JP3587792B2 - 磁気検出素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル磁気抵抗効果によって磁気を検出する磁気検出素子に係り、特に、安定した抵抗変化率を得ることができ、また再現性良く形成可能な磁気検出素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスク装置などに搭載される再生専用のヘッドとして、巨大磁気抵抗効果を示すＧＭＲ素子があり、ＧＭＲ（ｇｉａｎｔ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子は高い感度を有することで知られている。
【０００３】
前記ＧＭＲ素子の中でも、構造が比較的単純で、弱い外部磁界で抵抗が変化するものにスピンバルブ膜があり、前記スピンバルブ膜は最も単純には４層構造で構成される。
【０００４】
図１９は、スピンバルブ膜の構造を示す部分模式図である。図１９は、記録媒体との対向面側から見た断面図である。
【０００５】
図１９に示す符号１および３はＮｉＦｅ合金などで形成される強磁性層であり、前記強磁性層間に、Ｃｕなどで形成された非磁性導電層２が介在する。
【０００６】
このスピンバルブ膜の場合では、強磁性層１がフリー磁性層と呼ばれる層であり、強磁性層３が固定磁性層である。以下、強磁性層１をフリー磁性層と、強磁性層３を固定磁性層と称す。
【０００７】
図１９に示すように前記固定磁性層３上にはＮｉＭｎ合金などで形成される反強磁性層４が接して形成され、磁場中アニールが施されることにより前記固定磁性層３と反強磁性層４間に交換異方性磁界が生じ、前記固定磁性層３は、ハイト方向（図示Ｙ方向）に磁化が固定される。
【０００８】
一方、前記フリー磁性層１は、バイアス層（図示しない）などの影響を受けることで、磁化がトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられ、前記固定磁性層３とフリー磁性層１との磁化が交叉する関係にされる。
【０００９】
図１９に示すようにフリー磁性層１から反強磁性層４までの積層膜のトラック幅方向（図示Ｘ方向）両側には、電極層５，５が設けられている。なお、前記導電層５，５は、Ｃｕ（銅）やＷ（タングステン）、Ｃｒ（クロム）などで形成されている。
【００１０】
図１９に示すスピンバルブ膜では、ハードディスクなどの記録媒体からの漏れ磁界により、前記フリー磁性層１の磁化方向が変動すると、固定磁性層３の固定磁化方向との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの漏れ磁界が検出される。スピンバルブ膜の抵抗変化率（ＭＲ比）は、数％から十数％程度である。
【００１１】
ところで、近年の高記録密度化で、ハードディスク装置の面記録密度は上昇し続け、現在主流となっているＧＭＲ素子では、今後の高い記録密度に対応可能か否かが問題となってくる。
【００１２】
そこでＧＭＲ素子に変わる再生用ヘッドとして、トンネル型磁気抵抗効果型素子（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）が脚光を浴びるようになってきた。トンネル型磁気抵抗効果型素子の抵抗変化率（ＴＭＲ比）は、数１０％に達するので、ＧＭＲ素子に比べて非常に大きな再生出力が得られることになる。
【００１３】
図２０は、従来のトンネル型磁気抵抗効果型素子の構造を示す部分模式図である。図２０は記録媒体との対向面側から見た断面図である。
【００１４】
図２０に示す符号１および３は、図１９に示すスピンバルブ膜と同様に、フリー磁性層と固定磁性層であり、前記固定磁性層３上には反強磁性層４が接して形成されている。
【００１５】
スピンバルブ膜と構造上大きく異なる点は、フリー磁性層１と固定磁性層３との間に、例えばＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）などで形成された絶縁障壁層６が形成されていることと、電極層５，５が、フリー磁性層１から反強磁性層４で成る多層膜の膜面に対し、垂直方向（図示Ｚ方向）の両側に設けられていることである。
【００１６】
トンネル型磁気抵抗効果型素子では、２つの強磁性層（フリー磁性層１と固定磁性層３）に電圧を印加すると、トンネル効果により絶縁障壁層６を介して電流（トンネル電流）が流れる。
【００１７】
トンネル型磁気抵抗効果型素子もスピンバルブ膜の場合と同様に、固定磁性層３の磁化は図示Ｙ方向に固定され、フリー磁性層１の磁化は図示Ｘ方向に揃えられ、外部磁界の影響を受けて磁化方向は変動するようになっている。
【００１８】
固定磁性層３とフリー磁性層１との磁化が反平行の場合に、トンネル電流は最も流れにくくなり、抵抗値は最大になり、固定磁性層３とフリー磁性層１との磁化が平行の場合に、トンネル電流は最も流れ易くなり、抵抗値は最小になる。
【００１９】
そして、外部磁界の影響を受けてフリー磁性層１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、記録媒体からの漏れ磁界が検出されるようになっている。
【００２０】
トンネル型磁気抵抗効果型素子における抵抗変化率（ＴＭＲ比；ΔＲ_ＴＭＲ）は、
２Ｐ_ｐＰ_Ｆ／（１−Ｐ_ＰＰ_Ｆ）で表される。ここでＰ_ｐは、固定磁性層のスピン分極率（上向きスピンと下向きスピンの電子数の差を、全電子数で規格化したもの。以下、単に分極率と称す）であり、Ｐ_Ｆはフリー磁性層の分極率であり、この式からわかるように、抵抗変化率は、強磁性層の分極率によって決定される。分極率を大きくすれば、理論上抵抗変化率は大きくなる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
従来のトンネル型磁気抵抗効果型素子は、その絶縁障壁層６がＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）で形成されることが多かった。
【００２２】
しかしながら、絶縁障壁層６としてＡｌ_２Ｏ_３を使用した従来の磁気検出素子では、近年の高記録密度化に伴い、以下のような問題点が発生した。
【００２３】
（１）まず一つ目は絶縁性の問題である。絶縁障壁層６は、厚さが１〜２ｎｍと非常に薄く形成される。このように膜厚が非常に薄く形成された場合、アルミナで形成された絶縁障壁層６では、適切な強さの絶縁耐圧を得ることができず、磁気検出素子に大きな電流が流されたときに、絶縁障壁層６が破壊されやすい。
【００２４】
特に、トンネル型磁気抵抗効果型素子は素子抵抗が高く、２つの強磁性層（フリー磁性層１と固定磁性層３）に電圧を印加したときに、絶縁障壁層６に大きな電圧がかかるので絶縁障壁層６が破壊される確率が高くなる。
【００２５】
また、素子抵抗を下げるために絶縁障壁層６を薄くする必要があるが、絶縁耐圧が低いと、フリー磁性層１と固定磁性層３が電気的に短絡しやすく、絶縁障壁層６を薄く形成することが困難になる。
【００２６】
（２）二つ目は、耐現像液性の問題である。図２０の磁気検出素子を形成した後の工程で、電極層５上に主電極層やインダクディブヘッドを形成する。前記主電極層やインダクディブヘッドを形成するときには、レジストパターン形成の工程を有するが、レジストパターン形成の際に使用される強アルカリなどの現像液にアルミナは溶けやすく、また前記現像液にさらされたときの前記アルミナのエッチングレートは非常に早い。
【００２７】
特に、上記したように絶縁障壁層６の膜厚は非常に薄いため、耐現像液性が低いと絶縁障壁層６を確実に形成することが困難になる。
【００２８】
また、前記磁気検出素子は、例えばアルミナチタンカーバイド（Ａｌ−Ｔｉ−Ｃ）などからなるスライダのトレーリング端面に設けられる。前記磁気検出素子の形成後に前記スライダを加工する工程においても、磁気検出素子は研削液やラッピング用液などの液体にさらされるが、トンネル型磁気抵抗効果型素子の絶縁障壁層６の膜厚は非常に薄いため、前記絶縁障壁層６がわずかに溶解・変質した場合でも、製品の信頼性に大きな影響を与える。
【００２９】
逆に、アルミナを用いて十分な絶縁耐圧と耐現像液性を有する絶縁障壁層６を形成するためには、絶縁障壁層６の膜厚を厚くする必要があり、トンネル電流が流れなくなってしまう。
【００３０】
（３）三つ目は、放熱性の問題である。トンネル型磁気抵抗効果型素子は素子抵抗が高く、発熱量が大きくなる。このため絶縁障壁層６は放熱性が良いことが期待されている。
【００３１】
しかしながらアルミナで形成された絶縁障壁層６では放熱性が充分とは言えず、の素子温度が上昇し、特性に悪影響を及ぼす結果となる。
【００３２】
またアルミナは比較的良好であるが、非常に薄い膜厚で絶縁障壁層６を形成するためには、平滑性がよいことが必要である。
【００３３】
以上のようにアルミナで形成された絶縁障壁層６では、絶縁性、耐現像液性、、放熱性、平滑性、をすべて満足することはできなかった。
【００３４】
本発明は上記従来の問題点を解決するためのものであり、絶縁障壁層をＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜、あるいはＳｉ−Ｏ−Ｎ膜で形成することにより、前記絶縁障壁層の絶縁性、耐現像液性、放熱性及び平滑性を向上させた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している。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気検出素子は、反強磁性層と、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が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積層されるフリー磁性層を有する多層膜と、前記多層膜の上下に形成された電極層とを有し、
前記絶縁障壁層が、組成式がＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成されることを特徴とするものである。
前記組成式がＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料中のＳｉは全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下含有されていることが好ましい。
あるいは本発明の磁気検出素子は、反強磁性層と、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が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積層されるフリー磁性層を有する多層膜と、前記多層膜の上下に形成された電極層とを有し、
