JP2007194327A

JP2007194327A - トンネル型磁気検出素子

Info

Publication number: JP2007194327A
Application number: JP2006009689A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Kamai; 和美釜井; Naoya Hasegawa; 直也長谷川; Eiji Umetsu; 英治梅津; Kazusato Igarashi; 一聡五十嵐
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2006-01-18
Filing date: 2006-01-18
Publication date: 2007-08-02
Also published as: US20070165338A1; US7839608B2

Abstract

【目的】特に、絶縁障壁層の表面粗さを安定して小さくでき、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）に代表されるＭＲ特性の向上を適切に図ることが可能なトンネル型磁気検出素子を提供することを目的としている。
【構成】シード層６は、ＮｉＦｅＣｒ層１６／Ａｌ層１７の積層構造で形成される。これにより、シード層をＮｉＦｅＣｒ層の単層で形成していた従来よりも、絶縁障壁層９の表面粗さを安定して小さくでき、したがって本実施形態のトンネル型磁気検出素子４によれば、安定して優れた抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）に代表されるＭＲ特性を得ることが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ効果）を利用したトンネル型磁気検出素子に係り、特に、絶縁障壁層の表面粗さを従来に比べて小さくでき、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）に代表されるＭＲ特性の向上を図ることが可能なトンネル型磁気検出素子に関する。

下記に示す特許文献には、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層を有する磁気抵抗効果部の下にＮｉＦｅＣｒのシード層が形成されたスピンバルブ型薄膜素子が開示されている。

特許文献１の［００４２］欄には、「前記シード層３３は、面心立方晶の（１１１）面あるいは体心立方晶の（１１０）面が優先配向する磁性材料層あるいは非磁性材料層の単層構造であることが好ましい。これによって前記反強磁性層３４の結晶配向を、（１１１）面を優先配向させることができ、磁気検出素子の抵抗変化率を向上させることができる。」と記載されている。
特開２００５−２０３５７２号公報特開２００３−１７４２１７号公報特開２００２−２９９７２６号公報特開２００２−２３２０３５号公報

ところで、トンネル型磁気検出素子では、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）に代表されるＭＲ特性を向上させるには、各層の結晶配向性の向上もさることながら、絶縁障壁層の表面粗さを小さくすることが重要であった。

しかし、小さい表面粗さを得ることは、例えば、前記絶縁障壁層の膜厚を適正化すればある程度、改善できると考えられるものの、常に安定して、小さい表面粗さを得ることは、非常に厳しい膜厚管理が必要である等、現実的ではなかった。

また上記したいずれの特許文献でも、絶縁障壁層の表面粗さを小さくすることを発明の課題としていない。よって各特許文献には、当然、如何に前記絶縁障壁層の表面粗さを小さくするかについて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ためのものであり、特に、絶縁障壁層の表面粗さを安定して小さくでき、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）に代表されるＭＲ特性の向上を適切に図ることが可能なトンネル型磁気検出素子を提供することを目的としている。

本発明におけるトンネル型磁気検出素子は、
磁化方向が所定方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に絶縁障壁層を介して対向し外部磁界により磁化が変動するフリー磁性層とを有して成る磁気抵抗効果部と、前記磁気抵抗効果部の下に設けられたシード層とを有し、
前記シード層はＮｉＦｅＣｒ層上にＡｌ層が積層された構造で形成されることを特徴とするものである。

これにより、前記シード層をＮｉＦｅＣｒ層の単層で形成していた従来よりも、前記絶縁障壁層の表面粗さを安定して小さくでき、したがって本発明のトンネル型磁気検出素子によれば、安定して優れた抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）に代表されるＭＲ特性を得ることが可能である。

あるいは本発明におけるトンネル型磁気検出素子は、
磁化方向が所定方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に絶縁障壁層を介して対向し外部磁界により磁化が変動するフリー磁性層とを有して成る磁気抵抗効果部と、前記磁気抵抗効果部の下に設けられたシード層とを有し、
前記シード層はＮｉＦｅＣｒ層上にＣｏ層が積層され、さらに前記Ｃｏ層上にＡｌ層が積層された構造で形成されることを特徴とするものである。

