JP2004031545A - 磁気検出素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＰＰ型のスピンバルブ型磁気検出素子において、光学的な素子面積を大きくしても実効的な素子面積を小さくできる磁気検出素子を提供する。
【解決手段】フリー磁性層２６の内部に絶縁部と導電部を有する電流制限層５４を形成することにより、電流制限層５４によって絞りこまれたセンス電流の拡散を低減でき、フリー磁性層２６内に流れるセンス電流の電流密度の局所的な高密度化を確実に維持できる。したがって、膜面と平行な方向におけるフリー磁性層の光学的な素子面積を０．０１μｍ^２以上に形成しても実効的な素子面積を確実に小さくでき、ΔＲが大きく、再生出力の高いＣＰＰ型の磁気検出素子を容易に形成することができる。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＰＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ　　ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ　ｔｏ　ｔｈｅ　　ｐｌａｎｅ）型の磁気検出素子に係り、特に光学的な素子サイズは大きくても実効的な素子サイズを小さくでき、効果的にしかも容易に再生出力を向上させ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２８は、従来の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面から見た断面図である。
【０００３】
このスピンバルブ型磁気検出素子は、下から、反強磁性層２、固定磁性層３、非磁性材料層４、フリー磁性層５、非磁性材料層６、固定磁性層７、反強磁性層８から構成された多層膜９、多層膜９の下と上に形成された電極層１及び電極層１０と、フリー磁性層５の両側部に形成されたハードバイアス層１１，１１及びハードバイアス層１１，１１の上下に形成された絶縁層１２，１２並びに絶縁層１３，１３からなっている。
【０００４】
反強磁性層２、８はＰｔＭｎ、固定磁性層３、７、及びフリー磁性層５はＮｉＦｅなどの強磁性材料、非磁性材料層４、６はＣｕ、ハードバイアス層１１はＣｏＰｔなどの硬磁性材料、絶縁層１２、１３はアルミナ、電極層１、１０はＣｒなどの導電性材料によって形成されている。
【０００５】
図２８に示す磁気検出素子は、フリー磁性層５の上下のそれぞれに非磁性材料層４、固定磁性層３、及び非磁性材料層６、固定磁性層７が形成されているデュアルスピンバルブ型磁気検出素子と呼ばれるものであり、ハードディスクなどの記録媒体からの記録磁界を検出するものである。
【０００６】
なお、図２８に示される磁気検出素子は、多層膜９の各層の膜面と垂直方向に電流が流れるＣＰＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ　　ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｌａｎｅ）型の磁気検出素子である。
【０００７】
固定磁性層３及び固定磁性層７の磁化方向は、図示Ｙ方向に固定されており、外部磁界が印加されていない状態のフリー磁性層５の磁化方向は、ハードバイアス層１１，１１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）に向けられて単磁区化している。外部磁界が印加されるとフリー磁性層５の磁化方向が変動して、多層膜９の電気抵抗が変化する。この電気抵抗の変化を電圧変化または電流変化として取り出すことにより外部磁界を検出する。
【０００８】
ＣＰＰ型の磁気検出素子は、前記トラック幅Ｔｗ及びハイト方向への長さＭＲｈが０．１μｍ以下とならないと（すなわち素子面積が０．０１μｍ^２以下とならないと）、センス電流が前記多層膜の各層の膜面と平行方向に流れるＣＩＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｌａｎｅ）型よりも効果的に高い再生出力を得られないことがわかっている。
【０００９】
そこで、図２８に示されるように、多層膜９に、絶縁部と導電部とが混在した電流制限層１４を重ね、前記センス電流を前記導電部内のみに流して絞り込むようにする構成が考えられた。
【００１０】
電極層から電流制限層１４を経て多層膜９内のフリー磁性層５内に流れるセンス電流は、フリー磁性層５内を前記導電部と対向する部分のみに局部的に流れる（この部分の電流密度が局所的に高くなることになる）。
【００１１】
したがって、膜面と平行な方向におけるフリー磁性層５の素子面積（この素子面積を光学的な素子面積という）よりも、実際にフリー磁性層５内にセンス電流が流れて、磁気抵抗効果に関与する素子面積（この素子面積を実効的な素子面積という）を小さくできるものと予想された。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
図２８に示された従来の磁気検出素子では、反強磁性層２，８の上または下に電流制限層１４が積層されている。
【００１３】
反強磁性層２，８を形成するためのＰｔＭｎなどの反強磁性材料は抵抗値が高い。従って、反強磁性層２，８内を流れる伝導電子の平均自由行程は短く、経路が絞り込まれた伝導電子が非弾性散乱して拡散してしまい、電流制限層１４による局所的な電流密度集中の効果が薄れてしまっていた。その結果、磁気検出素子のΔＲを大きくすることが難しいという問題が発生していた。
【００１４】
本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、電流制限層による局所的な電流密度集中の効果を充分に発揮でき、磁気検出素子のΔＲを大きくすることのできる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。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、フリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層、及び反強磁性層が積層された多層膜を有し、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記フリー磁性層は、複数の磁性層が、絶縁部と導電部とが混在した電流制限層を介して積層されていることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明では、前記フリー磁性層の内部に前記電流制限層が形成されるので、前記フリー磁性層内に流れるセンス電流の電流密度の局所的な高密度化を確実に維持できる。
【００１７】
したがって本発明によれば、膜面と平行な方向におけるフリー磁性層の素子面積（この素子面積を光学的な素子面積という）を０．０１μｍ^２以上に形成しても実際に前記フリー磁性層内にセンス電流が流れて、磁気抵抗効果に関与する素子面積（この素子面積を実効的な素子面積という）を確実に小さくでき、ΔＲが大きく、再生出力の高いＣＰＰ型の磁気検出素子を容易に形成することができる。
【００１８】
また前記フリー磁性層の素子面積を０．０１μｍ^２以上に大きくできるから、記録媒体からの外部磁界を効果的に検出することが可能であり、再生出力の向上、再生波形の安定性の向上を図ることが可能である。
【００１９】
また、本発明は、フリー磁性層の上下のそれぞれに非磁性材料層、固定磁性層、及び反強磁性層が積層された多層膜を有し、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記フリー磁性層は、複数の磁性層が、絶縁部と導電部とが混在した電流制限層を介して積層されることを特徴とするものである。
【００２０】
この構成の磁気検出素子は、いわゆるデュアル型のスピンバルブ型磁気検出素子であり、電気抵抗の絶対値が大きくなるので、ＣＰＰ型の磁気検出素子の磁界検出出力（再生感度）を向上させるために適した構造である。
【００２１】
本発明でも、前記フリー磁性層の内部に前記電流制限層が形成されるので、前記フリー磁性層内に流れるセンス電流の電流密度の局所的な高密度化を確実に維持できる。
【００２２】
また、前記フリー磁性層のトラック幅方向の両側部に、前記フリー磁性層の磁化をそろえるためのハードバイアス層が形成されているか、前記フリー磁性層の上層及び／又は下層に、前記フリー磁性層の磁化をそろえるためのインスタックバイアス層又は交換結合膜が積層されていることが好ましい。
【００２３】
本発明では、複数の前記磁性層の磁化が互いに平行方向を向いていることが好ましい。特に、複数の前記磁性層が前記電流制限層を介して、強磁性的に結合しているとより好ましい。
【００２４】
複数の前記磁性層を強磁性的に結合させるには、前記電流制限層に形成されたピンホールを介して磁性層どうしを直接接触させる方法や後述するトポロジカルカップリングによる方法がある。
【００２５】
ただし、本発明では、複数の前記磁性層の磁化が互いに反平行方向を向いていてもよい。
【００２６】
また、前記フリー磁性層を構成する複数の前記磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントはすべて等しいことが好ましい。
【００２７】
ただし、前記フリー磁性層を構成する複数の前記磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントはそれぞれ異なっていてもよい。特に、複数の前記磁性層の磁化が互いに反平行方向を向いているときには、複数の前記磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントが異なっているとエネルギー的に安定化する。
【００２８】
本発明では、前記フリー磁性層を構成する複数の前記磁性層の膜厚はすべて等しいことが好ましい。
【００２９】
ただし、前記フリー磁性層を構成する複数の前記磁性層の膜厚がそれぞれ異なっていてもよい。特に、複数の前記磁性層の磁化が互いに反平行方向を向いているときには、複数の前記磁性層の膜厚が異なっているとエネルギー的に安定化する。
【００３０】
複数（特に、３枚以上の奇数）の前記磁性層の磁化が互いに反平行方向を向いているとき、前記フリー磁性層に、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕのうちいずれか１種または２種以上の非磁性材料からなる非磁性中間層が形成されていると、フリー磁性層の上下に形成された両方の固定磁性層の磁化方向が同じであっても磁気抵抗効果を発揮することができる。
【００３１】
あるいは、本発明は、フリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層、及び反強磁性層が積層された多層膜を有し、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記フリー磁性層と前記非磁性材料層の間に、絶縁部と導電部とが混在した電流制限層を介して積層されていることを特徴とするものである。
【００３２】
本発明では、前記フリー磁性層と前記非磁性材料層の間に前記電流制限層が形成されることにより、前記フリー磁性層内に流れるセンス電流の電流密度の局所的な高密度化を確実に維持できる。
【００３３】
したがって本発明では、膜面と平行な方向におけるフリー磁性層の素子面積（この素子面積を光学的な素子面積という）を０．０１μｍ^２以上に形成しても実際に前記フリー磁性層内にセンス電流が流れて、磁気抵抗効果に関与する素子面積（この素子面積を実効的な素子面積という）を確実に小さくでき、ΔＲが大きく、再生出力の高いＣＰＰ型の磁気検出素子を容易に形成することができる。
【００３４】
また前記フリー磁性層の素子面積を０．０１μｍ^２以上に大きくできるから、記録媒体からの外部磁界を効果的に検出することが可能であり、再生出力の向上、再生波形の安定性の向上を図ることが可能である。
【００３５】
ただし、前記フリー磁性層と前記非磁性材料層の間に前記電流制限層が形成されるときには、前記フリー磁性層と前記非磁性材料層の内部を移動するアップスピンの伝導電子の散乱を抑えること、及び伝導電子のスピンの向きを変えないよう（スピンフリップが起こらないよう）にすることが必要になる。
【００３６】
伝導電子のスピンの向きを変えないようにするためには、前記電流制限層の開口部と非開口部のコンストラクトを高くし、開口部に余分な不純物元素が介在しないようにすること、或いは、伝導電子のスピンフリップが生じにくい材料で前記電流制限層を形成することが好ましい。
【００３７】
または、本発明は、フリー磁性層の上下のそれぞれに非磁性材料層、固定磁性層、及び反強磁性層が積層された多層膜を有し、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記フリー磁性層と前記非磁性材料層の間に、絶縁部と導電部とが混在した電流制限層を介して積層されていることを特徴とするものである。
【００３８】
本発明は、前記フリー磁性層と前記非磁性材料層の間に前記電流制限層が形成されるデュアル型のスピンバルブ型磁気検出素子である。
【００３９】
なお、前記電流制限層の下面あるいは上面のどちらか一方あるいは両方に、貴金属材料層が形成されていることが好ましい。
【００４０】
前記貴金属材料層は、例えば、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅのうちいずれか１種または２種以上の貴金属材料によって形成されている。
【００４１】
または、前記貴金属材料層に代えてＣｕ層が形成されてもよい。
また本発明では、前記電流制限層の前記絶縁部は、少なくとも前記電流制限層の上面から下面にまで通じる複数の孔が設けられた絶縁材料膜であり、この孔内に前記導電部となる導電材料膜が埋め込まれていることが好ましい。
【００４２】
または本発明では、前記電流制限層の前記絶縁部は、膜面と平行な平面から見たときに連続して延びる溝が形成された絶縁材料膜であり、この溝は前記電流制限層の上面から下面にまで通じて形成されており、前記溝内に前記導電部となる導電性材料が埋め込まれていることが好ましい。
【００４３】
あるいは本発明では、前記電流制限層の前記絶縁部は、前記電流制限層の上面から下面にまで通じる孔と、膜面と平行な平面から見たときに連続して延び、前記電流制限層の上面から下面にまで通じる溝とが混在した絶縁材料膜であり、前記孔及び溝内に前記導電部となる導電性材料が埋め込まれていることが好ましい。
【００４４】
また本発明では、前記絶縁材料膜は、酸化膜あるいは窒化膜で形成されることが好ましい。
【００４５】
あるいは本発明では、前記電流制限層の前記導電部が導電性粒子であり、前記導電性粒子は前記絶縁部となる絶縁性材料層内に分散されていることが好ましい。
【００４６】
または本発明では、前記電流制限層の前記絶縁部が絶縁性粒子であり、前記絶縁性粒子は、前記導電部となる導電材料膜内に分散されていてもよい。
【００４７】
上記した電流制限層では、いずれも適切に絶縁部と導電部とが混在する膜構成とすることができ、実効的な素子サイズの狭小化を適切に図ることが可能である。
【００４８】
また、本発明の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）下から第１の電極層、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層を構成する第１磁性層、及び絶縁部と導電部とが混在した電流制限層を積層する工程、
（ｂ）前記電流制限層の上に、フリー磁性層を構成する第２磁性層を積層する工程、
（ｃ）第２の電極層を積層する工程。
【００４９】
なお、本発明では、前記フリー磁性層を構成する前記第１磁性層及び前記第２磁性層を前記電流制限層を介して、強磁性的に結合させることが好ましい。
【００５０】
なお、前記フリー磁性層を構成する前記第１磁性層及び前記第２磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを等しくすることが好ましい。
【００５１】
ただし、前記フリー磁性層を構成する前記第１磁性層及び前記第２磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを異ならせてもよい
なお、本発明では、前記フリー磁性層を構成する前記第１磁性層と前記第２磁性層の膜厚を等しくすることが好ましい。ただし、前記フリー磁性層を構成する前記第１磁性層と前記第２磁性層の膜厚を異ならせてもよい。
【００５２】
また、前記（ｂ）工程と前記（ｃ）工程の間に、
（ｄ）前記フリー磁性層の上に、非磁性材料層、固定磁性層、反強磁性層を積層する工程を有することにより、いわゆるデュアル型のスピンバルブ型磁気検出素子を形成することができる。
【００５３】
