(57)【要約】【課題】  フリー磁性層の組成や膜厚を変更せずに、抵抗変化率の高いトンネル型磁気検出素子を得る。【解決手段】  下から、磁化方向が一方向に固定される固定磁性層、絶縁障壁層、及び外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層の順で積層されるトンネル型磁気検出素子において、前記絶縁障壁層はマグネシウム（Ｍｇ）を含み、前記フリー磁性層上にＭｇで形成された第１保護層が形成される。これにより、フリー磁性層の組成や膜厚を変更することなく、第１保護層が形成されないトンネル型磁気検出素子に比べて高い抵抗変化率を示す、トンネル型磁気検出素子を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下から、磁化方向が一方向に固定される固定磁性層、絶縁障壁層、及び外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層の順で積層され、
前記絶縁障壁層はマグネシウム（Ｍｇ）を含み、前記フリー磁性層上にＭｇで形成された第１保護層が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】
前記第１保護層の上にタンタル（Ｔａ）からなる第２保護層が形成されている請求項１記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項３】
前記フリー磁性層は、下からＣｏＦｅ合金で形成されたエンハンス層及びＮｉＦｅ合金で形成された軟磁性層の順に積層され、前記エンハンス層は前記絶縁障壁層に接して形成され、前記軟磁性層は前記第１保護層に接して形成されている請求項１又は２に記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項４】
前記絶縁障壁層は、酸化マグネシウム（Ｍｇ−Ｏ）あるいはＭｇとＭｇ−Ｏの積層体で形成され、前記エンハンス層は、体心立方構造で形成される請求項３記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項５】
以下の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。
（ａ）  固定磁性層を形成し、前記固定磁性層上にマグネシウム（Ｍｇ）を含む絶縁障壁層を形成する工程、
（ｂ）  前記絶縁障壁層上に、フリー磁性層を形成する工程、
（ｃ）  前記フリー磁性層上に、Ｍｇで形成された第１保護層を形成する工程。
【請求項６】
前記（ｃ）工程は、前記第１保護層を形成した後、前記第１保護層上にタンタル（Ｔａ）から成る第２保護層を形成する工程とする請求項５記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。
【請求項７】
前記（ａ）工程で、前記絶縁障壁層を酸化マグネシウム（Ｍｇ−Ｏ）あるいはＭｇとＭｇ−Ｏの積層体で形成し、前記（ｂ）工程で、前記フリー磁性層を下からＣｏＦｅ合金で形成されたエンハンス層及びＮｉＦｅ合金で形成された軟磁性層の順に積層する請求項５又は６に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（ｃ）工程の後、アニール処理を行う請求項５ないし７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などの磁気再生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、特に高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を有する、磁気検出感度に優れたトンネル型磁気検出素子及びその製造方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
トンネル型磁気検出素子（トンネル型磁気抵抗効果素子）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】
下記特許文献１には磁気抵抗効果素子が記載されている。また下記特許文献２にはトンネル型磁気検出素子が記載されている。
【特許文献１】特開２００５−１０９３７８号公報
【特許文献２】特開２００６−５３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
トンネル型磁気検出素子における課題の一つに、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることにより検出感度を高め、再生ヘッドの特性を向上させることが挙げられる。トンネル型磁気検出素子の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高めるためには、絶縁障壁層との界面にスピン分極率の高い材料を用いるなど、フリー磁性層あるいは固定磁性層の組成を変えるとよいことがわかっている。
【０００６】
しかし、フリー磁性層や固定磁性層の組成を変化させると、同時に他の磁気特性が変化してしまうため、フリー磁性層や固定磁性層の組成あるいは膜厚を変えずに、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが望まれている。
【０００７】
