JP3446720B2 - 磁気抵抗効果素子、その製造方法、及びそれを用いた磁気記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気媒体上に情報
信号を記録し、またその情報信号を読み取り・再生する
ための磁気抵抗効果素子、及びその製造方法、及びそれ
を用いた磁気記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術では、磁気抵抗センサ（以下、
「ＭＲセンサ」という）またはヘッドと呼ばれる磁気読
み取り変換器が開示されており、これは、大きな線形密
度で磁性表面からデータを読み取れることがわかってい
る。ＭＲセンサは、読み取り素子によって感知される磁
束の強さと方向の関数としての抵抗変化を介して磁界信
号を検出する。こうした従来技術のＭＲセンサは、読み
取り素子の抵抗の１成分が磁化方向と素子中を流れる感
知電流の方向の間の角度の余弦の２乗に比例して変化す
る、異方性磁気抵抗効果（以下、「ＡＭＲ効果」とい
う）に基づいて動作する。ＡＭＲ効果のより詳しい説明
は、Ｄ．Ａ．トムプソン（Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）等の論
文"Memory,Storage,and Related Applications" IEEE T
rans． on Mag． MAG-11,p．1039 (1975)に記載されて
いる。ＡＭＲ効果を用いた磁気ヘッドでは、バルクハウ
ゼンノイズを押えるために縦バイアスを印加することが
多いが、この縦バイアス印加材料として、ＦｅＭｎ、Ｎ
ｉＭｎ、ニッケル酸化物などの反強磁性材料を用いる場
合がある。

【０００３】さらに最近では、積層磁気センサの抵抗変
化が、非磁性層を介する磁性層間での電導電子のスピン
依存性伝送、及びそれに付随する層界面でのスピン依存
性散乱に帰される、より顕著な磁気抵抗効果が記載され
ている。この磁気抵抗効果は、「巨大磁気抵抗効果」や
「スピン・バルブ効果」など様々な名称で呼ばれてい
る。このような磁気抵抗センサは適当な材料で出来てお
り、ＡＭＲ効果を利用するセンサで観察されるよりも、
感度が改善され、抵抗変化が大きい。この種のＭＲセン
サでは、非磁性層で分離された一対の強磁性体層の間の
平面内抵抗が、２つの層の磁化方向間の角度の余弦に比
例して変化する。

【０００４】１９８８年６月に優先権主張されている特
開平２−６１５７２には、磁性層内の磁化の反平行整列
によって生じる、高いＭＲ変化をもたらす積層磁性構造
が記載されている。積層構造で使用可能な材料として、
上記明細書には強磁性の遷移金属及び合金が挙げられて
いる。また、中間層により分離している少なくとも２層
の強磁性層の一方に固定する層を付加した構造、および
固定する層としてＦｅＭｎが適当であることが開示され
ている。

【０００５】１９９０年８月２２日に出願されている、
特開平４−１０３０１４には、強磁性膜に他の中間層を
挿入して多層膜とした強磁性トンネル接合膜において、
少なくとも一層の強磁性層に反強磁性体からのバイアス
磁界が印加されていることを特徴とする強磁性トンネル
接合膜についての記載がある。強磁性トンネル接合膜を
用いた再生ヘッドにおいて、フリー層の磁区を制御する
層(縦バイアス層)がフリー層に接触しない構造におい
て、強磁性トンネル接合膜を構成する金属材料以外の材
料を成膜により形成させた例については、１９９６年１
１月２７日に優先権主張されている、特開平１０−１６
２３２７に記述がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】強磁性トンネル接合膜
を用いたシールド型磁気抵抗効果素子としては、アルミ
ナ等の絶縁材料を用いて、縦バイアス層が強磁性トンネ
ル接合膜に直接接触しないようにした構造が提案されて
いた（特開平１０−１６２３２７）。これは、強磁性ト
ンネル接合を用いたシールド型素子においては、センス
電流をトンネル接合部に垂直に流す必要があり、従来の
スピンバルブを用いたシールド型素子と類似した構造で
は、バリア層をバイパスして、それに近傍にあるより抵
抗値の低い縦バイアス部をセンス電流が流れてしまい、
抵抗変化の検出に寄与しないという課題を解決するもの
であった。しかし、この構造はあらかじめパターン化し
た強磁性トンネル接合膜端部にさらに成膜によりアルミ
ナを形成させるという手法を用いていたために、強磁性
トンネル接合膜をパターン化する際に、強磁性トンネル
接合膜を形成する層のうちバリア層より下部に位置する
層をパターン化する際に飛散した金属が、強磁性トンネ
ル接合膜を構成する層のうちですでにパターン化されて
いるバリア層を含む層の側壁に再付着し、素子として形
成されたときにセンス電流がバリア層をバイパスして再
付着層を通り、ＭＲ比が極端に低下するという問題があ
った。

【０００７】本発明の目的は、作成が容易でしかもセン
ス電流がバリア層をバイパスすることのない、磁気抵抗
効果素子、その製造方法、及びこの磁気抵抗効果素子を
用いた磁気記録装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、磁気抵抗効果素子であって、フリー層とこのフリー
層上に形成されたバリア層とこのバリア層上に形成され
た固定層、もしくは、固定層とこの固定層上に形成され
たバリア層とこのバリア層上に形成されたフリー層、の
いずれかからなる磁気抵抗効果膜を含み、前記磁気抵抗
効果膜のうちの少なくとも前記バリア層よりも上の層が
パターン化されており、このパターン化されたパターン
の端部表面に、このパターン化された層のうちの少なく
とも一つを構成する金属材料の酸化物もしくは窒化物が
形成されていることを特徴とする。

【０００９】請求項２に記載の発明は、磁気抵抗効果素
子であって、フリー層とこのフリー層上に形成されたバ
リア層とこのバリア層上に形成された固定層とこの固定
層上に形成された固定する層、もしくは、固定する層と
この固定する層上に形成された固定層とこの固定層上に
形成されたバリア層とこのバリア層上に形成されたフ リ
ー層、のいずれかからなる磁気抵抗効果膜を含み、前記
磁気抵抗効果膜のうちの少なくとも前記バリア層よりも
上の層がパターン化されており、このパターン化された
パターンの端部表面に、このパターン化された層のうち
の少なくとも一つを構成する金属材料の酸化物もしくは
窒化物が形成されていることを特徴とする。

【００１０】請求項３に記載の発明は、磁気抵抗効果素
子であって、下地層とこの下地層上に形成されたフリー
層とこのフリー層上に形成されたバリア層とこのバリア
層上に形成された固定層とこの固定層上に形成された固
定する層、もしくは、下地層とこの下地層上に形成され
た固定する層とこの固定する層上に形成された固定層と
この固定層上に形成されたバリア層とこのバリア層上に
形成されたフリー層、のいずれかからなる磁気抵抗効果
膜を含み、前記磁気抵抗効果膜のうちの少なくとも前記
バリア層よりも上の層がパターン化されており、このパ
ターン化されたパターンの端部表面に、このパターン化
された層のうちの少なくとも一つを構成する金属材料の
酸化物もしくは窒化物が形成されていることを特徴とす
る。

【００１１】請求項４に記載の発明は、フリー層とこの
フリー層上に形成されたバリア層とこのバリア層上に形
成された固定層、もしくは、固定層とこの固定層上に形
成されたバリア層とこのバリア層上に形成されたフリー
層、のうちのいずれかを基本構成とする磁気抵抗効果膜
を用いた用いた磁気抵抗効果素子を製造する方法におい
て、磁気抵抗効果膜をパターン化した後に、その磁気抵
抗効果膜の端部を酸化、もしくは窒化することを特徴と
する。

【００１２】請求項５に記載の発明は、フリー層とこの
フリー層上に形成されたバリア層とこのバリア層上に形
成された固定層とこの固定層上に形成された固定する
層、もしくは、固定する層とこの固定する層上に形成さ
れた固定層とこの固定層上に形成されたバリア層とこの
バリア層上に形成されたフリー層、のうちのいずれかを
基本構成とする磁気抵抗効果膜を用いた磁気抵抗効果素
子を製造する方法において、磁気抵抗効果膜をパターン
化する際に、パターン化を磁気抵抗効果膜を構成 する層
の途中で止めておき、磁気抵抗効果膜のうちパターン化
が途中で止められている領域の少なくとも最表面を酸
化、もしくは窒化することを特徴とする。

【００１３】請求項６に記載の発明は、磁気抵抗変換シ
ステムであって、請求項１〜３のいずれかに記載の磁気
抵抗効果素子、あるいは、請求項４又は請求項５に記載
の製造方法で製造した磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵
抗効果素子をその一部に含む磁気抵抗センサを通る電流
を生じる電流発生回路と、検出される磁界の関数として
上記磁気抵抗センサの抵抗率変化を検出するデータ読取
回路と、を備えたことを特徴とする。

【００１４】請求項７に記載の発明は、磁気記録システ
ムであって、データ記録のための複数個のトラックを有
する磁気記録媒体と、請求項６に記載の磁気抵抗変換シ
ステムと、磁気抵抗変換システムを前記磁気記録媒体の
選択されたトラックへ移動させる第１のアクチュエータ
と、前記磁気記録媒体を回転駆動させる第２のアクチュ
エータと、を備えたことを特徴とする。

【００１５】上記磁気抵抗効果素子においては、強磁性
トンネル接合膜（以下、「ＭＴＪ膜」という）を形成し
た後に、このＭＴＪ膜のうちの少なくともバリア層より
上の層の側壁部分を酸化もしくは窒化する事により、こ
れらバリア層より上の層を構成する金属材料の酸化物若
しくは窒化物からなる層を形成することができるので、
作成がきわめて容易である。また、上述のようにパター
ン化されたＭＴＪ膜の側壁部に、金属の再付着層が形成
された場合でも、製造工程で再付着層を酸化もしくは窒
化させてしまえば、形成された酸化物や窒化物は絶縁体
であるので、電気伝導に寄与しなくなり、電流がバリア
層をバイパスする事も無くなる。そのため、製造上の歩
留まりを向上させることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る磁気抵抗効果
素子の第一乃至第六の実施の形態について、図面を参照
して説明する。

