JP2001118217A - スピンバルブ型薄膜磁気素子及び薄膜磁気ヘッド及びスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法 - Google Patents

スピンバルブ型薄膜磁気素子及び薄膜磁気ヘッド及びスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法

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JP2001118217A JP29296699A JP29296699A JP2001118217A JP 2001118217 A JP2001118217 A JP 2001118217A JP 29296699 A JP29296699 A JP 29296699A JP 29296699 A JP29296699 A JP 29296699A JP 2001118217 A JP2001118217 A JP 2001118217A
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健一 田中
Masaji Saito
正路 斎藤
Yosuke Ide
洋介 井出
Naoya Hasegawa
直也 長谷川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フリー磁性層のフェリ磁性状態を安定して維
持させつつ、感度及び抵抗変化率が高くすることが可能
なスピンバルブ型薄膜磁気素子を提供する。 【解決手段】 反強磁性層１３と、反強磁性層１３との
交換結合磁界により磁化方向が固定された固定磁性層１
４と、固定磁性層１４に接する非磁性導電層５と、非磁
性導電層５に接するフリー磁性層１１とを備え、フリー
磁性層１１は、非磁性中間層９と、非磁性中間層９を挟
む第１、第２フリー磁性層１０、８からなり、非磁性導
電層５側にある第２フリー磁性層８の厚さを、第１フリ
ー磁性層１０の厚さより大きくしてなることを特徴とす
るスピンバルブ型薄膜磁気素子１を採用する。これによ
り、スピンバルブ型薄膜磁気素子１の抵抗変化率を高く
すると共にフリー磁性層１１のスピンフロップ磁界を大
きくすることが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スピンバルブ型薄
膜磁気素子及び薄膜磁気ヘッド及びスピンバルブ型薄膜
磁気素子の製造方法に関するものであり、特に、非磁性
中間層を２つの磁性層で挟んで構成されるシンセスィッ
クフェリフリー層を備えてなるスピンバルブ型薄膜磁気
素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】磁気抵抗効果型の磁気ヘッドには、磁気
抵抗効果を示す素子を備えたＭＲ（Magnetoresistive）
ヘッドと巨大磁気抵抗効果を示す素子を備えたＧＭＲ
（GiantMagnetoresistive）ヘッドとがある。ＭＲヘッ
ドにおいては、磁気抵抗効果を示す素子が磁性体からな
る単層構造とされている。一方、ＧＭＲヘッドにおいて
は、磁気抵抗効果を示す素子が複数の材料が積層されて
なる多層構造とされている。巨大磁気抵抗効果を生み出
す構造にはいくつかの種類があるが、比較的構造が単純
で、外部磁界に対して抵抗変化率が高いものとしてスピ
ンバルブ型薄膜磁気素子がある。最近では、磁気記録密
度の高密度化の要求が一段と高まっており、高記録密度
化に対応可能なスピンバルブ型薄膜磁気素子への注目が
高まっている。
【０００３】そこで、従来のスピンバルブ型薄膜磁気素
子を図面を参照して説明する。図１９に、従来のスピン
バルブ型薄膜磁気素子１０１を磁気記録媒体側からみた
断面模式図を示し、図２０にはスピンバルブ型薄膜磁気
素子１０１をトラック幅方向から見た断面模式図を示
す。
【０００４】このスピンバルブ型薄膜磁気素子１０１の
上下には、ギャップ層を介してシールド層が形成されて
おり、スピンバルブ型薄膜磁気素子１０１、ギャップ層
及びシールド層で、再生用の薄膜磁気ヘッドが構成され
ている。また、前記薄膜磁気ヘッドの上に、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。この薄膜
磁気ヘッドは、インダクティブヘッドと共に浮上式スラ
イダのトレーリング側端部などに設けられて薄膜磁気ヘ
ッドを構成し、ハードディスク等の磁気記録媒体の記録
磁界を検出するものである。なお、図１９及び図２０に
おいて、図示Ｚ方向は磁気記録媒体の移動方向であり、
図示Ｙ方向は磁気記録媒体からの漏れ磁界の方向であ
り、図示Ｘ1方向はスピンバルブ型薄膜磁気素子のトラ
ック幅方向である。
【０００５】図１９及び図２０に示すスピンバルブ型薄
膜磁気素子１０１は、反強磁性層１０３、固定磁性層１
０４、非磁性導電層１０５及びフリー磁性層１１１が順
次積層されてなるボトム型のシングルスピンバルブ型薄
膜磁気素子である。図１９及び図２０において符号１０
０はＡｌ2Ｏ3などにより形成された絶縁層を示し、符号
１０２は、絶縁層１００上に積層されたＴａ（タンタ
ル）などからなる下地層を示している。この下地層１０
２の上に反強磁性層１０３が積層され、反強磁性層１０
３の上に固定磁性層１０４が積層され、固定磁性層１０
４の上にＣｕなどにより形成された非磁性導電層１０５
が積層され、非磁性導電層１０５の上にフリー磁性層１
１１が積層され、フリー磁性層１１１の上にはＴａなど
により形成された保護層１２０が積層されている。この
ように、下地層１０２から保護層１２０までの各層が順
次積層されてトラック幅に対応する幅を有する断面視略
台形状の積層体１２１が構成されている。
【０００６】固定磁性層１０４は、例えばＣｏにより形
成されるもので、反強磁性層１０３に接して積層されて
いる。固定磁性層１０４と反強磁性層１０３との界面で
は交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、固定磁性
層１０４の磁化方向が図示Ｙ方向に固定されている。
【０００７】フリー磁性層１１１は、非磁性中間層１０
９と、非磁性中間層１０９を挟む第１フリー磁性層１１
０と第２フリー磁性層１０８から構成されている。第１
フリー磁性層１１０は、非磁性中間層１０９より保護層
１２０側に設けられ、第２フリー磁性層１０８は、非磁
性中間層１０９より非磁性導電層１０５側に設けられて
いる。また、第１フリー磁性層１１０の厚さｔ1は、第
２フリー磁性層１０８の厚さｔ2よりも厚くなってい
る。
【０００８】また、第１フリー磁性層１１０は、ＮｉＦ
ｅ合金等の強磁性材料により形成され、非磁性中間層１
０９は、Ｒｕ等の非磁性材料により形成されている。ま
た、第２フリー磁性層１０８は、拡散防止層１０６と強
磁性層１０７とから構成されている。拡散防止層１０６
及び強磁性層１０７はいずれも強磁性材料からなるもの
で、拡散防止層１０６は例えばＣｏから形成され、強磁
性層１０７はＮｉＦｅ合金から形成されている。なお第
１フリー磁性層１１０と強磁性層１０７は同一の材料か
ら構成されることが好ましい。拡散防止層１０６は、強
磁性層１０７と非磁性導電層１０５との相互拡散を防止
し、非磁性導電層１０５の界面で生じるＧＭＲ効果（Δ
ＭＲ）を大きくするために設けられたものである。
【０００９】また、第１フリー磁性層１１０及び第２フ
リー磁性層１０８の飽和磁化をそれぞれＭ1、Ｍ2とした
とき、第１フリー磁性層１１０及び第２フリー磁性層１
０８の磁気的膜厚はそれぞれＭ1・ｔ1、Ｍ2・ｔ2とな
る。なお、第２フリー磁性層１０８が拡散防止層１０６
及び強磁性層１０７から構成されているため、第２フリ
ー磁性層１０８の磁気的膜厚Ｍ2・ｔ2は拡散防止層１０
６の磁気的膜厚と強磁性層１０７の磁気的膜厚との和に
なる。そしてフリー磁性層１１１は、第１フリー磁性層
１１０と第２フリー磁性層１０８との磁気的膜厚の関係
を、Ｍ1・ｔ1＞Ｍ2・ｔ2とするように構成されている。
【００１０】実際には、拡散防止層１０６を構成するＣ
ｏの飽和磁化が強磁性層１０７及び第１フリー磁性層１
１０を構成するＮｉＦｅ合金の飽和磁化より大きいこと
から、Ｍ1・ｔ1＞Ｍ2・ｔ2の関係を成立させるために、
第１フリー磁性層１１０の厚さｔ1を第２フリー磁性層
１０８の厚さｔ2よりも極端に大きくしている。
【００１１】また、第１フリー磁性層１１０及び第２フ
リー磁性層１０８は、相互に反強磁性的に結合してい
る。即ち、第１フリー磁性層１１０の磁化方向がバイア
ス層１３２、１３２により図示Ｘ1方向に揃えられた場
合、第２フリー磁性層１０８の磁化方向は図示Ｘ1方向
の反対方向に揃えられる。第１、第２フリー磁性層１１
０、１０８の磁気的膜厚の関係がＭ1・ｔ1＞Ｍ2・ｔ2と
されていることから、第１フリー磁性層１１０の磁化が
残存した状態となり、フリー磁性層１１１全体の磁化方
向が図示Ｘ1方向に揃えられる。このときのフリー磁性
層１１１の磁気的な実効膜厚は、（Ｍ1・ｔ1−Ｍ2・
ｔ2）となる。このように、第１フリー磁性層１１０と
第２フリー磁性層１０８は、それぞれの磁化方向が反平
行方向となるように反強磁性的に結合され、かつそれぞ
れの磁気的膜厚の関係がＭ1・ｔ1＞Ｍ2・ｔ2とされてい
ることから、人工的なフェリ磁性状態とされている。ま
たこれにより、前記フリー磁性層１１１の磁化方向と前
記固定磁性層１０４の磁化方向とが交差する関係とな
る。
【００１２】積層体１２１の両側には、例えばＣｏ−Ｐ
ｔ（コバルト−白金）合金からなるバイアス層１３２、
１３２が形成されている。このバイアス層１３２、１３
２は、第１フリー磁性層１１０の磁化方向を図示Ｘ1方
向に揃えさせてフリー磁性層１１１を単磁区化させ、フ
リー磁性層１１１のバルクハウゼンノイズを抑制するた
めのものである。
【００１３】なお、符号１３４、１３４はＣｕなどで形
成された導電層を示している。また、バイアス層１３２
と絶縁層１００との間、及び、バイアス層１３２と積層
体１２１との間には、例えば非磁性金属であるＣｒから
なるバイアス下地層１３１が設けられている。更に、バ
イアス層１３２と導電層１３４との間には、例えば非磁
性金属であるＴａ若しくはＣｒからなる中間層１３３が
設けられている。
【００１４】このスピンバルブ型薄膜磁気素子１０１で
は、ハードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界によ
り、図示Ｘ1方向に揃えられたフリー磁性層１１１の磁
化方向が変動すると、図示Ｙ方向に固定された固定磁性
層１０４の磁化との関係で電気抵抗が変化し、この電気
抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの
洩れ磁界が検出される。
【００１５】またフリー磁性層１１１は、相互に反強磁
性的に結合した第１、第２フリー磁性層１１０、１０８
から構成されているので、フリー磁性層１１１全体の磁
化方向が、僅かな大きさの外部磁界によって変動し、ス
ピンバルブ型薄膜磁気素子１０１の感度が高くなる。特
にフリー磁性層１１１の磁気的な実効膜厚が（Ｍ1・ｔ1
−Ｍ2・ｔ2）とされているので、第１、第２フリー磁性
層１１０、１０８の膜厚等を適宜調整することにより実
効膜厚を小さくすることが可能となり、フリー磁性層の
磁化方向が僅かな大きさの外部磁界により容易に変動
し、スピンバルブ型薄膜磁気素子１０１の感度が高くな
る。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のスピ
ンバルブ型薄膜磁気素子１０１においては、Ｍ1・ｔ1＞
Ｍ2・ｔ2の関係を成立させるために、第１フリー磁性層
１１０の厚さｔ1を第２フリー磁性層１０８の厚さｔ2よ
りも極端に大きくしている。しかし、第１フリー磁性層
１１０の厚さｔ1が大きくなると、フリー磁性層１１１
全体の厚さが大きくなってセンス電流の分流（いわゆる
シャントロス）も大きくなり、スピンバルブ型薄膜磁気
素子１０１の抵抗変化率を十分に大きくできないという
問題があった。
【００１７】また、フリー磁性層１１１の実効膜厚（Ｍ
1・ｔ1−Ｍ2・ｔ2）を小さくすればスピンバルブ型薄膜
磁気素子の感度が高くなるが、Ｍ1・ｔ1＞Ｍ2・ｔ2の関
係を維持させたまま実効膜厚を小さくし、ΔＭＲを大き
くしようとすると、フリー磁性層１１１がスピンフロッ
プ転移する磁界、いわゆるスピンフロップ磁界が小さく
なる。
【００１８】スピンフロップ磁界とは、磁化方向が反平
行である２つの磁性層に対し、外部磁界を印加したとき
に、２つの磁性層の磁化方向が反平行でなくなるときの
外部磁界の大きさを指す。
【００１９】即ち、フリー磁性層１１１のスピンフロッ
プ磁界が小さくなると、バイアス層１３２、１３２から
のバイアス磁界によって第１、第２フリー磁性層１１
０、１０８の反強磁性的な結合が破壊されやすくなり、
第１、第２フリー磁性層１１０、１０８の磁化方向が反
平行に揃わなくなって、フリー磁性層１１１のフェリ磁
性状態を維持できなくなり、抵抗変化率の低下（再生出
力の低下）と再生波形の非対称性をもたらすおそれがあ
った。
【００２０】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、フリー磁性層のフェリ磁性状態を安定して維
持させつつ、感度及び抵抗変化率が高くすることが可能
なスピンバルブ型薄膜磁気素子及びその製造方法を提供
