JP3558996B2 - 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気再生装置及び磁気記憶装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気再生装置及び磁気記憶装置に関し、より詳細には、磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向にセンス電流を流す構造の磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘッド及び磁気再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁性体層の積層構造体における巨大磁気抵抗効果の発見により、磁気デバイス、特に磁気ヘッドの機能が飛躍的に向上している。特に、スピンバルブ（Ｓｐｉｎ−Ｖａｌｖｅ：ＳＶ）膜による巨大磁気抵抗効果（Ｇｉａｎｔ−ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｅｆｆｅｃｔ：ＧＭＲ）の発見は、磁気デバイス分野に大きな技術的進歩をもたらした。ＳＶ膜とは、２つの金属強磁性層の間に非磁性層（「スペーサ層」あるいは「非磁性中間層」などと称される）を挟み、一方の強磁性層（「ピン層」あるいは「磁化固着層」などと称される）の磁化を反強磁性層あるいは硬磁性層からのバイアス磁界により一方向に固着し、もう一方の強磁性層（「フリー層」あるいは「磁化自由層」などと称される）の磁化方向が外部磁界に応答して、ピン層に対して相対的な角度を有することにより、巨大な磁気抵抗が得られるものである。
【０００３】
上述のＳＶ膜において、ＳＶ膜面に略垂直に通電する、いわゆるＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｉｎ−Ｐｌａｎｅ：ＣＰＰ）型のＳＶ素子はＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ：ＣＩＰ）型のＳＶ素子に比べて、さらに大きな巨大磁気抵抗効果を発現する。
【０００４】
一方、ＣＰＰ型の素子としては、トンネル磁気抵抗効果（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ−ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃ−ｅｆｆｅｃｔ：ＴＭＲ）膜を用いたＴＭＲ素子なども開発されている。ＴＭＲ膜では、スペーサ層にＡｌ２Ｏ３などの絶縁層を用いる。ＴＭＲ膜も機能的には上記ＳＶ膜と同じ層構成を有する。
【０００５】
磁気抵抗効果膜（本願明細書においては、「ＳＶ膜」及び「磁気抵抗効果膜」は、ＧＭＲ膜とＴＭＲ膜を含むものとする）を用いたＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子は、ＣＩＰ型の素子に比べてＭＲ（ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ：磁気抵抗）変化率が大きいだけでなく、素子の抵抗が素子面積に依存するために、素子を微細化した場合にＭＲ変化量が増大するという利点も有する。
【０００６】
この利点は、磁気デバイスの微細化が進む現在においては、非常に大きなメリットとなる。例えば、近年、年率６０％程度の著しい記録密度の向上が見られるＳＶ膜を用いた磁気記録ヘッドにおいても、記録密度の向上に伴う再生ヘッド部の微細化に伴いＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドが有力視されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子は上述したような利点を有する反面、素子サイズが電子の平均自由行程に近づくとＭＲ変化率が低下するというＣＰＰ型の素子特有のスケーリング則の問題を有する。この現象は、素子サイズが電子の平均自由行程に対して十分大きい場合には、顕著に現われないが、素子が微細化するにつれて顕著となる。
【０００８】
すなわち、従来のＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子は、ある程度の微細化には対応できるものの、今後必要とされる超微細な磁気デバイスには適用が困難であり、十分な機能を発揮することが困難であった。
【０００９】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものである。すなわち、その目的は、電子の平均自由行程に近い微小サイズのＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子においても、スケーリング則に反することなく高いＭＲ変化率、ＭＲ変化量を得ることができるＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子、およびそれを用いた磁気デバイス、特に磁気抵抗効果型磁気ヘッド、それを搭載した磁気再生装置及び磁気記憶装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の関連技術によ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た強磁性膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する強磁性膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向に電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、を備え、
前記磁気抵抗効果膜の少なくとも前記磁化固着層と前記非磁性中間層の側面に側壁層が設けられ、
前記磁化固着層の側面に設けられた前記側壁層は、前記磁化固着層を構成する主要元素を含んだ酸化物、フッ化物、窒化物、炭化物、硫化物、ホウ化物の中から選ばれる少なくとも１種類以上の化合物を主成分とし、
前記非磁性中間層の側面に設けられた前記側壁層は、前記非磁性中間層を構成する主要元素を含んだ酸化物、フッ化物、窒化物、炭化物、硫化物、ホウ化物の中から選ばれる少なくとも１種類以上の化合物を主成分とすることを特徴とする。
【００１１】
このような側壁層は、例えば、磁気抵抗効果膜の側面を酸化、窒化、フッ化、炭化、硫化あるいはホウ化させることにより形成することができる。
【０００１２】
また、上記構成において、側壁層を結晶質とすればより安定化するために、側壁層に含まれるの酸素、窒素、フッ素、炭素、硫黄あるいはホウ素が、磁気抵抗効果膜の側へ拡散しにくくなるという効果が得られる。また、結晶化した部分において側壁層と磁気抵抗効果膜との界面が明瞭となり、界面でのポテンシャル分布が急峻になるので、センス電流の伝導電子の鏡面反射効果がさらに増大するという効果も得られる。鏡面反射効果の増大により、電子の平均自由行程を最大限に生かすことが可能となるので、ＭＲ変化率の劣化が抑制される。
【００１３】
すなわち、磁気抵抗効果膜の側面に、酸化物、窒化物、フッ化物、炭化物、ホウ化物、硫化物からなる化合物からなる側壁層を形成することにより、電子の鏡面反射効果が得られ、また、このような化合物からなる側壁層は、金属層に比べて高抵抗であるため、磁気抵抗効果膜から外への電流の分流を抑制する効果も併せて得られる。これにより、磁気抵抗効果膜におけるセンス電流密度の低下が抑制され、ＭＲ変化量の低下が抑制される。
【００１４】
まず、本発明の第１の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た強磁性膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する強磁性膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた導電性の非磁性中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向に電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、を備え、
前記磁気抵抗効果膜の少なくとも前記磁化固着層と前記非磁性中間層の側面に側壁層が設けられ、
前記側壁層は、実質的に非晶質であり、
前記側壁層は、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｃｕおよび希土類元素からなる群から選ばれた少なくともいずれかの酸化物、フッ化物、窒化物、ホウ化物、炭化物または硫化物を主成分とすることを特徴とする。
【００１５】
側壁相が非晶質すなわちアモルファス相であることにより、側壁層の高抵抗化を実現できる。また、側壁層が、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｃｕおよび希土類元素からなる群から選ばれた少なくともいずれかの酸化物、フッ化物、窒化物、ホウ化物、炭化物または硫化物を主成分とする化合物相であることにより、界面でのポテンシャル分布を急峻にすることができ、磁気抵抗効果膜の側面での電子の鏡面反射効果を高めることができる。
【００１６】
また、本発明の第２の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た強磁性膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する強磁性膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向に電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、を備え、
前記磁気抵抗効果膜の少なくとも前記磁化固着層と前記非磁性中間層の側面に側壁層が設けられ、
前記側壁層は、実質的に非晶質であり、
前記側壁層は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素と、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｙ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｎ、Ｏ、Ｆ、Ｓ、Ｃ、Ｃｕおよび希土類金属からなる群から選ばれた少なくとも１種の元素と、を含有し、
前記側壁層は、強磁性を有することを特徴とする。
【００１７】
側壁相が実質的に非晶質すなわちアモルファス相であることにより、側壁層の高抵抗化が実現できる。また、側壁層がＦｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素と、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｙ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｎ、Ｏ、Ｆ、Ｓ、Ｃ、Ｃｕおよび希土類金属からなる群から選ばれた少なくとも１種の元素と、を含有した層であることにより、界面でのポテンシャル分布を急峻にすることができ、磁気抵抗効果膜の側面での電子の鏡面反射効果を高めることができる。さらには、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのいずれかを含むことにより側壁層は強磁性を示すので、ハードバイアス膜あるいは反強磁性バイアス膜の効果の損失を防ぐことが可能となる。ここでいう「強磁性」とは、自発磁化を有することを意味する。
【００１８】
また、本発明の第３の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た強磁性膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する強磁性膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向に電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、を備え、
前記磁気抵抗効果膜の少なくとも前記磁化固着層と前記非磁性中間層の側面に側壁層が設けられ、
前記側壁層は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選択された少なくとも１種の元素を主成分とする結晶質相と、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａおよび希土類金属からなる群から選択された少なくとも１種の元素の酸化物、フッ化物、窒化物、ホウ化物、炭化物または硫化物を主成分とする非晶質相と、を有することを特徴とする。
【００１９】
非晶質相とＦｅ、ＣｏあるいはＮｉを主成分とする結晶質との混相化により、高抵抗化を実現することができると同時に、結晶質のＦｅ、ＣｏあるいはＮｉが存在することにより自発磁化を有し、ハードバイアス膜および反強磁性バイアス膜からのバイアス効果をより増大できる。ここで、側壁層の高抵抗化を図るためには結晶質部分の結晶粒径は小さい方がよく、最大粒径が２０ｎｍ以下であることが望ましい。また、結晶質が側壁層において占める割合は、５０％以下であることが、高抵抗化のためには好ましい。従って、側壁層におけるＦｅ、Ｃｏ及びＮｉの含有量は、７０原子％以下であることが望ましく、５０原子％以下であることがさらに望ましい。結晶質が酸化物、フッ化物、窒化物、ホウ化物、炭化物または硫化物から構成される場合はこの限りではない。
【００２０】
側壁層に、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａおよび希土類金属からなる群から選択された少なくとも１種の元素の酸化物、フッ化物、窒化物、ホウ化物、炭化物または硫化物を主成分とする非晶質相を含むことにより、磁気抵抗効果膜の側面からのセンス電流分流を抑制することができる。
【００２１】
また、本発明の第４の磁気抗効果素子は、磁化方向が実質的に一方向に固着された強磁性膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する強磁性膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向に電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、を備え、
前記磁気抵抗効果膜の少なくとも前記磁化固着層と前記非磁性中間層の側面に側壁層が設けられ、
前記側壁層は、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａおよび希土類金属からなる群から選択された少なくとも１種の元素の酸化物、フッ化物、窒化物、ホウ化物、炭化物または硫化物を主成分とし、
前記側壁層は、結晶質と非晶質との混相状態にあることを特徴とする。
【００２２】
側壁層が、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａおよび希土類金属からなる群から選択された少なくとも１種の元素の酸化物、フッ化物、窒化物、ホウ化物、炭化物または硫化物を主成分とすることにより、磁気抵抗効果膜の側面における鏡面反射効果を増大することができる。また、結晶質と非晶質との混相状態とすることにより、結晶質による鏡面反射効果の増大と、非晶質による高抵抗化の両方の効果を実現できる。
【００２３】
本発明の第５の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た強磁性膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する強磁性膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向に電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、を備え、
前記磁気抵抗効果膜の少なくとも前記磁化固着層と前記非磁性中間層の側面に側壁層が設けられ、
前記側壁層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａおよび希土類金属からなる群から選択された少なくとも１種の元素の酸化物、フッ化物、窒化物、ホウ化物、炭化物または硫化物を主成分とし、
前記側壁層は、実質的に結晶質であることを特徴とする。
【００２４】
側壁層が結晶化することにより、側壁層に含まれるの酸素、窒素、フッ素、炭素、硫黄あるいはホウ素が、磁気抵抗効果膜の側へ拡散しにくくなるという効果が得られる。また、結晶化した部分において側壁層と磁気抵抗効果膜との界面が明瞭となり、界面でのポテンシャル分布が急峻になるので、センス電流の伝導電子の鏡面反射効果が増大する。
【００２５】
ここで、「結晶質」の同定方法としては、例えば、電子線回折を用いることができる。例えば、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察において得られる電子線回折像において、秩序的な配列を有する回折スポットが観察されれば、「結晶質」であると判断できる。詳細には、電子線回折像の回折強度に秩序的な配列を示唆する周期があれば、「結晶質」であると判断できる。また、１０万倍以上の高倍率での電子顕微鏡観察において、ある面方位に起因する等間隔な面間隔像すなわち、格子像、あるいは格子と格子の重なりに起因するモアレ像が観察されれば、結晶質であると判断される。
【００２６】
また、「非晶質」の同定は、例えば、電子線回折などにおいて上述したような周期性が観察されないことをもってすることができる。
【００２７】
さらに「非晶質と結晶質の混相」であることを同定するには、電子顕微鏡観察において、上述した結晶質と非晶質の両方の特質がサンプルの場所によって観察されれば判断される。
【００２８】
磁性を有するかどうかの判定は、同時に、あるいは、同方法で形成される側壁層の薄膜サンプルの磁化測定を行うことにより断定できる。あるいは、ＥＤＸ（ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）などによる組成分析で得られた結果から、同組成のバルクサンプルあるいは薄膜サンプルを磁化測定することにより知ることができる。
【００２９】
また、上述した本発明の第１から第６の磁気抵抗効果素子において、前記側壁層の層厚は、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが望まれる。なぜならば、０．５ｎｍ未満では側壁層の形成が十分でなく、界面でのポテンシャル分布が急峻にならないので、鏡面反射効果が十分に得られないからである。同時に、側壁層が薄すぎてセンス電流の分流も抑制できない。
【００３０】
一方、側壁層が１０ｎｍ以上になると磁気ヘッドに用いる場合、フリー層へのバイアス効果を発生するハードバイアス膜や反強磁性バイアス膜の効果が磁気的な結合が切れるために非常に薄れてしまい、結果的に磁気抵抗効果型ヘッドのＳ／Ｎが劣化する虞があるからである。
【００３１】
上述した本発明の磁気抵抗効果素子は、再生用の磁気ヘッドに組み込んで高感度な磁気ヘッドを得ることができる。
【００３２】
さらに、このような磁気ヘッドを磁気再生装置に搭載すれば、記録密度が超高密度で且つ安定した再生が可能な磁気再生装置を実現できる。
【００３３】
また、上述したいずれかの磁気抵抗効果素子を複数備えた磁気記憶装置は、磁気的に情報を書き換え可能なＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）として有用である。すなわち、本発明の磁気抵抗効果素子は、ハードバイアス膜あるいは反強磁性バイアス膜が設置されていないＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ ＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）にも適用して、上述した鏡面反射効果を有する側壁層は効果を発揮する。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明者は、従来の垂直通電型の磁気抵抗効果素子において素子サイズが電子の平均自由行程に近づくとＭＲ変化率が低下するという問題点について独自に検討した結果、この原因は、膜面に対して略垂直方向に流れる伝導電子が、磁気抵抗効果膜の側壁において非弾性散乱していしまい、電子の平均自由行程が十分に生かされていないためであることを知得した。また、素子側壁部で電子が弾性散乱したとしても電子のスピン情報が消滅してしまうことがあることも知得した。
