JP2004079798A - 巨大磁気抵抗効果素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【目的】狭トラック化が進められても出力感度を良好に確保できる巨大磁気抵抗効果素子及びその製造方法を得る。また、素子抵抗を低減可能な巨大磁気抵抗効果素子及びその製造方法を得る。
【構成】第１反強磁性層４；この第１反強磁性層４によって磁化固定された固定磁性層５；非磁性材料層６；外部磁界に応じて中央部１１ａの磁化方向が変化するフリー磁性層１１；非磁性層１３；非磁性層１３の両側端部１３ｂ上に形成された強磁性層１２；強磁性層１２の磁化方向を固定磁性層５の磁化方向と直交する方向に固定する第２反強磁性層１４を備えたＧＭＲ素子１において、非磁性層１３を介してフリー磁性層１１と強磁性層１２の磁化方向を反平行とし、少なくともフリー磁性層１１、非磁性層１３及び強磁性層１２のトラック幅方向の両側端面を連続面αとする。さらに、上記連続面αに接して第１電極層２１を設け、この第１電極層２１及び第２反強磁性層１４上に第２電極層２２を設ける。
【選択図】 図１
【構成】第１反強磁性層４；この第１反強磁性層４によって磁化固定された固定磁性層５；非磁性材料層６；外部磁界に応じて中央部１１ａの磁化方向が変化するフリー磁性層１１；非磁性層１３；非磁性層１３の両側端部１３ｂ上に形成された強磁性層１２；強磁性層１２の磁化方向を固定磁性層５の磁化方向と直交する方向に固定する第２反強磁性層１４を備えたＧＭＲ素子１において、非磁性層１３を介してフリー磁性層１１と強磁性層１２の磁化方向を反平行とし、少なくともフリー磁性層１１、非磁性層１３及び強磁性層１２のトラック幅方向の両側端面を連続面αとする。さらに、上記連続面αに接して第１電極層２１を設け、この第１電極層２１及び第２反強磁性層１４上に第２電極層２２を設ける。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、ハードディスク装置や磁気センサ等に用いられる巨大磁気抵抗効果素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
ハードディスク装置や磁気センサ等に用いられる巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子では、近年の高記録密度化に伴い、高出力感度化及び狭トラック化が進められている。
【０００３】
出力感度を向上させるために従来では、フリー磁性層の膜厚を薄くすることで、フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメント（Ａｒｅａｌ ｍｏｍｅｎｔ）を小さくし、該磁気モーメントの磁化回転を容易にしている。しかし、フリー磁性層の膜厚が薄くなると、バルクハウゼンノイズや熱ゆらぎノイズ等が増大する結果、出力感度は上がってもＳＮ比を上げられないという弊害が生じてしまう。また従来では、フリー磁性層のバイアス方式として永久磁石膜によるハードバイアス方式が用いられているが、ハードバイアス方式では永久磁石膜に隣接するフリー磁性層の両側端部が強固に磁化固定されるため不感領域が生じ、狭トラック化が進められるとトラック幅領域全域が不感領域となってしまう虞がある。このため、永久磁石膜によるハードバイアス方式では、高記録密度化への適応が難しいと予測されている。
【０００４】
そこで、最近では、フリー磁性層のバイアス方式にエクスチェンジバイアス方式を採用することが提案されている。周知のようにＧＭＲ素子は、第１反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層とを順に積層形成した構造を有するもので、エクスチェンジバイアス方式を適用した場合には、さらにフリー磁性層の両側端部上に第２反強磁性層及び電極層が積層形成され、第２反強磁性層のトラック幅方向の間隔によりＧＭＲ素子のトラック幅が規制される。このエクスチェンジバイアス方式を用いれば、不感領域がなくなり、狭トラック化が進められても出力感度を良好に確保することができると考えられている。
【０００５】
しかしながら、フリー磁性層内部の隣接するスピン間には、該隣接するスピンの向きを平行にしようとする交換相互作用が働いており、スピンが外部磁界の強さに応じた角度だけ回転するためには、該隣接スピン間に生じた交換相互作用の強さに応じた距離を要する。この交換相互作用の強さは交換スティフネス定数（交換相互作用定数）によって表すことができ、交換スティフネス定数が大きくなるほど、スピンが急激に向きを変えることができず、スピンの回転に要する距離が長くなる。このようにスピンの回転に要する距離が長くなると、トラック幅領域端部での磁化固定が中央部まで強く媒介される結果、出力感度が低下してしまう。この傾向はトラック幅寸法が短くなるほど顕著になり、エクスチェンジバイアス方式を用いていても出力感度を良好に確保することが難しい。この改善策としては交換スティフネス定数の小さい材料によってフリー磁性層を形成することが考えられるが、交換スティフネス定数の小さい材料を用いるとキュリー温度が低くなってしまうため好ましくない。また、材料の選定だけでは限界がある。
【０００６】
さらに、エクスチェンジバイアス方式を用いた場合には、以下の問題がある。すなわち、電極層よりも極端に比抵抗の大きい反強磁性層を介してセンス電流がフリー磁性層に流れるため、素子抵抗が大きくなってしまう。素子抵抗が大きくなると、インピーダンスも大きくなるため高周波ノイズが発生しやすく、出力感度が向上してもＳＮ比をあげることができない。
【０００７】
【発明の目的】
本発明は、従来におけるエクスチェンジバイアス方式を用いた際の問題意識に基づき、狭トラック化が進められても出力感度を良好に確保できる巨大磁気抵抗効果素子及びその製造方法を得ることを目的とする。また本発明は、素子抵抗を低減可能な巨大磁気抵抗効果素子及びその製造方法を得ることを目的とする。
【０００８】
【発明の概要】
本発明は、フリー磁性層のトラック幅方向に生じる反磁界を利用すれば出力感度を高められること、及び、反強磁性層を介さずにセンス電流を供給すれば素子抵抗を低減できることに着目してなされたものである。
【０００９】
本発明は、第１反強磁性層；前記第１反強磁性層上に形成され、該第１反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定された固定磁性層；前記固定磁性層上に形成された非磁性材料層；前記非磁性材料層上に形成され、外部磁界に応じて中央部の磁化方向が変化するフリー磁性層；前記フリー磁性層のトラック幅方向の両側端部上に形成された非磁性層；前記非磁性層上に形成された強磁性層；及び前記強磁性層上に形成され、該強磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向に直交する方向へ揃える第２反強磁性層を備え、前記非磁性層を介して前記フリー磁性層と強磁性層の磁化方向が反平行をなし、少なくとも前記フリー磁性層、前記非磁性層及び前記強磁性層のトラック幅方向の両側端面が連続面をなしていることを特徴としている。
【００１０】
上記構成によれば、フリー磁性層及び強磁性層の両側端面で両層間に静磁結合が生じ、この静磁結合によりフリー磁性層のトラック幅方向に加わる反磁界が弱められる。すなわち、狭トラック化により反磁界が増大しても、フリー磁性層及び強磁性層の磁化の乱れを良好に抑制でき、再生波形の安定性を良好に確保することができる。また、フリー磁性層の両側端部及び強磁性層の磁化方向が第２反強磁性層により強固に固定されているため、狭トラック化により反磁界が増大してもサイドリーディングの発生する虞がない。
【００１１】
フリー磁性層のトラック幅方向の寸法ＦＷと強磁性層のトラック幅方向の寸法ＦＬは、その比ＦＷ／ＦＬが１．１以上２．０以下であることが好ましい。上記範囲内であれば、トラック幅領域（フリー磁性層の中央部）の磁化を外部磁界に対して回転し易くすることができ、出力感度が向上する。なお、強磁性層のトラック幅方向の寸法ＦＬは、各強磁性層のトラック幅方向の寸法ＦＬ１、ＦＬ２の合計寸法ＦＬ１＋ＦＬ２とする。
【００１２】
以上の巨大磁気抵抗効果素子は、第２反強磁性層上及び該第２反強磁性層から固定磁性層までの各層のトラック幅方向の両側端面に接して形成された電極層を備えることが好ましい。この電極層は、固定磁性層から第２反強磁性層までの各層のトラック幅方向の両側端面に接して形成された第１電極層と、この第１電極層及び第２反強磁性層上に形成された第２電極層とから形成することができる。これらの構成によれば、電極層を形成する導電材料よりも比抵抗が極端に大きい第２反強磁性層を介さずに、センス電流を供給することができる。よって、素子抵抗を良好に抑制することができ、この結果、高周波ノイズの発生が抑えられてＳＮ比が向上する。
【００１３】
第２反強磁性層は、強磁性層上に積層された下部反強磁性層と上部反強磁性層から形成することができる。この場合、下部反強磁性層は、２０Å以上５０Å以下の膜厚であることが好ましい。この範囲内で下部反強磁性層が形成されれば、該下部反強磁性層のみが成膜された段階（上部反強磁性層が形成されていない状態）で、下部反強磁性層は反強磁性特性を有さない。よって、固定磁性層の磁化方向を固定するための第１の熱処理を行っても、下部反強磁性層と強磁性層との間に交換結合磁界が生じることがない。あるいは生じても弱い。これに対し、下部反強磁性層上に上部反強磁性層が形成されている状態では、熱処理によって強磁性層と下部反強磁性層との間に大きな交換結合磁界を生じさせるため、下部反強磁性層と上部反強磁性層の合計膜厚が８０Å以上３００Å以下であることが好ましい。
【００１４】
下部反強磁性層と上部反強磁性層との間には、非磁性保護層が介在していてもよい。あるいは、非磁性保護層を構成する元素が下部反強磁性層または上部反強磁性層の内部に混在していてもよい。ただし、非磁性保護層の膜厚は、下部反強磁性層と上部反強磁性層とが一体の反強磁性層として機能できるように、３Å以下であることが好ましい。非磁性保護層または非磁性保護層を構成する元素は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのいずれか１種または２種以上であることが好ましい。なお、上記非磁性保護層は、製造工程中に下部反強磁性層の表面が酸化されないように保護する酸化防止層として機能する。
【００１５】
本発明による巨大磁気抵抗効果素子の製造方法は、第１の態様では、（ａ）基板上に、第１反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層及び非磁性層を順次積層する工程；（ｂ）第１の熱処理を行ない、前記第１反強磁性層と前記固定磁性層の間に交換結合磁界を生じさせて該固定磁性層の磁化方向を固定する工程；（ｃ）低エネルギーイオンミリングにより前記非磁性層の表面クリーニングを行なう工程；（ｄ）前記非磁性層上に強磁性層及び第２反強磁性層を順次積層する工程；（ｅ）前記第２反強磁性層上に、トラック幅領域に対応する範囲に位置させてレジスト層を形成する工程；（ｆ）少なくとも前記第２反強磁性層、前記強磁性層、前記非磁性層及び前記フリー磁性層の、前記レジスト層のトラック幅方向の両側から露出する部分を除去する工程；（ｇ）前記レジスト層を除去し、前記第２反強磁性層上のトラック幅領域外に電極層を形成する工程；（ｈ）前記電極層をマスクとしてエッチングを行ない、トラック幅領域内の前記第２反強磁性層、前記強磁性層及び前記非磁性層の一部を除去する工程；及び（ｉ）第２の熱処理を行ない、前記第２反強磁性層と前記強磁性層の間に交換結合を生じさせて該強磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向に直交する方向へ固定する工程；を有し、前記（ａ）及び前記（ｄ）工程では、前記フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントが前記強磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントよりも大きくなるように前記フリー磁性層及び前記強磁性層を形成し、前記（ｃ）工程では、前記低イオンエネルギーミリングにより、前記非磁性層を、前記フリー磁性層と前記強磁性層との間に生じるＲＫＫＹ的な結合エネルギーが反平行の第１ピーク値又は第２ピーク値となる膜厚まで削り、前記（ｆ）工程では、前記第２反強磁性層から前記フリー磁性層までの各層のトラック幅方向の両側端面を連続面とすることを特徴としている。
【００１６】
また本発明の第２の態様では、（ｍ）基板上に、第１反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性層、強磁性層、下部反強磁性層及び非磁性保護層を順次積層する工程；（ｎ）第１の熱処理を行ない、前記第１反強磁性層と前記固定磁性層の間に交換結合磁界を生じさせて該固定磁性層の磁化方向を固定する工程；（ｏ）低エネルギーイオンミリングにより前記非磁性保護層の表面クリーニングを行なう工程；（ｐ）前記非磁性保護層上に上部反強磁性層を積層する工程；（ｒ）前記上部反強磁性層上に、トラック幅領域に対応する範囲に位置させてレジスト層を形成する工程；（ｓ）少なくとも前記上部反強磁性層、前記非磁性保護層、前記下部反強磁性層、前記強磁性層、前記非磁性層及び前記フリー磁性層の、前記レジスト層のトラック幅方向の両側から露出する部分を除去する工程；（ｔ）前記レジスト層を除去し、前記上部反強磁性層上のトラック幅領域外に電極層を形成する工程；（ｕ）前記電極層をマスクとしてエッチングを行ない、トラック幅領域内の前記上部反強磁性層、前記非磁性保護層、前記下部反強磁性層、前記強磁性層及び前記非磁性層の一部を除去する工程；及び（ｖ）第２の熱処理を行ない、前記下部反強磁性層と前記強磁性層との間に交換結合を生じさせて該強磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向に直交する方向へ固定する工程；を有し、前記（ｍ）工程では、前記フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントが前記強磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントよりも大きくなるように前記フリー磁性層及び前記強磁性層を形成し、且つ、前記非磁性層を前記フリー磁性層と前記強磁性層との間に生じるＲＫＫＹ的な結合エネルギーが反平行の第１ピーク値又は第２ピーク値となる膜厚で形成し、前記（ｓ）工程では、前記上部反強磁性層から前記フリー磁性層までの各層のトラック幅方向の両側端面を連続面とすることを特徴としている。
【００１７】
前記フリー磁性層のトラック幅方向の寸法ＦＷと前記強磁性層の同方向の寸法ＦＬの比（ＦＷ／ＦＬ）は、高出力感度が得られるように、１．１以上２．０以下とすることが好ましい。
【００１８】
上記各態様において、電極層は、第２反強磁性層から固定磁性層までの両側端面に接する第１電極層と、この第１電極層及び第２反強磁性層上に位置する第２電極層とから形成することができる。すなわち、第１の態様では、（ｇ）工程に替えて、（ｊ）少なくとも前記第２反強磁性層から前記固定磁性層までの各層のトラック幅方向の両側端面に接触させて第１電極層を形成する工程と、（ｋ）レジスト層を除去する工程と、（ｌ）前記第１電極層上及び前記第２反強磁性層のトラック幅領域外上に第２電極層を形成する工程とを有することができる。第２の態様では、（ｔ）工程に替えて、（ｗ）少なくとも前記第２反強磁性層から前記固定磁性層までの各層のトラック幅方向の両側端面に接触させて第１電極層を形成する工程と、（ｘ）レジスト層を除去する工程と、（ｙ）前記第１電極層上及び前記上部反強磁性層のトラック幅領域外上に第２電極層を形成する工程とを有することができる。
