JP2006173156A - 磁気検出素子 - Google Patents

Abstract

【課題】ハードバイアス層からのバイアス磁界を安定化することの出来る磁気検出素子を提供する。
【解決手段】本発明では、フリー磁性層のトラック幅方向の両側に形成されているハードバイアス層３６の上に、磁性材料からなるエンハンス層５９を介して一対の反強磁性層（第２の反強磁性層）６０，６０が形成されている。反強磁性層６０とエンハンス層５９間に交換結合磁界が発生して、エンハンス層５９の磁化方向がトラック幅方向（図示Ｘ方向）に固定される。そして、エンハンス層５９とハードバイアス層３６との間には強磁性結合がはたらく。このため、ハードバイアス層３６の磁化方向をトラック幅方向に固定する力が強くなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、固定磁性層の磁化の方向と外部磁界の影響を受けるフリー磁性層の磁化の方向との関係で電気抵抗が変化する磁気検出素子に係り、特に、フリー磁性層の単磁区構造を安定化させることのできる磁気検出素子に関する。

図７は従来の磁気検出素子（スピンバルブ型薄膜素子）を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。

符号１はＮｉＦｅＣｒ、Ｃｒなどのシード層であり、前記シード層１の上にはＰｔＭｎ合金などの反強磁性層２、Ｃｏ、ＣｏＦｅ合金などの固定磁性層３、Ｃｕなどの非磁性材料層４、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ合金などのフリー磁性層５及びＴａなどの保護層６が形成されている。前記下地層１から前記保護層６までの各層で多層膜９が形成される。

図７に示す従来例では、前記多層膜９のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側には硬磁性材料製のハードバイアス層７が形成され、その上に電極層８が形成されている。

図８は特許文献１に記載されている従来における他のスピンバルブ型薄膜素子と同様のスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。なお図７と同じ符号の層は、図７と同じ層を表している。

この磁気検出素子は、前記多層膜９のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側には強磁性体層１０と反強磁性層１１の積層体１２が設けられており、その上に電極層８が形成されているものである。強磁性体層１０の磁化方向は反強磁性層１１との間に発生する交換結合磁界によってトラック幅方向に固定されており、強磁性体層１０から発生する静磁界によってフリー磁性層５がトラック幅方向に単軸化される。特許文献１では、強磁性体層１０の材料としてＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、Ｃｏを用いている。
特開２０００−０７６６２５号公報（第８頁、図１） 特開２００３−３３２６４９号公報（第９頁、図１） 特開２００２−２８９９４５号公報（第７頁、図１）

近年の磁気記録媒体の高記録密度化の促進により、図７及び図８に示される従来の磁気検出素子には以下に示されるような問題が生じてきた。

１、磁気検出素子の近傍には磁気記録用のコイルを有するインダクティブヘッドが設けられる。このインダクティブヘッドから発生する磁界の影響によって、磁気検出素子のハードバイアス層７や強磁性体層１０の磁化方向が所定の方向からずれてしまうという問題が発生する。

２、インダクティブヘッドのコイルから発生する熱の影響により、磁気検出素子のハードバイアス層７や強磁性体層１０の磁化方向が所定の方向からずれやすくなるという問題が発生する。

３、磁気検出素子は、磁気記録媒体上を浮上移動するスライダに搭載されているが、この磁気記録の記録密度の向上を図るために、スライダの記録媒体からの浮上距離が小さくなってきている。このため、磁気記録装置の製造組立工程や駆動時に、スライダや磁気検出素子が記録媒体と衝突する頻度が増加している。磁気検出素子が記録媒体と衝突すると、この衝撃によってハードバイアス層７や強磁性体層１０の磁化方向が所定の方向からずれてしまうという問題が発生する。また、磁気検出素子が記録媒体と衝突すると摩擦熱が発生し、この摩擦熱の影響により、磁気検出素子のハードバイアス層７や強磁性体層１０の磁化方向が所定の方向からずれやすくなる。

