JP5113163B2 - トンネル型磁気検出素子 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁障壁層をＭｇ−Ｏで形成したトンネル型磁気検出素子に係り、特に、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を可能としたトンネル型磁気検出素子に関する。

トンネル型磁気検出素子（ＴＭＲ素子）は、トンネル効果を利用して抵抗変化するものであり、固定磁性層の磁化と、フリー磁性層の磁化とが反平行のとき、前記固定磁性層とフリー磁性層との間に設けられた絶縁障壁層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、前記固定磁性層の磁化とフリー磁性層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。

この原理を利用して、外部磁界の影響を受けてフリー磁性層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。
特開２０００―１０６４６２号公報 特開２００１―８４５３２号公報 特開２００１−１５６３５７号公報

前記トンネル型磁気検出素子の絶縁障壁層にＭｇ−Ｏ（酸化マグネシウム）を使用した場合、前記絶縁障壁層をＡｌ−ＯやＴｉ−Ｏで形成する場合に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きく出来ることがわかっている。

しかしながら高記録密度化に対応するためには、更なる抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の増大が必要とされた。

特に、ＲＡ（素子抵抗Ｒ×面積Ａ）を小さくしつつ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大させることができると好ましいが、一般的に、ＲＡを小さくすると抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は減少する傾向があり、従来では、ＲＡを小さくしつつ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大させることは困難であった。

例えば抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大させるべくフリー磁性層や固定磁性層の材質を変更すると、フリー磁性層の軟磁気特性や固定磁性層の磁化固定力等が変化してしまい再生特性が不安定化する原因となりやすい。

トンネル型磁気検出素子では、最下層に下地層が形成され、その上に結晶配向を整えるためのシード層が形成されているが、従来では、ＲＡを小さくしつつ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大させるために前記下地層とシード層の効果的な材質の組み合わせについて、何ら考慮がなされていなかった。

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、絶縁障壁層をＭｇ−Ｏで形成したトンネル型磁気検出素子において、下地層とシード層の材質を改良することで、従来に比べて、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大させることを可能とした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。

本発明のトンネル型磁気検出素子は、下から、下地層、シード層、反強磁性層、固定磁性層、絶縁障壁層、及び、フリー磁性層の順に積層される積層部分を備えた積層体を有し、
前記絶縁障壁層は、Ｍｇ−Ｏで形成され、
前記下地層はＴｉで形成され、前記シード層は、組成式が、{Ｎｉ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}}_{１００−ｙ}Ｃｒ_ｙ（原子比率ｘは７５〜８５、Ｃｒ組成比ｙは、３０〜４０の範囲内）で表される、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒにより形成されており、
前記固定磁性層は、下から第１固定磁性層、非磁性中間層、第２固定磁性層の順に積層された積層フェリ構造であり、
前記フリー磁性層は、下からエンハンス層、軟磁性層の順に積層されており、前記エンハンス層は前記軟磁性層よりもスピン分極率が高い材質で形成されており、
前記第２固定磁性層、前記絶縁障壁層及び前記エンハンス層の積層部分は、界面と平行な面方向に、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た体心立方構造（ｂｃｃ構造）により形成されており、
ＲＡが、２〜５Ω・μｍ ^２の範囲内であることを特徴とするものである。

これにより絶縁障壁層をＭｇ−Ｏで形成したトンネル型磁気検出素子において、ＲＡを小さくしつつ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大させることが可能である。

また本発明では、前記第２固定磁性層は、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂの単層構造、あるいは、下からＣｏ−Ｆｅ−ＢとＣｏ−Ｆｅの順に積層された積層構造で形成され、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂは、組成式が（ＣｏβＦｅ _100- β） _100- γＢγからなり、原子比率βは、０〜７５、組成比γは１０〜３０ａｔ％で形成されることが好ましい。

