JP2006339218A - 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】 フリー磁性層６が組成式がＣｏ_ａＭｎ_ｂＸ_ｃ（ＸはＧｅ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｂのうち１種または２種以上、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００原子％）で表される金属化合物からなるＣｏＭｎＸ合金層６ａと、組成式がＣｏ_ｄＭｎ_ｅＺ_ｆ（ＺはＳｎ又はＡｌのうちいずれか一方又は両方、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される金属化合物からなるＣｏＭｎＺ合金層６ｂとの積層体を有している。これにより、フリー磁性層６の磁歪を低減することができる。
【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フリー磁性層の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。

図７は従来における磁気検出素子（スピンバルブ型薄膜素子）を記録媒体との対向面と平行な方向から切断した部分断面図である。

図７に示す符号１はＴａからなる下地層であり、下地層１の上にＣｒなどのｂｃｃ構造（体心立方構造）の金属からなるシード層２が形成されている。

シード層２の上には、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、保護層７が順次積層された多層膜Ｔが形成されている。

保護層７はＴａ、非磁性材料層５はＣｕ、フリー磁性層６及び固定磁性層４はＣｏ_２ＭｎＧｅなどのホイスラー合金、反強磁性層３はＰｔＭｎによって形成されている。

多層膜Ｔ１の上下には電極層１０，１０が設けられており、多層膜の膜面垂直方向に直流のセンス電流が流される。

反強磁性層６と固定磁性層５との界面で交換結合磁界が発生し、前記固定磁性層５の磁化はハイト方向（図示Ｙ方向）に固定される。

フリー磁性層６の両側にはＣｏＰｔなどの硬磁性材料からなるハードバイアス層８が形成され、ハードバイアス層８の上下及び端部は絶縁層９によって絶縁されている。ハードバイアス層８からの縦バイアス磁界によりフリー磁性層３の磁化は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。

図７に示される磁気検出素子に、外部磁界が印加されると、フリー磁性層の磁化方向が固定磁性層の磁化方向に対して相対的に変動して、多層膜の抵抗値が変化する。一定の電流値のセンス電流が流れている場合には、この抵抗値の変化を電圧変化として検出することにより、外部磁界を検知する。

ホイスラー合金からなるフリー磁性層を有する磁気検出素子は、特許文献１（特開２００３−２１８４２８号公報）に記載されている。
特開２００３−２１８４２８号公報

前記フリー磁性層をホイスラー合金を主体として形成することで、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、ホイスラー合金を用いることで前記ΔＲＡは向上するものの、フリー磁性層の磁歪が大きくなるといった問題があった。フリー磁性層の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、また、ヘッド動作時にノイズの原因となる等、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。

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、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、
前記フリー磁性層は、組成式がＣｏ_ａＭｎ_ｂＸ_ｃ（ＸはＧｅ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｂのうち１種または２種以上、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００原子％）で表される金属化合物からなるＣｏＭｎＸ合金層と、組成式がＣｏ_ｄＭｎ_ｅＺ_ｆ（ＺはＳｎ又はＡｌのうちいずれか一方又は両方、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される金属化合物からなるＣｏＭｎＺ合金層との積層体を有していることを特徴とするものである。

本発明では、前記フリー磁性層が３元系合金からなるＣｏＭｎＸ合金層と同じく３元系合金からなるＣｏＭｎＺ合金層の積層構造を有することにより、前記フリー磁性層の磁歪を低減することができる。

前記ＣｏＭｎＺ合金層の１層あたりの膜厚は１．０Å以上５．０Å以下であることが好ましい。

本発明では、前記ＣｏＭｎＸ合金層と前記ＣｏＭｎＺ合金層の間に、組成式がＣｏ_ｇＭｎ_ｈＸ_ｉＺ_ｊ（ＸはＧｅ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｂのうち１種または２種以上、ＺはＳｎ又はＡｌのうちいずれか一方又は両方、ｇ＋ｈ＋ｉ＋ｊ＝１００原子％）で表される金属化合物からなるＣｏＭｎＸＺ合金層が形成されていてもよい。

本発明では、前記ＣｏＭｎＸ層と前記ＣｏＭｎＺ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ＣｏＭｎＺ合金層の膜厚比率を、［元素ＣｏＭｎＺ合金層の膜厚／（ＣｏＭｎＸ合金層の膜厚＋ＣｏＭｎＺ合金層の膜厚）］と表したとき、前記ＣｏＭｎＺ合金層の膜厚比率を、０．２以上０．４以下にすることが好ましい。

