JP5514209B2 - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents

Description

本発明は磁気抵抗効果素子に関する。

磁気ヘッドおよびＭＲＡＭ（magnetic random access memory）などの磁気デバイスに適用されるスピンバルブ膜については、膜面にほぼ垂直方向にセンス電流を通電するＴＭＲ（tunneling magnetoresistance）素子やＣＰＰ（current-perpendicular-to-plane）−ＧＭＲ（giant magnetoresistance）素子が、大きなＭＲを発現できることから注目されている。

一方、近年においては、Ｎｉ細線同士のナノコンタクトを用いて、高い磁気抵抗変化率の磁気抵抗効果が得られることが観測されている（非特許文献１参照）。

また、磁気ナノコンタクトを三次元構造に展開した磁気抵抗効果素子の開発が進められている（特許文献１参照）。

特開２００３−２０４０９５号公報

Phys. Rev. Lett. 82 2923 (1999)

上述した文献に記載された磁気抵抗効果は、ピン層とフリー層との磁化方向が反平行になっている時に磁気ナノコンタクトに磁化のねじれ、つまり磁壁が生じることに関連して発現する。この磁気抵抗効果は、磁気ナノコンタクトにおいて磁化が急激に変化するほど、つまり磁気ナノコンタクトに生じる磁壁厚さ（磁壁幅）が狭いほど、大きくなると考えられる。また、磁壁幅は磁気ナノコンタクトの径に依存するため、磁気ナノコンタクトの径は小さい方が好ましい。さらに、磁気ナノコンタクトすなわち磁壁中の磁性金属の純度が高いことが望ましい。

しかし、径が小さく、かつ磁性金属の純度が高い磁気ナノコンタクトを形成するのは非常に困難である。しかも、磁気ナノコンタクトは強磁性金属で形成されているので、ピン層とフリー層の層間結合磁界が大きくなり、再生ヘッドとしての動作点が高磁場側にシフトすることが懸念される。

本発明の目的は、径が小さく、かつ磁性金属の純度が高い磁気ナノコンタクトを形成し、高い磁気抵抗効果と低い層間結合磁界を発現する磁気抵抗効果素子を提供することにある。

本発明の一実施形態によれば、磁化方向が固着された第１の強磁性層と、外部磁場に応じて磁化方向が変化する第２の強磁性層と、前記第１の強磁性層と第２の強磁性層との間に設けられ、絶縁層と磁性導電カラムとを含む中間層と、前記中間層の磁性導電カラムと第２の強磁性層との間に形成され、磁性元素と、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｙ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｂ、Ｉｎ、Ｃ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｈｆからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含む合金層と、前記第１の強磁性層、中間層、合金層および第２の強磁性層を含む積層膜の膜面垂直に電流を通電する１対の電極とを有することを特徴とする磁気抵抗効果素子が提供される。

本発明の実施形態によれば、径が小さく、かつ磁性金属の純度が高い磁気ナノコンタクトを形成し、高い磁気抵抗効果と低い層間結合磁界を発現する磁気抵抗効果素子を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す断面図。 本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の合金層の形態を示す断面図。 実施例１における、熱処理温度とＭＲ比との関係を示すグラフ。 実施例２における、面積抵抗とＭＲ比との関係を示すグラフ。 実施例２における、面積抵抗と層間結合磁界との関係を示すグラフ。 実施例３における、面積抵抗とＭＲ比との関係を示すグラフ。 本発明の実施形態に係るＨＤＤを示す分解斜視図。 図７のＨＤＤにおけるヘッドスタックアッセンブリを示す斜視図。 図８のヘッドスタックアッセンブリの分解斜視図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１（ａ）は本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造途中の状態を示す断面図である。図１（ｂ）は本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す断面図である。

図１（ａ）において、下電極（ＬＥ）１上に、下地層２、反強磁性材料からなる磁化固定層３、磁化方向が固着された第１の強磁性層（以下、ピン層という）４、中間層５、合金層に変換される金属層６、外部磁場に応じて磁化方向が変化する第２の強磁性層（以下、フリー層という）７が積層されている。

