トンネル型磁気検出素子
【課題】 特に、従来に比べて、ＲＡや抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の変動を小さく抑え、且つ、層間結合磁界Ｈｉｎを小さくす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】 第１固定磁性層４ａは、Ｔａで形成された第１挿入層４ａ２が下側強磁性層４ａ１と上側強磁性層４ａ３との間に介在する積層構造で形成されている。前記第１挿入層４ａ２の平均膜厚は３Åよりも大きく６Å以下である。これにより、前記第１挿入層４ａ２を有しない従来と同様のＲＡ及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を維持しつつ、層間結合磁界Ｈｉｎを従来よりも低減できる。
【解決手段】 第１固定磁性層４ａは、Ｔａで形成された第１挿入層４ａ２が下側強磁性層４ａ１と上側強磁性層４ａ３との間に介在する積層構造で形成されている。前記第１挿入層４ａ２の平均膜厚は３Åよりも大きく６Å以下である。これにより、前記第１挿入層４ａ２を有しない従来と同様のＲＡ及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を維持しつつ、層間結合磁界Ｈｉｎを従来よりも低減できる。
【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、ＲＡや抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の変動を小さく抑えることができ、且つ層間結合磁界Ｈｉｎを小さくす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２００５―２８６３４０号公報
【特許文献２】特開２００５−２６０２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記フリー磁性層と前記固定磁性層との間には層間結合磁界Ｈｉｎが作用する。前記層間結合磁界Ｈｉｎが大きくなると、フリー磁性層の磁気感度が低下したり、磁気ヘッドとして動作させる際に波形の非対称性（アシンメトリー）が増大する。したがって前記層間結合磁界Ｈｉｎは小さくなるように調整される。
【０００５】
例えば、前記絶縁障壁層を構成する金属層に対して酸化処理する際、酸化を強めることで前記層間結合磁界Ｈｉｎを低減することが可能であった。
【０００６】
しかしながら上記手法を用いた場合、トンネル型磁気検出素子のＲＡ（抵抗値Ｒ×素子面積Ａ）が大きくなるといった問題があった。このとき、前記ＲＡを所定範囲内に収めるには、例えばトンネル型磁気検出素子の素子ハイト長さ（ＭＲｈ）の設計値を変更しなければならなかった。
【０００７】
しかし、素子ハイト長さの変更は、波形の非対称性（アシンメトリー）のばらつきを増大させたり、ＳＮ比が低減する等、適切に高記録密度化に対応できない結果を招いた。
【０００８】
よって素子設計値を変更することなしに、前記ＲＡの変動を小さく抑えつつ、前記層間結合磁界Ｈｉｎを低減したい。またこのとき抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の変動も小さく抑えたい。
【０００９】
上記に挙げた特許文献１に記載された発明では、トンネル型磁気検出素子の第１ピンド層や第２ピンド層にＣｕ層あるいはＴａ層を挿入している。ただしＣｕ層やＴａ層を挿入する理由が明らかではない。いずれにしても特許文献１は、フリー磁性層上に設けられた縦バイアス層から安定して交換バイアス磁界を前記フリー磁性層に付与するための発明である。
【００１０】
特許文献２に記載された発明は、トンネル型磁気検出素子について記載されていない。特許文献２には、上部ピンド層内に、界面散乱を増加させるための挿入層が設けられている。
【００１１】
そして、上記特許文献１及び特許文献２には、上記したトンネル型磁気検出素子における課題認識がない。すなわち特許文献１及び特許文献２には、上記した課題に対する解決手段は何ら示されていない。
【００１２】
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、ＲＡや抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の変動を小さく抑えることができ、且つ、層間結合磁界Ｈｉｎを小さくす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】
【００１３】
本発明のトンネル型磁気検出素子は、
下から下部磁性層、絶縁障壁層、上部磁性層の順で積層され、前記下部磁性層及び前記上部磁性層のうち一方が、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、
前記下部磁性層は、下から第１磁性層、非磁性中間層及び第２磁性層の順に積層された積層フェリ構造であり、
前記第１磁性層は、非磁性金属材料で形成された少なくとも一層の第１挿入層が強磁性層間に介在する積層構造で形成され、前記第１挿入層は、３Åよりも大きく６Å以下の平均膜厚で形成されることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明では、前記第１挿入層を設けることで、前記第１挿入層が設けられていない従来構造と同様のＲＡ及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を維持しつつ、層間結合磁界Ｈｉｎを前記従来構造よりも低減できる。さらに本発明では、波形の非対称性（アシンメトリー）のばらつきを抑制でき、ＳＮ比を改善でき、高記録密度化に適切に対応可能である。
【００１５】
本発明では、前記第１挿入層は４Å以上で５Å以下の平均膜厚で形成されることが、ＲＡの変動を小さく抑えることが出来るとともに、より効果的に層間結合磁界Ｈｉｎを低減でき好適である。
【００１６】
また本発明では、前記第１挿入層が一層だけ設けられ、前記第１挿入層上の前記強磁性層の平均膜厚は前記第１挿入層下の前記強磁性層の平均膜厚よりも厚く、又は、前記第１挿入層が複数、設けられ、最も上側に位置する前記第１挿入層上の前記強磁性層の平均膜厚は、最も下側に位置する前記第１挿入層下の前記強磁性層の平均膜厚よりも厚いことが好ましい。これにより、前記第１挿入層を前記絶縁障壁層から遠ざけることが出来、前記絶縁障壁層に対するＴａの影響を弱めることが出来る。
【００１７】
本発明では、前記第１挿入層は、Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗのうち少なくともいずれか１種で形成されることが好ましい。
【００１８】
また本発明のトンネル型磁気検出素子は、下から下部磁性層、絶縁障壁層、上部磁性層の順で積層され、前記下部磁性層及び前記上部磁性層のうち一方が、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、
前記下部磁性層は、下から第１磁性層、非磁性中間層及び第２磁性層の順に積層された積層フェリ構造であり、
前記第２磁性層は、Ｔａで形成された少なくとも一層の第２挿入層が強磁性層間に介在する積層構造で形成され、前記第２挿入層は、１Å以上で３Å以下の平均膜厚で形成されることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明では、前記第２挿入層が設けられていない従来構造と同様のＲＡ及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を維持しつつ、層間結合磁界Ｈｉｎを前記従来構造よりも低減できる。さらに本発明では、波形の非対称性（アシンメトリー）のばらつきを抑制でき、ＳＮ比を改善でき、高記録密度化に適切に対応可能である。
【００２０】
また本発明では、前記第２挿入層が一層だけ設けられ、前記第２挿入層上の前記強磁性層の平均膜厚は前記第２挿入層下の前記強磁性層の平均膜厚よりも厚く、又は、前記第２挿入層が複数、設けられ、最も上側に位置する前記第２挿入層上の前記強磁性層の平均膜厚は、最も下側に位置する前記第２挿入層下の前記強磁性層の平均膜厚よりも厚いことが好ましい。これにより、前記第２挿入層を前記絶縁障壁層から遠ざけることが出来、前記絶縁障壁層に対するＴａの影響を弱めることが出来る。
【００２１】
また本発明では、前記第１磁性層は、非磁性金属材料で形成された少なくとも一層の第３挿入層が強磁性層間に介在する積層構造で形成され、前記第３挿入層は、１Å以上で３Å以下の平均膜厚で形成されることが好ましい。前記第３挿入層を設けることで、ＲＡを、より前記従来構造のＲＡに近づけることができ、ＲＡの変動を小さく出来る。
【００２２】
また本発明では、前記第３挿入層が一層だけ設けられ、前記第３挿入層上の前記強磁性層の平均膜厚は前記第３挿入層下の前記強磁性層の平均膜厚よりも厚く、又は、前記第３挿入層が複数、設けられ、最も上側に位置する前記第３挿入層上の前記強磁性層の平均膜厚は、最も下側に位置する前記第３挿入層下の前記強磁性層の平均膜厚よりも厚いことが好ましい。
【００２３】
また前記第３挿入層は、Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗのうち少なくともいずれか１種で形成されることが好ましい。
【００２４】
また本発明では、前記第２挿入層、あるいは、前記第２挿入層及び前記第３挿入層は、２Å以上で３Å以下の平均膜厚で形成されることが好ましい。これにより、ＲＡの変動を小さく抑えることが出来ると共に、より効果的に層間結合磁界Ｈｉｎを低減でき好適である。
【００２５】
本発明では、前記絶縁障壁層は、Ｔｉ−Ｍｇ−Ｏ，Ｔｉ−Ｏ，あるいは、Ａｌ−Ｏのいずれかで形成されることが好ましい。
【００２６】
本発明では、前記下部磁性層は、前記固定磁性層であり、前記上部磁性層は前記フリー磁性層であることが好ましい。このとき、前記強磁性層はＣｏ−Ｆｅで、第１挿入層及び第３挿入層はＴａであり、前記第１磁性層、あるいは、前記第２磁性層、又は、前記第１磁性層及び前記第２磁性層は、Ｃｏ−Ｆｅ／Ｔａ／Ｃｏ−Ｆｅの積層構造で形成されることが好ましい。これにより前記第１磁性層と第２磁性層との間で作用するＲＫＫＹ相互作用を大きくでき、前記第１磁性層及び第２磁性層の各磁化を反平行に適切に固定することが出来る。
【発明の効果】
【００２７】
本発明のトンネル型磁気検出素子は、従来に比べて、ＲＡ及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の変動を小さく抑え、且つ、層間結合磁界Ｈｉｎを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
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である。
【００２９】
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。
【００３０】
図１の最も下に形成されているのは、例えばＮｉ−Ｆｅ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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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（下部磁性層）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（第１磁性層）４ａ、非磁性中間層４ｂ、第２固定磁性層（第２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。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は例えば１２〜４０Å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。
【００３５】