トンネル型磁気検出素子では、絶縁障壁層やフリー磁性層の結晶構造の適正化が抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図る上で重要である。例えば、絶縁障壁層を酸化マグネシウム（Ｍｇ−Ｏ）あるいはＭｇとＭｇ−Ｏの積層体で形成した場合、トンネル型磁気検出素子の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高くするために、絶縁障壁層に接するフリー磁性層の結晶構造を体心立方（ｂｃｃ）構造とすることが好ましいことがわかっている。
【０００８】
この場合において、フリー磁性層の上に形成される酸化防止のための保護層をタンタル（Ｔａ）で形成した場合、例えば製造中の熱処理過程で、保護層のＴａがフリー磁性層、さらには絶縁障壁層まで拡散してしまい、フリー磁性層や絶縁障壁層の結晶化が阻害される。これにより、フリー磁性層や絶縁障壁層のｂｃｃ構造に歪みが生じ、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができなかった。
【０００９】
保護層をチタン（Ｔｉ）あるいはアルミニウム（Ａｌ）で形成した場合も、Ｔａと同様に保護層のＴｉあるいはＡｌがフリー磁性層、さらには絶縁障壁層まで拡散し、素子の特性に影響を与える。このとき、絶縁障壁層がＭｇ−ＯあるいはＭｇとＭｇ−Ｏの積層体で形成されている場合には、拡散したＴｉあるいはＡｌが素子の特性に影響を与え、特性が劣化する。一方、絶縁障壁層が保護層と同じ成分を含むＴｉ−ＯあるいはＡｌ−Ｏで形成されていると、ＴｉあるいはＡｌの拡散による影響が少ない。また保護層をＭｇで形成した場合、保護層のＭｇがフリー磁性層、絶縁障壁層まで拡散すると、絶縁障壁層がＴｉ−ＯあるいはＡｌ−Ｏで形成されている場合に、やはり素子の特性を劣化させる。このことから、絶縁障壁層に含まれる元素と同じ元素で保護層を形成すると、保護層の成分が絶縁障壁層にまで拡散した場合に、絶縁障壁層に与える影響が小さく、素子の特性を劣化させにくいことが推測される。
【００１０】
特許文献１に記載される磁気抵抗効果素子は、フリー磁性層と保護層の間に非磁性金属からなるスピンフィルタ層を設けることにより、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ている。しかしながら、特許文献１にはトンネル型磁気検出素子について記載されていない。すなわち、トンネル型磁気検出素子の絶縁障壁層やフリー磁性層の結晶構造の適正化を図るための、フリー磁性層上の保護層の構成は記載されていない。
【００１１】
特許文献２に記載されているトンネル型磁気検出素子は、フリー磁性層の上の保護層を、Ｒｕ（ルテニウム）およびＴａ（タンタル）からなる積層構造とすることにより、磁歪λの増大を抑制しつつ高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが開示されている。また、特許文献２には、フリー磁性層の上にＲｕからなる内部拡散バリア層を設けることにより、保護層を形成するＴａのフリー磁性層へ拡散を抑制することが開示されている。しかしながら、特許文献２には、トンネル型磁気検出素子の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高くするために、絶縁障壁層やフリー磁性層の結晶構造の適正化を図ることは記載されていない。
【００１２】
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、適正な絶縁障壁層やフリー磁性層の結晶構造を有し、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を有する、磁気検出感度に優れた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】
【００１３】
本発明のトンネル型磁気検出素子は、
下から、磁化方向が一方向に固定される固定磁性層、絶縁障壁層、及び外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層の順で積層され、
前記絶縁障壁層は、マグネシウム（Ｍｇ）を含み、
前記フリー磁性層上にＭｇで形成された第１保護層が形成されることを特徴とするものである。
【００１４】
このようにフリー磁性層上に接して形成される前記第１保護層をＭｇで形成することで前記第１保護層上に形成される層の元素がフリー磁性層や絶縁障壁層に拡散しにくくなり、またフリー磁性層の結晶性が向上するものと考えられる。よって、フリー磁性層の組成や膜厚を変更せずに、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくできる。また、絶縁障壁層が前記第１保護層と同じＭｇを含むものであるため、第１保護層のＭｇが絶縁障壁層に拡散した場合に、素子の特性に与える影響が小さく、素子特性の劣化を少なくすることができる。
【００１５】
また、前記第１保護層の上にタンタル（Ｔａ）からなる第２保護層が形成されているものとすることができる。この場合に、フリー磁性層の上に形成される、Ｍｇからなる第１保護層は、Ｔａからなる第２保護層のフリー磁性層や絶縁障壁層への拡散を適切に抑制でき、従来のように保護層をＴａだけで形成した形態に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を効果的に向上できる。
【００１６】