図１（ｂ）の磁気抵抗効果素子においては、熱処理を受けて金属層６が合金層６’に変換されている。また、フリー層７上に保護層８、上電極（ＵＥ）９が積層されている。

図１（ｂ）では、ピン層４、中間層５およびフリー層７によってスピンバルブ膜が構成されている。この磁気抵抗効果素子は、下電極（ＬＥ）１および上電極（ＵＥ）９を介して両者の間の積層膜に、膜面垂直方向にセンス電流が通電される。

図１（ａ）、（ｂ）におけるピン層４は、磁化結合層４ｂの両側に下部ピン層４ａおよび上部ピン層４ｃを設けたシンセティック構造を有する。

図１（ａ）、（ｂ）における中間層５は、絶縁層５ａと、絶縁層５ａを膜厚方向に貫通する磁性導電カラム５ｂとを含む。磁性導電カラム５ｂは、下地の上部ピン層４ｃの構成元素の少なくとも一部を含む。

図１（ｂ）の磁気抵抗効果素子はピン層４が下部にあるボトム構造であるが、ピン層４が上部にあるトップ構造でもよい。トップ構造の場合、図１（ａ）の積層膜を反転させ、下電極ＬＥ側から順に、下地層２、フリー層７、合金層に変換される金属層６、中間層５、ピン層４、磁化固定層３、および保護層８を順に積層する。

以下、図１（ａ）および（ｂ）に示される各層をより詳細に説明する。
下電極（ＬＥ）１は、下電極（ＬＥ）１と上電極（ＵＥ）９との間の積層膜に、膜面垂直方向にセンス電流を通電するための電極である。

下地層２は、たとえばバッファ層およびシード層の２層構造とすることができる。バッファ層は下電極（ＬＥ）１表面の荒れを緩和するための層であり、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒまたはこれらの合金で形成される。シード層はスピンバルブ膜の結晶配向を制御するための層であり、Ｒｕ、（Ｆｅ_xＮｉ_100-x）_100-yＸ_y（Ｘ＝Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｍｏ、１５＜ｘ＜２５、２０＜ｙ＜４５）、Ｃｒ、Ｃｕなどで形成される。なお、下地層２はバッファ層、下地層のどちらか一方のみからなっていてもよい。

磁化固定層３は、ピン層４に一方向異方性（unidirectional anisotropy）を付与して磁化を固着する機能を有する。磁化固定層３の反強磁性材料は、たとえばＰｔＭｎ、ＰｄＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＲｕＲｈＭｎを含む。磁化固定層３にＩｒＭｎを用いた場合、Ｉｒ組成を２２ａｔ％より多くすることが、耐熱性の点で好ましい。

ピン層４は、磁化固定層３によって磁化方向が固着される。ピン層４に含まれる下部ピン層４ａおよび上部ピン層４ｃは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＦｅＣｏ合金、ＦｅＮｉ合金、ＦｅＣｏＮｉ合金、ＣｏＦｅＢ合金、ホイスラー合金（Ｃｏ₂ＭｎＡｉ合金、Ｃｏ₂ＭｎＧｅ合金、Ｃｏ₂ＭｎＳｎ合金、Ｃｏ₂ＭｎＧａ合金、Ｃｏ₂ＦｅＡｌ合金、Ｃｏ₂ＦｅＳｉ合金、Ｃｏ₂ＭｎＡｌ合金）のような磁性材料で形成される。磁化結合層４ｂは、下部ピン層４ａおよび上部ピン層４ｃの磁化を反強磁性的に結合させる。磁化結合層４ｂは、たとえばＲｕ、Ｉｒ、Ｒｈで形成される。なお、図１（ｂ）ではピン層４をシンセティック構造にしているが、ピン層４を単層の強磁性層で形成してもよい。

中間層５の絶縁層５ａは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｅ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂａ、Ｋ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｈｇ、Ｐｂ、Ｂｉ、ランタノイド元素の少なくとも一種を含む酸化物、窒化物、炭化物で形成される。中間層５は上記元素が完全に酸化物、窒化物、炭化物に変換されていなくてもよい。

