(57)【要約】【課題】  特に、絶縁障壁層にＡｌ−Ｏを使用したトンネル型磁気検出素子に係り、低いＲＡで且つ高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）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している。【解決手段】  第２固定磁性層４ｃ上に、Ａｌ−Ｏで形成された下側絶縁層５ａと、前記下側絶縁層５ａの上にＣｏＦｅ−Ｏで形成された上側絶縁層５ｂとで絶縁障壁層５を形成し、さらに前記絶縁障壁層５上にフリー磁性層６を形成する。これにより高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と低いＲＡ（素子抵抗Ｒ×素子面積Ａ）を得ることが出来る。【選択図】  図１
2008050790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下から磁化方向が固定される固定磁性層、絶縁障壁層及び外部磁界に対し磁化方向が変動可能なフリー磁性層の順に積層され、あるいは、下から前記フリー磁性層、前記絶縁障壁層及び前記固定磁性層の順に積層されて成り、
前記絶縁障壁層は、前記固定磁性層との界面側にＡｌ−ＯあるいはＭｇ−Ｏで形成された固定磁性層側絶縁層と、前記フリー磁性層との界面側にＣｏＦｅ−Ｏで形成されたフリー磁性層側絶縁層との積層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。
【請求項２】
前記フリー磁性層側絶縁層の平均膜厚は、前記固定磁性層側絶縁層の平均膜厚よりも薄い請求項１記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項３】
前記フリー磁性層側絶縁層と、前記固定磁性層側絶縁層との界面では構成元素の相互拡散が生じている請求項１又は２に記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項４】
下から、前記固定磁性層、前記絶縁障壁層及び前記フリー磁性層の順に積層されている請求項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。
【請求項５】
前記固定磁性層の少なくとも前記絶縁障壁層と接する側の絶縁障壁層側磁性層は、ＣｏＦｅＢあるいはＣｏＦｅＢとＣｏＦｅの積層構造（このときＣｏＦｅＢが絶縁障壁層と接する）で形成される請求項４記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項６】
下から磁化方向が固定される固定磁性層、絶縁障壁層及び外部磁界に対し磁化方向が変動可能なフリー磁性層の順に積層し、あるいは、下から前記フリー磁性層、前記絶縁障壁層及び前記固定磁性層の順に積層して成るトンネル型磁気検出素子の製造方法において、
前記絶縁障壁層を形成するとき、前記固定磁性層に接する側にＡｌ層あるいはＭｇ層を、前記フリー磁性層に接する側にＣｏＦｅ層を積層形成した後、前記Ａｌ層あるいはＭｇ層及びＣｏＦｅ層を酸化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。
【請求項７】
前記ＣｏＦｅ層の平均膜厚を０Åよりも大きく１．６Å以下の範囲内で形成する請求項６記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。
【請求項８】
前記ＣｏＦｅ層の平均膜厚を０Åよりも大きく１．２Å以下の範囲内で形成する請求項７記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。
【請求項９】
下から、前記固定磁性層、前記絶縁障壁層及び前記フリー磁性層の順に積層形成し、前記絶縁障壁層の形成の際、下からＡｌ層あるいはＭｇ層及びＣｏＦｅ層の順に積層した後、前記Ａｌ層あるいはＭｇ層及び前記ＣｏＦｅ層を酸化する請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、低いＲＡで且つ高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）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。
【背景技術】
【０００２】
トンネル型磁気検出素子は、トンネル効果を利用して抵抗変化を生じさせるものであり、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（トンネル障壁層）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。【０００３】
