(57)【要約】【課題】  特に、フリー磁性層内にＴａ層を挿入した形態に比べて、上下シールド層間のギャップ長（ＧＬ）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。  【解決手段】  フリー磁性層６は、例えば、Ｍｇ−Ｔｉ−Ｏから成る絶縁障壁層５上に、下から、エンハンス層１２、第１軟磁性層１３、非磁性金属層１４、第２軟磁性層１５の順に積層されている。前記エンハンス層１２は例えばＣｏ−Ｆｅで、第１軟磁性層１３及び第２軟磁性層１５は例えばＮｉ−Ｆｅで、非磁性金属層１４は例えばＴｉで形成される。前記エンハンス層１２の平均膜厚と前記第１軟磁性層１３の平均膜厚を足した総合膜厚Ｔ５は１９Å以上２８Å以下で形成される。これにより従来に比べて安定して高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来る。【選択図】  図２
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【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、磁化方向が外部磁界に対して変動するフリー磁性層の順に、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た積層部分を備える積層体を有し、
前記絶縁障壁層は、Ｔｉ−Ｍｇ−Ｏ、Ｔｉ−Ｏ、あるいは、Ａｌ−Ｏのいずれかで形成され、
前記フリー磁性層は、積層される複数の軟磁性層と、各軟磁性層間に介在するＴｉで形成された非磁性金属層と、前記軟磁性層のうち最も前記絶縁障壁層側に設けられた第１軟磁性層と前記絶縁障壁層との間に位置して、前記軟磁性層よりもスピン分極率が高いエンハンス層とで構成され、
各軟磁性層間は磁気的に結合されて、全ての前記軟磁性層は同一方向に磁化されており、
前記第１軟磁性層の平均膜厚と前記エンハンス層の平均膜厚を足した総合膜厚は、１９Å以上で２８Å以下であることを特徴とするトンネル型磁気検出素子。
【請求項２】
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、磁化方向が外部磁界に対して変動するフリー磁性層の順に、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た積層部分を備える積層体を有し、
前記絶縁障壁層は、Ｔｉ−Ｍｇ−Ｏ、Ｔｉ−Ｏ、あるいは、Ａｌ−Ｏのいずれかで形成され、
前記フリー磁性層は、積層される複数の軟磁性層と、各軟磁性層間に介在するＭｇで形成された非磁性金属層と、前記軟磁性層のうち最も前記絶縁障壁層側に設けられた第１軟磁性層と前記絶縁障壁層との間に位置して、前記軟磁性層よりもスピン分極率が高いエンハンス層とで構成され、
各軟磁性層間は磁気的に結合されて、全ての前記軟磁性層は同一方向に磁化されており、
前記第１軟磁性層の平均膜厚と前記エンハンス層の平均膜厚を足した総合膜厚は、１９Å以上で２２Å以下であることを特徴とするトンネル型磁気検出素子。
【請求項３】
前記第１軟磁性層の平均膜厚は１０Å以上、前記エンハンス層の平均膜厚は８Å以上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。
【請求項４】
前記非磁性金属層の平均膜厚は、１Å以上で８Å以下である請求項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】
前記非磁性金属層の平均膜厚は、１Å以上で５Å以下である請求項４記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項６】
前記絶縁障壁層は、Ｔｉ−Ｍｇ−Ｏで形成される請求項１ないし５のいずれかに記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項７】
前記軟磁性層はＮｉ−Ｆｅ合金で形成され、前記エンハンス層はＣｏ−Ｆｅ合金で形成される請求項１ないし６のいずれかに記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項８】
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る請求項１ないし７のいずれかに記載のトンネル型磁気検出素子。
【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やその他の磁気検出装置に搭載されるトンネル効果を利用した磁気検出素子に係り、特に、上下シールド層間のギャップ長（ＧＬ）を狭小化しつつ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大させることが可能なトンネル型磁気検出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【特許文献１】特開２００６―２６１６３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来では、トンネル型磁気検出素子の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大させるために、前記トンネル型磁気検出素子を構成する各層の材質を改良する等の工夫がなされていたが、後述する実験に示すように、フリー磁性層を構成するＮｉ−Ｆｅ合金中にＴａを挿入すると、特に材質を変更することなく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。
【０００５】
しかしながらＮｉ−Ｆｅ合金中にＴａ層を挿入した形態では、Ｔａ層と絶縁障壁層との間の間隔を比較的広くしないと、効果的に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大できないことがわかった。
【０００６】
この結果、Ｎｉ−Ｆｅ合金中にＴａ層を挿入した形態では、上下シールド層間のギャップ長（ＧＬ）が広がりやすくなり高記録密度化に適した構造にできなかった。
【０００７】
しかもＴａ層をＮｉ−Ｆｅ合金中に挿入した形態では、Ｔａ層の平均膜厚を極薄（４Å以下）で形成しないとＴａ層の上下に位置するＮｉ−Ｆｅ合金の磁気的結合が遮断されやすく、再生特性が不安定化するといった問題があった。よって、Ｔａ層の膜厚精度が非常にシビアであり、簡単に、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が大きく且つ安定した再生特性を備えるトンネル型磁気検出素子を製造することができなかった。
【０００８】
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、フリー磁性層内にＴａ層を挿入した形態に比べて、上下シールド層間のギャップ長（ＧＬ）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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の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、磁化方向が外部磁界に対して変動するフリー磁性層の順に、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た積層部分を備える積層体を有し、
前記絶縁障壁層は、Ｔｉ−Ｍｇ−Ｏ、Ｔｉ−Ｏ、あるいは、Ａｌ−Ｏのいずれかで形成され、
前記フリー磁性層は、積層される複数の軟磁性層と、各軟磁性層間に介在するＴｉで形成された非磁性金属層と、前記軟磁性層のうち最も前記絶縁障壁層側に設けられた第１軟磁性層と前記絶縁障壁層との間に位置して、前記軟磁性層よりもスピン分極率が高いエンハンス層とで構成され、
各軟磁性層間は磁気的に結合されて、全ての前記軟磁性層は同一方向に磁化されており、
前記第１軟磁性層の平均膜厚と前記エンハンス層の平均膜厚を足した総合膜厚は、１９Å以上で２８Å以下であることを特徴とするものである。
【００１０】
または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、磁化方向が外部磁界に対して変動するフリー磁性層の順に、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た積層部分を備える積層体を有し、
前記絶縁障壁層は、Ｔｉ−Ｍｇ−Ｏ、Ｔｉ−Ｏ、あるいは、Ａｌ−Ｏのいずれかで形成され、
前記フリー磁性層は、積層される複数の軟磁性層と、各軟磁性層間に介在するＭｇで形成された非磁性金属層と、前記軟磁性層のうち最も前記絶縁障壁層側に設けられた第１軟磁性層と前記絶縁障壁層との間に位置して、前記軟磁性層よりもスピン分極率が高いエンハンス層とで構成され、
各軟磁性層間は磁気的に結合されて、全ての前記軟磁性層は同一方向に磁化されており、
