JP3699000B2 - スピンバルブ型薄膜素子およびその製造方法 - Google Patents
スピンバルブ型薄膜素子およびその製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、固定磁性層の磁化の方向と外部磁界の影響で変化するフリー磁性層の磁化の方向との関係で電気抵抗が変化するスピンバルブ型薄膜素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
ハードデイスクなどの記録媒体からの記録磁界を検出して電気抵抗が変化するスピンバルブ型薄膜素子(スピンバルブ型薄膜磁気ヘッド)について、従来の構造を図１４に示す。
【０００３】
このスピンバルブ型薄膜素子には、同図に示すように、トラック幅Ｔｗに対応した所定の領域(以下、トラック領域)に、反強磁性層１０１、固定磁性層１０２、非磁性導電層１０３およびフリー磁性層１０４を積層した略台形状を呈し磁気抵抗効果を発揮する多層膜１００を設けるとともに、この両側(以下、両側領域とよぶ)に、ハードバイアス層１０５、電極層１０６などを一対設けた構成のものが知られている。
【０００４】
このように構成されたスピンバルブ型薄膜素子では、フリー磁性層１０４の磁化方向が、トラック幅(Ｘ)方向に磁化されているハードバイアス層１０５（バイアス磁界）の磁界により、同じＸ方向へ揃えられる。また、このスピンバルブ型薄膜素子では、ハードバイアス層１０５の上に形成された電極層１０６から固定磁性層１０２、非磁性導電層１０３およびフリー磁性層１０４に定常電流(センス電流)が与えられる。
【０００５】
一方、図示外の記録媒体の走行方向は積層（Ｚ）方向であり、この記録媒体からの信号磁界がハイト（Ｙ）方向に与えられると、フリー磁性層１０４内での磁化の方向がＸ方向からＹ方向へ向けて変化する。従って、このフリー磁性層１０４内での磁化の方向の変動と、固定磁性層１０２の固定磁化方向との関係で電気抵抗値が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの信号磁界が検出される。
【０００６】
ところで、このようなスピンバルブ型薄膜素子では、例えばＣｒなどのバイアス下地層１０７を介在させることにより、ハードバイアス層１０５の結晶性を高めてバイアス磁界を増大させることが可能になっており、フリー磁性層１０４の単磁区化が行い易くなる。
【０００７】
ところが、このような構成のスピンバルブ型薄膜素子では、例えばバイアス下地層１０７を設けた構成のものでは、このバイアス下地層１０７の多層膜１００上面１００Ａに向けて傾斜した領域（以下、これを傾斜部とよぶ）がこれら双方の間に介在されている。従って、このバイアス下地層１０７の膜厚が厚いと、バイアス下地層１０７の傾斜部の影響で、ハードバイアス層１０５からフリー磁性層１０４に作用するバイアス磁界が弱められてしまう。このため、安定性が確保できず、良好な再生特性が得られない。
【０００８】
一方、このバイアス下地層１０７の膜厚が薄いと、反強磁性層１０１とハードバイアス層１０５との間で不要な交換結合磁界を生じ、双方の磁化が互いに影響を受けて反強磁性層１０１の磁化方向とハードバイアス層１０５の磁化方向との直交性が損なわれる虞れがある。
【０００９】
また、このような構成のスピンバルブ型薄膜素子では、図１４において、多層膜１００の傾斜した側面１００Ｂにハードバイアス層１０５の傾斜した領域１０５Ａ(以下、傾斜部とよぶ)が隣接して乗り上げ、特にフリー磁性層１０４の両側には先細りした傾斜部１０５Ａのみしか隣接していないために、フリー磁性層１０４に十分なバイアス磁界を印加できない虞れがある。即ち、ハードバイアス層１０５の平坦な領域１０５Ｂ(以下、平坦部とよぶ)がフリー磁性層１０４に隣接して配置されていないため、フリー磁性層１０４に十分なバイアス磁界が印加できず、バルクハウゼンノイズを生じてしまう。
【００１０】
そこで、本発明は、上記した事情に鑑み、再生特性の安定化の確保と狭トラック化に好適なスピンバルブ型薄膜素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
本発明のスピンバルブ型薄膜素子は、トラック領域に、少なくとも反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層及びフリー層を含んで順に積層した、磁気抵抗効果を発揮する多層膜と、前記トラック領域を挟んでその両側に位置する両側領域に下から順に一対積層した、少なくとも第１のハードバイアス層、第２のハードバイアス層及び電極層とを備えるスピンバルブ型薄膜素子であって、前記多層膜が、記録媒体との対向面から見たときに、積層方向の下部に位置する基部と、前記フリー磁性層を含み前記基部上に積層された突出部とを有する全体略凸形状を呈し、前記基部には、少なくとも前記反強磁性層の全ておよび前記固定磁性層の一部が含まれ、前記基部の両側領域には前記第１のハードバイアス層が形成・配置されるとともに、前記突出部の両側領域にはフリー磁性層の両側面に直接接触して前記第２のハードバイアス層が形成・配置され、前記第２のハードバイアス層の平坦部の上面の方が前記フリー磁性層の上面よりも上方に配置されるとともに、前記平坦部の下面の方がフリー磁性層の下面よりも下方に配置され、前記突出部の両側領域に形成された第２のハードバイアス層が、前記基部の両側領域に形成された第１のハードバイアス層に接触するように積層されたことを特徴としている。
【００１３】
前記第１のハードバイアス層の下にバイアス下地層を設けることが好ましい。
【００１４】
前記バイアス下地層が、Ｃｒからなり、少なくとも[２１１]または[２００]面が膜面垂直方向に配向した結晶を含んでいるのが好ましい。
【００１５】
前記第１および第２のハードバイアス層のうち少なくとも一方が、ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金であるのが好ましい。
【００１６】
前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金が、少なくとも[００２]面が膜面垂直方向に配向した結晶を含んだ構成であるのが好ましい。
【００１７】
前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金が、[００２]面が膜面垂直方向に優先配向した構成であるのが好ましい。
【００１８】
前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金が、少なくとも[１００]および[００２]面が膜面垂直方向に配向した結晶を含み、[００２]面が優先配向しているのが好ましい。
【００１９】
前記多層膜中のフリー磁性層の上に、非磁性導電材料からなるバックド層が成膜されているのが好ましい。
【００２０】
前記多層膜中に、鏡面反射層が成膜されていてもよい。
【００２１】
前記フリー磁性層が、下から順に、第１のフリー磁性層、非磁性中間層、第２のフリー磁性層を積層した構成でもよい。
【００２２】
前記固定磁性層が、下から順に、第１の固定磁性層、非磁性中間層、第２の固定磁性層を積層した構成でもよい。
【００２３】
また、この発明のスピンバルブ型薄膜素子の製造方法は、トラック領域に、少なくとも反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層及びフリー磁性層を含んで順に積層した、磁気抵抗効果を発揮する多層膜と、前記トラック領域を挟んでその両側に位置する両側領域に下から順に一対積層した、少なくとも第１のハードバイアス層、第２のハードバイアス層及び電極層とを備えるスピンバルブ型薄膜素子の製造方法であって、前記トラック領域の多層膜を残してその両側領域の下部ギャップ層の一部まで除去し、前記トラック領域の多層膜を挟んで除去した前記両側領域に、第１のハードバイアス層を積層した後、前記多層膜のフリー磁性層が積層された深さよりも深く、前記多層膜の両側領域に接する側面を含む側面部と両側領域を除去して前処理を行い、この前処理により、前記多層膜を、記録媒体との対向面から見たときに、積層方向の下部に位置する基部とフリー磁性層を含み基部上に積層された突出部とを有する全体凸形状に形成し、前記基部には、少なくとも反強磁性層の全て及び固定磁性層の少なくとも一部が含まれていて、その後、その除去した多層膜の側面部および両側領域に、第１のハードバイアス層に接触して第２のハードバイアス層を積層させることを特徴としている。
【００２５】
また、この製造方法では、前記第２のハードバイアス層は、フリー磁性層の側面に接する傾斜部から離間した平坦部の上面の方が、フリー磁性層の上面よりも上方位置に配置されるとともに、平坦部の下面の方がフリー磁性層の下面よりも下方に配置され、
この第２のハードバイアス層の直下には、前記突出部の側面に当接して、前記第２のハードバイアス層の成膜工程より前の工程で成膜された第１のハードバイアス層が成膜される。
【００２６】
また、この製造方法では、前記第１のハードバイアス層の下にバイアス下地層を設けることが好ましい。
【００２７】
また、この製造方法では、前記バイアス下地層は、Ｃｒからなり、少なくとも[２１１]または[２００]面が膜面垂直方向に配向していることが好ましい。
【００２８】
また、この製造方法では、前記第１および第２のハードバイアス層のうちの少なくとも一方は、ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金のいずれかよりなるのが好ましい。
【００２９】
また、この製造方法では、前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金は、少なくとも[００２]面が膜面垂直方向に配向する結晶を含んでいるのが好ましい。
【００３０】
また、この製造方法では、前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金は、[００２]面が膜面垂直方向に優先配向しているのが好ましい。
【００３１】
また、この製造方法では、前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金は、少なくとも[１００]および[００２]面が膜面垂直方向に配向する結晶を含み、[００２]面が優先配向しているのが好ましい。
【００３２】
前記多層膜中にバックド層が成膜されていてもよい。
【００３３】
前記多層膜中に鏡面反射層が成膜されていてもよい。
【００３４】
前記フリー磁性層が、下から順に、第１のフリー磁性層、非磁性中間層、第２のフリー磁性層を積層した構成でもよい。
【００３５】
前記固定磁性層が、下から順に、第１の固定磁性層、非磁性中間層、第２の固定磁性層を積層する構成でもよい。
【００３６】
【発明の実施形態】
以下、この発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する
[第１の実施形態]
図１はこの発明の第１の実施形態に係る薄膜磁気ヘッド１の製造途中の状態を図示外のハードディスクなどの磁気記録媒体との対向面であるＡＢＳ面から見た断面図である。この薄膜磁気ヘッド１には、巨大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ（giant magnetoresistive）素子の一種であるボトムスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子２を使用している。
【００３７】
この薄膜磁気ヘッド１は、図示外のハードデイ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おり、磁気記録媒体に超高密度で記録されている記録磁気情報を検出する。ここで、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は積層（Ｚ）方向であり、この磁気記録媒体からの信号磁界の方向はハイト（Ｙ）方向である。なお、この薄膜磁気ヘッド１は、再生用の磁気ヘッドとして使用するが、この薄膜磁気ヘッド１の上（Ｚ方向）には記録用のインダクティブヘッドが積層されていてもよい。
【００３８】
図１において、最下層に位置する基板１２はアルミナチタンカーバイト（ＡｌＴｉＣ）などのセラミックス材料で形成されている。この基板１２の上には、図示外の保護層（アンダコート）が形成されている。この保護層は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などで形成されている。
【００３９】
保護層の上には、下部シールド層１３が形成されている。この下部シールド層１３は、磁気抵抗効果素子２の下部側において、磁気シールドを行うためのものであり、磁性材料で形成されている。
【００４０】
さらに、この下部シールド層１３の上部には、下部ギャップ層１４が形成されている。この下部ギャップ層１４は、後述する電極層３４と下部シールド層１３との間の電気的絶縁性を確保するためのものであり、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）が材料として使用されている。
【００４１】
そして、この下部ギャップ層１４の上面α(磁気抵抗効果素子の形成面)には、磁気抵抗効果素子２が形成されている。
【００４２】
この磁気抵抗効果素子２には、ボトムスピンバルブ型の薄膜素子とよばれる構成の磁気抵抗効果を発揮する多層膜２０を有する。
【００４３】
この多層膜２０には、下から順に、シードレイヤ層２１、反強磁性層２２、固定磁性層２３、非磁性導電層２４、フリー磁性層２５、バックド層２６、保護層２７を積層させている。この多層膜２０では、この上面２０ｄの幅寸法が光学的に測定可能なトラック幅（Ｔｗ２）を構成している。
【００４４】
この多層膜２０は、後に詳述するが、まず各層を磁気抵抗効果素子２の形成面α上に成膜した後、この多層膜２０の中央部の上面２０ｄに第１のリフトオフ用のレジスト膜Ｒ１（図６及び図７参照）を形成し、この第１のレジスト膜Ｒ１に覆われていない多層膜２０の両側の領域（以下、両側領域とよぶ）をイオンミリングなどでエッチングして除去する。
【００４５】