前記絶縁障壁層が、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料を用いて形成され、この絶縁性材料中のＳｉは全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下含有されているることを特徴とするものである。
【００３６】
本発明では、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて、前記絶縁障壁層を形成し、これによって前記絶縁障壁層層の絶縁性、耐現像液性、平滑性、及び放熱性を向上させることが可能になる。
【００３７】
従って、前記絶縁障壁層を、０．３〜２．０ｎｍという非常に薄い膜厚で形成しても、電流や化学薬品によって損傷しにくい安定した前記絶縁障壁層を形成することができる。
【００３８】
また、前記絶縁障壁層を従来のようにアルミナで形成した場合には、前記絶縁障壁層の膜厚を１ｎｍより小さくすることは事実上不可能であった。これに対して本発明では、前記絶縁障壁層を０．５ｎｍ程度より薄い膜厚で形成することも可能になる。すると、磁気検出素子の直流抵抗値を小さくすることができる。具体的には、本発明では磁気検出素子の直流抵抗値を、従来のＧＭＲ型磁気抵抗効果素子と同程度の数１０Ωのオーダーにすることができる。
【００３９】
従って、磁気検出素子の発熱を抑えることができ、また磁気検出素子のノイズ耐性を向上させることができる。
【００４０】
Ｓｉの添加により、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料からなる前記絶縁障壁層は、アルミナで形成された絶縁障壁層に比べて絶縁耐圧が向上する。従って、絶縁障壁層が破壊されにくく、安定した動作が可能な磁気検出素子を提供できる。
【００４１】
また耐現像液性もアルミナに比べて向上する。アルミナのエッチングレートは５０Å／ｍｉｎ程度であったが、Ｓｉの添加により、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜のエッチングレートはそれよりも小さくなり、Ｓｉの添加量が９ａｔ％程度であると、エッチングレートはほぼ０Å／ｍｉｎに近い数値となった。
【００４２】
本発明の磁気検出素子は、ハードディスク装置の磁気ヘッドを形成するために用いることができる。ハードディスク装置の磁気ヘッドを形成するときには、磁気検出素子を形成した後の工程で、磁気検出素子の電極層上に主電極層やインダクディブヘッドを形成する。前記主電極層やインダクディブヘッドを形成するときには、レジストパターン形成の工程を有し、磁気検出素子は強アルカリなどの現像液にさらされるが、本発明では、前記絶縁障壁層を組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成するために、前記絶縁障壁層が溶けにくく、また前記現像液にさらされたときの前記絶縁障壁層のエッチングレートを小さくできる。
【００４３】
また、前記磁気ヘッドは、例えばアルミナチタンカーバイド（Ａｌ−Ｔｉ−Ｃ）などからなるスライダのトレーリング端面に設けられる。前記磁気ヘッドの形成後に前記スライダを加工する工程においても、前記磁気検出素子は研削液やラッピング用液などの液体にさらされるが、本発明ではこれらのスライダ加工用の液体に対しても前記絶縁障壁層が溶けにくく、また前記現像液にさらされたときの前記絶縁障壁層のエッチングレートを小さくできる。
【００４４】
従って、前記絶縁障壁層の膜厚を非常に薄くしても、前記絶縁障壁層を確実に形成することが可能になる。
【００４５】
上記のようにＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の絶縁性、耐現像液性がアルミナよりも向上するのは、ＡｌとＯとで構成される絶縁材料にＳｉを添加することでＳｉとＯとの結合性によって絶縁性、耐現像液性が向上するものと考えられる。
【００４６】
また平滑性も良好で、アルミナとほぼ同程度の平滑性を保つことが確認された。
【００４７】
さらに放熱性に関しては、アルミナよりも良好で、今後の高記録密度化により電流密度が上昇しても素子温度を充分に抑制することが可能である。
従って、前記磁気検出素子の抵抗値の上昇を抑えることができる。
【００４８】
放熱性がアルミナよりも良くなるのは、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の原子配列に短範囲の規則性があるからではないかと考えられる。アルミナの膜構成は完全にアモルファス化している。一方、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜は、Ｓｉの添加量を増やすと、徐々に原子配列の短範囲に規則性が現れ、結晶性が向上している。
【００４９】
原子配列に短範囲の規則性が生じているか否かは透過電子線回折像を見ることによって判別することが可能である。
【００５０】
後述する実験結果により、前記Ｓｉの添加量は、全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下の範囲内であることが好ましいことが判明した。
【００５１】
また本発明では、前記組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料中のＳｉを、Ｏとの化学量論でＳｉＯ_２に換算したときに、換算した前記ＳｉＯ_２が、前記絶縁性材料中の１０ａｔ％以上で３８ａｔ％以下を占めることが好ましい。
【００５２】
さらに本発明では、前記組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料中に含まれるＳｉは、Ｏとの化学量論でＳｉＯ_２に換算したときに、前記換算した前記ＳｉＯ_２が、前記絶縁性材料中での６．１質量％以上で２６．０質量％以下を占めることが好ましい。
【００５３】
なお、前記絶縁材料層（絶縁障壁層）の厚さは、０．３ｎｍ以上２．０ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、前記絶縁材料層の厚さが０．３ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の範囲にあることである。
【００５４】
このように本発明では、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて前記絶縁障壁層を形成することにより、前記絶縁障壁層の絶縁性、耐現像液性、平滑性、及び放熱性を向上させることができる。その結果、前記絶縁障壁層の膜厚を薄くしても、安定した抵抗変化率を得ることができ、また再現性良く形成可能なトンネル型磁気抵抗効果を用いる磁気検出素子を提供することができる。
【００５５】
また本発明は、基板上に、反強磁性層と、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が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積層されるフリー磁性層を有する多層膜と、前記多層膜の上下に形成された電極層とを有する磁気検出素子の製造方法において、
ＳｉＮ薄膜を形成後、前記ＳｉＮ薄膜を自然酸化あるいはラジカル酸素ガス中で酸化させることによって、組成式がＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料からなる前記絶縁障壁層を形成することを特徴とするものである。
前記組成式がＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料中のＳｉの濃度を全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下とすることが好ましい。
または、本発明の磁気検出素子の製造方法は、ＡｌＳｉ薄膜を形成後、前記ＡｌＳｉ薄膜を自然酸化あるいはラジカル酸素ガス中で酸化させることによって、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料からなり、この絶縁性材料中のＳｉの濃度が全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下である前記絶縁障壁層を形成することを特徴とするものである。
【００５６】
本発明では、前記ＡｌＳｉ薄膜またはＳｉＮ薄膜を自然酸化あるいはラジカル酸素ガス中で酸化させるので、適度な酸化速度で前記ＡｌＳｉ薄膜またはＳｉＮ薄膜を均一に酸化することが容易になる。
【００５７】
または、ＡｌＳｉまたはＳｉＮからなるターゲットを用いて、スパッタ装置内にＯ_２ガスを導入しつつスパッタ成膜することによって、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料からなる前記絶縁障壁層を形成してもよい。
【００５８】
上記した発明では、ターゲットをＡｌＳｉまたはＳｉＮで形成できるので、Ｓｉ量をＡｌまたはＮとの混合比のみで設定できる。またスパッタ装置内にＯ_２ガスを導入して反応性スパッタ法によって、所定の組成からなる、Ａｌ−Ｓｉ−ＯあるいはＳｉ−Ｏ−Ｎ膜を容易に形成することが可能である。
【００５９】
前記組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料からなる前記絶縁障壁層を形成するときには、前記絶縁障壁層中のＳｉの濃度を全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下とすることが好ましい。 また、前記絶縁障壁層を０．３ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚さで形成することが好ましく、より好ましくは前記絶縁障壁層を０．３ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚さで形成することである。
【００６０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【００６１】
符号１０は電極層であり、電極層１０は例えば、Ｃｕ（銅）、Ｗ（タングステン）やＣｒ（クロム）等で形成されている。
【００６２】
電極層１０の上には、反強磁性層１１、固定磁性層１２、絶縁障壁層１３及びフリー磁性層１４が積層された多層膜１５が形成されている。多層膜１５の両側端面１５ｓ，１５ｓは、図示下方向に向かうほど幅寸法が広がるように傾斜面で形成される。
【００６３】
電極層１０上には反強磁性層１１が形成されている。反強磁性層１１は、Ｘ−Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１種または２種以上の元素である）で形成されていることが好ましい。特にＸの中でもＰｔを選択し、ＰｔＭｎ合金を反強磁性層１１として使用することが好ましい。
【００６４】
