JP2003338644A - 磁気検出素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フリー磁性層の単磁区化及び磁化方向の制御
を適切かつ容易に行ない、さらなる狭トラック化を促進
できる磁気検出素子を提供する。 【解決手段】 第２反強磁性層２３と強磁性層２４との
間の交換結合磁界によって、強磁性層２４の磁化方向が
固定され、非磁性層２５を介した強磁性層２４とフリー
磁性層２６のＲＫＫＹ相互作用によって、フリー磁性層
２６の磁化方向が固定磁性層２８の磁化方向と交叉する
方向に向けられている。フリー磁性層２６の磁化方向の
制御は、第２反強磁性層と強磁性層２４間の交換結合磁
界の大きさと、強磁性層２４とフリー磁性層２６間のＲ
ＫＫＹ相互作用の大きさの２段階で調節されることにな
り、細かな制御を容易に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に、磁気センサ
やハードディスクなどに用いられる磁気検出素子及びそ
の製造方法に係り、特に狭トラック幅化への対応を容易
にし、磁界検出能力を向上させることができる磁気検出
素子及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１８は、従来の磁気検出素子の構造を
記録媒体との対向面から見た断面図である。

【０００３】図１８に示す磁気検出素子は、巨大磁気抵
抗効果を利用したＧＭＲ（giant magnetoresistive）素
子の１種であるスピンバルブ型磁気検出素子と呼ばれる
ものであり、ハードディスクなどの記録媒体からの記録
磁界を検出するものである。

【０００４】このスピンバルブ型磁気検出素子は、下か
ら基板８、第１反強磁性層１、固定磁性層（ピン（Pinn
ed）磁性層）２、非磁性材料層３、フリー磁性層（Fre
e）４で構成された多層膜９と、この多層膜９の上層に
形成された一対の第２反強磁性層６，６及びこの第２反
強磁性層６，６の上に形成された一対の電極層７，７と
で構成されている。

【０００５】前記第１反強磁性層１及び第２反強磁性層
６，６にはＦｅ−Ｍｎ（鉄−マンガン）合金膜、Ｎｉ−
Ｍｎ（ニッケル−マンガン）合金膜、又はＰｔ−Ｍｎ
（白金−マンガン）合金膜、固定磁性層２及びフリー磁
性層４にはＮｉ−Ｆｅ（ニッケル−鉄）合金膜、非磁性
材料層３にはＣｕ（銅）膜、また電極層７，７にはＣｒ
膜が一般的に使用される。

【０００６】固定磁性層２の磁化は第１反強磁性層１と
の交換異方性磁界によりＹ方向（記録媒体からの漏れ磁
界方向；ハイト方向）に単磁区化され、フリー磁性層４
の磁化は、前記第２反強磁性層６，６からの交換異方性
磁界の影響を受けてＸ方向に揃えられることが望まし
い。

【０００７】すなわち固定磁性層２の磁化と、フリー磁
性層４の磁化とが、直交することが望ましい。

【０００８】このスピンバルブ型磁気検出素子では、第
２反強磁性層６，６上に形成された電極層７，７から、
フリー磁性層４、非磁性材料層３及び固定磁性層２に検
出電流（センス電流）が与えられる。ハードディスクな
どの記録媒体の走行方向はＺ方向であり、記録媒体から
の洩れ磁界がＹ方向に与えられると、フリー磁性層４の
磁化がＸからＹ方向へ向けて変化する。このフリー磁性
層４内での磁化の方向の変動と、固定磁性層２の固定磁
化方向との関係で電気抵抗が変化し（これを磁気抵抗効
果という）、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化に
より、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。

【０００９】またフリー磁性層４にバイアス磁界を与え
る手段としては図１８に示す方法以外に後述する図２０
に示すような方法や、以下の特許文献１などの方法が種
々知られている。

【００１０】

【特許文献１】ＵＳＰ６，０２３，３９５

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】図１８のスピンバルブ
型磁気検出素子を製造するときには、多層膜９を形成し
た後、図１９に示すように多層膜９上にリフトオフ用の
レジスト層Ｒを形成し、イオンビームスパッタ法などを
用いて第２反強磁性層６，６、及び電極層７，７を成膜
する。レジスト層Ｒ上には、第２反強磁性層６，６と同
じ組成の層６ａ，６ａ及び電極層７，７と同じ組成の層
７ａ，７ａが形成される。

【００１２】レジスト層Ｒの両端部によって覆われてい
る領域は、スパッタ粒子が積層されにくい。従って、レ
ジスト層Ｒの両端部によって覆われている領域付近は、
第２反強磁性層６，６及び電極層７，７は膜厚が薄く形
成され、図１８及び図１９に示されるように第２反強磁
性層６，６及び電極層７，７の膜厚方向寸法がトラック
両脇部分Ｓ，Ｓにおいて減少する。

【００１３】このため、トラック両脇部分Ｓ，Ｓにおけ
るフリー磁性層４と第２反強磁性層６，６との交換結合
磁界の効果が減少してしまう。その結果、図１９におけ
るフリー磁性層４のトラック両脇部分Ｓ，Ｓの磁化方向
が、Ｘ方向に完全に固定されず、外部磁界が印加された
ときに変化してしまう。

【００１４】特に、磁気記録媒体における記録密度を向
上させるために、狭トラック化を図った場合、本来トラ
ック幅Ｔｗの領域内で読み取るべき磁気記録トラックの
情報だけでなく、隣接する磁気記録トラックの情報を、
トラック両脇部分Ｓ，Ｓの領域において読み取ってしま
うという、サイドリーディングが発生する可能性が生じ
るという問題があった。

【００１５】また、フリー磁性層４のトラック幅方向の
両端部上に一対の第２反強磁性層６，６を積層する構造
だと、フリー磁性層４のトラック幅方向の中央部の単磁
区化及び磁化方向の制御が不十分になりやすい。

【００１６】そこで、図１８に示される磁気検出素子の
ように、フリー磁性層４の両端部上に、トラック幅寸法
の幅を開けて一対の第２反強磁性層６，６を積層するの
ではなく、図２０に示される磁気検出素子のように、フ
リー磁性層４の上面全体に第２反強磁性層１０を重ねる
ことにより、フリー磁性層４のトラック幅寸法Ｔｗの領
域を単磁区化して、磁化方向を固定磁性層１の磁化方向
に直交する方向に向けさせる構造も考えられた。

【００１７】フリー磁性層４のトラック幅寸法Ｔｗの領
域を単磁区化して、磁化方向を固定磁性層１の磁化方向
に直交する方向に向けさせるためには、フリー磁性層４
と第２反強磁性層１０間の交換結合磁界を大きくする必
要があるが、この交換結合磁界が大きくなりすぎると、
記録媒体からの洩れ磁界がＹ方向に与えられたときにフ
リー磁性層４の磁化が変化しなくなり、磁気検出能力が
失われることになる。

【００１８】しかし、図２０のような構造は、フリー磁
性層４の磁化方向を固定磁性層１の磁化方向に直交する
方向に向け、かつフリー磁性層４の磁化方向を洩れ磁界
によって変動させることができるような範囲に、フリー
磁性層４と反強磁性層１０間の交換結合磁界の大きさを
調節することが非常に困難であり、実用性が低いもので
あった。

【００１９】また特許文献１では、例えばフリー磁性層
の上にスペーサ層（spacer layer）を介してバイアス層
（biasing layer）が設けられており、前記バイアス層
のトラック幅方向の端部と前記フリー磁性層のトラック
幅方向の端部間での静磁結合により、前記フリー磁性層
の磁化を単磁区化するとしている。特許文献１のように
バイアス層との端部間での静磁結合を用いて前記フリー
磁性層の磁化を揃える方法をInstack bias方式と呼んで
いる。

【００２０】しかし特許文献１のようなInstack bias方
式では、フリー磁性層に適度なバイアス磁界を供給する
ための、前記スペーサ層の膜厚の制御やフリー磁性層と
バイアス層との端部間の距離の制御が非常に難しく、素
子サイズが狭小化している近年においてはなおさらであ
る。特にフリー磁性層の端部は中央部に比べて静磁結合
の影響を強く受けるため、フリー磁性層全体に一様なバ
イアス磁界の供給はされず、フリー磁性層の端部が強く
磁化されてここが不感領域となり、この結果、フリー磁
性層の中央部も磁性層内部での磁化相互作用によって外
部磁界に対し反転しずらくなる。

【００２１】また素子サイズが狭小化している近年にあ
っては、前記静磁結合によるバイアス磁界が前記フリー
磁性層のみならず他の層にも流入しやすく、再生特性に
悪影響を及ぼしやすいという問題もある。

【００２２】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、フリー磁性層の単磁区化及び磁化方
向の制御を適切かつ容易に行なうことができ、狭トラッ
ク化を促進できる磁気検出素子及びその製造方法を提供
することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１反強磁性
層と、この第１反強磁性層によって磁化方向が固定され
た固定磁性層、非磁性材料層、及び外部磁界により磁化
方向が変化するフリー磁性層を有する多層膜を有する磁
気検出素子において、前記固定磁性層及び前記フリー磁
性層は強磁性材料からなる強磁性材料層を有し、前記フ
リー磁性層の少なくともトラック幅領域の上層または下
層に、非磁性層を介して強磁性層及び第２反強磁性層が
積層されており、前記第２反強磁性層との交換結合磁界
により前記強磁性層の磁化方向が前記固定磁性層の磁化
方向と交叉する方向へ向けられていることを特徴とする
ものである。

【００２４】本発明では、前記第２反強磁性層との交換
結合磁界により前記強磁性層の磁化方向が前記固定磁性
層の磁化方向と交叉する方向へ向けられており、前記フ
リー磁性層が前記非磁性層を介して前記強磁性層に積層
されているため、前記フリー磁性層の単磁区化及び磁化
方向の制御は、前記反強磁性層と前記強磁性層間の交換
結合磁界の大きさと、前記強磁性層と前記フリー磁性層
間の磁気的結合の大きさの２段階で調節されることにな
り、細かな制御を容易に行うことができる。

【００２５】従って、本発明では、前記フリー磁性層の
単磁区化及び磁化方向の制御を適切かつ容易に行なうこ
とができるので、磁気検出素子のさらなる狭トラック化
を促進することができる。

【００２６】また本発明では、前記フリー磁性層のトラ
ック幅領域上に、前記非磁性層を介して前記強磁性層及
び前記第２反強磁性層が積層される構造でも、前記フリ
ー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向に直交
する方向に確実に向けて、なおかつ前記フリー磁性層の
磁化方向を洩れ磁界によって変動させることが可能にな
る。

【００２７】従って、本発明では、前記フリー磁性層の
トラック幅領域の中央部と両端部で、前記フリー磁性層
の磁化方向が異なる状態になりにくくできる。

【００２８】また、本発明では、前記フリー磁性層は、
前記強磁性層との前記非磁性層を介した層間結合磁界に
よって単磁区化され、磁化方向が前記固定磁性層の磁化
方向と交叉する方向へ向けられていることが好ましい。

【００２９】例えば、前記フリー磁性層と前記強磁性層
との間には、前記非磁性層を介したＲＫＫＹ相互作用が
発生する。その結果、前記フリー磁性層が単磁区化し、
その磁化方向が前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方
向へ向けられる。

【００３０】このように、本発明では、前記強磁性層と
の前記非磁性層を介した層間結合磁界によって、前記フ
リー磁性層の単磁区化及び磁化方向の制御が行われるの
で、記録媒体からの洩れ磁界などの外部磁界によって、
前記フリー磁性層にかかる縦バイアス磁界が乱れ、前記
フリー磁性層の磁区構造が乱されることを抑制できる。

【００３１】前記フリー磁性層と前記強磁性層との間に
安定したＲＫＫＹ相互作用を生じさせるためには、前記
非磁性層が、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのう
ち１種あるいは２種以上の合金で形成されることが好ま
しい。

【００３２】前記非磁性層をＲｕによって形成し、前記
フリー磁性層と前記強磁性層の磁化方向を１８０°異な
らせた人工フェリ状態にするときには、前記Ｒｕの膜厚
を８Å〜１１Å又は１５Å〜２１Åにすることが好まし
い。

【００３３】本発明では、前記第２反強磁性層と前記強
磁性層間の交換結合磁界を大きくして、前記強磁性層の
磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方向に
強く固定した上で、前記非磁性層を介した前記フリー磁
性層と前記強磁性層間の層間結合磁界の大きさを、前記
第２反強磁性層と前記強磁性層間の前記交換結合磁界よ
りも小さくすることにより、前記フリー磁性層の磁化方
向を前記固定磁性層の磁化方向に直交する方向に確実に
向け、なおかつ前記フリー磁性層の磁化方向を洩れ磁界
によって変動させることができるように調節する必要が
ある。

【００３４】前記第２反強磁性層と前記強磁性層間の交
換結合磁界を大きくし、前記フリー磁性層と前記強磁性
層間の層間結合磁界の大きさを前記交換結合磁界よりも
小さくするために、本発明では、前記強磁性層の単位面
積あたりの磁気モーメントの大きさ（Ｍｓ×ｔ；飽和磁
束密度と膜厚の積）を前記フリー磁性層の単位面積あた
りの磁気モーメントの大きさ（Ｍｓ×ｔ；飽和磁束密度
と膜厚の積）よりも小さくするという手法をとることが
できる。

【００３５】具体的には、前記強磁性層の単位面積あた
りの磁気モーメントの大きさ（Ｍｓ×ｔ）に対する前記
フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントの大き
さ（Ｍｓ×ｔ）の比率が、３以上で２０以下の範囲であ
ることが好ましい。

【００３６】また、前記強磁性層の前記非磁性層に接す
る側をＮｉＦｅ（パーマロイ）層あるいはＮｉＦｅＸ
（ＸはＡｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚ
ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｉｒ，
Ｐｔから選ばれる１種或いは２種以上の元素）で形成す
ることにより、前記フリー磁性層と前記強磁性層間の層
間結合磁界の大きさを適度に小さくし、また、前記強磁
性層の前記第２反強磁性層に接する側をＣｏ（コバル
ト）を含む強磁性材料で形成することにより、前記第２
反強磁性層と前記強磁性層間の交換結合磁界を大きくす
ることができる。

【００３７】あるいは、本発明では、前記強磁性層をＮ
ｉＦｅ（パーマロイ）からなる単層構造とし、前記強磁
性層の膜厚を０ｎｍより大きく３ｎｍ以下として形成す
ることにより、前記フリー磁性層を単磁区化して、その
磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向に直交する方向に
確実に向け、なおかつ前記フリー磁性層の磁化方向を洩
れ磁界によって変動させることができる。

【００３８】また前記強磁性層は、ＣｏＦｅＣｒあるい
はＣｏＦｅからなる単層構造であってもよい。

【００３９】また、前記フリー磁性層には、少なくとも
前記非磁性層に接する側に、ＮｉＦｅ（パーマロイ）層
あるいはＮｉＦｅＸ（ＸはＡｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃ
ｒ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｈ
ｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｉｒ，Ｐｔから選ばれる１種或いは２種
以上の元素）からなる磁性領域が存在することが好まし
い。これにより、前記フリー磁性層と前記強磁性層間の
層間結合磁界の大きさを適度に小さくできる。

【００４０】また前記フリー磁性層には、前記非磁性材
料層に接する側にＣｏ（コバルト）を含む強磁性材料か
らなる磁性領域が存在することが好ましい。これによ
り、前記フリー磁性層に接する前記非磁性材料層への前
記フリー磁性層の材料（Ｎｉなど）の拡散を防止し、磁
気抵抗変化率の低下を防ぐことができる。

【００４１】また前記Ｃｏを含む強磁性材料とは、Ｃｏ
ＦｅあるいはＣｏＦｅＣｒであることが好ましい。

【００４２】なお、本発明の構造を有する磁気検出素子
であれば、再生効率η（％）を１０％以上で５０％以下
にすることが可能である。なお、再生効率ηは、η＝
{（記録媒体からの洩れ磁界による磁気検出素子の最大
抵抗変化量）／（磁気検出素子の最大抵抗変化量の理論
値）}×１００として定義される。なお、磁気検出素子
の最大抵抗変化量の理論値とは、フリー磁性層と固定磁
性層の磁化方向が反平行状態のときの抵抗値とフリー磁
性層と固定磁性層の磁化方向が平行状態のときの抵抗値
の差である。

【００４３】本発明の磁気検出素子では、外部磁界が印
加されときに、前記フリー磁性層のトラック幅領域の磁
化方向が、外部磁界が印加されていないときの磁化方向
に対して１２°以上傾くようにできる。

【００４４】本発明では、前記多層膜は下から、前記第
１反強磁性層、前記固定磁性層、前記非磁性材料層、前
記フリー磁性層、前記非磁性層、前記強磁性層、前記第
２反強磁性層の順序で積層されているものとすることが
できる。

【００４５】または、前記多層膜を下から、前記第２反
強磁性層、前記強磁性層、前記非磁性層、前記フリー磁
性層、前記非磁性材料層、前記固定磁性層及び前記第１
反強磁性層の順序で積層されているものとしてもよい。

【００４６】また、本発明における前記フリー磁性層に
おいて、前記フリー磁性層の膜厚方向の一部分のみがト
ラック幅寸法のトラック幅方向寸法を有し、残りの部分
はトラック幅寸法より大きいトラック幅方向寸法を有す
るものであってもよい。

【００４７】前記フリー磁性層の一部がトラック幅寸法
より大きいトラック幅方向寸法を有するものであると、
前記フリー磁性層の両側端部に生じる表面磁荷に起因す
るフリー磁性層内部の反磁界を小さくすることができ、
前記フリー磁性層内部の磁化方向の乱れを低下させるこ
とができる。

【００４８】特に、磁気検出素子が、前記多層膜の膜面
と垂直方向に電流が供給されるＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ
Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ Ｐｌａ
ｎｅ）型であり、前記非磁性材料層、固定磁性層及び第
１反強磁性層が前記フリー磁性層の上層にあるトップ型
の磁気検出素子であると、前記フリー磁性層の一部がト
ラック幅寸法より大きいトラック幅方向寸法を有するよ
うに形成することが容易である。

【００４９】また、前記フリー磁性層は、単位面積あた
りの磁気モーメントの大きさが異なる複数の強磁性材料
層が、非磁性中間層を介して積層され、前記非磁性中間
層を介して隣接する前記強磁性材料層の磁化方向が反平
行となるフェリ磁性状態であると、前記フリー磁性層の
実質的な単位面積当りの磁気モーメントを薄くすること
ができ、前記フリー磁性層の磁化方向の外部磁界に対す
る変動率を向上させることができる。すなわち、磁気検
出素子の磁界検出感度が向上するので好ましい。また、
前記フリー磁性層内部の反磁界を少なくさせることもで
きる。

【００５０】前記非磁性中間層は、例えば、Ｒｕ、Ｒ
ｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以
上の合金で形成されることが好ましい。

【００５１】なお、本発明では、前記複数の強磁性材料
層の少なくとも一層を、以下の組成を有する磁性材料で
形成することが好ましい。

【００５２】組成式がＣｏＦｅＮｉで示され、Ｆｅの組
成比は９原子％以上１７原子％以下で、Ｎｉの組成比は
０．５原子％以上１０原子％以下で、残りの組成比はＣ
ｏである磁性材料。

【００５３】また、前記非磁性材料層に最も近い位置に
積層された前記強磁性材料層と前記非磁性材料層との間
にＣｏＦｅ合金あるいはＣｏからなる中間層を形成する
ことが好ましい。前記中間層を形成するときには、前記
複数の強磁性材料層の少なくとも一層を、以下の組成を
有する磁性材料で形成することが好ましい。