【００１９】
下部反強磁性層は、２０Å以上５０Å以下の膜厚で成膜することが好ましい。この範囲内であれば、該下部反強磁性層のみが成膜された段階（上部反強磁性層が形成されていない段階）で、下部反強磁性層は反強磁性特性を有さない。よって、固定磁性層の磁化方向を固定するための第１の熱処理を行っても、下部反強磁性層と強磁性層との間に交換結合磁界が生じることがない。あるいは生じても弱い。これに対し、下部反強磁性層上に上部反強磁性層が形成された段階では、熱処理が施されたときに強磁性層と下部反強磁性層との間に大きな交換結合磁界を生じさせるため、下部反強磁性層と上部反強磁性層の合計膜厚を８０Å以上３００Å以下とすることが好ましい。
【００２０】
非磁性保護層は、下部反強磁性層の酸化を防止できるように且つ容易に除去できるように、３Å以上１０Å以下の膜厚で成膜することが好ましく、低エネルギーイオンミリング時に３Å以下の膜厚に調整されることが好ましい。この場合には、非磁性保護層を介して下部反強磁性層と上部反強磁性層とが結合され、該下部反強磁性層及び上部反強磁性層が一体の反強磁性層として機能する。
【００２１】
フリー磁性層及び強磁性層は、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金及びＣｏＦｅＮｉ合金のいずれかで形成することができる。これらフリー磁性層及び強磁性層は、同一の磁性材料で形成されることが好ましい。フリー磁性層及び強磁性層が同一の磁性材料で形成される場合には、フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントを強磁性層よりも大きくするため、強磁性層の膜厚をフリー磁性層よりも薄くする。また、フリー磁性層及び強磁性層のそれぞれを単層で形成する場合は、該フリー磁性層及び強磁性層のうち少なくとも一方がＣｏＦｅＮｉ合金で形成されていることが好ましい。さらに、フリー磁性層及び強磁性層のそれぞれを多層により形成する場合は、フリー磁性層がＮｉＦｅ合金層とＣｏＦｅ合金層とからなる積層体で形成され、強磁性層がＣｏＦｅ合金層とＮｉＦｅ合金層とからなる積層体で形成されていることが好ましい。
【００２２】
非磁性層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１種又は２種以上で形成されていることが好ましく、特にＲｕやＣｕで形成されるのがよい。
【００２３】
第１反強磁性層及び／又は第２反強磁性層は、ＰｔＭｎ合金、Ｘ−Ｍｎ（ただし、ＸはＰｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｎｉ、Ｆｅのいずれか１種又は２種以上の元素である）合金、又はＰｔ−Ｍｎ−Ｘ’（ただし、Ｘ’はＰｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１種又は２種以上の元素である）合金で形成されていることが好ましい。これら合金により第１反強磁性層及び／又は第２反強磁性層が形成されれば、熱処理により、第１反強磁性層と固定磁性層との間及び／又は第２反強磁性層と強磁性層との間に大きな交換結合磁界を生じさせることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明を説明する。各図において、Ｘ方向はトラック幅方向、Ｙ方向は記録媒体からの漏れ磁界方向、Ｚ方向は記録媒体の移動方向及び巨大磁気抵抗効果素子を構成する各層の積層方向である。
【００２５】
図１は、本発明の第１実施形態における巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子１の構造を、記録媒体との対向面側から見て示す模式断面図である。ＧＭＲ素子１は、例えばハードディスク装置の薄膜磁気ヘッドに用いられ、ＧＭＲ効果を利用して記録媒体からの漏れ磁界を検出する。
【００２６】
ＧＭＲ素子１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁材料からなる下部ギャップ層２上に形成されていて、下部ギャップ層２側から順に、シード層３、第１反強磁性層４、固定磁性層５、非磁性材料層６、フリー磁性層１１、非磁性層１３、強磁性層１２、第２反強磁性層１４及び電極層２０を有している。非磁性層１３、強磁性層１２及び第２反強磁性層１４は、フリー磁性層１１の縦バイアス層である。図示されていないが、下部ギャップ層２の下には、アルチック基板側から順に、アルミナからなるアンダーコート層、ＴａやＮｉＦｅ合金等からなる下地層、ＮｉＦｅ系合金等の磁性材料からなる下部シールド層が形成されていてもよい。
【００２７】
シード層３は、第１反強磁性層４及び該第１反強磁性層上に積層される各層の結晶成長を整えるための下地層であり、ＮｉＦｅ合金、ＮｉＣｒ合金、ＮｉＦｅＣｒ合金又はＣｒ等で形成される。このシード層３と下部ギャップ層２との間には、Ｔａ等からなる下地層が形成されていてもよく、シード層３の代わりに上記下地層が形成されていてもよい。
【００２８】
第１反強磁性層４は、熱処理により固定磁性層５との間に大きな交換結合磁界を発生させ、固定磁性層５の磁化方向を図示Ｙ方向に固定する。この第１反強磁性層４は、ＰｔＭｎ合金又はＸ−Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｎｉ、Ｆｅのいずれか１種又は２種以上の元素である）合金で形成される。あるいは、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’（ただしＸ’は、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１又は２種以上の元素である）合金で形成される。これらの合金は、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、熱処理が施されるとＣｕＡｕＩ（ＣｕＡｕ１）型の規則型の面心正方構造（ｆｃｔ）に構造変態する。よって、上記合金を用いて第１反強磁性層４を形成すれば、熱処理を施すことで、固定磁性層５との間に大きな交換結合磁界を生じさせることができる。
【００２９】
固定磁性層５は、第１固定磁性層５ａ、非磁性中間層５ｂ及び第２固定磁性層５ｃからなる積層フェリピンド構造をなしており、第１固定磁性層５ａの磁化が第１反強磁性層４との交換結合によりハイト方向に固定され、第２固定磁性層５ｃの磁化が非磁性中間層５ｂを介して第１固定磁性層５ａの磁化方向と１８０°異なる向き（反平行）に固定されている。このように固定磁性層５が積層フェリピンド構造をとれば、非磁性中間層５ｂを介して生じる第１及び第２固定磁性層５ａ、５ｃ間の反平行結合と、第１固定磁性層５ａ及び第１反強磁性層４間の交換結合との相乗効果により、固定磁性層５の磁化方向をより安定に固定することができる。なお、固定磁性層５を単層構造としてもよいのは勿論である。
【００３０】
上記第１及び第２固定磁性層５ａ、５ｃは、強磁性材料により形成されるもので、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金又はＣｏＮｉ合金等によって形成される。特に、ＣｏＦｅ合金又はＣｏによって形成されることが好ましい。また、第１固定磁性層５ａ及び第２固定磁性層５ｃは、同一の材料で形成されることが好ましい。非磁性中間層５ｂは、非磁性材料により形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１種又は２種以上で形成することができる。特にＲｕ又はＣｕで形成されることが好ましい。
【００３１】
非磁性材料層６は、固定磁性層５とフリー磁性層１１との磁気的な結合を防止する層であると共に、センス電流が主に流れる層である。この非磁性材料層６は、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｕ又はＡｇ等の導電性を有する非磁性材料によって形成される。特にＣｕによって形成されることが好ましい。
【００３２】
フリー磁性層１１は、外部磁界に応じて磁化回転可能な中央部（トラック幅領域）１１ａと、この中央部１１ａのトラック幅方向の両側に設けた両側端部１１ｂとを有している。このフリー磁性層１１は、単位面積あたりの磁気モーメント（磁気的膜厚）が強磁性層１２よりも大きくなるように形成されている。なお、単位面積あたりの磁気モーメントの大きさは、飽和磁化Ｍｓと膜厚ｔの積で表すことができる。
【００３３】
非磁性層１３は、フリー磁性層１１の中央部１１ａ及び両側端部１１ｂ上に位置する中央部１３ａ及び両側端部１３ｂからなり、この両側端部１３ｂ上に強磁性層１２が形成されている。非磁性層１３の両側端部１３ｂは、フリー磁性層１１の両側端部１１ｂと強磁性層１２との間に生じるＲＫＫＹ的な結合エネルギーが反平行の第１ピーク値又は第２ピーク値となる膜厚で形成されている。すなわち、非磁性層１３の両側端部１３ｂを介してフリー磁性層１１の両側端部１１ｂと強磁性層１２は反平行結合されており、フリー磁性層１１及び強磁性層１２の磁化方向は反平行となっている。この非磁性層１３は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１種又は２種以上で形成することができ、特にＲｕ又はＣｕで形成されることが好ましい。本実施形態では非磁性層１３がフリー磁性層１１上に全面的に形成されているが、フリー磁性層１１の両側端部１１ｂ上にのみ形成されていてもよい。
【００３４】
フリー磁性層１１及び強磁性層１２は、強磁性材料によって形成されるもので、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等で形成することができる。これらフリー磁性層１１及び強磁性層１２は同一材料で形成されることが好ましく、同一材料を用いる場合は、フリー磁性層１１の単位面積あたりの磁気モーメントが強磁性層１２よりも大きくなるように強磁性層１２の膜厚をフリー磁性層１１よりも薄くする。また、フリー磁性層１１及び強磁性層１２を両方とも単層構造とする場合は、該フリー磁性層１１及び強磁性層１２のうち少なくとも一方はＣｏＮｉＦｅ合金で形成することが好ましい。一方、フリー磁性層１１及び強磁性層１２を両方とも多層構造とする場合は、フリー磁性層１１をＮｉＦｅ合金とＣｏＦｅ合金とを順に積層した積層体で形成し、強磁性層１２をＣｏＦｅ合金とＮｉＦｅ合金とを順に積層した積層体で形成することが好ましい。
【００３５】
第２反強磁性層１４は、強磁性層１２上に形成されていて、熱処理により強磁性層１２との間に交換結合磁界を生じさせ、強磁性層１２の磁化方向をトラック幅方向（図１の左から右方向）に固定する。強磁性層１２の磁化が固定されると、非磁性層１３の両側端部１３ｂを介してフリー磁性層１１の両側端部１１ｂの磁化が強磁性層１２の磁化方向と逆向き（図１の右から左方向；反平行）に固定され、この両側端部１１ｂで挟まれた中央部１１ａの磁化方向が強磁性層１２と反平行に揃えられる。本実施形態では、第２反強磁性層１４のトラック幅方向の間隔がトラック幅Ｔｗを規制しており、該トラック幅Ｔｗとフリー磁性層１１の中央部１１ａのトラック幅方向における寸法が一致している。
【００３６】
第２反強磁性層１４は、上述した第１反強磁性層４と同様、ＰｔＭｎ合金又はＸ−Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｎｉ、Ｆｅのいずれか１種又は２種以上の元素である）合金で形成される。あるいは、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’（ただしＸ’は、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１又は２種以上の元素である）合金で形成される。
【００３７】
電極層２０は、第１反強磁性層４上に該第１反強磁性層４、固定磁性層５、非磁性材料層６、フリー磁性層１１及び第２反強磁性層１４のトラック幅方向の両側端面に接して形成された第１電極層２１と、この第１電極層２１及び第２反強磁性層１４上に形成された第２電極層２２とを有している。これら第１電極層２１及び第２電極層２２は、例えばＡｕ、Ｃｕ、α‐Ｔａ又はＣｒ等の比抵抗の小さい導電材料により形成される。第２電極層２２に与えられたセンス電流は、第１電極層２１を介して非磁性材料層６、フリー磁性層１１及び固定磁性層５に流れる。
【００３８】
図示されていないが、第２電極層２２及び非磁性層１３の中央部１３ａ上には、例えばアルミナからなる上部ギャップ層を介して、上部シールド層が形成されている。
【００３９】
以上の本ＧＭＲ素子１は、少なくともフリー磁性層１１、非磁性層１３及び強磁性層１２のトラック幅方向の両側端面が連続面αをなしていることを特徴の一つとしている。このように上記両側端面が連続していれば、該両側端面においてフリー磁性層１１と強磁性層１２との間に静磁結合を生じさせることができ、この静磁結合によりフリー磁性層１１のトラック幅方向に加わる反磁界を弱めることができる。よって、狭トラック化によりフリー磁性層１１のトラック幅方向の寸法ＦＷが短くなっても、フリー磁性層１１及び強磁性層１２の両側端面における磁化の乱れ及びトラック幅領域内における磁化の乱れを抑制することができる。
【００４０】
また本ＧＭＲ素子１では、フリー磁性層１１のトラック幅方向の寸法ＦＷと強磁性層１２のトラック幅方向の寸法ＦＬの比（ＦＷ／ＦＬ）を１．１以上２．０以下とすることを別の特徴としている。ここで強磁性層１２のトラック幅方向の寸法ＦＬとは、図１に示す一対の強磁性層１２の合計寸法ＦＬ１＋ＦＬ２である。上記範囲内であれば、強磁性層１２との反平行結合によりフリー磁性層１１の両側端部１１ｂの磁化を適度に固定でき、且つ、フリー磁性層１１の中央部１１ａの磁化を外部磁界に対して回転し易くすることができる。これにより、再生波形の歪みや不安定性を抑制しつつ出力感度を上げることができ、さらにサイドリーディングの発生を防止することができる。なお、フリー磁性層１１の両側端部１１ｂ及び強磁性層１２間のＲＫＫＹ的な反平行結合を弱めれば、フリー磁性層１１の中央部１１ａの磁化がさらに回転し易くなり、より出力感度が向上する。フリー磁性層１１の両側端部１１ｂ及び強磁性層１２間の反平行結合の強さは、非磁性層１３の両側端部１３ｂの膜厚で調整可能である。
【００４１】
さらに本ＧＭＲ素子１では、第２反強磁性層１４上及び少なくとも第２反強磁性層１４から固定磁性層５までの各層の両側端面に接して電極層２０を形成することで、第２反強磁性層１４を介さずにセンス電流を供給することを別の特徴としている。このように第２反強磁性層１４を介さずにセンス電流を供給すれば、第２反強磁性層１４を介してセンス電流を供給していた従来よりも素子抵抗を低減することができる。この結果、高周波ノイズの発生を抑えることができ、ＳＮ比の向上につながる。
【００４２】
以下では、図２〜図８を参照し、図１に示すＧＭＲ素子１の製造方法について説明する。先ず、アルミナからなる下部ギャップ層２上に、シード層３と、第１反強磁性層４と、固定磁性層５を構成する第１固定磁性層５ａ、非磁性中間層５ｂ及び第２固定磁性層５ｃと、非磁性材料層６と、フリー磁性層１１と、非磁性層１３とを連続成膜する（図２）。この連続成膜工程は、スパッタや蒸着法等の薄膜形成プロセスを用い、同一真空成膜装置中で行なう。
【００４３】
