JP2007189039A - トンネル型磁気検出素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 絶縁障壁層とホイスラー合金層との結晶配向性を調整することで、高い磁気抵抗変化率を得ることが可能なトンネル型磁気検出素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 ホイスラー合金層４ｃ２は膜面に平行な方向に代表的に｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向し、前記ホイスラー合金層４ｃ２上の絶縁障壁層５はＭｇＯで形成され、前記絶縁障壁層５は膜面と平行な方向に代表的に｛１００｝面あるいは｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向している。これにより、ホイスラー合金層４ｃ２と絶縁障壁層５との格子整合性を向上させることができ、よってホイスラー合金層４ｃ２／絶縁障壁層５の界面でのスピン分極率の向上、及び前記界面での元素拡散を抑制でき、従来に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が高いトンネル型磁気検出素子を得ることが出来る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばハードディスク装置に搭載されたり、あるいはＭＲＡＭ（磁気抵抗メモリ）として用いられるトンネル型磁気検出素子に係り、特に、高い磁気抵抗変化率を得ることが可能なトンネル型磁気検出素子及びその製造方法に関する。

下記特許文献１にはトンネル型磁気検出素子の発明が開示されている。この特許文献１には、絶縁障壁層（特許文献１には「非磁性スペーサ」と記載されている）にはＡｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、ＨｆＯ_２、ＳｒＴｉＯ_３等の酸化絶縁物が用いられていることが記載されている（特許文献１の［０１９２］欄）。

また第１の磁性層及び第２の磁性層の少なくともいずれかは、ｂｃｃ型の結晶構造を有する材料からなり、その膜面が（１１０）面に略平行な方向に配向している点が記載されている（特許文献１の請求項１５等）。

前記第１の磁性層や第２の磁性層にはハーフメタルであるホイスラー合金が用いられる。特許文献１の［００１５］欄にも記載されているように、前記ハーフメタルを用いることで、理論上、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を無限大に出来るはずである。
特開２００４−００６５８９号公報

しかし、実際には高くて数十％の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）しか得られなかった。このように従来では、ホイスラー合金が有するハーフメタル特性を十分に引き出すことが出来なかった。

その要因としては、ホイスラー合金層と絶縁障壁層との界面で格子整合が十分でなく（ミスフィット率が高い）、前記界面付近においてスピン分極率が低下していると考えられること、またＡｌ_２Ｏ_３等で形成された絶縁障壁層は大部分非晶質であり、前記絶縁障壁層と前記ホイスラー合金層との界面で元素拡散が生じ、前記絶縁障壁層やホイスラー合金層の膜質が劣化している等が挙げられる。

そして特許文献１には、特にホイスラー合金層と絶縁障壁層との界面で格子整合性を高めるための具体的手段は開示されていない。

そこで本発明は上記従来の課題を解決するものであり、特に、絶縁障壁層とホイスラー合金層との結晶配向性を調整することで、高い磁気抵抗変化率を得ることが可能なトンネル型磁気検出素子及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明におけるトンネル型磁気検出素子は、
下から第１強磁性層、絶縁障壁層、第２強磁性層の順に積層され、一方の前記強磁性層は、磁化が固定される固定磁性層で、他方の前記強磁性層は、磁化が外部磁界により変動するフリー磁性層であり、
前記第１強磁性層、あるいは、前記第２強磁性層、又は前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層は前記絶縁障壁層に接して形成されるホイスラー合金層を有し、前記ホイスラー合金層は膜面に平行な方向に代表的に｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向し、
前記絶縁障壁層はＭｇＯで形成され、前記絶縁障壁層は、膜面と平行な方向に代表的に｛１００｝面として表される等価な結晶面、あるいは、膜面と平行な方向に代表的に｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向していることを特徴とするものである。

これにより、前記ホイスラー合金層と前記絶縁障壁層との格子整合性は向上し、ホイスラー合金層／絶縁障壁層界面でのスピン分極率の向上、及び界面での元素拡散を抑制でき、その結果、従来に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることが出来る。

本発明では、前記絶縁障壁層は膜面と平行な方向に代表的に｛１００｝面として表される等価な結晶面が優先配向していることが好ましい。これにより、前記ホイスラー合金層と前記絶縁障壁層との格子整合性はより効果的に向上させることができ、より高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能である。

また本発明では、前記第１強磁性層が前記固定磁性層であり、前記第２強磁性層が前記フリー磁性層であり、少なくとも前記第１強磁性層は前記ホイスラー合金層を有することが好ましい。これによりＭｇＯから成る前記絶縁障壁層の結晶配向性を適切に向上させることが可能である。

また本発明では、前記ホイスラー合金層は、Ｘ_２ＹＺ又はＸＹＺで表されるホイスラー型結晶構造を有する金属化合物によって形成されることが好ましい。

ただし前記ＸはＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素である。

特に、前記ホイスラー合金層は、組成式がＸ_２ＹＺで表される金属化合物によって形成されることが好ましい。これにより、高いスピン分極率を得ることが出来る。

本発明は、下から第１強磁性層、絶縁障壁層、第２強磁性層の順に積層され、一方の前記強磁性層は、磁化が固定される固定磁性層で、他方の前記強磁性層は、磁化が外部磁界により変動するフリー磁性層であるトンネル型磁気検出素子の製造方法において、
（ａ） 前記第１強磁性層の少なくとも表面層として、膜面に平行な方向に代表的に｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向するホイスラー合金層を形成する工程、
（ｂ） 前記ホイスラー合金層上にＭｇＯターゲットを用いてＭｇＯから成る絶縁障壁層をスパッタ形成する工程、
を有することを特徴とするものである。

上記の製造方法により、ＭｇＯから成る絶縁障壁層において、膜面と平行な方向に、代表的に｛１００｝面として代表される等価な結晶面を優先配向させることが出来る。これにより前記第１強磁性層と前記絶縁障壁層との界面での格子整合性を向上させることが出来、従来より高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来るトンネル型磁気検出素子を適切且つ簡単に製造することが可能になる。

また本発明は、下から第１強磁性層、絶縁障壁層、第２強磁性層の順に積層され、一方の前記強磁性層は、磁化が固定される固定磁性層で、他方の前記強磁性層は、磁化が外部磁界により変動するフリー磁性層であるトンネル型磁気検出素子の製造方法において、
（ｃ） 前記第１強磁性層上にＭｇＯターゲットを用いてＭｇＯから成る絶縁障壁層をスパッタ形成する工程、
（ｄ） 前記絶縁障壁層上に前記第２強磁性層の少なくとも一部として、膜面に平行な方向に代表的に｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向するホイスラー合金層を形成する工程、
を有することを特徴とするものである。