【００３５】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００３６】
図１及び図２は、本発明の実施の形態にかかる磁気ヘッドに設けられる磁気抵抗効果素子の要部構成を模式的に表す概念図である。すなわち、図１は、磁気記録媒体（図示せず）に対向する媒体対向面Ｐに対して略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。また、図２は、この磁気抵抗効果素子を媒体対向面Ｐに対して垂直な方向に切断した断面図である。
【００３７】
図１及び図２に例示した磁気抵抗効果素子は、ハード・アバッテッド（ｈａｒｄ ａｂｕｔｔｅｄ）構造を有している磁気抵抗効果型ヘッドであり、磁気抵抗効果膜４の上下には、下部電極２と上部電極６とがそれぞれ設けられ、また、図１において、磁気抵抗効果膜４の両側の側面には、側壁層８を介して、バイアス磁界印加膜１０と絶縁膜１２とが積層して設けられている。さらに、図２に例示したように、側壁層８は、磁気抵抗効果膜４の媒体対向面および、これと対向した背面側の側面にも設けられている。つまり、パターニングされた磁気抵抗効果膜４の全方位の側面に側壁層８が形成されている。
【００３８】
磁気抵抗効果膜４に対するセンス電流は、その上下に配置された電極２、６によって矢印Ａで示したように、膜面に対して略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１０、１０により、磁気抵抗効果膜４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４のフリー層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。
【００３９】
本発明によれば、磁気抵抗効果膜４の側面に電子の鏡面反射効果を有する側壁層８を設けることにより、磁気抵抗効果膜側面での伝導電子の鏡面反射効果が得られる。つまり、磁気抵抗効果膜４の側壁において電子の非弾性散乱を防止し、電子の平均自由行程を伸ばすことができる。さらに、磁気抵抗効果膜４の側壁において電子が弾性散乱する際にも、電子のスピン情報が消滅してないようにすることができ、磁気抵抗効果素子の感度を顕著に改善することが可能となる。
【００４０】
また、本発明によれば、側壁層８を高抵抗とすることにより、センス電流のバイアス磁界印加膜１０への電流分流を抑制する効果も得られる。つまり、センス電流を磁気抵抗効果膜４に効率的に供給して出力効率を改善することができる。
【００４１】
また、本発明においては、側壁層８を設けることにより、バイアス磁界印加膜１０からのバイアス磁界を適度に制御することが可能となる。つまり、磁気抵抗効果素子を微細化した場合、一対のバイアス磁界印加膜１０、１０の間隔も狭くなるため、バイアス磁界が磁気抵抗効果膜に強くかかりすぎて感度が低下する虞がある。つまり、強いバイアス磁界によってフリー層の磁区が固定されてしまう虞がある。これに対して、本発明によれば、磁気抵抗効果膜４とバイアス磁界印加膜１０との間に側壁層８を設けることにより、バイアス磁界印加膜１０からのバイアス磁界を適度に緩和して、バイアス効果とフリー層の磁界感受性とを両立させることができる。
【００４２】
但し、バイアス磁界印加膜１０からのバイアス磁界の損失を防ぐ必要がある際には、側壁層８に強磁性あるいはフェリ磁性を付与すればよい。つまり、側壁層８を強磁性体あるいはフェリ磁性体などにより形成すれば、バイアス磁界印加膜１０からのバイアス磁界を磁気抵抗効果膜４に低損失で伝えることができる。
【００４３】
本発明の効果は、特に、素子を微細化した時に顕著となる。すなわち、素子を電子の平均自由工程のオーダ程度まで微細化すると、磁気抵抗効果素子体積に対する界面付近部分の占める割合が大きくなり、磁気抵抗効果膜４の側壁における電子の非弾性散乱や分流、バイアス磁界の変動などが顕著となる。これに対して、本発明によれば、電子鏡面反射効果、分流防止効果、バイアス磁界抑制効果などを有する側壁８を設けることにより、界面における損失、センス電流の分流、バイアス磁界の増大を抑制して、磁気抵抗効果素子の磁気検出感度を大幅に改善できる。
【００４４】
以下、本発明の磁気抵抗効果素子の各部要素について、詳細に説明する。
【００４５】
図３は、磁気抵抗効果膜４の基本構成を模式的に例示した断面図である。すなわち、同図（ａ）は、フリー層４Ａとスペーサ層４Ｂとピン層４Ｃと反強磁性層４Ｄとがこの順に積層された構成を表す。このように反強磁性層４Ｄがピン層４Ｃよりも上側に積層された構造は「トップ型」などと称される。
【００４６】
一方これとは逆に、図３（ｂ）に表した構造においては、反強磁性層４Ｄとピン層４Ｃとスペーサ層４Ｂとフリー層４Ａとがこの順に積層されている。このように、反強磁性層４Ｄの上側にピン層４Ｃなどを順次積層した構造は「ボトム型」などと称される。
【００４７】
実際の磁気抵抗効果素子の場合には、図３に例示した積層構造体の下側には図示しない下地層などが設けられ、一方、上側には保護層などが適宜設けられる。また、図３（ａ）及び（ｂ）に例示したもの以外にも、例えば、フリー層を中心として上下に対称状にＳＶ構造を積層したいわゆる「デュアル型」の構成も採用することができる。
【００４８】
フリー層４Ａおよびピン層４Ｃは強磁性層からなり、一般的にはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉの少なくともいずれかを主成分とする２元系および３元系合金から構成される。主には、Ｃｏ９０Ｆｅ１０合金、Ｎｉ８０Ｆｅ２０合金（パーマロイ）、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ合金が用いられる。また、フリー層４Ａは、このような合金からなる複数の層の積層体でもよい。
【００４９】
さらに、ＭＲ変化率を増大するために、電子の鏡面反射効果を有する酸化物層、窒化物層、フッ化物層からなる鏡面反射層をフリー層４Ａあるいはピン層４Ｃの少なくとも一方に挿入してもよい。このような磁気抵抗効果膜は、一般に「スペキュラー型」の磁気抵抗効果膜などと称される。また、フリー層４Ａの上部あるいは下部に高伝導層を積層してもよい。これは、「スピンフィルター型」の磁気抵抗効果膜などと称される。
【００５０】
また、ピン層４Ｂはシンセティック反強磁性構造であっても良い。「シンセティック反強磁性構造」とは、主として強磁性層／Ｒｕ（ルテニウム）層／強磁性層の積層構造を有し、Ｒｕ層を介して上下の強磁性層が反強磁性的にカップリングしている構造のピン層である。
【００５１】
スペーサ層４Ｂの材料としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇなどを用いることができる。さらにスペーサ層にＡｌ２Ｏ３が用いられる場合もあり、これは上述したＴＭＲ膜に対応する。
【００５２】
反強磁性層４Ｄの材料としては、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＲｈＭｎ、ＰｄＭｎのようなＭｎ系反強磁性合金膜を用いることができる。
【００５３】
図示しない下地層の材料としては、Ｔａ（タンタル）や非磁性ＮｉＦｅＣｒ合金などを用いることができる。この下地層は、その上に積層する各層の結晶性や配向状態などを制御するバッファ層としての役割を有する。
【００５４】
図示しない保護層の材料としては、ＴａあるいはＣｒなどの非磁性膜を用いることができる。
【００５５】
下部電極２および上部電極６の材料としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇなどの高伝導率材料を主として用いることができる。
【００５６】
バイアス磁界印加膜１０は、後に詳述するように、強磁性体あるいは反強磁性体により形成することができ、リフトオフ・プロセスによりパターニング加工形成することができる。図１に例示したハードアバッテッド構造においては、強磁性体からなるバイアス印加膜を用いるとよい。その構造としては、例えば、Ｃｒ／ＣｏＣｒＰｔ積層膜、あるいはＣｒ／ＣｏＰｔ積層膜などを用いることができる。これにより、磁気抵抗効果型ヘッドのバルクハウゼンノイズが低減される。
【００５７】
一方、側壁層８は、酸化物、窒化物、フッ化物、硫化物、炭化物、ホウ化物のいずれかを含む化合物により形成することができる。側壁層８がこれらの化合物相を有すると、磁気抵抗効果膜４の側面でのポテンシャル分布が急峻となり、伝導電子の鏡面反射効果が期待できる。これにより、磁気抵抗効果膜４の側面での電子の非弾性散乱を防止して伝導電子の平均自由工程を十分に生かすことが可能となり、ＭＲ特性の低下を防止できる。
【００５８】
側壁層８は、完全に連続膜の状態で形成される必要はなく、ホール（孔）を有していても構わない。また、磁気抵抗効果膜４を構成する各層ごとに、その側面に設けられる側壁層８の膜厚がばらついていても構わない。
【００５９】
側壁層８は、少なくともフリー層４Ａおよびピン層４Ｃの側面に設けられていればその電子反射効果などは発揮される。さらに、電流分流の抑制の意味ではスペーサ層４Ｂおよび保護層などの側面にも側壁層８が形成されていることが望ましい。
【００６０】
側壁層８の膜厚は、０．５ｎｍ以上で１０ｎｍ以下であることが望ましい。０．５ｎｍ未満だと磁気抵抗効果膜４の側面界面において十分な電子のポテンシャル差を形成できず、良好な鏡面反射が得られなくなる。また、センス電流の分流も十分に抑制できなくなる。一方、１０ｎｍ以上だと前記の効果は得られるものの、バイアス磁界印加膜のバイアス磁界が著しく減少し、磁気ヘッドのＳ／Ｎが劣化する可能性がある。
【００６１】
側壁層８は、センス電流の分流を抑制する観点から、比抵抗が１００μΩｃｍ以上の材料により形成することが望ましい。これは、磁気抵抗効果膜４に用いられる各金属層の比抵抗が通常はおよそ５０μΩｃｍ以下であるため、電流分流を抑制するにはこの程度必要となるからである。
【００６２】
また、側壁層８の高抵抗を実現するためには、結晶構造的には、非晶質、あるいは非晶質と結晶質の混相であることが望ましい。非晶質、および非晶質と結晶質の混相の場合、強磁性のものと非磁性のものが存在する。
【００６３】
側壁層８を非晶質材料により構成する場合は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａおよび希土類元素のうちの少なくともいずれか１つを主成分とする酸化物、フッ化物、窒化物、ホウ化物、炭化物、硫化物を主成分とする非晶質とすることが望ましい。
【００６４】
一方、側壁層８が結晶質とする場合には、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａおよび希土類金属のうちの少なくともいずれか１つを主成分とする酸化物、フッ化物、窒化物、ホウ化物、炭化物、硫化物を主成分とする化合物層とすることが望ましい。これらの元素を酸化、フッ化、窒化、ホウ化、炭化、硫化することにより、高抵抗化が図れる。また、鏡面反射効果を高める効果も有する。これは、磁気抵抗効果膜４の側面での境界面が明瞭となり、界面において急峻なポテンシャル分布が形成されるからである。
【００６５】
側壁層８の材料としては、これらの酸化物、窒化物、フッ化物、硫化物、ホウ化物、炭化物、硫化物の中でも、酸化物であることが最も望ましい。酸化物からなる側壁層８は、その形成が比較的容易である。つまり、磁気抵抗効果膜４の側面を酸化することにより形成することができる。
【００６６】
しかも、酸化物とすることにより磁気抵抗効果膜４の各層の伝導帯とのエネルギーギャップが大きくなる。すなわち、界面におけるポテンシャル分布が急峻となり、鏡面反射効果を増大する。さらには、酸化物は１００μΩｃｍを超える高抵抗である。結晶質とする場合、酸化物の結晶構造としてはスピネル構造などを用いることができる。
【００６７】
図４は、磁気抵抗効果素子の側面を酸化することにより側壁層を形成した磁気抵抗効果素子を例示する断面図である。同図については、図１乃至図３に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６８】
なお、同図においては、「トップ型」の磁気抵抗効果膜４を例示し、簡単のために、下地層や保護層などは省略した。従って、実際の素子においては、図示しない下地層や保護層が適宜設けられる。
【００６９】
図４に例示したように、磁気抵抗効果膜４の側面を酸化処理して側壁層８を形成した場合には、磁気抵抗効果膜４を構成する各層の材料に応じた酸化物が、それぞれ側面に形成される。つまり、フリー層４Ａの側面には、フリー層を構成する元素の酸化物からなる側壁層８Ａが形成され、スペーサ層４Ｂの側面には、スペーサ層４Ｂを構成する元素の酸化物からなる側壁層８Ｂが形成されるが如くである。このように、磁気抵抗効果膜４を構成する各層４Ａ〜４Ｄに対応した異なる組成を有する酸化物８Ａ〜８Ｄからなる側壁層８が形成されることとなる。
【００７０】
これは、酸化した場合に限らず、チッ化物、フッ化物、硫化物、ホウ化物あるいは炭化物を形成した場合でも同様である。
【００７１】
一方、側壁層８を結晶質とする場合、側壁層８の材料として磁気抵抗効果膜４の主成分であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎなどを主成分とする酸化物、チッ化物、フッ化物、硫化物、ホウ化物、炭化物からなる化合物を形成した場合でも、磁気抵抗効果膜４の各層への酸素、窒素、フッ素、ホウ素、炭素の拡散を抑制することができる。すなわち、磁気抵抗効果膜４の耐熱性を向上することができる。
【００７２】
また、バイアス磁界印加膜１０からのバイアス磁界の損失を防ぐためには、側壁層８は強磁性または反強磁性を有することが望ましい。特に、強磁性とすることが望ましい。これによりバイアス磁界印加膜１０のフリー層４Ａに対するバイアス効果を維持することができる。
【００７３】
磁性を有する結晶質である代表的な酸化物、窒化物、フッ化物、炭化物、ホウ化物としては、Ｆｅ１６Ｎ２、Ｆｅ３Ｏ４、ＣｒＯ２、Ｃｏ２Ｏ３などが挙げられる。
【００７４】
側壁層８に含有される酸素、窒素、フッ素あるいは炭素がバイアス磁界印加膜１１０の側に拡散するのを抑制するためには、側壁層８を多層構造とすることが望ましい。
【００７５】
図５は、側壁層８を２層構成とした磁気抵抗効果素子を例示する断面図である。同図については、図１乃至図３に関して前述した要素と同様のものには同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７６】
図５に例示した磁気抵抗効果素子の場合、側壁層８は、磁気抵抗効果膜４の側から順に第１側壁層８Ａと第２側壁層８Ｂとを積層した構成を有する。但し、側壁層８の積層数は２には限定されず、３層以上の層を適宜積層して構成することができる。
【００７７】
側壁層８を積層の数Ｎからなる積層構造とした場合、磁気抵抗効果膜４から数えて第Ｎ−１層目の側壁層は、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｓｂ、Ｔｈ、Ｂｅ、Ｚｒ、Ｃｄ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｙ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｔｈ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｚｎ、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｄ、Ｒｂなる元素の順序列の内から選択された第１の元素の酸化物、窒化物、フッ化物、炭化物、硫化物、ホウ化物を主成分とし、その外側に隣接する第Ｎ側壁層は、前記元素の順序列のうちで前記第１側壁層の元素よりも後に位置する元素の酸化物、窒化物、フッ化物、炭化物、硫化物、ホウ化物を主成分とする化合物とすることが望ましい。なぜならば、上記の順序列において、後に位置するほど酸素などとの相対的な結合エネルギーが低く酸化、窒化、フッ化、ホウ化、硫化、炭化が起こりにくいために、バイアス磁界印加膜１０あるいは反強磁性バイアス膜側への酸素の拡散が起こりにくくなる。
【００７８】
また、バイアス磁界印加膜１０を強磁性体を用いて形成した場合、下地膜としてＣｒなどを主に使うので、側壁層の積層構成のうちで最も外側の層は前記元素の順序列のうちでＣｒよりも前位に位置する元素を主成分とする化合物により形成することが好ましい。
【００７９】
さらに、拡散防止の観点からは、最も外側の側壁層とバイアス磁界印加膜１０との間に、拡散防止層を設けることが望ましい。
【００８０】
図６は、拡散防止層を設けた磁気抵抗効果素子を例示する断面図である。同図については、図１乃至図３に関して前述した要素と同様のものには同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８１】
図６に例示した磁気抵抗効果素子においては、側壁層８とバイアス磁界印加膜１０と間に、拡散防止層９が設けられている。拡散防止層９は、Ａｕ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｏｓから選ばれるいずれかの元素を主成分とした層であることが望ましい。これにより、側壁層８に含有される酸素、窒素、フッ素、硫黄、炭素、ホウ素がバイアス磁界印加膜１０の側へ拡散するのを防止し、良好な鏡面反射効果を維持することが可能となる。
【００８２】
また、前記拡散防止層９の膜厚は、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であることが望ましく、さらには側壁層８の膜厚と拡散防止層９の膜厚の合計が１０ｎｍ以下であることが好ましい。拡散防止層の膜厚が０．５ｎｍ未満の場合は拡散を防止する効果が十分でなく、膜厚が５ｎｍを超えると、バイアス磁界印加膜からのハードバイアスあるいは反強磁性バイアスの効果が顕著に低下する虞があるからである。なお、側壁層８と拡散層９は、それぞれ多層膜積層構造としてもよい。
【００８３】
図１及び図２に例示したアバッテッド構造を有する磁気抵抗効果素子は、リフトオフ法により形成することができる。そのプロセスの概要を説明すると、以下の如くである。
【００８４】
まず、磁気抵抗効果膜４をＤＣマグネトロンスパッタ法などにより形成する。次に、リフトオフ用のレジストを用いてリソグラフィによりレジスト・パターニングを行い、イオンミリングなどのドライエッチングにより磁気抵抗効果膜４をパターニング加工する。側壁層８はイオンミリングなどによる磁気抵抗効果膜４の加工後に形成する。その後、バイアス磁界印加膜１０と絶縁膜１２を成膜し、レジストを除去する。
【００８５】
磁気抵抗効果膜４をパターニングする際に、磁気抵抗効果膜４の側面の基板法線に対する角度、特にフリー層４Ａ、スペーサ層４Ｂ、ピン層４Ｃの部分（磁気抵抗効果膜４の能動部）の側面の上記角度は、４５度以下とすることが望ましい。つまり、基板面に対して側面がある程度垂直に近くなるように形成する。これにより、磁気抵抗効果膜４の側面での電子の鏡面反射効果が発揮される。
【００８６】
側壁層８を形成する前に、磁気抵抗効果膜４の側面を平滑にする平滑化工程を実施してもよい。この平滑化工程は、磁気抵抗効果膜４の側面に対して、不活性ガス（Ａｒ、Ｘｅ、Ｎｅなど）のイオンビームあるいは不活性ガスのクラスタービームなどを照射することにより行うことができる。このようにすれば、磁気抵抗効果膜４の側面を平滑にし、側壁面８との界面を明瞭にする上で効果がある。イオンビームの照射の場合、磁気抵抗効果膜４への磁気的なダメージを小さくするために、５００Ｖ以下の加速エネルギーで照射することが望ましい。さらに、照射エネルギーを下げるために、側面に対して斜めに照射することが望ましく、具体的には、基板法線に対して６０度以下の角度を有するようにイオンビームを照射することが望ましい。
【００８７】
一般的には、磁気抵抗効果膜４の加工はイオンミリングで行うことが多いので、イオンビーム照射処理を、連続的に行うことが可能である。従って、実際の工程上は、２つの入射角度を組み合わせたイオンミリング加工工程を行うことになる場合がある。クラスタービーム照射の場合も、イオンミリング加工と連続的に行うことが望ましい。ここでいう「連続的」とは真空状態を維持したまま工程を移すことを意味する。
【００８８】