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。【０００４】
ところで、前記絶縁障壁層の材質を変えると、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）等の特性が変わってしまうため、前記絶縁障壁層の材質ごとに研究を行うことが必要であった。【０００５】
トンネル型磁気検出素子として重要な特性は、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）、ＲＡ（素子抵抗Ｒ×面積Ａ）等であり、これら特性の最適化を目指して絶縁障壁層の材質や膜構成の改良が進められている。
【特許文献１】特開２００４−２００２４５号公報
【特許文献２】特開２００２−２３２０４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された発明には、固定磁性層に第１複合磁性層という層を備え、反強磁性層を構成する材料がトンネル絶縁層へ拡散するのを防止することが開示されている。また特許文献１には、［００１１］欄に、固定磁性層とトンネル絶縁層との間に、ＦｅＯＸ、ＣｏＦｅＸなどの強磁性元素の酸化物層を挿入することが開示されているが、かかる構成では、ＭＲ比の低下及び接合抵抗の増大の問題があると指摘している。【０００７】
このように特許文献１には、ＲＡの低減と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の増大の双方を満たす構成が開示されていない。【０００８】
特許文献２に記載された発明には、絶縁障壁層を第１のバリヤ層と第２のバリヤ層との２層構造で形成し、例えば両バリア層をＡｌ酸化物で形成することが開示されている。しかし、前記絶縁障壁層を第１のバリヤ層と第２のバリヤ層の２層構造とし前記絶縁障壁層の膜厚を厚くすれば、特許文献２の図８や図２４に示すようにＲＡが大きくなってしまい、ＲＡの低減と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の増大の双方を満たすことが困難であった。【０００９】
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、低いＲＡで且つ高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）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している。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明におけるトンネル型磁気検出素子は、
下から磁化方向が固定される固定磁性層、絶縁障壁層及び外部磁界に対し磁化方向が変動可能なフリー磁性層の順に積層され、あるいは、下から前記フリー磁性層、前記絶縁障壁層及び前記固定磁性層の順に積層されて成り、
前記絶縁障壁層は、前記固定磁性層との界面側にＡｌ−ＯあるいはＭｇ−Ｏで形成された固定磁性層側絶縁層と、前記フリー磁性層との界面側にＣｏＦｅ−Ｏで形成されたフリー磁性層側絶縁層との積層構造で形成されることを特徴とするものである。【００１１】
本発明では、前記フリー磁性層側絶縁層の平均膜厚は、前記固定磁性層側絶縁層の平均膜厚よりも薄いことが好ましい。【００１２】
また本発明では、前記フリー磁性層側絶縁層と、前記固定磁性層側絶縁層との界面では構成元素の相互拡散が生じている構成でもよい。【００１３】
本発明では上記のように絶縁障壁層のフリー磁性層側にＣｏＦｅ−Ｏで形成された絶縁層を形成し、固定磁性層側にＡｌ−Ｏで形成された絶縁層を形成することで効果的に、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）及び低いＲＡ（素子抵抗Ｒ×素子面積Ａ）を得ることが出来る。特に、従来構造（絶縁障壁層をＡｌ−Ｏ単層で形成した構造）と比べると、従来構造よりも低いＲＡで且つ、従来構造と同等、あるいはそれよりも大きい抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能である。またＡｌ−Ｏに代えてＭｇ−Ｏを用いてもよい。【００１４】
本発明では、下から、前記固定磁性層、前記絶縁障壁層及び前記フリー磁性層の順に積層されていることが好ましい。また係る場合、前記固定磁性層の少なくとも前記絶縁障壁層と接する側の絶縁障壁層側磁性層は、ＣｏＦｅＢあるいはＣｏＦｅＢとＣｏＦｅの積層構造（このときＣｏＦｅＢが絶縁障壁層と接する）で形成されることが高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得る上で好適である。【００１５】