【００５４】組成式がＣｏＦｅＮｉで示され、Ｆｅの組
成比は７原子％以上１５原子％以下で、Ｎｉの組成比は
５原子％以上１５原子％以下で、残りの組成比はＣｏで
ある磁性材料。

【００５５】さらに、本発明では、前記複数の強磁性材
料層の全ての層を前記ＣｏＦｅＮｉで形成することが好
ましい。

【００５６】フリー磁性層が、単位面積あたりの磁気モ
ーメントの大きさが異なる複数の強磁性材料層が、非磁
性中間層を介して積層され、前記非磁性中間層を介して
隣接する前記強磁性材料層の磁化方向が反平行となる人
工フェリ磁性状態であるとき、この反平行磁化状態を適
切に保つには、前記フリー磁性層の材質を改良して前記
複数の強磁性材料層間に働くＲＫＫＹ相互作用における
交換結合磁界を大きくする必要性がある。

【００５７】前記強磁性材料層を形成する磁性材料とし
てよく使用されるものにＮｉＦｅ合金がある。ＮｉＦｅ
合金は軟磁気特性に優れるため従来からフリー磁性層な
どに使用されていたが、前記フリー磁性層を積層フェリ
構造にした場合、ＮｉＦｅ合金で形成された強磁性材料
層間の反平行結合力はさほど強くはない。

【００５８】そこで本発明では、前記強磁性材料層の材
質を改良し、前記複数の強磁性材料層間の反平行結合力
を強めるために、前記複数の強磁性材料層のうち少なく
とも一層、好ましくは全ての層にＣｏＦｅＮｉ合金を使
用することとしたのである。Ｃｏを含有させることで上
記の反平行結合力を強めることができる。

【００５９】これにより、前記複数の強磁性材料層間で
発生するＲＫＫＹ相互作用における交換結合磁界を強く
することができる。具体的には、反平行状態が崩れると
きの磁界、すなわちスピンフロップ磁界（Ｈｓｆ）を約
２９３（ｋＡ／ｍ）にまで大きくすることができる。

【００６０】また上記した組成範囲内であると、前記複
数の強磁性材料層の磁歪を−３×１０^−６から３×１０
^−６の範囲内に収めることができ、また保磁力を７９０
（Ａ／ｍ）以下に小さくできる。

【００６１】なお、本発明は、前記多層膜の上面に上部
電極層が電気的に接続され、前記多層膜の下面に下部電
極層が電気的に接続され、前記多層膜の膜面と垂直方向
に電流が供給されるＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐ
ｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏｔｈｅ Ｐｌａｎｅ）型の磁
気検出素子に適用することが有効である。

【００６２】ＣＰＰ型の磁気検出素子であるとき、前記
多層膜が半金属強磁性ホイスラー合金層を有すると、前
記多層膜内を流れるアップスピン電子とダウンスピン電
子の比率を制御でき、磁気抵抗変化率を向上させること
ができるので好ましい。

【００６３】また、前記半金属強磁性ホイスラー合金層
が前記フリー磁性層の一部であるとき、前記半金属強磁
性ホイスラー合金層に軟磁気特性が高いＮｉＦｅ層が接
していると、磁気抵抗変化率を向上させることができる
ので好ましい。

【００６４】なお、本発明では、前記第１反強磁性層及
び前記第２反強磁性層を、同一の組成を有する反強磁性
材料によって形成することができる。

【００６５】また、前記第１反強磁性層及び／又は前記
第２反強磁性層は、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ
（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，
Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金
で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，
Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａ
ｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１種または２種以上の
元素である）合金で形成されることが好ましい。

【００６６】また本発明では、前記多層膜は、前記フリ
ー磁性層の上側あるいは下側に前記非磁性層を介して強
磁性層及び前記第２反強磁性層が積層され、少なくとも
前記フリー磁性層のトラック幅方向の両側端面に非磁性
材料層を介して固定磁性層が形成され、前記固定磁性層
上に前記１反強磁性層が積層された構造であり、前記第
１反強磁性層上に電極層が形成された磁気検出素子であ
ってもよい。

【００６７】この発明では、前記フリー磁性層及び固定
磁性層をトラック幅方向に並べて配置し、前記電極層か
らの電流がトラック幅方向から固定磁性層を通ってフリ
ー磁性層へ、あるいはフリー磁性層を通って前記固定磁
性層へ通電する流れ方向となっている。

【００６８】上記した構造の磁気検出素子では、抵抗変
化量（ΔＲ）を大きくでき再生出力の向上をより効果的
に図ることができるとともにトラック幅の狭小化により
抵抗変化率の向上を図ることができ、さらに前記フリー
磁性層及び固定磁性層をトラック幅方向に並べて配置し
た構造であっても前記フリー磁性層の上側あるいは下側
に非磁性層を介して強磁性層及び第２反強磁性層を積層
することで、前記フリー磁性層の磁化制御を適正化する
ことができる。

【００６９】また、本発明の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）基板上に、下から第２反強磁性層、強磁性層、非
磁性層、フリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層、中
間反強磁性層及び非磁性保護層の順に積層する工程と、
（ｂ）第１の磁場中アニールを施して、前記第２反強磁
性層と前記強磁性層間に交換結合磁界を発生させ、前記
強磁性層の磁化をトラック幅方向に固定する工程と、
（ｃ）前記非磁性保護層を全部または一部削る工程と、
（ｄ）前記非磁性保護層上または中間反強磁性層上に上
部反強磁性層を形成し、前記中間反強磁性層と前記上部
反強磁性層を有する第１反強磁性層を形成する工程と、
（ｅ）第２の磁場中アニールを施し、前記第１反強磁性
層と前記固定磁性層間に交換結合磁界を発生させ、前記
固定磁性層の磁化を前記強磁性層の磁化方向と交叉する
方向に固定する工程。

【００７０】本発明では、前記（ａ）工程において、基
板上に第２反強磁性層から非磁性保護層までを連続成膜
している。

【００７１】本発明において、前記非磁性保護層は酸化
されにくい貴金属などからなるものであり、従来非磁性
保護層として用いられていたＴａ膜のように酸化によっ
て膜厚が大きくなることがない。

【００７２】従って、前記非磁性保護層を薄く形成して
も、十分な酸化防止効果を得ることができるので、低エ
ネルギーのイオンミリングによって前記非磁性保護層の
除去を行うことができ、前記非磁性保護層の下に形成さ
れた前記中間反強磁性層を前記イオンミリングによるダ
メージから適切に保護できる。

【００７３】また前記貴金属元素などがアニールなどに
よって中間反強磁性層及び上部反強磁性層の内部に拡散
しても、反強磁性層の性質が劣化することがない。従来
使用されていたＴａ膜は、Ｒｕなどに比べて反強磁性層
の内部に拡散すると、反強磁性層の性質（機能）を劣化
させやすいので好ましくない。

【００７４】本発明では、前記非磁性保護層を、Ｒｕ、
Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ，Ｃｕ，Ｃ
ｒのいずれか１種または２種以上で形成することが好ま
しい。

【００７５】また、前記（ａ）工程で、前記中間反強磁
性層を１０Å以上５０Å以下で形成するか、より好まし
くは、３０Å以上４０Å以下で形成すると、前記（ｂ）
工程の第１の磁場中アニールによって、前記中間反強磁
性層と前記固定磁性層間に交換結合磁界が発生せず、前
記固定磁性層の磁化方向が前記フリー磁性層の磁化方向
と同じ方向を向くことを避けることができる。

【００７６】なお、本発明では前記非磁性保護層を薄く
形成しても、十分な酸化防止効果を得ることができるこ
とを先に述べたが、具体的には、前記（ａ）工程で、前
記非磁性保護層を３Å以上１０Å以下で形成することが
できる。

【００７７】また、前記（ｃ）工程で、前記非磁性保護
層の膜厚が３Å以下となるまで、前記非磁性保護層を削
り込むか、あるいは前記非磁性保護層を全て除去するこ
とが好ましい。

【００７８】前記（ｃ）工程で前記非磁性保護層を全て
除去すると、前記第１反強磁性層は、前記中間反強磁性
層及び前記上部反強磁性層のみから構成されることにな
る。しかし、前記非磁性保護層を全て除去すると、前記
中間反強磁性層の表面がイオンミリングによって損傷
し、反強磁性が低下することがある。

【００７９】本発明では、前記非磁性保護層が３Å以下
残っている程度であれば、前記非磁性保護層が前記中間
反強磁性層と前記上部反強磁性層の間に残存していて
も、前記中間反強磁性層、前記非磁性保護層、及び前記
上部反強磁性層とが一体として第１反強磁性層として機
能することができる。

【００８０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明における第１の実
施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た
部分断面図である。

【００８１】図１に示す磁気検出素子は、記録媒体に記
録された外部信号を再生するためのＧＭＲヘッドであ
る。記録媒体との対向面は、例えば磁気検出素子を構成
する薄膜の膜面に垂直で且つ磁気検出素子のフリー磁性
層の外部磁界が印加されていないときの磁化方向と平行
な平面である。図１では、記録媒体との対向面はＸ−Ｚ
平面に平行な平面である。

【００８２】なお、磁気検出素子が浮上式の磁気ヘッド
に用いられる場合、記録媒体との対向面とは、いわゆる
ＡＢＳ面のことである。

【００８３】また磁気検出素子は、例えばアルミナ−チ
タンカーバイト（Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣ）で形成されたス
ライダのトレーリング端面上に形成される。スライダ
は、記録媒体との対向面と逆面側で、ステンレス材など
による弾性変形可能な支持部材と接合され、磁気ヘッド
装置が構成される。

【００８４】なお、トラック幅方向とは、外部磁界によ
って磁化方向が変動する領域の幅方向のことであり、例
えば、フリー磁性層の外部磁界が印加されていないとき
の磁化方向、すなわち図示Ｘ方向である。

【００８５】なお、記録媒体は磁気検出素子の記録媒体
との対向面に対向しており、図示Ｚ方向に移動する。こ
の記録媒体からの洩れ磁界方向は図示Ｙ方向である。

【００８６】図1では、スライダのトレーリング端面上
にアルミナ層（図示せず）を介して、下部電極層を兼用
する下部シールド層２０が形成され、下部シールド層２
０上に、下地層２１、シード層２２、第２反強磁性層２
３、第１強磁性層２４ａ及び第２強磁性層２４ｂからな
る強磁性層２４、非磁性層２５、第１磁性層２６ａ及び
第２磁性層２６ｂからなるフリー磁性層２６、非磁性材
料層２７、第２固定磁性層２８ａ、非磁性中間層２８
ｂ、第１固定磁性層２８ｃからなるシンセティックフェ
リピンド型の固定磁性層２８、第１反強磁性層２９、保
護層３０が下から順に積層された多層膜Ａが形成されて
いる。

【００８７】多層膜Ａの保護層３０からフリー磁性層２
６の第１磁性層２６ａの膜厚方向の一部分まではトラッ
ク幅寸法Ｔｗのトラック幅方向寸法を有し、第１磁性層
２６ａの残りの部分から強磁性層２４、第２反強磁性層
２３、シード層２２、下地層２１のトラック幅方向寸法
はトラック幅寸法Ｔｗより大きくなっている。

【００８８】また、保護層３０からフリー磁性層２６の
第１磁性層２６ａの途中までのトラック幅方向両側部に
は絶縁層３２，３２が形成されており、絶縁層３２，３
２及び多層膜Ａの保護層３０上には、上部電極層を兼用
する上部シールド層３１が形成されている。

【００８９】下部シールド層２０から上部シールド層３
１までが、本発明の第１の実施の形態の磁気検出素子で
ある。

【００９０】図１では、下部シールド層２０が下部電極
層を兼用し、上部シールド層３１が上部電極層を兼用し
ているが、下部シールド層と下部電極層及び上部シール
ド層と上部電極層がそれぞれ異なる材料で形成されてい
る異なる層であってもよい。

【００９１】図１に示される磁気検出素子は、いわゆる
トップ型のスピンバルブ型磁気検出素子である。

【００９２】下部シールド層２０、下地層２１、シード
層２２、第２反強磁性層２３、強磁性層２４、非磁性層
２５、フリー磁性層２６、非磁性材料層２７、固定磁性
層２８、第１反強磁性層２９、保護層３０、絶縁層３
２、及び上部シールド層３１はスパッタ法や蒸着法など
の薄膜形成プロセスによって形成される。

【００９３】スパッタ法としては、例えばマグネトロン
スパッタ、ＲＦ２極スパッタ、ＲＦ３極スパッタ、イオ
ンビームスパッタ、対向ターゲット式スパッタ等の既存
するスパッタ装置を用いたスパッタ法によって形成する
ことができる。また本発明では、スパッタ法や蒸着法の
他に、ＭＢＥ（モレキュラー−ビーム−エピタキシー）
法、ＩＣＢ（イオン−クラスター−ビーム）法などの成
膜プロセスが使用可能である。

【００９４】図１に示すように上記した下地層２１から
保護層３０の各層で構成される多層膜Ａは、保護層３０
からフリー磁性層２６の第１磁性層２６ａの一部までの
トラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側端面Ａａ，
Ａａが、多層膜Ａの表面Ａｂに対して垂直な連続面とな
っている。ただし、図１の点線Ａａ１、Ａａ１で示され
るように、保護層３０からフリー磁性層２６の第１磁性
層２６ａの一部までのトラック幅方向における両側端面
が、多層膜Ａの表面Ａｂに対する傾斜面Ａａ１，Ａａ１
であってもよい。

【００９５】なお、図１の磁気検出素子の光学トラック
幅Ｔｗは、非磁性材料層２７のトラック幅方向寸法で決
められる。本実施の形態の磁気検出素子では、光学トラ
ック幅Ｔｗを０．１μｍ以下、特に０．０６μｍ以下に
して、２００Ｇｂｉｔ／ｉｎ ^２以上の記録密度に対応す
ることができる。

【００９６】図１に示された磁気検出素子は、いわゆる
スピンバルブ型磁気検出素子であり、固定磁性層２８の
磁化方向が、適正に図示Ｙ方向に平行な方向に固定さ
れ、しかもフリー磁性層２６の磁化が適正に図示Ｘ方向
に揃えられており、固定磁性層２８とフリー磁性層２６
の磁化が直交関係にある。記録媒体からの洩れ磁界が磁
気検出素子の図示Ｙ方向に侵入し、フリー磁性層２６の
磁化が感度良く変動し、この磁化方向の変動と、固定磁
性層２８の固定磁化方向との関係で電気抵抗が変化し、
この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒
体からの洩れ磁界が検出される。

【００９７】ただし、電気抵抗値の変化（出力）に直接
寄与するのは第２固定磁性層２８ａの磁化方向とフリー
磁性層２６の磁化方向の相対角であり、これらの相対角
が検出電流が通電されている状態かつ信号磁界が印加さ
れていない状態で直交していることが好ましい。

【００９８】なお、磁気検出素子の記録媒体との対向面
に対向する記録媒体は、図示Ｚ方向に移動する。

【００９９】保護層３０はＴａなど導電性材料からな
り、本実施の形態における膜厚は３０Åである。

【０１００】下部シールド層２０及び上部シールド層３
１はＮｉＦｅなどの磁性材料を用いて形成される。な
お、下部シールド層２０及び上部シールド層３１は磁化
容易軸がトラック幅方向（図示Ｘ方向）を向いているこ
とが好ましい。下部シールド層２０及び上部シールド層
３１は、電解メッキ法によって形成されてもよい。

【０１０１】下地層２１は、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，
Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１種以上で形成される
ことが好ましい。下地層は５０Å以下程度の膜厚で形成
される。なおこの下地層は形成されていなくても良い。
本実施の形態では、下地層２１の膜厚は３０Åである。

【０１０２】シード層２２は、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ
やＣｒなどを用いて形成する。本実施の形態では、シー
ド層２２の膜厚は５０Åである。

【０１０３】なお本実施における磁気検出素子は各層の
膜面と垂直方向にセンス電流が流れるＣＰＰ型であるた
め、シード層にも適切にセンス電流が流れる必要性があ
る。よってシード層は比抵抗の高い材質でないことが好
ましい。すなわちＣＰＰ型ではシード層はＮｉＦｅ合
金、Ｃｒなどの比抵抗の低い材質で形成されることが好
ましい。なおシード層は形成されなくても良い。

【０１０４】第２反強磁性層２３及び第１反強磁性層２
９は、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、
Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか
１種または２種以上の元素である）合金で、あるいはＰ
ｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒ
ｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘ
ｅ，Ｋｒのいずれか１または２種以上の元素である）合
金で形成する。

【０１０５】本実施の形態では、第１反強磁性層２９及
び第２反強磁性層２３を、同一の組成を有する反強磁性
材料を用いて形成することができる。

【０１０６】これらの合金は、成膜直後の状態では、不
規則系の面心立方構造（ｆｃｃ）であるが、熱処理によ
ってＣｕＡｕＩ型の規則型の面心正方構造（ｆｃｔ）に
構造変態する。

【０１０７】第２反強磁性層２３の膜厚は８０Å〜３０
０Å、例えば１５０Åである。ここで、反強磁性層を形
成するための、前記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎの式
で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３
ａｔ％の範囲であることが好ましい。また、前記ＰｔＭ
ｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、
ＰｔあるいはＸが４７〜５７ａｔ％の範囲であることが
より好ましい。特に規定しない限り、〜で示す数値範囲
の上限と下限は以下、以上を意味する。

【０１０８】また、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合
金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３ａｔ％の範囲であ
ることが好ましい。また、前記Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で
示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが４７〜５７ａｔ％
の範囲であることがより好ましい。さらに、前記Ｐｔ−
Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’が０．２
〜１０ａｔ％の範囲であることが好ましい。ただし、
Ｘ’がＰｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのい
ずれか１種または２種以上の元素である場合には、Ｘ’
は０．２〜４０ａｔ％の範囲であることが好ましい。

【０１０９】これらの合金を使用し、これを熱処理する
ことにより、大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層
を得ることができる。特に、ＰｔＭｎ合金であれば、４
８ｋＡ／ｍ以上、例えば６４ｋＡ／ｍを越える交換結合
磁界を有し、前記交換結合磁界を失うブロッキング温度
が３８０℃と極めて高い優れた第２反強磁性層２３及び
第１反強磁性層２９を得ることができる。

【０１１０】なお、後に説明する本実施の形態の磁気検
出素子の製造方法を用いて、図１の磁気検出素子を形成
すると、第１反強磁性層２９が、１０Å以上５０Å以下
の膜厚の中間反強磁性層２９ａと、１Å以上３Å以下の
膜厚の貴金属などからなる非磁性保護層２９ｂ及び上部
反強磁性層２９ｃからなる多層構造を有するものにな
る。

【０１１１】中間反強磁性層２９ａと上部反強磁性層２
９ｃは、同じ組成の反強磁性材料、具体的には上述のＰ
ｔＭｎ合金、Ｘ―Ｍｎ合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―
Ｘ′合金を用いて形成される。

【０１１２】中間反強磁性層２９ａの膜厚と上部反強磁
性層２９ｃの膜厚を合わせた総合膜厚は８０Å以上５０
０Å以下である。例えば１５０Åである。中間反強磁性
層２９ａは、膜厚が１０Å以上５０Å以下と薄いため、
単独では反強磁性を示さず、中間反強磁性層２９ａと上
部反強磁性層２９ｃが一体となって初めて反強磁性を示
すようになり、固定磁性層２８との間に交換結合磁界を
生じさせる。

