JP2002140805A - スピンバルブ型薄膜磁気素子及び薄膜磁気ヘッド及び浮上式磁気ヘッド並びにスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Exchange Bias方式を採用することが可能で
あって、トラック幅が狭くても再生感度を高くすること
が可能なスピンバルブ型薄膜磁気素子を提供する。 【解決手段】 第１固定磁性層５、第１非磁性導電層
６、フリー磁性層７、第２非磁性導電層８、第２固定磁
性層９が積層されてなる積層体１１と、積層体１１の積
層突出部１１ａのトラック幅方向両側に位置してフリー
磁性層７上に積層され、交換結合バイアス磁界によりフ
リー磁性層７の磁気モーメント方向を揃える反強磁性バ
イアス層３２，３２と、反強磁性バイアス層３２，３２
上に積層されたリード層３３、３３からなり、リード層
３３，３３から積層体１１に検出電流が供給された状態
で、第１、第２固定磁性層５、９の磁気モーメント方向
が、検出電流の電流磁界によってフリー磁性層７の磁気
モーメント方向の交差方向に固定されることを特徴とす
るスピンバルブ型薄膜磁気素子１を採用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スピンバルブ型薄
膜磁気素子及び薄膜磁気ヘッド及び浮上式磁気ヘッド並
びにスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法に関するも
のであり、特に、検出電流の電流磁界によって固定磁性
層の磁気モーメント方向を固定するとともに、Exchange
Bias方式を採用したデュアル型のスピンバルブ型薄膜
磁気素子及びその製造方法に関するものである。

【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。しかもこのスピンバルブ
型薄膜磁気素子は、ＧＭＲ素子の中で比較的構造が単純
で、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長所を有している。

【０００３】図１７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（ＡＢＳ面）側から
見た場合の構造を示す断面図である。図１７に示すスピ
ンバルブ型薄膜磁気素子は、フリー磁性層の厚さ方向両
側にそれぞれ、非磁性導電層、固定磁性層、反強磁性層
が一層ずつ積層された、いわゆるデュアルスピンバルブ
型薄膜磁気素子である。なお図１７において、図示Ｚ方
向はハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向であ
り、図示Ｙ方向は磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向で
あり、図示Ｘ₁方向はスピンバルブ型薄膜磁気素子のト
ラック幅方向である。またこのスピンバルブ型薄膜磁気
素子は、硬磁性材料等からなる一対のバイアス層からの
バイアス磁界を、トラック幅方向からフリー磁性層に印
加することによりフリー磁性層の磁気モーメント方向を
トラック幅方向に揃えるいわゆるAbutted接合型HardBia
s方式のスピンバルブ型薄膜磁気素子である。

【０００４】図１７に示す従来のスピンバルブ型薄膜磁
気素子３０１は、基板３０２上に、Ｔａなどからなる下
地層３０３、第１反強磁性層３０４、第１固定磁性層３
０５、Ｃｕなどからなる第１非磁性導電層３０６、フリ
ー磁性層３０７、Ｃｕなどからなる第２非磁性導電層３
０８、第２固定磁性層３０９、第２反強磁性層３１０及
びＴａなどからなる保護層３１１が順次積層されてなる
積層体３１２と、この積層体３１２の図示Ｘ1方向両側
に形成されたＣｏＰｔ合金等からなる一対のバイアス層
３３２、３３２と、このバイアス層３３２、３３２上に
積層されたＣｕ等からなる一対のリード層３３４、３３
４とを主体として構成されている。また図１７に示すよ
うに、積層体３１２の上面の図示Ｘ1方向の幅の寸法に
より、スピンバルブ型薄膜磁気素子３０１の光学的トラ
ック幅Ｔｗが決定される。

【０００５】第１固定磁性層３０５は、第１強磁性ピン
ド層３０５ａと、第１非磁性中間層３０５ｂと、第２強
磁性ピンド層３０５ｃとが積層されて構成されている。
第２強磁性ピンド層３０５ｃの膜厚は、第１強磁性ピン
ド層３０５ａの膜厚より大とされている。第１強磁性ピ
ンド層３０５ａの磁気モーメント方向は、第１反強磁性
層３０４との交換結合磁界によって図示Ｙ方向に固定さ
れ、また第２強磁性ピンド層３０５ｃは、第１強磁性ピ
ンド層３０５ａと反強磁性的に結合してその磁気モーメ
ント方向が図示Ｙ方向の反対方向に固定されている。

【０００６】このように第１、第２強磁性ピンド層３０
５ａ、３０５ｃの磁気モーメント方向が互いに反平行と
されているため、それぞれの層の磁気モーメントが相互
に打ち消し合う関係にあるが、第２強磁性ピンド層３０
５ｃが第１強磁性ピンド層３０５ａよりも厚く形成され
ているので、第２強磁性ピンド層３０５ｃの磁気モーメ
ントが僅かに残存し、これにより第１固定磁性層３０５
全体の磁気モーメント方向が図示Ｙ方向の反対方向に固
定される。

【０００７】また、第２固定磁性層３０９は、第３強磁
性ピンド層３０９ａと、第２非磁性中間層３０９ｂと、
第４強磁性ピンド層３０９ｃとが積層されて構成されて
いる。第３強磁性ピンド層３０９ａの膜厚は、第４強磁
性ピンド層３０９ｃの膜厚より小とされている。第４強
磁性ピンド層３０９ｃの磁気モーメント方向は、第２反
強磁性層３１０との交換結合磁界によって図示Ｙ方向に
固定され、また第３強磁性ピンド層３０９ａは、第４強
磁性ピンド層３０９ｃと反強磁性的に結合してその磁気
モーメント方向が図示Ｙ方向の反対方向に固定されてい
る。

【０００８】第１固定磁性層３０５の場合と同様に、第
３、第４強磁性ピンド層３０９ａ、３０９ｃのそれぞれ
の磁気モーメントが相互に打ち消し合う関係にあるが、
第４強磁性ピンド層３０９ｃが第３強磁性ピンド層３０
９ａより厚く形成されているので、第４強磁性ピンド層
３０９ｃの磁気モーメントが僅かに残存し、第２固定磁
性層３０９全体の磁気モーメント方向が図示Ｙ方向に固
定される。

【０００９】このように第１、第２固定磁性層３０５、
３０９においては、第１〜第４強磁性ピンド層３０５
ａ、３０５ｃ、３０９ａ、３０９ｃがそれぞれ反強磁性
的に結合し、かつ第２、第４強磁性ピンド層３０５ｃ、
３０９ｃの磁気モーメントがそれぞれ残存しており、人
工的なフェリ磁性状態（synthetic ferri pinned;シン
セティックフェリピンド）を示す層となる。

【００１０】フリー磁性層３０７は、Ｃｏ等よりなる第
１拡散防止層３０７ａと、ＮｉＦｅ合金等よりなる強磁
性自由層３０７ｂと、Ｃｏ等よりなる第２拡散防止層３
０７ｃとが積層されて構成されている。第１、第２拡散
防止層３０７ａ、３０７ｃは、隣接する第１、第２非磁
性導電層３０６、３０８との相互拡散を防止する。この
フリー磁性層３０７の磁気モーメント方向は、バイアス
層３３２、３３２のバイアス磁界によって図示Ｘ1方向
に揃えられている。これにより、フリー磁性層３０７の
磁気モーメント方向と第１、第２固定磁性層３０５、３
０９の磁気モーメント方向とが交叉する関係になる。

【００１１】また、リード層３３４、３３４はＣｕ、Ｃ
ｒ等の導電材料からなり、積層体３１２に検出電流（セ
ンス電流）を付与するもので、積層体３１２の図示Ｘ1
方向両側に位置してバイアス層３３２、３３２上に積層
されている。

【００１２】また、下地層３０３とバイアス層３３２、
３３２との間に、Ｗ、ＴａまたはＣｒからなるバイアス
下地層３３１、３３１が積層され、バイアス層３３２、
３３２とリード層３３４、３３４との間にはＷ、Ｔａま
たはＣｒからなる中間層３３３、３３３が積層されてい
る。

【００１３】このスピンバルブ型薄膜磁気素子３０１で
は、リード層３３４、３３４から積層体３１２に検出電
流（センス電流）が与えられ、磁気記録媒体からの洩れ
磁界がＹ方向に与えられると、フリー磁性層３０７の磁
気モーメント方向がＸ1方向からＹ方向へ向けて変化す
る。このフリー磁性層３０７の磁気モーメント方向の変
動と、第１、第２固定磁性層３０５、３０９の磁気モー
メント方向との関係で電気抵抗値が変化し（これを磁気
抵抗（ＭＲ）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、磁気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】しかし、従来のスピン
バルブ型薄膜磁気素子３０１は、再生感度がトラック幅
方向に亙って一定ではなく、再生感度の高い領域と低い
領域とが存在する。例えば、フリー磁性層３０７の図示
Ｘ1方向両側の両端部は、バイアス層３３２、３３２に
隣接するため、バイアス磁界が強く作用する。このた
め、フリー磁性層３０７の両端部ではこのバイアス磁界
により磁気モーメントが固定され、磁気記録媒体からの
漏れ磁界の変化に追従できなくなり、磁気抵抗効果が発
現することなく再生感度が著しく低下する。一方、フリ
ー磁性層３０７の中央部分は、バイアス層３３２、３３
２から比較的離れているのでバイアス磁界が強く作用す
ることなく、フリー磁性層の磁気モーメント方向は記録
媒体からの漏れ磁界の変化に対して柔軟に追従でき、磁
気抵抗効果が発現して再生感度が高くなる。

【００１５】上記のように、再生感度が低下する領域を
不感領域と称し、図１７には符号Ｎでその領域を示して
いる。また、再生感度が高い領域を感度領域と称し、図
１７には符号Ｓでその領域を示している。図１７に示す
ように不感領域Ｎ、Ｎは、積層体３１２の下面の図示Ｘ
1方向端部付近から、積層体３１２の中央にまで存在
し、一方、感度領域Ｓは不感領域Ｎ、Ｎに挟まれた領域
となり、スピンバルブ型薄膜磁気素子３０１の実効的な
トラック幅となる。この感度領域Ｓの幅は、不感領域
Ｎ、Ｎの幅によって相対的に決定され、通常は光学的ト
ラック幅Ｔｗよりも若干狭くなる。

【００１６】従って、従来のAbutted接合型HardBias方
式のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、設計上の
光学的トラック幅よりも実効トラック幅（感度領域Ｓの
幅）が狭くなり、磁気抵抗効果を発現し得る領域が減少
して、再生感度が著しく低下してしまうという問題があ
った。また、不感領域Ｎ、Ｎの幅は、バイアス磁界に影
響されるためその変動が大きく、これにより感度領域Ｓ
の幅も変動してしまい、スピンバルブ型薄膜磁気素子の
実効トラック幅が確定しないという問題もあった。

【００１７】実効的なトラック幅を正確に制御するに
は、フリー磁性層に反強磁性バイアス層を積層させてこ
れらの層同士の界面にて交換結合磁界を発現させ、この
交換結合磁界によりフリー磁性層の磁気モーメント方向
を揃えるいわゆるExchange Bias方式を採用することで
解決できるように思われる。しかし、従来のデュアル型
のスピンバルブ型薄膜磁気素子では、フリー磁性層の上
部に厚さ数十ｎｍの反強磁性層が積層されているため、
フリー磁性層上に反強磁性バイアス層を積層するにはこ
の反強磁性層を除去してフリー磁性層を露出させる必要
がある。数十ｎｍの反強磁性層を除去するには、エッチ
ング深さの高精度な制御が要求されるが、その制御は極
めて困難であるため、現状ではデュアル型のスピンバル
ブ型薄膜磁気素子へのExchange Bias方式の採用は困難
であった。

【００１８】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、Exchange Bias方式を容易に採用することが
可能であって、トラック幅が狭くても再生感度を高くす
ることが可能なスピンバルブ型薄膜磁気素子及びその製
造方法を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は以下の構成を採用した。本発明のスピン
バルブ型薄膜磁気素子は、第１固定磁性層、第１非磁性
導電層及びフリー磁性層が順次積層されるとともに、第
２非磁性導電層及び第２固定磁性層が前記フリー磁性層
の一部上に順次積層されてなる積層突出部を具備する積
層体と、前記積層突出部のトラック幅方向両側に位置し
て前記フリー磁性層上に積層され、交換結合バイアス磁
界によりこのフリー磁性層の磁気モーメント方向を一方
向に揃える一対の反強磁性バイアス層と、前記一対の反
強磁性バイアス層上に積層されて前記積層体に検出電流
を与える一対のリード層とからなり、前記リード層から
検出電流が供給された状態で、前記第１、第２固定磁性
層の磁気モーメント方向がそれぞれ、前記検出電流の電
流磁界によって前記フリー磁性層の磁気モーメント方向
の交差方向に固定されることを特徴とする。

【００２０】係るスピンバルブ型薄膜磁気素子によれ
ば、第１、第２固定磁性層の磁気モーメント方向を、検
出電流の電流磁界によって固定するので、従来のスピン
バルブ型薄膜磁気素子において必須であった反強磁性層
を省略することができる。これにより、第２固定磁性層
と第２非磁性導電層を除去するのみでフリー磁性層を露
出させることができるので、フリー磁性層の磁気モーメ
ント方向を反強磁性バイアス層との交換結合磁界により
揃えるいわゆるExchange Bias方式を、このデュアル型
のスピンバルブ型薄膜磁気素子に容易に採用することが
でき、これによりスピンバルブ型薄膜磁気素子の実効ト
ラック幅が、一対の反強磁性バイアス層の相互の間隔
（光学的トラック幅）に一致するので、従来のAbutted
Junction方式のように実効的なトラック幅が光学的トラ
ック幅より狭くなることがなく、再生感度が低下するこ
とがない。

【００２１】また、スピンバルブ型薄膜磁気素子の実効
的なトラック幅を、反強磁性バイアス層同士の間隔によ
り決めることができるので、スピンバルブ型薄膜磁気素
子の実効的なトラック幅を正確に制御することが可能に
なる。更に、反強磁性層を省略できるので、スピンバル
ブ型薄膜磁気素子全体の厚さを薄くすることができ、こ
れにより従来よりもギャップ幅を狭くして高記録密度化
に対応することが可能になる。

【００２２】また、反強磁性バイアス層の交換結合バイ
アス磁界は、フリー磁性層との界面にて発現してフリー
磁性層のみに印加されるものであり、第１、第２固定磁
性層には全く作用しないので、第１、第２固定磁性層の
磁気モーメント方向が、交換結合バイアス磁界によって
乱されることがない。

【００２３】また、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子においては、前記第１、２固定磁性層のいずれか一方
に接し、交換結合磁界によってこのいずれか一方の固定
磁性層の磁気モーメントを固定する反強磁性層が備えら
れていてもよい。この反強磁性層は、ＸＭｎ合金または
ＰｔＸ’Ｍｎ合金（ただしＸはＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒ
ｈ、Ｒｕ、Ｏｓのなかのいずれか１種の元素であり、
Ｘ’はＰｄ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのなかのいずれか１
種以上の元素である）のいずれかにより構成されること
が好ましい。特にこの反強磁性層は、第１固定磁性層に
接して備えることが好ましいが、第２固定磁性層に接し
て備える場合には、膜厚を８〜１２ｎｍの範囲とするこ
とが好ましい。

【００２４】係るスピンバルブ型薄膜磁気素子によれ
ば、第１、第２固定磁性層のいずれか一方に接する反強
磁性層を備えているので、この反強磁性層が接する固定
磁性層の磁気モーメントをより安定にすることができ、
磁気抵抗効果を向上させることが可能になる。

【００２５】特に、反強磁性層を第１固定磁性層に接し
て形成した場合には、第２固定磁性層と第２非磁性導電
層を除去するのみでフリー磁性層を露出できるので、反
強磁性バイアス層をフリー磁性層上に形成することがで
き、Exchange Bias方式を容易に採用することが可能に
なる。また、反強磁性層を第２固定磁性層に接して形成
した場合には、フリー磁性層を露出させるために、この
反強磁性層と第２固定磁性層と第２非磁性導電層を除去
する必要があるが、反強磁性層の膜厚を８〜１２ｎｍの
範囲に限定すれば、反強磁性層を除去する際のエッチン
グの負担を低減できるので、フリー磁性層を露出させる
ことが比較的容易になり、Exchange Bias方式を容易に
採用することが可能になる。