し、またこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えて再生
出力が大きい薄膜磁気ヘッドを提供することを目的とす
る。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は以下の構成を採用した。本発明のスピン
バルブ型薄膜磁気素子は、反強磁性層と、該反強磁性層
に接して形成されて前記反強磁性層との交換結合磁界に
より磁化方向が固定された固定磁性層と、前記固定磁性
層に接する非磁性導電層と、前記非磁性導電層に接する
フリー磁性層とを備え、前記反強磁性層は、Ｘ−Ｍｎ
（但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓの
うちから選択される１種の元素を示す。）の式で示され
る合金またはＸ’−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｔ、Ｐ
ｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ
のうちから選択される１種または２種以上の元素を示
す。）の式で示される合金のいずれか一方からなり、前
記フリー磁性層は、非磁性中間層と、該非磁性中間層を
挟む第１、第２フリー磁性層からなり、該第１、第２フ
リー磁性層の各磁化方向が反平行方向とされ、かつこの
第１、第２フリー磁性層がフェリ磁性状態とされ、かつ
前記非磁性導電層側にある第２フリー磁性層の厚さを、
第１フリー磁性層の厚さより大きくしてなることを特徴
とする。
【００２２】係るスピンバルブ型薄膜磁気素子において
は、フリー磁性層を構成する２つの磁性層のうちの非磁
性導電層側にある第２フリー磁性層の厚さを、第１フリ
ー磁性層の厚さよりも大きくしたので、第２フリー磁性
層の磁気的膜厚が、第１フリー磁性層の磁気的膜厚より
も大きくなる。これにより、フリー磁性層のスピンフロ
ップ磁界が大きくなり、第１、第２フリー磁性層の反強
磁性的な結合を安定して維持させてフリー磁性層のフェ
リ磁性状態を保つことができ、スピンバルブ型薄膜磁気
素子の感度を高くすることが可能となる。
【００２３】また、第１、第２フリー磁性層が反強磁性
的に結合してフェリ磁性状態となっているので、これら
の２つの磁性層の磁気的膜厚の差分がフリー磁性層の磁
気的な実効膜厚となる。従って、第１、第２フリー磁性
層の膜厚を適宜調整してフリー磁性層の実効膜厚を薄く
することにより、フリー磁性層の磁化方向を僅かな大き
さの外部磁界により変動させることができ、スピンバル
ブ型薄膜磁気素子の感度を高くすることが可能となる。
また、フリー磁性層全体の厚さをある程度厚くした状態
でフリー磁性層の磁気的な実効膜厚を薄くできるので、
抵抗変化率が極端に小さくなることがなく、スピンバル
ブ型薄膜磁気素子の感度を高くすることが可能となる。
【００２４】また、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子は、反強磁性層と、該反強磁性層に接して形成されて
前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定
された固定磁性層と、前記固定磁性層に接する非磁性導
電層と、前記非磁性導電層に接するフリー磁性層とを備
え、前記反強磁性層は、Ｘ−Ｍｎ（但し、Ｘは、Ｐｔ、
Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓのうちから選択される１
種の元素を示す。）の式で示される合金またはＸ’−Ｍ
ｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｒｕ、
Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇのうちから選択される１
種または２種以上の元素を示す。）の式で示される合金
のいずれか一方からなり、前記フリー磁性層は、非磁性
中間層と、該非磁性中間層を挟む第１、第２フリー磁性
層とからなり、該第１、第２フリー磁性層の磁化方向が
反平行方向とされ、かつこの第１、第２フリー磁性層が
フェリ磁性状態とされ、かつ前記非磁性導電層側にある
第２フリー磁性層の飽和磁化及び厚さをそれぞれＭ2、
ｔ2とし、前記第１フリー磁性層の飽和磁化及び厚さを
それぞれＭ1、ｔ1としたときに、Ｍ2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1と
なるように構成されてなることを特徴とする。
【００２５】係るスピンバルブ型薄膜磁気素子において
は、フリー磁性層を構成する２つの磁性層のうち、第２
フリー磁性層の飽和磁化及び厚さをそれぞれＭ2、ｔ2と
し、第１フリー磁性層の飽和磁化及び厚さをそれぞれＭ
1、ｔ1としたときに、それぞれの層の磁気的膜厚は、Ｍ
2・ｔ2、Ｍ1・ｔ1で表される。そして、このスピンバル
ブ型薄膜磁気素子のフリー磁性層は、Ｍ2・ｔ2＞Ｍ1・
ｔ1となるように構成されているので、第２フリー磁性
層の磁気的膜厚が、第１フリー磁性層の磁気的膜厚より
も大きくなる。これにより、フリー磁性層のスピンフロ
ップ磁界が大きくなり、第１、第２フリー磁性層の反強
磁性的な結合を安定して維持させてフリー磁性層のフェ
リ磁性状態を保った状態で抵抗変化率を大きくすること
ができ、スピンバルブ型薄膜磁気素子の感度を高くする
ことが可能となる。
【００２６】また、第１、第２フリー磁性層が反強磁性
的に結合してフェリ磁性状態となっているので（Ｍ2・
ｔ2−Ｍ1・ｔ1）がフリー磁性層の磁気的な実効膜厚と
なる。従って、２つの磁性層の磁気的膜厚を適宜調整す
ることにより、フリー磁性層の実効膜厚を薄くして、抵
抗変化率を大きくすることが可能となり、スピンバルブ
型薄膜磁気素子の感度を高くすることが可能となる。
【００２７】特に、非磁性導電層側の磁性層と非磁性導
電層との相互拡散を防ぐために、第２フリー磁性層を強
磁性層と拡散防止層とで構成した場合、第２フリー磁性
層の磁気的膜厚Ｍ2・ｔ2は、拡散防止層の磁気的膜厚と
強磁性層の磁気的膜厚の和で表される。従って、拡散防
止層、強磁性層及び前記他方の磁性層の各々の飽和磁化
及び膜厚を適宜調整することにより、（Ｍ2・ｔ2−Ｍ1
・ｔ1）を小さくできるので、フリー磁性層の磁化方向
を僅かな大きさの外部磁界により変動させることがで
き、スピンバルブ型薄膜磁気素子の感度をより高くする
ことが可能となる。また、拡散防止層、強磁性層及び前
記第１フリー磁性層の各々の飽和磁化及び膜厚を適宜調
整することにより、フリー磁性層自体の膜厚を小さくす
ることができるので、フリー磁性層内でのセンス電流の
分流（いわゆるシャントロス）を低減できるとともに抵
抗変化率を高くすることができる。
【００２８】また本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子
は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子であって、
前記第２フリー磁性層の厚さが２５〜４５Åの範囲とさ
れたことを特徴とする。
【００２９】係るスピンバルブ型薄膜磁気素子によれ
ば、非磁性導電層側にある第２フリー磁性層の厚さを２
５〜４５Åの範囲とすることにより、スピンバルブ型薄
膜磁気素子の抵抗変化率をより大きくすることが可能と
なる。
【００３０】また本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子
は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子であって、
前記固定磁性層は、非磁性層と、前記非磁性層を挟む第
１、第２固定磁性層とからなり、該第１、第２固定磁性
層の各磁化方向が反平行方向とされ、かつこの第１、第
２固定磁性層がフェリ磁性状態とされていることを特徴
とする。
【００３１】係るスピンバルブ型薄膜磁気素子によれ
ば、固定磁性層を構成する第１、第２固定磁性層のそれ
ぞれの磁化方向が半平行方向とされ、かつ第１、第２固
定磁性層がフェリ磁性状態とされているので、固定磁性
層全体の自発磁化が僅かに残り、この自発磁化が反強磁
性層との交換結合磁界によって更に増幅されて固定磁性
層の磁化方向を強固に固定することが可能になる。
【００３２】また本発明の薄膜磁気ヘッドは、先に記載
のスピンバルブ型薄膜磁気素子を具備してなることを特
徴とする。係る薄膜磁気ヘッドによれば、抵抗変化率が
大きく、感度の高いスピンバルブ型薄膜磁気素子を具備
しているので、僅かな大きさの外部磁界を検出すること
が可能となり、ヘッドの再生出力が大きくなり、記録密
度の高い磁気記録デバイスに使用することができる。
【００３３】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製
造方法は、反強磁性層と、固定磁性層と、非磁性導電層
と、非磁性中間層と該非磁性中間層を挟んで反強磁性的
に結合した第１、第２フリー磁性層を有し、かつ前記非
磁性導電層側にある第２フリー磁性層の厚さを第１フリ
ー磁性層の厚さよりも大きくしたフリー磁性層とを積層
して積層体を形成する積層工程と、該積層体のトラック
幅方向の直交方向に磁界を印加しつつ前記積層体を熱処
理し、前記反強磁性層と前記固定磁性層との間に交換結
合磁界を発現させて固定磁性層の磁化方向をトラック幅
方向の直交方向に固定する第１の熱処理工程と、この積
層体のトラック幅方向に、前記フリー磁性層の保磁力よ
り大きく、かつ反強磁性的に結合した前記第１、第２フ
リー磁性層がスピンフロップ転移する磁界よりも小さい
磁界を印加しつつこの積層体を熱処理し、前記の第１、
第２フリー磁性層の誘導磁気異方性の方向をトラック幅
方向に揃える第２の熱処理工程とを具備してなることを
特徴とする。
【００３４】本発明におけるフリー磁性層は前述したよ
うに、反強磁性的に結合した第１、第２フリー磁性層を
具備してなるものであり、このフリー磁性層の保磁力と
は、第１フリー磁性層の磁化方向と第２フリー磁性層の
磁化方向が反平行を保った状態で合成磁化（Ｍ2・ｔ2−
Ｍ1・ｔ1）の方向が印加磁界方向を向く磁界をいう。
【００３５】係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方
法によれば、フリー磁性層を構成する２つの磁性層のう
ち第２フリー磁性層の厚さを第１フリー磁性層の厚さよ
りも大きくすると共に、積層体のトラック幅方向に前記
フリー磁性層の保磁力より大きく、前記の第１、第２フ
リー磁性層がスピンフロップ転移する磁界より小さい磁
界を印加しつつ熱処理することにより、第１熱処理工程
によって乱れた第１、第２フリー磁性層の誘導磁気異方
性の方向を、トラック幅方向に揃えることができるの
で、フリー磁性層のバルクハウゼンノイズが小さく、高
い感度を有し、かつ抵抗変化率が大きいスピンバルブ型
薄膜磁気素子を得ることができる。
【００３６】また、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子の製造方法は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素
子の製造方法であって、第２の熱処理工程の後に、前記
フリー磁性層の保磁力より大きく、前記の第１、第２フ
リー磁性層がスピンフロップ転移する磁界より小さい回
転磁界を印加しつつ、第２の熱処理工程における熱処理
温度より低い温度で熱処理する第３の熱処理工程を具備
してなることを特徴とする。
【００３７】かかるスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造
方法によれば、回転磁界を印加して熱処理を行うことに
より、フリー磁性層の磁気ヒステリシスを低減すること
ができ、フリー磁性層のバルクハウゼンノイズをより小
さくさせて感度の高いスピンバルブ型薄膜磁気素子を製
造することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。 （第１の実施形態）図１に、本発明の第１の実施形態で
あるスピンバルブ型薄膜磁気素子を磁気記録媒体側から
みた断面模式図を示し、図２にはこのスピンバルブ型薄
膜磁気素子をトラック幅方向から見た断面模式図を示
す。また、図３及び図４にこのスピンバルブ型薄膜磁気
素子を備えた薄膜磁気ヘッド具備してなる浮上式磁気ヘ
ッドを示す。
【００３９】図３に示す浮上式磁気ヘッド１５０は、ス
ライダ１５１と、スライダ１５１の端面１５１ｄに備え
られた本発明に係る薄膜磁気ヘッドｈ1及びインダクテ
ィブヘッドｈ2を主体として構成されている。符号１５
５は、スライダ１５１の磁気記録媒体の移動方向の上流
側であるリーディング側を示し、符号１５６は、トレー
リング側を示す。このスライダ１５１の媒体対向面１５
２には、レール１５１ａ、１５１ａ、１５１ｂが形成さ
れ、各レール同士間は、エアーグルーブ１５１ｃ、１５
１ｃとされている。
【００４０】図３及び図４に示すように、本発明に係る
薄膜磁気ヘッドｈ1は、スライダ１５１の端面１５１ｄ
上に形成された絶縁層１６２と、この絶縁層１６２上に
積層された下部シールド層１６３と、下部シールド層１
６３に積層された下部ギャップ層１６４と、下部ギャッ
プ層１６４上に形成されて媒体対向面１５２上に露出す
る本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子１と、スピ
