JP2006245229A - 磁気検出素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 特に、フリー磁性層の材質を改良して、ΔＲＡを高く維持できるとともに磁歪を低減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している。
【解決手段】 前記フリー磁性層６にＮｉＦｅＸ合金層６ｂを形成する。前記元素Ｘは例えばＣｕである。前記フリー磁性層６に前記ＮｉＦｅＸ合金層６ｂを形成することで、前記ＮｉＦｅＸ合金層６ｂが形成された領域をＮｉＦｅ合金で形成する場合に比べて、高ΔＲＡを維持しつつフリー磁性層６の磁歪を低減することが可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成され、外部磁界による磁化方向が変動するフリー磁性層、を有する磁気検出素子に係り、特に、磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを高く維持できるとともに磁歪を低減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。

フリー磁性層、非磁性材料層、及び固定磁性層が積層された多層膜を有して成る磁気検出素子には、前記多層膜に対する電流方向の違いにより、ＣＩＰ（current in the plane）型と、ＣＰＰ（current perpendicular to the plane）型の２種類が存在する。

ＣＩＰ型磁気検出素子では、前記多層膜に対して膜面と平行な方向に電流が流され、一方、ＣＰＰ型磁気検出素子では、前記多層膜の各層の膜面に対し垂直方向に電流がながされる。

ＣＰＰ型磁気検出素子は、ＣＩＰ型磁気検出素子に比べて素子サイズの狭小化によって再生出力を大きく出来るといった利点があると考えられ、現在、主流のＣＩＰ型磁気検出素子に代わってＣＰＰ型磁気検出素子が今後の更なる高記録密度化に対応できる構造と期待されている。

ところで前記フリー磁性層はＣｏＦｅ合金やＮｉＦｅ合金等で形成されている。前記フリー磁性層にＣｏＦｅ合金を使用した文献を下記に特許文献１として提示した。
特開２００４−２８２０７３号公報 特開２００４−９５５８７号公報

上記特許文献１には、フリー磁性層の磁歪制御方法が開示されている。特許文献１では、前記フリー磁性層は、複数のＣｏＦｅ合金で形成された強磁性層と、各強磁性層間に設けられた銅層とを有して構成される。前記銅層には、酸化暴露処理された銅層が含まれ、これにより前記フリー磁性層の磁歪を小さく出来るとの記載がある。

しかしＣｏＦｅ合金は、ＮｉＦｅ合金等に比べて一軸異方性や保磁力が高いため、前記フリー磁性層をＣｏＦｅ合金主体で形成すると、フリー磁性層が外部磁界に対し磁化反転しずらく感度が悪化する等の問題点があった。

また特許文献１では、フリー磁性層に酸化暴露処理された銅層を含むことが必須構成となっているが、銅層は非常に酸化されやすいため、前記銅層下に形成されているＣｏＦｅ合金も酸化の影響を受けやすく、この結果、フリー磁性層の非磁性化や磁気特性の劣化が深刻な問題になるかと考えられる。

前記フリー磁性層をＮｉＦｅ合金を主体として形成し、前記ＮｉＦｅ合金の組成比を適切化することで、磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを高く出来ることがわかっている。前記ΔＲＡの向上は、今後の高記録密度化に向けたＣＰＰ型磁気検出素子の実用化にとって非常に重要な条件である。

しかしながら、前記ＮｉＦｅ合金のＮｉ組成比を調整することで前記ΔＲＡは向上するものの、磁歪が大きくなるといった問題があった。磁歪が大きいと成膜ひずみや、他層との熱膨張係数差等によって応力の影響が大きくなる等、色々と問題があるため、高ΔＲＡを維持しつつ前記フリー磁性層の磁歪を小さくしなければならないといった課題が新たに発生した。

例えば上記した特許文献２では、フリー磁性層にＮｉＦｅ合金を用いることが開示されている。前記特許文献２では、前記フリー磁性層が、第１フリー磁性層と第２フリー磁性層と、前記第１フリー磁性層と第２フリー磁性層との間に介在する非磁性中間層との積層フェリ構造で形成されている。フリー磁性層は例えばＮｉＦｅ／Ｒｕ／ＮｉＦｅの積層構造で形成される。前記第１フリー磁性層と第２フリー磁性層間にはＲＫＫＹ相互作用が生じ、この結果、前記第１フリー磁性層の磁化方向と第２フリー磁性層の磁化方向とが互いに反平行に向けられる（特許文献２の［００６８］欄等）。

しかし前記特許文献２は、ΔＲＡを大きくすることを目的としているものの、上記したようにＮｉＦｅ合金をフリー磁性層として用いたとき、高ΔＲＡを維持するとともに磁歪を低減させるといった課題については全く言及していない。

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、フリー磁性層の材質を改良して、ΔＲＡを高く維持できるとともに磁歪を低減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している。

本発明は、
磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成され、外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層、を有する磁気検出素子において、
前記フリー磁性層の少なくとも一部は、ＮｉＦｅＸ（元素Ｘは、Ｃｕ，Ｓｃ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ａｕ，Ａｇ，Ｍｎ，Ａｌから選ばれる一種または二種以上の元素）合金層で形成され、
前記元素Ｘの平均組成比は、５原子％以上で２０原子％以下の範囲内であることを特徴とするものである。

上記のようにフリー磁性層の少なくとも一部を、ＮｉＦｅＸ（元素Ｘは、Ｃｕ，Ｓｃ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ａｕ，Ａｇ，Ｍｎ，Ａｌから選ばれる一種または二種以上の元素）合金層で形成することで、前記フリー磁性層の磁歪を、前記フリー磁性層をＮｉＦｅ合金で形成する場合に比べて低減できる。ただし前記元素Ｘの組成比が大きくなりすぎるとΔＲＡが大きく低下するため、ΔＲＡを高い値に維持しつつ磁歪を低減させるために、前記元素Ｘの平均組成比を５原子％以上で２０原子％以下の範囲内と設定した。

本発明では、前記元素Ｘは、前記ＮｉＦｅＸ合金層の下面から上面にわたって均一に拡散されていることが好ましい。あるいは、前記ＮｉＦｅＸ合金層の下面から上面に向けて、元素Ｘの組成比が増加する領域と、減少する領域とが交互に現われていてもよい。

本発明ではＮｉＦｅと元素Ｘとが拡散し、ＮｉＦｅＸ合金を構成していることが必要である。すなわち元素Ｘがレイヤ（層）の状態で前記フリー磁性層中に存在する構成は好ましくない。それはΔＲＡの低下を余儀なくされるからである。よって、前記元素ＸはＮｉＦｅＸ合金中に均一に拡散していることが好ましいが、均一拡散でなくても、上記したような組成変調が見られる場合であっても元素Ｘがレイヤ（層）として存在しなければよい。

