JP2003318463A - 交換結合膜及びこの交換結合膜の製造方法並びに前記交換結合膜を用いた磁気検出素子 - Google Patents

交換結合膜及びこの交換結合膜の製造方法並びに前記交換結合膜を用いた磁気検出素子

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一聡 五十嵐
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 固定磁性層の磁化方向を一方向にしっかり固
定できる交換結合膜、及びこの交換結合膜の製造方法、
及びこの交換結合膜を用いた磁気検出素子を提供する。 【解決手段】反強磁性層４及び固定磁性層３に、Ｃｒ元
素が含有されている領域Ａ１及びＢ１を存在させること
により、反強磁性層４と固定磁性層３間で発生する交換
結合磁界（Ｈｅｘ）が大きくなる。これによって第１の
磁性層１３と反強磁性層４との間で発生する交換結合磁
界（Ｈｅｘ）を大きくできると同時に、ＲＫＫＹ相互作
用における結合磁界を大きくでき、したがって固定磁性
層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を
従来に比べて適切に大きくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、反強磁性層および
強磁性層とから成り、前記反強磁性層と強磁性層との界
面にて発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）により、前記強
磁性層の磁化方向が一定の方向にされる交換結合膜、こ
の交換結合膜の製造方法並びに前記交換結合膜を用いた
磁気検出素子に係り、特に、交換結合磁界（Ｈｅｘ）を
向上させることが可能な交換結合膜、この交換結合膜の
製造方法並びに前記交換結合膜を用いた磁気検出素子に
関する。
【０００２】
【従来の技術】図１７は、従来の磁気検出素子の構造を
記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【０００３】符号１は基板であり、基板１の上に反強磁
性層１０２、固定磁性層１０３、非磁性材料層１０４及
びフリー磁性層１０５からなる多層膜１０８が形成され
ている。多層膜１０８の両側にはハードバイアス層１０
６が形成され、ハードバイアス層１０６の上には電極層
１０７が形成されている。反強磁性層１０２は反強磁性
材料からなり、固定磁性層１０３及びフリー磁性層１０
５は強磁性材料からなる。すなわち、反強磁性層１０２
と固定磁性層１０３は、界面にて発生する交換結合磁界
（Ｈｅｘ）により、前記強磁性層の磁化方向が一定の方
向にされる交換結合膜である。
【０００４】前記固定磁性層１０３の磁化は前記反強磁
性層１０２との間で発生する交換結合磁界によって図示
Ｙ方向に固定される。一方、フリー磁性層１０５の磁化
は、ハードバイアス層１０６からの縦バイアス磁界によ
って図示Ｘ方向に揃えられる。
【０００５】そして記録媒体からの外部磁界に対し、フ
リー磁性層１０５の磁化が感度良く変動し、この磁化方
向の変動と、固定磁性層１０３の固定磁化方向との関係
で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電
圧変化または電流変化により、記録媒体からの洩れ磁界
が検出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図１７に示すように、
磁気検出素子の光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗは、フリー磁
性層５のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の幅寸法で規制
され、今後の高記録密度化に伴って前記トラック幅Ｔｗ
の寸法は益々小さくなっている。
【０００７】磁気検出素子の光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗ
が小さくなると、当然多層膜１０８の寸法も小さくな
り、反強磁性層１０２、固定磁性層１０３のトラック幅
方向寸法も小さくなる。
【０００８】また、磁気検出素子の狭ギャップ化を進め
るために、多層膜１０８の厚さ寸法（図示Ｚ方向寸法）
を小さくする必要がある。多層膜１０８の厚さ寸法を小
さくするためには、反強磁性層１０２、固定磁性層１０
３、非磁性材料層１０４及びフリー磁性層１０５の各膜
厚を薄くする必要がある。特に、最も厚い膜厚を有する
反強磁性層１０２の膜厚を薄くすることが有効である。
【０００９】しかし、反強磁性層１０２及び固定磁性層
１０３のトラック幅方向寸法、及び反強磁性層１０２の
厚さ寸法を小さくすると、反強磁性層１０２及び固定磁
性層１０３間に働く交換結合磁界が小さくなって、固定
磁性層１０３の磁化方向を一方向にしっかり固定する
（ピン止めする）ことが困難になる。
【００１０】また、反強磁性層１０２及び固定磁性層１
０３のトラック幅方向寸法が小さくなるとハードバイア
ス磁界によって固定磁性層１０３の磁化が傾きやすくな
る。また、反強磁性層１０２及び固定磁性層１０３の素
子高さ方向（図示Ｙ方向）が小さくなると反磁界が大き
くなり固定磁性層１０３の磁化は傾きやすくなる。
【００１１】すると、固定磁性層１０３とフリー磁性層
１０５の、磁化方向の交叉角度を一定にすることが難し
くなり、出力信号波形の対称性が得られなくなる度合
（アシンメトリー）が増大するという問題が生じる。
【００１２】また、固定磁性層１０３を適切にピン止め
できないと、静電気放電（ＥＳＤ）によるダメージに弱
くなりやすく、また通電信頼性の低下が問題となる。
【００１３】本発明は上記従来の課題を解決するための
ものであり、反強磁性層と固定磁性層からなり、界面に
て発生する交換結合磁界が大きい交換結合膜及びこの交
換結合膜の製造方法並びに前記交換結合膜を用いた磁気
検出素子を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、反強磁性層と
強磁性層とが積層形成され、前記反強磁性層と強磁性層
との界面で交換結合磁界が発生することで、前記強磁性
層の磁化方向が一定方向にされる交換結合膜において、
前記反強磁性層には、Ｃｒ元素が膜厚方向の濃度勾配を
有して含有されていることを特徴とするものである。
【００１５】または、前記交換結合膜において、前記反
強磁性層及び前記強磁性層には、Ｃｒ元素が膜厚方向の
濃度勾配を有して含有されていることを特徴とするもの
である。
【００１６】あるいは、前記交換結合膜において、前記
強磁性層には、Ｃｒ元素が膜厚方向の濃度勾配を有して
含有されていることを特徴とするものである。
【００１７】反強磁性層及び／または前記強磁性層に、
Ｃｒ元素が含有されていると、前記反強磁性層と前記強
磁性層間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）は、Ｃｒ元
素が含有されない場合に比べて大きくなることがわかっ
た。
【００１８】しかも、前記反強磁性層と前記強磁性層の
全ての領域に、Ｃｒ元素が等しい濃度で含有されるより
も、前記反強磁性層と前記強磁性層内でＣｒ濃度が変化
している方が前記反強磁性層と前記強磁性層間で発生す
る交換結合磁界（Ｈｅｘ）が大きくなることがわかっ
た。
【００１９】本発明では、前記反強磁性層と前記強磁性
層の界面に、Ｃｒ元素が存在していることが好ましい。
【００２０】本発明では、前記Ｃｒ元素が前記反強磁性
層と前記強磁性層の界面付近に存在していることによ
り、前記反強磁性層と前記強磁性層間で発生する交換結
合磁界（Ｈｅｘ）が効果的に大きくなっている。
【００２１】ただし、前記Ｃｒ元素が、反強磁性材料全
域中に混在すると、この反強磁性材料の反強磁性特性が
低下する傾向がある。従って、前記反強磁性層の全ての
領域にＣｒ元素が含まれる状態であるより、前記反強磁
性層には、前記Ｃｒ元素が含まれない領域が存在してい
る方が好ましい。
【００２２】本発明における前記Ｃｒ元素の濃度勾配に
は様々な型がある。１つめは、前記交換結合膜内におけ
るＣｒ元素の含有量が、前記反強磁性層と前記強磁性層
の界面において最大値をとり、前記界面から離れるに従
って徐々に減少するというものである。
【００２３】２つめは、前記交換結合膜内におけるＣｒ
元素の含有量が、前記反強磁性層内の前記界面から離れ
た所定の領域において最大値をとり、前記所定の領域か
ら離れるに従って徐々に減少するというものである。
【００２４】３つめは、前記交換結合膜内におけるＣｒ
元素の含有量が、前記強磁性層内の前記界面から離れた
所定の領域において最大値をとり、前記所定の領域から
離れるに従って徐々に減少するというものである。
【００２５】４つめは、前記交換結合膜内におけるＣｒ
元素の含有量は、前記反強磁性層と前記強磁性層の界面
から前記反強磁性層内の所定の領域まで一定の値である
というものである。
【００２６】また、本発明では、前記反強磁性層内にお
けるＣｒ元素の含有量の最大値が、前記強磁性層内にお
けるＣｒ元素の含有量の最大値より大きいものである
と、交換結合磁界の大きさを一定にすることが容易にな
るので好ましい。
【００２７】また、前記反強磁性層を構成する合金の、
Ｃｒを除いた組成における各元素のａｔ％（原子％）比
が、前記反強磁性層の内部で一定であることが、Ｃｒ元
素混入による反強磁性層の反強磁性特性の劣化を抑える
ために有効である。
【００２８】本発明では、前記反強磁性層は、ＰｔＭｎ
合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒ
ｈ，Ｒｕ，Ｏｓのいずれか１種または２種以上の元素で
ある）合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′
は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｎ
ｉ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１種または２種
以上の元素である）合金と前記Ｃｒ元素が混在している
ことが好ましい。
【００２９】前記ＰｔＭｎ合金、前記Ｘ―Ｍｎ合金、前
記Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′合金は、成膜直後の状態では、不規
則系の面心立方構造（ｆｃｃ）であるが、熱処理によっ
てＣｕＡｕＩ型の規則型の面心正方構造（ｆｃｔ）に構
造変態することにより、強磁性層との界面に大きな交換
結合磁界を発生させることができるものである。
【００３０】本発明の前記Ｃｒ元素は、前記ＰｔＭｎ合
金、前記Ｘ―Ｍｎ合金、前記Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′合金の規
則化変態を促進する作用を有するものと考えられる。
【００３１】前記ＰｔＭｎ合金、前記Ｘ―Ｍｎ合金、ま
たは前記Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′合金を含む反強磁性層が、強
磁性層に重ねられた状態で熱処理にかけられると、前記
ＰｔＭｎ合金、前記Ｘ―Ｍｎ合金、または前記Ｐｔ―Ｍ
ｎ―Ｘ′合金は規則化変態する。しかし、前記反強磁性
層と前記強磁性層との界面付近は規則化変態しにくくな
っている。ここで、反強磁性層と強磁性層の界面付近に
前記Ｃｒ元素が存在していると、前記界面付近の規則化
変態が、前記Ｃｒ元素が存在していないときよりも、よ
り完全に近くなり、その結果、前記界面で発生する交換
結合磁界が大きくなると考えられる。
【００３２】本発明では、前記反強磁性層の結晶構造は
例えばＣｕＡｕＩ型であり、前記Ｃｒ元素は、ＰｔとＭ
ｎとで構成される結晶格子の格子点の一部、または元素
ＸとＭｎとで構成される結晶格子の格子点の一部、ある
いはＰｔとＭｎと元素Ｘ′とで構成される結晶格子の格
子点の一部と置換している。
【００３３】また、前記強磁性層は、前記反強磁性層と
の界面と接して形成される第１の磁性層と、前記第１の
磁性層と非磁性中間層を介して対向する第２の磁性層と
を有して形成された積層フェリ構造であることが好まし
い。
【００３４】前記強磁性層が積層フェリ構造であるとき
には、前記第１の磁性層には、前記Ｃｒ元素を含有する
領域が、前記反強磁性層との界面から前記非磁性中間層
側にかけて存在するととともに、前記非磁性中間層との
界面から前記反強磁性層側にかけての領域の一部に、前
記Ｃｒ元素を含まない領域が存在することが好ましい。
【００３５】非磁性中間層を介してその上下の磁性層間
で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界は、非磁
性中間層との界面側に、Ｃｒ元素を含まない磁性領域が
存在すると、Ｃｒ元素を含む磁性領域を非磁性中間層と
の界面に接して形成する場合に比べて大きくなる。
【００３６】これによって前記第１の磁性層と反強磁性
層との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくで
きると同時に、ＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を大
きくでき、したがって前記固定磁性層における一方向性
交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大
きくすることができる。
【００３７】あるいは、前記第１の磁性層の前記反強磁
性層との界面での前記Ｃｒ元素の含有量は、前記非磁性
中間層との界面での前記含有量に比べて多くなっている
状態であっても、前記固定磁性層における一方向性交換
バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大きく
することができる。
【００３８】ただし、非磁性中間層を介してその上下の
磁性層間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界
を大きくするためには、非磁性中間層との界面側にＣｒ
元素を含まない磁性領域が存在する方がよい。
【００３９】また、本発明の交換結合膜の製造方法は、
反強磁性層と強磁性層とを、Ｃｒ元素層を介して積層す
る工程と、熱処理を施して前記反強磁性層と前記強磁性
層の間に交換結合磁界を生じさせる工程を有することを
特徴とするものである。
【００４０】これにより、前記交換結合膜内におけるＣ
ｒ元素の含有量が、前記反強磁性層と前記強磁性層の界
面において最大値をとり、前記界面から離れるに従って
徐々に減少する交換結合膜を形成することができる。
【００４１】あるいは、本発明の交換結合膜の製造方法
は、第１の反強磁性層と第２の反強磁性層とをＣｒ元素
層を介して積層する工程と、前記第１の反強磁性層また
は第２の反強磁性層に接する強磁性層を形成する工程
と、熱処理を施して前記反強磁性層と前記強磁性層の間
に交換結合磁界を生じさせる工程を特徴とするものであ
る。
【００４２】これにより、前記交換結合膜内におけるＣ
ｒ元素の含有量が、前記反強磁性層内の前記界面から離
れた所定の領域において最大値をとり、前記所定の領域
から離れるに従って徐々に減少する交換結合膜を形成す
ることができる。
【００４３】第１の反強磁性層と第２の反強磁性層とを
Ｃｒ元素層を介して積層する工程を有するときには、前
記反強磁性層と前記強磁性層の界面から２Å以上２０Å
以内離れた位置に、前記Ｃｒ元素層を積層することが好
ましい。このとき、前記反強磁性層と前記強磁性層の界
面から２Å以上５Å以内離れた位置に、前記Ｃｒ元素層
