JP3734716B2 - 磁気検出素子の製造方法 - Google Patents

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の方向と外部磁界の影響を受けるフリー磁性層の磁化の方向との関係で、電気抵抗が変化する磁気検出素子に関し、特にエクスチェンジバイアス方式において、縦バイアス磁界を強くできるとともに、固定磁性層及びフリー磁性層の磁化を適切に交叉する方向に向けることができる磁気検出素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気抵抗効果型の磁気検出素子には、磁気抵抗効果を示す素子を備えたＡＭＲ（Anisotropic Magnetoresistive）ヘッドと、巨大磁気抵抗効果を示す素子を備えたＧＭＲ（Giant Magnetoresistive）ヘッドとがある。ＡＭＲヘッドにおいては、磁気抵抗効果を示す素子が磁性体からなる単層構造とされている。一方、ＧＭＲヘッドにおいては、素子が複数の材料が積層されてなる多層構造とされている。巨大磁気抵抗効果を生み出す構造にはいくつかの種類があるが、比較的構造が単純で、微弱な外部磁界に対して抵抗変化率が高いものとしてスピンバルブ型薄膜磁気素子がある。
【０００３】
図１５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。
【０００４】
図１５に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層が一層ずつ形成された、いわゆるボトム型のシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子である。
【０００５】
図１５に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子は、下から下地層６、反強磁性層１、固定磁性層２、非磁性材料層３、フリー磁性層４および保護層７で構成された多層膜９と、この多層膜９の両側に形成された一対のハードバイアス層（永久磁石層）５，５、及びハードバイアス層５，５上に形成された一対の電極層８，８とで構成されている。前記多層膜９の上面の幅寸法によってトラック幅Ｔｗが決定される。
【０００６】
一般的に前記反強磁性層１には、Ｆｅ−Ｍｎ合金膜やＮｉ−Ｍｎ合金膜が、固定磁性層２およびフリー磁性層４には、Ｎｉ−Ｆｅ合金膜が、非磁性材料層３には、Ｃｕ膜が、ハードバイアス層５、５には、Ｃｏ−Ｐｔ合金膜が、電極層８、８には、Ｃｒ膜やＷ膜が、下地層６及び保護層７にはＴａが使用される。
【０００７】
図１５に示すように、固定磁性層２の磁化は、反強磁性層１との交換結合磁界により、Ｙ方向（記録媒体からの漏れ磁界方向：ハイト方向）に単磁区化され、フリー磁性層４の磁化は、前記ハードバイアス層５、５からのバイアス磁界の影響を受けて図示Ｘ方向（トラック幅方向）に揃えられる。
【０００８】
すなわち、固定磁性層２の磁化とフリー磁性層４の磁化はほぼ直交するように調整される。
【０００９】
このスピンバルブ型薄膜素子では、前記電極層８，８から、固定磁性層２、非磁性材料層３およびフリー磁性層４に検出電流（センス電流）が与えられる。記録媒体からの漏れ磁界方向がＹ方向に与えられると、フリー磁性層４の磁化がＸ方向からＹ方向に向けて変化する。このフリー磁性層４内での磁化方向の変動と、固定磁性層２の固定磁化方向との関係で、電気抵抗が変化（これを磁気抵抗効果という）し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの漏れ磁界が検出される。
【００１０】
しかしながら図１５に示すスピンバルブ型薄膜素子であると、高記録密度化に適切に対応できないといった問題があった。
【００１１】
すなわち固定磁性層２の磁化は、上述したように、図示Ｙ方向に単磁区化されて固定されているが、前記固定磁性層２の両側には、Ｘ方向に磁化されているハードバイアス層５，５が設けられている。そのため特に、固定磁性層２の両側端部の磁化が、前記ハードバイアス層５，５からのバイアス磁界の影響を受け、図示Ｙ方向に固定されなくなっている。
【００１２】
従って前記ハードバイアス層５，５のＸ方向の磁化を受けて、Ｘ方向に単磁区化されているフリー磁性層４の磁化と固定磁性層２の磁化とは、前記多層膜９の両側端部付近では、直交関係にない。しかも、フリー磁性層４の両側端部付近における磁化は、ハードバイアス層５，５からの強い磁化の影響を受けるため固定されやすく、外部磁界に対して磁化が変動しにくくなっており、図１５に示すように、多層膜９の側端部付近には、再生感度の悪い不感領域が形成される。
【００１３】
このため前記多層膜９のうち、不感領域を除いた中央部分の領域が、実質的に記録媒体の再生に寄与し、磁気抵抗効果を発揮する感度領域（実質的なトラック幅）となるが、この感度領域の幅は不感領域のばらつきのために正確な幅で画定することが困難になっている。そのため、今後の高記録密度化による狭トラック化に適切に対応することが困難になる。
【００１４】
そこで上記問題点を解決するために改良されたスピンバルブ型薄膜素子が図１６である。なお図１６は一製造工程を示している。また図１５と同一符号は同じ層を示している。
【００１５】
このスピンバルブ型薄膜素子では、フリー磁性層４の両側端部４ａ，４ａが一部除去され、その除去された部分に強磁性層１３，１３が形成されている。またリフトオフ用のレジスト層１２を用い、前記強磁性層１３，１３上に第２の反強磁性層１０及び電極層８が連続成膜されている。前記第２の反強磁性層１０は反強磁性材料で形成される。前記強磁性層１３は例えばＮｉＦｅ合金膜である。
【００１６】
図１６に示すスピンバルブ型薄膜素子は、いわゆるエクスチェンジバイアス方式によって前記フリー磁性層に縦バイアス磁界を与える方法である。エクスチェンジバイアス方式では、前記第２の反強磁性層１０と強磁性層１３間で交換結合磁界を発生させ、前記強磁性層１３とフリー磁性層４間の強磁性結合により前記フリー磁性層４に図示Ｘ方向の縦バイアス磁界を供給するのである。
【００１７】
このエクスチェンジバイアス方式を使用すると、図１５のスピンバルブ型薄膜素子のように不感領域が形成されず、今後の高記録密度化において、トラック幅Ｔｗの画定を正確に且つ容易に行うことができると考えられた。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら図１６に示すスピンバルブ型薄膜素子においても以下のような課題が発生した。
【００１９】
すなわち図１６に示すように、リフトオフ用のレジスト層１２を用いて成膜された第２の反強磁性層１０の先端部１０ａ，１０ａは先細るため、この先端部１０ａと強磁性層１３間で発生する交換結合磁界は非常に小さくなる。特に前記先端部１０ａの膜厚は約５０Åより小さくなると交換結合磁界が全く発生しない。従って、先細った前記先端部１０ａ下に位置するフリー磁性層４には十分な縦バイアス磁界は供給されず、よってトラック幅Ｔｗ間のフリー磁性層４は弱い縦バイアス磁界のために単磁区化されにくく、バルクハウゼンノイズの発生などの問題が生じる。
【００２０】
また前記先端部１０ａの下に形成されたフリー磁性層４の両側端部の磁化は、強くトラック幅方向にピン止めされていないために外部磁界に対して揺らぎやすくなり、いわゆるサイドリーディングの問題が発生する。
【００２１】
またエクスチェンジバイアス方式によりフリー磁性層４の磁化を制御する方法であると、第１の反強磁性層１と固定磁性層２間に交換結合磁界を発生させる工程と、第２の反強磁性層１０と強磁性層１３間に交換結合磁界を発生させる工程の２つの交換結合磁界の発生工程があるため、これら工程時における熱処理温度や印加磁場の大きさ及び方向を適切に調整しないと、固定磁性層２とフリー磁性層４の磁化をそれぞれ交叉する方向に適切に向けることができない。
【００２２】
そこで本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、特に第２の反強磁性層の先端部の先細りを無くして大きな縦バイアス磁界を発生させることができ、しかもフリー磁性層と固定磁性層の磁化を適切に交叉する方向に向けることが可能な磁気検出素子の製造方法を提供すること目的としている。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明における磁気検出素子の製造方法は、
（ａ）基板上に、第１の反強磁性層と固定磁性層と非磁性材料層と、フリー磁性層としての第１の磁性層と非磁性中間層と第２の磁性層と、第２の反強磁性層とを順次積層して積層体を形成する工程と、
（ｂ）前記積層体にトラック幅方向と直交する方向である第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度で熱処理し、前記第１の反強磁性層および第２の反強磁性層に交換結合磁界を発生させて、前記固定磁性層および前記フリー磁性層の磁化を前記直交する方向に固定すると共に、前記第１の反強磁性層の交換結合磁界を前記第２の反強磁性層の交換結合磁界よりも大とする工程と、
（ｃ）トラック幅方向に前記（ｂ）工程での第２の反強磁性層の交換結合磁界よりも大きく、且つ前記第１の反強磁性層の交換結合磁界よりも小さい第２の磁界を印加しつつ、前記第１の熱処理温度よりも高い第２の熱処理温度で熱処理し、前記フリー磁性層に前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方向の縦バイアス磁界を付与する工程と、
（ｄ）前記積層体上に、一定の間隔を空けて一対の電極層を形成する工程と、
（ｅ）前記一対の電極層間から露出する前記積層体の前記第２の磁性層を除去し、さらに、前記非磁性中間層の途中まで除去する工程、
を有することを特徴とするものである。
【００２６】
本発明によれば、今後の高記録密度化においても、狭トラック化と共にフリー磁性層の単磁区化を適切に促進でき、バルクハウゼンノイズの発生を適切に抑制可能な磁気検出素子を製造することができる。
【００２７】
次に本発明では、上記（ｂ）及び（ｃ）工程に示す方法によりフリー磁性層及び固定磁性層の磁化を適切に交叉する方向に調整することが可能である。
【００２８】
まず前記（ｂ）工程では、第１の熱処理温度で熱処理を施すことで、第１の反強磁性層及び第２の反強磁性層に交換結合磁界を発生させ、前記固定磁性層及びフリー磁性層の磁化を共に第１の印加磁界方向（ハイト方向）に固定する。このとき、前記第１の反強磁性層の交換結合磁界が第２の反強磁性層の交換結合磁界よりも大きくなるようにする。これは前記第１の反強磁性層を第２の反強磁性層よりも下側に形成する、いわゆるボトム型スピンバルブ型薄膜素子の構造としたり、前記第１の反強磁性層の組成比を適切に調整することで達成することができる。
【００２９】
次に前記（ｃ）工程では、前記（ｂ）工程での第２の反強磁性層の交換結合磁界よりも大きく、且つ前記第１の反強磁性層の交換結合磁界よりも小さい第２の磁界をトラック幅方向に印加する。このときの熱処理温度（第２の熱処理温度）は第１の熱処理温度よりも高い温度とする。
【００３０】
この工程では、前記固定磁性層の磁化は、第２の印加磁界の大きさが前記（ｂ）工程での前記第１の反強磁性層の交換結合磁界よりも小さいことで変動せず、トラック幅方向と直交する方向（ハイト方向）に固定されたままである。
【００３１】
一方、前記フリー磁性層の磁化は、第２の印加磁界の大きさが前記（ｂ）工程での第２の反強磁性層の交換結合磁界よりも大きいことで、印加磁場方向であるトラック幅方向に変動し、また熱処理温度が第１の熱処理温度よりも高いことで第２の反強磁性層からは前記（ｂ）工程よりも大きい交換結合磁界が発生し、前記フリー磁性層の磁化は適切にトラック幅方向に揃えられるのである。
