JP3944411B2 - スピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法 - 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スピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法に関し、特に、耐熱性に優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッド及びフリー磁性層の磁化方向と固定磁性層の磁化方向とを容易に直交させることができるスピンバルブ型薄膜磁気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ヘッドには、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１２および図１３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。これらの例のスピンバルブ型薄膜磁気素子の上下には、ギャップ層を介してシールド層が形成されており、前記スピンバルブ型薄膜磁気素子、ギャップ層、及びシールド層で、再生用のＧＭＲヘッドが構成されている。なお、前記再生用のＧＭＲへッドの上に、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ＧＭＲヘッドは、インダクティブヘッドと共に浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて薄膜磁気ヘッドを構成し、ハードディスク等の磁気記録媒体の記録磁界を検出するものである。なお、図１２および図１３において、磁気記録媒体の移動方向は、図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体からの漏れ磁界の方向は、Ｙ方向である。
【０００４】
図１２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、非磁性導電層、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。図１２に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子は、下から下地層３１、反強磁性層２２、固定磁性層２３、非磁性導電層２４、フリー磁性層２５および保護層３２で構成された多層膜３３と、この多層膜３３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）２９、２９、ハードバイアス層２９、２９上に形成された一対の電極層２８、２８とで構成されている。なお、下地層３１および保護層３２は、Ｔａ膜などで形成されている。また、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。
【０００５】
一般的に、前記反強磁性層２２には、Ｆｅ−Ｍｎ合金膜やＮｉ−Ｍｎ合金膜が、固定磁性層２３およびフリー磁性層２５には、Ｎｉ−Ｆｅ合金膜が、非磁性導電層２４には、Ｃｕ膜が、ハードバイアス層２９、２９には、Ｃｏ−Ｐｔ合金膜が、電極層２８、２８には、Ｃｒ膜やＷ膜が使用される。
【０００６】
図１２に示すように、固定磁性層２３の磁化は、反強磁性層２２との交換異方正磁界により、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２５の磁化は、前記ハードバイアス層２９、２９からのバイアス磁界の影響を受けてＸ１方向と反対方向に揃えられる。すなわち、固定磁性層２３の磁化とフリー磁性層２５の磁化とが直交するように設定されている。
【０００７】
このスピンバルブ型薄膜素子では、ハードバイアス層２９、２９上に形成された電極層２８、２８から、固定磁性層２３、非磁性導電層２４およびフリー磁性層２５に検出電流（センス電流）が与えられる。ハードディスクなどの記録媒体の走行方向は、Ｚ方向である。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２５の磁化がＸ１方向と反対方向からＹ方向に向けて変化する。このフリー磁性層２５内での磁化方向の変動と、固定磁性層２３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。
【０００８】
また、図１３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、非磁性導電層、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。
【０００９】
図１３において、符号Ｋは基板を示している。この基板Ｋの上には、反強磁性層２２が形成されている。さらに、前記反強磁性層２２の上には、固定磁性層２３が形成され、この固定磁性層２３の上には、非磁性導電層２４が形成され、さらに、前記非磁性導電層２４の上には、フリー磁性層２５が形成されている。また、前記フリー磁性層２５の上には、バイアス層２６、２６がトラック幅Ｔｗと同じ間隔を開けて設けられ、前記バイアス層２６、２６の上には、導電層２８、２８が設けられている。
【００１０】
前記固定磁性層２３は、例えば、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金などにより形成されている。また、前記反強磁性層２２は、ＮｉＭｎにより形成されている。前記バイアス層２６、２６は、面心立方晶で不規則結晶構造のＦｅＭｎ合金などの反強磁性材料により形成されている。
【００１１】
図１３に示す固定磁性層２３は、前記反強磁性層２２との界面にて発生する交換結合による交換異方性磁界により磁化されている。そして、前記固定磁性層２３の磁化方向は、図示Ｙ方向、すなわち記録媒体から離れる方向（ハイト方向）に固定されている。
【００１２】
また、前記フリー磁性層２５は、前記バイアス層２６の交換異方性磁界によって磁化されて単磁区化されている。そして、前記フリー磁性層２５の磁化方向は、図示Ｘ１方向と反対方向、すなわち固定磁性層２３の磁化方向と交差する方向に揃えられている。前記フリー磁性層２３が、前記バイアス層２６の交換異方性磁界により単磁区化されることによって、バルクハウゼンノイズの発生が防止される。
【００１３】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、導電層２８からフリー磁性層２５、非磁性導電層２４、固定磁性層２３に定常電流が与えられ、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方向に沿って与えられると、フリー磁性層２５の磁化方向が、図示Ｘ１方向と反対方向からＹ方向に向けて変動する。このフリー磁性層２５内での磁化方向の変動と固定磁性層２３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。
【００１４】
図１３のようなスピンバルブ型薄膜磁気素子は、図１４に示すように、反強磁性層２２からフリー磁性層２５までの各層を形成し、磁場中で熱処理（アニール）を施すことにより、固定磁性層２３と反強磁性層２２との界面にて交換異方性磁界を発生させて、固定磁性層２３の磁化方向を図示Ｙ方向に固定したのち、図１５に示すように、ほぼトラック幅に相当するリフトオフレジスト３５１を形成する。ついで、図１６に示すように、リフトオフレジスト３５１に覆われていないフリー磁性層２５の表面に、バイアス層２６および導電層２８を形成し、前記リフトオフレジスト３５１を除去したのち、フリー磁性層２５の磁化方向をトラック幅方向に揃えることにより、図１３に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子が製造される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１２に示す従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子では、以下のような問題が発生する。
固定磁性層２３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２３の両側には、Ｘ１方向と反対方向に磁化されているハードバイアス層２９、２９が設けられている。そのために、とくに、固定磁性層２３の両側の磁化が、前記ハードバイアス層２９、２９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。
【００１６】
すなわち、前記ハードバイアス層２９、２９のＸ１方向と反対方向の磁化を受けて、Ｘ１方向と反対方向に単磁区化されているフリー磁性層２５の磁化と、固定磁性層２３の磁化とは、とくに多層膜３３の側端部付近では、直交関係にない。フリー磁性層２５の磁化と、固定磁性層２３の磁化とを直交関係にしておく理由は、フリー磁性層２５の磁化が小さな外部磁界でも容易に変動可能で、電気抵抗を大きく変化させることができ、再生感度を向上させることができるからである。さらに、前記直交関係にあると、良好な対称性を有する出力波形を得ることが可能になるためである。
【００１７】
しかも、フリー磁性層２５のうち、その側端部付近における磁化は、ハードバイアス層２９、２９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１２に示すように、多層膜３３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。
【００１８】
多層膜３３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であり、この感度領域の幅は、多層膜３３の形成時に設定されたトラック幅Ｔｗよりも不感領域の幅寸法分だけ短くなっており、不感領域のばらつきのために正確なトラック幅Ｔｗを画定することが困難となっている。そのため、トラック幅Ｔｗを狭くして高記録密度化対応することが難しくなるという問題がある。
【００１９】
また、図１３に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子は、反強磁性材料からなるバイアス層２６を用いたエクスチェンジバイアス方式により、フリー磁性層２５の磁化方向を固定磁性層２３の磁化方向に対して交差する方向に揃えるものである。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Ｔｗの制御が困難であるハードバイアス方式と比較して、トラック幅Ｔｗの狭い高密度記録に対応するスピンバルブ型薄膜磁気素子に適した方式である。
【００２０】
しかしながら、図１３に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、反強磁性層２２がＮｉ−Ｍｎ合金で形成されているため、耐食性に問題があった。また、反強磁性層２２にＮｉ−Ｍｎ合金またはＦｅ−Ｍｎ合金を用いたスピンバルブ型薄膜磁気素子では、薄膜磁気ヘッドの製造工程でさらされるトリポリ燐酸ソーダなどを含んだ弱アルカリ性溶液や乳化剤などにより腐食して、交換異方性磁界が小さくなってしまうなどの問題がある。
【００２１】
また、反強磁性層２２がＮｉ−Ｍｎ合金で形成されていることにより、バイアス層２６、２６に使用する反強磁性材料に制約があり、その結果、バイアス層２６、２６の耐熱性、耐食性が悪いという不都合があった。すなわち、耐熱性の高いバイアス層２６、２６を形成するためには、Ｎｉ−Ｍｎ合金からなる反強磁性層２２と固定磁性層２３の界面に、図示Ｙ方向に作用する交換異方性磁界に対し、交差する方向に磁場中で熱処理を施すことにより、バイアス層２６、２６とフリー磁性層２５の界面に、Ｘ１方向と反対方向に交換異方性磁界を発生可能なＮｉ−Ｍｎ合金などの反強磁性材料を選択しなければならない。
【００２２】
しかし、前記磁場中で熱処理を施した際に、反強磁性層２２と固定磁性層２３の界面に作用する交換異方性磁界がＹ方向からＸ１方向と反対方向に傾き、固定磁性層２３の磁化方向とフリー磁性層２５の磁化方向が非直交となってしまい、出力信号波形の対称性が得られなくなってしまう問題があった。そこで、バイアス層２６、２６には、磁場中加熱処理を必要とせず、磁場中で成膜直後に交換異方性磁界を発生する反強磁性材料を選択する必要があった。このような理由により、バイアス層２６、２６は、一般的に、面心立方晶で不規則結晶構造を有するＦｅＭｎ合金により形成されている。
【００２３】
しかしながら、磁気記録装置などに装着した場合には、装置内の温度上昇または検出電流により発生するジュール熱の発生により、素子部の温度が高温となるため、交換異方性磁界が低下し、フリー磁性層２５を単磁区化することが困難となり、結果として、バルクハウゼンノイズを発生してしまう問題があった。また、Ｆｅ−Ｍｎ合金は、Ｎｉ−Ｍｎ合金以上に耐食性が悪く、薄膜磁気ヘッドの製造工程でさらされるトリポリ燐酸ソーダなどを含んだ弱アルカリ性溶液や乳化剤などにより腐食して、交換異方性磁界が小さくなってしまうなどの問題があるのみならず、磁気記録装置内においても腐食が進行して耐久性に劣るという問題がある。
【００２４】
また、図１４〜図１６に示す従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法は、図１５に示すリフトオフレジスト３５１を形成する工程で、前記基板と前記バイアス層との間に形成される最上層の表面が大気に触れてしまい、大気に触れた表面をＡｒなどの希ガスにより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ある。このため、製造工程が増大する問題がある。さらに、前記最上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あるため、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異方性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てしまう。
【００２５】
また、上述した従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法では、トラック幅Ｔｗをリフトオフレジスト３５１の両側のバイアス層２６、２６および電極層２８、２８で画定しているため、リフトオフレジスト３５１の基端部の寸法のばらつきによりトラック幅Ｔｗがばらつく問題があった。
【００２６】
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、スピンバルブ型薄膜磁気素子を製造する場合に、フリー磁性層の溝部の両側の平坦部上に配置されるバイアス層が、前記溝部に残ることがなく、トラック幅を精度よく画定でき、高記録密度化に対応できるスピンバルブ型薄膜磁気素子を提供することを課題としている。
また、反強磁性層やバイアス層の材質を改良することにより、耐熱性に優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子を提供することを課題としている。また、フリー磁性層の磁化方向と固定磁性層の磁化方向とを容易に直交させることができる前記スピンバルブ型薄膜磁気素子の構造と製造方法を提供することを課題としている。さらにまた、前記スピンバルブ型薄膜磁気素子を備え、耐久性および耐熱性に優れ、十分な交換異方性磁界が得られる薄膜磁気ヘッドを提供することを課題としている。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法は、基板上に、反強磁性層と、固定磁性層と、非磁性導電層と、フリー磁性層と、バイアス層とを順次積層して積層体を形成する工程と、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、前記反強磁性層およびバイアス層に交換異方性磁界を発生させて、前記固定磁性層および前記フリー磁性層の磁化を同一方向に固定すると共に、前記反強磁性層の交換異方性磁界を前記バイアス層の交換異方性磁界よりも大とする工程と、トラック幅方向に前記バイアス層の交換異方性磁界よりも大きく前記反強磁性層の交換異方性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差する方向のバイアス磁界を付与する工程と、前記バイアス層の一部を除去してトラック幅に近い幅の凹部を形成するとともに、この凹部の下に位置する前記フリー磁性層にトラック幅に相当する幅のトラック溝を形成する工程と、前記バイアス層上に、前記フリー磁性層に検出電流を与える導電層を形成する工程とを有するとともに、前記反強磁性層およびバイアス層は、以下の組成式からなる相互に異なる合金を用いることを特徴とする。