ンバルブ型薄膜磁気素子１を覆う上部ギャップ層１６６
と、上部ギャップ層１６６を覆う上部シールド層１６７
とから構成されている。上部シールド層１６７は、後述
するインダクティブヘッドｈ2の下部コア層と兼用とさ
れている。
【００４１】インダクティブヘッドｈ2は、下部コア層
（上部シールド層）１６７と、下部コア層１６７に積層
されたギャップ層１７４と、コイル１７６と、コイル１
７６を覆う上部絶縁層１７７と、ギャップ層１７４に接
合され、かつコイル１７６側にて下部コア層１６７に接
合される上部コア層１７８とから構成されている。コイ
ル１７６は、平面的に螺旋状となるようにパターン化さ
れている。また、コイル１７６のほぼ中央部分にて上部
コア層１７８の基端部１７８ｂが下部コア層１６７に磁
気的に接続されている。また、上部コア層１７８には、
アルミナなどからなる保護層１７９が積層されている。
【００４２】なお、図１、図２及び図４において、図示
Ｚ方向は磁気記録媒体の移動方向であり、図示Ｙ方向は
磁気記録媒体からの漏れ磁界の方向であり、図示Ｘ1方
向はスピンバルブ型薄膜磁気素子１のトラック幅方向で
ある。
【００４３】図１及び図２に示すスピンバルブ型薄膜磁
気素子１は、反強磁性層１３、固定磁性層１４、非磁性
導電層５及びフリー磁性層１１が順次積層されてなるボ
トム型のシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子である。
図１及び図２において符号１６４はＡｌ2Ｏ3などにより
形成された下部ギャップ層を示し、符号１２は、絶縁層
１６４上に積層されたＴａ（タンタル）などからなる下
地層を示している。この下地層１２の上に反強磁性層１
３が積層され、反強磁性層１３の上に固定磁性層１４が
積層され、固定磁性層１４の上にＣｕなどにより形成さ
れた非磁性導電層５が積層され、非磁性導電層５の上に
フリー磁性層１１が積層され、フリー磁性層１１の上に
はＴａなどにより形成された保護層２０が積層されてい
る。このように、下地層１２から保護層２０までの各層
が順次積層されてトラック幅に対応する幅を有する断面
視略台形状の積層体２１が構成されている。
【００４４】積層体２１の図示Ｘ1方向両側、即ちトラ
ック幅方向両側には、例えばＣｏ−Ｐｔ（コバルト−白
金）合金からなるバイアス層３２、３２が形成されてい
る。バイアス層３２、３２はフリー磁性層１１の磁化方
向を揃えて、フリー磁性層１１のバルクハウゼンノイズ
を低減する。また、符号３４、３４はＣｒ、Ｔａ、Ｃ
ｕ、Ａｕなどで形成された導電層を示している。導電層
３４、３４はバイアス層３２、３２の上方に積層されて
いる。この導電層３４、３４は積層体２１にセンス電流
を印加する。また、バイアス層３２と下部ギャップ層１
６４との間、及び、バイアス層３２と積層体２１との間
には、例えば非磁性金属であるＣｒからなるバイアス下
地層３１が設けられている。更に、バイアス層３２と導
電層３４との間には、例えば非磁性金属であるＴａ若し
くはＣｒからなる中間層３３が設けられている。
【００４５】反強磁性層１３は、ＰｔＭｎ合金で形成さ
れていることが好ましい。ＰｔＭｎ合金は、従来から反
強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ
合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温
度が高く、交換結合磁界も大きい。また、反強磁性層１
３は、Ｘ−Ｍｎ（ただし、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉ
ｒ、Ｒｈ、Ｏｓのうちから選択される１種の元素を示
す。）の式で示される合金あるいはＸ’−Ｍｎ（ただ
し、Ｘ’は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒ
ｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇのうちから選択される１種または
２種以上の元素を示す。）の式で示される合金で形成さ
れていてもよい。
【００４６】前記ＰｔＭｎ合金および前記Ｘ−Ｍｎの式
で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３
原子％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、
４４〜５７原子％の範囲である。さらにまた、Ｘ’−Ｍ
ｎの式で示される合金において、Ｘ’が３７〜６３原子
％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、４４
〜５７原子％の範囲である。
【００４７】反強磁性層１３として上記した適正な組成
範囲の合金を使用し、これを磁場中熱処理することで、
大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層１３を得るこ
とができる。とくに、ＰｔＭｎ合金であれば、８００
（Ｏｅ）を越える交換結合磁界を有し、交換結合磁界を
失うブロッキング温度が３８０℃と極めて高い優れた反
強磁性層１３を得ることができる。
【００４８】固定磁性層１４は、強磁性材料から形成さ
れるもので、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ
合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等により形成される
ものであり、特にＣｏより形成されることが好ましい。
固定磁性層１４は、反強磁性層１３に接して積層されて
いる。固定磁性層１４と反強磁性層１３の界面では交換
結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、固定磁性層１４
の磁化方向が図示Ｙ方向に固定されている。
【００４９】非磁性導電層５は、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａ
ｇなどに代表される非磁性材料より形成されることが好
ましく、特にＣｕより形成されることが好ましい。
【００５０】また、図１及び図２に示すように、フリー
磁性層１１は、非磁性中間層９と、この非磁性中間層９
を挟む第１フリー磁性層１０と第２フリー磁性層８から
構成されている。第１フリー磁性層１０は、非磁性中間
層９より保護層２０側に設けられ、第２フリー磁性層８
は、非磁性中間層９より非磁性導電層５側に設けられて
いる。
【００５１】第１フリー磁性層１０は、強磁性材料より
形成されるもので、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮ
ｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等により形成
されるものであり、特にＮｉＦｅ合金より形成されるこ
とが好ましい。また、非磁性中間層９は、非磁性材料よ
り形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、
Ｃｕのうちの１種またはこれらの合金から形成されるこ
とが好ましく、特にＲｕにより形成されることが好まし
い。
【００５２】第２フリー磁性層８は、拡散防止層６と強
磁性層７とから形成されている。拡散防止層６は強磁性
材料からなるもので、例えばＣｏから形成される。拡散
防止層６は、強磁性層７と非磁性導電層５の相互拡散を
防止する。また強磁性層７は強磁性材料からなるもの
で、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、Ｃ
ｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等により形成されるものであ
り、特にＮｉＦｅ合金より形成されることが好ましい。
なお、第２フリー磁性層８は単層で構成されていても良
い。
【００５３】また、第２フリー磁性層８の厚さｔ2は、
第１フリー磁性層１０の厚さｔ1よりも厚く形成されて
いる。なお、第２フリー磁性層８の厚さｔ2は、２５〜
４５Åの範囲であることが好ましい。第２フリー磁性層
８の厚さｔ2が前記の範囲を外れると、スピンバルブ型
薄膜磁気素子１の抵抗変化率を大きくすることができな
くなるので好ましくない。また第１フリー磁性層１０の
厚さｔ1は５〜２５Åの範囲であることが好ましい。
【００５４】また、第１フリー磁性層１０及び第２フリ
ー磁性層８の飽和磁化をそれぞれＭ 1、Ｍ2としたとき、
第１フリー磁性層１０及び第２フリー磁性層８の磁気的
膜厚はそれぞれＭ1・ｔ1、Ｍ2・ｔ2となる。なお、第２
フリー磁性層８が拡散防止層６及び強磁性層７から構成
されているため、第２フリー磁性層８の磁気的膜厚Ｍ2
・ｔ2は、拡散防止層６の磁気的膜厚Ｍ21・ｔ21と強磁
性層７の磁気的膜厚Ｍ22・ｔ22との和となる。即ち、Ｍ
2・ｔ2＝Ｍ21・ｔ21＋Ｍ22・ｔ22となる。ここで、
Ｍ21、ｔ21は拡散防止層６の飽和磁化、膜厚をそれぞれ
示し、Ｍ22、ｔ22は強磁性層７の飽和磁化、膜厚をそれ
ぞれ示している。
【００５５】例えば、拡散防止層６をＣｏで形成し、強
磁性層７をＮｉＦｅ合金で形成した場合、拡散防止層６
の飽和磁化Ｍ21は、強磁性層の飽和磁化Ｍ22より大きく
なる。そしてフリー磁性層１１は、第１フリー磁性層１
０と第２フリー磁性層８との磁気的膜厚の関係を、Ｍ2
・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1とするように構成されている。
【００５６】また、第１フリー磁性層１０及び第２フリ
ー磁性層８は、相互に反強磁性的に結合されている。即
ち、第２フリー磁性層８の磁化方向がバイアス層３２、
３２により図示Ｘ1方向に揃えられると、第１フリー磁
性層１０の磁化方向が図示Ｘ1方向の反対方向に揃えら
れる。第１、第２フリー磁性層１０、８の磁気的膜厚の
関係がＭ2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1とされていることから、第２
フリー磁性層８の磁化が残存した状態となり、フリー磁
性層１１全体の磁化方向が図示Ｘ1方向に揃えられる。
このときのフリー磁性層１１の実効膜厚は、（Ｍ2・ｔ2
−Ｍ1・ｔ1）となる。このように、第１フリー磁性層１
０と第２フリー磁性層８は、それぞれの磁化方向が反平
行方向となるように反強磁性的に結合され、かつ磁気的
膜厚の関係がＭ2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1とされていることか
ら、人工的なフェリ磁性状態とされている。またこれに
より、フリー磁性層１１の磁化方向と固定磁性層４の磁
化方向とが交差する関係となる。
【００５７】このスピンバルブ型薄膜磁気素子１では、
ハードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、
図示Ｘ1方向に揃えられたフリー磁性層１１の磁化方向
が変動すると、図示Ｙ方向に固定された固定磁性層１４
の磁化との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の
変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁界
が検出される。
【００５８】また、第１フリー磁性層１０と第２フリー
磁性層８の磁気的膜厚の関係が、Ｍ 2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1と
されているので、フリー磁性層１１のスピンフロップ磁
界を大きくすることができる。スピンフロップ磁界と
は、磁化方向が反平行である２つの磁性層に対し、外部
磁界を印加したときに、２つの磁性層の磁化方向が反平
行でなくなるときの外部磁界の大きさを指す。
【００５９】図５には、フリー磁性層１１のＭ−Ｈ曲線
の模式図を示す。このＭ−Ｈ曲線は、図１に示す構成の
フリー磁性層１１に対してトラック幅方向から外部磁界
を印加したときの、フリー磁性層１１の磁化Ｍの変化を
示したものである。また、図５中、Ｆ１で示す矢印は、
第１フリー磁性層１０の磁化方向を表し、Ｆ２で示す矢
印は、第２フリー磁性層８の磁化方向を表す。図５に示
すように、外部磁界Ｈが小さいときは、第１フリー磁性
層１０と第２フリー磁性層８が反強磁性的に結合した状
態、即ち矢印Ｆ１及び矢印Ｆ２の方向が反平行になって
いるが、外部磁界Ｈの大きさがある値を超えると、第
１、第２フリー磁性層１０、８の反強磁性的結合が壊さ
れ、フェリ磁性状態が保てなくなる。これがスピンフロ
ップ転移である。またこのスピンフロップ転移が起きた
ときの外部磁界の大きさがスピンフロップ磁界であり、
図５ではＨSfで示している。
【００６０】なお、図中Ｈcfは、フリー磁性層１１の保
磁力を示している。このフリー磁性層１１の保磁力は、
第１フリー磁性層１０の磁化方向と第２フリー磁性層８
の磁化方向が反平行を保った状態で合成磁化（Ｍ2・ｔ2
−Ｍ1・ｔ1）の方向が外部磁界方向を向いたときの磁界
をいう。
【００６１】第１フリー磁性層１０と第２フリー磁性層
８の磁気的膜厚の関係が、Ｍ2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1とされる
と、フリー磁性層１１のスピンフロップ磁界ＨSfが大き
くなる。これにより、フリー磁性層１１がフェリ磁性状