【００３２】
以上のように本発明における磁気検出素子の製造方法によれば、前記第２の反強磁性層の先端部が従来に比べて先細らないようにでき、しかも、前記フリー磁性層の単磁区化を促進できると共に、前記フリー磁性層及び固定磁性層の磁化が適切に交叉するように調整することが可能である。
【００３３】
また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法は、基板上に、第１の反強磁性層と、固定磁性層と、非磁性材料層と、フリー磁性層と、第２の反強磁性層とを順次積層して積層体を形成し、前記積層体を熱処理する方法であるので、前記積層体を形成するに際し、前記基板と前記第２の反強磁性層との間に形成される各層の表面を大気に触れさせることがなく、前記各層の表面が大気に触れた場合のように、大気に触れた表面をイオンミリングや逆スパッタによりクリーニングしてからその上の層を形成する必要がないため、容易に磁気検出素子を製造することができる。また、再現性が良好な製造方法とすることができる。さらに、前記各層の表面をイオンミリングや逆スパッタによりクリーニングする必要がないため、再付着物によるコンタミや、表面の結晶状態の乱れによる交換結合磁界の発生に対する悪影響など、クリーニングすることに起因する不都合が生じない優れた製造方法とすることができる。
【００３４】
また本発明では、前記（ｅ）工程において、前記積層体を非磁性中間層の途中まで除去している。かかる場合、前記フリー磁性層の単磁区化を図ることができると共に、前記非磁性中間層が、いわゆるバックド層となりスピンフィルター効果によって、大きなΔＭＲ（抵抗変化率）を得ることができ、今後の高記録密度化に対応可能な磁気検出素子を製造することが可能である。
また本発明では、前記（ａ）工程において、前記第２の反強磁性層の上に前記（ｄ）工程の一対の電極層を形成し、前記（ｃ）工程の次に前記（ｅ）工程を行ってもよい。
【００３５】
また本発明では、前記一対の電極層をリフトオフ用レジスト層を用いて形成することが好ましい。前記リフトオフ用レジスト層の下面のトラック幅方向の幅寸法を適切に調整することで、高記録密度化においても狭トラック化が可能な磁気検出素子を製造することが可能である。
【００３７】
また本発明では、前記第１の反強磁性層および前記第２の反強磁性層に、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素と、Ｍｎとを含む合金を用いることが好ましい。
【００４２】
図１４は、フリー磁性層を積層フェリ構造にした場合のヒステリシスループの概念図である。例えば第１のフリー磁性層（Ｆ１）の単位面積あたりの磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ）は第２のフリー磁性層（Ｆ２）の単位面積あたりの磁気モーメントよりも大きいとする。また外部磁界を図示右方向に与えたとする。
【００４３】
第１のフリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントと第２のフリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントとのベクトル和（｜Ｍｓ・ｔ（Ｆ１）＋Ｍｓ・ｔ（Ｆ２）｜）で求めることができる単位面積あたりの合成磁気モーメントは、０磁界から外部磁界を大きくしていってもある時点までは、一定の大きさである。この単位面積あたりの合成磁気モーメントが一定の大きさである外部磁界領域Ａでは、前記第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層間に働く反平行結合力が、前記外部磁界よりも強いので、前記第１及び第２のフリー磁性層の磁化は適切に単磁区化されて反平行状態に保たれている。
【００４４】
ところが、さらに図示右方向への外部磁界を大きくしていくと、フリー磁性層の単位面積あたりの合成磁気モーメントは傾斜角を有して大きくなっていく。これは、前記外部磁界の方が、前記第１のフリー磁性層及び第２のフリー磁性層間に働く反平行結合力よりも強いから、単磁区化していた第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の磁化が分散して多磁区化状態となり、ベクトル和で求めることができる単位面積あたりの合成磁気モーメントが大きくなっていくのである。この単位面積あたりの合成磁気モーメントが大きくなっていく外部磁界領域Ｂでは、もはや前記フリー磁性層の反平行状態は崩れた状態にある。この単位面積あたりの合成磁気モーメントが大きくなり始める出発点の外部磁界の大きさをスピンフロップ磁界（Ｈｓｆ）と呼んでいる。
【００４５】
さらに図示右方向の外部磁界を大きくしていくと、第１のフリー磁性層及び第２のフリー磁性層の磁化は、再び単磁区化され、今度は外部磁界領域Ａの場合と違って、共に図示右方向に磁化され、この外部磁界領域Ｃでの単位面積あたりの合成磁気モーメントは一定値となる。この単位面積あたりの合成磁気モーメントが一定値となる時点での外部磁界の大きさを飽和磁界（Ｈｓ）と呼んでいる。
【００４６】
本発明では、前記ＣｏＦｅＮｉ合金を第１のフリー磁性層及び第２のフリー磁性層に使用すると、ＮｉＦｅ合金を使用した場合に比べて反平行状態が崩れるときの磁界、いわゆるスピンフロップ磁界（Ｈｓｆ）を十分に大きくできることがわかった。
【００４７】
本発明では、第１及び第２のフリー磁性層にＮｉＦｅ合金（比較例）及びＣｏＦｅＮｉ合金（実施例）を用いて上記したスピンフロップ磁界の大きさを求めるための実験を以下の膜構成を用いて行った。
【００４８】
基板／非磁性材料層（Ｃｕ）／第１のフリー磁性層（２．４）／非磁性中間層（Ｒｕ）／第２のフリー磁性層（１．４）。なお括弧書きは膜厚を示し単位はｎｍである。
【００４９】
比較例での第１のフリー磁性層及び第２のフリー磁性層には、Ｎｉの組成比が８０原子％でＦｅの組成比が２０原子％からなるＮｉＦｅ合金を使用した。このときのスピンフロップ磁界（Ｈｓｆ）は約５９（ｋＡ／ｍ）であった。
【００５０】
次に実施例での第１のフリー磁性層及び第２のフリー磁性層には、Ｃｏの組成比が８７原子％で、Ｆｅの組成比が１１原子％で、Ｎｉの組成比が２原子％からなるＣｏＦｅＮｉ合金を使用した。このときのスピンフロップ磁界（Ｈｓｆ）は約２９３（ｋＡ／ｍ）であった。
【００５１】
このように第１のフリー磁性層及び第２のフリー磁性層にはＮｉＦｅ合金を用いるよりもＣｏＦｅＮｉ合金を用いる方が、スピンフロップ磁界を効果的に向上させることができることがわかった。
【００６７】
次に、上記した（ｂ）工程及び（ｃ）工程時の熱処理温度や第１の反強磁性層、第２の反強磁性層の組成の好ましい範囲について説明する。
【００６８】
図１２は、ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子とトップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子における反強磁性層の熱処理温度と交換結合磁界との関係を示したグラフである。
【００６９】
なお膜組成は、トップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子は、Ｓｉ基板の上に、Ａｌ₂Ｏ₃（１０００）からなる下地絶縁層、Ｔａ（５０）からなる下地層、ＮｉＦｅ合金（７０）およびＣｏ（１０）の２層からなるフリー磁性層、Ｃｕ（３０）からなる非磁性材料層、Ｃｏ（２５）からなる固定磁性層、Ｐｔ_55.4Ｍｎ_44.6（３００）からなる反強磁性層、Ｔａ（５０）からなる保護層の順に形成された構成のものである。
【００７０】
また、ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子は、Ｓｉ基板の上に、Ａｌ₂Ｏ₃（１０００）からなる下地絶縁層、Ｔａ（３０）からなる下地層、Ｐｔ_55.4Ｍｎ_44.6（３００）からなる反強磁性層、Ｃｏ（２５）からなる固定磁性層、Ｃｕ（２６）からなる非磁性材料層、Ｃｏ（１０）およびＮｉＦｅ合金（７０）の２層からなるフリー磁性層、Ｔａ（５０）からなる保護層の順に形成された構成のものである。
なお、カッコ内は各層の厚さを示し、単位はÅである。
【００７１】
図１２から明らかなように、反強磁性層と基板との距離が近い（または、固定磁性層の下に反強磁性層が配置された）ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層（■印）の交換結合磁界は、２００℃で既に発現し、２４０℃付近で４．７４×１０⁴（Ａ／ｍ）を越えている。一方、反強磁性層と基板との距離がボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子よりも遠い（または、固定磁性層の上に反強磁性層が配置された）トップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層（◆印）の交換結合磁界は、２４０℃付近で発現し、約２６０℃付近においてようやく４．７４×１０⁴（Ａ／ｍ）を越えている。
【００７２】
このように、反強磁性層と基板との距離が近い（または、固定磁性層の下に反強磁性層が配置された）ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層は、反強磁性層と基板との距離がボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子よりも遠い（または、固定磁性層の上に反強磁性層が配置された）トップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子と比較して、比較的低い熱処理温度で高い交換結合磁界が得られることがわかる。
【００７３】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、第１の反強磁性層と基板との距離が近いボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子であり、前記第１の反強磁性層に使用される材質と同様の材質によって形成された第２の反強磁性層が第１の反強磁性層よりも基板から遠い位置に配置されている。
【００７４】
したがって、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法において、例えば、第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度を２２０以上で２４５℃以下とし、前記の積層体を熱処理すると、第１の反強磁性層および第２の反強磁性層に交換結合磁界が生じ、固定磁性層とフリー磁性層の磁化方向を同一方向に固定できる。またこのとき第１の反強磁性層の交換結合磁界を最低でも１．５８×１０⁴（Ａ／ｍ）以上得ることができ、好ましくは４．７４×１０⁴（Ａ／ｍ）以上得ることができ、一方、第２の反強磁性層の交換結合磁界を前記第１の反強磁性層の交換結合磁界よりも小さくでき、具体的には、１．５８×１０⁴（Ａ／ｍ）よりも小さくできる。
【００７５】
次に、第１の印加磁界と直交する方向の第２の磁界を印加しつつ、第２の熱処理温度を２５０℃以上で２７０℃以下とし、前記の積層体を熱処理すると、第２の反強磁性層の交換結合磁界を３．１６×１０⁴（Ａ／ｍ）以上にでき、先の熱処理にて発生した第２の反強磁性層の交換結合磁界よりも大きくなる。したがって、フリー磁性層の磁化は、前記交換結合磁界の影響を受けて、ハイト方向に向けられていた状態からトラック幅方向に変動する。