また、前記フリー磁性層中に存在する単層又は複数の前記ＣｏＭｎＺ合金層の合計膜厚と、フリー磁性層の全膜厚の比率（［元素ＣｏＭｎＺ合金層の合計膜厚／フリー磁性層の全膜厚］）を、０．２０以上０．８０以下にすることが好ましく、より好ましくは、０．２０以上０．３２以下とすることである。

本発明では、前記ＣｏＭｎＸ合金層が前記非磁性材料層に接していることが好ましい。
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、
前記フリー磁性層を、組成式がＣｏ_ａＭｎ_ｂＸ_ｃ（元素ＸはＧｅ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｂのうち１種または２種以上、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００原子％）で表される金属化合物からなるＣｏＭｎＸ合金層と、組成式がＣｏ_ｄＭｎ_ｅＺ_ｆ（ＺはＳｎ又はＡｌのうちいずれか一方又は両方、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される金属化合物からなるＣｏＭｎＺ合金層との積層体として形成することを特徴とするものである。

なお、前記ＣｏＭｎＺ合金層の膜厚を１．０Å以上５．０Å以下にすることが好ましい。

前記ＣｏＭｎＸ層と前記ＣｏＭｎＺ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ＣｏＭｎＺ合金層の膜厚比率を、［元素ＣｏＭｎＺ合金層の膜厚／（ＣｏＭｎＸ合金層の膜厚＋ＣｏＭｎＺ合金層の膜厚）］と表したとき、前記ＣｏＭｎＺ合金層の膜厚比率を、０．２以上０．４以下にすることが好ましい。

さらに、前記フリー磁性層中に存在する単層又は複数の前記ＣｏＭｎＺ合金層の合計膜厚と、フリー磁性層の全膜厚の比率（［元素ＣｏＭｎＺ合金層の合計膜厚／フリー磁性層の全膜厚］）を、０．２０以上０．８０以下にすることがこのましく、より好ましくは、０．２０以上０．３２以下にすることである。

本発明では、前記ＣｏＭｎＸ合金層を前記非磁性材料層に接触させて形成することが好ましい。

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ＣｏＭｎＸ合金層やＣｏＭｎＺ合金層はＬ_２１型あるいはＢ_２型の結晶構造に規則化される。

本発明では、前記フリー磁性層が３元系合金からなるＣｏＭｎＸ合金層と同じく３元系合金からなるＣｏＭｎＺ合金層の積層構造を有することにより、前記フリー磁性層の磁歪を低減することができる。
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Ｚ（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、非磁性合金層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ＣｏＭｎＸ合金層４ｃ１（元素ＸはＧｅ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｂのうち１種または２種以上）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。また、前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２は、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅＮｉ、ＣｏＦｅ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ＣｏＭｎＸ合金層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。

本実施の形態における特徴的部分は、フリー磁性層６が組成式がＣｏ_ａＭｎ_ｂＸ_ｃ（ＸはＧｅ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｂのうち１種または２種以上、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００原子％）で表される金属化合物からなるＣｏＭｎＸ合金層６ａと、組成式がＣｏ_ｄＭｎ_ｅＺ_ｆ（ＺはＳｎ又はＡｌのうちいずれか一方又は両方、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される金属化合物からなるＣｏＭｎＺ合金層６ｂとの積層体を有している点である。
これにより、フリー磁性層６の磁歪を低減することができる。

また、前記ＣｏＭｎＺ合金層の１層あたりの膜厚は１．０Å以上５．０Å以下であることが好ましい。

本実施の形態では、ＣｏＭｎＸ合金層６ａとＣｏＭｎＺ合金層６ｂの間に、組成式がＣｏ_ｇＭｎ_ｈＸ_ｉＺ_ｊ（ＸはＧｅ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｂのうち１種または２種以上、ＺはＳｎ又はＡｌのうちいずれか一方又は両方、ｇ＋ｈ＋ｉ＋ｊ＝１００原子％）で表される金属化合物からなるＣｏＭｎＸＺ合金層６ｃが形成されている。

