(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反強磁性層と、前記反強磁性層に接して形成され、前記反強磁性層との交換異方性磁界により磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層の上に非磁性導電層を介して形成されたフリー磁性層と、前記フリー磁性層の上にトラック幅に相当する間隔を開けて配置された軟磁性層と、前記軟磁性層の上に形成され、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に対して交差する方向に揃えるバイアス層と、前記フリー磁性層に検出電流を与える導電層とを基板上に有するスピンバルブ型薄膜磁気素子であり、
前記反強磁性層および前記バイアス層は下記の組成式からなる同一の組成の合金からなることを特徴とするスピンバルブ型薄膜磁気素子。
但し、前記反強磁性層及びバイアス層は組成式ＰｔｍＭｎ１００−ｍで表される合金からなり、組成比を示すｍは５２原子％≦ｍ≦５６.３原子％である。
【請求項２】
前記固定磁性層と前記フリー磁性層の少なくとも一方が、非磁性中間層を介して２つに分断され、分断された層どうしで磁化の向きが反平行となるフェリ磁性状態とされた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。
【請求項３】
前記フリー磁性層が、非磁性中間層を介して２つに分断され、分断された層どうしで磁化の向きが反平行となるフェリ磁性状態とされたことを特徴とする請求項１又は２に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項４】
前記軟磁性層は、ＮｉＦｅ合金からなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項５】
前記フリー磁性層のトラック幅に相当する部分の両側に凹部が形成され、これらの凹部を埋め込むように軟磁性層が積層され、これら軟磁性層が前記フリー磁性層に前記凹部底面を介して直接接合されるとともに、これら軟磁性層上にバイアス層と導電層が積層されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項６】
前記フリー磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断されてなり、前記固定磁性層から遠い側のフリー磁性層が第１のフリー磁性層、前記固定磁性層に近い側のフリー磁性層が第２のフリー磁性層とされた場合に、磁性層の厚さと飽和磁化の値の積算値を磁気的膜厚とすると、前記第１のフリー磁性層の磁気的膜厚が前記第２のフリー磁性層の磁気的膜厚と異なる値にされてなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項７】
反強磁性層と、前記反強磁性層に接して形成され、前記反強磁性層との交換異方性磁界により磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層の上に非磁性導電層を介して形成されたフリー磁性層と、前記フリー磁性層の上にトラック幅に相当する間隔を開けて配置された軟磁性層と、前記軟磁性層の上に形成され、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に対して交差する方向に揃えるバイアス層と、前記フリー磁性層に検出電流を与える導電層とを基板上に有するスピンバルブ型薄膜磁気素子であり、前記反強磁性層および前記バイアス層が組成式ＰｔｍＭｎ１００−ｍで表される同一組成の合金からなり、組成比を示すｍが５２原子％≦ｍ≦５６.３原子％であるスピンバルブ型薄膜磁気素子を製造するにあたり、
基板上に、反強磁性層と、固定磁性層と、非磁性導電層と、フリー磁性層とを順次積層して第１の積層体を形成する工程と、
前記第１の積層体に、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の熱処理温度である２２０℃〜２７０℃で熱処理し、前記反強磁性層に交換異方性磁界を発生させて前記固定磁性層の磁化を固定する工程と、
前記第１の積層体の上に、トラック幅に相当する間隔を開けて軟磁性層を形成し、前記軟磁性層の上にバイアス層を形成し、前記バイアス層の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して第２の積層体とする工程と、
トラック幅方向に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、第２の熱処理温度である２５０℃〜２７０℃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を有す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。
【請求項８】
前記第２の磁界は、１０〜６００ Ｏｅ（８００〜４８０００Ａ／ｍ）の範囲であることを特徴とする請求項９に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法。
【請求項９】
スライダに請求項１ないし請求項６のいずれかに記載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薄膜磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【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及びこ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）ヘッドとが知られている。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、複数の材料が積層されてなる多層構造素子とされている。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知られている。
【０００３】
図１３および図１４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、磁気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、磁気記録用の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１３および図１４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１３に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子は、基板側から順に反強磁性層、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１３に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子は、図１３の下側から下地層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膜が使用されている。
【０００６】
図１３に示すように、固定磁性層２３の磁化は、反強磁性層２２との交換異方性磁界により、Ｙ方向（記録媒体からの漏れ磁界方向：ハイト方向）に単磁区化され、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。
即ち、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磁気記録媒体の走行方向は、Ｚ方向である。磁気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（これを磁気抵抗変化という）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を検出することができる。
【０００８】
また図１４に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子は、基板側（図１４の下側）から順に反強磁性層、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１４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。更に、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、更に、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と同じ間隔をあけて設けられ、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合金により形成されている。
前記のバイアス層は、交換異方性磁界を発生させる熱処理を必要としない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１４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一方向に磁化されている。そして、前記固定磁性層２３の磁化方向は、図示Ｙ方向、即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、即ち固定磁性層２３の磁化方向と直角に交差する方向に揃えられている。
前記フリー磁性層２５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】
この従来例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１４のようなスピンバルブ型薄膜磁気素子を製造するには、図１５に示すように、反強磁性層２２からフリー磁性層２５までの各層を積層形成し、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、更に、図１６に示すように、ほぼトラック幅に相当する幅のリフトオフレジスト３５１を形成する。ついで、図１７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１４に示す磁化方向のスピンバルブ型薄膜磁気素子が製造される。
【００１５】
次に、図１８は、従来の他の例のスピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッドの要部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。
図１８において、符号ＭＲ３は、スピンバルブ型薄膜素子を示している。図１８において、符号ａ１２は積層体である。この積層体ａ１２は、下地層１２１上に反強磁性層１２２が形成され、該反強磁性層１２２上に固定磁性層１５３が形成され、更に固定磁性層１５３上に非磁性導電層１２４が形成され、該非磁性導電層１２４上にフリー磁性層１７５が形成され、更にフリー磁性層１７５上に保護層１２７が形成されてなるものである。
【００１６】
この例のスピンバルブ型薄膜素子ＭＲ３のフリー磁性層１７５は、非磁性中間層１７６と、この非磁性中間層１７６を挟む第１のフリー磁性層１７７と第２のフリー磁性層１７８とから構成されている。
第１のフリー磁性層１７７は、非磁性中間層１７６より保護層１２７側に設けられ、第２のフリー磁性層１７８は、非磁性中間層１７６より非磁性導電層１２４側に設けられている。また、第２のフリー磁性層１７８は、拡散防止層１７９と強磁性層１８０とから形成されている。
【００１７】
第２のフリー磁性層１７８の厚さｔ2は、第１のフリー磁性層１７７の厚さｔ1よりも厚く形成されている。また、第１のフリー磁性層１７８及び第２のフリー磁性層１７８の飽和磁化をそれぞれＭ1、Ｍ2としたとき、第１のフリー磁性層１７７及び第２のフリー磁性層１７８の磁気的膜厚はそれぞれＭ1・ｔ1、Ｍ2・ｔ2となる。なお、第２のフリー磁性層１７８が拡散防止層１７９及び強磁性層１８０から構成されているため、第２のフリー磁性層１７８の磁気的膜厚Ｍ2・ｔ2は、拡散防止層１７９の磁気的膜厚と強磁性層１８０の磁気的膜厚との和となる。
【００１８】
そしてこのフリー磁性層１７５にあっては、第１のフリー磁性層１７７と第２のフリー磁性層１７８との磁気的膜厚の関係が、Ｍ2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1とするように構成されている。また、先の第１のフリー磁性層１７７及び第２のフリー磁性層１７８は、相互に反強磁性的に結合とされている。即ち、第２のフリー磁性層１７８の磁化方向がハードバイアス層１２６、１２６により図示Ｘ１方向に揃えられた場合、第１のフリー磁性層１７７の磁化方向は図示Ｘ１方向の反対方向に揃えられる。
【００１９】
また、先の第１、第２のフリー磁性層１７７、１７８の磁気的膜厚の関係がＭ2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1とされていることから、第２のフリー磁性層１７８の磁化が残存した状態となり、フリー磁性層１７５全体の磁化方向が図示Ｘ１方向に揃えられる。このときのフリー磁性層１７５の実効膜厚は、（Ｍ2・ｔ2−Ｍ1・ｔ1）とされる。
このように、第１のフリー磁性層１７７と第２のフリー磁性層１７８は、それぞれの磁化方向が反平行方向となるように反強磁性的に結合され、かつ磁気的膜厚の関係がＭ2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1とされていることから、人工的なフェリ磁性状態とされている。またこれにより、フリー磁性層１７５の磁化方向と固定磁性層１５３の磁化方向とが交差する関係となる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１３に示す従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子では、以下に説明するような問題が発生するおそれがあった。
図１３に示す固定磁性層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。そのため特に、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方向に固定され難くなっている。
【００２１】
即ち、前記Ｘ１方向と反対方向のハードバイアス層２９、２９の磁化の影響を受けて、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、特に、多層膜３３の側端部付近では、直交関係になり難い。前記フリー磁性層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が可能で、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。更に、前記磁化が直交関係にあると、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。