前記第１磁性層と前記第２磁性層を強磁性的に結合させたり、前記第１磁性層と前記第２磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを等しくすることによって、前記第１磁性層と前記第２磁性層の磁化方向を平行方向にすると、デュアル型のスピンバルブ型磁気検出素子を形成するときに、前記（ｄ）工程の後に、磁場中アニールを１回行うだけでよい。すなわち、フリー磁性層の上下の固定磁性層の磁化方向を同じにしても、磁気抵抗効果を発揮できる。
【００５４】
前記第１磁性層と前記第２磁性層の磁化方向が反平行方向になったデュアル型のスピンバルブ型磁気検出素子を形成するときには、
前記（ａ）工程または前記（ｂ）工程において、前記第１磁性層または第２磁性層中に、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕのうちいずれか１種または２種以上の非磁性材料からなる非磁性中間層を形成することが好ましい。
【００５５】
この構成であれば、フリー磁性層の上下に形成された両方の固定磁性層の磁化方向が同じであっても磁気抵抗効果を発揮することができるので、前記（ｄ）工程の後に、磁場中アニールを１回行うだけでよい。
【００５６】
前記第１磁性層と前記第２磁性層の磁化方向が反平行方向になったデュアル型のスピンバルブ型磁気検出素子を形成するときの他の方法として、前記（ａ）工程と（ｂ）工程の間または前記（ｂ）工程と（ｄ）工程の間に、第１の磁場中アニールを行い、前記（ｄ）工程の後に、前記第１の磁場中アニールとは、異なる向き及び／又は異なる磁場強度の磁場中で第２の磁場中アニールを行う方法もある。
【００５７】
また、本発明の他の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。
（ｅ）下から第１の電極層、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、及び絶縁部と導電部とが混在した電流制限層を積層する工程、
（ｆ）前記電流制限層の上に、フリー磁性層を積層する工程、
（ｇ）第２の電極層を積層する工程、
上記製造方法によって、前記非磁性材料層と前記フリー磁性層の間に前記電流制限層が設けられている磁気検出素子を形成することができる。
【００５８】
また、前記（ｆ）工程と前記（ｇ）工程の間に、
（ｈ）前記フリー磁性層の上に、非磁性材料層、固定磁性層、反強磁性層を積層する工程を有すると、前記非磁性材料層と前記フリー磁性層の間に前記電流制限層が設けられているデュアルスピンバルブ型の磁気検出素子を形成することができる。
【００５９】
なお、電流制限層を形成するときは、
（ａ１）上面から下面にまで通じる複数の孔、または膜面に平行な平面から見たときに連続して延びる溝が形成された絶縁材料膜を成膜する工程と、
（ａ２）前記絶縁材料膜上に導電材料膜をスパッタ成膜し、このとき前記絶縁材料膜に形成された孔または溝内を前記導電材料膜で埋める工程を有することが好ましい。
【００６０】
なお、本発明では、前記導電材料膜が前記フリー磁性層を構成する第２磁性層であってもよい。
【００６１】
また、前記絶縁材料膜を、不連続体膜として形成することが好ましい。これにより、前記絶縁材料膜に例えば下面から上面にまで通じる複数の孔または溝を形成することが容易になる。前記絶縁材料膜を不連続体膜とするには、材料の選定とスパッタ条件が重要である。スパッタ条件とは、基板温度やＡｒガス圧、基板とターゲット間の距離などである。
【００６２】
あるいは、絶縁材料で形成されたターゲットと導電性材料で形成されたターゲットを用意し、これら２つのターゲットを、同時または交互にスパッタすることにより、絶縁材料の粒子と導電性材料の粒子が混在した電流制限層を形成することができる。
【００６３】
本発明では、前記電流制限層を熱処理し、この熱処理によって膜内の酸化されやすい元素の酸化を促進させて、電流制限層の開口部（電流が流れる部分）の割合（比率）を調整することが好ましい。前記開口部の割合は全体の１０％〜３０％程度であることが好ましい。
【００６４】
なお、前記（ａ）工程で、前記第１磁性層上または前記フリー磁性層上に、貴金属元素からなる貴金属材料層またはＣｕからなるＣｕ層を形成し、その後、前記貴金属材料層またはＣｕ層の上に前記電流制限層を形成することが好ましい。
【００６５】
さらに、前記電流制限層を形成後、前記電流制限層の上面に、貴金属元素からなる貴金属材料層またはＣｕからなるＣｕ層を形成することが好ましい。
【００６６】
前記貴金属材料とは、例えばＲｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅのうちいずれか１種または２種以上である。
【００６７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明における第１実施形態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。
【００６８】
図１に示す磁気検出素子は、いわゆるデュアル型のスピンバルブ型薄膜素子である。
【００６９】
第１の電極層２０の中央上面には、下から下地層２１、シード層２２、反強磁性層２３、磁性層５０と５２とその間に形成されたＲｕなどの中間層５１からなる３層フェリ構造の固定磁性層２４、非磁性材料層２５及びフリー磁性層２６が形成されている。さらにフリー磁性層２６の上面に非磁性材料層２７、磁性層６０と６２とその間に形成されたＲｕなどの中間層６１からなる３層フェリ構造の固定磁性層２８、反強磁性層２９、及び第２の電極層３０が順次積層されている。
【００７０】
また、図１に示すように、下地層２１から反強磁性層２９までの多層膜Ｔ１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側領域には、絶縁層３１，３１、バイアス下地層３２，３２、ハードバイアス層３３，３３、絶縁層３４，３４が順次積層形成されている。
【００７１】
第１の電極層２０は、例えばα−Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ（銅）やＷ（タングステン）などで形成されている。下地層２１は、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１種以上で形成されることが好ましい。下地層２１は５０Å以下程度の膜厚で形成される。ただし、この下地層２１は形成されていなくても良い。
【００７２】
シード層２２は、主として面心立方晶から成り、次に説明する反強磁性層２３との界面と平行な方向に（１１１）面が優先配向されている。シード層２２は、Ｃｒ、ＮｉＦｅ合金、あるいはＮｉ−Ｆｅ−Ｙ合金（ただしＹは、Ｃｒ，Ｒｈ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉから選ばれる少なくとも１種以上）で形成されることが好ましい。これらの材質で形成されたシード層２２はＴａ等で形成された下地層２１上に形成されることにより反強磁性層２３との界面と平行な方向に（１１１）面が優先配向しやすくなる。シード層２２は、例えば３０Å程度で形成される。
【００７３】
なお本発明における磁気検出素子は各層の膜面と垂直方向にセンス電流が流れるＣＰＰ型であるため、シード層２２にも適切にセンス電流が流れる必要性がある。よってシード層２２は比抵抗の高い材質でないことが好ましい。すなわちＣＰＰ型ではシード層２２はＮｉＦｅ合金などの比抵抗の低い材質で形成されることが好ましい。ただし、シード層２２は形成されなくても良い。
【００７４】
反強磁性層２３及び反強磁性層２９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。あるいは反強磁性層２３及び反強磁性層２９は、元素Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，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されることが好ましい。
【００７５】
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２４または固定磁性層２８との界面で大きな交換異方性磁界を発生し得る。また反強磁性層２３及び反強磁性層２９は８０Å以上で３００Å以下，例えば２００Åの膜厚で形成されることが好ましい。
【００７６】
この実施形態では固定磁性層２４及び固定磁性層２８は３層のフェリ構造で形成されている。
【００７７】
固定磁性層２４を構成する符号５０及び５２の層は磁性層であり、例えばＣｏ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＮｉなどで形成される。磁性層５０，５２間にはＲｕなどで形成された中間層５１が介在し、この構成により、磁性層５０と磁性層５２の磁化方向は互いに反平行状態にされる。これはいわゆる人工フェリ構造と呼ばれる。固定磁性層２８を構成する磁性層６０、磁性層６２も例えばＣｏ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＮｉなどで形成され、磁性層６０，６２間にはＲｕなどで形成された中間層６１が介在し、磁性層６０と磁性層６２の磁化方向は互いに反平行状態にされる。
【００７８】
反強磁性層２３と磁性層５０の間及び反強磁性層２９と磁性層６２の間には、交換異方性磁界が発生している。
【００７９】
例えば磁性層５０の磁化がハイト方向（図示Ｙ方向）と逆方向に固定された場合、もう一方の磁性層５２はＲＫＫＹ相互作用により、ハイト方向に磁化され固定される。また、磁性層６２の磁化がハイト方向と逆方向に固定された場合、もう一方の磁性層６０はＲＫＫＹ相互作用により、ハイト方向に磁化され固定される。
【００８０】
この構成により固定磁性層２４及び固定磁性層２８の磁化を安定した状態にでき、また固定磁性層２４及び固定磁性層２８の磁化方向を強固に固定できる。
【００８１】
なお例えば、磁性層５０，５２及び磁性層６０、６２の膜厚はそれぞれ１０〜７０Å程度で形成される。また中間層５１及び中間層６１の膜厚は３Å〜１０Å程度で形成される。
【００８２】
なお固定磁性層２４、固定磁性層２８はフェリ構造ではなくＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＣｏ合金、あるいはＣｏＦｅ合金などの単層膜あるいは積層膜で形成されていても良い。
【００８３】
非磁性材料層２５及び非磁性材料層２７が形成されている。非磁性材料層２５及び非磁性材料層２７は例えばＣｕ，Ｃｒ，Ａｕ，Ａｇなどの電気抵抗の低い導電性材料によって形成される。特に、Ｃｕで形成されることが好ましい。非磁性材料層２５及び非磁性材料層２７は例えば２５Å程度の膜厚で形成される。
【００８４】
図１に示すように、多層膜Ｔ１のトラック幅方向の両側領域の第１の電極層２０上には、絶縁層３１，３１が形成されている。絶縁層３１，３１は例えばＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２など一般的な絶縁材料で形成される。
【００８５】
絶縁層３１，３１の上面３１ａ，３１ａは、フリー磁性層２６の下面２６ａよりも図示下側（図示Ｚ方向とは逆方向）に形成されていることが好ましい。
【００８６】
絶縁層３１，３１の上には、バイアス下地層３２，３２が形成されている。またバイアス下地層３２，３２の上にはハードバイアス層３３，３３が形成されている。ハードバイアス層３３，３３は、フリー磁性層２６の両側端面２６ｂ，２６ｂに対向する位置に形成される。ハードバイアス層３３，３３は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に磁化されており、ハードバイアス層３３，３３からの縦バイアス磁界によって、フリー磁性層２６の磁化（第１磁性層５３及び第２磁性層５５の磁化）は図示Ｘ方向に揃えられる。
【００８７】
バイアス下地層３２，３２はハードバイアス層３３，３３の特性（保磁力Ｈｃ、角形比Ｓ）を向上させるために設けられたものである。
【００８８】
本発明では、バイアス下地層３２，３２は、結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造）の金属膜で形成されることが好ましい。なおこのときバイアス下地層３２，３２の結晶配向は（１００）面が優先配向するのが好ましい。
【００８９】
またハードバイアス層３３，３３は、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、稠密六方構造（ｈｃｐ）単相あるいは面心立方構造（ｆｃｃ）と稠密六方構造（ｈｃｐ）の混相となっている。
【００９０】
ここで上記の金属膜で形成されたバイアス下地層３２，３２とハードバイアス層３３，３３を構成するＣｏＰｔ系合金のｈｃｐ構造の界面での原子配列が近くなるために、ＣｏＰｔ系合金は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系合金とバイアス下地層の境界面内に優先配向される。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、ハードバイアス層３３，３３に磁界を与えたときの保磁力Ｈｃは大きくなるのである。さらにｈｃｐのｃ軸はＣｏＰｔ系合金とバイアス下地層との境界面内で優先配向となっているため、残留磁化が増大し、残留磁化／飽和磁束密度で求められる角形比Ｓは大きくなる。その結果、ハードバイアス層３３，３３の特性を向上させることができ、ハードバイアス層３３，３３から発生するバイアス磁界を増大させることができる。結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造）の金属膜は、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。
【００９１】
また、バイアス下地層３２はハードバイアス層３３，３３の下側にのみ形成されていることが好ましいが、フリー磁性層２６の両側端面２６ｂ，２６ｂとハードバイアス層３３，３３間にも若干、介在してもよい。フリー磁性層２６の両側端面２６ｂ，２６ｂとハードバイアス層３３，３３間に形成されるバイアス下地層３２，３２のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における膜厚は１ｎｍ以下であることが好ましい。
【００９２】
これによりハードバイアス層３３，３３とフリー磁性層２６とを磁気的に連続体にでき、フリー磁性層２６の端部が反磁界の影響を受けるバックリング現象などの問題も発生せず、フリー磁性層２６の磁区制御を容易にできる。
【００９３】
また図１に示すように、ハードバイアス層３３，３３の上には絶縁層３４，３４が形成されている。絶縁層３４，３４は、Ａｌ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２などの一般的な絶縁材料で形成される。
【００９４】
なおこの実施形態では、絶縁層３４，３４の上面と反強磁性層２９の上面とが連続面となっている。
【００９５】
この実施形態では、第２の電極層３０から第１の電極層２０に向けてセンス電流が流れるが、第１の電極層２０から第２の電極層３０に向けてセンス電流が流れても良い。従ってセンス電流は、磁気検出素子の各層を膜面と垂直方向に流れ、このようなセンス電流の流れ方向はＣＰＰ型と呼ばれる。
【００９６】
固定磁性層２８、非磁性材料層２７、フリー磁性層２６、非磁性材料層２５及び固定磁性層２４に検出電流（センス電流）が与えられ、走行方向がＺ方向であるハードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界がＹ方向に与えられると、フリー磁性層２６の磁化（第１磁性層５３及び第２磁性層５５の磁化）が図示Ｘ方向からＹ方向へ向けて変化する。このフリー磁性層２６内での磁化の方向の変動と、固定磁性層２８及び固定磁性層２４の固定磁化方向との関係で電気抵抗が変化し（これを磁気抵抗効果という）、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。
【００９７】
図１に示される磁気検出素子は、下地層２１、シード層２２、反強磁性層２３、固定磁性層２４、非磁性材料層２５、フリー磁性層２６、非磁性材料層２７、固定磁性層２８、反強磁性層２９からなる多層膜Ｔ１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側端面Ｓ１，Ｓ１が連続した傾斜面となっている。
【００９８】
図１に示された磁気検出素子の特徴部分について説明する。
この実施形態では、フリー磁性層２６が、第１磁性層５３、電流制限層５４、第２磁性層５５からなる３層構造である。
【００９９】
第１磁性層５３及び第２磁性層５５の膜厚は１０Å〜１００Åであり、電流制限層５４の膜厚は５Å〜３０Åである。
【０１００】
第１磁性層５３及び第２磁性層５５は、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金などにより形成される。なお、第１磁性層５３の下及び第２磁性層５５の上には、拡散防止のためのＣｏ膜またはＣｏＦｅ膜が形成されることが好ましい。
