JP3793725B2 - 磁気検出素子及びその製造方法並びに前記磁気検出素子を用いた磁気検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＰＰ（current perpendicular to the plane）型の磁気検出素子に係り、特に、記録媒体の磁化遷移領域上を移動するときにパルス信号を出力することができる磁気検出素子及びその製造方法並びに前記磁気検出素子を用いた磁気検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は、面垂直方向に磁化される記録媒体に記録された記録信号磁界を従来の磁気検出素子で検出している状態を示す模式図である。
【０００３】
図１３に示す磁気検出素子Ｓは、巨大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ（giant magnetoresistive）素子の１種であるスピンバルブ型磁気検出素子と呼ばれるものであり、ハードディスクなどの記録媒体からの記録磁界を検出するものである。
【０００４】
このスピンバルブ型磁気検出素子は、下から反強磁性層１、固定磁性層２、非磁性材料層３、フリー磁性層４で構成された多層膜からなり、この多層膜のトラック幅方向（図示Ｘ方向）に直流電流が流されている。
【０００５】
反強磁性層１にはＰｔ−Ｍｎ合金膜、固定磁性層２及びフリー磁性層４にはＮｉ−Ｆｅ合金膜、非磁性材料層３にはＣｕ（銅）膜が一般的に使用される。
【０００６】
固定磁性層２の磁化は、反強磁性層１との交換異方性磁界によりＹ方向（記録媒体からの漏れ磁界方向；ハイト方向）に固定され、フリー磁性層４の磁化は、記録媒体からの洩れ磁界によって回転する。
【０００７】
図１３に示される記録媒体Ｍｉは、面垂直方向に磁化される垂直磁気記録方式の記録媒体である。記録媒体Ｍｉの走行方向はＺ方向である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
磁気検出素子Ｓが記録媒体Ｍｉの領域Ｍａ上にあり、記録媒体からの洩れ磁界がＹ方向に与えられると、フリー磁性層４の磁化がＸからＹ方向へ向けて変化し、磁気検出素子の電気抵抗が小さくなる。また、領域Ｍｂ上で記録媒体からの洩れ磁界がＹ方向と反平行方向に与えられると、フリー磁性層４の磁化がＹ方向と反平行方向へ向けて変化し、磁気検出素子の電気抵抗が大きくなる。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。
【０００９】
図１４に磁気検出素子が領域Ｍａから領域Ｍｂの記録磁界を検出したときの、磁気検出素子の出力信号波形を示す。
【００１０】
垂直磁気記録方式の記録媒体Ｍｉの領域Ｍａ上には、常にＹ方向の洩れ磁界が存在し、領域Ｍｂ上には常にＹ方向と反平行方向の洩れ磁界が存在しているために、スピンバルブ型の磁気検出素子Ｓからの出力は、図１４に示されるように、磁化遷移領域Ｍｔを境にして低電圧状態から高電圧状態に変化する積分出力になる。しかし、現在の磁気検出素子からの出力を処理する信号処理技術では図１４の上図のような積分出力の変化を直接処理することができないので、いわゆる微分回路を通して図１４の下図のようなパルス波形に変換した後に、信号処理していた。しかし、磁気検出素子からの出力を微分回路に通すと出力信号にノイズが重畳しやすくなり、Ｓ／Ｎ比が悪化して正味の出力が低下するという問題が生じていた。
【００１１】
本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、垂直磁気記録方式の記録媒体に記録されている磁気信号を検出する際に高いレベルのパルス信号を直接出力することのできる磁気検出素子及びその製造方法並びに前記磁気検出素子を用いた磁気検出装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気検出素子は、反強磁性層と、前記反強磁性層との間で発生する交換結合磁界によって磁化方向が一定にされる固定磁性層と、非磁性材料層とフリー磁性層とを有し、各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子であり、
下から順に固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層が積層された多層膜が２つ設けられ、
前記反強磁性層は、２つの前記多層膜の間と、下側に位置する前記多層膜の下面と上側に位置する前記多層膜の上面に設けられており、
下側多層膜に設けられる２つの前記固定磁性層の磁化方向は共に同一方向で、上側多層膜に設けられる２つの前記固定磁性層の磁化方向は共に同一方向で、前記下側多層膜の前記固定磁性層の磁化方向と、前記上側多層膜の前記固定磁性層の磁化方向は反平行であることを特徴とするものである。
【００１３】
すなわち、本発明の磁気検出素子はいわゆるデュアルスピンバルブ型の磁気検出素子が２つ重ねられた構造を有しており、しかも、各層の膜面と垂直方向に電流が流れる、ＣＰＰ（current perpendicular to the plane）磁気検出素子である。
【００１４】
さらに、互いに異なるフリー磁性層に対向している２つの前記固定磁性層の磁化方向は反平行方向である。
【００１５】
これらの構成を有することにより、本発明の磁気検出素子は、面垂直方向に磁化される垂直記録媒体の磁化遷移領域をまたいで移動するときにパルス信号を出力することができる。
【００１６】
本発明の磁気検出素子が記録媒体の磁化遷移領域以外の領域上に位置して、２つの多層膜に同じ方向の漏れ磁界が与えられるときには、２つのフリー磁性層の磁化方向は同じ方向に変化する。このとき、一方のフリー磁性層の磁化方向は、非磁性材料層を介して対向している固定磁性層の磁化方向と平行になる方向に変化し、他方のフリー磁性層の磁化方向は、非磁性材料層を介して対向している固定磁性層と磁化方向と反平行になる方向に変化する。
【００１７】
従って、一方の多層膜では抵抗値が減少し、他方の多層膜では抵抗値が増加する。しかも、この２つの多層膜は直列接続されているので、互いの電圧変化をキャンセルしあうことになり、磁気検出素子からの出力はゼロレベル（ベースライン）になる。
【００１８】
磁気検出素子と記録媒体の相対位置が変化して、磁気検出素子が記録媒体の磁化遷移領域上に位置したときには、前記２つの多層膜に異なる方向の漏れ磁界が与えられる。このとき、２つのフリー磁性層の磁化方向が異なる方向に変化し、両方の多層膜で同時に抵抗値が減少するか、又は同時に抵抗値が増加する。しかも、この２つの多層膜は直列接続されているので磁気検出素子からの電圧出力はベースラインに対してプラスレベルまたはマイナスレベルになる。
【００１９】
さらに磁気検出素子と記録媒体の相対位置が変化して、磁気検出素子の２つの多層膜に同じ方向の漏れ磁界が与えられると再び磁気検出素子からの出力はゼロレベルになる。
【００２０】
従って、本発明の磁気検出素子が記録媒体の磁化遷移領域をまたいで移動すると、磁気検出素子からプラスレベルまたはマイナスレベルのパルス信号を直接出力できる。このため、従来のように磁気検出素子からの出力を微分回路に通すことなく信号処理でき、ノイズの重畳を低減でき結果として磁気検出素子のＳ／Ｎ比を大きくすることができる。
【００２１】
しかも本発明では、デュアルスピンバルブ型の磁気検出素子が２つ重ねられた構造を有しているので、出力を向上させることができる。
【００２２】
なお、本発明のように、互いに異なるフリー磁性層に対向している２つの前記固定磁性層の磁化方向を反平行方向にした磁気検出素子を形成するためには、固定磁性層の膜厚を制御したり、磁場中アニールの条件を制御する必要があるが、この点については後述する。
【００２３】
さらに、本発明では、前記固定磁性層は４つとも全て同じ膜厚で形成されていることが好ましい。
【００２４】
また、本発明では、前記固定磁性層は４つ全てが、単位面積当りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ；飽和磁化と膜厚の積）が異なる第１固定磁性層と第２固定磁性層が非磁性中間層を介して積層されたシンセティックフェリ型の固定磁性層であり、各固定磁性層の前記第２固定磁性層は、前記フリー磁性層に対向し、前記第１固定磁性層は前記反強磁性層と接し、
前記下側多層膜に設けられる２つの前記第２固定磁性層の磁化方向は共に同一方向で、前記上側多層膜に設けられる２つの前記第２固定磁性層の磁化方向は共に同一方向で、前記下側多層膜の前記第２固定磁性層の磁化方向と、前記上側多層膜の前記第固定磁性層の磁化方向は反平行であることが好ましい。シンセティックフェリ型の固定磁性層は、第１固定磁性層と第２固定磁性層とが互いに他方の磁化方向を固定しあうので、全体として固定磁性層の磁化方向を一定方向に強力に固定することができる。
【００２５】
前記第１固定磁性層と前記第２固定磁性層の単位面積当りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ；飽和磁化と膜厚の積）を異ならせるためには、例えば前記第１固定磁性層と第２固定磁性層を同じ組成の磁性材料から形成し、また第１固定磁性層と第２固定磁性層の膜厚を異ならせるとよい。
【００２６】
本発明では、後述する製造方法を用いることにより、全ての固定磁性層をシンセティックフェリ型の固定磁性層にしても、互いに異なるフリー磁性層に対向している２つの前記固定磁性層（第２固定磁性層）の磁化方向を反平行方向にした磁気検出素子を形成することができる。
【００２７】
全ての固定磁性層がシンセティックフェリ型の固定磁性層として形成されるときには、各固定磁性層の前記第１固定磁性層は全て同じ膜厚で形成され、各固定磁性層の前記第２固定磁性層も全て同じ膜厚で形成されていることが好ましい。
【００２８】
さらに、２つの前記多層膜を構成している２つの前記フリー磁性層及び４つの前記非磁性材料層はそれぞれ全て同じ膜厚で形成されていることがより好ましい。
【００２９】
また、本発明では、２つの前記多層膜の間に、硬磁性層を介して２層の反強磁性層が積層されていることが好ましい。
【００３０】
本発明では、前記２層の反強磁性層に挟まれた硬磁性層がいわゆるインスタックバイアス層として機能し、前記硬磁性層の端部とフリー磁性層の端部間に静磁的な結合が発生し、フリー磁性層の磁化方向が一方向にそろえられる。
【００３１】
本発明のように２つの前記多層膜の間に、インスタックバイアス層として機能する硬磁性層が形成されると、２つの多層膜のそれぞれに形成されている２つのフリー磁性層に均等な縦バイアス磁界を供給することができる。
【００３２】
また、３つまたは４つの前記反強磁性層が全て同じ膜厚で形成されていることが好ましい。
【００３３】
２つの多層膜が、それぞれ等しい膜厚の前記固定磁性層、前記フリー磁性層、前記非磁性材料層、及び前記反強磁性層によって形成されると、２つの多層膜の電気抵抗値や磁気抵抗変化率が等しくなり、２つの多層膜に同じ方向の漏れ磁界が与えられたときに、それぞれの電圧変化を正確にキャンセルしあうことになるので、パルス信号を出力していないときの一定電圧出力時の電圧出力を、媒体からの磁界方向が上向きの場合と下向きの場合で正確に合わせることができ、ベースライン（ゼロレベル）を一定に保つことが容易になる。
【００３４】
特に、インスタックバイアス層として機能する前記硬磁性層を挟む２層の反強磁性層の膜厚が等しいと、一方の多層膜中の前記フリー磁性層と前記硬磁性層間の距離と他方の多層膜中の前記フリー磁性層と前記硬磁性層間の距離が等しくなって、それぞれのフリー磁性層に供給される縦バイアス磁界が等しくなるので好ましい。
【００３５】
また、本発明では、３つまたは４つの前記反強磁性層が全て同一組成の反強磁性材料によって形成されるようにできる。
【００３６】
また、本発明では、前記反強磁性層が、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１または２種以上の元素である）合金で形成されることが好ましい。
【００３７】
また、本発明の磁気検出装置は、前記磁気検出素子によって、平面形状を有し、面垂直方向に磁化される記録媒体に記録された記録信号磁界を検出することを特徴とするものである。
【００３８】
本発明の磁気検出装置は、前述のように、面垂直方向に磁化が固定される垂直磁気記録式の記録媒体からの洩れ磁界信号を再生するときに、磁気検出素子からパルス信号を直に出力することができる。
【００３９】
また、本発明の磁気検出素子の製造方法は、以下に示す工程を有するものである。
【００４０】
（ａ）下から反強磁性層、下側多層膜、反強磁性層、上側多層膜及び反強磁性層の順に連続して成膜し、前記下側多層膜及び前記上側多層膜を成膜するとき、共に、下から、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性材料層、及び固定磁性層の順に積層形成する工程であり、
前記連続成膜工程において、４つの固定磁性層を単位面積当りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ；飽和磁化と膜厚の積）が異なる第１固定磁性層と第２固定磁性層が非磁性中間層を介して積層されたものとして形成し、このとき、前記第１固定磁性層を前記反強磁性層に接して形成し、前記第２固定磁性層を前記フリー磁性層に対向して形成し、しかも前記下側多層膜では、前記第２固定磁性層の単位面積当りの磁気モーメントを前記第１固定磁性層の単位面積当りの磁気モーメントより大きくし、前記上側多層膜では、前記第１固定磁性層の単位面積当りの磁気モーメントを前記第２固定磁性層の単位面積当りの磁気モーメントより大きくする工程と、
（ｂ）前記反強磁性層、前記下側多層膜、前記反強磁性層、前記上側多層膜、及び前記反強磁性層からなる積層体を、前記固定磁性層の保磁力より大きく、スピンフロップ磁界よりも小さい磁場中でアニールすることにより、前記反強磁性層と前記第１固定磁性層間に交換結合磁界を発生させ、
下側多層膜に設けられる２つの前記第２固定磁性層の磁化方向が共に同一方向で、上側多層膜に設けられる２つの前記第２固定磁性層が共に同一方向で、前記下側多層膜の前記第２固定磁性層の磁化方向と、前記上側多層膜の前記第２固定磁性層の磁化方向が反平行になるようにする工程。
【００４１】
本発明の磁気検出素子の製造方法では、前記（ａ）工程において、前記第１固定磁性層及び第２固定磁性層の単位面積当りの磁気モーメントを設定し、前記（ｂ）工程において磁場中アニールの磁界の大きさを設定している。これによって、一回の磁場中アニール工程を行うだけで、互いに異なるフリー磁性層に対向している２つの前記第２固定磁性層の磁化方向が反平行方向になるようにできる。
【００４２】
従って、本発明によって形成された磁気検出素子は、記録媒体の磁化遷移領域をまたいで移動するときにパルス信号を出力できる。特に、面垂直方向に磁化される垂直磁気記録式の記録媒体からの洩れ磁界信号を再生するときに、パルス信号を直に出力することができる。
【００４３】
また、本発明では、前記下側多層膜から前記上側多層膜まで、真空中で連続成膜することができるため、磁気検出素子中に大気中の不純物が混入することを避けることができる。
【００４４】
また本発明では、前記（ａ）工程の代わりに、
（ｃ）下から反強磁性層、下側多層膜、反強磁性層、上側多層膜及び反強磁性層の順に連続して成膜し、前記下側多層膜及び前記上側多層膜を成膜するとき、共に、下から、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性材料層、及び固定磁性層の順に積層形成する工程であり、
前記連続成膜工程において、４つの固定磁性層を単位面積当りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ；飽和磁化と膜厚の積）が異なる第１固定磁性層と第２固定磁性層が非磁性中間層を介して積層されたものとして形成し、このとき、前記第１固定磁性層を前記反強磁性層に接して形成し、前記第２固定磁性層を前記フリー磁性層に対向して形成し、しかも前記上側多層膜では、前記第２固定磁性層の単位面積当りの磁気モーメントを前記第１固定磁性層の単位面積当りの磁気モーメントより大きくし、前記下側多層膜では、前記第１固定磁性層の単位面積当りの磁気モーメントを前記第２固定磁性層の単位面積当りの磁気モーメントより大きくする工程を有していてもよい。
【００４５】
また、本発明の磁気検出素子の製造方法は、以下に示す工程を有するものであってもよい。
（ｄ）下から順に反強磁性層、下側多層膜、第１中間反強磁性層、及び貴金属からなる非磁性保護層を積層し、前記下側多層膜を成膜するとき、下から、第１固定磁性層と非磁性中間層と第２固定磁性層からなる固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性材料層、及び第２固定磁性層と非磁性中間層と第１固定磁性層からなる固定磁性層の順に積層する工程と、
（ｅ）第１の磁場中アニールを施して、前記反強磁性層又は第１中間反強磁性層と第１固定磁性層間に交換結合磁界を発生させ、２つの前記第１固定磁性層の磁化を同一方向に固定する工程と、
（ｆ）前記非磁性保護層を全部または一部除去する工程と、
（ｇ）前記第１中間反強磁性層上に第２中間反強磁性層を積層し、前記第１中間反強磁性層と前記第２中間反強磁性層を有する一つの反強磁性層とし、この反強磁性層上に、下から順に第１固定磁性層と非磁性中間層と第２固定磁性層からなる固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性材料層、及び第２固定磁性層と非磁性中間層と第１固定磁性層からなる固定磁性層を有する上側多層膜、及び反強磁性層を積層する工程、
（ｈ）第２の磁場中アニールを施し、前記上側多層膜の前記第１固定磁性層と前記反強磁性層間に交換結合磁界を発生させ、前記上側多層膜の２つの前記第１固定磁性層の磁化を同一方向に固定するとともに、前記下側多層膜の前記第１固定磁性層の磁化と反平行方向に固定する工程。
【００４６】
本発明では、下側多層膜を第１の磁場中アニールにかけて、下側多層膜中の第１固定磁性層を所定の方向に固定した後、上側多層膜を形成し、第２の磁場中アニールにかけて、上側多層膜中の前記反強磁性層又は第２中間反強磁性層と第１固定磁性層間に交換結合磁界を発生させる。