または本発明におけるトンネル型磁気検出素子は、
磁化方向が所定方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に絶縁障壁層を介して対向し外部磁界により磁化が変動するフリー磁性層とを有して成る磁気抵抗効果部と、前記磁気抵抗効果部の下に設けられたシード層とを有し、
前記シード層はＮｉＦｅＣｒを主体として形成され、前記シード層の表面領域でのＡｌ平均濃度は、前記表面領域より下側のシード領域でのＡｌ平均濃度に比べて高いことを特徴とするものである。

これによっても、前記シード層をＮｉＦｅＣｒ層の単層で形成していた従来よりも、前記絶縁障壁層の表面粗さを安定して小さくでき、したがって本発明のトンネル型磁気検出素子によれば、安定して優れた抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）に代表されるＭＲ特性を得ることが可能である。

さらには本発明におけるトンネル型磁気検出素子は、
磁化方向が所定方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に絶縁障壁層を介して対向し外部磁界により磁化が変動するフリー磁性層とを有して成る磁気抵抗効果部と、前記磁気抵抗効果部の下に設けられたシード層とを有し、
前記シード層はＮｉＦｅＣｒを主体として形成され、前記シード層の表面領域にはＣｏ高濃度領域と、前記Ｃｏ高濃度領域より上にＡｌ高濃度領域が存在し、前記Ｃｏ高濃度領域では、前記Ｃｏ高濃度領域より下側のシード領域に比べてＣｏ平均濃度が高く、前記Ａｌ高濃度領域では、前記Ａｌ高濃度領域より下側のシード領域に比べてＡｌ平均濃度が高いことを特徴とするものである。

本発明によれば、シード層をＮｉＦｅＣｒ層の単層で形成していた従来よりも、絶縁障壁層の表面粗さを安定して小さくでき、したがって本発明のトンネル型磁気検出素子によれば、安定して優れた抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）に代表されるＭＲ特性を得ることが可能である。

図１は本実施形態のトンネル型磁気検出素子を備えた薄膜磁気ヘッド（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。

前記トンネル型磁気検出素子は、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したり、あるいは、ＭＲＡＭ（磁気抵抗メモリ）に用いられる。

図中においてＸ方向は、トラック幅方向を指す。図中において、Ｙ方向はハイト方向を指す。図中において、Ｚ方向は、高さ方向を指す。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検出素子の各層の積層方向、である。トラック幅方向、ハイト方向、及び高さ方向の各方向は、残り２つの方向に対し直交する関係となっている。「記録媒体との対向面」とは、Ｘ−Ｚ平面と平行な方向の面である。

図１の最も下に形成されているのは、ＮｉＦｅ合金等の磁性材料で形成された下部シールド層１である。前記下部シールド層１上にトンネル型磁気検出素子４が形成されている。前記トンネル型磁気検出素子４のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の中央部分には、積層体５が形成されている。

前記積層体５は、シード層６と、磁気抵抗効果部１５とを有して構成される。
前記シード層６は、ＮｉＦｅＣｒ層１６と、前記ＮｉＦｅＣｒ層１６上に形成されたＡｌ層１７との積層構造である。

前記磁気抵抗効果部１５は、下から反強磁性層７、固定磁性層８、絶縁障壁層９、フリー磁性層１０及び保護層１１とで構成される。

前記反強磁性層７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、あるいは、前記元素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層７はＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ等で形成される。

図１に示す実施形態では、前記固定磁性層８は、積層フェリ構造で形成される。図１に示すように前記固定磁性層８は、下から第１固定磁性層８ａ、非磁性中間層８ｂ及び第２固定磁性層８ｃの順に積層される。前記第１固定磁性層８ａ及び第２固定磁性層８ｃの磁化は、前記反強磁性層７との界面での交換結合磁界及び前記非磁性中間層８ｂを介した反強磁性的交換結合磁界（ＲＫＫＹ的相互作用）により互いに反平行状態に固定される。前記第１固定磁性層８ａ及び第２固定磁性層８ｃは、例えば、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅＮｉなどの強磁性材料で形成されている。また前記非磁性中間層８ｂは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどの非磁性導電材料で形成される。