中間層５の磁性導電カラム５ｂは、磁気ナノコンタクトとして機能するとともに、中間層５の膜面垂直方向に電流を流すための通路（パス）として機能する。熱処理前の磁性導電カラム５ｂは、ピン層４のうち上部ピン層４ｃの構成元素であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉからなる群より選択される少なくとも１種を含む強磁性材料で形成される。

合金層に変換される金属層６は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｙ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｂ、Ｉｎ、Ｃ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｈｆからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む材料で形成される。

フリー層７は、外部磁場に応じて磁化方向が変化する。フリー層７は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＦｅＣｏ合金、ＦｅＮｉ合金、ＦｅＣｏＮｉ合金、ＣｏＦｅＢ合金、ホイスラー合金（Ｃｏ₂ＭｎＡｉ合金、Ｃｏ₂ＭｎＧｅ合金、Ｃｏ₂ＭｎＳｎ合金、Ｃｏ₂ＭｎＧａ合金、Ｃｏ₂ＦｅＡｌ合金、Ｃｏ₂ＦｅＳｉ合金、Ｃｏ₂ＭｎＡｌ合金）のような磁性材料で形成される。さらに上述した磁性材料に非磁性金属層を挿入して組成調整等をすることも可能である。図１ではフリー層７を単層の強磁性層で形成しているが、軟磁性を得る目的等で強磁性の積層構造にしてもよい。

保護層８は、スピンバルブ膜を保護する機能を有する。保護層８は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｅ、Ｖの単層膜、多層膜、混合物、さらにこれらの積層膜とすることができる。たとえば、Ｃｕ／Ｒｕの２層構造およびＣｕ／Ｔａ／Ｒｕの３層構造などを用いることができる。

上電極（ＵＥ）９は、下電極（ＬＥ）１と上電極（ＵＥ）９との間の積層膜に、膜面垂直方向にセンス電流を通電するための電極である。

次に、図１（ｂ）に示す磁気抵抗効果素子の製造方法を概略的に説明する。
たとえば、基板上に、下電極（ＬＥ）１、下地層２、磁化固定層３、ピン層４を成膜する。ピン層４上に金属層を成膜し、この金属層を酸化、窒化または炭化して形成した酸化物層、窒化物層または炭化物層からなる絶縁層と、絶縁層の膜厚方向に侵入した磁性導電カラムとを含む中間層５を形成する。中間層５上に、合金層に変換されるＡｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｙ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｂ、Ｉｎ、Ｃ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｈｆから選択される少なくとも一種を含む金属層６、およびフリー層７を成膜し、熱処理を施して合金層６’を形成する。その後、保護層８および上電極（ＵＥ）９を順に形成する。

あるいは、上記と同様に、基板上に、下電極（ＬＥ）１、下地層２、磁化固定層３、ピン層４を成膜した後、中間層５を形成する。中間層５上に、合金層に変換されるＡｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｙ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｂ、Ｉｎ、Ｃ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｈｆから選択される少なくとも一種を含む金属層６、フリー層７、および保護層８を成膜し、熱処理を施して合金層６’を形成する。その後、上電極（ＵＥ）９を形成する。

上記のような方法により、磁性元素と、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｙ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｂ、Ｉｎ、Ｃ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｈｆからなる群より選択される少なくとも１種の元素とを含む合金層６’が形成される。後述するように、合金層に変換される金属層６は中間層５の磁性導電カラム５ｂにおける磁性金属の純度を上げる作用を有し、合金層６’に変換した際には副産物として、金属層６の元素を有する酸化物、窒化物または炭化物等も形成される。

また、上電極（ＵＥ）９を形成した後、ピン層４に一方向異方性を付与するための３００℃前後の熱処理（ピンアニール）を行う。なお、合金層６’を形成する熱処理が３００℃前後であれば、上電極（ＵＥ）９を形成した後に行うこともできる。通常、各層の成膜および熱処理工程は減圧下で行う。

以下、本発明に係る磁気抵抗効果素子の製造方法の一例を具体的に説明する。

（１）下電極（ＬＥ）１、下地層２、および磁化固定層３の形成
基板（図示せず）上に、下電極（ＬＥ）１を微細加工プロセスによって形成する。下電極（ＬＥ）１上に、下地層２および磁化固定層３を順に成膜する。

