JP2010147213A - 磁気抵抗効果素子とその製造方法、磁気再生ヘッド、および情報記憶装置 - Google Patents

Abstract

【課題】面積抵抗（ＲＡ）を増加させることなく、所定値以上の磁気抵抗効果率（ＭＲ比）を確保しつつ、固定磁化層と自由磁化層との間の層間結合磁界（Ｈｉｎ）の低減が可能な磁気抵抗効果素子を提供する。
【解決手段】本発明に係る磁気抵抗効果素子１は、絶縁材料を用いて形成される絶縁層１５と、磁性材料を用いて形成される第２の磁化層との間に、非磁性材料を用いて形成される非磁性層２０を備え、非磁性層２０は、絶縁層１５上に形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、磁気抵抗効果素子とその製造方法、磁気再生ヘッド、および情報記憶装置に関し、さらに詳細には、トンネル磁気抵抗効果素子とその製造方法、および該トンネル磁気抵抗効果素子を備える磁気再生ヘッド、情報記憶装置に関する。

情報記憶装置に用いられる磁気抵抗効果素子の一つにＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子がある。その基本原理となるＴＭＲ効果については、１９７５年の最初の報告がなされ、その後、１９９５年に中間絶縁層に酸化アルミニウム（ＡｌＯ）を用いた接合膜が室温において１０％以上の非常に大きなＭＲ比が得られることが報告されて以来、磁気ディスク装置用次世代磁気ヘッドおよびＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏ ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等への応用に向けた研究開発が行われた。中間絶縁層にＡｌＯを用いる従来のＴＭＲ素子の例として、図１４に記載の素子が提案されている（特許文献１参照）。

その後、２００４年に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を中間絶縁層に用いたトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）膜において１００〜２００％の非常に高い磁気抵抗効果が得られることが示されて以来（非特許文献１、２参照）、それまでの中間絶縁層に酸化アルミニウム（ＡｌＯ）を用いる技術に代わって、将来的に磁気ディスク装置用磁気ヘッドの再生出力を高めていく上での最も有望な技術であると期待され、ＭＲＡＭへの応用と共に、その研究開発が行われている。

ここで、磁気ディスク装置は、一般的に、磁気記録媒体に情報を記録する磁気記録ヘッドと、磁気記録媒体に記録されている情報を読み取る磁気再生ヘッドとを備える。この磁気再生ヘッドに、磁気抵抗効果素子が設けられており、当該素子によって、磁気記録媒体に記録された情報（磁化信号）の読み取りを行っている。
より詳しくは、磁気抵抗効果素子は、固定磁化層と、媒体からの磁界によって磁化方向が変化する自由磁化層とを備え、磁気記録媒体からの記録信号（磁化信号）によって自由磁化層の磁化方向が変化し、固定磁化層の磁化方向との相対角度が変化することによる抵抗変化を読み取ることによって記録信号を読み出す作用をなす。

このとき、ＴＭＲ素子のようなＣＰＰ（Ｃｕｒｒｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ Ｐｌａｎｅ）構造を有する磁気抵抗効果素子を用いる磁気再生ヘッドの再生出力電圧は、磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果率（ＭＲ比）と印加電圧の積に比例する。したがって、ＭＲ比を大きくすることにより再生出力を向上させることができる。
特に、磁気ディスク装置用磁気再生ヘッドに関しては、さらなる記録密度の増加に対応すべく、高い再生感度の実現が要請されている。そのためには、当該磁気再生ヘッドに用いられる磁気抵抗効果素子の積層面に垂直な方向の面積抵抗（ＲＡ）を低下させる必要がある。
しかし、従来から、磁気抵抗効果素子のＲＡを低下させようとすると、同時に抵抗の変化率（磁気抵抗効果率（ＭＲ比））の減少、および、固定磁化層と自由磁化層との間の層間結合磁界（Ｈｉｎ）の増加が生じてしまう点が課題として指摘されていた。なお、Ｈｉｎは、図１に示すように、磁場に対する抵抗変化のヒステリシスの磁場シフト量として定義される指標（値）である。

