(57)【要約】【課題】  抵抗変化率の低減が低く、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（Ｐｔ）で形成された第１保護層が形成される。これにより、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維持しつつフリー磁性層の磁歪を大きく低減できる。【選択図】図１
2008166533.tif 000002
【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（Ｐｔ）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または２に記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項４】
前記絶縁障壁層が酸化マグネシウム（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（Ｐｔ）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（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５または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、特にフリー磁性層の磁歪λが小さく、かつ高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を有する、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、磁性層と保護層の間に酸素拡散を防止する層を形成した磁気抵抗効果素子が記載されている。
【０００５】
下記特許文献２には、３層からなる保護層を形成した磁気抵抗効果素子が開示されている。
【０００６】
また、下記特許文献３には、保護層を２重に積層したトンネル型磁気検出素子の製造方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１９６７４５号公報
【特許文献２】特開２００６−２６１４５３号公報
【特許文献３】特開２００６−６００４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
ところで、前記フリー磁性層上には従来、Ｔａ（タンタル）から成る保護層が設けられていた。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
しかし、このように抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大でき、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から成る保護層を設けると、結局、前記フリー磁性層の磁歪λは増大するため、フリー磁性層の磁歪低減効果と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の増大効果の双方を得ることができなかった。
【００１２】
特許文献１には、Ｔａで形成される保護層とフリー磁性層との間に白金−マンガン（ＰｔＭｎ）からなる中間層を形成することで、フリー磁性層と保護層との拡散を防止できることが記載されている。
【００１３】
また、特許文献２には、センス電流を膜厚方向に流すＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子において、磁気抵抗効果膜上の保護層を３層とし、磁気抵抗効果膜側の２層を比抵抗の小さい材料で形成し、最上層をＴａで形成することにより、膜厚が精度よく制御された保護層が形成できることが記載されている。
【００１４】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２にはいずれもトンネル型磁気検出素子について記載されておらず、フリー磁性層の組成及び膜厚を変更せずに、またフリー磁性層の結晶構造を適正に保った状態でフリー磁性層の磁歪λを低減させる保護層形態は開示されていない。
【００１５】
特許文献３に記載されるトンネル型磁気検出素子は、その製造工程において、フリー磁性層の上に、Ｒｕ及びＴａの２層の保護層を形成している。しかし、Ｒｕの上のＴａ層は、その後エッチングにより除去され、残ったＲｕが酸化されて導電性酸化物を形成しており、製造されるトンネル型磁気検出素子の保護層はＲｕの酸化物のみである。特許文献３は、Ｒｕの酸化物のみからなる保護層を電極とすることにより、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させる発明であり、フリー磁性層上の保護層を最適化してフリー磁性層の磁歪λを低減すること、及びフリー磁性層及び絶縁障壁層の結晶構造を適正としたままフリー磁性層の磁歪λを低減させることは何ら記載されていない。
【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、フリー磁性層の磁歪λを低減でき、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を有する、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（Ｐｔ）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。
【００１８】
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Ｐｔ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。さらに前記フリー磁性層の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を低減させることができる。
【００１９】
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、Ｐｔ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フリー磁性層の磁歪λを大幅に低減できる。
【００２０】
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。
【００２１】
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、フリー磁性層の磁歪λは低くすることができるとともに、より効果的に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高くすることが可能である。
【００２２】
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。
【００２３】
（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（Ｐｔ）で形成された第１保護層を形成する工程。
【００２４】
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。さらに前記フリー磁性層の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。
【００２５】
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。
【００２６】
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（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。
【００２７】
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、Ｐｔ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】
【００２８】
本発明のトンネル型磁気検出素子は、Ｐｔ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、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を低くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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スパッタ成膜される。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、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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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（Ｐｔ）で形成された第１保護層７ａが形成されている。
【００５３】
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、フリー磁性層６の磁歪λを小さくし、ほぼゼロとすることができる。しかも、従来に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きく減少させることがない。
【００５４】
前記第１保護層７ａは、フリー磁性層６の上に例えば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、１０〜２００Åがより好ましい。
【００５５】
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。
【００５６】