前記第１軟磁性層の平均膜厚と前記エンハンス層の平均膜厚を足した総合膜厚は、１９Å以上で２２Å以下であることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明のトンネル型磁気検出素子によれば、前記フリー磁性層中に前記非磁性金属層を設けない従来構造に比べて、効果的に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大させることができる。
【００１２】
特に、非磁性金属層としてＴａを選択した比較例の形態に比べて、上下シールド層間のギャップ長（ＧＬ）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。上下シールド層間のギャップ長（ＧＬ）の狭小化により、ＳＮ比等の向上を図ることができ高記録密度化に適切に寄与することができる。
【００１３】
なお本発明は、特許文献１と異なって、前記フリー磁性層を積層フェリ構造としていない。前記フリー磁性層を積層フェリ構造にすると、例えば前記フリー磁性層のトラック幅方向の両側に位置するハードバイアス層から前記フリー磁性層に流入する一方向のバイアス磁界により、非磁性中間層を介して対向する２層の磁性層における反平行の磁化状態が乱れて、バルクハウゼンノイズが発生しやすい。また、前記フリー磁性層の保磁力は出来る限り小さいことが好ましいが、前記フリー磁性層を積層フェリ構造にすると保磁力が大きくなりやすい。
【００１４】
本発明では、前記軟磁性層間に非磁性金属層が介在するが、前記非磁性金属層は、各軟磁性層間の磁気的な結合を確保し、全ての軟磁性層を同一方向に磁化できる程度に薄く形成されている。よって本発明では前記非磁性金属層の介在によって各軟磁性層間の磁気的な結合は切断されず、また積層フェリ構造にはならないので、バルクハウゼンノイズを抑制でき、また保磁力を低下でき、安定した再生特性を得ることが可能である。
【００１５】
上記において本発明では、前記第１軟磁性層の平均膜厚は１０Å以上、前記エンハンス層の平均膜厚は８Å以上で形成されることが、安定して高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができて好ましい。
【００１６】
本発明では、前記非磁性金属層の平均膜厚は、１Å以上で８Å以下であることが好ましい。また本発明では、前記非磁性金属層の平均膜厚は、１Å以上で５Å以下であることがより好ましい。各軟磁性層を適切に磁気的に結合させることができ、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を維持できると共に、バルクハウゼンノイズを適切に抑制できる等、再生特性の安定性を向上させることが可能である。
【００１７】
本発明では、前記絶縁障壁層は、Ｔｉ−Ｍｇ−Ｏで形成されることが、より効果的に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大させることができ好適である。
【００１８】
また本発明では、前記軟磁性層はＮｉ−Ｆｅ合金で形成され、前記エンハンス層はＣｏ−Ｆｅ合金で形成されることが効果的に高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得る上で好適である。
【００１９】
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されることが効果的に高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得る上で好適である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のトンネル型磁気検出素子は、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、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。図２は、第１実施形態のトンネル型磁気検出素子のフリー磁性層の部分を拡大した図１の拡大断面図である。図１ではフリー磁性層が単層構造のように図示されているが、実際には図２に示す構造で形成されている。
【００２２】
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。
【００２３】
図１の最も下に形成されているのは、例えばＮｉ−Ｆｅ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上に積層体１０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１０と、前記積層体１０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とで構成される。
【００２４】
前記積層体１０の最下層は、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２種以上の非磁性元素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Ｃｒによって形成される。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で形成されることが好ましい。
【００２６】
また前記反強磁性層３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てもよい。
【００２７】
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。
【００２８】
前記第１固定磁性層４ａ及び第２固定磁性層４ｃはＣｏ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ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などの非磁性金属材料で形成される。
【００２９】
前記固定磁性層４上には絶縁障壁層５が形成される。また、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の構成は後述する。
【００３０】
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等で形成された保護層７が形成されている。
【００３１】
前記積層体１０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。
【００３２】
図１に示すように、前記積層体１０の両側に広がる下部シールド層２１上から前記積層体１０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。
【００３３】
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例えばＣｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａで形成される。
【００３４】
前記絶縁層２２はＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２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１０内を各層の界面と垂直方向に流れる電流が、前記積層体１０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（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。前記保護層２４はＴａ等の非磁性材料で形成される。
【００３５】
前記積層体１０上及び保護層２４上にはＮｉ−Ｆｅ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。
【００３６】
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１０に対する電極層として機能し、前記積層体１０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。
【００３７】
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６の磁化は外部磁界により変動する。
【００３８】
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、抵抗値は最大になる。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。
【００３９】
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、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。
【００４０】
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。図２は、図１に示すトンネル型磁気検出素子のうち、前記フリー磁性層６の部分を拡大した第１実施形態の前記トンネル型磁気検出素子の部分拡大断面図である。
【００４１】
図２に示すように、前記フリー磁性層６は、下からエンハンス層１２、第１軟磁性層１３、非磁性金属層１４及び第２軟磁性層１５の順に積層されている。
