JP2004022614A - 磁気検出素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】フリー磁性層と固定磁性層の短絡を低減し、磁界検出出力及び品質の向上を図ることができる磁気検出素子を提供する。
【解決手段】上側固定磁性層２９及び上側反強磁性層３０のトラック幅方向寸法Ｗ２をフリー磁性層２６のトラック幅方向寸法Ｗ３より大きくする。これにより、製造過程において、上側固定磁性層２９及び上側反強磁性層３０の両側端部を除去しなくてもよくなり、上側固定磁性層２９及び上側反強磁性層３０の材料がフリー磁性層２６の両側端面に再付着することがなくなって、フリー磁性層２６と上側固定磁性層２９間の短絡を低減できるので、磁界検出出力の向上及び品質の向上を図れる。
【選択図】 図１
【解決手段】上側固定磁性層２９及び上側反強磁性層３０のトラック幅方向寸法Ｗ２をフリー磁性層２６のトラック幅方向寸法Ｗ３より大きくする。これにより、製造過程において、上側固定磁性層２９及び上側反強磁性層３０の両側端部を除去しなくてもよくなり、上側固定磁性層２９及び上側反強磁性層３０の材料がフリー磁性層２６の両側端面に再付着することがなくなって、フリー磁性層２６と上側固定磁性層２９間の短絡を低減できるので、磁界検出出力の向上及び品質の向上を図れる。
【選択図】 図１
Description
【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２４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】
このスピンバルブ型磁気検出素子は、下から、反強磁性層２、固定磁性層３、非磁性材料層４、フリー磁性層５、非磁性材料層６、固定磁性層７、反強磁性層８から構成された多層膜９、多層膜９の下と上に形成された電極層１及び電極層１０と、フリー磁性層５の両側部に形成されたハードバイアス層１１，１１及びハードバイアス層１１，１１の上下に形成された絶縁層１２，１２並びに絶縁層１３，１３からなっている。
【０００４】
反強磁性層２、８は、ＰｔＭｎ、固定磁性層３、７、及びフリー磁性層５はＮｉＦｅなどの強磁性材料、非磁性材料層４、６はＣｕ、ハードバイアス層１１は、ＣｏＰｔなどの硬磁性材料、絶縁層１２、１３はアルミナ、電極層１、１０はＣｒなどの導電性材料によって形成されている。
【０００５】
図２４に示す磁気検出素子は、フリー磁性層５の上下のそれぞれに非磁性材料層４、固定磁性層３、及び非磁性材料層６、固定磁性層７が形成されているデュアル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。
【０００６】
なお、図２４に示される磁気検出素子は、多層膜９の各層の膜面と垂直方向に電流が流れるＣＰＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｐｌａｎｅ）型の磁気検出素子である。
【０００７】
固定磁性層３及び固定磁性層７の磁化方向は、図示Ｙ方向に固定されており、外部磁界が印加されていない状態のフリー磁性層５の磁化方向は、ハードバイアス層１１，１１からの縦バイアス磁界によって、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に向けられて単磁区化している。外部磁界が印加されるとフリー磁性層５の磁化方向が変動して、多層膜９の電気抵抗が変化する。この電気抵抗の変化を電圧変化または電流変化として取り出すことにより外部磁界を検出する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図２４に示される磁気検出素子は、反強磁性層２、固定磁性層３、非磁性材料層４、フリー磁性層５、非磁性材料層６、固定磁性層７、反強磁性層８から構成される多層膜９の両側端面９ａ，９ａが連続な傾斜面となっている。
【０００９】
このような構造の多層膜９を有する磁気検出素子には、その製造過程において以下に示すような欠点が必然的に生じる。
【００１０】
図２５から図２７は、図２４に示された磁気検出素子の製造工程を示す断面図である。
【００１１】
図２５では、電極層１上に反強磁性層２、固定磁性層３、非磁性材料層４、フリー磁性層５、非磁性材料層６、固定磁性層７、反強磁性層８からなる多層膜９をべた膜状に連続成膜している。
【００１２】
多層膜９を磁場中アニールにかけて、反強磁性層２と固定磁性層３の間及び反強磁性層８と固定磁性層７の間に図示Ｙ方向の交換結合磁界を発生させた後、反強磁性層８上に所定のトラック幅方向寸法を有するレジスト層Ｒ１を形成する。
【００１３】
次に、図２６工程では、レジスト層Ｒ１に覆われていない多層膜９の両側端部をイオンミリングや反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって削って除去する。
【００１４】
ここで、実際の製造過程では、図２６に示されるように、除去されずに残された多層膜９の両側端面９ａ，９ａに、除去された多層膜９の材料が再付着して再付着層Ａ，Ａが生じる。多層膜９の中でも、特に反強磁性層２及び反強磁性層８は厚い膜厚Ｔ（２００Å程度）を有しており、再付着に寄与する割合も高い。
【００１５】
このような、再付着層Ａ，Ａができると、再付着層Ａ，Ａを通じてフリー磁性層５と固定磁性層３、固定磁性層７がショートしやすくなり、磁界検出出力が低下する。また、磁気検出素子の狭トラック化を進める際の妨げになる。さらに、磁気検出素子の品質も低下する。
【００１６】
また、レジスト層Ｒ１の側面にも、多層膜９の材料が再付着して再付着層Ｂ，Ｂが生じる。
【００１７】
このような、再付着層Ｂ，Ｂが生じると、図２７に示される工程で、レジスト層Ｒ１をマスクとして用いて、絶縁層１２，１２、ハードバイアス層１１，１１及び絶縁層１３，１３をスパッタ成膜するときに、ハードバイアス層１１，１１の位置精度が悪化する。また、レジスト層Ｒ１を除去することが困難になる。
【００１８】
すなわち、ハードバイアス層１１，１１がフリー磁性層５のトラック幅方向両側部に正確に位置せず、図示Ｚ方向のずれが生じたり、トラック幅方向に距離が離れたりしして、フリー磁性層５に安定した縦バイアス磁界を供給できなくなり、磁界検出出力の低下や出力の対称性（アシンメトリー）の悪化をもたらす。
【００１９】
本発明は上記従来の磁気検出素子の構造に伴う問題を低減させることができ、磁界検出出力の向上、品質の向上、及び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。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下から順に、フリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層、及び反強磁性層が積層された多層膜を有し、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記反強磁性層のトラック幅方向寸法は、前記フリー磁性層のトラック幅方向寸法よりも大きいことを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の磁気検出素子は、前記反強磁性層のトラック幅方向寸法が、前記フリー磁性層のトラック幅方向寸法より大きいものであるので、後述する製造方法において前記反強磁性層のトラック幅方向両側端部を、前記フリー磁性層に合わせて除去する必要がなくなる。
【００２２】
従って、前記フリー磁性層の両側端面に付着する前記多層膜の材料を低減でき、前記フリー磁性層と前記固定磁性層の短絡を低減または防止できるので、磁界検出出力の向上及び品質の向上を図れる。また、磁気検出素子のトラック幅寸法を正確に規定できるようになり、狭トラック化を促進できる。
【００２３】
また、本発明では、前記フリー磁性層の下に、他の非磁性材料層、他の固定磁性層、及び他の反強磁性層が形成されてもよい。この構成の磁気検出素子は、いわゆるデュアル型のスピンバルブ型磁気検出素子であり、電気抵抗の絶対値が大きくなるので、ＣＰＰ型の磁気検出素子の磁界検出出力（再生感度）を向上させるために適した構造である。
【００２４】
本発明では、さらに、前記他の反強磁性層のトラック幅方向寸法を、前記フリー磁性層のトラック幅方向寸法よりも大きくでき、後述する製造製法において前記他の反強磁性層のトラック幅方向両側端部を、前記フリー磁性層に合わせて除去する必要がなくなる。
【００２５】
従って、前記フリー磁性層の両側端面に付着する前記多層膜の材料を低減でき、前記フリー磁性層と前記固定磁性層及び前記他の固定磁性層の短絡を低減または防止できるので、磁界検出出力の向上及び品質の向上を図れる。また、磁気検出素子のトラック幅寸法を正確に規定できるようになり、狭トラック化を促進できる。
【００２６】
また、本発明では、前記フリー磁性層の下に、非磁性層、強磁性層、及び他の反強磁性層が形成されてもよい。
【００２７】
本発明では、前記他の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、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との間に働く層間結合磁界によって単磁区化される。その結果、前記フリー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る。
【００２８】
前記フリー磁性層の単磁区化及び磁化方向の制御は、前記他の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層間結合磁界（例えばＲＫＫＹ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。
【００２９】
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。
【００３０】
また、前記他の反強磁性層のトラック幅方向寸法を、前記フリー磁性層のトラック幅方向寸法よりも大きくでき、後述する製造製法において前記他の反強磁性層のトラック幅方向両側端部を、前記フリー磁性層に合わせて除去する必要がなくなる。
【００３１】
従って、前記フリー磁性層の両側端面に付着する前記多層膜の材料を低減でき、前記フリー磁性層と前記固定磁性層の短絡を低減または防止できるので、磁界検出出力の向上及び品質の向上を図れる。また、磁気検出素子のトラック幅寸法を正確に規定できるようになり、狭トラック化を促進できる。
【００３２】
本発明では、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ていることが好ましい。なお、前記非磁性層がＲｕによって形成されているときには、前記非磁性層の膜厚を８Å〜１１Å又は１５Å〜２１Åにすることが好ましい。
【００３３】
前記強磁性層は、例えば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，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、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もの、あるいは、ＣｏＦｅＣｒあるいはＣｏＦｅからなる単層構造である。
【００３４】
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，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）からなる磁性領域が存在することが好ましい。
【００３５】
また、本発明では、前記反強磁性層の成膜工程と、前記フリー磁性層及び前記非磁性材料層の成膜工程が不連続になる。
【００３６】
その結果、前記非磁性材料層と前記固定磁性層の間または前記非磁性材料層内に、絶縁部と導電部とが混在した電流制限層を容易に形成することができる。
【００３７】
本発明はＣＰＰ型の磁気検出素子であり、センス電流は、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に流れる。ＣＰＰ型の磁気検出素子は、光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗ及びハイト方向への長さＭＲｈが０．１μｍ以下とならないと（すなわち素子面積が０．０１μｍ２以下とならないと）、センス電流が前記多層膜の各層の膜面と平行方向に流れるＣＩＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｐｌａｎｅ）型よりも効果的に高い再生出力を得られないことがわかっている。
【００３８】
今後の高記録密度化に伴って素子サイズは徐々に小さくなっていくものと考えられるが、０．１μｍ角の素子面積を有する磁気検出素子を形成することは、現時点でのフォトリソグラフィー技術の精度では極めて困難であるとともに、あまり素子サイズを小さくしすぎても、記録媒体からの漏れ磁界を有効に前記磁気検出素子で検出することができなくなり、再生出力の低下や再生波形の安定性の低下を招くものと考えられる。
【００３９】
本発明では、前記非磁性材料層と前記固定磁性層の間または前記非磁性材料層内に、絶縁部と導電部とが混在する構成である電流制限層が形成され、前記センス電流は前記導電部内のみに流れることになる。
【００４０】
このため電極層から前記電流制限層を介して前記非磁性材料層及び前記フリー磁性層内に流れるセンス電流は、前記導電部と対向する部分のみに局部的に流れる（この部分の電流密度が局所的に高くなることになる）。
【００４１】
したがって本発明によれば、膜面と平行な方向におけるフリー磁性層の素子面積（この素子面積を光学的な素子面積という）を０．０１μｍ２以上に形成しても実際に前記フリー磁性層内にセンス電流が流れて、磁気抵抗効果に関与する素子面積（この素子面積を実効的な素子面積という）を小さくでき、再生出力の高いＣＰＰ型の磁気検出素子を容易に形成することができる。
【００４２】
また前記フリー磁性層の素子面積を０．０１μｍ２以上に大きくできるから、記録媒体からの外部磁界を効果的に検出することが可能であり、再生出力の向上、再生波形の安定性の向上を図ることが可能である。
【００４３】
なお、本発明では、前記電流制限層のトラック幅方向寸法を前記非磁性材料層のトラック幅方向と等しくできる。
【００４４】
また本発明では、前記電流制限層の前記絶縁部は、少なくとも前記電流制限層の上面から下面にまで通じる複数の孔が設けられた絶縁材料膜であり、この孔内に前記導電部となる導電性材料膜が埋め込まれていることが好ましい。
【００４５】
または本発明では、前記電流制限層の前記絶縁部は、膜面と平行な平面から見たときに連続して延びる溝を有し、この溝は前記電流制限層の上面から下面にまで通じて形成されており、前記溝内に前記導電部となる導電性材料が埋め込まれていることが好ましい。
【００４６】
あるいは本発明では、前記電流制限層の前記絶縁部は、前記電流制限層の上面から下面にまで通じる孔と、膜面と平行な平面から見たときに連続して延び、前記電流制限層の上面から下面にまで通じる溝とが混在した絶縁材料膜であり、前記孔及び溝内に前記導電部となる導電性材料が埋め込まれていることが好ましい。
【００４７】
また本発明では、前記絶縁材料膜は、酸化膜あるいは窒化膜で形成されることが好ましい。
【００４８】
あるいは本発明では、前記電流制限層の前記導電部は導電性粒子であり、前記導電性粒子は前記絶縁部となる絶縁性材料層内に分散されていることが好ましい。
【００４９】
または本発明では、前記電流制限層の前記絶縁部は絶縁性粒子であり、前記絶縁性粒子は、前記導電部となる導電性材料膜内に分散されていてもよい。
【００５０】
上記した電流制限層では、いずれも適切に絶縁部と導電部とが混在する膜構成とすることができ、実効的な素子サイズの狭小化を適切に図ることが可能である。
【００５１】
また、本発明は、下から第１反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性層、強磁性層、及び第２反強磁性層が形成されている磁気検出素子であって、
第１反強磁性層及び第２反強磁性層のトラック幅方向寸法は、前記フリー磁性層のトラック幅方向寸法よりも大きいことを特徴とするものである。
【００５２】
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、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との間に働く層間結合磁界（例えばＲＫＫＹ相互作用）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に向けられている。
【００５３】
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と、前記強磁性層と前記フリー磁性層間の層間結合磁界の大きさの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。
【００５４】
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。
【００５５】
また、本発明では、第１反強磁性層及び第２反強磁性層のトラック幅方向寸法を、前記フリー磁性層のトラック幅方向寸法よりも大きくでき、後述する製造製法において前記第１反強磁性層及び前記第２反強磁性層のトラック幅方向両側端部を、前記フリー磁性層に合わせて除去する必要がなくなる。
【００５６】
従って、前記フリー磁性層の両側端面に付着する前記多層膜の材料を低減でき、前記フリー磁性層と前記固定磁性層の短絡を低減または防止できるので、磁界検出出力の向上及び品質の向上を図れる。また、磁気検出素子のトラック幅寸法を正確に規定できるようになり、狭トラック化を促進できる。
【００５７】
本発明では、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ていることが好ましい。
【００５８】
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）下から順に積層された第１の電極層、フリー磁性層、非磁性材料層、及び保護層を有する多層膜を形成する工程と、
（ｂ）前記フリー磁性層、前記非磁性材料層、及び前記保護層の両側端部を除去する工程と、
（ｃ）前記保護層又は前記保護層が除去されて露出された前記非磁性材料層の上に、前記フリー磁性層及び前記非磁性材料層のトラック幅方向寸法よりも大きなトラック幅方向寸法を有する固定磁性層及び反強磁性層を積層する工程と、
（ｄ）前記反強磁性層の上に第２の電極層を形成する工程。
【００５９】
本発明では、前記（ｂ）工程で前記フリー磁性層、前記非磁性材料層、及び前記保護層の両側端部を除去し、その上に、固定磁性層及び反強磁性層を積層する。すなわち、前記固定磁性層及び前記反強磁性層のトラック幅方向両側端部を、前記フリー磁性層に合わせて除去する必要がなくなる。
【００６０】
従って、前記フリー磁性層の両側端面に付着する前記多層膜の材料を低減でき、前記フリー磁性層と前記固定磁性層の短絡を低減または防止できるので、磁界検出出力の向上及び品質の向上を図れる。また、磁気検出素子のトラック幅寸法を正確に規定できるようになり、狭トラック化を促進できる。
【００６１】
さらに、前記固定磁性層のトラック幅方向寸法を大きくすることにより、トラック幅方向の反磁界を小さくすることができ、前記固定磁性層の磁化をトラック幅方向に垂直な方向（ハイト方向）に固定することが容易になる。
【００６２】
また、前記（ａ）工程において
前記第１の電極層の上に、他の反強磁性層、他の固定磁性層、及び他の非磁性材料層を積層した上に前記フリー磁性層を積層すると、いわゆるデュアル型のスピンバルブ型磁気検出素子を形成できる。デュアル型のスピンバルブ型磁気検出素子は、電気抵抗の絶対値が大きくなるので、ＣＰＰ型の磁気検出素子の磁界検出出力（再生感度）を向上させるために適した構造である。
【００６３】
あるいは、前記（ａ）工程において
前記第１の電極層の上に、他の反強磁性層、非磁性層、及び強磁性層を積層した上に前記フリー磁性層を積層するしてもよい。
【００６４】
本発明では、前記他の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、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との間に働く層間結合磁界（例えばＲＫＫＹ相互作用）によって単磁区化される磁気検出素子を形成できる。この磁気検出素子では、前記フリー磁性層の単磁区化及び磁化方向の制御が、前記他の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層間結合磁界の大きさの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。
【００６５】
なお、前記保護層を、絶縁部と導電部とが混在した電流制限層として形成することが好ましい。
【００６６】
また、前記（ｃ）工程において、前記保護層の上に、第２の非磁性材料層を積層した後に、前記固定磁性層及び前記反強磁性層を積層してもよい。電流制限層として機能する前記保護層の上に、前記第２の非磁性材料層することにより、前記非磁性材料層の内部に、絶縁部と導電部とが混在した電流制限層を形成することもできる。
【００６７】
なお、前記保護層を電流制限層とするときは、
（ａ１）前記非磁性材料層上に、上面から下面にまで通じる複数の孔あるいは膜面と平行な平面から見たときに連続して延びる溝が形成された絶縁材料膜を成膜する工程と、
（ａ２）前記絶縁材料膜上に導電性材料膜をスパッタ成膜し、このとき前記絶縁材料膜に形成された孔あるいは溝内を前記導電性材料膜で埋める工程を有することが好ましい。
【００６８】
また、前記絶縁材料膜を、前記非磁性材料層上に不連続体膜として形成することが好ましい。これにより、前記絶縁材料膜に例えば下面から上面にまで通じる複数の孔を形成することが容易になる。前記絶縁材料膜を不連続体膜とするには、材料の選定とスパッタ条件が重要である。スパッタ条件とは、基板温度やＡｒガス圧、基板とターゲット間の距離などである。
【００６９】
また、本発明では、非磁性材料層をＣｕによって形成することにより、前記絶縁材料膜を特に不連続体膜として形成しやすくなる。Ｃｕは表面エネルギーが低く、元素が凝集して核を形成しやすいからである。
【００７０】
また、前記（ａ１）工程の絶縁材料膜の形成時において、前記絶縁材料膜を、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種または２種以上の酸化物からなる絶縁材料でスパッタ成膜し、このとき前記絶縁材料膜に下面から上面にまで通じる複数の孔あるいは膜面と平行な平面から見たときに連続して延びる溝が残された状態でスパッタを止めることが好ましい。
【００７１】
あるいは、前記（ａ１）工程の絶縁材料膜の形成時において、まずＡｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、希土類元素のうちいずれか１種または２種以上の金属元素をスパッタで形成し、この金属元素からなる膜に下面から上面にまで通じる複数の孔あるいは膜面と平行な平面から見たときに連続して延びる溝が残された状態でスパッタを止め、その後、前記金属元素からなる膜を酸化し、この酸化膜を絶縁材料膜とすることが好ましい。
【００７２】
また、本発明では、前記（ａ１）工程の絶縁材料膜の形成時において、前記絶縁材料膜を、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種または２種以上の窒化物からなる絶縁材料でスパッタ成膜し、このとき前記絶縁材料膜に下面から上面にまで通じる複数の孔あるいは膜面と平行な平面から見たときに連続して延びる溝が残された状態でスパッタを止めることが好ましい。
【００７３】
あるいは本発明では、前記（ａ１）工程の絶縁材料膜の形成時において、まずＡｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、希土類元素のうちいずれか１種または２種以上の金属元素をスパッタで形成し、この金属元素からなる膜に下面から上面にまで通じる複数の孔あるいは膜面と平行な平面から見たときに連続して延びる溝が残された状態でスパッタを止め、その後、前記金属元素からなる膜を窒化し、この窒化膜を絶縁材料膜とすることが好ましい。
【００７４】
または、前記（ａ）工程において、前記保護層を
ＦｅａＭｂＯｃ（ただし元素ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ及び希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素）なる組成式を有し、組成比ａ、ｂ、ｃは原子％で、４０≦ａ≦５０、１０≦ｂ≦３０、２０≦ｃ≦４０で、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００なる関係を満たし、またＦｅを主成分とした微結晶粒が、元素ＭとＯとの化合物を含む非晶質中に分散された膜構成を有するものとしてスパッタ成膜することにより、この保護層を電流制限層として機能するものにできる。
【００７５】
または、ＦｅｄＭｅＮｆ（ただし元素Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ及び希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素）からなる組成式を有し、組成比ｄ、ｅ、ｆは原子％で、６０≦ｄ≦７０、１０≦ｅ≦１５、１９≦ｆ≦２５で、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００なる関係を満たし、またＦｅを主成分とした微結晶粒が、元素ＭとＮとの化合物を含む非晶質中に分散された膜構成を有するものとして前記保護層をスパッタ成膜して、この保護層を電流制限層として機能するものにできる。
【００７６】
本発明では、電流制限層となる前記保護層を有する多層膜を熱処理し、この熱処理によって膜内の酸化されやすい元素の酸化を促進させて、電流制限層の開口部（電流が流れる部分）の割合（比率）を調整することが好ましい。前記開口部の割合は全体の１０％〜３０％程度であることが好ましい。
【００７７】
あるいは、前記（ａ）工程において、前記保護層を、Ｃｏと、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ａｇのうちいずれか１種または２種以上の金属元素を含む材料をスパッタ成膜することによって形成し、前記多層膜に熱処理を施すことでＣｏを酸化させることにより、この保護層を電流制限層として機能するものにできる。
【００７８】
あるいは、前記（ａ）工程において、前記保護層を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すると、この保護層の表面に形成される酸化層の膜厚を３〜６Åと薄いものにでき、この酸化層の除去が容易になるので好ましい。
【００７９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施形態の磁気検出素子（デュアル型のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の全体構造を記録媒体との対向面側から見た断面図である。
【００８０】
図１に示す符号２０は、第１の電極層である。第１の電極層２０は、例えばα−Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ（銅）やＷ（タングステン）などで形成されている。
【００８１】
第１の電極層２０の上面中央には、下地層２１が形成される。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２１は５０Å以下程度の膜厚で形成される。なおこの下地層２１は形成されていなくても良い。
【００８２】
次に下地層２１の上にはシード層２２が形成される。シード層２２は、主として面心立方晶から成り、次に説明する下側反強磁性層２３との界面と平行な方向に（１１１）面が優先配向されている。シード層２２は、Ｃｒ、ＮｉＦｅ合金、あるいはＮｉ−Ｆｅ−Ｙ合金（ただしＹは、Ｃｒ，Ｒｈ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉから選ばれる少なくとも１種以上）で形成されることが好ましい。これらの材質で形成されたシード層２２はＴａ等で形成された下地層２１上に形成されることにより下側反強磁性層２３との界面と平行な方向に（１１１）面が優先配向しやすくなる。シード層２２は、例えば３０Å程度で形成される。
【００８３】
なお本発明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２２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２２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２２はＮｉＦｅ合金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２２は形成されなくても良い。
【００８４】
次にシード層２２上には下側反強磁性層（他の反強磁性層）２３が形成される。下側反強磁性層２３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。あるいは下側反強磁性層２３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を含有する反強磁性材料により形成されることが好ましい。