または、反強磁性層１１は、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐｔ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｘａ，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）で形成されていてもよい。
【００６５】
これらの合金は、成膜直後の状態では、不規則系の面心立方構造（ｆｃｃ）であるが、熱処理によってＣｕＡｕＩの規則型の面心正方構造（ｆｃｔ）に構造
変態する。
【００６６】
反強磁性層１１の膜厚は、トラック幅方向の中心付近において８０〜３００Å、例えば２００Åである。
【００６７】
ここで、反強磁性層１１を形成するための、前記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。また、前記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。特に規定しない限り、〜で示す数値範囲の上限と下限は以下、以上を意味する。
【００６８】
また、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。また、前記Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。さらに、前記Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’が０．２〜１０ａｔ％の範囲であることが好ましい。ただし、Ｘ’がＰｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である場合には、Ｘ’は０．２〜４０ａｔ％の範囲であることが好ましい。
【００６９】
これらの合金を使用し、これを熱処理することにより、固定磁性層１２との間で大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層１１を得ることができる。特に、ＰｔＭｎ合金であれば、４８ｋＡ／ｍ以上、例えば６４ｋＡ／ｍを越える交換結合磁界を有し、前記交換結合磁界を失うブロッキング温度が３８０℃と極めて高い優れた反強磁性層１１を得ることができる。
【００７０】
反強磁性層１１上に固定磁性層１２が形成されている。
固定磁性層１２は例えばＮｉＦｅ合金膜やＣｏ膜、ＣｏＮｉＦｅ合金膜、ＣｏＦｅ合金膜などで形成されている。
【００７１】
熱処理を施すことにより、固定磁性層１２と反強磁性層１１との間には交換結合磁界が発生するが、この交換結合磁界により固定磁性層１２は図示Ｙ方向に磁化される。
【００７２】
固定磁性層１２の上には、絶縁障壁層１３が形成されている。
そして絶縁障壁層１３の上には、フリー磁性層１４が形成されている。フリー磁性層１４は、例えばＮｉＦｅ合金膜やＣｏ膜、ＣｏＮｉＦｅ合金膜、ＣｏＦｅ合金膜などで形成されている。
【００７３】
多層膜１５のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側にバイアス層１６と多層膜１５の上下に形成された電極層１０，１０を電気的に絶縁するための絶縁層１７が形成されている。
【００７４】
バイアス層１６は、フリー磁性層１４の磁化をトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えるために形成されたものである。図１に示す磁気検出素子（トンネル型磁気抵抗効果型素子）では、バイアス層１６は硬磁性材料によって形成されており、具体的にはＣｏ―Ｐｔ合金膜やＣｏ―Ｃｒ―Ｐｔ合金膜などで形成されている。
【００７５】
そして、多層膜１５及びバイアス層１６の上には、電極層１０と同様の材質で形成された電極層１０が形成される。
【００７６】
図１に示される磁気検出素子は、いわゆるトンネル型磁気抵抗効果型素子である。
【００７７】
トンネル型磁気抵抗効果型素子はトンネル効果を利用して、記録媒体からの漏れ磁界を検出する再生用磁気素子である。電極層１０，１０から多層膜１５に対し図示Ｚ方向にセンス電流を流すと、フリー磁性層１４と固定磁性層１２との磁化関係によって、多層膜１５を通り抜けるトンネル電流の大きさが変化する。
【００７８】
外部磁界が図示Ｙ方向からトンネル型磁気抵抗効果型素子に侵入すると、前記外部磁界の影響を受けてフリー磁性層１４の磁化は変動する。これによって前記トンネル電流の大きさも変化し、この電流量の変化を電気抵抗の変化としてとらえる。そして前記電気抵抗の変化を電圧変化として、記録媒体からの外部磁界が検出されるようになっている。
【００７９】
図１に示すトンネル型磁気抵抗効果型素子では、固定磁性層１２とフリー磁性層１４との磁化方向が平行である場合、コンダクタンスＧ（抵抗の逆数）は最大になり、トンネル電流は最大になる。一方、固定磁性層１２とフリー磁性層１４との磁化方向が反平行である場合、コンダクタンスＧは最小になり、トンネル電流は最小になる。
【００８０】
またトンネル型磁気抵抗効果型素子では、磁気抵抗変化率（ＴＭＲ比；△Ｒ_ＴＭＲ）は、
（Ｇ_ＡＰ ^−１−Ｇ_Ｐ ^−１）／Ｇ_Ｐ ^−１で表される。ここでＧ_ＡＰは、固定磁性層１２とフリー磁性層１４の磁化が反平行である場合のコンダクタンス（最小値）であり、Ｇ_Ｐは、固定磁性層１２とフリー磁性層１４の磁化が平行である場合のコンダクタンス（最大値）である。
【００８１】
さらに上記式は、次のように変形することができる。すなわち、
ΔＲ_ＴＭＲ＝２Ｐ_ｐＰ_ｆ／（１−Ｐ_ｐＰ_ｆ）
ここでＰ_ｐは、固定磁性層１２の分極率であり、Ｐ_ｆは、フリー磁性層１４の分極率である。
【００８２】
上記式から、抵抗変化率（ＴＭＲ比）は、理論上、固定磁性層１２とフリー磁性層１４の分極率に支配され、固定磁性層１２とフリー磁性層１４の分極率を大きくすれば、抵抗変化率を大きくすることが可能であり、特に近年、再生用ヘッドとして主流になっているスピンバルブ膜等のＧＭＲ（ｇｉａｎｔ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子に比べ、数倍から数十倍の抵抗変化率を期待することができる。
【００８３】
トンネル型磁気抵抗効果型素子は、強磁性層からの入射電子が、古典的には絶縁障壁を乗り越えるのに不十分なエネルギーしか持っていない場合でも、絶縁障壁の向かい側の強磁性層に移り得る効果、すなわち量子論的なトンネル効果を利用したものである。
【００８４】
古典論では、絶縁障壁のポテンシャルがＶで、入射電子のエネルギーがＥで、Ｖ＞Ｅである場合、前記入射電子は、Ｖのポテンシャルの障壁を通過することができないとされるが、前記絶縁障壁の厚さが薄いなど、ある諸条件を備える場合に、入射電子がＶのポテンシャルの障壁を通り抜けることが実験的に確認されている。
【００８５】
図１１はトンネル型磁気抵抗効果型素子の動作を説明するための模式図である。強磁性体Ｌと強磁性体Ｒとの間に、絶縁障壁が介在し、強磁性層Ｌと強磁性層Ｒに電極が接続されている。
【００８６】
入射電子のエネルギーが、障壁のポテンシャルより低くても、前記入射電子が障壁を通り抜ける場合、それは図１１に示すように、入射電子の波動関数と透過電子の波動関数が、絶縁障壁の膜厚の範囲内で重なり合った場合である。このような場合に、入射電子は障壁を通り抜けトンネル電流が流れることとなる。
【００８７】
上記理論からすれば、前記入射電子の波動関数と透過電子の波動関数が重なり合わない場合には、障壁内にトンネル電流は流れず、トンネル効果を発揮し得ないことになるが、波動関数の重なりが起こるか否かは、絶縁障壁の膜厚に関係し、前記膜厚が厚くなればなるほど、前記波動関数の重なりは起こらなくなってしまう。
【００８８】
上記したように従来では、強磁性層／絶縁障壁層／強磁性層の３層膜が積層された積層型のトンネル型磁気抵抗効果型素子で構成され、適切なトンネル効果を発揮し得るために、絶縁障壁の膜厚を薄く形成する必要があったが、実際問題として、非常に薄い膜厚の絶縁障壁層を形成するのは、技術上難があった。
【００８９】
本実施の形態では、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて、絶縁障壁層１３を形成し、これによって絶縁障壁層１３の絶縁性、耐現像液性を向上させることを可能にしている。
【００９０】
従って、絶縁障壁層１３を非常に薄い膜厚で形成しても、電流や化学薬品によって損傷しにくい安定した絶縁障壁層１３を形成することができる。
【００９１】
Ｓｉの添加により、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料によって形成される薄膜は、アルミナによって形成された場合と比べて絶縁耐圧が向上する。
【００９２】
例えば膜厚３０ｎｍのＡｌ_３４．０Ｓｉ_５．０Ｏ_６１．０では、絶縁耐圧が７．７ＭＶ／ｃｍであった。ちなみにアルミナの絶縁耐圧は４．０ＭＶ／ｃｍであった。
【００９３】
なお、組成式がＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料によって形成される薄膜は、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料によって形成される薄膜よりも絶縁耐圧が向上し、１３．０ＭＶ／ｃｍであった。
【００９４】
これから、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏ又はＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料によって形成される絶縁障壁層１３は、アルミナによって形成された場合と比べて絶縁耐圧が向上することがわかる。
【００９５】
特に、トンネル型磁気抵抗効果型素子は素子抵抗が高く、２つの強磁性層（固定磁性層１２とフリー磁性層１４）に電圧を印加したときに、絶縁障壁層１３に大きな電圧がかかるが、本実施の形態のように組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁材料層を用いて絶縁障壁層１３を形成すると、絶縁障壁層１３が破壊される確率が従来よりも低くなる。
従って、本実施の形態の磁気検出素子は、安定した動作が可能になる。
【００９６】
また耐現像液性もアルミナに比べて向上する。アルミナのエッチングレートは５０Å／ｍｉｎ程度であったが、Ｓｉの添加により、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜のエッチングレートはそれよりも小さくなり、Ｓｉの添加量が９ａｔ％程度であると、エッチングレートはほぼ０Å／ｍｉｎに近い数値となった。
【００９７】
本実施の形態の磁気検出素子を用いて磁気ヘッドを形成するときは、図１の磁気検出素子を形成した後の工程で、電極層１０上に主電極層やインダクティブヘッドを形成する。前記主電極層やインダクティブヘッドを形成するときには、レジストパターン形成の工程を有するが、レジストパターン形成の際に使用される強アルカリなどの現像液にアルミナは溶けやすく、また前記現像液にさらされたときの前記アルミナのエッチングレートは非常に早い。