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。
【００３６】
前記固定磁性層４上に形成された絶縁障壁層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。
【００３７】
前記絶縁障壁層５上には、フリー磁性層（上部磁性層）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Ｃｏ−Ｆｅ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い。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。前記エンハンス層６ａを、Ｃｏ−Ｆｅ合金等のスピン分極率の大きい磁性材料で形成することで、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができる。
【００３８】
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Ｔａ等で形成された保護層７が形成されている。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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洩れ磁界が検出されるようになっている。
【００４８】
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ないし図４は、図１に示すトンネル型磁気抵抗効果素子の固定磁性層４の部分を拡大した拡大断面図である。
【００４９】
図２に示すように、前記第１固定磁性層４ａは、下から下側強磁性層４ａ１、第１挿入層４ａ２及び上側強磁性層４ａ３の順に積層形成されている。前記第１挿入層４ａ２は非磁性金属材料で形成される。前記第１挿入層４ａ２の平均膜厚は３Åより大きく６Å以下である。なお図２の実施形態では、前記第２固定磁性層４ｃが単層構造である。前記第１挿入層４ａ２は、Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗのうち少なくともいずれか１種で形成されることが好適である。前記第１挿入層４ａ２はＴａで形成されることがより好ましい。
【００５０】
このように図２の実施形態では、前記第１固定磁性層４ａは、Ｔａで形成された第１挿入層４ａ２が、２つの強磁性層４ａ１，４ａ３の間に介在する構造となっている。これにより、前記第１挿入層４ａ２上の上側強磁性層４ａ３、第２固定磁性層４ｃ及びフリー磁性層６の各磁性層の結晶配向性が改善されたと考えられる。また前記第１固定磁性層４ａ及び第２固定磁性層４ｃの上面の平坦性は改善され、その結果、前記第２固定磁性層４ｃと絶縁障壁層５間の界面の平坦性、及び前記絶縁障壁層５とフリー磁性層６間の界面の平坦性が改善されたと考えられる。
【００５１】
したがって本実施形態では、前記固定磁性層４と前記フリー磁性層６との間に作用する層間結合磁界Ｈｉｎを、前記第１挿入層４ａ２を有さない従来構造に比べて効果的に低減できる。
【００５２】
また図２に示すトンネル型磁気検出素子は、前記第１挿入層４ａ２の平均膜厚を３Åより大きく６Å以下としたことで、前記第１挿入層４ａ２を有さない従来構造と同様のＲＡ（素子抵抗Ｒ×素子面積Ａ）、及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能である。
【００５３】
さらに本実施形態では、例えばＲＡの改善のために素子設計値を変更する必要がない。しかも、上記した平坦性の改善、及び磁性層の結晶配向性の改善に加えて、反強磁性層３に含まれるＭｎが前記絶縁障壁層５にまで拡散するのを前記第１挿入層４ａ２を設けることで抑制できると考えられる。このような要因からＳＮ比を改善でき、波形の非対称性（アシンメトリー）のばらつきを抑制できる。よって本実施形態のトンネル型磁気検出素子は、高記録密度化に適切に対応可能である。
【００５４】
上記したようにＴａから成る第１挿入層４ａ２の平均膜厚は３Åより大きく６Å以下である。前記第１挿入層４ａ２の平均膜厚が３Å以下であると、層間結合磁界Ｈｉｎの低減効果を期待できない。一方、前記第１挿入層４ａ２の平均膜厚が６Åより厚くなると、前記下側強磁性層４ａ１と前記上側強磁性層４ａ３間の磁気的結合が分断されやすくなる。そして抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が大きく低下してしまう。またＲＡも大きくなる傾向にある。よって前記第１挿入層４ａ２の平均膜厚は３Åより大きく６Å以下で規定される。
【００５５】
また前記第１挿入層４ａ２の平均膜厚は４Å以上で５Å以下であることが好ましい。これにより、ＲＡの変動を小さく、且つ、効果的に、層間結合磁界Ｈｉｎを小さくできる。
【００５６】
上記のように前記第１挿入層４ａ２の平均膜厚は非常に薄い。よって、第１挿入層４ａ２は、図２のように、一定膜厚で形成されず、前記下側強磁性層４ａ１上に間欠的に形成されてもよい。また前記第１挿入層４ａ２が間欠的に形成されることで、下側強磁性層４ａ１と上側強磁性層４ａ３との磁気的結合力が強まり、固定磁性層４の磁化固定力を強めることが出来る。また前記第１挿入層４ａ２の平均膜厚とは、前記第１挿入層４ａ２を、前記下側強磁性層４ａ１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、前記第１挿入層４ａ２が、前記下側強磁性層４ａ１上に間欠的に形成される場合、前記第１挿入層４ａ２が、前記下側強磁性層４ａ１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。
【００５７】
前記第１挿入層４ａ２は、前記第１固定磁性層４ａの中で、前記反強磁性層３寄りに形成されていることが好ましい。したがって上側強磁性層４ａ３は、下側強磁性層４ａ１よりも厚い膜厚で形成される。これにより、前記第１挿入層４ａ２は前記絶縁障壁層５から遠ざかる。その結果、Ｔａの絶縁障壁層５への影響力は弱まる。例えばＴａの前記絶縁障壁層５内への拡散量が減る。よって、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を維持することが可能である。ただし、前記下側強磁性層４ａ１及び上側強磁性層４ａ３は共に１０Å以上の膜厚であることが好ましい。一例を示すと、前記下側強磁性層４ａ１は１２Åの膜厚で、第１挿入層４ａ２は４Åの膜厚で、上側強磁性層４ａ３は１４Åの膜厚で形成される。
【００５８】
前記下側強磁性層４ａ１及び上側強磁性層４ａ３は、夫々、同じ強磁性材料で形成されてもよいが、異なる強磁性材料で形成されてもよい。例えば前記下側強磁性層４ａ１及び上側強磁性層４ａ３は、共に、Ｃｏ−Ｆｅで形成されることが好適である。すなわち、第１固定磁性層４ａは、Ｃｏ−Ｆｅ／Ｔａ／Ｃｏ−Ｆｅの積層構造であることが好適である。このとき、第２固定磁性層４ｃもＣｏ−Ｆｅ合金で形成されることが好適である。これにより、前記第２固定磁性層４ｃと第１固定磁性層４ａ間で生じるＲＫＫＹ的相互作用を強めることができ、また第１固定磁性層４ａと前記反強磁性層３との間で生じる交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくすることが出来る。その結果、前記固定磁性層４の磁化固定力を強めることが出来る。
【００５９】
また本実施形態では、第１固定磁性層４ａ内に非磁性金属材料の第１挿入層４ａ２を挿入したことで、前記第１挿入層４ａ２上の上側強磁性層４ａ３、及び第２固定磁性層４ｃ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。
【００６０】
本実施形態では前記絶縁障壁層５はＴｉ−Ｍｇ−Ｏ以外に、Ｔｉ−Ｏ（酸化チタン）、あるいは、Ａｌ−Ｏ（酸化アルミニウム）であってもよい。
【００６１】
図３では、前記第２固定磁性層４ｃが、下から、下側強磁性層４ｃ１、第２挿入層４ｃ２、上側強磁性層４ｃ３の順に積層された構造となっている。なお図３の実施形態では前記第１固定磁性層４ａが単層構造となっている。
【００６２】
前記第２挿入層４ｃ２はＴａで形成される。また前記第２挿入層４ｃ２の平均膜厚は１Å以上で３Å以下である。
【００６３】
このように本実施形態では、第２固定磁性層４ｃは、Ｔａで形成された第２挿入層４ｃ２が２つの強磁性層４ｃ１，４ｃ３の間に介在する構造で形成される。これにより、前記第２挿入層４ｃ２上の上側強磁性層４ｃ３及びフリー磁性層６の各磁性層の結晶配向性が改善されたと考えられる。また前記第２固定磁性層４ｃの上面の平坦性は改善され、その結果、前記第２固定磁性層４ｃと絶縁障壁層５間の界面の平坦性、及び前記絶縁障壁層５とフリー磁性層６間の界面の平坦性が改善されたと考えられる。
【００６４】
したがって本実施形態では、前記固定磁性層４と前記フリー磁性層６との間に作用する層間結合磁界Ｈｉｎを、前記第１挿入層４ａ２を有さない従来構造に比べて効果的に低減できる。
【００６５】
また図３に示すトンネル型磁気抵抗効果素子は、前記第２挿入層４ｃ２を有さない従来構造と同様のＲＡ（素子抵抗Ｒ×素子面積Ａ）、及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能である。
【００６６】
さらに本実施形態では、例えばＲＡの改善のために素子設計値を変更する必要がない。しかも、上記した平坦性の改善、及び磁性層の結晶配向性の改善に加えて、反強磁性層３に含まれるＭｎが前記絶縁障壁層５にまで拡散するのを前記第２挿入層４ｃ２を設けることで抑制できると考えられる。このような要因からＳＮ比を改善でき、波形の非対称性（アシンメトリー）のばらつきを抑制できる。よって本実施形態のトンネル型磁気検出素子は、高記録密度化に適切に対応可能である。
【００６７】
上記したようにＴａから成る第２挿入層４ｃ２の平均膜厚は１Å以上で３Å以下である。前記第２挿入層４ｃ２の平均膜厚が１Åより薄いと、層間結合磁界Ｈｉｎの低減効果を期待できない。一方、前記第２挿入層４ｃ２の平均膜厚が３Åより厚くなると、ＲＡが大きく低下してしまう。よって前記第２挿入層４ｃ２の平均膜厚は１Å以上３Å以下で規定される。
【００６８】
また前記第２挿入層４ｃ２の平均膜厚は２Å以上で３Å以下であることが好ましい。これにより、ＲＡの変動が小さく、且つ、効果的に、層間結合磁界Ｈｉｎを小さくできる。
【００６９】
図３に示す第２固定磁性層４ｃ内に設けられる第２挿入層４ｃ２の平均膜厚は、図２に示す前記第１固定磁性層４ａ内に設けられる第１挿入層４ａ２の平均膜厚よりも薄い。前記第２挿入層４ｃ２の形成位置は、前記第１挿入層４ａ２の形成位置より前記絶縁障壁層５に近いので、前記第２挿入層４ｃ２を薄く形成することで、例えば、第２挿入層４ｃ２を構成するＴａの前記絶縁障壁層５内への拡散量が減り、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を維持できる。
【００７０】
また、前記第２挿入層４ｃ２を絶縁障壁層５から遠ざけるべく、前記上側強磁性層４ｃ３は前記下側強磁性層４ｃ１よりも厚く形成されることが好適である。ただし、前記上側強磁性層４ｃ３及び前記下側強磁性層４ｃ１は、共に１０Å以上の膜厚で形成されることが好適である。一例を示すと、前記下側強磁性層４ｃ１は、１２Åの膜厚で形成され、前記第２挿入層４ｃ２は、２Åの膜厚で形成され、前記上側強磁性層４ｃ３は、２０Åの膜厚で形成される。
【００７１】
また前記下側強磁性層４ｃ１及び上側強磁性層４ｃ３は、共に、Ｃｏ−Ｆｅで形成されることが好適である。すなわち、第２固定磁性層４ｃは、Ｃｏ−Ｆｅ／Ｔａ／Ｃｏ−Ｆｅの積層構造であることが好適である。このとき、前記第１固定磁性層４ａもＣｏ−Ｆｅ合金で形成されることが好適である。これにより、前記第２固定磁性層４ｃと第１固定磁性層４ａ間で生じるＲＫＫＹ的相互作用を強めることができる。その結果、前記固定磁性層４の磁化固定力を強めることが出来る。
【００７２】