【００２２】
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に不要に固定されやすくなる傾向にあり、外部磁界に対して磁化が敏感に変動しにくくなっており、図１３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。
【００２３】
前述の多層膜３３のうち、不感領域を除いた中央部分の領域が、実質的に記録磁界の再生に寄与し、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、トラック幅を狭くして高記録密度化に対応することが難しくなるという問題がある。
【００２４】
また、図１４に示すスピンバルブ型の薄膜磁気素子は、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９０゜に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、トラック幅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。
【００２５】
しかしながら、図１４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。
【００２６】
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。即ち、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。
【００２７】
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。
【００２８】
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１００℃を超える高温となるため、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。
【００２９】
また、図１５〜図１７に示す従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法にあっては、図１６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。更に、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。
【００３０】
また、図１８に示したスピンバルブ型薄膜素子ＭＲ３においては、積層体ａ１２の側面上端付近でのハードバイアス層１２６、１２６の先端部１２６ａ、１２６ａから第１のフリー磁性層１７７に与えられる磁界が強く、しかもこの磁界は第１のフリー磁性層１７７に付与したい磁界方向と逆向きの磁界であるので、ハードバイアス層１２６、１２６の磁界が後述のスピンフロップ磁界（Ｈsf）よりも大きくなると、本来第１のフリー磁性層１７７に付与したい磁界方向と逆向きの磁界が第１のフリー磁性層１７７の両端部（各ハードバイアス層１２６の近傍部分）に作用されることとなり、第１のフリー磁性層１７７の中央部では磁化の方向が第２のフリー磁性層１７８の磁化の向きの逆向き（Ｘ１方向の逆向き）に揃っているものの、両端部では磁化の方向が乱れてしまう問題がある。
【００３１】
このように第１のフリー磁性層１７７の両端部の磁化の方向が乱れると、磁化の向きが第１のフリー磁性層１７７の磁化の方向と反平行方向（Ｘ１方向）に揃えられる第２のフリー磁性層１７８は、中央部の磁化の方向が第１のフリー磁性層１７７の磁化の向きと逆向き（Ｘ１方向）に揃っているものの、両端部の磁化の方向が乱れてしまい、第１、第２のフリー磁性層１７７、１７８の両端部の磁化の方向が反平行に揃わなくなる結果、トラック幅Ｔｗの両端のところで、再生波形の不安定性の原因となり、サーボエラー等の問題を引き起こすおそれを有していた。
【００３２】
次に、上記スピンフロップ磁界について図１９を用いて説明する。図１９は、フリー磁性層のＭ−Ｈ曲線を示す図である。
このＭ−Ｈ曲線とは、図１９に示す構成のスピンバルブ型薄膜素子ＭＲ３のフリー磁性層１７５に対してトラック幅方向から外部磁界Ｈを印加したときの、フリー磁性層１７５の磁化Ｍの変化を示したものである。図１９では外部磁界Ｈがハードバイアス層１２６、１２６からのバイアス磁界に相当する。
【００３３】
また、図１９において、Ｆ1で示す矢印は、第１のフリー磁性層１７７の磁化方向を表し、Ｆ2で示す矢印は、第２のフリー磁性層１７８の磁化方向を表す。
図１９に示すように、外部磁界Ｈが小さいときは、第１のフリー磁性層１７７と第２のフリー磁性層１７８が反強磁性的に結合した状態、即ち、矢印Ｆ1と矢印Ｆ2の方向が反平行になっているが、外部磁界Ｈの大きさがある値を超えると、矢印Ｆ1と矢印Ｆ2の方向が反平行に揃わなくなり、第１フリー磁性層１７７と第２フリー磁性層１７８の反強磁性的結合が壊され、フェリ磁性状態を維持できなくなる。これがスピンフロップ転移である。またこのスピンフロップ転移が起きたときの外部磁界の大きさがスピンフロップ磁界であり、図１９ではＨsfで示している。そして、更に外部磁界Ｈをスピンフロップ磁界Ｈsfより大きくしていくと、矢印Ｆ1の方向が更に回転して、矢印Ｆ2の方向の平行方向を向き、即ち、矢印Ｆ1は元の方向と１８０゜異なる方向を向き、フェリ磁性状態が完全に崩れてしまう。これが飽和磁界であって、図１９ではＨSで示している。
【００３４】
従って、図１９の第１、第２のフリー磁性層１７７、１７８の両端部の磁化の方向は、例えば、図２０の矢印Ｆ1で示す第１のフリー磁性層１７７の領域に存在する各種矢印のように第１フリー磁性層１７７の両端部においてより大きく乱れることとなり、この第１フリー磁性層１７７の磁化の方向に対してフェリ状態の反平行状態になろうとする磁化が図２０の矢印Ｆ2に示す第２のフリー磁性層１７８の領域のような方向を向く関係となってしまう。従って、図１８に示す構造のスピンバルブ型薄膜素子ＭＲ３においてもトラック幅Ｔｗの両端のところで、再生波形不安定性の原因となり、サーボエラー等の問題を引き起こすおそれを有していた。図２０に示す磁化の状態を更に詳述すると、第１のフリー磁性層１７７の左右両端側ではハードバイアス層からの強い逆方向磁界がかかり、これにより第２のフリー磁性層１７８の磁化分布も乱れてバルクハウゼンノイズ等の発生が考えられ、磁気的安定性に不安を有することになる。
【００３５】
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、バイアス層の材質を改良することにより、耐熱性、耐食性に優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子を提供するとともに、フリー磁性層の磁化方向を確実に揃えることができるバイアス構造を備え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。
更に本発明は、フリー磁性層を２層に分離した構造を採用し、フリー磁性層にバイアスが印加される構造を採用しても、各フリー磁性層の端部側での磁化の乱れを生じ難い構造としてバイアスを良好に作用できるように構成し、バルクハイゼンノイズの発生を抑え、安定性を高め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。
【００３６】
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製造方法を提供することを課題としている。
更にまた、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信頼性の高い薄膜磁気ヘッドを提供することを課題としている。
【００３７】
【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は、反強磁性層と、前記反強磁性層の上に形成され、前記反強磁性層との交換異方性磁界により磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層の上に非磁性導電層を介して形成されたフリー磁性層と、前記フリー磁性層に接してトラック幅に相当する間隔を開けて配置された軟磁性層と、前記軟磁性層に接して形成され、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に対して交差する方向に揃えるバイアス層と、前記フリー磁性層に検出電流を与える導電層とを基板上に有するスピンバルブ型薄膜磁気素子であり、前記反強磁性層、および前記バイアス層が下記の組成式からなる同一の組成の合金からなることを特徴とする。
但し、前記反強磁性層及びバイアス層は組成式ＰｔｍＭｎ１００−ｍで表される合金からなり、組成比を示すｍは５２原子％≦ｍ≦５６.３原子％である。
【００３８】
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子は、反強磁性層およびバイアス層が、上記の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、耐食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。
また、装置内の温度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を得ることができる。
更にまた、反強磁性層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、固定磁性層の磁化方向を強固に固定することができる。
また、フリー磁性層とバイアス層の間に軟磁性層が形成されているため、フリー磁性層の磁化方向を確実に揃えることができる。
【００３９】
また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、前記固定磁性層と前記フリー磁性層の少なくとも一方が、非磁性中間層を介して２つに分断され、分断された層どうしで磁化の向きが１８０度異なるフェリ磁性状態とされたことを特徴とするものとしてもよい。
【００４０】
少なくとも固定磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断されたスピンバルブ型薄膜磁気素子とした場合、２つに分断された固定磁性層のうち一方が他方の固定磁性層を適正な方向に固定する役割を担い、固定磁性層の状態を非常に安定した状態に保つことが可能となる。
一方、少なくともフリー磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断されスピンバルブ型薄膜磁気素子とした場合、２つに分断されたフリー磁性層どうしの間に交換結合磁界が発生し、フェリ磁性状態とされ、外部磁界に対して感度よく反転できるものとなる。
【００４７】
とくに、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、反強磁性層とバイアス層とを構成する合金の組成を同一とする場合、次の組み合わせとなる。
即ち、反強磁性層およびバイアス層を構成する合金の組成比が以下の場合である。  ＰｔｍＭｎ１００−ｍ
但し、組成比を示すｍは、５２原子％≦ｍ≦５６.３原子％である。
【００５３】
また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、前記軟磁性層は、ＮｉＦｅ合金からなることが望ましい。
【００５４】
本発明において、前記フリー磁性層のトラック幅に相当する部分の両側に凹部が形成され、これらの凹部を埋め込むように軟磁性層が積層され、これら軟磁性層が前記フリー磁性層に前記凹部底面でもって直接接合されるとともに、これら軟磁性層上にバイアス層と導電層が積層されてなることを特徴とする構造を採用しても良い。
一般に、強磁性体と強磁性体の界面での交換結合より、強磁性体と反強磁性体の界面での交換結合の方が界面での汚染や結晶性の乱れの悪影響を受け易い。従って、軟磁性層とバイアス層は同一成膜装置内で連続的に成膜することが必要である。フリー磁性層に凹部を設ける事なく軟磁性層を成膜した場合、トラック幅の両側部分の合計の（強磁性膜厚×飽和磁化）がフリー磁性層の（強磁性膜厚×飽和磁化）より大幅に厚くなる。フリー磁性層が受ける縦バイアスの強さはトラック両端部分の（強磁性膜厚×飽和磁化）をフリー磁性層の（強磁性膜厚×飽和磁化）で割った値に比例するために、凹部を設けない場合は縦バイアスが必要以上に強くなり過ぎて、トラック両端部分に不感領域を生じたり、素子全体の感度が低下するといった問題を生じる場合があった。また、あまりに軟磁性層を厚くし過ぎるとバイアス層と軟磁性層間の交換結合磁界が膜厚に反比例して小さくなるために、わずかな外乱磁界で縦バイアス状態が変化して再生波形の不安定性に結び付くといった不具合を生じる場合も考えられる。軟磁性層の厚みを極力薄くすることでこれらは改善は可能であるが、あまり軟磁性層を薄くすると軟磁性層が充分な結晶性を保てなくなること等により、軟磁性層とバイアス層間の交換結合磁界が逆に劣化してくる問題がある。凹部を設けた場合は、凹部の深さ分だけ継ぎ足した軟磁性層の分の一部の膜厚が相殺されるために、必要以上に縦バイアスが強くなりにくいとともに、軟磁性層間の交換結合磁界も低下しにくいため、再生感度とトラック幅の制御性と再生波形の安定性が向上する効果がある。
第２の効果として、凹部をイオンミリング等で掘り込むことで、フリー磁性層表面の汚染物質を効果的に除去することができ、軟磁性層とフリー磁性層間の強磁性交換結合をより強固にしてフリー磁性層に縦バイアスを有効に伝達する効果もある。また、フリー磁性層の上にＣｕ等のバックド層やＴａ等の酸化防止層が積層されている場合であっても、凹部を掘り込むことで確実にフリー磁性層を構成する強磁性体表面を露出させることができる。
【００５５】
更に本発明において、前記フリー磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断されてなり、前記固定磁性層から遠い側のフリー磁性層が第１のフリー磁性層、前記固定磁性層に近い側のフリー磁性層が第２のフリー磁性層とされた場合に、磁性層の厚さと飽和磁化の値の積算値を磁気的膜厚とすると、前記第１のフリー磁性層の磁気的膜厚が前記第２のフリー磁性層の磁気的膜厚と異なる値にされてなることを特徴とする構造を採用しても良い。
更に前記フリー磁性層が、非磁性中間層を介して２つに分断され、分断された層どうしで磁化の向きが反平行となるフェリ磁性状態とされたものでも良い。
【００５６】
