(57)【要約】【課題】  特に、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、Ｍｇ−Ｔｉ−Ｏ、あるいは、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Ｔａ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Ｔ３は２５Å以上８０Å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
2008182173.tif 000002
【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、あるいは、Ｔｉ−Ｏ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、２５Å以上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】
前記総合膜厚は８０Å以下である請求項１記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項３】
前記第１軟磁性層の平均膜厚は、１５Å以上７０Å以下である請求項記１又は２に記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項４】
前記エンハンス層の平均膜厚は１０Å以上３０Å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】
前記積層体の最上層に保護層が設けられ、少なくとも前記保護層の下面側にＲｕ，Ａｌ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ，Ｉｒ−ＭｎあるいはＣｒのうちいずれか１種あるいは２種以上から成る第１保護層が形成されている請求項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】
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、
前記積層体の最上層に保護層が設けられ、少なくとも前記保護層の下面側にＲｕ，Ａｌ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ，Ｉｒ−ＭｎあるいはＣｒのうちいずれか１種あるいは２種以上から成る第１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７】
前記保護層は、前記第１保護層上に、Ｔａから成る第２保護層が形成された積層構造である請求項５又は６に記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項８】
前記非磁性金属層は、Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗのうち少なくともいずれか１種である請求項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。
【請求項９】
前記非磁性金属層は、Ｔａである請求項８記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項１０】
前記非磁性金属層の平均膜厚は、１Å以上４Å以下である請求項１ないし９のいずれかに記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項１１】
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１０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、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（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】
特許文献１には、フリー磁性層が積層フェリ構造で形成されたトンネル型磁気抵抗効果素子の構造が開示されている。
【０００５】
特許文献１に記載された発明では、前記フリー磁性層を構成する強磁性層間に充分に大きな交換結合を生じさせるために、前記強磁性層内に第１配向制御バッファを形成している。例えば、特許文献１の［０１３９］欄には、フリー磁性層を下から、Ｎｉ８１Ｆｅ１９（２ｎｍ）／Ｔａ（０．４ｎｍ）／Ｎｉ８１Ｆｅ１９（２ｎｍ）／Ｒｕ（２．１ｎｍ）／Ｎｉ８１Ｆｅ１９（４ｎｍ）の順に積層した実施例が開示されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された発明には、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大させる構成は記載されていない。
【０００７】
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、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】
【０００８】
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、あるいは、Ｔｉ−Ｏ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、２５Å以上であることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明では絶縁障壁層がＴｉ−Ｍｇ―Ｏ、あるいは、Ｔｉ−Ｏで形成されたトンネル型磁気抵抗効果素子において、フリー磁性層を構成する各軟磁性層間に非磁性金属層を介在させたこと、及び、前記非磁性金属層と前記絶縁障壁層間の距離（第１軟磁性層の平均膜厚とエンハンス層の平均膜厚とを足した総合膜厚）を適正化したことにより、従来に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大させることが出来る。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
本発明では、前記総合膜厚は８０Å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）を得ることが出来る。
【００１３】
また、前記第１軟磁性層の平均膜厚は、１５Å以上７０Å以下であることが好ましい。また、前記エンハンス層の平均膜厚は１０Å以上３０Å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。
【００１４】
また本発明では、前記積層体の最上層に保護層が設けられ、少なくとも前記保護層の下面側にＲｕ，Ａｌ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ，Ｉｒ−ＭｎあるいはＣｒのうちいずれか１種あるいは２種以上から成る第１保護層が形成されていることが好ましい。
【００１５】
また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、
前記フリー磁性層は、積層方向へ積み重ねられる複数の軟磁性層と、各軟磁性層間に介在する非磁性金属層と、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、