図７に示されたような多層膜９の両側部に設けられたハードバイアス層７、７は衝撃などにより磁化方向が変動すると、トラック幅方向を向いた強い磁界内で再着磁しないかぎり、変動した磁化方向を元のトラック幅方向に戻すことができないという性質を有している。また、図８に示されたような強磁性体層１０と反強磁性層１１の積層体は強磁性体層１０の磁化方向が変動しやすいので、トラック幅方向に磁化が向いたフリー磁性層の単磁区構造を安定した状態に維持するのが難しい。

また、特許文献２、３には、ハードバイアス層の上に非磁性材料からなる分離層又は中間層を介して反強磁性層を積層する構成が記載されている。ただし、特許文献２、３に記載の磁気検出素子は、反強磁性層とハードバイアス層が磁気的に分離されており、ハードバイアス層の磁化方向が衝撃などにより変動すると、変動した磁化方向を元のトラック幅方向に戻すことができないという問題は残っていた。

本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、トラック幅方向に磁化が向いたフリー磁性層の単磁区構造を安定した状態に維持することのできる磁気検出素子を提供することを目的としている。

本発明は、固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層を有して積層された多層膜を有する磁気検出素子において、
前記フリー磁性層のトラック幅方向の両側には硬磁性材料からなるハードバイアス層が対向して形成され、前記ハードバイアス層の上に直接又は磁性材料を介して、一対の反強磁性層が、トラック幅方向に磁気検出素子のトラック幅よりも広い間隔を開けて形成されていることを特徴とするものである。

本発明では、前記フリー磁性層のトラック幅方向の両側に形成されている前記ハードバイアス層の上に、直接又は磁性材料を介して一対の反強磁性層が形成されている。本発明では、前記反強磁性層と前記ハードバイアス層間あるいは前記反強磁性層と磁性材料間に交換結合磁界が発生するため、前記ハードバイアス層の保磁力を大きくしなくても前記ハードバイアス層の磁化方向をトラック幅方向に安定して維持することができる。また、機械的衝撃や記録用のインダクティブヘッドが発生する磁界によって、前記ハードバイアス層の磁化方向が変動しても、前記反強磁性層と前記ハードバイアス層間あるいは前記反強磁性層と前記磁性材料間に交換結合磁界の方向は変動しないため、前記ハードバイアス層の磁化方向をトラック幅方向に戻すことが可能になる。

本発明では、前記反強磁性層とハードバイアス層の間に、強磁性材料からなるエンハンス層が形成されており、このエンハンス層と前記反強磁性層間に発生する交換結合磁界の大きさは、ハードバイアス層上に直接前記反強磁性層を積層したときに前記ハードバイアス層と前記反強磁性層間に発生する交換結合磁界の大きさよりも大きいことが好ましい。

前記エンハンス層は、例えばＣｏＦｅ合金によって形成される。
前記ハードバイアス層の磁化方向の変動は、前記ハードバイアス層と前記多層膜が重なる領域で発生しやすいため、前記反強磁性層は、少なくとも前記ハードバイアス層と前記多層膜の両方に重なる領域に形成されていることが好ましい。
前記ハードバイアス層の保磁力は１２０ｋＡ／ｍ以上であることが好ましい。

本発明では、前記反強磁性層と前記ハードバイアス層間あるいは前記反強磁性層と磁性材料間に交換結合磁界が発生するため、前記ハードバイアス層の保磁力を大きくしなくても前記ハードバイアス層の磁化方向をトラック幅方向に安定して維持することができる。また、機械的衝撃や記録用のインダクティブヘッドが発生する磁界によって、前記ハードバイアス層の磁化方向が変動しても、前記反強磁性層と前記ハードバイアス層間あるいは前記反強磁性層と前記磁性材料間に交換結合磁界の方向は変動しないため、前記ハードバイアス層の磁化方向をトラック幅方向に戻すことが可能になる。