また本発明では、前記下地層の平均膜厚は１０Å以上で１００Å以下の範囲内で形成されることが好ましい。これにより、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を効果的に増大させることができるとともに、上下シールド層間のギャップ長（ＧＬ）を小さくできる。

本発明では、絶縁障壁層をＭｇ−Ｏで形成したトンネル型磁気検出素子において、ＲＡを小さくしつつ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大させ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記録媒体との対向面と平行な面から切断した断面図である。

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、磁気記録媒体からの漏れ磁界（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漏れ磁界の方向（ハイト方向）、Ｚ方向は、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。

図１の最も下に形成されているのは、例えばＮｉ−Ｆｅ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上に積層体Ｔ１が形成されている。なお前記トンネル型磁気検出素子は、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絶縁層２２、ハードバイアス層２３、保護層２４とを有して構成される。

前記積層体Ｔ１の最下層はＴｉ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、Ｎｉ−Ｆｅ−ＣｒまたはＲｕによって形成される。

前記シード層２の上に形成された反強磁性層３は、元素α（ただしα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で形成されることが好ましい。

また前記反強磁性層３は、元素αと元素α′（ただし元素α′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てもよい。

前記反強磁性層３は例えばＩｒ−Ｍｎで形成される。
前記反強磁性層３上には固定磁性層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（Ｈｅｘ）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。前記固定磁性層４を積層フェリ構造で形成することにより前記固定磁性層４の磁化を安定した状態にできる。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。なお前記第１固定磁性層４ａ及び第２固定磁性層４ｃは、夫々、例えば１０〜４０Å程度で形成され、非磁性中間層４ｂは８Å〜１０Å程度で形成される。

前記第１固定磁性層４ａは、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉなどの強磁性材料で形成される。なお前記第２固定磁性層４ｃは、第１固定磁性層４ａと同様の材質で形成することも可能であるが、より好ましい材質については後述する。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。

前記固定磁性層４上には、Ｍｇ−Ｏ（酸化マグネシウム）から成る絶縁障壁層５が形成される。Ｍｇ−Ｏは、Ｍｇ組成比が４０〜６０ａｔ％の範囲内であることが好ましく、最も好ましくはＭｇ_{５０ａｔ％}Ｏ_{５０ａｔ％}である。

また、前記絶縁障壁層５上には、フリー磁性層８が形成されている。前記フリー磁性層８はエンハンス層６と軟磁性層７との積層構造で形成される。前記エンハンス層６は絶縁障壁層５と軟磁性層７との間に位置し、前記軟磁性層７よりもスピン分極率が高い材質で形成される。一方、前記軟磁性層７は前記エンハンス層６よりも低保磁力、低異方性磁界である等、軟磁気特性に優れた材質で形成される。例えば、前記エンハンス層６は、Ｃｏ−Ｆｅで形成され、前記軟磁性層７はＮｉ−Ｆｅで形成される。エンハンス層６のＣｏ−Ｆｅ中に占めるＣｏ組成比は０〜７５ａｔ％の範囲内であることが好ましい。また、軟磁性層７のＮｉ−Ｆｅ中に占めるＦｅ組成比は、１０ａｔ％〜２０ａｔ％の範囲内であることが好適である。

前記フリー磁性層８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８上にはＴａ等で形成された保護層９が形成されている。

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上にかけて絶縁層２２が形成され、前記絶縁層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上に保護層２４が形成されている。前記保護層２４はＴａ等の非磁性材料で形成される。

前記絶縁層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、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ等で形成される。

前記絶縁層２２はＡｌ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２等の絶縁材料で形成されている。前記絶縁層２２は、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やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔで形成される。

前記積層体Ｔ１上及び保護層２４上にはＮｉ−Ｆｅ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８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の磁化は固定されている（外部磁界によって磁化変動しない）が、前記フリー磁性層８の磁化は外部磁界により変動する。

前記フリー磁性層８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８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８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、抵抗値は最大になる。一方、前記第２固定磁性層４ｃとフリー磁性層８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。

