JP2001217480A - スピンバルブ型薄膜磁気素子およびその製造方法、および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 - Google Patents

スピンバルブ型薄膜磁気素子およびその製造方法、および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

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 狭トラック化に対応して、スピンバルブ型薄
膜磁気素子における出力特性の向上を図り、アシンメト
リーを小さくし、サイドリーディング発生の防止を図
り、再生波形の安定性（stability）の向上と、スピン
バルブ型薄膜磁気素子における検出感度の向上と、△Ｒ
／Ｒ（抵抗変化率）の向上を図る。 【解決手段】 基板Ｋ上に、反強磁性層２、固定磁性層
３、非磁性導電層４、フリー磁性層５、バックド層（平
均自由行程延長層）Ｂ１、縦バイアス層６が積層されて
なる積層体９と、この積層体９の両側に形成された電極
層８とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固定磁性層（ピン
（Pinned）磁性層）の固定磁化方向と外部磁界の影響を
受けるフリー（Free）磁性層の磁化方向との関係で電気
抵抗が変化するスピンバルブ型薄膜磁気素子、およびこ
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
に関し、特に、フリー磁性層の軟磁気特性を向上し、抵
抗変化率の向上を図ることができるスピンバルブ型薄膜
磁気素子に用いて好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】スピンバルブ型薄膜磁気素子は、巨大磁
気抵抗効果を示すＧＭＲ（Giant Magnetoresistive）素
子の一種であり、ハードディスクなどの記録媒体から記
録磁界を検出するものである。前記スピンバルブ型薄膜
磁気素子は、ＧＭＲ素子の中で比較的構造が単純で、し
かも、外部磁界に対して抵抗変化率が高く、弱い磁界で
抵抗が変化するなどの優れた点を有している。
【０００３】図２４，図２５，図２６は、従来のスピン
バルブ型薄膜磁気素子の一例を記録媒体との対向面（Ａ
ＢＳ面）側から見た場合の構造を示した断面図である。
これらの例のスピンバルブ型薄膜磁気素子の上下には、
ギャップ層を介してシールド層が形成されており、前記
スピンバルブ型薄膜磁気素子、ギャップ層、及びシール
ド層で、再生用のＧＭＲヘッドが構成されている。な
お、前記再生用のＧＭＲへッドの上に、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ＧＭＲ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。
【０００４】図２４に示す従来のスピンバルブ型薄膜磁
気素子は、反強磁性層１２２、固定磁性層（ピン（Pinn
ed）磁性層）１２３、非磁性導電層１２４およびフリー
（Free）磁性層１２５が積層され、その両側にはハード
バイアス層１２９，１２９が形成されて、いわゆるボト
ム型（Bottom type）のハードバイアスタイプ（hardbia
s）のシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子とされてい
る。このスピンバルブ型薄膜磁気素子では、ハードディ
スクなどの磁気記録媒体の移動方向は、図示Ｚ方向であ
り、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向は、Ｙ方向であ
る。
【０００５】図２４に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子
は、下から下地層１２１、反強磁性層１２２、固定磁性
層１２３、非磁性導電層１２４、フリー磁性層１２５お
よび保護層１２７で構成された積層体１２０と、この積
層体１２０の両側に形成された一対のハードバイアス層
（永久磁石層）１２９，１２９およびハードバイアス層
１２９，１２９上に形成された一対の電極層１２８，１
２８とで構成されている。一般的に、前記反強磁性層１
２２には、Ｆｅ−Ｍｎ合金膜やＮｉ−Ｍｎ合金膜が、固
定磁性層１２３およびフリー磁性層１２５には、Ｎｉ−
Ｆｅ合金膜が、非磁性導電層１２４には、Ｃｕ膜が、ハ
ードバイアス層１２９，１２９には、Ｃｏ−Ｐｔ合金膜
が、電極層１２８，１２８には、Ｃｒ膜やＷ膜が使用さ
れる。なお、下地層１２１および保護層１２７は、Ｔａ
膜などで形成されている。また、積層体１２０の上面の
幅寸法によって磁気記録トラック幅Ｔｗがほぼ決定され
る。
【０００６】固定磁性層１２３の磁化は、図２４に示す
ように、反強磁性層１２２との界面での交換結合による
交換異方性磁界により、Ｙ方向（記録媒体からの漏れ磁
界方向：ハイト方向）に単磁区化され、フリー磁性層１
２５の磁化は、前記ハードバイアス層１２９，１２９か
らのバイアス磁界の影響を受けてＸ１方向と反対方向に
揃えられる。すなわち、固定磁性層１２３の磁化とフリ
ー磁性層１２５の磁化とが直交するように設定されてい
る。このスピンバルブ型薄膜素子では、ハードバイアス
層１２９，１２９上に形成された電極層１２８，１２８
から、固定磁性層１２３、非磁性導電層１２４およびフ
リー磁性層１２５に検出電流（センス電流）が与えられ
る。前記磁気記録媒体からの漏れ磁界方向が与えられ
る。フリー磁性層１２５の磁化がＸ１方向と反対方向か
らＹ方向に向けて変化すると、フリー磁性層１２５内で
の磁化方向の変動と、固定磁性層１２３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（Ｍ
Ｒ）効果という）、この電気抵抗値の変化に基づく電圧
変化により、記録媒体からの漏れ磁界が検出される。
【０００７】また、図２５に示すスピンバルブ型薄膜磁
気素子も図２４に示すものと同様に、反強磁性層、固定
磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層が一層ずつ形成さ
れた、いわゆるボトム型（Bottom type ）とされるが、
サイドエクスチェンジバイアスタイプ（side exchange
bias）のシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子とされて
いる。このスピンバルブ型薄膜磁気素子では、ハードデ
ィスクなどの磁気記録媒体の移動方向は、図示Ｚ方向で
あり、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向は、Ｙ方向で
ある。
【０００８】図２５において、符号Ｋは基板を示してい
る。この基板Ｋ上には、反強磁性層１２２が形成されて
いる。さらに、前記反強磁性層１２２の上には、固定磁
性層（ピン（Pinned）磁性層）１２３が形成され、この
固定磁性層１２３の上には、非磁性導電層１２４が形成
され、さらに、前記非磁性導電層１２４の上には、フリ
ー（Free）磁性層１２５が形成されている。また、前記
フリー磁性層１２５の上には、バイアス層１２６，１２
６が磁気記録トラック幅Ｔｗと同じ間隔を開けて設けら
れ、前記バイアス層１２６，１２６の上には、一対の電
極層１２８，１２８が設けられている。
【０００９】前記反強磁性層１２２は、ＮｉＯ合金、Ｆ
ｅＭｎ合金、ＮｉＭｎ合金などから形成されている。さ
らに、前記固定磁性層１２３およびフリー磁性層１２５
は、Ｃｏ，ＮｉＦｅ合金などから形成され、非磁性導電
層１２４にはＣｕ（銅）膜が適応され、また、バイアス
層１２６，１２６が、面心立方晶で不規則結晶構造のＦ
ｅＭｎ合金などの反強磁性材料により形成され、電極層
１２８，１２８がＣｕ，Ａｕ，Ｃｒ，Ｗ，Ｔａなどで形
成されている。図２５に示す固定磁性層１２３は、前記
反強磁性層１２２との界面にて発生する交換結合による
交換異方性磁界により磁化されている。そして、前記固
定磁性層１２３の磁化方向は、図示Ｙ方向、すなわち記
録媒体から離れる方向（ハイト方向）に固定されてい
る。また、前記フリー磁性層１２５は、前記バイアス層
１２６の交換異方性磁界によって磁化されて単磁区化さ
れている。そして、前記フリー磁性層１２５の磁化方向
は、図示Ｘ１方向と反対方向、すなわち固定磁性層１２
３の磁化方向と交差する方向に揃えられている。
【００１０】このスピンバルブ型薄膜磁気素子において
は、電極層１２８からフリー磁性層１２５、非磁性導電
層１２４、固定磁性層１２３付近にセンス電流が与えら
れる。Ｚ方向に走行する磁気記録媒体からの漏れ磁界が
図示Ｙ方向に沿って与えられると、フリー磁性層１２５
の磁化方向が、図示Ｘ１方向と反対方向からＹ方向に向
けて変動する。このフリー磁性層１２５内での磁化方向
の変動と固定磁性層２３の磁化方向との関係で電気抵抗
が変化し、この抵抗変化に基づく電圧変化により磁気記
録媒体からの漏れ磁界が検出される。
【００１１】図２６に示す従来のスピンバルブ型薄膜磁
気素子は、反強磁性層１２２、固定磁性層（ピン（Pinn
ed）磁性層）１２３、非磁性導電層１２４、フリー（Fr
ee）磁性層１２５および縦バイアス層１２６が積層され
て、いわゆるボトム型（Bottom type ）の縦バイアスタ
イプ（exchange bias ）のシングルスピンバルブ型薄膜
磁気素子とされている。このスピンバルブ型薄膜磁気素
子では、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向
は、図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界の
方向は、Ｙ方向である。
【００１２】図２６に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子
は、下から下地層１２１、反強磁性層１２２、固定磁性
層１２３、非磁性導電層１２４、フリー磁性層１２５、
縦バイアス層１２６および保護層１２７で構成された積
層体１２０と、この積層体１２０の両側に形成された一
対の電極層１２８，１２８とで構成されている。一般的
に、前記反強磁性層１２２には、Ｎｉ−Ｍｎ合金膜など
が、固定磁性層１２３およびフリー磁性層１２５には、
Ｎｉ−Ｆｅ合金膜が、非磁性導電層１２４には、Ｃｕ膜
が、縦バイアス層１２６には、Ｆｅ−Ｍｎ合金膜が、電
極層１２８，１２８には、Ｃｒ膜やＷ膜が使用される。
なお、下地層１２１および保護層１２７は、Ｔａ膜など
で形成されている。また、積層体１２０の上面の幅寸法
によって磁気記録トラック幅Ｔｗが決定される。
【００１３】固定磁性層１２３の磁化は、図２６に示す
ように、反強磁性層１２２との界面での交換結合による
交換異方性磁界により、Ｙ方向（記録媒体からの漏れ磁
界方向：ハイト方向）に単磁区化され、フリー磁性層１
２５の磁化は、前記縦バイアス層１２６との界面での交
換結合による交換異方性磁界によりＸ１方向と反対方向
に揃えられる。すなわち、固定磁性層１２３の磁化とフ
リー磁性層１２５の磁化とが直交するように設定されて
いる。このスピンバルブ型薄膜素子では、電極層１２
８，１２８から、固定磁性層１２３、非磁性導電層１２
４およびフリー磁性層１２５付近に検出電流（センス電
流）が与えられる。前記記録媒体からの漏れ磁界方向が
与えられる。フリー磁性層１２５の磁化がＸ１方向と反
対方向からＹ方向に向けて変化すると、フリー磁性層１
２５内での磁化方向の変動と、固定磁性層１２３の固定
磁化方向との関係で、電気抵抗が変化し、この電気抵抗
値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの漏れ
磁界が検出される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】ハードディスクなどの
記録媒体においては、高記録密度化という要求が根本的
に存在しているが、この記録密度の向上には、磁気記録
トラック幅寸法の狭小化、つまり、スピンバルブ型薄膜
磁気素子における狭トラック化、および、検出感度の向
上が求められている。
【００１５】ここで、図２４に示すハードバイアス方式
（hard bias ）のスピンバルブ型薄膜磁気素子において
は、フリー磁性層１２５のうち、その側端部付近におけ
る磁化は、ハードバイアス層１２９，１２９からの強い
磁界の影響を受けるため固定されやすく、外部磁界に対
して磁化が変動しにくくなっており、積層体１２０の側
端部付近には、図２４に示すように、再生感度の悪い不
感領域が形成されている。したがって、積層体１２０の
うち、不感領域を除いた中央部分の領域が、実質的に記
録媒体の再生に寄与し、ＧＭＲ効果を発揮する感度領域
であり、この感度領域の幅は、積層体１２０の形成時に
設定された磁気記録トラック幅Ｔｗよりも不感領域の幅
寸法分だけ短くなっており、不感領域のばらつきのため
に正確な磁気記録トラック幅Ｔｗを画定することが困難
となっている。そのため、磁気記録トラック幅Ｔｗを狭
く設定した場合には、ＧＭＲ効果における△Ｒ／Ｒ（抵
抗変化率）が減少し、スピンバルブ型薄膜磁気素子の検
出感度が減少して高記録密度化対応することが難しくな
るという問題がある。
【００１６】また、図２５に示すサイドエクスチェンジ
バイアスタイプ（side exchange bias）のスピンバルブ
型薄膜磁気素子は、反強磁性材料からなるバイアス層１
２６との交換結合により、フリー磁性層１２５の磁化方
向を固定磁性層１２３の磁化方向に対して交差する方向
に揃えるものである。前記サイドエクスチェンジバイア
ス方式は、不感領域があるため実効磁気記録トラック幅
Ｔｗの制御が困難であるハードバイアス方式と比較し
て、磁気記録トラック幅Ｔｗの狭い高密度記録に対応す
るスピンバルブ型薄膜磁気素子に適した方式である。
【００１７】しかしながら、図２５に示すスピンバルブ
型薄膜磁気素子においては、バイアス層１２６の膜厚方
向寸法が、トラック両脇部分１２６ｓにおいて減少して
いるため、このトラック両脇部分１２６ｓにおけるフリ
ー磁性層１２５とバイアス層１２６との交換結合の効果
が低下してしまう。その結果、図２５に示すフリー磁性
層１２５におけるトラック両側部分１２５ｓが、不感領
域であるにもかかわらず、外部磁界に対して磁気抵抗変
化してしまい、感度領域の再生出力に対して余計な信号
を出力してしまう。特に、磁気記録媒体における記録密
度の高密度化にともない、磁気記録媒体における記録ト
ラック幅および記録トラック間隔を減少させて、狭トラ
ック化を図った場合、本来感度領域で読み出すべき磁気
記録トラックに対して、隣接する磁気記録トラックの情
報を、上記両側部分１２５ｓの領域において読み出して
しまうという、サイドリーディングが発生し、これが出
力信号に対してノイズとなり、エラーを招く可能性があ
った。このため、実効トラック幅Ｔｗの制御が曖昧にな
り、検出精度が低下するという問題があった。特に、こ
の傾向は、磁気記録トラック幅０．５μｍ以下の狭トラ
ックの場合、大きな問題になっていた。
【００１８】また、このトラック両脇部分１２６ｓにお
けるフリー磁性層１２５とバイアス層１２６との交換結
合の効果が低下してしまうことにより、フリー磁性層１
２５における感度領域の中央部分の磁化方向と、トラッ
ク両側部分１２５ｓの磁化方向とは、大きく異なった状
態となってしまう。その結果、フリー磁性層１２５が区
分された状態が著しい場合には、フリー磁性層１２５内
に、あたかも、磁壁ができたように、単磁区化が妨げら
れ、磁化の不均一が発生し、スピンバルブ型薄膜素子に
おいて、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる
不安定性（instability）の原因となるバルクハイゼン
ノイズ等が発生する可能性があった。
【００１９】図２６に示す縦バイアスタイプ（exchange
bias ）のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、図２５に示
すサイドエクスチェンジバイアスタイプ（side exchang
e bias）と異なり、フリー磁性層１２５の感度領域に縦
バイアス層１２６が直接的に接続されているために、こ
のフリー磁性層１２５と縦バイアス層１２６との界面で
の交換結合による交換異方性磁界が強くなりすぎ、フリ
ー磁性層１２５の磁化が強固に固定されてしまい、検出
するべき外部磁界が印加された場合にも、このフリー磁
性層１２５の磁化方向が回転変化することができず、セ
ンス電流の抵抗変化が起こらないため、検出感度が低下
してしまう可能性があるという問題があった。
【００２０】さらに、図２５に示すサイドエクスチェン
ジバイアスタイプ（side exchangebias）のスピンバル
ブ型薄膜磁気素子、および、図２６に示す縦バイアスタ
イプ（exchange bias ）のスピンバルブ型薄膜磁気素子
を製造する際においては、それぞれ、 固定磁性層１２２の磁化方向をＹ方向に規定するため
の第１磁場中アニール処理 フリー磁性層１２５の磁化方向をＸ１と反対方向に規
定するための第２磁場中アニール処理 を、順次おこなわなくてはならないが、後者のフリー磁
性層の磁化方向を規定する第２アニール処理をおこなっ
た際に、反強磁性層１２２と固定磁性層１２３の界面に
作用する交換異方性磁界がＹ方向からＸ１方向と反対方
向に傾き、固定磁性層１２３の磁化方向とフリー磁性層
１２５の磁化方向が非直交となってしまい、出力信号波
形の対称性が得られなくなってしまう度合い（アシンメ
トリー）が増大する可能性がある。ここで、固定磁性層
１２３の磁化方向とフリー磁性層１２５の磁化方向との
関係によって出力のアシンメトリーが規定されるが、ス
ピンバルブ型薄膜磁気素子においては、この出力のアシ
ンメトリーが小さいほうが好ましく、アシンメトリーが
増大した場合には、スピンバルブ型薄膜磁気素子の出力
特性が悪化してしまうという問題があった。
【００２１】なお、本願発明者らは、先に、特開平１０
−２９４５０６号公報において、図２６に示す縦バイア
スタイプ（exchange bias ）のスピンバルブ型薄膜磁気
素子に関連した技術を、また、特願平１１−１５７１３
２において図２５に示すサイドエクスチェンジバイアス
タイプ（side exchange bias）のスピンバルブ型薄膜磁
気素子に関連した技術を開示しているが、このような構
成においても上述した問題は発生する可能性があった。
【００２２】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、以下の目的を達成しようとするものである。 狭トラック化に対応すること。 スピンバルブ型薄膜磁気素子における出力特性の向
上を図ること。 アシンメトリーを小さくすること。 サイドリーディング発生の防止を図ること。 再生波形の安定性（stability）の向上を図ること。 スピンバルブ型薄膜磁気素子における検出感度の向
上を図ること。 △Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）の向上を図ること。 上記のようなスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた
薄膜磁気ヘッドを提供すること。 上記のようなスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方
法を提供すること。
【００２３】
【課題を解決するための手段】本発明のスピンバルブ型
薄膜磁気素子は、反強磁性層と、この反強磁性層と接し
て形成され、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁
化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非
磁性導電層を介して形成され、前記固定磁性層の磁化方
向と交差する方向へ磁化方向が揃えられたフリー磁性層
と、このフリー磁性層の磁化方向を前記方向へ揃えるた
めの縦バイアス層と、これら固定磁性層、非磁性導電
層、フリー磁性層付近に検出電流を供給する一対の電極
層とを有し、前記フリー磁性層と前記縦バイアス層との
間に、前記フリー磁性層と前記縦バイアス層との交換結
合磁界の大きさを制御するとともに伝導電子の平均自由
行程を延長するための平均自由行程延長層が形成された
ことにより上記課題を解決した。本発明において、前記
フリー磁性層と前記縦バイアス層との間に形成された前
記平均自由行程延長層として、非磁性導電材料からなる
バックド層を有してなることが好ましい。本発明の前記
バックド層の膜厚が、５〜３０オングストロームの範囲
に設定されることが好ましい。本発明の前記バックド層
が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕからなる群から選択された材料か
ら構成されることが好ましい。また、本発明において、
前記フリー磁性層と前記縦バイアス層との間に形成され
た前記平均自由行程延長層として、絶縁材料からなる鏡
面反射層を有してなることが好ましい。本発明の前記鏡
面反射層の膜厚が、５〜５００オングストロームの範囲
に設定されることができる。本発明の前記鏡面反射層
が、伝導電子のスピン状態を保存する鏡面反射を生じる
確率の高いエネルギーギャップを形成可能な材料から構
成されることもできる。本発明において、前記基板側か
ら、少なくとも、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電
層、フリー磁性層、縦バイアス層の順で積層されてなる
手段か、前記基板側から、少なくとも、縦バイアス層、
フリー磁性層、非磁性導電層、固定磁性層、反強磁性層
の順で積層されてなる手段を採用することができる。本
発明において、前記一対の電極層は、少なくとも、フリ
ー磁性層の膜面方向両側に位置されてなるか、または、
少なくとも、フリー磁性層、非磁性導電層、固定磁性層
の膜面方向両側に位置されてなることができる。本発明
は、前記固定磁性層と前記フリー磁性層との少なくとも
一方が、非磁性中間層を介して２つに分断され、分断さ
れた層どうしで磁化の向きが１８０゜異なるフェリ磁性
状態とされてなることができる。本発明は、前記反強磁
性層および前記縦バイアス層は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒ
ｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａ
ｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上
の元素と、Ｍｎとを含む合金からなることができる。本
発明においては、前記反強磁性層は、下記の組成式から
なる合金であることができる。 ＸmＭｎ100-m 但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓのう
ちの少なくとも１種以上の元素であり、組成比を示すｍ
は、４８原子％≦ｍ≦６０原子％である。 ＰｔmＭｎ100-m-nＺn 但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓのうちの少
なくとも１種または２種以上の元素であり、組成比を示
すｍ、ｎは、４８原子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％、０．２
原子％≦ｎ≦４０原子％である。 ＰｔqＭｎ100-q-jＬj 但し、Ｌは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘ
ｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素
であり、組成比を示すｑ、ｊは、４８原子％≦ｑ＋ｊ≦
６０原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％である。本
発明においては、前記縦バイアス層は、下記の組成式か
らなる合金であることができる。 ＸmＭｎ100-m 但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓのう
ちの少なくとも１種以上の元素であり、組成比を示すｍ
は、５２原子％≦ｍ≦６０原子％である。 ＰｔmＭｎ100-m-nＺn 但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓのうちの少
なくとも１種または２種以上の元素であり、組成比を示
すｍ、ｎは、５２原子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％、０．２
原子％≦ｎ≦４０原子％である。 ＰｔqＭｎ100-q-jＬj 但し、Ｌは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘ
ｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素
であり、組成比を示すｑ、ｊは、５２原子％≦ｑ＋ｊ≦
６０原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％である。本
発明の薄膜磁気ヘッドにおいて、上記のスピンバルブ型
薄膜磁気素子を備えることができる。本発明のスピンバ
ルブ型薄膜素子の製造方法は、基板上に、反強磁性層
と、固定磁性層と、非磁性導電層と、フリー磁性層と、
平均自由行程延長層と、縦バイアス層とを積層する工程
と、積層されたこれらの層にトラック幅方向と直交する
方向である第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度
で熱処理し、前記反強磁性層および縦バイアス層に交換
異方性磁界を発生させて、前記固定磁性層および前記フ
リー磁性層の磁化を同一方向に固定すると共に、前記反
強磁性層の交換異方性磁界を前記縦バイアス層の交換異
方性磁界よりも大とする工程と、トラック幅方向に前記
縦バイアス層の交換異方性磁界よりも大きく前記反強磁
性層の交換異方性磁界よりも小さい第２の磁界を印加し
つつ、前記第１の熱処理温度よりも高い第２の熱処理温
度で熱処理し、前記フリー磁性層に前記固定磁性層の磁
化方向と交差する方向のバイアス磁界を付与する工程
と、前記フリー磁性層付近に検出電流を与える電極層を
形成する工程とを有することにより上記課題を解決し
た。本発明のスピンバルブ型薄膜素子の製造方法は、基
板上に、縦バイアス層と、平均自由行程延長層と、フリ
ー磁性層と、非磁性導電層と、固定磁性層と、反強磁性
層とを積層する工程と、積層されたこれらの層にトラッ
ク幅方向である第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理
温度で熱処理し、前記反強磁性層および縦バイアス層に
交換異方性磁界を発生させて、前記固定磁性層および前
記フリー磁性層の磁化を同一方向に固定するとともに、
前記縦バイアス層の交換異方性磁界を前記反強磁性層の
交換異方性磁界よりも大とする工程と、トラック幅方向
と直交する方向に前記反強磁性層の交換異方性磁界より
も大きく縦バイアス層の交換異方性磁界よりも小さい第
２の磁界を印加しつつ、前記第１の熱処理温度よりも高
い第２の熱処理温度で熱処理し、前記固定磁性層に前記
フリー磁性層の磁化方向と交差する方向の交換結合磁界
を付与する工程と、前記フリー磁性層付近に検出電流を
与える電極層を形成する工程とを有することにより上記
課題を解決した。本発明のスピンバルブ型薄膜素子の製
造方法において、前記反強磁性層および前記バイアス層
に、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａ
ｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少な
くとも１種または２種以上の元素と、Ｍｎとを含む合金
を用いることが可能である。また、本発明において、前
記第１の熱処理温度は、２２０℃〜２４０℃の範囲であ
ることが可能である。また、本発明において、前記第２
の熱処理熱度は、２５０℃〜２７０℃の範囲であること
が可能である。
【００２４】本発明においては、前記フリー磁性層と前
記縦バイアス層との間に、前記フリー磁性層と前記縦バ
イアス層との交換結合磁界を制御するとともに伝導電子
の平均自由行程を延長するための平均自由行程延長層が
形成されたことにより、フリー磁性層と縦バイアス層と
の交換結合による交換異方性磁界を適正な範囲に設定す
ることが可能となる。このため、フリー磁性層と縦バイ
アス層との交換結合による交換異方性磁界が強くなりす
ぎ、フリー磁性層の磁化が強固に固定されてしまうこと
を防止するとができ、検出するべき外部磁界が印加され
た場合に、このフリー磁性層の磁化方向が回転変化して
センス電流の抵抗変化を生じて、充分な検出感度を得る
ことが可能となるとともに、フリー磁性層の変動磁化を
安定して設定することが可能となるため、バルクハイゼ
ンノイズ等が発生することを防止し、再生波形の安定性
（stability）の向上を図ることができる。同時に、本
発明においては、前記フリー磁性層と前記縦バイアス層
との間に、前記フリー磁性層と前記縦バイアス層との交
換結合磁界を制御するとともに伝導電子の平均自由行程
を延長するための平均自由行程延長層が形成され、縦バ
イアス層がトラック部全面に形成されていることによ
り、フリー磁性層の磁化方向を設定するための交換結合
による交換異方性磁界を発生するための縦バイアス層の
膜厚を略一定に設定することが可能となるため、フリー
磁性層に対して均一に交換結合磁界を作用させることが
できるため、フリー磁性層を単磁区化しやすく、サイド
リーディングを防止することができ、磁気記録密度の高
密度化により一層対応することが可能となる。また、バ
イアス層の膜厚が不均一な場合に発生していた、フリー
磁性層内に磁壁ができて単磁区化が妨げられ、磁化の不
均一が発生し、スピンバルブ型薄膜素子において、磁気
記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（in
stability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発
生することを防止し、再生波形の安定性（stability）
の向上を図ることができる。
【００２５】本発明においては、前記平均自由行程延長
層として、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕからなる群から選択された
非磁性導電材料から構成されるバックド層を有してなる
ことにより、後述するように、磁気抵抗効果に寄与する
＋スピン（上向きスピン：upspin ）の伝導電子におけ
る平均自由行程（mean free path）をのばし、いわゆる
スピンフィルター効果（spin filter effect）によりス
ピンバルブ型薄膜素子において、大きな△Ｒ／Ｒ（抵抗
変化率）が得られ、高密度記録化に対応できるものとす
ることができる。
【００２６】本発明においては、前記バックド層の膜厚
が、５〜３０オングストロームの範囲に設定されること
ができ、このバックド層の膜厚が、５オングストローム
よりも薄い値に設定されると、フリー磁性層と縦バイア
ス層との交換結合による交換異方性磁界が強くなりすぎ
て、フリー磁性層の磁化が強固に固定されてしまい、検
出するべき外部磁界が印加された場合にも、フリー磁性
層の磁化方向が回転変化することができず、抵抗変化が
起こりにくいため、検出感度が低下し、スピンバルブ型
薄膜磁気素子の再生出力特性が悪化するため、好ましく
ない。また、このバックド層の膜厚が、３０オングスト
ロームよりも厚い値に設定されると、非磁性導電材料か
ら構成されるバックド層にセンス電流が分流する割合が
増加して、ＧＭＲ効果を得るために必要な、フリー磁性
層と非磁性導電層との界面付近を流れるセンス電流が減
少する、つまり、シャントロスが増大するため、大きな
△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）を得ることが難しくなるととも
に、同時に、フリー磁性層と縦バイアス層との交換結合
による交換異方性磁界が弱くなりすぎて、フリー磁性層
における磁化制御が困難になり、磁気記録媒体からの信
号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原
因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性があ
り好ましくない。
【００２７】本発明においては、前記平均自由行程延長