【００８５】
これらの反強磁性材料は、耐食性に優れしかもブロッキング温度も高く次に説明する下側固定磁性層２４との界面で大きな交換異方性磁界を発生し得る。また下側反強磁性層２３は８０Å以上で３００Å以下，例えば２００Åの膜厚で形成されることが好ましい。
【００８６】
次に下側反強磁性層２３の上には下側固定磁性層（他の固定磁性層）２４が形成されている。この実施形態では下側固定磁性層２４は３層構造で形成されている。
【００８７】
下側固定磁性層２４を構成する符号５１及び５３の層は磁性層であり、例えばＣｏ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＮｉなどで形成される。磁性層５１，５３間にはＲｕなどで形成された中間層５２が介在し、この構成により、磁性層５１と磁性層５３の磁化方向は互いに反平行状態にされる。これはいわゆる人工フェリ構造と呼ばれる。
【００８８】
下側反強磁性層２３と、下側固定磁性層２４の下側反強磁性層２３に接する磁性層５１との間には磁場中熱処理によって交換異方性磁界が発生し、例えば磁性層５１の磁化がハイト方向（図示Ｙ方向）に固定された場合、もう一方の磁性層５３はＲＫＫＹ相互作用により、ハイト方向とは逆方向（図示Ｙ方向と逆方向）に磁化され固定される。この構成により下側固定磁性層２４の磁化を安定した状態にでき、また下側固定磁性層２４の磁化を強固に固定できる。
【００８９】
なお例えば、磁性層５１，５３の膜厚はそれぞれ１０〜７０Å程度で形成される。また中間層５２の膜厚は３Å〜１０Å程度で形成される。
【００９０】
また磁性層５１、５３はそれぞれ単位面積当たりの磁気モーメントが異なるように、磁性層５１、５３の材質や膜厚がそれぞれ異なっている。単位面積当たりの磁気モーメントは飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔで設定され、例えば磁性層５１、５３を共に同じ材質で同じ組成の材料で形成するとき、磁性層５１、５３の膜厚を異ならせることで、磁性層５１、５３の磁気モーメントを異ならせることができる。これによって適切に磁性層５１、５３を人工フェリ構造にすることが可能である。
【００９１】
なお本発明では下側固定磁性層２４はフェリ構造ではなくＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＣｏ合金、あるいはＣｏＦｅ合金などの単層膜あるいは積層膜で形成されていても良い。
【００９２】
下側固定磁性層２４の上には下側非磁性材料層（他の非磁性材料層）２５が形成されている。下側非磁性材料層２５は例えばＣｕ，Ｃｒ，Ａｕ，Ａｇなどの電気抵抗の低い導電性材料によって形成される。下側非磁性材料層２５は例えば２５Å程度の膜厚で形成される。
【００９３】
次に下側非磁性材料層２５の上にはフリー磁性層２６が形成される。フリー磁性層２６は３層構造で形成され、下側非磁性材料層２５と対向する側にＣｏ膜５４が形成されていることが好ましい。これにより下側非磁性材料層２５との界面での金属元素等の拡散を防止でき、抵抗変化率（ΔＧＭＲ）を大きくすることができる。Ｃｏ膜５４上には、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金などにより形成された磁性層５５が形成される。磁性層５５の上には、拡散防止のためのＣｏ膜５４が形成される。フリー磁性層２６の全体の膜厚は、２０Å以上で１００Å以下程度の膜厚で形成されることが好ましい。
【００９４】
なおフリー磁性層２６は上記したいずれかの磁性材料を使用した１層構造で形成されていても良い。あるいは、フリー磁性層２６は、単位面積当たりの磁気モーメントが異なる２つの磁性層の間にＲｕなどで形成された中間層が介在し、前記２つの磁性層の磁化方向が互いに反平行状態にされた、人工フェリ構造であってもよい。
【００９５】
フリー磁性層２６の上には、上側非磁性材料層（非磁性材料層）２７、電流制限層２８、磁性層６０と６２とその間に形成されたＲｕなどの中間層６１からなる３層フェリ構造の上側固定磁性層（固定磁性層）２９、上側反強磁性層（反強磁性層）３０、および第２の電極層３１が順次積層されている。
上側非磁性材料層２７、上側固定磁性層２９、上側反強磁性層３０、および第２の電極層３１の材料及び膜厚は、それぞれ、下側非磁性材料層２５、下側固定磁性層２４、下側反強磁性層２３、および第１の電極層２０の材料及び膜厚と同じである。電流制限層２８の膜構造等に関しては、後から詳しく説明する。
【００９６】
図１に示す構造のデュアルスピンバルブ型薄膜素子の場合、フリー磁性層２６よりも下側に形成された下側固定磁性層２４のうち磁気抵抗効果に関与する磁性層５３が、例えばハイト方向（図示Ｙ方向）と反平行方向に固定されていた場合、フリー磁性層２６よりも上側に形成された上側固定磁性層２９のうち磁気抵抗効果に関与する磁性層６０も、ハイト方向（図示Ｙ方向）と反平行方向に固定される。
【００９７】
図１に示すように、下側固定磁性層２４のトラック幅方向の両側端部Ｄ，Ｄ上には、絶縁層３２が形成されている。絶縁層３２は例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２など一般的な絶縁材料で形成される。
【００９８】
絶縁層３２の上面３２ａは、フリー磁性層２６の下面２６ａよりも図示下側（図示Ｚ方向とは逆方向）に形成されていることが好ましい。
【００９９】
絶縁層３２の上には、バイアス下地層３３が形成されている。またバイアス下地層３３の上にはハードバイアス層３４が形成されている。ハードバイアス層３４は、フリー磁性層２６の両側に対向する位置に形成される。ハードバイアス層３４は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に磁化されており、ハードバイアス層３４からの縦バイアス磁界によって、フリー磁性層２６の磁化は図示Ｘ方向に揃えられる。
【０１００】
バイアス下地層３３はハードバイアス層３４の特性（保磁力Ｈｃ、角形比Ｓ）を向上させるために設けられたものである。
【０１０１】
本発明では、バイアス下地層３３は、結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造）の金属膜で形成されることが好ましい。なおこのときバイアス下地層３３の結晶配向は（１００）面が優先配向するのが好ましい。
【０１０２】
またハードバイアス層３４は、ＣｏＰｔ合金やＣｏＰｔＣｒ合金などで形成される。これら合金の結晶構造は、稠密六方構造（ｈｃｐ）単相あるいは面心立方構造（ｆｃｃ）と稠密六方構造（ｈｃｐ）の混相となっている。
【０１０３】
ここで上記の金属膜で形成されたバイアス下地層３３とハードバイアス層３４を構成するＣｏＰｔ系合金のｈｃｐ構造の格子定数は近い値となるために、ＣｏＰｔ系合金はｆｃｃ構造を形成しづらくｈｃｐ構造で形成されやすくなる。このときｈｃｐ構造のｃ軸はＣｏＰｔ系合金とバイアス下地層の境界面内に優先配向される。ｈｃｐ構造はｆｃｃ構造に比べてｃ軸方向に大きな磁気異方性を生じるため、ハードバイアス層３４に磁界を与えたときの保磁力Ｈｃは大きくなるのである。さらにｈｃｐのｃ軸はＣｏＰｔ系合金とバイアス下地層との境界面内で優先配向となっているため、残留磁化が増大し、残留磁化／飽和磁束密度で求められる角形比Ｓは大きくなる。その結果、ハードバイアス層３４の特性を向上させることができ、ハードバイアス層３４から発生するバイアス磁界を増大させることができる。結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造）の金属膜は、Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｍｎ，Ｎｂ，Ｔａのいずれか１種または２種以上の元素で形成されることが好ましい。
【０１０４】
また、バイアス下地層３３はハードバイアス層３４の下側にのみ形成されていることが好ましいが、フリー磁性層２６の両側端面２６ｂ，２６ｂとハードバイアス層３４間にも若干、介在してもよい。フリー磁性層２６の両側端面２６ｂ，２６ｂとハードバイアス層３４間に形成されるバイアス下地層３３のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における膜厚は１ｎｍ以下であることが好ましい。
【０１０５】
これによりハードバイアス層３４とフリー磁性層２６とを磁気的に連続体にでき、フリー磁性層２６の端部が反磁界の影響を受けるバックリング現象などの問題も発生せず、フリー磁性層２６の磁区制御を容易にできる。
【０１０６】
また図１に示すように、ハードバイアス層３４の上には絶縁層３５が形成されている。絶縁層３５は、Ａｌ２Ｏ３やＳｉＯ２などの一般的な絶縁材料で形成される。
【０１０７】
なおこの実施形態では、絶縁層３５の上面と電流制限層２８の上面とが連続な平坦面となっている。
【０１０８】
この実施形態では、第２の電極層３１から第１の電極層２０に向けてセンス電流が流れるが、第１の電極層２０から第２の電極層３１に向けてセンス電流が流れても良い。従ってセンス電流は、磁気検出素子の各層を膜面と垂直方向に流れ、このようなセンス電流の流れ方向はＣＰＰ型と呼ばれる。
【０１０９】
上側固定磁性層２９、上側非磁性材料層２７、フリー磁性層２６、下側非磁性材料層２５及び下側固定磁性層２４に検出電流（センス電流）が与えられ、走行方向がＺ方向であるハードディスクなどの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２６の磁化が図示Ｘ方向の一方向からＹ方向へ向けて変化する。このフリー磁性層２６内での磁化の方向の変動と、上側固定磁性層２９及び下側固定磁性層２４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または電流変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０１１０】
図１に示す磁気検出素子の上下には、ギャップ層（図示せず）を介してシールド層（図示せず）が設けられており、磁気検出素子、ギャップ層及びシールド層を合わせてＭＲヘッドと呼ばれる。
【０１１１】
なお図１に示す電極層２０、３１がギャップ層を兼ねていてもよいし、あるいは電極層２０、３１が磁性材料で形成されるときは、シールド層を兼ねていてもよい。
【０１１２】
ＭＲヘッドの上に記録用のインダクティブヘッドが積層されていてもよい。磁気検出素子の上側に形成されたシールド層（上部シールド層）は、インダクティブヘッドの下部コア層として兼用されてもよい。
【０１１３】
またＭＲヘッドは、例えばアルミナ−チタンカーバイト（Ａｌ２Ｏ３−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。
【０１１４】
図１に示される磁気検出素子では、下側非磁性材料層２５、フリー磁性層２６、上側非磁性材料層２７、電流制限層２８のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側端面Ｓ１，Ｓ１のみが連続した傾斜面となっている。
【０１１５】
そして、下側固定磁性層２４及び下側反強磁性層２３のトラック幅方向寸法Ｗ１及び上側固定磁性層２９及び上側反強磁性層３０のトラック幅方向寸法Ｗ２が、フリー磁性層２６のトラック幅方向寸法Ｗ３より大きくなっている。
このような構造を有する図１の磁気検出素子は、その製造過程において、下側固定磁性層２４及び下側反強磁性層２３並びに上側固定磁性層２９及び上側反強磁性層３０のトラック幅方向両側端部を、フリー磁性層２６に合わせて除去する必要がなくなる。
【０１１６】
従って、下側固定磁性層２４及び下側反強磁性層２３並びに上側固定磁性層２９及び上側反強磁性層３０の材料がフリー磁性層２６の両側端面に再付着することがなくなり、フリー磁性層２６と上側固定磁性層２９間の短絡及びフリー磁性層２６と下側固定磁性層２４間の短絡を低減または防止できるので、磁界検出出力の向上及び品質の向上を図れる。
【０１１７】
また、フリー磁性層２６とハードバイアス層３４，３４間の距離を適切に調節できる。
【０１１８】
また、フリー磁性層２６のトラック幅方向寸法Ｗ３で規定される、磁気検出素子の光学的トラック幅寸法Ｏ−Ｔｗを正確に規定できるようになり、狭トラック化を促進できる。
【０１１９】
また、上側固定磁性層２９及び下側固定磁性層２４のトラック幅方向寸法Ｗ２，Ｗ１を大きくすることにより、トラック幅方向の反磁界を小さくすることができ、上側固定磁性層２９及び下側固定磁性層２４の磁化をトラック幅方向に垂直な方向（図示Ｙ方向；ハイト方向）に固定することが容易になる。
【０１２０】
ところで本発明では図１に示すように、上側非磁性材料層２７と上側固定磁性層２９との間に電流制限層２８が形成されている。
【０１２１】
本発明における電流制限層２８は例えば図２に示す膜構成である。図２は、下側非磁性材料２５、フリー磁性層２６、上側非磁性材料層２７及び電流制限層２８の部分模式図である。
【０１２２】
図２に示すように電流制限層２８は、複数の孔５６が形成された絶縁材料膜（絶縁部）５７が母材となっている。孔５６のうち少なくとも一部の孔５６は、絶縁材料膜５７を下面から上面にまで貫通している。
【０１２３】
図２に示すように、絶縁材料膜５７上には導電性材料膜（導電部）５８が形成されている。導電性材料膜５８は絶縁材料膜５７に形成された孔５６内にも形成されており、孔５６は導電性材料膜５８によって埋められた状態になっている。なお図２では、図面上の記載を簡潔にするため、一部の孔のみに「孔５６」及び「導電性材料膜５８」なる文言を記入している。
【０１２４】
ここで絶縁材料膜５７は、酸化膜あるいは窒化膜で形成されることが好ましい。また酸化膜は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、希土類元素のうちいずれか１種または２種以上の酸化物からなる絶縁材料で形成されることが好ましい。また窒化膜は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、希土類元素のうちいずれか１種または２種以上の窒化物からなる絶縁材料で形成されることが好ましい。
【０１２５】
これら酸化膜及び窒化膜は、上側非磁性材料層２７上で薄く成膜されると、スパッタ成膜の際に凝集して不連続体膜になりやすい材質である。不連続体膜になると絶縁材料膜５７には図２に示すような上面から下面にまで貫通する孔５６が形成されやすくなる。
【０１２６】
また不連続体膜となるか否かは材質の選定のみならず、スパッタ条件も重要な要素である。絶縁材料膜５７を不連続体膜とするためのスパッタ条件は、基板温度を２０℃〜２００℃程度に低くしたり、Ａｒガス圧を１０〜５０ｍＴｏｒｒ（１．３〜６．７Ｐａ）程度に高くしたり、また基板とターゲット間の距離を２００〜３００ｍｍ程度に離したりすること等である。
【０１２７】
なお上記したスパッタ成膜では、例えば、ＲＦスパッタ法、ＲＦマグネトロンスパッタ法、ＤＣマグネトロンスパッタ法、イオンビームスパッタ法、ロングスロースパッタ法、コリメーションスパッタ法のいずれか、またはそれらを組み合せたスパッタ法などを使用できる。
【０１２８】
次に導電性材料膜５８は、一般的な導電性材料を使用することができ、例えばα−Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ（銅）やＷ（タングステン）などで形成することもできる。または、導電性材料膜５８はＲｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅのうちいずれか１種または２種以上の貴金属元素から形成されてもよい。なお前記貴金属にＣｕが添加されていてもよい。上側非磁性材料層２７の材料と同じであるとより好ましい。
【０１２９】
前記貴金属元素はそれ自体、酸化されにくい材質であり、絶縁材料膜５７上及び孔５６内に貴金属元素から形成された導電性材料膜５８を形成することで、熱処理などによって酸素の拡散を抑制でき、図２に示す開口部（孔）と非開口部（絶縁材料層）とのコントラストを良好に保つことができる。
【０１３０】
以上のように本発明では上側非磁性材料層２７上に絶縁部と導電部とが混在した電流制限層２８を設けることで、次のような効果を期待することができる。
【０１３１】
すなわち本発明のようにＣＰＰ型の磁気検出素子では、第２の電極層３１から流れるセンス電流は、電流制限層２８内を膜面と垂直方向に流れるが、本発明では、電流制限層２８を絶縁材料膜（絶縁部）５７に形成された孔５６内に導電性材料膜（導電部）５８を埋め込んだ構造としているから、センス電流は導電性材料膜５８内のみに流れることになる。
【０１３２】
このため第２の電極層３１から電流制限層２８を介してフリー磁性層２６内に流れるセンス電流は、フリー磁性層２６内を導電性材料膜５８と対向する部分のみに局部的に流れる（この部分の電流密度が局所的に高くなることになる）。
【０１３３】
したがって本発明によれば、膜面と平行な方向におけるフリー磁性層２６の素子面積（この素子面積を光学的な素子面積という）を大きく形成しても実際にフリー磁性層２６内にセンス電流が流れて、磁気抵抗効果に関与する素子面積（この素子面積を実効的な素子面積という）を小さくでき、よって従来と同程度の精度を有するフォトリソグラフィー技術を用いて光学的な素子サイズが大きい磁気検出素子を形成しても、再生出力の高いＣＰＰ型の磁気検出素子を容易に形成することができる。
【０１３４】
なお本発明では、具体的には図２に示すトラック幅Ｔｗを０．１５〜０．３μｍに形成でき、またハイト方向の長さＭＲｈを０．１５〜０．３μｍに形成でき、よって光学的な素子面積を０．０２〜０．０９μｍ２に大きく形成できる。
【０１３５】
また本発明では、実効的な素子面積は、０．０１μｍ２以下であることが好ましい。実効的な素子面積の求め方としては、例えば光学的な素子面積（Ｔｗ×ＭＲｈ）に、孔５６の開口率をかけて求めることができる。これは、ＧＭＲ膜単独の抵抗値と、電極を含んだ素子全体の抵抗値との差から概略で求めることができる。
【０１３６】
また電流制限層２８を膜面と平行な平面から見たときに、開口部（孔５６）の割合は１０％〜３０％程度であることが好ましい。
【０１３７】
また本発明では、光学的な素子面積を大きくできるから、記録媒体からの外部磁界を有効に磁気検出素子で検出することができ、感度の良い再生特性に優れたＣＰＰ型磁気検出素子を製造することができる。
【０１３８】
また本発明では電流制限層２８の膜構成は図２のようなものに限らず、例えば他に図３のような膜構成を提示できる。
【０１３９】
図３に示す電流制限層２８の絶縁材料膜５７には、電流制限層２８を膜面と平行な方向から見たときに、連続して延びる溝６８が形成され、この溝６８は電流制限層２８の上面から下面にまで通じて形成されている。溝６８の平面形状は細長の曲線であったり、途中で枝別れしているが、形状はどのようなものであってもよい。そして溝６８内及び絶縁材料膜５７上に導電材料膜５８が形成されている。この図２と図３との絶縁材料膜５７の形状の違いは薄膜の核成長の違いによるものである。薄膜（絶縁材料膜５７あるいは絶縁材料膜５７の基になる層）は、上側非磁性材料層２７上でまず島状に成長していき、さらに成長させると、これら島どうしがくっつきはじめ、図３のような連続して延びる溝６８を形成する。
【０１４０】
すなわち薄膜の成長をどの段階で止めるかによって、電流制限層２８の平面形状は変化していく。ここで重要なのは、電流制限層２８を構成する絶縁材料膜５７に下面から上面にかけて貫通する孔５６あるいは溝６８が適切に形成されていることである。このような孔５６あるいは溝６８が貫通して形成されていると、この孔５６あるいは溝６８内に埋め込まれた導電性材料膜５８が上側非磁性材料層２７まで電流を流す経路となり、適切に電流経路を絞り込むことができる。
【０１４１】
また図３のように、電流制限層２８の絶縁材料膜５７には、電流制限層２８の上面から下面にまで通じる孔５６と、膜面と平行な平面から見たときに連続して延び、電流制限層２８の上面から下面にまで通じる溝６８とが混在していてもよい。
【０１４２】
次に図２に示す電流制限層２８は、複数の孔５６が形成された絶縁材料膜５７と、この孔５６を埋める導電性材料膜５８とで構成されているが、本発明では、以下の膜構成を有する電流制限層２８でも良い。
【０１４３】
本発明では、例えば絶縁材料のターゲットと導電性材料のターゲットを用意し、これら２つのターゲットを同時にスパッタすることで、上側非磁性材料層２７上に絶縁材料の粒子と導電性材料の粒子とが混在した電流制限層２８を形成することができる。
【０１４４】
具体的には、電流制限層２８の導電部が導電性粒子であり、導電性粒子は絶縁部となる絶縁材料膜内に分散されている膜構成を提供することができる。
【０１４５】
上記膜構成を有する電流制限層２８を例示すると、電流制限層２８は、Ｆｅを主成分とした導電部となる微結晶粒が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ及び希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素Ｍと、ＯあるいはＮとの化合物を含む絶縁部となる非晶質中に分散された膜構成である。
【０１４６】
この電流制限層２８では、ＦｅａＭｂＯｃの組成式を有し、組成比ａ、ｂ、ｃは原子％で、４０≦ａ≦５０、１０≦ｂ≦３０、２０≦ｃ≦４０であり、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００なる関係を満たすことが好ましい。
【０１４７】
あるいは電流制限層２８では、ＦｅｄＭｅＮｆの組成式を有し、組成比ｄ、ｅ、ｆは原子％で、６０≦ｄ≦７０、１０≦ｅ≦１５、１９≦ｆ≦２５であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００なる関係を満たすことが好ましい。
【０１４８】
上記の電流制限層２８の形成は、例えばＦｅのターゲットと、ＨｆＯ２のターゲットの２つを用意し、これら２つのターゲットをスパッタする。これにより、非晶質相のマトリックスの内部にｂｃｃＦｅを主成分とした微結晶粒が多数析出された電流制限層２８を形成することができる。
【０１４９】
なお上記したスパッタ成膜では、例えば、ＲＦスパッタ法、ＲＦマグネトロンスパッタ法、ＤＣマグネトロンスパッタ法、イオンビームスパッタ法、ロングスロースパッタ法、コリメーションスパッタ法のいずれか、またはそれらを組み合せたスパッタ法などを使用できる。
【０１５０】
あるいは本発明では、電流制限層２８を構成する絶縁材料膜は主としてＣｏが酸化された層であり、この絶縁材料膜内に、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ａｇのうちいずれか１種または２種以上の貴金属材料で形成された導電性粒子が分散している、電流制限層２８を形成することができる。
【０１５１】
あるいは、電流制限層２８の絶縁部は絶縁性粒子であり、絶縁性粒子は、導電部となる導電性材料膜内に分散されている膜構成であってもよい。
【０１５２】
なお上記した導電性粒子にはＣｕなどの一般的な導電性材料を使用でき、絶縁性粒子には、Ａｌ２Ｏ３などの一般的な絶縁性材料を使用することもできる。
【０１５３】
また上記したように導電性粒子を混在させたいわゆるグラニュラー膜で電流制限層２８を形成するときは、導電性粒子の粒径より電流制限層２８の膜厚が薄くないと、導電性粒子がセンス電流の電流経路として適切に機能せず、再生出力等の再生特性の悪化を招く。
【０１５４】
なお、本実施の形態では、電流制限層２８は、例えばＣｕからなる表面エネルギーの低い上側非磁性材料層２７の上に形成されている。これによって、電流制限層２８に形成された開口部（孔）と非開口部（絶縁材料膜）との導電率のコントラストを高くすることができるので、電極層から流れるセンス電流を開口部で適切に絞り込むことができ、見かけ上のΔＲ＊Ａ（抵抗変化量＊素子面積）の向上を図れる。
【０１５５】
すなわち電流制限層２８を構成する絶縁材料膜を形成する際に、この絶縁材料膜が例えば島状のように凝集して形成されるようにできる。上記した開口部は微細なサイズでランダムに且つ均一に混在していることが必要であるが、このような制御を行うのに重要な一つの要素は、材質やスパッタ条件であり、もう一つが電流制限層２８の下に形成される下地の表面エネルギー（γｓ）である。
【０１５６】
前記下地の表面エネルギーが高いと、薄膜の成長モードは完全濡れモードになりやすく、単層成長（ＦＭモード）しやすくなる。日本応用磁気学会誌「薄膜成長プロセス概論」Ｖｏｌ．１４，Ｎｏ．３，１９９０の第５２８頁には「γｓ＞γｆｓ＋γｆ」（ここでγｆｓは、基板と薄膜の界面エネルギー、γｆは、薄膜の表面エネルギー）の関係式が成り立つと、完全濡れモードになり単層成長することが記載されている。
【０１５７】
このため単層成長しにくくし、すなわち下地上に形成される薄膜が島状のように点在して形成されるようにするには、前記表面エネルギー（γｓ）を低下させることが必要である。
【０１５８】
Ｃｕからなる上側非磁性材料層２７は、表面エネルギーが低くなっており、上側非磁性材料層２７上に電流制限層２８を形成すると、電流制限層２８を構成する絶縁材料膜（あるいは絶縁材料膜となるべき層）は上側非磁性材料層２７上で島状のように凝集して成長していく。この成長モードをＶｏｌｍｅｒ−Ｗｅｂｅｒ（ＶＷ）型成長と呼ぶ。
【０１５９】
また上側非磁性材料層２７上に金属膜を島状に凝集させ、この金属膜を酸化して酸化物の絶縁材料膜を形成する際に、酸化の影響が上側非磁性材料層２７の部分で食い止められ、それより下の層に前記酸化の影響が及ばない。
【０１６０】
このため電流制限層２８を構成する絶縁材料膜は適切に例えば島状形状のまま保たれ、開口部と非開口部とのコントラストを高く保つことが可能である。
【０１６１】
図４は本発明の第２実施形態の磁気検出素子（デュアル型のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の全体構造を記録媒体との対向面側から見た断面図である。
【０１６２】
図４に示される磁気検出素子は、電流制限層２８が上側非磁性材料層７０の内部に形成されている点で図１に示された磁気検出素子と異なっている。
【０１６３】
上側非磁性材料層７０は、その両側端面がフリー磁性層２６及び電流制限層２８の両側端面と連続面となっている下層部７１と、その両側端面が上側固定磁性層２９及び上側反強磁性層３０の両側端面と連続面となっている上層部（第２の非磁性材料層）７２からなっている。下層部７１及び上層部７２はいずれもＣｕによって形成されている。
【０１６４】
電流制限層２８は、上側非磁性材料層７０の下層部７１と上層部７２の間に形成されている。
【０１６５】
図４に示される磁気検出素子でも、下側固定磁性層２４及び下側反強磁性層２３のトラック幅方向寸法Ｗ１及び上側固定磁性層２９及び上側反強磁性層３０のトラック幅方向寸法Ｗ２が、フリー磁性層２６のトラック幅方向寸法Ｗ１より大きくなっており、図１に示された磁気検出素子と同様の効果を奏することができる。
【０１６６】
また電流制限層２８上にＣｕからなる非磁性材料層７０の上層部７２が形成されていることで、電流制限層２８を形成後、熱処理する段階において、前記熱処理を施しても電流制限層２８上の層に酸素の拡散が起こらず、電流制限層２８の開口部と非開口部とのコントラストを高く保つことができる。
【０１６７】
図５は本発明の第３実施形態の磁気検出素子の全体構造を記録媒体との対向面側から見た断面図である。
【０１６８】
図５の磁気検出素子は、第１の電極層２０の上に、Ｔａからなる下地層８０が形成され、下地層８０の上にフリー磁性層８１、非磁性材料層８２、電流制限層８３、固定磁性層８４、反強磁性層８５、及び第２の電極層３１が積層されている。
【０１６９】
第１の電極層２０及び第２の電極層３１は、図１の磁気検出素子の第１の電極層２０及び第２の電極層３１と同じ材料同じ膜厚を有するものである。
【０１７０】
下地層８０はフリー磁性層８１の結晶配向を整えて、フリー磁性層８１の磁気特性の向上及び比抵抗の低減を図るためのものである。
【０１７１】
図５では、フリー磁性層８１は単層の磁性層として形成されており、その材料は、例えばＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金である。ただし、フリー磁性層８１が非磁性材料層８２との対向する側にＣｏからなるＣｏ層を有する２層構造であってもよいし、また、非磁性中間層を介して２層の磁性層が積層される人工フェリ型のフリー磁性層であってもよい。
【０１７２】
非磁性材料層８２は、図１の上側非磁性材料層２７の材料と同じである。
固定磁性層８４は単層の磁性層として形成されており、その材料は、例えば、Ｃｏ、ＣｏＦｅ合金、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金などである。ただし、固定磁性層８４は、これらの合金の積層膜であってもよいし、また、非磁性中間層を介して２層の磁性層が積層され人工フェリ型の固定磁性層であってもよい。
【０１７３】
反強磁性層８５の材料及び膜厚は、図１の上側反強磁性層３０と同じである。反強磁性層８５と固定磁性層８４の間に働く交換結合磁界によって、固定磁性層８４の磁化方向が図示Ｙ方向（ハイト方向）に固定されている。
【０１７４】
第１の電極層２０のトラック幅方向の両側端部Ｄ，Ｄ上には、絶縁層３２が形成されている。
【０１７５】
絶縁層３２の上面３２ａは、フリー磁性層８１の下面８１ａよりも図示下側（図示Ｚ方向とは逆方向）に形成されていることが好ましい。
【０１７６】