前記積層体の最上層に保護層が設けられ、少なくとも前記保護層の下面側にＲｕ，Ａｌ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ，Ｉｒ−ＭｎあるいはＣｒのうちいずれか１種あるいは２種以上から成る第１保護層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明では、前記第１保護層を、Ｒｕ，Ａｌ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ，Ｉｒ−ＭｎあるいはＣｒにより形成した際に、フリー磁性層を構成する各軟磁性層間に非磁性金属層を介在させることで、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。
【００１７】
本発明では、前記第１保護層上に、Ｔａから成る第２保護層が形成されていても効果的に、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大させることが可能である。
【００１８】
本発明では、前記非磁性金属層は、Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗのうち少なくともいずれか１種であることが好ましい。本発明では、前記非磁性金属層は、Ｔａであることがより好ましい。これにより、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。
【００１９】
また本発明では、前記非磁性金属層の平均膜厚は、１Å以上４Å以下であることが好ましい。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、アシンメトリー（asymmetry  再生波形の非対称性）のばらつきを小さくできる等、再生特性の安定性を向上させることが可能である。
【００２０】
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。
【発明の効果】
【００２１】
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】
【００２２】
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方向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構造、第３は第２実施形態のトンネル型磁気検出素子の構造を示すが、図１では、第１の実施形態、及び、第２の実施形態の共通する部分を主として説明する。また図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，図３に示す構造で形成されている。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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などの非磁性導電材料で形成される。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
前記絶縁層２２，２４はＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２等の絶縁材料で形成されている。前記絶縁層２２，２４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。
【００３６】
前記積層体１０上及び上側絶縁層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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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濃度を大きくする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。
【００４４】
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。
【００４５】
前記非磁性金属層１４は、Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗのうち少なくともいずれか１種の非磁性金属材料で形成される。前記非磁性金属材料が２種以上選ばれた場合、前記非磁性金属層１４は、例えば合金で形成され、あるいは、各非磁性金属材料から成る層の積層構造で形成される。
【００４６】
本実施形態では前記非磁性金属層１４はＴａで形成されることが好適である。
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。
【００４７】
前記非磁性金属層１４の平均膜厚は１Å以上４Å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４Å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り、アシンメトリー（asymmetry  再生波形の非対称性）のばらつきが大きくなる等、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４Å以下であることが好適である。
【００４８】
上記のように前記非磁性金属層１４の平均膜厚は非常に薄い。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。
【００４９】
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）で形成されている。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。
【００５０】
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Ｔ３である。本実施形態では、前記総合膜厚Ｔ３は２５Å以上に規定される。よって前記非磁性金属層１４は前記絶縁障壁層５から２５Å以上離れた位置に形成される。
【００５１】
これにより、前記非磁性金属層１４をフリー磁性層６内に形成し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できる。またこのとき、ＲＡ（素子抵抗値Ｒ×面積Ａ）は、前記従来構造とほぼ同じに設定でき、ＲＡの変動を小さく抑え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】
本実施形態では、前記非磁性金属層１４上の第２軟磁性層１５を、効果的に、膜面（Ｘ―Ｙ平面）と平行な方向に、代表的に｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向した面心立方構造（ｆｃｃ構造）で形成できる。
【００５４】
前記総合膜厚Ｔ３は８０Å以下であることが好適である。前記総合膜厚Ｔ３を８０Åより厚くしても抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の増大効果を期待できない。前記総合膜厚Ｔ３を２５Å以上８０Å以下に設定することで、安定して高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能である。
【００５５】
前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２は、１５Å以上７０Å以下であることが好ましい。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。なお前記平均膜厚Ｔ２は、６０Å以下であることがより好ましい。