層として、伝導電子のスピン状態を保存する鏡面反射を
生じる確率の高いエネルギーギャップを形成可能な絶縁
材料からなる鏡面反射層を有してなることで、後述する
鏡面反射効果（specular effect ）により抵抗変化率を
向上することができる。上記の鏡面反射層を構成する絶
縁材料としては、α−Ｆｅ2Ｏ3，ＮｉＯ，ＣｏＯ，Ｃｏ
−Ｆｅ−Ｏ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｏ，Ａｌ2Ｏ3，Ａｌ−
Ｑ−Ｏ（ここでＱはＢ，Ｓｉ，Ｎ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍ
ｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選択される一種以上），Ｒ−
Ｏ（ここでＲはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈ
ｆ，Ｔａ，Ｗから選択される１種以上）等の酸化膜，Ａ
ｌ−Ｎ，Ａｌ−Ｑ−Ｎ（ここでＱはＢ，Ｓｉ，Ｏ，Ｔ
ｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選択される
一種以上），Ｒ−Ｎ（ここでＲはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚ
ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗから選択される１種以
上）等の窒化膜等を挙げることができる。ここで、鏡面
反射層としてα−Ｆｅ2Ｏ3やＮｉＯなどの反強磁性体を
用いた場合には、バイアス層の一部、または、全部を兼
ねることができる。
【００２８】また、鏡面反射層の膜厚を、５〜５００オ
ングストロームの範囲に設定することができ、この鏡面
反射層の膜厚が、５オングストロームよりも薄い値に設
定されると、鏡面反射の効果が充分得られないため、検
出感度が低下し、スピンバルブ型薄膜磁気素子の再生出
力特性が悪化するため、好ましくない。また、この鏡面
反射層の膜厚が、５００オングストロームよりも厚い値
に設定されると、再生ギャップであるシールド間隔が広
くなり過ぎ、ヘッドの分解能が低下するため好ましくな
い。また、フリー磁性層と縦バイアス層との交換結合に
よる交換異方性磁界が弱くなりすぎて、フリー磁性層に
おける磁区化制御が困難になり、磁気記録媒体からの信
号の処理が不正確になる不安定性（instability）の原
因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性もあ
り好ましくない。
【００２９】ここで、上記のバックド層および鏡面反射
層によって磁気抵抗変化率が高くなる理由を簡単に述べ
るが、それに先だって、スピンバルブ型薄膜磁気素子の
巨大磁気抵抗効果の原理を簡単に説明する。ここでは、
フリー磁性層の非磁性導電層に接しない位置にバックド
層または鏡面反射層を配置した状態を例にして説明をお
こなう。スピンバルブ型薄膜磁気素子にセンス電流を印
加したときには、伝導電子が主に電気抵抗の小さい非磁
性導電層付近を移動する。この伝導電子にはアップスピ
ン（＋スピン、上向きスピン：up spin ）とダウンスピ
ン（−スピン、下向きスピン：down spin ）の２種類の
伝導電子が確率的に等量存在する。スピンバルブ型薄膜
磁気素子の磁気抵抗変化率は、これらの２種類の伝導電
子の平均自由行程（mean free path）の行程差に対して
正の相関を示す。
【００３０】ダウンスピンの伝導電子については、印加
される外部磁界の向きにかかわらず、非磁性導電層とフ
リー磁性層との界面で常に散乱され、フリー磁性層に移
動する確率は低いまま維持され、その平均自由行程はア
ップスピンの伝導電子の平均自由行程に比べて短いまま
である。一方、アップスピンの伝導電子については、外
部磁界によってフリー磁性層の磁化方向が固定磁性層の
磁化方向と平行状態になったときに、非磁性導電層から
フリー磁性層に移動する確率が高くなり、平均自由行程
が長くなっている。これに対し、外部磁界によってフリ
ー磁性層の磁化方向が固定磁性層の磁化方向に対して平
行状態から変化するに従って、非磁性導電層とフリー磁
性層との界面で散乱される確率が増加し、アップスピン
の伝導電子の平均自由行程が短くなる。このように外部
磁界の作用によって、アップスピンの伝導電子の平均自
由行程がダウンスピンの伝導電子の平均自由行程に比べ
て大きく変化し、行程差が大きく変化することによっ
て、抵抗率が変化し、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁
気抵抗変化率（△Ｒ／Ｒ）が大きくなる。
【００３１】ここで、フリー磁性層にバックド層を接続
すると、フリー磁性層中を移動するアップスピンの伝導
電子がバックド層内にまで移動することが可能となり、
バックド層の膜厚に比例してアップスピンの伝導電子の
平均自由行程を更に延ばすことができる。このため、い
わゆるスピンフィルター効果を発現させることが可能と
なり、伝導電子の平均自由行程の行程差が大きくなっ
て、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率（△
Ｒ／Ｒ）をより向上させることができる。
【００３２】また、フリー磁性層の前記非磁性導電層に
接しない位置に鏡面反射層を積層すると、この鏡面反射
層はフリー磁性層との界面においてポテンシャル障壁を
形成し、フリー磁性層中を移動するアップスピンの伝導
電子を、そのスピンの状態を保存させたまま反射させる
ことができ、アップスピンの伝導電子を鏡面反射するこ
とが可能となり、アップスピンの伝導電子の平均自由行
程をさらに延ばすことができる。つまり、いわゆる鏡面
反射効果（specular effect ）を発現させることが可能
となり、スピンに依存した伝導電子における平均自由行
程の行程差がさらに大きくなって、スピンバルブ型薄膜
磁気素子の磁気抵抗変化率をより向上させることができ
る。
【００３３】さらに、フリー磁性層に接続されたバック
ド層の前記フリー磁性層と接する面の反対側に鏡面反射
層を積層すると、スピンフィルター効果によりアップス
ピンの伝導電子の平均自由行程が大きくなるとともに、
鏡面反射層とバックド層との界面において形成されたポ
テンシャル障壁によって、いわゆる鏡面反射効果（spec
ular effect ）を発現させ、アップスピンの伝導電子の
スピンの状態を保存して反射させることで、このアップ
スピンの伝導電子の平均自由行程をさらに延ばすことが
できる。つまり、スピンに依存した伝導電子における平
均自由行程の行程差がさらに大きくすることが可能であ
り、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率をよ
り向上させることが可能となる。
【００３４】これら、バックド層、鏡面反射層による、
平均自由行程の行程差の拡大はフリー磁性層の膜厚が比
較的薄い場合により効果を発揮し、また、同時に、これ
らの平均自由行程延長層の膜厚を制御することにより、
フリー磁性層の磁化制御をおこなうことが可能になるた
め、狭トラック化に対応したスピンバルブ型薄膜磁気素
子における検出感度の向上と、出力特性の向上とを同時
に図ることができる。
【００３５】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子にお
いては、基板側から、少なくとも、反強磁性層、固定磁
性層、非磁性導電層、フリー磁性層、縦バイアス層の順
で積層されてなるボトムタイプ（Bottom type ）シング
ルスピンバルブとするか、または、基板側から、少なく
とも、縦バイアス層、フリー磁性層、非磁性導電層、固
定磁性層、反強磁性層、の順で積層されてなるトップタ
イプ（top type）シングルスピンバルブとすることがで
きる。
【００３６】本発明において、前記一対の電極層は、少
なくとも、フリー磁性層の膜面方向両側に位置されてな
るか、または、少なくとも、フリー磁性層、非磁性導電
層、固定磁性層の膜面方向両側に位置されてなることに
より、少なくとも、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導
電層、フリー磁性層、縦バイアス層の積層された積層体
に対して膜厚方向積層体の両側に位置されてなることが
でき、フリー磁性層や非磁性導電層に比べて抵抗値の高
い反強磁性層および縦バイアス層を介さずに、電極層か
らフリー磁性層付近にセンス電流を与える割合を向上す
ることができる。また、ＧＭＲ効果において磁気抵抗変
化率（△Ｒ／Ｒ）に寄与する、前記積層体と電極層との
間の接続抵抗を低減することができ、スピンバルブ型薄
膜磁気素子の磁気抵抗変化率をより向上させることが可
能となる。また、フリー磁性層の単磁区化を保った状態
として電極層からフリー磁性層付近に直接センス電流を
与えることができるため、サイドリーディングを防止す
ることができ、磁気記録密度の高密度化により一層対応
することが可能となる。
【００３７】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子にお
いては、固定磁性層を、反強磁性層側の第１の固定磁性
層と、前記第１の固定磁性層に非磁性中間層を介して形
成され、前記第１の固定磁性層の磁化方向と反平行に磁
化方向が揃えられた第２の固定磁性層とを具備するもの
として形成し、固定磁性層をフェリ磁性状態とされてな
る手段、いわゆる、シンセティックフェリピンド型（sy
nthetic-ferri-pinnedtype ）とすることができ、これ
により、反強磁性層と第１の固定磁性層との界面で発生
する交換結合磁界（交換異方性磁界）Ｈｅｘを大きくす
ることができ、２つに分断された固定磁性層のうち一方
が他方の固定磁性層を適正な方向に固定する役割を担
い、固定磁性層の状態を非常に安定した状態に保つこと
が可能となる。さらに、反強磁性層と固定磁性層との交
換結合磁界Ｈｅｘを大きな値として得ることにより、固
定磁性層の状態を熱的にも安定した状態に保つことがで
きるため、後述するように、低い前記第１の熱処理温度
（アニール温度）により、反強磁性層と固定磁性層との
交換結合磁界Ｈｅｘを発生させ、固定磁性層の磁化を安
定させた後、この反強磁性層と固定磁性層との交換結合
磁界Ｈｅｘより小さな磁界を印加するとともに、上記の
第１の熱処理温度より高い第２の熱処理温度でフリー磁
性層と縦バイアス層との交換結合磁界Ｈｅｘを発生させ
る際に、充分な反強磁性層と固定磁性層との交換結合磁
界Ｈｅｘを安定した状態とするとともに、固定磁性層の
磁化方向を傾けないことが可能なために、固定磁性層の
固定磁化方向の制御を、より容易におこなうことができ
る。
【００３８】また、このように、固定磁性層が非磁性中
間層を介して２つに分断されたスピンバルブ型薄膜磁気
素子とした場合、固定磁性層の固定磁化による反磁界
（双極子）磁界を、第１の固定磁性層の静磁結合磁界と
第２の固定磁性層の静磁結合磁界とにより、相互に打ち
消してキャンセルすることができる。これにより、フリ
ー磁性層の変動磁化の方向に影響を与える固定磁性層の
固定磁化による反磁界（双極子磁界）からの、フリー磁
性層の変動磁化への寄与を減少することができる。ま
た、２つに分断された固定磁性層により、この固定磁性
層の固定磁化による反磁界（双極子磁界）のフリー磁性
層への影響を低減し、フリー磁性層の変動磁化の方向を
所望の方向に補正することがより容易になり、アシンメ
トリーの小さい優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子とす
ることが可能なために、フリー磁性層の変動磁化方向の
制御を、より容易にすることができる。
【００３９】ここで、アシンメトリーとは、再生出力波
形の非対称性の度合いを示すものであり、再生出力波形
が与えられた場合、波形が対称であればアシンメトリー
が小さくなる。したがって、アシンメトリーが０に近づ
くほど再生出力波形が対称性に優れていることになる。
前記アシンメトリーは、フリー磁性層の変動磁化の方向
と固定磁性層の固定磁化の方向とが直交しているとき０
となる。アシンメトリーが大きくずれるとメディアから
の情報の読みとりが正確にできなくなり、エラーの原因
となる。このため、前記アシンメトリーが小さいものほ
ど、再生信号処理の信頼性が向上することとなり、スピ
ンバルブ型薄膜磁気素子として優れたものとなる。
【００４０】また、固定磁性層の固定磁化による反磁界
（双極子磁界）Ｈd は、素子高さ方向において、その端
部で大きく中央部で小さいという、不均一な分布を持
ち、フリー磁性層内における単磁区化が妨げられる場合
があるが、固定磁性層を上記の積層構造とすることによ
り、双極子磁界Ｈd をほぼＨd ＝０にし、これによっ
て、フリー磁性層内に磁壁ができて単磁区化が妨げら
れ、磁化の不均一が発生し、スピンバルブ型薄膜磁気素
子において、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確に
なる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイ
ゼンノイズ等が発生することを防止することができる。
【００４１】また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
においては、前記反強磁性層および前記縦バイアス層
は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａ
ｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少な
くとも１種または２種以上の元素と、Ｍｎとを含む合金
からなることができ、あるいは、Ｘ−Ｍｎ（ただし、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から
なり、Ｘが３７〜６３原子％の範囲であることが望まし
く、さらにまた、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子に
おいては、前記反強磁性層が、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎ（ただ
し、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏ
ｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ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
される合金からなり、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３原子％の
範囲であることが望ましい。これにより、反強磁性層
に、Ｘ−Ｍｎの式で示される合金またはＸ’−Ｐｔ−Ｍ
ｎの式で示される合金を用いたスピンバルブ型薄膜磁気
素子とすることで、前記反強磁性層に従来から使用され
ているＮｉＯ合金、ＦｅＭｎ合金、ＮｉＭｎ合金などを
用いたものと比較して、交換結合磁界が大きく、またブ
ロッキング温度が高く、さらに耐食性に優れているなど
の優れた特性を有するスピンバルブ型薄膜磁気素子とす
ることができる。
【００４２】一方、少なくともフリー磁性層が非磁性中
間層を介して２つに分断されスピンバルブ型薄膜磁気素
子とした場合、２つに分断されたフリー磁性層どうしの
間に交換結合磁界が発生し、フェリ磁性状態とされ、外
部磁界に対して感度よく反転できるものとなる。
【００４３】また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
においては、前記反強磁性層は、下記の組成式からなる
合金であることが望ましい。 ＸmＭｎ100-m 但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓのう
ちの少なくとも１種以上の元素であり、組成比を示すｍ
は、４８原子％≦ｍ≦６０原子％である。
【００４４】また、前記反強磁性層は、下記の組成式か
らなる合金であることが好ましい。 ＸmＭｎ100-m 但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓのう
ちの少なくとも１種以上の元素であり、組成比を示すｍ
は、４８原子％≦ｍ≦５８原子％である。
【００４５】さらに、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素
子においては、前記縦バイアス層は、下記の組成式から
なる合金であることが望ましい。 ＸmＭｎ100-m 但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓのう
ちの少なくとも１種以上の元素であり、組成比を示すｍ
は、５２原子％≦ｍ≦６０原子％である。
【００４６】また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
においては、前記反強磁性層は、下記の組成式からなる
合金であってもよい。 ＰｔmＭｎ100-m-nＺn 但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓのうちの少
なくとも１種または２種以上の元素であり、組成比を示
すｍ、ｎは、４８原子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％、０．２
原子％≦ｎ≦４０原子％である。より好ましい組成比
は、４８原子％≦ｍ＋ｎ≦５８原子％、０．２原子％≦
ｎ≦４０原子％である。
【００４７】さらにまた、上記のスピンバルブ型薄膜磁
気素子においては、前記縦バイアス層は、下記の組成式
からなる合金であってもよい。 ＰｔmＭｎ100-m-nＺn 但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓのうちの少
なくとも１種または２種以上の元素であり、組成比を示
すｍ、ｎは、５２原子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％、０．２
原子％≦ｎ≦４０原子％である。
【００４８】また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
においては、前記反強磁性層は、下記の組成式からなる
合金であってもよい。 ＰｔqＭｎ100-q-jＬj 但し、Ｌは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘ
ｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素
であり、組成比を示すｑ、ｊは、４８原子％≦ｑ＋ｊ≦
６０原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％である。よ
り好ましくは組成比を示すｑ、ｊは、４８原子％≦ｑ＋
ｊ≦５８原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％であ
る。
【００４９】また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
においては、前記縦バイアス層は、下記の組成式からな
る合金であってもよい。 ＰｔqＭｎ100-q-jＬj 但し、Ｌは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘ
ｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素
であり、組成比を示すｑ、ｊは、５２原子％≦ｑ＋ｊ≦
６０原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％である。
【００５０】特に、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
においては、反強磁性層と縦バイアス層とを構成する合
金の組成を同一とする場合には、次の〜の組み合わ
せが好ましい。 すなわち、反強磁性層および縦バイアス層を構成する
合金の組成比が以下の場合であることが好ましい。 ＸmＭｎ100-m 但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのう
ちの少なくとも１種以上の元素であり、組成比を示すｍ
は、５２原子％≦ｍ≦５８原子％である。また、上記の
反強磁性層および縦バイアス層の組成比を示すｍが、５
２原子％≦ｍ≦５６．５原子％であることがより好まし
い。
【００５１】また、反強磁性層および縦バイアス層を
構成する合金の組成比が以下の場合であることが好まし
い。 ＰｔqＭｎ100-q-jＬj 但し、Ｌは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘ
ｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素
であり、組成比を示すｑ、ｊは、５２原子％≦ｑ＋ｊ≦
５８原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％である。ま
た、上記の反強磁性層および縦バイアス層の組成比を示
すｑ、ｊが、５２原子％≦ｑ＋ｊ≦５６．５原子％、
０．２原子％≦ｊ≦１０原子％であることがより好まし
い。
【００５２】また、反強磁性層および縦バイアス層を
構成する合金の組成比が以下の場合であることが好まし
い。 ＰｔmＭｎ100-m-nＺn 但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓのうちの少
なくとも１種または２種以上の元素であり、組成比を示
すｍ、ｎは、５２原子％≦ｍ＋ｎ≦５８原子％、０．２
原子％≦ｎ≦４０原子％である。また、上記の反強磁性
層およびバイアス層の組成比を示すｍ、ｎが、５２原子
％≦ｍ＋ｎ≦５６．５原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０
原子％であることが好ましい。
【００５３】また、反強磁性層と縦バイアス層を構成す
る合金の組成を異ならしめる場合には、次の〜の組
み合わせが好ましい。 すなわち、縦バイアス層が、組成式ＸmＭｎ100-mで表
され、Ｘが、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのう
ちの少なくとも１種以上の元素であり、組成比を示すｍ
が、５２原子％≦ｍ≦６０原子％の合金であると共に、
反強磁性層が、組成式ＸmＭｎ100-mで表され、Ｘが、Ｐ
ｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも
１種以上の元素であり、組成比を示すｍが、４８原子％
≦ｍ≦５８原子％の合金であることが好ましい。また、
反強磁性層の組成比を示すｍが、５２原子％≦ｍ≦５
５．２原子％または５６．５原子％≦ｍ≦６０原子％で
あることがより好ましい。
【００５４】また、縦バイアス層が、組成式ＰｔqＭ
ｎ100-q-jＬjで表され、Ｌが、Ａｕ、 Ａｇ、Ｃｒ、Ｎ
ｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種ま
たは２種以上の元素であり、組成比を示すｑ、ｊが、５
２原子％≦ｑ＋ｊ≦６０原子％、０．２原子％≦ｊ≦１
０原子％の合金であるとともに、反強磁性層が、組成式
ＰｔqＭｎ100-q-jＬjで表され、Ｌが、Ａｕ、Ａｇ、Ｃ
ｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも
１種または２種以上の元素であり、組成比を示すｑ、ｊ
が、４８原子％≦ｑ＋ｊ≦５８原子％、０．２原子％≦
ｊ≦１０原子％の合金であることが好ましい。また、反
強磁性層の組成比を示すｑ、ｊが、５２原子％≦ｑ＋ｊ
≦５５．２原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％また
は５６．５原子％≦ｑ＋ｊ≦６０原子％、０．２原子％
≦ｊ≦１０原子％であることがより好ましい。 また、縦バイアス層が、組成式ＰｔmＭｎ100-m-nＺn
で表され、Ｚが、Ｐｄ、 Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのう
ちの少なくとも１種または２種以上の元素であり、組成
比を示すｍ、ｎが、５２原子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％、
０．２原子％≦ｎ≦４０原子％の合金であるとともに、
反強磁性層が、組成式ＰｔmＭｎ100-m-nＺnで表され、
Ｚが、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくと
も１種または２種以上の元素であり、組成比を示すｍ、
ｎが、４８原子％≦ｍ＋ｎ≦５８原子％、０．２原子％
≦ｎ≦４０原子％の合金であることが好ましい。また、
反強磁性層の組成比を示すｍ、ｎが、５２原子％≦ｍ＋
ｎ≦５５．２原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％ま
たは５６．５原子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％、０．２原子
％≦ｎ≦４０原子％であることがより好ましい。
【００５５】上記反強磁性層と縦バイアス層との組成の
組み合わせは、前述のボトムタイプ（Bottom type ）シ
ングルスピンバルブの場合であり、前述したトップタイ
プ（top type）の場合には、基板側に位置する縦バイア
ス層の組成を、ボトムタイプの反強磁性層の組成と同じ
にするように、反強磁性層と縦バイアス層との組成の組
み合わせを逆転することが好ましい。
【００５６】さらにまた、上記のスピンバルブ型薄膜磁
気素子が備えられてなることを特徴とする薄膜磁気ヘッ
ドによって、前記課題を解決することができる。
【００５７】本発明のスピンバルブ型薄膜素子の製造方
法は、基板上に、反強磁性層と、固定磁性層と、非磁性
導電層と、フリー磁性層と、平均自由行程延長層と、縦
バイアス層とを積層して積層膜を形成する工程と、積層
されたこれらの層にトラック幅方向と直交する方向であ
る第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度で熱処理
し、前記反強磁性層および縦バイアス層に交換異方性磁
界を発生させて、前記固定磁性層および前記フリー磁性
層の磁化を同一方向に固定すると共に、前記反強磁性層
の交換異方性磁界を前記縦バイアス層の交換異方性磁界
よりも大とする工程と、トラック幅方向に前記縦バイア
ス層の交換異方性磁界よりも大きく前記反強磁性層の交
換異方性磁界よりも小さい第２の磁界を印加しつつ、前
記第１の熱処理温度よりも高い第２の熱処理温度で熱処
理し、前記フリー磁性層に前記固定磁性層の磁化方向と
交差する方向のバイアス磁界を付与する工程と、前記フ
リー磁性層付近に検出電流を与える電極層を形成する工
程とを有することができる。あるいは、本発明のスピン
バルブ型薄膜素子の製造方法は、基板上に、縦バイアス
層と、平均自由行程延長層と、フリー磁性層と、非磁性
導電層と、固定磁性層と、反強磁性層とを積層して積層
膜を形成する工程と、積層されたこれらの層にトラック
幅方向である第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温
度で熱処理し、前記反強磁性層および縦バイアス層に交
換異方性磁界を発生させて、前記固定磁性層および前記
フリー磁性層の磁化を同一方向に固定するとともに、前
記縦バイアス層の交換異方性磁界を前記反強磁性層の交
換異方性磁界よりも大とする工程と、トラック幅方向と
直交する方向に前記反強磁性層の交換異方性磁界よりも
大きく縦バイアス層の交換異方性磁界よりも小さい第２
の磁界を印加しつつ、前記第１の熱処理温度よりも高い
第２の熱処理温度で熱処理し、前記固定磁性層に前記フ
リー磁性層の磁化方向と交差する方向の交換結合磁界を
付与する工程と、前記フリー磁性層付近に検出電流を与
える電極層を形成する工程とを有することができる。こ
こで、前記反強磁性層および前記バイアス層に、Ｐｔ、
Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎ
ｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種ま
たは２種以上の元素と、Ｍｎとを含む合金を用いること
が可能であり、また、前記第１の熱処理温度が２２０℃
〜２４０℃の範囲、前記第２の熱処理熱度が２５０℃〜
２７０℃の範囲であることが可能である。
【００５８】図１６は、ボトム型スピンバルブ型薄膜磁
気素子における反強磁性層の熱処理温度、および、縦バ
イアス層の熱処理温度と交換異方性磁界との関係に対応
したグラフである。図１６から明らかなように、反強磁
性層と基板との距離が近い（または、固定磁性層の下に
反強磁性層が配置された）ボトム型スピンバルブ型薄膜
磁気素子においては、反強磁性層（■印）の交換異方性
磁界が、２００℃（４７３Ｋ）で既に発現し、２４０℃
（５１３Ｋ）付近で４８ｋＡ／ｍを越えている。一方、
基板との距離が反強磁性層よりも遠い縦バイアス層（◆
印）の交換異方性磁界は、２４０℃（５１３Ｋ）付近で
発現し、約２６０℃（５３３Ｋ）付近においてようやく
４８ｋＡ／ｍを越えている。
【００５９】このように、反強磁性層と基板との距離が
近い（または、固定磁性層の下に反強磁性層が配置され
た）ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層
は、基板との距離が反強磁性層よりも遠い（または、固
定磁性層の上に配置された）縦バイアス層と比較して、
比較的低い熱処理温度で高い交換異方性磁界が得られる
ことがわかる。
【００６０】したがって、上記のスピンバルブ型薄膜磁
気素子の製造方法は、ボトムタイプとされるスピンバル
ブ型薄膜磁気素子において、例えば、第１の磁界を印加
しつつ、第１の熱処理温度（２２０〜２４０℃（４９３
〜５１３Ｋ））で前記の積層膜を熱処理すると、反強磁
性層および縦バイアス層に交換異方性磁界が生じ、固定
磁性層とフリー磁性層の磁化方向を同一方向に固定され
る。また、反強磁性層の交換異方性磁界は４８ｋＡ／ｍ
以上となり、縦バイアス層の交換異方性磁界は８ｋＡ／
ｍ以下となり、反強磁性層の交換異方性磁界が大きくな
る。次に、第１の磁界と直交する方向の第２の磁界を印
加しつつ、第２の熱処理温度（２５０〜２７０℃（５２
３〜５４３Ｋ））で前記の積層膜を熱処理すると、縦バ
イアス層の交換異方性磁界が４８ｋＡ／ｍ以上となり、
先の熱処理にて発生した縦バイアス層の交換異方性磁界
よりも大きくなる。したがって、フリー磁性層の磁化方
向は、第１の磁界に対して交差する方向となる。
【００６１】このとき、第２の磁界を先の熱処理にて発
生した反強磁性層の交換異方性磁界よりも小さくしてお
けば、反強磁性層に第２の磁界が印加されても、反強磁
性層の交換異方性磁界が劣化することがなく、固定磁性
層の磁化方向を固定したままにすることが可能になる。
このことにより、固定磁性層の磁化方向とフリー磁性層
の磁化方向とを交差する方向にすることができる。
【００６２】したがって、上記のスピンバルブ型薄膜磁
気素子の製造方法では、耐熱性に優れたＰｔＭｎ合金な
どの合金を反強磁性層だけでなく縦バイアス層にも使用
し、固定磁性層の磁化方向に悪影響を与えることなく、
縦バイアス層にフリー磁性層の磁化方向を固定磁性層の
磁化方向に対して交差する方向に揃える交換異方性磁界
を発生させることができ、フリー磁性層の磁化方向を固
定磁性層の磁化方向に対して交差する方向に揃えること
ができるため、耐熱性および再生信号波形の対称性に優
れたスピンバルブ型薄膜磁気素子を提供することが可能
となる。
【００６３】また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子
の製造方法は、トップタイプとされるスピンバルブ型薄
膜磁気素子において、例えば、第１の磁界を印加しつ
つ、第１の熱処理温度（２２０〜２４０℃（４９３〜５
１３Ｋ））で前記積層膜を熱処理すると、反強磁性層お
よび縦バイアス層に交換異方性磁界が生じ、固定磁性層
とフリー磁性層の磁化方向が同一方向に固定される。ま
た、縦バイアス層の交換異方性磁界は４８ｋＡ／ｍ以上
となり、反強磁性層の交換異方性磁界は８ｋＡ／ｍ以下
となり、縦バイアス層の交換異方性磁界が大きくなる。
次に、第１の磁界と直交する方向の第２の磁界を印加し
