JP2002305336A - スピンバルブ型薄膜素子およびその製造方法 - Google Patents

スピンバルブ型薄膜素子およびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 再生特性の安定化の確保が難しく、狭トラッ
ク化に不都合であった。 【解決手段】 多層膜２０は、トラック領域内におい
て、両側領域に当接する斜面の下部側がトラック幅方向
に向けて突出した基部Ｂ（ステップ面２０ｂ）と、この
基部Ｂの上の突出部Ｃを有する全体略凸形状を呈してい
る。この基部Ｂ内には、少なくとも反強磁性層２２の全
てと固定磁性層２３の一部とが設けられている。一方、
突出部Ｃに対向する両側領域では、第２のハードバイア
ス層３３の平坦部３３ａが、フリー磁性層２５に直接接
触している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】本発明は、固定磁性層の磁化の方向
と外部磁界の影響で変化するフリー磁性層の磁化の方向
との関係で電気抵抗が変化するスピンバルブ型薄膜素子
およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】ハードデイスクなどの記録
媒体からの記録磁界を検出して電気抵抗が変化するスピ
ンバルブ型薄膜素子(スピンバルブ型薄膜磁気ヘッド)に
ついて、従来の構造を図１４に示す。
【０００３】このスピンバルブ型薄膜素子には、同図に
示すように、トラック幅Ｔｗに対応した所定の領域(以
下、トラック領域)に、反強磁性層１０１、固定磁性層
１０２、非磁性導電層１０３およびフリー磁性層１０４
を積層した略台形状を呈し磁気抵抗効果を発揮する多層
膜１００を設けるとともに、この両側(以下、両側領域
とよぶ)に、ハードバイアス層１０５、電極層１０６な
どを一対設けた構成のものが知られている。
【０００４】このように構成されたスピンバルブ型薄膜
素子では、フリー磁性層１０４の磁化方向が、トラック
幅(Ｘ)方向に磁化されているハードバイアス層１０５
（バイアス磁界）の磁界により、同じＸ方向へ揃えられ
る。また、このスピンバルブ型薄膜素子では、ハードバ
イアス層１０５の上に形成された電極層１０６から固定
磁性層１０２、非磁性導電層１０３およびフリー磁性層
１０４に定常電流(センス電流)が与えられる。
【０００５】一方、図示外の記録媒体の走行方向は積層
（Ｚ）方向であり、この記録媒体からの信号磁界がハイ
ト（Ｙ）方向に与えられると、フリー磁性層１０４内で
の磁化の方向がＸ方向からＹ方向へ向けて変化する。従
って、このフリー磁性層１０４内での磁化の方向の変動
と、固定磁性層１０２の固定磁化方向との関係で電気抵
抗値が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化
により、記録媒体からの信号磁界が検出される。
【０００６】ところで、このようなスピンバルブ型薄膜
素子では、例えばＣｒなどのバイアス下地層１０７を介
在させることにより、ハードバイアス層１０５の結晶性
を高めてバイアス磁界を増大させることが可能になって
おり、フリー磁性層１０４の単磁区化が行い易くなる。
【０００７】ところが、このような構成のスピンバルブ
型薄膜素子では、例えばバイアス下地層１０７を設けた
構成のものでは、このバイアス下地層１０７の多層膜１
００上面１００Ａに向けて傾斜した領域（以下、これを
傾斜部とよぶ）がこれら双方の間に介在されている。従
って、このバイアス下地層１０７の膜厚が厚いと、バイ
アス下地層１０７の傾斜部の影響で、ハードバイアス層
１０５からフリー磁性層１０４に作用するバイアス磁界
が弱められてしまう。このため、安定性が確保できず、
良好な再生特性が得られない。
【０００８】一方、このバイアス下地層１０７の膜厚が
薄いと、反強磁性層１０１とハードバイアス層１０５と
の間で不要な交換結合磁界を生じ、双方の磁化が互いに
影響を受けて反強磁性層１０１の磁化方向とハードバイ
アス層１０５の磁化方向との直交性が損なわれる虞れが
ある。
【０００９】また、このような構成のスピンバルブ型薄
膜素子では、図１４において、多層膜１００の傾斜した
側面１００Ｂにハードバイアス層１０５の傾斜した領域
１０５Ａ(以下、傾斜部とよぶ)が隣接して乗り上げ、特
にフリー磁性層１０４の両側には先細りした傾斜部１０
５Ａのみしか隣接していないために、フリー磁性層１０
４に十分なバイアス磁界を印加できない虞れがある。即
ち、ハードバイアス層１０５の平坦な領域１０５Ｂ(以
下、平坦部とよぶ)がフリー磁性層１０４に隣接して配
置されていないため、フリー磁性層１０４に十分なバイ
アス磁界が印加できず、バルクハウゼンノイズを生じて
しまう。
【００１０】そこで、本発明は、上記した事情に鑑み、
再生特性の安定化の確保と狭トラック化に好適なスピン
バルブ型薄膜素子およびその製造方法を提供することを
目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明のスピンバルブ型
薄膜素子は、トラック領域に、少なくとも反強磁性層、
固定磁性層、非磁性導電層及びフリー層を含んで順に積
層した、磁気抵抗効果を発揮する多層膜と、前記トラッ
ク領域を挟んでその両側に位置する両側領域に下から順
に一対積層した、少なくとも第１のハードバイアス層、
第２のハードバイアス層及び電極層とを備えるスピンバ
ルブ型薄膜素子であって、前記多層膜が、記録媒体との
対向面から見たときに、積層方向の下部に位置する基部
と、前記フリー磁性層を含み前記基部上に積層された突
出部とを有する全体略凸形状を呈し、前記基部の両側領
域には前記第１のハードバイアス層が形成・配置される
とともに、前記突出部の両側領域にはフリー磁性層の両
側面に直接接触して前記第２のハードバイアス層が形成
・配置され、前記第２のハードバイアス層の平坦部の上
面の方が前記フリー磁性層の上面よりも上方に配置され
るとともに、前記平坦部の下面の方がフリー磁性層の下
面よりも下方に配置され、前記突出部の両側領域に形成
された第２のハードバイアス層が、前記基部の両側領域
に形成された第１のハードバイアス層に接触するように
積層されたことを特徴としている。
【００１２】前記基部には、少なくとも反強磁性層の全
て、および固定磁性層の少なくとも一部が含まれている
のが好ましい。
【００１３】前記第１のハードバイアス層の下にバイア
ス下地層を設けることが好ましい。
【００１４】前記バイアス下地層が、Ｃｒからなり、少
なくとも[２１１]または[２００]面が膜面垂直方向に配
向した結晶を含んでいるのが好ましい。
【００１５】前記第１および第２のハードバイアス層の
うち少なくとも一方が、ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰ
ｔ合金であるのが好ましい。
【００１６】前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金
が、少なくとも[００２]面が膜面垂直方向に配向した結
晶を含んだ構成であるのが好ましい。
【００１７】前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金
が、[００２]面が膜面垂直方向に優先配向した構成であ
るのが好ましい。
【００１８】前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金
が、少なくとも[１００]および[００２]面が膜面垂直方
向に配向した結晶を含み、[００２]面が優先配向してい
るのが好ましい。
【００１９】前記多層膜中のフリー磁性層の上に、非磁
性導電材料からなるバックド層が成膜されているのが好
ましい。
【００２０】前記多層膜中に、鏡面反射層が成膜されて
いてもよい。
【００２１】前記フリー磁性層が、下から順に、第１の
フリー磁性層、非磁性中間層、第２のフリー磁性層を積
層した構成でもよい。
