(57)【要約】【課題】  抵抗変化率が高く、かつフリー磁性層の磁歪が小さ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、前記フリー磁性層上に白金族元素からなる第１保護層およびＴｉからなる第２保護層が形成される。これにより、保護層をＴａで形成した従来のトンネル型磁気検出素子に比べて、高い抵抗変化率が得られ、かつフリー磁性層の磁歪が低減できる。【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、
前記フリー磁性層上に白金族元素からなる第１保護層が形成され、前記第１保護層の上にチタン（Ｔｉ）からなる第２保護層が形成されていることを特徴とするトンネル型磁気検出素子。
【請求項２】
前記白金族元素がルテニウム（Ｒｕ）である請求項１記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項３】
前記絶縁障壁層が酸化アルミニウム（Ａｌ−Ｏ）または酸化チタン（Ｔｉ−Ｏ）で形成される請求項１または２記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項４】
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】
前記絶縁障壁層が酸化マグネシウム（Ｍｇ−Ｏ）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４記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項６】
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、白金族元素からなる第１保護層を形成する工程、
（ｄ）  前記第１保護層上に、チタン（Ｔｉ）からなる第２保護層を形成する工程。
【請求項７】
前記白金族元素がルテニウム（Ｒｕ）である請求項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（ａ）工程で、前記絶縁障壁層を酸化アルミニウム（Ａｌ−Ｏ）または酸化チタン（Ｔｉ−Ｏ）で形成する請求項６または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）工程で、前記絶縁障壁層を酸化マグネシウム（Ｍｇ−Ｏ）で形成し、前記（ｃ）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６または７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（ｄ）工程の後、アニール処理を行う請求項６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）を有し、かつフリー磁性層の磁歪λが小さい、磁気検出感度と安定性の双方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ないし５には、ＴｉまたはＲｕを含む単層あるいは２層からなる保護層を有するトンネル型磁気検出素子あるいはトンネル型磁気検出素子の製造方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００２−０９４１４２号公報
【特許文献２】特開２００２−３７４０２０号公報
【特許文献３】特開２００６−１９０７８０号公報
【特許文献４】特開２０００−２２８００３号公報
【特許文献５】特開２００５−０３２７８０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として、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、及びフリー磁性層の磁歪λを低減しゼロに近い値とすることにより、再生ヘッドのノイズを抑えて安定性を高めること、が挙げられる。
【０００６】
ところで、前記フリー磁性層上には従来、Ｔａ（タンタル）からなる保護層が設けられていた。
【０００７】
しかし、Ｔａは熱処理によって前記フリー磁性層に拡散したり、またフリー磁性層に対して界面歪や界面応力を与え、その結果、前記フリー磁性層の磁歪λが増大した。
【０００８】
さらに、例えば絶縁障壁層を酸化マグネシウム（Ｍｇ−Ｏ）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、前記絶縁障壁層に接する前記フリー磁性層の部分に体心立方（ｂｃｃ）構造のエンハンス層を設けることが好ましいことがわかっている。前記エンハンス層を設けるとフリー磁性層の磁歪が大きくなるので、前記エンハンス層以外の前記フリー磁性層の部分には、前記フリー磁性層の磁歪を低減させる材料を用いて、前記フリー磁性層の磁歪が大きくならない工夫がなされている。
【０００９】
しかし、このように抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大させ、且つフリー磁性層の磁歪λを低減できる構成にしても、上記したように、前記フリー磁性層上にＴａからなる保護層を設けると、結局、熱処理によりＴａがフリー磁性層に拡散して前記フリー磁性層の磁歪λを増大させてしまう。さらに、Ｔａが前記エンハンス層あるいは前記絶縁障壁層に拡散すると（ｂｃｃ）構造に歪みが生じて結晶化を阻害するため、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を減少させてしまう。