本発明では、［Ｎｉの平均組成比／（Ｎｉの平均組成比＋Ｆｅの平均組成比）］×１００は、６０以上で８０以下の範囲内であることが好ましい。これにより高ΔＲＡを確保できるとともに保磁力の小さいフリー磁性層を形成することが出来る。

本発明では、元素ＸはＣｕであることが好ましい。
また本発明では、前記フリー磁性層は、ＮｉＦｅＸ合金層の上下に、磁性材料の拡散抑制層が形成された積層構造であり、前記拡散防止層が前記非磁性材料層との界面に接して形成されていることが好ましく、具体的には、前記拡散抑制層はＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましい。これにより前記ＮｉＦｅＸ合金層が前記非磁性材料層に拡散することを適切に抑制することが出来る。

また本発明では、反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層との交換異方性磁界により磁化方向が固定される前記固定磁性層と、前記固定磁性層に前記非磁性材料層を介して形成された前記フリー磁性層とを有することが好ましい。

また本発明では、前記フリー磁性層の上下に積層された非磁性材料層と、一方の前記非磁性材料層の上および他方の前記非磁性材料層の下に位置する前記固定磁性層を有する構成であってもよい。かかる場合、一方の前記固定磁性層の上および他方の前記固定磁性層の下に位置して、交換異方性磁界によりそれぞれの前記固定磁性層の磁化方向を一定の方向に固定する反強磁性層を有することが好ましい。

また本発明は、特に、前記固定磁性層、非磁性材料層、及びフリー磁性層の膜面に対して垂直方向にセンス電流が流されるＣＰＰ型磁気検出素子の構造に効果的に適用できる。

また本発明は、
磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成され、外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層、を有する磁気検出素子の製造方法において、
前記フリー磁性層の少なくとも一部を、ＮｉＦｅＸ（元素Ｘは、Ｃｕ，Ｓｃ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ａｕ，Ａｇ，Ｍｎ，Ａｌから選ばれる一種または二種以上の元素）合金層で形成し、
前記元素Ｘの平均組成比を、５原子％以上で２０原子％以下の範囲内とすることを特徴とするものである。これにより、ΔＲＡを高い値に維持しつつ磁歪も低減できる磁気検出素子を容易に製造することが出来る。

本発明では、前記ＮｉＦｅＸ合金層を、ＮｉＦｅ合金層と、元素Ｘからなる元素Ｘ層とを交互に積層して形成することが好ましい。このとき、前記元素Ｘ層とＮｉＦｅ合金層とを一回ずつ積層した積層構成を一単位とし、この一単位に占める前記元素Ｘ層の膜厚比率を、［元素Ｘ層の膜厚／（ＮｉＦｅ合金層の膜厚＋元素Ｘ層の膜厚）と表したとき、前記元素Ｘ層の膜厚比率を、５〜２０の範囲内とすることが好ましい。前記元素Ｘ層の膜厚比率を大きくすれば、前記フリー磁性層の磁歪を低減させることが出来るが、逆にΔＲＡの減少が大きくなるので、前記元素Ｘ層の膜厚比率を上記範囲内で調整することが、磁歪の低減効果とΔＲＡの大きさを高く維持できて好ましい。

本発明では、個々の前記元素Ｘ層の膜厚を、０Åよりも大きく５Å以下の範囲内とすることが好ましい。前記元素Ｘ層の膜厚が大きくなりすぎると前記元素Ｘ全体がＮｉＦｅ中に適切に拡散せず、元素Ｘがレイヤ（層）として残ってしまうとΔＲＡの低下が大きくなるので、前記元素Ｘ層の膜厚を上記範囲内に設定することが好ましい。

また本発明では、個々の前記ＮｉＦｅ合金層の膜厚を、５Å以上で１０Å以下の範囲内とすることが好ましい。前記ＮｉＦｅ合金層の膜厚が大きすぎると、前記元素Ｘが前記ＮｉＦｅ合金層中に全体的に拡散しないので、前記ＮｉＦｅ合金層を上記範囲内に設定することが好ましい。

また本発明では、個々の前記ＮｉＦｅ合金層のＮｉの平均組成比を、６０原子％以上で８０原子％以下の範囲内とすることが高ΔＲＡとともに保磁力を低減できて好ましい。

また本発明では、前記磁気検出素子を形成したのち、前記磁気検出素子に対し熱処理を施すことが好ましい。これにより前記ＮｉＦｅ合金層と元素Ｘ層とが効果的に拡散する。

本発明のフリー磁性層の少なくとも一部は、ＮｉＦｅＸ（元素Ｘは、Ｃｕ，Ｓｃ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ａｕ，Ａｇ，Ｍｎ，Ａｌから選ばれる一種または二種以上の元素）合金層で形成され、前記元素Ｘの平均組成比は、５原子％以上で２０原子％以下の範囲内である。これによりΔＲＡを高い値に維持しつつ、フリー磁性層の磁歪を低減できる。

図１は本発明の実施形態のＣＰＰ型のデュアルスピンバルブ型薄膜素子の積層構造を示す模式図である。

このデュアルスピンバルブ型薄膜素子は、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するものである。なお、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向はＺ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向はＹ方向である。

図１の最も下に形成されているのはＴａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２種以上の元素などの非磁性材料で形成された下地層１である。この下地層１の上に、シード層２が設けられる。前記シード層２は、ＮｉＦｅＣｒまたはＣｒによって形成される。前記シード層２をＮｉＦｅＣｒによって形成すると、前記シード層２は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものになる。また、前記シード層２をＣｒによって形成すると、前記シード層２は、体心立方（ｂｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１０}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものになる。

なお、下地層１は非晶質に近い構造を有するが、この下地層１は形成されなくともよい。

前記シード層２の上に形成された反強磁性層３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。

これら白金族元素を用いたＸ−Ｍｎ合金は、耐食性に優れ、またブロッキング温度も高く、さらに交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできるなど反強磁性材料として優れた特性を有している。

また本発明では、前記反強磁性層３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とを含有する反強磁性材料で形成されてもよい。

前記反強磁性層３の元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の原子％を４５（原子％）以上で６０（原子％）以下に設定することが好ましい。より好ましくは４９（原子％）以上で５６．５（原子％）以下である。これによって成膜段階において、固定磁性層４との界面が非整合状態にされ、しかも前記反強磁性層３は熱処理によって適切な規則変態を起すものと推測される。

下側固定磁性層４は、第１固定磁性層４ａ、非磁性中間層４ｂ、第２固定磁性層４ｃからなる多層膜構造で形成される。前記反強磁性層３との界面での交換結合磁界及び非磁性中間層４ｂを介した反強磁性的交換結合磁界（ＲＫＫＹ的相互作用）により前記第１固定磁性層４ａと第２固定磁性層４ｃの磁化方向は互いに反平行状態にされる。これは、いわゆる積層フェリ構造と呼ばれ、この構成により下側固定磁性層４の磁化を安定した状態にでき、また前記下側固定磁性層４と反強磁性層３との界面で発生する交換結合磁界を見かけ上大きくすることができる。