【００２２】前記固定磁性層が、下から順に、第１の固
定磁性層、非磁性中間層、第２の固定磁性層を積層した
構成でもよい。
【００２３】また、この発明のスピンバルブ型薄膜素子
の製造方法は、トラック領域に、少なくとも反強磁性
層、固定磁性層、非磁性導電層及びフリー層を含んで順に
積層した、磁気抵抗効果を発揮する多層膜と、前記トラ
ック領域を挟んでその両側に位置する両側領域に下から
順に一対積層した、少なくとも第１のハードバイアス
層、第２のハードバイアス層及び電極層とを備えるスピ
ンバルブ型薄膜素子の製造方法であって、前記トラック
領域の多層膜を残してその両側領域の下部ギャップ層の
一部まで除去し、前記トラック領域の多層膜を挟んで除
去した前記両側領域に、第1のハードバイアス層を積層
した後、前記多層膜のフリー磁性層が積層された深さよ
りも深く、前記多層膜の両側領域に接する側面を含む側
面部と両側領域とを除去して前処理を行い、その後、そ
の削り取った多層膜の側面部および両側領域に、第１の
ハードバイアス層に接触して第２のハードバイアス層を
積層させることを特徴としている。
【００２４】また、この製造方法では、前記基部には、
少なくとも反強磁性層の全て及び固定磁性層の少なくと
も一部が含まれているのが好ましい。
【００２５】また、この製造方法では、前記第２のハー
ドバイアス層は、フリー磁性層の側面に接する傾斜部か
ら離間した平坦部の上面の方が、フリー磁性層の上面よ
りも上方位置に配置されるとともに、平坦部の下面の方
がフリー磁性層の下面よりも下方に配置され、この第２
のハードバイアス層の直下には、前記突出部の側面に当
接して、前記第２のハードバイアス層の成膜工程より前
の工程で成膜された第１のハードバイアス層が成膜され
る。
【００２６】また、この製造方法では、前記第１のハー
ドバイアス層の下にバイアス下地層を設けることが好ま
しい。
【００２７】また、この製造方法では、前記バイアス下
地層は、Ｃｒからなり、少なくとも[２１１]または[２０
０]面が膜面垂直方向に配向していることが好ましい。
【００２８】また、この製造方法では、前記第１および
第２のハードバイアス層のうちの少なくとも一方は、Ｃ
ｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金のいずれかよりなる
のが好ましい。
【００２９】また、この製造方法では、前記ＣｏＰｔ合
金またはＣｏＣｒＰｔ合金は、少なくとも[００２]面が
膜面垂直方向に配向する結晶を含んでいるのが好まし
い。
【００３０】また、この製造方法では、前記ＣｏＰｔ合
金またはＣｏＣｒＰｔ合金は、[００２]面が膜面垂直方
向に優先配向しているのが好ましい。
【００３１】また、この製造方法では、前記ＣｏＰｔ合
金またはＣｏＣｒＰｔ合金は、少なくとも[１００]およ
び[００２]面が膜面垂直方向に配向する結晶を含み、
[００２]面が優先配向しているのが好ましい。
【００３２】前記多層膜中にバックド層が成膜されてい
てもよい。
【００３３】前記多層膜中に鏡面反射層が成膜されてい
てもよい。
【００３４】前記フリー磁性層が、下から順に、第１の
フリー磁性層、非磁性中間層、第２のフリー磁性層を積
層した構成でもよい。
【００３５】前記固定磁性層が、下から順に、第１の固
定磁性層、非磁性中間層、第２の固定磁性層を積層する
構成でもよい。
【００３６】
【発明の実施形態】以下、この発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら説明する [第１の実施形態]図１はこの発明の第１の実施形態に係
る薄膜磁気ヘッド１の製造途中の状態を図示外のハード
ディスクなどの磁気記録媒体との対向面であるＡＢＳ面
から見た断面図である。この薄膜磁気ヘッド１には、巨
大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ（giant magnetoresis
tive）素子の一種であるボトムスピンバルブ型の磁気抵
抗効果素子２を使用している。
【００３７】この薄膜磁気ヘッド１は、図示外のハード
デイスク装置に設けられた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おり、磁気記録媒体に超高密
度で記録されている記録磁気情報を検出する。ここで、
ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は積層
（Ｚ）方向であり、この磁気記録媒体からの信号磁界の
方向はハイト（Ｙ）方向である。なお、この薄膜磁気ヘ
ッド１は、再生用の磁気ヘッドとして使用するが、この
薄膜磁気ヘッド１の上（Ｚ方向）には記録用のインダク
ティブヘッドが積層されていてもよい。
【００３８】図１において、最下層に位置する基板１２
はアルミナチタンカーバイト（ＡｌＴｉＣ）などのセラ
ミックス材料で形成されている。この基板１２の上に
は、図示外の保護層（アンダコート）が形成されてい
る。この保護層は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などで形成さ
れている。
【００３９】保護層の上には、下部シールド層１３が形
成されている。この下部シールド層１３は、磁気抵抗効
果素子２の下部側において、磁気シールドを行うための
ものであり、磁性材料で形成されている。
【００４０】さらに、この下部シールド層１３の上部に
は、下部ギャップ層１４が形成されている。この下部ギ
ャップ層１４は、後述する電極層３４と下部シールド層
１３との間の電気的絶縁性を確保するためのものであ
り、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）が材料として使用されてい
る。
【００４１】そして、この下部ギャップ層１４の上面α
(磁気抵抗効果素子の形成面)には、磁気抵抗効果素子２
が形成されている。
【００４２】この磁気抵抗効果素子２には、ボトムスピ
ンバルブ型の薄膜素子とよばれる構成の磁気抵抗効果を
発揮する多層膜２０を有する。
【００４３】この多層膜２０には、下から順に、シード
レイヤ層２１、反強磁性層２２、固定磁性層２３、非磁
性導電層２４、フリー磁性層２５、バックド層２６、保
護層２７を積層させている。この多層膜２０では、この
上面２０ｄの幅寸法が光学的に測定可能なトラック幅
（Ｔｗ２）を構成している。
【００４４】この多層膜２０は、後に詳述するが、まず
各層を磁気抵抗効果素子２の形成面α上に成膜した後、
この多層膜２０の中央部の上面２０ｄに第１のリフトオ
フ用のレジスト膜Ｒ１（図６及び図７参照）を形成し、
この第１のレジスト膜Ｒ１に覆われていない多層膜２０
の両側の領域（以下、両側領域とよぶ）をイオンミリン
グなどでエッチングして除去する。
【００４５】この場合、さらに、第２のリフトオフ用の
レジスト膜Ｒ２（但し、第２のレジスト膜Ｒ２の方が第
１のレジスト膜Ｒ１よりも、０．２〜０．４μｍ小さ
い）を形成し、再度、エッチングする。このため、多層
膜２０は、図１に示すような全体略凸形状に形成でき
る。
【００４６】この多層膜２０は、ＡＢＳ面側からハイト
方向を見たときに、図１に示す概略断面において、積層
（Ｚ）方向下部でステップ面２０ｂに相当する部分だけ
トラック幅（Ｘ）方向に延びる基部Ｂと、この基部Ｂ上
の突出部Ｃとを有する構造となっており、基部Ｂにはシ
ードレイア層（下地層）２１、反強磁性層２２及び固定
磁性層２３の一部が含まれるとともに、突出部Ｃには固
定磁性層２３の大部分、非磁性導電層２４、フリー磁性
層２５、バックド層２６及び保護層２７が含まれてい
る。
【００４７】シードレイヤ層２１は、下地層（図略）
と、この上に積層した非磁性材料あるいは磁性材料で形
成された配向層（図略）とで構成される。なお、このシ
ードレイヤ層２１は、一層の非磁性材料あるいは磁性材
料で形成された配向層のみで構成してもよいが、配向層
の結晶配向を整えるためには下地層を形成している方が