この場合、さらに、第２のリフトオフ用のレジスト膜Ｒ２（但し、第２のレジスト膜Ｒ２の方が第１のレジスト膜Ｒ１よりも、０．２〜０．４μｍ小さい）を形成し、再度、エッチングする。このため、多層膜２０は、図１に示すような全体略凸形状に形成できる。
【００４６】
この多層膜２０は、ＡＢＳ面側からハイト方向を見たときに、図１に示す概略断面において、積層（Ｚ）方向下部でステップ面２０ｂに相当する部分だけトラック幅（Ｘ）方向に延びる基部Ｂと、この基部Ｂ上の突出部Ｃとを有する構造となっており、基部Ｂにはシードレイア層（下地層）２１、反強磁性層２２及び固定磁性層２３の一部が含まれるとともに、突出部Ｃには固定磁性層２３の大部分、非磁性導電層２４、フリー磁性層２５、バックド層２６及び保護層２７が含まれている。
【００４７】
シードレイヤ層２１は、下地層（図略）と、この上に積層した非磁性材料あるいは磁性材料で形成された配向層（図略）とで構成される。なお、このシードレイヤ層２１は、一層の非磁性材料あるいは磁性材料で形成された配向層のみで構成してもよいが、配向層の結晶配向を整えるためには下地層を形成している方が好ましい。
【００４８】
下地層は、Ｔａ（タンタル），Ｈｆ（ハフニウム），Ｎｂ（ニオブ），Ｚｒ（ジルコニウム），Ｔｉ（チタン），Ｍｏ（モリブデン），Ｗ（タングステン）のうち少なくとも１種または２種以上で形成するのが好ましい。
【００４９】
一方、配向層は、上記のように磁性材料あるいは非磁性材料で形成するが、特に高抵抗材料で形成するのが好ましい。この配向層は、例えばＮｉＦｅＹ合金（ただしＹは、Ｃｒ，Ｒｈ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉから選ばれる少なくとも１種以上）で形成するのが好ましい。このうち、配向層はＮｉＦｅＣｒ合金で形成するのがより好ましい。この配向層の（１１１）面を、より適切に反強磁性層２２との界面と平行な方向に優先配向させることができ、さらに高比抵抗にできるからである。
【００５０】
また、配向層が高比抵抗であると、後述する電極層３４から流れるセンス電流のシードレイヤ層２１への分流を抑制することが可能である。これによって抵抗変化率（ΔＭＲ）を向上させることができ、またバルクハウゼンノイズを減少させることができる。
【００５１】
シードレイヤ層２１の上面（磁気抵抗効果素子の形成面α）には、反強磁性層２２が形成される。この反強磁性層２２は、ＰｔＭｎ（プラチナマンガン）から形成されているが、例えば、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料、あるいは、元素Ｘと元素Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎを含有する反強磁性材料により形成することができる。これらの反強磁性材料は、耐食性に優れ、しかもブロッキング温度も高く、次に説明する固定磁性層２３との界面で大きな交換結合磁界を発生し得る。
【００５２】
次に、この反強磁性層２２の上には固定磁性層２３が形成されている。
固定磁性層２３は、第１の固定磁性層２３Ａ、非磁性中間層２３Ｂおよび第２の固定磁性層２３Ｃで構成されたシンセティックフェリピンド層（ＳＦＰ）で構成されているが、単層構造であってもよい。第１の固定磁性層２３Ａおよび第２の固定磁性層２３Ｃは、例えばＣｏＦｅ合金で形成されているが、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金などで形成してもよい。なお、非磁性中間層２３Ｂは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒなどの材料で形成されている。
【００５３】
この３層構成により、第１の磁性層２３Ａと第２の磁性層２３Ｃの磁化方向は互いに反平行状態にされる。これはいわゆるフェリ磁性状態と呼ばれるものであり、固定磁性層２３の磁化を安定した状態にでき、また固定磁性層２３と反強磁性層２２との界面で発生する交換結合磁界を大きくすることができる。
この固定磁性層２３が積層された後、ハイト方向（図示Ｙ方向）への磁場中アニールを施すことで、固定磁性層２３と反強磁性層２２との界面で発生する交換結合磁界により、固定磁性層２３の磁化はハイト方向（図示Ｙ方向）に強固に固定される。
【００５４】
この固定磁性層２３の上には非磁性導電層２４が形成されている。この非磁性導電層２４は、例えばＣｕなどの電気抵抗の低い導電性材料によって形成される。
【００５５】
次に、前記非磁性導電層２４の上にはフリー磁性層２５が形成される。このフリー磁性層２５は、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金などにより形成される。また、このフリー磁性層２５は、非磁性導電層２４と対向する側にＣｒ又はＣｏ膜をさらに設けてもよい。これにより、非磁性導電層２４との界面での金属元素等の拡散を防止でき、抵抗変化率（ΔＧＭＲ）を大きくすることができる。
【００５６】
なお、このフリー磁性層２５としては、第１のフリー磁性層、非磁性中間層及び第２のフリー磁性層を有するシンセティックフェリフリー（ＳＦＦ）構造であってもよい。このシンセティックフェリフリー構造の場合には、第１のフリー磁性層及び第２のフリー磁性層には、それぞれ単層のものであって、ＣｏＦｅＮｉ合金が組成を限定して使用する一方、非磁性中間層には、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒなどが材料として使用可能であるがＲｕが好ましい。
【００５７】
これにより、同様に、第１のフリー磁性層及び第２のフリー磁性層の磁化は互いに反平行とされ、各フリー磁性層の磁化を安定した状態に保持でき、各フリー磁性層の磁気的な膜厚を薄く形成できる。その結果、フリー磁性層の磁化は、第１及び第２の磁性層が外部磁界に対し反平行を保ちながら反転しやすくなり、再生特性の向上を図ることができる。このフェリ構造は、固定磁性層２３及びフリー磁性層２５のどちらか一方において形成されていてもよい。
【００５８】
次に、フリー磁性層２５の上には、バックド層２６が形成されている。このバックド層２６は、例えば、Ｃｕ等の金属材料や非磁性導電材料からなり、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕからなる群から選択された材料から構成することができる。このバックド層２６により、磁気抵抗効果に寄与するアップスピン(上向きスピン；up spin)の電子における平均自由工程(mean free path)を延ばし、所謂スピンフィルター効果（spin filter effect）により、スピンバルブ型薄膜素子において、大きなΔＲ／Ｒ(抵抗変化率)が得られ、高密度記録化に対応可能となる。
【００５９】
なお、このバックド層２６の上に鏡面反射層を積層させてもよい。このように構成すれば、スピンフィルター効果と同時に、鏡面反射効果(specular effect)を発現させることができ、アップスピンの伝導電子の平均自由工程を大幅に伸ばすことができるので、ダウンスピン(下向きスピン；down spin)の伝導電子との平均自由工程差を十分拡大させることができるようになり、さらに抵抗変化率(ΔＲ／Ｒ)を向上させることができる。
【００６０】
なお、鏡面反射層を構成する絶縁材料としては、α−Ｆｅ2Ｏ3、ＮｉＯ、ＣｏＯ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｏ、Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ−Ｑ−Ｏ（ここで、Ｑは、Ｂ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される１種以上の原子）、Ｒ−Ｏ（ここで、Ｒは、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上の原子）等の酸化物、Ａｌ−Ｎ、ＡＬ−Ｑ−Ｎ（ここで、Ｑは、Ｂ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される１種以上の原子）、Ｒ−Ｎ（ここで、Ｒは、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上の原子）などの窒化物などを挙げることができる。
【００６１】
ここで、鏡面反射層として、α−Ｆｅ2Ｏ3やＮｉＯなどの反強磁性体を用いた場合、鏡面反射層によって、バイアス層の一部、または全部を兼ねることができる。さらに、この鏡面反射層を構成する絶縁材料として、また、半金属ホイスラー合金からなる手段を採用することができ、ＮｉＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｂのいずれか１つ以上の単層膜または多層膜でもよい。これらの材料を採用することで、隣接する層との間に、十分なポテンシャル障壁を形成することが可能であり、これにより十分な鏡面反射効果を得ることができる。
【００６２】
さらに、このバックド層２６の上には、保護層２７が形成される。この保護層２７はＴａなどで形成される。
【００６３】
上記したシードレイヤ層２１から保護層２７までの各層で構成される多層膜２０には、シードレイヤ層２１から反強磁性層２２及び固定磁性層２３の一部までで構成する基部Ｂのトラック幅（Ｘ）方向の両側面２ａが、連続した第１の傾斜面２０ａを形成している。さらに、この基部Ｂの上面であるステップ面２０ｂから上には、突出部Ｃのトラック幅（Ｘ）方向の両側面２ａが前記保護層３０の上面まで連続した第２の傾斜面２０ｃを形成している。
【００６４】
多層膜２０は、各層を形成面α上に成膜した後、（幅広の）リフトオフ用の第１のレジスト膜Ｒ１及び第１のレジスト膜Ｒ１よりも幅を狭めた（幅狭の）リフトオフ用の第２のレジスト膜Ｒ２を用い、これらのレジスト膜Ｒ１に覆われていない多層膜２０の両側領域が、再度、イオンミリングなどでエッチングして除去される。これにより、多層膜２０は、磁気記録媒体との対向面であるＡＢＳ面から眺めたときに、第１の傾斜面と第２の傾斜面との間にトラック幅（Ｘ）方向に平行なステップ面２０ｂを形成した、全体略凸形状に形成される。
【００６５】
即ち、多層膜２０の両側領域において、シードレイヤ層２１の一部のみを残しその上側の各層全てを除去し、例えば、図６、図７に示すような台形状に形成する。この場合、多層膜２０の基部Ｂの両側面２ａ、つまり第１の傾斜面２０ａの形成面αに対する傾きは、この両側領域の多層膜を、例えばリフトオフ法でエッチングして除去することにより、所望の角度に形成できる。
【００６６】
このように台形状に形成した多層膜２０の両側領域には、下から順にバイアス下地層３１、第１のハードバイアス層３２、第２のハードバイアス層３３、電極層３４及び図示外の保護層がそれぞれ積層されている。このうち、第２のハードバイアス層３３は、図１０に示すように、ステップ面２０ｂの上に形成されており、第２のハードバイアス層３３の平坦部３３ａが、フリー磁性層２５の両側領域に直接、隣接して配置されている。第２のハードバイアス層３３をこのような構造にすることで、十分なバイアス磁界をフリー磁性層２５に印加することができるようになる。
【００６７】
なお、この多層膜２０を挟んだ両側領域には、磁気記録媒体に臨む対向面であるＡＢＳ面から見たときに、積層方向下方において、多層膜２０の基部Ｂのトラック幅（Ｘ）方向両側の側面２ａ（第１の傾斜面２０ａ）に接して設けた両側基部Ｅと、基部Ｂのステップ面２０ｂに上から接する状態でこの両側基部Ｅ上に積層して設けた両側上部Ｆとを有する構造となっている。このうち、両側基部Ｅには、バイアス下地層３１及び第１のハードバイアス層３２が含まれるとともに、両側上部Ｆには、第２のハードバイアス層３３及び電極層３４が含まれる。
【００６８】
また、図１０において、第２のハードバイアス層３３では、フリー磁性層２５の側面、つまり第２の傾斜面２０ｃに直接接触して配置する傾斜部３３ｂと，この傾斜部３３ｂの下部に設けた平坦部３３ａとを備えた構成であるが、この平坦部３３ａの上面βの方がフリー磁性層２５の上面２５ａよりも上方位置に配置される。一方、この平坦部３３ａの下面γの方は、フリー磁性層２５の下面２５ｂよりも下方に配置される。なお、この実施形態の第２のハードバイアス層３３は第１のハードバイアス層３２に電気的に接触している。
【００６９】
図２は、図１に示す薄膜磁気ヘッドの左側部分のみを拡大した部分断面図である。この図２に示すように、多層膜２０の両側領域において、形成面α上には、下から順位に、バイアス下地層３１、第１のハードバイアス層３２、第２のハードバイアス層３３、電極層３４が形成されている。
【００７０】
この図２から分かるように、第２のハードバイアス層３３には、多層膜２０の突出部Ｃの両側面２ａ（第２の傾斜面２０ｃ）との間にバイアス下地層３１が形成されていないため、フリー磁性層２５を第２のハードバイアス層３３に直接接触させることができる。このため、バイアス磁界を強磁性結合により、直接フリー磁性層２５に印加させることができるようになり、双方の間には、直接、交換結合力が作用して安定した再生出力を得ることができるようになる。この場合、第１のハードバイアス層３２は、勿論、反強磁性層２２に当接しないから、これら双方の間には交換結合力が作用するといった不都合を生じることがない。
【００７１】
また、バイアス下地層３１は、図１０に示すように、下部ギャップ層１４上に形成された平坦部３１ａと、この平坦部３１ａ上に形成された傾斜部３１ｂとで構成されるが、傾斜部３１ｂの上部は、第２のレジスト膜Ｒ２を用いた２回目に行うミリングによって除去させてある。
【００７２】
このバイアス下地層３１は、結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造）を有する金属膜で形成されている。即ち、Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｍｎ，Ｎｂ，Ｔａのいずれか１種または２種以上の元素で形成されることが好ましいが、特に、Ｃｒ膜で形成することが好ましい。このＣｒ膜は、第１のハードバイアス層３２の結晶配向を整える機能に優れ、第１のハードバイアス層３２の保磁力を適切に大きくすることができるからである。