【００４７】
これにより、前記上側多層膜の前記第１固定磁性層の磁化を、前記下側多層膜の前記第１固定磁性層の磁化と反平行方向に固定することができ、互いに異なるフリー磁性層に対向している２つの前記第２固定磁性層の磁化方向を反平行方向にできる。
【００４８】
従って、本発明によって形成された磁気検出素子も、記録媒体の磁化遷移領域をまたいで移動するときにパルス信号を出力できる。特に、面垂直方向に磁化される垂直磁気記録式の記録媒体からの洩れ磁界信号を再生するときに、パルス信号を直に出力することができる。
【００４９】
本発明では、前記（ｅ）工程で、下側多層膜中に形成されている２つの前記第１固定磁性層の磁化を同一方向に固定した後、前記非磁性保護層を全部又は一部除去する。
【００５０】
本発明では、前記非磁性保護層を貴金属で形成しているので、前記非磁性保護層を薄く形成しても十分な酸化保護作用があり、前記非磁性保護層の除去を低エネルギーのイオンミリングによって行うことができる。従って、前記第１中間反強磁性層をイオンミリングによるダメージから保護できる。
【００５１】
なお、低エネルギーのイオンミリングとは、ビーム電圧（加速電圧）が１０００Ｖ未満のイオンビームを用いたイオンミリングであると定義される。例えば、１５０Ｖ〜５００Ｖのビーム電圧が用いられる。
【００５２】
また本発明では、前記（ｄ）工程で、前記非磁性保護層を３Å以上で１０Å以下で形成することが好ましい。この程度の薄い膜厚であれば、非磁性保護層を前記（ｆ）工程で低エネルギーのイオンミリングで削って容易に膜厚調整でき、前記非磁性保護層下の第１中間反強磁性層に前記イオンミリングにおけるダメージを与える心配がない。
【００５３】
本発明では、前記非磁性保護層を、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈのいずれか１種または２種以上で形成することが好ましい。
【００５４】
さらに、本発明では、前記（ｆ）工程で、前記非磁性保護層の膜厚が３Å以下となるまで、前記非磁性保護層を除去するか、あるいは前記非磁性保護層を全て除去することが好ましい。
【００５５】
これによって前記（ｇ）工程で形成される第２中間反強磁性層と前記第１中間反強磁性層間に反強磁性的な相互作用を生じさせ、前記第１中間反強磁性層と第２中間反強磁性層とを一体の反強磁性層にでき、第１固定磁性層の磁化方向を適切に固定することが可能になる。
【００５６】
また、本発明の磁気検出素子の製造方法は、以下に示す工程を有するものであってもよい。
【００５７】
（ｉ）下から順に反強磁性層、下側多層膜、反強磁性層、硬磁性層を積層し、前記下側多層膜を成膜するとき、下から第１固定磁性層と非磁性中間層と第２固定磁性層からなる固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性材料層、及び第２固定磁性層と非磁性中間層と第１固定磁性層からなる固定磁性層の順に積層する工程と、
（ｊ）第１の磁場中アニールを施して、前記反強磁性層と前記第１固定磁性層間に交換結合磁界を発生させ、２つの前記第１固定磁性層の磁化を同一方向に固定する工程と、
（ｋ）前記硬磁性層上に反強磁性層を形成し、前記反強磁性層上に、下から順に第１固定磁性層と非磁性中間層と第２固定磁性層からなる固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性材料層、及び第２固定磁性層と非磁性中間層と第１固定磁性層からなる固定磁性層を有する上側多層膜、及び反強磁性層を積層する工程、
（ｌ）第２の磁場中アニールを施し、前記上側多層膜の前記反強磁性層と前記第１固定磁性層間に交換結合磁界を発生させ、前記上側多層膜の２つの前記第１固定磁性層の磁化を同一方向に固定するとともに、前記下側多層膜の前記第１固定磁性層の磁化と反平行方向に固定する工程。
【００５８】
本発明では、下側多層膜を第１の磁場中アニールにかけて、下側多層膜中の第１固定磁性層を所定の方向に固定した後、上側多層膜を形成し、第２の磁場中アニールにかけて、上側多層膜中の前記反強磁性層と第１固定磁性層間に交換結合磁界を発生させる。
【００５９】
これにより、前記上側多層膜の前記第１固定磁性層の磁化を、前記下側多層膜の前記第１固定磁性層の磁化と反平行方向に固定することができ、互いに異なるフリー磁性層に対向している２つの前記第２固定磁性層の磁化方向が反平行方向になるようにできる。
【００６０】
従って、本発明によって形成された磁気検出素子も、記録媒体の磁化遷移領域をまたいで移動するときにパルス信号を出力できる。特に、面垂直方向に磁化される垂直磁気記録式の記録媒体からの洩れ磁界信号を再生するときに、パルス信号を直に出力することができる。
【００６１】
なお、本発明における硬磁性層はいわゆるインスタックバイアス層として機能するものである。前記硬磁性層の端部とフリー磁性層の端部間に静磁的な結合が発生し、フリー磁性層の磁化方向が一方向にそろえられる。
【００６２】
本発明のように２つの前記多層膜の間に、インスタックバイアス層として機能する硬磁性層が形成されると、２つの多層膜のそれぞれに形成されている２つのフリー磁性層に均等な縦バイアス磁界を供給することができる。
【００６３】
なお、上述した第１の磁場中アニールと第２の磁場中アニールを行う２つの磁気検出素子の製造方法において、前記第１の磁場中アニールを、固定磁性層の飽和磁界より大きい磁場中で行い、前記第２の磁場中アニールを、固定磁性層の保磁力より大きく、スピンフロップ磁界よりも小さい磁場中で行うことが好ましい。
【００６４】
これにより、前記下側多層膜の前記第１固定磁性層の磁化方向を変化させずに、前記上側多層膜の前記第１固定磁性層の磁化を、前記下側多層膜の前記第１固定磁性層の磁化と反平行方向に固定することができる。
【００６５】
また、上述した第１の磁場中アニールと第２の磁場中アニールを行う２つの磁気検出素子の製造方法を用いると、各固定磁性層を構成している前記第１固定磁性層を全て同じ膜厚で形成し、前記第２固定磁性層も全て同じ膜厚で形成することができる。
【００６６】
さらに、２つの前記多層膜を構成している２つの前記フリー磁性層及び４つの前記非磁性材料層をそれぞれ全て同じ膜厚で形成することがより好ましい。さらに、３つまたは４つの前記反強磁性層が全て同じ膜厚で形成されていることが好ましい。
【００６７】
２つの多層膜が、それぞれ等しい膜厚の前記固定磁性層、前記フリー磁性層、前記非磁性材料層、及び前記反強磁性層によって形成されると、２つの多層膜の電気抵抗値や磁気抵抗変化率が等しくなり、２つの多層膜に同じ方向の漏れ磁界が与えられたときに、それぞれの電圧変化を正確にキャンセルしあうことになるので、パルス信号を出力していないときの一定電圧出力時の電圧出力を、媒体からの磁界方向が上向きの場合と下向きの場合で正確に合わせることができ、ベースライン（ゼロレベル）を一定に保つことが容易になる。
【００６８】
特に、インスタックバイアス層として機能する前記硬磁性層を挟む２層の反強磁性層の膜厚が等しいと、一方の多層膜中の前記フリー磁性層と前記硬磁性層間の距離と他方の多層膜中の前記フリー磁性層と前記硬磁性層間の距離が等しくなって、それぞれのフリー磁性層に供給される縦バイアス磁界が等しくなるので好ましい。
【００６９】
また、最下層に位置する前記反強磁性層の下層及び最上層に位置する前記反強磁性層の上層に電極層を設けることにより、磁気検出素子を構成する２つの多層膜及び３つの反強磁性層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子にすることができる。
【００７０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明における第１の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。なお、図１ではＸ方向に延びる素子の中央部分のみを破断して示している。
【００７１】
図１に示す磁気検出素子は、記録媒体に記録された外部信号を再生するためのＭＲヘッドである。記録媒体との対向面は、例えば磁気検出素子の構成する薄膜の膜面に垂直で且つ磁気検出素子のフリー磁性層の外部磁界が印加されていないときの磁化方向と平行な平面である。図１では、記録媒体との対向面はＸ−Ｚ平面に平行な平面である。
【００７２】
なお、磁気検出素子が浮上式の磁気ヘッドに用いられる場合、記録媒体との対向面とは、いわゆるＡＢＳ面のことである。
【００７３】
また磁気検出素子は、例えばアルミナ−チタンカーバイト（Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ）で形成されたスライダのトレーリング端面上に形成される。スライダは、記録媒体との対向面と逆面側で、ステンレス材などによる弾性変形可能な支持部材と接合され、磁気ヘッド装置が構成される。
【００７４】
なお、記録媒体は磁気検出素子の記録媒体との対向面に対向しており、図示Ｚ方向に移動する。この記録媒体からの洩れ磁界方向は図示Ｙ方向（ハイト方向）である。
【００７５】
図１に示す符号２０は、第１の電極層である。第１の電極層２０は、例えばα−Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ（銅）やＷ（タングステン）などで形成されている。
【００７６】
第１の電極層２０の中央上面には、反強磁性層２１が形成される。反強磁性層２１は、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。あるいは反強磁性層２１は、元素Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎを含有する反強磁性材料により形成されることが好ましい。
【００７７】
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２２の第１固定磁性層２２ａとの界面で大きな交換結合磁界を発生し得る。また反強磁性層２１は５０Å以上で２５０Å以下の膜厚で形成されることが好ましい。
【００７８】
なお第１の電極層２０と反強磁性層２１との間には、Ｔａなどで形成された下地層と、ＮｉＦｅ合金などで形成されたシードレイヤが形成されていてもよい。シードレイヤは、主として面心立方晶から成り、反強磁性層２１との界面と平行な方向に（１１１）面が優先配向されている。シードレイヤは、ＮｉＦｅ合金以外に、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｙ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）、Ｃｒで形成されてもよい。これらの材質で形成されたシードレイヤはＴａ等で形成された下地層上に形成されることにより反強磁性層２１との界面と平行な方向に（１１１）面が優先配向しやすくなる。シードレイヤは、例えば３０Å程度で形成される。
【００７９】
なお本発明における磁気検出素子Ｒは各層の膜面と垂直方向にセンス電流が流れるＣＰＰ型であるため、シードレイヤにも適切にセンス電流が流れる必要性がある。よってシードレイヤは比抵抗の高い材質でないことが好ましい。すなわちＣＰＰ型ではシードレイヤはＮｉＦｅ合金、Ｃｒなどの比抵抗の低い材質で形成されることが好ましい。
【００８０】
次に反強磁性層２１の上には固定磁性層２２が形成されている。この実施形態では固定磁性層２２は３層構造で形成されている。
【００８１】
固定磁性層２２を構成する第１固定磁性層２２ａ及び第２固定磁性層２２ｃの層は磁性材料からなる層であり、例えばＣｏ、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＮｉＦｅ合金などで形成される。第１固定磁性層２２ａと第２固定磁性層２２ｃの間には非磁性導電材料で、具体的には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た非磁性中間層２２ｂが介在し、この構成により、第１固定磁性層２２ａと第２固定磁性層２２ｃの磁化方向は互いに反平行状態にされる。これはいわゆるシンセティックフェリ状態と呼ばれる。
【００８２】
反強磁性層２１と第１固定磁性層２２ａ間には磁場中熱処理によって交換結合磁界が発生し、例えば第１固定磁性層２２ａの磁化がハイト方向（図示Ｙ方向）と１８０°異なる方向に固定された場合、もう一方の第２固定磁性層２２ｃはＲＫＫＹ相互作用によりハイト方向に磁化され固定される。この構成により固定磁性層２２の磁化を安定した状態にでき、また固定磁性層２２と反強磁性層２１との界面で発生する交換結合磁界を見かけ上大きくすることができる。
【００８３】
なお例えば、第１固定磁性層２２ａの膜厚ｔ１及び第２固定磁性層２２ｃの膜厚ｔ２はそれぞれ１０〜７０Å程度で形成される。また非磁性中間層２２ｂの膜厚ｔ３は３Å〜１０Å程度で形成で形成される。
【００８４】
また第１固定磁性層２２ａ、第２固定磁性層２２ｃはそれぞれ単位面積当りの磁気モーメントが異なるように、第１固定磁性層２２ａ、第２固定磁性層２２ｃの材質や膜厚がそれぞれ異なっている。単位面積当りの磁気モーメントは飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔで設定され、例えば第１固定磁性層２２ａ、第２固定磁性層２２ｃを共に同じ材質で同じ組成の材料で形成するとき、第１固定磁性層２２ａ、第２固定磁性層２２ｃの膜厚を異ならせることで、第１固定磁性層２２ａ、第２固定磁性層２２ｃの単位面積当りの磁気モーメントを異ならせることができる。これによって適切に第１固定磁性層２２ａ、第２固定磁性層２２ｃを人工フェリ磁性構造にすることが可能である。
【００８５】
固定磁性層２２の上には非磁性材料層２３が形成されている。非磁性材料層２３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。非磁性材料層２３の膜厚ｔ４は例えば２５Å程度である。
【００８６】
次に非磁性材料層２３の上にはフリー磁性層２４が形成される。フリー磁性層２４は、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏなどで形成されている。フリー磁性層２４の膜厚は例えば３０Å〜１００Åである。
【００８７】
フリー磁性層２４の上には非磁性材料層２５が形成されている。非磁性材料層２５は、非磁性材料層２３と同じようにＣｕなどで形成される。非磁性材料層２５の膜膜厚ｔ６は例えば２５Å程度である。
【００８８】
なお、フリー磁性層２４と非磁性材料層２３及び／又は非磁性材料層２５の間に、フリー磁性層２４の材料が非磁性材料層２３や非磁性材料層２５に拡散することを防ぐためのＣｏやＣｏＦｅからなる拡散防止層が形成されてもよい。
【００８９】
非磁性材料層２５の上には固定磁性層２６が形成されている。固定磁性層２６は、固定磁性層２２と同じように人工フェリ磁性構造で構成されている。
【００９０】
固定磁性層２６を構成する第２固定磁性層２６ａ及び第１固定磁性層２２ｃの層は磁性材料からなる層であり、例えばＣｏ、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＮｉＦｅ合金などで形成される。第２固定磁性層２６ａと第１固定磁性層２６ｃの間には非磁性導電材料で、具体的には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た非磁性中間層２６ｂが介在し、この構成により、第２固定磁性層２６ａと第１固定磁性層２６ｃの磁化方向は互いに反平行状態にされる。
【００９１】
この実施形態では、固定磁性層２６のうち、第１固定磁性層２６ｃは次に説明する反強磁性層２７と接していて交換結合磁界が発生しており、例えば第１固定磁性層２６ｃの磁化がハイト方向と１８０°異なる方向に固定された場合、もう一方の第２固定磁性層２６ａはＲＫＫＹ相互作用によりハイト方向に固定される。
【００９２】
なお固定磁性層２６の第２固定磁性層２６ａ及び第１固定磁性層２６ｃも、それぞれ単位面積当りの磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ）が異なるように、異なる材質や膜厚が選択されて形成されている。
【００９３】
第２固定磁性層２６ａの膜厚ｔ７及び第１固定磁性層２６ｃの膜厚ｔ８はそれぞれ１０〜７０Å程度で形成される。また非磁性中間層２６ｂの膜厚ｔ９は３Å〜１０Å程度で形成で形成される。
【００９４】
固定磁性層２２、非磁性材料層２３、フリー磁性層２４、非磁性材料層２５、固定磁性層２６が本発明の磁気検出素子Ｒを構成する２つの多層膜のうちのひとつである下側多層膜Ｌを構成している。
【００９５】
次に固定磁性層２６の上には反強磁性層２７が形成されている。反強磁性層２７は反強磁性層２１と同様に、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。あるいは反強磁性層２７は、元素Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎを含有する反強磁性材料により形成されることが好ましい。
【００９６】
なお、後に説明する磁気検出素子Ｒの製造方法を用いて、図１の磁気検出素子Ｒを形成すると、反強磁性層２７が、第１中間反強磁性層２７ａと、１Å以上３Å以下の膜厚の貴金属からなる非磁性保護層２７ｂ及び第２中間反強磁性層２７ｃからなる多層構造を有するものになる。
【００９７】
第１中間反強磁性層２７ａと第２中間反強磁性層２７ｃは、同じ組成の反強磁性材料、具体的には上述のＰｔＭｎ合金、Ｘ―Ｍｎ合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′合金を用いて形成される。
【００９８】
第１中間反強磁性層２７ａの膜厚ｔ１０ａはそれぞれ５０Å以上２５０Å以下である。例えば８０Åである。なお、第１中間反強磁性層２７ａは単独で反強磁性を示す膜厚、例えば５０Å以上にする必要があるが、第２中間反強磁性層２７ｃは単独では反強磁性を示さない膜厚、例えば１０Å以上５０Å以下であってもよい。
【００９９】