【００１０】
また保護層をＴａとした場合、Ｔａはフリー磁性層や絶縁障壁層など他の層を形成する材料よりもミリングレートが遅いため、記録媒体との対向面（ＡＢＳ面）のミリング加工時に、絶縁障壁層近傍に比べて前記保護層が突出した形状となる。これにより記録媒体との間にスペーシングロスが生じ、感度の低下あるいはＳＮ比の劣化が問題となっていた。そこで、他の層を形成する材料と同程度のミリングレートを有する材料で前記保護層を形成し、ＡＢＳ面ができるだけ平坦で、保護層が突出した形状とならないことが望まれていた。
【００１１】
上記特許文献１ないし３には、フリー磁性層の上にＴｉなどからなる相互拡散層、あるいは保護層を形成したトンネル型磁気検出素子またはトンネル型磁気検出素子の製造方法が記載されているが、いずれもフリー磁性層の上にＴｉ単層を形成している。
【００１２】
また上記特許文献４には、保護層をＲｕなどの金属からなる単層膜あるいはＴｉＷ／Ｒｕなどの２層膜で形成するトンネル型磁気検出素子が記載されている。しかしながら、これらの２層膜はいずれもフリー磁性層の上にＴａあるいはＴｉＷが形成されており、フリー磁性層の上に白金族元素、さらにその上にＴｉの２層の保護層を形成するものではない。
【００１３】
上記特許文献５には、Ｔｉ／Ｒｕなどの２層からなる保護層を有するトンネル型磁気検出素子が記載されているが、フリー磁性層の上に形成される金属はＴｉ、Ｔａなどであり、フリー磁性層の上に白金族元素、さらにその上にＴｉ層を形成するものではない。また実施例に記載の２層膜にはＴａが用いられているため、上記したように熱処理によりＴａが拡散しフリー磁性層の磁歪λが増大する。
【００１４】
保護層をＴａで形成しない場合には、上記したようなＴａがフリー磁性層などに拡散することにより生じる磁歪の増大および抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の低下の問題は起こらない。またミリング後のＡＢＳ面に保護層が突出することを抑えることもできる。
【００１５】
しかし、上記引用文献１ないし５では、フリー磁性層の上にＴｉ単層の保護層を形成し、あるいは保護層を多層とした場合のフリー磁性層に接する層をＴｉで形成しているため、Ｔｉがフリー磁性層および絶縁障壁層に拡散し、磁歪λが増大する問題が生じる。
【００１６】
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、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を有し、かつフリー磁性層の磁歪λを低減できる、磁気検出感度と安定性の双方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】
【００１７】
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、
前記フリー磁性層上に白金族元素からなる第１保護層が形成され、前記第１保護層の上にチタン（Ｔｉ）からなる第２保護層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
このように第１保護層を白金族元素で、第２保護層をＴｉで形成することにより、Ｔａのフリー磁性層への拡散が起こらないため、前記フリー磁性層の磁歪を低減することができる。
【００１９】
また、前記第１保護層を形成する白金族元素、および前記第２保護層を形成するＴｉはいずれもＴａよりミリング速度が速いので、ミリング後のＡＢＳ面を平坦とすることができ、保護層が突出する形状とならない。
【００２０】
さらに、前記第２保護層を形成するＴｉはフリー磁性層や絶縁障壁層へ拡散するが、フリー磁性層上に接して形成される前記第１保護層を白金族元素で形成することで、Ｔｉがフリー磁性層や絶縁障壁層に拡散しにくくなる。これによりフリー磁性層の磁歪λの増大を抑えることができる。
前記白金族元素は、ルテニウム（Ｒｕ）であることが好ましい。
【００２１】
また、前記絶縁障壁層は酸化アルミニウム（Ａｌ−Ｏ）または酸化チタン（Ｔｉ−Ｏ）で形成することができる。
【００２２】
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）を高いものとすることができる。
【００２３】
この場合、前記絶縁障壁層が酸化マグネシウム（Ｍｇ−Ｏ）で形成され、前記エンハンス層は、体心立方（ｂｃｃ）構造で形成されることが好ましい。保護層にＴａが含まれないので、Ｔａがエンハンス層あるいは絶縁障壁層に拡散することがない。よって、エンハンス層や絶縁障壁層の結晶化が阻害されず、エンハンス層や絶縁障壁層が体心立方（ｂｃｃ）構造を有するので抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高くすることができる。
【００２４】
白金族元素とＴｉを積層した場合、その界面において界面歪みや界面応力が小さい。よって、第１保護層と第２保護層の界面における界面歪みや界面応力が小さいため、フリー磁性層が保護層から受ける界面歪みや界面応力を低減でき、フリー磁性層の結晶性が向上すると考えられる。よって、前記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）を高くし、さらにフリー磁性層の磁歪λを低減させることができる。
【００２５】
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。