【００２６】また、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子であっ
て、前記第１、第２固定磁性層がそれぞれ、２以上の強
磁性ピンド層と、これらの強磁性ピンド層の間に挿入さ
れる非磁性中間層とが積層されてなり、前記検出電流が
供給された状態で、隣接する各強磁性ピンド層のそれぞ
れの磁気モーメント方向が相互に反平行とされるととも
に、前記の強磁性ピンド層のうち、前記第１、第２非磁
性導電層にそれぞれ隣接する２つの強磁性ピンド層の磁
気モーメント方向が同一とされていることを特徴とす
る。

【００２７】係るスピンバルブ型薄膜磁気素子によれ
ば、第１、第２固定磁性層がいわゆるる人工的なフェリ
磁性状態（synthetic ferri pinned;シンセティックフ
ェリピンド）を示す層であるので、検出電流の電流磁界
により生じる磁気モーメントを固定する効果をより増幅
させることができ、第１、第２固定磁性層の磁気モーメ
ント方向を強固に固定し、これらの固定磁性層を安定さ
せることができ、磁気抵抗効果を向上させることが可能
になる。また、第１、第２非磁性導電層にそれぞれ隣接
する強磁性ピンド層の磁気モーメント方向が同一である
ので、フリー磁性層、第１、第２非磁性導電層及び第
１、第２固定磁性層の間でそれぞれ発現する磁気抵抗効
果が打ち消されることがなく、高い磁気抵抗変化率を示
すことが可能になる。

【００２８】更に、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子であっ
て、前記第１、２固定磁性層をそれぞれ構成する各強磁
性ピンド層の磁気モーメントの合成モーメントを、該第
１、２固定磁性層のそれぞれの磁気モーメントとした場
合に、前記検出電流が供給された状態で、この第１、第
２固定磁性層の磁気モーメント方向が、前記電流磁界に
より固定されることにより、相互に反平行とされている
ことを特徴とする。

【００２９】係るスピンバルブ型薄膜磁気素子によれ
ば、第１、第２固定磁性層のそれぞれの磁気モーメント
方向が、検出電流の電流磁界方向に一致して相互に反平
行であるので、電流磁界によって打ち消されることがな
く、第１、第２固定磁性層の磁気モーメント方向をより
強固に固定して、磁気抵抗効果を向上させることが可能
になる。

【００３０】更にまた、本発明のスピンバルブ型薄膜磁
気素子は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子であ
って、飽和磁化と膜厚の積を磁気的膜厚とした場合に、
前記リード層から検出電流が供給された状態で、前記第
１固定磁性層を構成する強磁性ピンド層のうちの最大の
磁気的膜厚を示す強磁性ピンド層の磁気モーメント方向
と、前記第２固定磁性層を構成する強磁性ピンド層のう
ちの最大の磁気的膜厚を示す強磁性ピンド層の磁気モー
メント方向とがそれぞれ、これらの強磁性ピンド層にお
ける前記電流磁界の方向に一致することを特徴とする。

【００３１】係るスピンバルブ型薄膜磁気素子によれ
ば、検出電流により積層体中にて生じる電流磁界が、合
成磁気モーメントの方向を電流磁界と平行な方向に向け
るように作用するので、結果的に電流磁界の方向とこれ
ら最大磁気的膜厚を示す強磁性ピンド層の磁気モーメン
ト方向が一致することになる。これにより、結果として
最大磁気的膜厚を示す強磁性ピンド層と、この層に隣接
する他の強磁性ピンド層とが反強磁性的に結合してフェ
リ磁性状態を示すことになり、固定磁性層全体の磁気モ
ーメント方向を強固に固定することが可能になる。

【００３２】また、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子では、前記第１固定磁性層が、第１強磁性ピンド層
と、第１非磁性中間層と、第２強磁性ピンド層と、第２
非磁性中間層と、前記第１非磁性導電層に隣接する第３
強磁性ピンド層とが順次積層されてなるとともに、第
１、第２、第３強磁性ピンド層の各磁気モーメント方向
が隣接する層同士の間で相互に反平行とされ、更に前記
第１、第２、第３強磁性ピンド層の磁気的膜厚をそれぞ
れＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃としたときに、Ｍ₃＞Ｍ₁、Ｍ₃＞Ｍ ₂、
（Ｍ₁＋Ｍ₃）＞Ｍ₂がそれぞれ成立するものであり、前
記第２固定磁性層が、前記第２非磁性導電層に隣接する
第４強磁性ピンド層と、第３非磁性導電層と、第５強磁
性ピンド層とが順次積層されてなるとともに、第４、第
５強磁性ピンド層の各磁気モーメント方向が相互に反平
行とされ、更に前記第４、第５強磁性ピンド層の磁気的
膜厚をそれぞれＭ₄、Ｍ₅としたときに、Ｍ₅＞Ｍ₄が成立
するものであり、さらに前記第３、第４強磁性ピンド層
の各磁気モーメント方向が同一とされていることが好ま
しい。

【００３３】係るスピンバルブ型薄膜磁気素子によれ
ば、検出電流により発生する電流磁界が、第１固定磁性
層のうちの第３強磁性ピンド層よりも第１、第２非磁性
導電層から離れて位置する第１強磁性ピンド層に集中
し、特にこの電流磁界は第１強磁性ピンド層側で強くな
るので、第１、第３強磁性ピンド層の磁気モーメント方
向が電流磁界の方向に一致して強固に固定され、更に第
２強磁性ピンド層が第１、第３強磁性ピンド層と反強磁
性的に結合し、これにより第１固定磁性層全体がフェリ
磁性状態を示すので、第１固定磁性層全体の磁気モーメ
ント方向を強固に固定することが可能になる。また、第
２固定磁性層においては、最大磁気的膜厚を示す第５強
磁性ピンド層に電流磁界が集中し、またこの第５強磁性
ピンド層は第４強磁性ピンド層よりも第１、第２非磁性
導電層から離れて位置するために、より大きな電流磁界
が作用するので、第５強磁性ピンド層の磁気モーメント
方向が強固に固定され、これにより第２固定磁性層全体
の磁気モーメント方向を強固に固定することが可能にな
る。

【００３４】更に、第１非磁性導電層に隣接する第３強
磁性ピンド層は、実質的に磁気抵抗効果に関与する層で
あり、この層の磁気的膜厚が第１固定磁性層において最
大であるので、磁気抵抗効果をより高くすることが可能
になる。

【００３５】更に、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子であっ
て、前記第１固定磁性層において、前記第１、第２、第
３強磁性ピンド層の磁気的膜厚の関係が、Ｍ₃＞Ｍ₂＞Ｍ
₁となることを特徴とする。

【００３６】係るスピンバルブ型薄膜磁気素子によれ
ば、磁気的膜厚が第１、第２、第３強磁性ピンド層の順
に大きくなるので、これらの層の各磁気モーメントが合
成された場合の合成の磁気モーメントが比較的小さくな
り、これにより第１固定磁性層全体の磁気モーメントを
固定する電流磁界の効果が増幅されて第１固定磁性層の
磁気モーメント方向をより強固に固定することが可能に
なる。

【００３７】更にまた、本発明のスピンバルブ型薄膜磁
気素子は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子にお
いて、前記第１固定磁性層が、第２強磁性ピンド層と、
第２非磁性中間層と、前記第１非磁性導電層に隣接する
第３強磁性ピンド層とが順次積層されてなるとともに、
第２、第３強磁性ピンド層の各磁気モーメント方向が相
互に反平行とされ、更に前記第２、第３強磁性ピンド層
の磁気的膜厚をそれぞれＭ₂、Ｍ₃としたときに、Ｍ₃＞
Ｍ₂が成立するものであり、前記第２固定磁性層が、前
記第２非磁性導電層に隣接する第４強磁性ピンド層と、
第３非磁性中間層と、第５強磁性ピンド層とが順次積層
されてなるとともに、第４、第５強磁性ピンド層の各磁
気モーメント方向が相互に反平行とされ、更に前記第
４、第５強磁性ピンド層の磁気的膜厚をそれぞれＭ₄、
Ｍ₅としたときに、Ｍ₅＞Ｍ₄が成立するものであり、さ
らに前記第３、第４強磁性ピンド層の各磁気モーメント
方向が同一とされているものであってもよい。

【００３８】係るスピンバルブ型薄膜磁気素子によれ
ば、第１、第２固定磁性層中で最大磁気的膜厚を示す第
３強磁性ピンド層及び第５強磁性ピンド層の磁化の方向
がそれぞれの合成磁気モーメントの方向と一致するの
で、電流磁界が第３，第５強磁性ピンド層の磁化を電流
磁界と平行な方向に向けるように作用する。この結果と
して、第３、第５強磁性ピンド層が第２、第４強磁性ピ
ンド層にそれぞれ反強磁性的に結合し、これにより第
１、第２固定磁性層がそれぞれフェリ磁性状態を示すこ
とになるので、第１、第２固定磁性層の磁気モーメント
方向を強固に固定することが可能になる。

【００３９】更に、第１非磁性導電層に隣接する第３強
磁性ピンド層は、実質的に磁気抵抗効果に関与する層で
あり、この層の磁気的膜厚が第１固定磁性層において最
大であるので、磁気抵抗効果をより高くすることが可能
になる。

【００４０】次に、本発明の薄膜磁気ヘッドは、先に記
載のスピンバルブ型薄膜磁気素子が磁気情報の読出素子
として備えられてなることを特徴とする。また次に、本
発明の浮上式磁気ヘッドは、スライダに、先に記載の薄
膜磁気ヘッドが備えられてなることを特徴とする。

【００４１】係る薄膜磁気ヘッドによれば、上記のいず
れかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えている
ので、磁気抵抗効果が大きくなって再生感度が高く、ト
ラック幅が狭幅であって磁気記録密度の高度化に対応可
能な薄膜磁気ヘッドを提供することが可能になる。ま
た、係る浮上式磁気ヘッドによれば、上記の薄膜磁気ヘ
ッドを備えているので、再生感度が高く、トラック幅が
狭幅であって磁気記録密度の高度化に対応可能な浮上式
磁気ヘッドを提供することが可能になる。

【００４２】次に、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子の製造方法は、基板上に、第１固定磁性層、第１非磁
性導電層、フリー磁性層、第２非磁性導電層及び第２固
定磁性層を順次積層して積層膜を形成する積層膜形成工
程と、前記積層膜に接する当接面と該当接面を挟む両側
面とを具備してなるとともに、前記当接面と前記両側面
の間であって該当接面のトラック幅方向両側に一対の切
込部が設けられてなるリフトオフレジストを、前記積層
膜上に形成するレジスト形成工程と、前記基板に対して
角度θ₁の方向からイオンビーム等のエッチング粒子を
前記積層膜に照射して、前記リフトオフレジストの両側
面よりもトラック幅方向外側に位置する第２固定磁性層
及び第２非磁性導電層をエッチングし、残存した第２固
定磁性層及び第２非磁性導電層によりフリー磁性層上に
積層突出部を形成しつつ、積層体を形成する積層体形成
工程と、前記基板に対して角度θ₂（ただしθ₂＞θ₁）
の方向からスパッタ粒子を堆積して、前記リフトオフレ
ジストの両側面よりトラック幅方向外側に、一対の反強
磁性バイアス層を形成するバイアス層形成工程と、前記
基板に対して角度θ₁の方向から他のスパッタ粒子を堆
積して、前記一対の反強磁性バイアス層上であって前記
両側面よりトラック幅方向外側に、リード層を形成する
リード層形成工程とからなることを特徴とする。

【００４３】係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方
法によれば、第２固定磁性層上に反強磁性層を積層しな
いので、積層体形成工程において第２固定磁性層と第２
非磁性導電層をエッチングするだけでフリー磁性層を露
出でき、エッチングの負担が軽減されて、Exchange Bia
s方式のデュアル型のスピンバルブ型薄膜磁気素子を容
易に製造することが可能になる。また、角度θ₂（θ₂＞
θ₁）の方向からスパッタ粒子を堆積して反強磁性バイ
アス層を積層するので、反強磁性バイアス層の膜厚が積
層突出部に接近するにつれて薄くなることがなく、反強
磁性バイアス層の膜厚を一定にすることが可能になる。
これにより、積層突出部に接近するにつれて交換結合バ
イアス磁界が低下することがなく、反強磁性バイアス層
に対向する位置で常にフリー磁性層の磁気モーメント方
向が強固に固定されるためこの位置で磁気抵抗効果が発
現することがなく、実効トラック幅を反強磁性バイアス
層の間隔に一致させることが可能になる。

【００４４】また、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子の製造方法は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素
子の製造方法であって、飽和磁化と膜厚の積を磁気的膜
厚とした場合、前記積層膜形成工程において、前記第１
固定磁性層は、基板上に第１強磁性ピンド層、第１非磁
性中間層、第２強磁性ピンド層、第２非磁性中間層及び
第３強磁性ピンド層を順次積層するとともに、前記第
１、第２、第３強磁性ピンド層の各磁気的膜厚Ｍ₁、
Ｍ₂、Ｍ₃が、Ｍ₃＞Ｍ₁、Ｍ₃＞Ｍ₂、（Ｍ₁＋Ｍ₃）＞Ｍ₂
となるようにして形成し、前記第２固定磁性層は、前記
第２非磁性導電層上に、第４強磁性ピンド層、第３非磁
性中間層及び第５強磁性ピンド層を順次積層するととも
に、前記第４、第５強磁性ピンド層の各磁気的膜厚
Ｍ₄、Ｍ₅が、Ｍ₅＞Ｍ₄となるようにして形成することを
特徴とする。

【００４５】更に、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子の製造方法は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素
子の製造方法であって、飽和磁化と膜厚の積を磁気的膜
厚とした場合、前記積層膜形成工程において、前記第１
固定磁性層は、基板上に第２強磁性ピンド層、第２非磁
性中間層、第３強磁性ピンド層を順次積層するととも
に、前記第２、第３強磁性ピンド層の各磁気的膜厚
Ｍ₂、Ｍ₃が、Ｍ₃＞Ｍ₂となるようにして形成し、前記第
２固定磁性層は、前記第２非磁性導電層上に、第４強磁
性ピンド層、第３非磁性中間層及び第５強磁性ピンド層
を順次積層するとともに、前記第４、第５強磁性ピンド
層の各磁気的膜厚Ｍ₄、Ｍ₅が、Ｍ₅＞Ｍ₄となるようにし
て形成することを特徴とする。

【００４６】係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方
法によれば、第１、第２固定磁性層をそれぞれ、強磁性
ピンド層と非磁性中間層の多層構造とするので、フェリ
磁性状態を示す層を形成することができ、磁気モーメン
ト方向が強固に固定された第１、第２固定磁性層を構成
することが可能になる。

【００４７】また、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子の製造方法においては、前記積層膜形成工程におい
て、前記基板と前記第１固定磁性層の間、または前記第
２固定磁性層上に、反強磁性層を形成してもよい。

【００４８】係るスピンバルブ型薄膜磁気素子に製造方
法によれば、第１、第２固定磁性層のいずれか一方に接
する反強磁性層を形成するので、この反強磁性層が接す
る固定磁性層の磁気モーメントをより安定にすることが
でき、磁気抵抗効果が向上したスピンバルブ型薄膜磁気
素子を得ることが可能になる。

【００４９】また、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子の製造方法は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素
子の製造方法であって、前記バイアス層形成工程におい
て、強磁性層と別の反強磁性層を順次積層して反強磁性
バイアス層を形成することを特徴とする。

【００５０】係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方
法によれば、積層体形成工程でのエッチングによって露
出したフリー磁性層上に強磁性層を積層し、成膜装置の
真空を破ることなく更に別の反強磁性層を積層するの
で、強磁性層とこの別の反強磁性層との界面が不純物で
汚染されることがなく、またこの別の反強磁性層が極め
て平滑な強磁性層上に形成されることになり、該別の反
強磁性層と強磁性層との界面が、各層を構成する原子の
ミキシング等によって乱れることがなく、これらの層の
間で強い交換結合バイアス磁界を発現させることが可能
になる。

【００５１】更に、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子の製造方法は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素
子の製造方法であって、前記積層体形成工程において、
第２固定磁性層及び第２非磁性導電層に加えてフリー磁
性層の一部をエッチングすることにより、前記フリー磁
性層の上面に前記積層突出部に接する凸部を形成しつつ
積層体を形成し、前記バイアス層形成工程において、前
記凸部のトラック幅方向両側に前記強磁性層を積層する
ことを特徴とする。

【００５２】係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方
法によれば、積層体形成工程においてフリー磁性層の一
部までエッチングするので、第２非磁性導電層が残存す
ることがなく、フリー磁性層に強磁性層が必ず接合する
ことになり、強磁性層からフリー磁性層に交換結合バイ
アス磁界を効率よく与えてフリー磁性層の磁気モーメン
ト方向を確実に揃えさせることが可能になる。