図４に示す実施形態では、第１固定磁性層４ａの膜厚内に非磁性金属材料から成る第３挿入層４ａ４が、第２固定磁性層４ｃの膜厚内にＴａから成る第２挿入層４ｃ２が夫々、挿入されている。前記第３挿入層４ａ４は、Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗのうち少なくともいずれか１種で形成されることが好適である。前記第３挿入層４ａ４はＴａで形成されることがより好ましい。前記第３挿入層４ａ４と第２挿入層４ｃ２の平均膜厚は、共に１Å以上で３Å以下であることが好ましい。またこのとき、前記第３挿入層４ａ４及び第２挿入層４ｃ２は共に同じ平均膜厚であることが好適である。前記第３挿入層４ａ４の平均膜厚は、図２で説明した第１挿入層４ａ２よりも薄い膜厚である。
【００７３】
これにより、図４のトンネル型磁気検出素子は、前記第３挿入層４ａ４及び第２挿入層４ｃ２を設けない従来構造と同様のＲＡ及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来るとともに、従来構造よりも層間結合磁界Ｈｉｎを小さくすることが可能である。
【００７４】
図４の実施形態と、図３に示す第２固定磁性層４ｃ内にのみ第２挿入層４ｃ２を設けた実施形態とを対比すると、層間結合磁界ＨｉｎのＴａ厚依存性、及びＲＡのＴａ厚依存性は、共に、ほぼ同じであるが、図４の実施形態のほうが図３の実施形態に比べて、挿入層４ａ４，４ｃ２の平均膜厚を１〜３Åの範囲内で変化させたとき、ＲＡの変動をより効果的に小さく出来る。
【００７５】
図４の実施形態において、下側強磁性層４ａ１，４ｃ１及び上側強磁性層４ａ３，４ｃ３の好ましい材質は図２，図３で説明したのと同じなのでそちらを参照されたい。また第２挿入層４ｃ２の第２固定磁性層４ｃ内での形成位置も図３で説明したのと同じであるのでそちらを参照されたい。さらに前記第３挿入層４ａ４の第１固定磁性層４ａ内での形成位置は、図２で説明した第１挿入層４ａ２と同様に反強磁性層３寄りに形成されることが好適である。
【００７６】
図１に示す実施形態では、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６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及び反強磁性層３の順で積層されていてもよい。このとき前記フリー磁性層６は、図１の固定磁性層４と同様に積層フェリ構造で形成される。前記フリー磁性層６は下から第１フリー磁性層、非磁性中間層及び第２フリー磁性層の順に積層される。そして前記第１フリー磁性層、あるいは第２フリー磁性層、又は、前記第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層は、図２ないし図４のいずれかの挿入層が２つの強磁性層間に介在する積層構造で形成される。前記フリー磁性層を構成する前記強磁性層はＮｉ−Ｆｅで形成されることが好ましい。また第２フリー磁性層には前記絶縁障壁層との界面にＣｏ−Ｆｅから成るエンハンス層が形成されていてもよい。
【００７７】
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。
【００７８】
デュアル型のトンネル型磁気検出素子の場合、少なくとも前記下側固定磁性層が本実施形態の積層フェリ構造で形成され、図２ないし図４に示す挿入層が、第１固定磁性層の膜厚内、あるいは、第２固定磁性層の膜厚内、又は第１固定磁性層の膜厚内及び第２固定磁性層の膜厚内に挿入された構造となっている。
【００７９】
前記第１挿入層４ａ２、第２挿入層４ｃ２、及び第３挿入層４ａ４は、夫々、挿入される各磁性層内で一層だけ設けられてもよいし、二層以上設けられてもよい。
【００８０】
ただし層間結合磁界Ｈｉｎは、各挿入層４ａ２，４ｃ２，４ａ４を夫々、一層設けるだけで十分に低減され、また各挿入層４ａ２，４ｃ２，４ａ４を夫々、複数層設けると、ＲＡや抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が変動しやすくなると考えられる。よって、各挿入層４ａ２，４ｃ２，４ａ４は、夫々、一層だけ設けることが好適である。
【００８１】
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。図５は、図６における製造工程中のトンネル型磁気検出素子のうち、主として、固定磁性層の第１固定磁性層の積層構造を示す部分拡大断面図、である。
【００８２】
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。
【００８３】
本実施形態では、図５に示すように、前記第１固定磁性層４ａを形成するとき、下側強磁性層４ａ１を例えばＣｏ−Ｆｅで、十数Å程度の膜厚でスパッタ成膜して、次に、前記下側強磁性層４ａ１上に例えばＴａから成る第１挿入層４ａ２を、３Åよりも大きく６Å以下の膜厚でスパッタ成膜する。続いて、前記第１挿入層４ａ２上に、上側強磁性層４ａ３を、例えばＣｏ−Ｆｅ合金で、十数Å程度の膜厚でスパッタ成膜する。前記上側強磁性層４ａ３の膜厚を、前記下側強磁性層４ａ１の膜厚より厚く形成することが好適である。
【００８４】
図６に示すように、第２固定磁性層４ｃ上に例えばＴｉ−Ｍｇ−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。
【００８５】
次に、図７に示すように、前記絶縁障壁層５上に、エンハンス層６ａ及び軟磁性層６ｂから成るフリー磁性層６、及び保護層７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。
【００８６】
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８を参照）。
【００８７】
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９を参照）。
【００８８】
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。
【００８９】
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Ｔ１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。
【００９０】
本実施形態では、図３で説明したように第２固定磁性層４ｃを下側強磁性層４ｃ１、Ｔａから成る第２挿入層４ｃ２及び上側強磁性層４ｃ３の積層構造で形成してもよい。または、図４で説明したように第１固定磁性層４ａを、下側強磁性層４ａ１、第３挿入層４ｃ４及び上側強磁性層４ｃ３の積層構造で形成し、且つ、第２固定磁性層４ｃを下側強磁性層４ｃ１、Ｔａから成る第２挿入層４ｃ２及び上側強磁性層４ｃ３の積層構造で形成してもよい。
【００９１】
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】
【００９２】
図２のように第１固定磁性層の膜厚内に第１挿入層を挿入したトンネル型磁気検出素子を形成した。
【００９３】
積層体Ｔ１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／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（８．５）／第２固定磁性層４ｃ；Ｃｏ９０at%Ｆｅ１０at%（２８）］／絶縁障壁層５／フリー磁性層６[Ｆｅ９０at%Ｃｏ１０at%（１０）／Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（５０）]／Ｒｕ（１０）／保護層７；Ｔａ（１８０）の順に積層した。
【００９４】
実験では、第１固定磁性層４ａを、図２のように、下から下側強磁性層４ａ１：Ｃｏ７０ａｔ％Ｆｅ３０ａｔ％（１２）／第１挿入層４ａ２：Ｔａ（Ｘ）／上側強磁性層４ａ３：Ｃｏ７０ａｔ％Ｆｅ３０ａｔ％（１４）の順に積層した。
【００９５】
また実験では、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。
【００９６】
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Ｔ１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】
また上記した積層体Ｔ１中、前記第１挿入層４ａ２を形成しない比較基準としての従来例を製造した。なおこの従来例の層間結合磁界Ｈｉｎ、及び、ＲＡは、後述する図１２，図１３のグラフ上にも掲載した。
【００９８】
実験では、第１挿入層４ａ２の平均膜厚（Ｘ）と、層間結合磁界Ｈｉｎとの関係、及び第１挿入層４ａ２の平均膜厚（Ｘ）と、ＲＡとの関係を調べた。
【００９９】
図１０は、第１挿入層４ａ２の平均膜厚と層間結合磁界Ｈｉｎとの関係を示すグラフである。図１１は、第１挿入層４ａ２の平均膜厚とＲＡとの関係を示すグラフである。
【０１００】
図１０に示すように、第１挿入層４ａ２の平均膜厚を、１Åから３Åの範囲内にすると、層間結合磁界Ｈｉｎは、従来例とほぼ同じか、あるいは従来例よりもやや低い値となった。また第１挿入層４ａ２の平均膜厚を３Åよりも厚くすると、前記層間結合磁界Ｈｉｎは、従来例に比べて大きく低下し、特に、前記第１挿入層４ａ２の平均膜厚を４Å以上にすると従来例の層間結合磁界Ｈｉｎに対してほぼ半減した。
【０１０１】
図１１に示すように、第１挿入層４ａ２の平均膜厚を１Åから６Åの範囲内にすると、ＲＡは、従来例とほぼ同じ値となった。
【０１０２】
図１０，図１１に示す実験結果から、前記第１固定磁性層４ａの膜厚内に、Ｔａからなる第１挿入層４ａ２を挿入した場合、前記第１挿入層４ａ２の平均膜厚を３Åより大きく６Å以下に設定すると、第１挿入層４ａ２を形成しない従来例とほぼ同じＲＡを得ることができ、且つ、層間結合磁界Ｈｉｎを従来例よりも低く出来ることがわかった。特に、前記第１挿入層４ａ２の平均膜厚を４Å以上で５Å以下に設定すると、従来例に比べて、十分に層間結合磁界Ｈｉｎを低く出来ることがわかった。
【０１０３】
また抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は、前記第１固定磁性層４ａの膜厚内に、３Åよりも大きく６Å以下の平均膜厚からなるＴａの第１挿入層４ａ２を挿入したトンネル型磁気検出素子の構造（実施例１）では、２６〜２９％程度だったのに対し、従来例では２８％程度であった。このように実施例１では、ＲＡのみならず抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）も、従来例とほぼ同じになることがわかった。
【実施例２】
【０１０４】
図３のように第２固定磁性層の膜厚内に第２挿入層を挿入したトンネル型磁気検出素子を形成した。
【０１０５】
積層体Ｔ１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：Ｃｏ７０ａｔ％Ｆｅ３０ａｔ％（２４）／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（８．５）／第２固定磁性層４ｃ］／絶縁障壁層５／フリー磁性層６[Ｆｅ９０at%Ｃｏ１０at%（１０）／Ｎｉ８６ａｔ％Ｆｅ１４ａｔ％（５０）]／Ｒｕ（１０）／保護層７；Ｔａ（１８０）の順に積層した。
【０１０６】
実験では、第２固定磁性層４ｃを、図３のように、下から下側強磁性層４ｃ１：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１２）／第２挿入層４ｃ２：Ｔａ（Ｙ）／上側強磁性層４ｃ３：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（２０）の順に積層した。
【０１０７】
また実験では、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。
【０１０８】
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Ｔ１を形成した後、２７０℃で３時間４０分間、アニール処理を行った。