【００２６】
（ａ）  固定磁性層を形成し、前記固定磁性層上に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、白金族元素からなる第１保護層を形成する工程、
（ｄ）  前記第１保護層上に、チタン（Ｔｉ）からなる第２保護層を形成する工程。
【００２７】
これにより、Ｔａが熱処理によりフリー磁性層へ拡散することがないので、フリー磁性層の磁歪λを低減させたトンネル型磁気検出素子を製造できる。
【００２８】
また、保護層はＴａよりミリング速度の速い金属で形成されるため、ミリング後のＡＢＳ面は平坦であり、保護層が突出した形状とならないトンネル型磁気検出素子を製造することができる。
前記白金族元素はルテニウム（Ｒｕ）とすることが好ましい。
【００２９】
前記（ａ）工程で、前記絶縁障壁層を酸化アルミニウム（Ａｌ−Ｏ）または酸化チタン（Ｔｉ−Ｏ）で形成することができる。
【００３０】
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）で形成し、前記（ｃ）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、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を有するトンネル型磁気検出素子が得られる。
【００３１】
さらに、保護層にＴａが含まれないのでＴａが熱処理によりフリー磁性層へ拡散することがない。よって、フリー磁性層の結晶性を向上できるので抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高くすることができる。また、第１保護層を白金族元素で形成することにより、前記フリー磁性層が保護層から受ける界面歪みや界面応力を低減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、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を維持しつつ、フリー磁性層の磁歪λを低減させたトンネル型磁気検出素子を製造できる。
【００３２】
さらに、前記（ｄ）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、白金族元素で形成された第１保護層がフリー磁性層上に設けられているため、前記第１保護層上に形成された第２保護層のＴｉ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】
【００３３】
本発明のトンネル型磁気検出素子は、保護層がＴａで形成されないので、フリー磁性層の磁歪λを低減し、しかも高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができる。また、第１保護層を白金族元素で形成することにより、第１保護層上に形成される第２保護層のＴｉをフリー磁性層や絶縁障壁層に拡散しにくくでき、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、フリー磁性層の磁歪λを低減し、しかも高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができる。
【００３４】
本発明のトンネル型磁気検出素子は、Ｔａよりミリングレートの速い金属で保護層が形成されているため、ミリング後のＡＢＳ面を平坦とすることができる。よって、保護層が突出した形状とならないため、記録媒体との間にスペーシングロスが生じることがなく、感度およびＳＮ比を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
前記シード層２は例えば、Ｒｕ、ＮｉＦｅＣｒまたはＣｒによって形成される。例えば、シード層２をＲｕとしたとき、前記シード層２は、膜面と平行な方向に代表的に{０００１}面として表される等価な六方最密（ｈｃｐ）構造の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ＮｉＦｅＣｒによって形成すると、前記シード層２は、膜面と平行な方向に代表的に{１１１}面として表される等価な面心立方（ｆｃｃ）構造の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、膜面と平行な方向に{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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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１０〜２４Å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。
【００４４】
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。
【００４５】
