(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−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。前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２は、５Å以上で６０Å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
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【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、Ｍｇ−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は、５Å以上６０Å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】
前記第１軟磁性層の平均膜厚は１０Åよりも大きい請求項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２０Åよりも小さい請求項１又は２に記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項４】
前記エンハンス層の平均膜厚は２Å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】
前記エンハンス層の平均膜厚は１０Å以上である請求項４記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項６】
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】
前記非磁性金属層は、Ｔａである請求項６記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項８】
前記非磁性金属層の平均膜厚は、１Å以上４Å以下である請求項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８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、Ｍｇ−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は、５Å以上６０Å以下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Ｍｇ―Ｏで形成されたトンネル型磁気抵抗効果素子において、フリー磁性層にエンハンス層を設けたこと、前記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、第１軟磁性層の平均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）を効果的に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】
また本発明では、前記第１軟磁性層の平均膜厚は１０Åよりも大きいことが好ましい。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】
また本発明では、前記第１軟磁性層の平均膜厚は２０Åよりも小さいことが好ましい。これにより、フリー磁性層にエンハンス層及び軟磁性層は設けられているが、非磁性金属層は設けられていない従来構造に対して、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の増加幅を大きく出来る。
【００１４】
また本発明では、前記エンハンス層の平均膜厚は２Å以上３０Å以下であることが好ましい。これにより効果的に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大できる。
【００１５】
また本発明では、前記エンハンス層の平均膜厚は１０Å以上であることが、さらに効果的に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大でき好適である。
【００１６】
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。また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。
【００１７】
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る等、再生特性の安定性を向上させることが可能である。
【００１８】
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】
【００１９】
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】
【００２０】
図１は、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は、図１に示すトンネル型磁気抵抗効果素子の主にフリー磁性層の部分を拡大した部分拡大断面図、である。なお図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に示す積層構造で形成されている。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、あるいはＲｕ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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
前記固定磁性層４上には、Ｍｇ−Ｏ（酸化マグネシウム）から成る絶縁障壁層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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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２５ａｔ％〜１００ａｔ％の範囲内であることが好適である。
【００４１】
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軟磁性層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１０ａｔ％〜２０ａｔ％の範囲内であることが好適である。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。また前記非磁性金属層１４の平均膜厚を１Å以上４Å以下の範囲内に設定することで、ＲＡ（素子抵抗値Ｒ×面積Ａ）は、前記非磁性金属層１４を形成しない従来構造でのＲＡとほぼ同じか、あるいは若干低下する。