を積層することがより好ましい。
【００４４】あるいは、本発明の交換結合膜の製造方法
は、第１の強磁性層と第２の強磁性層をＣｒ元素層を介
して積層する工程と、前記第１の強磁性層または第２の
強磁性層に接する反強磁性層を形成する工程と、熱処理
を施して前記反強磁性層と前記強磁性層の間に交換結合
磁界を生じさせる工程を有することを特徴とするもので
ある。
【００４５】これにより、前記交換結合膜内におけるＣ
ｒ元素の含有量が、前記強磁性層内の前記界面から離れ
た所定の領域において最大値をとり、前記所定の領域か
ら離れるに従って徐々に減少する交換結合膜を形成する
ことができる。
【００４６】なお、本発明の交換結合膜の製造方法にお
いて、前記Ｃｒ元素層の平均膜厚は、０．１Å以上２．
０Åより小さいことが好ましい。より好ましくは、前記
Ｃｒ元素層の平均膜厚が、０．１Å以上１．０Å以下で
あることである。
【００４７】なお、前記Ｃｒ元素層の平均膜厚は、蛍光
Ｘ線分析装置などを用いて測定することができる。
【００４８】本発明では、前記Ｃｒ元素層の平均膜厚が
１Åより小さくなることがある。周知のとおり、１Åと
はひとつの原子の直径或いはそれ以下に相当するもので
あり、１Åより薄い均一な薄膜は存在しない。しかし、
Ｃｒ原子が不均一に、いいかえるとまばらに存在してい
る薄膜では、Ｃｒが存在している領域とＣｒが存在して
いない領域が生じる。その結果、前記Ｃｒ元素層の平均
膜厚を上記のように定義すると前記Ｃｒ元素層の平均膜
厚が１Åより小さくなる場合が生じるのである。
【００４９】あるいは、本発明の交換結合膜の製造方法
は、反強磁性層を反強磁性材料からなる反強磁性材料層
と前記反強磁性材料にＣｒ元素が添加されたＣｒ含有層
からなるものとして形成する工程と、前記Ｃｒ含有層に
接する強磁性層を形成する工程と、熱処理を施して前記
反強磁性層と前記強磁性層の間に交換結合磁界を生じさ
せる工程を有することを特徴とするものである。
【００５０】これにより、前記交換結合膜内におけるＣ
ｒ元素の含有量が、前記反強磁性層と前記強磁性層の界
面から前記反強磁性層内の所定の領域まで一定の値であ
る交換結合膜を形成できる。
【００５１】あるいは、本発明の交換結合膜の製造方法
は、反強磁性材料からなるターゲットのみをスパッタす
る工程と、前記反強磁性材料からなるターゲットとＣｒ
元素からなるターゲットを同時にスパッタして前記反強
磁性材料と前記Ｃｒ元素を混在させる工程を用いてＣｒ
元素を含有する反強磁性層を形成する工程と、前記反強
磁性層に接する強磁性層を形成する工程と、熱処理を施
して前記反強磁性層と前記強磁性層の間に交換結合磁界
を生じさせる工程を有することを特徴とするものであ
る。
【００５２】本発明の製造方法によって形成された交換
結合膜は、前記反強磁性層に、Ｃｒ元素が濃度勾配を有
して含有され、前記反強磁性層と前記強磁性層間で発生
する交換結合磁界（Ｈｅｘ）が、Ｃｒ元素が含有されな
い場合に比べて大きくなる。
【００５３】または、本発明の製造方法によって形成さ
れた交換結合膜は、前記反強磁性層及び前記強磁性層
に、Ｃｒ元素が濃度勾配を有して含有され、前記反強磁
性層と前記強磁性層間で発生する交換結合磁界（Ｈｅ
ｘ）が、Ｃｒ元素が含有されない場合に比べて大きくな
る。
【００５４】あるいは、本発明の製造方法によって形成
された交換結合膜は、前記強磁性層に、Ｃｒ元素が濃度
勾配を有して含有され、前記反強磁性層と前記強磁性層
間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）が、Ｃｒ元素が含
有されない場合に比べて大きくなる。
【００５５】以下の本発明の磁気検出素子は、上述した
本発明の交換結合膜を用いて構成された磁気検出素子で
ある。
【００５６】反強磁性層、固定磁性層、非磁性中間層、
およびフリー磁性層を有し、前記フリー磁性層の磁化が
前記固定磁性層の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気
検出素子において、前記反強磁性層及び固定磁性層が前
記本発明の交換結合膜により形成されていることを特徴
とするもの。
【００５７】フリー磁性層の上下に積層された非磁性中
間層と、一方の前記非磁性中間層の上および他方の非磁
性中間層の下に位置する固定磁性層と、一方の前記固定
磁性層の上および他方の固定磁性層の下に位置する反強
磁性層とを有し、前記フリー磁性層よりも下側に形成さ
れた反強磁性層の下側にはシードレイヤが形成され、前
記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と交叉す
る方向に揃えられた磁気検出素子において、前記反強磁
性層及び固定磁性層が前記本発明の交換結合膜により形
成されていることを特徴とするもの。
【００５８】本発明の磁気検出素子は、前記反強磁性層
に、Ｃｒ元素が膜厚方向の濃度勾配を有して含有されて
いる交換結合膜を用いて形成されているので、前記反強
磁性層及び前記固定磁性層間に発生する交換結合磁界を
大きくできる。
【００５９】または、本発明の磁気検出素子は、前記反
強磁性層及び前記強磁性層に、Ｃｒ元素が膜厚方向の濃
度勾配を有して含有されている交換結合膜を用いて形成
されているので、前記反強磁性層及び前記固定磁性層間
に発生する交換結合磁界を大きくできる。
【００６０】あるいは、本発明の磁気検出素子は、前記
強磁性層に、Ｃｒ元素が膜厚方向の濃度勾配を有して含
有されている交換結合膜を用いて形成されているので、
前記反強磁性層及び前記固定磁性層間に発生する交換結
合磁界を大きくできる。
【００６１】従って、磁気検出素子の狭トラック幅化及
び狭ギャップ化を進めるために、前記反強磁性層及び前
記固定磁性層のトラック幅方向寸法、及び前記反強磁性
層の厚さ寸法や高さ寸法を小さくした場合でも、前記固
定磁性層の磁化方向を一方向にしっかり固定する（ピン
止めする）ことが可能になる。
【００６２】つまり、本発明では、前記固定磁性層と前
記フリー磁性層の、磁化方向の交叉角度を一定にするこ
とが容易になり、出力信号波形の対称性が得られなくな
る度合（アシンメトリー）を低減できる。
【００６３】また、本発明の磁気検出素子は、静電気放
電（ＥＳＤ）によるダメージに強く、また通電信頼性も
向上する。
【００６４】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第１実施形態の磁
気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素
子）の全体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ではＸ方向に延びる素子の中央
部分のみを破断して示している。
【００６５】このシングルスピンバルブ型磁気抵抗効果
素子は、ハードディ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、ハードディ
スクなどの記録磁界を検出するものである。なお、ハー
ドディスクなどの磁気記録媒体の移動方向はＺ方向であ
り、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向はＹ方向であ
る。
【００６６】図１の最も下に形成されているのはＴａ，
Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２
種以上の元素などの非磁性材料で形成された下地層６で
ある。下地層６は例えば５０Å程度の膜厚で形成され
る。
【００６７】下地層６の上には、シードレイヤ２２が形
成されている。シードレイヤ２２を形成することで、シ
ードレイヤ２２上に形成される各層の膜面と平行な方向
における結晶粒径を大きくでき、耐エレクトロマイグレ
ーションの向上に代表される通電信頼性の向上や抵抗変
化率（ΔＲ／Ｒ）の向上などをより適切に図ることがで
きる。
【００６８】シードレイヤ２２はＮｉＦｅＣｒ合金やＣ
ｒなどで形成される。シードレイヤ２２がＮｉＦｅＣｒ
で形成される場合、例えばその組成比は、（Ｎｉ0.8Ｆ
ｅ0.2）60at%Ｃｒ40at%である。
【００６９】反強磁性層４の上に形成されている固定磁
性層３は３層構造となっている。固定磁性層３は、反強
磁性層４との界面と接する第１の磁性層１３、および第
１の磁性層１３上に非磁性中間層１２を介して形成され
た第２の磁性層１１とで構成される。
【００７０】なお固定磁性層３の材質や膜構成などにつ
いては後で詳しく説明する。固定磁性層３の上には非磁
性材料層２が形成されている。非磁性材料層２は、例え
ばＣｕで形成されている。なお本発明における磁気検出
素子が、トンネル効果の原理を用いたトンネル型磁気抵
抗効果素子（ＴＭＲ素子）の場合、非磁性材料層２は、
例えばＡｌ2Ｏ3等の絶縁材料で形成される。
【００７１】さらに非磁性材料層２の上には２層膜で形
成されたフリー磁性層１が形成される。
【００７２】フリー磁性層１は、ＮｉＦｅ合金膜９とＣ
ｏＦｅ膜１０の２層で形成される。図１に示すようにＣ
ｏＦｅ膜１０を非磁性材料層２と接する側に形成するこ
とにより、非磁性材料層２との界面での金属元素等の拡
散を防止し、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくすること
ができる。
【００７３】なおＮｉＦｅ合金膜９は、例えばＮｉを８
０（ａｔ％）、Ｆｅを２０（ａｔ％）として形成する。
またＣｏＦｅ膜１０は、例えばＣｏを９０（ａｔ％）、
Ｆｅを１０（ａｔ％）として形成する。またＮｉＦｅ合
金膜９の膜厚を例えば４５Å程度、ＣｏＦｅ膜を５Å程
度で形成する。またＮｉＦｅ合金膜９、ＣｏＦｅ膜１０
に代えて、Ｃｏ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金などを用いても
よい。またフリー磁性層１を磁性材料の単層構造で形成
してもよく、かかる場合、フリー磁性層１をＣｏＦｅＮ
ｉ合金で形成することが好ましい。
【００７４】またフリー磁性層１は、磁性層間に非磁性
中間層が介在した積層フェリ構造であってもよい。
【００７５】フリー磁性層１の上には、金属材料あるい
は非磁性金属のＣｕ，Ａｕ，Ａｇからなるバックド層１
５が形成されている。例えばバックド層の膜厚は５〜２
０Å程度で形成される。
【００７６】バックド層１５の上には、保護層７が形成
されている。保護層７は、Ｔａなどから成りその表面が
酸化された酸化層（鏡面反射層）が形成されていること
が好ましい。
【００７７】バックド層１５が形成されることによっ
て、磁気抵抗効果に寄与する＋スピン（上向きスピン：
ｕｐ ｓｐｉｎ）の電子における平均自由行程（ｍｅａ
ｎ ｆｒｅｅ ｐａｔｈ）を延ばし、いわゆるスピンフ
ィルター効果（ｓｐｉｎ ｆｉｌｔｅｒ ｅｆｆｅｃ
ｔ）によりスピンバルブ型磁気素子において、大きな抵
抗変化率が得られ、高記録密度化に対応できるものとな
る。なおバックド層１５は形成されなくてもよい。
【００７８】図１に示す実施形態では、下地層６から保
護層７までの積層膜の両側にはハードバイアス層５及び
電極層８が形成されている。ハードバイアス層５からの
縦バイアス磁界によってフリー磁性層１の磁化はトラッ
ク幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。
【００７９】ハードバイアス層５，５は、例えばＣｏ−
Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバ
ルト−クロム−白金）合金などで形成されており、電極
層８，８は、α−Ｔａ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｃｕ（銅）
やＷ（タングステン）などで形成されている。なお上記
したトンネル型磁気抵抗効果素子やＣＰＰ型磁気検出素
子の場合、電極層８，８は、フリー磁性層１の上側と、
反強磁性層４の下側にそれぞれ形成されることになる。
【００８０】本実施の形態では、反強磁性層４及び固定
磁性層３が本発明の交換結合膜によって形成されてい
る。
【００８１】すなわち、反強磁性層４には、Ｃｒ元素が
膜厚方向（図示Ｚ方向）の濃度勾配を有して含有されて
いる領域Ａ１が存在し、本発明の交換結合膜の強磁性層
である固定磁性層３には、Ｃｒ元素が膜厚方向（図示Ｚ
方向）の濃度勾配を有して含有されている領域Ｂ１が存
在している。
【００８２】反強磁性層４及び固定磁性層３に、Ｃｒ元
素が含有されている領域Ａ１及びＢ１が存在している
と、反強磁性層４と固定磁性層３間で発生する交換結合
磁界（Ｈｅｘ）は、Ｃｒ元素が含有されない場合に比べ
て大きくなる。
【００８３】図１に示される磁気検出素子では、Ｃｒ元
素が反強磁性層４と固定磁性層３の界面に存在している
ことにより、反強磁性層４と固定磁性層３間で発生する
交換結合磁界（Ｈｅｘ）を効果的に大きくすることがで
きる。
【００８４】ただし、Ｃｒ元素が反強磁性材料中に混在
していると、反強磁性特性が低下する傾向があるので、
本実施の形態では、反強磁性層４に、Ｃｒ元素が含まれ
ない領域Ａ２を存在させ、反強磁性特性の劣化を抑えて
いる。
【００８５】Ｃｒ元素の濃度勾配には様々な型がある。
１つめは、Ｃｒ元素の含有量が、反強磁性層４と固定磁
性層３の界面Ｓにおいて最大値をとり、界面から離れる
に従って徐々に減少するというものである。
【００８６】２つめは、Ｃｒ元素の含有量が、反強磁性
層４内の界面Ｓから離れた所定の領域において最大値を
とり、所定の領域から離れるに従って徐々に減少すると
いうものである。
【００８７】３つめは、Ｃｒ元素の含有量が、固定磁性
層３内の界面Ｓから離れた所定の領域において最大値を
とり、所定の領域から離れるに従って徐々に減少すると
いうものである。
【００８８】４つめは、Ｃｒ元素の含有量は、反強磁性
層４と固定磁性層３の界面Ｓから反強磁性層４内の所定
の領域まで一定の値であるというものである。
【００８９】なお、反強磁性層４及び固定磁性層３内の
Ｃｒ元素の濃度勾配に関しては、後で詳しく述べる。
【００９０】また、反強磁性層４内におけるＣｒ元素の
含有量の最大値が、固定磁性層３内におけるＣｒ元素の
含有量の最大値より大きいものであることが好ましい。
【００９１】本発明では、反強磁性層４は、ＰｔＭｎ合
金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒ
ｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，のいずれか１種または２種以上の元素
である）合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただし
Ｘ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，
Ｎｉ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１種または２
種以上の元素である）合金とＣｒ元素が混在しているも
のである。
【００９２】これら白金族元素を用いた合金は、耐食性
に優れ、またブロッキング温度も高く、さらに交換結合
磁界（Ｈｅｘ）を大きくできるなど反強磁性材料として
優れた特性を有している。特に白金族元素のうちＰｔを
用いることが好ましく、例えば二元系で形成されたＰｔ
Ｍｎ合金を使用することができる。
【００９３】なお元素Ｘ′には、元素ＸとＭｎとで構成
される空間格子の隙間に侵入し、または元素ＸとＭｎと
で構成される結晶格子の格子点の一部と置換する元素を
用いることが好ましい。ここで固溶体とは、広い範囲に
わたって、均一に成分が混ざり合った固体のことを指し