（２）シンセティック構造のピン層４の形成
下部ピン層４ａ、磁化結合層４ｂおよび上部ピン層４ｃを順に成膜する。

（３）中間層５の形成
ピン層４のうち上部ピン層４ｃ上に、酸化物層、窒化物層または炭化物層からなる絶縁層に変換される金属層を形成する。ここでは、Ａｌを成膜して酸化物層に変換する場合を例にして説明する。

上部ピン層４ｃ上にＡｌ膜を成膜する。このＡｌ膜を自然暴露法、イオンアシスト法、ＲＦプラズマ法、イオンビーム法、ラジカル法などにより酸化して、Ａｌ酸化物からなる絶縁層５ａを形成する。さらに、形成された絶縁層５ａに対して希ガスのＲＦプラズマまたはイオンビームを照射し、絶縁層５ａの膜厚方向に上部ピン層４ｃの構成元素の少なくとも一部を侵入させて磁性導電カラム５ｂを形成する。こうして中間層５を形成する。

（４）金属層６の形成
絶縁層５ａと磁性導電カラム５ｂを含む中間層５上に、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｙ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｂ、Ｉｎ、Ｃ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｈｆからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含む金属層６を成膜する。この金属層６は次の工程で合金層６’になる。ここでは、金属層６としてＡｌ膜またはＡｌ／Ｃｕの積層膜を成膜した場合について説明する。金属層６は２種以上の金属の合金層たとえばＡｌＣｕ合金でもよい。

（５）フリー層７の形成、および合金層６’の形成
金属層６上にフリー層７を成膜する。フリー層７を成膜した後、真空中において、成膜時の温度より高い温度で熱処理を行い、金属層６を合金層６’に変換する。この熱処理温度は原子の拡散が起きる温度であればよく、好ましくは２００〜４５０℃である。この熱処理を行なうと、金属層６の構成元素が、磁性導電カラム５ｂ中の不純物を吸収し、さらに磁性導電カラム５ｂ及びフリー層の磁性元素と合金化して、磁性元素とＡｌまたはＡｌ、Ｃｕとを含む合金層６’が形成される。この際、副産物として金属層６の少なくとも一種の元素を含む酸化物、窒化物または炭化物も形成される。そして、結果として磁性導電カラム５ｂ中の磁性金属の純度が上がる。

たとえばフリー層７にＦｅ₅₀Ｃｏ₅₀合金、金属層６にＡｌ膜を用いた場合、ＦｅＣｏＡｌという３元系の合金層６’が形成される。また、フリー層７にＦｅ₅₀Ｃｏ₅₀合金、金属層にＡｌ／Ｃｕ積層膜またはＡｌＣｕ合金層を用いた場合、ＦｅＣｏＡｌＣｕという４元系の合金層６’が形成される。

図２（ａ）〜（ｆ）に、形成される合金層６’の存在形態の例を示す。
図２（ａ）〜（ｆ）の合金層６’は上述したように形成される。副産物として形成される酸化物、窒化物、炭化物は合金層６’に比べれば微量であり、その存在形態は特定できない。

（６）保護層７、および上電極（ＵＥ）８の形成
フリー層６上に、保護層７および上電極（ＵＥ）８を順に形成し、磁気抵抗効果素子を製造する。保護層７を形成した後に合金層６’を形成するための熱処理を行ってもよい。また、合金層６’を形成するための熱処理温度が３００℃前後であれば、上電極（ＵＥ）８を形成した後に熱処理を行ってもよい。後者の熱処理は、下記で説明するピン層４に一方向異方性を付与する磁場中熱処理と同時に行うことができる。

（７）磁場中熱処理
得られた磁気抵抗効果素子を磁場中で熱処理することにより、ピン層４の磁化方向を固着させる。なお、合金層６’を形成するための熱処理を磁場中で行った場合には、この磁場中熱処理は必ずしも行う必要はない。一方、ホイスラー合金を規則化するための熱処理を別に行う場合もある。