【００５３】更にまた、本発明のスピンバルブ型薄膜磁
気素子の製造方法は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁
気素子の製造方法であって、前記積層体形成工程におい
て、エッチングの際に前記積層膜から叩き出されたスパ
ッタ粒子種を２次イオン質量スペクトル分析法により分
析してエッチングの終点を検出することを特徴とする。

【００５４】係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方
法によれば、積層体を形成する際のエッチングの終点
を、２次イオン質量スペクトル分析法によりスパッタ粒
子種を分析することにより行うので、エッチングの精度
が高くなってフリー磁性層を確実に露出させることがで
き、フリー磁性層に反強磁性バイアス層を直接に積層す
ることが可能になる。

【００５５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。なお、図１〜図１６において、図
示Ｚ方向は磁気記録媒体の移動方向であり、図示Ｙ方向
は磁気記録媒体からの漏れ磁界の方向であり、図示Ｘ1
方向はスピンバルブ型薄膜磁気素子のトラック幅方向で
ある。

【００５６】［第１の実施形態］図１に、本発明の第１
の実施形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子１を磁気
記録媒体側からみた断面模式図を示し、図２には、スピ
ンバルブ型薄膜磁気素子１をトラック幅方向から見た断
面模式図を示す。また、図３にこのスピンバルブ型薄膜
磁気素子１を具備してなる薄膜磁気ヘッド３００を備え
た浮上式磁気ヘッド３５０を示し、図４には薄膜磁気ヘ
ッド３００の要部の断面模式図を示す。

【００５７】図３に示す本発明に係る浮上式磁気ヘッド
３５０は、スライダ３５１と、スライダ３５１の端面３
５１ｄに備えられた本発明に係る薄膜磁気ヘッド３００
を主体として構成されている。符号３５５はスライダ３
５１の磁気記録媒体の移動方向の上流側であるリーディ
ング側を示し、符号３５６はトレーリング側を示す。こ
のスライダ３５１の媒体対向面３５２には、レール３５
１ａ、３５１ａ、３５１ｂが形成され、各レール同士間
は、エアーグルーブ３５１ｃ、３５１ｃとされている。

【００５８】また図４に示すように、本発明に係る薄膜
磁気ヘッド３００は、スライダ３５１の端面３５１ｄ上
に形成された絶縁層３６２に形成されており、絶縁層３
６２上に積層された下部シールド層３６３と、下部シー
ルド層３６３に積層された下部絶縁層３６４と、下部絶
縁層３６４上に形成されて媒体対向面３５２上に露出す
る本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子１と、スピ
ンバルブ型薄膜磁気素子１を覆う上部絶縁層３６６と、
上部絶縁層３６６を覆う上部シールド層３６７とから構
成されている。また上部シールド層３６７は、後述する
インダクティブヘッドｈの下部コア層と兼用とされてい
る。

【００５９】インダクティブヘッドｈは、下部コア層
（上部シールド層）３６７と、下部コア層３６７に積層
されたギャップ層３７４と、コイル３７６と、コイル３
７６を覆う上部絶縁層３７７と、ギャップ層３７４に接
合され、かつコイル３７６側にて下部コア層３６７に接
合される上部コア層３７８とから構成されている。コイ
ル３７６は、平面的に螺旋状となるようにパターン化さ
れている。また、コイル３７６のほぼ中央部分にて上部
コア層３７８の基端部３７８ｂが下部コア層３６７に磁
気的に接続されている。また、上部コア層３７８には、
アルミナなどからなるコア保護層３７９が積層されてい
る。

【００６０】図１及び図２に示すように、本発明のスピ
ンバルブ型薄膜磁気素子１は、フリー磁性層を中心とし
てその厚さ方向両側に非磁性導電層及び固定磁性層が１
層づつ積層された、いわゆるデュアルスピンバルブ型薄
膜磁気素子である。このデュアルスピンバルブ型薄膜磁
気素子は、フリー磁性層／非磁性導電層／固定磁性層の
３層の組合せが２組存在するために、フリー磁性層／非
磁性導電層／固定磁性層の３層の組合せが１組であるシ
ングルスピンバルブ薄膜磁気素子と比較して、大きな抵
抗変化率が期待でき、高密度記録に対応できるものとな
っている。

【００６１】図１及び図２に示すように、本発明のスピ
ンバルブ型薄膜磁気素子１は、下部絶縁層３６４（基
板）上に、Ｔａなどからなる下地層３、第１固定磁性層
５、Ｃｕなどからなる第１非磁性導電層６、フリー磁性
層７、Ｃｕなどからなる第２非磁性導電層８、第２固定
磁性層９及びＴａなどからなる保護層１０が順次積層さ
れて形成された積層体１１と、フリー磁性層７の磁気モ
ーメントを揃える一対の反強磁性バイアス層３２、３２
と、この反強磁性バイアス層３２、３２上に形成されて
検出電流（センス電流）を積層体１１に与えるＣｒ、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｃｕ等からなる一対のリード層３
３、３３とを主体として構成されている。

【００６２】積層体１１においては、下地層３、第１固
定磁性層５、第１非磁性導電層６及びフリー磁性層７が
順次積層され、更にこのフリー磁性層７の一部上に、第
２非磁性導電層８及び第２固定磁性層９が順次積層され
て断面視略台形状の積層突出部１１ａが形成されてい
る。そして積層突出部１１ａの図示Ｘ1方向両側に、一
対の反強磁性バイアス層３２、３２がフリー磁性層７に
接して形成されている。更に反強磁性バイアス層３２、
３２上に一対のリード層３３、３３が積層されている。

【００６３】フリー磁性層７は、Ｃｏ等よりなる第１拡
散防止層７ａと、ＮｉＦｅ合金よりなる強磁性自由層７
ｂと、Ｃｏ等よりなる第２拡散防止層７ｃとが積層され
て構成されている。第１、第２拡散防止層７ａ、７ｃ
は、隣接する第１、第２非磁性導電層６、８との相互拡
散を防止するとともに磁気抵抗効果を向上させる作用を
有する。第１、第２拡散防止層７ａ、７ｃの膜厚は０．
２〜１ｎｍの範囲が好ましく、強磁性自由層７ｂの膜厚
は１〜３ｎｍの範囲が好ましい。そして、フリー磁性層
７のほぼ中央には凸部７ｄが形成されている。積層突出
部１１ａはこの凸部７ｄ上に配置されている。そして、
この凸部７ｄの図示Ｘ1方向両側には、反強磁性バイア
ス層３２、３２を構成する強磁性層３２ｂ、３２ｂが配
置されている。フリー磁性層７の磁気モーメント方向
は、反強磁性バイアス層３２、３２の交換結合バイアス
磁界によって図示Ｘ1方向に揃えられる。このようにフ
リー磁性層７が単磁区化されることにより、スピンバル
ブ型薄膜磁気素子１のバルクハウゼンノイズを低減でき
る。

【００６４】反強磁性バイアス層３２、３２は、図１に
示すように、フリー磁性層７上に積層された強磁性層３
２ｂ、３２ｂと、この強磁性層３２ｂ、３２ｂ上に積層
された第１反強磁性層（別の反強磁性層）３２ａ、３２
ａとから形成されている。強磁性層３２ｂ、３２ｂは、
フリー磁性層７の凸部７ｄの図示Ｘ1方向両側に配置さ
れてフリー磁性層７上に積層されている。また反強磁性
バイアス層３２、３２は、図１に示すように、それぞれ
の上面３２ｃ、３２ｃが間隔Ｔｗをあけて図示Ｘ1方向
にそって離間している。このＴｗがスピンバルブ型薄膜
磁気素子１の光学的トラック幅となる。

【００６５】第１反強磁性層３２ａ、３２ａは、ＰｔＭ
ｎ合金で形成されていることが好ましい。ＰｔＭｎ合金
は、従来から反強磁性層として使用されているＮｉＭｎ
合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかも
ブロッキング温度が高く、交換結合バイアス磁界も大き
い。また、第１反強磁性層３２ａ、３２ａは、ＸＭｎ合
金またはＰｔＸ’Ｍｎ合金（ただし、ＸはＰｔ、Ｐｄ、
Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのなかのいずれか１種の元素で
あり、Ｘ’はＰｄ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏ
ｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのなかのいず
れか１種以上の元素である）のいずれかより構成されて
なるものであってもよい。

【００６６】前記ＰｔＭｎ合金および前記ＸＭｎ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、４
４〜５７原子％の範囲である。さらにまた、ＰｔＸ’Ｍ
ｎの式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６
３原子％の範囲であることが望ましい。より好ましく
は、４４〜５７原子％の範囲である。第１反強磁性層３
２ａ、３２ａの膜厚は、８〜５０ｎｍの範囲とすること
が好ましい。

【００６７】第１反強磁性層３２ａ、３２ａとして上記
した適正な組成範囲の合金を使用し、これを磁場中熱処
理することで、強磁性層３２ｂ、３２ｂとの界面にて大
きな交換結合バイアス磁界を発生する第１反強磁性層３
２ａ、３２ａを得ることができる。特にＰｔＭｎ合金で
あれば、６．４×１０⁴Ａ／ｍを越える交換結合バイア
ス磁界を有し、交換結合バイアス磁界を失うブロッキン
グ温度が６５３Ｋ（３８０℃）と極めて高い第１反強磁
性層３２ａ、３２ａを得ることができる。

【００６８】強磁性層３２ｂ、３２ｂは、例えばＮｉＦ
ｅ合金、Ｃｏ等からなるものであって、膜厚が１〜１０
ｎｍの範囲のものであり、第１反強磁性層３２ａ、３２
ａとの間で交換結合バイアス磁界を発現させる。そし
て、この強磁性層３２ｂ、３２ｂがフリー磁性層７に接
しているため、交換結合バイアス磁界がフリー磁性層７
に作用し、フリー磁性層７の磁気モーメント方向が図示
Ｘ1方向に揃えられる。

【００６９】また、凸部７ｄの図示Ｘ1方向両側に強磁
性層３２ｂ、３２ｂが配置されるので、強磁性層３２
ｂ、３２ｂとフリー磁性層７との間に第２非磁性導電層
８が残存することがなく、強磁性層３２ｂ、３２ｂから
フリー磁性層７に交換結合バイアス磁界が効率よく与え
られ、フリー磁性層７の磁気モーメント方向を確実に揃
えることができる。また、強磁性層３２ｂ、３２ｂに第
１反強磁性層３２ａ、３２ａが積層されているので、こ
れらの層の界面が、不純物によって汚染されることがな
く、またこれらの層を構成する原子のミキシング等によ
って乱れることがなく、強い交換結合バイアス磁界を発
現させることができ、フリー磁性層７の磁気モーメント
方向を確実に揃えることができる。

【００７０】また、フリー磁性層７のうち、反強磁性バ
イアス層３２、３２が積層されている領域においては、
フリー磁性層７の磁気モーメントが強固に固定された状
態であり、この領域の磁気モーメント方向は、記録媒体
からの漏れ磁界の変動によって変動することはない。一
方、フリー磁性層７のほぼ中央であって、 反強磁性バ
イアス層３２、３２が接していない領域では、フリー磁
性層７の磁気モーメントが図示Ｘ1方向に揃えられた状
態であり、磁気モーメントが完全には固定されていな
い。従ってフリー磁性層７のほぼ中央の領域の磁気モー
メント方向は、記録媒体からの漏れ磁界の変動によって
容易に変動し、この磁気モーメント方向の変動と後述す
る第１、第２固定磁性層５、９の磁気モーメント方向と
の関係で磁気抵抗効果が発現し、磁気記録媒体の再生感
度が高くなる。よって、この反強磁性バイアス層３２、
３２が積層されていない領域が、実効的に再生感度を有
する領域となり、この領域の図示Ｘ1方向の幅が実効ト
ラック幅となる。

【００７１】従って本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子１では、実効トラック幅と、光学的なトラック幅Ｔｗ
とが一致するので、反強磁性バイアス層３２、３２の間
隔を調整することにより、実効トラック幅を正確に決め
ることができる。

【００７２】また、このスピンバルブ型薄膜磁気素子１
には、従来のように、第２固定磁性層９の磁気モーメン
トを固定するための反強磁性層が積層されていないの
で、第２固定磁性層９及び第２非磁性導電層８をエッチ
ングするのみによって積層突出部１１ａの形成を行うこ
とができ、このためフリー磁性層７を露出させて反強磁
性バイアス層３２、３２をフリー磁性層７に接合させる
ことが容易にできるので、本発明のデュアル型のスピン
バルブ型薄膜磁気素子１にExchange Bias方式を適用す
ることができる。また、第１、第２固定磁性層の磁化方
向を固定するための反強磁性層が不要なので、スピンバ
ルブ型薄膜磁気素子１全体の厚さを薄くすることがで
き、従来よりもギャップ幅を狭くすることができる。

【００７３】次に、第１、第２非磁性導電層６、８は、
フリー磁性層７と第１、第２固定磁性層５、９との磁気
的な結合を小さくさせるとともにセンス電流が主に流れ
る層であり、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇなどに代表される
導電性を有する非磁性材料より形成されることが好まし
く、特にＣｕより形成されることが好ましい。第１、第
２非磁性導電層６、８の膜厚は、それぞれ２〜３ｎｍの
範囲とすることが好ましい。

【００７４】また、リード層３３、３３は、Ｔａ、Ａ
ｕ、Ｗ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｃｒ等の導電材料からなり、積層
突出部１１ａの図示Ｘ1方向両側に位置して反強磁性バ
イアス層３２、３２上に積層されている。このリード層
３３、３３は、積層体１１に検出電流（センス電流）を
付与する。リード層３３、３３から積層体１１に与えら
れたセンス電流により、積層体１１中に電流磁界が発生
する。例えば図２中、符号ｉ、ｉの矢羽矢印で示すよう
に、センス電流ｉ、ｉが第１、第２非磁性導電層６、８
中を図示Ｘ1方向の反対方向に向けて流れた場合は、図
２において積層体１１の断面中央部分を中心として時計
回り方向に向いた電流磁界Ｈiが発生する。

【００７５】第１固定磁性層５は、第２強磁性ピンド層
５ｃと第２非磁性中間層５ｄと第３強磁性ピンド層５ｅ
とが順次積層されて構成されている。第２強磁性ピンド
層５ｃは下地層３上に積層され、第３強磁性ピンド層５
ｅは第２非磁性中間層５ｄ上に積層されて第１非磁性導
電層６に隣接している。第２、第３強磁性ピンド層５
ｃ、５ｅは、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、
ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等により形成されるもので
あり、特にＣｏより形成されることが好ましい。更に第
２、第３強磁性ピンド層５ｃ、５ｅは、同一の材料で形
成されることが好ましい。また、第２非磁性中間層５ｄ
は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうちの１種
またはこれらの合金からなることが好ましく、特にＲｕ
により形成されることが好ましい。

【００７６】第２、３強磁性ピンド層５ｃ、５ｅの膜厚
をそれぞれｔ₂、ｔ₃としたとき、膜厚ｔ₂は０．５〜３
ｎｍの範囲が好ましく、膜厚ｔ₃は１．５〜５ｎｍの範
囲が好ましい。特に図２に示すように、第３強磁性ピン
ド層５ｅの膜厚ｔ₃を、第２強磁性ピンド層５ｃの膜厚
ｔ₂より厚くすることが好ましい。即ち、ｔ₃＞ｔ₂とす
ることが好ましい。また、第２非磁性中間層５ｄの膜厚
は０．７〜０．９ｎｍの範囲が好ましい。

【００７７】また、第２、第３強磁性ピンド層５ｃ、５
ｅの飽和磁化をそれぞれｍ₂、ｍ₃としたとき、第２、第
３強磁性ピンド層５ｃ、５ｅの磁気的膜厚Ｍ₂、Ｍ₃はそ
れぞれｍ₂・ｔ₂（＝Ｍ₂）、ｍ₃・ｔ₃（＝Ｍ₃）となる。
そして第１固定磁性層５は、第２、第３強磁性ピンド層
５ｃ、５ｅの磁気的膜厚の関係がＭ₃＞Ｍ₂となるように
構成される。従って、第３強磁性ピンド層５ｅが、第１
固定磁性層５を構成する強磁性ピンド層のなかで最大の
磁気的膜厚を示す層となる。即ち、第１固定磁性層５の
合成磁気モーメントの方向は、第３強磁性ピンド層５ｅ
の磁化方向と一致する。

