JP3602473B2 - スピンバルブ型薄膜磁気素子およびそのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッド - Google Patents
スピンバルブ型薄膜磁気素子およびそのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッド Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定磁性層の固定磁化方向と外部磁界の影響を受けるフリー磁性層の磁化方向との関係で電気抵抗が変化するスピンバルブ型薄膜磁気素子およびそのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドに関し、特に、フリー磁性層に安定したバイアス磁界を与えることができ、バルクハウゼンノイズの発生を低減させたスピンバルブ型薄膜磁気素子およびそのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えたフリー磁性層の磁区制御を良好に行うことができる薄膜磁気ヘッドに用いて好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スピンバルブ型薄膜磁気素子は、巨大磁気低抗効果を示すＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子の一種であり、ハードディスクなどの記録媒体から記録磁界を検出するものである。
前記スピンバルブ型薄膜磁気素子は、ＧＭＲ素子の中で比較的構造が単純で、しかも、外部磁界に対して抵抗変化率が高く、弱い磁界で抵抗が変化するなどの優れた点を有している。
【０００３】
図１４は、従来の薄膜磁気ヘッドの一例を示すものである。
この例の薄膜磁気ヘッド１５０は、ハードディスク装置などに搭載される浮上式のものである。この薄膜磁気ヘッド１５０のスライダ１５１は、図１４において符号１５５で示す側が、ディスクの移動方向の上流側に向くリーディング側であり、符号１５６で示す側がトレーリング側である。このスライダ１５１の磁気ディスクに対向する面では、レール状のＡＢＳ面（エアーベアリング面：レール部の浮上面）１５１ａ，１５１ａ，１５１ｂと、エアーグルーブ１５１ｃ，１５１ｃとが形成されている。
そして、このスライダ１５１のトレーリング側の端面１５１ｄには、磁気コア部１５７が設けられている。
【０００４】
この例において示す薄膜磁気ヘッドの磁気コア部１５７は、図１５および図１６に示す構造の複合型磁気コア構造とされており、スライダ１５１のトレーリング側端面１５１ｄ上に、ＭＲヘッド（磁気抵抗効果型薄膜磁気素子を利用した読出ヘッド）ｈ１と、インダクティブヘッド（書込ヘッド）ｈ２とが積層されて構成されている。
【０００５】
この例のＭＲヘッドｈ１は、スライダ１５１のトレーリング側端部に形成された磁性合金からなる下部シールド層１６３上に、下部ギャップ層（下地層）１６４が設けられている。そして、下部ギャップ層１６４上には、磁気抵抗効果型薄膜磁気素子層１６５が積層されている。この磁気抵抗効果型薄膜磁気素子層１６５上には、上部ギャップ層１６６が形成され、その上に上部シールド層１６７が形成されている。この上部シールド層１６７は、その上に設けられるインダクティブヘッドｈ２の下部コア層と兼用にされている。
【０００６】
次に、インダクティブヘッドｈ２は、前記上部シールド層１６７と兼用にされた下部コア層の上に、ギャップ層１７４が形成され、その上に平面的に螺旋状となるようにパターン化されたコイル１７６が形成されている。このコイル１７６は、絶縁材料層１７７に囲まれている。絶縁材料層１７７の上に形成された上部コア層１７８は、その先端部１７８ａをＡＢＳ面１５１ｂにて下部コア層１６７に微小間隔を開けて対向し、その基端部１７８ｂを下部コア層１６７と磁気的に接続させて設けられている。
【０００７】
前述の構造のＭＲヘッドｈ１は、ハードディスクのディスクなどの磁気記録媒体からの微小の漏れ磁界の有無により、磁気抵抗効果型薄膜磁気素子層１６５の抵抗を変化させ、この抵抗変化を読み取ることで磁気記録媒体の記録内容を読み取るものである。
次に、前述の構造のインダクティブヘッドｈ２では、コイル１７６に記録電流が与えられ、コイル１７６からコア層に記録電流が与えられる。そして、前記インダクティブヘッドｈ２は、磁気ギャップＧの部分での下部コア層１６７と上部コア層１７８の先端部からの漏れ磁界により、ハードディスクなどの磁気記録媒体に磁気信号を記録するものである。
このような構造の薄膜磁気ヘッドのＭＲヘッドｈ１には、スピンバルブ型薄膜磁気素子が用いられる。
【０００８】
図１２は、従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子の一例を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
図１２に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子は、フリー磁性層の上下に、非磁性導電層、固定磁性層、反強磁性層が一層ずつ形成されたデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子である。
【０００９】
図１２において符号１は、基板上に設けられ、例えばＴａ（タンタル）などで形成された下地層を示している。この下地層１の上には、ＮｉＯ合金、ＦｅＭｎ合金、ＮｉＭｎ合金などからなる反強磁性層２が形成されている。さらに、前記反強磁性層２の上には、固定磁性層３が形成されている。
前記固定磁性層３は、前記反強磁性層２に接して形成されることにより、前記固定磁性層３と反強磁性層２との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、前記固定磁性層３の磁化は、例えば、図示Ｙ方向に固定される。
前記固定磁性層３の上には、Ｃｕなどで形成された非磁性導電層４が形成され、さらに前記非磁性導電層４の上には、フリー磁性層５が形成され、このフリー磁性層５の上には、非磁性導電層６と固定磁性層７と反強磁性層８とが形成されている。なお、符号９は、Ｔａなどで形成された保護層を、符号１３３は、Ｃｕなどで形成された導電層を示している。
【００１０】
図１２に示す下地層１から保護層９までの積層体Ｍの両側には、Ｍｏ，ＷＭｏ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｗ等からなるバイアス下地層３０１を介して、例えばＣｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金もしくはＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト−クロム−白金）合金で形成されたハードバイアス層１３２，１３２が形成されている。前記ハードバイアス層１３２，１３２は、膜厚が上方に向かうにつれて徐々に薄くなり前記積層体Ｍの両側の傾斜した側面に乗り上げる傾斜部１３２ｂと、膜厚が一定で他の層とほぼ平行に形成された平坦部１３２ａとからなっている。このハードバイアス層１３２の上にはＴａ等からなる中間層３０２を介して導電層１３３が設けられている。
このハードバイアス層１３２，１３２が、図示Ｘ１方向に磁化されていることで、前記フリー磁性層５の磁化が図示Ｘ１方向に揃えられている。これにより、前記フリー磁性層５の変動磁化と前記固定磁性層３，７の固定磁化とが交差する関係となっている。
【００１１】
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、ハードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、図示Ｘ１方向に揃えられた前記フリー磁性層５の磁化が変動すると、図示Ｙ方向に固定された固定磁性層３，７の磁化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により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００１２】
さらに、このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、固定磁性層３，７、非磁性導電層４，６、フリー磁性層５は、比較的薄い膜厚で形成されるが、反強磁性層２，８は、かなり厚い膜厚で形成される。例えば、固定磁性層３，７、非磁性導電層４，６、フリー磁性層５は、それぞれ８０Å以下の膜厚で形成されるが、反強磁性層２，８は、２００Å〜３００Å程度の膜厚で形成される。
このため、図１２に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子では、フリー磁性層５とハードバイアス層１３２の平坦部１３２ａとが異なる階層位置となり、前記ハードバイアス層１３２の平坦部１３２ａ、１３２ａの上面が、前記フリー磁性層５の下面よりも基板側（図１２では、下側）に位置した状態となっている。
したがって、前記フリー磁性層５は、ハードバイアス層１３２により積層体Ｍの両側から磁化される際に、主に前記ハードバイアス層１３２の傾斜部１３２ｂ，１３２ｂの磁気によって図示Ｘ１方向に磁化されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１２に示すようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、前記ハードバイアス層１３２の傾斜部１３２ｂ、１３２ｂは、膜厚が薄いため、フリー磁性層５に対して十分なバイアス磁界を与えることが困難である。このため、図１２に示すようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、前記フリー磁性層５の磁化の方向が安定しにくく、バルクハウゼンノイズが発生しやすいという不都合があった。
【００１４】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的の少なくとも一つを達成しようとするものである。
▲１▼ フリー磁性層に与えるバイアス磁界の向上を図ること。
▲２▼ フリー磁性層の磁化方向を意図した方向に揃えやすくすること。
▲３▼ バルクハウゼンノイズの発生低減を図ること。
▲４▼ このようにフリー磁性層の磁区制御を良好に行うことができるスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドを提供すること。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、反強磁性層と、この反強磁性層に接して形成されこの反強磁性層との交換結合磁界により一定方向に磁化方向が固定された固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成されたフリー磁性層と、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ揃えるためのハードバイアス層と、前記固定磁性層と前記非磁性導電層とフリー磁性層とに検出電流を与える導電層とを有し、前記フリー磁性層の厚さ方向両側に各々非磁性導電層と固定磁性導電層と反強磁性層が形成された構造とされ、
前記固定磁性層が非磁性中間層を介して第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の２層に分断され、分断された層どうしで磁化の向きが反平行のフェリ磁性状態とされ、
前記フリー磁性層が非磁性中間層を介して第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の２層に分断され、分断された層どうしで磁化の向きが反平行のフェリ磁性状態とされ、
第１の固定磁性層（下）、非磁性中問層（下）、第２の固定磁性層（下）、非磁性導電層、第２のフリー磁性層、非磁性中間層、第１のフリー磁性層、非磁性導電層、第２の固定磁性層（上）、非磁性中間層（上）、第１の固定磁性層（上）、反強磁性層をこれらの順で具備してなる断面台形状の積層体がそれよりも幅広の反強磁性層上に形成され、
前記第２の固定磁性層（上）の磁化と前記第２の固定磁性層（下）の磁化を互いに反対方向に磁化するとともに、
前記反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ合金，Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金（ただし前記組成式において、ＸはＰｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのなかから選択される１種、または２種以上の元素を示し、Ｘ’はＰｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｎｉのなかから選択される１種または２種以上を示す）のいずれかからなり、
前記ハードバイアス層が、前記積層体の両側に位置して形成され、かつ、前記積層体の側面に乗り上げる傾斜部と、前記フリー磁性層とほぼ平行で、前記フリー磁性層の膜厚方向に前記フリー磁性層の膜厚よりも大きな膜厚とされ、前記フリー磁性層と同じ階層位置に配置された平坦部とを有し、
前記ハードバイアス層と前記積層体との間および前記ハードバイアス層と前記反強磁性層との間に、バイアス下地層が設けられ、
前記バイアス下地層が、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，ＷＭｏの中から選択される１種以上からなる
ことにより上記課題を解決した。
本発明は、前記第１の固定磁性層および前記第２の固定磁性層が異なる磁気モーメントを有することができる。
本発明は、前記第１のフリー磁性層および前記第２のフリー磁性層が異なる磁気モーメントを有することが好ましい。
本発明は、前記非磁性中間層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されていることができる。
また、本発明においては、前記反強磁性層はＸ−Ｍｎ合金で形成され、元素Ｘの含有量がＸ＝３７〜６３原子％の範囲とされてなる手段か、前記反強磁性層はＸ−Ｍｎ合金で形成され、元素Ｘの含有量がＸ＝４７〜５３原子％の範囲とされてなる手段か、前記反強磁性層はＰｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金で形成され、Ｐｔの含有量は３７〜６３原子％の範囲とされてなる手段か、前記反強磁性層はＰｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金で形成され、元素Ｘ’の含有量はＸ’＝０．２〜１０原子％の範囲とされてなる手段を選択することができる。
本発明では、前記ハードバイアス層の平坦部と重なっている前記フリー磁性層のオーバーラップ量ｄ２とフリー磁性層の膜厚ｄ３とが等しくなっていることが好ましい。
さらに、本発明の前記バイアス下地層は、その結晶構造が体心立方構造となっていることがある。
本発明の前記バイアス下地層は、その結晶構造が（１００）配向となっていることが可能である。
本発明は、前記ハードバイアス層が、ＣｏＰｔ合金、もしくは、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ合金で形成されることが望ましい。
本発明の前記ハードバイアス層は、その結晶構造が面心立方構造と稠密六方構造との混成構造であることができる。
また、前記ハードバイアス層と前記導電層との間に、中間層が設けられた手段を裁量することができる。
本発明の前記中間層が、Ｔａからなることもある。
さらに、前記導電層は、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｕなどで形成されることが好ましい。
【００１６】
なお、ここでの「前記フリー磁性層と同じ階層位置に配置され」とは、少なくともハードバイアス層の平坦部とフリー磁性層とが磁気的に主に接合されている状態を意味し、前記ハードバイアス層の平坦部と前記フリー磁性層との接合部分の厚さが前記フリー磁性層の膜厚よりも薄い状態も含まれる。
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、ハードバイアス層の平坦部と前記フリー磁性層とが同じ階層位置に配置されているので、フリー磁性層の側面と前記ハードバイアス層の平坦部とが充分磁気的に接合することができ、前記フリー磁性層に必要なバイアス磁界を与えることができる。このため、前記フリー磁性層を単磁区化した状態で、かつ、磁化方向を意図した方向に揃えやすく、バルクハウゼンノイズの発生を低減することができる。
【００１７】
本発明において、前記ハードバイアス層がＣｏＰｔ合金もしくはＣｏＣｒＰｔ合金からなることが望ましい。
また、本発明において、前記ハードバイアス層の下側には、前記ハードバイアス層と前記積層体との間および前記ハードバイアス層と反強磁性層との間に、バイアス下地層が設けられたものとしてもよい。
さらに、前記バイアス下地層が、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，ＷＭｏの中から選択される１種または２種以上からなることができる。
このようなバイアス下地層を設けることにより、ハードバイアス層と、反強磁性層、フリー磁性層、および固定磁性層と界面において交換結合磁界が発生することを防止できる。
さらに、上記のようにＣｏＰｔ合金からなるハードバイアス層の下側に結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造；ｂｏｄｙ ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ）であるＣｒ等からなるバイアス下地層を設けることにより、面心立方構造（ｆｃｃ構造；ｆａｃｅ ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ）と稠密六方構造（ｈｃｐ構造；ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｃｌｏｓｅ ｐａｃｋｅｄ ）との混成構造であるＣｏ−Ｐｔ合金は、ｈｃｐ構造の磁化容易軸がＣｏ−Ｐｔ合金とＣｒとの境界面内にそろうため、前記ハードバイアス層の保磁力および角型比が大きくなり、前記フリー磁性層の単磁区化に必要なバイアス磁界を増大させることができる。
【００１８】
さらに、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、前記ハードバイアス層と前記導電層との間に、中間層が設けられたものとしてもよい。
ここで、前記中間層が、Ｔａからなるものとすることができる。
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることで、後工程のインダクティブヘッド（書込ヘッド）の製造プロセスでおこなう絶縁レジストの硬化工程（ＵＶキュアまたはハードベーク）で高温に曝される場合に、Ｃｒからなる導電層とＣｏＰｔ合金からなるハードバイアス層との間で拡散がおこり、ハードバイアス層の膜特性が劣化する場合があるが、Ｔａからなる中間層の存在により、Ｃｒからなる導電層とＣｏＰｔ合金からなるハードバイアス層との間における熱拡散を防ぎハードバイアス層の膜特性の劣化を防止することができる。
【００１９】
本発明において、前記反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ合金，Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金（ただし前記組成式において、ＸはＰｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのなかから選択される１種を示し、Ｘ’はＰｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｎｉのなかから選択される１種または２種以上を示す）のいずれかからなることが望ましい。
【００２０】
ＰｔＭｎ合金は、従来から反強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかも、ブロッキング温度が高く、反強磁性層と固定磁性層との交換結合磁界（交換異方性磁界）も大きいので、好ましい材料である。
また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子において、前記反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎの式で示される合金からなる場合、Ｘは３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。
さらにまた、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子において、前記反強磁性層が、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金からなる場合、Ｘ’＋Ｐｔは３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。
ＸまたはＸ’＋Ｐｔが好ましい範囲である上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることで、より一層良好な交換結合磁界を得ることができ、耐食性に優れたものが得られ、抵抗変化率をより向上させることができる。
【００２１】
また、本発明において、前記固定磁性層とフリー磁性層とが非磁性中間層を介して２つに分断され、分断された層どうしで磁化の向きが１８０゜異なるフェリ磁性状態とされてなる手段を採用することもできる。
このように、少なくとも固定磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断されたスピンバルブ型薄膜磁気素子とした場合、２つに分断された固定磁性層のうち一方が他方の固定磁性層を適正な方向に固定する役割を担い、固定磁性層の状態を非常に安定した状態に保つことが可能となる。
一方、少なくともフリー磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断されたスピンバルブ型薄膜磁気素子とした場合、２つに分断されたフリー磁性層どうしの間に交換結合磁界が発生し、フェリ磁性状態とされ、外部磁界に対してフェリ磁性状態を保ちながら磁気モーメントが変動し、小さい外部磁界でも感度よく反転できるものとなる。
さらに、第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との膜厚比や、前記第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との間に介在する非磁性中間層の膜厚、あるいは第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との膜厚比や、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との間に介在する非磁性中間層の膜厚、および反強磁性層の膜厚などを適正な範囲内で形成することによって、交換結合磁界を大きくすることができ、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との磁化状態を固定磁化として、第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との磁化状態を変動磁化として、熱的にも安定したフェリ状態に保つことが可能となっている。
【００２２】
ここで、「前記第１の固定磁性層および前記第２の固定磁性層が異なる磁気モーメントを有する」とは、「第１の固定磁性層（上）の磁気モーメントの方が、第２の固定磁性層（上）の磁気モーメントに比べて大きくなっており、第２の固定磁性層（下）の磁気モーメントの方が、第１の固定磁性層（下）の磁気モーメントに比べて大きくなっているか、または、第１の固定磁性層（下）の磁気モーメントを、第２の固定磁性層（下）の磁気モーメントよりも大きくし、かつ、第１の固定磁性層（上）の磁気モーメントを第２の固定磁性層（上）の磁気モーメントよりも小さくする」ことを意味する。
これに加えて、前記フリー磁性層が非磁性中間層を介して第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の２層に分断され、分断された層どうしで磁化の向きが反平行のフェリ磁性状態とされるとともに、前記第２の固定磁性層（上）の磁化と前記第２の固定磁性層（下）の磁化を互いに反対方向に磁化し、かつ、第１の固定磁性層（下）と第２の固定磁性層（下）との磁化の向きが反平行のフェリ磁性状態とされ第１の固定磁性層（上）と第２の固定磁性層（上）との磁化の向きが反平行のフェリ磁性状態とされることで、フリー磁性層の上下で、第１の固定磁性層の磁気モーメントと第２の固定磁性層の磁気モーメントを足して求めることができる合成磁気モーメントの方向が、それぞれ、図８，図９に示す方向になっていることが可能である。
これにより、シャントロスの量を非常に少なくすることが可能となっており、とくに、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との磁化状態を、より熱的安定性に優れたものにできる。
さらに、前記バイアス下地層を形成するＣｒは、その結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造；ｂｏｄｙ ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ）で、かつ、（１００）配向となっている。また、前記ハードバイアス層を形成するＣｏ−Ｐｔ系合金の結晶構造は、面心立方構造（ｆｃｃ構造；ｆａｃｅ ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ）と稠密六方構造（ｈｃｐ構造；ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｃｌｏｓｅ ｐａｃｋｅｄ ）の混相となっている。
ここで、Ｃｒの格子定数とＣｏ−Ｐｔ合金のｈｃｐ構造の格子定数とが、近い値となっているため、格子整合し易い状態にある。このため、前記Ｃｏ−Ｐｔ合金は、ｆｃｃ構造を形成しにくく、Ｃｒ上において、ＣｏＰｔがエピタキシー成長（ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｇｒｏｗｔｈ）し易くなり、ｈｃｐ構造で形成され易くなる。このとき、ｈｃｐ構造の磁化容易軸であるｃ軸が面内方向を向き、Ｃｏ−Ｐｔ合金とＣｒとの境界面内に優先配向される。
前記ｈｃｐ構造は、ｆｃｃ構造に比べてｃ軸方向に大きな磁気異方性を生じるため、ハードバイアス層に磁界を与えたときの保磁力Ｈｃは大きくなる。さらに、ｈｃｐ構造のｃ軸は、エピタキシャル成長により、Ｃｏ−Ｐｔ合金とＣｒとの境界面内で優先配向となっているため、残留磁化（Ｂｒ）は増大し、残留磁化（Ｂｒ）／飽和磁束密度（Ｂｓ）で求められる角型比Ｓは大きな値になる。その結果、ハードバイアス層から発生するバイアス磁界を増大させることが可能となり、フリー磁性層を単磁区化しやすくなる。
なお、結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造）であり、かつ、（１００）配向となるバイアス下地層としては、Ｃｒ以外にＴｉ（チタン），Ｗ（タングステン），Ｍｏ（モリブデン）またはＷ５０Ｍｏ５０、（５０，５０は原子％）の、いずれか１種または２種以上で形成してもよい。
さらに、前記ハードバイアス層と前記導電層との間に、Ｔａなどの非磁性材料からなる中間層３１４が設けられたことにより、後工程のインダクティブヘッド（書込ヘッド）の製造プロセスである絶縁レジストの硬化工程において、ＵＶキュア，ハードベーク等によって高温に曝される場合にも、Ｔａからなる中間層の存在により、Ｃｒからなる導電層とＣｏＰｔ合金からなるハードバイアス層との間における熱拡散を防止して、ハードバイアス層の膜特性の劣化を防止することができ、導電層は、例えば、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｕなどで形成されることが好ましい。
【００２３】
さらに、本発明においては、上述のような記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドを提供することができる。
このような薄膜磁気へッドとすることで、フリー磁性層の磁区制御を良好に行うことができる薄膜磁気へッドとすることができ、前記課題を解決することができる。
【００２４】