上記の製造方法により、ＭｇＯから成る絶縁障壁層において、膜面と平行な方向に、代表的に｛１００｝面として代表される等価な結晶面を優先配向させることが出来る。これにより前記第２強磁性層と前記絶縁障壁層との界面での格子整合性を向上させることが出来、従来より高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来るトンネル型磁気検出素子を適切且つ簡単に製造することが可能になる。

また本発明では、前記（ｃ）工程よりも前に、
（ｅ） 前記第１強磁性層の少なくとも表面層として、膜面に平行な方向に代表的に｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向するホイスラー合金層を形成する工程、を含むことが好ましい。

これにより、前記第１強磁性層と前記絶縁障壁層との界面での格子整合性を向上させることが出来る。上記発明では、前記第１強磁性層と前記絶縁障壁層との界面、及び前記第２強磁性層と前記絶縁障壁層との界面の双方での格子整合性を向上させることが可能になり、よって従来より、さらに高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来るトンネル型磁気検出素子を適切且つ簡単に製造することが可能になる。

また本発明では、前記（ｂ）工程、あるいは前記（ｃ）工程に代えて、Ｍｇターゲットを用いてＭｇ層を形成した後、前記Ｍｇ層を酸化してＭｇＯから成る絶縁障壁層を形成してもよい。

これにより、ＭｇＯから成る絶縁障壁層において、膜面と平行な方向に、代表的に｛１１０｝面として代表される等価な結晶面を優先配向させることが出来る。これにより前記第１強磁性層と前記絶縁障壁層との界面、あるいは、前記第２強磁性層と前記絶縁障壁層との界面、又は、前記第１強磁性層と前記絶縁障壁層との界面及び前記第２強磁性層と前記絶縁障壁層との界面での格子整合性を向上させることが出来、従来より高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来るトンネル型磁気検出素子を適切且つ簡単に製造することが可能になる。

また本発明では、前記Ｍｇ層の形成後、前記Ｍｇ層を酸化する一連の工程を、複数回行うことが好ましい。これにより未酸化のＭｇを残すことなく、前記絶縁障壁層の全体をＭｇＯで適切に形成することができる。

また本発明では、前記ホイスラー合金層を、Ｘ_２ＹＺ又はＸＹＺで表されるホイスラー型結晶構造を有する金属化合物によって形成することが好ましい。

ただし前記ＸはＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素である。

また前記ホイスラー合金層を、組成式がＸ_２ＹＺで表される金属化合物によって形成することがより好ましい。

これにより、前記ホイスラー合金層のスピン分極率を高めることができ、従来より高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来るトンネル型磁気検出素子を適切且つ簡単に製造することが可能になる。

本発明では、ホイスラー合金層と絶縁障壁層との格子整合性を向上させることができ、よってホイスラー合金層／絶縁障壁層の界面でのスピン分極率の向上、及び前記界面での元素拡散を抑制でき、その結果、従来に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が高いトンネル型磁気検出素子を得ることが出来る。

図１は本実施形態のトンネル型磁気抵抗効果素子を備えた再生ヘッドを記録媒体との対向面と平行な方向から切断した断面図である。

トンネル型磁気抵抗効果素子は、例えばハードディスク装置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するものである。なお、図中においてＸ方向は、トラック幅方向、Ｙ方向は、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向（ハイト方向）、Ｚ方向は、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向及び前記トンネル型磁気抵抗効果素子の各層の積層方向、である。

図１の最も下に形成されているのは、例えばＮｉＦｅ合金で形成された下部シールド層２１である。前記下部シールド層２１上に前記積層体Ｔ１が形成されている。なお前記トンネル型磁気抵抗効果素子は、前記積層体Ｔ１と、前記積層体Ｔ１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側に形成された下側絶縁層２２、ハードバイアス層２３、上側絶縁層２４とで構成される。

前記積層体Ｔ１の最下層は、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２種以上の元素などの非磁性材料で形成された下地層１である。この下地層１の上に、シード層２が設けられる。前記シード層２は、ＮｉＦｅＣｒまたはＣｒによって形成される。前記シード層２をＮｉＦｅＣｒによって形成すると、前記シード層２は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものになる。また、前記シード層２をＣｒによって形成すると、前記シード層２は、体心立方（ｂｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１０}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものになる。なお、前記下地層１は形成されなくともよい。

前記シード層２の上に形成された反強磁性層３は、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料、又は、元素Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成される。例えば前記反強磁性的交換結合磁界強磁性層３は、ＩｒＭｎやＰｔＭｎで形成される。

前記反強磁性層３上には固定磁性層（第１の強磁性層）４が形成されている。 前記固定磁性層４は、下から第１固定磁性層４ａ、非磁性中間層４ｂ、第２固定磁性層４ｃの順で積層された積層フェリ構造である。前記反強磁性層３との界面での交換結合磁界及び非磁性中間層４ｂを介した反強磁性的交換結合磁界（ＲＫＫＹ的相互作用）により前記第１固定磁性層４ａと第２固定磁性層４ｃの磁化方向は互いに反平行状態にされる。これは、いわゆる積層フェリ構造と呼ばれ、この構成により前記固定磁性層４の磁化を安定した状態にでき、また前記固定磁性層４と反強磁性層３との界面で発生する交換結合磁界を見かけ上大きくすることができる。

前記第１固定磁性層４ａは、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅＮｉなどの強磁性材料で形成されている。また非磁性中間層４ｂは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどの非磁性導電材料で形成される。

前記第２固定磁性層４ｃは、強磁性層４ｃ１と、ホイスラー合金層４ｃ２との積層構造で形成される。前記強磁性層４ｃ１は、前記第１固定磁性層４ａと同様に、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅＮｉなどの強磁性材料で形成される。

ホイスラー合金とは、ホイスラー型結晶構造を有する金属化合物の総称であり、組成によって強磁性を示す。ホイスラー合金は、スピン分極率が大きい金属であり、伝導電子のほとんどが、アップスピン電子またはダウン電子のいずれか一方のみからなるハーフメタルである。

前記ホイスラー合金層４ｃ２は、Ｘ_２ＹＺ又はＸＹＺで表されるホイスラー型結晶構造を有する金属化合物によって形成されることが好ましい。ただし前記ＸはＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素である。

前記ホイスラー合金層４ｃ２がＸＹＺで表されるホイスラー型結晶構造を有する金属化合物によって形成されるとき、例えば前記ホイスラー合金層４ｃ２は、ＮｉＭｎＳｂ、ＣｏＭｎＳｂ、ＰｄＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｂ等で形成される。また、前記ホイスラー合金層４ｃ２が、Ｘ_２ＹＺで表されるホイスラー型結晶構造を有する金属化合物によって形成されるとき、例えば前記ホイスラー合金層４ｃ２は、Ｃｏ_２ＦｅＡｌ、Ｃｏ_２ＦｅＳｉ，Ｃｏ_２ＦｅＧａ、Ｃｏ_２ＦｅＧｅ、Ｃｏ_２ＭｎＡｌ、Ｃｏ_２ＭｎＳｉ、Ｃｏ_２ＭｎＧａ、Ｃｏ_２ＭｎＧｅ、Ｃｏ_２ＭｎＳｎで形成される。