【００１７】［第一の実施の形態］ 図１に、第一の実施形態に係る磁気抵抗効果素子をエア
ー・ベアリング表面（以下、「ＡＢＳ面」という）に平
行に切った時の断面図を示す。この構成では、基体（図
示省略）上に下シールド層１１および下電極層１２が積
層される。その上に、フリー層２およびバリア層３が順
次積層される。バリア層３上であって左右の縦バイアス
層６の間の部分に、固定層４、固定する層５、上電極１
４が積層され、これらは図１のようにパターン化され
る。パターン化された、固定層４／固定する層５の側壁
には、固定層４及び固定する層５を構成している金属材
料の酸化物・窒化物からなる層（強磁性トンネル接合膜
を構成する金属材料の酸化物もしくは窒化物）が形成さ
れている。以下、こうした層を酸化層・窒化層と称する
こととし、符号１として示す。さらに、その左右には絶
縁層１３が配置される。さらにその上に上電極層１４お
よび上シールド層１５が積層される。フリー層２／バリ
ア層３／固定層４／固定する層５、の部分が、ＭＴＪ膜
（強磁性トンネル接合膜）である。

【００１８】図１９に、上記磁気抵抗効果素子の平面図
を示す。この図において、Ａは、下シールド層１１／下
電極層１２／フリー層２／バリア層３／絶縁層１３が積
層されている部分を示している。以下同様に、Ｂは、下
シールド層１１／下電極層１２／フリー層２／バリア層
３／絶縁層１３を、Ｃは、下シールド層１１／下電極層
１２／縦バイアス層６／フリー層２／バリア層３／絶縁
層１３／上電極層１４／上シールド層１５を、Ｄは、下
シールド層１１／下電極層１２／フリー層２／バリア層
３／固定層４／固定する層５／上電極層１４／上シール
ド層１５を、Ｅは、下シールド層１１／下電極層１２／
フリー層２／バリア層３／絶縁層１３／上電極層１４／
上シールド層１５を、Ｆは、下シールド層１１／下電極
層１２／フリー層２／バリア層３／酸化層・窒化層１／
上電極層１４／上シールド層１５を、各々示している。

【００１９】この磁気抵抗効果素子においては、仮に図
中の上電極層１４から下電極層１２へ電流を流したとす
ると、電流は上電極層１４から固定する層５、固定層
４、バリア層３、フリー層２を順次通過して、下電極層
１２へと流れ、他の電流経路を通過することはない。

【００２０】ここでは、下シールド層１１上に下電極層
１２を積層し、上電極層１４上に上シールド層１５を積
層した構造について述べたが、下シールド層１１と下電
極層１２との間、または上電極層１４と上シールド層１
５との間に、ギャップ層として絶縁層を配置することも
可能である。また、下シールド層１１と下電極層１２、
または上電極層１４と上シールド層１５を兼用にするこ
ともできる。下電極層１２とフリー層２との間には下地
層を、固定する層５と上電極層１４との間には上部層を
設けることもできる。

【００２１】このような本実施形態の他の例について、
図２乃至図１２を用いて説明する。先ず、図２に、他の
一例に係る磁気抵抗効果素子をＡＢＳ面に平行に切った
時の断面図を示す。この構成では、基体上に下シールド
層１１、下ギャップ層２１および下電極層１２が積層さ
れる。その上に、下地層（図示略）／フリー層２／バリ
ア層３が積層される。下地層／フリー層２は、バリア層
３上の左右の縦バイアス層６の間の部分に、固定層４／
固定する層５／上部層２０／上電極層１４が積層され、
これらは図に示すようにパターン化される。パターン化
された固定層４／固定する層５の側壁には、酸化層・窒
化層１（固定層４及び固定する層５を構成している金属
材料の酸化物もしくは窒化物）が形成されている。さら
に、その左右には絶縁層１３が配置される。さらにその
上に、上電極層１４、上ギャップ層２２および上シール
ド層１５が積層される。下地層／フリー層２／バリア層
３／固定層４／固定する層５、の部分が、ＭＴＪ膜であ
る。

【００２２】この構造では、仮に図中の上電極層１４か
ら下電極層１２へ電流を流したとすると、電流は上電極
層１４から固定する層５、固定層４、バリア層３、フリ
ー層２を通過し、下電極層１２へと流れ、他の電流経路
を通過することはない。なお、下ギャップ層２１、上ギ
ャップ層２２、下電極層１２、上電極層１４、フリー層
３の下地層あるいは上部層２０は、省略する場合もあ
る。

【００２３】図３は、図２の構造から下ギャップ層２１
及び上ギャップ層２２を省略した構造を示している。ま
た、図４は、図２の構造からさらに上電極層１４を省略
した構造、すなわち、上シールド層１５が上電極層１４
を兼用する構造としたものを示している。ここでは、図
２における上部層２０を省略し、代わりに保護層２４を
形成するようにしている。更に、図５は、図４におい
て、下地層／フリー層２が縦バイアス層６の膜パターン
端部及びパターン上にも形成されている構造とした場合
を示している。

【００２４】図６は、図４に示した構造において、バリ
ア層３の上部にも酸化層・窒化層１を形成させた場合を
示している。すなわち、固定層４、固定する層５、保護
層２４のパターンの側面、およびバリア層３の上部に、
酸化層・窒化層１を形成させた場合である。具体的に
は、バリア層３上に固定層４を残しておいて、後に酸化
することにより形成する。この際に、固定層４、固定す
る層５、および保護層２４の側面も酸化されている。パ
ターン化の際に、固定層４、固定する層５、保護層２４
の側面に再付着した金属物質も酸化される。ここでは図
に示すように、縦バイアス層６上にも酸化層・窒化層１
を形成させた場合を示したが、これは無くてもかまわな
い。また固定層４、固定する層５、および保護層２４の
側面のすべてに酸化層・窒化層１を形成させる必要はな
く、その一部のみに形成してもかまわない。更に、上部
層２０、もしくはフリー層２の下地層は、省略する場合
もある。

【００２５】図７は、図６に示した構造の変形例であ
る。バリア層３上にも縦バイアス層６上にも形成される
酸化層・窒化層１は、図６に示した場合のように、固定
層４の膜厚とほぼ等しい必要は必ずしもなく、このよう
に固定層４の膜厚と大きく異なっていてもかまわない。
また、バリア層３上の酸化層・窒化層１は、必ずしも固
定層４を構成する金属材料の酸化物もしくは窒化物であ
る必要はなく、その上に形成されている固定する層５も
しくは上部層２０を構成する金属材料の酸化物もしくは
窒化物が含まれていてもかまわない。

【００２６】図８は、図６に示した構造の他の変形例で
あり、酸化層・窒化層１が、固定層４／固定する層５／
上部層２０の側面に形成されるだけでなく、バリア層３
上部の、固定層４／固定する層５／上部層２０のパター
ン近傍にも形成される場合である。パターン化の際に、
固定層４／固定する層５／上部層２０のパターン近傍の
バリア層３上に残しておいた固定層４を、後で酸化する
ことにより酸化層・窒化層１を形成させた場合が、この
構造になる。

【００２７】図９は、図７に示した構造の変形例であ
り、縦バイアス層６のパターンの斜面上にも、酸化層・
窒化層１が形成されている場合である。

【００２８】図１０は、酸化層・窒化層１が、フリー層
２／バリア層３／固定層４／固定する層５／上部層２０
の側面、および下電極層１２上にも形成される場合の構
造である。パターン化の際に残しておいたフリー層２
を、後で酸化することにより酸化層・窒化層１を形成さ
せた場合が、この構造になる。ここでは図に示すよう
に、縦バイアス層６のパターン上には、酸化層・窒化層
１が形成されていない場合を示したが、形成されていて
もかまわない。また、ここでは縦バイアス層６のパター
ンの斜面上には、酸化層・窒化層１が形成されていない
場合を示したが、形成されていてもかまわない。

【００２９】図１１は、酸化層・窒化層１が、フリー層
２／バリア層３／固定層４／固定する層５／上部層２０
の側面、およびフリー層２上にも形成される場合の構造
である。パターン化の際に残しておいたフリー層２の上
部を、後で酸化することにより酸化層・窒化層１を形成
させた場合が、この構造になる。ここでは図に示すよう
に、縦バイアス層６のパターン上には、酸化層・窒化層
１が形成されている場合を示したが、形成されていなく
てもかまわない。また、ここでは縦バイアス層６のパタ
ーンの斜面上には、酸化層・窒化層１が形成されていな
い場合を示したが、形成されていてもかまわない。

【００３０】図１２は、フリー層２／バリア層３／固定
層４／固定する層５／上部層２０がパターン化されてい
て、そのパターン端部に、酸化層・窒化層１が形成され
ている場合である。この際、フリー層２の下地層がパタ
ーン化されているかどうかは適宜選択でき、下電極層１
２上にはフリー層２の下地層が残されていてもかまわな
い。縦バイアス層６のパターン上もしくはパターン端部
上には、フリー層２が残されていてもかまわない。な
お、この例においては、下シールド層１１が下電極層１
２を兼用する構造としたものを示しており、その上には
ギャップ調整導電層２５が形成されている。

【００３１】なお、上記図４から図１２に示した構造に
おいては、フリー層２に下地層がある場合を示したが、
下地層は省略する場合もある。

【００３２】［第二の実施の形態］ 図１３に、第二の実施形態に係る磁気抵抗効果素子をＡ
ＢＳ面に平行に切った時の断面図を示す。この構成で
は、基体（図示省略）上に下シールド層１１、下電極層
１２およびフリー層２が積層される。その上に、図のよ
うにパターン化された縦バイアス層６が積層される。フ
リー層２上であって左右の縦バイアス層６の間の部分
に、バリア層３、固定層４、固定する層５、及び上電極
層１４が順次積層され、これらは図のようにパターン化
される。さらに、その左右には絶縁層１３が配置され
る。フリー層２／バリア層３／固定層４／固定する層５
の部分が、ＭＴＪ膜である。パターン化された、固定層
４／固定する層５の側壁には、酸化層・窒化層（固定層
４及び固定する層５を構成している、金属材料の酸化物
・窒化物からなる層）１が形成される。

