JP2004221303A - 磁気検出素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】サイドリーディング防止、再生感度向上、さら狭ギャップ化を図れる磁気検出素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】第１材料層２８と第１フリー磁性層２９を連続成膜できるため交換結合磁界を強くでき、サイドリーディングを防止できる。また、他の強磁性層が素子両側端部Ｓ，Ｓに設けられていないため再生感度を向上することができ、素子中央部Ｃに厚い反強磁性層がないため、狭ギャップ化に対応できる。また、前記非磁性中間層３０が平坦化された前記第１フリー磁性層２９の上に均一な膜厚で薄く形成されているので、抵抗変化率が向上し、第１フリー磁性層２９および第２フリー磁性層３１の軟磁気特性を良好に保つことができ、再生波形の安定性と素子の再生感度を向上することができる。
【選択図】 図１
【解決手段】第１材料層２８と第１フリー磁性層２９を連続成膜できるため交換結合磁界を強くでき、サイドリーディングを防止できる。また、他の強磁性層が素子両側端部Ｓ，Ｓに設けられていないため再生感度を向上することができ、素子中央部Ｃに厚い反強磁性層がないため、狭ギャップ化に対応できる。また、前記非磁性中間層３０が平坦化された前記第１フリー磁性層２９の上に均一な膜厚で薄く形成されているので、抵抗変化率が向上し、第１フリー磁性層２９および第２フリー磁性層３１の軟磁気特性を良好に保つことができ、再生波形の安定性と素子の再生感度を向上することができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハードディスク装置や磁気センサなどに用いられる磁気検出素子に係り、特にサイドリーディングの防止、再生感度の向上さらには狭ギャップ化を図ることができるとともに、これらの効果を得ることができる磁気検出素子を容易に且つ適切に製造す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】
以下の特許文献１には、複数の強磁性層と前記強磁性層間に介在するスペーサ層とが膜厚方向に積層され、各強磁性層の磁化制御手段として、前記強磁性層のうち最上部および最下部の強磁性層に交換結合層を隣接させた磁気トランスデューさが開示されている。
【０００３】
この特許文献１によれば前記交換結合層はＦｅＭｎやＮｉＭｎなどである。前記交換結合層と最上部および最下部の強磁性層間で交換結合磁界を生じさせて各強磁性層の磁化方向を制御している。
【０００４】
前記交換結合層は基板上に所定の間隔を開けて形成され、基板表面よりも盛り上がった前記交換結合層上から前記基板上にかけて前記強磁性層が積層され、さらにその上にスペーサ層および強磁性層が交互に積層されている。
【０００５】
すなわち特許文献１によれば前記強磁性層およびスペーサ層は起伏のある表面に積層されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１２８７１４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記のように前記強磁性層およびスペーサ層を起伏のある表面に形成すると、前記強磁性層およびスペーサ層を所定膜厚で形成できないばかりか、特に次のような問題が発生する。
【０００８】
すなわち前記交換結合層間に挟まれた中央部分の前記強磁性層も、その側面で隣接する前記交換結合層からの余分な静磁界によって磁化が固定されやすくなってしまい、外部磁界に対する感度が低下しやすいといった問題がある。
【０００９】
あるいは特許文献１の磁気トランスデューサの構造では、本来、磁化が強固に固定されるべき交換結合層上の前記強磁性層の磁化が外部磁界に対して動きやすくなっている可能性もある。
【００１０】
特許文献１では、具体的な製造方法についての開示がないが、この特許文献１の磁気トランスデューサの構造からすると、まず基板上にトラック幅方向に所定の間隔を空けた交換結合層を形成する工程を施した後、別の工程に移して強磁性層、スペーサ層の積層を行う必要があると考えられる。すなわち前記交換結合層と前記強磁性層との形成を同じチャンバ内で連続して成膜することができず、このため、前記交換結合層と前記強磁性層との間で発生する交換結合磁界は弱いものとなる。そのため、本来、磁化が強固に固定されるべき前記強磁性層の両側端部の磁化が外部磁界に対して動きやすくなり、この結果、サイドリーディングが発生しやすいといった問題が生じる可能性がある。
【００１１】
また上記したように特許文献１には、磁気トランスデューサの具体的な製造方法についての開示がないが、単純に各層を積層しただけでは各強磁性層の磁化制御を適切に行うことはできないと考えられ、すなわち特許文献１の内容では磁気トランスデューサを如何にして実用化するかが不明である。
【００１２】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、特にサイドリーディングの防止、再生感度の向上さらには狭ギャップ化を図ることができるとともに、これらの効果を得ることができる磁気検出素子を容易に且つ適切に製造することが可能な磁気検出素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気検出素子は、トラック幅方向に所定間隔の間欠部を有して形成された一対の第１反強磁性層と、前記間欠部に前記第１反強磁性層と同じ組成で且つ前記第１反強磁性層よりも薄い膜厚で形成された不規則結晶構造を有する第１材料層と、前記第１反強磁性層および第１材料層上に下から順に積層された第１フリー磁性層と非磁性中間層と第２フリー磁性層と、前記第２フリー磁性層の上にトラック幅方向に所定間隔の間欠部を介して形成された一対の第２反強磁性層と、を有し、
前記第１反強磁性層および第１材料層の上面は連続面であり、この連続面上に前記第１フリー磁性層が設けられており、
外部磁界により前記第１フリー磁性層および第２フリー磁性層の磁化方向が変わることによって抵抗値が変化することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の磁気検出素子では、第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の第１反強磁性層及び一対の第２反強磁性層が、それぞれトラック幅方向に所定間隔の間欠部を介して形成されている。一対の前記第１反強磁性層に挟まれる前記第１フリー磁性層のトラック幅方向の中央部、及び一対の前記第２反強磁性層に挟まれる前記第２フリー磁性層のトラック幅方向の中央部は、外部磁界によって磁化方向が変動する。
【００１５】
前記第１反強磁性層間に形成された間欠部には、前記第１反強磁性層と同じ組成で且つ前記第１反強磁性層よりも薄い膜厚で形成された不規則結晶構造の第１材料層が形成されている。前記第１フリー磁性層間の間欠部に前記第１材料層を設けたことで特に製造方法で説明するように、前記第１反強磁性層とその上に形成された第１フリー磁性層の両側端部間に適切な大きさの交換結合磁界を生じさせることができ、この結果、サイドリーディングの発生を抑制できる。また本発明では、従来のスピンバルブ型薄膜素子のように固定磁性層の磁化を固定するための反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層およびフリー磁性層を積層した多層膜構造ではなく、前記第１フリー磁性層および第２フリー磁性層の中央部の上下に膜厚の厚い反強磁性層を設けない構成とした結果、狭ギャップ化を適切に図ることが可能になっている。
【００１６】
また、一対の第２反強磁性層の間に形成された間欠部には、前記第２反強磁性層と同じ組成の第２材料層が前記第２フリー磁性層と接して形成されており、前記第２材料層は、前記第２反強磁性層よりも薄い膜厚で形成された不規則結晶構造の層であるものとして構成することもできる。
【００１７】
この場合、前記第１材料層の膜厚は５Å以上で５０Å以下であるものとして構成することが好ましく、また前記第２材料層の膜厚は５Å以上で５０Å以下であるものとして構成することが好ましい。
【００１８】
このように、前記第１材料層や第２材料層を前記膜厚で構成すると、磁場中熱処理を施しても前記間欠部では不規則格子から規則格子に変態できず、前記第１間欠部または前記第２間欠部で反強磁性を発揮しない不規則結晶構造の層の状態を維持することができる。
【００１９】
また、前記第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層のハイト方向後方に、絶縁層を介して、硬磁性材料からなるバイアス層が形成されているものとして構成することができる。
【００２０】
このように構成すると、前記第１フリー磁性層と前記第２フリー磁性層の磁化方向を、互いに交叉する方向に揃えることが容易になり、磁気検出素子の出力の対称性（シンメトリー）が良好になり、また磁界検出感度を向上することができる。
【００２１】
また、前記連続面は平坦化面であるものとして構成することが好ましい。
このように構成すると、連続面に形成された前記第１反強磁性層および前記第１材料層の上面に前記第１フリー磁性層が設けられるため、この第１フリー磁性層および前記第１フリー磁性層の上に積層される第２フリー磁性層を平坦に形成することができ、前記第１フリー磁性層の中央部には余分な静磁界等が流入せず前記第１フリー磁性層の中央部は外部磁界に対し感度良く磁化回転する。
【００２２】
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）基板のトラック幅方向における両側に所定深さの凹部を設ける工程と、
（ｂ）前記凹部内に第１反強磁性層を形成し、前記第１反強磁性層上に貴金属および／またはＣｒからなる第１非磁性層を連続成膜する工程と、
（ｃ）前記第１非磁性層を除去して、前記第１反強磁性層の上面と前記第１反強磁性層間の基板上面を露出し、前記第１反強磁性層の上面から前記基板の上面にかけて前記第１の反強磁性層と同じ組成でありかつ不規則結晶構造の第１材料層を前記第１反強磁性層の膜厚よりも薄い膜厚で形成し、前記第１反強磁性層の上に重ねられた第１材料層を前記第１反強磁性層の一部として構成し、
（ｄ）前記第１材料層および第１反強磁性層上に下から第１フリー磁性層、非磁性中間層、第２フリー磁性層の順に形成するとともに、第１の磁場中アニールにより、前記第１反強磁性層と前記第１フリー磁性層間に交換結合磁界を生じさせ、前記第１フリー磁性層の磁化方向を所定の方向に揃える工程と、
（ｅ）前記第２フリー磁性層の上に、トラック幅方向に所定の間隔の間欠部を介して形成された一対の第２反強磁性層を形成するとともに、第２の磁場中アニールにより、前記第２フリー磁性層の磁化を前記第１フリー磁性層の磁化方向と反平行方向、または交叉する方向に揃える工程
本発明によって製造された磁気検出素子では、第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の第１反強磁性層及び一対の第２反強磁性層が、それぞれトラック幅方向に所定間隔の間欠部を介して形成される。前記間欠部と膜厚方向で対向する位置に設けられた前記第１フリー磁性層のトラック幅方向の中央部、及び前記第２フリー磁性層のトラック幅方向の中央部は、外部磁界によって磁化方向が変動する。
【００２３】
また本発明の製造方法では、前記第１反強磁性層の上に前記第１非磁性層を成膜した後に、前記第１非磁性層で前記第１反強磁性層を酸化から保護し、そして、前記第１非磁性層を除去した後、連続して前記第１反強磁性層上に前記第１材料層、および第１フリー磁性層を成膜している。前記第１反強磁性層上に形成された前記第１材料層の両側端部は前記第１反強磁性層と一体化し、第１の磁場中アニールによって前記第１反強磁性層と前記第１フリー磁性層の両側端部間には適切な大きさの交換結合磁界を生じさせることができる。
【００２４】
上記した本発明の製造方法によれば、再生感度に優れ、サイドリーディングの発生を抑制でき、さらに狭ギャップ化に対応可能な磁気検出素子を容易に且つ適切に製造することが可能になっている。
【００２５】
なお前記製造方法で製造された磁気検出素子では、前記第１反強磁性層の上から前記間欠部の上面にかけて形成される前記第１材料層は、前記第１反強磁性層よりも薄い膜厚で形成される。前記第１材料層は磁場中熱処理を施されることで、前記第１反強磁性層の上では、前記第１反強磁性層とともに少なくとも一部の不規則格子が規則格子に変態し、反強磁性を発揮する。一方、前記間欠部では、前記第１材料層の膜厚は非常に薄いために、磁場中熱処理を施しても不規則格子から規則格子に変態できず、反強磁性を発揮しない不規則結晶構造の層の状態を維持する。
【００２６】
この場合、前記（ｄ）工程で、前記第２フリー磁性層の上に、前記第２反強磁性層と同じ組成で形成される不規則結晶構造の第２材料層を前記第２反強磁性層よりも薄い膜厚で形成し、さらに前記第２材料層の上に貴金属および／またはＣｒからなる第２非磁性層を形成した後、前記第１の磁場中アニールを施し、
前記（ｅ）工程で、前記第２非磁性層を除去した後、前記第２材料層上に少なくとも第２反強磁性層を形成し、前記第２反強磁性層の上に直接的にあるいは他の層を介してトラック幅方向に所定の間隔を空けたマスク層を形成し、このマスク層に覆われていない前記第２反強磁性層を除去して、その除去された間隔内から前記第２材料層を露出させ、その後、前記第２の磁場中アニールを施すものとして構成することもできる。
【００２７】
また、前記（ｂ）工程および／または前記（ｄ）工程での前記貴金属を、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｃｕのいずれか１種または２種以上から選択するものとして構成することができる。
【００２８】
本発明では、前記（ｂ）工程で前記第１反強磁性層上に積層される第１非磁性層、または前記（ｄ）工程で前記第２反強磁性層上に積層される第２非磁性層を前記貴金属および／またはＣｒによって形成するため、非磁性層の膜厚が薄くても十分な酸化防止効果を発揮する。