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、前記バイアス層の組成比を示すｍが、５２原子％≦ｍ≦６０原子％であり、前記反強磁性層の組成比を示すｍが、４８原子％≦ｍ≦５８原子％である。
また、前記第１の熱処理温度を２２０℃〜２４０℃の範囲であることができる。更に、前記第２の熱処理熱度を２５０℃〜２７０℃の範囲とすることができる。
【００４６】
上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法においては、前記反強磁性層および前記バイアス層に、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。また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法においては、前記第１の熱処理温度は、２２０℃〜２４０℃の範囲であることが好ましい。さらにまた、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法においては、前記第２の熱処理熱度は、２５０℃〜２７０℃の範囲であることが好ましい。
【００４７】
図１７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異方性磁界との関係を示したグラフである。図１７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）の交換異方性磁界は、２００℃で既に発現し、２４０℃付近で６００（Ｏｅ）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）の交換異方性磁界は、２４０℃付近で発現し、約２６０℃付近においてようやく６００（Ｏｅ）を越えている。
【００４８】
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異方性磁界が得られることがわかる。
【００４９】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、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バイアス層が反強磁性層よりも基板から遠い位置に配置されている。また、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は、固定磁性層の下に反強磁性層が配置され、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トップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子は、固定磁性層の上に反強磁性層が配置されている。
【００５０】
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（２２０〜２４０℃）で前記の積層体を熱処理すると、反強磁性層およびバイアス層に交換異方性磁界が生じ、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される。また、反強磁性層の交換異方性磁界は６００（Ｏｅ）以上となり、バイアス層の交換異方性磁界は１００（Ｏｅ）以下となり、反強磁性層の交換異方性磁界が大きくなる。次に、第１の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（２５０〜２７０℃）で前記の積層体を熱処理すると、バイアス層の交換異方性磁界が６００（Ｏｅ）以上となり、先の熱処理にて発生したバイアス層の交換異方性磁界よりも大きくなる。したがって、フリー磁性層の磁化方向は、第１の磁界に対して交差する方向となる。
【００５１】
このとき、第２の磁界を先の熱処理にて発生した反強磁性層の交換異方性磁界よりも小さくしておけば、反強磁性層に第２の磁界が印加されても、反強磁性層の交換異方性磁界が劣化することがなく、固定磁性層の磁化方向を固定したままにすることが可能になる。このことにより、固定磁性層の磁化方向とフリー磁性層の磁化方向とを交差する方向にすることができる。
【００５２】
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合金などの合金を反強磁性層だけでなくバイアス層にも使用し、固定磁性層の磁化方向に悪影響を与えることなく、バイアス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差する方向に揃える交換異方性磁界を発生させることができ、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差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提供することが可能となる。
【００５３】
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、反強磁性層と、固定磁性層と、非磁性導電層と、フリー磁性層と、バイアス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、前記基板と前記バイアス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異方性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。
【００５４】
また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法では、前記バイアス層の一部を除去してトラック幅に近い幅の凹部を形成するとともに、この凹部の下に位置する前記フリー磁性層にトラック幅に相当する幅のトラック溝を形成するので、前記バイアス層の厚みにばらつきがある場合でも、前記トラック溝の底部にバイアス層が残ることがないため、トラック幅を精度よく画定でき、高記録密度化に対応可能なスピンバルブ型薄膜磁気素子を得ることができる。また、バイアス層を完全に除去することが簡単であるため、容易に製造することができる。
【００５５】
また、本発明の薄膜磁気ヘッドは、スライダに上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子が備えられてなることを特徴とする。このような薄膜磁気ヘッドとすることで、耐久性および耐熱性に優れ、十分な交換異方性磁界が得られる薄膜磁気ヘッドとすることができる。
【００５６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の基本形態について、図面を参照して詳しく説明する。
［第１の基本形態］
図１は、本発明の第１の基本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り、図６および図７は、本発明の基本形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドを示した図である。本発明の基本形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子の上下には、ギャップ層を介してシールド層が形成され、スピンバルブ型薄膜磁気素子、ギャップ層、及びシールド層で、再生用のＧＭＲヘッドｈ１が構成されている。なお、前記再生用のＧＭＲヘッドｈ１に、記録用のインダクティブヘッドｈ２を積層してもよい。
【００５７】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子を具備してなるＧＭＲヘッドｈ１は、図６に示すように、インダクティブヘッドｈ２と共にスライダ１５１のトレーリング側端部１５１ｄに設けられて薄膜磁気ヘッド１５０を構成し、ハードディスク等の磁気記録媒体の記録磁界を検出することが可能になっている。なお、図１において、磁気記録媒体の移動方向は図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向はＹ方向である。
【００５８】
図６に示す薄膜磁気ヘッド１５０は、スライダ１５１と、スライダ１５１の端面１５１ｄに備えられたＧＭＲヘッドｈ１及びインダクティブヘッドｈ２を主体として構成されている。符号１５５は、スライダ１５１の磁気記録媒体の移動方向の上流側であるリーディング側を示し、符号１５６は、トレーリング側を示している。このスライダ１５１の媒体対向面１５２には、レール１５１ａ、１５１ａ、１５１ｂが形成され、各レール同士間は、エアーグルーブ１５１ｃ、１５１ｃとされている。
【００５９】
図７に示すように、ＧＭＲヘッドｈ１は、スライダ１５１の端面１５１ｄ上に形成された磁性合金からなる下部シールド層１６３と、下部シールド層１６３に積層された下部ギャップ層１６４と、媒体対向面１５２から露出するスピンバルブ型薄膜磁気素子１と、スピンバルブ型薄膜磁気素子１及び下部ギャップ層１６４を覆う上部ギャップ層１６６と、上部ギャップ層１６６を覆う上部シールド層１６７とから構成されている。上部シールド層１６７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。
【００６０】
インダクティブヘッドｈ２は、下部コア層（上部シールド層）１６７と、下部コア層１６７に積層されたギャップ層１７４と、コイル１７６と、コイル１７６を覆う上部絶縁層１７７と、ギャップ層１７４に接合され、かつコイル１７６側にて下部コア層１６７に接合される上部コア層１７８とから構成されている。コイル１７６は、平面的に螺旋状となるようにパターン化されている。また、コイル１７６のほぼ中央部分にて上部コア層１７８の基端部１７８ｂが下部コア層１６７に磁気的に接続されている。また、上部コア層１７８には、アルミナなどからなる保護層１７９が積層されている。
【００６１】
図１に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子１は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、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。また、この例のスピンバルブ型薄膜磁気素子１は、エクスチェンジバイアス方式により、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差する方向に揃えるものである。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。
【００６２】
図１において、符号Ｋは基板を示している。この基板Ｋの上には、Ａｌ₂Ｏ₃などからなる下地絶縁層２００、下部シールド層１６３、下部ギャップ層１６４、反強磁性層２が形成されている。さらに、前記反強磁性層２の上には、固定磁性層３が形成され、この固定磁性層３の上には、非磁性導電層４が形成され、さらに、前記非磁性導電層４の上には、フリー磁性層５が形成されている。前記フリー磁性層５は、固定磁性層３が配置されている方向と反対側の面もしくは前記基板Ｋと反対側の面に、トラック幅Ｔｗと同じ幅のトラック溝５Ａが設けられた溝部５Ｂと、その両側の平坦部５Ｃ、５Ｃとを有している。前記フリー磁性層５の平坦部５Ｃ、５Ｃ上には、前記バイアス層６、６が設けられ、前記バイアス層６、６の上には、導電層８、８が形成されている。
【００６３】
前記基板Ｋは、Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ系セラミックスなどの非磁性体により形成されている。
【００６４】
前記反強磁性層２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反強磁性層２は、耐熱性、耐食性に優れるという特徴を有している。
【００６５】
特に、前記反強磁性層２は、下記の組成式からなる合金であることが好ましい。
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、４８原子％≦ｍ≦６０原子％である。より好ましい組成比を示すｍは、４８原子％≦ｍ≦５８原子％である。
【００６６】
更に、前記反強磁性層２は、下記の組成式からなる合金であっても良い。
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、４８原子％≦ｍ＋ｎ≦６０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原子％≦ｍ＋ｎ≦５８原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％である。
【００６７】
また、前記反強磁性層２は、下記の組成式からなる合金であってもよい。
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、４８原子％≦ｑ＋ｊ≦６０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原子％≦ｑ＋ｊ≦５８原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％である。
【００６８】
前記固定磁性層３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。図１に示す固定磁性層３は、反強磁性層２に接して形成され、磁場中熱処理を施すことにより、前記固定磁性層３と前記反強磁性層２との界面にて発生する交換結合による交換異方性磁界により磁化されている。前記固定磁性層３の磁化方向は、図示Ｙ方向、すなわち記録媒体から離れる方向（ハイト方向）に固定されている。
【００６９】
また、前記非磁性導電層４は、Ｃｕなどの非磁性導電膜により形成されることが好ましい。
【００７０】
また、前記フリー磁性層５は、前記固定磁性層３と同様の材質などで形成されることが好ましい。前記フリー磁性層５は、バイアス層６からのバイアス磁界によって磁化され、図示Ｘ１方向と反対方向、すなわち固定磁性層３の磁化方向と交差する方向に磁化方向が揃えられている。前記フリー磁性層５が前記バイアス層６により単磁区化されることによって、バルクハウゼンノイズの発生が防がれる。
【００７１】
前記バイアス層６は、前記反強磁性層２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り、磁場中熱処理により、フリー磁性層５との界面にて交換異方性磁界が発現されて、フリー磁性層５を一定の方向に磁化するものである。そして、これらの合金からなるバイアス層６は、耐熱性、耐食性に優れるという特徴を有している。
【００７２】
特に、前記バイアス層６は、下記の組成式からなる合金であることが好ましい。
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、５２原子％≦ｍ≦６０原子％である。
【００７３】
さらに、バイアス層６は、下記の組成式からなる合金であっても良い。
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、５２原子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％、０．２原子％≦ｎ≦１０原子％である。
【００７４】