［実施例１］
本実施例では、以下のようにして磁気抵抗効果素子を製造した。

まず、下電極（ＬＥ）１上に、それぞれ下記の材料を用いて、下地層２から、中間層５の絶縁層５ａに変換される金属層までの各層を形成した。

下地層２：Ｔａ［５ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
磁化固定層３：ＩｒＭｎ［７ｎｍ］
下部ピン層４ａ：Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀［３．３ｎｍ］
磁化結合層４ｂ：Ｒｕ［０．９ｎｍ］
上部ピン層４ｃ：Ｆｅ₅₀Ｃｏ₅₀［２．５ｎｍ］
絶縁層５ａに変換される金属層：Ａｌ［０．９ｎｍ］
Ａｌを成膜後、室温においてチャンバーに酸素を導入しながらＡｌ膜にＡｒイオンを照射した。酸素導入を止めた後に引き続きＡｌ膜にＡｒイオンを照射した。こうして、絶縁層５ａと、絶縁層５ａの膜厚方向に侵入した上部ピン層４ｃの構成元素の少なくとも一部を含む磁性導電カラム５ｂとを有する中間層５を形成した。

中間層５の上に、合金層６’に変換される金属層６のＡｌ膜を０．５ｎｍの厚さに成膜した。金属層６のＡｌ膜上にＦｅ₅₀Ｃｏ₅₀からなるフリー層７を２．５ｎｍの厚さに成膜した。その後、真空中において２９０〜３８０℃で３０分加熱した。この熱処理により、磁性元素とＡｌとを含む合金層６’を形成した。

さらに、保護層８としてＣｕ［１ｎｍ］／Ｔａ［２ｎｍ］／Ｒｕ［１５ｎｍ］を成膜した後、上電極（ＵＥ）９を形成して磁気抵抗効果素子を製造した。

得られた磁気抵抗効果素子を、磁界中において２９０℃で約１時間熱処理し、ピン層に一方向異方性を付与させた。

図３に、中間層５上の金属層６を合金層６’に変換させるための熱処理温度と、得られた磁気抵抗効果素子のＭＲ比との関係を示す。図３に示されるように、熱処理温度の上昇に伴ってＭＲ比も向上している。

［実施例２］
中間層５上に成膜され合金層６’に変換される金属層６のＡｌ膜の厚さを、０．５ｎｍ、０．１ｎｍまたは０ｎｍ（成膜せず）とし、Ａｌ金属層６を合金層６’に変換させる熱処理の温度を３８０℃とした。それ以外は、実施例１と同様の方法で磁気抵抗効果素子を製造した。

図４に得られた磁気抵抗効果素子の面積抵抗ＲＡとＭＲ比との関係を示す。図５に得られた磁気抵抗効果素子の面積抵抗ＲＡと層間結合磁界Ｈinとの関係を示す。

図４に示されるように、上記の範囲では金属層６のＡｌ膜の厚さが厚いほど、ＭＲ比が高くなっている。

図５から以下のことがわかる。Ａｌ金属層６を成膜しない場合と、厚さ０．１ｎｍのＡｌ金属層６を成膜した場合とを比較すると、層間結合磁界Ｈinは厚さ０．１ｎｍのＡｌ膜を成膜した場合の方が少し高い。これに対して、Ａｌ金属層６を成膜しない場合と、厚さ０．５ｎｍのＡｌ金属層６を成膜した場合とを比較すると、層間結合磁界Ｈinは厚さ０．５ｎｍのＡｌ金属層６を成膜した場合の方が低くなっている。

ここで、中間層５上に形成され、合金層６’に変換される金属層６の厚さは０．３〜５ｎｍであることが好ましい。金属層６の厚さが０．３ｎｍ未満であると、層間結合磁界を低減させることが困難である。また、金属層の厚さが５ｎｍを超えると、熱処理時に金属層６の元素が反強磁性膜の構成元素と混合し、ピン特性を劣化させることがある。

［実施例３］
上部ピン層４ｃ上に厚さ０．９ｎｍの絶縁層５ａに変換されるＡｌ膜を成膜し、酸化処理による絶縁層５ａの形成およびイオンビームの照射による導電性カラム５ｂの形成により中間層５を形成した。次に、中間層５上に合金層６’となる厚さ０．４ｎｍのＡｌ金属層６を成膜し、フリー層７を成膜した。成膜終了後に、３８０℃で１時間の熱処理を行った。それ以外は、実施例１と同様の方法で磁気抵抗効果素子（実施例３）を製造した。