絶縁層３２の上には、バイアス下地層３３が形成されている。またバイアス下地層３３の上にはハードバイアス層３４が形成されている。ハードバイアス層３４は、フリー磁性層２６の両側に対向する位置に形成される。ハードバイアス層３４は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に磁化されており、ハードバイアス層３４からの縦バイアス磁界によって、フリー磁性層８１の磁化は図示Ｘ方向に揃えられる。ハードバイアス層３４の上には、絶縁層３５が形成されている。
【０１７７】
絶縁層３２、バイアス下地層３３、ハードバイアス層３４及び絶縁層３５の材料は、図１と同じである。
【０１７８】
図５に示された磁気検出素子は、いわゆるトップスピン型のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子であり、また、センス電流が磁気検出素子の各層を膜面と垂直方向に流れるＣＰＰ型である。
【０１７９】
固定磁性層８４、非磁性材料層８２、及びフリー磁性層８１に検出電流（センス電流）が与えられ、走行方向がＺ方向であるハードディスクなどの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８１の磁化が図示Ｘ方向の一方向からＹ方向へ向けて変化する。このフリー磁性層８１内での磁化の方向の変動と、固定磁性層８４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または電流変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０１８０】
図５に示される磁気検出素子では、下地層８０、フリー磁性層８１、非磁性材料層８２、電流制限層８３のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側端面Ｓ２，Ｓ２のみが連続した傾斜面となっている。
【０１８１】
そして、固定磁性層８４及び反強磁性層８５のトラック幅方向寸法Ｗ４が、フリー磁性層８１のトラック幅方向寸法Ｗ５より大きくなっている。
【０１８２】
このような構造を有する図５の磁気検出素子は、その製造過程において、固定磁性層８４及び反強磁性層８５のトラック幅方向両側端部を、フリー磁性層８１に合わせて除去する必要がなくなる。
【０１８３】
従って、固定磁性層８４及び反強磁性層８５の材料がフリー磁性層８１の両側端面に再付着することがなくなり、フリー磁性層８１と固定磁性層８４間の短絡を低減または防止できるので、磁界検出出力の向上及び品質の向上を図れる。
【０１８４】
また、フリー磁性層８１とハードバイアス層３４，３４間の距離を適切に調節でき、フリー磁性層８１に適切な大きさの縦バイアス磁界を安定して供給できる。
【０１８５】
また、フリー磁性層８１のトラック幅方向寸法Ｗ５で規定される、磁気検出素子の光学的トラック幅寸法Ｏ−Ｔｗを正確に規定できるようになり、狭トラック化を促進できる。
【０１８６】
また、固定磁性層８４のトラック幅方向寸法Ｗ４を大きくすることにより、トラック幅方向の反磁界を小さくすることができ、固定磁性層８４の磁化をトラック幅方向に垂直な方向（ハイト方向）に固定することが容易になる。
【０１８７】
さらに、非磁性材料層８２と固定磁性層８４との間に電流制限層８３が形成されることにより、膜面と平行な方向におけるフリー磁性層８１の光学的な素子面積を大きく形成しても実効的な素子面積を小さくでき、再生出力の高いＣＰＰ型の磁気検出素子を容易に形成することができる。
【０１８８】
なお、電流制限層８３の膜構成は、図２または図３に示した電流制限層２８と同じである。
【０１８９】
図５に示される磁気検出素子でも、光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗを０．１５〜０．３μｍに形成でき、またハイト方向の長さＭＲｈを０．１５〜０．３μｍに形成でき、よって光学的な素子面積を０．０２〜０．０９μｍ２に大きく形成できる。しかも、実効的な素子面積を０．０１μｍ２以下にすることができる。また、光学的な素子面積を大きくすることにより、記録媒体からの外部磁界を有効に磁気検出素子で検出することができ、感度の良い再生特性に優れたＣＰＰ型磁気検出素子を製造することができる。
【０１９０】
図６は本発明における第４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断面図である。
【０１９１】
図６に示される磁気検出素子は、図５に示される磁気検出素子に類似しており、フリー磁性層８１の磁化方向をトラック幅方向（図示Ｘ方向）にそろえるための縦バイアスの方式が異なっている。
【０１９２】
図６に示される磁気検出素子では、フリー磁性層８１の両側端部にハードバイアス層が形成されず、かわりにフリー磁性層８１の下層に中間層８７を介してインスタックバイアス層８６が形成されている。このインスタックバイアス層８６は第１の電極層２０上に形成されている。インスタックバイアス層８６はＣｏＰｔなどの硬磁性材料によって形成され、図示Ｘと反平行方向に着磁されている。なお、インスタックバイアス層８６と第１の電極層２０の間に、Ｃｒからなる下地層が形成されてもよい。
【０１９３】
この実施形態では、フリー磁性層８１の下に中間層８７を介して形成されたインスタックバイアス層８６の両側端部からフリー磁性層８１に向けて縦バイアス磁界が供給されて（矢印Ｍで示す）、フリー磁性層８１の磁化が図示Ｘ方向に向けられるようになっている。
【０１９４】
中間層８７は、非磁性導電材料で形成されることが好ましい。具体的には、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ことが好ましい。
【０１９５】
また図６において、中間層８７は、例えばＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２などの絶縁材料で形成されてもよいが、かかる場合、中間層８７を薄く形成して、第１の電極層２０と第２の電極層３１間に流れるセンス電流が、中間層８７の部分で遮断されないようにすることが必要である。中間層８７の膜厚は２０〜１００Åで形成されることが好ましい。
【０１９６】
図６のように、フリー磁性層８１に中間層８７を介してインスタックバイアス層８６を設ける構造であると、フリー磁性層８１の両側にハードバイアス層を設ける場合に比べて、フリー磁性層８１が強固に磁化されることがなくフリー磁性層８１の磁区制御を適正化でき、フリー磁性層８１の外部磁界に対する磁化変動を良好にすることが可能である。
【０１９７】
また図６に示す実施形態では、インスタックバイアス層８６から電流制限層８３までの両側端面Ｓ２，Ｓ２の両側領域にはアルミナまたはＳｉＯ２からなる絶縁層８８のみが形成されている。したがって第１の電極層２０と第２の電極層３１間に流れるセンス電流の分流ロスを低減させることが可能である。
【０１９８】
図６に示される磁気検出素子でも、固定磁性層８４及び反強磁性層８５のトラック幅方向寸法Ｗ４が、フリー磁性層８１のトラック幅方向寸法Ｗ５より大きくなっており、また、非磁性材料層８２と固定磁性層８４の間に電流制限層８３が形成されており、図５に示される磁気検出素子と同様の効果を奏することができる。
【０１９９】
図７は本発明における第５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断面図である。
【０２００】
図７に示される磁気検出素子は、図５に示される磁気検出素子に類似しており、フリー磁性層８１の磁化方向をトラック幅方向（図示Ｘ方向）にそろえるための縦バイアスの方式が異なっている。
【０２０１】
図７に示される磁気検出素子では、第１の電極層２０、下地層２１、シード層２２が下から順に積層されたその上に、バイアス反強磁性層（他の反強磁性層）９０、強磁性層９１、非磁性層９２、フリー磁性層８１、非磁性材料層８２、電流制限層８３、固定磁性層８４、反強磁性層８５、第２の電極層３１が下から順に積層されている。図５と同じ符号で示された層は、図５と同じ層を示している。
【０２０２】
バイアス反強磁性層９０の材料及び膜厚は、８０Å〜３００Åである。
強磁性層９１は、第１強磁性層９１ａ及び第２強磁性層９１ｂ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９１ａの膜厚は８Åであり、第２強磁性層９１ｂの膜厚は６Åである。
【０２０３】
非磁性層９２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。本実施の形態では、非磁性層９２の膜厚は、８Åである。
【０２０４】
図７では、強磁性層９１の非磁性層９２に接する側である第２強磁性層９１ｂ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，Ｒｈ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｉｒ，Ｐｔから選ばれる１種或いは２種以上の元素）で形成している。
【０２０５】
また、バイアス反強磁性層９０に接する側である第１強磁性層９１ａを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９１ａをＣｏ（コバルト）を含む強磁性材料で形成することにより、バイアス反強磁性層９０と強磁性層９１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。
【０２０６】
なお、強磁性層９１には、少なくとも非磁性層９２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、バイアス反強磁性層９０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。
【０２０７】
または、強磁性層９１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。
【０２０８】
あるいは、前記強磁性層９１を、ＣｏＦｅＣｒあるいはＣｏＦｅからなる単層構造で形成してもよい。
【０２０９】
図７に示される磁気検出素子では、強磁性層９１の磁化方向がバイアス反強磁性層９０との交換結合磁界により固定磁性層８４の磁化方向と交叉する方向へ向けられている。
【０２１０】
また、強磁性材料からなるフリー磁性層８１が、非磁性層９２を介して強磁性層９１に積層されているため、フリー磁性層８１が、強磁性層９１との非磁性層９２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８４の磁化方向と交叉する方向へ向けられている。
【０２１１】
このように、強磁性層９１との非磁性層９２を介した層間結合磁界によって、フリー磁性層８１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８１にかかる縦バイアス磁界が乱れ、フリー磁性層８１の磁区構造が乱されることを抑制できる。
【０２１２】
また、強磁性層９１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９１の磁化方向を一方向に強固に固定することができる。
【０２１３】
なお、非磁性層９２をＲｕによって形成し、フリー磁性層８１と強磁性層９１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、Ｒｕの膜厚を８Å〜１１Å又は１５Å〜２１Åにすることが好ましい。
【０２１４】
本発明では、バイアス反強磁性層９０と強磁性層９１間の交換結合磁界を大きくして、強磁性層９１の磁化方向を固定磁性層８４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８１と強磁性層９１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８１を単磁区化して磁化方向を固定磁性層８４の磁化方向に交叉する方向に確実に向け、なおかつフリー磁性層８１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。
【０２１５】
バイアス反強磁性層９０と強磁性層９１間の交換結合磁界を大きくし、フリー磁性層８１と強磁性層９１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９１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８１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。
【０２１６】
なお、強磁性層９１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９１ａ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９１ｂ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。
【０２１７】
具体的には、強磁性層９１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８１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８１のＭｓ×ｔ／強磁性層９１のＭｓ×ｔ）を、３以上で２０以下の範囲にしている。
【０２１８】
また、強磁性層９１の、非磁性層９２に接する側である第２強磁性層９１ｂ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，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、フリー磁性層８１と強磁性層９１間の層間結合磁界の大きさを適度に小さくしている。
【０２１９】
なお、フリー磁性層８１は、非磁性層９２に接する側がＮｉＦｅ（パーマロイ）層あるいはＮｉＦｅＸ層（ＸはＡｌ，Ｓｉ，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）であり、非磁性材料層８２に接する側がＣｏ、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であると、フリー磁性層８１の単磁区化と磁化変動の両立をより確実にできる。
【０２２０】
フリー磁性層８１をこのような積層構造にしたときには、例えば前記ＮｉＦｅ（パーマロイ）層あるいは前記ＮｉＦｅＸ層の膜厚を１００Åにし、Ｃｏを含む層の膜厚を２０Åにする。
【０２２１】
図７に示された磁気検出素子では、フリー磁性層８１の単磁区化及び磁化方向の制御を、バイアス反強磁性層９０と強磁性層９１間の交換結合磁界の大きさと、強磁性層９１とフリー磁性層８１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８１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】
図７に示される磁気検出素子では、強磁性層９１の一部（第２強磁性層９１ｂ）、非磁性層９２、フリー磁性層８１、非磁性材料層８２、電流制限層８３のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側端面Ｓ３，Ｓ３のみが連続した傾斜面となっている。
【０２２４】
そして、バイアス反強磁性層９０のトラック幅方向寸法Ｗ６並びに固定磁性層８４及び反強磁性層８５のトラック幅方向寸法Ｗ４が、フリー磁性層８１のトラック幅方向寸法Ｗ５より大きくなっており、また、非磁性材料層８２と固定磁性層８４の間に電流制限層８３が形成されており、図５に示される磁気検出素子と同様の効果を奏することができる。
【０２２５】
図８は本発明における第６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断面図である。
【０２２６】
図８では、下から順に、第１の電極層２０、下地層２１、シード層２２、第１反強磁性層１００、固定磁性層１０１、非磁性材料層１０２、フリー磁性層１０３、非磁性層１０４、第１強磁性層１０５ａ及び第２強磁性層１０５ｂからなる強磁性層１０５、第２反強磁性層１０６、及び第２の電極層３１が積層されている。
【０２２７】
図８に示された磁気検出素子は、第１反強磁性層１００から第２反強磁性層１０６までの下からの積層順序が図７と逆になっており、さらに、電流制限層が形成されていないものである。
【０２２８】
なお、図８では、非磁性材料層１０２、フリー磁性層１０３、非磁性層１０４のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側端面Ｓ４，Ｓ４が連続した傾斜面となっている。両側端面Ｓ４，Ｓ４の両側部には絶縁層１０７，１０７が形成されている。
【０２２９】
第１の電極層２０、下地層２１、シード層２２、第２の電極層３１は、図７に示された磁気検出素子の第１の電極層２０、下地層２１、シード層２２、第２の電極層３１と同じ層である。
【０２３０】
また、第１反強磁性層１００、固定磁性層１０１、非磁性材料層１０２、フリー磁性層１０３の材料及び膜厚は、それぞれ図７の反強磁性層８５、固定磁性層８４、非磁性材料層８２、フリー磁性層８１と同じである。固定磁性層１０１の磁化方向は、第１反強磁性層１００との間の交換結合磁界によって図示Ｙ方向にそろえられている。
【０２３１】
非磁性層１０４、強磁性層１０５（第１強磁性層１０５ａ及び第２強磁性層１０５ｂ）、第２反強磁性層１０６は、フリー磁性層１０３を単磁区化するためのものであり、それぞれ図７に示された磁気検出素子の非磁性層９２、強磁性層９１（第１強磁性層９１ａ及び第２強磁性層９１ｂ）、バイアス反強磁性層９０と同じ材料及び膜厚によって形成され、等しい機能を発揮する。
【０２３２】
具体的には、第１強磁性層１０５ａはＣｏ（コバルト）を含む強磁性材料からなる層であり、第２強磁性層１０５ｂはＮｉＦｅ（パーマロイ）層あるいはＮｉＦｅＸ層（ＸはＡｌ，Ｓｉ，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）である。ただし、強磁性層１０５はＣｏＦｅＣｒあるいはＣｏＦｅからなる単層構造であってもよい。
【０２３３】
非磁性層１０４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。非磁性層１０４がＲｕによって形成されているときには、その膜厚が８Å〜１１Å又は１５Å〜２１Åであることが好ましい。
【０２３４】
また、フリー磁性層１０３は、非磁性層１０４に接する側がＮｉＦｅ（パーマロイ）層あるいはＮｉＦｅＸ層（ＸはＡｌ，Ｓｉ，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）であり、非磁性材料層１０２に接する側がＣｏ、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ことが好ましい。
【０２３５】
図８の磁気検出素子でも、強磁性層１０５の磁化方向が第２反強磁性層１０６との交換結合磁界により固定磁性層１０１の磁化方向と交叉する方向へ向けられ、フリー磁性層１０３が、非磁性層１０４を介した強磁性層１０５との層間結合磁界、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１０１の磁化方向と交叉する方向へ向けられている。
【０２３６】
図８の磁気検出素子でも、第２反強磁性層１０６と強磁性層１０５間の交換結合磁界を大きくして強磁性層１０５の磁化方向を固定磁性層１０１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１０３と強磁性層１０５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１０３の単磁区化と洩れ磁界による磁化変動を両立させることができる。
【０２３７】
図８の磁気検出素子でも、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１０３にかかる縦バイアス磁界が乱れ、フリー磁性層１０３の磁区構造が乱されることを抑制できる。
【０２３８】
そして、固定磁性層１０１及び第１反強磁性層１００のトラック幅方向寸法Ｗ７並びに強磁性層１０５及び第２反強磁性層１０６のトラック幅方向寸法Ｗ８が、フリー磁性層１０３のトラック幅方向寸法Ｗ９より大きくなっている。
【０２３９】
このような構造を有する図８の磁気検出素子は、その製造過程において、固定磁性層１０１及び第１反強磁性層１００並びに強磁性層１０５及び第２反強磁性層１０６のトラック幅方向両側端部を、フリー磁性層１０３に合わせて除去する必要がなくなる。
【０２４０】
従って、固定磁性層１０１及び第１反強磁性層１００の材料並びに強磁性層１０５及び第２反強磁性層１０６材料が、フリー磁性層１０３の両側端面に再付着することがなくなり、フリー磁性層１０３と固定磁性層１０１間の短絡を低減または防止できるので、磁界検出出力の向上及び品質の向上を図れる。
【０２４１】
また、フリー磁性層１０３のトラック幅方向寸法Ｗ９で規定される、磁気検出素子の光学的トラック幅寸法Ｏ−Ｔｗを正確に規定できるようになり、狭トラック化を促進できる。
【０２４２】
また、固定磁性層１０１のトラック幅方向寸法Ｗ７を大きくすることにより、トラック幅方向の反磁界を小さくすることができ、固定磁性層１０１の磁化をトラック幅方向に垂直な方向（ハイト方向）に固定することが容易になる。
【０２４３】
また、図８の磁気検出素子では、非磁性層１０４を、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上で形成するため、製造工程で非磁性層１０４が大気に暴露されても、表面に形成される酸化層の膜厚が薄くなり、この酸化層を除去するために低エネルギーのイオンミリングを用いることができる。従って、非磁性層１０４の下層のフリー磁性層１０３の磁気特性の劣化を抑えることができる。
【０２４４】
なお、図５から図８に示す磁気検出素子の上下にも、ギャップ層（図示せず）を介してシールド層（図示せず）が設けられており、磁気検出素子、ギャップ層及びシールド層を合わせてＭＲヘッドと呼ばれる。
【０２４５】
なお第１の電極層２０と第２の電極層３１がギャップ層を兼ねていてもよいし、あるいは第１の電極層２０と第２の電極層３１が磁性材料で形成されるときは、シールド層を兼ねていてもよい。
【０２４６】
また、ＭＲヘッドの上に記録用のインダクティブヘッドが積層されていてもよい。このとき、磁気検出素子の上側に形成されたシールド層（上部シールド層）は、インダクティブヘッドの下部コア層として兼用されてもよい。
【０２４７】
図１に示された磁気検出素子の製造方法を説明する。
なお図９ないし図１２は、製造中の磁気検出素子を記録媒体との対向面から見た部分断面図である。
【０２４８】
図９に示す工程では、第１の電極層２０上に、Ｔａなどで形成された下地層２１、ＮｉＦｅＣｒなどで形成されたシード層２２、ＰｔＭｎなどで形成された下側反強磁性層（他の反強磁性層）２３、Ｃｏなどで形成された磁性層５１と５３と、磁性層５１、５３間にＲｕなどの中間層５２が形成された３層フェリ構造の下側固定磁性層（他の固定磁性層）２４、Ｃｕなどで形成された下側非磁性材料層（他の非磁性材料層）２５、Ｃｏ膜５４，５４とＮｉＦｅなどの磁性層５５で形成されたフリー磁性層２６、Ｃｕなどで形成された上側非磁性材料層（非磁性材料層）２７、絶縁部と導電部とが混在した電流制限層２８を順次積層する。なお、電流制限層２８は上側非磁性材料層２７の表面を保護する保護層でもある。前記電流制限層２８の製造方法については、後で詳しく説明する。
【０２４９】
なお、電流制限層２８の膜厚は５Å〜５０Å、上側非磁性材料層２７及び下側非磁性材料層２５の膜厚は２５Å程度、フリー磁性層２６の膜厚は２０Å〜１００Åである。また下側反強磁性層２３の膜厚は８０Å〜３００Å、下側固定磁性層２４の膜厚は２０Å〜１５０Åである。
【０２５０】
次に、電流制限層２８の上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１０に示す形状のレジスト層Ｒ１を電流制限層２８上に残す。レジスト層Ｒ１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る。
【０２５１】
次に、電流制限層２８の表面に対する垂直方向からのイオンミリングまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって、図１０に示されるように電流制限層２８、上側非磁性材料層２７、フリー磁性層２６、及び下側非磁性材料層２５まで削る。図１０工程のイオンミリングの結果、フリー磁性層２６のトラック幅方向寸法Ｗ３が光学的トラック幅Ｏ―Ｔｗとなり、下側固定磁性層２４、下側反強磁性層２３のトラック幅方向寸法はフリー磁性層２６のトラック幅方向寸法Ｗ３より大きくなる。
【０２５２】
また、電流制限層２８、上側非磁性材料層２７、フリー磁性層２６、及び下側非磁性材料層２５のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側端面Ｓ１，Ｓ１が連続した傾斜面となっている。
【０２５３】
次に、図１０のイオンミリング工程によって露出した下側固定磁性層２４の両側端部Ｄ，Ｄ上に、絶縁層３２、バイアス下地層３３、ハードバイアス層３４、及び絶縁層３５をスパッタ成膜する。このとき、レジスト層Ｒ１は電流制限層２８の上に載せられたままになっており、レジスト層Ｒ１の上面及び側面には、絶縁層３２の材料からなる層３２Ａ、バイアス下地層３３の材料からなる層３３Ａ、ハードバイアス層３４の材料からなる層３４Ａ、及び絶縁層３５の材料からなる層３５Ａが積層される。
【０２５４】
なお、絶縁層３２の上面３２ａは、フリー磁性層２６の下面２６ａよりも図示下側（図示Ｚ方向とは逆方向）に形成されていることが好ましい。
【０２５５】
ハードバイアス層３４は、フリー磁性層２６の両側に対向する位置に形成される。ハードバイアス層３４は、後の工程で、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に着磁され、フリー磁性層２６の磁化を図示Ｘ方向に揃える縦バイアス磁界を供給する。
【０２５６】
また、バイアス下地層３３はハードバイアス層３４の下側にのみ形成されていることが好ましいが、フリー磁性層２６の両側端面２６ｂ，２６ｂとハードバイアス層３４間にも若干、介在してもよい。フリー磁性層２６の両側端面２６ｂ，２６ｂとハードバイアス層３４間に形成されるバイアス下地層３３のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における膜厚は１ｎｍ以下であることが好ましい。
【０２５７】
これによりハードバイアス層３４とフリー磁性層２６とを磁気的に連続体にでき、フリー磁性層２６の端部が反磁界の影響を受けるバックリング現象などの問題も発生せず、フリー磁性層２６の磁区制御を容易にできる。
【０２５８】
絶縁層３５の成膜後、レジスト層Ｒ１を除去し、図１２に示されるように磁性層６０、６２間にＲｕなどの中間層６１が形成された３層フェリ構造の上側固定磁性層２９、上側反強磁性層３０をまずベタ膜状に成膜する。その後、上側反強磁性層３０、上側固定磁性層２９、下側固定磁性層２４、反強磁性層２３を適切な大きさに加工する。この工程で、上側反強磁性層３０と上側固定磁性層２９のトラック幅方向寸法がＷ２（図１参照）、下側反強磁性層２３と下側固定磁性層２４のトラック幅方向寸法がＷ３（図１参照）になる。
【０２５９】
さらに、第２の電極層３１を積層し、図示Ｙ方向の磁場中でアニールを施して、上側反強磁性層３０と上側固定磁性層２９間及び下側反強磁性層２３と下側固定磁性層２４間に交換結合磁界を発生させる。
【０２６０】
なお、磁場中アニールの熱温度は例えば２７０℃であり、磁界の大きさは例えば８００ｋ（Ａ／ｍ）である。
【０２６１】
本実施の形態の磁気検出素子の製造方法の効果について述べる。
図１０工程のイオンミリング工程では、各層の削られた材料が、残された電流制限層２８、上側非磁性材料層２７、フリー磁性層２６、及び下側非磁性材料層２５の両側端面Ｓ１，Ｓ１に再付着することがある。
【０２６２】
従来のデュアルスピンバルブ型の磁気検出素子の製造方法では、上側非磁性材料層２７の上層に、膜厚が２０Å〜１５０Å程度の上側固定磁性層２９、膜厚が８０Å〜３００Å程度の上側反強磁性層３０、及び膜厚が２０Å〜２００Åの保護層を積層した後、前記保護層、上側反強磁性層３０、上側固定磁性層２９、電流制限層２８、上側非磁性材料層２７、フリー磁性層２６、及び下側非磁性材料層２５のレジスト層Ｒ１に覆われていない領域を削っていたので、削られた材料の再付着量も多かった。
【０２６３】
これに対して、本実施の形態では、電流制限層２８、上側非磁性材料層２７、フリー磁性層２６、及び下側非磁性材料層２５を削るだけなので、削られた材料の両側端面Ｓ１，Ｓ１への再付着量が低減する。
【０２６４】
また、図１０工程では、下側固定磁性層２４及び下側反強磁性層２３の両側端部を削らずにイオンミリングをとめ，両側端面Ｓ１，Ｓ１への削られた材料の再付着量をできる限り減らすようにしている。
【０２６５】
この結果、本実施の形複では、図１０工程におけるイオンミリング工程の削り量（図示Ｚ方向と反対方向の削り深さ）は７５Å〜２００Å程度になる。
【０２６６】
従って、下側固定磁性層２４及び下側反強磁性層２３並びに上側固定磁性層２９及び上側反強磁性層３０の材料が、両側端面Ｓ１，Ｓ１に再付着することがなく、フリー磁性層２６と上側固定磁性層２９間の短絡及びフリー磁性層２６と下側固定磁性層２４間の短絡を低減または防止できるので、磁界検出出力の向上及び品質の向上を図れる。
【０２６７】
また、両側端面Ｓ１，Ｓ１への削られた材料の再付着量を減らせるため、フリー磁性層２６のトラック幅方向寸法Ｗ３で規定される、磁気検出素子の光学的トラック幅寸法Ｏ−Ｔｗを正確に規定できるようになり、狭トラック化を促進できる。
【０２６８】