つつ、第２の熱処理温度（２５０〜２７０℃（５２３〜
５４３Ｋ））で前記の積層膜を熱処理すると、反強磁性
層の交換異方性磁界が４８ｋＡ／ｍ以上となり、先の熱
処理にて発生した反強磁性層の交換異方性磁界よりも大
きくなる。したがって、固定磁性層の磁化方向は、第１
の磁界に対して交差する方向となる。
【００６４】本発明においては、反強磁性層と基板との
距離が近いボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子であ
り、前記反強磁性層に使用される材質と同様の材質によ
って形成された縦バイアス層が反強磁性層よりも基板か
ら遠い位置に配置されている場合と、また、反強磁性層
と基板との距離が近いボトム型スピンバルブ型薄膜磁気
素子であり、固定磁性層の下に反強磁性層が配置され、
反強磁性層と基板との距離がボトム型スピンバルブ型薄
膜磁気素子よりも遠く、固定磁性層の上に反強磁性層が
配置されている場合との双方において、上述したよう
に、反強磁性層と縦バイアス層とを対応して入れ替える
ことにより、その製造方法を対応することができる。
【００６５】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るスピンバルブ
型薄膜磁気素子およびその製造方法、およびこのスピン
バルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第１実
施形態を、図面に基づいて説明する。 ［第１実施形態］図１は、本発明の第１実施形態のスピ
ンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見
た場合の構造を示した断面図、図２は図１のスピンバル
ブ型薄膜磁気素子のハイト方向への構造を示した断面図
である。本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、巨大
磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ（giant magnetoresitiv
e ）素子の一種である。このスピンバルブ型薄膜磁気素
子は、後述するように、ハードディスク装置に設けられ
た浮上式スライダーのトレーリング側端部などに設けら
れて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するもので
ある。なお、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動
方向は図においてＺ方向であり、磁気記録媒体からの漏
れ磁界方向はＹ方向である。本発明の第１の実施形態の
スピンバルブ型薄膜素子は、基板側から、反強磁性層、
固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層が形成された
ボトム型（Bottom type ）とされ、さらに、固定磁性層
が、第１の固定磁性層と、前記第１の固定磁性層に非磁
性中間層を介して形成され、前記第１の固定磁性層の磁
化方向と反平行に磁化方向が揃えられた第２の固定磁性
層と、を有し、固定磁性層が合成フェリ磁性状態とされ
てなる手段、いわゆる、シンセティックフェリピンド型
（synthetic-ferri-pinned type ）とされるシングルス
ピンバルブ型薄膜素子の一種である。また、この例のス
ピンバルブ型薄膜磁気素子は、エクスチェンジバイアス
方式により、フリー磁性層の磁化方向を固定磁性層の磁
化方向に対して交差する方向に揃えるものである。前記
エクスチェンジバイアス方式は、不感領域があるため実
効トラック幅の制御が困難であるハードバイアス方式と
比較して、高密度記録に対応するトラック幅の狭いスピ
ンバルブ型薄膜磁気素子に適した方式である。
【００６６】図１，図２において、符号２は、基板Ｋ上
に設けられた反強磁性層である。この反強磁性層２の上
には、固定磁性層３が形成されている。この固定磁性層
３の上には、非磁性導電層４、フリー磁性層５、バック
ド層（平均自由行程延長層）Ｂ、縦バイアス層６、保護
層７が積層されている。これら、反強磁性層２、固定磁
性層３、非磁性導電層４、フリー磁性層５、バックド層
Ｂ１、縦バイアス層６、保護層７は、断面略台形とされ
る積層体９を形成しており、この積層体９の両側には、
電極層８が設けられている。
【００６７】さらに詳細に説明すると、本発明の第１の
実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子では、反強磁性
層２は、積層体９の中央部分において８０〜３００オン
グストローム程度の厚さとされ、この反強磁性層２は、
Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａ
ｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少な
くとも１種または２種以上の元素と、Ｍｎとを含む合金
からなるものである。これらの合金からなる反強磁性層
２は、耐熱性、耐食性に優れるという特徴を有してい
る。
【００６８】特に、前記反強磁性層２は、下記の組成式
からなる合金であることが好ましい。 ＸmＭｎ100-m 但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのう
ちの少なくとも１種以上の元素であり、組成比を示すｍ
は、４８原子％≦ｍ≦６０原子％である。より好ましい
組成比を示すｍは、４８原子％≦ｍ≦５８原子％であ
る。
【００６９】更に、前記反強磁性層２は、下記の組成式
からなる合金であっても良い。 ＰｔmＭｎ100-m-nＺn 但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少
なくとも１種または２種以上の元素であり、組成比を示
すｍ、ｎは、４８原子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％、０．２
原子％≦ｎ≦４０原子％である。より好ましい組成比を
示すｍ、ｎは、４８原子％≦ｍ＋ｎ≦５８原子％、０．
２原子％≦ｎ≦４０原子％である。
【００７０】また、前記反強磁性層２は、下記の組成式
からなる合金であってもよい。 ＰｔqＭｎ100-q-jＬj 但し、Ｌは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘ
ｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素
であり、組成比を示すｑ、ｊは、４８原子％≦ｑ＋ｊ≦
６０原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％である。ま
た、より好ましい組成比を示すｑ、ｊは、４８原子％≦
ｑ＋ｊ≦５８原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％で
ある。
【００７１】また、前記ＰｔＭｎ合金に代えて、Ｘ−Ｍ
ｎ（ただし、Ｘは、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、あるいは、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、
Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎ
ｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒ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。ここで、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。
ここで、特に規定しない限り〜で示す数値範囲の上限と
下限は、以下、以上を意味する。さらにまた、Ｘ’−Ｐ
ｔ−Ｍｎの式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３
７〜６３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、前記
Ｘ’−Ｐｔ−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。ただ
し、Ｘ’がＰｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓの１種以上の
場合は、Ｘ’は０．２〜４０原子％の範囲であることが
望ましい。前記反強磁性層２として、上記した適正な組
成範囲の合金を使用し、これをアニール処理すること
で、大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層２を得る
ことができる。とくに、ＰｔＭｎ合金であれば、４８ｋ
Ａ／ｍ以上、例えば、６４ｋＡ／ｍを越える交換結合磁
界を有し、前記交換結合磁界を失うブロッキング温度が
３８０℃と極めて高い優れた反強磁性層２を得ることが
できる。これらの合金は、成膜したままでは不規則系の
面心立方構造（ｆｃｃ：格子定数がａ軸とｃ軸とで同じ
値）であるが、熱処理により、ＣｕＡｕＩタイプの規則
系の面心立方構造（ｆｃｔ：ａ軸／ｃ軸≒０．９）に構
造変態する。
【００７２】固定磁性層３は、図１，図２に示すよう
に、第１の固定磁性層３Ａと、前記第１の固定磁性層３
Ａに非磁性中間層３Ｂを介して形成され、前記第１の固
定磁性層３Ａの磁化方向と反平行に磁化方向が揃えられ
た第２の固定磁性層３Ｃとからなる。第１および第２の
固定磁性層３Ａ，３Ｃは、強磁性体の薄膜からなり、例
えば、Ｃｏ、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦ
ｅ合金、ＣｏＮｉ合金などで形成され、この第１の固定
磁性層３Ａと第２の固定磁性層３Ｃとは同じ材質で形成
され、しかも、第２の固定磁性層３Ｃの磁気的膜厚ｔＰ
2 が、第１の固定磁性層３Ａの磁気的膜厚ｔＰ1 よりも
大きく形成されているために、第２の固定磁性層３Ｃの
方が第１の固定磁性層３Ａに比べ、磁気モーメントが大
きくなっている。また、第１の固定磁性層３Ａおよび第
２の固定磁性層３Ｃが異なる磁気モーメントを有するこ
とが望ましい。したがって、第１の固定磁性層３Ａの膜
厚ｔＰ1が第２の固定磁性層３Ｃの膜厚ｔＰ2 より厚く
形成されていてもよい。
【００７３】この第１の固定磁性層３Ａは、反強磁性層
２に接して形成され、磁場中アニール（熱処理）を施す
ことにより、前記第１の固定磁性層３Ａと反強磁性層２
との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生
し、例えば図１，図２に示すように、前記第１の固定磁
性層３Ａの磁化が、図示Ｙ方向、すなわち磁気記録媒体
から離れる方向（ハイト方向）に固定される。前記第１
の固定磁性層３Ａの磁化が、図示Ｙ方向に固定される
と、非磁性中間層３Ｂを介して対向する第２の固定磁性
層３Ｃの磁化は、第１の固定磁性層１２Ａの磁化と反平
行の状態（フェリ状態）、つまり、図示Ｙ方向と逆方向
に固定される。
【００７４】交換結合磁界が大きいほど、第１の固定磁
性層３Ａの磁化と第２の固定磁性層３Ｃの磁化を安定し
て反平行状態に保つことが可能であり、特に、反強磁性
層２としてブロッキング温度が高く、しかも第１の固定
磁性層３Ａとの界面で大きい交換結合磁界（交換異方性
磁界）Ｈｅｘを発生させるＰｔＭｎ合金等を使用するこ
とで、前記第１の固定磁性層３Ａおよび第２の固定磁性
層３Ｃの磁化状態を熱的にも安定して保つことができ
る。
【００７５】本実施形態では、第１の固定磁性層３Ａと
第２の固定磁性層３Ｃとの膜厚比を後述するように適正
な範囲内に収めることによって、交換結合磁界（Ｈｅ
ｘ）を大きくでき、第１の固定磁性層３Ａと第２の固定
磁性層３Ｃとの磁化を、熱的にも安定した反平行状態
（フェリ状態）に保つことができ、しかも、△Ｒ／Ｒ
（抵抗変化率）を従来と同程度に確保することが可能で
ある。さらに、後述するように、熱処理中の磁場の大き
さおよびその方向を適正に制御することによって、第１
の固定磁性層３Ａおよび第２の固定磁性層３Ｃの磁化方
向を、所望の方向に制御することが可能になる。
【００７６】また、前記非磁性導電層４は、Ｃｕ（銅）
等からなり、その膜厚は、２０〜２５オングストローム
に設定される。また、前記フリー磁性層５は、通常、１
０〜５０オングストローム程度の厚さとされ、前記第
１，第２の固定磁性層３Ａ，３Ｃと同様の材質などで形
成されることが好ましい。前記フリー磁性層５は、縦バ
イアス層６との交換結合磁界によって磁化され、図示Ｘ
１方向、すなわち固定磁性層３の磁化方向と交差する方
向に磁化方向が揃えられている。前記フリー磁性層５が
前記バイアス層６により単磁区化されることによって、
バルクハウゼンノイズの発生が防がれる。
【００７７】前記縦バイアス層６は、前記反強磁性層２
と同様に、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうち
の少なくとも１種または２種以上の元素と、Ｍｎとを含
む合金からなるものであり、磁場中熱処理により、フリ
ー磁性層５との界面にて交換異方性磁界が発現されて、
フリー磁性層５を一定の方向に磁化するものである。そ
して、これらの合金からなるバイアス層６は、耐熱性、
耐食性に優れるという特徴を有している。
【００７８】特に、前記縦バイアス層６は、下記の組成
式からなる合金であることが好ましい。 ＸmＭｎ100-m 但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのう
ちの少なくとも１種以上の元素であり、組成比を示すｍ
は、５２原子％≦ｍ≦６０原子％である。
【００７９】さらに、縦バイアス層６は、下記の組成式
からなる合金であっても良い。 ＰｔmＭｎ100-m-nＺn 但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａ
ｇ、Ｃｒ、Ｎｉのうちの少なくとも１種または２種以上
の元素であり、組成比を示すｍ、ｎは、５２原子％≦ｍ
＋ｎ≦６０原子％、０．２原子％≦ｎ≦１０原子％であ
る。
【００８０】また、縦バイアス層６は、下記の組成式か
らなる合金であってもよい。 ＰｔqＭｎ100-q-jＬj 但し、Ｌは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘ
ｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素
であり、組成比を示すｑ、ｊは、５２原子％≦ｑ＋ｊ≦
６０原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％である。
【００８１】バックド層Ｂ１は、Ｃｕ等の金属材料や、
非磁性導電材料からなり、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕからなる群
から選択された材料から構成されることができ、例えば
その膜厚が５〜３０オングストロームに設定される。こ
のバックド層Ｂ１の膜厚を設定することにより、フリー
磁性層５と縦バイアス層６との交換結合による交換異方
性磁界を適正な範囲に設定することが可能となる。同時
に、フリー磁性層５の磁化方向を設定するための交換結
合による交換異方性磁界を発生するための縦バイアス層
６の膜厚を、フリー磁性層５の膜面内方向に対して略一
定に設定することが可能となるため、フリー磁性層５を
単磁区化しやすく、サイドリーディングを防止すること
ができ、磁気記録密度の高密度化により一層対応するこ
とが可能となる。また、このバックド層Ｂ１により、後
述するように、磁気抵抗効果に寄与する＋スピン（上向
きスピン：up spin ）の電子における平均自由行程（me
an freepath）をのばし、いわゆるスピンフィルター効
果（spin filter effect）によりスピンバルブ型薄膜素
子において、大きな△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）が得られ、
高密度記録化に対応できるものとすることができる。
【００８２】前記バックド層Ｂ１の膜厚が、５〜３０オ
ングストロームの範囲に設定されることができる。ここ
で、このバックド層Ｂ１の膜厚が、５オングストローム
よりも薄い値に設定されると、フリー磁性層５と縦バイ
アス層６との交換結合による交換異方性磁界が強くなり
すぎて、フリー磁性層５の磁化が強固に固定されてしま
い、検出するべき外部磁界が印加された場合にも、フリ
ー磁性層５の磁化方向が回転変化することができず、抵
抗変化が起こらないため、検出感度が低下し、スピンバ
ルブ型薄膜磁気素子の再生出力特性が悪化するため、好
ましくなく、さらに、後述するスピンフィルター効果に
よる抵抗変化率の向上を得ることができず好ましくな
い。また、このバックド層Ｂ１の膜厚が、３０オングス
トロームよりも厚い値に設定されると、非磁性導電材料
から構成されるバックド層Ｂ１にセンス電流が分流する
割合が増加して、ＧＭＲ効果を得るために必要な、フリ
ー磁性層５と非磁性導電層６との界面付近を流れるセン
ス電流が減少する、つまり、シャントロスが増大するた
め、大きな△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）を得ることが難しく
なるとともに、同時に、フリー磁性層５と縦バイアス層
６との交換結合による交換異方性磁界が弱くなりすぎ
て、フリー磁性層５における磁区制御が困難になり、磁
気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性
（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等
が発生する可能性があり好ましくない。保護層７は、Ｔ
ａからなり、その表面が、酸化された酸化層とされてい
る。
【００８３】また、前記電極層８，８は、例えば、Ａ
ｕ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａなどで形成されることが好ましく、
フリー磁性層５の膜面方向両側に位置されてなるか、ま
たは、少なくとも、フリー磁性層５、非磁性導電層４、
固定磁性層３の膜面方向両側に位置されてなること、つ
まり、少なくとも、反強磁性層２、固定磁性層３、非磁
性導電層４、フリー磁性層５、縦バイアス層６の積層さ
れた積層体９に対して膜厚方向積層体９の両側に位置さ
れてなることができる。ここで、電極層８は、図１に示
すように、積層体９両端部のフリー磁性層５を含むその
他の層を取り除いた後に形成してもよいが、その場合、
フリー磁性層５の寸法（トラック幅方向の長さ）が短く
なるために、フリー磁性層５のトラック幅方向の反磁界
が増加してしまうので、以下の構造とすることもでき
る。すなわち、図２１に示すように、積層体９Ａの両端
部分を削除することなしに電極層８をバイアス層６の上
に直接形成することも可能である。また、図２０に示す
ように、フリー磁性層５を含むその他の層を取り除いた
後に永久磁性膜６Ａ、電極膜８の順で成膜し、永久磁性
層６Ａとフリー磁性層５との端部を磁気的に直接接合さ
せる構造とすることができる。また、図２２に示すよう
に、フリー磁性層５を含むその他の層を取り除いた後
で、軟磁性膜６Ｃ、積層体９中央部の縦バイアス層６と
同種の材料からなる第２のバイアス層６Ｂ、電極層８の
順に成膜し、軟磁性膜６Ｃとフリー磁性層５との端部を
磁気的に直接結合させる構造も可能である。この場合に
は、第２の熱処理を軟磁性膜６Ｃ、第２のバイアス層６
Ｂ、電極層８の形成後にまとめておこなうことができ
る。また、図２３に示すように、フリー磁性層５が基板
Ｋに近い側に位置する、いわゆるトップスピンバルブ構
造の場合は、後述するように、図６に示す第３実施形態
と同様に、積層体１９’の両端部を取り除く際に、フリ
ー磁性層１５の少なくとも一部を残しておき、つまり、
例えば非磁性導電層１４の一部を残しておき、その上に
電極層１８を成膜する構造とすることができる。上記
の、図２０、図２２、図２３に示すような構造では、電
極層８，１８の下の部分では、積層体９，１９’の一部
分が取り除かれ、ＧＭＲ積層体の基本構造をなしていな
いため、図２１に示すような構造に比べ、サイドリーデ
ィングなどの問題を発生しにくい利点を有する。さら
に、図２１，図２３に示すような構造とすることによ
り、フリー磁性層５，１５は磁気的には図示Ｘ１方向
（トラック幅方向）に長い形状を保つことができ、この
Ｘ１方向の反磁界が減少してＸ１方向の磁化をより安定
させることができ、磁区の不安定性に基づく再生波形の
不安定性がより一層生じにくい構造とすることができ
る。図２１に示す構造以外では、フリー磁性層５や非磁
性導電層４に比べて抵抗値の高い反強磁性層２および縦
バイアス層６を介さずに、電極層８からフリー磁性層５
付近に直接センス電流を与える割合を向上することがで
きる。これにより、ＧＭＲ効果において磁気抵抗変化率
（△Ｒ／Ｒ）に寄与する、前記積層体９と電極層８，８
との間の接続抵抗を低減することができ、スピンバルブ
型薄膜磁気素子の再生効率をより向上させることが可能
となる。
【００８４】前記電極層８，８は、電極下地層８ａ，８
ａを介して形成されており、この電極下地層８ａ，８ａ
は、例えばＴａからなり５０オングストローム程度の膜
厚とされる。この電極下地層８ａは、後工程のインダク
ティブヘッド（書込ヘッド）の製造プロセスでおこなう
絶縁レジストの硬化工程（ＵＶキュアまたはハードベー
ク）等で高温に曝される場合に、拡散バリアーとして機
能し、電極層８および反強磁性層２や、周辺層との間で
熱拡散がおこり、反強磁性層２，電極層８等の特性が劣
化することを防止する。
【００８５】図１，図２に示す構造のスピンバルブ型薄
膜素子においては、電極層８，８から積層体９にセンス
電流Ｊを与えられる。磁気記録媒体から図１，図２に示
す図示Ｙ方向に磁界が与えられると、フリー磁性層５の
磁化は、図示Ｘ１方向からＹ方向に変動する。このとき
の非磁性導電層１３とフリー磁性層１４との界面で、い
わゆるＧＭＲ効果によってスピンに依存した伝導電子の
散乱が起こることにより、電気抵抗が変化し、記録媒体
からの洩れ磁界が検出される。
【００８６】ここで、バックド層Ｂ１によって、磁気抵
抗効果に寄与する＋スピン（上向きスピン：up spin ）
の電子における平均自由行程（mean free path）をのば
し、いわゆるスピンフィルター効果（spin filter effe
ct）によりスピンバルブ型薄膜素子において、大きな△
Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）が得られ、高密度記録化に対応で
きるものとすることができる。
【００８７】以下、スピンフィルター効果（spin filte
r effect）について説明する。図８は、スピンバルブ型
薄膜素子においてバックド層によるスピンフィルター効
果への寄与を説明するための模式説明図であり、（ａ）
は図２４に示すバックド層のない構造例を示す模式図で
あり、（ｂ）は図１に示すバックド層のある構造例を示
す模式図である。ここで、磁性材料で観測される巨大磁
気抵抗ＧＭＲ効果は、主として、電子の「スピンに依存
した散乱」によるもの、つまり、磁性材料、ここではフ
リー磁性層１４の磁化方向に平行なスピン（例えば＋ス
ピン（上向きスピン：up spin ））を持つ伝導電子の平
均自由行程（mean free path：λ+ ）と、磁性材料の磁
化方向と逆平行なスピン（例えば−スピン（下向きスピ
ン：down spin ））を持つ伝導電子の平均自由行程（λ
- ）との差を利用したものである。ここで、図において
は、up spin を持つ伝導電子を上向き矢印で示し、down
spin を持つ伝導電子を下向き矢印で示している。
【００８８】電子がフリー磁性層５を通り抜けようとす
る際において、この電子がフリー磁性層５の磁化方向に
平行な＋スピンを持てば自由に移動できるが、これと逆
に、電磁が−スピンを持った場合には、直ちに散乱され
てしまう。これは、＋スピンを持つ電子の平均自由行程
λ+ が、例えば、５０オングストローム程度であるのに
対して、−スピンを持つ電子の平均自由行程λ- が６オ
ングストローム程度であり、１０分の１程度と極端に小
さいためである。
【００８９】本実施形態においては、フリー磁性層５の
膜厚は、６オングストローム程度である−スピン電子の
平均自由行程λ- よりも大きく、５０オングストローム
程度である＋スピン電子の平均自由行程λ+ よりも小さ
く設定されている。したがって、このフリー磁性層５を
通り抜けようとする際において、−スピン伝導電子（少
数キャリア；minority carrier）は、このフリー磁性層
５によって有効にブロックされ（すなわちフィルタ・ア
ウトされ）るが、＋スピン伝導電子（多数キャリア；ma
jority carrier）は、本質的に、このフリー磁性層５に
対して透過的に移動する。
【００９０】第２の固定磁性層３Ｃで発生する多数キャ
リアおよび少数キャリア、つまり、第２の固定磁性層３
Ｃの磁化方向に対応する＋スピン電子および−スピン電
子は、フリー磁性層５に向かって移動し、電荷の移動、
つまり、キャリアとなる。これらのキャリアは、フリー
磁性層５の磁化が回転するときに、それぞれ異なった状
態で散乱する、つまり、フリー磁性層５における通過状
態が、それぞれ異なっているために、上記のＧＭＲをも
たらすことになる。
【００９１】フリー磁性層５から第２の固定磁性層３Ｃ
に向かって移動する電子もＧＭＲに寄与するが、第２の
固定磁性層３Ｃからフリー磁性層５へ向かう電子と、フ
リー磁性層５から第２の固定磁性層３Ｃへ向かう電子と
を平均すると同じ方向に移動するので説明を省略する。
また、非磁性導電層４で発生する電子は、＋スピン電子
の数と−スピン電子の数とが等しいので、平均自由行程
の和は変化せず、これも説明を割愛する。
【００９２】第２の固定磁性層３Ｃで発生し、非磁性導
電層４を通過する少数キャリア、つまり、−スピン電子
の数は、第２の固定磁性層３Ｃと非磁性導電層４との界
面で散乱した−スピン電子の数に等しい。この−スピン
電子は、フリー磁性層５との界面に到達する遥か以前に
非磁性導電層４と第２の固定磁性層３Ｃとの界面付近で
散乱される。つまり、この−スピン電子はフリー磁性層
５の磁化方向が回転しても、平均自由行程は変化せず、
＋スピン電子の平均自由行程に比べて非常に短いままで
あり、ＧＭＲ効果となる抵抗変化率に寄与する抵抗値変
化に影響しない。したがって、ＧＭＲ効果には、＋スピ
ン電子の挙動のみを考えればよい。
【００９３】第２の固定磁性層３Ｃで発生した多数キャ
リア、つまり、＋スピン電子は、この＋スピン電子の平
均自由行程λ+ より短い非磁性導電層４中を移動し、フ
リー磁性層５に到達する。フリー磁性層５に外部磁界が
作用しておらず、フリー磁性層５の磁化方向が回転して
いない場合、多数キャリアは、この＋スピン電子がフリ
ー磁性層５の磁化方向に平行な＋スピンを持っているた
め、このフリー磁性層５を自由に通過できる。
【００９４】さらに、図８（ｂ）に示すように、フリー
磁性層５を通過した＋スピン電子は、バックド層Ｂ１に
おいて、このバックド層Ｂ１の材料で決定される追加平
均自由行程λ+ bを移動した後散乱する。これは、図８
（ａ）に示すバックド層Ｂ１が無い場合、＋スピン電子
は、フリー磁性層１２５中を移動し、その上面において
散乱してしまうが、これに比べて、バックド層Ｂ１を設
けた場合、追加平均自由行程λ+ b分だけ平均自由行程が
延びたことを意味する。したがって、比較的低い抵抗値
（すなわち、長い平均自由行程）を有する導電材料を適
用することにより、スピンバルブ型薄膜素子としての抵
抗値は減少する。
【００９５】一方、外部磁界を印加することにより、フ
リー磁性層５の磁化方向を回転すると、この磁性材料の
磁化方向とスピンの向きが異なるため、＋スピン電子が
フリー磁性層５中で散乱することになり、有効平均自由
行程が急激に減少する。つまり、抵抗値が増大する。こ
れにより、バックド層Ｂ１が無い場合に比べて、△Ｒ／
Ｒ（抵抗変化率）の大きなＧＭＲ効果を観測することが
でき、スピンバルブ型薄膜素子の再生出力特性を向上す
ることができる。
【００９６】次に、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子の製造方法を説明する。この製造方法は、スピンバル
ブ型薄膜磁気素子における反強磁性層２および縦バイア
ス層６の位置によって、熱処理により発生する反強磁性
層２および縦バイアス層６の交換異方性磁界の大きさが
相違することを利用してなされたものであり、１度目の
熱処理で固定磁性層３の磁化方向を固定し、２度目の熱
処理でフリー磁性層５の磁化方向を揃えるものである。
【００９７】即ち、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子の製造方法では、基板Ｋ上に、反強磁性層２と、固定
磁性層３と、非磁性導電層４と、フリー磁性層５と、バ
ックド層Ｂ１と、縦バイアス層６と、保護層７とを順次
積層して図３に示す積層膜９’を形成したのち、前記積
層膜９’に磁気記録トラック幅Ｔｗ方向と直交する方向
である第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度で熱
処理し、前記反強磁性層２および縦バイアス層６に交換
異方性磁界を発生させて、前記固定磁性層３および前記
フリー磁性層５の磁化を同一方向に固定するとともに、
前記反強磁性層２の交換異方性磁界を前記縦バイアス層
６の交換異方性磁界よりも大とする。
【００９８】ついで、磁気記録トラック幅Ｔｗ方向に前
記縦バイアス層６の交換異方性磁界よりも大きく前記反
強磁性層２の交換異方性磁界よりも小さい第２の磁界を
印加しつつ、前記第１の熱処理温度よりも高い第２の熱
処理温度で熱処理し、前記フリー磁性層５に前記固定磁
性層３の磁化方向と交差する方向のバイアス磁界を付与
する。
【００９９】次に、磁気記録トラック幅Ｔｗ寸法に対応
して、積層膜９’上にリフトオフレジストＲを形成す
る。図３に示すように、このリフトオフレジストＲは、
磁気記録トラック幅Ｔｗ方向（図中Ｘ１方向）の幅寸法
で平面視して積層膜９’を覆うとともに、このリフトオ
フレジスト層Ｒには、その下面に切り込み部Ｒａ，Ｒａ
が形成されている。次の工程では、図４に示すように、
エッチングにより積層膜９’の両側を反強磁性層２の下
側の一部を残して削り込んで積層体９を形成し、さらに
その後の工程では、図４に示すように、前記積層体９の
両側に電極下地層８ａ，８ａ、および、電極層８，８を
成膜する。
【０１００】本実施形態では、この電極層８，８の成膜
の際に使用されるスパッタ法は、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わせたスパッタ法で
あることが好ましい。またこのとき、図４に示すよう
に、リフトオフレジストＲの表面には、電極下地層８ａ
および電極層８と同じ組成の層８ａ’，８’が形成され
る。その後、リフトオフレジストＲを、レジスト剥離液
を用いながらリフトオフによって除去して、これら層８
ａ’，８’ともども除去すると、図１に示すスピンバル
ブ型薄膜磁気素子が完成する。
【０１０１】次に、反強磁性層の熱処理温度と交換異方
性磁界との関係について、図１６，図１８，図１９を参
照して詳しく説明する。図１６に示した■印は、基板と
フリー磁性層の間に反強磁性層を配置したボトム型シン
グルスピンバルブ薄膜磁気素子の交換異方性磁界の熱処
理依存性を示し、図１６に示した◆印は、フリー磁性層
よりも基板から離れた位置に反強磁性層を配置したトッ
プ型シングルスピンバルブ薄膜磁気素子の交換異方性磁
界の熱処理依存性を示す。従って、◆印のトップ型シン
グルスピンバルブ薄膜磁気素子の反強磁性層は、■印の
ボトム型シングルスピンバルブ薄膜磁気素子の反強磁性
層よりも、基板から離れた位置に設けられていることに
なる。
【０１０２】ここで、図１６に示した◆印で示されるト
ップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子の例では、その具体
的な構成が、図１８に示すように、Ｓｉ基板Ｋの上に、
Ａｌ 2Ｏ3（１０００）からなる下地絶縁層２００、Ｔａ
（５０）からなる下地層２１０、ＮｉＦｅ合金（７０）
およびＣｏ（１０）の２層からなるフリー磁性層５、Ｃ
ｕ（３０）からなる非磁性導電層４、Ｃｏ（２５）から
なる固定磁性層３、Ｐｔ55.4Ｍｎ44.6（３００）からな
る反強磁性層２、Ｔａ（５０）からなる保護層２２０の
順に形成されたものとされる。
