JP2003060264A - 磁気検出素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フリー磁性層の磁化を整えるためのバイアス
方式及び構造を適切に改良することで、今後の高記録密
度化においても、再生出力や抵抗変化率の上昇など再生
特性の向上を適切に図ることが可能なＣＰＰ型の磁気検
出素子及びその製造方法を提供。 【解決手段】 積層体３０の両側に絶縁層３１を設ける
こと、前記積層体３０上から前記絶縁層３１上にかけて
フリー磁性層３２を形成すること、前記フリー磁性層３
２をエクスチェンジバイアス方式によって単磁区化する
ことで、今後の高記録密度化においても、ＣＰＰ型磁気
検出素子の再生出力及び抵抗変化率を向上させることが
可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばハードディ
スク装置などの磁気再生装置やその他の磁気検出装置に
搭載されるＣＰＰ（current perpendicular plane）
型の磁気検出素子に係り、特に再生出力や抵抗変化率の
向上を適切に図ることが可能な磁気検出素子及びその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、従来におけるＣＰＰ（curren
t perpendicular plane）型の磁気検出素子（スピン
バルブ型薄膜素子）を記録媒体との対向面側から見た部
分断面図である。

【０００３】符号１は第１電極層であり、前記第１電極
層１の上にＰｔＭｎ合金などで形成された反強磁性層
２、ＮｉＦｅ合金などで形成された固定磁性層３、Ｃｕ
などで形成された非磁性材料層４、ＮｉＦｅ合金などで
形成されたフリー磁性層５からなる積層体９が形成され
ている。

【０００４】図１１に示すように、前記積層体９のトラ
ック幅方向（図示Ｘ方向）の両側であって、前記第１電
極層１の上には、Ａｌ₂Ｏ₃などで形成された絶縁層６が
形成され、前記絶縁層６の上にＣｏＰｔなどで形成され
たハードバイアス層７が形成されている。

【０００５】そして前記ハードバイアス層７上からフリ
ー磁性層５上にかけて第２電極層８が形成されている。

【０００６】前記固定磁性層３の磁化は前記反強磁性層
２との間で発生する交換結合磁界によってハイト方向
（図示Ｙ方向）に固定され、一方、フリー磁性層５の磁
化は、前記ハードバイアス層７からの縦バイアス磁界に
よってトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。

【０００７】図１１に示すＣＰＰ型の磁気検出素子で
は、積層体９の各膜面に対し垂直方向（図示Ｚ方向）か
らセンス電流を流す。

【０００８】今後の高記録密度化によって素子サイズの
狭小化が進むにつれて、センス電流を各層の膜面に対し
垂直方向から流すＣＰＰ型の磁気検出素子の方が、前記
センス電流を膜面と平行な方向から流すＣＩＰ型（curr
ent in the plane）型の磁気検出素子よりも、再生
出力の向上を期待することができた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図１１に
示す構造のＣＰＰ型磁気検出素子では以下のような問題
点が生じた。

【００１０】今後の高記録密度化に伴い、前記フリー磁
性層５の上面のトラック幅方向の幅寸法で規制されるト
ラック幅Ｔｗが小さくなっていくと、前記フリー磁性層
５自体の大きさが小さくなっていくことで、前記フリー
磁性層５にハードバイアス層７から縦バイアス磁界が供
給されても、前記フリー磁性層５はトラック幅方向（図
示Ｘ方向）に適切に単磁区化しにくく、また前記フリー
磁性層５の反磁界の影響も強くなり、再生特性の安定性
が低下した。

【００１１】これを解決するために、前記ハードバイア
ス層７の膜厚を厚くして強い縦バイアス磁界が前記フリ
ー磁性層５に供給できるようにすることも考えられる
が、これでは非常に小さい領域の前記フリー磁性層５の
磁化が固着されやすく、外部磁界に対して感度良く磁化
変動できなくなり再生出力が低下するといった問題が発
生する。

【００１２】次に、図１１に示すように前記積層体９の
トラック幅方向の両側には絶縁層６が設けられている。
前記絶縁層６は、前記電極層１、８から前記積層体９に
流れる電流が、効果的に前記積層体９内を流れるように
するために設けられたものである。

【００１３】ところが、前記絶縁層６の上にはハードバ
イアス層７が形成されているため、前記電極層１、８か
ら前記積層体９内に流れるべき電流の一部は、ハードバ
イアス層７に分流してしまう。そしてこの分流した電流
はフリー磁性層５を介さずに非磁性材料層４や固定磁性
層３などに流れ込む。

【００１４】すなわち電流経路は電極層１、８から前記
積層体９内に流れる正規ルートだけでなく、フリー磁性
層５を介さずにハードバイアス層７に分流する電流ルー
トも生じ、これがシャントロスとなり、抵抗変化率（Δ
Ｒ／Ｒ）の低下を招いた。

【００１５】例えば上記課題を解決するために、図１２
（図１１の一部を拡大した部分断面図）に示すように、
前記絶縁層６を前記フリー磁性層５の両側端面５ａ上に
も厚い膜厚で形成することで、前記積層体９の両側端面
は適切に前記絶縁層６によって覆われた状態になり、前
記電極層１、８から前記ハードバイアス層７に分流する
電流量を低減させることができるが、前記フリー磁性層
５とハードバイアス層７間に厚い膜厚の絶縁層６が介在
すると、前記ハードバイアス層７から前記フリー磁性層
５に供給されるべき縦バイアス磁界が小さくなり、その
結果、前記フリー磁性層５を単磁区化できなくなり再生
特性の低下を招いてしまう。

【００１６】そこで本発明は上記従来の課題を解決する
ためのものであり、フリー磁性層の磁化を整えるための
バイアス方式及び前記フリー磁性層の構造を適切に改良
することで、今後の高記録密度化においても、再生出力
や抵抗変化率の上昇など再生特性の向上を適切に図るこ
とが可能な磁気検出素子及びその製造方法を提供するこ
とを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明における磁気検出
素子は、第１反強磁性層と、この第１反強磁性層の上面
に形成され、前記第１反強磁性層との間で発生する交換
結合磁界によって磁化が所定方向にされる固定磁性層
と、前記固定磁性層の上面に形成された非磁性材料層と
を有する積層体と、この積層体のトラック幅方向の両側
に形成された絶縁層と、前記非磁性材料層の上面から前
記絶縁層の上面にかけて形成され、磁化が前記固定磁性
層と交叉する方向に揃えられたフリー磁性層と、前記フ
リー磁性層の上側に形成された第２反強磁性層とを有し
て成り、前記積層体と膜厚方向に対向する位置での前記
第２反強磁性層には、前記第２反強磁性層の上面から前
記積層体方向に向けて凹部が形成され、前記積層体の下
側及び前記第２反強磁性層の上側に電極層が形成されて
いることを特徴とするものである。

【００１８】本発明はＣＰＰ（current perpendicular
plane）型の磁気検出素子に関するものであり、セン
ス電流は、前記磁気検出素子を構成する各層の膜面に対
し垂直方向から流れる。

【００１９】本発明は、従来のようにフリー磁性層のト
ラック幅方向における両側にハードバイアス層が設けら
れたハードバイアス方式を採用せず、前記フリー磁性層
の上側に第２反強磁性層を設けたエクスチェンジバイア
ス方式を採用するものである。

【００２０】前記エクスチェンジバイアス方式である
と、前記フリー磁性層のトラック幅方向における幅寸法
をトラック幅Ｔｗよりも長く形成することができる。

【００２１】特に本発明では積層体上のみでなくその両
側に形成された絶縁層上にもフリー磁性層を形成でき
る。

【００２２】このため前記トラック幅Ｔｗが今後の高記
録密度化に伴って小さくされても、前記トラック幅Ｔｗ
の寸法及び積層体の幅寸法に左右されることなく前記フ
リー磁性層の幅寸法を長く形成することができ、したが
って前記フリー磁性層を適切に単磁区化することが可能
になり、またフリー磁性層の反磁界の影響も弱くするこ
とができ、今後のトラック幅Ｔｗの狭小化においても、
感度に優れ、再生出力の向上を適切に図ることが可能な
磁気検出素子を製造することが可能である。

【００２３】次に本発明では、反強磁性層、固定磁性層
及び非磁性材料層とを有してなる積層体のトラック幅方
向の両側は絶縁層によって埋められている。

【００２４】従来では、前記フリー磁性層の両側にハー
ドバイアス層があり、このハードバイアス層に分流した
電流が、前記フリー磁性層を介さずに、非磁性材料層や
固定磁性層に流れたため、これがシャントロスとなり抵
抗変化率の低下を招いたが、本発明では、ハードバイア
ス層自体がなく、また前記積層体の両側には絶縁層が埋
められていることで、電極層から流れる電流は適切にフ
リー磁性層から前記積層体内を通り、したがって従来に
比べて分流ロスが少なく抵抗変化率の向上を適切に図る
ことが可能である。

【００２５】また本発明では、前記積層体の上面のトラ
ック幅方向における幅寸法は、前記凹部の下面のトラッ
ク幅方向における幅寸法と同じか、あるいはそれよりも
小さいことが好ましい。

【００２６】前記積層体の上面のトラック幅方向におけ
る幅寸法は、電気的なトラック幅として規制される。し
たがって前記積層体の幅寸法は、できる限り小さいこと
が、直流抵抗値（ＤＣＲ）を大きくする上で好ましい。

【００２７】一方、前記凹部の下面のトラック幅方向に
おける幅寸法は、磁気的なトラック幅Ｔｗとして規制さ
れる。すなわち前記凹部と対向する位置にあるフリー磁
性層は実質的に磁気抵抗効果に関与する感度領域として
機能する。

【００２８】よって前記凹部の下面のトラック幅方向の
寸法が狭くなることは、前記フリー磁性層の感度領域が
小さくなることを意味するが、前記感度領域があまり狭
くなりすぎると、再生出力が低下して好ましくない。

【００２９】すなわち高記録密度化に適切に対応するた
めには、前記感度領域（＝磁気的なトラック幅Ｔｗ）を
小さくする必要があるが、あまり小さくしすぎると再生
出力が低下してしまい、これに対して積層体の上面の幅
寸法で決まる電気的なトラック幅は、前記磁気的なトラ
ック幅Ｔｗの寸法に左右されることなく、さらに狭小化
することが直流抵抗値を高める上で好ましい。

【００３０】そこで本発明では、前記積層体の上面のト
ラック幅方向における幅寸法を前記凹部の下面のトラッ
ク幅方向における幅寸法と同じか、あるいはそれよりも
小さく形成することとした。これによってＣＰＰ型磁気
検出素子の直流抵抗値（ＤＣＲ）と再生出力の向上を適
切に図ることが可能になる。

【００３１】また本発明では、前記非磁性材料層には、
下面側よりも表面側にＲｕ層、Ｒｈ層、Ｒｅ層、Ｏｓ
層、Ｉｒ層、Ｐｔ層、Ｐｄ層、あるいはこれら材質を組
み合せた混合層が多く存在することが好ましい。

【００３２】また本発明では、前記非磁性材料層は、Ｃ
ｕ層、Ｒｈ層、Ｒｕ層、Ｒｅ層、Ｏｓ層、Ｃｒ層、Ｉｒ
層、Ｐｔ層、Ｐｄ層、あるいはこれら材質を組み合せた
混合層からなる下層の上に、Ｒｕ層、Ｒｈ層、Ｒｅ層、
Ｏｓ層、Ｉｒ層、Ｐｔ層、Ｐｄ層、あるいはこれら材質
を組み合わせた混合層からなる上層が積層されて形成さ
れていることが好ましい。