前記フリー磁性層は、下からＣｏＦｅ合金で形成されたエンハンス層及びＮｉＦｅ合金で形成された軟磁性層の順に積層され、前記エンハンス層は前記絶縁障壁層に接して形成され、前記軟磁性層は前記第１保護層に接して形成されていることが好ましい。絶縁障壁層に接してスピン分極率の高いエンハンス層が形成されているので、トンネル型磁気検出素子の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより高いものとすることができる。
【００１７】
また本発明では、前記絶縁障壁層は、酸化マグネシウム（Ｍｇ−Ｏ）あるいはＭｇとＭｇ−Ｏの積層体で形成され、前記エンハンス層は、体心立方構造で形成されることが好ましい。これにより、効果的に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることが可能である。
【００１８】
また、本発明のトンネル型磁気検出素子の製造方法は、以下の工程を有することを特徴とするものである。
【００１９】
（ａ）  固定磁性層を形成し、前記固定磁性層上にマグネシウム（Ｍｇ）を含む絶縁障壁層を形成する工程、
（ｂ）  前記絶縁障壁層上に、フリー磁性層を形成する工程、
（ｃ）  前記フリー磁性層上に、Ｍｇで形成された第１保護層を形成する工程。
【００２０】
これにより、第１保護層上に形成される層の元素をフリー磁性層に拡散しにくくでき、またフリー磁性層の結晶性を向上できると考えられる。従って、従来に比べて、フリー磁性層の組成や膜厚を変えることなく、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の大きいトンネル型磁気検出素子を製造できる。
【００２１】
前記（ｃ）工程は、前記第１保護層を形成した後、前記第１保護層上にタンタル（Ｔａ）から成る第２保護層を形成する工程とすることができる。
【００２２】
また前記（ａ）工程で、前記絶縁障壁層を酸化マグネシウム（Ｍｇ−Ｏ）あるいはＭｇとＭｇ−Ｏの積層体で形成し、前記（ｂ）工程で、前記フリー磁性層を下からＣｏＦｅ合金で形成されたエンハンス層及びＮｉＦｅ合金で形成された軟磁性層の順に積層すると、より効果的に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上できる。
【００２３】
また、前記（ｃ）工程の後、アニール処理を行うことが好ましい。このとき、本発明では、Ｍｇで形成された第１保護層をフリー磁性層上に設けることにより、前記第１保護層上に形成された、例えば第２保護層のＴａが、フリー磁性層や絶縁障壁層へ拡散するのを適切に抑制できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のトンネル型磁気検出素子は、Ｍｇで形成された第１保護層上に形成される層の元素をフリー磁性層や絶縁障壁層に拡散しにくくでき、またフリー磁性層の結晶性を向上できると考えられる。従って、フリー磁性層の組成や膜厚を変更せずに、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくすることができる。
【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面で切断した断面図である。
【００２６】
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。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、ＮｉＦｅＣｒまたはＣｒ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（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な面に{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。また、前記シード層２をＣｒによって形成すると、前記シード層２は、体心立方（ｂｃｃ）構造を有し、膜面と平行な面に{１１０}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。
【００３０】
これら白金族元素Ｘを用いたＸ−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。
【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１０〜３４Å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と同様の強磁性材料やＣｏＦｅＢで形成される。
【００３４】
前記固定磁性層４上に絶縁障壁層５が形成されている。前記絶縁障壁層５は、マグネシウム（Ｍｇ）を含むものであり、例えば、酸化マグネシウム（Ｍｇ−Ｏ）、酸化チタン・マグネシウム（Ｍｇ−Ｔｉ−Ｏ）で形成されることが好ましい。Ｍｇ−Ｏの場合、Ｍｇ組成比が４０〜６０ａｔ％の範囲内であることが好ましく、Ｍｇ５０ａｔ％Ｏ５０ａｔ％が最も好ましい。あるいはＭｇとＭｇ−Ｏを積層した積層体でもよい。前記絶縁障壁層５はＭｇ、Ｍｇ−Ｏ、Ｍｇ−Ｔｉ−Ｏからなるターゲットを用いてスパッタ成膜される。Ｍｇ−Ｏ、Ｍｇ−Ｔｉ−Ｏの場合、金属であるＭｇあるいはＴｉを１〜１０Åの膜厚で形成した後、酸化させてＭｇ−Ｏ、Ｍｇ−Ｔｉ−Ｏの金属酸化物としたものであることが好ましい。この場合、酸化されるのでスパッタ成膜されたＭｇあるいはＴｉの金属膜より膜厚が厚くなる。形成される絶縁障壁層５の膜厚は１〜２０Å程度が好ましい。絶縁障壁層５の膜厚があまり大きいと、トンネル電流が流れにくくなり、好ましくない。
