(57)【要約】【課題】  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係り、フリー磁性層の軟磁気特性を良好な状態に維持し、且つ、従来に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高く出来る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】  Ｍｇ−Ｏで形成された絶縁障壁層５の上に、Ｃｏ１００−ＸＦｅＸからなり、Ｆｅ組成比Ｘが、３０ａｔ％以上で１００ａｔ％以下とされたエンハンス層（第２磁性層）６ａが形成される。これにより、フリー磁性層６の磁歪λを小さい値にでき、しかも抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高くすることが出来る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下から第１磁性層、絶縁障壁層、第２磁性層の順で積層され、前記第１磁性層が、磁化方向が固定される固定磁性層の少なくとも一部を構成し、前記第２磁性層が、外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層の少なくとも一部を構成しており、
前記絶縁障壁層は、Ｍｇ−Ｏからなり、
前記第２磁性層は、Ｃｏ１００−ＸＦｅＸからなり、Ｆｅ組成比Ｘは、３０ａｔ％以上で１００ａｔ％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】
前記絶縁障壁層は、界面と平行な方向に代表的に｛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で形成される請求項１記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項３】
前記第２磁性層は、界面と平行な方向に代表的に｛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】
前記第１磁性層は、アモルファス構造で形成されている請求項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】
前記第１磁性層は、（Ｃｏ１００−ＹＦｅＹ）ＺＢ１００−Ｚからなり、原子比率Ｙは、２５〜１００、組成比Ｚは７０〜１００ａｔ％で形成される請求項１ないし４のいずれかに記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項６】
前記第２磁性層はエンハンス層であり、前記エンハンス層上にＮｉＦｅ合金で形成された軟磁性層が形成され、前記エンハンス層と前記軟磁性層とで前記フリー磁性層が構成される請求項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】
下から第１磁性層、絶縁障壁層、第２磁性層の順で積層し、前記第１磁性層を磁化方向が固定される固定磁性層の少なくとも一部で、前記第２磁性層を外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層の少なくとも一部で構成したトンネル型磁気検出素子の製造方法において、
（ａ）  前記第１磁性層上にＭｇ−Ｏから成る絶縁障壁層を形成する工程、
（ｂ）  前記絶縁障壁層上に前記第２磁性層を形成し、このとき、前記第２磁性層を、Ｆｅ組成比Ｘが、３０ａｔ％以上で１００ａｔ％以下のＣｏ１００−ＸＦｅＸで形成する工程、
を有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８】
前記（ａ）工程において、前記第１磁性層を、原子比率Ｙが、２５〜１００、組成比Ｚが、７０〜１００ａｔ％の（Ｃｏ１００−ＹＦｅＹ）ＺＢ１００−Ｚ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】
前記（ａ）工程において、Ｍｇ−Ｏからなるターゲットを用いて、前記絶縁障壁層をスパッタ成膜する請求項７又は８に記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。
【請求項１０】
前記（ｂ）工程後に、アニール処理を行う請求項７ないし９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、絶縁障壁層としてＭｇ−Ｏを使用した際に、フリー磁性層の軟磁気特性を良好な状態に保ち、且つ抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくす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）に代表される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）、フリー磁性層の磁歪λや保磁力Ｈｃ等に代表される軟磁気特性等であり、これら特性の最適化を目指して絶縁障壁層や、前記絶縁障壁層の上下に形成される固定磁性層及びフリー磁性層の材質、膜構成の改良が進められている。