【００２９】
したがって、前記（ｂ）工程および／または前記（ｄ）工程での、前記第１非磁性層および第２非磁性層を３Å以上１０Å以下の膜厚で形成することが可能となる。
【００３０】
また、前記（ｃ）工程および（ｄ）工程での、前記第１材料層および第２材料層を５Å以上５０Å以下の膜厚で形成することができる。
【００３１】
このように、前記第１材料層および第２材料層を前記膜厚で構成すると、磁場中熱処理を施しても前記間欠部では不規則格子から規則格子に変態できず、前記間欠部で反強磁性を発揮しない不規則結晶構造の層の状態を維持することができる。
【００３２】
また、前記（ｅ）工程の後、前記第１フリー磁性層および第２フリー磁性層のハイト方向後方に、絶縁層を介して、硬磁性材料からなるバイアス層を形成する工程を有するものとして構成することができる。
【００３３】
このような方法によって製造された磁気検出素子では、前記第１フリー磁性層と前記第２フリー磁性層の磁化方向を、互いに交叉する方向に揃えることが容易になり、磁気検出素子の出力の対称性（シンメトリー）が良好になり、また磁界検出感度を向上することができる。
【００３４】
また、前記（ｃ）工程で、露出した前記第１反強磁性層の上面および前記第１反強磁性層間の基板の上面を連続した平坦面に形成するものとして構成することが好ましい。
【００３５】
このように構成すると、この平坦化された面上に積層される前記第１材料層は平坦に形成され、前記第１フリー磁性層およびこの第１フリー磁性層の上に形成される第２フリー磁性層も平坦に形成することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図１は、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部分断面図である。
【００３７】
図１に示す磁気検出素子２０は、記録媒体に記録された外部信号を再生するためのＭＲヘッドである。記録媒体との対向面は、例えば前記磁気検出素子２０の構成する薄膜の膜面に垂直で且つ磁気検出素子のトラック幅方向と平行な平面である。図１では、記録媒体との対向面はＸ−Ｚ平面に平行な平面である。
【００３８】
なお、前記磁気検出素子２０が浮上式の磁気ヘッドに用いられる場合、記録媒体との対向面とは、いわゆるＡＢＳ面のことである。
【００３９】
また前記磁気検出素子２０は、例えばアルミナ−チタンカーバイト（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）で形成されたスライダのトレーリング端面上に形成される。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。
【００４０】
なお、トラック幅方向とは、外部磁界によって磁化方向が変動する領域の幅方向のことであり、すなわち図示Ｘ方向である。
【００４１】
なお、記録媒体は磁気検出素子２０の記録媒体との対向面に対向しており、図示Ｚ方向に移動する。この記録媒体からの洩れ磁界方向は図示Ｙ方向である。
【００４２】
また、図１に示した再生用の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もよい。
【００４３】
図１に示す磁気検出素子２０では、下部シールド層２１が形成され、この下部シールド層２１の表面にトラック幅方向に所定間隔を開けて一対の凹部２１ａ，２１ａが形成されており、凹部２１ａ，２１ａに挟まれた凸部２１ｂの上面２１ｂ１上に下部ギャップ層２２及びシード層２３が積層されている。
【００４４】
また、凹部２１ａ，２１ａ内には、絶縁層２４，２４およびシード層２５，２５が形成されている。前記シード層２５，２５上に、第１反強磁性層２６，２６が所定間隔の第１間欠部２７を介して形成されている。前記第１反強磁性層２６の上面は前記シード層２３の上面よりも高い位置にある。
【００４５】
また、磁気検出素子２０の中央部（トラック幅領域）Ｃの近傍における第１反強磁性層２６，２６の膜厚が大きい方が、サイドリーディングをより低減できる。このためには、下部シールド層２１に形成された凹部２１ａの底面と側面のなす角θ１の範囲を９０°以上１２０°以下にすることが好ましい。
【００４６】
一対の第１反強磁性層２６，２６間に形成された第１間欠部２７には、前記第１反強磁性層２６，２６と同じ組成で前記第１反強磁性層２６よりも膜厚が薄くしかも不規則結晶構造を有する第１材料層２８が前記シード層２３上に形成されている。図１に示されるように、第１反強磁性層２６，２６はトラック幅方向（図示Ｘ方向）に前記第１間欠部２７をあけて形成されており、トラック幅方向の第１反強磁性層２６，２６間距離が光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗとなる。
【００４７】
前記第１材料層２８の上面および第１反強磁性層２６の上面は連続した平坦化面であり、前記第１材料層２８の上面および第１反強磁性層２６の上面には、下から順に、第１フリー磁性層２９、非磁性中間層３０および第２フリー磁性層３１が積層されている。
【００４８】
第２フリー磁性層３１上には、所定間隔の第２間欠部３３を介して、一対の第２反強磁性層３４，３４が形成され、前記第２間欠部３３には、前記第２反強磁性層３４と同じ組成で且つ前記第２反強磁性層３４よりも薄い膜厚で形成された不規則結晶構造を有する第２材料層３２が形成されている。なお前記第２間欠部３３に前記第２材料層３２が形成されていなくてもよい。
【００４９】
前記第２反強磁性層３４，３４の上にストッパ層３５、３５、保護層３６，３６および電極層３７，３７が形成されている。
【００５０】
電極層３７，３７上には、保護層３８を介して上部ギャップ層３９、上部シールド層４０が積層されている。なお、前記第２反強磁性層３４，３４間のトラック幅方向の幅寸法は光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗに等しくなっている。
【００５１】
前記下部シールド層２１及び上部シールド層４０は、ＮｉＦｅなどの磁性材料からなり、下部ギャップ層２２及び上部ギャップ層３９並びに絶縁層２４、２４はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）またはＳｉＯ２などの絶縁性材料から形成されている。
【００５２】
シード層２３、２５、２５は、結晶構造がｂｃｃ（体心立方格子）構造の非磁性材料、例えばＣｒまたはｆｃｃ（面心立方格子）構造のＮｉＦｅＣｒ合金、または非晶質に近い構造のＴａ、によって形成される。このシード層２３、２５，２５によって、その上に積層される第１材料層２８、第１フリー磁性層２９、または第１反強磁性層２６，２６の結晶配向を整え、第１フリー磁性層２９の軟磁気特性を向上させるとともに比抵抗を低下させることができる。また、第１反強磁性層２６，２６の結晶粒径を大きくし、ブロッキング温度の分布を改善することができる。
【００５３】
第１反強磁性層２６，２６及び第２反強磁性層３４，３４は、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，のいずれか１種または２種以上の元素である）合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１または２種以上の元素である）合金で形成する。
【００５４】
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、熱処理によってＣｕＡｕＩ型の規則型の面心正方構造（ｆｃｔ）に構造変態する。
【００５５】
第１反強磁性層２６，２６及び第２反強磁性層３４，３４の膜厚は、８０〜３００Å、例えば２００Åである。
【００５６】
ここで、反強磁性層を形成するための、前記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。また、前記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。特に規定しない限り、〜で示す数値範囲の上限と下限は以下、以上を意味する。
【００５７】
また、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。また、前記Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。さらに、前記Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’が０．２〜１０ａｔ％の範囲であることが好ましい。ただし、Ｘ’がＰｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのいずれか１種または２種以上の元素である場合には、Ｘ’は０．２〜４０ａｔ％の範囲であることが好ましい。
【００５８】
これらの合金を使用し、これを熱処理することにより、大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層を得ることができる。特に、ＰｔＭｎ合金であれば、４８ｋＡ／ｍ以上、例えば６４ｋＡ／ｍを越える交換結合磁界を有し、前記交換結合磁界を失うブロッキング温度が３８０℃と極めて高い優れた第１反強磁性層２５，２５及び第２反強磁性層３４，３４を得ることができる。
【００５９】
なお、本発明では、第１反強磁性層２６，２６と第２反強磁性層３４，３４を同じ組成比の前記ＰｔＭｎ合金、前記Ｘ―Ｍｎ合金、あるいは前記Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′合金で形成しても、第１フリー磁性層２９と第２フリー磁性層３１の磁化方向を反平行方向あるいは交差する方向にすることができる。
【００６０】
前記第１材料層２８の膜厚は、前記第１反強磁性層２６の膜厚よりも薄く形成されている。この膜厚は例えば５Å以上で５０Å以下が好ましい。前記第１材料層２８を前記膜厚で形成すると、前記第１材料層２８の膜厚は非常に薄いために、前記第１間欠部２７に形成された前記第１材料層２８は、磁場中熱処理を施しても不規則格子から規則格子に変態できず、反強磁性を発揮しない不規則結晶構造の層の状態を維持する。
【００６１】
前記第１フリー磁性層２９及び第２フリー磁性層３１は、強磁性材料により形成され、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などにより形成されるものであり、特にＮｉＦｅ合金またはＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金により形成されることが好ましい。第１フリー磁性層２９及び第２フリー磁性層３１の膜厚は３０Å〜５０Å程度で形成されることが好ましい。また第１フリー磁性層２９及び第２フリー磁性層３１にＣｏＦｅ合金が使用されるときの組成比は、例えばＣｏが９０ａｔ％、Ｆｅが１０ａｔ％である。
【００６２】
また、第１フリー磁性層２９及び第２フリー磁性層３１は磁性層の２層または３層構造で形成されることが好ましい。２層構造のときは、例えば、ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ構造にして非磁性中間層３０側にＣｏＦｅからなる層を設ける。３層構造の材質の組合わせとしては、例えばＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅを提示できる。
【００６３】
あるいは、第１フリー磁性層２９及び第２フリー磁性層３１が、非磁性中間層を介して積層された磁気的膜厚（Ｍｓ×ｔ；飽和磁化と膜厚の積）が異なる磁性層からなる積層フェリ型のフリー磁性層であってもよい。
【００６４】
前記非磁性中間層３０は、第１フリー磁性層２９と第２フリー磁性層３１との磁気的な結合を防止する層であり、Ｃｕ，Ｃｒ，Ａｕ，Ａｇなど導電性を有する非磁性材料により形成されることが好ましい。特にＣｕによって形成されることが好ましい。前記非磁性中間層３０は例えば１８〜３０Å程度の膜厚で形成される。
【００６５】
前記ストッパ層３５，３５はＣｒなどで形成され、前記保護層３６，３６はＴａなどで形成される。
【００６６】
前記電極層３７，３７はＷ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ａｕなどを材料として用いて形成することができる。電極層３７，３７の膜厚は３００Å〜１０００Åである。
【００６７】
図１に示す磁気検出素子では、第１反強磁性層２６、２６の上に形成された第１フリー磁性層２９の両側方部Ｓ、Ｓでは、前記第１反強磁性層２６，２６と前記第１フリー磁性層２９の両側方部Ｓとの間に磁場中アニールにより交換異方性磁界が発生し、前記第１フリー磁性層２９の両側方部Ｓの磁化方向がトラック幅方向（図示Ｘ方向）またはＸ方向と４５°の角度をなす方向に固定されている。しかし、前記第１間欠部２７、すなわち前記中央部Ｃでは、前記第１反強磁性層２６が形成されておらず、前記第１材料層２８が、不規則結晶構造を維持する膜厚で形成されており、反強磁性を発揮しない。したがって、前記第１フリー磁性層２９は、前記素子両側部Ｓ、Ｓにおいては磁化が強固に固定されているが、前記中央部Ｃでの磁化は外部磁界によって磁化方向が変化するように揃えられている。
【００６８】
また第２反強磁性層３４、３４の下に形成された第２フリー磁性層３１の両側方部Ｓ，Ｓでは、前記第２反強磁性層３４，３４と第２フリー磁性層３１の両側方部Ｓとの間に磁場中アニールにより交換結合磁界が発生し、前記第２フリー磁性層３１の磁化方向が図示Ｘ方向と反平行方向またはＸ方向の反平行方向と４５°の角度をなす方向に固定されている。しかし、前記第２間欠部３３、すなわち前記中央部Ｃでは、前記第２反強磁性層３４が形成されておらず、前記第２材料層３２が、不規則結晶構造を維持する膜厚で形成されており、反強磁性を発揮しない。したがって、前記第２フリー磁性層３１は、前記素子両側部Ｓ、Ｓにおいては磁化が強固に固定されているが、前記中央部での磁化は外部磁界によって磁化方向が変化するように揃えられている。
【００６９】