更に、前記の課題は、反強磁性層と、前記反強磁性層に接して形成され、前記反強磁性層との交換異方性磁界により磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層の上に非磁性導電層を介して形成されたフリー磁性層と、前記フリー磁性層の上にトラック幅に相当する間隔を開けて配置された軟磁性層と、前記軟磁性層の上に形成され、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に対して交差する方向に揃えるバイアス層と、前記フリー磁性層に検出電流を与える導電層とを基板上に有するスピンバルブ型薄膜磁気素子であり、前記反強磁性層および前記バイアス層が組成式ＰｔｍＭｎ１００−ｍで表される同一組成の合金からなり、組成比を示すｍが５２原子％≦ｍ≦５６.３原子％であるスピンバルブ型薄膜磁気素子を製造するにあたり、基板上に、反強磁性層と、固定磁性層と、非磁性導電層と、フリー磁性層とを順次積層して第１の積層体を形成する工程と、前記第１の積層体に、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の熱処理温度である２２０℃〜２７０℃で熱処理し、前記反強磁性層に交換異方性磁界を発生させて前記固定磁性層の磁化を固定する工程と、前記第１の積層体の上に、トラック幅に相当する間隔を開けて軟磁性層を形成し、前記軟磁性層の上にバイアス層を形成し、前記バイアス層の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して第２の積層体とする工程と、トラック幅方向に、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、第２の熱処理温度である２５０℃〜２７０℃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を有す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によって解決できる。
【００５８】
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の磁界は、１０〜６００ Ｏｅ（８００〜４８０００Ａ／ｍ）の範囲であることが望ましい。
【００５９】
図２１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２１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６００ Ｏｅ（４８０００Ａ／ｍ）を越えている。
【００６０】
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。
【００６１】
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、固定磁性層と基板との距離が近いボトム型の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の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。
【００６２】
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（２２０〜２７０℃）で前記第１の積層体を熱処理すると、反強磁性層に交換異方性磁界が生じ、固定磁性層の磁化方向が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）以上となる。
次に、第１の磁界と直交する方向の第２の磁界１０〜６００ Ｏｅ（８００〜４８０００Ａ／ｍ）を印加しつつ、第２の熱処理温度（２５０〜２７０℃）で、前記第２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生じ、フリー磁性層の磁化方向が第１の磁界に対して交差する方向とされる。また、バイアス層の交換異方性磁界は、６００ Ｏｅ（４８０００Ａ／ｍ）以上となる。
【００６３】
このとき、第２の磁界を先の第１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。
【００６４】
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。
【００６５】
また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法は、第１の積層体の上に軟磁性層を形成し、前記軟磁性層の上にバイアス層を形成する方法であるので、軟磁性層を形成したのち、真空を破ることなく前記バイアス層を形成することができ、前記バイアス層が形成される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。
また、前記バイアス層を形成する前に前記バイアス層が形成される面をクリーニングする必要がないため、容易に製造することができる。
【００６６】
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、耐食性に優れ、十分な交換異方性磁界が得られる信頼性の高い薄膜磁気ヘッドとすることができる。
【００６７】
【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実施形態について、図面を参照して詳しく説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図、図５および図６は、本発明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。
【００６８】
本発明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。
【００６９】
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５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。
【００７０】
図５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。
【００７１】
図６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Ａｌ2Ｏ3などからなる非磁性絶縁体の下地層２００と、下地層２００の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。
【００７２】
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。
【００７３】
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、反強磁性材料をバイアス層として使用する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。
【００７４】
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、反強磁性層２が形成されている。更に、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、更に、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。
また、前記フリー磁性層５の上には、軟磁性層７、７がトラック幅Ｔｗに相当する間隔を開けて設けられている。前記軟磁性層７、７の上にはバイアス層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。
【００７５】
前記基板Ｋは、Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ系セラミックス１５１などの表面に、非磁性絶縁体のＡｌ2Ｏ3（アルミナ）からなる下地層２００が形成され、下地層２００の上に下部シールド層１６３と下部ギャップ層１６４が順次形成されている。
【００７６】
前記反強磁性層２は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素と、Ｍｎとを含む合金からなるものである。こ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。
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。
ＸmＭｎ100-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。
【００７７】
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。
ＰｔmＭｎ100-m-nＤn
但し、Ｄ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。
【００７８】
また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、前記反強磁性層は、下記の組成式からなる合金であることが望ましい。
ＰｔqＭｎ100-q-jＬj
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、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％であることがより好ましい。
【００７９】
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、即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。
【００８０】
また、前記非磁性導電層４は、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇなどの非磁性導電膜により形成されることが好ましい。
【００８１】
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、即ち固定磁性層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止される。
【００８２】
前記軟磁性層７は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＣｏーＦｅ合金、ＣｏーＮｉーＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金、ＮｉＦｅ合金などで形成され、中でも、フリー磁性層５を構成する材料と同一の合金で形成されることが好ましく、フリー磁性層５の表面がＮｉＦｅ合金で形成されている場合は、軟磁性層７をＮｉＦｅ合金で形成することが好ましい。これは、軟磁性層７を、フリー磁性層５を構成する材料と同一とした方が、軟磁性層７とフリー磁性層５の界面での強磁性結合が確実となり、バイアス層６と軟磁性層７との界面に発生させた一方向異方性の交換結合磁界を軟磁性層７を介してフリー磁性層５へ伝搬させることが可能となる。
【００８３】
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、軟磁性層７との界面にて交換異方性磁界が発現されて、交換異方性磁界が軟磁性層７へ伝搬し、軟磁性層７とフリー磁性層５との界面で発生する強磁性結合によりフリー磁性層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。
【００８４】
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。
ＸmＭｎ100-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。
更に、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。
ＰｔmＭｎ100-m-nＤn
但し、Ｄ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５２原子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％、０.２原子％≦ｎ≦４０原子％である。
【００８５】
更にまた、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、前記バイアス層は、下記の組成式からなる合金であってもよい。
ＰｔqＭｎ100-q-jＬj
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。
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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性質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の磁化方向を前記固定磁性層３の磁化方向と交差する方向に揃えるものである。
【００８８】
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とを順次積層して図２に示す第１の積層体ａ１を形成したのち、前記第１の積層体ａ１にトラック幅Ｔｗ方向と直交する方向（図２の紙面垂直方向）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に交換異方性磁界を発生させて、前記固定磁性層３の磁化を固定する。
【００８９】
次に、図３に示すように、前記第１の積層体ａ１の上に、トラック幅Ｔｗに相当する幅の基端部を有するリフトオフ用レジスト３５１を形成し、マスクとなるリフトオフ用レジスト３５１で覆われていないフリー磁性層５の表面をＡｒなどの希ガスにより、イオンミリング法や逆スパッタ法によりクリーニングを行う。
ついで、図４に示すように、トラック幅Ｔｗに相当する間隔を開けて露出したフリー磁性層５の表面およびリフトオフレジスト３５１上に、軟磁性層７、７を形成し、続いて、前記軟磁性層７、７の上にバイアス層６、６を形成し、更に、前記バイアス層６、６の上に導電層８、８を形成したのち、リフトオフレジスト３５１をエッチングにより除去すると、図１に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子１と同じ形状の第２の積層体ａ２が得られる。
【００９０】
このようにして得られた第２の積層体ａ２に対し、トラック幅Ｔｗ方向に前記反強磁性層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、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ことによって、スピンバルブ型薄膜磁気素子１が得られる。
【００９１】