ＣｏＭｎＸ合金層６ａはＣｏ、Ｍｎ及びＸのみを含む層であり、ＣｏＭｎＺ合金層６ｂはＣｏ、Ｍｎ及びＺのみを含む層である。ＣｏＭｎＸＺ合金層６ｃはＣｏＭｎＸ合金層６ａの材料とＣｏＭｎＺ合金層６ｂの材料が拡散して形成された層である。従って、ＣｏＭｎＸＺ合金層６ｃ中のＸ含有量はＣｏＭｎＸ合金層６ａに近づくにつれて大きくなり、Ｚ含有量はＣｏＭｎＺ合金層６ｂに近づくにつれて大きくなる。

図１では、ＣｏＭｎＸ層６ａの上下にＣｏＭｎＺ合金層６ｂが１層ずつ形成されているが、ＣｏＭｎＸ層６ａとＣｏＭｎＺ合金層６ｂの積層回数は任意である。

ＣｏＭｎＸ層６ａとＣｏＭｎＺ合金層６ｂ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ＣｏＭｎＺ合金層６ｂの膜厚比率を、［元素ＣｏＭｎＺ合金層の膜厚／（ＣｏＭｎＸ合金層の膜厚＋ＣｏＭｎＺ合金層の膜厚）］と表したとき、前記ＣｏＭｎＺ合金層６ｂの膜厚比率を、０．２以上０．４以下にすることが好ましい。

さらに、フリー磁性層中６に存在する複数のＣｏＭｎＺ合金層６ｂの合計膜厚と、フリー磁性層６の全膜厚の比率（［元素ＣｏＭｎＺ合金層の合計膜厚／フリー磁性層の全膜厚］）を、０．２０以上０．８０以下にすることが好ましく、より好ましくは、０．２０以上０．３２以下とすることである。

この範囲にすると、磁歪を著しく低減することができ、また、磁気検出素子のΔＲＡを高く維持することができる。

図１に示すようにＣｏＭｎＺ合金層６ｂが非磁性材料層５、７と接している。これにより、特に前記ＣｏＭｎＸ合金層６ａのＸ元素が、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。ただし、ＣｏＭｎＸ合金層６ａが非磁性材料層５、７と接していてもよい。

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ＣｏＭｎＸＺ合金層６ｂが設けられている。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３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、ＣｏＭｎＸ合金層６ａ、ＣｏＭｎＺ合金層６ｂ、ＣｏＭｎＸＺ合金層６ｃを有して構成される。第２固定磁性層４ｃはＣｏＭｎＸ合金層４ｃ１と非磁性中間層側磁性層４ｃ２とを有している。

図４は図３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４では図３のように反強磁性層２が設けられていない。図４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４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４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、ＣｏＭｎＸ合金層６ａ、ＣｏＭｎＺ合金層６ｂ、ＣｏＭｎＸＺ合金層６ｃを有して構成される。第２固定磁性層４ｃはＣｏＭｎＸ合金層４ｃ１と非磁性中間層側磁性層４ｃ２とを有している。

図３，図４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５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５に示すように、前記非磁性材料層５上にＣｏＭｎＺ合金層６ｂをスパッタ法や蒸着法等で形成し、さらに、前記ＣｏＭｎＺ合金層６ｂ上に、ＣｏＭｎＸ合金層６ａをスパッタ法や蒸着法等で形成する。ＣｏＭｎＺ合金層６ｂは、組成式がＣｏ_ｄＭｎ_ｅＺ_ｆ（ＺはＳｎ又はＡｌのうちいずれか一方又は両方、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％、ｄ：ｅ：ｆ＝２：１：１）で表される金属化合物からなる層であり、ＣｏＭｎＸ合金層６ａは組成式がＣｏ_ａＭｎ_ｂＸ_ｃ（元素ＸはＧｅ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｂのうち１種または２種以上、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００原子％、ａ：ｂ：ｃ＝２：１：１）で表される金属化合物からなる層である。ＣｏＭｎＺ合金層６ｂと、ＣｏＭｎＸ合金層６ａ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ＣｏＭｎＸ合金層６ａ上に前記ＣｏＭｎＺ合金層６ｂを形成した後、非磁性材料層７をスパッタ法や蒸着法等で成膜する。

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。
なお、ＣｏＭｎＸ合金層６ａを非磁性材料層５、７と接触させてもよい。

下地層１から保護層１０を積層後、熱処理（２９０℃、３．５時間）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、ＣｏＭｎＺ合金層６ｂの材料とＣｏＭｎＸ合金層６ａの材料とがそれぞれ拡散を起こし、図１に示されるようなＣｏＭｎＸＺ合金層６ｃが形成される。