図１に示される磁気検出素子では、第１フリー磁性層２９の磁化方向はＸ方向と反平行方向を向いている。また、第２フリー磁性層３１の磁化方向はＸ方向を向いている。図１に示す磁気検出素子２０では、前記第１材料層２８の上面および第１反強磁性層２６の上面は連続した平坦化面で形成されており、従って前記第１材料層２８の上面および第１反強磁性層２６の上面に形成される前記第１フリー磁性層２９およびこの第１フリー磁性層２９の上に積層される第２フリー磁性層３１を平坦化面上に形成することができる。仮に、前記第１フリー磁性層２９および第２フリー磁性層３１が平坦ではなく湾曲して形成されていると、湾曲部の側面付近で前記第１フリー磁性層２９および前記第２フリー磁性層３１の軟磁気特性が損われ易くなってしまう。
【００７０】
また、前記磁気検出素子２０の素子両側部Ｓ，Ｓでは、前記第１フリー磁性層２９が前記第１反強磁性層２６，２６に直接接触しており、他の強磁性層を介して形成されておらず、また前記第１フリー磁性層２９の上に積層される第２フリー磁性層３１が前記第２反強磁性層３４，３４に直接接触しており、他の強磁性層を介して形成されていないため、前記第１フリー磁性層２９および第２フリー磁性層３１は、前記中央部Ｃでの磁化が前記他の強磁性層から余分な静磁界等を受けることがなく、前記中央部Ｃでの磁化は固定され難くなり、再生感度の向上を図ることが可能となる。
【００７１】
また図１に示される磁気検出素子２０では、後述する製造方法で詳しく説明するように、前記第１反強磁性層２６はまず凹部２１ａ内に埋め込み形成され、前記第１反強磁性層２６の上面とシード層２３上面とを平坦化した後、前記第１反強磁性層２６上からシード層２３上にかけて第１材料層２８の成膜を行う。前記第１材料層２８のうち、前記第１反強磁性層２６の上面に形成された材料層２８は磁場中アニールによって不規則格子から規則格子に変態して反強磁性を帯び、前記第１反強磁性層２６と一体化する。ところで前記第１材料層２８は前記第１フリー磁性層２９と連続成膜されるものであるから、前記第１反強磁性層２６の上に形成された第１材料層２８は前記第１反強磁性層２６と一体化して反強磁性層となるとともに、前記第１反強磁性層２６と第１フリー磁性層２９の両側方部Ｓ間に適度な大きさの交換結合磁界を生じさせることが可能になり、前記第１フリー磁性層２９の両側方部Ｓの磁化をトラック幅方向に強固に固定することが可能になり、サイドリーディングの発生を抑制することが可能な磁気検出素子を製造することができる。
【００７２】
また図１に示す磁気検出素子２０では、素子中央部Ｃに膜厚の厚い反強磁性層が存在せず、さらに前記第１フリー磁性層２９の上に形成される第１非磁性中間層３０も、平坦化された前記第１フリー磁性層２９の上に均一な膜厚で形成できるので、素子中央部Ｃにおける磁気検出素子全体での膜厚を薄くでき、ギャップ長Ｇ１を小さくできる。なお、ギャップ長Ｇ１とは、中央部Ｃにおける下部シールド層２１と上部シールド層４０間距離である。
【００７３】
図２は、第１フリー磁性層２９と第２フリー磁性層３１の前記素子中央部Ｃの模式的な平面図である。外部磁界が印加されていない状態で、第１フリー磁性層２９と第２フリー磁性層３１の中央部Ｃの磁化方向は点線で示されるＪ１及びＪ２方向を向いており、互いに反平行方向に揃えられている。
【００７４】
外部磁界Ｈが図示Ｙ方向に与えられると、中央部Ｃにおいて第１フリー磁性層２９の磁化方向と第２フリー磁性層３１の磁化方向の両方が外部磁界によって変動してそれぞれ図示Ｊ１ａ方向及び図示Ｊ２ａ方向を向く。このように、第１フリー磁性層２９の磁化方向と第２フリー磁性層３１の磁化方向の相対角度が変化すると、磁気検出素子の電気抵抗値が変化する。磁気検出素子の電気抵抗値変化を電流変化または電圧変化として取り出すことにより、外部磁界を検出する。
【００７５】
ただし、外部磁界が印加されていない状態の第１フリー磁性層２９と第２フリー磁性層３１の磁化方向は、図３に示されるように交差している方が、出力の対称性（シンメトリー）及び大きさが良好になるので好ましい。
【００７６】
第１フリー磁性層２９と第２フリー磁性層３１の磁化方向を交差させる方法として、硬磁性材料からなるバイアス層を用いる方法がある。
【００７７】
図４は、第１フリー磁性層２９、非磁性中間層３０及び第２フリー磁性層３１の積層部をＡとして、この積層部Ａと、積層部Ａのハイト方向後方（図示Ｙ方向）に形成された硬磁性材料からなるハードバイアス層４１を図１の上方向からみた平面図である。また、図５は、積層部Ａ及びハードバイアス層４１と、その上下に形成されている層の縦断面図である。なお、図５では、シード層２３の図示を省略している。
【００７８】
積層部Ａとハードバイアス層４１の間には、アルミナやＳｉＯ２からなる絶縁層４２が介在している。積層部Ａに、ハードバイアス層４１から静磁界が与えられて、第１フリー磁性層２９の中央部Ｃの磁化方向と、第２フリー磁性層３１の中央部Ｃの磁化方向が図示Ｙ方向に回転して、互いに交差した状態になる。
【００７９】
ハードバイアス層４１は、少なくとも第１フリー磁性層２９と第２フリー磁性層３１の中央部Ｃの後方に形成されていることが好ましい。図４では、第１フリー磁性層２９と第２フリー磁性層３１の中央部Ｃの両側端部Ｓ，Ｓの後方にも形成されている。ただし、ハードバイアス層４１を第１フリー磁性層２９と第２フリー磁性層３１の両側端部Ｓ，Ｓの後方にも形成するときには、ハードバイアス層４１と電極層３７，３７間の電気的絶縁をとる必要がある。
【００８０】
ところで図１に示す磁気検出素子２０は、電極層３７，３７から磁気検出素子内に流れる電流が、各層の膜面に対して平行な方向に流れるＣＩＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｐｌａｎｅ）型の磁気検出素子と呼ばれる構造である。
【００８１】
一方、本発明の磁気検出素子には、磁気検出素子の上下に電極層が設けられ、前記電極層から磁気検出素子内に流れる電流が各層の膜面に対し垂直方向に流れるＣＰＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｐｌａｎｅ）型と呼ばれる構造のものも含まれる。
【００８２】
図６は、図１に示された磁気検出素子２０と同じ積層構造を有するＣＰＰ型の磁気検出素子を示す図である。
【００８３】
図６に示される磁気検出素子１２０が図１に示される磁気検出素子２０と異なる点は以下に示す２点である。すなわち、下部ギャップ層２２が形成されずに、下部シールド層２１がシード層２３を介して第１フリー磁性層２９と導通しており、この下部シールド層２１が電極層を兼ねていることと、第２反強磁性層３４、３４の上に形成されたストッパ層３５，３５および保護層３６，３６を介してトラック幅方向に間隔を開けて一対の絶縁層１５０，１５０が積層されたその上に上部ギャップ層を介さずに上部シールド層４０が積層されて、この上部シールド層４０が電極層を兼ねている点である。
【００８４】
ＣＰＰ型の磁気検出素子は、光学的トラック幅を０．１μｍ以下にしても高い磁気抵抗効果を発揮すると考えられており、狭トラック化に適した構造である。
【００８５】
なお、図１または図６に示された磁気検出素子２０，１２０の第１フリー磁性層２９の磁化方向と第２フリー磁性層３１の磁化方向が、トラック幅方向から角度を持った方向にそろえられつつ、互いに交叉していてもよい。
【００８６】
次に、図１に示された磁気検出素子の製造方法を説明する。
図７から図１３は図１の磁気検出素子の製造工程を示す工程図であり、各工程は記録媒体との対向面側から見た部分断面図で示されている。なお、図７から図１３において、図１の各層と同一の符号をつけられた層は、同一の材料で作られている。
【００８７】
図７に示される工程では、下部シールド層２１、下部ギャップ層２２上にシード層２３を成膜し、前記シード層２３の上に保護層６０を成膜する。この保護層６０は前記シード層２３などを酸化から防止するためのものであり、例えばＣｒなどで形成できる。この保護層６０は３Å〜１０Å程度の膜厚で形成できる。ただし、前記保護層６０は形成しなくても良いが、この場合には、後記する図９に示す工程でミリングされる分を見込んで、前記シード層２３を厚めに成膜する。
【００８８】
次に、シード層２３の中央部（トラック幅領域）Ｃ上を覆うリフトオフ用のレジスト層Ｒ１を形成する。このとき大気に暴露されるが、前記保護層６０によって前記シード層２３などが大気による酸化から保護される。また、前記保護層６０を成膜していない場合には、前記シード層２３の表面が酸化される。
【００８９】
次に、イオンミリングによってシード層２３、下部ギャップ層２２及び下部シールド層２１の両側端部Ｓ，Ｓを図７に示される点線に沿って削り、下部シールド層２１に凹部２１ａ，２１ａを形成する。下部シールド層２１に形成される凹部２１ａ，２１ａの側面と底面のなす角θ１は９０°より大きく１２０°以下であることが好ましい。
【００９０】
なお、図７工程におけるイオンミリングの入射角度は、シード層の表面に対して、例えば７０°〜９０°である。
【００９１】
次に、図８工程では、レジスト層Ｒ１を前記保護層６０上に残したまま、下部シールド層２１に形成された凹部２１ａ，２１ａ内に絶縁層２４，２４、シード層２５，２５、第１反強磁性層２６ｂ，２６ｂ、および第１非磁性層６１をスパッタ法によって連続成膜する。したがって、前記第１反強磁性層２６ｂ，２６ｂは前記凹部２１ａ，２１ａの間に形成された第１間欠部２７を介して一対に形成されることになる。スパッタ法には、イオンビームスパッタ法、ロングスロースパッタ法、あるいはコリメーションスパッタ法のいずれか１種以上が使える。なお、この際前記レジスト層Ｒ１にも、絶縁層２４、シード層２５、第１反強磁性層２６ｂおよび第１非磁性層６１が付着する。
【００９２】
絶縁層２４，２４、およびシード層２５，２５の成膜時のスパッタ入射角度は、シード層２３の表面（または前記基板の表面）に対して、例えば３０°〜７０°であり、第１反強磁性層２６ｂ，２６ｂ成膜時のスパッタ入射角度は、シード層２３の表面（または前記基板の表面）に対して、例えば５０°〜９０°である。
【００９３】
前記第１非磁性層６１は、次の図９に述べる工程まで、前記第１反強磁性層２６ｂ，２６ｂを酸化から防止するための保護層として機能するものであり、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｃｕのいずれか１種または２種以上から成る貴金属および／またはＣｒからなる。この第１非磁性層６１は３Å〜１０Å程度の膜厚で形成することができる。
【００９４】
次に図９に示す工程では、レジスト層Ｒ１を除去し、前記保護層６０および前記第１非磁性層６１を、イオンミリングで削り、前記シード層２３の表面及び是記第１反強磁性層２６ｂ，２６ｂの表面を露出させる。このイオンミリング工程では、低エネルギーのイオンミリングを使用できる。その理由は、前記保護層６０および前記第１非磁性層６１が３Å〜１０Å程度の非常に薄い膜厚で形成されているため、前記保護層６０および前記第１非磁性層６１のみを除去するように制御し易くするためである。
【００９５】
低エネルギーのイオンミリングとは、ビーム電圧（加速電圧）が１０００Ｖ未満のイオンビームを用いたイオンミリングであると定義される。例えば、１００Ｖ〜５００Ｖのビーム電圧が用いられる。本実施の形態では、２００Ｖの低ビーム電圧のアルゴン（Ａｒ）イオンビームを用いている。
【００９６】
なお、前記図７に示す工程で前記保護層６０を成膜していない場合には、前記第１非磁性層６１をミリングする際に、前記シード層２３の表面をミリングする。このシード層２３はＮｉＦｅＣｒ合金、ｂｃｃ（体心立方格子）構造の結晶構造、または非晶質に近い構造のＣｒによって形成されており酸化され難い、若しくは酸化されても酸化が深く進行しないため、前記第１非磁性層６１をミリングする際に前記シード層２３の表面に形成された酸化層も除去される。
【００９７】
前記低エネルギーイオンミリングによって露出された前記第１反強磁性層２６ｂ，２６ｂの上面２６ａ，２６ａ、および前記シード層２３の上面２３ａは平坦に形成される。
【００９８】
次に、前記低エネルギーイオンミリングから真空状態を保持したまま、図１０に示すように、第１材料層２８、第１フリー磁性層２９、非磁性中間層３０、第２フリー磁性層３１、第２材料層３２および第２非磁性層６２を連続成膜する。前記第１材料層２８の膜厚は、前記第１反強磁性層２６ｂの膜厚よりも薄く形成されている。同様に第２材料層３２の膜厚は後述する第２反強磁性層３４ｂの膜厚よりも薄く形成される。具体的には前記第１材料層２８および第２材料層３２の膜厚は５Å以上で５０Å以下の範囲内であることが好ましい。前記第１材料層２８は、前記第１反強磁性層２６ｂと同じ組成で、前記第２材料層３２は後述する第２反強磁性層３４ｂと同じ組成で形成される。
【００９９】
前記第２非磁性層６２は、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｃｕのいずれか１種または２種以上から成る貴金属および／またはＣｒからなる。前記第２非磁性層６２の膜厚は３Å〜１０Åの範囲内である。
【０１００】
前記第１材料層２８は、前記第１反強磁性層２６ｂ，２６ｂの上面２６ａ，２６ａ、および前記シード層２３の上面２３ａによって形成された平坦面の上に形成されるため、前記第１材料層２８の上面２８ａも平坦に形成される。従って、前記第１材料層２８の上に形成される第１フリー磁性層２９や第２フリー磁性層３１も平坦に形成される。さらに、非磁性中間層３０も平坦に形成される。
【０１０１】
また、前記第１フリー磁性層２９の上に形成される非磁性中間層３０も、平坦化された前記第１フリー磁性層２９の上に均一な膜厚で形成できるので、素子中央部Ｃでの磁気検出素子全体での膜厚を小さく抑えることができる。
【０１０２】
その後、第１の磁場中アニールを行う。トラック幅方向（図示Ｘ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を行う。このとき、前記第１材料層２８は磁場中熱処理を施されることで、前記第１反強磁性層２６ｂ、２６ｂの上、すなわち前記両側方部Ｓ、Ｓでは、前記第１反強磁性層２６ｂ，２６ｂとともに少なくとも一部の不規則格子が規則格子に変態し、反強磁性を帯びる。