図１は本発明における第１実施形態の磁気検出素子（スピンバルブ型薄膜素子）を備えた薄膜磁気ヘッドの構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。

図１に示す薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に記録された外部信号を再生するためのＭＲヘッドである。図１には前記ＭＲヘッドのみが開示されているが、ＭＲヘッドの上に記録用のインダクティブヘッドが積層されていてもよい。インダクティブヘッドは磁性材料製のコア層とコイル層とを有して構成される。

また薄膜磁気ヘッドは、例えばアルミナ−チタンカーバイト（Ａｌ_２Ｏ_３−ＴｉＣ）で形成されたスライダのトレーリング側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。

図１に示す符号２０は、下部シールド層である。下部シールド層２０はＮｉＦｅ合金やセンダストなどの磁性材料によって形成される。

下部シールド層２０上にはＡｌ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２などの絶縁材料製の下部ギャップ層２１が形成されている。

そして下部ギャップ層２１上に多層膜２２が形成される。図１に示す多層膜２２は、いわゆるシングルスピンバルブ型薄膜素子と呼ばれる構成である。以下、多層膜２２を構成する各層について説明する。

まず、下部ギャップ層２１の図面中央の上面にはシード層２３が成される。シード層２３は、ＮｉＦｅＣｒ、Ｃｒなどから形成される。シード層２３は５０Å以下程度の膜厚で形成される。なおこのシード層２３は形成されていなくても良い。

次にシード層２３の上には第１の反強磁性層２６が形成される。第１の反強磁性層２６は、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。例えば、ＩｒＭｎ又はＰｔＭｎを用いる。あるいは第１の反強磁性層２６は、元素Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎを含有する反強磁性材料により形成されることが好ましい。

これらの反強磁性材料は、耐食性に優れしかもブロッキング温度も高く次に説明する固定磁性層２７との界面で大きな交換異方性磁界を発生し得る。また第１の反強磁性層２６は８０Å以上で２５０Å以下の膜厚で形成されることが好まし
い。

次に反強磁性層２６の上には固定磁性層２７が形成されている。この実施形態では固定磁性層２７は３層構造で形成されている。

固定磁性層２７を構成する符号５１及び５３の層は磁性層であり、例えばＣｏ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＮｉなどで形成される。磁性層５１，５３間にはＲｕ、Ｒｈなどで形成された中間層５２が介在し、この構成により、磁性層５１と磁性層５３の磁化方向は互いに反平行状態にされる。これはいわゆる人工フェリ磁性状態と呼ばれる。

第１の反強磁性層２６と固定磁性層２７の第１の反強磁性層２６と接する磁性層５１間には磁場中熱処理によって交換異方性磁界が発生し、例えば磁性層５１の磁化がハイト方向（図示Ｙ方向）に固定された場合、もう一方の磁性層５３はハイト方向とは逆方向（図示Ｙ方向と逆方向）に磁化され固定される。この構成により固定磁性層２７の磁化を安定した状態にでき、また固定磁性層２７と第１の反強磁性層２６との界面で発生する交換異方性磁界を見かけ上大きくすることができる。

なお例えば、磁性層５１，５３の膜厚はそれぞれ１０〜７０Å程度で形成される。また中間層５２の膜厚は３Å〜１０Å程度で形成で形成される。

また磁性層５１、５３はそれぞれ単位面積当たりの磁気モーメントが異なるように、磁性層５１、５３の材質や膜厚がそれぞれ異なっている。磁気モーメントは飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔで設定され、例えば磁性層５１、５３を共に同じ材質で同じ組成の材料で形成するとき、磁性層５１、５３の膜厚を異ならせることで、磁性層５１、５３の磁気モーメントを異ならせることができる。これによって適切に磁性層５１、５３を人工フェリ磁性構造にすることが可能である。

なお本発明では固定磁性層２７は人工フェリ磁性構造ではなくＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＣｏ合金、あるいはＣｏＦｅ合金などの単層膜あるいは積層膜で形成されていても良い。