ている。
【００９４】侵入型固溶体あるいは置換型固溶体とする
ことで、Ｘ−Ｍｎ合金膜の格子定数に比べて、Ｐｔ−Ｍ
ｎ−Ｘ′合金の格子定数を大きくすることができる。こ
れによって反強磁性層４の格子定数と固定磁性層３の格
子定数との差を広げることができ、反強磁性層４と固定
磁性層３との界面構造を非整合状態にしやすくできる。
ここで非整合状態とは、反強磁性層４と固定磁性層３と
の界面で反強磁性層４を構成する原子と固定磁性層３を
構成する原子とが一対一に対応しない状態である。
【００９５】また特に置換型で固溶する元素Ｘ′を使用
する場合は、元素Ｘ′の組成比が大きくなりすぎると、
反強磁性としての特性が低下し、固定磁性層３との界面
で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）が小さくなってしま
う。特に本発明では、侵入型で固溶し、不活性ガスの希
ガス元素（Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅのうち１種または２
種以上）を元素Ｘ′として使用することが好ましいとし
ている。希ガス元素は不活性ガスなので、希ガス元素
が、膜中に含有されても、反強磁性特性に大きく影響を
与えることがなく、さらに、Ａｒなどは、スパッタガス
として従来からスパッタ装置内に導入されるガスであ
り、ガス圧を適正に調節するのみで、容易に、膜中にＡ
ｒを侵入させることができる。
【００９６】なお、元素Ｘ′にガス系の元素を使用した
場合には、膜中に多量の元素Ｘ′を含有することは困難
であるが、希ガスの場合においては、膜中に微量侵入さ
せるだけで、熱処理によって発生する交換結合磁界（Ｈ
ｅｘ）を、飛躍的に大きくできる。
【００９７】ＰｔＭｎ合金、Ｘ―Ｍｎ合金、Ｐｔ―Ｍｎ
―Ｘ′合金は、成膜直後の状態では、不規則系の面心立
方構造（ｆｃｃ）であるが、熱処理によってＣｕＡｕＩ
型の規則型の面心正方構造（ｆｃｔ）に構造変態するこ
とにより、固定磁性層３との界面に大きな交換結合磁界
を発生させることができるものである。
【００９８】本発明のＣｒ元素は、ＰｔＭｎ合金、Ｘ―
Ｍｎ合金、Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′合金の規則化変態を促進す
る作用を有するものと考えられる。
【００９９】ＰｔＭｎ合金、Ｘ―Ｍｎ合金、またはＰｔ
―Ｍｎ―Ｘ′合金を含む反強磁性層４が、固定磁性層３
に重ねられた状態で熱処理にかけられると、ＰｔＭｎ合
金、Ｘ―Ｍｎ合金、またはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′合金は規則
化変態する。しかし、反強磁性層４と固定磁性層３との
界面付近は規則化変態しにくくなっている。ここで、反
強磁性層４と固定磁性層３の界面付近にＣｒ元素が存在
していると、界面付近の規則化変態が、Ｃｒ元素が存在
していないときよりも、より完全に近くなり、その結
果、界面で発生する交換結合磁界が大きくなると考えら
れる。
【０１００】本発明では、反強磁性層４の結晶構造は例
えばＣｕＡｕＩ型であり、Ｃｒ元素は、ＰｔとＭｎとで
構成される結晶格子の格子点の一部、または元素ＸとＭ
ｎとで構成される結晶格子の格子点の一部、あるいはＰ
ｔとＭｎと元素Ｘ′とで構成される結晶格子の格子点の
一部と置換している。
【０１０１】また本発明では、反強磁性層４のＣｒ元素
を除いた組成における、元素Ｐｔあるいは元素Ｘもしく
は元素Ｐｔ＋Ｘ′と、Ｍｎのａｔ％比を４５：５５〜６
０：４０の範囲に設定することが好ましい。より好まし
くは４９：５１〜５６．５：４３．５の範囲にすること
である。これによって成膜段階において、固定磁性層３
との界面が非整合状態にされ、しかも反強磁性層４は熱
処理によって適切な規則変態を起すものと推測される。
【０１０２】なお本発明では、Ｃｒ元素を除いた組成に
おける元素Ｘ′の好ましいａｔ％（原子％）比は、０．
２から１０であり、より好ましくは、ａｔ％で、０．５
から５である。
【０１０３】また、反強磁性層４を構成する合金の、Ｃ
ｒを除いた組成における各元素のａｔ％（原子％）比は
反強磁性層４の内部で一定であることが、Ｃｒ元素混入
による反強磁性層４の反強磁性特性の劣化を抑えるため
に有効である。
【０１０４】例えば、反強磁性層４がＰｔ元素とＭｎ元
素とＣｒ元素からなるとき、反強磁性層４を構成するＰ
ｔＭｎＣｒ合金は、（ＰｔxＭｎy）aＣｒb（ただし、
ｘ，ｙはａｔ％比を表わす０より大きく１より小さい定
数であって、ｘ＋ｙ＝１、ａ，ｂはａｔ％でａ＋ｂ＝１
００ａｔ％である）で表わされる組成式を有するもので
ある。
【０１０５】また、固定磁性層３は、反強磁性層４との
界面と接して形成される第１の磁性層１３と、第１の磁
性層１３と非磁性中間層１２を介して対向する第２の磁
性層１１とを有して形成された積層フェリ構造であるこ
とが好ましい。
【０１０６】第１の磁性層１３及び第２の磁性層１１
は、ＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましい。これに
よって、第１の磁性層１３と第２の磁性層の間で発生す
るＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を大きくでき、前
記第２の磁性層１１の磁化を適切にピン止めすることが
可能になる。
【０１０７】なお、本発明では第１の磁性層１３及び第
２の磁性層１１がＣｏＦｅ合金で形成されることに限定
するものではなく、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＣｏあるいはＮ
ｉＦｅ合金などの磁性材料を使用することができる。
【０１０８】また、固定磁性層３は積層フェリ構造であ
るため、適切に積層フェリ状態を得るには、第１の磁性
層１３の単位面積当たりの磁気モーメント（飽和磁化Ｍ
ｓ×膜厚ｔ）と、第２の磁性層１１の単位面積当たりの
磁気モーメントとを異ならせることが必要である。
【０１０９】これによって第１の磁性層１３と第２の磁
性層１１間で発生するＲＫＫＹ相互作用による結合磁界
によって、第１の磁性層１３と第２の磁性層１１との磁
化を適切に反平行状態にすることができる。
【０１１０】次に、第１の磁性層１３と第２の磁性層１
１間に介在する非磁性中間層１２は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉ
ｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種または２種以上の合金
で形成されることが好ましい。このうち本発明では、非
磁性中間層１２がＲｕで形成されることがより好まし
い。これによって第１の磁性層１３と第２の磁性層１１
間に発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を大き
くでき、第１の磁性層１３と第２の磁性層１１との磁化
を適切に反平行状態にすることができる。
【０１１１】固定磁性層３が積層フェリ構造であるとき
には、第１の磁性層１３は、Ｃｒ元素を含有する領域Ｂ
１が、反強磁性層４との界面Ｓから非磁性中間層側にか
けて存在するととともに、非磁性中間層１２との界面か
ら反強磁性層４側にかけての領域の一部に、Ｃｒ元素を
含まない領域Ｂ２が存在することが好ましい。
【０１１２】非磁性中間層１２を介してその上下の磁性
層間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界は、
非磁性中間層１２との界面側に、Ｃｒ元素を含まない領
域Ｂ２が存在すると、Ｃｒ元素を含む領域Ｂ１を非磁性
中間層１２との界面に接して形成する場合に比べて大き
くなるこれによって第１の磁性層１３と反強磁性層４と
の間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできる
と同時に、ＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を大きく
でき、したがって固定磁性層３における一方向性交換バ
イアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大きくす
ることができる。
【０１１３】あるいは、第１の磁性層１３の反強磁性層
４との界面でのＣｒ元素の含有量は、非磁性中間層１２
との界面での含有量に比べて多くなっている状態であっ
ても、固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界
（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大きくすることがで
きる。
【０１１４】ただし、非磁性中間層１２を介してその上
下の磁性層間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合
磁界を大きくするためには、非磁性中間層１２との界面
側にＣｒ元素を含まない領域Ｂ２が存在する方がよい。
【０１１５】このように本発明の実施の形態である図１
に示された磁気検出素子であれば、磁気検出素子の狭ト
ラック幅化及び狭ギャップ化を進めるために、反強磁性
層４及び固定磁性層３のトラック幅方向寸法、及び反強
磁性層４の厚さ寸法及び高さ寸法を小さくした場合で
も、固定磁性層３の磁化方向を一方向にしっかり固定す
る（ピン止めする）ことが可能になる。
【０１１６】つまり、本発明では、固定磁性層３とフリ
ー磁性層１の、磁化方向の交叉角度を一定に保つことが
容易になり、出力信号波形の対称性が得られなくなる度
合（アシンメトリー）を低減できる。
【０１１７】また、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ
*）を大きくできると、耐ＥＳＤ及び耐エレクトロマイ
グレーションに代表される通電信頼性を向上させること
が可能になる。
【０１１８】以上、詳述した図１に示す固定磁性層３と
反強磁性層４の構造は、他の構造の磁気検出素子にも適
用可能である。
【０１１９】図２は、他の磁気検出素子（シングルスピ
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
れいる層は、図１と同じ層を示している。
【０１２０】図２では、フリー磁性層１が、反強磁性層
４の下側に形成されており、図１、２と比較すると積層
構造が逆になっている。
【０１２１】本実施の形態でも、反強磁性層４及び固定
磁性層３が本発明の交換結合膜によって形成されてい
る。
【０１２２】すなわち、反強磁性層４には、Ｃｒ元素が
膜厚方向（図示Ｚ方向）の濃度勾配を有して含有されて
いる領域Ａ１が存在し、本発明の交換結合膜の強磁性層
である固定磁性層３には、Ｃｒ元素が膜厚方向（図示Ｚ
方向）の濃度勾配を有して含有されている領域Ｂ１が存
在している。
【０１２３】反強磁性層４及び固定磁性層３に、Ｃｒ元
素が含有されている領域Ａ１及びＢ１が存在している
と、反強磁性層４と固定磁性層３間で発生する交換結合
磁界（Ｈｅｘ）は、Ｃｒ元素が含有されない場合に比べ
て大きくなる。
【０１２４】図２に示される磁気検出素子では、Ｃｒ元
素が反強磁性層４と固定磁性層３の界面付近に存在して
いることにより、反強磁性層４と固定磁性層３間で発生
する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を効果的に大きくすること
ができる。
【０１２５】ただし、Ｃｒ元素が反強磁性材料の全域に
混在していると、反強磁性特性が低下する傾向があるの
で、本実施の形態では、反強磁性層４に、Ｃｒ元素が含
まれない領域Ａ２を存在させ、反強磁性特性の劣化を抑
えている。
【０１２６】また、固定磁性層３は、反強磁性層４との
界面と接して形成される第１の磁性層１３と、第１の磁
性層１３と非磁性中間層１２を介して対向する第２の磁
性層１１とを有して形成された積層フェリ構造である。
【０１２７】固定磁性層３が積層フェリ構造であるとき
には、第１の磁性層１３は、Ｃｒ元素を含有する領域Ｂ
１が、反強磁性層４との界面から非磁性中間層側にかけ
て存在するとともに、非磁性中間層１２との界面から反
強磁性層４側にかけての領域の一部に、Ｃｒ元素を含ま
ない領域Ｂ２が存在することが好ましい。
【０１２８】非磁性中間層１２を介してその上下の磁性
層間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界は、
非磁性中間層１２との界面側に、Ｃｒ元素を含まない領
域Ｂ２が存在すると、Ｃｒ元素を含む領域Ｂ１を非磁性
中間層１２との界面に接して形成する場合に比べて大き
くなるこれによって第１の磁性層１３と反強磁性層４と
の間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできる
と同時に、ＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を大きく
でき、したがって固定磁性層３における一方向性交換バ
イアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大きくす
ることができる。
【０１２９】あるいは、第１の磁性層１３の反強磁性層
４との界面でのＣｒ元素の含有量は、非磁性中間層１２
との界面での含有量に比べて多くなっている状態であっ
ても、固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界
（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大きくすることがで
きる。
【０１３０】ただし、非磁性中間層１２を介してその上
下の磁性層間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合
磁界を大きくするためには、非磁性中間層１２との界面
側にＣｒ元素を含まない領域Ｂ２が存在する方がよい。
【０１３１】このように図２に示された磁気検出素子で
あれば、磁気検出素子の狭トラック幅化及び狭ギャップ
化を進めるために、反強磁性層４及び固定磁性層３のト
ラック幅方向寸法、及び反強磁性層４の厚さ寸法及び高
さ寸法を小さくした場合でも、固定磁性層３の磁化方向
を一方向にしっかり固定する（ピン止めする）ことが可
能になる。
【０１３２】つまり、本発明では、固定磁性層３とフリ
ー磁性層１の、磁化方向の交叉角度を一定に保つことが
容易になり、出力信号波形の対称性が得られなくなる度
合（アシンメトリー）を低減できる。
【０１３３】また、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ
*）を大きくできると、耐ＥＳＤ及び耐エレクトロマイ
グレーションに代表される通電信頼性を向上させること
が可能になる。
【０１３４】なお固定磁性層３及び反強磁性層４をはじ
めとする各層の材質や、組成比などについては図１で説
明したものと同じであるので、そちらを参照されたい。
【０１３５】また、図２に示される磁気検出素子を、ト
ンネル型磁気抵抗効果素子やＣＰＰ型磁気検出素子とし
て用いる場合、電極層８，８は、フリー磁性層１の下側
と、反強磁性層４の上側にそれぞれ形成されることにな
る。
【０１３６】図３は本発明における他の磁気検出素子
（デュアル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。
【０１３７】図３に示すように、下から下地層６、シー
ドレイヤ２２、反強磁性層４、固定磁性層３、非磁性材
料層２、およびフリー磁性層１が連続して積層されてい