好ましくは、前記ホイスラー合金層４ｃ２は、組成式がＸ_２ＹＺで表される金属化合物によって形成されることである。

元素ＸにはＣｏが選択されることが好ましい。元素ＹにはＭｎあるいはＦｅが選択されることが好ましい。一例を示すと前記ホイスラー合金層４ｃ２は、Ｃｏ_２ＦｅＡｌ、Ｃｏ_２ＭｎＧｅ、Ｃｏ_２ＭｎＳｉ等である。

前記固定磁性層４上に形成された絶縁障壁層５は、ＭｇＯで形成される。
前記絶縁障壁層５上には、フリー磁性層（第２の強磁性層）６が形成されている。前記フリー磁性層６は、ＮｉＦｅ合金等の磁性材料で形成される軟磁性層６ｂと、前記軟磁性層６ｂと前記絶縁障壁層５との間に例えばＣｏＦｅ合金からなるエンハンス層６ａとで構成される。前記軟磁性層６ｂは、軟磁気特性に優れた磁性材料で形成されることが好ましく、前記エンハンス層６ａは、前記軟磁性層６ａよりもスピン分極率の大きい磁性材料で形成されることが好ましい。ＣｏＦｅ合金等のスピン分極率の大きい磁性材料で前記エンハンス層６ａを形成することで、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができる。

なお前記フリー磁性層６は、複数の磁性層が非磁性中間層を介して積層された積層フェリ構造であってもよい。また前記フリー磁性層６のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の幅寸法でトラック幅Ｔｗが決められる。

前記フリー磁性層６上にはＴａ等の非磁性導電材料で形成された保護層７が形成されている。

図１に示すように、前記積層体Ｔ１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側端面１１，１１は、下側から上側に向けて徐々に前記トラック幅方向の幅寸法が小さくなるように傾斜面で形成されている。

図１に示すように、前記積層体Ｔ１の両側に広がる下部シールド層２１上から前記積層体Ｔ１の両側端面１１上にかけて下側絶縁層２２が形成され、前記下側絶縁層２２上にハードバイアス層２３が形成され、さらに前記ハードバイアス層２３上に上側絶縁層２４が形成されている。

前記下側絶縁層２２と前記ハードバイアス層２３間にバイアス下地層（図示しない）が形成されていてもよい。前記バイアス下地層は例えばＣｒ、Ｗ、Ｔｉで形成される。

前記絶縁層２２，２４はＡｌ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２等の絶縁材料で形成されたものであり、前記積層体Ｔ１内を各層の界面と垂直方向に流れる電流が、前記積層体Ｔ１のトラック幅方向の両側に分流するのを抑制すべく前記ハードバイアス層２３の上下を絶縁するものである。前記ハードバイアス層２３は例えばＣｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト−クロム−白金）合金などで形成される。

前記積層体Ｔ１上及び上側絶縁層２４上にはＮｉＦｅ合金等で形成された上部シールド層２６が形成されている。

図１に示す実施形態では、前記下部シールド層２１及び上部シールド層２６が前記積層体Ｔ１に対する電極層として機能し、前記積層体Ｔ１の各層の膜面に対し垂直方向（図示Ｚ方向と平行な方向）に電流が流される。

前記フリー磁性層６は、前記ハードバイアス層２３からのバイアス磁界を受けてトラック幅方向（図示Ｘ方向）と平行な方向に磁化されている。一方、固定磁性層４を構成する第１固定磁性層４ａ及び第２固定磁性層４ｃはハイト方向（図示Ｙ方向）と平行な方向に磁化されている。前記固定磁性層４は積層フェリ構造であるため、第１固定磁性層４ａと第２固定磁性層４ｃはそれぞれ反平行に磁化されている。前記固定磁性層４は磁化が固定されている（外部磁界によって磁化変動しない）が、前記フリー磁性層６の磁化は外部磁界により変動する。

前記フリー磁性層６が、外部磁界により磁化変動すると、第２固定磁性層４ｃとフリー磁性層との磁化が反平行のとき、前記第２固定磁性層４ｃとフリー磁性層６との間に設けられた絶縁障壁層５を介してトンネル電流が流れにくくなって、抵抗値は最大になり、一方、前記第２固定磁性層４ｃとフリー磁性層６との磁化が平行のとき、最も前記トンネル電流は流れ易くなり抵抗値は最小になる。

この原理を利用し、外部磁界の影響を受けてフリー磁性層６の磁化が変動することにより、変化する電気抵抗を電圧変化としてとらえ、記録媒体からの洩れ磁界が検出されるようになっている。

図１の実施形態における特徴的部分は、前記第２固定磁性層４ｃの表面層としてホイスラー合金層４ｃ２が形成され、前記ホイスラー合金層４ｃ２は、膜面（図示Ｘ−Ｙ面）に平行な方向に代表的に｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向し、前記ホイスラー合金層４ｃ２上に接して形成される絶縁障壁層５はＭｇＯで形成され、前記絶縁障壁層５は、膜面（図示Ｘ−Ｙ面）に平行な方向に代表的に｛１００｝面あるいは｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向している点である。

ここで「代表的に｛１１０｝面として表される結晶面」とは、ミラー指数を用いて表した結晶格子面を示し、前記｛１１０｝面として表される等価な結晶面としては、（１１０）面、（−１１０）面、（１−１０）面（−１−１０）面、（１０１）面、（−１０１）面、（１０−１）面、（−１０−１）面、（０１１）面、（０−１１）面、（０１−１）面、（０−１−１）面が存在する。

また「代表的に｛１００｝面として表される結晶面」とは、ミラー指数を用いて表した結晶格子面を示し、前記｛１００｝面として表される等価な結晶面としては、（１００）面、（−１００）面、（０１０）面（０−１０）面、（００１）面、（００−１）面が存在する。

図３は、Ｘ_２ＹＺあるいはＸＹＺで表されるホイスラー合金の結晶構造を示し、図４はＭｇＯの結晶構造を示す。図３に示すホイスラー合金を構成する元素Ｘには例えばＣｏが、元素ＹにはＭｎが選択されている。

図３に示すＣｏ_２ＭｎＺのホイスラー合金の（１００）面及び（１１０）面を、各面に対し垂直方向から見ると、図５（ａ）（ｂ）のように見える。図５（ａ）は、Ｃｏ_２ＭｎＺの（００１）面［（１００）面と等価な面］の原子配列、図５（ｂ）は、Ｃｏ_２ＭｎＺの（１１０）面の原子配列の模式図である。