【００３３】あるいは本発明では、前記非磁性材料層は
全体が、Ｒｕ層、Ｒｈ層、Ｒｅ層、Ｏｓ層、Ｉｒ層、Ｐ
ｔ層、Ｐｄ層、あるいはこれら材質を組み合わせた混合
層で形成されていてもよい。

【００３４】また本発明では、前記フリー磁性層上に、
非磁性中間層及び強磁性層がこの順に形成され、さらに
前記強磁性層上に前記第２反強磁性層が形成されている
ことが好ましい。

【００３５】この発明では、前記フリー磁性層、非磁性
中間層及び強磁性層の３層で積層フェリ構造となってい
る。前記強磁性層は、凹部が形成されたそのトラック幅
方向の両側における第２反強磁性層との間で発生する交
換結合磁界によってトラック幅方向に磁化される。

【００３６】一方、前記フリー磁性層は、前記強磁性層
との間で発生するＲＫＫＹ相互作用による結合磁界によ
って、前記強磁性層の磁化方向とは反平行に磁化され
る。

【００３７】この実施形態では、前記凹部が形成された
そのトラック幅方向の両側の第２の反強磁性層下に形成
された強磁性層、およびフリー磁性層の磁化は固定さ
れ、実質的に磁気抵抗効果に関与しない領域である。

【００３８】一方、前記凹部の下に形成されている強磁
性層及びフリー磁性層の磁化は外部磁界によって反転す
ることができる程度に弱く単磁区化された状態で、この
領域が実質的に磁気抵抗効果に関与する感度領域となっ
ている。

【００３９】上記のように、前記フリー磁性層の上に非
磁性中間層、および強磁性層を積層した積層フェリ構造
であると、前記フリー磁性層の磁化を安定した単磁区化
構造にでき、再生出力の向上を適切に図ることが可能に
なる。

【００４０】なお本発明では、前記凹部は、前記強磁性
層表面にまで達して形成され、前記凹部から前記強磁性
層表面が露出していてもよいし、あるいは前記凹部は、
前記非磁性中間層の表面にまで達して形成され、前記凹
部から前記非磁性中間層表面が露出していてもよい。

【００４１】また本発明における磁気検出素子の製造方
法は、以下の工程を有することを特徴とするものであ
る。 （ａ）第１電極層の上に、第１反強磁性層、固定磁性層
及び非磁性材料層の順に積層された積層体を形成する工
程と、（ｂ）前記積層体の上面にリフトオフ用のレジス
ト層を形成し、前記レジスト層に覆われていない前記積
層体のトラック幅方向の両側端面を除去する工程と、
（ｃ）前記積層体のトラック幅方向の両側に絶縁層を形
成し、前記レジスト層を除去する工程と、（ｄ）前記絶
縁層上から前記非磁性材料層上にかけてフリー磁性層を
形成し、さらに前記フリー磁性層上に第２反強磁性層を
積層する工程と、（ｆ）前記第２反強磁性層上に、前記
積層体と膜厚方向に対向する位置に穴部を有するマスク
層を形成した後、この穴部から露出する前記第２反強磁
性層を堀り込み、前記第２反強磁性層に凹部を形成する
工程と、（ｇ）前記第２反強磁性層上に第２電極層を形
成する工程。

【００４２】上記の製造方法によれば、前記フリー磁性
層の上側に第２反強磁性層を形成し、エクスチェンジバ
イアス方式によって前記フリー磁性層をトラック幅方向
に単磁区化させることができる。

【００４３】この方式によれば前記フリー磁性層を、ハ
ードバイアス方式によって磁化させる場合に比べてトラ
ック幅方向に長く延ばして形成することができ、特に本
発明では積層体の両側に形成された絶縁層上にも前記フ
リー磁性層を形成できるから、前記フリー磁性層をトラ
ック幅Ｔｗ及び前記積層体の寸法に左右されることなく
長く延ばして形成でき、よって今後の高記録密度化に伴
って素子サイズの狭小化においても前記フリー磁性層を
前記第２反強磁性層との間で発生する交換結合磁界によ
って適切に単磁区化することができる。

【００４４】また前記フリー磁性層の下に形成される、
第１反強磁性層、固定磁性層及び非磁性材料層からなる
積層体のトラック幅方向における両側を適切に絶縁層で
埋めることができ、シャントロスが生じ難く抵抗変化率
を適切に向上させることが可能な磁気検出素子を製造す
ることができる。

【００４５】従って本発明における磁気検出素子の製造
方法によれば、高記録密度化においても再生出力や抵抗
変化率など再生特性を適切に向上させることが可能な磁
気検出素子を容易に製造することができる。

【００４６】また本発明では、前記（ｆ）工程で、前記
凹部の下面のトラック幅方向における幅寸法を前記積層
体の上面のトラック幅方向における幅寸法よりも大きく
形成することが好ましい。

【００４７】また本発明では、前記（ａ）工程で、前記
非磁性材料層を、Ｃｕ層、Ｒｈ層、Ｒｕ層、Ｒｅ層、Ｏ
ｓ層、Ｃｒ層、Ｉｒ層、Ｐｔ層、Ｐｄ層、あるいはこれ
ら材質を組み合せた混合層からなる下層の上に、Ｒｕ
層、Ｒｈ層、Ｒｅ層、Ｏｓ層、Ｉｒ層、Ｐｔ層、Ｐｄ
層、あるいはこれら材質を組み合わせた混合層からなる
上層を積層して形成することが好ましい。

【００４８】Ｃｕなどで形成された非磁性材料層が大気
に曝されると、コンタミネーション（Ｃｏｎｔａｍｉｎ
ａｔｉｏｎ）などによるダメージや酸化によってバルク
散乱効果が有効に発揮されないなどの問題が生じ、抵抗
変化率などの再生特性の低下を招きやすくなる。

【００４９】そこで本発明では、前記Ｃｕなどで形成さ
れた下層を形成した後、前記下層の上に連続してＲｕ層
などの上層を形成し、前記下層が大気に曝されるのを適
切に防いでいる。前記Ｒｕ層などで形成された上層は大
気に曝されてもコンタミネーションなどのダメージが少
なく、また酸化されにくいため、前記Ｃｕなどで形成さ
れた下層を大気暴露から適切に保護できると共に、下層
及び上層は双方とも非磁性材料で形成されるので、前記
下層と上層で非磁性材料層を構成することができる。

【００５０】また本発明では、前記（ａ）工程で、前記
非磁性材料層を、Ｒｕ層、Ｒｈ層、Ｒｅ層、Ｏｓ層、Ｉ
ｒ層、Ｐｔ層、Ｐｄ層、あるいはこれら材質を組み合わ
せた混合層で形成してもよい。

【００５１】また本発明では、前記（ｄ）工程で、前記
フリー磁性層上に、非磁性中間層、強磁性層をこの順に
積層した後、前記強磁性層上に前記第２反強磁性層を形
成することが好ましい。

【００５２】また本発明では、前記（ｆ）工程で、前記
強磁性層表面が露出するまで前記第２反強磁性層を掘り
込んでもよいし、あるいは前記第２反強磁性層の途中ま
で前記第２反強磁性層を掘り込んでもよい。ここで前記
凹部下に一部残された前記第２反強磁性層の部分は、反
強磁性としての機能が損なわれる程度に薄い膜厚であ
り、前記凹部下領域と前記フリー磁性層間（あるいは前
記強磁性層間）で交換結合磁界が発生しないか、あるい
は発生しても非常に弱い交換結合磁界であり、前記フリ
ー磁性層（あるいは強磁性層）が強固に固定されること
が無い。

【００５３】従って前記第２反強磁性層に形成された前
記凹部下のフリー磁性層（及び強磁性層）を、適切に磁
気抵抗効果を発揮し得る感度領域として機能させること
ができる。

【００５４】なお本発明では、前記マスク層を、無機材
料で形成することが好ましい。また本発明では、前記
（ｄ）工程ないし（ｇ）工程に代えて以下の工程を有す
るものであってもよい。（ｈ）前記絶縁層上から前記非
磁性材料層上にかけてフリー磁性層を形成した後、前記
フリー磁性層上に非磁性中間層を形成する工程と、
（ｉ）前記積層体と膜厚方向に対向する位置での前記非
磁性中間層上にリフトオフ用レジスト層を形成し、前記
レジスト層に覆われていない前記非磁性中間層のトラッ
ク幅方向の両側に強磁性層及び第２反強磁性層を積層
し、このとき、前記第２反強磁性層間から露出する前記
非磁性中間層表面のトラック幅方向における幅寸法を、
前記積層体上面のトラック幅方向における幅寸法より小
さく形成する工程と、（ｊ）前記レジスト層を除去する
工程。

【００５５】上記した（ｉ）及び（ｊ）工程を使用する
と、上記した（ｆ）工程における第２反強磁性層を掘り
込む工程が必要無くなる。そして前記（ｉ）及び（ｊ）
工程によれば、前記第２反強磁性層間に形成された凹部
からは、前記非磁性中間層の上面が露出する形態を形成
することができる。

【００５６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明におけるＣＰＰ
（current perpendicular plane）型の磁気検出素子
（スピンバルブ型薄膜素子）を記録媒体との対向面側か
ら見た部分断面図である。

【００５７】図１に示す磁気検出素子の上下には、ギャ
ップ層（図示しない）を介してシールド層（図示しな
い）が設けられており、前記磁気検出素子、ギャップ層
及びシールド層を合わせてＭＲヘッドと呼んでいる。

【００５８】前記ＭＲヘッドは、記録媒体に記録された
外部信号を再生するためのものである。また本発明で
は、前記ＭＲヘッドの上に記録用のインダクティブヘッ
ドが積層されていてもよい。前記磁気検出素子の上側に
形成されたシールド層（上部シールド層）は、前記イン
ダクティブヘッドの下部コア層として兼用されていても
よい。

【００５９】また前記ＭＲヘッドは、例えばアルミナ−
チタンカーバイト（Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ）で形成されたス
ライダのトレーリング端面上に形成される。前記スライ
ダは、記録媒体との対向面と逆面側で、ステンレス材な
どによる弾性変形可能な支持部材と接合され、磁気ヘッ
ド装置が構成される。

【００６０】図１に示す符号２０は、第１電極層であ
る。前記第１電極層２０が前記ギャップ層を兼ねていて
もよいし、あるいは前記第１電極層２０が磁性材料で形
成されるときは、前記シールド層を兼ねていてもよい。
なお前記第１電極層２０は例えば、α−Ｔａ、Ａｕ、Ｃ
ｒ、Ｃｕ（銅）、Ｒｈ、Ｉｒ、ＲｕやＷ（タングステ
ン）などで形成されている。

【００６１】図１に示すように、前記第１電極層２０上
には、下地層２１が形成され、前記下地層２１の上には
シードレイヤ２２が形成される。

【００６２】前記下地層２１は、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚ
ｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１種以上の元素で
形成されることが好ましい。また前記シードレイヤ２２
は、ＮｉＦｅＣｒ合金やＣｒなどで形成される。前記シ
ードレイヤ２２が形成されることで、その上に形成され
る各層の結晶粒径が大きくなり抵抗変化率の向上などを
図ることが可能になる。

【００６３】前記シードレイヤ２２の上には第１反強磁
性層２３が形成されている。前記第１反強磁性層２３
は、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒ
ｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭ
ｎとを含有する反強磁性材料で形成されることが好まし
い。例えばＰｔＭｎ合金などで形成される。

