JP3603062B2

JP3603062B2 - 磁気抵抗効果素子とその製造方法、およびこれを用いた磁気デバイス

Info

Publication number: JP3603062B2
Application number: JP2001266140A
Authority: JP
Inventors: 康博川分; 康成杉田; 明弘小田川; 哲久吉田; 博榊間
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-09-06
Filing date: 2001-09-03
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2021-09-03
Also published as: JP2002176211A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果素子（以下、「ＭＲ素子」と記す）とその製造方法に関する。本発明は、さらに、ＭＲ素子を用いた磁気デバイス、例えば、磁気抵抗効果型ヘッド（以下、「ＭＲヘッド」と記す）、磁気記録再生装置（例えばハードディスク装置）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気記録の高密度化に対応するべく、ＧＭＲ素子を用いた再生磁気ヘッドが開発された。また、更なる高密度化に対応するために、抵抗変化が大きく、抵抗自体も大幅に大きいＴＭＲ（ＴｕｎｎｅｌＭａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓａｎｃｅ）素子も盛んに研究されている。ＴＭＲ素子では、非磁性層として絶縁層が用いられ、この絶縁層を通過するトンネル電流が利用される。通常、ＧＭＲ素子は膜面に平行に電流を流して使用されるが（ＣＩＰ−ＧＭＲ；ＣｕｒｒｅｎｔｉｎＰｌａｎｅ−ＧＭＲ）、ＴＭＲ素子と同様、膜面に垂直に電流を流す素子（ＣＰＰ−ＧＭＲ；ＣｕｒｒｅｎｔＰｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｔｏｔｈｅＰｌａｎｅ−ＧＭＲ）も提案されている。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、Ｃｏ／Ｃｕ、Ｃｏ／Ａｇ系等においては、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子に比べ、ＭＲ比が５倍程度高くなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、非磁性層に金属層が用いられ、しかも膜面に垂直に電流が流れるため、デバイスに利用するには抵抗が低くなり過ぎる。素子を小型化すれば、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子においても、ある程度の高抵抗化は実現できる。しかし、リソグラフィー技術を適用して小型化するだけでは、十分に高い抵抗を有するＣＰＰ−ＧＭＲ素子が得られない。
【０００４】
磁気記録の高密度化が進展するにつれて、記録媒体におけるトラック幅は小さくなる。このため、再生磁気ヘッドにおいても、媒体からの磁気を感知して情報を読み取る領域の幅（以下、「トラック対応幅」と記す）を狭小化する必要が生じる。例えば、１００Ｇｂｉｔ／ｉｎ^２を越える程度の高密度磁気記録では、０．１μｍ以下のトラック対応幅が要求される。しかし、トラック幅の狭小化が進行するにつれ、リソグラフィー技術のみでは、技術の進歩を考慮に入れたとしても、いずれ対応できなくなることが予想される。
【０００５】
本発明は、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の電気抵抗値を実用的な範囲にまで高くすることを目的とする。また、本発明は、トラック幅の狭小化に対応しうるＭＲ素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、非磁性層と、この非磁性層を挟持する第１磁性層および第２磁性層とを含み、第１磁性層の磁化方向と第２磁性層の磁化方向との相対角度の変化に基づく電気抵抗の変化をセンシングするための電流を、各層の膜面に垂直に流すＭＲ素子に改良を加えることとした。本発明のＭＲ素子は、非磁性層の面積が１μｍ2以下であり、前記第１または第２の磁性層の側面に、前記磁性層の構成材料の酸化膜、窒化膜または酸窒化膜を有していることを特徴とする。
