JP2008041827A - トンネル型磁気検出素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
フリー磁性層の磁歪の増大が低く、かつ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】
トンネル型磁気検出素子を構成する積層体Ｔ１は、下から、固定磁性層４、絶縁障壁層５、及びフリー磁性層８の順に形成された部分を有する。前記フリー磁性層８の絶縁障壁層５側に形成されたエンハンス層６を、絶縁障壁層５側の第１エンハンス層６ａと軟磁性層７側の第２エンハンス層６ｂとし、第１エンハンス層６ａを形成するＣｏＦｅ合金のＦｅ含有量を、第２エンハンス層のＣｏＦｅ合金のＦｅ含有量より大きいものとする。これにより、フリー磁性層の磁歪の増大を抑え、抵抗変化率を高くすることができる。
【選択図】図１

Description

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を増加させることなく、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。

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。

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。

下記特許文献１に示すトンネル型磁気検出素子では、絶縁障壁層とフリー磁性多重層の界面に、界面膜を形成している。

下記特許文献２ないし５には、いずれもスピンバルブ型磁気抵抗効果素子が記載されている。

特許文献２に示す磁気抵抗効果素子では、スペーサに接する側のフリー層を（Ｃｏ_{（１００−ｘ）}Ｆｅ_（ｘ））_{（１００−ｙ）}Ｎｉ_ｙ（１５≦ｘ≦１００、０＜ｙ＜５０）、スペーサから遠いほうに配置されたフリー層をＮｉ_{（１００−ｘ）}Ｆｅ_（ｘ）（１５≦ｘ≦２５）とする積層膜で形成しており、特許文献３に示す磁気抵抗効果素子では、固定層およびフリー層の一部に薄膜挿入層を設けている。

特許文献４に示す磁気抵抗効果素子では、フリー磁性層と非磁性材料層の間に磁歪定数の異なるエンハンス層を２層設けている。

特許文献５に示す磁気抵抗効果素子では、ＣｏＦｅ薄膜において、Ｆｅ含有量が多くなると、磁歪が＋に増加し、Ｆｅ５０（ａｔ％）付近で最大となることが記載されている。
特開平１１−１６１９１９号公報 特開２００５−１９１３１２号公報 特開２００３−０６０２６３号公報 特開２００６−１２８４１０号公報 特開平１１−１２１８３２号公報

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。

図６は従来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である。従来のトンネル型磁気検出素子では、積層体Ｔ２を構成するフリー磁性層８のうち絶縁障壁層と接する層（エンハンス層６）をＣｏＦｅ合金で形成している。ＣｏＦｅ合金はフリー磁性層８の軟磁性層７を形成するＮｉＦｅ合金に比べてスピン分極率が高いので、ＮｉＦｅ合金で形成されるフリー磁性層８の絶縁障壁層側にスピン分極率の高いＣｏＦｅ合金からなるエンハンス層６を設けることで、ＮｉＦｅ合金からなる軟磁性層７のみでフリー磁性層８を形成した場合に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高くすることが可能である。

しかしながら、従来の構成では、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の値が不十分であり、フリー磁性層の磁歪を低く抑えつつ、さらに高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができなかった。

図７は、図６に示す従来のトンネル型磁気検出素子において、ＣｏＦｅ合金で形成されるエンハンス層のＦｅ含有量を０〜１００（ａｔ％）まで、０，３０，５０，７０，１００（ａｔ％）と変化させた場合の、エンハンス層のＦｅ含有量（ａｔ％）に対する、フリー磁性層８の磁歪λ（ｐｐｍ）の値を示すグラフである。実験での基本膜構成は、下から、下地層１；Ｔａ（８０）／シード層２；ＮｉＦｅＣｒ（５０）／反強磁性層３；ＩｒＭｎ（７０）／固定磁性層４［第１固定磁性層４ａ；Ｃｏ_７０at%Ｆｅ_３０at%（１４）／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（８．５）／第２固定磁性層４ｃ；Ｃｏ_９０at%Ｆｅ_１０at%（１８）］／絶縁障壁層５（１０）／フリー磁性層８[エンハンス層６（１０）／軟磁性層７（４０）]／保護層９；Ｔａ（２００）の順に積層した。なお括弧内の数値は平均膜厚を示し単位はÅである。

図７（ａ）は、図６に示す絶縁障壁層５が酸化チタン（Ｔｉ−Ｏ）の場合、図７（ｂ）は絶縁障壁層５が酸化アルミニウム（Ａｌ−Ｏ）の場合をそれぞれ示すものである。フリー磁性層８を構成する軟磁性層７はいずれの場合もＮｉＦｅで形成しているが、前記絶縁障壁層５がＴｉ−Ｏの場合、Ｎｉ：８６（ａｔ％）、Ｆｅ：１４（ａｔ％）であり、前記絶縁障壁層５がＡｌ−Ｏの場合、Ｎｉ：８３．５（ａｔ％）、Ｆｅ：１６．５（ａｔ％）で組成が異なる。また、絶縁障壁層５がＡｌ−Ｏの場合、第２固定磁性層４ｃはＣｏ_６０at%Ｆｅ_２０at%Ｂ_２０at%である。

図７（ａ）および（ｂ）に示されるように、トンネル型磁気検出素子においてＣｏＦｅ合金で形成されるエンハンス層のＦｅ含有量が多い（Ｆｅリッチな）ほど、フリー磁性層８の磁歪λが増加していることが分かる。

従来では、前記エンハンス層６のＦｅ量を１０〜３０（ａｔ％）程度の低濃度としていた。これは、図７（ａ）（ｂ）からも明らかなように、前記フリー磁性層８の磁歪λ（絶対値）を低く抑えることができるためである。