また、非磁性保護層２７ｂは１Å以上３Å以下の薄い膜厚であり、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈのいずれか１種または２種以上で形成されているので、第１中間反強磁性層２７ａと第２中間反強磁性層２７ｃに反強磁性的な相互作用を生じさせ、第１中間反強磁性層２７ａと第２中間反強磁性層２７ｃを一体の反強磁性層として機能させることが可能になる。また、非磁性保護層２７ｂの材料が、第１中間反強磁性層２７ａと第２中間反強磁性層２７ｃ中に拡散しても、反強磁性の性質は劣化しない。
【０１００】
なお、非磁性保護層２７ｂが存在せず、反強磁性層２７が第１中間反強磁性層２７ａと第２中間反強磁性層２７ｃからなるものであってもよい。また、反強磁性層２７が単層の反強磁性層であってもよい。
【０１０１】
反強磁性層２７の上には、第１固定磁性層２８ａ、非磁性中間層２８ｂ、第２固定磁性層２８ｃからなるシンセティックフェリ型の固定磁性層２８、非磁性材料層２９、フリー磁性層３０、非磁性材料層３１、第２固定磁性層３２ａ、非磁性中間層３２ｂ、第１固定磁性層３２ｃからなるシンセティックフェリ型の固定磁性層３２が本発明の磁気検出素子Ｒを構成する２つの多層膜のうちのひとつである上側多層膜Ｕを構成している。
【０１０２】
上側多層膜Ｕを構成する各層の材料は、下側多層膜Ｌの同じ名称の層の材料と同じである。
【０１０３】
上側多層膜Ｕの上には第１固定磁性層３２ｃに接する反強磁性層３３が形成される。反強磁性層３３も反強磁性層２１及び反強磁性層２７と同様に、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。あるいは反強磁性層３３は、元素Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎを含有する反強磁性材料により形成されることが好ましい。
【０１０４】
なお、後述する製造方法を用いると、磁気検出素子Ｒの反強磁性層２１、反強磁性層２７、及び反強磁性層３３は３つとも同じ組成比の反強磁性材料によって形成することができる。
【０１０５】
次に図１に示すように反強磁性層２１及び固定磁性層２２のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側端面には、第１の電極層２０上に、Ａｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂などで形成された絶縁層３４が形成されている。なおこの実施形態では、絶縁層３４の上面は、フリー磁性層２４の下面よりも下側に位置している。
【０１０６】
絶縁層３４の上にはバイアス下地層３５が形成されている。そしてバイアス下地層３５の上にはハードバイアス層３６がフリー磁性層２４の側面に対向する位置に形成されている。
【０１０７】
バイアス下地層３５は、結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造）の金属膜で形成されることが好ましい。なおこのときバイアス下地層３５の結晶配向は（１００）面が優先配向することが好ましい。
【０１０８】
またハードバイアス層３６は、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。
【０１０９】
ここで上記の金属膜で形成されたバイアス下地層３５とハードバイアス層３６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、ＣｏＰｔ系合金は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。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３６に磁界を与えたときの保磁力Ｈｃは大きくなる。さらにｈｃｐのｃ軸はＣｏＰｔ系合金とバイアス下地層３５との境界面内で優先配向となっているため、残留磁化が増大し、残留磁化／飽和磁化で求められる角形比Ｓは大きくなる。その結果、ハードバイアス層３６の特性を向上させることができ、ハードバイアス層３６から発生するバイアス磁界を増大させることができる。
【０１１０】
本発明では、結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造）の金属膜は、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。なお本発明ではバイアス下地層３５が形成されていなくてもよい。
【０１１１】
またこの実施形態では、ハードバイアス層３６の上面は、フリー磁性層２４の上面よりも上側に位置している。
【０１１２】
さらに、ハードバイアス層３６の上にＡｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂などの絶縁層３７が形成されている。絶縁層３７の上にはバイアス下地層３８が形成され、バイアス下地層３８の上にはハードバイアス層３９がフリー磁性層３０の側面に対向する位置に形成されている。バイアス下地層３８の材料はバイアス下地層３５の材料と同じであり、ハードバイアス層３９の材料はハードバイアス層３６の材料と同じである。
【０１１３】
ハードバイアス層３９の上には、Ａｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂などの絶縁層４０が形成されている。
【０１１４】
そして絶縁層４０から反強磁性層３３上にかけて第２の電極層４１が形成されている。第２の電極層４１の材質は第１の電極層２０と同じように、例えばα−Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ（銅）やＷ（タングステン）などで形成されている。
【０１１５】
また、図示していないが、電極層２０の下面に接して、ＮｉＦｅなどの軟磁性材料からなる下部シールド層が設けられ、電極層４１の上面に接して、同じくＮｉＦｅなどの軟磁性材料からなる上部シールド層が設けられる。ただし、ＮｉＦｅなどの軟磁性材料は導電性を有するので下部シールド層を直接反強磁性層２１の下面に接するように形成して電極層として機能させてもよいし、また、上部シールド層を直接反強磁性層３３の上面に接するように形成して電極層として機能させてもよい。
【０１１６】
図１に示される磁気検出素子Ｒは、電極層２０、４１からのセンス電流が、上側多層膜Ｕ及び下側多層膜Ｌの各層の膜面と垂直方向に流れるＣＰＰ型（current p perpendicular to the plane）と呼ばれるものである。
【０１１７】
そして、下から順に固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層が積層された、いわゆるデュアルスピンバルブ型の多層膜が２つ直列に接続されており、前記反強磁性層が２つの多層膜の間と下側の多層膜の下面と上側の多層膜の上面とに設けられているものである。
【０１１８】
図１に示された磁気検出素子Ｒでは、記録媒体からの洩れ磁界が磁気検出素子Ｒの図示Ｙ方向に侵入し、フリー磁性層の磁化が変動したときに、この磁化方向の変動と、固定磁性層の固定磁化方向との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０１１９】
なお、図１に示される磁気検出素子Ｒでは、反強磁性層３３のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側端部上にまでアルミナやＳｉＯ₂からなる絶縁層４２が延出形成され、絶縁層４２間に所定の間隔Ｔが開けられている。このように、反強磁性層３３の両側端部と第２の電極層４１間に絶縁層４２が介在すると、前記第２の電極層４１からのセンス電流は、前記間隔Ｔの上側多層膜Ｕ及び下側多層膜Ｌ内のみを流れる。
【０１２０】
したがっての実際の素子サイズを大きく形成しても、上側多層膜Ｕと下側多層膜Ｌ内への電流経路を絞り込むことができ、実質的に磁気抵抗効果に関与する素子サイズ（実効的な素子サイズ）を小さくできるから、一般的なフォトリソグラフィー技術の精度を用いて素子サイズの大きい上側多層膜Ｕ及び下側多層膜Ｌ並びに反強磁性層２１、２７、３３を形成しても、再生出力の大きい磁気検出素子Ｒを製造することが可能である。
【０１２１】
次に、図１に示された本発明の実施の形態の磁気検出素子Ｒの特徴となる構成を説明する。磁気検出素子Ｒの特徴は、固定磁性層の磁化方向の設定にある。
【０１２２】
まず、下側多層膜Ｌ中にあるシンセティックフェリ型の固定磁性層２２の第１固定磁性層２２ａは、反強磁性層２１との間の交換結合磁界によって、磁化方向がＹ方向と１８０°異なった方向に固定されており、第２固定磁性層２２ｃの磁化方向はＹ方向に固定されている。同様に、シンセティックフェリ型の固定磁性層２６の第１固定磁性層２６ｃは反強磁性層２７との間の交換結合磁界によって、磁化方向がＹ方向と１８０°異なった方向に固定されており、第２固定磁性層２６ａの磁化方向はＹ方向に固定されている。
【０１２３】
固定磁性層２２の第１固定磁性層２２ａの単位面積当りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ）よりも第２固定磁性層２２ｃの単位面積当りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ）を大きくしているので、合成の単位面積当りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ）の方向である固定磁性層２２の磁化方向は図示Ｙ方向となる。また、固定磁性層２６でも第１固定磁性層２６ｃの単位面積当りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ）よりも第２固定磁性層２６ａの単位面積当りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ）を大きくしているので、合成の単位面積当りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ）の方向である固定磁性層２６の磁化方向は図示Ｙ方向となる。
【０１２４】
図１では、第１固定磁性層２２ａ及び第２固定磁性層２２ｃ並びに第１固定磁性層２６ｃ及び第２固定磁性層２６ａを同じ材料を用いて形成し、それぞれの膜厚を異ならせることにより、それぞれの単位面積当りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ）を調節している。
【０１２５】
一方、上側多層膜Ｕ中にあるシンセティックフェリ型の固定磁性層２８の第１固定磁性層２８ａは、反強磁性層２７との間の交換結合磁界によって、磁化方向がＹ方向に固定されており、第２固定磁性層２８ｃの磁化方向はＹ方向と１８０°異なった方向に固定されている。同様に、シンセティックフェリ型の固定磁性層３２の第１固定磁性層３２ｃは反強磁性層３３との間の交換結合磁界によって、磁化方向がＹ方向に固定されており、第２固定磁性層３２ａの磁化方向はＹ方向と１８０°異なった方向に固定されている。
【０１２６】
また、固定磁性層２８の第１固定磁性層２８ａの単位面積当りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ）よりも第２固定磁性層２８ｃの単位面積当りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ）を大きくしているので、合成の単位面積当りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ）の方向である固定磁性層２８の磁化方向は図示Ｙ方向と１８０°異なった方向になる。また、固定磁性層３２でも第１固定磁性層３２ｃの単位面積当りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ）よりも第２固定磁性層３２ａの単位面積当りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ）を大きくしているので、合成の単位面積当りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ）の方向である固定磁性層３２の磁化方向は図示Ｙ方向と１８０°異なった方向になる。
【０１２７】
図１では、第１固定磁性層２８ａ及び第２固定磁性層２８ｃ並びに第１固定磁性層３２ｃ及び第２固定磁性層３２ａを同じ材料を用いて形成し、さらに、それぞれの膜厚を異ならせることにより、それぞれの単位面積当りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ）を調節している。
【０１２８】
このように、図１に示される磁気検出素子Ｒでは、互いに異なるフリー磁性層に対向している２つの第２固定磁性層の磁化方向は反平行方向になっている。
【０１２９】
シンセティックフェリ型の固定磁性層２２、２６、２８、３２は、第１固定磁性層２２ａ、２６ｃ、２８ａ、３２ｃ及び第２固定磁性層２２ｃ、２６ａ、２８ｃ、３２ａの固定磁化による反磁界（双極子磁界）を、第１固定磁性層２２ａ、２６ｃ、２８ａ、３２ｃ及び第２固定磁性層２２ｃ、２６ａ、２８ｃ、３２ａの静磁界結合同士が相互に打ち消し合うことによりキャンセルできる。これにより、固定磁性層２２、２６、２８、３２の固定磁化による反磁界（双極子磁界）からの、フリー磁性層２４，３０の変動磁化への寄与を減少させることができる。
【０１３０】
従って、フリー磁性層２４，３０の変動磁化の方向を所望の方向に補正することがより容易になり、アシンメトリーの小さい再生波形の対称性の優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子を得ることが可能になる。
【０１３１】
ここで、アシンメトリーとは、再生出力波形の非対称性の度合いを示すものであり、再生出力波形が与えられた場合、波形が対称であればアシンメトリーが小さくなる。従って、アシンメトリーが０に近づく程再生出力波形が対称性に優れていることになる。
【０１３２】
前記アシンメトリーは、フリー磁性層の磁化の方向と固定磁性層の固定磁化の方向とが直交しているときに０となる。アシンメトリーが大きくずれるとメディアからの情報の読み取りが正確にできなくなり、エラーの原因となる。このため、前記アシンメトリーが小さいものほど、再生信号処理の信頼性が向上することになり、スピンバルブ薄膜磁気素子として優れたものとなる。
【０１３３】
また、固定磁性層２２、２６、２８、３２の固定磁化による反磁界（双極子磁界）は、フリー磁性層２４，３０の素子高さ方向において、その端部で大きく中央部で小さいという不均一な分布を持ち、フリー磁性層２４，３０内における単磁区化が妨げられる場合があるが、固定磁性層２２、２６、２８、３２を上記の積層構造とすることにより双極子磁界を小さくすることができ、これによってフリー磁性層２４，３０内に磁壁ができて磁化の不均一が発生しバルクハウゼンノイズなどが発生することを防止することができる。
【０１３４】
なお、フリー磁性層２４及びフリー磁性層３０の磁化方向はハードバイアス層との磁気的結合により、固定磁性層２２、２６、２８、３２の磁化方向と交叉する方向にそろえられている。特に、電気抵抗値の変化（出力）に直接寄与する第２固定磁性層の磁化方向とフリー磁性層の磁化方向の相対角が、検出電流が通電されている状態かつ信号磁界が印加されていない状態で直交していることが好ましい。
【０１３５】
フリー磁性層２４、３０及び固定磁性層２２、２６、２８、３２の磁化方向がこのように調節されることにより、図１の磁気検出素子Ｒが、記録媒体の磁化遷移領域をまたいで移動するときに、この磁気検出素子Ｒがパルス信号を直接出力できる。
【０１３６】
図２は、図１に示される磁気検出素子Ｒが、平面形状を有し、面垂直方向に磁化される記録媒体、すなわち垂直磁気記録式の記録媒体に記録された記録信号磁界を検出している状態を示す模式図である。
【０１３７】
なお、図２では、固定磁性層２２、２６、２８、３２を構成する層のうち、磁気抵抗効果に直接寄与する第２固定磁性層２２ｃ、２６ａ、２８ｃ、３２ａのみを図示している。
【０１３８】
磁気検出素子Ｒが記録媒体Ｍ１の領域Ｍ１ａ上にあり、上側多層膜Ｕと下側多層膜Ｌに同じＹ方向（記録媒体からの漏れ磁界方向；ハイト方向）の漏れ磁界が与えられるとき（状態Ａ）には、フリー磁性層２４及びフリー磁性層３０の磁化方向が同じようにＹ方向に近づくように回転変化する。その結果、一方のフリー磁性層２４の磁化方向は、非磁性材料層２３を介して対向している第２固定磁性層２２ｃ及び非磁性材料層２５を介して対向している第２固定磁性層２６ａの両方に対して、磁化方向が平行になる状態に近づく方向に変化し、他方のフリー磁性層３０の磁化方向は、非磁性材料層２９を介して対向している第２固定磁性層２８ｃ及び非磁性材料層３１を介して対向している第２固定磁性層３２ａの両方の磁化方向と反平行になる状態に近づく方向に変化する。
【０１３９】
従って、下側多層膜Ｌでは抵抗値が減少し、上側多層膜Ｕでは抵抗値が増加し、しかも、下側多層膜Ｌと上側多層膜Ｕは直列接続されているので、電圧変化を互いにキャンセルしあうことになる。従って、磁気検出素子Ｒが記録媒体の領域Ｍ１ａ上にのみ位置しているときには、磁気検出素子Ｒからの出力はゼロレベルになる。
【０１４０】
記録媒体Ｍ１が図示Ｚ方向に移動して、磁気検出素子Ｒが記録媒体Ｍ１の磁化遷移領域Ｍ１ｔ上に位置すると、上側多層膜ＵにはＹ方向の漏れ磁界が与えられ、下側多層膜ＬにはＹ方向と１８０°異なる方向の漏れ磁界が与えられる状態になる（状態Ｂ）。
【０１４１】
このとき、フリー磁性層２４の磁化方向はＹ方向と１８０°異なる方向に近づくように回転変化し、フリー磁性層３０の磁化方向はＹ方向に近づくように回転変化する。
【０１４２】
その結果、一方のフリー磁性層２４の磁化方向は、非磁性材料層２３を介して対向している第２固定磁性層２２ｃ及び非磁性材料層２５を介して対向している第２固定磁性層２６ａの両方に対して、磁化方向が１８０°異なる状態に近づく方向に変化する。また、他方のフリー磁性層３０の磁化方向も、非磁性材料層２９を介して対向している第２固定磁性層２８ｃ及び非磁性材料層３１を介して対向している第２固定磁性層３２ａの両方の磁化方向と１８０°異なる状態になる状態に近づく方向に変化する。