【００９８】
また、前記磁気検出素子は、例えばアルミナチタンカーバイド（Ａｌ−Ｔｉ−Ｃ）などからなるスライダのトレーリング端面に設けられる。前記磁気検出素子の形成後に前記スライダを加工する工程においても、磁気検出素子は研削液やラッピング用液などの液体にさらされるが、トンネル型磁気抵抗効果型素子の絶縁障壁層の膜厚は非常に薄いため、前記絶縁障壁層がわずかに溶解・変質した場合でも、製品の信頼性に大きな影響を与える。
【００９９】
しかし、本実施の形態では、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて、絶縁障壁層１３を形成することで、絶縁障壁層１３の耐現像液性が、従来よりも向上している。
【０１００】
従って、絶縁障壁層１３を非常に薄い膜厚で形成しても、化学薬品によって損傷しにくい安定した絶縁障壁層１３を形成することができる。
【０１０１】
上記のようにＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の絶縁性、耐現像液性がアルミナよりも向上するのは、ＡｌとＯとで構成される絶縁材料にＳｉを添加することでＳｉとＯとの結合性によって絶縁性、耐現像液性が向上するものと考えられる。
【０１０２】
また絶縁障壁層１３は平滑性も良好で、アルミナで形成されたものとほぼ同程度の平滑性を保つことが確認された。従って、絶縁障壁層１３を薄い膜厚で作ることも容易である。
【０１０３】
さらに、絶縁障壁層１３は放熱性がアルミナで形成されたものより向上し、磁気検出素子の直流抵抗値を小さくすることができる。また、今後の高記録密度化により電流密度が上昇しても素子温度を充分に抑制することが可能である。
【０１０４】
放熱性がアルミナよりも良くなるのは、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の原子配列に短範囲の規則性があるからではないかと考えられる。アルミナの膜構成は完全にアモルファス化している。一方、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜は、Ｓｉの添加量を増やすと、徐々に原子配列の短範囲に規則性が現れ、結晶性が向上している。
【０１０５】
原子配列に短範囲の規則性が生じているか否かは透過電子線回折像を見ることによって判別することが可能である。
【０１０６】
なお、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料中の前記Ｓｉの添加量は、全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下の範囲内であることが好ましい。
【０１０７】
また本実施の形態では、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料中のＳｉを、Ｏとの化学量論でＳｉＯ_２に換算したときに、換算した前記ＳｉＯ_２が、前記絶縁性材料中の１０ａｔ％以上で３８ａｔ％以下を占めることが好ましい。
【０１０８】
さらに本実施の形態では、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料中に含まれるＳｉは、Ｏとの化学量論でＳｉＯ_２に換算したときに、前記換算した前記ＳｉＯ_２が、前記絶縁性材料中での６．１質量％以上で２６．０質量％以下を占めることが好ましい。
【０１０９】
なお、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成される絶縁障壁層１３の厚さは、０．３ｎｍ以上２．０ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、絶縁障壁層１３の厚さが０．３ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の範囲にあることである。この絶縁障壁層１３の厚さが０．３ｎｍよりも薄い値に設定されると、絶縁障壁層１３として固定磁性層１２とフリー磁性層１４を確実に絶縁する一様な膜を形成することが困難になり、動作の安定した磁気検出素子を得ることが困難になる。
【０１１０】
また、絶縁障壁層１３の厚さが２．０ｎｍよりも厚くなると、素子抵抗が非常に大きくなってしまい実用に適さなくなってしまう。
【０１１１】
また、本実施の形態の磁気検出素子では、絶縁障壁層１３の厚さを０．３ｎｍ程度にすることも可能であり、磁気検出素子の直流抵抗値を従来のトンネル磁気抵抗効果型素子より著しく小さくすることができる。具体的には、本発明では磁気検出素子の直流抵抗値を、従来のＧＭＲ型磁気抵抗効果素子と同程度の数十Ωのオーダーにすることができる。
【０１１２】
従って、磁気検出素子の発熱を抑えることができ、また磁気検出素子のノイズ耐性を向上させることができる。
【０１１３】
図２は、本発明の第２の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【０１１４】
符号２０は電極層であり、電極層２０は例えば、Ｃｕ（銅）、Ｗ（タングステン）やＣｒ（クロム）等で形成されている。
【０１１５】
電極層２０の上には多層膜２１が形成されている。多層膜２１の両側端面２１ａ，２１ａは、図示下方向に向かうほど幅寸法が広がるように傾斜面で形成される。本発明では多層膜２１が以下の構成によって形成されている。
【０１１６】
電極層２０上には反強磁性層２２が形成されている。反強磁性層２２は、Ｘ−Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１種または２種以上の元素である）で形成されていることが好ましい。特にＸの中でもＰｔを選択し、ＰｔＭｎ合金を反強磁性層２２として使用することが好ましい。
【０１１７】
または、反強磁性層２２は、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐｔ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｘａ，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）で形成されていてもよい。
【０１１８】
なお、上記Ｘ−Ｍｎ及びＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金の組成範囲は図１で示された磁気検出素子の反強磁性層１１を形成するＸ−Ｍｎ及びＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金の組成範囲と同じであることが好ましい。
【０１１９】
反強磁性層２２は、図面の中央付近において図示Ｚ方向に突出する隆起部２２ａが形成されている。そしてこの隆起部２２ａ上に３層で形成された固定磁性層２６が形成されている。
【０１２０】
固定磁性層２６は、強磁性層２３と強磁性層２５との間に非磁性層２４が介在した構成となっている。
【０１２１】
強磁性層２３，２５は例えばＮｉＦｅ合金膜やＣｏ膜、ＣｏＮｉＦｅ合金膜、ＣｏＦｅ合金膜などで形成されている。また非磁性層２４は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどで形成される。
【０１２２】
熱処理を施すことにより、固定磁性層２６と反強磁性層２２との間には交換結合磁界が発生するが、この交換結合磁界により強磁性層２３，２５の磁化方向は互いに反平行状態にされ、例えば強磁性層２３は図示Ｙ方向に、強磁性層２５は図示Ｙ方向と反対方向に磁化される。これは、いわゆるフェリ状態と呼ばれ、この構成により固定磁性層２６の磁化を安定した状態にでき、また固定磁性層２６と反強磁性層２２との界面で発生する交換結合磁界を大きくすることができる。
【０１２３】
固定磁性層２６の上には、絶縁障壁層２７が形成されている。
絶縁障壁層２７は組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成されている。
【０１２４】
そして絶縁障壁層２７の上には、２層で構成されたフリー磁性層３０が形成されている。符号２８の層、すなわち絶縁障壁層２７と接する側に形成された層２８は、Ｃｏ膜またはＣｏ−Ｆｅ合金膜で形成されることが好ましい。また符号２９の層は、ＮｉＦｅ合金膜、ＣｏＮｉＦｅ合金膜、ＣｏＦｅ合金膜などで形成される。絶縁障壁層２７と接する側にＣｏ膜またはＣｏ−Ｆｅ合金膜を配置することで、抵抗変化率を向上させることが可能なことが確認されている。
【０１２５】
次に多層膜２１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側であって反強磁性層２２上から絶縁層３１が形成され、さらに絶縁層３１の上にバイアス層（磁区制御層）３３が形成されている。
【０１２６】
絶縁層３１は、例えばＡｌＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｘａ_２Ｏ_５、ＸｉＯ、ＡｌＮ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｎ、ＸｉＮ、ＳｉＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＮｉＯ、ＷＯ、ＷＯ_３、ＢＮ、ＣｒＮ、ＳｉＯＮ、ＡｌＳｉＯから形成されることが好ましい。
【０１２７】
絶縁層３１の上に下地層３２を介して形成されたバイアス層３３は、フリー磁性層３０の磁化をトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えるために形成されたものである。図２に示すトンネル型磁気抵抗効果型素子では、バイアス層３３は硬磁性材料によって形成されており、具体的にはＣｏ―Ｐｔ合金膜やＣｏ―Ｃｒ―Ｐｔ合金膜などで形成されている。
【０１２８】
バイアス層３３の下側に敷かれた下地層３２は、バイアス層３３の結晶配向を整え、保磁力を確保するために設けられたものである。上記のようにバイアス層３３が硬磁性材料によって形成される場合には、下地層３２はＣｒ膜やｂｃｃ−Ｆｅ膜、Ｆｅ−Ｃｏ合金膜等で形成される。
【０１２９】
そして、多層膜２１及びバイアス層３３の上には、電極層２０と同様の材質で形成された電極層３４が形成される。
【０１３０】
図２に示すトンネル型磁気抵抗効果型素子の構造では、フリー磁性層３０のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側端面と少なくとも一部においてバイアス層３３が接して形成されている。この構成によってバイアス層３３からはトラック幅方向からフリー磁性層３０の端面にバイアス磁界が供給され、フリー磁性層３０の磁化は図示Ｘ方向に揃えられる。