この原理を利用して、外部磁界の影響を受けてフリー磁性層８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、磁気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。

本実施形態におけるトンネル型磁気検出素子の特徴的部分について以下に説明する。
本実施形態では前記絶縁障壁層５はＭｇ−Ｏ（酸化マグネシウム）で形成されている。

そして前記積層体Ｔ１の最下層である下地層１はＴｉで形成され、前記下地層１上に接して形成されるシード層２は、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ、あるいは、Ｒｕのいずれかにより形成されている。そして前記シード層２上に、下から反強磁性層３、固定磁性層４、絶縁障壁層５、フリー磁性層８及び保護層９の順に積層されている。

上記構成により、ＲＡ（素子抵抗Ｒ×面積Ａ）を従来と同等に小さくしつつ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を従来に比べて増加させることが出来る。ＲＡは高速データ転送を適正に行い、高記録密度化に対応すべく、極めて重要なファクターである。本実施形態ではＲＡを例えば、２〜５Ω・μｍ^２の小さい範囲内に設定できる。なおここで言う「従来」とは、下地層１をＴａで形成した構成のものを指す。

上記のように本実施形態において、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を従来よりも増大できたのは、下地層１をＴｉで形成したことで、各層の表面の平坦性が改善されたことや、第２固定磁性層４ｃ／絶縁障壁層５／エンハンス層１２の積層部分が、従来よりも広範にわたって、界面（Ｘ−Ｙ平面）と平行な面方向に、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た体心立方構造（ｂｃｃ構造）で形成されたため等であると考えられる。

ところでシード層２として用いられるＮｉ−Ｆｅ−Ｃｒは面心立方構造（ｆｃｃ構造）で、Ｒｕは稠密六方構造（ｈｃｐ構造）で形成されることを確認しているが、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ及びＲｕのどちらをシード層２として使用しても、本実施形態では、従来に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大させることが可能である。これにより、Ｔｉで形成された下地層１の下地効果は、シード層２の結晶構造にかかわらず発揮されると考えられるが、後述する実験結果では、特にシード層２としてＮｉ−Ｆｅ−Ｃｒを用いたほうが、より効果的に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大させることが可能である。

前記シード層２がＮｉ−Ｆｅ−Ｃｒで形成されるとき、組成式が、{Ｎｉ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}}_{１００−ｙ}Ｃｒ_ｙ（原子比率ｘは７５〜８５、Ｃｒ組成比ｙは３０〜４０の範囲内）で表される材質で形成されることが好適である。

また前記下地層１の平均膜厚は１０Å以上で１００Å以下の範囲内であることが好ましい。これにより抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を適切に増大させることができるとともに、下部シールド層２１と上部シールド層２６間のギャップ長（ＧＬ）を適切に小さくでき、再生特性の安定化を図ることができる。

また、本実施形態では、効果的に高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得るために、前記第２固定磁性層４ｃはＣｏ−Ｆｅ−Ｂの単層構造、あるいは、Ｃｏ−Ｆｅ−ＢとＣｏ−Ｆｅとの積層構造（Ｃｏ−Ｆｅが絶縁障壁層５側）で形成されることが好適である。前記第２固定磁性層４ｃを構成するＣｏ−Ｆｅ−Ｂは、組成式が（Ｃｏ_βＦｅ_{１００−β}）_{１００−γ}Ｂ_γからなり、原子比率βは、０〜７５、組成比γは１０〜３０ａｔ％で形成されることが好ましい。これにより、前記第２固定磁性層４ｃ上に形成される絶縁障壁層５及びエンハンス層１２を、より効果的に、膜面（Ｘ−Ｙ平面）と平行な面方向に、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た体心立方構造（ｂｃｃ構造）で形成でき、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能である。