【００４２】
前記エンハンス層１２は、前記第１軟磁性層１３及び前記第２軟磁性層１５よりもスピン分極率が大きい磁性材料で形成され、前記エンハンス層１２は、Ｃｏ−Ｆｅ合金で形成されることが好適である。前記エンハンス層１２が形成されないと、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が大きく低下することがわかっている。よって前記エンハンス層１２は必須の層である。前記エンハンス層１２を構成するＣｏ−Ｆｅ合金のＦｅ濃度を大きくことで高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来る。Ｃｏ−Ｆｅ合金のＦｅ濃度は５０ａｔ％〜１００ａｔ％の範囲内であることが好適である。
【００４３】
前記第１軟磁性層１３及び前記第２軟磁性層１５は、前記エンハンス層１２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ある。前記第１軟磁性層１３及び前記第２軟磁性層１５は、異なる軟磁性材料で形成されてもよいが、共にＮｉ−Ｆｅ合金で形成されることが好適である。Ｎｉ−Ｆｅ合金のＦｅ濃度は５ａｔ％〜２０ａｔ％の範囲内であることが好適である。
【００４４】
前記非磁性金属層１４は、ＴｉあるいはＭｇのどちらか一方にて形成される。
前記非磁性金属層１４は、前記第１軟磁性層１３と前記第２軟磁性層１５間が磁気的に結合され、前記第１軟磁性層１３と前記第２軟磁性層１５とが共に同じ方向に磁化されるように、薄い膜厚で形成される。例えば前記第１軟磁性層１３及び前記第２軟磁性層１５は共に図示Ｘ方向に磁化されている。このとき前記エンハンス層１２も図示Ｘ方向に磁化されている。
【００４５】
前記非磁性金属層１４の平均膜厚Ｔ３は１Å以上８Å以下で形成されることが好ましい。前記非磁性金属層１４の平均膜厚が１Åよりも薄いと、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の増大効果を期待できない。また前記非磁性金属層１４の平均膜厚が８Åよりも厚いと、前記第１軟磁性層１３と前記第２軟磁性層１５間の磁気的な結合が切断されやすくなり、バルクハウゼンノイズが発生しやすくなる等、再生特性が不安定化する。よって本実施形態では、前記非磁性金属層１４の平均膜厚は１Å以上８Å以下であることが好適である。前記非磁性金属層１４の平均膜厚Ｔ３は1Å以上で５Å以下であることがより好ましい。
【００４６】
上記のように前記非磁性金属層１４の平均膜厚Ｔ３は薄く形成される。よって、前記非磁性金属層１４は、図２のように、一定膜厚で形成されず、前記第１軟磁性層１３上に間欠的に形成されてもよい。また前記非磁性金属層１４が間欠的に形成されることで、前記第１軟磁性層１３と第２軟磁性層１５との磁気的結合力（強磁性結合）をより強めることができる。また前記非磁性金属層１４の平均膜厚とは、前記非磁性金属層１４を、前記第１軟磁性層１３上の全域に一律の膜厚に均したときの膜厚を意味するから、前記非磁性金属層１４が、前記第１軟磁性層１３上に間欠的に形成される場合、前記非磁性金属層１４が、前記第１軟磁性層１３上に形成されていない箇所（ピンホール部分）も含めて「平均膜厚」は規定される。
【００４７】
図２に示す実施形態では、前記絶縁障壁層５はＴｉ−Ｍｇ−Ｏ（酸化チタン・マグネシウム）、Ｔｉ−Ｏ（酸化チタン）、Ａｌ−Ｏ（酸化アルミニウム）のいずれかにより形成される。前記絶縁障壁層５がＴｉ−Ｍｇ−Ｏで形成される場合、Ｔｉの組成比とＭｇの組成比をあわせて１００ａｔ％としたときに、Ｍｇは、４ａｔ％以上で２０ａｔ％以下含まれることが好適である。これにより、効果的に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高く出来る。
【００４８】
図２に示すように、前記エンハンス層１２の平均膜厚はＴ１であり、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚はＴ２である。そして、前記エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１と前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を足した総合膜厚はＴ５である。本実施形態では、前記総合膜厚Ｔ５は、前記非磁性金属層１４にＴｉかＭｇのどちらを選択するかにより異なる。
【００４９】
前記非磁性金属層１４がＴｉで形成されるとき、前記総合膜厚Ｔ５は、１９Å以上で２８Å以下で形成される。
【００５０】
また、前記非磁性金属層１４がＭｇで形成されるとき、前記総合膜厚Ｔ５は、１９Å以上で２２Å以下で形成される。
【００５１】
これにより、前記非磁性金属層１４を設けない従来構造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。
【００５２】
前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が増大したのは、前記絶縁障壁層５から軟磁性層１３，１５内やエンハンス層１２内に拡散する酸素原子を前記非磁性金属層１４が優先的に化学結合して、前記軟磁性層１３，１５内部やエンハンス層１２内部の酸素濃度が減少し、この結果、前記軟磁性層１３，１５やエンハンス層１２のバンド構造が適正化されてスピン分極率が向上したこと等が理由として考えられる。
【００５３】
ところで後述する実験に示すように前記非磁性金属層１４をＴａで形成した場合でも前記非磁性金属層１４をＴｉやＭｇで形成した本実施形態と同様に、従来構造に対して抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大させることが出来るとわかった。
【００５４】
しかしながら非磁性金属層１４をＴａで形成した場合、前記非磁性金属層１４をＴｉで形成した本実施形態と比較すると、前記総合膜厚Ｔ５を、２８Åより厚く形成しないと、本実施形態に比べて高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができず、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）（図１を参照）が広く形成されやすいことがわかった。
【００５５】
また、非磁性金属層１４をＴａで形成した場合、前記非磁性金属層１４をＭｇで形成した本実施形態と比較すると、前記総合膜厚Ｔ５を、２２Åより厚く形成しないと、本実施形態に比べて高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができず、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）（図１を参照）が広く形成されやすいことがわかった。
【００５６】
よって、本実施形態のように前記非磁性金属層１４をＴｉやＭｇで形成することで、従来構造（非磁性金属層１４が形成されていない構造）に比べて高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来るとともに、前記非磁性金属層１４としてＴａを選択した比較例に比べて前記総合膜厚Ｔ５が薄い膜厚範囲で高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能であり、ＳＮ比の向上を図ることができる等、高記録密度化に適した構造とすることができる。
【００５７】
前記非磁性金属層１４としてＴｉを選択した場合、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２は、１０Å以上で２０Å以下であることが好ましい。これにより安定して高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能である。
【００５８】
前記総合膜厚Ｔ５、及び、第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を決定することで、前記エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１は自動的に求まるが、前記エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１は、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の観点から、８Å以上となるように、好ましくは１０Å以上となるように、前記総合膜厚Ｔ５、及び、第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を調整することが好適である。
【００５９】
以上により本実施形態では、前記非磁性金属層１４としてＴｉを選択した場合、前記総合膜厚Ｔ５を１９Å以上で２８Å以下の範囲内に設定し、且つ、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を１０Å以上、エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１を８Å以上に設定することで、安定して高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能になる。