態を保つ磁界の範囲が広くなる。よって、フリー磁性層
１１が安定してフェリ磁性状態を保つことができる。
【００６２】また、第２フリー磁性層８に拡散防止層６
が用いられた場合でも、第１フリー磁性層１０及び第２
フリー磁性層８のそれぞれの磁気的膜厚Ｍ1・ｔ1、Ｍ2
・ｔ2を適宜調整することにより、フリー磁性層１１の
磁気的な実効膜厚（Ｍ2・ｔ2−Ｍ1・ｔ1）を小さくでき
るので、僅かな大きさの外部磁界によってもフリー磁性
層１１の磁化方向が容易に変動し、これによりスピンバ
ルブ型薄膜磁気素子１の感度を高くすることができる。
【００６３】次に、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
の製造方法を説明する。このスピンバルブ型薄膜磁気素
子の製造方法は、積層体を形成する積層工程と、磁場中
熱処理を施して反強磁性層と固定磁性層の界面に交換結
合磁界を発現させて固定磁性層の磁化方向を固定する第
１熱処理工程と、磁場中熱処理を施してフリー磁性層の
磁化方向を一方向に揃える第２熱処理工程を具備してな
る。
【００６４】そして、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気
素子の製造方法は、第２熱処理工程にて積層体に印加す
る磁場の大きさを、前記フリー磁性層の保磁力より大き
く、前記の２つの磁性層がスピンフロップ転移する磁界
より小さくしたものである。以下、各工程について詳細
に説明する。
【００６５】まず積層工程について説明する。積層工程
では、図６に示すように、下部ギャップ層１６４上に、
下地層１２、反強磁性層１３、固定磁性層４、非磁性導
電層５、拡散防止層６及び強磁性層７からなる第２フリ
ー磁性層８、非磁性中間層９、第１フリー磁性層１０、
保護層２０を順次積層して多層体を形成する。このと
き、第２フリー磁性層８の膜厚を、第１フリー磁性層１
０の膜厚よりも大きくする。特に、第２フリー磁性層８
の厚さを２５〜４５Åの範囲とすることが好ましい。
【００６６】次に、第１熱処理工程を行う。第１熱処理
工程では、多層体のトラック幅方向の直交方向に磁界を
印加しつつ前記多層体を熱処理して、反強磁性層１３を
規則化させる。これにより反強磁性層１３と固定磁性層
４の界面において交換結合磁界を発現させて、固定磁性
層４の磁化方向をトラック幅方向の直交方向に固定す
る。反強磁性層１３をＰｔＭｎ合金で構成した場合は、
２２０〜２７０℃の範囲の温度で熱処理することが好ま
しい。この範囲の温度で熱処理することにより、高い交
換結合磁界を発現させることができる。また、熱処理時
に印加する磁場の大きさは、好ましくは５００ Ｏｅ以
上、より好ましくは５ｋＯｅ以上とすると良い。また熱
処理は、不活性ガス雰囲気中若しくは真空雰囲気中で行
うことが好ましい。
【００６７】次に、図７に示すように、多層体の上にリ
フトオフレジストを形成し、多層体のトラック幅方向両
側をエッチングすることにより断面視略台形状の積層体
２１を形成し、この積層体２１の両側に、バイアス下地
層３１、バイアス層３２、中間層３３及び導電層３４を
形成する。これにより、スピンバルブ型薄膜磁気素子１
が得られる。
【００６８】次に、図８に示すように、積層体２１及び
導電層３４上に、上部ギャップ層１６６、上部シールド
層１６７、ギャップ層１７４、コイル（図示せず）、上
部絶縁層（図示せず）、上部コア層１７８を順次形成す
る。これにより、スピンバルブ型薄膜磁気素子１を備え
た薄膜磁気ヘッドｈ1と、インダクティブヘッドｈ2とが
形成される。
【００６９】次に、第２熱処理工程を行う。第２熱処理
工程では、トラック幅方向に磁界を印加しつつスピンバ
ルブ型薄膜磁気素子１を熱処理することにより、反強磁
性層の規則化の熱処理によって乱れたフリー磁性層の誘
導磁気異方性の方向をトラック幅方向に揃える。このと
き印加する磁界の大きさは、フリー磁性層１１の保磁力
よりも大きく、かつ第１、第２フリー磁性層１０、８が
スピンフロップ転移する磁界よりも小さい範囲とする。
即ち印加する磁界の大きさを、フリー磁性層１１の保磁
力Ｈcfより大きくし、かつフリー磁性層１１のスピンフ
ロップ磁界Ｈsfより小さくする。なお、フリー磁性層１
１の保磁力Ｈcfでの状態は、第１フリー磁性層１０の磁
化方向と第２フリー磁性層８の磁化方向が反平行を保っ
た状態で合成磁化（Ｍ2・ｔ2−Ｍ1・ｔ1）の方向が印加
磁界方向を向いている状態である。
【００７０】印加する磁界の大きさがフリー磁性層１１
の保磁力Ｈcfより小さいと、第１、第２フリー磁性層１
０、８の誘導磁気異方性の向きをトラック幅方向に揃え
ることができなくなって、フリー磁性層１１のバルクハ
ウゼンノイズを小さくすることができなくなるので好ま
しくない。また、印加する磁界の大きさがフリー磁性層
１１のスピンフロップ磁界より大きいと、第２熱処理工
程中で第１、第２フリー磁性層１０、８の磁化方向を反
平行にすることができなくなり、フリー磁性層の誘導磁
気異方性の向きをトラック幅方向に揃えることができな
くなるので好ましくない。具体的には、例えば第１フリ
ー磁性層１０及び強磁性層７をＮｉＦｅ合金、拡散防止
層６をＣｏで形成した場合には、印加する磁化の大きさ
を１０〜５００Ｏｅの範囲とすることが好ましく、５０
〜２００ Ｏｅの範囲とすることがより好ましい。ま
た、熱処理温度は、上述の構成の場合に１５０〜２７０
℃の範囲とすることが好ましく、１７０〜２３０℃の範
囲とすることがより好ましい。この第２熱処理工程を行
うことによって、図９に示すように、第１熱処理工程に
よって乱された第１、第２フリー磁性層１０、８のそれ
ぞれの誘導磁気異方性の方向を、トラック幅方向（図示
Ｘ1方向）に揃えることができる。
【００７１】また、第２熱処理工程の後に第３熱処理工
程を行っても良い。第３熱処理工程は、前記フリー磁性
層１１の保磁力より大きく、スピンフロップ磁界より小
さい回転磁界を印加しつつ、第２の熱処理工程における
熱処理温度より低い温度で熱処理する。この第３熱処理
工程により、フリー磁性層１１の磁気ヒステリシスを低
減させることができ、フリー磁性層１１のバルクハウゼ
ンノイズを低減することができる。
【００７２】この第３熱処理工程にて印加する磁界の大
きさがフリー磁性層１１の保磁力より小さいと、フリー
磁性層１１の磁気ヒシテリシスを小さくできなくなるの
で好ましくなく、印加する磁界の大きさがスピンフロッ
プ磁界より大きいと、第１、第２フリー磁性層１０、８
の誘導磁気異方性の方向を乱してしまい、フリー磁性層
１１のバルクハウゼンノイズを低減できなくなるので好
ましくない。具体的には、例えば第１フリー磁性層１０
及び強磁性層７をＮｉＦｅ合金、拡散防止層６をＣｏで
形成した場合に、印加する磁化の大きさを１０〜５００
Ｏｅの範囲とすることが好ましく、５０〜２００ Ｏｅ
の範囲とすることがより好ましい。また、熱処理温度
は、１５０〜２７０℃の範囲とすることが好ましく、１
５０〜２３０℃の範囲とすることがより好ましい。
【００７３】そして、バイアス層３２、３２を着磁して
トラック幅方向にバイアス磁界を発生させる。このバイ
アス磁界によって第２フリー磁性層８の磁化方向がトラ
ック幅方向に揃えられ、この第２フリー磁性層８に反強
磁性的に結合した第１フリー磁性層１０の磁化方向が、
第２フリー磁性層８の磁化方向の反対方向に揃えられ
る。このようにして第１、第２フリー磁性層１０、８が
反強磁性的に結合し、フリー磁性層１１の磁化方向がト
ラック幅方向に揃えられる。このようにして、上記のス
ピンバルブ型薄膜磁気素子１が得られる。
【００７４】（第２の実施形態）次に本発明の第２の実
施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を説明する。図１
０に、本発明の第２の実施形態であるスピンバルブ型薄
膜磁気素子を磁気記録媒体側からみた断面模式図を示
し、図１１にはこのスピンバルブ型薄膜磁気素子をトラ
ック幅方向から見た断面模式図を示す。なお、図１０及
び図１１に示す構成要素のうち、図１及び図２に示す構
成要素と同一の構成要素には、図１及び図２と同一の符
号を付してその説明を省略、若しくは簡単に説明する。
また、図１０及び図１１において、図示Ｚ方向は磁気記
録媒体の移動方向であり、図示Ｙ方向は磁気記録媒体か
らの漏れ磁界の方向であり、図示Ｘ1方向はスピンバル
ブ型薄膜磁気素子２のトラック幅方向である。
【００７５】図１０及び図１１に示すスピンバルブ型薄
膜磁気素子２は、第１実施形態のスピンバルブ型薄膜磁
気素子１と同様に薄膜磁気ヘッドｈ1に備えられて浮上
式磁気ヘッドを構成するものである。そしてこのスピン
バルブ型薄膜磁気素子２は、反強磁性層１３、固定磁性
層４１、非磁性導電層５及びフリー磁性層１１が順次積
層されてなるボトム型のシングルスピンバルブ型薄膜磁
気素子であり、固定磁性層４１が非磁性層４３とこの非
磁性層４３を挟む第１、第２固定磁性層４２、４４から
形成されてなるものである。
【００７６】図１０及び図１１において符号１６４は下
部ギャップ層を示し、符号１２は、絶縁層１６４上に積
層された下地層を示している。この下地層１２の上に反
強磁性層１３が積層され、反強磁性層１３の上に固定磁
性層４１が積層され、固定磁性層４１の上に非磁性導電
層５が積層され、非磁性導電層５の上にフリー磁性層１
１が積層され、フリー磁性層１１の上には保護層２０が
積層されている。このように、下地層１２から保護層２
０までの各層が順次積層されてトラック幅に対応する幅
を有する断面視略台形状の積層体２２が構成されてい
る。
【００７７】積層体２２の図示Ｘ1方向両側、即ちトラ
ック幅方向両側には、バイアス層３２、３２が形成され
ている。バイアス層３２、３２はフリー磁性層１１の磁
化方向を揃えて、フリー磁性層１１のバルクハウゼンノ
イズを低減する。また、符号３４、３４は導電層を示し
ている。導電層３４、３４はバイアス層３２、３２の上
方に積層されている。この導電層３４、３４は積層体２
２にセンス電流を印加する。また、バイアス層３２と下
部ギャップ層１６４との間、及び、バイアス層３２と積
層体２１との間にはバイアス下地層３１が設けられてい
る。更に、バイアス層３２と導電層３４との間には中間
層３３が設けられている。
【００７８】反強磁性層１３は、ＰｔＭｎ合金で形成さ
れていることが好ましい。ＰｔＭｎ合金は、従来から反
強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ
合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温
度が高く、交換結合磁界も大きい。また、反強磁性層１
３は、Ｘ−Ｍｎ（ただし、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉ
ｒ、Ｒｈ、Ｏｓのうちから選択される１種の元素を示
す。）の式で示される合金あるいはＸ’−Ｍｎ（ただ
し、Ｘ’は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒ
ｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇのうちから選択される１種または
２種以上の元素を示す。）の式で示される合金で形成さ
れていてもよい。この反強磁性層１３は、第１の実施形
態で説明した反強磁性層と同等の組成からなる。
【００７９】固定磁性層４１は、非磁性層４３と、この
非磁性層４３を挟む第１固定磁性層４２と第２固定磁性
層４４から構成されている。第１固定磁性層４２は、非
磁性層４３より反強磁性層１３側に設けられて反強磁性
層１３に接し、第２固定磁性層４４は、非磁性層４３よ
り非磁性導電層５側に設けられて非磁性導電層５に接し
ている。第１固定磁性層４２と反強磁性層１３の界面で
は交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、第１固定
磁性層４２の磁化方向が図示Ｙ方向に固定されている。
【００８０】第１固定磁性層４２と第２固定磁性層４３
の厚さは、わずかに異なる厚さとすることが好ましく、
図１０及び図１１では、第２固定磁性層４４の厚さが第
１固定磁性層４２の厚さより大とされている。
【００８１】第１固定磁性層４２の磁化方向は、反強磁
性層１３との交換結合磁界により図示Ｙ方向の反対方向
に固定され、第２固定磁性層４４は、第１固定磁性層４
２と反強磁性的に結合してその磁化方向が図示Ｙ方向に
固定されている。第１、第２固定磁性層４２、４４の磁
化方向が互いに反平行とされているので、第１、第２固
定磁性層４２、４４の磁気モーメントが相互に打ち消し
合う関係にあるが、第２固定磁性層４４の厚さが僅かに
大きいために、固定磁性層４１自体の自発磁化が僅かに
残る結果となり、フェリ磁性状態になっている。そして
この自発磁化が反強磁性層１３との交換結合磁界によっ
て更に増幅され、固定磁性層４１の磁化方向が図示Ｙ方
向に固定される。
【００８２】第１固定磁性層４２及び第２固定磁性層４
４は、いずれも強磁性材料より形成されるもので、例え
ばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合
金、ＣｏＮｉ合金等により形成されるものであり、特に
Ｃｏより形成されることが好ましい。また、第１、第２
固定磁性層４２、４４は同一の材料で形成されることが
好ましい。また、非磁性層４３は、非磁性材料より形成
されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕの
うちの１種またはこれらの合金から形成されることが好
ましく、特にＲｕにより形成されることが好ましい。
【００８３】また、図１０及び図１１に示すように、フ
リー磁性層１１は、非磁性中間層９と、この非磁性中間
層９を挟む第１フリー磁性層１０と第２フリー磁性層８
から構成されている。第１フリー磁性層１０は、非磁性
中間層９より保護層２０側に設けられ、第２フリー磁性
層８は、非磁性中間層９より非磁性導電層５側に設けら
れている。
【００８４】第１フリー磁性層１０及び非磁性中間層９
は、第１の実施形態で説明した第１フリー磁性層及び非
磁性中間層と同等の材料から構成される。また第２フリ
ー磁性層８は、拡散防止層６と強磁性層７から形成され
ている。拡散防止層６及び強磁性層７は、第１の実施形
態で説明した拡散防止層及び強磁性層と同等の材料から
構成される。
【００８５】また、第２フリー磁性層８の厚さｔ2は、
第１フリー磁性層１０の厚さｔ1よりも厚く形成されて
いる。なお、第２フリー磁性層８の厚さｔ2は、２５〜
４５Åの範囲であることが好ましい。第２フリー磁性層
８の厚さｔ2が前記の範囲を外れると、スピンバルブ型
薄膜磁気素子２の抵抗変化率を大きくすることができな
くなるので好ましくない。また第１フリー磁性層１０の
厚さｔ1は５〜２５Åの範囲であることが好ましい。
【００８６】また、第１フリー磁性層１０及び第２フリ
ー磁性層８の飽和磁化をそれぞれＭ 1、Ｍ2としたとき、
第１フリー磁性層１０及び第２フリー磁性層８の磁気的
膜厚はそれぞれＭ1・ｔ1、Ｍ2・ｔ2となる。なお、第２
フリー磁性層８が拡散防止層６及び強磁性層７から構成
されているため、第２フリー磁性層８の磁気的膜厚Ｍ2
・ｔ2は、拡散防止層６の磁気的膜厚Ｍ21・ｔ21と強磁
性層７の磁気的膜厚Ｍ22・ｔ22との和となる。即ち、Ｍ
2・ｔ2＝Ｍ21・ｔ21＋Ｍ22・ｔ22となる。ここで、
Ｍ21、ｔ21は拡散防止層６の飽和磁化、膜厚をそれぞれ
示し、Ｍ22、ｔ22は強磁性層７の飽和磁化、膜厚をそれ
ぞれ示している。
【００８７】例えば、拡散防止層６をＣｏで形成し、強
磁性層７をＮｉＦｅ合金で形成した場合、拡散防止層６
の飽和磁化Ｍ21は、強磁性層の飽和磁化Ｍ22より大きく
なる。そしてフリー磁性層１１は、第１フリー磁性層１
０と第２フリー磁性層８との磁気的膜厚の関係が、Ｍ2
・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1となるように構成されている。
【００８８】また、第１フリー磁性層１０及び第２フリ
ー磁性層８は、相互に反強磁性的に結合している。即
ち、第２フリー磁性層８の磁化方向がバイアス層３２、
３２により図示Ｘ1方向に揃えられると、第１フリー磁
性層１０の磁化方向が図示Ｘ1方向の反対方向に揃えら
れる。第１、第２フリー磁性層１０、８の磁気的膜厚の
関係がＭ2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1とされていることから、第２
フリー磁性層８の磁化が残存した状態となり、フリー磁
性層１１全体の磁化方向が図示Ｘ1方向に揃えられる。
このときのフリー磁性層１１の実効膜厚は、（Ｍ2・ｔ2
−Ｍ1・ｔ1）となる。このように、第１フリー磁性層１
０と第２フリー磁性層８は、それぞれの磁化方向が反平
行方向となるように反強磁性的に結合され、かつ磁気的
膜厚の関係がＭ2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1とされていることか
ら、人工的なフェリ磁性状態とされている。またこれに
より、前記フリー磁性層１１の磁化方向と前記固定磁性
層４１の磁化方向とが交差する関係となる。
【００８９】このスピンバルブ型薄膜磁気素子２では、
ハードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、
図示Ｘ1方向に揃えられたフリー磁性層１１の磁化方向
が変動すると、図示Ｙ方向に固定された固定磁性層４１
の磁化との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の
変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁界
が検出される。
【００９０】また、第１フリー磁性層１０と第２フリー
磁性層８の磁気的膜厚の関係が、Ｍ 2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1と
されているので、フリー磁性層１１のスピンフロップ磁
界を大きくすることができる。これにより、フリー磁性
層１１がフェリ磁性状態を保つ磁界の範囲が広くなる。
よって、フリー磁性層１１が安定してフェリ磁性状態を
保つことができる。
【００９１】また、第２フリー磁性層８に拡散防止層６
が用いられた場合でも、第１フリー磁性層１０及び第２
フリー磁性層８のそれぞれの磁気的膜厚Ｍ1・ｔ1、Ｍ2
・ｔ2を適宜調整することにより、フリー磁性層１１の
磁気的な実効膜厚（Ｍ2・ｔ2−Ｍ1・ｔ1）を小さくでき
るので、僅かな大きさの外部磁界によってもフリー磁性
層１１の磁化方向が容易に変動し、これによりスピンバ
ルブ型薄膜磁気素子２の感度を高くすることができる。
【００９２】また、固定磁性層４１が非磁性層４３と第
１固定磁性層４２及び第２固定磁性層４４からなり、こ
れら第１、第２固定磁性層４２、４４が反強磁性的に結
合して第１、第２固定磁性層４２、４４の磁気モーメン
トが相互に打ち消し合う関係にあるが、第１固定磁性層
４２の厚さが僅かに大きく、この第１固定磁性層４２に
由来する自発磁化が僅かに残る結果となり、固定磁性層
４１がフェリ磁性状態となるので、この自発磁化が反強
磁性層１３との交換結合磁界によって更に増幅され、固
定磁性層４１の磁化方向が図示Ｙ方向に強固に固定さ
れ、スピンバルブ型薄膜磁気素子２の安定性を向上させ
ることができる。
【００９３】なお、このスピンバルブ型薄膜磁気素子２
は、下地層１２、反強磁性層１３、第１固定磁性層４
２、非磁性層４３、第２固定磁性層４４、非磁性導電層
５、第２フリー磁性層８、非磁性中間層９、第１フリー
磁性層１０及び保護層２０が順次積層されて多層体が形
成されること以外は、前述したスピンバルブ型薄膜磁気
素子１と同様にして製造される。
【００９４】（第３の実施形態）次に本発明の第３の実
施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を説明する。図１
２に、本発明の第２の実施形態であるスピンバルブ型薄
膜磁気素子を磁気記録媒体側からみた断面模式図を示
し、図１３にはこのスピンバルブ型薄膜磁気素子をトラ
ック幅方向から見た断面模式図を示す。なお、図１２及
び図１３に示す構成要素のうち、図１及び図２に示す構
成要素と同一の構成要素には、図１及び図２と同一の符
号を付してその説明を省略、若しくは簡単に説明する。
また、図１２及び図１３において、図示Ｚ方向は磁気記
録媒体の移動方向であり、図示Ｙ方向は磁気記録媒体か
らの漏れ磁界の方向であり、図示Ｘ1方向はスピンバル
ブ型薄膜磁気素子のトラック幅方向である。
【００９５】図１２及び図１３に示すスピンバルブ型薄
膜磁気素子３は、第１実施形態のスピンバルブ型薄膜磁
気素子１と同様に薄膜磁気ヘッドｈ1に備えられて浮上
式磁気ヘッドを構成するものである。そしてこのスピン
バルブ型薄膜磁気素子３は、フリー磁性層６１、非磁性
導電層１５、固定磁性層５４及び反強磁性層５３が順次
積層されてなるトップ型のシングルスピンバルブ型薄膜
磁気素子である。
【００９６】図１２及び図１３において符号１６４は下
部ギャップ層を示し、符号１２は、絶縁層１６４上に積
層された下地層を示している。この下地層１２の上にフ
リー磁性層６１が積層され、フリー磁性層６１の上に非
磁性導電層１５が積層され、非磁性導電層１５の上に固
定磁性層５４が積層され、固定磁性層５４の上に反強磁
性層５３が積層され、反強磁性層５３の上には保護層２
０が積層されている。このように、下地層１２から保護
層２０までの各層が順次積層されてトラック幅に対応す
る幅を有する断面視略台形状の積層体２３が構成されて
いる。
【００９７】積層体２３の図示Ｘ1方向両側、即ちトラ
ック幅方向両側には、バイアス層３２、３２が形成され
ている。バイアス層３２、３２はフリー磁性層６１の磁
化方向を揃えて、フリー磁性層６１のバルクハウゼンノ
イズを低減する。また、符号３４、３４は導電層を示し
ている。導電層３４、３４はバイアス層３２、３２の上
方に積層されている。この導電層３４、３４は積層体２
３にセンス電流を印加する。また、バイアス層３２と下
部ギャップ層１６４との間、及び、バイアス層３２と積
層体２３との間にはバイアス下地層３１が設けられてい
る。更に、バイアス層３２と導電層３４との間には中間
層３３が設けられている。
【００９８】反強磁性層５３は、ＰｔＭｎ合金で形成さ
れていることが好ましい。ＰｔＭｎ合金は、従来から反
強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ
合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温
度が高く、交換結合磁界も大きい。また、反強磁性層５
３は、Ｘ−Ｍｎ（ただし、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉ
ｒ、Ｒｈ、Ｏｓのうちから選択される１種の元素を示
す。）の式で示される合金あるいはＸ’−Ｍｎ（ただ
し、Ｘ’は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒ
ｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇのうちから選択される１種または
２種以上の元素を示す。）の式で示される合金で形成さ
れていてもよい。
【００９９】前記ＰｔＭｎ合金および前記Ｘ−Ｍｎの式
で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３
原子％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、
４７〜５７原子％の範囲である。さらにまた、Ｘ’−Ｍ
ｎの式で示される合金において、Ｘ’が３７〜６３原子
％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、７４
〜５７原子％の範囲である。さらに、前記Ｘ’−Ｍｎの
式で示される合金としては、Ｘ’が０．２〜１０原子％
の範囲であることが望ましい。
【０１００】反強磁性層５３として上記した適正な組成
範囲の合金を使用し、これを磁場中熱処理することで、
大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層５３を得るこ
とができる。とくに、ＰｔＭｎ合金であれば、８００
（Ｏｅ）を越える交換結合磁界を有し、交換結合磁界を
失うブロッキング温度が３８０℃と極めて高い優れた反
強磁性層１３を得ることができる。
【０１０１】固定磁性層５４は、強磁性材料から形成さ
れるもので、第１または第２の実施形態で説明した固定
磁性層４と同様の材料から形成される。固定磁性層５４
は、反強磁性層５３に接して積層されている。固定磁性
層５４と反強磁性層５３の界面では交換結合磁界（交換
異方性磁界）が発生し、固定磁性層５４の磁化方向が図
示Ｙ方向に固定されている。
【０１０２】非磁性導電層１５は、第１または第２の実
施形態で説明した非磁性導電層５と同様の材料から形成
される。
【０１０３】また、図１２及び図１３に示すように、フ
リー磁性層６１は、非磁性中間層５９と、この非磁性中
間層５９を挟む第１フリー磁性層６０と第２フリー磁性
層５８から構成されている。第１フリー磁性層６０は、
非磁性中間層５９より下地層１２側に設けられ、第２フ
リー磁性層５８は、非磁性中間層５９より非磁性導電層
１５側に設けられている。
【０１０４】第１フリー磁性層６０は、第１または第２
の実施形態で説明した第１フリー磁性層１０と同様の材
料から形成される。また、非磁性中間層５９は、非磁性
材料より形成されるもので、第１または第２の実施形態
で説明した非磁性中間層９と同様の材料から形成され
る。
【０１０５】第２フリー磁性層５８は、拡散防止層５６
と強磁性層５７とから形成されている。拡散防止層５６
は強磁性層５７と非磁性導電層１５の相互拡散を防止す
るもので、第１または第２の実施形態で説明した拡散防
止層６と同様の材料から形成される。また強磁性層５７
は強磁性材料からなるもので、第１または第２の実施形
態で説明した強磁性層７と同様の材料から形成される。
【０１０６】また、第２フリー磁性層５８の厚さｔ
2は、第１フリー磁性層６０の厚さｔ1よりも厚く形成さ
れている。なお、第２フリー磁性層５８の厚さｔ2は、
２５〜４５Åの範囲であることが好ましい。第２フリー
磁性層５８の厚さｔ2が前記の範囲を外れると、スピン
バルブ型薄膜磁気素子３の抵抗変化率を大きくすること
ができなくなるので好ましくない。また第１フリー磁性
層６０の厚さｔ1は５〜２５Åの範囲が好ましい。
【０１０７】また、第１フリー磁性層６０及び第２フリ
ー磁性層５８の飽和磁化をそれぞれＭ1、Ｍ2としたと
き、第１フリー磁性層６０及び第２フリー磁性層５８の
