(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、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た第１の固定磁性層と、前記第１の固定磁性層に非磁性中間層を介して形成され、前記第１の固定磁性層の磁化方向と反平行に磁化方向が揃えられた第２の固定磁性層と、この第２の固定磁性層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対してトラック幅方向に磁界を印加する縦バイアス層と、前記固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層に検出電流を与える一対のリード層とを備え、外部磁界の作用による前記フリー磁性層の磁化の変動に起因する電気抵抗値変化に基づいて前記外部磁界を検出するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子であって、
前記リード層からの検出電流が供給され、かつ、外部磁界が印加されていない状態において、前記フリー磁性層の磁化方向と前記第２の固定磁性層の磁化方向とのなす角度が実質的に９０度とされてなり、
前記第２の固定磁性層の磁化方向はトラック幅方向と垂直方向に対して縦バイアス磁界方向から遠ざかる方向に角度θで傾斜されてなることを特徴とするスピンバルブ型磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、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た第１の固定磁性層と、前記第１の固定磁性層に非磁性中間層を介して形成され、前記第１の固定磁性層の磁化方向と反平行に磁化方向が揃えられた第２の固定磁性層と、この第２の固定磁性層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対してトラック幅方向に磁界を印加する縦バイアス層と、前記第２の固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層に検出電流を与える一対のリード層とを備え、外部磁界の作用による前記フリー磁性層の磁化の変動に起因する電気抵抗値変化に基づいて前記外部磁界を検出するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子であって、
前記リード層からの検出電流が供給され、かつ、外部磁界が印加されていない状態において、前記フリー磁性層の磁化方向と前記第２の固定磁性層の磁化方向とのなす角度が実質的に９０度とされてなり、
前記フリー磁性層の磁化方向はトラック幅方向に対して前記第２の固定磁性層の磁化方向に向けて角度θで傾斜されてなることを特徴とするスピンバルブ型磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記角度θが２度以上、３０度以下であることを特徴とする請求項１または２記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記角度θが３度以上、１５度以下であることを特徴とする請求項１または２記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記角度θが３度以上、１０度以下であることを特徴とする請求項１または２記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
飽和磁化Ｍｓと膜厚ｔの積を磁気的膜厚とした場合、
第１の固定磁性層の磁気的膜厚＜第２の固定磁性層の磁気的膜厚の関係を満足し、かつ、フリー磁性層に作用する検出電流磁界の方向が第２の固定磁性層の磁化方向と逆向き、即ち、第２の固定磁性層に作用する検出電流磁界の方向が第２の固定磁性層の磁化の向きと逆向きと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磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
前記反強磁性層が、ＸＭｎ合金またはＸＭｎＸ'合金で形成され、ＸはＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓのいずれか１種または２種以上、Ｘ'はＡｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１種または２種以上からなることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
前記反強磁性層が、前記第１の固定磁性層と前記非磁性中間層と前記第２の固定磁性層を具備する積層型固定磁性層に対して作用させる総合的交換異方性磁界が９６ｋＡ／ｍ以上とされてなることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
基板上に、前記反強磁性層と第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フリー磁性層とがこの順に積層されてなることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子。
【請求項１０】
前記フリー磁性層が導電性中間層を介して第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層に分割されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子。
【請求項１１】
基板上に、前記フリー磁性層と非磁性導電層と第２の固定磁性層と導電性中間層と第１の固定磁性層と反強磁性層がこの順に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８のいずれかに記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子が磁気情報の読出素子として備えられてなることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
【請求項１３】
基板上に、少なくとも反強磁性層と、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、フリー磁性層を備えた積層体を形成する際、前記フリー磁性層成膜時にトラック幅方向の第１の方向あるいはその１８０度反対方向に第１の磁界を印加しつつ成膜を行い、前記フリー磁性層に対してトラック幅方向に一軸異方性を付与する工程と、
前記積層体にトラック幅方向と直交する方向に対して角度θ傾斜させた第２の方向、あるいはその１８０度反対方向の第３の方向に、第２の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度で熱処理し、前記反強磁性層と前記第１の固定磁性層の界面に交換異方性磁界を発生させて、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を前記トラック幅方向と直交する方向に対して角度θ傾斜させた方向であって互いに１８０°反対向きに固定する工程と、
前記積層体の両側に前記フリー磁性層にバイアス磁界を印加するための縦バイアス層を形成する工程と、
前記フリー磁性層にトラック幅方向の第１の方向あるいはその１８０度反対方向に第３の磁界を印加しつつ第２の熱処理温度で第２の熱処理を施し、前記フリー磁性層に一軸異方性を再度付与する工程と、
前記第２の固定磁性層の磁化のトラック幅方向のベクトル成分の向きと反対の第４の方向に第４の磁界を印加して前記縦バイアス層を着磁する工程とを具備することを特徴とするスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１４】
前記各固定磁性層の磁気モーメントに膜厚を積算した値を磁気的膜厚とし、前記第１の固定磁性層の磁気的膜厚よりも第２の固定磁性層の磁気的膜厚を大きくした場合、前記第２の磁界を４００ｋＡ／ｍ以上とすることで、前記第２の磁界を印加する第２の方向に前記第１の固定磁性層の磁化の方向を向け、その１８０度反対の第３の方向に前記第２の固定磁性層の磁化の方向を向けるか、あるいは、前記第２の磁界を８〜８０ｋＡ／ｍの範囲とすることで、前記第２の磁界を印加する第２の方向と反対の第３の方向に前記第１の固定磁性層の磁化の方向を向け、前記第２の方向に前記第２の固定磁性層の磁化の方向を向けることを特徴とする請求項１３に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１５】
前記各固定磁性層の磁気モーメントに膜厚を積算した値を磁気的膜厚とし、前記第１の固定磁性層の磁気的膜厚を前記第２の固定磁性層の磁気的膜厚よりも大きくし、前記第２の磁界を４００ｋＡ／ｍ以上とした場合、前記第２の磁界を印加する方向に前記第１の固定磁性層の磁化の方向を向け、その１８０度反対の第３の方向に前記第２の固定磁性層の磁化の方向を向けるか、あるいは前記第２の磁界を８〜８０ｋＡ／ｍの範囲とすることで、前記第２の磁界を印加する第２の方向に前記第１の固定磁性層の磁化の方向を向け、前記第２の方向と反対の第３の方向に前記第２の固定磁性層の磁化の方向を向けることを特徴とする請求項１３に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１６】
前記第１の熱処理と第２の熱処理との間に、前記積層体上に記録用誘導型磁気ヘッドを形成するための熱処理工程を有することを特徴とする請求項１３〜１５のいずれかに記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１７】
前記記録用誘導型磁気ヘッドを形成する工程の前に前記フリー磁性層にトラック幅方向の第１の方向あるいはその１８０度反対方向に磁界を印加して熱処理を施しフリー磁性層に対してトラック幅方向に一軸異方性を付与する工程を具備することを特徴とする請求項１３ないし１６のいずれかに記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１８】
前記第２の熱処理において印加する第３の磁界を前記第１の熱処理において行う第２の磁界よりも小さくすることを特徴とする請求項１３ないし１７のいずれかに記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第２の熱処理において印加する第３の磁界を８ｋＡ／ｍ以上、４０ｋＡ／ｍ以下とすることを特徴とする請求項１３ないし１８のいずれかに記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２０】
前記第１の熱処理温度を５０３Ｋ（２３０℃）以上、５５３Ｋ（２８０℃）以下とするとともに、前記第２の熱処理温度を４３３Ｋ（１６０℃）以上、５１３Ｋ（２４０℃）以下とすることを特徴とする請求項１３ないし１９のいずれかに記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２１】
前記反強磁性層をＸＭｎ合金またはＸＭｎＸ'合金で形成し、ＸをＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓのいずれか１種または２種以上、Ｘ'をＡｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１種または２種以上とすることを特徴とする請求項１３ないし２０のいずれかに記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２２】
前記積層体として前記反強磁性層を基板とフリー磁性層の間に配置した構成とすることを特徴とする請求項１３ないし請求項２１のいずれかに記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２３】
基板上に、少なくとも、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、フリー磁性層を備えた積層体を形成する際に、前記フリー磁性層にトラック幅方向の第１番目の方向あるいはその１８０度反対方向に第１番目の磁界を印加しつつ成膜を行い、前記フリー磁性層に対してトラック幅方向に一軸異方性を付与する工程と、
前記積層体にトラック幅方向と直交する方向に、第２番目の磁界を印加しつつ、第１番目の熱処理温度で熱処理し、前記反強磁性層と前記第１の固定磁性層の界面に交換異方性磁界を発生させて、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁化方向をトラック幅方向と直交する方向に固定する工程と、
前記積層体の両側に前記フリー磁性層にバイアス磁界を印加するための縦バイアス層を形成する工程と、
前記フリー磁性層にトラック幅方向の第１番目の方向あるいは前記第１番目の方向と１８０度反対方向に第３番目の磁界を印加しつつ第２番目の熱処理温度で熱処理し、前記フリー磁性層に一軸異方性を再度付与するとともに、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁化方向を前記トラック幅方向に直交する方向に対して角度θ傾斜させた方向に固定する工程と、
前記第２の固定磁性層の磁化のトラック幅方向のベクトル成分の向きと反対の方向に第４番目の磁界を印加して前記縦バイアス層を着磁する工程とを具備することを特徴とするスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２４】
前記各固定磁性層の磁気モーメントに膜厚を積算した値を磁気的膜厚とし、前記第１の固定磁性層の磁気的膜厚を第２の固定磁性層の磁気的膜厚よりも大きくした場合、前記第２の磁界を印加する方向に前記第１の固定磁性層の磁化の方向を向け、その１８０度反対方向に前記第２の固定磁性層の磁化の方向を向けることを特徴とする請求項２３に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２５】
前記各固定磁性層の磁気モーメントに膜厚を積算した値を磁気的膜厚とし、前記第１の固定磁性層の磁気的膜厚を前記第２の固定磁性層の磁気的膜厚よりも大きくし、前記第２番目の磁界を４００ｋＡ／ｍ以上とした場合、前記第２番目の磁界を印加する方向に前記第１の固定磁性層の磁化の方向を向け、その１８０度反対の第３番目の方向に前記第２の固定磁性層の磁化の方向を向ける一方、前記第２番目の磁界を８〜８０ｋＡ／ｍの範囲とすることで、前記第２番目の磁界を印加する第２番目の方向に前記第１の固定磁性層の磁化の方向を向け、前記第２番目の方向と反対の第３番目の方向に前記第２の固定磁性層の磁化の方向を向けることを特徴とする請求項２３に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２６】
前記各固定磁性層の磁気モーメントに膜厚を積算した値を磁気的膜厚とし、前記第１の固定磁性層の磁気的膜厚を第２の固定磁性層の磁気的膜厚よりも小さくし、前記第２の磁界を４００ｋＡ／ｍ以上とした場合、前記第２の磁界を印加する方向に前記第１の固定磁性層の磁化の方向を向け、その１８０度反対の第３の方向に、前記第２の固定磁性層の磁化の方向を向け、前記第２番目の磁界を８〜８０ｋＡ／ｍの範囲とした場合、前記第２番目の磁界を印加する方向と１８０度反対方向に前記第１の固定磁性層の磁化の方向を向け、前記第２番目の磁界を印加する方向に、前記第２の固定磁性層の磁化の方向を向けることを特徴とする請求項２３に記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２７】
前記第１番目の熱処理と第２番目の熱処理の間に、前記積層体上に記録用誘導型磁気ヘッドを形成するための熱処理工程を有することを特徴とする請求項２３ないし２６のいずれかに記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２８】
前記第２番目の熱処理において印加する第３番目の磁界は前記第２番目の印加磁界よりも小さいことを特徴とする請求項２３ないし２７のいずれかに記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２９】
前記第２番目の熱処理温度を４３３Ｋ（１６０℃）以上、５１３Ｋ（２４０℃）以下とし、第１番目の熱処理温度を５０３Ｋ（２３０℃）以上、５５３Ｋ（２８０℃）以下とすることを特徴とする請求項２３ないし２８のいずれかに記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３０】
前記反強磁性層をＸＭｎ合金またはＸＭｎＸ'合金で形成し、ＸをＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓのいずれか１種または２種以上、Ｘ'をＡｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１種または２種以上とすることを特徴とする請求項２３ないし２９のいずれかに記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３１】
前記積層体として前記反強磁性層を基板とフリー磁性層の間に配置した構成とすることを特徴とする請求項２３ないし３０のいずれかに記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３２】
請求項１３ないし３１のいずれかに記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の製造方法を実施して読出素子としての磁気抵抗効果型素子を形成する工程と、前記積層体上に記録用誘導型磁気ヘッドを形成するための工程を有することを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリー磁性層の磁化の方向と、固定磁性層の磁化の方向との関係によって電気抵抗が変化するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子およびそれを備えた薄膜磁気ヘッドとそれらの製造方法に係り、特に、固定磁性層を２層に分断した構造を有するとともに、検出電流磁界を作用させた状態においてアシンメトリを減少させることができる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁気抵抗効果型読み取りヘッド（ＭＲヘッド）として、異方性磁気抵抗効果現象を用いたＡＭＲ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）ヘッドと、伝導電子のスピン依存散乱現象を用いたＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：巨大磁気抵抗効果）ヘッドとが知られており、ＧＭＲヘッドの１つの具体例として、低外部磁界で高磁気抵抗効果を示すスピンバルブ（Ｓｐｉｎ−Ｖａｌｖｅ）ヘッドが知られている。