【００３３】なお、図２０に、上記磁気抵抗効果素子の
平面図を示す。この図において、Ａは、下シールド層１
１／下電極層１２が積層されている部分を示している。
以下同様に、Ｂは、下シールド層１１／下電極層１２／
フリー層２／絶縁層１３を、Ｃは、下シールド層１１／
下電極層１２／フリー層２／縦バイアス層６／絶縁層１
３／上シールド層１５を、Ｄは、下シールド層１１／下
電極層１２／フリー層２／バリア層３／固定層４／固定
する層５／上電極層１４／上シールド層１５を、Ｅは、
下シールド層１１／下電極層１２／フリー層２／絶縁層
１３／上シールド層１５を、Ｆは、下シールド層１１／
下電極層１２／フリー層２／絶縁層１３／上電極層１４
／上シールド層１５を、Ｇは、下シールド層１１／下電
極層１２／フリー層２／絶縁層１３／上電極層１４を、
Ｈは、下シールド層１１／下電極層１２／フリー層２／
絶縁層１３／上シールド層１５を、Ｉは、下シールド層
１１／下電極層１２／フリー層２／酸化層・窒化層１／
上電極層１４／上シールド層１５を、各々示している。

【００３４】この磁気抵抗効果素子においては、仮に図
中の上電極層１４から下電極層１２へ電流を流したとす
ると、電流は上電極層１４から固定する層５、固定層
４、バリア層３、フリー層２を順次通過して、下電極層
１２へと流れ、他の電流経路を通過することはない。

【００３５】ここでは、下シールド層１１上に下電極層
１２を積層した構造について述べたが、下シールド層１
１と下電極層１２との間に、ギャップ層として絶縁層を
配置することも可能である。また、下シールド層１１と
下電極層１２を兼用にすることもできる。下電極層１２
とフリー層２との間には、下地層を設けることもでき
る。

【００３６】［第三の実施の形態］ 図１４に、第三の実施形態に係る磁気抵抗効果素子をＡ
ＢＳ面に平行に切った時の断面図を示す。この構成で
は、基体（図示省略）上に下シールド層１１、下電極層
１２が積層される。その上に、図のようにパターン化さ
れた、固定する層５、固定層４、バリア層３、フリー層
２が順次積層される。固定する層５／固定層４／バリア
層３／フリー層２の側壁には、酸化層・窒化層（固定す
る層５、固定層４、バリア層３及びフリー層２を構成す
る、金属材料の酸化物・窒化物からなる層）１が形成さ
れる。さらにその外側に、絶縁層１３が配置されてい
る。また、フリー層２の左右には、縦バイアス層６が配
置されている。さらにその上部には、上電極層１４およ
び上シールド層１５が積層される。固定する層５／固定
層４／バリア層３／フリー層２の部分が、ＭＴＪ膜であ
る。

【００３７】なお、図２１に、上記磁気抵抗効果素子の
平面図を示す。この図において、Ａは、下シールド層１
１／下電極層１２が積層されている部分を示している。
以下同様に、Ｂは、下シールド層１１／下電極層１２／
絶縁層１３を、Ｃは、下シールド層１１／下電極層１２
／縦バイアス層６／上電極層１４／上シールド層１５
を、Ｄは、下シールド層１１／下電極層１２／固定する
層５／固定層４／バリア層３／フリー層２／上電極層１
４／上シールド層１５を、Ｅは、下シールド層１１／下
電極層１２／絶縁層１３／上電極層１４／上シールド層
１５を、Ｆは、下シールド層１１／下電極層１２／固定
する層５／固定層４／バリア層３／フリー層２／酸化層
・窒化層１／絶縁層１３／縦バイアス層６／上電極層１
４／上シールド層１５を、各々示している。

【００３８】この磁気抵抗効果素子においては、仮に図
中の上電極層１４から下電極層１２へ電流を流したとす
ると、電流は上電極層１４からフリー層２、バリア層
３、固定層４、固定する層５を順次通過して、下電極層
１２へと流れ、他の電流経路を通過することはない。

【００３９】ここでは、下シールド層１１上に下電極層
１２を積層し、上電極層１４上に上シールド層１５を積
層した構造について述べたが、下シールド層１１と下電
極層１２との間、または上電極層１４と上シールド層１
５との間に、ギャップ層として絶縁層を配置することも
可能である。また、下シールド層１１と下電極層１２
を、または上電極層１４と上シールド層１５を兼用にす
ることもできる。下電極層１２とフリー層２との間には
下地層を、フリー層２と上電極層１４との間には上部層
を設けることもできる。また、ここではＭＴＪ膜のう
ち、固定する層５／固定層４／バリア層３／フリー層２
をパターン化した場合について示したが、少なくともフ
リー層２がパターン化されていればよく、それ以下の部
分を、どこまでパターン化するかは適宜選択することが
できる。

【００４０】図１５は、図１４に示した構造の変形例で
ある。図１４に示した構造との違いは、フリー層２のパ
ターン上に保護層２４を介して縦バイアス層６のパター
ンが乗り上げている点である。この際に、保護層２４は
省略することもできる。

【００４１】［第四の実施の形態］ 図１６に、第四の実施形態に係る磁気抵抗効果素子をＡ
ＢＳ面に平行に切った時の断面図を示す。この構成で
は、基体（図示省略）上に下シールド層１１、下電極層
１２、固定する層５、固定層４およびバリア層３が順次
積層される。その上に、図のようにパターン化された、
固定する層５、固定層４、バリア層３、フリー層２が順
次積層される。固定する層５／固定層４／バリア層３／
フリー層２の側壁には、酸化層・窒化層（固定する層
５、固定層４、バリア層３及びフリー層２を構成する、
金属材料の酸化物・窒化物からなる層）１が形成され
る。さらにその外側に、絶縁物質からなる縦バイアス層
６が配置されている。さらにその上部には、上電極層１
４および上シールド層１５が積層される。固定する層５
／固定層４／バリア層３／フリー層２の部分が、ＭＴＪ
膜である。

【００４２】この構造では、仮に図中の上電極層１４か
ら下電極層１２へ電流を流したとすると、電流は上電極
層１４からフリー層２、バリア層３、固定層４、固定す
る層５を順次通過して、下電極層１２へと流れ、他の電
流経路を通過することはない。

【００４３】なお、図２２に、上記磁気抵抗効果素子の
平面図を示す。この図において、Ａは、下シールド層１
１／下電極層１２が積層されている部分を示している。
以下同様に、Ｂは、下シールド層１１／下電極層１２／
絶縁層１３を、Ｃは、下シールド層１１／下電極層１２
／縦バイアス層６／上電極層１４／上シールド層１５
を、Ｄは、下シールド層１１／下電極層１２／固定する
層５／固定層４／バリア層３／フリー層２／上電極層１
４／上シールド層１５を、Ｅは、下シールド層１１／下
電極層１２／絶縁層１３／上電極層１４／上シールド層
１５を、Ｆは、下シールド層１１／下電極層１２／固定
する層５／固定層４／バリア層３／フリー層２／酸化層
・窒化層１／縦バイアス層６／上電極層１４／上シール
ド層１５を、各々示している。

【００４４】ここでは、下シールド層１１上に下電極層
１２を積層し、上電極層１４上に上シールド層１５を積
層した構造について述べたが、下シールド層１１と下電
極層１２との間、または上電極層１４と上シールド層１
５との間に、ギャップ層として絶縁層を配置することも
可能である。下シールド層１１と下電極層１２を、また
は上電極層１４と上シールド層１５を兼用にすることも
できる。下電極層１２と固定する層５との間には下地層
を、フリー層２と上電極層層１４との間には上部層を設
けることもできる。また、ここではＭＴＪ膜のうち、固
定する層５／固定層４／バリア層３／フリー層２をパタ
ーン化した場合について示したが、少なくともフリー層
２がパターン化されていればよく、それ以下の部分は、
どこまでパターン化するかは適宜選択することができ
る。

【００４５】［第五の実施の形態］ 図１７に、第五の実施形態に係る磁気抵抗効果素子をＡ
ＢＳ面に平行に切った時の断面図を示す。この構成で
は、基体（図示省略）上に下シールド層１１、下電極層
１２が積層される。その上に、図のようにパターン化さ
れた、固定する層５、固定層４、バリア層３、フリー層
２、界面制御層７、縦バイアス層６が順次積層される。
縦バイアスは、界面制御層７により印加される大きさが
コントロールされた後に、フリー層２に印加される。固
定する層５／固定層４／バリア層３／フリー層２／界面
制御層７／縦バイアス層６の側壁には、酸化層・窒化層
（固定する層５、固定層４、バリア層３、フリー層２、
界面制御層７、縦バイアス層６を構成する、金属材料の
酸化物・窒化物からなる層）１が形成される。さらにそ
の外側には、絶縁層１３が配置されている。さらにその
上部には、上電極層１４および上シールド層１５が積層
される。固定する層５／固定層４／バリア層３／フリー
層２の部分が、ＭＴＪ膜である。

【００４６】なお、図２３に、上記磁気抵抗効果素子の
平面図を示す。この図において、Ａは、下シールド層１
１／下電極層１２が積層されている部分を示している。
以下同様に、Ｂは、下シールド層１１／下電極層１２／
絶縁層１３を、Ｃは、下シールド層１１／下電極層１２
／絶縁層１３／上電極層１４／上シールド層１５を、Ｄ
は、下シールド層１１／下電極層１２／固定する層５／
固定層４／バリア層３／フリー層２／界面制御層７／縦
バイアス層６／上電極層１４／上シールド層１５を、Ｅ
は、下シールド層１１／下電極層１２／固定する層５／
固定層４／バリア層３／フリー層２／界面制御層７／縦
バイアス層６／酸化層・窒化層１／上電極層１４／上シ
ールド層１５を、各々示している。

【００４７】この構造では、仮に図中の上電極層１４か
ら下電極層１２へ電流を流したとすると、電流は上電極
層１４から縦バイアス層６、界面制御層７、フリー層
２、バリア層３、固定層４、固定する層５を順次通過し
て、下電極層１２へと流れ、他の電流経路を通過するこ
とはない。

【００４８】ここでは、下シールド層１１上に下電極層
１２を積層し、上電極層１４上に上シールド層１５を積
層した構造について述べたが、下シールド層１１と下電
極層１２との間、または上電極層１４と上シールド層１
５との間に、ギャップ層として絶縁層を配置することも
可能である。また、下シールド層１１と下電極層１２、
または上電極層１４と上シールド層１５を兼用にするこ
ともできる。下電極層１２と固定する層５との間には下
地層を、また縦バイアス層６と上電極層１４との間には
上部層を設けることもできる。縦バイアス層６を構成す
る材料に適当な材料を選べば、界面制御層７を省略する
こともできる。また、ここではＭＴＪ膜８のうち、固定
する層５／固定層４／バリア層３／フリー層２をパター
ン化した場合について示したが、少なくともフリー層２
がパターン化されていればよく、それ以下の部分はどこ
までパターン化するかは適宜選択することができる。