【０００７】
本発明のＭＲ素子の製造方法は、上記ＭＲ素子を製造するに際し、非磁性層の面積が１μｍ^２以下となるように、第１磁性層、非磁性層および第２磁性層を形成する工程と、第１磁性層、非磁性層および第２磁性層から選ばれる少なくとも１層の側面から、上記少なくとも１層の一部を酸化、窒化または酸窒化する工程を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明をＣＰＰ−ＧＭＲ素子に適用すると、抵抗を十分に高くした素子が得られる。また、この素子を用いる磁気ヘッドのトラック対応幅を制限することもできる。本発明は、ＴＭＲ素子を用いる磁気ヘッドのトラック対応幅の狭小化にも有効である。本発明は、さらに、上記ＭＲ素子を用いた磁気ヘッド（ＭＲヘッド）およびこの磁気ヘッドを用いた磁気記録再生装置を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。
本発明によれば、酸化膜、窒化膜または酸窒化膜からなる第２領域により、抵抗値が上昇し、あるいはトラック対応幅が狭小化する。第２領域の面積は、非磁性層の面積の１０％以上、特に４０％以上とするとよい。第２領域は、非磁性層の面積が１μｍ^２以下である程度に小型化したＭＲ素子を構成する少なくとも１つの層に形成される。本発明を非磁性層の面積が０．１μｍ^２以下、特に０．０１μｍ^２以下である程度にさらに小型化したＭＲ素子に適用すると、より良好な結果が得られる。
【００１０】
本発明をＣＰＰ−ＧＭＲ素子に適用する場合は、少なくとも非磁性層に、第１領域および第２領域を形成するとよい。この場合、非磁性層の第１領域は、金属膜、好ましくはＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、ＲｈおよびＣｒから選ばれる少なくとも１種を主成分とする膜である。なお、本明細書において、主成分とは、５０重量％以上を占める成分をいう。
【００１１】
第２領域は、第１領域を構成する金属の酸化膜、窒化膜または酸窒化膜である。この第２領域により、非磁性層の導電領域（第１領域）が制限されるため、素子の抵抗値が上昇する。単に素子を微細加工するのみでは、抵抗値の上昇には限界がある。例えば、１００ｎｍ×１００ｎｍに加工した素子（０．０１μｍ^２の素子面積）では、素子の膜厚を５０ｎｍ、比抵抗を３０μΩｃｍとしたとしても、素子抵抗は１．５Ω程度である。一方、上記素子面積を有するＣＰＰ−ＧＭＲ素子に本発明を適用すると、３Ω以上の素子抵抗を得ることも可能である。
【００１２】
ＣＰＰ−ＧＭＲ素子における非磁性層の膜厚は、０．８ｎｍ〜１０ｎｍ、特に１．８ｎｍ〜５ｎｍが好適である。非磁性層が薄すぎると磁性層間の相互作用が強くなりすぎる。逆に非磁性層が厚すぎると大きなＭＲ比が得られない。
【００１３】
本発明をＴＭＲ素子に適用する場合は、少なくとも一方の磁性層、即ち第１磁性層または第２磁性層に、第１領域および第２領域を形成するとよい。この素子における非磁性層は、絶縁層（トンネル絶縁層）、好ましくは酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、酸化マグネシウムおよびチタン酸ストロンチウムから選ばれる少なくとも１種を主成分とする層であるため、元来、十分に高い素子抵抗を有する。しかし、この素子においても、第２領域による導電領域の制限は、これを用いる磁気ヘッドのトラック対応幅の狭小化に有効である。少なくとも一方の磁性層を酸化等して第２領域を形成すると、絶縁層にトンネル電流を供給する領域が制限される。このため、素子として機能する部分、即ち媒体からの磁気を感知する領域が実質的に制限される。
【００１４】
ＴＭＲ素子における非磁性層の膜厚は、トンネル電流を流すために、０．４ｎｍ〜２ｎｍ、特に０．４ｎｍ〜１ｎｍが好適である。