る。前記フリー磁性層１は３層膜で形成され、例えばＣ
ｏＦｅ膜１０，１０とＮｉＦｅ合金膜９で構成される。
さらに前記フリー磁性層１の上には、非磁性材料層２、
固定磁性層３、反強磁性層４、および保護層７が連続し
て積層されている。
【０１３８】また、下地層６から保護層７までの多層膜
の両側にはハードバイアス層５，５、電極層８，８が積
層されている。なお、各層は図１、２で説明した材質と
同じ材質で形成されている。
【０１３９】本実施の形態でも、反強磁性層４及び固定
磁性層３が本発明の交換結合膜によって形成されてい
る。
【０１４０】すなわち、反強磁性層４には、Ｃｒ元素が
膜厚方向（図示Ｚ方向）の濃度勾配を有して含有されて
いる領域Ａ１が存在し、本発明の交換結合膜の強磁性層
である固定磁性層３には、Ｃｒ元素が膜厚方向（図示Ｚ
方向）の濃度勾配を有して含有されている領域Ｂ１が存
在している。
【０１４１】反強磁性層４及び固定磁性層３に、Ｃｒ元
素が含有されている領域Ａ１及びＢ１が存在している
と、反強磁性層４と固定磁性層３間で発生する交換結合
磁界（Ｈｅｘ）は、Ｃｒ元素が含有されない場合に比べ
て大きくなる。
【０１４２】図１に示される磁気検出素子では、Ｃｒ元
素が反強磁性層４と固定磁性層３の界面付近に存在して
いることにより、反強磁性層４と固定磁性層３間で発生
する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を効果的に大きくすること
ができる。
【０１４３】ただし、Ｃｒ元素が反強磁性材料中に混在
していると、反強磁性特性が低下する傾向があるので、
本実施の形態では、反強磁性層４に、Ｃｒ元素が含まれ
ない領域Ａ２を存在させ、反強磁性特性の劣化を抑えて
いる。
【０１４４】また、固定磁性層３は、反強磁性層４との
界面と接して形成される第１の磁性層１３と、第１の磁
性層１３と非磁性中間層１２を介して対向する第２の磁
性層１１とを有して形成された積層フェリ構造である。
【０１４５】固定磁性層３が積層フェリ構造であるとき
には、第１の磁性層１３は、Ｃｒ元素を含有する領域Ｂ
１が、反強磁性層４との界面から非磁性中間層側にかけ
て存在するととともに、非磁性中間層１２との界面から
反強磁性層４側にかけての領域の一部に、Ｃｒ元素を含
まない領域Ｂ２が存在することが好ましい。
【０１４６】非磁性中間層１２を介してその上下の磁性
層間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界は、
非磁性中間層１２との界面側に、Ｃｒ元素を含まない領
域Ｂ２が存在すると、Ｃｒ元素を含む領域Ｂ１を非磁性
中間層１２との界面に接して形成する場合に比べて大き
くなるこれによって第１の磁性層１３と反強磁性層４と
の間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできる
と同時に、ＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を大きく
でき、したがって固定磁性層３における一方向性交換バ
イアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大きくす
ることができる。
【０１４７】あるいは、第１の磁性層１３の反強磁性層
４との界面でのＣｒ元素の含有量は、非磁性中間層１２
との界面での含有量に比べて多くなっている状態であっ
ても、固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界
（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大きくすることがで
きる。
【０１４８】ただし、非磁性中間層１２を介してその上
下の磁性層間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合
磁界を大きくするためには、非磁性中間層１２との界面
側にＣｒ元素を含まない領域Ｂ２が存在する方がよい。
【０１４９】このように図３に示された磁気検出素子で
あれば、磁気検出素子の狭トラック幅化及び狭ギャップ
化を進めるために、反強磁性層４及び固定磁性層３のト
ラック幅方向寸法、及び反強磁性層４の厚さ寸法及び高
さ寸法を小さくした場合でも、固定磁性層３の磁化方向
を一方向にしっかり固定する（ピン止めする）ことが可
能になる。
【０１５０】つまり、本発明では、固定磁性層３とフリ
ー磁性層１の磁化方向の交叉角度を一定に保つことが容
易になり、出力信号波形の対称性が得られなくなる度合
（アシンメトリー）を低減できる。
【０１５１】また、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ
*）を大きくできると、耐ＥＳＤ及び耐エレクトロマイ
グレーションに代表される通電信頼性を向上させること
が可能になる。
【０１５２】なお固定磁性層３及び反強磁性層４をはじ
めとする各層の材質や、組成比などについては図１で説
明したものと同じであるので、そちらを参照されたい。
【０１５３】また、図３に示される磁気検出素子を、ト
ンネル型磁気抵抗効果素子やＣＰＰ型磁気検出素子とし
て用いる場合、電極層８，８は、上側の反強磁性層４の
上側及び下側の反強磁性層４の下側に形成されることに
なる。
【０１５４】なお、図１から図３に示された磁気検出素
子は、固定磁性層３が第１の磁性層１３、非磁性中間層
１２、第２の磁性層１１からなる積層フェリ構造である
が、本発明では、固定磁性層３が積層フェリ構造でなく
ともかまわない。固定磁性層３が単層または２層以上の
強磁性層として形成された場合でも、Ｃｒ元素が反強磁
性層４と固定磁性層３の界面付近に存在することによ
り、反強磁性層４と固定磁性層３間で発生する交換結合
磁界（Ｈｅｘ）を効果的に大きくする効果を得ることが
できる。
【０１５５】なお、図１から図３に示される磁気検出素
子では、フリー磁性層１の磁化方向を揃えるためにハー
ドバイアス層５，５を用いているが、フリー磁性層１の
トラック幅方向の両側端部に磁気的に接合する反強磁性
材料からなるエクスチェンジバイアス層が積層されて、
フリー磁性層１の磁化が固定磁性層３の磁化と交叉する
方向に揃えられた磁気検出素子であってもよい。このと
き、フリー磁性層１とエクスチェンジバイアス層を、本
発明の反強磁性層と強磁性層からなる交換結合膜で形成
してもよい。
【０１５６】図４は、図１から図３に示す磁気検出素子
が形成された読み取りヘッドの構造を記録媒体との対向
面側から見た断面図である。
【０１５７】符号４０は、例えばＮｉＦｅ合金などで形
成された下部シールド層であり、この下部シールド層４
０の上に下部ギャップ層４１が形成されている。また下
部ギャップ層４１の上には、図１ないし図３に示す磁気
検出素子４２が形成されており、さらに前記磁気検出素
子４２の上には、上部ギャップ層４３が形成され、前記
上部ギャップ層４３の上には、ＮｉＦｅ合金などで形成
された上部シールド層４４が形成されている。
【０１５８】前記下部ギャップ層４１及び上部ギャップ
層４３は、例えばＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3（アルミナ）など
の絶縁材料によって形成されている。図４に示すよう
に、下部ギャップ層４１から上部ギャップ層４３までの
長さがギャップ長Ｇｌであり、このギャップ長Ｇｌが小
さいほど高記録密度化に対応できるものとなっている。
【０１５９】本発明では、前記反強磁性層４の膜厚を小
さくしてもなお大きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生さ
せることができる。前記反強磁性層４の膜厚は、例えば
７０Å以上で形成され、３００Å程度の膜厚であった従
来に比べて前記反強磁性層４の膜厚を十分に小さくでき
る。このように大きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）を得るこ
とができるのは、本発明では、Ｃｒ元素が反強磁性層４
と固定磁性層３の界面付近に存在するためであり、これ
によって前記反強磁性層４の膜厚を薄く形成しても、十
分に大きい交換結合磁界（Ｈｅｘ）を得ることが可能に
なっている。
【０１６０】よって狭ギャップ化により高記録密度化に
対応可能な薄膜磁気ヘッドを製造することができる。
【０１６１】なお前記上部シールド層４４の上には書き
込み用のインダクティブヘッドが形成されていてもよ
い。
【０１６２】なお本発明における磁気検出素子は、ハー
ドディスク装置内に内蔵される磁気ヘッド以外にも磁気
センサなどに利用可能である。
【０１６３】次に、本発明の交換結合膜の製造方法を用
いる磁気検出素子の製造方法を図５を参照して説明す
る。
【０１６４】まず図示しない基板上に下地層６を形成す
る。なお下地層６は、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，
Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１種以上の元素で形成されて
いることが好ましい。次に下地層６上にシードレイヤ２
２をスパッタ成膜する。スパッタ成膜のときには、Ｎｉ
ＦｅＣｒまたはＣｒで形成されたターゲットを用意す
る。シードレイヤ２２を、例えば２０Åから６０Å程度
でスパッタ成膜する。ちなみにシードレイヤ２２をＮｉ
ＦｅＣｒで形成するときは、例えばその組成比は概ね、
（Ｎｉ0.8Ｆｅ0.2）60at%Ｃｒ40at%である。
【０１６５】次にシードレイヤ２２上に反強磁性層４を
スパッタ成膜する。本発明では、反強磁性層４を、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スパッタ成膜することが好まし
い。
【０１６６】また本発明では反強磁性層４を、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，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚ
ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔ
ａ，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）でスパッタ成膜してもよ
い。
【０１６７】また本発明では、元素Ｘあるいは元素Ｘ＋
Ｘ′の組成比を、４５（ａｔ％）以上６０（ａｔ％）以
下とすることが好ましい。
【０１６８】さらに反強磁性層４の上に、Ｃｒ（クロ
ム）からなるＣｒ元素層５０をスパッタ成膜し、このＣ
ｒ元素層５０上に固定磁性層３をスパッタ成膜する。
【０１６９】本実施の形態では、Ｃｒ元素層５０の平均
膜厚が０．１Å以上で１．６５Åより小さいことが好ま
しく、より好ましくは０．１Å以上１．０Å以下、さら
に好ましくは０．１Å以上０．５Å以下である。
【０１７０】なお、前記Ｃｒ元素層の平均膜厚は、蛍光
Ｘ線分析装置などを用いて測定することができる。
【０１７１】Ｃｒ元素層５０の平均膜厚が１Åより小さ
くなることがある。周知のとおり、１Åとはひとつの原
子の直径かそれ以下に相当するものであり、１Åより薄
い均一な薄膜は存在しない。しかし、Ｃｒ原子が不均一
に、いいかえるとまばらに存在している薄膜では、Ｃｒ
が存在している領域とＣｒが存在していない領域が生じ
る。その結果、Ｃｒ元素層５０の平均膜厚を上記のよう
に定義するとＣｒ元素層５０の平均膜厚が１Åより小さ
くなる場合が生じるのである。
【０１７２】なお、固定磁性層３を第１の磁性層１３
と、その上に非磁性中間層１２を介して形成された第２
の磁性層１１とで構成された積層フェリ構造とする。
【０１７３】第１の磁性層１３、第２の磁性層１１は、
ＣｏＦｅ合金で形成される。あるいは、第１の磁性層１
３、第２の磁性層１１がＣｏＦｅＮｉ合金、Ｃｏまたは
ＮｉＦｅ合金で形成されてもよい。また、非磁性中間層
１２はＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種
または２種以上の合金で形成することが好ましい。
【０１７４】次に、第２の磁性層１１の上に、Ｃｕなど
で形成された非磁性材料層２、例えばＣｏＦｅ合金膜１
０とＮｉＦｅ合金膜９の２層で形成されたフリー磁性層
１、Ｃｕなどで形成されたバックド層１５、および保護
層７（例えばＴａなどの酸化物で形成された鏡面反射層
であってもよい）をスパッタ成膜する。
【０１７５】下地層６、シードレイヤ２２、反強磁性層
４、Ｃｒ元素層５０、固定磁性層３、非磁性材料層２、
フリー磁性層１、バックド層１５、保護層７が成膜され
た状態を図５に示す。
【０１７６】次に熱処理を施す。熱処理時の温度は２９
０℃、保持時間は４時間である。反強磁性層４は上記し
たＸ−Ｍｎ合金やＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金で形成されること
が好ましいが、これら反強磁性材料を使用する場合に
は、熱処理をしないと固定磁性層３との界面で交換結合
磁界（Ｈｅｘ）を発生しない。したがって本発明では熱
処理を施すことで反強磁性層４と固定磁性層３の第１の
磁性層１３との界面で交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生さ
せることができる。またこのとき図示Ｙ方向と平行な方
向に、例えば８００（ｋＡ／ｍ）の磁場をかけることで
固定磁性層３の磁化を図示Ｙ方向と平行な方向に向け固
定することができる。なお本発明では固定磁性層３は積
層フェリ構造であるから、第１の磁性層１３と第２の磁
性層１１の磁化は反平行状態になる。
【０１７７】熱処理後、保護層７の中央部上をフォトレ
ジストでマスキングし、マスキングされない領域の下地
層６、シードレイヤ２２、反強磁性層４、Ｃｒ元素層５
０、固定磁性層３、非磁性材料層２、フリー磁性層１、
バックド層１５をイオンミリングなどで除去した後、ハ
ードバイアス層５，５、及び電極層８，８を成膜し、フ
ォトレジストを除去すると図１に示される磁気検出素子
が得られる。
【０１７８】上記した熱処理を施すことで、第１の磁性
層１３と、反強磁性層４との間に大きな交換結合磁界
（Ｈｅｘ）を発生させることができる。
【０１７９】また、上記した熱処理を施すことで、Ｃｒ
元素層５０を構成するＣｒ元素が熱拡散して、固定磁性
層３の第１の磁性層１３と反強磁性層４内に混ざり込
む。
【０１８０】このため熱処理後では、図５に示すような
第１の磁性層１３と反強磁性層４の間に境界面を有する
Ｃｒ元素層５０が消失する。この結果、Ｃｒ元素の含有
量が、反強磁性層４と固定磁性層３の界面において最大
値をとり、界面から離れるに従って徐々に減少する。
【０１８１】その結果、図１に示される磁気検出素子の
ように、反強磁性層４には、Ｃｒ元素が膜厚方向（図示
Ｚ方向）の濃度勾配を有して含有されている領域Ａ１が
存在し、固定磁性層３の第１の磁性層１３には、Ｃｒ元
素が膜厚方向（図示Ｚ方向）の濃度勾配を有して含有さ
れている領域Ｂ１が存在するものとなる。
【０１８２】反強磁性層４及び固定磁性層３に、Ｃｒ元
素が含有されている領域Ａ１及びＢ１が存在している
と、反強磁性層４と固定磁性層３間で発生する交換結合
磁界（Ｈｅｘ）は、Ｃｒ元素が含有されない場合に比べ
て大きくなる。
【０１８３】ただし、Ｃｒ元素が反強磁性材料の全域に
混在していると、反強磁性特性が低下する傾向があるの
で、本実施の形態では、Ｃｒ元素層５０を上述のように
薄い膜厚で形成することにより、反強磁性層４にＣｒ元
素が含まれない領域Ａ２を存在させ、反強磁性特性の劣
化を抑えている。