シード層３は、ＮｉＦｅ合金、ＮｉＣｒ合金、ＮｉＦｅＣｒ合金又はＣｒ等から形成する。第１反強磁性層４は、ＰｔＭｎ合金又はＸ−Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｎｉ、Ｆｅのいずれか１種又は２種以上の元素である）合金で形成する。あるいは、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’（ただしＸ’は、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１又は２種以上の元素である）合金で形成する。これらの合金材料で第１反強磁性層４を形成すれば、後工程の磁場中アニール処理において、大きな交換結合磁界を発生させることができる。
【００４４】
第１固定磁性層５ａ及び第２固定磁性層５ｃは、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金又はＣｏＮｉ合金等の磁性材料によって形成することができ、同一の材料で形成されていることが好ましい。非磁性中間層５ｂは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１種又は２種以上で形成することができ、特にＲｕ又はＣｕで形成されることが好ましい。なお、固定磁性層５は、単層の強磁性材料層から形成してもよい。
【００４５】
非磁性材料層６は、例えばＣｕ、Ｃｒ、Ａｕ又はＡｇ等の導電性を有する非磁性材料によって形成することができる。特にＣｕによって形成されることが好ましい。フリー磁性層１１は、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金及びＣｏＦｅＮｉ合金のいずれかで形成することができる。非磁性層１３は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１種又は２種以上で形成することができ、特にＲｕ又はＣｕで形成されることが好ましい。この非磁性層１３は、図１の完成状態よりも厚い膜厚で成膜する。
【００４６】
非磁性層１３まで形成したら、第１の熱処理を行なう。すなわち、トラック幅Ｔｗと直交する方向（ハイト方向；図示Ｙ方向）に第１の磁界を印加しつつ第１の熱処理温度で熱処理し、第１反強磁性層４と第１固定磁性層５ａとの間に交換結合磁界を生じさせて第１固定磁性層５ａの磁化をハイト方向に固定する。
【００４７】
アニール処理を施したら、図３に示すように、低エネルギーイオンミリングにより非磁性層１３の表面イオンクリーニングを行なう。本実施形態の低エネルギーイオンミリングには、例えば１００〜２００ｅＶ程度で加速したＡｒイオンを用いる。この工程において、非磁性層１３は、該非磁性層１３を介してフリー磁性層１１と強磁性層１２との間に生じるＲＫＫＹ的結合エネルギーが反平行の第１ピーク値（又は第２ピーク値）となる膜厚に調整される。例えば非磁性層１３がＲｕから形成されている場合は６Å以上１２Å以下の膜厚に調整されることが好ましく、Ｃｕから形成されている場合は７Å以上１２Å以下の膜厚に調整されることが好ましい。なお、図３に示す矢印Ｈ方向はイオンミリング方向である。
【００４８】
続いて、図４に示すように、非磁性層１３上に強磁性層１２及び第２反強磁性層１４を連続成膜する。成膜にはスパッタや蒸着法を用いる。
【００４９】
強磁性層１２は、フリー磁性層１１と同一の材料で形成されることが好ましい。フリー磁性層１１と強磁性層１２が同一の材料で形成される場合は、フリー磁性層１１の単位面積あたりの磁気モーメントが強磁性層１２よりも大きくなるように、フリー磁性層１１よりも薄い膜厚で強磁性層１２が形成される。これらフリー磁性層１１及び強磁性層１２は、単層構造又は多層構造とすることができる。フリー磁性層１１及び強磁性層１２を両方とも単層構造とする場合は、該フリー磁性層１１及び強磁性層１２のうち少なくとも一方はＣｏＮｉＦｅ合金で形成することが好ましい。一方、フリー磁性層１１及び強磁性層１２を両方とも多層構造とする場合は、フリー磁性層１１をＮｉＦｅ合金とＣｏＦｅ合金とを順に積層した積層体で形成し、強磁性層１２をＣｏＦｅ合金とＮｉＦｅ合金とを順に積層した積層体で形成することが好ましい。
【００５０】
続いて、第２反強磁性層１４上にフォトレジスト液を塗布し、露光現像することによってトラック幅領域をパターニングして、このトラック幅領域に対応する位置に図５に示すレジスト層Ｒを形成する。このレジスト層Ｒはリフトオフ用のレジスト層である。レジスト層Ｒを形成したら、レジスト層Ｒのトラック幅方向の両側から第１反強磁性層４が露出するまでイオンミリングを行なう（図５）。図５に示す矢印Ｈ方向はイオンミリング方向である。なお、このイオンミリングは、シード層３又は下部ギャップ層２が露出するまで継続してもよい。
【００５１】
上記イオンミリング工程では、図５に点線で示される各層のトラック幅領域外の部分（レジスト層Ｒのトラック幅方向の両側から露出する第２反強磁性層１４、強磁性層１２、非磁性層１３、フリー磁性層１１、非磁性材料層６、固定磁性層５及び第１反強磁性層４の一部）を除去する。これにより、フリー磁性層１１のトラック幅方向の寸法ＦＷが規制されると共に、第２反強磁性層１４から第１反強磁性層４までの各層のトラック幅方向の両側端面が連続面αとされる。この連続面αが形成されると、フリー磁性層１１と強磁性層１２の両側端面１１ｃ、１２ｃにおいてフリー磁性層１１と強磁性層１２の間に静磁結合を生じさせることができ、この静磁結合によってフリー磁性層１１及び強磁性層１２の両側端部における反磁界の影響を軽減することができる。
【００５２】
続いて、図６に示すように、露出した第１反強磁性層４上に、第２反強磁性層１４から第１反強磁性層４までの両側端面に接触させて第１電極層２１を形成する。この第１電極層２１は、例えばＡｕ、Ｃｕ、α‐Ｔａ又はＣｒ等の比抵抗の小さい導電材料により形成することができる。
【００５３】
第１電極層２１を形成したら、リフトオフによりレジスト層Ｒを除去し、図７に示すように第１電極層２１及び第２反強磁性層１４上のトラック幅領域外範囲に第２電極層２２を形成する。すなわち、第１電極層２１及び第２反強磁性層１４上に第２電極層２２及びメタルマスク層２３を形成した後、反応性イオンエッチングにより、トラック幅領域内のメタルマスク層２３及び第２電極層２２を除去する。第２電極層２２は、第１電極層２１と同一の導電材料で形成されることが好ましい。なお、第２電極層２２はリフトオフ法を用いても形成することができる。リフトオフで形成する場合はメタルマスク層２３が不要である。
【００５４】
上記第２電極層２２にセンス電流が与えられると、該センス電流は比抵抗の小さい第１電極層２１を介して非磁性材料層６、固定磁性層５及びフリー磁性層１１を流れる。すなわち、電極層２０よりも比抵抗が極端に大きい第２反強磁性層１４を介さずに、センス電流を供給することができる。これにより、形成すべきＧＭＲ素子１の素子抵抗を良好に抑えることができ、高周波ノイズによるＳＮ比の低下を回避することができる。
【００５５】
第２電極層２２を形成したら、図８に示すように、メタルマスク層２３及び第２電極層２２をマスクとして反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）処理を行ない、トラック幅領域内の第２反強磁性層１４、強磁性層１２及び非磁性層１３を除去する。本実施形態では、トラック幅領域内の非磁性層１３（中央部１３ａ）の膜厚が３Å以下となった時点で該反応性イオンエッチングを終了する。なお、トラック幅領域内の非磁性層１３は全て除去してもよく、また、反応性イオンエッチングの替わりにイオンミリングを用いてもよい。
【００５６】
この反応性イオンエッチング工程によれば、図８の点線で示される部分が取り除かれ、凹部βが形成される。すなわち、フリー磁性層１１の両側端部１１ｂ上にのみ強磁性層１２と第２反強磁性層１４が存在し、この第２反強磁性層１４のトラック幅方向の間隔によってトラック幅Ｔｗが規制されると共に、強磁性層１２のトラック幅方向の寸法ＦＬが規制される。
【００５７】
本実施形態では、フリー磁性層１１の両側端部１１ｂの磁化を適度に固定し且つ中央部１１ａの磁化を外部磁界に対して回転し易くするため、フリー磁性層１１のトラック幅方向の寸法ＦＷと強磁性層１２のトラック幅方向の寸法ＦＬの比（ＦＷ／ＦＬ）を１．１以上２．０以下に設定する。
【００５８】
続いて、第２の熱処理を行なう。この工程では、上記第１の磁界と直交する方向（トラック幅方向）に、フリー磁性層１１と強磁性層１２の保磁力よりも大きく且つスピンフロップ磁界よりも小さい第２の磁界を印加しつつ、上記第１反強磁性層４のブロッキング温度よりも低い第２の熱処理温度で熱処理する。この熱処理により、強磁性層１２と第２反強磁性層１４との間に交換結合磁界が生じ、強磁性層１２の磁化方向は固定磁性層５の磁化方向に直交する方向へ固定され、フリー磁性層１１の磁化方向は強磁性層１２の磁化方向と反平行となる。この第２の熱処理は、図４に示す工程の直後に行なってもよい。以上の工程により、図１のＧＭＲ素子１が得られる。
【００５９】
図９は、本発明の第２実施形態によるＧＭＲ素子１００の構造を、記録媒体との対向面から見て示した部分断面図である。この第２実施形態は、第２反強磁性層１４を、下部反強磁性層１４ａ及び上部反強磁性層１４ｂから形成した点において、第１実施形態と異なる。図９では、第１実施形態と実質的に同一の構成要素には図１と同一符号を付してある。
【００６０】
下部反強磁性層１４ａと上部反強磁性層１４ｂの間には、非磁性保護層１５が介在していてもよい。非磁性保護層１５は、製造工程中に下部反強磁性層１４ａが酸化されないように設けた酸化防止層であり、３Å以下の膜厚に調整される。この非磁性保護層１５を構成する元素は、強磁性層１２と下部反強磁性層１４ａとの間に交換結合磁界を生じさせるための熱処理時に、下部反強磁性層１４ａ及び／又は上部反強磁性層１４ｂの内部に拡散し、下部反強磁性層１４ａ及び／又は上部反強磁性層１４ｂの内部に混在していてもよい。
【００６１】
上部反強磁性層１４ｂは、非磁性保護層１５を介して下部反強磁性層１４ａに結合され、下部反強磁性層１４ａと一体に機能する。下部反強磁性層１４ａは、該下部反強磁性層１４ａのみが成膜された段階では反強磁性特性を有さないように、２０Å以上５０Å以下の膜厚で形成されることが好ましい。また、下部反強磁性層１４ａ及び上部反強磁性層１４ｂの合計膜厚は、熱処理によって強磁性層１２と下部反強磁性層１４ａとの間に大きな交換結合磁界が生じるように、８０Å以上３００Å以下であることが好ましい。
【００６２】
下部反強磁性層１４ａ及び上部反強磁性層１４ｂは、同一材料で形成されることが好ましく、ＰｔＭｎ合金又はＸ−Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｎｉ、Ｆｅのいずれか１種又は２種以上の元素である）合金で形成される。あるいは、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’（ただしＸ’は、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１又は２種以上の元素である）合金で形成される。一方、非磁性保護層１５は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１種又は２種以上で形成することができ、特にＲｕ又はＣｒで形成されることが好ましい。上記下部反強磁性層１４ａ及び上部反強磁性層１４ｂの材料と上記非磁性保護層１５の材料の組み合わせによれば、熱処理によって非磁性保護層１５を構成する元素が下部反強磁性層１４ａ及び／又は上部反強磁性層１４ｂ内部に拡散される結果、下部反強磁性層１４ａ及び／又は上部反強磁性層１４ｂの境界面近傍で非磁性保護層１５の元素の濃度が部分的に高くなっていても、下部／上部反強磁性層１４ａ、１４ｂは一体として機能し、強磁性層１２との間に大きな交換結合磁界を発生させることができる。
【００６３】
以下では、図１０〜図１３を参照し、図９に示すＧＭＲ素子１００の製造方法について説明する。先ず、アルミナからなる下部ギャップ層２上に、シード層３と、第１反強磁性層４と、固定磁性層５を構成する第１固定磁性層５ａ、非磁性中間層５ｂ及び第２固定磁性層５ｃと、非磁性材料層６と、フリー磁性層１１、非磁性層１３と、強磁性層１２と、下部反強磁性層１４ａと、非磁性保護層１５とを連続成膜する（図１０）。この連続成膜工程は、スパッタや蒸着法等の薄膜形成プロセスを用い、同一真空成膜装置中で行なう。
【００６４】
シード層３、第１反強磁性層４、第１固定磁性層５ａ、非磁性中間層５ｂ、第２固定磁性層５ｃ、非磁性材料層６、フリー磁性層１１、非磁性層１３及び強磁性層１２の材料及び膜厚は、第１実施形態と同様であるから、説明を省略する。
【００６５】
下部反強磁性層１４ａは、第１反強磁性層４と同様に、ＰｔＭｎ合金又はＸ−Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｎｉ、Ｆｅのいずれか１種又は２種以上の元素である）合金で形成する。あるいは、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’（ただしＸ’は、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１又は２種以上の元素である）合金で形成する。この下部反強磁性層１４ａは、２０Å以上５０Å以下の膜厚で形成されることが好ましい。この範囲内であれば、下部反強磁性層１４ａのみが強磁性層１２上に形成されている状態で熱処理が施されても、強磁性層１２と下部反強磁性層１４ａ間に交換結合磁界が生じない（あるいは生じても弱い）。
【００６６】
非磁性保護層１５は、下部反強磁性層１４ａが酸化されないように設けた保護層（酸化防止層）であり、３Å以上１０Å以下の膜厚で形成されることが好ましい。この非磁性保護層１５は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１種又は２種以上で形成することができる。特にＲｕ又はＣｒで形成されることが好ましい。
【００６７】
非磁性保護層１５まで形成したら、第１の熱処理を行なう。すなわち、トラック幅Ｔｗと直交する方向（ハイト方向；図示Ｙ方向）に第１の磁界を印加しつつ第１の熱処理温度で熱処理し、第１反強磁性層４と第１固定磁性層５ａとの間に交換結合磁界を生じさせて第１固定磁性層５ａの磁化方向を固定する。このとき、下部反強磁性層１４ａは上述したように反強磁性特性を有さない薄い膜厚で形成されているため、第１の熱処理が施されても規則化しにくく、下部反強磁性層１４ａと強磁性層１２間には交換結合磁界が生じない（あるいは生じても弱い）。
【００６８】
続いて、図１１に示すように、低エネルギーイオンミリングにより非磁性保護層１５の表面クリーニングを行なう。このとき、非磁性保護層１５の膜厚は３Å以下に調整される。
【００６９】
続いて、図１２に示すように、非磁性保護層１５を介して下部反強磁性層１４ａ上に、上部反強磁性層１４ｂを形成する。上部反強磁性層１４ｂは、該上部反強磁性層１４ｂと下部反強磁性層１４ａの合計膜厚が８０Å以上３００Å以下となる膜厚で形成されることが好ましい。この範囲内であれば、下部反強磁性層１４ａと上部反強磁性層１４ｂが第２反強磁性層１４として一体に機能し、熱処理により下部反強磁性層１４ａと強磁性層１２との間に大きな交換結合磁界を発生させることができる。なお、図１１の低エネルギーイオンミリング工程で非磁性保護層１５を全て除去した場合には、下部反強磁性層１４ａ上に直接、上部反強磁性層１４ｂを形成する。
【００７０】