【００６０】
また、前記非磁性金属層１４としてＭｇを選択した場合、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２は、１０Å以上で１５Å以下であることが好ましい。これにより安定して高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能である。
【００６１】
前記総合膜厚Ｔ５、及び、第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を決定することで、前記エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１は自動的に求まるが、前記エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１は、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の観点から、８Å以上となるように、好ましくは１０Å以上となるように、前記総合膜厚Ｔ５、及び、第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を調整することが好適である。
【００６２】
以上により本実施形態では、前記非磁性金属層１４としてＭｇを選択した場合、前記総合膜厚Ｔ５を１９Å以上で２２Å以下の範囲内に設定し、且つ、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を１０Å以上、エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１を８Å以上に設定することで、安定して高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能になる。
【００６３】
また前記非磁性金属層１４の平均膜厚Ｔ３は上記したように１Å以上で８Å以下の範囲内、好ましくは１Å以上で５Å以下の範囲内で形成されるが、前記非磁性金属層１４をＴａで形成した場合に比べて、前記非磁性金属層１４の平均膜厚Ｔ３を厚くしても、前記第１軟磁性層１３と第２軟磁性層１５間の磁気的結合が切断されにくく、安定した再生特性を得ることが可能である。
【００６４】
すなわち前記非磁性金属層１４をＴａで形成した場合では、前記非磁性金属層１４の平均膜厚Ｔ３を４Åより厚く形成すると前記第１軟磁性層１３と前記第２軟磁性層１５間の磁気的結合が切断されやすいが、本実施形態のように前記非磁性金属層１４をＴｉあるいはＭｇで形成した場合、前記非磁性金属層１４の平均膜厚Ｔ３を４Åより厚く形成しても前記第１軟磁性層１３と前記第２軟磁性層１５間を磁気的に結合しやすい。その結果、本実施形態での前記非磁性金属層１４の膜厚調整が、前記非磁性金属層１４をＴａで形成した場合に比べてシビアでなくなり、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を有するトンネル型磁気検出素子を簡単且つ適切に形成することが可能である。
【００６５】
また本実施形態では、前記第２軟磁性層１５の平均膜厚Ｔ４は、前記第１軟磁性層１３と前記第２軟磁性層１５を足した総合膜厚が３０Å以上で８０Å以下の範囲内になるように調整されることが好ましい。また、前記第１軟磁性層１３と前記第２軟磁性層１５を足した総合膜厚は、４０Å以上で６０Å以下の範囲内になるように調整されることがより好ましい。これにより、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来るとともに、前記フリー磁性層６の保磁力Ｈｃ等の軟磁気特性を良好に保つことが可能である。
【００６６】
また前記非磁性金属層１４のフリー磁性層６の内部に挿入される非磁性金属層１４は２層以上であってもよく、かかる場合、軟磁性層／非磁性金属層／軟磁性層／非磁性金属層／軟磁性層・・・の積層構造となる。ただし、前記非磁性金属層１４の層数が、あまり多くても、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の増大効果が小さくなり、また上下シールド層間のギャップ長（ＧＬ）が大きくなり易いこと等から、前記非磁性金属層１４を１層よりも多くする場合、２層以上で８層以下にすることが好適である。
【００６７】
本実施形態では前記絶縁障壁層５はＴｉ−Ｍｇ−Ｏ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。
【００６８】
また、第１軟磁性層１３及び第２軟磁性層１５はＮｉ−Ｆｅ合金で形成され、前記エンハンス層１２はＣｏ−Ｆｅ合金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。
【００６９】
図１及び図２に示す形態では、下から反強磁性層３、固定磁性層４、絶縁障壁層５、フリー磁性層６及び保護層７の順で積層されているが、下から、フリー磁性層６、絶縁障壁層５、固定磁性層４、反強磁性層３及び保護層７の順で積層されていてもよい。
【００７０】
かかる場合、図３に示すように、前記フリー磁性層６は、下から第２軟磁性層１５、非磁性金属層１４、第１軟磁性層１３及びエンハンス層１２の順に積層され、前記フリー磁性層６上に絶縁障壁層５が形成される。前記フリー磁性層６を構成する各層の膜厚や材質は図２で説明した通りである。
【００７１】
あるいは、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が順に積層されてなるデュアル型のトンネル型磁気検出素子であってもよい。
【００７２】
かかる場合、図４に示すように、前記フリー磁性層６は、下からエンハンス層１２、第１軟磁性層１３、非磁性金属層１４、第１軟磁性層２５、エンハンス層２７の順に積層される。前記フリー磁性層６の下側のエンハンス層１２下には前記下側絶縁障壁層１７が形成され、前記フリー磁性層６の上側のエンハンス層２７上には前記上側絶縁障壁層１８が形成される。フリー磁性層６を構成する各層の膜厚や材質は図２で説明した通りである。図４の場合、前記非磁性金属層１４の上下に第１軟磁性層１３，２５及びエンハンス層１２，２７が形成されているので、前記非磁性金属層１４がＴｉで形成される場合、前記非磁性金属層１４の下側に位置する第１軟磁性層１３とエンハンス層１２とを足した総合膜厚、及び前記非磁性金属層１４の上側に位置する第１軟磁性層２５とエンハンス層２７とを足した総合膜厚は共に、１９Å以上で２８Å以下の範囲内に調整される。また、前記非磁性金属層１４がＭｇで形成される場合、前記非磁性金属層１４の下側に位置する第１軟磁性層１３とエンハンス層１２とを足した総合膜厚、及び前記非磁性金属層１４の上側に位置する第１軟磁性層２５とエンハンス層２７とを足した総合膜厚は共に、１９Å以上で２２Å以下の範囲内に調整される。
【００７３】
ただし、下から固定磁性層、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有するトンネル型磁気検出素子において、前記フリー磁性層の軟磁性層中にＴｉやＭｇよりなる非磁性金属層１４を挿入することで、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。
【００７４】
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５ないし図８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。なお図６ないし図８ではフリー磁性層６が単層構造のように図示されているが、実際には前記フリー磁性層を図２に示す構造で形成する。
【００７５】
図５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を同一真空中で連続成膜する。
【００７６】
第２固定磁性層４ｃ上にＴｉ−Ｍｇ−Ｏ、Ｔｉ―Ｏ、あるいはＡｌ―Ｏのいずれかより成る絶縁障壁層５を形成する。Ｔｉ−Ｍｇ−Ｏから成る絶縁障壁層５は、例えばＴｉ層をまず前記第２固定磁性層４ｃ上にスパッタ成膜して、続いて前記Ｔｉ層上にＭｇ層をスパッタ成膜した後、前記Ｔｉ層及びＭｇ層を酸化処理することで得られる。またＴｉ−ＯあるいはＡｌ−Ｏから成る絶縁障壁層５は、第２固定磁性層４ｃ上にＴｉ層、あるいはＡｌ層をスパッタ成膜して、前記Ｔｉ層あるいはＡｌ層を酸化処理することで得られる。
【００７７】
次に、図６に示すように、前記絶縁障壁層５上にフリー磁性層６及び保護層７を、図５工程と同じ真空中で連続成膜する。
【００７８】
本実施形態では、図２に示すように、前記フリー磁性層６を下からエンハンス層１２、第１軟磁性層１３、非磁性金属層１４及び第２軟磁性層１５の順に積層する。前記非磁性金属層１４をＴｉあるいはＭｇで形成する。また、前記エンハンス層１２をＣｏ−Ｆｅ合金で形成して、前記第１軟磁性層１３及び第２軟磁性層１５をＮｉ−Ｆｅ合金で形成することが好ましい。
【００７９】