好ましい。
【００４８】下地層は、Ｔａ（タンタル），Ｈｆ（ハフ
ニウム），Ｎｂ（ニオブ），Ｚｒ（ジルコニウム），Ｔ
ｉ（チタン），Ｍｏ（モリブデン），Ｗ（タングステ
ン）のうち少なくとも１種または２種以上で形成するの
が好ましい。
【００４９】一方、配向層は、上記のように磁性材料あ
るいは非磁性材料で形成するが、特に高抵抗材料で形成
するのが好ましい。この配向層は、例えばＮｉＦｅＹ合
金（ただしＹは、Ｃｒ，Ｒｈ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚ
ｒ，Ｔｉから選ばれる少なくとも１種以上）で形成する
のが好ましい。このうち、配向層はＮｉＦｅＣｒ合金で
形成するのがより好ましい。この配向層の（１１１）面
を、より適切に反強磁性層２２との界面と平行な方向に
優先配向させることができ、さらに高比抵抗にできるか
らである。
【００５０】また、配向層が高比抵抗であると、後述す
る電極層３４から流れるセンス電流のシードレイヤ層２
１への分流を抑制することが可能である。これによって
抵抗変化率（ΔＭＲ）を向上させることができ、またバ
ルクハウゼンノイズを減少させることができる。
【００５１】シードレイヤ層２１の上面（磁気抵抗効果
素子の形成面α）には、反強磁性層２２が形成される。
この反強磁性層２２は、ＰｔＭｎ（プラチナマンガン）
から形成されているが、例えば、元素Ｘ（ただしＸは、
Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または
２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材
料、あるいは、元素Ｘと元素Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′
は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍ
ｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎ
ｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａ
ｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、
及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素であ
る）とＭｎを含有する反強磁性材料により形成すること
ができる。これらの反強磁性材料は、耐食性に優れ、し
かもブロッキング温度も高く、次に説明する固定磁性層
２３との界面で大きな交換結合磁界を発生し得る。
【００５２】次に、この反強磁性層２２の上には固定磁
性層２３が形成されている。固定磁性層２３は、第１の
固定磁性層２３Ａ、非磁性中間層２３Ｂおよび第２の固
定磁性層２３Ｃで構成されたシンセティックフェリピン
ド層（ＳＦＰ）で構成されているが、単層構造であって
もよい。第１の固定磁性層２３Ａおよび第２の固定磁性
層２３Ｃは、例えばＣｏＦｅ合金で形成されているが、
Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合
金などで形成してもよい。なお、非磁性中間層２３Ｂ
は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒなどの材料で形成されている。
【００５３】この３層構成により、第１の磁性層２３Ａ
と第２の磁性層２３Ｃの磁化方向は互いに反平行状態に
される。これはいわゆるフェリ磁性状態と呼ばれるもの
であり、固定磁性層２３の磁化を安定した状態にでき、
また固定磁性層２３と反強磁性層２２との界面で発生す
る交換結合磁界を大きくすることができる。この固定磁
性層２３が積層された後、ハイト方向（図示Ｙ方向）へ
の磁場中アニールを施すことで、固定磁性層２３と反強
磁性層２２との界面で発生する交換結合磁界により、固
定磁性層２３の磁化はハイト方向（図示Ｙ方向）に強固
に固定される。
【００５４】この固定磁性層２３の上には非磁性導電層
２４が形成されている。この非磁性導電層２４は、例え
ばＣｕなどの電気抵抗の低い導電性材料によって形成さ
れる。
【００５５】次に、前記非磁性導電層２４の上にはフリ
ー磁性層２５が形成される。このフリー磁性層２５は、
ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金
などにより形成される。また、このフリー磁性層２５
は、非磁性導電層２４と対向する側にＣｒ又はＣｏ膜を
さらに設けてもよい。これにより、非磁性導電層２４と
の界面での金属元素等の拡散を防止でき、抵抗変化率
（ΔＧＭＲ）を大きくすることができる。
【００５６】なお、このフリー磁性層２５としては、第
１のフリー磁性層、非磁性中間層及び第２のフリー磁性
層を有するシンセティックフェリフリー（ＳＦＦ）構造
であってもよい。このシンセティックフェリフリー構造
の場合には、第１のフリー磁性層及び第２のフリー磁性
層には、それぞれ単層のものであって、ＣｏＦｅＮｉ合
金が組成を限定して使用する一方、非磁性中間層には、
Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒなどが材料として使用可能であるがＲ
ｕが好ましい。
【００５７】これにより、同様に、第１のフリー磁性層
及び第２のフリー磁性層の磁化は互いに反平行とされ、
各フリー磁性層の磁化を安定した状態に保持でき、各フ
リー磁性層の磁気的な膜厚を薄く形成できる。その結
果、フリー磁性層の磁化は、第１及び第２の磁性層が外
部磁界に対し反平行を保ちながら反転しやすくなり、再
生特性の向上を図ることができる。このフェリ構造は、
固定磁性層２３及びフリー磁性層２５のどちらか一方に
おいて形成されていてもよい。
【００５８】次に、フリー磁性層２５の上には、バック
ド層２６が形成されている。このバックド層２６は、例
えば、Ｃｕ等の金属材料や非磁性導電材料からなり、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｃｕからなる群から選択された材料から構成
することができる。このバックド層２６により、磁気抵
抗効果に寄与するアップスピン(上向きスピン；up spi
n)の電子における平均自由工程(mean free path)を延ば
し、所謂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ΔＲ
／Ｒ(抵抗変化率)が得られ、高密度記録化に対応可能と
なる。
【００５９】なお、このバックド層２６の上に鏡面反射
層を積層させてもよい。このように構成すれば、スピン
フィルター効果と同時に、鏡面反射効果(specular effe
ct)を発現させることができ、アップスピンの伝導電子
の平均自由工程を大幅に伸ばすことができるので、ダウ
ンスピン(下向きスピン；down spin)の伝導電子との平
均自由工程差を十分拡大させることができるようにな
り、さらに抵抗変化率(ΔＲ／Ｒ)を向上させることがで
きる。
【００６０】なお、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１種以上の原
子）、Ｒ−Ｏ（ここで、Ｒは、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、
Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上の
原子）等の酸化物、Ａｌ−Ｎ、ＡＬ−Ｑ−Ｎ（ここで、
Ｑは、Ｂ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉから選択される１種以上の原子）、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種以上の原子）などの窒