本実施形態では、デュアル型のトンネル型磁気検出素子であってもよい。すなわち積層体が、下から下地層１、シード層２、（下側の）反強磁性層３、（下側の）固定磁性層４、（下側の）絶縁障壁層５、フリー磁性層８、上側の絶縁障壁層、上側の固定磁性層、上側の反強磁性層、及び保護層９の順に積層された構成であってもよい。

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。図２ないし図４は、製造工程中におけるトンネル型磁気検出素子の部分断面図であり、いずれも図１に示すトンネル型磁気抵抗効果素子と同じ位置での断面を示している。

図２に示す工程では、下部シールド層２１上に、下から順に、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、及び第２固定磁性層４ｃ、絶縁障壁層５、エンハンス層６、軟磁性層７及び保護層９を同一真空中で連続成膜する。

本実施形態では、前記下地層１をＴｉで形成する。また前記シード層２をＮｉ−Ｆｅ−Ｃｒ、あるいは、Ｒｕのいずれかにより形成する。また、前記絶縁障壁層５をＭｇ−Ｏ（酸化マグネシウム）で形成する。前記絶縁障壁層５は、例えば所定の組成比で形成されたＭｇ−Ｏのターゲットを用いて、Ｍｇ−Ｏを第２固定磁性層４ｃ上にスパッタ成膜して得られる。その他の層の材質については図１の説明箇所を参照されたい。
以上により下地層１から保護層９までが積層された積層体Ｔ１を形成する。

次に、前記積層体Ｔ１上に、リフトオフ用レジスト層３０を形成し、前記リフトオフ用レジスト層３０に覆われていない前記積層体Ｔ１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側端部をエッチング等で除去する（図３を参照）。

次に、前記積層体Ｔ１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側であって前記下部シールド層２１上に、下から絶縁層２２、ハードバイアス層２３、及び保護層２４の順に積層する（図４を参照）。

そして前記リフトオフ用レジスト層３０を除去し、前記積層体Ｔ１及び前記保護層２４上に上部シールド層２６を形成する。

上記したトンネル型磁気検出素子の製造方法では、前記積層体Ｔ１の形成後に熱処理を含む。代表的な熱処理は、前記反強磁性層３と第１固定磁性層４ａ間に交換結合磁界（Ｈｅｘ）を生じさせるための磁場中熱処理である。

本実施形態では、下地層１をＴｉで形成し、その上に直接形成されるシード層２を、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ、あるいは、Ｒｕのいずれかにより形成し、さらに前記シード層２上に下から反強磁性層３、固定磁性層４、絶縁障壁層５、フリー磁性層８及び保護層９の順に積層している。

これにより、ＲＡが従来と同等に小さく、且つ、従来に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が大きいトンネル型磁気検出素子を簡単且つ適切に製造することが可能である。

本実施形態のトンネル型磁気検出素子は、ハードディスク装置に内蔵される磁気ヘッドとしての用途以外に、ＭＲＡＭ（磁気抵抗メモリ）や磁気センサとして用いることが出来る。

［実施例１，２］
図１に示すトンネル型磁気抵抗効果素子を形成した。
積層体Ｔ１を、下から、下地層１／シード層２／反強磁性層３；Ｉｒ_{２６ａｔ％}Ｍｎ_{７４ａｔ％}（７０）／固定磁性層４［第１固定磁性層４ａ；Ｆｅ_{３０ａｔ％}Ｃｏ_{７０ａｔ％}（１４）／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（９．１）／第２固定磁性層４ｃ；｛Ｃｏ_５０Ｆｅ_５０｝_{８０ａｔ％}Ｂ_{２０ａｔ％}（１８）］／絶縁障壁層５；Ｍｇ_{５０ａｔ％}Ｏ_{５０ａｔ％}（９〜１２）／フリー磁性層８[エンハンス層６；Ｆｅ_５０at%Ｃｏ_５０at%（１０）／軟磁性層７；Ｎｉ_{８７ａｔ％}Ｆｅ_{１３ａｔ％}（５０）／保護層９；［Ｒｕ（２０）／Ｔａ（２８０）］の順に積層した。
上記の積層体における各層の括弧内の数値は平均膜厚を示し単位はÅである。

