JP3973528B2 - 磁気検出素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハードディスク装置や磁気センサなどに用いられる磁気検出素子に係り、特に狭トラック化においても適切にフリー磁性層の磁化制御を行うことができ、再生特性に優れた磁気検出素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３９は特開平９−０７３６１１号公報（以下、特許文献１と言う）の図１に示す磁気検出素子を書き写したものであり、前記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。
【０００３】
図３９に示す磁気検出素子はいわゆるスピンバルブ型の磁気検出素子であり、Ａｌ₂Ｏ₃（酸化アルミニウム）などで形成された下部ギャップ層１の両側に所定のトラック幅Ｔｗを開けて反強磁性層２，２が形成されている。前記下部ギャップ層１のトラック幅Ｔｗ部分の上面には下地層９が形成される。
【０００４】
そして、両側の反強磁性層２，２の上面および前記下地層９の上面にフリー磁性層３、非磁性材料層４、固定磁性層５、反強磁性層６、及び上地層１０が形成されている。反強磁性層６の上にはＣｒなどからなる一対の電極層７，７が形成され、Ａｌ₂Ｏ₃（酸化アルミニウム）などで形成されさらに上部ギャップ層８が形成されている。
【０００５】
フリー磁性層３及び固定磁性層５はＮｉ−Ｆｅ（ニッケル−鉄）系合金で形成され、非磁性材料層４はＣｕで形成されている。
【０００６】
反強磁性層２，２と反強磁性層６は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）、Ｎｉ−Ｍｎ（ニッケル−マンガン）合金、Ｐｔ−Ｍｎ（白金−マンガン）合金などの反強磁性材料により形成される。
【０００７】
反強磁性層６は、固定磁性層５との間に交換異方性磁界を発生させて、固定磁性層の磁化方向を図示Ｙ方向に固定するためのものである。
【０００８】
また、反強磁性層２，２とフリー磁性層３と界面にも交換異方性磁界が発生し、フリー磁性層３の磁化方向を図示Ｘ方向に単磁区化している。
【０００９】
図３９に示される磁気検出素子に記録媒体からの洩れ磁界などの外部磁界が与えられると、フリー磁性層３の磁化方向が変化して、フリー磁性層３、非磁性材料層４、及び固定磁性層５からなる多層膜の電気抵抗が変化する。この抵抗変化を電圧変化または電流変化として取り出すことにより外部磁界を検出する。
【００１０】
図３９に示されるようなスピンバルブ型の磁気検出素子では、検出出力の線形性を高め、バルクハウゼンノイズを低減するために、フリー磁性層３を適切に単磁区化する必要がある。
【００１１】
スピンバルブ型の磁気検出素子のフリー磁性層の磁化制御には、従来、フリー磁性層の両側部に硬磁性層を配置し、この硬磁性層とフリー磁性層の間に静磁界結合または強磁性結合を生じさせることにより、フリー磁性層の磁化方向をそろえるハードバイアス方式が好んで採用されていた。
【００１２】
しかし、近年、磁気検出素子の狭トラック化及び狭ギャップ化の促進にともない、フリー磁性層の磁化制御には、図３９に示されるような、フリー磁性層に一対の反強磁性層を重ねるエクスチェンジバイアス方式が採用されつつある。
【００１３】
このエクスチェンジバイアス方式を用いた磁気検出素子は、前述のハードバイアス方式に比べて、
（１）フリー磁性層の光学的トラック幅内に、外部磁界によって磁化方向が変化しない不感領域がほとんど発生しない。
（２）フリー磁性層のトラック幅方向端部の反磁界の影響が低減でき、フリー磁性層の磁化を乱す現象（バックリング現象）を抑制できる。
【００１４】
などの利点を有し、磁気検出素子の狭トラック化及び狭ギャップ化を促進するために適した縦バイアス方式である。
【００１５】
【特許文献１】
特開平９−０７３６１１号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１によれば、図３９に示す磁気検出素子の製造方法として、前記下部ギャップ層１のトラック幅Ｔｗの部分の下地層９上にのみレジスト層を設け、前記レジスト層に覆われていない領域の下地層９及び下部ギャップ層１を削り、前記削られた両側の下部ギャップ層１の上に前記反強磁性層２を形成するとしている。その後、前記レジスト層を除去し、前記反強磁性層２上を軽くクリーニングした後、前記反強磁性層２上にフリー磁性層３、非磁性材料層４・・・を連続して成膜していくと記載されている。
【００１７】
しかしながら上記した製造方法では以下のような問題点がある。すなわち前記反強磁性層２の上面を例えばイオンミリングなどによってクリーニングすると、前記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反強磁性層２の表面から内部に入り込みやすくなり、前記イオンミリングによるダメージによってフリー磁性層３の磁気特性が劣化しやすい。
【００１８】
また上記した製造方法では、前記反強磁性層２とフリー磁性層３を連続して成膜しないため（すなわち前記反強磁性層２を成膜後、レジスト層の除去、クリーニング工程を経てフリー磁性層３の成膜を行うため）、前記反強磁性層２とフリー磁性層３間で適切な大きさの交換結合磁界が生じにくく、前記フリー磁性層３のトラック幅Ｔｗの部分から外れた両側領域を適切に磁化固定できずサイドリーディングなどを引き起こしやすくなっている。
【００１９】
そこで図３９に示す磁気検出素子は、例えば図４０及び図４１に示す製造工程を用いて製造されると好ましいと考えられた。図４０及び図４１は、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。
【００２０】
図４０に示す工程では、下部ギャップ層１上にリフトオフ用のレジスト層Ｒを形成し、イオンミリングによって、一対の凹部９，９をトラック幅寸法に等しい間隔を開けて形成する。そして、この凹部９，９内に反強磁性層２，２をスパッタ法などによって形成し、さらにフリー磁性層３の一部になる強磁性材料層１０，１０及び酸化防止用のＴａ膜１１，１１を形成する。
【００２１】
次にレジスト層Ｒを除去し、Ｔａ膜１１，１１の全部をイオンミリングですべて除去する（図４１）。このときＴａ膜１１，１１下の強磁性材料層１０，１０も一部削られる（点線部分が削られる）。その後、残った強磁性材料層１０，１０上にさらに強磁性材料を成膜してフリー磁性層３を形成し、さらに、非磁性材料層４、固定磁性層５、反強磁性層６、電極層７，７、上部ギャップ層８を形成する。
【００２２】
しかしながら図４０及び図４１に示す製造工程で形成された磁気検出素子でも以下のような課題が生じた。
【００２３】
（１）まず第１に、図４１に示す工程でのイオンミリング時に、Ｔａ膜１１，１１のみならず、その下に形成された強磁性材料層１０の一部までも削れてしまい、また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強磁性材料層１０表面から内部に入り込みやすくなり、以上のようなイオンミリングによるダメージによっての強磁性材料層１０の表面部分１０ａの結晶構造が壊れたり、あるいは格子欠陥が発生しやすくなる（Ｍｉｘｉｎｇ効果）。これによってフリー磁性層３の磁気特性が劣化しやすい。
【００２４】
図４１工程のイオンミリング時にＴａ膜１１，１１のみを削り、強磁性材料層１０が削られないようにできれば最も好ましいが、実際にそのようにミリング制御することは難しい。
【００２５】
その理由は、強磁性材料層１０上に形成されたＴａ膜１１，１１の膜厚にある。Ｔａ膜１１，１１の膜厚は成膜時で３０Å〜５０Å程度で形成される。この程度の厚い膜厚でなければ強磁性材料層１０が酸化されるのを適切に防止できないからである。
【００２６】
ところがＴａ膜１１，１１は、大気に曝されたり、強磁性材料層１０と反強磁性層２，２間で交換結合磁界を発生させるための磁場中アニールによって酸化され、その酸化された部分の膜厚が膨張し、Ｔａ膜１１，１１全体の膜厚は成膜段階よりも厚くなる。例えばＴａ膜１１，１１の膜厚が成膜時３０Å程度であったとき、酸化によってＴａ膜１１，１１の膜厚は４５Å程度にまで大きくなってしまう。
【００２７】
従って酸化によって膜厚が大きくなったＴａ膜１１，１１を効果的にミリングで除去するには、高エネルギーのイオンミリングを使用する必要がある。高エネルギーのイオンミリングであるからミリングレートは速く、膜厚の厚いＴａ膜１１，１１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は不可能に近い。すなわち高エネルギーになればなるほどミリング止め位置のマージンを広く取る必要がある。このためＴａ膜１１，１１の下に形成された強磁性材料層１０も一部削られてしまい、このとき高エネルギーのイオンミリングによって余計に強磁性材料層１０は大きなダメージを受けやすく結果としてフリー磁性層３の磁気特性の劣化が顕著になる。
【００２８】
（２）また図４１に示すように強磁性材料層１０の途中でイオンミリングを止めることは、高エネルギーのイオンミリングを使用することと合わせて、強磁性材料層１０の膜厚が３０Å〜４０Å以下と薄く形成されることもあって難しい。すなわち最悪の場合、強磁性材料層１０がすべてイオンミリングで除去されることもある。強磁性材料層１０がすべて除去された後に、反強磁性層２，２上に強磁性材料からなる層を再び積層しても、この強磁性材料と反強磁性層２，２の間に交換異方性磁界はほとんど生じない。
【００２９】
以上のように、強磁性材料層１０上にＴａ膜１１，１１を形成し、Ｔａ膜１１，１１を削って露出した強磁性材料層１０上にさらに強磁性材料を成膜してフリー磁性層３を形成する磁気検出素子の構造では、依然としてフリー磁性層３の磁化制御を適切に行えず、狭トラック化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することができなかった。
【００３０】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、エクスチェンジバイアス方式において、フリー磁性層の磁化制御を適切に行うことができ、狭トラック化に適切に対応可能な磁気検出素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下から順に積層された下部磁性層と非磁性材料層と固定磁性層を含み磁気抵抗効果を有する多層膜と、前記固定磁性層の磁化方向を前記下部磁性層の磁化方向と交叉する方向に揃える層と、前記下部磁性層の磁化方向をそろえる第１反強磁性層を有する磁気検出素子において、
前記下部磁性層の下層に、膜厚が１０Å以上で５０Å以下の第２反強磁性層が設けられ、さらに前記第２反強磁性層の下層に、貴金属元素、Ｒｅ、あるいはＣｒのうち少なくともいずれか１種からなる非磁性層を介して、前記第１反強磁性層がトラック幅方向に間隔を開けて形成されており、
前記第１反強磁性層と前記非磁性層を介して対向する前記第２反強磁性層と重なる前記下部磁性層の両側端部は、磁化方向が固定され、前記第２反強磁性層のみと重なる前記下部磁性層の中央部は、外部磁界に対して磁化変動するフリー磁性層として機能していることを特徴とするものである。
【００３２】
本発明では、前記下部磁性層と前記第１反強磁性層の間に前記非磁性層が形成されている。前記非磁性層は、前記非磁性層の下面に接する層、例えば、第１反強磁性層や第１反強磁性層の上に積層された強磁性層を大気暴露による酸化から防止するためのものである。非磁性層の下面に接する層は、前記第１磁性層の磁化方向をそろえるための縦バイアス磁界を供給する機能を有する。
【００３３】
本発明では、前記非磁性層が貴金属元素、Ｒｅ、あるいはＣｒのうち少なくともいずれか１種によって形成されている。貴金属元素、Ｒｅ、Ｃｒは、酸化されにくい材質である。従来使用されていたＴａ膜は、貴金属材料に比べて酸化されやすいので好ましくない。本発明ではＴａ膜に代えて貴金属元素、Ｒｅ、Ｃｒを使用することで、非磁性層の膜厚が薄くても十分な酸化防止効果を発揮するため、前記非磁性層の上層に前記下部磁性層を積層する前に、前記非磁性層表面の酸化層を除去するために低エネルギーのイオンミリングを使用でき、前記非磁性層の下層にあり、前記下部磁性層の磁化方向をそろえるための強磁性層や第１反強磁性層の磁気特性の劣化が抑えられ、狭トラック化に優れた磁気検出素子を得ることが可能になっている。
【００３４】
また、前記第２反強磁性層の膜厚が１０Å以上で５０Å以下であり、これにより、前記第２反強磁性層を前記下部磁性層のトラック幅領域に重ねて形成した場合でも、前記第２反強磁性層は前記第１反強磁性層と重なるトラック幅領域の両側部でのみ反強磁性を有し、トラック幅領域（中央部）では非反強磁性の性質を有するので、下部磁性層の中央部のフリー磁性層の磁化方向の変化を妨げないようにできる。
【００３５】
前記非磁性層は、例えばＲｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｃｒのいずれか１種または２種以上で形成されることが好ましい。
【００３６】
また、本発明では、前記第１反強磁性層が、表面が平坦面である下部シールド層上または下部ギャップ層上にトラック幅方向に間隔を開けて形成されてもよい。
【００３７】
ただし、前記下部磁性層の下層に、非磁性材料からなる下部ギャップ層または磁性材料からなる下部シールド層が形成され、この下部ギャップ層または下部シールド層の表面にトラック幅方向に間隔を開けて凹部が形成されて、前記凹部内に前記第１反強磁性層が形成されることが好ましい。
【００３８】
前記凹部内に前記第１反強磁性層が形成されると、磁気検出素子を構成する多層膜のトラック幅領域と両側部に生じる段差の高さを小さくでき、前記多層膜の磁気抵抗効果特性が安定するので好ましい。
【００３９】
なお、下部シールド層に形成された凹部内に前記第１反強磁性層が形成される場合には、前記第１反強磁性層と前記下部シールド層の間に絶縁層が設けられると、センス電流の分流損失を低減できるので好ましい。
【００４０】
なお、前記第２反強磁性層と第１反強磁性層の間に、３Å以下の前記非磁性層が設けられることが好ましい。これにより、前記第２反強磁性層と第１反強磁性層の間に反強磁性的な相互作用を生じさせ、前記第２反強磁性層と第１反強磁性層とを一体の反強磁性層のようにでき、下部磁性層の両側部の磁化を適切にトラック幅方向に固定することが可能になる。
なお、前記第２反強磁性層の膜厚が３０Å以上で４０Å以下であるとより好ましい。
【００４１】
また、本発明では、前記固定磁性層は、非磁性中間層を介して積層された、単位面積あたりの磁気モーメントの大きさが異なる第１固定磁性層及び第２固定磁性層を有する、いわゆる人工フェリ固定磁性層であることが好ましい。
【００４２】
また、本発明では、前記固定磁性層の磁化方向を前記下部磁性層の磁化方向と交叉する方向に揃える層は、例えば反強磁性材料からなる第３反強磁性層である。
【００４３】
また本発明では、前記第３反強磁性層はトラック幅方向に所定間隔を空けた欠陥部を介して前記第１固定磁性層のトラック幅方向の両側端部上に接して設けられることが好ましい。このような形態にしても人工フェリ構造の固定磁性層を適切に磁化固定できると共に、再生出力を向上させることができ、また狭ギャップ化に適切に対応することができ、さらに静電破壊（ＥＳＤ）にも強い磁気検出素子を製造することが可能になる。
【００４４】
本発明では、前記下部磁性層は磁性層の３層構造で形成されることが好ましい。具体的には、前記下部磁性層は、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅの３層構造であることが好ましい。
【００４５】
また、本発明の磁気検出素子の製造方法は以下の工程を有することを特徴とするものである。
【００４６】
以下の工程を有することを特徴とする磁気検出素子の製造方法、
（ａ）基板上に、一対の第１反強磁性層をトラック幅方向に間隔を開けて形成し、前記第１反強磁性層上に、貴金属元素、Ｒｅ、あるいはＣｒのうち少なくともいずれか１種からなる非磁性層を連続成膜する工程と、
（ｂ）前記非磁性層を一部削る工程と、
（ｃ）前記一対の第１反強磁性層の上に形成された前記非磁性層上、及び前記一対の第１反強磁性層に挟まれる領域上に、下から順に、膜厚が１０Å以上で５０Å以下の第２反強磁性層、下部磁性層、非磁性材料層、第２固定磁性層、非磁性中間層まで連続成膜する工程と、
（ｄ）第１の磁場中アニールを施して、前記第１反強磁性層と前記非磁性層を介して対向する前記第２反強磁性層の両側部と前記下部磁性層の両側端部間に交換結合磁界を発生させ、前記下部磁性層の両側端部の磁化方向を所定の方向に固定し、前記下部磁性層の中央部をフリー磁性層として磁化方向を所定の方向に揃える工程と、
（ｅ）前記非磁性中間層を一部削る工程と、
（ｆ）前記非磁性中間層上に第１固定磁性層、第３反強磁性層を連続成膜する工程と、
（ｇ）第２の磁場中アニールを施して、前記第３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、前記第１固定磁性層、前記非磁性中間層、前記第２固定磁性層からなる前記固定磁性層の磁化方向を前記下部磁性層の磁化方向と交叉する方向に揃える工程。