前記非磁性導電層が、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好ましく、例えばＣｕが選択されることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に関係するスピンバルブ型薄膜磁気素子およびそのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第１実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明に関係する第１実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示す断面図、図２は、図１のスピンバルブ型薄膜磁気素子を示す横断面図である。なお、この第１実施形態の薄膜磁気ヘッドにおいて、全体の概略構造は、図１４〜図１６に基づいて先に説明した構造の薄膜磁気ヘッド１５０と略同等であるが、ＭＲヘッドｈ１に設けられているスピンバルブ型薄膜磁気素子が異なっている。よって、図１および図２に示す第１実施形態の構造においては、スピンバルブ型薄膜磁気素子の部分について主に説明し、その他のスライダ部分とインダクティブヘッド（書込ヘッド）部分の構造については説明を省略する。
【００２６】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３は、フリー磁性層の上下に非磁性導電層、固定磁性層、反強磁性層が各々１層ずつ形成されたいわゆるデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子の一種とされる。
このスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３では、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は、図示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。
【００２７】
前記薄膜磁気ヘッドは、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。また、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は、図１および図２のＺ方向であり、磁気記録媒体からの漏れ磁界の方向は図１および図２のＹ方向である。なお、薄膜磁気ヘッドのスライダ部分の構成と、インダクティブヘッドの構成は図１４〜図１６に示す構成以外にも種々のものがあるので、図１４〜図１６の構成は一例であり、その他の種々の構成のスライダとインダクティブヘッドとを採用しても良いのは勿論である。
【００２８】
この形態においてＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ（商品名：アルチック）等のセラミックあるいは、Ｓｉなどからなる硬質材料製の基板の上には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの絶縁体からなる保護層が形成され、保護層上に下部シールド層が形成され、この下部シールド層の上に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの絶縁体からなる下部ギャップ層が形成され、この下部ギャップ層の上には、スピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３が形成されている。
このスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３は、反強磁性層１４２，１４８と、この反強磁性層１４２，１４８に接して形成されこの反強磁性層１４２，１４８との交換結合磁界により一定方向に磁化方向が固定された固定磁性層１４３，１４７と、前記固定磁性層１４３，１４７に非磁性導電層１４４，１４６を介して形成されたフリー磁性層１４５と、前記フリー磁性層１４５の磁化方向を前記固定磁性層１４３，１４７の磁化方向と交差する方向へ揃えるためのハードバイアス層３１１，３１１と、前記固定磁性層１４３，１４７と前記非磁性導電層１４４，１４６とフリー磁性層１４５とに検出電流を与える導電層３１２，３１２とを基板上に有し、前記フリー磁性層１４５の厚さ方向両側（図示上下方向両側）に各々非磁性導電層１４４，１４６と固定磁性層１４３，１４７と反強磁性層１４２，１４８が形成されたデュアル型構造とされる。
【００２９】
スピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３には、図１の下からＴａ等からなる下地膜１４９と反強磁性層１４２が積層されて、この反強磁性層１４２の上に固定磁性層１４３と非磁性導電層１４４とフリー磁性層１４５と非磁性導電層１４６と固定磁性層１４７と反強磁性層１４８とＴａ等からなる保護層１４１とが積層され断面台形状の積層体Ｍ１が形成される。そして、この積層体Ｍ１の左右両側の傾斜部分、および、積層体Ｍ１左右両側の反強磁性層１４２の上に各々ハードバイアス層３１１，３１１と導電層３１２，３１２とが積層されて構成されており、ハードバイアス層３１１，３１１が図１のＸ１方向に磁化されることによりフリー磁性層１４５の磁化が図１の矢印に示すようにＸ１方向に揃えられており、これらの上には上部ギャップ層１６６が設けられる。
この積層体Ｍ１では、フリー磁性層１４５により磁気記録媒体からの磁界を検出するが、図１に示す導電層３１２，３１２間の最小距離がトラック幅Ｔｗに対応する幅とされ、図１に示すように、記録媒体との対向面側から見た断面形状が台形状とされている。
【００３０】
ここで、固定磁性層１４３は、反強磁性層１４２に接して形成され、また、固定磁性層１４７は、反強磁性層１４８に接して形成され、磁場中アニール（熱処理）を施すことにより、前記固定磁性層１４３と反強磁性層１４２との界面および、前記固定磁性層１４７と反強磁性層１４８との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生され、例えば図１に示すように、前記固定磁性層１４３，１４７の磁化が図示Ｙ方向に固定されている。
【００３１】
また、本発明において前記反強磁性層１４２，１４８は、ＰｔＭｎ合金で形成されていることが好ましい。ＰｔＭｎ合金は従来から反強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高く、反強磁性層１４２の上に形成される固定磁性層１４３、および、反強磁性層１４８の下に形成される固定磁性層１４７との交換結合磁界（交換異方性磁界）も大きい。また本発明では、前記ＰｔＭｎ合金に代えて、Ｘ−Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのいずれか１種、または２種以上の元素である）合金、あるいは、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’（ただしＸ’は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｎｉのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で形成されていてもよい。反強磁性層１４２，１４８はその交換結合磁界により隣接する固定磁性層１４３，１４７の磁化の向きをピン止めして図１のＹ方向に向ける作用を奏する。
【００３２】
また、前記２元素系のＸ−Ｍｎ合金において、元素Ｘの含有量はＸ＝３７〜６３原子％（３７原子％以上、６３原子％以下；以下特に規定しない限り、〜で示す数値上の上限と下限は、以下、以上、を意味する。）の範囲が好ましく、Ｘ＝４４〜５７原子％の範囲がより好ましい。さらに、前記３元素系のＰｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金において、Ｐｔの含有量は３７〜６３原子％（３７原子％以上、６３原子％以下）が好ましく、元素Ｘ’の含有量はＸ’＝０．２〜１０原子％の範囲が好ましい。また、３元素系のＰｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金において、Ｐｔ＋Ｍｎの含有量は４４〜５７原子％が好ましい。
これらの適正な組成範囲の合金を用いてこれをアニール処理することで大きな交換結合性磁界を発生する反強磁性層２を得ることができ、特にＰｔ−Ｍｎ合金であれば、８００（Ｏｅ）を越える交換結合磁界を有し、交換結合磁界を失うブロッキング温度が３８０℃の極めて高い優れた反強磁性層１４２，１４８を得ることができる。
【００３３】
前記積層構造において、一例として下地膜１４９はＴａなどの非磁性体からなり、前記固定磁性層１４３，１４７は、強磁性体の薄膜からなり、例えば、Ｃｏ膜，ＮｉＦｅ合金膜，ＣｏＮｉＦｅ合金膜，ＣｏＦｅ合金膜などからなり、４０Å程度の厚さとされることが好ましい。また、非磁性導電層１４４，１４６は、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇなどに代表される非磁性導電膜からなり、２０〜４０Å程度の厚さとされることが好ましい。保護層１４１はＴａなどの非磁性膜からなる。
前記フリー磁性層１４５は、通常、８０Å程度の厚さとされ、ＮｉＦｅ合金膜等、前記固定磁性層１４２，１４７と同様の材質などで形成されることが好ましい。
非磁性導電層１４４を固定磁性層１４３とフリー磁性層１４５とで挟むとともに、非磁性導電層１４６を固定磁性層１４７とフリー磁性層１４５とで挟む構造の巨大磁気抵抗効果発生機構では、固定磁性層１４３，１４７とフリー磁性層１４５とを同種の材質で構成する方が、異種の材質で構成するよりも、伝導電子のスピン依存散乱以外の因子が生じる可能性が低く、より高い磁気抵抗効果を得ることが可能である。
【００３４】
前記ハードバイアス層３１１は、前述したように、基板側から固定磁性層１４３と非磁性導電層１４４と前記フリー磁性層１４５と非磁性導電層１４６と固定磁性層１４７と反強磁性層１４８とをこれらの順で具備してなる断面台形状の積層体Ｍ１よりも幅広の反強磁性層１４２上に、この積層体Ｍ１の両側に位置して形成され、かつ、該前記積層体Ｍ１の側面に乗り上げる傾斜部３１１ｂと、前記フリー磁性層１４５とほぼ平行で、前記フリー磁性層１４５の膜厚方向に前記フリー磁性層１４５の膜厚よりも大きな膜厚とされ、前記フリー磁性層１４５と同じ階層位置に配置された平坦部３１１ａとを有するものである
なお、ここでの「前記フリー磁性層１４５と同じ階層位置に配置され」とは、少なくともハードバイアス層３１１の平坦部３１１ａとフリー磁性層１４５とが磁気的に主に接合されている状態を意味し、前記ハードバイアス層３１１の平坦部３１１ａと前記フリー磁性層１４５との接合部分の厚さが前記フリー磁性層１４５の膜厚よりも薄い状態も含まれる。
そして、前記ハードバイアス層３１１，３１１と前記フリー磁性層１４５とは、主に平坦部３１１ａ，３１１ａにおいて磁気的に接合されている。
本実施形態において、前記ハードバイアス層３１１が、通常、３００Å程度の厚さとされ、ＣｏＰｔ合金からなることが望ましい。また、ＣｏＰｔ以外に、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト−クロム−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ（コバルト−クロム−タンタル）合金で形成してもよい。
【００３５】
また、本実施形態において、前記ハードバイアス３１１層の下側には、前記ハードバイアス層３１１と前記積層体Ｍ１との間および前記ハードバイアス層３１１と反強磁性層１４２との間に、バイアス下地層３１３が設けられたものとしてもよい。
前記バイアス下地層３１３，３１３は、緩衝膜および配向膜であり、Ｃｒ（クロム）などで形成されることが好ましい。
また、前記バイアス下地層３１３，３１３の膜厚は、１８〜５５Åの範囲とすることが好ましい。より好ましくは、２０〜５０Åの範囲である。２０〜５０Åの範囲内で前記バイアス下地層３１３，３１３を形成すると、パルクハウゼンノイズの発生率が１０％以下と著しく低下する。前記バイアス下地層３１３，３１３の膜厚が５５Åよりも大きいと、フリー磁性層１４５の側面とハードバイアス層３１１との間に介在する前記バイアス下地層３１３の影響により、ハードバイアス層３１１，３１１からフリー磁性層１４５に与えられるバイアス磁界が低下してしまうため、バルクハウゼンノイズの発生率が２０％以上となり、好ましくない。逆に、バイアス下地層３１３の膜厚が１８Åよりも小さい場合も、バルクハウゼンノイズの発生率が２０％以上となるため、好ましくない。
【００３６】
ここで、前記バイアス下地層３１３，３１３の役割について説明する。
前記バイアス下地層３１３，３１３を形成するＣｒは、その結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造；ｂｏｄｙ ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ）で、かつ、（１００）配向となっている。また、前記ハードバイアス層３１１，３１１を形成するＣｏ−Ｐｔ系合金の結晶構造は、面心立方構造（ｆｃｃ構造；ｆａｃｅ ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ）と稠密六方構造（ｈｃｐ構造；ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｃｌｏｓｅ ｐａｃｋｅｄ ）の混相となっている。
ここで、Ｃｒの格子定数とＣｏ−Ｐｔ合金のｈｃｐ構造の格子定数とが、近い値となっているため、格子整合し易い状態にある。このため、前記Ｃｏ−Ｐｔ合金は、ｆｃｃ構造を形成しにくく、Ｃｒ上において、ＣｏＰｔがエピタキシー成長（ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｇｒｏｗｔｈ）し易くなり、ｈｃｐ構造で形成され易くなる。このとき、ｈｃｐ構造の磁化容易軸であるｃ軸が面内方向を向き、Ｃｏ−Ｐｔ合金とＣｒとの境界面内に優先配向される。
前記ｈｃｐ構造は、ｆｃｃ構造に比べてｃ軸方向に大きな磁気異方性を生じるため、ハードバイアス層３１１，３１１に磁界を与えたときの保磁力Ｈｃは大きくなる。さらに、ｈｃｐ構造のｃ軸は、エピタキシャル成長により、Ｃｏ−Ｐｔ合金とＣｒとの境界面内で優先配向となっているため、残留磁化（Ｂｒ）は増大し、残留磁化（Ｂｒ）／飽和磁束密度（Ｂｓ）で求められる角型比Ｓは大きな値になる。その結果、ハードバイアス層３１１，３１１から発生するバイアス磁界を増大させることが可能となり、フリー磁性層１４５を単磁区化しやすくなる。なお、結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造）であり、かつ、（１００）配向となるバイアス下地層３１３としては、Ｃｒ以外にＴｉ（チタン），Ｗ（タングステン），Ｍｏ（モリブデン）またはＷ５０Ｍｏ５０、（５０，５０は原子％）の、いずれか１種または２種以上で形成してもよい。
【００３７】
さらに、本実施形態においては、前記ハードバイアス層３１１と前記導電層３１２との間に、Ｔａなどの非磁性材料からなる中間層３１４が設けられたものとしてもよい。
このことにより、後工程のインダクティブヘッド（書込ヘッド）の製造プロセスである絶縁レジストの硬化工程において、ＵＶキュア，ハードベーク等によって高温に曝される場合にも、Ｔａからなる中間層３１４の存在により、Ｃｒからなる導電層３１２とＣｏＰｔ合金からなるハードバイアス層３１１との間における熱拡散を防止して、ハードバイアス層の膜特性の劣化を防止することができる。
また、導電層３１２，３１２は、例えば、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｕなどで形成されることが好ましい。
【００３８】
図１および図２に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３においては、前記ハードバイアス層３１１，３１１が、図示Ｘ１方向に磁化されていることで、前記フリー磁性層１４５の磁化が、図示Ｘ１方向に揃えられている。これにより、前記フリー磁性層１４５の変動磁化と前記固定磁性層１４３，１４７の固定磁化とが交差する関係となっている。
また、バイアス下地層３１３により、ハードバイアス層３１１，３１１と反強磁性層１４２、および、ハードバイアス層３１１，３１１と反強磁性層１４８が接触することが防止され、このハードバイアス層３１１，３１１と反強磁性層１４２との界面、および、ハードバイアス層３１１，３１１と反強磁性層１４８との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生されることを防止することができる。
【００３９】
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３では、図１，図２に示すように、前記導電層３１２，３１２からフリー磁性層１４５、非磁性導電層１４４，１４６、固定磁性層１４３，１４７にセンス電流１１４が与えられる。記録媒体から図１および図２に示す図示Ｙ方向に磁界が与えられると、フリー磁性層１４５の磁化は、図示Ｘ１方向からＹ方向に変動する。このときの非磁性導電層１４４とフリー磁性層１４５との界面、および非磁性導電層１４４と固定磁性層１４３との界面で、スピンに依存した伝導電子の散乱が起こるとともに、非磁性導電層１４６とフリー磁性層１４５との界面、および非磁性導電層１４６と固定磁性層１４７との界面で、スピンに依存した伝導電子の散乱が起こることにより、電気抵抗が変化し、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００４０】
この際、固定磁性層１４３の磁化の向きは反強磁性層１４２による異方性磁界により固定されており、また、固定磁性層１４７の磁化の向きは反強磁性層１４８による異方性磁界により固定されているが、フリー磁性層１４５の磁化の向きは回転できるので、磁気記録媒体からの漏れ磁界が作用した状態になることでフリー磁性層１４５の磁化の向きが回転する結果、磁気抵抗変化が起きる。
本実施形態においては、このように、フリー磁性層１４５に図１のＸ１方向に一軸異方性が付与されていてフリー磁性層１４５が単磁区化されていることにより、フリー磁性層１４５の磁化の回転が円滑になされるために、バルクハウゼンノイズの生じないスムーズな抵抗変化が得られ易くなり、ハードバイアス層３１１，３１１によってフリー磁性層１４５にバイアスを付加する場合にバイアス印加を円滑に行い得る結果としてフリー磁性層１４５の磁化の回転が円滑に為されるようにできる。
【００４１】
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３を製造するには、図３に示すように、まず、基板上に、下地膜１４９、反強磁性層１４２、固定磁性層１４３、非磁性導電層１４４、フリー磁性層１４５、非磁性導電層１４６、固定磁性層１４７、反強磁性層１４８、保護層１４８Ａを順次成膜し、前記保護層１２８Ａ上にリフトオフレジストを形成する。
ついで、図４に示すように、前記リフトオフレジストに覆われていない部分をイオンミリングにより除去し、積層体Ｍ１を形成する。このとき、イオンミリングを反強磁性層１４２の上面に達した状態で終了する。
続いて、図５に示すように、反強磁性層１４２上から前記積層体Ｍ１トラック幅Ｔｗ方向両側にわたって連続してＣｒからなるバイアス下地層３１３，３１３を形成し、このバイアス下地層３１３，３１３上にハードバイアス層３１１，３１１、中間層３１４，３１４、導電層３１２，３１２を順次成膜したのち、前記リフトオフレジストを除去することによって、図１に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３の構造を得ることができる。
ここで、Ｃｒからなるバイアス下地層３１３，３１３上において、ＣｏＰｔからなるハードバイアス層３１１，３１１を形成することにより、Ｃｒ上において、ＣｏＰｔがエピタキシー成長し易くすることができる。その結果、ｈｃｐ構造のｃ軸がＣｏＰｔとＣｒとの境界面内に優先配向され、ハードバイアス層３１１，３１１に磁界を与えたときの保磁力Ｈｃは大きくすることができる。さらに、残留磁化（Ｂｒ）は増大し、残留磁化（Ｂｒ）／飽和磁束密度（Ｂｓ）で求められる角型比Ｓは大きな値になり、ハードバイアス層３１１，３１１から発生するバイアス磁界を増大させることが可能となり、フリー磁性層１４５を単磁区化しやすくなる。
【００４２】
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３を備えた薄膜磁気ヘッドでは、前記ハードバイアス層３１１，３１１は、反強磁性層１４２上に、かつ、固定磁性層１４３、非磁性導電層１４４、フリー磁性層１４５、非磁性導電層１４６、固定磁性層１４７、反強磁性層１４８の順で積層されてなる断面台形状の積層体Ｍ１のトラック幅Ｔｗ方向両側に形成され、前記フリー磁性層１４５とほぼ平行で、前記フリー磁性層１４５の膜厚方向に前記フリー磁性層１４５の膜厚よりも大きな膜厚とされ、前記フリー磁性層１４５と同じ階層位置に配置された平坦部３１１ａ，３１１ａを有するものであるので、フリー磁性層１４５の側面と前記ハードバイアス層３１１，３１１の平坦部３１１ａ，３１１ａとを充分磁気的に接合することができ、前記フリー磁性層１２５に十分なバイアス磁界を与えることができる。このため、前記フリー磁性層１２５の磁化方向を意図した方向に揃えやすく、バルクハウゼンノイズの発生を低減することができ。
【００４３】
また、ハードバイアス層３１１，３１１は、前記積層体Ｍ１の側面に乗り上げる傾斜部３１１ｂ，３１１ｂを有し、積層体Ｍ１の側面の下部から上部にかけて形成されているので、ハードバイアス層３１１，３１１と固定磁性層１４３から反強磁性層１４８までの前記６層とにおけるバイアス下地層３１３を介した接触面積を大きくすることができ、スピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３の直流抵抗（ＤＣＲ）を小さくすることが可能となる。このため、検出出力は大きくなり、読み取り精度が安定する。
【００４４】
したがって、このスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３は、フリー磁性層５の側面がハードバイアス層１３２の平坦部１３２ａ，１３２ａと主に磁気的に接合されていない図１２に示す従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子と比較して、優れたものとなる。
【００４５】
また、反強磁性層１４２，１４８に、Ｘ−Ｍｎの式で示される合金またはＸ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金を用いたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることで、反強磁性層に従来使用されていたＮｉＯ合金、ＦｅＭｎ合金、ＮｉＭｎ合金などを用いたものと比較して、交換結合磁界が大きく、またブロッキング温度が高く、さらに耐食性に優れているなどの優れた特性を有するスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができる。
【００４６】
また、前記ハードバイアス層３１１，３１１と前記積層体Ｍ１との間、および、前記ハードバイアス層３１１，３１１と反強磁性層１４２との間に、結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造）であるＣｒ等からなるバイアス下地層３１３，３１３を設けることにより、前記ハードバイアス層３１１，３１１の保磁力および角型比が大きくなり、前記フリー磁性層１４５の単磁区化に必要なバイアス磁界を増大させることができる。
さらに、前記バイアス下地層３１３，３１３の膜厚を、１８〜５５Åの範囲とすることで、バルクハウゼンノイズの発生をより低減させることができる。また、前記バイアス下地層１２０、１２０の膜厚を、２０〜５０Åの範囲とすれば、より一層、バルクハウゼンノイズの発生をより低減させることができる。
【００４７】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３においては、上述したように、非磁性導電層１４４の厚さ方向上下に、固定磁性層１２３とフリー磁性層１２５をそれぞれ単層構造として設けたが、これらを複層構造としてもよい。
巨大磁気抵抗変化を示すメカニズムは、非磁性導電層１４４と固定磁性層１４３とフリー磁性層１４５との界面、および、非磁性導電層１４６と固定磁性層１４７とフリー磁性層１４５との界面で生じる伝導電子のスピン依存散乱によるものである。Ｃｕなどからなる前記非磁性導電層１４４，１４６に対し、スピン依存散乱が大きな組み合わせとして、Ｃｏ層が例示できる。このため、固定磁性層１４３、１４７をＣｏ以外の材料で形成した場合、固定磁性層１４３，１４７の非磁性導電層１４４、１４６側の部分を図１の２点鎖線で示すように薄いＣｏ層で形成することが好ましい。また、フリー磁性層１５５をＣｏ以外の材料で形成した場合も固定磁性層１４３，１４７の場合と同様に、フリー磁性層１４５の非磁性導電層１４４，１４６側の部分を図１の２点鎖線で示すように薄いＣｏ層で形成することが好ましい。
【００４８】
以下、本発明に関係するスピンバルブ型薄膜磁気素子およびそのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第２実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第２実施形態］
図６は、本発明に関係する第２実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示す断面図、図７は、図６のスピンバルブ型薄膜磁気素子を示す横断面図である。なお、この第２実施形態の薄膜磁気ヘッドにおいて、全体の概略構造は、図１４〜図１６に基づいて先に説明した構造の薄膜磁気ヘッド１５０と略同等であるが、ＭＲヘッドｈ１に設けられているスピンバルブ型薄膜磁気素子が異なっている。よって、図６および図７に示す第２実施形態の構造においては、スピンバルブ型薄膜磁気素子の部分について主に説明し、その他のスライダ部分とインダクティブヘッド（書込ヘッド）部分の構造については説明を省略する。
【００４９】
この第２実施形態の構造において、図１，図２に示す第１実施形態と異なるのは、スピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ６の構造であり、この実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ６は、フリー磁性層を中心としてその上下に非磁性導電層、固定磁性層、および反強磁性層が１層ずつ形成された、いわゆるデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子であって、フリー磁性層／非磁性導電層／固定磁性層のこの３層の組合わせが上下に２組存在する。
【００５０】
図６，図７に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ６は、基板側の下地層の上に、下から下地膜３０と反強磁性層３１とが積層されており、この反強磁性層３１上に、第１の固定磁性層（下）３２、非磁性中問層（下）３３、第２の固定磁性層（下）３４、非磁性導電層３５、フリー磁性層３６（符号３７，３９はＣｏ膜）、符号３８はＮｉＦｅ合金膜）、非磁性導電層４０、第２の固定磁性層（上）４１、非磁性中間層（上）４２、第１の固定磁性層（上）４３、反強磁性層４４、および、保護層４５の順で積層されて積層体Ｍ２が形成されている。
この積層体Ｍ２では、フリー磁性層３６の部分の幅がトラック幅Ｔｗに対応する幅とされ、図６に示すように、記録媒体との対向面側から見た断面形状が台形状とされている。
また、図６に示すように第１の固定磁性層（下）３２から反強磁性層４４までの積層体Ｍ２の両側には、ハードバイアス層３１５，３１５と導電層３１６，３１６が形成されている。そして、前記ハードバイアス層３１５，３１５と前記導電層３１６，３１６との間には、中間層３１８が設けられ、前記ハードバイアス層３１５，３１５と前記積層体Ｍ２との間および前記ハードバイアス層３１５，３１５と反強磁性層３１との間には、バイアス下地層３１７，３１７が設けられ、該積層体Ｍ２および導電層３１６，３１６の上には上部ギャップ層１６６が設けられている。
【００５１】
図６，図７に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層３１，４４は、第１実施形態のおいて述べたＰｔＭｎ合金あるいはＸ−Ｍｎ合金で形成されていることが好ましいがその好ましい組成範囲は若干異なる。
反強磁性層３１，４４を構成する２元素系のＸ−Ｍｎ合金において、元素Ｘの含有量はＸ＝３７〜６３原子％（３７原子％以上、６３原子％以下）の範囲が好ましいが、Ｘ＝４７〜５７原子％の範囲がより好ましい。さらに、前記３元素系のＰｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金において、Ｐｔの含有量は３７〜６３原子％が好ましく、元素Ｘ’の含有量はＸ’＝０．２〜１０原子％の範囲が好ましい。また、３元素系のＰｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金において、Ｐｔ＋Ｍｎの含有量は４７〜５７原子％が好ましい。