【００７３】
また、このバイアス下地層３１は、Ｃｒを用いた場合、基板の法線となす角度θの方向からＩＢＤで成膜するときの成膜角度θが２０度（基板の法線方向を０度とした）で成膜すると、図１１に示すように、優先結晶配向が（１１０）となる。また、体心立方格子（ｂｃｃ）のＣｒを用いたバイアス下地層３１では、例えば成膜角度θを５０度で成膜すると、図１２に示すように、優先結晶配向が（１１０）の他に、（２１１）、（２００）となる。このように、Ｃｒの結晶配向方向に（２１１）や（２００）が含まれると、第１のハードバイアス層３２の一例であるＣｏＰｔとの結晶配向が[１００]に優先配向し、六方晶であるＣｏＰｔのｃ軸が面内に向くような結晶配向を含むこととなり、第１のハードバイアス層３２の保磁力を増大させることができる。
【００７４】
このように、結晶構造及び結晶配向性を有する金属膜によってバイアス下地層３１を形成する理由は、このバイアス下地層３１上に形成される第１のハードバイアス層３２の保磁力を増大させるためである。また、かりに、バイアス下地層３１を反強磁性層２２の上に形成すると、反強磁性層２２の結晶配向の影響により、バイアス下地層３１の結晶性が低下し、第１のハードバイアス層３２の結晶性も低下することとなるが、本発明によれば、バイアス下地層３１の下には、反強磁性層２２が形成されていない。従って、このような事態も防止できる。
【００７５】
次に、このバイアス下地層３１上には第１のハードバイアス層３２及び第２のハードバイアス層３３が形成される。この第２のハードバイアス層３３は、平坦部３３ａの下面γが、多層膜２０の基部Ｂの上面、つまりステップ面２０ｂに上から接する状態で、突出部Ｃの両側面２ａ（第２の傾斜面２０ｃ）に接するまでトラック幅（Ｘ）方向に延出して積層されている。なお、第１のハードバイアス層３２及び第２のハードバイアス層３３は、それぞれ、ＣｏＰｔ合金やＣｏＰｔＣｒ合金などで形成される。これら合金の結晶構造は、面心立方構造（ｆｃｃ）と稠密六方構造（ｈｃｐ）の混相となっている。
【００７６】
ここで、金属膜で形成されたバイアス下地層３１と第１のハードバイアス層３２を構成するＣｏＰｔ系合金の（ｈｃｐ）構造の格子定数は近い値となるために、第１のハードバイアス層３２のＣｏＰｔ系合金の結晶構造は、（ｆｃｃ）構造を形成しづらく（ｈｃｐ）構造で形成されやすくなる。このとき、（ｈｃｐ）構造のｃ軸は、ＣｏＰｔ系合金の境界面内に優先配向される。この結果、（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、第１のハードバイアス層３２に磁界を与えたときの保磁力は大きくなる。
【００７７】
そして、第１のハードバイアス層３２に接して第２のハードバイアス層３３が形成される。この第２のハードバイアス層３３は、図２に示すように、平坦部３３ａの膜厚をＤとすると、その膜厚の中間Ｄ／２に相当する位置が、膜厚ｄを有するフリー磁性層２５の膜厚の中間位置ｄ／２とほぼ一致するような状態で成膜されている。
【００７８】
なお、第２のハードバイアス層３３は、バイアス下地層３１上に形成されて好ましい結晶配向に制御された第１のハードバイアス層３２と直接接触して成膜されるため、強磁性結合により安定した大きなバイアス磁界を発生させることができる。しかも、この第２のハードバイアス層３３は、第１のハードバイアス層３２の直上またはバイアス下地層３１の直上に成膜されるので、これらの層の影響により結晶配向が良好となる。
【００７９】
また、この第２のハードバイアス層３３上には、電極層３４が形成される。この電極層３４には、ＣｒやＡｕなどのスパッタ成膜、あるいはＴａ膜が一般に使用されている。さらに、この電極層３６上には、Ｔａなどで形成された保護層３７が形成される。
【００８０】
以上のような構成の磁気抵抗効果素子２の上には、絶縁材料を使用して図示外の上部ギャップ層が形成され、この上部ギャップ層の上には磁性材料を使用して同じく図示外の上部シールド層が形成される。
【００８１】
このように構成されたスピンバルブ型薄膜素子では、電極層３４から固定磁性層２３、非磁性導電層２４およびフリー磁性層２５に定常電流(センス電流)が与えられ、しかも磁気記録媒体からハイト（Ｙ）方向へ磁界が与えられると、フリー磁性層２５の磁化方向がトラック幅（Ｘ）方向からハイト（Ｙ）方向に向けて変化する。このとき、フリー磁性層２５と固定磁性層２３の間では、非磁性導電層２４と固定磁性層２３との界面、及び非磁性導電層２４とフリー磁性層２５との界面で伝導電子のスピンに依存した散乱を起こし、電気抵抗が変化する。これにより、定常電流が変化し、再生出力を得ることができる。
【００８２】
なお、この実施形態では、薄膜磁気ヘッド１に巨大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ素子の一種であるボトムスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子２を使用しているが、この他に、例えば、次に述べるデュアルスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子２´を使用してもよい。
【００８３】
[第２の実施形態]
次に、この発明の第２の実施形態について図３を参照しながら説明する。なお、この実施形態において、先の実施形態と同一部分には同一符号を付して重複説明を避ける。
この第２の実施形態の磁気抵抗効果素子２´は、デュアルスピンバルブ型で構成されており、この多層膜２０´については、前述のトップスピンバルブ型を構成する多層膜２０´とは異なり、シード層（下地層）２１よりも上層部分が、フリー磁性層２５を中心にしてその上下に非磁性導電層２４，２７と、固定磁性層２３，２８と、反強磁性層２２，２９とが積層された構成となっている。また、これらの各層のうち、固定磁性層２３及び固定磁性層２８が、それぞれ非磁性中間層を介して２層に分断されている。
【００８４】
即ち、この多層膜２０´は、下から順に、シード層（下地層）２１、（下側の）反強磁性層２２、（下側の）固定磁性層２３、（下側の）非磁性導電層２４Ａ、フリー磁性層２５、（上側の）非磁性導電層２４Ｂ、（上側の）固定磁性層２８、（上側の）反強磁性層２９及び保護層２７とを積層させてある。
【００８５】
このうち、下側の固定磁性層２３は、下から順に、第１の固定磁性層２３Ａと、非磁性中間層２３Ｂと、第２の固定磁性層２３Ｃと積層してなる。フリー磁性層２５は、下から順に、Ｃｏ又はＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ等のＣｏ合金からなる第２の強磁性層２５Ｃと、ＮｉＦｅ等からなる第３の強磁性層２５Ｂと、Ｃｏ又はＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ等のＣｏ合金からなる第１の強磁性層２５Ａとを積層してなる。
【００８６】
一方、上側の固定磁性層２８は、下から順に、第２の固定磁性層２８Ｃと、非磁性中間層２８Ｂと、第１の固定磁性層２８Ａとを積層してなる。これらは、下側の固定磁性層２３と同一材料で形成される。なお、上側の非磁性導電層２４Ｂは、下側の非磁性導電層２４Ａと同一材料で、また上側の反強磁性層２９は下側の反強磁性層２２と同一材料で形成される。
【００８７】
なお、この多層膜２０´でも、磁気記録媒体との対向面であるＡＢＳ面側から見た図１に示す概略断面において、積層（Ｚ）方向の下方でトラック幅（Ｘ）方向に延びる基部Ｂと、この基部Ｂの上の突出部Ｃとを有する構造となっている。そして、この基部Ｂには、シード層（下地層）２１、（下側の）反強磁性層２２及び（下側の）固定磁性層２３の大部分が含まれる一方、突出部Ｃには、（下側の）固定磁性層２３の一部、（下側の）非磁性導電層２４Ａ、フリー磁性層２５、（上側の）非磁性導電層２４Ｂ、（上側の）固定磁性層２８、（上側の）反強磁性層２９及び保護層２７が含まれている。
【００８８】
さらに、この多層膜２０´を挟んだ両側領域には、第１の実施形態と同様に、磁気記録媒体を臨む対向面であるＡＢＳ面から見たときに、積層方向の下方において、多層膜２０´の基部Ｂのトラック幅（Ｘ）方向の両側に位置するとともに両側面２ａ、特に第１の傾斜面２０ａに接して設けた両側基部Ｅと、基部Ｂのステップ面２０ｂに上から接する状態で積層するとともに両側面２ａ、特に第２の傾斜面２０ｃに接して設けた両側上部Ｆとを有する構造となっている。このうち、両側基部Ｅには、バイアス下地層３１及び第１のハードバイアス層３２が含まれるとともに、両側上部Ｆには、第２のハードバイアス層３３及び電極層３４が含まれる。
【００８９】
また、この実施形態では、第２のハードバイアス層３３には、傾斜部（図１で３３ｂの領域がこれに相当）が形成されておらず、平坦部（図１で３３ａの領域がこれに相当）のみの構成であり、この上面βの方がフリー磁性層２５の上面２５ａよりも上方位置に配置される一方、この下面γの方がフリー磁性層２５の下面２５ｂよりも下方に配置されている。なお、この実施形態の第２のハードバイアス層３３も第１のハードバイアス層３２に電気的に接触している。また第２のハードバイアス層３３は、フリー磁性層２５の側面、つまり第２の傾斜面２０ｃに直接接触して配置されており、フリー磁性層２５に充分なバイアス磁界を印加することができる。
【００９０】
次に、図１に示す薄膜磁気ヘッドの製造方法について、図４乃至図１０を参照しながら説明する。なお、各図は記録媒体との対向面（ＡＢＳ面）側から見た部分断面図である。
【００９１】
（１）最初に、図４に示すように、例えばアルチック（アルミナチタンカーバイト、ＡｌＴｉＣ）などのセラミックス材料からなる基板１２上に、図示外のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などで保護層（アンダコート）を積層させる。
【００９２】
（２）次に、この保護層（アンダコート）上に下部シールド層１３を形成するとともに、この下部シールド層１３の上に、電気絶縁性の高いセラミック、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などで下部ギャップ層１４を成膜する。
【００９３】
（３）次に、図５に示すように、下部ギャップ層１４上の全面に、巨大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ（giant magnetoresistive）素子の一種であるボトムスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子２を構成する多層膜２０を形成する。
【００９４】
この多層膜２０が、例えば、スピンフィルタタイプのボトムスピンバルブ型磁気抵抗効果素子２の場合、この多層膜２０を構成する各層については、具体的には、下部ギャップ層１４の上面αに、先ず、シードレイヤ層２１及びＰｔＭｎ合金などで形成された反強磁性層２２を形成する。さらに、この反強磁性層２２の上に、ＮｉＦｅ合金などの磁性材料で形成された固定磁性層２３、Ｃｕなどで形成された非磁性導電層２４、ＮｉＦｅ合金などで形成されたフリー磁性層２５、バックド層２６及びＴａなどで形成された保護層２７などを形成する。
【００９５】
なお、スピンスペキュラータイプの場合には、鏡面反射層を適宜の位置に積層させる。また、この多層膜２０が、デュアルバルブ型の多層膜２０´である場合には、シードレイヤ層２１の上に、反強磁性層２２からフリー磁性層２５までの各層を下から順に積層させたのち、フリー磁性層２５の上に、さらに、非磁性導電層２４Ｂ、固定磁性層２８及び反強磁性層２９を、下から順に積層させる。また、３層フェリピンド型の固定磁性層の替わりに、単層の固定磁性層でもよいし、３層フェリフリー型のフリー磁性層の替わりに、単層のフリー磁性層でもよい。
【００９６】
（４）このようにして、下部ギャップ層１４の全面に多層膜２０を形成したら、次に、トラック幅Ｔｗ領域の両側である両側領域に、下地層３１や第１のハードバイアス層３２を形成するため、図６に示すように、成膜された多層膜２０のうち、第１のトラック領域（Ｔｗ１）に対応する多層膜２０のエリアに、幅広形状のリフトオフ用の第１のレジスト膜Ｒ１を塗布して、マスキングを行う。
【００９７】
（５）そして、例えばエッチング、例えばＩＢＥ(ion-beam etching)などにより、そのトラック領域（Ｔｗ１）以外のエリア、つまり両側領域を除去する。このようにして、両側領域については、図６に示すように、多層膜２０の最下層であるシードレイヤ層２１の下の下部ギャップ層１４の厚さのほぼ中間部分まで除去する。つまり、多層膜２０の両側領域において、下部ギャップ層１４の上面（磁気抵抗効果素子の形成面α）よりも下のところまで、イオンミリング法などのエッチング処理により除去する。これにより、残された多層膜２０は、両側面２ａが上面まで連続した傾斜面となり、多層膜２０はほぼ台形状となる。
【００９８】
（６）このようにして、両側領域の多層膜２０を除去したならば、次に、図７に示す工程では、多層膜２０の両側領域である除去した凹所に、バイアス下地層３１、第１のハードバイアス層３２を下から順に所定膜厚にスパッタ成膜する。なお、多層膜２０上の両側領域で挟まれたトラック領域には、前述のリフトオフ用の第１のレジスト膜Ｒ１を設けてあり、スパッタ粒子を一定角度θに傾けて成膜させるので、各層について、それぞれ、平坦部及び（多層膜２０の両側面２ａの最上部に向けて）上方へ傾斜した傾斜部が形成される。
【００９９】
特に、バイアス下地層３１のスパッタの際、成膜角度を十分に傾斜させて、例えば５０度以上の成膜角度でスパッタ成膜する。これにより、後述するように、その直上に成膜する第１のハードバイアス層３２には大きな保持力（Ｈｃ）が得られる。
【０１００】
バイアス下地層３１は、Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｍｎ，Ｎｂ，Ｔａのうちいずれか１種以上を選択できる。このうちＣｒ膜でバイアス下地層３１を形成することが好ましい。第２のハードバイアス層３２は、ＣｏＰｔＣｒ合金などにより成膜する。