ただし前記下側固定磁性層４は第２固定磁性層４ｃのみから構成され積層フェリ構造で形成されていなくてもよい。

なお前記第１固定磁性層４ａは例えば１５〜３５Å程度で形成され、非磁性中間層４ｂは８Å〜１０Å程度で形成され、第２固定磁性層１４ｃは２０〜６０Å程度で形成される。

第１固定磁性層４ａはＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅＮｉなどの強磁性材料で形成されている。また非磁性中間層４ｂは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどの非磁性導電材料で形成される。

第２固定磁性層４ｃは、非磁性材料層５に接する非磁性材料層側磁性層４ｃ１と非磁性中間層側磁性層４ｃ２の２層構造として成膜される。前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１は、組成式が、Ｘ_２ＹＺまたはＸＹＺで表されるホイスラー型結晶構造を有する金属化合物で形成されることが好ましい。ただし前記ＸはＣｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｆｅのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素である。具体的には例えば前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１は、Ｃｏ_２ＭｎＧｅ合金で形成されることが好ましい。これによりΔＲＡの向上を図ることが出来る。

また、前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２は、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅＮｉなどの強磁性材料で形成されている。特に、前記第１固定磁性層４ａと、非磁性中間層側磁性層４ｃ２は共に、ＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましい。これにより前記非磁性中間層４ｃ２と、前記第１固定磁性層４ａとの間に生じるＲＫＫＹ相互作用を大きくでき、前記第１固定磁性層４ａとともに第２固定磁性層４ｃを強固に磁化固定することが出来る。

前記固定磁性層４の上に形成された非磁性材料層５は、Ｃｕ、Ａｕ、またはＡｇで形成されている。Ｃｕ、Ａｕ、またはＡｇで形成された非磁性材料層５は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向している。

前記非磁性材料層５上にはフリー磁性層６が形成されている。前記フリー磁性層６上には、非磁性材料層７が形成され、材質は上記した前記非磁性材料層５に使用される材質から選択される。前記非磁性材料層７上には上側固定磁性層８が形成されている。前記上側固定磁性層８は、下から、第２固定磁性層８ｃ、非磁性中間層８ｂ及び第１固定磁性層８ａの順で積層された積層フェリ構造である。前記第１固定磁性層８ａ、非磁性中間層８ｂ及び第２固定磁性層８ｃの各材質は、上記した前記第１固定磁性層４ａ、非磁性中間層４ｂ及び第２固定磁性層４ｃに使用される材質からそれぞれ選択される。また前記第２固定磁性層８ｃは、前記第２固定磁性層４ｃと同様に、非磁性材料層７に接する非磁性材料層側磁性層８ｃ１と非磁性中間層側磁性層８ｃ２の２層構造として成膜される。また、上側固定磁性層８は第２固定磁性層８ｃのみで構成されていてもよい。

前記上側固定磁性層８上には上側反強磁性層９が形成される。前記上側反強磁性層９の材質は、下側反強磁性層２に使用される材質から選択される。前記上側反強磁性層９上にはＴａ等の保護層１０が形成される。

前記フリー磁性層６はトラック幅方向（図示Ｘ方向）と平行な方向に磁化されている。一方、固定磁性層４，８を構成する第１固定磁性層４ａ，８ａ及び第２固定磁性層４ｃ，８ｃはハイト方向（図示Ｙ方向）と平行な方向に磁化されている。前記固定磁性層４，８は積層フェリ構造であるため、第１固定磁性層４ａ，８ａと第２固定磁性層４ｃ，８ｃはそれぞれ反平行に磁化されている。

本発明における特徴的部分は、フリー磁性層６が、ＮｉＦｅＸ合金層６ｂを有して構成されている点である。元素Ｘは、Ｃｕ，Ｓｃ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ａｕ，Ａｇ，Ｍｎ，Ａｌから一種または二種以上選択される。前記元素ＸはＣｕであることが好ましい。

また、前記元素Ｘの平均組成比は、５原子％以上で２０原子％以下の範囲内である。ここで「平均組成比」とは、例えば、ＳＩＭＳ分析装置等により多数箇所で、元素Ｘの組成比を求め、それを平均化したものである。元素Ｘの平均組成比とともに、ＮｉおよびＦｅの平均組成比も求められ、Ｎｉの平均組成比＋Ｆｅの平均組成比＋元素Ｘの平均組成比＝１００原子％の関係を満たしている。

前記フリー磁性層６に、ＮｉＦｅＸ合金層６ｂを設けることで、ＮｉＦｅＸ合金層６ｂが形成されている領域を、ＮｉＦｅ合金で形成する場合に比べて効果的に磁歪の低減を図ることが出来る。磁歪低減の評価は、この明細書にて［Ｎｉの平均組成比／（Ｎｉの平均組成比＋Ｆｅの平均組成比）］×１００（％）として定義する「Ｎｉ組成比率」を、ＮｉＦｅＸ合金層６ｂと、ＮｉＦｅ合金層とで同じ値に設定したときの、それぞれの前記フリー磁性層６の磁歪を測定し比較すればよい。

前記ＮｉＦｅＸ合金層の元素Ｘの平均組成比を大きくしていけば効果的に前記磁歪の低減効果を得ることが出来るが、その一方で、ΔＲＡの低下が大きくなる。ＣＰＰ型磁気検出素子では、高出力を確保すべくΔＲＡを出来る限り大きくする必要があるため、フリー磁性層６の符号６ｂの領域にＮｉＦｅ合金層を設けた場合と同じ大きさのΔＲＡか、あるいはそれより低下しても、約１５％程度のΔＲＡの低下に抑えるべく、前記Ｃｕの平均組成比を５原子％以上で２０原子％以下に設定した。なお、前記ΔＲＡの低下率は、［（ＮｉＦｅ合金層で形成したときのΔＲＡ−ＮｉＦｅＸ合金層で形成したときのΔＲＡ）／ＮｉＦｅ合金層で形成したときのΔＲＡ］×１００（％）で求めることが出来る。

また、前記Ｎｉ組成比率は、６０％以上で８０％以下であることが好ましい。この範囲内に設定すると、高いΔＲＡを確保できるとともに保磁力の低減も図ることが出来る。あるいは前記Ｎｉ組成比率を１０％〜２５％に設定してもよい。かかる場合、前記Ｎｉ組成比率を６０％〜８０％に設定する場合に比べて保磁力が大きくなるといった問題はあるが、ΔＲＡを、前記Ｎｉ組成比率を、６０％以上で８０％以下に設定した場合とほぼ同じ程度か、あるいはそれ以上に高く出来る。