【００７８】そして、リード層３３、３３からセンス電
流が供給された状態で、センス電流ｉの電流磁界Ｈｉが
第１固定磁性層５の合成磁気モーメントの方向をＨｉの
方向に向けるように作用する。即ち、図２に示すように
第３強磁性ピンド層５ｅの磁化方向は電流磁界Ｈiの方
向に一致して図示Ｙ方向の反対方向に固定される。一
方、第２強磁性ピンド層５ｃは、第２非磁性中間層５ｄ
を介して第３強磁性ピンド層５ｅに隣接するため、第３
強磁性ピンド層５ｅと反強磁性的に結合して、その磁気
モーメント方向が図示Ｙ方向に固定される。

【００７９】このように、第２、第３強磁性ピンド層５
ｃ、５ｅの各磁気モーメント方向が互いに反平行とされ
ているため、それぞれの層の磁気モーメントが相互に打
ち消し合う関係にあるが、第３強磁性ピンド層５ｅの磁
気的膜厚Ｍ₃が第２強磁性ピンド層５ｃの磁気的膜厚Ｍ₂
より大きいので、第３強磁性ピンド層５ｅの磁気モーメ
ントが残存する。第１固定磁性層５全体の磁気モーメン
トは、第２、第３強磁性ピンド層５ｃ、５ｅの各磁気モ
ーメントの合成磁気モーメントとなるため、第１固定磁
性層５全体の磁気モーメントの方向は残存した第３強磁
性ピンド層５ｅの磁気モーメント方向に一致し、図示Ｙ
方向の反対方向となる。従って、第１固定磁性層５全体
の磁気モーメント方向が、第１固定磁性層５における電
流磁界Ｈiの方向に一致することになる。

【００８０】このように、第２、第３強磁性ピンド層５
ｃ、５ｅが反強磁性的に結合することにより、これらの
層５ｃ、５ｅの各磁気モーメント方向が相互に反平行方
向となり、また磁気的膜厚の関係がＭ₃＞Ｍ₂であること
から、第１固定磁性層５は人工的なフェリ磁性状態を示
す層となる。

【００８１】第２固定磁性層９は、第４強磁性ピンド層
９ａと第３非磁性中間層９ｂと第５強磁性ピンド層９ｃ
とが順次積層されて構成されている。第４強磁性ピンド
層９ａは第２非磁性導電層８上に積層され、第５強磁性
ピンド層９ｃは保護層１０に接している。第４、第５強
磁性ピンド層９ａ、９ｃは、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、Ｃｏ
ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等により形
成されるものであり、特にＣｏより形成されることが好
ましい。更に第４、第５強磁性ピンド層９ａ、９ｃは、
同一の材料で形成されることが好ましい。また、第３非
磁性中間層９ｂは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃ
ｕのうちの１種またはこれらの合金からなることが好ま
しく、特にＲｕにより形成されることが好ましい。

【００８２】第４、第５強磁性ピンド層９ａ、９ｃの膜
厚をそれぞれｔ₄、ｔ₅としたとき、膜厚ｔ₄は１〜３．
５ｎｍの範囲が好ましく、膜厚ｔ₅は１．５〜５ｎｍの
範囲が好ましい。特に図２に示すように、第５強磁性ピ
ンド層９ｃの膜厚ｔ₅を、第４強磁性ピンド層９ａの膜
厚ｔ₄より厚くすることが好ましい。即ち、ｔ₅＞ｔ₄と
することが好ましい。また、第３非磁性中間層９ｂの膜
厚は０．７〜０．９ｎｍの範囲が好ましい。

【００８３】また、第４、第５強磁性ピンド層９ａ、９
ｃの飽和磁化をそれぞれｍ₄、ｍ₅としたとき、第４、第
５強磁性ピンド層９ａ、９ｃの磁気的膜厚Ｍ₄、Ｍ₅はそ
れぞれｍ₄・ｔ₄（＝Ｍ₄）、ｍ₅・ｔ₅（＝Ｍ₅）となる。
そして第２固定磁性層９は、第４、第５強磁性ピンド層
９ａ、９ｃの磁気的膜厚の関係がＭ₅＞Ｍ₄となるように
構成される。従って、第５強磁性ピンド層９ｃが、第２
固定磁性層９を構成する強磁性ピンド層のなかで最大の
磁気的膜厚を示す層となる。即ち、第２固定磁性層９の
合成磁気モーメントの方向は第５強磁性ピンド層９ｃの
磁化方向と一致する。

【００８４】そして、リード層３３、３３からセンス電
流が供給された状態で、この最大の磁気的膜厚を示す第
５強磁性ピンド層９ｃに、センス電流ｉの電流磁界Ｈi
が集中し、第５強磁性ピンド層９ｃの磁気モーメント方
向が固定される。この磁気モーメント方向は、図２に示
すように第５強磁性ピンド層９ｃにおける電流磁界Ｈi
の方向に一致し、図示Ｙ方向に固定される。一方、第４
強磁性ピンド層９ａは、第３非磁性中間層９ｂを介して
第５強磁性ピンド層９ｃに隣接するため、第５強磁性ピ
ンド層９ｃと反強磁性的に結合して、その磁気モーメン
ト方向が図示Ｙ方向の反対方向に固定される。

【００８５】このように、第４、第５強磁性ピンド層９
ａ、９ｃの各磁気モーメント方向が互いに反平行とされ
ているため、それぞれの層の磁気モーメントが相互に打
ち消し合う関係にあるが、第５強磁性ピンド層９ｃの磁
気的膜厚Ｍ₅が第４強磁性ピンド層９ａの磁気的膜厚Ｍ₄
より大きいので、第５強磁性ピンド層９ｃの磁気モーメ
ントが残存する。第２固定磁性層９全体の磁気モーメン
トは、第４、第５強磁性ピンド層９ａ、９ｃの各磁気モ
ーメントの合成磁気モーメントとなるため、第２固定磁
性層９全体の磁気モーメントの方向は残存した第５強磁
性ピンド層９ｃの磁気モーメントに一致し、図示Ｙ方向
となる。従って、第２固定磁性層９全体の磁気モーメン
ト方向が、この第２固定磁性層９における電流磁界Ｈi
の方向に一致することになる。

【００８６】このように、第４、第５強磁性ピンド層９
ａ、９ｃが反強磁性的に結合することにより、これらの
層９ａ、９ｃの各磁気モーメント方向が相互に反平行方
向となり、また磁気的膜厚の関係がＭ₅＞Ｍ₄であること
から、第２固定磁性層９は人工的なフェリ磁性状態を示
す層となる。

【００８７】以上のことから、第１、第２固定磁性層
５、９の磁気モーメント方向は、センス電流ｉの電流磁
界Ｈiによって固定され、相互に反平行の関係となる。
このように、スピンバルブ型薄膜磁気素子１において
は、第１、第２固定磁性層５、９の磁気モーメント方向
を、センス電流ｉの電流磁界Ｈｉによって固定するの
で、従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子において必須で
あった反強磁性層を省略することができる。また、第
１、第２固定磁性層５、９の各磁気モーメント方向が、
これらの層５、９における電流磁界Ｈiの方向に一致す
るので、第１、第２固定磁性層５、９の磁気モーメント
が電流磁界Ｈiによって打ち消されることがなく、第
１、第２固定磁性層５、９の磁気モーメント方向をより
強固に固定して、磁気抵抗効果を向上させることができ
る。また、反強磁性層を省略できるので、スピンバルブ
型薄膜磁気素子１全体の厚さを薄くすることができ、従
来よりもギャップ幅が狭くなって高記録密度化に対応す
ることができる。

【００８８】また、図１及び図２に示すように、第１固
定磁性層５を構成する強磁性ピンド層のうち、第１非磁
性導電層６に隣接する第３強磁性ピンド層５ｅの磁気モ
ーメント方向と、第２固定磁性層９を構成する強磁性ピ
ンド層のうち、第２非磁性導電層８に隣接する第４強磁
性ピンド層９ａの磁気モーメント方向とが同一であるの
で、フリー磁性層７と第１、第２固定磁性層５、９との
間でそれぞれ発現する磁気抵抗効果が相互に打ち消し合
うことがなく、高い磁気抵抗変化率を示すことができ
る。更に、第１非磁性導電層６に隣接する第３強磁性ピ
ンド層５ｅは、実質的に磁気抵抗効果に関与する層であ
り、この層の磁気的膜厚Ｍ₃が第１固定磁性層５におい
て最大であるので、高い磁気抵抗変化率を示すことがで
きる。

【００８９】また、第１、第２固定磁性層５、９がいわ
ゆる人工的なフェリ磁性状態（synthetic ferri pinne
d;シンセティックフェリピンド）を示す層であるので、
電流磁界Ｈiにより第１、第２固定磁性層５、９の磁気
モーメント方向を強固に固定し、磁気抵抗効果を向上さ
せることができる。

【００９０】また、反強磁性バイアス層３２、３２の交
換結合バイアス磁界は、フリー磁性層７との界面にて発
現してフリー磁性層７のみに印加されるものであり、第
１、第２固定磁性層５、９には全く印加されないので、
第１、第２固定磁性層５、９の磁気モーメント方向が、
反強磁性バイアス層３２、３２の交換結合バイアス磁界
によって乱されることがなく、磁気抵抗変化率が低下す
ることがない。

【００９１】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、図面を参照して説明する。この製造方
法は、積層膜を形成する積層膜形成工程と、リフトオフ
レジストを形成するレジスト形成工程と、積層膜をエッ
チングして積層体を形成する積層体形成工程と、バイア
ス層形成工程と、リード層形成工程とからなる。

【００９２】まず、積層膜形成工程では、図５に示すよ
うに、下部絶縁層３６４（基板）上に下地層３、第２強
磁性ピンド層５ｃ、第２非磁性中間層５ｄ、第３強磁性
ピンド層５ｅ、第１非磁性導電層６、第１拡散防止層７
ａ、強磁性自由層７ｂ、第２拡散防止層７ｃ、第２非磁
性導電層８、第４強磁性ピンド層９ａ、第３非磁性中間
層９ｂ、第５強磁性ピンド層９ｃ及び保護層１０を順次
積層して積層膜１１ｂを形成する。

【００９３】なお、積層膜１１ｂにおいては、第２強磁
性ピンド層５ｃと第２非磁性中間層５ｄと第３強磁性ピ
ンド層５ｅによって第１固定磁性層５が構成され、ま
た、第１拡散防止層７ａと強磁性自由層７ｂと第２拡散
防止層７ｃによってフリー磁性層７が構成され、更に、
第４強磁性ピンド層９ａと第３非磁性中間層９ｂと第５
強磁性ピンド層９ｃによって第２固定磁性層が構成され
る。

【００９４】また、第２、第３強磁性ピンド層５ｃ、５
ｅの磁気的膜厚をＭ₂、Ｍ₃としたとき、第２、第３強磁
性ピンド層５ｃ、５ｅをＭ₃＞Ｍ₂となるように形成する
ことが好ましい。更に、第４、第５強磁性ピンド層９
ａ、９ｃの磁気的膜厚をＭ₄、Ｍ₅としたとき、第４、第
５強磁性ピンド層９ａ、９ｃをＭ₅＞Ｍ₄となるように形
成することが好ましい。このように、第１、第２固定磁
性層５、９を多層構造とするので、フェリ磁性状態を示
す層を形成することができ、磁気モーメント方向が強固
に固定された第１、第２固定磁性層５、９を構成するこ
とが可能になる。

【００９５】なお、磁気的膜厚Ｍ₂〜Ｍ₅は、各層の飽和
磁化ｍ₂〜ｍ₅と、各層の膜厚ｔ₂〜ｔ₅との積である。従
って、磁気的膜厚の調整は、例えば、各層の構成材料を
適宜選択することより各層の飽和磁化ｍ₂〜ｍ₅を調整す
ることによって行うか、あるいは各層の膜厚ｔ₂〜ｔ₅を
適宜調整することによって行うか、または飽和磁化ｍ₂
〜ｍ₅及び膜厚ｔ₂〜ｔ₅を同時に調整することによって
行うか、のいずれかでなされることが好ましい。

【００９６】次にレジスト形成工程では、図５に示すよ
うに、積層膜１１ｂ上にリフトオフレジストＬを形成す
る。リフトオフレジストＬは、積層膜１１ｂに接する当
接面５１とこの当接面５１を挟む両側面５２、５２とを
具備してなり、更に当接面５１と両側面５２、５２の間
であって当接面５１の図示Ｘ1方向両側には、一対の切
込部５３、５３が設けられてなるものである。

【００９７】次に積層体形成工程では、図６に示すよう
に、下部絶縁層３６４（基板）に対して角度θ₁の方向
からＡｒ等のイオンビーム等のエッチング粒子線を積層
膜１１ｂに照射することにより、リフトオフレジストＬ
の両側面５２、５２より図示Ｘ1方向外側（リフトオフ
レジストの中央から両側面に向かう方向側）に位置する
積層膜１１ｂをエッチングする。エッチングによって、
両側面５２、５２より図示Ｘ1方向外側に位置する保護
層１０、第２固定磁性層９、第２非磁性導電層８及びフ
リー磁性層７の一部が除去され、断面視略台形状の積層
突出部１１ａがフリー磁性層７上に形成される。このよ
うにして積層体１１を形成する。また、フリー磁性層７
の一部をエッチングすることにより、積層突出部１１ａ
が形成されつつ、フリー磁性層７のほぼ中央に積層突出
部１１ａに接する凸部７ａが形成される。フリー磁性層
７の一部までエッチングすることで、積層突出部１１ａ
の図示Ｘ1方向両側にある第２非磁性導電層８を完全に
除去することができる。

【００９８】尚、エッチングの際に積層膜１１ｂから叩
き出されたスパッタ粒子種を２次イオン質量スペクトル
分析法により分析してエッチングの終点を検出すること
が好ましい。例えば第２非磁性導電層８をＣｕ、第２拡
散防止層７ｃをＣｏ、強磁性自由層７ｂをＮｉＦｅ合金
でそれぞれ構成した場合は、エッチングを行うことによ
り、第２非磁性導電層８を構成するＣｕのスパッタ粒子
が叩き出された後に、第２拡散防止層７ｃを構成するＣ
ｏのスパッタ粒子が叩き出され、更に続いて強磁性自由
層７ｂを構成するＮｉ及びＦｅのスパッタ粒子が叩き出
されるので、２次イオン質量スペクトル分析法によって
Ｃｕの次にＮｉ及びＦｅが検出されてから所定の時間経
過後にエッチングを停止すれば、フリー磁性層７の一部
までエッチングした時点でエッチングを止めることがで
きる。これにより、エッチングの深さを正確に制御して
エッチングの精度を高めることができ、フリー磁性層７
を確実に露出させ、次のバイアス層形成工程において、
露出したフリー磁性層７に反強磁性バイアス層３２、３
２を直接に積層することができる。

【００９９】また、エッチング粒子の照射は、Ａｒによ
るイオンミリングや、反応性イオンエッチング等により
行うことが好ましい。これらの方法は、エッチング粒子
の直進性に優れており、エッチング粒子を特定の方向か
ら照射できる。また、エッチング粒子の照射方向を決め
る角度θ₁は５０〜８０°の範囲であることが好まし
い。角度θ₁は、例えばイオンガンのグリッドと、下部
絶縁層３６４とのなす角度を調整することにより規定す
ることができる。

【０１００】このように、角度θ₁からエッチング粒子
を照射することにより、積層膜１１ｂに対して異方性エ
ッチングを行い、リフトオフレジストＬの両側面５２、
５２より図示Ｘ1方向外側にある積層膜１１ｂのみをエ
ッチングすることができ、積層突出部１１ａを具備する
積層体１１を形成することができる。

【０１０１】次にバイアス層形成工程においては、図７
に示すように、下部絶縁層３６４（基板）に対して角度
θ₂（ただしθ₂＞θ₁）の方向からスパッタ粒子を積層
突出部１１ａの図示Ｘ1方向両側に堆積することによ
り、強磁性層３２ｂと第１反強磁性層３２ａを積層して
反強磁性バイアス層３２、３２を形成する。また、スパ
ッタ粒子の堆積の際には、リフトオフレジストＬに対し
てもスパッタ粒子の堆積が起き、リフトオフレジストＬ
上に、強磁性層３２ｂ及び第１反強磁性層３２ａと同じ
組成の層３２ｂ’、３２ａ’が形成する。