【００５６】
また前記総合膜厚Ｔ３は３０Åより大きいことがさらに好ましい。このとき、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２は２０Åより大きいことがさらに好ましい。
【００５７】
前記総合膜厚Ｔ３中、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２が占める割合は５０％以上９０％以下であることが好ましい。あるいは前記総合膜厚Ｔ３中、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２が占める割合は、６０％以上８７．５％以下であることがより好ましい。または、前記総合膜厚Ｔ３中、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２が占める割合は、６７％以上８７．５％以下であることがさらに好ましい。
これにより、安定して高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来る。
【００５８】
また、前記エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１は１０Å以上３０Å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）を得ることが出来る。
前記第２軟磁性層１５の平均膜厚Ｔ４は２０Å以上５０Å以下であることが好ましい。
【００５９】
また、前記フリー磁性層６内に形成される全ての軟磁性層１３，１５の各平均膜厚を足した総合膜厚は３５Å以上で８０Å以下であることが好ましい。
【００６０】
上記に示す実施形態では、前記絶縁障壁層５を、Ｔｉ−Ｍｇ−Ｏ（酸化チタン・マグネシウム）で形成していたが、Ｔｉ−Ｏ（酸化チタン）で形成してもＲＡを従来と同等の範囲で、且つ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。
【００６１】
前記絶縁障壁層５をＴｉ−Ｏで形成した場合も、前記総合膜厚Ｔ３を２５Å以上に規定すると、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を従来に比べて安定して大きくできる。また絶縁障壁層５をＴｉ−Ｏで形成したときの前記総合膜厚Ｔ３の上限値やさらに好ましい範囲、第１軟磁性層１３の好ましい範囲等は、上記した前記絶縁障壁層５をＴｉ−Ｍｇ−Ｏで形成したときと同じであるので、そちらを参照されたい。
【００６２】
図３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及び保護層７の部分を拡大した第２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。
【００６３】
前記フリー磁性層６の構成は図２で説明したものと同じであるのでそちらを参照されたい。
【００６４】
図３に示す実施形態では、前記フリー磁性層６上に第１保護層７ａが形成され、さらに前記第１保護層７ａの上に第２保護層７ｂが形成されている。前記保護層７は前記第１保護層７ａと前記第２保護層７ｂとの積層構造である。
【００６５】
前記第１保護層７ａは、Ｒｕ，Ａｌ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ，Ｉｒ−ＭｎあるいはＣｒのうちいずれか１種又は２種以上から成る。２種以上を選択した場合は、合金とするか、あるいは各材料からなる層の積層構造で形成することが出来る。前記第１保護層７ａにＮｉ−Ｆｅ−Ｃｒを選択した場合、前記第１保護層７ａは、例えば、Ｎｉ４９ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％Ｃｒ３９ａｔ％で形成され、前記第１保護層７ａにＩｒ−Ｍｎを選択した場合、前記第１保護層７ａは、例えばＩｒ２６ａｔ％Ｍｎ７４ａｔ％で形成される。また前記第２保護層７ｂは、従来から保護層として用いられている、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、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。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。
【００６６】
図３の実施形態では、前記絶縁障壁層５はＴｉ−Ｍｇ−ＯやＴｉ−Ｏ以外であってもよい。例えば前記絶縁障壁層５は、Ａｌ−Ｏ（酸化アルミニウム）、あるいはＭｇ−Ｏ（酸化マグネシウム）であってもよい。
【００６７】
また図３の実施形態では、図２で説明した前記エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１、第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２、及び総合膜厚Ｔ３の具体的数値は好ましい数値範囲であるが、前記数値範囲に限定されなくてもよい。ただし図３に示す実施形態でも図２に示す実施形態と同様に、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（具体的には１Å以上４Å以下）で形成される。
【００６８】
図３に示す実施形態では、前記第１保護層７ａが、Ｒｕ，Ａｌ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ，Ｉｒ−ＭｎあるいはＣｒで形成され、また非磁性金属層１４が第１軟磁性層１３と第２軟磁性層１５間に介在する構成とすることで、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能である。またＲＡは前記非磁性金属層１４が介在しない従来構造とほぼ同じにできＲＡの変動を小さく出来る。後述の実験では、前記第１保護層７ａを、Ｒｕ，Ａｌ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ，Ｉｒ−ＭｎあるいはＣｒで形成した場合のいずれにおいても、優劣無く、同程度の高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が得られた。
【００６９】
このように本実施形態では、第１保護層７ａの材質に依存することなく、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来、前記第１保護層７ａに用いられる材質の選択の自由度を向上できる。
【００７０】
図３に示す実施形態において、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が理由として挙げられる。そのほか、保護層７を構成する元素の前記第１軟磁性層１３やエンハンス層１２への拡散が前記非磁性金属層１４により緩和されたこと等が理由として挙げられる。
【００７１】
図２に示す実施形態では、前記保護層７は、上記した第２保護層７ｂの単層構造、例えば前記保護層７はＴａの単層構造で形成されてもよい。ただし図２の実施形態においても、前記保護層７を図３と同様に第１保護層７ａのみの構造、あるいは第１保護層７ａと第２保護層７ｂの積層構造で形成することが、安定して高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得る上で好適である。