しかしながら、前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を効果的に向上させることができなかった。

一方、前記エンハンス層６のＦｅ含有量を大きくすれば、前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくできるが、図７（ａ）（ｂ）に示すように、前記フリー磁性層８の磁歪λも大きくなった。前記フリー磁性層８の磁歪λが大きくなると、再生ヘッドのノイズの原因となり、再生ヘッドの安定性が低下するという問題が生じるため、前記磁歪λ（絶対値）はできる限り低く抑えつつ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくしたい。

このように従来の構成では、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と、低い前記フリー磁性層の磁歪λ（絶対値）とを同時に得ることはできなかった。
上記のような課題はいずれの特許文献にも記載されていない。

特許文献１には、Ａｌ_２Ｏ_３からなる絶縁障壁層とその上に形成した検出強磁性多重層の界面に、ＣｏもしくはＣｏ_{（１００−ｘ）}Ｆｅ_（ｘ）（２０≦ｘ≦７０）の膜厚１０〜２０Åの薄い界面膜を形成したトンネル型磁気検出素子が記載されている。界面膜（エンハンス層）は１層で形成されており、界面膜以外の強磁性膜をＮｉＦｅなどの低磁気ひずみ材料で形成し、検出強磁性多重層全体の磁歪が０になるように調整することが記載されているが、抵抗変化率についての記載は全くなされておらず、磁歪を低下させることはできても、高い抵抗変化率が得られるかどうかは不明である。

特許文献２には、（Ｃｏ_{（１００−ｘ）}Ｆｅ_（ｘ））_{（１００−ｙ）}Ｎｉ_ｙ（１５≦ｘ≦１００、０＜ｙ＜５０）の組成を有する層（エンハンス層）をフリー磁性層（Ｎｉ_{（１００−ｘ）}Ｆｅ_（ｘ）（１５≦ｘ≦２５））とスペーサ層の間に設け、組成を調整することで磁歪を小さくすることができると記載されているが、具体的な組成および磁歪の値は記載されていない。また、フリー磁性層の材料を変えることで磁気抵抗変化量（ＭＲ）を高くできるが、実施例の記載によると、フリー磁性層のスペーサ層側に上記（Ｃｏ_{（１００−ｘ）}Ｆｅ_（ｘ））_{（１００−ｙ）}Ｎｉ_ｙ（１５≦ｘ≦１００、０＜ｙ＜５０）の組成を有するエンハンス層を有する積層構造（例えば試料１７，２０，２３）を比較すると、上記エンハンス層のＦｅ含有量が高くなると、磁気抵抗変化量が低下している。

特許文献３にも同様に、フリー磁性層の一部にＣｏ_５０Ｆｅ_５０、Ｃｏ_９０Ｆｅ_１０などの組成を有する薄膜挿入層を挿入すると磁気抵抗変化量が大きくなることが記載されているが、磁気抵抗変化量はＦｅ含有量が５０（ａｔ％）の時に最大値を示し、Ｆｅ含有量が高くなるほど減少している。また、磁歪についての記載はない。

特許文献４には、エンハンス層を２層とし、第２エンハンス層のＣｏ含有量を第１エンハンス層のＣｏ含有量より小さくして、第２エンハンス層の磁歪定数を第１エンハンス層の磁歪定数より小さくすることにより、フリー磁性層全体の磁歪定数の増加を抑え、磁気抵抗変化率を大きくすることが記載されている。

しかしながら、特許文献２ないし４はスピンバルブ型磁気抵抗効果素子であり、トンネル型磁気検出素子について、Ｃｏ−Ｆｅで形成されるエンハンス層のＦｅ含有量と磁気抵抗変化率および磁歪の関係についてなされたものではない。

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、従来に比べて、フリー磁性層の磁歪を低く且つ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高い値に設定できる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。

本発明おけるトンネル型磁気検出素子は、
下から、第１磁性層、絶縁障壁層、第２磁性層の順で積層され、前記第１磁性層及び前記第２磁性層のどちらか一方が、磁化方向が固定される固定磁性層で、他方が外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層であり、
前記フリー磁性層は、軟磁性層と、前記軟磁性層よりも膜厚が薄く、前記軟磁性層と前記絶縁障壁層との間に介在するエンハンス層とで構成され、
前記エンハンス層はコバルト鉄（ＣｏＦｅ）合金で形成され、前記エンハンス層のＦｅ含有量は、前記絶縁障壁層との界面側のほうが、前記軟磁性層との界面側に比べて大きいことを特徴とするものである。

本発明では、前記絶縁障壁層と接する側にＦｅ含有量が大きいエンハンス領域を形成して、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させるが、Ｆｅ含有量が大きいエンハンス領域を設けるだけであると、前記フリー磁性層の磁歪λが上昇してしまうので、前記磁歪λを抑制するべく前記Ｆｅ含有量が小さいエンハンス層領域を前記軟磁性層との界面側に設けている。これにより従来のトンネル型磁気検出素子に比べて、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高く、かつフリー磁性層の磁歪λの増加を抑えることができる。

本発明では、前記Ｆｅ組成比は、前記絶縁障壁層との界面から前記軟磁性層との界面に向けて徐々に小さくなっていることが好ましい。これにより前記エンハンス層内部での結晶のミスフィットを小さくでき、効果的に、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高く、且つフリー磁性層の磁歪λの増加を抑えることができる。