【０１４３】
従って、下側多層膜Ｌと上側多層膜Ｕの両方で同時に抵抗値が増加し、しかも、下側多層膜Ｌと上側多層膜Ｕは直列接続されているので、磁気検出素子Ｒからの電圧出力はプラスレベルになる。
【０１４４】
さらに、磁気検出素子Ｒと記録媒体Ｍ１の相対位置が変化し、磁気検出素子Ｒが領域Ｍ１ｂ上に位置して、上側多層膜Ｕと下側多層膜ＬにＹ方向と１８０°異なる方向の漏れ磁界が与えられるとき（状態Ｃ）と、下側多層膜Ｌでは抵抗値が増加し、上側多層膜Ｕでは抵抗値が減少し、しかも、下側多層膜Ｌと上側多層膜Ｕは直列接続されているので、電圧変化を互いにキャンセルしあうことになる。従って、磁気検出素子Ｒが記録媒体の領域Ｍ１ｂ上にのみ位置しているときには、磁気検出素子Ｒからの出力はゼロレベルになる。
【０１４５】
すなわち、磁気検出素子Ｒが記録媒体Ｍ１の磁化遷移領域Ｍ１ｔをまたいで移動すると、図２中に示された磁気検出素子Ｒからの信号出力を示す出力曲線Ｏ１に示されるように、プラスレベルのパルス信号Ｐを磁気検出素子Ｒが直接出力できる。このため、従来のように磁気検出素子Ｒからの出力を微分回路に通すことなく信号処理でき、ノイズの重畳を低減でき結果として磁気検出素子ＲのＳ／Ｎ比を大きくすることができる。
【０１４６】
しかも本発明では、デュアルスピンバルブ型の上側多層膜Ｕと下側多層膜Ｌが重ねられた構造を有しているので、デュアルスピンバルブ型の多層膜を１つだけ有する磁気検出素子の２倍以上の大きさの出力を得ることができる。特に、後述する実施例では、デュアルスピンバルブ型の多層膜を１つだけ有する磁気検出素子の５倍の大きさの出力を得ることができることが示される。
【０１４７】
なお、図１の磁気検出素子において、第１固定磁性層２２ａ、２６ｃ、２８ａ、３２ｃの膜厚ｔ１、ｔ８、ｔ１１、ｔ１８は全て等しくｔ１＝ｔ８＝ｔ１１＝ｔ１８である。また、第２固定磁性層２２ｃ、２６ａ、２８ｃ、３２ａの膜厚ｔ２、ｔ７、ｔ１２、ｔ１７の膜厚は全て等しくｔ２＝ｔ７＝ｔ１２＝ｔ１７である。さらに、非磁性中間層２２ｂ、２６ｂ、２８ｂ、３２ｃの膜厚ｔ３、ｔ９、ｔ１３、ｔ１９の膜厚は全て等しくｔ３＝ｔ９＝ｔ１３＝ｔ１９である。
【０１４８】
従って、４つの固定磁性層２２、２６、２８、３２の膜厚は全て等しくなっている。
【０１４９】
さらに、下側多層膜Ｌを構成しているフリー磁性層２４の膜厚ｔ５と上側多層膜Ｕを構成しているフリー磁性層３０の膜厚ｔ１５も等しくなっておりｔ５＝ｔ１５である。また、４つの非磁性材料層２３、２５、２９、３１の膜厚ｔ４、ｔ６、ｔ１４、ｔ１６の膜厚も全て等しく、ｔ４＝ｔ６＝ｔ１４＝ｔ１６である。
【０１５０】
また、３つの反強磁性層２１、２７、３３の膜厚ｔ０、ｔ１０、ｔ２０も全て等しくｔ０＝ｔ１０＝２０である。
【０１５１】
固定磁性層２２、２６、２８、３２、フリー磁性層２４、３０、非磁性材料層２３、２５、２９、３１、反強磁性層２１、２７、３３の膜厚を上記のごとく調節すると、上側多層膜Ｕ及び下側多層膜Ｌの電気抵抗値や磁気抵抗変化率が等しくなり、上側多層膜Ｕ及び下側多層膜Ｌに同じ方向の漏れ磁界が与えられたとき（図２の状態ＡまたはＣ）に、上側多層膜Ｕ及び下側多層膜が互いの電圧変化を正確にキャンセルしあうことになるので、図２に示される出力曲線Ｏ１のようにパルス信号を出力していないときの一定電圧出力時の電圧出力Ｚ１、Ｚ２を正確にベースライン（ゼロレベル）にあわせることが容易になる。
【０１５２】
上側多層膜Ｕと下側多層膜Ｌの磁気抵抗変化が異なると、図２に示される出力曲線Ｏ２のように、ベースラインがずれるベースラインシフトといわれる現象が生じて信号処理上の支障となるので好ましくない。
【０１５３】
なお、前記反強磁性層は磁気抵抗変化に直接関係する層ではないので、上記実施の形態において、必ずしも３つの反強磁性層２１、２７、３３の膜厚ｔ０、ｔ１０、ｔ２０が全て同じでなくともよい。
【０１５４】
なお、図１に示された磁気検出素子Ｒの線記録分解能は、フリー磁性層２４とフリー磁性層３０間の距離で決まる。図１に示された磁気検出素子Ｒの、フリー磁性層２４とフリー磁性層３０間の距離は１５０Å〜３００Åである。
【０１５５】
また、図１に示される磁気検出素子Ｒのフリー磁性層２４、３０の代わりに、Ｃｏ、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＮｉＦｅ合金などで形成され、単位面積当りの磁気モーメントが異なる第１フリー磁性層と第２フリー磁性層が、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の非磁性導電性合金で形成された非磁性中間層を介して積層される、シンセティックフェリ型のフリー磁性層を用いてもよい。
【０１５６】
ただし、シンセティックフェリ型のフリー磁性層は、第１フリー磁性層と第２フリー磁性層の磁化方向が１８０°異なる反平行方向を向いているので、上側多層膜Ｕ及び下側多層膜Ｌから検出出力を得るためには、第２固定磁性層２２ｃと第２固定磁性層２６ａの磁化方向を１８０°異なる反平行方向にし、かつ第２固定磁性層２８ｃと第２固定磁性層３２ａの磁化方向を１８０°異なる反平行方向にする必要がある。
【０１５７】
その上で、本発明の効果を得るために、第２固定磁性層２２ｃと第２固定磁性層３２ａの磁化方向を１８０°異なる反平行方向する必要がある。
【０１５８】
シンセティックフェリ型のフリー磁性層であれば、フリー磁性層の物理的な膜厚を厚く形成しても、合成磁気モーメントが小さくなって磁気的な膜厚を小さくすることができるから、フリー磁性層を外部磁界に対し感度良く磁化反転させることができ、再生出力の向上を図ることができる。
【０１５９】
図３は、本発明の第２の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。なお、図３ではＸ方向に延びる素子の中央部分のみを破断して示している。
【０１６０】
図３に示される磁気検出素子Ｒ１は、上側多層膜Ｕと下側多層膜Ｌの間に、硬磁性層５０を介して２層の反強磁性層５１及び５２が積層され、フリー磁性層２４、３０の側面に対向するハードバイアス層が形成されていない点で図１に示れる磁気検出素子Ｒと異なっている。
【０１６１】
図３に示される磁気検出素子Ｒ１において、図１と同じ符号で示される層は同じ材料を用いて同じ膜厚で形成されている。
【０１６２】
反強磁性層５１及び５２は、反強磁性層２１、３３と同じ材料同じ組成比で形成されている。なお、反強磁性層５１と反強磁性層５２は等しい膜厚で形成されている。
【０１６３】
硬磁性層５０はＣｏＰｔなどによって形成される。なお硬磁性層５０の膜厚は５０〜３００Åであることが好ましい。
【０１６４】
また、硬磁性層５０と反強磁性層５１及び５２の間には、硬磁性層５０と反強磁性層５１及び５２間の交換結合を防止するために、非磁性材料からなる分離層５３、５４が形成されている。分離層５４を形成するために、ＮｉＦｅ合金、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｙ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）、Ｃｒを用いると、反強磁性層５２のシードレイヤとして機能させることができるので好ましい。また、分離層５３と分離層５４は等しい膜厚で形成されている。また、分離層５３としてＣｒやＷなどを用いると硬磁性層５０の保磁力や角形比を高めることができ好ましい。
【０１６５】
図３に示される磁気検出素子Ｒ１では、硬磁性層５０がいわゆるインスタックバイアス層として機能し、硬磁性層５０の側端部とフリー磁性層２４，３０の側端部間に静磁的な結合Ｍが発生することによって、フリー磁性層２４，３０の磁化方向が一方向にそろえられる。
【０１６６】
本発明のように上側多層膜Ｕと下側多層膜Ｌの間に、インスタックバイアス層として機能する硬磁性層５０が形成されると、上側多層膜Ｕと下側多層膜Ｌのそれぞれに形成されているフリー磁性層２４及びフリー磁性層３０に均等な大きさの縦バイアス磁界を供給することができる。
【０１６７】
本実施の形態のように、硬磁性層５０を挟む反強磁性層５１と反強磁性層５２の膜厚が等しいと、フリー磁性層２４と硬磁性層５０間の距離とフリー磁性層３０と硬磁性層５０間の距離が等しくなって、フリー磁性層２４とフリー磁性層３０に供給される縦バイアス磁界が等しくさせることが容易になる。
【０１６８】
一方、図１に示されるような、フリー磁性層２４の側面に対向するハードバイアス層３６及びフリー磁性層３０の側面に対向するハードバイアス層３９が形成されることにより、フリー磁性層２４及びフリー磁性層３０に縦バイアス磁界を供給するものでは、フリー磁性層２４及びフリー磁性層３０に均等な大きさの縦バイアス磁界を供給することは困難である。
【０１６９】
何故なら、フリー磁性層２４及びフリー磁性層３０に均等な大きさの縦バイアス磁界を供給するためには、ハードバイアス層３６の膜厚と残留磁化の積とハードバイアス層３９の残留磁化と膜厚の積を正確に等しくすることが必要になるが、上側多層膜Ｕと下側多層膜Ｌの両側部に、ハードバイアス層３６とハードバイアス層３９の全てを残留磁化と膜厚の積が等しくなるように形成することが難しいためである。また、フリー磁性層２４とフリー磁性層３０のそれぞれの側端部で隣接するハードバイアス層の位置関係、形状、実質的な体積を全く同じにすることが難しいためである。
【０１７０】
さらに、図３に示された磁気検出素子Ｒ１では、フリー磁性層２４，３０内に反磁界が生じるバックリング現象や、フリー磁性層２４，３０の磁化が側端面付近で強固に固定され磁化反転が悪化する不感領域の発生問題を解消できる。
【０１７１】
従って、フリー磁性層２４，３０の単磁区化を適切に促進でき、またフリー磁性層２４，３０の外部磁界に対する磁化反転を良好にでき、再生感度が良く再生波形の安定性に優れた磁気検出素子Ｒ１を製造することが可能である。
【０１７２】
図３に示される磁気検出素子Ｒ１でも、フリー磁性層２４、３０及び固定磁性層２２、２６、２８、３２の磁化方向が図１に示される磁気検出素子Ｒと同様に調節されることにより、磁気検出素子Ｒ１が、記録媒体の磁化遷移領域をまたいで移動するときに、この磁気検出素子Ｒ１がパルス信号を直接出力できる。
【０１７３】
また、固定磁性層２２、２６、２８、３２、フリー磁性層２４、３０、非磁性材料層２３、２５、２９、３１、反強磁性層２１、３３の膜厚も、図１に示される磁気検出素子Ｒと同様に調節されている。
【０１７４】
各層の膜厚の調節とフリー磁性層２４及びフリー磁性層３０に均等な大きさの縦バイアス磁界を供給することにより、上側多層膜Ｕ及び下側多層膜Ｌの電気抵抗値や磁気抵抗変化率を等しくでき、上側多層膜Ｕ及び下側多層膜Ｌに同じ方向の漏れ磁界が与えられたとき（図２の状態ＡまたはＣ）に、上側多層膜Ｕ及び下側多層膜が互いの電圧変化を正確にキャンセルしあうようにできる。
【０１７５】
したがって、磁気検出素子Ｒ１がパルス信号を出力していないときの一定電圧出力時の電圧出力を正確にゼロレベルにあわせることが容易になる。
【０１７６】
しかも本実施の形態では、デュアルスピンバルブ型の上側多層膜Ｕと下側多層膜Ｌが重ねられた構造を有しているので、デュアルスピンバルブ型の多層膜を１つだけ有する磁気検出素子の２倍以上の大きさの出力を得ることができる。特に、後述する実施例では、デュアルスピンバルブ型の多層膜を１つだけ有する磁気検出素子の５倍の大きさの出力を得ることができることが示される。
【０１７７】
図４の磁気検出素子Ｒ２は、図３の磁気検出素子から非磁性材料層２５、固定磁性層２６、反強磁性層５１、反強磁性層５２、固定磁性層２８、及び非磁性材料層２９が除かれた層構造を有している。
【０１７８】
すなわち、図４の磁気検出素子Ｒ２は、デュアルスピンバルブ型の磁気検出素子のフリー磁性層が分断されてインスタックバイアス層として機能する硬磁性層が挿入されたものである。
【０１７９】
図４に示される磁気検出素子Ｒ２でも、硬磁性層５０がいわゆるインスタックバイアス層として機能し、硬磁性層５０の側端部とフリー磁性層２４，３０の側端部間に静磁的な結合Ｍが発生することによって、フリー磁性層２４，３０の磁化方向が一方向にそろえられる。
【０１８０】
インスタックバイアス層として機能する硬磁性層５０によって縦バイアス磁界を供給する構成であると、フリー磁性層２４及びフリー磁性層３０に均等な大きさの縦バイアス磁界を供給することができる。
【０１８１】
また、図４に示される磁気検出素子Ｒ２でも、フリー磁性層２４、３０及び固定磁性層２２、３２の磁化方向が図１に示される磁気検出素子Ｒと同様に調節されることにより、磁気検出素子Ｒ２が、記録媒体の磁化遷移領域をまたいで移動するときに、この磁気検出素子Ｒ２がパルス信号を直接出力できる。
【０１８２】
また、固定磁性層２２、３２、フリー磁性層２４、３０、非磁性材料層２３、３１、反強磁性層２１、３３の膜厚も、図１に示される磁気検出素子Ｒと同様に調節されている。
【０１８３】
各層の膜厚の調節とフリー磁性層２４及びフリー磁性層３０に均等な大きさの縦バイアス磁界を供給することにより、磁気検出素子Ｒ２の硬磁性層５０より下層にある領域と硬磁性層５０より上層にある領域の電気抵抗値や磁気抵抗変化率とを等しくできる。従って、フリー磁性層２４及びフリー磁性層３０に同じ方向の漏れ磁界が与えられたときに、フリー磁性層２４と固定磁性層２２間の電圧変化とフリー磁性層３０と固定磁性層３２間の電圧変化が互いにキャンセルしあうようにできる。
【０１８４】
すなわち、磁気検出素子Ｒ２がパルス信号を出力していないときの一定電圧出力時の電圧出力を正確にゼロレベルにあわせることが容易になる。
【０１８５】
図５は、本発明における第３の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。なお、図５ではＸ方向に延びる素子の中央部分のみを破断して示している。
【０１８６】
図５に示された磁気検出素子Ｒ３の、反強磁性層２１、下側多層膜Ｌ、反強磁性層２７、上側多層膜Ｕ、反強磁性層３３の積層構造は、図１に示された磁気検出素子Ｒと同じである。また、反強磁性層２１、２７、３３の膜厚、フリー磁性層２４、３０の膜厚、及び非磁性材料層２３、２５、２９、３１の膜厚も図１に示された磁気検出素子と同じである。
【０１８７】
図５に示された磁気検出素子Ｒ３と図１に示された磁気検出素子Ｒの相違点は、固定磁性層２２、２６、２８、３２を構成している第１固定磁性層２２ａ、２６ｃ、２８ａ、３２ｃ及び第２固定磁性層２２ｃ、２６ａ、２８ｃ、３２ａの膜厚である。
【０１８８】
図５に示された磁気検出素子Ｒ３の下側多層膜Ｌでは、第１固定磁性層２２ａ、２６ｃの膜厚ｔ２１、ｔ２４が、第２固定磁性層２２ｃ、２６ａの膜厚ｔ２２、２３より小さくなっている。すなわち、ｔ２１＜ｔ２２、ｔ２４＜ｔ２３である。
【０１８９】
一方、上側多層膜Ｕでは、第１固定磁性層２８ａ、３２ｃの膜厚ｔ２５、ｔ２８が、第２固定磁性層２８ｃ、３２ａの膜厚ｔ２６、ｔ２７より大きくなっている。すなわち、ｔ２５＞ｔ２６、ｔ２８＞ｔ２７である。
【０１９０】
図５に示される磁気検出素子Ｒ３でも図１に示される磁気検出素子Ｒと同様に、下側多層膜Ｌ中にあるシンセティックフェリ型の固定磁性層２２の第１固定磁性層２２ａは、反強磁性層２１との間の交換結合磁界によって、磁化方向がＹ方向と１８０°異なった方向に固定されており、第２固定磁性層２２ｃの磁化方向はＹ方向に固定されている。同様に、シンセティックフェリ型の固定磁性層２６の第１固定磁性層２６ｃは反強磁性層２７との間の交換結合磁界によって、磁化方向がＹ方向と１８０°異なった方向に固定されており、第２固定磁性層２６ａの磁化方向はＹ方向に固定されている。
【０１９１】
一方、上側多層膜Ｕ中にあるシンセティックフェリ型の固定磁性層２８の第１固定磁性層２８ａは、反強磁性層２７との間の交換結合磁界によって、磁化方向がＹ方向（ハイト方向；記録媒体からの洩れ磁界方向）に固定されており、第２固定磁性層２８ｃの磁化方向はＹ方向と１８０°異なった方向に固定されている。同様に、シンセティックフェリ型の固定磁性層３２の第１固定磁性層３２ｃは反強磁性層３３との間の交換結合磁界によって、磁化方向がＹ方向に固定されており、第２固定磁性層３２ａの磁化方向はＹ方向と１８０°異なった方向に固定されている。
【０１９２】
なお、フリー磁性層２４及びフリー磁性層３０の磁化方向はハードバイアス層３６または３９との磁気的結合により、固定磁性層２２、２６、２８、３２の磁化方向と交叉する方向にそろえられている。特に、電気抵抗値の変化（出力）に直接寄与する第２固定磁性層の磁化方向とフリー磁性層の磁化方向の相対角が、検出電流が通電されている状態かつ信号磁界が印加されていない状態で直交していることが好ましい。
【０１９３】
フリー磁性層２４、３０及び固定磁性層２２、２６、２８、３２の磁化方向がこのように調節されることにより、図５の磁気検出素子Ｒ３が、記録媒体の磁化遷移領域をまたいで移動するときに、この磁気検出素子Ｒ３がパルス信号を直接出力できる。このため、従来のように磁気検出素子Ｒ３からの出力を微分回路に通すことなく信号処理でき、ノイズの重畳を低減でき結果として磁気検出素子Ｒ３のＳ／Ｎ比を大きくすることができる。
【０１９４】
しかも本発明では、デュアルスピンバルブ型の上側多層膜Ｕと下側多層膜Ｌが重ねられた構造を有しているので、デュアルスピンバルブ型の多層膜を１つだけ有する磁気検出素子の２倍以上の大きさの出力を得ることができる。特に、後述する実施例では、デュアルスピンバルブ型の多層膜を１つだけ有する磁気検出素子の５倍の大きさの出力を得ることができることが示される。
【０１９５】
また、磁気検出素子Ｒ３において、第１固定磁性層２２ａ、２６ｃ、２８ａ、３２ｃ及び第２固定磁性層２２ｃ、２６ａ、２８ｃ、３２ａの膜厚構成を上記のようにすることにより、磁気検出素子Ｒ３を形成するときに一回の磁場中アニールを行うだけで、下側多層膜Ｌ中の第１固定磁性層２２ａ、２６ｃの磁化方向をＹ方向と１８０°異なった方向に固定し、上側多層膜Ｕ中の第１固定磁性層２８ａ、３２ｃをＹ方向に固定することができる。この点については後述する。
【０１９６】
ただし、図５に示される磁気検出素子Ｒ３は図１に示される磁気検出素子Ｒと異なり、第１固定磁性層２２ａ、２６ｃ、２８ａ、３２ｃの膜厚が全て等しいものではなく、また、第２固定磁性層２２ｃ、２６ａ、２８ｃ、３２ａの膜厚も全て等しくはない。