【００１５】
本発明のＭＲ素子は、第１磁性層および第２磁性層から選ばれる少なくとも１層に磁気的に結合する磁化回転制御層をさらに含んでいてもよい。磁化回転制御層は、この層が磁気的に結合する磁性層の磁化回転を容易または困難にする層であれば特に制限はないが、例えば反強磁性層を用いることができる。
【００１６】
磁化回転制御層等を用いることにより、本発明の素子を、いわゆるスピンバルブ型のＭＲ素子としてもよい。この素子では、例えば、反強磁性層との交換バイアス磁界により一方の磁性層（固定磁性層）の磁化回転を固定しながら、他方の磁性層（自由磁性層）の磁化を外部磁界により回転させて抵抗の変化を検出する。
【００１７】
第２領域は、例えば、層の側面に、酸素および／または窒素を導入することにより形成できる。この工程は、層を１００℃以上に加熱した状態で、酸素原子および窒素原子から選ばれる少なくとも１種を含有する気体を、上記層の側面に導入して行うとよい。また、酸素イオンおよび窒素イオンから選ばれる少なくとも１種を層の側面に注入して実施してもよい。イオン注入の方法自体に制限はなく、公知の方法を適用すれば足りる。
【００１８】
酸化等の工程では、電極、特に非磁性層よりも前に形成した電極の酸化等が問題になることがある。この場合は、予め形成した電極の少なくとも一部を覆う保護膜を、好ましくは酸化等すべき側面を覆わない程度に形成してから、上記酸化等を行えばよい。
【００１９】
酸化等の工程は、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子については、少なくとも非磁性層の側面に対して行うとよい。一方、ＴＭＲ素子では、第１磁性層および／または第２磁性層に対して行われる。いずれの素子においても、素子の動作に支障を来さない限り、酸化、窒化または酸窒化する層に制限はなく、第１および第２磁性層、非磁性層のすべての層を酸化等しても構わない。なお、酸化、窒化または酸窒化のいずれを適用してもよいが、高い抵抗値を得るためには酸化が好適である。
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明を適用したＭＲ素子の一例について説明する。図１に示したＭＲ素子１００では、基板１上に、下部電極２、ＭＲ素子部１０、上部電極３，４がこの順に積層されている。また、両電極間には絶縁膜５が介在している。ＭＲ素子部１０の周縁部は酸化され、酸化領域（酸化膜）２０となっている。図示したように、電極としての機能が維持される限り、電極２，３の一部２ａ，３ａにまで酸化領域が広がっていても構わない。
【００２１】
図２に拡大して示すように、このＭＲ素子部１０は、基板側から、自由磁性層６、非磁性層７、固定磁性層８、反強磁性層９がこの順に積層されている。これら各層は、側面から酸化を受けているため、各層の膜面に垂直に流れる電流は、酸化領域２０ではなく、実質的には中央の非酸化領域３０を通過する。なお、ＴＭＲ素子では、磁性層が元来絶縁層であるが、磁性層６，８が酸化されているため、トンネル電流はやはり非酸化領域３０を通過することになる。
【００２２】
このＭＲ素子は、図３に示した多層膜の側面を酸化して形成することができる。酸化により、素子として動作する部分の面積は、面積Ｓ_１から面積Ｓ_２にまで低下している。素子として動作する領域は、厳密には、非磁性層と磁性層との界面において定められる。上記のように、本発明の好ましい形態では、予めリソグラフィー技術により、非磁性層の面積Ｓ_１を０．０１μｍ^２以下に制限し、さらに酸化等によってこの面積をＳ_２にまで低下させる。面積Ｓ_１に対する面積（Ｓ_１−Ｓ_２）の好ましい比率（（Ｓ_１−Ｓ_２）／Ｓ_１）は、０．１以上、特に０．４以上である。
【００２３】