化物などを挙げることができる。
【００６１】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、鏡面反射層に
よって、バイアス層の一部、または全部を兼ねることが
できる。さらに、この鏡面反射層を構成する絶縁材料と
して、また、半金属ホイスラー合金からなる手段を採用
することができ、ＮｉＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｂのいずれ
か１つ以上の単層膜または多層膜でもよい。これらの材
料を採用することで、隣接する層との間に、十分なポテ
ンシャル障壁を形成することが可能であり、これにより
十分な鏡面反射効果を得ることができる。
【００６２】さらに、このバックド層２６の上には、保
護層２７が形成される。この保護層２７はＴａなどで形
成される。
【００６３】上記したシードレイヤ層２１から保護層２
７までの各層で構成される多層膜２０には、シードレイ
ヤ層２１から反強磁性層２２及び固定磁性層２３の一部
までで構成する基部Ｂのトラック幅（Ｘ）方向の両側面
２ａが、連続した第１の傾斜面２０ａを形成している。
さらに、この基部Ｂの上面であるステップ面２０ｂから
上には、突出部Ｃのトラック幅（Ｘ）方向の両側面２ａ
が前記保護層３０の上面まで連続した第２の傾斜面２０
ｃを形成している。
【００６４】多層膜２０は、各層を形成面α上に成膜し
た後、（幅広の）リフトオフ用の第１のレジスト膜Ｒ１
及び第１のレジスト膜Ｒ１よりも幅を狭めた（幅狭の）
リフトオフ用の第２のレジスト膜Ｒ２を用い、これらの
レジスト膜Ｒ１に覆われていない多層膜２０の両側領域
が、再度、イオンミリングなどでエッチングして除去さ
れる。これにより、多層膜２０は、磁気記録媒体との対
向面であるＡＢＳ面から眺めたときに、第１の傾斜面と
第２の傾斜面との間にトラック幅（Ｘ）方向に平行なス
テップ面２０ｂを形成した、全体略凸形状に形成され
る。
【００６５】即ち、多層膜２０の両側領域において、シ
ードレイヤ層２１の一部のみを残しその上側の各層全て
を除去し、例えば、図６、図７に示すような台形状に形
成する。この場合、多層膜２０の基部Ｂの両側面２ａ、
つまり第１の傾斜面２０ａの形成面αに対する傾きは、
この両側領域の多層膜を、例えばリフトオフ法でエッチ
ングして除去することにより、所望の角度に形成でき
る。
【００６６】このように台形状に形成した多層膜２０の
両側領域には、下から順にバイアス下地層３１、第１の
ハードバイアス層３２、第２のハードバイアス層３３、
電極層３４及び図示外の保護層がそれぞれ積層されてい
る。このうち、第２のハードバイアス層３３は、図１０
に示すように、ステップ面２０ｂの上に形成されてお
り、第２のハードバイアス層３３の平坦部３３ａが、フ
リー磁性層２５の両側領域に直接、隣接して配置されて
いる。第２のハードバイアス層３３をこのような構造に
することで、十分なバイアス磁界をフリー磁性層２５に
印加することができるようになる。
【００６７】なお、この多層膜２０を挟んだ両側領域に
は、磁気記録媒体に臨む対向面であるＡＢＳ面から見た
ときに、積層方向下方において、多層膜２０の基部Ｂの
トラック幅（Ｘ）方向両側の側面２ａ（第１の傾斜面２
０ａ）に接して設けた両側基部Ｅと、基部Ｂのステップ
面２０ｂに上から接する状態でこの両側基部Ｅ上に積層
して設けた両側上部Ｆとを有する構造となっている。こ
のうち、両側基部Ｅには、バイアス下地層３１及び第１
のハードバイアス層３２が含まれるとともに、両側上部
Ｆには、第２のハードバイアス層３３及び電極層３４が
含まれる。
【００６８】また、図１０において、第２のハードバイ
アス層３３では、フリー磁性層２５の側面、つまり第２
の傾斜面２０ｃに直接接触して配置する傾斜部３３ｂ
と，この傾斜部３３ｂの下部に設けた平坦部３３ａとを
備えた構成であるが、この平坦部３３ａの上面βの方が
フリー磁性層２５の上面２５ａよりも上方位置に配置さ
れる。一方、この平坦部３３ａの下面γの方は、フリー
磁性層２５の下面２５ｂよりも下方に配置される。な
お、この実施形態の第２のハードバイアス層３３は第１
のハードバイアス層３２に電気的に接触している。
【００６９】図２は、図１に示す薄膜磁気ヘッドの左側
部分のみを拡大した部分断面図である。この図２に示す
ように、多層膜２０の両側領域において、形成面α上に
は、下から順位に、バイアス下地層３１、第１のハード
バイアス層３２、第２のハードバイアス層３３、電極層
３４が形成されている。
【００７０】この図２から分かるように、第２のハード
バイアス層３３には、多層膜２０の突出部Ｃの両側面２
ａ（第２の傾斜面２０ｃ）との間にバイアス下地層３１
が形成されていないため、フリー磁性層２５を第２のハ
ードバイアス層３３に直接接触させることができる。こ
のため、バイアス磁界を強磁性結合により、直接フリー
磁性層２５に印加させることができるようになり、双方
の間には、直接、交換結合力が作用して安定した再生出
力を得ることができるようになる。この場合、第１のハ
ードバイアス層３２は、勿論、反強磁性層２２に当接し
ないから、これら双方の間には交換結合力が作用すると
いった不都合を生じることがない。
【００７１】また、バイアス下地層３１は、図１０に示
すように、下部ギャップ層１４上に形成された平坦部３
１ａと、この平坦部３１ａ上に形成された傾斜部３１ｂ
とで構成されるが、傾斜部３１ｂの上部は、第２のレジ
スト膜Ｒ２を用いた２回目に行うミリングによって除去
させてある。
【００７２】このバイアス下地層３１は、結晶構造が体
心立方構造（ｂｃｃ構造）を有する金属膜で形成されて
いる。即ち、Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｍｎ，Ｎｂ，Ｔａの
いずれか１種または２種以上の元素で形成されることが
好ましいが、特に、Ｃｒ膜で形成することが好ましい。
このＣｒ膜は、第１のハードバイアス層３２の結晶配向
を整える機能に優れ、第１のハードバイアス層３２の保
磁力を適切に大きくすることができるからである。
【００７３】また、このバイアス下地層３１は、Ｃｒを
用いた場合、基板の法線となす角度θの方向からＩＢＤ
で成膜するときの成膜角度θが２０度（基板の法線方向
を０度とした）で成膜すると、図１１に示すように、優
先結晶配向が（１１０）となる。また、体心立方格子
（ｂｃｃ）のＣｒを用いたバイアス下地層３１では、例
えば成膜角度θを５０度で成膜すると、図１２に示すよ
うに、優先結晶配向が（１１０）の他に、（２１１）、
（２００）となる。このように、Ｃｒの結晶配向方向に
（２１１）や（２００）が含まれると、第１のハードバ
イアス層３２の一例であるＣｏＰｔとの結晶配向が[１
００]に優先配向し、六方晶であるＣｏＰｔのｃ軸が面
内に向くような結晶配向を含むこととなり、第１のハー
ドバイアス層３２の保磁力を増大させることができる。
【００７４】このように、結晶構造及び結晶配向性を有
する金属膜によってバイアス下地層３１を形成する理由
は、このバイアス下地層３１上に形成される第１のハー
ドバイアス層３２の保磁力を増大させるためである。ま
た、かりに、バイアス下地層３１を反強磁性層２２の上
に形成すると、反強磁性層２２の結晶配向の影響によ
り、バイアス下地層３１の結晶性が低下し、第１のハー
ドバイアス層３２の結晶性も低下することとなるが、本
発明によれば、バイアス下地層３１の下には、反強磁性
層２２が形成されていない。従って、このような事態も
防止できる。
【００７５】次に、このバイアス下地層３１上には第１
のハードバイアス層３２及び第２のハードバイアス層３
３が形成される。この第２のハードバイアス層３３は、
平坦部３３ａの下面γが、多層膜２０の基部Ｂの上面、
つまりステップ面２０ｂに上から接する状態で、突出部
Ｃの両側面２ａ（第２の傾斜面２０ｃ）に接するまでト
ラック幅（Ｘ）方向に延出して積層されている。なお、