【０００６】
たとえば、下記特許文献１には、絶縁障壁層として使用される絶縁材料が記載されている（特許文献１の［００３６］欄を参照されたい）。
【特許文献１】特開２００４−１７９１８７号公報
【特許文献２】特開２００５−５０９０７号公報
【特許文献３】特開２００５−１１６８８８号公報
【特許文献４】特開２００４−１７９１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献には絶縁障壁層として酸化マグネシウム（Ｍｇ−Ｏ）の使用が開示されている。下から反強磁性層、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たトンネル型磁気検出素子において、前記絶縁障壁層をＭｇ−Ｏで形成し、前記フリー磁性層をＣｏＦｅＢで形成すると大きな抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が得られることがわかっている。
【０００８】
しかしながら、前記フリー磁性層の磁歪λは数十ｐｐｍに大きくなってしまい（後述するように例えば４０ｐｐｍ程度にまで大きくなる）前記フリー磁性層の軟磁気特性の劣化により、再生特性の安定性の低下が問題となった。
【０００９】
上記特許文献には絶縁障壁層の材質のみならず、固定磁性層やフリー磁性層の材質も開示されている（例えば特許文献１の請求項１、特許文献３の［０１６６］欄等）。
【００１０】
しかし、絶縁障壁層としてＭｇ−Ｏを使用した際に、最適な固定磁性層及びフリー磁性層の材質及び層構造は開示されていない。特に、絶縁障壁層としてＭｇ−Ｏを使用した際に、フリー磁性層の軟磁気特性を良好に維持しつつ、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得る観点から、フリー磁性層や固定磁性層の構成（材質や組成比等）の改良は成されていない。
【００１１】
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係り、フリー磁性層の軟磁気特性を良好な状態に維持し、且つ、従来に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高く出来る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】
【００１２】
本発明におけるトンネル型磁気検出素子は、
下から第１磁性層、絶縁障壁層、第２磁性層の順で積層され、前記第１磁性層が、磁化方向が固定される固定磁性層の少なくとも一部を構成し、前記第２磁性層が、外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層の少なくとも一部を構成しており、
前記絶縁障壁層は、Ｍｇ−Ｏからなり、
前記第２磁性層は、Ｃｏ１００−ＸＦｅＸからなり、Ｆｅ組成比Ｘは、３０ａｔ％以上で１００ａｔ％以下であることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明では、前記絶縁障壁層としてＭｇ−Ｏを用いたトンネル型磁気検出素子において、上記により前記フリー磁性層の軟磁気特性、特に従来問題視された磁歪λの低減を図ることができ、且つ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の増大を図ることが可能になる。
【００１４】
本発明では、前記絶縁障壁層は、界面と平行な方向に代表的に｛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で形成されることが好ましい。
【００１５】
また、本発明では、前記第２磁性層は、界面と平行な方向に代表的に｛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で形成されることが好ましい。
【００１６】
さらに本発明では、前記第１磁性層は、アモルファス構造で形成されていることが好ましい。
【００１７】
ところで本発明では、上記のように各層の結晶構造を規制することで高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能になる。高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得るための条件は、前記絶縁障壁層が上記のように、界面と平行な方向に｛１００｝面が優先配向した体心立方構造で形成されることである。このように前記絶縁障壁層の結晶構造を規制するには、その下に形成される第１磁性層の構造が重要であり、本発明では前記第１磁性層をアモルファス構造としている。これにより、前記第１磁性層よりも下側に形成される層の結晶構造の前記絶縁障壁層に対する影響を抑制でき、前記絶縁障壁層を体心立方構造で適切に形成できる。