【０１８４】また、固定磁性層３が積層フェリ構造であ
るときには、第１の強磁性層１３の非磁性中間層１２と
の界面から反強磁性層４側にかけての領域の一部に、Ｃ
ｒ元素を含まない領域Ｂ２が存在することが好ましい。
【０１８５】非磁性中間層１２との界面側に、Ｃｒ元素
を含まない領域Ｂ２が存在すると、非磁性中間層１２を
介してその上下の磁性層間で発生するＲＫＫＹ相互作用
における結合磁界は、Ｃｒ元素を含む領域Ｂ１を非磁性
中間層１２との界面に接して形成する場合に比べて大き
くなる。本実施の形態では、Ｃｒ元素層５０を上述のよ
うに薄い膜厚で形成することによりＣｒ元素を含まない
領域Ｂ２ができるようにしている。
【０１８６】これによって第１の磁性層１３と反強磁性
層４との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きく
できると同時に、ＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を
大きくでき、したがって固定磁性層３における一方向性
交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大
きくすることができる。
【０１８７】あるいは、第１の磁性層１３と非磁性中間
層１２との界面にもＣｒ元素が存在し、第１の磁性層１
３の反強磁性層４との界面でのＣｒ元素の含有量は、非
磁性中間層１２との界面での含有量に比べて多くなって
いる状態であっても、固定磁性層３における一方向性交
換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大き
くすることができる。
【０１８８】ただし、非磁性中間層１２を介してその上
下の磁性層間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合
磁界を大きくするためには、非磁性中間層１２との界面
側にＣｒ元素を含まない領域Ｂ２が存在する方がよい。
【０１８９】本実施の形態の、熱処理後の固定磁性層３
と反強磁性層４中のＣｒ元素の濃度勾配の様相を図１１
のａに模式図として示す。領域Ａ１と領域Ｂ１における
Ｃｒ元素の濃度勾配は、固定磁性層３と反強磁性層４の
界面を中心とする対称性を有している。
【０１９０】本発明の交換結合膜の製造方法の第２の実
施の形態について、図６を参照しつつ説明する。
【０１９１】下地層６、シードレイヤ２２の成膜まで
は、図５に示される第１の実施の形態と同じである。
【０１９２】図６では、シードレイヤ２２上に第１の反
強磁性層４ａ、Ｃｒ元素層５０、第２の反強磁性層４ｂ
をスパッタ成膜することにより反強磁性層４としてい
る。第１の反強磁性層４ａ及び第２の反強磁性層４ｂ
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。または、第
１の反強磁性層４ａ及び第２の反強磁性層４ｂはＸ−Ｍ
ｎ−Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，
Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔ
ｉ，Ｖ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，
Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔ
ａ，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。
【０１９３】なお、本発明では、元素Ｘあるいは元素Ｘ
＋Ｘ′の組成比を、４５（ａｔ％）以上６０（ａｔ％）
以下とすることが好ましい。
【０１９４】本実施の形態では、Ｃｒ元素層５０の平均
膜厚が０．１Å以上で２．０Åより小さいことが好まし
く、より好ましくは０．１Å以上１．０Å以下、さらに
好ましくは０．１Å以上０．５Å以下である。
【０１９５】また、Ｃｒ元素層５０の平均膜厚をｘÅと
したときに、第２の反強磁性層４ｂの膜厚を（２−ｘ／
２）Å以上（２０−ｘ／２）Å以下で形成することによ
り、固定磁性層３と反強磁性層４の界面から２Å以上２
０Å以下離れた位置に、Ｃｒ元素層５０を積層すること
ができる。
【０１９６】なお、本発明の強磁性層である固定磁性層
３を第１の磁性層１３と、その上に非磁性中間層１２を
介して形成された第２の磁性層１１とで構成された積層
フェリ構造とする。
【０１９７】第１の磁性層１３、第２の磁性層１１は、
ＣｏＦｅ合金で形成される。あるいは、第１の磁性層１
３、第２の磁性層１１がＣｏＦｅＮｉ合金、Ｃｏまたは
ＮｉＦｅ合金で形成されてもよい。また、非磁性中間層
１２はＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種
または２種以上の合金で形成することが好ましい。
【０１９８】次に、第２の磁性層１１の上に、Ｃｕなど
で形成された非磁性材料層２、例えばＣｏＦｅ合金膜１
０とＮｉＦｅ合金膜９の２層で形成されたフリー磁性層
１、Ｃｕなどで形成されたバックド層１５、および保護
層７（例えばＴａなどの酸化物で形成された鏡面反射層
であってもよい）をスパッタ成膜する。
【０１９９】さらに、２９０℃、４時間、８００ｋＡ／
ｍの磁場中熱処理後、保護層７の中央部上をフォトレジ
ストでマスキングし、マスキングされない領域の下地層
６、シードレイヤ２２、反強磁性層４、Ｃｒ元素層５
０、固定磁性層３、非磁性材料層２、フリー磁性層１、
バックド層１５をイオンミリングなどで除去した後、ハ
ードバイアス層５，５、及び電極層８，８を成膜し、フ
ォトレジストを除去すると図１に示される磁気検出素子
が得られる。
【０２００】本実施の形態でも、上記した熱処理を施す
ことで、第１の磁性層１３と、反強磁性層４との間に大
きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生させることができ
る。
【０２０１】また、上記した熱処理を施すことで、Ｃｒ
元素層５０を構成するＣｒ元素が熱拡散して、固定磁性
層３の第１の磁性層１３と反強磁性層４内に混ざり込
む。
【０２０２】このため熱処理後では、図６に示すような
反強磁性層４内に境界面を有するＣｒ元素層５０が消失
する。この結果、Ｃｒ元素の含有量が、反強磁性層４内
の所定の領域において最大値をとり、前記所定の領域か
ら離れるに従って徐々に減少するものとなる。なお、本
実施の形態では、Ｃｒ元素の含有量が最大値となる領域
とは、熱処理前にＣｒ元素層５０が形成されていた領域
であり、固定磁性層３と反強磁性層４の界面から２Å以
上２０Å以下離れた位置になる。
【０２０３】その結果、図１に示される磁気検出素子の
ように、反強磁性層４には、Ｃｒ元素が膜厚方向（図示
Ｚ方向）の濃度勾配を有して含有されている領域Ａ１が
存在し、固定磁性層３の第１の磁性層１３には、Ｃｒ元
素が膜厚方向（図示Ｚ方向）の濃度勾配を有して含有さ
れている領域Ｂ１が存在するものとなる。
【０２０４】反強磁性層４及び固定磁性層３に、Ｃｒ元
素が含有されている領域Ａ１及びＢ１が存在している
と、反強磁性層４と固定磁性層３間で発生する交換結合
磁界（Ｈｅｘ）は、Ｃｒ元素が含有されない場合に比べ
て大きくなる。
【０２０５】ただし、Ｃｒ元素が反強磁性材料の全域に
混在していると、反強磁性特性が低下する傾向があるの
で、本実施の形態では、Ｃｒ元素層５０を上述のように
薄い膜厚で形成することにより、反強磁性層４にＣｒ元
素が含まれない領域Ａ２を存在させ、反強磁性特性の劣
化を抑えている。
【０２０６】また、固定磁性層３が積層フェリ構造であ
るときには、第１の強磁性層１３の非磁性中間層１２と
の界面から反強磁性層４側にかけての領域の一部に、Ｃ
ｒ元素を含まない領域Ｂ２を存在させて、非磁性中間層
１２を介してその上下の磁性層間で発生するＲＫＫＹ相
互作用における結合磁界を大きくすることが好ましい。
【０２０７】これによって第１の磁性層１３と反強磁性
層４との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きく
できると同時に、ＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を
大きくでき、したがって固定磁性層３における一方向性
交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大
きくすることができる。
【０２０８】本実施の形態の、熱処理後の固定磁性層３
と反強磁性層４中のＣｒ元素の濃度勾配の様相を図１１
のｂに模式図として示す。領域Ａ１と領域Ｂ１における
Ｃｒ元素の濃度勾配は、反強磁性層４中のＣｒ元素層５
０挿入位置を中心とする対称性を有している。従って、
反強磁性層４中のＣｒ元素含有量の方が、固定磁性層３
の第１磁性層１３中のＣｒ元素含有量より多くなってい
る。
【０２０９】本発明の交換結合膜の製造方法の第３の実
施の形態について、図７を参照しつつ説明する。
【０２１０】下地層６、シードレイヤ２２、反強磁性層
４の成膜までは、図５に示される第１の実施の形態と同
じである。
【０２１１】図７では、反強磁性層４上に第１の強磁性
層１３ａ、Ｃｒ元素層５０、第２の強磁性層１３ｂをス
パッタ成膜することにより、本発明の強磁性層である固
定磁性層３としている。なお、固定磁性層３は、第１の
磁性層１３と、非磁性中間層１２、第２の磁性層１１と
で構成された積層フェリ構造である。
【０２１２】第１の強磁性層１３ａ、第２の強磁性層１
３ｂ、第２の磁性層１１は、ＣｏＦｅ合金で形成され
る。あるいは、第１の強磁性層１３ａ、第２の強磁性層
１３ｂ、第２の磁性層１１がＣｏＦｅＮｉ合金、Ｃｏま
たはＮｉＦｅ合金で形成されてもよい。また、非磁性中
間層１２はＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｕのうち
１種または２種以上の合金で形成することが好ましい。
【０２１３】本実施の形態では、Ｃｒ元素層５０の平均
膜厚が０．１Å以上２．０Åより小さいことが好まし
く、より好ましくは０．１Å以上１．０Å以下、さらに
好ましくは０．１Å以上０．５Å以下である。
【０２１４】次に、第２の磁性層１１の上に、Ｃｕなど
で形成された非磁性材料層２、例えばＣｏＦｅ合金膜１
０とＮｉＦｅ合金膜９の２層で形成されたフリー磁性層
１、Ｃｕなどで形成されたバックド層１５、および保護
層７（例えばＴａなどの酸化物で形成された鏡面反射層
であってもよい）をスパッタ成膜する。
【０２１５】さらに、２９０℃、４時間、８００ｋＡ／
ｍの磁場中熱処理後、保護層７の中央部上をフォトレジ
ストでマスキングし、マスキングされない領域の下地層
６、シードレイヤ２２、反強磁性層４、Ｃｒ元素層５
０、固定磁性層３、非磁性材料層２、フリー磁性層１、
バックド層１５をイオンミリングなどで除去した後、ハ
ードバイアス層５，５、及び電極層８，８を成膜し、フ
ォトレジストを除去すると図１に示される磁気検出素子
が得られる。
【０２１６】本実施の形態でも、上記した熱処理を施す
ことで、第１の磁性層１３と、反強磁性層４との間に大
きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生させることができ
る。
【０２１７】上記した熱処理を施すことで、Ｃｒ元素層
５０を構成するＣｒ元素が熱拡散して、固定磁性層３の
第１の磁性層１３と反強磁性層４内に混ざり込む。
【０２１８】このため熱処理後では、図６に示すような
反強磁性層４内に境界面を有するＣｒ元素層５０が消失
する。この結果、Ｃｒ元素の含有量が、強磁性層１３内
の所定の領域において最大値をとり、前記所定の領域か
ら離れるに従って徐々に減少するものとなる。なお、本
実施の形態では、Ｃｒ元素の含有量が最大値となる領域
とは、熱処理前にＣｒ元素層５０が形成されていた領域
である。
【０２１９】その結果、図１に示される磁気検出素子の
ように、反強磁性層４には、Ｃｒ元素が膜厚方向（図示
Ｚ方向）の濃度勾配を有して含有されている領域Ａ１が
存在し、固定磁性層３の第１の磁性層１３には、Ｃｒ元
素が膜厚方向（図示Ｚ方向）の濃度勾配を有して含有さ
れている領域Ｂ１が存在するものとなる。
【０２２０】反強磁性層４及び固定磁性層３に、Ｃｒ元
素が含有されている領域Ａ１及びＢ１が存在している
と、反強磁性層４と固定磁性層３間で発生する交換結合
磁界（Ｈｅｘ）は、Ｃｒ元素が含有されない場合に比べ
て大きくなる。
【０２２１】ただし、Ｃｒ元素が反強磁性材料の全域に
混在していると、反強磁性特性が低下する傾向があるの
で、本実施の形態では、Ｃｒ元素層５０を上述のように
薄い膜厚で形成することにより、反強磁性層４にＣｒ元
素が含まれない領域Ａ２を存在させ、反強磁性特性の劣
化を抑えている。
【０２２２】また、固定磁性層３が積層フェリ構造であ
るときには、第１の強磁性層１３の非磁性中間層１２と
の界面から反強磁性層４側にかけての領域の一部に、Ｃ
ｒ元素を含まない領域Ｂ２を存在させて、非磁性中間層
１２を介してその上下の磁性層間で発生するＲＫＫＹ相
互作用における結合磁界を大きくすることが好ましい。
【０２２３】これによって第１の磁性層１３と反強磁性
層４との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きく
できると同時に、ＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を
大きくでき、したがって固定磁性層３における一方向性
交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大
きくすることができる。
【０２２４】ここで、図７に示される固定磁性層３の第
１磁性層１３中にＣｒ元素層５０を挿入する製造方法で
あると、第１の磁性層１３と非磁性中間層１２との界面
にＣｒ元素が混入しやすくなり、非磁性中間層１２を介
してその上下の磁性層間で発生するＲＫＫＹ相互作用に
おける結合磁界の減少を招きやすくなる。従って、本発
明では、図５、図６に示されるように、Ｃｒ元素層５０
を反強磁性層４と固定磁性層３の界面に形成するか、ま
たは反強磁性層４内に形成する方が好ましい。
【０２２５】本実施の形態の、熱処理後の固定磁性層３
と反強磁性層４中のＣｒ元素の濃度勾配の様相を図１１
のｃに模式図として示す。領域Ａ１と領域Ｂ１における
Ｃｒ元素の濃度勾配は、固定磁性層３の第１磁性層１３
中のＣｒ元素層５０挿入位置を中心とする対称性を有し
ている。従って、固定磁性層３の第１磁性層１３中のＣ
ｒ元素含有量の方が、反強磁性層４中のＣｒ元素含有量
より多くなっている。
【０２２６】本発明の磁気検出素子の製造方法の第４の
実施の形態について、図８を参照しつつ説明する。
【０２２７】下地層６、シードレイヤ２２の成膜まで
は、図５に示される第１の実施の形態と同じである。
【０２２８】図８では、シードレイヤ２２上に、反強磁
性材料からなる反強磁性材料層４ｃと前記反強磁性材料
にＣｒ元素が添加されたＣｒ含有層４ｄをスパッタ成膜
することにより反強磁性層４としている。また、Ｃｒ含
有層４ｄが反強磁性層４と固定磁性層３の界面ではな
く、反強磁性層４の内部に挿入されていてもよい。
【０２２９】ここで反強磁性材料層４ｃ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、好ましくはＰｔＭｎで形成される。また
は、反強磁性材料層４ｃはＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし
元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，
Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎ
ｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａ
ｇ，Ｃｄ，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。
【０２３０】なお、本発明では、元素Ｘあるいは元素Ｘ
＋Ｘ′の組成比を、４５（ａｔ％）以上６０（ａｔ％）
以下とすることが好ましい。
【０２３１】また、Ｃｒ含有層４ｄは、反強磁性材料層
４ｃを構成する反強磁性材料にＣｒが添加されたもの、
Ｘ−Ｍｎ−Ｃｒ（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）またはＸ−Ｍｎ−Ｘ′−Ｃｒ合金（ただし元素Ｘ′
は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍ
ｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，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）からなる。好ましくは、Ｃｒ含有層４ｄはＰｔＭｎ
Ｃｒからなる。
【０２３２】なお、本発明の強磁性層である固定磁性層
３を第１の磁性層１３と、その上に非磁性中間層１２を
介して形成された第２の磁性層１１とで構成された積層
フェリ構造とする。
【０２３３】第１の磁性層１３、第２の磁性層１１は、
ＣｏＦｅ合金で形成される。あるいは、第１の磁性層１
３、第２の磁性層１１がＣｏＦｅＮｉ合金、Ｃｏまたは
ＮｉＦｅ合金で形成されてもよい。また、非磁性中間層
１２はＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種
または２種以上の合金で形成することが好ましい。
【０２３４】次に、第２の磁性層１１の上に、Ｃｕなど
で形成された非磁性材料層２、例えばＣｏＦｅ合金膜１
０とＮｉＦｅ合金膜９の２層で形成されたフリー磁性層
１、Ｃｕなどで形成されたバックド層１５、および保護
層７（例えばＴａなどの酸化物で形成された鏡面反射層
であってもよい）をスパッタ成膜する。
【０２３５】さらに、２９０℃、４時間、８００ｋＡ／
ｍの磁場中熱処理後、保護層７の中央部上をフォトレジ
ストでマスキングし、マスキングされない領域の下地層
６、シードレイヤ２２、反強磁性層４、Ｃｒ元素層５
０、固定磁性層３、非磁性材料層２、フリー磁性層１、
バックド層１５をイオンミリングなどで除去した後、ハ
ードバイアス層５，５、及び電極層８，８を成膜し、フ
ォトレジストを除去すると図１に示される磁気検出素子
が得られる。
【０２３６】本実施の形態でも、上記した熱処理を施す
ことで、第１の磁性層１３と、反強磁性層４との間に大
きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生させることができ
る。
【０２３７】上記した熱処理を施すことで、Ｃｒ含有層
４ｄを構成するＣｒ元素が熱拡散して、固定磁性層３の
第１の磁性層１３と反強磁性材料層４ｃに混ざり込む。
【０２３８】この結果、Ｃｒ元素の含有量が、反強磁性
層４と固定磁性層３の界面から、反強磁性層４のＣｒ含
有層４ｄが形成されていたところまで一定の値をとり、
反強磁性材料層４ｃが形成されていた領域で濃度勾配を
有するものになる。
【０２３９】つまり、反強磁性層４には、Ｃｒ元素が膜
厚方向（図示Ｚ方向）の濃度勾配を有して含有されてい
る領域Ａ１が存在し、固定磁性層３の第１の磁性層１３
には、Ｃｒ元素が膜厚方向（図示Ｚ方向）の濃度勾配を
有して含有されている領域Ｂ１が存在するものとなる。
【０２４０】反強磁性層４及び固定磁性層３に、Ｃｒ元
素が含有されている領域Ａ１及びＢ１が存在している
と、反強磁性層４と固定磁性層３間で発生する交換結合
磁界（Ｈｅｘ）は、Ｃｒ元素が含有されない場合に比べ
て大きくなる。
【０２４１】ただし、Ｃｒ元素が反強磁性材料の全域に
混在していると、反強磁性特性が低下する傾向があるの
で、本実施の形態では、Ｃｒ含有層４ｄを上述のように
薄い膜厚で形成することにより、反強磁性層４にＣｒ元
素が含まれない領域Ａ２を存在させ、反強磁性特性の劣
化を抑えている。
【０２４２】また、固定磁性層３が積層フェリ構造であ
るときには、第１の強磁性層１３の非磁性中間層１２と
の界面から反強磁性層４側にかけての領域の一部に、Ｃ
ｒ元素を含まない領域Ｂ２を存在させて、非磁性中間層
１２を介してその上下の磁性層間で発生するＲＫＫＹ相
互作用における結合磁界を大きくすることが好ましい。
【０２４３】これによって第１の磁性層１３と反強磁性
層４との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きく
できると同時に、ＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を
大きくでき、したがって固定磁性層３における一方向性
交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大
きくすることができる。
【０２４４】本実施の形態の固定磁性層３と反強磁性層
４中のＣｒ元素の濃度勾配の様相を図１１のｄに模式図
として示す。領域Ａ１と領域Ｂ１におけるＣｒ元素の濃
度勾配は、Ｃｒ含有層４ｄの両側で対称性を有してい
る。従って、反強磁性層４中のＣｒ元素含有量の方が、
固定磁性層３の第１磁性層１３中のＣｒ元素含有量より
多くなっている。
【０２４５】本発明の交換結合膜の製造方法の第５の実
施の形態について、図９を参照しつつ説明する。
【０２４６】下地層６、シードレイヤ２２の成膜まで
は、図５に示される第１の実施の形態と同じである。
【０２４７】図９に示される実施の形態では、まず、反
強磁性材料からなるターゲットＴ１とＣｒ元素からなる
ターゲットＴ２を用意する。そして、最初に、反強磁性
材料からなるターゲットＴ１のみをスパッタし、その
後、反強磁性材料からなるターゲットＴ１とＣｒ元素か
らなるターゲットＴ２を同時にスパッタして、前記反強
磁性材料と前記Ｃｒ元素を混在させ、表面にＣｒ元素を
含有する反強磁性層４を形成する。なお、ターゲットＴ
１に対する電力Ｐ１を一定にし、ターゲットに対する電
力Ｐ２を徐々に上げていき、これによって成膜される反
強磁性層４中のＣｒ元素組成比を反強磁性層４の表面に
近づく程、大きくすることができる。
【０２４８】例えばターゲットＴ１はＰｔＭｎからな
る。反強磁性層４の成膜後、本発明の強磁性層である固
定磁性層３をスパッタ成膜する。
【０２４９】なお、固定磁性層３を第１の磁性層１３
と、その上に非磁性中間層１２を介して形成された第２
の磁性層１１とで構成された積層フェリ構造とする。
【０２５０】第１の磁性層１３、第２の磁性層１１は、
ＣｏＦｅ合金で形成される。あるいは、第１の磁性層１
３、第２の磁性層１１がＣｏＦｅＮｉ合金、Ｃｏまたは
ＮｉＦｅ合金で形成されてもよい。また、非磁性中間層
１２はＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種
または２種以上の合金で形成することが好ましい。
【０２５１】次に、第２の磁性層１１の上に、Ｃｕなど
で形成された非磁性材料層２、例えばＣｏＦｅ合金膜１
０とＮｉＦｅ合金膜９の２層で形成されたフリー磁性層
１、Ｃｕなどで形成されたバックド層１５、および保護
層７（例えばＴａなどの酸化物で形成された鏡面反射層
であってもよい）をスパッタ成膜する。その状態を図１
０に示す。
【０２５２】さらに、２９０℃、４時間、８００ｋＡ／
ｍの磁場中熱処理後、保護層７の中央部上をフォトレジ
ストでマスキングし、マスキングされない領域の下地層
６、シードレイヤ２２、反強磁性層４、Ｃｒ元素層５
０、固定磁性層３、非磁性材料層２、フリー磁性層１、
バックド層１５をイオンミリングなどで除去した後、ハ
ードバイアス層５，５、及び電極層８，８を成膜し、フ
ォトレジストを除去すると図１に示される磁気検出素子
が得られる。
【０２５３】本実施の形態でも、上記した熱処理を施す
ことで、第１の磁性層１３と、反強磁性層４との間に大
きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生させることができ
る。
【０２５４】上記した熱処理を施すことで、Ｃｒ元素が
熱拡散して、固定磁性層３の第１の磁性層１３に混ざり
込む。
【０２５５】つまり、熱処理後の反強磁性層４には、Ｃ
ｒ元素が膜厚方向（図示Ｚ方向）の濃度勾配を有して含
有されている領域Ａ１が存在し、固定磁性層３の第１の
磁性層１３には、Ｃｒ元素が膜厚方向（図示Ｚ方向）の
濃度勾配を有して含有されている領域Ｂ１が存在するも
のとなる。
【０２５６】反強磁性層４及び固定磁性層３に、Ｃｒ元
素が含有されている領域Ａ１及びＢ１が存在している
と、反強磁性層４と固定磁性層３間で発生する交換結合
磁界（Ｈｅｘ）は、Ｃｒ元素が含有されない場合に比べ
て大きくなる。
【０２５７】ただし、Ｃｒ元素が反強磁性材料の全域に
混在していると、反強磁性特性が低下する傾向があるの
で、本実施の形態では、Ｃｒ元素を上述のように反強磁
性層４の成膜工程の途中からスパッタすることにより、
反強磁性層４にＣｒ元素が含まれない領域Ａ２を存在さ
せ、反強磁性特性の劣化を抑えている。
【０２５８】本実施の形態の固定磁性層３と反強磁性層
４中のＣｒ元素の濃度勾配の様相を図１１のｅに模式図
として示す。固定磁性層３の強磁性層１３中に含有され
るＣｒ元素は、反強磁性層４に含まれていたＣｒ元素が
熱処理工程によって拡散したものである。従って、領域
Ａ１と領域Ｂ１におけるＣｒ元素の濃度勾配は、固定磁
性層３と反強磁性層の界面の両側で非対称性を示しやす
い。従って、反強磁性層４中のＣｒ元素含有量の方が、
固定磁性層３の第１磁性層１３中のＣｒ元素含有量より
多くなりやすい。
【０２５９】なお、上述した磁気検出素子の製造方法の
第２の実施の形態から第５の実施の形態において、固定
磁性層３が積層フェリ構造であるときに、第１の磁性層
１３と非磁性中間層１２との界面にもＣｒ元素が存在
し、第１の磁性層１３の反強磁性層４との界面でのＣｒ
元素の含有量は、非磁性中間層１２との界面での含有量
に比べて多くなっている状態であっても、固定磁性層３
における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来
に比べて適切に大きくすることができる。
【０２６０】ただし、非磁性中間層１２を介してその上
下の磁性層間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合
磁界を大きくするためには、非磁性中間層１２との界面
側にＣｒ元素を含まない領域Ｂ２が存在する方がよい。
【０２６１】このように本発明の磁気検出素子の製造方
法によって形成された磁気検出素子であれば、磁気検出
素子の狭トラック幅化及び狭ギャップ化を進めるため
に、反強磁性層４及び固定磁性層３のトラック幅方向寸
法、及び反強磁性層４の厚さ寸法及び高さ寸法を小さく
した場合でも、固定磁性層３の磁化方向を一方向にしっ
かり固定する（ピン止めする）ことが可能になる。
【０２６２】つまり、本発明では、固定磁性層３とフリ
ー磁性層１の、磁化方向の交叉角度を一定に保つことが
容易になり、出力信号波形の対称性が得られなくなる度
合（アシンメトリー）を低減できる。
【０２６３】また、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ
*）の、特に交換結合磁界Ｈｅｘを大きくできると、耐
ＥＳＤ及び耐エレクトロマイグレーションに代表される
通電信頼性を向上させることが可能になる。
【０２６４】以上本発明をその好ましい実施の形態に関
して述べたが、本発明の範囲から逸脱しない範囲で様々
な変更を加えることができる。
【０２６５】なお、上述した実施の形態はあくまでも例
示であり、本発明の特許請求の範囲を限定するものでは
ない。
【０２６６】
【実施例】図５、図６、及び図７に示された交換結合膜
の製造方法を用いるときのＣｒ元素層５０の膜厚及び形
成位置について検討した。なお、以下においてＣｒ元素
層とはＣｒのみからなる薄膜層のことである。
【０２６７】図１２に示す（△）をつなげた実線は、固
定磁性層と反強磁性層の界面にＣｒ元素層を膜厚を変え
て挿入した交換結合膜（図５の交換結合膜に相当する）
を熱処理した後の交換結合磁界を示すグラフである。
【０２６８】実験には、以下に示す膜構成の薄膜積層体
を用いた。 薄膜積層体：シリコン基板／アルミナ（１０００Å）／
（Ｎｉ0.8Ｆｅ0.2）60Ｃｒ40（５５Å）／Ｐｔ50Ｍｎ50
（１６０Å）／Ｃｒ（ＸÅ）／Ｃｏ90Ｆｅ10（１６Å）
／Ｃｕ（４０Å）／Ｃｏ90Ｆｅ10（１０Å）／Ｎｉ80Ｆ
ｅ20（５０Å）／Ｔａ（３０Å）。なお、各層はベタ膜
状に形成している。
【０２６９】また、図１２に示す（○）をつなげた実線
は、界面から５Å離れた反強磁性層内の場所に、Ｃｒ元
素層を膜厚を変えて挿入した交換結合膜（図６の交換結
合膜に相当する）を熱処理した後の交換結合磁界を示す
グラフである。
【０２７０】なお、前記Ｃｒ元素層の平均膜厚は、蛍光
Ｘ線分析装置などを用いて測定することができる。
【０２７１】Ｃｒ元素層の平均膜厚は１Åより小さくな
ることがある。周知のとおり、１Åとはひとつの原子の
直径かそれ以下に相当するものであり、１Åより薄い均
一な薄膜は存在しない。しかし、Ｃｒ原子が不均一に、
いいかえるとまばらに存在している薄膜では、Ｃｒが存
在している領域とＣｒが存在していない領域が生じる。
その結果、Ｃｒ元素層の平均膜厚を上記のように定義す
るとＣｒ元素層の平均膜厚が１Åより小さくなる場合が
生じるのである。
【０２７２】実験には、以下に示す膜構成の薄膜積層体
を用いた。 薄膜積層体：シリコン基板／アルミナ（１０００Å）／
（Ｎｉ0.8Ｆｅ0.2）60Ｃｒ40（５５Å）／Ｐｔ50Ｍｎ50
（１５０Å）／Ｐｔ50Ｍｎ50（５−ｘ／２Å）／Ｃｒ
（ｘÅ）／Ｐｔ50Ｍｎ50（５−ｘ／２Å）／Ｃｏ90Ｆｅ
10（１６Å）／Ｃｕ（４０Å）／Ｃｏ90Ｆｅ10（１０
Å）／Ｎｉ80Ｆｅ20（５０Å）／Ｔａ（３０Å）。
【０２７３】上記薄膜積層体を２９０℃、４時間、８０
０（ｋＡ／ｍ）の条件で磁場中アニールにかけた。
【０２７４】反強磁性層と固定磁性層の界面にＣｒ元素
層を挿入せず、反強磁性層と固定磁性層とを直接接触さ
せて磁場中アニールしたときの、反強磁性層と固定磁性
層間の交換結合磁界Ｈｅｘは９３（ｋＡ／ｍ）であっ
た。
【０２７５】図１２によると、反強磁性層と固定磁性層
の界面にＣｒ元素層を挿入したとき、反強磁性層と固定
磁性層間の交換結合磁界Ｈｅｘは、Ｃｒ元素層の平均膜
厚が０Åより大きく、０．３Å以下の範囲では、Ｃｒ元
素層の平均膜厚が大きくなるつれて急激に増加する。Ｃ
ｒ元素層の平均膜厚０．３Åのときの、反強磁性層と固
定磁性層間の交換結合磁界Ｈｅｘは１７２（ｋＡ／ｍ）
である。しかし、Ｃｒ元素層の平均膜厚が０．３Åより
大きくなると、反強磁性層と固定磁性層間の交換結合磁
界Ｈｅｘはなだらかに減少していく。特に、Ｃｒ元素層
の平均膜厚が１．６５Åより大きくなると、Ｃｒ元素層
を挿入しないときより、反強磁性層と固定磁性層間の交
換結合磁界Ｈｅｘが小さくなる。
【０２７６】Ｃｒ元素層の平均膜厚が０．１Å以上で
１．６５Åより小さい範囲では、Ｃｒ元素層を挿入しな
いときよりも大きい９３（ｋＡ／ｍ）以上の交換結合磁
界Ｈｅｘが得られるので好ましい。また、Ｃｒ元素層の
平均膜厚が０．１Å以上で１．０Å以下の範囲では、１