本発明は、下から磁化方向が固定される固定磁性層、絶縁障壁層及び外部磁界に対し磁化方向が変動可能なフリー磁性層の順に積層し、あるいは、下から前記フリー磁性層、前記絶縁障壁層及び前記固定磁性層の順に積層して成るトンネル型磁気検出素子の製造方法において、
前記絶縁障壁層を形成するとき、前記固定磁性層に接する側にＡｌ層あるいはＭｇ層を、前記フリー磁性層に接する側にＣｏＦｅ層を積層形成した後、前記Ａｌ層あるいはＭｇ層及びＣｏＦｅ層を酸化することを特徴とするものである。【００１６】
本発明では上記製造方法により、低いＲＡ（素子抵抗Ｒ×素子面積Ａ）で且つ、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能なトンネル型磁気検出素子を簡単且つ適切に製造できる。【００１７】
本発明では、前記ＣｏＦｅ層の平均膜厚を０Åよりも大きく１．６Å以下の範囲内で形成することが、従来構造（絶縁障壁層をＡｌ−Ｏ単層で形成した構造）に比べて、効果的に、ＲＡを低く出来、且つ従来構造と同等、あるいはそれ以上の高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来て好適である。また、前記ＣｏＦｅ層の平均膜厚を０Åよりも大きく１．２Å以下の範囲内で形成することが、従来構造よりも適切に高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができて、より好ましい。【００１８】
また本発明では、下から、前記固定磁性層、前記絶縁障壁層及び前記フリー磁性層の順に積層形成し、前記絶縁障壁層の形成の際、下からＡｌ層あるいはＭｇ層及びＣｏＦｅ層の順に積層した後、前記Ａｌ層あるいはＭｇ層及び前記ＣｏＦｅ層を酸化することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のトンネル型磁気検出素子では、低いＲＡで且つ高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は本実施形態のトンネル型磁気検出素子（トンネル型磁気抵抗効果素子）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。【００２１】
トンネル型磁気検出素子は、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。あるいは前記トンネル型磁気検出素子は、ＭＲＡＭ（磁気抵抗メモリ）等にも用いられる。【００２２】
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検出素子の各層の積層方向、である。【００２３】
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。【００２４】
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は例えば、ＮｉＦｅＣｒ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、面心立方構造（ｆｃｃ）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。なお、前記下地層１は形成されなくともよい。【００２５】
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。【００２６】
これら白金族元素を用いたα−Ｍｎ合金は、耐食性に優れ、またブロッキング温度も高く、さらに交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできるなど反強磁性材料として優れた特性を有している。【００２７】
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。【００２８】
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（絶縁障壁層側磁性層）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。なお前記第１固定磁性層４ａ及び第２固定磁性層４ｃは例えば１２〜２４Åで形成され、非磁性中間層４ｂは８〜１０Å程度で形成される。【００２９】