比較のために、上部ピン層４ｃ上に厚さ１．３ｎｍの絶縁層５ａに変換されるＡｌ膜を成膜し、酸化処理による絶縁層５ａの形成およびイオンビームの照射による導電性カラム５ｂの形成により中間層５を形成した。次に、中間層５上にＡｌ金属層６を成膜することなくフリー層７を成膜した。成膜終了後に、３８０℃で１時間の熱処理を行った。それ以外は、実施例１と同様の方法で磁気抵抗効果素子（比較例）を製造した。

上記の２つの方法において、成膜されたＡｌ膜の合計の厚さは両方とも１．３ｎｍである。さらに酸化条件は同じである。

図６に得られた磁気抵抗効果素子の面積抵抗ＲＡとＭＲ比との関係を示す。図６に示されるように、中間層５の上にＡｌ金属層６を成膜する方法で製造された磁気抵抗効果素子の方が、中間層５の上にＡｌ金属層６を成膜しない方法で製造された磁気抵抗効果素子よりも、ＭＲ比が高くなっている。

また、Ａｌ以外の他の元素の金属層６を形成した場合においても同様の結果が得られた。Ａｌ／Ｃｕ積層層、ＡｌＣｕ合金層等の二種以上の金属層６とした場合も同様である。

［磁気ヘッドアセンブリおよび磁気記録装置］
次に、上記磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドアセンブリおよび磁気記録装置（ＨＤＤ）について説明する。

図７は、トップカバーを外してＨＤＤの内部構造を示す斜視図である。図７に示すように、ＨＤＤは筐体を備えている。筐体は、上面の開口した矩形箱状のベース１２と、複数のねじ１１によりベースにねじ止めされてベースの上端開口を閉塞したトップカバー１４とを有している。ベース１２は、矩形状の底壁１２ａと、底壁の周縁に沿って立設された側壁１２ｂとを有している。

筐体内には、記録媒体としての１枚の磁気ディスク１６、および磁気ディスクを支持および回転させる駆動部としてのスピンドルモータ１８が設けられている。スピンドルモータ１８は、底壁１２ａ上に配設されている。なお、筐体は、複数枚、例えば、２枚の磁気ディスクを収容可能な大きさに形成され、スピンドルモータ１８は、２枚の磁気ディスクを支持および駆動可能に形成されている。

筐体内には、磁気ディスク１６に対して情報の記録、再生を行なう複数の磁気ヘッド１７、これらの磁気ヘッドを磁気ディスク１６に対して移動自在に支持したヘッドスタックアッセンブリ（以下ＨＳＡと称する）２２、ＨＳＡを回動および位置決めするボイスコイルモータ（以下ＶＣＭと称する）２４、磁気ヘッドが磁気ディスクの最外周に移動した際、磁気ヘッドを磁気ディスクから離間した退避位置に保持するランプロード機構２５、ＨＤＤに衝撃等が作用した際、ＨＳＡを退避位置に保持するラッチ機構２６、およびプリアンプ等を有する基板ユニット２１が収納されている。ベース１２の底壁１２ａ外面には、図示しないプリント回路基板がねじ止めされている。プリント回路基板は、基板ユニット２１を介してスピンドルモータ１８、ＶＣＭ２４、および磁気ヘッドの動作を制御する。ベース１２の側壁には、可動部の稼動によって筐体内に発生した塵埃を捕獲する循環フィルタ２３が設けられ、磁気ディスク１６の外側に位置している。

磁気ディスク１６は、例えば、直径６５ｍｍ（２．５インチ）に形成され、上面および下面に磁気記録層を有している。磁気ディスク１６は、スピンドルモータ１８の図示しないハブに互いに同軸的に嵌合されているとともにクランプばね２７によりクランプされ、ハブに固定されている。これにより、磁気ディスク１６は、ベース１２の底壁１２ａと平行に位置した状態に支持されている。そして、磁気ディスク１６は、スピンドルモータ１８により、たとえば５４００ｒｐｍまたは７２００ｒｐｍの速度で回転される。