【０１０３】また、図１６に示した■印で示されるボト
ム型スピンバルブ型薄膜磁気素子の例では、その具体的
な構成が、図１９に示すように、Ｓｉ基板Ｋの上に、Ａ
ｌ2Ｏ3（１０００）からなる下地絶縁層２００、Ｔａ
（３０）からなる下地層２１０、Ｐｔ55.4Ｍｎ44.6（３
００）からなる反強磁性層２、Ｃｏ（２５）からなる固
定磁性層３、Ｃｕ（２６）からなる非磁性導電層４、Ｃ
ｏ（１０）およびＮｉＦｅ合金（７０）の２層からなる
フリー磁性層５、Ｔａ（５０）からなる保護層２２０の
順に形成されたものとされる。なお、カッコ内は各層の
厚さを示し、単位はオングストロームである。
【０１０４】また、図１６の◆印で示されるトップ型ス
ピンバルブ型薄膜磁気素子は、反強磁性層２が固定磁性
層３の上側に配置され、基板Ｋと反強磁性層２との間に
フリー磁性層５、非磁性導電層４、固定磁性層３が挟ま
れて形成されている。一方、図１６の■印で示されるボ
トム型スピンバルブ型薄膜磁気素子は、反強磁性層２が
固定磁性層３の下側に配置され、基板Ｋと反強磁性層２
との間には、固定磁性層３、非磁性導電層４、フリー磁
性層５が形成されていない。
【０１０５】図１６に示すように、■印で示すボトム型
の反強磁性層２（Ｐｔ55.4Ｍｎ44.6）の交換異方性磁界
は、２２０℃（４９３Ｋ）を過ぎて上昇しはじめ、２４
０℃（５１３Ｋ）を越えると５６ｋＡ／ｍ程度になって
一定となる。また、◆印で示すトップ型の反強磁性層２
（Ｐｔ54.4Ｍｎ45.6）の交換異方性磁界は、２４０℃
（５１３Ｋ）を過ぎて上昇し、２６０℃（５３３Ｋ）を
超えると４８ｋＡ／ｍを越えて一定となる。このよう
に、基板に近い位置に配置された反強磁性層２（■印）
は、基板Ｋより離れた位置に配置された反強磁性層２
（◆印）と比較して、比較的低い熱処理温度で高い交換
異方性磁界が得られることがわかる。
【０１０６】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製
造方法は、上述した反強磁性材料の性質を利用したもの
である。すなわち、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子は、反強磁性層２と基板Ｋとの距離が近い（または、
固定磁性層の下に反強磁性層が配置された）ボトム型ス
ピンバルブ型薄膜磁気素子であり、この反強磁性層２に
使用される合金と同様の合金によって形成された縦バイ
アス層６が反強磁性層２よりも基板Ｋから遠い位置に配
置されている。
【０１０７】したがって、例えば、図３に示す積層膜
９’に、第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度
（２２０〜２４０℃（４９３〜５１３Ｋ））でこの積層
膜９’を熱処理すると、反強磁性層２および縦バイアス
層６に交換異方性磁界が生じ、固定磁性層３とフリー磁
性層５の磁化方向が同一方向に固定される。また、反強
磁性層２の交換異方性磁界は４８ｋＡ／ｍ以上となり、
縦バイアス層６の交換異方性磁界は８ｋＡ／ｍ以下とな
り、反強磁性層２の交換異方性磁界のほうが大きくな
る。次に、第１の磁界と直交する方向の第２の磁界を印
加しつつ、第２の熱処理温度（２５０〜２７０℃（５２
３〜５４３Ｋ））で積層膜９’を熱処理すると、縦バイ
アス層６の交換異方性磁界が４８ｋＡ／ｍ以上となり、
先の熱処理にて発生した縦バイアス層６の交換異方性磁
界よりも大きくなる。したがって、フリー磁性層５の磁
化方向は、第１の磁界に対して交差する方向となる。
【０１０８】このとき、この第２の磁界を、先の熱処理
にて発生した反強磁性層２の交換異方性磁界よりも小さ
く設定しておけば、反強磁性層２に第２の磁界が印加さ
れても、反強磁性層２の交換異方性磁界が劣化すること
がなく、固定磁性層３の磁化方向を固定したままにする
ことが可能になる。このことにより、固定磁性層３の磁
化方向とフリー磁性層５の磁化方向とを交差する方向に
することができる。
【０１０９】ここで、第１の熱処理温度は、２２０℃〜
２４０℃（４９３Ｋ〜５１３Ｋ）の範囲とすることが好
ましい。第１の熱処理温度が２２０℃（４９３Ｋ）未満
であると、反強磁性層２の交換異方性磁界が１６ｋＡ／
ｍ以下となって、固定磁性層３の磁化が高くならず、固
定磁性層３の磁化方向が２度目の熱処理によりフリー磁
性層５の磁化方向と同一方向に磁化されてしまうので好
ましくない。一方、第１の熱処理温度が２４０℃（５１
３Ｋ）を越えると、縦バイアス層６の交換異方性磁界が
大きくなって、フリー磁性層５の磁化が強い磁場をかけ
ないと動きにくくなり、第２の熱処理時に前記フリー磁
性層５の磁化方向を固定磁性層３の磁化方向に対して交
差する方向に揃えられなくなるので好ましくない。ま
た、第１の熱処理温度を２３０℃〜２４０℃（５０３Ｋ
〜５１３Ｋ）の範囲とすれば、反強磁性層２の交換異方
性磁界を３２ｋＡ／ｍ以上とすることができ、固定磁性
層３の交換異方性磁界を大きくすることができるのでよ
り好ましい。
【０１１０】また、第２の熱処理温度は、２５０℃〜２
７０℃（５２３Ｋ〜５４３Ｋ）の範囲とすることが好ま
しい。第２の熱処理温度が２５０℃５２３Ｋ）未満であ
ると、縦バイアス層６の交換異方性磁界を３２ｋＡ／ｍ
以上にすることができなくなって、フリー磁性層５の縦
バイアス磁界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の熱処理にて固定したフリー磁性
層５の磁化方向を、固定磁性層３の磁化方向と交差する
方向に揃えることができなくなるので好ましくない。一
方、第２の熱処理温度が２７０℃（５４３Ｋ）を越えて
も、もはや縦バイアス層６の交換異方性磁界は一定とな
って増大せず、層界面での熱拡散などによる磁気的特性
の劣化により磁気抵抗効果の減少を引き起こすので好ま
しくない。
【０１１１】図１７は、ＰｔmＭｎ100-m合金の交換異方
性磁界のＰｔ濃度（ｍ）依存性を示すグラフである。こ
の図１７から示唆されるように、反強磁性層２と縦バイ
アス層６の組成を適宜異なった組成に調整することによ
り、第１の熱処理後で得られる反強磁性層６の交換異方
性磁界をより大きく、かつ第１の熱処理後に縦バイアス
層６に交換異方性磁界がほとんど発生しないような第２
の熱処理にとって好ましい状態とすることもできる。
【０１１２】次に、熱処理温度が２４５℃（５１８Ｋ）
または２７０℃（５４３Ｋ）である場合における反強磁
性層の組成と交換異方性磁界との関係について図１７を
参照して詳しく説明する。図１７において、図示△印及
び▲印は、フリー磁性層よりも基板から離れた位置に反
強磁性層を配置した（または、固定磁性層の上に反強磁
性層が配置された）トップ型シングルスピンバルブ薄膜
磁気素子の反強磁性層の組成と交換異方性磁界との関係
を示すものであり、図示△印は２７０℃（５４３Ｋ）、
図示▲印は２４５℃（５１８Ｋ）で熱処理したものであ
る。また、図１７において、図示○印及び●印は、基板
とフリー磁性層の間に反強磁性層を配置した（または、
固定磁性層の下に反強磁性層が配置された）ボトム型シ
ングルスピンバルブ薄膜磁気素子の反強磁性層の組成と
交換異方性磁界との関係を示すものであり、図示○印は
２７０℃、図示●印は２４５℃（５１８Ｋ）で熱処理し
たものである。
【０１１３】具体的には、△印及び▲印で示したトップ
型スピンバルブ型薄膜磁気素子の例は、図１８に示すよ
うに、Ｓｉ基板Ｋの上に、Ａｌ2Ｏ3（１０００）からな
る下地絶縁層２００、Ｔａ（５０）からなる下地層２１
０、ＮｉＦｅ合金（７０）およびＣｏ（１０）の２層か
らなるフリー磁性層５、Ｃｕ（３０）からなる非磁性導
電層４、Ｃｏ（２５）からなる固定磁性層３、ＰｔmＭ
ｎt（３００）からなる反強磁性層２、Ｔａ（５０）か
らなる保護層２２０の順に形成された構成のものとされ
る。
【０１１４】一方、○印及び●印で示したボトム型スピ
ンバルブ型薄膜磁気素子の例は、図１９に示すように、
Ｓｉ基板Ｋの上に、Ａｌ2Ｏ3（１０００）からなる下地
絶縁層２００、Ｔａ（３０）からなる下地層２１０、Ｐ
ｔmＭｎt（３００）からなる反強磁性層２、Ｃｏ（２
５）からなる固定磁性層３、Ｃｕ（２６）からなる非磁
性導電層４、Ｃｏ（１０）およびＮｉＦｅ合金（７０）
の２層からなるフリー磁性層５、Ｔａ（５０）からなる
保護層２２０の順に形成された構成のものとされる。な
お、カッコ内は、各層の厚さを示し、単位はオングスト
ロームである。
【０１１５】本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子
の製造方法では、図１７に示すボトム型スピンバルブ型
薄膜磁気素子およびトップ型スピンバルブ型薄膜磁気素
子の反強磁性層の性質の相違を利用している。すなわ
ち、ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子である本実施
形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、基板Ｋ
から近い反強磁性層２に使用される合金の組成範囲は、
図１７に示すボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反
強磁性層と同様とすることが好ましく、基板Ｋから遠い
縦バイアス層６に使用される合金の組成範囲は、図１７
に示すトップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性
層と同様とすることが好ましい。
【０１１６】また、図１７から明らかなように、ボトム
型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層、ここでは
前記反強磁性層２をＸmＭｎ100-m（但し、Ｘは、Ｐｔ、
Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種
以上の元素）からなる合金としたときは、組成比を示す
ｍが、４８原子％≦ｍ≦６０原子％であることが好まし
い。ｍが４８原子％未満または６０原子％以上を越える
と、熱処理温度２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理を
行っても、ＸmＭｎ100-mの結晶格子がＬ１0型の規則格
子へと規 則化しにくくなり、反強磁性特性を示さなく
なる。即ち、一方向交換結合磁界を示さなくなるので好
ましくない。
【０１１７】また、ｍのより好ましい範囲は、４８原子
％≦ｍ≦５８原子％である。ｍが４８原子％未満または
５８原子％以上を越えると、熱処理温度２４５℃（５１
８Ｋ）の第１の熱処理を行っても、ＸmＭｎ100-mの結晶
格子がＬ１0型の規則格子へと規 則化しにくくなり、反
強磁性特性を示さなくなる。即ち、一方向交換結合磁界
（交換異方性磁界）を示さなくなるので好ましくない。
【０１１８】また、ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素
子の反強磁性層、すなわち前記反強磁性層２をＰｔmＭ
ｎ100-m-nＺn（但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、
Ｏｓのうちの少なくとも１種または２種以上の元素）と
したとき、組成比を示すｍ、ｎは、４８原子％≦ｍ＋ｎ
≦６０原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％であるこ
とが好ましい。ｍ＋ｎが４８原子％未満または６０原子
％を越えると、熱処理温度２７０℃（５４３Ｋ）の第２
の熱処理を行っても、ＰｔmＭｎ100-m-nＺnの結晶格子
がＬ１0型の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁
性特性を示さなくなる。即ち、一方向性交換結合磁界を
示さなくなるので好ましくない。また、ｎが０．２原子
％未満であると、反強磁性層の結晶格子の規則化の促進
効果、すなわち、交換異方性磁界を大きくする効果が十
分に現れないので好ましくなく、ｎが４０原子％を越え
ると、逆に交換異方性磁界が減少するので好ましくな
い。
【０１１９】また、ｍ＋ｎのより好ましい範囲は、４８
原子％≦ｍ＋ｎ≦５８原子％である。ｍ＋ｎが４８原子
％未満または５８原子％を越えると、熱処理温度２４５
℃（５１８Ｋ）の第１の熱処理を行っても、ＰｔmＭｎ
100-m-nＺnの結晶格子がＬ１0型の規則格子へと規則化
しにくくなり、反強磁性特性を示さなくなる。即ち、一
方向性交換結合磁界を示さなくなるので好ましくない。
【０１２０】また、ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素
子の反強磁性層、すなわち前記反強磁性層２をＰｔqＭ
ｎ100-q-jＬj（但し、Ｌは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、
Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または
２種以上の元素）としたとき、組成比を示すｑ、ｊは、
４８原子％≦ｑ＋ｊ≦６０原子％、０．２原子％≦ｊ≦
１０原子％であることが好ましい。ｑ＋ｊが４８原子％
未満または６０原子％を越えると、熱処理温度２７０℃
（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行っても、ＰｔqＭｎ
100-q-jＬjの結晶格子がＬ１0型の規則格子へと規則化
しにくくなり、反強磁性特性を示さなくなる。即ち、一
方向交換結合磁界を示さなくなるので好ましくない。ま
た、ｊが０．２原子％未満であると、元素Ｌの添加によ
る一方向性交換結合磁界の改善効果が十分に現れないの
で好ましくなく、ｊが１０原子％を越えると、一方向性
交換異方性磁界が低下してしまうので好ましくない。
【０１２１】また、ｑ＋ｊのより好ましい範囲は、４８
原子％≦ｑ＋ｊ≦５８原子％である。ｑ＋ｊが４８原子
％未満または５８原子％を越えると、熱処理温度２４５
℃（５１８Ｋ）の第１の熱処理を行っても、ＰｔqＭｎ
100-q-jＬjの結晶格子がＬ１0型の規則格子へと規則化
しにくくなり、反強磁性特性を示さなくなる。即ち、一
方向性交換結合磁界を示さなくなるので好ましくない。
【０１２２】図１７から明らかなように、トップ型スピ
ンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層、ここでは前記縦
バイアス層６をＸmＭｎ100-m（但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐ
ｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種以
上の元素）からなる合金としたときは、組成比を示すｍ
が、５２原子％≦ｍ≦６０原子％であることが好まし
い。ｍが５２原子％未満または６０原子％を越えると、
熱処理温度２７０℃の第２の熱処理を行っても、ＸmＭ
ｎ100-mの結晶格子がＬ１0 型の規則格子へと規則化し
にくくなり、反強磁性特性を示さなくなる。即ち、一方
向性交換結合磁界を示さなくなるので好ましくない。
【０１２３】また、トップ型スピンバルブ型薄膜磁気素
子の反強磁性層、すなわち前記縦バイアス層６をＰｔm
Ｍｎ100-m-nＺn （但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒ
ｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種または２種以上の元
素）としたとき、組成比を示すｍ、ｎは、５２原子％≦
ｍ＋ｎ≦６０原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％で
あることが好ましい。ｍ＋ｎが５２原子％未満または６
０原子％を越えると、熱処理温度２７０℃（５４３Ｋ）
の第２の熱処理を行っても、ＰｔmＭｎ100-m-nＺn の結
晶格子がＬ１ 0 型の規則格子へと規則化しにくくなり、
反強磁性特性を示さなくなる。即ち、一方向性交換結合
磁界を示さなくなるので好ましくない。また、ｎが０．
２原子％未満であると、反強磁性層の結晶格子の規則化
の促進効果、すなわち、交換異方性磁界を大きくする効
果が十分に現れないので好ましくなく、ｎが４０原子％
を越えると、逆に交換異方性磁界が減少するので好まし
くない。
【０１２４】また、トップ型スピンバルブ型薄膜磁気素
子の反強磁性層、すなわち前記縦バイアス層６をＰｔq
Ｍｎ100-q-jＬj （但し、Ｌは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎ
ｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種ま
たは２種以上の元素）としたとき、組成比を示すｑ、ｊ
は、５２原子％≦ｑ＋ｊ≦６０原子％、０．２原子％≦
ｊ≦１０原子％であることが好ましい。ｑ＋ｊが５２原
子％未満または６０原子％を越えると、熱処理温度２７
０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行っても、ＰｔqＭ
ｎ100-q-jＬj の結晶格子がＬ１ 0 型の規則格子へと規
則化しにくくなり、反強磁性特性を示さなくなる。即
ち、一方向性交換結合磁界を示さなくなるので好ましく
ない。また、ｊが０．２原子％未満であると、元素Ｌの
添加による一方向性交換結合磁界の改善効果が十分に現
れないので好ましくなく、ｊが１０原子％を越えると、
一方向性交換異方性磁界が低下してしまうので好ましく
ない。
【０１２５】また、図１８から明らかなように、ボトム
型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層ここでは前
記反強磁性層２、およびトップ型スピンバルブ型薄膜磁
気素子の反強磁性層ここでは前記縦バイアス層６がＸm
Ｍｎ100-m（但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒ
ｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種以上の元素）からなる
合金としたとき、前記反強磁性層および前記バイアス層
の組成比を示すｍが、５２原子％≦ｍ≦５８原子％であ
ることが好ましい。
【０１２６】ｍが５２原子％未満であると、熱処理温度
２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行っても、前記
バイアス層６を構成するＸmＭｎ100-mの結晶格子がＬ１
0 型の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁性特性
を示さなくなる。即ち、一方向性交換結合磁界を示さな
くなるので好ましくない。また、ｍが５８原子％を越え
ると、熱処理温度２４５℃（５１８Ｋ）の第１の熱処理
を行っても前記反強磁性層２を構成するＸmＭｎ100-mの
結晶格子がＬ１0型の規則格子へと規則化しにくくな
り、反強磁性特性を示さなくなる。即ち、一方向性交換
結合磁界を示さなくなるので好ましくない。
【０１２７】また、前記反強磁性層２および前記縦バイ
アス層６が、ＸmＭｎ100-mからなる合金としたとき、反
強磁性層２および縦バイアス層６の組成比を示すｍが、
５２原子％≦ｍ≦５６．５原子％であることがより好ま
しい。ｍが５２原子％未満であると、熱処理温度２７０
℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行っても、縦バイアス
層６を構成するＸmＭｎ100-mの結晶格子がＬ１0 型の規
則格子へと規則化しにくくなり、反強磁性特性を示さな
くなる。即ち、一方向性交換結合磁界を示さなくなるの
で好ましくない。また、ｍが５６．５原子％を越える
と、熱処理温度２４５℃（５１８Ｋ）の第１の熱処理を
行った場合に、反強磁性層２による交換異方性磁界がバ
イアス層６による交換異方性磁界よりも大きくなるがそ
の差は小さく、熱処理温度２７０℃（５４３Ｋ）の第２
の熱処理の際に、固定磁性層３がフリー磁性層５の磁化
と同一の方向に磁化されたり、第２の熱処理の際にフリ
ー磁性層５の磁化方向と固定磁性層３の磁化方向とを直
交方向に揃え難くなるので好ましくない。
【０１２８】また、前記反強磁性層２および縦バイアス
層６が、ＸmＭｎ100-mからなる合金としたとき、反強磁
性層２および縦バイアス層６の組成比を示すｍが、５２
原子％≦ｍ≦５５．２原子％であることが最も好まし
い。ｍが５２原子％未満であると、熱処理温度２７０℃
（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行っても、縦バイアス層
６を構成するＸmＭｎ100-mの結晶格子がＬ１0 型の規則
格子へと規則化しにくくなり、反強磁性特性を示さなく
なる。即ち、一方向性交換結合磁界を示さなくなるので
好ましくない。また、ｍが５５．２原子％を越えると、
熱処理温度２４５℃（５１８Ｋ）の第１の熱処理を行っ
た場合に、反強磁性層２の交換結合磁界が縦バイアス層
６の交換結合磁界よりも大きくなるがその差は小さく、
熱処理温度２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理の際
に、固定磁性層３がフリー磁性層５の磁化と同一の方向
に磁化されたり、第２の熱処理の際に、フリー磁性層５
の磁化方向と固定磁性層３の磁化方向とを直交方向に揃
え難くなるので好ましくない。
【０１２９】従って、反強磁性層２および縦バイアス層
６の上記組成比が５２原子％≦ｍ≦５５．２原子％であ
れば、第１の熱処理時に反強磁性層２の交換異方性磁界
が縦バイアス層６の交換結合磁界よりもより大きくな
り、第２の熱処理を行った後も反強磁性層２と縦バイア
ス層６の交換結合磁界の差が大きくなるので、磁気記録
媒体からの信号磁界の印加に対し、固定磁性層３の磁化
方向は変化せずに固定され、フリー磁性層５の磁化方向
はスムーズに変化することができるため好ましい。
【０１３０】また、反強磁性層２および縦バイアス層６
が、ＰｔmＭｎ100-m-nＺn （但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｉｒ、
Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種または２種以
上の元素）としたとき、組成比を示すｍ、ｎは、５２原
子％≦ｍ＋ｎ≦５８原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原
子％であることが好ましい。
【０１３１】ｍ＋ｎが５２原子％未満であると、熱処理
温度２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行っても、
前記縦バイアス層６を構成するＰｔmＭｎ100-m-nＺn の
結晶格子がＬ１0 型の規則格子へと規則化しにくくな
り、反強磁性特性を示さなくなる。即ち、一方向性交換
結合磁界を示さなくなるので好ましくない。また、ｍ＋
ｎが５８原子％を越えると、熱処理温度２４５℃（５１
８Ｋ）の第１の熱処理を行っても、前記反強磁性層２を
構成するＰｔmＭｎ100-m-nＺn の結晶格子がＬ１0 型の
規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁性特性を示さ
なくなる。即ち、一方向性交換結合磁界を示さなくなる
ので好ましくない。また、ｎが０．２原子％未満である
と、元素Ｚの添加による一方向性交換結合磁界の改善効
果が十分に現れないので好ましくなく、ｎが４０原子％
を越えると、一方向性交換結合磁界が低下してしまうの
で好ましくない。
【０１３２】また、前記反強磁性層２および縦バイアス
層６が、ＰｔmＭｎ100-m-nＺn からなる合金としたと
き、組成比を示すｍ、ｎが、５２原子％≦ｍ＋ｎ≦５
６．５原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％であるこ
とがより好ましい。
【０１３３】ｍ＋ｎが５２原子％未満であると、熱処理
温度２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行っても、
ＰｔmＭｎ100-m-nＺn の結晶格子がＬ１0 型の規則格子
へと規則化しにくくなり、反強磁性特性を示さなくな
る。即ち、一方向性交換結合磁界を示さなくなるので好
ましくない。また、ｍ＋ｎが５６．５原子％を越える
と、熱処理温度２４５℃（５１８Ｋ）の第１の熱処理を
行った場合に、反強磁性層２による交換異方性磁界が縦
バイアス層６による交換異方性磁界よりも大きくなるが
その差は小さく、熱処理温度２７０℃（５４３Ｋ）の第
２の熱処理の際に、固定磁性層３がフリー磁性層５の磁
化と同一の方向に磁化されたり、第２の熱処理の際に、
フリー磁性層５の磁化方向と固定磁性層３の磁化方向と
を直交方向に揃え難くなるので好ましくない。また、ｎ
が０．２原子％未満であると、元素Ｚの添加による一方
向性交換結合磁界の改善効果が十分に現れないので好ま
しくなく、ｎが４０原子％を越えると、一方向性交換結
合磁界が低下してしまうので好ましくない。
【０１３４】更に、前記反強磁性層２および縦バイアス
層６が、ＰｔmＭｎ100-m-nＺn からなる合金としたと
き、組成比を示すｍ、ｎが、５２原子％≦ｍ＋ｎ≦５
５．２原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％であるこ
とがより好ましい。
【０１３５】ｍが５２原子％未満であると、熱処理温度
２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行っても、縦バ
イアス層６を構成するＰｔmＭｎ100-m-nＺn の結晶格子
がＬ１0 型の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁
性特性を示さなくなる。即ち、一方向性交換結合磁界を
示さなくなるので好ましくない。また、ｍ＋ｎが５５．
２原子％を越えると、熱処理温度２４５℃（５１８Ｋ）
の第１の熱処理を行った場合に、反強磁性層２の交換結
合磁界が縦バイアス層６の交換結合磁界よりも大きくな
るがその差は小さく、熱処理温度２７０℃（５４３Ｋ）
の第２の熱処理の際に、固定磁性層３がフリー磁性層５
の磁化と同一の方向に磁化されたり、第２の熱処理の際
に、フリー磁性層５の磁化方向と固定磁性層３の磁化方
向とを直交方向に揃え難くなるので好ましくない。ま
た、ｎが０．２原子％未満であると、元素Ｚの添加によ
る一方向性交換結合磁界の改善効果が十分に現れないの
で好ましくなく、ｎが４０原子％を越えると、一方向性
交換結合磁界が低下してしまうので好ましくない。
【０１３６】従って、反強磁性層２および縦バイアス層
６の上記組成比が５２原子％≦ｍ＋ｎ≦５５．２原子％
であり、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％であれば、第１
の熱処理時に反強磁性層２の交換異方性磁界が縦バイア
ス層６の交換結合磁界よりもより大きくなり、第２の熱
処理を行った後も反強磁性層２と縦バイアス層６の交換
結合磁界の差が大きくなるので、磁気記録媒体からの信
号磁界の印加に対し、固定磁性層３の磁化方向は変化せ
ずに固定され、フリー磁性層５の磁化方向はスムーズに
変化することができるため好ましい。
【０１３７】また、反強磁性層２および縦バイアス層６
が、ＰｔqＭｎ100-q-jＬj （但し、Ｌは、Ａｕ、Ａｇ、
Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくと
も１種または２種以上の元素）としたとき、組成比を示
すｑ、ｊは、５２原子％≦ｑ＋ｊ≦５８原子％、０．２
原子％≦ｊ≦１０原子％であることが好ましい。
【０１３８】ｑ＋ｊが５２原子％未満であると、熱処理
温度２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行っても、
前記縦バイアス層６を構成するＰｔqＭｎ100-q-jＬj の
結晶格子がＬ１0 型の規則格子へと規則化しにくくな
り、反強磁性特性を示さなくなる。即ち、一方向性交換
結合磁界を示さなくなるので好ましくない。また、ｑ＋
ｊが５８原子％を越えると、熱処理温度２４５℃（５１
８Ｋ）の第１の熱処理を行っても、前記反強磁性層２を
構成するＰｔqＭｎ100-q-jＬj の結晶格子がＬ１0 型の
規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁性特性を示さ
なくなる。即ち、一方向性交換結合磁界を示さなくなる
ので好ましくない。また、ｊが０．２原子％未満である
と、元素Ｌの添加による一方向性交換結合磁界の改善効
果が十分に現れないので好ましくなく、ｊが１０原子％
を越えると、一方向性交換結合磁界が低下してしまうの
で好ましくない。
【０１３９】また、前記反強磁性層２および縦バイアス
層６が、ＰｔqＭｎ100-q-jＬj からなる合金としたと
き、組成比を示すｑ、ｊが、５２原子％≦ｑ＋ｊ≦５
６．５原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％であるこ
とがより好ましい。
【０１４０】ｑ＋ｊが５２原子％未満であると、熱処理
温度２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行っても、
前記縦バイアス層６を構成するＰｔqＭｎ100-q-jＬj の
結晶格子がＬ１0 型の規則格子へと規則化しにくくな
り、反強磁性特性を示さなくなる。即ち、一方向性交換
結合磁界を示さなくなるので好ましくない。また、ｑ＋
ｊが５６．５原子％を越えると、熱処理温度２４５℃
（５１８Ｋ）の第１の熱処理を行った場合に、反強磁性
層２による交換異方性磁界が縦バイアス層６による交換
異方性磁界よりも大きくなるがその差は小さく、熱処理
温度２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理の際に、固定
磁性層３がフリー磁性層５の磁化と同一の方向に磁化さ
れたり、第２の熱処理の際に、フリー磁性層５の磁化方
向と固定磁性層３の磁化方向とを直交方向に揃え難くな
るので好ましくない。また、ｊが０．２原子％未満であ
ると、元素Ｌの添加による一方向性交換結合磁界の改善
効果が十分に現れないので好ましくなく、ｊが１０原子
％を越えると、一方向性交換結合磁界が低下してしまう
ので好ましくない。
【０１４１】更に、前記反強磁性層２および縦バイアス
層６が、ＰｔqＭｎ100-q-jＬjからなる合金としたと
き、組成比を示すｑ、ｊが、５２原子％≦ｑ＋ｊ≦５
５．２原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％であるこ
とがより好ましい。
【０１４２】ｑが５２原子％未満であると、熱処理温度
２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行っても、縦バ
イアス層６を構成するＰｔqＭｎ100-q-jＬj の結晶格子
がＬ１0 型の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁
性特性を示さなくなる。即ち、一方向性交換結合磁界を
示さなくなるので好ましくない。また、ｑ＋ｊが５５．
２原子％を越えると、熱処理温度２４５℃（５１８Ｋ）
の第１の熱処理を行った場合に、反強磁性層２の交換結
合磁界が縦バイアス層６の交換結合磁界よりも大きくな
るがその差は小さく、熱処理温度２７０℃の第２の熱処
理の際に、固定磁性層３がフリー磁性層５の磁化と同一
の方向に磁化されたり、第２の熱処理の際に、フリー磁
性層５の磁化方向と固定磁性層３の磁化方向とを直交方
向に揃え難くなるので好ましくない。また、ｊが０．２
原子％未満であると、元素Ｌの添加による一方向性交換
結合磁界の改善効果が十分に現れないので好ましくな
く、ｊが１０原子％を越えると、一方向性交換結合磁界
が低下してしまうので好ましくない。
【０１４３】従って、反強磁性層２およびバイアス層６
の上記組成比が５２原子％≦ｑ＋ｊ≦５５．２原子％で
あり、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％であれば、第１の
熱処理時に反強磁性層２の交換異方性磁界がバイアス層
６の交換結合磁界よりもより大きくなり、第２の熱処理
を行った後も反強磁性層２とバイアス層６の交換結合磁
界の差が大きくなるので、磁気記録媒体からの信号磁界
の印加に対し、固定磁性層３の磁化方向は変化せずに固
定され、フリー磁性層５の磁化方向はスムーズに変化す
ることができるため好ましい。