４０（ｋＡ／ｍ）以上の大きな交換結合磁界Ｈｅｘが得
られるのでより好ましい。さらに、Ｃｒ元素層の平均膜
厚が０．１５Å以上で０．５Å以下の範囲では、１７０
（ｋＡ／ｍ）以上の大きな交換結合磁界Ｈｅｘが得られ
るのでさらに好ましい。
【０２７７】一方、反強磁性層と固定磁性層の界面から
５Å離れた反強磁性層内の場所にＣｒ元素層を挿入した
とき、反強磁性層と固定磁性層間の交換結合磁界Ｈｅｘ
は、Ｃｒ元素層の平均膜厚が０．１Å以上２．０Åより
小さい範囲ではＣｒ元素層を挿入しないときよりも大き
い９３（ｋＡ／ｍ）以上の交換結合磁界Ｈｅｘが得られ
るので好ましい。また、Ｃｒ元素層の平均膜厚が０．１
Å以上１．０Å以下の範囲では、交換結合磁界Ｈｅｘは
１５２（ｋＡ／ｍ）から１６０（ｋＡ／ｍ）の間で安定
している。また、Ｃｒ元素層の平均膜厚が０．１Å以上
０．５Å以下の範囲では、交換結合磁界Ｈｅｘは１５２
（ｋＡ／ｍ）から１６０（ｋＡ／ｍ）の間で安定してい
る。
【０２７８】なお、Ｃｒ元素層の平均膜厚が１．０Åよ
り大きくなると、交換結合磁界Ｈｅｘはなだらかに減少
していき、Ｃｒ元素層の平均膜厚が２．０Åより大きく
なると、Ｃｒ層を挿入しないときより、反強磁性層と固
定磁性層間の交換結合磁界Ｈｅｘが小さくなる。
【０２７９】図１２に示された結果から、反強磁性層と
固定磁性層間の交換結合磁界Ｈｅｘの最大値を得るため
には、Ｃｒ元素層を反強磁性層と固定磁性層の界面に挿
入した状態で磁場中アニールにかけるとよいこと、及
び、Ｃｒ元素層の成膜膜厚が変動しても安定した交換結
合磁界Ｈｅｘを得るためには、反強磁性層の内部にＣｒ
元素層を挿入した状態で磁場中アニールにかけるとよい
ことがわかった。
【０２８０】また、図１３は、Ｃｒ元素層の挿入位置と
Ｃｒ元素層の膜厚を変化させて、反強磁性層と固定磁性
層間の交換結合エネルギーＪkを測定した結果を示すグ
ラフである。
【０２８１】図１３において、（×）をつなげた実線
は、固定磁性層と反強磁性層の界面に、Ｃｒ元素層を挿
入した交換結合膜（図５の交換結合膜に相当する）の熱
処理後の交換結合エネルギーＪkを示すグラフである。
（□）をつなげた実線は、界面から５Å離れた反強磁性
層内にＣｒ元素層を挿入した交換結合膜（図６の交換結
合膜に相当する）の熱処理後の交換結合エネルギーＪk
を示すグラフである。（△）をつなげた実線は、界面か
ら５Å及び１５Å離れた反強磁性層内に、Ｃｒ元素層を
挿入した交換結合膜の熱処理後の交換結合エネルギーＪ
kを示すグラフである。なお、（○）は、反強磁性層の
全部をＰｔＭｎＣｒ合金で形成したときの、固定磁性層
と反強磁性層間に生じる交換結合エネルギーＪkであ
る。
【０２８２】実験は以下に示す膜構成の薄膜積層体にお
いて（反強磁性層＋Ｃｒ元素層）の構成のみを変えて行
った。
【０２８３】シリコン基板／アルミナ（１０００Å）／
（Ｎｉ0.8Ｆｅ0.2）60Ｃｒ40（５５Å）／反強磁性層＋
Ｃｒ元素層／Ｃｏ90Ｆｅ10（１６Å）／Ｃｕ（４０Å）
／Ｃｏ90Ｆｅ10（１０Å）／Ｎｉ80Ｆｅ20（５０Å）／
Ｔａ（３０Å）。
【０２８４】上記（反強磁性層＋Ｃｒ元素層）の膜構成
は、Ｃｒ元素層を反強磁性層と固定磁性層の界面に挿入
したもの（×）では、／Ｐｔ50Ｍｎ50（１６０Å）／Ｃ
ｒ（ｘÅ）／である。また、Ｃｒ元素層を反強磁性層内
に２層挿入したもの（△）では、／Ｐｔ50Ｍｎ50（１４
５−ｘ／２Å）／Ｃｒ（ｘÅ）／Ｐｔ50Ｍｎ50（１０−
ｘÅ）／Ｃｒ（ｘÅ）／Ｐｔ50Ｍｎ50（５−ｘ／２Å）
である。さらに、Ｃｒ元素層を反強磁性層内に１層のみ
挿入したもの（□）では、／Ｐｔ50Ｍｎ50（１５０Å）
／Ｐｔ50Ｍｎ50（（５−ｘ）／２Å）／Ｃｒ（ｘÅ）／
Ｐｔ50Ｍｎ50（（５−ｘ）／２Å）／である。なお、反
強磁性層の全部をＰｔＭｎＣｒ合金で形成したときは、
［Ｐｔ50Ｍｎ50（５−ｘ／２Å）／Ｃｒ（ｘÅ）／Ｐｔ
50Ｍｎ50（（５−ｘ）／２Å）］を１６回積層し、熱処
理によってＰｔＭｎＣｒ合金にした。Ｃｒ元素層の膜厚
ｘÅを０．１Å、０．２Å、０．５Å、１．０Åにした
とき、形成されるＰｔＭｎＣｒ合金の組成比はそれぞ
れ、Ｐｔ49.4Ｍｎ49.4Ｃｒ1. 1、Ｐｔ48.9Ｍｎ48.9Ｃｒ
2.3、Ｐｔ47.2Ｍｎ47.2Ｃｒ5.6、Ｐｔ44.4Ｍｎ44.4Ｃｒ
11.3である。
【０２８５】図１３に示されるように、固定磁性層と反
強磁性層の界面にＣｒ元素層を挿入した交換結合膜
（×）と、界面から５Å離れた反強磁性層内の位置にＣ
ｒ元素層を挿入した交換結合膜（□）の結果は、それぞ
れ、図１２に示された交換結合磁界の結果と同様の傾向
を示すものであった。
【０２８６】図１３から、固定磁性層と反強磁性層の界
面にＣｒ元素層を挿入した交換結合膜（×）では、Ｃｒ
元素層の平均膜厚が０．１Å以上で１．６５Åより小さ
い範囲のとき、Ｃｒ元素層を挿入しないときよりも大き
い０．２２５（ｍＪ／ｍ2）の交換結合エネルギーＪkが
得られることがわかる。
【０２８７】また、界面から５Å及び１５Å離れた反強
磁性層内の位置にＣｒ元素層を挿入した交換結合膜
（△）の場合は、Ｃｒ元素層の膜厚（２層のＣｒ元素層
の膜厚を同時に変化させている）が０．１Å以上０．５
Å以下の範囲では、１層のＣｒ元素層を挿入した交換結
合膜（□）と同程度の交換結合エネルギーＪkが発生す
るが、Ｃｒ元素層の膜厚が０．５Åより大きくなると交
換結合エネルギーＪkが減少する。
【０２８８】さらに、反強磁性層の全部をＰｔＭｎＣｒ
合金で形成したときは、反強磁性層をＰｔＭｎのみで形
成し、反強磁性層と固定磁性層の間にＣｒを挿入しない
交換結合膜よりも交換結合エネルギーＪkが低くなって
いる。
【０２８９】これらの結果から、本発明では、反強磁性
層と固定磁性層の界面または前記界面に近い反強磁性層
の内部に０．１Å以上で２．０Åより小さい膜厚のＣｒ
元素層を成膜することが好ましいとし、より好ましく
は、０．１Å以上１．０Å以下、さらに好ましくは０．
１Å以上０．５Å以下の膜厚のＣｒ元素層を成膜するこ
ととした。
【０２９０】なお、今回の実験では、前記界面に近い反
強磁性層の内部とは、例えば、前記界面から１５Å離れ
た反強磁性層の内部までの領域、より好ましくは前記界
面から５Å離れた反強磁性層の内部までの領域である。
【０２９１】また、Ｃｒ元素層を反強磁性層の内部に挿
入するときは、Ｃｒ元素層を１層のみ挿入することが好
ましい。
【０２９２】次に、反強磁性層と固定磁性層のどの位置
にＣｒ元素層を成膜するとよいか調べるために以下の実
験を行った。
【０２９３】固定磁性層と反強磁性層の界面、固定磁性
層内部、または反強磁性層内部の様々な位置に、膜厚
０．２ÅのＣｒ元素層を挿入した交換結合膜を形成し、
熱処理した後の交換結合エネルギーＪkを測定した。
【０２９４】実験に用いた薄膜積層体のＣｒ元素層を除
いた膜構成を以下に示す。シリコン基板／アルミナ（１
０００Å）／（Ｎｉ0.8Ｆｅ0.2）60Ｃｒ40（５５Å）／
Ｐｔ50Ｍｎ50（１６０Å）／Ｃｏ90Ｆｅ10（１６Å）／
Ｃｕ（４０Å）／Ｃｏ90Ｆｅ10（１０Å）／Ｎｉ80Ｆｅ
20（５０Å）／Ｔａ（３０Å）。
【０２９５】磁場中熱処理条件は、温度２９０℃、保持
時間４時間、磁界の大きさ８００（ｋＡ／ｍ）である。
【０２９６】結果を図１４に示す。図１４の横軸はＣｒ
元素層の挿入位置を示している。図１４では、反強磁性
層と固定磁性層の界面を０として、Ｃｒ元素層を固定磁
性層内に挿入する方向を正の方向、Ｃｒ元素層を反強磁
性層内に挿入する方向を負の方向にしている。例えば、
Ｃｒ元素層の挿入位置が−５Åであるとは、界面から５
Å離れた反強磁性層内の位置にＣｒ元素層を挿入したこ
とを示し、Ｃｒ元素層の挿入位置が＋１０Åであると
は、界面から１０Å離れた固定磁性層内の位置にＣｒ元
素層を挿入したことを示している。
【０２９７】反強磁性層と固定磁性層の界面にＣｒ元素
層を挿入せず、反強磁性層と固定磁性層とを直接接触さ
せて磁場中アニールしたときの、反強磁性層と固定磁性
層間の交換結合エネルギーＪkは０．２２２（ｍＪ／
ｍ2）であった。
【０２９８】膜厚０．２ÅのＣｒ元素層を反強磁性層と
固定磁性層の界面に挿入したときには、０．４２５（ｍ
Ｊ／ｍ2）の交換結合エネルギーＪkを生じさせることが
できた。
【０２９９】今回の実験では、界面から２Å以上５Å以
下離れた反強磁性層内の位置にＣｒ元素層を挿入した交
換結合膜であると、０．３７０（ｍＪ／ｍ2）〜０．３
７５（ｍＪ／ｍ2）の交換結合エネルギーＪkを発生でき
ることがわかる。また、反強磁性層内におけるＣｒ元素
層の挿入位置が界面から５Åの位置より離れると、交換
結合エネルギーＪkの減少率が大きくなる。反強磁性層
内におけるＣｒ元素層の挿入位置が界面から２０Å離れ
た交換結合膜の交換結合エネルギーＪkは、０．２４５
（ｍＪ／ｍ2）である。さらに、反強磁性層内における
Ｃｒ元素層の挿入位置が界面から２０Åの位置より離れ
ると、交換結合エネルギーＪkはほとんど減少しなくな
る。
【０３００】一方、固定磁性層内にＣｒ元素層を挿入し
た交換結合膜に関しては、界面から２Å離れた固定磁性
層内の位置にＣｒ元素層を挿入したときに、０．４４０
（ｍＪ／ｍ2）の交換結合エネルギーＪkを得ることがで
きる。この値は、反強磁性層内にＣｒ元素層を挿入した
交換結合膜の交換結合エネルギーＪkの値よりも大き
い。しかし、固定磁性層内にＣｒ元素層を挿入すると、
Ｃｒ元素層の挿入位置が界面から離れたときの、交換結
合エネルギーＪkの減少率が非常に大きくなる。その結
果、固定磁性層内におけるＣｒ元素層の挿入位置が界面
から１０Å離れた交換結合膜の交換結合エネルギーＪk
は０．２７０（ｍＪ／ｍ2）になってしまう。
【０３０１】以上の結果から本発明では、Ｃｒ元素層を
固定磁性層内に挿入するより、固定磁性層と反強磁性層
の界面または反強磁性層内に挿入する方が、Ｃｒ元素層
の成膜位置誤差の影響を受けにくく、安定した大きさ交
換結合エネルギーＪkを発生する交換結合膜を作ること
ができることがわかる。
【０３０２】図１５は、図１４のグラフの縦軸を固定磁
性層と反強磁性層間の交換結合磁界（Ｈｅｘ）に変換し
たものである。
【０３０３】Ｃｒ元素層の反強磁性層または固定磁性層
内の挿入位置を変化させたときの固定磁性層と反強磁性
層間の交換結合磁界（Ｈｅｘ）の値の変化の様相は、図
１４に示されるＣｒ元素層の挿入位置を変化させたとき
の交換結合エネルギーＪkの値の変化の様相と同じであ
る。
【０３０４】以上により、反強磁性層内におけるＣｒ元
素層の挿入位置が界面から２Å以上２０Å以下の範囲で
は、Ｃｒ元素層を挿入しない場合と比べて予期しない程
大きな交換結合磁界Ｈｅｘ（６０ｋＡ／ｍ以上）と大き
な交換結合エネルギーＪk（０．２４５ｍＪ／ｍ2）が得
られて好ましいことがわかった。
【０３０５】また、界面から２Å以上５Å以下離れた反
強磁性層内の位置にＣｒ元素層を挿入した交換結合膜で
あると、０．３７０（ｍＪ／ｍ2）〜０．３７５（ｍＪ
／ｍ2）と大きく安定した交換結合エネルギーＪkと１５
８（ｋＡ／ｍ）〜１６０（ｋＡ／ｍ）と大きく安定した
交換結合磁界Ｈｅｘを得ることができより好ましい。
【０３０６】図１６は、固定磁性層を第１の磁性層と第
２の磁性層が非磁性中間層を介して積層されている積層
フェリ構造を有するものとして形成し、この固定磁性層
と反強磁性層の界面、固定磁性層内部、または反強磁性
層内部の様々な位置に、膜厚０．２ÅのＣｒ元素層を挿
入した交換結合膜を形成し、熱処理した後の一方向性交
換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を測定した結果を示してい
る。
【０３０７】実験に用いた薄膜積層体のＣｒ元素層を除
いた膜構成を以下に示す。シリコン基板／アルミナ（１
０００Å）／（Ｎｉ0.8Ｆｅ0.2）60Ｃｒ40（５２Å）／
Ｐｔ50Ｍｎ50（１２０Å）／Ｃｏ90Ｆｅ10（１６Å）／
Ｒｕ／Ｃｏ90Ｆｅ 10（２２Å）／Ｃｕ（２１Å）／Ｃｏ
90Ｆｅ10（１０Å）／Ｎｉ80Ｆｅ20（３５Å）／Ｔａ
（３０Å）。
【０３０８】磁場中熱処理条件は、温度２９０℃、保持
時間４時間、磁界の大きさ８００（ｋＡ／ｍ）である。
【０３０９】図１６の横軸はＣｒ元素層の挿入位置を示
している。図１６では、反強磁性層と固定磁性層の界面
を０として、Ｃｒ元素層を固定磁性層内に挿入する方向
を正の方向、Ｃｒ元素層を反強磁性層内に挿入する方向
を負の方向にしている。例えば、Ｃｒ元素層の挿入位置
が−５Åであるとは、界面から５Å離れた反強磁性層内
の位置にＣｒ元素層を挿入したことを示し、Ｃｒ元素層
の挿入位置が＋１０Åであるとは、界面から１０Å離れ
た固定磁性層内の位置にＣｒ元素層を挿入したことを示
している。
【０３１０】図１６に示されるように、膜厚０．２Åの
Ｃｒ元素層を反強磁性層と固定磁性層の界面に挿入した
ときには，１４８（ｋＡ／ｍ）の一方向性交換バイアス
磁界（Ｈｅｘ*）を生じさせることができた。
【０３１１】今回の実験では、反強磁性層内の位置にＣ
ｒ元素層を挿入した交換結合膜であると、Ｃｒ元素層の
挿入位置にかかわらず、１４８（ｋＡ／ｍ）〜１５２
（ｋＡ／ｍ）の一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）
を発生できることがわかる。
【０３１２】一方、固定磁性層内にＣｒ元素層を挿入し
た交換結合膜に関しては、界面から２Å離れた固定磁性
層内の位置にＣｒ元素層を挿入したときに、１４８（ｋ
Ａ／ｍ）の一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を得
ることができる。しかし、固定磁性層内にＣｒ元素層を
挿入すると、Ｃｒ元素層の挿入位置が界面から離れたと
きの、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）の減少率
が非常に大きくなる。その結果、固定磁性層内における
Ｃｒ元素層の挿入位置が界面から１０Å離れた交換結合
膜の一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）は１１６
（ｋＡ／ｍ）になってしまう。
【０３１３】以上の結果からも、本発明では、Ｃｒ元素
層を固定磁性層内に挿入するより、固定磁性層と反強磁
性層の界面または反強磁性層内に挿入する方が、Ｃｒ元
素層の成膜位置誤差の影響を受けにくく、安定した一方
向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を発生する交換結合
膜を作ることができることがわかる。
【０３１４】
【発明の効果】以上詳細に説明した本発明の交換結合膜
では、反強磁性層と強磁性層とが積層形成されており、
前記反強磁性層及び／または前記強磁性層には、Ｃｒ元
素が膜厚方向の濃度勾配を有して含有されている領域が
存在している。
【０３１５】このように、反強磁性層及び／または前記
強磁性層に、Ｃｒ元素が含有されていると、前記反強磁
性層と前記強磁性層間で発生する交換結合磁界（Ｈｅ
ｘ）を、Ｃｒ元素が含有されない場合に比べて大きくで
きる。
【０３１６】しかも、前記反強磁性層と前記強磁性層内
でＣｒ濃度を変化させることにより、前記反強磁性層と
前記強磁性層間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大
きくできるものである。
【０３１７】特に、前記Ｃｒ元素が前記反強磁性層と前
記強磁性層の界面に存在することにより、前記反強磁性
層と前記強磁性層間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）
が効果的に大きくなる。
【０３１８】また、本発明の交換結合膜の製造方法によ