本発明では、前記エンハンス層は、少なくとも前記絶縁障壁層に接する第１エンハンス層と、前記軟磁性層に接する第２エンハンス層とを有する積層構造で形成され、前記第１エンハンス層のＦｅ含有量は、前記第２エンハンス層を含む他のエンハンス層のＦｅ含有量よりも大きいことが好ましい。

このように、本発明では、前記絶縁障壁層に接しない他のエンハンス層を、前記第１エンハンス層に比べてＦｅ含有量の少ない、磁歪λを下げる効果を有するＣｏＦｅ合金で形成することにより、フリー磁性層全体の磁歪λの増加を抑えている。

本発明では、前記絶縁障壁層は酸化チタン（Ｔｉ−Ｏ）で形成され、前記絶縁障壁層との界面側でのＦｅ含有量、あるいは、前記第１エンハンス層のＦｅ含有量は５０（ａｔ％）よりも大きく１００（ａｔ％）以下であることが好ましい。また、前記軟磁性層との界面側でのＦｅ含有量、あるいは、前記第２エンハンス層のＦｅ含有量は０（ａｔ％）以上で５０（ａｔ％）以下であることが好ましい。

本発明ではまた、前記絶縁障壁層は酸化アルミニウム（Ａｌ−Ｏ）で形成され、前記絶縁障壁層との界面側でＦｅ含有量、あるいは前記第１エンハンス層のＦｅ含有量は４０（ａｔ％）以上で１００（ａｔ％）以下であることが好ましい。また、前記軟磁性層との界面側でのＦｅ含有量、あるいは、前記第２エンハンス層のＦｅ含有量は０（ａｔ％）以上で４０（ａｔ％）より小さいことが好ましい。

本発明では、前記第１磁性層が固定磁性層で、前記第２磁性層がフリー磁性層であることが好ましい。すなわち、下から固定磁性層、絶縁障壁層、エンハンス層及び軟磁性層の順に積層されている。前記絶縁障壁層の下に前記エンハンス層を形成し、前記絶縁障壁層を形成する際に酸化処理工程を施すと、Ｆｅ含有量が大きい絶縁障壁層直下のエンハンス領域が酸化の影響を多大に受けて、前記エンハンス層のスピン分極率が低下する。よって、前記絶縁障壁層の上に前記エンハンス層を形成することが抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を効果的に向上させる上で、好ましい。
本発明では、前記エンハンス層の膜厚は６〜２０Åであることが好ましい。

また、本発明における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。

（ａ） 固定磁性層を形成し、前記固定磁性層上に金属層あるいは半導体層を形成する工程、
（ｂ） 前記金属層あるいは半導体層を酸化して、絶縁障壁層を形成する工程、
（ｃ） 前記絶縁障壁層上に、次工程で形成される軟磁性層よりも薄い膜厚でＣｏＦｅ合金からなるエンハンス層を形成し、このとき、前記エンハンス層を、少なくとも前記絶縁障壁層に接する第１エンハンス層と、前記軟磁性層に接する第２エンハンス層とを有する積層構造で形成するとともに、前記第１エンハンス層のＦｅ含有量を、前記第２エンハンス層を含む他のエンハンス層のＦｅ含有量に比べて大きくする工程、
（ｄ） 前記エンハンス層上に前記軟磁性層を形成して、前記エンハンス層と前記軟磁性層とでフリー磁性層を構成する工程。

上記により、従来のトンネル型磁気検出素子に比べて、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高く、かつフリー磁性層の磁歪λの増加を抑制できる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。特に、前記（ｂ）工程の酸化処理後に、前記絶縁障壁層上にＦｅ含有量が大きい第１エンハンス層を形成するので、前記第１エンハンス層が、酸化の影響を受けにくく、高いスピン分極率を保つことができ、よって効果的に、高い前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を有するトンネル型磁気検出素子を製造できる。

前記（ａ）工程において、エンハンス層の膜厚を６〜２０Åで形成することが好ましい。

また、本発明では、前記絶縁障壁層を酸化チタン（Ｔｉ−Ｏ）で形成したとき、前記第１エンハンス層のＦｅ含有量を５０（ａｔ％）よりも大きく１００（ａｔ％）以下とし、さらに前記第２エンハンス層のＦｅ含有量を０（ａｔ％）以上で５０（ａｔ％）以下とすることが好ましい。

また、本発明では、前記絶縁障壁層を酸化アルミニウム（Ａｌ−Ｏ）で形成したとき、前記第１エンハンス層のＦｅ含有量を４０（ａｔ％）以上で１００（ａｔ％）以下とし、さらに前記第２エンハンス層のＦｅ含有量を０（ａｔ％）以上で４０（ａｔ％）より小さくすることが好ましい。

本発明では、前記（ｄ）工程の後に、アニール処理を行うことが好ましい。このアニール処理により、積層されたエンハンス層のそれぞれの界面において、ＦｅやＣｏの相互拡散が起こり、前記絶縁障壁層との界面側から前記軟磁性層との界面側に向けてＦｅ含有量が徐々に小さくなるＦｅの濃度勾配を生じさせることができる。これにより、前記エンハンス層内部での結晶のミスフィットを小さくでき、効果的に、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が高く、且つフリー磁性層の磁歪λの増加を抑えることが可能なトンネル型磁気抵抗効果素子を製造できる。

本発明のトンネル型磁気検出素子は、従来に比べて、フリー磁性層の磁歪λを増加させることなく、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくできる。

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。

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。

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。

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。

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。

これら白金族元素を用いた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。

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。

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１２〜２４Å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。