上部反強磁性層１４ｂを形成したら、上部反強磁性層１４ｂ上に図１３に示すレジスト層Ｒを形成し、レジスト層Ｒのトラック幅方向の両側から第１反強磁性層１４が露出するまでイオンミリングを行なう（図１３）。図１３に示す矢印Ｈ方向はイオンミリング方向である。このイオンミリング工程では、図１３に点線で示される各層のトラック幅領域外の部分が取り除かれる。これにより、フリー磁性層１１のトラック幅方向の寸法が寸法ＦＷに規制されると共に、上部反強磁性層１４ｂから第１反強磁性層４までの各層の両側端面が連続面αとされてフリー磁性層１１と強磁性層１２の両側端面１１ｃ、１２ｃでは両層間に静磁結合が生じる。なお、上記イオンミリングは、シード層３又は下部ギャップ層２が露出するまで継続してもよい。
【００７１】
続いて、上述した第１実施形態と同様の工程（図６〜図８）で、第１電極層２１及び第２電極層２２を形成し、トラック幅領域内の上部反強磁性層１４ｂ、非磁性保護層１５、下部反強磁性層１４ａ、強磁性層１２及び非磁性層１３を除去する。この結果、上部反強磁性層１４ｂ、非磁性保護層１５及び下部反強磁性層１４ａの間隔によってトラック幅寸法Ｔｗが規制されると共に、強磁性層１２のトラック幅方向の寸法が寸法ＦＬに規制される。
【００７２】
そして、第２の熱処理を行なう。この工程では、上記第１の磁界と直交する方向（トラック幅方向）に第２の磁界を印加しつつ、上記第１反強磁性層４のブロッキング温度よりも低い第２の熱処理温度で熱処理する。この熱処理時には、非磁性保護層１５を構成する元素が下部反強磁性層１４ａ及び／又は上部反強磁性層１４ｂの内部に拡散され、下部反強磁性層１４ａ及び／又は上部反強磁性層１４ｂの内部に混在されてもよい。なお、この第２の熱処理は、図１２に示す工程の直後に行なってもよい。以上の工程により、図９に示すＧＭＲ素子１００が得られる。
【００７３】
上記各実施形態では、第１電極層２１と第２電極層２２から電極層２０を形成しているが、単層構造としてもよい。すなわち、第１電極層２１のみを形成する態様であっても第２電極層２２のみを形成する態様であってもよい。第２電極層２２のみを形成する場合は、図５又は図１３に示す工程で連続面αを形成した後、レジスト層Ｒを除去し、図１４に示すように第２反強磁性層１４のトラック幅領域外上及び連続面α上に第２電極層２２を形成する。上記いずれの態様でも、第２反強磁性層１４を介さずにセンス電流を供給することができ、素子抵抗を良好に抑えることができる。また電極層２０（第２電極層２２）は、図１５に示すようにフリー磁性層１１側の端部がオーバーレイしていてもよい。このオーバーレイ構造をとれば、素子抵抗をさらに低減することができ、またサイドリーディングの発生を良好に防止することができる。
【００７４】
また、上記各実施形態では、フリー磁性層１１と強磁性層１２間の反平行結合が適度に弱くなるように非磁性層１３の両側端部１３ｂの膜厚を調整することで、フリー磁性層１１の中央部１１ａをより回転し易くし、さらに出力感度を高めることが可能である。フリー磁性層１１と強磁性層１２間にはトラック幅方向の両側端部位置において静磁結合が生じているから、フリー磁性層１１と強磁性層１２間の反平行結合を弱めても、サイドリーディングの発生を良好に防止することができる。
【００７５】
以上の本ＧＭＲ素子１（１００）は、再生用薄膜磁気ヘッドのみでなく、この再生用薄膜磁気ヘッド上にさらに記録用のインダクティブヘッドを積層した録再用薄膜磁気ヘッドにも適用可能である。また各種の磁気センサとして用いることもできる。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、少なくともフリー磁性層、非磁性層及び強磁性層のトラック幅方向の両側端面を連続面としたので、該両側端面においてフリー磁性層と強磁性層との間に静磁結合が生じ、この静磁結合によりフリー磁性層及び強磁性層に加わる反磁界の影響を軽減することができる。よって、狭トラック化を実現するためにフリー磁性層のトラック幅方向の寸法を短くしても、トラック幅領域内における磁化の乱れを抑制することができ、出力感度を向上させることができる。また本発明によれば、フリー磁性層及び強磁性層のトラック幅方向の寸法の比（ＦＷ／ＦＬ）を１．１以上２．０以下に規定したので、再生波形の歪みや不安定性を良好におさえつつ、出力感度を高めることができる。さらに本発明によれば、比抵抗の大きい第２反強磁性層を介さずにセンス電流を供給するので、素子抵抗を良好に抑えることができ、この結果、高周波ノイズを抑制してＳＮ比を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）の構造を、記録媒体との対向面から見て示す部分断面図である。
【図２】図１に示すＧＭＲ素子の製造方法の一工程図である。
【図３】図２に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図４】図３に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図５】図４に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図６】図５に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図７】図６に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図８】図７に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図９】本発明の第２実施形態によるＧＭＲ素子の構造を、記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図である。
【図１０】図９に示すＧＭＲ素子の製造方法の一工程図である。
【図１１】図１０に示すＧＭＲ素子の製造方法の一工程図である。
【図１２】図１１に示すＧＭＲ素子の製造方法の一工程図である。
【図１３】図１２に示すＧＭＲ素子の製造方法の一工程図である。
【図１４】別の態様による第２電極層を示す部分断面図である。
【図１５】さらに別の態様による第２電極層を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１ ＧＭＲ素子
２ 下部ギャップ層
３ シード層
４ 第１反強磁性層
５ 固定磁性層
５ａ 第１固定磁性層
５ｂ 非磁性中間層
５ｃ 第２固定磁性層
６ 非磁性材料層
１１ フリー磁性層
１１ａ 中央部
１１ｂ 両側端部
１２ 強磁性層
１３ 非磁性層
１３ａ 中央部
１３ｂ 両側端部
１４ 第２反強磁性層
１５ 非磁性保護層
２０ 電極層
２１ 第１電極層
２２ 第２電極層
２３ メタルマスク層
Ｒ レジスト層
Ｈ イオンミリング方向
Ｔｗ トラック幅
ＦＷ フリー磁性層のトラック幅方向の寸法
ＦＬ 強磁性層のトラック幅方向の合計寸法
【発明の技術分野】
本発明は、ハードディスク装置や磁気センサ等に用いられる巨大磁気抵抗効果素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
ハードディスク装置や磁気センサ等に用いられる巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子では、近年の高記録密度化に伴い、高出力感度化及び狭トラック化が進められている。
【０００３】
出力感度を向上させるために従来では、フリー磁性層の膜厚を薄くすることで、フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメント（Ａｒｅａｌ ｍｏｍｅｎｔ）を小さくし、該磁気モーメントの磁化回転を容易にしている。しかし、フリー磁性層の膜厚が薄くなると、バルクハウゼンノイズや熱ゆらぎノイズ等が増大する結果、出力感度は上がってもＳＮ比を上げられないという弊害が生じてしまう。また従来では、フリー磁性層のバイアス方式として永久磁石膜によるハードバイアス方式が用いられているが、ハードバイアス方式では永久磁石膜に隣接するフリー磁性層の両側端部が強固に磁化固定されるため不感領域が生じ、狭トラック化が進められるとトラック幅領域全域が不感領域となってしまう虞がある。このため、永久磁石膜によるハードバイアス方式では、高記録密度化への適応が難しいと予測されている。
【０００４】
そこで、最近では、フリー磁性層のバイアス方式にエクスチェンジバイアス方式を採用することが提案されている。周知のようにＧＭＲ素子は、第１反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層とを順に積層形成した構造を有するもので、エクスチェンジバイアス方式を適用した場合には、さらにフリー磁性層の両側端部上に第２反強磁性層及び電極層が積層形成され、第２反強磁性層のトラック幅方向の間隔によりＧＭＲ素子のトラック幅が規制される。このエクスチェンジバイアス方式を用いれば、不感領域がなくなり、狭トラック化が進められても出力感度を良好に確保することができると考えられている。
【０００５】
しかしながら、フリー磁性層内部の隣接するスピン間には、該隣接するスピンの向きを平行にしようとする交換相互作用が働いており、スピンが外部磁界の強さに応じた角度だけ回転するためには、該隣接スピン間に生じた交換相互作用の強さに応じた距離を要する。この交換相互作用の強さは交換スティフネス定数（交換相互作用定数）によって表すことができ、交換スティフネス定数が大きくなるほど、スピンが急激に向きを変えることができず、スピンの回転に要する距離が長くなる。このようにスピンの回転に要する距離が長くなると、トラック幅領域端部での磁化固定が中央部まで強く媒介される結果、出力感度が低下してしまう。この傾向はトラック幅寸法が短くなるほど顕著になり、エクスチェンジバイアス方式を用いていても出力感度を良好に確保することが難しい。この改善策としては交換スティフネス定数の小さい材料によってフリー磁性層を形成することが考えられるが、交換スティフネス定数の小さい材料を用いるとキュリー温度が低くなってしまうため好ましくない。また、材料の選定だけでは限界がある。
【０００６】
さらに、エクスチェンジバイアス方式を用いた場合には、以下の問題がある。すなわち、電極層よりも極端に比抵抗の大きい反強磁性層を介してセンス電流がフリー磁性層に流れるため、素子抵抗が大きくなってしまう。素子抵抗が大きくなると、インピーダンスも大きくなるため高周波ノイズが発生しやすく、出力感度が向上してもＳＮ比をあげることができない。
【０００７】
【発明の目的】
本発明は、従来におけるエクスチェンジバイアス方式を用いた際の問題意識に基づき、狭トラック化が進められても出力感度を良好に確保できる巨大磁気抵抗効果素子及びその製造方法を得ることを目的とする。また本発明は、素子抵抗を低減可能な巨大磁気抵抗効果素子及びその製造方法を得ることを目的とする。
【０００８】
【発明の概要】
本発明は、フリー磁性層のトラック幅方向に生じる反磁界を利用すれば出力感度を高められること、及び、反強磁性層を介さずにセンス電流を供給すれば素子抵抗を低減できることに着目してなされたものである。
【０００９】
本発明は、第１反強磁性層；前記第１反強磁性層上に形成され、該第１反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定された固定磁性層；前記固定磁性層上に形成された非磁性材料層；前記非磁性材料層上に形成され、外部磁界に応じて中央部の磁化方向が変化するフリー磁性層；前記フリー磁性層のトラック幅方向の両側端部上に形成された非磁性層；前記非磁性層上に形成された強磁性層；及び前記強磁性層上に形成され、該強磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向に直交する方向へ揃える第２反強磁性層を備え、前記非磁性層を介して前記フリー磁性層と強磁性層の磁化方向が反平行をなし、少なくとも前記フリー磁性層、前記非磁性層及び前記強磁性層のトラック幅方向の両側端面が連続面をなしていることを特徴としている。
【００１０】
上記構成によれば、フリー磁性層及び強磁性層の両側端面で両層間に静磁結合が生じ、この静磁結合によりフリー磁性層のトラック幅方向に加わる反磁界が弱められる。すなわち、狭トラック化により反磁界が増大しても、フリー磁性層及び強磁性層の磁化の乱れを良好に抑制でき、再生波形の安定性を良好に確保することができる。また、フリー磁性層の両側端部及び強磁性層の磁化方向が第２反強磁性層により強固に固定されているため、狭トラック化により反磁界が増大してもサイドリーディングの発生する虞がない。
【００１１】
フリー磁性層のトラック幅方向の寸法ＦＷと強磁性層のトラック幅方向の寸法ＦＬは、その比ＦＷ／ＦＬが１．１以上２．０以下であることが好ましい。上記範囲内であれば、トラック幅領域（フリー磁性層の中央部）の磁化を外部磁界に対して回転し易くすることができ、出力感度が向上する。なお、強磁性層のトラック幅方向の寸法ＦＬは、各強磁性層のトラック幅方向の寸法ＦＬ１、ＦＬ２の合計寸法ＦＬ１＋ＦＬ２とする。
【００１２】
以上の巨大磁気抵抗効果素子は、第２反強磁性層上及び該第２反強磁性層から固定磁性層までの各層のトラック幅方向の両側端面に接して形成された電極層を備えることが好ましい。この電極層は、固定磁性層から第２反強磁性層までの各層のトラック幅方向の両側端面に接して形成された第１電極層と、この第１電極層及び第２反強磁性層上に形成された第２電極層とから形成することができる。これらの構成によれば、電極層を形成する導電材料よりも比抵抗が極端に大きい第２反強磁性層を介さずに、センス電流を供給することができる。よって、素子抵抗を良好に抑制することができ、この結果、高周波ノイズの発生が抑えられてＳＮ比が向上する。
【００１３】
第２反強磁性層は、強磁性層上に積層された下部反強磁性層と上部反強磁性層から形成することができる。この場合、下部反強磁性層は、２０Å以上５０Å以下の膜厚であることが好ましい。この範囲内で下部反強磁性層が形成されれば、該下部反強磁性層のみが成膜された段階（上部反強磁性層が形成されていない状態）で、下部反強磁性層は反強磁性特性を有さない。よって、固定磁性層の磁化方向を固定するための第１の熱処理を行っても、下部反強磁性層と強磁性層との間に交換結合磁界が生じることがない。あるいは生じても弱い。これに対し、下部反強磁性層上に上部反強磁性層が形成されている状態では、熱処理によって強磁性層と下部反強磁性層との間に大きな交換結合磁界を生じさせるため、下部反強磁性層と上部反強磁性層の合計膜厚が８０Å以上３００Å以下であることが好ましい。
【００１４】
下部反強磁性層と上部反強磁性層との間には、非磁性保護層が介在していてもよい。あるいは、非磁性保護層を構成する元素が下部反強磁性層または上部反強磁性層の内部に混在していてもよい。ただし、非磁性保護層の膜厚は、下部反強磁性層と上部反強磁性層とが一体の反強磁性層として機能できるように、３Å以下であることが好ましい。非磁性保護層または非磁性保護層を構成する元素は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのいずれか１種または２種以上であることが好ましい。なお、上記非磁性保護層は、製造工程中に下部反強磁性層の表面が酸化されないように保護する酸化防止層として機能する。
【００１５】