【０１０１】
電流制限層５４は、絶縁部と導電部とが混在した層であり、フリー磁性層２６内に流れるセンス電流の電流密度を局所的に高密度化するものである。
【０１０２】
電流制限層５４の詳しい構造については後述するが、この電流制限層５４を介して第１磁性層５３及び第２磁性層５５が強磁性的に結合して、第１磁性層５３の磁化方向と第２磁性層５５の磁化方向が平行方向を向くことが好ましい。
【０１０３】
第１磁性層５３及び第２磁性層５５を強磁性的に結合させるには、電流制限層５４に形成された極小の孔または溝を介して第１磁性層５３及び第２磁性層５５どうしを直接接触させる方法やトポロジカルカップリングによる方法がある。
【０１０４】
トポロジカルカップリングとは、第１磁性層５３及び第２磁性層５５に、図２に示されるようなうねりが生じることによって、第１磁性層５３及び第２磁性層５５の表面に表面磁荷が発生し、これによって第１磁性層５３と第２磁性層５５が静磁結合（トポロジカルカップリング）することである。
【０１０５】
また、第１磁性層５３及び第２磁性層５５の単位面積当たりの磁気モーメントが等しいと、第１磁性層５３と第２磁性層５５間のカップリングが弱くても、外部磁界に対する磁化の回転角が同様となり、第１磁性層５３の磁化方向と第２磁性層５５の磁化方向が平行方向を向きやすくなる。第１磁性層５３及び第２磁性層５５が同じ組成の材料から形成されているときには、第１磁性層５３の膜厚ｔ１及び第２磁性層５５の膜厚ｔ２を等しくすることにより、第１磁性層５３及び第２磁性層５５の単位面積当たりの磁気モーメントを等しくすることができる。
【０１０６】
ただし、図１に示される磁気検出素子は、フリー磁性層２６の両側領域にハードバイアス層３３，３３が形成されており、第１磁性層５３及び第２磁性層５５の両方にトラック幅方向（図示Ｘ方向）の静磁界（縦バイアス磁界）が印加されており、このハードバイアス層３３，３３から与えられる静磁界が大きければ、第１磁性層５３と第２磁性層５５が磁気的に分断されていても、また、第１磁性層５３及び第２磁性層５５の単位面積当たりの磁気モーメントが異なっていても、第１磁性層５３の磁化方向と第２磁性層５５の磁化方向を、外部磁界が印加されている状態であっても、平行方向に向けることができる。
【０１０７】
図１に示す構造のデュアルスピンバルブ型薄膜素子の場合、多層膜Ｔ１が磁気抵抗効果を発揮できるように、フリー磁性層２６よりも下側に形成された固定磁性層２４のうち磁気抵抗効果に関与する磁性層５２が、例えばハイト方向（図示Ｙ方向）に固定されていた場合、フリー磁性層２６よりも上側に形成された固定磁性層２８のうち磁気抵抗効果に関与する磁性層６０も、ハイト方向（図示Ｙ方向）に固定される。
【０１０８】
図１に示される磁気検出素子では、固定磁性層２４の磁性層５０と磁性層５２を同じ組成の磁性材料を用いて形成し、磁性層５０の膜厚ｔ３を磁性層５２の膜厚ｔ４より小さくし、また、固定磁性層２８の磁性層６０と磁性層６２を同じ組成の磁性材料を用いて形成し、磁性層６２の膜厚ｔ５を磁性層６０の膜厚ｔ６より小さくしている。
【０１０９】
これによって、磁性層５０の単位面積当たりの磁気モーメント＜磁性層５０の単位面積当たりの磁気モーメント、かつ磁性層６２の単位面積当たりの磁気モーメント＜磁性層６０の単位面積当たりの磁気モーメントとし、図１の磁気検出素子を製造するときに、１回の磁場中アニールによって、磁性層５２及び磁性層６０をハイト方向（図示Ｙ方向）に固定することができる。
【０１１０】
フリー磁性層２６の第１磁性層５３と第２磁性層５５の間に形成されている電流制限層５４について説明する。
【０１１１】
本発明における電流制限層５４は例えば図３に示す膜構成である。図３は、反強磁性層２３、固定磁性層２４、非磁性材料層２５、フリー磁性層２６の第１磁性層５３、及び電流制限層５４の部分模式図である。
【０１１２】
図３に示すように電流制限層５４は、複数の孔５６が形成された絶縁材料膜（絶縁部）５７が母材となっている。孔５６のうち少なくとも一部の孔５６は、絶縁材料膜５７を下面から上面にまで貫通している。
【０１１３】
図３に示すように、絶縁材料膜５７上には導電材料膜（導電部）５８が形成されている。導電材料膜５８は絶縁材料膜５７に形成された孔５６内にも形成されており、孔５６は導電材料膜５８によって埋められた状態になっている。なお図３では、図面上の記載を簡潔にするため、一部の孔のみに「孔５６」及び「導電材料膜５８」なる文言を記入している。
【０１１４】
ここで絶縁材料膜５７は、酸化膜あるいは窒化膜で形成されることが好ましい。また酸化膜は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、希土類元素のうちいずれか１種または２種以上の酸化物からなる絶縁材料で形成されることが好ましい。また窒化膜は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、希土類元素のうちいずれか１種または２種以上の窒化物からなる絶縁材料で形成されることが好ましい。
【０１１５】
これら酸化膜及び窒化膜は、薄く成膜されると、スパッタ成膜の際に凝集して不連続体膜になりやすい材質である。不連続体膜になると絶縁材料膜５７には図３に示すような上面から下面にまで貫通する孔５６が形成されやすくなる。
【０１１６】
また不連続体膜となるか否かは材質の選定のみならず、スパッタ条件も重要な要素である。絶縁材料膜５７を不連続体膜とするためのスパッタ条件は、基板温度を２０℃〜２００℃程度に低くしたり、Ａｒガス圧を１０〜５０ｍＴｏｒｒ（１．３〜６．７Ｐａ）程度に高くしたり、また基板とターゲット間の距離を２００〜３００ｍｍ程度に離したりすること等である。
【０１１７】
なお上記したスパッタ成膜では、例えば、ＲＦスパッタ法、ＲＦマグネトロンスパッタ法、ＤＣマグネトロンスパッタ法、イオンビームスパッタ法、ロングスロースパッタ法、コリメーションスパッタ法のいずれか、またはそれらを組み合せたスパッタ法などを使用できる。
【０１１８】
次に導電材料膜５８は、一般的な導電性材料を使用することができ、例えばα−Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ（銅）やＷ（タングステン）などで形成することもできる。または、導電材料膜５８はＲｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅのうちいずれか１種または２種以上の貴金属元素から形成されてもよい。なお前記貴金属にＣｕが添加されていてもよい。
【０１１９】
前記貴金属元素はそれ自体、酸化されにくい材質であり、絶縁材料膜５７上及び孔５６内に貴金属元素から形成された導電材料膜５８を形成することで、熱処理などによって酸素の拡散を抑制でき、開口部（孔または溝）と非開口部（絶縁材料層）とのコントラストを良好に保つことができる。また、フリー磁性層２６の第２磁性層５５が、電流制限層５４の導電材料膜５８を兼用することもできる。
【０１２０】
以上のように第１磁性層５３上に絶縁部と導電部とが混在した電流制限層５４を設けることで、次のような効果を期待することができる。
【０１２１】
ＣＰＰ型の磁気検出素子では、第２の電極層３０から流れるセンス電流は、電流制限層５４内を膜面と垂直方向に流れるが、本発明では、電流制限層５４を絶縁材料膜（絶縁部）５７に形成された孔５６内に導電材料膜（導電部）５８を埋め込んだ構造としているから、センス電流は導電材料膜５８内のみ（あるいは絶縁材料膜（絶縁部）５７に形成された孔５６内のみ）に流れることになる。
【０１２２】
このため、フリー磁性層２６内を流れるセンス電流の電流密度が局所的に高くなる。
【０１２３】
したがって、膜面と平行な方向におけるフリー磁性層２６の素子面積（この素子面積を光学的な素子面積という）を大きく形成しても実際にフリー磁性層２６内のセンス電流が流れ、磁気抵抗効果に関与する素子面積（この素子面積を実効的な素子面積という）を小さくでき、よって光学的な素子サイズが大きい磁気検出素子を形成しても、再生出力の高いＣＰＰ型の磁気検出素子を容易に形成することができる。
【０１２４】
なお、具体的には図３及び図４に示すトラック幅Ｔｗを、例えば０．１５〜０．３μｍに形成でき、またハイト方向の長さＭＲｈを、例えば０．１５〜０．３μｍに形成でき、よって光学的な素子面積を０．０２〜０．０９μｍ^２に大きく形成できる。
【０１２５】
また本発明では、実効的な素子面積は、０．０１μｍ^２以下であることが好ましい。実効的な素子面積の求め方としては、例えば光学的な素子面積（Ｔｗ×ＭＲｈ）に、孔５６の開口率をかけて求めることができる。これは、ＧＭＲ膜単独の抵抗値と、電極を含んだ素子全体の抵抗値との差から概略で求めることができる。
【０１２６】
また電流制限層５４を膜面と平行な平面から見たときに、開口部（孔５６）の割合は１０％〜３０％程度であることが好ましい。
【０１２７】
また本発明では、光学的な素子面積を大きくできるから、記録媒体からの外部磁界を有効に磁気検出素子で検出することができ、感度の良い再生特性に優れたＣＰＰ型磁気検出素子を製造することができる。
【０１２８】
また本発明では電流制限層５４の膜構成は図３のようなものに限らず、例えば他に図４のような膜構成を提示できる。
【０１２９】
図４に示す電流制限層５４の絶縁材料膜５７には、電流制限層５４を膜面と平行な方向から見たときに、連続して延びる溝６８が形成され、この溝６８は電流制限層５４の上面から下面にまで通じて形成されている。溝６８の平面形状は細長の曲線であったり、途中で枝別れしているが、形状はどのようなものであってもよい。そして溝６８内及び絶縁材料膜５７上に導電材料膜５８が形成されている。この図３と図４との絶縁材料膜５７の形状の違いは薄膜の核成長の違いによるものである。薄膜（絶縁材料膜５７あるいは絶縁材料膜５７の基になる層）は、フリー磁性層２６の第１磁性層５３上でまず島状に成長していき、さらに成長させると、これら島どうしがくっつきはじめ、図４のような連続して延びる溝６８を形成する。
【０１３０】
すなわち薄膜の成長をどの段階で止めるかによって、電流制限層５４の平面形状は変化していく。ここで重要なのは、電流制限層５４を構成する絶縁材料膜５７に下面から上面にかけて貫通する孔５６あるいは溝６８が適切に形成されていることである。このような孔５６あるいは溝６８が貫通して形成されていると、この孔５６あるいは溝６８内に埋め込まれた導電材料膜５８が電流を流す経路となり、適切に電流経路を絞り込むことができる。
【０１３１】
また図４のように、電流制限層５４の絶縁材料膜５７には、電流制限層５４の上面から下面にまで通じる孔５６と、膜面と平行な平面から見たときに連続して延び、電流制限層５４の上面から下面にまで通じる溝６８とが混在していてもよい。
【０１３２】
あるいは、導電材料膜５８が独立した層として形成されず、絶縁材料膜５７上にフリー磁性層２６の第２磁性層５５が直接積層されて、絶縁材料膜５７に形成された孔５６または溝６８内に埋めこまれてもよい。第２磁性層５５が、絶縁材料膜５７に形成された孔５６または溝６８内に埋めこまれると、第１磁性層５３と第２磁性層５５が直接接触し、第１磁性層５３及び第２磁性層５５が強磁性的に結合する。その結果、第１磁性層５３の磁化方向と第２磁性層５５の磁化方向が平行方向を向く。
【０１３３】
図３及び図４に示す電流制限層５４は、複数の孔５６または溝６８が形成された絶縁材料膜５７と、この孔５６または溝６８を埋める導電材料膜５８とで構成されているが、以下の膜構成を有する電流制限層５４でも良い。
【０１３４】
例えば絶縁材料のターゲットと導電性材料のターゲットを用意し、これら２つのターゲットを同時にスパッタすることで、フリー磁性層２６の第１磁性層５３上に絶縁材料の粒子と導電性材料の粒子とが混在した電流制限層５４を形成することができる。
【０１３５】
具体的には、電流制限層５４の導電部が導電性粒子であり、導電性粒子は絶縁部となる絶縁材料膜内に分散されている膜構成を提供することができる。
【０１３６】
上記膜構成を有する電流制限層５４を例示すると、Ｆｅを主成分とした導電部となる微結晶粒が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ及び希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素Ｍと、ＯあるいはＮとの化合物を含む絶縁部となる非晶質中に分散された膜構成である。
【０１３７】
この電流制限層５４では、Ｆｅ_ａＭ_ｂＯ_ｃの組成式を有し、組成比ａ、ｂ、ｃは原子％で、４０≦ａ≦５０、１０≦ｂ≦３０、２０≦ｃ≦４０であり、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００なる関係を満たすことが好ましい。
【０１３８】
あるいは電流制限層５４では、Ｆｅ_ｄＭ_ｅＮ_ｆの組成式を有し、組成比ｄ、ｅ、ｆは原子％で、６０≦ｄ≦７０、１０≦ｅ≦１５、１９≦ｆ≦２５であり、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００なる関係を満たすことが好ましい。
【０１３９】
上記の電流制限層５４の形成は、例えばＦｅのターゲットと、ＨｆＯ_２のターゲットの２つを用意し、これら２つのターゲットをスパッタする。これにより、非晶質相のマトリックスの内部にｂｃｃＦｅを主成分とした微結晶粒が多数析出された電流制限層５４を形成することができる。
【０１４０】
なお上記したスパッタ成膜では、例えば、ＲＦスパッタ法、ＲＦマグネトロンスパッタ法、ＤＣマグネトロンスパッタ法、イオンビームスパッタ法、ロングスロースパッタ法、コリメーションスパッタ法のいずれか、またはそれらを組み合せたスパッタ法などを使用できる。
【０１４１】
あるいは本発明では、電流制限層５４を構成する絶縁材料膜は主としてＣｏが酸化された層であり、この絶縁材料膜内に、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ａｇのうちいずれか１種または２種以上の貴金属材料で形成された導電性粒子が分散している、電流制限層５４を形成することができる。
【０１４２】
あるいは、電流制限層５４の絶縁部は絶縁性粒子であり、絶縁性粒子は、導電部となる導電材料膜内に分散されている膜構成であってもよい。
【０１４３】
なお上記した導電性粒子にはＣｕなどの一般的な導電性材料を使用でき、絶縁性粒子には、Ａｌ_２Ｏ_３などの一般的な絶縁性材料を使用することもできる。
【０１４４】
また上記したように導電性粒子を混在させたいわゆるグラニュラー膜で電流制限層５４を形成するときは、導電性粒子の粒径より電流制限層５４の膜厚が薄くないと、導電性粒子がセンス電流の電流経路として適切に機能せず、再生出力等の再生特性の悪化を招く。
【０１４５】
図１に示される磁気検出素子では、フリー磁性層２６の内部に電流制限層５４が形成されることになるので、フリー磁性層２６内に流れるセンス電流の電流密度の局所的な高密度化を確実に維持できる。
【０１４６】
したがって、膜面と平行な方向におけるフリー磁性層２６の素子面積（光学的な素子面積）を０．０１μｍ^２以上に形成しても実際にフリー磁性層内にセンス電流が流れて、磁気抵抗効果に関与する素子面積（実効的な素子面積）を確実に小さくでき、ΔＲが大きく、再生出力の高いＣＰＰ型の磁気検出素子を容易に形成することができる。
【０１４７】
またフリー磁性層の素子面積を０．０１μｍ^２以上に大きくできるから、記録媒体からの外部磁界を効果的に検出することが可能であり、再生出力の向上、再生波形の安定性の向上を図ることが可能である。
【０１４８】
また、図１に示されるような、デュアルスピンバルブ型の磁気検出素子は、電気抵抗の絶対値が大きくなるのでＣＰＰ型の磁気検出素子の磁界検出出力（再生感度）を向上させるのに適している。
【０１４９】
図５は本発明における第２実施形態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。
【０１５０】
図５に示す磁気検出素子も、いわゆるデュアル型のスピンバルブ型薄膜素子であり、図１に示された磁気検出素子と同様に、第１の電極層２０、下地層２１、シード層２２、反強磁性層２３、磁性層５０、５２、中間層５１からなる固定磁性層２４、非磁性材料層２５、フリー磁性層２６、非磁性材料層２７、磁性層６０、６２、中間層６１からなる３層フェリ構造の固定磁性層２８、反強磁性層２９、及び第２の電極層３０が順次積層されている。図１と同じ符号が付けられた層は図１と同じ層を示している。
【０１５１】
図５に示された磁気検出素子は、フリー磁性層２６に縦バイアスを与える方式が、図１に示された磁気検出素子と異なっている。
【０１５２】
図５に示される磁気検出素子では、フリー磁性層２６の両側領域にハードバイアス層が形成されず、かわりに第１の電極層２０と下地層２１の間にインスタックバイアス層８０が、さらに、上側の反強磁性層２９上に、中間層８１を介してインスタックバイアス層８２が形成されている。インスタックバイアス層８０からインスタックバイアス層８２まで重ねられた各層によって多層膜Ｔ２が形成されている。