【００４９】[第六の実施の形態] 図１８に、第六の実施形態に係る磁気抵抗効果素子をＡ
ＢＳ面に平行に切った時の断面図を示す。この構成で
は、基体（図示省略）上に、下電極層１２を兼用した下
シールド層１１が積層される。その上に、ギャップ調整
導電層２５が積層され、更に下地層（図示省略）／固定
する層５／固定層４／バリア層３／フリー層２／保護層
２４が成膜されパターン化される。下地層／固定する層
５／固定層４／バリア層３／フリー層２／保護層２４の
パターンが、ＭＴＪ膜である。ＭＴＪ膜パターン側壁に
は、酸化層・窒化層１が形成されている。さらに、その
左右には絶縁層１３が配置される。縦バイアス層６は、
絶縁層１３を介してＭＴＪ膜パターンの左右に形成され
る。縦バイアス層６のパターンと下シールド層１１兼下
電極層１２の間、もしくは縦バイアス層６と上シールド
層１５兼上電極層１４との間には、絶縁層が１３が形成
されている。さらにその上に上シールド層兼上電極層１
４が積層される。

【００５０】この際に、下シールド層１１と下電極層１
２、または上シールド層１５と上電極層１４とは、兼用
にしないで別々に設けることもできる。さらに、上電極
層１４と上シールド層１５との間に上ギャップ層、下シ
ールド層１１と下電極層１２との間に下ギャップ層を設
けることもできる。また、固定する層５の下地層及びフ
リー層２上の保護層２４は省略することもできる。ま
た、ここでは下地層／固定する層５／固定層４／バリア
層３／フリー層２／保護層２４すべてをパターン化した
場合を示したが、このうちのどこまでパターン化するか
は適宜選択することができる。

【００５１】なお、上記各実施形態においては、縦バイ
アス形状として上から見て長方形のものを図１９乃至図
２３に示したが、実際には種々の形状のものを用いるこ
とができる。

【００５２】以下にそれぞれの構造の詳細、および作成
手順の代表的な例について記述する。また、記録再生ヘ
ッドへの適用例についても記述する。

【００５３】各層を構成する要素として、以下にその有
用な材料の例を示す。基体１０としては、アルチック、
ＳｉＣ、アルミナ、アルチック／アルミナ、ＳｉＣ／ア
ルミナが挙げられる。

【００５４】下シールド層１１としては、ＮｉＦｅ、Ｃ
ｏＺｒ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ、Ｃ
ｏＺｒ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＨｆ、ＣｏＴａ、ＣｏＴａ
Ｈｆ、ＣｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＨｆＰｄ、Ｃ
ｏＴａＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＭｏＮｉ合金、ＦｅＡｌＳ
ｉ、窒化鉄系材料、ＭｎＺｎフェライト、ＮｉＺｎフェ
ライト、ＭｇＺｎフェライトからなる単体、多層膜、お
よび混合物が挙げられる。

【００５５】下電極層１２としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃ
ｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｐ
ｔ、Ｔａからなる単体、多層膜、および混合物が挙げら
れる。

【００５６】界面制御層７としては、Ａｌ酸化物、Si酸
化物、窒化アルミニウム、窒化シリコン、ダイヤモンド
ライクカーボン、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ｔ
ｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｐｔ、Ｎｂ、Ｔａからなる単体、
多層膜、および混合物が挙げられる。

【００５７】上電極層１４としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃ
ｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎ
ｂ、Ｔａからなる単体、多層膜、および混合物が挙げら
れる。

【００５８】上シールド層１５としては、ＮｉＦｅ、Ｃ
ｏＺｒ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ、Ｃ
ｏＺｒ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＨｆ、ＣｏＴａ、ＣｏＴａ
Ｈｆ、ＣｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＨｆＰｄ、Ｃ
ｏＴａＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＭｏＮｉ合金、ＦｅＡｌＳ
ｉ、窒化鉄系材料、ＭｎＺｎフェライト、ＮｉＺｎフェ
ライト、ＭｇＺｎフェライトからなる単体、多層膜、お
よび混合物が挙げられる。

【００５９】絶縁層１３としては、Ａｌ酸化物、Ｓｉ酸
化物、窒化アルミニウム、窒化シリコン、ダイヤモンド
ライクカーボンからなる単体、多層膜、および混合物が
挙げられる。

【００６０】下ギャップ層２１あるいは上ギャップ層２
２としては、Ａｌ酸化物、Ｓｉ酸化物、窒化アルミニウ
ム、窒化シリコン、ダイヤモンドライクカーボンからな
る単体、多層膜、および混合物が挙げられる。

【００６１】上部層２０としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、
Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔ
ａからなる単体、多層膜、および混合物が挙げられる。

【００６２】縦バイアス層６としては、ＣｏＣｒＰｔ、
ＣｏＣｒ、ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＦｅＭｎ、ＮｉＭ
ｎ、Ｎｉ酸化物、ＮｉＣｏ酸化物、Ｆｅ酸化物、ＮｉＦ
ｅ酸化物、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｔＰｄＭｎ、ＲｅＭ
ｎ、Ｃｏフェライト、Ｂａフェライトからなる単体、多
層膜、および混合物が挙げられる。

【００６３】ＭＴＪ膜（磁気抵抗効果膜）としては、以
下の構成のものを用いることができる。第一に、基体／
下地層／フリー層／第１ＭＲエンハンス層／バリア層／
第２ＭＲエンハンス層／固定層／固定する層／保護層、
からなるものである。第二に、基体／下地層／固定する
層／固定層／第１ＭＲエンハンス層／バリア層／第２Ｍ
Ｒエンハンス層／フリー層／保護層、からなるものであ
る。第三に、基体／下地層／第１の固定する層／第１固
定層／第１ＭＲエンハンス層／バリア層／第２ＭＲエン
ハンス層／フリー層／第３ＭＲエンハンス層／バリア層
／第４ＭＲエンハンス層／第２固定層／第２の固定する
層／保護層、からなるものである。第四に、基体／下地
層／固定層／第１ＭＲエンハンス層／バリア層／第２Ｍ
Ｒエンハンス層／フリー層／保護層、からなるものであ
る。第五に、基体／下地層／フリー層／第１ＭＲエンハ
ンス層／バリア層／第２ＭＲエンハンス層／固定層／保
護層からなるものである。

【００６４】下地層としては、金属、酸化物、窒化物か
らなる単層膜、混合物膜、または多層膜を用いる。具体
的には、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｐ
ｔ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｒ
ｈ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｎｂ、Ｖおよびこれらの
材料の酸化物あるいは窒化物、からなる単層膜、混合物
膜、または多層膜を用いる。添加元素として、Ｔａ、Ｈ
ｆ、Ｚｒ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｉｒ、
Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｏ
ｓ、Ｐｄ、Ｎｂ、Ｖを用いることもできる。なお、上記
の通り、下地層は用いない場合もある。

【００６５】フリー層２としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦ
ｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＣｏ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭ
ｏ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＨ
ｆ、ＣｏＴａ、ＣｏＴａＨｆ、ＣｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒ
Ｎｂ、ＣｏＨｆＰｄ、ＣｏＴａＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＭｏ
Ｎｉ合金、またはアモルファス磁性材料を用いることが
できる。

【００６６】バリア層３としては、酸化物、窒化物、酸
化物と窒化物の混合物もしくは金属／酸化物２層膜、金
属／窒化物２層膜、金属／（酸化物と窒化物との混合
物）２層膜、を用いる。Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、
Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐ
ｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、
Ａｕ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒ
ｅ、Ｖの酸化物および窒化物の単体、多層膜、混合物、
またはこれらとＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、
Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａ
ｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、
Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｅ、Ｖ
の酸化物および窒化物の単体、多層膜、混合物との積層
膜は有力な候補となる。

【００６７】第１および第２ＭＲエンハンス層として
は、Ｃｏ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＣｏ等、またはＣｏＦｅ
Ｂ、ＣｏＺｒＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒ
Ｔａ、ＣｏＨｆ、ＣｏＴａ、ＣｏＴａＨｆ、ＣｏＮｂＨ
ｆ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＨｆＰｄ、ＣｏＴａＺｒＮｂ、
ＣｏＺｒＭｏＮｉ合金またはアモルファス磁性材料を用
いる。ＭＲエンハンス層を用いない場合は、用いた場合
に比べて若干ＭＲ比が低下するが、用いない分だけ作製
に要する工程数は低減する。

【００６８】固定層４としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、
ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＣｏ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭｏ、
ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＨｆ、Ｃ
ｏＴａ、ＣｏＴａＨｆ、ＣｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒＮｂ、
ＣｏＨｆＰｄ、ＣｏＴａＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＭｏＮｉ合
金またはアモルファス磁性材料を用いることができる。
または、これらと、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚ
ｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、
Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａ
ｕ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒ
ｅ、Ｖをベースとするグループからなる単体、合金、ま
たは積層膜とを、組み合わせた積層膜を用いることも可
能である。 特に、Ｃｏ／Ｒｕ／Ｃｏ、ＣｏＦｅ／Ｒｕ
／ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＮｉ、Ｃｏ
／Ｃｒ／Ｃｏ、ＣｏＦｅ／Ｃｒ／ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮ
ｉ／Ｃｒ／ＣｏＦｅＮｉは有力な候補である。

【００６９】固定する層５としては、ＦｅＭｎ、ＮｉＭ
ｎ、ＩｒＭｎ、ＲｈＭｎ、ＰｔＰｄＭｎ、ＲｅＭｎ、Ｐ
ｔＭｎ、ＰｔＣｒＭｎ、ＣｒＭｎ、ＣｒＡｌ、ＴｂＣ
ｏ、Ｎｉ酸化物、Ｆｅ酸化物、Ｎｉ酸化物とＣｏ酸化物
の混合物、Ｎｉ酸化物とＦｅ酸化物の混合物、Ｎｉ酸化
物／Ｃｏ酸化物２層膜、Ｎｉ酸化物／Ｆｅ酸化物２層
膜、ＣｏＣｒ、ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＰｔＣｏ
などを用いることができる。ＰｔＭｎもしくはＰｔＭｎ
にＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎ
ｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｓｉ、Ａｌ、
Ｔｉ、Ｔａを添加した材料は有力な候補である。