本発明による巨大磁気抵抗効果素子の製造方法は、第１の態様では、（ａ）基板上に、第１反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層及び非磁性層を順次積層する工程；（ｂ）第１の熱処理を行ない、前記第１反強磁性層と前記固定磁性層の間に交換結合磁界を生じさせて該固定磁性層の磁化方向を固定する工程；（ｃ）低エネルギーイオンミリングにより前記非磁性層の表面クリーニングを行なう工程；（ｄ）前記非磁性層上に強磁性層及び第２反強磁性層を順次積層する工程；（ｅ）前記第２反強磁性層上に、トラック幅領域に対応する範囲に位置させてレジスト層を形成する工程；（ｆ）少なくとも前記第２反強磁性層、前記強磁性層、前記非磁性層及び前記フリー磁性層の、前記レジスト層のトラック幅方向の両側から露出する部分を除去する工程；（ｇ）前記レジスト層を除去し、前記第２反強磁性層上のトラック幅領域外に電極層を形成する工程；（ｈ）前記電極層をマスクとしてエッチングを行ない、トラック幅領域内の前記第２反強磁性層、前記強磁性層及び前記非磁性層の一部を除去する工程；及び（ｉ）第２の熱処理を行ない、前記第２反強磁性層と前記強磁性層の間に交換結合を生じさせて該強磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向に直交する方向へ固定する工程；を有し、前記（ａ）及び前記（ｄ）工程では、前記フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントが前記強磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントよりも大きくなるように前記フリー磁性層及び前記強磁性層を形成し、前記（ｃ）工程では、前記低イオンエネルギーミリングにより、前記非磁性層を、前記フリー磁性層と前記強磁性層との間に生じるＲＫＫＹ的な結合エネルギーが反平行の第１ピーク値又は第２ピーク値となる膜厚まで削り、前記（ｆ）工程では、前記第２反強磁性層から前記フリー磁性層までの各層のトラック幅方向の両側端面を連続面とすることを特徴としている。
【００１６】
また本発明の第２の態様では、（ｍ）基板上に、第１反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性層、強磁性層、下部反強磁性層及び非磁性保護層を順次積層する工程；（ｎ）第１の熱処理を行ない、前記第１反強磁性層と前記固定磁性層の間に交換結合磁界を生じさせて該固定磁性層の磁化方向を固定する工程；（ｏ）低エネルギーイオンミリングにより前記非磁性保護層の表面クリーニングを行なう工程；（ｐ）前記非磁性保護層上に上部反強磁性層を積層する工程；（ｒ）前記上部反強磁性層上に、トラック幅領域に対応する範囲に位置させてレジスト層を形成する工程；（ｓ）少なくとも前記上部反強磁性層、前記非磁性保護層、前記下部反強磁性層、前記強磁性層、前記非磁性層及び前記フリー磁性層の、前記レジスト層のトラック幅方向の両側から露出する部分を除去する工程；（ｔ）前記レジスト層を除去し、前記上部反強磁性層上のトラック幅領域外に電極層を形成する工程；（ｕ）前記電極層をマスクとしてエッチングを行ない、トラック幅領域内の前記上部反強磁性層、前記非磁性保護層、前記下部反強磁性層、前記強磁性層及び前記非磁性層の一部を除去する工程；及び（ｖ）第２の熱処理を行ない、前記下部反強磁性層と前記強磁性層との間に交換結合を生じさせて該強磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向に直交する方向へ固定する工程；を有し、前記（ｍ）工程では、前記フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントが前記強磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントよりも大きくなるように前記フリー磁性層及び前記強磁性層を形成し、且つ、前記非磁性層を前記フリー磁性層と前記強磁性層との間に生じるＲＫＫＹ的な結合エネルギーが反平行の第１ピーク値又は第２ピーク値となる膜厚で形成し、前記（ｓ）工程では、前記上部反強磁性層から前記フリー磁性層までの各層のトラック幅方向の両側端面を連続面とすることを特徴としている。
【００１７】
前記フリー磁性層のトラック幅方向の寸法ＦＷと前記強磁性層の同方向の寸法ＦＬの比（ＦＷ／ＦＬ）は、高出力感度が得られるように、１．１以上２．０以下とすることが好ましい。
【００１８】
上記各態様において、電極層は、第２反強磁性層から固定磁性層までの両側端面に接する第１電極層と、この第１電極層及び第２反強磁性層上に位置する第２電極層とから形成することができる。すなわち、第１の態様では、（ｇ）工程に替えて、（ｊ）少なくとも前記第２反強磁性層から前記固定磁性層までの各層のトラック幅方向の両側端面に接触させて第１電極層を形成する工程と、（ｋ）レジスト層を除去する工程と、（ｌ）前記第１電極層上及び前記第２反強磁性層のトラック幅領域外上に第２電極層を形成する工程とを有することができる。第２の態様では、（ｔ）工程に替えて、（ｗ）少なくとも前記第２反強磁性層から前記固定磁性層までの各層のトラック幅方向の両側端面に接触させて第１電極層を形成する工程と、（ｘ）レジスト層を除去する工程と、（ｙ）前記第１電極層上及び前記上部反強磁性層のトラック幅領域外上に第２電極層を形成する工程とを有することができる。
【００１９】
下部反強磁性層は、２０Å以上５０Å以下の膜厚で成膜することが好ましい。この範囲内であれば、該下部反強磁性層のみが成膜された段階（上部反強磁性層が形成されていない段階）で、下部反強磁性層は反強磁性特性を有さない。よって、固定磁性層の磁化方向を固定するための第１の熱処理を行っても、下部反強磁性層と強磁性層との間に交換結合磁界が生じることがない。あるいは生じても弱い。これに対し、下部反強磁性層上に上部反強磁性層が形成された段階では、熱処理が施されたときに強磁性層と下部反強磁性層との間に大きな交換結合磁界を生じさせるため、下部反強磁性層と上部反強磁性層の合計膜厚を８０Å以上３００Å以下とすることが好ましい。
【００２０】
非磁性保護層は、下部反強磁性層の酸化を防止できるように且つ容易に除去できるように、３Å以上１０Å以下の膜厚で成膜することが好ましく、低エネルギーイオンミリング時に３Å以下の膜厚に調整されることが好ましい。この場合には、非磁性保護層を介して下部反強磁性層と上部反強磁性層とが結合され、該下部反強磁性層及び上部反強磁性層が一体の反強磁性層として機能する。
【００２１】
フリー磁性層及び強磁性層は、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金及びＣｏＦｅＮｉ合金のいずれかで形成することができる。これらフリー磁性層及び強磁性層は、同一の磁性材料で形成されることが好ましい。フリー磁性層及び強磁性層が同一の磁性材料で形成される場合には、フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントを強磁性層よりも大きくするため、強磁性層の膜厚をフリー磁性層よりも薄くする。また、フリー磁性層及び強磁性層のそれぞれを単層で形成する場合は、該フリー磁性層及び強磁性層のうち少なくとも一方がＣｏＦｅＮｉ合金で形成されていることが好ましい。さらに、フリー磁性層及び強磁性層のそれぞれを多層により形成する場合は、フリー磁性層がＮｉＦｅ合金層とＣｏＦｅ合金層とからなる積層体で形成され、強磁性層がＣｏＦｅ合金層とＮｉＦｅ合金層とからなる積層体で形成されていることが好ましい。
【００２２】
非磁性層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１種又は２種以上で形成されていることが好ましく、特にＲｕやＣｕで形成されるのがよい。
【００２３】
第１反強磁性層及び／又は第２反強磁性層は、ＰｔＭｎ合金、Ｘ−Ｍｎ（ただし、ＸはＰｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｎｉ、Ｆｅのいずれか１種又は２種以上の元素である）合金、又はＰｔ−Ｍｎ−Ｘ’（ただし、Ｘ’はＰｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１種又は２種以上の元素である）合金で形成されていることが好ましい。これら合金により第１反強磁性層及び／又は第２反強磁性層が形成されれば、熱処理により、第１反強磁性層と固定磁性層との間及び／又は第２反強磁性層と強磁性層との間に大きな交換結合磁界を生じさせることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明を説明する。各図において、Ｘ方向はトラック幅方向、Ｙ方向は記録媒体からの漏れ磁界方向、Ｚ方向は記録媒体の移動方向及び巨大磁気抵抗効果素子を構成する各層の積層方向である。
【００２５】
図１は、本発明の第１実施形態における巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子１の構造を、記録媒体との対向面側から見て示す模式断面図である。ＧＭＲ素子１は、例えばハードディスク装置の薄膜磁気ヘッドに用いられ、ＧＭＲ効果を利用して記録媒体からの漏れ磁界を検出する。
【００２６】
ＧＭＲ素子１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁材料からなる下部ギャップ層２上に形成されていて、下部ギャップ層２側から順に、シード層３、第１反強磁性層４、固定磁性層５、非磁性材料層６、フリー磁性層１１、非磁性層１３、強磁性層１２、第２反強磁性層１４及び電極層２０を有している。非磁性層１３、強磁性層１２及び第２反強磁性層１４は、フリー磁性層１１の縦バイアス層である。図示されていないが、下部ギャップ層２の下には、アルチック基板側から順に、アルミナからなるアンダーコート層、ＴａやＮｉＦｅ合金等からなる下地層、ＮｉＦｅ系合金等の磁性材料からなる下部シールド層が形成されていてもよい。
【００２７】
シード層３は、第１反強磁性層４及び該第１反強磁性層上に積層される各層の結晶成長を整えるための下地層であり、ＮｉＦｅ合金、ＮｉＣｒ合金、ＮｉＦｅＣｒ合金又はＣｒ等で形成される。このシード層３と下部ギャップ層２との間には、Ｔａ等からなる下地層が形成されていてもよく、シード層３の代わりに上記下地層が形成されていてもよい。
【００２８】
第１反強磁性層４は、熱処理により固定磁性層５との間に大きな交換結合磁界を発生させ、固定磁性層５の磁化方向を図示Ｙ方向に固定する。この第１反強磁性層４は、ＰｔＭｎ合金又はＸ−Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｎｉ、Ｆｅのいずれか１種又は２種以上の元素である）合金で形成される。あるいは、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’（ただしＸ’は、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１又は２種以上の元素である）合金で形成される。これらの合金は、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、熱処理が施されるとＣｕＡｕＩ（ＣｕＡｕ１）型の規則型の面心正方構造（ｆｃｔ）に構造変態する。よって、上記合金を用いて第１反強磁性層４を形成すれば、熱処理を施すことで、固定磁性層５との間に大きな交換結合磁界を生じさせることができる。
【００２９】
固定磁性層５は、第１固定磁性層５ａ、非磁性中間層５ｂ及び第２固定磁性層５ｃからなる積層フェリピンド構造をなしており、第１固定磁性層５ａの磁化が第１反強磁性層４との交換結合によりハイト方向に固定され、第２固定磁性層５ｃの磁化が非磁性中間層５ｂを介して第１固定磁性層５ａの磁化方向と１８０°異なる向き（反平行）に固定されている。このように固定磁性層５が積層フェリピンド構造をとれば、非磁性中間層５ｂを介して生じる第１及び第２固定磁性層５ａ、５ｃ間の反平行結合と、第１固定磁性層５ａ及び第１反強磁性層４間の交換結合との相乗効果により、固定磁性層５の磁化方向をより安定に固定することができる。なお、固定磁性層５を単層構造としてもよいのは勿論である。
【００３０】
上記第１及び第２固定磁性層５ａ、５ｃは、強磁性材料により形成されるもので、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金又はＣｏＮｉ合金等によって形成される。特に、ＣｏＦｅ合金又はＣｏによって形成されることが好ましい。また、第１固定磁性層５ａ及び第２固定磁性層５ｃは、同一の材料で形成されることが好ましい。非磁性中間層５ｂは、非磁性材料により形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１種又は２種以上で形成することができる。特にＲｕ又はＣｕで形成されることが好ましい。
【００３１】
非磁性材料層６は、固定磁性層５とフリー磁性層１１との磁気的な結合を防止する層であると共に、センス電流が主に流れる層である。この非磁性材料層６は、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｕ又はＡｇ等の導電性を有する非磁性材料によって形成される。特にＣｕによって形成されることが好ましい。
【００３２】
フリー磁性層１１は、外部磁界に応じて磁化回転可能な中央部（トラック幅領域）１１ａと、この中央部１１ａのトラック幅方向の両側に設けた両側端部１１ｂとを有している。このフリー磁性層１１は、単位面積あたりの磁気モーメント（磁気的膜厚）が強磁性層１２よりも大きくなるように形成されている。なお、単位面積あたりの磁気モーメントの大きさは、飽和磁化Ｍｓと膜厚ｔの積で表すことができる。
【００３３】
非磁性層１３は、フリー磁性層１１の中央部１１ａ及び両側端部１１ｂ上に位置する中央部１３ａ及び両側端部１３ｂからなり、この両側端部１３ｂ上に強磁性層１２が形成されている。非磁性層１３の両側端部１３ｂは、フリー磁性層１１の両側端部１１ｂと強磁性層１２との間に生じるＲＫＫＹ的な結合エネルギーが反平行の第１ピーク値又は第２ピーク値となる膜厚で形成されている。すなわち、非磁性層１３の両側端部１３ｂを介してフリー磁性層１１の両側端部１１ｂと強磁性層１２は反平行結合されており、フリー磁性層１１及び強磁性層１２の磁化方向は反平行となっている。この非磁性層１３は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１種又は２種以上で形成することができ、特にＲｕ又はＣｕで形成されることが好ましい。本実施形態では非磁性層１３がフリー磁性層１１上に全面的に形成されているが、フリー磁性層１１の両側端部１１ｂ上にのみ形成されていてもよい。
【００３４】
フリー磁性層１１及び強磁性層１２は、強磁性材料によって形成されるもので、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等で形成することができる。これらフリー磁性層１１及び強磁性層１２は同一材料で形成されることが好ましく、同一材料を用いる場合は、フリー磁性層１１の単位面積あたりの磁気モーメントが強磁性層１２よりも大きくなるように強磁性層１２の膜厚をフリー磁性層１１よりも薄くする。また、フリー磁性層１１及び強磁性層１２を両方とも単層構造とする場合は、該フリー磁性層１１及び強磁性層１２のうち少なくとも一方はＣｏＮｉＦｅ合金で形成することが好ましい。一方、フリー磁性層１１及び強磁性層１２を両方とも多層構造とする場合は、フリー磁性層１１をＮｉＦｅ合金とＣｏＦｅ合金とを順に積層した積層体で形成し、強磁性層１２をＣｏＦｅ合金とＮｉＦｅ合金とを順に積層した積層体で形成することが好ましい。
【００３５】