なお、バイアス下地層３１、第１のハードバイアス層３２は、形成面αの垂直方向（図示Ｚ方向）に対して、スパッタ粒子入射角度θ（成膜角度θ）を有してスパッタ成膜される。この成膜角度θは、具体的には３０°以上で７０°以下であることが好ましい。より好ましくは４０°以上で６０°以下である。
【０１０１】
（７）さらに、図８に示すように、多層膜２０の上面の中央部に位置合わせして、第１のリフトオフ用のレジスト膜Ｒ１よりも幅の狭い第２のリフトオフ用のレジスト膜Ｒ２を設けるとともに、イオンミリングなどにより、ハードバイアス層３２（これが第１のハードバイアス層３２に相当する）の前処理ミリングを行う。なお、第２のレジスト膜Ｒ２のトラック幅（Ｘ）方向の長さＬ２は、第１のレジスト膜Ｒ１の同方向の長さＬ１よりも０．２〜０．４μｍ程度小さく形成されている。
【０１０２】
この場合、深さ（Ｚ）方向については、例えば破線で示すように、固定磁性層２３の一部が残る程度の深さまで浅くオーバエッチングを行い、ハードバイアス層３２の平坦部の膜厚の略１００Åのところまで両側領域を除去する。また、トラック幅（Ｘ）方向については、例えば破線で示すように、多層膜２０の上面２０ｄ(第１トラック幅Ｔｗ１)の長さの略０．２μｍのところまでを除去する。
これにより、図９に示すような多層膜２０が一段ステップを有する略凸形状に形成される。即ち、これにより、多層膜２０には、シードレイヤ層２１、反強磁性層２２及びフリー磁性層２３の一部からなる基部Ｂと、トラック幅方向（Ｘ方向）に突出した突出部Ｃとを形成する。
【０１０３】
（８）次に、図１０において、第２のハードバイアス層３３が多層膜２０の側面２ａ、特に第２の傾斜面２０ｃでフリー磁性層２５に直接接触するように、ＩＢＤ(イオン・ビーム・デポジッション)などでスパッタ成膜する。このときの成膜角度は、２０°である。このときの第２のハードバイアス層３３は、例えば図２に示すように、平坦部３３ａの膜厚Ｄの半分であるＤ／２の位置が、フリー磁性層２５の膜厚ｄの半分であるｄ／２の位置と略一致するような状態で成膜する。
【０１０４】
この第２のハードバイアス層３３の成膜を行う場合に、前処理ミリングにより両側領域（バイアス下地層３１および第１のハードバイアス層３２）を除去する深さを浅くしてあるので、第２のハードバイアス層３３の平坦部３３ａが十分な厚さでフリー磁性層２５に当接させることができるようになり、バイアス下地層３１の傾斜部３１ｂがフリー磁性層２５に当接するのを回避できる。
【０１０５】
（９）その後、図１０に示すように、第２のハードバイアス層３３より上層部分を積層する。
【０１０６】
（１０）次に、多層膜２０及び電極層３４の上に、電気絶縁性の高いセラミック、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などで図示外の上部ギャップ層を積層する。さらに、この上に同じく図示外の上部シールド層などを形成すると，図１に示す薄膜磁気ヘッド１が完成する。
【０１０７】
【実施例】
次に、前述した製造法によってスピンバルブ型薄膜素子を形成した場合、図７に示す成膜工程で、イオンビームスパッタ法によりスパッタ成膜するときのスパッタ粒子の入射角θ(成膜角度)を変化させ、そのとき得られたバイアス下地層３１であるＣｒ膜について、その膜表面に配向する結晶面をＸ線解析（ＸＲＤ）によって調べる実験を行った。そのときの結果を、図１１及び図１２に示す。
【０１０８】
図１１は、Ｓｉを用いた基板（Ｓｉ基板）の表面の法線方向に対して２０度の角度からスパッタ粒子を入射させてＣｒ膜を成膜したときの結果、図１２は、Ｓｉ基板の表面の法線方向に対して５０度の角度からスパッタ粒子を入射させＣｒ膜を成膜したときの結果である。
【０１０９】
図１１に示すように、２０度の成膜角度でスパッタ粒子を入射させてＣｒ膜を成膜させたときには、得られたＣｒ膜の膜表面に配向する結晶面は(１１０)面が見られるのみであることが分かる。
一方、成膜角度を５０度にすると、図１２に示すように、得られたＣｒ膜の膜表面に配向する結晶面には(２００)面、(２１１)面も見出されることが分かる。
なお、この場合、バイアス下地層を構成するＣｒ膜は、単層であって、結晶構造は体心立方格子（ｂｃｃ）構造である。
【０１１０】
次に、Ｓｉ基板上に、イオンビームスパッタ法を用いて、バイアス下地層３１を構成するＣｒ膜と第１のハードバイアス層３２を構成するＣｏＰｔ膜の２層膜をスパッタ成膜し、ＣｏＰｔ膜の膜表面に配向する結晶面をＸ線回折によって調べてみた。このときの結果を図１３に示す。なお、Ｃｒ膜を成膜するときに、スパッタ粒子の成膜角度は、２０度から７０度の範囲で変化させた。
【０１１１】
この図１３のグラフから分かるように、バイアス下地層３１であるＣｒ膜の成膜角度を、２０度（ａで示す）、５０度（ｂで示す）、６０度（ｃで示す）、７０度（ｄで示す）と次第に大きくすると、その上に成膜される第１のハードバイアス層３２の[００２]のピーク強度は小さくなり、逆に[１００]のピーク強度は大きくなっていくことが分かる。即ち、第１のハードバイアス膜３２であるＣｏＰｔ膜の表面結晶配向は、[００２]面から[１００]面へと変化する。つまり、ＣｏＰｔ膜の表面結晶配向は、ｃ軸が膜面垂直配向から膜面面内配向へと変化する。また、この場合、ＣｏＰｔ膜の保磁力（Ｈｃ）も、１７００（Ｏｅ）、２１４０（Ｏｅ）、２３８５（Ｏｅ）、２４６０（Ｏｅ）へと次第に増大していく。
【０１１２】
従って、前述したような方法で製造したスピンバルブ型薄膜素子によれば、例えば、バイアス下地層３１であるＣｒ膜の成膜角度を７０度程度（図１３中のｄで示す）にして成膜することにより、第１のハードバイアス膜３２であるＣｏＰｔ膜の保磁力（Ｈｃ）を増大させることができるようになる。そのため、これに接触するように第２のハードバイアス膜３３を成膜角度θを小さくして成膜しても、この第２のハードバイアス膜３３には、第１のハードバイアス膜３２からの大きな保磁力（Ｈｃ）を増大させることができるようになる。
【０１１３】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明によれば、第２のハードバイアス層の平坦部が、直接フリー磁性層に接しており、換言すれば、十分なバルクのハードバイアス層をフリー磁性層に当接させることができるようになっており、その分、大きなバイアス磁界をフリー磁性層に印加できるようになるから、良好な再生特性を得ることができる。
【０１１４】
また、この発明によれば、バイアス下地層を介在させなくても、反強磁性層と第２のハードバイアス層との間で直接当接することが防止できるようになるので、これらの間で不要な交換結合磁界の発生を防止して、反強磁性層の磁化方向とハードバイアス層の磁化方向との直交性を確保することができる。
【０１１５】
さらに、この発明によれば、バイアス下地層の成膜角度を大きくして成膜することにより、この上層に成膜した第１のハードバイアス層には大きな保磁力が得られるようになる。従って、これと接する第２のハードバイアス層も大きな保磁力を発揮することができるようになるので、フリー磁性層には大きなバイアス磁界を印加できるようになり、安定した再生出力を得ることが可能になる。しかも、この第２のハードバイアス層は、成膜角度を小さくして成膜しても大きな保磁力を発揮することができるようになるので、従来のようにハードバイアス層に先細りの傾斜部が形成されることがなく、充分な膜厚を有するハードバイアス層の平坦部をフリー磁性層の両側面に接合させることができ、ひいては大きなバイアス磁界をフリー磁性層に印加することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係るスピンバルブ型薄膜素子をＡＢＳ面から見たときの状態を示す断面図である。
【図２】図１に示すスピンバルブ型薄膜素子の要部断面図である。
【図３】この発明の第２の実施形態に係るデュアルスピンバルブ型薄膜素子をＡＢＳ面から見たときの状態を示す断面図である。
【図４】図１に示すスピンバルブ型薄膜素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図５】同スピンバルブ型薄膜素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図６】同スピンバルブ型薄膜素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図７】同スピンバルブ型薄膜素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図８】同スピンバルブ型薄膜素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図９】同スピンバルブ型薄膜素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１０】同スピンバルブ型薄膜素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１１】Ｃｒ膜を２０度の成膜角度で成膜した場合のＸ線解析結果を示すグラフである。
【図１２】Ｃｒ膜を５０度の成膜角度で成膜した場合のＸ線解析結果を示すグラフである。
【図１３】Ｃｒ／ＣｏＰｔ積層膜のＸ線解析結果を示すグラフである。
【図１４】従来の製造方法で形成された同スピンバルブ型薄膜素子をＡＢＳ面から眺めた図である。
【符号の説明】
１２ 基板
１３ 下部シールド層
１４ 下部ギャップ層
２ 磁気抵抗効果素子
２ａ 両側面
２０ ２０´ 多層膜
２０ａ 第１の傾斜面（両側面）
２０ｂ ステップ面
２０ｃ 第２の傾斜面（両側面）
２０ｄ 上面
２１ シードレイヤ層
２２ 反強磁性層
２３ 固定磁性層
２４ 非磁性導電層
２４Ａ 非磁性導電層
２４Ｂ 非磁性導電層
２５ フリー磁性層
２６ バックド層
２８ 固定磁性層
２９ 反強磁性層
３１ バイアス下地層
３１ａ 平坦部
３１ｂ 傾斜部
３２ 第１のハードバイアス層
３３ 第２のハードバイアス層
３３ａ 平坦部
３３ｂ 傾斜部
３４ 電極層
α 形成面
β 第２のハードバイアス層の上面
γ 第２のハードバイアス層の下面
Ｂ 基部
Ｃ 突出部
Ｅ 両側基部
Ｆ 両側上部
Ｒ１ リフトオフ用の第１の(広幅)レジスト膜
Ｒ２ リフトオフ用の第２の(狭幅)レジスト膜
Ｔｗ１ 第１のトラック幅
Ｔｗ２ 第２のトラック幅
Ｘ トラック幅方向
Ｙ ハイト方向
Ｚ 積層方向
【発明の技術分野】
本発明は、固定磁性層の磁化の方向と外部磁界の影響で変化するフリー磁性層の磁化の方向との関係で電気抵抗が変化するスピンバルブ型薄膜素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
ハードデイスクなどの記録媒体からの記録磁界を検出して電気抵抗が変化するスピンバルブ型薄膜素子(スピンバルブ型薄膜磁気ヘッド)について、従来の構造を図１４に示す。
【０００３】
このスピンバルブ型薄膜素子には、同図に示すように、トラック幅Ｔｗに対応した所定の領域(以下、トラック領域)に、反強磁性層１０１、固定磁性層１０２、非磁性導電層１０３およびフリー磁性層１０４を積層した略台形状を呈し磁気抵抗効果を発揮する多層膜１００を設けるとともに、この両側(以下、両側領域とよぶ)に、ハードバイアス層１０５、電極層１０６などを一対設けた構成のものが知られている。
【０００４】
このように構成されたスピンバルブ型薄膜素子では、フリー磁性層１０４の磁化方向が、トラック幅(Ｘ)方向に磁化されているハードバイアス層１０５（バイアス磁界）の磁界により、同じＸ方向へ揃えられる。また、このスピンバルブ型薄膜素子では、ハードバイアス層１０５の上に形成された電極層１０６から固定磁性層１０２、非磁性導電層１０３およびフリー磁性層１０４に定常電流(センス電流)が与えられる。
【０００５】
一方、図示外の記録媒体の走行方向は積層（Ｚ）方向であり、この記録媒体からの信号磁界がハイト（Ｙ）方向に与えられると、フリー磁性層１０４内での磁化の方向がＸ方向からＹ方向へ向けて変化する。従って、このフリー磁性層１０４内での磁化の方向の変動と、固定磁性層１０２の固定磁化方向との関係で電気抵抗値が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの信号磁界が検出される。
【０００６】
ところで、このようなスピンバルブ型薄膜素子では、例えばＣｒなどのバイアス下地層１０７を介在させることにより、ハードバイアス層１０５の結晶性を高めてバイアス磁界を増大させることが可能になっており、フリー磁性層１０４の単磁区化が行い易くなる。
【０００７】
ところが、このような構成のスピンバルブ型薄膜素子では、例えばバイアス下地層１０７を設けた構成のものでは、このバイアス下地層１０７の多層膜１００上面１００Ａに向けて傾斜した領域（以下、これを傾斜部とよぶ）がこれら双方の間に介在されている。従って、このバイアス下地層１０７の膜厚が厚いと、バイアス下地層１０７の傾斜部の影響で、ハードバイアス層１０５からフリー磁性層１０４に作用するバイアス磁界が弱められてしまう。このため、安定性が確保できず、良好な再生特性が得られない。
【０００８】
一方、このバイアス下地層１０７の膜厚が薄いと、反強磁性層１０１とハードバイアス層１０５との間で不要な交換結合磁界を生じ、双方の磁化が互いに影響を受けて反強磁性層１０１の磁化方向とハードバイアス層１０５の磁化方向との直交性が損なわれる虞れがある。
【０００９】
また、このような構成のスピンバルブ型薄膜素子では、図１４において、多層膜１００の傾斜した側面１００Ｂにハードバイアス層１０５の傾斜した領域１０５Ａ(以下、傾斜部とよぶ)が隣接して乗り上げ、特にフリー磁性層１０４の両側には先細りした傾斜部１０５Ａのみしか隣接していないために、フリー磁性層１０４に十分なバイアス磁界を印加できない虞れがある。即ち、ハードバイアス層１０５の平坦な領域１０５Ｂ(以下、平坦部とよぶ)がフリー磁性層１０４に隣接して配置されていないため、フリー磁性層１０４に十分なバイアス磁界が印加できず、バルクハウゼンノイズを生じてしまう。
【００１０】
そこで、本発明は、上記した事情に鑑み、再生特性の安定化の確保と狭トラック化に好適なスピンバルブ型薄膜素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