前記第１固定磁性層４ａ及び第２固定磁性層４ｃ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。

前記固定磁性層４上に形成された絶縁障壁層５は、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。前記絶縁障壁層５はＴｉ−ＯあるいはＡｌ−Ｏからなるターゲットを用いて、スパッタ成膜してもよいが、ＴｉあるいはＡｌを１〜１０Åの膜厚で形成した後、酸化させてＴｉ−ＯあるいはＡｌ−Ｏとしたものであることが好ましい。この場合、酸化されるので膜厚が厚くなるが、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。

前記絶縁障壁層５上には、フリー磁性層８が形成されている。前記フリー磁性層８は、ＮｉＦｅ合金等の磁性材料で形成される軟磁性層７と、前記軟磁性層７と前記絶縁障壁層５との間にＣｏＦｅ合金からなるエンハンス層６とで構成される。前記軟磁性層７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６は、前記軟磁性層７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。スピン分極率の大きいＣｏＦｅ合金で前記エンハンス層６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。エンハンス層６は、あまり厚い膜厚で形成されると、軟磁性層７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７より薄い膜厚で形成される。前記軟磁性層７は例えば３０〜７０Å程度で形成され、前記エンハンス層６は１０Å程度で形成される。なお、前記エンハンス層６の全膜厚は６〜２０Åが好ましい。

軟磁性層７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。

図１に示すように、前記エンハンス層６は、前記絶縁障壁層５に接する第１エンハンス層６ａと、前記軟磁性層７に接する第２エンハンス層６ｂとで形成される。上記したように、前記エンハンス層６はＣｏＦｅ合金で形成され、第１エンハンス層６ａは第２エンハンス層６ｂよりＦｅ含有量が大きい。前記エンハンス層６については後で詳述する。

前記フリー磁性層８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８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８上にはＴａ等で形成された保護層９が形成されている。

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。

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。

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。

前記絶縁層２２，２４はＡｌ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２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。

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。

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。

前記フリー磁性層８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８の磁化は外部磁界により変動する。

前記フリー磁性層８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８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８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。

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８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。

本実施形態のトンネル型磁気検出素子は、図１に示すように、前記エンハンス層６が前記絶縁障壁層５に接する前記第１エンハンス層６ａと前記軟磁性層７に接する前記第２エンハンス層６ｂとの２層で形成され、前記第１エンハンス層６ａは前記第２エンハンス層６ｂよりＦｅ含有量が高い点に特徴を有している。

前記エンハンス層６は従来と同様、ＣｏＦｅ合金で形成されているが、絶縁障壁層５との界面に形成される前記第１エンハンス層６ａのＦｅ含有量が大きいため、第２エンハンス層６ｂよりもスピン分極率が大きい。このようなスピン分極率が高い層を、前記絶縁障壁層５との界面に接して設けることで、効果的に、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高くすることができる。

一方、Ｆｅ含有量の大きい第１エンハンス層６ａを設けたことで、増大したフリー磁性層８の磁歪λを、前記軟磁性層７との界面側に設けたＦｅ含有量が小さい第２エンハンス層６ｂによって、できるだけ低く抑えている。

例えば、増大したフリー磁性層８の磁歪λを抑制するには、軟磁性層７の材質を変更することも考えられるが、それでは、軟磁気特性の劣化によりフリー磁性層８の再生感度の低下等に繋がるため、前記軟磁性層７は変更せずに、フリー磁性層８の磁歪λを抑制するために、本実施形態では、前記絶縁障壁層５との界面から離れた位置に、前記第１エンハンス層６ａよりもＦｅ組成比が小さい第２エンハンス層６ｂを設けて、前記フリー磁性層８の磁歪λの抑制を図っているのである。

また前記第２エンハンス層６ｂは前記軟磁性層７よりもスピン分極率が大きい。すなわち前記第２エンハンス層６ｂは、前記第１エンハンス層６ａと前記軟磁性層７との間のスピン分極率を有している。よって前記第２エンハンス層６ｂを挿入しても高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を保持できる。

また、エンハンス層６は２層に限られず、３層あるいはそれ以上で形成されてもよい。例えば、前記エンハンス層６を３層とし、絶縁障壁層５側のＣｏＦｅ合金のＦｅ含有量を最も高くし、前記軟磁性層７に向かうに従って順に、Ｆｅ含有量を小さしたＣｏＦｅ合金で形成することができる。

トンネル型磁気検出素子は、後述するように製造工程においてアニール処理（熱処理）が施される。アニール処理は２４０〜３１０℃の温度で行われ、アニール時間が４時間未満であると積層構造が概ね保たれると考えられる。また、アニール時間が４時間以上、あるいはアニール処理温度が３１０℃より高いと熱処理により積層構造のそれぞれの界面で相互拡散が起こると考えられる。

特に前記エンハンス層６は約１０Åで膜厚が薄く、しかも前記第１エンハンス層６ａと前記第２エンハンス層６ｂはＦｅ（あるいはＣｏ）の含有量が異なるため、Ｆｅは含有量の多い前記第１エンハンス層６ａから含有量の少ない前記第２エンハンス層６ｂへ拡散し、Ｃｏは含有量の多い前記第２エンハンス層６ｂから含有量の少ない前記第１エンハンス層６ａへ拡散する。すなわち前記第１エンハンス層６ａと前記第２エンハンス層６ｂとの間で、ＣｏおよびＦｅが相互に拡散する。その結果、前記第１エンハンス層６ａと前記第２エンハンス層６ｂの界面は不明瞭となり、前記絶縁障壁層５との界面側はＦｅ含有量が多く（Ｃｏ含有量が少ない）、前記軟磁性層７との界面側はＣｏ含有量が多い（Ｆｅ含有量が少ない）、ＦｅとＣｏがそれぞれ濃度勾配を有する１層のエンハンス層６が形成される。