【００５２】
前記ハードバイアス層３１５が、前記積層体Ｍ２より幅広の反強磁性層３１上に位置し、かつ、この断面台形状の積層体Ｍ２の両側に位置して形成され、前記積層体Ｍ２の側面に乗り上げる傾斜部３１５ｂと、前記フリー磁性層３６とほぼ平行で、前記フリー磁性層３６の膜厚方向に前記フリー磁性層３６の膜厚よりも大きな膜厚とされ、前記フリー磁性層３６と同じ階層位置に配置された平坦部３１５ａとを有するものである
なお、ここでの「前記フリー磁性層３６と同じ階層位置に配置され」とは、少なくともハードバイアス層３１５の平坦部３１５ａとフリー磁性層３６とが磁気的に主に接合されている状態を意味し、前記ハードバイアス層３１５の平坦部３１５ａと前記フリー磁性層３６との接合部分の厚さが前記フリー磁性層３６の膜厚よりも薄い状態も含まれる。
そして、前記ハードバイアス層３１５，３１５と前記フリー磁性層３６とは、主に平坦部３１５ａ，３１５ａにおいて磁気的に接合されている。
本実施形態において、前記ハードバイアス層３１５が、通常、３００Å程度の厚さとされ、ＣｏＰｔ合金からなることが望ましい。また、ＣｏＰｔ以外に、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ（コバルト−クロム−タンタル）合金で形成してもよい。
【００５３】
また、本実施形態において、前記ハードバイアス３１５層の下側には、前記ハードバイアス層３１５と前記積層体Ｍ２との間および前記ハードバイアス層３１５と反強磁性層３１との間に、バイアス下地層３１７が設けられたものとしてもよい。
前記バイアス下地層３１７，３１７は、緩衝膜および配向膜であり、Ｃｒ（クロム）などで形成されることが好ましい。
このＣｒからなるバイアス下地層３１７を設けることにより、前述の第１実施形態で説明した作用効果を得ることができる。
また、前記バイアス下地層３１７，３１７の膜厚は、１８Å〜５５Åの範囲とすることが好ましい。より好ましくは、２０Å〜５０Åの範囲である。２０〜５０Åの範囲内で前記バイアス下地層３１７，３１７を形成すると、パルクハウゼンノイズの発生率が１０％以下と著しく低下する。前記バイアス下地層３１７，３１７の膜厚が５５Åよりも大きいと、フリー磁性層３６の側面とハードバイアス層３１５との間に介在する前記バイアス下地層３１７の影響により、ハードバイアス層３１５，３１５からフリー磁性層３６に与えられるバイアス磁界が低下してしまうため、バルクハウゼンノイズの発生率が２０％以上となり、好ましくない。逆に、バイアス下地層３１７の膜厚が１８Åよりも小さい場合も、バルクハウゼンノイズの発生率が２０％以上となるため、好ましくない。
【００５４】
ところで、図７に示す第１の固定磁性層（下）３２及び第２の固定磁性層（下）３４に示されている矢印は、それぞれの磁気モーメントの大きさ及びその方向を表しており、前記磁気モーメントの大きさは、飽和磁化（Ｍｓ）と膜厚（ｔ）とをかけた値で選定される。
【００５５】
図７に示す第１の固定磁性層（下）３２と第２の固定磁性層（下）３４とは同じ材質、例えばＣｏ膜で形成され、しかも第２の固定磁性層（下）３４の膜厚ｔＰ２ が、第１の固定磁性層（下）３２の膜厚ｔＰ１ よりも大きく形成されているために、第２の固定磁性層（下）３４の方が第１の固定磁性層（下）３２に比べ磁気モーメントが大きくなっている。
なお、本実施形態では、第１の固定磁性層（下）３２および第２の固定磁性層（下）３４が異なる磁気モーメントを有することを必要としており、従って、第１の固定磁性層（下）３２の膜厚ｔＰ１ が第２の固定磁性層（下）３４の膜厚ｔＰ２ より厚く形成されていてもよい。
図７に示すように第２の固定磁性層（下）３４は、図示Ｙ方向、すなわち記録媒体から離れる方向（ハイト方向）に磁化されており、非磁性中間層１３を介して対向する第１の固定磁性層（下）３２の磁化は前記第１の固定磁性層１２の磁化方向と反平行に磁化されている。
【００５６】
第１の固定磁性層（下）３２は、反強磁性層３１に接して形成され、磁場中アニール（熱処理）を施すことにより、前記第１の固定磁性層（下）３２と反強磁性層３１との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、例えば図７に示すように、前記第１の固定磁性層（下）３２の磁化が、図示Ｙ方向に固定される。前記第１の固定磁性層（下）３２の磁化が、図示Ｙ方向と反対方向に固定されると、非磁性中間層３３を介して対向する第２の固定磁性層（下）３４の磁化は、第１の固定磁性層（下）３２の磁化と反平行の状態で固定される。
【００５７】
交換結合磁界が大きいほど、第１の固定磁性層（下）３２の磁化と第２の固定磁性層（下）３４の磁化を安定して反平行状態に保つことが可能であり、特に本実施形態では反強磁性層３１としてブロッキング温度が高く、しかも第１の固定磁性層（下）３２との界面で大きい交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生させるＰｔＭｎ合金を使用することで、前記第１の固定磁性層（下）３２および第２の固定磁性層（下）３４の磁化状態を熱的にも安定して保つことができる。
【００５８】
以上のように本実施形態では、第１の固定磁性層（下）３２と第２の固定磁性層（下）３４との膜厚比を適正な範囲内に収めることによって、交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくでき、第１の固定磁性層（下）３２と第２の固定磁性層（下）３４との磁化を、熱的にも安定した反平行状態（フェリ状態）に保つことができ、しかも△ＭＲ（抵抗変化率）を従来と同程度に確保することが可能である。
さらに熱処理中の磁場の大きさおよびその方向を適正に制御することによって、第１の固定磁性層（下）３２および第２の固定磁性層（下）３４の磁化方向を、得たい方向に制御することが可能になる。
【００５９】
また、図６，図７に示す第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３と第２の固定磁性層、（下）３４，（上）４１との間に介在する非磁性中間層３３，４２は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好ましい。
【００６０】
図６，図７に示すように、第２の固定磁性層（下）３４の上には、Ｃｕなどで形成された非磁性導電層３５が形成され、さらに前記非磁性導電層３５の上にフリー磁性層３６が形成されている。ここで、フリー磁性層３６は、３層で形成されており、前記非磁性導電層３５，４０に接する側に形成された符号３７，３９の層はＣｏ膜で形成されている。また中央の層３８は、ＮｉＦｅ合金や、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。なお非磁性導電層３５，４０に接する側にＣｏ膜の層３７，３９を形成する理由は、Ｃｕで形成された前記非磁性導電層３５との界面での金属元素等の拡散を防止でき、また、△ＭＲ（抵抗変化率）を大きくできるからである。
また、前記ハードバイアス層３１５のバイアス磁界の影響を受けて、このフリー磁性層３６の磁化は、図示Ｘ１方向に磁化された状態となっている。
【００６１】
また、図６，図７に示すように、フリー磁性層３６の上側には、非磁性導電層４０、第２の固定磁性層（上）４１、非磁性中間層（上）４２、第１の固定磁性層（上）４３、反強磁性層４４が積層され、これら第１の固定磁性層（上）４３と第２の固定磁性層（上）４１との間に介在する非磁性中間層４２、および、反強磁性層４４にあっては、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化が共に同じ方向に向くようにする必要性があり、そのために、本発明では、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁気モーメントＭｓ・ｔＰ１ と、第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁気モーメントＭｓ・ｔＰ２ との調整、および熱処理中に印加する磁場の方向およびその大きさを適正に調節することで、デュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子として満足に機能させることができる。
【００６２】
ここで、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化を共に同じ方向に向けておくのは、前記第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化と反平行になる第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化を共に同じ方向に向けておくためであり、その理由について以下に説明する。
【００６３】
図６，図７におけるスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ６では、前記導電層３１６からフリー磁性層３６、非磁性導電層３５，４０、および第２の固定磁性層３４，４１にセンス電流が与えられる。記録媒体から図６，図７に示す図示Ｙ方向に磁界が与えられると、フリー磁性層３６の磁化は図示Ｘ１方向からＹ方向に変動し、このときの非磁性導電層３５，４０とフリー磁性層３６との界面、および非磁性導電層３５，４０と第２の固定磁性層３４，４１との界面でスピンに依存した伝導電子の散乱が起こることにより、電気抵抗が変化し、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００６４】
ところで前記センス電流は、実際には、第１の固定磁性層３２，４３と非磁性中間層３３，４２の界面などにも流れる。前記第１の固定磁性層３２，４３は△ＭＲに直接関与せず、前記第１の固定磁性層３２，４３は、△ＭＲに関与する第２の固定磁性層３４，４１を適正な方向に固定するための、いわば補助的な役割を担った層となっている。このためセンス電流が、第１の固定磁性層３２，４３および非磁性中間層３３，４２に流れることは、シャントロス（電流ロス）になるが、本実施形態では、このシャントロスの量を非常に少なくすることが可能となっている。
【００６５】
このように、スピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ６の△ＭＲは、固定磁性層の固定磁化とフリー磁性層の変動磁化との関係によって得られるものであるが、本発明のように固定磁性層が第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の２層に分断された場合にあっては、前記△ＭＲに直接関与する固定磁性層の層は第２の固定磁性層であり、第１の固定磁性層は、前記第２の固定磁性層の磁化を、一定方向に固定しておくためのいわば補助的な役割を担っている。
【００６６】
仮に図６，図７に示す第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化が互いに反対方向に固定されているとすると、例えば第２の固定磁性層（上）４１の固定磁化と、フリー磁性層３６の変動磁化との関係では抵抗が大きくなっても、第２の固定磁性層（下）３４の固定磁化と、フリー磁性層３６の変動磁化との関係では抵抗が非常に小さくなってしまう。
【００６７】
この問題は、本発明のように、固定磁性層を非磁性中間層を介して２層に分断したデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子に限ったことではなく、他のデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子であっても同じことであり、シングルスピンバルブ型薄膜磁気素子に比ベ△ＭＲを大きくでき、大きな出力を得ることができるデュアルスピンパルブ型薄膜磁気素子の特性を発揮させるには、フリー磁性層の上下に形成される固定磁性層を共に同じ方向に固定しておく必要がある。
【００６８】
ところで本実施形態では、図６，図７に示すように、フリー磁性層３６よりも下側に形成された固定磁性層は、第２の固定磁性層（下）３４のＭｓ・ｔＰ２ の方が、第１の固定磁性層（下）３２のＭｓ・ｔＰ１ に比べて大きくなっており、Ｍｓ・ｔＰ２ の大きい第２の固定磁性層（下）３４の磁化が図示Ｙ方向に固定されている。ここで、第２の固定磁性層（下）３４のＭｓ・ｔＰ２ と、第１の固定磁性層（下）３２のＭｓ・ｔＰ１ とを足し合わせた、いわゆる合成磁気モーメントは、Ｍｓ・ｔＰ２ の大きい第２の固定磁性層（下）３４の磁気モーメントに支配され、図示Ｙ方向に向けられている。
【００６９】
一方、フリー磁性層３６よりも上側に形成された固定磁性層は、第１の固定磁性層（上）４３のＭｓ・ｔＰ１ の方が、第２の固定磁性層（上）４１のＭｓ・ｔＰ２ に比べて大きくなっており、Ｍｓ・ｔＰ１ の大きい第１の固定磁性層（上）４３の磁化が図示Ｙ方向と反対方向に固定されている。第１の固定磁性層（上）４３のＭｓ・ｔＰ１ と、第２の固定磁性層（上）４１のＭｓ・ｔＰ２ とを足した、いわゆる合成磁気モーメントは、第１の固定磁性層（上）４３のＭｓ・ｔＰ１ に支配され、図示Ｙ方向と反対方向に向けられている。
【００７０】
すなわち、図６，図７に示すデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子では、フリー磁性層３６の上下で、第１の固定磁性層のＭｓ・ｔＰ１ と第２の固定磁性層のＭｓ・ｔＰ２ を足して求めることができる合成磁気モーメントの方向が反対方向になっているのである。このためフリー磁性層３６よりも下側で形成される図示Ｙ方向に向けられた合成磁気モーメントと、前記フリー磁性層３６よりも上側で形成される図示Ｙ方向と反対方向に向けられた合成磁気モーメントとが、図示左周りの磁界を形成している。
従って、前記合成磁気モーメントによって形成される磁界により、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化とがさらに安定したフェリ状態を保つことが可能である。
【００７１】
更に、図７に示すセンス電流１１４は、主に比抵抗の小さい非磁性導電層３５，４０を中心にして流れ、センス電流１１４を流すことにより右ネジの法則によってセンス電流磁界が形成されることになるが、センス電流１１４を図７の方向に流すことにより、フリー磁性層３６の下側に形成された第１の固定磁性層（下）３２／非磁性中間層（下）３３／第２の固定磁性層（下）３４の場所にセンス電流が作るセンス電流磁界の方向を、前記第１の固定磁性層（下）３２／非磁性中間層（下）３３／第２の固定磁性層（下）３４の合成磁気モーメントの方向と一致させることができ、さらに、フリー磁性層３６よりも上側に形成された第１の固定磁性層（上）４３／非磁性中間層（上）４２／第２の固定磁性層（上）４１の場所にセンス電流が作るセンス電流磁界を、前記第１の固定磁性層（上）４３／非磁性中間層（上）４２／第２の固定磁性層（上）４１の合成磁気モーメントの方向と一致させることができる。
【００７２】
センス電流磁界の方向と合成磁気モーメントの方向を一致させることのメリットは、簡単に言えば、前記固定磁性層の熱的安定性を高めることができることと、大きなセンス電流を流せることができるので、再生出力を向上できるという、非常に大きいメリットがある。
センス電流磁界と合成磁気モーメントの方向に関するこれらの関係は、フリー磁性層３６の上下に形成される固定磁性層の合成磁気モーメントが図示左周りの磁界を形成しているからである。
【００７３】
通常、ハードディスク装置内の素子温度はセンス電流の増大によるジュール熱によって約２００℃程度まで上昇し、さらに、記録媒体の回転数の増大などによって、環境温度がさらに上昇する傾向にある。このように素子温度が上昇すると、交換結合磁界は低下するが、本実施形態によれば、合成磁気モーメントで形成される磁界と、センス電流磁界により、熱的にも安定して第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化とをフェリ状態に保つことができる。
【００７４】
また本発明では、フリー磁性層３６よりも下側に形成された第１の固定磁性層（下）３２のＭｓ・ｔＰ１ を、第２の固定磁性層（下）３４のＭｓ・ｔＰ２ よりも大きくし、かつ、前記フリー磁性層３６よりも上側に形成された第１の固定磁性層（上）４３のＭｓ・ｔＰ１ を第２の固定磁性層（上）４１のＭｓ・ｔＰ２ よりも小さくしてもよい。この場合においても、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化を得たい方向、すなわち図示Ｙ方向あるいは図示Ｙ方向と反対方向に５ｋ（Ｏｅ）以上の磁界を印加することによって、フリー磁性層３６の上下に形成された第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１を同じ方向に向けて固定でき、しかも図示右回りのあるいは左回りの合成磁気モーメントによる磁界を形成できる。
【００７５】
以上、図６，図７に示したスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ４によれば、固定磁性層を、非磁性中間層を介して第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との２層に分断し、この２層の固定磁性層問に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって前記２層の固定磁性層の磁化を反平行状態（フェリ状態）にすることにより、熱的に安定した固定磁性層の磁化状態を保つことができる。
特に本実施形態では、反強磁性層としてプロッキング温度が非常に高く、また第１の固定磁性層との界面で大きい交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生するＰｔＭｎ合金を使用することにより、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との磁化状態を、より熱的安定性に優れたものにできる。
【００７６】
さらに、本実施形態では、反強磁性層としてＰｔＭｎ合金など第１の固定磁性層との界面で交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生させるために熱処理を必要とする反強磁性材料を使用した場合に、第１の固定磁性層のＭｓ・ｔＰ１ と第２の固定磁性層のＭｓ・ｔＰ２ とを異なる値で形成し、さらに熱処理中の印加磁場の大きさおよびその方向を適正に調節することによって、前記第１の固定磁性層（および第２の固定磁性層）の磁化を、得たい方向に磁化させることが可能である。
【００７７】
特に図６，図７に示すデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子にあっては、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３のＭｓ・ｔＰ１ と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１のＭｓ・ｔＰ２ を適正に調節し、さらに熱処理中の印加磁場の大きさおよびその方向を適正に調節することによって、△ＭＲに関与するフリー磁性層３６の上下に形成された２つの第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化を共に同じ方向に固定でき、かつフリー磁性層３６の上下に形成される合成磁気モーメントを互いに反対方向に形成できることによって、前記合成磁気モーメントによる磁界の形成、および、前記合成磁気モーメントによる磁界とセンス電流磁界との方向を一致させることができ、固定磁性層の磁化の熱的安定性をさらに向上させることが可能である。
【００７８】
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ６では、前記ハードバイアス層３１５，３１５が、反強磁性層３１上に位置し、かつ、断面台形状の積層体Ｍ２のトラック幅Ｔｗ方向両側に形成され、フリー磁性層３６とほぼ平行で、前記フリー磁性層３６の膜厚方向に前記フリー磁性層３６の膜厚よりも大きな膜厚とされ、前記フリー磁性層３６と同じ階層位置に配置された平坦部３１５ａ，３１５ａを有するものであるので、フリー磁性層３６の側面と前記ハードバイアス層３１５，３１５の平坦部３１５ａ，３１５ａとを充分磁気的に接合することができ、前記フリー磁性層３６に十分なバイアス磁界を与えることができる。このため、前記フリー磁性層３６の磁化方向を意図した方向に揃えやすく、バルクハウゼンノイズの発生を低減することができる。
【００７９】
また、ハードバイアス層３１５，３１５は、前記積層体Ｍ２の側面に乗り上げる傾斜部３１５ｂ，３１５ｂを有し、積層体Ｍ２の側面の下部から上部にかけて形成されているので、ハードバイアス層３１５，３１５と積層体Ｍ２の固定磁性層３２から反強磁性層４４までの各層とにおける、バイアス下地層３１７を介したそれぞれの接触面積を大きくすることができ、スピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ６の直流抵抗（ＤＣＲ）を小さくすることが可能となる。このため、検出出力が大きくなり、読み取り精度が安定する。
【００８０】
また、前記ハードバイアス層３１５，３１５と前記積層体Ｍ２との間および前記ハードバイアス層３１５，３１５と反強磁性層３１との間に、結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造）であるＣｒ等からなるバイアス下地層３１７，３１７を設けることにより、前記ハードバイアス層３１５，３１５の保磁力および角型比が大きくなり、前記フリー磁性層３６の単磁区化に必要なバイアス磁界を増大させることができ、また、バルクハウゼンノイズの発生をより低減させることができる。
【００８１】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびそのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第３実施形態を、図面に基づいて説明する。
「第３実施形態」
図８は、本第３実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子の構造を模式的に示す横断面図、図９は、図８に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面から見た構造を模式的に示した断面図である。
このスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ９は、フリー磁性層を中心にしてその上下に非磁性導電層、固定磁性層、および反強磁性層が積層されたデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子であり、前述の図１，図２，図６，図７に示す第１および第２実施形態と異なるところは、前記フリー磁性層、および固定磁性層が、非磁性中間層を介して２層に分断されて形成されている点である。
【００８２】
図８，図９に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ９において、最も下側に形成されている層は、図１５、図１６に示した下部ギャップ層１６３上に形成されたＴａ等からなる下地膜９１であり、この下地層９１の上に反強磁性層９２が積層されている。この反強磁性層９２の上には、第１の固定磁性層（下）９３、非磁性中間層９４（下）、第２の固定磁性層（下）９５、非磁性導電層９６、第２のフリー磁性層９７、非磁性中間層１００、第１のフリー磁性層１０１、非磁性導電層１０４、第２の固定磁性層（上）１０５、非磁性中間層（上）１０６、第１の固定磁性層（上）１０７、反強磁性層１０８、およびＴａ等からなる保護層１０９が積層されて、積層体Ｍ３が形成されている。
また、図８に示すように積層体Ｍ３の両側には、ハードバイアス層３２０，３２０と導電層３２１、３２１が形成されている。そして、前記ハードバイアス層３２０，３２０と前記導電層３２１，３２１との間には、中間層３２３が設けられ、前記ハードバイアス層３２０，３２０と前記積層体Ｍ３との間および前記ハードバイアス層３２０，３２０と反強磁性層９２との間には、バイアス下地層３２２，３２２が設けられている。
【００８３】
まず各層の材質について説明する。反強磁性層９２，１０８は、ＰｔＭｎ合金あるいはＸ−Ｍｎ合金、あるいは、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金（ただし前記組成式において、ＸはＰｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのなかから選択される１種を示し、Ｘ’はＰｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｎｉのなかから選択される１種または２種以上を示す）で形成されていることが好ましい。
第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７、および第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５は、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。また第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７と第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５間に形成されている非磁性中間層（下）９４，（上）１０６および第１のフリー磁性層１０１と第２のフリー磁性層９７間に形成されている非磁性中間層１００は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好ましい。さらに非磁性導電層９６，１０４はＣｕなどで形成されている。
【００８４】
図８，図９に示すように、第１のフリー磁性層１０１および第２のフリー磁性層９７は２層で形成されている。非磁性導電層９６，１０４に接する側に形成された第１のフリー磁性層１０１の層１０３および第２のフリー磁性層９７の層９８はＣｏ膜で形成されている。また、非磁性中間層１００を介して形成されている第１のフリー磁性層１０１の層１０２および第２のフリー磁性層９７の層９９は、例えば、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。
非磁性導電層９６，１０４側に接する層９８，１０３をＣｏ膜で形成することにより、△ＭＲを大きくでき、しかも非磁性導電層９６，１０４との拡散を防止することができる。
【００８５】
ところで、本発明では前述したように、反強磁性層９２，１０８としてＰｔＭｎ合金など、第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７との界面で交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生させるために熱処理を必要とする反強磁性材料を使用している。
しかし、フリー磁性層９７，１０１よりも下側に形成されている反強磁性層９２と第１の固定磁性層（下）９３との界面では、金属元素の拡散が発生しやすく熱拡散層が形成されやすくなっているために、前記第１の固定磁性層（下）９３として機能する磁気的な膜厚は実際の膜厚ｔＰ１ よりも薄くなっている。従ってフリー磁性層９７，１０１よりも上側の積層膜で発生する交換結合磁界と、下側の積層膜から発生する交換結合磁界をほぽ等しくするには、フリー磁性層９７，１０１よりも下側に形成されている（第１の固定磁性層（下）９３の膜厚ｔＰ１ ／第２の固定磁性層（下）９５の膜厚ｔＰ２ ）が、フリー磁性層９７，１０１よりも上側に形成されている（第１の固定磁性層（上）１０７の膜厚ｔＰ１ ／第２の固定磁性層（上）１０５の膜厚ｔＰ２ よりも大きい方が好ましい。フリー磁性層９７，１０１よりも上側の積層膜から発生する交換結合磁界と、下側の積層膜から発生する交換結合磁界とを等しくすることにより、前記交換結合磁界の製造プロセス劣化が少なく、磁気へッドの信頼性を向上させることができる。
【００８６】
ところで、図８，図９に示すデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ９においては、フリー磁性層９７，１０１の上下に形成されている第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の磁化を互いに反対方向に向けておく必要がある。これはフリー磁性層が第１のフリー磁性層１０１と第２のフリー磁性層９７の２層に分断されて形成されており、前記第１のフリー磁性層１０１の磁化と第２のフリー磁性層９７の磁化とが反平行になっているからである。