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、前記第１固定磁性層４ａと同じ強磁性材料で形成されてもよいが、表面の平滑性を向上させ、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得る上でＣｏＦｅＢで形成されることが好適である。【００３０】
前記固定磁性層４上には絶縁障壁層５が形成される。前記絶縁障壁層５は下側絶縁層（固定磁性層側絶縁層）５ａと上側絶縁層（フリー磁性層側絶縁層）５ｂの２層構造で形成される。【００３１】
前記下側絶縁層５ａは、Ａｌ−Ｏ（酸化アルミニウム）で形成され、前記上側絶縁層５ｂは、ＣｏＦｅ−Ｏ（酸化コバルト鉄）で形成されている。【００３２】
図１に示すように、前記絶縁障壁層５上には、フリー磁性層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６ｂよりもスピン分極率の大きい磁性材料で形成される。前記エンハンス層６ａをスピン分極率の大きいＣｏＦｅ合金で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。本実施形態では、前記エンハンス層６ａを、Ｆｅ組成比が、５ａｔ％以上で９５ａｔ％以下のＣｏＦｅで形成することが好ましい。また、前記軟磁性層６ｂを、Ｎｉ組成比が８０ａｔ％〜９５ａｔ％の範囲内のＮｉＦｅ合金で形成することが好ましい。【００３３】
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。【００３４】
前記フリー磁性層６上にはＴａ等で形成された保護層７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１３，１３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。【００３５】
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１３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。【００３６】
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。【００３７】
前記絶縁層２２，２４はＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２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。【００３８】
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。【００３９】
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。【００４０】
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。【００４１】
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６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。【００４２】
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。【００４３】
図１の実施形態の特徴的部分について説明する。
図１では前記絶縁障壁層５がＡｌ−Ｏで形成された下側絶縁層５ａと、ＣｏＦｅ−Ｏで形成された上側絶縁層５ｂとの積層構造で形成されている。このような構成とすることで、低いＲＡ（素子抵抗Ｒ×素子面積Ａ）で且つ抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高くすることが出来る。【００４４】
本実施形態のように、Ａｌ−Ｏからなる下側絶縁層５ａとフリー磁性層６との間に、ＣｏＦｅ−Ｏからなる上側絶縁層５ｂを挿入することで、前記絶縁障壁層５とフリー磁性層６間での界面付近でのスピン分極率が向上するために、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が向上するものと推測される。【００４５】