以下、各層の材料等を例示する。自由磁性層６には、良好な軟磁気特性を得るために、Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｃｏ−ＦｅまたはＣｏ−Ｆｅ合金が適している。Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅの組成（原子組成比；以下同様）は、Ｎｉ_ｘＣｏ_ｙＦｅ_ｚにより表示して、０．６≦ｘ≦０．９、０≦ｙ≦０．４、０≦ｚ≦０．３のＮｉリッチの組成、または０≦ｘ≦０．４、０．２≦ｙ≦０．９５、０≦ｚ≦０．５のＣｏリッチの組成が適している。これらの組成からなる膜は、磁気センサーやＭＲヘッド用として要求される低磁歪特性（磁歪定数：１×１０^−５以下）を有する。自由磁性層には、Ｃｏ−Ｍｎ−Ｂ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ、Ｃｏ−Ｎｂ−Ｚｒ、Ｃｏ−Ｎｂ−Ｂ等の組成を有するアモルファス膜を用いてもよい。
【００２４】
自由磁性層６の膜厚は、１ｎｍ〜１０ｎｍとするとよい。膜厚が厚すぎるとＭＲに寄与しない抵抗が増加するためにＭＲ比が低下するが、薄すぎると軟磁気特性が劣化する。
【００２５】
ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の非磁性層７には、非磁性金属材料が用いられる。ＴＭＲ素子の非磁性層７には、絶縁材料が用いられる。好ましい材料および膜厚は、それぞれ上記に例示したとおりである。
【００２６】
固定磁性層８の材料としては、自由磁性層の材料にもよるが、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｏ−Ｆｅ合金（特にＣｏ_１−ｘＦｅ_ｘにより表示して０＜ｘ≦０．５）、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ合金が適している。大きなＭＲ比を得るためである。非磁性層としてＣｒを用いる場合には、Ｆｅが好ましい。この場合は、自由磁性層にもＦｅを用いるとよい。Ｃｏ_１−ｘＦｅ_ｘ合金は、非磁性膜としてＣｕを併用すると、スピンに依存した散乱が大きくなり、大きなＭＲ比が得られる。
【００２７】
固定磁性層８の膜厚は、薄すぎるとＭＲ比が低下し、厚すぎると交換バイアス磁界が低下するため、１ｎｍ〜１０ｎｍとするとよい。
【００２８】
反強磁性層９の材料としては、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｉｒ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ａｌ、Ｃｒ−Ｍｎ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｒｈ、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｒｈ−Ｍｎ、Ｍｎ−ＲｕおよびＣｒ−Ａｌから選ばれる少なくとも１種が好適である。耐食性や熱安定性の観点からは、Ｍｎ系反強磁性体、具体的にはＮｉ−Ｍｎ、Ｉｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、特にＰｔ−Ｍｎが優れている。Ｐｔ_ｚＭｎ_１−ｚの組成としては、０．４５≦ｚ≦０．５５の範囲がよい。反強磁性層の膜厚は、バイアス効果を大きくするために、５ｎｍ以上、特に１０ｎｍ以上が好ましい。
【００２９】
非磁性層としてＣｕを用いる場合には、強磁性膜（自由層６、固定層８）と非磁性層７との間の界面に、界面磁性層として、ＣｏまたはＣｏ−Ｆｅ合金を挿入することが好ましい。ＭＲ比がより大きくなるからである。界面磁性層の膜厚は、厚すぎるとＭＲ比の磁界感度が低下するため、２ｎｍ以下、特に１ｎｍ以下とするとよく、薄すぎるとＭＲ比が向上しないため、０．４ｎｍ以上とよい。
【００３０】
固定磁性層８（ピン層）に与えるバイアス磁界を大きくする、換言すると固定層の磁化方向をより安定にするために、固定磁性層として、強磁性層／非磁性層／強磁性層の三層からなる間接交換結合膜を用いてもよい。間接交換結合膜では、強磁性層および非磁性層に適当な材料と膜厚とを選択すると、強磁性層間に大きな反強磁性的な結合が生じ、固定磁性層の磁化がより安定化する。
【００３１】