【００７６】
このとき、第２の印加磁界を先の熱処理にて発生した第１の反強磁性層の交換結合磁界よりも小さくしておけば、前記第１の反強磁性層に第２の磁界が印加されても、前記第１の反強磁性層の交換結合磁界が劣化することがなく、前記固定磁性層の磁化方向をハイト方向に固定したままの状態にすることが可能になる。
【００７７】
このように本発明の製造方法によれば、前記固定磁性層とフリー磁性層の磁化とが交叉するように適切に調整することができる。
【００７８】
したがって、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法では、耐熱性に優れたＰｔＭｎ合金などの合金を第１の反強磁性層だけでなく第２の反強磁性層にも使用し、固定磁性層の磁化方向に悪影響を与えることなく、第２の反強磁性層にフリー磁性層の磁化方向を固定磁性層の磁化方向に対して交叉する方向に揃える交換結合磁界を発生させることができ、前記フリー磁性層の磁化方向を固定磁性層の磁化方向に対して交叉する方向に揃えることができるため、耐熱性および再生信号波形の対称性に優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子を製造することが可能となる。
【００８０】
次に、熱処理温度が２４５℃または２７０℃の場合における反強磁性層の組成と交換結合磁界との関係について図１３を参照して詳しく説明する。
【００８１】
図示△印及び▲印は、フリー磁性層よりも基板から離れた位置に反強磁性層を配置した（または、固定磁性層の上に反強磁性層が配置された）トップ型シングルスピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層の組成と交換結合磁界との関係を示すものであり、図示△印は２７０℃、図示▲印は２４５℃で熱処理したものである。
【００８２】
図示○印及び●印は、基板とフリー磁性層の間に反強磁性層を配置した（または、固定磁性層の下に反強磁性層が配置された）ボトム型シングルスピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層の組成と交換結合磁界との関係を示すものであり、図示○印は２７０℃、図示●印は２４５℃で熱処理したものである。
【００８３】
膜構成は、△印及び▲印で示したトップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子は、Ｓｉ基板の上に、Ａｌ₂Ｏ₃（１０００）からなる下地絶縁層、Ｔａ（５０）からなる下地層、ＮｉＦｅ合金（７０）およびＣｏ（１０）の２層からなるフリー磁性層４、Ｃｕ（３０）からなる非磁性材料層、Ｃｏ（２５）からなる固定磁性層２、Ｐｔ_mＭｎ_t（３００）からなる反強磁性層、Ｔａ（５０）からなる保護層２２０の順に形成された構成のものである。なお括弧内は膜厚を示しており、単位はÅである。
【００８４】
一方、○印及び●印で示したボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子は、Ｓｉ基板の上に、Ａｌ₂Ｏ₃（１０００）からなる下地絶縁層、Ｔａ（３０）からなる下地層、Ｐｔ_mＭｎ_t（３００）からなる反強磁性層、Ｃｏ（２５）からなる固定磁性層、Ｃｕ（２６）からなる非磁性材料層、Ｃｏ（１０）およびＮｉＦｅ合金（７０）の２層からなるフリー磁性層、Ｔａ（５０）からなる保護層の順に形成された構成のものである。なお括弧内は膜厚を示しており、単位はÅである。
【００８５】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法では、図１３に示すボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子およびトップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層の組成比を利用している。
【００８６】
すなわち、ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子である本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子では、第１の反強磁性層に使用される合金の組成範囲は、図１３に示すボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層と同様とすることが好ましく、前記第２の反強磁性層に使用される合金の組成範囲は、図１３に示すトップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層と同様とすることが好ましい。
【００８７】
図１３から明らかなように、ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層をＸ_mＭｎ_100-m（但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種以上の元素）からなる合金としたときは、組成比を示すｍが、４６原子％≦ｍ≦５３．５原子％であることが好ましい。
【００８８】
ｍが４６原子％未満または５３．５原子％を越えると、熱処理温度２４５℃の第１の熱処理を行っても、交換結合磁界が１．５８×１０⁴（Ａ／ｍ）以下となり好ましくない。これはＸ−Ｍｎ合金の結晶格子がＬ１０型の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁性特性を示さなくなるからである。即ち、一方向交換結合磁界を示さなくなるので好ましくない。
【００８９】
なお上記の組成範囲とすると、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理を行うと、約３.１６×１０⁴（Ａ／ｍ）以上の交換結合磁界を得ることができる。
【００９０】
また前記Ｘ−Ｍｎ合金のより好ましい組成範囲は、ｍが４８．５原子％以上で５２．７原子％以下である。これにより熱処理温度２４５℃の第１の熱処理を行うと、４.７４×１０⁴（Ａ／ｍ）以上の交換結合磁界を得ることができる。
【００９１】
また、ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層をＰｔ_mＭｎ_100-m-nＺ_n（但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種または２種以上の元素）としたとき、組成比を示すｍ、ｎは、４６原子％≦ｍ＋ｎ≦５３．５原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％であることが好ましい。これにより、熱処理温度２４５℃の第１の熱処理を行うと、１．５８×１０⁴（Ａ／ｍ）以上の交換結合磁界を得ることができる。またより好ましいｍ＋ｎの組成範囲は、４８．５原子％以上で５２．７原子％以下である。
【００９２】
またｎが０．２原子％未満であると、反強磁性層の結晶格子の規則化の促進効果、すなわち、交換結合磁界を大きくする効果が十分に現れなくなり好ましくない。またｎが４０原子％を越えると、逆に交換結合磁界が減少するので好ましくない。
【００９３】
また、ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層をＰｔ_qＭｎ_100-q-jＬ_j（但し、Ｌは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素）としたとき、組成比を示すｑ、ｊは、４６原子％≦ｑ＋ｊ≦５３．５原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％であることが好ましい。
【００９４】
ｑ＋ｊが４６原子％未満または５３．５原子％を越えると、熱処理温度２４５℃の第１の熱処理を行っても、交換結合磁界が１．５８×１０⁴（Ａ／ｍ）以下になり好ましくない。また、より好ましいｑ＋ｊの組成範囲は、４８．５原子％以上で５２．７原子％以下である。
【００９５】
また、ｊが０．２原子％未満であると、元素Ｌの添加による一方向性交換結合磁界の改善効果が十分に現れないので好ましくなく、ｊが１０原子％を越えると、一方向性交換結合磁界が低下してしまうので好ましくない。
【００９６】
次に図１３から明らかなように、トップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層をＸ_mＭｎ_100-m（但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種以上の元素）からなる合金としたときは、組成比を示すｍが、４９原子％≦ｍ≦５５．５原子％であることが好ましい。
【００９７】
ｍが４９原子％未満または５５．５原子％を越えると、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理を行っても、交換結合磁界が１．５８×１０⁴（Ａ／ｍ）以下となり好ましくない。これはＸ−Ｍｎ合金の結晶格子がＬ１０型の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁性特性を示さなくなる。即ち、一方向性交換結合磁界を示さなくなるので好ましくない。
【００９８】
また上記の組成範囲のとき、熱処理温度を２４５℃とした場合を見てみると、いずれの組成比のときでもボトム型の反強磁性層の交換結合磁界より低いことがわかる。すなわち第１の熱処理を行っても上記の組成比範囲によればボトム型の反強磁性層の交換結合磁界をトップ型の反強磁性層よりも大きくすることが可能となる。
【００９９】
またより好ましいｍは、４９．５原子％以上で５４．５原子％以下である。これにより、２７０℃の熱処理を行ったとき３．１６×１０⁴（Ａ／ｍ）以上の交換結合磁界を得ることができる。またこの組成範囲内で、２４５℃の熱処理を施したとき、ボトム型の反強磁性層の方がトップ型の反強磁性層の交換結合磁界よりも大きくなる。
【０１００】
また、トップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層をＰｔ_mＭｎ_100-m-nＺ_n（但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種または２種以上の元素）としたとき、組成比を示すｍ、ｎは、４９原子％≦ｍ＋ｎ≦５５．５原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％であることが好ましい。
【０１０１】
ｍ＋ｎが４９原子％未満または５５．５原子％を越えると、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理を行っても、交換結合磁界が１．５８×１０⁴（Ａ／ｍ）以下となり好ましくない。またｍ＋ｎは４９．５原子％以上で５４．５原子％以下であることがより好ましい。
【０１０２】
また、ｎが０．２原子％未満であると、反強磁性層の結晶格子の規則化の促進効果、すなわち、交換結合磁界を大きくする効果が十分に現れないので好ましくなく、ｎが４０原子％を越えると、逆に交換結合磁界が減少するので好ましくない。
【０１０３】
また、トップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層をＰｔ_qＭｎ_100-q-jＬ_j（但し、Ｌは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素）としたとき、組成比を示すｑ、ｊは、４９原子％≦ｑ＋ｊ≦５５．５原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％であることが好ましい。