エンハンス層６におけるＣｏＦｅ合金中のＦｅ含有量の濃度勾配を、図２に模式的に示す。図２に示す左の図は、図１における前記エンハンス層６を拡大して示し、図２に示す右のグラフは、横軸がＦｅ含有量（ａｔ％）、縦軸が左側の図の前記エンハンス層６の膜厚方向の位置を示している。

図２に示すように、Ｆｅ含有量は下面側、すなわち絶縁障壁層５との下面側が多く、上面、すなわち軟磁性層７に向かうに従って徐々に減少する濃度勾配を有している。なお、図２には示していないが、ＣｏＦｅ合金中のＣｏ含有量は、Ｆｅ含有量と反対に、軟磁性層７側が最も多く、絶縁障壁層５に向かうに従って徐々に減少する濃度勾配を有している。

なお、前記アニール時間が４時間未満であり、積層構造が概ね保たれると考えられる場合も、第１エンハンス層６ａおよび第２エンハンス層６ｂの界面ではＣｏおよびＦｅの相互拡散が局所的に起こっていると考えられる。

ＣｏＦｅ合金は、Ｆｅ（およびＣｏ）の含有量により結晶構造が異なる。Ｆｅ含有量の少ないＣｏＦｅ合金は面心立方（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おり、Ｆｅ含有量の多いＣｏＦｅ合金は体心立方（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。

前記絶縁障壁層５は、Ｔｉ−Ｏ（酸化チタン）あるいはＡｌ−Ｏ（酸化アルミニウム）で形成され、非晶質（アモルファス）である。前記絶縁障壁層５の上に形成される前記第１エンハンス層６ａは、Ｆｅ含有量の多いＣｏＦｅ合金であり、体心立方（ｂｃｃ）構造を有し、前記第２エンハンス層６ｂを形成する、Ｃｏ含有量の多いＣｏＦｅ合金は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有している。さらに前記第２エンハンス層６ｂ上に形成される前記軟磁性層７はＮｉＦｅ合金等の磁性材料で形成され、前記第２エンハンス層６ｂと同様、面心立方（ｆｃｃ）構造を有する。

すなわち、前記絶縁障壁層５と前記フリー磁性層８の結晶構造は、下からアモルファス−体心立方（ｂｃｃ）−面心立方（ｆｃｃ）−面心立方（ｆｃｃ）の順で積層されている。

このように結晶構造が異なる界面では結晶間での原子のミスフィットが生じやすい（格子整合性の低下）が、アニール処理を行って、Ｆｅ含有量が徐々に変化する形態では、前記界面で原子が再配列を起こして、体心立方（ｂｃｃ）から面心立方（ｆｃｃ）に移り変わる遷移領域となり、前記ミスフィットが低く抑えられ、その結果、効果的に、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上できるとともに、フリー磁性層８の磁歪λを低く抑えることができるものと考えられる。

また前記第２エンハンス層６ｂと前記軟磁性層７は共に面心立方構造であるから、格子整合性が良好である。

なお前記絶縁障壁層５は全体がアモルファスでなくてもよく、一部であってもよい。特に、前記絶縁障壁層５がＴｉ−Ｏ（酸化チタン）である場合、体心立方構造、あるいは体心正方構造、又は、ルチル型構造で形成され、前記第１エンハンス層６ａとの格子整合性が向上し、効果的に、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上できるとともに、フリー磁性層８の磁歪λを低く抑えることができる。

前記エンハンス層６は、前記固定磁性層４よりＦｅの濃度（含有量）が高いことが好ましい。前記エンハンス層６のＦｅ濃度が高いと、前記固定磁性層４の前記絶縁障壁層５との界面付近の酸素が、よりＦｅ濃度の大きい前記エンハンス層６側に引き寄せられるため、前記固定磁性層４で還元現象が生じてスピン分極率を適切に向上させることができる。さらに、前記エンハンス層６のうち前記絶縁障壁層５側に位置する前記第１エンハンス層６ａのＦｅ濃度を高くすると、前記固定磁性層の酸素がより前記エンハンス層６側に引き寄せられ、前記固定磁性層の酸化を抑え、スピン分極率を向上させる効果が高い。

第１の実施形態のトンネル型磁気検出素子は、図１に示す絶縁障壁層５がＴｉ−Ｏ（酸化チタン）で形成される。

第１の実施形態では、前記エンハンス層６はＣｏＦｅ合金で形成され、前記第１エンハンス層６ａのＦｅ含有量は５０（ａｔ％）より大きく１００（ａｔ％）以下であり、前記第２エンハンス層６ｂのＦｅ含有量は０（ａｔ％）以上５０（ａｔ％）以下である。よって前記第１エンハンス層６ａはＣｏＦｅ合金か、あるいはＦｅで形成される。また、前記第２エンハンス層６ｂは、ＣｏＦｅ合金か、あるいはＣｏで形成される。

第２の実施形態のトンネル型磁気検出素子は、図１に示す絶縁障壁層５がＡｌ−Ｏ（アルミナ）で形成される。

第２の実施形態では、前記エンハンス層６はＣｏＦｅ合金で形成され、前記第１エンハンス層６ａのＦｅ含有量は４０（ａｔ％）以上で１００（ａｔ％）以下であり、前記第２エンハンス層６ｂのＣｏＦｅ合金のＦｅ含有量は０（ａｔ％）以上で４０（ａｔ％）より小さい。よって前記第１エンハンス層６ａはＣｏＦｅ合金か、あるいはＦｅで形成される。また、前記第２エンハンス層６ｂは、ＣｏＦｅ合金か、あるいはＣｏで形成される。