【実施例３】
【０１０９】
図４のように、第１固定磁性層の膜厚内に第３挿入層を挿入し、且つ、第２固定磁性層の膜厚内に第２挿入層を挿入したトンネル型磁気検出素子を形成した。
【０１１０】
積層体Ｔ１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／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（８．５）／第２固定磁性層４ｃ］／絶縁障壁層５／フリー磁性層６[Ｆｅ９０at%Ｃｏ１０at%（１０）／Ｎｉ８６ａｔ％Ｆｅ１４ａｔ％（５０）]／Ｒｕ（１０）／保護層７；Ｔａ（１８０）の順に積層した。
【０１１１】
実験では、第１固定磁性層４ａを、図４のように、下から下側強磁性層４ａ１：Ｃｏ７０ａｔ％Ｆｅ３０ａｔ％（１２）／第３挿入層４ａ４：Ｔａ（Ｙ）／上側強磁性層４ａ３：Ｃｏ７０ａｔ％Ｆｅ３０ａｔ％（１４）の順に積層した。また、第２固定磁性層４ｃを、図４のように、下から下側強磁性層４ｃ１：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１２）／第２挿入層４ｃ２：Ｔａ（Ｙ）／上側強磁性層４ｃ３：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（２０）の順に積層した。
【０１１２】
また実験では、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。
上記の括弧内の数値は平均膜厚を示し単位はÅである。
【０１１３】
前記積層体Ｔ１を形成した後、２７０℃で３時間４０分間、アニール処理を行った。
また第２挿入層４ｃ２及び第３挿入層４ａ４の平均膜厚（Ｙ）は共に同じ値にして変化させた。
【０１１４】
実験では、図３の構造での第２挿入層４ｃ２の平均膜厚（Ｙ）、及び、図４の構造での第３挿入層４ａ４と第２挿入層４ｃ２の平均膜厚（Ｙ）と、層間結合磁界Ｈｉｎとの関係を調べた。その実験結果を図１２に示す。
【０１１５】
また、図３の構造での第２挿入層４ｃ２の平均膜厚（Ｙ）、及び、図４の構造での第３挿入層４ａ４と第２挿入層４ｃ２の平均膜厚（Ｙ）と、ＲＡとの関係を調べた。その実験結果を図１３に示す。
【０１１６】
図１２に示すように、層間結合磁界Ｈｉｎは、図３の構造での第２挿入層４ｃ２の平均膜厚（Ｙ）を１Å以上にすると、従来例よりも低下することがわかった。
【０１１７】
また図１２に示すように、層間結合磁界Ｈｉｎは、図４の構造での第２挿入層４ｃ２及び第３挿入層４ａ４の平均膜厚（Ｙ）を１Å以上にすると、従来例よりも低下することがわかった。
【０１１８】
一方、図１３に示すように、ＲＡは、図３の構造での第２挿入層４ｃ２の平均膜厚（Ｙ）を３Åより大きくすると、従来例よりも大きく低下することがわかった。
【０１１９】
また、図１３に示すように、ＲＡは、図４の構造での第２挿入層４ｃ２及び第３挿入層４ａ４の平均膜厚（Ｙ）を３Åよりも大きくすると、従来例よりも大きく低下することがわかった。
【０１２０】
よって、図３の構造での第２挿入層４ｃ２の平均膜厚（Ｙ）を１Å以上で３Å以下に設定することで、従来例とほぼ同じＲＡを得ることができ、且つ、従来例よりも層間結合磁界Ｈｉｎを低減できることがわかった。
【０１２１】
また抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は、前記第２固定磁性層４ｃの膜厚内に、１Å以上で３Å以下の平均膜厚からなるＴａの第２挿入層４ｃ２を挿入したトンネル型磁気検出素子の構造（実施例２）で、２６〜２９％程度だったのに対し、従来例では２８％程度であった。このように実施例２では、ＲＡのみならず抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）も、従来例とほぼ同じになることがわかった。
【０１２２】
また図１２，図１３に示すように、図４の構造での第２挿入層４ｃ２及び第３挿入層４ａ４の平均膜厚（Ｙ）を１Å以上で３Å以下に設定することで、従来例とほぼ同じＲＡを得ることができ、且つ、従来例よりも層間結合磁界Ｈｉｎを低減できることがわかった。
【０１２３】
特に、図１３に示すように、図３の構造よりも、図４の構造とするほうが、１Åから３Åの範囲内でＴａ挿入厚を変化させても、従来例に対するＲＡの変動を小さくでき好適であることがわかった。
【０１２４】
また抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は、前記第２固定磁性層４ｃの膜厚内、及び第１固定磁性層４ａの膜厚内に、１Å以上で３Å以下の平均膜厚からなるＴａの第２挿入層４ｃ２及び第３挿入層４ａ４を挿入したトンネル型磁気検出素子の構造（実施例３）で、２６〜２９％程度だったのに対し、従来例では２８％程度であった。このように実施例３では、ＲＡのみならず抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）も、従来例とほぼ同じになることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【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の実施形態における固定磁性層の構造を示す図１の部分拡大断面図、
【図３】第２の実施形態における固定磁性層の構造を示す図１の部分拡大断面図、
【図４】第３の実施形態における固定磁性層の構造を示す図１の部分拡大断面図、
【図５】図５は、図６の製造工程中におけるトンネル型磁気検出素子のうち、主として、固定磁性層の第１固定磁性層の積層構造を示す部分拡大断面図、
【図６】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、
【図７】図６の次に行われる一工程図（部分断面図）、
【図８】図７の次に行われる一工程図（部分断面図）、
【図９】図８の次に行われる一工程図（部分断面図）、
【図１０】図２のように、第１固定磁性層の膜厚内に第１挿入層を挿入したトンネル型磁気検出素子の前記第１挿入層の平均膜厚（Ｘ）と層間結合磁界Ｈｉｎとの関係を示すグラフ、
【図１１】図２のように、第１固定磁性層の膜厚内に第１挿入層を挿入したトンネル型磁気検出素子の前記第１挿入層の平均膜厚（Ｘ）とＲＡとの関係を示すグラフ、
【図１２】図３のように、第２固定磁性層の膜厚内に第２挿入層を挿入したトンネル型磁気検出素子の前記第２挿入層の平均膜厚（Ｙ）、あるいは、図４のように、第１固定磁性層の膜厚内、及び第２固定磁性層の膜厚内に第３挿入層及び第２挿入層を挿入したトンネル型磁気検出素子の前記第３挿入層及び第２挿入層の平均膜厚（Ｙ）と層間結合磁界Ｈｉｎとの関係を示すグラフ、
【図１３】図３のように、第２固定磁性層の膜厚内に第２挿入層を挿入したトンネル型磁気検出素子の前記第２挿入層の平均膜厚（Ｙ）、あるいは、図４のように、第１固定磁性層の膜厚内、及び第２固定磁性層の膜厚内に第３挿入層及び第２挿入層を挿入したトンネル型磁気検出素子の前記第３挿入層及び第２挿入層の平均膜厚（Ｙ）とＲＡとの関係を示すグラフ、
【符号の説明】
【０１２６】
３ 反強磁性層
４、 固定磁性層
４ａ 第１固定磁性層
４ａ１ 下側強磁性層
４ａ２ 第１挿入層
４ａ３ 上側強磁性層
４ａ４ 第３挿入層
４ｂ 非磁性中間層
４ｃ 第２固定磁性層
４ｃ１ 下側強磁性層
４ｃ２ 第２挿入層
４ｃ３ 上側強磁性層
５ 絶縁障壁層
６ フリー磁性層
７ 保護層
２２、２４ 絶縁層
２３ ハードバイアス層
【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、ＲＡや抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の変動を小さく抑えることができ、且つ層間結合磁界Ｈｉｎを小さくす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２００５―２８６３４０号公報
【特許文献２】特開２００５−２６０２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記フリー磁性層と前記固定磁性層との間には層間結合磁界Ｈｉｎが作用する。前記層間結合磁界Ｈｉｎが大きくなると、フリー磁性層の磁気感度が低下したり、磁気ヘッドとして動作させる際に波形の非対称性（アシンメトリー）が増大する。したがって前記層間結合磁界Ｈｉｎは小さくなるように調整される。
【０００５】
例えば、前記絶縁障壁層を構成する金属層に対して酸化処理する際、酸化を強めることで前記層間結合磁界Ｈｉｎを低減することが可能であった。
【０００６】
しかしながら上記手法を用いた場合、トンネル型磁気検出素子のＲＡ（抵抗値Ｒ×素子面積Ａ）が大きくなるといった問題があった。このとき、前記ＲＡを所定範囲内に収めるには、例えばトンネル型磁気検出素子の素子ハイト長さ（ＭＲｈ）の設計値を変更しなければならなかった。
【０００７】
しかし、素子ハイト長さの変更は、波形の非対称性（アシンメトリー）のばらつきを増大させたり、ＳＮ比が低減する等、適切に高記録密度化に対応できない結果を招いた。
【０００８】
よって素子設計値を変更することなしに、前記ＲＡの変動を小さく抑えつつ、前記層間結合磁界Ｈｉｎを低減したい。またこのとき抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の変動も小さく抑えたい。
【０００９】
上記に挙げた特許文献１に記載された発明では、トンネル型磁気検出素子の第１ピンド層や第２ピンド層にＣｕ層あるいはＴａ層を挿入している。ただしＣｕ層やＴａ層を挿入する理由が明らかではない。いずれにしても特許文献１は、フリー磁性層上に設けられた縦バイアス層から安定して交換バイアス磁界を前記フリー磁性層に付与するための発明である。
【００１０】
特許文献２に記載された発明は、トンネル型磁気検出素子について記載されていない。特許文献２には、上部ピンド層内に、界面散乱を増加させるための挿入層が設けられている。
【００１１】
そして、上記特許文献１及び特許文献２には、上記したトンネル型磁気検出素子における課題認識がない。すなわち特許文献１及び特許文献２には、上記した課題に対する解決手段は何ら示されていない。
【００１２】
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、ＲＡや抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の変動を小さく抑えることができ、且つ、層間結合磁界Ｈｉｎを小さくす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】
【００１３】
本発明のトンネル型磁気検出素子は、
下から下部磁性層、絶縁障壁層、上部磁性層の順で積層され、前記下部磁性層及び前記上部磁性層のうち一方が、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、
前記下部磁性層は、下から第１磁性層、非磁性中間層及び第２磁性層の順に積層された積層フェリ構造であり、
前記第１磁性層は、非磁性金属材料で形成された少なくとも一層の第１挿入層が強磁性層間に介在する積層構造で形成され、前記第１挿入層は、３Åよりも大きく６Å以下の平均膜厚で形成されることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明では、前記第１挿入層を設けることで、前記第１挿入層が設けられていない従来構造と同様のＲＡ及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を維持しつつ、層間結合磁界Ｈｉｎを前記従来構造よりも低減できる。さらに本発明では、波形の非対称性（アシンメトリー）のばらつきを抑制でき、ＳＮ比を改善でき、高記録密度化に適切に対応可能である。
【００１５】
本発明では、前記第１挿入層は４Å以上で５Å以下の平均膜厚で形成されることが、ＲＡの変動を小さく抑えることが出来るとともに、より効果的に層間結合磁界Ｈｉｎを低減でき好適である。