【００４５】
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。
【００４６】
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、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２は、５Å以上６０Å以下に規定される。
【００４７】
本実施形態では、上記したように前記絶縁障壁層５はＭｇ−Ｏで形成される。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。
【００４８】
そして、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において、前記フリー磁性層６の絶縁障壁層５と接する側にエンハンス層１２を設け、また前記フリー磁性層６を構成する軟磁性層１３，１５間に例えばＴａからなる非磁性金属層１４を挿入し、且つ、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を５Å以上６０Å以下に設定することで、従来に比べて、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を効果的に増大させることができる。またこのとき、ＲＡは、従来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。
【００４９】
前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が増大したのは、第１に、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考えられる。第２に、絶縁障壁層５の界面に印加される応力や格子歪みが変化して絶縁障壁層５の界面でのスピン分極率が向上したことが理由として考えられる。
【００５０】
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。
【００５１】
また、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、エンハンス層１２が、膜面（Ｘ−Ｙ平面）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（ｂｃｃ構造）で形成されることが、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させる上で重要である。
【００５２】
一方、前記エンハンス層１２上に形成される軟磁性層（Ｎｉ−Ｆｅ合金層）は、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）で形成されることが好ましい。このとき、前記エンハンス層１２の結晶構造は、その上面に位置する軟磁性層（Ｎｉ−Ｆｅ合金層）の結晶構造の影響を受けて結晶歪みが生じやすい。
【００５３】
本実施形態では、前記軟磁性層１３，１５間に、非磁性金属層１４を介在させている。よって前記エンハンス層１２に接する第１軟磁性層１３の膜厚は、前記非磁性金属層１４を形成せずに、前記第１軟磁性層１３と第２軟磁性層１５とを一体化した場合よりも薄くなる。この結果、前記エンハンス層１２の結晶構造に対する軟磁性層（Ｎｉ−Ｆｅ合金層）の影響は弱くなる。これも抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が増大する一因であると考えられる。
【００５４】
本実施形態では、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２は１０Åよりも大きいことが好ましい。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。
【００５５】
また本実施形態では、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２は２０Åよりも小さいことが好ましい。これにより、図２に示すフリー磁性層６の構造から非磁性金属層１４を除去した従来構造の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）に対する本実施形態の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の増加幅を大きくでき、効果的に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大できる。
【００５６】
本実施形態では、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２は、１０Åより大きく２０Åより小さいことが、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大させる上で最も効果的である。
【００５７】
一方、前記エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１は２Å以上３０Å以下であることが、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を効果的に増大させる上で好適である。また前記エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１は１０Å以上３０Å以下であることがより好ましい。
【００５８】
前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２とエンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１とを足した総合膜厚Ｔ３は、１５Å以上７０Å以下であることが好ましい。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、３４％以上８５％以下であることが好ましい。
【００５９】
また本実施形態では、前記総合膜厚Ｔ３は２０Åより大きく７０Å以下であることが好ましい。このとき前記総合膜厚Ｔ３中、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２の占める割合は、５０％より大きく８５％以下であることが好ましい。
【００６０】
また、前記総合膜厚Ｔ３は１５Å以上で３０Åより小さいことが好ましい。このとき前記総合膜厚Ｔ３中、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２の占める割合は、３４％以上で６６％より小さいことが好ましい。
【００６１】