【０１９７】
このため、上側多層膜Ｕ及び下側多層膜Ｌの電気抵抗値や磁気抵抗変化率が等しくならず、上側多層膜Ｕ及び下側多層膜Ｌに同じ方向の漏れ磁界が与えられたとき（図２の状態ＡまたはＣ）に、上側多層膜Ｕ及び下側多層膜が互いの電圧変化を正確にキャンセルすることが困難になり、図２の出力曲線Ｏ２のようにパルス信号を出力していないときの一定電圧出力時の電圧出力Ｚ１、Ｚ２がゼロレベルにあわせにくくなる。
【０１９８】
図６は、本発明における第４の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。なお、図６ではＸ方向に延びる素子の中央部分のみを破断して示している。
【０１９９】
図６に示される磁気検出素子Ｒ４は固定磁性層６１、６２、６３、６４がシンセティックフェリ型でない単一磁化方向を向いた構造である点で図１に示される磁気検出素子Ｒと異なっている。
【０２００】
下側多層膜Ｌ１中にある固定磁性層６１は反強磁性層２１との間の交換結合磁界によって、磁化方向がＹ方向（ハイト方向；記録媒体からの洩れ磁界方向）に固定されている。同様に、固定磁性層６２は反強磁性層２７との間の交換結合磁界によって、磁化方向がＹ方向に固定されている。
【０２０１】
一方、上側多層膜Ｕ１中にある固定磁性層６３は反強磁性層２７との間の交換結合磁界によって、磁化方向がＹ方向と１８０°異なった方向に固定されている。同様に、固定磁性層６４は反強磁性層３３との間の交換結合磁界によって、磁化方向がＹ方向と１８０°異なった方向に固定されている。
【０２０２】
なお、フリー磁性層２４及びフリー磁性層３０の磁化方向はハードバイアス層３６または３９との磁気的結合により、固定磁性層６１、６２、６３、６４の磁化方向と交叉する方向にそろえられている。特に、固定磁性層の磁化方向とフリー磁性層の磁化方向の相対角が、検出電流が通電されている状態かつ信号磁界が印加されていない状態で直交していることが好ましい。
【０２０３】
フリー磁性層２４、３０及び固定磁性層６１、６２、６３、６４の磁化方向がこのように調節されている磁気検出素子Ｒ４でも、磁気検出素子Ｒ４が記録媒体の磁化遷移領域をまたいで移動するときに、この磁気検出素子Ｒ４がパルス信号を直接出力できる。このため、従来のように磁気検出素子Ｒ４からの出力を微分回路に通すことなく信号処理でき、ノイズの重畳を低減でき結果として磁気検出素子Ｒ４のＳ／Ｎ比を大きくすることができる。
【０２０４】
なお、図６の磁気検出素子Ｒ４において、固定磁性層６１、６２、６３、６４の膜厚ｔ３０、ｔ３１、ｔ３２、ｔ３３は全て等しくｔ３０＝ｔ３１＝ｔ３２＝ｔ３３である。
【０２０５】
さらに、下側多層膜Ｌ１を構成しているフリー磁性層２４の膜厚ｔ５と上側多層膜Ｕ１を構成しているフリー磁性層３０の膜厚ｔ１５も等しくなっておりｔ５＝ｔ１５である。また、４つの非磁性材料層２３、２５、２９、３１の膜厚ｔ４、ｔ６、ｔ１４、ｔ１６の膜厚も全て等しく、ｔ４＝ｔ６＝ｔ１４＝ｔ１６である。
【０２０６】
また、３つの反強磁性層２１、２７、３３の膜厚ｔ０、ｔ１０、ｔ２０も全て等しくｔ０＝ｔ１０＝２０である。
【０２０７】
固定磁性層６１、６２、６３、６４、フリー磁性層２４、３０、非磁性材料層２３、２５、２９、３１、反強磁性層２１、２７、３３の膜厚を上記のごとく調節すると、上側多層膜Ｕ１及び下側多層膜Ｌ１の電気抵抗値や磁気抵抗変化率が等しくなり、上側多層膜Ｕ１及び下側多層膜Ｌ１に同じ方向の漏れ磁界が与えられたときに、上側多層膜Ｕ１及び下側多層膜が互いの電圧変化を正確にキャンセルしあうことになるので、図２に示される出力曲線Ｏ１のようにパルス信号を出力していないときの一定電圧出力時の電圧出力Ｚ１、Ｚ２を正確にゼロレベルにあわせることが容易になる。
【０２０８】
なお、図１、図５及び図６に示される磁気検出素子Ｒ、Ｒ３、Ｒ４のフリー磁性層２４、３０を単磁区化するための縦バイアス磁界を、図３に示されるように上側多層膜Ｕ、Ｕ１と下側多層膜Ｌ、Ｌ１の間に設けられたインスタックバイアス層として働く硬磁性層によって供給してもよい。あるいは、ハードバイアス層３６、３９の間の絶縁層３７をなくしてハードバイアス層を一体のものとして形成してもよい。
【０２０９】
なお、図１から図６の磁気検出素子の光学トラック幅は、絶縁層４２のトラック幅方向間隔寸法で決められる。本実施の形態の磁気検出素子では、光学トラック幅を０．１μｍ以下、特に０．０６μｍ以下にして、２００Ｇｂｉｔ／ｉｎ²以上の記録密度に対応することができる。
【０２１０】
図１に示された磁気検出素子の製造方法を説明する。図７及び図８は、図１に示される磁気検出素子Ｒの製造方法の実施の形態を示す工程図であり、製造過程にある磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図である。
【０２１１】
まず、図示しない基板上に、下部シールド層及び電極層２０を成膜する。なお下部シールド層が電極層２０を兼用するものであってもよい。
【０２１２】
さらに、図７に示すごとく、下から順に反強磁性層２１、第１固定磁性層２２ａと非磁性中間層２２ｂと第２固定磁性層２２ｃからなる固定磁性層２２、非磁性材料層２３、フリー磁性層２４、非磁性材料層２５、及び第２固定磁性層２６ａと非磁性中間層２６ｂと第１固定磁性層２６ｃからなる固定磁性層２６が積層された下側多層膜並びに第１中間反強磁性層２７ａ及び貴金属からなる非磁性保護層２７ｂまでを、スパッタ法を用いて真空中で連続成膜する。
【０２１３】
スバッタ法としては、例えばマグネトロンスパッタ、ＲＦ２極スパッタ、ＲＦ３極スパッタ、イオンビームスパッタ、対向ターゲット式スパッタ等の既存するスパッタ装置を用いたスパッタ法によって形成することができる。また本発明では、スパッタ法や蒸着法の他に、ＭＢＥ（モレキュラー−ビーム−エピタキシー）法、ＩＣＢ（イオン−クラスター−ビーム）法などの成膜プロセスが使用可能である。
【０２１４】
なお、図７及び図８において、図１と同じ符号がつけられた層は、同じ材料同じ膜厚で形成されている。
【０２１５】
なお、第１中間反強磁性層２７ａは、後に反強磁性層２７を構成する層であり、反強磁性層２１と同じ組成の材料で形成される。
【０２１６】
具体的には、第１中間反強磁性層２７ａを、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１または２種以上の元素である）合金で形成する。
【０２１７】
非磁性保護層２７ｂは大気暴露によって酸化されにくい緻密な層である必要がある。本発明では非磁性保護層２７ｂを貴金属を用いて形成する。例えば、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈのいずれか１種または２種以上からなる貴金属で形成することが好ましい。
【０２１８】
Ｒｕなどの貴金属を用いてスパッタ成膜することにより、大気暴露によって酸化されにくい緻密な非磁性保護層２７ｂを得ることができる。したがって非磁性保護層２７ｂの膜厚を薄くしても第１中間反強磁性層２７ａが大気暴露によって酸化されることを適切に防止できる。
【０２１９】
本発明では非磁性保護層２７ｂを３Å以上で１０Å以下で形成することが好ましい。より好ましくは、３Å以上で８Å以下で形成することである。この程度の薄い膜厚の非磁性保護層２７ｂによっても第１中間反強磁性層２７ａが大気暴露によって酸化されるのを適切に防止することが可能である。
【０２２０】
このように薄い膜厚で非磁性保護層２７ｂを形成したことによって、非磁性保護層２７ｂが酸化されて形成された酸化層及び非磁性保護層２７ｂの非酸化部分の一部または全部を除去するために行うイオンミリングを、低エネルギーで行うことができミリング深さ制御を従来に比べて向上させることができる。また、第１中間反強磁性層２７ａ表面構造の損傷を低減できる。
【０２２１】
図７に示すように基板上に電極層２０から非磁性保護層２７ｂまでの各層を積層した後、第１の磁場中アニールを施す。
【０２２２】
ここで、第１の磁場中アニールの磁界の大きさの条件について説明する。
まず、シンセティックフェリ構造の固定磁性層の保磁力、スピンフロップ磁界、及び飽和磁界について説明する。
【０２２３】
図１１は、固定磁性層をシンセティック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固定磁性層（Ｐ１）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固定磁性層（Ｐ２）の単位面積あたりの磁気モーメントよりも小さいとする。また外部磁界を図示右方向に与えたとする。
【０２２４】
外部磁界の大きさが保磁力Ｈｃを越えると、前記第１及び第２固定磁性層の磁化は適切に単磁区化されて反平行状態になり、第１固定磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントと第２固定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（Ｐ１）＋Ｍｓ・ｔ（Ｐ２）｜）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０より大きくなる。
【０２２５】
外部磁界の大きさが変化しても単位面積あたりの合成磁気モーメントが一定の大きさに維持される外部磁界領域Ａでは、前記第１固定磁性層と第２固定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固定磁性層の磁化は適切に単磁区化され、反平行状態に保たれている。
【０２２６】
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、固定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、第１固定磁性層及び第２固定磁性層間に働く反平行結合力よりも強いので、反平行状態になっていた第１固定磁性層と第２固定磁性層の磁化が互いに別方向に回転しはじめ、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ためである。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、固定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。
【０２２７】
さらに図示右方向の外部磁界を大きくしていくと、第１固定磁性層及び第２固定磁性層の磁化は完全に平行状態となって単磁区化され、今度は外部磁界領域Ａの場合と異なり、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。
【０２２８】
ここで、図７に示される下側多層膜Ｌの磁場中アニールのときは、方向が図示Ｙ方向（ハイト方向；記録媒体からの洩れ磁界方向）と１８０°異なる方向であり、大きさが固定磁性層２２及び固定磁性層２６の飽和磁界（Ｈｓ）より大きい磁界を印加している。具体的には、８００（ｋＡ／ｍ）以上であることが好ましい。
【０２２９】
従って第１の磁場中アニール時には、固定磁性層２２の第１固定磁性層２２ａ、第２固定磁性層２２ｃ並びに固定磁性層２６の第１固定磁性層２６ｃ、第２固定磁性層２６ａは、全て図示Ｙ方向と１８０°異なる方向に向けられる。
【０２３０】
あるいは、アニール時の磁界の大きさを図１１の領域Ａとなるように適度に弱く（例えば８（ｋＡ／ｍ）〜２４（ｋＡ／ｍ））してもよい。この場合、第１固定磁性層２２ａと第２固定磁性層２２ｃの磁化方向が反平行の状態で、また固定磁性層２６の第１固定磁性層２６ｃと第２固定磁性層２６ａの磁化方向も反平行の状態でアニールされる。そして、第２固定磁性層２２ｃ、第２固定磁性層２６ａの磁化方向はアニール磁場の方向を向いた状態、第１固定磁性層２２ａ、第１固定磁性層２６ｃの磁化方向はアニール磁場の方向と１８０°異なる方向を向いた状態で固定される。従って、アニール磁場の方向を図示Ｙ方向とすれば上記と同様の固定磁性層２２及び固定磁性層２６の磁化状態になる。
【０２３１】
なお、アニール温度は、反強磁性層２１と第１固定磁性層２２ａ間及び第１中間反強磁性層２７ａと第１固定磁性層２６ｃ間に交換異方性磁界が発生する温度より高くしている。具体的には、２５０℃〜３００℃であることが好ましい。
【０２３２】
この状態で、反強磁性層２１と第１固定磁性層２２ａ間及び第１中間反強磁性層２７ａと第１固定磁性層２６ｃ間に交換異方性磁界が発生するため、第１の磁場中アニール後、第１固定磁性層２２ａと第１固定磁性層２６ｃの磁化方向は図示Ｙ方向と１８０°異なる方向に固定される。
【０２３３】
反強磁性層２１及び第１中間反強磁性層２７ａは、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１または２種以上の元素である）合金で形成されている。これらの合金は、成膜直後の状態では、不規則系の面心立方構造（ｆｃｃ）であるが、熱処理によってＣｕＡｕＩ型の規則型の面心正方構造（ｆｃｔ）に構造変態することによって強磁性材料からなる層との間に交換結合磁界を発生させる。
【０２３４】
特に、ＰｔＭｎ合金であれば、４８ｋＡ／ｍ以上、例えば６４ｋＡ／ｍを越える交換結合磁界を有し、前記交換結合磁界を失うブロッキング温度が３８０℃と極めて高い優れた反強磁性層２１及び第１中間反強磁性層２７ａを得ることができる。
【０２３５】
なお、反強磁性層２１及び第１中間反強磁性層２７ａの膜厚は８０Å〜３００Å、例えば１５０Åである。
【０２３６】
そして、固定磁性層２２の第２固定磁性層２２ｃの磁化方向は、ＲＫＫＹ相互作用によって第１固定磁性層２２ａの磁化方向の反平行方向を向き、固定磁性層２６の第２固定磁性層２６ａの磁化方向は、ＲＫＫＹ相互作用によって第１固定磁性層２６ｃの磁化方向の反平行方向を向く。
【０２３７】
また上記した第１の磁場中アニールによって、非磁性保護層２７ｂを構成するＲｕなどの貴金属元素が、第１中間反強磁性層２７ａ内部に拡散するものと考えられる。従って熱処理後における第１中間反強磁性層２７ａの表面近くの構成元素は、第１中間反強磁性層２７ａを構成する元素と貴金属元素とから構成される。また第１中間反強磁性層２７ａ内部に拡散した貴金属元素は、第１中間反強磁性層２７ａの下面側よりも第１中間反強磁性層２７ａの表面側の方が多く、拡散した貴金属元素の組成比は、第１中間反強磁性層２７ａの表面から下面に向うに従って徐々に減るものと考えられる。このような組成変調は、ＳＩＭＳ分析装置など薄膜の化学組成を分析する装置で確認することが可能である。
【０２３８】
次に、非磁性保護層２７ｂをイオンミリングで削る。非磁性保護層２７ｂは、１Å〜３Åの膜厚で残されるかあるいは全て除去される。
【０２３９】
このイオンミリング工程では、低エネルギーのイオンミリングを使用できる。その理由は、非磁性保護層２７ｂが３Å〜１０Å程度の非常に薄い膜厚で形成されているからである。
【０２４０】
低エネルギーのイオンミリングとは、ビーム電圧（加速電圧）が１０００Ｖ未満のイオンビームを用いたイオンミリングであると定義される。例えば、１５０Ｖ〜５００Ｖのビーム電圧が用いられる。本実施の形態では、２００Ｖの低ビーム電圧のアルゴン（Ａｒ）イオンビームを用いている。
【０２４１】
これに対し、非磁性保護層２７ｂに例えばＴａ膜を使用すると、このＴａ膜自体、大気暴露によって酸化されるので、３０Å〜５０Å程度の厚い膜厚で形成しないと、十分にその下の層を酸化から保護できず、しかもＴａ膜は酸化によって体積が大きくなり、Ｔａ膜の膜厚は約５０Å以上にまで膨れ上がる。
【０２４２】
このような厚い膜厚のＴａ膜をイオンミリングで除くには、高エネルギーのイオンミリングでＴａ膜を除去する必要があり、高エネルギーのイオンミリングを使用すると、Ｔａ膜のみが除去されるようにミリング制御することは非常に難しい。
【０２４３】
従って、Ｔａ膜の下に形成されている第１中間反強磁性層２７ａも深く削られ、第１中間反強磁性層２７ａに、イオンミリング時に使用されるＡｒなどの不活性ガスが露出した第１中間反強磁性層２７ａの表面から内部に入り込んだり、第１中間反強磁性層２７ａの表面部分の結晶構造が壊れ、格子欠陥が発生（Ｍｉｘｉｎｇ効果）する。これらのダメージによって第１中間反強磁性層２７ａの磁気特性が劣化しやすい。また、約５０Å以上の膜厚を有するＴａ膜を低エネルギーのイオンミリングで削ると処理時間がかかりすぎて実用的でなくなる。また、Ｔａは前記貴金属に比べると、成膜時に第１中間反強磁性層２７ａに拡散浸入しやすく、Ｔａ膜のみを削って除去できたとしても、露出した第１中間反強磁性層２７ａ表面には、Ｔａが混入する。Ｔａが混入した第１中間反強磁性層２７ａは、反強磁性特性が劣化する。
【０２４４】
一方、本発明では、低エネルギーのイオンミリングによって非磁性保護層２７ｂを削ることができる。低エネルギーのイオンミリングはミリングレートが遅く、ミリング止め位置のマージンを狭くすることが可能になる。特に、非磁性保護層２７ｂをイオンミリングで除去した瞬間にミリングを止めることも可能になる。従って、第１中間反強磁性層２７ａはイオンミリングによって大きなダメージを受けなくなる。なお、非磁性保護層２７ｂを削るためのイオンミリングの入射角度は、非磁性保護層２７ｂ表面に対する法線方向から３０°〜７０°にすることが好ましい。また、イオンミリングの処理時間は１分〜１０分程である。
【０２４５】
ただし、非磁性保護層２７ｂを完全に除去すると、第１中間反強磁性層２７ａの表面がイオンミリングによって損傷し、反強磁性が低下することがあるので、非磁性保護層２７ｂを１Å〜３Åの膜厚で残す方が好ましい。
【０２４６】
次に、上記低エネルギーのイオンミリング後、真空を破らずに図８工程を施す。図８工程では、第１中間反強磁性層２７ａ、或いは非磁性保護層２７ｂが完全に除去されないときには残された非磁性保護層２７ｂ上に、第２中間反強磁性層２７ｃを真空中で成膜して、第１中間反強磁性層２７ａと第２中間反強磁性層２７ｃを有する反強磁性層２７とし、この反強磁性層２７上に、下から順に第１固定磁性層２８ａと非磁性中間層２８ｂと第２固定磁性層２８ｃからなる固定磁性層２８、非磁性材料層２９、フリー磁性層３０、非磁性材料層３１、及び第２固定磁性層３２ａと非磁性中間層３２ｂと第１固定磁性層３２ｃからなる固定磁性層３２を有する上側多層膜Ｕ、及び反強磁性層３３をスパッタ法により真空中で連続成膜する。成膜には上述したスパッタや蒸着法を使用できる。なお、反強磁性層３３の上層にＴａなどからなる保護層を形成してもよい。