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２１、図２２、図２３を参照して詳しく説明する。
図２１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温度依存性を示し、図２１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温度依存性を示す。
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。
【００９２】
具体的には、図２１に示した◆印で示したトップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子は、図２４に示すようにＳｉの基板Ｋの上にＡｌ2Ｏ3（厚さ１０００Å）からなる下地絶縁層２００、Ｔａ（厚さ５０Å）からなる下地層２１０、ＮｉＦｅ合金（厚さ７０Å）、Ｃｏ層（厚さ１０Å）の２層からなるフリー磁性層５、Ｃｕ（厚さ３０Å）からなる非磁性導電層４、Ｃｏ（厚さ２５Å）からなる固定磁性層３、Ｐｔ54.4Ｍｎ45.6（厚さ３００Å）からなる反強磁性層２、Ｔａ（厚さ５０Å）からなる保護層２２０の順に形成された構成のものである。
【００９３】
また、図２１に示した■印で示したボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子は、図２３に示すように、Ｓｉ基板Ｋの上にＡｌ2Ｏ3（厚さ１０００Å）からなる下地絶縁層２００、Ｔａ（厚さ３０Å）からなる下地層２１０、Ｐｔ55.4Ｍｎ44.6（厚さ３００Å）からなる反強磁性層２、Ｃｏ（厚さ２５Å）からなる固定磁性層３、Ｃｕ（厚さ２６Å）からなる非磁性導電層４、Ｃｏ層（厚さ１０Å）、ＮｉＦｅ合金（厚さ７０Å）の２層からなるフリー磁性層５、Ｔａ（厚さ５０Å）からなる保護層２２０の順に形成された構成のものである。
【００９４】
即ち、◆印で示したトップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子は、反強磁性層２が固定磁性層３の上側に配置され、Ｓｉ基板Ｋと反強磁性層２との間には、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。
即ち、■印で示したボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子は、反強磁性層２が固定磁性層３の下側に配置され、Ｓｉ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構造とされる。
【００９５】
図２１に示すように、■印で示す反強磁性層（Ｐｔ55.4Ｍｎ44.6）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（Ｐｔ54.4Ｍｎ45.6）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（■印）は、基板より離れた位置に配置された反強磁性層（◆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。
【００９６】
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。
即ち、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３の下に反強磁性層２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材料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。
【００９７】
したがって、例えば、第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度（２２０〜２７０℃）で前記第１の積層体ａ１を熱処理すると、反強磁性層２に交換異方性磁界が生じ、固定磁性層３の磁化方向が固定される。また、反強磁性層２の交換異方性磁界は、６００ Ｏｅ（４８０００Ａ／ｍ）以上となる。
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℃）で前記第２の積層体ａ２を熱処理すると、フリー磁性層５の磁化方向が第１の磁界に対して交差する方向とされる。また、バイアス層６の交換異方性磁界は、６００ Ｏｅ（４８０００Ａ／ｍ）以上となる。
【００９８】
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。
【００９９】
第１の熱処理温度は、２２０℃〜２７０℃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２７０℃を越えると、各層の界面、とくに、非磁性導電層４であるＣｕ層とフリー磁性層５またはＣｕ層と固定磁性層３との界面での原子の熱拡散などによる磁気抵抗効果の劣化を引き起こすため好ましくない。
また、第１の熱処理温度を２３０℃〜２７０℃の範囲とすれば、反強磁性層２の交換異方性磁界を４００ Ｏｅ（３２０００Ａ／ｍ）以上とすることができ、固定磁性層３の磁化を大きくすることができるのでより好ましい。
【０１００】
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４００Ｏｅ（３２０００Ａ／ｍ）以上にすることができなくなって、フリー磁性層５に印加する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。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、層界面での原子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。
【０１０１】
前記第１の磁界は、１０ Ｏｅ（８００Ａ／ｍ）程度以上とすることが好ましい。第１の磁界が１０ Ｏｅ（８００Ａ／ｍ）未満であると、反強磁性層２の交換異方性磁界が十分に得られないため好ましくない。
また、前記第２の磁界は、１度目の熱処理で発生した反強磁性層２の交換結合磁界よりも小さい磁界とされ、１０〜６００ Ｏｅ（８００〜４８０００Ａ／ｍ）程度の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、２００ Ｏｅ（１６００Ａ／ｍ）程度である。第２の磁界が１０ Ｏｅ（８００Ａ／ｍ）未満であると、バイアス層６の交換異方性磁界が十分に得られないため好ましくない。一方、第２の磁界が６００ Ｏｅ（８００〜４８０００Ａ／ｍ）を越えると、１度目の熱処理で発生した反強磁性層の交換結合磁界を劣化させるおそれがあるため好ましくない。
【０１０２】
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２２を参照して詳しく説明する。
図示△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℃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。
【０１０３】
具体的には、△印で示したトップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子は、図２４に示すように、Ｓｉ基板Ｋの上にＡｌ2Ｏ3（厚さ１０００Å）からなる下地絶縁層２００、Ｔａ（厚さ５０Å）からなる下地層２１０、ＮｉＦｅ合金（厚さ７０Å）、Ｃｏ（厚さ１０Å）からなる２層のフリー磁性層５、Ｃｕ（厚さ３０Å）からなる非磁性導電層４、Ｃｏ（厚さ２５Å）からなる固定磁性層３、ＰｔmＭｎt（厚さ３００Å）からなる反強磁性層２、Ｔａ（厚さ５０Å）からなる保護層２２０からなる構成のものである。
【０１０４】
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２３に示すように、Ｓｉ基板Ｋの上にＡｌ2Ｏ3（厚さ１０００Å）からなる下地絶縁層２００、Ｔａ（厚さ３０Å）からなる下地層２１０、ＰｔmＭｎ100-m（厚さ３００Å）からなる反強磁性層２、Ｃｏ（厚さ２５Å）からなる固定磁性層３、Ｃｕ（厚さ２６Å）からなる非磁性導電層４、Ｃｏ（厚さ１０Å）、ＮｉＦｅ合金（厚さ７０Å）の２層からなるフリー磁性層５、Ｔａ（厚さ５０Å）からなる保護層２２０からなる構成のものである。
【０１０５】
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２２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。
即ち、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２３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２４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。
【０１０６】
また、図２２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ＸmＭｎ100-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％を越えると、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理を行っても、ＸmＭｎ100-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（交換異方性磁界）を示さなくなるので好ましくない。
【０１０７】
また、組成比ｍのより好ましい範囲は、４８原子％≦ｍ≦５８原子％である。
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、ＸmＭｎ100-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。
ｍの更に好ましい範囲は、４９.８原子％≦ｍ≦５８原子％であり、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理を行った後に４００ Ｏｅ（３２０００Ａ／ｍ）以上の交換異方性磁界が得られる。
【０１０８】
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、即ち前記反強磁性層２をＰｔmＭｎ100-m-nＤn（但し、Ｄは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、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。
組成比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、ＰｔmＭｎ100-m-nＤn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、組成比ｎが０.２原子％未満であると、反強磁性層２の結晶格子の規則化の促進の効果、即ち、交換異方性磁界を大きくする効果が乏しくなるので好ましくなく、組成比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。
【０１０９】
また、組成比ｍ＋ｎのより好ましい範囲は、４８原子％≦ｍ＋ｎ≦５８原子％である。
組成比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、ＰｔmＭｎ100-m-nＤn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、組成比ｍ＋ｎの更に好ましい範囲は、４９.８原子％≦ｍ＋ｎ≦５８原子％、０.２％≦ｎ≦４０であり、４００ Ｏｅ（３２０００Ａ／ｍ）以上の交換異方性磁界が得られる。
【０１１０】
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、即ち前記反強磁性層２をＰｔqＭｎ100-q-jＬj（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。
組成比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、ＰｔqＭｎ100-q-jＬj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、組成比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。
【０１１１】
また、組成比を示すｑ＋ｊのより好ましい範囲は、４８原子％≦ｑ＋ｊ≦５８原子％である。
組成比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、ＰｔqＭｎ100-q-jＬj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、組成比を示すｑ＋ｊの更に好ましい範囲は、４９.８原子％≦ｑ＋ｊ≦５８原子％、０.２原子％≦ｊ≦１０原子％であり、４００ Ｏｅ（３２０００Ａ／ｍ）以上の交換異方性磁界が得られる。
【０１１２】
図２２から明らかなように、トップ型の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ＸmＭｎ100-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ｍが、５２原子％≦ｍ≦６０原子％であることが好ましい。
組成比ｍが５２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、ＸmＭｎ100-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、組成比ｍのより好ましい範囲は、５２.８原子％≦ｍ≦５９.２原子％であり、２００ Ｏｅ（１６０００Ａ／ｍ）以上の交換異方性磁界、即ち、バイアス磁界が得られる。
【０１１３】
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、即ち前記バイアス層６をＰｔmＭｎ100-m-nＤn（但し、Ｄは、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、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。
【０１１４】
組成比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、ＰｔmＭｎ100-m-nＤn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、組成比ｎが０.２原子％未満であると、反強磁性層２の結晶格子の規則化の促進の効果、即ち、交換異方性磁界を大きくする効果が乏しくなるので好ましくなく、組成比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。