本実施形態では、前記総合膜厚Ｔ３は、２０Åより大きく３０Åより小さいことが最も好ましい。このとき、前記総合膜厚Ｔ３中、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２の占める割合は、５０％より大きく６６％より小さいことがより好ましい。
前記第２軟磁性層１５の平均膜厚Ｔ４は２０Å以上６０Å以下であることが好ましい。
【００６２】
図１及び図２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。
【００６３】
かかる場合、図３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上記で説明した通りである。
【００６４】
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。
【００６５】
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上記で説明した通りである。図４の場合、上側の第１軟磁性層２５の平均膜厚Ｔ６も、下側の第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２と同様に５Å以上６０Å以下で規定される。
【００６６】
図２ないし図４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。
【００６７】
ただし、前記非磁性金属層１４の層数が多くなると、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の十分な増大効果を期待できなくなり、またＲＡの変動が大きくなる等と考えられることから、前記非磁性金属層１４はフリー磁性層６内に一層だけ設けることが好適であると考えられる。
【００６８】
本実施形態では、絶縁障壁層５が、Ｍｇ−Ｏで形成され、図１のように下から固定磁性層４、絶縁障壁層５及びフリー磁性層６の順に積層される場合、効果的に高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得るために、前記第２固定磁性層４ｃはＣｏ−Ｆｅ−Ｂで形成されることが好適である。前記第２固定磁性層４ｃは、（Ｃｏ１００−αＦｅα）βＢ１００−βからなり、原子比率αは、２５〜１００、組成比βは７０〜９０ａｔ％で形成されることが好ましい。これにより、適切に、前記第２固定磁性層４ｃをアモルファス構造、あるいはアモルファス構造が支配的な状態で形成できる。その結果、前記第２固定磁性層４ｃ上に形成される絶縁障壁層５及びエンハンス層１２を、適切に、膜面（Ｘ−Ｙ平面）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（ｂｃｃ構造）で形成でき、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能である。
【００６９】
また保護層７は従来から一般的に使用されるＴａの単層構造で形成されてもよいが、前記保護層７は、例えば、下からＲｕ、Ｔａの順に積層された構造で形成されると、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。
【００７０】
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５ないし図８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６ないし図８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に示す積層構造で形成する。
【００７１】
図５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。
【００７２】
次に、図５に示すように、第２固定磁性層４ｃ上にＭｇ−Ｏ（酸化マグネシウム）から成る絶縁障壁層５を形成する。前記絶縁障壁層５は、例えば所定の組成比で形成されたＭｇ−Ｏのターゲットを用いて、Ｍｇ−Ｏを第２固定磁性層４ｃ上にスパッタ成膜して得られる。
【００７３】
次に、図６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。
【００７４】
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。
【００７５】
前記フリー磁性層６の形成時、図２で説明したように、エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１を２Å以上３０Å以下で形成し、さらに前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を５Å以上６０Å以下で形成し、好ましくは１０Åよりも大きく、あるいは２０Åよりも小さく形成する。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。
【００７６】
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７を参照）。
【００７７】
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８を参照）。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
図３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４で説明したデュアル型の構造は、図５ないし図８で説明した製造方法に準じて製造される。
【００８１】
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】
【００８２】
図２のように、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の順に積層したフリー磁性層を有する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。
【００８３】
積層体を、下から、下地層１；Ｔａ（３０）／Ｒｕ（４０）／反強磁性層３；Ｉｒ２６ａｔ％Ｍｎ７４ａｔ％（８０）／固定磁性層４［第１固定磁性層４ａ；Ｆｅ３０ａｔ％Ｃｏ７０ａｔ％（１４）／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（９．１）／第２固定磁性層４ｃ；｛Ｃｏ５０Ｆｅ５０｝８０ａｔ％Ｂ２０ａｔ％（１８）］／絶縁障壁層５；Ｍｇ５０ａｔ％Ｏ５０ａｔ％（１１）／フリー磁性層６[エンハンス層１２；Ｆｅ５０at%Ｃｏ５０at%（１０）／第１軟磁性層１３；Ｎｉ８６ａｔ％Ｆｅ１４ａｔ％（Ｘ）／非磁性金属層１４；Ｔａ（３）／第２軟磁性層１５；Ｎｉ８６ａｔ％Ｆｅ１４ａｔ％（６０−Ｘ）]／保護層７；［Ｒｕ（２０）／Ｔａ（１８０）］の順に積層した。
【００８４】