間接交換結合膜を構成する強磁性層の適当な材料は、Ｃｏ、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ合金等であり、Ｃｏ、Ｃｏ−Ｆｅ合金が優れている。中間の非磁性層の材料としてはＲｕ、Ｉｒ、Ｒｈ等が適当であり、Ｒｕが優れている。強磁性層の膜厚は１ｎｍ〜４ｎｍが好ましい。非磁性層の膜厚は、０．３ｎｍ〜１．２ｎｍ、特に０．４ｎｍ〜０．９ｎｍが適当である。
【００３２】
下部電極２、上部電極３，４としては、種々の非磁性金属材料、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｃｒ等を用いればよい。
【００３３】
ＭＲ素子部１０の構成は、図２、図３の例示に制限されない。例えば、非磁性層と磁性層とをさらに交互に重ねてもよい。この場合は、少なくとも一組の磁性層／非磁性層／磁性層が上記で説明した構成であればよい。
【００３４】
次に、本発明のＭＲ素子の製造方法の一例を図面を参照して説明する。
まず、図４に示すように、基板１上に、下部電極２、ＭＲ素子部１０、上部電極３を順次積層する。次いで、図５に示すように、フォトレジスト４１を塗布して露光し、イオンミリングして下部電極２を所定の形状とする。さらに、図６に示すように、再度フォトレジスト４２を塗布して露光し、イオンミリングしてＭＲ素子部１０中の非磁性層の面積が１μｍ^２以下となるように成形する。なお、このイオンミリングは下部電極２の一部がミリングされるまで行うとよい。
【００３５】
引き続き、図７に示すように、保護膜として、絶縁膜４５を蒸着等により形成した後、酸素イオン４３を注入する。素子１０の側面が酸化されるように、酸素イオンは、膜面に対して斜め方向から行うとよい。必要に応じて、さらに真空中で加熱しながら酸素ガスを素子側面に導入してもよい。イオン注入により素子の側面はアモルファス化しているため、この側面に酸素を導入すると、酸化膜２０が容易に形成される。
【００３６】
酸化膜２０の形成方法は、イオン注入に限らず、１００℃以上に加熱した素子の側面に酸素ガスを導入することにより行ってもよい。また、本発明の目的が達成される限り、プラズマ酸化法、自然酸化法を用いても構わない。酸化膜に代えて窒化膜または酸窒化膜を形成してもよい。
【００３７】
酸化の後、図８に示すように、蒸着等によりさらに絶縁膜５を形成する。図示したように、先に形成した保護用絶縁膜４５を絶縁膜５の一部としてもよい。図９に示したように、余分な絶縁膜５をリフトオフしてから、追加の上部電極４を蒸着等により形成する。こうして、ＭＲ素子１００が完成する。なお、上記各層の成膜は、従来から用いられてきた方法を用いればよく、例えば、ＭＲ素子部１０の各層は、各種のスパッタリング法、蒸着法等を用いて成膜すればよい。
【００３８】
図１０に、上記ＭＲ素子１００を用いたＭＲヘッドの一例を示す。図１２に示したように、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子を用いたＭＲヘッド２２０では、電極１９ａ，１９ｂ間を、ＭＲ素子１２０の膜面に平行方向に電流が流れるが、図１０のＭＲヘッド２００では、ＭＲ素子１００の膜面に垂直方向に電流が流れる。図１１に示すように、素子の膜面に垂直に電流を流すＭＲヘッド２１０自体は、従来から知られていたが、図１０のＭＲヘッドは、ヘッドのトラック対応幅Ｗ_１が従来のトラック対応幅Ｗ_２よりも狭小化している。トラック対応幅Ｗ_１は、０．１μｍ以下、特に０．０１〜０．１μｍが好ましい。
【００３９】
図１２のＭＲヘッド２２０では、磁気シールド１３，１６との間の絶縁を確保するための絶縁領域１７（通常、絶縁膜が用いられる）が必要となる。これに対し、図１０の磁気ヘッドでは、上部磁気シールド１３および下部磁気シールド１６を電極として用いれば、電極２，３を省くことも可能である。このように、信号磁界以外の余分な磁界のＭＲ素子への流入を抑制する磁気シールドを電極として利用すれば、記録の高密度化に伴う挟ギャップ化にも対応しやすい。
【００４０】
これらの磁気ヘッドでは、再生ヘッドに接して、磁気シールドの一つを再生ヘッドと共有する記録ヘッドが配置されている。記録ヘッドは、記録磁極（上部シールド）１２、共通シールド１３、両シールドの間に介在する絶縁膜１４、および巻き線１１から構成されている。
【００４１】