【００１６】
また本発明では、前記第１挿入層が一層だけ設けられ、前記第１挿入層上の前記強磁性層の平均膜厚は前記第１挿入層下の前記強磁性層の平均膜厚よりも厚く、又は、前記第１挿入層が複数、設けられ、最も上側に位置する前記第１挿入層上の前記強磁性層の平均膜厚は、最も下側に位置する前記第１挿入層下の前記強磁性層の平均膜厚よりも厚いことが好ましい。これにより、前記第１挿入層を前記絶縁障壁層から遠ざけることが出来、前記絶縁障壁層に対するＴａの影響を弱めることが出来る。
【００１７】
本発明では、前記第１挿入層は、Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗのうち少なくともいずれか１種で形成されることが好ましい。
【００１８】
また本発明のトンネル型磁気検出素子は、下から下部磁性層、絶縁障壁層、上部磁性層の順で積層され、前記下部磁性層及び前記上部磁性層のうち一方が、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、
前記下部磁性層は、下から第１磁性層、非磁性中間層及び第２磁性層の順に積層された積層フェリ構造であり、
前記第２磁性層は、Ｔａで形成された少なくとも一層の第２挿入層が強磁性層間に介在する積層構造で形成され、前記第２挿入層は、１Å以上で３Å以下の平均膜厚で形成されることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明では、前記第２挿入層が設けられていない従来構造と同様のＲＡ及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を維持しつつ、層間結合磁界Ｈｉｎを前記従来構造よりも低減できる。さらに本発明では、波形の非対称性（アシンメトリー）のばらつきを抑制でき、ＳＮ比を改善でき、高記録密度化に適切に対応可能である。
【００２０】
また本発明では、前記第２挿入層が一層だけ設けられ、前記第２挿入層上の前記強磁性層の平均膜厚は前記第２挿入層下の前記強磁性層の平均膜厚よりも厚く、又は、前記第２挿入層が複数、設けられ、最も上側に位置する前記第２挿入層上の前記強磁性層の平均膜厚は、最も下側に位置する前記第２挿入層下の前記強磁性層の平均膜厚よりも厚いことが好ましい。これにより、前記第２挿入層を前記絶縁障壁層から遠ざけることが出来、前記絶縁障壁層に対するＴａの影響を弱めることが出来る。
【００２１】
また本発明では、前記第１磁性層は、非磁性金属材料で形成された少なくとも一層の第３挿入層が強磁性層間に介在する積層構造で形成され、前記第３挿入層は、１Å以上で３Å以下の平均膜厚で形成されることが好ましい。前記第３挿入層を設けることで、ＲＡを、より前記従来構造のＲＡに近づけることができ、ＲＡの変動を小さく出来る。
【００２２】
また本発明では、前記第３挿入層が一層だけ設けられ、前記第３挿入層上の前記強磁性層の平均膜厚は前記第３挿入層下の前記強磁性層の平均膜厚よりも厚く、又は、前記第３挿入層が複数、設けられ、最も上側に位置する前記第３挿入層上の前記強磁性層の平均膜厚は、最も下側に位置する前記第３挿入層下の前記強磁性層の平均膜厚よりも厚いことが好ましい。
【００２３】
また前記第３挿入層は、Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗのうち少なくともいずれか１種で形成されることが好ましい。
【００２４】
また本発明では、前記第２挿入層、あるいは、前記第２挿入層及び前記第３挿入層は、２Å以上で３Å以下の平均膜厚で形成されることが好ましい。これにより、ＲＡの変動を小さく抑えることが出来ると共に、より効果的に層間結合磁界Ｈｉｎを低減でき好適である。
【００２５】
本発明では、前記絶縁障壁層は、Ｔｉ−Ｍｇ−Ｏ，Ｔｉ−Ｏ，あるいは、Ａｌ−Ｏのいずれかで形成されることが好ましい。
【００２６】
本発明では、前記下部磁性層は、前記固定磁性層であり、前記上部磁性層は前記フリー磁性層であることが好ましい。このとき、前記強磁性層はＣｏ−Ｆｅで、第１挿入層及び第３挿入層はＴａであり、前記第１磁性層、あるいは、前記第２磁性層、又は、前記第１磁性層及び前記第２磁性層は、Ｃｏ−Ｆｅ／Ｔａ／Ｃｏ−Ｆｅの積層構造で形成されることが好ましい。これにより前記第１磁性層と第２磁性層との間で作用するＲＫＫＹ相互作用を大きくでき、前記第１磁性層及び第２磁性層の各磁化を反平行に適切に固定することが出来る。
【発明の効果】
【００２７】
本発明のトンネル型磁気検出素子は、従来に比べて、ＲＡ及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の変動を小さく抑え、且つ、層間結合磁界Ｈｉｎを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
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である。
【００２９】
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。
【００３０】
図１の最も下に形成されているのは、例えばＮｉ−Ｆｅ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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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（下部磁性層）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（第１磁性層）４ａ、非磁性中間層４ｂ、第２固定磁性層（第２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。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は例えば１２〜４０Å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。
【００３５】
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。
【００３６】
前記固定磁性層４上に形成された絶縁障壁層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。
【００３７】
前記絶縁障壁層５上には、フリー磁性層（上部磁性層）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Ｃｏ−Ｆｅ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い。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。前記エンハンス層６ａを、Ｃｏ−Ｆｅ合金等のスピン分極率の大きい磁性材料で形成することで、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができる。
【００３８】
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Ｔａ等で形成された保護層７が形成されている。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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洩れ磁界が検出されるようになっている。
【００４８】
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ないし図４は、図１に示すトンネル型磁気抵抗効果素子の固定磁性層４の部分を拡大した拡大断面図である。
【００４９】
図２に示すように、前記第１固定磁性層４ａは、下から下側強磁性層４ａ１、第１挿入層４ａ２及び上側強磁性層４ａ３の順に積層形成されている。前記第１挿入層４ａ２は非磁性金属材料で形成される。前記第１挿入層４ａ２の平均膜厚は３Åより大きく６Å以下である。なお図２の実施形態では、前記第２固定磁性層４ｃが単層構造である。前記第１挿入層４ａ２は、Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗのうち少なくともいずれか１種で形成されることが好適である。前記第１挿入層４ａ２はＴａで形成されることがより好ましい。
【００５０】
このように図２の実施形態では、前記第１固定磁性層４ａは、Ｔａで形成された第１挿入層４ａ２が、２つの強磁性層４ａ１，４ａ３の間に介在する構造となっている。これにより、前記第１挿入層４ａ２上の上側強磁性層４ａ３、第２固定磁性層４ｃ及びフリー磁性層６の各磁性層の結晶配向性が改善されたと考えられる。また前記第１固定磁性層４ａ及び第２固定磁性層４ｃの上面の平坦性は改善され、その結果、前記第２固定磁性層４ｃと絶縁障壁層５間の界面の平坦性、及び前記絶縁障壁層５とフリー磁性層６間の界面の平坦性が改善されたと考えられる。
【００５１】
したがって本実施形態では、前記固定磁性層４と前記フリー磁性層６との間に作用する層間結合磁界Ｈｉｎを、前記第１挿入層４ａ２を有さない従来構造に比べて効果的に低減できる。
【００５２】
また図２に示すトンネル型磁気検出素子は、前記第１挿入層４ａ２の平均膜厚を３Åより大きく６Å以下としたことで、前記第１挿入層４ａ２を有さない従来構造と同様のＲＡ（素子抵抗Ｒ×素子面積Ａ）、及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能である。
【００５３】
さらに本実施形態では、例えばＲＡの改善のために素子設計値を変更する必要がない。しかも、上記した平坦性の改善、及び磁性層の結晶配向性の改善に加えて、反強磁性層３に含まれるＭｎが前記絶縁障壁層５にまで拡散するのを前記第１挿入層４ａ２を設けることで抑制できると考えられる。このような要因からＳＮ比を改善でき、波形の非対称性（アシンメトリー）のばらつきを抑制できる。よって本実施形態のトンネル型磁気検出素子は、高記録密度化に適切に対応可能である。
【００５４】
上記したようにＴａから成る第１挿入層４ａ２の平均膜厚は３Åより大きく６Å以下である。前記第１挿入層４ａ２の平均膜厚が３Å以下であると、層間結合磁界Ｈｉｎの低減効果を期待できない。一方、前記第１挿入層４ａ２の平均膜厚が６Åより厚くなると、前記下側強磁性層４ａ１と前記上側強磁性層４ａ３間の磁気的結合が分断されやすくなる。そして抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が大きく低下してしまう。またＲＡも大きくなる傾向にある。よって前記第１挿入層４ａ２の平均膜厚は３Åより大きく６Å以下で規定される。
【００５５】
また前記第１挿入層４ａ２の平均膜厚は４Å以上で５Å以下であることが好ましい。これにより、ＲＡの変動を小さく、且つ、効果的に、層間結合磁界Ｈｉｎを小さくできる。
【００５６】
上記のように前記第１挿入層４ａ２の平均膜厚は非常に薄い。よって、第１挿入層４ａ２は、図２のように、一定膜厚で形成されず、前記下側強磁性層４ａ１上に間欠的に形成されてもよい。また前記第１挿入層４ａ２が間欠的に形成されることで、下側強磁性層４ａ１と上側強磁性層４ａ３との磁気的結合力が強まり、固定磁性層４の磁化固定力を強めることが出来る。また前記第１挿入層４ａ２の平均膜厚とは、前記第１挿入層４ａ２を、前記下側強磁性層４ａ１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、前記第１挿入層４ａ２が、前記下側強磁性層４ａ１上に間欠的に形成される場合、前記第１挿入層４ａ２が、前記下側強磁性層４ａ１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。
【００５７】