【００６４】あるいは本発明では、前記第１反強磁性層
２３は、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′は、Ｎ
ｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａ
ｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃ
ｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃ
ｄ，Ｉｒ，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）で形成されてもよい。

【００６５】なお前記元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組
成比は、４５（ａｔ％）以上６０（ａｔ％）以下である
ことが好ましい。

【００６６】前記第１反強磁性層２３の上には固定磁性
層２７が形成されている。この実施形態では前記固定磁
性層２７は積層フェリ構造で形成されている。

【００６７】図１に示すように、前記固定磁性層２７は
下から磁性層２４、非磁性中間層２５及び磁性層２６の
順に積層形成されている。ここで前記磁性層２４、２６
は、例えばＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、Ｃｏ、Ｎ
ｉＦｅ合金などの磁性材料で形成される。また前記非磁
性中間層２５は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕ
などの非磁性導電材料で形成されることが好ましい。

【００６８】図１に示す固定磁性層２７では、前記磁性
層２４は前記第１反強磁性層２３との間で発生する交換
結合磁界によって例えば図示Ｙ方向に固定される。一
方、磁性層２６は前記磁性層２４との間で発生するＲＫ
ＫＹ相互作用における結合磁界によって図示Ｙ方向とは
逆の方向に磁化される。

【００６９】すなわち積層フェリ構造では、前記磁性層
２４と磁性層２６とが互いに反平行状態に磁化されるの
である。なお前記積層フェリ構造を構成するためには、
前記磁性層２４と磁性層２６の単位面積当たりの磁気モ
ーメント（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ）が異なるようにしな
ければならない。例えば前記磁性層２４と磁性層２６が
同じ材質で形成されるときは、前記磁性層２４と磁性層
２６の膜厚を異ならせて形成する。

【００７０】図１に示すように、前記固定磁性層２７の
上には非磁性材料層４８が形成される。この実施形態で
は前記非磁性材料層４８は２層構造であり、下層２８は
Ｃｕ層、Ｒｈ層、Ｒｕ層、Ｒｅ層、Ｏｓ層、Ｃｒ層、Ｉ
ｒ層、Ｐｔ層、Ｐｄ層、またはこれら材質の混合層で形
成されており、上層２９は、Ｒｕ層、Ｒｈ層、Ｒｅ層、
Ｏｓ層、Ｉｒ層、Ｐｔ層、Ｐｄ層、またはこれら材質の
混合層で形成されている。前記上層２９は、特にＲｕ層
で形成されていることが好ましい。

【００７１】なお前記非磁性材料層４８の膜厚は１０Å
以上で７０Å以下であることが好ましい。Ｒｕなどで形
成された非磁性材料層４８は、固定磁性層２７及び／ま
たはフリー磁性層３２を構成するＦｅやＣｏ元素との界
面で、アップスピンやダウンスピンの伝導電子の透過
率、反射率があまり大きくないので、前記非磁性材料層
４８の膜厚はそれほど厚くないことが好ましい。より好
ましい前記非磁性材料層４８の膜厚は３Å以上で２０Å
以下である。

【００７２】前記Ｒｕなどで形成された上層２９は、後
で製造工程で詳しく説明するように、Ｃｕなどで形成さ
れた下層２８を大気暴露によるコンタミなどや酸化から
適切に保護するための層である。Ｒｕなどで形成された
上層２９は、大気暴露によってもコンタミの発生は少な
く、また酸化などの侵食も無いことから適切に下層２８
を保護する役割を有すると共に、前記上層２９も非磁性
材料で形成されるから前記上層２９を下層２８とともに
非磁性材料層４８として機能させることができる。

【００７３】なた図１においては、非磁性材料層４８を
構成する前記下層２８と上層２９とは明確な２層構造と
して表されているが、前記下層２８と上層２９との界面
で元素が入り交じり、前記非磁性材料層４８の下面側に
比べて表面側にＲｕ層、Ｒｈ層、Ｒｅ層、Ｏｓ層、Ｉｒ
層、Ｐｔ層、Ｐｄ層、またはこれら材質の混合層が多く
存在する組成変調を起していてもよい。

【００７４】図１に示すように、前記第１反強磁性層２
３から非磁性材料層４８までの積層体３０は、トラック
幅方向（図示Ｘ方向）の両側端面３０ａが連続面とな
り、前記両側端面３０ａは、前記第１反強磁性層２３側
から前記非磁性材料層４８側にかけて（図示Ｚ方向）徐
々に幅寸法が狭くなる傾斜面あるいは湾曲面として形成
される。

【００７５】なお図１に示す実施形態では前記第１反強
磁性層２３の下側領域２３ａは、前記両側端面３０ａか
らさらにトラック幅方向（図示Ｘ方向）に延びて形成さ
れているが、前記延出した下側領域２３ａの部分は除去
されて、その除去された部分からシードレイヤ２２、下
地層２１あるいは第１電極層２０が露出していてもかま
わない。

【００７６】なお前記第１反強磁性層２３の下側領域２
３ａ上面から前記第１反強磁性層２３上面までの膜厚は
概ね１００〜１５０Å程度である。

【００７７】図１に示すように前記積層体３０のトラッ
ク幅方向（図示Ｘ方向）の両側には、絶縁層３１、３１
が形成されている。前記絶縁層３１はＡｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ
₂などの絶縁材料で形成される。

【００７８】なお前記絶縁層３１の内側先端部３１ｂ、
３１ｂは、前記積層体３０上に延出して形成されること
が好ましい。これによって前記積層体３０の両側領域を
適切に絶縁状態にすることができる。なお前記絶縁層３
１の膜厚は概ね１５０Å程度である。

【００７９】本発明では図１に示すように、前記絶縁層
３１上から前記積層体３０上にかけてフリー磁性層３２
が形成されている。前記フリー磁性層３２は、例えばＮ
ｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、Ｃｏな
どで形成される。

【００８０】また前記フリー磁性層３２は、磁性材料の
積層構造で形成されてもよく、例えば下からＣｏＦｅ合
金膜、ＮｉＦｅ合金膜の順に積層された構造を提示する
ことができる。前記ＣｏＦｅ合金を前記積層体３０と接
する側に形成することにより、前記非磁性材料層４８と
の界面での金属元素等の拡散を防止し、抵抗変化率（Δ
Ｒ／Ｒ）を大きくすることができる。

【００８１】図１に示すように前記フリー磁性層３２の
上には、非磁性中間層３３が形成され、その上には強磁
性層３４が積層される。前記非磁性中間層３３は、Ｒ
ｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどの非磁性導電材
料で形成されることが好ましい。また前記強磁性層３４
は、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、
Ｃｏなどの磁性材料で形成される。

【００８２】さらに本発明では、図１に示すように前記
強磁性層３４の上には第２反強磁性層３５が形成され
る。前記第２反強磁性層３５は第１反強磁性層２３と同
様の反強磁性材料で形成されることが好ましい。具体的
には前記第２反強磁性層３５は、元素Ｘ（ただしＸは、
Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または
２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材
料で形成されることが好ましい。例えばＰｔＭｎ合金な
どで形成される。

【００８３】あるいは本発明では、前記第２反強磁性層
３５は、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′は、Ｎ
ｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａ
ｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃ
ｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃ
ｄ，Ｉｒ，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）で形成されてもよい。

【００８４】なお前記元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組
成比は、４５（ａｔ％）以上６０（ａｔ％）以下である
ことが好ましい。

【００８５】図１に示すように前記第２反強磁性層３５
には、前記積層体３０と膜厚方向（図示Ｚ方向）にて対
向する位置の上面から前記積層体方向に向けて凹部３５
ａが形成されている。

【００８６】図１に示す実施形態では、前記第２反強磁
性層３５と前記強磁性層３４との間で発生する交換結合
磁界によって前記強磁性層３４の磁化はトラック幅方向
（図示Ｘ方向）に固定されるが、前記第２反強磁性層３
５に形成された凹部３５ａ下における強磁性層３４の中
央部（感度領域）Ａは磁化が固定されておらず磁化変動
できる程度に弱く磁化された状態になっている。

【００８７】上記したように前記第２反強磁性層３５に
はその中央部分に凹部３５ａが形成されており、この凹
部３５ａが形成された部分での前記第２反強磁性層３５
の膜厚は非常に薄くなっている。例えば前記凹部３５ａ
下の前記第２反強磁性層３５の膜厚Ｈ１は１０〜７０Å
である。このように前記凹部３５ａが形成された部分で
は前記第２反強磁性層３５の膜厚Ｈ１が非常に薄く形成
されているから、膜厚Ｈ１で形成された第２反強磁性層
３５と強磁性層３４間にはほとんど交換結合磁界が発生
しない状態になっており、したがって前記第２反強磁性
層３５に形成された凹部３５ａ下における強磁性層３４
の中央部Ａの磁化は強固に固定された状態には無い。一
方、前記中央部Ａの両側領域（不感領域）Ｂの強磁性層
３４は、その上に形成された厚い膜厚の第２反強磁性層
３５との間で十分な交換結合磁界が発生し、前記強磁性
層３４の両側領域Ｂの磁化は図示Ｘ方向に強固に固定さ
れた状態になる。

【００８８】一方、前記フリー磁性層３２の磁化は、前
記強磁性層３４との間で発生するＲＫＫＹ相互作用にお
ける結合磁界によって前記強磁性層３４の磁化方向とは
反平行に磁化される。

【００８９】前記フリー磁性層３２の両側領域（不感領
域）Ｃの磁化は、上記したＲＫＫＹ相互作用による結合
磁界によって強固に固定されるが、前記フリー磁性層３
２の中央部（感度領域）Ｄの磁化は外部磁界に対し変動
できる程度に弱く磁化された状態になっており、外部磁
界がこの磁気検出素子に流入してくると、前記フリー磁
性層の中央部Ｄと強磁性層３４の中央部Ａの磁化が反平
行状態を保ちながら変動し、固定磁性層２７の固定磁化
との関係で電気抵抗が変化することで、外部信号が再生
されるようになっている。

【００９０】また図１に示すように、前記第２反強磁性
層３５の上にはＴａなどで形成された保護層３６が形成
されている。なお前記保護層３６は、前記第２反強磁性
層３５に形成された凹部３５ａ内には形成されていな
い。

【００９１】そして前記保護層３６上から前記第２反強
磁性層３５に形成された凹部３５ａ内にかけて電極層
（第２電極層）３７が形成されている。前記第２電極層
３７は例えば、α−Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ（銅）、Ｒ
ｈ、Ｉｒ、ＲｕやＷ（タングステン）などで形成されて
いる。なお前記第２電極層３７が前記ギャップ層を兼ね
ていてもよいし、あるいは前記第２電極層３７が磁性材
料で形成されるときは、前記シールド層を兼ねていても
よい。

【００９２】本発明の磁気検出素子はＣＰＰ型であるか
ら、図１のように電極層２０、３７は素子の膜厚方向の
上下に形成され、前記電極層２０、３７からのセンス電
流は、前記素子を構成する各層の膜面に対し垂直方向に
流れる。

【００９３】以上、図１の磁気検出素子を構成する各層
について説明したが、以下では本発明における磁気検出
素子の特徴的構造について説明する。（１）フリー磁性
層３２が絶縁層３１上から積層体３０上にかけて形成さ
れており、前記フリー磁性層３２のトラック幅方向（図
示Ｘ方向）への幅寸法は、トラック幅Ｔｗ（ここでのト
ラック幅Ｔｗは磁気的なトラック幅をいう。なお以下、
単にトラック幅Ｔｗというときは、前記磁気的なトラッ
ク幅のことを指す）よりも長く延ばされて形成されてい
る。