第１のハードバイアス層３２及び第２のハードバイアス
層３３は、それぞれ、ＣｏＰｔ合金やＣｏＰｔＣｒ合金
などで形成される。これら合金の結晶構造は、面心立方
構造（ｆｃｃ）と稠密六方構造（ｈｃｐ）の混相となっ
ている。
【００７６】ここで、金属膜で形成されたバイアス下地
層３１と第１のハードバイアス層３２を構成するＣｏＰ
ｔ系合金の（ｈｃｐ）構造の格子定数は近い値となるた
めに、第１のハードバイアス層３２のＣｏＰｔ系合金の
結晶構造は、（ｆｃｃ）構造を形成しづらく（ｈｃｐ）
構造で形成されやすくなる。このとき、（ｈｃｐ）構造
のｃ軸は、ＣｏＰｔ系合金の境界面内に優先配向され
る。この結果、（ｈｃｐ）構造は、（ｆｃｃ）構造に比
べてｃ軸方向に大きな磁気異方性を生じるため、第１の
ハードバイアス層３２に磁界を与えたときの保磁力は大
きくなる。
【００７７】そして、第１のハードバイアス層３２に接
して第２のハードバイアス層３３が形成される。この第
２のハードバイアス層３３は、図２に示すように、平坦
部３３ａの膜厚をＤとすると、その膜厚の中間Ｄ／２に
相当する位置が、膜厚ｄを有するフリー磁性層２５の膜
厚の中間位置ｄ／２とほぼ一致するような状態で成膜さ
れている。
【００７８】なお、第２のハードバイアス層３３は、バ
イアス下地層３１上に形成されて好ましい結晶配向に制
御された第１のハードバイアス層３２と直接接触して成
膜されるため、強磁性結合により安定した大きなバイア
ス磁界を発生させることができる。しかも、この第２の
ハードバイアス層３３は、第１のハードバイアス層３２
の直上またはバイアス下地層３１の直上に成膜されるの
で、これらの層の影響により結晶配向が良好となる。
【００７９】また、この第２のハードバイアス層３３上
には、電極層３４が形成される。この電極層３４には、
ＣｒやＡｕなどのスパッタ成膜、あるいはＴａ膜が一般
に使用されている。さらに、この電極層３６上には、Ｔ
ａなどで形成された保護層３７が形成される。
【００８０】以上のような構成の磁気抵抗効果素子２の
上には、絶縁材料を使用して図示外の上部ギャップ層が
形成され、この上部ギャップ層の上には磁性材料を使用
して同じく図示外の上部シールド層が形成される。
【００８１】このように構成されたスピンバルブ型薄膜
素子では、電極層３４から固定磁性層２３、非磁性導電
層２４およびフリー磁性層２５に定常電流(センス電流)
が与えられ、しかも磁気記録媒体からハイト（Ｙ）方向
へ磁界が与えられると、フリー磁性層２５の磁化方向が
トラック幅（Ｘ）方向からハイト（Ｙ）方向に向けて変
化する。このとき、フリー磁性層２５と固定磁性層２３
の間では、非磁性導電層２４と固定磁性層２３との界
面、及び非磁性導電層２４とフリー磁性層２５との界面
で伝導電子のスピンに依存した散乱を起こし、電気抵抗
が変化する。これにより、定常電流が変化し、再生出力
を得ることができる。
【００８２】なお、この実施形態では、薄膜磁気ヘッド
１に巨大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ素子の一種であ
るボトムスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子２を使用し
ているが、この他に、例えば、次に述べるデュアルスピ
ンバルブ型の磁気抵抗効果素子２´を使用してもよい。
【００８３】[第２の実施形態]次に、この発明の第２の
実施形態について図３を参照しながら説明する。なお、
この実施形態において、先の実施形態と同一部分には同
一符号を付して重複説明を避ける。この第２の実施形態
の磁気抵抗効果素子２´は、デュアルスピンバルブ型で
構成されており、この多層膜２０´については、前述の
トップスピンバルブ型を構成する多層膜２０´とは異な
り、シード層（下地層）２１よりも上層部分が、フリー
磁性層２５を中心にしてその上下に非磁性導電層２４，
２７と、固定磁性層２３，２８と、反強磁性層２２，２
９とが積層された構成となっている。また、これらの各
層のうち、固定磁性層２３及び固定磁性層２８が、それ
ぞれ非磁性中間層を介して２層に分断されている。
【００８４】即ち、この多層膜２０´は、下から順に、
シード層（下地層）２１、（下側の）反強磁性層２２、
（下側の）固定磁性層２３、（下側の）非磁性導電層２
４Ａ、フリー磁性層２５、（上側の）非磁性導電層２４
Ｂ、（上側の）固定磁性層２８、（上側の）反強磁性層
２９及び保護層２７とを積層させてある。
【００８５】このうち、下側の固定磁性層２３は、下か
ら順に、第１の固定磁性層２３Ａと、非磁性中間層２３
Ｂと、第２の固定磁性層２３Ｃと積層してなる。フリー
磁性層２５は、下から順に、Ｃｏ又はＣｏＦｅ、ＣｏＦ
ｅＮｉ等のＣｏ合金からなる第２の強磁性層２５Ｃと、
ＮｉＦｅ等からなる第３の強磁性層２５Ｂと、Ｃｏ又は
ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ等のＣｏ合金からなる第１の強
磁性層２５Ａとを積層してなる。
【００８６】一方、上側の固定磁性層２８は、下から順
に、第２の固定磁性層２８Ｃと、非磁性中間層２８Ｂ
と、第１の固定磁性層２８Ａとを積層してなる。これら
は、下側の固定磁性層２３と同一材料で形成される。な
お、上側の非磁性導電層２４Ｂは、下側の非磁性導電層
２４Ａと同一材料で、また上側の反強磁性層２９は下側
の反強磁性層２２と同一材料で形成される。
【００８７】なお、この多層膜２０´でも、磁気記録媒
体との対向面であるＡＢＳ面側から見た図１に示す概略
断面において、積層（Ｚ）方向の下方でトラック幅
（Ｘ）方向に延びる基部Ｂと、この基部Ｂの上の突出部
Ｃとを有する構造となっている。そして、この基部Ｂに
は、シード層（下地層）２１、（下側の）反強磁性層２
２及び（下側の）固定磁性層２３の大部分が含まれる一
方、突出部Ｃには、（下側の）固定磁性層２３の一部、
（下側の）非磁性導電層２４Ａ、フリー磁性層２５、
（上側の）非磁性導電層２４Ｂ、（上側の）固定磁性層
２８、（上側の）反強磁性層２９及び保護層２７が含ま
れている。
【００８８】さらに、この多層膜２０´を挟んだ両側領
域には、第１の実施形態と同様に、磁気記録媒体を臨む
対向面であるＡＢＳ面から見たときに、積層方向の下方
において、多層膜２０´の基部Ｂのトラック幅（Ｘ）方
向の両側に位置するとともに両側面２ａ、特に第１の傾
斜面２０ａに接して設けた両側基部Ｅと、基部Ｂのステ
ップ面２０ｂに上から接する状態で積層するとともに両
側面２ａ、特に第２の傾斜面２０ｃに接して設けた両側
上部Ｆとを有する構造となっている。このうち、両側基
部Ｅには、バイアス下地層３１及び第１のハードバイア
ス層３２が含まれるとともに、両側上部Ｆには、第２の
ハードバイアス層３３及び電極層３４が含まれる。
【００８９】また、この実施形態では、第２のハードバ
イアス層３３には、傾斜部（図１で３３ｂの領域がこれ
に相当）が形成されておらず、平坦部（図１で３３ａの
領域がこれに相当）のみの構成であり、この上面βの方
がフリー磁性層２５の上面２５ａよりも上方位置に配置
される一方、この下面γの方がフリー磁性層２５の下面
２５ｂよりも下方に配置されている。なお、この実施形
態の第２のハードバイアス層３３も第１のハードバイア
ス層３２に電気的に接触している。また第２のハードバ
イアス層３３は、フリー磁性層２５の側面、つまり第２
の傾斜面２０ｃに直接接触して配置されており、フリー
磁性層２５に充分なバイアス磁界を印加することができ
る。
【００９０】次に、図１に示す薄膜磁気ヘッドの製造方
法について、図４乃至図１０を参照しながら説明する。
なお、各図は記録媒体との対向面（ＡＢＳ面）側から見
た部分断面図である。
【００９１】（１）最初に、図４に示すように、例えば
アルチック（アルミナチタンカーバイト、ＡｌＴｉＣ）
などのセラミックス材料からなる基板１２上に、図示外
のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などで保護層（アンダコート）