【０１０２】反強磁性バイアス層３２、３２は、リフト
オフレジストＬの両側面５２、５２よりも図示Ｘ1方向
外側に形成される。即ち、反強磁性バイアス層の上面３
２ｃ、３２ｃは、リフトオフレジストＬの両側面５２、
５２の延長線５２ａ、５２ａ（図中１点鎖線）より図示
Ｘ1方向外側に位置することになる。従って、リフトオ
フレジストＬの両側面５２、５２の間隔を狭めると、反
強磁性バイアス層３２、３２の位置が積層突出部１１ａ
の中央にシフトする。このように、リフトオフレジスト
Ｌの両側面５２、５２の間隔を調整することにより、反
強磁性バイアス層３２、３２の図示Ｘ1方向の間隔を調
整することができる。反強磁性バイアス層３２、３２の
図示Ｘ1方向の間隔は、スピンバルブ型薄膜磁気素子１
の実効トラック幅になるので、リフトオフレジストＬの
両側面５２、５２の間隔によって実効トラック幅を決め
ることができる。

【０１０３】また、積層体形成工程のエッチングによっ
て露出したフリー磁性層７上に強磁性層３２ｂを積層
し、成膜装置の真空を破ることなく更に第１反強磁性層
３２ａを積層するので、第１反強磁性層３２ａが、極め
て平滑な強磁性層３２ｂ上に形成されることになり、第
１反強磁性層３２ａと強磁性層３２ｂとの界面が不純物
で汚染されることがなく、また各層を構成する原子のミ
キシング等によって乱れることがなく、これらの層の間
で強い交換結合バイアス磁界を発現させることができ
る。

【０１０４】スパッタ粒子の堆積は、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
法により行うことが好ましい。これらの方法は、スパッ
タ粒子の直進性に優れており、スパッタ粒子を特定の方
向から照射できる。また、角度θ₂は６０〜９０°の範
囲であることが好ましい。角度θ₂は角度θ₁より大きく
すること、即ち下部絶縁層３６４表面に対して角度θ₂
を角度θ₁より鈍角にすることが好ましい。角度θ₂は、
例えばスパッタ用ターゲットの表面と、下部絶縁層３６
４とのなす角度を調整することにより規定することがで
きる。

【０１０５】このようにスパッタ粒子を角度θ₂の方向
から堆積することにより、強磁性層３２ｂ及び第１反強
磁性層３２ａを、両側面５２、５２より図示Ｘ1方向外
側において一定の膜厚をもって形成することができ、強
磁性層３２ｂ及び第１反強磁性層３２ａの各膜厚が積層
突出部１１ａに接近するにつれて薄くなることがない。
従って、交換結合バイアス磁界が、積層突出部１１ａに
接近するにつれて低下することがなく、反強磁性バイア
ス層３２、３２に対応する位置におけるフリー磁性層７
の磁気モーメント方向が強固に固定されるため、この位
置で磁気抵抗効果が発現することがなく、実効トラック
幅を反強磁性バイアス層３２、３２の間隔に一致させる
ことができる。

【０１０６】次に、リード層形成工程では、図８に示す
ように、下部絶縁層３６４（基板）に対して角度θ₁の
方向から他のスパッタ粒子を堆積することにより、リー
ド層３３、３３を積層する。リード層３３、３３は、リ
フトオフレジストＬの両側面５２、５２よりも図示Ｘ1
方向外側であって反強磁性バイアス層３２、３２上に積
層される。また、スパッタ粒子の堆積の際には、リフト
オフレジストＬに対してもスパッタ粒子の堆積が起き、
リフトオフレジストＬ上に、リード層３３と同じ組成の
層３３’が形成する。

【０１０７】スパッタ粒子の堆積は、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
法により行うことが好ましい。これらの方法は、スパッ
タ粒子の直進性に優れており、スパッタ粒子を特定の方
向から照射できる。また、スパッタ粒子の照射方向を決
める角度θ₁は積層体形成工程におけるエッチング粒子
の照射角度とほぼ同じにすることが好ましい。角度θ₁
は、例えばスパッタ用ターゲットの表面と、下部絶縁層
３６４とのなす角度を調整することにより規定すること
ができる。

【０１０８】このように、角度θ₁からスパッタ粒子を
堆積することにより、リフトオフレジストＬの両側面５
２、５２より図示Ｘ1方向外側にリード層３３、３３を
積層することができ、リード層３３、３３が積層突出部
１１ａに付着することがない。

【０１０９】最後に、リフトオフレジストＬを除去し、
磁場中アニール処理等を行って反強磁性バイアス層３
２、３２に交換結合バイアス磁界を発現させ、フリー磁
性層７の磁気モーメント方向を図示Ｘ1方向に揃えるこ
とにより、図１に示すようなスピンバルブ型薄膜磁気素
子１が得られる。また、スピンバルブ型薄膜磁気素子１
にセンス電流を通電することにより、積層体１１中にセ
ンス電流による電流磁界が生じ、この電流磁界によって
第１、第２固定磁性層５、９の磁気モーメント方向がそ
れぞれ図１に示すように固定される。

【０１１０】上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子１の製
造方法によれば、第２固定磁性層９上に反強磁性層を積
層しないので、積層体形成工程において第２固定磁性層
９と第２非磁性導電層８をエッチングするだけでフリー
磁性層７を露出できるので、エッチングの負担が軽減さ
れ、Exchange Bias方式のデュアル型のスピンバルブ型
薄膜磁気素子を容易に製造することができる。

【０１１１】また、角度θ₂（θ₂＞θ₁）の方向からス
パッタ粒子を堆積して反強磁性バイアス層３２、３２を
積層するので、反強磁性バイアス層３２、３２の膜厚が
積層突出部１１ａに接近するにつれて薄くなることがな
く、反強磁性バイアス層３２、３２の膜厚を一定にする
ことが可能になる。これにより、積層突出部１１ａに接
近するにつれて交換結合バイアス磁界が低下することが
なく、反強磁性バイアス層３２、３２に対向する位置で
常にフリー磁性層７の磁気モーメント方向が強固に固定
されるため、この位置で磁気抵抗効果が発現することが
なく、実効トラック幅を反強磁性バイアス層３２、３２
の間隔に一致させることができる。

【０１１２】［第２の実施形態］次に、本発明の第２の
実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子１０１を、図面
を参照して説明する。図９に、本発明の第２の実施形態
であるスピンバルブ型薄膜磁気素子１０１を磁気記録媒
体側からみた断面模式図を示し、図１０には、スピンバ
ルブ型薄膜磁気素子１０１をトラック幅方向からみた断
面模式図を示す。

【０１１３】図９に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子１
０１は、第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子
１と同様に薄膜磁気ヘッドを構成し、この薄膜磁気ヘッ
ドはインダクティブヘッドとともに浮上式磁気ヘッドを
構成する。

【０１１４】このスピンバルブ型薄膜磁気素子１０１
は、フリー磁性層７の厚さ方向両側に、第１、第２非磁
性導電層６、８、第１、第２固定磁性層５、９が順次積
層され、更に第１固定磁性層５に第２反強磁性層４が積
層されてなるデュアルスピンバルブ薄膜磁気素子であ
る。

【０１１５】即ちこのスピンバルブ型薄膜磁気素子１０
１は、下部絶縁層３６４に積層された下地層３上に、第
２反強磁性層４、第１固定磁性層５、第１非磁性導電層
６、フリー磁性層７、第２非磁性導電層８、第２固定磁
性層９及び保護層１０が順次積層されて構成されてい
る。このように下地層３から保護層１０間での各層が順
次積層されて断面視略台形状の積層体１１１が形成され
ている。

【０１１６】積層体１１１においては、下地層３、第２
反強磁性層４、第１固定磁性層５、第１非磁性導電層６
及びフリー磁性層７が順次積層され、更にこのフリー磁
性層７の一部上に、第２非磁性導電層８及び第２固定磁
性層９が順次積層されて断面視略台形状の積層突出部１
１１ａが形成されている。そして積層突出部１１１ａの
図示Ｘ1方向両側には、一対の反強磁性バイアス層３
２、３２がフリー磁性層７に接して形成されている。更
に反強磁性バイアス層３２、３２上に一対のリード層３
３、３３が積層されている。

【０１１７】このスピンバルブ型薄膜磁気素子１０１が
先に説明した第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気
素子１と異なる点は、下地層３と第１固定磁性層５の間
に、第２反強磁性層４が形成されている点である。従っ
て、本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子１０１を
構成する下地層３、第１、第２固定磁性層５、９、第
１、第２非磁性導電層６、８、フリー磁性層７、保護層
１０及び反強磁性バイアス層３２、３２は、第１実施形
態の下地層３、第１、第２固定磁性層５、９、第１、第
２非磁性導電層６、８、フリー磁性層７、保護層１０及
び反強磁性バイアス層３２、３２と同じ構成であるの
で、その説明を省略する。

【０１１８】第２反強磁性層４は、第１固定磁性層５の
磁気モーメント方向を固定するものであり、ＰｔＭｎ合
金で形成されていることが好ましい。ＰｔＭｎ合金は、
従来から反強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金
やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロ
ッキング温度が高く、交換結合磁界も大きい。また、第
２反強磁性層４は、ＸＭｎ合金、ＰｔＸ’Ｍｎ合金（た
だし前記組成式において、ＸはＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒ
ｈ、Ｒｕ、Ｏｓのなかから選択される１種を示し、Ｘ’
はＰｄ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、
Ａｇ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのなかから選択される１
種または２種以上を示す）のいずれかより形成されてい
ても良い。

【０１１９】前記ＰｔＭｎ合金および前記ＸＭｎ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、４
４〜５７原子％の範囲である。さらにまた、ＰｔＸ’Ｍ
ｎの式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６
３原子％の範囲であることが望ましい。より好ましく
は、４４〜５７原子％の範囲である。また第２反強磁性
層４の膜厚は、８〜２０ｎｍの範囲とすることが好まし
い。

【０１２０】第１固定磁性層５の磁気モーメント方向
は、第１実施形態で説明したように、センス電流の電流
磁界によって固定されるのであるが、以下に説明するよ
うに、第２反強磁性層４との交換結合磁界によっても固
定される。

【０１２１】第１固定磁性層５は、前述したように、第
２、第３強磁性ピンド層５ｃ、５ｅの磁気的膜厚の関係
がＭ₃＞Ｍ₂となるように構成されており、第３強磁性ピ
ンド層５ｅが、第１固定磁性層５のなかで最大の磁気的
膜厚を示す層となる。また、第２強磁性ピンド層５ｃに
は、第２反強磁性層４が隣接している。

【０１２２】図１０に示すように、第３強磁性ピンド層
５ｅの磁気モーメント方向は、図１０に示すように第３
強磁性ピンド層５ｅにおける電流磁界Ｈiの方向に一致
し、図示Ｙ方向の反対方向に固定される。一方、第２強
磁性ピンド層５ｃは、第２非磁性中間層５ｄを介して第
３強磁性ピンド層５ｅに隣接するため、第３強磁性ピン
ド層５ｅと反強磁性的に結合して、その磁気モーメント
方向が図示Ｙ方向に固定される。

【０１２３】また、第２強磁性ピンド層５ｃは、第２反
強磁性層４にも隣接するため、第２強磁性ピンド層５ｃ
と第２反強磁性層４との界面にて交換結合磁界Ｈｂ（図
示Ｙ方向を向く矢印）が発現し、この交換結合磁界Ｈｂ
により第２強磁性ピンド層５ｃの磁気モーメントが図示
Ｙ方向に固定される。

【０１２４】このように、第２強磁性ピンド層５ｃの磁
気モーメント方向が、第３強磁性ピンド層５ｅとの反強
磁性的な結合に加えて、第２反強磁性層４との交換結合
磁界Ｈbによっても固定されるので、第１固定磁性層５
全体の磁気モーメント方向が強く固定され、この磁気モ
ーメントの方向及び大きさが安定したものとなり、磁気
抵抗効果を向上できる。

【０１２５】このスピンバルブ型薄膜磁気素子１０１の
製造方法は、積層膜形成工程において、下地層３上にま
ず第２反強磁性層４を積層し、そしてこの上に第１固定
磁性層５を積層し、更に、第２非磁性導電層６、フリー
磁性層７等を順次積層すること以外は、第１の実施形態
のスピンバルブ型薄膜磁気素子と同様にして製造され
る。

【０１２６】以上、第１固定磁性層の磁気モーメントを
固定する第２反強磁性層４について説明したが、この第
２反強磁性層４に代えて、第２固定磁性層９の磁気モー
メントを固定する反強磁性層を、第２固定磁性層９上に
積層してもよい。ただし、この場合の反強磁性層は、膜
厚が１２ｎｍ以下であることが好ましく、８ｎｍ以上１
２ｎｍ以下であることがより好ましい。また、この反強
磁性層は、前述の第２反強磁性層４と同様に、ＸＭｎ合
金、ＰｔＸ’Ｍｎ合金のなかから選択される１種または
２種以上を示す）のいずれかより形成されることが好ま
しく、特にＰｔＭｎ合金が好ましい。

【０１２７】第２固定磁性層９は、前述したように、第
４、第５強磁性ピンド層９ａ、９ｃの磁気的膜厚の関係
がＭ₅＞Ｍ₄となるように構成されており、第５強磁性ピ
ンド層９ｃが、第２固定磁性層９のなかで最大の磁気的
膜厚を示す層となる。

【０１２８】第２固定磁性層９に反強磁性層が積層され
ると、この反強磁性層は第５強磁性ピンド層９ｃに隣接
することになる。第５強磁性ピンド層９ｃには、センス
電流ｉにより発生した電流磁界Ｈiが集中するととも
に、反強磁性層との交換結合磁界も作用し、図示Ｙ方向
を向く磁気モーメントが発生する。

【０１２９】したがって、第５強磁性ピンド層９ｃの磁
気モーメント方向が、電流磁界Ｈiの集中に加えて、反
強磁性層との交換結合磁界によっても固定されるので、
第２固定磁性層９全体の磁気モーメント方向が強く固定
され、この磁気モーメントの方向及び大きさが安定した
ものとなり、磁気抵抗効果を向上できる。

【０１３０】なお、第２固定磁性層９上に形成する反強
磁性層の膜厚は、１２ｎｍ以下であることが好ましく、
８ｎｍ以上１２ｎｍ以下であることがより好ましい。反
強磁性層の膜厚を１２ｎｍ以下と比較的薄くすると、反
強磁性層をエッチングすることによって積層突出部の形
成を容易に行うことができ、このためフリー磁性層７を
露出させて反強磁性バイアス層３２、３２をフリー磁性
層７に接合させることが容易にできるので、本発明のデ
ュアル型のスピンバルブ型薄膜磁気素子にExchange Bia
s方式を適用することができる。また、反強磁性層の膜
厚を１２ｎｍ以下にすると、スピンバルブ型薄膜磁気素
子全体の厚さを薄くすることができ、従来よりもギャッ
プ幅を狭くすることができる。また、反強磁性層を８ｎ
ｍ以上にすると、第２固定磁性層９の磁気モーメント方
向を固定するための交換結合磁界を充分に大きくするこ
とができ、第２固定磁性層９の磁気モーメント方向を強
固に固定することができる。

【０１３１】［第３の実施形態］次に、本発明の第３の
実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子２０１を、図面
を参照して説明する。図１１に、本発明の第３の実施形
態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子２０１を磁気記録
媒体側からみた断面模式図を示し、図１２には、スピン
バルブ型薄膜磁気素子２０１をトラック幅方向からみた
断面模式図を示す。

【０１３２】図１１に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子
２０１は、第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素
子１と同様に薄膜磁気ヘッドを構成し、この薄膜磁気ヘ
ッドはインダクティブヘッドとともに浮上式磁気ヘッド
を構成する。

【０１３３】このスピンバルブ型薄膜磁気素子２０１
は、フリー磁性層７の厚さ方向両側に、第１、第２非磁
性導電層６、８、第１、第２固定磁性層２０５、９が順
次積層されてなるデュアルスピンバルブ薄膜磁気素子で
ある。

【０１３４】即ちこのスピンバルブ型薄膜磁気素子２０
１は、下部絶縁層３６４に積層された下地層３上に、第
１固定磁性層２０５、第１非磁性導電層６、フリー磁性
層７、第２非磁性導電層８、第２固定磁性層９及び保護
層１０が順次積層されて構成されている。このように下
地層３から保護層１０間での各層が順次積層されて断面
視略台形状の積層体２１１が形成されている。

【０１３５】積層体２１１においては、下地層３、第１
固定磁性層２０５、第１非磁性導電層６及びフリー磁性
層７が順次積層され、更にこのフリー磁性層７の一部上
に、第２非磁性導電層８及び第２固定磁性層９が順次積
層されて断面視略台形状の積層突出部２１１ａが形成さ
れている。そして積層突出部２１１ａの図示Ｘ1方向両
側には、一対の反強磁性バイアス層３２、３２がフリー
磁性層７に接して形成されている。更に反強磁性バイア
ス層３２、３２上に一対のリード層３３、３３が積層さ
れている。