実験では、下地層１を平均膜厚が３０ÅのＴｉで形成し、さらに、シード層２を平均膜厚が５０Åの{Ｎｉ_８０Ｆｅ_２０}_{６４．４ａｔ％}Ｃｒ_{３５．６ａｔ％}で形成した試料を実施例１とした。また、下地層１を平均膜厚が３０ÅのＴｉで形成し、さらに、シード層２を平均膜厚が４０ÅのＲｕで形成した試料を実施例２とした。
前記積層体を形成した後、２７０℃で３時間４０分間、熱処理を行った。

［従来例１，２］
上記の実施例の積層体のうち、下地層１を平均膜厚が３０ÅのＴａで形成し、さらに、シード層２を平均膜厚が５０Åの{Ｎｉ_８０Ｆｅ_２０}_{６４．４ａｔ％}Ｃｒ_{３５．６ａｔ％}で形成した試料を従来例１とした。また、下地層１を平均膜厚が３０ÅのＴａで形成し、さらに、シード層２を平均膜厚が４０ÅのＲｕで形成した試料を従来例２とした。

上記の実施例１、実施例２、従来例１及び従来例２の各試料のＲＡと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を絶縁障壁層５の平均膜厚を９Å〜１２Åの範囲内で変化させて各試料に対して複数点、測定した。その結果を図５に示す。

図５に示すように、実施例１及び実施例２は、従来例１及び従来例２と同じＲＡのとき、従来例１及び従来例２よりも大きな抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができた。

ＲＡを概ね２〜５Ω・μｍ^２の範囲内に調整でき、実施例１及び実施例２では、小さいＲＡの範囲内で、従来よりも抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくすることができた。

図５の実験結果により、下地層１としてはＴａでなくＴｉを使用し、このとき、シード層２としてＮｉ−Ｆｅ−ＣｒあるいはＲｕを用いることが、従来よりも効果的に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大させることができるとわかった。

また、実施例１ではシード層２をＮｉ−Ｆｅ−Ｃｒで形成し、実施例２では、シード層２をＲｕで形成しているが、図５に示すように実施例１のほうが実施例２よりも抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が高くなった。

よって、下地層１をＴｉで形成し、その上に形成されるシード層２をＮｉ−Ｆｅ−Ｃｒで形成する組み合わせが、絶縁障壁層をＭｇ−Ｏで形成したトンネル型磁気検出素子において、より効果的に、ＲＡを小さく、且つ抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大させることができるとわかった。

［比較例１，２］
絶縁障壁層をＴｉ−Ｍｇ−Ｏで形成したトンネル型磁気検出素子を形成した。

積層体を、下から、下地層／シード層／反強磁性層；Ｉｒ_{２６ａｔ％}Ｍｎ_{７４ａｔ％}（７０）／固定磁性層［第１固定磁性層；Ｆｅ_{３０ａｔ％}Ｃｏ_{７０ａｔ％}（１６）／非磁性中間層；Ｒｕ（９．１）／第２固定磁性層；Ｃｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}（１８）］／絶縁障壁層／フリー磁性層[エンハンス層；Ｆｅ_９０at%Ｃｏ_１０at%（１０）／軟磁性層７；Ｎｉ_{８８ａｔ％}Ｆｅ_{１２ａｔ％}（５０）／保護層；［Ｒｕ（２０）／Ｔａ（２８０）］の順に積層した。
上記の積層体における各層の括弧内の数値は平均膜厚を示し単位はÅである。