を積層させる。
【００９２】（２）次に、この保護層（アンダコート）
上に下部シールド層１３を形成するとともに、この下部
シールド層１３の上に、電気絶縁性の高いセラミック、
例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などで下部ギャップ層１４
を成膜する。
【００９３】（３）次に、図５に示すように、下部ギャ
ップ層１４上の全面に、巨大磁気抵抗効果を利用したＧ
ＭＲ（giant magnetoresistive）素子の一種であるボト
ムスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子２を構成する多層
膜２０を形成する。
【００９４】この多層膜２０が、例えば、スピンフィル
タタイプのボトムスピンバルブ型磁気抵抗効果素子２の
場合、この多層膜２０を構成する各層については、具体
的には、下部ギャップ層１４の上面αに、先ず、シード
レイヤ層２１及びＰｔＭｎ合金などで形成された反強磁
性層２２を形成する。さらに、この反強磁性層２２の上
に、ＮｉＦｅ合金などの磁性材料で形成された固定磁性
層２３、Ｃｕなどで形成された非磁性導電層２４、Ｎｉ
Ｆｅ合金などで形成されたフリー磁性層２５、バックド
層２６及びＴａなどで形成された保護層２７などを形成
する。
【００９５】なお、スピンスペキュラータイプの場合に
は、鏡面反射層を適宜の位置に積層させる。また、この
多層膜２０が、デュアルバルブ型の多層膜２０´である
場合には、シードレイヤ層２１の上に、反強磁性層２２
からフリー磁性層２５までの各層を下から順に積層させ
たのち、フリー磁性層２５の上に、さらに、非磁性導電
層２４Ｂ、固定磁性層２８及び反強磁性層２９を、下か
ら順に積層させる。また、３層フェリピンド型の固定磁
性層の替わりに、単層の固定磁性層でもよいし、３層フ
ェリフリー型のフリー磁性層の替わりに、単層のフリー
磁性層でもよい。
【００９６】（４）このようにして、下部ギャップ層１
４の全面に多層膜２０を形成したら、次に、トラック幅
Ｔｗ領域の両側である両側領域に、下地層３１や第１の
ハードバイアス層３２を形成するため、図６に示すよう
に、成膜された多層膜２０のうち、第１のトラック領域
（Ｔｗ１）に対応する多層膜２０のエリアに、幅広形状
のリフトオフ用の第１のレジスト膜Ｒ１を塗布して、マ
スキングを行う。
【００９７】（５）そして、例えばエッチング、例えば
ＩＢＥ(ion-beam etching)などにより、そのトラック領
域（Ｔｗ１）以外のエリア、つまり両側領域を除去す
る。このようにして、両側領域については、図６に示す
ように、多層膜２０の最下層であるシードレイヤ層２１
の下の下部ギャップ層１４の厚さのほぼ中間部分まで除
去する。つまり、多層膜２０の両側領域において、下部
ギャップ層１４の上面（磁気抵抗効果素子の形成面α）
よりも下のところまで、イオンミリング法などのエッチ
ング処理により除去する。これにより、残された多層膜
２０は、両側面２ａが上面まで連続した傾斜面となり、
多層膜２０はほぼ台形状となる。
【００９８】（６）このようにして、両側領域の多層膜
２０を除去したならば、次に、図７に示す工程では、多
層膜２０の両側領域である除去した凹所に、バイアス下
地層３１、第１のハードバイアス層３２を下から順に所
定膜厚にスパッタ成膜する。なお、多層膜２０上の両側
領域で挟まれたトラック領域には、前述のリフトオフ用
の第１のレジスト膜Ｒ１を設けてあり、スパッタ粒子を
一定角度θに傾けて成膜させるので、各層について、そ
れぞれ、平坦部及び（多層膜２０の両側面２ａの最上部
に向けて）上方へ傾斜した傾斜部が形成される。
【００９９】特に、バイアス下地層３１のスパッタの
際、成膜角度を十分に傾斜させて、例えば５０度以上の
成膜角度でスパッタ成膜する。これにより、後述するよ
うに、その直上に成膜する第１のハードバイアス層３２
には大きな保持力（Ｈｃ）が得られる。
【０１００】バイアス下地層３１は、Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，
Ｖ，Ｍｎ，Ｎｂ，Ｔａのうちいずれか１種以上を選択で
きる。このうちＣｒ膜でバイアス下地層３１を形成する
ことが好ましい。第２のハードバイアス層３２は、Ｃｏ
ＰｔＣｒ合金などにより成膜する。なお、バイアス下地
層３１、第１のハードバイアス層３２は、形成面αの垂
直方向（図示Ｚ方向）に対して、スパッタ粒子入射角度
θ（成膜角度θ）を有してスパッタ成膜される。この成
膜角度θは、具体的には３０°以上で７０°以下である
ことが好ましい。より好ましくは４０°以上で６０°以
下である。
【０１０１】（７）さらに、図８に示すように、多層膜
２０の上面の中央部に位置合わせして、第１のリフトオ
フ用のレジスト膜Ｒ１よりも幅の狭い第２のリフトオフ
用のレジスト膜Ｒ２を設けるとともに、イオンミリング
などにより、ハードバイアス層３２（これが第１のハー
ドバイアス層３２に相当する）の前処理ミリングを行
う。なお、第２のレジスト膜Ｒ２のトラック幅（Ｘ）方
向の長さＬ２は、第１のレジスト膜Ｒ１の同方向の長さ
Ｌ１よりも０．２〜０．４μｍ程度小さく形成されてい
る。
【０１０２】この場合、深さ（Ｚ）方向については、例
えば破線で示すように、固定磁性層２３の一部が残る程
度の深さまで浅くオーバエッチングを行い、ハードバイ
アス層３２の平坦部の膜厚の略１００Åのところまで両
側領域を除去する。また、トラック幅（Ｘ）方向につい
ては、例えば破線で示すように、多層膜２０の上面２０
ｄ(第１トラック幅Ｔｗ１)の長さの略０．２μｍのとこ
ろまでを除去する。これにより、図９に示すような多層
膜２０が一段ステップを有する略凸形状に形成される。
即ち、これにより、多層膜２０には、シードレイヤ層２
１、反強磁性層２２及びフリー磁性層２３の一部からな
る基部Ｂと、トラック幅方向（Ｘ方向）に突出した突出
部Ｃとを形成する。
【０１０３】（８）次に、図１０において、第２のハー
ドバイアス層３３が多層膜２０の側面２ａ、特に第２の
傾斜面２０ｃでフリー磁性層２５に直接接触するよう
に、ＩＢＤ(イオン・ビーム・デポジッション)などでス
パッタ成膜する。このときの成膜角度は、２０°であ
る。このときの第２のハードバイアス層３３は、例えば
図２に示すように、平坦部３３ａの膜厚Ｄの半分である
Ｄ／２の位置が、フリー磁性層２５の膜厚ｄの半分であ
るｄ／２の位置と略一致するような状態で成膜する。
【０１０４】この第２のハードバイアス層３３の成膜を
行う場合に、前処理ミリングにより両側領域（バイアス
下地層３１および第１のハードバイアス層３２）を除去
する深さを浅くしてあるので、第２のハードバイアス層
３３の平坦部３３ａが十分な厚さでフリー磁性層２５に
当接させることができるようになり、バイアス下地層３
１の傾斜部３１ｂがフリー磁性層２５に当接するのを回
避できる。
【０１０５】（９）その後、図１０に示すように、第２
のハードバイアス層３３より上層部分を積層する。
【０１０６】（１０）次に、多層膜２０及び電極層３４
の上に、電気絶縁性の高いセラミック、例えばアルミナ
（Ａｌ2Ｏ3）などで図示外の上部ギャップ層を積層す
る。さらに、この上に同じく図示外の上部シールド層な
どを形成すると，図１に示す薄膜磁気ヘッド１が完成す
る。
【０１０７】
【実施例】次に、前述した製造法によってスピンバルブ
型薄膜素子を形成した場合、図７に示す成膜工程で、イ
オンビームスパッタ法によりスパッタ成膜するときのス
パッタ粒子の入射角θ(成膜角度)を変化させ、そのとき
得られたバイアス下地層３１であるＣｒ膜について、そ
の膜表面に配向する結晶面をＸ線解析（ＸＲＤ）によっ
て調べる実験を行った。そのときの結果を、図１１及び
図１２に示す。
【０１０８】図１１は、Ｓｉを用いた基板（Ｓｉ基板）
の表面の法線方向に対して２０度の角度からスパッタ粒
子を入射させてＣｒ膜を成膜したときの結果、図１２