図２２は従来のスピンバルブ型磁気抵抗効果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り、図２２において基板１０１上に反強磁性層１０２と固定磁性層１０３が順に積層されている。
前記固定磁性層１０３は反強磁性層１０２に接するように積層され、固定磁性層１０３と反強磁性層１０２との界面において交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、前記固定磁性層１０３の磁化は例えば図示Ｙ方向に固定されている。
【０００３】
前記固定磁性層１０３の上にはＣｕなどで形成された非磁性導電層１０４が形成され、さらに前記非磁性導電層１０４の上にはフリー磁性層１０５が積層されている。前記フリー磁性層１０５の両側には、例えばＣｏＰｔ（コバルト−白金）合金で形成されたハードバイアス層１０６、１０６が形成されており、前記ハードバイアス層１０６、１０６が図示Ｘ方向に磁化されることで、前記フリー磁性層１０５の磁化が図示Ｘ方向に揃えられて単磁区化されている。これによって前記フリー磁性層１０５の変動磁化と前記固定磁性層１０３の固定磁化とがほぼ９０度に交差する関係とされている。なお、図２２において符号１０８はハードバイアス層１０６上に形成されたＣｕなどからなる電流リード層である。
【０００４】
以上の構成のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子においては、前記電流リード層１０８から素子に検出電流（センス電流）が流されるとともに、ハードディスクなどの磁気記録媒体からの洩れ磁界により、図示Ｘ方向に揃えられた前記フリー磁性層１０５の磁化の方向が変動すると、図示Ｙ方向に固定された固定磁性層１０３の固定磁化の方向との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値変化に基づく電圧変化によって磁気記録媒体からの洩れ磁界を検出することができる。
【０００５】
以上のようなスピンバルブ型磁気抵抗効果素子においては、その出力のアシンメトリ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｙ：再生波形の非対称性）が小さい方が好ましいが、このアシンメトリは、フリー磁性層１０５の変動磁化の方向と固定磁性層１０３との関係で規定される。例えば、外部磁場が作用していない状態においてフリー磁性層１０５の変動磁化と固定磁性層１０３の固定磁化との関係は、９０度に近いほど好ましく、理想的には９０度であることが好ましい。
【０００６】
ここで、出力のアシンメトリに影響するフリー磁性層１０５の変動磁化の方向について図２３に示す簡略模式図を基に以下に説明する。
図２３に簡略化して示すように、固定磁性層１０３とフリー磁性層１０５とを有し、検出電流を流すことで磁気情報の読み出しを行うタイプのスピンバルブ型磁気抵抗効果素子において、フリー磁性層１０５の磁化が影響を受ける磁界は、磁化の方向が固定された固定磁性層１０３の磁化をＭｐとすると、この磁化Ｍｐにより作用する反磁界（双極子磁界）Ｈｄと、検出電流Ｊによる検出電流磁界（センス電流磁界）Ｈｊと、フリー磁性層１０５と固定磁性層１０３との層間相互作用による相互作用磁界Ｈｉｎｔ（固定磁性層１０３とフリー磁性層１０５の磁化を平行にしようとする方向に作用する磁界）であると考えられる。
【０００７】
そして、これら複数の磁界がフリー磁性層１０５の変動磁化Ｍｆに対する寄与分が少なければアシンメトリが減少すると考えられる。即ち、アシンメトリを減少させるためには、外部磁界が印加されていない状態において、ベクトルの総和として、
Ｈｊ＋Ｈｄ＋Ｈｉｎｔ＝０
の関係を有することが望ましい（上記の式において、Ｈｊ、Ｈｄ、Ｈｉｎｔはそれぞれベクトル量を示す）。よってこの種のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を製造する場合、図２３に示すようにフリー磁性層１０５の磁化に対する検出電流磁界Ｈｊと相互作用磁界Ｈｉｎｔの作用方向が同じであり、反磁界Ｈｄの向きが異なることを利用し、Ｈｄ＝Ｈｊ＋Ｈｉｎｔの関係となるように構成することでアシンメトリを減少できるものとしてスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を製造するのが一般的である。
【０００８】
次に、図２４に示す如く、固定磁性層を第１の固定磁性層１１１と第２の固定磁性層１１２に分断した積層フェリピンド構造のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を製造する方法の一例について図２５を参照して以下に説明する。図２５においては説明の簡略化のために、反強磁性層１１０と第１の固定磁性層１１１と第２の固定磁性層１１２とフリー磁性層１１３のみを示し、第１の固定磁性層１１１と第２の固定磁性層１１２との間に設けられる非磁性中間層を省略して記載するとともに、第２の固定磁性層１１２とフリー磁性層１１３との間に設けられる非磁性導電層を省略して記載し、積層された各層の位置をずらして各層の磁化の向きを見やすくした場合の簡略積層構造を示す。なお、図２４に示す構造において第１の固定磁性層１１１の磁気的膜厚（固定磁性層の磁化の強さに膜厚を積算した値）は第２の固定磁性層１１２の磁気的膜厚よりも小さくされているものとする。
【０００９】
図２４に示すスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を製造するには、第１に、基板上に図２５に示すようにＰｔＭｎ等からなる反強磁性層１１０とＣｏ等からなる第１の固定磁性層１１１と図示略の非磁性中間層とＣｏ等からなる第２の固定磁性層１１２と図示略の非磁性導電層とＮｉＦｅ等からなるフリー磁性層１１３とを具備する積層体を形成する際に、トラック幅方向と直角方向に磁界を印加しながら第１の固定磁性層１１１と第２の固定磁性層１１２を成膜し、この後に非磁性導電層を形成し、更にトラック幅方向に磁界を印加しながらフリー磁性層１１３を成膜する。これにより、図２５Ａに示すように固定磁性層１１１、１１２とフリー磁性層１１３の磁気異方性の向きを９０度交差させた状態とすることができる。
【００１０】
次に、ＰｔＭｎの反強磁性層１１０を規則構造とするための熱処理を図２５Ｂに示すようにトラック幅方向に直交するアニール磁界Ｈ１００「例えば、４００ｋＡ／ｍ以上」を印加させながら行うことでＰｔＭｎの反強磁性層１１０と第１の固定磁性層１１１の界面で強い交換結合磁界（交換異方性磁界）を作用させるようになり、第１の固定磁性層１１１の磁化の向きをトラック幅方向に直交するアニール磁界Ｈ１００の方向に固定できるとともに、アニール磁界除去後に第１の固定磁性層１１１と第２の固定磁性層１１２との間で発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）により第２の固定磁性層１１２の磁化の方向をアニール磁界Ｈ１００と１８０度反対方向に向けて固定することができる。また、この磁場中アニールを行うことでフリー磁性層１１３の磁気異方性の向きが図２５Ｂに示すようにトラック幅方向と直交する方向に揃うようになっている。
【００１１】
次に、図２５Ｃに示すようにトラック幅方向に磁界Ｈ２００（方向は図２５Ｃにおいて右向きでも左向きでも良い）を印加しながら磁場中アニールを行い、フリー磁性層１１３の一軸異方性の方向を磁界Ｈ２００に沿うように向けることで図２５Ｃに示すように固定磁性層１１１、１１２とフリー磁性層１１３の磁気異方性の向きを９０度に交差させた状態のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図２３に示す構造のように固定磁性層１０３を１枚のみ設けたのでは、素子端部での反磁界が大きく、外部への漏れ磁界が大きく、反強磁性層１０２から固定磁性層１０３へ作用させ得るピン止め力を大きくすることが難いので、図２４に示すように固定磁性層を２層構造として層毎に互いに逆向きに磁化させるように構成した積層フェリピンド構造のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子が開発された。
図２４に示す構造は、第１の固定磁性層１１１と第２の固定磁性層１１２の磁化の向きが反平行になるように構成し、一方の固定磁性層の磁気モーメントを他方の固定磁性層の磁気モーメントより大きくしておくことで、反強磁性層１１０から２層構造の固定磁性層に効率的に磁気的結合磁界を作用させて強力なピン止め力を得ることができるようにしたものである。
【００１３】
図２４に示す積層フェリピンド構造のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子にあっては、２層の固定磁性層の漏れ磁界の大部分を第１の固定磁性層の漏れ磁界で打ち消すようにすることでフリー磁性層１１３に影響を及ぼす反磁界（双極子磁界）Ｈｄの影響を小さくすることができる反面、前述のアシンメトリの面から見ると、反磁界Ｈｄが小さくなるので、検出電流磁界Ｈｊによって反磁界Ｈｄを打ち消すことによりアシンメトリを調整しようとした機構が成立し難くなり、検出電流磁界Ｈｊの力が強すぎて逆にアシンメトリを合わせることができ難くなる問題を有していた。特に、図２４に示す積層構造の場合に反磁界Ｈｄが小さくなると、検出電流磁界Ｈｊによってフリー磁性層１０５の磁化の向きに影響が生じてしまい、フリー磁性層１０５の磁化の向きが図２４における右下向きに傾斜して符合Ｍｆ１で示す向きに傾斜してしまい、固定磁性層１１１、１１２の磁化の向きが９０度交差状態にならなくなる問題がある。
【００１４】
また、反磁界Ｈｄを適当に大きくして検出電流磁界Ｈｊとのバランスをとり、アシンメトリを調整しようとすることも考えられるが、逆に反強磁性層１１０がピン止め層１１１、１１２に作用させるピン止め力が低下するので、積層フェリピンド構造のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子においてアシンメトリを調整するためには、他の制御機構を検討する必要があった。
【００１５】
次に、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子を備えた薄膜磁気ヘッドにあっては、読出素子として磁気抵抗効果型素子を備えた上に、書込素子としてインダクティブ素子（磁気誘導型ヘッド）を備えた書込ヘッドとの複合構成とするのが一般的である。
この書込ヘッドは、記録用の誘導型コイルを有し、この誘導型コイルの先端側に磁性膜で形成した書込用の磁極と磁気ギャップを設けることで構成されるが、誘導型コイルを他の層から絶縁するために樹脂の絶縁層を設ける必要がある。この誘導型コイルを覆う樹脂の絶縁層を形成する場合、従来は、未硬化の樹脂を塗布してから熱処理を行うことで硬化させている。従って、図２５に示す製造工程においては、図２５Ｃに示すようにフリー磁性層１１３の一軸異方性を付与した後に書込ヘッドの形成プロセスを行い、次いで磁気抵抗効果素子の上下に各々設けられている上部シールド１１４と下部シールド１１５を伴った上で熱処理することになるが、ここで行う樹脂硬化のための熱処理温度が４７３Ｋ（２００℃）を超える高い温度となるので、図２５Ｅに示すように熱処理によってフリー磁性層１１３の一軸異方性が乱れ、異方性分散が生じるので、バルクハウゼンノイズの発生につながるなど、読出素子として目的の性能を発揮できなくなるおそれがあった。
【００１６】
また、薄膜磁気ヘッドにおいて、磁気抵抗効果素子の上部側に設けられる上部シールド１１４を書込ヘッド（インダクティブヘッド）の下部コア層を兼ねる構成とすることが一般的に行なわれているが、上部シールド１１４を下部コア層と兼用した場合、前記フリー磁性層１１３の一軸異方性の乱れと同時に上部シールド層１１４の磁化容易軸の方向自体に乱れを生じると、インダクティブヘッドが磁気記録媒体に磁気情報を記録する度に上部シールド層１１４の磁化状態、すなわち、上部シールド層１１４の磁区構造がが非可逆的に変化してしまい、その不可逆な磁区が発生させる磁界の不安定性によって磁気抵抗効果素子の再生出力が不安定となってしまうおそれがあった。
【００１７】
本発明は前記従来の問題点を解決するためのものであり、特に固定磁性層とフリー磁性層の磁化の向きを検出電流磁界が作用した状態において規定の向きになるように調整することでアシンメトリの減少を図ったスピンバルブ型磁気抵抗効果素子及びこのスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッドを提供することを目的としている。
本発明は前記従来方法の問題点を解決するためのものであり、上述のアシンメトリの低減を図ることができる積層フェリピンド構造のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子とそれを備えた薄膜磁気ヘッドの提供、および、それらスピンバルブ型磁気抵抗効果素子と薄膜磁気ヘッドを製造する方法の提供を目的の１つとする。
更に本発明の製造方法は、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁気的膜厚の関係に応じて各層を磁化する場合の印加磁界の方向を調節することでアシンメトリの減少を図ったスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を製造する方法の提供を目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、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た第１の固定磁性層と、前記第１の固定磁性層に非磁性中間層を介して形成され、前記第１の固定磁性層の磁化方向と反平行に磁化方向が揃えられた第２の固定磁性層と、この第２の固定磁性層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対してトラック幅方向に磁界を印加する縦バイアス層と、前記固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層に検出電流を与える一対のリード層とを備え、外部磁界の作用による前記フリー磁性層の磁化の変動に起因する電気抵抗値変化に基づいて前記外部磁界を検出するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子であって、前記リード層からの検出電流が供給され、かつ、外部磁界が印加されていない状態において、前記フリー磁性層の磁化方向と前記第２の固定磁性層の磁化方向とのなす角度が実質的に９０度とされてなり、
前記第２の固定磁性層の磁化方向はトラック幅方向と垂直方向に対して縦バイアス磁界方向から遠ざかる方向に角度θで傾斜されてなることを特徴とする。
検出電流磁界が作用した状態において、フリー磁性層の磁化の方向が固定磁性層の磁化の方向と規定の角度で交差するので、磁気記録媒体の磁気情報を読み出して出力を得た場合にアシンメトリを減少させることが可能となる。
【００１９】
本発明は反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、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た第１の固定磁性層と、前記第１の固定磁性層に非磁性中間層を介して形成され、前記第１の固定磁性層の磁化方向と反平行に磁化方向が揃えられた第２の固定磁性層と、この第２の固定磁性層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対してトラック幅方向に磁界を印加する縦バイアス層と、前記第２の固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層に検出電流を与える一対のリード層とを備え、外部磁界の作用による前記フリー磁性層の磁化の変動に起因する電気抵抗値変化に基づいて前記外部磁界を検出するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子であって、前記リード層からの検出電流が供給され、かつ、外部磁界が印加されていない状態において、前記フリー磁性層の磁化方向と前記第２の固定磁性層の磁化方向とのなす角度が実質的に９０度とされてなり、前記フリー磁性層の磁化方向はトラック幅方向に対して前記第２の固定磁性層の磁化方向に向けて角度θで傾斜されてなることを特徴とする。
検出電流磁界が作用した状態において、フリー磁性層の磁化の方向が固定磁性層の磁化の方向と交差するので、磁気情報を読み出して出力を得た場合にアシンメトリを減少させることが可能となる。
【００２０】
本発明において、前記角度θが２度以上、３０度以下であることが好ましく、前記角度θが３度以上、１５度以下であることがより好ましく、前記角度θが３度以上、１０度以下であることが最も好ましい。
これらの角度範囲であるならば、再生出力を低下させることなくアシンメトリを更に減少させることが可能となる。前記角度が大きすぎると出力が低下し、小さすぎるとアシンメトリの改善効果が得られにくくなる。
【００２１】
本発明において、前記検出電流が供給され、かつ、外部磁界が印加されていない状態において、前記フリー磁性層の磁化方向と前記第２の固定磁性層の磁化方向とのなす角度が９０度とされてなることを特徴とすることが好ましい。
検出電流による検出電流磁界の作用によってフリー磁性層の磁化の方向は影響を受けて傾斜するが、この傾斜状態において固定磁性層の磁化の方向とフリー磁性層の磁化の方向が直交するので、高い再生出力を得た上にアシンメトリを最も少なくすることができる。
【００２２】
本発明において、飽和磁化Ｍｓと膜厚ｔの積を磁気的膜厚とした場合、第１の固定磁性層の磁気的膜厚＜第２の固定磁性層の磁気的膜厚の関係を満足し、かつフリー磁性層に作用する検出電流磁界の方向が第２の固定磁性層の磁化方向と逆向き、即ち、第２の固定磁性層に作用する検出電流磁界の方向が第２の固定磁性層の磁化方向と逆向きとされてなることが好ましい。
【００２３】
本発明において、前記反強磁性層が、ＸＭｎ合金またはＸＭｎＸ’合金で形成され、ＸはＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓのいずれか１種または２種以上、Ｘ’はＡｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１種または２種以上からなることが好ましい。
これらの合金材料からなる反強磁性層であるならば、ＦｅＭｎ等の従来の反強磁性材料に比べてブロッキング温度が高いので、熱的に安定したスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【００２４】
本発明において、前記反強磁性層が、前記第１の固定磁性層と前記非磁性中間層と前記第２の固定磁性層を具備する積層型固定磁性層に対して作用させる総合的交換異方性磁界が９６ｋＡ／ｍ以上とされてなることが好ましい。
総合的交換結合磁界がこのように高い値であると、縦バイアス層から受けるハードバイアス磁界によって固定磁性層の周縁部分で磁化の傾斜が異常となるおそれが少なくなる。
【００２５】