【０１５３】
これらのインスタックバイアス層８０、８２はＣｏＰｔなどの硬磁性材料によって形成され、図示Ｘと反平行方向に着磁されている。なお、インスタックバイアス層８０と第１の電極層２０の間及びインスタックバイアス層８２と中間層８１の間に、ＣｒやＷからなる下地層が形成されてもよい。
【０１５４】
この実施形態では、インスタックバイアス層８０及びインスタックバイアス層８２の両側端部からフリー磁性層２６に向けて縦バイアス磁界（静磁界）が供給され（矢印Ｍで示す）、フリー磁性層２６の磁化（第１磁性層５３及び第２磁性層５５）が図示Ｘ方向に向けられている。
【０１５５】
中間層８１は、非磁性導電材料で形成されることが好ましい。具体的には、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ｔａのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好ましい。
【０１５６】
また、中間層８１は、例えばＡｌ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２などの絶縁材料で形成されてもよいが、かかる場合、中間層８１を薄く形成して、第１の電極層２０と第２の電極層３０間に流れるセンス電流が、中間層８１の部分で遮断されないようにすることが必要である。中間層８１の膜厚は２０〜１００Åで形成されることが好ましい。
【０１５７】
図５のように、インスタックバイアス層８０及びインスタックバイアス層８２を設ける構造であると、フリー磁性層２６の両側にハードバイアス層を設ける場合に比べて、フリー磁性層２６が強固に磁化されることがなくフリー磁性層２６の磁区制御を適正化でき、フリー磁性層２６の外部磁界に対する磁化変動を良好にすることが可能である。
【０１５８】
また図５に示す実施形態では、インスタックバイアス層８０及びインスタックバイアス層８２までの多層膜Ｔ２の両側端面Ｓ２，Ｓ２の両側領域にはアルミナまたはＳｉＯ_２からななる絶縁層８３，８３のみが形成されている。したがって第１の電極層２０と第２の電極層３０間に流れるセンス電流の分流ロスを低減させることが可能である。
【０１５９】
図５に示される磁気検出素子でも、図１に示される磁気検出素子と同様に、電流制限層５４を介して第１磁性層５３及び第２磁性層５５が強磁性的に結合して、第１磁性層５３の磁化方向と第２磁性層５５の磁化方向が平行方向を向くことが好ましい。
【０１６０】
特に、第１磁性層５３と第２磁性層５５間の強磁性結合が弱い場合であっても、第１磁性層５３の磁化方向と第２磁性層５５の磁化方向を平行方向に向かせるために、第１磁性層５３及び第２磁性層５５の材料及び膜厚を等しくして、単位面積当たりの磁気モーメントを等しくさせることが好ましい。
【０１６１】
ただし、第１磁性層５３と第２磁性層５５が磁気的に分断されていても、インスタックバイアス層８０及びインスタックバイアス層８２から与えられる静磁界が充分な大きさであれば、第１磁性層５３の磁化方向と第２磁性層５５の磁化方向を平行方向に向けることができる。
【０１６２】
図５に示される磁気検出素子では、第１磁性層５３の磁化方向と第２磁性層５５の磁化を平行方向に向かせやすくするために、２層のインスタックバイアス層８０及びインスタックバイアス層８２を形成している。ただし、インスタックバイアス層８０及びインスタックバイアス層８２のどちらか一方のみ形成されても、第１磁性層５３と第２磁性層５５に縦バイアス磁界を供給することは可能である。
【０１６３】
また、図１と同様に、固定磁性層２４のうち磁気抵抗効果に関与する磁性層５２が、例えばハイト方向（図示Ｙ方向）に固定され、フリー磁性層２６よりも上側に形成された固定磁性層２８のうち磁気抵抗効果に関与する磁性層６０も、ハイト方向（図示Ｙ方向）に固定されるように、固定磁性層２４の磁性層５０と磁性層５２を同じ組成の磁性材料を用いて形成し、磁性層５０の膜厚ｔ３を磁性層５２の膜厚ｔ４より小さくし、また、固定磁性層２８の磁性層６０と磁性層６２を同じ組成の磁性材料を用いて形成し、磁性層６２の膜厚ｔ５を磁性層６０の膜厚ｔ６より小さくしている。
【０１６４】
図５に示される磁気検出素子も、フリー磁性層２６内に電流制限層５４が形成されており、図１に示される磁気検出素子と同等の効果を奏することができる。
【０１６５】
図６は本発明における第３実施形態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。
【０１６６】
図６に示される磁気検出素子は、図１に示される磁気検出素子に類似している。図６に示される磁気検出素子は、フリー磁性層２６の第１磁性層５３の磁化方向と第２磁性層５５の磁化方向が反平行方向を向いている点で図１に示される磁気検出素子と異なっている。
【０１６７】
なお、図１と同じ符号で示される層は、特に説明がない限り図１と同じ材料及び膜厚で形成された同一の層である。
【０１６８】
図６に示される磁気検出素子では、フリー磁性層２６の第１磁性層５３と第２磁性層５５の強磁性結合が弱くなっている。すなわち、第１磁性層５３と第２磁性層５５は直接接触しておらず、また、第１磁性層５３の表面と第２磁性層５５の表面に形成されるうねりも小さくトポロジカルカップリングも生じにくくなっている。
【０１６９】
フリー磁性層２６の第１磁性層５３と第２磁性層５５の強磁性結合が弱くなると、第１磁性層５３と第２磁性層５５は、磁化方向を互いに反平行にし、それぞれの端部５３ａ，５３ａと端部５５ａ，５５ａ間に静磁結合を発生させることによってエネルギー的な安定化を図る。
【０１７０】
また、図６に示される磁気検出素子のフリー磁性層２６の第１磁性層５３及び第２磁性層５５は、図１の磁気検出素子と同様に同じ材料で作られているが、第１磁性層５３の膜厚ｔ７と第２磁性層５５の膜厚ｔ８は異なっている。従って、第１磁性層５３と第２磁性層５５は、単位面積当たりの磁気モーメントが互いに異なっており、これによって、第１磁性層５３の磁化と第２磁性層５５の磁化の反平行状態をより安定なものにしている。
【０１７１】
なお、図６の磁気検出素子において、第１磁性層５３の膜厚ｔ７は例えば１０Å〜７０Å、磁性層５５の膜厚ｔ８は例えば２０Å〜１００Åである。
【０１７２】
また、図６の磁気検出素子は、ハードバイアス層３３，３３によって、フリー磁性層２６の第１磁性層５３及び第２磁性層５５が単磁区化されるものであるが、本実施の形態のように第１磁性層５３と第２磁性層５５の磁化方向が互いに反平行方向を向くものであるときは、ハードバイアス層３３，３３の内側端面３３ａ，３３ａが、第１磁性層５３及び第２磁性層５５のいずれか一方の端部とのみ対向していることが好ましい。図６では、ハードバイアス層３３，３３の内側端面３３ａ，３３ａが第２磁性層５５の端部５５ａ，５５ａにのみ対向している。これによって、ハードバイアス層３３，３３から供給されるトラック幅方向（図示Ｘ方向）の縦バイアス磁界は第２磁性層５５にのみ直接作用し、トラック幅方向と反平行方向の磁化を有する第１磁性層５３の磁化に乱れが生じることを抑制または防止できる。
【０１７３】
また、図６の磁気検出素子のように、第１磁性層５３と第２磁性層５５の磁化方向が互いに反平行方向を向いているものであるときには、下地層２１から反強磁性層２９までの多層膜Ｔ３が磁気抵抗効果を発揮できるように、フリー磁性層２６よりも下側に形成された固定磁性層２４のうち磁気抵抗効果に関与する磁性層５２が、例えばハイト方向（図示Ｙ方向）に固定されていた場合、フリー磁性層２６よりも上側に形成された固定磁性層２８のうち磁気抵抗効果に関与する磁性層６０が、ハイト方向（図示Ｙ方向）と反平行方向に固定される必要がある。
【０１７４】
磁性層５２と磁性層６０の磁化方向が平行方向を向いていると、フリー磁性層２６の第２磁性層５５と固定磁性層２８の磁性層６０間で生じる磁気抵抗効果とフリー磁性層２６の第１磁性層５３と固定磁性層２４の磁性層５２間で生じる磁気抵抗効果が互いに打ち消しあって、外部磁界を検出することができなくなってしまう。
【０１７５】
図６に示される磁気検出素子では、固定磁性層２４の磁性層５０と磁性層５２を同じ組成の磁性材料を用いて形成し、磁性層５０の膜厚ｔ９を磁性層５２の膜厚ｔ１０より小さく（ｔ９＜ｔ１０）し、また、固定磁性層２８の磁性層６０と磁性層６２を同じ組成の磁性材料を用いて形成し、磁性層６２の膜厚ｔ１２を磁性層６０の膜厚ｔ１１より大きく（ｔ１２＞ｔ１１）している。
【０１７６】
これによって、磁性層５０の単位面積当たりの磁気モーメント＜磁性層５２の単位面積当たりの磁気モーメント、かつ磁性層６２の単位面積当たりの磁気モーメント＞磁性層６０の単位面積当たりの磁気モーメントとし、図６の磁気検出素子を製造するときに、スピンフロップ磁界の大きさより弱い磁場中の磁場中アニールを１回行うだけで、磁性層５２と磁性層６０の磁化方向を反平行にすることができる。
【０１７７】
なお、磁性層５０の膜厚ｔ９を磁性層５２の膜厚ｔ１０より大きく（ｔ９＞ｔ１０）し、また、磁性層６２の膜厚ｔ１２を磁性層６０の膜厚ｔ１１より小さく（ｔ１２＜ｔ１１）しても、１回の磁場中アニールによって、磁性層５２と磁性層６０の磁化方向を反平行にすることができる。
【０１７８】
また、固定磁性層２４の磁性層５２と固定磁性層２８の磁性層６０の磁化方向を反平行にする他の方法として以下に示す製造方法を用いることができる。
【０１７９】
まず、第１の電極層２０上に下地層２１、シード層２２、反強磁性層２３、固定磁性層２４、非磁性材料層２５、フリー磁性層２６の第１磁性層５３及び電流制限層５４までを成膜した後、例えばハイト方向の磁場中で、第１の磁場中アニールを施す。次に、電流制限層５４の上に、フリー磁性層２６の第２磁性層５５、非磁性材料層２７、固定磁性層２８及び反強磁性層２９を積層し、第１の磁場中アニール時の磁場の方向と反平行方向の磁場で第２の磁場中アニールをする。
【０１８０】
なお、磁性層６２の膜厚ｔ１２を磁性層６０の膜厚ｔ１１より小さく（ｔ１２＜ｔ１１）した状態で、第１の磁場中アニールを固定磁性層２４の飽和磁界よりも大きい磁場中で行ったときは、第２の磁場中アニールを、固定磁性層２４及び固定磁性層２８のスピンフロップ磁界の大きさより弱く、第１の磁場中アニールの磁場方向と同じ方向の磁場中で行う。
【０１８１】
２回の磁場中アニールを行う方法であれば、固定磁性層２４の磁性層５０と磁性層５２を同じ組成の磁性材料を用いて形成し、磁性層５０の膜厚ｔ９を磁性層５２の膜厚ｔ１０以上にし（ｔ９≧ｔ１０）、また、固定磁性層２８の磁性層６０と磁性層６２を同じ組成の磁性材料を用いて形成し、磁性層６２の膜厚ｔ１２を磁性層６０の膜厚ｔ１１以上（ｔ１２≧ｔ１１）にしても、固定磁性層２４の磁性層５２と固定磁性層２８の磁性層６０の磁化方向を反平行にすることができる。または、磁性層５０の膜厚ｔ９を磁性層５２の膜厚ｔ１０以下にし（ｔ９≦ｔ１０）、また、磁性層６２の膜厚ｔ１２を磁性層６０の膜厚ｔ１１以下（ｔ１２≦ｔ１１）にした場合でも同様である。
【０１８２】
ｔ９≧ｔ１０かつｔ１２≧ｔ１１、またはｔ９≦ｔ１０かつｔ１２≦ｔ１１の構成であると、下側の反強磁性層２３と固定磁性層２４間の一方向性異方性磁界Ｈｅｘ＊と上側の反強磁性層２９と固定磁性層２８間の一方向性異方性磁界Ｈｅｘ＊の大きさを同程度の値に合わせやすくなる。
【０１８３】
図６に示される磁気検出素子も、フリー磁性層２６内に電流制限層５４が形成されており、図１に示される磁気検出素子と同等の効果を奏することができる。
【０１８４】
図７は本発明における第４実施形態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。
【０１８５】
図７に示された磁気検出素子は図６に示された磁気検出素子に類似しており、フリー磁性層２６に縦バイアスを与える方式が、図６に示された磁気検出素子と異なっている。
【０１８６】
なお、図６と同じ符号で示される層は、特に説明がない限り図６と同じ材料及び膜厚で形成された同一の層である。
【０１８７】
図７に示される磁気検出素子では、フリー磁性層２６の両側領域にハードバイアス層が形成されず、かわりに上側の反強磁性層２９上に、中間層８１を介してインスタックバイアス層８２が形成されている。下地層２１からインスタックバイアス層８２まで重ねられた各層によって多層膜Ｔ４が形成されている。
【０１８８】
このインスタックバイアス層８２はＣｏＰｔなどの硬磁性材料によって形成され、図示Ｘ方向と反平行方向に着磁されている。なお、インスタックバイアス層８２と中間層８１の間に、Ｃｒからなる下地層が形成されてもよい。中間層８１の材料は、図５の磁気検出素子の中間層８１と同じである。
【０１８９】
この実施形態では、インスタックバイアス層８２の両側端部からフリー磁性層２６に向けて縦バイアス磁界（静磁界）が供給され（矢印Ｍで示す）、フリー磁性層２６の第２磁性層５５の磁化が図示Ｘ方向に向けられている。
【０１９０】
図７に示される磁気検出素子では、フリー磁性層２６の第１磁性層５３と第２磁性層５５の強磁性結合が弱くなっている。すなわち、第１磁性層５３と第２磁性層５５は直接接触しておらず、また、第１磁性層５３の表面と第２磁性層５５の表面に形成されるうねりも小さくトポロジカルカップリングも生じにくくなっている。
【０１９１】
フリー磁性層２６の第１磁性層５３と第２磁性層５５の強磁性結合が弱くなると、第１磁性層５３と第２磁性層５５は、磁化方向を互いに反平行にし、それぞれの端部５３ａ，５３ａと端部５５ａ，５５ａ間に静磁結合を発生させることによってエネルギー的な安定化を図る。
【０１９２】
このため、フリー磁性層２６の第１磁性層５３の磁化は、第２磁性層５５の磁化と反平行方向（図示Ｘと反平行方向）を向く。
【０１９３】
また、図７に示される磁気検出素子のフリー磁性層２６の第１磁性層５３及び第２磁性層５５は、図１の磁気検出素子と同様に同じ材料で作られているが、第１磁性層５３の膜厚ｔ７と第２磁性層５５の膜厚ｔ８は異なっている。図７では、インスタックバイアス層８２に近い第２磁性層５５の膜厚ｔ８を第１磁性層５３の膜厚ｔ７より大きくしている（ｔ８＞ｔ７）。
【０１９４】
これによって、第２磁性層５５の単位面積当たりの磁気モーメントが、第１磁性層５３の単位面積当たりの磁気モーメントより大きくなり、第２磁性層５５の磁化がインスタックバイアス層８２から与えられる縦バイアス磁界と同じ方向を向いている状態を安定化させている。
【０１９５】
図７に示されるインスタックバイアス層８０が設けられた磁気検出素子は、図５に示された磁気検出素子と同様に、フリー磁性層２６が強固に磁化されることがなくフリー磁性層２６の磁区制御を適正化でき、フリー磁性層２６の外部磁界に対する磁化変動を良好にすることが可能である。また多層膜Ｔ４の両側端面Ｓ４，Ｓ４の両側領域にはアルミナまたはＳｉＯ_２からななる絶縁層８３，８３のみが形成されている。したがってセンス電流の分流ロスを低減させることが可能である。
【０１９６】
また、図７の磁気検出素子も、フリー磁性層２６の第１磁性層５３と第２磁性層５５の磁化方向が互いに反平行方向を向いているので、多層膜Ｔ４が磁気抵抗効果を発揮できるように、固定磁性層２４の磁性層５２と固定磁性層２８の磁性層６０の磁化方向を反平行方向に固定する必要がある。
【０１９７】
固定磁性層２４の磁性層５２と固定磁性層２８の磁性層６０の磁化方向を反平行方向に固定するための固定磁性層２４と固定磁性層２８の構成及び製造方法は、図６に示される磁気検出素子のところで説明した固定磁性層２４と固定磁性層２８の構成及び製造方法と同じである。
【０１９８】
なお、図７に示される磁気検出素子は、上側の反強磁性層２９上にのみインスタックバイアス層８２を形成しているが、下側の反強磁性層２３の下にインスタックバイアス層を設けてもよいし、反強磁性層２９上と反強磁性層２３の下の両方にインスタックバイアス層を設けてもよい。
【０１９９】
ただし、フリー磁性層２６の第１磁性層５３と第２磁性層５５の磁化方向が反平行になるときは、上側の反強磁性層２９の上または下側の反強磁性層２３の下のどちらか一方にのみインスタックバイアス層を設けることが好ましい。その上で、フリー磁性層２６の第１磁性層５３と第２磁性層５５のうち、インスタックバイアス層に近い方の膜厚を厚くすることがより好ましい。
【０２００】
図７に示される磁気検出素子も、フリー磁性層２６内に電流制限層５４が形成されており、図６に示される磁気検出素子と同等の効果を奏することができる。
【０２０１】
図８は本発明における第５実施形態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。
【０２０２】
図８に示された磁気検出素子は図７に示された磁気検出素子に類似しており、フリー磁性層８４の構造、及び固定磁性層２４の磁性層５０、磁性層５２の磁化方向並びに固定磁性層２８の磁性層６０、磁性層６２の磁化方向が、図７に示された磁気検出素子と異なっている。
【０２０３】
なお、図７と同じ符号で示される層は、特に説明がない限り図７と同じ材料及び膜厚で形成された同一の層である。
