁気
記憶再生装置および磁気メモリも同様に本発明の範囲に属する。

１０…磁気抵抗効果膜（磁気抵抗効果素子）、１１…下電極、１２…下地層、１３…ピ
ニング層、１４…ピン層、１４１…下部ピン層、１４２…磁気結合層、１４３…上部ピン
層、１５…下部金属層、１６…スペーサ層、１６１…絶縁層、１６２…電流パス、１７…
上部金属層、１８…フリー層、１９…キャップ層、２０…上電極、２１…ダンピングファ
クタ調整層、２２…電子乱反射層

Claims

磁化方向が実質的に一方向に固着される磁化固着層と、
前記磁化固着層上に配置され、かつ絶縁層と、この絶縁層の層方向に電流を通過させる
導電体と、を有する非磁性層と、
前記非磁性層上に配置され、かつ磁化方向が外部磁界によって変化する磁化自由層と、
前記磁化自由層上に配置され、電子を乱反射する電子乱反射層と、
を具備する磁気抵抗効果素子。
前記電子乱反射層が、非磁性アモルファス層を含む請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
前記電子乱反射層が、第1、第２の元素をそれぞれ有する第1、第２の非磁性層、および
前記第１、第２の非磁性層の境界に配置され、前記第１、第２の元素を有する混合層を含
む請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
前記混合層の厚さが０．５ｎｍ以上、１．５ｎｍ以下である請求項３記載の磁気抵抗効
果素子。
前記磁化自由層、または磁化固着層の層平面上での大きさが１００ｎｍ以下である請求
項１記載の磁気抵抗効果素子。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子を具備する磁気抵抗効果ヘッ
ド。
請求項６記載の磁気抵抗効果ヘッドを具備する磁気記憶装置。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子を具備する磁気メモリ。