本発明のスピンバルブ型薄膜素子は、トラック領域に、少なくとも反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層及びフリー層を含んで順に積層した、磁気抵抗効果を発揮する多層膜と、前記トラック領域を挟んでその両側に位置する両側領域に下から順に一対積層した、少なくとも第１のハードバイアス層、第２のハードバイアス層及び電極層とを備えるスピンバルブ型薄膜素子であって、前記多層膜が、記録媒体との対向面から見たときに、積層方向の下部に位置する基部と、前記フリー磁性層を含み前記基部上に積層された突出部とを有する全体略凸形状を呈し、前記基部には、少なくとも前記反強磁性層の全ておよび前記固定磁性層の一部が含まれ、前記基部の両側領域には前記第１のハードバイアス層が形成・配置されるとともに、前記突出部の両側領域にはフリー磁性層の両側面に直接接触して前記第２のハードバイアス層が形成・配置され、前記第２のハードバイアス層の平坦部の上面の方が前記フリー磁性層の上面よりも上方に配置されるとともに、前記平坦部の下面の方がフリー磁性層の下面よりも下方に配置され、前記突出部の両側領域に形成された第２のハードバイアス層が、前記基部の両側領域に形成された第１のハードバイアス層に接触するように積層されたことを特徴としている。
【００１３】
前記第１のハードバイアス層の下にバイアス下地層を設けることが好ましい。
【００１４】
前記バイアス下地層が、Ｃｒからなり、少なくとも[２１１]または[２００]面が膜面垂直方向に配向した結晶を含んでいるのが好ましい。
【００１５】
前記第１および第２のハードバイアス層のうち少なくとも一方が、ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金であるのが好ましい。
【００１６】
前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金が、少なくとも[００２]面が膜面垂直方向に配向した結晶を含んだ構成であるのが好ましい。
【００１７】
前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金が、[００２]面が膜面垂直方向に優先配向した構成であるのが好ましい。
【００１８】
前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金が、少なくとも[１００]および[００２]面が膜面垂直方向に配向した結晶を含み、[００２]面が優先配向しているのが好ましい。
【００１９】
前記多層膜中のフリー磁性層の上に、非磁性導電材料からなるバックド層が成膜されているのが好ましい。
【００２０】
前記多層膜中に、鏡面反射層が成膜されていてもよい。
【００２１】
前記フリー磁性層が、下から順に、第１のフリー磁性層、非磁性中間層、第２のフリー磁性層を積層した構成でもよい。
【００２２】
前記固定磁性層が、下から順に、第１の固定磁性層、非磁性中間層、第２の固定磁性層を積層した構成でもよい。
【００２３】
また、この発明のスピンバルブ型薄膜素子の製造方法は、トラック領域に、少なくとも反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層及びフリー磁性層を含んで順に積層した、磁気抵抗効果を発揮する多層膜と、前記トラック領域を挟んでその両側に位置する両側領域に下から順に一対積層した、少なくとも第１のハードバイアス層、第２のハードバイアス層及び電極層とを備えるスピンバルブ型薄膜素子の製造方法であって、前記トラック領域の多層膜を残してその両側領域の下部ギャップ層の一部まで除去し、前記トラック領域の多層膜を挟んで除去した前記両側領域に、第１のハードバイアス層を積層した後、前記多層膜のフリー磁性層が積層された深さよりも深く、前記多層膜の両側領域に接する側面を含む側面部と両側領域を除去して前処理を行い、この前処理により、前記多層膜を、記録媒体との対向面から見たときに、積層方向の下部に位置する基部とフリー磁性層を含み基部上に積層された突出部とを有する全体凸形状に形成し、前記基部には、少なくとも反強磁性層の全て及び固定磁性層の少なくとも一部が含まれていて、その後、その除去した多層膜の側面部および両側領域に、第１のハードバイアス層に接触して第２のハードバイアス層を積層させることを特徴としている。
【００２５】
また、この製造方法では、前記第２のハードバイアス層は、フリー磁性層の側面に接する傾斜部から離間した平坦部の上面の方が、フリー磁性層の上面よりも上方位置に配置されるとともに、平坦部の下面の方がフリー磁性層の下面よりも下方に配置され、
この第２のハードバイアス層の直下には、前記突出部の側面に当接して、前記第２のハードバイアス層の成膜工程より前の工程で成膜された第１のハードバイアス層が成膜される。
【００２６】
また、この製造方法では、前記第１のハードバイアス層の下にバイアス下地層を設けることが好ましい。
【００２７】
また、この製造方法では、前記バイアス下地層は、Ｃｒからなり、少なくとも[２１１]または[２００]面が膜面垂直方向に配向していることが好ましい。
【００２８】
また、この製造方法では、前記第１および第２のハードバイアス層のうちの少なくとも一方は、ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金のいずれかよりなるのが好ましい。
【００２９】
また、この製造方法では、前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金は、少なくとも[００２]面が膜面垂直方向に配向する結晶を含んでいるのが好ましい。
【００３０】
また、この製造方法では、前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金は、[００２]面が膜面垂直方向に優先配向しているのが好ましい。
【００３１】
また、この製造方法では、前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金は、少なくとも[１００]および[００２]面が膜面垂直方向に配向する結晶を含み、[００２]面が優先配向しているのが好ましい。
【００３２】
前記多層膜中にバックド層が成膜されていてもよい。
【００３３】
前記多層膜中に鏡面反射層が成膜されていてもよい。
【００３４】
前記フリー磁性層が、下から順に、第１のフリー磁性層、非磁性中間層、第２のフリー磁性層を積層した構成でもよい。
【００３５】
前記固定磁性層が、下から順に、第１の固定磁性層、非磁性中間層、第２の固定磁性層を積層する構成でもよい。
【００３６】
【発明の実施形態】
以下、この発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する
[第１の実施形態]
図１はこの発明の第１の実施形態に係る薄膜磁気ヘッド１の製造途中の状態を図示外のハードディスクなどの磁気記録媒体との対向面であるＡＢＳ面から見た断面図である。この薄膜磁気ヘッド１には、巨大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ（giant magnetoresistive）素子の一種であるボトムスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子２を使用している。
【００３７】
この薄膜磁気ヘッド１は、図示外のハードデイ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おり、磁気記録媒体に超高密度で記録されている記録磁気情報を検出する。ここで、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は積層（Ｚ）方向であり、この磁気記録媒体からの信号磁界の方向はハイト（Ｙ）方向である。なお、この薄膜磁気ヘッド１は、再生用の磁気ヘッドとして使用するが、この薄膜磁気ヘッド１の上（Ｚ方向）には記録用のインダクティブヘッドが積層されていてもよい。
【００３８】
図１において、最下層に位置する基板１２はアルミナチタンカーバイト（ＡｌＴｉＣ）などのセラミックス材料で形成されている。この基板１２の上には、図示外の保護層（アンダコート）が形成されている。この保護層は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などで形成されている。
【００３９】
保護層の上には、下部シールド層１３が形成されている。この下部シールド層１３は、磁気抵抗効果素子２の下部側において、磁気シールドを行うためのものであり、磁性材料で形成されている。
【００４０】
さらに、この下部シールド層１３の上部には、下部ギャップ層１４が形成されている。この下部ギャップ層１４は、後述する電極層３４と下部シールド層１３との間の電気的絶縁性を確保するためのものであり、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）が材料として使用されている。
【００４１】
そして、この下部ギャップ層１４の上面α(磁気抵抗効果素子の形成面)には、磁気抵抗効果素子２が形成されている。
【００４２】
この磁気抵抗効果素子２には、ボトムスピンバルブ型の薄膜素子とよばれる構成の磁気抵抗効果を発揮する多層膜２０を有する。
【００４３】
この多層膜２０には、下から順に、シードレイヤ層２１、反強磁性層２２、固定磁性層２３、非磁性導電層２４、フリー磁性層２５、バックド層２６、保護層２７を積層させている。この多層膜２０では、この上面２０ｄの幅寸法が光学的に測定可能なトラック幅（Ｔｗ２）を構成している。
【００４４】
この多層膜２０は、後に詳述するが、まず各層を磁気抵抗効果素子２の形成面α上に成膜した後、この多層膜２０の中央部の上面２０ｄに第１のリフトオフ用のレジスト膜Ｒ１（図６及び図７参照）を形成し、この第１のレジスト膜Ｒ１に覆われていない多層膜２０の両側の領域（以下、両側領域とよぶ）をイオンミリングなどでエッチングして除去する。
【００４５】
この場合、さらに、第２のリフトオフ用のレジスト膜Ｒ２（但し、第２のレジスト膜Ｒ２の方が第１のレジスト膜Ｒ１よりも、０．２〜０．４μｍ小さい）を形成し、再度、エッチングする。このため、多層膜２０は、図１に示すような全体略凸形状に形成できる。
【００４６】
この多層膜２０は、ＡＢＳ面側からハイト方向を見たときに、図１に示す概略断面において、積層（Ｚ）方向下部でステップ面２０ｂに相当する部分だけトラック幅（Ｘ）方向に延びる基部Ｂと、この基部Ｂ上の突出部Ｃとを有する構造となっており、基部Ｂにはシードレイア層（下地層）２１、反強磁性層２２及び固定磁性層２３の一部が含まれるとともに、突出部Ｃには固定磁性層２３の大部分、非磁性導電層２４、フリー磁性層２５、バックド層２６及び保護層２７が含まれている。
【００４７】
シードレイヤ層２１は、下地層（図略）と、この上に積層した非磁性材料あるいは磁性材料で形成された配向層（図略）とで構成される。なお、このシードレイヤ層２１は、一層の非磁性材料あるいは磁性材料で形成された配向層のみで構成してもよいが、配向層の結晶配向を整えるためには下地層を形成している方が好ましい。
【００４８】
下地層は、Ｔａ（タンタル），Ｈｆ（ハフニウム），Ｎｂ（ニオブ），Ｚｒ（ジルコニウム），Ｔｉ（チタン），Ｍｏ（モリブデン），Ｗ（タングステン）のうち少なくとも１種または２種以上で形成するのが好ましい。
【００４９】
一方、配向層は、上記のように磁性材料あるいは非磁性材料で形成するが、特に高抵抗材料で形成するのが好ましい。この配向層は、例えばＮｉＦｅＹ合金（ただしＹは、Ｃｒ，Ｒｈ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉから選ばれる少なくとも１種以上）で形成するのが好ましい。このうち、配向層はＮｉＦｅＣｒ合金で形成するのがより好ましい。この配向層の（１１１）面を、より適切に反強磁性層２２との界面と平行な方向に優先配向させることができ、さらに高比抵抗にできるからである。
【００５０】
また、配向層が高比抵抗であると、後述する電極層３４から流れるセンス電流のシードレイヤ層２１への分流を抑制することが可能である。これによって抵抗変化率（ΔＭＲ）を向上させることができ、またバルクハウゼンノイズを減少させることができる。
【００５１】
シードレイヤ層２１の上面（磁気抵抗効果素子の形成面α）には、反強磁性層２２が形成される。この反強磁性層２２は、ＰｔＭｎ（プラチナマンガン）から形成されているが、例えば、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料、あるいは、元素Ｘと元素Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎを含有する反強磁性材料により形成することができる。これらの反強磁性材料は、耐食性に優れ、しかもブロッキング温度も高く、次に説明する固定磁性層２３との界面で大きな交換結合磁界を発生し得る。
【００５２】
次に、この反強磁性層２２の上には固定磁性層２３が形成されている。
固定磁性層２３は、第１の固定磁性層２３Ａ、非磁性中間層２３Ｂおよび第２の固定磁性層２３Ｃで構成されたシンセティックフェリピンド層（ＳＦＰ）で構成されているが、単層構造であってもよい。第１の固定磁性層２３Ａおよび第２の固定磁性層２３Ｃは、例えばＣｏＦｅ合金で形成されているが、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金などで形成してもよい。なお、非磁性中間層２３Ｂは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒなどの材料で形成されている。
【００５３】
この３層構成により、第１の磁性層２３Ａと第２の磁性層２３Ｃの磁化方向は互いに反平行状態にされる。これはいわゆるフェリ磁性状態と呼ばれるものであり、固定磁性層２３の磁化を安定した状態にでき、また固定磁性層２３と反強磁性層２２との界面で発生する交換結合磁界を大きくすることができる。