【０２０４】
この実施形態でも、インスタックバイアス層８２の両側端部からフリー磁性層８４に向けて縦バイアス磁界（静磁界）が供給され（矢印Ｍで示す）、フリー磁性層８４の第２磁性層５５の磁化が図示Ｘ方向に向けられている。
【０２０５】
図８では、フリー磁性層８４の第１磁性層７０が、磁性層７１、非磁性中間層７２、磁性層７３が積層された積層フェリ構造となっている。磁性層７１、磁性層７３は、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金などにより形成される。また、非磁性中間層７２は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕのうちいずれか１種または２種以上の非磁性材料によって形成される。
【０２０６】
図８に示される磁気検出素子では、電流制限層５４を介した磁性層７３と第２磁性層５５の強磁性結合が弱くなっており、磁性層７３と第２磁性層５５が、磁化方向を互いに反平行にして静磁的に結合し、エネルギー的な安定化を図っている。
【０２０７】
ここで、第１磁性層７０の磁性層７３と磁性層７１は非磁性中間層７２を介したＲＫＫＹ相互作用によって反強磁性的に結合しており、磁性層７３と磁性層７１の磁化方向は反平行方向を向いている。
【０２０８】
すなわち、フリー磁性層８４の最上層である第２磁性層５５と最下層である磁性層７１の磁化方向は、平行方向を向くことになる。
【０２０９】
従って、固定磁性層２４のうち磁気抵抗効果に関与する磁性層５２と固定磁性層２８のうち磁気抵抗効果に関与する磁性層６０の磁化方向が平行方向を向いていても、下地層２１からインスタックバイアス層８２までの多層膜Ｔ５が磁気抵抗効果を発揮できる。
【０２１０】
図８に示される磁気検出素子では、図１及び図５に示される磁気検出素子と同様に、固定磁性層２４の磁性層５０と磁性層５２を同じ組成の磁性材料を用いて形成し、磁性層５０の膜厚ｔ３を磁性層５２の膜厚ｔ４より小さくし、また、固定磁性層２８の磁性層６０と磁性層６２を同じ組成の磁性材料を用いて形成し、磁性層６２の膜厚ｔ５を磁性層６０の膜厚ｔ６より小さくしている。
【０２１１】
これによって、磁性層５０の単位面積当たりの磁気モーメント＜磁性層５２の単位面積当たりの磁気モーメント、かつ磁性層６２の単位面積当たりの磁気モーメント＜磁性層６０の単位面積当たりの磁気モーメントとし、図８の磁気検出素子を製造するときに、１回の磁場中アニールによって、磁性層５２及び磁性層６０をハイト方向（図示Ｙ方向）に固定することができる。
【０２１２】
なお、図８に示される磁気検出素子では、フリー磁性層８４の第２磁性層５５、磁性層７３、及び磁性層７１は同じ材料で作られており、第２磁性層５５の膜厚ｔ１３、磁性層７３の膜厚ｔ１４及び磁性層７１の膜厚ｔ１５の大きさの関係を、膜厚ｔ１３＞膜厚ｔ１４＞膜厚ｔ１５とし、磁化状態を安定化させている。
【０２１３】
なお、図８に示される磁気検出素子は、上側の反強磁性層２９上にのみインスタックバイアス層８２を形成しているが、下側の反強磁性層２３の下にインスタックバイアス層を設けてもよいし、反強磁性層２９上と反強磁性層２３の下の両方にインスタックバイアス層を設けてもよい。あるいは、インスタックバイアス層８２の代わりに、図６に示されたようなハードバイアス層３３，３３を設け、これによってフリー磁性層２６（特に第２磁性層５５）に縦バイアス磁界を供給してもよい。
【０２１４】
また、第１磁性層７０が単層の磁性層であって、第２磁性層５５が積層フェリ構造になってもよい。
【０２１５】
図８に示される磁気検出素子も、フリー磁性層８４内に電流制限層５４が形成されており、図７に示される磁気検出素子と同等の効果を奏することができる。
【０２１６】
図９は本発明における第６実施形態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。
【０２１７】
図９に示された磁気検出素子は図１に示された磁気検出素子に類似しており、電流制限層５４と第１磁性層５３の間及び電流制限層５４と第２磁性層５５の間に、それぞれ貴金属材料層７４及び貴金属材料層７５が形成されている点で、図１に示された磁気検出素子と異なっている。
【０２１８】
なお、図１と同じ符号で示される層は、特に説明がない限り図１と同じ材料及び膜厚で形成された同一の層である。
【０２１９】
貴金属材料層７４、貴金属材料層７５は、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅのうちいずれか１種または２種以上の貴金属材料で形成されている。また、貴金属材料層７４、７５の代わりにＣｕ層が形成されてもよい。
【０２２０】
また、貴金属材料層７４、７５はどちらか一方のみ形成されていてもよい。
電流制限層５４は、開口部（孔）と非開口部（絶縁材料膜）との導電率のコントラストが高いことが重要である。そうでないと電極層から流れるセンス電流が適切に開口部で絞り込められず、見かけ上のΔＲ＊Ａ（抵抗変化量＊素子面積）の向上を図れないからである。
【０２２１】
すなわち電流制限層５４を構成する絶縁材料膜を形成する際に、この絶縁材料膜が例えば島状のように凝集して形成されるようにする必要があるのである。上記した開口部は微細なサイズでランダムに且つ均一に混在していることが必要であるが、このような制御を行うのに重要な一つの要素は、材質やスパッタ条件であり、もう一つが電流制限層５４の下に形成される下地の表面エネルギー（γｓ）である。
【０２２２】
下地の表面エネルギーが高いと、薄膜の成長モードは完全濡れモードになりやすく、単層成長（ＦＭモード）しやすくなる。日本応用磁気学会誌「薄膜成長プロセス概論」Ｖｏｌ．１４，Ｎｏ．３，１９９０の第５２８頁には「γｓ＞γｆｓ＋γｆ」（ここでγｆｓは、基板と薄膜の界面エネルギー、γｆは、薄膜の表面エネルギー）の関係式が成り立つと、完全濡れモードになり単層成長することが記載されている。
【０２２３】
このため単層成長しにくくし、すなわち基板上に形成される薄膜が島状のように点在して形成されるようにするには、基板の表面エネルギー（γｓ）を低下させることが必要である。
【０２２４】
本発明では、この点に鑑み、電流制限層５４の下に表面エネルギーが低い貴金属元素からなる貴金属材料層７４を敷くことにしたのである。貴金属材料層７４の表面エネルギーはその下に形成された磁気検出素子表面の表面エネルギーよりも低いことが必要である。
【０２２５】
貴金属材料層７４上に電流制限層５４を形成すると、電流制限層５４を構成する絶縁材料膜（あるいは絶縁材料膜となるべき層）は貴金属材料層７４上で島状のように凝集して成長していく。この成長モードをＶｏｌｍｅｒ−Ｗｅｂｅｒ（ＶＷ）型成長と呼ぶ。
【０２２６】
また貴金属元素からなる貴金属材料層７４を敷くことで、例えば貴金属材料層７４上に金属膜を島状に凝集させ、この金属膜を酸化して酸化物の絶縁材料膜を形成する際に、酸化の影響が貴金属材料層７４の部分で食い止められ、それより下の層に酸化の影響が及ばない。もし、第１磁性層５３が酸化すると、軟磁気特性が劣化し、またその酸化部位で伝導電子が散乱して、電流密度が均一になってしまう。
【０２２７】
このため電流制限層５４を構成する絶縁材料膜は適切に例えば島状形状のまま保たれ、開口部と非開口部とのコントラストを高く保つことが可能である。
【０２２８】
また電流制限層５４上に貴金属元素からなる貴金属材料層７５が形成されているが、貴金属材料層７５を設けることで、電流制限層５４を形成後、熱処理を施しても電流制限層５４上の層に酸素の拡散が起こらず、電流制限層５４の開口部と非開口部とのコントラストを高く保つことができる。
【０２２９】
このように図９に示す実施形態によれば、電流制限層５４の上下を貴金属元素からなる層でサンドイッチすることで、電流制限層５４の開口部と非開口部とのコントラストを高く保つことができ、よってΔＲ＊Ａを向上させることができ再生出力の高い再生特性に優れた磁気検出素子を製造することが可能になるのである。
【０２３０】
また貴金属材料層７４及び貴金属材料層７５の存在は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で見ることが可能である。
【０２３１】
なお、貴金属材料層７４の膜厚ｔ１６及び貴金属材料層７５の膜厚ｔ１７を２Å〜１０Åにすると、フリー磁性層２６の第１磁性層５３と第２磁性層５５を強磁性的に結合させることが可能になる。　なお、電流制限層５４の上下に貴金属材料層７４及び貴金属材料層７５を積層する構成は、図５ないし図８に示された磁気検出素子及び後述する図１０ないし図１４に示される磁気検出素子にも用いることができる。
【０２３２】
上述した実施の形態の磁気検出素子は、すべてフリー磁性層の上下に非磁性材料層及び固定磁性層が形成されているデュアル型のスピンバルブ型磁気検出素子であった。しかし、本発明における、フリー磁性層を電流制限層を介して積層された複数の磁性層によって形成するという構成は、フリー磁性層の上または下のいずれか一方にのみ非磁性材料層及び固定磁性層が形成されているシングル型のスピンバルブ型磁気検出素子に適用しても効果を発揮できる。
【０２３３】
図１０から図１２は、それぞれ本発明の第７から第９の実施の形態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。第７から第９の実施の形態の磁気検出素子は、シングル型のスピンバルブ型磁気検出素子である。
【０２３４】
図１０に示された磁気検出素子は、第１の電極層２０の中央上面に、下から下地層２１、シード層２２、反強磁性層２３、磁性層５０と５２とその間に形成されたＲｕなどの中間層５１からなる３層フェリ構造の固定磁性層２４、非磁性材料層２５、第１磁性層５３、電流制限層５４、第２磁性層５５からなるフリー磁性層２６、及び保護層９０からなる多層膜Ｔ６が形成されているものであり、いわゆるボトムスピンバルブ型の磁気検出素子である。
【０２３５】
また、多層膜Ｔ６のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側領域には、絶縁層３１，３１、バイアス下地層３２，３２、ハードバイアス層３３，３３、絶縁層３４，３４が順次積層形成されている。
【０２３６】
さらに、絶縁層３４，３４及び保護層９０上には、第２電極層３０が形成されている。
【０２３７】
図１０に示された磁気検出素子のＴ６は、図１に示された磁気検出素子の多層膜Ｔ１のフリー磁性層２６より下側（下地層２１、シード層２２、反強磁性層２３、３層フェリ構造の固定磁性層２４、非磁性材料層２５、内部に電流制限層が存在しているフリー磁性層２６）と同じ積層構造であり、図１と同じ符号で示される層は、特に説明がない限り図１と同じ材料及び膜厚で形成されている。
【０２３８】
保護層９０は、Ｔａまたは、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅのうちいずれか１種または２種以上の貴金属材料で形成されている。なお、絶縁層３４，３４の膜厚は、図１の磁気検出素子より薄くなっている。
【０２３９】
図１１に示された磁気検出素子は、第１の電極層２０の中央上面に、下から下地層９１、第２磁性層５５、電流制限層５４、第１磁性層５３からなるフリー磁性層２６、非磁性材料層２５、磁性層５２と５０とその間に形成されたＲｕなどの中間層５１からなる３層フェリ構造の固定磁性層２４、反強磁性層２３からなる多層膜Ｔ７が形成されているものであり、いわゆるトップスピンバルブ型の磁気検出素子である。
【０２４０】
また、多層膜Ｔ７のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側領域には、絶縁層３１，３１、バイアス下地層３２，３２、ハードバイアス層３３，３３、絶縁層３４，３４が順次積層形成されている。さらに、絶縁層３４，３４及び反強磁性層２３上には、第２電極層３０が形成されている。
【０２４１】
図１１に示された磁気検出素子の多層膜Ｔ７は、図１０に示された磁気検出素子の多層膜Ｔ６の積層順序を逆にしたものであり、図１０と同じ符号で示される層は、特に説明がない限り図１０と同じ材料及び膜厚で形成されている。
【０２４２】
なお、下地層９１は、Ｔａで形成されており、第２磁性層５５及びその上の層の結晶配向を整えてフリー磁性層２６の軟磁気特性を向上させるためのものである。
【０２４３】
図１２に示される磁気検出素子は、図１０に示される磁気検出素子に類似しているが、フリー磁性層２６の両側領域にハードバイアス層が形成されず、かわりにフリー磁性層２６上に中間層８１を介してインスタックバイアス層８２が形成されている点で異なっている。下地層２１からインスタックバイアス層８２まで重ねられた各層によって多層膜Ｔ８が形成されている。
【０２４４】
このインスタックバイアス層８２はＣｏＰｔなどの硬磁性材料によって形成され、図示Ｘ方向と反平行方向に着磁されている。なお、インスタックバイアス層８２と中間層８１の間に、Ｃｒからなる下地層が形成されてもよい。中間層８１の材料は、図５の磁気検出素子の中間層８１と同じである。
【０２４５】
この実施形態では、インスタックバイアス層８２の両側端部からフリー磁性層２６に向けて縦バイアス磁界（静磁界）が供給され（矢印Ｍで示す）、フリー磁性層２６の第２磁性層５５と第１磁性層５３の一方または両方の磁化が図示Ｘ方向と反平行方向に向けられている。
【０２４６】
図１０から図１２に示された実施の形態でも、電流制限層５４を介して第１磁性層５３及び第２磁性層５５が直接接触またはトポロジカルカップリングすることにより強磁性的に結合して、第１磁性層５３の磁化方向と第２磁性層５５の磁化方向が平行方向を向くことが好ましい。
【０２４７】
また、第１磁性層５３及び第２磁性層５５の単位面積当たりの磁気モーメントがすべて等しいと、外部磁界が印加されたとき同一角度の磁化回転をしやすくなり、第１磁性層５３の磁化方向と第２磁性層５５の磁化方向が平行方向を向きやすくなる。
【０２４８】
ただし、図１０及び図１１に示される磁気検出素子では、フリー磁性層２６の両側領域にハードバイアス層３３，３３が形成されており、第１磁性層５３及び第２磁性層５５の両方にトラック幅方向（図示Ｘ方向）の静磁界（縦バイアス磁界）が印加されており、このハードバイアス層３３，３３から与えられる静磁界が大きければ、第１磁性層５３と第２磁性層５５が磁気的に分断されていても、または、第１磁性層５３と第２磁性層５５の単位面積当たりの磁気モーメントが異なっていても、第１磁性層５３の磁化方向と第２磁性層５５の磁化方向を平行方向に向けることができる。
【０２４９】
一方、第１磁性層５３及び第２磁性層５５が直接接触せず、トポロジカルカップリングも弱いときには、第１磁性層５３の磁化方向と第２磁性層５５の磁化方向が反平行方向を向くことがある。
【０２５０】
第１磁性層５３の磁化方向と第２磁性層５５の磁化方向が反平行になるときには、第１磁性層５３及び第２磁性層５５の単位面積当たりの磁気モーメントを異ならせることによって、エネルギー的な安定化を図ることが好ましい。また、ハードバイアス層３３，３３の内側端面３３ａ，３３ａを第１磁性層５３と第２磁性層５５のいずれか一方の両端部にのみ対向するように配置したり、インスタックバイアス層８２に近い方の単位面積当たりの磁気モーメントを異ならせることがより好ましい。
【０２５１】
なお、第１磁性層５３及び第２磁性層５５が同じ組成の材料から形成されているときには、第１磁性層５３の膜厚ｔ１８及び第２磁性層５５の膜厚ｔ１９の大小により、第１磁性層５３及び第２磁性層５５の単位面積当たりの磁気モーメントの大小を規定できる。
【０２５２】
図１０から図１２に示されるシングルスピンバルブ型の磁気検出素子でも、フリー磁性層２６の内部に電流制限層５４が形成されることによって、フリー磁性層２６内に流れるセンス電流の電流密度の局所的な高密度化を確実に維持できる。
【０２５３】
したがって、膜面と平行な方向におけるフリー磁性層２６の素子面積（光学的な素子面積）を０．０１μｍ^２以上に形成しても実際にフリー磁性層内にセンス電流が流れて、磁気抵抗効果に関与する素子面積（実効的な素子面積）を確実に小さくでき、ΔＲが大きく、再生出力の高いＣＰＰ型の磁気検出素子を容易に形成することができる。
【０２５４】
またフリー磁性層の素子面積を０．０１μｍ^２以上に大きくできるから、記録媒体からの外部磁界を効果的に検出することが可能であり、再生出力の向上、再生波形の安定性の向上を図ることが可能である。
【０２５５】
図１３は本発明における第１０実施形態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。
【０２５６】
図１３に示された磁気検出素子は、これまで説明した磁気検出素子と異なり、フリー磁性層９２と非磁性材料層２７の間に電流制限層９３が形成されている。
【０２５７】