実験では、絶縁障壁層５を、Ｍｇ−Ｏのターゲットを用いてスパッタ成膜した。上記の積層体における各層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。
【００８５】
（比較例１）
上記の実施例１の積層体から、エンハンス層１２を除いたトンネル型磁気検出素子を製造した。
【００８６】
（従来例１）
上記の実施例１の積層体から、非磁性金属層１４を除いたトンネル型磁気検出素子を製造した。
【００８７】
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９は、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２（横軸の上段）と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフである。また横軸には、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２と合わせて、括弧書きで、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２とエンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１とを足した総合膜厚Ｔ３（図２参照）も掲載した。
【００８８】
図９に示すように、比較例１及び従来例１の形態では、第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を厚くしていくほど、徐々に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が増大するとわかった。また比較例１と従来例１とを対比すると、フリー磁性層６内に非磁性金属層１４を挿入していないが、エンハンス層１２を設けた従来例１のほうが、フリー磁性層６内に非磁性金属層１４を挿入しているが、エンハンス層１２を設けていない比較例１よりも抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が大きくなることがわかった。このことから抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を効果的に増大させるにはフリー磁性層６の絶縁障壁層と接する側にエンハンス層１２を設けることが必須であることがわかった。
【００８９】
図９に示すように、フリー磁性層６内に非磁性金属層１４を挿入し、且つ、エンハンス層１２を設けた形態では、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を１５Å程度まで大きくすると急激に増大することがわかった。そして、前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を１５Åより大きくすると徐々に低下することがわかった。
【００９０】
図９に示すように、フリー磁性層６内に非磁性金属層１４を挿入し、且つ、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Ｔ２を５Å以上６０Å以下に設定すると、効果的に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大できることがわかった。また図９に示すように、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を１０Å以下にすると、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の変動が非常に大きく、わずかな第１軟磁性層１３の膜厚変動で急激に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が変化してしまうので、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を、１０Åよりも大きいことが好ましいとした。
【００９１】
また、図９に示すように、フリー磁性層６内に非磁性金属層１４を挿入し、且つ、エンハンス層１２を設けた形態では、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を２０Å以上にすると、徐々に従来例１の抵抗変化率（Ｒ／Ｒ）に近づくことがわかった。よって、従来例１に対する抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の増加幅を大きくするには、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を２０Åより小さくすることが好ましいとわかった。
【００９２】
以上により、フリー磁性層６内に非磁性金属層１４を挿入し、且つ、エンハンス層１２を設けた形態では、本実施例として、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を、５Å以上６０Å以下に設定した。また、第１軟磁性層１３の平均膜厚（Ｘ）とエンハンス層１２の平均膜厚を足した総合膜厚Ｔ３を１５Å以上７０Å以下と設定した。また、本実施例として、前記前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２の好ましい範囲を、１０Åより大きく６０Å以下、あるいは、５Å以上で２０Åより小さい範囲とした。また前記総合膜厚Ｔ３の好ましい範囲を２０Åより大きく７０Å以下、あるいは１５Å以上で３０より小さい範囲とした。また本実施例として、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２の最も好ましい範囲を、１０Åより大きく２０Åより小さい範囲とした。また前記総合膜厚Ｔ３の最も好ましい範囲を２０Åより大きく３０Åより小さい範囲とした。
【００９３】
なお前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２の上限値を６０Åとした場合、実験で使用した上記の積層体の構成では、第２軟磁性層１５の平均膜厚Ｔ４が０Åとなってしまう。しかしながら、次の実験によれば、第２軟磁性層１５が形成されている構成で、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を６０Åとしても、安定して高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができたので、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２の上限値に６０Åを含むこととした。
【実施例２】
【００９４】
図２のように、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の順に積層したフリー磁性層を有する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。