磁気抵抗効果膜４の側面の凹凸は、５ｎｍ以下であることが望ましい。これは、凹凸が５ｎｍを超えた場合、磁気抵抗効果膜４の側面を酸化あるいはフッ化などして側壁層８を形成して界面の平滑性を確保するためには、厚みが１０ｎｍを超える側壁層８を形成する必要があり、そうするとバイアス磁界印加膜１０からのバイアス磁界の掛かり方が小さくなる虞があるからである。ここでいう側面の凹凸は、磁気抵抗効果膜４を構成するそれぞれの層の側面の凹凸であり、各層間を含めた側面全体の平滑性とは異なる。しかしながら、各層間の段差も低減して、最終的には磁気抵抗効果膜４の側面が全面に亘って平滑であることが望ましい。
【００８９】
側壁層８の形成方法としては、次の３つの方法を挙げることができる。
【００９０】
（１）磁気抵抗効果膜４の側面に酸化物、チッ化物、フッ化物などの化合物をＤＣあるいはＲＦスパッタリング法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｖａｐｅｒ−Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、イオンビームスパッタ法などで堆積する。
（２）磁気抵抗効果膜４の側面に金属層を成膜し、その後にその側金属層に所定のラジカルビームあるいはイオンビームあるいはそれらの混合ビームを照射し、酸化、チッ化、フッ化などの化合物を形成する。
（３）磁気抵抗効果４の側面に直接的に所定のラジカルビームあるいはイオンビームあるいはそれらの混合ビームを照射し、磁気抵抗効果膜４を構成する各層の側壁部を直接的に酸化、チッ化、フッ化などさせる。
【００９１】
これらの方法により形成された側壁層８は、断面ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：透過電子顕微鏡）観察などにより観察することができる。上記（３）の方法により形成した場合、磁気抵抗効果膜４を構成する各層ごとに側壁層８の形成厚さが異なるので、その形成方法を特定することができる。
【００９２】
一方、上記（２）の形成方法において、鏡面反射効果および高抵抗化のために望ましい酸化物の形成方法としては、チャンバ内に酸素を導入したり、ラジカルを含む酸素処理によって磁気抵抗効果膜４の側面を酸化処理する方法、あるいはイオン化したガスを照射することによって酸化処理する方法を挙げることができる。特に、活性状態の反応ガスを用いることで、より安定性が高く、安定な結晶構造を有する酸化物を形成することができる。この時、反応ガス自身をイオン化して照射しても良いし、アルゴンやキセノンやネオンをイオン化して照射しながら別の場所からチャンバ内に導入しても良い。
【００９３】
次に、本発明の磁気抵抗効果素子の変型例について説明する。
【００９４】
図７乃至図９は、本発明の実施の形態にかかる磁気ヘッドに設けられた磁気抵抗効果素子の媒体対向面に略平行な断面図である。これらの図面については、図１乃至図６に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９５】
図７乃至図９に例示したものは、いずれも反強磁性体からなるバイアス磁界印加膜１０を用いた「パターンド・エクスチェンジ・バイアス（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ−Ｅｘｃｈａｎｇｅ−Ｂｉａｓ：ＰＥＢ）」方式の構造を有する磁気ヘッドである。
【００９６】
すなわち、図７に例示した磁気ヘッドは、「ボトム型」の磁気抵抗効果膜４を有する。磁気抵抗効果膜４は、保護層４Ｆとフリー層４Ａと、下地層（図示せず）やピン層（図示せず）を含むそれら以外の層４Ｘと、を有する。層４Ｘの部分は幅狭にパターニングされ、フリー層４Ａはこの幅を越えて左右に延在している。
【００９７】
側壁層８は、磁気抵抗効果膜４のうちの層４Ｘの側面から下部電極２の上面にかけて設けられている。一方、バイアス磁界印加膜１０は、フリー層４Ａの両側の延在した部分の上に積層されている。
【００９８】
一方、図８に例示した磁気ヘッドは、「トップ型」の磁気抵抗効果膜４を有する。磁気抵抗効果膜４は、下地層４Ｇとフリー層４Ａと、ピン層（図示せず）を含むそれら以外の層４Ｙとを有する。層４Ｙの部分は幅狭にパターニングされ、フリー層４Ａはこの幅を越えて左右に延在している。
【００９９】
側壁層８は、磁気抵抗効果膜４のうちの層４Ｙの側面からフリー層４Ａの上面にかけて設けられている。そして、バイアス磁界印加膜１０は、フリー層４Ａの両側の延在部の下に設けられている。
【０１００】
また、図９に例示した磁気ヘッドも、「トップ型」の磁気抵抗効果膜４を有する。すなわち、磁気抵抗効果膜４は、下地層４Ｇとフリー層４Ａと、ピン層を含むそれら以外の層４Ｙとを有する。そして、層４Ｙの部分は幅狭にパターニングされ、フリー層４Ａはこの幅を越えて左右に延在している。
【０１０１】
側壁層８は、磁気抵抗効果膜４のうちの層４Ｙの側面からフリー層４Ａの延在部の上面にかけて設けられている。そして、バイアス磁界印加膜１０は、フリー層４Ａの両側の延在部の上に設けられている。
【０１０２】
以上図７乃至図９に例示したようなＰＥＢ構造にすることにより、ＣＰＰ型磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドの外部磁界に対する効率は上昇する。すなわち、高感度となる。
【０１０３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【０１０４】
（第１の実施例）
まず、本発明の第１の実施例として、図１乃至図２に表したハードアバッテッド構造の磁気抵抗効果素子を作製し、その特性を評価した。その製作工程について図１及び図２を参照しつつ概説すると以下の如くである。
【０１０５】
まず、表面が熱酸化ＳｉＯで覆われた基板上に、材料及び膜厚がそれぞれ、Ｔａ１０ｎｍ／Ｃｕ４００ｎｍ／Ｔａ５ｎｍの積層構造を有する下部電極２をＤＣ／ＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いて成膜した。
【０１０６】
次に、ＤＣ／ＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いて、各層が以下のような材料及び膜厚を有する「ボトム型」の積層構成を有する磁気抵抗効果膜４を成膜した。
保護層 ：Ｔａ １０ｎｍ
フリー層 ：ＮｉＦｅＣｏ ５ｎｍ
フリー層 ：ＣｏＦｅ ２ｎｍ
スペーサ層：Ｃｕ ２ｎｍ
ピン層 ：ＣｏＦｅ ３ｎｍ
ピン層 ：Ｒｕ ０．９ｎｍ
ピン層 ：ＣｏＦｅ ３ｎｍ
反強磁性層：ＰｔＭｎ １０ｎｍ
下地層 ：ＮｉＦｅＣｒ ３ｎｍ
下地層 ：Ｔａ ３ｎｍ
【０１０７】
このようにして成膜した磁気抵抗効果膜４をパターニング加工した後、側壁層８を形成した。側壁層８としては、Ｃｒ酸化物を５ｎｍの厚みに形成した。その作製方法としては、金属Ｃｒを厚み１ｎｍ成膜し、酸素ラジカル照射（３０秒）工程を２回繰り返した。酸素ラジカル照射では、Ａｒを１ｓｃｃｍ、Ｏ２を５ｓｃｃｍをプラズマ発生源に導入してプラズマ化し、基板から１０〜１５ｃｍだけ離した照射口からプラズマ発生源とチャンバ内の差圧によって導入した。
【０１０８】
次にＣｒ５ｎｍ／ＣｏＣｒＰｔ５０ｎｍの積層構成を有するバイアス磁界印加膜１０をイオンビームスパッタ装置により成膜した。その後、Ａｌ２Ｏ３からなる絶縁膜１２を５０ｎｍ成膜した後、レジストをリフトオフした。
【０１０９】
次に、Ｔａ５ｎｍ／Ｃｕ４００ｎｍ／Ａｕ２００ｎｍの積層構成を有する上部電極６をＤＣマグネトロンスパッタ法により成膜した。各部分の加工にはフォトリソグラフィとイオンミリング装置を用いた。
【０１１０】
そして、２７０℃で１０時間の１０ｋＯｅ磁界下でのピン層の磁化固着アニールを行った。
【０１１１】
磁気抵抗効果膜のパターニング加工に際しては、フォトリソグラフィによりレジストをパターニングし、イオンミリング法を用いてエッチングを行った。イオンミリングに際しては、基板法線に対する角度が２０度と７０度の２種類のビーム入射角度を採用した。磁気抵抗効果膜４の平面形状は略正方形であり、一辺の長さがそれぞれ２μｍ、１μｍ、０．５μｍ、０．３μｍ、０．１５μｍの５種類の素子を作製した。
【０１１２】
なお、本実施例においては、Ａｒクラスタービームによる磁気抵抗効果膜の側面の平滑化処理は省略した。また比較サンプルとして、側壁層８を形成しない素子も作製した。
【０１１３】
以下にそれぞれの磁気抵抗効果素子の素子サイズによるＭＲ特性の評価結果を示す。
素子サイズ ＭＲ変化率（％） ＭＲ変化率（％）
（μｍ） 実施例 比較例
２ １．０１ １．００
１ １．００ ０．９７
０．５ １．００ ０．８４
０．３ ０．９９ ０．７６
０．１５ ０．９７ ０．５１
【０１１４】
比較例では素子サイズが小さくなるにつれて、ＭＲ変化率が低下している。これに対して、本実施例による素子では、素子サイズが０．１５μｍまで微細化しても、ＭＲ変化率は殆ど低下していない。比較例の場合は、素子サイズが小さくなるとＭＲ変化率が低下していることから、磁気抵抗効果膜の側面での、スピン情報を有する電子の非弾性散乱の影響が顕在化していると考えられる。
【０１１５】
出力の目安となる（面積Ａ×抵抗変化量ｄＲ）のパラメータにより評価した場合でも、比較例は、素子サイズの縮小とともに著しく小さくなる。一方、本実施例では素子サイズ縮小による（Ａ×ｄＲ）の減少は見られず、およそ０．５ｍΩμｍ２程度で概ね一定であった。これは、Ｃｒ酸化物からなる側壁層８によるセンス電流の分流抑制効果によると考えられる。
【０１１６】
（第２の実施例）
次に、本発明の第２の実施例として、第１実施例と同様の構造において、側壁層８の形成方法を種々に変えた結果について説明する。
【０１１７】
ここで、製作した素子は、図１及び図２に例示したハードアバッテッド構造の磁気抵抗効果素子であり、素子サイズはすべて０．１５μｍとした。
【０１１８】
素子の製作プロセスは、側壁層８の形成を除いて前述した第１実施例と同様である。側壁層８は、Ｃｒ酸化物により形成した。本実施例においては、Ｃｒ酸化物の作成方法として、以下の４つの方法を用いた。
【０１１９】
（１）金属Ｃｒ薄膜をＭＲ膜側壁面に１ｎｍ成膜後、自然酸化する方法。
（２）金属Ｃｒ薄膜をＭＲ膜側壁面に１ｎｍ成膜後、ラジカル照射する方法。
（３）金属Ｃｒ薄膜をＭＲ膜側壁面に１ｎｍ成膜後、イオン照射により酸化する工程を３回繰り返す方法。
（４）および金属Ｃｒの反応性イオンビームスパッタで５ｎｍ成膜する方法。
【０１２０】
上記（１）の自然酸化は、１０−６Ｔｏｒｒのオーダでの圧力において実施した。
【０１２１】
上記（２）の酸素ラジカル照射は、Ａｒ（アルゴン）を１ｓｃｃｍ、Ｏ２を５ｓｃｃｍをプラズマ発生源に導入してプラズマ化し、基板から１０〜１５ｃｍだけ離した照射口からプラズマ発生源とチャンバー内の差圧によって導入して酸化した。
【０１２２】
上記（３）のイオン照射酸化は、Ａｒ（アルゴン）を１ｓｃｃｍ、酸素を５ｓｃｃｍ導入してプラズマ化し、加速電圧は５０ｅＶの条件で行った。
【０１２３】
上記（４）の反応性イオンビームスパッタは、ＣｒのターゲットをＸｅ（キセノン）でスパッタした。また、この際に２０％の割合で酸素をＸｅに混合した。
【０１２４】
それぞれの方法により製作した素子における側壁層８の結晶構造とＭＲ特性を以下に示す。
【０１２５】
素子サイズ０．１５μｍでもＭＲ変化率は良好であり、いずれの方法においても極端な優劣は見られなかった。
【０１２６】
上記（１）〜（４）と同様の方法で別の基板上にＣｒ酸化物を形成し、ＥＸＡＦＳ（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｘ−ｒａｙ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｆｉｎｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）による生成物の種類およびその構成比を調べた。また、測定した素子の断面ＴＥＭによる結晶性の観察も行った。
【０１２７】
ＥＸＡＦＳの結果から、Ｃｒ酸化物はすべてＣｒ２Ｏ３の組成比を有することが同定された。また、Ｃｒ２Ｏ３は反強磁性を有する。
【０１２８】
断面ＴＥＭ観察結果から、上記（１）〜（３）の方法によるＣｒ酸化膜において部分的に格子像が観察された。つまり、これらの方法によるＣｒ酸化膜は、非晶質と結晶質との混相であることが分かった。但し、上記（２）及び（３）の方法によるものは、ほとんどの部分が結晶質であった。一方、上記（４）の方法による側壁層８は、ほぼ非晶質のみから構成されていることが分かった。
【０１２９】
本実施例においては、ＭＲ変化率と結晶構造とを対比させると、Ｃｒ酸化物の結晶質部分が多いほど、ＭＲ変化率の低下が小さいという傾向が見られた。これは、結晶質の方が磁気抵抗効果膜４との界面のポテンシャルが急峻になるために電子反射効果がより強く得られたためであると考えられる。
【０１３０】
（第３の実施例）
次に、本発明の第３の実施例として、第１実施例と同様の構造の磁気抵抗効果素子において様々な側壁層８を様々な形成方法で形成した結果について説明する。ここで、素子サイズは全てのサンプルで０．１５μｍとした。
【０１３１】
本実施例において形成した側壁層８の材料およびその形成方法、得られた磁気抵抗効果素子のＭＲ特性について以下にまとめる。
サンプル 側壁層 側壁層の形成方法 ＭＲ変化率（％）
１ Ｓｉ酸化物 Ｏ２ラジカル照射 ０．１００
２ Ｔａ酸化物 Ｏ２ラジカル照射 ０．０９７
３ Ａｌ酸化物 イオンビームスパッタ法 ０．０８４
４ Ｔａ窒化物 反応性ＲＦスパッタ法 ０．０７９
５ Ｔｉ酸化物 Ｏ２ラジカル照射 ０．０９５
６ Ｆｅ酸化物 Ｏ２ラジカル照射 ０．１０４
７ ａ−Ｆｅ−Ｔａ−Ｎ 反応性ＲＦスパッタ法 ０．０８７
８ Ｆｅ−Ｔａ−Ｏ 反応性ＲＦスパッタ法 ０．０８７
【０１３２】
上記の形成方法のうちで、反応性ＲＦスパッタ法は、Ａｒガスに１０〜２０％程度の酸素ガスあるいはＮ２ガスを混合した雰囲気中で成膜を行った。
【０１３３】
上記のすべてのサンプルについては、第１実施例で説明した比較例と比較して顕著なＭＲ変化率の低下は見られなかった。以下、本実施例における各サンプルの詳細を説明する。
【０１３４】
サンプル１においては、側壁層８はほぼＳｉＯ２組成を有し、非晶質相により構成されていた。
【０１３５】
サンプル２においては、側壁層８の大部分が非晶質状のＴａ酸化物により構成されていた。但し、断面ＴＥＭ観察によると部分的には格子縞が観察され、非晶質と結晶室の混相であることが分かった。後に調べた結果、すべてが非晶質になるように反応性スパッタで形成した側壁層の場合においては、このサンプル２よりもＭＲ変化率が若干低下した。このことから、結晶質が混入することによりＭＲ変化率は維持増大されるものと考えられる。
【０１３６】
サンプル３においては、Ａｌ２Ｏ３ターゲットを用いて成膜した。断面ＴＥＭ観察の結果、側壁層８はすべて非晶質であった。
【０１３７】
サンプル４においては、Ｔａターゲットを用い、Ａｒガス中にＮ２ガスを２０％混入して成膜した。その側壁層８は、断面ＴＥＭ観察の結果、非晶質構造を有していた。同様な方法でＢＮ（窒化ボロン）とＡｌＮを形成した結果、非晶質から構成されており、上記と同様の効果が見られた。
【０１３８】
サンプル５においては、Ｔｉ層を１ｎｍ成膜後、Ｏ２ラジカル照射工程を３回繰り返して側壁層８を形成した。このサンプルの側壁層８はほとんどの部分が非晶質相のＴｉ酸化物であった。
【０１３９】
サンプル６においては、Ｆｅ層を１ｎｍ成膜後、Ｏ２ラジカル照射工程を３回繰り返して側壁層８を形成した。断面ＴＥＭ観察において格子縞が観察されたことから、側壁層８には結晶質が含有されることが分かった。また、同様な方法で形成したＦｅ酸化物に関して、ＥＸＡＦＳにより生成物の種類およびその組成を調べた。また、同試料において、ＴＥＭ観察も実施した。これらの結果から、側壁層８は、結晶質と非晶質との混相で構成されることが分かった。これは、いわゆる「グラニュラー構造」である。
【０１４０】
Ｆｅ酸化物には、反強磁性を示すＦｅＯ、α―Ｆｅ２Ｏ３、フェリ磁性を示すγ―Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４が存在する。側壁層８に用いるＦｅ酸化物としては、これらのどれでも良い。
【０１４１】
サンプル７においては、スパッタリングターゲットにはＦｅ５０Ｔａ５０（原子％）を用い、Ａｒ＋２０％Ｎ２を導入したガス雰囲気中で成膜した。同様の方法で別の基板上に形成した評価用の薄膜を磁化測定した結果、自発磁化を有することが分かった。また、断面ＴＥＭ観察の結果、膜全体がＦｅ−Ｔａ−Ｎの非晶質構造を有していた。
【０１４２】
サンプル８においては、Ｆｅ７０Ｔａ３０（原子％）ターゲットを用い、Ａｒ＋１０％Ｏ２ガスを導入した雰囲気で成膜した。ＴＥＭ観察の結果、側壁層８は、体心立方構造を有するα−Ｆｅからなる微結晶粒子と、Ｔａ−Ｏからなる非晶質相と、から構成されていることが分かった。
【０１４３】
α−Ｆｅ結晶粒の粒径は、すべて５０ｎｍ以下であった。同様の方法で別の基板上に作成した評価用の薄膜の磁化測定を行ったところ、自発磁化を有することが分かった。また、ＭＲ特性を示すρ（抵抗）−Ｈ（外部磁界）曲線において、フリー層のＨｓ（飽和磁界）が大きくなる傾向が見られたことから、側壁層８が自発磁化を有することによりハードバイアス磁界の効果が増大していることが示唆された。
【０１４４】
また、酸素の代わりに窒素を導入して上記と同様な実験を行ったところ、上記とほぼ同様な結果が得られた。さらに、Ｆｅ−Ｚｒ、Ｃｏ−Ｚｒ、Ｆｅ−Ｈｆ，Ｆｅ−Ａｌ、Ｃｏ−Ａｌから構成されるターゲットを用いて、それぞれの酸化物側壁層を形成した場合においても、上記と同様な効果が得られた。
【０１４５】
（第４の実施例）
次に、本発明の第４の実施例として、本発明の磁気抵抗効果素子を搭載した磁気再生装置について説明する。すなわち、図１乃至図９に関して説明した本発明の磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッドは、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込まれ、磁気記録再生装置に搭載することができる。
【０１４６】
図１０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、記録用媒体ディスク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、複数の媒体ディスク２００を備えたものとしてもよい。
【０１４７】
媒体ディスク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。ここで、ヘッドスライダ１５３は、例えば、前述したいずれかの実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッドをその先端付近に搭載している。
【０１４８】
媒体ディスク２００が回転すると、ヘッドスライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は媒体ディスク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媒体ディスク２００と接触するいわゆる「接触走行型」であってもよい。
【０１４９】
サスペンション１５４は、図示しない駆動コイルを保持するボビン部などを有する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、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げら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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
図１１は、アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ１６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有する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。
【０１５２】
サスペンション１５４の先端には、図１乃至図９に関して前述したいずれかの磁気抵抗効果素子あるいは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は磁気ヘッドアッセンブリ１６０の電極パッドである。
【０１５３】