【００９４】図１の実施形態において前記トラック幅Ｔ
ｗは、前記第２反強磁性層３５に形成された凹部３５ａ
の下面３５ｃのトラック幅方向（図示Ｘ方向）における
幅寸法で決定される。

【００９５】上記したように、前記凹部３５ａと膜厚方
向で対向する位置にある前記フリー磁性層３２の中央部
Ｄが、外部磁界に対し磁化変動できる感度領域であり、
この中央部Ｄのトラック幅方向における幅寸法は前記ト
ラック幅Ｔｗとほぼ一致する。

【００９６】前記トラック幅Ｔｗは今後の高記録密度化
に伴って益々小さくなる傾向にある。例えば前記トラッ
ク幅Ｔｗは０．１μｍ程度にまで狭小化される。

【００９７】このため従来のように前記フリー磁性層３
２のトラック幅方向における幅寸法がトラック幅Ｔｗで
形成されると、前記フリー磁性層３２が非常に小さくな
ってしまい、反磁界の影響も強まり、前記フリー磁性層
３２を適切に単磁区化することは非常に難しい。

【００９８】一方、本発明では前記トラック幅Ｔｗの寸
法に左右されることなく前記フリー磁性層３２のトラッ
ク幅方向における幅寸法を長く延ばして形成できる。そ
して前記フリー磁性層３２のトラック幅Ｔｗ領域（＝感
度領域）となる中央部Ｄ以外の両側領域（不感領域；実
質的に磁気抵抗効果に寄与しない領域）Ｃの上側に厚い
膜厚の第２反強磁性層３５を形成した、いわゆるエクス
チェンジバイアス方式を採用することで、反磁界も弱
く、前記両側領域Ｃの磁化を適切にトラック幅方向に固
定できると共に、前記中央部Ｄを外部磁界に対し磁化変
動できる程度に弱く単磁区化でき、トラック幅Ｔｗの狭
小化においても感度に優れた磁気検出素子を製造するこ
とができる。

【００９９】特に本発明においては、前記フリー磁性層
３２を、積層体３０の両側に形成された絶縁層３１上に
まで延ばして形成することが可能であるため、トラック
幅Ｔｗの寸法のみならず前記積層体３０の幅寸法にも左
右されることなく前記フリー磁性層３２の幅寸法を決定
できる。

【０１００】例えば従来の図１１のように積層体９の一
部としてフリー磁性層５を含む場合は、前記積層体９の
幅寸法を延ばせば、前記フリー磁性層５の幅寸法を長く
延ばすことができるが、当然、前記フリー磁性層５の幅
寸法が、前記積層体９の幅寸法より大きくなることはな
い。

【０１０１】そして図９に示す積層体９の構造におい
て、エクスチェンジバイアス方式を採用しても、後述す
るように、前記積層体９の幅自体も直流抵抗値などの関
係から狭くする必要があり、したがって、積層体９の幅
＝フリー磁性層５の幅という関係にあっては、十分に前
記フリー磁性層５の幅寸法を長くできず、かかる場合、
エクスチェンジバイアス方式を使用しても、今後の高記
録密度化に適切に対応できるほどの出力を得ることはで
きない。

【０１０２】一方、本発明では、前記フリー磁性層３２
の幅寸法は、トラック幅Ｔｗの寸法のみならず、積層体
３０の幅寸法にも左右されることがなく、したがって前
記トラック幅Ｔｗ及び積層体３０の幅の狭小化に関わら
ず、前記フリー磁性層３２を長く延ばすことができる。

【０１０３】よって本発明では、従来に比べて前記フリ
ー磁性層３２の磁化制御をより適切に及び容易に行うこ
とが可能なのである。（２）第１反強磁性層２３から非
磁性材料層４８まで形成された積層体３０のトラック幅
方向の両側には絶縁層３１が形成されており、前記絶縁
層から非磁性材料層４８上にかけてフリー磁性層３２が
形成されている。

【０１０４】このように前記積層体３０のトラック幅方
向の両側に絶縁層３１が形成されていることで、電極層
２０、３７から流れる電流は、フリー磁性層３２を介し
て前記積層体３０内部を適切に通過する。

【０１０５】すなわち必ずフリー磁性層３２から積層体
３０内部へ、あるいは前記積層体３０内部からフリー磁
性層３２に電流が流れ、電流の分流が起こり難い構造と
なっている。

【０１０６】これは前記フリー磁性層３２の磁化制御を
第２反強磁性層３５を用いたエクスチェンジバイアス方
式としたからである。従来では前記フリー磁性層３２の
磁化制御を、前記フリー磁性層３２の両側にハードバイ
アス層を用いて行うハードバイアス方式を採用していた
が、これでは前記電流がハードバイアス層に分流しやす
く、いわゆるシャントロスの増大を招いていた。

【０１０７】一方、本発明では、前記積層体３０の両側
を絶縁層３１で埋めてしまうと共に、フリー磁性層３２
の磁化制御をエクスチェンジバイアス方式とすること
で、電流は必ずから積層体３０に、あるいは積層体３０
からフリー磁性層３２に流れる経路を通るため、電流の
分流はハードバイアス方式に比べて減り、シャントロス
の低減によって抵抗変化率の向上を図ることが可能にな
る。

【０１０８】以上のように本発明では、トラック幅Ｔｗ
の狭小化においても、感度に優れ、再生出力が高く、し
かも抵抗変化率が大きいＣＰＰ型（current perpendic
ularplane）の磁気検出素子を適切且つ容易に製造する
ことが可能である。

【０１０９】次に本発明では、前記積層体３０の上面３
０ｂのトラック幅方向（図示Ｘ方向）における幅寸法Ｔ
１が、前記トラック幅Ｔｗと同じか、あるいはそれより
も小さいことが好ましい。

【０１１０】前記積層体３０の上面３０ｂのトラック幅
方向における幅寸法Ｔ１は、電気的なトラック幅として
規制される。ＣＰＰ型磁気検出素子においては、前記積
層体の幅寸法Ｔ１をできる限り小さくし、これによって
直流抵抗値（ＤＣＲ）を大きくすることが好ましい。

【０１１１】一方、前記凹部３５ａの下面３５ｃのトラ
ック幅方向における幅寸法は、磁気的なトラック幅Ｔｗ
として規制される。すなわち前記凹部３５ａと対向する
位置にある強磁性層３４とフリー磁性層３２の中央部
Ａ、Ｄは実質的に磁気抵抗効果に関与する感度領域とし
て機能する。

【０１１２】高記録密度化においては、磁気的なトラッ
ク幅Ｔｗを小さくし、記録密度を向上させることが必要
となるが、あまり磁気的なトラック幅Ｔｗを小さくしす
ぎると、感度領域が非常に小さくなりすぎて再生出力の
低下が顕著となる。

【０１１３】このため磁気的なトラック幅Ｔｗは、高記
録密度化に適切に対応でき、再生出力の低下が増大しな
い程度に狭小化するとともに、積層体３０の上面３０ｂ
の幅寸法（電気的なトラック幅）は、前記磁気的なトラ
ック幅Ｔｗと同程度か、あるいはそれよりもさらに小さ
くして素子の直流抵抗値（ＤＣＲ）をより的確に高める
ことができるようにすることが好ましい。

【０１１４】そこで本発明では、前記積層体３０の上面
３０ｂのトラック幅方向における幅寸法Ｔ１を、前記凹
部３５ａの下面３５ｃのトラック幅方向における幅寸法
（＝磁気的なトラック幅Ｔｗ）と同じか、あるいはそれ
よりも小さく形成すると規定した。

【０１１５】なお前記凹部３５ａのトラック幅Ｔｗは
０．１μｍ程度であることが好ましく、前記積層体３０
の幅寸法Ｔ１は、０．１μｍ以下であることが好まし
い。

【０１１６】これによって再生出力と直流抵抗値（ＤＣ
Ｒ）の双方を適切に高めることが可能である。

【０１１７】なお本発明において、前記積層体３０の上
面３０ｂのトラック幅方向における幅寸法Ｔ１と、前記
凹部３５ａの下面３５ｃのトラック幅方向における幅寸
法（＝磁気的なトラック幅Ｔｗ）との寸法関係を、Ｔ１
≦Ｔｗと規制できる理由は、本発明では前記積層体３０
上から前記積層体３０の両側に形成された絶縁層３１上
にかけてフリー磁性層３２を形成しているため、前記フ
リー磁性層３２の上側に形成される第２反強磁性層３５
のトラック幅方向における幅寸法を、前記積層体３０の
上面３０ｂの幅寸法Ｔ１より長く形成できるからであ
る。従って本発明では、前記積層体３０の上面３０ｂの
幅寸法Ｔ１の寸法に左右されることなく、前記第２反強
磁性層３５に、前記幅寸法Ｔ１と同じか、あるいはそれ
よりも大きい幅の凹部３５ａを形成することが可能にな
っている。

【０１１８】次に前記第２反強磁性層３５に形成された
凹部３５ａの形状などについて以下に説明する。

【０１１９】図１に示す実施形態では前記凹部３５ａの
内側側面３５ｂ、３５ｂは、下面３５ｃから垂直方向
（図示Ｚ方向）に立ち上がって形成されているが、前記
内側側面３５ｂは、前記凹部３５ａの下面３５ｃから上
面に向うにしたがって徐々に前記内側側面３５ｂ間の間
隔が広くなるような傾斜面あるいは湾曲面として形成さ
れていてもかまわない。

【０１２０】次に図１に示す実施形態では、前記凹部３
５ａの下には第２反強磁性層３５が一部残された状態に
なっており、前述したように、この凹部３５ａ下での前
記第２反強磁性層３５の膜厚Ｈ１は非常に薄いために交
換結合磁界が強磁性層３４との間でほとんど発生しない
状態になっている。

【０１２１】ここで本発明のＣＰＰ型の磁気検出素子の
場合、前記凹部３５ａの下に一部、第２反強磁性層３５
を残しておいても、ＣＩＰ型（すなわち電流を各層の膜
面と平行に流すタイプ）の磁気検出素子に比べてシャン
トロスの発生を適切に低減させることができる。

【０１２２】本発明のようにＣＰＰ型磁気検出素子の場
合には、センス電流は各層の膜面と垂直方向に流れるか
ら、実質的に磁気抵抗効果に寄与するフリー磁性層３２
の中央部（感度領域）Ｄ上に第２反強磁性層３５が一部
残されていても、この第２反強磁性層３５を介して前記
フリー磁性層３２の中央部Ｄにセンス電流は流れる。従
ってシャントロスは発生し難い。

【０１２３】しかしＣＩＰ型の場合、前記フリー磁性層
３２の中央部Ｄ上に第２反強磁性層３５が一部残されて
いると、前記前記第２反強磁性層３５の部分に流れたセ
ンス電流は、前記フリー磁性層３２に流入せずに（ある
いは一部流入したとしても）、主として前記第２反強磁
性層３５内を膜面と平行な方向（図示Ｘ方向）に横切っ
て流れてしまう。すなわちこれがシャントロスとなり抵
抗変化率の低下を招く。

【０１２４】以上のように、本発明のＣＰＰ型磁気検出
素子の場合、前記フリー磁性層３２の中央部（感度領
域）Ｄ上に一部、第２反強磁性層３５が残されていても
抵抗変化率は低下しにくく、ＣＩＰ型磁気検出素子に比
べて、前記凹部３５ａの形成が楽であり、効果的に抵抗
変化率の高い磁気検出素子を形成することが可能であ
る。