【０１３１】
なおバイアス層３３を硬磁性材料によって形成した場合には、フリー磁性層３０の側端面とバイアス層３３の接合界面に絶縁層３１の一部が約１０ｎｍ以下の厚さであれば侵入してもよい。
【０１３２】
上記のようにバイアス層３３が、フリー磁性層３０の両側端部面の一部と接して形成されるようにするには、少なくともバイアス層３３の下側に形成される絶縁層３１の多層膜２１側の上面端部３１ａが前記フリー磁性層３０の上面端部３０ａよりも図示下側に形成される必要がある。
【０１３３】
また図２に示す実施例では、バイアス層３３の多層膜２１側における上面端部３３ａが、多層膜２１上面の両側端部２１ｂ，２１ｂに一致し、バイアス層３３が多層膜２１の上面にまで延出して形成されていない。
【０１３４】
もし、バイアス層３３が多層膜２１の上面にまで延出していると、延出したバイアス層３３の先端部から発生するフリー磁性層３０の磁化方向と逆向きの静磁界がフリー磁性層３０の内部に入り込む。
【０１３５】
本実施の形態のようにバイアス層３３の上面端部３３ａが、多層膜２１上面の両側端部２１ｂ，２１ｂに一致していると、フリー磁性層３０の磁化方向と逆向きの静磁界がフリー磁性層３０の内部に発生することが抑えられ、フリー磁性層３０の磁区構造を安定化して単磁区化させることが容易となる。
【０１３６】
従って、再生波形の不安定性及びバルクハウゼンノイズの低減を図ることができ、さらに再生ギャップを多層膜２１のトラック幅方向における幅寸法内で均一に形成することが可能である。
【０１３７】
また、本実施の形態では図２に示すように多層膜２１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側に絶縁層３１が形成されているので、前記電極層２０，３４からのセンス電流は分流が少なく、適切に多層膜２１内を図示Ｚ方向に流れるようになり、素子の再生出力の向上を図ることが可能である。
【０１３８】
本実施の形態でも、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて、絶縁障壁層２７を形成し、これによって絶縁障壁層２７の絶縁性、耐現像液性、平滑性、放熱性を向上させることを可能にしている。
【０１３９】
図３は、本発明における第３の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【０１４０】
図３に示すように電極層２０の上には多層膜３５が形成されている。多層膜３５を構成する各層の積層順は、図２に示す多層膜２１のそれとは逆である。
【０１４１】
すなわち下からフリー磁性層３０、絶縁障壁層２７、固定磁性層２６、及び反強磁性層２２の順に積層されている。なお各層の材質については図２の磁気検出素子と同じである。
【０１４２】
絶縁障壁層２７は組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成されている。
【０１４３】
多層膜３５のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側には、電極層２０上にＣｒ膜等で形成された下地層３２を介してバイアス層３３が形成されている。バイアス層３３は下地層３２の存在により結晶配向が整えられ、バイアス層３３の保磁力は確保される。これによってバイアス層３３の硬磁性特性は良好に維持される。
【０１４４】
バイアス層３３は、少なくともフリー磁性層３０の両側端面の一部に接して形成される。これによってバイアス層３３からフリー磁性層３０端面にトラック幅方向（図示Ｘ方向）におけるバイアス磁界が供給され、フリー磁性層３０の磁化は図示Ｘ方向に揃えられる。
【０１４５】
また、バイアス層３３の上にはＴａ等で形成された非磁性中間層３６を介して絶縁層３１が形成されている。なお非磁性中間層３６は形成されていなくてもよい。
【０１４６】
絶縁層３１は、多層膜３５の上面に延出して形成されておらず、絶縁層３１の多層膜３５側における上面端部３１ａが、多層膜３５の両側端部３５ｂに一致している。
【０１４７】
このため多層膜３５のトラック幅方向における幅寸法内において、再生ギャップは均一な長さとなり、再生特性を良好に維持することが可能である。
【０１４８】
またこの実施例では、多層膜３５のトラック幅方向の両側に絶縁層３１が形成されていることから、電極層２０，３４からのセンス電流は分流が少なく、適切に多層膜３５内を図示Ｚ方向に流れ、良好な再生特性を維持できる。
【０１４９】
さらに図３に示す構造であると、バイアス層３３を、フリー磁性層３０の両側端面に接して形成することが容易になり、フリー磁性層３０の磁区構造を安定化でき、再生波形の不安定性及びバルクハウゼンノイズの低減を図ることが可能である。
【０１５０】
本実施の形態でも、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて、絶縁障壁層２７を形成し、これによって絶縁障壁層２７の絶縁性、耐現像液性、平滑性、放熱性を向上させることを可能にしている。
【０１５１】
図４は、本発明の第４の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【０１５２】
図４に示される磁気検出素子では、電極層４０の上に、反強磁性層４１、固定磁性層４２、絶縁障壁層４３、フリー磁性層４４及び第２の反強磁性層４５，４５が積層された多層膜４６が形成されている。多層膜４６の両側端面４６ｓ，４６ｓは、電極層４０表面に対して垂直面となっている。多層膜４６の上には、電極層４７が形成されている。
【０１５３】
また、多層膜４６の両側であって電極層４０及び電極層４７の間には、アルミナなどからなる絶縁層４８，４８が形成されている。
【０１５４】
電極層４０、反強磁性層４１、固定磁性層４２、フリー磁性層４４、及び電極層４７を形成するための材料は、それぞれ図１に示された磁気検出素子の電極層１０、反強磁性層１１、固定磁性層１２、フリー磁性層１４、電極層１０と同等の材料である。
【０１５５】
絶縁障壁層４３は組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成されている。
【０１５６】
図４に示される磁気検出素子は、フリー磁性層４４上に、第２の反強磁性４５，４５が積層され、フリー磁性層４４の磁化が、第２の反強磁性層４５，４５との間の交換異方性磁界によってＸ方向に揃えられる、いわゆるエクスチェンジバイアス方式の磁気検出素子である。
【０１５７】
また、固定磁性層４２の磁化方向は、反強磁性層４１との間の交換異方性磁界によって図示Ｙ方向にそろえられている。
【０１５８】
第２の反強磁性層４５，４５は、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１または２種以上の元素である）合金で形成する。
【０１５９】
第２の反強磁性層４５，４５を形成するための、前記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。また、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。さらに、前記Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’が０．２〜１０ａｔ％の範囲であることが好ましい。ただし、Ｘ’がＰｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である場合には、Ｘ’は０．２〜４０ａｔ％の範囲であることが好ましい。特に規定しない限り、〜で示す数値範囲の上限と下限は以下、以上を意味する。
【０１６０】
なお、第２の反強磁性層４５，４５間の間隔寸法がトラック幅Ｔｗに対応する。
【０１６１】
本実施の形態の磁気検出素子では、磁気検出素子の形成時に設定されたトラック幅（光学的トラック幅）Ｔｗの領域に不感領域が生じないので、高記録密度化に対応するために磁気検出素子のトラック幅Ｔｗを小さくしていった場合の再生出力の低下を抑えることができる。
【０１６２】
さらに、本実施の形態では磁気検出素子の側端面４６ｓ，４６ｓがトラック幅方向に対して垂直となるように形成されることが可能なので、フリー磁性層４４のトラック幅方向長さのバラつきを抑えることができる。
【０１６３】
また、図４の構造であると、多層膜の両側には絶縁層４８，４８が形成されているため、電極層４０，４７からのセンス電流は分流が少なく多層膜４６内を適切に流れる。
【０１６４】
図２、３、４に示された本発明の実施の形態の磁気検出素子でも、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて、絶縁障壁層２７，４３を形成している。
【０１６５】
これによって絶縁障壁層２７，４３の絶縁性を向上させることを可能にしている。
【０１６６】
従って、絶縁障壁層２７，４３を非常に薄い膜厚で形成しても、電流によって損傷しにくい安定した絶縁障壁層２７，４３を形成することができる。
【０１６７】
また、絶縁障壁層２７，４３の耐現像液性も向上する。
従って、図２ないし図４の磁気検出素子を形成した後の工程で、電極層３４，４７上に主電極層やインダクディブヘッドを形成する工程や前記磁気検出素子が設けられたスライダを加工する工程において、化学薬品によって損傷しにくい安定した絶縁障壁層２７，４３を形成することができる。
【０１６８】
従って、本実施の形態の磁気検出素子は、トンネル磁気抵抗効果型素子として安定した動作が可能になる。
【０１６９】
また、絶縁障壁層２７，４３は平滑性も良好であり、絶縁障壁層２７，４３を薄い膜厚で作ることも容易である。
【０１７０】
さらに、絶縁障壁層２７，４３は放熱性がアルミナで形成されたものより向上し、磁気検出素子の直流抵抗値を小さくすることができる。また、今後の高記録密度化により電流密度が上昇しても素子温度を充分に抑制することが可能である。
【０１７１】
なお、絶縁障壁層２７，４３を形成する組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料中の前記Ｓｉの添加量は、全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下の範囲内であることが好ましい。
【０１７２】
また組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される前記絶縁性材料中のＳｉを、Ｏとの化学量論でＳｉＯ_２に換算したときに、換算した前記ＳｉＯ_２が、前記絶縁性材料中の１０ａｔ％以上で３８ａｔ％以下を占めることが好ましい。
【０１７３】
さらに、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される前記絶縁性材料中に含まれるＳｉは、Ｏとの化学量論でＳｉＯ_２に換算したときに、前記換算した前記ＳｉＯ_２が、前記絶縁性材料中での６．１質量％以上で２６．０質量％以下を占めることが好ましい。