また、フリー磁性層２６とハードバイアス層３４，３４間の距離を適切に調節できる。
【０２６９】
さらに、上側固定磁性層２９及び下側固定磁性層２４のトラック幅方向寸法Ｗ２，Ｗ１を大きくすることにより、トラック幅方向の反磁界を小さくすることができ、上側固定磁性層２９及び下側固定磁性層２４の磁化をトラック幅方向に垂直な方向（ハイト方向）に固定することが容易になる。
【０２７０】
また、本実施の形態では、図１０工程におけるイオンミリング工程の削り量が少ないため、レジスト層Ｒ１の側面及びアンダーカット部Ｃ，Ｃに、削られた材料が再付着する割合も減らすことができるので、レジスト層Ｒ１のマスキング精度の低下を防止できる。従って、図１１工程で、絶縁層３２、バイアス下地層３３、ハードバイアス層３４、及び絶縁層３５をスパッタ成膜するときに、ハードバイアス層３４を、Ｚ方向及びトラック幅方向の正確な位置に形成することができる。
【０２７１】
すなわち、ハードバイアス層３４を、フリー磁性層２６のトラック幅方向両側部に正確に対向させることができ、フリー磁性層２６に安定した縦バイアス磁界を供給でき、磁界検出出力及び出力の対称性（アシンメトリー）を向上させることができる。
【０２７２】
また、レジスト層Ｒ１の除去も容易になる。
本発明では、上側固定磁性層２９、上側反強磁性層３０を積層する前に、下側非磁性材料層２５、フリー磁性層２６、上側非磁性材料層２７のトラック幅方向寸法を決めるイオンミリング工程を行う。このため、第１の電極層２０から上側非磁性材料層２７まで成膜した後、大気中に暴露できるように、上側非磁性材料層２７を保護層で覆うことになる。
【０２７３】
本実施の形態は、この保護層を電流制限層２８とすることに特徴を有している。
【０２７４】
ここで、電流制限層２８の製造方法について詳しく述べる。図１３ないし図２２は、上側非磁性材料層２７上に電流制限層２８を形成する際の上側非磁性材料層２７上面の状態等を示す部分模式図である。
【０２７５】
電流制限層２８を形成するには、まずＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２などの酸化膜やＡｌＮなどの窒化膜を上側非磁性材料層２７にスパッタ成膜する。本発明では酸化膜としては、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種または２種以上の酸化物からなる絶縁材料を用いることが好ましい。
【０２７６】
また窒化膜としては、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種または２種以上の窒化物からなる絶縁材料を用いることが好ましい。
【０２７７】
これら酸化膜や窒化膜は、成膜条件によっては、上側非磁性材料層２７上で連続体膜となりにくく、すなわち不連続体膜となりやすくすることができる絶縁材料である。不連続体膜になりやすいとは、図１３に示すように、上側非磁性材料層２７で絶縁材料の粒子が凝集しやすく、核を形成しやすいことを意味する。
【０２７８】
またより凝集性を高めるには、絶縁材料のスパッタ成膜時におけるスパッタ条件を適切に調整することが重要である。
【０２７９】
まず基板温度を２０〜２００℃程度に低温にする。また基板とターゲット間の距離を２００〜３００ｍｍ程度に離す。またＡｒガスのガス圧を１０〜５０ｍＴｏｒｒ（１．３〜６．７Ｐａ）程度に高くする。
【０２８０】
上記したスパッタ条件であると、絶縁材料の原子は、上側非磁性材料層２７で、表面移動が不十分となり凝集して核を形成しやすくなるのである。
【０２８１】
また、本実施の形態では、上側非磁性材料層２７がＣｕで形成されている。Ｃｕからなる薄膜は表面エネルギーが低く且つ酸化されにくいので、図１３に示す核形成が、完全濡れモードとなりにくく、単層成長（ＦＭモード）しづらい。従って上側非磁性材料層２７上に形成される酸化膜や窒化膜を、上側非磁性材料層２７上で不連続体膜にしやすくなる。
【０２８２】
核が成長した状態は図１４に示されており、このように上側非磁性材料層２７上に形成された絶縁材料膜には、絶縁材料膜の上面から下面にまで通じる複数の孔が形成される。なお絶縁材料膜には図３に示すような膜面と平行な平面から見たときに、連続して延びる溝が形成されていてもよい。
【０２８３】
次に図１５に示す工程では、絶縁材料膜上から孔内にかけて、導電性材料をスパッタ成膜する。これにより絶縁材料膜上から孔内には導電材料層が形成され、孔は導電材料層により埋められた状態になる。
【０２８４】
なお導電性材料には、上側非磁性材料層２７と同じ材料を用いることが好ましい。本実施の形態ではＣｕである。ただし、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅのうちいずれか１種または２種以上の貴金属材料を用いてもよい。Ｃｕや貴金属材料はそれ自体、酸化されにくい材質であるから、熱処理などによって酸素の拡散が生じないようにすることができ、電流制限層の開口部（孔）と非開口部（絶縁膜）とのコントラストを高く保つことが可能である。
【０２８５】
なお導電性材料のスパッタ条件では、例えば基板温度を２０〜１００℃程度にする。また基板とターゲット間の距離を４０〜１００ｍｍ程度にする。またＡｒガスのガス圧を０．５〜１０ｍＴｏｒｒ（０．０７〜１．３Ｐａ）程度にする。
上記の製造方法によって電流制限層２８を形成することが可能である。
【０２８６】
あるいは本発明では、図１６に示すように、上側非磁性材料層２７上に、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、希土類元素のうちいずれか１種または２種以上の金属元素からなる膜をスパッタで形成し、このとき、金属膜に下面から上面にまで通じる複数の孔あるいは膜面と平行な平面から見たときに連続して延びる溝が適切に残されている状態でスパッタを止める。金属元素は、Ｃｕからなる上側非磁性材料層２７表面に凝集して核を形成しやすく、図１６に示すように例えば島状に凝集して形成され、金属膜には下面から上面にまで通じる複数の孔が設けられる。なお絶縁材料膜には図３に示すような膜面と平行な平面から見たときに、連続して延びる溝が形成されていてもよい。
【０２８７】
また、本実施の形態では、上側非磁性材料層２７がＣｕで形成されている。Ｃｕからなる薄膜は表面エネルギーが低く且つ酸化されにくいので、図１６に示す核形成が、完全濡れモードとなりにくく、単層成長（ＦＭモード）しづらい。従って上側非磁性材料層２７上に形成される金属元素は、上側非磁性材料層２７上で凝集しやすくなる。
【０２８８】
次に、図１７に示すように、この金属膜を酸化する。酸化には自然酸化、プラズマ酸化、ラジカル酸化や陽極酸化を用いることができる。
【０２８９】
この酸化工程によって、金属膜は酸化され絶縁材料膜になる。そして図１８工程で、絶縁材料膜上から孔内にかけて、導電性材料をスパッタ成膜する。これにより絶縁材料膜上から孔内には導電材料層が形成され、孔は導電材料層により埋められた状態になる。
【０２９０】
なお、導電材料層にα−Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、やＷ（タングステン）などを使用してもよいが、貴金属元素やＣｕ以外の元素で導電層の形成を行うと、その後に施される熱処理等により、絶縁材料膜から酸素が上側固定磁性層２９などに移動し、酸素の分布がぼやけて開口部と非開口部とのコントラストが悪化する。
【０２９１】
あるいは本発明では、絶縁材料で形成されたターゲットと導電性材料で形成されたターゲットを用意し、これら２つのターゲットをスパッタする。これにより上側非磁性材料層２７上には、絶縁材料の粒子と導電性材料の粒子とが混在した電流制限層２８を形成することができる。絶縁材料及び導電性材料には上記した材質を使用してもよいが、本発明では以下の材料によって、絶縁材料膜に導電性粒子が分散された膜構成の電流制限層２８を形成することができる。
【０２９２】
具体的には、上側非磁性材料層２７の上面に、ＦｅａＭｂＯｃ（ただし元素ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ及び希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素）なる組成式を有し、組成比ａ、ｂ、ｃは原子％で、４０≦ａ≦５０、１０≦ｂ≦３０、２０≦ｃ≦４０で、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００なる関係を満たし、また膜構造は、Ｆｅを主成分とした微結晶粒が、元素ＭとＯとの化合物を含む非晶質中に分散された膜構成を有する、電流制限層２８をスパッタ成膜する。
【０２９３】
あるいは上側非磁性材料層２７の上面に、ＦｅｄＭｅＮｆ（ただし元素Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ及び希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素）からなる組成式を有し、組成比ｄ、ｅ、ｆは原子％で、６０≦ｄ≦７０、１０≦ｅ≦１５、１９≦ｆ≦２５で、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００なる関係を満たし、また膜構造は、Ｆｅを主成分とした微結晶粒が、元素ＭとＮとの化合物を含む非晶質中に分散された膜構成を有する、電流制限層２８をスパッタ成膜してもよい。
【０２９４】
これらＦｅＭＯやＦｅＭＮ合金を成膜するには、例えばＦｅのターゲットとＭＯやＭＮからなるターゲットを用意しておき、これら２つのターゲットをスパッタすることで、上記した組成比及び膜構造を有する電流制限層２８を形成することができる。
【０２９５】
あるいは本発明では、電流制限層２８を、Ｃｏと、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ａｇのうちいずれか１種または２種以上の金属材料をスパッタ成膜した後、熱処理を施すことでＣｏを酸化して形成してもよい。
【０２９６】
図１９に示す工程ではＣｕからなる上側非磁性材料層２７の上にＦｅＭＯやＦｅＭＮ合金からなる電流制限層２８をスパッタ成膜する。電流制限層２８を成膜後、熱処理を施すと電流制限層２８のグラニュラーの相分離が進み、酸化されている部分とされていない部分とのコントラストが高まる。
【０２９７】
図２０に示す工程では上側非磁性材料層２７上にＣｏと、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ａｇのうちいずれか１種または２種以上の金属材料とを混合した材料をスパッタ成膜する。その後、アニールをして相分離を促進させる。図２１に示す工程では自然酸化、プラズマ酸化、ラジカル酸化等を施して卑な物質よりなる主としてＣｏの部分を酸化する。一方、Ａｕなどで形成された貴金属粒子は酸化されず、導電性粒子そしてそのまま残される。
【０２９８】
なお図１９及び図２０に示す工程時の双方に言えることは、電流制限層の膜厚をその中に含まれる導電性粒子の粒径よりも小さくすることである。そうしないと電流制限層の上面から下面にかけてセンス電流が流れる電流通路が適切に形成されず、良好にセンス電流の電流経路を絞り込み再生出力の向上を図ることができないからである。
【０２９９】
なお図１６ないし図２１に示す工程では、酸化工程を施して酸化物からなる絶縁材料膜を形成したが、窒化してもよい。
【０３００】
以上述べたように形成された電流制限層は、大気に暴露したときに保護層として機能できる。
【０３０１】
図４に示された磁気検出素子を形成するときには、図１１工程の後、絶縁層３５と電流制限層２８の上に、Ｃｕを用いて上側非磁性材料層７０の上層部（第２の非磁性材料層）７２を成膜した後、上側固定磁性層２９及び上側反強磁性層３０を成膜する。
【０３０２】
Ｃｕからなる上層部７２が電流制限層２８の上に積層されると、その後に施される磁場中アニールなどの熱処理等により、絶縁材料膜から酸素が上側固定磁性層２９などに移動して、酸素の分布がぼやけて開口部と非開口部とのコントラストが悪化することを防止できる。
【０３０３】
図５に示された磁気検出素子を形成するときには、第１の電極層２０上に下地層８０、フリー磁性層８１、非磁性材料層８２、保護層を兼ねる電流制限層８３をべた膜状に成膜した後、図１０工程ないし図１２工程と同様の工程を行う。
【０３０４】
図６に示された磁気検出素子を形成するときには、第１の電極層２０上に、インスタックバイアス層８６、中間層８７、下地層８０、フリー磁性層８１、非磁性材料層８２、保護層を兼ねる電流制限層８３をべた膜状に成膜した後、図１０工程ないし図１２工程と同様の工程を行う。
【０３０５】
図７に示された磁気検出素子を形成するときには、第１の電極層２０上に、下地層２１、シード層２２、バイアス反強磁性層９０、強磁性層９１、非磁性層９２、フリー磁性層８１、非磁性材料層８２、保護層ともなる電流制限層８３をべた膜状に成膜した後、第１の磁場中アニールを施して、バイアス反強磁性層９０と強磁性層９１の間にトラック幅方向の交換結合磁界を発生させる。第１の磁場中アニールの熱温度は例えば２７０℃であり、磁界の大きさは例えば８００ｋ（Ａ／ｍ）である。
【０３０６】
第１の磁場中アニール後、図１０工程ないし図１２工程と同様の工程を行い、固定磁性層８４及び反強磁性層８５を成膜した後、第２の磁場中アニールを施す。
【０３０７】
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、バイアス反強磁性層９０と強磁性層９１間の交換結合磁界よりも小さく、しかも熱処理温度を、バイアス反強磁性層９０のブロッキング温度よりも低くする。これによってバイアス反強磁性層９０と強磁性層９１間の交換結合磁界の方向をトラック幅方向に向けたまま、反強磁性層８５と固定磁性層８４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８４の磁化方向は強磁性層９１及びフリー磁性層８１の磁化方向と交叉する方向に固定される。
【０３０８】
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、固定磁性層８４の保磁力より大きい。
【０３０９】
本実施の形態のように、２回の磁場中アニールを施す製造方法を用いるとバイアス反強磁性層９０及び反強磁性層８５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。
【０３１０】
図８に示される磁気検出素子を形成するときには、第１の電極層２０上に、下地層２１、シード層２２、第１反強磁性層１００、固定磁性層１０１、非磁性材料層１０２、フリー磁性層１０３、非磁性層１０４をべた膜状に成膜する。非磁性層１０４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、大気中に暴露されたときの保護層として機能する。
【０３１１】
次に、第１の磁場中アニールを施して、第１反強磁性層１００と固定磁性層１０１の間に図示Ｙ方向（ハイト方向）の交換結合磁界を発生させる。第１の磁場中アニールの熱温度は例えば２７０℃であり、磁界の大きさは例えば８００ｋ（Ａ／ｍ）である。なお、第１の磁場中アニールによって、フリー磁性層１０３には非磁性層１０４の材料が拡散する。この拡散はＳＩＭＳ分析装置などを用いて確認できる。
【０３１２】
図１０工程と同様に、非磁性層１０４の上にレジスト層を形成した後、フリー磁性層１０３及び非磁性材料層１０２のトラック幅方向寸法を規定するイオンミリングまたはＲＩＥ工程を行い、さらに絶縁層１０７を成膜する。
【０３１３】
絶縁層１０７の成膜後に、前記レジスト層を除去した後に、非磁性層１０４の表面に形成された酸化層を除去する。非磁性層１０４がＲｕによって形成されているときには、このイオンミリング工程において、非磁性層１０４の膜厚を８Å〜１１Å又は１５Å〜２１Åにすることが好ましい。これにより、図８の磁気検出素子のフリー磁性層１０３と強磁性層１０５間のＲＫＫＹ相互作用の大きさを適切に調節できる。
【０３１４】
図２２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、フリー磁性層１０３の強磁性特性が劣化することを防止できる。低エネルギーのイオンミリングを使用できる理由は、非磁性層１０４が５Å〜２０Åの非常に薄い膜厚で形成されており、しかも、非磁性層１０４の表面に形成される酸化層の膜厚が３Å〜６Åと薄い膜厚になるからである。
【０３１５】
なお、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、１００Ｖ〜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。このように本発明では低エネルギーのイオンミリングを使用でき、従来に比べてミリング制御を向上させることができるのである。
【０３１６】
また、ミリング時間は２０秒から４０秒程度、ミリング角度は、非磁性層１０４表面の垂直方向に対し３０°から７０°、好ましくは４０°から６０°傾いた角度で行うことが好ましい。
【０３１７】
これに対し、非磁性層１０４として例えば従来よく使われてきたＴａを使用すると、Ｔａは大気暴露によって酸化されやすいので、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は酸化によって体積が大きくなり非磁性層１０４の膜厚は約５０Å以上にまで膨れ上がる。
【０３１８】
このような厚い膜厚の非磁性層１０４をイオンミリングで削るには、高エネルギーのイオンミリングが必要となる。その結果、非磁性層１０４の下に形成されているフリー磁性層１０３の強磁性特性が劣化しやすくなる。
【０３１９】
前記低エネルギーのイオンミリング後、強磁性層１０５、第２反強磁性層１０６を連続成膜し、第２の磁場中アニールを施す。
【０３２０】
このときの磁場方向は、トラック幅方向である。なおこの第２の磁場中アニールは、第２の印加磁界を、第１反強磁性層１００と固定磁性層１０１間の交換結合磁界よりも小さく、しかも熱処理温度を、第１反強磁性層１００のブロッキング温度よりも低くする。これによって第１反強磁性層１００と固定磁性層１０１間の交換結合磁界の方向をハイト方向に向けたまま、第２反強磁性層１０６と強磁性層１０５間の交換結合磁界をトラック幅方向に向けることができる。
【０３２１】
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、フリー磁性層１０３の保磁力より大きい。
【０３２２】
本実施の形態のように、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１００及び第２反強磁性層１０６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。
【０３２３】
なお、図９工程で電流制限層２８を形成する代わりに、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、膜厚が２Å〜１０Å、より好ましくは２Å〜５Åである保護層を形成してもよい。この場合、図１１工程でレジスト層Ｒ１を除去した後、前記保護層を前述の低エネルギーのイオンミリングで完全に除去あるいは一部残すように削った後、上側固定磁性層２９及び上側反強磁性層３０を形成する。この製造方法によって形成された磁気検出素子を図２３に示す。図２３は前記保護層を完全に除去したものであるが、点線１０８で示されるように前記保護層が上側非磁性材料層２７と上側固定磁性層２９の間に残されたものであってもよい。なお、上側非磁性材料層２７には前記保護層の材料が拡散している。この拡散はＳＩＭＳ分析装置などを用いて確認できる。
【０３２４】
また、図５、図６、図７に示された磁気検出素子の電流制限層８３の代わりに、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、膜厚が２Å〜１０Å、より好ましくは２Å〜５Åである保護層を形成して、前記保護層を前述の低エネルギーのイオンミリングで完全に除去あるいは一部残すように削った後、固定磁性層８４及び反強磁性層８５を形成してもよい。この場合も、非磁性材料層８２には前記保護層の材料が拡散している。この拡散はＳＩＭＳ分析装置などを用いて確認できる。
【０３２５】
【発明の効果】
以上詳細に説明した本発明によれば、前記反強磁性層のトラック幅方向寸法が、前記フリー磁性層のトラック幅方向寸法より大きいものであるので、製造工程において前記反強磁性層のトラック幅方向両側端部を、前記フリー磁性層に合わせて除去する必要がなくなる。
【０３２６】
従って、前記フリー磁性層の両側端面に付着する前記多層膜の材料を低減でき、前記フリー磁性層と前記固定磁性層の短絡を低減または防止できるので、磁界検出出力の向上及び品質の向上を図れる。また、磁気検出素子のトラック幅寸法を正確に規定できるようになり、狭トラック化を促進できる。
【０３２７】
また、本発明では、前記固定磁性層及び前記反強磁性層の成膜工程と、前記フリー磁性層及び前記非磁性材料層の成膜工程が不連続になる。
【０３２８】
その結果、前記非磁性材料層と前記固定磁性層の間または前記非磁性材料層内に、絶縁部と導電部とが混在した電流制限層を容易に形成することができる。
【０３２９】
このため電極層から前記電流制限層を介して前記非磁性材料層及び前記フリー磁性層内に流れるセンス電流を、前記導電部と対向する部分のみに局部的に流すことができ、膜面と平行な方向におけるフリー磁性層の光学的な素子面積というを０．０１μｍ２以上に形成しても実効的な素子面積を小さくでき、再生出力の高いＣＰＰ型の磁気検出素子を容易に形成することができる。
【０３３０】
また前記フリー磁性層の素子面積を０．０１μｍ２以上に大きくできるから、記録媒体からの外部磁界を効果的に検出することが可能であり、再生出力の向上、再生波形の安定性の向上を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】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断面図、
【図２】本発明における多層膜及び電流制限層の膜構成を示す部分模式図、
【図３】本発明における多層膜及び別の電流制限層の膜構成を示す部分模式図
【図４】本発明における第２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断面図、
【図５】本発明における第３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断面図、
【図６】本発明における第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断面図、
【図７】本発明における第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断面図、
【図８】本発明における第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断面図、
【図９】図１の磁気検出素子の製造工程を示す一工程図、
【図１０】図１の磁気検出素子の製造工程を示す一工程図、
【図１１】図１の磁気検出素子の製造工程を示す一工程図、
【図１２】図１の磁気検出素子の製造工程を示す一工程図、
【図１３】非磁性材料層上に電極制限層を形成する際の前記非磁性材料層上面の状態を示す模式図、
【図１４】図１３の次の状態を示す部分模式図、
【図１５】図１４の次の状態を示す部分模式図、
【図１６】非磁性材料層上に電極制限層を形成する際の前記非磁性材料層上面の状態を示す模式図、
【図１７】図１６の次の状態を示す部分模式図、
【図１８】図１７の次の状態を示す部分模式図、
【図１９】非磁性材料層上に電極制限層を形成する際の前記非磁性材料層上面の状態を示す模式図、
【図２０】非磁性材料層上に電極制限層を形成する際の前記非磁性材料層上面の状態を示す模式図、
【図２１】図２０の次の状態を示す部分模式図、
【図２２】図８の磁気検出素子の製造工程を示す一工程図、
【図２３】本発明における第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断面図、
【図２４】従来の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図２５】従来の磁気検出素子の製造工程を示す一工程図、
【図２６】従来の磁気検出素子の製造工程を示す一工程図、
【図２７】従来の磁気検出素子の製造工程を示す一工程図、
【符号の説明】
２０ 第１の電極層
２１ 下地層
２２ シード層
２３ 下側反強磁性層
２４ 下側固定磁性層
２５ 下側非磁性材料層
２６ フリー磁性層
２７ 上側非磁性材料層
２８ 電流制限層
２９ 上側固定磁性層
３０ 上側反強磁性層
３１ 第２の電極層
【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２４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】
このスピンバルブ型磁気検出素子は、下から、反強磁性層２、固定磁性層３、非磁性材料層４、フリー磁性層５、非磁性材料層６、固定磁性層７、反強磁性層８から構成された多層膜９、多層膜９の下と上に形成された電極層１及び電極層１０と、フリー磁性層５の両側部に形成されたハードバイアス層１１，１１及びハードバイアス層１１，１１の上下に形成された絶縁層１２，１２並びに絶縁層１３，１３からなっている。
【０００４】
反強磁性層２、８は、ＰｔＭｎ、固定磁性層３、７、及びフリー磁性層５はＮｉＦｅなどの強磁性材料、非磁性材料層４、６はＣｕ、ハードバイアス層１１は、ＣｏＰｔなどの硬磁性材料、絶縁層１２、１３はアルミナ、電極層１、１０はＣｒなどの導電性材料によって形成されている。
【０００５】
図２４に示す磁気検出素子は、フリー磁性層５の上下のそれぞれに非磁性材料層４、固定磁性層３、及び非磁性材料層６、固定磁性層７が形成されているデュアル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。
【０００６】
なお、図２４に示される磁気検出素子は、多層膜９の各層の膜面と垂直方向に電流が流れるＣＰＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｐｌａｎｅ）型の磁気検出素子である。
【０００７】
固定磁性層３及び固定磁性層７の磁化方向は、図示Ｙ方向に固定されており、外部磁界が印加されていない状態のフリー磁性層５の磁化方向は、ハードバイアス層１１，１１からの縦バイアス磁界によって、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に向けられて単磁区化している。外部磁界が印加されるとフリー磁性層５の磁化方向が変動して、多層膜９の電気抵抗が変化する。この電気抵抗の変化を電圧変化または電流変化として取り出すことにより外部磁界を検出する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図２４に示される磁気検出素子は、反強磁性層２、固定磁性層３、非磁性材料層４、フリー磁性層５、非磁性材料層６、固定磁性層７、反強磁性層８から構成される多層膜９の両側端面９ａ，９ａが連続な傾斜面となっている。
【０００９】
このような構造の多層膜９を有する磁気検出素子には、その製造過程において以下に示すような欠点が必然的に生じる。
【００１０】
図２５から図２７は、図２４に示された磁気検出素子の製造工程を示す断面図である。
【００１１】
図２５では、電極層１上に反強磁性層２、固定磁性層３、非磁性材料層４、フリー磁性層５、非磁性材料層６、固定磁性層７、反強磁性層８からなる多層膜９をべた膜状に連続成膜している。
【００１２】
多層膜９を磁場中アニールにかけて、反強磁性層２と固定磁性層３の間及び反強磁性層８と固定磁性層７の間に図示Ｙ方向の交換結合磁界を発生させた後、反強磁性層８上に所定のトラック幅方向寸法を有するレジスト層Ｒ１を形成する。
【００１３】
次に、図２６工程では、レジスト層Ｒ１に覆われていない多層膜９の両側端部をイオンミリングや反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって削って除去する。
【００１４】
ここで、実際の製造過程では、図２６に示されるように、除去されずに残された多層膜９の両側端面９ａ，９ａに、除去された多層膜９の材料が再付着して再付着層Ａ，Ａが生じる。多層膜９の中でも、特に反強磁性層２及び反強磁性層８は厚い膜厚Ｔ（２００Å程度）を有しており、再付着に寄与する割合も高い。
【００１５】
このような、再付着層Ａ，Ａができると、再付着層Ａ，Ａを通じてフリー磁性層５と固定磁性層３、固定磁性層７がショートしやすくなり、磁界検出出力が低下する。また、磁気検出素子の狭トラック化を進める際の妨げになる。さらに、磁気検出素子の品質も低下する。
【００１６】
また、レジスト層Ｒ１の側面にも、多層膜９の材料が再付着して再付着層Ｂ，Ｂが生じる。
【００１７】
このような、再付着層Ｂ，Ｂが生じると、図２７に示される工程で、レジスト層Ｒ１をマスクとして用いて、絶縁層１２，１２、ハードバイアス層１１，１１及び絶縁層１３，１３をスパッタ成膜するときに、ハードバイアス層１１，１１の位置精度が悪化する。また、レジスト層Ｒ１を除去することが困難になる。
【００１８】
すなわち、ハードバイアス層１１，１１がフリー磁性層５のトラック幅方向両側部に正確に位置せず、図示Ｚ方向のずれが生じたり、トラック幅方向に距離が離れたりしして、フリー磁性層５に安定した縦バイアス磁界を供給できなくなり、磁界検出出力の低下や出力の対称性（アシンメトリー）の悪化をもたらす。
【００１９】