【０１０４】
ｑ＋ｊが４９原子％未満または５５．５原子％を越えると、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理を行っても、交換結合磁界が１．５８×１０⁴（Ａ／ｍ）以下となり好ましくない。なおｑ＋ｊのより好ましい範囲は４９．５原子％以上で５４．５原子％以下である。
【０１０５】
また、ｊが０．２原子％未満であると、元素Ｌの添加による一方向性交換結合磁界の改善効果が十分に現れないので好ましくなく、ｊが１０原子％を越えると、一方向性交換結合磁界が低下してしまうので好ましくない。
【０１０６】
また本発明では、第１の反強磁性層及び第２の反強磁性層の双方の組成を同じにしてもよい。かかる場合、以下の組成比を有することが好ましい。
【０１０７】
すなわち第１の反強磁性層及び第２の反強磁性層が、Ｘ_mＭｎ_100-m（但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種以上の元素）からなる合金で形成されるとき、前記第１の反強磁性層および前記第２の反強磁性層の組成比を示すｍは、４９原子％≦ｍ≦５３．５原子％であることが好ましい。
【０１０８】
これにより、熱処理温度を２４５℃の第１の熱処理を行ったとき、前記第１の反強磁性層の交換結合磁界を１．５８×１０⁴（Ａ／ｍ）以上にできると共に、前記第１の反強磁性層の交換結合磁界を第２の反強磁性層の交換結合磁界よりも大きくすることができる。
【０１０９】
また熱処理温度を２７０℃の第２の熱処理を行ったとき、第２の反強磁性層の交換結合磁界を１．５８×１０⁴（Ａ／ｍ）以上にすることができる。
【０１１０】
なおより好ましい組成範囲はｍが４９．５原子％以上で５２．７原子％以下である。また上限は５１．２原子％以下であることが最も好ましい。これにより２４５℃での第１の反強磁性層の交換結合磁界を大きくできると共に、前記第１の反強磁性層と第２の反強磁性層の交換結合磁界の差を大きくでき、固定磁性層及びフリー磁性層の磁化方向の制御を容易に行うことが可能になる。
【０１１１】
また、第１の反強磁性層および第２の反強磁性層が、Ｐｔ_mＭｎ_100-m-nＺ_n（但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種または２種以上の元素）としたとき、組成比を示すｍ、ｎは、４９原子％≦ｍ＋ｎ≦５３．５原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％であることが好ましい。なおより好ましい組成範囲はｍが４９．５原子％以上で５２．７原子％以下である。また上限は５１．２原子％以下であることが最も好ましい。
【０１１２】
また、ｎが０．２原子％未満であると、元素Ｚの添加による一方向性交換結合磁界の改善効果が十分に現れないので好ましくなく、ｎが４０原子％を越えると、一方向性交換結合磁界が低下してしまうので好ましくない。
【０１１３】
また第１の反強磁性層および第２の反強磁性層が、Ｐｔ_qＭｎ_100-q-jＬ_j（但し、Ｌは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素）としたとき、組成比を示すｑ、ｊは、４９原子％≦ｑ＋ｊ≦５３．５原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％であることが好ましい。なおより好ましい組成範囲はｍが４９．５原子％以上で５２．７原子％以下である。また上限は５１．２原子％以下であることが最も好ましい。
【０１１４】
また、ｊが０．２原子％未満であると、元素Ｌの添加による一方向性交換結合磁界の改善効果が十分に現れないので好ましくなく、ｊが１０原子％を越えると、一方向性交換結合磁界が低下してしまうので好ましくない。
【０１１５】
また、上記した組成範囲内でボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子の前記第１の反強磁性層の組成と、第２の反強磁性層の組成を異ならしめ、例えば第１の反強磁性層のＭｎ濃度を第２の反強磁性層のＭｎ濃度よりも多くすることにより、第１の熱処理後の両者の交換結合磁界の差をより顕著にでき、第２の熱処理後にフリー磁性層と固定磁性層の磁化をより確実に直交状態とすることが可能となる。またかかる場合、交換結合磁界の差を顕著にできる組み合わせを多数選択することができ、設計の自由度が向上する。
【０１１６】
【発明の実施の形態】
以下、磁気検出素子（スピンバルブ型薄膜磁気素子）の形態について、図面を参照して詳しく説明する。
【０１１７】
図１は、第１の形態である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した断面図である。
【０１１８】
なお、前記スピンバルブ型薄膜素子の上に、記録用のインダクティブヘッドが積層されていてもよい。
【０１１９】
ここで図１に示すスピンバルブ型薄膜素子は、例えばハードディスク装置のスライダのトレーリング端部に設けられる。
【０１２０】
図１０及び図１１は、本発明のスピンバルブ型薄膜素子を備えた磁気ヘッドを示した図である。なお図１０はスライダを記録媒体との対向面側から見た斜視図、図１１は図１０に示す１１−１１線から切断し矢印方向から見た縦断面図である。
【０１２１】
図１０及び図１１は、スピンバルブ型薄膜素子を備えた磁気ヘッドを示した図である。なお図１０はスライダを記録媒体との対向面側から見た斜視図、図１１は図１０に示す１１−１１線から切断し矢印方向から見た縦断面図である。
【０１２２】
図１０に示すように、前記スライダ５０の媒体対向面５２には、レール５２ａ、５２ａ，５２ａが形成され、各レール同士間は、エアーグルーブ５２ｂ、５２ｂを構成している。
【０１２３】
図１１に示すように、ＧＭＲヘッドｈ１は、スライダ５０の端面５０ａ上に形成された磁性合金からなる下部シールド層５３と、下部シールド層５３に積層された下部ギャップ層５４と、媒体対向面５２から露出するスピンバルブ型薄膜磁気素子５５と、スピンバルブ型薄膜磁気素子５５を覆う上部ギャップ層５６と、上部ギャップ層５６を覆う上部シールド層５７とから構成されている。
【０１２４】
上部シールド層５７は、インダクティブヘッドｈ２の下部コア層と兼用とされている。なお前記上部シールド層５７と下部コア層とは別々に設けられていてもよい。
【０１２５】
インダクティブヘッドｈ２は、下部コア層（上部シールド層）５７と、下部コア層５７に積層されたギャップ層５８と、コイル５９と、記録媒体との対向面でギャップ層５８上に接合され、かつ基端部６０ａにて下部コア層５７に接合される上部コア層６０とから構成されている。
【０１２６】
また、上部コア層６０上には、アルミナなどからなる保護層６１が積層されている。
【０１２７】
図１に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子は、Ａｌ₂Ｏ₃などで形成された絶縁基板２０（下部ギャップ層）上に、第１の反強磁性層２１、固定磁性層２２、非磁性材料層２３及びフリー磁性層２４の順で積層された、いわゆるボトム型のシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子である。
【０１２８】
また、前記スピンバルブ型薄膜磁気素子は、エクスチェンジバイアス方式により、フリー磁性層２４の磁化方向を固定磁性層２２の磁化方向に対して交叉する方向に揃えるものである。
【０１２９】
前記エクスチェンジバイアス方式は、不感領域があるため実効トラック幅の制御が困難であるハードバイアス方式と比較して、高密度記録に対応するトラック幅の狭いスピンバルブ型薄膜磁気素子に適した方式である。
【０１３０】
前記第１の反強磁性層２１は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素と、Ｍｎとを含む合金からなるものである。これらの合金からなる第１の反強磁性層２１は、耐熱性、耐食性に優れるという特徴を有している。
【０１３１】
またハードディスクなどの装置内の環境温度や素子を流れるセンス電流によるジュール熱により素子が高温となるハードディスク装置に備えられた場合の耐久性が良好で、温度変化による交換異方性磁界（交換結合磁界）の変動が少ない優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子を得ることができる。
【０１３２】
さらにまた、第１の反強磁性層２１を上記の合金で形成することで、ブロッキング温度が高いものとなり、第１の反強磁性層２１に大きな交換異方性磁界を発生させることができるため、固定磁性層２２の磁化方向を強固に固定することができる。
【０１３３】
特に、前記第１の反強磁性層２１は、下記の組成式からなる合金であることが好ましい。
【０１３４】
（１）Ｘ_mＭｎ_100-m
但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種以上の元素であり、組成比を示すｍは、４６原子％≦ｍ≦５３．５原子％である。
より好ましい組成比を示すｍは、４８．５原子％≦ｍ≦５２．７原子％である。
更に、前記第１の反強磁性層２１は、下記の組成式からなる合金であっても良い。
【０１３５】
（２）Ｐｔ_mＭｎ_100-m-nＺ_n
但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種または２種以上の元素であり、組成比を示すｍ、ｎは、４６原子％≦ｍ＋ｎ≦５３．５原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％である。
より好ましい組成比を示すｍ、ｎは、４８．５原子％≦ｍ＋ｎ≦５２．７原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％である。
また、前記第１の反強磁性層２１は、下記の組成式からなる合金であってもよい。
【０１３６】
（３）Ｐｔ_qＭｎ_100-q-jＬ_j
但し、Ｌは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素であり、組成比を示すｑ、ｊは、４６原子％≦ｑ＋ｊ≦５３．５原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％である。
また、より好ましい組成比を示すｑ、ｊは、４８．５原子％≦ｑ＋ｊ≦５２．７原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％である。
【０１３７】
前記第１の反強磁性層２１は例えば７０Å以上で３００Å以下で形成される。
また前記固定磁性層２２は、第１の固定磁性層２５と非磁性中間層２６と第２の固定磁性層２７の３層で形成された、いわゆるフェリ構造である。このフェリ構造により、前記固定磁性層２２の磁化状態を安定化させることが可能である。なおより安定したフェリ構造にするには、第１の固定磁性層２５と第２の固定磁性層２７の単位面積あたりの磁気モーメントを異ならせることである。前記単位面積あたりの磁気モーメントは飽和磁束密度と膜厚との乗で求められる。例えば前記固定磁性層２５，２７に同じ材質を使用した場合、互いの膜厚を異ならせることで、単位面積あたりの磁気モーメントを互いに異なる値にできる。具体的には、前記第１の固定磁性層２５を１５Å程度で、非磁性中間層２６を８Å程度で、第２の固定磁性層２７を２０Å程度で形成する。