次に図４に示すＭｇＯの（１００）面、（１１０）面、（１１１）面を各面に対し垂直方向から見ると、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）のように見える。図６（ａ）は、ＭｇＯの（００１）面［（１００）面と等価な面］の原子配列、図６（ｂ）は、ＭｇＯの（１１０）面の原子配列、図６（ｃ）は、ＭｇＯの（１１１）面の原子配列の模式図である。

前記ホイスラー合金層４ｃ２は、図３に示すように体心立方構造（ｂｃｃ構造）であり、膜面（図示Ｘ−Ｙ面）と平行な方向には、最稠密面である｛１１０｝面が優先配向する。

前記ホイスラー合金層４ｃ２上に形成されるＭｇＯから成る絶縁障壁層５は図６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す｛１００｝面、｛１１０｝面あるいは｛１１１｝面のいずれかが膜面（図示Ｘ−Ｙ面）と平行な方向に優先配向する。

図７は、図５（ｂ）に示すＣｏ_２ＭｎＺの（１１０）面上に、図６（ａ）に示すＭｇＯの（００１）面が重ねられた状態を真上から見たときの原子配列の模式図である。

なお図７では、図５（ｂ）に示す紙面左上のＣｏ原子上の中心に、図６（ａ）に示す紙面左上のＯ原子を重ね合わせるとともに、Ｃｏ_２ＭｎＺの［００１］方向とＭｇＯの［０１０］方向、及びＣｏ_２ＭｎＺの［−１１０］方向とＭｇＯの［１００］方向とを、夫々一致させている。すなわち、Ｃｏ_２ＭｎＺの代表的に＜１００＞として表される等価な結晶方向の一つと、ＭｇＯの代表的に＜１００＞として表される等価な結晶方向の一つとを、膜面と平行方向にて一致させるとともに、Ｃｏ_２ＭｎＺの代表的に＜１１０＞として表される等価な結晶方向の一つと、ＭｇＯの代表的に＜１００＞として表される等価な結晶方向の一つを膜面と平行方向にて一致させている。これはエネルギー的に安定するため実際の原子配列においても、Ｃｏ_２ＭｎＺ及びＭｇＯの結晶方向はほぼ上記のように一致していると推測される。

図７に示す丸で囲った箇所が、Ｃｏ_２ＭｎＺ側の原子と、ＭｇＯ側の原子とが膜厚方向にて概ね重なり合っている箇所である。

図８（ａ）（ｂ）は、図５（ｂ）に示すＣｏ_２ＭｎＺの（１１０）面上に、図６（ｂ）に示すＭｇＯの（１１０）面が重ねられた状態を真上から見たときの原子配列の模式図である。

なお図８（ａ）では、図６（ｂ）に示すＭｇＯの（１１０）面を紙面垂直方向を回転軸として９０度回転させた状態で、図５（ｂ）に示す紙面左上のＣｏ原子上の中心に、その回転させられたＭｇＯの一つのＯ原子を重ね合わせるとともに、Ｃｏ_２ＭｎＺの［００１］方向とＭｇＯの［−１１０］方向、及びＣｏ_２ＭｎＺの［−１１０］方向とＭｇＯの［００−１］方向とを、夫々一致させている。すなわち、Ｃｏ_２ＭｎＺの代表的に＜１００＞として表される等価な結晶方向の一つと、ＭｇＯの代表的に＜１１０＞として表される等価な結晶方向の一つとを、膜面と平行方向にて一致させるとともに、Ｃｏ_２ＭｎＺの代表的に＜１１０＞として表される等価な結晶方向の一つと、ＭｇＯの代表的に＜１００＞として表される等価な結晶方向の一つと膜面とを膜面と平行方向にて一致させている。

図８（ｂ）では、図５（ｂ）に示す紙面左上のＣｏ上の中心に、図６（ｂ）の向きにされたＭｇＯの紙面左上のＯ原子を重ね合わせるとともに、Ｃｏ_２ＭｎＺの［００１］方向とＭｇＯの［００１］方向、及びＣｏ_２ＭｎＺの［−１１０］方向とＭｇＯの［−１１０］方向とを、夫々一致させている。すなわち、Ｃｏ_２ＭｎＺの代表的に＜１００＞として表される等価な結晶方向の一つと、ＭｇＯの代表的に＜１００＞として表される等価な結晶方向の一つとを、膜面と平行方向にて一致させるとともに、Ｃｏ_２ＭｎＺの代表的に＜１１０＞として表される等価な結晶方向の一つと、ＭｇＯの代表的に＜１１０＞として表される等価な結晶方向の一つを膜面と平行方向にて一致させている。なお実際の原子配列においてもエネルギー的に安定しやすい図８（ａ）（ｂ）のどちらかの原子配列になりやすいものと推測される。

なお図８（ａ）（ｂ）のように２種類の接合パターンが存在する理由は、図８（ａ）のようにＣｏ_２ＭｎＺの（１１０）面上に、ＭｇＯの（１１０）面を重ねたときと、図８（ｂ）のように図８（ａ）の状態から前記ＭｇＯの（１１０）面を紙面垂直方向を回転軸として９０度回転させたときとでは、図７の場合と違って膜厚方向におけるＣｏ_２ＭｎＺの（１１０）面とＭｇＯの（１１０）面との原子配置が相対的に異なるためである。

なおＭｇＯの（１１０）面が膜面と平行な方向に優先配向する場合は、図８（ａ）の原子配列、及び図８（ｂ）の原子配列が混在するものと推測される。

図８（ａ）（ｂ）に示す丸で囲った箇所が、Ｃｏ_２ＭｎＺ側の原子と、ＭｇＯ側の原子とが膜厚方向にて概ね重なり合っている箇所である。

次に図９（ａ）（ｂ）は、図５（ｂ）に示すＣｏ_２ＭｎＺの（１１０）面上に、図６（ｃ）に示すＭｇＯの（１１１）面が重ねられた状態を真上から見たときの原子配列の模式図である。

なお図９（ａ）では、図６（ｃ）に示すＭｇＯの（１１１）面を紙面垂直方向を回転軸として９０度回転させた状態で、図５（ｂ）に示す紙面左上のＣｏ原子上の中心に、その回転させられたＭｇＯの一つのＭｇ原子を重ね合わせるとともに、Ｃｏ_２ＭｎＺの［００１］方向とＭｇＯの［０１−１］方向、及びＣｏ_２ＭｎＺの［−１１０］方向とＭｇＯの［２−１―１］方向とを、夫々一致させている。

図９（ｂ）では、図５（ｂ）に示す紙面左上のＣｏ上の中心に、図６（ｃ）の向きにされたＭｇＯの紙面左上のＭｇ原子を重ね合わせるとともに、Ｃｏ_２ＭｎＺの［００１］方向とＭｇＯの［−２１１］方向、及びＣｏ_２ＭｎＺの［−１１０］方向とＭｇＯの［０１−１］方向とを、夫々一致させている。