本発明において、基板上に、前記反強磁性層と第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フリー磁性層とが積層されてなることが好ましい。
基板に近い側に反強磁性層を積層した、いわゆる、ボトム型のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子にあっては、固定磁性層の交換異方性磁界の大きさを大きくすることができる。
【００２６】
本発明において、前記フリー磁性層が導電性中間層を介して第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層に分割されてなる構造とすることができる。
本発明において、基板上に、前記フリー磁性層と非磁性導電層と第２の固定磁性層と導電性中間層と第１の固定磁性層と反強磁性層が積層されてなる構造を採用することができる。
【００２７】
本発明に係る薄膜磁気ヘッドは、先のいずれかに記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を磁気情報読出素子として備えてなることを特徴とする。
【００２８】
本発明の製造方法は、基板上に、少なくとも、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、フリー磁性層を備えた積層体を形成する際、前記フリー磁性層成膜時にトラック幅方向の第１の方向あるいはその１８０度反対方向に第１の磁界を印加しつつ成膜を行い、前記フリー磁性層に対してトラック幅方向に一軸異方性を付与する工程と、
前記積層体にトラック幅方向と直交する方向に対して角度θ傾斜させた第２の方向、あるいはその１８０度反対方向の第３の方向に、第２の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度で熱処理し、前記反強磁性層と前記第１の固定磁性層の界面に交換異方性磁界を発生させて、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を前記トラック幅方向と直交する方向に対して角度θ傾斜させた方向であって互いに１８０°反対向きに固定する工程と、前記積層体の両側に前記フリー磁性層にバイアス磁界を印加するための縦バイアス層を形成する工程と、前記フリー磁性層にトラック幅方向の第１の方向あるいはその１８０度反対方向に第３の磁界を印加しつつ第２の熱処理温度で第２の熱処理を施し、前記フリー磁性層に一軸異方性を再度付与する工程と、前記第２の固定磁性層の磁化のトラック幅方向のベクトル成分の向きと反対の第４の方向に第４の磁界を印加して前記縦バイアス層を着磁する工程とを具備することを特徴とする。
【００２９】
第１の熱処理温度で第２の磁界を第２の方向に印加して熱処理することで反強磁性層に接する側の第１の固定磁性層の磁界を角度θの傾斜状態で固定することができる。そして、この後にフリー磁性層の一軸異方性の向きをトラック幅方向に揃えることで、検出電流磁界が作用した状態において固定磁性層とフリー磁性層との磁化の向きが交差するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【００３０】
本発明において、前記各固定磁性層の磁気モーメントに膜厚を積算した値を磁気的膜厚とし、前記第１の固定磁性層の磁気的膜厚を前記第２の固定磁性層の磁気的膜厚よりも大きくし、前記第２の磁界を４００ｋＡ／ｍ以上とした場合、前記第２の磁界を印加する方向に前記第１の固定磁性層の磁化の方向を向け、その１８０度反対の第３の方向に前記第２の固定磁性層の磁化の方向を向ける一方、前記第２の磁界を８〜８０ｋＡ／ｍの範囲とすることで、前記第２の磁界を印加する第２の方向に前記第１の固定磁性層の磁化の方向を向け、前記第２の方向と反対の第３の方向に前記第２の固定磁性層の磁化の方向を向けることができる。
【００３１】
本発明において、前記各固定磁性層の磁気モーメントに膜厚を積算した値を磁気的膜厚とし、前記第１の固定磁性層の磁気的膜厚を第２の固定磁性層の磁気的膜厚よりも小さくし、前記第２の磁界を４００ｋＡ／ｍ以上とした場合、前記第２の磁界を印加する方向に前記第１の固定磁性層の磁化の方向を向け、その１８０度反対の第３の方向に、前記第２の固定磁性層の磁化の方向を向けることができ、また、前記第２の磁界を８〜８０ｋＡ／ｍの範囲とすることでも、前記第２の磁界を印加する方向と１８０度反対方向に前記第１の固定磁性層の磁化の方向を向け、前記第２の磁界を印加する方向に前記第２の固定磁性層の磁化の方向を向けることことができる。
【００３２】
本発明において、前記第１の熱処理と第２の熱処理の間に、前記積層体上に記録用誘導型磁気ヘッドを形成するための熱処理工程を行うことができる。
記録用誘導型磁気ヘッドを形成するための熱処理工程によりフリー磁性層の一軸異方性の方向性は一旦乱れるが、後に行う第２の熱処理によってフリー磁性層の一軸異方性の方向を揃えるので、最終的にフリー磁性層の一軸異方性の向きを揃えたスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【００３３】
本発明において、前記記録用誘導型磁気ヘッドを形成する工程の前に前記フリー磁性層にトラック幅方向の第１の方向あるいはその１８０度反対方向に第１の磁界を印加してフリー磁性層に対してトラック幅方向に一軸異方性を付与する工程を行うことができる。
本発明において、前記第２の熱処理において印加する第３の磁界を前記第１の熱処理において行う第２の磁界よりも小さくすることができる。
第３の磁界を第２の磁界よりも小さくすることで、先に付与した固定磁性層の磁化の方向に悪影響を及ぼすことなくフリー磁性層の一軸異方性の方向を揃えることができる。
【００３４】
本発明において、前記第２の熱処理において印加する第３の磁界を８ｋＡ／ｍ以上、４０ｋＡ／ｍ以下とできる。
本発明において、前記第１の熱処理温度を５０３Ｋ（２３０℃）以上、５５３Ｋ（２８０℃）以下とするとともに、前記第２の熱処理温度を４３３Ｋ（１６０℃）以上、５１３Ｋ（２４０℃）以下とすることができる。
本発明において、前記反強磁性層をＸＭｎ合金またはＸＭｎＸ’合金で形成し、ＸをＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓのいずれか１種または２種以上、Ｘ’をＡｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１種または２種以上とすることができる。
【００３５】
本発明の製造方法を、前記積層体として前記反強磁性層を基板とフリー磁性層の間に配置した構成に適用することができる。
【００３６】
本発明は、基板上に、少なくとも、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、フリー磁性層を備えた積層体を形成する際に、前記フリー磁性層にトラック幅方向の第１番目の方向あるいはその１８０度反対方向に第１番目の磁界を印加しつつ成膜を行い、前記フリー磁性層に対してトラック幅方向に一軸異方性を付与する工程と、前記積層体にトラック幅方向と直交する方向に、第２番目の磁界を印加しつつ、第１番目の熱処理温度で熱処理し、前記反強磁性層と前記第１の固定磁性層の界面に交換異方性磁界を発生させて、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁化方向をトラック幅方向と直交する方向に固定する工程と、前記積層体の両側に前記フリー磁性層にバイアス磁界を印加するための縦バイアス層を形成する工程と、前記フリー磁性層にトラック幅方向の第１番目の方向あるいは前記第１番目の方向と１８０度反対方向に第３番目の磁界を印加しつつ第２番目の熱処理温度で熱処理し、前記フリー磁性層に一軸異方性を再度付与するとともに、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁化方向を前記トラック幅方向に直交する方向に対して角度θ傾斜させた方向に固定する工程と、前記第２の固定磁性層の磁化のトラック幅方向のベクトル成分の向きと反対の方向に第４番目の磁界を印加して前記縦バイアス層を着磁する工程とを具備することを特徴とする。
【００３７】
第１番目の熱処理温度で第２番目の磁界を第２番目の方向に印加して熱処理することで反強磁性層に接する側の第１の固定磁性層の磁化と第２の固定磁性層の磁化をトラック幅方向に直交する方向に固定することができる。そして、この後にトラック幅方向に磁界を印加しつつ熱処理することで、固定磁性層の磁化の向きをトラック幅方向に直交する方向に対して角度θ傾斜させることができ、検出電流磁界が作用した状態において固定磁性層とフリー磁性層との磁化の向きが交差するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【００３８】
本発明方法において、前記各固定磁性層の磁気モーメントに膜厚を積算した値を磁気的膜厚とし、前記第１の固定磁性層の磁気的膜厚を前記第２の固定磁性層の磁気的膜厚よりも大きくし、前記第２番目の磁界を４００ｋＡ／ｍ以上とした場合、前記第２番目の磁界を印加する方向に前記第１の固定磁性層の磁化の方向を向け、その１８０度反対の第３番目の方向に前記第２の固定磁性層の磁化の方向を向けることができる。または、前記第２番目の磁界を８〜８０ｋＡ／ｍの範囲とすることでも、前記第２番目の磁界を印加する第２番目の方向に前記第１の固定磁性層の磁化の方向を向け、前記第２番目の方向と反対の第３番目の方向に前記第２の固定磁性層の磁化の方向を向けることができる。
【００３９】
本発明方法において、前記各固定磁性層の磁気モーメントに膜厚を積算した値を磁気的膜厚とし、前記第１の固定磁性層の磁気的膜厚を第２の固定磁性層の磁気的膜厚よりも小さくし、前記第２の磁界を４００ｋＡ／ｍ以上とした場合、前記第２の磁界を印加する方向に前記第１の固定磁性層の磁化の方向を向け、その１８０度反対の第３の方向に、前記第２の固定磁性層の磁化の方向を向け、前記第２番目の磁界を８〜８０ｋＡ／ｍの範囲とすることでも、前記第２番目の磁界を印加する方向と１８０度反対方向に前記第１の固定磁性層の磁化の方向を向け、前記第２番目の磁界を印加する方向に前記第２の固定磁性層の磁化の方向を向けることができる。
【００４０】
本発明において、前記第１番目の熱処理と第２番目の熱処理の間に、前記積層体上に記録用誘導型磁気ヘッドを形成するための熱処理工程を有することができる。
記録用誘導型磁気ヘッドを形成するための熱処理工程を有することで、フリー磁性層の一軸異方性の方向性は一旦乱れるが、その後にトラック幅方向に磁界を印加する第２番目の熱処理によってフリー磁性層の一軸異方性の向きを揃えるので、最終的にフリー磁性層の一軸異方性の方向を揃えることができる。
【００４１】
本発明において、前記第２番目の熱処理温度を４３３Ｋ（１６０℃）以上、５１３Ｋ（２４０℃）以下とし、第１番目の熱処理温度を５０３Ｋ（２３０℃）以上、５５３Ｋ（２８０℃）以下とすることができる。
【００４２】
本発明において、前記反強磁性層をＸＭｎ合金またはＸＭｎＸ’合金で形成し、ＸをＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｏｓのいずれか１種または２種以上、Ｘ’をＡｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１種または２種以上とすることができる。
【００４３】
本発明において、前記積層体として前記反強磁性層を基板とフリー磁性層の間に配置した構成とすることができる。
【００４４】
本発明においては、先のいずれかに記載のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の製造方法を実施して読出素子としての磁気抵抗効果型素子を形成する工程と、前記積層体上に記録用誘導型磁気ヘッドを形成するための工程を有して薄膜磁気ヘッドを製造することができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
「第１実施形態」
図１〜図３は本発明の第１実施形態の薄膜磁気ヘッドに備えられるスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の一例を示す図である。
図１〜図３に示される構造は、例えば図４〜図６に例示する浮上走行式の薄膜磁気ヘッドに設けられる構造であり、この例の薄膜磁気ヘッド１５０は、ハードディスク装置などの磁気記録装置に搭載されるものである。
【００４６】
この例の薄膜磁気ヘッド１５０のスライダ１５１は、図４において符号１５５で示す側がディスク面の移動方向の上流側に向くリーディング側であり、符号１５６で示す側が下流側に向くトレーリング側である。この例のスライダ１５１の磁気ディスクに対向する面では、レール状のＡＢＳ面（エアーベアリング面：レール部の浮上面）１５１ａ、１５１ａ、１５１ｂと、溝型のエアーグルーブ１５１ｃ、１５１ｃとが形成されている。なお、この例のスライダ１５１は、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ等のセラミックなどからなる非磁性体から構成されている。
そして、このスライダ１５１のトレーリング側の端面１５１ｄには、磁気コア部１５７が設けられている。
【００４７】
この例において薄膜磁気ヘッドの磁気コア部１５７は、図５および図６に示す断面構造の複合型磁気コア構造であり、スライダ１５１のトレーリング側端面１５１ｄ上に、読出ヘッド（スピンバルブ型磁気抵抗効果素子を利用したＧＭＲヘッド）ｈ１と、記録用誘導型磁気ヘッド（インダクティブヘッド）ｈ２とが積層されて構成されている。
【００４８】
この例のＧＭＲヘッドｈ１にあっては、まず、スライダ１５１のトレーリング側端部に形成されたアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの絶縁体からなる保護層１６２上の磁性合金からなる下部シールド層１６３上に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの絶縁体からなる下部ギャップ層１６４が設けられている。
そして、下部ギャップ層１６４上においてＡＢＳ面１５１ｂ側には、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１が積層されている。この磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１上と前記下部ギャップ層１６４上には上部ギャップ層１６６が形成され、その上に上部シールド層１６７が形成されている。この上部シールド層１６７は、その上に設けられるインダクティブヘッド（誘導型書込ヘッド）ｈ２の下部コア層と兼用にされている。
【００４９】
次に、インダクティブヘッドｈ２は、前記上部シールド層１６７と兼用にされた下部コア層１６７の上に、ギャップ層１７４が形成され、その上に平面的に螺旋状となるようにパターン化された誘導コイル１７６が形成されている。前記誘導コイル１７６は、樹脂などからなる絶縁材料層１７７に囲まれている。絶縁材料層１７７の上に形成された上部コア層１７８は、その磁極端を構成する先端部１７８ａをＡＢＳ面１５１ｂにて下部コア層１６７に微小間隙をあけて書込用磁気ギャップＷＧを構成して対向し、基端部１７８ｂを下部コア層１６７と磁気的に接続させて設けられている。
また、上部コア層１７８の上には、アルミナなどからなる保護層１７９が設けられている。
【００５０】
前述の構造のＧＭＲヘッドｈ１は、ハードディスクのディスクなどの磁気記録媒体からの微小の漏れ磁界の有無により、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１の抵抗を変化させ、この抵抗変化を読み取ることで磁気記録媒体の記録内容を読み取るものである。
【００５１】
次に、前述の構造のインダクティブヘッドｈ２では、コイル１７６に記録電流が与えられ、コイル１７６からコア層に記録電流が与えられる。そして、インダクティブヘッドｈ２は、磁気ギャップＷＧの部分での下部コア層１６７と上部コア層１７８の先端部からの漏れ磁界により、ハードディスクなどの磁気記録媒体に磁気信号を記録するものである。
【００５２】
ここまで薄膜磁気ヘッド１５０の全体構造について説明したが、以下に本発明の要部である磁気抵抗効果型（スピンバルブ型）薄膜素子ＧＭＲ１について図１〜図３を基に詳述する。
ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は図１、図２のＺ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向は図１、図２のＹ方向である。
【００５３】
この実施形態の構造において、スライダ１５１上の下部ギャップ層１６４上にスピンバルブ型磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１が形成されている。
図１〜図３は本発明に係るスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子の第１実施形態を示すものであり、下部ギャップ層１６４上に、トラック幅Ｔｗに近似する幅で反強磁性層１と固定磁性層２と非磁性導電層３とフリー磁性層４と保護層５が順次積層され、これらにより断面等脚台形状の積層体６が形成され、積層体６のトラック幅方向両側に積層体６の両傾斜面に接する形状の硬磁性材料からなる縦バイアス層７が形成され、各縦バイアス層７上に電流リード層８が積層されている。また、本実施形態の構造においては、固定磁性層２が非磁性中間層１０を介して反強磁性層１側の第１の固定磁性層１１と、非磁性導電層３側の第２の固定磁性層１２とに分断された、いわゆる、シンセテイックフェリピンド型（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ−ｆｅｒｒｉ−ｐｉｎｎｅｄ  ｔｙｐｅ）とされている。更にこの形態の構造においては、フリー磁性層４が非磁性導電層３側の第１フリー磁性層１３と、保護層５側の第２フリー磁性層１４とから構成されている。
【００５４】
前記反強磁性層１は、規則構造のＰｔＭｎ合金、あるいは規則構造のＸＭｎ合金、ＰｔＭｎＸ’合金で形成されていることが好ましい。規則構造のＰｔＭｎ合金は、従来から反強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高く、交換結合磁界（交換異方性磁界）も大きいものである。また本発明では、前記ＰｔＭｎ合金に代えて、ＸＭｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのいずれか１種または２種以上の元素である）合金、あるいは、ＰｔＭｎＸ´（ただしＸ´は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で形成されていてもよい。