【０２４７】
第２中間反強磁性層２７ｃに使用される材質は、第１中間反強磁性層２７ａに使用される反強磁性材料と同じ組成の反強磁性材料、具体的には上述のＰｔＭｎ合金、Ｘ―Ｍｎ合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′合金を用いて形成されることが好ましい。
【０２４８】
図８では、第１中間反強磁性層２７ａ、残存している非磁性保護層２７ｂ、及び第２中間反強磁性層２７ｃが一体となって反強磁性層２７を構成している。非磁性保護層２７ｂが完全に除去される場合には、第１中間反強磁性層２７ａと第２中間反強磁性層２７ｃが一体となって反強磁性層２７を構成する。
【０２４９】
第１中間反強磁性層２７ａの膜厚と第２中間反強磁性層２７ｃの膜厚を合わせた総合膜厚は８０Å以上で５００Å以下であればよい。例えば１５０Åである。
【０２５０】
また、非磁性保護層２７ｂが残存している場合でも、残存している非磁性保護層２７ｂの膜厚は１Å以上で３Å以下と薄く、また、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈのいずれか１種または２種以上で形成されているので、第１中間反強磁性層２７ａと第２中間反強磁性層２７ｃに反強磁性的な相互作用を生じさせ、第１中間反強磁性層２７ａ、非磁性保護層２７ｂ、第２中間反強磁性層２７ｃが一体の反強磁性層２７として機能することが可能になる。また、非磁性保護層２７ｂの材料が、第１中間反強磁性層２７ａと第２中間反強磁性層２７ｃ中に拡散しても、反強磁性は劣化しない。
【０２５１】
次に上側多層膜Ｕの第１固定磁性層２８ａと反強磁性層２７間及び第１固定磁性層３２ｃと反強磁性層３３間に交換結合磁界を発生させ、第１固定磁性層２８ａ及び第１固定磁性層３２ｃの磁化方向を固定するための第２の磁場中アニールを施す。
【０２５２】
第２の磁場中アニールのときは、方向が図示Ｙ方向（ハイト方向；記録媒体からの洩れ磁界方向）と１８０°異なる方向であり、大きさが固定磁性層２８及び固定磁性層３２の保磁力（Ｈｃ）より大きくスピンスロップ磁界（Ｈｓｆ）より小さい磁界を印加する。具体的には、８（ｋＡ／ｍ）〜２４（ｋＡ／ｍ）であることが好ましい。
【０２５３】
また、第２の磁場中アニール時に、下側多層膜Ｌの固定磁性層２２及び２６の磁化方向の変化を抑えるために、第２の磁場中アニール時の印加磁界の大きさを、反強磁性層２１と第１固定磁性層２２ａ間及び第１中間反強磁性層２７ａと第１固定磁性層２６ｃ間に発生している交換異方性磁界の大きさより小さくする必要がある。
【０２５４】
なお、アニール温度は、反強磁性層３３と第１固定磁性層３２ｃ間及び第２中間反強磁性層２７ｃと第１固定磁性層２８ａ間に交換異方性磁界が発生する温度より高くする。具体的には、２５０℃〜３００℃であることが好ましい。
【０２５５】
また、第２の磁場中アニール時のアニール温度は、下側多層膜Ｌの反強磁性層２１及び反強磁性層２７が各々と接する第１固定磁性層との界面での交換結合磁界を失うブロッキング温度より低くする必要がある。
【０２５６】
第２の磁場中アニール時には、第１固定磁性層２８ａより単位面積当りの磁気モーメントが大きい第２固定磁性層２８ｃ並びに第１固定磁性層３２ｃより単位面積当りの磁気モーメントが大きい第２固定磁性層３２ａの磁化方向が図示Ｙ方向と１８０°異なる方向に向けられる。
【０２５７】
そして、固定磁性層２８の第１固定磁性層２８ａの磁化方向は、ＲＫＫＹ相互作用によって第２固定磁性層２８ｃの磁化方向の反平行方向を向き、固定磁性層３２の第１固定磁性層３２ｃの磁化方向は、ＲＫＫＹ相互作用によって第２固定磁性層３２ａの磁化方向の反平行方向を向く。
【０２５８】
この状態で、反強磁性層２７と第１固定磁性層２８ａ間及び反強磁性層３３と第１固定磁性層３２ｃ間に交換異方性磁界が発生するため、第２の磁場中アニール後、第１固定磁性層２８ａと第１固定磁性層３２ｃの磁化方向は図示Ｙ方向に固定される。
【０２５９】
本実施の形態のように、下側多層膜Ｌの成膜及び第１の磁場中アニールを行った後、上側多層膜Ｕの成膜及び第２の磁場中アニールを施す製造方法を用いると反強磁性層２１、反強磁性層２７、及び反強磁性層３３を、同一の組成比を有する反強磁性材料を用いて形成することができる。
【０２６０】
次に図８に示すように、反強磁性層３３または反強磁性層３３の上層に形成された保護層（図示せず）の上面にレジスト層７０を形成し、このレジスト層７０を露光現像することによって、図８に示す形状のレジスト層７０を残す。レジスト層７０は例えばリフトオフ用のアンダーカット形状を有するレジスト層である。
【０２６１】
次に、レジスト層７０に覆われていない部分を図８の一点鎖線に沿って、イオンミリングによって削る。
【０２６２】
イオンミリング工程終了後、Ａｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂などで形成された絶縁層３４、バイアス下地層３５、ハードバイアス層３６、絶縁層３７、バイアス下地層３８、ハードバイアス層３９、絶縁層４０をレジスト層７０がついた状態で成膜する。なお、ハードバイアス層３６はフリー磁性層２４の側面に対向する位置、ハードバイアス層３９はフリー磁性層３０の側面に対向する位置に形成する。
【０２６３】
次に、レジスト層７０を有機溶剤などを用いたリフトオフで除去する。
さらに、絶縁層４０上から反強磁性層３３のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側端部上にまで、所定の間隔Ｔ１をあけて絶縁層４２をパターン形成する。
【０２６４】
そして絶縁層４２から反強磁性層３３上にかけて第２の電極層４１を形成し、電極層４１の上面に接して、同じくＮｉＦｅなどの軟磁性材料からなる上部シールド層（図示せず）を形成する。ただし、ＮｉＦｅなどの軟磁性材料は導電性を有するので、上部シールド層を直接反強磁性層３３の上面に接するように形成して電極層として機能させてもよい。
【０２６５】
こうして、図１に示されるように、固定磁性層２２の第２固定磁性層２２ｃ、固定磁性層２６の第２固定磁性層２６ａが図示Ｙ方向を向き、固定磁性層２８の第２固定磁性層２８ｃ及び固定磁性層３２の第２固定磁性層３２ａの磁化方向が図示Ｙ方向と１８０°異なる方向に固定される磁気検出素子Ｒが得られる。
【０２６６】
なお、フリー磁性層２４及びフリー磁性層３０の磁化方向はハードバイアス層３６、３９との磁気的結合により、固定磁性層２２、２６、２８、３２の磁化方向と交叉する方向にそろえられている。特に、電気抵抗値の変化（出力）に直接寄与する第２固定磁性層の磁化方向とフリー磁性層の磁化方向の相対角が、検出電流が通電されている状態かつ信号磁界が印加されていない状態で直交することが好ましい。
【０２６７】
フリー磁性層２４、３０及び固定磁性層２２、２６、２８、３２の磁化方向をこのように調節することにより、磁気検出素子Ｒは記録媒体の磁化遷移領域をまたいで移動するときに、パルス信号を直接出力できる磁気検出素子となる。
【０２６８】
このため、従来のように磁気検出素子Ｒからの出力を微分回路に通すことなく信号処理でき、ノイズの重畳を低減でき結果として磁気検出素子ＲのＳ／Ｎ比を大きくすることができる。
【０２６９】
しかも磁気検出素子Ｒは、デュアルスピンバルブ型の上側多層膜Ｕと下側多層膜Ｌが重ねられた構造を有しているので、デュアルスピンバルブ型の多層膜を１つだけ有する磁気検出素子の２倍以上の大きさの出力を得ることができる。特に、後述する実施例では、デュアルスピンバルブ型の多層膜を１つだけ有する磁気検出素子の５倍の大きさの出力を得ることができることが示される。
【０２７０】
なお、図１に示されるように、磁気検出素子Ｒは、第１固定磁性層２２ａ、２６ｃ、２８ａ、３２ｃの膜厚ｔ１、ｔ８、ｔ１１、ｔ１８が全て等しくｔ１＝ｔ８＝ｔ１１＝ｔ１８となるように成膜形成されている。また、第２固定磁性層２２ｃ、２６ａ、２８ｃ、３２ａの膜厚ｔ２、ｔ７、ｔ１２、ｔ１７の膜厚は全て等しくｔ２＝ｔ７＝ｔ１２＝ｔ１７となるようにされている。さらに、非磁性中間層２２ｂ、２６ｂ、２８ｂ、３２ｃの膜厚ｔ３、ｔ９、ｔ１３、ｔ１９の膜厚は全て等しくｔ３＝ｔ９＝ｔ１３＝ｔ１９となるようにされている。
【０２７１】
従って、４つの固定磁性層２２、２６、２８、３２の膜厚は全て等しくなっている。
【０２７２】
さらに、下側多層膜Ｌを構成しているフリー磁性層２４の膜厚ｔ５と上側多層膜Ｕを構成しているフリー磁性層３０の膜厚ｔ１５も等しく形成され、ｔ５＝ｔ１５である。また、４つの非磁性材料層２３、２５、２９、３１の膜厚ｔ４、ｔ６、ｔ１４、ｔ１６の膜厚も全て等しく形成され、ｔ４＝ｔ６＝ｔ１４＝ｔ１６である。
【０２７３】
これらの層の膜厚は各層の成膜時に調節できる。
また、３つの反強磁性層２１、２７、３３の膜厚ｔ０、ｔ１０、ｔ２０も全て等しく形成され、ｔ０＝ｔ１０＝ｔ２０である。
【０２７４】
固定磁性層２２、２６、２８、３２、フリー磁性層２４、３０、非磁性材料層２３、２５、２９、３１、反強磁性層２１、２７、３３の膜厚を上記のごとく調節すると、上側多層膜Ｕ及び下側多層膜Ｌの電気抵抗値や磁気抵抗変化率が等しくなり、上側多層膜Ｕ及び下側多層膜Ｌに同じ方向の漏れ磁界が与えられたとき（図２の状態ＡまたはＣ）に、上側多層膜Ｕ及び下側多層膜が互いの電圧変化を正確にキャンセルしあうことになるので、図２に示される出力曲線Ｏ１のようにパルス信号を出力していないときの一定電圧出力時の電圧出力Ｚ１、Ｚ２を正確にゼロレベルにあわせることが容易になる。
【０２７５】
なお、図１に示された磁気検出素子Ｒの線記録分解能は、フリー磁性層２４とフリー磁性層３０間の距離で決まる。図１に示された磁気検出素子は、フリー磁性層２４とフリー磁性層３０間の距離が２００Å〜３００Åとなるように成膜形成されている。
【０２７６】
次に、図３に示された磁気検出素子Ｒ１の製造方法を説明する。図９及び図１０は、図３に示される磁気検出素子Ｒ１の製造方法の実施の形態を示す工程図であり、製造過程にある磁気検出素子Ｒ１を記録媒体との対向面側からみた断面図である。
【０２７７】
まず、図示しない基板上に、下部シールド層（図示せず）及び電極層２０を成膜する。なお下部シールド層が電極層２０を兼用するものであってもよい。
【０２７８】
さらに、図９に示すごとく、下から順に反強磁性層２１、第１固定磁性層２２ａと非磁性中間層２２ｂと第２固定磁性層２２ｃからなる固定磁性層２２、非磁性材料層２３、フリー磁性層２４、非磁性材料層２５、及び第２固定磁性層２６ａと非磁性中間層２６ｂと第１固定磁性層２６ｃからなる固定磁性層２６が積層された下側多層膜Ｌ並びに反強磁性層５１、分離層５３、硬磁性層５０、及び分離層５４をスパッタ法を用いて真空中で連続成膜する。
【０２７９】
スバッタ法としては、例えばマグネトロンスパッタ、ＲＦ２極スパッタ、ＲＦ３極スパッタ、イオンビームスパッタ、対向ターゲット式スパッタ等の既存するスパッタ装置を用いたスパッタ法によって形成することができる。また本発明では、スパッタ法や蒸着法の他に、ＭＢＥ（モレキュラー−ビーム−エピタキシー）法、ＩＣＢ（イオン−クラスター−ビーム）法などの成膜プロセスが使用可能である。
【０２８０】
なお、図９及び図１０において、図３と同じ符号がつけられた層は、同じ材料同じ膜厚で形成されている。
【０２８１】
なお、反強磁性層５１は反強磁性層２１と同じ組成の材料で形成される。
具体的には、反強磁性層５１を、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１または２種以上の元素である）合金で形成する。
【０２８２】
硬磁性層５０はＣｏＰｔなどの硬磁性材料からなり、いわゆるインスタックバイアス層として機能するものである。
【０２８３】
分離層５３、５４は、反強磁性層５１と硬磁性層５０間及び図１０工程で形成される反強磁性層５２と硬磁性層５０間に交換結合磁界が発生することを抑えるためのものであり、非磁性導電性材料で形成される。特に分離層５４はＮｉＦｅ合金、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｙ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）、Ｃｒなどを用いて形成し、反強磁性層５２のシードレイヤとして機能させることが好ましい。なお、図９工程では、分離層５３も分離層５４と同じ材料を用いて形成している。ただし、分離層５３は硬磁性層５０の保磁力や角型比を高めるために、Ｃｒ、Ｗなどのｂｃｃ（体心立方）構造を有する金属を｛１００｝配向させて用いることが好ましい。
【０２８４】
図９に示すように基板上に電極層２０から分離層５４までの各層を積層した後、第１の磁場中アニールを施す。
【０２８５】
ここで、第１の磁場中アニールの磁界の大きさの条件について説明する。
第１の磁場中アニールのときは、方向が図示Ｙ方向（ハイト方向；記録媒体からの洩れ磁界方向）と１８０°異なる方向であり、大きさが固定磁性層２２及び固定磁性層２６の飽和磁界（Ｈｓ）より大きい磁界を印加している。具体的には、８００（ｋＡ／ｍ）以上であることが好ましい。
【０２８６】
従って第１の磁場中アニール時には、固定磁性層２２の第１固定磁性層２２ａ、第２固定磁性層２２ｃ並びに固定磁性層２６の第１固定磁性層２６ｃ、第２固定磁性層２６ａは、全て図示Ｙ方向と１８０°異なる方向に向けられる。
【０２８７】
あるいは、アニール時の磁界の大きさを図１１の領域Ａとなるように適度に弱く（例えば８（ｋＡ／ｍ）〜２４（ｋＡ／ｍ））してもよい。この場合、第１固定磁性層２２ａと第２固定磁性層２２ｃの磁化方向が反平行の状態で、また固定磁性層２６の第１固定磁性層２６ｃと第２固定磁性層２６ａの磁化方向も反平行の状態でアニールされる。そして、第２固定磁性層２２ｃ、第２固定磁性層２６ａの磁化方向はアニール磁場の方向を向いた状態、第１固定磁性層２２ａ、第１固定磁性層２６ｃの磁化方向はアニール磁場の方向と１８０°異なる方向を向いた状態で固定される。従って、アニール磁場の方向を図示Ｙ方向とすれば上記と同様の固定磁性層２２及び固定磁性層２６の磁化状態になる。
【０２８８】
なお、アニール温度は、反強磁性層２１と第１固定磁性層２２ａ間及び第１反強磁性層２７ａと第１固定磁性層２６ｃ間に交換異方性磁界が発生する温度より高くしている。具体的には、２５０℃〜３００℃であることが好ましい。
【０２８９】
従って第１の磁場中アニール時には、固定磁性層２２の第１固定磁性層２２ａ、第２固定磁性層２２ｃ並びに固定磁性層２６の第１固定磁性層２６ｃ、第２固定磁性層２６ａは、全て図示Ｙ方向と１８０°異なる方向に向けられる。
【０２９０】
この状態で、反強磁性層２１と第１固定磁性層２２ａ間及び反強磁性層２７ａと第１固定磁性層２６ｃ間に交換異方性磁界が発生するため、第１の磁場中アニール後、第１固定磁性層２２ａと第１固定磁性層２６ｃの磁化方向は図示Ｙ方向と１８０°異なる方向に固定される。
【０２９１】
なお、反強磁性層２１及び反強磁性層５１の膜厚は８０Å〜３００Å、例えば１５０Åである。
【０２９２】
そして、固定磁性層２２の第２固定磁性層２２ｃの磁化方向は、ＲＫＫＹ相互作用によって第１固定磁性層２２ａの磁化方向の反平行方向を向き、固定磁性層２６の第２固定磁性層２６ａの磁化方向は、ＲＫＫＹ相互作用によって第１固定磁性層２６ｃの磁化方向の反平行方向を向く。
【０２９３】
次に、分離層５４の表面をイオンミリングで削って表面の酸化膜を除去する。次に図１０工程を施す。図１０工程では、除去されずに残された分離層５４上に図９工程で用いたのと同じ材料を積層して分離層５４の膜厚を増加させ、さらに連続して反強磁性層５２、第１固定磁性層２８ａと非磁性中間層２８ｂと第２固定磁性層２８ｃからなる固定磁性層２８、非磁性材料層２９、フリー磁性層３０、非磁性材料層３１、及び第２固定磁性層３２ａと非磁性中間層３２ｂと第１固定磁性層３２ｃからなる固定磁性層３２を有する上側多層膜Ｕ、及び反強磁性層３３をスパッタ法により真空中で成膜する。成膜には上述したスパッタや蒸着法を使用できる。なお、反強磁性層３３の上層にＴａなどからなる保護層を形成してもよい。
【０２９４】
反強磁性層５２に使用される材質は、反強磁性層５１に使用される反強磁性材料と同じ組成の反強磁性材料、具体的には上述のＰｔＭｎ合金、Ｘ―Ｍｎ合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′合金を用いて形成されることが好ましい。
【０２９５】
反強磁性層５２の膜厚は、８０Å以上で５００Å以下であればよい。例えば１５０Åである。
【０２９６】
次に上側多層膜Ｕの第１固定磁性層２８ａと反強磁性層５２間及び第１固定磁性層３２ｃと反強磁性層３３間に交換結合磁界を発生させ、第１固定磁性層２８ａ及び第１固定磁性層３２ｃの磁化方向を固定するための第２の磁場中アニールを施す。
【０２９７】
第２の磁場中アニールのときは、方向が図示Ｙ方向（ハイト方向；記録媒体からの洩れ磁界方向）と１８０°異なる方向であり、大きさが固定磁性層２８及び固定磁性層３２の保磁力（Ｈｃ）より大きくスピンスロップ磁界（Ｈｓｆ）より小さい磁界を印加する。具体的には、８（ｋＡ／ｍ）〜２４（ｋＡ／ｍ）であることが好ましい。
【０２９８】
また、第２の磁場中アニール時に、下側多層膜Ｌの固定磁性層２２及び２６の磁化方向の変化を抑えるために、第２の磁場中アニール時の印加磁界の大きさを、反強磁性層２１と第１固定磁性層２２ａ間及び反強磁性層５１と第１固定磁性層２６ｃ間に発生している交換異方性磁界の大きさより小さくする必要がある。
【０２９９】
なお、アニール温度は、反強磁性層５２と第１固定磁性層２８ａ間及び反強磁性層３３と第１固定磁性層３２ｃ間に交換異方性磁界が発生する温度より高くする。具体的には、２５０℃〜３００℃であることが好ましい。
【０３００】
また、第２の磁場中アニール時のアニール温度は、下側多層膜Ｌの反強磁性層２１及び反強磁性層５１が各々と接する第１固定磁性層との界面での交換結合磁界を失うブロッキング温度より低くする必要がある。
【０３０１】
第２の磁場中アニール時には、第１固定磁性層２８ａより単位面積当りの磁気モーメントが大きい第２固定磁性層２８ｃ並びに第１固定磁性層３２ｃより単位面積当りの磁気モーメントが大きい第２固定磁性層３２ａの磁化方向が図示Ｙ方向と１８０°異なる方向に向けられる。