なお図９（ａ）（ｂ）のように２種類の接合パターンが存在する理由は、図９（ａ）のように、Ｃｏ_２ＭｎＺの（１１０）面上に、ＭｇＯの（１１１）面を重ねたときと、図９（ｂ）のように図９（ａ）の状態から前記ＭｇＯの（１１０）面を紙面垂直方向を回転軸として９０度回転させるときとでは、図７の場合と違って膜厚方向におけるＣｏ_２ＭｎＺの（１１０）面とＭｇＯの（１１１）面との原子配置が相対的に異なるためである。

なおＭｇＯの（１１１）面が膜面と平行な方向に優先配向する場合は、図９（ａ）の原子配列、及び図９（ｂ）の原子配列が混在するものと推測される。

図９（ａ）（ｂ）に示す丸で囲った箇所が、Ｃｏ_２ＭｎＺ側の原子と、ＭｇＯ側の原子とが膜厚方向にて概ね重なり合っている箇所である。

図７〜図９の原子配列のうち、ホイスラー合金とＭｇＯとの界面での格子整合性が高い（ミスフィット率が小さい）状態は図７あるいは図８（ａ）であることがわかる。

ホイスラー合金の格子定数とＭｇＯの格子定数はかなり異なっている（ホイスラー合金の格子定数は材質により異なるが、Ｃｏ_２ＭｎＺ、Ｃｏ_２ＦｅＺ、ＸＭｎＳｂで、概ね５．５Å〜６．３Åの範囲内、ＭｇＯの格子定数は概ね４．２Å）が、図７，図８（ａ）の原子配列では、ホイスラー合金側の原子と、ＭｇＯ側の原子の位置が数個置きに膜厚方向にてほぼ一致し、前記ホイスラー合金とＭｇＯとの界面では比較的多くの整合箇所が存在している。

一方、図８（ｂ）の原子配列では、図７，図８（ａ）に比較して、ホイスラー合金側の原子と、ＭｇＯ側の原子の膜厚方向における重なりは少なく、前記ホイスラー合金とＭｇＯとの界面での格子整合性は低くなる。

最も格子整合性の悪い状態は、図９（ａ）（ｂ）の原子配列である。
よって格子整合性をより効果的に向上させるもっとも好ましい形態は、図７のように、ホイスラー合金では、膜面と平行な方向に｛１１０｝面が優先配向し、ＭｇＯでは、膜面と平行な方向に｛１００｝面が優先配向する原子配列である。

一方、ＭｇＯの膜面と平行な方向に｛１１０｝面を優先配向させた図８の原子配列では、整合性の悪い図８（ｂ）の原子配列のみならず図８（ａ）の結晶性のよい原子配列も混在すると考えられることから、図７の次に好ましい形態は、ホイスラー合金では、膜面と平行な方向に｛１１０｝面が優先配向し、ＭｇＯでは、膜面と平行な方向に｛１１０｝面が優先配向する原子配列である。あるいは、ホイスラー合金では、膜面と平行な方向に｛１１０｝面が優先配向し、ＭｇＯでは、膜面と平行な方向に｛１００｝面の優先配向部分と｛１１０｝面の優先配向部分とが混在する原子配列である。

本実施形態では、図１に示すホイスラー合金層４ｃ２は、膜面と平行な方向に｛１１０｝面が優先配向し、絶縁障壁層５を構成するＭｇＯは、膜面と平行な方向に｛１００｝面、あるいは｛１１０｝面が優先配向している。これにより、前記ホイスラー合金層４ｃ２と前記絶縁障壁層５との界面での格子整合性は向上し、前記界面でのスピン分極率は向上する。

また図１に示すトンネル型磁気検出素子の形成過程において熱処理が施されるが、前記熱処理により、ＭｇＯの規則格子化が促進されて安定した結晶質状態となり、適切に前記ホイスラー合金層４ｃ２との界面での格子整合性が促進されるととともに、前記熱処理を施しても、前記界面での元素拡散を従来に比べて適切に抑制できる。

よって本実施形態のトンネル型磁気検出素子では、従来に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることが可能になる。

本実施形態では、前記絶縁障壁層５は膜面と平行な方向に代表的に｛１００｝面として表される等価な結晶面が優先配向していることが好ましい。図７で説明したように前記ホイスラー合金層４ｃ２と前記絶縁障壁層５との界面での格子整合性をより効果的に高めることができ、より適切に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることが可能になる。

図１に示す実施形態では、前記第２固定磁性層４ｃが２層構造で形成され、非磁性中間層４ｂと接する側に強磁性層４ｃ１が形成されている。前記第２固定磁性層４ｃが全てホイスラー合金で形成される場合に比べて、前記第１固定磁性層４ａと前記第２固定磁性層４ｃ間に作用するＲＫＫＹ相互作用を高めることができ安定したフェリ磁性状態を保ち得る。

また前記フリー磁性層６には前記絶縁障壁層５と接するエンハンス層６ａに、、膜面と平行な方向に代表的に｛１１０｝面として表される等価な面が優先配向するホイスラー合金層が形成されていることが好適である。これによって、前記フリー磁性層６と前記絶縁障壁層５との界面でのスピン分極率を高めることができ、よってより効果的に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることが可能になる。

また、前記ホイスラー合金層４ｃ２は、組成式がＸ_２ＹＺで表される金属化合物によって形成されることが好ましい。なお前記ＸはＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素である。これにより前記ホイスラー合金層４ｃ２のスピン分極率をより効果的に高めることができる。しかも前記絶縁障壁層５との界面での格子整合性をより向上させることができる（ミスフィット率を小さくできる）ため、より効果的に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることが出来る。

なお図１において、前記固定磁性層４に前記ホイスラー合金層４ｃ２は設けられておらず、前記フリー磁性層６にのみ前記ホイスラー合金層が形成されている形態も本実施形態の一態様である。

またＭｇＯから成る絶縁障壁層５の膜質（配向性）の向上のためには前記ホイスラー合金層をＭｇＯの直下に設けることが好ましい。

図２は、第２の実施形態のトンネル型磁気抵抗効果素子を備えた再生ヘッドを記録媒体との対向面と平行な方向から切断した断面図である。なお図１と同じ符号が付けられている層は図１と同じ層を示している。

図２では前記トンネル型磁気検出素子はデュアル型となっている。すなわち、前記トンネル型磁気検出素子を構成する積層体Ｔ２は、下から、下地層１、シード層２、下側反強磁性層３０、下側固定磁性層３１、下側絶縁障壁層３２、フリー磁性層３３、上側絶縁障壁層３４、上側固定磁性層３５、上側反強磁性層３６、及び保護層３７の順に積層されている。

前記下側固定磁性層３１は、下から下側第１固定磁性層３１ａ、下側非磁性中間層３１ｂ、下側第２固定磁性層３１ｃの順に積層された積層フェリ構造である。さらに前記下側第２固定磁性層３１ｃは、強磁性層３１ｃ１とホイスラー合金層３１ｃ２との積層構造で形成される。