【００４７】
本発明では、前記第１反強磁性層上に積層される非磁性層に、貴金属元素、Ｒｅ、あるいはＣｒのうち少なくともいずれか１種を使用することで、非磁性層の膜厚が薄くても十分な酸化防止効果を発揮するため、前記（ｂ）工程で、低エネルギーのイオンミリングを使用でき、効果的に狭トラック化に優れた磁気検出素子を製造することが可能になっている。
【００４８】
また、前記（ｃ）工程において、前記第２反強磁性層を１０Å以上５０Å以下の膜厚で形成することにより、前記第２反強磁性層を前記下部磁性層のトラック幅領域に重ねて形成しても、前記第２反強磁性層は前記第１反強磁性層と重なるトラック幅領域の両側部でのみ反強磁性を有し、トラック幅領域では非反強磁性の性質を有するので、フリー磁性層となる下部磁性層の中央部の磁化方向の変化を妨げないようにできる。
【００４９】
また、前記（ｂ）工程において、前記非磁性層を３Å以下の膜厚となるように削ると、前記第２反強磁性層と第１反強磁性層の間に反強磁性的な相互作用を生じさせ、前記第２反強磁性層と第１反強磁性層とを一体の反強磁性層のようにできるので好ましい。
【００５０】
なお、前記（ｇ）工程において、第２の磁場中アニールにおける熱処理温度を第１反強磁性層のブロッキング温度より低い温度に設定し、第２の磁場中アニールにおける第２の磁界の大きさを第１反強磁性層の交換異方性磁界より小さくすることにより、前記下部磁性層と前記固定磁性層の磁化方向を交叉させること或いは直交させることが可能になる。
【００５１】
また、前記（ａ）工程の前に、
表面が平坦面である磁性材料からなる下部シールド層上を形成し、前記（ａ）工程において、この下部シールド層の上層に前記一対の第１反強磁性層を形成してもよい。
【００５２】
ただし、前記（ａ）工程の前に、表面にトラック幅方向に間隔を開けて凹部が形成された、磁性材料からなる下部シールド層を形成し、前記（ａ）工程において、前記凹部内に前記第１反強磁性層を形成すると、磁気検出素子を構成する多層膜のトラック幅領域と両側部に生じる段差の高さを小さくでき、前記多層膜の磁気抵抗効果特性が安定するので好ましい。
【００５３】
なお、下部シールド層に形成された凹部内に、前記第１反強磁性層が形成する場合には、前記（ａ）工程の前に、前記下部シールド層上に絶縁層を設け、前記（ａ）工程において、この絶縁層上に前記第１反強磁性層を形成すると、センス電流の分流損失を低減できる磁気検出素子を形成できるので好ましい。
【００５４】
なお、前記（ａ）工程において前記非磁性層を、また前記（ｃ）工程において前記非磁性中間層を、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。
【００５５】
また、本発明では、前記（ａ）工程において、前記非磁性層を３Å以上１０Å以下という薄い膜厚で形成することができる。
【００５６】
【発明の実施の形態】
図１は、参考例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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
なお、トラック幅方向とは、外部磁界によって磁化方向が変動する領域の幅方向のことであり、例えば、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、すなわち図示Ｘ方向である。
【００６１】
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方向である。
【００６２】
図１では、図示しない基板上に下部シールド層２１が形成され、この下部シールド層２１の表面にトラック幅方向に間隔を開けて一対の凹部２１ａ，２１ａが形成されており、凹部２１ａ，２１ａに挟まれた凸部２１ｂの上面２１ｂ１上に下部ギャップ層２２及びシード層２３が積層されている。
【００６３】
また、凹部２１ａ，２１ａ内には、絶縁層２４，２４が形成されており、凹部２１ａ，２１ａ内であって、絶縁層２４，２４上に第１反強磁性層２５，２５が形成されている。第１反強磁性層２５，２５上には、強磁性層２６，２６及び非磁性層２７，２７が積層されている。図１に示されるように、第１反強磁性層２５，２５、強磁性層２６，２６及び非磁性層２７，２７はトラック幅方向に間隔をあけて形成されており、トラック幅方向の第１反強磁性層２５，２５間及び強磁性層２６，２６間の最小距離が光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗとなる。
【００６４】
なお、絶縁層２４，２４上に、第１反強磁性層２５，２５の結晶配向を整えるために、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ、Ｃｒなどからなるシード層を形成し、このシード層の上に第１反強磁性層２５，２５を形成してもよい。
【００６５】
さらに、非磁性層２７、２７上及びシード層２３上には、下から順に、フリー磁性層２８、非磁性材料層２９、第２固定磁性層３０ａ、非磁性中間層３０ｂ、第１固定磁性層３０ｃからなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層３０からなる多層膜Ｔ１、及び第３反強磁性層３１が積層されている。
【００６６】
第３反強磁性層３１の両側部には電極層３２、３２がトラック幅方向に間隔をあけて形成され、電極層３２、３２の間には、Ｔａからなる保護層３３が形成されている。
【００６７】
電極層３２、３２上及び保護層３３上には、上部ギャップ層３４、上部シールド層３５が積層されている。
【００６８】
下部シールド層２１及び上部シールド層３５は、ＮｉＦｅなどの磁性材料からなり、下部ギャップ層２２及び上部ギャップ層３４並びに絶縁層２４、２４はアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）またはＳｉＯ₂などの絶縁性材料から形成されている。
【００６９】
シード層２３は、結晶構造がｂｃｃ（体心立方格子）構造の非磁性材料、例えばＣｒまたはｆｃｃ（面心立方格子）構造のＮｉＦｅＣｒ合金、または非晶質に近い構造のＴａによって形成される。このシード層２３によって、その上に積層されるフリー磁性層２８の結晶配向を整え、フリー磁性層２８の軟磁気特性を向上させるとともに比抵抗を低下させることができる。
【００７０】
第１反強磁性層２５，２５及び第３反強磁性層３１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）合金で形成する。
【００７１】
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。
【００７２】
第１反強磁性層２５，２５及び第３反強磁性層３１の膜厚は、８０〜３００Å、例えば２００Åである。
【００７３】
ここで、反強磁性層を形成するための、前記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。また、前記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。特に規定しない限り、〜で示す数値範囲の上限と下限は以下、以上を意味する。
【００７４】
また、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。また、前記Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。さらに、前記Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’が０．２〜１０ａｔ％の範囲であることが好ましい。ただし、Ｘ’が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場合には、Ｘ’は０．２〜４０ａｔ％の範囲であることが好ましい。
【００７５】
これらの合金を使用し、これを熱処理することにより、大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層を得ることができる。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第１反強磁性層２５，２５及び第３反強磁性層３１を得ることができる。
【００７６】
なお、第１反強磁性層２５，２５と第３反強磁性層３１を同じ組成比の前記ＰｔＭｎ合金、前記Ｘ―Ｍｎ合金、あるいは前記Ｐｔ―Ｍｎ―Ｘ′合金で形成しても、フリー磁性層２８と固定磁性層３０の磁化方向を直交化することができる。
【００７７】
強磁性層２６、２６は、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などにより形成されるものであり、特にＮｉＦｅ合金またはＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金により形成されることが好ましい。
【００７８】
非磁性層２７，２７は、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈのいずれか１種または２種以上といった貴金属材料によって形成される。特に、Ｒｕで形成されることが好ましい。
【００７９】
フリー磁性層２８は、強磁性材料により形成されるもので、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などにより形成されるものであり、特にＮｉＦｅ合金またはＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金により形成されることが好ましい。フリー磁性層２８の膜厚は３０Å〜５０Å程度で形成されることが好ましい。またフリー磁性層２８にＣｏＦｅ合金が使用されるときの組成比は、例えばＣｏが９０ａｔ％、Ｆｅが１０ａｔ％である。
【００８０】
非磁性材料層２９は、固定磁性層３０とフリー磁性層２８との磁気的な結合を防止し、またセンス電流が主に流れる層であり、Ｃｕ，Ｃｒ，Ａｕ，Ａｇなど導電性を有する非磁性材料により形成されることが好ましい。特にＣｕによって形成されることが好ましい。前記非磁性材料層２９は例えば１８〜３０Å程度の膜厚で形成される。
【００８１】
第１固定磁性層３０ｃ及び第２固定磁性層３０ａは、強磁性材料により形成されるもので、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などにより形成されるものであり、特にＣｏＦｅ合金またはＣｏにより形成されることが好ましい。また、第１固定磁性層３０ｃ及び第２固定磁性層３０ａは同一の材料で形成されることが好ましい。
【００８２】
また、非磁性中間層３０ｂは、非磁性材料により形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種またはこれらの２種以上の合金で形成されている。特にＲｕによって形成されることが好ましい。
【００８３】
第１固定磁性層３０ｃ及び第２固定磁性層３０ａは、それぞれ１０〜７０Å程度で形成される。また非磁性中間層３０ｂの膜厚は３Å〜１０Å程度で形成で形成される。
【００８４】
また、第１固定磁性層３０ｃと第２固定磁性層３０ａは磁気的膜厚（Ｍｓ×ｔ；飽和磁化と膜厚の積）が異なっており、第１固定磁性層３０ｃ、非磁性中間層３０ｂ、第２固定磁性層３０ａの３層が、一つの固定磁性層３０として機能する。
【００８５】
第１固定磁性層３０ｃは第３反強磁性層３１と接して形成され、磁場中アニールが施されることにより、第１固定磁性層３０ｃと第３反強磁性層３１との界面にて交換結合による交換異方性磁界が生じ、第１固定磁性層３０ｃの磁化方向が図示Ｙ方向と反平行方向に固定される（第１固定磁性層３０ｃの単位面積当たりの磁気モーメント＜第２固定磁性層３０ａの単位面積当たりの磁気モーメントの場合）。第１固定磁性層３０ｃの磁化方向が図示Ｙ方向と反平行方向に固定されると、非磁性中間層３０ｂを介して対向する第２固定磁性層３０ａの磁化方向が、第１固定磁性層３０ｃの磁化方向と１８０°異なる反平行の状態で固定される。
【００８６】
このように、第１固定磁性層３０ｃと第２固定磁性層３０ａの磁化方向が、反平行となるフェリ磁性状態になっていると、第１固定磁性層３０ｃと第２固定磁性層３０ａ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３０の磁化方向を一定方向に強力に固定することができる。
【００８７】
また、第１固定磁性層３０ｃと第２固定磁性層３０ａが互いに端部の表面磁荷を打ち消し合うため、固定磁性層３０からフリー磁性層２８に与える静磁界の影響を低減できる。
【００８８】
なお固定磁性層は上記したいずれかの磁性材料を使用した１層構造あるいは上記したいずれかの磁性材料からなる層とＣｏ層などの拡散防止層の２層構造で形成されていても良い。
【００８９】
電極層３２．３２はＷ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ａｕなどを材料として用いて形成することができる。電極層３２，３２の膜厚は３００Å〜１０００Åである。保護層３３は、Ｔａなどの非磁性材料によって形成される。
【００９０】
図１に示された磁気検出素子は、いわゆるスピンバルブ型磁気検出素子であり、固定磁性層３０の磁化方向が、適正に図示Ｙ方向に平行な方向に固定され、しかもフリー磁性層２８の磁化が適正に図示Ｘ方向に揃えられており、固定磁性層３０とフリー磁性層２８の磁化が直交関係にある。記録媒体からの洩れ磁界が磁気検出素子の図示Ｙ方向に侵入し、フリー磁性層２８のトラック幅領域Ｃにおける磁化が感度良く変動し、この磁化方向の変動と、固定磁性層３０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または電流変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００９１】
ただし、電気抵抗値の変化（出力）に直接寄与するのは第２固定磁性層３０ａの磁化方向とフリー磁性層２８の磁化方向の相対角であり、これら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。
【００９２】
また、図１に示された磁気検出素子は、固定磁性層３０の下層にフリー磁性層２８が位置するトップスピン型の磁気検出素子である。トップスピン型の磁気検出素子は、フリー磁性層２８のトラック幅領域Ｃの下層に非磁性材料層、固定磁性層、反強磁性層がないので、フリー磁性層２８の磁気特性を好ましく制御することが容易である。
【００９３】
なお、磁気検出素子の記録媒体との対向面に対向する記録媒体は、図示Ｚ方向に移動する。
【００９４】
図１に示された磁気検出素子では、第１反強磁性層２５、２５の上に強磁性層２６、２６、非磁性層２７，２７が積層されている。
【００９５】
この場合は、強磁性層２６，２６と第１反強磁性層２５，２５の間に交換異方性磁界が発生して、強磁性層２６，２６の磁化方向がトラック幅方向（図示Ｘ方向）に固定される。フリー磁性層２８はトラック幅領域Ｃの両側部Ｓ，Ｓで、強磁性層２６，２６と非磁性層２７，２７を介したＲＫＫＹ相互作用によって磁気的に結合して、フリー磁性層２８が単磁区化される。図１に示される磁気検出素子では、非磁性層２７，２７の膜厚ｔ１は６Å〜１１Åであり、フリー磁性層２８の磁化方向はトラック幅方向（図示Ｘ方向）と反平行方向を向いている。なお、フリー磁性層２８の磁化は両側部Ｓ，Ｓで強固に固定され、トラック幅領域Ｃの磁化方向は外部磁界（記録媒体からの漏れ磁界）によって変化する。
【００９６】
図１に示される構造を有する磁気検出素子では、強磁性層２６，２６の上に、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈのいずれか１種または２種以上といった貴金属材料からなる非磁性層２７，２７が積層される。これらの貴金属材料は、酸化されにくい材質である。従来使用されていたＴａ膜は、貴金属材料に比べて酸化されやすいので好ましくない。本発明ではＴａ膜に代えて貴金属材料を使用することで、非磁性層２７，２７の膜厚が薄くても十分な酸化防止効果を発揮するため、非磁性層２７，２７の上層にフリー磁性層２８を積層する前に、非磁性層２７，２７表面の酸化層を除去するために低エネルギーのイオンミリングを使用できる。または非磁性層２７，２７表面をイオンミリングによって削らなくてもよくなる。
【００９７】
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ので、非磁性層２７，２７の途中でミリングを止めることが容易になり、強磁性層２６，２６の受けるダメージを小さくできる。
【００９８】
なお、強磁性層２６，２６の受けるダメージとは、例えば、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強磁性層２６，２６の表面から内部に入り込むことや、強磁性層２６，２６の表面部分の結晶構造が壊れ、格子欠陥が発生する（Ｍｉｘｉｎｇ効果）ことである。これらのダメージによって強磁性層２６，２６の表面部分の磁気特性が劣化しやすい。