前記絶縁障壁層９はＭｇＯやＡｌ_２Ｏ_３等の絶縁材料で形成される。前記絶縁障壁層９は少なくとも一部が結晶質であることが好ましい。より好ましくは前記絶縁障壁層９の全部が結晶質状態であることである。アモルファス状態（非晶質）であると、前記絶縁障壁層９にトンネル電流が流れた際に電子散乱が生じること等により抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が適切に向上しない。よって前記絶縁障壁層９の少なくとも一部は結晶質であることが好ましい。

前記フリー磁性層１０は、例えばＮｉＦｅ合金等の磁性材料で形成される軟磁性層と、前記軟磁性層と前記絶縁障壁層９との間に例えばＣｏＦｅ合金からなるエンハンス層と、で構成される。前記軟磁性層は、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、前記エンハンス層は、前記軟磁性層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。前記エンハンス層に前記ホイスラー合金を用いてもよい。

前記保護層１１は、Ｔａ等の非磁性導電材料で形成される。
図１に示すように、前記積層体５のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側端面５ａ，５ａ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５の両側に広がる下部シールド層１上から前記積層体５の両側端面５ａ上にかけて下側絶縁層１２が形成され、前記下側絶縁層１２上にハードバイアス層１３が形成され、さらに前記ハードバイアス層１３上に上側絶縁層１４が形成されている。前記絶縁層１２，１４はＡｌ_２Ｏ_３やＳｉＯ２等で形成される。前記ハードバイアス層１３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５上及び上側絶縁層１４上にはＮｉＦｅ合金等で形成された上部シールド層（上部電極層）１８が形成されている。

前記下部シールド層１及び上部シールド層１８は前記トンネル型磁気検出素子４を構成する積層体５に対する電極層として機能し、トンネル電流は、前記積層体５の各層の膜面に対し垂直方向（図示Ｚ方向と平行な方向）に流される。

図１に示す前記フリー磁性層１０は、前記ハードバイアス層１３からのバイアス磁界を受けて外部磁界の影響がない状態ではトラック幅方向（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８を構成する第１固定磁性層８ａ及び第２固定磁性層８ｃ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８は積層フェリ構造であるため、第１固定磁性層８ａと第２固定磁性層８ｃはそれぞれ反平行に磁化されている。前記固定磁性層８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１０の磁化は外部磁界により変動する。

前記フリー磁性層１０が、外部磁界により磁化変動すると、第２固定磁性層８ｃとフリー磁性層１０との磁化が反平行のとき、前記第２固定磁性層８ｃとフリー磁性層１０との間に設けられた絶縁障壁層９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８ｃとフリー磁性層１０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１０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。

本実施形態におけるトンネル型磁気検出素子４の特徴的部分について以下に説明する。
図１に示すように、前記シード層６はＮｉＦｅＣｒ層１６上にＡｌ層１７が積層された２層構造で形成される。そして前記シード層６上に前記磁気抵抗効果部１５を構成する反強磁性層７が直接形成されている。

前記シード層６をＮｉＦｅＣｒ層１６／Ａｌ層１７の２層構造で形成することで、前記シード層をＮｉＦｅＣｒの単層構造で形成していた従来に比べて効果的に前記絶縁障壁層９の表面粗さを小さくできる。

前記ＮｉＦｅＣｒ層１６は、シード効果を発揮させるために設けられている。ここで「シード効果」とは、結晶性を高めることを意味し、特に前記シード層６上に形成される前記反強磁性層７の膜面と平行な方向（Ｘ−Ｙ面と平行）の結晶配向を、{１１１}面（反強磁性層７の最稠密面である）に優先配向させることを意味する。さらに前記反強磁性層７上の各層の膜面と平行な方向（Ｘ−Ｙ面と平行）の結晶配向が{１１１}面に優先配向してもよい。