【０３０２】
そして、固定磁性層２８の第１固定磁性層２８ａの磁化方向は、ＲＫＫＹ相互作用によって第２固定磁性層２８ｃの磁化方向の反平行方向を向き、固定磁性層３２の第１固定磁性層３２ｃの磁化方向は、ＲＫＫＹ相互作用によって第２固定磁性層３２ａの磁化方向の反平行方向を向く。
【０３０３】
この状態で、反強磁性層５２と第１固定磁性層２８ａ間及び反強磁性層３３と第１固定磁性層３２ｃ間に交換異方性磁界が発生するため、第２の磁場中アニール後、第１固定磁性層２８ａと第１固定磁性層３２ｃの磁化方向は図示Ｙ方向に固定される。
【０３０４】
本実施の形態のように、下側多層膜Ｌの成膜及び第１の磁場中アニールを行った後、上側多層膜Ｕの成膜及び第２の磁場中アニールを施す製造方法を用いると反強磁性層２１、反強磁性層５１、反強磁性層５２、及び反強磁性層３３を、同一の組成比を有する反強磁性材料を用いて形成することができる。
【０３０５】
また、図９では硬磁性層５０を成膜してから第１の磁場中アニールを行った。ただし、分離層５３を途中まで成膜した後に第１の磁磁中アニールを施し、イオンミリングを行わずに、残りの分離層５３を付けたし、硬磁性層５０、分離層５４を成膜した後、図１０工程を行ってもよい。
【０３０６】
第１のアニール後に、硬磁性層５０を成膜すると、多層膜Ｌの｛１１１｝配向の影響を受けて硬磁性層５０のｃ軸が膜面と垂直方向に向いて保磁力や角型比が低下してしまうことを抑えることができる。
【０３０７】
次に図１０に示すように、反強磁性層３３または反強磁性層３３の上層に形成された保護層（図示せず）の上面にレジスト層７１を形成し、このレジスト層７１を露光現像することによって、図１０に示す形状のレジスト層７１を残す。レジスト層７１は例えばリフトオフ用のアンダーカット形状を有するレジスト層である。
【０３０８】
次に、レジスト層７１に覆われていない部分を図１０の一点鎖線に沿って、イオンミリングによって削る。
【０３０９】
イオンミリング工程終了後、Ａｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂などで形成された絶縁層５５を形成する。
【０３１０】
次に、レジスト層７１を有機溶剤などを用いたリフトオフで除去する。
さらに、絶縁層５５上から反強磁性層３３のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側端部上にまで、所定の間隔Ｔ１をあけて絶縁層４２をパターン形成する。
【０３１１】
そして絶縁層４２から反強磁性層３３上にかけて第２の電極層４１を形成し、電極層４１の上面に接して、同じくＮｉＦｅなどの軟磁性材料からなる上部シールド層（図示せず）を形成する。ただし、ＮｉＦｅなどの軟磁性材料は導電性を有するので、上部シールド層を直接反強磁性層３３の上面に接するように形成して電極層として機能させてもよい。
【０３１２】
こうして、図３に示されるように、固定磁性層２２の第２固定磁性層２２ｃ、固定磁性層２６の第２固定磁性層２６ａが図示Ｙ方向を向き、固定磁性層２８の第２固定磁性層２８ｃ及び固定磁性層３２の第２固定磁性層３２ａの磁化方向が図示Ｙ方向と１８０°異なる方向に固定される磁気検出素子Ｒ１が得られる。
【０３１３】
なお、フリー磁性層２４及びフリー磁性層３０の磁化方向はインスタックバイアス層として機能する硬磁性層５０との静磁気的結合により、固定磁性層２２、２６、２８、３２の磁化方向と交叉する方向にそろえられている。特に、電気抵抗値の変化（出力）に直接寄与する第２固定磁性層の磁化方向とフリー磁性層の磁化方向の相対角が、検出電流が通電されている状態かつ信号磁界が印加されていない状態で直交することが好ましい。
【０３１４】
フリー磁性層２４、３０及び固定磁性層２２、２６、２８、３２の磁化方向をこのように調節することにより、磁気検出素子Ｒ１は記録媒体の磁化遷移領域をまたいで移動するときに、パルス信号を直接出力できる磁気検出素子となる。
【０３１５】
このため、従来のように磁気検出素子からの出力を微分回路に通すことなく信号処理でき、ノイズの重畳を低減でき結果として磁気検出素子Ｒ１のＳ／Ｎ比を大きくすることができる。
【０３１６】
しかも磁気検出素子Ｒ１は、デュアルスピンバルブ型の上側多層膜Ｕと下側多層膜Ｌが重ねられた構造を有しているので、デュアルスピンバルブ型の多層膜を１つだけ有する磁気検出素子の２倍以上の大きさの出力を得ることができる。特に、後述する実施例では、デュアルスピンバルブ型の多層膜を１つだけ有する磁気検出素子の５倍の大きさの出力を得ることができることが示される。
【０３１７】
また、固定磁性層２２、２６、２８、３２、フリー磁性層２４、３０、非磁性材料層２３、２５、２９、３１、反強磁性層２１、３３の膜厚も、図１に示される磁気検出素子Ｒと同様に調節されている。さらに、反強磁性層５１と反強磁性層５２の膜厚は等しくされ、分離層５３と分離層５４の膜厚も等しくされている。
【０３１８】
各層の膜厚を調節し、硬磁性層５０によりフリー磁性層２４及びフリー磁性層３０に均等な大きさの縦バイアス磁界を供給することにより、磁気検出素子Ｒ１でも、上側多層膜Ｕ及び下側多層膜Ｌの電気抵抗値や磁気抵抗変化率を等しくでき、上側多層膜Ｕ及び下側多層膜Ｌに同じ方向の漏れ磁界が与えられたとき（図２の状態ＡまたはＣ）に、上側多層膜Ｕ及び下側多層膜が互いの電圧変化を正確にキャンセルしあうようにできる。
【０３１９】
したがって、磁気検出素子Ｒ１がパルス信号を出力していないときの一定電圧出力時の電圧出力を正確にゼロレベルにあわせることが容易になる。
【０３２０】
なお、図３に示された磁気検出素子Ｒ１の線記録分解能は、フリー磁性層２４とフリー磁性層３０間の距離で決まる。図３に示された磁気検出素子は、フリー磁性層２４とフリー磁性層３０間の距離が２００Å〜５００Åとなるように成膜形成されている。
【０３２１】
次に、図５に示された磁気検出素子の製造方法を説明する。
まず、図示しない基板上に、下部シールド層（図示せず）及び電極層２０を成膜する。なお下部シールド層が電極層２０を兼用するものであってもよい。
【０３２２】
さらに、下から順に反強磁性層２１、第１固定磁性層２２ａと非磁性中間層２２ｂと第２固定磁性層２２ｃからなる固定磁性層２２、非磁性材料層２３、フリー磁性層２４、非磁性材料層２５、及び第２固定磁性層２６ａと非磁性中間層２６ｂと第１固定磁性層２６ｃからなる固定磁性層２６が積層された下側多層膜Ｌ、反強磁性層２７、第１固定磁性層２８ａと非磁性中間層２８ｂと第２固定磁性層２８ｃからなる固定磁性層２８、非磁性材料層２９、フリー磁性層３０、非磁性材料層３１、及び第２固定磁性層３２ａと非磁性中間層３２ｂと第１固定磁性層３２ｃからなる固定磁性層３２を有する上側多層膜Ｕ、及び反強磁性層３３をスパッタ法により真空中で連続成膜する。なお、反強磁性層３３の上層にＴａなどからなる保護層を形成してもよい。
【０３２３】
スバッタ法としては、例えばマグネトロンスパッタ、ＲＦ２極スパッタ、ＲＦ３極スパッタ、イオンビームスパッタ、対向ターゲット式スパッタ等の既存するスパッタ装置を用いたスパッタ法によって形成することができる。また本発明では、スパッタ法や蒸着法の他に、ＭＢＥ（モレキュラー−ビーム−エピタキシー）法、ＩＣＢ（イオン−クラスター−ビーム）法などの成膜プロセスが使用可能である。
【０３２４】
反強磁性層２１から反強磁性層３３までを連続成膜するときに、下側多層膜Ｌの第１固定磁性層２２ａ、２６ｃの膜厚ｔ２１、ｔ２４を第２固定磁性層２２ｃ、２６ａの膜厚ｔ２２、２３より小さくする。すなわち、ｔ２１＜ｔ２２、ｔ２４＜ｔ２３にする。
【０３２５】
また、上側多層膜Ｕの、第１固定磁性層２８ａ、３２ｃの膜厚ｔ２５、ｔ２８を、第２固定磁性層２８ｃ、３２ａの膜厚ｔ２６、ｔ２７より大きくする。すなわち、ｔ２５＞ｔ２６、ｔ２８＞ｔ２７にする。
【０３２６】
また、第１固定磁性層２２ａ、２６ｃ、第２固定磁性層２２ｃ、２６ａ、第１固定磁性層２８ａ、３２ｃ、第２固定磁性層２８ｃ、３２ａは全て同じ組成比の磁性材料を用いて形成されている。
【０３２７】
次に、反強磁性層２１、下側多層膜Ｌ、反強磁性層２７、上側多層膜Ｕ、及び反強磁性層３３の積層体を、固定磁性層２２、２６、２８、３２の保磁力より大きく、スピンフロップ磁界よりも小さい、図示Ｙ方向の磁場中でアニールする。アニール時の磁界の大きさは、具体的には、８（ｋＡ／ｍ）〜２４（ｋＡ／ｍ）であることが好ましい。
【０３２８】
なお、アニール温度は、反強磁性層２１と第１固定磁性層２２ａ間及び反強磁性層２７と第１固定磁性層２６ｃ並びに反強磁性層２７と第１固定磁性層２８ａ間及び反強磁性層３３と第１固定磁性層３２ｃ間に交換異方性磁界が発生する温度より高くしている。具体的には、２５０℃〜３００℃であることが好ましい。
【０３２９】
固定磁性層２２、２６、２８、３２の保磁力より大きく、スピンフロップ磁界よりも小さい磁場中でアニールすると、まず第１固定磁性層２２ａより単位面積当りの磁気モーメントが大きい第２固定磁性層２２ｃ並びに第１固定磁性層２６ｃより単位面積当りの磁気モーメントが大きい第２固定磁性層２６ａの磁化方向が図示Ｙ方向に向けられる。さらに、第２固定磁性層２８ｃより単位面積当りの磁気モーメントが大きい第１固定磁性層２８ａ並びに第２固定磁性層３２ａより単位面積当りの磁気モーメントが大きい第１固定磁性層３２ｃの磁化方向が図示Ｙ方向に向けられる。
【０３３０】
そして、第１固定磁性層２２ａの磁化方向は、ＲＫＫＹ相互作用によって第２固定磁性層２２ｃの磁化方向の反平行方向を向き、第１固定磁性層２６ｃの磁化方向は、ＲＫＫＹ相互作用によって第２固定磁性層２６ａの磁化方向の反平行方向を向く。さらに、第２固定磁性層２８ｃの磁化方向は、ＲＫＫＹ相互作用によって第１固定磁性層２８ａの磁化方向の反平行方向を向き、第２固定磁性層３２ａの磁化方向は、ＲＫＫＹ相互作用によって第１固定磁性層３２ｃの磁化方向の反平行方向を向く。
【０３３１】
この状態で、反強磁性層２１と第１固定磁性層２２ａ間及び反強磁性層２７と第１固定磁性層２６ｃ並びに反強磁性層２７と第１固定磁性層２８ａ間及び反強磁性層３３と第１固定磁性層３２ｃ間に交換異方性磁界が発生するため、磁場中アニール後、第１固定磁性層２２ａと第１固定磁性層２６ｃの磁化方向は図示Ｙ方向と１８０°異なる方向に固定され、第１固定磁性層２８ａと第１固定磁性層３２ｃの磁化方向は図示Ｙ方向に固定される。
【０３３２】
さらに、反強磁性層２１から反強磁性層３３まで積層された積層体をレジストによるマスキング及びイオンミリングによって台形状に加工し、絶縁層３４、バイアス下地層３５、ハードバイアス層３６、絶縁層３７、バイアス下地層３８、ハードバイアス層３９、絶縁層４０を成膜する。なお、ハードバイアス層３６はフリー磁性層２４の側面に対向する位置、ハードバイアス層３９はフリー磁性層３０の側面に対向する位置に形成する。
【０３３３】
さらに、絶縁層４０上から反強磁性層３３のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側端部上にまで、所定の間隔Ｔ１をあけて絶縁層４２をパターン形成する。
【０３３４】
そして絶縁層４２から反強磁性層３３上にかけて第２の電極層４１を形成し、電極層４１の上面に接して、同じくＮｉＦｅなどの軟磁性材料からなる上部シールド層（図示せず）を形成する。ただし、ＮｉＦｅなどの軟磁性材料は導電性を有するので、上部シールド層を直接反強磁性層３３の上面に接するように形成して電極層として機能させてもよい。
【０３３５】
こうして、図５に示されるように、固定磁性層２２の第２固定磁性層２２ｃ、固定磁性層２６の第２固定磁性層２６ａが図示Ｙ方向を向き、固定磁性層２８の第２固定磁性層２８ｃ及び固定磁性層３２の第２固定磁性層３２ａの磁化方向が図示Ｙ方向と１８０°異なる方向に固定される磁気検出素子Ｒ３が得られる。
【０３３６】
なお、フリー磁性層２４及びフリー磁性層３０の磁化方向はハードバイアス層３６、３９との磁気的結合により、固定磁性層２２、２６、２８、３２の磁化方向と交叉する方向にそろえられている。特に、電気抵抗値の変化（出力）に直接寄与する第２固定磁性層の磁化方向とフリー磁性層の磁化方向の相対角が、検出電流が通電されている状態かつ信号磁界が印加されていない状態で直交することが好ましい。
【０３３７】
フリー磁性層２４、３０及び固定磁性層２２、２６、２８、３２の磁化方向をこのように調節することにより、磁気検出素子Ｒ３は記録媒体の磁化遷移領域をまたいで移動するときに、パルス信号を直接出力できる磁気検出素子となる。
【０３３８】
このため、従来のように磁気検出素子からの出力を微分回路に通すことなく信号処理でき、ノイズの重畳を低減でき結果として磁気検出素子ＲのＳ／Ｎ比を大きくすることができる。
【０３３９】
しかも磁気検出素子Ｒ３は、デュアルスピンバルブ型の上側多層膜Ｕと下側多層膜Ｌが重ねられた構造を有しているので、デュアルスピンバルブ型の多層膜を１つだけ有する磁気検出素子の２倍以上の大きさの出力を得ることができる。特に、後述する実施例では、デュアルスピンバルブ型の多層膜を１つだけ有する磁気検出素子の５倍の大きさの出力を得ることができることが示される。
【０３４０】
また、反強磁性層２１から反強磁性層３３まで、真空中で連続成膜することができるため、磁気検出素子中に大気中の不純物が混入することを避けることができる。
【０３４１】
また本発明では、前記磁気検出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。このとき、前記磁気検出素子の上側に形成されたシールド層（上部シールド層）は、前記インダクティブヘッドの下部コア層として兼用されてもよい。
【０３４２】
また本発明では、多層膜をトンネル型磁気抵抗効果型素子と呼ばれる磁気検出素子とすることもできる。トンネル型磁気抵抗効果型素子では、非磁性材料層がＡｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂などの絶縁材料で形成される。
【０３４３】
なお本発明における磁気検出素子は、ハードディスク装置に搭載される薄膜磁気ヘッドにのみ使用可能なものではなく、テープ用磁気ヘッドや磁気センサなどにも使用可能なものである。
【０３４４】
以上本発明をその好ましい実施例に関して述べたが、本発明の範囲から逸脱しない範囲で様々な変更を加えることができる。
【０３４５】
【実施例】
図１に示される磁気検出素子Ｒ、デュアルスピンバルブ型のＣＰＰ型磁気検出素子及びシングルスピンバルブ型のＣＰＰ型磁気検出素子の、膜面平行方向（Ｘ−Ｙ平面方向）の断面積Ａと磁気抵抗変化ΔＲの関係を調べた。
【０３４６】
磁気検出素子Ｒの膜構成は、下部電極／（Ｎｉ_0.8Ｆｅ_0.2）₆₀Ｃｒ₄₀（５５Å）／Ｐｔ₅₀Ｍｎ₅₀（１７０Å）／Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀（３５Å）／Ｒｕ（９Å）／Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀（４０Å）／Ｃｕ（３０Å）／Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀（８０Å）／Ｃｕ（３０Å）／Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀（４０Å）／Ｒｕ（９Å）／Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀（３５Å）／Ｐｔ₅₀Ｍｎ₅₀（１７０Å）／Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀（３５Å）／Ｒｕ（９Å）／Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀（４０Å）／Ｃｕ（３０Å）／Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀（８０Å）／Ｃｕ（３０Å）／Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀（４０Å）／Ｒｕ（９Å）／Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀（３５Å）／Ｐｔ₅₀Ｍｎ₅₀（１７０Å）／上部電極である。
【０３４７】
また、デュアルスピンバルブ型のＣＰＰ型磁気検出素子の膜構成は、下部電極／（Ｎｉ_0.8Ｆｅ_0.2）₆₀Ｃｒ₄₀（５５Å）／Ｐｔ₅₀Ｍｎ₅₀（１７０Å）／Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀（３５Å）／Ｒｕ（９Å）／Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀（４０Å）／Ｃｕ（３０Å）／Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀（８０Å）／Ｃｕ（３０Å）／Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀（４０Å）／Ｒｕ（９Å）／Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀（３５Å）／Ｐｔ₅₀Ｍｎ₅₀（１７０Å）／上部電極である。
【０３４８】
さらに、シングルスピンバルブ型のＣＰＰ型磁気検出素子の膜構成は、下部電極／（Ｎｉ_0.8Ｆｅ_0.2）₆₀Ｃｒ₄₀（５５Å）／Ｐｔ₅₀Ｍｎ₅₀（１７０Å）／Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀（３５Å）／Ｒｕ（９Å）／Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀（４０Å）／Ｃｕ（３０Å）／Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀（８０Å）／上部電極である。
【０３４９】
これらの膜構成を有する磁気検出素子の膜面平行方向（Ｘ−Ｙ平面方向）の断面積Ａを変化させつつ、膜面垂直方向に定電流密度のセンス電流を流して磁気抵抗変化ΔＲを測定した。結果を図１２に示す。