前記絶縁障壁層５がＡｌ−Ｏの場合、前記第１エンハンス層６ａのＣｏＦｅ合金のＦｅ含有量は４０（ａｔ％）以上で１００（ａｔ％）が好ましいことから、Ｆｅ含有量がＣｏ含有量より少ないＣｏＦｅ合金（Ｆｅ含有量が４０（ａｔ％）以上５０（ａｔ％）未満のＣｏＦｅ合金）も含まれるが、前記第１エンハンス層６ａのＦｅ含有量が、前記第２エンハンス層６ｂのＦｅ含有量より多ければ、第１エンハンス層６ａのＦｅ含有量がＣｏ含有量より少ない場合も含まれる。また、前記エンハンス層６全体のＦｅ含有量に着目すると、前記絶縁障壁層５がＡｌ−Ｏの場合、前記絶縁障壁層５がＴｉ−Ｏの場合に比べて、エンハンス層６全体のＦｅ含有量が少ない場合においても、フリー磁性層８の磁歪λを増大させることなく、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上の効果が得られる。

その理由としては、前記絶縁障壁層５を形成する物質がＡｌ−Ｏ、Ｔｉ−Ｏと異なるため、その上に形成される前記エンハンス層６の結晶構造に影響を与えることが考えられる。

本実施形態では、前記フリー磁性層８の磁歪λを２〜４ｐｐｍ程度の範囲内に抑えることが出来る。

図１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及びフリー磁性層８の順で積層されているが、下からフリー磁性層８、絶縁障壁層５、固定磁性層４及び反強磁性層３の順で積層されていてもよい。その場合、エンハンス層６はフリー層８の絶縁障壁層５側に形成される。

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。

ただし、少なくともシングル型のトンネル型磁気検出素子においては、固定磁性層４／絶縁障壁層５／フリー磁性層８の順に積層されていることが好ましい。本実施形態では、第１エンハンス層６ａのＦｅ組成比を高く設定するが、このようにＦｅ組成比が高い層が、仮に前記絶縁障壁層５の直下に形成されると、前記絶縁障壁層５を形成する際の酸化処理の影響を前記第１エンハンス層６ａが受けて、スピン分極率が低下してしまい、効果的に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上できない。

また前記絶縁障壁層５と接する第２固定磁性層４ｃのＦｅ含有量を、前記第１エンハンス層６ａより小さくすれば、前記第２固定磁性層４ｃは、前記絶縁障壁層５の直下に形成されても酸化されにくく、また多少、酸化されても、上記したように、Ｆｅ含有量の大きい第１エンハンス層６ａが固定磁性層４側から酸素を引き付ける。よって、固定磁性層４／絶縁障壁層５／フリー磁性層８の順に積層することで、第２固定磁性層４ｃ及びエンハンス層６双方のスピン分極率を向上でき、効果的に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上できる。

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３ないし図５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。

図３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。

そして、前記第２固定磁性層４ｃ上に、金属層１５をスパッタ法等で成膜する。金属層１５は後の工程で酸化されるので、酸化後の膜厚が絶縁障壁層５の膜厚となるように、金属層１５を形成する。

次に、真空チャンバー内に酸素を流入する。これにより前記金属層１５は酸化されて、絶縁障壁層５が形成される。前記金属層１５に代えて半導体層を形成し、前記半導体層を酸化して絶縁障壁層５を形成してもよい。

次に、前記絶縁障壁層５上に、第１エンハンス層６ａ及び第２エンハンス層６ｂおよび軟磁性層７から成るフリー磁性層８、及び保護層９を成膜する。以上により下地層１から保護層９までが積層された積層体Ｔ１を形成する。

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４を参照）。

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５を参照）。

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。

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アニール処理である。

前記アニール処理を行うことで、エンハンス層６において、Ｆｅは濃度の高い第１エンハンス層６ａから第２エンハンス層６ｂへ元素拡散を起こし、前記エンハンス層６にＦｅの濃度勾配が形成される（図２を参照）。

なお、絶縁障壁層５を金属層１５の酸化によって形成する場合、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提示できる。

上記により、従来のトンネル型磁気検出素子に比べて、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高く、かつフリー磁性層の磁歪λの増加を抑制できる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。

特に、図３で示す金属層１５を酸化処理した後に、前記絶縁障壁層５上にＦｅ含有量が大きい第１エンハンス層６ａを形成するので、前記第１エンハンス層６ａが、酸化の影響を受けにくく、高いスピン分極率を保つことができる。よって効果的に、高い前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を有するトンネル型磁気検出素子を製造できる。

本実施形態では、前記金属層１５を、Ｔｉあるいは、Ａｌで形成し、酸化処理を行い、Ｔｉ−Ｏ、あるいは、Ａｌ−Ｏから成る絶縁障壁層５を形成することが好ましい。

前記絶縁障壁層５を酸化チタン（Ｔｉ−Ｏ）で形成したとき、前記第１エンハンス層６ａのＦｅ含有量を５０（ａｔ％）よりも大きく１００（ａｔ％）以下とし、さらに前記第２エンハンス層６ｂのＦｅ含有量を０（ａｔ％）以上で５０（ａｔ％）以下とすることが、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ると同時に、フリー磁性層８の磁歪λ（絶対値）を低く抑えることができて好ましい。