【０１０３】
すなわち前記第１の磁場中アニールを施すことで、前記第１反強磁性層２６ｂ上に形成された第１材料層２８は前記第１反強磁性層２６ｂと一体化し、第１反強磁性層２６ｂと第１材料層２８を合わせた第１反強磁性層２６が構成され、前記第１反強磁性層２６と前記第１フリー磁性層２９との間で交換結合磁界Ｈｅｘが生じ、前記第１フリー磁性層２９の前記第１反強磁性層２６と接する両側方部Ｓの磁化はトラック幅方向またはＸ方向と４５°の角度をなす方向に固定される。なお例えば第１の熱処理温度を２７０℃とし、磁界の大きさを８００ｋ（Ａ／ｍ）とする。
【０１０４】
なお、前記第１間欠部２７、すなわち素子中央部Ｃでは、前記第１材料層２８の膜厚は５０Å以下と非常に薄いために、第１の磁場中アニールを施しても不規則格子から規則格子に変態できず、反強磁性を発揮しない不規則結晶構造の層の状態を維持する。したがって、前記両側方部Ｓ，Ｓでは前記第１材料層２８が第１反強磁性層２６ｂとともに規則化変態して一体化した第１反強磁性層２６，２６と前記第１フリー磁性層２９との間に交換異方性磁界を発生させ、前記第１フリー磁性層２９の磁化方向がトラック幅方向またはトラック幅方向と４５°の角度をなす方向に固定されるものの、前記第１間欠部２７、すなわち前記素子中央部Ｃでは、前記第１反強磁性層２６ｂが形成されておらず、前記第１材料層２８のみが、不規則結晶構造を維持する膜厚で形成されており、反強磁性を発揮しないため、前記第１フリー磁性層２９は、前記素子両側部Ｓ、Ｓにおいては磁化が強固に固定されているが、前記素子中央部Ｃでの磁化は外部磁界によって磁化方向が変化するように揃えられる。
【０１０５】
図１０工程では、前記第１材料層２８と前記第１フリー磁性層２９とが連続成膜される。ここで、一般的に、反強磁性層と強磁性層（フリー磁性層）との間で交換結合磁界を発生させるには、両層の原子が原子レベルの接触をしていることが必用であり、両層の界面に余分な物質原子が存在していないことが必要である。しかし、反強磁性層の上に強磁性層（フリー磁性層）を成膜する際に、連続して行わず、反強磁性層を大気に暴露させた後に強磁性層（フリー磁性層）を成膜すると、両層の界面には酸化物などの余分な物質原子が存在することとなるため、両層の間に良好な交換結合磁界を発生させることができない。
【０１０６】
本発明の製造方法では、前記第１反強磁性層２６ｂ，２６ｂの上に前記第１非磁性層６１を成膜した後に、前記第１非磁性層６１で前記第１反強磁性層２６ｂ，２６ｂを酸化から保護し、その後真空中で前記第１非磁性層６１を除去した後、連続して前記第１材料層２８および第１フリー磁性層２９を成膜でき、磁場中アニールによって前記第１反強磁性層２６ｂ上に形成された第１材料層２８に反強磁性を帯びさせることができるため、第１フリー磁性層２９の両側方部Ｓとの間で適切な大きさの交換結合磁界を生じさせることが可能になる。
【０１０７】
次に図１１に示す工程では、前記第２非磁性層６２をイオンミリングで削り、前記第２材料層３２の表面を露出させる。このイオンミリング工程では、低エネルギーのイオンミリングを使用できる。その理由は、前記第２非磁性層６２が３Å〜１０Å程度の非常に薄い膜厚で形成されているため、前記第２非磁性層６２のみを除去するように制御し易くするためである。
【０１０８】
低エネルギーのイオンミリングとは、ビーム電圧（加速電圧）が１０００Ｖ未満のイオンビームを用いたイオンミリングであると定義される。例えば、１００Ｖ〜５００Ｖのビーム電圧が用いられる。本実施の形態では、２００Ｖの低ビーム電圧のアルゴン（Ａｒ）イオンビームを用いている。
【０１０９】
次に、前記低エネルギーイオンミリングから真空状態を保持したまま、図１２に示すように、前記第２反強磁性層３４ｂ、ストッパ層３５、保護層３６、電極層３７、および保護層３８を連続成膜する。このとき、前記第２反強磁性層３４ｂの膜厚は、前記第２材料層３２の膜厚よりも厚く形成される。
【０１１０】
次に、図１３に示す工程では、前記保護層３８のトラック幅方向の両側端部上に、所定間隔Ｄを空けて一対のマスク層６３、６３を設ける。前記マスク層６３、６３はＣｒなどのメタル層であってもよいし、レジスト層であってもよい。
【０１１１】
図１３に示すように、前記マスク層６３と６３間のトラック幅方向における間隔内から露出する保護層３８、電極層３７及び保護層３６を、図示破線で示すようにリアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）で除去する。エッチングガスとして、ＣＦ４やＣ３Ｆ８あるいはＡｒとＣＦ４の混合ガス、またはＣ３Ｆ８とＡｒとの混合ガスを使用する。前記ＲＩＥにより、前記電極層３７は磁気検出素子２０のトラック幅方向における両側端部にのみ残される。前記ＲＩＥ工程はストッパ層３５が前記間隔Ｄ内から露出すると終了される。
【０１１２】
次に、露出しているストッパ層３５、第２の反強磁性層３４ｂを、図示破線で示すようにイオンミリングで除去し、前記第２材料層３２の表面を露出させる。このイオンミリング時の削り込み量はＳＩＭＳ分析計によって制御することが可能である。前記第２材料層３２が露出した時点でイオンミリングを止める。なお前記イオンミリングは前記第２フリー磁性層３１の上面が露出するまで行ってもよい。なおこのイオンミリング工程でマスク層６３も削られる。このイオンミリング工程で、前記第２反強磁性層３４ｂはトラック幅方向に所定間隔の第２間欠部３３を介して、前記側端部Ｓ，Ｓに残される。
【０１１３】
その後に図１に示す上部ギャップ層３９や上部シールド層４０を成膜し、第２の磁場中アニールを行う。トラック幅方向と反平行、またはトラック幅方向の反平行方向と４５°の角度をなす方向に第２の磁界を印加しつつ、第２の熱処理温度で熱処理を行う。これにより前記第２反強磁性層３４ｂ下の第２材料層３２は、前記第２反強磁性層３４ｂとともに不規則格子から規則化変態し、前記第２反強磁性層３４ｂと第２材料層３２とが一体化した第２反強磁性層３４となる。前記第２の磁場中アニールによって、第２反強磁性層３４ｂと第２材料層３２とが一体化した第２反強磁性層３４と前記第２フリー磁性層３１との間には交換結合磁界が生じ、前記第２フリー磁性層３１の磁化をトラック幅方向と反平行またはトラック幅方向に反平行方向と４５°の角度をなす方向に固定することができる。なお例えば第２の熱処理温度を２７０℃とし、磁界の大きさを８から３０ｋ（Ａ／ｍ）、例えば２４ｋ（Ａ／ｍ）とする。このように、第２の磁場中アニールでの磁界の大きさは、前記第１の磁場中アニールでの磁界よりも小さくすることが好ましい。このようにすることで、第２の磁場中アニールの際、前記第１の磁場中アニールで固定した前記第１フリー磁性層２９の磁化方向を変化させることなく固定させておくことができる。
【０１１４】
なお前記第２間欠部３３、すなわち前記素子中央部Ｃでの前記第２材料層３２の膜厚は非常に薄いために、第２の磁場中アニールを施しても不規則格子から規則格子に変態できず、反強磁性を発揮しない不規則結晶構造の層の状態を維持する。したがって、前記両側方部Ｓ、Ｓでは第２反強磁性層３４ｂ，３４ｂと第２材料層３２とが一体化した第２反強磁性層３４と前記第２フリー磁性層３１との間に交換異方性磁界を発生させて、前記第２フリー磁性層３１の磁化方向をトラック幅方向と反平行、またはトラック幅方向に反平行方向と４５°の角度をなす方向に固定できるとともに、前記第２間欠部３３、すなわち前記素子中央部Ｃでは、前記第２反強磁性層３４が形成されておらず、前記第２材料層３２のみが、不規則結晶構造を維持する膜厚で形成されており、反強磁性を発揮しないため、前記第２フリー磁性層３１の前記中央部Ｃでの磁化を外部磁界によって磁化方向が変化するように弱く単磁区化することができる。
【０１１５】
本発明の製造方法では、前記第２フリー磁性層３１と前記第２材料層３２とを真空中で連続して成膜した後に、前記第２非磁性層６２で前記第２材料層３２を酸化から保護し、その後真空中で前記第２非磁性層６２を除去した後、前記第２材料層３２上に第２反強磁性層３４ｂを成膜しており、磁場中アニールによって第２フリー磁性層３１の両側方部Ｓ上に形成された第２材料層３２に反強磁性を帯びさせることができるため、前記第２フリー磁性層３１の両側方部Ｓとの間で適切な大きさの交換結合磁界を生じさせることが可能となる。
【０１１６】
以上図１に示す磁気検出素子２０の製造方法について説明したが、図６に示すＣＰＰ型の磁気検出素子１２０を製造するには、図７に示す工程で前記下部ギャップ層２２を成膜せずに、前記下部シールド層２１の上に前記シード層２３を成膜し、図１２に示す工程で前記電極層３７および保護層３８を成膜せず、さらに図１３に示す工程で前記保護層３６、３６の上から前記第２反強磁性層３４，３４の側面３４ａ，３４ａにかけて絶縁層１５０を形成した後、電極層を兼ねた上部シールド層４０を形成すれば良い。
【０１１７】
なお、図１に示す前記磁気検出素子２０や図６に示す磁気検出素子１２０では、前記第１反強磁性層２６，２６および前記第１材料層２８の上面が連続した平坦面である場合を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記第１反強磁性層２６，２６および前記第１材料層２８の上面が湾曲した連続面に形成されるものであっても良い。
【０１１８】
このように前記磁気検出素子２０，１２０を構成しても、前記第１材料層２８が前記第１フリー磁性層２９と連続成膜されるため、前記第１反強磁性層２６の上に形成された第１材料層２８は前記第１反強磁性層２６と一体化して反強磁性層となるとともに、前記第１反強磁性層２６と第１フリー磁性層２９の両側方部Ｓ間に適度な大きさの交換結合磁界を生じさせることが可能になり、前記第１フリー磁性層２９の両側方部Ｓ，Ｓの磁化をトラック幅方向に強固に固定することが可能になり、サイドリーディングの発生を抑制することが可能な磁気検出素子を製造することができる。また素子中央部Ｃに膜厚の厚い反強磁性層が存在しないため、素子中央部Ｃにおける磁気検出素子全体での膜厚を薄くでき、ギャップ長Ｇ１を小さくできる。
【０１１９】
【発明の効果】
以上詳細に説明した本発明の磁気検出素子は、第１反強磁性層の上面および前記第１間欠部の上面と前記第１フリー磁性層の下面との間には、前記第１反強磁性層と同じ組成の第１材料層が前記第１反強磁性層よりも薄い膜厚により形成されているため、第１材料層と第１フリー磁性層を連続して成膜できることから交換結合磁界を強くすることができる。また、第１材料層の上面を平坦に形成し、前記第１フリー磁性層およびこの第１フリー磁性層の上に積層される第２フリー磁性層も平坦に形成することができる。したがって、サイドリーディングを防止することができるとともに再生感度の向上を図れ、狭ギャップ化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の磁気検出素子の部分断面図、
【図２】本発明の磁気検出素子の動作原理を説明するための模式図、
【図３】本発明の磁気検出素子の動作原理を説明するための模式図、
【図４】ハードバイアス層が設けられた本発明の磁気検出素子の部分平面図、
【図５】ハードバイアス層が設けられた本発明の磁気検出素子の部分断面図、
【図６】本発明の第２の実施の形態の磁気検出素子の部分断面図、
【図７】図１に示す磁気検出素子の製造方法を示す一工程図、
【図８】図７の次に行なわれる一工程図、
【図９】図８の次に行なわれる一工程図、
【図１０】図９の次に行なわれる一工程図、
【図１１】図１０の次に行なわれる一工程図、
【図１２】図１１の次に行なわれる一工程図、
【図１３】図１２の次に行なわれる一工程図、
【符号の説明】
２０ 磁気検出素子
２１ 下部シールド層
２２ 下部ギャップ層
２３ シード層
２６ 第１反強磁性層
２７ 第１間欠部
２８ 第１材料層
２８ａ 上面
２９ 第１フリー磁性層
３０ 非磁性中間層
３１ 第２フリー磁性層
３２ 第２材料層
３３ 第２間欠部
３４ 第２反強磁性層
３７ 電極層
３９ 上部ギャップ層
４０ 上部シールド層
６０ 保護層
６１ 第１非磁性層
６２ 第２非磁性層
１２０ 磁気検出素子
１５０ 絶縁層
Ｃ 中央部
Ｓ 両側端部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハードディスク装置や磁気センサなどに用いられる磁気検出素子に係り、特にサイドリーディングの防止、再生感度の向上さらには狭ギャップ化を図ることができるとともに、これらの効果を得ることができる磁気検出素子を容易に且つ適切に製造す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】
以下の特許文献１には、複数の強磁性層と前記強磁性層間に介在するスペーサ層とが膜厚方向に積層され、各強磁性層の磁化制御手段として、前記強磁性層のうち最上部および最下部の強磁性層に交換結合層を隣接させた磁気トランスデューさが開示されている。
【０００３】
この特許文献１によれば前記交換結合層はＦｅＭｎやＮｉＭｎなどである。前記交換結合層と最上部および最下部の強磁性層間で交換結合磁界を生じさせて各強磁性層の磁化方向を制御している。
【０００４】
前記交換結合層は基板上に所定の間隔を開けて形成され、基板表面よりも盛り上がった前記交換結合層上から前記基板上にかけて前記強磁性層が積層され、さらにその上にスペーサ層および強磁性層が交互に積層されている。
【０００５】
すなわち特許文献１によれば前記強磁性層およびスペーサ層は起伏のある表面に積層されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１２８７１４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記のように前記強磁性層およびスペーサ層を起伏のある表面に形成すると、前記強磁性層およびスペーサ層を所定膜厚で形成できないばかりか、特に次のような問題が発生する。
【０００８】
すなわち前記交換結合層間に挟まれた中央部分の前記強磁性層も、その側面で隣接する前記交換結合層からの余分な静磁界によって磁化が固定されやすくなってしまい、外部磁界に対する感度が低下しやすいといった問題がある。