また図２で説明したように、前記非磁性金属層１４をＴｉで形成した場合、前記エンハンス層１２の平均膜厚と前記第１軟磁性層１３の平均膜厚とを足した総合膜厚Ｔ５が１９Å以上で２８Å以下となるように、前記エンハンス層１２及び前記第１軟磁性層１３の各膜厚を調整して成膜する。また前記非磁性金属層１４をＭｇで形成した場合、前記エンハンス層１２の平均膜厚と前記第１軟磁性層１３の平均膜厚とを足した総合膜厚Ｔ５が１９Å以上で２２Å以下となるように、前記エンハンス層１２及び前記第１軟磁性層１３の各膜厚を調整して成膜する。また前記第１軟磁性層１３及び第２軟磁性層１５が磁気的に結合され、前記第１軟磁性層１３及び第２軟磁性層１５が同一方向に磁化されるように、前記非磁性金属層１４を薄い膜厚、具体的には１Å以上８Å以下で形成する。
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１０を形成する。
【００８０】
次に、前記積層体１０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１０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７を参照）。
【００８１】
次に、前記積層体１０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８を参照）。
【００８２】
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１０及び前記保護層２４上に上部シールド層２６を形成する。
【００８３】
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１０の形成後に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アニール処理である。
【００８４】
図３で説明した下からフリー磁性層６、絶縁障壁層５及び固定磁性層４の順に積層される構造や、図４で説明したデュアル型の構造は、図５ないし図８で説明した製造方法に準じて製造される。
【００８５】
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。
【００８６】
［実施例１，２］
図２のようにフリー磁性層６を構成する第１軟磁性層１３と第２軟磁性層１５間に非磁性金属層１４を挿入した以下の積層体を備えたトンネル型磁気検出素子を形成した。
【００８７】
積層体を、下から、下地層１；Ｔａ（３０）／シード層２；Ｎｉ４９ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％Ｃｒ３９ａｔ％（５０）／反強磁性層３；Ｉｒ２６ａｔ％Ｍｎ７４ａｔ％（７０）／固定磁性層４［第１固定磁性層４ａ；Ｆｅ３０ａｔ％Ｃｏ７０ａｔ％（１６）／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（８．５）／第２固定磁性層４ｃ；Ｃｏ９０at%Ｆｅ１０at%（１８）］／絶縁障壁層５／フリー磁性層６[エンハンス層１２；Ｆｅ９０at%Ｃｏ１０at%（１０）／第１軟磁性層１３；Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（Ｔ２）／非磁性金属層１４；（３）／第２軟磁性層１５；Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（Ｔ４）]／第１保護層；Ｒｕ（１０）／第２保護層；Ｔａ（１８０）の順に積層した。
【００８８】
実験では、絶縁障壁層５を、下からＴｉ（４．６）／Ｍｇ（０．６）の順に積層した後、Ｔｉ及びＭｇを酸化処理して成るＴｉ−Ｍｇ−Ｏで形成した。
上記の括弧内の数値は平均膜厚を示し単位はÅである。
【００８９】
また、前記非磁性金属層１４をＴｉで形成した形態を実施例１、非磁性金属層１４をＭｇで形成した形態を実施例２とした。
前記積層体を形成した後、２７０℃で３時間４０分間、アニール処理を行った。
【００９０】
実験では、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２と前記第２軟磁性層１５の平均膜厚Ｔ４を足した総合膜厚を６０Åに固定し、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を変化させることで、前記第１軟磁性層１３とエンハンス層１２とを足した総合膜厚Ｔ５を変化させ、前記総合膜厚Ｔ５と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を求めた。また同時にＲＡ（素子抵抗Ｒ×面積Ａ）も測定した。
【００９１】
［比較例１］
上記した実施例１，２の積層体のうち、前記非磁性金属層１４をＴａで形成し、前記総合膜厚Ｔ５と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を求めた。また同時にＲＡ（素子抵抗Ｒ×面積Ａ）も測定した。
【００９２】
［従来例１］
上記した実施例１，２の積層体のうち、前記非磁性金属層１４を形成せずに、と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を前記フリー磁性層の全膜厚（エンハンス層と軟磁性層との総合膜厚）求めた。また同時にＲＡ（素子抵抗Ｒ×面積Ａ）も測定した。
【００９３】
【表１】
2010177220.tif 000003
【００９４】
図９には、軟磁性層（Ｎｉ−Ｆｅ）中にＴｉを挿入した形態、軟磁性層（Ｎｉ−Ｆｅ）中にＭｇを挿入した形態、軟磁性層（Ｎｉ−Ｆｅ）中にＴａを挿入した形態（比較例１）、及び、軟磁性層（Ｎｉ−Ｆｅ）中に非磁性金属層を挿入しない形態（従来例１）の各試料における総合膜厚Ｔ５（ただし従来例１ではフリー磁性層の全厚）と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係が示されている。
【００９５】
図９に示すように、非磁性金属層１４にＴｉを選択した場合、従来例１及び比較例１よりも大きな抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得るには前記総合膜厚Ｔ５を１９Å以上で２８Å以下に設定すればよいことがわかった（実施例１）。
【００９６】
また図９に示すように、非磁性金属層１４にＭｇを選択した場合、従来例１及び比較例１よりも大きな抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得るには前記総合膜厚Ｔ５を１９Å以上で２２Å以下に設定すればよいことがわかった（実施例２）。
【００９７】
図９に示すように、非磁性金属層１４にＴａを選択した比較例１でも、総合膜厚Ｔ５を調整することで従来例１よりも高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能である。
【００９８】
しかし、比較例１の場合、前記総合膜厚Ｔ５を実施例１及び実施例２よりも厚くしないと、効果的に高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来なかった。その結果、比較例１では実施例１や実施例２に比べてフリー磁性層全体の膜厚が厚くなりやすく、したがって、上下シールド層間のギャップ長（ＧＬ）が大きくなりやすいという欠点があった。前記ギャップ長は高記録密度化を図る上で重要なパラメータであり、高記録密度化を図るには前記ギャップ長の狭小化を図ることが必要であった。
【００９９】
実施例１及び実施例２のように非磁性金属層１４にＴｉやＭｇを選択した場合、Ｔａを選択した比較例１に比べて、前記総合膜厚Ｔ５が薄い範囲内で、効果的に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大させることが出来るので、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の増大効果とともに、上下シールド層間のギャップ長（ＧＬ）の狭小化を図ることも可能になり高記録密度化に適した構造にできる。
【０１００】
また表１に示すように、非磁性金属層１４にＴｉを選択し、前記総合膜厚Ｔ５を１９Å〜２８Åの範囲内に調整した実施例１、及び、非磁性金属層１４にＭｇを選択し、前記総合膜厚Ｔ５を１９Å〜２２Åの範囲内に調整したと実施例２では、従来例１とほぼ同等の低いＲＡを得ることができた。
【０１０１】
［実施例３］
図２のようにフリー磁性層６を構成する第１軟磁性層１３と第２軟磁性層１５間にＴｉからなる非磁性金属層１４を挿入した以下の積層体を備えたトンネル型磁気検出素子を形成した。
【０１０２】