【０１２５】ところで前記凹部３５ａは、前記第２反強
磁性層３５を例えばイオンミリングなどによって削るこ
とで形成される。従ってイオンミリングでの削り量によ
って前記膜厚Ｈ１の寸法を適切に制御することができ、
また前記削り量が多くなれば、前記凹部３５ａと膜厚方
向で対向する前記第２反強磁性層３５の部分は全て除去
され強磁性層３４表面が露出することもある。

【０１２６】かかる場合、本発明では例えば点線で示す
ように前記強磁性層３４表面も若干削られて、前記凹部
３５ａの下面３５ｃが、前記強磁性層３４の上面３４ａ
より低い位置となる（符号３５ｃの点線による引出し線
を参照されたい）。

【０１２７】さらに前記凹部３５ａが形成される位置と
膜厚方向で対向する前記強磁性層３４の部分がすべて除
去されて前記非磁性中間層３３の表面が前記凹部３５ａ
から露出した状態であってもかまわない。

【０１２８】ただし前記凹部３５ａが形成される位置と
膜厚方向で対向する前記非磁性中間層３３の部分をも全
て除去し、フリー磁性層３２表面を前記凹部３５ａから
露出させる形態でないことが好ましい。前記非磁性中間
層３３をすべて除去すると、このときフリー磁性層３２
までも一部削られてしまう。前記フリー磁性層３２の中
央部Ｄは実質的に磁気抵抗効果に関与する感度領域であ
るから、この部分での膜厚変動は、再生特性に大きな影
響を及ぼすことになり、再生特性の劣化を招きやすくな
る。また前記フリー磁性層３２が露出し、その部分が外
気などによって汚染されると再生特性の低下を招く。

【０１２９】従って前記フリー磁性層３２表面は露出し
ないように、少なくとも前記フリー磁性層３２上に非磁
性中間層３３が残るようにイオンミリング時間などを調
整して、前記凹部３５ａを形成する必要がある。

【０１３０】図２は本発明における第２実施形態のＣＰ
Ｐ型の磁気検出素子（スピンバルブ型薄膜素子）の構造
を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。な
お図１と同じ符号が付けられている層は図１と同じ層を
示している。

【０１３１】図２に示す実施形態では、積層体３０構
造、前記積層体３０のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の
両側に絶縁層３１が形成されている点、さらに前記絶縁
層３１から積層体３０上にかけてフリー磁性層３２が形
成され、前記フリー磁性層３２の上に非磁性中間層３３
が形成されている点は、図１とほぼ同じである。

【０１３２】図２において図１と異なるのは、図２で
は、第２反強磁性層４１及び強磁性層４０間に形成され
た凹部４１ａが、非磁性中間層３３上まで形成され、前
記凹部４１ａから前記非磁性中間層３３表面が露出して
いる点である。

【０１３３】上記のように図１の場合でも前記凹部３５
ａから前記非磁性中間層３３表面を露出させることは可
能であるが、図１に示す凹部３５ａの形成は、イオンミ
リングなどによって削り込むことで行なわれるため、前
記凹部３５ａから露出した前記非磁性中間層３３表面も
一部削られてその部分での膜厚は薄くなりやすい。

【０１３４】図２の場合においては、非磁性中間層３３
上に図２の形状の強磁性層４０及び第２反強磁性層４１
をレジストを用いて形成することで前記第２反強磁性層
４１間に前記凹部４１ａを形成しており、イオンミリン
グでの削り込みで前記凹部４１ａの形成が行なわれてい
るわけではない。図２の製造方法については後で詳しく
説明する。

【０１３５】従って図２では、前記凹部４１ａから露出
した非磁性中間層３３表面に削られた跡はなく平らであ
り、前記凹部４１ａ下での前記非磁性中間層３３の膜厚
は、他の位置での前記非磁性中間層３３の膜厚とほぼ同
じである。また前記非磁性中間層３３表面は、前記凹部
４１ａから露出する部分も含めてほぼ平坦化面として形
成されている。

【０１３６】図２に示す実施形態では、前記非磁性中間
層３３上に形成された強磁性層４０及び第２反強磁性層
４１の内側端面４２は、下面から上面（図示Ｚ方向）に
向うにしたがって、徐々に前記内側端面４２、４２間の
間隔が広がる傾斜面あるいは湾曲面として形成されてい
る。

【０１３７】図２に示す実施形態でも図１と同様に、フ
リー磁性層３２が絶縁層３１上から積層体３０上にかけ
て形成されており、前記フリー磁性層３２のトラック幅
方向（図示Ｘ方向）への幅寸法は、トラック幅Ｔｗ及び
積層体３０の幅寸法よりも長く延ばされて形成されてい
る。

【０１３８】そして前記フリー磁性層３２のトラック幅
Ｔｗ領域（＝感度領域）となる中央部Ｄ以外の両側領域
（不感領域）Ｃの上側に厚い膜厚の第２反強磁性層４１
を形成した、いわゆるエクスチェンジバイアス方式を採
用することで、前記両側領域Ｃの磁化を適切にトラック
幅方向に固定できると共に、前記中央部Ｄを外部磁界に
対し変動できる程度に弱く単磁区化でき、トラック幅Ｔ
ｗや積層体３０の狭小化においても感度に優れた磁気検
出素子を製造することができる。

【０１３９】また第１反強磁性層２３から非磁性材料層
５０まで形成された積層体３０のトラック幅方向（図示
Ｘ方向）の両側には絶縁層３１が形成されており、前記
絶縁層３１から非磁性材料層５０上にかけてフリー磁性
層３２が形成されている。

【０１４０】このように前記積層体３０のトラック幅方
向の両側に絶縁層３１が形成されていることで、電極層
２０、３７から流れる電流は、前記積層体３０内部を適
切に通過する。

【０１４１】すなわち本発明では、前記積層体３０の両
側を絶縁層３１で埋めてしまうと共に、フリー磁性層３
２の磁化制御を第２反強磁性層４１を用いたエクスチェ
ンジバイアス方式とすることで、電流がフリー磁性層３
２から積層体３０に流れる経路以外に分流することが抑
制され、いわゆるシャントロスの低減によって抵抗変化
率の向上を図ることが可能になる。

【０１４２】以上のように本発明では、トラック幅Ｔｗ
の狭小化においても、感度に優れ、再生出力が高く、し
かも抵抗変化率が大きいＣＰＰ型磁気検出素子（スピン
バルブ型薄膜素子）を適切且つ容易に製造することが可
能である。

【０１４３】なお図２に示す実施形態においては、前記
非磁性材料層５０は１層のみで構成されている。この非
磁性材料層５０は、図１に示す非磁性材料層４８の上層
２９を構成するＲｕなどで形成されている。Ｒｕなど前
記上層２９の材質はすべて非磁性材料であるから、これ
らの材質で形成された層を非磁性材料層５０として機能
させることができる。また前記非磁性材料層５０がＲｕ
など前記上層２９を構成する材質の単層で形成されれ
ば、そもそも大気暴露によるコンタミや酸化などの汚染
から前記非磁性材料層５０を適切に保護できる。

【０１４４】また後述する製造方法で説明するように、
前記非磁性材料層５０を形成した後、その上にフリー磁
性層３２を構成する工程において、素子が大気に曝され
ない状況であれば、前記非磁性材料層５０を従来と同様
に図１の下層２８を構成するＣｕなどの材質のみで形成
してもかまわない。

【０１４５】なお上記非磁性材料層５０の構成は図１及
び、次に説明する図３の実施形態においても適用可能で
ある。

【０１４６】図３は本発明における第３実施形態のＣＰ
Ｐ型の磁気検出素子（スピンバルブ型薄膜素子）の構造
を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。な
お図１と同じ符号が付けられている層は図１と同じ層を
示している。

【０１４７】図３に示す実施形態では図１及び図２と異
なり、フリー磁性層３２上と第２反強磁性層３５間に非
磁性中間層３３及び強磁性層３４が形成されていない。

【０１４８】図１及び図２に示す実施形態では、いずれ
もフリー磁性層３２の両側領域Ｃの部分が非磁性中間層
３３と強磁性層３４との積層フェリ構造とされており、
前記フリー磁性層３２の磁化制御は、前記積層フェリ構
造と第２反強磁性層とを組み合わせた、シンセティフィ
ック・バイアス・カップリングのエクスチェンジバイア
ス方式を用いて行なわれている。

【０１４９】一方、図３では、前記フリー磁性層３２上
に直接、第２反強磁性層３５が形成されている。そして
前記第２反強磁性層３５とフリー磁性層３２間に発生す
る交換結合磁界によって前記フリー磁性層３２はトラッ
ク幅方向（図示Ｘ方向）に磁化される。

【０１５０】ここで前記第２反強磁性層３５に形成され
た凹部３５ａの下面のトラック幅方向における幅寸法
は、トラック幅Ｔｗ（磁気的なトラック幅）として規制
され、前記凹部３５ａ下に残された第２反強磁性層３５
の膜厚Ｈ１は非常に薄くなっている。そしてこの部分で
は前記第２反強磁性層３５とフリー磁性層３２間でほと
んど交換結合磁界が発生せず、前記凹部３５ａ下に位置
するフリー磁性層３２の中央部（感度領域）Ｄの磁化が
トラック幅方向に強固に固定されることはない。

【０１５１】一方、前記フリー磁性層３２の中央部Ｄの
トラック幅方向の両側に位置する両側領域（不感領域）
Ｃ、Ｃでは、その上に形成された厚い膜厚の第２反強磁
性層３５との間で大きな交換結合磁界が発生するため前
記両側領域Ｃ、Ｃの磁化はトラック幅方向に適切に固定
された状態にある。

【０１５２】前記フリー磁性層３２の中央部Ｄのトラッ
ク幅方向における幅寸法は、前記凹部３５ａの下面の幅
寸法で決定されるトラック幅Ｔｗとほぼ同じ幅寸法を有
し、前記フリー磁性層３２の両側領域Ｃの磁化が図示Ｘ
方向に固定されたことで、前記フリー磁性層３２の中央
部Ｄの磁化が外部磁界に対し反転できる程度に図示Ｘ方
向に揃えられる。

【０１５３】図３に示す実施形態でも図１と同様に、フ
リー磁性層３２が絶縁層３１上から積層体３０上にかけ
て形成されており、前記フリー磁性層３２のトラック幅
方向（図示Ｘ方向）への幅寸法は、トラック幅Ｔｗ及び
積層体３０の幅寸法よりも長く延ばされて形成されてい
る。

【０１５４】そして前記フリー磁性層３２のトラック幅
Ｔｗ領域（＝感度領域）となる中央部Ｄ以外の両側領域
（不感領域）Ｃ上に厚い膜厚の第２反強磁性層３５を形
成した、いわゆるエクスチェンジバイアス方式を採用す
ることで、前記両側領域Ｃの磁化を適切にトラック幅方
向に固定できると共に、前記中央部Ｄを外部磁界に対し
変動できる程度に弱く単磁区化でき、トラック幅Ｔｗや
積層体３０の狭小化においても感度に優れた磁気検出素
子を製造することができる。

【０１５５】また第１反強磁性層２３から非磁性材料層
４８まで形成された積層体３０のトラック幅方向の両側
には絶縁層３１が形成されており、前記絶縁層３１から
非磁性中間層４８上にかけてフリー磁性層３２が形成さ
れている。