また前記絶縁障壁層の上に形成される第２磁性層の結晶構造も高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得る上で重要である。すなわち本発明では、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得るべく上記したように前記第２磁性層をＣｏＦｅで形成し且つＦｅ組成比を規制したが、前記第２磁性層をＦｅ組成比の高い体心立方構造で形成することで、前記絶縁障壁層と前記第２磁性層との格子定数のミスマッチを小さくでき、前記第２磁性層の結晶性及び配向性を向上できると推測され、これにより、より効果的に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることが出来る。
【００１８】
本発明では、前記第１磁性層は、（Ｃｏ１００−ＹＦｅＹ）ＺＢ１００−Ｚからなり、原子比率Ｙは、２５〜１００、組成比Ｚは７０〜１００ａｔ％で形成されることが、前記第１磁性層をアモルファス構造で形成しやすく高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができて好適である。
【００１９】
本発明では、前記第２磁性層はエンハンス層であり、前記エンハンス層上にＮｉＦｅ合金で形成された軟磁性層が形成され、前記エンハンス層と前記軟磁性層とで前記フリー磁性層が構成されると、磁歪λや保磁力Ｈｃ等の前記フリー磁性層の軟磁気特性をより効果的に良好に保つことが可能である。
【００２０】
また本発明は、下から第１磁性層、絶縁障壁層、第２磁性層の順で積層し、前記第１磁性層を磁化方向が固定される固定磁性層の少なくとも一部で、前記第２磁性層を外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層の少なくとも一部で構成したトンネル型磁気検出素子の製造方法において、
（ａ）  前記第１磁性層上にＭｇ−Ｏから成る絶縁障壁層を形成する工程、
（ｂ）  前記絶縁障壁層上に前記第２磁性層を形成し、このとき、前記第２磁性層を、Ｆｅ組成比Ｘが、３０ａｔ％以上で１００ａｔ％以下のＣｏ１００−ＸＦｅＸで形成する工程、
を有することを特徴とするものである。
【００２１】
これにより、前記フリー磁性層の軟磁気特性、特に従来問題視された磁歪λの低減を図ることができ、且つ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の増大を図ることが可能なＭｇ−Ｏの絶縁障壁層を有するトンネル型磁気検出素子を簡単且つ適切に製造できる。
【００２２】
本発明では、前記（ａ）工程において、前記第１磁性層を、原子比率Ｙが、２５〜１００、組成比Ｚが７０〜１００ａｔ％の（Ｃｏ１００−ＹＦｅＹ）ＺＢ１００−Ｚ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。
【００２３】
また、前記（ａ）工程において、Ｍｇ−Ｏからなるターゲットを用いて、前記絶縁障壁層をスパッタ成膜することが好ましい。
また本発明では、前記（ｂ）工程後に、アニール処理を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明では、絶縁障壁層としてＭｇ−Ｏを用いたトンネル型磁気検出素子において、フリー磁性層の軟磁気特性、特に、磁歪λの低減を図ることができ、且つ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の増大を図ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、下から下側磁性層４ａ、非磁性中間層４ｂ、上側磁性層（第１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）により前記下側磁性層４ａと上側磁性層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。なお前記下側磁性層４ａ及び上側磁性層４ｃは例えば１２〜２４Å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。
【００３３】
前記下側磁性層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。また前記上側磁性層（第１磁性層）４ｃは、前記下側磁性層４ａと同様の強磁性材料で形成されてもよいが、好ましくはＣｏＦｅＢで形成される。
【００３４】
前記固定磁性層４上に形成された絶縁障壁層５は、Ｍｇ−Ｏ（酸化マグネシウム）で形成されている。
【００３５】
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（第２磁性層）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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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を構成する下側磁性層４ａ及び上側磁性層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、下側磁性層４ａと上側磁性層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。