Ｈｉｎが増加することによる課題を詳しく説明すると、従来、ＴＭＲ素子におけるＲＡを低くするために固定磁化層と自由磁化層とで挟まれた絶縁層の膜厚を薄くする手法が採られていた。しかし、その場合に、固定磁化層と自由磁化層との間の層間結合磁界（Ｈｉｎ）が大きくなることが課題であった。ここで、ＴＭＲ素子のＲＡに対するＨｉｎの測定データの一例を図２に示す。通常、当該図２に示すように、通常、ＲＡが低下するにつれて急激にＨｉｎが増加する特性がある。
すなわち、ＴＭＲ素子を磁気ディスク装置の磁気再生ヘッドに用いる場合を例に挙げれば、Ｈｉｎが増加するにつれて、磁気記録媒体からの磁場に対してあたかもバイアス磁界があるかのような作用が生じて、磁気記録媒体からの磁化信号の読み取り対称性（Ａｓｙｍ指標）が非対称となり、磁化信号が読み取りづらくなることが課題であった。

以上のことから、磁気抵抗効果素子に対して、ＲＡを増加させることなく、所定値以上のＭＲ比を確保しつつ、Ｈｉｎを低下させることが要請されていた。

ここで、ＴＭＲ素子におけるＨｉｎの低減等を可能とする従来技術の例として、特許文献２に記載のトンネル磁気抵抗効果素子およびその製造方法が提案されている。

特開２００３−０８６８６３号公報 特開２００７−１１５７４５号公報 Ｓ．Ｙｕａｓａ ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔ．Ｍａｔｅｒ．３（２００４）８６８ Ｓ．Ｓ．Ｐ．Ｐａｒｋｉｎ ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔ．Ｍａｔｅｒ．３（２００４）８６２

本発明は、ＲＡを増加させることなく、所定値以上のＭＲ比を確保しつつ、Ｈｉｎの低減が可能な磁気抵抗効果素子を提供することを目的とする。

本発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。

この磁気抵抗効果素子は、絶縁材料を用いて形成される絶縁層と、磁性材料を用いて形成される磁化層との間に、非磁性材料を用いて形成される非磁性層を備え、前記非磁性層は、前記絶縁層上に形成されることを要件とする。

本発明によれば、ＲＡを増加させることなく、所定値以上のＭＲ比を確保しつつ、Ｈｉｎの低減が可能な磁気抵抗効果素子が実現される。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳しく説明する。図１は、層間結合磁界（Ｈｉｎ）の定義を説明するための説明図である。図２は、磁気抵抗効果素子における面積抵抗（ＲＡ）と層間結合磁界（Ｈｉｎ）との相関関係の例を示すグラフである。図３は、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１の膜構成の例を示す概略図である。図４〜図７は、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１の膜構成の他の例を示す概略図である。図８は、層間結合磁界（Ｈｉｎ）の非磁性層２０膜厚依存の例を示すグラフである。図９は、磁気抵抗効果率（ＭＲ比）の非磁性層２０膜厚依存の例を示すグラフである。図１０は、面積抵抗（ＲＡ）の非磁性層２０膜厚依存の例を示すグラフである。図１１、図１２は、本発明の実施形態に係る磁気ヘッド１０の例を示す概略図である。図１３は、本発明の実施形態に係る情報記憶装置４０の例を示す概略図である。

本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１の構成について、ＴＭＲ素子を例に挙げて説明する。
ＴＭＲ素子の膜構成としては、種々の構成を採用することができるが、一例として、図３に示すように、下部シールド層１１、下地層１２、反強磁性層１３、固定磁化層１４、絶縁層１５、自由磁化層１６、キャップ層１７、上部シールド層１８の順に積層して構成される。特に、本実施形態に特徴的な構成として、絶縁層１５の上層（ここでは絶縁層１５と自由磁化層１６との間）に、非磁性材料を用いて形成される非磁性層２０が設けられる（詳細は後述）。なお、参考として、従来の実施形態に係るＴＭＲ素子の膜構成の例を図１５に示す。

ここで、上記構成のように、絶縁層１５に対して上部シールド層１８側に自由磁化層１６を配置し、絶縁層１５に対して下部シールド層１１側に固定磁化層１４を配置する構成を、「ボトムタイプ」と称する。この場合、固定磁化層１４を「第１の磁化層」と称し、自由磁化層１６を「第２の磁化層」と称する。
以下、下地層１２からキャップ層１７に至るまでの積層膜を磁気抵抗効果膜４と称する。