【０１５６】このように前記積層体３０のトラック幅方
向の両側に絶縁層３１が形成されていることで、電極層
２０、３７から流れる電流は、フリー磁性層３２から前
記積層体３０内部に、あるいは積層体３０からフリー磁
性層３２に適切に流れる。

【０１５７】すなわち本発明では、前記積層体３０の両
側を絶縁層３１で埋めてしまうと共に、フリー磁性層３
２の磁化制御を第２反強磁性層３５を用いたエクスチェ
ンジバイアス方式とすることで、電流がフリー磁性層３
２から積層体３０に流れる経路以外に分流し難くなり、
いわゆるシャントロスの低減によって抵抗変化率の向上
を図ることが可能になる。

【０１５８】以上のように本発明では、トラック幅Ｔｗ
の狭小化においても、感度に優れ、再生出力が高く、し
かも抵抗変化率が大きいＣＰＰ型の磁気検出素子（スピ
ンバルブ型薄膜素子）を適切且つ容易に製造することが
可能である。

【０１５９】図４ないし図８は、本発明におけるＣＰＰ
型の磁気検出素子（スピンバルブ型薄膜素子）の製造工
程図である。各図は、磁気検出素子を記録媒体との対向
面側から見た部分断面図である。

【０１６０】図４に示す工程では、下から第１電極層２
０、下地層２１、シードレイヤ２２、第１反強磁性層２
３、固定磁性層２７、下層２８と上層２９からなる非磁
性材料層４８を連続成膜する。成膜工程にはスパッタや
蒸着が使用される。

【０１６１】本発明では前記第１電極層２０には、α−
Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ（銅）、Ｒｈ、Ｉｒ、ＲｕやＷ
（タングステン）、下地層２１には、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎ
ｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１種以上の
元素、シードレイヤ２２にはＮｉＦｅＣｒ合金やＣｒな
ど、第１反強磁性層２３には、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐ
ｔ，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Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′は、
Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａ
ｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃ
ｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃ
ｄ，Ｉｒ，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）を用いて形成することが好ましい。

【０１６２】なお図４に示す製造工程で用いている下地
層２１及びシードレイヤ２２は設けてもよいし設けなく
てもどちらでもよい。

【０１６３】次に固定磁性層２７は積層フェリ構造と呼
ばれる構造で、磁性層２４、２６間に非磁性中間層２５
が介在した３層構造となっている。本発明では前記磁性
層２４、２６をＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、Ｃ
ｏ、ＮｉＦｅ合金などの磁性材料で形成することが好ま
しい。また前記非磁性中間層２５をＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、
Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどの非磁性導電材料で形成すること
が好ましい。

【０１６４】また適切な積層フェリ構造を得るには、前
記磁性層２４と磁性層２６との単位面積当たりの磁気モ
ーメント（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ）を異ならせる必要が
ある。例えば前記磁性層２４及び磁性層２６に同じ材質
を使用した場合には、前記磁性層２４及び磁性層２６を
異なる膜厚で形成する。

【０１６５】なお前記第１反強磁性層２３及び固定磁性
層２７を成膜した後、熱処理を施して前記第１反強磁性
層２３と固定磁性層２７間に交換結合磁界を発生させ、
前記固定磁性層２７をハイト方向（図示Ｙ方向）に磁化
する。前記固定磁性層２７を構成する磁性層２４、２６
の磁化は互いに反平行状態にされる。またこの熱処理を
いつ行うかは任意であり、例えば非磁性材料層４８まで
形成した後に行ってもよいし、固定磁性層までを成膜し
た段階で行ってもよい。

【０１６６】また本発明では前記非磁性材料層４８を構
成する下層２８をＣｕ層、Ｒｈ層、Ｒｕ層、Ｒｅ層、Ｏ
ｓ層、Ｃｒ層、Ｉｒ層、Ｐｔ層、Ｐｄ層、またはこれら
材質の混合層で形成することが好ましい。

【０１６７】ところで本発明における非磁性材料層４８
は、下層２８の上に上層２９が設けられた積層構造とな
っている。前記上層２９は、Ｒｕ層、Ｒｈ層、Ｒｅ層、
Ｏｓ層、Ｉｒ層、Ｐｔ層、Ｐｄ層、またはこれら材質の
混合層で形成されることが好ましい。特にＲｕ層で形成
されることが好ましい。前記上層２９を設けることで、
図４からなる膜構成の磁気検出素子を別の装置内に移動
させるときに前記磁気検出素子が大気に曝されても前記
下層２８の大気暴露によるダメージを抑制することがで
きる。

【０１６８】仮にＲｕなどで形成された上層２９が無い
ときは、Ｃｕなどで形成された下層２８には、大気暴露
によってコンタミネーションなどが発生し、また前記下
層２８が酸化されやすく、バルク散乱効果の低下などに
よって抵抗変化率の低下を招きやすい。

【０１６９】従ってＲｕなどからなる上層２９をＣｕな
どからなる下層２８上に設けることで、前記非磁性材料
層４８としての機能を適切に維持することができる。

【０１７０】あるいは前記非磁性材料層４８を２層構造
で形成しなくても、例えば図２の磁気検出素子のように
非磁性材料層５０を一層構造で形成してもよい。かかる
場合、前記非磁性材料層５０を上層２９と同じ材質で形
成することが好ましい。これによって前記非磁性材料層
５０が大気に曝されても適切にコンタミネーションや酸
化などの汚染から前記非磁性材料層５０を防止すること
ができる。

【０１７１】なお図４に示す磁気検出素子が大気暴露さ
れないときなどは、前記非磁性材料層５０を図４に示す
Ｃｕなどで形成された下層２８と同じ材質の単層膜で形
成してもよい。

【０１７２】また図４においては、非磁性材料層４８を
構成する前記下層２８と上層２９とは明確な２層構造と
して表されているが、後工程での熱処理などによって前
記下層２８と上層２９とが熱拡散を起す可能性があり、
かかる場合、前記下層２８と上層２９との界面は不明確
になるものと考えられる。ただし組成分析によって非磁
性材料層４８中に、Ｃｕなどの下層２８を構成する材質
と、Ｒｕなどの上層２９を構成する材質とが入り交じっ
ていれば、成膜当初は、図４のように２層構造として成
膜されたものと推定することができる。なお上記組成分
析によれば、前記非磁性材料層４８の下面側に比べて表
面側にＲｕ層、Ｒｈ層、Ｒｅ層、Ｏｓ層、Ｉｒ層、Ｐｔ
層、Ｐｄ層、またはこれら材質の混合層が多く存在する
組成変調を確認することができる。

【０１７３】次に図５に示す工程では図４に示す非磁性
材料層４８上にリフトオフ用のレジスト層４５（図５を
参照）を形成する。

【０１７４】そして前記レジスト層４５に覆われていな
い、第１反強磁性層２３から非磁性材料層４８までの積
層体３０のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側領域を
イオンミリングなどで除去する。図５では、除去された
部分が点線で示されている。

【０１７５】また図５に示す工程で、前記レジスト層４
５下に残された積層体３０のトラック幅方向（図示Ｘ方
向）における両側端面３０ａは、下方から上方（第１反
強磁性層２３側から非磁性材料層４８側；図示Ｚ方向）
に向うにしたがって前記積層体３０のトラック幅方向へ
の幅寸法が徐々に小さくなる傾斜面あるいは湾曲面とし
て形成される。

【０１７６】なお前記レジスト層４５の大きさである
が、前記レジスト層４５の下に残される積層体３０の上
面３０ｂのトラック幅方向における幅寸法Ｔ１が約０．
１μｍ以下になるように前記レジスト層４５の大きさを
調整する。

【０１７７】また図５では、前記積層体３０の第１反強
磁性層２３の下側領域２３ａ、２３ａは前記両側端面３
０ａよりもさらに図示Ｘ方向に延びて形成されている
が、この延出した下側領域２３ａも全て除去され、前記
第１反強磁性層２３が略台形状で形成されていてもよ
い。かかる場合は、除去された前記積層体３０のトラッ
ク幅方向の両側からシードレイヤ２２、下地層２１ある
いは第１電極層２０のいずれかの層表面が露出する。

【０１７８】次に図６に示す工程では、図５に示す積層
体３０のトラック幅方向における両側領域に絶縁層３１
を成膜する（図６を参照のこと）。前記成膜にはスパッ
タ法や蒸着法などが使用される。

【０１７９】本発明では前記絶縁層３１をＡｌ₂Ｏ₃やＳ
ｉＯ₂などの絶縁材料で形成することが好ましい。

【０１８０】また図６に示す絶縁層３１の上面が前記積
層体３０の上面と同程度の位置となるように前記絶縁層
３１を成膜し、このとき前記積層体３０の両側端面３０
ａの一部が露出しないようにする。前記積層体３０の両
側端面３０ａの一部が露出すると分流ロスの原因となり
やすいからである。

【０１８１】前記積層体３０の両側端面３０ａを完全に
前記絶縁層３１によって埋めるには、図６に示すように
前記絶縁層３１の内側先端部３１ｂを、リフトオフ用の
レジスト層４５の下面に形成された切欠部４５ａ下に入
り込ませ、前記内側先端部３１ａが前記積層体３０の上
面に乗るように形成する。

【０１８２】このように前記レジスト層４５に形成され
た切欠部４５ａ下に絶縁層３１の内側先端部３１ｂを入
り込ませるには、前記絶縁層３１のスパッタ成膜時に、
スパッタ角度を第１電極層２０下の基板（図示しない）
に対し垂直方向（図示Ｚ方向）からやや斜めに傾けてス
パッタ成膜を行う。

【０１８３】また前記絶縁層３１の成膜時に、前記絶縁
層３１を構成する絶縁材料３１ａが前記レジスト層４５
の周囲にも付着する。そして前記リフトオフ用レジスト
層４５を除去する。

【０１８４】次に図７に示す工程では、前記絶縁層３１
上から前記積層体３０上にかけてフリー磁性層３２、非
磁性中間層３３、強磁性層３４、第２反強磁性層３５及
び保護層３６を連続成膜する。

【０１８５】本発明では前記フリー磁性層３２をＣｏＦ
ｅＮｉ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ、ＮｉＦｅ合金などの
磁性材料で、前記非磁性中間層３３を、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉ
ｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどの非磁性導電材料で、前記強
磁性層３４を、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅ
Ｎｉ合金、Ｃｏなどの磁性材料で、前記第２反強磁性層
３５を、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒ
ｈ，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Ｘ−Ｍｎ
−Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘ
ｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，
Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇ
ｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈ
ｆ，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）などで、前記保護
層３６をＴａなどで形成することが好ましい。

【０１８６】次に熱処理を施して前記第２反強磁性層３
５と強磁性層３４間に交換結合磁界を発生させ、前記強
磁性層３４をトラック幅方向（図示Ｘ方向）に磁化させ
る。なおこの熱処理をいつ行うかは任意であり、例えば
後で説明する図８工程での凹部形成後に行ってもかまわ
ない。

【０１８７】なお図７に示す実施形態では、前記強磁性
層３４、非磁性中間層３３及びフリー磁性層３２の３層
構造で積層フェリ構造を構成しているため、前記強磁性
層３４とフリー磁性層３２間で発生するＲＫＫＹ相互作
用における結合磁界によって前記強磁性層３４とフリー
磁性層３２の磁化を互いに反平行状態にすることができ
る。

【０１８８】なお図３の実施形態に示すように、フリー
磁性層３２上に直接、第２反強磁性層３５を設ける場合
には、図７に示すフリー磁性層３２を成膜後、前記フリ
ー磁性層３２上に第２反強磁性層３５を成膜する。