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、酸化マグネシウム（Ｍｇ−Ｏ）、酸化チタン・マグネシウム（Ｍｇ−Ｔｉ−Ｏ）、酸化チタン（Ｔｉ−Ｏ）、あるいは酸化アルミニウム（Ａｌ−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。あるいはマグネシウム（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、Ｔｉ−ＯあるいはＡｌ−Ｏからなるターゲットを用いて直接スパッタ成膜してもよいし、金属であるＭｇ、ＴｉあるいはＡｌを１〜１０Åの膜厚で形成した後、酸化させてＭｇ−Ｏ、Ｔｉ−ＯあるいはＡｌ−Ｏの金属酸化物としたものでもよい。この場合、酸化されるのでスパッタ成膜されたＭｇ、ＴｉあるいはＡｌ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８〜２０Å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。
【００４６】
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、フリー磁性層６の磁歪低減及び磁気感度の点から、Ｎｉの含有量は８１．５〜１００（ａｔ％）であることが好ましい。
【００４７】
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。
【００４８】
また、エンハンス層６ａは、形成される膜厚があまり厚いと、フリー磁性層６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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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上に白金族元素で形成された第１保護層７ａ、および前記第１保護層７ａの上にＴｉからなる第２保護層７ｂが形成されている。
【００６０】
これにより、フリー磁性層６の組成や膜厚を変えることなく、従来に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高くすることができ、しかもフリー磁性層６の磁歪λを低減することができる。また、ミリング加工後のＡＢＳ面が平坦であるので、記録媒体とのスペーシングロスを低減することができる。
【００６１】
前記白金族元素は、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）のいずれを用いることができるが、ＲｕまたはＰｔを用いることが好ましく、Ｒｕを用いることがより好ましい。
【００６２】
前記第１保護層７ａは、フリー磁性層６の上に例えばＲｕまたはＰｔ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、５〜５０Åがより好ましい。
【００６３】
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Ｔｉが前記フリー磁性層６や絶縁障壁層５への拡散するのを適切に抑制できない。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。
【００６４】
前記第２保護層７ｂはＴｉで形成され、前記第１保護層７ａと同様に、例えばスパッタにより形成される。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が、Ｔｉ膜厚が大きくなりすぎると、上下シールド間のギャップ長（Ｇａｐ  Ｌｅｎｇｔｈ）が大きくなるため、前記第２保護層７ｂの膜厚は、１０〜３００Åであることが好ましい。
【００６５】
本実施形態では、保護層が白金族元素およびＴｉで形成され、保護層にＴａが含まれないので、熱処理により保護層のＴａが前記軟磁性層６ｂおよびエンハンス層６ａに拡散し、フリー磁性層の磁歪λを増大させることがない。
【００６６】
また、保護層を形成する白金族元素およびＴｉは、Ｔａに比べてミリング速度が速いので、ＡＢＳ面をミリングした後に、保護層が他の層と同じようにミリングされて、ＡＢＳ面を平坦とすることができる。よって、保護層が突出した形状となることにより生じる、記録媒体とのスペーシングロスを解消することができる。
【００６７】
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。しかし、絶縁障壁層５をＭｇ―Ｏで形成した場合、絶縁障壁層５に接するエンハンス層６ａを体心立方（ｂｃｃ）構造とすると、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得られるが、保護層７をＴａで形成すると、熱処理の過程で拡散したＴａがエンハンス層６ａおよび絶縁障壁層５の結晶化を阻害し、体心立方（ｂｃｃ）構造に歪みが生じ、高い抵抗変化率を得ることができなかった。
【００６８】
これに対し本実施形態では、保護層にＴａを用いていないので、熱処理によるＴａの拡散が起こることがない。よって、エンハンス層６ａおよび絶縁障壁層５の結晶構造が適正な体心立方（ｂｃｃ）構造を有することができ、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、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができる。
【００６９】
本実施形態では、白金族元素で形成される第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Ｔｉからなる第２保護層７ｂとの相互拡散を防止し、フリー磁性層６の磁歪λを低減することができる。
【００７０】