【００４４】
前記フリー磁性層６が、外部磁界により磁化変動すると、上側磁性層４ｃとフリー磁性層６との磁化が反平行のとき、前記上側磁性層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、前記上側磁性層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。
【００４５】
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。
【００４６】
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Ｍｇ−Ｏ（酸化マグネシウム）で形成されている。前記絶縁障壁層５の上に形成されるフリー磁性層６を構成するエンハンス層（第２磁性層）６ａは前記絶縁障壁層５に接して形成され、本実施形態では、前記エンハンス層６ａはＣｏ１００−ＸＦｅＸからなり、Ｆｅ組成比Ｘが、３０ａｔ％以上で１００ａｔ％以下に規定されている。
【００４７】
従来、絶縁障壁層５をＭｇ−Ｏで形成したトンネル型磁気検出素子では、高抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得る観点から、前記エンハンス層６ａの部分、あるいはフリー磁性層６全体をＣｏＦｅＢ（具体的組成は、例えば（Ｃｏ０．５Ｆｅ０．５）８０ａｔ％Ｂ２０ａｔ％）で形成したが、かかる場合では、前記フリー磁性層６の磁歪λが非常に大きくなってしまうといった問題があった。
【００４８】
本実施形態では、前記エンハンス層６ａをＣｏＦｅ合金で形成することで前記フリー磁性層６の磁歪λを低減させることが可能である。
【００４９】
しかも本実施形態では、前記エンハンス層６ａをＦｅ組成比Ｘが３０ａｔ％以上で１００ａｔ％以下に規定されたＣｏＦｅ合金で形成することで、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を飛躍的に向上させることが可能になっている。
【００５０】
本実施形態では前記Ｆｅ組成比Ｘを５０ａｔ％以上で９０ａｔ％以下に規定することが、より高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得られて好適である。さらに、Ｆｅ組成比Ｘを７０ａｔ％以上で９０ａｔ％以下に規定すると、より高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を安定して得られて、さらに好適である。
【００５１】
また前記フリー磁性層６を、エンハンス層：ＣｏＦｅ３０〜１００（膜厚１０Å）／軟磁性層：Ｎｉ８６ａｔ％Ｆｅ１４ａｔ％（膜厚６０Å）で構成した場合の磁歪λは０．０〜５．０ｐｐｍ程度に小さくできる。ちなみに、エンハンス層：（Ｃｏ０．５Ｆｅ０．５）８０ａｔ％Ｂ２０ａｔ％）（膜厚５０Å）とした従来構成でのフリー磁性層の磁歪λは４０ｐｐｍ程度になった。
【００５２】
またエンハンス層：（Ｃｏ０．５Ｆｅ０．５）８０ａｔ％Ｂ２０ａｔ％）（膜厚１０Å）／軟磁性層：Ｎｉ８６ａｔ％Ｆｅ１４ａｔ％（膜厚６０Å）で構成した場合、磁歪λは約２ｐｐｍ程度となり良好であったが、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が３５％程度に小さくなり、上記構成では、絶縁障壁層５としてＭｇ−Ｏを用いたときに期待される高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が得られない結果となった。
【００５３】
また本実施形態では前記絶縁障壁層５を構成する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Ｍｇ５０ａｔ％Ｏ５０ａｔ％である。
【００５４】
次に、好ましい各層の結晶構造について説明する。前記絶縁障壁層５は、膜面（図示Ｘ−Ｙ面）に平行な方向に代表的に｛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で形成されることが好ましい。ここで、「代表的に｛１００｝面として表される結晶面」とは、ミラー指数を用いて表した結晶格子面を示し、前記｛１００｝面として表される等価な結晶面としては、（１００）面、（−１００）面、（０１０）面（０−１０）面、（００１）面、（００−１）面が存在する。
【００５５】
前記絶縁障壁層５がＭｇ−Ｏで形成される本実施形態では、前記絶縁障壁層５の結晶構造を上記のように規制することで、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が得られる。前記絶縁障壁層５の結晶構造は、その下に形成される上側磁性層（第１磁性層）４ｃの結晶構造の影響を大いに受ける。