前記第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２は、例えばＣｏ、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金などで形成されているとともに、第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２の間に介在する非磁性中間層１０は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうちｌ種あるいは２種以上の合金で形成されている。
【００５５】
ところで図１〜図３に示す第１の固定磁性層１１及び第２の固定磁性層１２に示されている矢印は、それぞれの磁気モーメントの方向を表しており、前記磁気モーメントの大きさ（磁気的膜厚）は、飽和磁化（Ｍｓ）と膜厚（ｔ）とをかけた値で決定される。
前記第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２とは同じ材質、例えばＣｏ膜で形成され、しかも第２の固定磁性層１２の膜厚ｔＰ２が、第１の固定磁性層１１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１２の方が第１の固定磁性層１１に比べ磁気モーメントが大きくされている。換言すると第２の固定磁性層１２の方が第１の固定磁性層１１に比べ磁気的膜厚が大きくされている。なお、本発明では、第１の固定磁性層１１及び第２の固定磁性層１２が異なる磁気的膜厚を有することを必要としており、従って、第１の固定磁性層１１の膜厚ｔＰ１が第２の固定磁性層１２の膜厚ｔＰ２より厚く形成されていてもよい。
【００５６】
このような背景から、第１の固定磁性層１１の厚さは１〜７ｎｍの範囲が好ましく、第２の固定磁性層１２の厚さは１〜７ｎｍの範囲が好ましく、両者の膜厚差は０．２ｎｍ以上であることが好ましく、１０ｎｍ（１０Å）以下であることが好ましい。また、非磁性中間層１０の厚さは０．５〜１ｎｍの範囲が好ましい。
前記第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２の厚さが前記の範囲を超えると磁気抵抗効果に寄与しない伝導電子の分流が多くなり、抵抗変化率が低下するので好ましくなく、前記の範囲を下回ると、素子抵抗が大きくなり過ぎるとともに抵抗変化率が著しく低下するので好ましくない。なお、磁気モーメントの大きさについて図１と図２に示す矢印は各図の紙面に対して傾斜成分を有し、図１と図２に示す矢印が各磁気モーメントの大きさの対比を正確に表しているわけではないので、各層の磁気モーメントについては図３を基に後に詳述するとともに各層の磁気モーメントの方向についても図３を基に後に詳述する。
【００５７】
図１、２に示すようにフリー磁性層４は、２層で形成されており、前記非磁性導電層３に接する側に形成された第１フリー層１３はＣｏ膜で形成されている。また、第２フリー層１４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３に接する側にＣｏの第１フリー層１３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３との界面での金属元素等の拡散を防止でき、また、△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）を大きくできるからである。
【００５８】
これは、非磁性導電層３を強磁性の固定磁性層２とフリー磁性層４とで挟む構造の巨大磁気抵抗効果発生機構にあっては、ＣｏとＣｕの界面で伝導電子のスピン依存散乱の効果が大きいこと、および、固定磁性層２とフリー磁性層４を同種の材料から構成する方が、異種の材料から構成するよりも、伝導電子のスピン依存散乱以外の因子が生じる可能性が低く、より高い磁気抵抗効果を得られることに起因している。このようなことから、第２の固定磁性層１２をＣｏから構成した場合は、フリー磁性層４において非磁性導電層３側の第１のフリー層１３を所定の厚さでＣｏ層にした構造が好ましい。また、本実施形態のようにＣｏ層を特に区別して設けなくとも、フリー磁性層４を単層構造として、その非磁性導電層３側をＣｏの多く含ませた合金状態とし、保護層５側に向かうにつれて徐々にＣｏ濃度が薄くなるような濃度勾配の合金層としても良い。
また、前記保護層５はＴａなどの高温で安定な耐酸化性に優れた金属材料からなることが好ましい。
【００５９】
一方、図２に示す縦バイアス層７は、ＣｏＰｔ合金あるいはＣｏＣｒＰｔ合金などの硬磁性（ハード）材料からなり、電流リード層８はＡｕ、Ｔａ、ＷあるいはＣｒ等の導電材料からなる。前記縦バイアス層７は前記フリー磁性層４にバイアス磁界を作用させてフリー磁性層４の磁化の向きを図１〜図３の矢印に示すような方向に揃えてフリー磁性層４を単磁区化するためのものである。
【００６０】
次に、図３を基に第１の固定磁性層１１の磁化方向と第２の固定磁性層１２の磁化方向とフリー磁性層４の磁化方向と検出電流磁界の方向について詳述する。
図３に示すように第１の固定磁性層１１の磁化の方向と第２の固定磁性層１２の磁化の方向は１８０度異なる反平行状態（フェリ磁性状態）とされているが、検出電流Ｊを流した状態において、固定磁性層１１、１２の磁化の向きに対してフリー磁性層４の磁化の向きが９０度に交差するように向けられている。図３にこの状態を明確に示すが、図１と図２においては磁化の向きを示すベクトルは紙面の左右方向（Ｘ１方向）に対して傾斜成分を有し、図１と図２においては紙面に平行な向きのベクトル成分のみを示している。従って図１と図２では、固定磁性層１１、１２の磁化とフリー磁性層４の磁化が直交していないようにベクトルを示す矢印で描かれているが、各層の磁化のベクトルの実際の直交状態は図３に明瞭に示すように設定されている。なお、図３Ａは検出電流Ｊが右側から左側に流れるようにした場合の説明図、図３Ｂは検出電流Ｊが左側から右側に流れるようにした場合の説明図であるが、いずれの場合においても固定磁性層１１、１２の磁化方向とフリー磁性層４の磁化方向はほぼ９０度直交状態とされ、等価な状態を示している。
【００６１】
図３Ａから明らかなように、前記電流リード層８からの検出電流（センス電流）Ｊが供給された状態において、前記フリー磁性層４の磁化方向が前記第２の固定磁性層１２の磁化方向と交差する方向へ揃えられ、前記第２の固定磁性層１２の磁化Ｍｐ２の方向はトラック幅方向と垂直方向の法線Ｈに対して縦バイアス磁界の方向（図３Ａの右向きの矢印）から遠ざかる方向に角度θで傾斜されている。
なお、図３Ａに示す状態では検出電流Ｊによる磁界が印加された状態においてフリー磁性層４の磁化Ｍｆの方向が右上側を向いているが、検出電流Ｊが作用していない状態においてフリー磁性層４の磁化Ｈｆの方向はトラック幅方向にほぼ平行な縦バイアス方向に向けられるようになっている。（ただし、第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２の磁気的膜厚に基づく反磁界（双極子磁界）や第２の固定磁性層１２とフリー磁性層４間に働く結合磁界Ｈｉｎｔが存在するため、正確にトラック幅方向と平行とは限らないが、ここでは一例としてほぼ平行として図示した。）
これは、検出電流Ｊが作用すると検出電流Ｊが発生させる検出電流磁界Ｈｊがフリー磁性層４の磁化に作用してフリー磁性層４の磁化方向を傾斜させようとする力が作用するためであり、この検出電流磁界Ｈｊが作用してフリー磁性層４の磁化が傾斜した状態において、フリー磁性層４の磁化Ｍｆの方向が固定磁性層１１、１２の磁化の方向と直交するように磁化の向きが設定されている。
【００６２】
図３Ａに示す積層構造の各層の磁化状態であると、各層の磁化の方向は明瞭であるが、図１は図３Ａの積層構造を横方向から（Ｘ１方向に）見た図であるのでフリー磁性層４の磁化方向のベクトルの向きと第２の固定磁性層１２の磁化方向のベクトルが同じ向きに記載されているが、実際には図３Ａに立体視するように直交状態とされている。更に、図２では図３Ａの積層構造をＹ方向に見た図であるので、フリー磁性層４の磁化方向のベクトルの向きと第２の固定磁性層１２の磁化方向のベクトルの向きが１８０度反対方向に記載されているが、実際には図３Ａに立体視するように直交状態とされている。
【００６３】
図３Ｂは検出電流が左側から右側向きに流れる場合を想定した構成であるが、各層の磁化の方向は図３Ａに示す構造の場合と等価にされる。即ち、前記フリー磁性層４の磁化方向が前記第２の固定磁性層１２の磁化方向と交差する方向へ揃えられ、前記第２の固定磁性層１２の磁化方向Ｍｐ３はトラック幅方向と垂直方向の法線Ｈに対して縦バイアス磁界の方向（図３の右向き）から遠ざかる方向に角度θで傾斜されている。
【００６４】
前記フリー磁性層４の磁化Ｍｆ（またはＭｆ２）の方向における前記法線Ｈに対する傾斜角度θの範囲は、２度≦θ≦３０度の範囲が好ましく、３度≦θ≦１５度の範囲がより好ましく、３度≦θ≦１０度の範囲が最も好ましい。前記の範囲に限定したのは、傾斜角度θが３０度を超えて大きすぎると磁気抵抗効果型薄膜素子としての出力が低下するので好ましくなく、小さすぎるとアシンメトリ改善効果が得られにくくなるからである。
【００６５】
これらの範囲で実際の傾斜角度θを決定するのは、検出電流磁界Ｊの強さに応じ、所望の検出電流磁界Ｈｊを作用させた場合に、フリー磁性層４の磁化方向が前記第２の固定磁性層１２の磁化方向と直交する方向へ揃えるように設定することが最も好ましい。これは、外部磁界が作用していない状態においてフリー磁性層４の磁化方向が前記第２の固定磁性層１２の磁化方向と直交している状態から、外部磁界の作用によりフリー磁性層４の磁化方向が回転する場合が、磁気抵抗変化が最も効率良く生じるからである。ここで検出電流Ｊは磁気ヘッドの設計時に周囲の電気回路とのバランスや設計指針により適宜な値に設定されるので、検出電流Ｊの大きさに合わせて前述の角度範囲の中で好適な角度に決定することになる。
【００６６】
以上説明した如く第１実施形態の磁気抵抗効果素子ＧＭＲ１においては、検出電流Ｊを流して検出電流磁界Ｈｊを作用させた状態においてフリー磁性層４の磁化方向と固定磁性層１１、１２の磁化方向を直交させることができるので、再生出力のアシンメトリを少なくすることができる。
また、反強磁性層１として使用するのは上述のＰｔＭｎ合金、ＸＭｎ合金あるいはＰｔＭｎＸ’合金であるので第１の固定磁性層１１に対して強い交換異方性磁界を作用させて第１の固定磁性層１１の磁化方向を強くピン止めすることができる。
【００６７】
ところで、第１実施形態の構造の如く磁気的膜厚の異なる第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２とが非磁性中間層１０を介して積層されたシンセテイックフェリピンド型の構造にあっては、両固定磁性層１１、１２の合成磁気モーメントに対して反強磁性層１が作用させる交換結合磁界が作用するので、第１の固定磁性層１１の磁化を強くピン止めすることができる。
【００６８】
更に、第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２とが非磁性中間層１０を介して対峙することによる交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）により、磁気モーメントが大きい第２の固定磁性層１２の磁化方向がピン止めされる。また、第１の固定磁性層１１の磁化の向きと第２の固定磁性層１２の磁化の向きが１８０度異なる反平行状態であるので、両層の磁気モーメントが外部に影響する磁界について見ると、両固定磁性層１１、１２の磁気モーメントの大部分が釣り合って打ち消し合い、残った一部分の磁界が両固定磁性層１１、１２からの反磁界（双極子磁界）Ｈｄとして外部のフリー磁性層４に作用するが、上述のシンセテイックフェリピンド構造では従来の単層の固定磁性層よりも反磁界（双極子磁界）Ｈｄが小さくなり、検出電流磁界Ｈｊとの釣り合いによりアシンメトリを合わせ難くする問題を有していたが、前述の磁化構造を採用することで検出電流磁界Ｈｊが作用した状態において固定磁性層１１、１２とフリー磁性層４の磁化の向きを９０度に交差させることができるので、シンセティックフェリピンド構造においてもアシンメトリの問題を解消することができる。
【００６９】
即ち、検出電流磁界Ｈｊを作用させた状態においてフリー磁性層４の磁化の方向と固定磁性層１１、１２の磁化の方向を正確に９０度に交差させることができるので、外部磁場の影響によりフリー磁性層４の磁化の向きが回転しても、回転角度に見合った正確な抵抗変化を発現させることができ、アシンメトリを減少させた正確な出力を得ることができる。
【００７０】
また、反強磁性層１からの交換結合磁界が大きいほど、第１の固定磁性層１１の磁化と第２の固定磁性層１２の磁化を安定して反平行状態に保つことが可能であり、特に本実施形態で用いる合金は反強磁性層１として強い交換結合磁界を作用させることができ、ブロッキング温度もＦｅＭｎ等の従来合金材料よりも高いので、前記第１の固定磁性層１１及び第２の固定磁性層１２の磁化状態を熱的にも安定して保つことができる。その上で本第１実施形態の構造ではアシンメトリの問題も解消することができる。
【００７１】
「第１の例の製造方法」
次に、図１〜図３に示す第１実施形態の構造を有する磁気抵抗効果型薄膜素子の製造方法の第１の例について説明する。
本発明において、図１〜図３に示す構造の磁気抵抗効果型薄膜素子を製造するためには、基板上にＰｔＭｎ等の反強磁性材料からなる反強磁性層１と、第１の固定磁性層１１と非磁性中間層１０と第２の固定磁性層１２と非磁性導電層３とフリー磁性層４（第１のフリー層１３と第２のフリー層１４からなる）と保護層５を順次積層する。以上の積層構造において、主要な層の積層状態を図７Ａに示す。図７Ａにおいては説明の簡略化のために、反強磁性層１と第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２とフリー磁性層４のみを示し、これらの層を主体として説明する。
【００７２】
なおここで、第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２を成膜する場合にトラック幅方向に対して直交する方向に磁場を印加する磁場中成膜処理としても良い。また、フリー磁性層４を成膜する場合には、トラック幅方向に沿う第１の方向Ｄ１（あるいは第１の方向Ｄ１と１８０度反対のＤ１Ａ方向）に第１の磁界Ｈ１を印加してフリー磁性層４の一軸異方性をトラック幅方向に揃えておくことが好ましい。
【００７３】
これらの各層を積層した積層体を得たならば、ＰｔＭｎ等の反強磁性層１を規則構造とするための第１の熱処理（５０３Ｋ〜５５３Ｋ；２３０℃〜２８０℃に６０分〜４８０分程度加熱する熱処理）をトラック幅方向に直交する方向ＤＡに対して所定の角度θだけ傾斜させた第２の方向Ｄ２に、４００ｋＡ／ｍ以上の強い第２の磁界Ｈ２を印加しながら図７Ｂに示すように行う。なお、ここにおいて印加する第２の磁界Ｈ２の強さが８ｋＡ／ｍ〜８０ｋＡ／ｍ程度の弱い磁界である場合、各層の磁化の状態が異なり、場合によっては第２の方向Ｄ２に対して１８０度反対方向の第３の方向Ｄ３に磁界Ｈ３を印加する必要があるが、この弱い磁場の場合の磁場方向については後に詳述する。
【００７４】
前述の４００ｋＡ／ｍ以上の強い磁場を印加して行う第１の熱処理によって反強磁性層１を構成する反強磁性材料の規則化がなされて強い交換結合磁界を第１の固定磁性層１１に作用させることができるので第１の固定磁性層１１の磁化の方向を印加磁界の方向Ｄ２に向けることができるとともに、印加磁界を除去すると、第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２との間で発生される交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）により第２の固定磁性層１２の磁化を第１の固定磁性層１１の磁化の方向と１８０度反対方向に固定することができる。また、この第１の熱処理の際に、フリー磁性層４の一軸異方性の磁化容易軸の方向はトラック幅方向に直交する方向ＤＡに対して所定の角度θだけ傾斜させた前述の第２の方向Ｄ２に平行な方向に向けられるか、あるいは、元の一軸異方性の磁化容易軸の方向が分散した状態となる。
【００７５】
次に、図７Ｃに示すようにトラック幅方向に平行な方向Ｄ１（あるいは１８０度反対側を向くＤ１Ａ方向）に先の第２の磁界Ｈ２よりも弱い磁界Ｈ１（Ｈ２＞Ｈ１）を印加しながら４３３Ｋ〜５１３Ｋ（１６０℃〜２４０℃）に加熱する磁場中アニール処理を施すことでフリー磁性層４の一軸異方性の磁化容易軸の方向をトラック幅方向に平行な方向Ｄ１（あるいは１８０度反対側を向くＤ１Ａ方向）に揃えることができる。なお、図７Ｃに示す磁場中アニール処理は、必要に応じて行えば良く、省略した上で後述の書込ヘッドの製造工程を実施しても差し支えない。
【００７６】
次に、磁化の方向を図７Ｃに示すように揃えた積層体の両側に図２に示すような縦バイアス層７と電流リード層８を形成後、図５に示すようにインダクティブヘッド（記録用誘導型磁気ヘッド）ｈ２を形成するプロセスを実施する。このインダクティブヘッドｈ２の製造には、積層体上に上部ギャップ層１６６と上部シールド層１６７を形成し、この上部シールド層１６７をインダクティブヘッド用の下部コア層１６７として兼用し、その上にギャップ層１７４を形成し、その上に平面的に螺旋状となるようにパターン化された誘導コイル１７６をフォトリソグラフィ法によって形成する。次にこの誘導コイル１７６を覆うように絶縁材料層１７７を形成する。この絶縁材料層１７７を形成する際に樹脂層を塗布してから硬化させるために２００℃〜２８０℃；４７３Ｋ〜５５３Ｋの範囲の温度に加熱する熱処理を行う。熱処理後に上部コア層１７８を形成し、この上部コア層１７８を加工して書込用磁気ギャップＷＧを構成した後、保護層１７９を形成することでインダクティブヘッドｈ２を形成する。
【００７７】
ここで先の樹脂硬化のための熱処理において４７３Ｋ（２００℃）以上に加熱すると、図７Ｅに示すように積層体の上下に下部シールド層１６３と上部シールド層１６７を設けていてもフリー磁性層４の及び下部シールド層１６３及び上部シールド層１６７の一軸異方性の磁化容易軸は方向性が多少失われれて不揃いとなり、異方性分散を生じる。
よって次に、図７Ｆに示すように再度トラック幅方向に平行な方向Ｄ１（あるいは１８０度反対側を向くＤ１Ａ方向）に先の第２の磁界Ｈ２よりも弱い第３の磁界Ｈ３を印加しながら４３３Ｋ〜５１３Ｋ（１６０℃〜２４０℃）に加熱する磁場中アニール処理を施すことでフリー磁性層４及び下部シールド層１６３及び上部シールド層１６７の一軸異方性の磁化容易軸の方向をトラック幅方向に平行な方向Ｄ１（あるいは１８０度反対側を向くＤ１Ａ方向）に揃えることができる。ここで施す第３の磁界Ｈ３は、これまで磁化した各層の磁化が変動しない程度の強さとする必要があるので、８ｋＡ／ｍ以上、４０ｋＡ／ｍ以下程度の強さに印加すれば十分である。
【００７８】
次に、先の積層体の両側に設けた縦バイアス層７、７に対して先の第２の磁界Ｈ２を印加して第２の固定磁性層の磁化の方向をトラック幅方向と直交する方向から傾斜させた方向と逆方向に、第４の磁界を印加して縦バイアス層７の着磁を行う。ここで縦バイアス層７の着磁を行うには、これまで形成したもの全体を電磁石などの磁気発生装置の内部に設置し、室温で４００ｋＡ／ｍ以上の磁界をフリー磁性層４の一軸異方性を付与した方向に印加することで行う。この処理により、縦バイアス層７の着磁を行うことができ、縦バイアス層７の着磁方向にほぼ沿うようにフリー磁性層４の磁化の方向を揃えることができる。ここで行う縦バイアスの着磁処理は室温であるのでフリー磁性層や固定磁性層の異方性に影響はない。即ち、磁気エネルギーは大きいが熱エネルギーは小さいのでこれらの層に磁気的な影響を生じない。