本発明は上記従来の磁気検出素子の構造に伴う問題を低減させることができ、磁界検出出力の向上、品質の向上、及び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。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下から順に、フリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層、及び反強磁性層が積層された多層膜を有し、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記反強磁性層のトラック幅方向寸法は、前記フリー磁性層のトラック幅方向寸法よりも大きいことを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の磁気検出素子は、前記反強磁性層のトラック幅方向寸法が、前記フリー磁性層のトラック幅方向寸法より大きいものであるので、後述する製造方法において前記反強磁性層のトラック幅方向両側端部を、前記フリー磁性層に合わせて除去する必要がなくなる。
【００２２】
従って、前記フリー磁性層の両側端面に付着する前記多層膜の材料を低減でき、前記フリー磁性層と前記固定磁性層の短絡を低減または防止できるので、磁界検出出力の向上及び品質の向上を図れる。また、磁気検出素子のトラック幅寸法を正確に規定できるようになり、狭トラック化を促進できる。
【００２３】
また、本発明では、前記フリー磁性層の下に、他の非磁性材料層、他の固定磁性層、及び他の反強磁性層が形成されてもよい。この構成の磁気検出素子は、いわゆるデュアル型のスピンバルブ型磁気検出素子であり、電気抵抗の絶対値が大きくなるので、ＣＰＰ型の磁気検出素子の磁界検出出力（再生感度）を向上させるために適した構造である。
【００２４】
本発明では、さらに、前記他の反強磁性層のトラック幅方向寸法を、前記フリー磁性層のトラック幅方向寸法よりも大きくでき、後述する製造製法において前記他の反強磁性層のトラック幅方向両側端部を、前記フリー磁性層に合わせて除去する必要がなくなる。
【００２５】
従って、前記フリー磁性層の両側端面に付着する前記多層膜の材料を低減でき、前記フリー磁性層と前記固定磁性層及び前記他の固定磁性層の短絡を低減または防止できるので、磁界検出出力の向上及び品質の向上を図れる。また、磁気検出素子のトラック幅寸法を正確に規定できるようになり、狭トラック化を促進できる。
【００２６】
また、本発明では、前記フリー磁性層の下に、非磁性層、強磁性層、及び他の反強磁性層が形成されてもよい。
【００２７】
本発明では、前記他の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、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との間に働く層間結合磁界によって単磁区化される。その結果、前記フリー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る。
【００２８】
前記フリー磁性層の単磁区化及び磁化方向の制御は、前記他の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層間結合磁界（例えばＲＫＫＹ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。
【００２９】
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。
【００３０】
また、前記他の反強磁性層のトラック幅方向寸法を、前記フリー磁性層のトラック幅方向寸法よりも大きくでき、後述する製造製法において前記他の反強磁性層のトラック幅方向両側端部を、前記フリー磁性層に合わせて除去する必要がなくなる。
【００３１】
従って、前記フリー磁性層の両側端面に付着する前記多層膜の材料を低減でき、前記フリー磁性層と前記固定磁性層の短絡を低減または防止できるので、磁界検出出力の向上及び品質の向上を図れる。また、磁気検出素子のトラック幅寸法を正確に規定できるようになり、狭トラック化を促進できる。
【００３２】
本発明では、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ていることが好ましい。なお、前記非磁性層がＲｕによって形成されているときには、前記非磁性層の膜厚を８Å〜１１Å又は１５Å〜２１Åにすることが好ましい。
【００３３】
前記強磁性層は、例えば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，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、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もの、あるいは、ＣｏＦｅＣｒあるいはＣｏＦｅからなる単層構造である。
【００３４】
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，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）からなる磁性領域が存在することが好ましい。
【００３５】
また、本発明では、前記反強磁性層の成膜工程と、前記フリー磁性層及び前記非磁性材料層の成膜工程が不連続になる。
【００３６】
その結果、前記非磁性材料層と前記固定磁性層の間または前記非磁性材料層内に、絶縁部と導電部とが混在した電流制限層を容易に形成することができる。
【００３７】
本発明はＣＰＰ型の磁気検出素子であり、センス電流は、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に流れる。ＣＰＰ型の磁気検出素子は、光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗ及びハイト方向への長さＭＲｈが０．１μｍ以下とならないと（すなわち素子面積が０．０１μｍ２以下とならないと）、センス電流が前記多層膜の各層の膜面と平行方向に流れるＣＩＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｐｌａｎｅ）型よりも効果的に高い再生出力を得られないことがわかっている。
【００３８】
今後の高記録密度化に伴って素子サイズは徐々に小さくなっていくものと考えられるが、０．１μｍ角の素子面積を有する磁気検出素子を形成することは、現時点でのフォトリソグラフィー技術の精度では極めて困難であるとともに、あまり素子サイズを小さくしすぎても、記録媒体からの漏れ磁界を有効に前記磁気検出素子で検出することができなくなり、再生出力の低下や再生波形の安定性の低下を招くものと考えられる。
【００３９】
本発明では、前記非磁性材料層と前記固定磁性層の間または前記非磁性材料層内に、絶縁部と導電部とが混在する構成である電流制限層が形成され、前記センス電流は前記導電部内のみに流れることになる。
【００４０】
このため電極層から前記電流制限層を介して前記非磁性材料層及び前記フリー磁性層内に流れるセンス電流は、前記導電部と対向する部分のみに局部的に流れる（この部分の電流密度が局所的に高くなることになる）。
【００４１】
したがって本発明によれば、膜面と平行な方向におけるフリー磁性層の素子面積（この素子面積を光学的な素子面積という）を０．０１μｍ２以上に形成しても実際に前記フリー磁性層内にセンス電流が流れて、磁気抵抗効果に関与する素子面積（この素子面積を実効的な素子面積という）を小さくでき、再生出力の高いＣＰＰ型の磁気検出素子を容易に形成することができる。
【００４２】
また前記フリー磁性層の素子面積を０．０１μｍ２以上に大きくできるから、記録媒体からの外部磁界を効果的に検出することが可能であり、再生出力の向上、再生波形の安定性の向上を図ることが可能である。
【００４３】
なお、本発明では、前記電流制限層のトラック幅方向寸法を前記非磁性材料層のトラック幅方向と等しくできる。
【００４４】
また本発明では、前記電流制限層の前記絶縁部は、少なくとも前記電流制限層の上面から下面にまで通じる複数の孔が設けられた絶縁材料膜であり、この孔内に前記導電部となる導電性材料膜が埋め込まれていることが好ましい。
【００４５】
または本発明では、前記電流制限層の前記絶縁部は、膜面と平行な平面から見たときに連続して延びる溝を有し、この溝は前記電流制限層の上面から下面にまで通じて形成されており、前記溝内に前記導電部となる導電性材料が埋め込まれていることが好ましい。
【００４６】
あるいは本発明では、前記電流制限層の前記絶縁部は、前記電流制限層の上面から下面にまで通じる孔と、膜面と平行な平面から見たときに連続して延び、前記電流制限層の上面から下面にまで通じる溝とが混在した絶縁材料膜であり、前記孔及び溝内に前記導電部となる導電性材料が埋め込まれていることが好ましい。
【００４７】
また本発明では、前記絶縁材料膜は、酸化膜あるいは窒化膜で形成されることが好ましい。
【００４８】
あるいは本発明では、前記電流制限層の前記導電部は導電性粒子であり、前記導電性粒子は前記絶縁部となる絶縁性材料層内に分散されていることが好ましい。
【００４９】
または本発明では、前記電流制限層の前記絶縁部は絶縁性粒子であり、前記絶縁性粒子は、前記導電部となる導電性材料膜内に分散されていてもよい。
【００５０】
上記した電流制限層では、いずれも適切に絶縁部と導電部とが混在する膜構成とすることができ、実効的な素子サイズの狭小化を適切に図ることが可能である。
【００５１】
また、本発明は、下から第１反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性層、強磁性層、及び第２反強磁性層が形成されている磁気検出素子であって、
第１反強磁性層及び第２反強磁性層のトラック幅方向寸法は、前記フリー磁性層のトラック幅方向寸法よりも大きいことを特徴とするものである。
【００５２】
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、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との間に働く層間結合磁界（例えばＲＫＫＹ相互作用）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に向けられている。
【００５３】
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と、前記強磁性層と前記フリー磁性層間の層間結合磁界の大きさの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。
【００５４】
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。
【００５５】
また、本発明では、第１反強磁性層及び第２反強磁性層のトラック幅方向寸法を、前記フリー磁性層のトラック幅方向寸法よりも大きくでき、後述する製造製法において前記第１反強磁性層及び前記第２反強磁性層のトラック幅方向両側端部を、前記フリー磁性層に合わせて除去する必要がなくなる。
【００５６】
従って、前記フリー磁性層の両側端面に付着する前記多層膜の材料を低減でき、前記フリー磁性層と前記固定磁性層の短絡を低減または防止できるので、磁界検出出力の向上及び品質の向上を図れる。また、磁気検出素子のトラック幅寸法を正確に規定できるようになり、狭トラック化を促進できる。
【００５７】
本発明では、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ていることが好ましい。
【００５８】
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）下から順に積層された第１の電極層、フリー磁性層、非磁性材料層、及び保護層を有する多層膜を形成する工程と、
（ｂ）前記フリー磁性層、前記非磁性材料層、及び前記保護層の両側端部を除去する工程と、
（ｃ）前記保護層又は前記保護層が除去されて露出された前記非磁性材料層の上に、前記フリー磁性層及び前記非磁性材料層のトラック幅方向寸法よりも大きなトラック幅方向寸法を有する固定磁性層及び反強磁性層を積層する工程と、
（ｄ）前記反強磁性層の上に第２の電極層を形成する工程。
【００５９】
本発明では、前記（ｂ）工程で前記フリー磁性層、前記非磁性材料層、及び前記保護層の両側端部を除去し、その上に、固定磁性層及び反強磁性層を積層する。すなわち、前記固定磁性層及び前記反強磁性層のトラック幅方向両側端部を、前記フリー磁性層に合わせて除去する必要がなくなる。
【００６０】
従って、前記フリー磁性層の両側端面に付着する前記多層膜の材料を低減でき、前記フリー磁性層と前記固定磁性層の短絡を低減または防止できるので、磁界検出出力の向上及び品質の向上を図れる。また、磁気検出素子のトラック幅寸法を正確に規定できるようになり、狭トラック化を促進できる。
【００６１】
さらに、前記固定磁性層のトラック幅方向寸法を大きくすることにより、トラック幅方向の反磁界を小さくすることができ、前記固定磁性層の磁化をトラック幅方向に垂直な方向（ハイト方向）に固定することが容易になる。
【００６２】
また、前記（ａ）工程において
前記第１の電極層の上に、他の反強磁性層、他の固定磁性層、及び他の非磁性材料層を積層した上に前記フリー磁性層を積層すると、いわゆるデュアル型のスピンバルブ型磁気検出素子を形成できる。デュアル型のスピンバルブ型磁気検出素子は、電気抵抗の絶対値が大きくなるので、ＣＰＰ型の磁気検出素子の磁界検出出力（再生感度）を向上させるために適した構造である。
【００６３】
あるいは、前記（ａ）工程において
前記第１の電極層の上に、他の反強磁性層、非磁性層、及び強磁性層を積層した上に前記フリー磁性層を積層するしてもよい。
【００６４】
本発明では、前記他の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、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との間に働く層間結合磁界（例えばＲＫＫＹ相互作用）によって単磁区化される磁気検出素子を形成できる。この磁気検出素子では、前記フリー磁性層の単磁区化及び磁化方向の制御が、前記他の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層間結合磁界の大きさの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。
【００６５】
なお、前記保護層を、絶縁部と導電部とが混在した電流制限層として形成することが好ましい。
【００６６】
また、前記（ｃ）工程において、前記保護層の上に、第２の非磁性材料層を積層した後に、前記固定磁性層及び前記反強磁性層を積層してもよい。電流制限層として機能する前記保護層の上に、前記第２の非磁性材料層することにより、前記非磁性材料層の内部に、絶縁部と導電部とが混在した電流制限層を形成することもできる。
【００６７】
なお、前記保護層を電流制限層とするときは、
（ａ１）前記非磁性材料層上に、上面から下面にまで通じる複数の孔あるいは膜面と平行な平面から見たときに連続して延びる溝が形成された絶縁材料膜を成膜する工程と、
（ａ２）前記絶縁材料膜上に導電性材料膜をスパッタ成膜し、このとき前記絶縁材料膜に形成された孔あるいは溝内を前記導電性材料膜で埋める工程を有することが好ましい。
【００６８】
また、前記絶縁材料膜を、前記非磁性材料層上に不連続体膜として形成することが好ましい。これにより、前記絶縁材料膜に例えば下面から上面にまで通じる複数の孔を形成することが容易になる。前記絶縁材料膜を不連続体膜とするには、材料の選定とスパッタ条件が重要である。スパッタ条件とは、基板温度やＡｒガス圧、基板とターゲット間の距離などである。
【００６９】
また、本発明では、非磁性材料層をＣｕによって形成することにより、前記絶縁材料膜を特に不連続体膜として形成しやすくなる。Ｃｕは表面エネルギーが低く、元素が凝集して核を形成しやすいからである。
【００７０】
また、前記（ａ１）工程の絶縁材料膜の形成時において、前記絶縁材料膜を、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種または２種以上の酸化物からなる絶縁材料でスパッタ成膜し、このとき前記絶縁材料膜に下面から上面にまで通じる複数の孔あるいは膜面と平行な平面から見たときに連続して延びる溝が残された状態でスパッタを止めることが好ましい。
【００７１】
あるいは、前記（ａ１）工程の絶縁材料膜の形成時において、まずＡｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、希土類元素のうちいずれか１種または２種以上の金属元素をスパッタで形成し、この金属元素からなる膜に下面から上面にまで通じる複数の孔あるいは膜面と平行な平面から見たときに連続して延びる溝が残された状態でスパッタを止め、その後、前記金属元素からなる膜を酸化し、この酸化膜を絶縁材料膜とすることが好ましい。
【００７２】
また、本発明では、前記（ａ１）工程の絶縁材料膜の形成時において、前記絶縁材料膜を、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種または２種以上の窒化物からなる絶縁材料でスパッタ成膜し、このとき前記絶縁材料膜に下面から上面にまで通じる複数の孔あるいは膜面と平行な平面から見たときに連続して延びる溝が残された状態でスパッタを止めることが好ましい。
【００７３】
あるいは本発明では、前記（ａ１）工程の絶縁材料膜の形成時において、まずＡｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、希土類元素のうちいずれか１種または２種以上の金属元素をスパッタで形成し、この金属元素からなる膜に下面から上面にまで通じる複数の孔あるいは膜面と平行な平面から見たときに連続して延びる溝が残された状態でスパッタを止め、その後、前記金属元素からなる膜を窒化し、この窒化膜を絶縁材料膜とすることが好ましい。
【００７４】
または、前記（ａ）工程において、前記保護層を
ＦｅａＭｂＯｃ（ただし元素ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ及び希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素）なる組成式を有し、組成比ａ、ｂ、ｃは原子％で、４０≦ａ≦５０、１０≦ｂ≦３０、２０≦ｃ≦４０で、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００なる関係を満たし、またＦｅを主成分とした微結晶粒が、元素ＭとＯとの化合物を含む非晶質中に分散された膜構成を有するものとしてスパッタ成膜することにより、この保護層を電流制限層として機能するものにできる。
【００７５】
または、ＦｅｄＭｅＮｆ（ただし元素Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ及び希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素）からなる組成式を有し、組成比ｄ、ｅ、ｆは原子％で、６０≦ｄ≦７０、１０≦ｅ≦１５、１９≦ｆ≦２５で、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００なる関係を満たし、またＦｅを主成分とした微結晶粒が、元素ＭとＮとの化合物を含む非晶質中に分散された膜構成を有するものとして前記保護層をスパッタ成膜して、この保護層を電流制限層として機能するものにできる。
【００７６】
本発明では、電流制限層となる前記保護層を有する多層膜を熱処理し、この熱処理によって膜内の酸化されやすい元素の酸化を促進させて、電流制限層の開口部（電流が流れる部分）の割合（比率）を調整することが好ましい。前記開口部の割合は全体の１０％〜３０％程度であることが好ましい。
【００７７】
あるいは、前記（ａ）工程において、前記保護層を、Ｃｏと、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ａｇのうちいずれか１種または２種以上の金属元素を含む材料をスパッタ成膜することによって形成し、前記多層膜に熱処理を施すことでＣｏを酸化させることにより、この保護層を電流制限層として機能するものにできる。
【００７８】
あるいは、前記（ａ）工程において、前記保護層を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すると、この保護層の表面に形成される酸化層の膜厚を３〜６Åと薄いものにでき、この酸化層の除去が容易になるので好ましい。
【００７９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施形態の磁気検出素子（デュアル型のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の全体構造を記録媒体との対向面側から見た断面図である。
【００８０】
図１に示す符号２０は、第１の電極層である。第１の電極層２０は、例えばα−Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ（銅）やＷ（タングステン）などで形成されている。
【００８１】
第１の電極層２０の上面中央には、下地層２１が形成される。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２１は５０Å以下程度の膜厚で形成される。なおこの下地層２１は形成されていなくても良い。
【００８２】
次に下地層２１の上にはシード層２２が形成される。シード層２２は、主として面心立方晶から成り、次に説明する下側反強磁性層２３との界面と平行な方向に（１１１）面が優先配向されている。シード層２２は、Ｃｒ、ＮｉＦｅ合金、あるいはＮｉ−Ｆｅ−Ｙ合金（ただしＹは、Ｃｒ，Ｒｈ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉから選ばれる少なくとも１種以上）で形成されることが好ましい。これらの材質で形成されたシード層２２はＴａ等で形成された下地層２１上に形成されることにより下側反強磁性層２３との界面と平行な方向に（１１１）面が優先配向しやすくなる。シード層２２は、例えば３０Å程度で形成される。
【００８３】
なお本発明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２２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２２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２２はＮｉＦｅ合金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２２は形成されなくても良い。
【００８４】
次にシード層２２上には下側反強磁性層（他の反強磁性層）２３が形成される。下側反強磁性層２３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。あるいは下側反強磁性層２３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を含有する反強磁性材料により形成されることが好ましい。
【００８５】
これらの反強磁性材料は、耐食性に優れしかもブロッキング温度も高く次に説明する下側固定磁性層２４との界面で大きな交換異方性磁界を発生し得る。また下側反強磁性層２３は８０Å以上で３００Å以下，例えば２００Åの膜厚で形成されることが好ましい。
【００８６】
次に下側反強磁性層２３の上には下側固定磁性層（他の固定磁性層）２４が形成されている。この実施形態では下側固定磁性層２４は３層構造で形成されている。
【００８７】
下側固定磁性層２４を構成する符号５１及び５３の層は磁性層であり、例えばＣｏ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＮｉなどで形成される。磁性層５１，５３間にはＲｕなどで形成された中間層５２が介在し、この構成により、磁性層５１と磁性層５３の磁化方向は互いに反平行状態にされる。これはいわゆる人工フェリ構造と呼ばれる。
【００８８】
下側反強磁性層２３と、下側固定磁性層２４の下側反強磁性層２３に接する磁性層５１との間には磁場中熱処理によって交換異方性磁界が発生し、例えば磁性層５１の磁化がハイト方向（図示Ｙ方向）に固定された場合、もう一方の磁性層５３はＲＫＫＹ相互作用により、ハイト方向とは逆方向（図示Ｙ方向と逆方向）に磁化され固定される。この構成により下側固定磁性層２４の磁化を安定した状態にでき、また下側固定磁性層２４の磁化を強固に固定できる。
【００８９】
なお例えば、磁性層５１，５３の膜厚はそれぞれ１０〜７０Å程度で形成される。また中間層５２の膜厚は３Å〜１０Å程度で形成される。
【００９０】
また磁性層５１、５３はそれぞれ単位面積当たりの磁気モーメントが異なるように、磁性層５１、５３の材質や膜厚がそれぞれ異なっている。単位面積当たりの磁気モーメントは飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔで設定され、例えば磁性層５１、５３を共に同じ材質で同じ組成の材料で形成するとき、磁性層５１、５３の膜厚を異ならせることで、磁性層５１、５３の磁気モーメントを異ならせることができる。これによって適切に磁性層５１、５３を人工フェリ構造にすることが可能である。
【００９１】
なお本発明では下側固定磁性層２４はフェリ構造ではなくＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＣｏ合金、あるいはＣｏＦｅ合金などの単層膜あるいは積層膜で形成されていても良い。
【００９２】
下側固定磁性層２４の上には下側非磁性材料層（他の非磁性材料層）２５が形成されている。下側非磁性材料層２５は例えばＣｕ，Ｃｒ，Ａｕ，Ａｇなどの電気抵抗の低い導電性材料によって形成される。下側非磁性材料層２５は例えば２５Å程度の膜厚で形成される。
【００９３】
次に下側非磁性材料層２５の上にはフリー磁性層２６が形成される。フリー磁性層２６は３層構造で形成され、下側非磁性材料層２５と対向する側にＣｏ膜５４が形成されていることが好ましい。これにより下側非磁性材料層２５との界面での金属元素等の拡散を防止でき、抵抗変化率（ΔＧＭＲ）を大きくすることができる。Ｃｏ膜５４上には、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金などにより形成された磁性層５５が形成される。磁性層５５の上には、拡散防止のためのＣｏ膜５４が形成される。フリー磁性層２６の全体の膜厚は、２０Å以上で１００Å以下程度の膜厚で形成されることが好ましい。
【００９４】
なおフリー磁性層２６は上記したいずれかの磁性材料を使用した１層構造で形成されていても良い。あるいは、フリー磁性層２６は、単位面積当たりの磁気モーメントが異なる２つの磁性層の間にＲｕなどで形成された中間層が介在し、前記２つの磁性層の磁化方向が互いに反平行状態にされた、人工フェリ構造であってもよい。
【００９５】
フリー磁性層２６の上には、上側非磁性材料層（非磁性材料層）２７、電流制限層２８、磁性層６０と６２とその間に形成されたＲｕなどの中間層６１からなる３層フェリ構造の上側固定磁性層（固定磁性層）２９、上側反強磁性層（反強磁性層）３０、および第２の電極層３１が順次積層されている。
上側非磁性材料層２７、上側固定磁性層２９、上側反強磁性層３０、および第２の電極層３１の材料及び膜厚は、それぞれ、下側非磁性材料層２５、下側固定磁性層２４、下側反強磁性層２３、および第１の電極層２０の材料及び膜厚と同じである。電流制限層２８の膜構造等に関しては、後から詳しく説明する。
【００９６】
図１に示す構造のデュアルスピンバルブ型薄膜素子の場合、フリー磁性層２６よりも下側に形成された下側固定磁性層２４のうち磁気抵抗効果に関与する磁性層５３が、例えばハイト方向（図示Ｙ方向）と反平行方向に固定されていた場合、フリー磁性層２６よりも上側に形成された上側固定磁性層２９のうち磁気抵抗効果に関与する磁性層６０も、ハイト方向（図示Ｙ方向）と反平行方向に固定される。
【００９７】
図１に示すように、下側固定磁性層２４のトラック幅方向の両側端部Ｄ，Ｄ上には、絶縁層３２が形成されている。絶縁層３２は例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２など一般的な絶縁材料で形成される。
【００９８】
絶縁層３２の上面３２ａは、フリー磁性層２６の下面２６ａよりも図示下側（図示Ｚ方向とは逆方向）に形成されていることが好ましい。
【００９９】
絶縁層３２の上には、バイアス下地層３３が形成されている。またバイアス下地層３３の上にはハードバイアス層３４が形成されている。ハードバイアス層３４は、フリー磁性層２６の両側に対向する位置に形成される。ハードバイアス層３４は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に磁化されており、ハードバイアス層３４からの縦バイアス磁界によって、フリー磁性層２６の磁化は図示Ｘ方向に揃えられる。
【０１００】
バイアス下地層３３はハードバイアス層３４の特性（保磁力Ｈｃ、角形比Ｓ）を向上させるために設けられたものである。
【０１０１】
本発明では、バイアス下地層３３は、結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造）の金属膜で形成されることが好ましい。なおこのときバイアス下地層３３の結晶配向は（１００）面が優先配向するのが好ましい。
【０１０２】