フリー磁性層９２の下には、非磁性材料層２５、磁性層５０と５２とその間に形成されたＲｕなどの中間層５１からなる３層フェリ構造の固定磁性層２４、反強磁性層２３、シード層２２、下地層２１、第１の電極層２０が形成されている。また、電流制限層９３の上には、非磁性材料層２７、磁性層６０と６２とその間に形成されたＲｕなどの中間層６１からなる３層フェリ構造の固定磁性層２８、反強磁性層２９、及び第２の電極層３０が順次積層されている。
【０２５８】
また、下地層２１から反強磁性層２９までの多層膜Ｔ９のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側領域には、絶縁層３１，３１、バイアス下地層３２，３２、ハードバイアス層３３，３３、絶縁層３４，３４が順次積層形成されている。
【０２５９】
なお、図１と同じ符号で示される層は、特に説明がない限り図１と同じ材料及び膜厚で形成された同一の層である。
【０２６０】
フリー磁性層９２は、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金などにより形成される。なお、フリー磁性層９２は、拡散防止のためのＣｏ膜やＣｏＦｅ膜の間に、ＮｉＦｅ合金膜、ＣｏＮｉＦｅ合金膜が形成される３層構造であることが好ましい。
【０２６１】
また、フリー磁性層９２は、複数の磁性材料層の間に非磁性材料からなる中間層が形成された積層フェリ型のフリー磁性層であってもよい。
【０２６２】
電流制限層９３は、これまで説明した磁気検出素子を構成していた電流制限層５４と同じ構造を有するものである。なお、電流制限層がフリー磁性層９２と下側の非磁性材料層２５の間に形成されていてもよい。また、電流制限層９３の上下には、図９に示された磁気検出素子のように貴金属材料層が形成されていることが好ましい。
【０２６３】
図１４は本発明における第１１実施形態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。
【０２６４】
図１４に示された磁気検出素子は、第１の電極層２０の中央上面に、下から下地層２１、シード層２２、反強磁性層２３、磁性層５０と５２とその間に形成されたＲｕなどの中間層５１からなる３層フェリ構造の固定磁性層２４、非磁性材料層２５、電流制限層９３、フリー磁性層９２、及び保護層９０からなる多層膜Ｔ１０が形成されているものであり、いわゆるボトムスピン型の磁気検出素子である。
【０２６５】
また、多層膜Ｔ１０のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側領域には、絶縁層３１，３１、バイアス下地層３２，３２、ハードバイアス層３３，３３、絶縁層３４，３４が順次積層形成されている。絶縁層３４，３４と多層膜Ｔ１０の上には、第２の電極層３０が形成されている。
【０２６６】
図１３と同じ符号で示される層は、特に説明がない限り図１３と同じ材料で形成されている。なお、保護層９０は、Ｔａまたは、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅのうちいずれか１種または２種以上の貴金属材料で形成されている。また、絶縁層３４，３４の膜厚は図１３より薄くなっている。
【０２６７】
図１３及び図１４に示される磁気検出素子では、フリー磁性層９２と非磁性材料層２７または非磁性材料層２５との間に電流制限層９３が形成されることによって、フリー磁性層９２内に流れるセンス電流の電流密度の局所的な高密度化を確実に維持できる。
【０２６８】
したがって、膜面と平行な方向におけるフリー磁性層９２の素子面積（この素子面積を光学的な素子面積という）を０．０１μｍ^２以上に形成しても実際にフリー磁性層９２内にセンス電流が流れて、磁気抵抗効果に関与する素子面積（この素子面積を実効的な素子面積という）を確実に小さくでき、ΔＲが大きく、再生出力の高いＣＰＰ型の磁気検出素子を容易に形成することができる。
【０２６９】
またフリー磁性層９２の素子面積を０．０１μｍ^２以上に大きくできるから、記録媒体からの外部磁界を効果的に検出することが可能であり、再生出力の向上、再生波形の安定性の向上を図ることが可能である。
【０２７０】
ただし、フリー磁性層９２と非磁性材料層２７または非磁性材料層２５の間に電流制限層９３が形成されるときには、フリー磁性層９２と非磁性材料層２７または非磁性材料層２５の内部を移動するアップスピンの伝導電子の散乱を抑えること、及び伝導電子のスピンの向きを変えないよう（スピンフリップが起こらないよう）にすることが必要になる。
【０２７１】
伝導電子のスピンの向きを変えないようにするためには、電流制限層９３の開口部と非開口部のコンストラクトを高くし、開口部に余分な不純物元素が介在しないようにすること、或いは、伝導電子のスピンフリップが生じにくい材料で電流制限層９３を形成することが好ましい。
【０２７２】
一方、図１、図５〜図１２に示される磁気検出素子のように、フリー磁性層の内部に電流制限層５４が形成されるものであれば、電流制限層５４のところで伝導電子のスピンが変化してもよい。
【０２７３】
なお、上述した図１、図５〜図１４に示す磁気検出素子の上下には、ギャップ層（図示せず）を介してシールド層（図示せず）が設けられており、磁気検出素子、ギャップ層及びシールド層を合わせてＭＲヘッドと呼ばれる。
【０２７４】
なお図１、図５〜図１４に示す第１の電極層２０、及び第２の電極層３０がギャップ層を兼ねていてもよいし、あるいは第１の電極層２０、及び第２の電極層３０が磁性材料で形成されるときは、シールド層を兼ねていてもよい。
【０２７５】
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。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、インダクティブヘッドの下部コア層として兼用されてもよい。
【０２７６】
またＭＲヘッドは、例えばアルミナ−チタンカーバイト（Ａｌ_２Ｏ_３−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。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。
【０２７７】
図１に示された磁気検出素子の製造方法を説明する。
なお図１５、図１６、及び図１７は、製造中の磁気検出素子を記録媒体との対向面から見た部分断面図である。
【０２７８】
図１５に示す工程では、第１の電極層２０上に、Ｔａなどで形成された下地層２１、ＮｉＦｅＣｒなどで形成されたシード層２２、ＰｔＭｎなどで形成された反強磁性層２３、Ｃｏなどで形成された磁性層５０と５２と、磁性層５０、５２間にＲｕなどの中間層５１が形成された３層フェリ構造の固定磁性層２４、Ｃｕなどで形成された非磁性材料層２５、フリー磁性層２６の一部となる第１磁性層５３、及び絶縁部と導電部とが混在した電流制限層５４を順次積層する。なお、電流制限層５４は第１磁性層５３の表面を保護する保護層でもある。
【０２７９】
なお、電流制限層５４の膜厚は５Å〜３０Å、第１磁性層５３の膜厚は１０Å〜１００Å、非磁性材料層２５の膜厚は１８Å〜４０Å、固定磁性層２４の膜厚は２０Å〜１５０Å、反強磁性層２３の膜厚は８０Å〜３００Å、シード層２２の膜厚は１０Å〜６０Å、下地層２１の膜厚は１０Å〜３０Å、第１の電極層の膜厚は０．１μｍ〜数μｍである。
【０２８０】
第１磁性層５３は、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金などにより形成される。なお、第１磁性層５３の下には、拡散防止のためのＣｏ膜やＣｏＦｅ膜が形成されることが好ましい。
【０２８１】
電流制限層５４の製造方法については後述する。
次に図１６に示す工程では、電流制限層５４の上に、フリー磁性層２６の第２磁性層５５、非磁性材料層２７、Ｃｏなどで形成された磁性層６０と６２と、Ｒｕなどの中間層６１が形成された３層フェリ構造の固定磁性層２８及び反強磁性層２９を積層する。
【０２８２】
第２磁性層５５の膜厚は１０Å〜１００Å、非磁性材料層２７の膜厚は１８Å〜４０Å、固定磁性層２８の膜厚は２０Å〜１５０Å、反強磁性層２９の膜厚は８０Å〜３００Åである。
【０２８３】
第２磁性層５５は、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金などにより形成される。なお、第２磁性層５５の上には、拡散防止のためのＣｏ膜やＣｏＦｅ膜が形成されることが好ましい。また、非磁性材料層２７の材料、固定磁性層２８の材料、反強磁性層２９の材料は、それぞれ非磁性材料層２５の材料、固定磁性層２４の材料、反強磁性層２３の材料と同じである。
【０２８４】
反強磁性層２９から下地層２１までの多層膜１００を成膜後、多層膜１００をハイト方向（図示Ｙ方向）の磁場中でアニールして、反強磁性層２３と固定磁性層２４の磁性層５０間及び反強磁性層２９と固定磁性層２８の磁性層６２間に交換結合磁界を発生させる。
【０２８５】
磁場中アニールの温度は例えば２７０℃であり、磁界の大きさは、８００ｋＡ／ｍの強磁場で行うか、または８〜３０（ｋＡ／ｍ）、例えば２４（ｋＡ／ｍ）である。
【０２８６】
図１６では、固定磁性層２４の磁性層５０と磁性層５２を同じ組成の磁性材料を用いて形成し、磁性層５０の膜厚ｔ３を磁性層５２の膜厚ｔ４より小さくし、また、固定磁性層２８の磁性層６０と磁性層６２を同じ組成の磁性材料を用いて形成し、磁性層６２の膜厚ｔ５を磁性層６０の膜厚ｔ６より小さくしている。
【０２８７】
従って、磁性層５０の単位面積当たりの磁気モーメント＜磁性層５２の単位面積当たりの磁気モーメント、かつ磁性層６２の単位面積当たりの磁気モーメント＜磁性層６０の単位面積当たりの磁気モーメントとなっている。
【０２８８】
上記８〜３０（ｋＡ／ｍ）の磁場中アニールによって、磁性層５０及び磁性層６２の磁化がハイト方向（図示Ｙ方向）と反平行方向に向いている状態で固定され、中間層５１または中間層６１を介したＲＫＫＹ相互作用によって磁性層５２及び磁性層６０の磁化がハイト方向（図示Ｙ方向）に固定される。
【０２８９】
なお、磁場中アニールを８００（ｋＡ／ｍ）以上の磁場中で行ったときは、磁性層５０及び磁性層６２の磁化がハイト方向（図示Ｙ方向）に向いた状態で固定される。
【０２９０】
次に、反強磁性層２９上に、レジスト層Ｒ１を形成する。なおレジスト層Ｒ１はリフトオフ用のレジスト層であることが好ましい。
【０２９１】
レジスト層Ｒ１の下面Ｒ１ａの面積は、磁気検出素子の光学的な素子面積と同程度かあるいはそれよりも若干小さく形成する。本発明ではフリー磁性層２６の上面（第２磁性層５５の上面）のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の幅寸法で決まるトラック幅Ｔｗを例えば０．１５〜０．３μｍに、ハイト方向（図示Ｙ方向）への長さＭＲｈを例えば０．１５〜０．３μｍにでき、したがって光学的な素子面積を０．０２〜０．０９μｍ^２に大きく形成することができる。光学的な素子面積を０．０２〜０．０９μｍ^２にすることは、現在使用できるフォトリソグラフィー技術の精度でも達成できる。
【０２９２】
次に、レジスト層Ｒ１に覆われていない、反強磁性層２９から下地層２１までの多層膜１００を、矢印Ｆ方向からのイオンミリングなどで除去する（図１６に示す点線部分）。これにより第１の電極層２０の上面中央には、下地層２１から反強磁性層２９までで構成される多層膜Ｔ１が略台形状となって残される。なおイオンミリング後、多層膜Ｔ１の両側端面Ｓ１，Ｓ１にはミリングで除去された物質の一部が再付着するので、再付着物をサイドミリングで除去することが好ましい。
【０２９３】
次に図１７に示す工程では、第１の電極層２０上から多層膜Ｔ１の両側端面Ｓ１，Ｓ１上にかけて、Ａｌ_２Ｏ_３などで形成された絶縁層３１，３１、Ｃｒなどで形成されたバイアス下地層３２，３２、ＣｏＰｔＣｒなどで形成されたハードバイアス層３３，３３及びＡｌ_２Ｏ_３などで形成された絶縁層３４，３４をスパッタ成膜する。
【０２９４】
なお図１７に示すように、絶縁層３１，３１から絶縁層３４，３４までの各層のスパッタ成膜の際におけるスパッタ粒子照射角度は基板に対しほぼ垂直方向Ｇとすることが好ましい。
【０２９５】
また図１７に示すように、レジスト層Ｒ１の上にも絶縁材料膜３１ｂ、バイアス下地材料層３２ａ、バイアス材料層３３ｂ及び絶縁材料膜３４ａが積層形成される。
【０２９６】
多層膜Ｔ１の両側領域に絶縁層３１，３１から絶縁層３４，３４までの各層を積層した後、レジスト層Ｒ１を除去するが、レジスト層Ｒ１の表面全体が、上記した絶縁材料膜３１ｂなどで覆われているときは、レジスト層Ｒ１の除去を適切に行うことができないため、例えばスクラブ洗浄、具体的にはドライアイスの粒子などをレジスト層Ｒ１表面を覆う絶縁材料膜３１ｂなどの各層に衝突させて一部を除去し、レジスト層Ｒ１の表面を一部露出させた後、レジスト層Ｒ１を溶剤に浸して、レジスト層Ｒ１を溶して除去する方法などが考えられる。
【０２９７】
なおレジスト層Ｒ１を除去した後、絶縁層３４，３４から多層膜Ｔ１の上面には、絶縁材料膜３１ｂなどの不要なバリが残ることがあるので、絶縁層３４，３４上から多層膜Ｔ１上を例えばスクラブ洗浄して、バリを除去しきれいな面に加工することが好ましい。なおスクラブ洗浄には、例えばドライアイスの粒子をバリに衝突させる方法などが考えられる。
【０２９８】
その後、絶縁層３４，３４上から多層膜Ｔ１の反強磁性層２９上にかけて第２の電極層３０をスパッタ成膜する（図１を参照）ことにより、図１に示された磁気検出素子を形成できる。
【０２９９】
電流制限層５４の製造方法を詳しく説明する。
図１８から図２７は、第１磁性層上に電極制限層を形成する際の第１磁性層上面の状態を示す模式図である。
【０３００】
電流制限層５４を形成するには、まずＡｌ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２などの酸化膜やＡｌＮなどの窒化膜を第１磁性層５３上にスパッタ成膜する。本発明では酸化膜としては、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種または２種以上の酸化物からなる絶縁材料を用いることが好ましい。
【０３０１】
また窒化膜としては、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種または２種以上の窒化物からなる絶縁材料を用いることが好ましい。
【０３０２】
これら酸化膜や窒化膜は、成膜条件によっては、フリー磁性層２６の第１磁性層５３上で連続体膜となりにくく、すなわち不連続体膜となりやすくすることができる絶縁材料である。不連続体膜になりやすいとは、図１８に示すように、第１磁性層５３で絶縁材料の粒子が凝集しやすく、核を形成しやすいことを意味する。
【０３０３】
またより凝集性を高めるには、絶縁材料のスパッタ成膜時におけるスパッタ条件を適切に調整することが重要である。
【０３０４】
まず基板温度を２０〜２００℃程度に低温にする。また基板とターゲット間の距離を２００〜３００ｍｍ程度に離す。またＡｒガスのガス圧を１０〜５０ｍＴｏｒｒ（１．３〜６．７Ｐａ）程度に高くする。
【０３０５】
上記したスパッタ条件であると、絶縁材料の原子は、第１磁性層５３で、表面移動が不十分となり凝集して核を形成しやすくなるのである。
【０３０６】
核が成長した状態は図１９に示されており、このように第１磁性層５３上に形成された絶縁材料膜には、図３に示されるような絶縁材料膜の上面から下面にまで通じる複数の孔が形成される。なお絶縁材料膜には図４に示すような膜面と平行な平面から見たときに、連続して延びる溝が形成されていてもよい。
【０３０７】
次に図２０に示す工程では、絶縁材料膜上から孔内にかけて、導電性材料をスパッタ成膜する。これにより絶縁材料膜上から孔内には導電材料層が形成され、孔は導電材料層により埋められた状態になる。
【０３０８】
なお導電性材料には、α−Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ（銅）やＷ（タングステン）などを使用できるが、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅのうちいずれか１種または２種以上の貴金属材料を用いる方が好ましい。あるいはＣｕを用いてもよい。貴金属材料を用いると、貴金属材料はそれ自体、酸化されにくい材質であるから、熱処理などによって酸素の拡散が生じないようにする保護層としても機能させることができ、電流制限層の開口部（孔）と非開口部（絶縁膜）とのコントラストを高く保つことが可能である。
【０３０９】
なお、導電性材料として磁性材料を用いると、電流制限層５４の上に積層される第２磁性層５５と第１磁性層５３を直接接触させることができ、第１磁性層５３と第２磁性層５５を強磁性的に結合させることができる。ただし、導電性材料として磁性材料を用いると熱処理などによって酸素の拡散が生じ、電流制限層の開口部（孔または溝）と非開口部（絶縁膜）とのコントラストが悪化することがある。
【０３１０】
なお導電性材料のスパッタ条件では、例えば基板温度を２０〜１００℃程度にする。また基板とターゲット間の距離を４０〜１００ｍｍ程度にする。またＡｒガスのガス圧を０．５〜１０ｍＴｏｒｒ（０．０７〜１．３Ｐａ）程度にする。