上部、共通、下部の各磁気シールド１２，１３，１６には、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ、Ｃｏ−Ｎｂ−Ｚｒ合金等の軟磁性膜を用いればよい。絶縁膜１４，１５には、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＳｉＯ_２等が適している。
【００４２】
なお、バルクハウゼンノイズの発生を抑制するために、磁気抵抗効果素子１０の両側にＣｏ−Ｐｔ等からなる強磁性バイアス層（図示せず）を設けてもよい。
【００４３】
図１３、図１４は、それぞれ、上記ＭＲヘッド２００を用いたハードディスク装置３００の平面図および側面図である。このハードディスク装置３００は、ＭＲヘッド（図示せず）を有するスライダ１２０と、スライダを支持するヘッド支持機構１３０と、ヘッド支持機構１３０を介してＭＲヘッドをトラッキングするアクチュエータ１１４と、ヘッドにより情報を記録／再生するための磁気ディスク１１６を回転駆動するディスク駆動モータ１１２とを備えている。ヘッド支持機構１３０には、アーム１２２とサスペンジョン１２４とが備えられている。
【００４４】
ディスク駆動モータ１１２は、ディスク１１６を所定速度で回転させる。アクチュエータ１１４は、ＭＲヘッドがディスクの所定のデータトラックにアクセスできるように、このヘッドを保持するスライダ１２０をディスク１１６の半径方向に移動させる。アクチュエータ１１４は、例えば直線式または回転式のボイスコイルモータである。スライダ１２０は、例えば空気ベアリングスライダである。この場合、スライダ１２０は、ハードディスク装置３００の起動／停止動作時にはディスク１１６の表面と接触する。一方、情報の記録再生動作時には、スライダ１２０は、回転するディスク１１６とスライダ１２０との間に形成される空気ベアリングによりディスクの表面から浮上した状態となる。この状態で、ＭＲヘッド２００により、磁気ディスク１１６に情報が記録および／または再生される。
【００４５】
【実施例】
（実施例１）
多元スパッタリング装置を用いてＭＲ素子部を形成した。ＭＲ素子部は、自由層の両側に非磁性層を介して固定層を配置したいわゆるデュアルスピンバルブ構造とした。この素子の積層構成を、基板、電極とともに以下に示す。
【００４６】
基板／Ａｕ（５００）／Ｐｔ_０．５Ｍｎ_０．５（３０）／ＣｏＦｅ（３）／Ｒｕ（０．７）／ＣｏＦｅ（３）／Ｃｕ（３）／ＣｏＦｅ（２）／ＮｉＦｅ（５）／ＣｏＦｅ（２）／Ｃｕ（３）／ＣｏＦｅ（３）／Ｒｕ（０．７）／ＣｏＦｅ（３）／Ｐｔ_０．５Ｍｎ_０．５（３０）／Ａｕ（５００）
ただし、カッコ内の数値は、膜厚である（単位：ｎｍ；以下、同様）。
【００４７】
Ｃｕは非磁性層であり、ＰｔＭｎは反強磁性層であり、Ａｕは電極である。なお、基板としては、表面を熱酸化したＳｉを用いた。
【００４８】
こうして得たＣＰＰ−ＧＭＲ素子部を、図４〜図９を参照して上記で説明した方法により、ＭＲ素子へと加工した。フォトレジストを用いたパターニングの大きさは１００ｎｍ×１００ｎｍとした。なお、絶縁膜（図７，８における符合５、４５）にはＳｉＯ_２膜を用いた。酸化膜２０は、３０ｋｅＶの酸素イオンを膜面に対して約４５度傾いた方向から打ち込んで形成した。酸素イオンの注入量は１×１０^１５ｉｏｎｓ／ｃｍ^２とした。イオン注入により十分に酸化できない場合は、さらに真空中２００〜３００℃に加熱した状態で酸素ガスを導入してもよい。こうして、素子の片側の側面から酸化を行ったところ、非磁性層には、側面から４５ｎｍの深さまでＣｕの酸化膜が形成された。図示したように、酸化は、両面から行っても構わない。
【００４９】
こうして得たＭＲ素子（素子Ａ）とともに、側面酸化工程を省いた以外は上記と同様にしてＭＲ素子（素子Ｂ）を作製した。両素子の磁気抵抗特性を、室温で５００Ｏｅ（約３９．８ｋＡ／ｍ）の磁界を印加し、４端子法を用いて評価した。側面を酸化した素子Ａでは、抵抗が３Ω、抵抗変化が０．９Ω、ＭＲ比が３０％であったのに対し、従来型の素子Ｂでは、抵抗が１．５Ω、抵抗変化が０．４５Ω、ＭＲ比が３０％であった。側面を酸化することにより、抵抗変化量が２倍になることが確認された。