前記上側固定磁性層３５は、下から上側第２固定磁性層３５ｃ、上側非磁性中間層３５ｂ、上側第１固定磁性層３５ａの順に積層された積層フェリ構造である。さらに前記上側第２固定磁性層３５ｃは、ホイスラー合金層３５ｃ２と強磁性層３５ｃ１との積層構造で形成される。

前記フリー磁性層３３は、エンハンス層３３ａ／軟磁性層３３ｂ／エンハンス層３３ｃの順に積層されている。

図２に示す実施形態では、前記下側絶縁障壁層３２及び前記上側絶縁障壁層３４はＭｇＯで形成されており、膜面と平行な方向に代表的に｛１００｝面あるいは｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向している。さらに絶縁障壁層３２，３４に接する前記ホイスラー合金層３１ｃ２，３５ｃ２は、Ｘ_２ＹＺ又はＸＹＺで表されるホイスラー型結晶構造を有する金属化合物によって形成され、膜面と平行な方向に代表的に｛１００｝面あるいは｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向している。なお前記ＸはＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素である。

これにより、前記ホイスラー合金層３１ｃ２、３５ｃ２と前記絶縁障壁層３２，３４との界面での格子整合性は向上し、前記界面でのスピン分極率は向上する。図２に示すトンネル型磁気検出素子の形成過程において熱処理が施されるが、前記熱処理により、ＭｇＯの規則格子化が促進されて安定した結晶質状態となり、適切に前記ホイスラー合金層３１ｃ２，３５ｃ２との界面での格子整合性が促進されるととともに、前記熱処理を施しても、前記界面での元素拡散を従来に比べて適切に抑制できる。

以上により本実施形態のトンネル型磁気検出素子では、従来に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることが可能になる。

なお前記フリー磁性層３３を構成するエンハンス層３３ａ，３３ｃの少なくとも一方が前記ホイスラー合金層で形成されていることが好ましい。より好ましくは両方の前記エンハンス層３３ａ，３３ｃが前記ホイスラー合金層で形成されていることである。

なお図２の実施形態において、前記下側固定磁性層３１の最上層、前記上側固定磁性層３５の最下層、前記フリー磁性層の最上層、前記フリー磁性層の最下層のうち少なくともいずれか一つの層に前記ホイスラー合金層が形成されている形態も本実施形態の一態様であるが、少なくとも、ＭｇＯで形成され｛１００｝面あるいは｛１１０｝面が優先配向した下側絶縁障壁層３２の上下のいずれかに前記ホイスラー合金層が形成されるとともに、ＭｇＯで形成され｛１００｝面あるいは｛１１０｝面が優先配向した上側絶縁障壁層３６の上下のいずれかに前記ホイスラー合金層が形成される形態であることが適切に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させる上で好ましい。

本実施形態のトンネル型磁気検出素子の製造方法について説明する。なお各層の材質については図１で説明したのでそちらを参照されたい。

図１に示す実施形態では、下部シールド層２１上に、下地層１、シード層２、反強磁性層３、第１固定磁性層４ａ、非磁性中間層４ｂ、第２固定磁性層４ｃを構成する強磁性層４ｃ１、ホイスラー合金層４ｃ２を連続して同真空中にてスパッタ成膜する。

前記ホイスラー合金層４ｃ２は、体心立方（ｂｃｃ）構造を有しており膜面（図示Ｘ−Ｙ面）と平行な方向に代表的に｛１１０｝面として表される結晶面が優先配向する。

ここで、「代表的に｛１１０｝面として表される結晶面」としては、ミラー指数を用いて表した結晶格子面を示し、前記｛１１０｝面として表される等価な結晶面としては、（１１０）面、（−１１０）面、（１−１０）面（−１−１０）面、（１０１）面、（−１０１）面、（１０−１）面、（−１０−１）面、（０１１）面、（０−１１）面、（０１−１）面、（０−１−１）面が存在する。

前記ホイスラー合金層４ｃ２を、Ｘ_２ＹＺ又はＸＹＺで表されるホイスラー型結晶構造を有する金属化合物によって形成することが好ましい。ただし前記ＸはＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素である。

これにより、前記ホイスラー合金層４ｃ２では、膜面（図示Ｘ−Ｙ面）と平行な方向に代表的に｛１１０｝面として表される結晶面を適切に優先配向させることが出来る。

好ましくは、前記ホイスラー合金層４ｃ２を、組成式がＸ_２ＹＺで表される金属化合物によって形成する。これにより、前記ホイスラー合金層４ｃ２のスピン分極率を高めることができる。

次に前記同真空中にて、前記ホイスラー合金層４ｃ２の上に、ＭｇＯからなる絶縁障壁層５をスパッタ成膜する。本実施形態では、ＭｇＯターゲットをＲＦスパッタすることによってＭｇＯからなる絶縁障壁層５を形成することが好ましい。これにより前記ＭｇＯから成る絶縁障壁層５では、膜面（図示Ｘ−Ｙ面）と平行な方向に代表的に｛１００｝面として表される結晶面を適切に優先配向させることが出来る。ここで、「代表的に｛１００｝面として表される結晶面」としては、ミラー指数を用いて表した結晶格子面を示し、前記｛１００｝面として表される等価な結晶面としては、（１００）面、（−１００）面、（０１０）面、（０−１０）面、（００１）面、（００−１）面が存在する。

前記絶縁障壁層５を所定膜厚まで形成した後、前記絶縁障壁層５上に、フリー磁性層６、及び保護層７を前記同真空中でスパッタ成膜する。このように前記下部シールド層２１上に下地層１から保護層７までの積層体Ｔ１を前記同真空中にてスパッタ成膜する。

次に磁場中熱処理を施す。磁場をハイト方向（図示Ｙ方向）に向けて行う。これにより前記固定磁性層４を構成する第１固定磁性層４ａと前記第２固定磁性層４ｃとをハイト方向と平行な方向で且つ互いに逆方向に向くように磁化固定できる。

この磁場中熱処理により、前記ホイスラー合金層４ｃ２層との界面においてＭｇＯからなる絶縁障壁層５の原子の規則格子化を促進させて結晶質化を促進させることができ、前記界面での格子整合性が高まるとともに、前記界面での元素拡散を最小限に抑えることができる。

そして図１に示すように、前記積層体Ｔ１をトラック幅方向（図示Ｘ方向）の幅寸法が下から上に向かうにしたがって徐々に小さくなる略台形状にエッチング加工し、その後、前記積層体Ｔ１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側に下から下側絶縁層２２、ハードバイアス層２３、上側絶縁層２４の順に積層し、さらに前記保護層７上及び前記上側絶縁層２４上に上部シールド層２６を形成する。