【０３１１】
上記の製造方法によって電流制限層５４を形成することが可能である。
あるいは本発明では、まずＡｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、希土類元素のうちいずれか１種または２種以上の金属元素からなる膜をスパッタで形成し、このとき、金属膜に下面から上面にまで通じる複数の孔あるいは膜面と平行な平面から見たときに連続して延びる溝が適切に残されている状態でスパッタを止める。次に、この金属膜を酸化する。酸化には自然酸化、プラズマ酸化、ラジカル酸化や陽極酸化を用いることができる。
【０３１２】
この酸化工程によって、金属膜は酸化され絶縁材料膜になる。そして図２０工程で、絶縁材料膜上から孔内にかけて、導電性材料をスパッタ成膜する。これにより絶縁材料膜上から孔内には導電材料層が形成され、孔は導電材料層により埋められた状態になる。
【０３１３】
ただし、上記した酸化工程によって、電流制限層下の層までも酸化の影響を受けやすい。そして上記の酸化工程によって例えば第１磁性層５３が酸化されてしまうと、膜面方向の全体に酸化膜が形成された状態となり電流制限層の開口部（孔または溝）と非開口部（絶縁膜）とのコントラストが悪化するので好ましくない。
【０３１４】
また図１８に示す凝集した核形成は、その下に形成されている層（図１８では第１磁性層５３）の表面エネルギーが高いと、完全濡れモードとなりやすく、単層成長（ＦＭモード）しやすくなる。このため表面エネルギーが低く且つ酸化されにくい材質の下地を電流制限層５４を形成する前に敷いておくことが好ましい。
【０３１５】
その製造方法を示したのが図２１ないし図２３に示す工程である。図２１に示すようにまずフリー磁性層２６の第１磁性層５３の上に貴金属元素からなる貴金属材料層７４をスパッタ形成する。
【０３１６】
このとき貴金属材料層７４をＲｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅのうちいずれか１種または２種以上の貴金属材料で形成することが好ましい。あるいは貴金属材料層７４の代わりにＣｕからなるＣｕ層を形成してもよい。貴金属元素で形成された貴金属材料層７４またはＣｕ層は表面エネルギーがフリー磁性層表面のエネルギーよりも低く、また酸化されにくい材質である。
【０３１７】
次に図２１に示すように、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｎｉ、希土類元素のうちいずれか１種または２種以上の金属元素をスパッタで形成する。金属元素は、貴金属材料層７４表面に凝集して核を形成しやすく、図２２に示すように例えば島状に凝集して形成され、金属膜には下面から上面にまで通じる複数の孔が設けられる。
【０３１８】
次に図２２のように金属膜を酸化する。酸化には自然酸化、プラズマ酸化、ラジカル酸化や陽極酸化などの既存の方法を使うことができる。これにより金属膜を酸化物の絶縁材料膜に変化させる。このとき、金属膜の下には酸化されにくい貴金属材料層７４が形成されているから酸化は貴金属材料層７４の位置で食い止められ、貴金属材料層７４以下の層に酸化が及ばない。
【０３１９】
そして図２３に示す工程で、絶縁材料膜上から孔にかけて金属元素からなる導電膜（導電材料膜）をスパッタ成膜する。このとき金属元素を、下地層と同じ貴金属元素とすることが好ましい。すなわち図２３に示す導電膜をＲｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅのうちいずれか１種または２種以上の貴金属材料で形成することが好ましい。あるいは導電膜をＣｕで形成してもよい。
【０３２０】
貴金属元素以外の元素で導電膜の形成を行うと、その後に施される熱処理等により、絶縁材料膜から酸素が電流制限層５４の上に形成される第２磁性層５５などに移動し、酸素の分布がぼやけて開口部と非開口部とのコントラストが悪化するからである。
【０３２１】
さらに、電流制限層５４の上に貴金属材料層７４と同じ材料の貴金属材料層７５をスパッタ成膜すると、その後に熱処理等が行なわれても電流制限層５４の上に形成された層にまで酸素が拡散せず、電流制限層の酸化された部分と酸化されていない部分とのコントラストを良好に保つことができる。
【０３２２】
あるいは本発明では、絶縁材料で形成されたターゲットと導電性材料で形成されたターゲットを用意し、これら２つのターゲットをスパッタする。これにより第１磁性層５３上には、絶縁材料の粒子と導電性材料の粒子とが混在した電流制限層５４を形成することができる。絶縁材料及び導電性材料には上記した材質を使用してもよいが、本発明では以下の材料によって、絶縁材料膜に導電性粒子が分散された膜構成の電流制限層５４を形成することができる。
【０３２３】
具体的には本発明では、第１磁性層５３の上面に、Ｆｅ_ａＭ_ｂＯ_ｃ（ただし元素ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ及び希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素）なる組成式を有し、組成比ａ、ｂ、ｃは原子％で、４０≦ａ≦５０、１０≦ｂ≦３０、２０≦ｃ≦４０で、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００なる関係を満たし、また膜構造は、Ｆｅを主成分とした微結晶粒が、元素ＭとＯとの化合物を含む非晶質中に分散された膜構成を有する、電流制限層５４をスパッタ成膜する。
【０３２４】
あるいは第１磁性層５３の上面に、Ｆｅ_ｄＭ_ｅＮ_ｆ（ただし元素Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ及び希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素）からなる組成式を有し、組成比ｄ、ｅ、ｆは原子％で、６０≦ｄ≦７０、１０≦ｅ≦１５、１９≦ｆ≦２５で、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００なる関係を満たし、また膜構造は、Ｆｅを主成分とした微結晶粒が、元素ＭとＮとの化合物を含む非晶質中に分散された膜構成を有する、電流制限層５４をスパッタ成膜してもよい。
【０３２５】
これらＦｅＭＯやＦｅＭＮ合金を成膜するには、例えばＦｅのターゲットとＭＯやＭＮからなるターゲットを用意しておき、これら２つのターゲットをスパッタすることで、上記した組成比及び膜構造を有する電流制限層５４を形成することができる。
【０３２６】
あるいは本発明では、電流制限層５４を、Ｃｏと、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ａｇのうちいずれか１種または２種以上の金属材料をスパッタ成膜した後、熱処理を施すことでＣｏを酸化して形成してもよい。
【０３２７】
ただし、上記したＣｏと貴金属元素との混合からなる電流制限層５４の形成、及びＦｅＭＯやＦｅＭＮ合金の形成時のときにでも、熱処理を施して酸化を促進させる工程があるため、この熱処理によって電流制限層５４下の層にまで酸化が及ぶ可能性がある。
【０３２８】
従ってＣｏと貴金属元素との混合からなる電流制限層５４やＦｅＭＯやＦｅＭＮ合金からなる電流制限層５４、いわゆるこれらグラニュラー膜からなる電流制限層５４の形成の場合でも図２４に示す工程以降のように、まず第１磁性層５３の上に貴金属元素からなる貴金属材料層７４を形成しておくことが好ましい。貴金属材料層７４は、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅのうちいずれか１種または２種以上の貴金属材料で形成される。あるいは貴金属材料層に代えてＣｕ層を形成してもよい。ただし貴金属材料層７４を用いる方が好ましい。
【０３２９】
図２４に示す工程では貴金属材料層７４の上にＦｅＭＯやＦｅＭＮ合金からなる電流制限層５４をスパッタ成膜する。さらに電流制限層５４の上に、貴金属材料層７５を形成することが好ましい。貴金属材料層７５の材料は、貴金属材料層７４と同じである。また、貴金属材料層７５に代えてＣｕ層が形成されてもよい。
【０３３０】
貴金属材料層７４、電流制限層５４及び貴金属材料層７５を成膜後、熱処理を施すと電流制限層５４のグラニュラーの相分離が進み、酸化されている部分とされていない部分とのコントラストが高まる。このとき、電流制限層５４の上下は貴金属材料層７４及び貴金属材料層７５に挟まれているから酸化は電流制限層５４の上下の層にまで及ばない。
【０３３１】
図２５に示す工程では第１磁性層５３上に貴金属材料層７４をスパッタ成膜し、その上にＣｏと、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ａｇのうちいずれか１種または２種以上の金属材料とを混合した材料をスパッタ成膜している。その後、アニールをして相分離を促進させる。図２６に示す工程では自然酸化、プラズマ酸化、ラジカル酸化等を施して卑な物質よりなる主としてＣｏの部分を酸化して絶縁部とする。一方、Ａｕなどで形成された貴金属粒子は酸化されず、導電性粒子としてそのまま残され導電部となる。
【０３３２】
この熱処理及び酸化のときでも電流制限層５４の下には貴金属材料層７４が設けられているので、酸化は電流制限層５４の下の層にまでは及ばない。
【０３３３】
図２７に示す工程では電流制限層５４の上に貴金属材料層７５をスパッタ成膜する。このように電流制限層５４の上も貴金属材料層７５でキャップしてしまうことで、その後に熱処理等が行なわれても電流制限層５４の上に形成された層にまで酸素が拡散せず、電流制限層の酸化された部分と酸化されていない部分とのコントラストを良好に保つことができる。
【０３３４】
なお図２４及び図２５に示す工程時の双方に言えることは、電流制限層５４の膜厚をその中に含まれる導電性粒子の粒径よりも小さくすることである。そうしないと電流制限層５４の上面から下面にかけてセンス電流が流れる電流通路が適切に形成されず、良好にセンス電流の電流経路を絞り込み再生出力の向上を図ることができないからである。
【０３３５】
また、図２２及び図２６工程では、酸化工程を施して酸化物からなる絶縁材料膜を形成したが、窒化してもよい。
【０３３６】
なお、電流制限層５４の下と上に貴金属材料層７４と貴金属材料層７５が形成された磁気検出素子は、図９に示されている。
【０３３７】
図５に示される磁気検出素子を形成するときは、図１５工程において電極層２０の上にＣｏＰｔなどを用いてインスタックバイアス層８０を形成した後に下地層２１、シード層２２、反強磁性層２３、固定磁性層２４、非磁性材料層２５、フリー磁性層２６（第１磁性層５３、電流制限層５４、第２磁性層５５）、非磁性材料層２７、固定磁性層２８、反強磁性層２９、中間層８１、インスタックバイアス層８２をべた膜状に形成する。
【０３３８】
次に、図１６工程と同様の工程を経た後、略台形状に削られた多層膜Ｔ２の両側領域に絶縁層８３，８３を成膜して、さらに第２の電極層３０を形成した後、常温でインスタックバイアス層８０、８２をトラック幅方向と反平行方向に着磁する。
【０３３９】
図６に示された磁気検出素子を形成するときは、固定磁性層２４の磁性層５０と磁性層５２を同じ組成の磁性材料を用いて形成し、磁性層５０の膜厚ｔ９を磁性層５２の膜厚ｔ１０より小さく（ｔ９＜ｔ１０）し、また、固定磁性層２８の磁性層６０と磁性層６２を同じ組成の磁性材料を用いて形成し、磁性層６２の膜厚ｔ１２を磁性層６０の膜厚ｔ１１より大きく（ｔ１２＞ｔ１１）した状態で、ハイト方向（図示Ｙ方向）の磁場中でアニールして、反強磁性層２３と固定磁性層２４の磁性層５０間及び反強磁性層２９と固定磁性層２８の磁性層６２間に交換結合磁界を発生させる。
【０３４０】
磁場中アニールの温度は例えば２７０℃であり、磁界の大きさは８〜３０（ｋＡ／ｍ）、例えば２４（ｋＡ／ｍ）である。
【０３４１】
磁性層５０の単位面積当たりの磁気モーメント＜磁性層５２の単位面積当たりの磁気モーメント、かつ磁性層６２の単位面積当たりの磁気モーメント＞磁性層６０の単位面積当たりの磁気モーメントであるので、上記磁場中アニールによって、磁性層５０の磁化はハイト方向と反平行方向に向いている状態で、磁性層６２の磁化はハイト方向に向いている状態で固定され、中間層５１または中間層６１を介したＲＫＫＹ相互作用によって磁性層５２はハイト方向に、磁性層６０の磁化はハイト方向（図示Ｙ方向）と反平行方向に固定される。すなわち、一回の磁場中アニールで磁性層５２と磁性層６０の磁化方向を反平行にすることができる。
【０３４２】
なお、磁性層５０の膜厚ｔ９を磁性層５２の膜厚ｔ１０より大きく（ｔ９＞ｔ１０）し、また、磁性層６２の膜厚ｔ１２を磁性層６０の膜厚ｔ１１より小さく（ｔ１２＜ｔ１１）しても、１回の磁場中アニールによって、磁性層５２と磁性層６０の磁化方向を反平行にすることができる。
【０３４３】
固定磁性層２４の磁性層５２と固定磁性層２８の磁性層６０の磁化方向を反平行にする他の方法を以下に示す。
【０３４４】
まず、電極層２０上に下地層２１、シード層２２、反強磁性層２３、固定磁性層２４、非磁性材料層２５、フリー磁性層２６の第１磁性層５３及び電流制限層５４までを成膜した後、例えばハイト方向の磁場中で、第１の磁場中アニールを施す。次に、電流制限層５４の上に、フリー磁性層２６の第２磁性層５５、非磁性材料層２７、固定磁性層２８及び反強磁性層２９を積層し、第１の磁場中アニール時の磁場の方向と反平行方向の磁場で第２の磁場中アニールをする。
【０３４５】
なお、磁性層６２の膜厚ｔ１２を磁性層６０の膜厚ｔ１１より小さく（ｔ１２＜ｔ１１）した状態で、第１の磁場中アニールを固定磁性層２４の飽和磁界よりも大きい磁場（例えば８００ｋＡ／ｍ以上の磁場）中で行ったときは、第２の磁場中アニールを、固定磁性層２４及び固定磁性層２８のスピンフロップ磁界の大きさより弱く、第１の磁場中アニールの磁場方向と同じ方向の磁場中で行う。
【０３４６】
第１の磁場中アニールの熱処理温度は例えば２７０℃であり、磁界の大きさは例えば８００ｋ（Ａ／ｍ）である。
【０３４７】
なお第２の磁場中アニールは、第２の印加磁界を、下側の反強磁性層２３と固定磁性層２４の磁性層５０間の交換結合磁界及び磁性層５０と磁性層５２間のスピンフロップ磁界よりも小さく、しかも熱処理温度を、反強磁性層２３のブロッキング温度よりも低くする。これによって反強磁性層２３と磁性層５０間の交換結合磁界の方向をハイト方向と反平行方向に向けたまま、上側の反強磁性層２９と固定磁性層２８の磁性層６２間の交換異方性磁界をハイト方向に向けることができる。
【０３４８】
なお第２の磁場中アニールの熱処理温度は例えば２５０℃であり、磁界の大きさは８〜３０（ｋＡ／ｍ）、例えば２４（ｋＡ／ｍ）である。第２の印加磁界の大きさは、上側の固定磁性層２８の保磁力より大きい。
【０３４９】
２回の磁場中アニールを行う方法であれば、固定磁性層２４の磁性層５０と磁性層５２を同じ組成の磁性材料を用いて形成し、磁性層５０の膜厚ｔ９を磁性層５２の膜厚ｔ１０以上にし（ｔ９≧ｔ１０）、また、固定磁性層２８の磁性層６０と磁性層６２を同じ組成の磁性材料を用いて形成し、磁性層６２の膜厚ｔ１２を磁性層６０の膜厚ｔ１１以上（ｔ１２≧ｔ１１）にしても、固定磁性層２４の磁性層５２と固定磁性層２８の磁性層６０の磁化方向を反平行にすることができる。または、磁性層５０の膜厚ｔ９を磁性層５２の膜厚ｔ１０以下にし（ｔ９≦ｔ１０）、また、磁性層６２の膜厚ｔ１２を磁性層６０の膜厚ｔ１１以下（ｔ１２≦ｔ１１）にした場合でも同様である。
【０３５０】
ｔ９≧ｔ１０かつｔ１２≧ｔ１１、またはｔ９≦ｔ１０かつｔ１２≦ｔ１１の構成であると、下側の反強磁性層２３と固定磁性層２４間の一方向性異方性磁界Ｈｅｘ＊と上側の反強磁性層２９と固定磁性層２８間の一方向性異方性磁界Ｈｅｘ＊の大きさを同程度の値に合わせやすくなる。
【０３５１】
図７に示された磁気検出素子を形成するときにも、図６に示された磁気検出素子と同様にして、固定磁性層２４の磁性層５２の磁化方向と固定磁性層２８の磁性層６０の磁化方向を反平行にする。また、固定磁性層２４の磁性層５２の磁化方向と固定磁性層２８の磁性層６０を固定した後、インスタックバイアス層８２を常温でトラック幅方向と反平行方向に着磁する。
【０３５２】
図８に示された磁気検出素子を形成するときは、電流制限層５４を介した磁性層７３と第２磁性層５５の強磁性結合を弱くして、フリー磁性層８４の第１磁性層７０の磁性層７３の磁化方向と第２磁性層５５の磁化方向が互いに反平行になるようにする。
【０３５３】
そして、第１磁性層７０の磁性層７３と磁性層７１を非磁性中間層７２を介した積層フェリ構造とすることによって、磁性層７３と磁性層７１をＲＫＫＹ相互作用によって反強磁性的に結合させる。
【０３５４】
これによって、フリー磁性層８４の最上層である第２磁性層５５と最下層である磁性層７１の磁化方向を平行方向に向かせる。
【０３５５】