【０３５０】
なお、本実施例では、上記ＣＰＰ型磁気検出素子に外部から一様磁界を印加してフリー磁性層を磁界方向に飽和させたときのＦｕｌｌ−ｌｏｏｐでの磁気抵抗変化ΔＲをプロットしている。従って、磁気検出素子Ｒについては、フリー磁性層２４、３０の磁化がともに同じ方向に向けられたときに磁気抵抗変化するように、上側多層膜Ｕの第２固定磁性層２８ｃ、３２ａと下側多層膜Ｌの第２固定磁性層２２ｃ、２６ａの磁化方向を全て同じ方向に向けている。
【０３５１】
図１２のグラフから、断面積Ａが同じとき、磁気検出素子Ｒの磁気抵抗変化ΔＲは、デュアルスピンバルブ型のＣＰＰ型磁気検出素子の磁気抵抗変化ΔＲの５倍であり、またシングルスピンバルブ型のＣＰＰ型磁気検出素子の磁気抵抗変化ΔＲの２５倍であることがわかる。
【０３５２】
それぞれの磁気検出素子に流されるセンス電流の電流密度は同じなので、磁気検出素子Ｒは、デュアルスピンバルブ型のＣＰＰ型磁気検出素子の５倍の電圧変化をし、またシングルスピンバルブ型のＣＰＰ型磁気検出素子の２５倍の電圧変化をすることになる。
【０３５３】
なお、上述した実施例はあくまでも例示であり、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。
【０３５４】
【発明の効果】
以上詳細に説明した本発明の磁気検出素子は、下から順に固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層が積層された多層膜が２つ設けられ、さらに前記反強磁性層は、２つの前記多層膜の間と、下側に位置する前記多層膜の下面と上側に位置する前記多層膜の上面とに設けられているものである。
【０３５５】
すなわち、本発明の磁気検出素子はいわゆるデュアルスピンバルブ型の磁気検出素子が２つ重ねられた構造を有しており、しかも、各層の膜面と垂直方向に電流が流れる、ＣＰＰ（current perpendicular to the plane）磁気検出素子である。
【０３５６】
さらに、互いに異なるフリー磁性層に対向している２つの前記固定磁性層の磁化方向は反平行方向である。
【０３５７】
これらの構成を有することにより、本発明の磁気検出素子は、記録媒体の磁化遷移領域をまたいで移動するときにパルス信号を出力できる。特に、面垂直方向に磁化される垂直磁気記録式の記録媒体からの洩れ磁界信号を再生するときに、本発明の磁気検出素子であればパルス信号を直に出力することができる。
【０３５８】
しかも本発明では、デュアルスピンバルブ型の磁気検出素子が２つ重ねられた構造を有しているので、出力を向上させることができる。
【０３５９】
また、本発明では、４つ全ての前記固定磁性層をシンセティックフェリ型の固定磁性層とすることができる。シンセティックフェリ型の固定磁性層は、第１固定磁性層と第２固定磁性層とが互いに他方の磁化方向を固定しあうので、全体として固定磁性層の磁化方向を一定方向に強力に固定することができる。
【０３６０】
さらに、本発明では、前記固定磁性層を４つとも全て同じ膜厚で形成することができる。特に、全ての固定磁性層がシンセティックフェリ型の固定磁性層として形成されるときにも、各固定磁性層を構成している前記第１固定磁性層が全て同じ膜厚で形成でき、かつ前記第２固定磁性層も全て同じ膜厚で形成することができる。
【０３６１】
本発明では、２つの多層膜を、それぞれ等しい膜厚の前記固定磁性層、前記フリー磁性層、前記非磁性材料層、及び前記反強磁性層によって形成することができるので、２つの多層膜の電気抵抗値や磁気抵抗変化率を等しくでき、パルス信号を出力していないときの一定電圧出力時の電圧出力を正確にゼロレベルにあわせることが容易になる。
【０３６２】
また、本発明では、固定磁性層の膜厚を制御したり、磁場中アニールの条件を制御することにより、互いに異なるフリー磁性層に対向している２つの前記固定磁性層の磁化方向を反平行方向にした磁気検出素子を形成することができる。
【０３６３】
特に、本発明では、全ての固定磁性層をシンセティックフェリ型の固定磁性層にしても、互いに異なるフリー磁性層に対向している２つの第２固定磁性層の磁化方向を反平行方向にした磁気検出素子を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図２】図１に示される磁気検出素子が垂直磁気記録式の記録媒体に記録された信号を再生している状態を示す模式図、
【図３】本発明の第２の実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図４】図３に示される磁気検出素子から上側多層膜Ｕと下側多層膜Ｌの間の反強磁性層５１、５２、固定磁性層２６、２８、及び非磁性材料層２５，２９を除いた磁気検出素子の断面図、
【図５】本発明の第３の実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図６】本発明の第４の実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図７】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図８】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図９】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図１０】本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す一工程図、
【図１１】シンセティックフェリ状態の積層磁性層の磁化状態と外部磁界との関係を示すグラフ、
【図１２】磁気検出素子の素子サイズと磁気抵抗変化との関係を示すグラフ、
【図１３】従来の磁気検出素子を示す模式図、
【図１４】磁気検出素子Ｓが領域Ｍａから領域Ｍｂの記録磁界を検出したときの、磁気検出素子Ｓの出力信号波形、
【符号の説明】
２０、４１ 電極層
２１、２７、３３ 反強磁性層
２２、２６、２８、３２ 固定磁性層
２２ａ、２６ｃ、２８ａ、３２ｃ 第１固定磁性層
２２ｃ、２６ａ、２８ｃ、３２ａ 第２固定磁性層
２２ｂ、２６ｂ、２８ｂ、３２ｂ 非磁性中間層
２４、３０ フリー磁性層
２３、２５、２９、３１ 非磁性材料層
３６、３９ ハードバイアス層
５０ 硬磁性層

Claims (23)

1. 反強磁性層と、前記反強磁性層との間で発生する交換結合磁界によって磁化方向が一定にされる固定磁性層と、非磁性材料層とフリー磁性層とを有し、各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子であり、
   下から順に固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層が積層された多層膜が２つ設けられ、
   前記反強磁性層は、２つの前記多層膜の間と、下側に位置する前記多層膜の下面と上側に位置する前記多層膜の上面に設けられており、
   下側多層膜に設けられる２つの前記固定磁性層の磁化方向は共に同一方向で、上側多層膜に設けられる２つの前記固定磁性層の磁化方向は共に同一方向で、前記下側多層膜の前記固定磁性層の磁化方向と、前記上側多層膜の前記固定磁性層の磁化方向は反平行であることを特徴とする磁気検出素子。
2. 前記固定磁性層は４つとも全て同じ膜厚で形成されている請求項１記載の磁気検出素子。
3. 前記固定磁性層は４つ全てが、単位面積当りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ；飽和磁化と膜厚の積）が異なる第１固定磁性層と第２固定磁性層が非磁性中間層を介して積層されたシンセティックフェリ型の固定磁性層であり、各固定磁性層の前記第２固定磁性層は、前記フリー磁性層に対向し、前記第１固定磁性層は前記反強磁性層と接し、
   前記下側多層膜に設けられる２つの前記第２固定磁性層の磁化方向は共に同一方向で、前記上側多層膜に設けられる２つの前記第２固定磁性層の磁化方向は共に同一方向で、前記下側多層膜の前記第２固定磁性層の磁化方向と、前記上側多層膜の前記第固定磁性層の磁化方向は反平行である請求項１または２記載の磁気検出素子。
4. 前記第１固定磁性層と前記第２固定磁性層は同じ組成の磁性材料からなり、また前記第１固定磁性層と前記第２固定磁性層の膜厚が異なる請求項３記載の磁気検出素子。
5. 各固定磁性層の前記第１固定磁性層は全て同じ膜厚で形成され、各固定磁性層の前記第２固定磁性層も全て同じ膜厚で形成されている請求項３または４記載の磁気検出素子。
6. ２つの前記多層膜を構成している２つの前記フリー磁性層及び４つの前記非磁性材料層はそれぞれ全て同じ膜厚で形成されている請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気検出素子。
7. ２つの前記多層膜の間に、硬磁性層を介して２層の反強磁性層が積層されている請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気検出素子。
8. ３つまたは４つの前記反強磁性層が全て同じ膜厚で形成されている請求項１ないし７のいずれかに記載の磁気検出素子。
9. ３つまたは４つの前記反強磁性層が全て同一組成の反強磁性材料によって形成されている請求項１ないし８のいずれかに記載の磁気検出素子。
10. 前記反強磁性層が、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１または２種以上の元素である）合金で形成されている請求項１ないし９のいずれかに記載の磁気検出素子。
11. 請求項１ないし１０に記載された磁気検出素子によって、平面形状を有し、面垂直方向に磁化される記録媒体に記録された記録信号磁界を検出することを特徴とする磁気検出装置。
12. 以下に示す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）下から反強磁性層、下側多層膜、反強磁性層、上側多層膜及び反強磁性層の順に連続して成膜し、前記下側多層膜及び前記上側多層膜を成膜するとき、共に、下から、固 定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性材料層、及び固定磁性層の順に積層形成する工程であり、
    前記連続成膜工程において、４つの固定磁性層を単位面積当りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ；飽和磁化と膜厚の積）が異なる第１固定磁性層と第２固定磁性層が非磁性中間層を介して積層されたものとして形成し、このとき、前記第１固定磁性層を前記反強磁性層に接して形成し、前記第２固定磁性層を前記フリー磁性層に対向して形成し、しかも前記下側多層膜では、前記第２固定磁性層の単位面積当りの磁気モーメントを前記第１固定磁性層の単位面積当りの磁気モーメントより大きくし、前記上側多層膜では、前記第１固定磁性層の単位面積当りの磁気モーメントを前記第２固定磁性層の単位面積当りの磁気モーメントより大きくする工程と、
    （ｂ）前記反強磁性層、前記下側多層膜、前記反強磁性層、前記上側多層膜、及び前記反強磁性層からなる積層体を、前記固定磁性層の保磁力より大きく、スピンフロップ磁界よりも小さい磁場中でアニールすることにより、前記反強磁性層と前記第１固定磁性層間に交換結合磁界を発生させ、
    下側多層膜に設けられる２つの前記第２固定磁性層の磁化方向が共に同一方向で、上側多層膜に設けられる２つの前記第２固定磁性層が共に同一方向で、前記下側多層膜の前記第２固定磁性層の磁化方向と、前記上側多層膜の前記第２固定磁性層の磁化方向が反平行になるようにする工程。
13. 前記（ａ）工程の代わりに、
    （ｃ）下から反強磁性層、下側多層膜、反強磁性層、上側多層膜及び反強磁性層の順に連続して成膜し、前記下側多層膜及び前記上側多層膜を成膜するとき、共に、下から、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性材料層、及び固定磁性層の順に積層形成する工程であり、
    前記連続成膜工程において、４つの固定磁性層を単位面積当りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ；飽和磁化と膜厚の積）が異なる第１固定磁性層と第２固定磁性層が非磁性中間層を介して積層されたものとして形成し、このとき、前記第１固定磁性層を前記反強磁性層に接して形成し、前記第２固定磁性層を前記フリー磁性層に対向して形成し、しかも前記上側多層膜では、前記第２固定磁性層の単位面積当りの磁気モーメントを前記第１固定磁性層の単位面積当りの磁気モーメントより大きくし、前記下側多層膜では、前記第１固定磁性層の単位面積当りの磁気モーメントを前記第２固定磁性層の単位面積当りの磁気モーメントより大きくする工程、
    を有する請求項１２に記載の磁気検出素子の製造方法。
14. 以下に示す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、
    （ｄ）下から順に反強磁性層、下側多層膜、第１中間反強磁性層、及び貴金属からなる非磁性保護層を積層し、前記下側多層膜を成膜するとき、下から、第１固定磁性層と非磁性中間層と第２固定磁性層からなる固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性材料層、及び第２固定磁性層と非磁性中間層と第１固定磁性層からなる固定磁性層の順に積層する工程と、
    （ｅ）第１の磁場中アニールを施して、前記反強磁性層又は第１中間反強磁性層と第１固定磁性層間に交換結合磁界を発生させ、２つの前記第１固定磁性層の磁化を同一方向に固定する工程と、
    （ｆ）前記非磁性保護層を全部または一部除去する工程と、
    （ｇ）前記第１中間反強磁性層上に第２中間反強磁性層を積層し、前記第１中間反強磁性層と前記第２中間反強磁性層を有する一つの反強磁性層とし、この反強磁性層上に、下から順に第１固定磁性層と非磁性中間層と第２固定磁性層からなる固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性材料層、及び第２固定磁性層と非磁性中間層と第１固定磁性層からなる固定磁性層を有する上側多層膜、及び反強磁性層を積層する工程、
    （ｈ）第２の磁場中アニールを施し、前記上側多層膜の前記第１固定磁性層と前記反強磁性層間に交換結合磁界を発生させ、前記上側多層膜の２つの前記第１固定磁性層の磁化を同一方向に固定するとともに、前記下側多層膜の前記第１固定磁性層の磁化と反平行方向に固定する工程。
15. 前記非磁性保護層を、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈのいずれか１種または２種以上で形成する請求項１４に記載の磁気検出素子の製造方法。
16. 前記（ｄ）工程で、前記非磁性保護層を３Å以上１０Å以下の膜厚で形成する請求項１４または１５に記載の磁気検出素子の製造方法。
17. 前記（ｆ）工程で、前記非磁性保護層の膜厚が３Å以下となるまで、前記非磁性保護層を削り込むか、あるいは前記非磁性保護層を全て除去する請求項１４ないし１６のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
18. 以下に示す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、
    （ｉ）下から順に反強磁性層、下側多層膜、反強磁性層、硬磁性層を積層し、前記下側多層膜を成膜するとき、下から第１固定磁性層と非磁性中間層と第２固定磁性層からなる固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性材料層、及び第２固定磁性層と非磁性中間層と第１固定磁性層からなる固定磁性層の順に積層する工程と、
    （ｊ）第１の磁場中アニールを施して、前記反強磁性層と前記第１固定磁性層間に交換結合磁界を発生させ、２つの前記第１固定磁性層の磁化を同一方向に固定する工程と、
    （ｋ）前記硬磁性層上に反強磁性層を形成し、前記反強磁性層上に、下から順に第１固定磁性層と非磁性中間層と第２固定磁性層からなる固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性材料層、及び第２固定磁性層と非磁性中間層と第１固定磁性層からなる固定磁性層を有する上側多層膜、及び反強磁性層を積層する工程、
    （ｌ）第２の磁場中アニールを施し、前記上側多層膜の前記反強磁性層と前記第１固定磁性層間に交換結合磁界を発生させ、前記上側多層膜の２つの前記第１固定磁性層の磁化を同一方向に固定するとともに、前記下側多層膜の前記第１固定磁性層の磁化と反平行方向に固定する工程。
19. 前記第１の磁場中アニールは、前記固定磁性層の飽和磁界より大きい磁場中で行い、前記第２の磁場中アニールは、前記固定磁性層の保磁力より大きく、スピンフロップ磁界よりも小さい磁場中で行う請求項１４ないし１８のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
20. 各固定磁性層を構成している前記第１固定磁性層を全て同じ膜厚で形成し、前記第２固定磁性層も全て同じ膜厚で形成する請求項１４ないし１９のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
21. ２つの前記フリー磁性層及び４つの前記非磁性材料層を、それぞれ全て同じ膜厚で形成する請求項１４ないし２０のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
22. ３つまたは４つの前記反強磁性層を全て同じ膜厚で形成する請求項１４ないし２１のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
23. 最下層に位置する前記反強磁性層の下層及び最上層に位置する前記反強磁性層の上層に電極層を設ける請求項１２ないし２２いずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。

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