上記した製造方法では、ＭｇＯからなる絶縁障壁層５を形成するにあたり、ＭｇＯターゲットを用いて前記絶縁障壁層５を形成した点に特徴的部分がある。これにより上記したように前記絶縁障壁層５では、膜面と平行な方向に代表的に｛１００｝面として表される結晶面を適切に優先配向させることが出来、前記ホイスラー合金層４ｃ２との原子配列の関係を図７で示した状態に出来る。

したがって前記絶縁障壁層５と前記ホイスラー合金層４ｃ２との界面での格子整合性を向上させることができ（ミスフィット率を低下させることができ）、前記界面でのスピン分極率を向上させることができ、また前記絶縁障壁層５の膜質を向上させることができ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高く出来るトンネル型磁気検出素子を適切且つ簡単な方法で製造することが出来る。

あるいは前記絶縁障壁層５を形成するときに、Ｍｇターゲットを用い、前記ＭｇターゲットをＤＣスパッタすることによって、前記ホイスラー合金層４ｃ２の上にＭｇ層を所定膜厚で成膜した後、前記Ｍｇ層を自然酸化させてＭｇＯから成る前記絶縁障壁層５を形成してもよい。かかる場合、前記絶縁障壁層５では、膜面と平行な方向に代表的に｛１１０｝面として表される結晶面を適切に優先配向させることが出来る。なお前記Ｍｇ層を前記絶縁障壁層５としての膜厚まで形成した後、酸化させるとＭｇ層の下層付近に未酸化のＭｇ層が残りやすいので、薄い膜厚で前記Ｍｇ層を成膜した後、前記Ｍｇ層を自然酸化し、このような工程を複数回繰り返して、前記絶縁障壁層５としての膜厚まで形成することが好ましい。

なお、さらにフリー磁性層６に前記ホイスラー合金層を形成する場合は、前記絶縁障壁層５を形成した後、前記フリー磁性層６としてのホイスラー合金層をスパッタ成膜すればよい。また、前記フリー磁性層６にのみ前記ホイスラー合金層を形成し、前記固定磁性層４側にホイスラー合金層を形成しない場合は、前記固定磁性層４を形成した後、上記した２つの方法のいずれかを用いてＭｇＯから成る絶縁障壁層５を形成し、前記絶縁障壁層５上にフリー磁性層６としてのホイスラー合金層を形成する（例えば図１に示すエンハンス層６ａを前記ホイスラー合金層として形成する）。その他の部分の製造は上記で説明したとおりである。

なお図１の実施形態では、下からフリー磁性層（第１強磁性層）６、絶縁障壁層５、固定磁性層（第２強磁性層）４、反強磁性層３の順に積層されていてもよい。かかる場合、前記フリー磁性層６の最表層、あるいは、前記固定磁性層４の最下層、又は、前記フリー磁性層６の最表層及び前記固定磁性層４の最下層に前記ホイスラー合金層が設けられる。

また本実施形態のトンネル型磁気検出素子は、ＭＲＡＭ（磁気抵抗メモリ）として用いられてもよい。

ＭｇＯから成る絶縁障壁層を異なる製造方法で形成した２種類のトンネル型磁気検出素子を製造した。前記トンネル型磁気検出素子を構成する積層体Ｔ１の基本膜構成は、下から、
下地層：Ｔａ（７０）／反強磁性層：ＰｔＭｎ（１８０）／固定磁性層［第１固定磁性層：Ｃｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}／非磁性中間層：Ｒｕ（９．１）／第２固定磁性層：Ｆｅ_{４０ａｔ％}Ｃｏ_{６０ａｔ％}／Ｃｏ_２ＭｎＡｌ（２０）］／絶縁障壁層：ＭｇＯ／フリー磁性層［Ｃｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}（１５）／Ｎｉ_{８１．５ａｔ％}Ｆｅ_{１８．５ａｔ％}（２５）］／保護層：Ｔａ（２００）
なお括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はÅである。なお上記基本膜構成に対し２７０℃の熱処理を３．５時間行った。

（第１のトンネル型磁気検出素子）
ＭｇＯターゲットを用い、ＲＦスパッタによりＭｇＯからなる前記絶縁障壁層を８．５Åの膜厚で形成した。成膜条件としては、スパッタ装置に供給される電力を６００Ｗとし、Ａｒガスの圧力を８×１０^−２Ｐａとし、またターゲットと基板間の距離を１４５ｍｍとして常温成膜し、その後、上記した熱処理を施した。

（第２のトンネル型磁気検出素子）
Ｍｇターゲットを用い、ＤＣスパッタによりＭｇ層を３Å成膜した後、自然酸化させてＭｇＯ層を形成し、この一連の工程を２回繰り返した。成膜条件としては、スパッタ装置に供給される電力を２５Ｗとし、Ａｒガスの圧力を３×１０^−２Ｐａとし、またターゲットと基板間の距離を２６０ｍｍとして常温成膜し、その後、上記した熱処理を施した。

上記により製造された第１のトンネル型磁気検出素子及び第２のトンネル型磁気検出素子を図１のように記録媒体との対向面と平行な方向から切断し、その切断面に現れる絶縁障壁層に対し、前記対向面と垂直方向（図示Ｙ方向）へ電子線（ビーム）を入射した。

図１０（ａ）は、第１のトンネル型磁気検出素子の絶縁障壁層の透過電子線回折像、図１０（ｂ）は、第２のトンネル型磁気検出素子の絶縁障壁層の透過電子線回折像である。透過電子線回折像とは、対象物に電子線を入射し透過させたときに、電子線の散乱によって起こる回折現象を示す像である。

図１０（ａ）（ｂ）のほぼ中心にビーム原点があり、その周囲に、結晶面を表す逆格子点に対応した回折斑点が現れる。各回折斑点は回折斑点パターンを解析することによって、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように指数付けすることができ、図１０（ａ）では、面心立方（ｆｃｃ）構造を有するＭｇＯ層（絶縁障壁層）が前記ホイスラー合金層との界面に平行な方向に代表的に｛１００｝面として表される結晶面が優先配向した状態で成膜されることがわかった。また図１０（ｂ）では、面心立方（ｆｃｃ）構造を有するＭｇＯ層（絶縁障壁層）が前記ホイスラー合金層との界面に平行な方向に代表的に｛１１０｝面として表される結晶面が優先配向した状態で成膜されることがわかった。

次に、上記した第１のトンネル型磁気検出素子と、第２のトンネル型磁気検出素子の夫々の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を測定した。実験では、多数個のトンネル型磁気検出素子を製造し、各トンネル型磁気検出素子から得られた抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の平均値を求めた。

図１１に示すように、どちらのトンネル型磁気検出素子においても１００％以上の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が得られることがわかった。