前記上側絶縁層５ｂの平均膜厚は、前記下側絶縁層５ａの平均膜厚よりも薄いことが好ましい。これにより抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の低下を抑制できる。特に、従来構造（絶縁障壁層をＡｌ−Ｏ単層構造で形成した構造）と同等、あるいはそれ以上の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得るには、前記上側絶縁層５ｂの平均膜厚は０〜４Åの範囲内であることが好適である。あるいは前記上側絶縁層５ｂの平均膜厚は０〜３Åの範囲内であることがより好ましい。または前記上側絶縁層５ｂの平均膜厚は０〜２Åの範囲内であることがさらに好ましい。最も好ましくは、前記上側絶縁層５ｂの平均膜厚は０．５〜１．５Åの範囲内である。【００４６】
また、前記上側絶縁層５ａは、Ｆｅ組成比Ｘが１０〜９０ａｔ％のＣｏ１００−ＸＦｅＸの酸化物で形成されることが好適である。上記組成比を有するＣｏＦｅの酸化物で前記上側絶縁層５ａを形成することで、効果的に、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上とＲＡの低減を図ることができる。【００４７】
また前記下側絶縁層５ａの平均膜厚は５〜１５Åの範囲内で形成されることが好ましい。【００４８】
上記したように本実施形態では、従来構造よりも低いＲＡを得ることができる。前記ＲＡは、高速データ転送の適正化、高記録密度化等に極めて重要な値であり、低い値に設定する必要がある。本実施形態では、前記ＲＡを５Ωμｍ２よりも小さい値に設定でき、好ましくは４．５Ωμｍ２以下に設定できる。なお素子面積Ａ（積層体Ｔ１における図示Ｘ−Ｙ平面での平均面積）は０．０２〜０．２５μｍ２の範囲内である。例えば狭トラック化や積層体Ｔ１の奥行き寸法（図示Ｙ方向）を短くすることでＲＡが上昇するが、本実施形態では、従来構造より狭トラック化や積層体Ｔ１の奥行き寸法（図示Ｙ方向）を短くしても、従来構造より依然として低いＲＡを保つことが出来る。【００４９】
トラック幅Ｔｗは、０．２μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下であり、奥行き寸法は０．２μｍ以下であることが好適である。【００５０】
トンネル型磁気検出素子は、後述するように製造工程においてアニール処理（熱処理）が施される。アニール処理は例えば、２４０〜３１０℃程度の温度で行われる。このアニール処理は、固定磁性層４を構成する第１固定磁性層４ａと前記反強磁性層３との間で交換結合磁界（Ｈｅｘ）を生じさせるための磁場中アニール処理等である。【００５１】
このようなアニール処理によって、図２あるいは図３に示すように、下側絶縁層５ａと上側絶縁層５ｂとの界面で構成元素の相互拡散が生じて、前記界面の存在が無くなると考えられる。【００５２】
図２，図３に示す実施形態では、下側絶縁層５ａと上側絶縁層５ｂとの界面にて元素拡散が生じた状態を模式図的に示している。図２に示す実施形態では、上側絶縁領域１１には、Ａｌが含まれていない。前記上側絶縁領域１１は、ＣｏＦｅ−Ｏで形成されている。一方、前記上側絶縁領域１１の下に位置する下側絶縁領域１０は、主としてＡｌ−Ｏで形成されている。【００５３】
一方、図３に示す実施形態では、Ａｌは前記絶縁障壁層５の全体的に拡散しているが、Ａｌ濃度は、前記エンハンス層６ａとの上面側のほうが、前記第２固定磁性層４ｃとの下面側よりも小さくなっている。図３に示すように、前記下側絶縁領域１０には、前記第２固定磁性層４ｃとの下面側から上側絶縁領域１２に向けて徐々にＡｌ濃度が低下する組成変調領域が存在している。この実施形態では、前記上側絶縁領域１２はＣｏＦｅＡｌ−Ｏで形成される。【００５４】
上記した元素拡散も前記絶縁障壁層５内部の結晶構造等に影響を与えて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上等に寄与しているとも推測される。【００５５】
なお例えばアニール処理を施さない形態や、アニール処理を施しても、２４０℃よりも低い低温では、上記した元素拡散は生じず、あるいは生じても小規模（例えば界面の全域で拡散が生じず、間欠的に生じている等）であり、ほぼ界面の状態を保っていると考えられる。【００５６】
図１に示す実施形態では、下から反強磁性層３、固定磁性層４、絶縁障壁層５及びフリー磁性層６の順に積層されていたが、下からフリー磁性層６、絶縁障壁層５、固定磁性層４及び反強磁性層３の順に積層された場合でも本実施形態を適用できる。ただし、図１に示すように絶縁障壁層５の下に固定磁性層４が形成された構造では、前記第２固定磁性層４ｃをＣｏＦｅＢで形成することで前記第２固定磁性層４ｃの表面の平滑性を高め、これによりさらに抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上できるといった効果を期待出来る。【００５７】