積層体を、下から、下地層１；Ｔａ（３０）／シード層２；Ｎｉ４９ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％Ｃｒ３９ａｔ％（５０）／反強磁性層３；Ｉｒ２６ａｔ％Ｍｎ７４ａｔ％（７０）／固定磁性層４［第１固定磁性層４ａ；Ｆｅ３０ａｔ％Ｃｏ７０ａｔ％（１６）／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（８．５）／第２固定磁性層４ｃ；Ｃｏ９０at%Ｆｅ１０at%（１８）］／絶縁障壁層５／フリー磁性層６[エンハンス層１２；Ｆｅ９０at%Ｃｏ１０at%（１０）／第１軟磁性層１３；Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（Ｔ２）／非磁性金属層１４；Ｔｉ（３）／第２軟磁性層１５；Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（２０）／第１保護層；Ｒｕ（１０）／第２保護層；Ｔａ（１８０）の順に積層した。
【０１０３】
実験では、絶縁障壁層５を、下からＴｉ（４．６）／Ｍｇ（０．６）の順に積層した後、Ｔｉ及びＭｇを酸化処理して成るＴｉ−Ｍｇ−Ｏで形成した。
【０１０４】
上記の括弧内の数値は平均膜厚を示し単位はÅである。
前記積層体１０を形成した後、２７０℃で３時間４０分間、アニール処理を行った。
【０１０５】
［比較例２］
上記した実施例３の膜構成からエンハンス層を形成しない形態を比較例２とした。
【０１０６】
実験では、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を変化させ、前記平均膜厚Ｔ２と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係について求めた。その実験結果を図１０に示す。
【０１０７】
図１０に示す実験結果から抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を効果的に上昇させるにはエンハンス層の形成が必須であることがわかった。
【０１０８】
また図１０に示すように、エンハンス層を備える形態において、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を１０Å以上で２０Å以下に設定すると、安定して高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来るとわかった。
【０１０９】
またこの実験では、第２軟磁性層１５の平均膜厚Ｔ４を２０Åに固定しているので、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を１０Å以上で２０Å以下の範囲内に調整することで、前記フリー磁性層６の総厚を従来構造や非磁性金属層をＴｉで形成した比較例に比べて薄くでき、上下シールド層間のギャップ長（ＧＬ）の狭小化を図ることが可能である。
【０１１０】
すなわち図９に示す実験では、フリー磁性層の総厚は７０Å（従来例１）か７３Å（実施例１、実施例２、比較例１）に固定であったが、図１０に示す実験によれば、フリー磁性層の総厚を４３Å〜５３Åの範囲内（エンハンス層が１０Å、非磁性金属層が３Å、第２軟磁性層が２０Å、第１軟磁性層が１０〜２０Åである）にできる。このようにフリー磁性層の総厚を薄くしても図９の従来例１よりも高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができることがわかった。また、図９の比較例１での第１軟磁性層の平均膜厚を実施例３と同じ１０Å〜２０Åとした場合と比較してみても、実施例３での抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を比較例１の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と同等以上に設定できることがわかった。
【０１１１】
［実施例４］
図２のようにフリー磁性層６を構成する第１軟磁性層１３と第２軟磁性層１５間にＴｉからなる非磁性金属層１４を挿入した以下の積層体を備えたトンネル型磁気検出素子を形成した。
【０１１２】
積層体を、下から、下地層１；Ｔａ（３０）／シード層２；Ｎｉ４９ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％Ｃｒ３９ａｔ％（５０）／反強磁性層３；Ｉｒ２６ａｔ％Ｍｎ７４ａｔ％（７０）／固定磁性層４［第１固定磁性層４ａ；Ｆｅ３０ａｔ％Ｃｏ７０ａｔ％（１６）／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（８．５）／第２固定磁性層４ｃ；Ｃｏ９０at%Ｆｅ１０at%（１８）］／絶縁障壁層５／フリー磁性層６[エンハンス層１２；Ｆｅ９０at%Ｃｏ１０at%（Ｔ１）／第１軟磁性層１３；Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（２０）／非磁性金属層１４；Ｔｉ（３）／第２軟磁性層１５；Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（４０）／第１保護層；Ｒｕ（１０）／第２保護層；Ｔａ（１８０）の順に積層した。
【０１１３】
実験では、絶縁障壁層５を、下からＴｉ（４．６）／Ｍｇ（０．６）の順に積層した後、Ｔｉ及びＭｇを酸化処理して成るＴｉ−Ｍｇ−Ｏで形成した。
【０１１４】
上記の括弧内の数値は平均膜厚を示し単位はÅである。
前記積層体１０を形成した後、２７０℃で３時間４０分間、アニール処理を行った。
【０１１５】
この実験ではエンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１を変化させて、前記エンハンス層１２と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を調べた。その実験結果を図１１に示す。
【０１１６】
図１１に示すようにエンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１が厚くなると徐々に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が増大していき、前記エンハンス層１２の平均膜厚が８Å以上、好ましくは１０Å以上になると、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が安定化することがわかった。
【０１１７】
非磁性金属層１４としてＴｉを用いる場合、図９での実験結果から導き出したエンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１と第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２との合計である総合膜厚Ｔ５を、１９Å以上で２８Å以下の範囲内に設定することが第１条件である。
【０１１８】
さらに、図１０での実験結果から導き出した第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を１０Å以上で２０Å以下に設定することが第２条件である。
【０１１９】
よって、前記第１条件と第２条件から、エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１は求まるが、図１１に示す実験結果から安定して高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得るには前記エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１を８Å以上、好ましくは１０Å以上に設定することが好ましいとわかった。
【０１２０】
よって図９ないし図１１に示す実験結果から、非磁性金属層１４としてＴｉを用いる場合、図９での実験結果から導き出したエンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１と第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２との合計である総合膜厚Ｔ５を、１９Å以上で２８Å以下の範囲内に設定し、且つ、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を１０Å以上にするとともに、エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１を８Å以上、好ましくは１０Å以上に設定することで、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を安定して得られることが出来るとわかった。このとき、前記エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１を最小値の８Åとしたとき、前記第１軟磁性層１３の取りえる平均膜厚Ｔ２の最大値は２０Åであり、上記した第２条件を満たすことがわかる。
【０１２１】
［実施例５］
図２のようにフリー磁性層６を構成する第１軟磁性層１３と第２軟磁性層１５間にＭｇからなる非磁性金属層１４を挿入した以下の積層体を備えたトンネル型磁気検出素子を形成した。
【０１２２】