【００５０】
さらに、上記と同様にして、図１０、図１１に示したようなＭＲヘッド２００，２１０を作製した。磁気シールドにはＮｉ_０．８Ｆｅ_０．２合金を、絶縁膜にはＡｌ_２Ｏ_３をそれぞれ用いた。電極は磁気シールドで代用した。また、各層を形成するための基板としてＡｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣ基板を用いた。こうして得た両ヘッドに、センス電流として直流電流を流し、約４ｋＡ／ｍの交流信号磁界を印加して両ヘッドの出力を評価した。図１０に対応するＭＲヘッドの出力は、図１１に対応するＭＲヘッド出力の約２倍となった。
【００５１】
（実施例２）
多元スパッタリング装置を用いてＭＲ素子部を形成した。この素子の積層構成を、基板、電極とともに以下に示す。
【００５２】
基板／Ａｕ（５００）／Ｐｔ_０．５Ｍｎ_０．５（３０）／ＣｏＦｅ（３）／Ｒｕ（０．７）／ＣｏＦｅ（３）／Ａｌ_２Ｏ_３（０．８）／ＣｏＦｅ（２）／ＮｉＦｅ（５）／Ａｕ（５００）
【００５３】
なお、非磁性層Ａｌ_２Ｏ_３膜は、成膜したＡｌを自然酸化法で酸化して形成した。こうして得たＴＭＲ素子部を、実施例１と同様にしてＭＲ素子へと加工し、側面を酸化したＭＲ素子（素子Ｃ）とともに、側面酸化工程を省いて作製したＭＲ素子（素子Ｄ）を得た。
【００５４】
両素子を透過電子顕微鏡を用いて観察したところ、素子Ｃでは、非磁性層を挟持する両磁性層が、側面から酸化されていた。非酸化領域の幅は約５０ｎｍであった。一方、素子Ｄでは、酸化領域が観察されず、素子として機能する領域の幅は約１００ｎｍのままであった。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、膜面に垂直に電流が流れるＭＲ素子において、電気抵抗を実用的な範囲にまで上昇させたり、リソグラフィー的な手法では困難な程度にまでトラック対応幅を狭小化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＭＲ素子の一例を示す断面図である。
【図２】図１の素子のＭＲ素子部の拡大図である。
【図３】図２の素子部を形成するための多層膜の例を示す断面図である。
【図４】本発明の製造方法の一例における一工程（各層の積層工程）を説明するための断面図である。
【図５】図４の積層体を加工する工程を説明するための断面図である。
【図６】図５の積層体をさらに加工する工程を説明するための断面図である。
【図７】図６の積層体を部分的に酸化する工程を説明するための断面図である。
【図８】図７の積層体にさらに絶縁膜を形成する工程を説明するための断面図である。
【図９】図８の積層体にさらに追加の上部電極を形成する工程を説明するための断面図である。
【図１０】本発明のＭＲヘッドの一例を示す部分斜視図である。
【図１１】従来のＭＲヘッドの部分斜視図である。
【図１２】ＣＩＰ−ＧＭＲ素子を用いた従来のＭＲヘッドの部分斜視図である。
【図１３】本発明の磁気記録再生装置の一例を示す平面図である。
【図１４】図１３の磁気記録再生装置の断面図である。
【符号の説明】
１基板
２下部電極
３，４上部電極
５絶縁膜
６自由磁性層
７非磁性層
８固定磁性層
９反強磁性層
１０ＭＲ素子部
２０酸化領域
３０非酸化領域

Claims

非磁性層と、前記非磁性層を挟持する第１磁性層および第２磁性層とを含み、前記第１磁性層の磁化方向と前記第２磁性層の磁化方向との相対角度の変化に基づく電気抵抗の変化をセンシングするための電流を、前記各層の膜面に垂直な方向に流す磁気抵抗効果素子であって、
前記非磁性層の面積は、１μｍ²以下であり、
前記第１または第２の磁性層の側面に、前記磁性層の構成材料の酸化膜、窒化膜または酸窒化膜を有している磁気抵抗効果素子。
前記酸化膜、窒化膜または酸窒化膜の面積が、前記磁性層と前記酸化膜、窒化膜または酸窒化膜と前記磁性層の面積の和の１０％以上を占める請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
非磁性層の面積が、０．１μｍ²以下である請求項１または２に記載の磁気抵抗効果素子。