前記第２固定磁性層４ｃは、（Ｃｏ１−ＹＦｅＹ）ＺＢ１００−Ｚからなり、原子比率Ｙは、０．０５〜０．９５、組成比Ｚは５０〜９０ａｔ％で形成されることが、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得る上で好ましい。また前記第２固定磁性層４ｃは、前記ＣｏＦｅＢとＣｏＦｅの積層構造（ＣｏＦｅＢが絶縁障壁層５と接する側）で形成されてもよい。【００５８】
また本実施形態では、下から下側反強磁性層、下側固定磁性層、下側絶縁障壁層、フリー磁性層、上側絶縁障壁層、上側固定磁性層、及び上側反強磁性層の順に積層されて成るデュアル型のトンネル型磁気検出素子に本実施形態を適用することも可能である。かかる場合、前記下側絶縁障壁層と上側絶縁障壁層の双方に対して、フリー磁性層との界面側に、ＣｏＦｅ−Ｏで形成された絶縁層を、前記下側固定磁性層及び上側固定磁性層との界面側にＡｌ−Ｏで形成された絶縁層を形成する。【００５９】
また図１に示す実施形態では、前記固定磁性層４は、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の積層フェリ構造であったが、例えば前記固定磁性層４は一層、あるいは複数の磁性層が積層された構造であっても本実施形態を適用できる。前記固定磁性層４を単層構造で形成する場合にはＣｏＦｅＢで、前記固定磁性層４を磁性層の積層構造で形成する場合には、少なくとも前記絶縁障壁層と接する磁性層をＣｏＦｅＢで形成することが、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得る上で好適である。【００６０】
なお上記実施形態では下側絶縁層５ａはＡｌ−Ｏで形成されていたが、Ａｌ−Ｏに代えてＭｇ−Ｏにしても同様の効果が得られる。【００６１】
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４ないし図７は、製造工程中におけるトンネル型磁気検出素子を図１と同じ方向から切断した部分断面図である。【００６２】
図４に示す工程では、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、及び第２固定磁性層４ｃを連続成膜する。各層をスパッタ法等で形成する。【００６３】
このとき前記第２固定磁性層４ｃを、（Ｃｏ１−ＹＦｅＹ）ＺＢ１００−Ｚからなり、原子比率Ｙを、０．０５〜０．９５、組成比Ｚを５０〜９０ａｔ％として形成することが、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得る上で好ましい。【００６４】
次に、前記第２固定磁性層４ｃの表面に対してさらに平滑性を向上させるためにプラズマ処理を施す。【００６５】
次に、前記第２固定磁性層４ｃ上に、Ａｌ層１４をスパッタ法等で形成する。本実施形態では前記Ａｌ層１４を２〜１０Åの平均膜厚で形成することが好ましい。【００６６】
次に前記Ａｌ層１４上にＣｏＦｅ層１５をスパッタ法等で形成する。このとき本実施形態では、Ｆｅ組成比Ｘが１０〜９０ａｔ％のＣｏ１００−ＸＦｅＸから成るＣｏＦｅ層１５を形成することが好ましい。また、前記ＣｏＦｅ層１５の平均膜厚を０Åよりも大きく１．６Å以下で形成することが好ましく、０Åよりも大きく１．２Å以下で形成することがより好ましく、０Åよりも大きく０．８Å以下で形成することがさらに好ましく、０．２Å以上で０．６Å以下で形成することが最も好ましい。これにより、従来構造（絶縁障壁層をＡｌ酸化物の単層構造で形成した構成）と同等あるいはそれ以上の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来るとともに、従来構造よりも低いＲＡ（素子抵抗Ｒ×素子面積Ａ）を得ることが可能なトンネル型磁気検出素子を適切且つ容易に製造できる。【００６７】
次に、前記Ａｌ層１４及びＣｏＦｅ層１５を酸化する。これにより前記Ａｌ層１４が酸化されたＡｌ―Ｏから成る下側絶縁層（固定磁性層側絶縁層）５ａと、前記ＣｏＦｅ層１５が酸化されたＣｏＦｅ−Ｏから成る上側絶縁層（フリー磁性層側絶縁層）５ｂとの積層構造の絶縁障壁層５が完成する。酸化の方法としては、ラジカル酸化、イオン酸化、プラズマ酸化あるいは自然酸化等を挙げることができる。【００６８】
次に、図５に示す工程では、前記絶縁障壁層５上に、エンハンス層６ａ及び軟磁性層６ｂから成るフリー磁性層６、及び保護層７を成膜する。【００６９】
本実施形態では、前記エンハンス層６ａを、Ｆｅ組成比が、５ａｔ％以上で９５ａｔ％以下のＣｏＦｅで形成することが好ましい。また、前記軟磁性層６ｂを、Ｎｉ組成比が８０ａｔ％〜９５ａｔ％の範囲内のＮｉＦｅ合金で形成することが好ましい。