図１に示すように前記ＮｉＦｅＸ合金層６ｂの上下には、磁性材料製の拡散抑制層６ａ、６ｃが設けられている。これにより、特に前記ＮｉＦｅＸ合金層６ｂのＮｉが、前記非磁性材料層５，７へ拡散するのを適切に防止できる。前記拡散抑制層６ａ，６ｃはＣｏＦｅ合金で形成されていることが好ましい。前記拡散抑制層６ａ，６ｃは、前記ＮｉＦｅＸ合金層６ｂに比べて十分に小さい膜厚で形成される。前記拡散抑制層６ａ，６ｃは、数Å程度の薄い膜厚で形成され、一方、前記ＮｉＦｅＸ合金層６ｂは、３０Å〜１００Å程度の厚い膜厚で形成される。

ところで、前記ＮｉＦｅＸ合金層６ｂ中に占める元素Ｘは、前記ＮｉＦｅＸ合金層６ｂの下面６ｂ１から上面６ｂ２にわたって全体的に拡散していることが好ましい。組成分析には、ＳＩＭＳ分析装置や電解放射型透過電子顕微鏡（ＦＥ−ＴＥＭ）を用いたナノビーム特性Ｘ線分析（Ｎａｎｏ−ｂｅａｍ ＥＤＸ）等を用いる。また前記元素Ｘは、前記ＮｉＦｅＸ合金層６ｂの下面６ｂ１から上面６ｂ２にわたって均一に拡散していることが好ましい。「均一拡散」とは、ＮｉＦｅＸ合金層の下面６ｂ１から上面６ｂ２にかけて特に周期的な組成変調が見られず、上記した分析装置で組成比を分析したときに、［（元素Ｘの最大組成比−元素Ｘの最小組成比）／元素Ｘの最大組成比］が、０．０５以下であれば「均一拡散」であると定義される。

また、前記元素Ｘは、前記ＮｉＦｅＸ合金層６ｂの下面６ｂ１から上面６ｂ２にわたって前記組成変調していてもよい。

図３は、図１に示す非磁性材料層５から非磁性材料層７までの層構造を拡大した部分拡大模式図である。

図３に示す点線領域Ａはいずれも、フリー磁性層６を構成するＮｉＦｅＸ合金層６ｂ内において前記Ｘ元素の組成比が高くなっている箇所を示している。後述する製造方法で示すように、前記ＮｉＦｅＸ合金層６ｂは、例えばＮｉＦｅ合金層と、元素Ｘからなる層（元素Ｘ層）との積層構造で形成される。熱処理等の原因により、ＮｉＦｅ合金と元素Ｘとはそれぞれ拡散を起こすと考えられる。点線領域Ａは、もともと前記元素Ｘ層が形成されていた領域であるが上記の拡散により、元素Ｘのみで構成される層は存在しなくなり、ＮｉＦｅ合金層と元素Ｘ層との積層領域はＮｉＦｅＸの合金層となる。しかし、前記点線領域Ａでの元素Ｘの組成比は他の部位での前記元素Ｘの組成比に比べて大きくなっている。図４（図３のフリー磁性層６のＮｉＦｅＸ合金層６ｂの一部を拡大して示した模式図）に示すように、二つの点線領域Ａ間の領域Ｂ，Ｃにおける元素Ｘの組成比を考察してみると、領域Ｂでは点線領域Ａ付近における元素Ｘの組成比をピークとして領域Ｃ方向（図示上方向）に向けて、徐々に元素Ｘの組成比は低下していき、前記領域Ｃとの仮想境界（このような境界が実際に存在するわけではない）で最も元素Ｘの組成比が小さくなり、領域Ｃでは、前記仮想境界から、上方に向けて徐々に元素Ｘの組成比が大きくなり、点線領域Ａ付近まで至ったとき、前記元素Ｘの組成比がピークとなる。このように領域Ｂは、上方に向けて徐々に元素Ｘの組成比が減少する領域であり、一方、領域Ｃは上方に向けて徐々に元素Ｘの組成比が増加する領域となっている。そして、領域Ｂ及び領域Ｃは膜厚方向に向けて交互に現われる。なお元素Ｘは、最も組成比の低くなる仮想境界付近でも０原子％とはならず、前記元素ＸがＮｉＦｅＸ合金層６ｂの下面６ｂ１から上面６ｂ２にかけて全体的に拡散している状態であることが好ましい。

上記したように元素Ｘは、ＮｉＦｅＸ合金層６ｂ内において均一に拡散しているか、あるいは組成変調しているが、特に元素Ｘのみからなるレイヤ（層）は、前記ＮｉＦｅＸ合金層６ｂ内に存在しない（形成されていない）。これによってΔＲＡの低下を抑制することが出来る。

図２は、ＣＰＰ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子の膜構成を示す模式図である。図１に示す符号と同じ符号がつけられている層は図１と同じ層を示している。

図２に示すＣＰＰ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子の膜構成は、下から、下地層１、シード層２、反強磁性層３、固定磁性層４、非磁性材料層５、フリー磁性層６及び保護層１０の順に積層された構成である。図２に示すＣＰＰ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子においても、フリー磁性層６には、元素Ｘの平均組成比が５原子％以上で２０原子％以下の範囲内であるＮｉＦｅＸ合金層６ｂが設けられていることで、前記ＮｉＦｅＸ合金層６ｂが形成されている領域を、ＮｉＦｅ合金で形成する場合に比べて高いΔＲＡを維持しつつ効果的に磁歪の低減を図ることが出来る。またＣＰＰ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子は、下からフリー磁性層６、非磁性材料層５、固定磁性層４及び反強磁性層３の順に積層されていてもよい。

図５は、図２に示すＣＰＰ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子の構造を有する再生ヘッド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２０は、磁性材料製の下部シールド層２０であり、前記下部シールド層２０上に図２に示す膜構成と同じ構成の多層膜Ｔ１が形成されている。

前記多層膜Ｔ１は、下から、下地層１、シード層２、反強磁性層３、固定磁性層４、非磁性材料層５、フリー磁性層６及び保護層１０の順で積層されている。図１に示す実施形態では、前記多層膜Ｔ１の両側には絶縁層２７、ハードバイアス層２８及び絶縁層２９が積層されている。ハードバイアス層２８からの縦バイアス磁界によってフリー磁性層６の磁化はトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。

前記絶縁層２７と前記ハードバイアス層２８間にバイアス下地層（図示しない）が形成されていてもよい。前記バイアス下地層は例えばＣｒ、Ｗ、Ｗ−Ｔｉ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金などで形成される。

前記絶縁層２７，２９はＡｌ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２等の絶縁材料で形成されたものであり、前記多層膜Ｔ１内を各層の界面と垂直方向に流れる電流が、前記多層膜Ｔ１のトラック幅方向の両側に分流するのを抑制すべく前記ハードバイアス層２８の上下を絶縁するものである。