固定磁性層２７の上には非磁性材料層２８が形成されている。非磁性材料層２８は例えばＣｕなどの電気抵抗の低い導電性材料によって形成される。非磁性材料層２８は例えば１６〜３０Å程度の膜厚で形成される。

次に非磁性材料層２８の上にはフリー磁性層２９が形成される。フリー磁性層２９は、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金などにより形成される。またフリー磁性層２９は、２０Å以上で４０Å以下程度の膜厚で形成されることが好ましい。またフリー磁性層２９は２層構造で形成され、非磁性材料層２８と対向する側にＣｏ膜あるいはＣｏＦｅ膜が形成されていることが好ましい。これにより非磁性材料層２８との界面での金属元素等の拡散を防止でき、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくすることができる。

また、バックド層５７及びＴａなどからなる保護層３０（この保護層の表面は酸化されていることが好ましい）が形成されている。

本発明では、図１に示されるように、シード層２３から保護層３０までの多層膜の両側端面３１，３１が、下部シールド層２０から離れる方向（図示Ｚ方向）に向けて幅寸法が小さくなる連続した傾斜面となっている。

次に多層膜２２のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側領域には上から多層膜の両側端面３１上にかけて、Ｃｒなどからなるバイアス下地層３５が形成されており、バイアス下地層３５の上にハードバイアス層３６が形成されている。ハードバイアス層３６は例えばＣｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト−クロム−白金）合金などで形成されており、保磁力Ｈｃは１２０ｋＡ／ｍ（１５００Ｏｅ）以上である。

なおハードバイアス層３６は、少なくともフリー磁性層２９と対向する位置まで形成される。この実施形態ではフリー磁性層２９の上面からハードバイアス層３６の上面３６ａにかけては連続面となっている。

さらにこの実施形態では、ハードバイアス層３６の上に エンハンス層５９が形成され、エンハンス層５９の上には第２の反強磁性層６０が形成されている。

第２の反強磁性層６０は、第１の反強磁性層２６と同様に、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。例えば、ＩｒＭｎ又はＰｔＭｎを用いる。あるいは第２の反強磁性層６０は、元素Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎを含有する反強磁性材料により形成されることが好ましい。

また第２の反強磁性層６０の上には電極層３２、３２が形成されている。電極層３２は、例えばα−Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ（銅）、Ｒｈ、Ｉｒ、ＲｕやＷ（タングステン）などで形成されている。

次に電極層３２上から保護層３０上にかけて上部ギャップ層３８が形成され、上部ギャップ層３８の上に上部シールド層３９が形成される。上部ギャップ層３８は下部ギャップ層２１として使用可能な非磁性材料で形成され、また上部シールド層３９は下部シールド層２０として使用可能な磁性材料で形成される。なお上部シールド層３９の上にインダクティブヘッドも形成される場合には、上部シールド層３９はインダクティブヘッドの下部コア層として兼用されても良いし、下部コア層を別に形成しても良い。

この磁気検出素子では、電極層３２，３２から、固定磁性層２７、非磁性材料層２８及びフリー磁性層２９に検出電流（センス電流）が与えられる。ハードディスクなどの記録媒体の走行方向はＺ方向であり、記録媒体からの洩れ磁界がＹ方に与えられると、フリー磁性層２９の磁化が図示Ｘ方向の一方向からＹ方向へ向けて変化する。このフリー磁性層２９内での磁化の方向の変動と、固定磁性層２７の固定磁化方向との関係で電気抵抗が変化し（これを磁気抵抗効果という）、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。

本実施の形態の特徴部分について説明する。
本発明では、フリー磁性層のトラック幅方向の両側に形成されているハードバイアス層３６の上に、磁性材料からなるエンハンス層５９を介して一対の反強磁性層（第２の反強磁性層）６０，６０が形成されている。