は、Ｓｉ基板の表面の法線方向に対して５０度の角度か
らスパッタ粒子を入射させＣｒ膜を成膜したときの結果
である。
【０１０９】図１１に示すように、２０度の成膜角度で
スパッタ粒子を入射させてＣｒ膜を成膜させたときに
は、得られたＣｒ膜の膜表面に配向する結晶面は(１１
０)面が見られるのみであることが分かる。一方、成膜
角度を５０度にすると、図１２に示すように、得られた
Ｃｒ膜の膜表面に配向する結晶面には(２００)面、(２
１１)面も見出されることが分かる。なお、この場合、
バイアス下地層を構成するＣｒ膜は、単層であって、結
晶構造は体心立方格子（ｂｃｃ）構造である。
【０１１０】次に、Ｓｉ基板上に、イオンビームスパッ
タ法を用いて、バイアス下地層３１を構成するＣｒ膜と
第１のハードバイアス層３２を構成するＣｏＰｔ膜の２
層膜をスパッタ成膜し、ＣｏＰｔ膜の膜表面に配向する
結晶面をＸ線回折によって調べてみた。このときの結果
を図１３に示す。なお、Ｃｒ膜を成膜するときに、スパ
ッタ粒子の成膜角度は、２０度から７０度の範囲で変化
させた。
【０１１１】この図１３のグラフから分かるように、バ
イアス下地層３１であるＣｒ膜の成膜角度を、２０度
（ａで示す）、５０度（ｂで示す）、６０度（ｃで示
す）、７０度（ｄで示す）と次第に大きくすると、その
上に成膜される第１のハードバイアス層３２の[００２]
のピーク強度は小さくなり、逆に[１００]のピーク強度
は大きくなっていくことが分かる。即ち、第１のハード
バイアス膜３２であるＣｏＰｔ膜の表面結晶配向は、
[００２]面から[１００]面へと変化する。つまり、Ｃｏ
Ｐｔ膜の表面結晶配向は、ｃ軸が膜面垂直配向から膜面
面内配向へと変化する。また、この場合、ＣｏＰｔ膜の
保磁力（Ｈｃ）も、１７００（Ｏｅ）、２１４０（Ｏ
ｅ）、２３８５（Ｏｅ）、２４６０（Ｏｅ）へと次第に
増大していく。
【０１１２】従って、前述したような方法で製造したス
ピンバルブ型薄膜素子によれば、例えば、バイアス下地
層３１であるＣｒ膜の成膜角度を７０度程度（図１３中
のｄで示す）にして成膜することにより、第１のハード
バイアス膜３２であるＣｏＰｔ膜の保磁力（Ｈｃ）を増
大させることができるようになる。そのため、これに接
触するように第２のハードバイアス膜３３を成膜角度θ
を小さくして成膜しても、この第２のハードバイアス膜
３３には、第１のハードバイアス膜３２からの大きな保
磁力（Ｈｃ）を増大させることができるようになる。
【０１１３】
【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、第２のハードバイアス層の平坦部が、直接フリー
磁性層に接しており、換言すれば、十分なバルクのハー
ドバイアス層をフリー磁性層に当接させることができる
ようになっており、その分、大きなバイアス磁界をフリ
ー磁性層に印加できるようになるから、良好な再生特性
を得ることができる。
【０１１４】また、この発明によれば、バイアス下地層
を介在させなくても、反強磁性層と第２のハードバイア
ス層との間で直接当接することが防止できるようになる
ので、これらの間で不要な交換結合磁界の発生を防止し
て、反強磁性層の磁化方向とハードバイアス層の磁化方
向との直交性を確保することができる。
【０１１５】さらに、この発明によれば、バイアス下地
層の成膜角度を大きくして成膜することにより、この上
層に成膜した第１のハードバイアス層には大きな保磁力
が得られるようになる。従って、これと接する第２のハ
ードバイアス層も大きな保磁力を発揮することができる
ようになるので、フリー磁性層には大きなバイアス磁界
を印加できるようになり、安定した再生出力を得ること
が可能になる。しかも、この第２のハードバイアス層
は、成膜角度を小さくして成膜しても大きな保磁力を発
揮することができるようになるので、従来のようにハー
ドバイアス層に先細りの傾斜部が形成されることがな
く、充分な膜厚を有するハードバイアス層の平坦部をフ
リー磁性層の両側面に接合させることができ、ひいては
大きなバイアス磁界をフリー磁性層に印加することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係るスピンバルブ
型薄膜素子をＡＢＳ面から見たときの状態を示す断面図
である。
【図２】図１に示すスピンバルブ型薄膜素子の要部断面
図である。
【図３】この発明の第２の実施形態に係るデュアルスピ
ンバルブ型薄膜素子をＡＢＳ面から見たときの状態を示
す断面図である。
【図４】図１に示すスピンバルブ型薄膜素子の製造方法
を工程順に示す断面図である。
【図５】同スピンバルブ型薄膜素子の製造方法を工程順
に示す断面図である。
【図６】同スピンバルブ型薄膜素子の製造方法を工程順
に示す断面図である。
【図７】同スピンバルブ型薄膜素子の製造方法を工程順
に示す断面図である。
【図８】同スピンバルブ型薄膜素子の製造方法を工程順
に示す断面図である。
【図９】同スピンバルブ型薄膜素子の製造方法を工程順
に示す断面図である。
【図１０】同スピンバルブ型薄膜素子の製造方法を工程
順に示す断面図である。
【図１１】Ｃｒ膜を２０度の成膜角度で成膜した場合の
Ｘ線解析結果を示すグラフである。
【図１２】Ｃｒ膜を５０度の成膜角度で成膜した場合の
Ｘ線解析結果を示すグラフである。
【図１３】Ｃｒ／ＣｏＰｔ積層膜のＸ線解析結果を示す
グラフである。
【図１４】従来の製造方法で形成された同スピンバルブ
型薄膜素子をＡＢＳ面から眺めた図である。
【符号の説明】
１２ 基板 １３ 下部シールド層 １４ 下部ギャップ層 ２ 磁気抵抗効果素子 ２ａ 両側面 ２０ ２０´ 多層膜 ２０ａ 第１の傾斜面（両側面） ２０ｂ ステップ面 ２０ｃ 第２の傾斜面（両側面） ２０ｄ 上面 ２１ シードレイヤ層 ２２ 反強磁性層 ２３ 固定磁性層 ２４ 非磁性導電層 ２４Ａ 非磁性導電層 ２４Ｂ 非磁性導電層 ２５ フリー磁性層 ２６ バックド層 ２８ 固定磁性層 ２９ 反強磁性層 ３１ バイアス下地層 ３１ａ 平坦部 ３１ｂ 傾斜部 ３２ 第１のハードバイアス層 ３３ 第２のハードバイアス層 ３３ａ 平坦部 ３３ｂ 傾斜部 ３４ 電極層 α 形成面 β 第２のハードバイアス層の上面 γ 第２のハードバイアス層の下面 Ｂ 基部 Ｃ 突出部 Ｅ 両側基部 Ｆ 両側上部 Ｒ１ リフトオフ用の第１の(広幅)レジスト膜 Ｒ２ リフトオフ用の第２の(狭幅)レジスト膜 Ｔｗ１ 第１のトラック幅 Ｔｗ２ 第２のトラック幅 Ｘ トラック幅方向 Ｙ ハイト方向 Ｚ 積層方向
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 AD65 5D034 BA03 BA05 BA12 BA21 CA08 DA07 5E049 AA04 AC05 BA12 CB02

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 トラック領域に、少なくとも反強磁性
    層、固定磁性層、非磁性導電層及びフリー層を含んで順に
    積層した、磁気抵抗効果を発揮する多層膜と、前記トラ
    ック領域を挟んでその両側に位置する両側領域に下から
    順に一対積層した、少なくとも第１のハードバイアス
    層、第２のハードバイアス層及び電極層とを備えるスピ
    ンバルブ型薄膜素子であって、 前記多層膜が、記録媒体との対向面から見たときに、積
    層方向の下部に位置する基部と、前記フリー磁性層を含
    み前記基部上に積層された突出部とを有する全体略凸形
    状を呈し、 前記基部の両側領域には前記第１のハードバイアス層が
    形成・配置されるとともに、前記突出部の両側領域には
    フリー磁性層の両側面に直接接触して前記第２のハード
    バイアス層が形成・配置され、 前記第２のハードバイアス層の平坦部の上面の方が前記
    フリー磁性層の上面よりも上方に配置されるとともに、
    前記平坦部の下面の方がフリー磁性層の下面よりも下方