先ず、下部シールド層１１は、軟磁性材であるＮｉＦｅが用いられ、鍍金法もしくはスパッタリング法によって形成（積層）される。この下部シールド層１１は、ＴＭＲ素子の電極を兼用するものである。なお、以下に述べる各層の形成（積層）方法は、特記しない限り、いずれもスパッタリング法によるものである。ただし、その方法に限定されるものではない。

次に、下地層１２は、Ｍｎ系反強磁性材料からなる反強磁性層１３の下地層となるもので、Ｔａ（１［ｎｍ］）／Ｒｕ（２［ｎｍ］）の２層膜が用いられる。なお、括弧内は各層の膜厚である。

次に、反強磁性層１３は、ＩｒＭｎを用いて６［ｎｍ］程度の厚さに形成される。この反強磁性層１３は、交換結合作用により固定磁化層１４の磁化方向を固定する作用を生じる。なお、本実施形態では、反強磁性層１３までの積層体を「基体」と称する。「基体」については、種々の膜構成を採用し得る。

次に、本実施形態では、固定磁化層１４は、下層から第１の固定磁化層１４Ａ、第２の固定磁化層１４Ｂ、第３の固定磁化層１４Ｃ、第４の固定磁化層１４Ｄという順に積層される多層構造に形成される。
第１の固定磁化層１４ＡはＣｏＦｅを用いて１．８［ｎｍ］程度の厚さに形成される。第２の固定磁化層１４ＢはＲｕ（ルテニウム）を用いて０．８［ｎｍ］程度の厚さに形成される。第３の固定磁化層１４ＣはＣｏＦｅＢを用いて１．６［ｎｍ］程度の厚さに形成される。第４の固定磁化層１４ＤはＣｏＦｅ（ここでは、Ｃｏ６５Ｆｅ）を用いて０．５［ｎｍ］程度の厚さに形成される。なお、固定磁化層１４の積層構造は上記に限定されるものではない。
このように、第２の固定磁化層１４Ｂを介して第１の固定磁化層１４Ａと第３の固定磁化層１４Ｃとが積層される構成を備えることによって、第１の固定磁化層１４Ａの磁化方向をより強く固定する作用効果を奏する。すなわち、磁気抵抗効果膜４では、第１の固定磁化層１４Ａと自由磁化層１６の磁化の方向の相対角度が変化することによって抵抗値が変化することを検知するため、第１の固定磁化層１４Ａの磁化方向が完全に固定されていることは大きな効果を奏する。
ちなみに、第３の固定磁化層１４Ｃの磁化方向は第１の固定磁化層１４Ａの磁化方向と逆向きとなる。

なお、変形例として、固定磁化層１４を、第１の固定磁化層１４Ａ（この場合ＣｏＦｅを用いる）のみの単層とする構造（図４参照）、あるいは、第１の固定磁化層１４Ａ（この場合ＣｏＦｅＢを用いる）と、第４の固定磁化層１４Ｄ（この場合ＣｏＦｅを用いる）との二層とする構造（図５参照）等も考えられる。これらの場合、各層の膜厚は適宜設定される。

次に、絶縁層１５は、ＭｇＯを用いて形成される。絶縁層１５は、トンネル効果によってセンス電流を通流させるものであり、２［ｎｍ］以下（本実施形態では１［ｎｍ］程度）の極めて薄厚に形成される。
なお、絶縁層１５は、ＭｇＯを基材としてＭｇ（マグネシウム）、Ｚｎ（亜鉛）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、等が添加もしくは多層状に積層された材料を用いて形成してもよい。ちなみに、従来用いられていたＡｌＯのようなアモルファス材料と異なり、ＭｇＯは結晶質の材料である。このＭｇＯの結晶性を実現するためには、ＭｇＯの下層が重要である。

ここで、本実施形態に特徴的な構成として、絶縁層１５の上に、非磁性層２０が設けられる。非磁性層２０は、非磁性材料を用いて形成される。当該非磁性材料としては、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）等の金属材料、もしくはそれらを基材とする材料が考えられる。なお、本実施形態ではＣｕを採用している。