【００９９】
このため強磁性層２６，２６上に非磁性層２７，２７を介して積層されるフリー磁性層２８との間の磁気的な結合は強くなり、強磁性層２６，２６の膜厚を薄く形成することができる。
【０１００】
強磁性層２６，２６の膜厚を薄くすると第１反強磁性層２５，２５と強磁性層間２６，２６で発生する交換結合磁界が強くなり、フリー磁性層２８の両側部Ｓ，Ｓを強固に磁化固定できるようになる。すなわち、サイドリーディングを抑え、狭トラック化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造できる。
【０１０１】
また強磁性層２６，２６を薄くすると、強磁性層２６，２６の内側側面からフリー磁性層２８のトラック幅領域Ｃに余分な静磁界が入り込むことも抑制でき、磁化反転可能なフリー磁性層２８のトラック幅領域Ｃにおける外部磁界に対する感度の低下を防止できる。強磁性層２６，２６の膜厚ｔ２を５Å〜５０Åに設定することができる。
【０１０２】
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、１００Ｖ〜５００Ｖのビーム電圧が用いられる。本形態では、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。
【０１０３】
また、図１に示される本形態のように、凹部２１ａ，２１ａ内に第１反強磁性層２５，２５が形成されると、多層膜Ｔ１のトラック幅領域Ｃと両側部Ｓ，Ｓに生じる段差の高さＤを小さくでき、多層膜Ｔ１の磁気抵抗効果特性が安定する。
【０１０４】
また、第１反強磁性層２５，２５と下部シールド層２１の間に絶縁層２４，２４が設けられると、センス電流の分流損失を低減できる。
【０１０５】
また、トラック幅領域Ｃの近傍における第１反強磁性層２５，２５の膜厚が大きい方が、サイドリーディングをより低減できる。このためには、下部シールド層２１に形成された凹部２１ａの底面と側面のなす角θ１の範囲を９０°以上１２０°以下にすることが好ましい。
【０１０６】
図１に示される磁気検出素子では、フリー磁性層２８の磁化方向はトラック幅方向（図示Ｘ方向）と反平行方向を向いている。しかし、非磁性層２７，２７の膜厚ｔ１を０．５Å〜６Åにすることにより、図２に示される形態の磁気検出素子ように、フリー磁性層２８の磁化方向を強磁性層２６，２６の磁化方向と平行な方向、図２ではトラック幅方向（図示Ｘ方向）に向かせることができる。なお、図２に示される磁気検出素子は、図１に示される磁気検出素子と非磁性層２７，２７の膜厚ｔ１の値が異なるだけである。
【０１０７】
なお、図１及び図２では、第１反強磁性層２５，２５が埋め込まれる凹部が下部シールド層２１に形成された凹部２１ａ，２１ａである。ただし、下部シールド層２１の表面に凹部が形成されず、下部ギャップ層２２がトラック幅領域Ｃの両側部Ｓ，Ｓまで延ばされて、下部ギャップ層の両側部Ｓ，Ｓの表面にトラック幅方向に間隔をあけて一対の凹部が形成されて、この凹部に第１反強磁性層が形成されてもよい。
【０１０８】
図３は、参考例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。
【０１０９】
図３に示される磁気検出素子では、第１反強磁性層４４，４４が、表面が平坦面である下部シールド層４１上及び下部ギャップ層４２上にトラック幅方向に間隔を開けて形成されている。
【０１１０】
一対の第１反強磁性層４４，４４間のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における最小間隔は、光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗの間隔であり、前記第１の反強磁性層４４、４４の側面は傾斜面４４ａ，４４ａである。また、トラック幅領域Ｃの近傍における第１反強磁性層４４，４４の膜厚が大きい方が、サイドリーディングをより低減できる。このためには、第１反強磁性層４４の底面４４ｂと傾斜面４４ａのなす角θ２を大きくすることが好ましい。具体的には、θ２が６０°以上９０°以下であることが好ましい。
【０１１１】
第１反強磁性層４４，４４上には、強磁性層４５，４５及び非磁性層４６，４６が積層されている。図３に示されるように、強磁性層４５，４５及び非磁性層４６，４６はトラック幅方向に間隔をあけて形成されている。
【０１１２】
非磁性層４６，４６上及びシード層４３上には、下から順に、フリー磁性層４７、非磁性材料層４８、第２固定磁性層４９ａ、非磁性中間層４９ｂ、第１固定磁性層４９ｃからなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層４９からなる多層膜Ｔ２、及び第３反強磁性層５０が積層されている。
【０１１３】
第３反強磁性層５０の両側部には電極層５１，５１がトラック幅方向に間隔をあけて形成され、電極層５１，５１の間には、Ｔａからなる保護層５２が形成されている。
【０１１４】
電極層５１，５１上及び保護層５２上には、上部ギャップ層５３、上部シールド層５４が積層されている。
【０１１５】
下部ギャップ層４２、シード層４３、第１反強磁性層４４，４４、強磁性層４５，４５、非磁性層４６，４６、フリー磁性層４７、非磁性材料層４８、第２固定磁性層４９ａ、非磁性中間層４９ｂ、第１固定磁性層４９ｃ、第３反強磁性層５０、電極層５１，５１、保護層５２、上部ギャップ層５３、上部シールド層５４は、それぞれ図１に示された磁気検出素子の同じ名称の層と同じ材料、同じ膜厚で形成されるので説明を省略する。
【０１１６】
図３に示された磁気検出素子も、固定磁性層４９の磁化方向が、第３反強磁性層５０との間の交換異方性磁界によって適正に図示Ｙ方向に平行な方向または反平行な方向に固定され、しかもフリー磁性層４７の磁化が適正に図示Ｘ方向に揃えられており、固定磁性層４９とフリー磁性層４７の磁化が直交関係にある。記録媒体からの洩れ磁界が磁気検出素子の図示Ｙ方向に侵入し、フリー磁性層４７のトラック幅領域Ｃにおける磁化が感度良く変動して電気抵抗値が変化することに基づく電圧変化または電流変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０１１７】
図３に示された磁気検出素子でも、第１反強磁性層４４，４４の上に強磁性層４５，４５、非磁性層４６，４６が積層されている。
【０１１８】
この場合は、強磁性層４５，４５と第１反強磁性層４４，４４の間に交換異方性磁界が発生して、強磁性層４５，４５の磁化方向がトラック幅方向（図示Ｘ方向）に固定される。フリー磁性層４７はトラック幅領域Ｃの両側部Ｓ，Ｓで、強磁性層４５，４５と非磁性層４６，４６を介したＲＫＫＹ相互作用によって磁気的に結合して、フリー磁性層４７が単磁区化される。図１に示される磁気検出素子では、非磁性層４６，４６の膜厚ｔ５は６Å〜１１Åであり、フリー磁性層４７の磁化方向はトラック幅方向（図示Ｘ方向）と反平行方向を向いている。
【０１１９】
なお、フリー磁性層４７の磁化は両側部Ｓ，Ｓで強固に固定され、トラック幅領域Ｃの磁化方向は外部磁界（記録媒体からの漏れ磁界）によって変化する。
【０１２０】
図３に示される構造を有する磁気検出素子では、強磁性層４５，４５の上に、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈのいずれか１種または２種以上といった貴金属材料からなる非磁性層４６，４６が積層される。従って、非磁性層４６，４６の膜厚が薄くても十分な酸化防止効果を発揮するため、非磁性層４６，４６の上層にフリー磁性層４７を積層する前に、非磁性層４６，４６表面の酸化層を除去するために低エネルギーのイオンミリングを使用できる。または非磁性層４６，４６表面をイオンミリングによって削らなくてもよくなる。
【０１２１】
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ので、非磁性層４６，４６の途中でミリングを止めることが容易になり、強磁性層４５，４５の受けるダメージを小さくできる。
【０１２２】
なお、強磁性層４５，４５の受けるダメージとは、例えば、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強磁性層４５，４５の表面から内部に入り込むことや、強磁性層４５，４５の表面部分の結晶構造が壊れ、格子欠陥が発生する（Ｍｉｘｉｎｇ効果）ことである。これらのダメージによって強磁性層４５，４５の表面部分の磁気特性が劣化しやすい。
【０１２３】
このため強磁性層４５，４５上に非磁性層４６，４６を介して積層されるフリー磁性層４７との間の磁気的な結合は強くなり、強磁性層４５，４５の膜厚を薄く形成することができる。
【０１２４】
強磁性層４５，４５の膜厚を薄くすると第１反強磁性層４４，４４と強磁性層間２６，２６で発生する交換結合磁界が強くなり、フリー磁性層４７の両側部Ｓ，Ｓを強固に磁化固定できるようになる。すなわち、サイドリーディングを抑え、狭トラック化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造できる。
【０１２５】
また強磁性層４５，４５を薄くすると、強磁性層４５，４５の内側側面からフリー磁性層４７のトラック幅領域Ｃに余分な静磁界が入り込むことも抑制でき、磁化反転可能なフリー磁性層４７のトラック幅領域Ｃ外部磁界に対する感度の低下を防止できる。強磁性層４５，４５の膜厚ｔ４を５Å〜５０Åに設定することができる。
【０１２６】
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。本形態では、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。
【０１２７】
図３に示される磁気検出素子では、フリー磁性層４７の磁化方向はトラック幅方向（図示Ｘ方向）と反平行方向を向いている。しかし、非磁性層４６，４６の膜厚ｔ５を０．５Å〜６Åにすることにより、図４に示される形態の磁気検出素子ように、フリー磁性層４７の磁化方向を強磁性層４５，４５の磁化方向と平行な方向、図４ではトラック幅方向（図示Ｘ方向）に向かせることができる。なお、図４に示される磁気検出素子は、図３に示される磁気検出素子と非磁性層４６，４６の膜厚ｔ５の値が異なるだけである。
【０１２８】
図５は、参考例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。
【０１２９】
図５に示される磁気検出素子でも、第１反強磁性層６１，６１が、表面が平坦面である下部シールド層４１上及び下部ギャップ層４２上並びにシード層４３上にトラック幅方向に間隔を開けて形成されている。
【０１３０】
一対の第１反強磁性層６１，６１間のトラック幅方向への最小間隔は光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗの間隔であり、前記第１の反強磁性層６１，６１の側面は曲面６１ａ，６１ａである点で図３及び図４に示された磁気検出素子と異っている。
【０１３１】
第１反強磁性層６１，６１上には、強磁性層６２，６２及び非磁性層６３，６３が積層されている。
【０１３２】
非磁性層６３，６３上及びシード層４３上には、下から順に、フリー磁性層６４、非磁性材料層６５、第２固定磁性層６６ａ、非磁性中間層６６ｂ、第１固定磁性層６６ｃからなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層６６からなる多層膜Ｔ３、及び第３反強磁性層６７が積層されている。
【０１３３】
第３反強磁性層６７の両側部には電極層６８，６８がトラック幅方向に間隔をあけて形成され、電極層６８，６８の間には、保護層６９が形成されている。
【０１３４】
電極層６８，６８上及び保護層６９上には、上部ギャップ層７０、上部シールド層７１が積層されている。
【０１３５】
第１反強磁性層６１，６１、強磁性層６２，６２、非磁性層６３，６３、フリー磁性層６４、非磁性材料層６５、第２固定磁性層６６ａ、非磁性中間層６６ｂ、第１固定磁性層６６ｃ、第３反強磁性層６７、電極層６８，６８、保護層６９、上部ギャップ層７０、上部シールド層７１は、それぞれ図１に示された磁気検出素子の同じ名称の層と同じ材料、同じ膜厚で形成されるので説明を省略する。
【０１３６】
図５に示された磁気検出素子も、固定磁性層６６の磁化方向が、第３反強磁性層６７との間の交換異方性磁界によって適正に図示Ｙ方向に平行な方向または反平行な方向に固定され、しかもフリー磁性層６４の磁化が適正に図示Ｘ方向に揃えられており、固定磁性層６６とフリー磁性層６４の磁化が直交関係にある。記録媒体からの洩れ磁界が磁気検出素子の図示Ｙ方向に侵入し、フリー磁性層６４のトラック幅領域Ｃにおける磁化が感度良く変動して電気抵抗値が変化することに基づく電圧変化または電流変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０１３７】
図５に示された磁気検出素子でも、第１反強磁性層６１，６１の上に強磁性層６２，６２、非磁性層６３，６３が積層されている。
【０１３８】
この場合は、強磁性層６２，６２と第１反強磁性層６１，６１の間に交換異方性磁界が発生して、強磁性層６２，６２の磁化方向がトラック幅方向（図示Ｘ方向）に固定される。フリー磁性層６４はトラック幅領域Ｃの両側部Ｓ，Ｓで、強磁性層６２，６２と非磁性層６３，６３を介したＲＫＫＹ相互作用によって磁気的に結合して、フリー磁性層６４が単磁区化される。図５に示される磁気検出素子では、非磁性層６３，６３の膜厚ｔ６は６Å〜１１Åであり、フリー磁性層６４の磁化方向はトラック幅方向（図示Ｘ方向）と反平行方向を向いている。
【０１３９】
図５に示される構造を有する磁気検出素子では、強磁性層６２，６２の上に、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈのいずれか１種または２種以上といった貴金属材料からなる非磁性層６３，６３が積層される。従って、非磁性層６３，６３の膜厚が薄くても十分な酸化防止効果を発揮するため、非磁性層６３，６３の上層にフリー磁性層６４を積層する前に、非磁性層６３，６３表面の酸化層を除去するために低エネルギーのイオンミリングを使用できる。または非磁性層６３，６３表面をイオンミリングによって削らなくてもよくなる。
【０１４０】
従って、図３に示される磁気検出素子と同様に、強磁性層６２，６２の膜厚を薄く形成することができ、サイドリーディングを抑え、狭トラック化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造できる。
【０１４１】
また、強磁性層６２，６２の内側側面からフリー磁性層６４のトラック幅領域Ｃに余分な静磁界が入り込むことも抑制でき、磁化反転可能なフリー磁性層６４のトラック幅領域Ｃにおける外部磁界に対する感度の低下を防止できる。強磁性層６２，６２の膜厚を５Å〜５０Åに設定することができる。
【０１４２】
図５に示される磁気検出素子でも、非磁性層６３，６３の膜厚を調節することによりフリー磁性層６４の磁化方向をトラック幅方向（図示Ｘ方向）と反平行方向にするか、強磁性層６２，６２の磁化方向と平行な方向にするかを規定できる。
【０１４３】
なお、図３及び図４と、図５に示される磁気検出素子の第１反強磁性層の形状の違いは後述するそれぞれの磁気検出素子の製造方法の違いに由来するものである。
【０１４４】
図６は、参考例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。
【０１４５】
図６に示される磁気検出素子は、図１に示される磁気検出素子とほとんど同じ構造であり、第１反強磁性層２５，２５上に積層された強磁性層2６、非磁性層２７の上に、さらに、強磁性層８１、非磁性層８２が積層されている点で図１に示される磁気検出素子と異なっている。
【０１４６】
すなわち、非磁性層８２，８２と第１反強磁性層２５，２５の間に、複数の強磁性層８１、２６が非磁性中間層２７を介して積層されている。なお、強磁性層８１の膜厚及び材料は強磁性層２６と同じであり、非磁性層８２の膜厚及び材料は非磁性層２７と同じである。このような構成であると、強磁性層８１と強磁性層２６が人工フェリ状態になり、フリー磁性層２８の両側部Ｓ，Ｓを図１に示される磁気検出素子より強固に磁化固定できる。また、強磁性層２６と強磁性層８１の合成の磁化を極めて小さくでき、強磁性層からのトラック幅領域Ｃへの静磁界の悪影響を抑えることができる。
【０１４７】
図６では、強磁性層２６と強磁性層８１の磁化方向は反平行方向を向き、強磁性層８１とフリー磁性層２８の磁化方向も反平行方向を向いている。従って、強磁性層２６とフリー磁性層２８の磁化方向は平行方向を向いている。
【０１４８】
なお、強磁性層２６と強磁性層８１の磁化方向の関係は、非磁性層２７の膜厚を調節することにより、平行方向にすることもできる。また、強磁性層８１とフリー磁性層２８の磁化方向の関係は、非磁性層８２の膜厚を調節することにより平行方向にすることもできる。