反強磁性層６０とエンハンス層５９間に交換結合磁界が発生して、エンハンス層５９の磁化方向がトラック幅方向（図示Ｘ方向）に固定される。そして、エンハンス層５９とハードバイアス層３６との間には強磁性結合がはたらく。このため、ハードバイアス層３６の磁化方向をトラック幅方向に固定する力が強くなる。従って、本発明を用いると、ハードバイアス層３６の保磁力を大きくしなくてもハードバイアス層３６の磁化方向を所定の方向、本実施の形態の場合にはトラック幅方向に安定して維持することができる。また、機械的衝撃や記録用のインダクティブヘッドが発生する磁界によって、ハードバイアス層３６の磁化方向が変動しても、反強磁性層６０とエンハンス層５９間の交換結合磁界の方向は変動しないため、ハードバイアス層３６の磁化方向をトラック幅方向に戻すことが可能になる。
本実施の形態では、反強磁性層６０とハードバイアス層３６の間に、強磁性材料からなるエンハンス層５９が形成されている。このエンハンス層５９と反強磁性層６０間に発生する交換結合磁界の大きさは、ハードバイアス層３６上に直接反強磁性層６０を積層したときにハードバイアス層３６と反強磁性層間に発生する交換結合磁界の大きさよりも大きい。エンハンス層５９は、例えばＣｏＦｅ合金によって形成される。

ハードバイアス層３６と多層膜２２が重なる領域Ｃでは、多層膜２２のシード層２３の影響により、ハードバイアス層３６の結晶配向に乱れが生じやすく、ハードバイアス層３６の保磁力Ｈｃが低下しやすく、１２０ｋＡ／ｍより小さくなることがある。ときには４０ｋＡ／ｍ以下になることもある。ハードバイアス層３６が多層膜２２が重なる領域Ｃは、フリー磁性層２９に隣接する領域である。この領域Ｃにおいてハードバイアス層３６の保磁力Ｈｃの低下し、バイアス磁界の方向及び大きさが変化すると、フリー磁性層２９の単磁区構造を維持することができなくなり、磁気検出素子の外部磁界の検出感度が不安定化する。

従って、反強磁性層６０及びエンハンス層５９は、少なくともハードバイアス層３６と多層膜２２の両方に重なる領域Ｃに形成されていることが好ましい。これにより、領域Ｃを含むハードバイアス層のすべての領域の保磁力を１２０ｋＡ／ｍ以上に維持できる。

図２は本発明における第２実施形態の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。

図２に示す構造は、デュアル型のスピンバルブ型薄膜素子である。デュアル型では、フリー磁性層２９の上下に非磁性材料層２８、６４を介して固定磁性層２７、６８が形成される。

図２に示すシード層２３からフリー磁性層２９までの積層構造は図１と同じであるが、図２では、フリー磁性層２９の上に、非磁性材料層６４が形成され、前記非磁性材料層６４の上に固定磁性層６８が形成されている。この実施形態でも前記固定磁性層６８は、下側に形成された固定磁性層２７と同様に、磁性層６５、６７にＲｕなどの非磁性の中間層６６を介したフェリ構造人工フェリ磁性構造となっている。また前記固定磁性層６８の上には、前記固定磁性層６８の磁化をハイト方向（図示Ｙ方向）に固定するための上側の反強磁性層６９が形成されている。

図２に示す構造のデュアルスピンバルブ型薄膜素子の場合、フリー磁性層２９よりも下側に形成された固定磁性層２７のうち磁気抵抗効果に関与する磁性層５３が、例えばハイト方向（図示Ｙ方向）に固定されていた場合、前記フリー磁性層２９よりも上側に形成された固定磁性層６８のうち磁気抵抗効果に関与する磁性層６５も、ハイト方向（図示Ｙ方向）に固定される。

この図２に示す実施形態でも、フリー磁性層のトラック幅方向の両側に形成されているハードバイアス層３６の上に、磁性材料からなるエンハンス層５９を介して一対の反強磁性層（第２の反強磁性層）６０，６０が形成されている。