実験では、前記第２固定磁性層上に平均膜厚が４．８Åから成るＴｉ層を形成し、その上に平均膜厚が０．６Åから成るＭｇ層を形成し、前記Ｔｉ層及びＭｇ層を酸化してＴｉ−Ｍｇ−Ｏから成る絶縁障壁層を得た。

また下地層を平均膜厚が３０ÅのＴｉで形成し、さらに、シード層を平均膜厚が５０Åの{Ｎｉ_８０Ｆｅ_２０}_{６４．４ａｔ％}Ｃｒ_{３５．６ａｔ％}で形成した試料を比較例１とした。また、下地層１を平均膜厚が３０ÅのＴｉで形成し、さらに、シード層２を平均膜厚が４０ÅのＲｕで形成した試料を比較例２とした。
前記積層体を形成した後、２７０℃で３時間４０分間、熱処理を行った。

［従来例３、４］
上記の比較例１，２の積層体のうち、下地層１を平均膜厚が３０ÅのＴａで形成し、さらに、シード層２を平均膜厚が５０Åの{Ｎｉ_８０Ｆｅ_２０}_{６４．４ａｔ％}Ｃｒ_{３５．６ａｔ％}で形成した試料を従来例３とした。また、下地層１を平均膜厚が３０ÅのＴａで形成し、さらに、シード層２を平均膜厚が４０ÅのＲｕで形成した試料を従来例４とした。

上記の比較例１、比較例２、従来例３及び従来例４の各試料のＲＡと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を測定した。なお比較例１及び比較例２の各試料については、絶縁障壁層を形成する際の酸化時間を変化させて各試料に対して複数点の実験結果を得た。その結果を図６に示す。

図６に示すように、比較例１及び比較例２は、従来例３及び従来例４よりも抵抗変化率（Ｒ／Ｒ）が低下した。

［比較例３］
絶縁障壁層をＡｌ−Ｏで形成したトンネル型磁気検出素子を形成した。

積層体を、下から、下地層／シード層／反強磁性層；Ｉｒ_{２６ａｔ％}Ｍｎ_{７４ａｔ％}（８０）／固定磁性層［第１固定磁性層；Ｆｅ_{３０ａｔ％}Ｃｏ_{７０ａｔ％}（２１）／非磁性中間層；Ｒｕ（９．１）／第２固定磁性層；［{Ｃｏ_７５Ｆｅ_２５}_{８０ａｔ％}Ｂ_{２０ａｔ％}（１９）／Ｃｏ_{７０ａｔ％}Ｆｅ_{３０ａｔ％}（６）］］／絶縁障壁層／フリー磁性層[エンハンス層；Ｆｅ_８０at%Ｃｏ_２０at%（１０）／軟磁性層７；Ｎｉ_{８８ａｔ％}Ｆｅ_{１２ａｔ％}（５０）／保護層；［Ｒｕ（２０）／Ｔａ（２８０）］の順に積層した。
上記の積層体における各層の括弧内の数値は平均膜厚を示し単位はÅである。

実験では、前記第２固定磁性層上に平均膜厚が４．３Åから成るＡｌ層を形成し、前記Ａｌ層を酸化してＡｌ−Ｏから成る絶縁障壁層を得た。

また下地層を平均膜厚が２０ÅのＴｉで形成し、さらに、シード層を平均膜厚が３０ÅのＲｕで形成した試料を比較例３とした。
前記積層体を形成した後、２７０℃で３時間４０分間、熱処理を行った。

［従来例５］
上記の比較例３の積層体のうち、下地層を平均膜厚が２０ÅのＴａで形成し、さらに、シード層２を平均膜厚が３０ÅのＲｕで形成した試料を従来例５とした。

上記の比較例３、及び従来例５の各試料のＲＡと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を測定した。その結果を図７に示す。