更に、組成比ｍ＋ｎのより好ましい範囲は、５２.８原子％≦ｍ＋ｎ≦５９.２原子％、０.２原子％≦ｎ≦４０原子％であり、２００ Ｏｅ（１６０００Ａ／ｍ）以上の交換異方性磁界、即ち、バイアス磁界が得られる。
【０１１５】
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、即ち前記バイアス層６をＰｔqＭｎ100-q-jＬj（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。
組成比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、ＰｔqＭｎ100-q-jＬj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。
【０１１６】
また、組成比ｍ＋ｎのより好ましい範囲は、５２.８原子％≦ｍ＋ｎ≦５９.２原子％、０.２原子％≦ｎ≦４０原子％であり、２００（Ｏｅ）以上の交換異方性磁界、即ち、バイアス磁界が得られる。
【０１１７】
また、図２２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ＸmＭｎ100-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２および前記バイアス層６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。
【０１１８】
組成比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Ｘm Ｍｎ100-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、組成比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ＸmＭｎ100-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り、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理を行った際、固定磁性層３の磁化方向がバイアス層６の磁化方向と同一に磁化されたり、固定磁性層３の磁化方向がバイアス層６の磁化方向と直交しなくなり、結果として、再生出力波形の対称性が得られなくなるので好ましくない。
【０１１９】
また、前記反強磁性層２および前記バイアス層６が、ＸmＭｎ100-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≦５６.３原子％であることがより好ましい。
【０１２０】
組成比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ＸｍＭｎ１００−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、組成比ｍが５６.３原子％を越えると、反強磁性層２による交換異方性磁界よりもバイアス層６による交換異方性磁界の方が大きくなり、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理を行う場合に、反強磁性層２による交換異方性磁界よりも大きな外部磁界をバイアス層６に印加することとなり、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。
【０１２１】
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≦５６.３原子％の範囲であれば、第１の熱処理時に反強磁性層２の交換異方性磁界が発生し、第２の熱処理を行った後も反強磁性層２の交換異方性磁界がバイアス層６の交換結合磁界よりも大きくなるので、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。
【０１２２】
また、反強磁性層２およびバイアス層６がＰｔmＭｎ100-m-nＤn（但し、Ｄ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。
【０１２３】
組成比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ＰｔmＭｎ100-m-nＤn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ＰｔmＭｎ100-m-nＤn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り、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理を行った際に、固定磁性層３の磁化方向がバイアス層６の磁化方向と同一とされたり、固定磁性層３の磁化方向がバイアス層６の磁化方向と直交しなくなり、結果として、再生出力波形の対称性が得られなくなるので好ましくない。
【０１２４】
また、組成比ｎが０.２原子％未満であると、元素Ｄ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。
【０１２５】
また、前記反強磁性層２およびバイアス層６が、ＰｔmＭｎ100-m-nＤn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≦５６.３原子％、０.２原子％≦ｎ≦４０原子％であることがより好ましい。
【０１２６】
組成比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ＰｔmＭｎ100-m-nＤn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、組成比ｍ＋ｎが５６.３原子％を越えると、反強磁性層２による交換異方性磁界よりもバイアス層６による交換異方性磁界の方が大きくなり、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理を行う場合に、反強磁性層２による交換異方性磁界よりも大きな外部磁界がバイアス層６に印加されることとなり、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。
【０１２７】
また、組成比ｎが０.２原子％未満であると、元素Ｄ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。
【０１２８】
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≦５６.３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発生し、第２の熱処理を行った後、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。
【０１２９】
また、反強磁性層２およびバイアス層６が、ＰｔqＭｎ100-q-jＬj（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）からなる組成の合金としたとき、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。
【０１３０】
組成比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ＰｔqＭｎ100-q-jＬj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、組成比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ＰｔqＭｎ100-q-jＬj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り、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理を行った際に、固定磁性層３の磁化方向がバイアス層６の磁化方向と同一とされたり、固定磁性層３の磁化方向がバイアス層６の磁化方向と直交しなくなり、結果として、再生出力波形の対称性が得られなくなるので好ましくない。
【０１３１】
また、組成比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。
【０１３２】
また、前記反強磁性層２およびバイアス層６が、ＰｔqＭｎ100-q-jＬj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≦５６.３原子％、０.２原子％≦ｊ≦１０原子％であることがより好ましい。
【０１３３】
組成比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ＰｔqＭｎ100-q-jＬj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、組成比ｑ＋ｊが５６.３原子％を越えると、反強磁性層２による交換異方性磁界よりもバイアス層６による交換異方性磁界の方が大きくなり、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理を行う場合に、反強磁性層２による交換異方性磁界よりも大きな外部磁界がバイアス層６に印加されることとなり、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。
【０１３４】
また、組成比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。
【０１３５】
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≦５６.３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発生し、第２の熱処理を行った後、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て、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。
【０１３６】
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、更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。
【０１３７】
即ち、バイアス層６を、ＸmＭｎ100-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、ＸmＭｎ100-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より好ましい。
【０１３８】
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２２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ＸmＭｎ100-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ＸmＭｎ100-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。
【０１３９】
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の交換異方性磁界を発生させ、かつ第２の熱処理温度が２７０℃の第２の熱処理時に、反強磁性層２の交換異方性磁界よりも小さな外部磁界を印加して、第２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なるように、反強磁性層２の組成比（４８原子％≦ｍ≦５８原子％）とバイアス層６の組成比（５２原子％≦ｍ≦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。
【０１４０】
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２の熱処理時における反強磁性層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。
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発生させ、第２の熱処理の際に、反強磁性層２の交換異方性磁界よりも小さな外部磁界を印加させることにより、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。
【０１４１】
更に、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。
【０１４２】
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、ＰｔmＭｎ100-m-nＤn（Ｄ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、ＰｔmＭｎ100-m-nＤn（但し、Ｄ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。
【０１４３】
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ＰｔmＭｎ100-m-nＤn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ｎが０.２原子％未満であると、元素Ｄ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。
【０１４４】
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ＰｔmＭｎ100-m-nＤn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、第２反強磁性層の組成を示すｎが０.２原子％未満であると、元素Ｄ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。
【０１４５】
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の交換異方性磁界を発生させ、かつ第２の熱処理温度が２７０℃の第２の熱処理時に、反強磁性層２の交換異方性磁界よりも小さな外部磁界を印加して、第２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。
【０１４６】
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。