前記第１挿入層４ａ２は、前記第１固定磁性層４ａの中で、前記反強磁性層３寄りに形成されていることが好ましい。したがって上側強磁性層４ａ３は、下側強磁性層４ａ１よりも厚い膜厚で形成される。これにより、前記第１挿入層４ａ２は前記絶縁障壁層５から遠ざかる。その結果、Ｔａの絶縁障壁層５への影響力は弱まる。例えばＴａの前記絶縁障壁層５内への拡散量が減る。よって、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を維持することが可能である。ただし、前記下側強磁性層４ａ１及び上側強磁性層４ａ３は共に１０Å以上の膜厚であることが好ましい。一例を示すと、前記下側強磁性層４ａ１は１２Åの膜厚で、第１挿入層４ａ２は４Åの膜厚で、上側強磁性層４ａ３は１４Åの膜厚で形成される。
【００５８】
前記下側強磁性層４ａ１及び上側強磁性層４ａ３は、夫々、同じ強磁性材料で形成されてもよいが、異なる強磁性材料で形成されてもよい。例えば前記下側強磁性層４ａ１及び上側強磁性層４ａ３は、共に、Ｃｏ−Ｆｅで形成されることが好適である。すなわち、第１固定磁性層４ａは、Ｃｏ−Ｆｅ／Ｔａ／Ｃｏ−Ｆｅの積層構造であることが好適である。このとき、第２固定磁性層４ｃもＣｏ−Ｆｅ合金で形成されることが好適である。これにより、前記第２固定磁性層４ｃと第１固定磁性層４ａ間で生じるＲＫＫＹ的相互作用を強めることができ、また第１固定磁性層４ａと前記反強磁性層３との間で生じる交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくすることが出来る。その結果、前記固定磁性層４の磁化固定力を強めることが出来る。
【００５９】
また本実施形態では、第１固定磁性層４ａ内に非磁性金属材料の第１挿入層４ａ２を挿入したことで、前記第１挿入層４ａ２上の上側強磁性層４ａ３、及び第２固定磁性層４ｃ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。
【００６０】
本実施形態では前記絶縁障壁層５はＴｉ−Ｍｇ−Ｏ以外に、Ｔｉ−Ｏ（酸化チタン）、あるいは、Ａｌ−Ｏ（酸化アルミニウム）であってもよい。
【００６１】
図３では、前記第２固定磁性層４ｃが、下から、下側強磁性層４ｃ１、第２挿入層４ｃ２、上側強磁性層４ｃ３の順に積層された構造となっている。なお図３の実施形態では前記第１固定磁性層４ａが単層構造となっている。
【００６２】
前記第２挿入層４ｃ２はＴａで形成される。また前記第２挿入層４ｃ２の平均膜厚は１Å以上で３Å以下である。
【００６３】
このように本実施形態では、第２固定磁性層４ｃは、Ｔａで形成された第２挿入層４ｃ２が２つの強磁性層４ｃ１，４ｃ３の間に介在する構造で形成される。これにより、前記第２挿入層４ｃ２上の上側強磁性層４ｃ３及びフリー磁性層６の各磁性層の結晶配向性が改善されたと考えられる。また前記第２固定磁性層４ｃの上面の平坦性は改善され、その結果、前記第２固定磁性層４ｃと絶縁障壁層５間の界面の平坦性、及び前記絶縁障壁層５とフリー磁性層６間の界面の平坦性が改善されたと考えられる。
【００６４】
したがって本実施形態では、前記固定磁性層４と前記フリー磁性層６との間に作用する層間結合磁界Ｈｉｎを、前記第１挿入層４ａ２を有さない従来構造に比べて効果的に低減できる。
【００６５】
また図３に示すトンネル型磁気抵抗効果素子は、前記第２挿入層４ｃ２を有さない従来構造と同様のＲＡ（素子抵抗Ｒ×素子面積Ａ）、及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能である。
【００６６】
さらに本実施形態では、例えばＲＡの改善のために素子設計値を変更する必要がない。しかも、上記した平坦性の改善、及び磁性層の結晶配向性の改善に加えて、反強磁性層３に含まれるＭｎが前記絶縁障壁層５にまで拡散するのを前記第２挿入層４ｃ２を設けることで抑制できると考えられる。このような要因からＳＮ比を改善でき、波形の非対称性（アシンメトリー）のばらつきを抑制できる。よって本実施形態のトンネル型磁気検出素子は、高記録密度化に適切に対応可能である。
【００６７】
上記したようにＴａから成る第２挿入層４ｃ２の平均膜厚は１Å以上で３Å以下である。前記第２挿入層４ｃ２の平均膜厚が１Åより薄いと、層間結合磁界Ｈｉｎの低減効果を期待できない。一方、前記第２挿入層４ｃ２の平均膜厚が３Åより厚くなると、ＲＡが大きく低下してしまう。よって前記第２挿入層４ｃ２の平均膜厚は１Å以上３Å以下で規定される。
【００６８】
また前記第２挿入層４ｃ２の平均膜厚は２Å以上で３Å以下であることが好ましい。これにより、ＲＡの変動が小さく、且つ、効果的に、層間結合磁界Ｈｉｎを小さくできる。
【００６９】
図３に示す第２固定磁性層４ｃ内に設けられる第２挿入層４ｃ２の平均膜厚は、図２に示す前記第１固定磁性層４ａ内に設けられる第１挿入層４ａ２の平均膜厚よりも薄い。前記第２挿入層４ｃ２の形成位置は、前記第１挿入層４ａ２の形成位置より前記絶縁障壁層５に近いので、前記第２挿入層４ｃ２を薄く形成することで、例えば、第２挿入層４ｃ２を構成するＴａの前記絶縁障壁層５内への拡散量が減り、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を維持できる。
【００７０】
また、前記第２挿入層４ｃ２を絶縁障壁層５から遠ざけるべく、前記上側強磁性層４ｃ３は前記下側強磁性層４ｃ１よりも厚く形成されることが好適である。ただし、前記上側強磁性層４ｃ３及び前記下側強磁性層４ｃ１は、共に１０Å以上の膜厚で形成されることが好適である。一例を示すと、前記下側強磁性層４ｃ１は、１２Åの膜厚で形成され、前記第２挿入層４ｃ２は、２Åの膜厚で形成され、前記上側強磁性層４ｃ３は、２０Åの膜厚で形成される。
【００７１】
また前記下側強磁性層４ｃ１及び上側強磁性層４ｃ３は、共に、Ｃｏ−Ｆｅで形成されることが好適である。すなわち、第２固定磁性層４ｃは、Ｃｏ−Ｆｅ／Ｔａ／Ｃｏ−Ｆｅの積層構造であることが好適である。このとき、前記第１固定磁性層４ａもＣｏ−Ｆｅ合金で形成されることが好適である。これにより、前記第２固定磁性層４ｃと第１固定磁性層４ａ間で生じるＲＫＫＹ的相互作用を強めることができる。その結果、前記固定磁性層４の磁化固定力を強めることが出来る。
【００７２】
図４に示す実施形態では、第１固定磁性層４ａの膜厚内に非磁性金属材料から成る第３挿入層４ａ４が、第２固定磁性層４ｃの膜厚内にＴａから成る第２挿入層４ｃ２が夫々、挿入されている。前記第３挿入層４ａ４は、Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗのうち少なくともいずれか１種で形成されることが好適である。前記第３挿入層４ａ４はＴａで形成されることがより好ましい。前記第３挿入層４ａ４と第２挿入層４ｃ２の平均膜厚は、共に１Å以上で３Å以下であることが好ましい。またこのとき、前記第３挿入層４ａ４及び第２挿入層４ｃ２は共に同じ平均膜厚であることが好適である。前記第３挿入層４ａ４の平均膜厚は、図２で説明した第１挿入層４ａ２よりも薄い膜厚である。
【００７３】
これにより、図４のトンネル型磁気検出素子は、前記第３挿入層４ａ４及び第２挿入層４ｃ２を設けない従来構造と同様のＲＡ及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが出来るとともに、従来構造よりも層間結合磁界Ｈｉｎを小さくすることが可能である。
【００７４】
図４の実施形態と、図３に示す第２固定磁性層４ｃ内にのみ第２挿入層４ｃ２を設けた実施形態とを対比すると、層間結合磁界ＨｉｎのＴａ厚依存性、及びＲＡのＴａ厚依存性は、共に、ほぼ同じであるが、図４の実施形態のほうが図３の実施形態に比べて、挿入層４ａ４，４ｃ２の平均膜厚を１〜３Åの範囲内で変化させたとき、ＲＡの変動をより効果的に小さく出来る。
【００７５】
図４の実施形態において、下側強磁性層４ａ１，４ｃ１及び上側強磁性層４ａ３，４ｃ３の好ましい材質は図２，図３で説明したのと同じなのでそちらを参照されたい。また第２挿入層４ｃ２の第２固定磁性層４ｃ内での形成位置も図３で説明したのと同じであるのでそちらを参照されたい。さらに前記第３挿入層４ａ４の第１固定磁性層４ａ内での形成位置は、図２で説明した第１挿入層４ａ２と同様に反強磁性層３寄りに形成されることが好適である。
【００７６】
図１に示す実施形態では、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６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及び反強磁性層３の順で積層されていてもよい。このとき前記フリー磁性層６は、図１の固定磁性層４と同様に積層フェリ構造で形成される。前記フリー磁性層６は下から第１フリー磁性層、非磁性中間層及び第２フリー磁性層の順に積層される。そして前記第１フリー磁性層、あるいは第２フリー磁性層、又は、前記第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層は、図２ないし図４のいずれかの挿入層が２つの強磁性層間に介在する積層構造で形成される。前記フリー磁性層を構成する前記強磁性層はＮｉ−Ｆｅで形成されることが好ましい。また第２フリー磁性層には前記絶縁障壁層との界面にＣｏ−Ｆｅから成るエンハンス層が形成されていてもよい。
【００７７】
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。
【００７８】
デュアル型のトンネル型磁気検出素子の場合、少なくとも前記下側固定磁性層が本実施形態の積層フェリ構造で形成され、図２ないし図４に示す挿入層が、第１固定磁性層の膜厚内、あるいは、第２固定磁性層の膜厚内、又は第１固定磁性層の膜厚内及び第２固定磁性層の膜厚内に挿入された構造となっている。
【００７９】
前記第１挿入層４ａ２、第２挿入層４ｃ２、及び第３挿入層４ａ４は、夫々、挿入される各磁性層内で一層だけ設けられてもよいし、二層以上設けられてもよい。
【００８０】
ただし層間結合磁界Ｈｉｎは、各挿入層４ａ２，４ｃ２，４ａ４を夫々、一層設けるだけで十分に低減され、また各挿入層４ａ２，４ｃ２，４ａ４を夫々、複数層設けると、ＲＡや抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が変動しやすくなると考えられる。よって、各挿入層４ａ２，４ｃ２，４ａ４は、夫々、一層だけ設けることが好適である。
【００８１】
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。図５は、図６における製造工程中のトンネル型磁気検出素子のうち、主として、固定磁性層の第１固定磁性層の積層構造を示す部分拡大断面図、である。
【００８２】
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。
【００８３】
本実施形態では、図５に示すように、前記第１固定磁性層４ａを形成するとき、下側強磁性層４ａ１を例えばＣｏ−Ｆｅで、十数Å程度の膜厚でスパッタ成膜して、次に、前記下側強磁性層４ａ１上に例えばＴａから成る第１挿入層４ａ２を、３Åよりも大きく６Å以下の膜厚でスパッタ成膜する。続いて、前記第１挿入層４ａ２上に、上側強磁性層４ａ３を、例えばＣｏ−Ｆｅ合金で、十数Å程度の膜厚でスパッタ成膜する。前記上側強磁性層４ａ３の膜厚を、前記下側強磁性層４ａ１の膜厚より厚く形成することが好適である。
【００８４】
図６に示すように、第２固定磁性層４ｃ上に例えばＴｉ−Ｍｇ−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。
【００８５】
次に、図７に示すように、前記絶縁障壁層５上に、エンハンス層６ａ及び軟磁性層６ｂから成るフリー磁性層６、及び保護層７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。
【００８６】
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８を参照）。
【００８７】
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９を参照）。