第２反強磁性層１４は、強磁性層１２上に形成されていて、熱処理により強磁性層１２との間に交換結合磁界を生じさせ、強磁性層１２の磁化方向をトラック幅方向（図１の左から右方向）に固定する。強磁性層１２の磁化が固定されると、非磁性層１３の両側端部１３ｂを介してフリー磁性層１１の両側端部１１ｂの磁化が強磁性層１２の磁化方向と逆向き（図１の右から左方向；反平行）に固定され、この両側端部１１ｂで挟まれた中央部１１ａの磁化方向が強磁性層１２と反平行に揃えられる。本実施形態では、第２反強磁性層１４のトラック幅方向の間隔がトラック幅Ｔｗを規制しており、該トラック幅Ｔｗとフリー磁性層１１の中央部１１ａのトラック幅方向における寸法が一致している。
【００３６】
第２反強磁性層１４は、上述した第１反強磁性層４と同様、ＰｔＭｎ合金又はＸ−Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｎｉ、Ｆｅのいずれか１種又は２種以上の元素である）合金で形成される。あるいは、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’（ただしＸ’は、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１又は２種以上の元素である）合金で形成される。
【００３７】
電極層２０は、第１反強磁性層４上に該第１反強磁性層４、固定磁性層５、非磁性材料層６、フリー磁性層１１及び第２反強磁性層１４のトラック幅方向の両側端面に接して形成された第１電極層２１と、この第１電極層２１及び第２反強磁性層１４上に形成された第２電極層２２とを有している。これら第１電極層２１及び第２電極層２２は、例えばＡｕ、Ｃｕ、α‐Ｔａ又はＣｒ等の比抵抗の小さい導電材料により形成される。第２電極層２２に与えられたセンス電流は、第１電極層２１を介して非磁性材料層６、フリー磁性層１１及び固定磁性層５に流れる。
【００３８】
図示されていないが、第２電極層２２及び非磁性層１３の中央部１３ａ上には、例えばアルミナからなる上部ギャップ層を介して、上部シールド層が形成されている。
【００３９】
以上の本ＧＭＲ素子１は、少なくともフリー磁性層１１、非磁性層１３及び強磁性層１２のトラック幅方向の両側端面が連続面αをなしていることを特徴の一つとしている。このように上記両側端面が連続していれば、該両側端面においてフリー磁性層１１と強磁性層１２との間に静磁結合を生じさせることができ、この静磁結合によりフリー磁性層１１のトラック幅方向に加わる反磁界を弱めることができる。よって、狭トラック化によりフリー磁性層１１のトラック幅方向の寸法ＦＷが短くなっても、フリー磁性層１１及び強磁性層１２の両側端面における磁化の乱れ及びトラック幅領域内における磁化の乱れを抑制することができる。
【００４０】
また本ＧＭＲ素子１では、フリー磁性層１１のトラック幅方向の寸法ＦＷと強磁性層１２のトラック幅方向の寸法ＦＬの比（ＦＷ／ＦＬ）を１．１以上２．０以下とすることを別の特徴としている。ここで強磁性層１２のトラック幅方向の寸法ＦＬとは、図１に示す一対の強磁性層１２の合計寸法ＦＬ１＋ＦＬ２である。上記範囲内であれば、強磁性層１２との反平行結合によりフリー磁性層１１の両側端部１１ｂの磁化を適度に固定でき、且つ、フリー磁性層１１の中央部１１ａの磁化を外部磁界に対して回転し易くすることができる。これにより、再生波形の歪みや不安定性を抑制しつつ出力感度を上げることができ、さらにサイドリーディングの発生を防止することができる。なお、フリー磁性層１１の両側端部１１ｂ及び強磁性層１２間のＲＫＫＹ的な反平行結合を弱めれば、フリー磁性層１１の中央部１１ａの磁化がさらに回転し易くなり、より出力感度が向上する。フリー磁性層１１の両側端部１１ｂ及び強磁性層１２間の反平行結合の強さは、非磁性層１３の両側端部１３ｂの膜厚で調整可能である。
【００４１】
さらに本ＧＭＲ素子１では、第２反強磁性層１４上及び少なくとも第２反強磁性層１４から固定磁性層５までの各層の両側端面に接して電極層２０を形成することで、第２反強磁性層１４を介さずにセンス電流を供給することを別の特徴としている。このように第２反強磁性層１４を介さずにセンス電流を供給すれば、第２反強磁性層１４を介してセンス電流を供給していた従来よりも素子抵抗を低減することができる。この結果、高周波ノイズの発生を抑えることができ、ＳＮ比の向上につながる。
【００４２】
以下では、図２〜図８を参照し、図１に示すＧＭＲ素子１の製造方法について説明する。先ず、アルミナからなる下部ギャップ層２上に、シード層３と、第１反強磁性層４と、固定磁性層５を構成する第１固定磁性層５ａ、非磁性中間層５ｂ及び第２固定磁性層５ｃと、非磁性材料層６と、フリー磁性層１１と、非磁性層１３とを連続成膜する（図２）。この連続成膜工程は、スパッタや蒸着法等の薄膜形成プロセスを用い、同一真空成膜装置中で行なう。
【００４３】
シード層３は、ＮｉＦｅ合金、ＮｉＣｒ合金、ＮｉＦｅＣｒ合金又はＣｒ等から形成する。第１反強磁性層４は、ＰｔＭｎ合金又はＸ−Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｎｉ、Ｆｅのいずれか１種又は２種以上の元素である）合金で形成する。あるいは、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’（ただしＸ’は、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１又は２種以上の元素である）合金で形成する。これらの合金材料で第１反強磁性層４を形成すれば、後工程の磁場中アニール処理において、大きな交換結合磁界を発生させることができる。
【００４４】
第１固定磁性層５ａ及び第２固定磁性層５ｃは、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金又はＣｏＮｉ合金等の磁性材料によって形成することができ、同一の材料で形成されていることが好ましい。非磁性中間層５ｂは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１種又は２種以上で形成することができ、特にＲｕ又はＣｕで形成されることが好ましい。なお、固定磁性層５は、単層の強磁性材料層から形成してもよい。
【００４５】
非磁性材料層６は、例えばＣｕ、Ｃｒ、Ａｕ又はＡｇ等の導電性を有する非磁性材料によって形成することができる。特にＣｕによって形成されることが好ましい。フリー磁性層１１は、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金及びＣｏＦｅＮｉ合金のいずれかで形成することができる。非磁性層１３は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１種又は２種以上で形成することができ、特にＲｕ又はＣｕで形成されることが好ましい。この非磁性層１３は、図１の完成状態よりも厚い膜厚で成膜する。
【００４６】
非磁性層１３まで形成したら、第１の熱処理を行なう。すなわち、トラック幅Ｔｗと直交する方向（ハイト方向；図示Ｙ方向）に第１の磁界を印加しつつ第１の熱処理温度で熱処理し、第１反強磁性層４と第１固定磁性層５ａとの間に交換結合磁界を生じさせて第１固定磁性層５ａの磁化をハイト方向に固定する。
【００４７】
アニール処理を施したら、図３に示すように、低エネルギーイオンミリングにより非磁性層１３の表面イオンクリーニングを行なう。本実施形態の低エネルギーイオンミリングには、例えば１００〜２００ｅＶ程度で加速したＡｒイオンを用いる。この工程において、非磁性層１３は、該非磁性層１３を介してフリー磁性層１１と強磁性層１２との間に生じるＲＫＫＹ的結合エネルギーが反平行の第１ピーク値（又は第２ピーク値）となる膜厚に調整される。例えば非磁性層１３がＲｕから形成されている場合は６Å以上１２Å以下の膜厚に調整されることが好ましく、Ｃｕから形成されている場合は７Å以上１２Å以下の膜厚に調整されることが好ましい。なお、図３に示す矢印Ｈ方向はイオンミリング方向である。
【００４８】
続いて、図４に示すように、非磁性層１３上に強磁性層１２及び第２反強磁性層１４を連続成膜する。成膜にはスパッタや蒸着法を用いる。
【００４９】
強磁性層１２は、フリー磁性層１１と同一の材料で形成されることが好ましい。フリー磁性層１１と強磁性層１２が同一の材料で形成される場合は、フリー磁性層１１の単位面積あたりの磁気モーメントが強磁性層１２よりも大きくなるように、フリー磁性層１１よりも薄い膜厚で強磁性層１２が形成される。これらフリー磁性層１１及び強磁性層１２は、単層構造又は多層構造とすることができる。フリー磁性層１１及び強磁性層１２を両方とも単層構造とする場合は、該フリー磁性層１１及び強磁性層１２のうち少なくとも一方はＣｏＮｉＦｅ合金で形成することが好ましい。一方、フリー磁性層１１及び強磁性層１２を両方とも多層構造とする場合は、フリー磁性層１１をＮｉＦｅ合金とＣｏＦｅ合金とを順に積層した積層体で形成し、強磁性層１２をＣｏＦｅ合金とＮｉＦｅ合金とを順に積層した積層体で形成することが好ましい。
【００５０】
続いて、第２反強磁性層１４上にフォトレジスト液を塗布し、露光現像することによってトラック幅領域をパターニングして、このトラック幅領域に対応する位置に図５に示すレジスト層Ｒを形成する。このレジスト層Ｒはリフトオフ用のレジスト層である。レジスト層Ｒを形成したら、レジスト層Ｒのトラック幅方向の両側から第１反強磁性層４が露出するまでイオンミリングを行なう（図５）。図５に示す矢印Ｈ方向はイオンミリング方向である。なお、このイオンミリングは、シード層３又は下部ギャップ層２が露出するまで継続してもよい。
【００５１】
上記イオンミリング工程では、図５に点線で示される各層のトラック幅領域外の部分（レジスト層Ｒのトラック幅方向の両側から露出する第２反強磁性層１４、強磁性層１２、非磁性層１３、フリー磁性層１１、非磁性材料層６、固定磁性層５及び第１反強磁性層４の一部）を除去する。これにより、フリー磁性層１１のトラック幅方向の寸法ＦＷが規制されると共に、第２反強磁性層１４から第１反強磁性層４までの各層のトラック幅方向の両側端面が連続面αとされる。この連続面αが形成されると、フリー磁性層１１と強磁性層１２の両側端面１１ｃ、１２ｃにおいてフリー磁性層１１と強磁性層１２の間に静磁結合を生じさせることができ、この静磁結合によってフリー磁性層１１及び強磁性層１２の両側端部における反磁界の影響を軽減することができる。
【００５２】
続いて、図６に示すように、露出した第１反強磁性層４上に、第２反強磁性層１４から第１反強磁性層４までの両側端面に接触させて第１電極層２１を形成する。この第１電極層２１は、例えばＡｕ、Ｃｕ、α‐Ｔａ又はＣｒ等の比抵抗の小さい導電材料により形成することができる。
【００５３】
第１電極層２１を形成したら、リフトオフによりレジスト層Ｒを除去し、図７に示すように第１電極層２１及び第２反強磁性層１４上のトラック幅領域外範囲に第２電極層２２を形成する。すなわち、第１電極層２１及び第２反強磁性層１４上に第２電極層２２及びメタルマスク層２３を形成した後、反応性イオンエッチングにより、トラック幅領域内のメタルマスク層２３及び第２電極層２２を除去する。第２電極層２２は、第１電極層２１と同一の導電材料で形成されることが好ましい。なお、第２電極層２２はリフトオフ法を用いても形成することができる。リフトオフで形成する場合はメタルマスク層２３が不要である。
【００５４】
上記第２電極層２２にセンス電流が与えられると、該センス電流は比抵抗の小さい第１電極層２１を介して非磁性材料層６、固定磁性層５及びフリー磁性層１１を流れる。すなわち、電極層２０よりも比抵抗が極端に大きい第２反強磁性層１４を介さずに、センス電流を供給することができる。これにより、形成すべきＧＭＲ素子１の素子抵抗を良好に抑えることができ、高周波ノイズによるＳＮ比の低下を回避することができる。
【００５５】
第２電極層２２を形成したら、図８に示すように、メタルマスク層２３及び第２電極層２２をマスクとして反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）処理を行ない、トラック幅領域内の第２反強磁性層１４、強磁性層１２及び非磁性層１３を除去する。本実施形態では、トラック幅領域内の非磁性層１３（中央部１３ａ）の膜厚が３Å以下となった時点で該反応性イオンエッチングを終了する。なお、トラック幅領域内の非磁性層１３は全て除去してもよく、また、反応性イオンエッチングの替わりにイオンミリングを用いてもよい。
【００５６】
この反応性イオンエッチング工程によれば、図８の点線で示される部分が取り除かれ、凹部βが形成される。すなわち、フリー磁性層１１の両側端部１１ｂ上にのみ強磁性層１２と第２反強磁性層１４が存在し、この第２反強磁性層１４のトラック幅方向の間隔によってトラック幅Ｔｗが規制されると共に、強磁性層１２のトラック幅方向の寸法ＦＬが規制される。
【００５７】
本実施形態では、フリー磁性層１１の両側端部１１ｂの磁化を適度に固定し且つ中央部１１ａの磁化を外部磁界に対して回転し易くするため、フリー磁性層１１のトラック幅方向の寸法ＦＷと強磁性層１２のトラック幅方向の寸法ＦＬの比（ＦＷ／ＦＬ）を１．１以上２．０以下に設定する。
【００５８】
続いて、第２の熱処理を行なう。この工程では、上記第１の磁界と直交する方向（トラック幅方向）に、フリー磁性層１１と強磁性層１２の保磁力よりも大きく且つスピンフロップ磁界よりも小さい第２の磁界を印加しつつ、上記第１反強磁性層４のブロッキング温度よりも低い第２の熱処理温度で熱処理する。この熱処理により、強磁性層１２と第２反強磁性層１４との間に交換結合磁界が生じ、強磁性層１２の磁化方向は固定磁性層５の磁化方向に直交する方向へ固定され、フリー磁性層１１の磁化方向は強磁性層１２の磁化方向と反平行となる。この第２の熱処理は、図４に示す工程の直後に行なってもよい。以上の工程により、図１のＧＭＲ素子１が得られる。
【００５９】
図９は、本発明の第２実施形態によるＧＭＲ素子１００の構造を、記録媒体との対向面から見て示した部分断面図である。この第２実施形態は、第２反強磁性層１４を、下部反強磁性層１４ａ及び上部反強磁性層１４ｂから形成した点において、第１実施形態と異なる。図９では、第１実施形態と実質的に同一の構成要素には図１と同一符号を付してある。
【００６０】
下部反強磁性層１４ａと上部反強磁性層１４ｂの間には、非磁性保護層１５が介在していてもよい。非磁性保護層１５は、製造工程中に下部反強磁性層１４ａが酸化されないように設けた酸化防止層であり、３Å以下の膜厚に調整される。この非磁性保護層１５を構成する元素は、強磁性層１２と下部反強磁性層１４ａとの間に交換結合磁界を生じさせるための熱処理時に、下部反強磁性層１４ａ及び／又は上部反強磁性層１４ｂの内部に拡散し、下部反強磁性層１４ａ及び／又は上部反強磁性層１４ｂの内部に混在していてもよい。
【００６１】
上部反強磁性層１４ｂは、非磁性保護層１５を介して下部反強磁性層１４ａに結合され、下部反強磁性層１４ａと一体に機能する。下部反強磁性層１４ａは、該下部反強磁性層１４ａのみが成膜された段階では反強磁性特性を有さないように、２０Å以上５０Å以下の膜厚で形成されることが好ましい。また、下部反強磁性層１４ａ及び上部反強磁性層１４ｂの合計膜厚は、熱処理によって強磁性層１２と下部反強磁性層１４ａとの間に大きな交換結合磁界が生じるように、８０Å以上３００Å以下であることが好ましい。
【００６２】