前記ＣｏＭｎＺ合金層６ｂの膜厚は１．０Å以上５．０Å以下の範囲内とすることが好ましい。また、前記ＣｏＭｎＺ合金層６ｂ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ＣｏＭｎＺ合金層６ｂと、ＣｏＭｎＸ合金層６ａの膜厚比の調整も重要である。本発明では、前記ＣｏＭｎＺ合金層６ｂとＣｏＭｎＸ合金層６ａ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ＣｏＭｎＺ合金層６ｂの膜厚比率を、［ＣｏＭｎＺ合金層６ｂの膜厚／（ＣｏＭｎＸ合金層６ａの膜厚＋ＣｏＭｎＺ合金層６ｂの膜厚）と表したとき、前記元素Ｚ層の膜厚比率を０．２以上０．４以下とすることが好ましい。

フリー磁性層中６に存在する複数のＣｏＭｎＺ合金層６ｂの合計膜厚と、フリー磁性層６の全膜厚の比率（［元素ＣｏＭｎＺ合金層の合計膜厚／フリー磁性層の全膜厚］）を、０．２０以上０．８０以下にすることが好ましく、より好ましくは、０．２０以上０．３２以下とすることである。

この範囲にすると、磁歪を著しく低減することができ、また、磁気検出素子のΔＲＡを高く維持することができる。
なお、ＣｏＭｎＸ合金層６ａの膜厚は５Å〜４０Åの範囲であることが好ましい。

図５に示すＣＰＰ型のスピンバルブ型薄膜素子の製造方法では、ＣｏＭｎＺ合金層６ｂと、ＣｏＭｎＸ合金層６ａとを交互に積層して、フリー磁性層６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。

以下に示す膜構成の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）／ＣｏＭｎＸ合金層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［ＣｏＭｎＸ合金層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（３０）
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１）
ＣｏＭｎＧｅ（１００）
（サンプル；実施例１）
［ＣｏＭｎＧｅ（９）／ＣｏＭｎＳｎ（５）］×７／ＣｏＭｎＧｅ（１０）
（サンプル；実施例２）
［ＣｏＭｎＧｅ（１６）／ＣｏＭｎＳｎ（５）］×４／ＣｏＭｎＧｅ（１６）
（サンプル；実施例３）
ＣｏＭｎＧｅ（１０）／ＣｏＭｎＳｎ（８０）／ＣｏＭｎＧｅ（１０）

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「×７」とは、［］内の膜構成を７回積層したことを意味し、「×４」とは、［］内の膜構成を４回積層したことを意味しする。なお全てのサンプルにおいて、ＣｏＭｎＧｅ合金中に占める元素Ｃｏ、元素Ｍｎ、元素Ｇｅの組成比は２：１：１であり、ＣｏＭｎＳｎ合金中に占める元素Ｃｏ、元素Ｍｎ、元素Ｓｎの組成比は２：１：１である。
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、各サンプルの熱処理後において測定したフリー磁性層の磁歪定数λと各サンプルのΔＲＡを測定した。結果を図６に示す。

図６に示すように、フリー磁性層をＣｏＭｎＧｅ合金層とＣｏＭｎＳｎ合金層の積層体で形成した実施例１、２、３の磁気検出素子のフリー磁性層の磁歪定数λｓは、フリー磁性層をＣｏＭｎＧｅ合金のみで形成した比較例１の磁歪定数λｓと比較して有意に低下している。

また、フリー磁性層中に存在するＣｏＭｎＺ合金層の合計膜厚と、フリー磁性層の全膜厚の比率（［元素ＣｏＭｎＺ合金層の合計膜厚／フリー磁性層の全膜厚］）が０．２０以上０．３２以下である実施例１及び実施例２の磁気検出素子のΔＲＡは比較例のΔＲＡよりも大きくなっている。

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３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）、 フリー磁性層の組成と磁歪定数λｓ及びΔＲＡとの関係を示すグラフ、 従来の磁気検出素子を示す断面図、

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 ＣｏＭｎＸ合金層
６ｂ ＣｏＭｎＺ合金層
６ｃ ＣｏＭｎＸＺ合金層
１０ 保護層