【０００９】
あるいは特許文献１の磁気トランスデューサの構造では、本来、磁化が強固に固定されるべき交換結合層上の前記強磁性層の磁化が外部磁界に対して動きやすくなっている可能性もある。
【００１０】
特許文献１では、具体的な製造方法についての開示がないが、この特許文献１の磁気トランスデューサの構造からすると、まず基板上にトラック幅方向に所定の間隔を空けた交換結合層を形成する工程を施した後、別の工程に移して強磁性層、スペーサ層の積層を行う必要があると考えられる。すなわち前記交換結合層と前記強磁性層との形成を同じチャンバ内で連続して成膜することができず、このため、前記交換結合層と前記強磁性層との間で発生する交換結合磁界は弱いものとなる。そのため、本来、磁化が強固に固定されるべき前記強磁性層の両側端部の磁化が外部磁界に対して動きやすくなり、この結果、サイドリーディングが発生しやすいといった問題が生じる可能性がある。
【００１１】
また上記したように特許文献１には、磁気トランスデューサの具体的な製造方法についての開示がないが、単純に各層を積層しただけでは各強磁性層の磁化制御を適切に行うことはできないと考えられ、すなわち特許文献１の内容では磁気トランスデューサを如何にして実用化するかが不明である。
【００１２】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、特にサイドリーディングの防止、再生感度の向上さらには狭ギャップ化を図ることができるとともに、これらの効果を得ることができる磁気検出素子を容易に且つ適切に製造することが可能な磁気検出素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気検出素子は、トラック幅方向に所定間隔の間欠部を有して形成された一対の第１反強磁性層と、前記間欠部に前記第１反強磁性層と同じ組成で且つ前記第１反強磁性層よりも薄い膜厚で形成された不規則結晶構造を有する第１材料層と、前記第１反強磁性層および第１材料層上に下から順に積層された第１フリー磁性層と非磁性中間層と第２フリー磁性層と、前記第２フリー磁性層の上にトラック幅方向に所定間隔の間欠部を介して形成された一対の第２反強磁性層と、を有し、
前記第１反強磁性層および第１材料層の上面は連続面であり、この連続面上に前記第１フリー磁性層が設けられており、
外部磁界により前記第１フリー磁性層および第２フリー磁性層の磁化方向が変わることによって抵抗値が変化することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の磁気検出素子では、第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の第１反強磁性層及び一対の第２反強磁性層が、それぞれトラック幅方向に所定間隔の間欠部を介して形成されている。一対の前記第１反強磁性層に挟まれる前記第１フリー磁性層のトラック幅方向の中央部、及び一対の前記第２反強磁性層に挟まれる前記第２フリー磁性層のトラック幅方向の中央部は、外部磁界によって磁化方向が変動する。
【００１５】
前記第１反強磁性層間に形成された間欠部には、前記第１反強磁性層と同じ組成で且つ前記第１反強磁性層よりも薄い膜厚で形成された不規則結晶構造の第１材料層が形成されている。前記第１フリー磁性層間の間欠部に前記第１材料層を設けたことで特に製造方法で説明するように、前記第１反強磁性層とその上に形成された第１フリー磁性層の両側端部間に適切な大きさの交換結合磁界を生じさせることができ、この結果、サイドリーディングの発生を抑制できる。また本発明では、従来のスピンバルブ型薄膜素子のように固定磁性層の磁化を固定するための反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層およびフリー磁性層を積層した多層膜構造ではなく、前記第１フリー磁性層および第２フリー磁性層の中央部の上下に膜厚の厚い反強磁性層を設けない構成とした結果、狭ギャップ化を適切に図ることが可能になっている。
【００１６】
また、一対の第２反強磁性層の間に形成された間欠部には、前記第２反強磁性層と同じ組成の第２材料層が前記第２フリー磁性層と接して形成されており、前記第２材料層は、前記第２反強磁性層よりも薄い膜厚で形成された不規則結晶構造の層であるものとして構成することもできる。
【００１７】
この場合、前記第１材料層の膜厚は５Å以上で５０Å以下であるものとして構成することが好ましく、また前記第２材料層の膜厚は５Å以上で５０Å以下であるものとして構成することが好ましい。
【００１８】
このように、前記第１材料層や第２材料層を前記膜厚で構成すると、磁場中熱処理を施しても前記間欠部では不規則格子から規則格子に変態できず、前記第１間欠部または前記第２間欠部で反強磁性を発揮しない不規則結晶構造の層の状態を維持することができる。
【００１９】
また、前記第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層のハイト方向後方に、絶縁層を介して、硬磁性材料からなるバイアス層が形成されているものとして構成することができる。
【００２０】
このように構成すると、前記第１フリー磁性層と前記第２フリー磁性層の磁化方向を、互いに交叉する方向に揃えることが容易になり、磁気検出素子の出力の対称性（シンメトリー）が良好になり、また磁界検出感度を向上することができる。
【００２１】
また、前記連続面は平坦化面であるものとして構成することが好ましい。
このように構成すると、連続面に形成された前記第１反強磁性層および前記第１材料層の上面に前記第１フリー磁性層が設けられるため、この第１フリー磁性層および前記第１フリー磁性層の上に積層される第２フリー磁性層を平坦に形成することができ、前記第１フリー磁性層の中央部には余分な静磁界等が流入せず前記第１フリー磁性層の中央部は外部磁界に対し感度良く磁化回転する。
【００２２】
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）基板のトラック幅方向における両側に所定深さの凹部を設ける工程と、
（ｂ）前記凹部内に第１反強磁性層を形成し、前記第１反強磁性層上に貴金属および／またはＣｒからなる第１非磁性層を連続成膜する工程と、
（ｃ）前記第１非磁性層を除去して、前記第１反強磁性層の上面と前記第１反強磁性層間の基板上面を露出し、前記第１反強磁性層の上面から前記基板の上面にかけて前記第１の反強磁性層と同じ組成でありかつ不規則結晶構造の第１材料層を前記第１反強磁性層の膜厚よりも薄い膜厚で形成し、前記第１反強磁性層の上に重ねられた第１材料層を前記第１反強磁性層の一部として構成し、
（ｄ）前記第１材料層および第１反強磁性層上に下から第１フリー磁性層、非磁性中間層、第２フリー磁性層の順に形成するとともに、第１の磁場中アニールにより、前記第１反強磁性層と前記第１フリー磁性層間に交換結合磁界を生じさせ、前記第１フリー磁性層の磁化方向を所定の方向に揃える工程と、
（ｅ）前記第２フリー磁性層の上に、トラック幅方向に所定の間隔の間欠部を介して形成された一対の第２反強磁性層を形成するとともに、第２の磁場中アニールにより、前記第２フリー磁性層の磁化を前記第１フリー磁性層の磁化方向と反平行方向、または交叉する方向に揃える工程
本発明によって製造された磁気検出素子では、第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層の磁化方向をそろえるための一対の第１反強磁性層及び一対の第２反強磁性層が、それぞれトラック幅方向に所定間隔の間欠部を介して形成される。前記間欠部と膜厚方向で対向する位置に設けられた前記第１フリー磁性層のトラック幅方向の中央部、及び前記第２フリー磁性層のトラック幅方向の中央部は、外部磁界によって磁化方向が変動する。
【００２３】
また本発明の製造方法では、前記第１反強磁性層の上に前記第１非磁性層を成膜した後に、前記第１非磁性層で前記第１反強磁性層を酸化から保護し、そして、前記第１非磁性層を除去した後、連続して前記第１反強磁性層上に前記第１材料層、および第１フリー磁性層を成膜している。前記第１反強磁性層上に形成された前記第１材料層の両側端部は前記第１反強磁性層と一体化し、第１の磁場中アニールによって前記第１反強磁性層と前記第１フリー磁性層の両側端部間には適切な大きさの交換結合磁界を生じさせることができる。
【００２４】
上記した本発明の製造方法によれば、再生感度に優れ、サイドリーディングの発生を抑制でき、さらに狭ギャップ化に対応可能な磁気検出素子を容易に且つ適切に製造することが可能になっている。
【００２５】
なお前記製造方法で製造された磁気検出素子では、前記第１反強磁性層の上から前記間欠部の上面にかけて形成される前記第１材料層は、前記第１反強磁性層よりも薄い膜厚で形成される。前記第１材料層は磁場中熱処理を施されることで、前記第１反強磁性層の上では、前記第１反強磁性層とともに少なくとも一部の不規則格子が規則格子に変態し、反強磁性を発揮する。一方、前記間欠部では、前記第１材料層の膜厚は非常に薄いために、磁場中熱処理を施しても不規則格子から規則格子に変態できず、反強磁性を発揮しない不規則結晶構造の層の状態を維持する。
【００２６】
この場合、前記（ｄ）工程で、前記第２フリー磁性層の上に、前記第２反強磁性層と同じ組成で形成される不規則結晶構造の第２材料層を前記第２反強磁性層よりも薄い膜厚で形成し、さらに前記第２材料層の上に貴金属および／またはＣｒからなる第２非磁性層を形成した後、前記第１の磁場中アニールを施し、
前記（ｅ）工程で、前記第２非磁性層を除去した後、前記第２材料層上に少なくとも第２反強磁性層を形成し、前記第２反強磁性層の上に直接的にあるいは他の層を介してトラック幅方向に所定の間隔を空けたマスク層を形成し、このマスク層に覆われていない前記第２反強磁性層を除去して、その除去された間隔内から前記第２材料層を露出させ、その後、前記第２の磁場中アニールを施すものとして構成することもできる。
【００２７】
また、前記（ｂ）工程および／または前記（ｄ）工程での前記貴金属を、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｃｕのいずれか１種または２種以上から選択するものとして構成することができる。
【００２８】
本発明では、前記（ｂ）工程で前記第１反強磁性層上に積層される第１非磁性層、または前記（ｄ）工程で前記第２反強磁性層上に積層される第２非磁性層を前記貴金属および／またはＣｒによって形成するため、非磁性層の膜厚が薄くても十分な酸化防止効果を発揮する。
【００２９】
したがって、前記（ｂ）工程および／または前記（ｄ）工程での、前記第１非磁性層および第２非磁性層を３Å以上１０Å以下の膜厚で形成することが可能となる。
【００３０】
また、前記（ｃ）工程および（ｄ）工程での、前記第１材料層および第２材料層を５Å以上５０Å以下の膜厚で形成することができる。
【００３１】
このように、前記第１材料層および第２材料層を前記膜厚で構成すると、磁場中熱処理を施しても前記間欠部では不規則格子から規則格子に変態できず、前記間欠部で反強磁性を発揮しない不規則結晶構造の層の状態を維持することができる。
【００３２】
また、前記（ｅ）工程の後、前記第１フリー磁性層および第２フリー磁性層のハイト方向後方に、絶縁層を介して、硬磁性材料からなるバイアス層を形成する工程を有するものとして構成することができる。
【００３３】
このような方法によって製造された磁気検出素子では、前記第１フリー磁性層と前記第２フリー磁性層の磁化方向を、互いに交叉する方向に揃えることが容易になり、磁気検出素子の出力の対称性（シンメトリー）が良好になり、また磁界検出感度を向上することができる。
【００３４】
また、前記（ｃ）工程で、露出した前記第１反強磁性層の上面および前記第１反強磁性層間の基板の上面を連続した平坦面に形成するものとして構成することが好ましい。
【００３５】
このように構成すると、この平坦化された面上に積層される前記第１材料層は平坦に形成され、前記第１フリー磁性層およびこの第１フリー磁性層の上に形成される第２フリー磁性層も平坦に形成することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図１は、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部分断面図である。
【００３７】
図１に示す磁気検出素子２０は、記録媒体に記録された外部信号を再生するためのＭＲヘッドである。記録媒体との対向面は、例えば前記磁気検出素子２０の構成する薄膜の膜面に垂直で且つ磁気検出素子のトラック幅方向と平行な平面である。図１では、記録媒体との対向面はＸ−Ｚ平面に平行な平面である。
【００３８】
なお、前記磁気検出素子２０が浮上式の磁気ヘッドに用いられる場合、記録媒体との対向面とは、いわゆるＡＢＳ面のことである。
【００３９】
また前記磁気検出素子２０は、例えばアルミナ−チタンカーバイト（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）で形成されたスライダのトレーリング端面上に形成される。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。
【００４０】
なお、トラック幅方向とは、外部磁界によって磁化方向が変動する領域の幅方向のことであり、すなわち図示Ｘ方向である。
【００４１】
なお、記録媒体は磁気検出素子２０の記録媒体との対向面に対向しており、図示Ｚ方向に移動する。この記録媒体からの洩れ磁界方向は図示Ｙ方向である。
【００４２】
また、図１に示した再生用の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もよい。
【００４３】
図１に示す磁気検出素子２０では、下部シールド層２１が形成され、この下部シールド層２１の表面にトラック幅方向に所定間隔を開けて一対の凹部２１ａ，２１ａが形成されており、凹部２１ａ，２１ａに挟まれた凸部２１ｂの上面２１ｂ１上に下部ギャップ層２２及びシード層２３が積層されている。