反強磁性層６０とエンハンス層５９間に交換結合磁界が発生して、エンハンス層５９の磁化方向がトラック幅方向（図示Ｘ方向）に固定される。そして、エンハンス層５９とハードバイアス層３６との間には強磁性結合がはたらく。このため、ハードバイアス層３６の磁化方向をトラック幅方向に固定する力が強くなる。従って、本発明を用いると、ハードバイアス層３６の保磁力を大きくしなくてもハードバイアス層３６の磁化方向を所定の方向、本実施の形態の場合にはトラック幅方向に安定して維持することができる。また、機械的衝撃や記録用のインダクティブヘッドが発生する磁界によって、ハードバイアス層３６の磁化方向が変動しても、反強磁性層６０とエンハンス層５９間の交換結合磁界の方向は変動しないため、ハードバイアス層３６の磁化方向をトラック幅方向に戻すことが可能になる。
本実施の形態では、反強磁性層６０とハードバイアス層３６の間に、強磁性材料からなるエンハンス層５９が形成されている。このエンハンス層５９と反強磁性層６０間に発生する交換結合磁界の大きさは、ハードバイアス層３６上に直接反強磁性層６０を積層したときにハードバイアス層３６と反強磁性層間に発生する交換結合磁界の大きさよりも大きい。エンハンス層５９は、例えばＣｏＦｅ合金によって形成される。

ハードバイアス層３６が多層膜２２が重なる領域Ｃでは、多層膜２２のシード層２３の影響により、ハードバイアス層３６の結晶配向に乱れが生じやすく、ハードバイアス層３６の保磁力Ｈｃが低下しやすい。ハードバイアス層３６が多層膜２２が重なる領域Ｃは、フリー磁性層２９に隣接する領域である。この領域Ｃにおいてハードバイアス層３６の保磁力Ｈｃの低下し、バイアス磁界の方向及び大きさが変化すると、フリー磁性層２９の単磁区構造を維持することができなくなり、磁気検出素子の外部磁界の検出感度が不安定化する。

従って、反強磁性層６０及びエンハンス層５９は、少なくともハードバイアス層３６と多層膜２２の両方に重なる領域Ｃに形成されていることが好ましい。
図３は本発明における第３実施形態の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。

図３に示す磁気検出素子は、ＣＰＰーＧＭＲ型磁気抵抗効果型素子と呼ばれる構造である。

符号７０は第１の電極層であり、この第１の電極層７０の上にシード層２３、第１の反強磁性層２６、固定磁性層２７、非磁性材料層２８、フリー磁性層２９、保護層３３が積層されている。
前記保護層３３のトラック幅方向における幅寸法は前記フリー磁性層２９の幅寸法Ｔ３よりも小さい。これにより前記保護層３３のトラック幅方向における両側には前記フリー磁性層２９の両側端部２９ａ、２９ａが露出する。

前記第１の反強磁性層２６の両側端面上に絶縁層５０、５０が形成されている。絶縁層５０はフリー磁性層２９の側端部まで覆っていることが好ましい。絶縁層５０は、例えばＡｌ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２などの絶縁材料で形成される。

また絶縁層５０上にはバイアス下地層３５を介してハードバイアス層３６が形成され、ハードバイアス層３６は、フリー磁性層２９の両側端面と対向した位置で形成される。

図３に示す実施形態では、第２の反強磁性層６０の上から保護層３３上にかけて第２の電極層７１が形成されている。

図３に示す磁気抵抗効果型素子と図１、図２に示すスピンバルブ膜と構造上異なる点は、電極層７０，７１が、第１の反強磁性層２６から保護層３３までの多層膜の膜面に対し、垂直方向（図示Ｚ方向）の両側に設けられていることである。