なお前記ハードバイアス層２８，２８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る。

絶縁層２９及び保護層１０上には、磁性材料からなる上部シールド層３０が形成される。ＣＰＰ型のスピンバルブ型薄膜素子では、下部シールド層２０及び上部シールド層３０が電極として機能し、前記多層膜Ｔ１を構成する各層の界面に対し垂直方向に電流を流す電流源となっている。

フリー磁性層６の磁化は、ハードバイアス層２８，２８からの縦バイアス磁界によってトラック幅方向（図示Ｘ方向）と平行な方向に揃えられる。そして記録媒体からの信号磁界（外部磁界）に対し、フリー磁性層６の磁化が感度良く変動する。一方、固定磁性層４の磁化は、ハイト方向（図示Ｙ方向）と平行な方向に固定されている。

フリー磁性層６の磁化方向の変動と、固定磁性層４の固定磁化方向（特に第２磁性層４ｃの固定磁化方向）との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化または電流変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。前記フリー磁性層６は、ＮｉＦｅＸ合金層６ｂとその上下に拡散抑制層６ａ，６ｃとを有して構成される。

図６は図５とは別の構成のＣＰＰ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子の構造を有する再生ヘッドを記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。

図６では図５のように反強磁性層２が設けられていない。図６は、固定磁性層自体の一軸異方性によって固定磁性層４の磁化が固定される、いわゆる自己固定式の磁気検出素子である。

図６では、前記固定磁性層４の下側に、例えば、Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ，Ｒｅ，Ｍｏ，Ｗなどの単体元素、あるいはこれらの元素のうち２種以上からなる合金、または、Ｒ―Ｍｎ（ただし元素Ｒは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で形成された磁歪増強層２２が５Å以上５０Å以下程度の膜厚で形成される。

固定磁性層４の磁歪定数λｓを大きくすることによって磁気弾性エネルギーを大きくし、これによって、固定磁性層４の一軸異方性を大きくするものである。固定磁性層４の一軸異方性が大きくなると、固定磁性層４の磁化は一定の方向に強固に固定され、磁気検出素子の出力が大きくなりかつ出力の安定性や対称性も向上する。

図６に示される磁気検出素子では、固定磁性層４を構成する第１固定磁性層４ａの前記非磁性材料層５側と反対側の面には非磁性金属製の磁歪増強層２２が前記第１固定磁性層４ａに接して設けられている。これによって、第１固定磁性層４ａの特に下面側の結晶構造に歪みを生じさせて第１固定磁性層４ａの磁歪定数λｓを大きくさせている。これによって前記固定磁性層４の一軸異方性は大きくなり、反強磁性層３が形成されなくても前記固定磁性層４をハイト方向（図示Ｙ方向）と平行な方向に強固に固定できる。

前記フリー磁性層６は、ＮｉＦｅＸ合金層６ｂとその上下に拡散抑制層６ａ，６ｃとを有して構成される。

図５，図６では特にシングルスピンバルブ型薄膜素子について説明したが図１に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子も同様の層構造により形成される。

図７及び図８は図１に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子の膜構成を形成するための製造方法を示す一工程図であり、各図は製造工程中におけるデュアルスピンバルブ型薄膜素子の膜構成の部分拡大模式図である。

まず下地層１，シード層２，反強磁性層３，固定磁性層４，非磁性材料層５までをスパッタ法や蒸着法で成膜する。各層の材質については図１で説明したので図１の説明を参照されたい。

図７に示すように、前記非磁性材料層５上に拡散抑制層６ａをスパッタ法や蒸着法等で成膜する。前記拡散抑制層６ａを例えばＣｏＦｅ合金で形成する。前記拡散抑制層６ａ上に薄い膜厚で元素Ｘ（元素Ｘは、Ｃｕ，Ｓｃ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ａｕ，Ａｇ，Ｍｎ，Ａｌから選ばれる一種または二種以上の元素）からなる元素Ｘ層４０をスパッタ法や蒸着法等で形成し、さらに、前記元素Ｘ層４０上に、ＮｉＦｅ合金層４１をスパッタ法や蒸着法等で形成する。前記ＮｉＦｅ合金層４１の膜厚は前記元素Ｘ層４０よりも厚い。前記元素Ｘ層４０とＮｉＦｅ合金層４１とが一層づつ積層されたものを一単位（積層回数が１回）とし、前記積層回数をｎ回（ｎ＝１，２，・・・）行なう。そして最も上面側に形成された前記ＮｉＦｅ合金層４１上に前記元素Ｘ層４０を形成した後、前記元素Ｘ層４０上に拡散抑制層６ｃをスパッタ法や蒸着法等で成膜する。前記拡散抑制層６ｃを例えばＣｏＦｅ合金で形成する。

次に前記拡散抑制層６ｃ上に前記非磁性材料層７をスパッタ法や蒸着法により成膜し、さらに、固定磁性層８，前記反強磁性層９，保護層１０をスパッタ法や蒸着法等成膜する。

下地層１から保護層１０を積層後、熱処理を施す。これによって前記反強磁性層２，９と固定磁性層４，８を構成する第１固定磁性層４ａ，８ａとの界面に交換結合磁界を発生させ、前記第１固定磁性層４ａ、８ａをハイト方向（図示Ｙ方向）と平行な方向に磁化させる。また、第１固定磁性層４ａ、８ａと第２固定磁性層４ｃ，８ｃ間にはＲＫＫＹ相互作用が働き、前記第２固定磁性層４ｃ，８ｃは、前記第１固定磁性層４ａ，８ａの磁化方向と反平行に磁化される。

前記熱処理によって、前記フリー磁性層６内では、元素Ｘ層４１とＮｉＦｅ合金層４０とがそれぞれ拡散を起こす。図８に示す点線領域Ａは、熱処理を施す前、元素Ｘ層４１が形成されていた領域で、熱処理による拡散現象により、前記点線領域Ａには、元素ＸのみならずＮｉ，Ｆｅも存在するが図８の右図に示すように元素Ｘの組成比は他の部位に比べて高くなりやすい。このように元素Ｘは、図８の右図に示すようにフリー磁性層６内において、膜厚方向（図示Ｚ方向）に向けて増減を繰り返す組成変調を起こしている可能性がある。図７に示すように、前記元素Ｘ層４０は、前記拡散抑制層６ａ，６ｃとＮｉＦｅ合金層４１との間にも設けたので、元素Ｘの組成比が高い領域は前記点線領域Ａのみならず前記拡散抑制層６ａ，６ｃとの界面領域Ｄにも存在しやすい（図８）。また元素Ｘの一部は、拡散抑制層６ａ，６ｃ内にも拡散するものと予測される。