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発生させ、第２の熱処理の際に、反強磁性層２の交換異方性磁界よりも小さな外部磁界を印加させることにより、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。
【０１４７】
更に、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。
【０１４８】
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ＰｔqＭｎ100-q-jＬj（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、ＰｔqＭｎ100-q-jＬj（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。
【０１４９】
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ＰｔqＭｎ100-q-jＬjの結晶格子がＬ１０型の規則格子へと規則化されにくくなり、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、組成比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。
【０１５０】
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ＰｔqＭｎ100-q-jＬj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。
【０１５１】
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の交換異方性磁界を発生させ、かつ第２の熱処理温度が２７０℃の第２の熱処理時に、反強磁性層２の交換異方性磁界よりも小さな外部磁界を印加して、第２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。
【０１５２】
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。
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発生させ、第２の熱処理の際に、反強磁性層２の交換異方性磁界よりも小さな外部磁界を印加させることにより、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。
【０１５３】
更に、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、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。
【０１５４】
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子１では、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、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１となる。
【０１５５】
例えば、ＰｔＭｎ合金のブロッキング温度は、３８０℃程度であり、従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子においてバイアス層に用いられていたＦｅＭｎ合金の１５０℃と比較して高い。
したがって、装置内の温度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。
【０１５６】
更にまた、反強磁性層２を上記の材料で形成することで、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。
また、本発明のバイアス層６、反強磁性層２の中でもＰｔＭｎ合金のブロッキング温度は３８０℃であり、ＩｒＭｎ合金の２３０℃と比較しても高く、より好ましい。
【０１５７】
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、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。
【０１５８】
また、このスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法は、第１の積層体ａ１の上に軟磁性層７、７を形成し、前記軟磁性層７、７の上にバイアス層６、６を形成する方法であるので、軟磁性層７、７を形成したのち、真空を破ることなく前記バイアス層６、６を形成することができ、前記バイアス層６、６が形成される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。
また、前記バイアス層６、６を形成する前に前記バイアス層６、６が形成される面をクリーニングする必要がないため、容易に製造することができる。
【０１５９】
一方、フリー磁性層５と軟磁性層７の界面での強磁性結合は、反強磁性層との界面での交換結合ほどコンタミなどに敏感でない。このため、一旦大気に出してから軟磁性層７を成膜しても十分にフリー磁性層５への縦バイアス磁界を確保することができるが、軟磁性層７の成膜に先立って、イオンミリングや逆スパッタなどによるクリーニングを真空を破ることなく行ってもよい。
【０１６０】
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信頼性の高い薄膜磁気ヘッドとすることができる。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
［第２の実施形態］
図７は、本発明の第２の実施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８は、図７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。
【０１６４】
図７および図８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。
【０１６５】
図７および図８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などの絶縁下地層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、更に、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、更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。
【０１６６】
また、前記フリー磁性層１６の上には、軟磁性層１９、１９がトラック幅Ｔｗに相当する間隔を開けて設けられている。前記軟磁性層１９、１９の上には、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。
【０１６７】
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、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。
【０１６８】
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、ＣｏＮｉ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。
【０１６９】
ところで、図７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。
【０１７０】
図７および図８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。
【０１７１】
第１の固定磁性層１２は、図７および図８に示すように、図示Ｙ方向、即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。
【０１７２】
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７および図８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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
図７および図８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、更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７および図８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。
前記軟磁性層１９、１９は、ＮｉＦｅ合金などで形成されることが好ましい。
【０１７６】
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。
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。
【０１７７】
図７および図８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７および図８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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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を順次積層して第１の積層体を形成したのち、前記第１の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の磁化を固定する。
【０１８０】
次に、前記第１の積層体の上に、リフトオフ用レジストを使用する方法などにより、トラック幅Ｔｗに相当する間隔を開けて軟磁性層１９、１９を形成し、続いて、前記軟磁性層１９、１９の上にバイアス層１３０、１３０を形成し、更に、前記バイアス層１３０、１３０の上に導電層１３１、１３１を形成し、図７および図８に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子と同じ形状の第２の積層体が得られる。
【０１８１】
このようにして得られた第２の積層体に対し、トラック幅Ｔｗ方向に前記反強磁性層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、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ことによって、図７および図８に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子が得られる。
【０１８２】
このような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、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、装置内の温度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。
更にまた、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。
【０１８３】
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、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、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。
【０１８４】
また、このスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法は、第１の積層体の上に軟磁性層１９、１９を形成し、前記軟磁性層１９、１９の上にバイアス層１３０、１３０を形成する方法であるので、軟磁性層１９、１９を形成したのち、真空を破ることなく前記バイアス層１３０、１３０を形成することができ、前記バイアス層１３０、１３０が形成される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。
また、前記バイアス層１３０、１３０を形成する前に前記バイアス層１３０、１３０が形成される面をクリーニングする必要がないため、容易に製造することができる。
【０１８５】
［第３の実施形態］
図９は、本発明の第３の実施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１０は、図９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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
図９および図１０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などの絶縁下地層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、更に、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２のフリー磁性層５６、非磁性中間層５９、第１のフリー磁性層６０が順に積層されている。
前記第１のフリー磁性層６０の上には、図１０に示すように、軟磁性層６１、６１がトラック幅Ｔｗに相当する間隔を開けて設けられている。前記軟磁性層６１、６１の上には、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。
【０１８８】
本発明の第３の実施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、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。
【０１８９】
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、ＣｏＮｉ合金などから形成されている。
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。
【０１９０】
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９および図１０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。