【００９５】
積層体を、下から、下地層１；Ｔａ（３０）／Ｒｕ（４０）／反強磁性層３；Ｉｒ２６ａｔ％Ｍｎ７４ａｔ％（８０）／固定磁性層４［第１固定磁性層４ａ；Ｆｅ３０ａｔ％Ｃｏ７０ａｔ％（１４）／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（９．１）／第２固定磁性層４ｃ；｛Ｃｏ５０Ｆｅ５０｝８０ａｔ％Ｂ２０ａｔ％（１８）］／絶縁障壁層５；Ｍｇ５０ａｔ％Ｏ５０ａｔ％（１１）／フリー磁性層６[エンハンス層１２；Ｆｅ５０at%Ｃｏ５０at%（１０）／第１軟磁性層１３；Ｎｉ８６ａｔ％Ｆｅ１４ａｔ％（Ｘ）／非磁性金属層１４；Ｔａ（３）／第２軟磁性層１５；Ｎｉ８６ａｔ％Ｆｅ１４ａｔ％（２０）]／保護層７；［Ｒｕ（２０）／Ｔａ（１８０）］の順に積層した。
【００９６】
実験では、絶縁障壁層５を、Ｍｇ−Ｏのターゲットを用いてスパッタ成膜した。上記の積層体における各層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。
【００９７】
実験では、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２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Ｔ２（横軸の上段）と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフである。また横軸には、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２と合わせて、括弧書きで、前記第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２とエンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１とを足した総合膜厚Ｔ３（図２参照）も掲載した。
【００９８】
先の実験では第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２と第２軟磁性層１５の平均膜厚Ｔ４を足した総合膜厚を６０Åに固定していたが、この実験では、前記第２軟磁性層１５の平均膜厚Ｔ４を２０Åに固定して、第１軟磁性層１３の膜厚変化に対する抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を測定した。
【００９９】
図１０に示すように、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）における第１軟磁性層の膜厚依存性は、図９とほぼ同じであった。
【０１００】
以上により第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を、５Å以上６０Å以下に設定すると、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができることがわかった。また第１軟磁性層１３の平均膜厚Ｔ２を、１０Åより大きく６０Å以下、あるいは、５Å以上で２０Åより小さい範囲とすることが好ましく、１０Åより大きく２０Åより小さい範囲とすることが最も好ましいことがわかった。
【実施例３】
【０１０１】
図２のように、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の順に積層したフリー磁性層を有する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）／Ｒｕ（４０）／反強磁性層３；Ｉｒ２６ａｔ％Ｍｎ７４ａｔ％（８０）／固定磁性層４［第１固定磁性層４ａ；Ｆｅ３０ａｔ％Ｃｏ７０ａｔ％（１４）／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（９．１）／第２固定磁性層４ｃ；｛Ｃｏ５０Ｆｅ５０｝８０ａｔ％Ｂ２０ａｔ％（１８）］／絶縁障壁層５；Ｍｇ５０ａｔ％Ｏ５０ａｔ％（１１）／フリー磁性層６[エンハンス層１２；Ｆｅ５０at%Ｃｏ５０at%（Ｙ）／第１軟磁性層１３；Ｎｉ８６ａｔ％Ｆｅ１４ａｔ％（２０）／非磁性金属層１４；Ｔａ（３）／第２軟磁性層１５；Ｎｉ８６ａｔ％Ｆｅ１４ａｔ％（４０）]／保護層７；［Ｒｕ（２０）／Ｔａ（１８０）］の順に積層した。
【０１０３】
実験では、絶縁障壁層５を、Ｍｇ−Ｏのターゲットを用いてスパッタ成膜した。上記の積層体における各層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。
【０１０４】
実験では、エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１を変化させて、そのときの抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を測定した。
【０１０５】
（従来例２）
上記の実施例３の積層体から、非磁性金属層１４を除いたトンネル型磁気検出素子を製造した。そして、エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１を変化させて、そのときの抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を測定した。
【０１０６】
図１１は、エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフである。
【０１０７】
図１１に示すように、フリー磁性層６内に非磁性金属層１４を挿入すると、前記非磁性金属層１４を挿入しない従来例２に対して、エンハンス層の平均膜厚Ｔ１を大きくしたときに抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）がより増大することがわかった。
【０１０８】
図１１に示すように、フリー磁性層６内に非磁性金属層１４を挿入した構成では、前記エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１を２Å以上にすると、従来例２に比べて、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。よって、図１１の実験結果から、本実施例として、前記エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１を２Å以上３０Å以下に設定した。
【０１０９】
また前記エンハンス層１２の平均膜厚Ｔ１の好ましい範囲を、１０Å以上３０Å以下に設定した。
【実施例４】
【０１１０】
図２のように、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の順に積層したフリー磁性層を有する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。