【００４４】
また、凹部２１ａ，２１ａ内には、絶縁層２４，２４およびシード層２５，２５が形成されている。前記シード層２５，２５上に、第１反強磁性層２６，２６が所定間隔の第１間欠部２７を介して形成されている。前記第１反強磁性層２６の上面は前記シード層２３の上面よりも高い位置にある。
【００４５】
また、磁気検出素子２０の中央部（トラック幅領域）Ｃの近傍における第１反強磁性層２６，２６の膜厚が大きい方が、サイドリーディングをより低減できる。このためには、下部シールド層２１に形成された凹部２１ａの底面と側面のなす角θ１の範囲を９０°以上１２０°以下にすることが好ましい。
【００４６】
一対の第１反強磁性層２６，２６間に形成された第１間欠部２７には、前記第１反強磁性層２６，２６と同じ組成で前記第１反強磁性層２６よりも膜厚が薄くしかも不規則結晶構造を有する第１材料層２８が前記シード層２３上に形成されている。図１に示されるように、第１反強磁性層２６，２６はトラック幅方向（図示Ｘ方向）に前記第１間欠部２７をあけて形成されており、トラック幅方向の第１反強磁性層２６，２６間距離が光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗとなる。
【００４７】
前記第１材料層２８の上面および第１反強磁性層２６の上面は連続した平坦化面であり、前記第１材料層２８の上面および第１反強磁性層２６の上面には、下から順に、第１フリー磁性層２９、非磁性中間層３０および第２フリー磁性層３１が積層されている。
【００４８】
第２フリー磁性層３１上には、所定間隔の第２間欠部３３を介して、一対の第２反強磁性層３４，３４が形成され、前記第２間欠部３３には、前記第２反強磁性層３４と同じ組成で且つ前記第２反強磁性層３４よりも薄い膜厚で形成された不規則結晶構造を有する第２材料層３２が形成されている。なお前記第２間欠部３３に前記第２材料層３２が形成されていなくてもよい。
【００４９】
前記第２反強磁性層３４，３４の上にストッパ層３５、３５、保護層３６，３６および電極層３７，３７が形成されている。
【００５０】
電極層３７，３７上には、保護層３８を介して上部ギャップ層３９、上部シールド層４０が積層されている。なお、前記第２反強磁性層３４，３４間のトラック幅方向の幅寸法は光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗに等しくなっている。
【００５１】
前記下部シールド層２１及び上部シールド層４０は、ＮｉＦｅなどの磁性材料からなり、下部ギャップ層２２及び上部ギャップ層３９並びに絶縁層２４、２４はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）またはＳｉＯ２などの絶縁性材料から形成されている。
【００５２】
シード層２３、２５、２５は、結晶構造がｂｃｃ（体心立方格子）構造の非磁性材料、例えばＣｒまたはｆｃｃ（面心立方格子）構造のＮｉＦｅＣｒ合金、または非晶質に近い構造のＴａ、によって形成される。このシード層２３、２５，２５によって、その上に積層される第１材料層２８、第１フリー磁性層２９、または第１反強磁性層２６，２６の結晶配向を整え、第１フリー磁性層２９の軟磁気特性を向上させるとともに比抵抗を低下させることができる。また、第１反強磁性層２６，２６の結晶粒径を大きくし、ブロッキング温度の分布を改善することができる。
【００５３】
第１反強磁性層２６，２６及び第２反強磁性層３４，３４は、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，のいずれか１種または２種以上の元素である）合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１または２種以上の元素である）合金で形成する。
【００５４】
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、熱処理によってＣｕＡｕＩ型の規則型の面心正方構造（ｆｃｔ）に構造変態する。
【００５５】
第１反強磁性層２６，２６及び第２反強磁性層３４，３４の膜厚は、８０〜３００Å、例えば２００Åである。
【００５６】
ここで、反強磁性層を形成するための、前記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。また、前記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。特に規定しない限り、〜で示す数値範囲の上限と下限は以下、以上を意味する。
【００５７】
また、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。また、前記Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。さらに、前記Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’が０．２〜１０ａｔ％の範囲であることが好ましい。ただし、Ｘ’がＰｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのいずれか１種または２種以上の元素である場合には、Ｘ’は０．２〜４０ａｔ％の範囲であることが好ましい。
【００５８】
これらの合金を使用し、これを熱処理することにより、大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層を得ることができる。特に、ＰｔＭｎ合金であれば、４８ｋＡ／ｍ以上、例えば６４ｋＡ／ｍを越える交換結合磁界を有し、前記交換結合磁界を失うブロッキング温度が３８０℃と極めて高い優れた第１反強磁性層２５，２５及び第２反強磁性層３４，３４を得ることができる。
【００５９】
なお、本発明では、第１反強磁性層２６，２６と第２反強磁性層３４，３４を同じ組成比の前記ＰｔＭｎ合金、前記Ｘ―Ｍｎ合金、あるいは前記Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′合金で形成しても、第１フリー磁性層２９と第２フリー磁性層３１の磁化方向を反平行方向あるいは交差する方向にすることができる。
【００６０】
前記第１材料層２８の膜厚は、前記第１反強磁性層２６の膜厚よりも薄く形成されている。この膜厚は例えば５Å以上で５０Å以下が好ましい。前記第１材料層２８を前記膜厚で形成すると、前記第１材料層２８の膜厚は非常に薄いために、前記第１間欠部２７に形成された前記第１材料層２８は、磁場中熱処理を施しても不規則格子から規則格子に変態できず、反強磁性を発揮しない不規則結晶構造の層の状態を維持する。
【００６１】
前記第１フリー磁性層２９及び第２フリー磁性層３１は、強磁性材料により形成され、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などにより形成されるものであり、特にＮｉＦｅ合金またはＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金により形成されることが好ましい。第１フリー磁性層２９及び第２フリー磁性層３１の膜厚は３０Å〜５０Å程度で形成されることが好ましい。また第１フリー磁性層２９及び第２フリー磁性層３１にＣｏＦｅ合金が使用されるときの組成比は、例えばＣｏが９０ａｔ％、Ｆｅが１０ａｔ％である。
【００６２】
また、第１フリー磁性層２９及び第２フリー磁性層３１は磁性層の２層または３層構造で形成されることが好ましい。２層構造のときは、例えば、ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ構造にして非磁性中間層３０側にＣｏＦｅからなる層を設ける。３層構造の材質の組合わせとしては、例えばＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅを提示できる。
【００６３】
あるいは、第１フリー磁性層２９及び第２フリー磁性層３１が、非磁性中間層を介して積層された磁気的膜厚（Ｍｓ×ｔ；飽和磁化と膜厚の積）が異なる磁性層からなる積層フェリ型のフリー磁性層であってもよい。
【００６４】
前記非磁性中間層３０は、第１フリー磁性層２９と第２フリー磁性層３１との磁気的な結合を防止する層であり、Ｃｕ，Ｃｒ，Ａｕ，Ａｇなど導電性を有する非磁性材料により形成されることが好ましい。特にＣｕによって形成されることが好ましい。前記非磁性中間層３０は例えば１８〜３０Å程度の膜厚で形成される。
【００６５】
前記ストッパ層３５，３５はＣｒなどで形成され、前記保護層３６，３６はＴａなどで形成される。
【００６６】
前記電極層３７，３７はＷ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ａｕなどを材料として用いて形成することができる。電極層３７，３７の膜厚は３００Å〜１０００Åである。
【００６７】
図１に示す磁気検出素子では、第１反強磁性層２６、２６の上に形成された第１フリー磁性層２９の両側方部Ｓ、Ｓでは、前記第１反強磁性層２６，２６と前記第１フリー磁性層２９の両側方部Ｓとの間に磁場中アニールにより交換異方性磁界が発生し、前記第１フリー磁性層２９の両側方部Ｓの磁化方向がトラック幅方向（図示Ｘ方向）またはＸ方向と４５°の角度をなす方向に固定されている。しかし、前記第１間欠部２７、すなわち前記中央部Ｃでは、前記第１反強磁性層２６が形成されておらず、前記第１材料層２８が、不規則結晶構造を維持する膜厚で形成されており、反強磁性を発揮しない。したがって、前記第１フリー磁性層２９は、前記素子両側部Ｓ、Ｓにおいては磁化が強固に固定されているが、前記中央部Ｃでの磁化は外部磁界によって磁化方向が変化するように揃えられている。
【００６８】
また第２反強磁性層３４、３４の下に形成された第２フリー磁性層３１の両側方部Ｓ，Ｓでは、前記第２反強磁性層３４，３４と第２フリー磁性層３１の両側方部Ｓとの間に磁場中アニールにより交換結合磁界が発生し、前記第２フリー磁性層３１の磁化方向が図示Ｘ方向と反平行方向またはＸ方向の反平行方向と４５°の角度をなす方向に固定されている。しかし、前記第２間欠部３３、すなわち前記中央部Ｃでは、前記第２反強磁性層３４が形成されておらず、前記第２材料層３２が、不規則結晶構造を維持する膜厚で形成されており、反強磁性を発揮しない。したがって、前記第２フリー磁性層３１は、前記素子両側部Ｓ、Ｓにおいては磁化が強固に固定されているが、前記中央部での磁化は外部磁界によって磁化方向が変化するように揃えられている。
【００６９】
図１に示される磁気検出素子では、第１フリー磁性層２９の磁化方向はＸ方向と反平行方向を向いている。また、第２フリー磁性層３１の磁化方向はＸ方向を向いている。図１に示す磁気検出素子２０では、前記第１材料層２８の上面および第１反強磁性層２６の上面は連続した平坦化面で形成されており、従って前記第１材料層２８の上面および第１反強磁性層２６の上面に形成される前記第１フリー磁性層２９およびこの第１フリー磁性層２９の上に積層される第２フリー磁性層３１を平坦化面上に形成することができる。仮に、前記第１フリー磁性層２９および第２フリー磁性層３１が平坦ではなく湾曲して形成されていると、湾曲部の側面付近で前記第１フリー磁性層２９および前記第２フリー磁性層３１の軟磁気特性が損われ易くなってしまう。
【００７０】
また、前記磁気検出素子２０の素子両側部Ｓ，Ｓでは、前記第１フリー磁性層２９が前記第１反強磁性層２６，２６に直接接触しており、他の強磁性層を介して形成されておらず、また前記第１フリー磁性層２９の上に積層される第２フリー磁性層３１が前記第２反強磁性層３４，３４に直接接触しており、他の強磁性層を介して形成されていないため、前記第１フリー磁性層２９および第２フリー磁性層３１は、前記中央部Ｃでの磁化が前記他の強磁性層から余分な静磁界等を受けることがなく、前記中央部Ｃでの磁化は固定され難くなり、再生感度の向上を図ることが可能となる。
【００７１】
また図１に示される磁気検出素子２０では、後述する製造方法で詳しく説明するように、前記第１反強磁性層２６はまず凹部２１ａ内に埋め込み形成され、前記第１反強磁性層２６の上面とシード層２３上面とを平坦化した後、前記第１反強磁性層２６上からシード層２３上にかけて第１材料層２８の成膜を行う。前記第１材料層２８のうち、前記第１反強磁性層２６の上面に形成された材料層２８は磁場中アニールによって不規則格子から規則格子に変態して反強磁性を帯び、前記第１反強磁性層２６と一体化する。ところで前記第１材料層２８は前記第１フリー磁性層２９と連続成膜されるものであるから、前記第１反強磁性層２６の上に形成された第１材料層２８は前記第１反強磁性層２６と一体化して反強磁性層となるとともに、前記第１反強磁性層２６と第１フリー磁性層２９の両側方部Ｓ間に適度な大きさの交換結合磁界を生じさせることが可能になり、前記第１フリー磁性層２９の両側方部Ｓの磁化をトラック幅方向に強固に固定することが可能になり、サイドリーディングの発生を抑制することが可能な磁気検出素子を製造することができる。
【００７２】
また図１に示す磁気検出素子２０では、素子中央部Ｃに膜厚の厚い反強磁性層が存在せず、さらに前記第１フリー磁性層２９の上に形成される第１非磁性中間層３０も、平坦化された前記第１フリー磁性層２９の上に均一な膜厚で形成できるので、素子中央部Ｃにおける磁気検出素子全体での膜厚を薄くでき、ギャップ長Ｇ１を小さくできる。なお、ギャップ長Ｇ１とは、中央部Ｃにおける下部シールド層２１と上部シールド層４０間距離である。
【００７３】
図２は、第１フリー磁性層２９と第２フリー磁性層３１の前記素子中央部Ｃの模式的な平面図である。外部磁界が印加されていない状態で、第１フリー磁性層２９と第２フリー磁性層３１の中央部Ｃの磁化方向は点線で示されるＪ１及びＪ２方向を向いており、互いに反平行方向に揃えられている。
【００７４】
外部磁界Ｈが図示Ｙ方向に与えられると、中央部Ｃにおいて第１フリー磁性層２９の磁化方向と第２フリー磁性層３１の磁化方向の両方が外部磁界によって変動してそれぞれ図示Ｊ１ａ方向及び図示Ｊ２ａ方向を向く。このように、第１フリー磁性層２９の磁化方向と第２フリー磁性層３１の磁化方向の相対角度が変化すると、磁気検出素子の電気抵抗値が変化する。磁気検出素子の電気抵抗値変化を電流変化または電圧変化として取り出すことにより、外部磁界を検出する。