    に配置され、 前記突出部の両側領域に形成された第２のハードバイア
    ス層が、前記基部の両側領域に形成された第１のハード
    バイアス層に接触するように積層されたことを特徴とす
    るスピンバルブ型薄膜素子。
  2. 【請求項２】 前記基部には、少なくとも反強磁性層の
    全て、および固定磁性層の少なくとも一部が含まれたこ
    とを特徴とする請求項１に記載のスピンバルブ型薄膜素
    子。
  3. 【請求項３】 前記第１のハードバイアス層の下にバイ
    アス下地層を設けたことを特徴とする請求項１又は２に
    記載のスピンバルブ型薄膜素子。
  4. 【請求項４】 前記バイアス下地層が、Ｃｒからなり、
    少なくとも[２１１]または[２００]面が膜面垂直方向に
    配向した結晶を含んだことを特徴とする請求項３に記載
    のスピンバルブ型薄膜素子。
  5. 【請求項５】 前記第１および第２のハードバイアス層
    のうち少なくとも一方が、ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒ
    Ｐｔ合金であることを特徴とする請求項１に記載のスピ
    ンバルブ型薄膜素子。
  6. 【請求項６】 前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合
    金が、少なくとも[００２]面が膜面垂直方向に配向した
    結晶を含んだ構成であることを特徴とする請求項５に記
    載のスピンバルブ型薄膜素子。
  7. 【請求項７】 前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合
    金が、[００２]面が膜面垂直方向に優先配向した構成で
    あることを特徴とする請求項５に記載のスピンバルブ型
    薄膜素子。
  8. 【請求項８】 前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合
    金が、少なくとも[１００]および[００２]面が膜面垂直
    方向に配向した結晶を含み、[００２]面が優先配向して
    いることを特徴とする請求項５に記載のスピンバルブ型
    薄膜素子。
  9. 【請求項９】 前記多層膜中のフリー磁性層の上に、非
    磁性導電材料からなるバックド層が成膜されたことを特
    徴とする請求項１に記載のスピンバルブ型薄膜素子。
  10. 【請求項１０】 前記多層膜中に、鏡面反射層が成膜さ
    れたことを特徴とする請求項１に記載のスピンバルブ型
    薄膜素子。
  11. 【請求項１１】 前記フリー磁性層が、下から順に、第
    １のフリー磁性層、非磁性中間層、第２のフリー磁性層
    を積層した構成であることを特徴とする請求項１または
    ９に記載のスピンバルブ型薄膜素子。
  12. 【請求項１２】 前記固定磁性層が、下から順に、第１
    の固定磁性層、非磁性中間層、第２の固定磁性層を積層
    した構成であることを特徴とする請求項１に記載のスピ
    ンバルブ型薄膜素子。
  13. 【請求項１３】 トラック領域に、少なくとも反強磁性
    層、固定磁性層、非磁性導電層及びフリー層を含んで順に
    積層した、磁気抵抗効果を発揮する多層膜と、前記トラ
    ック領域を挟んでその両側に位置する両側領域に下から
    順に一対積層した、少なくとも第１のハードバイアス
    層、第２のハードバイアス層及び電極層とを備えるスピ
    ンバルブ型薄膜素子の製造方法であって、 前記トラック領域の多層膜を残してその両側領域の下部
    ギャップ層の一部まで除去し、 前記トラック領域の多層膜を挟んで除去した前記両側領
    域に、第1のハードバイアス層を積層した後、 前記多層膜のフリー磁性層が積層された深さよりも深
    く、前記多層膜の両側領域に接する側面を含む側面部と
    両側領域とを除去して前処理を行い、 その後、その除去した多層膜の側面部および両側領域
    に、第１のハードバイアス層に接触して第２のハードバ
    イアス層を積層させることを特徴とするスピンバルブ型
    薄膜素子の製造方法。
  14. 【請求項１４】 前記基部には、少なくとも反強磁性層
    の全て及び固定磁性層の少なくとも一部が含まれている
    ことを特徴とする請求項１３に記載のスピンバルブ型薄
    膜素子の製造方法。
  15. 【請求項１５】 前記第２のハードバイアス層は、フリ
    ー磁性層の側面に接する傾斜部から離間した平坦部の上
    面の方が、フリー磁性層の上面よりも上方位置に配置さ
    れるとともに、平坦部の下面の方がフリー磁性層の下面
    よりも下方に配置され、 この第２のハードバイアス層の直下には、前記突出部の
    側面に当接して、前記第２のハードバイアス層の成膜工
    程より前の工程で成膜された第１のハードバイアス層が
    成膜されることを特徴とする請求項１３に記載のスピン
    バルブ型薄膜素子の製造方法。
  16. 【請求項１６】 前記第１のハードバイアス層の下にバ
    イアス下地層を設けることを特徴とする請求項１３に記
    載のスピンバルブ型薄膜素子の製造方法。
  17. 【請求項１７】 前記バイアス下地層は、Ｃｒからな
    り、少なくとも[２１１]または[２００]面が膜面垂直方
    向に配向していることを特徴とする請求項１６に記載の
    スピンバルブ型薄膜素子の製造方法。
  18. 【請求項１８】 前記第１および第２のハードバイアス
    層のうちの少なくとも一方は、ＣｏＰｔ合金またはＣｏ
    ＣｒＰｔ合金のいずれかよりなることを特徴とする請求
    項１３に記載のスピンバルブ型薄膜素子の製造方法。
  19. 【請求項１９】 前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ
    合金は、少なくとも[００２]面が膜面垂直方向に配向す
    る結晶を含んでいることを特徴とする請求項１８に記載
    のスピンバルブ型薄膜素子の製造方法。
  20. 【請求項２０】 前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ
    合金は、[００２]面が膜面垂直方向に優先配向している
    ことを特徴とする請求項１８に記載のスピンバルブ型薄
    膜素子の製造方法。
  21. 【請求項２１】 前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ
    合金は、少なくとも[１００]および[００２]面が膜面垂
    直方向に配向する結晶を含み、[００２]面が優先配向し
    ていることを特徴とする請求項１８に記載のスピンバル
    ブ型薄膜素子の製造方法。
  22. 【請求項２２】 前記多層膜中にバックド層が成膜され
    ることを特徴とする請求項１３に記載のスピンバルブ型
    薄膜素子の製造方法。
  23. 【請求項２３】 前記多層膜中に鏡面反射層が成膜され
    ることを特徴とする請求項１３に記載のスピンバルブ型
    薄膜素子の製造方法。
  24. 【請求項２４】 前記フリー磁性層が、下から順に、第
    １のフリー磁性層、非磁性中間層、第２のフリー磁性層
    を積層した構成であることを特徴とする請求項１３また
    は１５に記載のスピンバルブ型薄膜素子の製造方法。
  25. 【請求項２５】 前記固定磁性層が、下から順に、第１
    の固定磁性層、非磁性中間層、第２の固定磁性層を積層
    する構成であることを特徴とする請求項１３に記載のス
    ピンバルブ型薄膜素子の製造方法。
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