【０１４４】また、ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素
子の反強磁性層ここでは前記反強磁性層２の組成と、ト
ップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層ここで
は前記縦バイアス層６の組成を異ならしめ、例えば反強
磁性層２のＭｎ濃度を縦バイアス層６のＭｎ濃度よりも
多くすることにより、第１の熱処理後の両者の交換結合
磁界の差をより顕著にでき、第２の熱処理後にフリー磁
性層５と固定磁性層３の磁化をより確実に直交状態とす
ることが可能となる。また、第２の熱処理後のＭｎ濃度
を異ならしめた反強磁性層２と縦バイアス層６の両者の
交換異方性磁界の差を、さらに顕著にすることができ、
磁気記録媒体からの信号磁界の印加に対し、固定磁性層
３の磁化方向は変化せずに固定され、フリー磁性層５の
磁化方向はスムーズに変化することが可能となる。
【０１４５】すなわち、縦バイアス層６を、ＸmＭｎ
100-m（Ｘが、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓの
うちの少なくとも１種以上の元素、組成比を示すｍが５
２原子％≦ｍ≦６０原子％）からなる合金とし、反強磁
性層２を、ＸmＭｎ100-m（Ｘが、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒ
ｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種以上の元素、組
成比を示すｍが、４８原子％≦ｍ≦５８原子％）からな
る合金とすることが好ましい。
【０１４６】縦バイアス層６の組成を示すｍが、５２原
子％未満若しくは６０原子％を越えると、図１７に示す
ように、熱処理温度２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処
理を行っても、縦バイアス層６を構成するＸmＭｎ100-m
の結晶格子がＬ１0 型の規則格子へと規則化しにくくな
り、反強磁性特性を示さなくなる。即ち、一方向交換結
合磁界を示さなくなるので好ましくない。また、反強磁
性層２の組成を示すｍが、４８原子％未満若しくは５８
原子％を越えると、熱処理温度２４５℃の第１の熱処理
を行っても反強磁性層２を構成するＸmＭｎ100-mの結晶
格子がＬ１0 型の規則格子へと規則化しにくくなり、反
強磁性特性を示さなくなる。即ち、一方向交換結合磁界
を示さなくなるので好ましくない。
【０１４７】よって、第１の熱処理温度２４５℃（５１
８Ｋ）の第１の熱処理を行った後に、反強磁性層２の交
換異方性磁界が縦バイアス層６の交換異方性磁界よりも
大きく、かつ第２の熱処理温度が２７０℃（５４３Ｋ）
の第２の熱処理を行った後にも、反強磁性層２の交換異
方性磁界が縦バイアス層６の交換異方性磁界よりも大き
くなるように、反強磁性層２の組成比（５２原子％≦ｍ
≦６０原子％）と縦バイアス層６の組成比（４８原子％
≦ｍ≦５８原子％）の範囲の中から各々の組成比を異な
らせて選択すればよい。
【０１４８】このような条件を満たす組成比を各々選択
して組成範囲を異ならしめることにより、反強磁性層２
と縦バイアス層６を同一組成で形成した場合よりも、第
１の熱処理時および第２の熱処理時における各々の反強
磁性層２の交換結合磁界と縦バイアス層６の交換異方性
磁界の差を顕著にできる組み合わせが可能になり、設計
の自由度が向上する。
【０１４９】また、第１の熱処理の際に、反強磁性層２
の交換異方性磁界を縦バイアス層６の交換異方性磁界よ
りも大きくでき、第２の熱処理の際に、反強磁性層２の
交換異方性磁界を劣化または磁化方向を変えることがな
く、固定磁性層３の磁化方向を強固に固定したまま、フ
リー磁性層５と固定磁性層３の磁化方向を交差させるこ
とができる。さらに、第２の熱処理後に、反強磁性層２
の交換異方性磁界を縦バイアス層６の交換異方性磁界よ
りも大きくでき、磁気記録媒体からの信号磁界の印加に
対して、固定磁性層３の磁化方向が変化せずに固定さ
れ、フリー磁性層５の磁化方向はスムーズに変化するこ
とが可能となる。
【０１５０】反強磁性層２と縦バイアス層６の好ましい
別の組み合わせは、バイアス層６を、ＰｔmＭｎ100-m-n
Ｚn （Ｚが、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少
なくとも１種または２種以上の元素、組成比を示すｍ、
ｎが、５２原子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％、０．２原子％
≦ｎ≦４０原子％）からなる合金とし、反強磁性層２
を、ＰｔmＭｎ100-m-nＺn （但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｉｒ、
Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種または２種以
上の元素、組成比を示すｍ、ｎは、４８原子％≦ｍ＋ｎ
≦５８原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％）からな
る合金とすることが好ましい。
【０１５１】縦バイアス層６の組成を示すｍ＋ｎが５２
原子％未満若しくは６０原子％を越えると、熱処理温度
２７０℃の第２の熱処理を行っても、縦バイアス層６を
構成するＰｔmＭｎ100-m-nＺn の結晶格子がＬ１0 型の
規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁性特性を示さ
なくなる。即ち、一方向交換結合磁界を示さなくなるの
で好ましくない。また、縦バイアス層６の組成を示すｎ
が０．２原子％未満であると、元素Ｚの添加による一方
向性交換結合磁界の改善効果が十分に現れないので好ま
しくなく、ｎが４０原子％を越えると、一方向性交換結
合磁界が低下してしまうので好ましくない。
【０１５２】また、反強磁性層２の組成を示すｍ＋ｎが
４８原子％未満若しくは５８原子％を越えると、熱処理
温度２４５℃（５１８Ｋ）の第１の熱処理を行っても、
反強磁性層２を構成するＰｔmＭｎ100-m-nＺn の結晶格
子がＬ１0 型の規則格子へと規則化しにくくなり、反強
磁性特性を示さなくなる。即ち、一方向交換結合磁界を
示さなくなるので好ましくない。また、反強磁性層２の
組成を示すｎが０．２原子％未満であると、元素Ｚの添
加による一方向性交換結合磁界の改善効果が十分に現れ
ないので好ましくなく、ｎが４０原子％を越えると、一
方向性交換結合磁界が低下してしまうので好ましくな
い。
【０１５３】よって、第１の熱処理温度２４５℃（５１
８Ｋ）の第１の熱処理を行った後に、反強磁性層２の交
換異方性磁界が縦バイアス層６の交換異方性磁界よりも
大きく、かつ第２の熱処理温度が２７０℃（５４３Ｋ）
の第２の熱処理を行った後にも、反強磁性層２の交換異
方性磁界が縦バイアス層６の交換異方性磁界よりも大き
くなるように、反強磁性層２の組成比（４８原子％≦ｍ
＋ｎ≦５８原子％）と縦バイアス層６の組成比（５２原
子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％）の範囲の中から各々の組成
比を異ならせて選択すればよい。
【０１５４】このような条件を満たす組成比を各々選択
して組成範囲を異ならしめることにより、反強磁性層２
と縦バイアス層６を同一組成で形成した場合よりも、第
１の熱処理時および第２の熱処理時における各々の反強
磁性層２の交換結合磁界と縦バイアス層６の交換異方性
磁界の差を顕著にできる組み合わせが可能になり、設計
の自由度が向上する。
【０１５５】また、第１の熱処理の際に、反強磁性層２
の交換異方性磁界を縦バイアス層６の交換異方性磁界よ
りも大きくでき、第２の熱処理の際に、反強磁性層２の
交換異方性磁界を劣化または磁化方向を変えることがな
く、固定磁性層３の磁化方向を強固に固定したまま、フ
リー磁性層５と固定磁性層３の磁化方向を交差させるこ
とができる。さらに、第２の熱処理後に、反強磁性層２
の交換異方性磁界を縦バイアス層６の交換異方性磁界よ
りも大きくでき、磁気記録媒体からの信号磁界の印加に
対して、固定磁性層３の磁化方向が変化せずに固定さ
れ、フリー磁性層５の磁化方向はスムーズに変化するこ
とが可能となる。
【０１５６】反強磁性層２と縦バイアス層６の好ましい
別の組み合わせは、縦バイアス層６を、ＰｔqＭｎ
100-q-jＬj （但し、Ｌは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、
Ｎｅ、Ａｒ、Ｘ ｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種また
は２種以上の元素、組成比を示すｑ、ｊが、５２原子％
≦ｑ＋ｊ≦６０原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子
％）からなる合金とし、反強磁性層２を、ＰｔqＭｎ
100-q-jＬj （但し、Ｌは、Ａｕ、Ａｇ、 Ｃｒ、Ｎｉ、
Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または
２種以上の元素、組成比を示すｑ、ｊが、４８原子％≦
ｑ＋ｊ≦５８原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％）
からなる合金とすることが好ましい。
【０１５７】縦バイアス層６の組成を示すｑ＋ｊが、５
２原子％未満若しくは６０原子％を越えると、熱処理温
度２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行っても、縦
バイアス層６を構成するＰｔqＭｎ100-q-jＬj の結晶格
子がＬ１0 型の規則格子へと規則化しにくくなり、反強
磁性特性を示さなくなる。即ち、一方向性交換結合磁界
を示さなくなるので好ましくない。また、縦バイアス層
６の組成を示すｊが、０．２原子％未満であると、元素
Ｌの添加による一方向性交換結合磁界の改善効果が十分
に現れないので好ましくなく、ｊが１０原子％を越える
と、一方向性交換結合磁界が低下してしまうので好まし
くない。
【０１５８】また、反強磁性層２の組成を示すｑ＋ｊ
が、４８原子％未満若しくは５８原子％を越えると、熱
処理温度２４５℃（５１８Ｋ）の第１の熱処理を行って
も、反強磁性層２を構成するＰｔqＭｎ100-q-jＬj の結
晶格子がＬ１0 型の規則格子へと規則化しにくくなり、
反強磁性特性を示さなくなる。即ち、一方向性交換結合
磁界を示さなくなるので好ましくない。また、反強磁性
層２の組成を示すｊが、０．２原子％未満であると、元
素Ｌの添加による一方向性交換結合磁界の改善効果が十
分に現れないので好ましくなく、ｊが１０原子％を越え
ると、一方向性交換結合磁界が低下してしまうので好ま
しくない。
【０１５９】よって、第１の熱処理温度２４５℃（５１
８Ｋ）の第１の熱処理を行った後に、反強磁性層２の交
換異方性磁界が縦バイアス層６の交換異方性磁界よりも
大きく、かつ第２の熱処理温度が２７０℃（５４３Ｋ）
の第２の熱処理を行った後にも、反強磁性層２の交換異
方性磁界が縦バイアス層６の交換異方性磁界よりも大き
くなるように、反強磁性層２の組成比（４８原子％≦ｑ
＋ｊ≦５８原子％）と縦バイアス層６の組成比（５２原
子％≦ｑ＋ｊ≦６０原子％）の範囲の中から各々の組成
比を異ならせて選択すればよい。
【０１６０】このような条件を満たす組成比を各々選択
して組成範囲を異ならしめることにより、反強磁性層２
と縦バイアス層６を同一組成で形成した場合よりも、第
１の熱処理時および第２の熱処理時における各々の反強
磁性層２の交換結合磁界と縦バイアス層６の交換異方性
磁界の差を顕著にできる組み合わせが可能になり、設計
の自由度が向上する。
【０１６１】また、第１の熱処理の際に、反強磁性層２
の交換異方性磁界を縦バイアス層６の交換異方性磁界よ
りも大きくでき、第２の熱処理の際に、反強磁性層２の
交換異方性磁界を劣化または磁化方向を変えることがな
く、固定磁性層３の磁化方向を強固に固定したまま、フ
リー磁性層５と固定磁性層３の磁化方向を交差させるこ
とができる。さらに、第２の熱処理後に、反強磁性層２
の交換異方性磁界を縦バイアス層６の交換異方性磁界よ
りも大きくでき、磁気記録媒体からの信号磁界の印加に
対して、固定磁性層３の磁化方向が変化せずに固定さ
れ、フリー磁性層５の磁化方向はスムーズに変化するこ
とが可能となる。
【０１６２】次に、本実施形態のように、シンセティッ
クフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned spin-valv
es）とされた第１の固定磁性層３Ａおよび第２の固定磁
性層３Ｃにおける、これらの膜厚および反強磁性層２に
対する第１の熱処理に対する条件について説明する。
【０１６３】ところで図２に示す第１の固定磁性層３Ａ
および第２の固定磁性層３Ｃに示されている矢印は、そ
れぞれの磁気モーメントの大きさおよびその方向を表し
ており、前記磁気モーメントの大きさは、飽和磁化（Ｍ
ｓ）と膜厚（ｔ）とをかけた値で決定される。図２に示
す第１の固定磁性層３Ａと第２の固定磁性層３Ｃとは、
同じ材質、例えばＣｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ
合金、ＣｏＦｅ合金で形成され、しかも第２の固定磁性
層３Ｃの膜厚ｔＰ2 が、第１の固定磁性層３Ａの膜厚ｔ
Ｐ1 よりも大きく形成されているために、第２の固定磁
性層３Ｃの方が第１の固定磁性層３Ａに比べ磁気モーメ
ントが大きくなっている。なお、本実施形態では、第１
の固定磁性層３Ａおよび第２の固定磁性層３Ｃが異なる
磁気モーメントを有することを必要としており、従っ
て、第１の固定磁性層３Ａの膜厚ｔＰ1 が第２の固定磁
性層３Ｃの膜厚ｔＰ2 より厚く形成されていてもよい。
【０１６４】図２に示すように第１の固定磁性層３Ａは
図示Ｙ方向、すなわち記録媒体から離れる方向（ハイト
方向；素子高さ方向）に磁化されており、非磁性中間層
３Ｂを介して対向する第２の固定磁性層３Ｃの磁化は前
記第１の固定磁性層３Ａの磁化方向と反平行、つまり図
示Ｙ方向と逆方向に磁化されている。第１の固定磁性層
３Ａは、反強磁性層２に接して形成され、磁場中アニー
ル（熱処理）を施すことにより、前記第１の固定磁性層
３Ａと反強磁性層２との界面にて交換結合磁界（交換異
方性磁界）が発生し、前記第１の固定磁性層３Ａの磁化
が、図示Ｙ方向に固定される。前記第１の固定磁性層３
Ａの磁化が、図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層
３Ｂを介して対向する第２の固定磁性層３Ｃの磁化は、
第１の固定磁性層３Ａの磁化と反平行の状態で固定され
る。
【０１６５】本実施形態では、前記第１の固定磁性層３
Ａの膜厚ｔＰ1 と、第２の固定磁性層３Ｃの膜厚比ｔＰ
2 を適正化しており、（第１の固定磁性層の膜厚ｔ
Ｐ1 ）／（第２の固定磁性層の膜厚ｔＰ2 ）は、０．３
３〜０．９５、あるいは１．０５〜４の範囲内であるこ
とが好ましい。この範囲内であれば交換結合磁界を大き
くできるが、上記範囲内においても第１の固定磁性層３
Ａと第２の固定磁性層３Ｃとの膜厚自体が厚くなると、
交換結合磁界は低下する傾向にあるため、本発明では、
第１の固定磁性層３Ａと第２の固定磁性層３Ｃの膜厚を
適正化している。この第１の固定磁性層３Ａの膜厚ｔＰ
1 および第２の固定磁性層３Ｃの膜厚ｔＰ2 は、１０〜
７０オングストロームの範囲内で、かつ第１の固定磁性
層３Ａの膜厚ｔＰ1 から第２の固定磁性層３Ｃの膜厚ｔ
Ｐ2 を引いた絶対値が２オングストローム以上であるこ
とが好ましい。
【０１６６】上記範囲内で適正に膜厚比、および膜厚を
調節すれば、少なくとも４ｋＡ／ｍ以上の交換結合磁界
（Ｈｅｘ）を得ることが可能である。ここで交換結合磁
界とは、最大△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）の半分の△Ｒ／Ｒ
となるときの外部磁界の大きさのことであり、前記交換
結合磁界（Ｈｅｘ）は、反強磁性層２と第１の固定磁性
層３Ａとの界面で発生する交換結合磁界（交換異方性磁
界）や第１の固定磁性層３Ａと第２の固定磁性層３Ｃと
の間で発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）など
のすべての磁界を含めた総合的なものである。
【０１６７】また本実施形態では、前記（第１の固定磁
性層の膜厚ｔＰ1 ）／（第２の固定磁性層の膜厚ｔ
Ｐ2 ）は、０．５３〜０．９５、あるいは１．０５〜
１．８の範囲内であることがより好ましい。また上記範
囲内であって、第１の固定磁性層３Ａの膜厚ｔＰ1 と第
２の固定磁性層３Ｃの膜厚ｔＰ2 とはともに１０〜５０
オングストロームの範囲内であり、しかも第１の固定磁
性層３Ａの膜厚ｔＰ1 から第２の固定磁性層３Ｃの膜厚
ｔＰ2 を引いた絶対値は２オングストローム以上である
ことが好ましい。上記範囲内で、第１の固定磁性層３Ａ
と第２の固定磁性層３Ｃの膜厚比、および第１の固定磁
性層３Ａの膜厚ｔＰ1 と第２の固定磁性層３Ｃの膜厚ｔ
Ｐ2 を適正に調節すれば、少なくとも８０ｋＡ／ｍ以上
の交換結合磁界を得ることが可能である。また上記範囲
内の、膜厚比および膜厚であれば交換結合磁界（Ｈｅ
ｘ）を大きくできると同時に、△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）
も高くすることが可能である。
【０１６８】交換結合磁界か 大きいほど、第１の固定
磁性層３Ａの磁化と第２の固定磁性層３Ｃの磁化を安定
して反平行状態に保つことが可能であり、特に本実施形
態では反強磁性層２として上述した組成の合金を使用す
ることで、前記第１の固定磁性層３Ａおよび第２の固定
磁性層３Ｃの磁化状態を熱的にも安定して保つことがで
きる。
【０１６９】ところで、第１の固定磁性層３Ａと第２の
固定磁性層３Ｃとが同じ材質で形成された場合、しかも
前記第１の固定磁性層３Ａと第２の固定磁性層３Ｃとの
膜厚が同じ値であると、第１の固定磁性層３ＡのＭｓ・
ｔＰ1 （磁気モーメント）と、第２の固定磁性層３Ｃの
Ｍｓ・ｔＰ2 （磁気モーメント）とが同じ値となり、前
記第１の固定磁性層３Ａの磁化と第２の固定磁性層３Ｃ
の磁化とが反平行状態にならず、前記磁化の方向分散量
（アトランダムに様々な方向を向いている磁気モーメン
ト量）が多くなることにより、後述するフリー磁性層５
の磁化との相対角度を適正に制御できないため、前記第
１の固定磁性層３Ａと第２の固定磁性層３Ｃとの交換結
合磁界（Ｈｅｘ）および△Ｒ／Ｒは極端に低下する。
【０１７０】こうした問題を解決するためには、第１に
第１の固定磁性層３Ａと、第２の固定磁性層３ＣのＭｓ
・ｔを異なる値にすること、すなわち第１の固定磁性層
３Ａと第２の固定磁性層３Ｃとが同じ材質で形成される
場合には、前記第１の固定磁性層３Ａと第２の固定磁性
層３Ｃを異なる膜厚で形成する必要がある。したがっ
て、本実施形態では 第１の固定磁性層３Ａ、第２の固
定磁性層３Ｃの膜厚比を適正化しているが、その膜厚比
の中で、前記第１の固定磁性層３Ａの膜厚ｔＰ1 と第２
の固定磁性層３Ｃの膜厚ｔＰ2 とがほぼ同じ値になる場
合、具体的には、０．９５〜１．０５の範囲内の膜厚比
を適正な範囲から除外している。
【０１７１】次に、本実施形態のように、反強磁性層２
に成膜後に磁場中アニール（熱処理）を施すことによ
り、第１の固定磁性層３Ａとの界面で交換結合磁界（交
換異方性磁界）を発生させる反強磁性材料を使用した場
合には、第１の固定磁性層３Ａと第２の固定磁性層３Ｃ
のＭｓ・ｔを異なる値に設定しても、熱処理中の印加磁
場の方向およびその大きさを適正に制御しないと、第１
の固定磁性層３Ａの磁化および第２の固定磁性層３Ｃの
磁化に方向分散量が多くなったり、あるいは前記磁化を
向けたい方向に適正に制御できない。
【０１７２】
【表１】
【０１７３】表１は、第１の固定磁性層３ＡのＭｓ・ｔ
Ｐ1 が、第２の固定磁性層３ＣのＭｓ・ｔＰ2 よりも小
さい本実施形態の場合に、熱処理中の印加磁場の大きさ
およびその方向を変えることによって、第１の固定磁性
層３Ａおよび第２の固定磁性層３Ｃの磁化がどの方向に
向くかを表すものである。表１の（１）では、図示左方
向に８〜８０ｋＡ／ｍの磁場を与えると、Ｍｓ・ｔＰ2
の大きい第２の固定磁性層３Ｃの磁化が支配的になり、
前記第２の固定磁性層３Ｃの磁化が、印加磁場方向にな
らって、図示左方向に向く。第１の固定磁性層３Ａと第
２の固定磁性層３Ｃの間の交換結合（ＲＫＫＹ相互作
用）によって、前記第１の固定磁性層３Ａの磁化は、前
記第２の固定磁性層３Ｃの磁化に対して反平行になる。
同様に、表１の（２）では、図示右方向に８〜８０ｋＡ
／ｍの磁場を与えると、支配的な第２の固定磁性層３Ｃ
の磁化が図示右方向に向き、第１の固定磁性層３Ａの磁
化は図示左方向に向く。
【０１７４】ここで、例えば第１の固定磁性層３Ａの磁
化を図示右方向に向けようとする場合に、適正な熱処理
中の磁場方向およびその大きさは、表１における（１）
である。この表１（１）では、右方向に向けられた第１
の固定磁性層３Ａの磁化は、反強磁性層２との界面での
交換結合磁界（交換異方性磁界）によって、右方向に固
定される。
【０１７５】ところで表１に示すように、熱処理中に印
加される磁場の大きさは、８〜８０ｋＡ／ｍである。こ
れは前述の縦バイアス層６に関連した理由以外に、次の
ような理由による。磁場を与えることによって、Ｍｓ・
ｔの大きい固定磁性層の磁化は、その磁場方向に向こう
とする。ところが、熱処理中の磁場の大きさが８０ｋＡ
／ｍ以上であると Ｍｓ・ｔの小さい固定磁性層の磁化
までが、磁場の影響を強く受けて、その磁場方向に向こ
うとする。このため、固定磁性層間に発生する交換結合
磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって反平行になろうとす
る２層の固定磁性層の磁化が、強い磁場の影響を受けて
反平行にはならず、前記固定磁性層の磁化が、様々な方
向に向こうとする、いわゆる磁化分散量が 多くなり、
２層の固定磁性層の磁化を適正に反平行状態に磁化する
ことができなくなる。従って、本実施形態では８０ｋＡ
／ｍ以上の磁場の大きさを、適正な範囲から外してい
る。
【０１７６】なお熱処理中の磁場の大きさを８ｋＡ／ｍ
以上とするのは、この程度の磁場を与えないと、Ｍｓ・
ｔの大きい固定磁性層の磁化を、その印加磁場方向に向
けることができないからである。なお上述した熱処理中
の磁場の大きさおよびその方向の制御方法は、熱処理を
必要とする反強磁性層２を使用した場合であれば、どの
ような反強磁性材料を使用した場合であっても適用可能
でき、例えば従来から反強磁性層２として用いられてい
るＮｉＭｎ合金などを便用した場合でも適用可能であ
る。
【０１７７】以上のように本実施形態では、第１の固定
磁性層３Ａと第２の固定磁性層３Ｃとの膜厚比を適正な
範囲内に収めることによって、交換結合磁界（Ｈｅｘ）
を大きくでき、第１の固定磁性層３Ａと第２の固定磁性
層３Ｃの磁化を、熱的にも安定した反平行状態（フェリ
状態）に保つことができ、しかも△Ｒ／Ｒ（抵抗変化
率）を従来と同程度に確保することが可能である。さら
に熱処理中の磁場の大きさおよびその方向を適正に制御
することによって、第１の固定磁性層３Ａおよび第２の
固定磁性層３Ｃの磁化方向を、得たい方向に制御するこ
とが可能になる。
【０１７８】ところで前述したように磁気モーメント
（磁気的膜厚）は、飽和磁化Ｍｓと膜厚ｔとの積によっ
て求めることができ、例えば、バルク固体のＮｉＦｅで
あると、飽和磁化Ｍｓは、約１．０Ｔ（テスラ）であ
り、バルク固体のＣｏであると、飽和磁化Ｍｓは約１．
７Ｔであることが知られている。従って、前記ＮｉＦｅ
膜の膜厚が３０オングストロームである場合、前記Ｎｉ
Ｆｅ膜の磁気的膜厚は、３０オングストローム・テスラ
となる。外部から磁界を加えたときの強磁性膜の静磁エ
ネルギーは、磁気的膜厚と外部磁界との掛け合わせに比
例するため、磁気的膜厚の大きい強磁性膜と磁気的膜厚
の小さい強磁性膜が非磁性中間層を介してＲＫＫＹ相互
作用によりフェリ状態になっている場合、磁気的膜厚の
大きい方の強磁性膜が、外部磁界の方向を向きやすくな
るわけである。
【０１７９】しかしながら、ＴａやＲｕ、Ｃｕ等の非磁
性膜と積層接触した強磁性膜の場合やＰｔＭｎ膜などの
反強磁性層と積層接触した強磁性膜の場合、非磁性膜原
子や反強磁性膜原子と強磁性膜原子（Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃ
ｏ）が直接触れ合うため、非磁性膜や反強磁性膜との界
面付近の強磁性膜の飽和磁化Ｍｓが、バルク固体の飽和
磁化Ｍｓよりも小さくなることが知られている。さら
に、強磁性膜と非磁性膜、反強磁性層の積層多層膜に熱
処理が施されると、前記熱処理によって界面拡散が進行
し、強磁性膜の飽和磁化Ｍｓに膜厚方向の分布が生じる
ことが知られている。すなわち、非磁性膜や反強磁性層
に近い場所の飽和磁化Ｍｓは小さく、非磁性膜や反強磁
性膜との界面から離れるに従って飽和磁化Ｍｓがバルク
固体の飽和磁化Ｍｓに近づくという現象である。非磁性
膜や反強磁性層に近い場所の強磁性膜の飽和磁化Ｍｓの
減少は、非磁性膜の材料、反強磁性層の材料、強磁性膜
の材料や積層順序、熱処理温度等に依存するため、正確
には それぞれの特定された条件において求めなければ
ならないことになる。本実施形態における磁気的膜厚と
は、非磁性膜や反強磁性層との熱拡散によって生じた飽
和磁化Ｍｓの減少量も考慮して算出した値である。
【０１８０】ＰｔＭｎ膜等と強磁性膜との界面で交換結
合磁界を得るためには、熱処理によりＰｔＭｎ膜等と強
磁性膜との界面で拡散層を形成することが必要である
が、拡散層の形成に伴う強磁性膜の飽和磁化Ｍｓの減少
は、ＰｔＭｎ膜等と強磁性膜の積層順序に依存すること
になる。
【０１８１】特に、反強磁性層２がフリー磁性層５より
も下側（基板側）に形成されているボトムタイプの場合
にあっては、前記反強磁性層２と第１の固定磁性層３Ａ
との界面に熱拡散層が発生しやすく、このため前記第１
の固定磁性層３Ａの磁気的な膜厚は、実際の膜厚ｔＰ1
に比べて小さくなっている。しかし前記第１の固定磁性
層３Ａの磁気的な膜厚が小さくなりすぎると、第２の固
定磁性層３Ｃとの磁気的膜厚（磁気モーメント）差が大
きくなりすぎ、前記第１の固定磁性層３Ａに占める熱拡
散層の割合が増えることにより、交換結合磁界の低下に
つながるといった問題がある。
【０１８２】すなわち本実施形態のように、第１の固定
磁性層３Ａとの界面で交換結合磁界を発生されるために
熱処理を必要とする反強磁性層２を使用し、第１の固定
磁性層３Ａと第２の固定磁性層３Ｃの磁化状態をフェリ
状態にするためには、前記第１の固定磁性層３Ａおよび
第２の固定磁性層３Ｃの膜厚の適正化のみならず、前記
第１の固定磁性層３Ａおよび第２の固定磁性層３Ｃの磁
気的膜厚の適正化を行わないと、安定した磁化状態を保
つことができない。
【０１８３】前述したように、第１の固定磁性層３Ａと
第２の固定磁性層３Ｃの磁気的膜厚にある程度差がない
と、磁化状態はフェリ状態にはなりにくく、また第１の
固定磁性層３Ａと第２の固定磁性層３Ｃの磁気的膜厚の
差が大きくなりすぎても、交換結合磁界の低下につなが
り好ましくない。そこで本発明では、第１の固定磁性層
３Ａと第２の固定磁性層３Ｃの膜厚比と同じように、
（第１の固定磁性層の磁気的膜厚）／（第２の固定磁性
層の磁気的膜厚）という磁気的膜厚比の値は、０．３３
〜０．９５、あるいは１．０５〜４の範囲内とであるこ
とが好ましい。また本発明では、第１の固定磁性層３Ａ
の磁気的膜厚および第２の固定磁性層３Ｃの磁気的膜厚
が１０〜７０（オングストローム・テスラ）の範囲内
で、かつ第１の固定磁性層３Ａの磁気的膜厚かムら第２
の固定磁性層３Ｃの磁気的膜厚を引いた絶対値が２（オ
ングストローム・テスラ）以上であることが好ましい。
【０１８４】また（第１の固定磁性層の磁気的膜厚）／
（第２の固定磁性層の磁気的膜厚）という磁気的膜厚比
の値が０．５３〜０．９５ あるいは１．０５〜１．８
の範囲内であることがより好ましい。また上記範囲内で
あって、第１の固定磁性層３Ａの磁気的膜厚と第２の固
定磁性層３Ｃの磁気的膜厚はともに１０〜５０（オング
ストローム・テスラ）の範囲内であり、しか も第１の
固定磁性層３Ａの磁気的膜厚から第２の固定磁性層３Ｃ
の磁気的膜厚を引いた絶対値は２（オングストローム・
テスラ）以上であることが好ましい。
【０１８５】次に、第１の固定磁性層３Ａと第２の固定
磁性層３Ｃとの間に介在する非磁性中間層３Ｂに関して
説明する。本実施形態では、第１の固定磁性層３Ａと第
２の固定磁性層３Ｃとの間に介在する非磁性中間層３Ｂ
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。
【０１８６】フリー磁性層５よりも下側（基板側）に反
強磁性層２が形成されているボトムタイプの場合におけ
る前記非磁性中間層３Ｂの膜厚は、３．６〜９．６オン
グストロームの範囲内で形成されることが好ましい。こ
の範囲内であれば、４０ｋＡ／ｍ以上の交換結合磁界
（Ｈｅｘ）を得ることが可能である。また前記非磁性中
間層３Ｂの膜厚は、４〜９．４オングストロームの範囲
内で形成されると、８０ｋＡ／ｍ以上の交換結合磁界を
得ることができるのでより好ましい。
【０１８７】ここで、非磁性中間層３Ｂの膜厚が上述し
た寸法以外の寸法で形成されると、交換結合磁界が極端
に低下し、前記第１の固定磁性層３Ａと第２の固定磁性
層３Ｃとの磁化が反平行状態（フェリ状態）になりにく
くなり、前記磁化状態が不安定化するため好ましくな
い。
【０１８８】このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子で
は、フリー磁性層５と縦バイアス層６との間にバックド
層Ｂ１を設けたことにより、縦バイアス層６からのフリ
ー磁性層５の磁化を固定する交換結合磁界を適正な範囲
に設定することができるので、磁気記録媒体からの微弱
な漏れ磁束に対してフリー磁性層５の磁気モーメントが
スムーズに回転する検出感度の優れたスピンバルブ型薄
膜磁気素子となる。さらに、バックド層Ｂ１により、伝
導電子の平均自由行程を延ばすことができる。このた
め、いわゆるスピンフィルター効果を発現させることが
可能となり、スピンによる伝導電子の平均自由行程の行
程差が大きくなって、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁
気抵抗変化率（△Ｒ／Ｒ）をより向上させることができ
る。また、このスピンバルブ型薄膜磁気素子は、前記フ
リー磁性層５は、一様な厚みの縦バイアス層６により磁
化方向が規定されているので、磁区の乱れが少なく、単
磁区化を容易におこなうことができ、バルクハイゼンノ
イズの少ないものとすることができる。また、フリー磁
性層５の単磁区化を保った状態として電極層８，８から
フリー磁性層５付近に直接センス電流Ｊを与えることが
できるため、サイドリーディングを防止することがで
き、磁気記録密度の高密度化により一層対応することが
可能となる。
【０１８９】電極層８，８が、少なくとも、フリー磁性
層５の膜面方向両側に位置されて積層体９に接続されて
いるため、フリー磁性層５や非磁性導電層４に比べて抵
抗値の高い反強磁性層２および縦バイアス層６を介さず
に、電極層８からフリー磁性層５付近にセンス電流を与
える割合を向上することができる。また、ＧＭＲ効果に
おいて磁気抵抗変化率（△Ｒ／Ｒ）に寄与する、前記積
層体９と電極層８，８との間の接続抵抗を低減すること
ができ、スピンバルブ型薄膜磁気素子の再生効率をより
向上させることが可能となる。
【０１９０】さらに、反強磁性層２および縦バイアス層
６が、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａ
ｇ、Ｃｒ、Ｎｉのうちの少なくとも１種または２種以上
の元素とＭｎとを含む合金からなるものであるので、交
換異方性磁界の温度特性が良好となり、耐熱性に優れた
スピンバルブ型薄膜磁気素子となる。また、ハードディ
スクなどの装置内の環境温度や素子を流れるセンス電流
によるジュール熱により素子が高温となる薄膜磁気ヘッ
ドなどの装置に備えられた場合の耐久性が良好で、温度
変化による交換異方性磁界（交換結合磁界）の変動が少
ない優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることがで
きる。さらにまた、反強磁性層２を上記の合金で形成す
ることで、ブロッキング温度が高いものとなり、反強磁
性層２に大きな交換異方性磁界を発生させることができ
るため、固定磁性層３の磁化方向を強固に固定すること
ができる。