【００７２】
図１ないし図３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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
かかる場合、図５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５の場合、上側のエンハンス層２７の平均膜厚と第１軟磁性層２５の平均膜厚とを足した総合膜厚Ｔ６も、下側のエンハンス層１２の平均膜厚と第１軟磁性層１３の平均膜厚とを足した総合膜厚Ｔ３と同様に２５Å以上８０Å以下で規定されることが好ましい。
【００７６】
図２ないし図５に示す実施形態では、いずれもフリー磁性層６の内部に挿入される非磁性金属層１４は一層であったが、二層以上であってもよい。前記非磁性金属層１４が二層以上である場合、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。なお、前記非磁性金属層１４は、多くても８層程度とする。
【００７７】
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６ないし図９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７ないし図９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、実際には前記フリー磁性層を図２，図３に示す構造で形成する。
【００７８】
図６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を連続成膜する。
【００７９】
次に、図２に示すトンネル型磁気抵抗効果素子を形成する場合、図６に示すように、第２固定磁性層４ｃ上にＴｉ−Ｍｇ−Ｏ、あるいは、Ｔｉ―Ｏから成る絶縁障壁層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から成る絶縁障壁層５は、Ｔｉ層を前記第２固定磁性層４ｃ上にスパッタ成膜し、前記Ｔｉ層を酸化処理することで得られる。
【００８０】
次に、図７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を成膜する。
【００８１】
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合金で形成して、前記非磁性金属層１４をＴａで形成することが好ましい。
【００８２】
また図２で説明したように、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Ｔ３が２５Å以上となるように、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４Å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。
【００８３】
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８を参照）。
【００８４】
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９を参照）。
【００８５】
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及び前記上側絶縁層２４上に上部シールド層２６を形成する。
【００８６】
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。
【００８７】
本実施形態では、図３で説明したように、保護層７を第１保護層７ａと第２保護層７ｂの積層構造で形成してもよい。このとき、前記絶縁障壁層５はＴｉ−Ｍｇ−ＯやＴｉ−Ｏ以外の材質であってもよい。また図３の実施形態において、エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１、第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２及び前記エンハンス層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Ｔ３（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の表示はいずれも図２を参照）は、図２で説明した数値範囲であることが好ましいが、前記数値範囲に限定されなくてもよい。
【００８８】
図４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５で説明したデュアル型の構造は、図６ないし図９で説明した製造方法に準じて製造される。
【００８９】
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。
【実施例１】
【００９０】
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。
【００９１】
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％（Ｘ）／非磁性金属層１４；Ｔａ（３）／第２軟磁性層１５；Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（２０）]／第１保護層７ａ；Ｒｕ（１０）／第２保護層７ｂ；Ｔａ（１８０）の順に積層した。
【００９２】
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。
【００９３】
上記の括弧内の数値は平均膜厚を示し単位はÅである。
前記積層体を形成した後、２７０℃で３時間４０分間、アニール処理を行った。
【００９４】
また、上記積層体中、前記エンハンス層１２が形成されていない積層体を備えたトンネル型磁気検出素子も製造した。
【００９５】
実験では、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚を変化させ、そのときの抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を測定した。図１０は、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚（Ｘ）と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフである。
【００９６】
図１０に示すように、エンハンス層１２を設けていない形態では、第１軟磁性層１３の平均膜厚を大きくしても、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は、なだらかに増大していくだけであり、前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の値自体は、さほど大きくはならなかった。
【００９７】
一方、図１０に示すように、エンハンス層１２を設けた形態では、第１軟磁性層１３の平均膜厚を１５Å程度まで大きくしていくと、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が急激に上昇することがわかった。そして、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚を１５Å以上にすると抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は安定して高い値を維持することがわかった。