【０１３６】このスピンバルブ型薄膜磁気素子２０１
が、先に説明した第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜
磁気素子１と異なる点は、第１の実施形態にて２つの強
磁性ピンド層と１つの非磁性中間層からなる３層構造で
あった第１固定磁性層を、３つの強磁性ピンド層と２つ
の非磁性中間層からなる５層構造とした点である。従っ
て、本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子２０１を
構成する下地層３、第２固定磁性層９、第１、第２非磁
性導電層６、８、フリー磁性層７、保護層１０、反強磁
性バイアス層３２、３２及びリード層３３，３３は、第
１実施形態の下地層３、第２固定磁性層９、第１、第２
非磁性導電層６、８、フリー磁性層７、保護層１０、反
強磁性バイアス層３２、３２及びリード層３３，３３と
同じ構成であるので、その説明を省略する。

【０１３７】このスピンバルブ型薄膜磁気素子２０１の
第１固定磁性層２０５は、第１強磁性ピンド層２０５ａ
と、第１非磁性中間層２０５ｂと、第２強磁性ピンド層
２０５ｃと、第２非磁性中間層２０５ｄと、第３強磁性
ピンド層２０５ｅとが順次積層されて構成されている。
第１強磁性ピンド層２０５ａは下地層３上に積層され、
第３強磁性ピンド層２０５ｅは第２非磁性中間層２０５
ｄ上に積層されて第１非磁性導電層６に隣接している。
第１、第２、第３強磁性ピンド層２０５ａ、２０５ｃ、
２０５ｅは、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、
ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等により形成されるもので
あり、特にＣｏより形成されることが好ましい。更に第
１、第２、第３強磁性ピンド層２０５ａ、２０５ｃ、２
０５ｅは、同一の材料で形成されることが好ましい。ま
た、第１、第２非磁性中間層２０５ｂ、２０５ｄは、Ｒ
ｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうちの１種または
これらの合金からなることが好ましく、特にＲｕにより
形成されることが好ましい。

【０１３８】第１、第２、第３強磁性ピンド層２０５
ａ、２０５ｃ、２０５ｅの膜厚をそれぞれｔ₁、ｔ₂、ｔ
₃としたとき、膜厚ｔ₁は０．５〜２ｎｍの範囲が好まし
く、膜厚ｔ₂は１〜３ｎｍの範囲が好ましく、膜厚ｔ₃は
２〜５ｎｍの範囲が好ましい。特に図１２に示すよう
に、第３強磁性ピンド層２０５ｅの膜厚ｔ₃を、第１、
第２強磁性ピンド層２０５ａ、２０５ｃの膜厚ｔ₁、ｔ₂
より厚くすることが好ましい。即ち、ｔ₃＞ｔ₁、ｔ₃＞
ｔ₂とすることが好ましい。更に、第１、第３強磁性ピ
ンド層２０５ａ、２０５ｅの膜厚の合計（ｔ₁＋ｔ₃）
を、第２強磁性ピンド層２０５ｃの膜厚ｔ₂より厚くす
ることが好ましい。即ち、（ｔ₁＋ｔ₃）＞ｔ₂とするこ
とが好ましい。更に、第１、第２、第３強磁性ピンド層
２０５ａ、２０５ｃ、２０５ｅの膜厚の関係を、ｔ₃＞
ｔ₂＞ｔ₁とすることが好ましい。また、第２非磁性中間
層２０５ｄの膜厚は０．７〜０．９ｎｍの範囲が好まし
い。

【０１３９】また、第１、第２、第３強磁性ピンド層２
０５ａ、２０５ｃ、２０５ｅの飽和磁化をそれぞれ
ｍ₁、ｍ₂、ｍ₃としたとき、第１、第２、第３強磁性ピ
ンド層２０５ａ、２０５ｃ、２０５ｅの磁気的膜厚
Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃はそれぞれ、ｍ₁・ｔ₁（＝Ｍ₁）、ｍ₂・
ｔ₂（＝Ｍ₂）、ｍ₃・ｔ₃（＝Ｍ₃）となる。そして第１
固定磁性層２０５は、第１、第２、第３強磁性ピンド層
２０５ａ、２０５ｃ、２０５ｅの磁気的膜厚の関係がＭ
₃＞Ｍ₁、Ｍ₃＞Ｍ₂、（Ｍ₁＋Ｍ₃）＞Ｍ₂かつＭ₃＞Ｍ₂＞
Ｍ₁となるように構成される。従って、第３強磁性ピン
ド層２０５ｅが、第１固定磁性層２０５を構成する強磁
性ピンド層のなかで最大の磁気的膜厚を示す層となる。

【０１４０】そして、図１２に示すように、最大の磁気
的膜厚を示す第３強磁性ピンド層２０５ｅの磁気モーメ
ント方向は、図１２に示すように第３強磁性ピンド層２
０５ｅにおける電流磁界Ｈiの方向に一致し、図示Ｙ方
向の反対方向に固定される。一方、第２強磁性ピンド層
２０５ｃは、第２非磁性中間層２０５ｄを介して第３強
磁性ピンド層２０５ｅに隣接するため、第３強磁性ピン
ド層２０５ｅと反強磁性的に結合して、その磁気モーメ
ント方向が図示Ｙ方向に固定される。

【０１４１】また、第１強磁性ピンド層２０５ａは、第
１非磁性中間層２０５ｂを介して第２強磁性ピンド層２
０５ｃに隣接するため、第２強磁性ピンド層２０５ｃと
反強磁性的に結合して、その磁気モーメント方向が図示
Ｙ方向の反対方向に固定される。更に、電流磁界Ｈi
が、この第１強磁性ピンド層２０５ａにも集中し、第３
強磁性ピンド層２０５ｅの磁気モーメント方向を固定す
る効果が増幅される。積層体２１１のような導体中で生
じる電流磁界Ｈiは、センス電流ｉの中心から離れるに
つれてその大きさが増大する傾向にあるため、第１強磁
性ピンド層２０５ａに集中する電流磁界Ｈiは、第３強
磁性ピンド層３０５ｅに集中する電流磁界Ｈiより大き
くなる。このように、第１強磁性ピンド層２０５ａの磁
気モーメントの電流磁界による固定効果の大きさを、第
２強磁性ピンド層２０５ｃ及び第３強磁性ピンド層２０
５ｅとの反強磁性的結合と電流磁界Ｈiとにより増大さ
せ、その方向を図示Ｙ方向の反対方向に強固に固定でき
る。

【０１４２】このように、第１、第２、第３強磁性ピン
ド層２０５ａ、２０５ｃ、２０５ｅの各磁気モーメント
方向が互いに反平行とされているため、それぞれの層の
磁気モーメントが相互に打ち消し合う関係にあるが、第
１、第３強磁性ピンド層２０５ａ、２０５ｅの磁気的膜
厚の合計（Ｍ₁＋Ｍ₃）が第２強磁性ピンド層２０５ｃの
磁気的膜厚Ｍ₂より大きいので、第１、第３強磁性ピン
ド層２０５ａ、２０５ｅの合成の磁気モーメントが残存
する。第１固定磁性層２０５全体の磁気モーメントは、
第１、第２、第３強磁性ピンド層２０５ａ、２０５ｃ、
２０５ｅの各磁気モーメントの合成磁気モーメントとな
るため、第１固定磁性層２０５全体の磁気モーメントの
方向は残存した第１、第３強磁性ピンド層２０５ａ、２
０５ｅの合成の磁気モーメントに一致し、図示Ｙ方向の
反対方向となる。従って、第１固定磁性層２０５全体の
磁気モーメント方向が、この層２０５における電流磁界
Ｈiの方向に一致することになる。

【０１４３】このように、第１、第２、第３強磁性ピン
ド層２０５ａ、２０５ｃ、２０５ｅが反強磁性的に結合
することにより、これらの層２０５ｃ、２０５ｅの各磁
気モーメント方向が相互に反平行方向となり、また磁気
的膜厚の関係が（Ｍ₁＋Ｍ₃）＞Ｍ₂、かつＭ₃＞Ｍ₂＞Ｍ₁
であることから、第１固定磁性層２０５は人工的なフェ
リ磁性状態を示す層となる。

【０１４４】従って、第１固定磁性層２０５の磁気モー
メント方向は、センス電流ｉの電流磁界Ｈiによって図
示Ｙ方向の反対方向に固定される。また、第２固定磁性
層９の磁気モーメント方向は、第１の実施形態で説明し
たのと同様に、図示Ｙ方向に固定される。このようにし
て、第１、第２固定磁性層２０５、９の各磁気モーメン
ト方向が相互に反平行となる。このように、上記のスピ
ンバルブ型薄膜磁気素子２０１においては、第１、第２
固定磁性層２０５、９の合成磁気モーメント方向を、セ
ンス電流ｉの電流磁界Ｈｉによって固定するので、従来
のスピンバルブ型薄膜磁気素子において必須であった反
強磁性層を省略することができる。また、第１、第２固
定磁性層２０５、９の各合成磁気モーメント方向が、こ
れらの層２０５、９における電流磁界Ｈiの方向に一致
するので、第１、第２固定磁性層２０５、９の磁気モー
メントが電流磁界Ｈiによって打ち消されることがな
く、第１、第２固定磁性層２０５、９の磁気モーメント
方向をより強固に固定して、磁気抵抗効果を向上させる
ことができる。また、反強磁性層が省略できるので、ス
ピンバルブ型薄膜磁気素子２０１全体の厚さを薄くする
ことができ、従来よりもギャップ幅を狭くして高記録密
度化に対応することができる。

【０１４５】また、図１１及び図１２に示すように、第
１固定磁性層２０５を構成する強磁性ピンド層のうち、
第１非磁性導電層６に隣接する第３強磁性ピンド層２０
５ｅの磁気モーメント方向と、第２固定磁性層９を構成
する強磁性ピンド層のうち、第２非磁性導電層８に隣接
する第４強磁性ピンド層９ａの磁気モーメント方向とが
同一であるので、フリー磁性層７と第１、第２固定磁性
層２０５、９との間でそれぞれ発現する磁気抵抗効果が
相互に打ち消し合うことがなく、高い磁気抵抗変化率を
示すことができる。更に、第１非磁性導電層６に隣接す
る第３強磁性ピンド層２０５ｅは、実質的に磁気抵抗効
果に関与する層であり、この層の磁気的膜厚Ｍ₃が第１
固定磁性層２０５において最大であるので、高い磁気抵
抗変化率を示すことができる。

【０１４６】また、第１、第２固定磁性層２０５、９が
いわゆる人工的なフェリ磁性状態（synthetic ferri pi
nned;シンセティックフェリピンド）を示す層であるの
で、電流磁界Ｈiにより生じるこれらの層２０５、９の
磁気モーメント方向を固定する効果をより増幅させるこ
とができ、第１、第２固定磁性層２０５、９の磁気モー
メント方向を強固に固定し、磁気抵抗効果を向上させる
ことができる。

【０１４７】また、反強磁性バイアス層３２、３２の交
換結合バイアス磁界は、フリー磁性層７との界面にて発
現してフリー磁性層７のみに印加されるものであり、第
１、第２固定磁性層２０５、９には全く印加されないの
で、第１、第２固定磁性層２０５、９の磁気モーメント
方向が、反強磁性バイアス層３２、３２の交換結合バイ
アス磁界によって乱されることがなく、磁気抵抗変化率
が低下することがない。

【０１４８】このスピンバルブ型薄膜磁気素子２０１の
製造方法は、積層膜形成工程において、第１固定磁性層
２０５を、第１強磁性ピンド層２０５ａ、第１非磁性中
間層２０５ｂ、第２強磁性ピンド層２０５ｃ、第２非磁
性中間層２０５ｄ及び第３強磁性ピンド層２０５ｅを順
次積層して形成すること以外は、第１の実施形態のスピ
ンバルブ型薄膜磁気素子１と同様にして製造される。

【０１４９】なお、第１固定磁性層２０５は、第１、第
２、第３強磁性ピンド層２０５ａ、２０５ｃ、２０５ｅ
の磁気的膜厚をＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃としたとき、Ｍ₃＞Ｍ₁、
Ｍ₃＞Ｍ₂、（Ｍ₁＋Ｍ₃）＞Ｍ₂がそれぞれ成立するよう
に形成することが好ましく、Ｍ ₃＞Ｍ₂＞Ｍ₁となるよう
に形成することがより好ましい。このように、第１、第
２固定磁性層２０５を多層構造とするので、フェリ磁性
状態を示す層を形成することができ、磁気モーメント方
向が強固に固定された第１固定磁性層２０５を構成する
ことができる。

【０１５０】磁気的膜厚Ｍ₁〜Ｍ₅は、各層の飽和磁化ｍ
₁〜ｍ₅と、各層の膜厚ｔ₁〜ｔ₅との積である。従って、
磁気的膜厚の調整は、例えば、各層の構成材料を適宜選
択することより各層の飽和磁化ｍ₁〜ｍ₅を調整すること
によって行うか、あるいは各層の膜厚ｔ₁〜ｔ₅を適宜調
整することによって行うか、または飽和磁化ｍ₁〜ｍ₅及
び膜厚ｔ₁〜ｔ₅を同時に調整することによって行うか、
のいずれかでなされることが好ましい。

【０１５１】

【実施例】次に、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子
のセンス電流磁界Ｈｉと各強磁性ピンド層の磁気モーメ
ント方向の関係を更に詳細に説明する。本実施例では、
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子において、各強磁
性ピンド層における微視的な磁気モーメント方向の分布
を、マイクロマグネティックシュミレーションにより調
査した。

【０１５２】（実験例１のスピンバルブ型薄膜磁気素子
の製造）まず、上面にアルミナよりなる下部絶縁層が設
けられたＳｉよりなる基板上に、スパッタ装置を用い
て、下地層、第２強磁性ピンド層、第２非磁性中間層、
第３強磁性ピンド層、第１非磁性導電層、フリー磁性
層、第２非磁性導電層、第４強磁性ピンド層、第３非磁
性中間層、第５強磁性ピンド層を順次積層して積層膜を
形成した。なお、第２、第３強磁性ピンド層及び第２非
磁性中間層により第１固定磁性層が構成され、第４、第
５強磁性ピンド層及び第３非磁性中間層により第２固定
磁性層が構成される。

【０１５３】次に、積層膜上にリフトオフレジストを形
成し、Ａｒイオンビームを照射して、リフトオフレジス
トの両側面よりもトラック幅方向外側にある積層膜の一
部をエッチングしてフリー磁性層を露出させ、次に別の
スパッタ粒子を堆積して反強磁性バイアス層及びリード
層を形成した。次に、得られたスピンバルブ型薄膜磁気
素子に対して磁場中アニール処理を行い、反強磁性バイ
アス層に交換結合バイアス磁界を発現させることによ
り、フリー磁性層の磁気モーメント方向を図示Ｘ₁方向
に揃えた。このようにして図１に示すような実験例１の
Exchange Bias方式のスピンバルブ型薄膜磁気素子を得
た。

【０１５４】実験例１のスピンバルブ型薄膜磁気素子の
積層体の構造を略記すると、（下地層(Ta)３ｎｍ／第２
強磁性ピンド層(Co)０．５ｎｍ／第２非磁性中間層(Ru)
０．８ｎｍ／第３強磁性ピンド層(Co)１．７ｎｍ／第１
非磁性導電層(Cu)２．５ｎｍ／フリー磁性層(NiFe)２．
５ｎｍ／第２非磁性導電層(Cu)２．５ｎｍ／第４強磁性
ピンド層(Co)１．２ｎｍ／第３非磁性中間層(Ru)０．８
ｎｍ／第５強磁性ピンド層(Co)１．７ｎｍ／保護層(Ta)
３ｎｍ）となる。なお、かっこ書きは、それぞれの層の
構成材料を示している。また、反強磁性バイアス層の強
磁性層は、フリー磁性層を１ｎｍエッチングした後に膜
厚２ｎｍで形成し、また第１反強磁性層は、この強磁性
層上に膜厚３０ｎｍで形成した。

【０１５５】（実験例２のスピンバルブ型薄膜磁気素子
の製造）下地層と第２強磁性ピンド層の間に、第１強磁
性ピンド層及び第１非磁性中間層を形成すること以外
は、実験例１のスピンバルブ型薄膜磁気素子と同様にし
て、実験例２のExchange Bias方式のスピンバルブ型薄
膜磁気素子を得た。なお、第１、第２、第３強磁性ピン
ド層及び第１、第２非磁性中間層により第１固定磁性層
が構成され、第４、第５強磁性ピンド層及び第３非磁性
中間層により第２固定磁性層が構成される。