【０１９１】このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子の
製造方法では、反強磁性層２および縦バイアス層６に、
Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃ
ｒ、Ｎｉのうちの少なくとも１種または２種以上の元素
と、Ｍｎとを含む合金を用い、前記合金の性質を利用し
て、１度目の熱処理で固定磁性層３の磁化方向を固定
し、２度目の熱処理でフリー磁性層５の磁化方向を前記
固定磁性層３の磁化方向と交差する方向に揃えるので、
固定磁性層３の磁化方向に悪影響を与えることなく、フ
リー磁性層５の磁化方向を固定磁性層３の磁化方向と交
差する方向に揃えることができ、耐熱性に優れたスピン
バルブ型薄膜磁気素子を得ることができる。
【０１９２】また、前記第１の固定磁性層３Ａと第２の
固定磁性層３Ｃとの磁化が反平行状態（フェリ状態）と
されたシンセティックフェリピンド型（synthetic-ferr
i-pinned type ）としたことにより、第１の熱処理によ
って固定磁性層３として大きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）
を得ることが可能であり、第２の熱処理をおこなって
も、この固定磁性層３の磁化が傾くことがないために、
固定磁性層３の固定磁化方向の制御を、より容易におこ
なうことができる。また、固定磁性層３の固定磁化によ
る反磁界（双極子磁界）を、第１の固定磁性層３Ａの静
磁結合磁界と第２の固定磁性層３Ｃの静磁結合磁界とに
より、相互に打ち消してキャンセルすることができ、フ
リー磁性層５の変動磁化の方向に影響を与える固定磁性
層３の固定磁化による反磁界（双極子磁界）からの、フ
リー磁性層５の変動磁化への寄与を減少することができ
る。また、この固定磁性層３の固定磁化による反磁界
（双極子磁界）のフリー磁性層５への影響を低減し、フ
リー磁性層５の変動磁化の方向を所望の方向に補正する
ことがより容易になり、アシンメトリーの小さい優れた
スピンバルブ型薄膜磁気素子とすることが可能なため
に、フリー磁性層５の変動磁化方向の制御を、より容易
にすることができる。
【０１９３】以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁
気素子およびその製造方法、および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の第２実施形態
を、図面に基づいて説明する。 ［第２実施形態］図５は、本発明の第２実施形態のスピ
ンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見
た場合の構造を示した断面図である。本実施形態のスピ
ンバルブ型薄膜素子は、図１ないし図４に示す第１実施
形態と同様に、基板側から、反強磁性層、固定磁性層、
非磁性導電層、フリー磁性層が形成されたボトム型（Bo
ttom type ）とされ、さらに、固定磁性層が、第１の固
定磁性層と、前記第１の固定磁性層に非磁性中間層を介
して形成され、前記第１の固定磁性層の磁化方向と反平
行に磁化方向が揃えられた第２の固定磁性層と、を有
し、固定磁性層が合成フェリ磁性状態とされてなる手
段、いわゆる、シンセティックフェリピンド型（synthe
tic-ferri-pinned type ）とされるシングルスピンバル
ブ型薄膜素子の一種である。この実施形態のスピンバル
ブ型薄膜磁気素子において、第１実施形態と異なるの
は、フリー磁性層が、合成フェリ磁性状態とされた２層
からなる手段、いわゆる、シンセティックフェリフリー
型（synthetic-ferri-free type ）とされた点と、平均
自由行程延長層として、バックド層の変わりに鏡面反射
層を設けた点である。
【０１９４】本実施形態においては、図１ないし図４に
示す第１実施形態と略同等の構成要素には同一の符号を
付して、その説明を省略する。本実施形態の積層体９に
おいては、フリー磁性層５が、図５に示すように、非磁
性中間層５Ｂと、この非磁性中間層５Ｂを挟む第１フリ
ー磁性層５Ａと第２フリー磁性層５Ｃから構成されてい
る。第１フリー磁性層５Ａは、非磁性中間層５Ｂより縦
バイアス層６側に設けられて鏡面反射層Ｓ１に接続さ
れ、第２フリー磁性層５Ｃは、非磁性中間層５Ｂより非
磁性導電層４側に設けられてこの非磁性導電層４に接続
されている。
【０１９５】第１フリー磁性層５Ａは、強磁性材料より
形成されるもので、第１，第２の固定磁性層３Ａ，３Ｃ
と同じ材料で形成されることが好ましく、例えばＮｉＦ
ｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ
Ｎｉ合金等により形成され、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５Ｂは、非
磁性材料より形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃ
ｒ、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。
【０１９６】第２フリー磁性層５Ｃは、強磁性材料から
なるもので、第１フリー磁性層５Ａおよび第１，第２固
定磁性層３Ａ，３Ｃ同じ材料で形成されることが好まし
く、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５Ｃは複数の層で構成されてい
てもよく、例えば、ＮｉＦｅからなる場合に、非磁性導
電層４に接する側はＣｏ薄膜からなる部分を有する構成
とすることも可能である。
【０１９７】また、第２フリー磁性層５Ｃの厚さｔＦ2
は、第１フリー磁性層５Ａの厚さｔＦ1 よりも厚く形成
されている。なお、第２フリー磁性層５Ｃの厚さｔＦ2
は、３０〜４０オングストロームの範囲であることが好
ましく、３５〜４０オングストロームの範囲であること
がより好ましい。第２フリー磁性層５Ｃの厚さｔＦ2 が
前記の範囲を外れると、スピンバルブ型薄膜磁気素子の
抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）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５Ａの厚さ
ｔＦ1 は５〜２５オングストロームの範囲であることが
好ましい。
【０１９８】また、第１フリー磁性層５Ａおよび第２フ
リー磁性層５Ｃ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５Ａおよび第２フリー磁性層５
Ｃの磁気的膜厚はそれぞれＭ1・ｔＦ1、Ｍ2・ｔＦ2とな
る。そしてフリー磁性層５は、第１フリー磁性層５Ａの
磁気的膜厚と第２フリー磁性層５Ｃの磁気的膜厚との関
係を、Ｍ2・ｔＦ2＞Ｍ1・ｔＦ1とするように構成されて
いる。
【０１９９】また、第１フリー磁性層５Ａおよび第２フ
リー磁性層５Ｃは、相互に反強磁性的に結合されてい
る。すなわち、第２フリー磁性層５Ｃの磁化方向が縦バ
イアス層６により図示Ｘ１方向に揃えられると、第１フ
リー磁性層５Ａの磁化方向が図示Ｘ１方向と反対方向に
揃えられる。ここで、第１フリー磁性層５Ａの磁気的膜
厚と第２フリー磁性層５Ａの磁気的膜厚との関係が、Ｍ
2・ｔＦ2＞Ｍ1・ｔＦ1とされていることから、フリー磁
性層５全体としては第２フリー磁性層５Ｃの磁化が残存
した状態となり、フリー磁性層５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５の実
効膜厚は、（Ｍ2・ｔＦ2−Ｍ1・ｔＦ1）となる。このよ
うに、第１フリー磁性層５Ａと第２フリー磁性層５Ｃと
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Ｍ2・ｔＦ2＞Ｍ1・ｔＦ1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５の磁化方向と固定磁性層３の磁化方向とが
交差する関係となる。
【０２００】さらに、本実施形態においては、フリー磁
性層５と縦バイアス層６との間に、平均自由行程延長層
として、鏡面反射層Ｓ１が積層されている。
【０２０１】この鏡面反射層Ｓ１の厚さは、５〜５００
オングストロームの範囲に設定されることができ、この
鏡面反射層Ｓ１の膜厚が、５オングストロームよりも薄
い値に設定されると、鏡面反射の効果が充分得られない
ため、好ましくない。また、この鏡面反射層Ｓ１の膜厚
が、５００オングストロームよりも厚い値に設定される
と、再生ギャップであるシールド間隔が広くなり過ぎ、
ヘッドの分解能が低下するため好ましくない。また、フ
リー磁性層５と縦バイアス層６との交換結合による交換
異方性磁界が弱くなりすぎて、フリー磁性層５における
磁区化制御が困難になり、磁気記録媒体からの信号の処
理が不正確になる不安定性（instability ）の原因とな
るバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性もあり好ま
しくない。
【０２０２】このように設定することにより、鏡面反射
層Ｓ１は、フリー磁性層５と鏡面反射層Ｓ１との界面付
近においてポテンシャル障壁を形成し、フリー磁性層５
を移動するアップスピンの伝導電子を、フリー磁性層５
と鏡面反射層Ｓ１との界面付近においてスピンの状態を
保存したまま反射させることができ、アップスピンの伝
導電子の平均自由行程をさらに延ばして、後述するよう
に、いわゆる鏡面反射効果を示す。
【０２０３】ここで、伝導電子をスピンの状態を保存し
たまま反射させるために、フリー磁性層５と鏡面反射層
Ｓ１との界面でポテンシャル障壁を形成すること、すな
わち、フリー磁性層５は良好な導電体であるのに対し、
鏡面反射層Ｓ１は電気的に絶縁体であることが有効であ
る。
【０２０４】この様な条件を満たす絶縁材料としては、
α−Ｆｅ2Ｏ3，ＮｉＯ，ＣｏＯ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ，Ｃｏ
−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｏ，Ａｌ2Ｏ3，Ａｌ−Ｑ−Ｏ（ここでＱ
はＢ，Ｓｉ，Ｎ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，
Ｎｉから選択される一種以上），Ｒ−Ｏ（ここでＲはＴ
ｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗから
選択される１種以上）等の酸化膜，Ａｌ−Ｎ，Ａｌ−Ｑ
−Ｎ（ここでＱはＢ，Ｓｉ，Ｏ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍ
ｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選択される一種以上），Ｒ−
Ｎ（ここでＲはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈ
ｆ，Ｔａ，Ｗから選択される１種以上）等の窒化膜等を
挙げることができ、このような絶縁材料によって、鏡面
反射層Ｓ１を構成することができる。また、鏡面反射層
Ｓ１としてα−Ｆｅ2Ｏ3やＮｉＯなどの反強磁性体を用
いた場合には、バイアス層６を兼ねることができる。
【０２０５】このスピンバルブ型薄膜磁気素子では、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
３に示すＸ１方向に揃えられたフリー磁性層５の磁化方
向が変動すると、図示Ｙ方向と反対方向に固定された第
２の固定磁性層３Ｃ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、磁
気記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０２０６】また、第１フリー磁性層５Ａの磁気的膜厚
と第２フリー磁性層５Ｃの磁気的膜厚との関係が、Ｍ2
・ｔＦ2＞Ｍ1・ｔＦ1とされているので、フリー磁性層
５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、一方の磁性層の磁化方向と平行方向の外
部磁界を印加したときに、他方の磁性層の磁化方向が回
転して反平行の関係が崩れ始めるときの外部磁界の大き
さを指す。上記の場合は、外部磁界が縦バイアス層６か
らのバイアス磁界に相当する。
【０２０７】図１０に、フリー磁性層５のＭ−Ｈ曲線の
模式図を示す。このＭ−Ｈ曲線は、本実施形態のフリー
磁性層５に対して磁気記録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５の磁化Ｍの変化を示
したものである。また、図中、Ｆ１で示す矢印は、第１
フリー磁性層５Ａの磁化方向を表し、Ｆ２で示す矢印
は、第２フリー磁性層５Ｃの磁化方向を表す。図１０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５Ａと第２フリー磁性層５Ｃ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、
Ｆ１の方向がＦ２の方向の反対方向から外れた方向を向
き、第１、第２フリー磁性層５Ａ，５Ｃ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１０ではＨSfで示している。なお、図中Ｈs
は、フリー磁性層５の磁化が飽和した時の飽和磁界を示
している。
【０２０８】第１フリー磁性層５Ａの磁気的膜厚と第２
フリー磁性層５Ｃの磁気的膜厚との関係が、Ｍ2・ｔＦ2
＞Ｍ1・ｔＦ1とされると、フリー磁性層５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
５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５が安定してフェリ磁性状態を保つこ
とができる。また、第１フリー磁性層５Ａおよび第２フ
リー磁性層５Ｃのそれぞれの磁気的膜厚Ｍ1・ｔＦ1、Ｍ
2・ｔＦ2を適宜調整することにより、フリー磁性層５の
磁気的な実効膜厚（Ｍ2・ｔＦ2−Ｍ1・ｔＦ1）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５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の検出感度を高くすることができ
る。
【０２０９】また、本実施形態においては、鏡面反射層
Ｓ１によって、磁気抵抗効果に寄与する＋スピン（上向
きスピン：up spin ）の電子における平均自由行程（me
an free path）をのばし、いわゆる鏡面反射効果（spec
ular reflecyion effect）によりスピンバルブ型薄膜磁
気素子において、大きな△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）が得ら
れ、高密度記録化に対応できるものとすることができ
る。
【０２１０】以下、鏡面反射効果（specular reflecyio
n effect）について説明する。図９は、スピンバルブ型
薄膜磁気素子において鏡面反射層による鏡面反射効果へ
の寄与を説明するための模式説明図である。スピンフィ
ルター効果の説明において上述したように、ＧＭＲ効果
には、第２の固定磁性層３Ｃの固定磁化方向によって規
定される＋スピン（アップスピン）の伝導電子の挙動の
みを考えればよい。
【０２１１】外部磁界の印加されない状態では、図９
（ａ），（ｂ）に示すように、非磁性導電層４からフリ
ー磁性層５にまで到達する。そして、フリー磁性層５内
部を移動して（本実施形態においては第２フリー磁性層
５Ｃ、非磁性中間層５Ｂ、第１フリー磁性層５Ａを順に
通過して）、フリー磁性層５と鏡面反射層Ｓ１との界面
付近に到達する。ここで、図９（ａ）に示す鏡面反射層
のない場合には、＋スピン電子が、フリー磁性層５中を
移動し、その上面において散乱してしまう。このため、
平均自由行程は図９（ａ）に示すλ+ となっている。こ
れに比べて、鏡面反射層Ｓ１のある場合には、フリー磁
性層５と鏡面反射層Ｓ１との界面付近にポテンシャル障
壁が形成されているため、図９（ｂ）に示すように、＋
スピン電子が、このフリー磁性層５と鏡面反射層Ｓ１と
の界面付近で鏡面反射（鏡面散乱）する。通常、伝導電
子が散乱した場合には、その電子の持っているスピン状
態（エネルギー、量子状態等）は変化する。しかし、鏡
面散乱した場合には、この＋スピン電子は、エネルギ
ー、量子状態等のスピン状態を保存されたまま反射され
る確率が高く、再びフリー磁性層５中を移動することに
なる。つまり、鏡面反射によっては、伝導電子が、スピ
ン状態が変化することなく、あたかも、散乱しなかった
ようにフリー磁性層５中を移動することになる。これ
は、＋スピン電子は、図９（ｂ）に示すように、鏡面反
射した分、反射平均自由行程λ+ Sだけ平均自由行程が延
びたことを意味する。
【０２１２】このようにして、＋スピン電子は、鏡面反
射層Ｓ１を設けたことにより、反射平均自由行程λ+ Sだ
け平均自由行程が延びることになり、平均自由行程が大
幅に延びる。したがって、鏡面反射層Ｓ１を設けること
により、比較的低い抵抗値（すなわち、長い平均自由行
程）を有することになり、スピンバルブ型薄膜磁気素子
としての抵抗値は減少する。
【０２１３】一方、外部磁界を印加することにより、フ
リー磁性層５の磁化方向を回転すると、この磁性材料の
磁化方向とスピンの向きが異なるため、＋スピン電子が
フリー磁性層５中で散乱する、つまり、フリー磁性層５
の磁化方向にしたがって、＋スピン電子が−スピン電子
（ダウンスピンの伝導電子）と同等の平均自由行程を有
する確率が増大することになり、有効平均自由行程が急
激に減少する。つまり、抵抗値が急激に増大する。この
ように、印加される外部磁界の有無により、スピンバル
ブ型薄膜磁気素子としての抵抗値が変化してＧＭＲ効果
を観測することができる。
【０２１４】このように、本実施形態のスピンバルブ型
薄膜磁気素子は、鏡面反射層Ｓ１を具備しており、鏡面
反射効果を発現させることができ、アップスピンの伝導
電子の平均自由行程を大幅に延ばすことができるので、
ダウンスピンの伝導電子との平均自由行程差が大きくな
って、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率を
大幅に向上できる。また、本実施形態では、非磁性中間
層５Ｂと第１のフリー磁性層５Ａとでアップスピンの伝
導電子の一部が散乱されてしまうが、フリー磁性層を第
１の実施形態と同様の単層構造とすることで、より有効
に鏡面反射効果を発現させることもできる。
【０２１５】なお、このスピンバルブ型薄膜磁気素子
は、反強磁性層２、第１固定磁性層３Ａ、非磁性層３
Ｂ、第２固定磁性層３Ｃ、非磁性導電層４、第２フリー
磁性層５Ｃ、非磁性中間層５Ｂ、第１フリー磁性層５
Ａ、鏡面反射層Ｓ１、縦バイアス層６、保護層７が順次
積層されて積層体９が形成されること以外は、第１実施
形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子と同様にして製造さ
れる。
【０２１６】上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、第
１の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子と同様な効
果に加えて、以下の効果が得られる。すなわち、非磁性
中間層５Ｂを挟んでフェリ磁性状態とされた第１、第２
フリー磁性層５Ａ、５Ｃからなるフリー磁性層５、いわ
ゆるシンセフイックフェリフリー層を具備しているの
で、フリー磁性層５全体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、またフリー磁性層
５自体の厚さが極端に薄くならないので、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。また、
フリー磁性層５上に鏡面反射層Ｓ１が積層されており、
この鏡面反射層Ｓ１の膜厚の設定により、第１実施形態
におけるバックド層Ｂ１と同様に、フリー磁性層５と縦
バイアス層６との交換結合磁界の大きさを制御可能であ
るとともに、アップスピンの伝導電子がフリー磁性層５
と鏡面反射層Ｓ１との界面付近で鏡面反射されるので、
アップスピンの伝導電子の平均自由工程を延ばすことが
でき、いわゆる鏡面反射効果を示すので、磁気抵抗変化
率を高くすることができる。したがって、シンセティッ
クフェリフリー層（フリー磁性層５）による外部磁界の
感度の向上と、鏡面反射層Ｓ１の鏡面反射効果による磁
気抵抗変化率の向上とを同時に発揮させることができ
る。
【０２１７】以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁
気素子およびその製造方法、および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の第３実施形態
を、図面に基づいて説明する。 ［第３実施形態］図６は、本発明の第３実施形態のスピ
ンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見
た場合の構造を示した断面図である。本実施形態のスピ
ンバルブ型薄膜磁気素子は、基板側から、フリー磁性
層、非磁性導電層、固定磁性層、反強磁性層が一層ずつ
形成された、いわゆるトップタイプ（Top type）であ
り、さらに、固定磁性層が、第１の固定磁性層と、前記
第１の固定磁性層に非磁性中間層を介して形成され、前
記第１の固定磁性層の磁化方向と反平行に磁化方向が揃
えられた第２の固定磁性層とを有し、固定磁性層が合成
フェリ磁性状態とされてなる手段、いわゆる、シンセテ
ィックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned type
）とされるとされるシングルスピンバルブ型薄膜磁気
素子とされる。また、この例のスピンバルブ型薄膜磁気
素子は、エクスチェンジバイアス方式により、フリー磁
性層の磁化方向を固定磁性層の磁化方向に対して交差す
る方向に揃えるものである。前記エクスチェンジバイア
ス方式は、不感領域があるため実効トラック幅の制御が
困難であるハードバイアス方式と比較して、高密度記録
に対応するトラック幅の狭いスピンバルブ型薄膜磁気素
子に適した方式である。
【０２１８】図６において、符号１１は、基板Ｋ上に設
けられたＴａ（タンタル）などからなる下地層である。
この下地層１１の上には、縦バイアス層１６が形成され
ている。この縦バイアス層１６の上には、バックド層
（平均自由行程延長層）Ｂ２、フリー磁性層１５、非磁
性導電層１４、固定磁性層１３、反強磁性層１２、保護
層１７が積層されている。これら、下地層１１、縦バイ
アス層１６、バックド層Ｂ２、フリー磁性層１５、非磁
性導電層１４、固定磁性層１３、反強磁性層１２、保護
層１７は、断面略台形とされる積層体１９を形成してお
り、この積層体１９の両側には、電極層１８，１８が設
けられている。
【０２１９】さらに詳細に説明すると、本実施形態のス
ピンバルブ型薄膜磁気素子では、縦バイアス層１６が、
Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａ
ｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少な
くとも１種または２種以上の元素と、Ｍｎとを含む合金
からなるものである。
【０２２０】特に、前記縦バイアス層１６は、下記の組
成式からなる合金であることが好ましい。 ＸmＭｎ100-m 但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのう
ちの少なくとも１種以上の元素であり、組成比を示すｍ
は、４８原子％≦ｍ≦６０原子％である。より好ましい
組成比を示すｍは、４８原子％≦ｍ≦５８原子％であ
る。
【０２２１】更に、前記縦バイアス層１６は、下記の組
成式からなる合金であっても良い。 ＰｔmＭｎ100-m-nＺn 但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少
なくとも１種または２種以上の元素であり、組成比を示
すｍ、ｎは、４８原子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％、０．２
原子％≦ｎ≦４０原子％である。より好ましい組成比を
示すｍ、ｎは、４８原子％≦ｍ＋ｎ≦５８原子％、０．
２原子％≦ｎ≦４０原子％である。
【０２２２】また、前記縦バイアス層１６は、下記の組
成式からなる合金であってもよい。 ＰｔqＭｎ100-q-jＬj 但し、Ｌは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘ
ｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素
であり、組成比を示すｑ、ｊは、４８原子％≦ｑ＋ｊ≦
６０原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％である。ま
た、より好ましい組成比を示すｑ、ｊは、４８原子％≦
ｑ＋ｊ≦５８原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％で
ある。
【０２２３】また、前記ＰｔＭｎ合金に代えて、Ｘ−Ｍ
ｎ（ただし、Ｘは、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、あるいは、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、
Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎ
ｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒ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。ここで、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できる。
より好ましくは、４７〜５７原子％の範囲であることが
できる。ここで、特に規定しない限り〜で示す数値範囲
の上限と下限は、以下、以上を意味する。さらにまた、
Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金において、Ｘ’＋
Ｐｔ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、前記Ｘ’−Ｐｔ−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。ただし、Ｘ’がＰｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓの
１種以上の場合は、Ｘ’は０．２〜４０原子％の範囲で
あることが望ましい。前記縦バイアス層１６として、上
記した適正な組成範囲の合金を使用し、これをアニール
処理することで、大きな交換結合磁界を発生する縦バイ
アス層１６を得ることができる。とくに、ＰｔＭｎ合金
であれば、４８ｋＡ／ｍ以上、例えば、６４ｋＡ／ｍを
越える交換結合磁界を有し、前記交換結合磁界を失うブ
ロッキング温度が３８０℃と極めて高い優れた縦バイア
ス層１６を得ることができる。これらの合金は、成膜し
たままでは不規則系の面心立方構造（ｆｃｃ：格子定数
がａ軸とｃ軸とで同じ値）であるが、熱処理により、Ｃ
ｕＡｕＩタイプの規則系の面心立方構造（ｆｃｔ：ａ軸
／ｃ軸≒０．９）に構造変態する。
【０２２４】縦バイアス層１６の上には、バックド層Ｂ
２が積層されている。このバックド層Ｂ２は、Ｃｕ等の
金属材料や、非磁性導電材料からなり、Ａｕ、Ａｇ、Ｃ
ｕからなる群から選択された材料から構成されることが
でき、例えばその膜厚が５〜３０オングストロームに設
定される。このバックド層Ｂ２により、後述するフリー
磁性層１５と縦バイアス層１６との交換結合による交換
異方性磁界を適正な範囲に設定することが可能となる。
同時に、フリー磁性層１５の磁化方向を設定するための
交換結合による交換異方性磁界を発生するための縦バイ
アス層１６の膜厚を略一定に設定することが可能となる
ため、フリー磁性層１５を単磁区化しやすく、サイドリ
ーディングを防止することができ、磁気記録密度の高密
度化により一層対応することが可能となる。また、この
バックド層Ｂ２により、前述したように、磁気抵抗効果
に寄与する＋スピン（上向きスピン：up spin ）の電子
における平均自由行程（mean freepath）をのばし、い
わゆるスピンフィルター効果（spin filter effect）に
よりスピンバルブ型薄膜素子において、大きな△Ｒ／Ｒ
（抵抗変化率）が得られ、高密度記録化に対応できるも
のとすることができる。
【０２２５】前記バックド層Ｂ２の膜厚が、５〜３０オ
ングストロームの範囲に設定されることができ、このバ
ックド層Ｂ２の膜厚が、５オングストロームよりも薄い
値に設定されると、フリー磁性層１５と縦バイアス層１
６との交換結合による交換異方性磁界が強くなりすぎ
て、フリー磁性層１５の磁化が強固に固定されてしま
い、検出するべき外部磁界が印加された場合にも、フリ
ー磁性層１５の磁化方向が回転変化することができず、
センス電流の抵抗変化が起こらないため、検出感度が低
下し、スピンバルブ型薄膜磁気素子の再生出力特性が悪
化するため、好ましくなく、さらに、後述するスピンフ
ィルター効果による抵抗変化率の向上を得ることができ
ず好ましくない。また、このバックド層Ｂ２の膜厚が、
３０オングストロームよりも厚い値に設定されると、非
磁性導電材料から構成されるバックド層Ｂ２にセンス電
流が分流する割合が増加して、ＧＭＲ効果を得るために
必要な、フリー磁性層１５と非磁性導電層１６との界面
付近を流れるセンス電流が減少する、つまり、シャント
ロスが増大するため、大きな△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）を
得ることが難しくなるとともに、同時に、フリー磁性層
１５と縦バイアス層１６との交換結合による交換異方性
磁界が弱くなりすぎて、フリー磁性層１５における磁区
制御が困難になり、磁気記録媒体からの信号の処理が不
正確になる不安定性（instability ）の原因となるバル
クハイゼンノイズ等が発生する可能性があり好ましくな
い。
【０２２６】また、前記フリー磁性層１５は、通常、１
０〜５０オングストローム程度の厚さとされ、後述の第
１，第２の固定磁性層１３Ａ，１３Ｃと同様の強磁性材
質などで形成されることが好ましい。このフリー磁性層
１５は、前記縦バイアス層１６からの交換結合磁界によ
って磁化され、図示Ｘ１方向に磁化方向が揃えられてい
る。前記フリー磁性層１５が前記バイアス層１６により
単磁区化されることによって、バルクハウゼンノイズの
発生が防がれる。また、前記非磁性導電層１４は、Ｃｕ
（銅）等からなり、その膜厚は、２０〜２５オングスト
ロームに設定される。
【０２２７】固定磁性層１３は、Ｃｕ（銅）等からなる
非磁性導電層１４の上に積層された第２の固定磁性層１
３Ｃと、前記第２の固定磁性層１３Ｃの上に非磁性中間
層１３Ｂを介して形成され、前記第２の固定磁性層１３
Ｃの磁化方向と反平行に磁化方向が揃えられた第１の固
定磁性層１３Ａとからなる。第１および第２の固定磁性
層１３Ａ，１３Ｃは、強磁性体の薄膜からなり、例え
ば、Ｃｏ、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ
合金、ＣｏＮｉ合金などで形成され、４０オングストロ
ーム程度の厚さとされることが好ましく、第１の固定磁
性層１３Ａは、例えばＣｏからなりその膜厚が１３〜１
５オングストロームに設定され、第２の固定磁性層１３
Ｃは、例えばＣｏからなりその膜厚が２０〜２５オング
ストロームに設定される。また、前記非磁性中間層１３
Ｂ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
く、通常、８オングストローム程度の厚さに形成されて
いる。
【０２２８】この第１の固定磁性層１３Ａは、反強磁性
層１２に接して形成され、磁場中アニール（熱処理）を
施すことにより、前記第１の固定磁性層１３Ａと反強磁
性層１２との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）
が発生し、フリー磁性層１５の磁化方向と交差する方
向、例えば図４に示すように、前記第１の固定磁性層１