【０１１３】また、非磁性保護層２９ｂは１Å以上３Å
以下の薄い膜厚であり、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉ
ｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ，Ｃｕ，Ｃｒのいずれか１種また
は２種以上で形成されているので、中間反強磁性層２９
ａと上部反強磁性層２９ｃに反強磁性的な相互作用を生
じさせ、中間反強磁性層２９ａと上部反強磁性層２９ｃ
を一体の反強磁性層として機能させることが可能にな
る。また、非磁性保護層２９ｂの材料が、中間反強磁性
層２９ａと上部反強磁性層２９ｃ中に拡散しても、反強
磁性の性質は劣化しない。

【０１１４】なお、非磁性保護層２９ｂが存在せず、第
１反強磁性層２９が中間反強磁性層２９ａと上部反強磁
性層２９ｃからなるものであってもよい。また、第１反
強磁性層２９が単層の反強磁性層であってもよい。

【０１１５】第１固定磁性層２８ｃ及び第２固定磁性層
２８ａは、強磁性材料により形成されるもので、例えば
ＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＣｏＦｅ合
金、ＣｏＮｉ合金などにより形成されるものであり、特
にＣｏＦｅ合金またはＣｏにより形成されることが好ま
しい。また、第１固定磁性層２８ｃ及び第２固定磁性層
２８ａは同一の材料で形成されることが好ましい。

【０１１６】また、非磁性中間層２８ｂは、非磁性材料
により形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒ
ｅ、Ｃｕのうち１種またはこれらの２種以上の合金で形
成されている。特にＲｕによって形成されることが好ま
しい。

【０１１７】第１固定磁性層２８ｃ及び第２固定磁性層
２８ａは、それぞれ１０〜７０Å程度で形成される。例
えば、第１固定磁性層２８ｃの膜厚は３０Åであり、第
２固定磁性層２８ａの膜厚は４０Åである。また非磁性
中間層の膜厚は３Å〜１０Å程度、例えば８Åで形成さ
れる。

【０１１８】図１では、単位面積当りの磁気モーメント
（Ｍｓ×ｔ；飽和磁束密度と膜厚の積）が異なる第１固
定磁性層２８ｃと第２固定磁性層２８ａが、非磁性中間
層２８ｂを介して積層されたものが、一つの固定磁性層
として機能する。

【０１１９】第１固定磁性層２８ｃは第１反強磁性層２
９と接して形成され、磁場中アニールが施されることに
より、第１固定磁性層２８ｃと第１反強磁性層２９との
界面にて交換結合による交換異方性磁界（交換結合磁
界）が生じ、第１固定磁性層２８ｃの磁化方向が図示Ｙ
方向に固定される。第１固定磁性層２８ｃの磁化方向が
図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層２８ｂを介し
て対向する第２固定磁性層２８ａの磁化方向が、第１固
定磁性層２８ｃの磁化方向と反平行の状態で固定され
る。

【０１２０】このように、第１固定磁性層２８ｃと第２
固定磁性層２８ａの磁化方向が、反平行となるフェリ磁
性状態になっていると、第１固定磁性層２８ｃと第２固
定磁性層２８ａとが互いに他方の磁化方向を固定しあう
ので、全体として固定磁性層の磁化方向を一定方向に強
力に固定することができる。

【０１２１】なお、第１固定磁性層２８ｃの単位面積当
りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ）と第２固定磁性層２８
ａの単位面積当りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ）を足し
合わせた合成の単位面積当りの磁気モーメント（Ｍｓ×
ｔ）の方向が固定磁性層の磁化方向となる。

【０１２２】図１では、第１固定磁性層２８ｃ及び第２
固定磁性層２８ａを同じ材料を用いて形成し、さらに、
それぞれの膜厚を異ならせることにより、それぞれの単
位面積当りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ）を異ならせて
いる。

【０１２３】また、第１固定磁性層２８ｃ及び第２固定
磁性層２８ａの固定磁化による反磁界（双極子磁界）
を、第１固定磁性層２８ｃ及び第２固定磁性層２８ａの
静磁界結合同士が相互に打ち消し合うことによりキャン
セルできる。これにより、固定磁性層２８の固定磁化に
よる反磁界（双極子磁界）からの、フリー磁性層２６の
変動磁化への寄与を減少させることができる。

【０１２４】従って、フリー磁性層２６の変動磁化の方
向を所望の方向に補正することがより容易になり、アシ
ンメトリーの小さい対称性の優れたスピンバルブ型磁気
検出素子を得ることが可能になる。

【０１２５】ここで、アシンメトリーとは、再生出力波
形の非対称性の度合いを示すものであり、再生出力波形
が与えられた場合、波形が対称であればアシンメトリー
が小さくなる。従って、アシンメトリーが０に近づく程
再生出力波形が対称性に優れていることになる。

【０１２６】前記アシンメトリーは、フリー磁性層２６
の磁化の方向と固定磁性層２８の固定磁化の方向とが直
交しているときに０となる。アシンメトリーが大きくず
れるとメディアからの情報の読み取りが正確にできなく
なり、エラーの原因となる。このため、前記アシンメト
リーが小さいものほど、再生信号処理の信頼性が向上す
ることになり、スピンバルブ型磁気検出素子として優れ
たものとなる。

【０１２７】また、固定磁性層２８の固定磁化による反
磁界（双極子磁界）Ｈｄは、フリー磁性層２６の素子高
さ方向において、その端部で大きく中央部で小さいとい
う不均一な分布を持ち、フリー磁性層２６内における単
磁区化が妨げられる場合があるが、固定磁性層２８を上
記の積層構造とすることにより双極子磁界Ｈｄを小さく
することができ、これによってフリー磁性層内に磁壁が
できて磁化の不均一が発生しバルクハウゼンノイズなど
が発生することを防止することができる。

【０１２８】なお固定磁性層２８は上記したいずれかの
磁性材料を使用した１層構造あるいは上記したいずれか
の磁性材料からなる層とＣｏ層などの拡散防止層の２層
構造で形成されていても良い。

【０１２９】非磁性材料層２７は、固定磁性層２８とフ
リー磁性層２６との磁気的な結合を防止する層であり、
Ｃｕ，Ｃｒ，Ａｕ，Ａｇなど導電性を有する非磁性材料
により形成されることが好ましい。特にＣｕによって形
成されることが好ましい。非磁性材料層２７は例えば１
８〜３０Å程度の膜厚で形成される。本実施の形態で
は、非磁性材料層２７の膜厚は、３０Åである。

【０１３０】また非磁性材料層２７は、Ａｌ_２Ｏ_３やＳ
ｉＯ_２などの絶縁材料で形成されていてもよいが、本実
施の形態のようにＣＰＰ型の磁気検出素子の場合には、
非磁性材料層２７内部にも、膜面と垂直方向にセンス電
流が流れるようにしなければならないので、非磁性材料
層２７が絶縁物であるときは、非磁性材料層２７の膜厚
を５０Å以下に薄くして形成してトンネル電流が流れる
ようにする必要がある。また非磁性材料層２７をＡｌ_２
Ｏ_３やＴａＯ_２またはＣｕ−Ａｌ_２Ｏ_３複合膜のような
絶縁材料を部分的に含む材料で形成したときは、非磁性
材料層２７を実効的な素子面積を低減させる電流制限層
として機能させることもできる。

【０１３１】図１に示される磁気検出素子では、フリー
磁性層２６は、第１磁性層２６ａ及び第２磁性層２６ｂ
の２層構造である。

【０１３２】非磁性層２５に接する側の第１磁性層２６
ａは、ＮｉＦｅ（パーマロイ）層あるいはＮｉＦｅＸ
（ＸはＡｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚ
ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｉｒ，
Ｐｔから選ばれる１種或いは２種以上の元素）であり、
非磁性材料層２７に接する側の第２磁性層２６ｂがＣ
ｏ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉなどＣｏ（コバルト）を含
む強磁性材料からなる層である。本実施の形態では、第
１磁性層２６ａの膜厚は１００Åであり、第２磁性層２
６ｂの膜厚は２０Åである。Ｃｏを含む強磁性材料に
は、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＣｒを選択することが好まし
い。

【０１３３】フリー磁性層２６の第２磁性層２６ｂをＣ
ｏ（コバルト）を含む強磁性材料からなる層で形成する
ことにより、非磁性材料層２７へのフリー磁性層２６の
材料（Ｎｉなど）の拡散を防止し、磁気抵抗変化率の低
下を防ぐことができる。

【０１３４】なおフリー磁性層２６を構成する第１磁性
層２６ａと第２磁性層２６ｂとの境界面は図面のように
はっきりと見て取れない場合がある。例えば前記第１磁
性層２６ａと第２磁性層２６ｂとが熱拡散を起す場合な
どである。かかる場合、前記境界面ははっきりとしなく
なる。従って図１に示す実施形態のように、第１磁性層
２６ａと第２磁性層２６ｂとの境界面がはっきりと見て
取れない場合、フリー磁性層２６には、少なくとも非磁
性層２５に接する側に、ＮｉＦｅあるいはＮｉＦｅＸか
らなる磁性領域が存在し、一方、非磁性材料層２７に接
する側にＣｏを含む強磁性材料層からなる磁性領域が存
在していればよい。

【０１３５】本実施の形態では、フリー磁性層２６のト
ラック幅領域２６ｃの下層に非磁性層２５を介して強磁
性層２４及び第２反強磁性層２３が積層されている。

【０１３６】非磁性層２５は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃ
ｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形
成されている。本実施の形態では、非磁性層２５の膜厚
は、８Åである。

【０１３７】強磁性層２４は、第１強磁性層２４ａ及び
第２強磁性層２４ｂの２層構造である。本実施の形態で
は、例えば第１強磁性層２４ａの膜厚は８Åであり、第
２強磁性層２４ｂの膜厚は６Åである。

【０１３８】図１では、強磁性層２４の非磁性層２５に
接する側である第２強磁性層２４ｂをＮｉＦｅ（パーマ
ロイ）層あるいはＮｉＦｅＸ（ＸはＡｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，
Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒ
ｈ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｉｒ，Ｐｔから選ばれる１種或い
は２種以上の元素）で形成している。

【０１３９】また、第２反強磁性層２３に接する側であ
る第１強磁性層２４ａをＣｏやＣｏＦｅなどのＣｏ（コ
バルト）を含む強磁性材料で形成している。第１強磁性
層２４ａをＣｏ（コバルト）を含む強磁性材料で形成す
ることにより、第２反強磁性層２３と強磁性層２４間の
交換結合磁界を大きくすることができる。Ｃｏを含む強
磁性材料にはＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＣｒを選択することが
好ましい。

【０１４０】なお強磁性層２４においてもフリー磁性層
２６と同様に、前記強磁性層２４には、少なくとも非磁
性層２５に接する側に、ＮｉＦｅあるいはＮｉＦｅＸか
らなる磁性領域が存在し、一方、第２反強磁性層２３に
接する側にＣｏを含む強磁性材料層からなる磁性領域が
存在していればよい。

【０１４１】または、強磁性層２４を、膜厚が０ｎｍよ
り大きく３ｎｍ以下である、ＮｉＦｅ（パーマロイ）か
らなる単層構造としてもよい。

【０１４２】あるいは、前記強磁性層２４を、ＣｏＦｅ
ＣｒあるいはＣｏＦｅからなる単層構造で形成してもよ
い。

【０１４３】上記したいずれの単層構造においても後述
する実験結果によれば、良好な再生特性を得ることがで
きる。

【０１４４】図１に示される磁気検出素子では、強磁性
層２４の磁化方向が第２反強磁性層２３との交換結合磁
界により固定磁性層２８の磁化方向と交叉する方向へ向
けられている。

【０１４５】また、強磁性材料からなる強磁性材料層で
あるフリー磁性層２６が、非磁性層２５を介して強磁性
層２４に積層されているため、フリー磁性層２６が、強
磁性層２４との非磁性層２５を介した層間結合磁界、こ
の場合はＲＫＫＹ相互作用によって単磁区化され、磁化
方向が固定磁性層２８の磁化方向と交叉する方向へ向け
られている。

【０１４６】このように、強磁性層２４との非磁性層２
５を介した層間結合磁界によって、フリー磁性層２６の
単磁区化及び磁化方向の制御が行われると、記録媒体か
らの洩れ磁界などの外部磁界によって、フリー磁性層２
６にかかる縦バイアス磁界が乱れ、フリー磁性層２６の
磁区構造が乱されることを抑制できる。

【０１４７】また、強磁性層２４は、単位面積あたりの
磁気モーメントの大きさが異なる複数の強磁性材料層
が、非磁性中間層を介して積層され、前記非磁性中間層
を介して隣接する前記強磁性材料層の磁化方向が反平行
となるフェリ磁性状態のものでもよい。これによって、
強磁性層２４の磁化方向を一方向に強固に固定すること
ができる。

【０１４８】なお、非磁性層２５をＲｕによって形成
し、フリー磁性層２６と強磁性層２４の磁化方向を１８
０°異ならせた、人工フェリ状態にするときには、Ｒｕ
の膜厚を８Å〜１１Å又は１５Å〜２１Åにすることが
好ましい。

【０１４９】本発明では、第２反強磁性層２３と強磁性
層２４間の交換結合磁界を大きくして、強磁性層２４の
磁化方向を固定磁性層２８の磁化方向と交叉する方向に
強く固定した上で、フリー磁性層２６と強磁性層２４間
の層間結合磁界の大きさを前記交換結合磁界よりも小さ
くすることにより、フリー磁性層２６を単磁区化して磁
化方向を固定磁性層２８の磁化方向に直交する方向に確
実に向け、なおかつフリー磁性層２６の磁化方向を洩れ
磁界によって変動させることができるように調節する必
要がある。

【０１５０】第２反強磁性層２３と強磁性層２４間の交
換結合磁界を大きくし、フリー磁性層２６と強磁性層２
４間の層間結合磁界の大きさを交換結合磁界よりも小さ
くするために、本実施の形態では、強磁性層２４の単位
面積あたりの磁気モーメントの大きさ（Ｍｓ×ｔ；飽和
磁束密度と膜厚の積）をフリー磁性層２６の単位面積あ
たりの磁気モーメントの大きさ（Ｍｓ×ｔ；飽和磁束密
度と膜厚の積）よりも小さくしている。

【０１５１】なお、強磁性層２４の単位面積あたりの磁
気モーメントの大きさ（Ｍｓ×ｔ；飽和磁束密度と膜厚
の積）は、第１強磁性層２４ａの単位面積あたりの磁気
モーメントの大きさ（Ｍｓ×ｔ）と第２強磁性層２４ｂ
の単位面積あたりの磁気モーメントの大きさ（Ｍｓ×
ｔ）の和である。また、フリー磁性層２６の単位面積あ
たりの磁気モーメントの大きさ（Ｍｓ×ｔ；飽和磁束密
度と膜厚の積）は、第１磁性層２６ａの単位面積あたり
の磁気モーメントの大きさ（Ｍｓ×ｔ）と第２磁性層２
６ｂの単位面積あたりの磁気モーメントの大きさ（Ｍｓ
×ｔ）の和である。

【０１５２】具体的には、強磁性層２４の単位面積あた
りの磁気モーメントの大きさ（Ｍｓ×ｔ）に対するフリ
ー磁性層２６の単位面積あたりの磁気モーメントの大き
さ（Ｍｓ×ｔ）の比率（フリー磁性層２６のＭｓ×ｔ／
強磁性層２４のＭｓ×ｔ）を、３以上で２０以下の範囲
にしている。

【０１５３】また、強磁性層２４の、非磁性層２５に接
する側である第２強磁性層２４ｂをＮｉＦｅ（パーマロ
イ）層あるいはＮｉＦｅＸ（ＸはＡｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，
Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒ
ｈ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｉｒ，Ｐｔから選ばれる１種或い
は２種以上の元素）で形成することにより、フリー磁性
層２６と強磁性層２４間の層間結合磁界の大きさを適度
に小さくしている。

【０１５４】また、フリー磁性層２６の、非磁性層２５
に接する側である第１磁性層２６ａをＮｉＦｅ（パーマ
ロイ）層あるいはＮｉＦｅＸ（ＸはＡｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，
Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒ
ｈ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｉｒ，Ｐｔから選ばれる１種或い
は２種以上の元素）で形成することにより、フリー磁性
層２６と強磁性層２４間の層間結合磁界の大きさを適度
に小さくしている。

【０１５５】図１に示された磁気検出素子では、フリー
磁性層２６の単磁区化及び磁化方向の制御を、第２反強
磁性層２３と強磁性層２４間の交換結合磁界の大きさ
と、強磁性層２４とフリー磁性層２６間の層間結合磁界
の大きさの２段階で調節することになり、細かな制御を
容易に行うことができる。

【０１５６】従って、フリー磁性層２６の単磁区化及び
磁化方向の制御を適切かつ容易に行なうことができるの
で、磁気検出素子のさらなる狭トラック化を促進するこ
とができる。

【０１５７】また、フリー磁性層２６のトラック幅領域
２６ｃの下層に、非磁性層２５を介して強磁性層２４及
び第２反強磁性層２３が積層される構造でも、フリー磁
性層２６の磁化方向を固定磁性層２８の磁化方向に交叉
する方向に確実に向けて、なおかつフリー磁性層２６の
磁化方向を洩れ磁界によって変動させることが可能にな
る。

【０１５８】従って、図１に示されるような磁気検出素
子であれば、フリー磁性層２６のトラック幅領域２６ｃ
の中央部と両端部で、フリー磁性層２６の磁化方向が異
なる状態になりづらい。

【０１５９】図１の磁気検出素子では、多層膜Ａが保護
層３０からフリー磁性層２６の第１磁性層２６ａの途中
までの両側部が削り込まれてトラック幅寸法Ｔｗのトラ
ック幅方向寸法を有し、第１磁性層２６ａの途中から強
磁性層２４、第２反強磁性層２３、シード層２２、下地
層２１のトラック幅方向寸法はトラック幅寸法Ｔｗより
大きくなっている。

【０１６０】図２は、本発明における第２の実施形態の
磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部
分断面図、図３は、本発明における第３の実施形態の磁
気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分
断面図である。

【０１６１】図２に示す実施形態では図１と異なり、フ
リー磁性層２６が第１磁性層２６ａ、第２磁性層２６ｂ
及び中間磁性層２６ｄの３層構造となっている。このフ
リー磁性層２６の構成以外は、図１の磁気検出素子と変
わるところがない。

【０１６２】非磁性層２５と接する第１磁性層２６ａ
は、図１で説明したようにＮｉＦｅあるいはＮｉＦｅＸ
（ＸはＡｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚ
ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｉｒ，
Ｐｔから選ばれる１種或いは２種以上の元素）で形成さ
れる。あるいは前記フリー磁性層２６には前記非磁性層
２５と接する側に、ＮｉＦｅあるいはＮｉＦｅＸからな
る磁性領域が存在している。

【０１６３】また非磁性材料層２７と接する第２磁性層
２６ｂは、図１で説明したようにＣｏを含んだ磁性材料
層である。あるいは前記フリー磁性層２６には前記非磁
性材料層２７と接する側に、Ｃｏを含んだ磁性材料から
なる磁性領域が存在している。Ｃｏを含んだ磁性材料層
にはＣｏＦｅやＣｏＦｅＮｉ、ＣｏＦｅＣｒなどがあ
る。

【０１６４】この実施形態では前記第１磁性層２６ａと
第２磁性層２６ｂとの間に挟まれた中間磁性層２６ｄ
は、例えばフリー磁性層２６の単位面積当たりの磁気モ
ーメント（Ｍｓ×ｔ）を調整するために設けられ、磁気
モーメントの観点から前記中間磁性層２６ｄの材質が決
定される。