また、バイアス層６は、下記の組成式からなる合金であってもよい。
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、５２原子％≦ｑ＋ｊ≦６０原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％である。
【００７５】
また、前記導電層８、８は、例えば、Ａｕ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａなどで形成されることが好ましい。
【００７６】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子１においては、導電層８、８からフリー磁性層５、非磁性導電層４、固定磁性層３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５の磁化方向が図示Ｘ方向と反対方向から図示Ｙ方向に向けて変動する。このフリー磁性層５内での磁化方向の変動と固定磁性層３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。
【００７７】
次に、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子１の製造方法を説明する。この製造方法は、スピンバルブ型薄膜磁気素子１における反強磁性層２およびバイアス層６、６の位置によって、熱処理により発生する反強磁性層２およびバイアス層６、６の交換異方性磁界の大きさが相違することを利用してなされたものであり、１度目の熱処理で固定磁性層３の磁化方向を固定し、２度目の熱処理でフリー磁性層５の磁化方向を揃えるものである。
【００７８】
即ち、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子１の製造方法では、基板Ｋ上に、反強磁性層２と、固定磁性層３と、非磁性導電層４と、フリー磁性層５と、バイアス層６とを順次積層して図２に示す積層体ａ１を形成したのち、前記積層体ａ１にトラック幅Ｔｗ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、前記反強磁性層２およびバイアス層６に交換異方性磁界を発生させて、前記固定磁性層３および前記フリー磁性層５の磁化を同一方向に固定すると共に、前記反強磁性層２の交換異方性磁界を前記バイアス層６の交換異方性磁界よりも大とする。
【００７９】
ついで、トラック幅Ｔｗ方向に前記バイアス層６の交換異方性磁界よりも大きく前記反強磁性層２の交換異方性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５に前記固定磁性層３の磁化方向と交差する方向のバイアス磁界を付与する。
【００８０】
さらに、図３に示すように、熱処理された前記積層体ａ１の上に、トラック幅Ｔｗに近い幅を開けてレジストなどによるマスク２５０を形成する。さらに、イオンミリングなどにより、図４に示すように、前記バイアス層６の一部を除去してトラック幅Ｔｗに近い幅の凹部６Ａを形成するとともに、この凹部６Ａの下に位置する前記フリー磁性層５にトラック溝５Ａを形成し、レジストなどのマスク２５０を除去する。
【００８１】
前記トラック溝５Ａは、トラック幅Ｔｗと同じ幅となるように形成されることが好ましい。また、前記トラック溝５Ａは、１０〜５０Å程度の深さ５Ｈで形成されることが好ましい。前記トラック溝５Ａの深さ５Ｈが１０Å程度未満であると、例えば、バイアス層６の厚さにばらつきがある場合などに、除去されるべきバイアス層６のすべてが除去されず、トラック溝５Ａの底部５Ｄにバイアス層６が残る恐れがあるため好ましくない。一方、前記トラック溝５Ａが５０Å程度を越える深さ５Ｈであると、イオンミリングなどのエッチング深さのばらつきにより、フリー磁性層５にばらつきが生じやすくなるため好ましくない。
【００８２】
ついで、図５に示すように、凹部６Ａ、トラック溝５Ａおよびバイアス層６の平坦部の一部に乗り上げるようにリフトオフレジスト２５１を形成する。さらに、リフトオフレジスト２５１の表面に導電層８ａを形成するとともに、バイアス層６が露出している平坦部に導電層８を形成する。その後、リフトオフレジスト２５１を除去すると、図１のような前記バイアス層６上に、前記フリー磁性層５に検出電流を与える導電層８、８が形成されたスピンバルブ型薄膜磁気素子１が得られる。
【００８３】
次に、反強磁性層の熱処理温度と交換異方性磁界との関係について、図１７、図１９、図２０を参照して詳しく説明する。図１７に示した■印は、基板とフリー磁性層の間に反強磁性層を配置したボトム型シングルスピンバルブ薄膜磁気素子の交換異方性磁界の熱処理依存性を示し、図１７に示した◆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トップ型シングルスピンバルブ薄膜磁気素子の交換異方性磁界の熱処理依存性を示す。従って、◆印のトップ型シングルスピンバルブ薄膜磁気素子の反強磁性層は、■印のボトム型シングルスピンバルブ薄膜磁気素子の反強磁性層よりも、基板から離れた位置に設けられていることになる。
【００８４】
具体的には、図１７に示した◆印で示されるトップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子は、図１９に示すように、Ｓｉ基板Ｋの上に、Ａｌ₂Ｏ₃（１０００）からなる下地絶縁層２００、Ｔａ（５０）からなる下地層２１０、ＮｉＦｅ合金（７０）およびＣｏ（１０）の２層からなるフリー磁性層５、Ｃｕ（３０）からなる非磁性導電層４、Ｃｏ（２５）からなる固定磁性層３、Ｐｔ_55.4Ｍｎ_44.6（３００）からなる反強磁性層２、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。
【００８５】
また、図１７に示した■印で示されるボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子は、図２０に示すように、Ｓｉ基板Ｋの上に、Ａｌ₂Ｏ₃（１０００）からなる下地絶縁層２００、Ｔａ（３０）からなる下地層２１０、Ｐｔ_55.4Ｍｎ_44.6（３００）からなる反強磁性層２、Ｃｏ（２５）からなる固定磁性層３、Ｃｕ（２６）からなる非磁性導電層４、Ｃｏ（１０）およびＮｉＦｅ合金（７０）の２層からなるフリー磁性層５、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、カッコ内は各層の厚さを示し、単位はオングストロームである。
【００８６】
また、図１７に示した◆印で示されるトップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子は、固定磁性層３の上側に配置され、基板Ｋと反強磁性層２との間にフリー磁性層５、非磁性導電層４、固定磁性層３が挟まれて形成されている。一方、図１７に示した■印で示されるボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子は、固定磁性層３の下側に配置され、基板Ｋと反強磁性層２との間には、固定磁性層３、非磁性導電層４、フリー磁性層５が形成されていない。
【００８７】
図１７に示すように、■印で示す反強磁性層２（Ｐｔ_55.4Ｍｎ_44.6）の交換異方性磁界は、２２０℃を過ぎて上昇しはじめ、２４０℃を越えると７００（Ｏｅ）程度になって一定となる。また、◆印で示す反強磁性層２（Ｐｔ_54.4Ｍｎ_45.6）の交換異方性磁界は、２４０℃を過ぎて上昇し、２６０℃を超えると６００（Ｏｅ）を越えて一定となる。このように、基板に近い位置に配置された反強磁性層２（■印）は、基板より離れた位置に配置された反強磁性層２（◆印）と比較して、比較的低い熱処理温度で高い交換異方性磁界が得られることがわかる。
【００８８】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子１の製造方法は、上述した反強磁性層の性質を利用したものである。すなわち、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子１は、反強磁性層２と基板Ｋ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１であり、前記反強磁性層２に使用される合金と同様の合金によって形成されたバイアス層６が反強磁性層２よりも基板Ｋから遠い位置に配置されている。
【００８９】
したがって、例えば、前記積層体ａ１に、第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度（２２０〜２４０℃）で前記の積層体ａ１を熱処理すると、反強磁性層２およびバイアス層６に交換異方性磁界が生じ、固定磁性層３とフリー磁性層５の磁化方向が同一方向に固定される。また、反強磁性層２の交換異方性磁界は６００（Ｏｅ）以上となり、バイアス層６の交換異方性磁界は１００（Ｏｅ）以下となり、反強磁性層２の交換異方性磁界が大きくなる。次に、第１の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（２５０〜２７０℃）で前記積層体ａ１を熱処理すると、バイアス層６の交換異方性磁界が６００（Ｏｅ）以上となり、先の熱処理にて発生したバイアス層６の交換異方性磁界よりも大きくなる。したがって、フリー磁性層５の磁化方向は、第１の磁界に対して交差する方向となる。
【００９０】
このとき、第２の磁界を先の熱処理にて発生した反強磁性層２の交換異方性磁界よりも小さくしておけば、反強磁性層２に第２の磁界が印加されても、反強磁性層２の交換異方性磁界が劣化することがなく、固定磁性層３の磁化方向を固定したままにすることが可能になる。このことにより、固定磁性層３の磁化方向とフリー磁性層５の磁化方向とを交差する方向にすることができる。
【００９１】
第１の熱処理温度は、２２０℃〜２４０℃の範囲とすることが好ましい。第１の熱処理温度が２２０℃未満であると、反強磁性層２の交換異方性磁界が２００（Ｏｅ）以下となって、固定磁性層３の磁化が高くならず、固定磁性層３の磁化方向が２度目の熱処理によりフリー磁性層５の磁化方向と同一方向に磁化されてしまうので好ましくない。一方、第１の熱処理温度が２４０℃を越えると、バイアス層６の交換異方性磁界が大きくなって、フリー磁性層５の磁化が強い磁場をかけないと動きにくくなり、第２の熱処理時に前記フリー磁性層５の磁化方向を固定磁性層３の磁化方向に対して交差する方向に揃えられなくなるので好ましくない。また、第１の熱処理温度を２３０℃〜２４０℃の範囲とすれば、反強磁性層２の交換異方性磁界を４００（Ｏｅ）以上とすることができ、固定磁性層３の交換異方性磁界を大きくすることができるのでより好ましい。
【００９２】
第２の熱処理温度は、２５０℃〜２７０℃の範囲とすることが好ましい。第２の熱処理温度が２５０℃未満であると、バイアス層６の交換異方性磁界を４００（Ｏｅ）以上にすることができなくなって、フリー磁性層５の縦バイアス磁界を大きくすることができなくなるので好ましくない。また、第１の熱処理にて固定したフリー磁性層５の磁化方向を、固定磁性層３の磁化方向と交差する方向に揃えることができなくなるので好ましくない。一方、第２の熱処理温度が２７０℃を越えても、もはやバイアス層６の交換異方性磁界は一定となって増大せず、層界面での熱拡散などによる磁気抵抗効果の劣化を引き起こすので好ましくない。
【００９３】
また、図１８から示唆されるように、反強磁性層２とバイアス層６の組成を適宜異なった組成に調整することにより、第１の熱処理後で得られる反強磁性層６の交換異方性磁界をより大きく、かつ第１の熱処理後にバイアス層６に交換異方性磁界がほとんど発生しないような第２の熱処理にとって好ましい状態とすることもできる。
【００９４】
次に、熱処理温度が２４５℃または２７０℃である場合における反強磁性層の組成と交換異方性磁界との関係について図１８を参照して詳しく説明する。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薄膜磁気素子の反強磁性層の組成と交換異方性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。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薄膜磁気素子の反強磁性層の組成と交換異方性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。
【００９５】
具体的には、△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、図１９に示すように、Ｓｉ基板Ｋの上に、Ａｌ₂Ｏ₃（１０００）からなる下地絶縁層２００、Ｔａ（５０）からなる下地層２１０、ＮｉＦｅ合金（７０）およびＣｏ（１０）の２層からなるフリー磁性層５、Ｃｕ（３０）からなる非磁性導電層４、Ｃｏ（２５）からなる固定磁性層３、Ｐｔ_mＭｎ_t（３００）からなる反強磁性層２、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。
【００９６】
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、図２０に示すように、Ｓｉ基板Ｋの上に、Ａｌ₂Ｏ₃（１０００）からなる下地絶縁層２００、Ｔａ（３０）からなる下地層２１０、Ｐｔ_mＭｎ_t（３００）からなる反強磁性層２、Ｃｏ（２５）からなる固定磁性層３、Ｃｕ（２６）からなる非磁性導電層４、Ｃｏ（１０）およびＮｉＦｅ合金（７０）の２層からなるフリー磁性層５、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。尚、カッコ内は、各層の厚さを示し、単位はオングストロームである。
【００９７】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子１の製造方法では、図１８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性質を利用している。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１では、反強磁性層２に使用される合金の組成範囲は、図１８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、前記バイアス層６に使用される合金の組成範囲は、図１８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。
【００９８】
また、図１８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、ここでは前記反強磁性層２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、４８原子％≦ｍ≦６０原子％であることが好ましい。ｍが４８原子％未満または６０原子％以上を越えると、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理を行っても、Ｘ_mＭｎ_100-m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、一方向交換結合磁界を示さなくなるので好ましくない。
【００９９】
また、ｍのより好ましい範囲は、４８原子％≦ｍ≦５８原子％である。ｍが４８原子％未満または５８原子％以上を越えると、熱処理温度２４５℃の第１の熱処理を行っても、Ｘ_mＭｎ_100-m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、一方向交換結合磁界（交換異方性磁界）を示さなくなるので好ましくない。
【０１００】