【００７９】
以上のように製造された磁気抵抗型薄膜素子に対し、電流リード層８に対して検出電流を流すことで検出電流磁界Ｈｊが作用し、フリー磁性層４の磁化の向きを図７Ｇの実線矢印から鎖線矢印（右斜め下方向きの矢印）に変化させるので、結果的に固定磁性層１１、１２の磁化方向とフリー磁性層４の磁化方向を直交させることになる。
以上の状態の磁気抵抗型薄膜素子に対して磁気記録媒体からの漏れ磁界が作用すると、固定磁性層１１、１２の磁化方向に対して直交していたフリー磁性層４の磁化の向きが、漏れ磁界の強さに応じて回転し、その回転角に応じた抵抗変化が生じるので、この抵抗変化に応じた検出電流変化を出力としてとらえることで磁気記録媒体からの漏れ磁界を検出することができる。
【００８０】
「第２の熱処理時の磁界の強弱について」
次に、前記第１の例の製造方法において、第２の熱処理を４００ｋＡ／ｍ以上の強い磁界で行う場合の各層の膜厚関係と、第２の熱処理を８ｋＡ／ｍ〜８０ｋＡ／ｍ程度の弱い磁界を印加しながら行う場合の各層の膜厚関係について説明する。
また、先の４００ｋＡ／ｍ以上の強い磁界を印加しながら熱処理する場合と、弱い磁界を印加しながら熱処理する場合に、第１の固定磁性層１１の膜厚と第２の固定磁性層１２の膜厚には以下の好ましい関係が存在する。
【００８１】
本発明構造の如く第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２とが非磁性中間層１０を介して分断されたシンセティックフェリピンド構造にあっては、前記第１の固定磁性層１２の膜厚ｔｐ１と、第２の固定磁性層１４の膜厚比ｔｐ２を適正化することが好ましく、（第１の固定磁性層の膜厚ｔｐ１）／（第２の固定磁性層の膜厚ｔｐ２）は、０．３３〜０．９５、あるいは１．０５〜４の範囲内であることが好ましい。この範囲内であれば交換結合磁界を大きくできるが、上記範囲内においても第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２との膜厚自体が厚くなると、交換結合磁界は低下する傾向にあるため、本発明では、第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２の膜厚を適正化することが好ましい。
【００８２】
本発明では、例えば、第１の固定磁性層１２の膜厚ｔｐ１及び第２の固定磁性層１２の膜厚ｔｐ２が１０〜７０Åの範囲内で、且つ第１の固定磁性層１２の膜厚ｔｐ１から第２の固定磁性層１４の膜厚ｔｐ２を引いた絶対値が２Å以上であることが好ましい。
【００８３】
上記範囲内で適正に膜厚比、及び膜厚を調節すれば、例えば、ＰｔＭｎ合金からなる反強磁性層１を利用することで少なくとも４０ｋＡ／ｍ以上の総合的交換結合磁界（Ｈｅｘ）を容易に得ることが可能である。ここで総合的交換結合磁界とは、最大△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）の半分の△Ｒ／Ｒとなるときの外部磁界の大きさのことであり、前記総合的交換結合磁界（Ｈｅｘ）は、反強磁性層１と第１の固定磁性層１１との界面で発生する交換結合磁界（交換異方性磁界）や第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２との間で発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）などのすべての磁界を含めた総合的なものである。
【００８４】
また本発明では、前記（第１の固定磁性層１１の膜厚ｔｐ１）／（第２の固定磁性層１２の膜厚ｔｐ２）は、０．５３〜０．９５、あるいは１．０５〜１．８の範囲内であることがより好ましい。また上記範囲内であって、第１の固定磁性層１１の膜厚ｔｐ１と第２の固定磁性層１２の膜厚ｔｐ２は共に１０〜５０Åの範囲内であり、しかも第１の固定磁性層１１の膜厚ｔｐ１から第２の固定磁性層１２の膜厚ｔｐ２を引いた絶対値は２Å以上であることが好ましい。上記範囲内で、第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２の膜厚比、及び第１の固定磁性層１１の膜厚ｔｐ１と第２の固定磁性層１２の膜厚ｔｐ２を適正に調節すれば、例えばＰｔＭｎ合金の反強磁性層１において少なくとも４０ｋＡ／ｍ以上の総合的交換結合磁界を得ることができる。
また上記範囲内の、膜厚比及び膜厚であれば総合的交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできると同時に、△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）も従来と同程度に高くすることが可能である。
【００８５】
総合的交換結合磁界が大きいほど、第１の固定磁性層１１の磁化と第２の固定磁性層１２の磁化を安定して反平行状態に保つことが可能であり、特に本発明では反強磁性層１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１１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ＰｔＭｎ合金を使用することで、前記第１の固定磁性層１１及び第２の固定磁性層１２の磁化状態を熱的にも安定して保つことができる。
【００８６】
ところで、第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２とが同じ材質で形成され、しかも前記第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２との膜厚が同じ値であると、特に熱処理中の磁場が８〜８０ｋＡ／ｍの場合においては、総合交換結合磁界及び△Ｒ／Ｒは極端に低下することが実験により確認されている。
これは、第１の固定磁性層１１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔｐ１と、第２の固定磁性層１２の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔｐ２とが同じ値である場合、前記第１の固定磁性層１１の磁化と第２の固定磁性層１２の磁化が反平行状態にならず、前記磁化の方向分散量（様々な方向に向いている磁気モーメント量）が多くなることにより、フリー磁性層４の磁化との相対角度を適正に制御できないからである。
【００８７】
こうした問題を解決するためには、第１に第１の固定磁性層１１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔｐ１と、第２の固定磁性層１２の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔｐ２を異なる値にすること、すなわち第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２とが同じ材質で形成される場合には、前記第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２を異なる膜厚で形成する必要がある。
【００８８】
本発明では  前述したように、第１の固定磁性層１１と、第２の固定磁性層１２の膜厚比を適正化しているが、その膜厚比の中で、前記第１の固定磁性層１１の膜厚ｔｐ１と第２の固定磁性層１２の膜厚ｔｐ２がほぼ同じ値になる場合、具体的には、０．９５〜１．０５の範囲内の膜厚比を適正な範囲から除外している。
【００８９】
次に、本発明のように、反強磁性層１にＰｔＭｎ合金など、成膜後に磁場中アニール（熱処理）を施すことにより、第１の固定磁性層１１との界面で交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生させる反強磁性材料を使用した場合には、第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔｐを異なる値に設定しても、熱処理中の印加磁場の方向、及びその大きさを適正に制御しないと第１の固定磁性層１１の磁化及び第２の固定磁性層１２の磁化に方向分散量が多くなったり、あるいは前記磁化を向けたい方向に適正に制御できない。
【００９０】
【表１】
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【００９１】
表１では、第１の固定磁性層１１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔｐ１が、第２の固定磁性層１２の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔｐ２よりも大きい場合に、熱処理中の磁場の大きさ及びその方向を変えることによって、第１の固定磁性層１１及び第２の固定磁性層１２の磁化が磁界印加中にどの方向に向くか、磁界除去後にどの方向を向くかを表している。
【００９２】
表１の（１）の場合では、熱処理中の磁場の方向を図示左側（←方向）に、８ｋＡ／ｍ〜８０ｋＡ／ｍ与えている。この場合、第１の固定磁性層１１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔｐ１の方が、第２の固定磁性層１２の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔｐ２よりも大きいために、支配的な第１の固定磁性層１１の磁化が、印加磁場方向にならって図示左方向に向き、第２の固定磁性層１２の磁化は、第１の固定磁性層１１との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、反平行状態（→方向）になろうとする。
【００９３】
表１の（２）の場合では、右方向（→方向）に８ｋＡ／ｍ〜８０ｋＡ／ｍの磁場を印加すると、支配的な第１の固定磁性層１１の磁化が、印加磁場方向にならって右方向に向き、第２の固定磁性層１２の磁化は、第１の固定磁性層１１の磁化に対して反平行（←方向）になる。
【００９４】
表１の（３）の場合では、右方向（→方向）に４００ｋＡ／ｍ以上の磁場を与えると、まず支配的な第１の固定磁性層１１の磁化は、印加磁場方向にならって右方向に向く。ところで、第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２との間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）は、８０ｋＡ／ｍ〜４００ｋＡ／ｍ程度であるので、４００ｋＡ／ｍ以上の磁場が印加されると、第２の固定磁性層１２もその印加磁場方向、すなわち図示右方向（→方向）に向く。同様に、表１の（４）では左方向（←方向）に４００ｋＡ／ｍ以上の磁場を印加すると、第１の固定磁性層１１及び第２の固定磁性層１２の磁化は共に、図示左方向（←方向）に向く。
【００９５】
しかし、表１の（３）、（４）の場合では印加していた磁界を取り去ると、第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２との間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）により、第２の固定磁性層１２の磁化方向が反転し、第１の固定磁性層１１の磁化の方向と第２の固定磁性層１２の磁化の方向は１８０度異なる反平行状態となる。
【００９６】
【表２】
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【００９７】
表２では、第１の固定磁性層１１の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔｐ１が、第２の固定磁性層１２の磁気的膜厚Ｍｓ・ｔｐ２よりも小さい場合に、熱処理中の印加磁場の大きさ及びその方向を変えることによって、第１の固定磁性層１１及び第２の固定磁性層１２の磁化が磁界印加中にどの方向に向くか、磁界除去後にどの方向に向くかを表している。
【００９８】
表２の（１）の場合では、表の左方向に８ｋＡ／ｍ〜８０ｋＡ／ｍの磁場を与えると、磁気的膜厚Ｍｓ・ｔｐ２の大きい第２の固定磁性層１２の磁化が支配的になり、前記第２の固定磁性層１２の磁化が、印加磁場方向にならって、図示左方向に向く。第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２の間の交換結合（ＲＫＫＹ相互作用）によって、前記第１の固定磁性層１２の磁化は前記第２の固定磁性層１２の磁化に対して反平行（→方向）になる。  同様に、表２の（２）の場合では、図示右方向に８ｋＡ／ｍ〜８０ｋＡ／ｍの磁場を与えると、支配的な第２の固定磁性層１２の磁化が表の右方向（→方向）に向き、第１の固定磁性層１１の磁化は表の左方向（←方向）に向く。
【００９９】
表２の（３）の場合では、表の右方向に４００ｋＡ／ｍ以上の磁場を与えると、第１の固定磁性層１１及び第２の固定磁性層１２の間の交換結合（ＲＫＫＹ相互作用）以上の磁場が印加されることにより、前記第１の固定磁性層１１及び第２の固定磁性層１２の磁化が共に、表の右方向（→方向）に向く。表２の（４）の場合では  表の左方向に４００ｋＡ／ｍ以上の磁場を印加されると、第１の固定磁性層１１及び第２の固定磁性層１２の磁化が共に表の左方向（←方向）を向く。
しかし、表２の（３）、（４）の場合では印加していた磁界を取り去ると、第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２との間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）により、第２の固定磁性層１２の磁化方向が反転し、第１の固定磁性層１１の磁化の方向と第２の固定磁性層１２の磁化の方向は１８０度異なる反平行状態となる。
【０１００】
ここで、例えば第１の固定磁性層１１の磁化を表の右方向（→方向）に向けようとする場合、適正な熱処理中の磁場方向及びその大きさは、
第１の固定磁性層１１の磁気的膜厚が第２の固定磁性層１２の磁気的膜厚よりも大きな構造において、表１における（２）（３）の場合（表１の磁界除去後の磁化方向の欄においてベクトルの大きな右向き矢印参照）、
第２の固定磁性層１２の磁気的膜厚が第１の固定磁性層１１の磁気的膜厚よりも大きな構造において、表２における（１）（３）の場合（表２の磁界除去後の磁化方向の欄においてベクトルの小さな右向き矢印を参照）である。
【０１０１】
表１の（２）（３）の場合では共に、磁気的膜厚Ｍｓ・ｔｐ１の大きい第１の固定磁性層１１の磁化は、熱処理中における右方向の印加磁場の影響を受けて、右方向に向き、このとき、熱処理によって発生する反強磁性層１１との界面での交換結合磁界（交換異方性磁界）によって、前記第１の固定磁性層１１の磁化が右方向に固定される。表１（３）の場合では、４００ｋＡ／ｍ以上の磁場を取り除くと、第２の固定磁性層１２は、第１の固定磁性層１１との間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、前記第２の固定磁性層１２の磁化は反転し、左方向（←方向）に向く。
【０１０２】
同様に表２（１）（３）の場合では、右方向に向けられた第１の固定磁性層１１の磁化は、反強磁性層１１との界面での交換結合磁界（交換異方性磁界）によって、右方向に固定される。表２（３）の場合では、４００ｋＡ／ｍ以上の磁場を取り除くと、第２の固定磁性層１２は、第１の固定磁性層１１との間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、前記第２の固定磁性層１２の磁化は反転し、左方向（←方向）に固定される。
これに対して第１の固定磁性層１１の磁気的膜厚よりも第２の固定磁性層１２の磁気的膜厚を大きくした場合において８ｋＡ／ｍ〜８０ｋＡ／ｍの範囲の磁界を印加する場合は、表２の（１）か（２）の場合に相当するので、第１の固定磁性層１１の磁化方向は磁界印加中においても磁界の方向と逆向きとなり、磁界印加を中止した後においても磁界の方向と逆向きの磁化となる。
【０１０３】
以上説明したように第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２の磁気的膜厚の大小と印加磁界の大小により、表１と表２に示すように複数の組み合わせが生じる。ここで先の図１〜図３に示す構造を採用して第１の固定磁性層１１の磁気的膜厚よりも第２の固定磁性層１２の磁気的膜厚を大きくした場合において、４００ｋＡ／ｍ以上の第２の磁界Ｈ２を印加する場合は表２の（３）か（４）の場合に相当する。即ち、先に説明した方法において第２の方向Ｄ２に向く４００ｋＡ／ｍ以上の第２の磁界Ｈ２を印加した場合に、第１の固定磁性層１１の磁化の向きと第２の固定磁性層１２の磁化の向きは揃ってＤ２方向に向くが、この第２の磁界Ｈ２を取り去ると第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２との間に生じる交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって第２の固定磁性層１２の磁化の向きはＤ２方向とは反対方向のＤ３方向を向くので、図７Ｂに示すような各層の磁化方向となる。また、先の方法において印加する磁界の強さを８ｋＡ／ｍ〜８０ｋＡ／ｍの範囲の強さにする場合は、表２の（１）（２）の場合と同様になるので、先の第２の方向Ｄ２とは１８０度反対方向のＤ３方向に印加すれば良い。
【０１０４】
また、仮に、第１の固定磁性層１１の磁気的膜厚を第２の固定磁性層１２の磁気的膜厚よりも大きい構造とした場合、磁化の方向と印加磁界の関係は表１に示す関係となるので、この場合に、第２の方向Ｄ２に４００ｋＡ／ｍ以上の磁界を印加するか、８ｋＡ／ｍ〜８０ｋＡ／ｍの磁界を印加することでいずれも第１の固定磁性層１１の磁化を第２の方向Ｄ２に向けることができる。
【０１０５】
ところで表１及び表２に示すように、熱処理中に印加される磁場の大きさは、８ｋＡ／ｍ〜８０ｋＡ／ｍあるいは４００ｋＡ／ｍ以上であり、８０ｋＡ／ｍ〜４００ｋＡ／ｍの範囲の磁場の大きさを適正な範囲から外している。これは次のような理由による。
【０１０６】
磁場を与えることによって、磁気的膜厚Ｍｓ・ｔｐの大きい方の固定磁性層の磁化は、その磁場方向に向こうとする。ところが、熱処理中の磁場の大きさが８０ｋＡ／ｍ〜４００ｋＡ／ｍの間であると磁気的膜厚Ｍｓ・ｔの小さい固定磁性層の磁化までが、磁場の影響を強く受けて、その磁場方向に向こうとする。このため、固定磁性層間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって反平行になろうとする２層の固定磁性層の磁化が、強い磁場の影響を受けて反平行にはならず、前記固定磁性層の磁化が、様々な方向に向こうとする、いわゆる磁化分散量が多くなり、２層の固定磁性層の磁化を適正に反平行状態に磁化することができなくなる。従って、本発明では８０ｋＡ／ｍ〜４００ｋＡ／ｍの磁場の大きさを、適正な範囲から外している。なお熱処理中の磁場の大きさを８ｋＡ／ｍ以上としたのは、この程度の磁場を与えないと、磁気的膜厚Ｍｓ・ｔｐの大きい固定磁性層の磁化を、その印加磁場方向に向けることができないからである。