一方、前記Ａｌ層１７には、ほとんどシード効果は無いものと考えられる。よって前記ＮｉＦｅＣｒ層１６は単層構造でも適切にシード効果が発揮される状態であることが好ましい。前記ＮｉＦｅＣｒ層１６の膜厚は、３８Å〜５０Åの範囲内で形成され、前記ＮｉＦｅＣｒ層１６は、組成式が｛Ｎｉ_ｘＦｅ_１―ｘ｝_ｙＣｒ_{１００−ｙ}で示され、Ｎｉ比ｘは、０．７〜１の範囲内、ａｔ％ｙは、２５ａｔ％〜４５ａｔ％の範囲内から成るＮｉＦｅＣｒにより形成されることが好ましい。なお「Ｎｉ比ｘ」は、Ｎｉの原子％／（Ｎｉの原子％＋Ｆｅの原子％）で示される。例えばＮｉＦｅＣｒ層１６は、｛Ｎｉ_０．８Ｆｅ_０．２｝_{６０ａｔ％}Ｃｒ_{４０ａｔ％}より形成される。

以上により、前記ＮｉＦｅＣｒ層１６は適切にシード効果を発揮し、前記磁気抵抗効果部１５の結晶配向性を良好な状態にすることが出来る。

前記ＮｉＦｅＣｒ層１６上に形成されるＡｌ層１７は、前記シード層６の表面の平滑性を向上させる役割があるものと考えられる。特に前記Ａｌ層１７はその上に形成される反強磁性層７との間で界面平滑性を向上させ、これにより前記絶縁障壁層９の表面粗さを適切に小さくできるものと考えられる。表面粗さの指標としては「中心線平均粗さ（Ｒａ）」が用いられる。

前記Ａｌ層１７はあまり薄いと平滑性効果は小さくなるため、ある程度の膜厚が必要である。前記Ａｌ層１７の膜厚は６〜１０Åの範囲内であることが好ましい。より好ましくは８〜１０Åである。

前記絶縁障壁層９の表面粗さが小さくなったことで、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を従来よりも効果的に向上させることが出来る。また平滑性が向上したことで、フリー磁性層１０と固定磁性層８間に作用する層間結合磁界（Ｈｉｎ）が小さくなり、その結果、アシンメトリー（asymmetry）を低減できる。

ちなみに、前記ＮｉＦｅＣｒ層１６上にＡｌ層１７を積層したシード層６を使用することで、ＮｉＦｅＣｒの単層構造でシード層を形成していた従来に比べて素子抵抗は大きくなるが、素子抵抗が大きくなるデメリットに比べ、絶縁障壁層９の表面粗さを小さくするメリットのほうがトンネル型磁気検出素子４では遥かに大きい。例えばＣＩＰ−ＧＭＲ素子（電流が素子の膜面と平行な方向に流れるＧＭＲ）では、前記シード層６の膜厚が厚く形成されると前記シード層６への分流ロスが大きくなり抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が大きく低下しまうので、できる限り前記シード層６を薄く形成したいが、本実施形態におけるトンネル型磁気検出素子４では、前記シード層６の膜厚を従来より厚く形成しても、前記絶縁障壁層９の表面粗さを従来より小さくできれば、そのほうが、遥かにＭＲ特性の向上を図ることができ好ましいのである。

以上、本実施形態では、シード層６の構造を変えることで、簡単且つ適切に前記絶縁障壁層９の表面粗さを小さくできる。よって前記絶縁障壁層９の膜厚を調整すること等で前記絶縁障壁層９の表面粗さを調整する場合に比べて、安定して前記絶縁障壁層９の表面粗さを小さくでき、したがって本実施形態のトンネル型磁気検出素子によれば、安定して優れた抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）に代表されるＭＲ特性を得ることが可能である。

図２に示すトンネル型磁気検出素子２４では図１と比べてシード層２０の構造が異なる。図２のトンネル型磁気検出素子２４で用いられているシード層２０は、下からＮｉＦｅＣｒ層２１／Ｃｏ層２２／Ａｌ層２３の３層構造で形成されている。このような構造によっても前記絶縁障壁層９の表面粗さを、シード層をＮｉＦｅＣｒの単層構造で形成していた従来に比べて小さくすることが可能である。