【００９８】
上記の積層体１０の前記エンハンス層１２の平均膜厚は１０Åであるので、前記絶縁障壁層５をＴｉ−Ｍｇ−Ｏで形成したトンネル型磁気検出素子において、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Ｔ３を２５Å以上にすると、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来ることがわかった。前記総合膜厚Ｔ３は絶縁障壁層５と非磁性金属層１４間の距離であるから、前記非磁性金属層１４を前記絶縁障壁層５から２５Å以上離れた位置に配置することで高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が得られることがわかった。
【００９９】
また図１０に示すように、前記エンハンス層１２を設けた形態では、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚を７０Åまで厚くしても安定して高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が得られることがわかった。すなわち、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Ｔ３を８０Å以下に設定することで、安定して高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が得られることがわかった。
【０１００】
また図１０の実験結果から、前記絶縁障壁層をＴｉ−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軟磁性層１３の平均膜厚は１５Å以上７０Å以下であることが好ましいことがわかった。
【実施例２】
【０１０１】
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。
【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%（Ｙ）／第１軟磁性層１３；Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（２０）／非磁性金属層１４；Ｔａ（３）／第２軟磁性層１５；Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（４０）]／第１保護層７ａ；Ｒｕ（１０）／第２保護層７ｂ；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】
実験では、前記エンハンス層１２の平均膜厚を変化させ、そのときの抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を測定した。図１１は、前記エンハンス層１２の平均膜厚（Ｙ）と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフである。
【０１０６】
図１１に示すように、前記エンハンス層１２の平均膜厚を１０Åまで厚くすると前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が急激に上昇し、前記エンハンス層１２の平均膜厚を１０Å以上にすると抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は安定して高い値を維持することがわかった。
【０１０７】
図１１の実験結果から、前記絶縁障壁層５をＴｉ−Ｍｇ−Ｏで形成したトンネル型磁気検出素子において、前記エンハンス層１２の平均膜厚（Ｙ）の好ましい範囲を１０Å以上３０Å以下にした。
【実施例３】
【０１０８】
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。
【０１０９】
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；Ｔａ（Ｚ）／第２軟磁性層１５；Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（４０）]／第１保護層７ａ；Ｒｕ（１０）／第２保護層７ｂ；Ｔａ（１８０）の順に積層した。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
実験では、前記非磁性金属層１４の平均膜厚を０Å（従来例）、１Å、２Å、３Å、４Åと変化させ、そのときの抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）及びＲＡを測定した。図１２は、前記非磁性金属層１４の平均膜厚（Ｚ）が異なる各トンネル型磁気抵抗効果素子のＲＡと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフである。なお実験では、非磁性金属層１４の平均膜厚が同じトンネル型磁気検出素子を複数形成し、各トンネル型磁気抵抗効果素子のＴｉ及びＭｇに対する酸化時間を変化させることにより、非磁性金属層１４の膜厚は同じでＲＡが異なる複数のトンネル型磁気検出素子を得た。
【０１１３】
図１２に示すように、非磁性金属層１４を挿入した実施例は、前記非磁性金属層１４を挿入しなかった従来例とほぼ同じＲＡを維持しつつ、従来例よりも高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来た。
【０１１４】
図１２に示す実験結果から前記絶縁障壁層５をＴｉ−Ｍｇ−Ｏで形成したトンネル型磁気検出素子において、前記非磁性金属層１４の平均膜厚（Ｚ）の好ましい範囲を１Å以上４Å以下に設定した。
【実施例４】
【０１１５】
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。
【０１１６】
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％（Ｘ）／非磁性金属層１４；Ｔａ（３）／第２軟磁性層１５；Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（２０）]／第１保護層７ａ；Ｒｕ（１０）／第２保護層７ｂ；Ｔａ（１８０）の順に積層した。
【０１１７】
実験では、絶縁障壁層５を、Ｔｉ（５．２）を第２固定磁性層４ｃ上にスパッタ成膜した後、Ｔｉを酸化処理して成るＴｉ−Ｏで形成した。
【０１１８】
上記の括弧内の数値は平均膜厚を示し単位はÅである。
前記積層体を形成した後、２７０℃で３時間４０分間、アニール処理を行った。
【０１１９】
また、上記積層体中、前記エンハンス層１２が形成されていない積層体を備えたトンネル型磁気検出素子も製造した。
【０１２０】
実験では、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚を変化させ、そのときの抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を測定した。図１３は、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚（Ｘ）と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフである。
【０１２１】