【０１０７】
なお、上述した熱処理中の磁場の大きさ及びその方向の制御方法は、熱処理を必要とする反強磁性層１１を使用した場合であれば、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可能でき、例えば従来から反強磁性層１として用いられているＮｉＭｎ合金などを便用した場合でも適用可能である。
【０１０８】
以上のように本発明方法では、第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２との膜厚比を適正な範囲内に収めることによって、総合交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくでき、第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２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△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）を従来と同程度に確保することが可能である。
さらに熱処理中の磁場の大きさ及びその方向を適正に制御することによって、第１の固定磁性層１１及び第２の固定磁性層１２の磁化方向を、得たい方向に制御することが可能になる。
【０１０９】
ところで、前述したように磁気モーメント（磁気的膜厚）は、飽和磁化Ｍｓと膜厚ｔとの積算によって求めることができ、例えばバルク固体のＮｉＦｅであると、飽和磁化Ｍｓは、約１．０Ｔ（テスラ）であり、バルク固体のＣｏであると、飽和磁化Ｍｓは約１．７Ｔであることが知られている。従って、前記ＮｉＦｅ膜の膜厚が３０Åである場合、前記ＮｉＦｅ膜の磁気的膜厚は、３０Å・Ｔとなる。外部から磁界を加えたときの強磁性膜の静磁エネルギーは、磁気的膜厚と外部磁界との掛け合わせに比例するため、磁気的膜厚の大きい強磁性膜と磁気的膜厚の小さい強磁性膜が非磁性中間層を介してＲＫＫＹ相互作用によりフェリ状態になっている場合、磁気的膜厚の大きい方の強磁性膜が、外部磁界の方向を向きやすくなるわけである。
【０１１０】
しかしながら、タンタル（Ｔａ）やルテニウム（Ｒｕ）、銅（Ｃｕ）等の非磁性膜と積層接触した強磁性膜の場合やＰｔＭｎ膜などの反強磁性層と積層接触した強磁性膜の場合、非磁性膜原子や反強磁性膜原子と強磁性膜原子（Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ）が直接触れ合うため、非磁性膜や反強磁性膜との界面付近の強磁性膜の飽和磁化Ｍｓが、バルク固体の飽和磁化（Ｍｓ）よりも小さくなることが知られている。更に、強磁性膜と非磁性膜、反強磁性層の積層多層膜に熱処理が施されると、前記熱処理によって界面拡散が進行し、強磁性膜の飽和磁化Ｍｓに膜厚方向の分布が生じることが知られている。すなわち、非磁性膜や反強磁性層に近い場所の飽和磁化Ｍｓは小さく、非磁性膜や反強磁性膜との界面から離れるに従って飽和磁化Ｍｓがバルク固体の飽和磁化Ｍｓに近づくという現象である。
【０１１１】
非磁性膜や反強磁性層に近い場所の強磁性膜の飽和磁化Ｍｓの減少は、非磁性膜の材料、反強磁性層の材料、強磁性膜の材料や積層順序、熱処理温度等に依存するため、正確には  それぞれの特定された条件において求めなければならないことになる。本発明における磁気的膜厚とは、非磁性膜や反強磁性層との熱拡散によって生じた飽和磁化Ｍｓの減少量も考慮して算出した値である。
【０１１２】
ＰｔＭｎの反強磁性層と強磁性膜との界面で交換結合磁界を得るためには、熱処理によりＰｔＭｎ膜と強磁性膜との界面で拡散層を形成することが必要であるが、拡散層の形成に伴う強磁性膜の飽和磁化Ｍｓの減少は、ＰｔＭｎ膜と強磁性膜の積層順序に依存することになる。
【０１１３】
特に図１に示す構造のように、反強磁性層１がフリー磁性層４よりも下側に形成されている、いわゆる、ボトム型のスピンバルブ型の磁気抵抗効果薄膜素子の場合にあっては、前記反強磁性層１と第１の固定磁性層１１との界面に熱拡散層が発生しやすく、このため前記第１の固定磁性層１１の磁気的な膜厚は、実際の膜厚ｔｐ１に比べて小さくなっている。しかし前記第１の固定磁性層１１の磁気的な膜厚が小さくなりすぎると、第２の固定磁性層１２との磁気的膜厚差が大きくなりすぎ、前記第１の固定磁性層１１に占める熱拡散層の割合が増えることにより、交換結合磁界の低下につながるといった問題がある。
【０１１４】
すなわち本発明のように、第１の固定磁性層１１との界面で交換結合磁界を発生されるために熱処理を必要とする反強磁性層１を使用し、第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２の磁化状態をフェリ状態にするためには、前記第１の固定磁性層１１及び第２の固定磁性層１２の膜厚の適正化のみならず、前記第１の固定磁性層１１及び第２の固定磁性層１２の磁気的膜厚の適正化を行わないと、安定した磁化状態を保つことができない。
【０１１５】
前述したように、第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２の磁気的膜厚にある程度差がないと、磁化状態はフェリ状態にはなりにくく、また第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２の磁気的膜厚の差が大きくなりすぎても、交換結合磁界の低下につながり好ましくない。そこで本発明では、第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２の膜厚比と同じように、（第１の固定磁性層１１の磁気的膜厚）／（第２の固定磁性層１２の磁気的膜厚）は、０．３３〜０．９５、あるいは１．０５〜４の範囲内であることが好ましい。更に本発明では、第１の固定磁性層１１の磁気的膜厚及び第２の固定磁性層１２の磁気的膜厚が１０〜７０（Å・Ｔ）の範囲内で、且つ第１の固定磁性層１１の磁気的膜厚から第２の固定磁性層１２の磁気的膜厚を引いた絶対値が２（Å・Ｔ）以上であることが好ましい。
【０１１６】
また、同様に、（第１の固定磁性層１１の磁気的膜厚）／（第２の固定磁性層１２の磁気的膜厚）が０．５３〜０．９５  あるいは１．０５〜１．８の範囲内であることがより好ましい。
また上記範囲内であって、第１の固定磁性層１１の磁気的膜厚と第２の固定磁性層１２の磁気的膜厚は共に１０〜５０（Å・Ｔ）の範囲内であり、しかも第１の固定磁性層１１の磁気的膜厚から第２の固定磁性層１２の磁気的膜厚を引いた絶対値は２（Å・Ｔ）以上であることが好ましい。
【０１１７】
「第２の例の製造方法」
次に、図１〜図３に示す第１実施形態の構造を有するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の製造方法の第２の例について図８を基に以下に説明する。
第２の例の製造方法において、図１〜図３に示す構造の磁気抵抗効果型薄膜素子を製造するためには、基板上にＰｔＭｎからなる反強磁性層１と、第１の固定磁性層１１と非磁性中間層１０と第２の固定磁性層１２と非磁性導電層３とフリー磁性層４（第１のフリー層１３と第２のフリー層１４からなる）と保護層５を順次積層する。以上の積層構造において主要な層の積層状態を図８Ａに示す。図８Ａにおいては説明の簡略化のために反強磁性層１と第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２とフリー磁性層４のみを示し、これらを主体として以下に説明する。
【０１１８】
なおここで、第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２を成膜する場合にトラック幅方向に対して直交する方向に磁場を印加しても良い。また、フリー磁性層４を成膜する場合には、トラック幅方向に沿う第１番目の方向Ｄ１（あるいはＤ１方向と１８０度反対のＤ１Ａ方向）に第１番目の磁界Ｈ１を印加してフリー磁性層４の一軸異方性をトラック幅方向に揃えておくことが好ましい。
【０１１９】
これらの各層を積層した積層体を得たならば、ＰｔＭｎの反強磁性層１を規則構造とするための第２番目の熱処理（５０３Ｋ〜５５３Ｋ；２３０℃〜２８０℃に６０分〜４８０分）程度加熱する熱処理）をトラック幅方向に直交する第２番目の方向ＤＡに４００ｋＡ／ｍ以上の強い第２番目の磁界Ｈ１２を印加しながら図８Ｂに示すように行う。なおここで、印加する第２番目の磁界Ｈ１２の強さが８ｋＡ／ｍ〜８０ｋＡ／ｍ程度の弱い磁場で、かつ、第２の固定磁性層の磁気的膜厚が第１の固定磁性層の磁気的膜厚より厚い場合は、各層の磁化の状態が異なり、第２番目の方向ＤＡに対して１８０度反対方向の第３番目の方向ＤＢに第２番目の磁界Ｈ１２を印加する必要がある。
この第２番目の磁界を印加して第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２を磁化する場合の磁化の方向は、先に図７と表１、表２を基に説明した場合と同等であるので、第１の固定磁性層１１の磁気的膜厚と第２の固定磁性層１２の磁気的膜厚の大小関係と印加磁界の大小関係を検討して表１と表２を基に先に説明した場合と同様に磁界印加方向を決定すれば良い。
【０１２０】
例えば、表１に示す場合のように第１の固定磁性層１１の磁気的膜厚が大きい場合は、８ｋＡ／ｍ〜８０ｋＡ／ｍの範囲の印加磁界であっても、４００ｋＡ／ｍ以上の印加磁界の場合であっても、印加磁界の方向に第１の固定磁性層１１の磁化の向きを揃え、印加磁界の方向と反対方向に第２の固定磁性層１２の磁化の向きを揃えることができる。
また、表２に示すように第２の固定磁性層１２の磁気的膜厚が大きい場合は、８ｋＡ／ｍ〜８０ｋＡ／ｍの範囲の印加磁界では印加磁界の方向と逆方向に第１の固定磁性層の磁化の向きを揃え、印加磁界の方向に第２の固定磁性層の磁化の向きを揃えることができ、４００ｋＡ／ｍ以上の印加磁界の場合は、印加磁界の方向に第１の固定磁性層１１の磁化の方向を揃え、印加磁界と反対方向に第２の固定磁性層１２の磁化の向きを揃えることができる。
【０１２１】
前述の４００ｋＡ／ｍ以上の強い第２番目の磁界Ｈ１２を印加して行う第１番目の熱処理によって反強磁性層１の規則化がなされて強い交換結合磁界を第１の固定磁性層１１に作用させるので第１の固定磁性層１１の磁化の方向は第２番目の磁界Ｈ１２の方向ＤＡに向くとともに、第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２との間で発生される交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）により第２の固定磁性層１２の磁化を第１の固定磁性層１１の磁化の方向と１８０度反対方向の第３番目の方向ＤＢに固定することができる。また、フリー磁性層４の一軸異方性の磁化容易軸の方向は、磁界Ｈ１２を第２番目の方向ＤＡに印加した場合はトラック幅方向に直交する方向ＤＡ、ＤＢに平行な方向に向けられるか、あるいは元の一軸異方性の磁化容易軸の方向が分散した状態となる。
【０１２２】
次に、図８Ｃに示すようにトラック幅方向に平行な方向Ｄ１（あるいは１８０度反対側を向く方向Ｄ１Ａ）に、先の第２番目の磁界Ｈ１２よりも弱いアニール磁界Ｈ２２を印加しながら４３３Ｋ〜５１３Ｋ（１６０℃〜２４０℃）に加熱する磁場中アニール処理を施すことでフリー磁性層４の一軸異方性の磁化容易軸の方向をトラック幅方向に平行な方向Ｄ１（あるいは１８０度反対側を向くＤ１Ａ方向）に揃える。なお、この工程で行う磁場中アニール処理は、必要に応じて行えば良く、省略した上で後述の書込ヘッドの製造工程を実施しても差し支えない。
【０１２３】
次に、磁化の方向を図８Ｃに示すように揃えた積層体の両側に、図２に示すような縦バイアス層７と電流リード層８を形成後、図５に示すようにインダクティブヘッドｈ２を形成するための書込ヘッド形成プロセスを図８Ｄに示すように実施する。このインダクティブヘッドｈ２の製造には、積層体上に上部ギャップ層１６６と上部シールド層１６７を形成し、この上部シールド層１６７をインダクティブヘッド用の下部コア層１６７として兼用し、その上にギャップ層１７４を形成し、その上に平面的に螺旋状となるようにパターン化された誘導コイル１７６をフォトリソグラフィ法によって形成する。次にこの誘導コイル１７６を覆うように絶縁材料層１７７を形成する。この絶縁材料層１７７を形成する際に樹脂層を塗布してから硬化させるために４７３Ｋ〜５５３Ｋ（２００℃〜２８０℃）の範囲の温度に加熱する熱処理を行う。熱処理後に上部コア層１７８を形成し、この上部コア層１７８を加工して書込用磁気ギャップＷＧを構成した後保護層１７９を形成する。
【０１２４】
ここで先の樹脂硬化のための熱処理において４７３Ｋ（２００℃）以上に加熱すると、図８Ｅに示すように積層体の上下に上部シールド層１６７と下部シールド層１６３を設けていてもフリー磁性層４及び下部シールド層１６３及び上部シールド層１６７の一軸異方性の磁化容易軸は方向性が乱れ、いわゆる異方性分散を生じる。
よって次に、図８Ｆに示すように再度トラック幅方向に平行な方向Ｄ１Ａに４００ｋＡ／ｍ以下の第３番目の磁界Ｈ１３を印加しながら４３３Ｋ〜５１３Ｋ（１６０℃〜２４０℃）の範囲の第３番目の熱処理温度Ｔ３に加熱する磁場中アニール処理を施すことで、第１の固定磁性層１１と第２の固定磁性層１２の磁化の向きをトラック幅方向に直交する第２番目の方向ＤＡに対して角度θだけ傾斜させた第４番目の方向Ｄ１４に向けることができるとともに、フリー磁性層４及び下部シールド層１６３及び上部シールド層１６７の一軸異方性の磁化容易軸の方向をトラック幅方向に平行な方向Ｄ１Ａに揃えることができる。ここで傾斜角度θの制御は、第３番目の磁界Ｈ１３の大きさで制御することができるが、この磁界があまり大きいと積層フェリピンド構造を崩してしまうので、積層フェリピンド構造の交換結合磁界よりも小さな磁界を印加することが好ましい。また、第３番目の磁界Ｈ１３の大きさを調整するとともに、第３番目の熱処理温度Ｔ１３を調節することによっても傾斜角度θの大きさを調節することが可能である。
【０１２５】
次に、先の積層体の両側に設けた縦バイアス層７、７に対して先の第３番目の磁界Ｈ１３を印加して第２の固定磁性層１２の磁化を傾斜させた方向と逆の第５番目の方向Ｄ１５に第４番目の磁界Ｈ１４を印加して縦バイアス層７の着磁を行う。ここで縦バイアス層７の着磁を行うには、これまで形成したもの全体を電磁石などの磁気発生装置の内部に設置し、室温で４００ｋＡ／ｍ程度以上の磁場をフリー磁性層４の一軸異方性を付与した方向に印加することで行う。この処理により、縦バイアス層７の着磁を行うことができ、縦バイアス層７の着磁方向にほぼ沿うようにフリー磁性層４の磁化の方向を揃えることができる。
【０１２６】
以上のように製造された磁気抵抗型薄膜素子に対し、電流リード層８に対して検出電流を流すことで検出電流磁界Ｈｊが作用しフリー磁性層４の磁化の向きを斜め方向に変化させるので図８Ｇに示すようにフリー磁性層４の磁化方向が右斜め下向きとなり、結果的に固定磁性層１１、１２の磁化方向とフリー磁性層４の磁化方向が直交することになる。
【０１２７】
以上の状態の磁気抵抗型薄膜素子に対して磁気記録媒体からの漏れ磁界が作用すると、固定磁性層１１、１２の磁化方向に対して直交していたフリー磁性層４の磁化の向きが、漏れ磁界の強さに応じて回転し、その回転角に応じた抵抗変化が生じるので、この抵抗変化に応じた検出電流変化を出力としてとらえることで磁気記録媒体からの漏れ磁界を検出することができる。
【０１２８】
なお、前記第２の例の製造方法は、第１の固定磁性層１１の磁気的膜厚よりも第２の固定磁性層１２の磁気的膜厚が大きい場合の構造の製造方法について述べたが、第１の固定磁性層１１の磁気的膜厚が第２の固定磁性層１２の磁気的膜厚よりも大きい場合の構造を製造する場合、更に第３番目の磁界Ｈ１３が、約２４０Ａ／ｍ〜４００ｋＡ／ｍ以上の場合の印加方向について以下に説明する。
固定磁性層１１、１２の磁気的膜厚と印加磁界の強さおよび方向の関係は先の第１の例の製造方法の説明において表１と表２を用いて説明した場合と類似の関係となる。
この場合、表１、表２の場合と異なるのは、第１の固定磁性層１１に既に反強磁性層１との交換異方性が作用していることであり、表１、表２と同じ磁界を印加しても完全にその矢印の方向に磁化を向けることはできずに、その方向に傾くこととなる。
また、この場合においては、積層膜の上下にシールド層１６３、１６７が存在するために、印加した磁界の一部がシールド層１６３、１６７に吸われ、固定磁性層１１やフリー磁性層４に作用する実効磁場は印加磁界の略半分以下となる。
【０１２９】
よって、前記第２の例の製造方法において、前記第３番目の磁界Ｈ１３を印加する場合に略８Ｋ〜８０ＫＡ／ｍ、あるいは、それ以上、略１２０ｋＡ／ｍ〜４００ｋＡ／ｍ以下、の弱い磁界とする場合は、第３番目の磁界Ｈ１３をトラック幅方向と平行なＤ１Ａと１８０度反対方向の第３番目の方向Ｄ１に向けて印加する。
また、第３番目の磁界Ｈ１３を印加する場合に、略１２０ｋＡ／ｍ〜４００ｋＡ／ｍ以上の磁界を印加する場合も、トラック幅方向と平行な方向Ｄ１に向けるものとする。ただし、第３番目の磁界Ｈ１３を印加する場合に、４００ｋＡ／ｍ以上の磁界を印加すると磁化の方向を角度θだけ傾斜させるように正確に制御することが容易ではないので、印加磁界としては８Ｋ〜８０ＫＡ／ｍあるいはそれ以上、略２４０ｋＡ／ｍ〜４００ｋＡ／ｍの弱い磁界の方が好ましい。
【０１３０】
「第２実施形態」
図９は、本発明の第２実施形態のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の模式的構造断面図、図１０は図９に示すスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を磁気記録媒体との対向面から見た場合の構造を模式的に示す断面図である。
この実施形態のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２においても図１〜図３に示すスピンバルブ型磁気抵抗効果素子と同様に、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磁気記録媒体の記録磁界を検出するものである。
この第２実施形態のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子ＧＭＲ２は、固定磁性層１１、１２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層に分断したものである。
【０１３１】
図９と図１０に示す構造において、図１〜図３に示す第１実施形態の構造と同じものには同一符号を付してそれらの部分の詳細な説明は省略する。
この第２実施形態の構造において、反強磁性層１の上に第１の固定磁性層１１と非磁性中間層１０と第２の固定磁性層１２と非磁性導電層３が積層されている構造については先の第１実施形態と同等であるが、非磁性導電層３上に、第１のフリー磁性層２０、非磁性中間層２１、第２のフリー磁性層２２、保護層５の順に積層されて積層体Ｓ２が構成されている。前記各層を構成する材料は先の実施形態のものと同等で良い。