図８はヘッドスタックアッセンブリ（ＨＳＡ）２２を示す斜視図、図９はＨＳＡを分解して示す分解斜視図である。図８、図９に示すように、ＨＳＡ２２は、回転自在な軸受部２８と、軸受部から延出した２本のヘッドジンバルアッセンブリ（以下、ＨＧＡと称する）３０と、ＨＧＡ間に積層配置されたスペーサリング４４と、ダミースペーサ５０とを備えている。

軸受部２８は、ベース１２の長手方向に沿って磁気ディスク１６の回転中心から離間して位置しているとともに、磁気ディスクの外周縁近傍に配置されている。軸受部２８は、ベース１２の底壁１２ａに立設される枢軸３２と、枢軸に軸受３４を介して回転自在にかつ枢軸と同軸的に支持された円筒形状のスリーブ３６とを有している。スリーブ３６の上端には環状のフランジ３７が形成され、下端部外周にはねじ部３８が形成されている。軸受部２８のスリーブ３６は、最大本数として、例えば４本のＨＧＡと、隣り合う２つのＨＧＡ間に位置するスペーサとを積層状態で取付け可能な大きさ、ここでは取付け可能な軸方向長さを有して形成されている。

本実施形態において、磁気ディスク１６は１枚に設定されていることから、取付け可能な最大本数である４本よりも少ない２本のＨＧＡ３０が軸受部２８に設けられている。各ＨＧＡは、軸受部２８から延出したアーム４０、アームから延出したサスペンション４２、およびサスペンションの延出端にジンバル部を介して支持された磁気ヘッド１７を有している。

アーム４０は、例えば、ステンレス、アルミニウム、ステンレスを積層して薄い平板状に形成され、その一端、つまり、基端には円形の透孔４１が形成されている。サスペンション４２は、細長い板ばねにより構成され、その基端がスポット溶接あるいは接着によりアーム４０の先端に固定され、アームから延出している。なお、サスペンション４２およびアーム４０は、同一材料で一体に形成してもよい。

磁気ヘッド１７は、図示しないほぼ矩形状のスライダとこのスライダに形成された記録ヘッドおよび実施形態に係る再生用のＣＰＰ−ＧＭＲヘッドとを有し、サスペンション４２の先端部に形成されたジンバル部に固定されている。また、磁気ヘッド１７は、図示しない４つの電極を有している。アーム４０およびサスペンション４２上には図示しない中継フレキシブルプリント回路基板（以下、中継ＦＰＣと称する）が設置され、磁気ヘッド１７は、この中継ＦＰＣを介して後述するメインＦＰＣ２１ｂに電気的に接続される。

スペーサリング４４は、アルミニウム等により所望の厚さおよび外径に形成されている。このスペーサリング４４には、合成樹脂からなる支持フレーム４６が一体的に成形され、スペーサリングから外方に延出している。支持フレーム４６には、ＶＣＭ２４のボイスコイル４７が固定されている。

ダミースペーサ５０は、環状のスペーサ本体５２と、スペーサ本体から延出したバランス調整部５４とを有し、例えば、ステンレス等の金属に一体的に形成されている。スペーサ本体５２の外径は、スペーサリング４４の外径と等しく形成されている。すなわち、スペーサ本体５２のアームと接触する部分の外径は、スペーサリング４４がアームに接触する部分の外径と同一に形成されている。また、スペーサ本体５２の厚さは、ＨＧＡの最大本数よりも少ない本数分、ここでは、２本のＨＧＡにおけるアームの厚さ、つまり、２本のアーム分の厚さと、これらアーム間に配設されるスペーサリングの厚さとを合計した厚さに形成されている。

ダミースペーサ５０、２本のＨＧＡ３０、スペーサリング４４は、スペーサ本体５２の内孔、アーム４０の透孔４１、スペーサリングの内孔に軸受部２８のスリーブ３６が挿通された状態でスリーブの外周に嵌合され、スリーブの軸方向に沿ってフランジ３７上に積層配置されている。ダミースペーサ５０のスペーサ本体５２は、フランジ３７と一方のアーム４０との間、およびスペーサリング４４は、２本のアーム４０間にそれぞれ挟まれた状態でスリーブ３６の外周に嵌合されている。更に、スリーブ３６の下端部外周には、環状のワッシャ５６が嵌合されている。