【０１１１】
積層体を、下から、下地層１；Ｔａ（３０）／Ｒｕ（４０）／反強磁性層３；Ｉｒ２６ａｔ％Ｍｎ７４ａｔ％（８０）／固定磁性層４［第１固定磁性層４ａ；Ｆｅ３０ａｔ％Ｃｏ７０ａｔ％（１４）／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（９．１）／第２固定磁性層４ｃ；｛Ｃｏ５０Ｆｅ５０｝８０ａｔ％Ｂ２０ａｔ％（１８）］／絶縁障壁層５；Ｍｇ５０ａｔ％Ｏ５０ａｔ％（１１）／フリー磁性層６[エンハンス層１２；Ｆｅ５０at%Ｃｏ５０at%（１０）／第１軟磁性層１３；Ｎｉ８６ａｔ％Ｆｅ１４ａｔ％（２０）／非磁性金属層１４；Ｔａ（Ｚ）／第２軟磁性層１５；Ｎｉ８６ａｔ％Ｆｅ１４ａｔ％（４０）]／保護層７；［Ｒｕ（２０）／Ｔａ（１８０）］の順に積層した。
【０１１２】
実験では、絶縁障壁層５を、Ｍｇ−Ｏのターゲットを用いてスパッタ成膜した。上記の積層体における各層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。
【０１１３】
実験では、前記非磁性金属層１４の平均膜厚を１Å，２Å，３Å及び４Åに変化させた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。
【０１１４】
（従来例３）
上記の実施例４の積層体から、非磁性金属層１４を除いたトンネル型磁気検出素子を製造した。また従来例３では、絶縁障壁層５を形成する際の膜厚を変化させた４種類のトンネル型磁気検出素子を製造した。そして、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。
【０１１５】
図１２は、実施例４と従来例３の各トンネル型磁気抵抗効果素子におけるＲＡと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフである。
【０１１６】
図１２に示すように、実施例４のトンネル型磁気検出素子におけるＲＡは、従来例３のトンネル型磁気検出素子におけるＲＡの範囲内にあることがわかった。そして、実施例４のトンネル型磁気検出素子の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は、従来例３のトンネル型磁気検出素子の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）よりも高くなることがわかった。
【０１１７】
図１３は、実施例４のトンネル型磁気検出素子における非磁性金属層１４の平均膜厚と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフである。図１４は、実施例４のトンネル型磁気検出素子における非磁性金属層１４の平均膜厚とＲＡとの関係を示すグラフである。
【０１１８】
図１３に示すように非磁性金属層１４の平均膜厚を大きくしていくと、徐々に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が増大することがわかった。一方、ＲＡは、前記非磁性金属層１４の平均膜厚を大きくしていくと、横ばいか、あるいはやや低下することがわかった。
【０１１９】
図１２ないし図１４に示す実験結果から、前記非磁性金属層１４の平均膜厚の好ましい範囲を１Å以上４Å以下に設定した。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【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】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６】図５の次に行われる一工程図（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】フリー磁性層内に非磁性金属層を挿入するとともにエンハンス層を設けた形態、フリー磁性層内に非磁性金属層を挿入しないがエンハンス層を設けた形態（従来例１）、及びフリー磁性層内に非磁性金属層を挿入するがエンハンス層を設けない形態（比較例１）の各トンネル型磁気抵抗効果素子における第１軟磁性層の平均膜厚Ｔ２と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、
【図１０】フリー磁性層内に非磁性金属層を挿入するとともにエンハンス層を設けた図９とは別の形態での第１軟磁性層の平均膜厚Ｔ２と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、
【図１１】フリー磁性層内に非磁性金属層を挿入するとともにエンハンス層を設けた形態、フリー磁性層内に非磁性金属層を挿入しないがエンハンス層を設けた形態（従来例２）の各トンネル型磁気抵抗効果素子におけるエンハンス層の平均膜厚Ｔ１と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、
【図１２】フリー磁性層内に１Å，２Å，３Å，４ÅのＴａの非磁性金属層を挿入するとともにエンハンス層を設けた実施例４、及び、フリー磁性層内に非磁性金属層を挿入しないがエンハンス層を設けた従来例３の夫々の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】実施例４におけるトンネル型磁気検出素子の非磁性金属層の平均膜厚と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、
【図１４】実施例４におけるトンネル型磁気検出素子の非磁性金属層の平均膜厚とＲＡとの関係を示すグラフ、
【符号の説明】
【０１２１】
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
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】
2008166530.tif 000003
【図２】
2008166530.tif 000004
【図３】
2008166530.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008166530.tif 000007
【図６】
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【図７】
2008166530.tif 000009
【図８】
2008166530.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2008166530.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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