【００５６】
本実施形態では前記上側磁性層（第１磁性層）４ｃは、アモルファス構造で形成されていることが好ましい。これにより前記上側磁性層４ｃ上に形成される前記絶縁障壁層５を適切に、膜面と平行な方向に｛１００｝面が優先配向した体心立方構造で形成することが出来る。
【００５７】
前記上側磁性層（第１磁性層）４ｃを、原子比率Ｙが、２５〜１００、組成比Ｚが７０〜１００ａｔ％の（Ｃｏ１００−ＹＦｅＹ）ＺＢ１００−Ｚで形成することで、前記上側磁性層４ｃを適切にアモルファス構造で形成でき、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来る。なお原子比率Ｙとは、［Ｆｅのａｔ％／（Ｃｏのａｔ％＋Ｆｅのａｔ％）］で求められる。
【００５８】
図１に示す実施形態では、前記シード層２が、膜面と平行な方向に代表的に｛１１１｝面が優先配向した面心立方構造（ｆｃｃ）で形成され、その上に形成される反強磁性層３、固定磁性層４も前記面心立方構造で形成されやすい。例えば前記上側磁性層（第１磁性層）４ｃをＣｏＦｅ合金で形成すると、その下側の各層を構成する面心立方構造に引きずられて前記上側磁性層４ｃも面心立方構造となりやすく、その結果、前記絶縁障壁層５を適切に体心立方構造で形成出来ない。
【００５９】
一方、本実施形態のように上記した組成比を有するＣｏＦｅＢで前記上側磁性層４ｃを形成することで、前記上側磁性層４ｃを適切にアモルファス構造で形成でき、よって前記上側磁性層４ｃの部分で面心立方構造の結晶成長を断ち切ることができ、したがって前記絶縁障壁層５を、体心立方構造で適切に形成できるのである。
【００６０】
このように、前記上側磁性層４ｃはアモルファス構造で形成されるが、このとき、前記上側磁性層４ｃ中に、面心立方構造、体心立方構造等を含む形態を除外しない。
【００６１】
また本実施形態では、前記エンハンス層６ａは、膜面（図示Ｘ−Ｙ面）に平行な方向に代表的に｛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で形成されることが好ましい。前記エンハンス層６ａの結晶構造も高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得る上で重要である。すなわち本実施形態では、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得るべく上記したように前記エンハンス層６ａを、Ｆｅ組成比Ｘが３０ａｔ％〜１００ａｔ％に規定されたＣｏＦｅで形成するが、前記エンハンス層６ａをＦｅ組成比Ｘの高い体心立方構造で形成することで、前記絶縁障壁層５と前記エンハンス層６ａとの格子定数のミスマッチを小さくできる。Ｍｇ−Ｏで形成された前記絶縁障壁層５の格子定数は概ね、４．０〜４．２Åの範囲内であるが、前記エンハンス層６ａのＦｅ組成比Ｘを大きくすると、体心立方構造を維持しつつ格子定数が大きくなって前記絶縁障壁層５の格子定数に近づき、この結果、前記絶縁障壁層５と前記エンハンス層６ａとの格子定数のミスマッチを小さくできるのである。これにより、前記エンハンス層６ａの結晶性及び配向性を向上でき、より効果的に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることが出来る。
【００６２】
上記のように本実施形態では、前記絶縁障壁層５及びエンハンス層６ａは、体心立方構造で形成されるが、体心立方構造以外の例えばアモルファス構造が含まれる形態を除外しない。
【００６３】
前記上側磁性層４ｃの膜厚は１０〜３０Å、前記絶縁障壁層５の膜厚は８〜２０Å、前記エンハンス層６ａの膜厚は５〜１５Åの範囲内で形成されることが好ましい。
【００６４】
本実施形態では、前記フリー磁性層６は、エンハンス層６ａとＮｉＦｅ合金で形成された軟磁性層６ｂとの積層構造で形成されるが、例えば、前記フリー磁性層６が、前記エンハンス層６ａの一層構造で形成される形態を除外しない。
【００６５】
ただし、前記エンハンス層６ａと前記軟磁性層６ｂとの積層構造で前記フリー磁性層６を形成することが前記フリー磁性層６の磁歪λや保磁力Ｈｃを小さくできて好適である。前記軟磁性層６ｂを構成するＮｉＦｅ合金のＮｉ組成比を８１．５ａｔ％〜１００ａｔ％の範囲内にすることが好適である。本実施形態では前記軟磁性層６ｂの膜厚は前記エンハンス層６ａの膜厚よりも厚く形成され、具体的には前記軟磁性層６ｂは、３０〜８０Åの範囲内で形成されることが好ましい。
【００６６】
本実施形態では絶縁障壁層がＭｇ−Ｏで形成されたトンネル型磁気検出素子において、フリー磁性層６の軟磁気特性を良好な状態に維持しつつ、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来るが、ＲＡ（素子抵抗Ｒ×素子面積Ａ）も従来とほぼ同程度の低い値に設定可能である。
【００６７】