【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との間に例えば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ことが好ましい。軟磁性層６ｂをＮｉＦｅ合金で形成する場合、磁気特性の点から、Ｎｉの含有量は８１．５〜１００（ａｔ％）であることが好ましい。
【００３６】
スピン分極率の大きいＣｏＦｅ合金で前記エンハンス層６ａを形成することで、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができる。特にＦｅ含有量が高いＣｏＦｅ合金は、スピン分極率が高いため、素子の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させる効果が高い。ＣｏＦｅ合金のＦｅ含有量には特に制限はないが、１０〜１００ａｔ％の範囲とすることができる。
【００３７】
また、エンハンス層６ａは、形成される膜厚があまり厚いと、軟磁性層６ｂの磁気検出感度に影響を与え、検出感度の低下につながるので、前記軟磁性層６ｂより薄い膜厚で形成される。前記軟磁性層６ｂは例えば３０〜７０Å程度で形成され、前記エンハンス層６ａは１０Å程度で形成される。なお、前記エンハンス層６ａの膜厚は６〜２０Åが好ましい。
【００３８】
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。
前記フリー磁性層６上には保護層７が形成されている。
【００３９】
以上のようにして積層体Ｔ１が前記下部シールド層２１上に形成されている。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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
本実施形態のトンネル型磁気検出素子は、前記フリー磁性層６上にマグネシウム（Ｍｇ）で形成された第１保護層７ａが形成されている。
【００４９】
これにより、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくできる。しかも、フリー磁性層６の組成や膜厚を変えることがないので、他の磁気特性を変化させることがない。
【００５０】
前記第１保護層７ａは、フリー磁性層６の上に例えばＭｇをスパッタすることにより形成される。前記第１保護層７ａは、５〜２００Åが好ましく、１０〜２００Åがより好ましい。
【００５１】
第１保護層７ａの膜厚が５Åより薄いと、前記第１保護層７ａ上に形成される第２保護層７ｂを構成する元素の前記フリー磁性層６や絶縁障壁層５への拡散を適切に抑制できない。また前記保護層７が第１保護層７ａのみで形成される形態も本実施形態であるが、かかる場合、第１保護層７ａの膜厚が５Åより薄いと、そもそも酸化を防止する保護層本来の機能が低下し好ましくない。よって前記第１保護層７ａの膜厚は５Å以上で形成されることが好ましい。
【００５２】
本実施形態では前記フリー磁性層６は、エンハンス層６ａと軟磁性層６ｂとの積層構造であることが好ましい。エンハンス層６ａはＣｏＦｅ合金で形成され、スピン分極率が軟磁性層６ｂに比べて高く抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させる効果がある。よって従来においても、絶縁障壁層５と軟磁性層６ｂとの間にエンハンス層６ａを挿入することにより抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上できたが、前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上させるには、前記エンハンス層６ａの組成等を適正化する必要があり、かかる場合、磁歪λが大きくなるなど、他の磁気特性が変化してしまうといった問題があった。これに対し本実施形態では、特にエンハンス層６ａの組成やその他のフリー磁性層６の構成を変えることなく、Ｍｇで形成された第１保護層７ａを前記フリー磁性層６上に設けることで、他の磁気特性を変化させることなく、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより効果的に向上させることができる。
【００５３】
本実施形態には、前記保護層７をＭｇで形成された第１保護層７ａのみで構成する形態も含むが、図１に示すように、第１保護層７ａ上に第２保護層７ｂを形成することが好ましい。これによりＭｇで形成された第１保護層７ａを薄い膜厚で形成しても、前記第１保護層７ａ上に第２保護層７ｂを重ねて形成することで、保護層７の総合膜厚を厚くでき、前記保護層７下の積層体に対する酸化を適切に防止できる。さらに、前記第２保護層７ｂ上に他の保護層を形成してもよい。
【００５４】
前記保護層７が２層以上で形成される場合、Ｍｇで形成される第１保護層７ａがフリー磁性層６上に接して形成される。これにより、前記フリー磁性層６と第２保護層７ｂとの相互拡散を防止し、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高める効果がより高いものとなる。
【００５５】
前記第２保護層７ｂは、従来より保護層として用いられている、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｖなどの金属またはこれらの酸化物あるいは窒化物などを用いることができる。