磁気的膜厚はそれぞれＭ1・ｔ1、Ｍ2・ｔ2となる。な
お、第２フリー磁性層５８が拡散防止層５６及び強磁性
層５７から構成されているため、第２フリー磁性層５８
の磁気的膜厚Ｍ2・ｔ2は、拡散防止層５６の磁気的膜厚
Ｍ21・ｔ21と強磁性層５７の磁気的膜厚Ｍ22・ｔ22との
和となる。即ち、Ｍ2・ｔ2＝Ｍ21・ｔ21＋Ｍ22・ｔ22と
なる。ここで、Ｍ21、ｔ21は拡散防止層５６の飽和磁
化、膜厚をそれぞれ示し、Ｍ22、ｔ22は強磁性層５７の
飽和磁化、膜厚をそれぞれ示している。
【０１０８】例えば、拡散防止層５６をＣｏで形成し、
強磁性層５７をＮｉＦｅ合金で形成した場合、拡散防止
層５６の飽和磁化Ｍ21は、強磁性層の飽和磁化Ｍ22より
大きくなる。そしてフリー磁性層６１は、第１フリー磁
性層６０と第２フリー磁性層５８との磁気的膜厚の関係
を、Ｍ2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1とするように構成されている。
【０１０９】また、第１フリー磁性層６０及び第２フリ
ー磁性層５８は、相互に反強磁性的に結合している。即
ち、第２フリー磁性層５８の磁化方向がバイアス層３
２、３２により図示Ｘ1方向に揃えられると、第１フリ
ー磁性層６０の磁化方向が図示Ｘ1方向の反対方向に揃
えられる。第１、第２フリー磁性層６０、５８の磁気的
膜厚の関係がＭ2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1とされていることか
ら、第２フリー磁性層５８の磁化が残存した状態とな
り、フリー磁性層６１全体の磁化方向が図示Ｘ1方向に
揃えられる。このときのフリー磁性層６１の実効膜厚
は、（Ｍ2・ｔ2−Ｍ1・ｔ1）となる。このように、第１
フリー磁性層６０と第２フリー磁性層５８は、それぞれ
の磁化方向が反平行方向となるように反強磁性的に結合
され、かつ磁気的膜厚の関係がＭ2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1とさ
れていることから、人工的なフェリ磁性状態とされてい
る。またこれにより、フリー磁性層６１の磁化方向と固
定磁性層５４の磁化方向とが交差する関係となる。
【０１１０】このスピンバルブ型薄膜磁気素子３では、
ハードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、
図示Ｘ1方向に揃えられたフリー磁性層６１の磁化方向
が変動すると、図示Ｙ方向に固定された固定磁性層５４
の磁化との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の
変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁界
が検出される。
【０１１１】また、第１フリー磁性層６０と第２フリー
磁性層５８の磁気的膜厚の関係が、Ｍ2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1
とされているので、フリー磁性層６１のスピンフロップ
磁界を大きくすることができる。これにより、フリー磁
性層６１がフェリ磁性状態を保つ磁界の範囲が広くな
る。よって、フリー磁性層６１が安定してフェリ磁性状
態を保つことができる。
【０１１２】また、第２フリー磁性層５８に拡散防止層
５６が用いられた場合でも、第１フリー磁性層６０及び
第２フリー磁性層５８のそれぞれの磁気的膜厚Ｍ1・
ｔ1、Ｍ 2・ｔ2を適宜調整することにより、フリー磁性
層６１の磁気的な実効膜厚（Ｍ2・ｔ2−Ｍ1・ｔ1）を小
さくできるので、僅かな大きさの外部磁界によってもフ
リー磁性層６１の磁化方向が容易に変動し、これにより
スピンバルブ型薄膜磁気素子３の感度を高くすることが
できる。
【０１１３】なお、このスピンバルブ型薄膜磁気素子３
は、下地層１２、第１フリー磁性層６０、非磁性中間層
５９、第２フリー磁性層５８、非磁性導電層１５、固定
磁性層５４、反強磁性層５３及び保護層２０が順次積層
されて多層体が形成されること以外は、第１の実施形態
のスピンバルブ型薄膜磁気素子１と同様にして製造され
る。
【０１１４】（第４の実施形態）次に本発明の第４の実
施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を説明する。図１
４に、本発明の第２の実施形態であるスピンバルブ型薄
膜磁気素子を磁気記録媒体側からみた断面模式図を示
し、図１５にはこのスピンバルブ型薄膜磁気素子をトラ
ック幅方向から見た断面模式図を示す。なお、図１４及
び図１５に示す構成要素のうち、図１２及び図１３に示
す構成要素と同一の構成要素には、図１２及び図１３と
同一の符号を付してその説明を省略、若しくは簡単に説
明する。また、図１４及び図１５において、図示Ｚ方向
は磁気記録媒体の移動方向であり、図示Ｙ方向は磁気記
録媒体からの漏れ磁界の方向であり、図示Ｘ1方向はス
ピンバルブ型薄膜磁気素子２のトラック幅方向である。
【０１１５】図１４及び図１５に示すスピンバルブ型薄
膜磁気素子４は、第１実施形態のスピンバルブ型薄膜磁
気素子１と同様に薄膜磁気ヘッドｈ1に備えられて浮上
式磁気ヘッドを構成するものである。そしてこのスピン
バルブ型薄膜磁気素子４は、フリー磁性層６１、非磁性
導電層１５、固定磁性層７１及び反強磁性層５３が順次
積層されてなるトップ型のシングルスピンバルブ型薄膜
磁気素子である。
【０１１６】図１４及び図１５において符号１６４は下
部ギャップ層を示し、符号１２は、絶縁層１６４上に積
層された下地層を示している。この下地層１２の上にフ
リー磁性層６１が積層され、フリー磁性層６１の上に非
磁性導電層１５が積層され、非磁性導電層１５の上に固
定磁性層７１が積層され、固定磁性層７１の上に反強磁
性層５３が積層され、反強磁性層５３の上には保護層２
０が積層されている。このように、下地層１２から保護
層２０までの各層が順次積層されてトラック幅に対応す
る幅を有する断面視略台形状の積層体２４が構成されて
いる。
【０１１７】積層体２４の図示Ｘ1方向両側、即ちトラ
ック幅方向両側には、バイアス層３２、３２が形成され
ている。バイアス層３２、３２はフリー磁性層６１の磁
化方向を揃えて、フリー磁性層６１のバルクハウゼンノ
イズを低減する。また、符号３４、３４は導電層を示し
ている。導電層３４、３４はバイアス層３２、３２の上
方に積層されている。この導電層３４、３４は積層体２
４にセンス電流を印加する。また、バイアス層３２と下
部ギャップ層１６４との間、及び、バイアス層３２と積
層体２３との間にはバイアス下地層３１が設けられてい
る。更に、バイアス層３２と導電層３４との間には中間
層３３が設けられている。
【０１１８】反強磁性層５３は、ＰｔＭｎ合金で形成さ
れていることが好ましい。ＰｔＭｎ合金は、従来から反
強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ
合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温
度が高く、交換結合磁界も大きい。また、反強磁性層５
３は、Ｘ−Ｍｎ（ただし、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉ
ｒ、Ｒｈ、Ｏｓのうちから選択される１種の元素を示
す。）の式で示される合金あるいはＸ’−Ｍｎ（ただ
し、Ｘ’は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒ
ｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇのうちから選択される１種または
２種以上の元素を示す。）の式で示される合金で形成さ
れていてもよい。この反強磁性層５３は、第３の実施形
態で説明した反強磁性層と同等の組成からなる。
【０１１９】固定磁性層７１は、非磁性層７３と、この
非磁性層７３を挟む第１固定磁性層７２と第２固定磁性
層７４から構成されている。第１固定磁性層７２は、非
磁性層７３より反強磁性層５３側に設けられて反強磁性
層５３に接し、第２固定磁性層５４は、非磁性層５３よ
り非磁性導電層１５側に設けられて非磁性導電層１５に
接している。第１固定磁性層５２と反強磁性層５３の界
面では交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、第１
固定磁性層５２の磁化方向が図示Ｙ方向の反対方向に固
定されている。
【０１２０】第１固定磁性層７２と第２固定磁性層７３
の厚さは、わずかに異なる厚さとすることが好ましく、
図１４及び図１５では、第２固定磁性層７４の厚さが第
１固定磁性層４２の厚さより大とされている。
【０１２１】第１固定磁性層７２の磁化方向は、反強磁
性層５３との交換結合磁界により図示Ｙ方向の反対方向
に固定され、第２固定磁性層７４は、第１固定磁性層７
２と反強磁性的に結合してその磁化方向が図示Ｙ方向に
固定されている。第１、第２固定磁性層７２、７４の磁
化方向が互いに反平行とされているので、第１、第２固
定磁性層７２、７４の磁気モーメントが相互に打ち消し
合う関係にあるが、第２固定磁性層７４の厚さが僅かに
大きいために、固定磁性層７１自体の自発磁化が僅かに
残る結果となり、フェリ磁性状態になっている。そして
この自発磁化が反強磁性層５３との交換結合磁界によっ
て更に増幅され、固定磁性層７１の磁化方向が図示Ｙ方
向に固定される。
【０１２２】第１固定磁性層７２及び第２固定磁性層７
４は、いずれも強磁性材料より形成されるもので、前述
の第２実施形態で説明した第１固定磁性層４２及び第２
固定磁性層４４と同様の材料からなる。また、第１、第
２固定磁性層７２、７４は同一の材料で形成されること
が好ましい。また、非磁性層４３は、非磁性材料より形
成されるもので、前述の第２実施形態で説明した非磁性
層４３と同様の材料からなる。
【０１２３】非磁性導電層１５は、第１または第２の実
施形態で説明した非磁性導電層５と同様の材料から形成
される。
【０１２４】また、図１４及び図１５に示すように、フ
リー磁性層６１は、非磁性中間層５９と、この非磁性中
間層５９を挟む第１フリー磁性層６０と第２フリー磁性
層５８から構成されている。第１フリー磁性層６０は、
非磁性中間層５９より下地層１２側に設けられ、第２フ
リー磁性層５８は、非磁性中間層５９より非磁性導電層
１５側に設けられている。
【０１２５】第１フリー磁性層６０は、前述の第３の実
施形態で説明した第１フリー磁性層と同様の材料から形
成される。また、非磁性中間層５９は、非磁性材料より
形成されるもので、前述の第３の実施形態で説明した非
磁性中間層と同様の材料から形成される。
【０１２６】第２フリー磁性層５８は、拡散防止層５６
と強磁性層５７とから形成されている。拡散防止層５６
は強磁性層５７と非磁性導電層１５の相互拡散を防止す
るもので、第３の実施形態で説明した拡散防止層と同様
の材料から形成される。また強磁性層５７は強磁性材料
からなるもので、第３の実施形態で説明した強磁性層と
同様の材料から形成される。
【０１２７】また、第２フリー磁性層５８の厚さｔ
2は、第１フリー磁性層６０の厚さｔ1よりも厚く形成さ
れている。なお、第２フリー磁性層５８の厚さｔ2は、
２５〜４５Åの範囲であることが好ましい。第２フリー
磁性層５８の厚さｔ2が前記の範囲を外れると、スピン
バルブ型薄膜磁気素子３の抵抗変化率を大きくすること
ができなくなるので好ましくない。また第１フリー磁性
層６０の厚さｔ1は５〜２５Åの範囲が好ましい。
【０１２８】また、第１フリー磁性層６０及び第２フリ
ー磁性層５８の飽和磁化をそれぞれＭ1、Ｍ2としたと
き、第１フリー磁性層６０及び第２フリー磁性層５８の
磁気的膜厚はそれぞれＭ1・ｔ1、Ｍ2・ｔ2となる。な
お、第２フリー磁性層５８が拡散防止層５６及び強磁性
層５７から構成されているため、第２フリー磁性層５８
の磁気的膜厚Ｍ2・ｔ2は、拡散防止層５６の磁気的膜厚
Ｍ21・ｔ21と強磁性層５７の磁気的膜厚Ｍ22・ｔ22との
和となる。即ち、Ｍ2・ｔ2＝Ｍ21・ｔ21＋Ｍ22・ｔ22と
なる。ここで、Ｍ21、ｔ21は拡散防止層５６の飽和磁
化、膜厚をそれぞれ示し、Ｍ22、ｔ22は強磁性層５７の
飽和磁化、膜厚をそれぞれ示している。
【０１２９】例えば、拡散防止層５６をＣｏで形成し、
強磁性層５７をＮｉＦｅ合金で形成した場合、拡散防止
層５６の飽和磁化Ｍ21は、強磁性層の飽和磁化Ｍ22より
大きくなる。そしてフリー磁性層６１は、第１フリー磁
性層６０と第２フリー磁性層５８との磁気的膜厚の関係
を、Ｍ2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1とするように構成されている。
【０１３０】また、第１フリー磁性層６０及び第２フリ
ー磁性層５８は、相互に反強磁性的に結合している。即
ち、第２フリー磁性層５８の磁化方向がバイアス層３
２、３２により図示Ｘ1方向に揃えられると、第１フリ
ー磁性層６０の磁化方向が図示Ｘ1方向の反対方向に揃
えられる。第１、第２フリー磁性層６０、５８の磁気的
膜厚の関係がＭ2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1とされていることか
ら、第２フリー磁性層５８の磁化が残存した状態とな
り、フリー磁性層６１全体の磁化方向が図示Ｘ1方向に
揃えられる。このときのフリー磁性層６１の実効膜厚
は、（Ｍ2・ｔ2−Ｍ1・ｔ1）となる。このように、第１