さらに、本実施形態に特徴的な構成として、非磁性層２０は、当該非磁性層２０を構成する原子（ここではＣｕ）２原子分の厚さ以下の膜厚となるように形成される。すなわち、Ｃｕを用いる本実施形態の場合には、非磁性層２０の膜厚が０．０２ｎｍ〜０．５ｎｍとなるように形成される。この状態は、言うなれば、Ｃｕ原子数個が絶縁層１５の表面上に存在する状態である。また、このＣｕ原子は製造工程中のアニール処理（後述）後に、絶縁層１５中もしくは自由磁化層１６中に拡散していると考えられ、結晶化していない状態であると考えられる。つまり、非磁性材料（ここではＣｕ）が絶縁層１５の上にまばらに（２原子分の厚さ以下の膜厚で）存在することが重要であって、その結晶性は重要でない。そもそも構成原子２原子分の厚さ以下の膜厚である状況下で、非磁性材料自体の結晶性の議論は意義がない。ただし、上記のように、ＭｇＯの結晶性を考慮すると、ＭｇＯの下層に非磁性層２０を形成するのではなく、ＭｇＯの上層に非磁性層２０を形成することが必要である。

次に、本実施形態では、自由磁化層１６は、下層から第１の自由磁化層１６Ａ、第２の自由磁化層１６Ｂ、第３の自由磁化層１６Ｃ、第４の自由磁化層１６Ｄという順に積層される多層構造に形成される（図３参照）。
第１の自由磁化層１６ＡはＣｏＦｅを用いて０．３［ｎｍ］程度の厚さに形成される。第２の自由磁化層１６ＢはＣｏＦｅＢを用いて１．５［ｎｍ］程度の厚さに形成される。第３の自由磁化層１６ＣはＴａを用いて０．３［ｎｍ］程度の厚さに形成される。第４の自由磁化層１６ＤはＮｉＦｅを用いて３．５［ｎｍ］程度の厚さに形成される。なお、本実施形態では、ＣｏＦｅとしてＣｏ６５Ｆｅを用いたが、これに限定されるものではない。
これにより、第２の自由磁化層１６Ｂは、記録媒体からの磁化信号によって磁化方向が変化し、そのときの固定磁化層１４（第１の固定磁化層１４Ａ）の磁化方向との相対角度が変化することによる抵抗変化を読み取ることによって記録信号を読み出す作用を生じる。

なお、変形例として、自由磁化層１６を、第２の自由磁化層１６Ｂ（この場合ＣｏＦｅを用いる）のみの単層とする構造（図６参照）、あるいは、第１の自由磁化層１６Ａ（この場合ＣｏＦｅを用いる）と、第２の自由磁化層１６Ｂ（この場合ＣｏＦｅＢを用いる）との二層とする構造（図７参照）等も考えられる。これらの場合、各層の膜厚は適宜設定される。

次に、キャップ層１７は、保護層として設けられるもので、Ｔａを用いて５［ｎｍ］程度の厚さに形成される。
これ以外にも、キャップ層１７は、Ｃｒ（クロム）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｍｏ（モリブデン）等、あるいはＴａ／Ｒｕの２層膜等を用いて形成する構造が考えられる。

次に、上部シールド層１８には、下部シールド層１１と同様にＮｉＦｅ等の軟磁性材が用いられる。この上部シールド層１８は、ＴＭＲ素子の電極を兼用するものである。なお、上部シールド層は、鍍金シード層として例えばＴａ（９［ｎｍ］）／ＮｉＦｅ（５０［ｎｍ］）の２層膜を形成し、その上に鍍金法によりＮｉＦｅ等を用いて形成してもよい。

上記の構成を備える本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１の奏する効果について、比較例を示しながら、以下に説明する。
まず、図８にＨｉｎ［Ｏｅ］の非磁性層２０（ここではＣｕ層）の膜厚に対する依存性のグラフを示す。図中の●印は本実施形態に係る構成すなわち絶縁層１５（ここではＭｇＯ層）の上層に非磁性層２０（ここではＣｕ層）を設けた構成のデータであり、△印は比較例として絶縁層１５（ここではＭｇＯ層）の下層に非磁性層２０（ここではＣｕ層）を設けた構成のデータである。この図から明らかなように、絶縁層１５の上層に非磁性層２０を設けることによって、Ｈｉｎを低減させる効果が得られる。なお、図中のＣｕ膜厚＝０が、非磁性層２０を設けない場合（従来の実施形態と同等）となる。
これに対して、比較例によって、非磁性層２０を絶縁層１５の下層に設けた場合にはＨｉｎが増加してしまうため、Ｈｉｎの低減効果が得られないことが明らかである。ちなみに、ＭＲ比が０になると、Ｈｉｎは測定不能となる。