【０１６５】前記中間磁性層２６ｄの材質は例えばＮｉ
Ｆｅ、ＮｉＦｅＸ、Ｃｏを含んだ磁性材料層である。一
例として第１磁性層２６ａがＮｉ_{８５ａｔ％}Ｆｅ
_{１０ａｔ％}Ｎｂ_５ａｔ％であり、中間磁性層２６ｄがＮ
ｉ_{８０ａｔ％}Ｆｅ_{２０ａｔ％}であり、第２磁性層２６ｂ
がＣｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}である。

【０１６６】なお第１磁性層２６ａと中間磁性層２６ｄ
との境界面、および中間磁性層２６ｄと第２磁性層２６
ｂとの境界面は熱拡散などにより明確にわかならない場
合があり、例えば上記した具体例で言えば、フリー磁性
層２６の非磁性層２５と接する側に、ＮｉＦｅＮｂから
なる磁性領域が存在し、非磁性材料層２７と接する側
に、ＣｏＦｅからなる磁性領域が存在し、その間にＮｉ
Ｆｅからなる磁性領域が存在すれば、前記フリー磁性層
２６は元々３層構造で形成されているものと推定するこ
とができる。

【０１６７】なお前記フリー磁性層２６は３層よりもさ
らに多層で構成されていてもよい。図３は、フリー磁性
層２６が強磁性材料の単層構造である。前記フリー磁性
層２６は、ＮｉＦｅあるいはＮｉＦｅＸ（ＸはＡｌ，Ｓ
ｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，
Ｒｕ，Ｒｈ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｉｒ，Ｐｔから選ばれる
１種或いは２種以上の元素）で形成されることが好まし
い。後述する実験結果によれば前記フリー磁性層２６が
ＣｏＦｅの単層構造で形成された場合、再生感度ηが低
く、またヒステリシスが悪化し、再生特性が前記フリー
磁性層２６をＮｉＦｅやＮｉＦｅＸで形成する場合に比
べて低下することがわかった。

【０１６８】また図３に示す実施形態では強磁性層２４
も単層構造である。前記強磁性層２４はＮｉＦｅ、Ｎｉ
ＦｅＸ（ＸはＡｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃ
ｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，
Ｉｒ，Ｐｔから選ばれる１種或いは２種以上の元素）、
ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＣｒなどで形成できる。なお第２反
強磁性層２３との交換結合磁界を大きくするため、単層
構造の強磁性層２４はＣｏを含んだ強磁性材料で形成さ
れることが好ましい。

【０１６９】なお強磁性層２４とフリー磁性層２６のう
ち、どちらか一方が単層構造であり、他方が強磁性材料
からなる多層構造であってもよい。

【０１７０】なお図２及び図３において、強磁性層２４
の単位面積当たりの磁気モーメントに対するフリー磁性
層２６の単位面積当たりの磁気モーメントの比率等は図
１で説明したものと同じである。

【０１７１】次に、本発明の磁気検出素子の多層膜は、
図１に示すフリー磁性層２６の第１磁性層２６ａの途中
まで、両側部が削り込まれた多層膜Ａのような構成をし
ていなくてもかまわない。

【０１７２】図４に、図１の多層膜Ａと同じ積層構造を
有し、トラック幅寸法の領域の両側部Ｂ，Ｂが削られて
いない多層膜Ｃを有する本発明の第４の実施形態の磁気
検出素子を、記録媒体との対向面側から見た部分断面図
を示す。

【０１７３】図４の磁気検出素子では、下部シールド層
２０及び上部シールド層３１に、それぞれ多層膜Ｃと接
続される突出部２０ａ及び突出部３１ａが形成されてい
る。突出部２０ａと突出部３１ａの、多層膜Ｃとの接続
部２０ａ１と接続部３１ａ１のトラック幅方向寸法のう
ち、小さい方でトラック幅寸法Ｔｗが決まる。突出部２
０ａと突出部３１ａの両側部には、アルミナなどからな
る絶縁層３３または絶縁層３４が形成されている。

【０１７４】しかし、図４に示される磁気検出素子は、
固定磁性層２８及びフリー磁性層２６のトラック幅方向
寸法がトラック幅寸法Ｔｗより大きいためトラック幅寸
法Ｔｗの領域の両側部Ｂ，Ｂの部分でも外部磁界を検出
してしまう、いわゆるサイドリーディングの割合が大き
くなり、磁気的なトラック幅が広がりやすい。

【０１７５】従って、多層膜Ｃは、少なくとも保護層３
０、第１反強磁性層２９、固定磁性層２８及び非磁性材
料層２７で両側部Ｂ，Ｂが、一点鎖線Ｌ，Ｌを側端面と
するように、削られている方が好ましい。

【０１７６】ただし、両側部Ｂ，Ｂを強磁性層２４及び
第２反強磁性層２３まで完全に削って除去すると、フリ
ー磁性層２６を確実に単磁区化し、磁化方向を固定磁性
層２８に交叉する方向に向けることが難しくなる。ま
た、両側部Ｂ，Ｂをフリー磁性層２６まで完全に除去す
ると、フリー磁性層２６のトラック幅方向の反磁界が大
きくなり、フリー磁性層の磁区制御が困難になるので好
ましくない。

【０１７７】従って、図１に示されるように、フリー磁
性層２６の一部まで多層膜Ａの両側部が除去された構造
が好ましい形態である。

【０１７８】図１に示された磁気検出素子のように、多
層膜Ａの膜面と垂直方向に電流が供給されるＣＰＰ（Ｃ
ｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔ
ｈｅＰｌａｎｅ）型であり、非磁性材料層２７、固定磁
性層２８及び第１反強磁性層２９がフリー磁性層２６の
上層にあるトップ型の磁気検出素子であると、フリー磁
性層２６の膜厚方向の一部分のみがトラック幅寸法Ｔｗ
のトラック幅方向寸法を有し、残りの部分はトラック幅
寸法Ｔｗより大きいトラック幅方向寸法を有する構造を
形成しやすい。

【０１７９】フリー磁性層２６の一部がトラック幅寸法
Ｔｗより大きいトラック幅方向寸法を有するものである
と、フリー磁性層２６の両側端部に生じる表面磁荷に起
因するフリー磁性層２６内部の反磁界を小さくすること
ができ、フリー磁性層２６内部の磁化方向の乱れを低下
させることができる。

【０１８０】図５は、本発明の第５の実施形態の磁気検
出素子を、記録媒体との対向面側から見た部分断面図で
ある。

【０１８１】図５の磁気検出素子は、図１の多層膜Ａの
代わりに、下から順に、下地層２１、シード層２２、第
１反強磁性層２９、第１固定磁性層２８ｃ、非磁性中間
層２８ｂ、第２固定磁性層２８ａからなるシンセティッ
クフェリピンド型の固定磁性層２８、非磁性材料層２
７、第２磁性層２６ｂ及び第１磁性層２６ａからなるフ
リー磁性層２６、非磁性層２５、第２強磁性層２４ｂ及
び第１強磁性層２４ａからなる強磁性層２４、第２反強
磁性層２３、保護層３０が下から順に積層された多層膜
Ｄが形成されている点で図１に示された磁気検出素子と
異っている。図５に示される磁気検出素子は、いわゆる
ボトム型のスピンバルブ型磁気検出素子である。

【０１８２】図５において、図１と同じ符号がつけられ
た層は、同じ材料同じ膜厚で形成されている。

【０１８３】ただし、図５の磁気検出素子は、図１の磁
気検出素子と異なり、第２反強磁性層２３が、１０Å以
上５０Å以下の膜厚の中間反強磁性層２３ａと、１Å以
上３Å以下の膜厚の貴金属などからなる非磁性保護層２
３ｂ及び上部反強磁性層２３ｃからなる多層構造を有す
るものになることがある。

【０１８４】中間反強磁性層２３ａと上部反強磁性層２
３ｃは、同じ組成の反強磁性材料、具体的には上述のＰ
ｔＭｎ合金、Ｘ―Ｍｎ合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―
Ｘ′合金を用いて形成される。

【０１８５】中間反強磁性層２３ａの膜厚と上部反強磁
性層２３ｃの膜厚を合わせた総合膜厚は８０Å以上で３
００Å以下である。例えば１５０Åである。中間反強磁
性層２３ａは、膜厚が１０Å以上５０Å以下と薄いた
め、単独では反強磁性を示さず、中間反強磁性層２３ａ
と上部反強磁性層２３ｃが一体となって初めて反強磁性
を示すようになり、強磁性層２４との間に交換結合磁界
を生じさせる。

【０１８６】また、非磁性保護層２３ｂは１Å以上３Å
以下の薄い膜厚であり、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉ
ｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ，Ｃｕ，Ｃｒのいずれか１種また
は２種以上で形成されているので、中間反強磁性層２３
ａと上部反強磁性層２３ｃに反強磁性的な相互作用を生
じさせ、中間反強磁性層２３ａと上部反強磁性層２３ｃ
を一体の反強磁性層として機能させることが可能にな
る。また、非磁性保護層２３ｂの材料が、中間反強磁性
層２３ａと上部反強磁性層２３ｃ中に拡散しても、反強
磁性層の性質は劣化しない。

【０１８７】なお、非磁性保護層２３ｂが存在せず、第
２反強磁性層２３が中間反強磁性層２３ａと上部反強磁
性層２３ｃからなるものであってもよい。また、第２反
強磁性層２３が単層の反強磁性層であってもよい。

【０１８８】多層膜Ｄの保護層３０、第２反強磁性層２
３、強磁性層２４、非磁性層２５、フリー磁性層２６、
非磁性材料層２７、第２固定磁性層２８ａの一部までが
トラック幅寸法Ｔｗのトラック幅方向寸法を有し、第２
固定磁性層２８ａの途中から、非磁性中間層２８ｂ、第
１固定磁性層２８ｃ、第１反強磁性層２９、シード層２
２、下地層２１のトラック幅方向寸法はトラック幅寸法
Ｔｗより大きくなっている。

【０１８９】図５に示される磁気検出素子は、保護層３
０から第２固定磁性層２８ａの一部までのトラック幅方
向（図示Ｘ方向）における両側端面Ｄａ，Ｄａが、多層
膜Ｄの表面Ｄｂに対して垂直な連続面となっている。た
だし、図５の点線Ｄａ１、Ｄａ１で示されるように、保
護層３０から第２固定磁性層２８ａの一部までのトラッ
ク幅方向における両側端面が、多層膜Ｄの表面Ｄｂに対
する傾斜面であってもよい。

【０１９０】なお、図５の磁気検出素子の光学トラック
幅Ｔｗは、非磁性材料層２７のトラック幅方向寸法で決
められる。本実施の形態の磁気検出素子では、光学トラ
ック幅Ｔｗを０．１μｍ以下、特に０．０６μｍ以下に
して、２００Ｇｂｉｔ／ｉｎ ^２以上の記録密度に対応す
ることができる。

【０１９１】図５に示される磁気検出素子でも、強磁性
層２４の磁化方向が第２反強磁性層２３との交換結合磁
界により固定磁性層２８の磁化方向と交叉する方向へ向
けられている。

【０１９２】また、フリー磁性層２６が、非磁性層２５
を介して強磁性層２４に積層されているため、フリー磁
性層２６が、強磁性層２４との非磁性層２５を介した層
間結合磁界、この場合はＲＫＫＹ相互作用によって単磁
区化され、磁化方向が固定磁性層２８の磁化方向と交叉
する方向へ向けられている。

【０１９３】このように、強磁性層２４との非磁性層２
５を介した層間結合磁界によって、フリー磁性層２６の
単磁区化及び磁化方向の制御が行われると、記録媒体か
らの洩れ磁界などの外部磁界によって、フリー磁性層２
６にかかる縦バイアス磁界が乱れ、フリー磁性層２６の
磁区構造が乱されることを抑制できる。

【０１９４】また、図５に示された磁気検出素子でも、
フリー磁性層２６の単磁区化及び磁化方向の制御を、第
２反強磁性層２３と強磁性層２４間の交換結合磁界の大
きさと、強磁性層２４とフリー磁性層２６間の層間結合
磁界の大きさの２段階で調節することになり、細かな制
御を容易に行うことができる。

【０１９５】従って、フリー磁性層２６の単磁区化及び
磁化方向の制御を適切かつ容易に行なうことができるの
で、磁気検出素子のさらなる狭トラック化を促進するこ
とができる。

【０１９６】また、フリー磁性層２６のトラック幅領域
２６ｃ上に、非磁性層２５を介して強磁性層２４及び第
２反強磁性層２３が積層される構造でも、フリー磁性層
２６の磁化方向を固定磁性層２８の磁化方向に交叉する
方向に確実に向けて、なおかつフリー磁性層２６の磁化
方向を洩れ磁界によって変動させることが可能になる。

【０１９７】従って、図５に示されるような磁気検出素
子であれば、フリー磁性層２６のトラック幅領域２６ｃ
の中央部と両端部で、フリー磁性層２６の磁化方向が異
なる状態になりにくい。

【０１９８】また、図５に示される磁気検出素子では、
第１反強磁性層２９及び固定磁性層２８が、強磁性層２
４及び第２反強磁性層２３より下層にあるため、第１反
強磁性層２９及び固定磁性層２８間に強い交換異方性磁
界を発生させた後、強磁性層２４及び第２反強磁性層２
３に交換異方性磁界を発生させる製造方法をとるときに
磁化方向の調節をしやすい。

【０１９９】図６は、本発明の第６の実施形態の磁気検
出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図であ
る。

【０２００】図６に示された磁気検出素子は、図１に示
された磁気検出素子と同じくトップ型の磁気検出素子で
あるが、フリー磁性層３８が、単位面積あたりの磁気モ
ーメントの大きさが異なる第１フリー磁性層３５と第２
フリー磁性層３７が非磁性中間層３６を介して積層さ
れ、第１フリー磁性層３５と第２フリー磁性層３７の磁
化方向が反平行となるフェリ磁性状態である、いわゆる
シンセティックフェリフリー型のフリー磁性層である点
で図１の磁気検出素子と異なっている。

【０２０１】図６において、図１と同じ符号がつけられ
た層は、同じ材料同じ膜厚で形成されているので説明を
省略する。

【０２０２】第１フリー磁性層３５は、第１磁性層３５
ａ及び第２磁性層３５ｂの２層構造である。なおフリー
磁性層３５は２層より多層であってもよいし、単層でも
よい。

【０２０３】非磁性層２５に接する側の第１磁性層３５
ａは、ＮｉＦｅ（パーマロイ）層あるいはＮｉＦｅＸ
（ＸはＡｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚ
ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｉｒ，
Ｐｔから選ばれる１種或いは２種以上の元素）であり、
非磁性中間層３６に接する側の第２磁性層３５ｂがＣ
ｏ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉなどＣｏ（コバルト）を含
む強磁性材料からなる層である。

【０２０４】本実施の形態では、第１磁性層３５ａの膜
厚は４０Åであり、第２磁性層３５ｂの膜厚は１０Åで
ある。

【０２０５】非磁性中間層３６は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、
Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で
形成されている。非磁性中間層３６をＲｕによって形成
し、フリー磁性層３８をシンセティックフェリ状態にす
るときには、Ｒｕの膜厚を８Å〜１１Åにすることが好
ましい。

【０２０６】第２フリー磁性層３７は、Ｃｏ、ＣｏＦ
ｅ、ＣｏＦｅＮｉなどＣｏ（コバルト）を含む強磁性材
料からなる層である。第２フリー磁性層３７の膜厚は８
０Åである。

【０２０７】第２フリー磁性層３７をＣｏ（コバルト）
を含む強磁性材料からなる層で形成することにより、非
磁性材料層２７への第２フリー磁性層３７の材料の拡散
を防止し、磁気抵抗変化率の低下を防ぐことができる。
なお、第１フリー磁性層３５の単位面積当りの磁気モー
メント（Ｍｓ×ｔ）と第２フリー磁性層３７の単位面積
当りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ）を足し合わせた合成
の単位面積当りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ）の方向が
フリー磁性層３８の磁化方向となる。

【０２０８】本実施の形態でも、フリー磁性層３８のト
ラック幅領域３８ａの下層に非磁性層２５を介して強磁
性層２４及び第２反強磁性層２３が積層されている。

【０２０９】なお、本実施の形態では、第１フリー磁性
層３５の第２磁性層３５ｂと第２フリー磁性層３７のう
ち、少なくとも一層を、以下の組成を有する磁性材料で
形成することが好ましい。

【０２１０】組成式がＣｏＦｅＮｉで示され、Ｆｅの組
成比は９原子％以上１７原子％以下で、Ｎｉの組成比は
０．５原子％以上１０原子％以下で、残りの組成比はＣ
ｏである磁性材料。

【０２１１】また、第２フリー磁性層３７と非磁性材料
層２７と間にＣｏＦｅ合金あるいはＣｏからなる中間層
を形成するときには、第１フリー磁性層３５の第２磁性
層３５ｂと第２フリー磁性層３７のうち少なくとも一層
を、以下の組成を有する磁性材料で形成することが好ま
しい。

【０２１２】組成式がＣｏＦｅＮｉで示され、Ｆｅの組
成比は７原子％以上１５原子％以下で、Ｎｉの組成比は
５原子％以上１５原子％以下で、残りの組成比はＣｏで
ある磁性材料。

【０２１３】さらに、本発明では、第１フリー磁性層３
５の第２磁性層３５ｂと第２フリー磁性層３７の両層を
前記組成を有するＣｏＦｅＮｉで形成することが好まし
い。

【０２１４】これにより、第１フリー磁性層３５の第２
磁性層３５ｂと第２フリー磁性層３７間で発生するＲＫ
ＫＹ相互作用における交換結合磁界を強くすることがで
きる。具体的には、反平行状態が崩れるときの磁界、す
なわちスピンフロップ磁界（Ｈｓｆ）を約２９３（ｋＡ
／ｍ）にまで大きくすることができる。

【０２１５】また上記した組成範囲内であると、第１フ
リー磁性層３５の第２磁性層３５ｂと第２フリー磁性層
３７の磁歪を−３×１０^−６から３×１０^−６の範囲内
に収めることができ、また保磁力を７９０（Ａ／ｍ）以
下に小さくできる。

【０２１６】図６に示された磁気検出素子でも、第２反
強磁性層２３と強磁性層２４間の交換結合磁界を大きく
して、強磁性層２４の磁化方向を固定磁性層２８の磁化
方向と交叉する方向に強く固定した上で、第１フリー磁
性層３５と強磁性層２４間の非磁性層２５を介した層間
結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）の大きさを前記交換結合
磁界よりも小さくすることにより、第１フリー磁性層３
５及び第２フリー磁性層３７を単磁区化して磁化方向を
固定磁性層２８の磁化方向に直交する方向に確実に向
け、なおかつフリー磁性層３８の磁化方向を洩れ磁界に
よって変動させることができるように調節する必要があ
る。

【０２１７】第２反強磁性層２３と強磁性層２４間の交
換結合磁界を大きくし、第１フリー磁性層３５と強磁性
層２４間の層間結合磁界の大きさを前記交換結合磁界よ
りも小さくするために、本実施の形態では、強磁性層２
４の単位面積あたりの磁気モーメントの大きさ（Ｍｓ×
ｔ）を第１フリー磁性層３５の単位面積あたりの磁気モ
ーメントの大きさ（Ｍｓ×ｔ）よりも小さくしている。