【０１４９】
図７は、本発明における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７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。
【０１５０】
図７に示される磁気検出素子では、非磁性層２７，２７とフリー磁性層２８の間に第２反強磁性層９０が積層されている。第２反強磁性層９０の材料は、第１反強磁性層２５と同じである。そして、非磁性層２７，２７と第１反強磁性層２５，２５の間に強磁性層が積層されていない。後述する磁気検出素子の製造方法を用いることにより、非磁性層２７，２７と第１反強磁性層２５，２５の間に強磁性層が積層されない図７に示されるような磁気検出素子を形成することができる。
【０１５１】
なお、第２反強磁性層９０と第１反強磁性層２５の間の非磁性層２７の膜厚は３Å以下であることが好ましい。あるいは、非磁性層２７が存在せず、第２反強磁性層９０の両側部Ｓ，Ｓと第１反強磁性層２５，２５が直接接していてもよい。これにより、第２反強磁性層９０と第１反強磁性層２５の間に反強磁性的な相互作用を生じさせ、第２反強磁性層９０と第１反強磁性層２５とを一体の反強磁性層のようにでき、第２反強磁性層９０とフリー磁性層２８の両側部Ｓ．Ｓ間に交換異方性磁界を発生させて、フリー磁性層２８の両側部Ｓ，Ｓの磁化を適切にトラック幅方向に固定することが可能になる。
【０１５２】
また、第２反強磁性層９０の膜厚が１０Å以上で５０Å以下であると、第２反強磁性層９０をフリー磁性層２８のトラック幅領域Ｃに重ねて形成した場合でも、第２反強磁性層９０は第１反強磁性層２５と重なるトラック幅領域Ｃの両側部Ｓ，Ｓでのみ反強磁性を有し、トラック幅領域Ｃでは非反強磁性の性質を有するので、フリー磁性層２８の磁化方向の変化を妨げないようにできる。
なお、第２反強磁性層９０の膜厚が３０Å以上で４０Å以下であるとより好ましい。
【０１５３】
図８及び図９は、本発明における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８及び図９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。
【０１５４】
図８に示される磁気検出素子では、非磁性層４６，４６とフリー磁性層４７の間に第２反強磁性層９１が積層されている。図９に示される磁気検出素子では、非磁性層６３，６３とフリー磁性層６４の間に第２反強磁性層９２が積層されている。第２反強磁性層９１及び第２反強磁性層９２の材料は、それぞれ第１反強磁性層４４及び第１反強磁性層６１の材料と同じである。そして、非磁性層４６，４６と第１反強磁性層４４，４４の間、及び非磁性層６３，６３と第１反強磁性層６１，６１の間に強磁性層が積層されていない。後述する磁気検出素子の製造方法を用いることにより、図８及び図９に示されるような磁気検出素子を形成することができる。
【０１５５】
なお、非磁性層４６及び非磁性層６３の膜厚は３Å以下であることが好ましい。あるいは、非磁性層４６及び非磁性層６３が存在せず、第２反強磁性層９１の両側部Ｓ，Ｓと第１反強磁性層４４，４４または第２反強磁性層９２の両側部Ｓ，Ｓと第１反強磁性層６１，６１が直接接していてもよい。これにより、第２反強磁性層９１と第１反強磁性層４４の間及び第２反強磁性層９２と第１反強磁性層６１に反強磁性的な相互作用を生じさせ、第２反強磁性層９１と第１反強磁性層４４を、また第２反強磁性層９２と第１反強磁性層６１とを一体の反強磁性層のようにでき、フリー磁性層４７及びフリー磁性層６４の両側部Ｓ，Ｓの磁化を交換異方性磁界によって適切にトラック幅方向に固定することが可能になる。
【０１５６】
また、第２反強磁性層９１及び第２反強磁性層９２の膜厚が１０Å以上で５０Å以下であると、第２反強磁性層９１をフリー磁性層４７のトラック幅領域Ｃに、第２反強磁性層９２をフリー磁性層６４のトラック幅領域Ｃに重ねて形成した場合でも、第２反強磁性層９１及び第２反強磁性層９２は第１反強磁性層４４及び第１反強磁性層６１と重なる両側部Ｓ，Ｓでのみ反強磁性を有し、トラック幅領域Ｃでは非反強磁性の性質を有するので、フリー磁性層４７及びフリー磁性層６４の磁化方向の変化を妨げないようにできる。
【０１５７】
なお、第２反強磁性層９１及び第２反強磁性層９２の膜厚が３０Å以上で４０Å以下であるとより好ましい。
【０１５８】
図１から図９に示される磁気検出素子では、電極層３２，５１、６８は保護層３３、５２、６９を成膜して第２の磁場中アニールを行い固定磁性層３０、４９、６６の磁化方向を固定した後、保護層３３、５２、６９のトラック幅領域Ｃの上をリフトオフ用のレジストでマスクした上で導電性材料をスパッタ成膜することによって形成されている。従って、電極層３２，５１、６８のトラック幅領域Ｃに対向する側面は曲面形状をとりやすい。
【０１５９】
電極層の形成の方法には、そのほかに、第３反強磁性層３１、５０、６７を成膜した後、第３反強磁性層３１、５０、６７の上全面に導電性材料を真空中で連続成膜し、トラック幅領域をエッチングによって除去するという方法がある。
【０１６０】
図１０に示される磁気検出素子はこの方法で作られた電極層９３，９３を有するものである。
【０１６１】
図１０の磁気検出素子では、第３の反強磁性層３１のトラック幅領域Ｃの両側部Ｓ，Ｓの上面が削られることがない。また、電極層９３，９３のトラック幅領域に対向する側面９３ａ，９３ａは、第３反強磁性層３１の上面に対する角度が大きい直線状の傾斜面になりやすく、トラック幅領域Ｃの近傍の電極層９３，９３の膜厚を厚くすることが容易になる。
【０１６２】
図１１は、参考例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１１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。
【０１６３】
図１１に示す磁気検出素子は図１０に示す磁気検出素子を改良したものであり、図１０と同じ符号が付けられている層は図１０と同じ層を示している。
【０１６４】
図１０と図１１とでは特に第３反強磁性層３１の形態が異なっている。図１０では前記第３反強磁性層３１は前記固定磁性層３０の上全面に形成されていたが、図１１では、前記第３反強磁性層３１が、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に所定間隔を空けた間欠部Ｅを介して、前記第１固定磁性層３０ｃの両側端部３０ｃ１上に接して形成されている。
【０１６５】
図１１に示すように、前記第３反強磁性層３１の上にはＣｒなどで形成されたストッパ層１００が形成され、前記ストッパ層１００の上にはＴａなどで形成された保護層１０１が形成されている。そして前記保護層１０１上には例えばＡｕ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｗなどの非磁性導電材料で形成された電極層９３が形成され、さらに前記電極層９３上にＴａなどで形成された保護層１０２が形成されている。
【０１６６】
図１１に示すように前記保護層１０２上から、前記第３反強磁性層３１、ストッパ層１００、保護層１０１，１０２、電極層９３の内側端面、及び前記間欠部Ｅ内から露出する第１固定磁性層３０ｃ上にかけて上部ギャップ層３４が形成され、前記上部ギャップ層３４上に上部シールド層３５が形成されている。
【０１６７】
図１１に示す形態では、前記固定磁性層３０が、第３反強磁性層３１と接する側の第１固定磁性層３０ｃと、前記第１固定磁性層３０ｃと膜厚方向で対向する第２固定磁性層３０ａと、前記第１固定磁性層３０ｃと第２固定磁性層３０ａ間に介在する非磁性中間層３０ｂとの３層構造で構成されている。前記第１固定磁性層３０ｃと第２固定磁性層３０ａ間にはＲＫＫＹ相互作用による反平行結合磁界が生じるため、両磁性層３０ｃ、３０ａの磁化は反平行状態になっている。
【０１６８】
前記第３反強磁性層３１は、前記第１固定磁性層３０ｃの両側端部３０ｃ１上にのみ設けられ、前記第１固定磁性層３０ｃの中央部３０ｃ２上には設けられていない。このため交換結合磁界は前記第１固定磁性層３０ｃの両側端部３０ｃ１との間でのみ生じ、前記第１固定磁性層３０ｃの中央部３０ｃ２との間には生じていない。したがって前記第１固定磁性層３０ｃ及び第２固定磁性層３０ａの両側端部３０ｃ１、３０ａ１の磁化は前記交換結合磁界とＲＫＫＹ相互作用等により反平行状態を保ちながらハイト方向（図示Ｙ方向）と平行な方向に固定されている。
【０１６９】
一方、前記第１固定磁性層３０ｃ及び第２固定磁性層３０ａの中央部３０ｃ２、３０ａ２では前記交換結合磁界が得られないが、前記中央部３０ｃ２、３０ａ２では各磁性層内部の交換相互作用により媒介されたバイアス磁界や上記したＲＫＫＹ相互作用によって反平行状態を保ってハイト方向（図示Ｙ方向）と平行な方向に固定され、図１１に示す形態であれば、前記固定磁性層３０の磁化固定を適切に行うことが可能である。
【０１７０】
すなわち図１１のように固定磁性層３０上に設けられた第３反強磁性層３１は、前記固定磁性層３０のトラック幅方向における両側端部上に設けられ、この両側端部でのみ交換結合磁界が生じるが、前記第３反強磁性層３１の構造に対して、前記固定磁性層３０を人工フェリ構造にすることで、前記固定磁性層３０全体の磁化を適切にハイト方向に磁化固定できるのである。
【０１７１】
そして図１１に示す構造の磁気検出素子であれば前記固定磁性層３０の磁化を確実に固定できる上、以下のような効果を期待できる。まず前記第１固定磁性層３０ｃの中央部３０ｃ２上には前記第３反強磁性層３１が設けられていないので、前記電極層９３から主に非磁性材料層２９を中心として流れるセンス電流が、前記第３反強磁性層３１に分流することが少なくなり、分流ロスを軽減できる結果、再生出力の向上を図ることが可能である。
【０１７２】
また前記第１固定磁性層３０ｃの中央部３０ｃ２上に前記第３反強磁性層３１を設けないことで、素子中央部でのシールド層２１、３５の膜厚方向（図示Ｚ方向）への間隔は狭まり、いわゆる狭ギャップ化を図ることが可能である。フリー磁性層２８の中央部２８ａが再生感度を持つ領域であるから、素子中央部でのギャップ長を短くできれば、再生波形のパルス幅（ＰＷ５０）の広がりや分解能の低下を適切に防止でき、今後の高記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することが可能である。
【０１７３】
さらに前記第１固定磁性層３０ｃの中央部３０ｃ２上に前記第３反強磁性層３１を設けないことで、前記固定磁性層３０の素子中央部での磁気的な静電破壊（ｓｏｆｔ ＥＳＤ）は起こりにくくなる。従来では、前記第３反強磁性層は固定磁性層上全体に設けられていたから、前記第３反強磁性層のブロッキング温度を超える高い熱の発生等により、交換結合磁界が弱まり素子中央部での固定磁性層の磁化固定状態が崩れて再生特性の劣化を招いたが、図１１のように第１固定磁性層３０ｃの中央部３０ｃ２上に前記第３反強磁性層３１を設けなければ、そもそも固定磁性層３０の中央部にて前記第３反強磁性層３１のブロッキング温度と発熱との温度関係等を気にする必要がなく、上記した静電破壊の発生を未然に防ぐことができる。
【０１７４】
また両側端部の反強磁性層３１には比抵抗が小さく厚い膜厚の電極層９３が重ねられているとともに両側端部におけるハイト方向の寸法を、中央部における磁気検出素子のハイト方向への寸法に比べて大きくすることができるために両側端部の電流密度は中央部に比べてはるかに低く、そのためジュール熱による温度上昇ははるかに小さく、よって前記両側端部で静電破壊は元々起こりにくい構造となっている。
【０１７５】
このように、図１１に示す磁気検出素子の構造では、固定磁性層３０の磁化を適切にハイト方向に磁化固定できるとともに、再生出力の向上や狭ギャップ化及び静電破壊の抑制をも図ることができ、今後の更なる高記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子を提供することができる。
【０１７６】
また図１１に示す磁気検出素子では、前記第１反強磁性層２５間のトラック幅方向における最小間隔はＷｆ１である（図１１の形態では前記最小幅寸法Ｗｆ１は光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗと同じ寸法である）。
【０１７７】
また前記第３反強磁性層３１間に形成された間欠部Ｅはトラック幅方向に最小寸法ＷＰで形成される。
【０１７８】
そして図１１に示す形態では、前記最小幅寸法Ｗｆ１は最小寸法ＷＰと同じかあるいはそれよりも小さくなっている。このように最小幅寸法Ｗｆ１を最小寸法ＷＰと同じかあるいはそれよりも小さくすることで、フリー磁性層２８の中央部２８ａは確実にシールド層２１、３５の膜厚方向への間隔（いわゆるギャップ長）が最も狭い間に位置し、再生パルス幅（ＰＷ５０）の広がりや分解能の低下を抑制できる。前記フリー磁性層２８の中央部２８ａは再生感度に優れた部分で、この部分が実質的に磁気抵抗効果に寄与する部分であるから、前記フリー磁性層２８の中央部２８ａの上下に設けられるシールド層２１、３５の間隔が最も狭くなるようにして、余分な外部磁界が前記中央部２８ａ内に入り込まないようにすることが必要である。
【０１７９】
なお前記第３反強磁性層３１間の最小寸法ＷＰは０．３μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．２μｍ以下である。前記最小寸法ＷＰを狭くすることで固定磁性層３０の一方向性交換バイアス磁界を大きくでき、さらに再生出力を大きくできることがわかった。前記最小寸法ＷＰを狭くするほど、前記第１固定磁性層３０ｃと第２固定磁性層３０ａの磁化を効果的に反平行状態に磁化固定できるからである。
【０１８０】
次に前記固定磁性層３０を構成する第１固定磁性層３０ｃと第２固定磁性層３０ａの単位面積当たりの磁気モーメントについて説明する。
【０１８１】
前記第２固定磁性層３０ａの単位面積当たりの磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ）から第１固定磁性層３０ｃの単位面積当たりの磁気モーメントを引いた単位面積当たりの合成磁気モーメントは−６（Ｔ・ｎｍ）以上で２．６（Ｔ・ｎｍ）以下の範囲内であると、第３反強磁性層３１が上に形成されていない前記固定磁性層３０の素子中央部がトラック幅方向の外部磁界に対し回転せず、回転してもｃｏｓ≧０．８となる角度θに抑えることができる。
【０１８２】
なおより好ましくは、前記合成磁気モーメントは０（Ｔ．ｎｍ）より大きく２．６（Ｔ．ｎｍ）以下であり、前記固定磁性層３０のスピンフロップ磁界を大きくでき、前記固定磁性層３０を磁化制御する際の前記磁場中アニール時の磁場強度のマージンを広く取ることが可能になり、前記固定磁性層３０の第１固定磁性層３０ｃと第２固定磁性層３０ａを適切にハイト方向と平行な方向であって且つ反平行に磁化固定しやすい。
【０１８３】
なお前記第２固定磁性層３０ａの膜厚から第１固定磁性層３０ｃの膜厚を引いた膜厚差は−３０Å以上で３０Å以下の範囲内であることが好ましい。これにより第３反強磁性層３１が上に形成されていない前記固定磁性層３０の素子中央部がトラック幅方向の外部磁界に対して回転せず、回転してもｃｏｓ≧０．８となる角度θに抑えることができる。また前記膜厚差は０Å以上で３０Å以下の範囲内であることがより好ましく、前記固定磁性層３０のスピンフロップ磁界を大きくでき、前記固定磁性層３０を磁化制御する際の前記磁場中アニール時の磁場強度のマージンを広く取ることが可能になる。
【０１８４】
次に図１１に示す形態では、前記第３反強磁性層３１の上に電極層９３が設けられ、前記電極層９３から、固定磁性層３０、非磁性材料層２９及びフリー磁性層２８の多層膜Ｔ１へ向けて流れるセンス電流は各層を膜面と平行な方向（図示Ｘ方向）に流れる。このとき前記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向きは、前記固定磁性層３０を構成する第１固定磁性層３０ｃと第２固定磁性層３０ａとの合成磁気モーメントの向きと一致していることが前記固定磁性層３０の磁化固定をさらに強固なものにできて好ましい。
【０１８５】
なお前記第３反強磁性層３１は前記第１固定磁性層３０ｃの両側端部３０ｃ１との間に交換結合磁界を発生させるために、磁場中で熱処理が施される。前記第３反強磁性層３１は熱処理前ではその結晶構造が不規則格子であるが、熱処理後では少なくとも一部の結晶構造が規則格子となる。例えばＸ―Ｍｎ合金では、前記熱処理前は結晶構造がＸ原子、Ｍｎ原子の配列が不規則な面心立方格子であるが、前記熱処理後では少なくとも一部において、Ｘ原子、Ｍｎ原子の配列が規則的になり、Ｌ１０型（ＣｕＡｕＩ型）の面心立方格子の結晶構造に変態する。
【０１８６】