３Ａの磁化が、図示Ｙ方向に固定される。前記第１の固
定磁性層１３Ａの磁化が、図示Ｙ方向に固定されると、
非磁性中間層１３Ｂを介して対向する第２の固定磁性層
１３Ｃの磁化は、第１の固定磁性層１３Ａの磁化と反平
行の状態、つまり、図示Ｙ方向と逆方向に固定される。
本実施形態では、第１の固定磁性層１３Ａと第２の固定
磁性層１３Ｃとの膜厚比を適正な範囲内に収めることに
よって、交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくでき、第１の
固定磁性層１３Ａと第２の固定磁性層１３Ｃとの磁化
を、熱的にも安定した反平行状態（フェリ状態）に保つ
ことができ、しかも、△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）を従来と
同程度に確保することが可能である。
【０２２９】反強磁性層１２は、８０〜３００オングス
トローム程度の厚さとされ、この反強磁性層１２は、前
記縦バイアス層１６と同様に、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒ
ｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎ
ｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２
種以上の元素と、Ｍｎとを含む合金からなるものであ
り、磁場中熱処理により固定磁性層１３を一定の方向に
磁化するものである。
【０２３０】特に、反強磁性層１２は、下記の組成式か
らなる合金であることが好ましい。 ＸmＭｎ100-m 但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのう
ちの少なくとも１種以上の元素であり、組成比を示すｍ
は、５２原子％≦ｍ≦６０原子％である。
【０２３１】さらに、反強磁性層１２は、下記の組成式
からなる合金であっても良い。 ＰｔmＭｎ100-m-nＺn 但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａ
ｇ、Ｃｒ、Ｎｉのうちの少なくとも１種または２種以上
の元素であり、組成比を示すｍ、ｎは、５２原子％≦ｍ
＋ｎ≦６０原子％、０．２原子％≦ｎ≦１０原子％であ
る。
【０２３２】また、反強磁性層１２は、下記の組成式か
らなる合金であってもよい。 ＰｔqＭｎ100-q-jＬj 但し、Ｌは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘ
ｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素
であり、組成比を示すｑ、ｊは、５２原子％≦ｑ＋ｊ≦
６０原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％である。
【０２３３】保護層１７は、Ｔａからなり、その表面
が、酸化された酸化層とされている。また、前記電極層
１８、１８は、例えば、Ａｕ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａなどで形
成されることが好ましく、フリー磁性層１５の膜面方向
両側に位置されてなるか、または、少なくとも、フリー
磁性層１５、非磁性導電層１４、固定磁性層１３の膜面
方向両側に位置されてなることにより、少なくとも、縦
バイアス層１６、バックド層Ｂ２、フリー磁性層１５、
非磁性導電層１４、固定磁性層１３、反強磁性層１２の
積層された積層体１９に対して膜厚方向積層体１９の両
側に位置されてなることができる。また、前記電極層１
８、１８および積層体１９の構造としては、前述の、図
２０、図２２、図２３に示すような構造とすることもで
きる前記電極層１８，１８は、電極下地層１８ａ，１８
ａを介して形成されており、この電極下地層１８ａ，１
８ａは、例えばＴａからなり５０オングストローム程度
の膜厚とされる。
【０２３４】図６に示す本実施形態のスピンバルブ型薄
膜素子においては、電極層１８，１８から積層体１９に
センス電流を与えられる。磁気記録媒体から図６に示す
図示Ｙ方向に磁界が与えられると、フリー磁性層１５の
磁化は、図示Ｘ１方向からＹ方向に変動する。このとき
の非磁性導電層１３とフリー磁性層１４との界面で、い
わゆるＧＭＲ効果によってスピンに依存した伝導電子の
散乱が起こることにより、電気抵抗が変化し、記録媒体
からの洩れ磁界が検出される。
【０２３５】この例のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、
図１ないし図４に示す第１実施形態のスピンバルブ型薄
膜磁気素子とほぼ同様の製造方法により製造することが
できる。ここで、トップタイプである本実施形態におい
ては、基板Ｋからの距離が遠い反強磁性層１２が、ボト
ムタイプである第１実施形態における縦バイアス層６に
対応し、本実施形態において、基板Ｋからの距離が近い
縦バイアス層１６が、第１実施形態の反強磁性層２に対
応している。
【０２３６】したがって、本実施形態のスピンバルブ型
薄膜磁気素子の製造方法では、基板Ｋ上に、下地層１
１、縦バイアス層１６、バックド層Ｂ２、フリー磁性層
１５、非磁性導電層１４、固定磁性層１３、反強磁性層
１２、保護層１７を順次積層して、積層膜を形成した
後、この積層膜にトラック幅Ｔｗ方向である第１の磁界
を印加しつつ、第１の熱処理温度で熱処理し、前記反強
磁性層１２および縦バイアス層１６に交換異方性磁界を
発生させて、前記第１の固定磁性層１３Ａおよび前記フ
リー磁性層１６の磁化を同一方向に固定するとともに、
前記縦バイアス層１６の交換異方性磁界を前記反強磁性
層１２の交換異方性磁界よりも大とする。
【０２３７】ついで、トラック幅Ｔｗ方向と直交する方
向に前記前記反強磁性層１２の交換異方性磁界よりも大
きく前記縦バイアス層１６の交換異方性磁界よりも小さ
い第２の磁界を印加しつつ、前記第１の熱処理温度より
も高い第２の熱処理温度で熱処理し、前記第１の固定磁
性層１３Ａに前記フリー磁性層１６の磁化方向と交差す
る方向のバイアス磁界を付与する。
【０２３８】さらに、熱処理された前記積層膜をイオン
ミリングなどにより、その一部を除去してトラック幅Ｔ
ｗに近い幅の積層体１９を形成するとともに、電極下地
層１８ａ、電極層１８を形成し、スピンバルブ型薄膜磁
気素子が得られる。
【０２３９】このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子で
は、フリー磁性層１５と縦バイアス層１６との間にバッ
クド層Ｂ２を設けたので縦バイアス層１６からのフリー
磁性層１５の磁化を固定する交換結合磁界が強すぎるこ
とが無くこれを適正な範囲に設定することができるの
で、磁気記録媒体からの微弱な漏れ磁束に対してフリー
磁性層１５の磁気モーメントがスムーズに回転する感度
の優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子となる。さらに、
バックド層Ｂ２により、伝導電子の平均自由行程を更に
延ばすことができる。このため、いわゆるスピンフィル
ター効果を発現させることが可能となり、伝導電子の平
均自由行程の行程差が大きくなって、スピンバルブ型薄
膜磁気素子の磁気抵抗変化率（△Ｒ／Ｒ）をより向上さ
せることができる。
【０２４０】また、このスピンバルブ型薄膜磁気素子
は、前記フリー磁性層１５が、一様な厚みの縦バイアス
層１６により磁化方向が規定されているので、このフリ
ー磁性層１６の磁区の乱れが少なく、単磁区化を容易に
おこなうことができ、バルクハイゼンノイズの少ないも
のとすることができる。また、フリー磁性層１５の単磁
区化を保った状態として電極層１８，１８からフリー磁
性層１５付近に直接センス電流を与えることができるた
め、サイドリーディングを防止することができ、磁気記
録密度の高密度化により一層対応することが可能とな
る。
【０２４１】さらに、反強磁性層１２および縦バイアス
層１６が、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉのうちの少なくとも１種または２
種以上の元素とＭｎとを含む合金からなるものであるの
で、交換異方性磁界の温度特性が良好となり、耐熱性に
優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子となる。また、ハー
ドディスクなどの装置内の環境温度や素子を流れるセン
ス電流によるジュール熱により素子が高温となる薄膜磁
気ヘッドなどの装置に備えられた場合の耐久性が良好
で、温度変化による交換異方性磁界（交換結合磁界）の
変動が少ない優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子とする
ことができる。
【０２４２】さらにまた、反強磁性層１２を上記の合金
で形成することで、ブロッキング温度が高いものとな
り、反強磁性層１２に大きな交換異方性磁界を発生させ
ることができるため、固定磁性層１３の磁化方向を強固
に固定することができる。また、前記第１の固定磁性層
１３Ａと第２の固定磁性層１３Ｃとの磁化が反平行状態
（フェリ状態）とされたシンセティックフェリピンド型
（synthetic-ferri-pinned type ）としたことにより、
大きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）を得ることが可能であ
り、交換結合磁界が大きいほど、第１の固定磁性層１３
Ａの磁化と第２の固定磁性層１３Ｃの磁化を安定して反
平行状態に保つことが可能であり、固定磁性層１３の固
定磁化方向の制御を、より容易におこなうことができ
る。また、固定磁性層１３の固定磁化による反磁界（双
極子磁界）を、第１の固定磁性層１３Ａの静磁結合磁界
と第２の固定磁性層１３Ｃの静磁結合磁界とにより、相
互に打ち消してキャンセルすることができ、フリー磁性
層１５の変動磁化の方向に影響を与える固定磁性層１３
の固定磁化による反磁界（双極子磁界）からの、フリー
磁性層１５の変動磁化への寄与を減少することができ
る。また、この固定磁性層１３の固定磁化による反磁界
（双極子磁界）のフリー磁性層１５への影響を低減し、
フリー磁性層１５の変動磁化の方向を所望の方向に補正
することがより容易になり、アシンメトリーの小さい優
れたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることが可能なた
めに、フリー磁性層１５の変動磁化方向の制御を、より
容易にすることができる。
【０２４３】以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁
気素子およびその製造方法、および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の第４実施形態
を、図面に基づいて説明する。 ［第４実施形態］図７は、本発明の第４実施形態のスピ
ンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見
た場合の構造を示した断面図である。本実施形態のスピ
ンバルブ型薄膜素子は、図６に示す第３実施形態と同様
に、基板側から、フリー磁性層、非磁性導電層、固定磁
性層、反強磁性層が形成されたトップ型（Top type）と
され、さらに、固定磁性層が、第１の固定磁性層と、前
記第１の固定磁性層に非磁性中間層を介して形成され、
前記第１の固定磁性層の磁化方向と反平行に磁化方向が
揃えられた第２の固定磁性層と、を有し、固定磁性層が
合成フェリ磁性状態とされてなる手段、いわゆる、シン
セティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned t
ype ）とされるシングルスピンバルブ型薄膜素子の一種
である。この実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子に
おいて、図６に示す第３実施形態と異なるのは、フリー
磁性層が、合成フェリ磁性状態とされた２層からなる構
成、いわゆる、シンセティックフェリフリー型（synthe
tic-ferri-free type ）とされた点と、平均自由行程延
長層として、バックド層に加えて鏡面反射層を設けた点
である。
【０２４４】本実施形態においては、図６に示す第３実
施形態と略同等の構成要素には同一の符号を付して、そ
の説明を省略する。本実施形態の積層体１９において
は、フリー磁性層１５が、図７に示すように、非磁性中
間層１５Ｂと、この非磁性中間層１５Ｂを挟む第１フリ
ー磁性層１５Ａと第２フリー磁性層１５Ｃから構成され
ている。第１フリー磁性層１５Ａは、非磁性中間層１５
Ｂより縦バイアス層１６側に設けられ、第２フリー磁性
層１５Ｃは、非磁性中間層１５Ｂより非磁性導電層１４
側に設けられている。
【０２４５】第１フリー磁性層１５Ａは、強磁性材料よ
り形成されるもので第１，第２の固定磁性層１３Ａ，１
３Ｃと同じ材料で形成されることが好ましく、例えばＮ
ｉＦｅ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Ｎｉ
Ｆｅ合金より形成されることが好ましい。また、非磁性
中間層１５Ｂは、非磁性材料より形成されるもので、Ｒ
ｕ、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。第２フリー磁性層１
５Ｃは、強磁性材料からなるもので、第１フリー磁性層
１５Ａおよび固定磁性層１４と同じ材料で形成されるこ
とが好ましく、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦ
ｅ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。なお、第２フリー磁性層１５Ｃは複数の層で
構成されていても良い。
【０２４６】また、第２フリー磁性層１５Ｃの厚さｔＦ
2 は、第１フリー磁性層１５Ａの厚さｔＦ1 よりも厚く
形成されている。なお、第２フリー磁性層１５Ｃの厚さ
ｔＦ 2 は、３０〜４０オングストロームの範囲であるこ
とが好ましく、３５〜４０オングストロームの範囲であ
ることがより好ましい。第２フリー磁性層１５Ｃの厚さ
ｔＦ2 が前記の範囲を外れると、スピンバルブ型薄膜磁
気素子の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）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１
５Ａの厚さｔＦ1 は５〜２５オングストロームの範囲で
あることが好ましい。また、第１フリー磁性層１５Ａお
よび第２フリー磁性層１５Ｃ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１５Ａおよび第
２フリー磁性層５Ｃの磁気的膜厚はそれぞれＭ1・ｔ
Ｆ1、Ｍ2・ｔＦ2となる。そしてフリー磁性層１５は、
第１フリー磁性層１５Ａと第２フリー磁性層１５Ｃとの
磁気的膜厚の関係を、Ｍ2・ｔＦ2＞Ｍ1・ｔＦ1とするよ
うに構成されている。
【０２４７】また、第１フリー磁性層１５Ａおよび第２
フリー磁性層１５Ｃは、相互に反強磁性的に結合されて
いる。すなわち、第２フリー磁性層１５Ｃの磁化方向が
縦バイアス層１６により図示Ｘ１方向に揃えられると、
第１フリー磁性層１５Ａの磁化方向が図示Ｘ１方向と反
対方向に揃えられる。第１、第２フリー磁性層１５Ａ，
１５Ｃの磁気的膜厚の関係がＭ2・ｔＦ2＞Ｍ 1・ｔＦ1と
されていることから、第２フリー磁性層１５Ｃの磁化が
残存した状態となり、フリー磁性層１５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
１５の実効膜厚は、（Ｍ2・ｔＦ2−Ｍ1・ｔＦ1）とな
る。このように、第１フリー磁性層１５Ａと第２フリー
磁性層１５Ｃ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・ｔＦ2＞Ｍ1・ｔＦ1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１５の磁化方向と固定磁性層１３の磁化方向
とが交差する関係となる。
【０２４８】さらに、本実施形態においては、バックド
層Ｂ２と縦バイアス層１６との間に、平均自由行程延長
層として、鏡面反射層Ｓ２が積層されている。この鏡面
反射層Ｓ２を構成する絶縁材料としては、α−Ｆｅ
2Ｏ3，ＮｉＯ，ＣｏＯ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ，Ｃｏ−Ｆｅ−
Ｎｉ−Ｏ，Ａｌ2Ｏ3，Ａｌ−Ｑ−Ｏ（ここでＱはＢ，Ｓ
ｉ，Ｎ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉから
選択される一種以上），Ｚ−Ｏ（ここでＺはＴｉ，Ｖ，
Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗから選択され
る１種以上）等の酸化膜，Ａｌ−Ｎ，Ａｌ−Ｑ−Ｎ（こ
こでＱはＢ，Ｓｉ，Ｏ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，
Ｃｏ，Ｎｉから選択される一種以上），Ｚ−Ｎ（ここで
ＺはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，
Ｗから選択される１種以上）等の窒化膜等を挙げること
ができる。
【０２４９】上記の材料から鏡面反射層Ｓ２を構成する
ことにより、伝導電子をスピンの状態を保存したまま反
射させるために必要な、バックド層Ｂ２と鏡面反射層Ｓ
２との界面でポテンシャル障壁を形成すること、すなわ
ち、バックド層Ｂ２は良好な導電体であるのに対し、鏡
面反射層Ｓ２は電気的に絶縁体であることが有効であ
る。また、鏡面反射層Ｓ２としてα−Ｆｅ2Ｏ3やＮｉＯ
などの反強磁性体を用いた場合には、この鏡面反射層Ｓ
２がバイアス層６を兼ねることができる。
【０２５０】ここで、鏡面反射層Ｓ２の厚さは、バック
ド層Ｂ２の厚さとを含めた平均自由行程延長層の全体膜
厚として設定されることが望ましい。この平均自由行程
延長層の膜厚、つまりバックド層Ｂ２および鏡面反射層
Ｓ２の膜厚の合計は、５〜３０オングストロームの範囲
とすることができ、この平均自由行程延長層としての膜
厚が、５オングストロームよりも薄い値に設定される
と、フリー磁性層１５と縦バイアス層１６との交換結合
による交換異方性磁界が強くなりすぎて、フリー磁性層
１５の磁化が強固に固定されてしまい、検出するべき外
部磁界が印加された場合にも、フリー磁性層１５の磁化
方向が回転変化することができず、センス電流の抵抗変
化が起こらないため、検出感度が低下し、スピンバルブ
型薄膜磁気素子の再生出力特性が悪化するため、好まし
くない。また、鏡面反射層Ｓ２がα−Ｆｅ2Ｏ3やＮｉＯ
などの反強磁性体とされ、バイアス層６を兼ねられる場
合以外において、この平均自由行程延長層としての膜厚
が、３０オングストロームよりも厚い値に設定される
と、フリー磁性層１５と縦バイアス層１６との交換結合
による交換異方性磁界が弱くなりすぎて、フリー磁性層
１５における磁区化制御が困難になり、磁気記録媒体か
らの信号の処理が不正確になる不安定性（instability
）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可
能性があり好ましくない。鏡面反射層Ｓ２がバイアス層
６を兼ねる場合には、その上限は再生ギャップ長から決
まり、概ね５００オングストローム以下である必要があ
る。
【０２５１】このように設定することにより、鏡面反射
層Ｓ２は、バックド層Ｂ２と鏡面反射層Ｓ２との界面付
近においてポテンシャル障壁を形成し、バックド層Ｂ２
を移動するアップスピンの伝導電子を、フリー磁性層１
５と鏡面反射層Ｓ２との界面付近においてスピンの状態
を保存したまま反射させることができ、アップスピンの
伝導電子の平均自由行程をさらに延ばして、前述したよ
うに、いわゆる鏡面反射効果を示す。なお、本実施形態
では、非磁性中間層１５Ｂと第１のフリー磁性層１５Ａ
とでアップスピンの伝導電子の一部が散乱されてしまう
が、フリー磁性層１５Ａを第３の実施形態と同様の単層
構造とすることで、より有効に鏡面反射効果を発現させ
ることもできる。
【０２５２】このスピンバルブ型薄膜磁気素子では、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
７に示すＸ１方向に揃えられたフリー磁性層５の磁化方
向が変動すると、図示Ｙ方向と反対方向に固定された第
２の固定磁性層１３Ｃ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、磁
気記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０２５３】本実施形態においては、前述の図６に示す
第３実施形態と同様の製造方法により、スピンバルブ型
薄膜磁気素子を製造することができる。すなわち、基板
Ｋ上に、下地層１１、縦バイアス層１６、バックド層Ｂ
２、フリー磁性層１５、非磁性導電層１４、固定磁性層
１３、反強磁性層１２、保護層１７を順次積層して、積
層膜を形成した後、この積層膜にトラック幅Ｔｗ方向で
ある第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度で熱処
理し、前記反強磁性層１２および縦バイアス層１６に交
換異方性磁界を発生させて、前記第１の固定磁性層１３
Ａおよび前記第１フリー磁性層１６Ａの磁化を同一方向
に固定するとともに、前記縦バイアス層１６の交換異方
性磁界を前記反強磁性層１２の交換異方性磁界よりも大
とする。ついで、トラック幅Ｔｗ方向と直交する方向に
前記前記反強磁性層１２の交換異方性磁界よりも大きく
前記縦バイアス層１６の交換異方性磁界よりも小さい第
２の磁界を印加しつつ、前記第１の熱処理温度よりも高
い第２の熱処理温度で熱処理し、前記第１の固定磁性層
１３Ａに前記フリー磁性層１６の磁化方向と交差する方
向のバイアス磁界を付与する。さらに、熱処理された前
記積層膜をイオンミリングなどにより、その一部を除去
して磁気記録トラック幅Ｔｗに近い幅の積層体１９を形
成するとともに、電極下地層１８ａ、電極層１８を形成
し、スピンバルブ型薄膜磁気素子が得られる。図７に示
す本実施形態においては、下地層１１の階層まで積層体
１９が除去されているが、これに対し、前述した図２３
に示すボトムタイプと同様に、非磁性導電層１４の階層
までを除去し、フリー磁性層１５の一部とバックド層Ｂ
２，鏡面反射層Ｓ２，バイアス層１６を残して、その上
に電極層１８を形成することにより、フリー磁性層１５
が横方向に（トラック幅方向外側に）延びた形状とする
ことも可能であり、これにより、トラック幅方向でのフ
リー磁性層１５における反磁界が減少し、トラック幅方
向の磁化がより安定して再生波形の安定性がより向上す
る構造とすることもできる。ここで、電極層１８，１８
が、Ｃｒ、Ａｕ、Ｔａ、Ｗから選択される１種またはそ
れ以上からなる単層膜もしくはその多層膜で形成された
ことにより、抵抗値を低減することができる。ここで
は、電極層１８，１８としてＴａが選択されて、Ｃｒか
らなる電極下地層１８ａ上にエピタキシャル成長するこ
とにより形成されることにより電気抵抗値を低減するこ
とができる。
【０２５４】ここで、本実施形態のスピンバルブ型薄膜
磁気素子においては、前述したように図６に示す第３実
施形態と同様の効果を奏するとともに、フリー磁性層１
５を２層からなる手段、いわゆる、シンセティックフェ
リフリー型（synthetic-ferri-free type ）としたこと
により、フリー磁性層１５全体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、またフリー
磁性層１５自体の厚さが極端に薄くならないので、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。また、縦バイアス層１６とフリー磁性層１５と間に
バックド層Ｂ２と鏡面反射層Ｓ２とが積層されており、
これらバックド層Ｂ２の膜厚と鏡面反射層Ｓ２とからな
る平均自由行程延長層の膜厚との設定により、図６に示
す第３実施形態におけるバックド層Ｂ２と同様に、フリ
ー磁性層１５と縦バイアス層１６との交換結合磁界の大
きさを制御可能であるとともに、バックド層Ｂ２のスピ
ンフィルター効果により平均自由行程の延びたアップス
ピンの伝導電子を、バックド層Ｂ２と鏡面反射層Ｓ２と
の界面付近で鏡面反射することができるので、このアッ
プスピンの伝導電子の平均自由工程をさらに延ばすこと
が可能となり、いわゆる鏡面反射効果を示すために、磁
気抵抗変化率をより高くすることができる。したがっ
て、シンセティックフェリフリー層（フリー磁性層１
５）による外部磁界の感度の向上と、バックド層Ｂ２の
スピンフィルター効果、鏡面反射層Ｓ２の鏡面反射効果
による磁気抵抗変化率の向上と、を同時に発揮させるこ
とができる。
【０２５５】なお、前述した図１ないし図６に示す第１
ないし第３実施形態においても、それぞれ、平均自由行
程延長層を、それぞれバックド層と鏡面反射層とからな
るものとすることもでき、バックド層のスピンフィルタ
ー効果、鏡面反射層の鏡面反射効果による磁気抵抗変化
率の向上とを同時に発揮させることができる。
【０２５６】さらに、前述の、図１ないし図７に示す第
１ないし第４実施形態においても、それぞれ、鏡面反射
層を固定磁性層の非磁性導電層に接しない位置、およ
び、フリー磁性層の非磁性導電層に接しない位置に設け
ることにより、鏡面反射効果（specular reflecyion ef
fect）による伝導電子の平均自由行程をさらに見かけ上
増大することができ、その場合、△Ｒ／Ｒ（抵抗変化
率）のより大きなＧＭＲ効果を観測することができ、ス
ピンバルブ型薄膜磁気素子の再生出力特性を向上するこ
とができる。
【０２５７】次に、本発明の薄膜磁気へッドについて詳
しく説明する。図１３は、本発明の薄膜磁気ヘッドの一
例を示した斜視図である。この薄膜磁気ヘッドは、ハー
ドディスク装置などの磁気記録媒体に搭載される浮上式
のものである。この薄膜磁気ヘッドのスライダ２５１
は、図１３において符号２３５で示す側がディスク面の
移動方向の上流側に向くリーディング側で、符号２３６
で示す側がトレーリング側である。このスライダ２５１
のディスクに対向する面では、レール状のＡＢＳ面（エ
アーベアリング面：レール部の浮上面）２５１ａ、２５
１ａ、２５１ｂと、エアーグルーブ２５１ｃ、２５１ｃ
とが形成されている。そして、このスライダ２５１のト
レーリング側の端面２５１ｄには、磁気コア部２５０が
設けられている。
【０２５８】この例で示す薄膜磁気ヘッドの磁気コア部
２５０は、図１４および図１５に示す構造の複合型磁気
ヘッドであり、スライダ２５１のトレーリング側端面２
５１ｄ上に、ＭＲヘッド（読出ヘッド）ｈ１と、インダ
クティブヘッド（書込ヘッド）ｈ２とが順に積層されて
構成されている。
【０２５９】この例のＭＲヘッドｈ１は、基板を兼ねる
スライダ２５１のトレーリング側端部に形成された磁性
合金からなる下部シールド層２５３上に、下部ギャップ
層２５４が設けられている。そして、下部ギャップ層２
５４上には、磁気抵抗効果素子層２４５が積層されてい
る。この磁気抵抗効果素子層２４５上には、上部ギャッ
プ層２５６が形成され、その上に上部シールド層２５７
が形成されている。この上部シールド層２５７は、その
上に設けられるインダクティブヘッドｈ２の下部コア層
と兼用にされている。このＭＲヘッドｈ１は、ハードデ
ィスクのディスクなどの磁気記録媒体からの微小の漏れ
磁界の有無により、磁気抵抗効果素子層２４５の抵抗を
変化させ、この抵抗変化を読み取ることで記録媒体の記
録内容を読み取るものである。
【０２６０】前記ＭＲヘッドｈ１に設けられている磁気
抵抗効果素子層２４５には、上述したスピンバルブ型薄
膜磁気素子が備えられている。前記スピンバルブ型薄膜
磁気素子は、薄膜磁気へッド（再生用ヘッド）を構成す
る最も重要なものである。
【０２６１】また、インダクティブヘッドｈ２は、下部
コア層２５７の上に、ギャップ層２６４が形成され、そ
の上に平面的に螺旋状となるようにパターン化されたコ
イル層２６６が形成されている。前記コイル層２６６
は、第１の絶縁材料層２６７Ａおよび第２の絶縁材料層
２６７Ｂに囲まれている。第２絶縁材料層２６７Ｂの上
に形成された上部コア層２６８は、ＡＢＳ面２５１ｂに
て、その磁極端部２６８ａを下部コア層２５７に、磁気
ギャップＧの厚みをあけて対向させ、図１４および図１
５に示すように、その基端部２６８ｂを下部コア層２５
７と磁気的に接続させて設けられている。また、上部コ
ア層２６８の上には、アルミナなどからなる保護層２６
９が設けられている。
【０２６２】このようなインダクティブヘッドｈ２で
は、コイル層２６６に記録電流が与えられ、コイル層２
６６からコア層に記録磁束が与えられる。そして、前記
インダクティブヘッドｈ２は、磁気ギャップＧの部分で
の下部コア層２５７と上部コア層２６８の先端部からの
漏れ磁界により、ハードディスクなどの磁気記録媒体に
磁気信号を記録するものである。
【０２６３】本発明の薄膜磁気へッドを製造するには、
まず、図１４に示す磁性材料製の下部シールド層２５３
上に下部ギャップ層２５４を形成した後、磁気抵抗効果
素子層２５４を形成する前記スピンバルブ型薄膜磁気素
子を成膜する。その後、前記スピンバルブ型薄膜磁気素
子の上に、上部ギヤップ層２５６を介して上部シールド
層２５７を形成すると、ＭＲヘッド（読出ヘッド）ｈ１
が完成する。続いて、前記ＭＲヘッドｈ１の上部シール
ド層２５７と兼用である下部コア層２５７の上に、ギャ
ップ層２６４を形成し、その上に螺旋状のコイル層２６
６を、第１の絶縁材料層２６７Ａおよび第２の絶縁材料
層２６７Ｂで囲むように形成する。さらに、第２絶縁材
料層２６７Ｂの上に上部コア層２６８を形成し、上部コ
ア層２６８の上に、保護層２６９を設けることによって
薄膜磁気へッドとされる。
【０２６４】このような薄膜磁気へッドは、上述したス
ピンバルブ型薄膜磁気素子が備えられてなる薄膜磁気へ
ッドであるので、耐熱性、信頼性に優れ、アシンメトリ
ーの小さい薄膜磁気へッドとなる。
【０２６５】なお、薄膜磁気ヘッドのスライダ部分の構
成およびインダクティブヘッドの構成は、図１３〜図１
５に示すものに限定されず、その他の種々の構造のスラ
イダおよびインダクティブヘッドを採用することができ
るのは勿論である。
【０２６６】（実施例）本発明では、エクスチェンジバ
イアス方式のシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子にお
いて、縦バイアス層とフリー磁性層との間に平均自由行
程延長層として形成されたバックド層の膜厚と、縦バイ
アス層からフリー磁性層への交換バイアス磁界の大きさ
および抵抗変化率ΔＲ／Ｒとの関係について計測した。
実験に使用したスピンバルブ型薄膜磁気素子は、図１に
示す第１実施形態と同じように、ボトムタイプとされ、
固定磁性層が１層からなる構造を有するスピンバルブ型
薄膜磁気素子である。ここで、バックド層の組成をＣｕ
として、その膜厚を０〜４０オングストロームとして変
化したものを形成した。さらに、基板には下地層として
アルミナからなる層が形成されており、その上には、反
強磁性層（ＰｔＭｎ）、第１固定磁性層（Ｃｏ）、非磁
性中間層（Ｒｕ）、第２固定磁性層（Ｃｏ）、非磁性導
電層（Ｃｕ）、フリー磁性層（Ｃｏ／ＮｉＦｅ）、バッ
クド層（Ｃｕ）、縦バイアス層（ＰｔＭｎ）、保護層
（Ｔａ）が順次積層されて積層体を形成しており、この
積層体における各層の膜厚は、下からＳｉ基板／Ａｌｕ
ｍｉｎａ１０００／ＰｔＭｎ１５０／Ｃｏ１５／Ｒｕ８
／Ｃｏ２５／Ｃｕ２５／Ｃｏ５／ＮｉＦｅ１５／Ｃｕ０
〜５０／ＰｔＭｎ２００／Ｔａ２０（各数字はそれぞれ
の膜厚のオングストローム単位に対応する）に設定され
ている。ここで、フリー磁性層はＣｏ層とＮｉＦｅ層と
の２層からなるものとされ、合計の膜厚としては２０オ
ングストロームとなっている。
【０２６７】次に、このスピンバルブ型薄膜磁気素子に
おいて、バックド層の膜厚と、縦バイアス層からフリー
磁性層への交換バイアス磁界の大きさとの関係を測定し
た。ここで、バックド層の膜厚とは、図１におけるＺ方
向の寸法である。その結果を、図１１に示す。図１１
は、スピンバルブ型薄膜磁気素子のバックド層の厚みに
対する、フリー磁性層と縦バイアス層との交換結合磁界
（交換バイアス磁界）の大きさの関係を示すグラフであ
る。
【０２６８】次に、このスピンバルブ型薄膜磁気素子に
おいて、バックド層の膜厚と、抵抗変化率ΔＲ／Ｒの大