スリーブ３６の外周に嵌合されたダミースペーサ５０、２本のアーム４０、スペーサリング４４、ワッシャ５６は、スリーブ３６のねじ部３８に螺合されたナット５８とフランジ３７との間に挟持され、スリーブの外周上に固定保持されている。

２本のアーム４０は、スリーブ３６の円周方向に対して互いに位置決めされ、スリーブから同一の方向へ延出している。これにより、２本のＨＧＡは、スリーブ３６と一体的に回動可能となっているとともに、磁気ディスク１６の表面と平行に、かつ、互いに間隔を隔てて向かい合っている。また、スペーサリング４４と一体の支持フレーム４６は、軸受部２８からアーム４０と反対の方向へ延出している。支持フレーム４６からはピン状の２本の端子６０が突出し、これらの端子は、支持フレーム４６内に埋め込まれた図示しない配線を介してボイスコイル４７に電気的に接続されている。

本発明に係る磁気抵抗効果素子は、磁気ヘッドなどの磁気センサ、および磁気ヘッドを有する磁気記録装置などに利用可能である。

１…下電極（ＬＥ）、２…下地層、３…磁化固定層、４…ピン層、４ａ…下部ピン層、４ｂ…磁化結合層、４ｃ…上部ピン層、５…中間層、５ａ…絶縁層、５ｂ…磁性導電カラム、６…金属層、６’…合金層、７…フリー層、８…保護層、９…上電極（ＵＥ）、１１…ねじ、１２…ベース、１２ａ…底壁、１２ｂ…側壁、１４…トップカバー、１６…磁気ディスク、１７…磁気ヘッド、１８…スピンドルモータ、２２…ヘッドスタックアッセンブリ、２４…ＶＣＭ、２８…軸受部、３０…ＨＧＡ、３６…スリーブ、４０…アーム、４２…サスペンション、４４…スペーサリング、５０…ダミースペーサ、５２…スペーサ本体、５４…バランス調整部。

Claims (8)

1. 磁化方向が固着された第１の強磁性層と、
   外部磁場に応じて磁化方向が変化する第２の強磁性層と、
   前記第１の強磁性層と第２の強磁性層との間に設けられ、絶縁層と実質的に強磁性のカラムとを含む中間層と、
   前記中間層の実質的に強磁性のカラムと第２の強磁性層との間に形成された、ＦｅＣｏＡｌおよびＦｅＣｏＡｌＣｕからなる群より選択される合金層と、
   前記第１の強磁性層、中間層、合金層および第２の強磁性層を含む積層膜の膜面垂直に電流を通電する１対の電極と
   を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
2. 前記第１の強磁性層、中間層の実質的に強磁性のカラムおよび第２の強磁性層は、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
3. 前記中間層の絶縁層は、酸素、窒素および炭素からなる群より選択される少なくとも１種の元素を含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
4. 前記中間層の絶縁層は、Ａｌ酸化物を含むことを特徴とする請求項３に記載の磁気抵抗効果素子。
5. 前記合金層は、さらにＣｒ、Ｖ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｙ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｂ、Ｉｎ、Ｃ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｈｆからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
6. 請求項１に記載の磁気抵抗効果素子を有することを特徴とする磁気ヘッドアセンブリ。
7. 請求項６に記載の磁気ヘッドアセンブリを有することを特徴とする磁気記録再生装置。
8. 第１の強磁性層上に第１の金属層を形成し、
   前記第１の金属層を、絶縁層と実質的に強磁性のカラムとを含む中間層に変換する処理を行い、
   前記中間層上に、ＡｌおよびＣｕからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む第２の金属層を形成し、
   前記第２の金属層上に第２の強磁性層を形成し、
   熱処理により原子の拡散を生じさせ、前記第２の金属層を、ＡｌおよびＣｕからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む合金層に変換する
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。

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