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、すなわち前記反強磁性層２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、４８原子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％であることが好ましい。ｍ＋ｎが４８原子％未満または６０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、Ｐｔ_mＭｎ_100-m-nＺ_n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。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、交換異方性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、逆に交換異方性磁界が減少するので好ましくない。
【０１０１】
また、ｍ＋ｎのより好ましい範囲は、４８原子％≦ｍ＋ｎ≦５８原子％である。ｍ＋ｎが４８原子％未満または５８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、Ｐｔ_mＭｎ_100-m-nＺ_n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。
【０１０２】
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、すなわち前記反強磁性層２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、４８原子％≦ｑ＋ｊ≦６０原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％であることが好ましい。ｑ＋ｊが４８原子％未満または６０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、Ｐｔ_qＭｎ_100-q-jＬ_j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、一方向交換結合磁界を示さなくなるので好ましくない。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、一方向性交換異方性磁界が低下してしまうので好ましくない。
【０１０３】
また、ｑ＋ｊのより好ましい範囲は、４８原子％≦ｑ＋ｊ≦５８原子％である。ｑ＋ｊが４８原子％未満または５８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、Ｐｔ_qＭｎ_100-q-jＬ_j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。
【０１０４】
図１８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、ここでは前記バイアス層６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、５２原子％≦ｍ≦６０原子％であることが好ましい。ｍが５２原子％未満または６０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、Ｘ_mＭｎ_100-m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。
【０１０５】
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、すなわち前記バイアス層６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、５２原子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％であることが好ましい。ｍ＋ｎが５２原子％未満または６０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、Ｐｔ_mＭｎ_100-m-nＺ_n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。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、交換異方性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、逆に交換異方性磁界が減少するので好ましくない。
【０１０６】
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、すなわち前記バイアス層６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、５２原子％≦ｑ＋ｊ≦６０原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％であることが好ましい。ｑ＋ｊが５２原子％未満または６０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、Ｐｔ_qＭｎ_100-q-jＬ_j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。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、一方向性交換異方性磁界が低下してしまうので好ましくない。
【０１０７】
また、図１８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ここでは前記反強磁性層２、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ここでは前記バイアス層６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）からなる合金としたとき、前記反強磁性層および前記バイアス層の組成比を示すｍが、５２原子％≦ｍ≦５８原子％であることが好ましい。
【０１０８】
ｍが５２原子％未満であると、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理を行っても、前記バイアス層６を構成するＸ_mＭｎ_100-m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。また、ｍが５８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前記反強磁性層２を構成するＸ_mＭｎ_100-m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。
【０１０９】
また、前記反強磁性層２および前記バイアス層６が、Ｘ_mＭｎ_100-mからなる合金としたとき、反強磁性層２およびバイアス層６の組成比を示すｍが、５２原子％≦ｍ≦５６．５原子％であることがより好ましい。ｍが５２原子％未満であると、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理を行っても、バイアス層６を構成するＸ_mＭｎ_100-m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。また、ｍが５６．５原子％を越えると、熱処理温度２４５℃の第１の熱処理を行った場合に、反強磁性層２による交換異方性磁界がバイアス層６による交換異方性磁界よりも大きくなるがその差は小さく、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理の際に、固定磁性層３がフリー磁性層５の磁化と同一の方向に磁化されたり、第２の熱処理の際にフリー磁性層５の磁化方向と固定磁性層３の磁化方向とを直交方向に揃え難くなるので好ましくない。
【０１１０】
また、前記反強磁性層２およびバイアス層６が、Ｘ_mＭｎ_100-mからなる合金としたとき、反強磁性層２およびバイアス層６の組成比を示すｍが、５２原子％≦ｍ≦５５．２原子％であることが最も好ましい。ｍが５２原子％未満であると、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理を行っても、バイアス層６を構成するＸ_mＭｎ_100-m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。また、ｍが５５．２原子％を越えると、熱処理温度２４５℃の第１の熱処理を行った場合に、反強磁性層２の交換結合磁界がバイアス層６の交換結合磁界よりも大きくなるがその差は小さく、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理の際に、固定磁性層３がフリー磁性層５の磁化と同一の方向に磁化されたり、第２の熱処理の際に、フリー磁性層５の磁化方向と固定磁性層３の磁化方向とを直交方向に揃え難くなるので好ましくない。
【０１１１】
従って、反強磁性層２およびバイアス層６の上記組成比が５２原子％≦ｍ≦５５．２原子％であれば、第１の熱処理時に反強磁性層２の交換異方性磁界がバイアス層６の交換結合磁界よりもより大きくなり、第２の熱処理を行った後も反強磁性層２とバイアス層６の交換結合磁界の差が大きくなるので、磁気記録媒体からの信号磁界の印加に対し、固定磁性層３の磁化方向は変化せずに固定され、フリー磁性層５の磁化方向はスムーズに変化することができるため好ましい。
【０１１２】
また、反強磁性層２およびバイアス層６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、５２原子％≦ｍ＋ｎ≦５８原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％であることが好ましい。
【０１１３】
ｍ＋ｎが５２原子％未満であると、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理を行っても、前記バイアス層６を構成するＰｔ_mＭｎ_100-m-nＺ_n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。また、ｍ＋ｎが５８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、前記反強磁性層２を構成するＰｔ_mＭｎ_100-m-nＺ_n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。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。
【０１１４】
また、前記反強磁性層２およびバイアス層６が、Ｐｔ_mＭｎ_100-m-nＺ_nからなる合金としたとき、組成比を示すｍ、ｎが、５２原子％≦ｍ＋ｎ≦５６．５原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％であることがより好ましい。
【０１１５】
ｍ＋ｎが５２原子％未満であると、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理を行っても、Ｐｔ_mＭｎ_100-m-nＺ_n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。また、ｍ＋ｎが５６．５原子％を越えると、熱処理温度２４５℃の第１の熱処理を行った場合に、反強磁性層２による交換異方性磁界がバイアス層６による交換異方性磁界よりも大きくなるがその差は小さく、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理の際に、固定磁性層３がフリー磁性層５の磁化と同一の方向に磁化されたり、第２の熱処理の際に、フリー磁性層５の磁化方向と固定磁性層３の磁化方向とを直交方向に揃え難くなるので好ましくない。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。
【０１１６】
更に、前記反強磁性層２およびバイアス層６が、Ｐｔ_mＭｎ_100-m-nＺ_nからなる合金としたとき、組成比を示すｍ、ｎが、５２原子％≦ｍ＋ｎ≦５５．２原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％であることがより好ましい。
【０１１７】
ｍが５２原子％未満であると、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理を行っても、バイアス層６を構成するＰｔ_mＭｎ_100-m-nＺ_n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。また、ｍ＋ｎが５５．２原子％を越えると、熱処理温度２４５℃の第１の熱処理を行った場合に、反強磁性層２の交換結合磁界がバイアス層６の交換結合磁界よりも大きくなるがその差は小さく、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理の際に、固定磁性層３がフリー磁性層５の磁化と同一の方向に磁化されたり、第２の熱処理の際に、フリー磁性層５の磁化方向と固定磁性層３の磁化方向とを直交方向に揃え難くなるので好ましくない。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。
【０１１８】
従って、反強磁性層２およびバイアス層６の上記組成比が５２原子％≦ｍ＋ｎ≦５５．２原子％であり、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％であれば、第１の熱処理時に反強磁性層２の交換異方性磁界がバイアス層６の交換結合磁界よりもより大きくなり、第２の熱処理を行った後も反強磁性層２とバイアス層６の交換結合磁界の差が大きくなるので、磁気記録媒体からの信号磁界の印加に対し、固定磁性層３の磁化方向は変化せずに固定され、フリー磁性層５の磁化方向はスムーズに変化することができるため好ましい。
【０１１９】
また、反強磁性層２およびバイアス層６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、５２原子％≦ｑ＋ｊ≦５８原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％であることが好ましい。
【０１２０】
ｑ＋ｊが５２原子％未満であると、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理を行っても、前記バイアス層６を構成するＰｔ_qＭｎ_100-q-jＬ_j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。また、ｑ＋ｊが５８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、前記反強磁性層２を構成するＰｔ_qＭｎ_100-q-jＬ_j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。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。
【０１２１】
また、前記反強磁性層２およびバイアス層６が、Ｐｔ_qＭｎ_100-q-jＬ_jからなる合金としたとき、組成比を示すｑ、ｊが、５２原子％≦ｑ＋ｊ≦５６．５原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％であることがより好ましい。
【０１２２】
ｑ＋ｊが５２原子％未満であると、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理を行っても、前記バイアス層６を構成するＰｔ_qＭｎ_100-q-jＬ_j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。また、ｑ＋ｊが５６．５原子％を越えると、熱処理温度２４５℃の第１の熱処理を行った場合に、反強磁性層２による交換異方性磁界がバイアス層６による交換異方性磁界よりも大きくなるがその差は小さく、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理の際に、固定磁性層３がフリー磁性層５の磁化と同一の方向に磁化されたり、第２の熱処理の際に、フリー磁性層５の磁化方向と固定磁性層３の磁化方向とを直交方向に揃え難くなるので好ましくない。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。