【０２１８】具体的には、強磁性層２４の単位面積あた
りの磁気モーメントの大きさ（Ｍｓ×ｔ）に対する第１
フリー磁性層３５の単位面積あたりの磁気モーメントの
大きさ（Ｍｓ×ｔ）の比率（第１フリー磁性層のＭｓ×
ｔ／強磁性層２４のＭｓ×ｔ）を、３以上で２０以下の
範囲にしている。なお、第１フリー磁性層３５の単位面
積あたりの磁気モーメントの大きさは、第１磁性層３５
ａの単位面積あたりの磁気モーメントの大きさと、第２
磁性層３５ｂの単位面積あたりの磁気モーメントの大き
さの和である。

【０２１９】また、強磁性層２４の、非磁性層２５に接
する側である第２強磁性層２４ｂをＮｉＦｅ（パーマロ
イ）層あるいはＮｉＦｅＸ（ＸはＡｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，
Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒ
ｈ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｉｒ，Ｐｔから選ばれる１種或い
は２種以上の元素）で形成することにより、第１フリー
磁性層３５と強磁性層２４間の層間結合磁界の大きさを
適度に小さくしている。

【０２２０】また、第１フリー磁性層３５の、非磁性層
２５に接する側である第１磁性層３５ａをＮｉＦｅ（パ
ーマロイ）層あるいはＮｉＦｅＸ（ＸはＡｌ，Ｓｉ，Ｔ
ｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，
Ｒｈ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｉｒ，Ｐｔから選ばれる１種或
いは２種以上の元素）で形成することにより、第１フリ
ー磁性層３５と強磁性層２４間の層間結合磁界の大きさ
を適度に小さくしている。

【０２２１】図６に示された磁気検出素子でも、フリー
磁性層３８の単磁区化及び磁化方向の制御を、第２反強
磁性層２３と強磁性層２４間の交換結合磁界の大きさ
と、強磁性層２４と第１フリー磁性層３５間の層間結合
磁界の大きさの２段階で調節することになり、細かな制
御を容易に行うことができる。

【０２２２】従って、フリー磁性層３８の単磁区化及び
磁化方向の制御を適切かつ容易に行なうことができるの
で、磁気検出素子のさらなる狭トラック化を促進するこ
とができる。

【０２２３】また、フリー磁性層３８のトラック幅領域
３８ａ上に、非磁性層２５を介して強磁性層２４及び第
２反強磁性層２３が積層される構造でも、フリー磁性層
３８の磁化方向を固定磁性層２８の磁化方向に交叉する
方向に確実に向けて、なおかつフリー磁性層３８の磁化
方向を洩れ磁界によって変動させることが可能になる。

【０２２４】従って、図６に示されるような磁気検出素
子であれば、フリー磁性層３８のトラック幅領域３８ａ
の中央部と両端部で、フリー磁性層３８の磁化方向が異
なる状態になりにくい。

【０２２５】図６の磁気検出素子では、下地層２１、シ
ード層２２、第２反強磁性層２３、強磁性層２４、非磁
性層２５、フリー磁性層３８、非磁性材料層２７、固定
磁性層２８、第１反強磁性層２９、保護層３０が下から
順に積層された多層膜Ｅにおいて、保護層３０から第２
フリー磁性層３７までの両側部が削り込まれてトラック
幅寸法Ｔｗのトラック幅方向寸法を有し、非磁性中間層
３６から第１フリー磁性層３５、強磁性層２４、第２反
強磁性層２３、シード層２２、下地層２１のトラック幅
方向寸法はトラック幅寸法Ｔｗより大きくなっている。
これにより、磁気検出素子のトラック幅寸法Ｔｗの領域
の外側で外部磁界を検出するサイドリーディングを低減
し、さらに、フリー磁性層３８に十分な大きさの縦バイ
アス磁界（強磁性層２４とフリー磁性層３８間の層間結
合の磁界）を供給することができる。

【０２２６】図６に示される磁気検出素子は、保護層３
０から非磁性中間層３６までのトラック幅方向（図示Ｘ
方向）における両側端面Ｅａ，Ｅａが、多層膜Ｅの表面
Ｅｂに対して垂直な連続面となっている。ただし、図６
の点線Ｅａ１、Ｅａ１で示されるように、保護層３０か
ら非磁性中間層３６までのトラック幅方向における両側
端面が、多層膜Ｅの表面Ｅｂに対する傾斜面であっても
よい。

【０２２７】なお、図６の磁気検出素子の光学トラック
幅Ｔｗは、非磁性材料層２７のトラック幅方向寸法で決
められる。本実施の形態の磁気検出素子では、光学トラ
ック幅Ｔｗを０．１μｍ以下、特に０．０６μｍ以下に
して、２００Ｇｂｉｔ／ｉｎ ^２以上の記録密度に対応す
ることができる。

【０２２８】図７は、本発明の第７の実施形態の磁気検
出素子を、記録媒体との対向面側から見た部分断面図で
ある。

【０２２９】図７の磁気検出素子は、図６の多層膜Ｅの
代わりに、下から順に、下地層２１、シード層２２、第
１反強磁性層２９、第１固定磁性層２８ｃ、非磁性中間
層２８ｂ、第２固定磁性層２８ａからなるシンセティッ
クフェリピンド型の固定磁性層２８、非磁性材料層２
７、第２フリー磁性層３７、非磁性中間層３６、第１フ
リー磁性層３５からなるシンセティックフェリフリー型
のフリー磁性層３８、非磁性層２５、第２強磁性層２４
ｂ及び第１強磁性層２４ａからなる強磁性層２４、第２
反強磁性層２３、保護層３０が下から順に積層された多
層膜Ｆが形成されている点で図６に示された磁気検出素
子と異っている。図６に示される磁気検出素子は、いわ
ゆるボトム型のスピンバルブ型磁気検出素子である。

【０２３０】第１フリー磁性層３５は、第１磁性層３５
ａ及び第２磁性層３５ｂの２層構造である。

【０２３１】図７において、図６と同じ符号がつけられ
た層は、同じ材料及び同じ膜厚で形成されている。

【０２３２】ただし、図７の磁気検出素子は、図６の磁
気検出素子と異なり、第２反強磁性層２３が、１０Å以
上５０Å以下の膜厚の中間反強磁性層２３ａと、１Å以
上３Å以下の膜厚の貴金属などからなる非磁性保護層２
３ｂ及び上部反強磁性層２３ｃからなる多層構造を有す
るものになることがある。

【０２３３】中間反強磁性層２３ａと上部反強磁性層２
３ｃは、同じ組成の反強磁性材料、具体的には上述のＰ
ｔＭｎ合金、Ｘ―Ｍｎ合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―
Ｘ′合金を用いて形成される。

【０２３４】中間反強磁性層２３ａの膜厚と上部反強磁
性層２３ｃの膜厚を合わせた総合膜厚は８０Å以上で３
００Å以下である。例えば１５０Åである。中間反強磁
性層２３ａは、膜厚が１０Å以上５０Å以下と薄いた
め、単独では反強磁性を示さず、中間反強磁性層２３ａ
と上部反強磁性層２３ｃが一体となって初めて反強磁性
を示すようになり、強磁性層２４との間に交換結合磁界
を生じさせる。

【０２３５】また、非磁性保護層２３ｂは１Å以上３Å
以下の薄い膜厚であり、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉ
ｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ，Ｃｕ，Ｃｒのいずれか１種また
は２種以上で形成されているので、中間反強磁性層２３
ａと上部反強磁性層２３ｃに反強磁性的な相互作用を生
じさせ、中間反強磁性層２３ａと上部反強磁性層２３ｃ
を一体の反強磁性層として機能させることが可能にな
る。また、非磁性保護層２３ｂの材料が、中間反強磁性
層２３ａと上部反強磁性層２３ｃ中に拡散しても、反強
磁性層の性質は劣化しない。

【０２３６】なお、非磁性保護層２３ｂが存在せず、第
２反強磁性層２３が中間反強磁性層２３ａと上部反強磁
性層２３ｃからなるものであってもよい。また、第２反
強磁性層２３が単層の反強磁性層であってもよい。

【０２３７】図７に示された磁気検出素子では、単位面
積あたりの磁気モーメントの大きさが異なる複数の強磁
性材料層（第１フリー磁性層３５、第２フリー磁性層３
７）が、シンセティックフェリ磁性状態である。

【０２３８】図７の磁気検出素子では、多層膜Ｆの、保
護層３０から第２固定磁性層２８ａまでの膜厚方向の一
部分までは、両側部が削り込まれてトラック幅寸法Ｔｗ
のトラック幅方向寸法を有し、第２固定磁性層の残りの
部分から下地層２１までのトラック幅方向寸法はトラッ
ク幅寸法Ｔｗより大きくなっている。これにより、磁気
検出素子のトラック幅Ｔｗの領域の外側で外部磁界を検
出するサイドリーディングを低減することができる。

【０２３９】図７に示される磁気検出素子は、保護層３
０から第２固定磁性層２８ａまでのトラック幅方向（図
示Ｘ方向）における両側端面Ｆａ，Ｆａが、多層膜Ｆの
表面Ｆｂに対して垂直な連続面となっている。ただし、
図７の点線Ｆａ１、Ｆａ１で示されるように、保護層３
０から第２固定磁性層２８ａまでのトラック幅方向にお
ける両側端面が、多層膜Ｆの表面Ｆｂに対する傾斜面で
あってもよい。

【０２４０】なお、図７の磁気検出素子の光学トラック
幅Ｔｗは、非磁性材料層２７のトラック幅方向寸法で決
められる。本実施の形態の磁気検出素子では、光学トラ
ック幅Ｔｗを０．１μｍ以下、特に０．０６μｍ以下に
して、２００Ｇｂｉｔ／ｉｎ ^２以上の記録密度に対応す
ることができる。

【０２４１】図８は、本発明の第８の実施形態の磁気検
出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図であ
る。

【０２４２】図８に示される磁気検出素子は、非磁性材
料層２７とフリー磁性層２６の間に半金属強磁性ホイス
ラー合金層４１が、固定磁性層２８と非磁性材料層２７
との間に半金属強磁性ホイスラー合金層４２が形成され
ている点でのみ、図１に示される磁気検出素子と異なっ
ている。

【０２４３】図８において、図１と同じ符号がつけられ
た層は、同じ材料同じ膜厚で形成されている。

【０２４４】半金属強磁性ホイスラー合金層４１、４２
は、例えばＮｉＭｎＳｂ（ニッケルマンガンアンチモ
ン）、ＰｔＭｎＳｂ（白金マンガンアンチモン）、Ｐｄ
ＭｎＳｂ（パラジウムマンガンアンチモン）、ＰｔＭｎ
Ｓｎ（白金マンガンスズ）、Ｃｏ_２ＭｎＳｉ、Ｃｏ_２Ｍ
ｎＧｅ、Ｃｏ_２ＭｎＳｎ、Ｃｏ_２ＭｎＡｌまたはＣｏ_２
Ｍｎ_１（Ａｌ_ｘＳｉ_{１００−ｘ}）_１（ただし、ｘ＝０〜
１００）のいずれかの半金属強磁性ホイスラー合金から
形成される。

【０２４５】これらの半金属強磁性ホイスラー合金は、
半金属であり、キュリー温度が２００℃以上であって室
温（２５℃）で強磁性を示し、比抵抗が５０μΩ・ｃｍ
である。

【０２４６】ＣＰＰ型の磁気検出素子において、図８に
示されるような半金属強磁性ホイスラー合金層４１及び
４２を有すると、多層膜Ｇ内を流れるアップスピン電子
とダウンスピン電子の比率を制御でき、磁気抵抗変化量
ΔＲを向上させることができるので好ましい。

【０２４７】また、半金属強磁性ホイスラー合金層４１
はフリー磁性層２６といっしょに磁化方向が変化する必
要があるので、半金属強磁性ホイスラー合金層４１に軟
磁気特性が高いＮｉＦｅ層が接していると、磁気抵抗変
化率をより向上させることができて好ましい。

【０２４８】図１から図８に示された磁気検出素子は、
多層膜Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇの膜面垂直方向にセンス
電流が流されるＣＰＰ型の磁気検出素子であった。

【０２４９】しかし、本発明は固定磁性層、非磁性材料
層、及びフリー磁性層を有する多層膜の膜面水平方向に
センス電流が流される、いわゆるＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎ
ｔＩｎ ｔｈｅ Ｐｌａｎｅ）型のスピンバルブ型磁気
検出素子にも適用できる。

【０２５０】図９は、本発明の第９の実施の形態とし
て、ＣＩＰ型のスピンバルブ型磁気検出素子を記録媒体
との対向面側から見た部分断面図である。

【０２５１】図９に示される磁気検出素子は、図１の磁
気検出素子と同じく多層膜Ａを有する。ただし、多層膜
Ａの上面Ａｂに、トラック幅寸法Ｔｗの間隔をあけて、
一対の電極層５０，５０が形成されている点で図１の磁
気検出素子と異なっている。従って、図９の磁気検出素
子では、センス電流は、多層膜Ａの膜面水平方向に流れ
る。電極層５０，５０はＷ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｒｈ，
Ｉｒ，Ｒｕ，Ａｕなどを材料として用いて形成する。な
お符号５１は下部ギャップ層、符号５２は上部ギャップ
層である。

【０２５２】図９の磁気検出素子もスピンバルブ型磁気
検出素子であり、固定磁性層２８の磁化方向が、適正に
図示Ｙ方向に平行な方向に固定され、しかもフリー磁性
層の磁化が適正に図示Ｘ方向に揃えられており、固定磁
性層とフリー磁性層の磁化が直交関係にある。記録媒体
からの洩れ磁界が磁気検出素子の図示Ｙ方向に侵入し、
フリー磁性層の磁化が感度良く変動し、この磁化方向の
変動と、固定磁性層の固定磁化方向との関係で電気抵抗
が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化によ
り、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。

【０２５３】ただし、電気抵抗値の変化（出力）に直接
寄与するのは第２固定磁性層２８ａの磁化方向とフリー
磁性層２６の磁化方向の相対角であり、これらの相対角
が検出電流が通電されている状態かつ信号磁界が印加さ
れていない状態で直交していることが好ましい。

【０２５４】なお、磁気検出素子の記録媒体との対向面
に対向する記録媒体は、図示Ｚ方向に移動する。

【０２５５】図９に示された磁気検出素子でも、フリー
磁性層２６の単磁区化及び磁化方向の制御を、第２反強
磁性層２３と強磁性層２４間の交換結合磁界の大きさ
と、強磁性層２４とフリー磁性層２６間の層間結合磁界
の大きさの２段階で調節することになり、細かな制御を
容易に行うことができる。

【０２５６】従って、フリー磁性層２６の単磁区化及び
磁化方向の制御を適切かつ容易に行なうことができるの
で、磁気検出素子のさらなる狭トラック化を促進するこ
とができる。

【０２５７】また、フリー磁性層２６のトラック幅領域
２６ｃの下層に、非磁性層２５を介して強磁性層２４及
び第２反強磁性層２３が積層される構造でも、フリー磁
性層２６の磁化方向を固定磁性層２８の磁化方向に交叉
する方向に確実に向けて、なおかつフリー磁性層２６の
磁化方向を洩れ磁界によって変動させることが可能にな
る。

【０２５８】従って、図１に示されるような磁気検出素
子であれば、フリー磁性層２６のトラック幅領域２６ｃ
の中央部と両端部で、フリー磁性層２６の磁化方向が異
なる状態になりづらい。

【０２５９】しかし、ＣＩＰ型の磁気検出素子で磁気抵
抗変化率を向上させるためには、フリー磁性層２６の膜
厚が３０Å〜４０Åであることが好ましいが、フリー磁
性層２６の膜厚をこの範囲にすると、第２反強磁性層２
３と強磁性層２４間の交換結合磁界を大きくして、強磁
性層２４の磁化方向を固定磁性層２８の磁化方向と交叉
する方向に強く固定し、フリー磁性層２６を単磁区化し
て磁化方向を固定磁性層２８の磁化方向に直交する方向
に確実に向けた上で、フリー磁性層２６の磁化方向を洩
れ磁界（外部磁界）によって変動させることができるよ
うに調節することが難しくなる。

【０２６０】また、第２反強磁性層２３、強磁性層２
４、非磁性層２５にセンス電流が流れることにより分流
損失が発生する。

【０２６１】従って、本発明はＣＰＰ型の磁気検出素子
に適用する方がより有効に作用するものである。

【０２６２】図１０は、図１ないし図５、８、９に示さ
れた磁気検出素子のフリー磁性層２６を上方向からみた
平面図である。

【０２６３】図中の矢印は、磁気検出素子に外部磁界が
印加されていない状態における、フリー磁性層２６の磁
化方向を示している。

【０２６４】図１ないし図５、８、９に示された磁気検
出素子では、強磁性層２４の磁化方向が第２反強磁性層
２３との交換結合磁界によって、固定磁性層２８の磁化
方向と交叉する方向に強く固定され、フリー磁性層２６
が、非磁性層２５を介した強磁性層２４との層間結合磁
界によって単磁区化され、磁化方向が固定磁性層２８の
磁化方向に交叉する方向に向けられている。

【０２６５】しかし、フリー磁性層２６の磁化方向は、
記録媒体からの洩れ磁界（外部磁界）によって変動させ
ることができる程度に調節されている。すなわち、外部
磁界が印加されときに、フリー磁性層２６の磁化方向
が、外部磁界が印加されていないときの磁化方向に対し
て角度θ１または角度θ２だけ動く。θ１とθ２の和
は、１２°以上にできる。θ１とθ２の和が１２°以上
であると、再生効率η（％）を１０％以上にすることが
できる。

【０２６６】なお、再生効率η（％）は、η＝{（記録
媒体からの洩れ磁界による磁気検出素子の最大抵抗変化
量）／（磁気検出素子の最大抵抗変化量の理論値）}×
１００として定義される。なお、磁気検出素子の最大抵
抗変化量の理論値とは、フリー磁性層と固定磁性層の磁
化方向が反平行状態のときの抵抗値とフリー磁性層と固
定磁性層の磁化方向が平行状態のときの抵抗値の差であ
る。

【０２６７】なお、フリー磁性層２６は第１磁性層２６
ａと第２磁性層２６ｂからなる２層構造であるが、第１
磁性層２６ａと第２磁性層２６ｂの磁化は常に同じ方向
を向く。

【０２６８】また図６、７では、フリー磁性層３８は、
第１フリー磁性層３５と第２フリー磁性層３７との積層
フェリ構造であるが、この場合も、これら第１フリー磁
性層３５及び第２フリー磁性層３７の磁化変動を、図１
０で説明したフリー磁性層２６の磁化変動と同じに考え
ることができる。ただし前記第１フリー磁性層３５と第
２フリー磁性層３７の磁化方向は反平行状態を保ってい
る。

【０２６９】図１１は図１ないし図９とは異なる形態の
磁気検出素子である。図１１に示す磁気検出素子は記録
媒体との対向面側から見た部分断面図である。なお図１
ないし図９のいずれかに付された符号と同じ符号の層
は、それらと同じ層を表している。

【０２７０】図１１に示す磁気検出素子は、少なくとも
フリー磁性層６０のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両
側に非磁性材料層２７を介して固定磁性層２８が設けら
れ、前記固定磁性層２８の上に第１反強磁性層２９が形
成されている。電極層５０は前記第１反強磁性層２９上
に設けられている。また前記フリー磁性層６０の下側に
非磁性層２５を介して強磁性層２４及び第２反強磁性層
２３が積層されている。