【００８８】
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。
【００８９】
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Ｔ１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。
【００９０】
本実施形態では、図３で説明したように第２固定磁性層４ｃを下側強磁性層４ｃ１、Ｔａから成る第２挿入層４ｃ２及び上側強磁性層４ｃ３の積層構造で形成してもよい。または、図４で説明したように第１固定磁性層４ａを、下側強磁性層４ａ１、第３挿入層４ｃ４及び上側強磁性層４ｃ３の積層構造で形成し、且つ、第２固定磁性層４ｃを下側強磁性層４ｃ１、Ｔａから成る第２挿入層４ｃ２及び上側強磁性層４ｃ３の積層構造で形成してもよい。
【００９１】
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】
【００９２】
図２のように第１固定磁性層の膜厚内に第１挿入層を挿入したトンネル型磁気検出素子を形成した。
【００９３】
積層体Ｔ１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／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（８．５）／第２固定磁性層４ｃ；Ｃｏ９０at%Ｆｅ１０at%（２８）］／絶縁障壁層５／フリー磁性層６[Ｆｅ９０at%Ｃｏ１０at%（１０）／Ｎｉ８８ａｔ％Ｆｅ１２ａｔ％（５０）]／Ｒｕ（１０）／保護層７；Ｔａ（１８０）の順に積層した。
【００９４】
実験では、第１固定磁性層４ａを、図２のように、下から下側強磁性層４ａ１：Ｃｏ７０ａｔ％Ｆｅ３０ａｔ％（１２）／第１挿入層４ａ２：Ｔａ（Ｘ）／上側強磁性層４ａ３：Ｃｏ７０ａｔ％Ｆｅ３０ａｔ％（１４）の順に積層した。
【００９５】
また実験では、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。
【００９６】
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Ｔ１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】
また上記した積層体Ｔ１中、前記第１挿入層４ａ２を形成しない比較基準としての従来例を製造した。なおこの従来例の層間結合磁界Ｈｉｎ、及び、ＲＡは、後述する図１２，図１３のグラフ上にも掲載した。
【００９８】
実験では、第１挿入層４ａ２の平均膜厚（Ｘ）と、層間結合磁界Ｈｉｎとの関係、及び第１挿入層４ａ２の平均膜厚（Ｘ）と、ＲＡとの関係を調べた。
【００９９】
図１０は、第１挿入層４ａ２の平均膜厚と層間結合磁界Ｈｉｎとの関係を示すグラフである。図１１は、第１挿入層４ａ２の平均膜厚とＲＡとの関係を示すグラフである。
【０１００】
図１０に示すように、第１挿入層４ａ２の平均膜厚を、１Åから３Åの範囲内にすると、層間結合磁界Ｈｉｎは、従来例とほぼ同じか、あるいは従来例よりもやや低い値となった。また第１挿入層４ａ２の平均膜厚を３Åよりも厚くすると、前記層間結合磁界Ｈｉｎは、従来例に比べて大きく低下し、特に、前記第１挿入層４ａ２の平均膜厚を４Å以上にすると従来例の層間結合磁界Ｈｉｎに対してほぼ半減した。
【０１０１】
図１１に示すように、第１挿入層４ａ２の平均膜厚を１Åから６Åの範囲内にすると、ＲＡは、従来例とほぼ同じ値となった。
【０１０２】
図１０，図１１に示す実験結果から、前記第１固定磁性層４ａの膜厚内に、Ｔａからなる第１挿入層４ａ２を挿入した場合、前記第１挿入層４ａ２の平均膜厚を３Åより大きく６Å以下に設定すると、第１挿入層４ａ２を形成しない従来例とほぼ同じＲＡを得ることができ、且つ、層間結合磁界Ｈｉｎを従来例よりも低く出来ることがわかった。特に、前記第１挿入層４ａ２の平均膜厚を４Å以上で５Å以下に設定すると、従来例に比べて、十分に層間結合磁界Ｈｉｎを低く出来ることがわかった。
【０１０３】
また抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は、前記第１固定磁性層４ａの膜厚内に、３Åよりも大きく６Å以下の平均膜厚からなるＴａの第１挿入層４ａ２を挿入したトンネル型磁気検出素子の構造（実施例１）では、２６〜２９％程度だったのに対し、従来例では２８％程度であった。このように実施例１では、ＲＡのみならず抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）も、従来例とほぼ同じになることがわかった。
【実施例２】
【０１０４】
図３のように第２固定磁性層の膜厚内に第２挿入層を挿入したトンネル型磁気検出素子を形成した。
【０１０５】
積層体Ｔ１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：Ｃｏ７０ａｔ％Ｆｅ３０ａｔ％（２４）／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（８．５）／第２固定磁性層４ｃ］／絶縁障壁層５／フリー磁性層６[Ｆｅ９０at%Ｃｏ１０at%（１０）／Ｎｉ８６ａｔ％Ｆｅ１４ａｔ％（５０）]／Ｒｕ（１０）／保護層７；Ｔａ（１８０）の順に積層した。
【０１０６】
実験では、第２固定磁性層４ｃを、図３のように、下から下側強磁性層４ｃ１：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１２）／第２挿入層４ｃ２：Ｔａ（Ｙ）／上側強磁性層４ｃ３：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（２０）の順に積層した。
【０１０７】
また実験では、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。
【０１０８】
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Ｔ１を形成した後、２７０℃で３時間４０分間、アニール処理を行った。
【実施例３】
【０１０９】
図４のように、第１固定磁性層の膜厚内に第３挿入層を挿入し、且つ、第２固定磁性層の膜厚内に第２挿入層を挿入したトンネル型磁気検出素子を形成した。
【０１１０】
積層体Ｔ１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／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（８．５）／第２固定磁性層４ｃ］／絶縁障壁層５／フリー磁性層６[Ｆｅ９０at%Ｃｏ１０at%（１０）／Ｎｉ８６ａｔ％Ｆｅ１４ａｔ％（５０）]／Ｒｕ（１０）／保護層７；Ｔａ（１８０）の順に積層した。
【０１１１】
実験では、第１固定磁性層４ａを、図４のように、下から下側強磁性層４ａ１：Ｃｏ７０ａｔ％Ｆｅ３０ａｔ％（１２）／第３挿入層４ａ４：Ｔａ（Ｙ）／上側強磁性層４ａ３：Ｃｏ７０ａｔ％Ｆｅ３０ａｔ％（１４）の順に積層した。また、第２固定磁性層４ｃを、図４のように、下から下側強磁性層４ｃ１：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１２）／第２挿入層４ｃ２：Ｔａ（Ｙ）／上側強磁性層４ｃ３：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（２０）の順に積層した。
【０１１２】
また実験では、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。
上記の括弧内の数値は平均膜厚を示し単位はÅである。
【０１１３】
前記積層体Ｔ１を形成した後、２７０℃で３時間４０分間、アニール処理を行った。
また第２挿入層４ｃ２及び第３挿入層４ａ４の平均膜厚（Ｙ）は共に同じ値にして変化させた。
【０１１４】
実験では、図３の構造での第２挿入層４ｃ２の平均膜厚（Ｙ）、及び、図４の構造での第３挿入層４ａ４と第２挿入層４ｃ２の平均膜厚（Ｙ）と、層間結合磁界Ｈｉｎとの関係を調べた。その実験結果を図１２に示す。
【０１１５】
また、図３の構造での第２挿入層４ｃ２の平均膜厚（Ｙ）、及び、図４の構造での第３挿入層４ａ４と第２挿入層４ｃ２の平均膜厚（Ｙ）と、ＲＡとの関係を調べた。その実験結果を図１３に示す。
【０１１６】
図１２に示すように、層間結合磁界Ｈｉｎは、図３の構造での第２挿入層４ｃ２の平均膜厚（Ｙ）を１Å以上にすると、従来例よりも低下することがわかった。
【０１１７】
また図１２に示すように、層間結合磁界Ｈｉｎは、図４の構造での第２挿入層４ｃ２及び第３挿入層４ａ４の平均膜厚（Ｙ）を１Å以上にすると、従来例よりも低下することがわかった。
【０１１８】
一方、図１３に示すように、ＲＡは、図３の構造での第２挿入層４ｃ２の平均膜厚（Ｙ）を３Åより大きくすると、従来例よりも大きく低下することがわかった。
【０１１９】
また、図１３に示すように、ＲＡは、図４の構造での第２挿入層４ｃ２及び第３挿入層４ａ４の平均膜厚（Ｙ）を３Åよりも大きくすると、従来例よりも大きく低下することがわかった。
【０１２０】
よって、図３の構造での第２挿入層４ｃ２の平均膜厚（Ｙ）を１Å以上で３Å以下に設定することで、従来例とほぼ同じＲＡを得ることができ、且つ、従来例よりも層間結合磁界Ｈｉｎを低減できることがわかった。
【０１２１】
また抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は、前記第２固定磁性層４ｃの膜厚内に、１Å以上で３Å以下の平均膜厚からなるＴａの第２挿入層４ｃ２を挿入したトンネル型磁気検出素子の構造（実施例２）で、２６〜２９％程度だったのに対し、従来例では２８％程度であった。このように実施例２では、ＲＡのみならず抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）も、従来例とほぼ同じになることがわかった。
【０１２２】
また図１２，図１３に示すように、図４の構造での第２挿入層４ｃ２及び第３挿入層４ａ４の平均膜厚（Ｙ）を１Å以上で３Å以下に設定することで、従来例とほぼ同じＲＡを得ることができ、且つ、従来例よりも層間結合磁界Ｈｉｎを低減できることがわかった。
【０１２３】
特に、図１３に示すように、図３の構造よりも、図４の構造とするほうが、１Åから３Åの範囲内でＴａ挿入厚を変化させても、従来例に対するＲＡの変動を小さくでき好適であることがわかった。
【０１２４】
また抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は、前記第２固定磁性層４ｃの膜厚内、及び第１固定磁性層４ａの膜厚内に、１Å以上で３Å以下の平均膜厚からなるＴａの第２挿入層４ｃ２及び第３挿入層４ａ４を挿入したトンネル型磁気検出素子の構造（実施例３）で、２６〜２９％程度だったのに対し、従来例では２８％程度であった。このように実施例３では、ＲＡのみならず抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）も、従来例とほぼ同じになることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【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の実施形態における固定磁性層の構造を示す図１の部分拡大断面図、
【図３】第２の実施形態における固定磁性層の構造を示す図１の部分拡大断面図、
【図４】第３の実施形態における固定磁性層の構造を示す図１の部分拡大断面図、
【図５】図５は、図６の製造工程中におけるトンネル型磁気検出素子のうち、主として、固定磁性層の第１固定磁性層の積層構造を示す部分拡大断面図、
【図６】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、
【図７】図６の次に行われる一工程図（部分断面図）、
【図８】図７の次に行われる一工程図（部分断面図）、