本発明によれば、図１乃至図９に関して前述したいずれかの磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッドを具備することにより、従来よりも高い記録密度で媒体ディスク２００に磁気的に記録された情報を確実に読みとることが可能となる。
【０１５４】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気抵抗効果膜４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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
また、本発明は、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同様に適用して同様の効果を得ることができる。
【０１５７】
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。
【０１５８】
一方、本発明の磁気抵抗効果素子は、磁気記録媒体の読みとりに限定されず、磁気的に情報を書き換え可能なＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）にも適用して同様の効果を得ることができる。
【０１５９】
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気ヘッド及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、磁気ヘッド及び磁気記憶再生装置も同様に本発明の範囲に属する。
【０１６０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明よれば、垂直通電型の磁気抵抗効果素子において、磁気抵抗効果膜の側面に側壁層を形成することにより、サブミクロンあるいはそれ以下のサイズの磁気抵抗効果素子においても、スケーリング則に反することなく高いＭＲ変化率、ＭＲ変化量を得ることができる。
【０１６１】
そして、高出力で高Ｓ／Ｎを有する磁気ヘッド、それを搭載した磁気再生装置及び磁気記憶装置を提供することが可能となり産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる磁気ヘッドに設けられる磁気抵抗効果素子を媒体対向面Ｐに対して略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２】図１の磁気抵抗効果素子を媒体対向面Ｐに対して垂直な方向に切断した断面図である。
【図３】磁気抵抗効果膜４の基本構成を模式的に例示した断面図である。
【図４】磁気抵抗効果素子の側面を酸化することにより側壁層を形成した磁気抵抗効果素子を例示する断面図である。
【図５】側壁層を２層構成とした磁気抵抗効果素子を例示する断面図である。
【図６】拡散防止層を設けた磁気抵抗効果素子を例示する断面図である。
【図７】反強磁性体からなるバイアス磁界印加膜を用いた「パターンド・エクスチェンジ・バイアス（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ−Ｅｘｃｈａｎｇｅ−Ｂｉａｓ：ＰＥＢ）」方式の構造を有する磁気ヘッドである。
【図８】反強磁性体からなるバイアス磁界印加膜を用いたＰＥＢ式の構造を有する磁気ヘッドである。
【図９】反強磁性体からなるバイアス磁界印加膜を用いたＰＥＢ方式の構造を有する磁気ヘッドである。
【図１０】本発明の磁気再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。
【図１１】アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。
【符号の説明】
２ 下部電極
４ 磁気抵抗効果膜
６ 上部電極
８ 側壁層
９ 拡散防止層
１０ バイアス磁界印加膜
１２ 絶縁膜
１５０ 磁気再生装置
１５２ スピンドル
１５３ ヘッドスライダ
１５４ サスペンション
１５５ アクチュエータアーム
１５６ ボイスコイルモータ
１５７ スピンドル
１６４ リード線
１６５ 電極パッド
２００ 記録用媒体ディスク
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気再生装置及び磁気記憶装置に関し、より詳細には、磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向にセンス電流を流す構造の磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘッド及び磁気再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁性体層の積層構造体における巨大磁気抵抗効果の発見により、磁気デバイス、特に磁気ヘッドの機能が飛躍的に向上している。特に、スピンバルブ（Ｓｐｉｎ−Ｖａｌｖｅ：ＳＶ）膜による巨大磁気抵抗効果（Ｇｉａｎｔ−ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｅｆｆｅｃｔ：ＧＭＲ）の発見は、磁気デバイス分野に大きな技術的進歩をもたらした。ＳＶ膜とは、２つの金属強磁性層の間に非磁性層（「スペーサ層」あるいは「非磁性中間層」などと称される）を挟み、一方の強磁性層（「ピン層」あるいは「磁化固着層」などと称される）の磁化を反強磁性層あるいは硬磁性層からのバイアス磁界により一方向に固着し、もう一方の強磁性層（「フリー層」あるいは「磁化自由層」などと称される）の磁化方向が外部磁界に応答して、ピン層に対して相対的な角度を有することにより、巨大な磁気抵抗が得られるものである。
【０００３】
上述のＳＶ膜において、ＳＶ膜面に略垂直に通電する、いわゆるＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ−ｉｎ−Ｐｌａｎｅ：ＣＰＰ）型のＳＶ素子はＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ：ＣＩＰ）型のＳＶ素子に比べて、さらに大きな巨大磁気抵抗効果を発現する。
【０００４】
一方、ＣＰＰ型の素子としては、トンネル磁気抵抗効果（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ−ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃ−ｅｆｆｅｃｔ：ＴＭＲ）膜を用いたＴＭＲ素子なども開発されている。ＴＭＲ膜では、スペーサ層にＡｌ２Ｏ３などの絶縁層を用いる。ＴＭＲ膜も機能的には上記ＳＶ膜と同じ層構成を有する。
【０００５】
磁気抵抗効果膜（本願明細書においては、「ＳＶ膜」及び「磁気抵抗効果膜」は、ＧＭＲ膜とＴＭＲ膜を含むものとする）を用いたＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子は、ＣＩＰ型の素子に比べてＭＲ（ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ：磁気抵抗）変化率が大きいだけでなく、素子の抵抗が素子面積に依存するために、素子を微細化した場合にＭＲ変化量が増大するという利点も有する。
【０００６】
この利点は、磁気デバイスの微細化が進む現在においては、非常に大きなメリットとなる。例えば、近年、年率６０％程度の著しい記録密度の向上が見られるＳＶ膜を用いた磁気記録ヘッドにおいても、記録密度の向上に伴う再生ヘッド部の微細化に伴いＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドが有力視されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子は上述したような利点を有する反面、素子サイズが電子の平均自由行程に近づくとＭＲ変化率が低下するというＣＰＰ型の素子特有のスケーリング則の問題を有する。この現象は、素子サイズが電子の平均自由行程に対して十分大きい場合には、顕著に現われないが、素子が微細化するにつれて顕著となる。
【０００８】
すなわち、従来のＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子は、ある程度の微細化には対応できるものの、今後必要とされる超微細な磁気デバイスには適用が困難であり、十分な機能を発揮することが困難であった。
【０００９】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものである。すなわち、その目的は、電子の平均自由行程に近い微小サイズのＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子においても、スケーリング則に反することなく高いＭＲ変化率、ＭＲ変化量を得ることができるＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子、およびそれを用いた磁気デバイス、特に磁気抵抗効果型磁気ヘッド、それを搭載した磁気再生装置及び磁気記憶装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の関連技術によ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た強磁性膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する強磁性膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向に電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、を備え、
前記磁気抵抗効果膜の少なくとも前記磁化固着層と前記非磁性中間層の側面に側壁層が設けられ、
前記磁化固着層の側面に設けられた前記側壁層は、前記磁化固着層を構成する主要元素を含んだ酸化物、フッ化物、窒化物、炭化物、硫化物、ホウ化物の中から選ばれる少なくとも１種類以上の化合物を主成分とし、
前記非磁性中間層の側面に設けられた前記側壁層は、前記非磁性中間層を構成する主要元素を含んだ酸化物、フッ化物、窒化物、炭化物、硫化物、ホウ化物の中から選ばれる少なくとも１種類以上の化合物を主成分とすることを特徴とする。
【００１１】
このような側壁層は、例えば、磁気抵抗効果膜の側面を酸化、窒化、フッ化、炭化、硫化あるいはホウ化させることにより形成することができる。
【０００１２】
また、上記構成において、側壁層を結晶質とすればより安定化するために、側壁層に含まれるの酸素、窒素、フッ素、炭素、硫黄あるいはホウ素が、磁気抵抗効果膜の側へ拡散しにくくなるという効果が得られる。また、結晶化した部分において側壁層と磁気抵抗効果膜との界面が明瞭となり、界面でのポテンシャル分布が急峻になるので、センス電流の伝導電子の鏡面反射効果がさらに増大するという効果も得られる。鏡面反射効果の増大により、電子の平均自由行程を最大限に生かすことが可能となるので、ＭＲ変化率の劣化が抑制される。
【００１３】
すなわち、磁気抵抗効果膜の側面に、酸化物、窒化物、フッ化物、炭化物、ホウ化物、硫化物からなる化合物からなる側壁層を形成することにより、電子の鏡面反射効果が得られ、また、このような化合物からなる側壁層は、金属層に比べて高抵抗であるため、磁気抵抗効果膜から外への電流の分流を抑制する効果も併せて得られる。これにより、磁気抵抗効果膜におけるセンス電流密度の低下が抑制され、ＭＲ変化量の低下が抑制される。
【００１４】
まず、本発明の第１の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た強磁性膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する強磁性膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた導電性の非磁性中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向に電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、を備え、
前記磁気抵抗効果膜の少なくとも前記磁化固着層と前記非磁性中間層の側面に側壁層が設けられ、
前記側壁層は、実質的に非晶質であり、
前記側壁層は、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｃｕおよび希土類元素からなる群から選ばれた少なくともいずれかの酸化物、フッ化物、窒化物、ホウ化物、炭化物または硫化物を主成分とすることを特徴とする。
【００１５】
側壁相が非晶質すなわちアモルファス相であることにより、側壁層の高抵抗化を実現できる。また、側壁層が、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｃｕおよび希土類元素からなる群から選ばれた少なくともいずれかの酸化物、フッ化物、窒化物、ホウ化物、炭化物または硫化物を主成分とする化合物相であることにより、界面でのポテンシャル分布を急峻にすることができ、磁気抵抗効果膜の側面での電子の鏡面反射効果を高めることができる。
【００１６】
また、本発明の第２の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た強磁性膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する強磁性膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向に電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、を備え、
前記磁気抵抗効果膜の少なくとも前記磁化固着層と前記非磁性中間層の側面に側壁層が設けられ、
前記側壁層は、実質的に非晶質であり、
前記側壁層は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素と、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｙ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｎ、Ｏ、Ｆ、Ｓ、Ｃ、Ｃｕおよび希土類金属からなる群から選ばれた少なくとも１種の元素と、を含有し、
前記側壁層は、強磁性を有することを特徴とする。
【００１７】
側壁相が実質的に非晶質すなわちアモルファス相であることにより、側壁層の高抵抗化が実現できる。また、側壁層がＦｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素と、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｙ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｎ、Ｏ、Ｆ、Ｓ、Ｃ、Ｃｕおよび希土類金属からなる群から選ばれた少なくとも１種の元素と、を含有した層であることにより、界面でのポテンシャル分布を急峻にすることができ、磁気抵抗効果膜の側面での電子の鏡面反射効果を高めることができる。さらには、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのいずれかを含むことにより側壁層は強磁性を示すので、ハードバイアス膜あるいは反強磁性バイアス膜の効果の損失を防ぐことが可能となる。ここでいう「強磁性」とは、自発磁化を有することを意味する。
【００１８】
また、本発明の第３の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た強磁性膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する強磁性膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向に電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、を備え、
前記磁気抵抗効果膜の少なくとも前記磁化固着層と前記非磁性中間層の側面に側壁層が設けられ、
前記側壁層は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選択された少なくとも１種の元素を主成分とする結晶質相と、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａおよび希土類金属からなる群から選択された少なくとも１種の元素の酸化物、フッ化物、窒化物、ホウ化物、炭化物または硫化物を主成分とする非晶質相と、を有することを特徴とする。
【００１９】
非晶質相とＦｅ、ＣｏあるいはＮｉを主成分とする結晶質との混相化により、高抵抗化を実現することができると同時に、結晶質のＦｅ、ＣｏあるいはＮｉが存在することにより自発磁化を有し、ハードバイアス膜および反強磁性バイアス膜からのバイアス効果をより増大できる。ここで、側壁層の高抵抗化を図るためには結晶質部分の結晶粒径は小さい方がよく、最大粒径が２０ｎｍ以下であることが望ましい。また、結晶質が側壁層において占める割合は、５０％以下であることが、高抵抗化のためには好ましい。従って、側壁層におけるＦｅ、Ｃｏ及びＮｉの含有量は、７０原子％以下であることが望ましく、５０原子％以下であることがさらに望ましい。結晶質が酸化物、フッ化物、窒化物、ホウ化物、炭化物または硫化物から構成される場合はこの限りではない。
【００２０】
側壁層に、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａおよび希土類金属からなる群から選択された少なくとも１種の元素の酸化物、フッ化物、窒化物、ホウ化物、炭化物または硫化物を主成分とする非晶質相を含むことにより、磁気抵抗効果膜の側面からのセンス電流分流を抑制することができる。
【００２１】
また、本発明の第４の磁気抗効果素子は、磁化方向が実質的に一方向に固着された強磁性膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する強磁性膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向に電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、を備え、
前記磁気抵抗効果膜の少なくとも前記磁化固着層と前記非磁性中間層の側面に側壁層が設けられ、
前記側壁層は、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａおよび希土類金属からなる群から選択された少なくとも１種の元素の酸化物、フッ化物、窒化物、ホウ化物、炭化物または硫化物を主成分とし、
前記側壁層は、結晶質と非晶質との混相状態にあることを特徴とする。
【００２２】
側壁層が、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａおよび希土類金属からなる群から選択された少なくとも１種の元素の酸化物、フッ化物、窒化物、ホウ化物、炭化物または硫化物を主成分とすることにより、磁気抵抗効果膜の側面における鏡面反射効果を増大することができる。また、結晶質と非晶質との混相状態とすることにより、結晶質による鏡面反射効果の増大と、非晶質による高抵抗化の両方の効果を実現できる。
【００２３】
本発明の第５の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た強磁性膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する強磁性膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向に電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、を備え、
前記磁気抵抗効果膜の少なくとも前記磁化固着層と前記非磁性中間層の側面に側壁層が設けられ、
前記側壁層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａおよび希土類金属からなる群から選択された少なくとも１種の元素の酸化物、フッ化物、窒化物、ホウ化物、炭化物または硫化物を主成分とし、
前記側壁層は、実質的に結晶質であることを特徴とする。
【００２４】