例えば図８，図９に示すように、第１のフリー磁性層１０１の磁化が図示Ｘ１方向と反対方向に磁化されているとすると、前記第１のフリー磁性層１０１との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、第２のフリー磁性層９７の磁化は、図示Ｘ１方向に磁化された状態となっている。前記第１のフリー磁性層１０１および第２のフリー磁性層９７の磁化は、フェリ状態を保ちながら、外部磁界の影響を受けて反転するようになっている。
【００８７】
図８，図９に示す磁気抵抗効果型薄膜磁気素子ＭＲ９にあっては、第１のフリー磁性層１０１の磁化および第２のフリー磁性層９７の磁化は共に△ＭＲに関与する層となっており、前記第１のフリー磁性層１０１および第２のフリー磁性層９７の変動磁化と、第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の固定磁化との関係で電気抵抗が変化する。いわゆるシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子に比べ大きい△ＭＲを期待できるデユアルスピンバルブ型薄膜磁気素子としての機能を発揮させるには、第１のフリー磁性層１０１と第２の固定磁性層（上）１０５との抵抗変化および、第２のフリー磁性層９７と第２の固定磁性層（下）９５との抵抗変化が、ともに同じ増減の変動となるように、前記第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の磁化方向を制御する必要性がある。すなわち、第１のフリー磁性層１０１と第２の固定磁性層（上）１０５との抵抗変化が最大になるとき、第２のフリー磁性層９７と第２の固定磁性層（下）９５との抵抗変化も最大になるようにし、第１のフリー磁性層１０１と第２の固定磁性層（上）１０５との抵抗変化が最小になるとき、第２のフリー磁性層９７と第２の固定磁性層（下）９５との抵抗変化も最小になるようにすればよいのである。
【００８８】
よって図８，図９に示すデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子では、第１のフリー磁性層１０１と第２のフリー磁性層９７の磁化が反平行に磁化されているため、第２の固定磁性層（上）１０５の磁化と第２の固定磁性層（下）９５の磁化を互いに反対方向に磁化する必要性があるのである。
以上のようにして、フリー磁性層の上下に形成された第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５を反対方向に磁化することで、従来のデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子と同程度の△ＭＲを得ることができる。
【００８９】
この第３実施形態においては、先に記載した第２実施形態と同様にして、前記ハードバイアス層３２０が、前記積層体Ｍ３の下側に位置する反強磁性層９２上に位置し、かつ、断面台形状の積層体Ｍ３の両側に位置して形成され、前記積層体Ｍ３の側面に乗り上げる傾斜部３２０ｂと、前記フリー磁性層９７，１０１とほぼ平行で、前記フリー磁性層９７，１０１の膜厚方向に前記フリー磁性層９７，１０１の合計膜厚よりも大きな膜厚とされ、前記フリー磁性層９７，１０１と同じ階層位置に配置された平坦部３２０ａとを有するものである。
なお、ここでの「前記フリー磁性層９７，１０１と同じ階層位置に配置され」とは、少なくともハードバイアス層３２０の平坦部３２０ａとフリー磁性層９７，１０１とが磁気的に主に接合されている状態を意味し、前記ハードバイアス層３２０の平坦部３２０ａと前記フリー磁性層９７，１０１との接合部分の厚さが前記フリー磁性層９７，１０１の合計膜厚よりも薄い状態も含まれる。
そして、前記ハードバイアス層３２０，３２０と前記フリー磁性層９７，１０１とは、主に平坦部３２０ａ，３２０ａにおいて磁気的に接合されている。
本実施形態において、前記ハードバイアス層３２０が、通常、３００Å程度の厚さとされ、ＣｏＰｔ合金からなることが望ましい。また、ＣｏＰｔ以外に、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ（コバルト−クロム−タンタル）合金で形成してもよい。
また、前記バイアス下地層３２２，３２２は、緩衝膜および配向膜であり、Ｃｒ（クロム）などで形成されることが好ましく、このＣｒからなるバイアス下地層３２２を設けることにより、前述の第１実施形態で説明した作用効果を得ることができる。
【００９０】
以上、図８，図９に示す第３実施形態におけるスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ９では、固定磁性層のみならず、フリー磁性層も、非磁性中間層を介して第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の２層に分断し、この２層のフリー磁性層の間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって前記２層のフリー磁性層の磁化を反平行状態（フェリ状態）にすることにより、前記第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の磁化を、外部磁界に対して感度良く反転できるようにしている。
また、この実施形態では、第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との膜厚比や、前記第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との間に介在する非磁性中間層の膜厚、あるいは第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との膜厚比や、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との間に介在する非磁性中間層の膜厚、および反強磁性層の膜厚などを適正な範囲内で形成することによって、交換結合磁界を大きくすることができ、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との磁化状態を固定磁化として、第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との磁化状態を変動磁化として、熱的にも安定したフェリ状態に保つことが可能となっている。
本発明では、さらにセンス電流の方向を調節することで、第１の固定磁性層の磁化と第２の固定磁性層の磁化との反平行状態（フェリ状態）を、より熱的にも安定した状態に保つことが可能となっている。
【００９１】
スピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ９では、前記ハードバイアス層３２０，３２０は、反強磁性層９２上に、かつ、断面台形状の積層体Ｍ３のトラック幅Ｔｗ方向両側に形成され、フリー磁性層９７，１０１とほぼ平行で、前記フリー磁性層９７，１０１の膜厚方向に前記フリー磁性層９７，１０１の合計膜厚よりも大きな膜厚とされ、前記フリー磁性層９７，１０１と同じ階層位置に配置された平坦部３２０ａ，３２０ａを有するものであるので、フリー磁性層９７，１０１の側面と前記ハードバイアス層３２０，３２０の平坦部３２０ａ，３２０ａとを充分磁気的に接合することができ、前記フリー磁性層９７，１０１に十分なバイアス磁界を与えることができる。このため、前記フリー磁性層９７，１０１の磁化方向を意図した方向に揃えやすく、バルクハウゼンノイズの発生を低減することができる。
【００９２】
また、ハードバイアス層３２０，３２０は、前記積層体Ｍ３の側面に乗り上げる傾斜部３２０ｂ，３２０ｂを有し、積層体Ｍ３の側面の下部から上部にかけて形成されているので、ハードバイアス層３２０，３２０と積層体Ｍ３の固定磁性層９３から反強磁性層１０８までの各層とにおける、バイアス下地層３２２を介した接触面積を大きくすることができ、スピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ９の直流抵抗（ＤＣＲ）を小さくすることが可能となる。このため、検出出力は大きくなり、読み取り精度が安定する。
【００９３】
また、前記ハードバイアス層３２０，３２０と前記積層体Ｍ３との間および前記ハードバイアス層３２０，３２０と反強磁性層９２との間に、結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造）であるＣｒからなるバイアス下地層３２２，３２２を設けることにより、前記ハードバイアス層３２０，３２０の保磁力および角型比が大きくなり、前記フリー磁性層９７，１０１の単磁区化に必要なバイアス磁界を増大させることができ、また、バルクハウゼンノイズの発生をより低減させることができる。
【００９４】
【実施例】
以下、本発明を実施例を示して詳しく説明する。
［実施例１］
図１に示す形状のスピンバルブ型薄膜磁気素子を製作し、バルクハウゼンノイズに関して測定した。
まず、バイアス下地層１２０、１２０の膜厚とバルクハウゼンノイズとの関係について実験を行った。以下に、実験時における図１に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子を構成する各層の材質と膜厚について説明する。
【００９５】
反強磁性層１４２，１４８は、ＰｔＭｎ（白金−マンガン）合金で形成し、膜厚をそれぞれ３００Åおよび３００Åとした。
固定磁性層１４３，１４７は、ＦｅＮｉ（鉄−ニッケル）合金で形成し、膜厚をそれぞれ４０Åおよび４０Åとした。
非磁性導電層１４４、１４６は、Ｃｕ（銅）て形成し、膜厚をそれぞれ２５Åおよび２５Åとした。
フリー磁性層１４５は、ＦｅＮｉ（鉄−ニッケル）合金で形成し、膜厚を８０Åとした。
ハードバイアス層３１１，３１１は、ＣｏＰｔ（コバルト−白金）合金で形成し、平坦部３１１ａ，３１１ａの膜厚を３００Åとした。
下地層１４９は、Ｔａ（タンタル）で形成し、膜厚を５０Åとした。
反強磁性層１４８の上に、Ｔａ（タンタル）からなる保護層を形成し、膜厚を５０Åとした。
なお、中間層３１４，３１４は、膜厚を５０Åとして、Ｔａ（タンタル）で形成し、導電層３１２，３１２は、Ｃｒ（クロム）で形成した。
また、反強磁性層１４２表面と積層体ａ１の側面との角度は、２０゜であった。
そして、バイアス下地層３１３，３１３をＣｒ（クロム）で形成し、膜厚を１０Å，１５Å，２０Å，３０Å，４０Å，５０Å，６０Å，７０Åとした８種類のスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドをそれぞれ２０個づつ製作し、２０個中いくつの薄膜磁気ヘッドに、顕著なバルクハウゼンノイズが発生したかについて調べた。
その結果を図１０および表１に示す。
【００９６】
【表１】
【００９７】
図１０および表１に示すように、バイアス下地層３１３の膜厚が厚くなるにつれてバルクハウゼンノイズ発生率は徐々に小さくなり、膜厚が約３５Åのとき、バルクハウゼンノイズ発生率は最も小さくなる。そして、膜厚が３５Å以上になると、徐々に前記バルクハウゼンノイズ発生率が大きくなっている。
この実験結果により、本発明では、バイアス下地層３１３の膜厚が１８〜５５Åであれば、バルクハウゼンノイズの発生率を２０％以下に抑制できることが確認できた。
さらに、バイアス下地層３１３の膜厚が、２０〜５０Åであれば、バルクハウゼンノイズの発生率を１０％以下に抑制でき、より好ましいことがあきらかとなった。
【００９８】
ここで、前記バイアス下地層３１３が１８Å未満であると、バルクハウゼンノイズ発生率が大きくなっているのは、バイアス下地層が薄くなりすぎると、前述した、Ｃｒからなるバイアス下地層上において、ＣｏＰｔからなるハードバイアス層を形成することにより、Ｃｒ上において、ＣｏＰｔがエピタキシー成長し易くすることができ、ｈｃｐ構造のｃ軸がＣｏＰｔとＣｒとの境界面内に優先配向され、ハードバイアス層に磁界を与えたときの保磁力Ｈｃは大きくすることができ、残留磁化（Ｂｒ）は増大し、残留磁化（Ｂｒ）／飽和磁束密度（Ｂｓ）で求められる角型比Ｓは大きな値になり、ハードバイアス層から発生するバイアス磁界を増大させることが可能となり、フリー磁性層を単磁区化しやすくなる、というバイアス下地層の効果がなくなり、ハードバイアス層における膜特性が劣化する。そのため、ハードバイス磁界が安定して印加されなくなり、バルクハウゼンノイズが発生するためであると考えられる。
また、バイアス下地層３１３が５５Åを越えると、バルクハウゼンノイズ発生率が大きくなるのは、ハードバイアス層３１１とフリー磁性層１４５との間に介在するバイアス下地層３１３の膜厚があまり厚くなり、ハードバイアス層３１１からのバイアス磁界が、フリー磁性層１４５にかかりにくくなり、前記フリー磁性層１４５の磁化が、Ｘ１方向に揃わなくなるためであると考えられる。
【００９９】
［実施例２］
次に、ハードバイアス層３１１の膜厚を変化させて、ハードバイアス層３１１とフリー磁性層１４５とのオーバーラップ量ｄ２とフリー磁性層１４５の膜厚ｄ３との比（ｄ２／ｄ３）と、バルクハウゼンノイズ量との関係について調べた。なお、ここでのオーバラップ量ｄ２とは、ハードバイアス層３１１の平坦部３１１ａと垂直方向位置に重なっているフリー磁性層１４５の厚さを意味し、図１に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３では、オーバーラップ量ｄ２とフリー磁性層１４５の膜厚ｄ３とが等しくなっている。
前記バイアス下地層３１３の膜厚を３０Åに固定し、ハードバイアス層３１１以外の層の材質及び膜厚は、上記と同様のものを使用した。
前記ハードバイアス層３１１の膜厚を、オーバーラップ量の比（ｄ２／ｄ３）が１００％，８０％，６０％，４０％，２０％となるようにし、それぞれのオーバーラップ量の比となるスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドを２０個づつ製作し、２０個中いくつの薄膜磁気ヘッドに、顕著なバルクハウゼンノイズが発生したかについて調べた。
その結果を図１１および表２に示す。
【０１００】
【表２】
【０１０１】
図１１および表２に示すように、オーバーラップ量の比（％）が大きくなるにつれて、バルクハウゼンノイズの発生率が減少していることがわかる。とくに、オーバーラップ量の比（％）が６０％以上であると、バルクハウゼンノイズの発生率を２０％以下に抑制することができる。さらに、オーバーラップ量の比（％）を８０％以上にすることにより、バルクハウゼンノイズの発生率を１０％以下に抑制することができ、より好ましいことがあきらかとなった。
前記オーバーラップ量の比（％）が小さくなるとバルクハウゼンノイズが発生しやすくなるのは、ハードバイアス層３１１からのバイアス磁界が、フリー磁性層１４５にかかりづらくなり、前記フリー磁性層１４５の磁化がＸ１方向に揃いにくくなるためである。
【０１０２】
［比較例１］
次に、図１３に示すように、上述の実施例１におけるバイアス下地層３１３のないものを作成し、ハードバイアス層３１１を反強磁性層１４２の上に直接成膜し、バルクハウゼンノイズ量との関係について調べた。
なお、ここでハードバイアス層３１１以外の層の材質及び膜厚は、上記と同様のものを使用した。
このスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドを製作し、その出力を実施例１の薄膜磁気ヘッドと比較した。
【０１０３】
その結果、図１３に示すようなバイアス下地層がなく、ハードバイアス層を反強磁性層の上に直接形成した構造では、バルクハウゼンノイズの発生率は１００％であった。
【０１０４】
以上の結果から、バイアス下地層がないと、ハードバイアス層３１１と反強磁性層１４２とが、交換結合を発生してしまい、ハードバイアス層３１１の磁化方向がＸ１からずれたＹ方向へと磁気方向が分散してしまい、フリー磁性層１４５をＸ１方向へ磁化することができなくなったものである。そのため、バルクハウゼンノイズが発生してしまう。さらに、バイアス下地層がないと、ハードバイアス層３１１の結晶配向および結晶構造を整えることができなくなり、保磁力、角型比が低下し、フリー磁性層１４５をＸ１方向へ磁化することが困難となる。このため、バルクハウゼンノイズを発生してしまう。
しかし、Ｃｒによるバイアス下地層の存在により、ハードバイアス層と反強磁性層の交換結合を排除し、ハードバイアス層の結晶構造を制御して硬磁気特性を向上でき、フリー磁性層をＸ１方向に充分に単磁区化して、バルクハウゼンノイズの発生を抑制するという効果を奏することがわかる。
【０１０５】
【発明の効果】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子およびそのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドによれば、ハードバイアス層が、フリー磁性層の下側に位置する反強磁性層上に位置し、かつ、該反強磁性層上に基板側から固定磁性層と、非磁性導電層と、前記フリー磁性層と、非磁性導電層と、固定磁性層と、反強磁性層とをこれらの順で具備してなる断面台形状の積層体の両側に位置して形成され、前記積層体の側面に乗り上げる傾斜部と、前記フリー磁性層とほぼ平行で、前記フリー磁性層の膜厚方向に前記フリー磁性層の膜厚よりも大きな膜厚とされ、前記フリー磁性層と同じ階層位置に配置された平坦部とを有するものであることにより、フリー磁性層の側面と前記ハードバイアス層の平坦部とを充分磁気的に接合することができ、前記フリー磁性層に必要なバイアス磁界を与えることができる。このため、前記フリー磁性層を単磁区化した状態で、かつ、磁化方向を意図した方向に揃えやすく、バルクハウゼンノイズの発生を低減することができるという効果を奏する。
さらに、少なくとも固定磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断されたスピンバルブ型薄膜磁気素子とした場合、２つに分断された固定磁性層のうち一方が他方の固定磁性層を適正な方向に固定する役割を担い、固定磁性層の状態を非常に安定した状態に保つことが可能となるという効果を奏する。
一方、少なくともフリー磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断されたスピンバルブ型薄膜磁気素子とした場合、２つに分断されたフリー磁性層どうしの間に交換結合磁界が発生し、フェリ磁性状態とされ、外部磁界に対してフェリ磁性状態を保ちながら磁気モーメントが変動し、小さい外部磁界でも感度よく反転でき、第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との磁化状態を変動磁化として、熱的にも安定したフェリ状態に保つことが可能となっているという効果を奏する。
これに加えて、前記フリー磁性層が非磁性中間層を介して第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の２層に分断され、分断された層どうしで磁化の向きが反平行のフェリ磁性状態とされるとともに、前記第２の固定磁性層（上）の磁化と前記第２の固定磁性層（下）の磁化を互いに反対方向に磁化し、かつ、第１の固定磁性層（下）と第２の固定磁性層（下）との磁化の向きが反平行のフェリ磁性状態とされ第１の固定磁性層（上）と第２の固定磁性層（上）との磁化の向きが反平行のフェリ磁性状態とされることで、フリー磁性層の上下で、第１の固定磁性層の磁気モーメントと第２の固定磁性層の磁気モーメントを足して求めることができる合成磁気モーメントの方向が、それぞれ、図８，図９に示す方向になっていることにより、シャントロスの量を非常に少なくすることが可能となっており、とくに、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との磁化状態を、より熱的安定性に優れたものにできるという効果を奏する。
さらに、前記バイアス下地層を形成するＣｒは、その結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造；ｂｏｄｙ ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ）で、かつ、（１００）配向となっている。また、前記ハードバイアス層を形成するＣｏ−Ｐｔ系合金の結晶構造は、面心立方構造（ｆｃｃ構造；ｆａｃｅ ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ）と稠密六方構造（ｈｃｐ構造；ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｃｌｏｓｅ ｐａｃｋｅｄ ）の混相となっているという効果を奏する。
ここで、Ｃｒの格子定数とＣｏ−Ｐｔ合金のｈｃｐ構造の格子定数とが、近い値となっているため、格子整合し易い状態にある。このため、前記Ｃｏ−Ｐｔ合金は、ｆｃｃ構造を形成しにくく、Ｃｒ上において、ＣｏＰｔがエピタキシー成長（ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｇｒｏｗｔｈ）し易くなり、ｈｃｐ構造で形成され易くなる。このとき、ｈｃｐ構造の磁化容易軸であるｃ軸が面内方向を向き、Ｃｏ−Ｐｔ合金とＣｒとの境界面内に優先配向されるという効果を奏する。
前記ｈｃｐ構造は、ｆｃｃ構造に比べてｃ軸方向に大きな磁気異方性を生じるため、ハードバイアス層に磁界を与えたときの保磁力Ｈｃは大きくなる。さらに、ｈｃｐ構造のｃ軸は、エピタキシャル成長により、Ｃｏ−Ｐｔ合金とＣｒとの境界面内で優先配向となっているため、残留磁化（Ｂｒ）は増大し、残留磁化（Ｂｒ）／飽和磁束密度（Ｂｓ）で求められる角型比Ｓは大きな値になる。その結果、ハードバイアス層から発生するバイアス磁界を増大させることが可能となり、フリー磁性層を単磁区化しやすくなるという効果を奏する。
さらに、前記ハードバイアス層と前記導電層との間に、Ｔａなどの非磁性材料からなる中間層３１４が設けられたことにより、後工程のインダクティブヘッド（書込ヘッド）の製造プロセスである絶縁レジストの硬化工程において、ＵＶキュア，ハードベーク等によって高温に曝される場合にも、Ｔａからなる中間層の存在により、Ｃｒからなる導電層とＣｏＰｔ合金からなるハードバイアス層との間における熱拡散を防止して、ハードバイアス層の膜特性の劣化を防止することができるという効果を奏する。
また、このようなフリー磁性層の磁区制御を良好に行うことができるスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドを提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関係するスピンバルブ型薄膜磁気素子およびそのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第１実施形態において、記録媒体との対向面から見たスピンバルブ型薄膜磁気素子を示す断面図である。
【図２】図１のスピンバルブ型薄膜磁気素子を示す横断面図である。
【図３】図１のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造工程を示す横断面図である。
【図４】図１のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造工程を示す横断面図である。
【図５】図１のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造工程を示す横断面図である。
【図６】本発明に関係するスピンバルブ型薄膜磁気素子およびそのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第２実施形態において、記録媒体との対向面から見たスピンバルブ型薄膜磁気素子を示す断面図である。
【図７】図６のスピンバルブ型薄膜磁気素子を示す横断面図である。
【図８】本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびそのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第３実施形態において、記録媒体との対向面から見たスピンバルブ型薄膜磁気素子を示す断面図である。
【図９】図８のスピンバルブ型薄膜磁気素子を示す横断面図である。
【図１０】実施例１における、バイアス下地層とバルクハウゼンノイズ発生率とを示すグラフである。
【図１１】実施例２における、オーバラップ量の比（ｄ２／ｄ３）とノイズ発生率とを示すグラフである。
【図１２】従来の薄膜磁気素子を示す断面図である。
【図１３】比較例における薄膜磁気素子を示す断面図である。
【図１４】従来の薄膜磁気ヘッドの一例を示す断面図である。
【図１５】図１４に示す薄膜磁気ヘッドの断面図である。
【図１６】図１４に示す薄膜磁気ヘッドの要部を断面とした斜視図である。
【符号の説明】
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３…積層体，ＭＲ３，ＭＲ６，ＭＲ９…スピンバルブ型薄膜磁気素子，２，８，３１，４４，９２，１０８，１４２，１４８…反強磁性層，３，７，１４３，１４７…固定磁性層，３２，４３，９３，１０７…第１の固定磁性層，４，６，３５，４０，９６，１０４，１４４，１４６…非磁性導電層，５，３６，９７，１０１，１４５…フリー磁性層，１３２，３１１，３１５，３２０…ハードバイアス層，１３２ａ，３１１ａ，３１５ａ，３２０ａ…平坦部，１３２ｂ，３１１ｂ，３１５ｂ，３２０ｂ…傾斜部，３３，４２，９４，１００，１０６…非磁性中間層，３４，４１，９５，１０５，１４７…第２の固定磁性層，１３３，３１２，３１６，３２１…導電層，１１４…センス電流
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定磁性層の固定磁化方向と外部磁界の影響を受けるフリー磁性層の磁化方向との関係で電気抵抗が変化するスピンバルブ型薄膜磁気素子およびそのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドに関し、特に、フリー磁性層に安定したバイアス磁界を与えることができ、バルクハウゼンノイズの発生を低減させたスピンバルブ型薄膜磁気素子およびそのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えたフリー磁性層の磁区制御を良好に行うことができる薄膜磁気ヘッドに用いて好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スピンバルブ型薄膜磁気素子は、巨大磁気低抗効果を示すＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子の一種であり、ハードディスクなどの記録媒体から記録磁界を検出するものである。
前記スピンバルブ型薄膜磁気素子は、ＧＭＲ素子の中で比較的構造が単純で、しかも、外部磁界に対して抵抗変化率が高く、弱い磁界で抵抗が変化するなどの優れた点を有している。
【０００３】
図１４は、従来の薄膜磁気ヘッドの一例を示すものである。
この例の薄膜磁気ヘッド１５０は、ハードディスク装置などに搭載される浮上式のものである。この薄膜磁気ヘッド１５０のスライダ１５１は、図１４において符号１５５で示す側が、ディスクの移動方向の上流側に向くリーディング側であり、符号１５６で示す側がトレーリング側である。このスライダ１５１の磁気ディスクに対向する面では、レール状のＡＢＳ面（エアーベアリング面：レール部の浮上面）１５１ａ，１５１ａ，１５１ｂと、エアーグルーブ１５１ｃ，１５１ｃとが形成されている。
そして、このスライダ１５１のトレーリング側の端面１５１ｄには、磁気コア部１５７が設けられている。
【０００４】
この例において示す薄膜磁気ヘッドの磁気コア部１５７は、図１５および図１６に示す構造の複合型磁気コア構造とされており、スライダ１５１のトレーリング側端面１５１ｄ上に、ＭＲヘッド（磁気抵抗効果型薄膜磁気素子を利用した読出ヘッド）ｈ１と、インダクティブヘッド（書込ヘッド）ｈ２とが積層されて構成されている。
【０００５】
この例のＭＲヘッドｈ１は、スライダ１５１のトレーリング側端部に形成された磁性合金からなる下部シールド層１６３上に、下部ギャップ層（下地層）１６４が設けられている。そして、下部ギャップ層１６４上には、磁気抵抗効果型薄膜磁気素子層１６５が積層されている。この磁気抵抗効果型薄膜磁気素子層１６５上には、上部ギャップ層１６６が形成され、その上に上部シールド層１６７が形成されている。この上部シールド層１６７は、その上に設けられるインダクティブヘッドｈ２の下部コア層と兼用にされている。
【０００６】
次に、インダクティブヘッドｈ２は、前記上部シールド層１６７と兼用にされた下部コア層の上に、ギャップ層１７４が形成され、その上に平面的に螺旋状となるようにパターン化されたコイル１７６が形成されている。このコイル１７６は、絶縁材料層１７７に囲まれている。絶縁材料層１７７の上に形成された上部コア層１７８は、その先端部１７８ａをＡＢＳ面１５１ｂにて下部コア層１６７に微小間隔を開けて対向し、その基端部１７８ｂを下部コア層１６７と磁気的に接続させて設けられている。
【０００７】