【００７０】保護層２４としては、酸化物、窒化物、酸
化物と窒化物の混合物もしくは金属／酸化物２層膜、金
属／窒化物２層膜、金属／（酸化物と窒化物との混合
物）２層膜、を用いる。Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、
Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐ
ｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、
Ａｕ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒ
ｅ、Ｖの酸化物および窒化物の単体、多層膜、混合物、
またはこれらとＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、
Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａ
ｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、
Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｅ、Ｖ
の酸化物および窒化物の単体、多層膜、混合物との積層
膜が有力な候補となる。上部層２０は、用いない場合も
ある。

【００７１】次に、第一乃至第六の実施形態に係る磁気
抵抗効果素子の作成手順についての例を、図２４乃至図
２７を用いて説明する。

【００７２】図２４は、第一の実施形態に係る磁気抵抗
効果素子の作成手順の例であり、(1)から(9)の順で作成
される。先ず、基体１０上に下シールド層１１、下電極
層１２を順次形成する（(1)）。 その上にステンシル
ＰＲ２１を形成し（(2)）、縦バイアス層６を成膜した
後にリフトオフする（(3)）。更に、ＭＴＪ膜８、上電
極層１４を成膜し（(4)）、ＰＲ２２を形成しミリング
する（(5)）。次に、パターン化されたＭＴＪ膜８の側
壁部を酸化または窒化する（(6)）。酸化は、大気中、
酸素を不活性元素で希釈した雰囲気中、もしくは圧力を
下げた酸素雰囲気中において自然酸化する方法でも、酸
素を不活性元素で希釈し圧力を調節した雰囲気中でプラ
ズマを発生させ、プラズマに素子を接触させる方法（プ
ラズマ酸化法）でもかまわない。窒化は、窒素を不活性
ガスで希釈し圧力を調節した雰囲気中でプラズマを発生
させ、接触させる方法で作成する方がよい。あるいは、
ミリングを行う際にミリングガス中に酸素もしくは窒素
を適量導入し、ミリングを行いながらＭＴＪ膜８の側壁
部を酸化もしくは窒化する事もできる。酸化もしくは窒
化行程が終わったら絶縁層１３を成膜し、リフトオフす
る（(7)）。さらに下電極が露出するまで絶縁層１３を
穴あけし（(8)）、上シールド層１５を形成する
（(9)）。

【００７３】図２５は、第二の実施形態に係る磁気抵抗
効果素子の作成手順の例であり、(1)から(8)の順で作成
される。先ず、基体１０上に、下シールド層１１、下電
極層１２、ＭＴＪ膜８、上電極層１４を順次形成する
（(1)）。その上にステンシルＰＲ２１を形成し、ミリ
ングする（(2)）。次に、パターン化されたＭＴＪ膜８
の側端部を酸化または窒化する（(3)）。酸化は、大気
中、酸素を不活性元素で希釈した雰囲気中、もしくは圧
力を下げた酸素雰囲気中において自然酸化する方法で
も、酸素を不活性元素で希釈し圧力を調節した雰囲気中
でプラズマを発生させ、プラズマに素子を接触させる方
法(プラズマ酸化法)でもかまわない。窒化は、窒素を不
活性ガスで希釈し圧力を調節した雰囲気中でプラズマを
発生させ、接触させる方法で作成する方がよい。あるい
は、ミリングを行う際にミリングガス中に酸素もしくは
窒素を適量導入し、ミリングを行いながらＭＴＪ膜８の
側壁部を酸化もしくは窒化する事もできる。酸化もしく
は窒化行程が終わったらステンシルＰＲ２１を除去す
る。更に、ＰＲ２２を形成し（(4)）、縦バイアス層６
を成膜した後、リフトオフする（(5)）。次に絶縁層１
３を成膜し、ケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭ
Ｐ）により絶縁層１３を上電極層１４が露出するところ
まで削る（(6)）。下電極層１２が露出するまで絶縁層
１３を穴あけし（(7)）、上シールド層１５を形成する
（(8)）。

【００７４】図２６は、第三の実施形態に係る磁気抵抗
効果素子の作成手順の例であり、(1)から(8)の順で作成
される。先ず、基体１０上に、下シールド層１１、下電
極層１２、ＭＴＪ膜８を順次形成する（(1)）。その上
にステンシルＰＲ２１を形成し（(2)）ミリングした
（(3)）後に、絶縁層１３および縦バイアス層６を順次
形成し、リフトオフする（(4)）。更に、ＰＲ２２を形
成しミリングした後（(6)）に、次にパターン化された
ＭＴＪ膜端部を酸化または窒化する（(6)）。酸化は、
大気中、酸素を不活性元素で希釈した雰囲気中、もしく
は圧力を下げた酸素雰囲気中において自然酸化する方法
でも、酸素を不活性元素で希釈し圧力を調節した雰囲気
中でプラズマを発生させ、プラズマに素子を接触させる
方法（プラズマ酸化法）でもかまわない。窒化は、窒素
を不活性ガスで希釈し圧力を調節した雰囲気中でプラズ
マを発生させ、接触させる方法で作成する方がよい。あ
るいは、ミリングを行う際にミリングガス中に酸素もし
くは窒素を適量導入し、ミリングを行いながらＭＴＪ膜
側壁部を酸化もしくは窒化する事もできる。酸化もしく
は窒化行程が終わったらＰＲ２２を除去する（(6)）。
下電極層１２が露出するまで絶縁層１３を穴あけし
（(7)）、上シールド層１５を形成する（(8)）。

【００７５】第四の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の
作成手順の例は、上記第四の実施形態において示した作
成手順と同様であるので、説明は省略する。

【００７６】図２７は、第五の実施形態に係る磁気抵抗
効果素子の作成手順の例であり、(1)から(6)の順で作成
される。基体１０上に、下シールド層１１、下電極層１
２、ＭＴＪ膜８、界面制御層７、縦バイアス層６を順次
形成する（(1)）。その上にステンシルＰＲ２１を形成
し（(2)）、ミリングした後に、パターン化されたＭＴ
Ｊ膜８の側壁部を酸化または窒化する（(3)）。酸化
は、大気中、酸素を不活性元素で希釈した雰囲気中、も
しくは圧力を下げた酸素雰囲気中において自然酸化する
方法でも、酸素を不活性元素で希釈し圧力を調節した雰
囲気中でプラズマを発生させ、プラズマに素子を接触さ
せる方法（プラズマ酸化法）でもかまわない。窒化は、
窒素を不活性ガスで希釈し圧力を調節した雰囲気中でプ
ラズマを発生させ、接触させる方法で作成する方がよ
い。あるいは、ミリングを行う際にミリングガス中に酸
素もしくは窒素を適量導入し、ミリングを行いながらＭ
ＴＪ膜８側壁部を酸化もしくは窒化する事もできる。酸
化もしくは窒化行程が終わったら絶縁層１３を成膜し、
リフトオフする（(4)）。下電極層１２が露出するまで
絶縁層１３を穴あけし（(5)）、上電極層１４及び上シ
ールド層１５を形成する（(6)）。

【００７７】次に、本発明に係る磁気抵抗効果素子を、
磁気記録再生ヘッド及び磁気記録システムへ適用した例
を示す。図２８は、本発明に係る磁気抵抗効果素子を適
用した、磁気記録再生ヘッドの概略図である。この磁気
記録再生ヘッド１３０は、基体４２上に設けられ磁気抵
抗効果素子をその一部に含む再生ヘッド４５と、磁極４
３、コイル４１、上磁極４４からなる記録ヘッド４６と
から構成されている。この際、上部シールド膜と下部磁
性膜とを共通にしても、別に設けてもかまわない。この
ヘッドにより、記録媒体上に信号を書き込み、また、記
録媒体から信号を読み取るのである。再生ヘッドの感知
部分と、記録ヘッドの磁気ギャップはこのように同一ス
ライダ上に重ねた位置に形成することで、同一とラック
に同時に位置決めができる。このヘッドをスライダに加
工し、磁気記録システムに搭載するようにした。

【００７８】図２９は、図２８に示した磁気記録再生ヘ
ッドを備えた磁気抵抗変換システムを示す概略図であ
り、スライダを構成する基板１２９に磁気記録再生ヘッ
ド１３０が形成され、保護膜１３２によって保護されて
いる。基板１２９は、例えばＡｌ_２Ｏ_３−ＴｉＯ複合セ
ラミックス等から構成され、保護膜１３２は、例えばＤ
ＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）から構成されてい
る。この記録再生素子部１３０には、記録ヘッドに接続
された電極端子１３１ａ、及び再生ヘッドに接続された
電極端子１３１ｂが各々形成されている。電極端子１３
１ａは、記録ヘッドに駆動電流を印加し記録動作を生じ
させる電流駆動回路１３３に接続されている。また、電
極端子１３１ｂは、再生ヘッドにセンス電流を流す電流
発生回路１３４と、再生ヘッドの抵抗率変化により発生
する電圧変化を検出される磁界の関数として検出し、記
録媒体上の記録データ情報を読みとるためのデータ読取
回路１３５とに接続されている。このように磁気抵抗変
換システムは、磁気記録再生ヘッド１３０と、電流発生
回路１３４と、データ読取回路１３５と、を備えてい
る。

【００７９】図３０は、図２９に示した磁気抵抗変換シ
ステムを用いた磁気記録システムの一例を示す概略図で
ある。この磁気記録システムは、磁気抵抗変換システム
と、磁気抵抗変換システムのうちの磁気記録再生ヘッド
（図中符号１０３）と、データ記録のための複数個のト
ラック有する磁気記録媒体１０２と、磁気記録再生ヘッ
ド１０３を磁気記録媒体１０２上の所定の位置に移動さ
せるＶＣＭ（ヴォイスコイルモータ）（第１のアクチュ
エータ）１０６と、磁気記録媒体１０２を回転駆動させ
るモータ（第２のアクチュエータ）１０１と、を備えて
いる。この図において、駆動用のモータ１０１により回
転される磁気記録媒体１０２の磁気記録面に対向して磁
気記録再生ヘッド１０３が、サスペンション１０４、ア
ーム１０５により取り付けられ、ＶＣＭ１０６によりト
ラッキングされる。記録再生動作は、磁気記録再生ヘッ
ド１０３への記録再生チャネル１０７からの信号により
行われる。この記録再生チャネル１０７と、ヘッドの位
置決めを行うＶＣＭ１０６と、記録媒体１０２を回転さ
せるモータ１０１とは、制御ユニット１０８により連動
するように制御されている。