ところで図２のように、前記ＮｉＦｅＣｒ層２１とＡｌ層２３との間にＣｏ層２２を設けると、前記ＮｉＦｅＣｒ層２１の膜厚を従来より薄く形成しても前記ＮｉＦｅＣｒ層２１の原子が再配列を起こして、前記ＮｉＦｅＣｒ層２１の{１１１}配向性が十分に高まっていると考えられる。このとき図２に示す前記ＮｉＦｅＣｒ層２１の膜厚は３８Å以下で形成されることが好ましいと考えられる。前記膜厚が３８Å以下であると前記ＮｉＦｅＣｒ層の単層構造では結晶性が不十分でシード効果が大きく低下するが、本実施形態では、このような結晶性が不十分なＮｉＦｅＣｒ層２１上に、Ｃｏ層２２を積層することで、ＮｉＦｅＣｒ層２１の原子の再配列が促され前記結晶性はより適切に向上し、シード効果が向上すると考えられる。前記Ｃｏ層２２の膜厚は、４〜６Å程度設ければよい。前記Ａｌ層２３の膜厚は図１と同様に６〜１０Åの範囲内であることが好ましい。また前記Ａｌ層２３の膜厚は６〜８Åの範囲内にすることがより好ましい。

図２の実施形態でも図１と同様に、シード層６の構造を変えることで、簡単且つ適切に前記絶縁障壁層９の表面粗さを小さくできる。よって前記絶縁障壁層９の膜厚を調整すること等で前記絶縁障壁層９の表面粗さを調整する場合に比べて、安定して前記絶縁障壁層９の表面粗さを小さくでき、したがって本実施形態のトンネル型磁気検出素子によれば、安定して優れた抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）に代表されるＭＲ特性を得ることが可能である。

上記のように前記Ａｌ層１７，２３やＣｏ層２２は非常に薄い膜厚で形成される。前記Ａｌ層１７，２３及び前記Ｃｏ層２２は、熱的影響等により、その下のＮｉＦｅＣｒ層１６，２１や反強磁性層７との間で元素拡散を生じている場合がある。

したがって図３のように、前記シード層６は、ＮｉＦｅＣｒを主体として形成され、前記シード層６には、前記シード層６の表面領域６ａよりも下側のシード領域６ｂから前記表面領域６ａ内にかけてＡｌ濃度が徐々に高くなる濃度勾配が存在する形態であってもよい。図３では、前記表面領域６ａでのＡｌ平均濃度は、前記下側のシード領域６ｂのＡｌ平均濃度より高い。図３に示すように、前記表面領域６ａにはＡｌ濃度のピークが存在している。そしてＡｌ濃度は前記表面領域６ａ内の途中から前記反強磁性層７内にかけて徐々に低下する。

あるいは図４に示すように、前記シード層２０はＮｉＦｅＣｒを主体として形成され、前記シード層２０の表面領域２０ａには、Ｃｏ高濃度領域２０ａ１と、前記Ｃｏ高濃度領域２０ａ１上にＡｌ高濃度領域２０ａ２とが存在し、前記シード層２０には、前記Ｃｏ高濃度領域２０ａ１よりも下側のシード領域２０ｂから前記Ｃｏ高濃度領域２０ａ１内にかけてＣｏ濃度が徐々に高くなる濃度勾配が存在し、さらに前記Ａｌ高濃度領域２０ａ２よりも下側のシード領域２０ｃから前記Ａｌ高濃度領域２０ａ２内にかけて徐々にＡｌ濃度が高くなる濃度勾配が存在する形態であってもよい。図４では、前記Ｃｏ高濃度領域２０ａ１では、前記Ｃｏ高濃度領域２０ａ１より下側のシード領域２０ｂに比べてＣｏ平均濃度が高く、前記Ａｌ高濃度領域２０ａ２では、前記Ａｌ高濃度領域２０ａ２より下側のシード領域２０ｃに比べてＡｌ平均濃度が高い。図４に示すように、前記Ｃｏ高濃度領域２０ａ１内にはＣｏ濃度のピークが存在し、Ｃｏ濃度は前記Ｃｏ高濃度領域２０ａ１内の途中から前記反強磁性層７内にかけて徐々に低下する。また、前記Ａｌ高濃度領域２０ａ２内にはＡｌ濃度のピークが存在し、Ａｌ濃度は前記Ａｌ高濃度領域２０ａ２内の途中から前記反強磁性層７内にかけて徐々に低下する。