一方、前記第３反強磁性層３１間に形成された欠陥部Ｅには、前記第３反強磁性層３１と同じ組成の材料層が形成されてもよい。ただしかかる場合、前記材料層は５０Åよりも薄い膜厚であることが好ましく、これにより上記した磁場中熱処理を施しても前記材料層の結晶構造は不規則格子のままで規則格子に変態せず、前記材料層と前記第１固定磁性層３０ｃの中央部３０ｃ２間で交換結合磁界は生じない。そしてかかる場合でも前記固定磁性層３０の磁化固定を可能にするとともに、適切に再生出力を向上でき、狭ギャップ化を図ることができ、及び静電破壊に強い磁気検出素子を製造することができる。
【０１８７】
なお図１１に示す第３反強磁性層３１の形態は、図１１とフリー磁性層２８下の形態が異なる図２ないし図９においても適用することができる。
【０１８８】
ところで図１ないし図１１に示す磁気検出素子は、電極層３２，５１、６８、９３から多層膜Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３内に流れる電流が、多層膜Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３内を各層の膜面に対して平行な方向に流れるＣＩＰ（current in the plane）型の磁気検出素子と呼ばれる構造である。
【０１８９】
一方、本形態の磁気検出素子には、多層膜Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の上下に電極層が設けられ、前記電極層から多層膜Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３内に流れる電流が、多層膜Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の各層の膜面に対し垂直方向に流れるＣＰＰ（current perpendicular to the plane）型と呼ばれる構造のものも含まれる。
【０１９０】
図１２は、図１に示された磁気検出素子と同じ積層構造を有するＣＰＰ型の磁気検出素子を示す図であり、図１３は図３に示された磁気検出素子と同じ積層構造を有するＣＰＰ型の磁気検出素子を示す図である。
【０１９１】
図１２に示される磁気検出素子が図１に示される磁気検出素子と異なる点は以下に示す２点である。すなわち、下部ギャップ層２２が形成されずに、下部シールド層２１がシード層２３を介して多層膜Ｔ１と導通しており、この下部シールド層２１が電極層を兼ねていることと、第３反強磁性層３１の上にトラック幅方向に間隔を開けて一対の絶縁層９４，９４が積層されたその上に上部ギャップ層を介さずに上部シールド層９５が積層されて、この上部シールド層が電極層を兼ねている点である。
【０１９２】
同様に、図１３に示される磁気検出素子が図３に示される磁気検出素子と異なる点は以下に示す３点である。すなわち、下部ギャップ層４２が形成されずに、下部シールド層４１がシード層４３を介して多層膜Ｔ２と導通しており、この下部シールド層４１が電極層を兼ねている点。シード４３と第１反強磁性層４４，４４の間にトラック幅方向に間隔をあけて絶縁層９６，９６が形成されている点。第３反強磁性層５０の上にトラック幅方向に間隔を開けて一対の絶縁層９７，９７が積層されたその上に上部ギャップ層を介さずに上部シールド層９８が積層されて、この上部シールド層９８が電極層を兼ねている点である。
【０１９３】
絶縁層９６、絶縁層９７は、例えばＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＡｌＮ、Ｔａ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏなどの絶縁材料で形成される。
【０１９４】
このように図１２及び図１３に示す磁気検出素子では多層膜Ｔ１またはＴ２の上下に電極を兼ねた下部シールド層２１及び上部シールド層９５または下部シールド層４１及び上部シールド層９８が設けられ、下部シールド層２１及び上部シールド層９５間または下部シールド層４１及び上部シールド層９８間に流れる電流は、多層膜Ｔ１またはＴ２内を膜面に対し垂直な方向に流れるようになっている。
【０１９５】
図１２に示す磁気検出素子では、第１反強磁性層２５，２５の下面及び側面が絶縁層２４，２４によって覆われ、第３反強磁性層の両側部Ｓ，Ｓ上が絶縁層９４、９４に覆われている。また、図１３に示す磁気検出素子では、第１反強磁性層４４，４４の下面が絶縁層９６，９６によって覆われ、第３反強磁性層９７，９７の両側部Ｓ，Ｓ上が絶縁層９７、９７に覆われている。従って、下部シールド層２１及び上部シールド層９５間または下部シールド層４１及び上部シールド層９８間に流れる電流は、第１反強磁性層２５，２５及び第３反強磁性層３１または第１反強磁性層４４，４４及び第３反強磁性層５０等に分流することを抑制される。
【０１９６】
よって図１２及び図１３に示す構造の磁気検出素子であれば、電流経路がトラック幅Ｔｗから広がるのを抑制でき再生出力の大きいＣＰＰ型の磁気検出素子を製造することが可能になる。
【０１９７】
なお、図１２の磁気検出素子の光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗは、第１反強磁性層２５，２５のトラック幅方向の最小間隔、絶縁層２４、２４のトラック幅方向の最小間隔、絶縁層９４、９４のトラック幅方向の最小間隔のうち、もっとも狭い間隔になる。図１３の磁気検出素子の光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗも同様にして決められる。
【０１９８】
なお、絶縁層２４，２４及び絶縁層９４，９４はどちらか一方だけが形成されていてもよい。また、図１２の磁気検出素子から、絶縁層２４，２４及び絶縁層９４，９４の両方が除かれた磁気検出素子でも、ＣＰＰ型の磁気検出素子として機能することはできる。また、図１３に示される磁気検出素子において、絶縁層９６，９６及び絶縁層９７，９７のいずれか一方または両方が除かれても、ＣＰＰ型の磁気検出素子として機能することはできる。
【０１９９】
また、上部シールド層９５と第３反強磁性層３１の間、上部シールド層９８と第３反強磁性層５０間に非磁性導電性層が形成されてもよい。
【０２００】
また、シード層２３、４３が形成されず、フリー磁性層２８と下部シールド層２１またはフリー磁性層４７と下部シールド層４１が直接接してもよい。ただし、その場合はフリー磁性層４７と下部シールド層４１を磁気的に分離する必要があり、下部シールド層４１とフリー磁性層２７との間に非磁性導電層が形成されていることが好ましい。
【０２０１】
ＣＰＰ型の磁気検出素子は、光学トラック幅Ｔｗ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容易にできる。
【０２０２】
なお、非磁性材料層２９、または非磁性材料層４８がＡｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂などの絶縁材料で形成されてもよい。この磁気検出素子はトンネル型磁気抵抗効果型素子と呼ばれる構造である。
【０２０３】
トンネル型磁気抵抗効果型素子は、トンネル効果を利用して抵抗変化を生じさせるものであり、第２固定磁性層３０ａとフリー磁性層２８または第２固定磁性層４９ａとフリー磁性層４７との磁化が反平行のとき、最も非磁性材料層２９または非磁性材料層４８を介してトンネル電流が流れにくくなって、抵抗値は最大になる。一方、第２固定磁性層３０ａとフリー磁性層２８または第２固定磁性層４９ａとフリー磁性層４７との磁化が平行のとき、最もトンネル電流は流れ易くなり抵抗値は最小になる。
【０２０４】
この原理を利用し、外部磁界の影響を受けてフリー磁性層２８またはフリー磁性層４７の磁化が変動することにより、変化する電気抵抗を電圧変化または電流変化としてとらえ、記録媒体からの洩れ磁界が検出されるようになっている。
【０２０５】
図１ないし図１３では、フリー磁性層２８、４７、６４は磁性材料の単層で形成されている。磁性材料としてはＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉ合金などを選択できる。このうち特にフリー磁性層２８をＣｏＦｅＮｉ合金で形成することが好ましい。
【０２０６】
また、フリー磁性層２８、４７、６４は２層構造で、非磁性材料層と接する側の層が、ＣｏＦｅやＣｏなどの拡散防止層となっているものであってもよい。
【０２０７】
図１４は、図１の磁気検出素子のフリー磁性層２８の部分を中心に図示した部分拡大断面図である。断面は記録媒体との対向面側から見ている。
【０２０８】
図１４に示す形態ではフリー磁性層２８は３層構造である。フリー磁性層２８を構成する符号２０１、２０２、２０３の各層はすべて磁性材料の層であり、磁性材料層２０３は、非磁性材料層２９との間で元素の拡散を防止するための拡散防止層である。磁性材料層２０３はＣｏＦｅやＣｏなどで形成される。
【０２０９】
磁性材料層２０１は、非磁性層２７及びシード層２３と接して形成されている（図１４ではシード層２３と接している部分のみ図示している）。磁性材料層２０１は、ＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましい。
【０２１０】
図１４に示す３層構造の材質の組合わせとしては、例えば磁性材料層２０１：ＣｏＦｅ／磁性材料層２０２：ＮｉＦｅ／磁性材料層２０３：ＣｏＦｅを提示できる。
【０２１１】
図１５は、フリー磁性層２８の別の実施形態を示す部分拡大断面図である。図１５に示すフリー磁性層２８は積層フェリ構造と呼ばれる構造である。これによりフリー磁性層２８の物理的な厚みを極端に薄くすることなしに、磁気的な実効的フリー磁性層の膜厚を薄くでき、外部磁界に対する感度を向上させることができる。
【０２１２】
符号２０５、２０７の層は磁性層であり、符号２０６の層は非磁性中間層である。磁性層２０５および磁性層２０７は、例えばＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉ合金などの磁性材料で形成される。このうち特に磁性層２０５及び／または磁性層２０７は、ＣｏＦｅＮｉ合金で形成されることが好ましい。組成比としては、Ｆｅが９ａｔ％以上で１７ａｔ％以下、Ｎｉが０．５ａｔ％以上で１０ａｔ％以下、残りがＣｏのａｔ％であることが好ましい。
【０２１３】
これにより磁性層２０５、２０７間に働くＲＫＫＹ相互作用による結合磁界を大きくできる。具体的にはスピンフロップ磁界（Ｈｓｆ）を約２９３（ｋＡ／ｍ）以上にできる。以上により、磁性層２０５と磁性層２０７との磁化を適切に反平行状態にできる。また上記した組成範囲内であると、フリー磁性層２８の磁歪を−３×１０^-6から３×１０^-6の範囲内に収めることができ、また保磁力を７９０（Ａ／ｍ）以下に小さくできる。
【０２１４】
さらに、フリー磁性層２８の軟磁気特性の向上、非磁性材料層２９へのＮｉの拡散による抵抗変化量（ΔＲ）や抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の低減の抑制を適切に図ることが可能である。
【０２１５】
また非磁性中間層２０６は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種または２種以上で形成されることが好ましい。
【０２１６】
磁性層２０７の膜厚は例えば３５Å程度で、非磁性中間層２０６は例えば９Å程度で、磁性層２０５の膜厚は例えば１５Å程度で形成される。
【０２１７】
また磁性層２０７と非磁性材料層２９との間には、ＣｏＦｅ合金やＣｏで形成された拡散防止層が設けられていてもよい。
【０２１８】
かかる場合、磁性層２０５及び／または磁性層２０７がＣｏＦｅＮｉ合金で形成されるとき、ＣｏＦｅＮｉ合金のＦｅの組成比は７原子％以上で１５原子％以下で、Ｎｉの組成比は５原子％以上で１５原子％以下で、残りの組成比はＣｏであることが好ましい。
【０２１９】
これにより磁性層２０５、２０７間で発生するＲＫＫＹ相互作用における交換結合磁界を強くすることができる。具体的には、スピンフロップ磁界（Ｈｓｆ）を約２９３（ｋＡ／ｍ）にまで大きくすることができる。よって磁性層２０５、２０７の磁化を適切に反平行状態にすることができる。
【０２２０】
また上記した組成範囲内であると、フリー磁性層２８の磁歪を−３×１０^-6から３×１０^-6の範囲内に収めることができ、また保磁力を７９０（Ａ／ｍ）以下に小さくできる。さらに、フリー磁性層２８の軟磁気特性の向上を図ることができる。
【０２２１】
図１６は本発明におけるフリー磁性層２８の別の形態を示す部分拡大断面図である。図１６に示すフリー磁性層２８には、磁性層２１０、２１２間にスペキュラー膜２１１が形成されている。スペキュラー膜２１１には、図１６に示すように欠陥部（ピンホール）Ｇが形成されていてもよい。また図１６に示す実施形態ではスペキュラー膜（鏡面反射層）２１１を挟んだ磁性層２１０及び磁性層２１２は同じ方向（矢印方向）に磁化されている。
【０２２２】
磁性層２１０、２１２にはＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉ合金などの磁性材料が使用される。
【０２２３】
図１６のようにスペキュラー膜２１１がフリー磁性層２８内に形成されているとスペキュラー膜２１１に達した伝導電子（例えばアップスピンを持つ伝導電子）は、そこでスピン状態（エネルギー、量子状態など）を保持したまま鏡面反射する。そして鏡面反射したアップスピンを持つ伝導電子は、移動向きを変えてフリー磁性層内を通り抜けることが可能になる。
【０２２４】
このため本発明では、スペキュラー膜２１１を設けることで、アップスピンを持つ伝導電子の平均自由行程λ⁺を従来に比べて伸ばすことが可能になり、よってアップスピンを持つ伝導電子の平均自由行程λ⁺と、ダウンスピンを持つ伝導電子の平均自由行程λ^-との差を大きくすることができ、従って抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上とともに、再生出力の向上を図ることが可能になる。
【０２２５】
スペキュラー膜２１１の形成は、例えば磁性層２１０までを成膜し、磁性層２１０表面を酸化する。この酸化層をスペキュラー膜２１１として機能させることができる。そしてスペキュラー膜２１１上に磁性層２１２を成膜する。
【０２２６】
スペキュラー膜２１１の材質としては、Ｆｅ−Ｏ、Ｎｉ−Ｏ、Ｃｏ−Ｏ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｏ、Ａｌ−Ｏ、Ａｌ−Ｑ−Ｏ（ここでＱはＢ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される１種以上）、Ｒ−Ｏ（ここでＲはＣｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上）の酸化物、Ａｌ−Ｎ、Ａｌ−Ｑ−Ｎ（ここでＱはＢ、Ｓｉ、Ｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される１種以上）、Ｒ−Ｎ（ここでＲはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上）の窒化物、半金属ホイッスラー合金などを提示できる。
【０２２７】
スペキュラー膜２１１をスパッタ成膜するときは、例えば磁気検出素子が形成される基板の温度を０〜１００℃とし、前記基板とスペキュラー膜２１１の材料のターゲット間の距離を１００〜３００ｍｍとし、Ａｒガス圧を１０^-5〜１０^-3Ｔｏｒｒ（１．３×１０^-3〜０．１３Ｐａ）とする。
【０２２８】
図１７は本発明におけるフリー磁性層２８の別の形態を示す部分拡大断面図である。
図１７に示すフリー磁性層２８は、強磁性層２１６の非磁性材料層２９と接する面と反対側の面に対向してバックド層２１５が形成されている。バックド層２１５は例えばＣｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｒｕなどで形成される。強磁性層２１６はＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉ合金などの磁性材料で形成される。
【０２２９】
バックド層２１５が形成されることによって、磁気抵抗効果に寄与するアップスピンの伝導電子（上向きスピン：ｕｐ ｓｐｉｎ）における平均自由行程（ｍｅａｎ ｆｒｅｅ ｐａｔｈ）を延ばし、いわゆるスピンフィルター効果（ｓｐｉｎ ｆｉｌｔｅｒ ｅｆｆｅｃｔ）によりスピンバルブ型磁気素子において、大きな抵抗変化率が得られ、高記録密度化に対応できるものとなる。
【０２３０】
図１４から図１７に示されたフリー磁性層の構造は、図２から図１３に示された磁気検出素子のフリー磁性層の構造として用いることも可能である。
【０２３１】
なお、上述した形態の磁気検出素子において、固定磁性層３０、４９、６６が単層の強磁性材料層として形成されてもよい。
【０２３２】
図１に示された磁気検出素子の製造方法を説明する。図１８から図２４は図１の磁気検出素子の製造工程を示す製造方法を示す工程図であり、各工程は記録媒体との対向面側から見た部分断面図で示されている。なお、図１８から図２４において、図１の各層と同一の符号をつけられた層は、同一の材料で作られている。
【０２３３】