次いで、図９にＭＲ比［％］の非磁性層２０（ここではＣｕ層）の膜厚に対する依存性のグラフを示す。図中の●印は本実施形態に係る構成すなわち絶縁層１５（ここではＭｇＯ層）の上層に非磁性層２０（ここではＣｕ層）を設けた構成のデータであり、△印は比較例として絶縁層１５（ここではＭｇＯ層）の下層に非磁性層２０（ここではＣｕ層）を設けた構成のデータである。この図から明らかなように、絶縁層１５の上層に非磁性層２０を設けた場合にも、磁気抵抗効果素子として実際のデバイスにおいて機能させるために必要な所定値以上（製品仕様によって異なるが、一般的に３０％程度以上）のＭＲ比を確保することが可能である。
これに対して、比較例によって、非磁性層２０を絶縁層１５の下層に設けた場合には、非磁性層２０の膜厚が０近傍（０〜０．０３［ｎｍ］程度）すなわち非磁性層２０を設けないに等しい場合にのみ、磁気抵抗効果素子として機能させることができ、それ以外の領域では、ＭＲ比が１０％以下となり、磁気抵抗効果素子として使用不能であることが明らかである。

なお、図１０にＲＡ［Ω・μｍ^２］の非磁性層２０（ここではＣｕ層）の膜厚に対する依存性のグラフを示す。これは、絶縁層１５の上層に非磁性層２０を設けた場合のデータであるが、同図に示すようにＲＡの増加が抑制されていることが明らかである。すなわち、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１では、絶縁層１５の上層に設けられる非磁性層２０（ここではＣｕ層）の膜厚の影響を考えることなく、ＲＡの調整を、従来通り絶縁層１５（ここではＭｇＯ層）の膜厚によって管理することが可能である。

ここで、上記データの測定方法について説明する。測定は、「測定用ＴＭＲ素子」を用いてＣＩＰＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）法により行った。当該「測定用ＴＭＲ素子」は、前述の磁気抵抗効果膜４の下部にＣｕ電極層（膜厚６０［ｎｍ］）、上部にＣｕ電極層（膜厚１０［ｎｍ］）を備える構造である。なお、ＣＩＰＴ法で用いるプローブ（４本）の間隔は１．５［μｍ］とした。

続いて、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１の製造方法について、ボトムタイプのＴＭＲ素子の場合を例として説明する。
先ず、ウエハ基板上に、ＮｉＦｅ等の磁性材料を用いて下部シールド層１１を膜厚１〜２［μｍ］程度に形成する。例えば、鍍金法により形成し、上面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学機械的研磨）プロセスにより平坦化する。

次いで、下部シールド層１１の上層に、前述の多層構造を有する磁気抵抗効果膜４を形成する。形成方法の例として、前述の各積層膜をスパッタリング法により成膜した後、アニール処理を行う。

より具体的には、下部シールド層１１の上に下地層１２を、その上に反強磁性層１３を、さらにその上に固定磁化層１４（本実施形態における「第１の磁化層」）を、それぞれスパッタリング法により成膜する。なお、各層の形成材料は前述の通りである。
次いで、固定磁化層１４の上に、スパッタリング法によって、ＴＭＲ素子の絶縁層１５となるＭｇＯ層を膜厚１［ｎｍ］程度で成膜する。なお、当該スパッタリング法に関しては、酸化物ターゲットを用いてスパッタすることにより成膜する方法と、金属もしくは酸化物ターゲットを酸素雰囲気中でスパッタすることにより成膜する方法とが考えられる。

次いで、絶縁層１５の上に、非磁性層２０を、スパッタリング法により成膜する。前述の通り、本実施形態においては、非磁性材料を用いて膜厚が構成原子２原子分の厚さ以下となるように形成する。例えば、非磁性材料としてＣｕを用いて、膜厚が０．０２ｎｍ〜０．５ｎｍ程度となるように形成する。

次いで、非磁性層２０の上に、自由磁化層１６（本実施形態における「第２の磁化層」）を形成する。さらに、自由磁化層１６の上に、キャップ層１７を形成する。いずれも、スパッタリング法により成膜する。また、形成材料は前述の通りである。