図１３に示すように、エンハンス層１２を設けていない形態では、第１軟磁性層１３の平均膜厚を大きくしても、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は、なだらかに増大していくだけであり、前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の値自体は、さほど大きくはならなかった。
【０１２２】
一方、図１３に示すように、エンハンス層１２を設けた形態では、第１軟磁性層１３の平均膜厚を１５Å程度まで大きくしていくと、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が急激に上昇することがわかった。そして、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚を１５Å以上にすると抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は安定して高い値を維持することがわかった。
【０１２３】
上記の積層体１０の前記エンハンス層１２の平均膜厚は１０Åであるので、前記絶縁障壁層５をＴｉ−Ｏで形成したトンネル型磁気検出素子において、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Ｔ３を２５Å以上にすると、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来ることがわかった。前記総合膜厚Ｔ３は絶縁障壁層５と非磁性金属層１４間の距離であるから、前記非磁性金属層１４を前記絶縁障壁層５から２５Å以上離れた位置に配置することで高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が得られることがわかった。
【０１２４】
また図１０に示すように、前記エンハンス層１２を設けた形態では、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚を７０Åまで厚くしても安定して高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が得られることがわかった。すなわち、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Ｔ３を８０Å以下に設定することで、安定して高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が得られることがわかった。
【０１２５】
また図１３の実験結果から、前記絶縁障壁層５をＴｉ−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軟磁性層１３の平均膜厚は１５Å以上７０Å以下であることが好ましいことがわかった。
【実施例５】
【０１２６】
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。
【０１２７】
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%（Ｙ）／第１軟磁性層１３；Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（２０）／非磁性金属層１４；Ｔａ（３）／第２軟磁性層１５；Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（４０）]／第１保護層７ａ；Ｒｕ（１０）／第２保護層７ｂ；Ｔａ（１８０）の順に積層した。
【０１２８】
実験では、絶縁障壁層５を、Ｔｉ（５．２）を第２固定磁性層４ｃ上にスパッタ成膜した後、Ｔｉを酸化処理して成るＴｉ−Ｏで形成した。
【０１２９】
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。
【０１３０】
実験では、前記エンハンス層１２の平均膜厚を変化させ、そのときの抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を測定した。図１４は、前記エンハンス層１２の平均膜厚（Ｙ）と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフである。
【０１３１】
図１４に示すように、前記エンハンス層１２の平均膜厚を１０Åまで厚くすると前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が急激に上昇し、前記エンハンス層１２の平均膜厚を１０Å以上にすると抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は安定して高い値を維持することがわかった。
【０１３２】
図１４の実験結果から、前記絶縁障壁層５をＴｉ−Ｏで形成したトンネル型磁気検出素子において、前記エンハンス層１２の平均膜厚（Ｙ）の好ましい範囲を１０Å以上３０Å以下にした。
【実施例６】
【０１３３】
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。
【０１３４】
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；Ｔａ（Ｚ）／第２軟磁性層１５；Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（４０）]／第１保護層７ａ；Ｒｕ（１０）／第２保護層７ｂ；Ｔａ（１８０）の順に積層した。
【０１３５】
実験では、絶縁障壁層５を、第２固定磁性層４ｃ上にＴｉ（４．６）をスパッタ成膜した後、Ｔｉを酸化処理して成るＴｉ−Ｏで形成した。
【０１３６】
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。
【０１３７】
実験では、前記非磁性金属層１４の平均膜厚を０Å（従来例）、１Å、２Å、３Å、４Å、５Åと変化させ、そのときの抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）及びＲＡを測定した。図１５は、前記非磁性金属層１４の平均膜厚（Ｚ）が異なる各トンネル型磁気抵抗効果素子のＲＡと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフである。なお実験では、非磁性金属層１４の平均膜厚が異なる各トンネル型磁気抵抗効果素子のＴｉに対する酸化時間を同じにしている。
【０１３８】
図１５に示すように、非磁性金属層１４を挿入した実施例は、前記非磁性金属層１４を挿入しなかった従来例よりも高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来た。またＲＡについては、従来例よりも小さくなる傾向にあることがわかったが、ＲＡ差は実施例と従来例とでさほど大きくないため、例えばＴｉに対する酸化時間を調整することで、実施例におけるＲＡを、従来例におけるＲＡとほぼ同じに調整することも可能である。
【０１３９】
図１５に示すように非磁性金属層１４の平均膜厚（Ｚ）を５Åとすると、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高くできて好ましいが、かかる場合、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、アシンメトリーのばらつきが大きくなる等、再生特性が不安定化する。
【０１４０】
したがって、図１５に示す実験結果から、前記絶縁障壁層５をＴｉ−Ｏで形成したトンネル型磁気検出素子において、前記非磁性金属層１４の平均膜厚（Ｚ）の好ましい範囲を１Å以上４Å以下に設定した。
【実施例７】