前記ＲＡは、高速データ転送の適正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。具体的には、ＲＡを２〜２０Ωμｍ２の範囲内に設定でき、好ましくは２〜１５Ωμｍ２、より好ましくは、２〜１０Ωμｍ２、さらに好ましくは２〜５Ωμｍ２、最も好ましくは、２〜３Ωμｍ２の範囲内に設定可能である。
【００６８】
ただし後述する実験で示すように、ＲＡが小さくなると抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）も小さくなるから、ややＲＡが大きくても、より高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をキープできる範囲である５〜１５Ωμｍ２程度の範囲内にＲＡを設定して、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を安定して高い値に設定することも出来る。
【００６９】
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５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。
【００７０】
図２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、下側磁性層４ａ、非磁性中間層４ｂ、及び上側磁性層（第１磁性層）４ｃを連続成膜する。
【００７１】
本実施形態では、前記上側磁性層４ｃを、原子比率Ｙが、２５〜１００、組成比Ｚが、７５〜１００ａｔ％の（Ｃｏ１００−ＹＦｅＹ）ＺＢ１００−Ｚで形成することが好適である。また、前記上側磁性層４ｃの膜厚を１０〜３０Åの範囲内で形成することが好ましい。
【００７２】
次に、前記上側磁性層４ｃ上に、Ｍｇ−Ｏからなる絶縁障壁層５を形成する。本実施形態では、前記絶縁障壁層５の形成方法は２通りある。すなわち、所定の組成比で形成されたＭｇ−Ｏからなるターゲットを用いて、前記上側磁性層４ｃ上にＭｇ−Ｏから成る絶縁障壁層５をスパッタ成膜する方法と、前記上側磁性層４ｃ上にＭｇ層をスパッタ成膜し、前記Ｍｇ層を酸化してＭｇ−Ｏから成る絶縁障壁層５を形成する方法とがある。
【００７３】
本実施形態では、Ｍｇ−Ｏからなるターゲットを用いて前記絶縁障壁層５を形成することが好ましい。これにより、前記絶縁障壁層５を、適切に、膜面と平行な方向に代表的に｛１００｝面として表される結晶面が優先配向した体心立方構造で形成できる。
【００７４】
Ｍｇ−ＯのＭｇ組成比は、４０〜６０ａｔ％の範囲内であることが好ましく、最も好ましくはＭｇ５０ａｔ％Ｏ５０ａｔ％である。また本実施形態では前記絶縁障壁層５の膜厚を８〜２０Åの範囲内で形成することが好ましい。
【００７５】
次に、図３に示す工程では、前記絶縁障壁層５上に、エンハンス層（第２磁性層）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。
【００７６】
本実施形態では、前記エンハンス層（第２磁性層）６ａを、Ｆｅ組成比Ｘが、３０ａｔ％以上で１００ａｔ％以下のＣｏ１００−ＸＦｅＸで形成する。また、前記軟磁性層６ｂを、Ｎｉ組成比が８１．５ａｔ％〜１００ａｔ％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。
【００７７】
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４を参照）。
【００７８】
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５を参照）。
【００７９】
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。
【００８０】
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と下側磁性層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。アニール処理温度は２７０℃〜３１０℃、アニール時間は１〜１０時間の範囲であることが好適である。
【００８１】
本実施形態のトンネル型磁気検出素子の製造方法では、絶縁障壁層５をＭｇ−Ｏで形成し、さらにその上に形成されるエンハンス層（第２磁性層）６ａを、Ｆｅ組成比Ｘが、３０ａｔ％以上で１００ａｔ％以下のＣｏ１００−ＸＦｅＸで形成している。これにより、前記フリー磁性層６の磁歪λを小さくでき、さらに高い抵抗変化率（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。
【００８２】
本実施形態では、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得る上で、前記上側磁性層（第１磁性層）４ｃを、原子比率Ｙが、２５〜１００、組成比Ｚが７０〜１００ａｔ％の（Ｃｏ１００−ＹＦｅＹ）ＺＢ１００−Ｚで形成することが好ましい。また前記フリー磁性層６をエンハンス層６ａと軟磁性層６ｂとの積層構造で形成し、前記軟磁性層６ｂを、Ｎｉ組成比が８１．５ａｔ％〜１００ａｔ％の範囲内のＮｉＦｅ合金で形成すると、磁歪λ及び保磁力Ｈｃを小さくでき前記フリー磁性層６の軟磁気特性を良好にでき好ましい。