前記「表面領域」とは前記シード層６，２０の表面付近の領域を指す。前記「表面領域」は、少なくとも膜厚中心よりも上側に存在する。図３での前記表面領域６ａは、前記シード層６の表面から下側に向けて６〜１０Åの範囲内であることが好ましい。一方、図４での表面領域２０ａは、前記シード層２０の表面から下側に向けて１０〜１６Åの範囲内であることが好ましい。

なお組成分析には、ＳＩＭＳ分析装置や電解放射型透過電子顕微鏡（ＦＥ−ＴＥＭ）を用いたナノビーム特性Ｘ線分析（Ｎａｎｏ−ｂｅａｍＥＤＸ）等を用いる。

本実施形態におけるトンネル型磁気検出素子の製造方法について説明する。下部シールド層１上に、ＮｉＦｅＣｒ層１６、及びＡｌ層１７の２層構造から成るシード層６を形成する（図１の形態）。あるいはＮｉＦｅＣｒ層２１、Ｃｏ層２２及びＡｌ層２３の３層構造から成るシード層２０を形成する（図２の形態）。そして、前記シード層６，２０上に反強磁性層７、固定磁性層８、絶縁障壁層９、フリー磁性層１０および保護層１１からなる磁気抵抗効果部１５を形成する。このとき前記シード層６を上記２層構造で形成する場合には、前記ＮｉＦｅＣｒ層１６の膜厚を３８Å〜５０Åの範囲内で形成し、前記Ａｌ層１７の膜厚を６〜１０Åの範囲内で形成することが好ましい。前記Ａｌ層１７の膜厚を８〜１０Åで形成することがより好ましい。また前記シード層２０を上記３層構造で形成する場合には、ＮｉＦｅＣｒ層２１を、３０Å〜３８Åの範囲内で形成し、Ｃｏ層２２を、４〜６Åの範囲内で形成し、Ａｌ層２３を６〜１０Åの範囲内で形成することが好ましい。また前記Ａｌ層２３の膜厚を６〜８Åで形成することがより好ましい。製造プロセス中で行われる熱処理、例えば前記反強磁性層７と固定磁性層８との間で交換結合磁界（Ｈｅｘ）を生じさせるために磁場中熱処理を施すと、前記シード層６，２０を構成する元素は拡散するが、Ａｌ高濃度領域（前記シード層６をＮｉＦｅＣｒ層１６／Ａｌ層１７の２層構造で形成した場合）、あるいはＣｏ高濃度領域２０ａ１及びＡｌ高濃度領域２０ａ２（前記シード層２０をＮｉＦｅＣｒ層２１／Ｃｏ層２２／Ａｌ層２３の３層構造で形成した場合）は前記シード層２０の表面領域２０ａに存在する。前記表面領域２０ａ以外のシード領域には、主体となるＮｉＦｅＣｒが存在している。ＮｉＦｅＣｒは、前記表面領域２０ａにも存在するがＮｉＦｅＣｒ濃度は、前記表面領域２０ａ以外のシード領域で非常に高い状態となっている。

前記シード層６，２０と前記磁気抵抗効果部１５から成る積層体５を図１，図２に示す略台形状に加工した後、前記積層体５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１２、ハードバイアス層１３、及び上側絶縁層１４の順で積層する。
そして前記保護層１１及び上側絶縁層１４上に上部シールド層１８を形成する。

下から、基板／シード層／ＩｒＭｎ（５５）／Ｃｏ_{７０ａｔ％}Ｆｅ_{３０ａｔ％}／Ｒｕ（２０）の順に積層された積層膜を形成した。なお括弧内の数値は膜厚を示し単位はÅである。