【０１３８】
前記第１の固定磁性層２５及び第２の固定磁性層２７は、例えば、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などで形成されている。なお非磁性中間層２６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。
【０１３９】
具体的には前記第１の固定磁性層２５及び第２の固定磁性層２７はＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましい。これにより前記第１の固定磁性層２５と第２の固定磁性層２７間に働くＲＫＫＹ相互作用における交換結合磁界を大きくすることができる。
【０１４０】
図１に示す第１の固定磁性層２５は、第１の反強磁性層２１に接して形成され、磁場中熱処理を施すことにより、前記第１の固定磁性層２５と前記第１の反強磁性層２１との界面にて交換結合磁界が発生する。
【０１４１】
これにより第１の固定磁性層２５は例えば図示Ｙ方向（ハイト方向）に固定される。一方、ＲＫＫＹ相互作用により、前記第２の固定磁性層２６は、図示Ｙ方向とは逆方向（記録媒体との対向面方向）に固定される。すなわち第１の固定磁性層２５と第２の固定磁性層２６の磁化は反平行状態にされる。
【０１４２】
また、前記非磁性材料層２３は、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇなどの導電性を有する非磁性材料により形成されることが好ましい。
【０１４３】
また、前記フリー磁性層２４は、第１のフリー磁性層２８と非磁性中間層２９と第２のフリー磁性層３０の３層で形成されるいわゆるフェリ構造となっている。前記第１のフリー磁性層２８及び第２のフリー磁性層３０は、例えば、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などで形成されている。なお非磁性中間層２９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。
【０１４４】
なおより安定なフェリ構造にするには、第１のフリー磁性層２８と第２のフリー磁性層３０の単位面積あたりの磁気モーメントを異ならせることである。前記単位面積あたりの磁気モーメントは飽和磁束密度と膜厚との乗で求められる。例えば前記フリー磁性層２８，３０に同じ材質を使用した場合、互いの膜厚を異ならせることで、単位面積あたりの磁気モーメントを互いに異なる値にできる。具体的には、第１のフリー磁性層２８を２０Å程度で、非磁性中間層２９を８Å程度で、第２のフリー磁性層３０を１５Å程度で形成する。
【０１４５】
図１に示すように、前記第２のフリー磁性層３０の上面は一部削られてトラック幅Ｔｗの溝２４ａが形成されている。この溝を形成しないと、第２の反強磁性層３１の厚さにばらつきがあるとき、除去されるはずの第２の反強磁性層３１がすべて除去されず、素子中央部Ｅに前記第２の反強磁性層３１が残る恐れがあり好ましくない。
【０１４６】
また溝２４ａの両側には平坦部２４ｂが形成されている。そして前記平坦部２４ｂ上には第２の反強磁性層３１が形成されている。前記第２の反強磁性層３１は反強磁性材料で形成される。かかる場合、第１の反強磁性層２１と同じ反強磁性材料で形成されても良いし異なる材料で形成されてもよい。
【０１４７】
従って、熱処理を施すことにより前記第２の反強磁性層３１と第２のフリー磁性層３０間に発生する交換結合磁界の作用により、前記第２のフリー磁性層３０の両側端部Ｄ，Ｄの磁化は、前記固定磁性層２２の磁化と交叉する方向、すなわちトラック幅方向（図１では図示Ｘ方向の逆方向）に固定される。一方、前記フリー磁性層３０の中間領域Ｅでは、前記両側端部Ｄ，Ｄからのバイアス磁界の影響を受けて、トラック幅方向に揃えられる。
【０１４８】
また前記非磁性中間層２９を介して第１のフリー磁性層２８には、ＲＫＫＹ相互作用が働き、これによって前記第１のフリー磁性層２８の磁化は、図示Ｘ方向（トラック幅方向）に適切に揃えられる。図１に示すようにフリー磁性層２４をいわゆるフェリ構造にすることで、前記フリー磁性層２４の２層の磁性層２８，３０の磁化は互いに反平行になり、熱的にも安定した磁化状態になる。従って、バルクハウゼンノイズの発生を適切に防止することができるとともにサイドリーディングの発生を抑制でき、さらに良好なΔＭＲを得ることができる。
【０１４９】
なお前記第２の反強磁性層３１は、前記第１の反強磁性層２１と同様に、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素と、Ｍｎとを含む合金からなるものであることが好ましい。
【０１５０】
そして、これらの合金からなる第２の反強磁性層３１は、耐熱性、耐食性に優れるという特徴を有している。
【０１５１】
特に、前記第２の反強磁性層３１は、下記の組成式からなる合金であることが好ましい。
【０１５２】
（１）Ｘ_mＭｎ_100-m
但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種以上の元素であり、組成比を示すｍは、４９原子％≦ｍ≦５５．５原子％である。より好ましくは、４９．５原子％以上で５４．５原子％以下である。
さらに、第２の反強磁性層３１は、下記の組成式からなる合金であっても良い。
【０１５３】
（２）Ｐｔ_mＭｎ_100-m-nＺ_n
但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉのうちの少なくとも１種または２種以上の元素であり、組成比を示すｍ、ｎは、４９原子％≦ｍ＋ｎ≦５５．５原子％、０．２原子％≦ｎ≦１０原子％である。なおｍ＋ｎのより好ましい範囲は４９．５原子％以上で５４．５原子％以下である。
また、第２の反強磁性層３１は、下記の組成式からなる合金であってもよい。
【０１５４】
（３）Ｐｔ_qＭｎ_100-q-jＬ_j
但し、Ｌは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素であり、組成比を示すｑ、ｊは、４９原子％≦ｑ＋ｊ≦５５．５原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％である。またｑ＋ｊのより好ましい範囲は４９．５原子％以上で５４．５原子％以下である。
【０１５５】
また図１に示すように、前記第２の反強磁性層３１の上には、Ｔａなどで形成された保護層３２を介して電極層３３が形成されている。
【０１５６】
前記電極層３３、３３は、例えば、Ａｕ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａなどで形成されることが好ましい。
【０１５７】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、電極層３３、３３からフリー磁性層２４、非磁性材料層２３、固定磁性層２２に定常電流が与えられ、図示Ｚ方向に走行する磁気記録媒体からの漏れ磁界が図示Ｙ方向に与えられると、前記フリー磁性層２４のうち第１のフリー磁性層２８の磁化方向が図示Ｘ方向から図示Ｙ方向に向けて変動する。この第１のフリー磁性層２８内での磁化方向の変動と第２の固定磁性層２７の磁化方向との関係で電気抵抗が変化し、この抵抗変化に基づく電圧変化により磁気記録媒体からの漏れ磁界が検出される。
【０１５８】
ところでスピンバルブ型薄膜素子は、前記フリー磁性層２４の上にトラック幅Ｔｗの間隔を空けて形成された第２の反強磁性層３１は、その先端部３１ａ，３１ａが先細らず、十分な膜厚で形成される。
【０１５９】
このため前記第２の反強磁性層３１の先端部３１ａ下に形成された第２のフリー磁性層３０との間で大きな交換結合磁界が発生する。さらに前記フリー磁性層２４はフェリ構造で形成されているため、前記フリー磁性層２４の磁化状態は安定化し、特に第１のフリー磁性層２８の磁化は適切にトラック幅方向に揃えられ、単磁区化される。
【０１６０】
また、前記第１のフリー磁性層２８及び第２のフリー磁性層３０の少なくとも一方を、以下の組成を有する磁性材料で形成することが好ましい。
組成式がＣｏＦｅＮｉで示され、Ｆｅの組成比は９原子％以上で１７原子％以下で、Ｎｉの組成比は０．５原子％以上で１０原子％以下で、残りの組成はＣｏである。
【０１６１】
これにより前記第１のフリー磁性層２８と第２のフリー磁性層３０間で発生するＲＫＫＹ相互作用における交換結合磁界を強くすることができる。具体的には、反平行状態が崩れるときの磁界、すなわちスピンフロップ磁界（Ｈｓｆ）を約２９３（ｋＡ／ｍ）にまで大きくすることができる。よって、第２の反強磁性層３１の下に位置する第１のフリー磁性層２８及び第２のフリー磁性層３０の両側端部の磁化を、前記第２の反強磁性層３１と第２のフリー磁性層３０間に働く交換結合磁界との相乗効果によって、適切に反平行状態にピン止めでき、サイドリーディングの発生を抑制することができる。
【０１６２】
なお、前記第１のフリー磁性層２８及び第２のフリー磁性層３０の双方を前記ＣｏＦｅＮｉ合金で形成することが好ましい。これにより、より安定して高いスピンフロップ磁界を得ることができ、第１のフリー磁性層２８と第２のフリー磁性層３０とを適切に反平行状態に磁化できる。
【０１６３】
また上記した組成範囲内であると、フリー磁性層２４の磁歪を−３×１０^-6から３×１０^-6の範囲内に収めることができ、また保磁力を７９０（Ａ／ｍ）以下に小さくできる。
【０１６４】
さらに、前記フリー磁性層２４の軟磁気特性の向上、非磁性材料層２３間でのＮｉの拡散による抵抗変化量（ΔＲ）や抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の低減の抑制を適切に図ることが可能である。
【０１６５】
また図１に示すように前記第２の反強磁性層３１の内側側面３１ｂ，３１ｂは傾斜面となっているが、前記傾斜面を垂直方向（図示Ｚ方向）に近い向きに調整して形成することができる。なお前記傾斜面の内角θは、７０°以上で９０°以下であることが好ましい。
【０１６６】
上記のように、第２の反強磁性層３１の先端部３１ａの膜厚を厚く形成するには、後述する製造方法によって達成することができる。
【０１６７】
なお、素子中央領域Ｅの第２のフリー磁性層３０の上面３０ａは削られ、この部分の膜厚は、両側端部Ｄの第２のフリー磁性層３０よりも薄くなる。
【０１６８】
また図１に示すように、前記第２の反強磁性層３１の上に形成される電極層３３は、前記第２の反強磁性層３１の平坦化面３１ｃ上にのみ形成されていることがわかる。一方、従来例として挙げた図１６では、第２の反強磁性層１０の平坦化面上のみならず傾斜面上にも電極層８が延出して形成されていることがわかる。
【０１６９】
上記した形態と従来例との違いは、製造方法の相違に起因するもので、構造の違いから製造方法の違いを見分けることが可能である。
【０１７０】
次に図２は、実施形態のスピンバルブ型薄膜素子の構造である。なお図１と同じ符号が付けられている層は、図１と同じ層を示している。
【０１７１】
図１との違いは、素子中央領域Ｅでは前記第２のフリー磁性層３０が完全に除去され、非磁性中間層２９が露出している点である。
【０１７２】
なお前記非磁性中間層２９の上面は一部除去され、溝２９ａになっている。前記溝２９ａの幅でトラック幅Ｔｗが決められる。また前記溝２９ａの両側は平坦部２９ｂ，２９ｂとなっている。そして前記平坦部２９ｂ上に第２のフリー磁性層３０、第２の反強磁性層３１、保護層３２及び電極層３３が形成される。
【０１７３】