【０１８９】次に図７に示すように、前記保護層３６上
に穴部４６ａが形成されたマスク層４６を形成する。本
発明では前記マスク層４６を無機材料で形成することが
好ましい。

【０１９０】マスク層４６に無機材料を使用する理由は
前記マスク層４６の膜厚を薄く形成できるからである。
またエッチングレートが遅い。特に無機材料の中でもＡ
ｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏなどの無機絶縁材料
がこのような作用効果を得られやすく好ましい。前記マ
スク層４６としてレジストなどを使用してもよいが、レ
ジストの場合、前記マスク層４６の膜厚は非常に厚くな
るため、露光現像によって前記マスク層４６に微小な間
隔の穴部４６ａを形成しづらくなる。またこのマスク層
４６の穴部４６ａ内の両側端面にだれなどが発生し、前
記穴部４６ａを所定形状で形成しにくい。

【０１９１】前記マスク層４６に形成された穴部４６ａ
の間隔は、次の工程でトラック幅Ｔｗ（磁気的なトラッ
ク幅）を規制するための間隔となるため、前記穴部４６
ａは所定の寸法で、および所定の形状で適切に形成され
ていなければならない。このような理由から膜厚を薄く
形成できる無機材料で前記マスク層４６を形成すること
としている。

【０１９２】ただし前記マスク層４６として使用される
無機材料は、保護層３６や第２反強磁性層３５よりもエ
ッチングレートの遅い硬質な材料でなければならない。
そうでなければ次の工程で前記第２反強磁性層３５に適
切な深さの凹部を形成できなくなるからである。前記無
機材料には、Ｔａ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈ
ｆ、Ｗ、Ａｌ−Ｏ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ、Ｓｉ−Ｏなどを選
択することが好ましい。

【０１９３】このように、前記マスク層４６にはその中
央部に穴部４６ａが形成されているが、この穴部４６ａ
は、例えば、前記保護層３６の中央部上にレジスト層
（図示しない）を立てておきその両側を前記マスク層４
６で埋めた後、前記レジスト層を除去して前記マスク層
４６に前記穴部４６ａを形成する。あるいは前記保護層
３６上の全体にマスク層４６を成膜した後、レジスト層
（図示しない）を前記マスク層４６上に重ねて形成し、
前記レジスト層の中央部に露光現像によって穴部を形成
した後、この穴部から露出する前記マスク層４６をＲＩ
Ｅなどで削って前記マスク層４６に穴部４６ａを形成す
る方法などが考えられる。

【０１９４】なお本発明では、前記マスク層４６に形成
された穴部４６ａのトラック幅方向における幅寸法Ｔ２
を、前記積層体３０上面の幅寸法Ｔ１と同じかあるいは
それよりも大きく形成することが好ましい。例えば前記
マスク層４６に形成された穴部４６ａの幅寸法Ｔ２を
０．１μｍ程度で形成することが好ましい。

【０１９５】次に図８に示す工程では、図７工程でマス
ク層４６に形成された穴部４６ａ間から露出する保護層
３６及び第２反強磁性層３５をイオンミリングなどで堀
り込む（図８を参照のこと）。

【０１９６】図８に示すように、前記イオンミリングで
前記第２反強磁性層３５を途中まで掘り込む。これによ
って形成された凹部３５ａの下には、一部、前記第２反
強磁性層３５が残されるが、残された第２反強磁性層３
５の膜厚は非常に薄くなっており、このため、前記凹部
３５ａ下の反強磁性層３５と強磁性層３４との間で発生
する交換結合磁界が非常に小さくなり、前記凹部３５ａ
下に位置する強磁性層３４の中央部Ａ及びフリー磁性層
３２の中央部Ｄの磁化は外部磁界に対し変動できる程度
に弱く単磁区化された状態になる。すなわち前記中央部
Ａ、Ｄが感度領域として規制される。

【０１９７】また前記凹部３５ａをどの層まで掘り込ん
で形成するかであるが、図８のように、前記凹部３５ａ
下に一部、第２反強磁性層３５が残されるように、ある
いは前記凹部３５ａから強磁性層３４の表面（点線部分
を参照されたい）または非磁性中間層３３の表面が露出
するように、前記第２反強磁性層３５や強磁性層３４ま
で掘り込んで前記凹部３５ａを形成する。

【０１９８】また上記のように前記マスク層４６に形成
された穴部４６ａのトラック幅方向における幅寸法Ｔ２
を、前記積層体３０上面の幅寸法Ｔ１と同じか、あるい
はそれよりも大きく形成しているため、前記第２反強磁
性層３５に形成される凹部３５ａの下面３５ｃのトラッ
ク幅方向（図示Ｘ方向）における幅寸法（＝トラック幅
Ｔｗ）を、積層体３０の上面３０ｂのトラック幅方向に
おける幅寸法Ｔ１と同じかあるいはそれよりも大きく形
成することができる。

【０１９９】図８に示す前記凹部３５ａ形成のためのイ
オンミリング後、前記マスク層４６を除去し、さらに前
記保護層３６上から前記第２反強磁性層３５に形成され
た凹部３５ａ内に第２電極層３７（図１を参照のこと）
を成膜すると図１に示す磁気検出素子の構造が完成す
る。なお前記マスク層４６は、非常に薄い膜厚であるた
め除去しなくても前記第２電極層３７を成膜する上で邪
魔になることはなく、例えば前記マスク層４６が金属材
料で形成される場合には前記マスク層４６を電極層の一
部として使用できるので、前記第２反強磁性層３５に凹
部３５ａを形成した後、前記マスク層４６表面をクリー
ニングなどして前記マスク層４６を除去せずに、第２電
極層３７を形成してもかまわない。なおマスク層４０を
除去してもよい。

【０２００】図９及び図１０は図２に示す磁気検出素子
の製造方法を示す一工程図である。なお各図は記録媒体
との対向面側から見た部分断面図である。

【０２０１】まず図９の工程の前に図４ないし図６と同
じ工程を施す。図９に示す工程では、積層体３０のトラ
ック幅方向（図示Ｘ方向）の両側に形成された絶縁層３
１上から積層体３０上にかけてフリー磁性層３２及び非
磁性中間層３３を積層する。

【０２０２】その後、前記非磁性中間層３３上にリフト
オフ用のレジスト層４７を形成する。このリフトオフ用
のレジスト層４７の下面のトラック幅方向における幅寸
法Ｔ３はトラック幅Ｔｗを規制するための幅寸法であ
り、前記幅寸法Ｔ３を前記積層体３０の上面のトラック
幅方向における幅寸法Ｔ１と同じかそれよりも大きい寸
法で形成することが好ましい。

【０２０３】次に図１０に示す工程では、前記レジスト
層４７のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側に露出し
た非磁性中間層３３上に強磁性層４０及び第２反強磁性
層４１を連続成膜する。前記成膜にはスパッタ法や蒸着
法が使用される。

【０２０４】前記強磁性層４０及び第２反強磁性層４１
を成膜するときは、できるだけ前記レジスト層４７の下
面に形成された切欠部４７ａ内に前記強磁性層４０及び
第２反強磁性層４１の内側先端部を入り込ませるため
に、スパッタ角度を基板（図示しない）に対する垂直方
向（図示Ｚ方向）から斜めに傾いた角度として、スパッ
タを行う。これにより前記強磁性層４０及び第２反強磁
性層４１の内側先端部が、前記レジスト層４７の切欠部
４７ａ内に入り込み、前記強磁性層４０間のトラック幅
方向（図示Ｘ方向）における間隔（凹部の幅）を、図９
に示すレジスト層４７の下面の幅寸法Ｔ３とほぼ一致さ
せることができる。図１０では、前記強磁性層４０の間
に露出する非磁性中間層の幅寸法でトラック幅Ｔｗが規
制される。

【０２０５】また上記のように前記レジスト層４７のト
ラック幅方向における幅寸法Ｔ３を、前記積層体３０上
面の幅寸法Ｔ１と同じか、あるいはそれよりも大きく形
成しているため、前記第２反強磁性層４１及び強磁性層
４０間に形成されたトラック幅方向（図示Ｘ方向）の凹
部４１ａ（図２を参照されたい）の幅寸法（＝トラック
幅Ｔｗ）を、積層体３０の上面３０ｂのトラック幅方向
における幅寸法Ｔ１と同じかあるいはそれよりも大きく
形成することができる。

【０２０６】前記強磁性層４０及び第２反強磁性層４１
を成膜した後、前記レジスト層４７を除去すると図２に
示す磁気検出素子が完成する。

【０２０７】以上説明した本発明における磁気検出素子
の製造方法では、積層体３０上から前記積層体３０のト
ラック幅方向の両側に形成された絶縁層３１上にかけ
て、フリー磁性層３２を形成し、フリー磁性層３２の上
に第２反強磁性層３５、４１を形成し、この間で発生す
る交換結合磁界によって、あるいは強磁性層３４、４０
とのＲＫＫＹ相互作用における結合磁界によって前記フ
リー磁性層３２をトラック幅方向に磁化させることがで
きる。

【０２０８】上記のように本発明では、前記フリー磁性
層３２を積層体３０上のみでなく絶縁層３１上にまで長
く延ばして形成でき、トラック幅Ｔｗ及び積層体３０の
狭小化においても前記フリー磁性層３２を適切に単磁区
化することができる。

【０２０９】また前記フリー磁性層３２の下に形成され
る、第１反強磁性層２３、固定磁性層２７、非磁性材料
層４８からなる積層体３０のトラック幅方向における両
側を適切に絶縁層３１で埋めることができ、シャントロ
スが生じ難く抵抗変化率を適切に向上させることが可能
な磁気検出素子を製造することができる。

【０２１０】従って本発明における磁気検出素子の製造
方法によれば、高記録密度化においても再生出力や抵抗
変化率など再生特性を適切に向上させることが可能な磁
気検出素子を容易に製造することができる。

【０２１１】また本発明では、前記Ｃｕなどで形成され
た下層２８上にＲｕなどで形成された上層２９を形成し
て非磁性材料層４８を構成し、あるいは非磁性材料層５
０を前記上層２９と同じ材質の単層膜として形成するこ
とで、前記非磁性材料層のコンタミネーションの発生や
酸化を抑制でき、前記非磁性材料層としての機能を適切
に維持することが可能である。

【０２１２】また本発明では、前記第２反強磁性層３
５、４１に形成された凹部３５ａ、４１ａの下面の幅寸
法（＝トラック幅Ｔｗ）を、積層体３０の上面３０ｂの
幅寸法Ｔ１より大きく形成することが可能である。これ
は、フリー磁性層３２を積層体３０上のみでなく絶縁層
３１上にまで延ばして形成し、前記フリー磁性層３２の
上側に形成される第２反強磁性層３５のトラック幅方向
における幅寸法を、前記積層体３０の上面３０ｂの幅寸
法Ｔ１より大きく形成できるからである。

【０２１３】従って前記第２反強磁性層３５に凹部３５
ａを形成する場、あるいはレジスト層４７を用いて強磁
性層４０及び反強磁性層４１を積層して、前記凹部４１
ａを形成する場において、前記凹部３５ａの幅寸法を、
前記積層体３０の上面の幅寸法Ｔ１より容易に大きく形
成できる。