またハードバイアス層３４は、ＣｏＰｔ合金やＣｏＰｔＣｒ合金などで形成される。これら合金の結晶構造は、稠密六方構造（ｈｃｐ）単相あるいは面心立方構造（ｆｃｃ）と稠密六方構造（ｈｃｐ）の混相となっている。
【０１０３】
ここで上記の金属膜で形成されたバイアス下地層３３とハードバイアス層３４を構成するＣｏＰｔ系合金のｈｃｐ構造の格子定数は近い値となるために、ＣｏＰｔ系合金はｆｃｃ構造を形成しづらくｈｃｐ構造で形成されやすくなる。このときｈｃｐ構造のｃ軸はＣｏＰｔ系合金とバイアス下地層の境界面内に優先配向される。ｈｃｐ構造はｆｃｃ構造に比べてｃ軸方向に大きな磁気異方性を生じるため、ハードバイアス層３４に磁界を与えたときの保磁力Ｈｃは大きくなるのである。さらにｈｃｐのｃ軸はＣｏＰｔ系合金とバイアス下地層との境界面内で優先配向となっているため、残留磁化が増大し、残留磁化／飽和磁束密度で求められる角形比Ｓは大きくなる。その結果、ハードバイアス層３４の特性を向上させることができ、ハードバイアス層３４から発生するバイアス磁界を増大させることができる。結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造）の金属膜は、Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｍｎ，Ｎｂ，Ｔａのいずれか１種または２種以上の元素で形成されることが好ましい。
【０１０４】
また、バイアス下地層３３はハードバイアス層３４の下側にのみ形成されていることが好ましいが、フリー磁性層２６の両側端面２６ｂ，２６ｂとハードバイアス層３４間にも若干、介在してもよい。フリー磁性層２６の両側端面２６ｂ，２６ｂとハードバイアス層３４間に形成されるバイアス下地層３３のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における膜厚は１ｎｍ以下であることが好ましい。
【０１０５】
これによりハードバイアス層３４とフリー磁性層２６とを磁気的に連続体にでき、フリー磁性層２６の端部が反磁界の影響を受けるバックリング現象などの問題も発生せず、フリー磁性層２６の磁区制御を容易にできる。
【０１０６】
また図１に示すように、ハードバイアス層３４の上には絶縁層３５が形成されている。絶縁層３５は、Ａｌ２Ｏ３やＳｉＯ２などの一般的な絶縁材料で形成される。
【０１０７】
なおこの実施形態では、絶縁層３５の上面と電流制限層２８の上面とが連続な平坦面となっている。
【０１０８】
この実施形態では、第２の電極層３１から第１の電極層２０に向けてセンス電流が流れるが、第１の電極層２０から第２の電極層３１に向けてセンス電流が流れても良い。従ってセンス電流は、磁気検出素子の各層を膜面と垂直方向に流れ、このようなセンス電流の流れ方向はＣＰＰ型と呼ばれる。
【０１０９】
上側固定磁性層２９、上側非磁性材料層２７、フリー磁性層２６、下側非磁性材料層２５及び下側固定磁性層２４に検出電流（センス電流）が与えられ、走行方向がＺ方向であるハードディスクなどの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２６の磁化が図示Ｘ方向の一方向からＹ方向へ向けて変化する。このフリー磁性層２６内での磁化の方向の変動と、上側固定磁性層２９及び下側固定磁性層２４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または電流変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０１１０】
図１に示す磁気検出素子の上下には、ギャップ層（図示せず）を介してシールド層（図示せず）が設けられており、磁気検出素子、ギャップ層及びシールド層を合わせてＭＲヘッドと呼ばれる。
【０１１１】
なお図１に示す電極層２０、３１がギャップ層を兼ねていてもよいし、あるいは電極層２０、３１が磁性材料で形成されるときは、シールド層を兼ねていてもよい。
【０１１２】
ＭＲヘッドの上に記録用のインダクティブヘッドが積層されていてもよい。磁気検出素子の上側に形成されたシールド層（上部シールド層）は、インダクティブヘッドの下部コア層として兼用されてもよい。
【０１１３】
またＭＲヘッドは、例えばアルミナ−チタンカーバイト（Ａｌ２Ｏ３−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。
【０１１４】
図１に示される磁気検出素子では、下側非磁性材料層２５、フリー磁性層２６、上側非磁性材料層２７、電流制限層２８のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側端面Ｓ１，Ｓ１のみが連続した傾斜面となっている。
【０１１５】
そして、下側固定磁性層２４及び下側反強磁性層２３のトラック幅方向寸法Ｗ１及び上側固定磁性層２９及び上側反強磁性層３０のトラック幅方向寸法Ｗ２が、フリー磁性層２６のトラック幅方向寸法Ｗ３より大きくなっている。
このような構造を有する図１の磁気検出素子は、その製造過程において、下側固定磁性層２４及び下側反強磁性層２３並びに上側固定磁性層２９及び上側反強磁性層３０のトラック幅方向両側端部を、フリー磁性層２６に合わせて除去する必要がなくなる。
【０１１６】
従って、下側固定磁性層２４及び下側反強磁性層２３並びに上側固定磁性層２９及び上側反強磁性層３０の材料がフリー磁性層２６の両側端面に再付着することがなくなり、フリー磁性層２６と上側固定磁性層２９間の短絡及びフリー磁性層２６と下側固定磁性層２４間の短絡を低減または防止できるので、磁界検出出力の向上及び品質の向上を図れる。
【０１１７】
また、フリー磁性層２６とハードバイアス層３４，３４間の距離を適切に調節できる。
【０１１８】
また、フリー磁性層２６のトラック幅方向寸法Ｗ３で規定される、磁気検出素子の光学的トラック幅寸法Ｏ−Ｔｗを正確に規定できるようになり、狭トラック化を促進できる。
【０１１９】
また、上側固定磁性層２９及び下側固定磁性層２４のトラック幅方向寸法Ｗ２，Ｗ１を大きくすることにより、トラック幅方向の反磁界を小さくすることができ、上側固定磁性層２９及び下側固定磁性層２４の磁化をトラック幅方向に垂直な方向（図示Ｙ方向；ハイト方向）に固定することが容易になる。
【０１２０】
ところで本発明では図１に示すように、上側非磁性材料層２７と上側固定磁性層２９との間に電流制限層２８が形成されている。
【０１２１】
本発明における電流制限層２８は例えば図２に示す膜構成である。図２は、下側非磁性材料２５、フリー磁性層２６、上側非磁性材料層２７及び電流制限層２８の部分模式図である。
【０１２２】
図２に示すように電流制限層２８は、複数の孔５６が形成された絶縁材料膜（絶縁部）５７が母材となっている。孔５６のうち少なくとも一部の孔５６は、絶縁材料膜５７を下面から上面にまで貫通している。
【０１２３】
図２に示すように、絶縁材料膜５７上には導電性材料膜（導電部）５８が形成されている。導電性材料膜５８は絶縁材料膜５７に形成された孔５６内にも形成されており、孔５６は導電性材料膜５８によって埋められた状態になっている。なお図２では、図面上の記載を簡潔にするため、一部の孔のみに「孔５６」及び「導電性材料膜５８」なる文言を記入している。
【０１２４】
ここで絶縁材料膜５７は、酸化膜あるいは窒化膜で形成されることが好ましい。また酸化膜は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、希土類元素のうちいずれか１種または２種以上の酸化物からなる絶縁材料で形成されることが好ましい。また窒化膜は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、希土類元素のうちいずれか１種または２種以上の窒化物からなる絶縁材料で形成されることが好ましい。
【０１２５】
これら酸化膜及び窒化膜は、上側非磁性材料層２７上で薄く成膜されると、スパッタ成膜の際に凝集して不連続体膜になりやすい材質である。不連続体膜になると絶縁材料膜５７には図２に示すような上面から下面にまで貫通する孔５６が形成されやすくなる。
【０１２６】
また不連続体膜となるか否かは材質の選定のみならず、スパッタ条件も重要な要素である。絶縁材料膜５７を不連続体膜とするためのスパッタ条件は、基板温度を２０℃〜２００℃程度に低くしたり、Ａｒガス圧を１０〜５０ｍＴｏｒｒ（１．３〜６．７Ｐａ）程度に高くしたり、また基板とターゲット間の距離を２００〜３００ｍｍ程度に離したりすること等である。
【０１２７】
なお上記したスパッタ成膜では、例えば、ＲＦスパッタ法、ＲＦマグネトロンスパッタ法、ＤＣマグネトロンスパッタ法、イオンビームスパッタ法、ロングスロースパッタ法、コリメーションスパッタ法のいずれか、またはそれらを組み合せたスパッタ法などを使用できる。
【０１２８】
次に導電性材料膜５８は、一般的な導電性材料を使用することができ、例えばα−Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ（銅）やＷ（タングステン）などで形成することもできる。または、導電性材料膜５８はＲｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅのうちいずれか１種または２種以上の貴金属元素から形成されてもよい。なお前記貴金属にＣｕが添加されていてもよい。上側非磁性材料層２７の材料と同じであるとより好ましい。
【０１２９】
前記貴金属元素はそれ自体、酸化されにくい材質であり、絶縁材料膜５７上及び孔５６内に貴金属元素から形成された導電性材料膜５８を形成することで、熱処理などによって酸素の拡散を抑制でき、図２に示す開口部（孔）と非開口部（絶縁材料層）とのコントラストを良好に保つことができる。
【０１３０】
以上のように本発明では上側非磁性材料層２７上に絶縁部と導電部とが混在した電流制限層２８を設けることで、次のような効果を期待することができる。
【０１３１】
すなわち本発明のようにＣＰＰ型の磁気検出素子では、第２の電極層３１から流れるセンス電流は、電流制限層２８内を膜面と垂直方向に流れるが、本発明では、電流制限層２８を絶縁材料膜（絶縁部）５７に形成された孔５６内に導電性材料膜（導電部）５８を埋め込んだ構造としているから、センス電流は導電性材料膜５８内のみに流れることになる。
【０１３２】
このため第２の電極層３１から電流制限層２８を介してフリー磁性層２６内に流れるセンス電流は、フリー磁性層２６内を導電性材料膜５８と対向する部分のみに局部的に流れる（この部分の電流密度が局所的に高くなることになる）。
【０１３３】
したがって本発明によれば、膜面と平行な方向におけるフリー磁性層２６の素子面積（この素子面積を光学的な素子面積という）を大きく形成しても実際にフリー磁性層２６内にセンス電流が流れて、磁気抵抗効果に関与する素子面積（この素子面積を実効的な素子面積という）を小さくでき、よって従来と同程度の精度を有するフォトリソグラフィー技術を用いて光学的な素子サイズが大きい磁気検出素子を形成しても、再生出力の高いＣＰＰ型の磁気検出素子を容易に形成することができる。
【０１３４】
なお本発明では、具体的には図２に示すトラック幅Ｔｗを０．１５〜０．３μｍに形成でき、またハイト方向の長さＭＲｈを０．１５〜０．３μｍに形成でき、よって光学的な素子面積を０．０２〜０．０９μｍ２に大きく形成できる。
【０１３５】
また本発明では、実効的な素子面積は、０．０１μｍ２以下であることが好ましい。実効的な素子面積の求め方としては、例えば光学的な素子面積（Ｔｗ×ＭＲｈ）に、孔５６の開口率をかけて求めることができる。これは、ＧＭＲ膜単独の抵抗値と、電極を含んだ素子全体の抵抗値との差から概略で求めることができる。
【０１３６】
また電流制限層２８を膜面と平行な平面から見たときに、開口部（孔５６）の割合は１０％〜３０％程度であることが好ましい。
【０１３７】
また本発明では、光学的な素子面積を大きくできるから、記録媒体からの外部磁界を有効に磁気検出素子で検出することができ、感度の良い再生特性に優れたＣＰＰ型磁気検出素子を製造することができる。
【０１３８】
また本発明では電流制限層２８の膜構成は図２のようなものに限らず、例えば他に図３のような膜構成を提示できる。
【０１３９】
図３に示す電流制限層２８の絶縁材料膜５７には、電流制限層２８を膜面と平行な方向から見たときに、連続して延びる溝６８が形成され、この溝６８は電流制限層２８の上面から下面にまで通じて形成されている。溝６８の平面形状は細長の曲線であったり、途中で枝別れしているが、形状はどのようなものであってもよい。そして溝６８内及び絶縁材料膜５７上に導電材料膜５８が形成されている。この図２と図３との絶縁材料膜５７の形状の違いは薄膜の核成長の違いによるものである。薄膜（絶縁材料膜５７あるいは絶縁材料膜５７の基になる層）は、上側非磁性材料層２７上でまず島状に成長していき、さらに成長させると、これら島どうしがくっつきはじめ、図３のような連続して延びる溝６８を形成する。
【０１４０】
すなわち薄膜の成長をどの段階で止めるかによって、電流制限層２８の平面形状は変化していく。ここで重要なのは、電流制限層２８を構成する絶縁材料膜５７に下面から上面にかけて貫通する孔５６あるいは溝６８が適切に形成されていることである。このような孔５６あるいは溝６８が貫通して形成されていると、この孔５６あるいは溝６８内に埋め込まれた導電性材料膜５８が上側非磁性材料層２７まで電流を流す経路となり、適切に電流経路を絞り込むことができる。
【０１４１】
また図３のように、電流制限層２８の絶縁材料膜５７には、電流制限層２８の上面から下面にまで通じる孔５６と、膜面と平行な平面から見たときに連続して延び、電流制限層２８の上面から下面にまで通じる溝６８とが混在していてもよい。
【０１４２】
次に図２に示す電流制限層２８は、複数の孔５６が形成された絶縁材料膜５７と、この孔５６を埋める導電性材料膜５８とで構成されているが、本発明では、以下の膜構成を有する電流制限層２８でも良い。
【０１４３】
本発明では、例えば絶縁材料のターゲットと導電性材料のターゲットを用意し、これら２つのターゲットを同時にスパッタすることで、上側非磁性材料層２７上に絶縁材料の粒子と導電性材料の粒子とが混在した電流制限層２８を形成することができる。
【０１４４】
具体的には、電流制限層２８の導電部が導電性粒子であり、導電性粒子は絶縁部となる絶縁材料膜内に分散されている膜構成を提供することができる。
【０１４５】
上記膜構成を有する電流制限層２８を例示すると、電流制限層２８は、Ｆｅを主成分とした導電部となる微結晶粒が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ及び希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素Ｍと、ＯあるいはＮとの化合物を含む絶縁部となる非晶質中に分散された膜構成である。
【０１４６】
この電流制限層２８では、ＦｅａＭｂＯｃの組成式を有し、組成比ａ、ｂ、ｃは原子％で、４０≦ａ≦５０、１０≦ｂ≦３０、２０≦ｃ≦４０であり、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００なる関係を満たすことが好ましい。
【０１４７】
あるいは電流制限層２８では、ＦｅｄＭｅＮｆの組成式を有し、組成比ｄ、ｅ、ｆは原子％で、６０≦ｄ≦７０、１０≦ｅ≦１５、１９≦ｆ≦２５であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００なる関係を満たすことが好ましい。
【０１４８】
上記の電流制限層２８の形成は、例えばＦｅのターゲットと、ＨｆＯ２のターゲットの２つを用意し、これら２つのターゲットをスパッタする。これにより、非晶質相のマトリックスの内部にｂｃｃＦｅを主成分とした微結晶粒が多数析出された電流制限層２８を形成することができる。
【０１４９】
なお上記したスパッタ成膜では、例えば、ＲＦスパッタ法、ＲＦマグネトロンスパッタ法、ＤＣマグネトロンスパッタ法、イオンビームスパッタ法、ロングスロースパッタ法、コリメーションスパッタ法のいずれか、またはそれらを組み合せたスパッタ法などを使用できる。
【０１５０】
あるいは本発明では、電流制限層２８を構成する絶縁材料膜は主としてＣｏが酸化された層であり、この絶縁材料膜内に、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ａｇのうちいずれか１種または２種以上の貴金属材料で形成された導電性粒子が分散している、電流制限層２８を形成することができる。
【０１５１】
あるいは、電流制限層２８の絶縁部は絶縁性粒子であり、絶縁性粒子は、導電部となる導電性材料膜内に分散されている膜構成であってもよい。
【０１５２】
なお上記した導電性粒子にはＣｕなどの一般的な導電性材料を使用でき、絶縁性粒子には、Ａｌ２Ｏ３などの一般的な絶縁性材料を使用することもできる。
【０１５３】
また上記したように導電性粒子を混在させたいわゆるグラニュラー膜で電流制限層２８を形成するときは、導電性粒子の粒径より電流制限層２８の膜厚が薄くないと、導電性粒子がセンス電流の電流経路として適切に機能せず、再生出力等の再生特性の悪化を招く。
【０１５４】
なお、本実施の形態では、電流制限層２８は、例えばＣｕからなる表面エネルギーの低い上側非磁性材料層２７の上に形成されている。これによって、電流制限層２８に形成された開口部（孔）と非開口部（絶縁材料膜）との導電率のコントラストを高くすることができるので、電極層から流れるセンス電流を開口部で適切に絞り込むことができ、見かけ上のΔＲ＊Ａ（抵抗変化量＊素子面積）の向上を図れる。
【０１５５】
すなわち電流制限層２８を構成する絶縁材料膜を形成する際に、この絶縁材料膜が例えば島状のように凝集して形成されるようにできる。上記した開口部は微細なサイズでランダムに且つ均一に混在していることが必要であるが、このような制御を行うのに重要な一つの要素は、材質やスパッタ条件であり、もう一つが電流制限層２８の下に形成される下地の表面エネルギー（γｓ）である。
【０１５６】
前記下地の表面エネルギーが高いと、薄膜の成長モードは完全濡れモードになりやすく、単層成長（ＦＭモード）しやすくなる。日本応用磁気学会誌「薄膜成長プロセス概論」Ｖｏｌ．１４，Ｎｏ．３，１９９０の第５２８頁には「γｓ＞γｆｓ＋γｆ」（ここでγｆｓは、基板と薄膜の界面エネルギー、γｆは、薄膜の表面エネルギー）の関係式が成り立つと、完全濡れモードになり単層成長することが記載されている。
【０１５７】
このため単層成長しにくくし、すなわち下地上に形成される薄膜が島状のように点在して形成されるようにするには、前記表面エネルギー（γｓ）を低下させることが必要である。
【０１５８】
Ｃｕからなる上側非磁性材料層２７は、表面エネルギーが低くなっており、上側非磁性材料層２７上に電流制限層２８を形成すると、電流制限層２８を構成する絶縁材料膜（あるいは絶縁材料膜となるべき層）は上側非磁性材料層２７上で島状のように凝集して成長していく。この成長モードをＶｏｌｍｅｒ−Ｗｅｂｅｒ（ＶＷ）型成長と呼ぶ。
【０１５９】
また上側非磁性材料層２７上に金属膜を島状に凝集させ、この金属膜を酸化して酸化物の絶縁材料膜を形成する際に、酸化の影響が上側非磁性材料層２７の部分で食い止められ、それより下の層に前記酸化の影響が及ばない。
【０１６０】
このため電流制限層２８を構成する絶縁材料膜は適切に例えば島状形状のまま保たれ、開口部と非開口部とのコントラストを高く保つことが可能である。
【０１６１】
図４は本発明の第２実施形態の磁気検出素子（デュアル型のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の全体構造を記録媒体との対向面側から見た断面図である。
【０１６２】
図４に示される磁気検出素子は、電流制限層２８が上側非磁性材料層７０の内部に形成されている点で図１に示された磁気検出素子と異なっている。
【０１６３】
上側非磁性材料層７０は、その両側端面がフリー磁性層２６及び電流制限層２８の両側端面と連続面となっている下層部７１と、その両側端面が上側固定磁性層２９及び上側反強磁性層３０の両側端面と連続面となっている上層部（第２の非磁性材料層）７２からなっている。下層部７１及び上層部７２はいずれもＣｕによって形成されている。
【０１６４】
電流制限層２８は、上側非磁性材料層７０の下層部７１と上層部７２の間に形成されている。
【０１６５】
図４に示される磁気検出素子でも、下側固定磁性層２４及び下側反強磁性層２３のトラック幅方向寸法Ｗ１及び上側固定磁性層２９及び上側反強磁性層３０のトラック幅方向寸法Ｗ２が、フリー磁性層２６のトラック幅方向寸法Ｗ１より大きくなっており、図１に示された磁気検出素子と同様の効果を奏することができる。
【０１６６】
また電流制限層２８上にＣｕからなる非磁性材料層７０の上層部７２が形成されていることで、電流制限層２８を形成後、熱処理する段階において、前記熱処理を施しても電流制限層２８上の層に酸素の拡散が起こらず、電流制限層２８の開口部と非開口部とのコントラストを高く保つことができる。
【０１６７】
図５は本発明の第３実施形態の磁気検出素子の全体構造を記録媒体との対向面側から見た断面図である。
【０１６８】
図５の磁気検出素子は、第１の電極層２０の上に、Ｔａからなる下地層８０が形成され、下地層８０の上にフリー磁性層８１、非磁性材料層８２、電流制限層８３、固定磁性層８４、反強磁性層８５、及び第２の電極層３１が積層されている。
【０１６９】
第１の電極層２０及び第２の電極層３１は、図１の磁気検出素子の第１の電極層２０及び第２の電極層３１と同じ材料同じ膜厚を有するものである。
【０１７０】
下地層８０はフリー磁性層８１の結晶配向を整えて、フリー磁性層８１の磁気特性の向上及び比抵抗の低減を図るためのものである。
【０１７１】
図５では、フリー磁性層８１は単層の磁性層として形成されており、その材料は、例えばＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金である。ただし、フリー磁性層８１が非磁性材料層８２との対向する側にＣｏからなるＣｏ層を有する２層構造であってもよいし、また、非磁性中間層を介して２層の磁性層が積層される人工フェリ型のフリー磁性層であってもよい。
【０１７２】
非磁性材料層８２は、図１の上側非磁性材料層２７の材料と同じである。
固定磁性層８４は単層の磁性層として形成されており、その材料は、例えば、Ｃｏ、ＣｏＦｅ合金、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金などである。ただし、固定磁性層８４は、これらの合金の積層膜であってもよいし、また、非磁性中間層を介して２層の磁性層が積層され人工フェリ型の固定磁性層であってもよい。
【０１７３】
反強磁性層８５の材料及び膜厚は、図１の上側反強磁性層３０と同じである。反強磁性層８５と固定磁性層８４の間に働く交換結合磁界によって、固定磁性層８４の磁化方向が図示Ｙ方向（ハイト方向）に固定されている。
【０１７４】
第１の電極層２０のトラック幅方向の両側端部Ｄ，Ｄ上には、絶縁層３２が形成されている。
【０１７５】
絶縁層３２の上面３２ａは、フリー磁性層８１の下面８１ａよりも図示下側（図示Ｚ方向とは逆方向）に形成されていることが好ましい。
【０１７６】
絶縁層３２の上には、バイアス下地層３３が形成されている。またバイアス下地層３３の上にはハードバイアス層３４が形成されている。ハードバイアス層３４は、フリー磁性層２６の両側に対向する位置に形成される。ハードバイアス層３４は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に磁化されており、ハードバイアス層３４からの縦バイアス磁界によって、フリー磁性層８１の磁化は図示Ｘ方向に揃えられる。ハードバイアス層３４の上には、絶縁層３５が形成されている。
【０１７７】
絶縁層３２、バイアス下地層３３、ハードバイアス層３４及び絶縁層３５の材料は、図１と同じである。
【０１７８】
図５に示された磁気検出素子は、いわゆるトップスピン型のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子であり、また、センス電流が磁気検出素子の各層を膜面と垂直方向に流れるＣＰＰ型である。
【０１７９】
固定磁性層８４、非磁性材料層８２、及びフリー磁性層８１に検出電流（センス電流）が与えられ、走行方向がＺ方向であるハードディスクなどの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８１の磁化が図示Ｘ方向の一方向からＹ方向へ向けて変化する。このフリー磁性層８１内での磁化の方向の変動と、固定磁性層８４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または電流変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０１８０】
図５に示される磁気検出素子では、下地層８０、フリー磁性層８１、非磁性材料層８２、電流制限層８３のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側端面Ｓ２，Ｓ２のみが連続した傾斜面となっている。
【０１８１】
そして、固定磁性層８４及び反強磁性層８５のトラック幅方向寸法Ｗ４が、フリー磁性層８１のトラック幅方向寸法Ｗ５より大きくなっている。
【０１８２】
このような構造を有する図５の磁気検出素子は、その製造過程において、固定磁性層８４及び反強磁性層８５のトラック幅方向両側端部を、フリー磁性層８１に合わせて除去する必要がなくなる。
【０１８３】
従って、固定磁性層８４及び反強磁性層８５の材料がフリー磁性層８１の両側端面に再付着することがなくなり、フリー磁性層８１と固定磁性層８４間の短絡を低減または防止できるので、磁界検出出力の向上及び品質の向上を図れる。
【０１８４】
また、フリー磁性層８１とハードバイアス層３４，３４間の距離を適切に調節でき、フリー磁性層８１に適切な大きさの縦バイアス磁界を安定して供給できる。
【０１８５】
また、フリー磁性層８１のトラック幅方向寸法Ｗ５で規定される、磁気検出素子の光学的トラック幅寸法Ｏ−Ｔｗを正確に規定できるようになり、狭トラック化を促進できる。
【０１８６】
また、固定磁性層８４のトラック幅方向寸法Ｗ４を大きくすることにより、トラック幅方向の反磁界を小さくすることができ、固定磁性層８４の磁化をトラック幅方向に垂直な方向（ハイト方向）に固定することが容易になる。
【０１８７】
さらに、非磁性材料層８２と固定磁性層８４との間に電流制限層８３が形成されることにより、膜面と平行な方向におけるフリー磁性層８１の光学的な素子面積を大きく形成しても実効的な素子面積を小さくでき、再生出力の高いＣＰＰ型の磁気検出素子を容易に形成することができる。
【０１８８】
なお、電流制限層８３の膜構成は、図２または図３に示した電流制限層２８と同じである。
【０１８９】
図５に示される磁気検出素子でも、光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗを０．１５〜０．３μｍに形成でき、またハイト方向の長さＭＲｈを０．１５〜０．３μｍに形成でき、よって光学的な素子面積を０．０２〜０．０９μｍ２に大きく形成できる。しかも、実効的な素子面積を０．０１μｍ２以下にすることができる。また、光学的な素子面積を大きくすることにより、記録媒体からの外部磁界を有効に磁気検出素子で検出することができ、感度の良い再生特性に優れたＣＰＰ型磁気検出素子を製造することができる。
【０１９０】
図６は本発明における第４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断面図である。
【０１９１】
図６に示される磁気検出素子は、図５に示される磁気検出素子に類似しており、フリー磁性層８１の磁化方向をトラック幅方向（図示Ｘ方向）にそろえるための縦バイアスの方式が異なっている。
【０１９２】
図６に示される磁気検出素子では、フリー磁性層８１の両側端部にハードバイアス層が形成されず、かわりにフリー磁性層８１の下層に中間層８７を介してインスタックバイアス層８６が形成されている。このインスタックバイアス層８６は第１の電極層２０上に形成されている。インスタックバイアス層８６はＣｏＰｔなどの硬磁性材料によって形成され、図示Ｘと反平行方向に着磁されている。なお、インスタックバイアス層８６と第１の電極層２０の間に、Ｃｒからなる下地層が形成されてもよい。
【０１９３】
この実施形態では、フリー磁性層８１の下に中間層８７を介して形成されたインスタックバイアス層８６の両側端部からフリー磁性層８１に向けて縦バイアス磁界が供給されて（矢印Ｍで示す）、フリー磁性層８１の磁化が図示Ｘ方向に向けられるようになっている。
【０１９４】
中間層８７は、非磁性導電材料で形成されることが好ましい。具体的には、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ことが好ましい。
【０１９５】
また図６において、中間層８７は、例えばＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２などの絶縁材料で形成されてもよいが、かかる場合、中間層８７を薄く形成して、第１の電極層２０と第２の電極層３１間に流れるセンス電流が、中間層８７の部分で遮断されないようにすることが必要である。中間層８７の膜厚は２０〜１００Åで形成されることが好ましい。
【０１９６】
図６のように、フリー磁性層８１に中間層８７を介してインスタックバイアス層８６を設ける構造であると、フリー磁性層８１の両側にハードバイアス層を設ける場合に比べて、フリー磁性層８１が強固に磁化されることがなくフリー磁性層８１の磁区制御を適正化でき、フリー磁性層８１の外部磁界に対する磁化変動を良好にすることが可能である。
【０１９７】