【０２７１】図１１に示す磁気検出素子では、前記電極
層５０からの電流は、固定磁性層２８、非磁性材料層２
７及びフリー磁性層６０を膜面と平行な方向（図示Ｘ方
向）に流れるため電流の流れ方向は図９で説明したＣＩ
Ｐ型の磁気検出素子と同じであるが、図１１では前記電
流は固定磁性層２８−非磁性材料層２７−フリー磁性層
５０の順にあるいはその逆の順に各層を流れるため、こ
の点は図１ないし図８で説明したＣＰＰ型の磁気検出素
子と同じである。

【０２７２】図１ないし図８で説明したＣＰＰ型の磁気
検出素子は、今後の高記録密度化により対応可能な構造
としてＣＩＰ型の磁気検出素子に変わるものと期待され
ているが、ＣＰＰ型の磁気検出素子の欠点は平面での素
子サイズをかなり小さくし、且つ総膜厚を厚くしないと
出力を稼げないという点である。これに対し図１１に示
す磁気検出素子のようにフリー磁性層６０と固定磁性層
２８とを非磁性材料層２７を介してトラック幅方向（図
示Ｘ方向）に並べて配置し、前記固定磁性層２８上に第
１反強磁性層２９及び電極層５０を積層した構造である
と、上記した素子サイズ及び総膜厚はＣＰＰ型と逆の関
係になる（すなわちＣＰＰ型で言う「素子サイズ」は図
１１では膜厚方向（図示Ｚ方向）と平行な方向のＹ−Ｚ
平面のサイズに該当し、ＣＰＰ型で言う「総膜厚」と
は、図１１ではフリー磁性層６０のトラック幅方向（図
示Ｘ方向）の幅寸法に該当する）ため、図１１の構造で
は、ＣＰＰ型で言う「平面の素子サイズ」を小さくで
き、且つＣＰＰ型で言う「総膜厚」を厚くできることに
なり、この結果、再生出力の向上を図ることが可能にな
っている。またトラック幅Ｔｗの狭小化によって抵抗変
化率を向上させることができる。

【０２７３】また図１１に示す磁気検出素子では、図１
ないし図９に示す磁気検出素子に比べてフリー磁性層６
０の上下に形成されるシールド層２０、３１の間隔、す
なわちギャップ長を小さくできるという利点もある。ま
た前記非磁性材料層２７は、フリー磁性層６０のトラッ
ク幅方向の両側端面に形成される膜厚Ｈ１が、固定磁性
層２８とシード層２２間に形成される非磁性材料層２７
の膜厚Ｈ２に比べて厚く形成されることが、前記固定磁
性層２８とシード層２２間に形成される非磁性材料層２
７に電流が分流する量を減らすことができて好ましい。
ただし後述のように固定磁性層２８下に絶縁層６６を設
けた場合には、シード層２２上の非磁性材料層２７に電
流の分流ロスは発生しないため、上記の点を考慮する必
要性が無くなる。

【０２７４】ところで図１１に示す磁気検出素子の構造
の問題点の一つは、フリー磁性層６０を如何にして単磁
区化し磁化制御するかという点である。

【０２７５】そこで図１１に示す磁気検出素子では、図
１ないし図９で説明した非磁性層２５、強磁性層２４及
び第２反強磁性層２３の積層構造を採用することとし、
すなわちフリー磁性層６０の下側に非磁性層２５を介し
て強磁性層２４及び第２反強磁性層２３を積層したので
ある。これにより前記フリー磁性層６０の単磁区化及び
磁化制御を適切に且つ容易に行うことが可能となったの
である。

【０２７６】図１１に示す磁気検出素子では、前記フリ
ー磁性層６０のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の少なく
とも両側にのみ固定磁性層２８が存在していれば良いか
ら、第２反強磁性層２３、強磁性層２４及び非磁性層２
５の任意の高さ位置まで絶縁層６６を埋めて、その上に
固定磁性層２８を設けてもよい。これによって電流の分
流ロスを低減させることができる。

【０２７７】また図１１に示す磁気検出素子では前記フ
リー磁性層６０は、単層構造や磁性層の多層構造、ある
いはシンセティックフェリ構造など種々の構造を任意に
選択することができるが、図１１では複数の磁性層６
１、６３、６５を各層間にスペキュラー層（鏡面反射
層）６２、６４を挟んで積層した構造となっている。こ
の構造は図１ないし図９のいずれの磁気検出素子でも採
用できる。

【０２７８】前記スペキュラー層６２、６４の材質に
は、Ｆｅ−Ｏ、Ｎｉ−Ｏ、Ｃｏ−Ｏ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、
Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｏ、Ａｌ−Ｏ、Ａｌ−Ｑ−Ｏ（ここ
でＱはＢ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉから選択される１種以上）、Ｒ−Ｏ（ここでＲ
はＣｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔ
ａ、Ｗから選択される１種以上）の酸化物、Ａｌ−Ｎ、
Ａｌ−Ｑ−Ｎ（ここでＱはＢ、Ｓｉ、Ｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃ
ｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される１種以
上）、Ｒ−Ｎ（ここでＲはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎ
ｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上）の
窒化物、半金属ホイッスラー合金などを提示できる。

【０２７９】例えば前記磁性層６１、６３、６５はＣｏ
Ｆｅなどの磁性材料で形成されるが、これら磁性層６
１、６３、６５の表面を既存の方法で酸化させること
で、前記表面にスペキュラー層６２、６４を設けること
が可能になる。あるいは前記磁性層間にスペキュラー層
６２、６４をスパッタ法などで成膜してもよい。

【０２８０】これらスペキュラー層６２、６４の膜厚は
非常に薄く、各磁性層６１、６２、６５はスペキュラー
層６２、６４を介したＲＫＫＹ的な強磁性結合、前記ス
ペキュラー層６２、６４に形成されたピンホールなどを
介した直接的な強磁性結合、前記スペキュラー層６２、
６４の界面粗さによる静磁結合（トポロジカル・カップ
リングまたはオレンジ・ピールカップリング）などによ
って、同じ方向に単磁区化されている。

【０２８１】各磁性層６１、６３、６５のうち真中に設
けられた磁性層６３は、その上下の磁性層６１、６５に
比べて膜厚が厚くなっている。前記磁性層６３よりも下
側の磁性層６１は、強磁性層２４との間で発生するＲＫ
ＫＹ交換相互作用によって磁化がトラック幅方向（図示
Ｘ方向）に固定される可能性があるが、真中の磁性層６
３は、膜厚が厚いことと、直接、ＲＫＫＹ交換相互作用
を受けないなどの理由によって外部磁化に対して磁化変
動できる程度に弱く単磁区化された状態にあり、実質的
に磁性層６３がフリー磁性層６３として機能している。
なお前記磁性層６３よりも上側の磁性層６５は有っても
無くてもよい。

【０２８２】なお各磁性層６１、６３、６５にスペキュ
ラー層６２、６４を設ける利点は、例えばアップスピン
を持つ伝導電子の平均自由行程λ＋を従来に比べて伸ば
すことが可能になり、よって前記アップスピンを持つ伝
導電子の平均自由行程λ＋と、ダウンスピンを持つ伝導
電子の平均自由行程λ−との差を大きくすることがで
き、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上とともに、再生出力
の向上を図ることが可能になるという点である。

【０２８３】また図１１のフリー磁性層６０の上側に非
磁性層２５、強磁性層２４及び第２反強磁性層２３を設
けてもよい。図１に示された磁気検出素子の製造方法を
説明する。

【０２８４】まず、図示しない基板（スライダとなるウ
ェハ）上にアルミナ層（図示せず）を形成した後、下か
ら下部シールド層２０、下地層２１、シード層２２、第
２反強磁性層２３、第１強磁性層２４ａ及び第２強磁性
層２４ｂからなる強磁性層２４、非磁性層２５、第１磁
性層２６ａ及び第２磁性層２６ｂからなるフリー磁性層
２６、非磁性材料層２７、第２固定磁性層２８ａ、非磁
性中間層２８ｂ、第１固定磁性層２８ｃからなるシンセ
ティックフェリピンド型の固定磁性層２８、中間反強磁
性層２９ａ、非磁性保護層２９ｂをスパッタ法によって
成膜する。

【０２８５】スパッタ法としては、例えばマグネトロン
スパッタ、ＲＦ２極スパッタ、ＲＦ３極スパッタ、イオ
ンビームスパッタ、対向ターゲット式スパッタ等の既存
するスパッタ装置を用いたスパッタ法によって形成する
ことができる。また本発明では、スパッタ法や蒸着法の
他に、ＭＢＥ（モレキュラー−ビーム−エピタキシー）
法、ＩＣＢ（イオン−クラスター−ビーム）法などの成
膜プロセスが使用可能である。

【０２８６】図１２において、図１と同じ符号がつけら
れた層は、同じ材料同じ膜厚で形成されている。

【０２８７】なお、中間反強磁性層２９ａは、後に第１
反強磁性層２９を構成する層であり、第２反強磁性層２
３と同じ組成の材料で形成される。

【０２８８】具体的には、中間反強磁性層２９ａを、Ｐ
ｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉ
ｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種また
は２種以上の元素である）合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ
―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａ
ｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒ
のいずれか１または２種以上の元素である）合金で形成
する。

【０２８９】非磁性保護層２９ｂは大気暴露によって酸
化されにくい緻密な層である必要がある。本発明では非
磁性保護層２９ｂを次の材料を用いて形成する。例え
ば、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒ
ｈ，Ｃｕ，Ｃｒのいずれか１種または２種以上からなる
材料で形成することが好ましい。

【０２９０】Ｒｕなどの貴金属などを用いてスパッタ成
膜することにより、大気暴露によって酸化されにくい緻
密な非磁性保護層２９ｂを得ることができる。したがっ
て非磁性保護層２９ｂの膜厚を薄くしても固定磁性層２
８が大気暴露によって酸化されることを適切に防止でき
る。

【０２９１】本発明では非磁性保護層２９ｂを３Å以上
で１０Å以下で形成することが好ましい。より好ましく
は、３Å以上で８Å以下で形成することである。この程
度の薄い膜厚の非磁性保護層２９ｂによっても中間反強
磁性層２９ａが大気暴露によって酸化されるのを適切に
防止することが可能である。

【０２９２】このように薄い膜厚で非磁性保護層２９ｂ
を形成したことによって図１３工程でのイオンミリング
を低エネルギーで行うことができミリング制御を従来に
比べて向上させることができる。この点については図１
３工程で詳しく説明する。

【０２９３】図１２に示すように基板上に下部シールド
層２０から非磁性保護層２９ｂまでの各層を積層した
後、第１の磁場中アニールを施す。トラック幅Ｔｗ（図
示Ｘ方向）方向に第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処
理温度で熱処理し、第２反強磁性層２３と強磁性層２４
との間に交換結合磁界を発生させて、強磁性層２４の磁
化を図示Ｘ方向、すなわちトラック幅方向に固定する。
非磁性層２５を介した磁性層２４との間で働く層間結合
磁界、この場合はＲＫＫＹ相互作用によって、フリー磁
性層２６は単磁区化され、磁化方向が図示Ｘ方向とは１
８０°反対方向に向けられる。なお、例えば第１の熱温
度を２７０℃とし、磁界の大きさを８００ｋ（Ａ／ｍ）
とする。なお、第１の磁界の大きさは、強磁性層２４と
フリー磁性層２６の飽和磁界より大きい。

【０２９４】第２反強磁性層２３は、ＰｔＭｎ合金、ま
たは、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒ
ｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の
元素である）合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただ
しＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏ
ｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１
または２種以上の元素である）合金で形成する。これら
の合金は、成膜直後の状態では、不規則系の面心立方構
造（ｆｃｃ）であるが、熱処理によってＣｕＡｕＩ型の
規則型の面心正方構造（ｆｃｔ）に構造変態する。第２
反強磁性層の膜厚は８０Å〜３００Å、例えば１５０Å
である。

【０２９５】ここで、反強磁性層を形成するための、前
記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金に
おいて、ＰｔあるいはＸが３７〜６３ａｔ％の範囲であ
ることが好ましい。また、前記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ
−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが
４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。特
に規定しない限り、〜で示す数値範囲の上限と下限は以
下、以上を意味する。

【０２９６】また、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合
金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３ａｔ％の範囲であ
ることが好ましい。また、前記Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で
示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが４７〜５７ａｔ％
の範囲であることがより好ましい。さらに、前記Ｐｔ−
Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’が０．２
〜１０ａｔ％の範囲であることが好ましい。ただし、
Ｘ’がＰｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのい
ずれか１種または２種以上の元素である場合には、Ｘ’
は０．２〜４０ａｔ％の範囲であることが好ましい。

【０２９７】これらの合金を使用し、これを第１の磁場
中アニールにかけることにより、大きな交換結合磁界を
発生する反強磁性層を得ることができる。特に、ＰｔＭ
ｎ合金であれば、４８ｋＡ／ｍ以上、例えば６４ｋＡ／
ｍを越える交換結合磁界を有し、前記交換結合磁界を失
うブロッキング温度が３８０℃と極めて高い優れた第２
反強磁性層２３を得ることができる。

【０２９８】なお、固定磁性層２８上に積層された中間
反強磁性層２９ａは、膜厚が１０Å〜５０Å、より好ま
しくは３０Å〜４０Åと薄いため反強磁性を示さない
か、または反強磁性を示したとしても非常に弱いため、
第１の磁場中アニールでは、第１固定磁性層２８ｃと中
間反強磁性層２９ａの間に交換結合磁界は発生せず、固
定磁性層２８の磁化方向は図示Ｘ方向に固定されない。

【０２９９】また上記した第１の磁場中アニールによっ
て、非磁性保護層２９ｂを構成するＲｕなどの貴金属元
素などが、中間反強磁性層２９ａ内部に拡散するものと
考えられる。従って熱処理後における中間反強磁性層２
９ａの表面近くの構成元素は、中間反強磁性層２９ａを
構成する元素と貴金属元素などとから構成される。また
中間反強磁性層２９ａ内部に拡散した貴金属元素など
は、中間反強磁性層２９ａの下面側よりも中間反強磁性
層２９ａの表面側の方が多く、拡散した貴金属元素など
の組成比は、中間反強磁性層２９ａの表面から下面に向
うに従って徐々に減るものと考えられる。

【０３００】また強磁性層２４を構成する第１強磁性層
２４ａ及び第２強磁性層２４ｂ間、さらにはフリー磁性
層２６を構成する第１磁性層２６ａと第２磁性層２６ｂ
間も組成が熱拡散を起しやすい。

【０３０１】上記した組成変調は、ＳＩＭＳ分析装置な
ど薄膜の化学組成を分析する装置で確認することが可能
である。

【０３０２】次に、図１３に示す工程では、非磁性保護
層２９ｂをイオンミリングで削る。非磁性保護層２９ｂ
は、１Å〜３Åの膜厚で残されるかあるいは全て除去さ
れる。

【０３０３】図１３に示すイオンミリング工程では、低
エネルギーのイオンミリングを使用できる。その理由
は、非磁性保護層２９ｂが３Å〜１０Å程度の非常に薄
い膜厚で形成されているからである。

【０３０４】低エネルギーのイオンミリングとは、ビー
ム電圧（加速電圧）が１０００Ｖ未満のイオンビームを
用いたイオンミリングであると定義される。例えば、１
５０Ｖ〜５００Ｖのビーム電圧が用いられる。本実施の
形態では、２００Ｖの低ビーム電圧のアルゴン（Ａｒ）
イオンビームを用いている。

【０３０５】これに対し、非磁性保護層２９ｂに例えば
Ｔａ膜を使用すると、このＴａ膜自体、大気暴露によっ
て酸化されるので、３０Å〜５０Å程度の厚い膜厚で形
成しないと、十分にその下の層を酸化から保護できず、
しかもＴａ膜は酸化によって体積が大きくなり、Ｔａ膜
の膜厚は約５０Å以上にまで膨れ上がる。

【０３０６】このような厚い膜厚のＴａ膜をイオンミリ
ングで除くには、高エネルギーのイオンミリングでＴａ
膜を除去する必要があり、高エネルギーのイオンミリン
グを使用すると、Ｔａ膜のみが除去されるようにミリン
グ制御することは非常に難しい。

【０３０７】従って、Ｔａ膜の下に形成されている中間
反強磁性層２９ａも深く削られ、中間反強磁性層２９ａ
に、イオンミリング時に使用されるＡｒなどの不活性ガ
スが露出した中間反強磁性層２９ａの表面から内部に入
り込んだり、中間反強磁性層２９ａの表面部分の結晶構
造が壊れ、格子欠陥が発生（Ｍｉｘｉｎｇ効果）する。
これらのダメージによって中間反強磁性層２９ａの磁気
特性が劣化しやすい。また、約５０Å以上の膜厚を有す
るＴａ膜を低エネルギーのイオンミリングで削ると処理
時間がかかりすぎて実用的でなくなる。また、Ｔａは前
記貴金属などに比べると、成膜時に中間反強磁性層２９
ａに拡散浸入しやすく、Ｔａ膜のみを削って除去できた
としても、露出した中間反強磁性層２９ａ表面には、Ｔ
ａが混入する。Ｔａが混入した中間反強磁性層２９ａ
は、反強磁性特性が劣化する。

【０３０８】一方、本発明では、低エネルギーのイオン
ミリングによって非磁性保護層２９ｂを削ることができ
る。低エネルギーのイオンミリングはミリングレートが
遅く、ミリング止め位置のマージンを狭くすることが可
能になる。特に、非磁性保護層２９ｂをイオンミリング
で除去した瞬間にミリングを止めることも可能になる。
従って、中間反強磁性層２９ａはイオンミリングによっ
て大きなダメージを受けなくなる。なお、図１３工程に
おけるイオンミリングの入射角度は、非磁性保護層２９
ｂ表面に対する法線方向から３０°〜７０°にすること
が好ましい。また、イオンミリングの処理時間は１分程
である。

【０３０９】ただし、非磁性保護層２９ｂを完全に除去
すると、中間反強磁性層２９ａの表面がイオンミリング
によって損傷し、反強磁性が低下することがあるので、
非磁性保護層２９ｂを１Å〜３Åの膜厚で残す方が好ま
しい。

【０３１０】次に図１４工程を施す。図１４工程では、
中間反強磁性層２９ａ、或いは非磁性保護層２９ｂが完
全に除去されないときには残された非磁性保護層２９ｂ
上に、上部反強磁性層２９ｃを真空中で成膜し、さら
に、保護層３０を真空中で連続成膜する。成膜には上述
したスパッタや蒸着法を使用できる。下地層２１から保
護層３０までの各層が多層膜Ａを構成する。

【０３１１】上部反強磁性層２９ｃに使用される材質
は、中間反強磁性層２９ａに使用される反強磁性材料と
同じ組成の反強磁性材料、具体的には上述のＰｔＭｎ合
金、Ｘ―Ｍｎ合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′合金を
用いて形成されることが好ましい。

【０３１２】図１４では、中間反強磁性層２９ａ、残存
している非磁性保護層２９ｂ、及び上部反強磁性層２９
ｃが一体となって第１反強磁性層２９を構成している。
非磁性保護層２９ｂが完全に除去される場合には、中間
反強磁性層２９ａと上部反強磁性層２９ｃが一体となっ
て第１反強磁性層２９を構成する。

【０３１３】中間反強磁性層２９ａの膜厚と上部反強磁
性層２９ｃの膜厚を合わせた総合膜厚は８０Å以上で５
００Å以下である。例えば１５０Åである。上述したよ
うに、中間反強磁性層２９ａは、膜厚が１０Å以上で５
０Å以下と薄いため、単独では反強磁性を示さず、中間
反強磁性層２９ａと上部反強磁性層２９ｃが一体となっ
て初めて反強磁性を示すようになり、固定磁性層２８と
の間に交換結合磁界を生じさせる。