フリー磁性層６０と第２フリー磁性層５８は、それぞれ
の磁化方向が反平行方向となるように反強磁性的に結合
され、かつ磁気的膜厚の関係がＭ2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1とさ
れていることから、人工的なフェリ磁性状態とされてい
る。またこれにより、フリー磁性層６１の磁化方向と固
定磁性層７１の磁化方向とが交差する関係となる。
【０１３１】このスピンバルブ型薄膜磁気素子４では、
ハードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、
図示Ｘ1方向に揃えられたフリー磁性層６１の磁化方向
が変動すると、図示Ｙ方向に固定された固定磁性層７１
の磁化との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の
変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁界
が検出される。
【０１３２】また、第１フリー磁性層６０と第２フリー
磁性層５８の磁気的膜厚の関係が、Ｍ2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1
とされているので、フリー磁性層６１のスピンフロップ
磁界を大きくすることができる。これにより、フリー磁
性層６１がフェリ磁性状態を保つ磁界の範囲が広くな
る。よって、フリー磁性層６１が安定してフェリ磁性状
態を保つことができる。
【０１３３】また、第２フリー磁性層５８に拡散防止層
５６が用いられた場合でも、第１フリー磁性層６０及び
第２フリー磁性層５８のそれぞれの磁気的膜厚Ｍ1・
ｔ1、Ｍ 2・ｔ2を適宜調整することにより、フリー磁性
層６１の磁気的な実効膜厚（Ｍ2・ｔ2−Ｍ1・ｔ1）を小
さくできるので、僅かな大きさの外部磁界によってもフ
リー磁性層６１の磁化方向が容易に変動し、これにより
スピンバルブ型薄膜磁気素子４の感度を高くすることが
できる。
【０１３４】また、固定磁性層７１が非磁性層７３と第
１固定磁性層７２及び第２固定磁性層７４からなり、こ
れら第１、第２固定磁性層７２、７４が反強磁性的に結
合して第１、第２固定磁性層７２、７４の磁気モーメン
トが相互に打ち消し合う関係にあるが、第１固定磁性層
７２の厚さが僅かに大きく、この第１固定磁性層７２に
由来する自発磁化が僅かに残る結果となり、固定磁性層
７１がフェリ磁性状態となるので、この自発磁化が反強
磁性層５３との交換結合磁界によって更に増幅され、固
定磁性層７１の磁化方向が図示Ｙ方向に強固に固定さ
れ、スピンバルブ型薄膜磁気素子４の安定性を向上させ
ることができる。
【０１３５】なお、このスピンバルブ型薄膜磁気素子４
は、下地層１２、第１フリー磁性層６０、非磁性中間層
５９、第２フリー磁性層５８、非磁性導電層１５、第２
固定磁性層７４、非磁性層７３、第１固定磁性層７２、
反強磁性層５３及び保護層２０が順次積層されて多層体
が形成されること以外は、第１の実施形態のスピンバル
ブ型薄膜磁気素子１と同様にして製造される。
【０１３６】
【実施例】（実験例１）上面にアルミナよりなる下部ギ
ャップ層が設けられたＳｉよりなる基板上に、スパッタ
装置を用いて、厚さ３０ÅのＴａ膜からなる下地層を形
成し、さらに厚さ１５０ÅのＰｔＭｎ（Ｐｔ；５０（原
子％）、Ｍｎ；５０（原子％））膜からなる反強磁性層
を形成し、さらに、厚さ５３Åの固定磁性層を形成し、
その上に厚さ３０ÅのＣｕ膜からなる非磁性導電層を形
成し、その上にフリー磁性層を形成し、さらに、厚さ３
０ÅのＴａからなる保護層を形成し、その上にアルミナ
からなる上部ギャップ層を形成して積層体とした。
【０１３７】なお、上記のフリー磁性層は、非磁性導電
層上に厚さ５ÅのＣｏからなる拡散防止層を形成し、拡
散防止層上に厚さ２０Åまたは３５ÅのＮｉＦｅ合金か
らなる強磁性層を形成し、この強磁性層上に厚さ８Åの
Ｒｕからなる非磁性中間層を形成し、非磁性中間層上に
厚さ５〜６０ÅのＮｉＦｅ合金からなる第１フリー磁性
層を形成することにより作成した。また、拡散防止層と
強磁性層により第２フリー磁性層が構成される。また上
記の固定磁性層は、反強磁性層上に厚さ２０ÅのＣｏか
らなる第１固定磁性層を形成し、この第１固定磁性層上
に厚さ８ÅのＲｕからなる非磁性層を形成し、非磁性層
上に形成された厚さ２５Åの第２固定磁性層を形成する
ことにより作成した。
【０１３８】上記のようにして形成した積層体を、１０
ｋＯｅの磁場中で２５０℃で２４０分間熱処理して反強
磁性層を規則化して固定磁性層の磁化方向を固定した。
このようにして表１に示すような試験例１〜１６のスピ
ンバルブ型薄膜磁気素子を作製した。なお、表１中、ｔ
2−ｔ1は、第２フリー磁性層の膜厚（ｔ2）と第１フリ
ー磁性層の膜厚（ｔ1）の差であり、ｔ2＋ｔ1は、第
１、第２フリー磁性層の膜厚（ｔ1、ｔ2）の合計値であ
る。
【０１３９】このように形成されたスピンバルブ型薄膜
磁気素子の構造を略記すると、（Ｓｉ基板／Ａｌ2Ｏ3層
／Ｔａ層３０Å／ＰｔＭｎ層１５０Å／ＣｏＦｅ層２０
Å／Ｒｕ層８Å／Ｃｏ層２５Å／Ｃｕ層３０Å／Ｃｏ層
５Å／ＮｉＦｅ層２０〜３５Å／Ｒｕ層８Å／ＮｉＦｅ
層５〜６０Å／Ｔａ層３０Å／Ａｌ2Ｏ3層）となる。
【０１４０】
【表１】
【０１４１】試験例１〜試験例１６のスピンバルブ型薄
膜磁気素子について、抵抗変化率を測定した。結果を図
１６及び表１に示す。また、フリー磁性層のスピンフロ
ップ磁界を測定した。結果を図１７及び表１に示す。
【０１４２】図１６に、スピンバルブ型薄膜磁気素子の
抵抗変化率（ΔＭＲ（％））と、第２フリー磁性層の膜
厚（ｔ2）と第１フリー磁性層の膜厚（ｔ1）の差（ｔ2
−ｔ1）との関係を示す。図中プロットの添え字は試験
例の番号であり、（）内の数字は、第１、第２フリー磁
性層の膜厚の合計値（ｔ2＋ｔ1）である。また、図中◆
印は、強磁性層の厚さを３５Åとしたものであり、図中
■印は、強磁性層の厚さを２０Åとしたものである。図
１６から明らかなように、膜厚差（ｔ2−ｔ1）が０以上
になると、即ち第２フリー磁性層の厚さが第１フリー磁
性層の厚さより大きくなると、抵抗変化率が６％以上に
なり、高い抵抗変化率を示すことがわかる。また、第
１、第２フリー磁性層の膜厚の合計（ｔ2＋ｔ1）が増加
すると抵抗変化率が減少する傾向にある。これは、フリ
ー磁性層全体の膜厚が増加してセンス電流の分流（シャ
ントロス）が大きくなり、抵抗変化率が低下したためと
考えられる。
【０１４３】なお、図１６において、膜厚差（ｔ2−
ｔ1）=−１３〜−１４Åの近傍で、■印のプロットで結
ばれたグラフが極小値を示し、抵抗変化率が極端に低下
している。このように抵抗変化率が極小値を示すのは、
第１、第２フリー磁性層のそれぞれの磁気的膜厚Ｍ1・
ｔ1、Ｍ2・ｔ2の大きさが等しくなったためと考えられ
る。
【０１４４】従って図１６からも明らかなように、Ｍ2
・ｔ2−Ｍ1・ｔ1＞０の関係が成立する実験例１〜１２
のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、Ｍ2・ｔ2−Ｍ1・ｔ1
≦０となる実験例１３〜１６のスピンバルブ型薄膜磁気
素子よりも、抵抗変化率が高くなることがわかる。
【０１４５】図１７に、スピンバルブ型薄膜磁気素子の
フリー磁性層のスピンフロップ磁界（Ｈsf（Ｏｅ））
と、第２フリー磁性層の膜厚（ｔ2）と第１フリー磁性
層の膜厚（ｔ1）の差（ｔ2−ｔ1）との関係を示す。図
中プロットの添え字は試験例の番号である。図１７から
明らかなように、膜厚差（ｔ2−ｔ1）が０以上になる
と、即ち第２フリー磁性層の厚さが第１フリー磁性層の
厚さより大きくなると、スピンフロップ磁界が４００
Ｏｅを越えて急激に大きくなることがわかる。これによ
り、第２フリー磁性層の厚さを第１フリー磁性層の厚さ
より大きくすると、第１フリー磁性層と第２フリー磁性
層が反強磁性的に結合し、安定したフェリ磁性状態を保
つことができる。
【０１４６】（実験例２）上面にアルミナよりなる下部
ギャップ層が設けられたＳｉよりなる基板上に、スパッ
タ装置を用いて、厚さ３０ÅのＴａ膜からなる下地層を
形成し、さらに厚さ１５０ÅのＰｔＭｎ（Ｐｔ；５０
（原子％）、Ｍｎ；５０（原子％））膜からなる反強磁
性層を形成し、らに、厚さ５３Åの固定磁性層を形成
し、その上に厚さ２６ÅのＣｕ膜からなる非磁性導電層
を形成し、その上にフリー磁性層を形成し、さらに、厚
さ３０ÅのＴａからなる保護層を形成し、その上にアル
ミナからなる上部ギャップ層を形成して積層体とした。
【０１４７】なお、上記のフリー磁性層は、非磁性導電
層上に厚さ５ÅのＣｏからなる拡散防止層を形成し、拡
散防止層上に厚さ１５〜５０ÅのＮｉＦｅ合金からなる
強磁性層を形成し、この強磁性層上に厚さ８ÅのＲｕか
らなる非磁性中間層を形成し、非磁性中間層上に厚さ２
０ÅのＮｉＦｅ合金からなる第１フリー磁性層を形成す
ることにより作成した。また、拡散防止層と強磁性層に
より第２フリー磁性層が構成される。また上記の固定磁
性層は、反強磁性層上に厚さ２０ÅのＣｏ合金からなる
第１固定磁性層を形成し、この第１固定磁性層上に厚さ
８ÅのＲｕからなる非磁性層を形成し、非磁性層上に形
成された厚さ２５Åの第２固定磁性層を形成することに
より作成した。
【０１４８】上記のようにして形成した積層体を、１０
ｋＯｅの磁場中で２５０℃で２２０分間熱処理して反強
磁性層を規則化して固定磁性層の磁化方向を固定した。
このようにして表２に示すような試験例１７〜２３のス
ピンバルブ型薄膜磁気素子を作製した。
【０１４９】このように形成されたスピンバルブ型薄膜
磁気素子の構造を略記すると、（Ｓｉ基板／Ａｌ2Ｏ3層
／Ｔａ層３０Å／ＰｔＭｎ層１５０Å／Ｃｏ層２０Å／
Ｒｕ層８Å／Ｃｏ層２５Å／Ｃｕ層２６Å／Ｃｏ層５Å
／ＮｉＦｅ層１５〜５０Å／Ｒｕ層８Å／ＮｉＦｅ層２
０Å／Ｔａ層３０Å／Ａｌ2Ｏ3層）となる。
【０１５０】
【表２】
【０１５１】試験例１７〜試験例２３のスピンバルブ型
薄膜磁気素子について、抵抗変化率を測定した。結果を
図１８及び表２に示す。
【０１５２】図１８に、スピンバルブ型薄膜磁気素子の
抵抗変化率（ΔＭＲ（％））と、第２フリー磁性層の膜
厚（ｔ2）との関係を示す。図中プロットの添え字は試
験例の番号である。図１８から明らかなように、第２フ
リー磁性層の膜厚（ｔ2）が２５〜４５Åの範囲で抵抗
変化率が高くなっており、特に３０〜３５Åの範囲で抵
抗変化率が７．２％以上となり、高い抵抗変化率を示す
ことがわかる。
【０１５３】以上の実験例１及び実験例２から明らかな
ように、非磁性導電層に接する第２フリー磁性層の膜厚
を、第１フリー磁性層の膜厚より大きくすることによ
り、抵抗変化率及びスピンフロップ磁界を高くすること
ができる。また、第２フリー磁性層の磁気的膜厚Ｍ2・
ｔ2を、第１フリー磁性層の磁気的膜厚Ｍ1・ｔ1より大
きくしても抵抗変化率を高くすることができる。特に、
第２フリー磁性層の膜厚を２５〜４５Åとすることによ
り、高い抵抗変化率を得ることができる。
【０１５４】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
スピンバルブ型薄膜磁気素子は、反強磁性層と、該反強
磁性層に接して形成されて前記反強磁性層との交換結合
磁界により磁化方向が固定された固定磁性層と、前記固
定磁性層に接する非磁性導電層と、前記非磁性導電層に
接するフリー磁性層とを備え、前記フリー磁性層は、非
磁性中間層と、該非磁性中間層を挟む第１、第２フリー
磁性層からなり、該第１、第２フリー磁性層の各磁化方
向が反平行方向とされ、かつこの第１、第２フリー磁性
層がフェリ磁性状態とされ、かつ前記非磁性導電層側に
ある第２フリー磁性層の厚さを、第１フリー磁性層の厚
さより大きくしてなり、第２フリー磁性層の磁気的膜厚
が、第１フリー磁性層の磁気的膜厚よりも大きくなるの
で、フリー磁性層のスピンフロップ磁界が大きくなり、
第１、第２フリー磁性層の反強磁性的な結合を安定して
維持させてフリー磁性層のフェリ磁性状態を保つことが
でき、スピンバルブ型薄膜磁気素子の感度を高くするこ
とができる。
【０１５５】また、第１、第２フリー磁性層の膜厚を適
宜調整してフリー磁性層の実効膜厚を薄くすることによ
り、フリー磁性層の磁化方向を僅かな大きさの外部磁界
により変動させることができ、スピンバルブ型薄膜磁気
素子の感度を高くすることが可能となる。また、フリー
磁性層全体の厚さをある程度厚くした状態でフリー磁性
層の磁気的な実効膜厚を薄くできるので、抵抗変化率が
極端に小さくなることがなく、スピンバルブ型薄膜磁気
素子の感度を高くすることが可能となる。
【０１５６】また、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子は、第２フリー磁性層の飽和磁化及び厚さをそれぞれ
Ｍ2、ｔ2とし、前記第１フリー磁性層の飽和磁化及び厚
さをそれぞれＭ1、ｔ1としたときに、Ｍ2・ｔ2＞Ｍ1・
ｔ1となるように構成されているので、フリー磁性層の
スピンフロップ磁界が大きくなり、第１、第２フリー磁
性層の反強磁性的な結合を安定して維持させてフリー磁
性層のフェリ磁性状態を保った状態で抵抗変化率を大き
くすることができ、スピンバルブ型薄膜磁気素子の感度
を高くすることができる。
【０１５７】また本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子