【図９】図８の次に行われる一工程図（部分断面図）、
【図１０】図２のように、第１固定磁性層の膜厚内に第１挿入層を挿入したトンネル型磁気検出素子の前記第１挿入層の平均膜厚（Ｘ）と層間結合磁界Ｈｉｎとの関係を示すグラフ、
【図１１】図２のように、第１固定磁性層の膜厚内に第１挿入層を挿入したトンネル型磁気検出素子の前記第１挿入層の平均膜厚（Ｘ）とＲＡとの関係を示すグラフ、
【図１２】図３のように、第２固定磁性層の膜厚内に第２挿入層を挿入したトンネル型磁気検出素子の前記第２挿入層の平均膜厚（Ｙ）、あるいは、図４のように、第１固定磁性層の膜厚内、及び第２固定磁性層の膜厚内に第３挿入層及び第２挿入層を挿入したトンネル型磁気検出素子の前記第３挿入層及び第２挿入層の平均膜厚（Ｙ）と層間結合磁界Ｈｉｎとの関係を示すグラフ、
【図１３】図３のように、第２固定磁性層の膜厚内に第２挿入層を挿入したトンネル型磁気検出素子の前記第２挿入層の平均膜厚（Ｙ）、あるいは、図４のように、第１固定磁性層の膜厚内、及び第２固定磁性層の膜厚内に第３挿入層及び第２挿入層を挿入したトンネル型磁気検出素子の前記第３挿入層及び第２挿入層の平均膜厚（Ｙ）とＲＡとの関係を示すグラフ、
【符号の説明】
【０１２６】
３ 反強磁性層
４、 固定磁性層
４ａ 第１固定磁性層
４ａ１ 下側強磁性層
４ａ２ 第１挿入層
４ａ３ 上側強磁性層
４ａ４ 第３挿入層
４ｂ 非磁性中間層
４ｃ 第２固定磁性層
４ｃ１ 下側強磁性層
４ｃ２ 第２挿入層
４ｃ３ 上側強磁性層
５ 絶縁障壁層
６ フリー磁性層
７ 保護層
２２、２４ 絶縁層
２３ ハードバイアス層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下から下部磁性層、絶縁障壁層、上部磁性層の順で積層され、前記下部磁性層及び前記上部磁性層のうち一方が、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、
前記下部磁性層は、下から第１磁性層、非磁性中間層及び第２磁性層の順に積層された積層フェリ構造であり、
前記第１磁性層は、非磁性金属材料で形成された少なくとも一層の第１挿入層が強磁性層間に介在する積層構造で形成され、前記第１挿入層は、３Åよりも大きく６Å以下の平均膜厚で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挿入層は４Å以上で５Å以下の平均膜厚で形成される請求項１記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項３】
前記第１挿入層が一層だけ設けられ、前記第１挿入層上の前記強磁性層の平均膜厚は前記第１挿入層下の前記強磁性層の平均膜厚よりも厚く、又は、前記第１挿入層が複数、設けられ、最も上側に位置する前記第１挿入層上の前記強磁性層の平均膜厚は、最も下側に位置する前記第１挿入層下の前記強磁性層の平均膜厚よりも厚い請求項１又は２に記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項４】
前記第１挿入層は、Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗのうち少なくともいずれか１種で形成される請求項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】
下から下部磁性層、絶縁障壁層、上部磁性層の順で積層され、前記下部磁性層及び前記上部磁性層のうち一方が、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、
前記下部磁性層は、下から第１磁性層、非磁性中間層及び第２磁性層の順に積層された積層フェリ構造であり、
前記第２磁性層は、Ｔａで形成された少なくとも一層の第２挿入層が強磁性層間に介在する積層構造で形成され、前記第２挿入層は、１Å以上で３Å以下の平均膜厚で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６】
前記第２挿入層が一層だけ設けられ、前記第２挿入層上の前記強磁性層の平均膜厚は前記第２挿入層下の前記強磁性層の平均膜厚よりも厚く、又は、前記第２挿入層が複数、設けられ、最も上側に位置する前記第２挿入層上の前記強磁性層の平均膜厚は、最も下側に位置する前記第２挿入層下の前記強磁性層の平均膜厚よりも厚い請求項５記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項７】
前記第１磁性層は、非磁性金属材料で形成された少なくとも一層の第３挿入層が強磁性層間に介在する積層構造で形成され、前記第３挿入層は、１Å以上で３Å以下の平均膜厚で形成される請求項５又は６に記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項８】
前記第３挿入層が一層だけ設けられ、前記第３挿入層上の前記強磁性層の平均膜厚は前記第３挿入層下の前記強磁性層の平均膜厚よりも厚く、又は、前記第３挿入層が複数、設けられ、最も上側に位置する前記第３挿入層上の前記強磁性層の平均膜厚は、最も下側に位置する前記第３挿入層下の前記強磁性層の平均膜厚よりも厚い請求項７記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項９】
前記第３挿入層は、Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗのうち少なくともいずれか１種で形成される請求項７又は８に記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項１０】
前記第２挿入層、あるいは、第２挿入層及び前記第３挿入層は、２Å以上で３Å以下の平均膜厚で形成される請求項５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】
前記絶縁障壁層は、Ｔｉ−Ｍｇ−Ｏ，Ｔｉ−Ｏ，あるいは、Ａｌ−Ｏのいずれか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。
【請求項１２】
前記下部磁性層は、前記固定磁性層であり、前記上部磁性層は前記フリー磁性層である請求項１ないし１１のいずれかに記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項１３】
前記強磁性層はＣｏ−Ｆｅで、第１挿入層及び第３挿入層はＴａであり、前記第１磁性層、あるいは、前記第２磁性層、又は、前記第１磁性層及び前記第２磁性層は、Ｃｏ−Ｆｅ／Ｔａ／Ｃｏ−Ｆｅの積層構造で形成される請求項１２記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項１】
下から下部磁性層、絶縁障壁層、上部磁性層の順で積層され、前記下部磁性層及び前記上部磁性層のうち一方が、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、
前記下部磁性層は、下から第１磁性層、非磁性中間層及び第２磁性層の順に積層された積層フェリ構造であり、
前記第１磁性層は、非磁性金属材料で形成された少なくとも一層の第１挿入層が強磁性層間に介在する積層構造で形成され、前記第１挿入層は、３Åよりも大きく６Å以下の平均膜厚で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挿入層は４Å以上で５Å以下の平均膜厚で形成される請求項１記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項３】
前記第１挿入層が一層だけ設けられ、前記第１挿入層上の前記強磁性層の平均膜厚は前記第１挿入層下の前記強磁性層の平均膜厚よりも厚く、又は、前記第１挿入層が複数、設けられ、最も上側に位置する前記第１挿入層上の前記強磁性層の平均膜厚は、最も下側に位置する前記第１挿入層下の前記強磁性層の平均膜厚よりも厚い請求項１又は２に記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項４】
前記第１挿入層は、Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗのうち少なくともいずれか１種で形成される請求項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】
下から下部磁性層、絶縁障壁層、上部磁性層の順で積層され、前記下部磁性層及び前記上部磁性層のうち一方が、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、
前記下部磁性層は、下から第１磁性層、非磁性中間層及び第２磁性層の順に積層された積層フェリ構造であり、
前記第２磁性層は、Ｔａで形成された少なくとも一層の第２挿入層が強磁性層間に介在する積層構造で形成され、前記第２挿入層は、１Å以上で３Å以下の平均膜厚で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６】
前記第２挿入層が一層だけ設けられ、前記第２挿入層上の前記強磁性層の平均膜厚は前記第２挿入層下の前記強磁性層の平均膜厚よりも厚く、又は、前記第２挿入層が複数、設けられ、最も上側に位置する前記第２挿入層上の前記強磁性層の平均膜厚は、最も下側に位置する前記第２挿入層下の前記強磁性層の平均膜厚よりも厚い請求項５記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項７】
前記第１磁性層は、非磁性金属材料で形成された少なくとも一層の第３挿入層が強磁性層間に介在する積層構造で形成され、前記第３挿入層は、１Å以上で３Å以下の平均膜厚で形成される請求項５又は６に記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項８】
前記第３挿入層が一層だけ設けられ、前記第３挿入層上の前記強磁性層の平均膜厚は前記第３挿入層下の前記強磁性層の平均膜厚よりも厚く、又は、前記第３挿入層が複数、設けられ、最も上側に位置する前記第３挿入層上の前記強磁性層の平均膜厚は、最も下側に位置する前記第３挿入層下の前記強磁性層の平均膜厚よりも厚い請求項７記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項９】
前記第３挿入層は、Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗのうち少なくともいずれか１種で形成される請求項７又は８に記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項１０】
前記第２挿入層、あるいは、第２挿入層及び前記第３挿入層は、２Å以上で３Å以下の平均膜厚で形成される請求項５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】
前記絶縁障壁層は、Ｔｉ−Ｍｇ−Ｏ，Ｔｉ−Ｏ，あるいは、Ａｌ−Ｏのいずれか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。
【請求項１２】
前記下部磁性層は、前記固定磁性層であり、前記上部磁性層は前記フリー磁性層である請求項１ないし１１のいずれかに記載のトンネル型磁気検出素子。
【請求項１３】
前記強磁性層はＣｏ−Ｆｅで、第１挿入層及び第３挿入層はＴａであり、前記第１磁性層、あるいは、前記第２磁性層、又は、前記第１磁性層及び前記第２磁性層は、Ｃｏ−Ｆｅ／Ｔａ／Ｃｏ−Ｆｅの積層構造で形成される請求項１２記載のトンネル型磁気検出素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−１６６５２４（Ｐ２００８−１６６５２４Ａ）
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３５４９９３（Ｐ２００６−３５４９９３）
【出願日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]