上記した拡散現象を良好に起こさせるために、前記元素Ｘ層４０の膜厚を、０Åよりも大きく５Å以下の範囲内とすることが好ましい。好ましくは前記元素Ｘ層４０を２Å以下で形成することが好ましい。また、前記元素Ｘ層４０の膜厚を厚くすると、磁歪低減効果を期待できるが、逆にΔＲＡの低下が大きくなるため、前記元素Ｘ層４０とＮｉＦｅ合金層４１の膜厚比の調整も重要である。本発明では、前記元素Ｘ層４０とＮｉＦｅ合金層４１とを一回ずつ積層した積層構成を一単位とし、この一単位に占める前記元素Ｘ層４０の膜厚比率を、［元素Ｘ層４０の膜厚／（ＮｉＦｅ合金層４１の膜厚＋元素Ｘ層４０の膜厚）×１００（％）と表したとき、前記元素Ｘ層の膜厚比率を、５％〜２０％の範囲内とすることが好ましい。また、ＮｉＦｅ合金層４０の膜厚（絶対膜厚）が厚すぎると前記元素Ｘは、前記ＮｉＦｅ合金層４０の全体に適切に拡散せず、ＮｉＦｅのみで構成されている領域が増えるため、前記ＮｉＦｅ合金を、５Å以上で１０Å以下の範囲内とすることが好ましい。

上記した元素Ｘ層４０，ＮｉＦｅ合金層４１とを上記した膜厚比で調整することで、合金化したＮｉＦｅＸ合金６ｂ内における元素Ｘの平均組成比を、適切に５原子％よりも大きく２０原子％以下の範囲内に調整できる。

また、図７工程におけるＮｉＦｅ合金層４１のＮｉの平均組成比を、６０原子％以上で８０原子％以下の範囲内とすることが好ましい。これによりΔＲＡを大きくでき、さらに前記ＮｉＦｅＸ層６ｂの保磁力を小さく出来る。

図７，図８に示すＣＰＰ型のスピンバルブ型薄膜素子の製造方法では、元素Ｘ層４０とＮｉＦｅ合金層４１とを交互に積層して、フリー磁性層６の少なくとも一部を形成することで、ΔＲＡを大きく出来、且つフリー磁性層６の磁歪を低減できるＣＰＰ型のスピンバルブ型薄膜素子を特に既存の製造設備を変更することなく簡単な製造方法にて形成できる。

また本発明では、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｘの元素からなるターゲットを用いて、前記フリー磁性層６の少なくとも一部をＮｉＦｅＸ合金層６ｂで形成してもよい。かかる場合、前記元素Ｘは、前記ＮｉＦｅＸ合金層６ｂ中に均一に拡散するものと考えられる。
前記フリー磁性層６は、ＮｉＦｅＸ合金層６ｂのみで構成されていてもよい。

図１に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子を製造した。
基本膜構成は、下地層１；Ｔａ（３０）／シード層２；ＮｉＦｅＣｒ（５０）／下側反強磁性層３；ＩｒＭｎ（７０）／下側固定磁性層４［第１磁性層４ａ；ＦｅＣｏ（３０）／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（９．１）／非磁性中間層側磁性層４ｃ２；ＦｅＣｏ（１０）／非磁性材料層側磁性層４ｃ１；ＣｏＭｎＧｅ（４０）／非磁性材料層５；Ｃｕ（４３）／フリー磁性層６／非磁性材料層７；Ｃｕ（４３）／上側固定磁性層８［非磁性材料層側磁性層８ｃ１；ＣｏＭｎＧｅ（４０）／非磁性中間層側磁性層８ｃ２；ＦｅＣｏ（１０）／非磁性中間層８ｂ；Ｒｕ（９．１）／第１固定磁性層８ａ；ＦｅＣｏ（３０）］／上側反強磁性層９；ＩｒＭｎ（７０）／保護層１０；Ｔａ（２００）であった。なお括弧内の数値は膜厚を示し単位はÅである。

実験では前記フリー磁性層６の積層構成（熱処理前）を種々変更した次の３つのサンプルを用意した。各サンプルにおけるフリー磁性層６の積層構成は以下のとおりである。

（サンプル１；比較例）
ＣｏＦｅ（５）／［ＮｉＦｅ（８）］×８／ＣｏＦｅ（５）

（サンプル２；実施例１）
ＣｏＦｅ（５）／［Ｃｕ（１）／ＮｉＦｅ（８）］×８／Ｃｕ（１）／ＣｏＦｅ（５）

（サンプル３；実施例２）
ＣｏＦｅ（５）／［Ｃｕ（２）／ＮｉＦｅ（８）］×８／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（５）

上記フリー磁性層の積層構成の表記において()内の数値は膜厚（Å）を示している。また「×８」とは、［］内の膜構成を８回積層したことを意味する。なおＮｉＦｅ合金中に占めるＮｉ組成比は全てのサンプルにおいて７５原子％であった。

上記各サンプルを形成した後、各サンプルに対し熱処理を施した。
次に、各サンプルの上記基本構成を積層したときの（熱処理前）、フリー磁性層６中に形成された個々のＣｕ膜厚と、熱処理後において測定したΔＲＡとの関係を調べた。その実験結果を図９に示す。

図９に示すように、Ｃｕ膜厚を大きくしていくと、ΔＲＡが低下する傾向が見られるが、急激な前記ΔＲＡの低下は見られず、前記Ｃｕ膜厚を薄い膜厚で形成すれば、高いΔＲＡを維持できることがわかった。

次に、各サンプルの上記基本構成を積層したときの（熱処理前）、フリー磁性層６中に形成された個々のＣｕ膜厚と、熱処理後において測定した磁歪λｓとの関係を調べた。その実験結果を図１０に示す。

図１０に示すように、Ｃｕ膜厚を大きくしていくと、磁歪が低下した。特にＣｕ膜厚を大きくしていったとき、フリー磁性層６にＣｕをラミネートしない場合（比較例）と比較すると、ΔＲＡの低下する割合に比べて磁歪の低下する割合のほうが大きくなることがわかった。例えば、Ｃｕ膜厚が２Åのときをみてみると、フリー磁性層６にＣｕをラミネートしない場合（比較例）に比べて、ΔＲＡの低下する割合｛［（ＣｕをラミネートしないときのΔＲＡ−Ｃｕを２ÅラミネートしたときのΔＲＡ）／ＣｕをラミネートしないときのΔＲＡ］×１００（％）｝は約９．５％程度であるのに対し、フリー磁性層６にＣｕをラミネートしない場合（比較例）に比べて、磁歪の低下する割合｛［（Ｃｕをラミネートしないときの磁歪−Ｃｕを２Åラミネートしたときの磁歪）／Ｃｕをラミネートしないときの磁歪］×１００（％）｝は約５７％であった。このように、フリー磁性層６にＣｕをラミネートすることで、ΔＲＡの低下を抑制しつつ、磁歪低減の効果を期待できることがわかった。