【０１２３】
更に、前記反強磁性層２およびバイアス層６が、Ｐｔ_qＭｎ_100-q-jＬ_jからなる合金としたとき、組成比を示すｑ、ｊが、５２原子％≦ｑ＋ｊ≦５５．２原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％であることがより好ましい。
【０１２４】
ｑが５２原子％未満であると、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理を行っても、バイアス層６を構成するＰｔ_qＭｎ_100-q-jＬ_j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。また、ｑ＋ｊが５５．２原子％を越えると、熱処理温度２４５℃の第１の熱処理を行った場合に、反強磁性層２の交換結合磁界がバイアス層６の交換結合磁界よりも大きくなるがその差は小さく、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理の際に、固定磁性層３がフリー磁性層５の磁化と同一の方向に磁化されたり、第２の熱処理の際に、フリー磁性層５の磁化方向と固定磁性層３の磁化方向とを直交方向に揃え難くなるので好ましくない。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。
【０１２５】
従って、反強磁性層２およびバイアス層６の上記組成比が５２原子％≦ｑ＋ｊ≦５５．２原子％であり、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％であれば、第１の熱処理時に反強磁性層２の交換異方性磁界がバイアス層６の交換結合磁界よりもより大きくなり、第２の熱処理を行った後も反強磁性層２とバイアス層６の交換結合磁界の差が大きくなるので、磁気記録媒体からの信号磁界の印加に対し、固定磁性層３の磁化方向は変化せずに固定され、フリー磁性層５の磁化方向はスムーズに変化することができるため好ましい。
【０１２６】
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ここでは前記反強磁性層２の組成と、トップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層ここでは前記バイアス層６の組成を異ならしめ、例えば反強磁性層２のＭｎ濃度をバイアス層６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５と固定磁性層３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、第２の熱処理後のＭｎ濃度を異ならしめた反強磁性層２とバイアス層６の両者の交換異方性磁界の差を、さらに顕著にすることができ、磁気記録媒体からの信号磁界の印加に対し、固定磁性層３の磁化方向は変化せずに固定され、フリー磁性層５の磁化方向はスムーズに変化することが可能となる。
【０１２７】
すなわち、バイアス層６を、Ｘ_mＭｎ_100-m（Ｘが、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種以上の元素、組成比を示すｍが５２原子％≦ｍ≦６０原子％）からなる合金とし、反強磁性層２を、Ｘ_mＭｎ_100-m（Ｘが、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種以上の元素、組成比を示すｍが、４８原子％≦ｍ≦５８原子％）からなる合金とすることが好ましい。
【０１２８】
バイアス層６の組成を示すｍが、５２原子％未満若しくは６０原子％を越えると、図１８に示すように、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理を行っても、バイアス層６を構成するＸ_mＭｎ_100-m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、一方向交換結合磁界を示さなくなるので好ましくない。また、反強磁性層２の組成を示すｍが、４８原子％未満若しくは５８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反強磁性層２を構成するＸ_mＭｎ_100-m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、一方向交換結合磁界を示さなくなるので好ましくない。
【０１２９】
よって、第１の熱処理温度２４５℃の第１の熱処理を行った後に、反強磁性層２の交換異方性磁界がバイアス層６の交換異方性磁界よりも大きく、かつ第２の熱処理温度が２７０℃の第２の熱処理を行った後にも、反強磁性層２の交換異方性磁界がバイアス層６の交換異方性磁界よりも大きくなるように、バイアス層６の組成比（５２原子％≦ｍ≦６０原子％）と反強磁性層２の組成比（４８原子％≦ｍ≦５８原子％）の範囲の中から各々の組成比を異ならせて選択すればよい。
【０１３０】
このような条件を満たす組成比を各々選択して組成範囲を異ならしめることにより、反強磁性層２とバイアス層６を同一組成で形成した場合よりも、第１の熱処理時および第２の熱処理時における各々の反強磁性層２の交換結合磁界とバイアス層６の交換異方性磁界の差を顕著にできる組み合わせが可能になり、設計の自由度が向上する。
【０１３１】
また、第１の熱処理の際に、反強磁性層２の交換異方性磁界をバイアス層６の交換異方性磁界よりも大きくでき、第２の熱処理の際に、反強磁性層２の交換異方性磁界を劣化または磁化方向を変えることがなく、固定磁性層３の磁化方向を強固に固定したまま、フリー磁性層５と固定磁性層３の磁化方向を交差させることができる。さらに、第２の熱処理後に、反強磁性層２の交換異方性磁界をバイアス層６の交換異方性磁界よりも大きくでき、磁気記録媒体からの信号磁界の印加に対して、固定磁性層３の磁化方向が変化せずに固定され、フリー磁性層５の磁化方向はスムーズに変化することが可能となる。
【０１３２】
反強磁性層２とバイアス層６の好ましい別の組み合わせは、バイアス層６を、Ｐｔ_mＭｎ_100-m-nＺ_n（Ｚが、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、組成比を示すｍ、ｎが、５２原子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％）からなる合金とし、反強磁性層２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、組成比を示すｍ、ｎは、４８原子％≦ｍ＋ｎ≦５８原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％）からなる合金とすることが好ましい。
【０１３３】
バイアス層６の組成を示すｍ＋ｎが５２原子％未満若しくは６０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、バイアス層６を構成するＰｔ_mＭｎ_100-m-nＺ_n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、一方向交換結合磁界を示さなくなるので好ましくない。また、バイアス層６の組成を示す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。
【０１３４】
また、反強磁性層２の組成を示すｍ＋ｎが４８原子％未満若しくは５８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、反強磁性層２を構成するＰｔ_mＭｎ_100-m-nＺ_n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、一方向交換結合磁界を示さなくなるので好ましくない。また、反強磁性層２の組成を示す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。
【０１３５】
よって、第１の熱処理温度２４５℃の第１の熱処理を行った後に、反強磁性層２の交換異方性磁界がバイアス層６の交換異方性磁界よりも大きく、かつ第２の熱処理温度が２７０℃の第２の熱処理を行った後にも、反強磁性層２の交換異方性磁界がバイアス層６の交換異方性磁界よりも大きくなるように、反強磁性層２の組成比（４８原子％≦ｍ＋ｎ≦５８原子％）とバイアス層６の組成比（５２原子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％）の範囲の中から各々の組成比を異ならせて選択すればよい。
【０１３６】
このような条件を満たす組成比を各々選択して組成範囲を異ならしめることにより、反強磁性層２とバイアス層６を同一組成で形成した場合よりも、第１の熱処理時および第２の熱処理時における各々の反強磁性層２の交換結合磁界とバイアス層６の交換異方性磁界の差を顕著にできる組み合わせが可能になり、設計の自由度が向上する。
【０１３７】
また、第１の熱処理の際に、反強磁性層２の交換異方性磁界をバイアス層６の交換異方性磁界よりも大きくでき、第２の熱処理の際に、反強磁性層２の交換異方性磁界を劣化または磁化方向を変えることがなく、固定磁性層３の磁化方向を強固に固定したまま、フリー磁性層５と固定磁性層３の磁化方向を交差させることができる。さらに、第２の熱処理後に、反強磁性層２の交換異方性磁界をバイアス層６の交換異方性磁界よりも大きくでき、磁気記録媒体からの信号磁界の印加に対して、固定磁性層３の磁化方向が変化せずに固定され、フリー磁性層５の磁化方向はスムーズに変化することが可能となる。
【０１３８】
反強磁性層２とバイアス層６の好ましい別の組み合わせは、バイアス層６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、組成比を示すｑ、ｊが、５２原子％≦ｑ＋ｊ≦６０原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％）からなる合金とし、反強磁性層２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、組成比を示すｑ、ｊが、４８原子％≦ｑ＋ｊ≦５８原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％）からなる合金とすることが好ましい。
【０１３９】
バイアス層６の組成を示すｑ＋ｊが、５２原子％未満若しくは６０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、バイアス層６を構成するＰｔ_qＭｎ_100-q-jＬ_j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。また、バイアス層６の組成を示す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。
【０１４０】
また、反強磁性層２の組成を示すｑ＋ｊが、４８原子％未満若しくは５８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、反強磁性層２を構成するＰｔ_qＭｎ_100-q-jＬ_j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。また、反強磁性層２の組成を示す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。
【０１４１】
よって、第１の熱処理温度２４５℃の第１の熱処理を行った後に、反強磁性層２の交換異方性磁界がバイアス層６の交換異方性磁界よりも大きく、かつ第２の熱処理温度が２７０℃の第２の熱処理を行った後にも、反強磁性層２の交換異方性磁界がバイアス層６の交換異方性磁界よりも大きくなるように、反強磁性層２の組成比（４８原子％≦ｑ＋ｊ≦５８原子％）とバイアス層６の組成比（５２原子％≦ｑ＋ｊ≦６０原子％）の範囲の中から各々の組成比を異ならせて選択すればよい。
【０１４２】
このような条件を満たす組成比を各々選択して組成範囲を異ならしめることにより、反強磁性層２とバイアス層６を同一組成で形成した場合よりも、第１の熱処理時および第２の熱処理時における各々の反強磁性層２の交換結合磁界とバイアス層６の交換異方性磁界の差を顕著にできる組み合わせが可能になり、設計の自由度が向上する。
【０１４３】
また、第１の熱処理の際に、反強磁性層２の交換異方性磁界をバイアス層６の交換異方性磁界よりも大きくでき、第２の熱処理の際に、反強磁性層２の交換異方性磁界を劣化または磁化方向を変えることがなく、固定磁性層３の磁化方向を強固に固定したまま、フリー磁性層５と固定磁性層３の磁化方向を交差させることができる。さらに、第２の熱処理後に、反強磁性層２の交換異方性磁界をバイアス層６の交換異方性磁界よりも大きくでき、磁気記録媒体からの信号磁界の印加に対して、固定磁性層３の磁化方向が変化せずに固定され、フリー磁性層５の磁化方向はスムーズに変化することが可能となる。
【０１４４】
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子１では、前記フリー磁性層５は、固定磁性層３が配置されている方向と反対側の面に（もしくは、基板Ｋと反対側の面に）トラック幅Ｔｗに相当する幅のトラック溝５Ａが設けられた溝部５Ｂを有しているので、この溝部５Ｂ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。また、このスピンバルブ型薄膜磁気素子１を製造する場合に、フリー磁性層５の溝部５Ｂの両側の平坦部５Ｃ上に配置されるバイアス層６が、前記溝部５Ｂに残ることがなく、磁気記録媒体からの微弱な漏れ磁束に対してフリー磁性層５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磁気素子１となる。
【０１４５】
さらに、反強磁性層２およびバイアス層６が、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉのうちの少なくとも１種または２種以上の元素とＭｎとを含む合金からなるものであるので、交換異方性磁界の温度特性が良好となり、耐熱性に優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子１となる。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薄膜磁気ヘッドなどの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１とすることができる。さらにまた、反強磁性層２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、反強磁性層２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３の磁化方向を強固に固定することができる。
【０１４６】
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子１の製造方法では、反強磁性層２およびバイアス層６に、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉのうちの少なくとも１種または２種以上の元素と、Ｍｎとを含む合金を用い、前記合金の性質を利用して、１度目の熱処理で固定磁性層３の磁化方向を固定し、２度目の熱処理でフリー磁性層５の磁化方向を前記固定磁性層３の磁化方向と交差する方向に揃えるので、固定磁性層３の磁化方向に悪影響を与えることなく、フリー磁性層５の磁化方向を固定磁性層３の磁化方向と交差する方向に揃えることができ、耐熱性に優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子１を得ることができる。