【００５６】
第２保護層７ｂは、電気抵抗が低いこと、また機械的な保護の観点から、例えばＴａで形成されることが好ましい。Ｔａはそれ自身が酸化されやすいため、積層構造中の酸素を吸着する役割を有している。このため、製造過程で第１保護層７ａのＭｇ中に酸素が入り込んでも、第２保護層７ｂが酸素を引きつけ、フリー磁性層６に酸化の影響が及ぶのを防ぐことができる。
【００５７】
一方、Ｔａは熱により拡散し易い性質を有している。従来のように、Ｍｇで形成された第１保護層７ａが形成されず、保護層７がＴａで形成された前記第２保護層７ｂの単層構造である場合、製造工程中の熱処理によって、第２保護層７ｂのＴａがフリー磁性層６、あるいは絶縁障壁層５まで拡散し、フリー磁性層６や絶縁障壁層５の結晶化を阻害してしまう。特に、絶縁障壁層５を酸化マグネシウム（Ｍｇ−Ｏ）あるいはＭｇとＭｇ−Ｏの積層体で形成したトンネル型磁気検出素子では、フリー磁性層６、特に絶縁障壁層５に接するエンハンス層６ａの結晶構造を体心立方（ｂｃｃ）構造とすると、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができることがわかっている。しかし、保護層７をＴａのみで形成した場合、熱処理によってＴａがフリー磁性層や絶縁障壁層５にまで拡散して結晶化を阻害すると、体心立方（ｂｃｃ）構造に歪みが入り、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができない。
【００５８】
本実施形態のトンネル型磁気検出素子では、Ｍｇで形成される第１保護層７ａをフリー磁性層６とＴａで形成された第２保護層７ｂとの間に挿入したことで、フリー磁性層６や絶縁障壁層５へのＴａの拡散が抑制され、またフリー磁性層６の結晶性が向上したと考えられる。よって本実施形態では従来に比べて、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができる。特に、絶縁障壁層５を酸化マグネシウム（Ｍｇ−Ｏ）、あるいはＭｇとＭｇ−Ｏの積層体で形成したトンネル型磁気検出素子では、フリー磁性層６及び絶縁障壁層５の結晶構造が、体心立方（ｂｃｃ）構造に良好に保たれるので、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得る事ができる。
【００５９】
なお、製造工程中の熱処理によって第１保護層７ａを形成するＭｇもフリー磁性層６や絶縁障壁層５へ拡散すると考えられる。ここで、前記絶縁障壁層５は酸化マグネシウム（Ｍｇ−Ｏ）あるいはＭｇとＭｇ−Ｏの積層体など、Ｍｇを含むものである。従って、Ｍｇが絶縁障壁層５まで拡散しても、絶縁障壁層５が同じＭｇ成分を有しているため、絶縁障壁層５の性質に与える影響が小さく、このことが抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の増大に寄与していると考えられる。このことから、保護層７は、絶縁障壁層５と同じ成分を有することが、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得る上で好ましいと考えられる。また、保護層を形成する成分の拡散が、絶縁障壁層５に与える影響が小さいため、素子特性に与える影響が小さく、素子の劣化を小さいものとすることができる。
【００６０】
前記第２保護層７ｂが形成される場合においても、前記第１保護層７ａの膜厚は、５〜２００Åの範囲内で形成できるが、保護層７を前記第１保護層７ａの単層で形成する場合より薄く形成することができる。第２保護層７ｂの膜厚は前記第１保護層７ａの膜厚より小さくても、大きくてもよい。前記保護層７の総合膜厚は、１００〜３００Åである。
【００６１】
本実施形態では前記絶縁障壁層５がＭｇ−ＯあるいはＭｇとＭｇ−Ｏの積層体で形成されるとき、前記第２固定磁性層４ｃはＣｏＦｅＢで形成され、アモルファス構造であることが好適である。これにより前記絶縁障壁層５を体心立方（ｂｃｃ）構造で形成でき、さらに前記絶縁障壁層５上に形成されるエンハンス層６ａを体心立方（ｂｃｃ）構造で形成できる。
【００６２】
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を図１と同じ方向から切断した部分断面図である。
【００６３】
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、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。
【００６４】
そして、前記第２固定磁性層４ｃ上に、絶縁障壁層５をスパッタ法等で成膜する。あるいは、金属層を同じくスパッタ法等で成膜した後、真空チャンバー内に酸素を流入することにより、前記金属層を酸化して絶縁障壁層５を形成してもよい。また、前記金属層に代えて半導体層を形成してもよい。前記金属層あるいは半導体層は酸化されて膜厚が大きくなるので、酸化後の膜厚が絶縁障壁層５の膜厚となるように、前記金属層あるいは半導体層を形成する。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。
【００６５】