側壁層が結晶化することにより、側壁層に含まれるの酸素、窒素、フッ素、炭素、硫黄あるいはホウ素が、磁気抵抗効果膜の側へ拡散しにくくなるという効果が得られる。また、結晶化した部分において側壁層と磁気抵抗効果膜との界面が明瞭となり、界面でのポテンシャル分布が急峻になるので、センス電流の伝導電子の鏡面反射効果が増大する。
【００２５】
ここで、「結晶質」の同定方法としては、例えば、電子線回折を用いることができる。例えば、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察において得られる電子線回折像において、秩序的な配列を有する回折スポットが観察されれば、「結晶質」であると判断できる。詳細には、電子線回折像の回折強度に秩序的な配列を示唆する周期があれば、「結晶質」であると判断できる。また、１０万倍以上の高倍率での電子顕微鏡観察において、ある面方位に起因する等間隔な面間隔像すなわち、格子像、あるいは格子と格子の重なりに起因するモアレ像が観察されれば、結晶質であると判断される。
【００２６】
また、「非晶質」の同定は、例えば、電子線回折などにおいて上述したような周期性が観察されないことをもってすることができる。
【００２７】
さらに「非晶質と結晶質の混相」であることを同定するには、電子顕微鏡観察において、上述した結晶質と非晶質の両方の特質がサンプルの場所によって観察されれば判断される。
【００２８】
磁性を有するかどうかの判定は、同時に、あるいは、同方法で形成される側壁層の薄膜サンプルの磁化測定を行うことにより断定できる。あるいは、ＥＤＸ（ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）などによる組成分析で得られた結果から、同組成のバルクサンプルあるいは薄膜サンプルを磁化測定することにより知ることができる。
【００２９】
また、上述した本発明の第１から第６の磁気抵抗効果素子において、前記側壁層の層厚は、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが望まれる。なぜならば、０．５ｎｍ未満では側壁層の形成が十分でなく、界面でのポテンシャル分布が急峻にならないので、鏡面反射効果が十分に得られないからである。同時に、側壁層が薄すぎてセンス電流の分流も抑制できない。
【００３０】
一方、側壁層が１０ｎｍ以上になると磁気ヘッドに用いる場合、フリー層へのバイアス効果を発生するハードバイアス膜や反強磁性バイアス膜の効果が磁気的な結合が切れるために非常に薄れてしまい、結果的に磁気抵抗効果型ヘッドのＳ／Ｎが劣化する虞があるからである。
【００３１】
上述した本発明の磁気抵抗効果素子は、再生用の磁気ヘッドに組み込んで高感度な磁気ヘッドを得ることができる。
【００３２】
さらに、このような磁気ヘッドを磁気再生装置に搭載すれば、記録密度が超高密度で且つ安定した再生が可能な磁気再生装置を実現できる。
【００３３】
また、上述したいずれかの磁気抵抗効果素子を複数備えた磁気記憶装置は、磁気的に情報を書き換え可能なＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）として有用である。すなわち、本発明の磁気抵抗効果素子は、ハードバイアス膜あるいは反強磁性バイアス膜が設置されていないＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ ＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）にも適用して、上述した鏡面反射効果を有する側壁層は効果を発揮する。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明者は、従来の垂直通電型の磁気抵抗効果素子において素子サイズが電子の平均自由行程に近づくとＭＲ変化率が低下するという問題点について独自に検討した結果、この原因は、膜面に対して略垂直方向に流れる伝導電子が、磁気抵抗効果膜の側壁において非弾性散乱していしまい、電子の平均自由行程が十分に生かされていないためであることを知得した。また、素子側壁部で電子が弾性散乱したとしても電子のスピン情報が消滅してしまうことがあることも知得した。
【００３５】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００３６】
図１及び図２は、本発明の実施の形態にかかる磁気ヘッドに設けられる磁気抵抗効果素子の要部構成を模式的に表す概念図である。すなわち、図１は、磁気記録媒体（図示せず）に対向する媒体対向面Ｐに対して略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。また、図２は、この磁気抵抗効果素子を媒体対向面Ｐに対して垂直な方向に切断した断面図である。
【００３７】
図１及び図２に例示した磁気抵抗効果素子は、ハード・アバッテッド（ｈａｒｄ ａｂｕｔｔｅｄ）構造を有している磁気抵抗効果型ヘッドであり、磁気抵抗効果膜４の上下には、下部電極２と上部電極６とがそれぞれ設けられ、また、図１において、磁気抵抗効果膜４の両側の側面には、側壁層８を介して、バイアス磁界印加膜１０と絶縁膜１２とが積層して設けられている。さらに、図２に例示したように、側壁層８は、磁気抵抗効果膜４の媒体対向面および、これと対向した背面側の側面にも設けられている。つまり、パターニングされた磁気抵抗効果膜４の全方位の側面に側壁層８が形成されている。
【００３８】
磁気抵抗効果膜４に対するセンス電流は、その上下に配置された電極２、６によって矢印Ａで示したように、膜面に対して略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１０、１０により、磁気抵抗効果膜４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４のフリー層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。
【００３９】
本発明によれば、磁気抵抗効果膜４の側面に電子の鏡面反射効果を有する側壁層８を設けることにより、磁気抵抗効果膜側面での伝導電子の鏡面反射効果が得られる。つまり、磁気抵抗効果膜４の側壁において電子の非弾性散乱を防止し、電子の平均自由行程を伸ばすことができる。さらに、磁気抵抗効果膜４の側壁において電子が弾性散乱する際にも、電子のスピン情報が消滅してないようにすることができ、磁気抵抗効果素子の感度を顕著に改善することが可能となる。
【００４０】
また、本発明によれば、側壁層８を高抵抗とすることにより、センス電流のバイアス磁界印加膜１０への電流分流を抑制する効果も得られる。つまり、センス電流を磁気抵抗効果膜４に効率的に供給して出力効率を改善することができる。
【００４１】
また、本発明においては、側壁層８を設けることにより、バイアス磁界印加膜１０からのバイアス磁界を適度に制御することが可能となる。つまり、磁気抵抗効果素子を微細化した場合、一対のバイアス磁界印加膜１０、１０の間隔も狭くなるため、バイアス磁界が磁気抵抗効果膜に強くかかりすぎて感度が低下する虞がある。つまり、強いバイアス磁界によってフリー層の磁区が固定されてしまう虞がある。これに対して、本発明によれば、磁気抵抗効果膜４とバイアス磁界印加膜１０との間に側壁層８を設けることにより、バイアス磁界印加膜１０からのバイアス磁界を適度に緩和して、バイアス効果とフリー層の磁界感受性とを両立させることができる。
【００４２】
但し、バイアス磁界印加膜１０からのバイアス磁界の損失を防ぐ必要がある際には、側壁層８に強磁性あるいはフェリ磁性を付与すればよい。つまり、側壁層８を強磁性体あるいはフェリ磁性体などにより形成すれば、バイアス磁界印加膜１０からのバイアス磁界を磁気抵抗効果膜４に低損失で伝えることができる。
【００４３】
本発明の効果は、特に、素子を微細化した時に顕著となる。すなわち、素子を電子の平均自由工程のオーダ程度まで微細化すると、磁気抵抗効果素子体積に対する界面付近部分の占める割合が大きくなり、磁気抵抗効果膜４の側壁における電子の非弾性散乱や分流、バイアス磁界の変動などが顕著となる。これに対して、本発明によれば、電子鏡面反射効果、分流防止効果、バイアス磁界抑制効果などを有する側壁８を設けることにより、界面における損失、センス電流の分流、バイアス磁界の増大を抑制して、磁気抵抗効果素子の磁気検出感度を大幅に改善できる。
【００４４】
以下、本発明の磁気抵抗効果素子の各部要素について、詳細に説明する。
【００４５】
図３は、磁気抵抗効果膜４の基本構成を模式的に例示した断面図である。すなわち、同図（ａ）は、フリー層４Ａとスペーサ層４Ｂとピン層４Ｃと反強磁性層４Ｄとがこの順に積層された構成を表す。このように反強磁性層４Ｄがピン層４Ｃよりも上側に積層された構造は「トップ型」などと称される。
【００４６】
一方これとは逆に、図３（ｂ）に表した構造においては、反強磁性層４Ｄとピン層４Ｃとスペーサ層４Ｂとフリー層４Ａとがこの順に積層されている。このように、反強磁性層４Ｄの上側にピン層４Ｃなどを順次積層した構造は「ボトム型」などと称される。
【００４７】
実際の磁気抵抗効果素子の場合には、図３に例示した積層構造体の下側には図示しない下地層などが設けられ、一方、上側には保護層などが適宜設けられる。また、図３（ａ）及び（ｂ）に例示したもの以外にも、例えば、フリー層を中心として上下に対称状にＳＶ構造を積層したいわゆる「デュアル型」の構成も採用することができる。
【００４８】
フリー層４Ａおよびピン層４Ｃは強磁性層からなり、一般的にはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉの少なくともいずれかを主成分とする２元系および３元系合金から構成される。主には、Ｃｏ９０Ｆｅ１０合金、Ｎｉ８０Ｆｅ２０合金（パーマロイ）、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ合金が用いられる。また、フリー層４Ａは、このような合金からなる複数の層の積層体でもよい。
【００４９】
さらに、ＭＲ変化率を増大するために、電子の鏡面反射効果を有する酸化物層、窒化物層、フッ化物層からなる鏡面反射層をフリー層４Ａあるいはピン層４Ｃの少なくとも一方に挿入してもよい。このような磁気抵抗効果膜は、一般に「スペキュラー型」の磁気抵抗効果膜などと称される。また、フリー層４Ａの上部あるいは下部に高伝導層を積層してもよい。これは、「スピンフィルター型」の磁気抵抗効果膜などと称される。
【００５０】
また、ピン層４Ｂはシンセティック反強磁性構造であっても良い。「シンセティック反強磁性構造」とは、主として強磁性層／Ｒｕ（ルテニウム）層／強磁性層の積層構造を有し、Ｒｕ層を介して上下の強磁性層が反強磁性的にカップリングしている構造のピン層である。
【００５１】
スペーサ層４Ｂの材料としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇなどを用いることができる。さらにスペーサ層にＡｌ２Ｏ３が用いられる場合もあり、これは上述したＴＭＲ膜に対応する。
【００５２】
反強磁性層４Ｄの材料としては、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＲｈＭｎ、ＰｄＭｎのようなＭｎ系反強磁性合金膜を用いることができる。
【００５３】
図示しない下地層の材料としては、Ｔａ（タンタル）や非磁性ＮｉＦｅＣｒ合金などを用いることができる。この下地層は、その上に積層する各層の結晶性や配向状態などを制御するバッファ層としての役割を有する。
【００５４】
図示しない保護層の材料としては、ＴａあるいはＣｒなどの非磁性膜を用いることができる。
【００５５】
下部電極２および上部電極６の材料としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇなどの高伝導率材料を主として用いることができる。
【００５６】
バイアス磁界印加膜１０は、後に詳述するように、強磁性体あるいは反強磁性体により形成することができ、リフトオフ・プロセスによりパターニング加工形成することができる。図１に例示したハードアバッテッド構造においては、強磁性体からなるバイアス印加膜を用いるとよい。その構造としては、例えば、Ｃｒ／ＣｏＣｒＰｔ積層膜、あるいはＣｒ／ＣｏＰｔ積層膜などを用いることができる。これにより、磁気抵抗効果型ヘッドのバルクハウゼンノイズが低減される。
【００５７】
一方、側壁層８は、酸化物、窒化物、フッ化物、硫化物、炭化物、ホウ化物のいずれかを含む化合物により形成することができる。側壁層８がこれらの化合物相を有すると、磁気抵抗効果膜４の側面でのポテンシャル分布が急峻となり、伝導電子の鏡面反射効果が期待できる。これにより、磁気抵抗効果膜４の側面での電子の非弾性散乱を防止して伝導電子の平均自由工程を十分に生かすことが可能となり、ＭＲ特性の低下を防止できる。
【００５８】
側壁層８は、完全に連続膜の状態で形成される必要はなく、ホール（孔）を有していても構わない。また、磁気抵抗効果膜４を構成する各層ごとに、その側面に設けられる側壁層８の膜厚がばらついていても構わない。
【００５９】
側壁層８は、少なくともフリー層４Ａおよびピン層４Ｃの側面に設けられていればその電子反射効果などは発揮される。さらに、電流分流の抑制の意味ではスペーサ層４Ｂおよび保護層などの側面にも側壁層８が形成されていることが望ましい。
【００６０】
側壁層８の膜厚は、０．５ｎｍ以上で１０ｎｍ以下であることが望ましい。０．５ｎｍ未満だと磁気抵抗効果膜４の側面界面において十分な電子のポテンシャル差を形成できず、良好な鏡面反射が得られなくなる。また、センス電流の分流も十分に抑制できなくなる。一方、１０ｎｍ以上だと前記の効果は得られるものの、バイアス磁界印加膜のバイアス磁界が著しく減少し、磁気ヘッドのＳ／Ｎが劣化する可能性がある。
【００６１】
側壁層８は、センス電流の分流を抑制する観点から、比抵抗が１００μΩｃｍ以上の材料により形成することが望ましい。これは、磁気抵抗効果膜４に用いられる各金属層の比抵抗が通常はおよそ５０μΩｃｍ以下であるため、電流分流を抑制するにはこの程度必要となるからである。
【００６２】
また、側壁層８の高抵抗を実現するためには、結晶構造的には、非晶質、あるいは非晶質と結晶質の混相であることが望ましい。非晶質、および非晶質と結晶質の混相の場合、強磁性のものと非磁性のものが存在する。
【００６３】
側壁層８を非晶質材料により構成する場合は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａおよび希土類元素のうちの少なくともいずれか１つを主成分とする酸化物、フッ化物、窒化物、ホウ化物、炭化物、硫化物を主成分とする非晶質とすることが望ましい。
【００６４】
一方、側壁層８が結晶質とする場合には、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａおよび希土類金属のうちの少なくともいずれか１つを主成分とする酸化物、フッ化物、窒化物、ホウ化物、炭化物、硫化物を主成分とする化合物層とすることが望ましい。これらの元素を酸化、フッ化、窒化、ホウ化、炭化、硫化することにより、高抵抗化が図れる。また、鏡面反射効果を高める効果も有する。これは、磁気抵抗効果膜４の側面での境界面が明瞭となり、界面において急峻なポテンシャル分布が形成されるからである。
【００６５】
側壁層８の材料としては、これらの酸化物、窒化物、フッ化物、硫化物、ホウ化物、炭化物、硫化物の中でも、酸化物であることが最も望ましい。酸化物からなる側壁層８は、その形成が比較的容易である。つまり、磁気抵抗効果膜４の側面を酸化することにより形成することができる。
【００６６】
しかも、酸化物とすることにより磁気抵抗効果膜４の各層の伝導帯とのエネルギーギャップが大きくなる。すなわち、界面におけるポテンシャル分布が急峻となり、鏡面反射効果を増大する。さらには、酸化物は１００μΩｃｍを超える高抵抗である。結晶質とする場合、酸化物の結晶構造としてはスピネル構造などを用いることができる。
【００６７】
図４は、磁気抵抗効果素子の側面を酸化することにより側壁層を形成した磁気抵抗効果素子を例示する断面図である。同図については、図１乃至図３に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６８】
なお、同図においては、「トップ型」の磁気抵抗効果膜４を例示し、簡単のために、下地層や保護層などは省略した。従って、実際の素子においては、図示しない下地層や保護層が適宜設けられる。
【００６９】
図４に例示したように、磁気抵抗効果膜４の側面を酸化処理して側壁層８を形成した場合には、磁気抵抗効果膜４を構成する各層の材料に応じた酸化物が、それぞれ側面に形成される。つまり、フリー層４Ａの側面には、フリー層を構成する元素の酸化物からなる側壁層８Ａが形成され、スペーサ層４Ｂの側面には、スペーサ層４Ｂを構成する元素の酸化物からなる側壁層８Ｂが形成されるが如くである。このように、磁気抵抗効果膜４を構成する各層４Ａ〜４Ｄに対応した異なる組成を有する酸化物８Ａ〜８Ｄからなる側壁層８が形成されることとなる。
【００７０】
これは、酸化した場合に限らず、チッ化物、フッ化物、硫化物、ホウ化物あるいは炭化物を形成した場合でも同様である。
【００７１】
一方、側壁層８を結晶質とする場合、側壁層８の材料として磁気抵抗効果膜４の主成分であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎなどを主成分とする酸化物、チッ化物、フッ化物、硫化物、ホウ化物、炭化物からなる化合物を形成した場合でも、磁気抵抗効果膜４の各層への酸素、窒素、フッ素、ホウ素、炭素の拡散を抑制することができる。すなわち、磁気抵抗効果膜４の耐熱性を向上することができる。
【００７２】
また、バイアス磁界印加膜１０からのバイアス磁界の損失を防ぐためには、側壁層８は強磁性または反強磁性を有することが望ましい。特に、強磁性とすることが望ましい。これによりバイアス磁界印加膜１０のフリー層４Ａに対するバイアス効果を維持することができる。
【００７３】
磁性を有する結晶質である代表的な酸化物、窒化物、フッ化物、炭化物、ホウ化物としては、Ｆｅ１６Ｎ２、Ｆｅ３Ｏ４、ＣｒＯ２、Ｃｏ２Ｏ３などが挙げられる。
【００７４】
側壁層８に含有される酸素、窒素、フッ素あるいは炭素がバイアス磁界印加膜１１０の側に拡散するのを抑制するためには、側壁層８を多層構造とすることが望ましい。
【００７５】
図５は、側壁層８を２層構成とした磁気抵抗効果素子を例示する断面図である。同図については、図１乃至図３に関して前述した要素と同様のものには同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７６】
図５に例示した磁気抵抗効果素子の場合、側壁層８は、磁気抵抗効果膜４の側から順に第１側壁層８Ａと第２側壁層８Ｂとを積層した構成を有する。但し、側壁層８の積層数は２には限定されず、３層以上の層を適宜積層して構成することができる。
【００７７】
側壁層８を積層の数Ｎからなる積層構造とした場合、磁気抵抗効果膜４から数えて第Ｎ−１層目の側壁層は、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｓｂ、Ｔｈ、Ｂｅ、Ｚｒ、Ｃｄ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｙ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｔｈ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｚｎ、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｄ、Ｒｂなる元素の順序列の内から選択された第１の元素の酸化物、窒化物、フッ化物、炭化物、硫化物、ホウ化物を主成分とし、その外側に隣接する第Ｎ側壁層は、前記元素の順序列のうちで前記第１側壁層の元素よりも後に位置する元素の酸化物、窒化物、フッ化物、炭化物、硫化物、ホウ化物を主成分とする化合物とすることが望ましい。なぜならば、上記の順序列において、後に位置するほど酸素などとの相対的な結合エネルギーが低く酸化、窒化、フッ化、ホウ化、硫化、炭化が起こりにくいために、バイアス磁界印加膜１０あるいは反強磁性バイアス膜側への酸素の拡散が起こりにくくなる。
【００７８】
また、バイアス磁界印加膜１０を強磁性体を用いて形成した場合、下地膜としてＣｒなどを主に使うので、側壁層の積層構成のうちで最も外側の層は前記元素の順序列のうちでＣｒよりも前位に位置する元素を主成分とする化合物により形成することが好ましい。