この固定磁性層２３が積層された後、ハイト方向（図示Ｙ方向）への磁場中アニールを施すことで、固定磁性層２３と反強磁性層２２との界面で発生する交換結合磁界により、固定磁性層２３の磁化はハイト方向（図示Ｙ方向）に強固に固定される。
【００５４】
この固定磁性層２３の上には非磁性導電層２４が形成されている。この非磁性導電層２４は、例えばＣｕなどの電気抵抗の低い導電性材料によって形成される。
【００５５】
次に、前記非磁性導電層２４の上にはフリー磁性層２５が形成される。このフリー磁性層２５は、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金などにより形成される。また、このフリー磁性層２５は、非磁性導電層２４と対向する側にＣｒ又はＣｏ膜をさらに設けてもよい。これにより、非磁性導電層２４との界面での金属元素等の拡散を防止でき、抵抗変化率（ΔＧＭＲ）を大きくすることができる。
【００５６】
なお、このフリー磁性層２５としては、第１のフリー磁性層、非磁性中間層及び第２のフリー磁性層を有するシンセティックフェリフリー（ＳＦＦ）構造であってもよい。このシンセティックフェリフリー構造の場合には、第１のフリー磁性層及び第２のフリー磁性層には、それぞれ単層のものであって、ＣｏＦｅＮｉ合金が組成を限定して使用する一方、非磁性中間層には、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒなどが材料として使用可能であるがＲｕが好ましい。
【００５７】
これにより、同様に、第１のフリー磁性層及び第２のフリー磁性層の磁化は互いに反平行とされ、各フリー磁性層の磁化を安定した状態に保持でき、各フリー磁性層の磁気的な膜厚を薄く形成できる。その結果、フリー磁性層の磁化は、第１及び第２の磁性層が外部磁界に対し反平行を保ちながら反転しやすくなり、再生特性の向上を図ることができる。このフェリ構造は、固定磁性層２３及びフリー磁性層２５のどちらか一方において形成されていてもよい。
【００５８】
次に、フリー磁性層２５の上には、バックド層２６が形成されている。このバックド層２６は、例えば、Ｃｕ等の金属材料や非磁性導電材料からなり、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕからなる群から選択された材料から構成することができる。このバックド層２６により、磁気抵抗効果に寄与するアップスピン(上向きスピン；up spin)の電子における平均自由工程(mean free path)を延ばし、所謂スピンフィルター効果（spin filter effect）により、スピンバルブ型薄膜素子において、大きなΔＲ／Ｒ(抵抗変化率)が得られ、高密度記録化に対応可能となる。
【００５９】
なお、このバックド層２６の上に鏡面反射層を積層させてもよい。このように構成すれば、スピンフィルター効果と同時に、鏡面反射効果(specular effect)を発現させることができ、アップスピンの伝導電子の平均自由工程を大幅に伸ばすことができるので、ダウンスピン(下向きスピン；down spin)の伝導電子との平均自由工程差を十分拡大させることができるようになり、さらに抵抗変化率(ΔＲ／Ｒ)を向上させることができる。
【００６０】
なお、鏡面反射層を構成する絶縁材料としては、α−Ｆｅ2Ｏ3、ＮｉＯ、ＣｏＯ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｏ、Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ−Ｑ−Ｏ（ここで、Ｑは、Ｂ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される１種以上の原子）、Ｒ−Ｏ（ここで、Ｒは、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上の原子）等の酸化物、Ａｌ−Ｎ、ＡＬ−Ｑ−Ｎ（ここで、Ｑは、Ｂ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される１種以上の原子）、Ｒ−Ｎ（ここで、Ｒは、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上の原子）などの窒化物などを挙げることができる。
【００６１】
ここで、鏡面反射層として、α−Ｆｅ2Ｏ3やＮｉＯなどの反強磁性体を用いた場合、鏡面反射層によって、バイアス層の一部、または全部を兼ねることができる。さらに、この鏡面反射層を構成する絶縁材料として、また、半金属ホイスラー合金からなる手段を採用することができ、ＮｉＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｂのいずれか１つ以上の単層膜または多層膜でもよい。これらの材料を採用することで、隣接する層との間に、十分なポテンシャル障壁を形成することが可能であり、これにより十分な鏡面反射効果を得ることができる。
【００６２】
さらに、このバックド層２６の上には、保護層２７が形成される。この保護層２７はＴａなどで形成される。
【００６３】
上記したシードレイヤ層２１から保護層２７までの各層で構成される多層膜２０には、シードレイヤ層２１から反強磁性層２２及び固定磁性層２３の一部までで構成する基部Ｂのトラック幅（Ｘ）方向の両側面２ａが、連続した第１の傾斜面２０ａを形成している。さらに、この基部Ｂの上面であるステップ面２０ｂから上には、突出部Ｃのトラック幅（Ｘ）方向の両側面２ａが前記保護層３０の上面まで連続した第２の傾斜面２０ｃを形成している。
【００６４】
多層膜２０は、各層を形成面α上に成膜した後、（幅広の）リフトオフ用の第１のレジスト膜Ｒ１及び第１のレジスト膜Ｒ１よりも幅を狭めた（幅狭の）リフトオフ用の第２のレジスト膜Ｒ２を用い、これらのレジスト膜Ｒ１に覆われていない多層膜２０の両側領域が、再度、イオンミリングなどでエッチングして除去される。これにより、多層膜２０は、磁気記録媒体との対向面であるＡＢＳ面から眺めたときに、第１の傾斜面と第２の傾斜面との間にトラック幅（Ｘ）方向に平行なステップ面２０ｂを形成した、全体略凸形状に形成される。
【００６５】
即ち、多層膜２０の両側領域において、シードレイヤ層２１の一部のみを残しその上側の各層全てを除去し、例えば、図６、図７に示すような台形状に形成する。この場合、多層膜２０の基部Ｂの両側面２ａ、つまり第１の傾斜面２０ａの形成面αに対する傾きは、この両側領域の多層膜を、例えばリフトオフ法でエッチングして除去することにより、所望の角度に形成できる。
【００６６】
このように台形状に形成した多層膜２０の両側領域には、下から順にバイアス下地層３１、第１のハードバイアス層３２、第２のハードバイアス層３３、電極層３４及び図示外の保護層がそれぞれ積層されている。このうち、第２のハードバイアス層３３は、図１０に示すように、ステップ面２０ｂの上に形成されており、第２のハードバイアス層３３の平坦部３３ａが、フリー磁性層２５の両側領域に直接、隣接して配置されている。第２のハードバイアス層３３をこのような構造にすることで、十分なバイアス磁界をフリー磁性層２５に印加することができるようになる。
【００６７】
なお、この多層膜２０を挟んだ両側領域には、磁気記録媒体に臨む対向面であるＡＢＳ面から見たときに、積層方向下方において、多層膜２０の基部Ｂのトラック幅（Ｘ）方向両側の側面２ａ（第１の傾斜面２０ａ）に接して設けた両側基部Ｅと、基部Ｂのステップ面２０ｂに上から接する状態でこの両側基部Ｅ上に積層して設けた両側上部Ｆとを有する構造となっている。このうち、両側基部Ｅには、バイアス下地層３１及び第１のハードバイアス層３２が含まれるとともに、両側上部Ｆには、第２のハードバイアス層３３及び電極層３４が含まれる。
【００６８】
また、図１０において、第２のハードバイアス層３３では、フリー磁性層２５の側面、つまり第２の傾斜面２０ｃに直接接触して配置する傾斜部３３ｂと，この傾斜部３３ｂの下部に設けた平坦部３３ａとを備えた構成であるが、この平坦部３３ａの上面βの方がフリー磁性層２５の上面２５ａよりも上方位置に配置される。一方、この平坦部３３ａの下面γの方は、フリー磁性層２５の下面２５ｂよりも下方に配置される。なお、この実施形態の第２のハードバイアス層３３は第１のハードバイアス層３２に電気的に接触している。
【００６９】
図２は、図１に示す薄膜磁気ヘッドの左側部分のみを拡大した部分断面図である。この図２に示すように、多層膜２０の両側領域において、形成面α上には、下から順位に、バイアス下地層３１、第１のハードバイアス層３２、第２のハードバイアス層３３、電極層３４が形成されている。
【００７０】
この図２から分かるように、第２のハードバイアス層３３には、多層膜２０の突出部Ｃの両側面２ａ（第２の傾斜面２０ｃ）との間にバイアス下地層３１が形成されていないため、フリー磁性層２５を第２のハードバイアス層３３に直接接触させることができる。このため、バイアス磁界を強磁性結合により、直接フリー磁性層２５に印加させることができるようになり、双方の間には、直接、交換結合力が作用して安定した再生出力を得ることができるようになる。この場合、第１のハードバイアス層３２は、勿論、反強磁性層２２に当接しないから、これら双方の間には交換結合力が作用するといった不都合を生じることがない。
【００７１】
また、バイアス下地層３１は、図１０に示すように、下部ギャップ層１４上に形成された平坦部３１ａと、この平坦部３１ａ上に形成された傾斜部３１ｂとで構成されるが、傾斜部３１ｂの上部は、第２のレジスト膜Ｒ２を用いた２回目に行うミリングによって除去させてある。
【００７２】
このバイアス下地層３１は、結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造）を有する金属膜で形成されている。即ち、Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｍｎ，Ｎｂ，Ｔａのいずれか１種または２種以上の元素で形成されることが好ましいが、特に、Ｃｒ膜で形成することが好ましい。このＣｒ膜は、第１のハードバイアス層３２の結晶配向を整える機能に優れ、第１のハードバイアス層３２の保磁力を適切に大きくすることができるからである。
【００７３】
また、このバイアス下地層３１は、Ｃｒを用いた場合、基板の法線となす角度θの方向からＩＢＤで成膜するときの成膜角度θが２０度（基板の法線方向を０度とした）で成膜すると、図１１に示すように、優先結晶配向が（１１０）となる。また、体心立方格子（ｂｃｃ）のＣｒを用いたバイアス下地層３１では、例えば成膜角度θを５０度で成膜すると、図１２に示すように、優先結晶配向が（１１０）の他に、（２１１）、（２００）となる。このように、Ｃｒの結晶配向方向に（２１１）や（２００）が含まれると、第１のハードバイアス層３２の一例であるＣｏＰｔとの結晶配向が[１００]に優先配向し、六方晶であるＣｏＰｔのｃ軸が面内に向くような結晶配向を含むこととなり、第１のハードバイアス層３２の保磁力を増大させることができる。
【００７４】
このように、結晶構造及び結晶配向性を有する金属膜によってバイアス下地層３１を形成する理由は、このバイアス下地層３１上に形成される第１のハードバイアス層３２の保磁力を増大させるためである。また、かりに、バイアス下地層３１を反強磁性層２２の上に形成すると、反強磁性層２２の結晶配向の影響により、バイアス下地層３１の結晶性が低下し、第１のハードバイアス層３２の結晶性も低下することとなるが、本発明によれば、バイアス下地層３１の下には、反強磁性層２２が形成されていない。従って、このような事態も防止できる。
【００７５】
次に、このバイアス下地層３１上には第１のハードバイアス層３２及び第２のハードバイアス層３３が形成される。この第２のハードバイアス層３３は、平坦部３３ａの下面γが、多層膜２０の基部Ｂの上面、つまりステップ面２０ｂに上から接する状態で、突出部Ｃの両側面２ａ（第２の傾斜面２０ｃ）に接するまでトラック幅（Ｘ）方向に延出して積層されている。なお、第１のハードバイアス層３２及び第２のハードバイアス層３３は、それぞれ、ＣｏＰｔ合金やＣｏＰｔＣｒ合金などで形成される。これら合金の結晶構造は、面心立方構造（ｆｃｃ）と稠密六方構造（ｈｃｐ）の混相となっている。
【００７６】
ここで、金属膜で形成されたバイアス下地層３１と第１のハードバイアス層３２を構成するＣｏＰｔ系合金の（ｈｃｐ）構造の格子定数は近い値となるために、第１のハードバイアス層３２のＣｏＰｔ系合金の結晶構造は、（ｆｃｃ）構造を形成しづらく（ｈｃｐ）構造で形成されやすくなる。このとき、（ｈｃｐ）構造のｃ軸は、ＣｏＰｔ系合金の境界面内に優先配向される。この結果、（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、第１のハードバイアス層３２に磁界を与えたときの保磁力は大きくなる。
【００７７】
そして、第１のハードバイアス層３２に接して第２のハードバイアス層３３が形成される。この第２のハードバイアス層３３は、図２に示すように、平坦部３３ａの膜厚をＤとすると、その膜厚の中間Ｄ／２に相当する位置が、膜厚ｄを有するフリー磁性層２５の膜厚の中間位置ｄ／２とほぼ一致するような状態で成膜されている。
【００７８】
なお、第２のハードバイアス層３３は、バイアス下地層３１上に形成されて好ましい結晶配向に制御された第１のハードバイアス層３２と直接接触して成膜されるため、強磁性結合により安定した大きなバイアス磁界を発生させることができる。しかも、この第２のハードバイアス層３３は、第１のハードバイアス層３２の直上またはバイアス下地層３１の直上に成膜されるので、これらの層の影響により結晶配向が良好となる。
【００７９】
また、この第２のハードバイアス層３３上には、電極層３４が形成される。この電極層３４には、ＣｒやＡｕなどのスパッタ成膜、あるいはＴａ膜が一般に使用されている。さらに、この電極層３６上には、Ｔａなどで形成された保護層３７が形成される。
【００８０】
以上のような構成の磁気抵抗効果素子２の上には、絶縁材料を使用して図示外の上部ギャップ層が形成され、この上部ギャップ層の上には磁性材料を使用して同じく図示外の上部シールド層が形成される。
【００８１】