【０１３２】
即ち、第１の固定磁性層１１及び第２の固定磁性層１２は、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。また非磁性中間層１０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。非磁性導電層３はＣｕ、Ｃｒなどで形成されている。
【０１３３】
また、本実施形態では、第１のフリー磁性層２０と第２のフリー磁性層２２との間に介在する非磁性中間層２１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。
前記第１の固定磁性層１１の磁化と第２の固定磁性層１２の磁化は、互いに反平行に磁化されたフェリ状態となっており、例えば第１の固定磁性層１１の磁化は先の第１実施形態の構造と同等に、第２の固定磁性層１２の磁化は先の第１実施形態の構造と同等の方向に固定されている。
【０１３４】
図９と図１０に示す非磁性導電層３の上には、第１のフリー磁性層２０が形成されている。図９、図１０に示すように前記第１のフリー磁性層２０は２層で形成されており、非磁性導電層３に接する側にＣｏからなる第１のフリー層２７が形成されている。非磁性導電層３に接する側にＣｏからなる第１のフリー層２７を形成するのは、第１に△Ｒ／Ｒを大きくできることと、第２に非磁性導電層３との元素拡散を防止するためである。
前記第１のフリー層２７の上にはＮｉＦｅ合金などからなる第１のフリー層２８が形成されている。さらに、第２のフリー層２８上には、非磁性中間層２１が形成されている。そして前記非磁性中間層２１の上には、第２のフリー磁性層２２が形成され、さらに前記第２のフリー磁性層２２上には保護層５が形成されている。
前記第２のフリー磁性層２２は、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。
【０１３５】
図９、図１０に示す反強磁性層１から保護層５までの積層体Ｓ２は、その側面が傾斜面に削られ、前記積層体Ｓ２は断面等脚台形状に形成されている。前記積層体Ｓ２の両側には、先の実施形態の構造と同様に縦バイアス層７と電流リード層８が積層されている。前記縦バイアス層７が図示Ｘ１方向と１８０度反対方向に磁化されていることによって縦バイアス磁界がフリー磁性層２０に印加され、フリー磁性層２０の磁化が検出電流磁界が印加されていない状態において図示Ｘ１方向と概略１８０度反対方向に揃えられている。
【０１３６】
図９、図１０に示す第１のフリー磁性層２０と第２のフリー磁性層２２の間には非磁性中間層２１が介在され、前記第１のフリー磁性層２０と第２のフリー磁性層２２間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、前記第１のフリー磁性層２０の磁化と第２のフリー磁性層２２の磁化は互いに反平行状態（フェリ状態）にされている。
【０１３７】
図９、図１０に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子では、例えば第１のフリー磁性層２０の膜厚ｔＦ１は、第２のフリー磁性層２２の膜厚ｔＦ２よりも小さく形成されている。
そして、前記第１のフリー磁性層２０の磁気的膜厚（Ｍｓ・ｔＦ１）は、第２のフリー磁性層２２の磁気的膜厚（Ｍｓ・ｔＦ２）よりも小さく設定されており、検出電流磁界が作用していない状態において、縦バイアス層７から図示Ｘ１方向と概略１８０度反対方向にバイアス磁界が与えられると、磁気的膜厚（Ｍｓ・ｔＦ２）の大きい第２のフリー磁性層２２の磁化が前記バイアス磁界の影響を受けて図示Ｘ１方向と概略１８０°反対方向に揃えられるとともに、前記第２のフリー磁性層２２との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、磁気的膜厚（Ｍｓ・ｔＦ１）の小さい第１のフリー磁性層２０の磁化は図示Ｘ１に近い方向に揃えられるようになっている。
【０１３８】
ただし、本第２実施形態においても、検出電流磁界Ｈｊが作用した場合、フリー磁性層２０、２２の磁化の方向と固定磁性層１１、１２の磁化の方向が図３に示す場合と同等の角度関係となる。しかし、本第２実施形態ではフリー磁性層が第１のフリー磁性層２０と第２のフリー磁性層２２の２層構造からなるので、磁気的膜厚の大きな第２のフリー磁性層２２の磁化の方向が図３に示す第１実施形態の場合のフリー磁性層４の磁化Ｍｆの方向と同じ方向になり、磁気的膜厚の小さな第１のフリー磁性層２０の磁化の方向が図３に示す第１実施形態の場合のフリー磁性層４の磁化Ｍｆの方向と１８０度反対方向になる。
【０１３９】
図９と図１０のＹ方向から磁気記録媒体の外部磁界が侵入してくると、前記第１のフリー磁性層２０と第２のフリー磁性層２２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、△Ｒ／Ｒに奇与する第１のフリー磁性層２０の変動磁化と、第２の固定磁性層１２の固定磁化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。
その際、縦バイアス層７の磁化によりフリー磁性層２０、２２に縦バイアス磁界が印加されているので、バルクハウゼンノイズを生じない円滑な抵抗変化を得ることができる。
本第２実施形態の構造において、その他の効果については先の第１実施形態のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子と同等であり、検出電流磁界Ｈｊが作用した場合に第１のフリー磁性層２０の磁化の向きと第２のフリー磁性層２２の磁化の向きとが共に固定磁性層２の磁化の向きと直交するように構成され、これによりアシンメトリを減少させることができる。
【０１４０】
「第３実施形態」
図１１と図１２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の構造を模式図的に示した横断面図である。
この形態の磁気抵抗効果型薄膜磁気素子ＧＭＲ３は、図１〜図３に示すように基板に近い底部側に反強磁性層を備えたボトムタイプスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の膜構成を逆にして形成したトップタイプスピンバルブ型磁気抵抗効果素子である。
【０１４１】
即ち、図１１と図１２に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子ＧＭＲ３にあっては下地膜３０、ＮｉＦｅ膜３２、Ｃｏ膜３３（ＮｉＦｅ膜３２とＣｏ膜３３を合わせてフリー磁性層３１）、非磁性導電層３４、第２の固定磁性層３５、非磁性中間層３６、第１の固定磁性層３７、反強磁性層３８、保護層３９の順で積層されて積層体Ｓ３が構成されている。
前記反強磁性層３８は、先の第１実施形態の反強磁性層１と同等のＰｔＭｎ合金あるいはＸＭｎ合金、ＸＭｎＸ’合金で形成されていることが好ましい。
【０１４２】
次に図１１と図１２に示す第１の固定磁性層３７と第２の固定磁性層３５との間に介在する非磁性中間層３６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。
図１１と図１２に示すスピンバルブ型磁気抵抗効果素子ＧＭＲ３では、例えば第１の固定磁性層３７の膜厚ｔＰ１は、第２の固定磁性層３５の膜厚ｔＰ２と異なる値で形成され、例えば前記第１の固定磁性層３７の膜厚ｔＰ１の方が、第２の固定磁性層３５の膜厚ｔＰ２よりも厚く形成されている。
前記第１の固定磁性層３７の磁化と第２の固定磁性層３５の磁化は、互いに反平行に磁化されたフェリ状態となっており、例えば第１の固定磁性層３７及び第２の固定磁性層３５の磁化は図１１に示すＹ方向成分及び図１２に示すＸ１方向成分を有する方向に固定されている。
なお、図１２に示すように、下地膜３０から保護層３９までの積層体Ｓ３の左右両側には、先の第１実施形態の構造と同様に縦バイアス層７と電流リード層８とが形成されており、前記縦バイアス層７から縦バイアス磁界が印加されることによって、フリー磁性層３１の磁化が図示Ｘ１方向と１８０度反対方向に揃えられている。
【０１４３】
ただし、本第３実施形態においても、検出電流磁界Ｈｊが作用した場合、フリー磁性層３１の磁化の方向と固定磁性層３５、３７の磁化の方向が図３に示す場合とから類推されるものと同様の角度関係となる。
【０１４４】
図１１と図１２におけるスピンバルブ型磁気抵抗効果素子ＧＭＲ３では、前記電流リード層８からフリー磁性層３１、非磁性導電層３４、及び固定磁性層３５、３７に検出電流が与えられる。記録媒体から図１２に示す図示Ｙ方向に磁界が与えられると、フリー磁性層３１の磁化は図示Ｘ１方向と１８０度反対方向からＹ方向に変動し、このときの非磁性導電層３４とフリー磁性層３１との界面、及び非磁性導電層３４と第２の固定磁性層３５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。
その際、縦バイアス層７の磁化によりフリー磁性層３１に縦バイアス磁界が印加され、検出電流により検出電流磁界Ｈｊが作用される結果として図３に示す磁化方向から類推される場合と同様に、フリー磁性層３１の磁化の方向と固定磁性層３５、３７の磁化の方向が９０度に交差した状態となり、この状態のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子ＧＭＲ３に記録媒体からの漏れ磁界が作用してフリー磁性層３１の磁化の向きが回転するので、大きな抵抗変化を得ることができるとともに、縦バイアスによりフリー磁性層３１を単磁区化できるのでバルクハウゼンノイズを生じない円滑な抵抗変化を得ることができる。
本第３実施形態の構造において、その他の効果については先の第１実施形態のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子と同等であり、即ち、検出電流磁界Ｈｊが作用した場合にフリー磁性層３１の磁化の向きが第１の固定磁性層３７あるいは第２の固定磁性層３５の磁化の向きと直交するように構成され、これによりアシンメトリを減少させることができる。
【０１４５】
「第４実施形態」
図１３は、本発明の第４実施形態のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を模式図的に示した横断面図、図１４は図１３に示すスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を記録媒体との対向面から見た場合の断面構造を模式的に示す断面図である。
この第４実施形態のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子ＧＭＲ４は、図９と１０に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子の積層の順番を逆にしたものである。
即ち、下から、下地膜４０、第２のフリー磁性層４１、非磁性中間層４２、第１のフリー磁性層４３、非磁性導電層４６、第２の固定磁性層４７、非磁性中間層４８、第１の固定磁性層４９、反強磁性層５０、及び保護層５１の順で積層されたトップタイプのスピンバルブ型磁気抵抗効果素子とされている。
前記下地膜４０及び保護層５１は例えばＴａなどで形成されている。前記反強磁性層５０は、ＰｔＭｎ合金、ＸＭｎ合金、あるいはＸＰｔＸ’合金で形成されていることが好ましい。
【０１４６】
第１の固定磁性層４９及び第２の固定磁性層４７は、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。また非磁性中間層４８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。さらに非磁性導電層４６はＣｕなどで形成されている。
【０１４７】
図１４に示すスピンパルプ型磁気抵抗効果素子ＧＭＲ４では、フリー磁性層が２層に分断されて形成されており、非磁性導電層４６に接する側に第１のフリー磁性層４３が形成され、もう一方のフリー磁性層が、第２のフリー磁性層４１となっている。
図１４に示すように前記第１のフリー磁性層４３は２層で形成されており、非磁性導電層４６に接する側に形成された第１フリー層４５はＣｏ膜で形成されている。また、非磁性中間層４２に接する側に形成された第１フリー層４４と、第２のフリー磁性層４１は、例えばＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されていて、これらの積層により積層体Ｓ４が構成されている。
【０１４８】
図１４に示す下地膜４０から保護層５１までの構成の積層体Ｓ４は、その側面が傾斜面に削られ、前記積層体Ｓ４は断面台形状で形成されている。前記積層体Ｓ４の傾斜部分の両側には、先の構造と同様に縦バイアス層７と電流リード層８とが積層されており、前記縦バイアス層７が図示Ｘ１方向と１８０度反対方向に磁化されていることによりバイアス磁界がフリー磁性層４３に作用され、フリー磁性層４３の磁化が図示Ｘ１方向と概略１８０度反対方向に揃えられている。
【０１４９】
図１３と図１４に示す第１のフリー磁性層４３と第２のフリー磁性層４１の間には非磁性中間層４２が介在され、前記第１のフリー磁性層４３と第２のフリー磁性層４１間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、前記第１のフリー磁性層４３の磁化と第２のフリー磁性層４１の磁化は１８０度反対方向の反平行状態（フェリ状態）となっている。図１４に示すスピンバルブ型磁気抵抗効果素子ＧＭＲ４では、例えば第１のフリー磁性層４３の膜厚ｔＦ１は、第２のフリー磁性層４１の膜厚ｔＦ２より大きく形成されている。そして前記第１のフリー磁性層４３の磁気的膜厚（Ｍｓ・ｔＦ１）は、第２のフリー磁性層４１の磁気的膜厚（Ｍｓ・ｔＦ２）よりも大きくなるように設定されており、縦バイアス層７から図示Ｘ１方向と１８０度反対方向にバイアス磁界が与えられると、磁気的膜厚（Ｍｓ・ｔＦ１）の大きい第１のフリー磁性層４３の磁化が前記バイアス磁界の影響を受けて、図示Ｘ１方向と概略１８０度反対方向に揃えられ、前記第１のフリー磁性層４３との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって磁気的膜厚（Ｍｓ・ｔＦ２）の小さい第２のフリー磁性層４１の磁化は図示Ｘ１方向に近い方向に揃えられる。
また本発明では、第１のフリー磁性層４３と第２のフリー磁性層４１との間に介在する非磁性中間層４２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。
【０１５０】
なお、本実施形態において、第１のフリー磁性層４３の膜厚ｔＦ１が、第２のフリー磁性層４１の膜厚ｔＦ２よりも小さく形成されても良く、前記第１のフリ一磁性層４３の磁気的膜厚（ＭＳ・ｔＦ１）が第２のフリー磁性層４１の磁気的膜厚（ＭＳ・ｔＦ２）よりも小さく設定されていてもよい。ただしその場合、大きな磁気的膜厚とした第２のフリー磁性層４１の磁化の方向がＸ１方向と概略１８０度反対方向に向き、小さな磁気的膜厚とした第１のフリー磁性層４３の磁化の方向がＸ１方向に近い方向となる。
【０１５１】
ただし、本第４実施形態においても、検出電流磁界Ｈｊが作用した場合、フリー磁性層４１、４３の磁化の方向と固定磁性層４９、４７の磁化の方向が図３から類推されるものと同様の角度関係となる。しかし、本第４実施形態ではフリー磁性層が第１のフリー磁性層４３と第２のフリー磁性層４１の２層構造からなるので、磁気的膜厚の大きな第１のフリー磁性層４３の磁化の方向が前記第３の実施形態の場合のフリー磁性層４の磁化Ｍｆの方向に相当する方向になり、磁気的膜厚の小さな第２のフリー磁性層４１の磁化の方向が第３の実施形態の場合のフリー磁性層４の磁化Ｍｆの方向と１８０度反対方向になる。
【０１５２】
図１４に示すスピンバルブ型磁気抵抗効果素子ＧＭＲ４に対して図示Ｙ方向から磁気記録媒体からの外部磁界が侵入してくると、前記第１のフリー磁性層４３と第２のフリー磁性層４１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△Ｒ／Ｒに奇与する第１のフリー磁性層４３の磁化方向と、第２の固定磁性層４７の固定磁化との関係によって電気抵抗が変化し、外部磁界の信号が検出される。
その際、縦バイアス層７の作用させるバイアス磁界によりフリー磁性層４１、４３が単磁区化されているので、バルクハウゼンノイズを生じない円滑な抵抗変化を得ることができる。
【０１５３】
本第４実施形態の構造において、その他の効果については先の第１実施形態のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子と同等であり、検出電流磁界Ｈｊが作用した場合にフリー磁性層４３、４１の磁化の向きが第１の固定磁性層４９あるいは第２の固定磁性層４７の磁化の向きと直交するように構成され、これによりアシンメトリを減少させることができる。
【０１５４】
【実施例】
以下の積層構造のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を用いて試験を行った。
アルチック（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）基板／アルミナ下地層（Ａｌ２Ｏ３下地層）／下部シールド層；非晶質Ｃｏ−Ｎｂ−Ｚｒ合金膜；厚さ１×１０−６ｍ）／下部ギャップ層（Ａｌ２Ｏ３層：厚さ５００Å）／下地層；Ｔａ（厚さ３０Å）／反強磁性層；ＰｔＭｎ（厚さ３００Å）／第１の固定磁性層；Ｃｏ（厚さ１５Å）／非磁性中間層；Ｒｕ（厚さ８Å）／第２の固定磁性層；Ｃｏ（厚さ２０Å）／非磁性導電層；Ｃｕ（厚さ２７Å）／フリー磁性層；Ｃｏ（厚さ１０Å）＋ＮｉＦｅ（厚さ５０Å）／保護層；Ｔａ（厚さ３０Å）／上部ギャップ層（Ａｌ２Ｏ３層：厚さ８５０Å）／上部シールド層；パーマロイ（Ｎｉ−Ｆｅ合金；厚さ３×１０−６ｍ）の積層構造の積層体に対し、その両側に縦バイアス層（Ｃｏ−Ｐｔ合金、厚さ３００Å）と電流リード層（Ｃｒ層、厚さ１２００Å）を積層した構造のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を製造する場合に本発明方法を適用した。
【０１５５】
先に図７を基に説明した製造方法を実施して上記積層構造のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を製造した。まず、アルチック（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）／Ａｌ２Ｏ３下地層からなるウェハ基板上にスパッタ装置を用いて厚さ１×１０−６ｍの下部シールド層を成膜した。このウェハ基板上にスパッタ装置を用いて厚さ５００Åの下部ギャップ層（アルミナ層）を形成し、その上にＴａ下地層、反強磁性層を成膜し、次に、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を順次先に記載した膜厚になるように成膜した。また、前記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層を成膜する場合に、個々にトラック幅方向に対して９０度交差する方向に磁界８ｋＡ／ｍを印加した。