【００７９】
さらに、拡散防止の観点からは、最も外側の側壁層とバイアス磁界印加膜１０との間に、拡散防止層を設けることが望ましい。
【００８０】
図６は、拡散防止層を設けた磁気抵抗効果素子を例示する断面図である。同図については、図１乃至図３に関して前述した要素と同様のものには同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８１】
図６に例示した磁気抵抗効果素子においては、側壁層８とバイアス磁界印加膜１０と間に、拡散防止層９が設けられている。拡散防止層９は、Ａｕ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｏｓから選ばれるいずれかの元素を主成分とした層であることが望ましい。これにより、側壁層８に含有される酸素、窒素、フッ素、硫黄、炭素、ホウ素がバイアス磁界印加膜１０の側へ拡散するのを防止し、良好な鏡面反射効果を維持することが可能となる。
【００８２】
また、前記拡散防止層９の膜厚は、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であることが望ましく、さらには側壁層８の膜厚と拡散防止層９の膜厚の合計が１０ｎｍ以下であることが好ましい。拡散防止層の膜厚が０．５ｎｍ未満の場合は拡散を防止する効果が十分でなく、膜厚が５ｎｍを超えると、バイアス磁界印加膜からのハードバイアスあるいは反強磁性バイアスの効果が顕著に低下する虞があるからである。なお、側壁層８と拡散層９は、それぞれ多層膜積層構造としてもよい。
【００８３】
図１及び図２に例示したアバッテッド構造を有する磁気抵抗効果素子は、リフトオフ法により形成することができる。そのプロセスの概要を説明すると、以下の如くである。
【００８４】
まず、磁気抵抗効果膜４をＤＣマグネトロンスパッタ法などにより形成する。次に、リフトオフ用のレジストを用いてリソグラフィによりレジスト・パターニングを行い、イオンミリングなどのドライエッチングにより磁気抵抗効果膜４をパターニング加工する。側壁層８はイオンミリングなどによる磁気抵抗効果膜４の加工後に形成する。その後、バイアス磁界印加膜１０と絶縁膜１２を成膜し、レジストを除去する。
【００８５】
磁気抵抗効果膜４をパターニングする際に、磁気抵抗効果膜４の側面の基板法線に対する角度、特にフリー層４Ａ、スペーサ層４Ｂ、ピン層４Ｃの部分（磁気抵抗効果膜４の能動部）の側面の上記角度は、４５度以下とすることが望ましい。つまり、基板面に対して側面がある程度垂直に近くなるように形成する。これにより、磁気抵抗効果膜４の側面での電子の鏡面反射効果が発揮される。
【００８６】
側壁層８を形成する前に、磁気抵抗効果膜４の側面を平滑にする平滑化工程を実施してもよい。この平滑化工程は、磁気抵抗効果膜４の側面に対して、不活性ガス（Ａｒ、Ｘｅ、Ｎｅなど）のイオンビームあるいは不活性ガスのクラスタービームなどを照射することにより行うことができる。このようにすれば、磁気抵抗効果膜４の側面を平滑にし、側壁面８との界面を明瞭にする上で効果がある。イオンビームの照射の場合、磁気抵抗効果膜４への磁気的なダメージを小さくするために、５００Ｖ以下の加速エネルギーで照射することが望ましい。さらに、照射エネルギーを下げるために、側面に対して斜めに照射することが望ましく、具体的には、基板法線に対して６０度以下の角度を有するようにイオンビームを照射することが望ましい。
【００８７】
一般的には、磁気抵抗効果膜４の加工はイオンミリングで行うことが多いので、イオンビーム照射処理を、連続的に行うことが可能である。従って、実際の工程上は、２つの入射角度を組み合わせたイオンミリング加工工程を行うことになる場合がある。クラスタービーム照射の場合も、イオンミリング加工と連続的に行うことが望ましい。ここでいう「連続的」とは真空状態を維持したまま工程を移すことを意味する。
【００８８】
磁気抵抗効果膜４の側面の凹凸は、５ｎｍ以下であることが望ましい。これは、凹凸が５ｎｍを超えた場合、磁気抵抗効果膜４の側面を酸化あるいはフッ化などして側壁層８を形成して界面の平滑性を確保するためには、厚みが１０ｎｍを超える側壁層８を形成する必要があり、そうするとバイアス磁界印加膜１０からのバイアス磁界の掛かり方が小さくなる虞があるからである。ここでいう側面の凹凸は、磁気抵抗効果膜４を構成するそれぞれの層の側面の凹凸であり、各層間を含めた側面全体の平滑性とは異なる。しかしながら、各層間の段差も低減して、最終的には磁気抵抗効果膜４の側面が全面に亘って平滑であることが望ましい。
【００８９】
側壁層８の形成方法としては、次の３つの方法を挙げることができる。
【００９０】
（１）磁気抵抗効果膜４の側面に酸化物、チッ化物、フッ化物などの化合物をＤＣあるいはＲＦスパッタリング法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｖａｐｅｒ−Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、イオンビームスパッタ法などで堆積する。
（２）磁気抵抗効果膜４の側面に金属層を成膜し、その後にその側金属層に所定のラジカルビームあるいはイオンビームあるいはそれらの混合ビームを照射し、酸化、チッ化、フッ化などの化合物を形成する。
（３）磁気抵抗効果４の側面に直接的に所定のラジカルビームあるいはイオンビームあるいはそれらの混合ビームを照射し、磁気抵抗効果膜４を構成する各層の側壁部を直接的に酸化、チッ化、フッ化などさせる。
【００９１】
これらの方法により形成された側壁層８は、断面ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：透過電子顕微鏡）観察などにより観察することができる。上記（３）の方法により形成した場合、磁気抵抗効果膜４を構成する各層ごとに側壁層８の形成厚さが異なるので、その形成方法を特定することができる。
【００９２】
一方、上記（２）の形成方法において、鏡面反射効果および高抵抗化のために望ましい酸化物の形成方法としては、チャンバ内に酸素を導入したり、ラジカルを含む酸素処理によって磁気抵抗効果膜４の側面を酸化処理する方法、あるいはイオン化したガスを照射することによって酸化処理する方法を挙げることができる。特に、活性状態の反応ガスを用いることで、より安定性が高く、安定な結晶構造を有する酸化物を形成することができる。この時、反応ガス自身をイオン化して照射しても良いし、アルゴンやキセノンやネオンをイオン化して照射しながら別の場所からチャンバ内に導入しても良い。
【００９３】
次に、本発明の磁気抵抗効果素子の変型例について説明する。
【００９４】
図７乃至図９は、本発明の実施の形態にかかる磁気ヘッドに設けられた磁気抵抗効果素子の媒体対向面に略平行な断面図である。これらの図面については、図１乃至図６に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９５】
図７乃至図９に例示したものは、いずれも反強磁性体からなるバイアス磁界印加膜１０を用いた「パターンド・エクスチェンジ・バイアス（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ−Ｅｘｃｈａｎｇｅ−Ｂｉａｓ：ＰＥＢ）」方式の構造を有する磁気ヘッドである。
【００９６】
すなわち、図７に例示した磁気ヘッドは、「ボトム型」の磁気抵抗効果膜４を有する。磁気抵抗効果膜４は、保護層４Ｆとフリー層４Ａと、下地層（図示せず）やピン層（図示せず）を含むそれら以外の層４Ｘと、を有する。層４Ｘの部分は幅狭にパターニングされ、フリー層４Ａはこの幅を越えて左右に延在している。
【００９７】
側壁層８は、磁気抵抗効果膜４のうちの層４Ｘの側面から下部電極２の上面にかけて設けられている。一方、バイアス磁界印加膜１０は、フリー層４Ａの両側の延在した部分の上に積層されている。
【００９８】
一方、図８に例示した磁気ヘッドは、「トップ型」の磁気抵抗効果膜４を有する。磁気抵抗効果膜４は、下地層４Ｇとフリー層４Ａと、ピン層（図示せず）を含むそれら以外の層４Ｙとを有する。層４Ｙの部分は幅狭にパターニングされ、フリー層４Ａはこの幅を越えて左右に延在している。
【００９９】
側壁層８は、磁気抵抗効果膜４のうちの層４Ｙの側面からフリー層４Ａの上面にかけて設けられている。そして、バイアス磁界印加膜１０は、フリー層４Ａの両側の延在部の下に設けられている。
【０１００】
また、図９に例示した磁気ヘッドも、「トップ型」の磁気抵抗効果膜４を有する。すなわち、磁気抵抗効果膜４は、下地層４Ｇとフリー層４Ａと、ピン層を含むそれら以外の層４Ｙとを有する。そして、層４Ｙの部分は幅狭にパターニングされ、フリー層４Ａはこの幅を越えて左右に延在している。
【０１０１】
側壁層８は、磁気抵抗効果膜４のうちの層４Ｙの側面からフリー層４Ａの延在部の上面にかけて設けられている。そして、バイアス磁界印加膜１０は、フリー層４Ａの両側の延在部の上に設けられている。
【０１０２】
以上図７乃至図９に例示したようなＰＥＢ構造にすることにより、ＣＰＰ型磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドの外部磁界に対する効率は上昇する。すなわち、高感度となる。
【０１０３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【０１０４】
（第１の実施例）
まず、本発明の第１の実施例として、図１乃至図２に表したハードアバッテッド構造の磁気抵抗効果素子を作製し、その特性を評価した。その製作工程について図１及び図２を参照しつつ概説すると以下の如くである。
【０１０５】
まず、表面が熱酸化ＳｉＯで覆われた基板上に、材料及び膜厚がそれぞれ、Ｔａ１０ｎｍ／Ｃｕ４００ｎｍ／Ｔａ５ｎｍの積層構造を有する下部電極２をＤＣ／ＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いて成膜した。
【０１０６】
次に、ＤＣ／ＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いて、各層が以下のような材料及び膜厚を有する「ボトム型」の積層構成を有する磁気抵抗効果膜４を成膜した。
保護層 ：Ｔａ １０ｎｍ
フリー層 ：ＮｉＦｅＣｏ ５ｎｍ
フリー層 ：ＣｏＦｅ ２ｎｍ
スペーサ層：Ｃｕ ２ｎｍ
ピン層 ：ＣｏＦｅ ３ｎｍ
ピン層 ：Ｒｕ ０．９ｎｍ
ピン層 ：ＣｏＦｅ ３ｎｍ
反強磁性層：ＰｔＭｎ １０ｎｍ
下地層 ：ＮｉＦｅＣｒ ３ｎｍ
下地層 ：Ｔａ ３ｎｍ
【０１０７】
このようにして成膜した磁気抵抗効果膜４をパターニング加工した後、側壁層８を形成した。側壁層８としては、Ｃｒ酸化物を５ｎｍの厚みに形成した。その作製方法としては、金属Ｃｒを厚み１ｎｍ成膜し、酸素ラジカル照射（３０秒）工程を２回繰り返した。酸素ラジカル照射では、Ａｒを１ｓｃｃｍ、Ｏ２を５ｓｃｃｍをプラズマ発生源に導入してプラズマ化し、基板から１０〜１５ｃｍだけ離した照射口からプラズマ発生源とチャンバ内の差圧によって導入した。
【０１０８】
次にＣｒ５ｎｍ／ＣｏＣｒＰｔ５０ｎｍの積層構成を有するバイアス磁界印加膜１０をイオンビームスパッタ装置により成膜した。その後、Ａｌ２Ｏ３からなる絶縁膜１２を５０ｎｍ成膜した後、レジストをリフトオフした。
【０１０９】
次に、Ｔａ５ｎｍ／Ｃｕ４００ｎｍ／Ａｕ２００ｎｍの積層構成を有する上部電極６をＤＣマグネトロンスパッタ法により成膜した。各部分の加工にはフォトリソグラフィとイオンミリング装置を用いた。
【０１１０】
そして、２７０℃で１０時間の１０ｋＯｅ磁界下でのピン層の磁化固着アニールを行った。
【０１１１】
磁気抵抗効果膜のパターニング加工に際しては、フォトリソグラフィによりレジストをパターニングし、イオンミリング法を用いてエッチングを行った。イオンミリングに際しては、基板法線に対する角度が２０度と７０度の２種類のビーム入射角度を採用した。磁気抵抗効果膜４の平面形状は略正方形であり、一辺の長さがそれぞれ２μｍ、１μｍ、０．５μｍ、０．３μｍ、０．１５μｍの５種類の素子を作製した。
【０１１２】
なお、本実施例においては、Ａｒクラスタービームによる磁気抵抗効果膜の側面の平滑化処理は省略した。また比較サンプルとして、側壁層８を形成しない素子も作製した。
【０１１３】
以下にそれぞれの磁気抵抗効果素子の素子サイズによるＭＲ特性の評価結果を示す。
素子サイズ ＭＲ変化率（％） ＭＲ変化率（％）
（μｍ） 実施例 比較例
２ １．０１ １．００
１ １．００ ０．９７
０．５ １．００ ０．８４
０．３ ０．９９ ０．７６
０．１５ ０．９７ ０．５１
【０１１４】
比較例では素子サイズが小さくなるにつれて、ＭＲ変化率が低下している。これに対して、本実施例による素子では、素子サイズが０．１５μｍまで微細化しても、ＭＲ変化率は殆ど低下していない。比較例の場合は、素子サイズが小さくなるとＭＲ変化率が低下していることから、磁気抵抗効果膜の側面での、スピン情報を有する電子の非弾性散乱の影響が顕在化していると考えられる。
【０１１５】
出力の目安となる（面積Ａ×抵抗変化量ｄＲ）のパラメータにより評価した場合でも、比較例は、素子サイズの縮小とともに著しく小さくなる。一方、本実施例では素子サイズ縮小による（Ａ×ｄＲ）の減少は見られず、およそ０．５ｍΩμｍ２程度で概ね一定であった。これは、Ｃｒ酸化物からなる側壁層８によるセンス電流の分流抑制効果によると考えられる。
【０１１６】
（第２の実施例）
次に、本発明の第２の実施例として、第１実施例と同様の構造において、側壁層８の形成方法を種々に変えた結果について説明する。
【０１１７】
ここで、製作した素子は、図１及び図２に例示したハードアバッテッド構造の磁気抵抗効果素子であり、素子サイズはすべて０．１５μｍとした。
【０１１８】
素子の製作プロセスは、側壁層８の形成を除いて前述した第１実施例と同様である。側壁層８は、Ｃｒ酸化物により形成した。本実施例においては、Ｃｒ酸化物の作成方法として、以下の４つの方法を用いた。
【０１１９】
（１）金属Ｃｒ薄膜をＭＲ膜側壁面に１ｎｍ成膜後、自然酸化する方法。
（２）金属Ｃｒ薄膜をＭＲ膜側壁面に１ｎｍ成膜後、ラジカル照射する方法。
（３）金属Ｃｒ薄膜をＭＲ膜側壁面に１ｎｍ成膜後、イオン照射により酸化する工程を３回繰り返す方法。
（４）および金属Ｃｒの反応性イオンビームスパッタで５ｎｍ成膜する方法。
【０１２０】
上記（１）の自然酸化は、１０−６Ｔｏｒｒのオーダでの圧力において実施した。
【０１２１】
上記（２）の酸素ラジカル照射は、Ａｒ（アルゴン）を１ｓｃｃｍ、Ｏ２を５ｓｃｃｍをプラズマ発生源に導入してプラズマ化し、基板から１０〜１５ｃｍだけ離した照射口からプラズマ発生源とチャンバー内の差圧によって導入して酸化した。
【０１２２】
上記（３）のイオン照射酸化は、Ａｒ（アルゴン）を１ｓｃｃｍ、酸素を５ｓｃｃｍ導入してプラズマ化し、加速電圧は５０ｅＶの条件で行った。
【０１２３】
上記（４）の反応性イオンビームスパッタは、ＣｒのターゲットをＸｅ（キセノン）でスパッタした。また、この際に２０％の割合で酸素をＸｅに混合した。
【０１２４】
それぞれの方法により製作した素子における側壁層８の結晶構造とＭＲ特性を以下に示す。
素子サイズ０．１５μｍでもＭＲ変化率は良好であり、いずれの方法においても極端な優劣は見られなかった。
【０１２６】
上記（１）〜（４）と同様の方法で別の基板上にＣｒ酸化物を形成し、ＥＸＡＦＳ（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｘ−ｒａｙ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｆｉｎｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）による生成物の種類およびその構成比を調べた。また、測定した素子の断面ＴＥＭによる結晶性の観察も行った。
【０１２７】
ＥＸＡＦＳの結果から、Ｃｒ酸化物はすべてＣｒ２Ｏ３の組成比を有することが同定された。また、Ｃｒ２Ｏ３は反強磁性を有する。
【０１２８】
断面ＴＥＭ観察結果から、上記（１）〜（３）の方法によるＣｒ酸化膜において部分的に格子像が観察された。つまり、これらの方法によるＣｒ酸化膜は、非晶質と結晶質との混相であることが分かった。但し、上記（２）及び（３）の方法によるものは、ほとんどの部分が結晶質であった。一方、上記（４）の方法による側壁層８は、ほぼ非晶質のみから構成されていることが分かった。
【０１２９】
本実施例においては、ＭＲ変化率と結晶構造とを対比させると、Ｃｒ酸化物の結晶質部分が多いほど、ＭＲ変化率の低下が小さいという傾向が見られた。これは、結晶質の方が磁気抵抗効果膜４との界面のポテンシャルが急峻になるために電子反射効果がより強く得られたためであると考えられる。
【０１３０】
（第３の実施例）
次に、本発明の第３の実施例として、第１実施例と同様の構造の磁気抵抗効果素子において様々な側壁層８を様々な形成方法で形成した結果について説明する。ここで、素子サイズは全てのサンプルで０．１５μｍとした。
【０１３１】
本実施例において形成した側壁層８の材料およびその形成方法、得られた磁気抵抗効果素子のＭＲ特性について以下にまとめる。
サンプル 側壁層 側壁層の形成方法 ＭＲ変化率（％）
１ Ｓｉ酸化物 Ｏ２ラジカル照射 ０．１００
２ Ｔａ酸化物 Ｏ２ラジカル照射 ０．０９７
３ Ａｌ酸化物 イオンビームスパッタ法 ０．０８４
４ Ｔａ窒化物 反応性ＲＦスパッタ法 ０．０７９
５ Ｔｉ酸化物 Ｏ２ラジカル照射 ０．０９５
６ Ｆｅ酸化物 Ｏ２ラジカル照射 ０．１０４
７ ａ−Ｆｅ−Ｔａ−Ｎ 反応性ＲＦスパッタ法 ０．０８７
８ Ｆｅ−Ｔａ−Ｏ 反応性ＲＦスパッタ法 ０．０８７
【０１３２】
上記の形成方法のうちで、反応性ＲＦスパッタ法は、Ａｒガスに１０〜２０％程度の酸素ガスあるいはＮ２ガスを混合した雰囲気中で成膜を行った。
【０１３３】
上記のすべてのサンプルについては、第１実施例で説明した比較例と比較して顕著なＭＲ変化率の低下は見られなかった。以下、本実施例における各サンプルの詳細を説明する。
【０１３４】
サンプル１においては、側壁層８はほぼＳｉＯ２組成を有し、非晶質相により構成されていた。
【０１３５】
サンプル２においては、側壁層８の大部分が非晶質状のＴａ酸化物により構成されていた。但し、断面ＴＥＭ観察によると部分的には格子縞が観察され、非晶質と結晶室の混相であることが分かった。後に調べた結果、すべてが非晶質になるように反応性スパッタで形成した側壁層の場合においては、このサンプル２よりもＭＲ変化率が若干低下した。このことから、結晶質が混入することによりＭＲ変化率は維持増大されるものと考えられる。
【０１３６】
サンプル３においては、Ａｌ２Ｏ３ターゲットを用いて成膜した。断面ＴＥＭ観察の結果、側壁層８はすべて非晶質であった。
【０１３７】
サンプル４においては、Ｔａターゲットを用い、Ａｒガス中にＮ２ガスを２０％混入して成膜した。その側壁層８は、断面ＴＥＭ観察の結果、非晶質構造を有していた。同様な方法でＢＮ（窒化ボロン）とＡｌＮを形成した結果、非晶質から構成されており、上記と同様の効果が見られた。
【０１３８】
サンプル５においては、Ｔｉ層を１ｎｍ成膜後、Ｏ２ラジカル照射工程を３回繰り返して側壁層８を形成した。このサンプルの側壁層８はほとんどの部分が非晶質相のＴｉ酸化物であった。
【０１３９】
サンプル６においては、Ｆｅ層を１ｎｍ成膜後、Ｏ２ラジカル照射工程を３回繰り返して側壁層８を形成した。断面ＴＥＭ観察において格子縞が観察されたことから、側壁層８には結晶質が含有されることが分かった。また、同様な方法で形成したＦｅ酸化物に関して、ＥＸＡＦＳにより生成物の種類およびその組成を調べた。また、同試料において、ＴＥＭ観察も実施した。これらの結果から、側壁層８は、結晶質と非晶質との混相で構成されることが分かった。これは、いわゆる「グラニュラー構造」である。
【０１４０】
Ｆｅ酸化物には、反強磁性を示すＦｅＯ、α―Ｆｅ２Ｏ３、フェリ磁性を示すγ―Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４が存在する。側壁層８に用いるＦｅ酸化物としては、これらのどれでも良い。
【０１４１】
サンプル７においては、スパッタリングターゲットにはＦｅ５０Ｔａ５０（原子％）を用い、Ａｒ＋２０％Ｎ２を導入したガス雰囲気中で成膜した。同様の方法で別の基板上に形成した評価用の薄膜を磁化測定した結果、自発磁化を有することが分かった。また、断面ＴＥＭ観察の結果、膜全体がＦｅ−Ｔａ−Ｎの非晶質構造を有していた。
【０１４２】