次いで、キャップ層１７の上に、ＮｉＦｅ等の磁性材料を用いて上部シールド層１８を膜厚１〜２［μｍ］程度に形成する。一例として、鍍金法によって形成する。

その後、所定の積層工程が完了した後に、積層体に対して、アニール処理を実施する。アニール処理とは、磁気抵抗効果膜４の成膜後に、固定磁化層１４の磁化を固定するための磁場中熱処理をいい、一例として、１．５［Ｔ（テスラ）］程度の磁場を積層面に対して垂直に印加して２５０〜３００［℃］の温度で数時間保持することにより行われる。
ちなみに、アニール処理を行う前の段階では、例えば、ＣｏＦｅＢを用いて形成される層（一例として第３の固定磁化層１４Ｃ）等は、アモルファスの状態となっている。

なお、この段階では、単なる積層膜の状態であり、後の浮上面加工工程等を経て磁気抵抗効果素子（再生素子）として形成される。

上記の工程を備えて、前述の図３に示す膜構造を有する磁気抵抗効果素子１を形成することが可能となる。また、積層膜を適宜省略することによって、図４〜図７に示す膜構造を有する磁気抵抗効果素子１の形成が可能であることはいうまでもない。

続いて、本発明に係る磁気抵抗デバイスの実施の形態について、上記磁気抵抗効果素子１を用いた磁気ヘッド１０を例に挙げて説明する。

前述の構成を備える磁気抵抗効果素子１は、磁気ヘッドの磁気再生ヘッドに組み込むことによって高品質の磁気ヘッドとして提供される。ここで、図１１に上記磁気抵抗効果素子１を搭載した磁気ヘッド１０の構成例を示す。

当該図１１に示すように、磁気ヘッド１０は、一つの実施形態として、磁気再生ヘッド２と磁気記録ヘッド３とを備える複合型磁気ヘッドとして構成される。なお、本発明の適用を当該複合型磁気ヘッドに限定するものではなく、磁気再生ヘッド２のみを備える磁気ヘッド（磁気再生ヘッド）として構成しても、もちろん構わない。なお、当該図１１は磁気ヘッド１０のコア幅方向に垂直な方向の断面図として図示している。ちなみに、媒体対向面（浮上面）５は、各層の積層工程が完了した後に、研磨工程を経て所定位置に形成される。

本実施の形態に係る磁気ヘッド１０の構成について、垂直記録方式を採用する磁気ヘッドを例にとり説明する。ただし、あくまでも一例示に過ぎず、当該構成に限定されるものではない。
先ず、磁気再生ヘッド２の構成例を説明する。ベースとなるウエハ基板（図示せず）上に、磁気再生ヘッド２の下部シールド層１１が形成される。
下部シールド層１１の上層には、磁気抵抗効果膜４が形成される。ここで、磁気抵抗効果膜４には、例えば、前述のＴＭＲ膜等の磁気抵抗効果膜が用いられるが、その膜構成としては、種々の構成を採用することができる。
図１２に示すように、磁気抵抗効果膜４のコア幅方向の両側に、絶縁膜２８を介してハードバイアス膜２９が形成され、また、磁気抵抗効果膜４の後方には、Ａｌ_２Ｏ_３等を用いて絶縁膜３１が形成される（図１１参照）。なお、図１２は、磁気再生ヘッド２を媒体対向面５側から視た図である。
同図１２のように、磁気抵抗効果膜４、絶縁膜３１、絶縁膜２８、およびハードバイアス膜２９上に、上部シールド層１８が形成される。なお、上部シールド層１８、下部シールド層１１共に、ＮｉＦｅ等の磁性材料（軟磁性材）を用いて形成される。

このような構成を備え、磁気再生ヘッド２では、前述の通り、磁気記録媒体に記録された磁気情報（記録情報）の読み出し作用が生じる。

次に、磁気記録ヘッド３の構成例を説明する。前記上部シールド層１８上に、Ａｌ_２Ｏ_３等を用いて絶縁膜３２が形成される。

絶縁膜３２上には、全面に第１リターンヨーク２１が形成される。
第１リターンヨーク２１上にＡｌ_２Ｏ_３等を用いて絶縁膜３３が形成され、絶縁膜３３上には導電材料を用いて、平面螺旋状に第１コイル２２が形成される。
第１コイル２２の層間および上層には、Ａｌ_２Ｏ_３等を用いて絶縁膜３４が形成される。