【００８０】図３１は、磁気記録システムの具体例を示
した斜視図である。この例においては、ヘッドスライダ
ーを兼ねる基板５２上に、磁気記録再生ヘッド１０３
（再生ヘッド５１および記録ヘッド５０）が形成されて
おり、これを磁気記録媒体５３上に位置ぎめして再生を
行う。磁気記録媒体５３は回転し、ヘッドスライダーは
磁気記録媒体５３の上を、０．２μm以下の高さ、ある
いは接触状態で対抗して相対運動する。この機構によ
り、再生ヘッド５１は磁気記録媒体５３に記録された磁
気的信号を、その漏れ磁界５４から読み取ることのでき
る位置に設定されるのである。

【００８１】

【実施例】本発明に係る磁気抵抗効果素子の第一乃至第
四の実施例について、以下に説明する。

【００８２】[第一の実施例] 上記第一の実施形態に係る磁気抵抗効果素子である、図
８の構造の素子を作成した。この際ＭＴＪ膜としては、
Ｔａ（３nm）／Ｎｉ８２Ｆｅ１８（５nm）／Ｃｏ９０Ｆ
ｅ１０（０．５nm）／Ａｌ酸化物（０．７nm）／Ｃｏ９
０Ｆｅ１０（２nm）／Ｒｕ（０．７nm）／Ｃｏ９０Ｆｅ
１０（２nm）／Ｐｔ４６Ｍｎ５４（１５nm）／Ｔａ（３
nm）、を用いた。膜形成後には、２５０℃、５時間の熱
処理を成膜時の磁界とは直交する方向に５００Ｏｅの磁
界を印加しつつ行った。素子試作の際のＭＴＪ膜部のパ
ターニングでは、ＭＴＪ膜は固定層（Ｃｏ９０Ｆｅ１０
（２nm）／Ｒｕ（０．７nm）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２n
m））の途中までミリングによりパターニングした。Ｍ
ＴＪ膜パターン化、およびパターン化したＭＴＪ膜端部
の酸化には、通常のミリング＋プラズマ酸化の手法を用
いた。具体的には、ＭＴＪ膜を通常のミリング装置によ
り０．３Paの純Ａｒガス雰囲気中でミリングした後に、
プラズマ酸化装置(アッシング装置)に移し、ＭＴＪ膜端
面および固定層のミリング残りを酸化した。アッシング
条件は０．３PaのＡｒ、０．１PaのＯ_２雰囲気中に、２
００WのＲＦパワーを印加して発生したプラズマに２０
分間ＭＴＪ膜端部を接触させることにより行った。比較
のためにプラズマ酸化工程を省略して作成した素子も試
作した。素子を構成する各要素としては以下のものを用
いた。 基体…厚さ２nmのアルチック上にアルミナを10μm積層
したもの 下シールド層…厚さ１μmのＣｏ６５Ｎｉ１２Ｆｅ２３
（組成はａｔ％、以下同じ） 下電極層…Ｔａ（１．５nm）／Ｐｔ（１０nm）／Ｔａ
（１０nm） 上電極層…Ｔａ（１．５nm）／Ａｕ（２０nm）／Ｔａ
（３nm） 上シールド層…厚さ１μmのＣｏ８９Ｚｒ４Ｔａ４Ｃｒ
３ 絶縁層…厚さ４０nmのアルミナ 縦バイアス層…Ｃｒ（１０nm）／Ｃｏ７４．５Ｃｒ１
０．５Ｐｔ１５（３６nm） 界面制御層…なし 下ギャップ層…なし 上ギャップ層…なし 上部層…なし

【００８３】この素子を、図２８のような記録再生一体
型ヘッドに加工およびスライダ加工し、ＣｏＣｒＴａ系
媒体上にデータを記録再生した。この際、書き込みトラ
ック幅は３μｍ、書き込みギャップは０．２μm、読み
込みトラック幅は２μmとした。書き込みヘッド部のコ
イル部作成時のフォトレジスト硬化工程は２５０℃、２
時間とした。この工程により本来は素子高さ方向を向い
ていなければならない固定層および固定する層の磁化方
向が回転し、磁気抵抗効果素子として正しく動作しなく
なったので、再生ヘッド部および記録ヘッド部作成終了
後に、２００℃、５００Ｏｅ磁界中、１時間の着磁熱処
理を行った。この着磁熱処理によるフリー層の磁化容易
軸の着磁方向への回転は、磁化曲線からほとんど観測さ
れなかった。

【００８４】まったく作成手順において１０個のヘッド
を作成した。媒体の保磁力は３．０ｋＯｅ、ＭｒＴは
０．３５memu/cm²とした。試作したヘッドを用いて、再
生出力を測定した。 １０個のヘッドの再生出力測定結
果を以下に示す。ＭＴＪ膜端面および固定層残りのプラ
ズマ酸化無しの場合は、再生出力が３mV以上のものは１
個もなく、１０個中９個までが１mV以下であった。３mV
以上を合格とすると、ヘッドとしての歩留まりはゼロで
ある。ほとんどゼロのヘッドでは抵抗が極めて小さく、
ＭＴＪ膜パターン化時に発生したバリかあるいはミリン
グ残りの固定層による通電面積の広がりによりセンス電
流のバイパス経路が形成されていることがわかった。一
方、通常ミリング＋プラズマ酸化の場合は、１０個中８
個までは再生出力が３mV以上であり、歩留まりが８０％
と向上した。 ＭＴＪ膜端面および固定層のミリング残
りがプラズマ酸化されることによりセンス電流のバイパ
ス経路が無くなり、出力が向上したのである。

【表１】

【表２】

【００８５】［第二の実施例］ 上記第三の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を作成し
た。この際ＭＴＪ膜としては、Ｔａ（３nm）／Ｐｔ４６
Ｍｎ５４（１５nm）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２nm）／Ｒｕ
（０．８nm）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２nm）／Ａｌ酸化物
（１．５nm）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（０．５nm）／Ｎｉ８
２Ｆｅ１８（５nm）／Ｔａ（３nm）を用いた。膜形成後
には２５０℃、５時間の熱処理を成膜時の磁界とは直交
する方向に５００Ｏｅの磁界を印加しつつ行った。素子
試作の際のＭＴＪ部のパターニングでは、ＭＴＪ膜は最
下層のＴａまですべてミリングによりパターニングし
た。ＭＴＪ膜パターン化、およびパターン化したＭＴＪ
膜端部の酸化及び窒化には以下の５種類の手法を用い
た。

【００８６】１．通常のミリング＋プラズマ酸化 ＭＴＪ膜を通常のミリング装置により０．３Paの純Ａｒ
ガス雰囲気中でミリングした後に、プラズマ酸化装置
（アッシング装置）に移し、ＭＴＪ膜端面を酸化した。
アッシング条件は、０．３PaのＡｒ、０．１PaのＯ_２雰
囲気中に２００ＷのＲＦパワーを印加して発生したプラ
ズマに２０分間ＭＴＪ膜端部を接触させることにより行
った。

【００８７】２．通常のミリング＋自然酸化 ＭＴＪ膜を通常のミリング装置により０．３Paの純Ａｒ
ガス雰囲気中でミリングした後に、ＭＴＪ膜端部を１気
圧の乾燥酸素雰囲気中に１時間放置することにより行っ
た。

【００８８】３．通常のミリング＋窒化 ＭＴＪ膜を通常のミリング装置により０．３Paの純Ａｒ
ガス雰囲気中でミリングした後に、プラズマ酸化装置
(アッシング装置)に０．５PaのＡｒ、０．５PaのＮ_２雰
囲気中に２００ＷのＲＦパワーを印加して発生したプラ
ズマに１２０分間ＭＴＪ膜端部を接触させることにより
行った。

【００８９】４．(酸素＋Ａｒ)雰囲気中ミリング ミリング装置にＡｒ０．３Paと酸素０．１Paを同時に導
入し、ミリングとＭＴＪ膜端部の酸化を同時に行った。

【００９０】５．(窒素＋Ａｒ)雰囲気中ミリング ミリング装置にＡｒ０．３Paと窒素０．１Paを同時に導
入し、ミリングとＭＴＪ膜端部の窒化を同時に行った。

【００９１】比較のためにプラズマ酸化工程を省略して
作成した素子も試作した。素子を構成する各要素として
は以下のものを用いた。 基体…厚さ２nmのアルチック上にアルミナを１０μm積
層したもの 下シールド層…厚さ１μmのＣｏ６５Ｎｉ１２Ｆｅ２３
（組成はａｔ％、以下同じ） 下電極層…Ｔａ（１．５nm）／Ｍｏ（８０nm）／Ｔａ
（３nm） 上電極層…Ｔａ（１．５nm）／Ａｕ（４０nm）／Ｔａ
（３nm） 上シールド層…厚さ１μmのＣｏ８９Ｚｒ４Ｔａ４Ｃｒ
３ 絶縁層…厚さ４０nmのアルミナ 縦バイアス層…Ｃｒ（１０nm）／Ｃｏ７４．５Ｃｒ１
０．５Ｐｔ１５（３６nm） 界面制御層…なし 下ギャップ層…なし 上ギャップ層…なし 上部層…なし

【００９２】この磁気抵抗効果素子を、図２８のような
記録再生一体型ヘッドに加工およびスライダ加工し、Ｃ
ｏＣｒＴａ系媒体上にデータを記録再生した。この際、
書き込みトラック幅は３μm、書き込みギャップは０．
２μm、読み込みトラック幅は２μmとした。書き込みヘ
ッド部のコイル部作成時のフォトレジスト硬化工程は２
５０℃、２時間とした。この工程により本来は素子高さ
方向を向いていなければならない固定する層および固定
する層の磁化方向が回転し、磁気抵抗効果素子として正
しく動作しなくなったので、再生ヘッド部および記録ヘ
ッド部作成終了後に、２００℃、５００Ｏｅ磁界中、１
時間の着磁熱処理を行った。この着磁熱処理によるフリ
ー層の磁化容易軸の着磁方向への回転は、磁化曲線から
ほとんど観測されなかった。