前述の構造のＭＲヘッドｈ１は、ハードディスクのディスクなどの磁気記録媒体からの微小の漏れ磁界の有無により、磁気抵抗効果型薄膜磁気素子層１６５の抵抗を変化させ、この抵抗変化を読み取ることで磁気記録媒体の記録内容を読み取るものである。
次に、前述の構造のインダクティブヘッドｈ２では、コイル１７６に記録電流が与えられ、コイル１７６からコア層に記録電流が与えられる。そして、前記インダクティブヘッドｈ２は、磁気ギャップＧの部分での下部コア層１６７と上部コア層１７８の先端部からの漏れ磁界により、ハードディスクなどの磁気記録媒体に磁気信号を記録するものである。
このような構造の薄膜磁気ヘッドのＭＲヘッドｈ１には、スピンバルブ型薄膜磁気素子が用いられる。
【０００８】
図１２は、従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子の一例を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
図１２に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子は、フリー磁性層の上下に、非磁性導電層、固定磁性層、反強磁性層が一層ずつ形成されたデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子である。
【０００９】
図１２において符号１は、基板上に設けられ、例えばＴａ（タンタル）などで形成された下地層を示している。この下地層１の上には、ＮｉＯ合金、ＦｅＭｎ合金、ＮｉＭｎ合金などからなる反強磁性層２が形成されている。さらに、前記反強磁性層２の上には、固定磁性層３が形成されている。
前記固定磁性層３は、前記反強磁性層２に接して形成されることにより、前記固定磁性層３と反強磁性層２との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、前記固定磁性層３の磁化は、例えば、図示Ｙ方向に固定される。
前記固定磁性層３の上には、Ｃｕなどで形成された非磁性導電層４が形成され、さらに前記非磁性導電層４の上には、フリー磁性層５が形成され、このフリー磁性層５の上には、非磁性導電層６と固定磁性層７と反強磁性層８とが形成されている。なお、符号９は、Ｔａなどで形成された保護層を、符号１３３は、Ｃｕなどで形成された導電層を示している。
【００１０】
図１２に示す下地層１から保護層９までの積層体Ｍの両側には、Ｍｏ，ＷＭｏ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｗ等からなるバイアス下地層３０１を介して、例えばＣｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金もしくはＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト−クロム−白金）合金で形成されたハードバイアス層１３２，１３２が形成されている。前記ハードバイアス層１３２，１３２は、膜厚が上方に向かうにつれて徐々に薄くなり前記積層体Ｍの両側の傾斜した側面に乗り上げる傾斜部１３２ｂと、膜厚が一定で他の層とほぼ平行に形成された平坦部１３２ａとからなっている。このハードバイアス層１３２の上にはＴａ等からなる中間層３０２を介して導電層１３３が設けられている。
このハードバイアス層１３２，１３２が、図示Ｘ１方向に磁化されていることで、前記フリー磁性層５の磁化が図示Ｘ１方向に揃えられている。これにより、前記フリー磁性層５の変動磁化と前記固定磁性層３，７の固定磁化とが交差する関係となっている。
【００１１】
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、ハードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、図示Ｘ１方向に揃えられた前記フリー磁性層５の磁化が変動すると、図示Ｙ方向に固定された固定磁性層３，７の磁化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により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００１２】
さらに、このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、固定磁性層３，７、非磁性導電層４，６、フリー磁性層５は、比較的薄い膜厚で形成されるが、反強磁性層２，８は、かなり厚い膜厚で形成される。例えば、固定磁性層３，７、非磁性導電層４，６、フリー磁性層５は、それぞれ８０Å以下の膜厚で形成されるが、反強磁性層２，８は、２００Å〜３００Å程度の膜厚で形成される。
このため、図１２に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子では、フリー磁性層５とハードバイアス層１３２の平坦部１３２ａとが異なる階層位置となり、前記ハードバイアス層１３２の平坦部１３２ａ、１３２ａの上面が、前記フリー磁性層５の下面よりも基板側（図１２では、下側）に位置した状態となっている。
したがって、前記フリー磁性層５は、ハードバイアス層１３２により積層体Ｍの両側から磁化される際に、主に前記ハードバイアス層１３２の傾斜部１３２ｂ，１３２ｂの磁気によって図示Ｘ１方向に磁化されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１２に示すようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、前記ハードバイアス層１３２の傾斜部１３２ｂ、１３２ｂは、膜厚が薄いため、フリー磁性層５に対して十分なバイアス磁界を与えることが困難である。このため、図１２に示すようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、前記フリー磁性層５の磁化の方向が安定しにくく、バルクハウゼンノイズが発生しやすいという不都合があった。
【００１４】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的の少なくとも一つを達成しようとするものである。
▲１▼ フリー磁性層に与えるバイアス磁界の向上を図ること。
▲２▼ フリー磁性層の磁化方向を意図した方向に揃えやすくすること。
▲３▼ バルクハウゼンノイズの発生低減を図ること。
▲４▼ このようにフリー磁性層の磁区制御を良好に行うことができるスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドを提供すること。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、反強磁性層と、この反強磁性層に接して形成されこの反強磁性層との交換結合磁界により一定方向に磁化方向が固定された固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成されたフリー磁性層と、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ揃えるためのハードバイアス層と、前記固定磁性層と前記非磁性導電層とフリー磁性層とに検出電流を与える導電層とを有し、前記フリー磁性層の厚さ方向両側に各々非磁性導電層と固定磁性導電層と反強磁性層が形成された構造とされ、
前記固定磁性層が非磁性中間層を介して第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の２層に分断され、分断された層どうしで磁化の向きが反平行のフェリ磁性状態とされ、
前記フリー磁性層が非磁性中間層を介して第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の２層に分断され、分断された層どうしで磁化の向きが反平行のフェリ磁性状態とされ、
第１の固定磁性層（下）、非磁性中問層（下）、第２の固定磁性層（下）、非磁性導電層、第２のフリー磁性層、非磁性中間層、第１のフリー磁性層、非磁性導電層、第２の固定磁性層（上）、非磁性中間層（上）、第１の固定磁性層（上）、反強磁性層をこれらの順で具備してなる断面台形状の積層体がそれよりも幅広の反強磁性層上に形成され、
前記第２の固定磁性層（上）の磁化と前記第２の固定磁性層（下）の磁化を互いに反対方向に磁化するとともに、
前記反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ合金，Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金（ただし前記組成式において、ＸはＰｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのなかから選択される１種、または２種以上の元素を示し、Ｘ’はＰｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｎｉのなかから選択される１種または２種以上を示す）のいずれかからなり、
前記ハードバイアス層が、前記積層体の両側に位置して形成され、かつ、前記積層体の側面に乗り上げる傾斜部と、前記フリー磁性層とほぼ平行で、前記フリー磁性層の膜厚方向に前記フリー磁性層の膜厚よりも大きな膜厚とされ、前記フリー磁性層と同じ階層位置に配置された平坦部とを有し、
前記ハードバイアス層と前記積層体との間および前記ハードバイアス層と前記反強磁性層との間に、バイアス下地層が設けられ、
前記バイアス下地層が、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，ＷＭｏの中から選択される１種以上からなる
ことにより上記課題を解決した。
本発明は、前記第１の固定磁性層および前記第２の固定磁性層が異なる磁気モーメントを有することができる。
本発明は、前記第１のフリー磁性層および前記第２のフリー磁性層が異なる磁気モーメントを有することが好ましい。
本発明は、前記非磁性中間層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されていることができる。
また、本発明においては、前記反強磁性層はＸ−Ｍｎ合金で形成され、元素Ｘの含有量がＸ＝３７〜６３原子％の範囲とされてなる手段か、前記反強磁性層はＸ−Ｍｎ合金で形成され、元素Ｘの含有量がＸ＝４７〜５３原子％の範囲とされてなる手段か、前記反強磁性層はＰｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金で形成され、Ｐｔの含有量は３７〜６３原子％の範囲とされてなる手段か、前記反強磁性層はＰｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金で形成され、元素Ｘ’の含有量はＸ’＝０．２〜１０原子％の範囲とされてなる手段を選択することができる。
本発明では、前記ハードバイアス層の平坦部と重なっている前記フリー磁性層のオーバーラップ量ｄ２とフリー磁性層の膜厚ｄ３とが等しくなっていることが好ましい。
さらに、本発明の前記バイアス下地層は、その結晶構造が体心立方構造となっていることがある。
本発明の前記バイアス下地層は、その結晶構造が（１００）配向となっていることが可能である。
本発明は、前記ハードバイアス層が、ＣｏＰｔ合金、もしくは、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ合金で形成されることが望ましい。
本発明の前記ハードバイアス層は、その結晶構造が面心立方構造と稠密六方構造との混成構造であることができる。
また、前記ハードバイアス層と前記導電層との間に、中間層が設けられた手段を裁量することができる。
本発明の前記中間層が、Ｔａからなることもある。
さらに、前記導電層は、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｕなどで形成されることが好ましい。
【００１６】
なお、ここでの「前記フリー磁性層と同じ階層位置に配置され」とは、少なくともハードバイアス層の平坦部とフリー磁性層とが磁気的に主に接合されている状態を意味し、前記ハードバイアス層の平坦部と前記フリー磁性層との接合部分の厚さが前記フリー磁性層の膜厚よりも薄い状態も含まれる。
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、ハードバイアス層の平坦部と前記フリー磁性層とが同じ階層位置に配置されているので、フリー磁性層の側面と前記ハードバイアス層の平坦部とが充分磁気的に接合することができ、前記フリー磁性層に必要なバイアス磁界を与えることができる。このため、前記フリー磁性層を単磁区化した状態で、かつ、磁化方向を意図した方向に揃えやすく、バルクハウゼンノイズの発生を低減することができる。
【００１７】
本発明において、前記ハードバイアス層がＣｏＰｔ合金もしくはＣｏＣｒＰｔ合金からなることが望ましい。
また、本発明において、前記ハードバイアス層の下側には、前記ハードバイアス層と前記積層体との間および前記ハードバイアス層と反強磁性層との間に、バイアス下地層が設けられたものとしてもよい。
さらに、前記バイアス下地層が、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，ＷＭｏの中から選択される１種または２種以上からなることができる。
このようなバイアス下地層を設けることにより、ハードバイアス層と、反強磁性層、フリー磁性層、および固定磁性層と界面において交換結合磁界が発生することを防止できる。
さらに、上記のようにＣｏＰｔ合金からなるハードバイアス層の下側に結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造；ｂｏｄｙ ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ）であるＣｒ等からなるバイアス下地層を設けることにより、面心立方構造（ｆｃｃ構造；ｆａｃｅ ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ）と稠密六方構造（ｈｃｐ構造；ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｃｌｏｓｅ ｐａｃｋｅｄ ）との混成構造であるＣｏ−Ｐｔ合金は、ｈｃｐ構造の磁化容易軸がＣｏ−Ｐｔ合金とＣｒとの境界面内にそろうため、前記ハードバイアス層の保磁力および角型比が大きくなり、前記フリー磁性層の単磁区化に必要なバイアス磁界を増大させることができる。
【００１８】
さらに、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、前記ハードバイアス層と前記導電層との間に、中間層が設けられたものとしてもよい。
ここで、前記中間層が、Ｔａからなるものとすることができる。
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることで、後工程のインダクティブヘッド（書込ヘッド）の製造プロセスでおこなう絶縁レジストの硬化工程（ＵＶキュアまたはハードベーク）で高温に曝される場合に、Ｃｒからなる導電層とＣｏＰｔ合金からなるハードバイアス層との間で拡散がおこり、ハードバイアス層の膜特性が劣化する場合があるが、Ｔａからなる中間層の存在により、Ｃｒからなる導電層とＣｏＰｔ合金からなるハードバイアス層との間における熱拡散を防ぎハードバイアス層の膜特性の劣化を防止することができる。
【００１９】
本発明において、前記反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ合金，Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金（ただし前記組成式において、ＸはＰｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのなかから選択される１種を示し、Ｘ’はＰｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｎｉのなかから選択される１種または２種以上を示す）のいずれかからなることが望ましい。
【００２０】
ＰｔＭｎ合金は、従来から反強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかも、ブロッキング温度が高く、反強磁性層と固定磁性層との交換結合磁界（交換異方性磁界）も大きいので、好ましい材料である。
また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子において、前記反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎの式で示される合金からなる場合、Ｘは３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。
さらにまた、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子において、前記反強磁性層が、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金からなる場合、Ｘ’＋Ｐｔは３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。
ＸまたはＸ’＋Ｐｔが好ましい範囲である上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることで、より一層良好な交換結合磁界を得ることができ、耐食性に優れたものが得られ、抵抗変化率をより向上させることができる。
【００２１】
また、本発明において、前記固定磁性層とフリー磁性層とが非磁性中間層を介して２つに分断され、分断された層どうしで磁化の向きが１８０゜異なるフェリ磁性状態とされてなる手段を採用することもできる。
このように、少なくとも固定磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断されたスピンバルブ型薄膜磁気素子とした場合、２つに分断された固定磁性層のうち一方が他方の固定磁性層を適正な方向に固定する役割を担い、固定磁性層の状態を非常に安定した状態に保つことが可能となる。
一方、少なくともフリー磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断されたスピンバルブ型薄膜磁気素子とした場合、２つに分断されたフリー磁性層どうしの間に交換結合磁界が発生し、フェリ磁性状態とされ、外部磁界に対してフェリ磁性状態を保ちながら磁気モーメントが変動し、小さい外部磁界でも感度よく反転できるものとなる。
さらに、第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との膜厚比や、前記第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との間に介在する非磁性中間層の膜厚、あるいは第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との膜厚比や、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との間に介在する非磁性中間層の膜厚、および反強磁性層の膜厚などを適正な範囲内で形成することによって、交換結合磁界を大きくすることができ、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との磁化状態を固定磁化として、第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との磁化状態を変動磁化として、熱的にも安定したフェリ状態に保つことが可能となっている。
【００２２】
ここで、「前記第１の固定磁性層および前記第２の固定磁性層が異なる磁気モーメントを有する」とは、「第１の固定磁性層（上）の磁気モーメントの方が、第２の固定磁性層（上）の磁気モーメントに比べて大きくなっており、第２の固定磁性層（下）の磁気モーメントの方が、第１の固定磁性層（下）の磁気モーメントに比べて大きくなっているか、または、第１の固定磁性層（下）の磁気モーメントを、第２の固定磁性層（下）の磁気モーメントよりも大きくし、かつ、第１の固定磁性層（上）の磁気モーメントを第２の固定磁性層（上）の磁気モーメントよりも小さくする」ことを意味する。
これに加えて、前記フリー磁性層が非磁性中間層を介して第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の２層に分断され、分断された層どうしで磁化の向きが反平行のフェリ磁性状態とされるとともに、前記第２の固定磁性層（上）の磁化と前記第２の固定磁性層（下）の磁化を互いに反対方向に磁化し、かつ、第１の固定磁性層（下）と第２の固定磁性層（下）との磁化の向きが反平行のフェリ磁性状態とされ第１の固定磁性層（上）と第２の固定磁性層（上）との磁化の向きが反平行のフェリ磁性状態とされることで、フリー磁性層の上下で、第１の固定磁性層の磁気モーメントと第２の固定磁性層の磁気モーメントを足して求めることができる合成磁気モーメントの方向が、それぞれ、図８，図９に示す方向になっていることが可能である。
これにより、シャントロスの量を非常に少なくすることが可能となっており、とくに、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との磁化状態を、より熱的安定性に優れたものにできる。
さらに、前記バイアス下地層を形成するＣｒは、その結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造；ｂｏｄｙ ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ）で、かつ、（１００）配向となっている。また、前記ハードバイアス層を形成するＣｏ−Ｐｔ系合金の結晶構造は、面心立方構造（ｆｃｃ構造；ｆａｃｅ ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ）と稠密六方構造（ｈｃｐ構造；ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｃｌｏｓｅ ｐａｃｋｅｄ ）の混相となっている。
ここで、Ｃｒの格子定数とＣｏ−Ｐｔ合金のｈｃｐ構造の格子定数とが、近い値となっているため、格子整合し易い状態にある。このため、前記Ｃｏ−Ｐｔ合金は、ｆｃｃ構造を形成しにくく、Ｃｒ上において、ＣｏＰｔがエピタキシー成長（ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｇｒｏｗｔｈ）し易くなり、ｈｃｐ構造で形成され易くなる。このとき、ｈｃｐ構造の磁化容易軸であるｃ軸が面内方向を向き、Ｃｏ−Ｐｔ合金とＣｒとの境界面内に優先配向される。
前記ｈｃｐ構造は、ｆｃｃ構造に比べてｃ軸方向に大きな磁気異方性を生じるため、ハードバイアス層に磁界を与えたときの保磁力Ｈｃは大きくなる。さらに、ｈｃｐ構造のｃ軸は、エピタキシャル成長により、Ｃｏ−Ｐｔ合金とＣｒとの境界面内で優先配向となっているため、残留磁化（Ｂｒ）は増大し、残留磁化（Ｂｒ）／飽和磁束密度（Ｂｓ）で求められる角型比Ｓは大きな値になる。その結果、ハードバイアス層から発生するバイアス磁界を増大させることが可能となり、フリー磁性層を単磁区化しやすくなる。
なお、結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造）であり、かつ、（１００）配向となるバイアス下地層としては、Ｃｒ以外にＴｉ（チタン），Ｗ（タングステン），Ｍｏ（モリブデン）またはＷ５０Ｍｏ５０、（５０，５０は原子％）の、いずれか１種または２種以上で形成してもよい。
さらに、前記ハードバイアス層と前記導電層との間に、Ｔａなどの非磁性材料からなる中間層３１４が設けられたことにより、後工程のインダクティブヘッド（書込ヘッド）の製造プロセスである絶縁レジストの硬化工程において、ＵＶキュア，ハードベーク等によって高温に曝される場合にも、Ｔａからなる中間層の存在により、Ｃｒからなる導電層とＣｏＰｔ合金からなるハードバイアス層との間における熱拡散を防止して、ハードバイアス層の膜特性の劣化を防止することができ、導電層は、例えば、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｕなどで形成されることが好ましい。
【００２３】
さらに、本発明においては、上述のような記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドを提供することができる。
このような薄膜磁気へッドとすることで、フリー磁性層の磁区制御を良好に行うことができる薄膜磁気へッドとすることができ、前記課題を解決することができる。
【００２４】
前記非磁性導電層が、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好ましく、例えばＣｕが選択されることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に関係するスピンバルブ型薄膜磁気素子およびそのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第１実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明に関係する第１実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示す断面図、図２は、図１のスピンバルブ型薄膜磁気素子を示す横断面図である。なお、この第１実施形態の薄膜磁気ヘッドにおいて、全体の概略構造は、図１４〜図１６に基づいて先に説明した構造の薄膜磁気ヘッド１５０と略同等であるが、ＭＲヘッドｈ１に設けられているスピンバルブ型薄膜磁気素子が異なっている。よって、図１および図２に示す第１実施形態の構造においては、スピンバルブ型薄膜磁気素子の部分について主に説明し、その他のスライダ部分とインダクティブヘッド（書込ヘッド）部分の構造については説明を省略する。
【００２６】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３は、フリー磁性層の上下に非磁性導電層、固定磁性層、反強磁性層が各々１層ずつ形成されたいわゆるデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子の一種とされる。
このスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３では、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は、図示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。
【００２７】
前記薄膜磁気ヘッドは、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。また、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は、図１および図２のＺ方向であり、磁気記録媒体からの漏れ磁界の方向は図１および図２のＹ方向である。なお、薄膜磁気ヘッドのスライダ部分の構成と、インダクティブヘッドの構成は図１４〜図１６に示す構成以外にも種々のものがあるので、図１４〜図１６の構成は一例であり、その他の種々の構成のスライダとインダクティブヘッドとを採用しても良いのは勿論である。
【００２８】
この形態においてＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣ（商品名：アルチック）等のセラミックあるいは、Ｓｉなどからなる硬質材料製の基板の上には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの絶縁体からなる保護層が形成され、保護層上に下部シールド層が形成され、この下部シールド層の上に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの絶縁体からなる下部ギャップ層が形成され、この下部ギャップ層の上には、スピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３が形成されている。
このスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３は、反強磁性層１４２，１４８と、この反強磁性層１４２，１４８に接して形成されこの反強磁性層１４２，１４８との交換結合磁界により一定方向に磁化方向が固定された固定磁性層１４３，１４７と、前記固定磁性層１４３，１４７に非磁性導電層１４４，１４６を介して形成されたフリー磁性層１４５と、前記フリー磁性層１４５の磁化方向を前記固定磁性層１４３，１４７の磁化方向と交差する方向へ揃えるためのハードバイアス層３１１，３１１と、前記固定磁性層１４３，１４７と前記非磁性導電層１４４，１４６とフリー磁性層１４５とに検出電流を与える導電層３１２，３１２とを基板上に有し、前記フリー磁性層１４５の厚さ方向両側（図示上下方向両側）に各々非磁性導電層１４４，１４６と固定磁性層１４３，１４７と反強磁性層１４２，１４８が形成されたデュアル型構造とされる。