きさとの関係を測定した。ここで、バックド層の膜厚と
は、図１におけるＺ方向の寸法である。その結果を、図
１２に示す。図１２は、スピンバルブ型薄膜磁気素子の
バックド層の厚みと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を
示すグラフである。
【０２６９】図１１に示すように、縦バイアス層とフリ
ー磁性層との間に設けたバックド層の厚みの増加に対し
て、フリー磁性層と縦バイアス層との交換結合磁界（交
換バイアス磁界）の大きさが減少することが解る。した
がって、バックド層の厚みを設定することにより、フリ
ー磁性層と縦バイアス層との交換結合磁界の大きさを制
御可能である。ここで、フリー磁性層と縦バイアス層と
の交換結合磁界は強いほうがフリー磁性層の磁区が安定
し、バルクハイゼンノイズ等の再生波形の不安定性を防
止することができるが、強くなりすぎると、フリー磁性
層の磁化方向がなかなか回転せず、感度が鈍る。この場
合、交換バイアス磁界は、３〜１３ｋＡ／ｍの範囲であ
ることが好ましく、図１１に示す結果から、対応するバ
ックド層の膜厚としては、１５〜２５オングストローム
の範囲であることが好ましいことが解る。
【０２７０】この実施例においては、フリー磁性層が比
較的薄いために、フリー磁性層に作用する交換バイアス
磁界を比較的大きく減衰させて設定する必要があり、し
たがって、バックド層の適正膜厚を比較的厚めの範囲に
設定している。バックド層に対する適正膜厚範囲は、非
磁性導電層の材質や、フリー磁性層の材質および膜厚等
に依存するが、本発明においては５〜３０オングストロ
ームの範囲に設定する。このバックド層の膜厚範囲にお
いては、図１２に示すように、スピンバルブ型薄膜磁気
素子の抵抗変化率ΔＲ／Ｒの大きさが増加することが解
る。これにより、フリー磁性層の異方性磁界（Ｈk ）が
大きくなって外部から作用する漏れ磁界に対するフリー
磁性層内での磁化の方向の変動が鈍くなることを防止す
ることができるとともに、バックド層のスピンフィルタ
ー効果により、抵抗変化率を向上して、スピンバルブ型
薄膜磁気素子としての出力特性を向上することが可能と
なることが解る。
【０２７１】
【発明の効果】本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子お
よびその製造方法、および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によれば、以下の効果を奏
する。 （１） 前記フリー磁性層と前記縦バイアス層との間
に、前記フリー磁性層と前記縦バイアス層との交換結合
磁界の大きさを制御するとともに伝導電子の平均自由行
程を延長するための平均自由行程延長層が形成されたこ
とにより、フリー磁性層と縦バイアス層との交換結合に
よる交換異方性磁界を適正な範囲に設定することが可能
となる。このため、フリー磁性層と縦バイアス層との交
換結合による交換異方性磁界が強くなりすぎ、フリー磁
性層の磁化が強固に固定されてしまうことを防止すると
ができ、検出するべき外部磁界が印加された場合に、こ
のフリー磁性層の磁化方向が回転変化してセンス電流の
抵抗変化を生じて、スピンバルブ型薄膜磁気素子の充分
な検出感度を得ることが可能となる。同時に、前記フリ
ー磁性層と前記縦バイアス層との間に伝導電子の平均自
由行程を延長するための平均自由行程延長層が形成され
たことにより、フリー磁性層の磁化方向を設定するため
の交換結合による交換異方性磁界を発生するための縦バ
イアス層の膜厚を略一定に設定することが可能となるた
め、フリー磁性層を単磁区化しやすく、サイドリーディ
ングを防止することができ、磁気記録密度の高密度化に
より一層対応することが可能となる。また、バイアス層
の膜厚が不均一な場合に発生していた、フリー磁性層内
に磁壁ができて単磁区化が妨げられ、磁化の不均一が発
生し、スピンバルブ型薄膜素子において、磁気記録媒体
からの信号の処理が不正確になる不安定性（instabilit
y ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生するこ
とを防止し、再生波形の安定性（stability）の向上を
図ることができる。 （２） 前記平均自由行程延長層として、Ａｕ、Ａｇ、
Ｃｕからなる群から選択された非磁性導電材料から構成
されるバックド層により、磁気抵抗効果に寄与する＋ス
ピン（上向きスピン：up spin ）の電子における平均自
由行程（mean free path）をのばし、いわゆるスピンフ
ィルター効果（spin filter effect）によりスピンバル
ブ型薄膜素子において、大きな△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）
が得られ、高密度記録化に対応できるものとすることが
できる。 （３） 前記バックド層の膜厚が、５〜３０オングスト
ロームの範囲に設定されることにより、フリー磁性層と
縦バイアス層との交換結合による交換異方性磁界の大き
さを適正に制御することができるとともに、スピンフィ
ルター効果による抵抗変化率の増加を効率よく発現する
ことができ、検出感度の低下を防止でき、磁気記録媒体
からの信号の処理が不正確になる不安定性（instabilit
y ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等の発生を防止
することができる。 （４） 前記平均自由行程延長層として、伝導電子のス
ピン状態を保存する鏡面反射を生じる確率の高いエネル
ギーギャップを形成可能な絶縁材料からなる鏡面反射層
を有してなることで、磁気抵抗効果に寄与する＋スピン
の電子における平均自由行程（mean free path）をのば
し、いわゆる、鏡面反射効果（specular effect ）によ
って、スピンバルブ型薄膜磁気素子において、大きな△
Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）が得られ、高密度記録化に対応で
きるものとすることができる。 （５） 前記バックド層の膜厚が、５〜３０オングスト
ロームの範囲に設定されることにより、フリー磁性層と
縦バイアス層との交換結合による交換異方性磁界の大き
さを適正に制御することができるとともに、鏡面反射効
果による抵抗変化率の増加を効率よく発現することがで
き、検出感度の低下を防止でき、磁気記録媒体からの信
号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原
因となるバルクハイゼンノイズ等の発生を防止すること
ができる。 （６） 前記一対の電極層は、少なくとも、フリー磁性
層の膜面方向両側に位置されてなるか、または、少なく
とも、フリー磁性層、非磁性導電層、固定磁性層の膜面
方向両側に位置されてなることにより、少なくとも、反
強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層、
縦バイアス層の積層された積層体に対して膜厚方向積層
体の両側に位置されてなることができ、フリー磁性層や
非磁性導電層に比べて抵抗値の高い反強磁性層および縦
バイアス層を介さずに、電極層からフリー磁性層付近に
センス電流を与える割合を向上することができる。ま
た、ＧＭＲ効果において磁気抵抗変化率（△Ｒ／Ｒ）に
寄与する、前記積層体と電極層との間の接続抵抗を低減
することができ、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵
抗変化率をより向上させることが可能となる。また、こ
れによりフリー磁性層の単磁区化を保った状態として電
極層からフリー磁性層付近に直接センス電流を与えるこ
とができるため、サイドリーディングを防止することが
でき、磁気記録密度の高密度化により一層対応すること
が可能となる。 （７） 前記固定磁性層を、反強磁性層側の第１の固定
磁性層と、前記第１の固定磁性層に非磁性中間層を介し
て形成され、前記第１の固定磁性層の磁化方向と反平行
に磁化方向が揃えられた第２の固定磁性層とを具備する
ものとして形成し、固定磁性層をフェリ磁性状態とされ
てなる手段、いわゆる、シンセティックフェリピンド型
（synthetic-ferri-pinned type ）とすることができ、
これにより、反強磁性層と第１の固定磁性層との界面で
発生する交換結合磁界（交換異方性磁界）Ｈｅｘを大き
くすることができ、２つに分断された固定磁性層のうち
一方が他方の固定磁性層を適正な方向に固定する役割を
担い、固定磁性層の状態を非常に安定した状態に保つこ
とが可能となる。さらに、反強磁性層と固定磁性層との
交換結合磁界Ｈｅｘを大きな値として得ることにより、
固定磁性層の状態を熱的にも安定した状態に保つことが
できるため、後述するように、低い前記第１の熱処理温
度（アニール温度）により、反強磁性層と固定磁性層と
の交換結合磁界Ｈｅｘを発生させ、固定磁性層の磁化を
安定させた後、この反強磁性層と固定磁性層との交換結
合磁界Ｈｅｘより小さな磁界を印加するとともに、上記
の第１の熱処理温度より高い第２の熱処理温度でフリー
磁性層と縦バイアス層との交換結合磁界Ｈｅｘを発生さ
せる際に、充分な反強磁性層と固定磁性層との交換結合
磁界Ｈｅｘを安定した状態とするとともに、固定磁性層
の磁化方向を傾けないことが可能なために、固定磁性層
の固定磁化方向の制御を、より容易におこなうことがで
きる。 （８） また、２つに分断された固定磁性層により、
この固定磁性層の固定磁化による反磁界（双極子）磁界
のフリー磁性層への影響を低減し、フリー磁性層の変動
磁化の方向を所望の方向に補正することがより容易にな
り、アシンメトリーの小さい優れたスピンバルブ型薄膜
磁気素子とするために、フリー磁性層の変動磁化の方向
を制御することを、より容易にすることができる。ま
た、固定磁性層の固定磁化による反磁界（双極子磁界）
Ｈd は、素子高さ方向において、その端部で大きく中央
部で小さいという、不均一な分布を持ち、フリー磁性層
内における単磁区化が妨げられる場合があるが、固定磁
性層を上記の積層構造とすることにより、双極子磁界Ｈ
d をほぼＨd ＝０にし、これによって、フリー磁性層内
に磁壁ができて単磁区化が妨げられ、磁化の不均一が発
生し、スピンバルブ型薄膜磁気素子において、磁気記録
媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instab
ility ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生す
ることを防止することができる。 （９） 前記反強磁性層は、Ｘ−Ｍｎ（ただし、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からな
り、Ｘが３７〜６３原子％の範囲であることが望まし
く、さらにまた、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子に
おいては、前記反強磁性層が、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎ（ただ
し、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏ
ｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ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
される合金からなり、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３原子％の
範囲であることまたは、反強磁性層に、Ｘ−Ｍｎの式で
示される合金またはＸ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合
金を用いたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることで、
前記反強磁性層に従来から使用されているＮｉＯ合金、
ＦｅＭｎ合金、ＮｉＭｎ合金などを用いたものと比較し
て、交換結合磁界が大きく、またブロッキング温度が高
く、さらに耐食性に優れているなどの優れた特性を有す
るスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができる。 （１０） 前記反強磁性層および前記縦バイアス層に、
Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃ
ｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅのうちの少なくとも
１種または２種以上の元素とＭｎとを含む合金を用いる
ことにより、前記合金の性質を利用して、１度目の熱処
理で固定磁性層またはフリー磁性層のうち基板に近い側
の層の磁化方向を固定し、２度目の熱処理でフリー磁性
層または固定磁性層のうち基板から遠い側の層の磁化方
向を前記固定磁性層またはフリー磁性層のうち基板に近
い側の層の磁化方向と交差する方向に揃えるので、固定
磁性層またはフリー磁性層のうち基板に近い側の層の磁
化方向に悪影響を与えることなく、前記フリー磁性層ま
たは固定磁性層のうち基板から遠い側の層の磁化方向を
前記固定磁性層またはフリー磁性層のうち基板から近い
側の層の磁化方向と交差する方向に揃えることができ、
耐熱性に優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子を得ること
ができる。 （１１） 少なくともフリー磁性層が非磁性中間層を介
して２つに分断されスピンバルブ型薄膜磁気素子とした
場合、２つに分断されたフリー磁性層どうしの間に交換
結合磁界が発生し、フェリ磁性状態とされ、外部磁界に
対して感度よく反転できるものとなる。 （１２） 上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子が備えら
れてなることを特徴とする薄膜磁気ヘッドによって、前
記課題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子
の第１実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の
構造を示した断面図である。
【図２】 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示す断面図である。
【図３】 図１に示したスピンバルブ型薄膜磁気素子
の製造方法を説明するための図であって、基板上の積層
膜にリストオフレジストを形成した状況を示す断面図で
ある。
【図４】 図１に示したスピンバルブ型薄膜磁気素子
の製造方法を説明するための図であって、電極層を形成
した状況を示す断面図である。
【図５】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子
の第２実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の
構造を示した断面図である。
【図６】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子
の第３実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の
構造を示した断面図である。
【図７】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子
の第４実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の
構造を示した断面図である。
【図８】 スピンバルブ型薄膜磁気素子においてバッ
クド層によるスピンフィルター効果への寄与を説明する
ための模式説明図である。
【図９】 スピンバルブ型薄膜磁気素子において鏡面
反射層による鏡面反射効果への寄与を説明するための模
式説明図である。
【図１０】 図５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１１】 スピンバルブ型薄膜磁気素子のバックド
層の厚みに対する、フリー磁性層と縦バイアス層との交
換結合磁界（交換バイアス磁界）の大きさの関係を示す
グラフである。
【図１２】 スピンバルブ型薄膜磁気素子のバックド
層の厚みと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラ
フである。
【図１３】 本発明の薄膜磁気ヘッドの一例を示した
斜視図である。
【図１４】 図１３に示した薄膜磁気ヘッドの磁気コ
ア部を示した断面図である。
【図１５】 図１４に示した薄膜磁気ヘッドを示した
概略斜視図である。
【図１６】 Ｐｔ55.4Ｍｎ44.6合金及びＰｔ54.4Ｍｎ
45.6合金の交換異方性磁界の熱処理温度依存性を示すグ
ラフである。
【図１７】 ＰｔmＭｎ100-m合金の交換異方性磁界の
Ｐｔ濃度（ｍ）依存性を示すグラフである。
【図１８】 図１６および図１７に示すグラフのデー
タの測定に用いられたスピンバルブ型薄膜磁気素子を記
録媒体との対向面側から見た場合の構造を示す断面図で
ある。
【図１９】 図１６および図１７に示すグラフのデー
タの測定に用いられたスピンバルブ型薄膜磁気素子を記
録媒体との対向面側から見た場合の構造を示す断面図で
ある。
【図２０】 図１に示したスピンバルブ型薄膜磁気素
子の電極層における構成の一例を示す断面図である。
【図２１】 図１に示したスピンバルブ型薄膜磁気素
子の電極層における構成の他の例を示す断面図である。
【図２２】 図１に示したスピンバルブ型薄膜磁気素
子の電極層における構成の他の例を示す断面図である。
【図２３】 図１に示したスピンバルブ型薄膜磁気素
子の電極層における構成の他の例を示す断面図である。
【図２４】 従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子の一
例を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した
断面図である。
【図２５】 従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子の他
の例を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示し
た断面図である。
【図２６】 従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子の他
の例を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示し
た断面図である。
【符号の説明】 Ｋ…基板 １…下地層 ２…反強磁性層 ３…固定磁性層 ３Ａ…第１の固定磁性層 ３Ｂ…非磁性中間層 ３Ｃ…第２の固定磁性層 ４…非磁性導電層 ５…フリー磁性層 ５Ａ…第１フリー磁性層 ５Ｂ…非磁性中間層 ５Ｃ…第２フリー磁性層 ６…縦バイアス層 ７…保護層 ８…電極層 ８ａ…電極下地層 ９…積層体 Ｂ１，Ｂ２…バックド層（平均自由行程延長層） Ｓ１，Ｓ２…鏡面反射層（平均自由行程延長層）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 43/12 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ (72)発明者 本田 賢治 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） 2G017 AA01 AC08 AD54 AD60 AD65 CB28 5D034 BA05 BA08 BA21 CA04 CA08 DA07 5E049 AA04 AA07 AA09 AC00 AC05 BA12 BA16 CB01 EB05 EB06

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上に、反強磁性層と、この反強磁
    性層と接して形成され、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る固定磁性層と、前記固定
    磁性層に非磁性導電層を介して形成され、前記固定磁性
    層の磁化方向と交差する方向へ磁化方向が揃えられたフ
    リー磁性層と、このフリー磁性層の磁化方向を前記方向
    へ揃えるための縦バイアス層と、これら固定磁性層、非
    磁性導電層、フリー磁性層付近に検出電流を供給する一
    対の電極層とを有し、 前記フリー磁性層と前記縦バイアス層との間に、前記フ
    リー磁性層と前記縦バイアス層との交換結合磁界の大き
    さを制御するとともに伝導電子の平均自由行程を延長す
    るための平均自由行程延長層が形成されたことを特徴と
    するスピンバルブ型薄膜磁気素子。
  2. 【請求項２】 前記フリー磁性層と前記縦バイアス層
    との間に形成された前記平均自由行程延長層として、非
    磁性導電材料からなるバックド層を有してなることを特
    徴とする請求項１記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
  3. 【請求項３】 前記バックド層の膜厚が、５〜３０オ
    ングストロームの範囲に設定されることを特徴とする請
    求項２記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
  4. 【請求項４】 前記バックド層が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ
    からなる群から選択された材料から構成されることを特
    徴とする請求項２または３記載のスピンバルブ型薄膜素
    子。
  5. 【請求項５】 前記フリー磁性層と前記縦バイアス層
    との間に形成された前記平均自由行程延長層として、絶
    縁材料からなる鏡面反射層を有してなることを特徴とす
    る請求項１または２記載のスピンバルブ型薄膜磁気素
    子。
  6. 【請求項６】 前記鏡面反射層の膜厚が、５〜５００
    オングストロームの範囲に設定されることを特徴とする
    請求項５記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
  7. 【請求項７】 前記鏡面反射層が、伝導電子のスピン
    状態を保存する鏡面反射を生じる確率の高いエネルギー
    ギャップを形成可能な材料から構成されることを特徴と
    する請求項５または６記載のスピンバルブ型薄膜素子。
  8. 【請求項８】 前記基板側から、少なくとも、反強磁
    性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層、縦バ
    イアス層の順で積層されてなることを特徴とする請求項
    １から７のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜素子。
  9. 【請求項９】 前記基板側から、少なくとも、縦バイ
    アス層、フリー磁性層、非磁性導電層、固定磁性層、反
    強磁性層の順で積層されてなることを特徴とする請求項
    １から７のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜素子。
  10. 【請求項１０】 前記一対の電極層は、少なくとも、
    フリー磁性層の膜面方向両側に位置されてなることを特
    徴とする請求項１から９のいずれか記載のスピンバルブ
    型薄膜素子。
  11. 【請求項１１】 前記一対の電極層は、少なくとも、
    フリー磁性層、非磁性導電層、固定磁性層の膜面方向両
    側に位置されてなることを特徴とする請求項１０記載の
    スピンバルブ型薄膜素子。
  12. 【請求項１２】 前記固定磁性層と前記フリー磁性層
    との少なくとも一方が、非磁性中間層を介して２つに分
    断され、分断された層どうしで磁化の向きが１８０゜異
    なるフェリ磁性状態とされてなることを特徴とする請求
    項１から１１のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜素
    子。
  13. 【請求項１３】 前記反強磁性層および前記縦バイア
    ス層は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、
    Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少
    なくとも１種または２種以上の元素と、Ｍｎとを含む合
    金からなることを特徴とする請求項１から１２のいずれ
    か記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
  14. 【請求項１４】 前記反強磁性層は、下記の組成式か
    らなる合金であることを特徴とする請求項１３記載のス
    ピンバルブ型薄膜磁気素子。 ＸmＭｎ100-m 但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓのう
    ちの少なくとも１種以上の元素であり、組成比を示すｍ
    は、４８原子％≦ｍ≦６０原子％である。
  15. 【請求項１５】 前記縦バイアス層は、下記の組成式
    からなる合金であることを特徴とする請求項１３記載の
    スピンバルブ型薄膜磁気素子。 ＸmＭｎ100-m 但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓのう
    ちの少なくとも１種以上の元素であり、組成比を示すｍ
    は、５２原子％≦ｍ≦６０原子％である。
  16. 【請求項１６】 前記反強磁性層は、下記の組成式か
    らなる合金であることを特徴とする請求項１３記載のス
    ピンバルブ型薄膜磁気素子。 ＰｔmＭｎ100-m-nＺn 但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓのうちの少
    なくとも１種または２種以上の元素であり、組成比を示
    すｍ、ｎは、４８原子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％、０．２
    原子％≦ｎ≦４０原子％である。
  17. 【請求項１７】 前記縦バイアス層は、下記の組成式
    からなる合金であることを特徴とする請求項１３記載の
    スピンバルブ型薄膜磁気素子。 ＰｔmＭｎ100-m-nＺn 但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓのうちの少
    なくとも１種または２種以上の元素であり、組成比を示
    すｍ、ｎは、５２原子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％、０．２
    原子％≦ｎ≦４０原子％である。
  18. 【請求項１８】 前記反強磁性層は、下記の組成式か
    らなる合金であることを特徴とする請求項１３記載のス
    ピンバルブ型薄膜磁気素子。 ＰｔqＭｎ100-q-jＬj 但し、Ｌは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘ
    ｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素
    であり、組成比を示すｑ、ｊは、４８原子％≦ｑ＋ｊ≦
    ６０原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％である。
  19. 【請求項１９】 前記縦バイアス層は、下記の組成式
    からなる合金であることを特徴とする請求項１３記載の
    スピンバルブ型薄膜磁気素子。 ＰｔqＭｎ100-q-jＬj 但し、Ｌは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘ
    ｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素
    であり、組成比を示すｑ、ｊは、５２原子％≦ｑ＋ｊ≦
    ６０原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％である。
  20. 【請求項２０】 請求項１から１９のいずれか記載の
    スピンバルブ型薄膜磁気素子を備えたことを特徴とする
    薄膜磁気ヘッド。
  21. 【請求項２１】 基板上に、反強磁性層と、固定磁性
    層と、非磁性導電層と、フリー磁性層と、平均自由行程
    延長層と、縦バイアス層とを積層する工程と、 積層されたこれらの層にトラック幅方向と直交する方向
    である第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度で熱
    処理し、前記反強磁性層および縦バイアス層に交換異方
    性磁界を発生させて、前記固定磁性層および前記フリー
    磁性層の磁化を同一方向に固定するとともに、前記反強
    磁性層の交換異方性磁界を前記縦バイアス層の交換異方
    性磁界よりも大とする工程と、 トラック幅方向に前記縦バイアス層の交換異方性磁界よ
    りも大きく前記反強磁性層の交換異方性磁界よりも小さ
    い第２の磁界を印加しつつ、前記第１の熱処理温度より
    も高い第２の熱処理温度で熱処理し、前記フリー磁性層
    に前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向のバイアス
    磁界を付与する工程と、 前記フリー磁性層付近に検出電流を与える電極層を形成
    する工程とを有す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。
  22. 【請求項２２】 基板上に、縦バイアス層と、平均自
    由行程延長層と、フリー磁性層と、非磁性導電層と、固
    定磁性層と、反強磁性層とを積層する工程と、 積層されたこれらの層にトラック幅方向である第１の磁
    界を印加しつつ、第１の熱処理温度で熱処理し、前記反
    強磁性層および縦バイアス層に交換異方性磁界を発生さ
    せて、前記固定磁性層および前記フリー磁性層の磁化を
    同一方向に固定するとともに、前記縦バイアス層の交換
    異方性磁界を前記反強磁性層の交換異方性磁界よりも大
    とする工程と、 トラック幅方向と直交する方向に前記反強磁性層の交換
    異方性磁界よりも大きく縦バイアス層の交換異方性磁界
    よりも小さい第２の磁界を印加しつつ、前記第１の熱処
    理温度よりも高い第２の熱処理温度で熱処理し、前記固
    定磁性層に前記フリー磁性層の磁化方向と交差する方向
    の交換結合磁界を付与する工程と、 前記フリー磁性層付近に検出電流を与える電極層を形成
    する工程とを有す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。
  23. 【請求項２３】 前記反強磁性層および前記バイアス
    層に、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａ
    ｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少な
    くとも１種または２種以上の元素と、Ｍｎとを含む合金
    を用いることを特徴とする請求項２１または２２記載の
    スピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法。
  24. 【請求項２４】 前記第１の熱処理温度は、２２０℃
    〜２４０℃の範囲であることを特徴とする請求項２１か
    ら２３のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子の
    製造方法。
  25. 【請求項２５】 前記第２の熱処理熱度は、２５０℃
    〜２７０℃の範囲であることを特徴とする請求項２１か
    ら２４のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子の
    製造方法。
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