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、Ｐｔ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、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を維持しつつ、フリー磁性層６の磁歪λをより効果的に低減し、ほぼゼロにすることができる。
【００５７】
本実施形態には、前記保護層７をＰｔ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Ｐｔ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。
【００５８】
前記保護層７が２層以上で形成される場合、Ｐｔ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、フリー磁性層６の磁歪λを低減する効果がより高いものとなる。
【００５９】
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。
【００６０】
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Ｐｔ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。
【００６１】
本実施形態のトンネル型磁気検出素子では、Ｐｔ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。また、前記フリー磁性層６の保護層７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。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）を維持しつつフリー磁性層６の磁歪λを低減できる。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のエンハンス層６ａ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、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能である。
【００６２】
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出来る。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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。また、前記絶縁障壁層５は、Ｍｇをスパッタした後、酸化し、さらにＭｇをスパッタする、あるいはＭｇとＭｇ−Ｏを交互にスパッタする、ＭｇとＭｇ−Ｏの積層体で形成してもよい。
【００６８】
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、ＩｒＭｎ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。
【００６９】
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）。
【００７０】
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）。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
本実施形態では前記フリー磁性層６上に直接、Ｐｔ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。また、Ｐｔで形成された第１保護層７ａを形成することで，保護層７とフリー磁性層との界面における界面歪みや界面応力を低減させることができると考えられる。
【００７４】
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）を維持しつつ、フリー磁性層６の磁歪λを低減しほぼゼロと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。
【００７５】
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】
【００７６】
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；Ｎｉ８６at%Ｆｅ１４at%（５０）]／保護層７［第１保護層；Ｐｔ（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。
【００７７】
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）。
【００７８】
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、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）、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）、素子抵抗Ｒ×素子面積Ａ（ＲＡ）を測定し、その結果を表１に示す。
【００７９】
【表１】
2008166533.tif 000003
【００８０】
また、表１の結果から、実施例１と比較例１の磁歪（λ）を図５に、ＲＡ（素子抵抗Ｒ×素子面積Ａ）とΔＲ／Ｒ（抵抗変化率）の関係を図６に示す。
【００８１】
表１及び図５に示すように、保護層７をＰｔ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は保護層７をＴａのみで形成した比較例１に比べて磁歪（λ）が大きく低減し、ほぼゼロであることがわかった。また、実施例１と比較例１は、単位面積当たりの磁気モーメント（Ｍｓ・ｔ）はほぼ同じ値を有することがわかった。特に本実施例では、比較例に比べて若干、単位面積当たりの磁気モーメントが大きくなっていることから、Ｐｔ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。
【００８２】
また、表１及び図６より、保護層７をＰｔ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）ほとんど低減していないことがわかった。
【００８３】
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６に示すように、実施例１と比較例１は、ＲＡもほぼ等しかった。
【実施例２】
【００８４】
絶縁障壁層５をＡｌ−Ｏ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。第２固定磁性層４ｃ上にＡｌをスパッタにて膜厚（３Å）で形成し、酸化することにより、絶縁障壁層をＡｌ−Ｏで形成した。
【００８５】
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２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）。
【実施例３】
【００８６】
絶縁障壁層５をＴｉ−Ｏ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。第２固定磁性層４ｃ上にＴｉをスパッタにて膜厚（６Å）で形成し、酸化することにより、絶縁障壁層をＴｉ−Ｏで形成した。
【００８７】
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３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）。
【００８８】
実施例２，３及び比較例２，３について、フリー磁性層の磁歪λを測定し、その結果を、実施例１及び比較例１の値と共に表２に示す。
【００８９】
【表２】
2008166533.tif 000004
【００９０】
表２より、絶縁障壁層をＡｌ−Ｏ及びＴｉ−Ｏで形成したトンネル型磁気検出素子においても、保護層７をＰｔ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することにより、保護層７をＴａのみで形成した場合に比べて、フリー磁性層の磁歪λが低減していることがわかった。
【００９１】
また、表２より、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、絶縁障壁層をＡｌ−Ｏ及びＴｉ−Ｏで形成した場合に比べて、フリー磁性層の磁歪λの低減効果が大きいことがわかった。Ｍｇ−Ｏで形成された絶縁障壁層は、その上に形成されるフリー磁性層の結晶性が、Ａｌ−Ｏ及びＴｉ−Ｏで形成された絶縁障壁層の上に形成させるフリー磁性層の結晶性よりも高いと考えられる。従って、フリー磁性層の上に形成される第１保護層７ａであるＰｔの結晶性が向上し、第２保護層７ｂからの元素の拡散を防止する効果がより高いと考えられる。その結果、フリー磁性層の結晶構造に歪みを与えにくく、磁歪λをより大きく低減すると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【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】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（λ）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、
【符号の説明】
【００９３】
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】
2008166533.tif 000005
【図２】
2008166533.tif 000006
【図３】
2008166533.tif 000007
【図４】
2008166533.tif 000008
【図５】
2008166533.tif 000009
【図６】
2008166533.tif 000010