れば、反強磁性層と強磁性層とを、Ｃｒ元素層を介して
積層する工程と、熱処理を施して前記反強磁性層と前記
強磁性層の間に交換結合磁界を生じさせる工程を有する
ことにより、前記交換結合膜内におけるＣｒ元素の含有
量が、前記反強磁性層と前記強磁性層の界面において最
大値をとり、前記界面から離れるに従って徐々に減少す
る交換結合膜を形成することができる。
【０３１９】あるいは、第１の反強磁性層と第２の反強
磁性層とをＣｒ元素層を介して積層する工程と、前記第
１の反強磁性層または第２の反強磁性層に接する強磁性
層を形成する工程と、熱処理を施して前記反強磁性層と
前記強磁性層の間に交換結合磁界を生じさせる工程を有
することにより、前記交換結合膜内におけるＣｒ元素の
含有量が、前記反強磁性層内の前記界面から離れた所定
の領域において最大値をとり、前記所定の領域から離れ
るに従って徐々に減少する交換結合膜を形成することが
できる。
【０３２０】あるいは、第１の強磁性層と第２の強磁性
層をＣｒ元素層を介して積層する工程と、前記第１の強
磁性層または第２の強磁性層に接する反強磁性層を形成
する工程と、熱処理を施して前記反強磁性層と前記強磁
性層の間に交換結合磁界を生じさせる工程を有すること
により、前記交換結合膜内におけるＣｒ元素の含有量
が、前記強磁性層内の前記界面から離れた所定の領域に
おいて最大値をとり、前記所定の領域から離れるに従っ
て徐々に減少する交換結合膜を形成することができる。
【０３２１】あるいは、反強磁性層を反強磁性材料から
なる反強磁性材料層と前記反強磁性材料にＣｒ元素が添
加されたＣｒ含有層からなるものとして形成する工程
と、前記Ｃｒ含有層に接する強磁性層を形成する工程
と、熱処理を施して前記反強磁性層と前記強磁性層の間
に交換結合磁界を生じさせる工程を有することにより、
前記交換結合膜内におけるＣｒ元素の含有量が、前記反
強磁性層と前記強磁性層の界面から前記反強磁性層内の
所定の領域まで一定の値である交換結合膜を形成でき
る。
【０３２２】あるいは、反強磁性材料からなるターゲッ
トのみをスパッタする工程と、前記反強磁性材料からな
るターゲットとＣｒ元素からなるターゲットを同時にス
パッタして前記反強磁性材料と前記Ｃｒ元素を混在させ
る工程を用いてＣｒ元素を含有する反強磁性層を形成す
る工程と、前記反強磁性層に接する強磁性層を形成する
工程と、熱処理を施して前記反強磁性層と前記強磁性層
の間に交換結合磁界を生じさせる工程を有することによ
っても、前記反強磁性層と前記強磁性層の界面にＣｒ元
素が存在する交換結合膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の磁気検出素子（シング
ルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体
との対向面側から見た断面図、
【図２】本発明の第２実施形態の磁気検出素子（シング
ルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体
との対向面側から見た断面図、
【図３】本発明の第３実施形態の磁気検出素子（デュア
ルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体
との対向面側から見た断面図、
【図４】磁気検出素子を有する薄膜磁気ヘッドの部分断
面図、
【図５】本発明における交換結合膜及び磁気検出素子の
製造方法を説明するための一工程図（模式図）、
【図６】本発明における交換結合膜及び磁気検出素子の
製造方法を説明するための一工程図（模式図）
【図７】本発明における交換結合膜及び磁気検出素子の
製造方法を説明するための一工程図（模式図）、
【図８】本発明における交換結合膜及び磁気検出素子の
製造方法を説明するための一工程図（模式図）、
【図９】本発明における交換結合膜及び磁気検出素子の
製造方法を説明するための一工程図（模式図）、
【図１０】本発明における交換結合膜及び磁気検出素子
の製造方法を説明するための一工程図（模式図）、
【図１１】本発明における磁気検出素子の固定磁性層と
反強磁性層（交換結合膜）内のＣｒ濃度勾配を示す模式
図、
【図１２】固定磁性層と反強磁性層の界面、または反強
磁性層の内部に、Ｃｒ元素層を膜厚を変えて挿入した交
換結合膜を熱処理した後の交換結合磁界を示すグラフ、
【図１３】Ｃｒ元素層の挿入位置とＣｒ元素層の膜厚を
変化させて、反強磁性層と固定磁性層間の交換結合エネ
ルギーＪkを測定した結果を示すグラフ、
【図１４】固定磁性層と反強磁性層の界面、固定磁性層
内部、または反強磁性層内部の様々な位置に、膜厚０．
２ÅのＣｒ元素層を挿入した交換結合膜を形成し、熱処
理した後の交換結合エネルギーＪkを測定した結果を示
すグラフ、
【図１５】、図１４のグラフの縦軸を固定磁性層と反強
磁性層間の交換結合磁界（Ｈｅｘ）に変換したグラフ、
【図１６】固定磁性層を第１の磁性層と第２の磁性層が
非磁性中間層を介して積層されている積層フェリ構造を
有するものとして形成し、この固定磁性層と反強磁性層
の界面、固定磁性層内部、または反強磁性層内部の様々
な位置に、膜厚０．２ÅのＣｒ元素層を挿入した交換結
合膜を形成し、熱処理した後の一方向性交換バイアス磁
界（Ｈｅｘ*）を測定した結果を示すグラフ、
【図１７】従来の磁気検出素子の構造を記録媒体との対
向面側から見た断面図、
【符号の説明】
１ フリー磁性層 ２ 非磁性材料層 ３ 固定磁性層（強磁性層） ４ 反強磁性層 ５ ハードバイアス層 ６ 下地層 ７ 保護層 ８ 電極層 １１ 第２の磁性層 １２ 非磁性中間層 １３ 第１の磁性層 １５ バックド層 ２２ シードレイヤ
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０１Ｆ 41/18 Ｈ０１Ｆ 41/18 Ｈ０１Ｌ 43/10 Ｈ０１Ｌ 43/10 43/12 43/12

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 反強磁性層と強磁性層とが積層形成さ
    れ、前記反強磁性層と強磁性層との界面で交換結合磁界
    が発生することで、前記強磁性層の磁化方向が一定方向
    にされる交換結合膜において、 前記反強磁性層には、Ｃｒ元素が膜厚方向の濃度勾配を
    有して含有されていることを特徴とする交換結合膜。
  2. 【請求項２】 反強磁性層と強磁性層とが積層形成さ
    れ、前記反強磁性層と強磁性層との界面で交換結合磁界
    が発生することで、前記強磁性層の磁化方向が一定方向
    にされる交換結合膜において、 前記反強磁性層及び前記強磁性層には、Ｃｒ元素が膜厚
    方向の濃度勾配を有して含有されていることを特徴とす
    る交換結合膜。
  3. 【請求項３】 反強磁性層と強磁性層とが積層形成さ
    れ、前記反強磁性層と強磁性層との界面で交換結合磁界
    が発生することで、前記強磁性層の磁化方向が一定方向
    にされる交換結合膜において、 前記強磁性層には、Ｃｒ元素が膜厚方向の濃度勾配を有
    して含有されていることを特徴とする交換結合膜。
  4. 【請求項４】 前記反強磁性層と前記強磁性層の界面
    に、Ｃｒ元素が存在している請求項１ないし３のいずれ
    かに記載の交換結合膜。
  5. 【請求項５】 前記反強磁性層には、Ｃｒ元素を含有し
    ない領域が存在している請求項１ないし４のいずれかに
    記載の交換結合膜。
  6. 【請求項６】 前記交換結合膜内におけるＣｒ元素の含
    有量は、前記反強磁性層と前記強磁性層の界面において
    最大値をとり、前記界面から離れるに従って徐々に減少
    する請求項１ないし５のいずれかに記載の交換結合膜。
  7. 【請求項７】 前記交換結合膜内におけるＣｒ元素の含
    有量は、前記反強磁性層内の前記界面から離れた所定の
    領域において最大値をとり、前記所定の領域から離れる
    に従って徐々に減少する請求項１、２、４、５のいずれ
    かに記載の交換結合膜。
  8. 【請求項８】 前記交換結合膜内におけるＣｒ元素の含
    有量は、前記強磁性層内の前記界面から離れた所定の領
    域において最大値をとり、前記所定の領域から離れるに
    従って徐々に減少する請求項２、３、４、５のいずれか
    に記載の交換結合膜。
  9. 【請求項９】 前記交換結合膜内におけるＣｒ元素の含
    有量は、前記反強磁性層と前記強磁性層の界面から前記
    反強磁性層内の所定の領域まで一定の値である請求項
    １、２、４、５のいずれかに記載の交換結合膜。
  10. 【請求項１０】 前記反強磁性層内におけるＣｒ元素の
    含有量の最大値は、前記強磁性層内におけるＣｒ元素の
    含有量の最大値より大きい請求項１、２、４、５、６、
    ７または９のいずれかに記載の交換結合膜。
  11. 【請求項１１】 前記反強磁性層を構成する合金の、Ｃ
    ｒを除いた組成における各元素のａｔ％（原子％）比
    が、前記反強磁性層の内部で一定である請求項１ないし
    １０のいずれかに記載の交換結合膜。
  12. 【請求項１２】 前記反強磁性層は、ＰｔＭｎ合金、ま
    たは、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒ
    ｕ，Ｏｓのいずれか１種または２種以上の元素である）
    合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐ
    ｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ａ
    ｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１種または２種以上の
    元素である）合金を含有する請求項１ないし１１のいず
    れかに記載の交換結合膜。
  13. 【請求項１３】 前記反強磁性層の結晶構造はＣｕＡｕ
    Ｉ型である請求項１２記載の交換結合膜。
  14. 【請求項１４】 前記Ｃｒ元素は、ＰｔとＭｎとで構成
    される結晶格子の格子点の一部、または元素ＸとＭｎと
    で構成される結晶格子の格子点の一部、あるいはＰｔと
    Ｍｎと元素Ｘ′とで構成される結晶格子の格子点の一部
    と置換している請求項１２または１３に記載の交換結合
    膜。
  15. 【請求項１５】 前記強磁性層は、前記反強磁性層との
    界面と接して形成される第１の磁性層と、前記第１の磁
    性層と非磁性中間層を介して対向する第２の磁性層とを
    有して形成された積層フェリ構造である請求項１ないし
    １４のいずれかに記載の交換結合膜。
  16. 【請求項１６】 前記第１の磁性層には、前記Ｃｒ元素
    を含有する領域が、前記反強磁性層との界面から前記非
    磁性中間層側にかけて存在するととともに、前記非磁性
    中間層との界面から前記反強磁性層側にかけての領域の
    一部に、前記Ｃｒ元素を含まない領域が存在する請求項
    １５に記載の交換結合膜。
  17. 【請求項１７】 前記第１の磁性層の前記反強磁性層と
    の界面での前記Ｃｒ元素の含有量は、前記非磁性中間層
    との界面での前記含有量に比べて多くなっている請求項
    １５に記載の交換結合膜。
  18. 【請求項１８】 反強磁性層と強磁性層とを、Ｃｒ元素
    層を介して積層する工程と、熱処理を施して前記反強磁
    性層と前記強磁性層の間に交換結合磁界を生じさせる工
    程を有することを特徴とする交換結合膜の製造方法。
  19. 【請求項１９】 第１の反強磁性層と第２の反強磁性層
    とをＣｒ元素層を介して積層する工程と、前記第１の反
    強磁性層または第２の反強磁性層に接する強磁性層を形
    成する工程と、熱処理を施して前記反強磁性層と前記強
    磁性層の間に交換結合磁界を生じさせる工程を特徴とす
    る交換結合膜の製造方法。
  20. 【請求項２０】 前記反強磁性層と前記強磁性層の界面
    から２Å以上２０Å以内離れた位置に、前記Ｃｒ元素層
    を積層する請求項１９に記載の交換結合膜の製造方法。
  21. 【請求項２１】 前記反強磁性層と前記強磁性層の界面
    から２Å以上５Å以内離れた位置に、前記Ｃｒ元素層を
    積層する請求項２０に記載の交換結合膜の製造方法。
  22. 【請求項２２】 第１の強磁性層と第２の強磁性層をＣ
    ｒ元素層を介して積層する工程と、前記第１の強磁性層
    または第２の強磁性層に接する反強磁性層を形成する工
    程と、熱処理を施して前記反強磁性層と前記強磁性層の
    間に交換結合磁界を生じさせる工程を有することを特徴
    とする交換結合膜の製造方法。
  23. 【請求項２３】 前記Ｃｒ元素層の平均膜厚は、０．１
    Å以上で２．０Åより小さい請求項１８ないし２２のい
    ずれかに記載の交換結合膜の製造方法。
  24. 【請求項２４】 前記Ｃｒ元素層の平均膜厚は、０．１
    Å以上で１．０Å以下である請求項２３に記載の交換結
    合膜の製造方法。
  25. 【請求項２５】 反強磁性層を反強磁性材料からなる反
    強磁性材料層と前記反強磁性材料にＣｒ元素が添加され
    たＣｒ含有層からなるものとして形成する工程と、前記
    Ｃｒ含有層に接する強磁性層を形成する工程と、熱処理
    を施して前記反強磁性層と前記強磁性層の間に交換結合
    磁界を生じさせる工程を有することを特徴とする交換結
    合膜の製造方法。
  26. 【請求項２６】 反強磁性材料からなるターゲットのみ
    をスパッタする工程と、前記反強磁性材料からなるター
    ゲットとＣｒ元素からなるターゲットを同時にスパッタ
    して前記反強磁性材料と前記Ｃｒ元素を混在させる工程
    を用いてＣｒ元素を含有する反強磁性層を形成する工程
    と、前記反強磁性層に接する強磁性層を形成する工程
    と、熱処理を施して前記反強磁性層と前記強磁性層の間
    に交換結合磁界を生じさせる工程を有することを特徴と
    する交換結合膜の製造方法。
  27. 【請求項２７】 反強磁性層、固定磁性層、非磁性中間
    層、およびフリー磁性層を有し、前記フリー磁性層の磁
    化が前記固定磁性層の磁化と交叉する方向に揃えられた
    磁気検出素子において、前記反強磁性層及び固定磁性層
    が請求項１ないし１７のいずれかに記載された交換結合
    膜により形成されていることを特徴とする磁気検出素
    子。
  28. 【請求項２８】 フリー磁性層の上下に積層された非磁
    性中間層と、一方の前記非磁性中間層の上および他方の
    非磁性中間層の下に位置する固定磁性層と、一方の前記
    固定磁性層の上および他方の固定磁性層の下に位置する
    反強磁性層とを有し、前記フリー磁性層よりも下側に形
    成された反強磁性層の下側にはシードレイヤが形成さ
    れ、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と
    交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、前記
    反強磁性層及び固定磁性層が請求項１ないし１７のいず
    れかに記載された交換結合膜により形成されていること
    を特徴とする磁気検出素子。
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