【０１７４】
なお、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される前記絶縁性材料を用いて形成される絶縁障壁層２７，４３の厚さは、０．３ｎｍ以上２．０ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、絶縁障壁層２７，４３の厚さが０．３ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の範囲にあることである。
【０１７５】
また、図２ないし図４に示された磁気検出素子でも、絶縁障壁層２７，４３の厚さを０．３ｎｍ程度にすることが可能であり、磁気検出素子の直流抵抗値を従来のトンネル磁気抵抗効果型素子より著しく小さくすることができる。具体的には、トンネル磁気抵抗効果型素子である磁気検出素子の直流抵抗値を、従来のＧＭＲ型磁気抵抗効果素子と同程度の数十Ωのオーダーにすることができる。
【０１７６】
従って、磁気検出素子の発熱を抑えることができ、また磁気検出素子のノイズ耐性を向上させることができる。
【０１７７】
図２に示された磁気検出素子の製造方法について説明する。
図５に示す工程では、基板４６上に電極層２０、反強磁性層２２、固定磁性層２６を一様な薄膜として、スパッタ法や蒸着法などの薄膜形成プロセスによって、同一真空成膜装置中で連続成膜する。
【０１７８】
電極層２０、反強磁性層２２の材質については図２に示したものと同様である。
【０１７９】
図５では固定磁性層２６をフェリ状態の３層膜で形成する。例えば強磁性層２３、２５をＣｏＦｅ膜で形成し、非磁性層２４をＲｕ膜で形成する。
【０１８０】
次に、固定磁性層２６上に、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて絶縁障壁層２７を成膜する。
【０１８１】
絶縁障壁層２７を、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料を用いて形成するときには、例えばターゲットとしてＡｌＳｉで形成されたターゲットを使用する。前記ターゲットにはＯ（酸素）が含まれていないので、スパッタで形成される絶縁障壁層２７内に酸素を含有させるために、スパッタ装置内にＡｒガス以外にＯ_２ガスを導入し、反応性スパッタ法によってＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を成膜する。
【０１８２】
この製造方法ではＡｌＳｉターゲット形成のとき、Ｓｉの含有量をＡｌの含有量との比のみで調整することができる。そしてＯ_２ガスの導入量やスパッタ電力等の調整によって、Ｓｉ量が全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下含有されたＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を容易に成膜することができる。
【０１８３】
また本発明では上記した製造方法に限らず、ターゲットとして予め組成比が所定範囲内に調整されたＡｌ−Ｓｉ−Ｏからなる焼結ターゲットを形成してもよい。この場合、導入ガスとしては不活性なＡｒガスのみでもよいし、あるいはＯ_２ガスを導入して、Ｏの組成比を適切に調整してもよい。
【０１８４】
またＡｌ_２Ｏ_３からなるターゲットとＳｉＯ_２からなるターゲットを用いた複合ターゲットで、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を形成してもよい。これら複数のターゲットを用いるときは各ターゲットに印加されるスパッタ電力を調整して、各ターゲットからスパッタされるスパッタ量を変化させて、Ｓｉ量が全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下となるＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜となる。
【０１８５】
または、Ｓｉの含有量をＡｌの含有量との比で調整したＡｌＳｉターゲットを形成し、ＤＣスパッタ法などのスパッタ法によって、固定磁性層２６上にＡｌＳｉ膜を成膜し、このＡｌＳｉ膜を酸化させてＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を得ることもできる。
【０１８６】
ＡｌＳｉ膜を酸化させる方法として、Ｏ_２ガス中で自然酸化させる方法、Ｏ_２プラズマ中で酸化させる方法、Ｏ_２プラズマ中からＯ_２ラジカルを引出し、このＯ_２ラジカル中で酸化させる方法を使用することができる。
【０１８７】
特に、Ｏ_２ラジカル中で酸化させる方法は酸化速度を適切に調節することが容易であり、ＡｌＳｉ膜を均一に酸化させることが容易になるので好ましい。
【０１８８】
ＡｌＳｉ膜を酸化させてＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を得る方法では、ＡｌＳｉターゲット形成のとき、Ｓｉの含有量をＡｌの含有量との比のみで調整することができる。また、Ｏ_２ガス、Ｏ_２プラズマ、Ｏ_２ラジカルの導入量等の調整によって、Ｓｉ量が全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下含有されたＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を容易に成膜することができる。
【０１８９】
絶縁障壁層２７を、組成式がＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成するときには、例えばターゲットとしてＳｉで形成された前記ターゲットを使用する。前記ターゲットにはＯ（酸素）及びＮ（窒素）が含まれていないので、スパッタで形成される絶縁障壁層２７内に酸素及び窒素を含有させるために、スパッタ装置内にＡｒガス以外にＯ_２ガス及びＮ_２ガスを導入し、反応性スパッタ法によってＳｉ−Ｏ−Ｎ膜を成膜する。
【０１９０】
また本発明では上記した製造方法に限らず、ターゲットとして予め組成比が所定範囲内に調整されたＳｉ−Ｏ−Ｎからなる焼結ターゲットを形成してもよい。この場合、導入ガスとしては不活性なＡｒガスのみでもよいし、あるいはＯ_２ガス及びＮ_２ガスを導入して、Ｏ及びＮの組成比を適切に調整してもよい。
【０１９１】
またＳｉＯ_２からなるターゲットとＳｉＮからなるターゲットを用いた複合ターゲットで、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜を形成してもよい。
【０１９２】
あるいは、またＳｉＯ_２からなるターゲットを用いてスパッタ装置内にＡｒガス以外にＮ_２ガスを導入し、反応性スパッタ法によってＳｉ−Ｏ−Ｎ膜を成膜してもよいし、ＳｉＮからなるターゲットを用いてスパッタ装置内にＡｒガス以外にＯ_２ガスを導入し、反応性スパッタ法によってＳｉ−Ｏ−Ｎ膜を成膜してもよい。
【０１９３】
または、ＳｉＮターゲットを形成し、ＤＣスパッタ法などのスパッタ法によって、固定磁性層２６上にＳｉＮ膜を成膜し、このＳｉＮ膜を酸化させてＳｉ−Ｏ−Ｎ膜を得ることもできる。
【０１９４】
ＳｉＮ膜を酸化させる方法として、Ｏ_２ガス中で自然酸化させる方法、Ｏ_２プラズマ中で酸化させる方法、Ｏ_２プラズマ中からＯ_２ラジカルを引出し、このＯ_２ラジカル中で酸化させる方法を使用することができる。
【０１９５】
特に、Ｏ_２ラジカル中で酸化させる方法は酸化速度を適切に調節することが容易であり、ＳｉＮ膜を均一に酸化させることが容易になるので好ましい。
【０１９６】
あるいは、気相成長法（ＣＶＤ法）によって、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜またはＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を成膜することもできる。
【０１９７】
上記の方法によって固定磁性層２６上に形成されたＳｉ−Ｏ−Ｎ膜またはＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜が絶縁障壁層２７となる。
【０１９８】
なお、本実施の形態では、絶縁障壁層２７となるＳｉ−Ｏ−Ｎ膜またはＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を０．３ｎｍ以上２．０ｎｍ以下、特に０．３ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚さで形成することができる。
【０１９９】
さらに、絶縁障壁層２７上にフリー磁性層３０を２層膜で形成する。例えば符号２８の層をＣｏ膜で形成し、符号２９の層をＮｉＦｅ合金膜で形成する。
【０２００】
反強磁性層２２からフリー磁性層３０までが図６に示される多層膜２１である。なおフリー磁性層３０の上にＴａなどの保護層を設けても良い。
【０２０１】
次に、図６に示すように、フリー磁性層３０の上に、下面に切り込み部Ｒａ，Ｒａが形成されたリフトオフ用のレジスト層Ｒを形成する。ここで前記レジスト層Ｒの下面Ｒｂのトラック幅方向（図示Ｘ方向）における幅寸法は、前記多層膜２１の感度領域の幅寸法と一致するか、あるいはそれよりも長く形成されている。前記感度領域及び不感領域は、マイクロトラックプロファイル法によって測定され、前記感度領域のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における幅寸法が、前記レジスト層Ｒを形成する前の段階で既に確定している。
【０２０２】
次に図７に示す工程では、少なくとも前記レジスト層Ｒに覆われていない多層膜２１を残し、多層膜２１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側をイオンミリングなどによりドライエッチングして削り取る。
【０２０３】
このとき図７に示すように、反強磁性層２２を途中までエッチングし、反強磁性層２２の中央付近に突出する隆起部２２ａを形成する。なお前記エッチングにより多層膜２１のトラック幅方向の両側端面２１ａ，２１ａは反強磁性層２２方向に向かうにしたがって幅寸法が広がる傾斜面で形成される。
【０２０４】
次に図８に示す工程では、多層膜２１のトラック幅方向における両側であって反強磁性層２２上に絶縁層３１を形成する。絶縁層３１の形成は、スパッタ装置内におけるターゲットを基板４６と平行に近い方向に対向させ、Ｒ方向及びＳ方向からスパッタ成膜される。スパッタ装置としてはイオンビームスパッタ、ロングスロースパッタ、コリメーションスパッタなどのスパッタ粒子の直進性が高い手法が好ましい。
【０２０５】
ここで、前記Ｒ方向及びＳ方向は、基板４６に対して垂直方向かあるいは垂直方向に近い方向であることが好ましい。これによって多層膜２１を真上から見たときに、レジスト層Ｒの陰となる多層膜２１の両側端面部分には、絶縁層３１が形成されることはない。