次に、前記フリー磁性層６の積層構成（熱処理前）を以下のように形成し、ＮｉＦｅ合金中に占めるＮｉ組成比が種々異なる複数のサンプルを用意した。各サンプルにおけるフリー磁性層６の積層構成は、ＣｏＦｅ（５）／［Ｃｕ（１）／ＮｉＦｅ（８）］×８／Ｃｕ（１）／ＣｏＦｅ（５）である。上記フリー磁性層の積層構成の表記において()内の数値は膜厚（Å）を示している。また「×８」とは、［］内の膜構成を８回積層したことを意味する。

サンプル４では、ＮｉＦｅ合金中に占めるＮｉ組成比を２５原子％とした。サンプル５では、ＮｉＦｅ合金中に占めるＮｉ組成比を４０原子％とした。サンプル６では、ＮｉＦｅ合金中に占めるＮｉ組成比を５０原子％とした。サンプル７では、ＮｉＦｅ合金中に占めるＮｉ組成比を６０原子％とした。サンプル８では、ＮｉＦｅ合金中に占めるＮｉ組成比を７５原子％とした。サンプル９では、ＮｉＦｅ合金中に占めるＮｉ組成比を８０原子％とした。サンプル１０では、ＮｉＦｅ合金中に占めるＮｉ組成比を９０原子％とした。サンプル１１では、ＮｉＦｅ合金中に占めるＮｉ組成比を１００原子％、すなわちＮｉで形成した。

上記各サンプルを形成した後、各サンプルに対し熱処理を施した。
次に、各サンプルの上記基本構成を積層したときの（熱処理前）、ＮｉＦｅ合金中に占めるＮｉ組成比と、熱処理後において測定したΔＲＡとの関係を調べた。その実験結果を図１１に示す。また図１１には、フリー磁性層６をＣｕとＮｉＦｅ合金層とのラミネート構成で形成しない場合、すなわちフリー磁性層６をＣｏＦｅ（５）／ＮｉＦｅ（８）×８／ＣｏＦｅ（５）の積層構成で形成し、ＮｉＦｅ合金中に占めるＮｉ組成比を上記サンプルと同じように変化させたときのΔＲＡ（比較例）も載せてある。

図１１に示すように、フリー磁性層６をＣｕラミネートで形成した場合とＣｕラミネートで形成しない場合とでは、さほどΔＲＡの値に変化は無かった。ただし図９の実験結果からすると、フリー磁性層６をＣｕラミネートで形成すると、Ｃｕラミネートで形成しない場合に比べて若干、ΔＲＡが低下するものと考えられる。

図１１に示すように、フリー磁性層６をＣｕラミネートで形成した場合とＣｕラミネートで形成しない場合の双方において、ΔＲＡを大きくするには、Ｎｉ組成比を１０原子％以上で２５原子％以下か、あるいは６０原子％以上で８０原子％以下にすればよいことがわかった。そこで本発明では、フリー磁性層６の一部をＣｕ／ＮｉＦｅラミネートで形成し、熱処理にてＣｕとＮｉＦｅとが拡散することで形成されたＮｉＦｅＣｕ合金中に占めるＮｉ組成比率を［Ｎｉの平均組成比／（Ｎｉの平均組成比＋Ｆｅの平均組成比）］×１００（％）で表し、前記Ｎｉ組成比率を１０％〜２５％、あるいは６０％〜８０％の範囲内を好ましい範囲と設定した。

次に実験では前記フリー磁性層６の積層構成（熱処理前）を種々変更した複数のサンプルを用意した。各サンプルにおけるフリー磁性層６の積層構成は以下のとおりである。

（サンプル１２；比較例）
ＣｏＦｅ（５）／［ＮｉＦｅ（８）］×８／ＣｏＦｅ（５）

（サンプル１３；実施例）
ＣｏＦｅ（５）／［Ｃｕ（１）／ＮｉＦｅ（８）］×８／Ｃｕ（１）／ＣｏＦｅ（５）

（サンプル１４；実施例）
ＣｏＦｅ（５）／［Ｃｕ（２）／ＮｉＦｅ（８）］×８／Ｃｕ（２）／ＣｏＦｅ（５）

（サンプル１５；実施例）
ＣｏＦｅ（５）／［Ｃｕ（０．５）／ＮｉＦｅ（４）］×１６／Ｃｕ（０．５）／ＣｏＦｅ（５）

（サンプル１６；実施例）
ＣｏＦｅ（５）／［Ｃｕ（１）／ＮｉＦｅ（４）］×１６／Ｃｕ（１）／ＣｏＦｅ（５）

（サンプル１７；実施例）
ＣｏＦｅ（５）／［Ｃｕ（１）／ＮｉＦｅ（８）］×１２／Ｃｕ（１）／ＣｏＦｅ（５）

上記フリー磁性層の積層構成の表記において()内の数値は膜厚（Å）を示している。また「×８」「×１６」「×１２」とは、それぞれ［］内の膜構成を８回，１６回，１２回積層したことを意味する。

また上記したサンプル１２〜サンプル１７の積層構成をそれぞれ３つづつ用意し、ＮｉＦｅ中に占めるＮｉ組成比が７０原子％のもの、ＮｉＦｅ中に占めるＮｉ組成比が７５原子％のもの、ＮｉＦｅ中に占めるＮｉ組成比が８０原子％のものをそれぞれ形成した。そして各サンプルに対し熱処理を施し、各サンプルにおけるΔＲＡを測定した。その実験結果を図１２に示す。

図１２に示すように、例えばサンプル１３とサンプル１６のΔＲＡを比較すると、サンプル１３のほうが高いΔＲＡが得られている。これはサンプル１３とサンプル１６とではＣｕ膜厚は同じ１Åであるが、ＮｉＦｅ合金の膜厚はサンプル１３のほうがサンプル１６に比べて大きい。このことから、前記ＮｉＦｅ合金の膜厚に対するＣｕ膜厚比率が大きくなりすぎるとΔＲＡが大きく低下することがわかった。また、ＣｕとＮｉＦｅとを適切に拡散させ、大きなΔＲＡを得るとともに、磁歪の低減を適切に促進させるため、上記したＣｕの膜厚比率に加えて、ＮｉＦｅ合金膜厚（絶対値）の範囲、及びＣｕ膜厚（絶対値）の範囲も規定することとした。

本発明では図９ないし図１２に示す各実験結果を総合的に勘案し、前記Ｃｕ膜厚を０Åよりも大きく５Å以下、より好ましくは前記２Å以下に設定し、またＮｉＦｅ合金の膜厚を５Å以上で１０Åに設定し、さらに前記Ｃｕ／ＮｉＦｅ合金の積層を一単位としたとき、この一単位の積層中に占めるＣｕ膜厚比率｛［Ｃｕ膜厚／（Ｃｕの膜厚＋ＮｉＦｅ合金の膜厚）］×１００｝（％）を５％〜２０％の範囲内と設定した。そして、前記Ｃｕ膜厚比率を上記範囲内に設定することで熱処理により拡散して形成されたＮｉＦｅＸ合金中に占める元素Ｘの平均組成比を５原子％以上で２０原子％以下の範囲内に出来る。