【００２９】
スピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３には、図１の下からＴａ等からなる下地膜１４９と反強磁性層１４２が積層されて、この反強磁性層１４２の上に固定磁性層１４３と非磁性導電層１４４とフリー磁性層１４５と非磁性導電層１４６と固定磁性層１４７と反強磁性層１４８とＴａ等からなる保護層１４１とが積層され断面台形状の積層体Ｍ１が形成される。そして、この積層体Ｍ１の左右両側の傾斜部分、および、積層体Ｍ１左右両側の反強磁性層１４２の上に各々ハードバイアス層３１１，３１１と導電層３１２，３１２とが積層されて構成されており、ハードバイアス層３１１，３１１が図１のＸ１方向に磁化されることによりフリー磁性層１４５の磁化が図１の矢印に示すようにＸ１方向に揃えられており、これらの上には上部ギャップ層１６６が設けられる。
この積層体Ｍ１では、フリー磁性層１４５により磁気記録媒体からの磁界を検出するが、図１に示す導電層３１２，３１２間の最小距離がトラック幅Ｔｗに対応する幅とされ、図１に示すように、記録媒体との対向面側から見た断面形状が台形状とされている。
【００３０】
ここで、固定磁性層１４３は、反強磁性層１４２に接して形成され、また、固定磁性層１４７は、反強磁性層１４８に接して形成され、磁場中アニール（熱処理）を施すことにより、前記固定磁性層１４３と反強磁性層１４２との界面および、前記固定磁性層１４７と反強磁性層１４８との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生され、例えば図１に示すように、前記固定磁性層１４３，１４７の磁化が図示Ｙ方向に固定されている。
【００３１】
また、本発明において前記反強磁性層１４２，１４８は、ＰｔＭｎ合金で形成されていることが好ましい。ＰｔＭｎ合金は従来から反強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高く、反強磁性層１４２の上に形成される固定磁性層１４３、および、反強磁性層１４８の下に形成される固定磁性層１４７との交換結合磁界（交換異方性磁界）も大きい。また本発明では、前記ＰｔＭｎ合金に代えて、Ｘ−Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのいずれか１種、または２種以上の元素である）合金、あるいは、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’（ただしＸ’は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｎｉのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で形成されていてもよい。反強磁性層１４２，１４８はその交換結合磁界により隣接する固定磁性層１４３，１４７の磁化の向きをピン止めして図１のＹ方向に向ける作用を奏する。
【００３２】
また、前記２元素系のＸ−Ｍｎ合金において、元素Ｘの含有量はＸ＝３７〜６３原子％（３７原子％以上、６３原子％以下；以下特に規定しない限り、〜で示す数値上の上限と下限は、以下、以上、を意味する。）の範囲が好ましく、Ｘ＝４４〜５７原子％の範囲がより好ましい。さらに、前記３元素系のＰｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金において、Ｐｔの含有量は３７〜６３原子％（３７原子％以上、６３原子％以下）が好ましく、元素Ｘ’の含有量はＸ’＝０．２〜１０原子％の範囲が好ましい。また、３元素系のＰｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金において、Ｐｔ＋Ｍｎの含有量は４４〜５７原子％が好ましい。
これらの適正な組成範囲の合金を用いてこれをアニール処理することで大きな交換結合性磁界を発生する反強磁性層２を得ることができ、特にＰｔ−Ｍｎ合金であれば、８００（Ｏｅ）を越える交換結合磁界を有し、交換結合磁界を失うブロッキング温度が３８０℃の極めて高い優れた反強磁性層１４２，１４８を得ることができる。
【００３３】
前記積層構造において、一例として下地膜１４９はＴａなどの非磁性体からなり、前記固定磁性層１４３，１４７は、強磁性体の薄膜からなり、例えば、Ｃｏ膜，ＮｉＦｅ合金膜，ＣｏＮｉＦｅ合金膜，ＣｏＦｅ合金膜などからなり、４０Å程度の厚さとされることが好ましい。また、非磁性導電層１４４，１４６は、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇなどに代表される非磁性導電膜からなり、２０〜４０Å程度の厚さとされることが好ましい。保護層１４１はＴａなどの非磁性膜からなる。
前記フリー磁性層１４５は、通常、８０Å程度の厚さとされ、ＮｉＦｅ合金膜等、前記固定磁性層１４２，１４７と同様の材質などで形成されることが好ましい。
非磁性導電層１４４を固定磁性層１４３とフリー磁性層１４５とで挟むとともに、非磁性導電層１４６を固定磁性層１４７とフリー磁性層１４５とで挟む構造の巨大磁気抵抗効果発生機構では、固定磁性層１４３，１４７とフリー磁性層１４５とを同種の材質で構成する方が、異種の材質で構成するよりも、伝導電子のスピン依存散乱以外の因子が生じる可能性が低く、より高い磁気抵抗効果を得ることが可能である。
【００３４】
前記ハードバイアス層３１１は、前述したように、基板側から固定磁性層１４３と非磁性導電層１４４と前記フリー磁性層１４５と非磁性導電層１４６と固定磁性層１４７と反強磁性層１４８とをこれらの順で具備してなる断面台形状の積層体Ｍ１よりも幅広の反強磁性層１４２上に、この積層体Ｍ１の両側に位置して形成され、かつ、該前記積層体Ｍ１の側面に乗り上げる傾斜部３１１ｂと、前記フリー磁性層１４５とほぼ平行で、前記フリー磁性層１４５の膜厚方向に前記フリー磁性層１４５の膜厚よりも大きな膜厚とされ、前記フリー磁性層１４５と同じ階層位置に配置された平坦部３１１ａとを有するものである
なお、ここでの「前記フリー磁性層１４５と同じ階層位置に配置され」とは、少なくともハードバイアス層３１１の平坦部３１１ａとフリー磁性層１４５とが磁気的に主に接合されている状態を意味し、前記ハードバイアス層３１１の平坦部３１１ａと前記フリー磁性層１４５との接合部分の厚さが前記フリー磁性層１４５の膜厚よりも薄い状態も含まれる。
そして、前記ハードバイアス層３１１，３１１と前記フリー磁性層１４５とは、主に平坦部３１１ａ，３１１ａにおいて磁気的に接合されている。
本実施形態において、前記ハードバイアス層３１１が、通常、３００Å程度の厚さとされ、ＣｏＰｔ合金からなることが望ましい。また、ＣｏＰｔ以外に、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト−クロム−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ（コバルト−クロム−タンタル）合金で形成してもよい。
【００３５】
また、本実施形態において、前記ハードバイアス３１１層の下側には、前記ハードバイアス層３１１と前記積層体Ｍ１との間および前記ハードバイアス層３１１と反強磁性層１４２との間に、バイアス下地層３１３が設けられたものとしてもよい。
前記バイアス下地層３１３，３１３は、緩衝膜および配向膜であり、Ｃｒ（クロム）などで形成されることが好ましい。
また、前記バイアス下地層３１３，３１３の膜厚は、１８〜５５Åの範囲とすることが好ましい。より好ましくは、２０〜５０Åの範囲である。２０〜５０Åの範囲内で前記バイアス下地層３１３，３１３を形成すると、パルクハウゼンノイズの発生率が１０％以下と著しく低下する。前記バイアス下地層３１３，３１３の膜厚が５５Åよりも大きいと、フリー磁性層１４５の側面とハードバイアス層３１１との間に介在する前記バイアス下地層３１３の影響により、ハードバイアス層３１１，３１１からフリー磁性層１４５に与えられるバイアス磁界が低下してしまうため、バルクハウゼンノイズの発生率が２０％以上となり、好ましくない。逆に、バイアス下地層３１３の膜厚が１８Åよりも小さい場合も、バルクハウゼンノイズの発生率が２０％以上となるため、好ましくない。
【００３６】
ここで、前記バイアス下地層３１３，３１３の役割について説明する。
前記バイアス下地層３１３，３１３を形成するＣｒは、その結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造；ｂｏｄｙ ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ）で、かつ、（１００）配向となっている。また、前記ハードバイアス層３１１，３１１を形成するＣｏ−Ｐｔ系合金の結晶構造は、面心立方構造（ｆｃｃ構造；ｆａｃｅ ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ）と稠密六方構造（ｈｃｐ構造；ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｃｌｏｓｅ ｐａｃｋｅｄ ）の混相となっている。
ここで、Ｃｒの格子定数とＣｏ−Ｐｔ合金のｈｃｐ構造の格子定数とが、近い値となっているため、格子整合し易い状態にある。このため、前記Ｃｏ−Ｐｔ合金は、ｆｃｃ構造を形成しにくく、Ｃｒ上において、ＣｏＰｔがエピタキシー成長（ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｇｒｏｗｔｈ）し易くなり、ｈｃｐ構造で形成され易くなる。このとき、ｈｃｐ構造の磁化容易軸であるｃ軸が面内方向を向き、Ｃｏ−Ｐｔ合金とＣｒとの境界面内に優先配向される。
前記ｈｃｐ構造は、ｆｃｃ構造に比べてｃ軸方向に大きな磁気異方性を生じるため、ハードバイアス層３１１，３１１に磁界を与えたときの保磁力Ｈｃは大きくなる。さらに、ｈｃｐ構造のｃ軸は、エピタキシャル成長により、Ｃｏ−Ｐｔ合金とＣｒとの境界面内で優先配向となっているため、残留磁化（Ｂｒ）は増大し、残留磁化（Ｂｒ）／飽和磁束密度（Ｂｓ）で求められる角型比Ｓは大きな値になる。その結果、ハードバイアス層３１１，３１１から発生するバイアス磁界を増大させることが可能となり、フリー磁性層１４５を単磁区化しやすくなる。なお、結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造）であり、かつ、（１００）配向となるバイアス下地層３１３としては、Ｃｒ以外にＴｉ（チタン），Ｗ（タングステン），Ｍｏ（モリブデン）またはＷ５０Ｍｏ５０、（５０，５０は原子％）の、いずれか１種または２種以上で形成してもよい。
【００３７】
さらに、本実施形態においては、前記ハードバイアス層３１１と前記導電層３１２との間に、Ｔａなどの非磁性材料からなる中間層３１４が設けられたものとしてもよい。
このことにより、後工程のインダクティブヘッド（書込ヘッド）の製造プロセスである絶縁レジストの硬化工程において、ＵＶキュア，ハードベーク等によって高温に曝される場合にも、Ｔａからなる中間層３１４の存在により、Ｃｒからなる導電層３１２とＣｏＰｔ合金からなるハードバイアス層３１１との間における熱拡散を防止して、ハードバイアス層の膜特性の劣化を防止することができる。
また、導電層３１２，３１２は、例えば、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｕなどで形成されることが好ましい。
【００３８】
図１および図２に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３においては、前記ハードバイアス層３１１，３１１が、図示Ｘ１方向に磁化されていることで、前記フリー磁性層１４５の磁化が、図示Ｘ１方向に揃えられている。これにより、前記フリー磁性層１４５の変動磁化と前記固定磁性層１４３，１４７の固定磁化とが交差する関係となっている。
また、バイアス下地層３１３により、ハードバイアス層３１１，３１１と反強磁性層１４２、および、ハードバイアス層３１１，３１１と反強磁性層１４８が接触することが防止され、このハードバイアス層３１１，３１１と反強磁性層１４２との界面、および、ハードバイアス層３１１，３１１と反強磁性層１４８との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生されることを防止することができる。
【００３９】
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３では、図１，図２に示すように、前記導電層３１２，３１２からフリー磁性層１４５、非磁性導電層１４４，１４６、固定磁性層１４３，１４７にセンス電流１１４が与えられる。記録媒体から図１および図２に示す図示Ｙ方向に磁界が与えられると、フリー磁性層１４５の磁化は、図示Ｘ１方向からＹ方向に変動する。このときの非磁性導電層１４４とフリー磁性層１４５との界面、および非磁性導電層１４４と固定磁性層１４３との界面で、スピンに依存した伝導電子の散乱が起こるとともに、非磁性導電層１４６とフリー磁性層１４５との界面、および非磁性導電層１４６と固定磁性層１４７との界面で、スピンに依存した伝導電子の散乱が起こることにより、電気抵抗が変化し、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００４０】
この際、固定磁性層１４３の磁化の向きは反強磁性層１４２による異方性磁界により固定されており、また、固定磁性層１４７の磁化の向きは反強磁性層１４８による異方性磁界により固定されているが、フリー磁性層１４５の磁化の向きは回転できるので、磁気記録媒体からの漏れ磁界が作用した状態になることでフリー磁性層１４５の磁化の向きが回転する結果、磁気抵抗変化が起きる。
本実施形態においては、このように、フリー磁性層１４５に図１のＸ１方向に一軸異方性が付与されていてフリー磁性層１４５が単磁区化されていることにより、フリー磁性層１４５の磁化の回転が円滑になされるために、バルクハウゼンノイズの生じないスムーズな抵抗変化が得られ易くなり、ハードバイアス層３１１，３１１によってフリー磁性層１４５にバイアスを付加する場合にバイアス印加を円滑に行い得る結果としてフリー磁性層１４５の磁化の回転が円滑に為されるようにできる。
【００４１】
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３を製造するには、図３に示すように、まず、基板上に、下地膜１４９、反強磁性層１４２、固定磁性層１４３、非磁性導電層１４４、フリー磁性層１４５、非磁性導電層１４６、固定磁性層１４７、反強磁性層１４８、保護層１４８Ａを順次成膜し、前記保護層１２８Ａ上にリフトオフレジストを形成する。
ついで、図４に示すように、前記リフトオフレジストに覆われていない部分をイオンミリングにより除去し、積層体Ｍ１を形成する。このとき、イオンミリングを反強磁性層１４２の上面に達した状態で終了する。
続いて、図５に示すように、反強磁性層１４２上から前記積層体Ｍ１トラック幅Ｔｗ方向両側にわたって連続してＣｒからなるバイアス下地層３１３，３１３を形成し、このバイアス下地層３１３，３１３上にハードバイアス層３１１，３１１、中間層３１４，３１４、導電層３１２，３１２を順次成膜したのち、前記リフトオフレジストを除去することによって、図１に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３の構造を得ることができる。
ここで、Ｃｒからなるバイアス下地層３１３，３１３上において、ＣｏＰｔからなるハードバイアス層３１１，３１１を形成することにより、Ｃｒ上において、ＣｏＰｔがエピタキシー成長し易くすることができる。その結果、ｈｃｐ構造のｃ軸がＣｏＰｔとＣｒとの境界面内に優先配向され、ハードバイアス層３１１，３１１に磁界を与えたときの保磁力Ｈｃは大きくすることができる。さらに、残留磁化（Ｂｒ）は増大し、残留磁化（Ｂｒ）／飽和磁束密度（Ｂｓ）で求められる角型比Ｓは大きな値になり、ハードバイアス層３１１，３１１から発生するバイアス磁界を増大させることが可能となり、フリー磁性層１４５を単磁区化しやすくなる。
【００４２】
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３を備えた薄膜磁気ヘッドでは、前記ハードバイアス層３１１，３１１は、反強磁性層１４２上に、かつ、固定磁性層１４３、非磁性導電層１４４、フリー磁性層１４５、非磁性導電層１４６、固定磁性層１４７、反強磁性層１４８の順で積層されてなる断面台形状の積層体Ｍ１のトラック幅Ｔｗ方向両側に形成され、前記フリー磁性層１４５とほぼ平行で、前記フリー磁性層１４５の膜厚方向に前記フリー磁性層１４５の膜厚よりも大きな膜厚とされ、前記フリー磁性層１４５と同じ階層位置に配置された平坦部３１１ａ，３１１ａを有するものであるので、フリー磁性層１４５の側面と前記ハードバイアス層３１１，３１１の平坦部３１１ａ，３１１ａとを充分磁気的に接合することができ、前記フリー磁性層１２５に十分なバイアス磁界を与えることができる。このため、前記フリー磁性層１２５の磁化方向を意図した方向に揃えやすく、バルクハウゼンノイズの発生を低減することができ。
【００４３】
また、ハードバイアス層３１１，３１１は、前記積層体Ｍ１の側面に乗り上げる傾斜部３１１ｂ，３１１ｂを有し、積層体Ｍ１の側面の下部から上部にかけて形成されているので、ハードバイアス層３１１，３１１と固定磁性層１４３から反強磁性層１４８までの前記６層とにおけるバイアス下地層３１３を介した接触面積を大きくすることができ、スピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３の直流抵抗（ＤＣＲ）を小さくすることが可能となる。このため、検出出力は大きくなり、読み取り精度が安定する。
【００４４】
したがって、このスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３は、フリー磁性層５の側面がハードバイアス層１３２の平坦部１３２ａ，１３２ａと主に磁気的に接合されていない図１２に示す従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子と比較して、優れたものとなる。
【００４５】
また、反強磁性層１４２，１４８に、Ｘ−Ｍｎの式で示される合金またはＸ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金を用いたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることで、反強磁性層に従来使用されていたＮｉＯ合金、ＦｅＭｎ合金、ＮｉＭｎ合金などを用いたものと比較して、交換結合磁界が大きく、またブロッキング温度が高く、さらに耐食性に優れているなどの優れた特性を有するスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができる。
【００４６】
また、前記ハードバイアス層３１１，３１１と前記積層体Ｍ１との間、および、前記ハードバイアス層３１１，３１１と反強磁性層１４２との間に、結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造）であるＣｒ等からなるバイアス下地層３１３，３１３を設けることにより、前記ハードバイアス層３１１，３１１の保磁力および角型比が大きくなり、前記フリー磁性層１４５の単磁区化に必要なバイアス磁界を増大させることができる。
さらに、前記バイアス下地層３１３，３１３の膜厚を、１８〜５５Åの範囲とすることで、バルクハウゼンノイズの発生をより低減させることができる。また、前記バイアス下地層１２０、１２０の膜厚を、２０〜５０Åの範囲とすれば、より一層、バルクハウゼンノイズの発生をより低減させることができる。
【００４７】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３においては、上述したように、非磁性導電層１４４の厚さ方向上下に、固定磁性層１２３とフリー磁性層１２５をそれぞれ単層構造として設けたが、これらを複層構造としてもよい。
巨大磁気抵抗変化を示すメカニズムは、非磁性導電層１４４と固定磁性層１４３とフリー磁性層１４５との界面、および、非磁性導電層１４６と固定磁性層１４７とフリー磁性層１４５との界面で生じる伝導電子のスピン依存散乱によるものである。Ｃｕなどからなる前記非磁性導電層１４４，１４６に対し、スピン依存散乱が大きな組み合わせとして、Ｃｏ層が例示できる。このため、固定磁性層１４３、１４７をＣｏ以外の材料で形成した場合、固定磁性層１４３，１４７の非磁性導電層１４４、１４６側の部分を図１の２点鎖線で示すように薄いＣｏ層で形成することが好ましい。また、フリー磁性層１５５をＣｏ以外の材料で形成した場合も固定磁性層１４３，１４７の場合と同様に、フリー磁性層１４５の非磁性導電層１４４，１４６側の部分を図１の２点鎖線で示すように薄いＣｏ層で形成することが好ましい。
【００４８】
以下、本発明に関係するスピンバルブ型薄膜磁気素子およびそのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第２実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第２実施形態］
図６は、本発明に関係する第２実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示す断面図、図７は、図６のスピンバルブ型薄膜磁気素子を示す横断面図である。なお、この第２実施形態の薄膜磁気ヘッドにおいて、全体の概略構造は、図１４〜図１６に基づいて先に説明した構造の薄膜磁気ヘッド１５０と略同等であるが、ＭＲヘッドｈ１に設けられているスピンバルブ型薄膜磁気素子が異なっている。よって、図６および図７に示す第２実施形態の構造においては、スピンバルブ型薄膜磁気素子の部分について主に説明し、その他のスライダ部分とインダクティブヘッド（書込ヘッド）部分の構造については説明を省略する。
【００４９】
この第２実施形態の構造において、図１，図２に示す第１実施形態と異なるのは、スピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ６の構造であり、この実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ６は、フリー磁性層を中心としてその上下に非磁性導電層、固定磁性層、および反強磁性層が１層ずつ形成された、いわゆるデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子であって、フリー磁性層／非磁性導電層／固定磁性層のこの３層の組合わせが上下に２組存在する。
【００５０】
図６，図７に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ６は、基板側の下地層の上に、下から下地膜３０と反強磁性層３１とが積層されており、この反強磁性層３１上に、第１の固定磁性層（下）３２、非磁性中問層（下）３３、第２の固定磁性層（下）３４、非磁性導電層３５、フリー磁性層３６（符号３７，３９はＣｏ膜）、符号３８はＮｉＦｅ合金膜）、非磁性導電層４０、第２の固定磁性層（上）４１、非磁性中間層（上）４２、第１の固定磁性層（上）４３、反強磁性層４４、および、保護層４５の順で積層されて積層体Ｍ２が形成されている。
この積層体Ｍ２では、フリー磁性層３６の部分の幅がトラック幅Ｔｗに対応する幅とされ、図６に示すように、記録媒体との対向面側から見た断面形状が台形状とされている。
また、図６に示すように第１の固定磁性層（下）３２から反強磁性層４４までの積層体Ｍ２の両側には、ハードバイアス層３１５，３１５と導電層３１６，３１６が形成されている。そして、前記ハードバイアス層３１５，３１５と前記導電層３１６，３１６との間には、中間層３１８が設けられ、前記ハードバイアス層３１５，３１５と前記積層体Ｍ２との間および前記ハードバイアス層３１５，３１５と反強磁性層３１との間には、バイアス下地層３１７，３１７が設けられ、該積層体Ｍ２および導電層３１６，３１６の上には上部ギャップ層１６６が設けられている。
【００５１】
図６，図７に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層３１，４４は、第１実施形態のおいて述べたＰｔＭｎ合金あるいはＸ−Ｍｎ合金で形成されていることが好ましいがその好ましい組成範囲は若干異なる。
反強磁性層３１，４４を構成する２元素系のＸ−Ｍｎ合金において、元素Ｘの含有量はＸ＝３７〜６３原子％（３７原子％以上、６３原子％以下）の範囲が好ましいが、Ｘ＝４７〜５７原子％の範囲がより好ましい。さらに、前記３元素系のＰｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金において、Ｐｔの含有量は３７〜６３原子％が好ましく、元素Ｘ’の含有量はＸ’＝０．２〜１０原子％の範囲が好ましい。また、３元素系のＰｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金において、Ｐｔ＋Ｍｎの含有量は４７〜５７原子％が好ましい。
【００５２】
前記ハードバイアス層３１５が、前記積層体Ｍ２より幅広の反強磁性層３１上に位置し、かつ、この断面台形状の積層体Ｍ２の両側に位置して形成され、前記積層体Ｍ２の側面に乗り上げる傾斜部３１５ｂと、前記フリー磁性層３６とほぼ平行で、前記フリー磁性層３６の膜厚方向に前記フリー磁性層３６の膜厚よりも大きな膜厚とされ、前記フリー磁性層３６と同じ階層位置に配置された平坦部３１５ａとを有するものである
なお、ここでの「前記フリー磁性層３６と同じ階層位置に配置され」とは、少なくともハードバイアス層３１５の平坦部３１５ａとフリー磁性層３６とが磁気的に主に接合されている状態を意味し、前記ハードバイアス層３１５の平坦部３１５ａと前記フリー磁性層３６との接合部分の厚さが前記フリー磁性層３６の膜厚よりも薄い状態も含まれる。
そして、前記ハードバイアス層３１５，３１５と前記フリー磁性層３６とは、主に平坦部３１５ａ，３１５ａにおいて磁気的に接合されている。
本実施形態において、前記ハードバイアス層３１５が、通常、３００Å程度の厚さとされ、ＣｏＰｔ合金からなることが望ましい。また、ＣｏＰｔ以外に、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ（コバルト−クロム−タンタル）合金で形成してもよい。
【００５３】
また、本実施形態において、前記ハードバイアス３１５層の下側には、前記ハードバイアス層３１５と前記積層体Ｍ２との間および前記ハードバイアス層３１５と反強磁性層３１との間に、バイアス下地層３１７が設けられたものとしてもよい。
前記バイアス下地層３１７，３１７は、緩衝膜および配向膜であり、Ｃｒ（クロム）などで形成されることが好ましい。
このＣｒからなるバイアス下地層３１７を設けることにより、前述の第１実施形態で説明した作用効果を得ることができる。
また、前記バイアス下地層３１７，３１７の膜厚は、１８Å〜５５Åの範囲とすることが好ましい。より好ましくは、２０Å〜５０Åの範囲である。２０〜５０Åの範囲内で前記バイアス下地層３１７，３１７を形成すると、パルクハウゼンノイズの発生率が１０％以下と著しく低下する。前記バイアス下地層３１７，３１７の膜厚が５５Åよりも大きいと、フリー磁性層３６の側面とハードバイアス層３１５との間に介在する前記バイアス下地層３１７の影響により、ハードバイアス層３１５，３１５からフリー磁性層３６に与えられるバイアス磁界が低下してしまうため、バルクハウゼンノイズの発生率が２０％以上となり、好ましくない。逆に、バイアス下地層３１７の膜厚が１８Åよりも小さい場合も、バルクハウゼンノイズの発生率が２０％以上となるため、好ましくない。
【００５４】
ところで、図７に示す第１の固定磁性層（下）３２及び第２の固定磁性層（下）３４に示されている矢印は、それぞれの磁気モーメントの大きさ及びその方向を表しており、前記磁気モーメントの大きさは、飽和磁化（Ｍｓ）と膜厚（ｔ）とをかけた値で選定される。
【００５５】
図７に示す第１の固定磁性層（下）３２と第２の固定磁性層（下）３４とは同じ材質、例えばＣｏ膜で形成され、しかも第２の固定磁性層（下）３４の膜厚ｔＰ２ が、第１の固定磁性層（下）３２の膜厚ｔＰ１ よりも大きく形成されているために、第２の固定磁性層（下）３４の方が第１の固定磁性層（下）３２に比べ磁気モーメントが大きくなっている。
なお、本実施形態では、第１の固定磁性層（下）３２および第２の固定磁性層（下）３４が異なる磁気モーメントを有することを必要としており、従って、第１の固定磁性層（下）３２の膜厚ｔＰ１ が第２の固定磁性層（下）３４の膜厚ｔＰ２ より厚く形成されていてもよい。
図７に示すように第２の固定磁性層（下）３４は、図示Ｙ方向、すなわち記録媒体から離れる方向（ハイト方向）に磁化されており、非磁性中間層１３を介して対向する第１の固定磁性層（下）３２の磁化は前記第１の固定磁性層１２の磁化方向と反平行に磁化されている。