本実施形態では前記絶縁障壁層５を酸化マグネシウム（Ｍｇ−Ｏ）で形成することが好ましい。かかる場合、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、前記第２固定磁性層４ｃ上にＭｇ−Ｏから成る絶縁障壁層５をスパッタ成膜する。あるいは、Ｍｇをスパッタ成膜した後、酸化してもよい。また、前記絶縁障壁層５はＭｇとＭｇ−Ｏの積層体で形成することもできる。かかる場合、前記第２固定磁性層４ｃ上にＭｇをスパッタした後、さらにＭｇ−ＯをスパッタすることによりＭｇとＭｇ−Ｏの積層体を形成することができる。さらに、ＭｇのスパッタとＭｇ−Ｏのスパッタを繰り返してもよい。前記絶縁障壁層５は、酸化チタン・マグネシウム（Ｍｇ−Ｔｉ−Ｏ）で形成することもできる。
【００６６】
次に、前記絶縁障壁層５上に、ＣｏＦｅで形成されたエンハンス層６ａ及びＮｉＦｅで形成された軟磁性層６ｂから成るフリー磁性層６を成膜する。さらに、前記フリー磁性層６上に、Ｍｇで第１保護層７ａを形成し、さらに例えばＴａで形成された第２保護層７ｂを成膜する。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Ｔ１を形成する。
【００６７】
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）。
【００６８】
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４を参照）。
【００６９】
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。
【００７０】
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でのアニール処理である。アニール処理は２４０〜３１０℃の温度で行われる。
【００７１】
本実施形態では前記フリー磁性層６上に直接、Ｍｇで形成された第１保護層７ａを形成することで、上記した磁場中でのアニール処理や、その他のアニール処理によっても第２保護層７ｂの構成元素、例えばＴａが前記フリー磁性層６や絶縁障壁層５へ拡散するのを抑制でき、またフリー磁性層６の結晶性を向上させることができると考えられる。
【００７２】
上記により、フリー磁性層６の組成や膜厚を変更せず、他の磁気特性を変化させることなく、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を効果的に向上させることが可能なトンネル型磁気抵抗効果素子を適切且つ簡単に製造できる。
【００７３】
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）や磁気センサとして用いることができる。
【実施例１】
【００７４】
図１に示すトンネル型磁気検出素子を形成した。
下から、下地層１；Ｔａ（８０）／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；Ｃｏ７０at%Ｆｅ３０at%（１４）／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（９．１）／第２固定磁性層４ｃ；Ｃｏ４０at%Ｆｅ４０at%Ｂ２０at%（１８）］／絶縁障壁層５；ＭｇＯ（１２）／フリー磁性層６[エンハンス層６ａ；Ｃｏ５０at%Ｆｅ５０at%（１０）／軟磁性層６ｂ；Ｎｉ８７at%Ｆｅ１３at%（５０）]／保護層７［第１保護層；Ｍｇ（２０）／第２保護層；Ｔａ（１８０）］の順に積層し、積層体Ｔ１を形成した。なお括弧内の数値は平均膜厚を示し単位はÅである。前記積層体Ｔ１を形成した後、２７０℃で３時間３０分、アニール処理を行った（実施例１）。
【００７５】
第１保護層７ａを形成せず、保護層７をＴａ（２００Å）の１層とした以外は実施例１と同様にして、トンネル型磁気検出素子を形成した（比較例１）。
【００７６】
実施例１及び比較例１のトンネル型磁気検出素子について、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）、素子抵抗Ｒ×素子面積Ａ（ＲＡ）、フリー磁性層６の磁歪（λ）及び単位面積当たりの磁気モーメント（Ｍｓ・ｔ）を測定し、その結果を表１に示す。
【００７７】
また、表１の結果から、ＲＡと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の関係を図５に、実施例１と比較例１のフリー磁性層の単位面積当たりの磁気モーメント（Ｍｓ・ｔ）を図６に示す。
【００７８】
【表１】
2008192926.tif 000003
【００７９】
表１及び図５より、保護層７をＭｇの第１保護層７ａとＴａの第２保護層７ｂとの積層構造で形成した実施例１のトンネル型磁気検出素子は、Ｔａのみで保護層７を形成した比較例１のトンネル型磁気検出素子に比べて、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が向上していることがわかった。
【００８０】
トンネル型磁気検出素子は、ＲＡ（素子抵抗Ｒ×素子面積Ａ）が高くなると、高記録密度化を実現できないため、低いＲＡ（素子抵抗Ｒ×素子面積Ａ）の範囲で、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が得られるようにすることが好ましいが、図５に示すように、実施例１と比較例１はＲＡがほぼ等しく、Ｍｇで第１保護層７ａを形成してもＲＡに影響を与えないことがわかった。
【００８１】