また、前記絶縁障壁層５を酸化アルミニウム（Ａｌ−Ｏ）で形成したとき、前記第１エンハンス層のＦｅ含有量を４０（ａｔ％）以上で１００（ａｔ％）以下とし、さらに前記第２エンハンス層のＦｅ含有量を０（ａｔ％）以上で４０（ａｔ％）より小さくすることが、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ると同時に、フリー磁性層８の磁歪λ（絶対値）を低く抑えることができて好ましい。

図１に示すトンネル型磁気検出素子を形成した。
積層体Ｔ１を、下から、下地層１；Ｔａ（８０）／シード層２；ＮｉＦｅＣｒ（５０）／反強磁性層３；ＩｒＭｎ（７０）／固定磁性層４［第１固定磁性層４ａ；Ｃｏ_７０at%Ｆｅ_３０at%（１４）／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（８．５）／第２固定磁性層４ｃ；Ｃｏ_９０at%Ｆｅ_１０at%（１８）］／絶縁障壁層５／フリー磁性層８[第１エンハンス層６ａ／第２エンハンス層６ｂ／軟磁性層７]／保護層９；Ｔａ（２００）の順に積層した。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。第１エンハンス層６ａと第２エンハンス層６ｂは概ね２層に保たれていると考えられる。

前記絶縁障壁層５をＴｉ−Ｏとした場合の実施例について示す。
前記固定磁性層４上に、Ｔｉ−Ｏからなる絶縁障壁層５を形成した。さらに、前記絶縁障壁層５上に、Ｆｅ含有量の異なるＣｏＦｅ合金を２層形成し、第１エンハンス層６ａおよび第２エンハンス層６ｂを形成し、さらに前記第２エンハンス６ｂ上に、Ｎｉ_８６at%Ｆｅ_１４at%（実施例２は、Ｎｉ_{８３．５at%}Ｆｅ_{１６．５at%}である）を膜厚５０Åで形成し、軟磁性層７を形成し、フリー磁性層８を形成した。

抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）およびフリー磁性層８の磁歪λを測定した結果を、表１に、前記第１エンハンス層６ａおよび第２エンハンス層６ｂを形成するＣｏＦｅ合金中のＦｅ含有量（ａｔ％）および形成した膜厚（Å）と共に示す。

表１の比較例１は、エンハンス層を１層のみ形成したものであり、この場合、軟磁性層はＮｉ含有量８１．５（ａｔ％）のＮｉＦｅを膜厚４０Åで形成した。

表１に示すように、エンハンス層を２層形成し、絶縁障壁層側の第１エンハンス層のＦｅ含有量が軟磁性層側の第２エンハンス層６ｂより高い、実施例１ないし３は、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が、いずれも２０（％）程度で、エンハンス層を１層のみ形成した比較例１（抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）：１３．６（％））に比べて、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が得られた。

磁歪λについては、実施例１ないし３のフリー磁性層の磁歪λは３．３〜４．０ｐｐｍであり、比較例１のフリー磁性層の磁歪λ２．６ｐｐｍに比べて若干増加しているが、増加量は少なく許容できる範囲である。ここで、エンハンス層を２層形成した場合について、それぞれのエンハンス層のＦｅ含有量と膜厚から、エンハンス層全体に対するＦｅの含有量を計算すると、例えば実施例３では、Ｆｅ含有量６０（ａｔ％）（膜厚１０Å）となる。図７（ａ）のグラフから、Ｆｅ含有量６０（ａｔ％）のＣｏＦｅ合金でエンハンス層を１層（１０Å）形成した場合、フリー磁性層の磁歪λは５ｐｐｍ程度になることが推測されるが、実施例３のフリー磁性層の磁歪λは３．３ｐｐｍであったことから、エンハンス層を２層形成し、軟磁性層側のＦｅ含有量を低くしたことで、フリー磁性層の磁歪λの増加を抑えることができることがわかる。他の実施例についても同様である。

次に、前記絶縁障壁層５をＡｌ−Ｏで形成した場合の実施例を示す。
前記固定磁性層４上に、Ａｌ−Ｏからなる絶縁障壁層５を形成した。さらに、前記絶縁障壁層５上に、Ｆｅ含有量５０（ａｔ％）のＣｏＦｅ合金で第１エンハンス層６ａ、Ｆｅ含有量１０（ａｔ％）のＣｏＦｅ合金で第２エンハンス層６ｂを形成し、さらに前記第２エンハンス６ｂ上に、Ｎｉ_{８３．５at%}Ｆｅ_{１６．５at%}を膜厚５０Åで形成して軟磁性層７を形成した。なお、前記絶縁障壁層５がＡｌ−Ｏの場合、前記第２固定磁性層４ｃはＣｏ_６０at%Ｆｅ_２０at%Ｂ_２０at%で形成した。Ｂはホウ素（ボロン）である。

抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）およびフリー磁性層の磁歪λを測定した結果を、表２に示す。
表２の比較例２は、Ｆｅ含有量３０（ａｔ％）のＣｏＦｅ合金でエンハンス層を１層のみ形成したものであり、エンハンス層の組成以外は、実施例４と同じである。

表２に示すように、実施例４を比較例２と比べると、フリー磁性層の磁歪λは同じであるが、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は向上していることがわかる。実施例４について、それぞれのエンハンス層のＦｅ含有量と膜厚から、エンハンス層全体に対するＦｅの含有量を計算すると、Ｆｅ含有量３４（ａｔ％）となる。一方、比較例２のＦｅ含有量は３０（ａｔ％）である。実施例４および比較例２共にエンハンス層の膜厚は１０Åで同じであるので、実施例４は比較例２に比べて、エンハンス層全体におけるＦｅ含有量が４％多い。実施例４の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が、比較例２の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）に比べて大きいのは、Ｆｅ含有量が多いためとも考えられるが、実施例４のフリー磁性層の磁歪λは比較例の磁歪λに比べて増加していないことを考慮すると、絶縁障壁層側のエンハンス層のＦｅ含有量が高いため、このように、磁歪λが増加せずに抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が向上していると考えられる。