【０２０６】
すなわちレジスト層Ｒのトラック幅方向における最大幅寸法Ｔ３を適切に調整すること、及び前記ターゲットのスパッタ時間等を調整することにより、前記多層膜２１の両側端面に形成される絶縁層３１の形成位置及び膜厚等を変えることができるのである。
【０２０７】
本発明では、前記絶縁層３１の上に形成されるバイアス層３３は、フリー磁性層３０のトラック幅方向における両側端面の少なくとも一部に接して形成されなければならない。
【０２０８】
上記構成を達成するには、絶縁層３１の多層膜２１側の上面端部３１ａが、フリー磁性層３０の上面端部３０ａよりも下側に位置するように、絶縁層３１を成膜する必要性がある。
【０２０９】
このためレジスト層Ｒのトラック幅方向における最大幅寸法Ｔ３を、フリー磁性層３０の下面（すなわち図２で言えば符号２８の層の下面）の幅寸法と同じかあるいはそれよりも若干短く形成しても良く、または前記幅寸法よりも長く形成することで、真上から多層膜２１を見たときに、少なくとも前記フリー磁性層３０が完全に見える状態とならないようにする（一部だけフリー磁性層３０が見えていてもよい）。
【０２１０】
このようにして最大幅寸法Ｔ３が適切に調整されたレジスト層Ｒを前記フリー磁性層３０上に形成し、前記多層膜２１のトラック幅方向における両側端面に絶縁層３１を形成したときに、絶縁層３１によってフリー磁性層３０の両側端面が完全に覆われることはなく、絶縁層３１を形成した後の状態にて、フリー磁性層３０の両側端面の少なくとも一部は露出した状態となっているのである。
【０２１１】
なおこの工程により、レジスト層Ｒ上に、絶縁層３１と同じ材質の絶縁材料層３１ｂが形成される。
【０２１２】
次に図９に示す工程では、基板４６に対し斜め方向から、下地層３２、及びバイアス層３３をスパッタ成膜する。
【０２１３】
斜め方向からのスパッタを行うには、基板４６側を、ターゲットに対し斜めに傾けるか、あるいはターゲット側を基板に対し斜めに傾ける。図９に示すようにスパッタ方向は、基板４６の垂直方向に対し傾きθ１を有するＴ及びＵ方向である。前記傾きθ１は、２０〜５０°であることが好ましい。
【０２１４】
このように斜め方向からのスパッタによって、多層膜２１を真上から見た時にレジスト層Ｒの陰となる、フリー磁性層３０のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側端面にも前記バイアス層３３が適切に成膜されることになる。
【０２１５】
上記したように、多層膜２１の両側端面に絶縁層３１を成膜した段階で、フリー磁性層３０の両側端面の少なくとも一部は露出された状態になっているから、前記露出したフリー磁性層３０の両側端面にバイアス層３３を接して形成することが可能である。これによってバイアス層３３からのバイアス磁界を適切にフリー磁性層３０に供給することが可能である。
【０２１６】
またこの工程では、下地層３２及びバイアス層３３の成膜の際のスパッタ方向Ｔ，Ｕを適切に調整することで、バイアス層３３の、特に多層膜２１側の上面端部３３ａの形成位置を変えることが可能である。
【０２１７】
図９に示す工程では、バイアス層３３の多層膜２１側における上面端部３３ａが、多層膜２１の上面の両側端部２１ｂと一致するように、スパッタ方向Ｔ，Ｕ及びスパッタ時間等を適切に調整している。
【０２１８】
この工程によって形成された下地層３２及びバイアス層３３は、図９に示すように、多層膜２１の上面に延出していない。
【０２１９】
なお下地層３２及びバイアス層３３のスパッタ成膜により、レジスト層Ｒの絶縁材料層３１ｂ上にも下地層３２と同じ材質の下地材料膜３２ａ、及びバイアス材料層３３ｂが形成される。
【０２２０】
次に、レジスト層Ｒを多層膜２１上から剥離する。レジスト層Ｒのその下面に切り込み部Ｒａが形成されているので、この切り込み部Ｒａから剥離液を浸透させることで、レジスト層Ｒを簡単に除去することが可能である。
【０２２１】
そして図１０に示すように、多層膜２１上面及びバイアス層３３上面に電極層３４を形成する。
【０２２２】
図１から図４に示された磁気検出素子を用いて磁気ヘッドを構成するときには、基板上にアルミナなどの絶縁性材料からなる下地層、この下地層上に積層される磁性合金からなる下部シールド層、及びこの下部シールド上に積層される絶縁性材料からなる下部ギャップ層を積層し、この下部ギャップ層上に図１から図４に示された磁気検出素子を形成する。さらに、この磁気検出素子上には、絶縁性材料からなる上部ギャップ層、及びこの上部ギャップ層上に積層される磁性合金からなる上部シールド層が形成される。また、前記上部シールド層上に書き込み用のインダクティブ素子が積層されてもよい。
【０２２３】
【実施例】
Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜、あるいはＳｉ−Ｏ−Ｎ膜の、絶縁性及び耐現像液性の実験を行った。
【０２２４】
まず膜厚が３０ｎｍからなり組成比がＡｌ_３４．０Ｓｉ_５．０Ｏ_６１．０（数値はａｔ％）であるＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜、及び膜厚が３０ｎｍからなり組成比がＳｉ_３５．０Ｏ_６２．０Ｎ_３．０であるＳｉ−Ｏ−Ｎ膜を形成し、比較例として膜厚が３０ｎｍからなるＡｌ_２Ｏ_３膜、及びＡｌ−Ｓｉ−Ｎ膜を形成した。
【０２２５】
低抵抗のＳｉ基板上に成膜した各薄膜の上下にＮｉからなる電極膜を付け、薄膜に電圧を徐々に高めながらかけていき、そのときのリーク電流（Ａ／ｍｍ^２）を測定し、その値から絶縁抵抗（Ω）を算出した。その実験結果を図１２に示す。
【０２２６】
比較例としてのＡｌ−Ｓｉ−Ｎ膜では、電圧を徐々に高めていくと、急激にリーク電流が上昇し、前記電圧が１０Ｖ程度となった時点で破壊した。
【０２２７】
また比較例としてのＡｌ_２Ｏ_３膜は電圧が約１０Ｖを越えると、急にリーク電流値が大きくなり、前記電圧が約１２Ｖを越えると破壊した。
【０２２８】
一方、実施例としてのＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜は、電圧が２０Ｖを越えてもリーク電流は低い。そして前記電圧が約２３Ｖ程度となったときに破壊した。
【０２２９】
また、実施例としてのＳｉ−Ｏ−Ｎ膜は、電圧が３０Ｖまでリーク電流は低い。そして前記電圧が４０Ｖ程度となったときに破壊した。
【０２３０】
図１３は、上記したＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜、Ａｌ_２Ｏ_３膜、及びＡｌ−Ｓｉ−Ｎ膜における電圧と絶縁抵抗（Ω）との関係を示すグラフである。図１３は図１２に示す実験結果から得られたリーク電流値から絶縁抵抗値（Ω）を算出したものである。
【０２３１】
図１３に示すようにＡｌ_２Ｏ_３膜は電圧が約１２Ｖ程度までは、高い絶縁抵抗を保つが、前記電圧が約１２Ｖを越えると破壊し、このときの絶縁耐圧は４．０ＭＶ／ｃｍであることが確認された。
【０２３２】
一方、実施例としてのＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜は、電圧が２０Ｖを越えても良好に高い絶縁抵抗を保ち、前記電圧が約２３Ｖ程度となったときに破壊し、このときの絶縁耐圧は７．７ＭＶ／ｃｍであることが確認された。
【０２３３】
また、実施例としてのＳｉ−Ｏ−Ｎ膜は、電圧が３０Ｖまで良好に高い絶縁抵抗を保ち、前記電圧が約４０Ｖ程度となったときに破壊し、このときの絶縁耐圧は１３．０ＭＶ／ｃｍであることが確認された。
【０２３４】
以上の実験結果により、絶縁障壁層としてＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜或いはＳｉ−Ｏ−Ｎ膜を使用すれば、従来から一般的に使用されているアルミナよりも高い絶縁耐圧が得られることがわかる。
【０２３５】
次に耐現像液性に関する実験を行った。実験では、比較例としてＡｌ_２Ｏ_３膜を形成し、また実施例としてＳｉの添加量を変化させたＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を形成した。各薄膜の膜厚は１００ｎｍで統一した。また現像液としてはＫＯＨ等を主成分とする強アルカリ溶液を用い、また現像液にさらす時間を１０分程度とした。その実験結果を図１４に示す。
【０２３６】
図１４に示すように、Ａｌ_２Ｏ_３のときのエッチングレートは約５０Å／ｍｉｎ程度であることがわかる。
【０２３７】
一方、Ｓｉ量を添加したＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜では、前記Ｓｉの添加量が増えるほどエッチングレートは減少していき、前記Ｓｉの添加量が１０ａｔ％になるとエッチングレートはほぼ０（Å／ｍｉｎ）であることがわかる。
【０２３８】
このようにＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜では、Ａｌ_２Ｏ_３膜に比べて耐現像液性に優れていることがわかる。
【０２３９】
図１５ないし図１８は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の透過電子線回折像で、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の組成比は、図１５では、Ａｌ_３７．０Ｓｉ_２．５Ｏ_６０．５で、図１６では、Ａｌ_３４．０Ｓｉ_５．０Ｏ_６１．０で、図１７では、Ａｌ_３１．０Ｓｉ_７．５Ｏ_６１．５で、図１８では、Ａｌ_２８．０Ｓｉ_１０．０Ｏ_６２．０（数値はすべてａｔ％である）であった。
【０２４０】
図１５では、回折像の真ん中に写し出されたビーム原点の回りにぼやけた像のみが見える。一方、図１６及び図１７のように、Ｓｉ量が増え始めると、ビーム原点の回りには、ぼやけた像の中に微小な無数の回折斑点が現れ始める。この回折像からＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の原子配列には短範囲に規則性が生じ始め、結晶性が向上しているものと推測される。
【０２４１】
しかしながら図１８に示すように、Ｓｉ量が１０．０ａｔ％になるとビーム原点の回りには、再びぼやけた像しか見えなくなり、原子配列に短範囲の規則性が無くなってしまう。
【０２４２】
図１５ないし図１８に示す透過電子線回折像からわかることは、Ｓｉ量が２．５ａｔ％、及び１０ａｔ％のとき、膜構造はほぼ完全なアモルファス状態であり、Ｓｉ量が５．０ａｔ％、及び７．５ａｔ％のとき、アモルファス以外に原子配列に短範囲の規則性が生じ、結晶性が高まっているものと推測される。
【０２４３】