図１８に示される工程では、図示しない基板上に下部シールド層２１、下部ギャップ層２２、シード層２３をベタ膜状に成膜し、さらにシード層２３のトラック幅領域Ｃ上を覆うリフトオフ用のレジストＲ1を形成している。
【０２３４】
次に、イオンミリングによってシード層２３、下部ギャップ層２２及び下部シールド層２１の両側部Ｓ，Ｓを図１８に示される点線に沿って削り、下部シールド層２１に凹部を形成する。下部シールド層２１に形成される凹部の側面と底面のなす角θ１は９０°より大きく１２０°以下であることが好ましい。
【０２３５】
なお、図１８工程におけるイオンミリングの入射角度は、シード層の表面に対して、例えば７０°〜９０°である。
【０２３６】
次に、図１９工程では、レジスト層Ｒ１をシード層２３上に残したまま、下部シールド層２１に形成された凹部２１ａ，２１ａ内に絶縁層２４，２４、第１反強磁性層２５，２５、強磁性層２６，２６、非磁性層２７，２７をスパッタ法によって連続成膜する。スパッタ法には、イオンビームスパッタ法、ロングスロースパッタ法、あるいはコリメーションスパッタ法のいずれか１種以上が使える。
【０２３７】
なお、絶縁層２４，２４成膜時のスパッタ入射角度は、シード層２３の表面（または前記基板の表面）に対して、例えば３０°〜７０°であり、第１反強磁性層２５，２５成膜時のスパッタ入射角度は、シード層２３の表面（または前記基板の表面）に対して、例えば５０°〜９０°である。強磁性層２６，２６成膜時のスパッタ入射角度は、シード層２３の表面（または前記基板の表面）に対して、例えば５０°〜９０°であり、非磁性層２７，２７成膜時のスパッタ入射角度は、シード層２３の表面（または前記基板の表面）に対して、例えば５０°〜９０°である。
【０２３８】
また、絶縁層２４，２４の膜厚は５０Å〜３００Å、第１反強磁性層２５，２５の膜厚は８０Å〜３００Å、強磁性層２６，２６の膜厚は５Å〜５０Å、非磁性層２７，２７の膜厚は３Å〜１５Åである。
【０２３９】
非磁性層２７の成膜後に、レジスト層Ｒ１を除去し、その後第１の磁場中アニールを行う。トラック幅方向（図示Ｘ方向）方向に第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度で熱処理し、第１反強磁性層２５と強磁性層２６との間に交換結合磁界を発生させて、強磁性層２６の磁化を図示Ｘ方向に固定する。なお例えば第１の熱処理温度を２７０℃とし、磁界の大きさを８００ｋ（Ａ／ｍ）とする。
【０２４０】
また上記した第１の磁場中アニールによって、非磁性層２７を構成するＲｕなどの貴金属元素が、強磁性層２６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強磁性層２６の表面近くの構成元素は、強磁性層を構成する元素と貴金属元素とから構成される。また強磁性層２６内部に拡散した貴金属元素は、強磁性層２６の下面側よりも強磁性層２６の表面側の方が多く、拡散した貴金属元素の組成比は、強磁性層２６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。
【０２４１】
次に図２０工程において、シード層２３の表面及び非磁性層２７表面の酸化された部分を、図２０に示す矢印Ｈ方向からのイオンミリングで削って除去する。
【０２４２】
図２０に示す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、非磁性層２７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。
【０２４３】
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、１００Ｖ〜５００Ｖのビーム電圧が用いられる。本形態では、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。
【０２４４】
これに対し、例えば図４０及び図４１に示す従来例のようにＴａ膜１１を使用すると、このＴａ膜１１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１１は酸化によって体積が大きくなり、Ｔａ膜１１の膜厚は約５０Å以上にまで膨れ上がる。
【０２４５】
このような厚い膜厚のＴａ膜１１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１１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１１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。
【０２４６】
従って、Ｔａ膜１１の下に形成されている強磁性材料層１０も深く削られ、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強磁性材料層１０の表面から内部に入り込んだり、強磁性材料層１０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強磁性材料層１０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１１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、成膜時に強磁性材料層１０に拡散浸入しやすく、Ｔａ膜１１のみを削って除去できたとしても、露出した強磁性材料層１０表面には、Ｔａが混入する。Ｔａが混入した強磁性材料層１０は、磁気特性が劣化する。
【０２４７】
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層２７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、非磁性層２７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、強磁性層２７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、図２０工程におけるイオンミリングの入射角度は、シード層２３表面（または前記基板の表面）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数秒から１分程である。
【０２４８】
このため、強磁性層２６の膜厚を５Åから５０Åと薄くすることができ、強磁性層２６と第１反強磁性層２５との間の交換異方性磁界を大きくすることができる。
【０２４９】
なお、シード層２３はＴａによって形成されているが、この場合Ｔａの表面に３Åから８Åのごく薄いＲｕなどの非磁性貴金属層をＴａと連続であらかじめ成膜しておくと、Ｔａの酸化を防げ、上記のイオンミリング工程で非磁性貴金属層を適切に除去できる。
【０２５０】
また、シード層がＮｉＦｅやＮｉＦｅＣｒで形成される場合はＴａほどは酸化層が厚く成長しないので上記非磁性貴金属層を省略することができる。
【０２５１】
非磁性層２７表面及びシード層２３表面を削った後、フリー磁性層２８、非磁性材料層２９、第２固定磁性層３０ａ、非磁性中間層３０ｂ、第１固定磁性層３０ｃからなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層３０からなる多層膜Ｔ１、及び第３反強磁性層３１、保護層３３を真空中で連続成膜する。
【０２５２】
図２１の状態では、フリー磁性層２８はトラック幅領域Ｃの両側部Ｓ，Ｓで、強磁性層２６，２６と非磁性層２７，２７を介したＲＫＫＹ相互作用によって磁気的に結合して、フリー磁性層２８が単磁区化される。図２０工程において、非磁性層２７，２７の膜厚ｔ１が６Å〜１１Åにされると、フリー磁性層２８の磁化方向はトラック幅方向（図示Ｘ方向）と反平行方向を向く。また、図２０工程において、非磁性層２７，２７の膜厚ｔ１が０．５Å〜６Åにされると、図２に示される磁気検出素子のようにフリー磁性層２８の磁化方向はトラック幅方向（図示Ｘ方向）と平行方向を向く。
【０２５３】
なお、例えばフリー磁性層２８の膜厚は３０Å〜５０Å、非磁性材料層２９の膜厚は１６Å〜３０Å、第２固定磁性層３０ａの膜厚は１５Å〜３０Å、非磁性中間層３０ｂの膜厚は６Å〜１１Å、第１固定磁性層３０ｃの膜厚は１０Å〜２５Å、第３反強磁性層３１の膜厚は８０Å〜３００Å、保護層３３の膜厚は１０Å〜３０Åである。
【０２５４】
保護層３３の成膜後、第２の磁場中アニールを行う。このときの磁場方向は、トラック幅方向に垂直なハイト方向（図示Ｙ方向）である。なおこの第２の磁場中アニールは、第２の印加磁界を、第１反強磁性層２５と強磁性層２６間の交換異方性磁界よりも小さく、しかも熱処理温度を、第１反強磁性層２５のブロッキング温度よりも低くする。
【０２５５】
特に、第２の磁場中アニール時の第２の磁界の大きさは、第１固定磁性層３０ｃ及び第２固定磁性層３０ａの飽和磁界、及び第１固定磁性層３０ｃ及び第２固定磁性層３０ａの反磁界より大きく、第１固定磁性層３０ｃ及び第２固定磁性層３０ａの間の反平行結合が崩れるスピンフロップ磁界より小さいことが好ましい。
【０２５６】
これによって第１反強磁性層２５と強磁性層２６間の交換異方性磁界の方向をトラック幅方向（図示Ｘ方向）に向けたまま、第３反強磁性層３１と第１固定磁性層３０ｃ間の交換異方性磁界をハイト方向（図示Ｙ方向）と１８０°異なる方向に向けることができる（第１固定磁性層３０ｃの単位面積当たりの磁気モーメント＜第２固定磁性層３０ａの単位面積当たりの磁気モーメントの場合）。なお第２の熱処理温度は例えば２７０℃であり、磁界の大きさは８〜３０（ｋＡ／ｍ）、例えば２４ｋ（Ａ／ｍ）である。
【０２５７】
第２の磁場中アニール後、第１固定磁性層３０ｃの磁化が図示Ｙ方向と１８０°異なる方向を向き、第２固定磁性層３０ａの磁化は、第１固定磁性層３０ｃとの間で働くＲＫＫＹ相互作用による交換結合によって図示Ｙ方向に固定される。
【０２５８】
次に、図２２工程では、保護層３３のトラック幅領域を覆うリフトオフ用のレジスト層Ｒ２を形成し、保護層３３と第３反強磁性層３１のレジスト層Ｒ２に覆われない両側部Ｓ，Ｓをイオンミリングによって削って、図２３に示される状態にした後、削り残された第３反強磁性層３１の両側部Ｓ，Ｓ上に電極層３２，３２をスバッタ成膜する。このとき、電極層３２、３２のトラック幅領域に対向する側面３２ａ３２ａは曲面状になりやすい。前記電極層３２，３２の膜厚は３００Å〜１０００Åである。
【０２５９】
電極層３２，３２の形成後、レジスト層Ｒ２を除去し、上部ギャップ層３４及び上部シールド層３５を積層すると図１に示される磁気検出素子が得られる。
【０２６０】
なお、本形態では、図２０工程のイオンミリングによって非磁性層２７、２７を完全に除去した上で、強磁性層２６，２６上に直接フリー磁性層２８を積層してもよい。この製造方法を用いると図２５に示される磁気検出素子が得られる。
【０２６１】
図２５では、強磁性層２６，２６とフリー磁性層２８の境界を点線で表しているが、実際には強磁性層２６，２６とフリー磁性層２８は一体のフリー磁性層と化しており、強磁性層２６と第１反強磁性層２５間に生じる交換異方性磁界によって、強磁性層２６，２６とフリー磁性層２８の磁化方向は両方ともトラック幅方向を向く。
【０２６２】
次に、図３に示された磁気検出素子の製造方法を説明する。図２６及び図２７は図３の磁気検出素子の製造工程を示す製造方法を示す工程図であり、各工程は記録媒体との対向面側から見た部分断面図で示されている。なお、図２６及び図２７において、図３の各層と同一の符号をつけられた層は、同一の材料で作られている。
【０２６３】
図２６に示される工程では、図示しない基板上に下部シールド層４１、下部ギャップ層４２、シード層４３、第１反強磁性層４４、強磁性層４５、非磁性層４６をベタ膜状に成膜する。
【０２６４】
非磁性層４６の成膜後、第１の磁場中アニールを行う。トラック幅方向（図示Ｘ方向）方向に第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度で熱処理し、第１反強磁性層４４と強磁性層４５との間に交換結合磁界を発生させて、強磁性層４５の磁化を図示Ｘ方向に固定する。なお例えば第１の熱処理温度を２７０℃とし、磁界の大きさを８００ｋ（Ａ／ｍ）とする。
【０２６５】
また上記した第１の磁場中アニールによって、非磁性層４６を構成するＲｕなどの貴金属元素が、強磁性層４５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強磁性層４５の表面近くの構成元素は、強磁性層を構成する元素と貴金属元素とから構成される。また強磁性層４５内部に拡散した貴金属元素は、強磁性層４５の下面側よりも強磁性層４５の表面側の方が多く、拡散した貴金属元素の組成比は、強磁性層４５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。
【０２６６】
次に、図２７に示されるごとく、非磁性層４６上に、トラック幅方向に間隔をあけて一対のレジストＲ３を形成する。
【０２６７】
次に、イオンミリングあるいは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって非磁性層４６、強磁性層４５、第１反強磁性層４４のレジスト層Ｒ３に挟まれた領域を点線に沿って削る。第１反強磁性層４４，４４のトラック幅方向の間隔で光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗが決められる。
【０２６８】
すなわち、レジスト層Ｒ３，Ｒ３のトラック幅方向間隔とレジスト層Ｒ３の側面Ｒ３ａ、Ｒ３ａの形状とイオンミリングの入射角度を調節することにより光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗを任意に設定することができる。
【０２６９】
この方法を用いると、第１反強磁性層４４の側面４４ａと底面４４ｂの角度θ２を大きくすることが容易になり、両側部Ｓ，Ｓのほぼ全ての領域で第１反強磁性層４４の膜厚を厚くすることができて、フリー磁性層４７の両側部Ｓ，Ｓの磁化方向を強固に一方向に固定することができる。すなわち、サイドリーディングを低減できる。具体的には、θ２は６０°以上９０°以下であることが好ましい。
【０２７０】
次にレジスト層Ｒ３，Ｒ３を除去した後、シード層４３の表面及び非磁性層４６表面の酸化された部分を、イオンミリングで削って除去する。
【０２７１】
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、非磁性層４６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。
【０２７２】
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、１００Ｖ〜５００Ｖのビーム電圧が用いられる。本形態では、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。
【０２７３】
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、非磁性層４６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、強磁性層４５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、イオンミリングの入射角度は、非磁性層４６表面（または前記基板の表面）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数秒から１分程である。
【０２７４】
このため、強磁性層４５の膜厚を５Åから５０Åと薄くすることができ、強磁性層４５と第１反強磁性層４４との間の交換異方性磁界を大きくすることができる。
【０２７５】
非磁性層４６表面及びシード層４３表面を削った後、フリー磁性層４７、非磁性材料層４８、第２固定磁性層４９ａ、非磁性中間層４９ｂ、第１固定磁性層４９ｃからなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層４９からなる多層膜Ｔ２、及び第３反強磁性層５０、保護層５２を真空中で連続成膜する。
【０２７６】
フリー磁性層４７はトラック幅領域Ｃの両側部Ｓ，Ｓで、強磁性層４５，４５と非磁性層４６，４６を介したＲＫＫＹ相互作用によって磁気的に結合して、フリー磁性層４７が単磁区化されている。先のイオンミリング工程で、非磁性層４６，４６の膜厚ｔ５が６Å〜１１Åにされると、フリー磁性層４７の磁化方向はトラック幅方向（図示Ｘ方向）と反平行方向を向く。また、非磁性層４６，４６の膜厚ｔ５が０．５Å〜６Åにされると、図４に示される磁気検出素子のようにフリー磁性層４７の磁化方向はトラック幅方向（図示Ｘ方向）と平行方向を向く。
【０２７７】
なお、フリー磁性層４７、非磁性材料層４８、第２固定磁性層４９ａ、非磁性中間層４９ｂ、第１固定磁性層４９ｃ、第３反強磁性層５０、保護層５２の膜厚はそれぞれ図１に示される磁気検出素子の製造方法における同じ名称の層の膜厚と同じである。
【０２７８】