絶縁膜３４上に、ＣｏＦｅ等の強磁性材料を用いて主磁極２３が形成される。主磁極２３の作用として、主磁極２３から第１リターンヨーク２１および第２リターンヨーク２７に向かう方向および逆の方向に磁界を発生させる。つまり、当該磁界が磁気記録媒体に対する記録用外部磁界として作用することとなる。

主磁極２３の後端側には、バックギャップ２５が形成されると共に、主磁極２３上にＡｌ_２Ｏ_３等を用いて絶縁膜３５が形成され、さらに絶縁膜３５上に、バックギャップ２５を取り巻くように導電材料からなる第２コイル２４が形成される。また、主磁極２３の先端部の上方には、主磁極２３と離間（トレーリングギャップと呼ばれる）させる形で、磁性材料からなるトレーリングシールド２６が形成される。さらに、第２コイル２４の層間および上層に絶縁膜３６が形成されると共に、さらにその上層に、バックギャップ２５およびトレーリングシールド２６に連結する第２リターンヨーク２７が形成される。
さらに、第２リターンヨーク２７上に保護層（不図示）等の形成が行われて、磁気ヘッド１０が所定の積層構造として完成される。

本実施の形態に係る磁気ヘッド１０によれば、ＲＡを増加させることなく、所定値以上のＭＲ比を確保しつつ、Ｈｉｎの低減が可能な磁気抵抗効果素子１を用いることによって、高い再生感度を実現することができるため、さらなる高記録密度化を実現することが可能となる。

続いて、本発明の実施の形態に係る情報記憶装置について説明する。
前述の本実施の形態に係る磁気抵抗効果素子１を備える磁気ヘッド１０を用いて、磁気ディスク装置、ＭＲＡＭ等を構成することにより、記録密度の増加に対応した高い再生感度の実現、あるいは記憶特性の向上が可能な情報記憶装置が実現される。

情報記憶装置の一例として、図１３に示す磁気ディスク装置４０は、前述の磁気ヘッド１０が、磁気記録媒体（磁気ディスク）４１との間で情報の記録・再生を行うヘッドスライダ４２に組み込まれる。さらに、ヘッドスライダ４２は、ヘッドサスペンション４３のディスク面に対向する面に取り付けられ、該サスペンション４３の端部を固定し、回動自在なアクチュエータアーム４４と、該サスペンション４３及び該アクチュエータアーム４４上の絶縁された導電線を通じて、前記磁気ヘッド１０に電気的に接続され、当該磁気ヘッド１０からの信号を処理する信号処理基板（不図示）とを有する記憶装置として構成される。その作用として、磁気ディスク４１が回転駆動されることにより、ヘッドスライダ４２がディスク面から浮上し、磁気ディスク４１との間で情報を記録し、情報を再生する操作がなされる。

本実施形態に係る磁気ディスク装置４０によれば、ＲＡを増加させることなく、所定値以上のＭＲ比を確保しつつ、Ｈｉｎの低減が可能な磁気抵抗効果素子１を備える磁気ヘッド１０を用いることによって、高い再生感度の実現が可能となるため、高記録密度化を達成することが可能となる。

また、本発明に係る磁気抵抗デバイスの他の実施の形態として、磁気抵抗効果素子を利用したメモリ素子であるＭＲＡＭへの利用が考えられる。ＭＲＡＭは、絶縁層を挟む配置に固定磁化層と自由磁化層を設けたもので、外部から作用させた磁界によって自由磁化層の磁化の向きが変化した状態をメモリとして記憶するものである。この場合も、本発明に係る磁気抵抗効果素子を利用することで、メモリ素子としての記憶特性を向上させることが可能となる。

以上、本発明によれば、ＲＡを増加させることなく、所定値以上のＭＲ比を確保しつつ、Ｈｉｎの低減を図り、高い再生感度の実現が可能な磁気抵抗効果素子が提供される。さらに、磁気抵抗効果素子の品質向上を図ることによって、それを用いた高品質の磁気抵抗デバイスの提供が可能となる。

なお、「ボトムタイプ」の磁気抵抗効果素子を例にとり説明を行ったが、絶縁層に対して上部シールド層側に固定磁化層を配置し、絶縁層に対して下部シールド層側に自由磁化層を配置する「トップタイプ」の磁気抵抗効果素子に対しても、本発明を同様に適用することが可能であることはもちろんである。トップタイプの場合、自由磁化層を「第１の磁化層」と称し、固定磁化層を「第２の磁化層」と称する。したがって、絶縁層の上層（ここでは絶縁層と固定磁化層との間）に、非磁性材料を用いて形成される非磁性層が設けられる。