後述する実験によれば、保護層７をＴｉのみで形成した場合、フリー磁性層の磁歪λが大きい。このことから、前記第２保護層７ｂを形成するＴｉも、熱処理によりフリー磁性層６および絶縁障壁層５へ拡散することが考えられる。しかし、同じ実験によれば、フリー磁性層６上に白金族元素で形成された第１保護層７ａ、および前記第１保護層７ａの上にＴｉからなる第２保護層７ｂを形成した本実施形態は、フリー磁性層の磁歪λが小さい。このことから、白金族元素で形成される第１保護層７ａをフリー磁性層６とＴｉで形成された第２保護層７ｂとの間に挿入したことで、第２保護層７ｂのＴｉがフリー磁性層６や絶縁障壁層５へ拡散するのが抑制され、フリー磁性層６の磁歪を低減できると考えられる。
【００７１】
従来、フリー磁性層６の上にＲｕで形成される第１保護層７ａと、前記第１保護層７ａ上にＴａで形成される第２保護層７ｂを形成した保護層を２層とする形態があった。この場合、前記第１保護層７ａのＲｕと前記第２保護層７ｂのＴａとの界面における界面歪みや界面応力が大きいため、この界面歪みや界面応力が前記フリー磁性層６および前記絶縁障壁層５に影響を与え、フリー磁性層６および絶縁障壁層５の結晶化を阻害して適正な体心立方（ｂｃｃ）構造を有することができず、特にＭｇ−Ｏで絶縁障壁層を形成した場合に、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができなかった。
【００７２】
本実施形態では、前記第１保護層７ａの白金族元素と前記第２保護層７ｂのＴｉとの界面における界面歪みや界面応力は小さいため、前記フリー磁性層６および前記絶縁障壁層５の結晶化を阻害しにくい。よってフリー磁性層６および絶縁障壁層５の結晶構造は適正な体心立方（ｂｃｃ）構造を有し、特にＭｇ−Ｏで絶縁障壁層を形成した場合に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができる。
【００７３】
本実施形態では前記絶縁障壁層５がＭｇ−Ｏ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。
【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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
本実施形態では前記絶縁障壁層５は酸化マグネシウム（Ｍｇ−Ｏ）、酸化チタン・マグネシウム（Ｍｇ−Ｔｉ−Ｏ）、酸化チタン（Ｔｉ−Ｏ）、あるいは酸化アルミニウム（Ａｌ−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。あるいはマグネシウム（Ｍｇ）とＭｇ−Ｏを積層した積層体でもよい。
【００７８】
前記絶縁障壁層５はＭｇ、所定の組成比で形成されたＭｇ−Ｏ、Ｍｇ−Ｔｉ−Ｏ、Ｔｉ−ＯあるいはＡｌ−Ｏからなるターゲットを用いてスパッタ成膜される。また、Ｍｇ−Ｏ、Ｔｉ−ＯあるいはＡｌ−Ｏの場合、金属であるＭｇ、ＴｉあるいはＡｌを１〜１０Åの膜厚で形成した後、酸化させてＭｇ−Ｏ、Ｔｉ−ＯあるいはＡｌ−Ｏの金属酸化物とすることができる。
【００７９】
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、白金族元素で第１保護層７ａを形成し、さらにＴｉ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。
【００８０】
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）。
【００８１】
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）。
【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。
【００８３】
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。
【００８４】
本実施形態では、前記第１保護層７ａを白金族元素で形成し、前記第２保護層７ｂをＴｉで形成し、保護層にＴａが用いられないので、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Ｔａが前記フリー磁性層６や絶縁障壁層５へ拡散することがなく、フリー磁性層の磁歪λを増大させることがない。また、白金族元素からなる前記第１保護層７ａが前記第２保護層７ｂのＴｉの拡散を抑制するため、フリー磁性層の磁歪λを低減することができる。さらに、白金族元素で形成される第１保護層７ａとＴｉで形成される第２保護層７ｂの界面における界面歪みや界面応力が小さいので、前記フリー磁性層６および前記絶縁障壁層５の結晶構造が良好な体心立方（ｂｃｃ）構造に保たれるので、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができる。
【００８５】
上記により、フリー磁性層６の組成や膜厚を変更せずに、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を有し、かつフリー磁性層６の磁歪λを低減す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。
【００８６】
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出来る。
【実施例１】
【００８７】