【０３１４】また、非磁性保護層２９ｂが残存している
場合でも、残存している非磁性保護層２９ｂの膜厚は１
Å以上で３Å以下と薄く、また、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏ
ｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ，Ｃｕ，Ｃｒのいずれか１
種または２種以上で形成されているので、中間反強磁性
層２９ａと上部反強磁性層２９ｃに反強磁性的な相互作
用を生じさせ、中間反強磁性層２９ａ、非磁性保護層２
９ｂ、上部反強磁性層２９ｃが一体の反強磁性層２９と
して機能することが可能になる。また、非磁性保護層２
９ｂの材料が、中間反強磁性層２９ａと上部反強磁性層
２９ｃ中に拡散しても、反強磁性は劣化しない。

【０３１５】次に第２の磁場中アニールを施す。このと
きの磁場方向は、トラック幅方向に垂直な方向（図示Ｙ
方向）、すなわち記録媒体からの洩れ磁界方向である。
なおこの第２の磁場中アニールは、第２の印加磁界を、
第２反強磁性層２３と強磁性層２４間の交換異方性磁界
よりも小さく、しかも熱処理温度を、第２反強磁性層２
３のブロッキング温度よりも低くする。これによって第
２反強磁性層２３と強磁性層２４間の交換異方性磁界の
方向をトラック幅方向に向けたまま、第１反強磁性層２
９と固定磁性層２８間の交換異方性磁界を記録媒体から
の洩れ磁界方向（図示Ｙ方向）に向けることができる。
従って、固定磁性層２８の磁化方向は強磁性層２４及び
フリー磁性層２６の磁化方向と交叉する方向に固定され
る。

【０３１６】なお第２の磁場中アニールの熱処理温度は
例えば２５０℃であり、磁界の大きさは８〜３０（ｋＡ
／ｍ）、例えば２４（ｋＡ／ｍ）である。第２の印加磁
界の大きさは、第２固定磁性層２８ａ及び第１固定磁性
層２８ｃの保磁力より大きく、第２固定磁性層２８ａと
第１固定磁性層２８ｃの間のスピンフロップ磁界より小
さい。

【０３１７】このため上記の第２の磁場中アニールによ
って、第１反強磁性層２９は適切に規則化変態し、第１
反強磁性層２９と固定磁性層２８との間に適切な大きさ
の交換結合磁界が発生する。

【０３１８】本実施の形態のように、多層膜Ａを２段階
に分けて成膜し、２回の磁場中アニールを施す製造方法
を用いると第１反強磁性層２９及び第２反強磁性層２３
を、同一の組成を有する反強磁性材料を用いて形成する
ことができる。

【０３１９】次に図１５に示す工程では多層膜Ａの保護
層３０の上面にレジスト層を形成し、このレジスト層を
露光現像することによって、図１５に示す形状のレジス
ト層Ｒを保護層３０上に残す。レジスト層Ｒは例えばリ
フトオフ用のアンダーカット形状を有するレジスト層で
あり、トラック幅寸法Ｔｗに等しいトラック幅方向の幅
寸法を有している。

【０３２０】次に、レジスト層Ｒに覆われていない多層
膜Ａの両側部Ｂ，Ｂを、多層膜Ａの表面Ａｂに対する垂
直方向からのイオンミリングによって、図１６に示され
るように保護層３０からフリー磁性層２６の第１磁性層
２６ａの一部まで削る。

【０３２１】図１６工程のイオンミリングの結果、多層
膜Ａの保護層３０からフリー磁性層２６の第１磁性層２
６ａの途中までがトラック幅寸法Ｔｗのトラック幅方向
寸法を有し、第１磁性層２６ａの途中から強磁性層２
４、第２反強磁性層２３、シード層２２、下地層２１の
トラック幅方向寸法はトラック幅寸法Ｔｗより大きくな
る。

【０３２２】また、多層膜Ａの、保護層３０からフリー
磁性層２６の第１磁性層２６ａの一部までのトラック幅
方向（図示Ｘ方向）における両側端面Ａａ，Ａａが、多
層膜Ａの表面Ａｂに対して垂直な連続面となっている。
ただし、図１６の点線Ａａ１、Ａａ１で示されるよう
に、保護層３０からフリー磁性層２６の第１磁性層２６
ａの一部までのトラック幅方向における両側端面が、多
層膜Ａの表面Ａｂに対する傾斜面であってもよい。

【０３２３】イオンミリング工程終了後、保護層３０か
らフリー磁性層２６の第１磁性層２６ａの途中までのト
ラック幅方向両側部にＡｌ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２からなる絶
縁層３２，３２を形成する。なお絶縁層３２，３２を構
成する絶縁材料の層は、レジスト層Ｒの上面や側面にも
付着する。絶縁層３２，３２を形成した後、レジスト層
Ｒを有機溶剤などを用いたリフトオフで除去する。

【０３２４】さらに、図１７工程で、絶縁層３２，３２
及び多層膜Ａの保護層３０上に、上部電極層を兼用する
上部シールド層３１を形成する。こうして、図１に示さ
れる磁気検出素子が得られる。

【０３２５】本発明では、第２反強磁性層２３と強磁性
層２４間の交換結合磁界を大きくして、強磁性層２４の
磁化方向を固定磁性層２８の磁化方向と交叉する方向に
強く固定した上で、フリー磁性層２６と強磁性層２４間
の層間結合磁界の大きさを前記交換結合磁界よりも小さ
くすることにより、フリー磁性層２６を単磁区化して磁
化方向を固定磁性層２８の磁化方向に直交する方向に確
実に向け、なおかつフリー磁性層２６の磁化方向を洩れ
磁界によって変動させることができるように調節する必
要がある。

【０３２６】第２反強磁性層２３と強磁性層２４間の交
換結合磁界を大きくし、フリー磁性層２６と強磁性層２
４間の層間結合磁界の大きさを交換結合磁界よりも小さ
くするために、図１２工程で、強磁性層２４の単位面積
あたりの磁気モーメントの大きさ（Ｍｓ×ｔ）がフリー
磁性層２６の単位面積あたりの磁気モーメントの大きさ
（Ｍｓ×ｔ）よりも小さくなるように、強磁性層２４と
フリー磁性層２６を成膜する。

【０３２７】具体的には、強磁性層２４の単位面積あた
りの磁気モーメントの大きさ（Ｍｓ×ｔ）に対するフリ
ー磁性層２６の単位面積あたりの磁気モーメントの大き
さ（Ｍｓ×ｔ）の比率（フリー磁性層のＭｓ×ｔ／強磁
性層２４のＭｓ×ｔ）を、３以上で２０以下の範囲にし
ている。

【０３２８】また、強磁性層２４の、非磁性層２５に接
する側である第２強磁性層２４ｂをＮｉＦｅ（パーマロ
イ）層あるいはＮｉＦｅＸ（ＸはＡｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，
Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒ
ｈ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｉｒ，Ｐｔから選ばれる１種或い
は２種以上の元素）で形成することにより、フリー磁性
層２６と強磁性層２４間の層間結合磁界の大きさを適度
に小さくしている。

【０３２９】また、フリー磁性層２６の、非磁性層２５
に接する側である第１磁性層２６ａをＮｉＦｅ（パーマ
ロイ）層あるいはＮｉＦｅＸ（ＸはＡｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，
Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒ
ｈ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｉｒ，Ｐｔから選ばれる１種或い
は２種以上の元素）で形成することにより、フリー磁性
層２６と強磁性層２４間の層間結合磁界の大きさを適度
に小さくしている。

【０３３０】上述した製造方法によれば、第２反強磁性
層２３と強磁性層２４間の交換結合磁界の大きさと、強
磁性層２４とフリー磁性層２６間の層間結合磁界の大き
さの２段階で調節することになり、フリー磁性層２６の
単磁区化及び磁化方向の細かな制御を容易に行うことが
できる。

【０３３１】従って、フリー磁性層２６の単磁区化及び
磁化方向の制御を適切かつ容易に行なうことができるの
で、磁気検出素子のさらなる狭トラック化を促進するこ
とができる。

【０３３２】また、フリー磁性層２６のトラック幅領域
２６ｃの下層に、非磁性層２５を介して強磁性層２４及
び第２反強磁性層２３が積層される構造でも、フリー磁
性層２６の磁化方向を固定磁性層２８の磁化方向に交叉
する方向に確実に向けて、なおかつフリー磁性層２６の
磁化方向を洩れ磁界によって変動させることが可能にな
る。従って、フリー磁性層２６のトラック幅領域２６ｃ
の中央部と両端部で、フリー磁性層２６の磁化方向が異
なる状態になりにくい。

【０３３３】また、非磁性層２５、強磁性層２４、及び
第２反強磁性層２３といった、フリー磁性層２６に縦バ
イアス磁界を与えるための層を、図１２工程でベタ膜状
に形成し、図１５及び図１６工程で、多層膜Ａの両側部
Ｂ，Ｂを削るだけで良いので、製造工程が簡単になる。
また、トラック幅寸法Ｔｗの精度が良くなるので、狭ト
ラック化が容易になる。

【０３３４】図４ないし図９に示された磁気検出素子
も、上述した製造方法と同様の製造方法を用いて形成す
ることができる。また図１１の磁気検出素子は、まず先
に第２反強磁性層２３、強磁性層２４、非磁性層２５及
びフリー磁性層６０を成膜した後、フリー磁性層６０の
磁化制御のための磁場中アニールを施し、前記第２反強
磁性層２３から前記フリー磁性層６０までの各層を図１
１のように略台形状に加工した後、その両側に非磁性材
料層２７及び固定磁性層２８を成膜し、さらに前記固定
磁性層２８上に第１反強磁性層２９及び電極層５０を成
膜した後、固定磁性層２８の磁化制御のための磁場中ア
ニールを施して形成される。

【０３３５】また本発明では、磁気検出素子の非磁性材
料層２７をＡｌ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２などの絶縁材料で形成
することにより、トンネル型磁気抵抗効果型素子と呼ば
れる磁気検出素子とすることもできる。

【０３３６】なお本発明における磁気検出素子は、ハー
ドディスク装置に搭載される薄膜磁気ヘッドにのみ使用
可能なものではなく、テープ用磁気ヘッドや磁気センサ
などにも使用可能なものである。

【０３３７】以上本発明をその好ましい実施例に関して
述べたが、本発明の範囲から逸脱しない範囲で様々な変
更を加えることができる。

【０３３８】なお、上述した実施例はあくまでも例示で
あり、本発明の特許請求の範囲を限定するものではな
い。

【０３３９】

【実施例】本実施例では、図５のようにフリー磁性層２
６が固定磁性層２８よりも上側に形成された磁気検出素
子を用い、前記フリー磁性層２６の膜構成及び強磁性層
２４の膜構成を種々変化させ、そのときのフリー磁性層
２６及び強磁性層２４に使用される好ましい材質、及び
強磁性層２４の単位面積当たりの磁気モーメント（Ｍｓ
×ｔ）に対するフリー磁性層２６の単位面積当たりの磁
気モーメント（Ｍｓ×ｔ）の比率（フリー磁性層２６の
Ｍｓ×ｔ／強磁性層２４のＭｓ×ｔ）等について調べ
た。

【０３４０】まず、以下に示す表１では、フリー磁性層
２６を構成する材質および層構造を変化させたときの、
強磁性層２４の単位面積当たりの磁気モーメント（Ｍｓ
×ｔ）に対するフリー磁性層２６の単位面積当たりの磁
気モーメント（Ｍｓ×ｔ）の比率（フリー磁性層２６の
Ｍｓ×ｔ／強磁性層２４のＭｓ×ｔ）と、再生感度η及
びヒステリシスとの関係を示す表である。

【０３４１】

【表１】

【０３４２】表１に示すように実施例１ないし７および
比較例１ないし３では、強磁性層２４の第１強磁性層２
４ａを１０ÅのＣｏ_{８０ａｔ％}Ｆｅ_{１２ａｔ％}Ｃｒ
_８ａｔ％で形成し、第２強磁性層２４ｂを１０ÅのＮｉ
_{８０ａｔ％}Ｆｅ_{２０ａｔ％}で形成している。また比較例
４ないし６では、強磁性層２４を２０ÅのＣｏ
_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}で形成している。

【０３４３】表１に示す「フリー磁性層２６」欄では、
前記フリー磁性層２６を「フリー」、「フリー」、
「フリー」の３つに分けている。ここでフリーと
は、図１に示す非磁性層２５と接する側の層を表し、フ
リーとは、図１に示す非磁性材料層２７と接する側の
層を表す。「フリー」は、「フリー」と「フリー
」との中間層を表すが、例えば実施例１では、フリー
とフリーが合体した単一層であり、したがって実施
例１のフリー磁性層２６は２層構造である。このような
見方は、表１における他の実施例、比較例、および表２
以降についても同じである。また表１のフリー磁性層２
６の各材質に記載された括弧書きは膜厚である。

【０３４４】表１では、フリー磁性層２６を構成する層
数、材質及びフリー磁性層２６を構成する各層の膜厚を
変化させ、そのときの強磁性層２４の単位面積当たりの
磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ）に対するフリー磁性層２６
の単位面積当たりの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ）の比
率、再生感度η、およびヒステリシスを求めた。なおフ
リー磁性層２６の膜厚はトータルで１２０Åとなるよう
に設定している。

【０３４５】また再生感度ηは、（記録媒体からの漏れ
磁界を±４０Ｏｅと想定した印加磁界に対する抵抗変化
量／±５ｋＯｅの印加磁界範囲内で得られる最大抵抗変
化量）×１００で求めた。

【０３４６】またヒステリシスは、（ヒステリシスルー
プの原点で残るヒステリシス抵抗変化量／±４０Ｏｅの
印加磁界における抵抗変化量）×１００で求めた。

【０３４７】なお１Ｏｅ（エルステッド）は約７９Ａ／
ｍである。また上記した再生感度η及びヒステリシスの
求め方は表２以降でも同じである。

【０３４８】表１に示すように、実施例１ないし７は、
比較例１ないし６よりも高い再生感度ηを有し、且つヒ
ステリシスも小さい値となっており、再生特性が良好で
あることがわかった。

【０３４９】次に、以下の表２では、強磁性層２４を構
成する第１強磁性層２４ａ及び第２強磁性層２４ｂの材
質を変化させ、そのときの強磁性層２４の単位面積当た
りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ）に対するフリー磁性層
２６の単位面積当たりの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ）の
比率、再生感度η、およびヒステリシスを求めた。なお
前記第１強磁性層２４ａ及び第２強磁性層２４ｂは共に
１０Åの膜厚に固定している。

【０３５０】またフリー磁性層２６は、実施例２、およ
び実施例８ないし１３では、２層構造とし、第１磁性層
２６ａ（すなわち表２におけるフリーのみ）を膜厚２
０ÅのＮｉ_{８５ａｔ％}Ｆｅ_{１５ａｔ％}Ｎｂ_５ａｔ％で形
成した。また第２磁性層２６ｂ（すなわち表２における
フリー及び）を膜厚１００ÅのＣｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ
_{１０ａｔ％}で形成した。なお実施例１４、１５では、３
層構造とし、第１磁性層２６ａ（すなわち表２における
フリーのみ）を膜厚２０ÅのＮｉ_{８５ａｔ％}Ｆｅ
_{１０ａｔ％}Ｎｂ_５ａｔ％で形成した。また第２磁性層２
６ｂ（すなわち表２におけるフリー）を膜厚２０Åの
Ｃｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}で形成した。さらに中間
磁性層（すなわち表２におけるフリー）を膜厚８０Å
のＮｉ_{８０ａ ｔ％}Ｆｅ_{２０ａｔ％}で形成した。

【０３５１】

【表２】

【０３５２】表２に示した全ての実施例は、表１に示し
た実施例と同様に、高い再生感度ηを有し且つヒステリ
シスが小さい値であり再生特性に優れていることがわか
った。

【０３５３】次に以下に示す表３では、強磁性層２４及
びフリー磁性層２６を構成する各層の材質を固定し、前
記フリー磁性層２６を構成する第２磁性層２６ｂ（すな
わち表３のフリー及び）の膜厚を徐々に変化させ
た。以下の表３に示すように強磁性層２４を構成する第
１強磁性層２４ａを膜厚が１０ÅのＣｏ_{８０ａｔ％}Ｆｅ
_{１２ａｔ％}Ｃｒ_８ａｔ％で形成した。また強磁性層２４
を構成する第２強磁性層２４ｂを膜厚が１０ÅのＮｉ
_{８０ａｔ％}Ｆｅ_{２０ａｔ％}で形成した。さらにフリー磁
性層２６を構成する第１磁性層２６ａ（すなわち表３に
示すフリーのみ）を膜厚が２０ÅのＮｉ_{８５ａｔ％}Ｆ
ｅ_{１０ａｔ％}Ｎｂ_５ａｔ％で形成した。またフリー磁性
層２６を構成する第２磁性層２６ｂをＣｏ_{９０ａｔ％}Ｆ
ｅ_{１０ａｔ％}で形成した。

【０３５４】

【表３】

【０３５５】次に以下に示す表４では、強磁性層２４及
びフリー磁性層２６を構成する各層の材質を固定し、前
記強磁性層２４を構成する第２強磁性層２４ｂの膜厚を
徐々に変化させた。以下の表４に示すように強磁性層２
４を構成する第１強磁性層２４ａを膜厚が１０ÅのＣｏ
_{８０ａｔ％}Ｆｅ_{１２ａｔ％}Ｃｒ_８ａｔ％で形成した。ま
た強磁性層２４を構成する第２強磁性層２４ｂをＮｉ
_{８０ａｔ％}Ｆｅ_{２０ａｔ ％}で形成した。さらにフリー磁
性層２６を構成する第１磁性層２６ａ（すなわち表３に
示すフリーのみ）を膜厚が２０ÅのＮｉ_{８５ａｔ％}Ｆ
ｅ_{１０ａｔ％}Ｎｂ _５ａｔ％で形成した。またフリー磁性
層２６を構成する第２磁性層２６ｂを膜厚が１００Åの
Ｃｏ_{９０ａｔ％}Ｆｅ_{１０ａｔ％}で形成した。

【０３５６】

【表４】

【０３５７】まず表３及び表４から、強磁性層２４の単
位面積当たりの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ）に対するフ
リー磁性層２６の単位面積当たりの磁気モーメント（Ｍ
ｓ×ｔ）の比率（以下、単に磁気モーメントの比率と呼
ぶ）を求めた。

【０３５８】表３及び表４に示す各実施例での磁気モー
メントの比率は、３以上で２０以下の範囲内であること
がわかる。

【０３５９】磁気モーメントの比率は大きければ大きい
ほど、外部磁界に対しフリー磁性層が敏感に動きやすく
なるから好ましいが、大きすぎると今度は、ヒステリシ
スが大きくなり、エラーレートが高くなり再生特性の低
下を余儀なくされる。

【０３６０】例えば表３に示す比較例１０や１１を見て
みると、これら実施例では磁気モーメントの比率が大き
く、このため再生感度ηも５０％を越えていることがわ
かる。しかし逆にヒステリシスは３％を越え、表３に示
す実施例に比べてヒステリシスが悪化していることがわ
かった。

【０３６１】このように、磁気モーメントの比率は再生
感度η及びヒステリシスの両側面から求める必要性があ
る。表３及び表４に示す実施例を見てみると、全て磁気
モーメントの比率が３以上で２０以下である。そして再
生感度ηは１０％以上で５０％以下である。さらにヒス
テリシスは３％以下である。

【０３６２】このように磁気モーメントの比率を３以上
で２０以下にすることにより、再生感度ηを１０％以上
で５０％以下にでき、且つヒステリシスを３％以下にす
ることができ良好な再生特性を得られることがわかっ
た。