非磁性層が絶縁層である請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
非磁性層が、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、酸化マグネシウムおよびチタン酸ストロンチウムから選ばれる少なくとも１種を主成分とする請求項１または４に記載の磁気抵抗効果素子。
非磁性層の膜厚が、０．４ｎｍ以上２ｎｍ以下である請求項１または５に記載の磁気抵抗効果素子。
第１磁性層および第２磁性層から選ばれる少なくとも１層に磁気的に結合する磁化回転制御層をさらに含む請求項１〜６のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。
磁化回転制御層が、反強磁性層である請求項７に記載の磁気抵抗効果素子。
非磁性層と、前記非磁性層を挟持する第１磁性層および第２磁性層とを含み、前記第１磁性層の磁化方向と前記第２磁性層の磁化方向との相対角度の変化に基づく電気抵抗の変化をセンシングするための電流を、前記各層の膜面に垂直に流す磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
前記非磁性層の面積が１μｍ²以下となるように、前記第１磁性層、前記非磁性層および前記第２磁性層を形成する工程と、
前記第１磁性層、前記非磁性層および前記第２磁性層から選ばれる少なくとも１層の側面から、前記少なくとも１層の一部を酸化、窒化または酸窒化する工程とを含むことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
層を１００℃以上に加熱した状態で、酸素原子および窒素原子から選ばれる少なくとも１種を含有する気体を層の側面に導入することにより、酸化、窒化または酸窒化する請求項９に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
酸素イオンおよび窒素イオンから選ばれる少なくとも１種を層の側面に注入することにより、酸化、窒化または酸窒化する請求項９に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
電流を流すための電極を形成する工程と、前記電極の少なくとも一部を覆う保護膜を形成する工程とをさらに含み、前記保護膜を形成した後に、層の一部を酸化、窒化または酸窒化する請求項９〜１１のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
非磁性層として、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｒｕ、ＲｈおよびＣｒから選ばれる少なくとも１種を主成分とする層を形成する請求項９〜１２のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
少なくとも非磁性層の側面を、酸化、窒化または酸窒化する請求項１３に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
非磁性層として、絶縁層を形成する請求項９〜１４のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
少なくとも第１磁性層または第２磁性層の側面を、酸化、窒化または酸窒化する請求項１５に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法。
請求項１〜８のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子を挟むように配置された一対の磁気シールドとを有することを特徴とする磁気抵抗効果型ヘッド。
トラック対応幅が０．１μｍ以下である請求項１７に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。
請求項１７または１８に記載の磁気抵抗効果型ヘッドと、前記ヘッドにより情報を記録再生するための磁気記録媒体とを有することを特徴とする磁気記録再生装置。