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（３０）／シード層２；Ｒｕ（４０）／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（１１）／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７ａ；Ｒｕ（２０）／第２保護層７ｂ；Ｔｉ（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。
【００８８】
保護層７を［第１保護層７ａ；Ｒｕ（２０）／第２保護層７ｂ；Ｔａ（１８０）］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）。
【００８９】
第１保護層７ａを形成せず、保護層７をＴｉ（１８０）の単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２）。
【００９０】
保護層７を、実施例１の保護層７の積層順と逆である［第１保護層７ａ；Ｔｉ（１８０）／第２保護層７ｂ；Ｒｕ（２０）］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３）。
【００９１】
実施例１及び比較例１ないし３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）およびフリー磁性層６の磁歪（λ）を測定し、その結果を表１に示す。また、表１の結果から、ＲＡ（素子抵抗Ｒ×素子面積Ａ）とΔＲ／Ｒ（抵抗変化率）の関係を図５に、実施例１および比較例１ないし３のフリー磁性層の磁歪（λ）を図６にそれぞれ示す。
【００９２】
【表１】
2008283018.tif 000003
【００９３】
図５に示すように、保護層７を白金族元素であるＲｕの第１保護層７ａとＴｉの第２保護層７ｂとの積層構造で形成した実施例１は、従来構造である比較例１に比べて、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が得られる。また、実施例１は比較例１に比べてＲＡが小さい。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ことから、実施例１のトンネル型磁気検出素子は比較例１のトンネル型磁気検出素子に比べてより好ましい。
【００９４】
このことから、第１保護層７ａを白金族元素であるＲｕで、第２保護層７ｂをＴｉで形成することにより、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が得られ、かつＲＡも低いことがわかった。
【００９５】
保護層７をＴｉのみで形成した比較例２および第１保護層７ａをＴｉで形成した比較例３は、従来構造である比較例１に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が向上しており、実施例１より高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を示している。しかしながら、比較例２および３は比較例１に比べてＲＡが大きくなっており、さらに実施例１に比べても高いＲＡを示しており、トンネル型磁気検出素子としては好ましくない。
【００９６】
図６に示すように、実施例１のフリー磁性層の磁歪λは、比較例１とほぼ同じである。一方、比較例２および３のフリー磁性層の磁歪λは、実施例１および比較例１に比べてかなり大きい。これは、比較例２および３では、フリー磁性層の上にＴｉを積層しているため、熱処理によりＴｉが拡散してフリー磁性層の磁歪λを増大させたものと考えられる。これに対し、実施例１ではＴｉからなる第２保護層７ｂとフリー磁性層６との間に挿入された白金族元素であるＲｕからなる第１保護層７ａがＴｉの拡散を抑制し、フリー磁性層の磁歪λを低くすることができると考えられる。
【００９７】
このことから、第１保護層７ａを白金族元素であるＲｕで、第２保護層７ｂをＴｉで形成することにより、フリー磁性層の磁歪λを低減できることがわかった。
【００９８】
また、実施例１および比較例１のトンネル型磁気検出素子のミリング後のＡＢＳ面を比べると、比較例１のＡＢＳ面は保護層の部分が突出した形状であったが、実施例１のＡＢＳ面は平坦であった。このことから、Ｔａよりミリングレートの高いＴｉで保護層を形成することにより、ＡＢＳ面が突出した形状となるのを抑えることができることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【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】実施例１および比較例１〜３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】実施例１および比較例１〜３のトンネル型磁気検出素子のフリー磁性層の磁歪（λ）を示すグラフ、
【符号の説明】
【０１００】
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】
2008283018.tif 000004
【図２】
2008283018.tif 000005
【図３】
2008283018.tif 000006
【図４】
2008283018.tif 000007
【図５】
2008283018.tif 000008
【図６】
2008283018.tif 000009