【０３６３】次に、フリー磁性層２６及び強磁性層２４
の好ましい材質や層構造を表１及び表２から検討する。

【０３６４】例えば表１に示す比較例１ないし６はすべ
て磁気モーメントの比率が、３以上で２０以下の範囲内
である。この磁気モーメントの比率が本発明の好ましい
範囲内にあるにも関わらず、再生感度ηが１０％以下で
且つヒステリシスが３％よりも高いのは、フリー磁性層
２６の第１磁性層２６ａをＣｏＦｅで形成しているから
であると考えられる。

【０３６５】フリー磁性層２６の第１磁性層２６ａは、
前記強磁性層２４の第２強磁性層２４ｂとの間で層間結
合を生じる。この層間結合は強すぎてはいけない。なぜ
なら強すぎるとフリー磁性層２６が外部磁界に対し磁化
反転しにくくなり、すなわち再生感度ηの低下を余儀な
くされるからである。

【０３６６】ところが表１のようにフリー磁性層２６の
第１磁性層２６ａにＣｏＦｅを用いると、強磁性層２４
の第２強磁性層２４ｂとの層間結合が強まると考えられ
る。このため磁気モーメントの比率は好ましい範囲内で
あるにも関わらず、再生感度ηが低下し、さらにヒステ
リシスも大きくなってしまったものと考えられる。

【０３６７】このことから、まずフリー磁性層２６を構
成する第１磁性層２６ａにはＣｏ系の強磁性材料を使用
しない方が好ましいことがわかる。表１ないし表４に示
す実施例を見ると、全てフリー磁性層２６の第１磁性層
２６ａに使用されている材質はＮｉＦｅ系の合金であ
る。このため本発明では前記フリー磁性層２６の第１磁
性層２６ａにＮｉＦｅ合金あるいはＮｉＦｅＸ合金（Ｘ
はＡｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎ
ｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｉｒ，Ｐｔか
ら選ばれる１種或いは２種以上の元素）を使用すること
が好ましいとした。

【０３６８】次にフリー磁性層２６の層数についてであ
るが、例えば表１の実施例６や実施例７のように前記フ
リー磁性層２６を１層で形成してもよいし、あるいは実
施例１ないし４のように前記フリー磁性層２６を２層で
形成してもよいし、さらには実施例５のように前記フリ
ー磁性層２６を３層構造で形成してもよい。

【０３６９】ただし、フリー磁性層２６は１層よりも２
層以上で形成された方が好ましい。前記フリー磁性層２
６が実施例６や実施例７のようにＮｉＦｅ系の単層で形
成されると、図１に示す非磁性材料層２７へＮｉなどが
拡散しやすくなり、磁気抵抗変化率の低下を招きやすい
からである。このため、好ましいフリー磁性層２６の層
構造としては、図１に示す非磁性層２５と接する側にＮ
ｉＦｅあるいはＮｉＦｅＸからなる磁性領域が存在し、
前記非磁性材料層２７に接する側にＣｏ（コバルト）を
含む強磁性材料からなる磁性領域が存在することであ
る。

【０３７０】次に強磁性層２４の材質についてである
が、フリー磁性層２６との層間結合をあまり強くしない
ようにするためには、前記強磁性層２４の第２強磁性層
２４ｂをＮｉＦｅ系の合金で形成することが好ましい。
表１ないし表４に示す殆どの実施例がそのような構造に
なっている。ただし実施例１１や実施例１２のように強
磁性層２４全体をＣｏＦｅ系の強磁性材料で形成して
も、磁気モーメントの比率は３以上で２０以下にあり、
また再生感度η及びヒステリシスも好ましい範囲内にあ
る。

【０３７１】強磁性層２４は、特に図１に示す第２反強
磁性層２３との間で大きな交換結合磁界を発生させて、
磁化が強固に一定方向に固定されていなければならな
い。そのため強磁性層２４に対し好ましい材質の選択と
しては、第２反強磁性層２３と接する側にＣｏを含む強
磁性材料からなる磁性領域が存在するようにすることで
ある。

【０３７２】また前記強磁性層の層数としては、表２に
示す実施例１１ないし１３のように１層構造でもよい
し、２層構造であってもよい。あるいは３層構造以上で
あってもよい。

【０３７３】ただし前記強磁性層２４は少なくとも２層
構造であることが好ましいと考えられる。その理由は、
第２反強磁性層２３との間で大きな交換結合磁界を発生
させるために、第２反強磁性層２３と接する側にＣｏを
含む強磁性材料からなる磁性領域を形成し、一方、フリ
ー磁性層２６との層間結合を適度に弱めるために非磁性
層２５と接する側にＮｉＦｅあるいはＮｉＦｅＸからな
る磁性領域を形成した方がより再生特性に優れた磁気検
出素子を製造できるからである。

【０３７４】

【発明の効果】以上詳細に説明した本発明によれば、前
記第２反強磁性層との交換結合磁界により前記強磁性層
の磁化方向が前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方向
へ向けられており、前記フリー磁性層が前記非磁性層を
介して前記強磁性層に積層されているため、前記フリー
磁性層の単磁区化及び磁化方向の制御は、前記反強磁性
層と前記強磁性層間の交換結合磁界の大きさと、前記強
磁性層と前記フリー磁性層間の磁気的結合の大きさの２
段階で調節されることになり、細かな制御を容易に行う
ことができる。

【０３７５】従って、本発明では、前記フリー磁性層の
単磁区化及び磁化方向の制御を適切かつ容易に行なうこ
とができるので、磁気検出素子のさらなる狭トラック化
を促進することができる。

【０３７６】また本発明では、前記フリー磁性層のトラ
ック幅領域上に、前記非磁性層を介して前記強磁性層及
び前記第２反強磁性層が積層される構造でも、前記フリ
ー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向に直交
する方向に確実に向けて、なおかつ前記フリー磁性層の
磁化方向を洩れ磁界によって変動させることが可能にな
る。

【０３７７】また、本発明では、前記フリー磁性層は、
前記強磁性層との前記非磁性層を介した層間結合磁界に
よって単磁区化され、磁化方向が前記固定磁性層の磁化
方向と交叉する方向へ向けられることができる。

【０３７８】例えば、前記フリー磁性層と前記強磁性層
との間には、前記非磁性層を介したＲＫＫＹ相互作用が
発生する。その結果、前記フリー磁性層が単磁区化し、
その磁化方向が前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方
向へ向けられる。

【０３７９】このように、本発明では、前記強磁性層と
の前記非磁性層を介した層間結合磁界によって、前記フ
リー磁性層の単磁区化及び磁化方向の制御が行われるの
で、記録媒体からの洩れ磁界などの外部磁界によって、
前記フリー磁性層にかかる縦バイアス磁界が乱れ、前記
フリー磁性層の磁区構造が乱されることを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の磁気検出素子の断
面図、

【図２】本発明の第２の実施の形態の磁気検出素子の断
面図、

【図３】本発明の第３の実施の形態の磁気検出素子の断
面図、

【図４】本発明の第４の実施の形態の磁気検出素子の断
面図、

【図５】本発明の第５の実施の形態の磁気検出素子の断
面図、

【図６】本発明の第６の実施の形態の磁気検出素子の断
面図、

【図７】本発明の第７の実施の形態の磁気検出素子の断
面図、

【図８】本発明の第８の実施の形態の磁気検出素子の断
面図、

【図９】本発明の第９の実施の形態の磁気検出素子の断
面図、

【図１０】本発明の磁気検出素子のフリー磁性層の平面
図、

【図１１】本発明の第１０の実施の形態の磁気検出素子
の断面図、

【図１２】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形
態を示す一工程図、

【図１３】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形
態を示す一工程図、

【図１４】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形
態を示す一工程図、

【図１５】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形
態を示す一工程図、

【図１６】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形
態を示す一工程図、

【図１７】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形
態を示す一工程図、

【図１８】従来の磁気検出素子の断面図、

【図１９】従来の磁気検出素子の製造方法を示す一工程
図、

【図２０】従来の磁気検出素子の断面図、

【符号の説明】

２０ 下部シールド層 ２１ 下地層 ２２ シード層 ２３ 第２反強磁性層 ２４ 強磁性層 ２５ 非磁性層 ２６、６０ フリー磁性層 ２７ 非磁性材料層 ２８ 固定磁性層 ２９ 第１反強磁性層 ３０ 保護層 ３１ 上部シールド層 ３２ 絶縁層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 43/10 Ｈ０１Ｌ 43/10 43/12 43/12 Ｆターム(参考） 5D034 BA03 DA07 5E049 AA04 AA09 AC05 BA16 CB02 DB12

Claims (36)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１反強磁性層と、この第１反強磁性層
   によって磁化方向が固定された固定磁性層、非磁性材料
   層、及び外部磁界により磁化方向が変化するフリー磁性
   層を有する多層膜を有する磁気検出素子において、 前記固定磁性層及び前記フリー磁性層は強磁性材料から
   なる強磁性材料層を有し、 前記フリー磁性層の少なくともトラック幅領域の上層ま
   たは下層に、非磁性層を介して強磁性層及び第２反強磁
   性層が積層されており、前記第２反強磁性層との交換結
   合磁界により前記強磁性層の磁化方向が前記固定磁性層
   の磁化方向と交叉する方向へ向けられていることを特徴
   とする磁気検出素子。
2. 【請求項２】 前記フリー磁性層は、前記強磁性層との
   前記非磁性層を介した層間結合磁界によって単磁区化さ
   れ、磁化方向が前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方
   向へ向けられている請求項１記載の磁気検出素子。
3. 【請求項３】 前記非磁性層が、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃ
   ｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形
   成されている請求項１または２に記載の磁気検出素子。
4. 【請求項４】 前記非磁性層がＲｕによって形成され、
   膜厚が８Å〜１１Å又は１５Å〜２１Åである請求項３
   に記載の磁気検出素子。
5. 【請求項５】 前記非磁性層を介した前記フリー磁性層
   と前記強磁性層間の層間結合磁界の大きさが、前記第２
   反強磁性層と前記強磁性層間の交換結合磁界の大きさよ
   り小さい請求項２ないし４のいずれかに記載の磁気検出
   素子。
6. 【請求項６】 前記強磁性層の単位面積あたりの磁気モ
   ーメントの大きさ（Ｍｓ×ｔ）が、前記フリー磁性層の
   単位面積あたりの磁気モーメントの大きさ（Ｍｓ×ｔ）
   よりも小さい請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気
   検出素子。
7. 【請求項７】 前記強磁性層の単位面積あたりの磁気モ
   ーメントの大きさ（Ｍｓ×ｔ）に対する前記フリー磁性
   層の単位面積あたりの磁気モーメントの大きさ（Ｍｓ×
   ｔ）の比率が、３以上で２０以下の範囲である請求項６
   に記載の磁気検出素子。
8. 【請求項８】 前記強磁性層は、前記非磁性層に接する
   側がＮｉＦｅ（パーマロイ）層あるいはＮｉＦｅＸ（Ｘ
   はＡｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎ
   ｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｉｒ，Ｐｔか
   ら選ばれる１種或いは２種以上の元素）であり、前記第
   ２反強磁性層に接する側がＣｏ（コバルト）を含む強磁
   性材料からなる層である積層構造を有する請求項１ない
   し７のいずれかに記載の磁気検出素子。
9. 【請求項９】 前記強磁性層がＮｉＦｅ（パーマロイ）
   からなる単層構造であり、膜厚が０ｎｍより大きく３ｎ
   ｍ以下である請求項１ないし７のいずれかに記載の磁気
   検出素子。
10. 【請求項１０】 前記強磁性層は、ＣｏＦｅＣｒあるい
    はＣｏＦｅからなる単層構造である請求項１ないし７の
    いずれかに記載の磁気検出素子。
11. 【請求項１１】 前記フリー磁性層には、少なくとも前
    記非磁性層に接する側に、ＮｉＦｅ（パーマロイ）層あ
    るいはＮｉＦｅＸ（ＸはＡｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，
    Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｈｆ，Ｔ
    ａ，Ｗ，Ｉｒ，Ｐｔから選ばれる１種或いは２種以上の
    元素）からなる磁性領域が存在する請求項１ないし１０
    のいずれかに記載の磁気検出素子。
12. 【請求項１２】 前記フリー磁性層には、前記非磁性材
    料層に接する側にＣｏ（コバルト）を含む強磁性材料か
    らなる磁性領域が存在する請求項１１記載の磁気検出素
    子。
13. 【請求項１３】 前記Ｃｏを含む強磁性材料とは、Ｃｏ
    ＦｅあるいはＣｏＦｅＣｒである請求項８または１２に
    記載の磁気検出素子。
14. 【請求項１４】 再生効率η（％）は、１０％以上で５
    ０％以下である請求項１ないし１３のいずれかに記載の
    磁気検出素子。
15. 【請求項１５】 前記フリー磁性層のトラック幅領域の
    磁化方向は、外部磁界が印加されると、外部磁界が印加
    されていないときの磁化方向に対して１２°以上傾く請
    求項１ないし１４のいずれかに記載の磁気検出素子。
16. 【請求項１６】 前記多層膜は下から、前記第１反強磁
    性層、前記固定磁性層、前記非磁性材料層、前記フリー
    磁性層、前記非磁性層、前記強磁性層、前記第２反強磁
    性層の順序で積層されている請求項１ないし１５のいず
    れかに記載の磁気検出素子。
17. 【請求項１７】 前記多層膜は下から、前記第２反強磁
    性層、前記強磁性層、前記非磁性層、前記フリー磁性
    層、前記非磁性材料層、前記固定磁性層及び前記第１反
    強磁性層の順序で積層されている請求項１ないし１５の
    いずれかに記載の磁気検出素子。
18. 【請求項１８】 前記フリー磁性層は、膜厚方向の一部
    分のみがトラック幅寸法のトラック幅方向寸法を有し、
    残りの部分はトラック幅寸法より大きいトラック幅方向
    寸法を有する請求項１７に記載の磁気検出素子。
19. 【請求項１９】 前記フリー磁性層は、単位面積あたり
    の磁気モーメントの大きさが異なる複数の強磁性材料層
    が、非磁性中間層を介して積層され、前記非磁性中間層
    を介して隣接する前記強磁性材料層の磁化方向が反平行
    となるフェリ磁性状態である請求項１ないし１８のいず
    れかに記載の磁気検出素子。
20. 【請求項２０】 前記非磁性中間層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉ
    ｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合
    金で形成されている請求項１９に記載の磁気検出素子。
21. 【請求項２１】 前記複数の強磁性材料層の少なくとも
    一層を、以下の組成を有する磁性材料で形成する請求項
    １９または２０に記載の磁気検出素子。組成式がＣｏＦ
    ｅＮｉで示され、Ｆｅの組成比は９原子％以上１７原子
    ％以下で、Ｎｉの組成比は０．５原子％以上１０原子％
    以下で、残りの組成比はＣｏである磁性材料。
22. 【請求項２２】 前記非磁性材料層に最も近い位置に積
    層された前記強磁性材料層と前記非磁性材料層との間に
    ＣｏＦｅ合金あるいはＣｏからなる中間層を形成する請
    求項１９または２０に記載の磁気検出素子。
23. 【請求項２３】 前記複数の強磁性材料層の少なくとも
    一層を、以下の組成を有する磁性材料で形成する請求項
    ２２記載の磁気検出素子。組成式がＣｏＦｅＮｉで示さ
    れ、Ｆｅの組成比は７原子％以上１５原子％以下で、Ｎ
    ｉの組成比は５原子％以上１５原子％以下で、残りの組
    成比はＣｏである磁性材料。
24. 【請求項２４】 前記複数の強磁性材料層の全ての層を
    前記ＣｏＦｅＮｉで形成する請求項２１または２３に記
    載の磁気検出素子。
25. 【請求項２５】 前記多層膜の上面に上部電極層が電気
    的に接続され、前記多層膜の下面に下部電極層が電気的
    に接続され、前記多層膜の膜面と垂直方向に電流が供給
    される請求項１ないし２４のいずれかに記載の磁気検出
    素子。
26. 【請求項２６】 前記多層膜が、半金属強磁性ホイスラ
    ー合金層を有する請求項１ないし２５のいずれかに記載
    の磁気検出素子。
27. 【請求項２７】 前記半金属強磁性ホイスラー合金層に
    はＮｉＦｅ層が接している請求項２６に記載の磁気検出
    素子。
28. 【請求項２８】 前記第１反強磁性層及び前記第２反強
    磁性層が、同一の組成を有する反強磁性材料によって形
    成されている請求項１ないし２７のいずれかに記載の磁
    気検出素子。
29. 【請求項２９】 前記第１反強磁性層及び／又は前記第
    ２反強磁性層は、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（た
    だしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅ
    のいずれか１種または２種以上の元素である）合金で、
    あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉ
    ｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａ
    ｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１種または２種以上の
    元素である）合金で形成される請求項１ないし２８のい
    ずれかに記載の磁気検出素子。
30. 【請求項３０】 前記多層膜は、前記フリー磁性層の上
    側あるいは下側に前記非磁性層を介して強磁性層及び前
    記第２反強磁性層が積層され、少なくとも前記フリー磁
    性層のトラック幅方向の両側端面に非磁性材料層を介し
    て固定磁性層が形成され、前記固定磁性層上に前記１反
    強磁性層が積層された構造であり、前記第１反強磁性層
    上に電極層が形成される請求項１ないし１５、１９ない
    し２１、２３、２４、２６ないし２９のいずれかに記載
    の磁気検出素子。
31. 【請求項３１】 以下の工程を有することを特徴とする
    磁気検出素子の製造方法。 （ａ）基板上に、下から第２反強磁性層、強磁性層、非
    磁性層、フリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層、中
    間反強磁性層及び非磁性保護層の順に積層する工程と、
    （ｂ）第１の磁場中アニールを施して、前記第２反強磁
    性層と前記強磁性層間に交換結合磁界を発生させ、前記
    強磁性層の磁化をトラック幅方向に固定する工程と、
    （ｃ）前記非磁性保護層を全部または一部削る工程と、
    （ｄ）前記非磁性保護層上または中間反強磁性層上に上
    部反強磁性層を形成し、前記中間反強磁性層と前記上部
    反強磁性層を有する第１反強磁性層を形成する工程と、
    （ｅ）第２の磁場中アニールを施し、前記第１反強磁性
    層と前記固定磁性層間に交換結合磁界を発生させ、前記
    固定磁性層の磁化を前記強磁性層の磁化方向と交叉する
    方向に固定する工程。
32. 【請求項３２】 前記非磁性保護層を、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐ
    ｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ，Ｃｕ，Ｃｒのいず
    れか１種または２種以上で形成する請求項３１に記載の
    磁気検出素子の製造方法。
33. 【請求項３３】 前記（ａ）工程で、前記中間反強磁性
    層を１０Å以上５０Å以下で形成する請求項３１または
    ３２に記載の磁気検出素子の製造方法。
34. 【請求項３４】 前記中間反強磁性層を３０Å以上４０
    Å以下で形成する請求項３３記載の磁気検出素子の製造
    方法。
35. 【請求項３５】 前記（ａ）工程で、前記非磁性保護層
    を３Å以上１０Å以下で形成する請求項３１ないし３４
    のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
36. 【請求項３６】 前記（ｃ）工程で、前記非磁性保護層
    の膜厚が３Å以下となるまで、前記非磁性保護層を削り
    込むか、あるいは前記非磁性保護層を全て除去する請求
    項３１ないし３５のいずれかに記載の磁気検出素子の製
    造方法。