また図３に示すように、反強磁性層２６からフリー磁性層２９までの多層膜の両側には、絶縁層５０が形成され、センス電流の分流を抑制している。
この実施形態でも図１と同様にフリー磁性層２９の磁化は、ハードバイアス層３６からの縦バイアス磁界によって単磁区化される。

また、この実施形態でも、フリー磁性層のトラック幅方向の両側に形成されているハードバイアス層３６の上に、磁性材料からなるエンハンス層５９を介して一対の反強磁性層（第２の反強磁性層）６０，６０が形成されており、図１及び図２に示された磁気検出素子と同様の効果を奏することができる。

図１に示された磁気検出素子の製造方法を説明する。
次に本発明における磁気検出素子の製造方法について説明する。図４ないし図６に示す工程図は、すべて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り、図４ないし図６は、図１に示す磁気検出素子の製造工程を示している。なお随時、図２または３に示す磁気検出素子の製造方法についても説明する。

本発明では第１の反強磁性層２６を、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成することが好ましい。あるいは、第１の反強磁性層２６を、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）で形成することが好ましい。

前記元素Ｘの組成比、あるいは元素Ｘ＋元素Ｘ′の組成比を、例えば３７原子％以上で６３原子％以下に設定する。または前記元素Ｘの組成比、あるいは前記元素Ｘ＋元素Ｘ′の組成比を４７原子％以上で５７原子％以下に設定することが好ましい。

次に第１の熱処理工程を行う。まずハイト方向（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、前記第１の反強磁性層２６に交換異方性磁界を発生させる。これにより固定磁性層２７の磁性層５１の磁化が例えばハイト方向（図示Ｙ方向）に固定される場合、他方の磁性層５３の磁化はハイト方向と逆方向（図示Ｙ方向と逆方向）に固定される。例えば前記第１の熱処理温度を２７０℃とし、磁界の大きさを８００ｋ（Ａ／ｍ）とする。

なおフリー磁性層２９を３層人工フェリ磁性構造にするには、フリー磁性層２９のスパッタ成膜のときに、磁性層を形成した後、その上に非磁性の中間層を形成し、さらに前記中間層の上に磁性層を形成する。

また図２のデュアルスピンバルブ型薄膜素子の場合には、フリー磁性層２９の上に非磁性材料層６４、３層人工フェリ磁性構造の固定磁性層６８、反強磁性層６９を連続スパッタ成膜する。

図５に示す工程では、保護層３０の上にリフトオフ用のレジスト層７７を形成する。
レジスト層７７の下面の幅寸法Ｔ５は、フリー磁性層２９のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における幅寸法と同程度、あるいはそれよりも若干小さ目とする。さらに、レジスト層７７に覆われていない、保護層３０、バックド層５７、フリー磁性層２９、非磁性材料層２８、固定磁性層２７、反強磁性層２６、シード層２３を例えば矢印Ｆ方向のイオンミリングなどで除去する。

そして図６に示す工程では、レジスト層７７を利用して、レジスト層７７に覆われていない、多層膜２２の両側部に、バイアス下地層３５、ハードバイアス層３６、エンハンス層５９、第２の反強磁性層（反強磁性層）６０、電極層３２を連続してスパッタ成膜する。このとき、レジスト層７７の上にもバイアス下地材料層３５ｃ、ハードバイアス材料層３６ｃ、エンハンス材料層５９ｃ、反強磁性材料層６０ｃ、および電極層３２と同じ電極材料層３２ｃが形成される。

なお本発明では前記第２の反強磁性層６０を、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成することが好ましい。あるいは、前記第１の反強磁性層２６を、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）で形成することが好ましい。

このとき、前記元素Ｘの組成比、あるいは元素Ｘ＋元素Ｘ′の組成比を、例えば３７原子％以上で６３原子％以下に設定し、または前記元素Ｘの組成比、あるいは前記元素Ｘ＋元素Ｘ′の組成比を４７原子％以上で５７原子％以下に設定することが好ましい。