下部反強磁性層１４ａ及び上部反強磁性層１４ｂは、同一材料で形成されることが好ましく、ＰｔＭｎ合金又はＸ−Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｎｉ、Ｆｅのいずれか１種又は２種以上の元素である）合金で形成される。あるいは、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’（ただしＸ’は、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１又は２種以上の元素である）合金で形成される。一方、非磁性保護層１５は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１種又は２種以上で形成することができ、特にＲｕ又はＣｒで形成されることが好ましい。上記下部反強磁性層１４ａ及び上部反強磁性層１４ｂの材料と上記非磁性保護層１５の材料の組み合わせによれば、熱処理によって非磁性保護層１５を構成する元素が下部反強磁性層１４ａ及び／又は上部反強磁性層１４ｂ内部に拡散される結果、下部反強磁性層１４ａ及び／又は上部反強磁性層１４ｂの境界面近傍で非磁性保護層１５の元素の濃度が部分的に高くなっていても、下部／上部反強磁性層１４ａ、１４ｂは一体として機能し、強磁性層１２との間に大きな交換結合磁界を発生させることができる。
【００６３】
以下では、図１０〜図１３を参照し、図９に示すＧＭＲ素子１００の製造方法について説明する。先ず、アルミナからなる下部ギャップ層２上に、シード層３と、第１反強磁性層４と、固定磁性層５を構成する第１固定磁性層５ａ、非磁性中間層５ｂ及び第２固定磁性層５ｃと、非磁性材料層６と、フリー磁性層１１、非磁性層１３と、強磁性層１２と、下部反強磁性層１４ａと、非磁性保護層１５とを連続成膜する（図１０）。この連続成膜工程は、スパッタや蒸着法等の薄膜形成プロセスを用い、同一真空成膜装置中で行なう。
【００６４】
シード層３、第１反強磁性層４、第１固定磁性層５ａ、非磁性中間層５ｂ、第２固定磁性層５ｃ、非磁性材料層６、フリー磁性層１１、非磁性層１３及び強磁性層１２の材料及び膜厚は、第１実施形態と同様であるから、説明を省略する。
【００６５】
下部反強磁性層１４ａは、第１反強磁性層４と同様に、ＰｔＭｎ合金又はＸ−Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｎｉ、Ｆｅのいずれか１種又は２種以上の元素である）合金で形成する。あるいは、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’（ただしＸ’は、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１又は２種以上の元素である）合金で形成する。この下部反強磁性層１４ａは、２０Å以上５０Å以下の膜厚で形成されることが好ましい。この範囲内であれば、下部反強磁性層１４ａのみが強磁性層１２上に形成されている状態で熱処理が施されても、強磁性層１２と下部反強磁性層１４ａ間に交換結合磁界が生じない（あるいは生じても弱い）。
【００６６】
非磁性保護層１５は、下部反強磁性層１４ａが酸化されないように設けた保護層（酸化防止層）であり、３Å以上１０Å以下の膜厚で形成されることが好ましい。この非磁性保護層１５は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１種又は２種以上で形成することができる。特にＲｕ又はＣｒで形成されることが好ましい。
【００６７】
非磁性保護層１５まで形成したら、第１の熱処理を行なう。すなわち、トラック幅Ｔｗと直交する方向（ハイト方向；図示Ｙ方向）に第１の磁界を印加しつつ第１の熱処理温度で熱処理し、第１反強磁性層４と第１固定磁性層５ａとの間に交換結合磁界を生じさせて第１固定磁性層５ａの磁化方向を固定する。このとき、下部反強磁性層１４ａは上述したように反強磁性特性を有さない薄い膜厚で形成されているため、第１の熱処理が施されても規則化しにくく、下部反強磁性層１４ａと強磁性層１２間には交換結合磁界が生じない（あるいは生じても弱い）。
【００６８】
続いて、図１１に示すように、低エネルギーイオンミリングにより非磁性保護層１５の表面クリーニングを行なう。このとき、非磁性保護層１５の膜厚は３Å以下に調整される。
【００６９】
続いて、図１２に示すように、非磁性保護層１５を介して下部反強磁性層１４ａ上に、上部反強磁性層１４ｂを形成する。上部反強磁性層１４ｂは、該上部反強磁性層１４ｂと下部反強磁性層１４ａの合計膜厚が８０Å以上３００Å以下となる膜厚で形成されることが好ましい。この範囲内であれば、下部反強磁性層１４ａと上部反強磁性層１４ｂが第２反強磁性層１４として一体に機能し、熱処理により下部反強磁性層１４ａと強磁性層１２との間に大きな交換結合磁界を発生させることができる。なお、図１１の低エネルギーイオンミリング工程で非磁性保護層１５を全て除去した場合には、下部反強磁性層１４ａ上に直接、上部反強磁性層１４ｂを形成する。
【００７０】
上部反強磁性層１４ｂを形成したら、上部反強磁性層１４ｂ上に図１３に示すレジスト層Ｒを形成し、レジスト層Ｒのトラック幅方向の両側から第１反強磁性層１４が露出するまでイオンミリングを行なう（図１３）。図１３に示す矢印Ｈ方向はイオンミリング方向である。このイオンミリング工程では、図１３に点線で示される各層のトラック幅領域外の部分が取り除かれる。これにより、フリー磁性層１１のトラック幅方向の寸法が寸法ＦＷに規制されると共に、上部反強磁性層１４ｂから第１反強磁性層４までの各層の両側端面が連続面αとされてフリー磁性層１１と強磁性層１２の両側端面１１ｃ、１２ｃでは両層間に静磁結合が生じる。なお、上記イオンミリングは、シード層３又は下部ギャップ層２が露出するまで継続してもよい。
【００７１】
続いて、上述した第１実施形態と同様の工程（図６〜図８）で、第１電極層２１及び第２電極層２２を形成し、トラック幅領域内の上部反強磁性層１４ｂ、非磁性保護層１５、下部反強磁性層１４ａ、強磁性層１２及び非磁性層１３を除去する。この結果、上部反強磁性層１４ｂ、非磁性保護層１５及び下部反強磁性層１４ａの間隔によってトラック幅寸法Ｔｗが規制されると共に、強磁性層１２のトラック幅方向の寸法が寸法ＦＬに規制される。
【００７２】
そして、第２の熱処理を行なう。この工程では、上記第１の磁界と直交する方向（トラック幅方向）に第２の磁界を印加しつつ、上記第１反強磁性層４のブロッキング温度よりも低い第２の熱処理温度で熱処理する。この熱処理時には、非磁性保護層１５を構成する元素が下部反強磁性層１４ａ及び／又は上部反強磁性層１４ｂの内部に拡散され、下部反強磁性層１４ａ及び／又は上部反強磁性層１４ｂの内部に混在されてもよい。なお、この第２の熱処理は、図１２に示す工程の直後に行なってもよい。以上の工程により、図９に示すＧＭＲ素子１００が得られる。
【００７３】
上記各実施形態では、第１電極層２１と第２電極層２２から電極層２０を形成しているが、単層構造としてもよい。すなわち、第１電極層２１のみを形成する態様であっても第２電極層２２のみを形成する態様であってもよい。第２電極層２２のみを形成する場合は、図５又は図１３に示す工程で連続面αを形成した後、レジスト層Ｒを除去し、図１４に示すように第２反強磁性層１４のトラック幅領域外上及び連続面α上に第２電極層２２を形成する。上記いずれの態様でも、第２反強磁性層１４を介さずにセンス電流を供給することができ、素子抵抗を良好に抑えることができる。また電極層２０（第２電極層２２）は、図１５に示すようにフリー磁性層１１側の端部がオーバーレイしていてもよい。このオーバーレイ構造をとれば、素子抵抗をさらに低減することができ、またサイドリーディングの発生を良好に防止することができる。
【００７４】
また、上記各実施形態では、フリー磁性層１１と強磁性層１２間の反平行結合が適度に弱くなるように非磁性層１３の両側端部１３ｂの膜厚を調整することで、フリー磁性層１１の中央部１１ａをより回転し易くし、さらに出力感度を高めることが可能である。フリー磁性層１１と強磁性層１２間にはトラック幅方向の両側端部位置において静磁結合が生じているから、フリー磁性層１１と強磁性層１２間の反平行結合を弱めても、サイドリーディングの発生を良好に防止することができる。
【００７５】
以上の本ＧＭＲ素子１（１００）は、再生用薄膜磁気ヘッドのみでなく、この再生用薄膜磁気ヘッド上にさらに記録用のインダクティブヘッドを積層した録再用薄膜磁気ヘッドにも適用可能である。また各種の磁気センサとして用いることもできる。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、少なくともフリー磁性層、非磁性層及び強磁性層のトラック幅方向の両側端面を連続面としたので、該両側端面においてフリー磁性層と強磁性層との間に静磁結合が生じ、この静磁結合によりフリー磁性層及び強磁性層に加わる反磁界の影響を軽減することができる。よって、狭トラック化を実現するためにフリー磁性層のトラック幅方向の寸法を短くしても、トラック幅領域内における磁化の乱れを抑制することができ、出力感度を向上させることができる。また本発明によれば、フリー磁性層及び強磁性層のトラック幅方向の寸法の比（ＦＷ／ＦＬ）を１．１以上２．０以下に規定したので、再生波形の歪みや不安定性を良好におさえつつ、出力感度を高めることができる。さらに本発明によれば、比抵抗の大きい第２反強磁性層を介さずにセンス電流を供給するので、素子抵抗を良好に抑えることができ、この結果、高周波ノイズを抑制してＳＮ比を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）の構造を、記録媒体との対向面から見て示す部分断面図である。
【図２】図１に示すＧＭＲ素子の製造方法の一工程図である。
【図３】図２に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図４】図３に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図５】図４に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図６】図５に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図７】図６に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図８】図７に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図９】本発明の第２実施形態によるＧＭＲ素子の構造を、記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図である。
【図１０】図９に示すＧＭＲ素子の製造方法の一工程図である。
【図１１】図１０に示すＧＭＲ素子の製造方法の一工程図である。
【図１２】図１１に示すＧＭＲ素子の製造方法の一工程図である。
【図１３】図１２に示すＧＭＲ素子の製造方法の一工程図である。
【図１４】別の態様による第２電極層を示す部分断面図である。
【図１５】さらに別の態様による第２電極層を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１ ＧＭＲ素子
２ 下部ギャップ層
３ シード層
４ 第１反強磁性層
５ 固定磁性層
５ａ 第１固定磁性層
５ｂ 非磁性中間層
５ｃ 第２固定磁性層
６ 非磁性材料層
１１ フリー磁性層
１１ａ 中央部
１１ｂ 両側端部
１２ 強磁性層
１３ 非磁性層
１３ａ 中央部
１３ｂ 両側端部
１４ 第２反強磁性層
１５ 非磁性保護層
２０ 電極層
２１ 第１電極層
２２ 第２電極層
２３ メタルマスク層
Ｒ レジスト層
Ｈ イオンミリング方向
Ｔｗ トラック幅
ＦＷ フリー磁性層のトラック幅方向の寸法
ＦＬ 強磁性層のトラック幅方向の合計寸法
Claims (36)
- 第１反強磁性層；
前記第１反強磁性層上に形成され、該第１反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定された固定磁性層；
前記固定磁性層上に形成された非磁性材料層；
前記非磁性材料層上に形成され、外部磁界に応じて中央部の磁化方向が変化するフリー磁性層；
前記フリー磁性層のトラック幅方向の両側端部上に形成された非磁性層；
前記非磁性層上に形成された強磁性層；及び
前記強磁性層上に形成され、該強磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向に直交する方向へ揃える第２反強磁性層を備え、
前記非磁性層を介して前記フリー磁性層と前記強磁性層の磁化方向が反平行をなし、少なくとも前記フリー磁性層、前記非磁性層及び前記強磁性層のトラック幅方向の両側端面が連続面をなしていることを特徴とする巨大磁気抵抗効果素子。 - 請求項１記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記フリー磁性層のトラック幅方向の寸法ＦＷと前記強磁性層の同方向の寸法ＦＬとの比（ＦＷ／ＦＬ）が１．１以上２．０以下であることを特徴とする巨大磁気抵抗効果素子。
- 請求項１又は２記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記第２反強磁性層上及び少なくとも前記第２反強磁性層から前記固定磁性層までの各層のトラック幅方向の両側端面に接して形成された電極層を備えた巨大磁気抵抗効果素子。
- 請求項３記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記電極層は、少なくとも前記第２反強磁性層から前記固定磁性層までの各層のトラック幅方向の両側端面に接して形成された第１電極層と、この第１電極層及び前記第２反強磁性層上に形成された第２電極層とを備えた巨大磁気抵抗効果素子。
- 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記第２反強磁性層は、前記強磁性層上に積層された下部反強磁性層と上部反強磁性層を有し、該下部反強磁性層の膜厚が２０Å以上５０Å以下である巨大磁気抵抗効果素子。
- 請求項５記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記下部反強磁性層と前記上部反強磁性層の合計膜厚が８０Å以上３００Å以下である巨大磁気抵抗効果素子。
- 請求項５又は６記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記下部反強磁性層と前記上部反強磁性層との間には非磁性保護層が介在しており、該非磁性保護層の膜厚は３Å以下である巨大磁気抵抗効果素子。
- 請求項７記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記非磁性保護層を構成する元素が前記上部反強磁性層または前記下部反強磁性層の内部に混在している巨大磁気抵抗効果素子。
- 請求項７または８記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記非磁性保護層または非磁性保護層を構成する元素は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのいずれか１種または２種以上である巨大磁気抵抗効果素子。
- 請求項１ないし９のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記フリー磁性層及び前記強磁性層がＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金及びＣｏＦｅＮｉ合金のいずれかで形成されている巨大磁気抵抗効果素子。