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、 本実施形態のエンハンス層を示す部分拡大断面図と、膜厚方向における位置とＦｅ含有量の関係を示すグラフ、 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）、 従来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、 従来のトンネル型磁気検出素子において、エンハンス層を形成するＣｏＦｅ合金のＦｅ含有量とフリー磁性層の磁歪との関係を示すグラフ （ａ）絶縁障壁層がＴｉＯｘで形成される場合 （ｂ）絶縁障壁層がＡｌＯｘで形成される場合

符号の説明

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 エンハンス層
６ａ 第１エンハンス層
６ｂ 第２エンハンス層
７ 軟磁性層
８ フリー磁性層
９ 保護層
１５ 金属層
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

Claims (14)

1. 下から、第１磁性層、絶縁障壁層、第２磁性層の順で積層され、前記第１磁性層及び前記第２磁性層のどちらか一方が、磁化方向が固定される固定磁性層で、他方が外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層であり、
   前記フリー磁性層は、軟磁性層と、前記軟磁性層よりも膜厚が薄く、前記軟磁性層と前記絶縁障壁層との間に介在するエンハンス層とで構成され、
   前記エンハンス層はコバルト鉄（ＣｏＦｅ）合金で形成され、前記エンハンス層のＦｅ含有量は、前記絶縁障壁層との界面側のほうが、前記軟磁性層との界面側に比べて大きいことを特徴とするトンネル型磁気検出素子。
2. 前記Ｆｅ組成比は、前記絶縁障壁層との界面から前記軟磁性層との界面に向けて徐々に小さくなっている請求項１記載のトンネル型磁気検出素子。
3. 前記エンハンス層は、少なくとも前記絶縁障壁層に接する第１エンハンス層と、前記軟磁性層に接する第２エンハンス層とを有する積層構造で形成され、前記第１エンハンス層のＦｅ含有量は、前記第２エンハンス層を含む他のエンハンス層のＦｅ含有量よりも大きい請求項１記載のトンネル型磁気検出素子。
4. 前記絶縁障壁層は酸化チタン（Ｔｉ−Ｏ）で形成され、前記絶縁障壁層との界面側でのＦｅ含有量、あるいは、前記第１エンハンス層のＦｅ含有量は５０（ａｔ％）よりも大きく１００（ａｔ％）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。
5. 前記軟磁性層との界面側でのＦｅ含有量、あるいは、前記第２エンハンス層のＦｅ含有量は０（ａｔ％）以上で５０（ａｔ％）以下である請求項４記載のトンネル型磁気検出素子。
6. 前記絶縁障壁層は酸化アルミニウム（Ａｌ−Ｏ）で形成され、前記絶縁障壁層との界面側でのＦｅ含有量、あるいは、前記第１エンハンス層のＦｅ含有量は４０（ａｔ％）以上で１００（ａｔ％）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。
7. 前記軟磁性層との界面側でのＦｅ含有量、あるいは、前記第２エンハンス層のＦｅ含有量は０（ａｔ％）以上で４０（ａｔ％）より小さい請求項６記載のトンネル型磁気検出素子。
8. 前記第１磁性層が固定磁性層で、前記第２磁性層がフリー磁性層である請求項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。
9. 前記エンハンス層の全膜厚は６〜２０Åである請求項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。
10. 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金属層あるいは半導体層を形成する工程、
    （ｂ） 前記金属層あるいは半導体層を酸化して、絶縁障壁層を形成する工程、
    （ｃ） 前記絶縁障壁層上に、次工程で形成される軟磁性層よりも薄い膜厚でＣｏＦｅ合金からなるエンハンス層を形成し、このとき、前記エンハンス層を、少なくとも前記絶縁障壁層に接する第１エンハンス層と、前記軟磁性層に接する第２エンハンス層とを有する積層構造で形成するとともに、前記第１エンハンス層のＦｅ含有量を、前記第２エンハンス層を含む他のエンハンス層のＦｅ含有量に比べて大きくする工程、
    （ｄ） 前記エンハンス層上に前記軟磁性層を形成して、前記エンハンス層と前記軟磁性層とでフリー磁性層を構成する工程。
11. 前記エンハンス層の全膜厚を６〜２０Åで形成する請求項１０記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。
12. 前記絶縁障壁層を酸化チタン（Ｔｉ−Ｏ）で形成したとき、前記第１エンハンス層のＦｅ含有量を５０（ａｔ％）よりも大きく１００（ａｔ％）以下とし、さらに前記第２エンハンス層のＦｅ含有量を０（ａｔ％）以上で５０（ａｔ％）以下とする請求項１０または１１に記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。
13. 前記絶縁障壁層を酸化アルミニウム（Ａｌ−Ｏ）で形成したとき、前記第１エンハンス層のＦｅ含有量を４０（ａｔ％）以上で１００（ａｔ％）以下とし、さらに前記第２エンハンス層のＦｅ含有量を０（ａｔ％）以上で４０（ａｔ％）より小さくする請求項１０または１１に記載のトンネル型磁気検出素子の製造方法。
14. 前記（ｄ）工程後、アニール処理を行う請求項１０ないし１３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。

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