本発明の第１実施形態の磁気検出素子（デュアルスピンバルブ型薄膜素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た模式図、 本発明の第２実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型薄膜素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た模式図、 図１に示す下側固定磁性層の非磁性材料層側磁性層から、上側固定磁性層Ｎお非磁性材料層側固定磁性層までの層構造を拡大した部分拡大模式図、 図３に示すＮｉＦｅＸ層の部分をさらに拡大した部分拡大した部分拡大模式図と、ＮｉＦｅＸ層中に占める元素Ｘの組成変調を説明するためのグラフ、 図２に示す磁気検出素子の構造を有する再生ヘッドを記録媒体との対向面側から見た部分断面図、 図５とは異なる層構造の磁気検出素子の構造を有する再生ヘッドを記録媒体との対向面側から見た部分断面図、 図１に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子の製造方法を説明するための一工程図（模式図）、 図６の次に行なわれる一工程図（模式図）、 サンプル１〜３の磁気検出素子を用い、各サンプルにおいて、フリー磁性層中に形成された個々のＣｕ膜厚と、各サンプルを熱処理した後、測定した各サンプルのΔＲＡとの関係を示すグラフ、 サンプル１〜３の磁気検出素子を用い、各サンプルにおいて、フリー磁性層中に形成された個々のＣｕ膜厚と、各サンプルを熱処理した後、測定した各サンプルの磁歪との関係を示すグラフ、 サンプル４〜サンプル１１の磁気検出素子を用い、各サンプルにおいて、フリー磁性層中に形成されたＮｉＦｅ合金層中に占めるＮｉ組成比と、各サンプルを熱処理した後、測定した各サンプルのΔＲＡとの関係を示すグラフ、 サンプル１２〜サンプル１７の磁気検出素子を形成し、さらに各サンプルにおいて、フリー磁性層中に形成されたＮｉＦｅ合金層中に占めるＮｉ組成比が７０原子％のもの、前記Ｎｉ組成比が７５原子％のもの、前記Ｎｉ組成比が８０原子％のものをそれぞれ形成し、各サンプルに対し熱処理を施した後の各サンプルのΔＲＡの大きさを示すグラフ、

符号の説明

１ 下地層
２ シード層
３、９ 反強磁性層
４、８ 固定磁性層
５、７ 非磁性材料層
６ フリー磁性層
６ａ、６ｂ 拡散抑制層
６ｂ ＮｉＦｅＸ合金層
１０ 保護層
４０ 元素Ｘ層
４１ ＮｉＦｅ合金層

Claims (18)

1. 磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成され、外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層、を有する磁気検出素子において、
   前記フリー磁性層の少なくとも一部は、ＮｉＦｅＸ（元素Ｘは、Ｃｕ，Ｓｃ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ａｕ，Ａｇ，Ｍｎ，Ａｌから選ばれる一種または二種以上の元素）合金層で形成され、
   前記元素Ｘの平均組成比は、５原子％以上で２０原子％以下の範囲内であることを特徴とする磁気検出素子。
2. 前記元素Ｘは、前記ＮｉＦｅＸ合金層の下面から上面にわたって拡散されている請求項１記載の磁気検出素子。
3. 前記ＮｉＦｅＸ合金層の下面から上面に向けて、元素Ｘの組成比が増加する領域と、減少する領域とが交互に現われる請求項１記載の磁気検出素子。
4. ［Ｎｉの平均組成比／（Ｎｉの平均組成比＋Ｆｅの平均組成比）］×１００は、６０以上で８０以下の範囲内である請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気検出素子。
5. 元素ＸはＣｕ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。
6. 前記フリー磁性層は、ＮｉＦｅＸ合金層の上下に、磁性材料の拡散抑制層が形成された積層構造であり、前記拡散防止層が前記非磁性材料層との界面に接して形成されている請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気検出素子。
7. 前記拡散抑制層はＣｏＦｅ合金で形成される請求項６記載の磁気検出素子。
8. 反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層との交換異方性磁界により磁化方向が固定される前記固定磁性層と、前記固定磁性層に前記非磁性材料層を介して形成された前記フリー磁性層とを有する請求項１ないし７のいずれかに記載の磁気検出素子。
9. 前記フリー磁性層の上下に積層された非磁性材料層と、一方の前記非磁性材料層の上および他方の前記非磁性材料層の下に位置する前記固定磁性層を有する請求項１ないし７のいずれかに記載の磁気検出素子。
10. 一方の前記固定磁性層の上および他方の前記固定磁性層の下に位置して、交換異方性磁界によりそれぞれの前記固定磁性層の磁化方向を一定の方向に固定する反強磁性層を有する請求項９記載の磁気検出素子。
11. 前記固定磁性層、非磁性材料層、及びフリー磁性層の膜面に対して垂直方向にセンス電流が流される請求項１ないし１０のいずれかに記載の磁気検出素子。
12. 磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成され、外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層、を有する磁気検出素子の製造方法において、
    前記フリー磁性層の少なくとも一部を、ＮｉＦｅＸ（元素Ｘは、Ｃｕ，Ｓｃ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ａｕ，Ａｇ，Ｍｎ，Ａｌから選ばれる一種または二種以上の元素）合金層で形成し、
    前記元素Ｘの平均組成比を、５原子％以上で２０原子％以下の範囲内とすることを特徴とする磁気検出素子の製造方法。
13. 前記ＮｉＦｅＸ合金層を、ＮｉＦｅ合金層と、元素Ｘからなる元素Ｘ層とを交互に積層して形成する請求項１２記載の磁気検出素子の製造方法。
14. 前記元素Ｘ層とＮｉＦｅ合金層とを一回ずつ積層した積層構成を一単位とし、この一単位に占める前記元素Ｘ層の膜厚比率を、［元素Ｘ層の膜厚／（ＮｉＦｅ合金層の膜厚＋元素Ｘ層の膜厚）と表したとき、前記元素Ｘ層の膜厚比率を、５〜２０の範囲内とする請求項１３記載の磁気検出素子の製造方法。
15. 個々の前記元素Ｘ層の膜厚を、０Åよりも大きく５Å以下の範囲内とする請求項１２ないし１４のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
16. 個々の前記ＮｉＦｅ合金層の膜厚を、５Å以上で１０Å以下の範囲内とする請求項１２ないし１５のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
17. 個々の前記ＮｉＦｅ合金層のＮｉの平均組成比を、６０原子％以上で８０原子％以下の範囲内とする請求項１２ないし１６のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
18. 前記磁気検出素子を形成したのち、前記磁気検出素子に対し熱処理を施す請求項１２ないし１７のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。

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