このように第１のフリー磁性層２８の上に非磁性中間層２９のみが存在する場合、この部分では、前記非磁性中間層２９はバックド層（ｂａｃｋ ｌａｙｅｒ）として作用し、いわゆるスピンフィルター効果が発生する。
【０１７４】
前記非磁性中間層２９がバックド層として機能すると、磁気抵抗効果に寄与する＋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）が延びて、スピンフィルター効果（ｓｐｉｎ ｆｉｌｔｅｒ ｅｆｆｅｃｔ）により、大きな抵抗変化率が得られ、高記録密度化に対応できるものとなる。なお前記スピンフィルター効果を適切に発生させるには、前記非磁性中間層２９（バックド層）をＣｕで形成することが好ましい。
【０１７５】
この実施形態でも、第２の反強磁性層３１の先端部３１ａを厚い膜厚で形成することができ、前記第２の反強磁性層３１の先端部３１ａと第２のフリー磁性層３０間で大きな交換結合磁界を発生させることができる。また前記フリー磁性層２４は、両側端部Ｄ，Ｄでは、３層で形成されたフェリ構造を保っているので、この箇所では、適切に第２のフリー磁性層３０と第１のフリー磁性層２８の磁化状態が反平行とされた安定した状態になり、したがって前記第１のフリー磁性層２８の素子中央領域Ｅにおける前記第１のフリー磁性層２８も適切に図示Ｘ方向（トラック幅方向）に単磁区化される。従って高記録密度化においても狭トラック化を実現できるとともに、バルクハウゼンノイズの発生を抑制することができ、サイドリーディングの発生を抑制可能な磁気検出素子を製造することが可能である。
【０１７６】
また本発明では、前記第１のフリー磁性層２８及び第２のフリー磁性層３０の少なくとも一方を、以下の組成を有する磁性材料で形成することが好ましい
組成式がＣｏＦｅＮｉで示され、Ｆｅの組成比は９原子％以上で１７原子％以下で、Ｎｉの組成比は０．５原子％以上で１０原子％以下で、残りの組成比はＣｏである。
【０１７７】
これにより前記第１のフリー磁性層２８と第２のフリー磁性層３０間で発生するＲＫＫＹ相互作用における交換結合磁界を強くすることができる。具体的には、反平行状態が崩れるときの磁界、すなわちスピンフロップ磁界（Ｈｓｆ）を約２９３（ｋＡ／ｍ）にまで大きくすることができる。よって、第２の反強磁性層３１の下に位置する第１のフリー磁性層２８及び第２のフリー磁性層３０の両側端部の磁化を適切に反平行状態にピン止めでき、サイドリーディングの発生を抑制することができる。
【０１７８】
なお本発明では、前記第１のフリー磁性層２８及び第２のフリー磁性層３０の双方を前記ＣｏＦｅＮｉ合金で形成することが好ましい。これにより、より安定して高いスピンフロップ磁界を得ることができる。
【０１７９】
また上記した組成範囲内であると、フリー磁性層２４の磁歪を−３×１０^-6から３×１０^-6の範囲内に収めることができ、また保磁力を７９０（Ａ／ｍ）以下に小さくできる。
【０１８０】
さらに、前記フリー磁性層２４の軟磁気特性の向上、非磁性材料層２３間でのＮｉの拡散による抵抗変化量（ΔＲ）や抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の低減の抑制を適切に図ることが可能である。
【０１８１】
なお図１及び図２において前記固定磁性層２２は、３層のフェリ構造で形成されていたが、これが従来と同様に１層の磁性層のみで構成されていてもよい。また前記固定磁性層２２のうち第２の固定磁性層２７の前記非磁性材料層２３と接触する側の面にＣｏ膜を形成することが好ましい。これによりＣｕより形成された非磁性材料層２３との界面での金属元素の拡散を防止でき、またΔＭＲを大きくすることができる。なお前記Ｃｏ膜は５Å程度で形成される。
【０１８２】
図３は、第３の形態のスピンバルブ型薄膜素子の構造である。なお図１と同じ符号が付けられている層は、図１と同じ層を示している。
【０１８３】
図１との違いは、第２のフリー磁性層２８と非磁性材料層２３との間に中間層４１が設けられている点である。前記中間層４１はＣｏＦｅ合金やＣｏ合金で形成されることが好ましい。特にＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましい。
【０１８４】
前記中間層４１が形成されたことで、前記非磁性材料層２３との界面での金属元素等の拡散防止、及び、抵抗変化量（ΔＲ）、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることができる。なお前記中間層４１は５Å程度で形成される。
【０１８５】
図１や図２で説明したように、特に非磁性材料層２３と接する第１のフリー磁性層２８を上記組成比のＣｏＦｅＮｉ合金で形成すれば、非磁性材料層２３との間における金属元素の拡散を適切に抑制できるから、第１のフリー磁性層２８と非磁性材料層２３間にＣｏＦｅ合金あるいはＣｏからなる中間層４１を形成する必要性は、前記第１のフリー磁性層２８をＮｉＦｅ合金などのＣｏを含まない磁性材料で形成する場合に比べて少ない。
【０１８６】
しかし前記第１のフリー磁性層２８をＣｏＦｅＮｉ合金で形成する場合でも、前記第１のフリー磁性層２８と非磁性材料層２３との間にＣｏＦｅ合金やＣｏからなる中間層４１を設けることが、第１のフリー磁性層２８と非磁性材料層２３間での金属元素の拡散をより確実に防止できる観点から好ましい。
【０１８７】
また前記第１のフリー磁性層２８と非磁性材料層２３間に中間層４１を設け、前記第１のフリー磁性層２８及び第２のフリー磁性層３０の少なくとも一方をＣｏＦｅＮｉ合金で形成するとき、前記ＣｏＦｅＮｉ合金のＦｅの組成比は７原子％以上で１５原子％以下で、Ｎｉの組成比は５原子％以上で１５原子％以下で、残りの組成比はＣｏであることが好ましい。
【０１８８】
これにより前記第１のフリー磁性層２８と第２のフリー磁性層３０間で発生するＲＫＫＹ相互作用における交換結合磁界を強くすることができる。具体的には、反平行状態が崩れるときの磁界、すなわちスピンフロップ磁界（Ｈｓｆ）を約２９３（ｋＡ／ｍ）にまで大きくすることができる。よって、第２の反強磁性層３１の下に位置する第１のフリー磁性層２８及び第２のフリー磁性層３０の両側端部の磁化を適切に反平行状態にピン止めでき、サイドリーディングの発生を抑制することができる。
【０１８９】
なお、前記第１のフリー磁性層２８及び第２のフリー磁性層３０の双方を前記ＣｏＦｅＮｉ合金で形成することが好ましい。これにより、より安定して高いスピンフロップ磁界を得ることができる。
【０１９０】
また上記した組成範囲内であると、フリー磁性層２４の磁歪を−３×１０^-6から３×１０^-6の範囲内に収めることができ、また保磁力を７９０（Ａ／ｍ）以下に小さくできる。さらに、前記フリー磁性層２４の軟磁気特性の向上を図ることができる。
【０１９１】
なお図３における形態は図２における実施形態にも適用可能である。
次に磁気検出素子の製造方法について以下に図面を参照しながら説明する。なお図４ないし図９は、すべて記録媒体との対向面と平行な方向から切断した断面図である。
【０１９２】
図４では、Ａｌ₂Ｏ₃などから形成された絶縁基板２０上に第１の反強磁性層２１をスパッタ成膜する。前記第１の反強磁性層２１を、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素と、Ｍｎとを含む合金からなる反強磁性材料で形成することが好ましい。
【０１９３】
さらに連続して、前記第１の反強磁性層２１の上に固定磁性層２２、非磁性材料層２３、フリー磁性層２４及び第２の反強磁性層３１を成膜する。
【０１９４】
前記固定磁性層２２を、第１の固定磁性層２５、非磁性中間層２６、および第２の固定磁性層２７から構成されたフェリ状態で形成することが好ましい。
【０１９５】
また、前記フリー磁性層２４を、第１のフリー磁性層２８、非磁性中間層２９及び第２のフリー磁性層３０の３層膜のフェリ構造で形成する。
【０１９６】
第１の固定磁性層２５、第２の固定磁性層２７、第１のフリー磁性層２８及び第２のフリー磁性層３０を、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などで形成することが好ましい。また非磁性中間層２６，２９を、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することが好ましい。
【０１９７】
なお、前記第１のフリー磁性層２８及び第２のフリー磁性層３０の少なくとも一方をＣｏＦｅＮｉ合金で形成することが好ましい。このとき前記ＣｏＦｅＮｉ合金のＦｅの組成比を９原子％以上で１７原子％以下で、Ｎｉの組成比を０．５原子％以上で１０原子％以下で、残りの組成比をＣｏとすることが好ましい。
【０１９８】
また図３に示すように第１のフリー磁性層２８と非磁性材料層２３間にＣｏあるいはＣｏＦｅ合金からなる中間層４１を設けた場合、前記第１のフリー磁性層２８及び第２のフリー磁性層３０の少なくとも一方をＣｏＦｅＮｉ合金で形成し、このとき前記ＣｏＦｅＮｉ合金のＦｅの組成比を７原子％以上で１５原子％以下で、Ｎｉの組成比を５原子％以上で１５原子％以下で、残り組成比をＣｏとすることが好ましい。
【０１９９】
これにより前記第１のフリー磁性層２８と第２のフリー磁性層３０間で発生するＲＫＫＹ相互作用における交換結合磁界を強くすることができる。具体的には、反平行状態が崩れるときの磁界、すなわちスピンフロップ磁界（Ｈｓｆ）を約２９３（ｋＡ／ｍ）にまで大きくすることができる。よって、第２の反強磁性層３１の下に位置する第１のフリー磁性層２８及び第２のフリー磁性層３０の両側端部の磁化を適切に反平行状態にピン止めでき、サイドリーディングの発生を抑制することができる。
【０２００】
なお、前記第１のフリー磁性層２８及び第２のフリー磁性層３０の双方を前記ＣｏＦｅＮｉ合金で形成することが好ましい。これにより、より安定して高いスピンフロップ磁界を得ることができる。
【０２０１】
また上記した組成範囲内であると、フリー磁性層２４の磁歪を−３×１０^-6から３×１０^-6の範囲内に収めることができ、また保磁力を７９０（Ａ／ｍ）以下に小さくできる。さらに、前記フリー磁性層２４の軟磁気特性の向上を図ることができる。
【０２０２】
また第２の反強磁性層３１を、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素と、Ｍｎとを含む合金からなる反強磁性材料で形成することが好ましい。
【０２０３】
図４に示すように、前記第２の反強磁性層３１の上にＴａなどで形成された保護層３２を形成する。
【０２０４】
このように、第１の反強磁性層２１から第２の反強磁性層３１まで連続して成膜する。したがって各層の表面を大気に触れさせることがなく、前記各層の表面が大気に触れた場合のように、大気に触れた表面をイオンミリングや逆スパッタによりクリーニングしてからその上の層を形成する必要がないため、容易に製造することができる。また、再現性が良好な製造方法とすることができる。さらに、前記各層の表面をイオンミリングや逆スパッタによりクリーニングする必要がないため、再付着物によるコンタミや、表面の結晶状態の乱れによる交換結合磁界の発生に対する悪影響など、クリーニングすることに起因する不都合が生じない優れた製造方法とすることができる。また連続成膜のため、クリーニング工程が無くても、前記第１の反強磁性層２１と第１の固定磁性層２５間、および第２の反強磁性層３１と第２のフリー磁性層３０間に適切に交換結合磁界を発生させることができる。
【０２０５】