【００８３】
本実施形態では前記絶縁障壁層５と上側磁性層４ｃとは直接接しているが、例えば、前記絶縁障壁層５と上側磁性層４ｃとの間にＭｇ層を介在させてもよい。
【００８４】
Ｍｇ層を挿入しても、挿入しない場合と同様に、ＲＡの低い領域で高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来る。
【００８５】
本実施形態では、前記トンネル型磁気検出素子は、ハードディスク装置に使用される以外に、ＭＲＡＭ（磁気抵抗メモリ）等として用いることが出来る。
【実施例】
【００８６】
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；ＮｉＦｅＣｒ（５０）／反強磁性層３；ＩｒＭｎ（７０）／固定磁性層４［下側磁性層４ａ；Ｃｏ７０at%Ｆｅ３０at%（１４）／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（９．１）／上側磁性層４ｃ；Ｃｏ４０at%Ｆｅ４０at%Ｂ２０ａｔ％（１８）］／Ｍｇ（４）／絶縁障壁層５；Ｍｇ−Ｏ／フリー磁性層６[エンハンス層６ａ；Ｃｏ１００−ＸＦｅＸ（１０）／軟磁性層；Ｎｉ８６ａｔ％Ｆｅ１４ａｔ％（４０）]／保護層７；Ｔａ（２００）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。
【００８７】
前記絶縁障壁層５をＭｇ−Ｏ（組成比は５０ａｔ％：５０ａｔ％）から成るターゲットをもちいて、Ｍｇ−Ｏからなる前記絶縁障壁層５をスパッタ成膜した。前記絶縁障壁層５の膜厚を各試料において９〜１５Åで形成した。
【００８８】
また、上記基本膜構成に対して、２４０〜３００℃の範囲で、４時間の熱処理を施した。
【００８９】
実験では、前記エンハンス層６ａを構成するＣｏＦｅのＦｅ組成比Ｘを変化させ、Ｆｅ組成比Ｘと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係及び、Ｆｅ組成比とフリー磁性層の磁歪λとの関係を調べた。その結果を実験結果を図６，図９に示す。
【００９０】
図６に示すように、Ｆｅ組成比Ｘが大きくなるほど、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が上昇することがわかった。また、図９に示すように、前記フリー磁性層６の磁歪λは−５〜５ｐｐｍの範囲内であり、小さい値に保つことが出来ることがわかった。
【００９１】
図７は、図６の実験で用いた各試料におけるＲＡと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示す実験結果である。なおグラフ中に記載された数値は、各試料のエンハンス層６ａのＦｅ組成比Ｘを示している。ＲＡは出来る限り低いことが高記録密度化においては重要である。図７では、ＲＡが概ね１５〜２５Ωμｍ２の範囲内であった。
【００９２】
次に、実験では、上記基本膜構成を用い、各試料において、エンハンス層６ａをＣｏ５０ａｔ％Ｆｅ５０ａｔ％に固定し、且つ前記絶縁障壁層５の膜厚を９〜１５Åの範囲内で変化させたときのＲＡと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を調べた。その実験結果が図８である。
【００９３】
図８に示すようにＲＡが小さくなると抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）も小さくなることがわかった。なおＲＡは前記絶縁障壁層５の膜厚を薄くすれば小さくできる。
【００９４】
図８に示すように、本実施例では、ＲＡを２Ωμｍ２程度まで小さくしても３０％以上の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得られることがわかった。上記したように、ＲＡは出来る限り小さいことが望ましく図８に示すように、ＲＡを２〜２０Ωμｍ２の範囲内に設定でき、好ましくは２〜１５Ωμｍ２、より好ましくは、２〜１０Ωμｍ２、さらに好ましくは２〜５Ωμｍ２、最も好ましくは、２〜３Ωμｍ２の範囲内に設定可能である。
【００９５】
ただし図８に示すように、ＲＡが５Ωμｍ２より小さくなると抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が急激に小さくなるから、ＲＡを５〜１５Ωμｍ２程度の範囲内に設定すると、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を安定して高い値に設定でき好適である。
【００９６】