積層体を、下から、下地層１；Ｔａ（３０）／シード層２；Ｎｉ４９ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％Ｃｒ３９ａｔ％（５０）／反強磁性層３；Ｉｒ２６ａｔ％Ｍｎ７４ａｔ％（７０）／固定磁性層４［第１固定磁性層４ａ；Ｆｅ３０ａｔ％Ｃｏ７０ａｔ％（１６）／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（８．５）／第２固定磁性層４ｃ；Ｃｏ９０at%Ｆｅ１０at%（１８）］／絶縁障壁層５／フリー磁性層６[エンハンス層１２；Ｆｅ９０at%Ｃｏ１０at%（１０）／第１軟磁性層１３；Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（Ｔ２）／非磁性金属層１４；Ｍｇ（３）／第２軟磁性層１５；Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（２０）／第１保護層；Ｒｕ（１０）／第２保護層；Ｔａ（１８０）の順に積層した。
【０１２３】
実験では、絶縁障壁層５を、下からＴｉ（４．６）／Ｍｇ（０．６）の順に積層した後、Ｔｉ及びＭｇを酸化処理して成るＴｉ−Ｍｇ−Ｏで形成した。
【０１２４】
上記の括弧内の数値は平均膜厚を示し単位はÅである。
前記積層体１０を形成した後、２７０℃で３時間４０分間、アニール処理を行った。
【０１２５】
［比較例３］
上記した実施例５の膜構成からエンハンス層を形成しない形態を比較例３とした。
【０１２６】
実験では、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を変化させ、前記平均膜厚Ｔ２と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係について求めた。その実験結果を図１２に示す。
【０１２７】
図１２に示す実験結果から抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を効果的に上昇させるにはエンハンス層の形成が必須であることがわかった。
【０１２８】
また図１２に示すように、エンハンス層を備える形態において、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を１０Å以上で１５Å以下に設定すると、安定して高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来るとわかった。
【０１２９】
またこの実験では、第２軟磁性層１５の平均膜厚Ｔ４を２０Åに固定しているので、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を１０Å以上で２０Å以下の範囲内に調整することで、前記フリー磁性層６の総厚を従来構造や非磁性金属層をＴｉで形成した比較例に比べて薄くでき、上下シールド層間のギャップ長（ＧＬ）の狭小化を図ることが可能である。
【０１３０】
すなわち図９に示す実験では、フリー磁性層の総厚は７０Å（従来例１）か７３Å（実施例１、実施例２、比較例１）に固定であったが、図１２に示す実験によれば、フリー磁性層の総厚を４３Å〜４８Åの範囲内（エンハンス層が１０Å、非磁性金属層が３Å、第２軟磁性層が２０Å、第１軟磁性層が１０〜１５Åである）にできる。このようにフリー磁性層の総厚を薄くしても図９の従来例１よりも高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができることがわかった。また、図９の比較例１での第１軟磁性層の平均膜厚を実施例３と同じ１０Å〜１５Åとした場合と比較してみても、実施例３での抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を比較例１の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と同等以上に設定できることがわかった。
【０１３１】
［実施例６］
図２のようにフリー磁性層６を構成する第１軟磁性層１３と第２軟磁性層１５間にＭｇからなる非磁性金属層１４を挿入した以下の積層体を備えたトンネル型磁気検出素子を形成した。
【０１３２】
積層体を、下から、下地層１；Ｔａ（３０）／シード層２；Ｎｉ４９ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％Ｃｒ３９ａｔ％（５０）／反強磁性層３；Ｉｒ２６ａｔ％Ｍｎ７４ａｔ％（７０）／固定磁性層４［第１固定磁性層４ａ；Ｆｅ３０ａｔ％Ｃｏ７０ａｔ％（１６）／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（８．５）／第２固定磁性層４ｃ；Ｃｏ９０at%Ｆｅ１０at%（１８）］／絶縁障壁層５／フリー磁性層６[エンハンス層１２；Ｆｅ９０at%Ｃｏ１０at%（Ｔ１）／第１軟磁性層１３；Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（２０）／非磁性金属層１４；Ｍｇ（３）／第２軟磁性層１５；Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（４０）／第１保護層；Ｒｕ（１０）／第２保護層；Ｔａ（１８０）の順に積層した。
【０１３３】
実験では、絶縁障壁層５を、下からＴｉ（４．６）／Ｍｇ（０．６）の順に積層した後、Ｔｉ及びＭｇを酸化処理して成るＴｉ−Ｍｇ−Ｏで形成した。
【０１３４】
上記の括弧内の数値は平均膜厚を示し単位はÅである。
前記積層体１０を形成した後、２７０℃で３時間４０分間、アニール処理を行った。
【０１３５】
この実験ではエンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１を変化させて、前記エンハンス層１２と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を調べた。その実験結果を図１３に示す。
【０１３６】
図１３に示すようにエンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１が厚くなると徐々に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が増大していき、前記エンハンス層１２の平均膜厚が８Å以上、好ましくは１０Å以上になると、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が安定化することがわかった。
【０１３７】
非磁性金属層１４としてＭｇを用いる場合、図９での実験結果から導き出したエンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１と第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２との合計である総合膜厚Ｔ５を、１９Å以上で２２Å以下の範囲内に設定することが第１条件である。
【０１３８】
さらに、図１０での実験結果から導き出した第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を１０Å以上で１５Å以下に設定することが第２条件である。
【０１３９】
よって、前記第１条件と第２条件から、エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１は求まるが、図１３に示す実験結果から安定して高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得るには前記エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１を８Å以上、好ましくは１０Å以上に設定することが好ましいとわかった。
【０１４０】
よって図９、図１２及び図１３に示す実験結果から、非磁性金属層１４としてＭｇを用いる場合、図９での実験結果から導き出したエンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１と第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２との合計である総合膜厚Ｔ５を、１９Å以上で２２Å以下の範囲内に設定し、且つ、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を１０Å以上にするとともに、エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１を８Å以上、好ましくは１０Å以上に設定することで、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を安定して得られることが出来るとわかった。このとき、前記エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１を最小値の８Åとしたとき、前記第１軟磁性層１３の取り得る平均膜厚Ｔ２の最大値は１４Åであり、上記した第２条件を満たすことがわかる。
【０１４１】
［実施例７］
図２のようにフリー磁性層６を構成する第１軟磁性層１３と第２軟磁性層１５間にＴｉからなる非磁性金属層１４を挿入した以下の積層体を備えたトンネル型磁気検出素子を形成した。
【０１４２】