次に図５の工程において第１の熱処理工程を行う。まずトラック幅Ｔｗ（図示Ｘ方向）と直交する方向である第１の磁界（図示Ｙ方向）を印加しつつ、第１の熱処理温度で熱処理し、前記第１の反強磁性層２１および第２の反強磁性層３１に交換結合磁界を発生させて、前記第１の固定磁性層２５および前記第２のフリー磁性層３０の磁化を同一方向に固定すると共に、前記第１の反強磁性層２１の交換結合磁界を前記第２の反強磁性層３１の交換結合磁界よりも大とする。
【０２０６】
既に図１２を用いて説明したように、前記第１の熱処理温度を２２０℃以上で２４５℃以下であることが好ましい。
【０２０７】
これにより第１の反強磁性層２１の交換結合磁界を１．５８×１０⁴（Ａ／ｍ）以上にでき、またより好ましくは２３０℃以上とすれば４．７４×１０⁴（Ａ／ｍ）以上の高い交換結合磁界を得ることができる。
【０２０８】
一方、第２の反強磁性層３１の交換結合磁界は、前記第１の反強磁性層の交換結合磁界よりも小さくなる。
【０２０９】
次に、第２の熱処理工程を行う。この工程では第１の磁界と直交する方向の第２の磁界（トラック幅方向）を印加しつつ、前記第１の熱処理温度よりも高い第２の熱処理温度を施す。また前記第２の印加磁界の大きさを、前記第１の熱処理工程時の第２の反強磁性層３１の交換結合磁界よりも大きく、且つ第１の熱処理工程時の前記第１の反強磁性層２１の交換結合磁界よりも小さくする。
【０２１０】
第２の熱処理温度を２５０℃以上で２７０℃以下に設定することが好ましい。
【０２１１】
これにより前記第２の反強磁性層３１の交換結合磁界を３．１６×１０⁴（Ａ／ｍ）以上にでき、先の第１の熱処理工程にて発生した交換結合磁界よりも大きくできる。さらに前記フリー磁性層２４はフェリ構造であるから磁化状態を安定化でき、前記第２のフリー磁性層３０の磁化が前記交換結合磁界によりトラック幅方向（図示Ｘ方向逆方向）に向けられると、ＲＫＫＹ相互作用により前記第１のフリー磁性層２８の磁化は反転して図示Ｘ方向に揃えられる。
【０２１２】
またこのとき、第２の印加磁界を先の第１の熱処理工程時にて発生した第１の反強磁性層２１の交換結合磁界よりも小さくすることで、前記第１の反強磁性層２１に第２の印加磁界が印加されても、前記第１の反強磁性層２１の交換結合磁界が劣化することがなく、前記固定磁性層２２の磁化方向をハイト方向に固定したままにすることが可能になる。なお前記固定磁性層２２はフェリ構造であるので、磁化状態は安定化し、第１の固定磁性層２５と第２の固定磁性層２７の磁化は反平行状態になる。
【０２１３】
以上のように２回の熱処理工程の温度と印加磁界の大きさ及び方向を適切に調整することで、前記固定磁性層２２の磁化方向とフリー磁性層２４の磁化方向が適切にしかも容易に交叉するように調整することが可能である。
【０２１４】
なお上記した第１の反強磁性層２１及び第２の反強磁性層３１の交換結合磁界の大きさは、各層の組成比に大きく左右されるため、前記第１の反強磁性層２１及び第２の反強磁性層３１の成膜の際に組成比の調整を行うことが好ましい。
【０２１５】
組成比に関しては既に図１３を用いて説明した通りであり、前記第１の反強磁性層２１をＸ_mＭｎ_100-m（但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種以上の元素）からなる合金で形成したとき、組成比を示すｍを、４６原子％≦ｍ≦５３．５原子％とすることが好ましい。またより好ましい組成範囲は、ｍが４８．５原子％以上で５２．７原子％以下である。
【０２１６】
また前記第１の反強磁性層２１をＰｔ_mＭｎ_100-m-nＺ_n（但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種または２種以上の元素）で形成したよき、組成比を示すｍ、ｎを、４６原子％≦ｍ＋ｎ≦５３．５原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％とすることが好ましい。またより好ましいｍ＋ｎの組成範囲は、４８．５原子％以上で５２．７原子％以下である。
【０２１７】
また前記第１の反強磁性層２１をＰｔ_qＭｎ_100-q-jＬ_j（但し、Ｌは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素）で形成したとき、組成比を示すｑ、ｊを、４６原子％≦ｑ＋ｊ≦５３．５原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％とすることが好ましい。またより好ましいｑ＋ｊの組成範囲は、４８．５原子％以上で５２．７原子％以下である。
【０２１８】
また第２の反強磁性層３１をＸ_mＭｎ_100-m（但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種以上の元素）からなる合金で形成したとき、組成比を示すｍを、４９原子％≦ｍ≦５５．５原子％とすることが好ましい。またより好ましいｍは、４９．５原子％以上で５４．５原子％以下である。
【０２１９】
また前記第２の反強磁性層３１をＰｔ_mＭｎ_100-m-nＺ_n（但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種または２種以上の元素）で形成したとき、組成比を示すｍ、ｎを、４９原子％≦ｍ＋ｎ≦５５．５原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％とすることが好ましい。またｍ＋ｎは４９．５原子％以上で５４．５原子％以下であることがより好ましい。
【０２２０】
また前記第２の反強磁性層３１をＰｔ_qＭｎ_100-q-jＬ_j（但し、Ｌは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素）で形成したとき、組成比を示すｑ、ｊは、４９原子％≦ｑ＋ｊ≦５５．５原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％とすることが好ましい。なおｑ＋ｊのより好ましい範囲は４９．５原子％以上で５４．５原子％以下である。
【０２２１】
また本発明では、第１の反強磁性層２１及び第２の反強磁性層３１の双方の組成を同じにしてもよい。かかる場合、以下の組成比を有することが好ましい。
【０２２２】
すなわち第１の反強磁性層２１及び第２の反強磁性層３１を、Ｘ_mＭｎ_100-m（但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種以上の元素）からなる合金で形成するとき、前記第１の反強磁性層２１および第２の反強磁性層３１の組成比を示すｍを、４９原子％≦ｍ≦５３．５原子％とすることが好ましい。なおより好ましい組成範囲はｍは４９．５原子％以上で５２．７原子％以下である。また上限は５１．２原子％以下であることが最も好ましい。
【０２２３】
また、第１の反強磁性層２１および第２の反強磁性層３１を、Ｐｔ_mＭｎ_100-m-nＺ_n（但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種または２種以上の元素）で形成したとき、組成比を示すｍ、ｎを、４９原子％≦ｍ＋ｎ≦５３．５原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％とすることが好ましい。なおより好ましい組成範囲はｍは４９．５原子％以上で５２．７原子％以下である。また上限は５１．２原子％以下であることが最も好ましい。
【０２２４】
また第１の反強磁性層２１および第２の反強磁性層３１を、Ｐｔ_qＭｎ_100-q-jＬ_j（但し、Ｌは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素）で形成したとき、組成比を示すｑ、ｊを、４９原子％≦ｑ＋ｊ≦５３．５原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％とすることが好ましい。なおより好ましい組成範囲はｍは４９．５原子％以上で５２．７原子％以下である。また上限は５１．２原子％以下であることが最も好ましい。
【０２２５】
また前記第１の反強磁性層２１の組成と、第２の反強磁性層３１の組成を異ならしめ、例えば第１の反強磁性層２１のＭｎ濃度を第２の反強磁性層のＭｎ濃度よりも多くすることにより、第１の熱処理後の両者の交換結合磁界の差をより顕著にでき、第２の熱処理後にフリー磁性層２４と固定磁性層２２の磁化をより確実に直交状態とすることが可能となる。またかかる場合、交換結合磁界の差を顕著にできる組み合わせを多数選択でき、設計の自由度が向上する。
【０２２６】
以上説明した組成範囲内であれば、第１の熱処理を施したとき、第１の反強磁性層２１の交換結合磁界を大きくできると共に、前記第１の反強磁性層２１の交換結合磁界を第２の反強磁性層３１の交換結合磁界よりも大きくでき、さらに第２の熱処理を施したとき、前記第２の反強磁性層３１の交換結合磁界を先の交換結合磁界よりも大きくすることができる。
【０２２７】
よって上記した固定磁性層２２とフリー磁性層２４の磁化の直交化を適切に行うことが可能である。
【０２２８】
次に、図６に示すように前記保護層３２の上にリフトオフ用のレジスト層４０を形成する。前記レジスト層４０の下面の幅寸法Ｔ１の変動は、トラック幅Ｔｗの大きさを左右する。従って今後の高記録密度化に伴い狭トラック化を実現するには、前記幅寸法Ｔ１をできる限り小さく形成することが好ましい。
【０２２９】
前記レジスト層４０にはトラック幅の左右に切欠部４０ａ，４０ａが設けられている。
【０２３０】
従って図６に示すように、電極層３３を前記レジスト層４０の両側の保護層３２上にスパッタ成膜すると、前記電極層３３の内側先端３３ａは、前記切欠部４０ａ下に形成される。また前記電極層３３の内側先端３３ａはシャドー効果によって、傾斜面あるいは曲面状となる。
【０２３１】
また前記レジスト層４０の上にも電極材料層３３ｂがスパッタ成膜される。そして前記レジスト層４０を除去する。
【０２３２】
これによりスピンバルブ型薄膜素子は図７に示す状態になる。次に図７に示す工程では、前記保護層３２上に幅寸法Ｔ１の間隔を有する一対の電極層３３，３３をマスクとして、ＲＩＥ等の異方性エッチング法により、前記幅寸法Ｔ１内に露出する保護層３２、第２の反強磁性層３１及び第１のフリー磁性層３０の一部分までを除去する。それは点線で示されている。これにより図１のスピンバルブ型薄膜素子が完成する。
【０２３３】
また第１のフリー磁性層３０を完全に除去し、さらに非磁性中間層２９の一部分までを前記のエッチングにて除去する。それは一点鎖点で示されている。これにより図２のスピンバルブ型薄膜素子が完成する。
【０２３４】
上記したように、第１の反強磁性層２１から第２の反強磁性層３１まで連続成膜し、さらにリフトオフ用レジスト層４０を利用して形成された一対の電極層３３をマスクとして、前記電極層３３間の不必要な第２の反強磁性層３１を除去することで、残された前記第２の反強磁性層３１の先端部３１ａには従来のような先細りが無くなり、前記先端部３１ａとその下に形成された第２のフリー磁性層３０間に十分な交換結合磁界が発生した状態が維持され、前記第１のフリー磁性層２８の単磁区化を適切に図ることが可能である。
【０２３５】
また図７に示すように前記電極層３３の内側先端面３３ａは傾斜面あるいは曲面となっていることにより、これに追従してその下に形成された第２の反強磁性層３１の内側先端面３１ｂにも傾斜面が付きやすい。しかし異方性エッチングで掘り込む手法であると、この傾斜面を垂直（図示Ｚ方向）に近い角度に形成でき、前記第２の反強磁性層３１の先端部３１ｂが先細るのを適切に回避できる。
【０２３６】
また上記の製造方法であれば、エッチングにより削られて形成された溝２４ａの幅に応じてトラック幅Ｔｗを正確に決めることができる。