以上図１２ないし図１８に示す各実験結果を基にして、本発明では絶縁障壁層をＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜で形成するときＳｉ量を２ａｔ％以上で９ａｔ％以下の範囲に設定することとした。さらに上記組成比に加え、透過電子線回折像で観測したときに、原子配列に短範囲の規則性が生じていることが好ましいとした。
【０２４４】
上記したようにＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜あるいはＳｉ−Ｏ−Ｎ膜は、絶縁性、耐現像液性に優れているので、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜あるいはＳｉ−Ｏ−Ｎ膜として前記絶縁障壁層が形成されたトンネル型磁気抵抗効果を用いる磁気検出素子は安定した抵抗変化率を得ることができる。
【０２４５】
【発明の効果】
以上詳細に説明した本発明では、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて前記絶縁障壁層を形成することにより、前記絶縁障壁層の絶縁性、耐現像液性、平滑性、及び放熱性を向上させることができる。その結果、前記絶縁障壁層の膜厚を薄くして直流抵抗値を低くしても、安定した抵抗変化率を得ることができ、また再現性良く形成可能なトンネル型磁気抵抗効果を用いる磁気検出素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた部分断面図、
【図２】本発明の第２の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた部分断面図、
【図３】本発明の第３の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた部分断面図、
【図４】本発明の第４の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた部分断面図、
【図５】図２に示された磁気検出素子の一製造工程を示す断面図、
【図６】図２に示された磁気検出素子の一製造工程を示す断面図、
【図７】図２に示された磁気検出素子の一製造工程を示す断面図、
【図８】図２に示された磁気検出素子の一製造工程を示す断面図、
【図９】図２に示された磁気検出素子の一製造工程を示す断面図、
【図１０】図２に示された磁気検出素子の一製造工程を示す断面図、
【図１１】強磁性体Ｌ／絶縁障壁／強磁性体Ｒの３層膜からなるトンネル型磁気抵抗効果型素子の、トンネル効果の基本原理を示す模式図、
【図１２】Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜、Ａｌ_２Ｏ_３膜、及びＡｌ−Ｓｉ−Ｎ膜の、電圧とリーク電流との関係を示すグラフ、
【図１３】Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜、Ａｌ_２Ｏ_３膜、及びＡｌ−Ｓｉ−Ｎ膜の、電圧と絶縁抵抗との関係を示すグラフ、
【図１４】Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜中に占めるＳｉ量とエッチングレートとの関係を示すグラフ、
【図１５】Ａｌ_３７．０Ｓｉ_２．５Ｏ_６０．５膜の透過電子線回折像、
【図１６】Ａｌ_３４．０Ｓｉ_５．０Ｏ_６１．０膜の透過電子線回折像、
【図１７】Ａｌ_３１．０Ｓｉ_７．５Ｏ_６１．５膜の透過電子線回折像、
【図１８】Ａｌ_２８．０Ｓｉ_１０．０Ｏ_６２．０膜の透過電子線回折像、
【図１９】従来の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【図２０】従来の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【符号の説明】
１０、２０、３４ 電極層
１５、２１、３５ 多層膜
１１、２２、４１ 反強磁性層
１２、２６、４２ 固定磁性層
１３、２７、４３ 絶縁障壁層
１４、３０、４４ フリー磁性層
１７、３１ 絶縁層
３２ 下地層
１、３３ バイアス層
３６ 非磁性中間層

Claims (15)

1. 反強磁性層と、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が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積層されるフリー磁性層を有する多層膜と、前記多層膜の上下に形成された電極層とを有し、
   前記絶縁障壁層が、組成式がＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成されることを特徴とする磁気検出素子。
2. 前記組成式がＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料中のＳｉは全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下含有されている請求項１記載の磁気検出素子。
3. 反強磁性層と、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が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積層されるフリー磁性層を有する多層膜と、前記多層膜の上下に形成された電極層とを有し、
   前記絶縁障壁層が、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料を用いて形成され、この絶縁性材料中のＳｉは全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下含有されていることを特徴とする磁気検出素子。
4. 前記組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料中のＳｉを、Ｏとの化学量論でＳｉＯ_２に換算したときに、換算した前記ＳｉＯ_２が、前記絶縁性材料中の１０ａｔ％以上で３８ａｔ％以下を占める請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気検出素子。
5. 前記組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料中に含まれるＳｉは、Ｏとの化学量論でＳｉＯ_２に換算したときに、前記換算した前記ＳｉＯ_２が、前記絶縁性材料中での６．１質量％以上で２６．０質量％以下を占める請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気検出素子。
6. 前記絶縁障壁層の厚さは、０．３ｎｍ以上２．０ｎｍ以下である請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気検出素子。
7. 前記絶縁障壁層の厚さは、０．３ｎｍ以上１．０ｎｍ以下である請求項６に記載の磁気検出素子。
8. 透過電子線回折像で観測したとき、前記組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料からなる絶縁障壁層には、原子配列に短範囲の規則性が生じている請求項３ないし７のいずれかに記載の磁気検出素子。
9. 基板上に、反強磁性層と、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が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積層されるフリー磁性層を有する多層膜と、前記多層膜の上下に形成された電極層とを有する磁気検出素子の製造方法において、
   ＳｉＮ薄膜を形成後、前記ＳｉＮ薄膜を自然酸化あるいはラジカル酸素ガス中で酸化させることによって、組成式がＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料からなる前記絶縁障壁層を形成することを特徴とする磁気検出素子の製造方法。
10. 前記組成式がＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料中のＳｉの濃度を全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下とする請求項９に記載の磁気検出素子の製造方法。
11. 基板上に、反強磁性層と、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が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積層されるフリー磁性層を有する多層膜と、前記多層膜の上下に形成された電極層とを有する磁気検出素子の製造方法において、
    ＡｌＳｉ薄膜を形成後、前記ＡｌＳｉ薄膜を自然酸化あるいはラジカル酸素ガス中で酸化させることによって、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料からなり、この絶縁性材料中のＳｉの濃度が全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下である前記絶縁障壁層を形成することを特徴とする磁気検出素子の製造方法。
12. 基板上に、反強磁性層と、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が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積層されるフリー磁性層を有する多層膜と、前記多層膜の上下に形成された電極層とを有する磁気検出素子の製造方法において、
    ＡｌＳｉまたはＳｉＮからなるターゲットを用いて、スパッタ装置内にＯ_２ガスを導入しつつスパッタ成膜することによって、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料からなる前記絶縁障壁層を形成することを特徴とする磁気検出素子の製造方法。
13. 前記組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料中のＳｉの濃度を全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下とする請求項１２に記載の磁気検出素子の製造方法。
14. 前記絶縁障壁層を０．３ｎｍ以上２．０ｎｍ以下の厚さで形成する請求項９ないし１３のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
15. 前記絶縁障壁層を０．３ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚さで形成する請求項１４記載の磁気検出素子の製造方法。

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