このように構成されたスピンバルブ型薄膜素子では、電極層３４から固定磁性層２３、非磁性導電層２４およびフリー磁性層２５に定常電流(センス電流)が与えられ、しかも磁気記録媒体からハイト（Ｙ）方向へ磁界が与えられると、フリー磁性層２５の磁化方向がトラック幅（Ｘ）方向からハイト（Ｙ）方向に向けて変化する。このとき、フリー磁性層２５と固定磁性層２３の間では、非磁性導電層２４と固定磁性層２３との界面、及び非磁性導電層２４とフリー磁性層２５との界面で伝導電子のスピンに依存した散乱を起こし、電気抵抗が変化する。これにより、定常電流が変化し、再生出力を得ることができる。
【００８２】
なお、この実施形態では、薄膜磁気ヘッド１に巨大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ素子の一種であるボトムスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子２を使用しているが、この他に、例えば、次に述べるデュアルスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子２´を使用してもよい。
【００８３】
[第２の実施形態]
次に、この発明の第２の実施形態について図３を参照しながら説明する。なお、この実施形態において、先の実施形態と同一部分には同一符号を付して重複説明を避ける。
この第２の実施形態の磁気抵抗効果素子２´は、デュアルスピンバルブ型で構成されており、この多層膜２０´については、前述のトップスピンバルブ型を構成する多層膜２０´とは異なり、シード層（下地層）２１よりも上層部分が、フリー磁性層２５を中心にしてその上下に非磁性導電層２４，２７と、固定磁性層２３，２８と、反強磁性層２２，２９とが積層された構成となっている。また、これらの各層のうち、固定磁性層２３及び固定磁性層２８が、それぞれ非磁性中間層を介して２層に分断されている。
【００８４】
即ち、この多層膜２０´は、下から順に、シード層（下地層）２１、（下側の）反強磁性層２２、（下側の）固定磁性層２３、（下側の）非磁性導電層２４Ａ、フリー磁性層２５、（上側の）非磁性導電層２４Ｂ、（上側の）固定磁性層２８、（上側の）反強磁性層２９及び保護層２７とを積層させてある。
【００８５】
このうち、下側の固定磁性層２３は、下から順に、第１の固定磁性層２３Ａと、非磁性中間層２３Ｂと、第２の固定磁性層２３Ｃと積層してなる。フリー磁性層２５は、下から順に、Ｃｏ又はＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ等のＣｏ合金からなる第２の強磁性層２５Ｃと、ＮｉＦｅ等からなる第３の強磁性層２５Ｂと、Ｃｏ又はＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ等のＣｏ合金からなる第１の強磁性層２５Ａとを積層してなる。
【００８６】
一方、上側の固定磁性層２８は、下から順に、第２の固定磁性層２８Ｃと、非磁性中間層２８Ｂと、第１の固定磁性層２８Ａとを積層してなる。これらは、下側の固定磁性層２３と同一材料で形成される。なお、上側の非磁性導電層２４Ｂは、下側の非磁性導電層２４Ａと同一材料で、また上側の反強磁性層２９は下側の反強磁性層２２と同一材料で形成される。
【００８７】
なお、この多層膜２０´でも、磁気記録媒体との対向面であるＡＢＳ面側から見た図１に示す概略断面において、積層（Ｚ）方向の下方でトラック幅（Ｘ）方向に延びる基部Ｂと、この基部Ｂの上の突出部Ｃとを有する構造となっている。そして、この基部Ｂには、シード層（下地層）２１、（下側の）反強磁性層２２及び（下側の）固定磁性層２３の大部分が含まれる一方、突出部Ｃには、（下側の）固定磁性層２３の一部、（下側の）非磁性導電層２４Ａ、フリー磁性層２５、（上側の）非磁性導電層２４Ｂ、（上側の）固定磁性層２８、（上側の）反強磁性層２９及び保護層２７が含まれている。
【００８８】
さらに、この多層膜２０´を挟んだ両側領域には、第１の実施形態と同様に、磁気記録媒体を臨む対向面であるＡＢＳ面から見たときに、積層方向の下方において、多層膜２０´の基部Ｂのトラック幅（Ｘ）方向の両側に位置するとともに両側面２ａ、特に第１の傾斜面２０ａに接して設けた両側基部Ｅと、基部Ｂのステップ面２０ｂに上から接する状態で積層するとともに両側面２ａ、特に第２の傾斜面２０ｃに接して設けた両側上部Ｆとを有する構造となっている。このうち、両側基部Ｅには、バイアス下地層３１及び第１のハードバイアス層３２が含まれるとともに、両側上部Ｆには、第２のハードバイアス層３３及び電極層３４が含まれる。
【００８９】
また、この実施形態では、第２のハードバイアス層３３には、傾斜部（図１で３３ｂの領域がこれに相当）が形成されておらず、平坦部（図１で３３ａの領域がこれに相当）のみの構成であり、この上面βの方がフリー磁性層２５の上面２５ａよりも上方位置に配置される一方、この下面γの方がフリー磁性層２５の下面２５ｂよりも下方に配置されている。なお、この実施形態の第２のハードバイアス層３３も第１のハードバイアス層３２に電気的に接触している。また第２のハードバイアス層３３は、フリー磁性層２５の側面、つまり第２の傾斜面２０ｃに直接接触して配置されており、フリー磁性層２５に充分なバイアス磁界を印加することができる。
【００９０】
次に、図１に示す薄膜磁気ヘッドの製造方法について、図４乃至図１０を参照しながら説明する。なお、各図は記録媒体との対向面（ＡＢＳ面）側から見た部分断面図である。
【００９１】
（１）最初に、図４に示すように、例えばアルチック（アルミナチタンカーバイト、ＡｌＴｉＣ）などのセラミックス材料からなる基板１２上に、図示外のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などで保護層（アンダコート）を積層させる。
【００９２】
（２）次に、この保護層（アンダコート）上に下部シールド層１３を形成するとともに、この下部シールド層１３の上に、電気絶縁性の高いセラミック、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などで下部ギャップ層１４を成膜する。
【００９３】
（３）次に、図５に示すように、下部ギャップ層１４上の全面に、巨大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ（giant magnetoresistive）素子の一種であるボトムスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子２を構成する多層膜２０を形成する。
【００９４】
この多層膜２０が、例えば、スピンフィルタタイプのボトムスピンバルブ型磁気抵抗効果素子２の場合、この多層膜２０を構成する各層については、具体的には、下部ギャップ層１４の上面αに、先ず、シードレイヤ層２１及びＰｔＭｎ合金などで形成された反強磁性層２２を形成する。さらに、この反強磁性層２２の上に、ＮｉＦｅ合金などの磁性材料で形成された固定磁性層２３、Ｃｕなどで形成された非磁性導電層２４、ＮｉＦｅ合金などで形成されたフリー磁性層２５、バックド層２６及びＴａなどで形成された保護層２７などを形成する。
【００９５】
なお、スピンスペキュラータイプの場合には、鏡面反射層を適宜の位置に積層させる。また、この多層膜２０が、デュアルバルブ型の多層膜２０´である場合には、シードレイヤ層２１の上に、反強磁性層２２からフリー磁性層２５までの各層を下から順に積層させたのち、フリー磁性層２５の上に、さらに、非磁性導電層２４Ｂ、固定磁性層２８及び反強磁性層２９を、下から順に積層させる。また、３層フェリピンド型の固定磁性層の替わりに、単層の固定磁性層でもよいし、３層フェリフリー型のフリー磁性層の替わりに、単層のフリー磁性層でもよい。
【００９６】
（４）このようにして、下部ギャップ層１４の全面に多層膜２０を形成したら、次に、トラック幅Ｔｗ領域の両側である両側領域に、下地層３１や第１のハードバイアス層３２を形成するため、図６に示すように、成膜された多層膜２０のうち、第１のトラック領域（Ｔｗ１）に対応する多層膜２０のエリアに、幅広形状のリフトオフ用の第１のレジスト膜Ｒ１を塗布して、マスキングを行う。
【００９７】
（５）そして、例えばエッチング、例えばＩＢＥ(ion-beam etching)などにより、そのトラック領域（Ｔｗ１）以外のエリア、つまり両側領域を除去する。このようにして、両側領域については、図６に示すように、多層膜２０の最下層であるシードレイヤ層２１の下の下部ギャップ層１４の厚さのほぼ中間部分まで除去する。つまり、多層膜２０の両側領域において、下部ギャップ層１４の上面（磁気抵抗効果素子の形成面α）よりも下のところまで、イオンミリング法などのエッチング処理により除去する。これにより、残された多層膜２０は、両側面２ａが上面まで連続した傾斜面となり、多層膜２０はほぼ台形状となる。
【００９８】
（６）このようにして、両側領域の多層膜２０を除去したならば、次に、図７に示す工程では、多層膜２０の両側領域である除去した凹所に、バイアス下地層３１、第１のハードバイアス層３２を下から順に所定膜厚にスパッタ成膜する。なお、多層膜２０上の両側領域で挟まれたトラック領域には、前述のリフトオフ用の第１のレジスト膜Ｒ１を設けてあり、スパッタ粒子を一定角度θに傾けて成膜させるので、各層について、それぞれ、平坦部及び（多層膜２０の両側面２ａの最上部に向けて）上方へ傾斜した傾斜部が形成される。
【００９９】
特に、バイアス下地層３１のスパッタの際、成膜角度を十分に傾斜させて、例えば５０度以上の成膜角度でスパッタ成膜する。これにより、後述するように、その直上に成膜する第１のハードバイアス層３２には大きな保持力（Ｈｃ）が得られる。
【０１００】
バイアス下地層３１は、Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｍｎ，Ｎｂ，Ｔａのうちいずれか１種以上を選択できる。このうちＣｒ膜でバイアス下地層３１を形成することが好ましい。第２のハードバイアス層３２は、ＣｏＰｔＣｒ合金などにより成膜する。
なお、バイアス下地層３１、第１のハードバイアス層３２は、形成面αの垂直方向（図示Ｚ方向）に対して、スパッタ粒子入射角度θ（成膜角度θ）を有してスパッタ成膜される。この成膜角度θは、具体的には３０°以上で７０°以下であることが好ましい。より好ましくは４０°以上で６０°以下である。
【０１０１】
（７）さらに、図８に示すように、多層膜２０の上面の中央部に位置合わせして、第１のリフトオフ用のレジスト膜Ｒ１よりも幅の狭い第２のリフトオフ用のレジスト膜Ｒ２を設けるとともに、イオンミリングなどにより、ハードバイアス層３２（これが第１のハードバイアス層３２に相当する）の前処理ミリングを行う。なお、第２のレジスト膜Ｒ２のトラック幅（Ｘ）方向の長さＬ２は、第１のレジスト膜Ｒ１の同方向の長さＬ１よりも０．２〜０．４μｍ程度小さく形成されている。
【０１０２】
この場合、深さ（Ｚ）方向については、例えば破線で示すように、固定磁性層２３の一部が残る程度の深さまで浅くオーバエッチングを行い、ハードバイアス層３２の平坦部の膜厚の略１００Åのところまで両側領域を除去する。また、トラック幅（Ｘ）方向については、例えば破線で示すように、多層膜２０の上面２０ｄ(第１トラック幅Ｔｗ１)の長さの略０．２μｍのところまでを除去する。
これにより、図９に示すような多層膜２０が一段ステップを有する略凸形状に形成される。即ち、これにより、多層膜２０には、シードレイヤ層２１、反強磁性層２２及びフリー磁性層２３の一部からなる基部Ｂと、トラック幅方向（Ｘ方向）に突出した突出部Ｃとを形成する。
【０１０３】
（８）次に、図１０において、第２のハードバイアス層３３が多層膜２０の側面２ａ、特に第２の傾斜面２０ｃでフリー磁性層２５に直接接触するように、ＩＢＤ(イオン・ビーム・デポジッション)などでスパッタ成膜する。このときの成膜角度は、２０°である。このときの第２のハードバイアス層３３は、例えば図２に示すように、平坦部３３ａの膜厚Ｄの半分であるＤ／２の位置が、フリー磁性層２５の膜厚ｄの半分であるｄ／２の位置と略一致するような状態で成膜する。
【０１０４】
この第２のハードバイアス層３３の成膜を行う場合に、前処理ミリングにより両側領域（バイアス下地層３１および第１のハードバイアス層３２）を除去する深さを浅くしてあるので、第２のハードバイアス層３３の平坦部３３ａが十分な厚さでフリー磁性層２５に当接させることができるようになり、バイアス下地層３１の傾斜部３１ｂがフリー磁性層２５に当接するのを回避できる。
【０１０５】
（９）その後、図１０に示すように、第２のハードバイアス層３３より上層部分を積層する。
【０１０６】
（１０）次に、多層膜２０及び電極層３４の上に、電気絶縁性の高いセラミック、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などで図示外の上部ギャップ層を積層する。さらに、この上に同じく図示外の上部シールド層などを形成すると，図１に示す薄膜磁気ヘッド１が完成する。
【０１０７】
【実施例】
次に、前述した製造法によってスピンバルブ型薄膜素子を形成した場合、図７に示す成膜工程で、イオンビームスパッタ法によりスパッタ成膜するときのスパッタ粒子の入射角θ(成膜角度)を変化させ、そのとき得られたバイアス下地層３１であるＣｒ膜について、その膜表面に配向する結晶面をＸ線解析（ＸＲＤ）によって調べる実験を行った。そのときの結果を、図１１及び図１２に示す。
【０１０８】
図１１は、Ｓｉを用いた基板（Ｓｉ基板）の表面の法線方向に対して２０度の角度からスパッタ粒子を入射させてＣｒ膜を成膜したときの結果、図１２は、Ｓｉ基板の表面の法線方向に対して５０度の角度からスパッタ粒子を入射させＣｒ膜を成膜したときの結果である。
【０１０９】
図１１に示すように、２０度の成膜角度でスパッタ粒子を入射させてＣｒ膜を成膜させたときには、得られたＣｒ膜の膜表面に配向する結晶面は(１１０)面が見られるのみであることが分かる。
一方、成膜角度を５０度にすると、図１２に示すように、得られたＣｒ膜の膜表面に配向する結晶面には(２００)面、(２１１)面も見出されることが分かる。
なお、この場合、バイアス下地層を構成するＣｒ膜は、単層であって、結晶構造は体心立方格子（ｂｃｃ）構造である。