実験では、実施例１として、前記シード層を下からＮｉＦｅＣｒ（４２）／Ａｌ（８）の順に積層した積層膜、実施例２として、前記シード層を下からＮｉＦｅＣｒ（３８）／Ｃｏ（４）／Ａｌ（８）の順に積層した積層膜、比較例として、前記シード層をＮｉＦｅＣｒ（４２）の単層構造で形成した積層膜を用意した。なお前記シード層の膜構成に記された括弧内の数値は各層の膜厚を示し単位はÅである。

そして実験では、実施例１，２及び比較例の積層膜の表面、すなわちＲｕ層の表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）を求めた。
その結果は以下の表１に示されている。

表１に示すように、実施例１，２では比較例に比べてＲｕ層の表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）を小さくできることがわかった。

実験では、Ｒｕ層（固定磁性層を構成する非磁性中間層）までしか積層していないが、この実験結果からすれば、トンネル型磁気検出素子を構成する前記Ｒｕ層よりも上に積層される各層、特に絶縁障壁層の表面粗さを、実施例１，２に示すシード層の積層構造にすることで比較例より小さくできることがわかった。

次に、以下の基本膜構成を有するスピンバルブ型薄膜素子を形成した。
基本膜構成は下から、基板／ＮｉＦｅＣｒ／［形成なしｏｒＡｌｏｒＣｏ／Ａｌ］／ＩｒＭｎ（５５）／Ｃｏ_{７０ａｔ％}Ｆｅ_{３０ａｔ％}／Ｒｕ（９）／Ｃｏ（２２）／Ｃｕ（１９）／Ｃｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}（１２）／Ｃｏ_{７０ａｔ％}Ｆｅ_{３０ａｔ％}（４）／Ｎｉ_{８０ａｔ％}Ｆｅ_{２０ａｔ％}（１３）／Ｃｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}（３）／Ｔａ（１６）であった。なお括弧内の数値は膜厚を示し単位はÅである。

実験では、シード層をＮｉＦｅＣｒのみで形成した比較例、シード層をＮｉＦｅＣｒ／Ａｌ（６）で形成した実施例３、シード層をＮｉＦｅＣｒ／Ａｌ（８）で形成した実施例４、シード層をＮｉＦｅＣｒ／Ａｌ（１０）で形成した実施例５、シード層をＮｉＦｅＣｒ／Ｃｏ（４）／Ａｌ（６）で形成した実施例６、シード層をＮｉＦｅＣｒ／Ｃｏ（４）／Ａｌ（８）で形成した実施例７、シード層をＮｉＦｅＣｒ／Ｃｏ（６）／Ａｌ（６）で形成した実施例８のスピンバルブ型薄膜素子を夫々形成し（括弧内の数値は膜厚で単位はÅ）、各スピンバルブ型薄膜素子において、ＮｉＦｅＣｒの膜厚を変化させてシード層のトータル厚を変化させたときのフリー磁性層と固定磁性層間に作用する層間結合磁界（Ｈｉｎ）の大きさを調べた。その結果が図５である。

図５に示すように、比較例のスピンバルブ型薄膜素子は、実施例のスピンバルブ型薄膜素子よりも前記層間結合磁界（Ｈｉｎ）が大きくなることがわかった。

また前記シード層をＮｉＦｅＣｒ／Ａｌの積層構造で形成した場合（実施例３〜５）では、Ａｌ厚を８Å〜１０Åにすることが好ましいことがわかった。また、シード層をＮｉＦｅＣｒ／Ｃｏ／Ａｌの積層構造で形成した場合（実施例６〜８）では、Ｃｏ厚を４〜６Å、Ａｌ厚を６〜８Åにすることが好ましいことがわかった。

なお図５の実験で使用したスピンバルブ型薄膜素子はフリー磁性層と固定磁性層との間がＣｕであるが、図５の結果から実施例のシード層を用いると、前記層間結合磁界（Ｈｉｎ）の絶対値を安定して小さくでき、それは固定磁性層やフリー磁性層の界面が平坦化されているからであり、トンネル型磁気検出素子に適用すれば、絶縁障壁層の界面の平坦化を促進できると考えられる。実際に表１の実験結果からも明らかなように膜面のＲａを小さくできている。