【０１５６】実験例２のスピンバルブ型薄膜磁気素子の
積層体の構造を略記すると、（下地層(Ta)３ｎｍ／第１
強磁性ピンド層(Co)１．５ｎｍ／第１非磁性中間層(Ru)
０．８ｎｍ／第２強磁性ピンド層(Co)１．５ｎｍ／第２
非磁性中間層(Ru)０．８ｎｍ／第３強磁性ピンド層(Co)
２ｎｍ／第１非磁性導電層(Cu)２．５ｎｍ／フリー磁性
層(NiFe)２．５ｎｍ／第２非磁性導電層(Cu)２．５ｎｍ
／第４強磁性ピンド層(Co)１．２ｎｍ／第３非磁性中間
層(Ru)０．８ｎｍ／第５強磁性ピンド層(Co)１．７ｎｍ
／保護層(Ta)３ｎｍ）となる。なお、かっこ書きは、そ
れぞれの層の構成材料を示している。また、反強磁性バ
イアス層の強磁性層、第１反強磁性層の構成は、実験例
１と同様である。

【０１５７】（実験例３のスピンバルブ型薄膜磁気素子
の製造）下地層と第２強磁性ピンド層の膜厚を１ｎｍと
し、第３強磁性ピンド層の膜厚を２ｎｍとしたこと以外
は、実験例１のスピンバルブ型薄膜磁気素子と同様にし
て、実験例３のExchange Bias方式のスピンバルブ型薄
膜磁気素子を得た。

【０１５８】実験例３のスピンバルブ型薄膜磁気素子の
積層体の構造を略記すると、（下地層(Ta)３ｎｍ／第２
強磁性ピンド層(Co)１ｎｍ／第２非磁性中間層(Ru)０．
８ｎｍ／第３強磁性ピンド層(Co)２ｎｍ／第１非磁性導
電層(Cu)２．５ｎｍ／フリー磁性層(NiFe)２．５ｎｍ／
第２非磁性導電層(Cu)２．５ｎｍ／第４強磁性ピンド層
(Co)１．２ｎｍ／第３非磁性中間層(Ru)０．８ｎｍ／第
５強磁性ピンド層(Co)１．７ｎｍ／保護層(Ta)３ｎｍ）
となる。なお、かっこ書きは、それぞれの層の構成材料
を示している。また、反強磁性バイアス層の強磁性層、
第１反強磁性層の構成は、実験例１と同様である。

【０１５９】（実験例４のスピンバルブ型薄膜磁気素子
の製造）まず、上面にアルミナよりなる下部絶縁層が設
けられたＳｉよりなる基板上に、スパッタ装置を用い
て、下地層、第２強磁性ピンド層、第２非磁性中間層、
第３強磁性ピンド層、第１非磁性導電層、フリー磁性
層、第２非磁性導電層、第４強磁性ピンド層、第３非磁
性中間層、第５強磁性ピンド層を順次積層して積層膜を
形成した。次に、積層膜上にリフトオフレジストを形成
し、Ａｒイオンビームを照射して、リフトオフレジスト
の両側面よりもトラック幅方向外側にある積層膜をエッ
チングして積層体とし、次に別のスパッタ粒子を積層体
のトラック幅方向両側に堆積してハードバイアス層及び
リード層を形成した。次に、得られたスピンバルブ型薄
膜磁気素子に対して着磁処理を行い、ハードバイアス層
にバイアス磁界を発現させることにより、フリー磁性層
の磁気モーメント方向を図示Ｘ₁方向に揃えた。このよ
うにして図１７に示すような実験例４のAbutted接合型H
ardBias方式のスピンバルブ型薄膜磁気素子を得た。な
お、第２、第３強磁性ピンド層及び第２非磁性中間層に
より第１固定磁性層が構成され、第４、第５強磁性ピン
ド層及び第３非磁性中間層により第２固定磁性層が構成
される。

【０１６０】実験例４のスピンバルブ型薄膜磁気素子の
積層体の構造を略記すると、（下地層(Ta)３ｎｍ／第２
強磁性ピンド層(Co)０．５ｎｍ／第２非磁性中間層(Ru)
０．８ｎｍ／第３強磁性ピンド層(Co)１．７ｎｍ／第１
非磁性導電層(Cu)２．５ｎｍ／フリー磁性層(NiFe)２．
５ｎｍ／第２非磁性導電層(Cu)２．５ｎｍ／第４強磁性
ピンド層(Co)１．２ｎｍ／第３非磁性中間層(Ru)０．８
ｎｍ／第５強磁性ピンド層(Co)１．７ｎｍ／保護層(Ta)
３ｎｍ）となる。なお、かっこ書きは、それぞれの層の
構成材料を示している。また、ハードバイアス層はCoPt
合金よりなるもので、その膜厚は２０ｎｍであった。

【０１６１】図１３〜図１６に、実験例１、２及び実験
例３、２のスピンバルブ型薄膜磁気素子の第１、第２固
定磁性層及びフリー磁性層の、平面位置毎の磁気モーメ
ントの方向をマイクロマグネティック・シュミレーショ
ンした結果を示す。このシュミレーションは、検出電流
（センス電流）を５ｍＡの電流値で、図１３〜図１６
中、図示Ｘ₁方向の反対方向に流した状態で測定した。

【０１６２】図１３〜図１６では、検出電流と、交換結
合バイアス磁界またはバイアス磁界が印加された状態
で、第１、第２、第３強磁性ピンド層（第１固定磁性
層）及び第４、第５強磁性ピンド層（第２固定磁性層）
及びフリー磁性層の位置毎の微視的な磁気モーメント方
向を、それぞれ矢印により記載している。また、図１３
〜図１６は、第１、第２、第３強磁性ピンド層（第１固
定磁性層）及び第４、第５強磁性ピンド層（第２固定磁
性層）及びフリー磁性層のそれぞれの磁気モーメントが
明確に把握できるように、それぞれの層をずらせた状態
で、図示Ｚ方向の反対方向から見た状態を示している。

【０１６３】実験例１については、図１３に示すよう
に、第２強磁性ピンド層と第３強磁性ピンド層のそれぞ
れの磁気モーメント方向が、どの部分でも相互に反平行
になっていることがわかる。また、第４強磁性ピンド層
と第５強磁性ピンド層のそれぞれの磁気モーメント方向
も同様に、どの部分でも相互に反平行になっていること
がわかる。また、第３強磁性ピンド層の磁気モーメント
方向は、全体的に図示Ｘ₁方向の反対方向にやや傾きつ
つ図示Ｙ方向の反対方向を向いている。更に、第４強磁
性ピンド層の方向は、全体的に図示Ｘ₁方向にやや傾き
つつ図示Ｙ方向の反対方向を向いている。従って第３、
第４強磁性ピンド層のそれぞれの磁気モーメント方向
は、相互に若干傾いているものの、図示Ｙ方向の反対方
向を向いており、ほぼ平行な状態にあることがわかる。
第３、第４強磁性ピンド層のそれぞれの磁気モーメント
方向が図示Ｙ方向の反対方向から若干傾いたのは、第
２、第４強磁性ピンド層の各磁気モーメント方向が、各
層における電流磁界の方向に対して反平行であるため
に、この電流磁界の作用によってこれらの層の磁気モー
メントが傾き、これにより第２強磁性ピンド層と反強磁
性的に結合する第３強磁性ピンド層の磁気モーメント方
向が傾いたものと考えられる。

【０１６４】次に、実験例２については、図１４に示す
ように、第１、第２、第３強磁性ピンド層のそれぞれの
磁気モーメント方向が、どの部分でも相互に反平行にな
っていることがわかる。また、第４強磁性ピンド層と第
５強磁性ピンド層のそれぞれの磁気モーメント方向も同
様に、どの部分でも相互に反平行になっていることがわ
かる。また、第３、第４強磁性ピンド層の磁気モーメン
ト方向はそれぞれ、全体的に図示Ｘ₁方向にやや傾きつ
つ図示Ｙ方向の反対方向を向いており、良好な平行状態
にあることがわかる。実験例１の場合と異なり、この実
験例２の第３、第４強磁性ピンド層のそれぞれの磁気モ
ーメント方向が相互に完全に平行になったのは、第１強
磁性ピンド層に電流磁界Ｈｉが集中してこの磁気モーメ
ント方向が強く固定され、更に第２強磁性ピンド層の磁
気モーメント方向が、第１、３強磁性ピンド層との反強
磁性的結合により強く固定されたため、電流磁界Ｈｉの
第２強磁性ピンド層への影響が相対的には強く及ばなか
ったためと考えられる。

【０１６５】次に、実験例３については、図１５に示す
ように、第２、第３強磁性ピンド層のそれぞれの磁気モ
ーメント方向が、どの部分でも相互に反平行になってい
ることがわかる。また、第４強磁性ピンド層と第５強磁
性ピンド層のそれぞれの磁気モーメント方向も同様に、
どの部分でも相互に反平行になっていることがわかる。
しかし、第３強磁性ピンド層の磁気モーメント方向は、
全体的に図示Ｘ₁方向の反対方向に大きく傾きつつ図示
Ｙ方向の反対方向を向いており、また、第４強磁性ピン
ド層の磁気モーメント方向は、全体的に図示Ｘ₁方向に
大きく傾きつつ図示Ｙ方向の反対方向を向いている。従
って第３、第４強磁性ピンド層の磁気モーメント方向
は、相互に直交する関係にあり、平行状態ではないこと
がわかる。

【０１６６】このように、実験例３のスピンバルブ型薄
膜磁気素子が実験例１とほぼ同じ構成であるにもかかわ
らず、第３、第４強磁性ピンド層の磁気モーメント方向
が相互に直交したのは、実験例３の第２強磁性ピンド層
の膜厚（１ｎｍ）が、実験例１の第２強磁性ピンド層の
膜厚（０．５ｎｍ）より大きいため、実験例３の第２強
磁性ピンド層に集中する電流磁界の効果が実験例１の場
合より大きくなり、この大きな電流磁界の効果によって
実験例３の第２強磁性ピンド層の磁気モーメント方向が
大きく傾いたためと考えられる。従って本発明において
は、固定磁性層を構成する強磁性ピンド層の膜厚の関係
が、重要な要素になることがわかる。

【０１６７】次に、実験例４については、図１６に示す
ように、第２〜第４強磁性ピンド層のそれぞれの磁気モ
ーメント方向の各層におけるばらつきが大きくなってい
る。例えば第３強磁性ピンド層の場合、電流磁界が図示
Ｙ方向の反対方向に向けて印加されているにもかかわら
ず、層の中央部分の磁気モーメント方向が図中右斜め下
方向を向き、中央部分の両側の磁気モーメント方向が図
示Ｘ１方向を向いており、磁気モーメント方向が電流磁
界の方向に一致しないことがわかる。また、第５強磁性
ピンド層の場合、電流磁界が図示Ｙ方向に向けて印加さ
れているにもかかわらず、中央部分の磁気モーメント方
向が図中右斜め上方向を向き、中央部分の両側の磁気モ
ーメント方向が図示Ｘ１方向を向いており、磁気モーメ
ント方向が電流磁界の方向に一致しないことがわかる。

【０１６８】このように、第１、第２固定磁性層におい
て最大磁気的膜厚を示す第３、第５強磁性ピンド層の磁
気モーメント方向が電流磁界の方向に一致しないのは、
第２〜第５強磁性ピンド層のトラック幅方向両側にハー
ドバイアス層が位置しており、このハードバイアス層の
バイアス磁界が、第２〜第５強磁性ピンド層に対して電
流磁界よりも大きく作用するため、各強磁性ピンド層の
磁気モーメント方向がバイアス磁界によって傾けられた
ためと考えられる。一方、実験例１〜３は、交換結合バ
イアス磁界がフリー磁性層のみに印加する構成であるた
め、交換結合バイアス磁界によって強磁性ピンド層の磁
気モーメントが傾くことはない。

【０１６９】以上のように、実験例１及び実験例２のス
ピンバルブ型薄膜磁気素子によれば、センス電流磁界に
よって強磁性ピンド層の磁気モーメント方向を固定する
ことができ、特にフリー磁性層を挟む一対の第３、第４
強磁性ピンド層の磁気モーメント方向が平行になるの
で、安定した磁気抵抗効果を発現させることができる。

【０１７０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
デュアル型のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、第１、第
２固定磁性層とフリー磁性層と第１、第２非磁性導電層
からなる積層体と、交換結合バイアス磁界によりフリー
磁性層の磁気モーメント方向を揃える反強磁性バイアス
層と、前記積層体に検出電流を与える一対のリード層と
からなり、第１、第２固定磁性層の磁気モーメント方向
が、検出電流の電流磁界によってフリー磁性層の磁気モ
ーメント方向の交差方向に固定されるので、従来のスピ
ンバルブ型薄膜磁気素子において必須であった反強磁性
層を省略することができる。これにより、第２固定磁性
層と第２非磁性導電層を除去するのみでフリー磁性層を
露出させることができるので、Exchange Bias方式をデ
ュアル型のスピンバルブ型薄膜磁気素子に容易に採用す
ることができ、これによりスピンバルブ型薄膜磁気素子
の実効トラック幅が一対の反強磁性バイアス層の相互の
間隔（光学的トラック幅）に一致するので、従来のAbut
ted Junction方式のように実効的なトラック幅が光学的
トラック幅より狭くなることがなく、再生感度が低下す
ることがない。

【０１７１】また、スピンバルブ型薄膜磁気素子の実効
的なトラック幅を、反強磁性バイアス層同士の間隔によ
り決めることができるので、スピンバルブ型薄膜磁気素
子の実効的なトラック幅を正確に制御することができ
る。更に、反強磁性層を省略できるので、スピンバルブ
型薄膜磁気素子全体の厚さを薄くすることができ、これ
によりギャップ幅が狭くなって高記録密度化に対応する
ことが可能になる。

【０１７２】また、反強磁性バイアス層の交換結合バイ
アス磁界は、フリー磁性層との界面にて発現してフリー
磁性層のみに印加されるものであり、第１、第２固定磁
性層には全く作用しないので、第１、第２固定磁性層の
磁気モーメント方向が、交換結合バイアス磁界によって
乱されることがない。

【０１７３】また、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子においては、前記第１、２固定磁性層のいずれか一方
に接し、交換結合磁界によってこのいずれか一方の固定
磁性層の磁気モーメントを固定する反強磁性層が備えら
れていてもよい。係るスピンバルブ型薄膜磁気素子によ
れば、第１、第２固定磁性層のいずれか一方に接する反
強磁性層を備えているので、この反強磁性層が接する固
定磁性層の磁気モーメントをより安定にすることがで
き、磁気抵抗効果を向上させることが可能になる。

【０１７４】また、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子によれば、第１、第２固定磁性層がそれぞれ、２以上
の強磁性ピンド層と、これらの強磁性ピンド層の間に挿
入される非磁性中間層とが積層されてなり、第１、第２
固定磁性層がいわゆるる人工的なフェリ磁性状態（synt
hetic ferri pinned;シンセティックフェリピンド）を
示す層であるので、検出電流の電流磁界により生じる磁
気モーメントを固定する効果をより増幅させることがで
き、第１、第２固定磁性層の磁気モーメント方向を強固
に固定し、これらの固定磁性層を安定させることがで
き、磁気抵抗効果を向上させることができる。また、第
１、第２非磁性導電層にそれぞれ隣接する強磁性ピンド
層の磁気モーメント方向が同一であるので、フリー磁性
層、第１、第２非磁性導電層及び第１、第２固定磁性層
の間でそれぞれ発現する磁気抵抗効果が打ち消されるこ
とがなく、高い磁気抵抗変化率を示すことができる。

【０１７５】更に、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子によれば、第１、第２固定磁性層のそれぞれの合成磁
気モーメント方向が、検出電流の電流磁界方向に一致し
て相互に反平行であるので、電流磁界によって打ち消さ
れることがなく、第１、第２固定磁性層の磁気モーメン
ト方向をより強固に固定して、磁気抵抗効果を向上させ
ることができる。

【０１７６】更にまた、本発明のスピンバルブ型薄膜磁
気素子によれば、第１、第２固定磁性層を構成する強磁
性ピンド層のうちの最大の磁気的膜厚を示す強磁性ピン
ド層の磁気モーメント方向がそれぞれ、これらの強磁性
ピンド層における前記電流磁界の方向に一致するので、
最大磁気的膜厚を示す強磁性ピンド層と、この層に隣接
する他の強磁性ピンド層とが反強磁性的に結合してフェ
リ磁性状態を示すことになり、固定磁性層全体の磁気モ
ーメント方向を強固に固定することができる。