【０１４７】
また、基板上に、反強磁性層２と、固定磁性層３と、非磁性導電層４と、フリー磁性層５と、バイアス層６とを順次積層して積層体ａ１を形成し、前記積層体ａ１を熱処理する方法であるので、前記積層体ａ１を形成するに際し、前記基板Ｋと前記バイアス層６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異方性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。
【０１４８】
さらにまた、前記バイアス層６の一部を除去してトラック幅Ｔｗに近い幅の凹部６Ａを形成するとともに、この凹部６Ａの下に位置する前記フリー磁性層５にトラック幅Ｔｗに相当する幅のトラック溝５Ａを形成するので、前記バイアス層６の厚みにばらつきがある場合でも、前記トラック溝５Ａの底部５Ｄにバイアス層６が残ることがないため、トラック幅Ｔｗを精度よく画定でき、高記録密度化に対応可能なスピンバルブ型薄膜磁気素子１を得ることができる。また、バイアス層６を完全に除去することが簡単であるため、容易に製造することができる。
【０１４９】
また、スライダ１５１に上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子１が備えられてなる薄膜磁気ヘッドとすることで、耐久性および耐熱性に優れ、十分な交換異方性磁界が得られる薄膜磁気ヘッドとすることができる。
【０１５０】
本発明の第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子１においては、上述したように、非磁性導電層４の厚さ方向上下に、固定磁性層３とフリー磁性層５をそれぞれ単層構造として設けたが、これらを複数構造としてもよい。
【０１５１】
巨大磁気抵抗変化を示すメカニズムは、非磁性導電層４と固定磁性層３とフリー磁性層５との界面で生じる伝導電子のスピン依存散乱によるものである。Ｃｕなどからなる前記非磁性導電層４に対し、スピン依存散乱が大きな組み合わせとして、Ｃｏ層が例示できる。このため、固定磁性層３をＣｏ以外の材料で形成した場合、固定磁性層３の非磁性導電層４側の部分を図１の２点鎖線で示すように薄いＣｏ層３ａで形成することが好ましい。また、フリー磁性層５をＣｏ以外のＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金などの材料で形成した場合も、固定磁性層３の場合と同様に、フリー磁性層５の非磁性導電層４側の部分を図１の２点鎖線で示すように薄いＣｏ層５ａで形成することが好ましい。
【０１５２】
［第２の基本形態］
図８は、本発明の第２の基本形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を模式図的に示した横断面図であり、図９は、図８に示した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。このスピンバルブ型薄膜磁気素子においても、図１に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子と同様に、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するものである。なお、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は、図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向は、Ｙ方向である。
【０１５３】
図８および図９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、非磁性導電層、及び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の一種である。また、この例のスピンバルブ型薄膜磁気素子も、図１に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子と同様に、反強磁性材料からなるバイアス層を用いたエクスチェンジバイアス方式により、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差する方向に揃えるものである。
【０１５４】
図８および図９において、符号Ｋは、基板を示している。この基板Ｋの上には、Ａｌ₂Ｏ₃などからなる下地絶縁層２００、下部シールド層１６３、下部ギャップ層１６４、反強磁性層１１が形成され、さらに、前記反強磁性層１１の上には、第１の固定磁性層１２が形成されている。そして、前記第１の固定磁性層１２の上には、非磁性中間層１３が形成され、前記非磁性中間層１３の上には、第２の固定磁性層１４が形成されている。前記第２の固定磁性層１４の上には、非磁性導電層１５が形成され、さらに前記非磁性導電層１５の上には、フリー磁性層１６が形成されている。前記フリー磁性層１６は、図９に示すように、固定磁性層が配置されている方向と反対側の面に（もしくは、基板Ｋと反対側の面に）トラック幅Ｔｗと同じ幅のトラック溝１６Ａが設けられた溝部１６Ｂと、その両側の平坦部１６Ｃ、１６Ｃとを有している。前記フリー磁性層１６の平坦部１６Ｃ、１６Ｃ上には、前記バイアス層１３０、１３０が設けられ、前記バイアス層１３０、１３０の上には、導電層１３１、１３１が形成されている。
【０１５５】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、上述の第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子と同様に、反強磁性層１１は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉのうちの少なくとも１種または２種以上の元素と、Ｍｎとを含む合金からなるものであり、磁場中熱処理により第１の固定磁性層１２、第２の固定磁性層１４をそれぞれ一定の方向に磁化するものである。
【０１５６】
前記第１の固定磁性層１２および第２の固定磁性層１４は、例えば、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金などで形成されている。また、第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４との間に介在する非磁性中間層１３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。
【０１５７】
ところで、図８に示す第１の固定磁性層１２及び第２の固定磁性層１４に示されている矢印は、それぞれの磁気モーメントの大きさ及びその方向を表しており、前記磁気モーメントの大きさは、飽和磁化（Ｍｓ）と膜厚（ｔ）とをかけた値で選定される。
【０１５８】
図８および図９に示す第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４とは同じ材質で形成され、しかも、第２の固定磁性層１４の膜厚ｔＰ₂が、第１の固定磁性層１２の膜厚ｔＰ₁よりも大きく形成されているために、第２の固定磁性層１４の方が第１の固定磁性層１２に比べ、磁気モーメントが大きくなっている。また、第１の固定磁性層１２および第２の固定磁性層１４が異なる磁気モーメントを有することが望ましい。したがって、第１の固定磁性層１２の膜厚ｔＰ₁が第２の固定磁性層１４の膜厚ｔＰ₂より厚く形成されていてもよい。
【０１５９】
第１の固定磁性層１２は、図８および図９に示すように、図示Ｙ方向、すなわち記録媒体から離れる方向（ハイト方向）に磁化されており、非磁性中間層１３を介して対向する第２の固定磁性層１４の磁化は、前記第１の固定磁性層１２の磁化方向と反平行（フェリ状態）に磁化されている。
【０１６０】
第１の固定磁性層１２は、反強磁性層１１に接して形成され、磁場中アニール（熱処理）を施すことにより、前記第１の固定磁性層１２と反強磁性層１１との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、例えば、図８および図９に示すように、前記第１の固定磁性層１２の磁化が、図示Ｙ方向に固定される。前記第１の固定磁性層１２の磁化が、図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層１３を介して対向する第２の固定磁性層１４の磁化は、第１の固定磁性層１２の磁化と反平行状態（フェリ状態）で固定される。
【０１６１】
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、交換結合磁界が大きいほど、第１の固定磁性層１２の磁化と第２の固定磁性層１４の磁化を安定して反平行状態に保つことが可能である。この例のスピンバルブ型薄膜磁気素子では、反強磁性層１１として、ブロッキング温度が高く、しかも第１の固定磁性層１２との界面で大きい交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生させる上記の合金を使用することで、前記第１の固定磁性層１２及び第２の固定磁性層１４の磁化状態を熱的にも安定して保つことができる。
【０１６２】
以上のように、このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４との膜厚比を適正な範囲内に収めることによって、交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくでき、第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４の磁化を、熱的にも安定した反平行状態（フェリ状態）に保つことができ、しかも、良好な△ＭＲ（抵抗変化率）を得ることが可能である。
【０１６３】
図８および図９に示すように、第２の固定磁性層１４の上には、Ｃｕなどで形成された非磁性導電層１５が形成され、さらに前記非磁性導電層１５の上には、フリー磁性層１６が形成されている。前記フリー磁性層１６は、図８および図９に示すように、２層で形成されており、前記非磁性導電層１５に接する側に形成された符号１７の層はＣｏ膜で形成されている。また、もう一方の層１８は、ＮｉＦｅ合金や、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。なお、非磁性導電層１５に接する側にＣｏ膜の層１７を形成する理由は、Ｃｕにより形成された前記非磁性導電層１５との界面での金属元素等の拡散を防止でき、また、△ＭＲ（抵抗変化率）を大きくできるからである。
【０１６４】
また、バイアス層１３０、１３０は、前記反強磁性層１１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とされる。前記バイアス層１３０のバイアス磁界の影響を受けて、前記フリー磁性層１６の磁化は、図示Ｘ１方向に磁化された状態となっている。
【０１６５】
また、導電層１３１、１３１は、Ａｕ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａなどにより形成されることが好ましい。
【０１６６】
図８および図９におけるスピンバルブ型薄膜磁気素子では、前記導電層１３１、１３１からフリー磁性層１６、非磁性導電層１５、及び第２の固定磁性層１４にセンス電流が与えられる。記録媒体から図８および図９に示す図示Ｙ方向に磁界が与えられると、フリー磁性層１６の磁化は、図示Ｘ１方向からＹ方向に変動し、このときの非磁性導電層１５とフリー磁性層１６との界面、及び非磁性導電層１５と第２の固定磁性層１４との界面でスピンに依存した伝導電子の散乱が起こることにより、電気抵抗が変化し、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０１６７】
ところで前記センス電流は、実際には、第１の固定磁性層１２と非磁性中間層１３の界面などにも流れる。前記第１の固定磁性層１２は△ＭＲに直接関与せず、前記第１の固定磁性層１２は、△ＭＲに関与する第２の固定磁性層１４を適正な方向に固定するための、いわば補助的な役割を担った層となっている。このため、センス電流が、第１の固定磁性層１２及び非磁性中間層１３に流れることは、シャントロス（電流ロス）になるが、このシャントロスの量は非常に少なく、第２の実施形態では、従来とほぼ同程度の△ＭＲを得ることが可能となっている。
【０１６８】
この例のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、図１に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子とほぼ同様の製造方法により製造することができる。即ち、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法では、基板Ｋ上に、反強磁性層１１、第１の固定磁性層１２、非磁性中間層１３、第２の固定磁性層１４、非磁性導電層１５、フリー磁性層１６、バイアス層１３０を順次積層して積層体を形成したのち、前記積層体にトラック幅Ｔｗ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、前記反強磁性層１１およびバイアス層１３０に交換異方性磁界を発生させて、前記第１の固定磁性層１２および前記フリー磁性層１６の磁化を同一方向に固定すると共に、前記反強磁性層１１の交換異方性磁界を前記バイアス層１３０の交換異方性磁界よりも大とする。
【０１６９】
ついで、トラック幅Ｔｗ方向に前記バイアス層１３０の交換異方性磁界よりも大きく前記反強磁性層１１の交換異方性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１６に前記第１の固定磁性層１２および第２の固定磁性層１４の磁化方向と交差する方向のバイアス磁界を付与する。
【０１７０】
さらに、熱処理された前記積層体をイオンミリングなどにより、前記バイアス層１３０の一部を除去してトラック幅Ｔｗに近い幅の凹部１３０Ａを形成するとともに、この凹部１３０Ａの下に位置する前記フリー磁性層１６にトラック幅Ｔｗに相当する幅のトラック溝１６Ａを形成する。ついで、リフトオフレジストを使用する方法などにより、前記バイアス層１３０上に、前記フリー磁性層１６に検出電流を与える導電層１３１を形成し、スピンバルブ型薄膜磁気素子が得られる。
【０１７１】
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、前記フリー磁性層１６は、前記固定磁性層が配置されている方向と反対側の面に（もしくは、前記基板Ｋと反対側の面に）トラック幅Ｔｗに相当する幅のトラック溝１６Ａが設けられた溝部１６Ｂを有しているので、この溝部１６Ｂ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。また、このスピンバルブ型薄膜磁気素子を製造する場合に、フリー磁性層１６の溝部１６Ｂの両側の平坦部１６Ｃ上に配置されるバイアス層１３０が、前記溝部１６Ｂに残ることがなく、磁気記録媒体からの微弱な漏れ磁界に対してフリー磁性層１６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磁気素子となる。
【０１７２】
また、このスピンバルブ型薄膜磁気素子においても、反強磁性層１１およびバイアス層１３０が、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ので、交換異方性磁界の温度特性が良好となり、耐熱性に優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子となる。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薄膜磁気ヘッドなどの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とすることができる。さらにまた、反強磁性層１１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、反強磁性層１１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、第１の固定磁性層１２および第２の固定磁性層１４の磁化方向を強固に固定することができる。