【０１９１】
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。
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。
【０１９２】
また、前記第１のフリー磁性層５６は、図９および図１０に示すように、２層から形成されており、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。
【０１９３】
前記Ｃｏ膜５７の上には、ＮｉＦｅ合金膜５８が形成されている。更に、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１のフリー磁性層６０が形成されている。
前記第１のフリー磁性層６０は、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などで形成されている。
【０１９４】
また、第２のフリー磁性層５６と第１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。
【０１９５】
前記第２のフリー磁性層５６の磁化と第１のフリー磁性層６０の磁化とは、前記第２のフリー磁性層５６と第１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９および図１０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。
【０１９６】
図９および図１０に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子では、例えば、第２のフリー磁性層５６の膜厚ｔＦ2は、第１のフリー磁性層６０の膜厚ｔＦ1よりも小さく形成されている。
そして、前記第２のフリー磁性層５６のＭｓ・ｔＦ2は、第１のフリー磁性層６０のＭｓ・ｔＦ1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・ｔＦ1の大きい第１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１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・ｔＦ2の小さい第２のフリー磁性層５６の磁化は、図示Ｘ１方向に揃えられる。
【０１９７】
図示Ｙ方向から外部磁界が侵入してくると、前記第２のフリー磁性層５６と第１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２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。
【０１９８】
前記軟磁性層６１、６１は、例えば、ＮｉＦｅ合金などで形成されることが好ましい。
また、バイアス層６２、６２は、前記反強磁性層５１と同様に、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。
【０１９９】
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２のフリー磁性層５６、非磁性中間層５９、第１のフリー磁性層６０を順次積層して第１の積層体を形成したのち、前記第１の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の磁化を固定する。
【０２００】
次に、前記第１の積層体の上に、リフトオフ用レジストを使用する方法などにより、トラック幅Ｔｗに相当する間隔を開けて軟磁性層６１、６１を形成し、続いて、前記軟磁性層６１、６１の上にバイアス層６２、６２を形成し、更に、前記バイアス層６２、６２の上に導電層６３、６３を形成し、図９および図１０に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子と同じ形状の第２の積層体が得られる。
【０２０１】
このようにして得られた第２の積層体に対し、トラック幅Ｔｗ方向に前記反強磁性層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、第２の熱処理温度で熱処理し、前記第１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ことによって図９および図１０に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子が得られる。
【０２０２】
このような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、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。
【０２０３】
また、ハードディスク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。
更にまた、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。
【０２０４】
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、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５２の磁化方向を固定し、２度目の熱処理で第１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２のフリー磁性層５６および第１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。
【０２０５】
また、このスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法は、第１の積層体の上に軟磁性層６１、６１を形成し、前記軟磁性層６１、６１の上にバイアス層６２、６２を形成する方法であるので、軟磁性層６１、６１を形成した後、真空を破ることなく前記バイアス層６２、６２を形成することができ、前記バイアス層６２、６２が形成される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。
また、前記バイアス層６２、６２を形成する前に前記バイアス層６２、６２が形成される面をクリーニングする必要がないため、容易に製造することができる特徴を有する。
【０２０６】
［センス電流磁界の作用］
次に、図７〜図１０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７および図８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。
【０２０７】
図７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。
【０２０８】
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。
【０２０９】
図７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。
【０２１０】
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。更に、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、更にセンス電流磁界も３００（Ｏｅ）と大きくなる。
【０２１１】
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。
【０２１２】
なお、図７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。
【０２１３】
図９及び図１０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形態であるが、図９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７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。
【０２１４】
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。
【０２１５】
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。
【０２１６】
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。
【０２１７】
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。
更に、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。
【０２１８】
[第４の実施形態]
図１１は、本発明の第４の実施形態の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。
【０２１９】
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。
【０２２０】
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、先の図１０に示す第３の実施形態の場合と同様に、Ａｌ2Ｏ3などの絶縁下地層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、更に、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２のフリー磁性層５６、非磁性中間層５９、第１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においてその中央部のトラック幅に相当する部分の両側に、凹部６０ａ、６０ａが形成され、これらの凹部６０ａを埋め込むように軟磁性層６１、６１がトラック幅Ｔｗに相当する間隔を開けるように設けられている。更に、これらの軟磁性層６１、６１の上には、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。
【０２２１】
本発明の第４の実施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、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。
【０２２２】
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、ＣｏＮｉ合金などから形成されている。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。
【０２２３】
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１１に示すように、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。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。
【０２２４】
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。
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。
【０２２５】
また、前記第２のフリー磁性層５６は、図１１に示すように、２層から形成されており、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。
【０２２６】
前記Ｃｏ膜５７の上には、ＮｉＦｅ合金膜５８が形成されている。更に、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１のフリー磁性層６０が形成されている。
前記第１のフリー磁性層６０は、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などで形成されている。
【０２２７】
また、第２のフリー磁性層５６と第１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。
【０２２８】
前記第２のフリー磁性層５６の磁化と第１のフリー磁性層６０の磁化とは、前記第２のフリー磁性層５６と第１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。
【０２２９】
図１１に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子では、例えば、第２のフリー磁性層５６の膜厚ｔＦ2は、第１のフリー磁性層６０の膜厚ｔＦ1よりも小さく形成されているが、この逆の関係でも差し支えない。
そして、前記第２のフリー磁性層５６のＭｓ・ｔＦ2は、第１のフリー磁性層６０のＭｓ・ｔＦ1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・ｔＦ1の大きい第１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１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・ｔＦ2の小さい第２のフリー磁性層５６の磁化は、図示Ｘ１方向に揃えられる。
【０２３０】
図示Ｙ方向から外部磁界が侵入してくると、前記第２のフリー磁性層５６と第１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２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。
【０２３１】
前記軟磁性層６１、６１は、例えば、ＮｉＦｅ合金などで形成されることが好ましい。
また、バイアス層６２、６２は、前記反強磁性層５１と同様に、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。
【０２３２】
この例のスピンバルブ型薄膜磁気素子も、図１０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１の固定磁性層５４、非磁性導電層５５、第２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を順次積層して第１の積層体を形成したのち、前記第１の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の磁化を固定する。
【０２３３】