保護層５２の成膜後、第２の磁場中アニールを行う。このときの磁場方向は、トラック幅方向に垂直なハイト方向（図示Ｙ方向）である。なおこの第２の磁場中アニールは、第２の印加磁界を、第１反強磁性層４４の交換異方性磁界よりも小さく、しかも熱処理温度を、第１反強磁性層４４のブロッキング温度よりも低くする。
【０２７９】
特に、第２の磁場中アニール時の第２の磁界の大きさは、第１固定磁性層４９ｃ及び第２固定磁性層４９ａの飽和磁界、及び第１固定磁性層４９ｃ及び第２固定磁性層４９ａの反磁界より大きく、第１固定磁性層４９ｃ及び第２固定磁性層４９ａの間の反平行結合が崩れるスピンフロップ磁界より小さいことが好ましい。
【０２８０】
これによって第１反強磁性層４４と強磁性層４５間の交換異方性磁界の方向をトラック幅方向（図示Ｘ方向）に向けたまま、第３反強磁性層５０と第１固定磁性層４９ｃ間の交換異方性磁界をハイト方向（図示Ｙ方向）と１８０°異なる方向に向けることができる（第１固定磁性層４９ｃの単位面積当たりの磁気モーメント＜第２固定磁性層４９ａの単位面積当たりの磁気モーメントの場合）。なお第２の熱処理温度は例えば２７０℃であり、磁界の大きさは８〜３０（ｋＡ／ｍ）、例えば２４ｋ（Ａ／ｍ）である。
【０２８１】
第２の磁場中アニール後、第１固定磁性層４９ｃの磁化が図示Ｙ方向と１８０°異なる方向を向き、第２固定磁性層４９ａの磁化は、第１固定磁性層４９ｃとの間で働くＲＫＫＹ相互作用による交換結合によって図示Ｙ方向に固定される。
【０２８２】
さらに、図２２から図２４工程と同様の工程によって、第３反強磁性層５０上にトラック幅方向に間隔をあけて一対の電極層５１，５１を成膜する。電極層５１，５１の膜厚は３００Å〜１０００Åである。
【０２８３】
電極層５１，５１の形成後、上部ギャップ層５３及び上部シールド層５４を積層すると図３に示される磁気検出素子が得られる。
【０２８４】
なお、本形態では、非磁性層４６、４６を完全に除去した上で、強磁性層４５，４５上に直接フリー磁性層４７を積層してもよい。この製造方法を用いると図２８に示される磁気検出素子が得られる。
【０２８５】
図２８では、強磁性層４５，４５とフリー磁性層４７の境界を点線で表しているが、実際には強磁性層４５，４５とフリー磁性層４７は一体のフリー磁性層と化しており、強磁性層４５と第１反強磁性層４４間に生じる交換異方性磁界によって、強磁性層４５，４５とフリー磁性層４７の磁化方向は両方ともトラック幅方向を向く。
【０２８６】
図５に示される磁気検出素子を形成するときには、図示しない基板上に下部シールド層４１、下部ギャップ層４２、シード層４３をベタ膜状に成膜した後、シード層４３上に図２９に示すようにトラック幅領域Ｃを覆うリフトオフ用のレジスト層Ｒ４を形成し、レジスト層Ｒ４に覆われていないシード層４３上に第１反強磁性層６１，６１、強磁性層６２，６２、及び非磁性層６３、６３をスパッタ成膜する。
【０２８７】
後は、図３に示される磁気検出素子の製造方法と同様に、第１の磁場中アニール、非磁性層６３表面の低エネルギーイオンミリング、フリー磁性層６４、非磁性材料層６５、第２固定磁性層６６ａ、非磁性中間層６６ｂ、第１固定磁性層６６ｃからなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層６６からなる多層膜Ｔ３、及び第３反強磁性層６７、保護層６９の連続成膜、第２の磁場中アニール、電極層６８，６８、上部ギャップ層７０、上部シールド層７１の形成を行うと、図５に示される磁気検出素子が得られる。
【０２８８】
上述した製造方法で形成された磁気検出素子の第１反強磁性層６１，６１、強磁性層６２，６２、及び非磁性層６３、６３のトラック幅領域に対向する側面は曲面状になりやすい。
【０２８９】
図１０に示される磁気検出素子を形成する際には、第３反強磁性層３１を成膜した後、第３反強磁性層３１の上全面に導電性材料を真空中で連続成膜してから、図３０に示すように、トラック幅領域以外の領域（両側部）をレジスト層Ｒ５，Ｒ５によってマスクする。さらに、電極層９３のトラック幅領域をイオンミリングや反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などで削る。
【０２９０】
図７に示された磁気検出素子の製造方法を説明する。図３１ないし図３３は図７の磁気検出素子の製造工程を示す製造方法を示す工程図であり、各工程は記録媒体との対向面側から見た部分断面図で示されている。なお、図３１ないし図３３において、図７の各層と同一の符号をつけられた層は、同一の材料で作られている。
【０２９１】
図３１に示される工程では、図示しない基板上に下部シールド層２１、下部ギャップ層２２、シード層２３をベタ膜状に成膜し、さらにシード層２３のトラック幅領域上を覆うリフトオフ用のレジスト層Ｒ1を形成している。
【０２９２】
次に、イオンミリングによってシード層２３、下部ギャップ層２２及び下部シールド層２１の両側部Ｓ，Ｓを削り、下部シールド層２１に凹部２１ａ，２１ａを形成する。下部シールド層２１に形成される凹部２１ａ，２１ａの側面と底面のなす角θ１は９０°より大きく１２０°以下であることが好ましい。なお、このイオンミリングの入射角度は、シード層の表面に対して、例えば７０°〜９０°である。
【０２９３】
次に、レジスト層Ｒ１をシード層２３上に残したまま、イオンミリングによって下部シールド層２１に形成された凹部２１ａ，２１ａ内に絶縁層２４，２４、第１反強磁性層２５，２５、非磁性層２７，２７をスパッタ法によって連続成膜する。スパッタ法には、イオンビームスパッタ法、ロングスロースパッタ法、あるいはコリメーションスパッタ法のいずれか１種以上が使える。
【０２９４】
なお、絶縁層２４，２４成膜時のスパッタ入射角度は、シード層２３の表面（または前記基板の表面）に対して、例えば３０°〜７０°であり、第１反強磁性層２５，２５成膜時のスパッタ入射角度は、シード層２３の表面（または前記基板の表面）に対して、例えば５０°〜９０°である。非磁性層２７，２７成膜時のスパッタ入射角度は、シード層２３の表面（または前記基板の表面）に対して、例えば５０°〜９０°である。
【０２９５】
また、絶縁層２４，２４の膜厚は５０Å〜３００Å、第１反強磁性層２５，２５の膜厚は８０Å〜３００Å、非磁性層２７，２７の膜厚は３Å〜１５Åである。
【０２９６】
次に、レジスト層Ｒ１を剥離した後、図３２に示されるように、非磁性層２７，２７の表面を低エネルギーのイオンミリングで削る。このとき、非磁性層２７，２７が３Å以下の膜厚となるように削るかまたは非磁性層２７，２７を完全に除去することが好ましい。
【０２９７】
次に、図３３工程では、第２反強磁性層９０、フリー磁性層２８、非磁性材料層２９、第２固定磁性層３０ａ、非磁性中間層３０ｂ、第１固定磁性層３０ｃ、下側第３反強磁性層３１ｃ及び非磁性層１０３を真空中で連続スパッタ成膜する。
【０２９８】
第２反強磁性層９０は、第１反強磁性層２５，２５と同じ材料、同じ組成比の反強磁性層材料を用いて形成することができる。
【０２９９】
なお、第２反強磁性層９０を１０Å以上５０Å以下で形成することが好ましい。より好ましくは第２反強磁性層９０を３０Å以上４０Å以下の膜厚で形成することである。第２反強磁性層９０をこのような膜厚で形成すると、第２反強磁性層９０とフリー磁性層２８がトラック幅領域Ｃで重ねられても、第２反強磁性層９０はトラック幅領域Ｃでは非反強磁性の性質を有するので、外部磁界（記録媒体からの漏れ磁界）によるフリー磁性層２８の磁化方向の変化を妨げないようにすることができる。
【０３００】
一方、トラック幅領域Ｃの両側部Ｓ，Ｓでは、第１反強磁性層２５，２５と第２反強磁性層９０が３Å以下の非磁性層を介して、または直接接して積層されるので、第２反強磁性層９０と第１反強磁性層２５，２５の間に反強磁性的な相互作用が生じ、第２反強磁性層９０と第１反強磁性層２５，２５が一体の反強磁性層のように機能する。
【０３０１】
また、非磁性層２７，２７、１０３及び非磁性中間層３０ｂは、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｃｕのいずれか１種または２種以上からなる貴金属またはＣｒで形成される。
【０３０２】
また下側第３反強磁性層３１ａは１０Å以上５０Å以下、好ましくは３０Å以上４０Å以下の薄い膜厚で形成される。
【０３０３】
前記非磁性層１０３の成膜後に、第１の磁場中アニールを行う。トラック幅方向（図示Ｘ方向）方向に第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度で熱処理し、トラック幅領域Ｃの両側部Ｓ，Ｓにおいて、第２反強磁性層９０とフリー磁性層２５の間に交換結合磁界を発生させて、フリー磁性層２８の両側部Ｓ，Ｓの磁化を図示Ｘ方向に固定する。なお例えば第１の熱処理温度を２７０℃とし、磁界の大きさを８００ｋ（Ａ／ｍ）とする。
【０３０４】
また上記した第１の磁場中アニールによって、非磁性層２７を構成するＲｕなどの貴金属元素が、第１反強磁性層２５，２５内部及び第２反強磁性層９０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反強磁性層２５，２５及び第２反強磁性層９０の非磁性層と接する面近くの構成元素は、反強磁性材料と貴金属元素とから構成される。また第１反強磁性層２５，２５内部及び第２反強磁性層９０内部に拡散した貴金属元素は、非磁性層２７との接触面側の方が反対の面側より多く、拡散した貴金属元素の組成比は、非磁性層２７との接触面から離れる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。
【０３０５】
また、非磁性層２７が上述した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されると、これらの貴金属材料が第１反強磁性層２５，２５内部及び第２反強磁性層９０内部に拡散しても、拡散によって生じた混合物は反強磁性を示すものになり、第１反強磁性層２５，２５及び第２反強磁性層９０の反強磁性の低下が抑制される。
【０３０６】
また、トラック幅領域Ｃの両側部Ｓ，Ｓでは、第１反強磁性層２５，２５と第２反強磁性層９０の合計膜厚が８０〜５００Å、好ましくは１００〜３００Åと厚く形成され、この結果、第２反強磁性層９０の両側部Ｓ，Ｓは反強磁性の性質を有している。
【０３０７】
従って、第１の磁場中アニールによって第２反強磁性層９０の両側部Ｓ，Ｓは規則化変態し、第２反強磁性層９０の両側部Ｓ，Ｓとフリー磁性層２８の両側部Ｓ，Ｓ間で適切な大きさの交換結合磁界が発生し、これによって、フリー磁性層２８の両側部Ｓ，Ｓはトラック幅方向に強固に固定された状態になる。
【０３０８】
一方、トラック幅領域Ｃでは、第２反強磁性層９０は規則化変態しづらくフリー磁性層２８と第２反強磁性層間に交換結合磁界が発生せず、フリー磁性層２８の磁化がトラック幅方向に強固に固定されることが無く、外部磁界に対し磁化反転できる。
【０３０９】
また図３３工程では、前記第１固定磁性層３０ｃの上に第３反強磁性層と同じ組成の材料層３１ａを成膜しているものの、前記材料層３１ａは５０Å以下の薄い膜厚であり、前記の磁場中アニールによって、前記第１固定磁性層３０ｃと前記材料層３１ａとの間で交換結合磁界が生じず、あるいは生じても前記第１固定磁性層３０ｃの磁化がハイト方向に強固に磁化固定されない程度の弱い交換結合磁界が発生するだけである。
【０３１０】
第１の磁場中アニール後、前記非磁性層１０３を、図３３に示す矢印方向からのイオンミリングで削って除去する。
【０３１１】
図３３に示す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、非磁性層１０３が前述の貴金属で形成され、しかも、膜厚が３Å〜１０Å程度の非常に薄く形成されているからである。
【０３１２】
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、１００Ｖ〜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。
【０３１３】
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層１０３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。なお、図３３工程におけるイオンミリングの入射角度は、シード層２３表面（または前記基板の表面）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数秒から１分程である。また、イオンミリング工程を省略することができる。
【０３１４】
非磁性層１０３を削った後、露出した下側第３反強磁性層３１ａの上に、上側反強磁性層を付け足して、膜厚の厚い第３反強磁性層３１とし、前記第３反強磁性層３１の上に保護層３３を真空中で連続成膜する。
【０３１５】
保護層３３の成膜後に、第２の磁場中アニールを行う。このときの磁場方向は、トラック幅方向に垂直なハイト方向（図示Ｙ方向）である。なおこの第２の磁場中アニールは、第２の印加磁界を、第１反強磁性層２５の交換異方性磁界よりも小さく、しかも熱処理温度を、第１反強磁性層２５のブロッキング温度よりも低くする。
【０３１６】
特に、第２の磁場中アニール時の第２の磁界の大きさは、第１固定磁性層３０ｃ及び第２固定磁性層３０ａの飽和磁界、及び第１固定磁性層３０ｃ及び第２固定磁性層３０ａの反磁界より大きく、第１固定磁性層３０ｃ及び第２固定磁性層３０ａの間の反平行結合が崩れるスピンフロップ磁界より小さいことが好ましい。
【０３１７】
これによって第２反強磁性層９０の両側部Ｓとフリー磁性層２８間の交換異方性磁界の方向をトラック幅方向（図示Ｘ方向）に向けたまま、第３反強磁性層３１と第１固定磁性層３０ｃ間の交換異方性磁界をハイト方向（図示Ｙ方向）と１８０°異なる方向に向けることができる（第１固定磁性層３０ｃの単位面積当たりの磁気モーメント＜第２固定磁性層３０ａの単位面積当たりの磁気モーメントの場合）。なお第２の熱処理温度は例えば２７０℃であり、磁界の大きさは８〜３０（ｋＡ／ｍ）、例えば２４ｋ（Ａ／ｍ）である。
【０３１８】
第２の磁場中アニール後、第１固定磁性層３０ｃの磁化が図示Ｙ方向と１８０°異なる方向を向き、第２固定磁性層３０ａの磁化は、第１固定磁性層３０ｃとの間で働くＲＫＫＹ相互作用による交換結合によって図示Ｙ方向に固定される。
【０３１９】
なお、例えば、フリー磁性層２８の膜厚は３０Å〜５０Å、非磁性材料層２９の膜厚は１６Å〜３０Å、第２固定磁性層３０ａの膜厚は１５Å〜３０Å、非磁性中間層３０ｂの膜厚は６Å〜１１Å、第１固定磁性層３０ｃの膜厚は１０Å〜２５Å、第３反強磁性層３１の膜厚は８０Å〜３００Å、保護層３３の膜厚は１０Å〜３０Åである。
【０３２０】
次に、保護層３３のトラック幅領域を覆うリフトオフ用のレジスト層を形成し、保護層３３と第３反強磁性層３１のレジスト層に覆われない両側部Ｓ，Ｓをイオンミリングによって削って、削り残された第３反強磁性層３１の両側部Ｓ，Ｓ上に電極層３２，３２をスバッタ成膜する。このとき、電極層３２、３２のトラック幅領域に対向する側面３２ａ、３２ａは曲面状になりやすい。前記電極層３２，３２の膜厚は３００Å〜１０００Åである。
【０３２１】
電極層３２，３２の形成後、レジスト層を除去し、上部ギャップ層３４及び上部シールド層３５を積層すると図７に示される磁気検出素子が得られる。
【０３２２】
図８に示される磁気検出素子を形成するときには、図３４に示されるように、図示しない基板上に下部シールド層４１、下部ギャップ層４２、シード層４３、第１反強磁性層４４、非磁性層４６をベタ膜状に成膜した後、非磁性層４６上に、トラック幅方向に間隔をあけて一対のレジストＲ３，Ｒ３を形成する。
【０３２３】
次に、イオンミリングによって非磁性層４６、第１反強磁性層４４のレジスト層Ｒ３，Ｒ３に挟まれた領域を点線に沿って削る。
【０３２４】
レジスト層Ｒ３，Ｒ３を除去した後、図３３と同様に成膜し、第１の磁場中アニール、低エネルギーイオンミリング、第３反強磁性層５０の付けたし、保護層５２の成膜、第２の磁場中アニール、電極層５１，５１、上部ギャップ層５３、上部シールド層５４の形成を行って図８に示される磁気検出素子を得ることができる。
【０３２５】
また、図９に示される磁気検出素子を形成するときには、図３５に示されるように、図示しない基板上に下部シールド層４１、下部ギャップ層４２、シード層４３、をベタ膜状に成膜した後、シード層４３上に図２９に示すようにトラック幅領域Ｃを覆うリフトオフ用のレジスト層Ｒ４を形成し、レジスト層Ｒ４に覆われていないシード層４３上に第１反強磁性層６１，６１及び非磁性層６３、６３をスパッタ成膜する。
【０３２６】
後は、図８に示される磁気検出素子の製造方法と同様の工程を施せば、図９に示される磁気検出素子を得ることができる。
【０３２７】
図３６ないし図３８は、図１１に示す磁気検出素子の製造方法を示す一工程図であり、各図は製造工程中の磁気検出素子を記録媒体との対向面から見た部分断面図である。
【０３２８】
図１１に示す磁気検出素子の製造方法には基本的に図１８ないし図２０と同様の工程を用いる。異なるのは図２１工程以降の工程を図３６ないし図３８工程を用いて行う点である。