トンネル型磁気検出素子において絶縁障壁層の界面の平坦化は安定して優れた抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得る上で非常に重要であり、実験結果からＮｉＦｅＣｒの単層シードを用いるより、ＮｉＦｅＣｒ／ＡｌあるいはＮｉＦｅＣｒ／Ｃｏ／Ａｌの積層シードを用いることが好ましいことがわかった。

本実施形態のトンネル型磁気検出素子を備えた薄膜磁気ヘッド（再生ヘッド）の構造を記録媒体との対向面と平行な方向から切断し、その切断面を示す断面図、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薄膜磁気ヘッド（再生ヘッド）の構造を記録媒体との対向面と平行な方向から切断し、その切断面を示す断面図、図１に示すトンネル型磁気検出素子のシード層及びその上の反強磁性層を拡大した前記トンネル型磁気検出素子の部分拡大模式図（特に前記シード層を構成する元素が拡散した状態を示す模式図）と、前記シード層及び反強磁性層のＡｌ濃度の分布図、図２に示すトンネル型磁気検出素子のシード層及びその上の反強磁性層を拡大した前記トンネル型磁気検出素子の部分拡大模式図（特に前記シード層を構成する元素が拡散した状態を示す模式図）と、前記シード層及び反強磁性層のＡｌ濃度、及びＣｏ濃度の分布図、実施例３〜８及び比較例のスピンバルブ型薄膜素子におけるシード層のトータル厚とフリー磁性層と固定磁性層間に作用する層間結合磁界（Ｈｉｎ）との関係を示すグラフ、

符号の説明

４、２４トンネル型磁気検出素子
５積層体
６、２０シード層
６ａ、２０ａ（シード層の）表面領域
７反強磁性層
８固定磁性層
９絶縁障壁層
１０フリー磁性層
１１保護層
１５磁気抵抗効果部
１６、２１ＮｉＦｅＣｒ層
１７、２３Ａｌ層
２２Ｃｏ層

Claims

磁化方向が所定方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に絶縁障壁層を介して対向し外部磁界により磁化が変動するフリー磁性層とを有して成る磁気抵抗効果部と、前記磁気抵抗効果部の下に設けられたシード層とを有し、
前記シード層はＮｉＦｅＣｒ層上にＡｌ層が積層された構造で形成されることを特徴とするトンネル型磁気検出素子。
磁化方向が所定方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に絶縁障壁層を介して対向し外部磁界により磁化が変動するフリー磁性層とを有して成る磁気抵抗効果部と、前記磁気抵抗効果部の下に設けられたシード層とを有し、
前記シード層はＮｉＦｅＣｒ層上にＣｏ層が積層され、さらに前記Ｃｏ層上にＡｌ層が積層された構造で形成されることを特徴とするトンネル型磁気検出素子。
磁化方向が所定方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に絶縁障壁層を介して対向し外部磁界により磁化が変動するフリー磁性層とを有して成る磁気抵抗効果部と、前記磁気抵抗効果部の下に設けられたシード層とを有し、
前記シード層はＮｉＦｅＣｒを主体として形成され、前記シード層の表面領域でのＡｌ平均濃度は、前記表面領域より下側のシード領域でのＡｌ平均濃度に比べて高いことを特徴とするトンネル型磁気検出素子。
磁化方向が所定方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に絶縁障壁層を介して対向し外部磁界により磁化が変動するフリー磁性層とを有して成る磁気抵抗効果部と、前記磁気抵抗効果部の下に設けられたシード層とを有し、
前記シード層はＮｉＦｅＣｒを主体として形成され、前記シード層の表面領域にはＣｏ高濃度領域と、前記Ｃｏ高濃度領域より上にＡｌ高濃度領域が存在し、前記Ｃｏ高濃度領域では、前記Ｃｏ高濃度領域より下側のシード領域に比べてＣｏ平均濃度が高く、前記Ａｌ高濃度領域では、前記Ａｌ高濃度領域より下側のシード領域に比べてＡｌ平均濃度が高いことを特徴とするトンネル型磁気検出素子。