【０１１０】
次に、Ｓｉ基板上に、イオンビームスパッタ法を用いて、バイアス下地層３１を構成するＣｒ膜と第１のハードバイアス層３２を構成するＣｏＰｔ膜の２層膜をスパッタ成膜し、ＣｏＰｔ膜の膜表面に配向する結晶面をＸ線回折によって調べてみた。このときの結果を図１３に示す。なお、Ｃｒ膜を成膜するときに、スパッタ粒子の成膜角度は、２０度から７０度の範囲で変化させた。
【０１１１】
この図１３のグラフから分かるように、バイアス下地層３１であるＣｒ膜の成膜角度を、２０度（ａで示す）、５０度（ｂで示す）、６０度（ｃで示す）、７０度（ｄで示す）と次第に大きくすると、その上に成膜される第１のハードバイアス層３２の[００２]のピーク強度は小さくなり、逆に[１００]のピーク強度は大きくなっていくことが分かる。即ち、第１のハードバイアス膜３２であるＣｏＰｔ膜の表面結晶配向は、[００２]面から[１００]面へと変化する。つまり、ＣｏＰｔ膜の表面結晶配向は、ｃ軸が膜面垂直配向から膜面面内配向へと変化する。また、この場合、ＣｏＰｔ膜の保磁力（Ｈｃ）も、１７００（Ｏｅ）、２１４０（Ｏｅ）、２３８５（Ｏｅ）、２４６０（Ｏｅ）へと次第に増大していく。
【０１１２】
従って、前述したような方法で製造したスピンバルブ型薄膜素子によれば、例えば、バイアス下地層３１であるＣｒ膜の成膜角度を７０度程度（図１３中のｄで示す）にして成膜することにより、第１のハードバイアス膜３２であるＣｏＰｔ膜の保磁力（Ｈｃ）を増大させることができるようになる。そのため、これに接触するように第２のハードバイアス膜３３を成膜角度θを小さくして成膜しても、この第２のハードバイアス膜３３には、第１のハードバイアス膜３２からの大きな保磁力（Ｈｃ）を増大させることができるようになる。
【０１１３】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明によれば、第２のハードバイアス層の平坦部が、直接フリー磁性層に接しており、換言すれば、十分なバルクのハードバイアス層をフリー磁性層に当接させることができるようになっており、その分、大きなバイアス磁界をフリー磁性層に印加できるようになるから、良好な再生特性を得ることができる。
【０１１４】
また、この発明によれば、バイアス下地層を介在させなくても、反強磁性層と第２のハードバイアス層との間で直接当接することが防止できるようになるので、これらの間で不要な交換結合磁界の発生を防止して、反強磁性層の磁化方向とハードバイアス層の磁化方向との直交性を確保することができる。
【０１１５】
さらに、この発明によれば、バイアス下地層の成膜角度を大きくして成膜することにより、この上層に成膜した第１のハードバイアス層には大きな保磁力が得られるようになる。従って、これと接する第２のハードバイアス層も大きな保磁力を発揮することができるようになるので、フリー磁性層には大きなバイアス磁界を印加できるようになり、安定した再生出力を得ることが可能になる。しかも、この第２のハードバイアス層は、成膜角度を小さくして成膜しても大きな保磁力を発揮することができるようになるので、従来のようにハードバイアス層に先細りの傾斜部が形成されることがなく、充分な膜厚を有するハードバイアス層の平坦部をフリー磁性層の両側面に接合させることができ、ひいては大きなバイアス磁界をフリー磁性層に印加することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係るスピンバルブ型薄膜素子をＡＢＳ面から見たときの状態を示す断面図である。
【図２】図１に示すスピンバルブ型薄膜素子の要部断面図である。
【図３】この発明の第２の実施形態に係るデュアルスピンバルブ型薄膜素子をＡＢＳ面から見たときの状態を示す断面図である。
【図４】図１に示すスピンバルブ型薄膜素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図５】同スピンバルブ型薄膜素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図６】同スピンバルブ型薄膜素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図７】同スピンバルブ型薄膜素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図８】同スピンバルブ型薄膜素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図９】同スピンバルブ型薄膜素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１０】同スピンバルブ型薄膜素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１１】Ｃｒ膜を２０度の成膜角度で成膜した場合のＸ線解析結果を示すグラフである。
【図１２】Ｃｒ膜を５０度の成膜角度で成膜した場合のＸ線解析結果を示すグラフである。
【図１３】Ｃｒ／ＣｏＰｔ積層膜のＸ線解析結果を示すグラフである。
【図１４】従来の製造方法で形成された同スピンバルブ型薄膜素子をＡＢＳ面から眺めた図である。
【符号の説明】
１２ 基板
１３ 下部シールド層
１４ 下部ギャップ層
２ 磁気抵抗効果素子
２ａ 両側面
２０ ２０´ 多層膜
２０ａ 第１の傾斜面（両側面）
２０ｂ ステップ面
２０ｃ 第２の傾斜面（両側面）
２０ｄ 上面
２１ シードレイヤ層
２２ 反強磁性層
２３ 固定磁性層
２４ 非磁性導電層
２４Ａ 非磁性導電層
２４Ｂ 非磁性導電層
２５ フリー磁性層
２６ バックド層
２８ 固定磁性層
２９ 反強磁性層
３１ バイアス下地層
３１ａ 平坦部
３１ｂ 傾斜部
３２ 第１のハードバイアス層
３３ 第２のハードバイアス層
３３ａ 平坦部
３３ｂ 傾斜部
３４ 電極層
α 形成面
β 第２のハードバイアス層の上面
γ 第２のハードバイアス層の下面
Ｂ 基部
Ｃ 突出部
Ｅ 両側基部
Ｆ 両側上部
Ｒ１ リフトオフ用の第１の(広幅)レジスト膜
Ｒ２ リフトオフ用の第２の(狭幅)レジスト膜
Ｔｗ１ 第１のトラック幅
Ｔｗ２ 第２のトラック幅
Ｘ トラック幅方向
Ｙ ハイト方向
Ｚ 積層方向
Claims (23)
- トラック領域に、少なくとも反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層及びフリー層を含んで順に積層した、磁気抵抗効果を発揮する多層膜と、前記トラック領域を挟んでその両側に位置する両側領域に下から順に一対積層した、少なくとも第１のハードバイアス層、第２のハードバイアス層及び電極層とを備えるスピンバルブ型薄膜素子であって、
前記多層膜が、記録媒体との対向面から見たときに、積層方向の下部に位置する基部と、前記フリー磁性層を含み前記基部上に積層された突出部とを有する全体略凸形状を呈し、
前記基部には、少なくとも前記反強磁性層の全ておよび前記固定磁性層の一部が含まれ、
前記基部の両側領域には前記第１のハードバイアス層が形成・配置されるとともに、前記突出部の両側領域にはフリー磁性層の両側面に直接接触して前記第２のハードバイアス層が形成・配置され、
前記第２のハードバイアス層の平坦部の上面の方が前記フリー磁性層の上面よりも上方に配置されるとともに、前記平坦部の下面の方がフリー磁性層の下面よりも下方に配置され、
前記突出部の両側領域に形成された第２のハードバイアス層が、前記基部の両側領域に形成された第１のハードバイアス層に接触するように積層されたことを特徴とするスピンバルブ型薄膜素子。 - 前記第１のハードバイアス層の下にバイアス下地層を設けたことを特徴とする請求項１記載のスピンバルブ型薄膜素子。
- 前記バイアス下地層が、Ｃｒからなり、少なくとも[２１１]または[２００]面が膜面垂直方向に配向した結晶を含んだことを特徴とする請求項２記載のスピンバルブ型薄膜素子。
- 前記第１および第２のハードバイアス層のうち少なくとも一方が、ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金であ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素子。
- 前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金が、少なくとも[００２]面が膜面垂直方向に配向した結晶を含んだ構成であることを特徴とする請求項４記載のスピンバルブ型薄膜素子。
- 前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金が、[００２]面が膜面垂直方向に優先配向した構成であることを特徴とする請求項４記載のスピンバルブ型薄膜素子。
- 前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金が、少なくとも[１００]および[００２]面が膜面垂直方向に配向した結晶を含み、[００２]面が優先配向していることを特徴とする請求項４記載のスピンバルブ型薄膜素子。
- 前記多層膜中のフリー磁性層の上に、非磁性導電材料からなるバックド層が成膜されたことを特徴とする請求項１記載のスピンバルブ型薄膜素子。
- 前記多層膜中に、鏡面反射層が成膜されたことを特徴とする請求項１記載のスピンバルブ型薄膜素子。
- 前記フリー磁性層が、下から順に、第１のフリー磁性層、非磁性中間層、第２のフリー磁性層を積層した構成であることを特徴とする請求項１または８記載のスピンバルブ型薄膜素子。
- 前記固定磁性層が、下から順に、第１の固定磁性層、非磁性中間層、第２の固定磁性層を積層した構成であ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素子。
- トラック領域に、少なくとも反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層及びフリー磁性層を含んで順に積層した、磁気抵抗効果を発揮する多層膜と、前記トラック領域を挟んでその両側に位置する両側領域に下から順に一対積層した、少なくとも第１のハードバイアス層、第２のハードバイアス層及び電極層とを備えるスピンバルブ型薄膜素子の製造方法であって、
前記トラック領域の多層膜を残してその両側領域の下部ギャップ層の一部まで除去し、
前記トラック領域の多層膜を挟んで除去した前記両側領域に、第１のハードバイアス層を積層した後、
前記多層膜のフリー磁性層が積層された深さよりも深く、前記多層膜の両側領域に接する側面を含む側面部と両側領域とを除去して前処理を行い、この前処理により、前記多層膜を、記録媒体との対向面から見たときに、積層方向の下部に位置する基部とフリー磁性層を含み基部上に積層された突出部とを有する全体凸形状に形成し、
前記基部には、少なくとも反強磁性層の全て及び固定磁性層の少なくとも一部が含まれていて、
その後、その除去した多層膜の側面部および両側領域に、第１のハードバイアス層に接触して第２のハードバイアス層を積層させることを特徴とするスピンバルブ型薄膜素子の製造方法。 - 前記第２のハードバイアス層は、フリー磁性層の側面に接する傾斜部から離間した平坦部の上面の方が、フリー磁性層の上面よりも上方位置に配置されるとともに、平坦部の下面の方がフリー磁性層の下面よりも下方に配置され、
この第２のハードバイアス層の直下には、前記突出部の側面に当接して、前記第２のハードバイアス層の成膜工程より前の工程で成膜された第１のハードバイアス層が成膜され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素子の製造方法。 - 前記第１のハードバイアス層の下にバイアス下地層を設け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素子の製造方法。
- 前記バイアス下地層は、Ｃｒからなり、少なくとも[２１１]または[２００]面が膜面垂直方向に配向してい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素子の製造方法。
- 前記第１および第２のハードバイアス層のうちの少なくとも一方は、ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金のいずれかよりな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素子の製造方法。
- 前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金は、少なくとも[００２]面が膜面垂直方向に配向する結晶を含んでいることを特徴とする請求項１６記載のスピンバルブ型薄膜素子の製造方法。
- 前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金は、[００２]面が膜面垂直方向に優先配向していることを特徴とする請求項１６記載のスピンバルブ型薄膜素子の製造方法。
- 前記ＣｏＰｔ合金またはＣｏＣｒＰｔ合金は、少なくとも[１００]および[００２]面が膜面垂直方向に配向する結晶を含み、[００２]面が優先配向していることを特徴とする請求項１６記載のスピンバルブ型薄膜素子の製造方法。
- 前記多層膜中にバックド層が成膜され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素子の製造方法。
- 前記多層膜中に鏡面反射層が成膜され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素子の製造方法。
- 前記フリー磁性層が、下から順に、第１のフリー磁性層、非磁性中間層、第２のフリー磁性層を積層した構成であることを特徴とする請求項１２または１３に記載のスピンバルブ型薄膜素子の製造方法。
- 前記固定磁性層が、下から順に、第１の固定磁性層、非磁性中間層、第２の固定磁性層を積層する構成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素子の製造方法。
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