図７に示すように、比較例３の抵抗変化率（Ｒ／Ｒ）は、従来例５の抵抗変化率（Ｒ／Ｒ）以下であった。

図５ないし図７の実験結果から、下地層としてＴｉを用い、シード層としてＮｉ−Ｆｅ−Ｃｒ、あるいは、Ｒｕのいずれかを用いたことにより抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大させる効果は、絶縁障壁層をＭｇ−Ｏで形成したときに発揮されることがわかった。

トンネル型磁気検出素子を記録媒体との対向面と平行な面方向から切断した断面図、 図１と同じ面方向から切断した製造工程中におけるトンネル型磁気検出素子の断面図、 図２の次に行われる一工程図（断面図）、 図３の次に行われる一工程図（断面図）、 絶縁障壁層をＭｇ−Ｏで形成した実施例１（下地層：Ｔｉ／シード層：Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ）、実施例２（下地層：Ｔｉ／シード層：Ｒｕ）、従来例１（下地層：Ｔｉ／シード層：Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ）、従来例２（下地層：Ｔｉ／シード層：Ｒｕ）におけるＲＡと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、 絶縁障壁層をＴｉ−Ｍｇ−Ｏで形成した比較例１（下地層：Ｔｉ／シード層：Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ）、比較例２（下地層：Ｔｉ／シード層：Ｒｕ）、従来例３（下地層：Ｔｉ／シード層：Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ）、従来例３（下地層：Ｔｉ／シード層：Ｒｕ）におけるＲＡと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、 絶縁障壁層をＡｌ−Ｏで形成した比較例３（下地層：Ｔｉ／シード層：Ｒｕ）、従来例５（下地層：Ｔｉ／シード層：Ｒｕ）におけるＲＡと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、

符号の説明

１ 下地層
２ シード層
３ 反強磁性層
４ 固定磁性層
４ａ 第１固定磁性層
４ｂ 非磁性中間層
４ｃ 第２固定磁性層
５ 絶縁障壁層
６ エンハンス層
７ 軟磁性層
８ フリー磁性層
９、２４ 保護層
２１ 下部シールド層
２２ 絶縁層
２３ ハードバイアス層
２６ 上部シールド層
３０ レジスト層
Ｔ１ 積層体

Claims (3)

1. 下から、下地層、シード層、反強磁性層、固定磁性層、絶縁障壁層、及び、フリー磁性層の順に積層される積層部分を備えた積層体を有し、
   前記絶縁障壁層は、Ｍｇ−Ｏで形成され、
   前記下地層はＴｉで形成され、前記シード層は、組成式が、{Ｎｉ_ｘＦｅ_{１００−ｘ}}_{１００−ｙ}Ｃｒ_ｙ（原子比率ｘは７５〜８５、Ｃｒ組成比ｙは、３０〜４０の範囲内）で表される、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒにより形成されており、
   前記固定磁性層は、下から第１固定磁性層、非磁性中間層、第２固定磁性層の順に積層された積層フェリ構造であり、
   前記フリー磁性層は、下からエンハンス層、軟磁性層の順に積層されており、前記エンハンス層は前記軟磁性層よりもスピン分極率が高い材質で形成されており、
   前記第２固定磁性層、前記絶縁障壁層及び前記エンハンス層の積層部分は、界面と平行な面方向に、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た体心立方構造（ｂｃｃ構造）により形成されており、
   ＲＡが、２〜５Ω・μｍ ^２の範囲内であることを特徴とするトンネル型磁気検出素子。
2. 前記下地層の平均膜厚は１０Å以上で１００Å以下の範囲内で形成される請求項１記載のトンネル型磁気検出素子。
3. 前記第２固定磁性層は、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂの単層構造、あるいは、下からＣｏ−Ｆｅ−ＢとＣｏ−Ｆｅの順に積層された積層構造で形成され、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂは、組成式が（Ｃｏ_βＦｅ_{１００−β}）_{１００−γ}Ｂ_γからなり、原子比率βは、０〜７５、組成比γは１０〜３０ａｔ％で形成される請求項１又は２に記載のトンネル型磁気検出素子。

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