図１１に示すように第１のトンネル型磁気検出素子のほうが、第２のトンネル型磁気検出素子よりも高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得られることがわかった。第１のトンネル型磁気検出素子では、絶縁障壁層としてＭｇＯの｛１００｝面を膜面と平行に優先配向させているが、図７で説明したようにホイスラー合金層との格子整合性が、第２のトンネル型磁気検出素子よりも向上したことで、前記絶縁障壁層とホイスラー合金層との界面でのスピン分極率を高くでき、これにより、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が得られたものと考えられる。

本実施形態のトンネル型磁気抵抗効果素子を備えた再生ヘッドを記録媒体との対向面と平行な方向から切断した断面図、 図１とは異なる実施形態のトンネル型磁気検出素子を備えた再生ヘッドを記録媒体との対向面と平行な方向から切断した断面図、 Ｘ_２ＹＺあるいはＸＹＺで表されるホイスラー合金の結晶構造を示す模式図、 ＭｇＯの結晶構造を示す模式図、 （ａ）は、Ｃｏ_２ＭｎＺの（００１）面の原子配列、（ｂ）は、Ｃｏ_２ＭｎＺの（１１０）面の原子配列を示す模式図、 （ａ）は、ＭｇＯの（００１）面の原子配列、（ｂ）は、ＭｇＯの（１１０）面の原子配列、（ｃ）は、ＭｇＯの（１１１）面の原子配列を示す模式図、 図５（ｂ）に示すＣｏ_２ＭｎＺの（１１０）面上に、図６（ａ）に示すＭｇＯの（１００）面が重ねられた状態を真上から見たときの原子配列の模式図、 図５（ｂ）に示すＣｏ_２ＭｎＺの（１１０）面上に、図６（ｂ）に示すＭｇＯの（１１０）面が重ねられた状態を真上から見たときの原子配列の模式図、 図５（ｂ）に示すＣｏ_２ＭｎＺの（１１０）面上に、図６（ｃ）に示すＭｇＯの（１１１）面が重ねられた状態を真上から見たときの原子配列の模式図、 （ａ）は、ＭｇＯから成る絶縁障壁層の｛１００｝面が膜面と平行な方向に優先配向した第１のトンネル型磁気検出素子の前記絶縁障壁層の透過電子線回折像、図１０（ｂ）は、ＭｇＯから成る絶縁障壁層の｛１１０｝面が膜面と平行な方向に優先配向した第２のトンネル型磁気検出素子の絶縁障壁層の透過電子線回折像、 第１のトンネル型磁気検出素子及び第２のトンネル型磁気検出素子の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を示したグラフ。

符号の説明

３、３０、３６ 反強磁性層
４、３１、３５ 固定磁性層
４ａ、３１ａ、３５ａ 第１固定磁性層
４ｂ、３１ｂ、３５ｂ 非磁性中間層
４ｃ、３１ｃ、３５ｃ 第２固定磁性層
４ｃ２、３１ｃ２、３５ｃ２ ホイスラー合金層
５、３２、３４ 非磁性材料層
６、３３ フリー磁性層
７、３７ 保護層

Claims (12)

1. 下から第１強磁性層、絶縁障壁層、第２強磁性層の順に積層され、一方の前記強磁性層は、磁化が固定される固定磁性層で、他方の前記強磁性層は、磁化が外部磁界により変動するフリー磁性層であり、
   前記第１強磁性層、あるいは、前記第２強磁性層、又は前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層は前記絶縁障壁層に接して形成されるホイスラー合金層を有し、前記ホイスラー合金層は膜面に平行な方向に代表的に｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向し、
   前記絶縁障壁層はＭｇＯで形成され、前記絶縁障壁層は、膜面と平行な方向に代表的に｛１００｝面として表される等価な結晶面、あるいは、膜面と平行な方向に代表的に｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向していることを特徴とするトンネル型磁気検出素子。
2. 前記絶縁障壁層は膜面と平行な方向に代表的に｛１００｝面として表される等価な結晶面が優先配向している請求項１記載のトンネル型磁気検出素子。
3. 前記第１強磁性層が前記固定磁性層であり、前記第２強磁性層が前記フリー磁性層であり、少なくとも前記第１強磁性層は前記ホイスラー合金層を有する請求項１又は２に記載のトンネル型磁気検出素子。
4. 前記ホイスラー合金層は、Ｘ_２ＹＺ又はＸＹＺで表されるホイスラー型結晶構造を有する金属化合物によって形成される請求項１ないし３のいずれかに記載のトンネル型磁気検出素子。
   ただし前記ＸはＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素である。
5. 前記ホイスラー合金層は、組成式がＸ_２ＹＺで表される金属化合物によって形成される請求項４記載のトンネル型磁気検出素子。
6. 下から第１強磁性層、絶縁障壁層、第２強磁性層の順に積層され、一方の前記強磁性層は、磁化が固定される固定磁性層で、他方の前記強磁性層は、磁化が外部磁界により変動するフリー磁性層であるトンネル型磁気検出素子の製造方法において、
   （ａ） 前記第１強磁性層の少なくとも表面層として、膜面に平行な方向に代表的に｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向するホイスラー合金層を形成する工程、
   （ｂ） 前記ホイスラー合金層上にＭｇＯターゲットを用いてＭｇＯから成る絶縁障壁層をスパッタ形成する工程、
   を有することを特徴とするトンネル型磁気検出素子の製造方法。
7. 下から第１強磁性層、絶縁障壁層、第２強磁性層の順に積層され、一方の前記強磁性層は、磁化が固定される固定磁性層で、他方の前記強磁性層は、磁化が外部磁界により変動するフリー磁性層であるトンネル型磁気検出素子の製造方法において、
   （ｃ） 前記第１強磁性層上にＭｇＯターゲットを用いてＭｇＯから成る絶縁障壁層をスパッタ形成する工程、
   （ｄ） 前記絶縁障壁層上に前記第２強磁性層の少なくとも一部として、膜面に平行な方向に代表的に｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向するホイスラー合金層を形成する工程、
   を有することを特徴とするトンネル型磁気検出素子の製造方法。
8. 前記（ｃ）工程よりも前に、
   （ｅ） 前記第１強磁性層の少なくとも表面層として、膜面に平行な方向に代表的に｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向するホイスラー合金層を形成する工程、を含む請求項７記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。
9. 前記（ｂ）工程、あるいは前記（ｃ）工程に代えて、Ｍｇターゲットを用いてＭｇ層を形成した後、前記Ｍｇ層を酸化してＭｇＯから成る絶縁障壁層を形成する請求項６ないし８のいずれかに記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。
10. 前記Ｍｇ層の形成後、前記Ｍｇ層を酸化する一連の工程を、複数回行う請求項９記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。
11. 前記ホイスラー合金層を、Ｘ_２ＹＺ又はＸＹＺで表されるホイスラー型結晶構造を有する金属化合物によって形成する請求項６ないし１０のいずれかに記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。
    ただし前記ＸはＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素である。
12. 前記ホイスラー合金層を、組成式がＸ_２ＹＺで表される金属化合物によって形成する請求項１１記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。