は、前記第２フリー磁性層の厚さが２５〜４５Åの範囲
とされているので、スピンバルブ型薄膜磁気素子の抵抗
変化率をより大きくすることができる。
【０１５８】また本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子
は、前記固定磁性層が、非磁性層と、前記非磁性層を挟
む第１、第２固定磁性層とからなり、該第１、第２固定
磁性層の各磁化方向が反平行方向とされ、かつこの第
１、第２固定磁性層がフェリ磁性状態とされているの
で、固定磁性層全体の自発磁化が僅かに残り、この自発
磁化が反強磁性層との交換結合磁界によって更に増幅さ
れて固定磁性層の磁化方向を強固に固定することができ
る。
【０１５９】また本発明の薄膜磁気ヘッドは、抵抗変化
率が大きく、感度の高いスピンバルブ型薄膜磁気素子を
具備しているので、僅かな大きさの外部磁界を検出する
ことが可能となり、ヘッドの再生出力が大きくなり、記
録密度の高い磁気記録デバイスに使用することができ
る。
【０１６０】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製
造方法は、フリー磁性層を構成する２つの磁性層のうち
第２フリー磁性層の厚さを第１フリー磁性層の厚さより
も大きくすると共に、積層体のトラック幅方向に前記フ
リー磁性層の保磁力より大きく、前記の第１、第２フリ
ー磁性層がスピンフロップ転移する磁界より小さい磁界
を印加しつつ熱処理するので、第１熱処理工程によって
乱れた第１、第２フリー磁性層の誘導磁気異方性の方向
を、トラック幅方向に揃えることができ、フリー磁性層
のバルクハウゼンノイズが小さく、高い感度を有し、か
つ抵抗変化率が大きいスピンバルブ型薄膜磁気素子を得
ることができる。
【０１６１】また、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子の製造方法は、第２の熱処理工程の後に、前記フリー
磁性層の保磁力より大きく、前記の第１、第２フリー磁
性層がスピンフロップ転移する磁界より小さい回転磁界
を印加しつつ、第２の熱処理工程における熱処理温度よ
り低い温度で熱処理するので、フリー磁性層の磁気ヒス
テリシスを低減することができ、フリー磁性層のバルク
ハウゼンノイズをより小さくさせて感度の高いスピンバ
ルブ型薄膜磁気素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態であるスピンバル
ブ型薄膜磁気素子の磁気記録媒体側から見た断面模式図
である。
【図２】 図１に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子を
トラック幅方向から見た断面模式図である。
【図３】 本発明の薄膜磁気ヘッドを備えた浮上式磁
気ヘッドの斜視図である、
【図４】 図３に示す浮上式磁気ヘッドの要部の断面
模式図である。
【図５】 図１に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子の
フリー磁性層のＭ−Ｈ曲線を示す図である。
【図６】 本発明の第１の実施形態であるスピンバル
ブ型薄膜磁気素子の製造方法の一工程を説明するための
模式図である。
【図７】 本発明の第１の実施形態であるスピンバル
ブ型薄膜磁気素子の製造方法の一工程を説明するための
模式図である。
【図８】 本発明の第１の実施形態であるスピンバル
ブ型薄膜磁気素子の製造方法の一工程を説明するための
模式図である。
【図９】 本発明の第１の実施形態であるスピンバル
ブ型薄膜磁気素子の製造方法の一工程を説明するための
模式図である。
【図１０】 本発明の第２の実施形態であるスピンバ
ルブ型薄膜磁気素子の磁気記録媒体側から見た断面模式
図である。
【図１１】 図１０に示すスピンバルブ型薄膜磁気素
子をトラック幅方向から見た断面模式図である。
【図１２】 本発明の第３の実施形態であるスピンバ
ルブ型薄膜磁気素子の磁気記録媒体側から見た断面模式
図である。
【図１３】 図１２に示すスピンバルブ型薄膜磁気素
子をトラック幅方向から見た断面模式図である。
【図１４】 本発明の第４の実施形態であるスピンバ
ルブ型薄膜磁気素子の磁気記録媒体側から見た断面模式
図である。
【図１５】 図１４に示すスピンバルブ型薄膜磁気素
子をトラック幅方向から見た断面模式図である。
【図１６】 スピンバルブ型薄膜磁気素子の抵抗変化
率（ΔＭＲ（％））と、第２フリー磁性層の膜厚
（ｔ2）と第１フリー磁性層の膜厚（ｔ1）の差（ｔ 2−
ｔ1）との関係を示すグラフである。
【図１７】 スピンバルブ型薄膜磁気素子のフリー磁
性層のスピンフロップ磁界（Ｈsf（Ｏｅ））と、第２フ
リー磁性層の膜厚（ｔ2）と第１フリー磁性層の膜厚
（ｔ1）の差（ｔ2−ｔ1）との関係を示すグラフであ
る。
【図１８】 スピンバルブ型薄膜磁気素子の抵抗変化
率（ΔＭＲ（％））と、第２フリー磁性層の膜厚
（ｔ2）との関係を示すグラフである。
【図１９】 従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁
気記録媒体側から見た断面模式図である。
【図２０】 従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子をト
ラック幅方向から見た断面模式図である。
【符号の説明】
１、２、３、４ スピンバルブ型薄膜磁気素子 ５、１５ 非磁性導電層 ６、５６ 拡散防止層 ７、５７ 強磁性層 ８、５８ 第２フリー磁性層 ９、５９ 非磁性中間層 １０、６０ 第１フリー磁性層 １１、６１ フリー磁性層 １２ 下地層 １３、５３ 反強磁性層 １４、４１、５４、７１ 固定磁性層 ２０ 保護層 ２１、２２、２３、２４ 積層体 ４２、７２ 第１固定磁性層 ４３、７３ 非磁性層 ４４、７４ 第２固定磁性層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井出 洋介 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アルプ ス電気株式会社内 (72)発明者 長谷川 直也 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アルプ ス電気株式会社内 Ｆターム(参考） 5D034 BA05 BA15 BA21 BB12 CA04 DA07

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 反強磁性層と、該反強磁性層に接して
    形成されて前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化
    方向が固定された固定磁性層と、前記固定磁性層に接す
    る非磁性導電層と、前記非磁性導電層に接するフリー磁
    性層とを備え、 前記反強磁性層は、Ｘ−Ｍｎ（但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐ
    ｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓのうちから選択される１種
    の元素を示す。）の式で示される合金またはＸ’−Ｍｎ
    （ただし、Ｘ’は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｉ
    ｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇのうちから選択される１種
    または２種以上の元素を示す。）の式で示される合金の
    いずれか一方からなり、 前記フリー磁性層は、非磁性中間層と、該非磁性中間層
    を挟む第１、第２フリー磁性層からなり、該第１、第２
    フリー磁性層の各磁化方向が反平行方向とされ、かつこ
    の第１、第２フリー磁性層がフェリ磁性状態とされ、か
    つ前記非磁性導電層側にある第２フリー磁性層の厚さ
    を、第１フリー磁性層の厚さより大きくしてなることを
    特徴とするスピンバルブ型薄膜磁気素子。
  2. 【請求項２】 反強磁性層と、該反強磁性層に接して
    形成されて前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化
    方向が固定された固定磁性層と、前記固定磁性層に接す
    る非磁性導電層と、前記非磁性導電層に接するフリー磁
    性層とを備え、 前記反強磁性層は、Ｘ−Ｍｎ（但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐ
    ｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓのうちから選択される１種
    の元素を示す。）の式で示される合金またはＸ’−Ｍｎ
    （ただし、Ｘ’は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｉ
    ｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇのうちから選択される１種
    または２種以上の元素を示す。）の式で示される合金の
    いずれか一方からなり、 前記フリー磁性層は、非磁性中間層と、該非磁性中間層
    を挟む第１、第２フリー磁性層とからなり、該第１、第
    ２フリー磁性層の各磁化方向が反平行方向とされ、かつ
    この第１、第２フリー磁性層がフェリ磁性状態とされ、
    かつ前記非磁性導電層側にある第２フリー磁性層の飽和
    磁化及び厚さをそれぞれＭ2、ｔ2とし、前記第１フリー
    磁性層の飽和磁化及び厚さをそれぞれＭ1、ｔ1としたと
    きに、Ｍ 2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1となるように構成されてなる
    ことを特徴とするスピンバルブ型薄膜磁気素子。
  3. 【請求項３】 前記の第２フリー磁性層の厚さが２５
    〜４５Åの範囲とされたことを特徴とする請求項１また
    は請求項２に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
  4. 【請求項４】 前記固定磁性層は、非磁性層と、前記
    非磁性層を挟む第１、第２固定磁性層とからなり、該第
    １、第２固定磁性層の磁化方向が反平行方向とされ、か
    つこの第１、第２固定磁性層がフェリ磁性状態とされて
    いることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれ
    かに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
  5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれかに
    記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子を具備してなること
    を特徴とする薄膜磁気ヘッド。
  6. 【請求項６】 反強磁性層と、固定磁性層と、非磁性
    導電層と、 非磁性中間層と該非磁性中間層を挟んで反強磁性的に結
    合した第１、第２フリー磁性層を有し、かつ前記非磁性
    導電層側にある第２フリー磁性層の厚さを第１フリー磁
    性層の厚さよりも大きくしたフリー磁性層とを積層して
    積層体を形成する積層工程と、 該積層体のトラック幅方向の直交方向に磁界を印加しつ
    つ前記積層体を熱処理し、前記反強磁性層と前記固定磁
    性層との間に交換結合磁界を発現させて固定磁性層の磁
    化方向をトラック幅方向の直交方向に固定する第１の熱
    処理工程と、 この積層体のトラック幅方向に、前記フリー磁性層の保
    磁力より大きく、かつ反強磁性的に結合した前記第１、
    第２フリー磁性層がスピンフロップ転移する磁界よりも
    小さい磁界を印加しつつこの積層体を熱処理し、前記の
    第１、第２フリー磁性層の誘導磁気異方性の方向をトラ
    ック幅方向に揃える第２の熱処理工程とを具備してなる
    ことを特徴とするスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方
    法。
  7. 【請求項７】 第２の熱処理工程の後に、前記フリー
    磁性層の保磁力より大きく、かつ反強磁性的に結合した
    前記第１、第２フリー磁性層がスピンフロップ転移する
    磁界よりも小さい回転磁界を印加しつつ、第２の熱処理
    工程における熱処理温度より低い温度で熱処理する第３
    の熱処理工程を具備してなることを特徴とする請求項６
    に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法。
JP29296699A 1999-10-14 1999-10-14 スピンバルブ型薄膜磁気素子及び薄膜磁気ヘッド及びスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法 Withdrawn JP2001118217A (ja)

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