次に、前記第１の積層体の上に、図１２に示すようにトラック幅に相当する幅のリフトオフレジスト３５０を使用し、第１のフリー磁性層の一部をイオンミリング等の方法で第１のフリー磁性層の数分の一程度除去するなどにより、凹部６０ａ、６０ａを形成し、次いでトラック幅Ｔｗに相当する間隔を開けて凹部６０ａを埋め込むように軟磁性層６１、６１を形成し、続いて、前記軟磁性層６１、６１の上にバイアス層６２、６２を形成し、更に、前記バイアス層６２、６２の上に導電層６３、６３を形成し、先の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子と同じ形状の積層体が得られる。
【０２３４】
このようにして得られた積層体に対し、トラック幅Ｔｗ方向に前記反強磁性層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、第２の熱処理温度で熱処理し、前記第１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ことによって図１１に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子が得られる。
【０２３５】
このような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、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。
【０２３６】
また、ハードディスク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。
更にまた、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。
【０２３７】
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、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５２の磁化方向を固定し、２度目の熱処理で第１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２のフリー磁性層５６および第１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。
【０２３８】
【実施例】
図１と図２に示す構造を採用したスピンバルブ型の薄膜磁気素子を下部シールド層（Ｃｏ-Ｎｂ-Ｚｒ系非晶質合金）と下部ギャップ層（Ａｌ2Ｏ3）とを成膜したアルチック（Ａｌ2Ｏ3-ＴｉＣ）基板上に形成した。この基板上にＰｔ50Ｍｎ50からなる厚さ１５０Åの反強磁性層とＣｏからなる厚さ１５Åの第１の固定磁性層とＲｕからなる厚さ８Åの非磁性中間層とＣｏからなる厚さ２５Åの第２の固定磁性層とＣｕからなる厚さ２５Åの非磁性導電層と、を積層し、更にＮｉ80Ｆｅ20合金からなる厚さ４０Åの第２のフリー磁性層（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ＝７.１６×１０-4Ｔ・ｎｍ）と、Ｒuからなる厚さ８Åの非磁性中間層と、Ｎｉ80Ｆｅ20合金からなる厚さ２５Åの第１のフリー磁性層（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ＝４.５２×１０-4Ｔ・ｎｍ）を積層した積層体を得た。両フリー磁性層のトラック幅方向に沿う幅を０.６μｍ、トラック幅方向に直交する素子高さ側の幅を０.４μｍとしてその両側に第１のフリー磁性層と接するようにＮｉ80Ｆｅ20合金からなる厚さ２０Åの軟磁性層と、Ｐｔ54Ｍｎ46合金からなる厚さ３００Åの反強磁性層と、Ｃｒからなる厚さ１０００Åの導電層とを積層した。
ここで前述の積層構造において第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層間の反平行結合磁界は５８.４ｋＡ／ｍであった。
【０２３９】
次に、比較例として、反強磁性層と第１の固定磁性層と非磁性中間層と第２の固定磁性層と非磁性導電層と第２のフリー磁性層と非磁性中間層と第１のフリー磁性層からなる積層体は前記と同等の構造とし、この積層体の左右両面側に厚さ２０ÅのＣｒの非磁性層を介してＣｏ85Ｐｔ15からなるハードバイアス層（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ＝１.８８×１０-3Ｔ・ｎｍ）を形成した。
以上の構成において、マグネチックシュミレーションにより求めた実施例の構造における第１のフリー磁性層の磁化の方向と第２のフリー磁性層の磁化の方向を膜面に沿う方向として図２５に示し、比較例構造における第１のフリー磁性層の磁化の方向と第２のフリー磁性層の磁化の方向を膜面に沿う方向として図２０に示した。
図２５に示す矢印のように本発明の積層構造においては、縦バイアスを第１のフリー磁性層のみに印加することができ、第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の両方の周辺部分に磁化の向きが乱れた領域が生成されない。即ち本発明構造を採用することで図２０に示す従来構造の場合と異なり磁気的競合（フラストレーション）が無くなり、第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層ともに磁化分布が均一となることが明らかである。
これに対して図２０に示す磁化の向きを示す矢印では、第１のフリー磁性層の左右両端のハードバイアス膜からの強い逆方向磁界がかかり、第２のフリー磁性層が作用させようとする交換結合磁界と競合するために、両端側において磁化の向きが乱れていることが明らかである。これにより第２のフリー磁性層の磁化の向きも乱れて結果的にバルクハウゼンノイズ等の問題を生じ、磁気的安定性にかけるおそれがある。
【０２４０】
これらの素子を備えた磁気ヘッドにおけるトラック幅方向のアシンメトリ（再生波形の非対称性）のプロファイルを、記録媒体上に記録された０.１×１０-6ｍ（μｍ）幅のマイクロトラックパターン上を磁気ヘッドに走査させることにより測定した。この結果を図２６（従来例の磁気ヘッドのアシンメトリ）と図２７（本発明例の磁気ヘッドのアシンメトリ）に示す。
従来例の測定結果を示す図２６では、トラックの両端近傍でアシンメトリが異常に大きくなっているがわかり、これは、図２０に示されるように第２のフリー磁性層の磁化がトラック両端近傍で乱れていて、第２の固定磁性層の磁化と直交に近い関係から大きく崩れていることに関係している。これに対して本発明例を示す図２７ではこのようなトラック両端での大幅なアシンメトリの変化はなく、安定した波形が得られていることが明らかである。
【０２４１】
【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では、反強磁性層およびバイアス層が、ＰｔｍＭｎ１００−ｍなる組成で５２原子％≦ｍ≦５６.３原子％のＰｔＭｎ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することができる。
また、装置内の温度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。
更にまた、反強磁性層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、固定磁性層の磁化方向を強固に固定することが可能なスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができる。
【０２４２】
また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、前記固定磁性層と前記フリー磁性層の少なくとも一方が、非磁性中間層を介して２つに分断され、分断された層どうしで磁化の向きが反平行のフェリ磁性状態とされたことを特徴とするものとしてもよい。
少なくとも固定磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断されたスピンバルブ型薄膜磁気素子とした場合、２つに分断された固定磁性層のうち一方が他方の固定磁性層を適正な方向に固定する役割を担い、固定磁性層の状態を非常に安定した状態に保つことが可能となる。
一方、少なくともフリー磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断されスピンバルブ型薄膜磁気素子とした場合、２つに分断されたフリー磁性層どうしの間に交換結合磁界が発生し、フェリ磁性状態とされ、外部磁界に対して感度よく反転できるものとなる。
【０２４３】
更に、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、ＰｔｍＭｎ１００−ｍなる組成で５２原子％≦ｍ≦５６.３原子％のＰｔＭｎ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。
【０２４４】
また、このスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法は、第１の積層体の上に軟磁性層を形成し、前記軟磁性層の上にバイアス層を形成する方法であるので、軟磁性層を形成したのち、真空を破ることなく前記バイアス層を形成することができ、前記バイアス層が形成される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。
また、前記バイアス層を形成する前に前記バイアス層が形成される面をクリーニングする必要がないため、容易に製造することができる。更に、上記悪影響かが残らない深さまで、フリー磁性層をイオンミリング等で掘り込んだ後、軟磁性層、バイアス層を連続成膜することによっても、より安定した縦バイアスと高い出力を得ることができる。
【０２４５】
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ものであるので、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信頼性の高い薄膜磁気ヘッドとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施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、基板上に第１の積層体を形成した状態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、リフトオフレジストを形成した状態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、バイアス層と導電層を形成した状態を示す断面図である。
【図５】  本発明の第１の実施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６】  本発明の第１の実施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７】  本発明の第２の実施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８】  図７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９】  本発明の第３の実施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１０】  図９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１１】  本発明の第４の実施形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図１２】  図１１に示す構造を製造するために第１のフリー磁性層の上にリフトオフレジストを形成した状態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１４】  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１５】  図１４に示した従来の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、基板上に第１の積層体を形成した状態を示す断面図である。
【図１６】  図１４に示した従来の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、第１の積層体上にリフトオフレジストを形成した状態を示す断面図である。
【図１７】  図１４に示した従来の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態を示す断面図である。
【図１８】  従来のスピンバルブ型の薄膜磁気素子の他の例を示す断面図。
【図１９】  図１８に示す構造のスピンバルブ型の薄膜磁気素子においてフリー磁性層を２層に分断した構造の場合、２層構造のフリー磁性層の各層の磁化の向きを外部磁界の強さに応じて示す図である。
【図２０】  図１８に示す構造のスピンバルブ型の薄膜磁気素子において第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の磁化の向きを示す図である。
【図２１】  Ｐｔ55.4Ｍｎ44.6なる組成の合金及びＰｔ54.4Ｍｎ45.6なる組成の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２２】  ＰｔmＭｎ100-mなる組成の合金の交換異方性磁界のＰｔ濃度（組成比ｍ）依存性を示すグラフである。
【図２３】  図２１および図２２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の一例の構造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２４】  図２１および図２２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の他の例の構造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２５】  本発明構造を採用したスピンバルブ型の薄膜磁気素子における第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の磁化の向きを示す図である。
【図２６】  従来構造を採用した磁気ヘッドのアシンメトリを示す図。
【図２７】  本発明構造を採用した磁気ヘッドのアシンメトリを示す図。
【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
７、１９、６１  軟磁性層
Ｔｗ  トラック幅
ａ１  第１の積層体
ａ２  第２の積層体
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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