また図６に示す実施形態では、インスタックバイアス層８６から電流制限層８３までの両側端面Ｓ２，Ｓ２の両側領域にはアルミナまたはＳｉＯ２からなる絶縁層８８のみが形成されている。したがって第１の電極層２０と第２の電極層３１間に流れるセンス電流の分流ロスを低減させることが可能である。
【０１９８】
図６に示される磁気検出素子でも、固定磁性層８４及び反強磁性層８５のトラック幅方向寸法Ｗ４が、フリー磁性層８１のトラック幅方向寸法Ｗ５より大きくなっており、また、非磁性材料層８２と固定磁性層８４の間に電流制限層８３が形成されており、図５に示される磁気検出素子と同様の効果を奏することができる。
【０１９９】
図７は本発明における第５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断面図である。
【０２００】
図７に示される磁気検出素子は、図５に示される磁気検出素子に類似しており、フリー磁性層８１の磁化方向をトラック幅方向（図示Ｘ方向）にそろえるための縦バイアスの方式が異なっている。
【０２０１】
図７に示される磁気検出素子では、第１の電極層２０、下地層２１、シード層２２が下から順に積層されたその上に、バイアス反強磁性層（他の反強磁性層）９０、強磁性層９１、非磁性層９２、フリー磁性層８１、非磁性材料層８２、電流制限層８３、固定磁性層８４、反強磁性層８５、第２の電極層３１が下から順に積層されている。図５と同じ符号で示された層は、図５と同じ層を示している。
【０２０２】
バイアス反強磁性層９０の材料及び膜厚は、８０Å〜３００Åである。
強磁性層９１は、第１強磁性層９１ａ及び第２強磁性層９１ｂ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９１ａの膜厚は８Åであり、第２強磁性層９１ｂの膜厚は６Åである。
【０２０３】
非磁性層９２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。本実施の形態では、非磁性層９２の膜厚は、８Åである。
【０２０４】
図７では、強磁性層９１の非磁性層９２に接する側である第２強磁性層９１ｂ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，Ｒｈ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｉｒ，Ｐｔから選ばれる１種或いは２種以上の元素）で形成している。
【０２０５】
また、バイアス反強磁性層９０に接する側である第１強磁性層９１ａを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９１ａをＣｏ（コバルト）を含む強磁性材料で形成することにより、バイアス反強磁性層９０と強磁性層９１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。
【０２０６】
なお、強磁性層９１には、少なくとも非磁性層９２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、バイアス反強磁性層９０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。
【０２０７】
または、強磁性層９１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。
【０２０８】
あるいは、前記強磁性層９１を、ＣｏＦｅＣｒあるいはＣｏＦｅからなる単層構造で形成してもよい。
【０２０９】
図７に示される磁気検出素子では、強磁性層９１の磁化方向がバイアス反強磁性層９０との交換結合磁界により固定磁性層８４の磁化方向と交叉する方向へ向けられている。
【０２１０】
また、強磁性材料からなるフリー磁性層８１が、非磁性層９２を介して強磁性層９１に積層されているため、フリー磁性層８１が、強磁性層９１との非磁性層９２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８４の磁化方向と交叉する方向へ向けられている。
【０２１１】
このように、強磁性層９１との非磁性層９２を介した層間結合磁界によって、フリー磁性層８１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８１にかかる縦バイアス磁界が乱れ、フリー磁性層８１の磁区構造が乱されることを抑制できる。
【０２１２】
また、強磁性層９１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９１の磁化方向を一方向に強固に固定することができる。
【０２１３】
なお、非磁性層９２をＲｕによって形成し、フリー磁性層８１と強磁性層９１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、Ｒｕの膜厚を８Å〜１１Å又は１５Å〜２１Åにすることが好ましい。
【０２１４】
本発明では、バイアス反強磁性層９０と強磁性層９１間の交換結合磁界を大きくして、強磁性層９１の磁化方向を固定磁性層８４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８１と強磁性層９１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８１を単磁区化して磁化方向を固定磁性層８４の磁化方向に交叉する方向に確実に向け、なおかつフリー磁性層８１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。
【０２１５】
バイアス反強磁性層９０と強磁性層９１間の交換結合磁界を大きくし、フリー磁性層８１と強磁性層９１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９１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８１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。
【０２１６】
なお、強磁性層９１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９１ａ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９１ｂ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。
【０２１７】
具体的には、強磁性層９１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８１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８１のＭｓ×ｔ／強磁性層９１のＭｓ×ｔ）を、３以上で２０以下の範囲にしている。
【０２１８】
また、強磁性層９１の、非磁性層９２に接する側である第２強磁性層９１ｂ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，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、フリー磁性層８１と強磁性層９１間の層間結合磁界の大きさを適度に小さくしている。
【０２１９】
なお、フリー磁性層８１は、非磁性層９２に接する側がＮｉＦｅ（パーマロイ）層あるいはＮｉＦｅＸ層（ＸはＡｌ，Ｓｉ，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）であり、非磁性材料層８２に接する側がＣｏ、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であると、フリー磁性層８１の単磁区化と磁化変動の両立をより確実にできる。
【０２２０】
フリー磁性層８１をこのような積層構造にしたときには、例えば前記ＮｉＦｅ（パーマロイ）層あるいは前記ＮｉＦｅＸ層の膜厚を１００Åにし、Ｃｏを含む層の膜厚を２０Åにする。
【０２２１】
図７に示された磁気検出素子では、フリー磁性層８１の単磁区化及び磁化方向の制御を、バイアス反強磁性層９０と強磁性層９１間の交換結合磁界の大きさと、強磁性層９１とフリー磁性層８１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８１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】
図７に示される磁気検出素子では、強磁性層９１の一部（第２強磁性層９１ｂ）、非磁性層９２、フリー磁性層８１、非磁性材料層８２、電流制限層８３のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側端面Ｓ３，Ｓ３のみが連続した傾斜面となっている。
【０２２４】
そして、バイアス反強磁性層９０のトラック幅方向寸法Ｗ６並びに固定磁性層８４及び反強磁性層８５のトラック幅方向寸法Ｗ４が、フリー磁性層８１のトラック幅方向寸法Ｗ５より大きくなっており、また、非磁性材料層８２と固定磁性層８４の間に電流制限層８３が形成されており、図５に示される磁気検出素子と同様の効果を奏することができる。
【０２２５】
図８は本発明における第６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断面図である。
【０２２６】
図８では、下から順に、第１の電極層２０、下地層２１、シード層２２、第１反強磁性層１００、固定磁性層１０１、非磁性材料層１０２、フリー磁性層１０３、非磁性層１０４、第１強磁性層１０５ａ及び第２強磁性層１０５ｂからなる強磁性層１０５、第２反強磁性層１０６、及び第２の電極層３１が積層されている。
【０２２７】
図８に示された磁気検出素子は、第１反強磁性層１００から第２反強磁性層１０６までの下からの積層順序が図７と逆になっており、さらに、電流制限層が形成されていないものである。
【０２２８】
なお、図８では、非磁性材料層１０２、フリー磁性層１０３、非磁性層１０４のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側端面Ｓ４，Ｓ４が連続した傾斜面となっている。両側端面Ｓ４，Ｓ４の両側部には絶縁層１０７，１０７が形成されている。
【０２２９】
第１の電極層２０、下地層２１、シード層２２、第２の電極層３１は、図７に示された磁気検出素子の第１の電極層２０、下地層２１、シード層２２、第２の電極層３１と同じ層である。
【０２３０】
また、第１反強磁性層１００、固定磁性層１０１、非磁性材料層１０２、フリー磁性層１０３の材料及び膜厚は、それぞれ図７の反強磁性層８５、固定磁性層８４、非磁性材料層８２、フリー磁性層８１と同じである。固定磁性層１０１の磁化方向は、第１反強磁性層１００との間の交換結合磁界によって図示Ｙ方向にそろえられている。
【０２３１】
非磁性層１０４、強磁性層１０５（第１強磁性層１０５ａ及び第２強磁性層１０５ｂ）、第２反強磁性層１０６は、フリー磁性層１０３を単磁区化するためのものであり、それぞれ図７に示された磁気検出素子の非磁性層９２、強磁性層９１（第１強磁性層９１ａ及び第２強磁性層９１ｂ）、バイアス反強磁性層９０と同じ材料及び膜厚によって形成され、等しい機能を発揮する。
【０２３２】
具体的には、第１強磁性層１０５ａはＣｏ（コバルト）を含む強磁性材料からなる層であり、第２強磁性層１０５ｂはＮｉＦｅ（パーマロイ）層あるいはＮｉＦｅＸ層（ＸはＡｌ，Ｓｉ，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）である。ただし、強磁性層１０５はＣｏＦｅＣｒあるいはＣｏＦｅからなる単層構造であってもよい。
【０２３３】
非磁性層１０４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。非磁性層１０４がＲｕによって形成されているときには、その膜厚が８Å〜１１Å又は１５Å〜２１Åであることが好ましい。
【０２３４】
また、フリー磁性層１０３は、非磁性層１０４に接する側がＮｉＦｅ（パーマロイ）層あるいはＮｉＦｅＸ層（ＸはＡｌ，Ｓｉ，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）であり、非磁性材料層１０２に接する側がＣｏ、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ことが好ましい。
【０２３５】
図８の磁気検出素子でも、強磁性層１０５の磁化方向が第２反強磁性層１０６との交換結合磁界により固定磁性層１０１の磁化方向と交叉する方向へ向けられ、フリー磁性層１０３が、非磁性層１０４を介した強磁性層１０５との層間結合磁界、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１０１の磁化方向と交叉する方向へ向けられている。
【０２３６】
図８の磁気検出素子でも、第２反強磁性層１０６と強磁性層１０５間の交換結合磁界を大きくして強磁性層１０５の磁化方向を固定磁性層１０１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１０３と強磁性層１０５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１０３の単磁区化と洩れ磁界による磁化変動を両立させることができる。
【０２３７】
図８の磁気検出素子でも、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１０３にかかる縦バイアス磁界が乱れ、フリー磁性層１０３の磁区構造が乱されることを抑制できる。
【０２３８】
そして、固定磁性層１０１及び第１反強磁性層１００のトラック幅方向寸法Ｗ７並びに強磁性層１０５及び第２反強磁性層１０６のトラック幅方向寸法Ｗ８が、フリー磁性層１０３のトラック幅方向寸法Ｗ９より大きくなっている。
【０２３９】
このような構造を有する図８の磁気検出素子は、その製造過程において、固定磁性層１０１及び第１反強磁性層１００並びに強磁性層１０５及び第２反強磁性層１０６のトラック幅方向両側端部を、フリー磁性層１０３に合わせて除去する必要がなくなる。
【０２４０】
従って、固定磁性層１０１及び第１反強磁性層１００の材料並びに強磁性層１０５及び第２反強磁性層１０６材料が、フリー磁性層１０３の両側端面に再付着することがなくなり、フリー磁性層１０３と固定磁性層１０１間の短絡を低減または防止できるので、磁界検出出力の向上及び品質の向上を図れる。
【０２４１】
また、フリー磁性層１０３のトラック幅方向寸法Ｗ９で規定される、磁気検出素子の光学的トラック幅寸法Ｏ−Ｔｗを正確に規定できるようになり、狭トラック化を促進できる。
【０２４２】
また、固定磁性層１０１のトラック幅方向寸法Ｗ７を大きくすることにより、トラック幅方向の反磁界を小さくすることができ、固定磁性層１０１の磁化をトラック幅方向に垂直な方向（ハイト方向）に固定することが容易になる。
【０２４３】
また、図８の磁気検出素子では、非磁性層１０４を、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上で形成するため、製造工程で非磁性層１０４が大気に暴露されても、表面に形成される酸化層の膜厚が薄くなり、この酸化層を除去するために低エネルギーのイオンミリングを用いることができる。従って、非磁性層１０４の下層のフリー磁性層１０３の磁気特性の劣化を抑えることができる。
【０２４４】
なお、図５から図８に示す磁気検出素子の上下にも、ギャップ層（図示せず）を介してシールド層（図示せず）が設けられており、磁気検出素子、ギャップ層及びシールド層を合わせてＭＲヘッドと呼ばれる。
【０２４５】
なお第１の電極層２０と第２の電極層３１がギャップ層を兼ねていてもよいし、あるいは第１の電極層２０と第２の電極層３１が磁性材料で形成されるときは、シールド層を兼ねていてもよい。
【０２４６】
また、ＭＲヘッドの上に記録用のインダクティブヘッドが積層されていてもよい。このとき、磁気検出素子の上側に形成されたシールド層（上部シールド層）は、インダクティブヘッドの下部コア層として兼用されてもよい。
【０２４７】
図１に示された磁気検出素子の製造方法を説明する。
なお図９ないし図１２は、製造中の磁気検出素子を記録媒体との対向面から見た部分断面図である。
【０２４８】
図９に示す工程では、第１の電極層２０上に、Ｔａなどで形成された下地層２１、ＮｉＦｅＣｒなどで形成されたシード層２２、ＰｔＭｎなどで形成された下側反強磁性層（他の反強磁性層）２３、Ｃｏなどで形成された磁性層５１と５３と、磁性層５１、５３間にＲｕなどの中間層５２が形成された３層フェリ構造の下側固定磁性層（他の固定磁性層）２４、Ｃｕなどで形成された下側非磁性材料層（他の非磁性材料層）２５、Ｃｏ膜５４，５４とＮｉＦｅなどの磁性層５５で形成されたフリー磁性層２６、Ｃｕなどで形成された上側非磁性材料層（非磁性材料層）２７、絶縁部と導電部とが混在した電流制限層２８を順次積層する。なお、電流制限層２８は上側非磁性材料層２７の表面を保護する保護層でもある。前記電流制限層２８の製造方法については、後で詳しく説明する。
【０２４９】
なお、電流制限層２８の膜厚は５Å〜５０Å、上側非磁性材料層２７及び下側非磁性材料層２５の膜厚は２５Å程度、フリー磁性層２６の膜厚は２０Å〜１００Åである。また下側反強磁性層２３の膜厚は８０Å〜３００Å、下側固定磁性層２４の膜厚は２０Å〜１５０Åである。
【０２５０】
次に、電流制限層２８の上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１０に示す形状のレジスト層Ｒ１を電流制限層２８上に残す。レジスト層Ｒ１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る。
【０２５１】
次に、電流制限層２８の表面に対する垂直方向からのイオンミリングまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって、図１０に示されるように電流制限層２８、上側非磁性材料層２７、フリー磁性層２６、及び下側非磁性材料層２５まで削る。図１０工程のイオンミリングの結果、フリー磁性層２６のトラック幅方向寸法Ｗ３が光学的トラック幅Ｏ―Ｔｗとなり、下側固定磁性層２４、下側反強磁性層２３のトラック幅方向寸法はフリー磁性層２６のトラック幅方向寸法Ｗ３より大きくなる。
【０２５２】
また、電流制限層２８、上側非磁性材料層２７、フリー磁性層２６、及び下側非磁性材料層２５のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側端面Ｓ１，Ｓ１が連続した傾斜面となっている。
【０２５３】
次に、図１０のイオンミリング工程によって露出した下側固定磁性層２４の両側端部Ｄ，Ｄ上に、絶縁層３２、バイアス下地層３３、ハードバイアス層３４、及び絶縁層３５をスパッタ成膜する。このとき、レジスト層Ｒ１は電流制限層２８の上に載せられたままになっており、レジスト層Ｒ１の上面及び側面には、絶縁層３２の材料からなる層３２Ａ、バイアス下地層３３の材料からなる層３３Ａ、ハードバイアス層３４の材料からなる層３４Ａ、及び絶縁層３５の材料からなる層３５Ａが積層される。
【０２５４】
なお、絶縁層３２の上面３２ａは、フリー磁性層２６の下面２６ａよりも図示下側（図示Ｚ方向とは逆方向）に形成されていることが好ましい。
【０２５５】
ハードバイアス層３４は、フリー磁性層２６の両側に対向する位置に形成される。ハードバイアス層３４は、後の工程で、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に着磁され、フリー磁性層２６の磁化を図示Ｘ方向に揃える縦バイアス磁界を供給する。
【０２５６】
また、バイアス下地層３３はハードバイアス層３４の下側にのみ形成されていることが好ましいが、フリー磁性層２６の両側端面２６ｂ，２６ｂとハードバイアス層３４間にも若干、介在してもよい。フリー磁性層２６の両側端面２６ｂ，２６ｂとハードバイアス層３４間に形成されるバイアス下地層３３のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における膜厚は１ｎｍ以下であることが好ましい。
【０２５７】
これによりハードバイアス層３４とフリー磁性層２６とを磁気的に連続体にでき、フリー磁性層２６の端部が反磁界の影響を受けるバックリング現象などの問題も発生せず、フリー磁性層２６の磁区制御を容易にできる。
【０２５８】
絶縁層３５の成膜後、レジスト層Ｒ１を除去し、図１２に示されるように磁性層６０、６２間にＲｕなどの中間層６１が形成された３層フェリ構造の上側固定磁性層２９、上側反強磁性層３０をまずベタ膜状に成膜する。その後、上側反強磁性層３０、上側固定磁性層２９、下側固定磁性層２４、反強磁性層２３を適切な大きさに加工する。この工程で、上側反強磁性層３０と上側固定磁性層２９のトラック幅方向寸法がＷ２（図１参照）、下側反強磁性層２３と下側固定磁性層２４のトラック幅方向寸法がＷ３（図１参照）になる。
【０２５９】
さらに、第２の電極層３１を積層し、図示Ｙ方向の磁場中でアニールを施して、上側反強磁性層３０と上側固定磁性層２９間及び下側反強磁性層２３と下側固定磁性層２４間に交換結合磁界を発生させる。
【０２６０】
なお、磁場中アニールの熱温度は例えば２７０℃であり、磁界の大きさは例えば８００ｋ（Ａ／ｍ）である。
【０２６１】
本実施の形態の磁気検出素子の製造方法の効果について述べる。
図１０工程のイオンミリング工程では、各層の削られた材料が、残された電流制限層２８、上側非磁性材料層２７、フリー磁性層２６、及び下側非磁性材料層２５の両側端面Ｓ１，Ｓ１に再付着することがある。
【０２６２】
従来のデュアルスピンバルブ型の磁気検出素子の製造方法では、上側非磁性材料層２７の上層に、膜厚が２０Å〜１５０Å程度の上側固定磁性層２９、膜厚が８０Å〜３００Å程度の上側反強磁性層３０、及び膜厚が２０Å〜２００Åの保護層を積層した後、前記保護層、上側反強磁性層３０、上側固定磁性層２９、電流制限層２８、上側非磁性材料層２７、フリー磁性層２６、及び下側非磁性材料層２５のレジスト層Ｒ１に覆われていない領域を削っていたので、削られた材料の再付着量も多かった。
【０２６３】
これに対して、本実施の形態では、電流制限層２８、上側非磁性材料層２７、フリー磁性層２６、及び下側非磁性材料層２５を削るだけなので、削られた材料の両側端面Ｓ１，Ｓ１への再付着量が低減する。
【０２６４】
また、図１０工程では、下側固定磁性層２４及び下側反強磁性層２３の両側端部を削らずにイオンミリングをとめ，両側端面Ｓ１，Ｓ１への削られた材料の再付着量をできる限り減らすようにしている。
【０２６５】
この結果、本実施の形複では、図１０工程におけるイオンミリング工程の削り量（図示Ｚ方向と反対方向の削り深さ）は７５Å〜２００Å程度になる。
【０２６６】
従って、下側固定磁性層２４及び下側反強磁性層２３並びに上側固定磁性層２９及び上側反強磁性層３０の材料が、両側端面Ｓ１，Ｓ１に再付着することがなく、フリー磁性層２６と上側固定磁性層２９間の短絡及びフリー磁性層２６と下側固定磁性層２４間の短絡を低減または防止できるので、磁界検出出力の向上及び品質の向上を図れる。
【０２６７】
また、両側端面Ｓ１，Ｓ１への削られた材料の再付着量を減らせるため、フリー磁性層２６のトラック幅方向寸法Ｗ３で規定される、磁気検出素子の光学的トラック幅寸法Ｏ−Ｔｗを正確に規定できるようになり、狭トラック化を促進できる。
【０２６８】
また、フリー磁性層２６とハードバイアス層３４，３４間の距離を適切に調節できる。
【０２６９】
さらに、上側固定磁性層２９及び下側固定磁性層２４のトラック幅方向寸法Ｗ２，Ｗ１を大きくすることにより、トラック幅方向の反磁界を小さくすることができ、上側固定磁性層２９及び下側固定磁性層２４の磁化をトラック幅方向に垂直な方向（ハイト方向）に固定することが容易になる。
【０２７０】
また、本実施の形態では、図１０工程におけるイオンミリング工程の削り量が少ないため、レジスト層Ｒ１の側面及びアンダーカット部Ｃ，Ｃに、削られた材料が再付着する割合も減らすことができるので、レジスト層Ｒ１のマスキング精度の低下を防止できる。従って、図１１工程で、絶縁層３２、バイアス下地層３３、ハードバイアス層３４、及び絶縁層３５をスパッタ成膜するときに、ハードバイアス層３４を、Ｚ方向及びトラック幅方向の正確な位置に形成することができる。
【０２７１】
すなわち、ハードバイアス層３４を、フリー磁性層２６のトラック幅方向両側部に正確に対向させることができ、フリー磁性層２６に安定した縦バイアス磁界を供給でき、磁界検出出力及び出力の対称性（アシンメトリー）を向上させることができる。
【０２７２】
また、レジスト層Ｒ１の除去も容易になる。
本発明では、上側固定磁性層２９、上側反強磁性層３０を積層する前に、下側非磁性材料層２５、フリー磁性層２６、上側非磁性材料層２７のトラック幅方向寸法を決めるイオンミリング工程を行う。このため、第１の電極層２０から上側非磁性材料層２７まで成膜した後、大気中に暴露できるように、上側非磁性材料層２７を保護層で覆うことになる。
【０２７３】
本実施の形態は、この保護層を電流制限層２８とすることに特徴を有している。
【０２７４】
ここで、電流制限層２８の製造方法について詳しく述べる。図１３ないし図２２は、上側非磁性材料層２７上に電流制限層２８を形成する際の上側非磁性材料層２７上面の状態等を示す部分模式図である。
【０２７５】
電流制限層２８を形成するには、まずＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２などの酸化膜やＡｌＮなどの窒化膜を上側非磁性材料層２７にスパッタ成膜する。本発明では酸化膜としては、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種または２種以上の酸化物からなる絶縁材料を用いることが好ましい。
【０２７６】
また窒化膜としては、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種または２種以上の窒化物からなる絶縁材料を用いることが好ましい。
【０２７７】
これら酸化膜や窒化膜は、成膜条件によっては、上側非磁性材料層２７上で連続体膜となりにくく、すなわち不連続体膜となりやすくすることができる絶縁材料である。不連続体膜になりやすいとは、図１３に示すように、上側非磁性材料層２７で絶縁材料の粒子が凝集しやすく、核を形成しやすいことを意味する。
【０２７８】
またより凝集性を高めるには、絶縁材料のスパッタ成膜時におけるスパッタ条件を適切に調整することが重要である。
【０２７９】
まず基板温度を２０〜２００℃程度に低温にする。また基板とターゲット間の距離を２００〜３００ｍｍ程度に離す。またＡｒガスのガス圧を１０〜５０ｍＴｏｒｒ（１．３〜６．７Ｐａ）程度に高くする。
【０２８０】
上記したスパッタ条件であると、絶縁材料の原子は、上側非磁性材料層２７で、表面移動が不十分となり凝集して核を形成しやすくなるのである。
【０２８１】
また、本実施の形態では、上側非磁性材料層２７がＣｕで形成されている。Ｃｕからなる薄膜は表面エネルギーが低く且つ酸化されにくいので、図１３に示す核形成が、完全濡れモードとなりにくく、単層成長（ＦＭモード）しづらい。従って上側非磁性材料層２７上に形成される酸化膜や窒化膜を、上側非磁性材料層２７上で不連続体膜にしやすくなる。
【０２８２】
核が成長した状態は図１４に示されており、このように上側非磁性材料層２７上に形成された絶縁材料膜には、絶縁材料膜の上面から下面にまで通じる複数の孔が形成される。なお絶縁材料膜には図３に示すような膜面と平行な平面から見たときに、連続して延びる溝が形成されていてもよい。
【０２８３】
次に図１５に示す工程では、絶縁材料膜上から孔内にかけて、導電性材料をスパッタ成膜する。これにより絶縁材料膜上から孔内には導電材料層が形成され、孔は導電材料層により埋められた状態になる。
【０２８４】
なお導電性材料には、上側非磁性材料層２７と同じ材料を用いることが好ましい。本実施の形態ではＣｕである。ただし、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅのうちいずれか１種または２種以上の貴金属材料を用いてもよい。Ｃｕや貴金属材料はそれ自体、酸化されにくい材質であるから、熱処理などによって酸素の拡散が生じないようにすることができ、電流制限層の開口部（孔）と非開口部（絶縁膜）とのコントラストを高く保つことが可能である。
【０２８５】
なお導電性材料のスパッタ条件では、例えば基板温度を２０〜１００℃程度にする。また基板とターゲット間の距離を４０〜１００ｍｍ程度にする。またＡｒガスのガス圧を０．５〜１０ｍＴｏｒｒ（０．０７〜１．３Ｐａ）程度にする。
上記の製造方法によって電流制限層２８を形成することが可能である。
【０２８６】
あるいは本発明では、図１６に示すように、上側非磁性材料層２７上に、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、希土類元素のうちいずれか１種または２種以上の金属元素からなる膜をスパッタで形成し、このとき、金属膜に下面から上面にまで通じる複数の孔あるいは膜面と平行な平面から見たときに連続して延びる溝が適切に残されている状態でスパッタを止める。金属元素は、Ｃｕからなる上側非磁性材料層２７表面に凝集して核を形成しやすく、図１６に示すように例えば島状に凝集して形成され、金属膜には下面から上面にまで通じる複数の孔が設けられる。なお絶縁材料膜には図３に示すような膜面と平行な平面から見たときに、連続して延びる溝が形成されていてもよい。
【０２８７】
また、本実施の形態では、上側非磁性材料層２７がＣｕで形成されている。Ｃｕからなる薄膜は表面エネルギーが低く且つ酸化されにくいので、図１６に示す核形成が、完全濡れモードとなりにくく、単層成長（ＦＭモード）しづらい。従って上側非磁性材料層２７上に形成される金属元素は、上側非磁性材料層２７上で凝集しやすくなる。