サンプル８においては、Ｆｅ７０Ｔａ３０（原子％）ターゲットを用い、Ａｒ＋１０％Ｏ２ガスを導入した雰囲気で成膜した。ＴＥＭ観察の結果、側壁層８は、体心立方構造を有するα−Ｆｅからなる微結晶粒子と、Ｔａ−Ｏからなる非晶質相と、から構成されていることが分かった。
【０１４３】
α−Ｆｅ結晶粒の粒径は、すべて５０ｎｍ以下であった。同様の方法で別の基板上に作成した評価用の薄膜の磁化測定を行ったところ、自発磁化を有することが分かった。また、ＭＲ特性を示すρ（抵抗）−Ｈ（外部磁界）曲線において、フリー層のＨｓ（飽和磁界）が大きくなる傾向が見られたことから、側壁層８が自発磁化を有することによりハードバイアス磁界の効果が増大していることが示唆された。
【０１４４】
また、酸素の代わりに窒素を導入して上記と同様な実験を行ったところ、上記とほぼ同様な結果が得られた。さらに、Ｆｅ−Ｚｒ、Ｃｏ−Ｚｒ、Ｆｅ−Ｈｆ，Ｆｅ−Ａｌ、Ｃｏ−Ａｌから構成されるターゲットを用いて、それぞれの酸化物側壁層を形成した場合においても、上記と同様な効果が得られた。
【０１４５】
（第４の実施例）
次に、本発明の第４の実施例として、本発明の磁気抵抗効果素子を搭載した磁気再生装置について説明する。すなわち、図１乃至図９に関して説明した本発明の磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッドは、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込まれ、磁気記録再生装置に搭載することができる。
【０１４６】
図１０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、記録用媒体ディスク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、複数の媒体ディスク２００を備えたものとしてもよい。
【０１４７】
媒体ディスク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。ここで、ヘッドスライダ１５３は、例えば、前述したいずれかの実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッドをその先端付近に搭載している。
【０１４８】
媒体ディスク２００が回転すると、ヘッドスライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は媒体ディスク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媒体ディスク２００と接触するいわゆる「接触走行型」であってもよい。
【０１４９】
サスペンション１５４は、図示しない駆動コイルを保持するボビン部などを有する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、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げら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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
図１１は、アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ１６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有する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。
【０１５２】
サスペンション１５４の先端には、図１乃至図９に関して前述したいずれかの磁気抵抗効果素子あるいは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は磁気ヘッドアッセンブリ１６０の電極パッドである。
【０１５３】
本発明によれば、図１乃至図９に関して前述したいずれかの磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッドを具備することにより、従来よりも高い記録密度で媒体ディスク２００に磁気的に記録された情報を確実に読みとることが可能となる。
【０１５４】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気抵抗効果膜４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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
また、本発明は、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同様に適用して同様の効果を得ることができる。
【０１５７】
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。
【０１５８】
一方、本発明の磁気抵抗効果素子は、磁気記録媒体の読みとりに限定されず、磁気的に情報を書き換え可能なＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）にも適用して同様の効果を得ることができる。
【０１５９】
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気ヘッド及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、磁気ヘッド及び磁気記憶再生装置も同様に本発明の範囲に属する。
【０１６０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明よれば、垂直通電型の磁気抵抗効果素子において、磁気抵抗効果膜の側面に側壁層を形成することにより、サブミクロンあるいはそれ以下のサイズの磁気抵抗効果素子においても、スケーリング則に反することなく高いＭＲ変化率、ＭＲ変化量を得ることができる。
【０１６１】
そして、高出力で高Ｓ／Ｎを有する磁気ヘッド、それを搭載した磁気再生装置及び磁気記憶装置を提供することが可能となり産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる磁気ヘッドに設けられる磁気抵抗効果素子を媒体対向面Ｐに対して略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２】図１の磁気抵抗効果素子を媒体対向面Ｐに対して垂直な方向に切断した断面図である。
【図３】磁気抵抗効果膜４の基本構成を模式的に例示した断面図である。
【図４】磁気抵抗効果素子の側面を酸化することにより側壁層を形成した磁気抵抗効果素子を例示する断面図である。
【図５】側壁層を２層構成とした磁気抵抗効果素子を例示する断面図である。
【図６】拡散防止層を設けた磁気抵抗効果素子を例示する断面図である。
【図７】反強磁性体からなるバイアス磁界印加膜を用いた「パターンド・エクスチェンジ・バイアス（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ−Ｅｘｃｈａｎｇｅ−Ｂｉａｓ：ＰＥＢ）」方式の構造を有する磁気ヘッドである。
【図８】反強磁性体からなるバイアス磁界印加膜を用いたＰＥＢ式の構造を有する磁気ヘッドである。
【図９】反強磁性体からなるバイアス磁界印加膜を用いたＰＥＢ方式の構造を有する磁気ヘッドである。
【図１０】本発明の磁気再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。
【図１１】アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。
【符号の説明】
２ 下部電極
４ 磁気抵抗効果膜
６ 上部電極
８ 側壁層
９ 拡散防止層
１０ バイアス磁界印加膜
１２ 絶縁膜
１５０ 磁気再生装置
１５２ スピンドル
１５３ ヘッドスライダ
１５４ サスペンション
１５５ アクチュエータアーム
１５６ ボイスコイルモータ
１５７ スピンドル
１６４ リード線
１６５ 電極パッド
２００ 記録用媒体ディスク
Claims (9)
- 磁化方向が実質的に一方向に固着された強磁性膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する強磁性膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた導電性の非磁性中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向に電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、
を備え、
前記磁気抵抗効果膜の少なくとも前記磁化固着層と前記非磁性中間層の側面に側壁層が設けられ、
前記側壁層は、実質的に非晶質であり、
前記側壁層は、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｃｕおよび希土類元素からなる群から選ばれた少なくともいずれかの酸化物、フッ化物、窒化物、ホウ化物、炭化物または硫化物を主成分とすることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 磁化方向が実質的に一方向に固着された強磁性膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する強磁性膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向に電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、
を備え、
前記磁気抵抗効果膜の少なくとも前記磁化固着層と前記非磁性中間層の側面に側壁層が設けられ、
前記側壁層は、実質的に非晶質であり、
前記側壁層は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素と、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｙ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｎ、Ｏ、Ｆ、Ｓ、Ｃ、Ｃｕおよび希土類金属からなる群から選ばれた少なくとも１種の元素と、を含有し、
前記側壁層は、強磁性を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 磁化方向が実質的に一方向に固着された強磁性膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する強磁性膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向に電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、
を備え、
前記磁気抵抗効果膜の少なくとも前記磁化固着層と前記非磁性中間層の側面に側壁層が設けられ、
前記側壁層は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選択された少なくとも１種の元素を主成分とする結晶質相と、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａおよび希土類金属からなる群から選択された少なくとも１種の元素の酸化物、フッ化物、窒化物、ホウ化物、炭化物または硫化物を主成分とする非晶質相と、を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 磁化方向が実質的に一方向に固着された強磁性膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する強磁性膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向に電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、
を備え、
前記磁気抵抗効果膜の少なくとも前記磁化固着層と前記非磁性中間層の側面に側壁層が設けられ、
前記側壁層は、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａおよび希土類金属からなる群から選択された少なくとも１種の元素の酸化物、フッ化物、窒化物、ホウ化物、炭化物または硫化物を主成分とし、
前記側壁層は、結晶質と非晶質との混相状態にあることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 磁化方向が実質的に一方向に固着された強磁性膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する強磁性膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向に電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、
を備え、
前記磁気抵抗効果膜の少なくとも前記磁化固着層と前記非磁性中間層の側面に側壁層が設けられ、
前記側壁層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａおよび希土類金属からなる群から選択された少なくとも１種の元素の酸化物、フッ化物、窒化物、ホウ化物、炭化物または硫化物を主成分とし、
前記側壁層は、実質的に結晶質であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 前記側壁層の層厚は、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
- 請求項１〜６のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子を備えたことを特徴とする磁気ヘッド。
- 請求項７記載の磁気ヘッドを備え、磁気記録媒体に磁気的に記録された情報の読み取りを可能としたことを特徴とする磁気再生装置。
- 請求項１〜６のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子を複数備えたことを特徴とする磁気記憶装置。
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9196271B1 (en) | 2014-10-21 | 2015-11-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Spin-torque oscillation element and microwave-assisted magnetic recording head using the same |
Families Citing this family (74)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4845301B2 (ja) * | 2001-08-31 | 2011-12-28 | キヤノン株式会社 | スピントンネル磁気抵抗効果膜の製造方法 |
| JP3958947B2 (ja) | 2001-09-14 | 2007-08-15 | アルプス電気株式会社 | 磁気検出素子及びその製造方法 |
| US6783995B2 (en) * | 2002-04-30 | 2004-08-31 | Micron Technology, Inc. | Protective layers for MRAM devices |
| US7133264B2 (en) * | 2002-09-13 | 2006-11-07 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. | High resistance sense current perpendicular-to-plane (CPP) giant magnetoresistive (GMR) head |
| JP3673796B2 (ja) | 2003-01-14 | 2005-07-20 | Ｔｄｋ株式会社 | 磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気ヘッド、ヘッドサスペンションアセンブリ及び磁気ディスク装置 |
| US6677165B1 (en) * | 2003-03-20 | 2004-01-13 | Micron Technology, Inc. | Magnetoresistive random access memory (MRAM) cell patterning |
| WO2004097806A1 (ja) * | 2003-04-30 | 2004-11-11 | Fujitsu Limited | 磁気ヘッド |
| US7274080B1 (en) | 2003-08-22 | 2007-09-25 | International Business Machines Corporation | MgO-based tunnel spin injectors |
| US7598555B1 (en) | 2003-08-22 | 2009-10-06 | International Business Machines Corporation | MgO tunnel barriers and method of formation |
| US7158353B2 (en) * | 2003-11-06 | 2007-01-02 | Seagate Technology Llc | Magnetoresistive sensor having specular sidewall layers |
| US7252852B1 (en) | 2003-12-12 | 2007-08-07 | International Business Machines Corporation | Mg-Zn oxide tunnel barriers and method of formation |
| US20070279971A1 (en) * | 2004-06-04 | 2007-12-06 | Micron Technology, Inc. | Modified pseudo-spin valve (psv) for memory applications |
| US7357995B2 (en) * | 2004-07-02 | 2008-04-15 | International Business Machines Corporation | Magnetic tunnel barriers and associated magnetic tunnel junctions with high tunneling magnetoresistance |
| US7270896B2 (en) * | 2004-07-02 | 2007-09-18 | International Business Machines Corporation | High performance magnetic tunnel barriers with amorphous materials |
| US20060012926A1 (en) * | 2004-07-15 | 2006-01-19 | Parkin Stuart S P | Magnetic tunnel barriers and associated magnetic tunnel junctions with high tunneling magnetoresistance |
| US7319262B2 (en) * | 2004-08-13 | 2008-01-15 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | MRAM over sloped pillar |
| JP4074281B2 (ja) | 2004-09-14 | 2008-04-09 | 株式会社東芝 | 磁気ランダムアクセスメモリ |
| JP2006086275A (ja) | 2004-09-15 | 2006-03-30 | Tdk Corp | 磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、およびハードディスク装置 |