【０３２９】
図３６工程では、前記第３反強磁性層３１上に、Ｃｒなどで形成されたストッパ層１００を成膜し、さらに前記ストッパ層１００上にＴａなどで形成された保護層１０１を成膜し、前記保護層１０１の上にＡｕなどで形成された電極層９３を成膜し、前記電極層９３の上にＴａなどで形成された保護層１０２を成膜する。
【０３３０】
次に図３６に示すように前記保護層１０２のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側端部上に、マスク層１０４を設ける。前記マスク層１０４はメタル層であってもよいし、レジスト層であってもよい。
【０３３１】
図３７に示すように前記マスク層１０４のトラック幅方向に形成された所定の間隔１０４ａ内から露出する保護層１０２、電極層９３及び保護層１０１をリアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）で除去する。エッチングガスとして、ＣＦ₄やＣ₃Ｆ₈あるいはＡｒとＣＦ₄の混合ガス、またはＣ₃Ｆ₈とＡｒとの混合ガスを使用する。そうすると図３７に示すように前記電極層９３は磁気検出素子のトラック幅方向における両側端部にのみ残され、前記電極層９３間に間欠部Ｅが形成される。前記ＲＩＥ工程はストッパ層１００が前記間欠部Ｅ内から露出すると終了される。
【０３３２】
図３８に示す工程では、間欠部Ｅ内に露出するストッパ層１００、第３反強磁性層３１をイオンミリングで除去する。このイオンミリング時の削り込み量はＳＩＭＳ分析計によって制御することが可能である。前記間欠部Ｅ内から第１固定磁性層３０ｃが露出した瞬間にイオンミリングを止める。なお前記マスク層１０４がＣｒなどのメタル層である場合、このイオンミリング工程でマスク層１０４も削られる。
【０３３３】
前記第３反強磁性層３１と第１固定磁性層３０ｃ間に交換結合磁界を生じさせるための第２の磁場中アニールの磁場方向は、トラック幅方向と直交する方向（図示Ｙ方向）である。なおこの第２の磁場中アニールは、第２の印加磁界を、第１反強磁性層２５の交換異方性磁界よりも小さく、また第１固定磁性層３０ｃ及び第２固定磁性層３０ａのスピンフロップ磁界よりも小さく、さらに前記第１固定磁性層３０ｃ及び第２固定磁性層３０ａの保磁力や異方性磁界よりも大きい値とする。なお前記第２固定磁性層３０ａの単位面積当たりの磁気モーメントを前記第１固定磁性層３０ｃの単位面積当たりの磁気モーメントよりも大きくすると前記スピンフロップ磁界を大きくできるので、印加磁場のマージンを広くとることができ、製造工程を容易化できて好ましい。
【０３３４】
また熱処理温度を、前記第１反強磁性層２５のブロッキング温度よりも低くする。これによって、前記第１反強磁性層２５と第３反強磁性層３１を共に、上記したＰｔＭｎ合金やＰｔＭｎＸ合金等で形成しても、前記第１反強磁性層２５の交換異方性磁界の方向をトラック幅方向（図示Ｘ方向）に向けたまま、前記第３反強磁性層３１の交換異方性磁界をハイト方向（図示Ｙ方向）に向けることができる。なお前記第３反強磁性層３１に、前記第１反強磁性層２５よりもブロッキング温度の低いＩｒＭｎ合金などを使用してもよい。
【０３３５】
上記の第２の磁場中アニールによって、前記第３反強磁性層３１は適切に規則化変態し、前記第３反強磁性層３１と第１固定磁性層３０ｃの両側端部３０ｃ１間に適切な大きさの交換結合磁界が発生し、これによって前記第１固定磁性層３０ｃの両側端部３０ｃ１の磁化は、トラック幅方向と直交する方向（図示Ｙ方向）に固定される。
【０３３６】
また前記第１固定磁性層３０ｃと第２固定磁性層３０ａ間にはＲＫＫＹ相互作用による反平行結合磁界が生じるため、前記第２固定磁性層３０ａは前記第１固定磁性層３０ｃとは反平行状態で磁化固定される。また前記第１固定磁性層３０ｃと第２固定磁性層３０ａの中央部３０ｃ２、３０ａ２の磁化は、前記ＲＫＫＹ相互作用による反平行結合磁界と各磁性層内部の交換相互作用により媒介されたバイアス磁界によって反平行状態を保って固定される。上記した工程を施すことで図１１に示す磁気検出素子が完成する。
【０３３７】
なお図７や図８に示すように強磁性層２６を用いずに第２反強磁性層９０を用い、且つ第３反強磁性層３１を図１１と同じ形態にする場合には、図３３工程後、図３６ないし図３８工程を用いればよい。
【０３３８】
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。
【０３３９】
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。
【０３４０】
【発明の効果】
以上詳細に説明した本発明では、前記フリー磁性層と前記第１反強磁性層の間に前記非磁性層が形成されている。前記非磁性層は、、前記フリー磁性層の磁化方向をそろえるための縦バイアス磁界を供給する機能を有し前記非磁性層の下面に位置する層、例えば、第１反強磁性層や第１反強磁性層の上に積層された強磁性層を大気暴露による酸化から防止する。
【０３４１】
本発明では、前記非磁性層が貴金属材料によって形成されているため、非磁性層の膜厚が薄くても十分な酸化防止効果を発揮するため、前記非磁性層の上層に前記フリー磁性層または第２反強磁性層を積層する前に、前記非磁性層表面の酸化層を除去するために低エネルギーのイオンミリングを使用でき、前記フリー磁性層の磁化方向をそろえるための強磁性層や第１反強磁性層の磁気特性の劣化が抑えられ、狭トラック化に適した磁気検出素子を得ることが可能になっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例の磁気検出素子の断面図、
【図２】参考例の磁気検出素子の断面図、
【図３】参考例の形態の磁気検出素子の断面図、
【図４】参考例の磁気検出素子の断面図、
【図５】参考例の磁気検出素子の断面図、
【図６】参考例の磁気検出素子の断面図、
【図７】本実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図８】本実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図９】本実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図１０】参考例の磁気検出素子の断面図、
【図１１】参考例の磁気検出素子の断面図、
【図１２】参考例の磁気検出素子の断面図、
【図１３】参考例の磁気検出素子の断面図、
【図１４】磁気検出素子のフリー磁性層の構成の一例を示す断面図、
【図１５】磁気検出素子のフリー磁性層の構成の一例を示す断面図、
【図１６】磁気検出素子のフリー磁性層の構成の一例を示す断面図、
【図１７】磁気検出素子のフリー磁性層の構成の一例を示す断面図、
【図１８】参考例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１９】参考例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２０】参考例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２１】参考例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２２】参考例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２３】参考例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２４】参考例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２５】参考例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２６】参考例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２７】参考例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２８】参考例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２９】参考例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３０】参考例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３１】本実施形態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３２】本実施形態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３３】本実施形態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３４】本実施形態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３５】本実施形態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３６】参考例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３７】参考例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３８】参考例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３９】従来（特開平９−０７３６１１号公報の図１）の磁気検出素子を示す断面図、
【図４０】従来の磁気検出素子の製造方法を示す一工程図、
【図４１】従来の磁気検出素子の製造方法を示す一工程図、
【符号の説明】
２１ 下部シールド層
２２ 下部ギャップ層
２３ シード層
２４ 絶縁層
２５ 第１反強磁性層
２６ 強磁性層
２７ 非磁性層
２８ フリー磁性層
２９ 非磁性材料層
３０ 固定磁性層
３０ａ 第２固定磁性層
３０ｂ 非磁性中間層
３０ｃ 第１固定磁性層
３１ 第３反強磁性層
３２ 電極層
３３ 保護層
３４ 上部ギャップ層
３５ 上部シールド層
Ｃ トラック幅領域
Ｓ 両側部

Claims (22)

1. 下から順に積層された下部磁性層と非磁性材料層と固定磁性層を含み磁気抵抗効果を有する多層膜と、前記固定磁性層の磁化方向を前記下部磁性層の磁化方向と交叉する方向に揃える層と、前記下部磁性層の磁化方向をそろえる第１反強磁性層を有する磁気検出素子において、
   前記下部磁性層の下層に、膜厚が１０Å以上で５０Å以下の第２反強磁性層が設けられ、さらに前記第２反強磁性層の下層に、貴金属元素、Ｒｅ、あるいはＣｒのうち少なくともいずれか１種からなる非磁性層を介して、前記第１反強磁性層がトラック幅方向に間隔を開けて形成されており、
   前記第１反強磁性層と前記非磁性層を介して対向する前記第２反強磁性層と重なる前記下部磁性層の両側端部は、磁化方向が固定され、前記第２反強磁性層のみと重なる前記下部磁性層の中央部は、外部磁界に対して磁化変動するフリー磁性層として機能していることを特徴とする磁気検出素子。
2. 前記非磁性層は、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｃｒのいずれか１種または２種以上で形成される請求項１記載の磁気検出素子。
3. 前記第１反強磁性層は、表面が平坦面である下部シールド層上または下部ギャップ層上にトラック幅方向に間隔を開けて形成されている請求項１または２記載の磁気検出素子。
4. 前記下部磁性層の下側には非磁性材料からなる下部ギャップ層が形成され、この下部ギャップ層の表面にトラック幅方向に間隔を開けて凹部が形成されて、前記凹部内に前記第１反強磁性層が形成されている請求項１または２記載の磁気検出素子。
5. 前記下部磁性層の下側には、磁性材料からなる下部シールド層が形成されこの下部シールド層の表面にトラック幅方向に間隔を開けて凹部が形成されて、前記凹部内に前記第１反強磁性層が形成されている請求項１または２記載の磁気検出素子。
6. 前記第１反強磁性層と前記下部シールド層の間に絶縁層が積層されている請求項５記載の磁気検出素子。
7. 前記第２反強磁性層と第１反強磁性層の間に、３Å以下の前記非磁性層が設けられる請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気検出素子。
8. 前記第２反強磁性層の膜厚は３０Å以上で４０Å以下である請求項１ないし７のいずれかに記載の磁気検出素子。
9. 前記固定磁性層は、非磁性中間層を介して積層された、単位面積あたりの磁気モーメントの大きさが異なる第１固定磁性層及び第２固定磁性層を有するものである請求項１ないし８のいずれかに記載の磁気検出素子。
10. 前記固定磁性層の磁化方向を前記下部磁性層の磁化方向と交叉する方向に揃える層は、反強磁性材料からなる第３反強磁性層である請求項１ないし９のいずれかに記載の磁気検出素子。
11. 前記第３反強磁性層はトラック幅方向に所定間隔を空けた欠陥部を介して前記第１固定磁性層のトラック幅方向の両側端部上に接して設けられる請求項１０記載の磁気検出素子。
12. 前記下部磁性層は磁性層の３層構造で形成される請求項１ないし１１のいずれかに記載の磁気検出素子。
13. 前記下部磁性層は、ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅの３層構造である請求項１２記載の磁気検出素子。
14. 以下の工程を有することを特徴とする磁気検出素子の製造方法、
    （ａ）基板上に、一対の第１反強磁性層をトラック幅方向に間隔を開けて形成し、前記第１反強磁性層上に、貴金属元素、Ｒｅ、あるいはＣｒのうち少なくともいずれか１種からなる非磁性層を連続成膜する工程と、
    （ｂ）前記非磁性層を一部削る工程と、
    （ｃ）前記一対の第１反強磁性層の上に形成された前記非磁性層上、及び前記一対の第１反強磁性層に挟まれる領域上に、下から順に、膜厚が１０Å以上で５０Å以下の第２反強磁性層、下部磁性層、非磁性材料層、第２固定磁性層、非磁性中間層まで連続成膜する工程と、
    （ｄ）第１の磁場中アニールを施して、前記第１反強磁性層と前記非磁性層を介して対向する前記第２反強磁性層の両側部と前記下部磁性層の両側端部間に交換結合磁界を発生させ、前記下部磁性層の両側端部の磁化方向を所定の方向に固定し、前記下部磁性層の中央部をフリー磁性層として磁化方向を所定の方向に揃える工程と、
    （ｅ）前記非磁性中間層を一部削る工程と、
    （ｆ）前記非磁性中間層上に第１固定磁性層、第３反強磁性層を連続成膜する工程と、
    （ｇ）第２の磁場中アニールを施して、前記第３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、前記第１固定磁性層、前記非磁性中間層、前記第２固定磁性層からなる前記固定磁性層の磁化方向を前記下部磁性層の磁化方向と交叉する方向に揃える工程。
15. 前記（ｂ）工程において、前記非磁性層を３Å以下の膜厚となるように削る請求項１４に記載の磁気検出素子の製造方法。
16. 前記（ｇ）工程において、第２の磁場中アニールにおける熱処理温度を第１反強磁性層のブロッキング温度より低い温度に設定する請求項１４又は１５に記載の磁気検出素子の製造方法。
17. 前記（ｇ）工程において、第２の磁場中アニールにおける第２の磁界の大きさを第１反強磁性層の交換異方性磁界より小さくする請求項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. 前記（ａ）工程の前に、
    表面が平坦面である磁性材料からなる下部シールド層を形成し、前記（ａ）工程において、この下部シールド層の上層に前記一対の第１反強磁性層を形成する請求項１４ないし１７のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
19. 前記（ａ）工程の前に、表面にトラック幅方向に間隔を開けて凹部が形成された、磁性材料からなる下部シールド層を形成し、前記（ａ）工程において、前記凹部内に前記第１反強磁性層を形成する請求項１４ないし１７のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
20. 前記（ａ）工程の前に、前記下部シールド層上に絶縁層を設け、前記（ａ）工程において、この絶縁層上に前記第１反強磁性層を形成する請求項１９記載の磁気検出素子の製造方法。
21. 前記（ａ）工程において前記非磁性層を、また前記（ｃ）工程において前記非磁性中間層を、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. 前記（ａ）工程において、前記非磁性層を３Å以上１０Å以下の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。

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