【００７５】
ただし、外部磁界が印加されていない状態の第１フリー磁性層２９と第２フリー磁性層３１の磁化方向は、図３に示されるように交差している方が、出力の対称性（シンメトリー）及び大きさが良好になるので好ましい。
【００７６】
第１フリー磁性層２９と第２フリー磁性層３１の磁化方向を交差させる方法として、硬磁性材料からなるバイアス層を用いる方法がある。
【００７７】
図４は、第１フリー磁性層２９、非磁性中間層３０及び第２フリー磁性層３１の積層部をＡとして、この積層部Ａと、積層部Ａのハイト方向後方（図示Ｙ方向）に形成された硬磁性材料からなるハードバイアス層４１を図１の上方向からみた平面図である。また、図５は、積層部Ａ及びハードバイアス層４１と、その上下に形成されている層の縦断面図である。なお、図５では、シード層２３の図示を省略している。
【００７８】
積層部Ａとハードバイアス層４１の間には、アルミナやＳｉＯ２からなる絶縁層４２が介在している。積層部Ａに、ハードバイアス層４１から静磁界が与えられて、第１フリー磁性層２９の中央部Ｃの磁化方向と、第２フリー磁性層３１の中央部Ｃの磁化方向が図示Ｙ方向に回転して、互いに交差した状態になる。
【００７９】
ハードバイアス層４１は、少なくとも第１フリー磁性層２９と第２フリー磁性層３１の中央部Ｃの後方に形成されていることが好ましい。図４では、第１フリー磁性層２９と第２フリー磁性層３１の中央部Ｃの両側端部Ｓ，Ｓの後方にも形成されている。ただし、ハードバイアス層４１を第１フリー磁性層２９と第２フリー磁性層３１の両側端部Ｓ，Ｓの後方にも形成するときには、ハードバイアス層４１と電極層３７，３７間の電気的絶縁をとる必要がある。
【００８０】
ところで図１に示す磁気検出素子２０は、電極層３７，３７から磁気検出素子内に流れる電流が、各層の膜面に対して平行な方向に流れるＣＩＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｐｌａｎｅ）型の磁気検出素子と呼ばれる構造である。
【００８１】
一方、本発明の磁気検出素子には、磁気検出素子の上下に電極層が設けられ、前記電極層から磁気検出素子内に流れる電流が各層の膜面に対し垂直方向に流れるＣＰＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｐｌａｎｅ）型と呼ばれる構造のものも含まれる。
【００８２】
図６は、図１に示された磁気検出素子２０と同じ積層構造を有するＣＰＰ型の磁気検出素子を示す図である。
【００８３】
図６に示される磁気検出素子１２０が図１に示される磁気検出素子２０と異なる点は以下に示す２点である。すなわち、下部ギャップ層２２が形成されずに、下部シールド層２１がシード層２３を介して第１フリー磁性層２９と導通しており、この下部シールド層２１が電極層を兼ねていることと、第２反強磁性層３４、３４の上に形成されたストッパ層３５，３５および保護層３６，３６を介してトラック幅方向に間隔を開けて一対の絶縁層１５０，１５０が積層されたその上に上部ギャップ層を介さずに上部シールド層４０が積層されて、この上部シールド層４０が電極層を兼ねている点である。
【００８４】
ＣＰＰ型の磁気検出素子は、光学的トラック幅を０．１μｍ以下にしても高い磁気抵抗効果を発揮すると考えられており、狭トラック化に適した構造である。
【００８５】
なお、図１または図６に示された磁気検出素子２０，１２０の第１フリー磁性層２９の磁化方向と第２フリー磁性層３１の磁化方向が、トラック幅方向から角度を持った方向にそろえられつつ、互いに交叉していてもよい。
【００８６】
次に、図１に示された磁気検出素子の製造方法を説明する。
図７から図１３は図１の磁気検出素子の製造工程を示す工程図であり、各工程は記録媒体との対向面側から見た部分断面図で示されている。なお、図７から図１３において、図１の各層と同一の符号をつけられた層は、同一の材料で作られている。
【００８７】
図７に示される工程では、下部シールド層２１、下部ギャップ層２２上にシード層２３を成膜し、前記シード層２３の上に保護層６０を成膜する。この保護層６０は前記シード層２３などを酸化から防止するためのものであり、例えばＣｒなどで形成できる。この保護層６０は３Å〜１０Å程度の膜厚で形成できる。ただし、前記保護層６０は形成しなくても良いが、この場合には、後記する図９に示す工程でミリングされる分を見込んで、前記シード層２３を厚めに成膜する。
【００８８】
次に、シード層２３の中央部（トラック幅領域）Ｃ上を覆うリフトオフ用のレジスト層Ｒ１を形成する。このとき大気に暴露されるが、前記保護層６０によって前記シード層２３などが大気による酸化から保護される。また、前記保護層６０を成膜していない場合には、前記シード層２３の表面が酸化される。
【００８９】
次に、イオンミリングによってシード層２３、下部ギャップ層２２及び下部シールド層２１の両側端部Ｓ，Ｓを図７に示される点線に沿って削り、下部シールド層２１に凹部２１ａ，２１ａを形成する。下部シールド層２１に形成される凹部２１ａ，２１ａの側面と底面のなす角θ１は９０°より大きく１２０°以下であることが好ましい。
【００９０】
なお、図７工程におけるイオンミリングの入射角度は、シード層の表面に対して、例えば７０°〜９０°である。
【００９１】
次に、図８工程では、レジスト層Ｒ１を前記保護層６０上に残したまま、下部シールド層２１に形成された凹部２１ａ，２１ａ内に絶縁層２４，２４、シード層２５，２５、第１反強磁性層２６ｂ，２６ｂ、および第１非磁性層６１をスパッタ法によって連続成膜する。したがって、前記第１反強磁性層２６ｂ，２６ｂは前記凹部２１ａ，２１ａの間に形成された第１間欠部２７を介して一対に形成されることになる。スパッタ法には、イオンビームスパッタ法、ロングスロースパッタ法、あるいはコリメーションスパッタ法のいずれか１種以上が使える。なお、この際前記レジスト層Ｒ１にも、絶縁層２４、シード層２５、第１反強磁性層２６ｂおよび第１非磁性層６１が付着する。
【００９２】
絶縁層２４，２４、およびシード層２５，２５の成膜時のスパッタ入射角度は、シード層２３の表面（または前記基板の表面）に対して、例えば３０°〜７０°であり、第１反強磁性層２６ｂ，２６ｂ成膜時のスパッタ入射角度は、シード層２３の表面（または前記基板の表面）に対して、例えば５０°〜９０°である。
【００９３】
前記第１非磁性層６１は、次の図９に述べる工程まで、前記第１反強磁性層２６ｂ，２６ｂを酸化から防止するための保護層として機能するものであり、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｃｕのいずれか１種または２種以上から成る貴金属および／またはＣｒからなる。この第１非磁性層６１は３Å〜１０Å程度の膜厚で形成することができる。
【００９４】
次に図９に示す工程では、レジスト層Ｒ１を除去し、前記保護層６０および前記第１非磁性層６１を、イオンミリングで削り、前記シード層２３の表面及び是記第１反強磁性層２６ｂ，２６ｂの表面を露出させる。このイオンミリング工程では、低エネルギーのイオンミリングを使用できる。その理由は、前記保護層６０および前記第１非磁性層６１が３Å〜１０Å程度の非常に薄い膜厚で形成されているため、前記保護層６０および前記第１非磁性層６１のみを除去するように制御し易くするためである。
【００９５】
低エネルギーのイオンミリングとは、ビーム電圧（加速電圧）が１０００Ｖ未満のイオンビームを用いたイオンミリングであると定義される。例えば、１００Ｖ〜５００Ｖのビーム電圧が用いられる。本実施の形態では、２００Ｖの低ビーム電圧のアルゴン（Ａｒ）イオンビームを用いている。
【００９６】
なお、前記図７に示す工程で前記保護層６０を成膜していない場合には、前記第１非磁性層６１をミリングする際に、前記シード層２３の表面をミリングする。このシード層２３はＮｉＦｅＣｒ合金、ｂｃｃ（体心立方格子）構造の結晶構造、または非晶質に近い構造のＣｒによって形成されており酸化され難い、若しくは酸化されても酸化が深く進行しないため、前記第１非磁性層６１をミリングする際に前記シード層２３の表面に形成された酸化層も除去される。
【００９７】
前記低エネルギーイオンミリングによって露出された前記第１反強磁性層２６ｂ，２６ｂの上面２６ａ，２６ａ、および前記シード層２３の上面２３ａは平坦に形成される。
【００９８】
次に、前記低エネルギーイオンミリングから真空状態を保持したまま、図１０に示すように、第１材料層２８、第１フリー磁性層２９、非磁性中間層３０、第２フリー磁性層３１、第２材料層３２および第２非磁性層６２を連続成膜する。前記第１材料層２８の膜厚は、前記第１反強磁性層２６ｂの膜厚よりも薄く形成されている。同様に第２材料層３２の膜厚は後述する第２反強磁性層３４ｂの膜厚よりも薄く形成される。具体的には前記第１材料層２８および第２材料層３２の膜厚は５Å以上で５０Å以下の範囲内であることが好ましい。前記第１材料層２８は、前記第１反強磁性層２６ｂと同じ組成で、前記第２材料層３２は後述する第２反強磁性層３４ｂと同じ組成で形成される。
【００９９】
前記第２非磁性層６２は、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｃｕのいずれか１種または２種以上から成る貴金属および／またはＣｒからなる。前記第２非磁性層６２の膜厚は３Å〜１０Åの範囲内である。
【０１００】
前記第１材料層２８は、前記第１反強磁性層２６ｂ，２６ｂの上面２６ａ，２６ａ、および前記シード層２３の上面２３ａによって形成された平坦面の上に形成されるため、前記第１材料層２８の上面２８ａも平坦に形成される。従って、前記第１材料層２８の上に形成される第１フリー磁性層２９や第２フリー磁性層３１も平坦に形成される。さらに、非磁性中間層３０も平坦に形成される。
【０１０１】
また、前記第１フリー磁性層２９の上に形成される非磁性中間層３０も、平坦化された前記第１フリー磁性層２９の上に均一な膜厚で形成できるので、素子中央部Ｃでの磁気検出素子全体での膜厚を小さく抑えることができる。
【０１０２】
その後、第１の磁場中アニールを行う。トラック幅方向（図示Ｘ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を行う。このとき、前記第１材料層２８は磁場中熱処理を施されることで、前記第１反強磁性層２６ｂ、２６ｂの上、すなわち前記両側方部Ｓ、Ｓでは、前記第１反強磁性層２６ｂ，２６ｂとともに少なくとも一部の不規則格子が規則格子に変態し、反強磁性を帯びる。
【０１０３】
すなわち前記第１の磁場中アニールを施すことで、前記第１反強磁性層２６ｂ上に形成された第１材料層２８は前記第１反強磁性層２６ｂと一体化し、第１反強磁性層２６ｂと第１材料層２８を合わせた第１反強磁性層２６が構成され、前記第１反強磁性層２６と前記第１フリー磁性層２９との間で交換結合磁界Ｈｅｘが生じ、前記第１フリー磁性層２９の前記第１反強磁性層２６と接する両側方部Ｓの磁化はトラック幅方向またはＸ方向と４５°の角度をなす方向に固定される。なお例えば第１の熱処理温度を２７０℃とし、磁界の大きさを８００ｋ（Ａ／ｍ）とする。
【０１０４】
なお、前記第１間欠部２７、すなわち素子中央部Ｃでは、前記第１材料層２８の膜厚は５０Å以下と非常に薄いために、第１の磁場中アニールを施しても不規則格子から規則格子に変態できず、反強磁性を発揮しない不規則結晶構造の層の状態を維持する。したがって、前記両側方部Ｓ，Ｓでは前記第１材料層２８が第１反強磁性層２６ｂとともに規則化変態して一体化した第１反強磁性層２６，２６と前記第１フリー磁性層２９との間に交換異方性磁界を発生させ、前記第１フリー磁性層２９の磁化方向がトラック幅方向またはトラック幅方向と４５°の角度をなす方向に固定されるものの、前記第１間欠部２７、すなわち前記素子中央部Ｃでは、前記第１反強磁性層２６ｂが形成されておらず、前記第１材料層２８のみが、不規則結晶構造を維持する膜厚で形成されており、反強磁性を発揮しないため、前記第１フリー磁性層２９は、前記素子両側部Ｓ、Ｓにおいては磁化が強固に固定されているが、前記素子中央部Ｃでの磁化は外部磁界によって磁化方向が変化するように揃えられる。
【０１０５】
図１０工程では、前記第１材料層２８と前記第１フリー磁性層２９とが連続成膜される。ここで、一般的に、反強磁性層と強磁性層（フリー磁性層）との間で交換結合磁界を発生させるには、両層の原子が原子レベルの接触をしていることが必用であり、両層の界面に余分な物質原子が存在していないことが必要である。しかし、反強磁性層の上に強磁性層（フリー磁性層）を成膜する際に、連続して行わず、反強磁性層を大気に暴露させた後に強磁性層（フリー磁性層）を成膜すると、両層の界面には酸化物などの余分な物質原子が存在することとなるため、両層の間に良好な交換結合磁界を発生させることができない。
【０１０６】
本発明の製造方法では、前記第１反強磁性層２６ｂ，２６ｂの上に前記第１非磁性層６１を成膜した後に、前記第１非磁性層６１で前記第１反強磁性層２６ｂ，２６ｂを酸化から保護し、その後真空中で前記第１非磁性層６１を除去した後、連続して前記第１材料層２８および第１フリー磁性層２９を成膜でき、磁場中アニールによって前記第１反強磁性層２６ｂ上に形成された第１材料層２８に反強磁性を帯びさせることができるため、第１フリー磁性層２９の両側方部Ｓとの間で適切な大きさの交換結合磁界を生じさせることが可能になる。
【０１０７】
次に図１１に示す工程では、前記第２非磁性層６２をイオンミリングで削り、前記第２材料層３２の表面を露出させる。このイオンミリング工程では、低エネルギーのイオンミリングを使用できる。その理由は、前記第２非磁性層６２が３Å〜１０Å程度の非常に薄い膜厚で形成されているため、前記第２非磁性層６２のみを除去するように制御し易くするためである。
【０１０８】
低エネルギーのイオンミリングとは、ビーム電圧（加速電圧）が１０００Ｖ未満のイオンビームを用いたイオンミリングであると定義される。例えば、１００Ｖ〜５００Ｖのビーム電圧が用いられる。本実施の形態では、２００Ｖの低ビーム電圧のアルゴン（Ａｒ）イオンビームを用いている。