層間結合磁界（Ｈｉｎ）の定義を説明するための説明図である。 磁気抵抗効果素子における面積抵抗（ＲＡ）と層間結合磁界（Ｈｉｎ）との相関関係の例を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の膜構成の例を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の膜構成の他の例を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の膜構成の他の例を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の膜構成の他の例を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の膜構成の他の例を示す概略図である。 層間結合磁界（Ｈｉｎ）の非磁性層膜厚依存の例を示すグラフである。 磁気抵抗効果率（ＭＲ比）の非磁性層膜厚依存の例を示すグラフである。 面積抵抗（ＲＡ）の非磁性層膜厚依存の例を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る磁気ヘッドの例を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る磁気ヘッドの例を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る情報記憶装置の例を示す概略図である。 絶縁層にＡｌＯを用いる従来の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の膜構成の例を示す概略図である。 絶縁層にＭｇＯを用いる従来の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の膜構成の例を示す概略図である。

符号の説明

１、９ 磁気抵抗効果素子
２ 磁気再生ヘッド
３ 磁気記録ヘッド
４ 磁気抵抗効果膜
５ 媒体対向面（浮上面）
１０ 磁気ヘッド
１１ 下部シールド層
１２ 下地層
１３ 反強磁性層
１４ 固定磁化層
１５ 絶縁層
１６ 自由磁化層
１７ キャップ層
１８ 上部シールド層
２０ 非磁性層
４０ 情報記憶装置（磁気ディスク装置）

Claims (10)

1. 絶縁材料を用いて形成される絶縁層と、磁性材料を用いて形成される磁化層との間に、非磁性材料を用いて形成される非磁性層を備え、
   前記非磁性層は、前記絶縁層上に形成されること
   を特徴とする磁気抵抗効果素子。
2. 前記非磁性層は、膜厚が該層の構成原子２原子分の厚さ以下であること
   を特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
3. 前記絶縁材料には酸化マグネシウムが用いられ、前記非磁性材料には銅が用いられること
   を特徴とする請求項１または請求項２記載の磁気抵抗効果素子。
4. 前記非磁性層は、膜厚が０．０２ｎｍ〜０．５ｎｍであること
   を特徴とする請求項３記載の磁気抵抗効果素子。
5. 薄膜を順次積層して形成した基体上に、磁性材料を用いて第１の磁化層を形成する工程と、
   前記第１の磁化層が形成された積層体の上に、絶縁材料を用いて絶縁層を形成する工程と、
   前記絶縁層が形成された積層体の上に、非磁性材料を用いて非磁性層を形成する工程と、
   前記非磁性層が形成された積層体の上に、磁性材料を用いて第２の磁化層を形成する工程と、
   積層体のアニール処理を行う工程と、を備えること
   を特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
6. 前記非磁性層を形成する工程において、前記非磁性層の膜厚が該層の構成原子２原子分の厚さ以下となるように形成すること
   を特徴とする請求項５記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
7. 前記絶縁材料には酸化マグネシウムが用いられ、前記非磁性材料には銅が用いられること
   を特徴とする請求項５または請求項６記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
8. 前記非磁性層を形成する工程において、前記非磁性層の膜厚が０．０２ｎｍ〜０．５ｎｍとなるように形成すること
   を特徴とする請求項７記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
9. 請求項１〜４のいずれか一項記載の磁気抵抗効果素子を備える磁気再生ヘッド。
10. 磁気抵抗効果素子を備えたヘッドスライダと、
    前記ヘッドスライダを支持するサスペンションと、
    前記サスペンションの端部を固定し、回動自在なアクチュエータアームと、
    前記サスペンション及び前記アクチュエータアーム上の絶縁された導電線を通じて、前記磁気抵抗効果素子に電気的に接続され、媒体に記録された情報を読み取るための電気信号を検出する回路と、を備える情報記憶装置であって、
    前記磁気抵抗効果素子は、絶縁層と磁化層との間に、非磁性材料を用いて形成される非磁性層を備え、
    前記非磁性層は、前記絶縁層上に形成されること
    を特徴とする情報記憶装置。

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