【００９３】まったく同様の作成手順において、１０個
のヘッドを作成した。媒体の保磁力は３．０ｋＯｅ、Ｍ
ｒＴは０．３５memu/cm^２とした。試作したヘッドを用
いて、再生出力を測定した。１０個のヘッドの再生出力
測定結果を以下に示す。ＭＴＪ膜端面のプラズマ酸化無
しの場合は、再生出力が３mV以上と大ききいものが２個
あったが、８個は出力が小さく、そのうち５個は再生出
力がほとんどゼロであった。３mV以上を合格とすると、
ヘッドとしての歩留まりは２０％と低いことがわかる。
再生出力がほとんどゼロのヘッドでは抵抗が極めて小さ
く、ＭＴＪ膜パターン化時に発生したバリにより固定す
る層とフリー層とが短絡していることがわかった。一
方、通常ミリング＋プラズマ酸化の場合は、１０個中８
個までは再生出力が３mV以上であり、歩留まりが８０％
と向上した。通常ミリング＋自然酸化の場合は歩留まり
７０%、通常ミリング＋窒化の場合は６０%、（酸素＋Ａ
ｒ）雰囲気中ミリングの場合は５０％、（窒素＋Ａｒ）
雰囲気中ミリングの場合は４０％と、なにも処理をしな
かった場合よりは歩留まりが向上した。これら、本発明
を適用した場合は、ＭＴＪ膜パターン化時に発生したバ
リが酸化または窒化され絶縁物に変わったため、ＭＲ比
を下げる原因ではなくなったためと考えられる。今回
は、通常ミリング＋プラズマ酸化が最も良好な特性が得
られたが、それ以外の場合もミリング及びＭＴＪ端面酸
化及び窒化の条件最適化によりプラズマ酸化と同等の特
性が得られる可能性がある。

【表３】

【表４】

【表５】

【表６】

【表７】

【表８】

【００９４】［第三の実施例］ 上記第四の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を作成し
た。この際ＭＴＪ膜としては、Ｔａ（３nm）／Ｐｔ４６
Ｍｎ５４（１５nm）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２nm）／Ｒｕ
（０．８nm）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２nm）／Ａｌ酸化物
（１．５nm）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（０．５nm）／Ｎｉ８
２Ｆｅ１８（５nm）／Ｔａ（３nm）を用いた。膜形成後
には２５０℃、５時間の熱処理を成膜時の磁界とは直交
する方向に５００Ｏｅの磁界を印加しつつ行った。素子
試作の際のＭＴＪ部のパターニングでは、ＭＴＪ膜は最
下層のＴａまですべてミリングによりパターニングし
た。ＭＴＪ膜を通常のミリング装置により０．３Paの純
Ａｒガス雰囲気中でミリングした後に、プラズマ酸化装
置(アッシング装置)に移し、ＭＴＪ膜端面を酸化した。
アッシング条件は、０．３PaのＡｒ、０．１PaのＯ_２雰
囲気中に２００ＷのＲＦパワーを印加して発生したプラ
ズマに、２０分間ＭＴＪ膜端部を接触させることにより
行った。比較のためにプラズマ酸化工程を省略して作成
した素子も試作した。素子を構成する各要素としては以
下のものを用いた。 基体…厚さ２nmのアルチック上にアルミナを１０μm積
層したもの 下シールド層…厚さ１μmのＣｏ６５Ｎｉ１２Ｆｅ２３
（組成はａｔ％、以下同じ） 下電極層…Ｔａ（１．５nm）／Ｍｏ（８０nm）／Ｔａ
（３nm） 上電極層…Ｔａ（１．５nm）／Ａｕ（４０nm）／Ｔａ
（３nm） 上シールド層…厚さ１μmのＣｏ８９Ｚｒ４Ｔａ４Ｃｒ
３ 絶縁層…厚さ４０nmのアルミナ 縦バイアス層…Ｃｒ（１０nm）／Ｃｏ７４．５Ｃｒ１
０．５Ｐｔ１５（３６nm） 界面制御層…なし 下ギャップ層…なし 上ギャップ層…なし 上部層…なし

【００９５】この素子を、図２８のような記録再生一体
型ヘッドに加工およびスライダ加工し、ＣｏＣｒＴａ系
媒体上にデータを記録再生した。この際、書き込みトラ
ック幅は３μm、書き込みギャップは０．２μm、読み込
みトラック幅は２μmとした。書き込みヘッド部のコイ
ル部作成時のフォトレジスト硬化工程は２５０℃、２時
間とした。この工程により本来は素子高さ方向を向いて
いなければならない固定する層および固定する層の磁化
方向が回転し、磁気抵抗効果素子として正しく動作しな
くなったので、再生ヘッド部および記録ヘッド部作成終
了後に、２００℃、５００Ｏｅ磁界中、１時間の着磁熱
処理を行った。この着磁熱処理によるフリー層の磁化容
易軸の着磁方向への回転は、磁化曲線からほとんど観測
されなかった。

【００９６】まったく同様の作成手順において１０個の
ヘッドを作成した。媒体の保磁力は3．0ｋＯｅ、ＭｒＴ
は０．３５memu/cm^２とした。試作したヘッドを用い
て、再生出力を測定した。 １０個のヘッドの再生出力
測定結果を以下に示す。ＭＴＪ膜端面のプラズマ酸化無
しの場合は、再生出力が３mV以上と大ききいものが１個
あったが、９個は出力が小さかった。３mV以上を合格と
すると、ヘッドとしての歩留まりは１０％と低いことが
わかる。再生出力がほとんどゼロのヘッドでは抵抗が極
めて小さく、ＭＴＪ膜パターン化時に発生したバリによ
り固定する層とフリー層とが短絡していることがわかっ
た。一方、通常ミリング＋プラズマ酸化の場合は、１０
個中９個までは再生出力が３mV以上であり、歩留まりが
９０%と向上した。本発明を適用した場合はＭＴＪ膜パ
ターン化時に発生したバリが酸化され絶縁物に変わった
ため、ＭＲ比を下げる原因ではなくなったためと考えら
れる。

【表９】

【表１０】

【００９７】［第四の実施例］ 上記第五の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を作成し
た。この際ＭＴＪ膜としては、Ｔａ（３nm）／Ｐｔ４６
Ｍｎ５４（１５nm）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２nm）／Ｒｕ
（０．８nm）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（２nm）／Ａｌ酸化物
（１．５nm）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（０．５nm）／Ｎｉ８
２Ｆｅ１８（５nm）／Ｔａ（３nm）を用いた。膜形成後
には２５０℃、５時間の熱処理を成膜時の磁界とは直交
する方向に５００Ｏｅの磁界を印加しつつ行った。素子
試作の際のＭＴＪ部のパターニングでは、ＭＴＪ膜は最
下層のＴａまですべてミリングによりパターニングし
た。ＭＴＪ膜を通常のミリング装置により０．３Paの純
Ａｒガス雰囲気中でミリングした後に、プラズマ酸化装
置(アッシング装置)に移し、ＭＴＪ膜端面を酸化した。
アッシング条件は０．３PaのＡｒ、０．１PaのＯ_２雰囲
気中に２００ＷのＲＦパワーを印加して発生したプラズ
マに、２０分間ＭＴＪ膜端部を接触させることにより行
った。比較のためにプラズマ酸化工程を省略して作成し
た素子も試作した。ヘッドを構成する各要素としては以
下のものを用いた。 基体…厚さ２nmのアルチック上にアルミナを１０μm積
層したもの 下シールド層…厚さ１μmのＣｏ６５Ｎｉ１２Ｆｅ２３
（組成はａｔ％、以下同じ） 下電極層…Ｔａ（１．５nm）／Ｍｏ（８０nm）／Ｔａ
（３nm） 上電極層…Ｔａ（１．５nm）／Ａｕ（４０nm）／Ｔａ
（３nm） 上シールド層…厚さ１μmのＣｏ８９Ｚｒ４Ｔａ４Ｃｒ
３ 絶縁層…厚さ４０nmのアルミナ 縦バイアス層…Ｃｒ（１０nm）／Ｃｏ７４．５Ｃｒ１
０．５Ｐｔ１５（３６nm） 界面制御層…なし 下ギャップ層…なし 上ギャップ層…なし 上部層…なし

【００９８】この素子を、図２８のような記録再生一体
型ヘッドに加工およびスライダ加工し、ＣｏＣｒＴａ系
媒体上にデータを記録再生した。この際、書き込みトラ
ック幅は３μm、書き込みギャップは０．２μm、読み込
みトラック幅は２μmとした。書き込みヘッド部のコイ
ル部作成時のフォトレジスト硬化工程は２５０℃、２時
間とした。この工程により本来は素子高さ方向を向いて
いなければならない固定する層および固定する層の磁化
方向が回転し、磁気抵抗効果素子として正しく動作しな
くなったので、再生ヘッド部および記録ヘッド部作成終
了後に、２００℃、５００Ｏｅ磁界中、１時間の着磁熱
処理を行った。この着磁熱処理によるフリー層の磁化容
易軸の着磁方向への回転は、磁化曲線からほとんど観測
されなかった。

【００９９】まったく作成手順において１０個のヘッド
を作成した。媒体の保磁力は３．０ｋＯｅ、ＭｒＴは
０．３５memu/cm^２とした。試作したヘッドを用いて、
再生出力を測定した。１０個のヘッドの再生出力測定結
果を以下に示す。ＭＴＪ膜端面のプラズマ酸化無しの場
合は、再生出力が３mV以上と大ききいものが１個あった
が、９個は出力が小さかった。３mV以上を合格とする
と、ヘッドとしての歩留まりは１０％と低いことがわか
る。再生出力がほとんどゼロのヘッドでは抵抗が極めて
小さく、ＭＴＪ膜パターン化時に発生したバリにより固
定する層とフリー層とが短絡していることがわかった。
一方、通常ミリング＋プラズマ酸化の場合は、１０個中
８個までは再生出力が３mV以上であり、歩留まりが８０
％と向上した。本発明を適用した場合はＭＴＪ膜パター
ン化時に発生したバリが酸化され絶縁物に変わったた
め、ＭＲ比を下げる原因ではなくなったためと考えられ
る。