また表１及び図６に示すように、実施例１は比較例１に比べて単位面積当たりの磁気モーメント（Ｍｓ・ｔ）が大きいことがわかる。このことから、Ｍｇで形成された第１保護層を、フリー磁性層とＴａで形成された第２保護層との間に挿入することにより、Ｔａのフリー磁性層への拡散が抑制され、また前記フリー磁性層の結晶性が向上したものと考えられる。その結果、表１及び図５に示すように本実施例１では比較例１に比べて高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が得られたものと考えられる。
【００８２】
また、絶縁障壁層５を形成する元素であるＭｇを第１保護層７ａに用いているため、製造工程における加熱により、第１保護層７ａ中のＭｇが絶縁障壁層５にまで拡散しても、絶縁障壁層５の組成や性質に与える影響が少なく、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得られたと考えられる。
【００８３】
表１より、第１保護層７ａをＭｇで形成した実施例１は、保護層７をＴａのみで形成した比較例１に比べて、フリー磁性層の磁歪λが増大している。しかしながら増大量は少なく、再生ヘッドのノイズの原因となり、ヘッドの安定性が低下するほどではない。
【００８４】
また、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、前記第１保護層７ａをＭｇ以外の材料とした場合について検討した。
【００８５】
第１保護層７ａを、Ａｌ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｃｒで形成した以外は実施例１と同様にして、トンネル型磁気検出素子を形成した（比較例２ないし６）。得られた素子の、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）およびＲＡ（素子抵抗Ｒ×素子面積Ａ）を測定し、表２に示す。表中の「ΔＲ／Ｒ比」は、第１保護層７ａを形成せずＴａで保護層７を形成した場合（比較例１）の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を１とし、それぞれの材料で第１保護層７ａを形成した場合の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の比を示す。
【００８６】
【表２】
2008192926.tif 000004
【００８７】
表２より、第１保護層７ａをＭｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｃｒで形成した実施例１および比較例２ないし６は、保護層７をＴａのみで形成した比較例１に比べて、ＲＡはほぼ同等の値を示した。また、第１保護層７ａをＭｇで形成した実施例１は、保護層７をＴａのみで形成した比較例１に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が向上しているが、第１保護層をＡｌ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｃｒで形成した比較例２ないし６は、いずれも比較例１に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が低下している。このことから、第１保護層７ａをＭｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｃｒで形成してもＲＡには影響を与えないが、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させるためには、第１保護層７ａをＭｇで形成することが有効であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【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面で切断した断面図、
【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面で切断した断面図）、
【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面で切断した断面図）、
【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面で切断した断面図）、
【図５】第１保護層を形成した場合（実施例１）と、第１保護層を形成しない場合（比較例１）のトンネル型磁気検出素子のＲＡ（素子抵抗Ｒ×素子面積Ａ）とΔＲ／Ｒ（抵抗変化率）を示すグラフ、
【図６】第１保護層を形成した場合（実施例１）と、第１保護層を形成しない場合（比較例１）のトンネル型磁気検出素子におけるフリー磁性層の単位面積当たりの磁気モーメント（Ｍｓ・ｔ）を示すグラフ、
【符号の説明】
【００８９】
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
６ａ  エンハンス層
６ｂ  軟磁性層
６  フリー磁性層
７ａ  第１保護層
７ｂ  第２保護層
７  保護層
２１  下部シールド層
２２，２４  絶縁層
２３  ハードバイアス層
２６  上部シールド層
【図１】
2008192926.tif 000005
【図２】
2008192926.tif 000006
【図３】
2008192926.tif 000007
【図４】
2008192926.tif 000008
【図５】
2008192926.tif 000009
【図６】
2008192926.tif 000010