【０１７７】また本発明の薄膜磁気ヘッドによれば、上
記のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子を備
えているので、磁気抵抗効果が大きくなって再生感度が
高く、トラック幅が狭幅であって磁気記録密度の高度化
に対応可能な薄膜磁気ヘッドを提供することができる。
また、本発明の浮上式磁気ヘッドによれば、上記の薄膜
磁気ヘッドを備えているので、再生感度が高く、トラッ
ク幅が狭幅であって磁気記録密度の高度化に対応可能な
浮上式磁気ヘッドを提供することができる。

【０１７８】また、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素
子の製造方法によれば、第２固定磁性層上に反強磁性層
を積層しないので、積層体形成工程において第２固定磁
性層と第２非磁性導電層をエッチングするだけでフリー
磁性層を露出でき、エッチングの負担が軽減されて、Ex
change Bias方式のデュアル型のスピンバルブ型薄膜磁
気素子を容易に製造することができる。また、角度θ₂
（θ₂＞θ₁）の方向からスパッタ粒子を堆積して反強磁
性バイアス層を積層するので、反強磁性バイアス層の膜
厚が積層突出部に接近するにつれて薄くなることがな
く、反強磁性バイアス層の膜厚を一定にすることができ
る。これにより、積層突出部に接近するにつれて交換結
合バイアス磁界が低下することがなく、反強磁性バイア
ス層に対向する位置で常にフリー磁性層の磁気モーメン
ト方向が強固に固定されるためこの位置で磁気抵抗効果
が発現することがなく、実効トラック幅を反強磁性バイ
アス層の間隔に一致させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態であるスピンバル
ブ型薄膜磁気素子を記録媒体側からみた断面模式図であ
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トラック幅方向からみた断面模式図
である。

【図３】 本発明の第１の実施形態である浮上式磁気
ヘッドの斜視図である。

【図４】 本発明の第１の実施形態である薄膜磁気ヘ
ッドの断面模式図である。

【図５】 本発明の第１の実施形態であるスピンバル
ブ型薄膜磁気素子の製造方法を説明する図であって、積
層膜形成工程及びレジスト形成工程を示す工程図であ
る。

【図６】 本発明の第１の実施形態であるスピンバル
ブ型薄膜磁気素子の製造方法を説明する図であって、積
層体形成工程を示す工程図である。

【図７】 本発明の第１の実施形態であるスピンバル
ブ型薄膜磁気素子の製造方法を説明する図であって、バ
イアス層形成工程を示す工程図である。

【図８】 本発明の第１の実施形態であるスピンバル
ブ型薄膜磁気素子の製造方法を説明する図であって、リ
ード層形成工程を示す工程図である。

【図９】 本発明の第２の実施形態であるスピンバル
ブ型薄膜磁気素子を記録媒体側からみた断面模式図であ
る。

【図１０】 本発明の第２の実施形態であるスピンバ
ルブ型薄膜磁気素子をトラック幅方向からみた断面模式
図である。

【図１１】 本発明の第３の実施形態であるスピンバ
ルブ型薄膜磁気素子を記録媒体側からみた断面模式図で
ある。

【図１２】 本発明の第３の実施形態であるスピンバ
ルブ型薄膜磁気素子をトラック幅方向からみた断面模式
図である。

【図１３】 実験例１のスピンバルブ型薄膜磁気素子
のマイクロマグネティック・シュミレーションの結果を
示す図である。

【図１４】 実験例２のスピンバルブ型薄膜磁気素子
のマイクロマグネティック・シュミレーションの結果を
示す図である。

【図１５】 実験例３のスピンバルブ型薄膜磁気素子
のマイクロマグネティック・シュミレーションの結果を
示す図である。

【図１６】 実験例４のスピンバルブ型薄膜磁気素子
のマイクロマグネティック・シュミレーションの結果を
示す図である。

【図１７】 従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子を記
録媒体側からみた断面模式図である。

【符号の説明】

１、１０１、２０１ スピンバルブ型薄膜磁気素子 ４ 第２反強磁性層（反強磁性層） ５、２０５ 第１固定磁性層 ２０５ａ 第１強磁性ピンド層 ２０５ｂ 第１非磁性中間層 ５ｃ、２０５ｃ 第２強磁性ピンド層 ５ｄ、２０５ｄ 第２非磁性中間層 ５ｅ、２０５ｅ 第３強磁性ピンド層 ６ 第１非磁性導電層 ７ フリー磁性層 ８ 第２非磁性導電層 ９ 第２固定磁性層 ９ａ 第４強磁性ピンド層 ９ｂ 第３非磁性中間層 ９ｃ 第５強磁性ピンド層 １１、１１１、２１１ 積層体 １１ａ、１１１ａ、２１１ａ 積層突出部 １１ｂ 積層膜 ３２ 反強磁性バイアス層 ３２ａ 第１反強磁性層（別の反強磁性層） ３２ｂ 強磁性層 ３３ リード層 ５１ 当接面 ５２ 両側面 ５３ 切込部 ３００ 薄膜磁気ヘッド ３５０ 浮上式磁気ヘッド Ｈi 電流磁界 ｉ センス電流（検出電流） Ｌ リフトオフレジスト

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 Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AB07 AC09 AD55 AD59 AD62 AD63 AD65 5D034 BA04 BA05 BA06 BA08 DA05 DA07 5E049 AA10 AC05 BA16 DB12 DB20 GC01

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１固定磁性層、第１非磁性導電層及
   びフリー磁性層が順次積層されるとともに、第２非磁性
   導電層及び第２固定磁性層が前記フリー磁性層の一部上
   に順次積層されてなる積層突出部を具備する積層体と、 前記積層突出部のトラック幅方向両側に位置して前記フ
   リー磁性層上に積層され、交換結合バイアス磁界により
   このフリー磁性層の磁気モーメント方向を一方向に揃え
   る一対の反強磁性バイアス層と、 前記一対の反強磁性バイアス層上に積層されて前記積層
   体に検出電流を与える一対のリード層とからなり、 前記リード層から検出電流が供給された状態で、前記第
   １、第２固定磁性層の磁気モーメント方向がそれぞれ、
   前記検出電流の電流磁界によって前記フリー磁性層の磁
   気モーメント方向の交差方向に固定されることを特徴と
   するスピンバルブ型薄膜磁気素子。
2. 【請求項２】 前記第１、２固定磁性層のいずれか一
   方に接し、交換結合磁界によってこのいずれか一方の固
   定磁性層の磁気モーメントを固定する反強磁性層が備え
   られていることを特徴とする請求項１に記載のスピンバ
   ルブ型薄膜磁気素子。
3. 【請求項３】 前記反強磁性層が、ＸＭｎ合金または
   ＰｔＸ’Ｍｎ合金（ただしＸはＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒ
   ｈ、Ｒｕ、Ｏｓのなかのいずれか１種の元素であり、
   Ｘ’はＰｄ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａ
   ｕ、Ａｇ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのなかのいずれか１
   種以上の元素である）のいずれかにより構成されること
   を特徴とする請求項２に記載のスピンバルブ型薄膜磁気
   素子。
4. 【請求項４】 前記第１、第２固定磁性層がそれぞ
   れ、２以上の強磁性ピンド層と、これらの強磁性ピンド
   層の間に挿入される非磁性中間層とが積層されてなり、
   前記検出電流が供給された状態で、隣接する各強磁性ピ
   ンド層のそれぞれの磁気モーメント方向が相互に反平行
   とされるとともに、 前記の強磁性ピンド層のうち、前記第１、第２非磁性導
   電層にそれぞれ隣接する２つの強磁性ピンド層の磁気モ
   ーメント方向が同一とされることを特徴とする請求項１
   ないし請求項３のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜
   磁気素子。
5. 【請求項５】 前記第１、２固定磁性層をそれぞれ構
   成する各強磁性ピンド層の磁気モーメントの合成モーメ
   ントを、該第１、２固定磁性層のそれぞれの磁気モーメ
   ントとした場合に、 前記検出電流が供給された状態で、この第１、第２固定
   磁性層の磁気モーメント方向が前記電流磁界により固定
   されることにより、相互に反平行とされていることを特
   徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のス
   ピンバルブ型薄膜磁気素子。
6. 【請求項６】 飽和磁化と膜厚の積を磁気的膜厚とし
   た場合に、 前記リード層から検出電流が供給された状態で、前記第
   １固定磁性層を構成する強磁性ピンド層のうちの最大の
   磁気的膜厚を示す強磁性ピンド層の磁気モーメント方向
   と、前記第２固定磁性層を構成する強磁性ピンド層のう
   ちの最大の磁気的膜厚を示す強磁性ピンド層の磁気モー
   メント方向とがそれぞれ、これらの強磁性ピンド層にお
   ける前記電流磁界の方向に一致することを特徴とする請
   求項１ないし請求項５に記載のスピンバルブ型薄膜磁気
   素子。
7. 【請求項７】 前記第１固定磁性層は、第１強磁性ピ
   ンド層と、第１非磁性中間層と、第２強磁性ピンド層
   と、第２非磁性中間層と、前記第１非磁性導電層に隣接
   する第３強磁性ピンド層とが順次積層されてなるととも
   に、第１、第２、第３強磁性ピンド層の各磁気モーメン
   ト方向が隣接する層同士の間で相互に反平行とされ、更
   に前記第１、第２、第３強磁性ピンド層の磁気的膜厚を
   それぞれＭ₁、Ｍ₂、Ｍ₃としたときに、Ｍ₃＞Ｍ₁、Ｍ₃＞
   Ｍ₂、（Ｍ₁＋Ｍ₃）＞Ｍ₂がそれぞれ成立するものであ
   り、 前記第２固定磁性層は、前記第２非磁性導電層に隣接す
   る第４強磁性ピンド層と、第３非磁性導電層と、第５強
   磁性ピンド層とが順次積層されてなるとともに、第４、
   第５強磁性ピンド層の各磁気モーメント方向が相互に反
   平行とされ、更に前記第４、第５強磁性ピンド層の磁気
   的膜厚をそれぞれＭ₄、Ｍ₅としたときに、Ｍ₅＞Ｍ₄が成
   立するものであり、 更に、前記第３、第４強磁性ピンド層の各磁気モーメン
   ト方向が同一とされていることを特徴とする請求項４な
   いし請求項６に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
8. 【請求項８】 前記第１固定磁性層において、前記第
   １、第２、第３強磁性ピンド層の磁気的膜厚の関係が、
   Ｍ₃＞Ｍ₂＞Ｍ₁となることを特徴とする請求項７に記載
   のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
9. 【請求項９】 前記第１固定磁性層は、第２強磁性ピ
   ンド層と、第２非磁性中間層と、前記第１非磁性導電層
   に隣接する第３強磁性ピンド層とが順次積層されてなる
   とともに、第２、第３強磁性ピンド層の各磁気モーメン
   ト方向が相互に反平行とされ、更に前記第２、第３強磁
   性ピンド層の磁気的膜厚をそれぞれＭ ₂、Ｍ₃としたとき
   に、Ｍ₃＞Ｍ₂が成立するものであり、 前記第２固定磁性層は、前記第２非磁性導電層に隣接す
   る第４強磁性ピンド層と、第３非磁性中間層と、第５強
   磁性ピンド層とが順次積層されてなるとともに、第４、
   第５強磁性ピンド層の各磁気モーメント方向が相互に反
   平行とされ、更に前記第４、第５強磁性ピンド層の磁気
   的膜厚をそれぞれＭ₄、Ｍ₅としたときに、Ｍ₅＞Ｍ₄が成
   立するものであり、 更に、前記第３、第４強磁性ピンド層の各磁気モーメン
   ト方向が同一とされていることを特徴とする請求項４な
   いし請求項６に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし請求項９のいずれか
    に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子が磁気情報の読出
    素子として備えられてなることを特徴とする薄膜磁気ヘ
    ッド。
11. 【請求項１１】 スライダに、請求項１０に記載の薄
    膜磁気ヘッドが備えられてなることを特徴とする浮上式
    磁気ヘッド。
12. 【請求項１２】 基板上に、第１固定磁性層、第１非
    磁性導電層、フリー磁性層、第２非磁性導電層及び第２
    固定磁性層を順次積層して積層膜を形成する積層膜形成
    工程と、 前記積層膜に接する当接面と該当接面を挟む両側面とを
    具備してなるとともに、前記当接面と前記両側面の間で
    あって該当接面のトラック幅方向両側に一対の切込部が
    設けられてなるリフトオフレジストを、前記積層膜上に
    形成するレジスト形成工程と、 前記基板に対して角度θ₁の方向からエッチング粒子を
    前記積層膜に照射して、前記リフトオフレジストの両側
    面よりもトラック幅方向外側に位置する第２固定磁性層
    及び第２非磁性導電層をエッチングし、残存した第２固
    定磁性層及び第２非磁性導電層によりフリー磁性層上に
    積層突出部を形成しつつ、積層体を形成する積層体形成
    工程と、 前記基板に対して角度θ₂（ただしθ₂＞θ₁）の方向か
    らスパッタ粒子を堆積して、前記リフトオフレジストの
    両側面よりトラック幅方向外側に、一対の反強磁性バイ
    アス層を形成するバイアス層形成工程と、 前記基板に対して角度θ₁の方向から他のスパッタ粒子
    を堆積して、前記一対の反強磁性バイアス層上であって
    前記両側面よりトラック幅方向外側に、リード層を形成
    するリード層形成工程とからなることを特徴とするスピ
    ンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法。
13. 【請求項１３】 飽和磁化と膜厚の積を磁気的膜厚と
    した場合、 前記積層膜形成工程において、前記第１固定磁性層は、
    基板上に第１強磁性ピンド層、第１非磁性中間層、第２
    強磁性ピンド層、第２非磁性中間層及び第３強磁性ピン
    ド層を順次積層するとともに、前記第１、第２、第３強
    磁性ピンド層の各磁気的膜厚Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃が、Ｍ₃＞Ｍ
    ₁、Ｍ₃＞Ｍ₂、（Ｍ₁＋Ｍ₃）＞Ｍ₂となるようにして形成
    し、 前記第２固定磁性層は、前記第２非磁性導電層上に、第
    ４強磁性ピンド層、第３非磁性中間層及び第５強磁性ピ
    ンド層を順次積層するとともに、前記第４、第５強磁性
    ピンド層の各磁気的膜厚Ｍ₄、Ｍ₅が、Ｍ₅＞Ｍ₄となるよ
    うにして形成することを特徴とする請求項１２に記載の
    スピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法。
14. 【請求項１４】 飽和磁化と膜厚の積を磁気的膜厚と
    した場合、 前記積層膜形成工程において、前記第１固定磁性層は、
    基板上に第２強磁性ピンド層、第２非磁性中間層、第３
    強磁性ピンド層を順次積層するとともに、前記第２、第
    ３強磁性ピンド層の各磁気的膜厚Ｍ₂、Ｍ₃が、Ｍ₃＞Ｍ₂
    となるようにして形成し、 前記第２固定磁性層は、前記第２非磁性導電層上に、第
    ４強磁性ピンド層、第３非磁性中間層及び第５強磁性ピ
    ンド層を順次積層するとともに、前記第４、第５強磁性
    ピンド層の各磁気的膜厚Ｍ₄、Ｍ₅が、Ｍ₅＞Ｍ₄となるよ
    うにして形成することを特徴とする請求項１２に記載の
    スピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法。
15. 【請求項１５】 前記積層膜形成工程において、前記
    基板と前記第１固定磁性層の間、または前記第２固定磁
    性層上に、反強磁性層を形成することを特徴とする請求
    項１２ないし請求項１４のいずれかに記載のスピンバル
    ブ型薄膜磁気素子の製造方法。
16. 【請求項１６】 前記バイアス層形成工程において、
    強磁性層と別の反強磁性層を順次積層して反強磁性バイ
    アス層を形成することを特徴とする請求項１２ないし請
    求項１５に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方
    法。
17. 【請求項１７】 前記積層体形成工程において、第２
    固定磁性層及び第２非磁性導電層に加えてフリー磁性層
    の一部をエッチングすることにより、前記フリー磁性層
    の上面に前記積層突出部に接する凸部を形成しつつ積層
    体を形成し、 前記バイアス層形成工程において、前記凸部のトラック
    幅方向両側に前記強磁性層を積層することを特徴とする
    請求項１２ないし１６のいずれかに記載のスピンバルブ
    型薄膜磁気素子の製造方法。
18. 【請求項１８】 前記積層体形成工程において、エッ
    チングの際に前記積層膜から叩き出されたスパッタ粒子
    種を２次イオン質量スペクトル分析法により分析してエ
    ッチングの終点を検出することを特徴とする請求項１２
    ないし請求項１６のいずれかに記載のスピンバルブ型薄
    膜磁気素子の製造方法。