【表１１】

【表１２】

【０１００】次に、本発明を適用して試作された磁気記
録装置の説明をする。磁気記録装置は、ベース上に３枚
の磁気ディスク（磁気記録媒体）を備え、ベース裏面に
ヘッド駆動回路および信号処理回路と入出力インターフ
ェイスとを収めている。外部とは３２ビットのバスライ
ンで接続される。磁気ディスクの両面には６個のヘッド
が配置されている。ヘッドを駆動するためのロータリー
アクチュエータ（アクチュエータ手段）とその駆動及び
制御回路、ディスク回転用スピンドル直結モータが搭載
されている。ディスクの直径は４６mmであり、データ面
は直径１０mmから４０mmまでを使用する。埋め込みサー
ボ方式を用い、サーボ面を有しないため高密度化が可能
である。本装置は、小型コンピューターの外部記録装置
として直接接続が可能になっている。入出力インターフ
ェイスには、キャッシュメモリを搭載し、転送速度が毎
秒５から２０メガバイトの範囲であるバスラインに対応
する。また、外部コントローラを置き、本装置を複数台
接続することにより、大容量の磁気ディスク装置を構成
することも可能である。

【０１０１】

【発明の効果】本発明の適用により、 従来のものより
再生波形のノイズが少なく、Ｓ／Ｎ比及びビットエラー
レートが良好な磁気抵抗効果素子を得ることができる。
また、この磁気抵抗効果素子を用いて、高性能な磁気記
録再生装置、磁気記録装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る磁気抵抗効果素子の第一の実施
形態の一例を示す概略側断面図である。

【図２】 本発明に係る磁気抵抗効果素子の第一の実施
形態の他の一例を示す概略側断面図である。

【図３】 本発明に係る磁気抵抗効果素子の第一の実施
形態の更に他の一例を示す概略側断面図である。

【図４】 本発明に係る磁気抵抗効果素子の第一の実施
形態の更に他の一例を示す概略側断面図である。

【図５】 本発明に係る磁気抵抗効果素子の第一の実施
形態の更に他の一例を示す概略側断面図である。

【図６】 本発明に係る磁気抵抗効果素子の第一の実施
形態の更に他の一例を示す概略側断面図である。

【図７】 本発明に係る磁気抵抗効果素子の第一の実施
形態の更に他の一例を示す概略側断面図である。

【図８】 本発明に係る磁気抵抗効果素子の第一の実施
形態の更に他の一例を示す概略側断面図である。

【図９】 本発明に係る磁気抵抗効果素子の第一の実施
形態の更に他の一例を示す概略側断面図である。

【図１０】 本発明に係る磁気抵抗効果素子の第一の実
施形態の更に他の一例を示す概略側断面図である。

【図１１】 本発明に係る磁気抵抗効果素子の第一の実
施形態の更に他の一例を示す概略側断面図である。

【図１２】 本発明に係る磁気抵抗効果素子の第一の実
施形態の更に他の一例を示す概略側断面図である。

【図１３】 本発明に係る磁気抵抗効果素子の第二の実
施形態の一例を示す概略側断面図である。

【図１４】 本発明に係る磁気抵抗効果素子の第三の実
施形態の一例を示す概略側断面図である。

【図１５】 本発明に係る磁気抵抗効果素子の第三の実
施形態の他の一例を示す概略側断面図である。

【図１６】 本発明に係る磁気抵抗効果素子の第四の実
施形態の一例を示す概略側断面図である。

【図１７】 本発明に係る磁気抵抗効果素子の第五の実
施形態の一例を示す概略側断面図である。

【図１８】 本発明に係る磁気抵抗効果素子の第六の実
施形態の一例を示す概略側断面図である。

【図１９】 本発明に係る磁気抵抗効果素子の第一の実
施形態の一例を示す概略平面図である。

【図２０】 本発明に係る磁気抵抗効果素子の第二の実
施形態の一例を示す概略平面図である。

【図２１】 本発明に係る磁気抵抗効果素子の第三の実
施形態の一例を示す概略平面図である。

【図２２】 本発明に係る磁気抵抗効果素子の第四の実
施形態の一例を示す概略平面図である。

【図２３】 本発明に係る磁気抵抗効果素子の第五の実
施形態の一例を示す概略平面図である。

【図２４】 上記第一の実施形態に係る磁気抵抗効果素
子の作成手順を示す平面図である。

【図２５】 上記第二の実施形態に係る磁気抵抗効果素
子の作成手順を示す平面図である。

【図２６】 上記第三の実施形態に係る磁気抵抗効果素
子の作成手順を示す平面図である。

【図２７】 上記第五の実施形態に係る磁気抵抗効果素
子の作成手順を示す平面図である。

【図２８】 本発明に係る磁気抵抗効果素子を適用し
た、磁気記録再生ヘッドの斜視図である。

【図２９】 上記磁気記録再生ヘッドを備えた磁気抵抗
変換システムを示す概略図である。

【図３０】 上記磁気抵抗変換システムを備えた磁気記
録システムを示す概略図である。

【図３１】 本発明に係る磁気記録システムの具体例を
示す斜視図である。

【符号の説明】

１…酸化層・窒化層（金属材料の酸化物もしくは窒化
物） ２…フリー層 ３…バリア層 ４…固定層 ５…固定する層 ６…縦バイアス層 ７…界面制御層 ８…ＭＴＪ膜（強磁性トンネル接合膜） １０…基体 １１…下シールド層 １２…下電極層 １３…絶縁層 １４…上電極層 １５…上シールド層 ２０…上部層 ２１…下ギャップ層 ２２…上ギャップ層 ２４…保護層 ２５…ギャップ調整導電層 ４１…コイル ４２…基体 ４３…磁極 ４４…上磁極 ４５…再生ヘッド ４６…ＡＢＳ面（エアー・ベアリング表面） ５０…記録ヘッド ５１…再生ヘッド ５２…ヘッドスライダーを兼ねる基板 ５３…記録媒体 ５４…媒体からの漏れ磁界 １０１…モータ（第２のアクチュエータ） １０２…磁気記録媒体 １０６…ＶＣＭ（第１のアクチュエータ） １３３…電流駆動回路 １３４…電流発生回路 １３５…データ読取回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石綿 延行 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 深見 栄三 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 永原 聖万 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 本庄 弘明 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 斉藤 信作 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 藤方 潤一 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 石原 邦彦 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 森 茂 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 柘植 久尚 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (72)発明者 上條 敦 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 5/39 H01L 43/08 H01L 43/12

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フリー層とこのフリー層上に形成された
   バリア層とこのバリア層上に形成された固定層、もしく
   は、固定層とこの固定層上に形成されたバリア層とこの
   バリア層上に形成されたフリー層、のいずれかからなる
   磁気抵抗効果膜を含み、 前記磁気抵抗効果膜のうちの少なくとも前記バリア層よ
   りも上の層がパターン化されており、 このパターン化されたパターンの端部表面に、このパタ
   ーン化された層のうちの少なくとも一つを構成する金属
   材料の酸化物もしくは窒化物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. 【請求項２】 フリー層とこのフリー層上に形成された
   バリア層とこのバリア層上に形成された固定層とこの固
   定層上に形成された固定する層、もしくは、固定する層
   とこの固定する層上に形成された固定層とこの固定層上
   に形成されたバリア層とこのバリア層上に形成されたフ
   リー層、のいずれかからなる磁気抵抗効果膜を含み、 前記磁気抵抗効果膜のうちの少なくとも前記バリア層よ
   りも上の層がパターン化されており、 このパターン化されたパターンの端部表面に、このパタ
   ーン化された層のうちの少なくとも一つを構成する金属
   材料の酸化物もしくは窒化物が形成されていることを特
   徴とする磁気抵抗効果素子。
3. 【請求項３】 下地層とこの下地層上に形成されたフリ
   ー層とこのフリー層上に形成されたバリア層とこのバリ
   ア層上に形成された固定層とこの固定層上に形成された
   固定する層、もしくは、下地層とこの下地層上に形成さ
   れた固定する層とこの固定する層上に形成された固定層
   とこの固定層上に形成されたバリア層とこのバリア層上
   に形成されたフリー層、のいずれかからなる磁気抵抗効
   果膜を含み、 前記磁気抵抗効果膜のうちの少なくとも前記バリア層よ
   りも上の層がパターン化されており、 このパターン化されたパターンの端部表面に、このパタ
   ーン化された層のうちの少なくとも一つを構成する金属
   材料の酸化物もしくは窒化物が形成されていることを特
   徴とする磁気抵抗効果素子。
4. 【請求項４】 フリー層とこのフリー層上に形成された
   バリア層とこのバリア層上に形成された固定層、もしく
   は、固定層とこの固定層上に形成されたバリア層とこの
   バリア層上に形成されたフリー層、のうちのいずれかを
   基本構成とする磁気抵抗効果膜を用いた用いた磁気抵抗
   効果素子を製造する方法において、磁気抵抗効果膜 をパターン化した後に、その磁気抵抗効
   果膜の端部を酸化、もしくは窒化することを特徴とする
   磁気抵抗効果素子の製造方法。
5. 【請求項５】 フリー層とこのフリー層上に形成された
   バリア層とこのバリア層上に形成された固定層とこの固
   定層上に形成された固定する層、もしくは、固定する層
   とこの固定する層上に形成された固定層とこの固定層上
   に形成されたバリア層とこのバリア層上に形成されたフ
   リー層、のうちのいずれかを基本構成とする磁気抵抗効
   果膜を用いた磁気抵抗効果素子を製造する方法におい
   て、磁気抵抗効果膜 をパターン化する際に、パターン化を磁
   気抵抗効果膜を構成する層の途中で止めておき、磁気抵
   抗効果膜のうちパターン化が途中で止められている領域
   の少なくとも最表面を酸化、もしくは窒化することを特
   徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項１〜３のいずれかに記載の磁気抵
   抗効果素子、あるいは、請求項４又は請求項５に記載の
   製造方法で製造した磁気抵抗効果素子と、 前記磁気抵抗効果素子をその一部に含む磁気抵抗センサ
   を通る電流を生じる電流発生回路と、 検出される磁界の関数として上記磁気抵抗センサの抵抗
   率変化を検出するデータ読取回路と、 を備えた磁気抵抗変換システム。
7. 【請求項７】 データ記録のための複数個のトラックを
   有する磁気記録媒体と、請求項６ に記載の磁気抵抗変換システムと、 磁気抵抗変換システムを前記磁気記録媒体の選択された
   トラックへ移動させる第１のアクチュエータと、前記磁
   気記録媒体を回転駆動させる第２のアクチュエータと、 を備えた磁気記録システム。