また少なくとも前記第２の反強磁性層６０を形成した後に、第２の熱処理工程を行う。この工程では第１の印加磁界と交叉する方向、すなわちトラック幅方向（図示Ｘ方向）に、前記第１の反強磁性層２６の交換異方性磁界よりも小さい第２の磁界を印加しつつ、前記第１の反強磁性層２６のブロッキング温度よりも低い熱処理温度で処理する。

この工程により、第２の反強磁性層６０には交換異方性磁界が発生し、前記強磁性層５９の磁化をトラック幅方向の一方向（図示Ｘ方向の一方向）に固定することができる。

なおこの第２の熱処理工程では、第２の印加磁界は、第１の反強磁性層２６の交換異方性磁界よりも小さく、しかも熱処理温度は、前記第１の反強磁性層２６のブロッキング温度よりも低いから、前記第１の反強磁性層２６の交換異方性磁界の方向をハイト方向に向けたまま、前記第２の反強磁性層６０の交換異方性磁界をトラック幅方向に向けることができる。なお前記第１の反強磁性層２６と第２の反強磁性層６０の組成は同じであっても良いし異なっていても良い。

なお第２の熱処理温度は例えば２５０℃であり、磁界の大きさは２４ｋ（Ａ／ｍ）である。また上記した組成比で形成された反強磁性層２６、６０では、４８ｋ（Ａ／ｍ）以上の交換結合磁界を得ることができ、またブロッキング温度を３８０℃程度にすることができる。

また本発明では、フリー磁性層２９上にバックド層５７及び鏡面反射層３０が形成されていない形態の磁気検出素子を製造してもよい。

なお、本発明では、ハードバイアス層３６の上に直接反強磁性層６０が積層されてもよいが、エンハンス層５９を介する方が交換結合磁界が大きくなるので好ましい。

本発明の第１の実施の形態の磁気検出素子を示す断面図、 本発明の第２の実施の形態の磁気検出素子を示す断面図、 本発明の第３の実施の形態の磁気検出素子を示す断面図、 図１に示された磁気検出素子の製造工程を示す断面図、 図１に示された磁気検出素子の製造工程を示す断面図、 図１に示された磁気検出素子の製造工程を示す断面図、 従来の磁気検出素子を示す断面図、 従来の磁気検出素子を示す断面図、

符号の説明

２６ 第１の反強磁性層
２７、６８ 固定磁性層
２８ 非磁性材料層
２９ フリー磁性層
３０ 保護層
３２ 電極層
３５ バイアス下地層
３６ ハードバイアス層
５０ 絶縁層
５７ バックド層
５９ エンハンス層
６０ 第２の反強磁性層
７０ 第１の電極層
７１ 第２の電極層

Claims (5)

1. 固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層を有して積層された多層膜を有する磁気検出素子において、
   前記フリー磁性層のトラック幅方向の両側には硬磁性材料からなるハードバイアス層が対向して形成され、前記ハードバイアス層の上に直接又は磁性材料を介して、一対の反強磁性層が、トラック幅方向に磁気検出素子のトラック幅よりも広い間隔を開けて形成されていることを特徴とする磁気検出素子。
2. 前記反強磁性層とハードバイアス層の間に、強磁性材料からなるエンハンス層が形成されており、このエンハンス層と前記反強磁性層間に発生する交換結合磁界の大きさは、ハードバイアス層上に直接前記反強磁性層を積層したときに前記ハードバイアス層と前記反強磁性層間に発生する交換結合磁界の大きさよりも大きい請求項１記載の磁気検出素子。
3. 前記エンハンス層は、ＣｏＦｅ合金よって形成されている請求項２記載の磁気検出素子。
4. 前記反強磁性層は、少なくとも前記ハードバイアス層と前記多層膜の両方に重なる領域に形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気検出素子。
5. 前記ハードバイアス層の保磁力は１２０ｋＡ／ｍ以上である請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気検出素子。

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