積層体を、下から、下地層１；Ｔａ（３０）／シード層２；Ｎｉ４９ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％Ｃｒ３９ａｔ％（５０）／反強磁性層３；Ｉｒ２６ａｔ％Ｍｎ７４ａｔ％（７０）／固定磁性層４［第１固定磁性層４ａ；Ｆｅ３０ａｔ％Ｃｏ７０ａｔ％（１６）／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（８．５）／第２固定磁性層４ｃ；Ｃｏ９０at%Ｆｅ１０at%（１８）］／絶縁障壁層５／フリー磁性層６[エンハンス層１２；Ｆｅ９０at%Ｃｏ１０at%（１０）／第１軟磁性層１３；Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（２０）／非磁性金属層１４；Ｔｉ（５）／第２軟磁性層１５；Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（４０）／第１保護層；Ｒｕ（１０）／第２保護層；Ｔａ（１８０）の順に積層した。
【０１４３】
実験では、絶縁障壁層５を、下からＴｉ（４．６）／Ｍｇ（０．６）の順に積層した後、Ｔｉ及びＭｇを酸化処理して成るＴｉ−Ｍｇ−Ｏで形成した。
【０１４４】
上記の括弧内の数値は平均膜厚を示し単位はÅである。
前記積層体１０を形成した後、２７０℃で３時間４０分間、アニール処理を行った。
【０１４５】
［実施例８］
図２のようにフリー磁性層６を構成する第１軟磁性層１３と第２軟磁性層１５間にＭｇからなる非磁性金属層１４を挿入した以下の積層体を備えたトンネル型磁気検出素子を形成した。
【０１４６】
積層体を、下から、下地層１；Ｔａ（３０）／シード層２；Ｎｉ４９ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％Ｃｒ３９ａｔ％（５０）／反強磁性層３；Ｉｒ２６ａｔ％Ｍｎ７４ａｔ％（７０）／固定磁性層４［第１固定磁性層４ａ；Ｆｅ３０ａｔ％Ｃｏ７０ａｔ％（１６）／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（８．５）／第２固定磁性層４ｃ；Ｃｏ９０at%Ｆｅ１０at%（１８）］／絶縁障壁層５／フリー磁性層６[エンハンス層１２；Ｆｅ９０at%Ｃｏ１０at%（１０）／第１軟磁性層１３；Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（２０）／非磁性金属層１４；Ｍｇ（５）／第２軟磁性層１５；Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（４０）／第１保護層；Ｒｕ（１０）／第２保護層；Ｔａ（１８０）の順に積層した。
【０１４７】
実験では、絶縁障壁層５を、下からＴｉ（４．６）／Ｍｇ（０．６）の順に積層した後、Ｔｉ及びＭｇを酸化処理して成るＴｉ−Ｍｇ−Ｏで形成した。
【０１４８】
上記の括弧内の数値は平均膜厚を示し単位はÅである。
前記積層体１０を形成した後、２７０℃で３時間４０分間、アニール処理を行った。
【０１４９】
［比較例４］
フリー磁性層６を構成する第１軟磁性層１３と第２軟磁性層１５間にＴａからなる非磁性金属層を挿入した以下の積層体を備えたトンネル型磁気検出素子を形成した。
【０１５０】
積層体を、下から、下地層１；Ｔａ（３０）／シード層２；Ｎｉ４９ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％Ｃｒ３９ａｔ％（５０）／反強磁性層３；Ｉｒ２６ａｔ％Ｍｎ７４ａｔ％（７０）／固定磁性層４［第１固定磁性層４ａ；Ｆｅ３０ａｔ％Ｃｏ７０ａｔ％（１６）／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（８．５）／第２固定磁性層４ｃ；Ｃｏ９０at%Ｆｅ１０at%（１８）］／絶縁障壁層５／フリー磁性層６[エンハンス層１２；Ｆｅ９０at%Ｃｏ１０at%（１０）／第１軟磁性層１３；Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（２０）／非磁性金属層；Ｔａ（５）／第２軟磁性層１５；Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（４０）／第１保護層；Ｒｕ（１０）／第２保護層；Ｔａ（１８０）の順に積層した。
【０１５１】
実験では、絶縁障壁層５を、下からＴｉ（４．６）／Ｍｇ（０．６）の順に積層した後、Ｔｉ及びＭｇを酸化処理して成るＴｉ−Ｍｇ−Ｏで形成した。
【０１５２】
上記の括弧内の数値は平均膜厚を示し単位はÅである。
前記積層体１０を形成した後、２７０℃で３時間４０分間、アニール処理を行った。
【０１５３】
上記した実施例７、実施例８及び、比較例４では、いずれも非磁性金属層の平均膜厚を５Åに設定した。
【０１５４】
図１４は、非磁性金属層にＴｉを用いたフリー磁性層の磁化曲線（Ｂ−Ｈ曲線）、図１５は、非磁性金属層にＭｇを用いたフリー磁性層の磁化曲線（Ｂ−Ｈ曲線）、図１６は、非磁性金属層にＴａを用いたフリー磁性層の磁化曲線（Ｂ−Ｈ曲線）である。
【０１５５】
図１６に示すように、非磁性金属層に５Åの膜厚のＴａを用いた場合、フリー磁性層の磁化曲線は、きれいなループ状でなく、２段ループのような形になり、この結果、前記非磁性金属層の上下の第１軟磁性層と第２軟磁性層間の磁気的結合が分断されつつあることがわかった。
【０１５６】
一方、図１４に示すように、非磁性金属層にＴｉ、図１５に示すように非磁性金属層にＭｇを用いた実施例では、前記非磁性金属層の平均膜厚を５Åまで厚くしてもフリー磁性層の磁化曲線はきれいなループを描き、図１６に示すような２段ループは見られなかった。
【０１５７】
よって、非磁性金属層にＴｉやＭｇを用いた実施例では、非磁性金属層にＴａを用いた比較例に比べて前記非磁性金属層の平均膜厚を厚くしても第１軟磁性層と第２軟磁性層間の磁気的結合を維持でき、よって、安定した再生特性を得ることができるとわかった。
【図面の簡単な説明】
【０１５８】
【図１】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、
【図２】第１実施形態のトンネル型磁気検出素子の部分拡大図（図１に示すトンネル型磁気検出素子のフリー磁性層の拡大図）、
【図３】第２実施形態のトンネル型磁気検出素子の構造を示す図１と同じ面から切断した部分拡大断面図、
【図４】第３実施形態のトンネル型磁気検出素子の構造を示す図１と同じ面から切断した部分拡大断面図、
【図５】図１と同じ面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６】図５の次に行われる一工程図（断面図）、
【図７】図６の次に行われる一工程図（断面図）、
【図８】図７の次に行われる一工程図（断面図）、
【図９】フリー磁性層のＮｉ−Ｆｅ中にＴｉを挿入した形態、フリー磁性層のＮｉ−Ｆｅ中にＭｇを挿入した形態、フリー磁性層のＮｉ−Ｆｅ中にＴａを挿入した形態（比較例１）、フリー磁性層のＮｉ−Ｆｅ中に何も挿入しない形態（従来例1）の各試料における総合膜厚Ｔ５（第１軟磁性層とエンハンス層との総厚）と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、
【図１０】フリー磁性層のＮｉ−Ｆｅ中にＴｉを挿入した形態における第１軟磁性層の平均膜厚Ｔ２と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、
【図１１】フリー磁性層のＮｉ−Ｆｅ中にＴｉを挿入した形態におけるエンハンス層の平均膜厚Ｔ１と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、
【図１２】フリー磁性層のＮｉ−Ｆｅ中にＭｇを挿入した形態における第１軟磁性層の平均膜厚Ｔ２と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、
【図１３】フリー磁性層のＮｉ−Ｆｅ中にＭｇを挿入した形態におけるエンハンス層の平均膜厚Ｔ１と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、
【図１４】フリー磁性層のＮｉ−Ｆｅ中に５ÅのＴｉを挿入した形態におけるフリー磁性層の磁化曲線（Ｂ−Ｈ曲線）、
【図１５】フリー磁性層のＮｉ−Ｆｅ中に５ÅのＭｇを挿入した形態におけるフリー磁性層の磁化曲線（Ｂ−Ｈ曲線）、
【図１６】フリー磁性層のＮｉ−Ｆｅ中に５ÅのＴａを挿入した形態におけるフリー磁性層の磁化曲線（Ｂ−Ｈ曲線）、
【符号の説明】
【０１５９】
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  フリー磁性層
７、２４  保護層
１０  積層体
１２、２７  エンハンス層
１３、２５  第１軟磁性層
１４  非磁性金属層
１５  第２軟磁性層
１７  下側絶縁障壁層
１８  上側絶縁障壁層
２２  絶縁層
２３  ハードバイアス層
【図１】
2010177220.tif 000004
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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