【０１７３】
また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法においては、反強磁性層１１およびバイアス層１３０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とを含む合金を用い、前記合金の性質を利用して、１度目の熱処理で第１の固定磁性層１２の磁化方向を固定し、２度目の熱処理でフリー磁性層１６の磁化方向を前記第１の固定磁性層１２および第２の固定磁性層１４の磁化方向と交差する方向に揃えるので、第１の固定磁性層１２の磁化方向に悪影響を与えることなく、フリー磁性層１６の磁化方向を第１の固定磁性層１２および第２の固定磁性層１４の磁化方向と交差する方向に揃えることができ、耐熱性に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。
【０１７４】
また、基板Ｋ上に、反強磁性層１１、第１の固定磁性層１２、非磁性中間層１３、第２の固定磁性層１４、非磁性導電層１５、フリー磁性層１６、バイアス層１３０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Ｋと前記バイアス層１３０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異方性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。
【０１７５】
さらにまた、前記バイアス層１３０の一部を除去してトラック幅Ｔｗに近い幅の凹部１３０Ａを形成するとともに、この凹部１３０Ａの下に位置する前記フリー磁性層１６にトラック幅Ｔｗに相当する幅のトラック溝１６Ａを形成するので、前記バイアス層１３０の厚みにばらつきがある場合でも、前記トラック溝１６Ａの底部１６Ｄにバイアス層１３０が残ることがないため、トラック幅Ｔｗを精度よく画定でき、高記録密度化に対応可能なスピンバルブ型薄膜磁気素子を得ることができる。また、バイアス層１３０を完全に除去することが簡単であるため、容易に製造することができる。
【０１７６】
［第３の基本形態］
図１０は、本発明の第３の基本形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を模式図的に示した横断面図であり、図１１は、図１０に示した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。この例のスピンバルブ型薄膜磁気素子においても、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子と同様に、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するものである。なお、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は、図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向は、Ｙ方向である。
【０１７７】
また、この例のスピンバルブ型薄膜磁気素子も、反強磁性材料からなるバイアス層を用いたエクスチェンジバイアス方式により、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差する方向に揃えるものである。このスピンバルブ型薄膜磁気素子は、固定磁性層のみならず、フリー磁性層も非磁性中間層を介して第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の２層に分断されている。
【０１７８】
図１０および図１１において、符号Ｋは、基板を示している。この基板Ｋの上には、Ａｌ₂Ｏ₃などからなる下地絶縁層２００、下部シールド層１６３、下部ギャップ層１６４、反強磁性層５１が形成され、さらに、前記反強磁性層５１の上には、第１の固定磁性層５２、非磁性中間層５３、第２の固定磁性層５４、非磁性導電層５５、第１のフリー磁性層５６、非磁性中間層５９、第２のフリー磁性層６０が順に積層されている。前記第２のフリー磁性層６０は、図１１に示すように、前記固定磁性層が配置されている方向と反対側の面に（もしくは、前記基板Ｋと反対側の面に）トラック幅Ｔｗと同じ幅のトラック溝６０Ａが設けられた溝部１６Ｂと、その両側の平坦部６０Ｃ、６０Ｃとを有している。前記第２のフリー磁性層６０の平坦部６０Ｃ、６０Ｃ上には、前記バイアス層６２、６２が設けられ、前記バイアス層６２、６２の上には、導電層６３、６３が形成されている。
【０１７９】
本発明の第３の基本形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子においても、前記反強磁性層５１は、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子と同様に、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り、磁場中熱処理により第１の固定磁性層５２、第２の固定磁性層５４をそれぞれ一定の方向に磁化するものである。
【０１８０】
第１の固定磁性層５２及び第２の固定磁性層５４は、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。また、非磁性中間層５３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。
【０１８１】
第１の固定磁性層５２は、反強磁性層５１に接して形成され、磁場中アニール（熱処理）を施すことにより、前記第１の固定磁性層５２と反強磁性層５１との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、例えば、図１０および図１１に示すように、前記第１の固定磁性層２２の磁化が、図示Ｙ方向に固定される。前記第１の固定磁性層５２の磁化が、図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層５３を介して対向する第２の固定磁性層５４の磁化は、第１の固定磁性層５２の磁化と反平行状態（フェリ状態）で固定される。
【０１８２】
このフェリ状態の安定性を保つためには、大きい交換結合磁界が必要である。この例のスピンバルブ型薄膜磁気素子では、反強磁性層５１として、ブロッキング温度が高く、しかも第１の固定磁性層５２との界面で大きい交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生させる上記の合金を使用することで、前記第１の固定磁性層５２及び第２の固定磁性層５４の磁化状態を熱的にも安定して保つことができる。
【０１８３】
また、前記非磁性導電層５５は、Ｃｕなどで形成されることが好ましい。
【０１８４】
また、前記第１のフリー磁性層５６は、図１０および図１１に示すように、２層で形成されており、非磁性導電層５５に接する側にＣｏ膜５７が形成されている。非磁性導電層５５に接する側にＣｏ膜５７を形成するのは、第１に△ＭＲを大きくできるためであり、第２に非磁性導電層５５との拡散を防止するためである。
【０１８５】
前記Ｃｏ膜５７の上には、ＮｉＦｅ合金膜５８が形成されている。さらに、前記ＮｉＦｅ合金膜５８上には、非磁性中間層５９が形成されている。そして、前記非磁性中間層５９の上には、第２のフリー磁性層６０が形成されている。前記第２のフリー磁性層６０は、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。
【０１８６】
また、第１のフリー磁性層５６と第２のフリー磁性層６０との間に介在する非磁性中間層５９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。
【０１８７】
前記第１のフリー磁性層５６の磁化と第２のフリー磁性層６０の磁化とは、前記第１のフリー磁性層５６と第２のフリー磁性層６０との間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、図１０および図１１に示すように、互いに反平行状態（フェリ状態）になっている。
【０１８８】
図１０および図１１に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子では、例えば、第１のフリー磁性層５６の膜厚ｔＦ₁は、第２のフリー磁性層６０の膜厚ｔＦ₂よりも小さく形成されている。そして、前記第１のフリー磁性層５６のＭｓ・ｔＦ₁は、第２のフリー磁性層６０のＭｓ・ｔＦ₂よりも小さく設定されており、バイアス層６２から図示Ｘ１方向と反対方向にバイアス磁界が与えられると、Ｍｓ・ｔＦ₂の大きい第２のフリー磁性層６０の磁化が、前記バイアス磁界の影響を受けて、図示Ｘ１方向と反対方向に揃えられ、前記第２のフリー磁性層６０との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、Ｍｓ・ｔＦ₁の小さい第１のフリー磁性層５６の磁化は、図示Ｘ１方向に揃えられる。
【０１８９】
図示Ｙ方向から外部磁界が侵入してくると、前記第１のフリー磁性層５６と第２のフリー磁性層６０の磁化は、フェリ状態を保ちながら、前記外部磁界の影響を受けて回転する。そして、△ＭＲに奇与する第１のフリー磁性層５６の変動磁化と、第２の固定磁性層５４の固定磁化（例えば図示Ｙ方向と反対方向に磁化されている）との関係によって、電気抵抗が変化し、外部磁界が電気抵抗変化として検出される。
【０１９０】
また、バイアス層６２、６２は、前記反強磁性層５１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とされる。また、導電層６２、６３は、Ａｕ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａなどにより形成されることが好ましい。
【０１９１】
この例のスピンバルブ型薄膜磁気素子も、図１に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子とほぼ同様の製造方法により製造することができる。即ち、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法では、基板Ｋ上に、反強磁性層５１、第１の固定磁性層５２、非磁性中間層５３、第２の固定磁性層５４、非磁性導電層５５、第１のフリー磁性層５６、非磁性中間層５９、第２のフリー磁性層６０、バイアス層６２を順次積層して積層体を形成したのち、前記積層体にトラック幅Ｔｗ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、前記反強磁性層５１およびバイアス層６２に交換異方性磁界を発生させて、前記第１の固定磁性層５２および前記第２のフリー磁性層６０の磁化を同一方向に固定すると共に、前記反強磁性層５１の交換異方性磁界を前記バイアス層６２の交換異方性磁界よりも大とする。
【０１９２】
ついで、トラック幅Ｔｗ方向に前記バイアス層６２の交換異方性磁界よりも大きく前記反強磁性層５１の交換異方性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、前記第２のフリー磁性層６０に前記第１の固定磁性層５２および第２の固定磁性層５４の磁化方向と交差する方向のバイアス磁界を付与する。
【０１９３】
さらに、熱処理された前記積層体をイオンミリングなどにより、前記バイアス層６２の一部を除去してトラック幅Ｔｗに近い幅の凹部６２Ａを形成するとともに、この凹部６２Ａの下に位置する前記フリー磁性層６０にトラック幅Ｔｗに相当する幅のトラック溝６０Ａを形成する。ついで、リフトオフレジストを使用する方法などにより、前記バイアス層６２上に、導電層６３を形成し、スピンバルブ型薄膜磁気素子が得られる。
【０１９４】
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、前記フリー磁性層６０は、前記固定磁性層が配置されている方向と反対側の面に（もしくは、前記基板Ｋと反対側の面に）トラック幅Ｔｗに相当する幅のトラック溝６０Ａが設けられた溝部６０Ｂを有しているので、この溝部６０Ｂ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。また、このスピンバルブ型薄膜磁気素子を製造する場合に、フリー磁性層６０の溝部６０Ｂの両側の平坦部６０Ｃ上に配置されるバイアス層６２が、前記溝部６０Ｂに残ることがなく、磁気記録媒体からの微弱な漏れ磁界に対してフリー磁性層６０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磁気素子となる。
【０１９５】
また、このスピンバルブ型薄膜磁気素子においても、反強磁性層５１およびバイアス層６２が、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ので、交換異方性磁界の温度特性が良好となり、耐熱性に優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子となる。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薄膜磁気ヘッドなどの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とすることができる。さらにまた、反強磁性層５１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、反強磁性層５１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、第１の固定磁性層５２および第２の固定磁性層５４の磁化方向を強固に固定することができる。
【０１９６】
また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法においては、反強磁性層５１およびバイアス層６２に、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉのうちの少なくとも１種または２種以上の元素とＭｎとを含む合金を用い、前記合金の性質を利用して、１度目の熱処理で第１の固定磁性層５２の磁化方向を固定し、２度目の熱処理で第２のフリー磁性層６０の磁化方向を前記第１の固定磁性層５２および第２の固定磁性層５４の磁化方向と交差する方向に揃えるので、第１の固定磁性層５２の磁化方向に悪影響を与えることなく、第１のフリー磁性層５６および第２のフリー磁性層６０の磁化方向を第１の固定磁性層５２および第２の固定磁性層５４の磁化方向と交差する方向に揃えることができ、耐熱性に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。
【０１９７】
また、反強磁性層５１、第１の固定磁性層５２、非磁性中間層５３、第２の固定磁性層５４、非磁性導電層５５、第１のフリー磁性層５６、非磁性中間層５９、第２のフリー磁性層６０、バイアス層６２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Ｋと前記バイアス層６２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異方性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。
【０１９８】
さらにまた、前記バイアス層６２の一部を除去してトラック幅Ｔｗに近い幅の凹部６２Ａを形成するとともに、この凹部６２Ａの下に位置する前記フリー磁性層６０にトラック幅Ｔｗに相当する幅のトラック溝６０Ａを形成するので、前記バイアス層６２の厚みにばらつきがある場合でも、前記トラック溝６０Ａの底部６０Ｄにバイアス層６２が残ることがないため、トラック幅Ｔｗを精度よく画定でき、高記録密度化に対応可能なスピンバルブ型薄膜磁気素子を得ることができる。また、バイアス層６２を完全に除去することが簡単であるため、容易に製造することができる。