【０２８８】
次に、図１７に示すように、この金属膜を酸化する。酸化には自然酸化、プラズマ酸化、ラジカル酸化や陽極酸化を用いることができる。
【０２８９】
この酸化工程によって、金属膜は酸化され絶縁材料膜になる。そして図１８工程で、絶縁材料膜上から孔内にかけて、導電性材料をスパッタ成膜する。これにより絶縁材料膜上から孔内には導電材料層が形成され、孔は導電材料層により埋められた状態になる。
【０２９０】
なお、導電材料層にα−Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、やＷ（タングステン）などを使用してもよいが、貴金属元素やＣｕ以外の元素で導電層の形成を行うと、その後に施される熱処理等により、絶縁材料膜から酸素が上側固定磁性層２９などに移動し、酸素の分布がぼやけて開口部と非開口部とのコントラストが悪化する。
【０２９１】
あるいは本発明では、絶縁材料で形成されたターゲットと導電性材料で形成されたターゲットを用意し、これら２つのターゲットをスパッタする。これにより上側非磁性材料層２７上には、絶縁材料の粒子と導電性材料の粒子とが混在した電流制限層２８を形成することができる。絶縁材料及び導電性材料には上記した材質を使用してもよいが、本発明では以下の材料によって、絶縁材料膜に導電性粒子が分散された膜構成の電流制限層２８を形成することができる。
【０２９２】
具体的には、上側非磁性材料層２７の上面に、ＦｅａＭｂＯｃ（ただし元素ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ及び希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素）なる組成式を有し、組成比ａ、ｂ、ｃは原子％で、４０≦ａ≦５０、１０≦ｂ≦３０、２０≦ｃ≦４０で、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００なる関係を満たし、また膜構造は、Ｆｅを主成分とした微結晶粒が、元素ＭとＯとの化合物を含む非晶質中に分散された膜構成を有する、電流制限層２８をスパッタ成膜する。
【０２９３】
あるいは上側非磁性材料層２７の上面に、ＦｅｄＭｅＮｆ（ただし元素Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ及び希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素）からなる組成式を有し、組成比ｄ、ｅ、ｆは原子％で、６０≦ｄ≦７０、１０≦ｅ≦１５、１９≦ｆ≦２５で、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００なる関係を満たし、また膜構造は、Ｆｅを主成分とした微結晶粒が、元素ＭとＮとの化合物を含む非晶質中に分散された膜構成を有する、電流制限層２８をスパッタ成膜してもよい。
【０２９４】
これらＦｅＭＯやＦｅＭＮ合金を成膜するには、例えばＦｅのターゲットとＭＯやＭＮからなるターゲットを用意しておき、これら２つのターゲットをスパッタすることで、上記した組成比及び膜構造を有する電流制限層２８を形成することができる。
【０２９５】
あるいは本発明では、電流制限層２８を、Ｃｏと、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ａｇのうちいずれか１種または２種以上の金属材料をスパッタ成膜した後、熱処理を施すことでＣｏを酸化して形成してもよい。
【０２９６】
図１９に示す工程ではＣｕからなる上側非磁性材料層２７の上にＦｅＭＯやＦｅＭＮ合金からなる電流制限層２８をスパッタ成膜する。電流制限層２８を成膜後、熱処理を施すと電流制限層２８のグラニュラーの相分離が進み、酸化されている部分とされていない部分とのコントラストが高まる。
【０２９７】
図２０に示す工程では上側非磁性材料層２７上にＣｏと、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ａｇのうちいずれか１種または２種以上の金属材料とを混合した材料をスパッタ成膜する。その後、アニールをして相分離を促進させる。図２１に示す工程では自然酸化、プラズマ酸化、ラジカル酸化等を施して卑な物質よりなる主としてＣｏの部分を酸化する。一方、Ａｕなどで形成された貴金属粒子は酸化されず、導電性粒子そしてそのまま残される。
【０２９８】
なお図１９及び図２０に示す工程時の双方に言えることは、電流制限層の膜厚をその中に含まれる導電性粒子の粒径よりも小さくすることである。そうしないと電流制限層の上面から下面にかけてセンス電流が流れる電流通路が適切に形成されず、良好にセンス電流の電流経路を絞り込み再生出力の向上を図ることができないからである。
【０２９９】
なお図１６ないし図２１に示す工程では、酸化工程を施して酸化物からなる絶縁材料膜を形成したが、窒化してもよい。
【０３００】
以上述べたように形成された電流制限層は、大気に暴露したときに保護層として機能できる。
【０３０１】
図４に示された磁気検出素子を形成するときには、図１１工程の後、絶縁層３５と電流制限層２８の上に、Ｃｕを用いて上側非磁性材料層７０の上層部（第２の非磁性材料層）７２を成膜した後、上側固定磁性層２９及び上側反強磁性層３０を成膜する。
【０３０２】
Ｃｕからなる上層部７２が電流制限層２８の上に積層されると、その後に施される磁場中アニールなどの熱処理等により、絶縁材料膜から酸素が上側固定磁性層２９などに移動して、酸素の分布がぼやけて開口部と非開口部とのコントラストが悪化することを防止できる。
【０３０３】
図５に示された磁気検出素子を形成するときには、第１の電極層２０上に下地層８０、フリー磁性層８１、非磁性材料層８２、保護層を兼ねる電流制限層８３をべた膜状に成膜した後、図１０工程ないし図１２工程と同様の工程を行う。
【０３０４】
図６に示された磁気検出素子を形成するときには、第１の電極層２０上に、インスタックバイアス層８６、中間層８７、下地層８０、フリー磁性層８１、非磁性材料層８２、保護層を兼ねる電流制限層８３をべた膜状に成膜した後、図１０工程ないし図１２工程と同様の工程を行う。
【０３０５】
図７に示された磁気検出素子を形成するときには、第１の電極層２０上に、下地層２１、シード層２２、バイアス反強磁性層９０、強磁性層９１、非磁性層９２、フリー磁性層８１、非磁性材料層８２、保護層ともなる電流制限層８３をべた膜状に成膜した後、第１の磁場中アニールを施して、バイアス反強磁性層９０と強磁性層９１の間にトラック幅方向の交換結合磁界を発生させる。第１の磁場中アニールの熱温度は例えば２７０℃であり、磁界の大きさは例えば８００ｋ（Ａ／ｍ）である。
【０３０６】
第１の磁場中アニール後、図１０工程ないし図１２工程と同様の工程を行い、固定磁性層８４及び反強磁性層８５を成膜した後、第２の磁場中アニールを施す。
【０３０７】
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、バイアス反強磁性層９０と強磁性層９１間の交換結合磁界よりも小さく、しかも熱処理温度を、バイアス反強磁性層９０のブロッキング温度よりも低くする。これによってバイアス反強磁性層９０と強磁性層９１間の交換結合磁界の方向をトラック幅方向に向けたまま、反強磁性層８５と固定磁性層８４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８４の磁化方向は強磁性層９１及びフリー磁性層８１の磁化方向と交叉する方向に固定される。
【０３０８】
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、固定磁性層８４の保磁力より大きい。
【０３０９】
本実施の形態のように、２回の磁場中アニールを施す製造方法を用いるとバイアス反強磁性層９０及び反強磁性層８５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。
【０３１０】
図８に示される磁気検出素子を形成するときには、第１の電極層２０上に、下地層２１、シード層２２、第１反強磁性層１００、固定磁性層１０１、非磁性材料層１０２、フリー磁性層１０３、非磁性層１０４をべた膜状に成膜する。非磁性層１０４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、大気中に暴露されたときの保護層として機能する。
【０３１１】
次に、第１の磁場中アニールを施して、第１反強磁性層１００と固定磁性層１０１の間に図示Ｙ方向（ハイト方向）の交換結合磁界を発生させる。第１の磁場中アニールの熱温度は例えば２７０℃であり、磁界の大きさは例えば８００ｋ（Ａ／ｍ）である。なお、第１の磁場中アニールによって、フリー磁性層１０３には非磁性層１０４の材料が拡散する。この拡散はＳＩＭＳ分析装置などを用いて確認できる。
【０３１２】
図１０工程と同様に、非磁性層１０４の上にレジスト層を形成した後、フリー磁性層１０３及び非磁性材料層１０２のトラック幅方向寸法を規定するイオンミリングまたはＲＩＥ工程を行い、さらに絶縁層１０７を成膜する。
【０３１３】
絶縁層１０７の成膜後に、前記レジスト層を除去した後に、非磁性層１０４の表面に形成された酸化層を除去する。非磁性層１０４がＲｕによって形成されているときには、このイオンミリング工程において、非磁性層１０４の膜厚を８Å〜１１Å又は１５Å〜２１Åにすることが好ましい。これにより、図８の磁気検出素子のフリー磁性層１０３と強磁性層１０５間のＲＫＫＹ相互作用の大きさを適切に調節できる。
【０３１４】
図２２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、フリー磁性層１０３の強磁性特性が劣化することを防止できる。低エネルギーのイオンミリングを使用できる理由は、非磁性層１０４が５Å〜２０Åの非常に薄い膜厚で形成されており、しかも、非磁性層１０４の表面に形成される酸化層の膜厚が３Å〜６Åと薄い膜厚になるからである。
【０３１５】
なお、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、１００Ｖ〜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。このように本発明では低エネルギーのイオンミリングを使用でき、従来に比べてミリング制御を向上させることができるのである。
【０３１６】
また、ミリング時間は２０秒から４０秒程度、ミリング角度は、非磁性層１０４表面の垂直方向に対し３０°から７０°、好ましくは４０°から６０°傾いた角度で行うことが好ましい。
【０３１７】
これに対し、非磁性層１０４として例えば従来よく使われてきたＴａを使用すると、Ｔａは大気暴露によって酸化されやすいので、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は酸化によって体積が大きくなり非磁性層１０４の膜厚は約５０Å以上にまで膨れ上がる。
【０３１８】
このような厚い膜厚の非磁性層１０４をイオンミリングで削るには、高エネルギーのイオンミリングが必要となる。その結果、非磁性層１０４の下に形成されているフリー磁性層１０３の強磁性特性が劣化しやすくなる。
【０３１９】
前記低エネルギーのイオンミリング後、強磁性層１０５、第２反強磁性層１０６を連続成膜し、第２の磁場中アニールを施す。
【０３２０】
このときの磁場方向は、トラック幅方向である。なおこの第２の磁場中アニールは、第２の印加磁界を、第１反強磁性層１００と固定磁性層１０１間の交換結合磁界よりも小さく、しかも熱処理温度を、第１反強磁性層１００のブロッキング温度よりも低くする。これによって第１反強磁性層１００と固定磁性層１０１間の交換結合磁界の方向をハイト方向に向けたまま、第２反強磁性層１０６と強磁性層１０５間の交換結合磁界をトラック幅方向に向けることができる。
【０３２１】
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、フリー磁性層１０３の保磁力より大きい。
【０３２２】
本実施の形態のように、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１００及び第２反強磁性層１０６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。
【０３２３】
なお、図９工程で電流制限層２８を形成する代わりに、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、膜厚が２Å〜１０Å、より好ましくは２Å〜５Åである保護層を形成してもよい。この場合、図１１工程でレジスト層Ｒ１を除去した後、前記保護層を前述の低エネルギーのイオンミリングで完全に除去あるいは一部残すように削った後、上側固定磁性層２９及び上側反強磁性層３０を形成する。この製造方法によって形成された磁気検出素子を図２３に示す。図２３は前記保護層を完全に除去したものであるが、点線１０８で示されるように前記保護層が上側非磁性材料層２７と上側固定磁性層２９の間に残されたものであってもよい。なお、上側非磁性材料層２７には前記保護層の材料が拡散している。この拡散はＳＩＭＳ分析装置などを用いて確認できる。
【０３２４】
また、図５、図６、図７に示された磁気検出素子の電流制限層８３の代わりに、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、膜厚が２Å〜１０Å、より好ましくは２Å〜５Åである保護層を形成して、前記保護層を前述の低エネルギーのイオンミリングで完全に除去あるいは一部残すように削った後、固定磁性層８４及び反強磁性層８５を形成してもよい。この場合も、非磁性材料層８２には前記保護層の材料が拡散している。この拡散はＳＩＭＳ分析装置などを用いて確認できる。
【０３２５】
【発明の効果】
以上詳細に説明した本発明によれば、前記反強磁性層のトラック幅方向寸法が、前記フリー磁性層のトラック幅方向寸法より大きいものであるので、製造工程において前記反強磁性層のトラック幅方向両側端部を、前記フリー磁性層に合わせて除去する必要がなくなる。
【０３２６】
従って、前記フリー磁性層の両側端面に付着する前記多層膜の材料を低減でき、前記フリー磁性層と前記固定磁性層の短絡を低減または防止できるので、磁界検出出力の向上及び品質の向上を図れる。また、磁気検出素子のトラック幅寸法を正確に規定できるようになり、狭トラック化を促進できる。
【０３２７】
また、本発明では、前記固定磁性層及び前記反強磁性層の成膜工程と、前記フリー磁性層及び前記非磁性材料層の成膜工程が不連続になる。
【０３２８】
その結果、前記非磁性材料層と前記固定磁性層の間または前記非磁性材料層内に、絶縁部と導電部とが混在した電流制限層を容易に形成することができる。
【０３２９】
このため電極層から前記電流制限層を介して前記非磁性材料層及び前記フリー磁性層内に流れるセンス電流を、前記導電部と対向する部分のみに局部的に流すことができ、膜面と平行な方向におけるフリー磁性層の光学的な素子面積というを０．０１μｍ２以上に形成しても実効的な素子面積を小さくでき、再生出力の高いＣＰＰ型の磁気検出素子を容易に形成することができる。
【０３３０】
また前記フリー磁性層の素子面積を０．０１μｍ２以上に大きくできるから、記録媒体からの外部磁界を効果的に検出することが可能であり、再生出力の向上、再生波形の安定性の向上を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】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断面図、
【図２】本発明における多層膜及び電流制限層の膜構成を示す部分模式図、
【図３】本発明における多層膜及び別の電流制限層の膜構成を示す部分模式図
【図４】本発明における第２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断面図、
【図５】本発明における第３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断面図、
【図６】本発明における第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断面図、
【図７】本発明における第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断面図、
【図８】本発明における第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断面図、
【図９】図１の磁気検出素子の製造工程を示す一工程図、
【図１０】図１の磁気検出素子の製造工程を示す一工程図、
【図１１】図１の磁気検出素子の製造工程を示す一工程図、
【図１２】図１の磁気検出素子の製造工程を示す一工程図、
【図１３】非磁性材料層上に電極制限層を形成する際の前記非磁性材料層上面の状態を示す模式図、
【図１４】図１３の次の状態を示す部分模式図、
【図１５】図１４の次の状態を示す部分模式図、
【図１６】非磁性材料層上に電極制限層を形成する際の前記非磁性材料層上面の状態を示す模式図、
【図１７】図１６の次の状態を示す部分模式図、
【図１８】図１７の次の状態を示す部分模式図、
【図１９】非磁性材料層上に電極制限層を形成する際の前記非磁性材料層上面の状態を示す模式図、
【図２０】非磁性材料層上に電極制限層を形成する際の前記非磁性材料層上面の状態を示す模式図、
【図２１】図２０の次の状態を示す部分模式図、
【図２２】図８の磁気検出素子の製造工程を示す一工程図、
【図２３】本発明における第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断面図、
【図２４】従来の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図２５】従来の磁気検出素子の製造工程を示す一工程図、
【図２６】従来の磁気検出素子の製造工程を示す一工程図、
【図２７】従来の磁気検出素子の製造工程を示す一工程図、
【符号の説明】
２０ 第１の電極層
２１ 下地層
２２ シード層
２３ 下側反強磁性層
２４ 下側固定磁性層
２５ 下側非磁性材料層
２６ フリー磁性層
２７ 上側非磁性材料層
２８ 電流制限層
２９ 上側固定磁性層
３０ 上側反強磁性層
３１ 第２の電極層
Claims (36)
- 下から順に、フリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層、及び反強磁性層が積層された多層膜を有し、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記反強磁性層のトラック幅方向寸法は、前記フリー磁性層のトラック幅方向寸法よりも大きいことを特徴とする磁気検出素子。 - 前記フリー磁性層の下に、他の非磁性材料層、他の固定磁性層、及び他の反強磁性層が形成され、前記他の反強磁性層のトラック幅方向寸法は、前記フリー磁性層のトラック幅方向寸法よりも大きい請求項１記載の磁気検出素子。
- 前記フリー磁性層の下に、非磁性層、強磁性層、及び他の反強磁性層が形成され、前記他の反強磁性層のトラック幅方向寸法は、前記フリー磁性層のトラック幅方向寸法よりも大きい請求項１記載の磁気検出素子。
- 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３記載の磁気検出素子。
- 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ている請求項３または４に記載の磁気検出素子。
- 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５に記載の磁気検出素子。
- 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，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、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３ないし６のいずれかに記載の磁気検出素子。
- 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３ないし６のいずれかに記載の磁気検出素子。
- 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，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請求項３ないし８のいずれかに記載の磁気検出素子。
- 前記非磁性材料層と前記固定磁性層の間に、絶縁部と導電部とが混在した電流制限層が形成されており、前記電流制限層のトラック幅方向寸法は前記非磁性材料層のトラック幅方向と等しくなっている請求項１ないし９のいずれかに記載の磁気検出素子。
- 前記非磁性材料層の内部に、絶縁部と導電部とが混在した電流制限層が形成されている請求項１ないし９のいずれかに記載の磁気検出素子。
- 前記電流制限層の前記絶縁部は、少なくとも前記電流制限層の上面から下面にまで通じる複数の孔が設けられた絶縁材料膜であり、この孔内に前記導電部となる導電性材料膜が埋め込まれている請求項１０または１１記載の磁気検出素子。
- 前記電流制限層の前記絶縁部は、膜面と平行な平面から見たときに連続して延びる溝を有し、この溝は前記電流制限層の上面から下面にまで通じて形成されており、前記溝内に前記導電部となる導電性材料が埋め込まれている請求項１０または１１記載の磁気検出素子。
- 前記電流制限層の前記絶縁部は、前記電流制限層の上面から下面にまで通じる孔と、膜面と平行な平面から見たときに連続して延び、前記電流制限層の上面から下面にまで通じる溝とが混在した絶縁材料膜であり、前記孔及び溝内に前記導電部となる導電性材料が埋め込まれている請求項１０または１１記載の磁気検出素子。
- 前記絶縁材料膜は、酸化膜あるいは窒化膜で形成される請求項１２ないし１４のいずれかに記載の磁気検出素子。
- 前記電流制限層の前記導電部は導電性粒子であり、前記導電性粒子は前記絶縁部となる絶縁性材料層内に分散されている請求項１０または１１記載の磁気検出素子。
- 前記電流制限層の前記絶縁部は絶縁性粒子であり、前記絶縁性粒子は、前記導電部となる導電性材料膜内に分散されている請求項１０または１１記載の磁気検出素子。
- 下から第１反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性層、強磁性層、及び第２反強磁性層が形成されている磁気検出素子であって、
第１反強磁性層及び第２反強磁性層のトラック幅方向寸法は、前記フリー磁性層のトラック幅方向寸法よりも大きいことを特徴とする磁気検出素子。 - 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１８記載の磁気検出素子。
- 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ている請求項１８または１９に記載の磁気検出素子。
- 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）下から順に積層された第１の電極層、フリー磁性層、非磁性材料層、及び保護層を有する多層膜を形成する工程と、
（ｂ）前記フリー磁性層、前記非磁性材料層、及び前記保護層の両側端部を除去する工程と、
（ｃ）前記保護層又は前記保護層が除去されて露出された前記非磁性材料層の上に、前記フリー磁性層及び前記非磁性材料層のトラック幅方向寸法よりも大きなトラック幅方向寸法を有する固定磁性層及び反強磁性層を積層する工程と、
（ｄ）前記反強磁性層の上に第２の電極層を形成する工程、
を有することを特徴とする磁気検出素子の製造方法。 - 前記（ａ）工程において
前記第１の電極層の上に、他の反強磁性層、他の固定磁性層、及び他の非磁性材料層を積層した上に前記フリー磁性層を積層する請求項２１記載の磁気検出素子の製造方法。 - 前記（ａ）工程において
前記第１の電極層の上に、他の反強磁性層、非磁性層、及び強磁性層を積層した上に前記フリー磁性層を積層する請求項２１記載の磁気検出素子の製造方法。 - 前記（ｃ）工程において、前記保護層の上に、第２の非磁性材料層を積層した後に、前記固定磁性層及び前記反強磁性層を積層する請求項２１ないし２３のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
- 前記保護層を、絶縁部と導電部とが混在した電流制限層として形成する請求項２１ないし２４のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
- 前記保護層を成膜する工程に、
（ａ１）前記非磁性材料層上に、上面から下面にまで通じる複数の孔あるいは膜面と平行な平面から見たときに連続して延びる溝が形成された絶縁材料膜を成膜する工程と、
（ａ２）前記絶縁材料膜上に導電性材料膜をスパッタ成膜し、このとき前記絶縁材料膜に形成された孔あるいは溝内を前記導電性材料膜で埋める工程を有する請求項２５記載の磁気検出素子の製造方法。 - 前記絶縁材料膜を、前記非磁性材料層上に不連続体膜として形成する請求項２６記載の磁気検出素子の製造方法。
- 前記（ａ１）工程の絶縁材料膜の形成時において、前記絶縁材料膜を、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種または２種以上の酸化物からなる絶縁材料でスパッタ成膜し、このとき前記絶縁材料膜に下面から上面にまで通じる複数の孔あるいは膜面と平行な平面から見たときに連続して延びる溝が残された状態でスパッタを止める請求項２７記載の磁気検出素子の製造方法。
- 前記（ａ１）工程の絶縁材料膜の形成時において、まずＡｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、希土類元素のうちいずれか１種または２種以上の金属元素からなる膜をスパッタで形成し、この金属元素からなる膜に下面から上面にまで通じる複数の孔あるいは膜面と平行な平面から見たときに連続して延びる溝が残された状態でスパッタを止め、その後、前記金属元素からなる膜を酸化し、この酸化膜を絶縁材料膜とする請求項２７記載の磁気検出素子の製造方法。
- 前記（ａ１）工程の絶縁材料膜の形成時において、前記絶縁材料膜を、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種または２種以上の窒化物からなる絶縁材料でスパッタ成膜し、このとき前記絶縁材料膜に下面から上面にまで通じる複数の孔あるいは膜面と平行な平面から見たときに連続して延びる溝が残された状態でスパッタを止める請求項２７記載の磁気検出素子の製造方法。
- 前記（ａ１）工程の絶縁材料膜の形成時において、まずＡｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、希土類元素のうちいずれか１種または２種以上の金属元素からなる膜をスパッタで形成し、この金属元素からなる膜に下面から上面にまで通じる複数の孔あるいは膜面と平行な平面から見たときに連続して延びる溝が残された状態でスパッタを止め、その後、前記金属元素からなる膜を窒化し、この窒化膜を絶縁材料膜とする請求項２７記載の磁気検出素子の製造方法。
- 前記（ａ）工程において、前記保護層を
ＦｅａＭｂＯｃ（ただし元素ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ及び希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素）なる組成式を有し、組成比ａ、ｂ、ｃは原子％で、４０≦ａ≦５０、１０≦ｂ≦３０、２０≦ｃ≦４０で、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００なる関係を満たし、またＦｅを主成分とした微結晶粒が、元素ＭとＯとの化合物を含む非晶質中に分散された膜構成を有するものとしてスパッタ成膜する請求項２５記載の磁気検出素子の製造方法。 - 前記（ａ）工程において、前記保護層を
ＦｅｄＭｅＮｆ（ただし元素Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ及び希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素）からなる組成式を有し、組成比ｄ、ｅ、ｆは原子％で、６０≦ｄ≦７０、１０≦ｅ≦１５、１９≦ｆ≦２５で、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００なる関係を満たし、またＦｅを主成分とした微結晶粒が、元素ＭとＮとの化合物を含む非晶質中に分散された膜構成を有するものとしてスパッタ成膜する請求項２５記載の磁気検出素子の製造方法。 - 前記保護層の成膜後、前記多層膜を熱処理する請求項３２または３３記載の磁気検出素子の製造方法。
- 前記（ａ）工程において、前記保護層を、Ｃｏと、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ａｇのうちいずれか１種または２種以上の金属元素を含む材料をスパッタ成膜することによって形成し、前記多層膜に熱処理を施すことでＣｏを酸化させる請求項２５記載の磁気検出素子の製造方法。
- 前記（ａ）工程において、前記保護層を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する請求項２１ないし２４のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
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