- 請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記フリー磁性層及び前記強磁性層が同一の磁性材料で形成され、前記強磁性層の膜厚が前記フリー磁性層よりも薄い巨大磁気抵抗効果素子。
- 請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記フリー磁性層及び前記強磁性層がそれぞれ単層で形成され、該フリー磁性層及び強磁性層のうち少なくとも一方がＣｏＦｅＮｉ合金で形成されている巨大磁気抵抗効果素子。
- 請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記フリー磁性層がＮｉＦｅ合金層とＣｏＦｅ合金層とからなる積層体で形成され、前記強磁性層がＣｏＦｅ合金層とＮｉＦｅ合金層とからなる積層体で形成されている巨大磁気抵抗効果素子。
- 請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記非磁性層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１種又は２種以上で形成されている巨大磁気抵抗効果素子。
- 請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記第１反強磁性層及び／又は前記第２反強磁性層は、ＰｔＭｎ合金、Ｘ−Ｍｎ（ただし、ＸはＰｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｎｉ、Ｆｅのいずれか１種又は２種以上の元素である）合金、又はＰｔ−Ｍｎ−Ｘ’（ただし、Ｘ’はＰｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１種又は２種以上の元素である）合金で形成されている巨大磁気抵抗効果素子。
- （ａ）基板上に、第１反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層及び非磁性層を順次積層する工程；
（ｂ）第１の熱処理を行ない、前記第１反強磁性層と前記固定磁性層の間に交換結合磁界を生じさせて該固定磁性層の磁化方向を固定する工程；
（ｃ）低エネルギーイオンミリングにより前記非磁性層の表面クリーニングを行なう工程；
（ｄ）前記非磁性層上に強磁性層及び第２反強磁性層を順次積層する工程；
（ｅ）前記第２反強磁性層上に、トラック幅領域に対応する範囲に位置させてレジスト層を形成する工程；
（ｆ）少なくとも前記第２反強磁性層、前記強磁性層、前記非磁性層及び前記フリー磁性層の、前記レジスト層のトラック幅方向の両側から露出する部分を除去する工程；
（ｇ）前記レジスト層を除去し、前記第２反強磁性層上のトラック幅領域外に電極層を形成する工程；
（ｈ）前記電極層をマスクとしてエッチングを行ない、トラック幅領域内の前記第２反強磁性層、前記強磁性層及び前記非磁性層の一部を除去する工程；及び
（ｉ）第２の熱処理を行ない、前記第２反強磁性層と前記強磁性層の間に交換結合を生じさせて該強磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向に直交する方向へ固定する工程；を有し、
前記（ａ）及び前記（ｄ）工程では、前記フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントが前記強磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントよりも大きくなるように前記フリー磁性層及び前記強磁性層を形成し、
前記（ｃ）工程では、前記低イオンエネルギーミリングにより、前記非磁性層を、前記フリー磁性層と強磁性層との間に生じるＲＫＫＹ的な結合エネルギーが反平行の第１ピーク値又は第２ピーク値となる膜厚まで削り、
前記（ｆ）工程では、少なくとも前記第２反強磁性層から前記フリー磁性層までの各層のトラック幅方向の両側端面を連続面とすることを特徴とする巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 請求項１６記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記フリー磁性層のトラック幅方向の寸法ＦＷと前記強磁性層の同方向の寸法ＦＬとの比（ＦＷ／ＦＬ）を１．１以上２．０以下にする巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 請求項１６または１７記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記（ｇ）工程に替えて、（ｊ）少なくとも前記第２反強磁性層から前記固定磁性層までの各層のトラック幅方向の両側端面に接触させて第１電極層を形成する工程と、（ｋ）レジスト層を除去する工程と、（ｌ）前記第１電極層上及び前記第２反強磁性層のトラック幅領域外上に第２電極層を形成する工程とを有する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 請求項１６ないし１８のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記フリー磁性層及び前記強磁性層をＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金及びＣｏＦｅＮｉ合金のいずれかで形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 請求項１６ないし１９のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記フリー磁性層及び前記強磁性層を同一の磁性材料で形成し、前記強磁性層を前記フリー磁性層よりも薄い膜厚で形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 請求項１６ないし１９のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記フリー磁性層及び前記強磁性層をそれぞれ単層で形成し、該フリー磁性層及び強磁性層のうち少なくとも一方をＣｏＦｅＮｉ合金で形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 請求項１６ないし１９のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記フリー磁性層がＮｉＦｅ合金層とＣｏＦｅ合金層とからなる積層体で形成され、前記強磁性層がＣｏＦｅ合金層とＮｉＦｅ合金層とからなる積層体で形成されている巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 請求項１６ないし２２のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記非磁性層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１種又は２種以上で形成されている巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 請求項１６ないし２３のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記第１反強磁性層及び／又は前記第２反強磁性層は、ＰｔＭｎ合金、Ｘ−Ｍｎ（ただし、ＸはＰｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｎｉ、Ｆｅのいずれか１種又は２種以上の元素である）合金、又はＰｔ−Ｍｎ−Ｘ’（ただし、Ｘ’はＰｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１種又は２種以上の元素である）合金で形成されている巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
- （ｍ）基板上に、第１反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性層、強磁性層、下部反強磁性層及び非磁性保護層を順次積層する工程；
（ｎ）第１の熱処理を行ない、前記第１反強磁性層と前記固定磁性層の間に交換結合磁界を生じさせて該固定磁性層の磁化方向を固定する工程；
（ｏ）低エネルギーイオンミリングにより前記非磁性保護層の表面クリーニングを行なう工程；
（ｐ）前記非磁性保護層上に上部反強磁性層を積層する工程；
（ｒ）前記上部反強磁性層上に、トラック幅領域に対応する範囲に位置させてレジスト層を形成する工程；
（ｓ）少なくとも前記上部反強磁性層、前記非磁性保護層、前記下部反強磁性層、前記強磁性層、前記非磁性層及び前記フリー磁性層の、前記レジスト層のトラック幅方向の両側から露出する部分を除去する工程；
（ｔ）前記レジスト層を除去し、前記上部反強磁性層上のトラック幅領域外に電極層を形成する工程；
（ｕ）前記電極層をマスクとしてエッチングを行ない、トラック幅領域内の前記上部反強磁性層、前記非磁性保護層、前記下部反強磁性層、前記強磁性層及び前記非磁性層の一部を除去する工程；及び
（ｖ）第２の熱処理を行ない、前記下部反強磁性層と前記強磁性層との間に交換結合を生じさせて該強磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向に直交する方向へ固定する工程；を有し、
前記（ｍ）工程では、前記フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントが前記強磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントよりも大きくなるように前記フリー磁性層及び前記強磁性層を形成し、且つ、前記非磁性層を前記フリー磁性層と前記強磁性層との間に生じるＲＫＫＹ的な結合エネルギーが反平行の第１ピーク値又は第２ピーク値となる膜厚で形成し、
前記（ｓ）工程では、少なくとも前記上部反強磁性層から前記フリー磁性層までの各層のトラック幅方向の両側端面を連続面とすることを特徴とする巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 請求項２５記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記フリー磁性層のトラック幅方向の寸法ＦＷと前記強磁性層の同方向の寸法ＦＬとの比（ＦＷ／ＦＬ）を１．１以上２．０以下にする巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 請求項２５又は２６記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記（ｍ）工程では、前記下部反強磁性層を２０Å以上５０Å以下の膜厚で成膜すると共に前記非磁性保護層を３Å以上１０Å以下の膜厚で成膜し、前記（ｏ）工程では、前記非磁性保護層を該膜厚が３Å以下となるまで削る巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 請求項２５ないし２７のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記下部反強磁性層と前記上部反強磁性層の合計膜厚を８０Å以上３００Å以下に形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 請求項２５ないし２８のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記（ｔ）工程に替えて、（ｗ）少なくとも前記第２反強磁性層から前記固定磁性層までの各層のトラック幅方向の両側端面に接触させて第１電極層を形成する工程と、（ｘ）レジスト層を除去する工程と、（ｙ）前記第１電極層上及び前記上部反強磁性層のトラック幅領域外上に第２電極層を形成する工程とを有する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 請求項２５ないし２９のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記非磁性保護層をＲｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのいずれか１種または２種以上から形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 請求項２５ないし３０のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記フリー磁性層及び前記強磁性層をＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金及びＣｏＦｅＮｉ合金のいずれかで形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 請求項２５ないし３１のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記フリー磁性層及び前記強磁性層を同一の磁性材料で形成し、前記強磁性層を前記フリー磁性層よりも薄い膜厚で形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 請求項２５ないし３１のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記フリー磁性層及び前記強磁性層をそれぞれ単層で形成し、該フリー磁性層及び強磁性層のうち少なくとも一方をＣｏＦｅＮｉ合金で形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 請求項２５ないし３１のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記フリー磁性層がＮｉＦｅ合金層とＣｏＦｅ合金層とからなる積層体で形成され、前記強磁性層がＣｏＦｅ合金層とＮｉＦｅ合金層とからなる積層体で形成されている巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 請求項２５ないし３４のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記非磁性層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１種又は２種以上で形成されている巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
- 請求項２５ないし３４のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記第１反強磁性層及び／又は前記第２反強磁性層は、ＰｔＭｎ合金、Ｘ−Ｍｎ（ただし、ＸはＰｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｎｉ、Ｆｅのいずれか１種又は２種以上の元素である）合金、又はＰｔ−Ｍｎ−Ｘ’（ただし、Ｘ’はＰｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１種又は２種以上の元素である）合金で形成されている巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
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