以上により下地層１から保護層７までが積層された積層体Ｔ１を形成する。【００７０】
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６を参照）。【００７１】
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、下から下側絶縁層２２、ハードバイアス層２３、及び上側絶縁層２４の順に積層する（図７を参照）。【００７２】
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及び前記上側絶縁層２４上に上部シールド層２６を形成する。【００７３】
上記したトンネル型磁気検出素子の製造方法では、その形成過程でアニール処理を含む。代表的なアニール処理は、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アニール処理である。【００７４】
前記アニール処理の温度は例えば２４０℃〜３１０℃の範囲内であり、前記アニール処理により各層の界面で構成元素の相互拡散が生じると考えられる。前記アニール処理により、前記絶縁障壁層５の内部では、Ａｌ―Ｏから成る下側絶縁層５ａと、ＣｏＦｅ−Ｏから成る上側絶縁層５ｂとが相互拡散すると考えられる。【００７５】
なおアニール処理を施さない場合、あるいはアニール温度が２４０℃よりも低温である場合には、各層の界面での構成元素の相互拡散は生じず、あるいは相互拡散が生じても小規模（例えば界面の全域で拡散が生じず、間欠的に生じている等）であり、ほぼ界面の状態を保っていると考えられる。【００７６】
本実施形態では上記製造方法により、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来ると共に、低いＲＡ（素子抵抗Ｒ×素子面積Ａ）を得ることが可能なトンネル型磁気検出素子を簡単且つ適切に製造できる。【００７７】
特に、上記したように前記ＣｏＦｅ層１５の膜厚を調整することで、従来構造よりも低いＲＡで且つ確実に高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能である。【００７８】
下からフリー磁性層６、絶縁障壁層５、固定磁性層４及び反強磁性層３の順に積層する場合には、フリー磁性層６上にＣｏＦｅ層１５を形成し、前記ＣｏＦｅ層１５上にＡｌ層１４を形成した後、前記ＣｏＦｅ層１５及びＡｌ層１４を酸化処理して、ＣｏＦｅ−Ｏから成る絶縁層と、Ａｌ−Ｏからなる絶縁層で構成される絶縁障壁層５を形成すればよい。かかる場合のＣｏＦｅ層１５の平均膜厚等は図４で説明したのと同様である。【００７９】
前記絶縁障壁層５の下側絶縁層５ａをＭｇ−Ｏで形成する場合には、Ａｌ層に代えてＭｇ層を形成し、前記Ｍｇ層を酸化してＭｇ−Ｏを形成する。
【実施例】
【００８０】
図１に示すトンネル型磁気検出素子を形成した。
積層体Ｔ１を、下から、下地層１；Ｔａ（３０）／シード層２；（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０ａｔ％Ｃｒ４０ａｔ％（５０）／反強磁性層３；ＩｒＭｎ（７０）／固定磁性層４［第１固定磁性層４ａ；Ｃｏ７０at%Ｆｅ３０at%（１４）／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（８．５）／第２固定磁性層４ｃ；（Ｃｏ０．７５Ｆｅ０．２５）８０ａｔ％Ｂ２０ａｔ％（１８）］／絶縁障壁層５／フリー磁性層６[エンハンス層６ａ；Ｃｏ７０ａｔ％Ｆｅ３０ａｔ％（１０）／軟磁性層６ｂ；Ｎｉ８３．５ａｔ％Ｆｅ１６。５ａｔ％（４０）]／
保護層７［Ｒｕ（２０）／Ｔａ（１７５）］の順に積層した。なお括弧内の数値は平均膜厚を示し単位はÅである。【００８１】
以下の表１に示すように試料Ｎｏ．１，８では、絶縁障壁層をＡｌ単層を酸化して形成した。また試料Ｎｏ．２〜７及び試料Ｎｏ．９〜１４では、絶縁障壁層を下からＡｌ層／Ｃｏ７０ａｔ％Ｆｅ３０ａｔ％層の順で積層された構造を酸化して形成した。表１に示すように、試料Ｎｏ．１〜７では、Ａｌ層の平均膜厚を４．３Åで形成し、試料Ｎｏ．８〜１４では、Ａｌ層の平均膜厚を４．６Åで形成し、また、試料Ｎｏ．２〜７及び試料Ｎｏ．９〜１４では、ＣｏＦｅ層の平均膜厚を変化させた。【００８２】
また前記第２固定磁性層４ｃの表面を、前記絶縁障壁層５を形成する前にプラズマ処理した。【００８３】
なお、各試料において素子面積（積層体Ｔ１の図示Ｘ−Ｙ平面の平均面積）を、一定にした。【００８４】
実験では、試料Ｎｏ．１〜１４の各トンネル型磁気検出素子に対して、ＲＡ（素子抵抗Ｒ×素子面積Ａ）及び抵抗変化率（Ｒ／Ｒ）との関係について求めた。【００８５】