【０２３７】
また素子中央部に第２の反強磁性層３１が残ることなく、磁気記録媒体からの微弱な漏れ磁界に対し第２のフリー磁性層３０の磁気モーメントがスムーズに回転する感度の優れたスピンバルブ型薄膜素子を製造することができる。
【０２３８】
また上記した製造方法であると、前記電極層３３は、前記第２の反強磁性層３１の平坦化面３１ｃ上のみに形成されることになる。
【０２３９】
図８及び図９は別の製造方法を示す一工程図であるが、図８では、第１の反強磁性層２１から保護層３２までを積層した後、リフトオフ用のレジスト層４０を用いて電極層３３をスパッタ成膜している。前記レジスト層４０を除去した後、図９に示す工程では、既に説明した２回の熱処理工程を施して第１の反強磁性層２１及び第２の反強磁性層３１に交換結合磁界を発生させ、固定磁性層２２及びフリー磁性層２４の磁化を直交化させている。
【０２４０】
その後、図７に示す前記電極層３３をマスクとしたエッチング工程を行う。この製造方法によっても前記第２の反強磁性層３１の先端部３１ａが先細るのを防止することが可能である。
【０２４１】
なお最後にスピンバルブ型薄膜素子のセンス電流磁界の作用について説明する。
【０２４２】
図１に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子では、非磁性材料層２３の下側に第２の固定磁性層２７が形成されている。この場合にあっては、第１の固定磁性層２５及び第２の固定磁性層２７のうち、磁気モーメントの大きい方の固定磁性層の磁化方向に、センス電流磁界の方向を合わせる。
【０２４３】
例えば前記第２の固定磁性層２７の単位面積あたりの磁気モーメントは、第１の固定磁性層２５の単位面積あたりの磁気モーメントに比べて大きく、前記第２の固定磁性層２７の単位面積あたりの磁気モーメントは、図示Ｙ方向と反対方向（図示左方向）に向いているとする。かかる場合、前記第１の固定磁性層２５の単位面積あたりの磁気モーメントと第２の固定磁性層２７の単位面積あたりの磁気モーメントとを足し合わせた単位面積あたりの合成磁気モーメントは、図示Ｙ方向と反対方向（図示左方向）に向いている。
【０２４４】
そして前記非磁性材料層２３を中心にして流れるセンス電流を図示右側から左側に流し、このとき形成されるセンス電流磁界は、前記非磁性材料層２３よりも下側において、図示Ｙ方向とは逆方向（記録媒体との対向面側）に向くため、固定磁性層２２の単位面積あたりの合成磁気モーメントの方向と、前記センス電流磁界の方向とを一致させることができる。
【０２４５】
これによって第１の固定磁性層２５と第２の固定磁性層２７間に作用する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）が増幅され、前記第１の固定磁性層２５の磁化と第２の固定磁性層２７の磁化の反平行状態をより熱的に安定させることが可能になる。
【０２４６】
特に、センス電流を１ｍＡ流すと、約２．３７×１０³（Ａ／ｍ）程度のセンス電流磁界が発生し、また素子温度が約１０℃程度上昇することが判っている。さらに、記録媒体の回転数は、１００００ｒｐｍ程度まで速くなり、この回転数の上昇により、装置内温度は、最高で約１００℃まで上昇する。このため、例えば、センス電流を１０ｍＡ流した場合、スピンバルブ型薄膜磁気素子の素子温度は、約２００℃程度まで上昇し、さらにセンス電流磁界も２．３７×１０⁴（Ａ／ｍ）と大きくなる。
【０２４７】
このような、非常に高い環境温度下で、しかも、大きなセンス電流が流れる場合にあっては、第１の固定磁性層２５の単位面積あたりの磁気モーメントと第２の固定磁性層２７の単位面積あたりの磁気モーメントとを足し合わせて求めることができる単位面積あたりの合成磁気モーメントの方向と、センス電流磁界の方向とが逆向きであると、第１の固定磁性層２５の磁化と第２の固定磁性層２７の磁化との反平行状態が壊れ易くなる。
【０２４８】
また、高い環境温度下でも耐え得るようにするには、センス電流磁界の方向の調節の他に、高いブロッキング温度を有する反強磁性材料を第１の反強磁性層２１として使用する必要がある。そのため、ブロッキング温度が高い上記の合金を使用している。
【０２４９】
以上のことから、高記録密度化に対応するためにセンス電流量を大きくして再生出力を大きくしようとすると、それに従ってセンス電流磁界も大きくなるが、本形態では、前記センス電流磁界が、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の間に働く交換結合磁界を増幅させる作用をもたらしているので、センス電流磁界の増大により、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁化状態は、より安定したものとなる。
【０２５０】
なお前記固定磁性層が単層で形成されているシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子の場合であっても、前述したセンス電流を流すことによって形成されるセンス電流磁界の方向と、固定磁性層の磁化方向とを一致させることにより、前記固定磁性層の磁化を熱的に安定化させることが可能である。
【０２５１】
なお磁気検出素子は、ハードディスク装置用の薄膜磁気ヘッドや磁気センサなどに利用可能である。
【０２５２】
【発明の効果】
以上、詳述したように本発明における磁気検出素子の製造方法によれば、ボトム型のスピンバルブ型薄膜素子において、第１の反強磁性層から第２の反強磁性層までを連続成膜することにより、基板と前記第２の反強磁性層との間に形成される各層の表面を大気に触れさせることがなく、前記各層の表面が大気に触れた場合のように、大気に触れた表面をイオンミリングや逆スパッタによりクリーニングしてからその上の層を形成する必要がないため、容易に磁気検出素子を製造することができる。また、再現性が良好な製造方法とすることができる。さらに、前記各層の表面をイオンミリングや逆スパッタによりクリーニングする必要がないため、再付着物によるコンタミや、表面の結晶状態の乱れによる交換結合磁界の発生に対する悪影響など、クリーニングすることに起因する不都合が生じない優れた製造方法とすることができる。
【０２５３】
また本発明の製造方法によれば、前記第２の反強磁性層上に形成された一対の電極層をマスクとし、前記電極層間に露出した前記第２の反強磁性層及びフェリ構造にされたフリー磁性層の第２のフリー磁性層の一部までをエッチングで除去することで、残された前記第２の反強磁性層の先端部が従来のように先細ることを防止でき、前記先端部の膜厚を厚く形成できる。よって前記第２のフリー磁性層と第２の反強磁性層との間で大きな交換結合磁界を発生させることができる。
【０２５４】
それとともに本発明では、前記フリー磁性層はフェリ構造であるため、実質的に磁気抵抗変化に寄与する第１のフリー磁性層の磁化状態を安定化させることができ、前記第１のフリー磁性層を適切に単磁区化でき、バルクハウゼンノイズの発生を適切に抑制できるとともにサイドリーディングの発生を抑制可能な磁気検出素子を製造できる。
【０２５５】
また本発明では、第１の反強磁性層と接する固定磁性層の磁化方向、および第２の反強磁性層と接するフリー磁性層の磁化方向を、熱処理の温度や印加磁界の大きさ及び方向を適切に調整することで、容易にしかも適切に交叉させることができ、安定した磁気抵抗効果を得ることが可能な磁気検出素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の形態である磁気検出素子（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】本発明の実施形態である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３】別の形態である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４】磁気検出素子の製造方法を示す一工程図、
【図５】図４の次に行なわれる一工程図、
【図６】図５の次に行なわれる一工程図、
【図７】図６の次に行なわれる一工程図、
【図８】磁気検出素子の別の製造方法を示す一工程図、
【図９】図８の次に行なわれる一工程図、
【図１０】磁気検出素子を装備したスライダを記録媒体との対向面側から見た斜視図、
【図１１】図１０に示す１１−１１線から切断した薄膜磁気ヘッドの縦断面図、
【図１２】ボトム型スピンバルブ型薄膜素子とトップ型スピンバルブ型薄膜素子における熱処理温度と交換結合磁界との関係を示すグラフ、
【図１３】Ｐ_ｔＭｎ合金の交換結合磁界のＰｔ濃度（原子％）と交換結合磁界との関係を示すグラフ、
【図１４】フリー磁性層を積層フェリ構造としたときの前記フリー磁性層のヒステリシスループの概念図、
【図１５】従来の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図１６】別の磁気検出素子の一工程を示す断面図、
【符号の説明】
２０ 絶縁基板
２１ 第１の反強磁性層
２２ 固定磁性層
２３ 非磁性材料層
２４ フリー磁性層
２５ 第１の固定磁性層
２６、２９ 非磁性中間層
２７ 第２の固定磁性層
２８ 第１のフリー磁性層
３０ 第２のフリー磁性層
３１ 第２の反強磁性層
３２ 保護層
３３ 電極層
４０ リフトオフ用レジスト層

Claims (4)

1. 以下の工程を有することを特徴とする磁気検出素子の製造方法。
   （ａ）基板上に、第１の反強磁性層と固定磁性層と非磁性材料層と、フリー磁性層としての第１の磁性層と非磁性中間層と第２の磁性層と、第２の反強磁性層とを順次積層して積層体を形成する工程と、
   （ｂ）前記積層体にトラック幅方向と直交する方向である第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度で熱処理し、前記第１の反強磁性層および第２の反強磁性層に交換結合磁界を発生させて、前記固定磁性層および前記フリー磁性層の磁化を前記直交する方向に固定すると共に、前記第１の反強磁性層の交換結合磁界を前記第２の反強磁性層の交換結合磁界よりも大とする工程と、
   （ｃ）トラック幅方向に前記（ｂ）工程での第２の反強磁性層の交換結合磁界よりも大きく、且つ前記第１の反強磁性層の交換結合磁界よりも小さい第２の磁界を印加しつつ、前記第１の熱処理温度よりも高い第２の熱処理温度で熱処理し、前記フリー磁性層に前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方向の縦バイアス磁界を付与する工程と、
   （ｄ）前記積層体上に、一定の間隔を空けて一対の電極層を形成する工程と、
   （ｅ）前記一対の電極層間から露出する前記積層体の前記第２の磁性層を除去し、さらに、前記非磁性中間層の途中まで除去する工程、
2. 前記（ａ）工程において、前記第２の反強磁性層の上に前記（ｄ）工程の一対の電極層を形成し、前記（ｃ）工程の次に前記（ｅ）工程を行う請求項１記載の磁気検出素子の製造方法。
3. 前記一対の電極層をリフトオフ用レジスト層を用いて形成する請求項１または２に記載の磁気検出素子の製造方法。
4. 前記第１の反強磁性層および前記第２の反強磁性層を、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素と、Ｍｎとを含む反強磁性材料で形成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。

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