| US7300711B2 (en) | 2004-10-29 | 2007-11-27 | International Business Machines Corporation | Magnetic tunnel junctions with high tunneling magnetoresistance using non-bcc magnetic materials |
| US7351483B2 (en) * | 2004-11-10 | 2008-04-01 | International Business Machines Corporation | Magnetic tunnel junctions using amorphous materials as reference and free layers |
| US7417832B1 (en) | 2005-04-26 | 2008-08-26 | Western Digital (Fremont), Llc | Magnetoresistive structure having a novel specular and filter layer combination |
| US20070054450A1 (en) * | 2005-09-07 | 2007-03-08 | Magic Technologies, Inc. | Structure and fabrication of an MRAM cell |
| US8540852B2 (en) | 2005-09-13 | 2013-09-24 | Canon Anelva Corporation | Method and apparatus for manufacturing magnetoresistive devices |
| US20070096229A1 (en) * | 2005-10-28 | 2007-05-03 | Masatoshi Yoshikawa | Magnetoresistive element and magnetic memory device |
| JP2007194327A (ja) | 2006-01-18 | 2007-08-02 | Alps Electric Co Ltd | トンネル型磁気検出素子 |
| US7684160B1 (en) | 2006-02-06 | 2010-03-23 | Western Digital (Fremont), Llc | Magnetoresistive structure having a novel specular and barrier layer combination |
| JP5247002B2 (ja) | 2006-02-14 | 2013-07-24 | エイチジーエスティーネザーランドビーブイ | 磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法 |
| US7599157B2 (en) * | 2006-02-16 | 2009-10-06 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. | Current-perpendicular-to-the-plane (CPP) magnetoresistive sensor with high-resistivity amorphous ferromagnetic layers |
| JP4322882B2 (ja) | 2006-03-16 | 2009-09-02 | Ｔｄｋ株式会社 | 薄膜磁気ヘッド及び該薄膜磁気ヘッドの製造方法 |
| JP2007299880A (ja) | 2006-04-28 | 2007-11-15 | Toshiba Corp | 磁気抵抗効果素子，および磁気抵抗効果素子の製造方法 |
| JP2007335727A (ja) | 2006-06-16 | 2007-12-27 | Tdk Corp | 磁気抵抗効果素子の製造方法、薄膜磁気ヘッドの製造方法及び薄膜磁気ヘッド |
| JP4496189B2 (ja) | 2006-09-28 | 2010-07-07 | 株式会社東芝 | 磁気抵抗効果型素子および磁気抵抗効果型ランダムアクセスメモリ |
| JP4719208B2 (ja) * | 2007-12-20 | 2011-07-06 | 株式会社東芝 | 磁気ランダムアクセスメモリの製造方法 |
| US8066897B2 (en) * | 2007-12-28 | 2011-11-29 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. | Dynamic hard magnet thickness adjustment for reduced variation in free layer stabilization field in a magnetoresistive sensor |
| JP2009239121A (ja) * | 2008-03-27 | 2009-10-15 | Toshiba Corp | 磁気抵抗効果素子及び磁気ランダムアクセスメモリ |
| US8208230B2 (en) * | 2008-04-10 | 2012-06-26 | Headway Technologies, Inc. | Binary output reader structure (BORS) with high utilization rate |
| US8482966B2 (en) * | 2008-09-24 | 2013-07-09 | Qualcomm Incorporated | Magnetic element utilizing protective sidewall passivation |
| JP5032430B2 (ja) * | 2008-09-26 | 2012-09-26 | 株式会社東芝 | 磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置 |
| JP5032429B2 (ja) * | 2008-09-26 | 2012-09-26 | 株式会社東芝 | 磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置 |
| US8315019B1 (en) * | 2009-03-31 | 2012-11-20 | Western Digital (Fremont), Llc | Method and system for providing an improved magnetoresistive structure utilizing an oxidation buffer layer |
| JP5460375B2 (ja) * | 2010-02-22 | 2014-04-02 | 株式会社東芝 | 磁気抵抗効果素子の製造方法 |
| JP4991901B2 (ja) * | 2010-04-21 | 2012-08-08 | 株式会社東芝 | 磁気抵抗効果素子及び磁気記録再生装置 |
| US20120063034A1 (en) * | 2010-09-13 | 2012-03-15 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. | Current-perpendicular-to-the-plane (cpp) magnetoresistive (mr) sensor with improved insulating structure |
| US8530988B2 (en) | 2010-12-22 | 2013-09-10 | HGST Netherlands B.V. | Junction isolation for magnetic read sensor |
| JP5417367B2 (ja) * | 2011-03-22 | 2014-02-12 | 株式会社東芝 | 磁気メモリの製造方法 |
| US8570690B2 (en) | 2011-06-20 | 2013-10-29 | HGST Netherlands B.V. | Magnetic sensor having a hard bias seed structure |
| US10068689B2 (en) | 2011-08-17 | 2018-09-04 | Regents Of The University Of Minnesota | Iron nitride permanent magnet and technique for forming iron nitride permanent magnet |
| CN102361062B (zh) * | 2011-10-18 | 2013-05-22 | 天津理工大学 | 一种具有大磁电阻效应的p-Si基异质结构的制备方法 |
| MX342715B (es) * | 2012-10-31 | 2016-09-08 | Centro De Investigación En Química Aplicada | Proceso físico para la recuperación de hierro a partir de partículas esféricas magnéticas-cementantes generadas de los subproductos metalúrgicos. |
| JP5659181B2 (ja) * | 2012-03-21 | 2015-01-28 | 株式会社東芝 | 磁気抵抗効果素子の製造方法 |
| JP5606482B2 (ja) | 2012-03-26 | 2014-10-15 | 株式会社東芝 | 磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ、磁気記録再生装置及び磁気ヘッドの製造方法 |
| JP2014017030A (ja) | 2012-07-06 | 2014-01-30 | Toshiba Corp | 磁気ヘッド、その製造方法、及び磁気記録再生装置 |
| JP2013058304A (ja) * | 2012-11-16 | 2013-03-28 | Hgst Netherlands B V | 磁気抵抗効果型ヘッド及びその製造方法 |
| US20140178713A1 (en) * | 2012-12-21 | 2014-06-26 | HGST Netherlands B.V. | Magnetic read sensor with dual layer insulation |
| CN105074836B (zh) | 2013-02-07 | 2018-01-05 | 明尼苏达大学董事会 | 氮化铁永磁体和形成氮化铁永磁体的技术 |
| KR101665648B1 (ko) | 2013-06-27 | 2016-10-12 | 리전츠 오브 더 유니버시티 오브 미네소타 | 질화철 재료 및 질화철 재료를 포함하는 자석 |
| US9123879B2 (en) | 2013-09-09 | 2015-09-01 | Masahiko Nakayama | Magnetoresistive element and method of manufacturing the same |
| US9385304B2 (en) | 2013-09-10 | 2016-07-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic memory and method of manufacturing the same |
| US9368717B2 (en) | 2013-09-10 | 2016-06-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive element and method for manufacturing the same |
| US9231196B2 (en) | 2013-09-10 | 2016-01-05 | Kuniaki SUGIURA | Magnetoresistive element and method of manufacturing the same |
| KR101862632B1 (ko) * | 2013-09-25 | 2018-05-31 | 캐논 아네르바 가부시키가이샤 | 자기 저항 효과 소자의 제조 방법 및 제조 시스템 |
| JP6139444B2 (ja) * | 2014-03-18 | 2017-05-31 | 株式会社東芝 | 磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果素子の製造方法及び磁気メモリ |
| JP2017517630A (ja) | 2014-03-28 | 2017-06-29 | リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ ミネソタ | コーティングされたナノ粒子を含む鉄窒化物磁性材料 |
| US9994949B2 (en) | 2014-06-30 | 2018-06-12 | Regents Of The University Of Minnesota | Applied magnetic field synthesis and processing of iron nitride magnetic materials |
| US10072356B2 (en) | 2014-08-08 | 2018-09-11 | Regents Of The University Of Minnesota | Magnetic material including α″-Fe16(NxZ1-x)2 or a mixture of α″-Fe16Z2 and α″-Fe16N2, where Z includes at least one of C, B, or O |
| US10573439B2 (en) * | 2014-08-08 | 2020-02-25 | Regents Of The University Of Minnesota | Multilayer iron nitride hard magnetic materials |
| US10002694B2 (en) | 2014-08-08 | 2018-06-19 | Regents Of The University Of Minnesota | Inductor including alpha″-Fe16Z2 or alpha″-Fe16(NxZ1-x)2, where Z includes at least one of C, B, or O |
| CA2957732A1 (en) | 2014-08-08 | 2016-02-11 | Regents Of The University Of Minnesota | Forming iron nitride hard magnetic materials using chemical vapor deposition or liquid phase epitaxy |
| JP2016081551A (ja) * | 2014-10-21 | 2016-05-16 | 株式会社東芝 | スピントルク発振素子、及びこれを用いた高周波アシスト磁気記録ヘッド |
| US10410658B1 (en) | 2017-05-29 | 2019-09-10 | Western Digital Technologies, Inc. | Magnetic recording write head with spin-torque oscillator (STO) and extended seed layer |
| JP6628015B2 (ja) * | 2017-10-16 | 2020-01-08 | Tdk株式会社 | トンネル磁気抵抗効果素子、磁気メモリ、及び内蔵型メモリ |
| EP3511993B1 (en) * | 2017-11-08 | 2021-01-06 | TDK Corporation | Tunnel magnetoresistive effect element, magnetic memory, and built-in memory |
| US11170803B1 (en) | 2019-04-05 | 2021-11-09 | Western Digital Technologies, Inc. | Magnetic recording write head with spin-torque oscillator (STO) and extended seed layer |
| US12018386B2 (en) | 2019-10-11 | 2024-06-25 | Regents Of The University Of Minnesota | Magnetic material including α″-Fe16(NxZ1-x)2 or a mixture of α″-Fe16Z2 and α″-Fe16N2, where Z includes at least one of C, B, or O |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3790356B2 (ja) * | 1998-03-19 | 2006-06-28 | 富士通株式会社 | Ｇｍｒヘッド、ｇｍｒヘッドの製造方法及び磁気ディスク駆動装置 |
| JP2000091667A (ja) * | 1998-09-09 | 2000-03-31 | Read Rite Smi Kk | スピンバルブ磁気抵抗センサ及び薄膜磁気ヘッド |
| US6185079B1 (en) * | 1998-11-09 | 2001-02-06 | International Business Machines Corporation | Disk drive with thermal asperity reduction circuitry using a magnetic tunnel junction sensor |
| US6587315B1 (en) * | 1999-01-20 | 2003-07-01 | Alps Electric Co., Ltd. | Magnetoresistive-effect device with a magnetic coupling junction |
| JP3703348B2 (ja) * | 1999-01-27 | 2005-10-05 | アルプス電気株式会社 | スピンバルブ型薄膜素子とそのスピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッド |
| US6466419B1 (en) * | 2000-03-31 | 2002-10-15 | Seagate Technology Llc | Current perpendicular to plane spin valve head |
| US20020036876A1 (en) | 2000-09-06 | 2002-03-28 | Yasuhiro Kawawake | Magnetoresistive element, method for manufacturing the same, and magnetic device using the same |
-
2001
- 2001-03-30 JP JP2001099360A patent/JP3558996B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-03-29 US US10/108,472 patent/US6754053B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9196271B1 (en) | 2014-10-21 | 2015-11-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Spin-torque oscillation element and microwave-assisted magnetic recording head using the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| US6754053B2 (en) | 2004-06-22 |
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