【０１４１】
図３のようにフリー磁性層６上に第１保護層７ａと第２保護層７ｂとが積層され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；Ｔａ（３）／第２軟磁性層１５；Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（４０）]／第１保護層７ａ（１０）／第２保護層７ｂ；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】
実験では、第１保護層７ａを、Ａｌ，Ｎｉ４９ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％Ｃｒ３９ａｔ％，Ｉｒ２６ａｔ％Ｍｎ７４ａｔ％，Ｃｒのいずれかで形成し、前記第１保護層７ａの材質が異なる各トンネル型磁気抵抗効果素子のＲＡと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を調べた。その実験結果を図１６に示す。
【０１４６】
［比較例１］
上記実施例３の積層体から非磁性金属層１４を除いた積層体であって、第１保護層７ａを、Ａｌ，Ｎｉ４９ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％Ｃｒ３９ａｔ％，Ｉｒ２６ａｔ％Ｍｎ７４ａｔ％，Ｃｒのいずれかで形成し、前記第１保護層７ａの材質が異なる各トンネル型磁気抵抗効果素子のＲＡと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を調べた。その実験結果を図１７に示す。
【０１４７】
図１６と図１７とを対比すると、ＲＡはほとんど変わらないのに、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が非磁性金属層１４を挿入した実施例では比較例よりも高くなることがわかった。また図１６に示すように、前記第１保護層７ａの材質が異なるどのトンネル型磁気検出素子においても、ほぼ同じ抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができた。
【０１４８】
このように、フリー磁性層６内に非磁性金属層１４を挿入した形態では、保護層として用いる材質の選択を広げることが出来ることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【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方向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構造を示す図１と同じ方向から切断した部分拡大断面図、
【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と同じ方向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と同じ方向から切断した部分拡大断面図、
【図５】第４実施形態のトンネル型磁気検出素子の構造を示す図１と同じ方向から切断した部分拡大断面図、
【図６】図１と同じ方向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】図８の次に行われる一工程図（断面図）、
【図１０】絶縁障壁層をＴｉ−Ｍｇ−Ｏで形成し、フリー磁性層を構成する第１軟磁性層と第２軟磁性層間にＴａの非磁性金属層を挿入するとともに、エンハンス層を形成した形態とエンハンス層を形成しない形態の夫々のトンネル型磁気検出素子において、フリー磁性層を構成する第１軟磁性層の平均膜厚（Ｘ）と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、
【図１１】絶縁障壁層をＴｉ−Ｍｇ−Ｏで形成し、フリー磁性層を構成する第１軟磁性層と第２軟磁性層間にＴａの非磁性金属層を挿入したトンネル型磁気検出素子において、エンハンス層の平均膜厚（Ｙ）と、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、
【図１２】絶縁障壁層をＴｉ−Ｍｇ−Ｏで形成したトンネル型磁気検出素子において、フリー磁性層を構成する第１軟磁性層と第２軟磁性層間に０Å，１Å，２Å，３Å，４ÅのＴａの非磁性金属層を挿入した各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１３】絶縁障壁層をＴｉ−Ｏで形成し、フリー磁性層を構成する第１軟磁性層と第２軟磁性層間にＴａの非磁性金属層を挿入するとともに、エンハンス層を形成した形態とエンハンス層を形成しない形態の夫々のトンネル型磁気検出素子において、フリー磁性層を構成する第１軟磁性層の平均膜厚（Ｘ）と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、
【図１４】絶縁障壁層をＴｉ−Ｏで形成し、フリー磁性層を構成する第１軟磁性層と第２軟磁性層間にＴａの非磁性金属層を挿入したトンネル型磁気検出素子において、エンハンス層の平均膜厚（Ｙ）と、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、
【図１５】絶縁障壁層をＴｉ−Ｏで形成したトンネル型磁気検出素子において、フリー磁性層を構成する第１軟磁性層と第２軟磁性層間に０Å，１Å，２Å，３Å，４Å，５ÅのＴａの非磁性金属層を挿入した各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１６】第１保護層をＡｌ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ，Ｉｒ−Ｍｎ，あるいはＣｒのいずれかで形成し、且つフリー磁性層を構成する第１軟磁性層と第２軟磁性層間にＴａの非磁性金属層を挿入した各トンネル型磁気検出素子（実施例）のＲＡと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、
【図１７】第１保護層をＡｌ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ，Ｉｒ−Ｍｎ，あるいはＣｒのいずれかで形成し、且つフリー磁性層を構成する第１軟磁性層と第２軟磁性層間にＴａの非磁性金属層を挿入しない各トンネル型磁気検出素子（比較例）のＲＡと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、
【符号の説明】
【０１５０】
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  保護層
７ａ  第１保護層
７ｂ  第２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、２４  絶縁層
２３  ハードバイアス層
【図１】
2008182173.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】
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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】
2008182173.tif 000017
【図１６】
2008182173.tif 000018
【図１７】
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