【００５６】
第１の固定磁性層（下）３２は、反強磁性層３１に接して形成され、磁場中アニール（熱処理）を施すことにより、前記第１の固定磁性層（下）３２と反強磁性層３１との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、例えば図７に示すように、前記第１の固定磁性層（下）３２の磁化が、図示Ｙ方向に固定される。前記第１の固定磁性層（下）３２の磁化が、図示Ｙ方向と反対方向に固定されると、非磁性中間層３３を介して対向する第２の固定磁性層（下）３４の磁化は、第１の固定磁性層（下）３２の磁化と反平行の状態で固定される。
【００５７】
交換結合磁界が大きいほど、第１の固定磁性層（下）３２の磁化と第２の固定磁性層（下）３４の磁化を安定して反平行状態に保つことが可能であり、特に本実施形態では反強磁性層３１としてブロッキング温度が高く、しかも第１の固定磁性層（下）３２との界面で大きい交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生させるＰｔＭｎ合金を使用することで、前記第１の固定磁性層（下）３２および第２の固定磁性層（下）３４の磁化状態を熱的にも安定して保つことができる。
【００５８】
以上のように本実施形態では、第１の固定磁性層（下）３２と第２の固定磁性層（下）３４との膜厚比を適正な範囲内に収めることによって、交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくでき、第１の固定磁性層（下）３２と第２の固定磁性層（下）３４との磁化を、熱的にも安定した反平行状態（フェリ状態）に保つことができ、しかも△ＭＲ（抵抗変化率）を従来と同程度に確保することが可能である。
さらに熱処理中の磁場の大きさおよびその方向を適正に制御することによって、第１の固定磁性層（下）３２および第２の固定磁性層（下）３４の磁化方向を、得たい方向に制御することが可能になる。
【００５９】
また、図６，図７に示す第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３と第２の固定磁性層、（下）３４，（上）４１との間に介在する非磁性中間層３３，４２は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好ましい。
【００６０】
図６，図７に示すように、第２の固定磁性層（下）３４の上には、Ｃｕなどで形成された非磁性導電層３５が形成され、さらに前記非磁性導電層３５の上にフリー磁性層３６が形成されている。ここで、フリー磁性層３６は、３層で形成されており、前記非磁性導電層３５，４０に接する側に形成された符号３７，３９の層はＣｏ膜で形成されている。また中央の層３８は、ＮｉＦｅ合金や、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。なお非磁性導電層３５，４０に接する側にＣｏ膜の層３７，３９を形成する理由は、Ｃｕで形成された前記非磁性導電層３５との界面での金属元素等の拡散を防止でき、また、△ＭＲ（抵抗変化率）を大きくできるからである。
また、前記ハードバイアス層３１５のバイアス磁界の影響を受けて、このフリー磁性層３６の磁化は、図示Ｘ１方向に磁化された状態となっている。
【００６１】
また、図６，図７に示すように、フリー磁性層３６の上側には、非磁性導電層４０、第２の固定磁性層（上）４１、非磁性中間層（上）４２、第１の固定磁性層（上）４３、反強磁性層４４が積層され、これら第１の固定磁性層（上）４３と第２の固定磁性層（上）４１との間に介在する非磁性中間層４２、および、反強磁性層４４にあっては、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化が共に同じ方向に向くようにする必要性があり、そのために、本発明では、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁気モーメントＭｓ・ｔＰ１ と、第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁気モーメントＭｓ・ｔＰ２ との調整、および熱処理中に印加する磁場の方向およびその大きさを適正に調節することで、デュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子として満足に機能させることができる。
【００６２】
ここで、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化を共に同じ方向に向けておくのは、前記第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化と反平行になる第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化を共に同じ方向に向けておくためであり、その理由について以下に説明する。
【００６３】
図６，図７におけるスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ６では、前記導電層３１６からフリー磁性層３６、非磁性導電層３５，４０、および第２の固定磁性層３４，４１にセンス電流が与えられる。記録媒体から図６，図７に示す図示Ｙ方向に磁界が与えられると、フリー磁性層３６の磁化は図示Ｘ１方向からＹ方向に変動し、このときの非磁性導電層３５，４０とフリー磁性層３６との界面、および非磁性導電層３５，４０と第２の固定磁性層３４，４１との界面でスピンに依存した伝導電子の散乱が起こることにより、電気抵抗が変化し、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００６４】
ところで前記センス電流は、実際には、第１の固定磁性層３２，４３と非磁性中間層３３，４２の界面などにも流れる。前記第１の固定磁性層３２，４３は△ＭＲに直接関与せず、前記第１の固定磁性層３２，４３は、△ＭＲに関与する第２の固定磁性層３４，４１を適正な方向に固定するための、いわば補助的な役割を担った層となっている。このためセンス電流が、第１の固定磁性層３２，４３および非磁性中間層３３，４２に流れることは、シャントロス（電流ロス）になるが、本実施形態では、このシャントロスの量を非常に少なくすることが可能となっている。
【００６５】
このように、スピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ６の△ＭＲは、固定磁性層の固定磁化とフリー磁性層の変動磁化との関係によって得られるものであるが、本発明のように固定磁性層が第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の２層に分断された場合にあっては、前記△ＭＲに直接関与する固定磁性層の層は第２の固定磁性層であり、第１の固定磁性層は、前記第２の固定磁性層の磁化を、一定方向に固定しておくためのいわば補助的な役割を担っている。
【００６６】
仮に図６，図７に示す第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化が互いに反対方向に固定されているとすると、例えば第２の固定磁性層（上）４１の固定磁化と、フリー磁性層３６の変動磁化との関係では抵抗が大きくなっても、第２の固定磁性層（下）３４の固定磁化と、フリー磁性層３６の変動磁化との関係では抵抗が非常に小さくなってしまう。
【００６７】
この問題は、本発明のように、固定磁性層を非磁性中間層を介して２層に分断したデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子に限ったことではなく、他のデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子であっても同じことであり、シングルスピンバルブ型薄膜磁気素子に比ベ△ＭＲを大きくでき、大きな出力を得ることができるデュアルスピンパルブ型薄膜磁気素子の特性を発揮させるには、フリー磁性層の上下に形成される固定磁性層を共に同じ方向に固定しておく必要がある。
【００６８】
ところで本実施形態では、図６，図７に示すように、フリー磁性層３６よりも下側に形成された固定磁性層は、第２の固定磁性層（下）３４のＭｓ・ｔＰ２ の方が、第１の固定磁性層（下）３２のＭｓ・ｔＰ１ に比べて大きくなっており、Ｍｓ・ｔＰ２ の大きい第２の固定磁性層（下）３４の磁化が図示Ｙ方向に固定されている。ここで、第２の固定磁性層（下）３４のＭｓ・ｔＰ２ と、第１の固定磁性層（下）３２のＭｓ・ｔＰ１ とを足し合わせた、いわゆる合成磁気モーメントは、Ｍｓ・ｔＰ２ の大きい第２の固定磁性層（下）３４の磁気モーメントに支配され、図示Ｙ方向に向けられている。
【００６９】
一方、フリー磁性層３６よりも上側に形成された固定磁性層は、第１の固定磁性層（上）４３のＭｓ・ｔＰ１ の方が、第２の固定磁性層（上）４１のＭｓ・ｔＰ２ に比べて大きくなっており、Ｍｓ・ｔＰ１ の大きい第１の固定磁性層（上）４３の磁化が図示Ｙ方向と反対方向に固定されている。第１の固定磁性層（上）４３のＭｓ・ｔＰ１ と、第２の固定磁性層（上）４１のＭｓ・ｔＰ２ とを足した、いわゆる合成磁気モーメントは、第１の固定磁性層（上）４３のＭｓ・ｔＰ１ に支配され、図示Ｙ方向と反対方向に向けられている。
【００７０】
すなわち、図６，図７に示すデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子では、フリー磁性層３６の上下で、第１の固定磁性層のＭｓ・ｔＰ１ と第２の固定磁性層のＭｓ・ｔＰ２ を足して求めることができる合成磁気モーメントの方向が反対方向になっているのである。このためフリー磁性層３６よりも下側で形成される図示Ｙ方向に向けられた合成磁気モーメントと、前記フリー磁性層３６よりも上側で形成される図示Ｙ方向と反対方向に向けられた合成磁気モーメントとが、図示左周りの磁界を形成している。
従って、前記合成磁気モーメントによって形成される磁界により、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化とがさらに安定したフェリ状態を保つことが可能である。
【００７１】
更に、図７に示すセンス電流１１４は、主に比抵抗の小さい非磁性導電層３５，４０を中心にして流れ、センス電流１１４を流すことにより右ネジの法則によってセンス電流磁界が形成されることになるが、センス電流１１４を図７の方向に流すことにより、フリー磁性層３６の下側に形成された第１の固定磁性層（下）３２／非磁性中間層（下）３３／第２の固定磁性層（下）３４の場所にセンス電流が作るセンス電流磁界の方向を、前記第１の固定磁性層（下）３２／非磁性中間層（下）３３／第２の固定磁性層（下）３４の合成磁気モーメントの方向と一致させることができ、さらに、フリー磁性層３６よりも上側に形成された第１の固定磁性層（上）４３／非磁性中間層（上）４２／第２の固定磁性層（上）４１の場所にセンス電流が作るセンス電流磁界を、前記第１の固定磁性層（上）４３／非磁性中間層（上）４２／第２の固定磁性層（上）４１の合成磁気モーメントの方向と一致させることができる。
【００７２】
センス電流磁界の方向と合成磁気モーメントの方向を一致させることのメリットは、簡単に言えば、前記固定磁性層の熱的安定性を高めることができることと、大きなセンス電流を流せることができるので、再生出力を向上できるという、非常に大きいメリットがある。
センス電流磁界と合成磁気モーメントの方向に関するこれらの関係は、フリー磁性層３６の上下に形成される固定磁性層の合成磁気モーメントが図示左周りの磁界を形成しているからである。
【００７３】
通常、ハードディスク装置内の素子温度はセンス電流の増大によるジュール熱によって約２００℃程度まで上昇し、さらに、記録媒体の回転数の増大などによって、環境温度がさらに上昇する傾向にある。このように素子温度が上昇すると、交換結合磁界は低下するが、本実施形態によれば、合成磁気モーメントで形成される磁界と、センス電流磁界により、熱的にも安定して第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化とをフェリ状態に保つことができる。
【００７４】
また本発明では、フリー磁性層３６よりも下側に形成された第１の固定磁性層（下）３２のＭｓ・ｔＰ１ を、第２の固定磁性層（下）３４のＭｓ・ｔＰ２ よりも大きくし、かつ、前記フリー磁性層３６よりも上側に形成された第１の固定磁性層（上）４３のＭｓ・ｔＰ１ を第２の固定磁性層（上）４１のＭｓ・ｔＰ２ よりも小さくしてもよい。この場合においても、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化を得たい方向、すなわち図示Ｙ方向あるいは図示Ｙ方向と反対方向に５ｋ（Ｏｅ）以上の磁界を印加することによって、フリー磁性層３６の上下に形成された第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１を同じ方向に向けて固定でき、しかも図示右回りのあるいは左回りの合成磁気モーメントによる磁界を形成できる。
【００７５】
以上、図６，図７に示したスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ４によれば、固定磁性層を、非磁性中間層を介して第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との２層に分断し、この２層の固定磁性層問に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって前記２層の固定磁性層の磁化を反平行状態（フェリ状態）にすることにより、熱的に安定した固定磁性層の磁化状態を保つことができる。
特に本実施形態では、反強磁性層としてプロッキング温度が非常に高く、また第１の固定磁性層との界面で大きい交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生するＰｔＭｎ合金を使用することにより、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との磁化状態を、より熱的安定性に優れたものにできる。
【００７６】
さらに、本実施形態では、反強磁性層としてＰｔＭｎ合金など第１の固定磁性層との界面で交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生させるために熱処理を必要とする反強磁性材料を使用した場合に、第１の固定磁性層のＭｓ・ｔＰ１ と第２の固定磁性層のＭｓ・ｔＰ２ とを異なる値で形成し、さらに熱処理中の印加磁場の大きさおよびその方向を適正に調節することによって、前記第１の固定磁性層（および第２の固定磁性層）の磁化を、得たい方向に磁化させることが可能である。
【００７７】
特に図６，図７に示すデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子にあっては、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３のＭｓ・ｔＰ１ と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１のＭｓ・ｔＰ２ を適正に調節し、さらに熱処理中の印加磁場の大きさおよびその方向を適正に調節することによって、△ＭＲに関与するフリー磁性層３６の上下に形成された２つの第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化を共に同じ方向に固定でき、かつフリー磁性層３６の上下に形成される合成磁気モーメントを互いに反対方向に形成できることによって、前記合成磁気モーメントによる磁界の形成、および、前記合成磁気モーメントによる磁界とセンス電流磁界との方向を一致させることができ、固定磁性層の磁化の熱的安定性をさらに向上させることが可能である。
【００７８】
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ６では、前記ハードバイアス層３１５，３１５が、反強磁性層３１上に位置し、かつ、断面台形状の積層体Ｍ２のトラック幅Ｔｗ方向両側に形成され、フリー磁性層３６とほぼ平行で、前記フリー磁性層３６の膜厚方向に前記フリー磁性層３６の膜厚よりも大きな膜厚とされ、前記フリー磁性層３６と同じ階層位置に配置された平坦部３１５ａ，３１５ａを有するものであるので、フリー磁性層３６の側面と前記ハードバイアス層３１５，３１５の平坦部３１５ａ，３１５ａとを充分磁気的に接合することができ、前記フリー磁性層３６に十分なバイアス磁界を与えることができる。このため、前記フリー磁性層３６の磁化方向を意図した方向に揃えやすく、バルクハウゼンノイズの発生を低減することができる。
【００７９】
また、ハードバイアス層３１５，３１５は、前記積層体Ｍ２の側面に乗り上げる傾斜部３１５ｂ，３１５ｂを有し、積層体Ｍ２の側面の下部から上部にかけて形成されているので、ハードバイアス層３１５，３１５と積層体Ｍ２の固定磁性層３２から反強磁性層４４までの各層とにおける、バイアス下地層３１７を介したそれぞれの接触面積を大きくすることができ、スピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ６の直流抵抗（ＤＣＲ）を小さくすることが可能となる。このため、検出出力が大きくなり、読み取り精度が安定する。
【００８０】
また、前記ハードバイアス層３１５，３１５と前記積層体Ｍ２との間および前記ハードバイアス層３１５，３１５と反強磁性層３１との間に、結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造）であるＣｒ等からなるバイアス下地層３１７，３１７を設けることにより、前記ハードバイアス層３１５，３１５の保磁力および角型比が大きくなり、前記フリー磁性層３６の単磁区化に必要なバイアス磁界を増大させることができ、また、バルクハウゼンノイズの発生をより低減させることができる。
【００８１】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびそのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第３実施形態を、図面に基づいて説明する。
「第３実施形態」
図８は、本第３実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子の構造を模式的に示す横断面図、図９は、図８に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面から見た構造を模式的に示した断面図である。
このスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ９は、フリー磁性層を中心にしてその上下に非磁性導電層、固定磁性層、および反強磁性層が積層されたデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子であり、前述の図１，図２，図６，図７に示す第１および第２実施形態と異なるところは、前記フリー磁性層、および固定磁性層が、非磁性中間層を介して２層に分断されて形成されている点である。
【００８２】
図８，図９に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ９において、最も下側に形成されている層は、図１５、図１６に示した下部ギャップ層１６３上に形成されたＴａ等からなる下地膜９１であり、この下地層９１の上に反強磁性層９２が積層されている。この反強磁性層９２の上には、第１の固定磁性層（下）９３、非磁性中間層９４（下）、第２の固定磁性層（下）９５、非磁性導電層９６、第２のフリー磁性層９７、非磁性中間層１００、第１のフリー磁性層１０１、非磁性導電層１０４、第２の固定磁性層（上）１０５、非磁性中間層（上）１０６、第１の固定磁性層（上）１０７、反強磁性層１０８、およびＴａ等からなる保護層１０９が積層されて、積層体Ｍ３が形成されている。
また、図８に示すように積層体Ｍ３の両側には、ハードバイアス層３２０，３２０と導電層３２１、３２１が形成されている。そして、前記ハードバイアス層３２０，３２０と前記導電層３２１，３２１との間には、中間層３２３が設けられ、前記ハードバイアス層３２０，３２０と前記積層体Ｍ３との間および前記ハードバイアス層３２０，３２０と反強磁性層９２との間には、バイアス下地層３２２，３２２が設けられている。
【００８３】
まず各層の材質について説明する。反強磁性層９２，１０８は、ＰｔＭｎ合金あるいはＸ−Ｍｎ合金、あるいは、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金（ただし前記組成式において、ＸはＰｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのなかから選択される１種を示し、Ｘ’はＰｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｎｉのなかから選択される１種または２種以上を示す）で形成されていることが好ましい。
第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７、および第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５は、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。また第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７と第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５間に形成されている非磁性中間層（下）９４，（上）１０６および第１のフリー磁性層１０１と第２のフリー磁性層９７間に形成されている非磁性中間層１００は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好ましい。さらに非磁性導電層９６，１０４はＣｕなどで形成されている。
【００８４】
図８，図９に示すように、第１のフリー磁性層１０１および第２のフリー磁性層９７は２層で形成されている。非磁性導電層９６，１０４に接する側に形成された第１のフリー磁性層１０１の層１０３および第２のフリー磁性層９７の層９８はＣｏ膜で形成されている。また、非磁性中間層１００を介して形成されている第１のフリー磁性層１０１の層１０２および第２のフリー磁性層９７の層９９は、例えば、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。
非磁性導電層９６，１０４側に接する層９８，１０３をＣｏ膜で形成することにより、△ＭＲを大きくでき、しかも非磁性導電層９６，１０４との拡散を防止することができる。
【００８５】
ところで、本発明では前述したように、反強磁性層９２，１０８としてＰｔＭｎ合金など、第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７との界面で交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生させるために熱処理を必要とする反強磁性材料を使用している。
しかし、フリー磁性層９７，１０１よりも下側に形成されている反強磁性層９２と第１の固定磁性層（下）９３との界面では、金属元素の拡散が発生しやすく熱拡散層が形成されやすくなっているために、前記第１の固定磁性層（下）９３として機能する磁気的な膜厚は実際の膜厚ｔＰ１ よりも薄くなっている。従ってフリー磁性層９７，１０１よりも上側の積層膜で発生する交換結合磁界と、下側の積層膜から発生する交換結合磁界をほぽ等しくするには、フリー磁性層９７，１０１よりも下側に形成されている（第１の固定磁性層（下）９３の膜厚ｔＰ１ ／第２の固定磁性層（下）９５の膜厚ｔＰ２ ）が、フリー磁性層９７，１０１よりも上側に形成されている（第１の固定磁性層（上）１０７の膜厚ｔＰ１ ／第２の固定磁性層（上）１０５の膜厚ｔＰ２ よりも大きい方が好ましい。フリー磁性層９７，１０１よりも上側の積層膜から発生する交換結合磁界と、下側の積層膜から発生する交換結合磁界とを等しくすることにより、前記交換結合磁界の製造プロセス劣化が少なく、磁気へッドの信頼性を向上させることができる。
【００８６】
ところで、図８，図９に示すデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ９においては、フリー磁性層９７，１０１の上下に形成されている第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の磁化を互いに反対方向に向けておく必要がある。これはフリー磁性層が第１のフリー磁性層１０１と第２のフリー磁性層９７の２層に分断されて形成されており、前記第１のフリー磁性層１０１の磁化と第２のフリー磁性層９７の磁化とが反平行になっているからである。
例えば図８，図９に示すように、第１のフリー磁性層１０１の磁化が図示Ｘ１方向と反対方向に磁化されているとすると、前記第１のフリー磁性層１０１との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、第２のフリー磁性層９７の磁化は、図示Ｘ１方向に磁化された状態となっている。前記第１のフリー磁性層１０１および第２のフリー磁性層９７の磁化は、フェリ状態を保ちながら、外部磁界の影響を受けて反転するようになっている。
【００８７】
図８，図９に示す磁気抵抗効果型薄膜磁気素子ＭＲ９にあっては、第１のフリー磁性層１０１の磁化および第２のフリー磁性層９７の磁化は共に△ＭＲに関与する層となっており、前記第１のフリー磁性層１０１および第２のフリー磁性層９７の変動磁化と、第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の固定磁化との関係で電気抵抗が変化する。いわゆるシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子に比べ大きい△ＭＲを期待できるデユアルスピンバルブ型薄膜磁気素子としての機能を発揮させるには、第１のフリー磁性層１０１と第２の固定磁性層（上）１０５との抵抗変化および、第２のフリー磁性層９７と第２の固定磁性層（下）９５との抵抗変化が、ともに同じ増減の変動となるように、前記第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の磁化方向を制御する必要性がある。すなわち、第１のフリー磁性層１０１と第２の固定磁性層（上）１０５との抵抗変化が最大になるとき、第２のフリー磁性層９７と第２の固定磁性層（下）９５との抵抗変化も最大になるようにし、第１のフリー磁性層１０１と第２の固定磁性層（上）１０５との抵抗変化が最小になるとき、第２のフリー磁性層９７と第２の固定磁性層（下）９５との抵抗変化も最小になるようにすればよいのである。
【００８８】
よって図８，図９に示すデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子では、第１のフリー磁性層１０１と第２のフリー磁性層９７の磁化が反平行に磁化されているため、第２の固定磁性層（上）１０５の磁化と第２の固定磁性層（下）９５の磁化を互いに反対方向に磁化する必要性があるのである。
以上のようにして、フリー磁性層の上下に形成された第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５を反対方向に磁化することで、従来のデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子と同程度の△ＭＲを得ることができる。
【００８９】
この第３実施形態においては、先に記載した第２実施形態と同様にして、前記ハードバイアス層３２０が、前記積層体Ｍ３の下側に位置する反強磁性層９２上に位置し、かつ、断面台形状の積層体Ｍ３の両側に位置して形成され、前記積層体Ｍ３の側面に乗り上げる傾斜部３２０ｂと、前記フリー磁性層９７，１０１とほぼ平行で、前記フリー磁性層９７，１０１の膜厚方向に前記フリー磁性層９７，１０１の合計膜厚よりも大きな膜厚とされ、前記フリー磁性層９７，１０１と同じ階層位置に配置された平坦部３２０ａとを有するものである。
なお、ここでの「前記フリー磁性層９７，１０１と同じ階層位置に配置され」とは、少なくともハードバイアス層３２０の平坦部３２０ａとフリー磁性層９７，１０１とが磁気的に主に接合されている状態を意味し、前記ハードバイアス層３２０の平坦部３２０ａと前記フリー磁性層９７，１０１との接合部分の厚さが前記フリー磁性層９７，１０１の合計膜厚よりも薄い状態も含まれる。
そして、前記ハードバイアス層３２０，３２０と前記フリー磁性層９７，１０１とは、主に平坦部３２０ａ，３２０ａにおいて磁気的に接合されている。