さらに、固定磁性層２４の磁性層５０と磁性層５２を同じ組成の磁性材料を用いて形成し、磁性層５０の膜厚ｔ３を磁性層５２の膜厚ｔ４より小さくし、また、固定磁性層２８の磁性層６０と磁性層６２を同じ組成の磁性材料を用いて形成し、磁性層６２の膜厚ｔ５を磁性層６０の膜厚ｔ６より小さくする。
【０３５６】
これによって、磁性層５０の単位面積当たりの磁気モーメント＜磁性層５２の単位面積当たりの磁気モーメント、かつ磁性層６２の単位面積当たりの磁気モーメント＜磁性層６０の単位面積当たりの磁気モーメントとし、ハイト方向（図示Ｙ方向）の磁場中でアニールして、反強磁性層２３と固定磁性層２４の磁性層５０間及び反強磁性層２９と固定磁性層２８の磁性層６２間に交換結合磁界を発生させる。
【０３５７】
磁場中アニールの温度は例えば２７０℃であり、磁界の大きさは８００（ｋＡ／ｍ）以上または８〜３０（ｋＡ／ｍ）、例えば２４（ｋＡ／ｍ）である。
【０３５８】
この１回の磁場中アニールによって、磁性層５２及び磁性層６０をハイト方向と反平行方向（８００（ｋＡ／ｍ）以上の磁場中アニールのとき）、またはハイト方向（８〜３０（ｋＡ／ｍ）の磁場中アニールのとき）に固定することができる。
【０３５９】
また、固定磁性層２４の磁性層５２の磁化方向と固定磁性層２８の磁性層６０を固定した後、インスタックバイアス層８２を常温でトラック幅方向と反平行方向に着磁する。
【０３６０】
なお、上述した実施の形態において、フリー磁性層として電流制限層を介して第１磁性層と第２磁性層が積層されているものを示したが、フリー磁性層に３層以上の磁性層が存在し、それぞれの間に電流制限層が形成されていてもよい。
【０３６１】
【発明の効果】
以上詳細に説明した本発明では、前記フリー磁性層の内部または前記フリー磁性層と前記非磁性材料層の間に前記電流制限層が形成されるので、前記フリー磁性層内に流れるセンス電流の電流密度の局所的な高密度化を確実に維持できる。
【０３６２】
したがって本発明によれば、膜面と平行な方向におけるフリー磁性層の素子面積（この素子面積を光学的な素子面積という）を０．０１μｍ^２以上に形成しても実際に前記フリー磁性層内にセンス電流が流れて、磁気抵抗効果に関与する素子面積（この素子面積を実効的な素子面積という）を確実に小さくでき、ΔＲが大きく、再生出力の高いＣＰＰ型の磁気検出素子を容易に形成することができる。
【０３６３】
また前記フリー磁性層の素子面積を０．０１μｍ^２以上に大きくできるから、記録媒体からの外部磁界を効果的に検出することが可能であり、再生出力の向上、再生波形の安定性の向上を図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の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図２】フリー磁性層の第１磁性層と第２磁性層がトポロジカルカップリングをしている状態の示す模式図、
【図３】本発明における多層膜及び電流制限層の膜構成を示す部分模式図、
【図４】本発明における多層膜及び別の電流制限層の膜構成を示す部分模式図
【図５】本発明における第２の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図６】本発明における第３の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図７】本発明における第４の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図８】本発明における第５の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図９】本発明における第６の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図１０】本発明における第７の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図１１】本発明における第８の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図１２】本発明における第９の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図１３】本発明における第１０の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図１４】本発明における第１１の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図１５】図１の磁気検出素子の製造工程を示す一工程図、
【図１６】図１の磁気検出素子の製造工程を示す一工程図、
【図１７】図１の磁気検出素子の製造工程を示す一工程図、
【図１８】第１磁性層上に電極制限層を形成する際の第１磁性層上面の状態を示す模式図、
【図１９】図１８の次の状態を示す部分模式図、
【図２０】図１９の次の状態を示す部分模式図、
【図２１】第１磁性層上に電極制限層を形成する際の第１磁性層上面の状態を示す模式図、
【図２２】図２１の次の状態を示す部分模式図、
【図２３】図２２の次の状態を示す部分模式図、
【図２４】第１磁性層上に電極制限層を形成する際の第１磁性層上面の状態を示す模式図、
【図２５】第１磁性層上に電極制限層を形成する際の第１磁性層上面の状態を示す模式図、
【図２６】図２５の次の状態を示す部分模式図、
【図２７】図２６の次の状態を示す部分模式図、
【図２８】従来の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【符号の説明】
２０　第１の電極層
２１　下地層
２２　シード層
２３、２９　反強磁性層
２４、２８　固定磁性層
２５、２７　非磁性材料層
２６、８４、９２　フリー磁性層
５３　第１磁性層
５４、９３　電流制限層
５５　第２磁性層
３０　第２の電極層
３１、３４　絶縁層
３２　バイアス下地層
３３　ハードバイアス層
８０、８２　インスタックバイアス層
８１　中間層

Claims (41)

1. フリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層、及び反強磁性層が積層された多層膜を有し、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
   前記フリー磁性層は、複数の磁性層が、絶縁部と導電部とが混在した電流制限層を介して積層されていることを特徴とする磁気検出素子。
2. フリー磁性層の上下のそれぞれに非磁性材料層、固定磁性層、及び反強磁性層が積層された多層膜を有し、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
   前記フリー磁性層は、複数の磁性層が、絶縁部と導電部とが混在した電流制限層を介して積層されていることを特徴とする磁気検出素子。
3. 前記フリー磁性層のトラック幅方向の両側部に、前記フリー磁性層の磁化をそろえるためのハードバイアス層が形成されている請求項１または２記載の磁気検出素子。
4. 前記フリー磁性層の上層及び／又は下層に、前記フリー磁性層の磁化をそろえるためのインスタックバイアス層が積層されている請求項１または２記載の磁気検出素子。
5. 複数の前記磁性層の磁化が互いに平行方向を向いている請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気検出素子。
6. 複数の前記磁性層が前記電流制限層を介して、強磁性的に結合している請求項５記載の磁気検出素子。
7. 複数の前記磁性層の磁化が互いに反平行方向を向いている請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気検出素子。
8. 前記フリー磁性層を構成する複数の前記磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントはすべて等しい請求項１ないし７のいずれかに記載の磁気検出素子。
9. 前記フリー磁性層を構成する複数の前記磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントはそれぞれ異なっている請求項１ないし７のいずれかに記載の磁気検出素子。
10. 前記フリー磁性層を構成する複数の前記磁性層の膜厚はすべて等しい請求項１ないし９のいずれかに記載の磁気検出素子。
11. 前記フリー磁性層を構成する複数の前記磁性層の膜厚は、それぞれ異なっている請求項１ないし９のいずれかに記載の磁気検出素子。
12. 前記フリー磁性層には、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕのうちいずれか１種または２種以上の非磁性材料からなる非磁性中間層が形成されている請求項７に記載の磁気検出素子。
13. フリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層、及び反強磁性層が積層された多層膜を有し、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
    前記フリー磁性層と前記非磁性材料層の間に、絶縁部と導電部とが混在した電流制限層を介して積層されていることを特徴とする磁気検出素子。
14. フリー磁性層の上下のそれぞれに非磁性材料層、固定磁性層、及び反強磁性層が積層された多層膜を有し、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
    前記フリー磁性層と前記非磁性材料層の間に、絶縁部と導電部とが混在した電流制限層を介して積層されていることを特徴とする磁気検出素子。
15. 前記電流制限層の下面あるいは上面のどちらか一方あるいは両方に、貴金属材料層が形成されている請求項１ないし１４のいずれかに記載の磁気検出素子。
16. 前記貴金属材料層は、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅのうちいずれか１種または２種以上の貴金属材料で形成されている請求項１５記載の磁気検出素子。
17. 前記貴金属材料層に代えてＣｕ層が形成される請求項１５記載の磁気検出素子。
18. 前記電流制限層の前記絶縁部は、少なくとも前記電流制限層の上面から下面にまで通じる複数の孔が設けられた絶縁材料膜であり、この孔内に前記導電部となる導電材料膜が埋め込まれている請求項１ないし１７のいずれかに記載の磁気検出素子。
19. 前記電流制限層の前記絶縁部は、膜面と平行な平面から見たときに連続して延びる溝が形成された絶縁材料膜であり、この溝は前記電流制限層の上面から下面にまで通じて形成されており、前記溝内に前記導電部となる導電性材料が埋め込まれている請求項１ないし１７のいずれかに記載の磁気検出素子。
20. 前記電流制限層の前記絶縁部は、前記電流制限層の上面から下面にまで通じる孔と、膜面と平行な平面から見たときに連続して延び、前記電流制限層の上面から下面にまで通じる溝とが混在した絶縁材料膜であり、前記孔及び溝内に前記導電部となる導電性材料が埋め込まれている請求項１ないし１７のいずれかに記載の磁気検出素子。
21. 前記絶縁材料膜は、酸化膜あるいは窒化膜で形成される請求項１８ないし２０のいずれかに記載の磁気検出素子。
22. 前記電流制限層の前記導電部は導電性粒子であり、前記導電性粒子は前記絶縁部となる絶縁性材料層内に分散されている請求項１ないし１７のいずれかに記載の磁気検出素子。
23. 前記電流制限層の前記絶縁部は絶縁性粒子であり、前記絶縁性粒子は、前記導電部となる導電材料膜内に分散されている請求項１ないし１７のいずれかに記載の磁気検出素子。
24. 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）下から第１の電極層、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層を構成する第１磁性層、及び絶縁部と導電部とが混在した電流制限層を積層する工程、
    （ｂ）前記電流制限層の上に、フリー磁性層を構成する第２磁性層を積層する工程、
    （ｃ）第２の電極層を積層する工程。
25. 前記フリー磁性層を構成する前記第１磁性層と前記第２磁性層を前記電流制限層を介して強磁性的に結合させる請求項２４記載の磁気検出素子の製造方法。
26. 前記フリー磁性層を構成する前記第１磁性層と前記第２磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを等しくする請求項２４または２５に記載の磁気検出素子の製造方法。
27. 前記フリー磁性層を構成する前記第１磁性層と前記第２磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを異ならせる請求項２４または２５に記載の磁気検出素子の製造方法。
28. 前記フリー磁性層を構成する前記第１磁性層と前記第２磁性層の膜厚を等しくする請求項２４ないし２７のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
29. 前記フリー磁性層を構成する前記第１磁性層と前記第２磁性層の膜厚を異ならせる請求項２４ないし２７のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
30. 前記（ｂ）工程と前記（ｃ）工程の間に、
    （ｄ）前記フリー磁性層の上に、非磁性材料層、固定磁性層、反強磁性層を積層する工程を有する請求項２４ないし２９のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
31. 前記（ｄ）工程の後に、磁場中アニールを１回のみ行う請求項３０に記載の磁気検出素子の製造方法。
32. 前記（ａ）工程または前記（ｂ）工程において、前記第１磁性層または第２磁性層中に、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕのうちいずれか１種または２種以上の非磁性材料からなる非磁性中間層を形成する請求項３１記載の磁気検出素子の製造方法。
33. 前記（ａ）工程と（ｂ）工程の間、または前記（ｂ）工程と（ｄ）工程の間に、第１の磁場中アニールを行い、前記（ｄ）工程の後に、前記第１の磁場中アニールとは、異なる向き及び／又は異なる磁場強度の磁場中で第２の磁場中アニールを行う請求項３０に記載の磁気検出素子の製造方法。
34. 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。
    （ｅ）下から第１の電極層、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、及び絶縁部と導電部とが混在した電流制限層を積層する工程、
    （ｆ）前記電流制限層の上に、フリー磁性層を積層する工程、
    （ｇ）第２の電極層を積層する工程。
35. 前記（ｆ）工程と前記（ｇ）工程の間に、
    （ｈ）前記フリー磁性層の上に、非磁性材料層、固定磁性層、反強磁性層を積層する工程を有する請求項３４記載の磁気検出素子の製造方法。
36. 前記電流制限層を成膜する工程に、
    （ａ１）上面から下面にまで通じる複数の孔または膜面と平行な平面から見たときに連続して延びる溝が形成された絶縁材料膜を成膜する工程と、
    （ａ２）前記絶縁材料膜上に導電材料膜をスパッタ成膜し、このとき前記絶縁材料膜に形成された孔または溝内を前記導電材料膜で埋める工程を有する請求項２４ないし３５のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
37. 前記絶縁材料膜を、不連続体膜として形成する請求項３６記載の磁気検出素子の製造方法。
38. 絶縁材料で形成されたターゲットと導電性材料で形成されたターゲットを用意し、これら２つのターゲットをスパッタすることにより、絶縁材料の粒子と導電性材料の粒子が混在した電流制限層を形成する請求項２４ないし３５のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
39. 前記（ａ）工程で、前記第１磁性層上または前記フリー磁性層上に、貴金属元素からなる貴金属材料層またはＣｕからなるＣｕ層を形成し、その後、前記貴金属材料層またはＣｕ層の上に前記電流制限層を形成する請求項２４ないし３８のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
40. 前記電流制限層を形成後、前記電流制限層の上面に、貴金属元素からなる貴金属材料層またはＣｕからなるＣｕ層を形成する請求項２４ないし３９のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
41. 前記貴金属元素は、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｒｅのうちいずれか１種または２種以上である請求項３９または４０記載の磁気検出素子の製造方法。

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