【０２１４】本発明のようにＣＰＰ型磁気検出素子の場
合、できる限り前記積層体３０の幅を小さくしてある所
定の直流抵抗値（ＤＣＲ）を確保する必要があり、一
方、凹部３５ａの下面の幅寸法で決定されるトラック幅
Ｔｗ（磁気的なトラック幅）も、今後の高記録密度化に
おいて狭小化する必要があるが、前記積層体３０の幅寸
法に比べ、前記トラック幅Ｔｗをあまり狭くしすぎると
出力低下が懸念される。

【０２１５】従って上記のように、本発明では、凹部の
幅寸法が、積層体３０の幅寸法より大きくなるように互
いの幅寸法を規制し、これによって直流抵抗値（ＤＣ
Ｒ）及び再生出力の双方の向上を適切に図ることが可能
な磁気検出素子を製造することができる。

【０２１６】また図９及び図１０に示した製造工程で
は、図４ないし図８に示す製造工程の場合のように、凹
部３５ａ形成のためのイオンミリングなどによる掘り込
み工程が必要ないため、より所定形状の磁気検出素子を
製造しやすい。

【０２１７】以上詳述した本発明におけるＣＰＰ型のス
ピンバルブ型薄膜素子は、ハードディスク装置内に搭載
される再生用ヘッドとして使用できる他、ＭＲＡＭ等の
メモリとして使用することができる。

【０２１８】また前記スピンバルブ型薄膜素子を使用し
た再生用ヘッドは、摺動型であってもよいし浮上型であ
ってもどちらでもよい。

【０２１９】

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、フリー磁
性層が反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層からなる
積層体の両側に形成された絶縁層上から前記積層体上に
かけて形成されており、前記フリー磁性層のトラック幅
方向への幅寸法は、トラック幅Ｔｗよりも長く延ばされ
て形成されている。さらに前記フリー磁性層上には、第
２反強磁性層が形成され、前記フリー磁性層はエクスチ
ェンジバイアス方式によって磁化される。

【０２２０】これによって前記フリー磁性層を適切に単
磁区化構造にでき、トラック幅Ｔｗ及び積層体の狭小化
においても感度に優れた磁気検出素子を製造することが
できる。

【０２２１】また前記積層体の両側を絶縁層で埋めてし
まうと共に、フリー磁性層の磁化制御を第２反強磁性層
を用いたエクスチェンジバイアス方式とすることで、電
流がフリー磁性層から積層体に流れる経路以外に分流す
ることが減り、いわゆるシャントロスの低減によって抵
抗変化率の向上を図ることが可能になる。

【０２２２】また本発明では、前記積層体のトラック幅
方向における幅寸法をトラック幅Ｔｗより小さく形成す
ることが好ましい。これによって素子の直流抵抗値と再
生出力の双方を適切に高めることができる。

【０２２３】以上のように本発明では、トラック幅Ｔｗ
の狭小化においても、感度に優れ、再生出力が高く、し
かも抵抗変化率が大きいＣＰＰ型の磁気検出素子（スピ
ンバルブ型薄膜素子）を適切且つ容易に製造することが
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における第１実施形態のＣＰＰ型磁気検
出素子（スピンバルブ型薄膜素子）を記録媒体との対向
面側から見た部分断面図、

【図２】本発明における第２実施形態のＣＰＰ型磁気検
出素子（スピンバルブ型薄膜素子）を記録媒体との対向
面側から見た部分断面図、

【図３】本発明における第３実施形態のＣＰＰ型磁気検
出素子（スピンバルブ型薄膜素子）を記録媒体との対向
面側から見た部分断面図、

【図４】本発明の図１に示す構造のＣＰＰ型磁気検出素
子の製造工程を示す一工程図、

【図５】図４の次に行なわれる一工程図、

【図６】図５の次に行なわれる一工程図、

【図７】図６の次に行なわれる一工程図、

【図８】図７の次に行なわれる一工程図、

【図９】本発明の図２に示す構造のＣＰＰ型磁気検出素
子の製造工程を示す一工程図、

【図１０】図９の次に行なわれる一工程図、

【図１１】従来のＣＰＰ型磁気検出素子（スピンバルブ
型薄膜素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た部
分断面図、

【図１２】図１１の一部の部分拡大図、

【符号の説明】

２０ 第１電極層 ２３ 第１反強磁性層 ２７ 固定磁性層 ３０ 積層体 ３１ 絶縁層 ３２ フリー磁性層 ３３ 非磁性中間層 ３４、４０ 強磁性層 ３５、４１ 第２反強磁性層 ３７ 第２電極層 ４５、４７ レジスト層 ４６ マスク層 ４８、５０ 非磁性材料層

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１反強磁性層と、この第１反強磁性層
   の上面に形成され、前記第１反強磁性層との間で発生す
   る交換結合磁界によって磁化が所定方向にされる固定磁
   性層と、前記固定磁性層の上面に形成された非磁性材料
   層とを有する積層体と、 この積層体のトラック幅方向の両側に形成された絶縁層
   と、 前記非磁性材料層の上面から前記絶縁層の上面にかけて
   形成され、磁化が前記固定磁性層と交叉する方向に揃え
   られたフリー磁性層と、前記フリー磁性層の上側に形成
   された第２反強磁性層とを有して成り、 前記積層体と膜厚方向に対向する位置での前記第２反強
   磁性層には、前記第２反強磁性層の上面から前記積層体
   方向に向けて凹部が形成され、 前記積層体の下側及び前記第２反強磁性層の上側に電極
   層が形成されていることを特徴とする磁気検出素子。
2. 【請求項２】 前記積層体の上面のトラック幅方向にお
   ける幅寸法は、前記凹部の下面のトラック幅方向におけ
   る幅寸法と同じか、あるいはそれよりも小さい請求項１
   記載の磁気検出素子。
3. 【請求項３】 前記非磁性材料層には、下面側よりも表
   面側にＲｕ層、Ｒｈ層、Ｒｅ層、Ｏｓ層、Ｉｒ層、Ｐｔ
   層、Ｐｄ層あるいはこれら材質を組み合せた混合層が多
   く存在する請求項１または２に記載の磁気検出素子。
4. 【請求項４】 前記非磁性材料層は、Ｃｕ層、Ｒｈ層、
   Ｒｕ層、Ｒｅ層、Ｏｓ層、Ｃｒ層、Ｉｒ層、Ｐｔ層、Ｐ
   ｄ層あるいはこれら材質を組み合せた混合層からなる下
   層の上に、Ｒｕ層、Ｒｈ層、Ｒｅ層、Ｏｓ層、Ｉｒ層、
   Ｐｔ層、Ｐｄ層あるいはこれら材質を組み合わせた混合
   層からなる上層が積層されて形成されている請求項３記
   載の磁気検出素子。
5. 【請求項５】 前記非磁性材料層は全体が、Ｒｕ層、Ｒ
   ｈ層、Ｒｅ層、Ｏｓ層、Ｉｒ層、Ｐｔ層、Ｐｄ層あるい
   はこれら材質を組み合わせた混合層で形成されている請
   求項３記載の磁気検出素子。
6. 【請求項６】 前記フリー磁性層上に、非磁性中間層及
   び強磁性層がこの順に形成され、さらに前記強磁性層上
   に前記第２反強磁性層が形成されている請求項１ないし
   ５のいずれかに記載の磁気検出素子。
7. 【請求項７】 前記凹部は、前記強磁性層表面にまで達
   して形成され、前記凹部から前記強磁性層表面が露出し
   ている請求項６記載の磁気検出素子。
8. 【請求項８】 前記凹部は、前記非磁性中間層の表面に
   まで達して形成され、前記凹部から前記非磁性中間層表
   面が露出している請求項６記載の磁気検出素子。
9. 【請求項９】 以下の工程を有することを特徴とする磁
   気検出素子の製造方法。 （ａ）第１電極層の上に、第１反強磁性層、固定磁性層
   及び非磁性材料層の順に積層された積層体を形成する工
   程と、（ｂ）前記積層体の上面にリフトオフ用のレジス
   ト層を形成し、前記レジスト層に覆われていない前記積
   層体のトラック幅方向の両側端面を除去する工程と、
   （ｃ）前記積層体のトラック幅方向の両側に絶縁層を形
   成し、前記レジスト層を除去する工程と、（ｄ）前記絶
   縁層上から前記非磁性材料層上にかけてフリー磁性層を
   形成し、さらに前記フリー磁性層上に第２反強磁性層を
   積層する工程と、（ｆ）前記第２反強磁性層上に、前記
   積層体と膜厚方向に対向する位置に穴部を有するマスク
   層を形成した後、この穴部から露出する前記第２反強磁
   性層を堀り込み、前記第２反強磁性層に凹部を形成する
   工程と、（ｇ）前記第２反強磁性層上に第２電極層を形
   成する工程。
10. 【請求項１０】 前記（ｆ）工程で、前記凹部の下面の
    トラック幅方向における幅寸法を前記積層体の上面のト
    ラック幅方向における幅寸法よりも大きく形成する請求
    項９記載の磁気検出素子の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記（ａ）工程で、前記非磁性材料層
    を、Ｃｕ層、Ｒｈ層、Ｒｕ層、Ｒｅ層、Ｏｓ層、Ｃｒ
    層、Ｉｒ層、Ｐｔ層、Ｐｄ層あるいはこれら材質を組み
    合せた混合層からなる下層の上に、Ｒｕ層、Ｒｈ層、Ｒ
    ｅ層、Ｏｓ層、Ｉｒ層、Ｐｔ層、Ｐｄ層、あるいはこれ
    ら材質を組み合わせた混合層からなる上層を積層して形
    成する請求項９または１０に記載の磁気検出素子の製造
    方法。
12. 【請求項１２】 前記（ａ）工程で、前記非磁性材料層
    を、Ｒｕ層、Ｒｈ層、Ｒｅ層、Ｏｓ層、Ｉｒ層、Ｐｔ
    層、Ｐｄ層あるいはこれら材質を組み合わせた混合層で
    形成する請求項９または１０に記載の磁気検出素子の製
    造方法。
13. 【請求項１３】 前記（ｄ）工程で、前記フリー磁性層
    上に、非磁性中間層、強磁性層をこの順に積層した後、
    前記強磁性層上に前記第２反強磁性層を形成する請求項
    ９ないし１２のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方
    法。
14. 【請求項１４】前記（ｆ）工程で、前記強磁性層表面が
    露出するまで前記第２反強磁性層を掘り込む請求項１３
    記載の磁気検出素子の製造方法。
15. 【請求項１５】 前記（ｆ）工程で、前記第２反強磁性
    層の途中まで前記第２反強磁性層を掘り込む請求項９な
    いし１３のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
16. 【請求項１６】 前記（ｆ）工程におけるマスク層を、
    無機材料で形成する請求項９ないし１５に記載の磁気検
    出素子の製造方法。
17. 【請求項１７】 前記（ｄ）工程ないし（ｇ）工程に代
    えて以下の工程を有する請求項９ないし１６のいずれか
    に記載の磁気検出素子の製造方法。（ｈ）前記絶縁層上
    から前記非磁性材料層上にかけてフリー磁性層を形成し
    た後、前記フリー磁性層上に非磁性中間層を形成する工
    程と、（ｉ）前記積層体と膜厚方向に対向する位置での
    前記非磁性中間層上にリフトオフ用レジスト層を形成
    し、前記レジスト層に覆われていない前記非磁性中間層
    のトラック幅方向の両側に強磁性層及び第２反強磁性層
    を積層して、前記強磁性層及び第２の反強磁性層間に凹
    部を形成する工程と、（ｊ）前記レジスト層を除去する
    工程。