【０１９９】
［センス電流磁界の作用］
次に、図８〜図１１に示す第２の実施形態および第３の実施形態の構造において、センス電流磁界の作用について説明する。図８および図９に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子では、非磁性導電層１５の下側に第２の固定磁性層１４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１２及び第２の固定磁性層１４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。
【０２００】
図８に示すように、前記第２の固定磁性層１４の磁気モーメントは、第１の固定磁性層１２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１４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。このため前記第１の固定磁性層１２の磁気モーメントと第２の固定磁性層１４の磁気モーメントとを足し合わせた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。
【０２０１】
前述のように、非磁性導電層１５は、第２の固定磁性層１４及び第１の固定磁性層１２の上側に形成されている。このため、主に前記非磁性導電層１５を中心にして流れるセンス電流１１２によって形成されるセンス電流磁界は、前記非磁性導電層１５よりも下側において、図示左方向に向くように、前記センス電流１１２の流す方向を制御すればよい。このようにすれば、第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４と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が一致する。
【０２０２】
図８に示すように、前記センス電流１１２は、図示Ｘ１方向に流される。右ネジの法則により、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は、紙面に対して右回りに形成される。従って、非磁性導電層１５よりも下側の層には、図示方向（図示Ｙ方向と反対方向）のセンス電流磁界が印加されることになり、このセンス電流によって、第１の合成磁気モーメントを補強する方向に作用し、第１の固定磁性層１２と第２の固定磁性層１４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１２の磁化と第２の固定磁性層１４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。
【０２０３】
特に、センス電流を１ｍＡ流すと、約３０（Ｏｅ）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３００（Ｏｅ）と大きくなる。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１２の磁気モーメントと第２の固定磁性層１４とを足し合わせて求めることができる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１２の磁化と第２の固定磁性層１４の磁化との反平行状態が壊れ易くなる。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反強磁性層１１として使用する必要がある。そのため、本発明では、ブロッキング温度が高い上記の合金を使用している。
【０２０４】
なお、図８に示す第１の固定磁性層１２の磁気モーメントと第２の固定磁性層１４の磁気モーメントとで形成される合成磁気モーメントが、図示右方向（図示Ｙ方向）に向いている場合には、センス電流を図示Ｘ１方向と反対方向に流し、センス電流磁界が紙面に対し左回りに形成されるようにすればよい。
【０２０５】
また、図１０及び図１１は、フリー磁性層が非磁性中間層を介して第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の２層に分断されて形成されたスピンバルブ型薄膜磁気素子の実施例であるが、図１０に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子のように、非磁性導電層５５よりも下側に第１の固定磁性層５２及び第２の固定磁性層５４が形成された場合にあっては、図８に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子の場合と同様のセンス電流方向の制御を行えばよい。
【０２０６】
以上のように、上述の各実施の形態によれば、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、第１の固定磁性層の磁気モーメントと第２の固定磁性層の磁気モーメントを足し合わせることによって求めることができる合成磁気モーメントの方向とを一致させることにより、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層間に作用する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）を増幅させ、前記第ｌの固定磁性層の磁化と第２の固定磁性層の磁化の反平行状態（フェリ状態）を熱的に安定した状態に保つことが可能である。特に、本実施の形態では、より熱的安定性を向上させるために、反強磁性層にブロッキング温度の高い反強磁性材料を使用しており、これによって、環境温度が、従来に比べて大幅に上昇しても、前記第１の固定磁性層の磁化と第２の固定磁性層の磁化の反平行状態（フェリ状態）を壊れ難くすることができる。
【０２０７】
また、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、本発明の実施の形態では、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。なお、このセンス電流方向の制御は、反強磁性層にどのような反強磁性材料を使用した場合であっても適用でき、例えば、反強磁性層と固定磁性層（第１の固定磁性層）との界面で交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生させるために、熱処理が必要であるか、あるいは必要でないかを問わない。さらに、図１に示す第１の実施の形態のように、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。
【０２０８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法では、反強磁性層およびバイアス層に、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ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、前記合金の性質を利用して、１度目の熱処理で固定磁性層の磁化方向を固定し、２度目の熱処理でフリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向に揃えるので、固定磁性層の磁化方向に悪影響を与えることなく、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向に揃えることができ、耐熱性に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。
【０２１２】
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、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層、バイアス層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、前記基板と前記バイアス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異方性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。
【０２１３】
また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法では、前記バイアス層の一部を除去してトラック幅に近い幅の凹部を形成するとともに、この凹部の下に位置する前記フリー磁性層にトラック幅に相当する幅のトラック溝を形成するので、前記バイアス層の厚みにばらつきがある場合でも、前記トラック溝の底部にバイアス層が残ることがないため、トラック幅を精度よく画定でき、高記録密度化に対応可能なスピンバルブ型薄膜磁気素子を得ることができる。また、バイアス層を完全に除去することが簡単であるため、容易に製造することができる。
【０２１４】
また、本発明方法により得られたスピンバルブ型薄膜磁気素子であるならば、耐久性および耐熱性に優れ、十分な交換異方性磁界が得られる薄膜磁気ヘッドに供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の基本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である。
【図２】 図１に示したスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法を説明するための図であって、基板上に積層体を形成した状況を示す断面図である。
【図３】 図１に示したスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法を説明するための図であって、マスクを形成した状況を示す断面図である。
【図４】 図１に示したスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法を説明するための図であって、トラック溝を形成した状況を示す断面図である。
【図５】 図１に示したスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法を説明するための図であって、導電層を形成した状況を示す断面図である。
【図６】 本発明の第１の基本形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドを示す斜視図である。
【図７】 本発明の第１の基本形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの要部を示す断面図である。
【図８】 本発明の第２の基本形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子を示す断面図である。
【図９】 図８に示した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。
【図１０】 本発明の第３の基本形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子を示す断面図である。
【図１１】 図１０に示した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。
【図１２】 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す断面図である。
【図１３】 従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子の他の例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である。
【図１４】 図１３に示したスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法を説明するための図であって、基板上に積層体を形成した状況を示す断面図である。
【図１５】 図１３に示したスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法を説明するための図であって、リフトオフレジストを形成した状況を示す断面図である。
【図１６】 図１３に示したスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法を説明するための図であって、バイアス層および導電層を形成した状況を示す断面図である。
【図１７】 Ｐｔ_55.4Ｍｎ_44.6合金及びＰｔ_54.4Ｍｎ_45.6合金の交換異方性磁界の熱処理温度依存性を示すグラフである。
【図１８】 Ｐｔ_mＭｎ_100-m合金の交換異方性磁界のＰｔ濃度（ｍ）依存性を示すグラフである。
【図１９】 図１７および図１８に示すグラフのデータの測定に用いられた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である。
【図２０】 図１７および図１８に示すグラフのデータの測定に用いられた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である。
【符号の説明】
１ スピンバルブ型薄膜磁気素子
Ｋ 基板
２、１１、２２、５１ 反強磁性層
３、２３ 固定磁性層
４、１５、２４、５５ 非磁性導電層
５、１６、２５ フリー磁性層
６、２６、６２、１３０ バイアス層
８、２８、６３、１３１ 導電層
Ｔｗ トラック幅
５Ａ、１６Ａ、６０Ａ トラック溝
５Ｂ、１６Ｂ、６０Ｂ 溝部
５Ｃ、１６Ｃ、６０Ｃ 平坦部
ａ１ 積層体
１２、５２ 第１の固定磁性層
１４、５４ 第２の固定磁性層
１３、５３ 非磁性中間層
５６ 第１のフリー磁性層
６０ 第２のフリー磁性層
１５０ 薄膜磁気ヘッド
６Ａ、６２Ａ、１３０Ａ 凹部

Claims (3)

1. 基板上に、反強磁性層と、固定磁性層と、非磁性導電層と、フリー磁性層と、バイアス層とを順次積層して積層体を形成する工程と、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、前記反強磁性層およびバイアス層に交換異方性磁界を発生させて、前記固定磁性層および前記フリー磁性層の磁化を同一方向に固定すると共に、前記反強磁性層の交換異方性磁界を前記バイアス層の交換異方性磁界よりも大とする工程と、トラック幅方向に前記バイアス層の交換異方性磁界よりも大きく前記反強磁性層の交換異方性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差する方向のバイアス磁界を付与する工程と、前記バイアス層の一部を除去してトラック幅に近い幅の凹部を形成するとともに、この凹部の下に位置する前記フリー磁性層にトラック幅に相当する幅のトラック溝を形成する工程と、前記バイアス層上に、前記フリー磁性層に検出電流を与える導電層を形成する工程とを有するとともに、前記反強磁性層およびバイアス層は、以下の組成式からなる相互に異なる合金を用いることを特徴とするスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法。
   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、前記バイアス層の組成比を示すｍが、５２原子％≦ｍ≦６０原子％であり、前記反強磁性層の組成比を示すｍが、４８原子％≦ｍ≦５８原子％である。
2. 前記第１の熱処理温度は、２２０℃〜２４０℃の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法。
3. 前記第２の熱処理熱度は、２５０℃〜２７０℃の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法。

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