【表１】
2008050790.tif 000003
【００８６】
表１の実験結果に基づき、各試料における絶縁障壁層を構成するＣｏＦｅ（酸化前）の平均膜厚とＲＡとの関係のグラフを図８に、各試料における絶縁障壁層を構成するＣｏＦｅ（酸化前）の平均膜厚と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係のグラフを図９に、各試料におけるＲＡと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係のグラフを図１０に夫々まとめた。【００８７】
図８に示すようにＣｏＦｅの平均膜厚が厚くなると、徐々にＲＡが低下することがわかった。【００８８】
また図９に示すように、ＣｏＦｅの平均膜厚が厚くなると一旦、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は上昇し、その後、ＣｏＦｅの平均膜厚の増大と共に、徐々に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が低下することがわかった。【００８９】
図８〜図１０に示すように試料Ｎｏ．１及びＮｏ．８の従来構造（Ａｌ−Ｏ単層構造）以上の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）で、且つ従来構造よりも低いＲＡを得るには、ＣｏＦｅの平均膜厚を０Åよりも大きく１．６Å以下、好ましくは０Åよりも大きく１．２Å以下、さらに好ましくは、０Åよりも大きく０．８Å以下、最も好ましくは０．２Å以上で０．６Å以下で調整することがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】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方向から切断した断面図、
【図２】図１に示す絶縁障壁層５付近を拡大したものであり、特にＡｌ−Ｏで形成された下側絶縁層とＣｏＦｅ−Ｏで形成された上側絶縁層とで元素拡散が生じていることを示す部分拡大断面図と、Ａｌ濃度の組成変調を示すグラフ、
【図３】図２とは異なる形態の図１に示す絶縁障壁層５付近を拡大した部分拡大断面図と、Ａｌ濃度の組成変調を示すグラフ、
【図４】本実施形態のトンネル型磁気検出素子の製造方法を示す一工程図（製造工程中の前記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方向から切断した断面図）、
【図５】図４の次に行われる一工程図（製造工程中の前記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方向から切断した断面図）、
【図６】図５の次に行われる一工程図（製造工程中の前記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方向から切断した断面図）、
【図７】図６の次に行われる一工程図（製造工程中の前記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方向から切断した断面図）、
【図８】表１に示す試料Ｎｏ．１〜１４の各トンネル型磁気検出素子の絶縁障壁層を構成するＡｌ−Ｏと、フリー磁性層との間に挿入されるＣｏＦｅ層の膜厚（酸化前の膜厚）とＲＡとの関係を示すグラフ、
【図９】表１に示す試料Ｎｏ．１〜１４の各トンネル型磁気検出素子の絶縁障壁層を構成するＡｌ−Ｏと、フリー磁性層との間に挿入されるＣｏＦｅ層の膜厚（酸化前の膜厚）と抵抗変化率（Ｒ／Ｒ）との関係を示すグラフ、
【図１０】図８及び図９とを組み合わせて作成された、試料Ｎｏ．１〜１４の各トンネル型磁気検出素子のＲＡと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、
【符号の説明】
【００９１】
３  反強磁性層
４  固定磁性層
４ａ  下側磁性層
４ｂ  非磁性中間層
４ｃ  第２固定磁性層
５  絶縁障壁層
５ａ  下側絶縁層（Ａｌ−Ｏ）
５ｂ  上側絶縁層（ＣｏＦｅ−Ｏ）
６  フリー磁性層
６ａ  エンハンス層（第２磁性層）
６ｂ  軟磁性層
７  保護層
１０  下側絶縁領域
１１，１２  上側絶縁領域
１４  Ａｌ層
１５  ＣｏＦｅ層
２２，２４  絶縁層
２３  ハードバイアス層
３０  リフトオフ用レジスト層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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