また図８は、エンハンス層６ａのＦｅ組成比Ｘを５０ａｔ％に固定した実験であったが、図７に示すＦｅ組成比Ｘを３０、７０、９０及び１００ａｔ％に設定した場合においてもＲＡに対する抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が夫々異なる値となるだけで（例えば図７のＦｅ組成比が１００ａｔ％と３０ａｔ％のときを比較すとＲＡはほぼ同じだが抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の値が異なっている）、前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は図８と同様のＲＡ依存性を示すと推測できる。
【００９７】
本実施例では図６ないし図８の実験結果から、エンハンス層６ａのＣｏＦｅのＦｅ組成比を３０〜１００ａｔ％、好ましくは、５０〜９０ｔａ％、さらに好ましくは７０〜９０ａｔ％に設定することとした。
【００９８】
また図７，図９に示すように、実験では、フリー磁性層を、（Ｃｏ０．５Ｆｅ０．５）８０ａｔ％Ｂ２０ａｔ％）（膜厚５０Å）の単層構造、エンハンス層：（Ｃｏ０．５Ｆｅ０．５）８０ａｔ％Ｂ２０ａｔ％）（膜厚１０Å）／軟磁性層：Ｎｉ８６ａｔ％Ｆｅ１４ａｔ％（膜厚６０Å）で構成した場合についても行った。
【００９９】
（Ｃｏ０．５Ｆｅ０．５）８０ａｔ％Ｂ２０ａｔ％）（膜厚５０Å）の単層構造では、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が得られるものの、フリー磁性層の磁歪が４０ｐｐｍ程度にまで大きくなってしまうことがわかった。
【０１００】
一方、フリー磁性層を（Ｃｏ０．５Ｆｅ０．５）８０ａｔ％Ｂ２０ａｔ％）／Ｎｉ８６ａｔ％Ｆｅ１４ａｔ％で構成した場合、フリー磁性層の磁歪は低く出来るものの、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）も低くなってしまうことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【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】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３】図２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４】図３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】絶縁障壁層をＭｇ−Ｏで、前記絶縁障壁層の上に形成されるエンハンス層をＣｏＦｅで形成したトンネル型磁気検出素子を用いて実験を行ったときの、前記エンハンス層のＦｅ組成比Ｘと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）とのとの関係を示すグラフ、
【図７】図６の実験で使用した各トンネル型磁気検出素子のエンハンス層のＦｅ組成比Ｘに対するＲＡと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係、及びフリー磁性層を、（Ｃｏ０．５Ｆｅ０．５）８０ａｔ％Ｂ２０ａｔ％）の単層構造、エンハンス層：（Ｃｏ０．５Ｆｅ０．５）８０ａｔ％Ｂ２０ａｔ％）／軟磁性層：Ｎｉ８６ａｔ％Ｆｅ１４ａｔ％で構成した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、
【図８】図６の実験で使用したトンネル型磁気検出素子のエンハンス層を、Ｃｏ５０ａｔ％Ｆｅ５０ａｔ％で固定し、絶縁障壁層の膜厚を変化させたときのＲＡと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、
【図９】図６の実験で使用した各トンネル型磁気検出素子のエンハンス層のＦｅ組成比Ｘとフリー磁性層の磁歪との関係、及び、フリー磁性層を、（Ｃｏ０．５Ｆｅ０．５）８０ａｔ％Ｂ２０ａｔ％）の単層構造、エンハンス層：（Ｃｏ０．５Ｆｅ０．５）８０ａｔ％Ｂ２０ａｔ％）／軟磁性層：Ｎｉ８６ａｔ％Ｆｅ１４ａｔ％で構成したトンネル型磁気検出素子のフリー磁性層の磁歪を示すグラフ、
【符号の説明】
【０１０２】
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  上側磁性層（第１磁性層）
５  絶縁障壁層
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
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】
2008078378.tif 000003
【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】
2008078378.tif 000009
【図８】
2008078378.tif 000010
【図９】
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