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、
   前記フリー磁性層は、組成式がＣｏ_ａＭｎ_ｂＸ_ｃ（ＸはＧｅ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｂのうち１種または２種以上、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００原子％）で表される金属化合物からなるＣｏＭｎＸ合金層と、組成式がＣｏ_ｄＭｎ_ｅＺ_ｆ（ＺはＳｎ又はＡｌのうちいずれか一方又は両方、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される金属化合物からなるＣｏＭｎＺ合金層との積層体を有していることを特徴とする磁気検出素子。
2. 前記ＣｏＭｎＺ合金層の膜厚が１．０Å以上５．０Å以下である請求項１記載の磁気検出素子。
3. 前記ＣｏＭｎＸ層と前記ＣｏＭｎＺ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ＣｏＭｎＺ合金層の膜厚比率を、［元素ＣｏＭｎＺ合金層の膜厚／（ＣｏＭｎＸ合金層の膜厚＋ＣｏＭｎＺ合金層の膜厚）］と表したとき、前記ＣｏＭｎＺ合金層の膜厚比率を、０．２以上０．４以下にする請求項１または２記載の磁気検出素子。
4. 前記ＣｏＭｎＸ合金層と前記ＣｏＭｎＺ合金層の間に、組成式がＣｏ_ｇＭｎ_ｈＸ_ｉＺ_ｊ（ＸはＧｅ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｂのうち１種または２種以上、ＺはＳｎ又はＡｌのうちいずれか一方又は両方、ｇ＋ｈ＋ｉ＋ｊ＝１００原子％）で表される金属化合物からなるＣｏＭｎＸＺ合金層が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. 前記フリー磁性層中に存在する単層又は複数の前記ＣｏＭｎＺ合金層の合計膜厚と、フリー磁性層の全膜厚の比率（［元素ＣｏＭｎＺ合金層の合計膜厚／フリー磁性層の全膜厚］）を、０．２０以上０．８０以下にする請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気検出素子。
6. 前記フリー磁性層中に存在する単層又は複数の前記ＣｏＭｎＺ合金層の合計膜厚と、フリー磁性層の全膜厚の比率（［元素ＣｏＭｎＺ合金層の合計膜厚／フリー磁性層の全膜厚］）を、０．２０以上０．３２以下にする請求項５記載の磁気検出素子。
7. 前記ＣｏＭｎＸ合金層が前記非磁性材料層に接している請求項１ないし６のいずれかに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、
    前記フリー磁性層を、組成式がＣｏ_ａＭｎ_ｂＸ_ｃ（元素ＸはＧｅ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｂのうち１種または２種以上、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００原子％）で表される金属化合物からなるＣｏＭｎＸ合金層と、組成式がＣｏ_ｄＭｎ_ｅＺ_ｆ（ＺはＳｎ又はＡｌのうちいずれか一方又は両方、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１００原子％）で表される金属化合物からなるＣｏＭｎＺ合金層との積層体として形成することを特徴とする磁気検出素子の製造方法。
13. 前記ＣｏＭｎＺ合金層の膜厚を１．０Å以上５．０Å以下にする請求項１２記載の磁気検出素子の製造方法。
14. 前記ＣｏＭｎＸ層と前記ＣｏＭｎＺ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ＣｏＭｎＺ合金層の膜厚比率を、［元素ＣｏＭｎＺ合金層の膜厚／（ＣｏＭｎＸ合金層の膜厚＋ＣｏＭｎＺ合金層の膜厚）］と表したとき、前記ＣｏＭｎＺ合金層の膜厚比率を、０．２以上０．４以下にする請求項１２または１３記載の磁気検出素子の製造方法。
15. 前記フリー磁性層中に存在する単層又は複数の前記ＣｏＭｎＺ合金層の合計膜厚と、フリー磁性層の全膜厚の比率（［元素ＣｏＭｎＺ合金層の合計膜厚／フリー磁性層の全膜厚］）を、０．２０以上０．８０以下にする請求項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. 前記フリー磁性層中に存在する単層又は複数の前記ＣｏＭｎＺ合金層の合計膜厚と、フリー磁性層の全膜厚の比率（［元素ＣｏＭｎＺ合金層の合計膜厚／フリー磁性層の全膜厚］）を、０．２０以上０．３２以下にする請求項１５記載の磁気検出素子の製造方法。
17. 前記ＣｏＭｎＸ合金層を前記非磁性材料層に接触させる請求項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後、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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