本実施形態において、前記ハードバイアス層３２０が、通常、３００Å程度の厚さとされ、ＣｏＰｔ合金からなることが望ましい。また、ＣｏＰｔ以外に、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ（コバルト−クロム−タンタル）合金で形成してもよい。
また、前記バイアス下地層３２２，３２２は、緩衝膜および配向膜であり、Ｃｒ（クロム）などで形成されることが好ましく、このＣｒからなるバイアス下地層３２２を設けることにより、前述の第１実施形態で説明した作用効果を得ることができる。
【００９０】
以上、図８，図９に示す第３実施形態におけるスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ９では、固定磁性層のみならず、フリー磁性層も、非磁性中間層を介して第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の２層に分断し、この２層のフリー磁性層の間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって前記２層のフリー磁性層の磁化を反平行状態（フェリ状態）にすることにより、前記第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の磁化を、外部磁界に対して感度良く反転できるようにしている。
また、この実施形態では、第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との膜厚比や、前記第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との間に介在する非磁性中間層の膜厚、あるいは第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との膜厚比や、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との間に介在する非磁性中間層の膜厚、および反強磁性層の膜厚などを適正な範囲内で形成することによって、交換結合磁界を大きくすることができ、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との磁化状態を固定磁化として、第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との磁化状態を変動磁化として、熱的にも安定したフェリ状態に保つことが可能となっている。
本発明では、さらにセンス電流の方向を調節することで、第１の固定磁性層の磁化と第２の固定磁性層の磁化との反平行状態（フェリ状態）を、より熱的にも安定した状態に保つことが可能となっている。
【００９１】
スピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ９では、前記ハードバイアス層３２０，３２０は、反強磁性層９２上に、かつ、断面台形状の積層体Ｍ３のトラック幅Ｔｗ方向両側に形成され、フリー磁性層９７，１０１とほぼ平行で、前記フリー磁性層９７，１０１の膜厚方向に前記フリー磁性層９７，１０１の合計膜厚よりも大きな膜厚とされ、前記フリー磁性層９７，１０１と同じ階層位置に配置された平坦部３２０ａ，３２０ａを有するものであるので、フリー磁性層９７，１０１の側面と前記ハードバイアス層３２０，３２０の平坦部３２０ａ，３２０ａとを充分磁気的に接合することができ、前記フリー磁性層９７，１０１に十分なバイアス磁界を与えることができる。このため、前記フリー磁性層９７，１０１の磁化方向を意図した方向に揃えやすく、バルクハウゼンノイズの発生を低減することができる。
【００９２】
また、ハードバイアス層３２０，３２０は、前記積層体Ｍ３の側面に乗り上げる傾斜部３２０ｂ，３２０ｂを有し、積層体Ｍ３の側面の下部から上部にかけて形成されているので、ハードバイアス層３２０，３２０と積層体Ｍ３の固定磁性層９３から反強磁性層１０８までの各層とにおける、バイアス下地層３２２を介した接触面積を大きくすることができ、スピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ９の直流抵抗（ＤＣＲ）を小さくすることが可能となる。このため、検出出力は大きくなり、読み取り精度が安定する。
【００９３】
また、前記ハードバイアス層３２０，３２０と前記積層体Ｍ３との間および前記ハードバイアス層３２０，３２０と反強磁性層９２との間に、結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造）であるＣｒからなるバイアス下地層３２２，３２２を設けることにより、前記ハードバイアス層３２０，３２０の保磁力および角型比が大きくなり、前記フリー磁性層９７，１０１の単磁区化に必要なバイアス磁界を増大させることができ、また、バルクハウゼンノイズの発生をより低減させることができる。
【００９４】
【実施例】
以下、本発明を実施例を示して詳しく説明する。
［実施例１］
図１に示す形状のスピンバルブ型薄膜磁気素子を製作し、バルクハウゼンノイズに関して測定した。
まず、バイアス下地層１２０、１２０の膜厚とバルクハウゼンノイズとの関係について実験を行った。以下に、実験時における図１に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子を構成する各層の材質と膜厚について説明する。
【００９５】
反強磁性層１４２，１４８は、ＰｔＭｎ（白金−マンガン）合金で形成し、膜厚をそれぞれ３００Åおよび３００Åとした。
固定磁性層１４３，１４７は、ＦｅＮｉ（鉄−ニッケル）合金で形成し、膜厚をそれぞれ４０Åおよび４０Åとした。
非磁性導電層１４４、１４６は、Ｃｕ（銅）て形成し、膜厚をそれぞれ２５Åおよび２５Åとした。
フリー磁性層１４５は、ＦｅＮｉ（鉄−ニッケル）合金で形成し、膜厚を８０Åとした。
ハードバイアス層３１１，３１１は、ＣｏＰｔ（コバルト−白金）合金で形成し、平坦部３１１ａ，３１１ａの膜厚を３００Åとした。
下地層１４９は、Ｔａ（タンタル）で形成し、膜厚を５０Åとした。
反強磁性層１４８の上に、Ｔａ（タンタル）からなる保護層を形成し、膜厚を５０Åとした。
なお、中間層３１４，３１４は、膜厚を５０Åとして、Ｔａ（タンタル）で形成し、導電層３１２，３１２は、Ｃｒ（クロム）で形成した。
また、反強磁性層１４２表面と積層体ａ１の側面との角度は、２０゜であった。
そして、バイアス下地層３１３，３１３をＣｒ（クロム）で形成し、膜厚を１０Å，１５Å，２０Å，３０Å，４０Å，５０Å，６０Å，７０Åとした８種類のスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドをそれぞれ２０個づつ製作し、２０個中いくつの薄膜磁気ヘッドに、顕著なバルクハウゼンノイズが発生したかについて調べた。
その結果を図１０および表１に示す。
【００９６】
【表１】
図１０および表１に示すように、バイアス下地層３１３の膜厚が厚くなるにつれてバルクハウゼンノイズ発生率は徐々に小さくなり、膜厚が約３５Åのとき、バルクハウゼンノイズ発生率は最も小さくなる。そして、膜厚が３５Å以上になると、徐々に前記バルクハウゼンノイズ発生率が大きくなっている。
この実験結果により、本発明では、バイアス下地層３１３の膜厚が１８〜５５Åであれば、バルクハウゼンノイズの発生率を２０％以下に抑制できることが確認できた。
さらに、バイアス下地層３１３の膜厚が、２０〜５０Åであれば、バルクハウゼンノイズの発生率を１０％以下に抑制でき、より好ましいことがあきらかとなった。
【００９８】
ここで、前記バイアス下地層３１３が１８Å未満であると、バルクハウゼンノイズ発生率が大きくなっているのは、バイアス下地層が薄くなりすぎると、前述した、Ｃｒからなるバイアス下地層上において、ＣｏＰｔからなるハードバイアス層を形成することにより、Ｃｒ上において、ＣｏＰｔがエピタキシー成長し易くすることができ、ｈｃｐ構造のｃ軸がＣｏＰｔとＣｒとの境界面内に優先配向され、ハードバイアス層に磁界を与えたときの保磁力Ｈｃは大きくすることができ、残留磁化（Ｂｒ）は増大し、残留磁化（Ｂｒ）／飽和磁束密度（Ｂｓ）で求められる角型比Ｓは大きな値になり、ハードバイアス層から発生するバイアス磁界を増大させることが可能となり、フリー磁性層を単磁区化しやすくなる、というバイアス下地層の効果がなくなり、ハードバイアス層における膜特性が劣化する。そのため、ハードバイス磁界が安定して印加されなくなり、バルクハウゼンノイズが発生するためであると考えられる。
また、バイアス下地層３１３が５５Åを越えると、バルクハウゼンノイズ発生率が大きくなるのは、ハードバイアス層３１１とフリー磁性層１４５との間に介在するバイアス下地層３１３の膜厚があまり厚くなり、ハードバイアス層３１１からのバイアス磁界が、フリー磁性層１４５にかかりにくくなり、前記フリー磁性層１４５の磁化が、Ｘ１方向に揃わなくなるためであると考えられる。
【００９９】
［実施例２］
次に、ハードバイアス層３１１の膜厚を変化させて、ハードバイアス層３１１とフリー磁性層１４５とのオーバーラップ量ｄ２とフリー磁性層１４５の膜厚ｄ３との比（ｄ２／ｄ３）と、バルクハウゼンノイズ量との関係について調べた。なお、ここでのオーバラップ量ｄ２とは、ハードバイアス層３１１の平坦部３１１ａと垂直方向位置に重なっているフリー磁性層１４５の厚さを意味し、図１に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ３では、オーバーラップ量ｄ２とフリー磁性層１４５の膜厚ｄ３とが等しくなっている。
前記バイアス下地層３１３の膜厚を３０Åに固定し、ハードバイアス層３１１以外の層の材質及び膜厚は、上記と同様のものを使用した。
前記ハードバイアス層３１１の膜厚を、オーバーラップ量の比（ｄ２／ｄ３）が１００％，８０％，６０％，４０％，２０％となるようにし、それぞれのオーバーラップ量の比となるスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドを２０個づつ製作し、２０個中いくつの薄膜磁気ヘッドに、顕著なバルクハウゼンノイズが発生したかについて調べた。
その結果を図１１および表２に示す。
【０１００】
【表２】
図１１および表２に示すように、オーバーラップ量の比（％）が大きくなるにつれて、バルクハウゼンノイズの発生率が減少していることがわかる。とくに、オーバーラップ量の比（％）が６０％以上であると、バルクハウゼンノイズの発生率を２０％以下に抑制することができる。さらに、オーバーラップ量の比（％）を８０％以上にすることにより、バルクハウゼンノイズの発生率を１０％以下に抑制することができ、より好ましいことがあきらかとなった。
前記オーバーラップ量の比（％）が小さくなるとバルクハウゼンノイズが発生しやすくなるのは、ハードバイアス層３１１からのバイアス磁界が、フリー磁性層１４５にかかりづらくなり、前記フリー磁性層１４５の磁化がＸ１方向に揃いにくくなるためである。
【０１０２】
［比較例１］
次に、図１３に示すように、上述の実施例１におけるバイアス下地層３１３のないものを作成し、ハードバイアス層３１１を反強磁性層１４２の上に直接成膜し、バルクハウゼンノイズ量との関係について調べた。
なお、ここでハードバイアス層３１１以外の層の材質及び膜厚は、上記と同様のものを使用した。
このスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドを製作し、その出力を実施例１の薄膜磁気ヘッドと比較した。
【０１０３】
その結果、図１３に示すようなバイアス下地層がなく、ハードバイアス層を反強磁性層の上に直接形成した構造では、バルクハウゼンノイズの発生率は１００％であった。
【０１０４】
以上の結果から、バイアス下地層がないと、ハードバイアス層３１１と反強磁性層１４２とが、交換結合を発生してしまい、ハードバイアス層３１１の磁化方向がＸ１からずれたＹ方向へと磁気方向が分散してしまい、フリー磁性層１４５をＸ１方向へ磁化することができなくなったものである。そのため、バルクハウゼンノイズが発生してしまう。さらに、バイアス下地層がないと、ハードバイアス層３１１の結晶配向および結晶構造を整えることができなくなり、保磁力、角型比が低下し、フリー磁性層１４５をＸ１方向へ磁化することが困難となる。このため、バルクハウゼンノイズを発生してしまう。
しかし、Ｃｒによるバイアス下地層の存在により、ハードバイアス層と反強磁性層の交換結合を排除し、ハードバイアス層の結晶構造を制御して硬磁気特性を向上でき、フリー磁性層をＸ１方向に充分に単磁区化して、バルクハウゼンノイズの発生を抑制するという効果を奏することがわかる。
【０１０５】
【発明の効果】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子およびそのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドによれば、ハードバイアス層が、フリー磁性層の下側に位置する反強磁性層上に位置し、かつ、該反強磁性層上に基板側から固定磁性層と、非磁性導電層と、前記フリー磁性層と、非磁性導電層と、固定磁性層と、反強磁性層とをこれらの順で具備してなる断面台形状の積層体の両側に位置して形成され、前記積層体の側面に乗り上げる傾斜部と、前記フリー磁性層とほぼ平行で、前記フリー磁性層の膜厚方向に前記フリー磁性層の膜厚よりも大きな膜厚とされ、前記フリー磁性層と同じ階層位置に配置された平坦部とを有するものであることにより、フリー磁性層の側面と前記ハードバイアス層の平坦部とを充分磁気的に接合することができ、前記フリー磁性層に必要なバイアス磁界を与えることができる。このため、前記フリー磁性層を単磁区化した状態で、かつ、磁化方向を意図した方向に揃えやすく、バルクハウゼンノイズの発生を低減することができるという効果を奏する。
さらに、少なくとも固定磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断されたスピンバルブ型薄膜磁気素子とした場合、２つに分断された固定磁性層のうち一方が他方の固定磁性層を適正な方向に固定する役割を担い、固定磁性層の状態を非常に安定した状態に保つことが可能となるという効果を奏する。
一方、少なくともフリー磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断されたスピンバルブ型薄膜磁気素子とした場合、２つに分断されたフリー磁性層どうしの間に交換結合磁界が発生し、フェリ磁性状態とされ、外部磁界に対してフェリ磁性状態を保ちながら磁気モーメントが変動し、小さい外部磁界でも感度よく反転でき、第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との磁化状態を変動磁化として、熱的にも安定したフェリ状態に保つことが可能となっているという効果を奏する。
これに加えて、前記フリー磁性層が非磁性中間層を介して第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の２層に分断され、分断された層どうしで磁化の向きが反平行のフェリ磁性状態とされるとともに、前記第２の固定磁性層（上）の磁化と前記第２の固定磁性層（下）の磁化を互いに反対方向に磁化し、かつ、第１の固定磁性層（下）と第２の固定磁性層（下）との磁化の向きが反平行のフェリ磁性状態とされ第１の固定磁性層（上）と第２の固定磁性層（上）との磁化の向きが反平行のフェリ磁性状態とされることで、フリー磁性層の上下で、第１の固定磁性層の磁気モーメントと第２の固定磁性層の磁気モーメントを足して求めることができる合成磁気モーメントの方向が、それぞれ、図８，図９に示す方向になっていることにより、シャントロスの量を非常に少なくすることが可能となっており、とくに、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との磁化状態を、より熱的安定性に優れたものにできるという効果を奏する。
さらに、前記バイアス下地層を形成するＣｒは、その結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造；ｂｏｄｙ ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ）で、かつ、（１００）配向となっている。また、前記ハードバイアス層を形成するＣｏ−Ｐｔ系合金の結晶構造は、面心立方構造（ｆｃｃ構造；ｆａｃｅ ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｕｂｉｃ）と稠密六方構造（ｈｃｐ構造；ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｃｌｏｓｅ ｐａｃｋｅｄ ）の混相となっているという効果を奏する。
ここで、Ｃｒの格子定数とＣｏ−Ｐｔ合金のｈｃｐ構造の格子定数とが、近い値となっているため、格子整合し易い状態にある。このため、前記Ｃｏ−Ｐｔ合金は、ｆｃｃ構造を形成しにくく、Ｃｒ上において、ＣｏＰｔがエピタキシー成長（ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｇｒｏｗｔｈ）し易くなり、ｈｃｐ構造で形成され易くなる。このとき、ｈｃｐ構造の磁化容易軸であるｃ軸が面内方向を向き、Ｃｏ−Ｐｔ合金とＣｒとの境界面内に優先配向されるという効果を奏する。
前記ｈｃｐ構造は、ｆｃｃ構造に比べてｃ軸方向に大きな磁気異方性を生じるため、ハードバイアス層に磁界を与えたときの保磁力Ｈｃは大きくなる。さらに、ｈｃｐ構造のｃ軸は、エピタキシャル成長により、Ｃｏ−Ｐｔ合金とＣｒとの境界面内で優先配向となっているため、残留磁化（Ｂｒ）は増大し、残留磁化（Ｂｒ）／飽和磁束密度（Ｂｓ）で求められる角型比Ｓは大きな値になる。その結果、ハードバイアス層から発生するバイアス磁界を増大させることが可能となり、フリー磁性層を単磁区化しやすくなるという効果を奏する。
さらに、前記ハードバイアス層と前記導電層との間に、Ｔａなどの非磁性材料からなる中間層３１４が設けられたことにより、後工程のインダクティブヘッド（書込ヘッド）の製造プロセスである絶縁レジストの硬化工程において、ＵＶキュア，ハードベーク等によって高温に曝される場合にも、Ｔａからなる中間層の存在により、Ｃｒからなる導電層とＣｏＰｔ合金からなるハードバイアス層との間における熱拡散を防止して、ハードバイアス層の膜特性の劣化を防止することができるという効果を奏する。
また、このようなフリー磁性層の磁区制御を良好に行うことができるスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドを提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関係するスピンバルブ型薄膜磁気素子およびそのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第１実施形態において、記録媒体との対向面から見たスピンバルブ型薄膜磁気素子を示す断面図である。
【図２】図１のスピンバルブ型薄膜磁気素子を示す横断面図である。
【図３】図１のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造工程を示す横断面図である。
【図４】図１のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造工程を示す横断面図である。
【図５】図１のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造工程を示す横断面図である。
【図６】本発明に関係するスピンバルブ型薄膜磁気素子およびそのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第２実施形態において、記録媒体との対向面から見たスピンバルブ型薄膜磁気素子を示す断面図である。
【図７】図６のスピンバルブ型薄膜磁気素子を示す横断面図である。
【図８】本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびそのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第３実施形態において、記録媒体との対向面から見たスピンバルブ型薄膜磁気素子を示す断面図である。
【図９】図８のスピンバルブ型薄膜磁気素子を示す横断面図である。
【図１０】実施例１における、バイアス下地層とバルクハウゼンノイズ発生率とを示すグラフである。
【図１１】実施例２における、オーバラップ量の比（ｄ２／ｄ３）とノイズ発生率とを示すグラフである。
【図１２】従来の薄膜磁気素子を示す断面図である。
【図１３】比較例における薄膜磁気素子を示す断面図である。
【図１４】従来の薄膜磁気ヘッドの一例を示す断面図である。
【図１５】図１４に示す薄膜磁気ヘッドの断面図である。
【図１６】図１４に示す薄膜磁気ヘッドの要部を断面とした斜視図である。
【符号の説明】
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３…積層体，ＭＲ３，ＭＲ６，ＭＲ９…スピンバルブ型薄膜磁気素子，２，８，３１，４４，９２，１０８，１４２，１４８…反強磁性層，３，７，１４３，１４７…固定磁性層，３２，４３，９３，１０７…第１の固定磁性層，４，６，３５，４０，９６，１０４，１４４，１４６…非磁性導電層，５，３６，９７，１０１，１４５…フリー磁性層，１３２，３１１，３１５，３２０…ハードバイアス層，１３２ａ，３１１ａ，３１５ａ，３２０ａ…平坦部，１３２ｂ，３１１ｂ，３１５ｂ，３２０ｂ…傾斜部，３３，４２，９４，１００，１０６…非磁性中間層，３４，４１，９５，１０５，１４７…第２の固定磁性層，１３３，３１２，３１６，３２１…導電層，１１４…センス電流
Claims (17)
- 反強磁性層と、この反強磁性層に接して形成されこの反強磁性層との交換結合磁界により一定方向に磁化方向が固定された固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成されたフリー磁性層と、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ揃えるためのハードバイアス層と、前記固定磁性層と前記非磁性導電層とフリー磁性層とに検出電流を与える導電層とを有し、前記フリー磁性層の厚さ方向両側に各々非磁性導電層と固定磁性導電層と反強磁性層が形成された構造とされ、
前記固定磁性層が非磁性中間層を介して第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の２層に分断され、分断された層どうしで磁化の向きが反平行のフェリ磁性状態とされ、
前記フリー磁性層が非磁性中間層を介して第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の２層に分断され、分断された層どうしで磁化の向きが反平行のフェリ磁性状態とされ、
第１の固定磁性層（下）、非磁性中問層（下）、第２の固定磁性層（下）、非磁性導電層、第２のフリー磁性層、非磁性中間層、第１のフリー磁性層、非磁性導電層、第２の固定磁性層（上）、非磁性中間層（上）、第１の固定磁性層（上）、反強磁性層をこれらの順で具備してなる断面台形状の積層体がそれよりも幅広の反強磁性層上に形成され、
前記第２の固定磁性層（上）の磁化と前記第２の固定磁性層（下）の磁化を互いに反対方向に磁化するとともに、
前記反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ合金，Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金（ただし前記組成式において、ＸはＰｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのなかから選択される１種、または２種以上の元素を示し、Ｘ’はＰｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｒ，Ｎｉのなかから選択される１種または２種以上を示す）のいずれかからなり、
前記ハードバイアス層が、前記積層体の両側に位置して形成され、かつ、前記積層体の側面に乗り上げる傾斜部と、前記フリー磁性層とほぼ平行で、前記フリー磁性層の膜厚方向に前記フリー磁性層の膜厚よりも大きな膜厚とされ、前記フリー磁性層と同じ階層位置に配置された平坦部とを有し、
前記ハードバイアス層と前記積層体との間および前記ハードバイアス層と前記反強磁性層との間に、バイアス下地層が設けられ、
前記バイアス下地層が、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ，ＷＭｏの中から選択される１種以上からなることを特徴とするスピンバルブ型薄膜磁気素子。 - 前記第１の固定磁性層および前記第２の固定磁性層が異なる磁気モーメントを有することを特徴とする請求項１記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
- 前記第１のフリー磁性層および前記第２のフリー磁性層が異なる磁気モーメントを有することを特徴とする請求項１または２記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
- 前記非磁性中間層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
- 前記反強磁性層はＸ−Ｍｎ合金で形成され、元素Ｘの含有量がＸ＝３７〜６３原子％の範囲とされてなることを特徴とする請求項１から４のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
- 前記反強磁性層はＸ−Ｍｎ合金で形成され、元素Ｘの含有量がＸ＝４７〜５３原子％の範囲とされてなることを特徴とする請求項１から４のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
- 前記反強磁性層はＰｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金で形成され、Ｐｔの含有量は３７〜６３原子％の範囲とされてなることを特徴とする請求項１から４のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
- 前記反強磁性層はＰｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金で形成され、元素Ｘ’の含有量はＸ’＝０．２〜１０原子％の範囲とされてなることを特徴とする請求項７記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
- 前記ハードバイアス層の平坦部と重なっている前記フリー磁性層のオーバーラップ量ｄ２とフリー磁性層の膜厚ｄ３とが等しくなっていることを特徴とする請求項１から８のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
- 前記バイアス下地層は、その結晶構造が体心立方構造となっていることを特徴とする請求項１から９のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
- 前記バイアス下地層は、その結晶構造が（１００）配向となっていることを特徴とする請求項１０記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
- 前記ハードバイアス層が、ＣｏＰｔ合金、もしくは、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ合金で形成されることを特徴とする請求項１０または１１記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
- 前記ハードバイアス層は、その結晶構造が面心立方構造と稠密六方構造との混成構造であることを特徴とする請求項１２記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
- 前記ハードバイアス層と前記導電層との間に、中間層が設けられたことを特徴とする請求項１から１３のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
- 前記中間層が、Ｔａからなることを特徴とする請求項１４記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
- 前記導電層は、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｕなどで形成されることを特徴とする請求項１から１５のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
- 請求項１から１６のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えたことを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
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