【０１０９】
次に、前記低エネルギーイオンミリングから真空状態を保持したまま、図１２に示すように、前記第２反強磁性層３４ｂ、ストッパ層３５、保護層３６、電極層３７、および保護層３８を連続成膜する。このとき、前記第２反強磁性層３４ｂの膜厚は、前記第２材料層３２の膜厚よりも厚く形成される。
【０１１０】
次に、図１３に示す工程では、前記保護層３８のトラック幅方向の両側端部上に、所定間隔Ｄを空けて一対のマスク層６３、６３を設ける。前記マスク層６３、６３はＣｒなどのメタル層であってもよいし、レジスト層であってもよい。
【０１１１】
図１３に示すように、前記マスク層６３と６３間のトラック幅方向における間隔内から露出する保護層３８、電極層３７及び保護層３６を、図示破線で示すようにリアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）で除去する。エッチングガスとして、ＣＦ４やＣ３Ｆ８あるいはＡｒとＣＦ４の混合ガス、またはＣ３Ｆ８とＡｒとの混合ガスを使用する。前記ＲＩＥにより、前記電極層３７は磁気検出素子２０のトラック幅方向における両側端部にのみ残される。前記ＲＩＥ工程はストッパ層３５が前記間隔Ｄ内から露出すると終了される。
【０１１２】
次に、露出しているストッパ層３５、第２の反強磁性層３４ｂを、図示破線で示すようにイオンミリングで除去し、前記第２材料層３２の表面を露出させる。このイオンミリング時の削り込み量はＳＩＭＳ分析計によって制御することが可能である。前記第２材料層３２が露出した時点でイオンミリングを止める。なお前記イオンミリングは前記第２フリー磁性層３１の上面が露出するまで行ってもよい。なおこのイオンミリング工程でマスク層６３も削られる。このイオンミリング工程で、前記第２反強磁性層３４ｂはトラック幅方向に所定間隔の第２間欠部３３を介して、前記側端部Ｓ，Ｓに残される。
【０１１３】
その後に図１に示す上部ギャップ層３９や上部シールド層４０を成膜し、第２の磁場中アニールを行う。トラック幅方向と反平行、またはトラック幅方向の反平行方向と４５°の角度をなす方向に第２の磁界を印加しつつ、第２の熱処理温度で熱処理を行う。これにより前記第２反強磁性層３４ｂ下の第２材料層３２は、前記第２反強磁性層３４ｂとともに不規則格子から規則化変態し、前記第２反強磁性層３４ｂと第２材料層３２とが一体化した第２反強磁性層３４となる。前記第２の磁場中アニールによって、第２反強磁性層３４ｂと第２材料層３２とが一体化した第２反強磁性層３４と前記第２フリー磁性層３１との間には交換結合磁界が生じ、前記第２フリー磁性層３１の磁化をトラック幅方向と反平行またはトラック幅方向に反平行方向と４５°の角度をなす方向に固定することができる。なお例えば第２の熱処理温度を２７０℃とし、磁界の大きさを８から３０ｋ（Ａ／ｍ）、例えば２４ｋ（Ａ／ｍ）とする。このように、第２の磁場中アニールでの磁界の大きさは、前記第１の磁場中アニールでの磁界よりも小さくすることが好ましい。このようにすることで、第２の磁場中アニールの際、前記第１の磁場中アニールで固定した前記第１フリー磁性層２９の磁化方向を変化させることなく固定させておくことができる。
【０１１４】
なお前記第２間欠部３３、すなわち前記素子中央部Ｃでの前記第２材料層３２の膜厚は非常に薄いために、第２の磁場中アニールを施しても不規則格子から規則格子に変態できず、反強磁性を発揮しない不規則結晶構造の層の状態を維持する。したがって、前記両側方部Ｓ、Ｓでは第２反強磁性層３４ｂ，３４ｂと第２材料層３２とが一体化した第２反強磁性層３４と前記第２フリー磁性層３１との間に交換異方性磁界を発生させて、前記第２フリー磁性層３１の磁化方向をトラック幅方向と反平行、またはトラック幅方向に反平行方向と４５°の角度をなす方向に固定できるとともに、前記第２間欠部３３、すなわち前記素子中央部Ｃでは、前記第２反強磁性層３４が形成されておらず、前記第２材料層３２のみが、不規則結晶構造を維持する膜厚で形成されており、反強磁性を発揮しないため、前記第２フリー磁性層３１の前記中央部Ｃでの磁化を外部磁界によって磁化方向が変化するように弱く単磁区化することができる。
【０１１５】
本発明の製造方法では、前記第２フリー磁性層３１と前記第２材料層３２とを真空中で連続して成膜した後に、前記第２非磁性層６２で前記第２材料層３２を酸化から保護し、その後真空中で前記第２非磁性層６２を除去した後、前記第２材料層３２上に第２反強磁性層３４ｂを成膜しており、磁場中アニールによって第２フリー磁性層３１の両側方部Ｓ上に形成された第２材料層３２に反強磁性を帯びさせることができるため、前記第２フリー磁性層３１の両側方部Ｓとの間で適切な大きさの交換結合磁界を生じさせることが可能となる。
【０１１６】
以上図１に示す磁気検出素子２０の製造方法について説明したが、図６に示すＣＰＰ型の磁気検出素子１２０を製造するには、図７に示す工程で前記下部ギャップ層２２を成膜せずに、前記下部シールド層２１の上に前記シード層２３を成膜し、図１２に示す工程で前記電極層３７および保護層３８を成膜せず、さらに図１３に示す工程で前記保護層３６、３６の上から前記第２反強磁性層３４，３４の側面３４ａ，３４ａにかけて絶縁層１５０を形成した後、電極層を兼ねた上部シールド層４０を形成すれば良い。
【０１１７】
なお、図１に示す前記磁気検出素子２０や図６に示す磁気検出素子１２０では、前記第１反強磁性層２６，２６および前記第１材料層２８の上面が連続した平坦面である場合を例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記第１反強磁性層２６，２６および前記第１材料層２８の上面が湾曲した連続面に形成されるものであっても良い。
【０１１８】
このように前記磁気検出素子２０，１２０を構成しても、前記第１材料層２８が前記第１フリー磁性層２９と連続成膜されるため、前記第１反強磁性層２６の上に形成された第１材料層２８は前記第１反強磁性層２６と一体化して反強磁性層となるとともに、前記第１反強磁性層２６と第１フリー磁性層２９の両側方部Ｓ間に適度な大きさの交換結合磁界を生じさせることが可能になり、前記第１フリー磁性層２９の両側方部Ｓ，Ｓの磁化をトラック幅方向に強固に固定することが可能になり、サイドリーディングの発生を抑制することが可能な磁気検出素子を製造することができる。また素子中央部Ｃに膜厚の厚い反強磁性層が存在しないため、素子中央部Ｃにおける磁気検出素子全体での膜厚を薄くでき、ギャップ長Ｇ１を小さくできる。
【０１１９】
【発明の効果】
以上詳細に説明した本発明の磁気検出素子は、第１反強磁性層の上面および前記第１間欠部の上面と前記第１フリー磁性層の下面との間には、前記第１反強磁性層と同じ組成の第１材料層が前記第１反強磁性層よりも薄い膜厚により形成されているため、第１材料層と第１フリー磁性層を連続して成膜できることから交換結合磁界を強くすることができる。また、第１材料層の上面を平坦に形成し、前記第１フリー磁性層およびこの第１フリー磁性層の上に積層される第２フリー磁性層も平坦に形成することができる。したがって、サイドリーディングを防止することができるとともに再生感度の向上を図れ、狭ギャップ化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の磁気検出素子の部分断面図、
【図２】本発明の磁気検出素子の動作原理を説明するための模式図、
【図３】本発明の磁気検出素子の動作原理を説明するための模式図、
【図４】ハードバイアス層が設けられた本発明の磁気検出素子の部分平面図、
【図５】ハードバイアス層が設けられた本発明の磁気検出素子の部分断面図、
【図６】本発明の第２の実施の形態の磁気検出素子の部分断面図、
【図７】図１に示す磁気検出素子の製造方法を示す一工程図、
【図８】図７の次に行なわれる一工程図、
【図９】図８の次に行なわれる一工程図、
【図１０】図９の次に行なわれる一工程図、
【図１１】図１０の次に行なわれる一工程図、
【図１２】図１１の次に行なわれる一工程図、
【図１３】図１２の次に行なわれる一工程図、
【符号の説明】
２０ 磁気検出素子
２１ 下部シールド層
２２ 下部ギャップ層
２３ シード層
２６ 第１反強磁性層
２７ 第１間欠部
２８ 第１材料層
２８ａ 上面
２９ 第１フリー磁性層
３０ 非磁性中間層
３１ 第２フリー磁性層
３２ 第２材料層
３３ 第２間欠部
３４ 第２反強磁性層
３７ 電極層
３９ 上部ギャップ層
４０ 上部シールド層
６０ 保護層
６１ 第１非磁性層
６２ 第２非磁性層
１２０ 磁気検出素子
１５０ 絶縁層
Ｃ 中央部
Ｓ 両側端部
Claims (13)
- トラック幅方向に所定間隔の間欠部を有して形成された一対の第１反強磁性層と、前記間欠部に前記第１反強磁性層と同じ組成で且つ前記第１反強磁性層よりも薄い膜厚で形成された不規則結晶構造を有する第１材料層と、前記第１反強磁性層および第１材料層上に下から順に積層された第１フリー磁性層と非磁性中間層と第２フリー磁性層と、前記第２フリー磁性層の上にトラック幅方向に所定間隔の間欠部を介して形成された一対の第２反強磁性層と、を有し、
前記第１反強磁性層および第１材料層の上面は連続面であり、この連続面上に前記第１フリー磁性層が設けられており、
外部磁界により前記第１フリー磁性層および第２フリー磁性層の磁化方向が変わることによって抵抗値が変化することを特徴とする磁気検出素子。 - 一対の第２反強磁性層の間に形成された間欠部には、前記第２反強磁性層と同じ組成の第２材料層が前記第２フリー磁性層と接して形成されており、前記第２材料層は、前記第２反強磁性層よりも薄い膜厚で形成された不規則結晶構造の層である請求項１記載の磁気検出素子。
- 前記第１材料層の膜厚は５Å以上で５０Å以下である請求項２記載の磁気検出素子。
- 前記第２材料層の膜厚は５Å以上で５０Å以下である請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気検出素子。
- 前記第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層のハイト方向後方に、絶縁層を介して、硬磁性材料からなるバイアス層が形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気検出素子。
- 前記連続面は平坦化面である請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気検出素子。
- 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）基板のトラック幅方向における両側に所定深さの凹部を設ける工程と、
（ｂ）前記凹部内に第１反強磁性層を形成し、前記第１反強磁性層上に貴金属および／またはＣｒからなる第１非磁性層を連続成膜する工程と、
（ｃ）前記第１非磁性層を除去して、前記第１反強磁性層の上面と前記第１反強磁性層間の基板上面を露出し、前記第１反強磁性層の上面から前記基板の上面にかけて前記第１の反強磁性層と同じ組成でありかつ不規則結晶構造の第１材料層を前記第１反強磁性層の膜厚よりも薄い膜厚で形成し、前記第１反強磁性層の上に重ねられた第１材料層を前記第１反強磁性層の一部として構成し、
（ｄ）前記第１材料層および第１反強磁性層上に下から第１フリー磁性層、非磁性中間層、第２フリー磁性層の順に形成するとともに、第１の磁場中アニールにより、前記第１反強磁性層と前記第１フリー磁性層間に交換結合磁界を生じさせ、前記第１フリー磁性層の磁化方向を所定の方向に揃える工程と、
（ｅ）前記第２フリー磁性層の上に、トラック幅方向に所定の間隔の間欠部を介して形成された一対の第２反強磁性層を形成するとともに、第２の磁場中アニールにより、前記第２フリー磁性層の磁化を前記第１フリー磁性層の磁化方向と反平行方向、または交叉する方向に揃える工程。 - 前記（ｄ）工程で、前記第２フリー磁性層の上に、前記第２反強磁性層と同じ組成で形成される不規則結晶構造の第２材料層を前記第２反強磁性層よりも薄い膜厚で形成し、さらに前記第２材料層の上に貴金属および／またはＣｒからなる第２非磁性層を形成した後、前記第１の磁場中アニールを施し、
前記（ｅ）工程で、前記第２非磁性層を除去した後、前記第２材料層上に少なくとも第２反強磁性層を形成し、前記第２反強磁性層の上に直接的にあるいは他の層を介してトラック幅方向に所定の間隔を空けたマスク層を形成し、このマスク層に覆われていない前記第２反強磁性層を除去して、その除去された間隔内から前記第２材料層を露出させ、その後、前記第２の磁場中アニールを施す請求項７記載の磁気検出素子の製造方法。 - 前記（ｂ）工程および／または前記（ｄ）工程での前記貴金属を、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｃｕのいずれか１種または２種以上から選択する請求項７または８に記載の磁気検出素子の製造方法。
- 前記（ｂ）工程および／または前記（ｄ）工程での、前記第１非磁性層および第２非磁性層を３Å以上１０Å以下の膜厚で形成する請求項７ないし９のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
- 前記（ｃ）工程および（ｄ）工程での、前記第１材料層および第２材料層を５Å以上５０Å以下の膜厚で形成する請求項７ないし１０のいずれかに記載の磁気検出素子。
- 前記（ｅ）工程の後、前記第１フリー磁性層および第２フリー磁性層のハイト方向後方に、絶縁層を介して、硬磁性材料からなるバイアス層を形成する工程を有する請求項７ないし１１のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
- 前記（ｃ）工程で、露出した前記第１反強磁性層の上面および前記第１反強磁性層間の基板の上面を連続した平坦化面に形成する請求項７ないし１２のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
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