続いて非磁性導電層を成膜し、続いてトラック幅方向に沿う第１の方向に第１の磁界を印加しながらフリー磁性層を成膜し、更に保護層をスパッタ装置で形成した。
【０１５６】
次に、図７Ｂに示すようにトラック幅方向に対して直交する方向ＤＡに対し、角度θ（θ＝１０°）だけ傾斜させた第２の方向Ｄ２に第２の磁界Ｈ２（磁界強さ４００ｋＡ／ｍを印加しながら第１の熱処理温度（５２３Ｋ；２５０℃）に加熱後徐冷する第１の熱処理（第１のアニール処理）を施す。この第１の熱処理によって反強磁性層を構成するＰｔＭｎ合金が不規則構造から規則構造化されて磁気的交換結合力が発揮され、第１の固定磁性層の磁化の向きを第２の方向Ｄ２に固定することができる。また、この第１の熱処理の際に第２の磁界Ｈ２を印加している間、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁化は両方とも第２の方向Ｄ２に向くが、第２の磁界Ｈ２を取り去ると第１の固定磁性層が第２の固定磁性層に作用させる磁気的交換結合磁界（ＲＫＫ相互作用）によって第２の固定磁性層の磁化の向きは第１の固定磁性層の磁化の向きと１８０度反対向きの反平行状態となる。
【０１５７】
この後、先の第２の磁界Ｈ２よりも小さな第１の磁界Ｈ１をトラック幅方向に平行な第１の方向Ｄ１に印加しながら４７３Ｋ（２００℃）に加熱するアニール処理を施し、フリー磁性層の一軸異方性の向きをトラック幅方向に揃えた。
次に、リフトオフ法により縦バイアス層と電極層を形成した後、スパッタ法により上部ギャップ、アルミナ層を８５０Å成膜した。次に、メッキ法によりパーマロイ（Ｎｉ−Ｆｅ合金）の上部シールド層を形成し、その後、記録ギャップ形成に引き続きコイルを形成した。このコイル上に上部コアを形成するが、その前にコイルを絶縁性の樹脂で覆う必要が有る。
この工程において、この積層体全体を４７３Ｋ（２００℃）に６０分間加熱するアニール処理を施した。このアニール処理は、図４ないし図６に示す磁気誘導型書込ヘッドを備えた実用的な薄膜磁気ヘッドを製造する場合に用いるコイル部絶縁用の熱硬化性樹脂を硬化させる場合の温度と処理時間に相当する。この熱処理によりフリー磁性層及び下部シールド層及び上部シールド層の一軸異方性の方向はばらつくことになる。
【０１５８】
次に、先の第２の磁界Ｈ２よりも十分に小さな第３の磁界Ｈ３（磁界強さ８０ｋＡ／ｍ）をトラック幅方向に平行な方向Ｄ１に印加しながら４７３Ｋ（２００℃）に加熱後に徐冷する第２の熱処理を施してフリー磁性層、下部シールド層及び上部シールド層の一軸異方性の方向をトラック幅方向に対して平行な方向Ｄ１に揃える。
次に、トラック幅方向に平行な第４の方向Ｄ４に第４の磁界Ｈ４を印加してハードバイアス層を第４の方向に着磁することでスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を得た。
【０１５９】
図１５は以上の製造方法により得られた２枚の上部シールド層形成済みウェハにおいて、ウェハ上に成膜したままの状態において上部シールド層の異方性磁界の測定結果と、書込ヘッド形成時に付加されると想定される熱処理が施された後の上部シールド層の異方性磁界の測定結果と、前記第２の熱処理が施された後の上部シールド層の異方性磁界の測定結果を示す図である。
図１５に示す測定結果から、上部シールド層の異方性磁界の値は書込ヘッド形成時の熱処理により一旦減少していることがわかるが、第２の熱処理により元の異方性磁界の大きさに回復していることがわかる。
【０１６０】
図１６は以上の製造方法により得られた２枚の上部シールド層形成後のウェハにおいて、ウェハ上に成膜したままの状態において上部シールド層の異方性角度分散の測定結果と、書込ヘッド形成時に付加されると想定される熱処理が施された後の上部シールド層の異方性角度分散の測定結果と、前記第２の熱処理が施された後の上部シールド層の異方性角度分散の測定結果を示す図である。
図１６において異方性角度分散として示すα９０とは、上部シールド層を形成したウェハ全面において、目的とする意図した磁化容易軸の方向に対して特定の角度以内とされた領域がウェハ全面に対して９０％存在する場合の前記特性の角度を測定するもので、異方性角度分散α９０が５度とは、目的とする意図した磁化容易軸の方向に対して５度以内のずれとされた領域がウェハ全面に対して９０％の面積比率で存在することを意味する。換言すると、ウェハ全面において局所的な部分での磁化容易軸のずれが、意図した方向から５度以上ずれている領域が１０％存在することを意味する。
【０１６１】
図１６に示す測定結果から、上部シールド層をメッキにより形成したままの状態では、異方性の角度分散は５度であるが書込ヘッド形成時アニール処理を施すと、異方性の角度分散は大きくなり、その後の最終工程後は異方性の角度分散は低下することが明らかである。換言するとウェハ全面レベルにおいて先の製造方法によれば、磁化容易軸方向の異方性分散を抑えることができる。
【０１６２】
図１７は、図１６に示す磁化容易軸の方向の局所的な変動に関して簡略図により説明するためのもので、図１７Ａに示すように上部シールド層をメッキしたままの状態では磁化容易軸の方向ａがある程度整っているものが、図１７Ｂに示すように書込ヘッド形成時アニール処理時に磁化容易軸の方向が乱れ、更に最終工程においてはその乱れが修正されてメッキのままの磁化容易軸の異方性の方向よりも更に良好に整えられていることを示す。
【０１６３】
ここで例えば、上部シールド層が図１７Ｂに示す状態のまま磁気ヘッドを製造すると、書込ヘッドで磁気記録媒体に磁気情報を書き込む度に上部シールド層の磁化の状態が異なることになり、これにより影響を受けて読出ヘッドが磁気記録媒体の磁気情報を読み出す際の周囲の磁気条件が一定にならなくなるので、再生出力が変動する等、磁気情報の読出精度が低下するおそれを有する。この点において図１７Ｃに示すように上部シールド層の磁化容易軸の向きが整っていると、書込ヘッドで繰り返し磁気信号の書き込みを行っても上部シールド層の磁化の方向性において変動はないので、上部シールド層の状態がスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の読出精度に悪影響を与えることがない。また、ウェハ全面において異方性の角度分散が小さいということは、１枚のウェハから多数のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を製造する場合に上部シールド層の異方性の角度分散がウェハの形成位置によって影響を受け難いこと、換言すると、１枚のウェハから多数のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を製造する場合の歩留まりを向上できることを意味する。
【０１６４】
図１８は先の製造方法における工程毎のフリー磁性層の保磁力の値を示すもので、３枚のウェハを用い、各ウェハにフリー磁性層を成膜後にフリー磁性層のトラック幅方向と直交する方向での保磁力を測定したところ、３つの試料においていずれも８０Ａ／ｍ前後以下の保磁力であり、このウェハに対して前記方法によって種々の工程を施し、書込ヘッド形成時のアニールを経た後で測定したフリー磁性層の保磁力は１６０〜２４０Ａ／ｍに上昇したことが明らかである。更に、第２の熱処理後のフリー磁性層の保磁力は成膜直後よりも低いレベルに低下したので本発明の効果が得られることが明らかである。
【０１６５】
図１９は先の製造方法の工程毎のフリー磁性層の異方性磁界の値を３つのウェハ試料で測定した結果を示すもので、成膜後においては３．５度前後の異方性磁界であったものが、書込ヘッド形成時のアニール処理において異方性磁界が低下し、第２の熱処理後においては、フリー磁性層の異方性磁界が上昇することが明らかであり、第２の熱処理後において成膜後の測定結果と大差ない３２０Ａ／ｍ前後の値に制御できることが明らかである。
【０１６６】
図２０は、フリー磁性層の磁化容易軸の方向の変動に関して簡略図により説明するためのもので、図２０Ａに示すように各層を形成したままの状態では異方性磁界の方向ａが整っているものが、図２０Ｂに示すように書込ヘッド形成時アニール処理時においてフリー磁性層の異方性磁界の方向ａが乱れ、第２の熱処理後においてはフリー磁性層の異方性磁界の方向が整えられることを示している。
【０１６７】
図２１は先に製造した積層体の第１の固定磁性層と第２の固定磁性層に対して左側から右向きにハードバイアス層からの縦バイアス磁界が作用した状態において、各固定磁性層の平面位置毎の磁化の向きをマイクロマグネティック・シュミレーションで測定した結果を示す。
図２１には第２の固定磁性層に対してハードバイアス層から縦バイアス磁界が作用された状態において、第２の固定磁性層の位置毎の磁化の方向と第１の固定磁性層の位置毎の磁化の方向とがどのような影響を受けるかについて位置毎に矢印により記載している。また、この積層体の構造において総合的交換結合磁界Ｈｅｘを７２ｋＡ／ｍとした。
【０１６８】
この構造においてハードバイアス磁界を受けて磁化の向きに影響を受けるのは主に磁気的膜厚の大きな第２の固定磁性層の磁化であり、この影響を受けた第２の固定磁性層の磁化の向きに対して１８０度反対向きに第１の固定磁性層の磁化の向きが向こうとする。特に、第２の固定磁性層において周辺部分がハードバイアス層の磁化の影響を受けて磁化の向きが斜め１０度から大きくずれており、これらの大きく角度ずれした第２の固定磁性層の周縁部の磁化の向きに合わせて第１の固定磁性層の周縁部分の磁化の向きが規定の斜め１０度から大きくずれている。
【０１６９】
図２１に示すような状態でもスピンバルブ型磁気抵抗効果素子としての機能を十分に得ることができるが、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子としての安定性をより高くするという目的のために、第２の固定磁性層と第１の固定磁性層の周縁部分での磁化の向きをより完全に揃えるためには、総合的交換結合磁界（Ｈｅｘ）を７２ｋＡ／ｍよりも大きな値とすることが好ましいことがわかる。
この図２１に示す固定磁性層の傾斜の状態から見て、第２の固定磁性層の周縁部分での磁化の向きのばらつきをできる限り少なくするためには、余裕を見て、総合的交換結合磁界（Ｈｅｘ）を９６ｋＡ／ｍよりも大きな値とすることが好ましいと思われる。
【０１７０】
ここで固定磁性層の周縁部分でハードバイアス磁界に影響されてハードバイアス層の磁界が作用する方向に磁化が向こうとする一方で、第２の固定磁性層はこれと反対方向に傾くように交換異方性を作用させているため、このフラストレーションにより磁化の向きの乱れが大きく強調される（スピンフロップを起こす）と、固定磁性層において磁化の方向が異なる領域を有することになり、言わば固定磁性層に複数の磁区が形成されたような状態となるので、フリー磁性層の磁化の方向が回転した際に抵抗変化が十分に発現され難くなり、記録媒体からの漏れ磁界の検出精度が低下するので好ましくない。また、この磁化の傾きが強調された領域が存在するとスピンバルブ型磁気抵抗効果素子としての安定性が損なわれるおそれもある。
また、固定磁性層の周縁部分とは、薄膜磁気ヘッドにおいてはＡＢＳ面近傍の磁気記録媒体に最も近い位置を含む。磁気記録媒体に最も近い部分においては、反磁界の影響で固定磁性層の磁化の乱れが強調されるということになり、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子としての安定性に特に影響が大きいものと思われる。このため、固定磁性層の傾斜角θを３０度以下、より好ましくは１５度以下、最も好ましくは１０度以下に抑えるのは、出力低下を抑える以外にこのような不安定性を抑える目的も有している。
【０１７１】
【発明の効果】
以上詳述した本発明によれば、磁化の向きを交差させて設けるフリー磁性層と第１の固定磁性層および第２の固定磁性層を有し、検出電流を流してフリー磁性層の磁化の変動に起因する電気抵抗値変化に基づいて外部磁界を検出する構成のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子において、検出電流を流して検出電流磁界を作用させて外部磁界が印加されていない状態においてフリー磁性層に対して検出電流磁界を作用させてフリー磁性層の磁化の方向を傾斜させた場合に、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の固定磁化の方向に対してフリー磁性層の磁化の方向を直交状態に近くなるように角度θ傾斜させたので、磁気記録媒体からの外部磁界が作用した状態と作用していない状態の抵抗変化を大きくすることができると同時に出力のアンバランス特性の指標となるアシンメトリを減少させることができる。
前記傾斜角度θを２度以上３０度以下とすることで出力を十分に高くした上で出力に影響を及ぼすことなくアシンメトリを減少させることができ、傾斜角度θを３度以上１５度以下とすることで出力に影響を及ぼすことなくアシンメトリを更に減少させることができ、３度以上１０度以下とすることで出力に影響を及ぼすことなくより一層アシンメトリを減少させることができる。
【０１７２】
第１の固定磁性層と第２の固定磁性層を設ける場合、第１の固定磁性層よりも第２の固定磁性層の磁気的膜厚を大きくすることで第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁化の方向を反平行状態とした上で反強磁性層から受ける磁気的交換結合力を効率良く発揮させて磁化の固定力を強く作用させることができ、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁化の向きを安定保持する力を強く発揮させることができるとともに、抵抗変化率ΔＲ／Ｒも大きな値に保つことができる。
第１の固定磁性層の磁化と第２の固定磁性層の磁化を強く固定するために用いる反強磁性層の構成材料としてＸＭｎ合金、ＸＭｎＸ’合金を用いることが好ましく、これらの合金を用いることでＦｅＭｎ等の従来材料よりもブロッキング温度が高く、より高温で安定した磁化の固定力を得ることができる。
【０１７３】
また、反強磁性層が第１の固定磁性層と第２の固定磁性層に作用させる総合的交換結合磁界の値として９６ｋＡ／ｍ以上とするならば、縦バイアス層が作用させる縦バイアス磁界により磁化の方向に影響を受け難い安定した固定磁化を有するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【０１７４】
次に本発明の製造方法によれば、固定磁性層を２層に分断した構造のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を製造する際に反強磁性層に対しトラック幅方向に直交する方向に対して角度θ傾斜させた第２の磁界を印加しつつ第１の熱処理を施すことで固定磁性層の磁化の方向をトラック幅方向に直交する方向から予め角度θ傾斜させておくことができ、これにより検出電流磁界が作用した状態において固定磁性層とフリー磁性層が目的の角度で交差するように磁化の向きを調整できる。よって、本発明方法により検出電流磁界を作用させて磁気記録媒体からの磁気情報を読み出す場合に、高い出力を有したままアシンメトリの少ない高い読み出し精度を有するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【０１７５】
次に、前記第１の熱処理の後に第２の熱処理を行い、第２の熱処理においてフリー磁性層の一軸異方性の方向をトラック幅方向に揃えるならば、第１の熱処理と第２の熱処理の間に記録用誘導型磁気ヘッドを形成するための熱処理工程を施して、記録用誘導型磁気ヘッドを形成するための熱処理工程によりフリー磁性層や上下シールド層の一軸異方性の向きが乱れても、第２の熱処理時にフリー磁性層や上下シールド層の一軸異方性の向きを再度揃えることができるので、フリー磁性層や上下シールド層の一軸異方性の向きを揃えたスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【０１７６】
また、本発明の製造方法において、固定磁性層を２層に分断した構造のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を製造する際にトラック幅方向と直交する方向に第２番目の磁界を印加しつつ第１番目の熱処理を施すことで反強磁性層による交換結合磁界を発揮させて第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁化の向きを固定した後、縦バイアス層を形成し、フリー磁性層の一軸異方性の向きを整え、次いで第３番目の磁界を印加しつつ第２番目の熱処理を施すことで固定磁性層の磁化の向きをトラック幅方向に直交する方向から角度θ傾斜させることができるので、検出電流磁界が作用した状態において固定磁性層とフリー磁性層が目的の角度で交差するように磁化の向きを調整できる。よって、本発明方法により検出電流磁界を作用させて磁気記録媒体からの磁気情報を読み出す場合に、高い出力を有したままアシンメトリの少ない高い読み出し精度を有するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【０１７７】
次に、前記第１番目の熱処理の後に第２番目の熱処理を行い、第２番目の熱処理において固定磁性層の磁化の向きを角度θ傾斜させるとともにフリー磁性層の一軸異方性の方向をトラック幅方向に揃えるならば、第１番目の熱処理と第２番目の熱処理の間に記録用誘導型磁気ヘッドを形成するための熱処理工程を施し、記録用誘導型磁気ヘッドを形成するための熱処理工程によりフリー磁性層や上下シールド層の一軸異方性の向きが乱れても、第２番目の熱処理時にフリー磁性層や上下シールド層の一軸異方性の向きを再度揃えることができるので、フリー磁性層や上下シールド層の一軸異方性の向きを揃えたスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【０１７８】
前記各製造方法において用いる反強磁性層としてＸＭｎ合金、ＸＭｎＸ’合金を用いることができ、これらの合金であるならば、熱処理によって不規則構造の状態から規則構造の状態に変化させることができ、この熱処理時に特定の方向に磁界を印加することで固定磁性層の磁化の方向を磁界の方向に揃えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の要部の積層構造を示す横断面図。
【図２】図１に示すスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の積層構造を記録媒体との対向面側から見た断面図。
【図３】本発明に係るスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の固定磁性層の磁化方向とフリー磁性層の磁化方向を示すもので、図３Ａは磁化方向の第１の例を示す構成図、図３Ｂは磁化方向の第２の例を示す構成図。
【図４】図１に示すスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を備えた磁気ヘッドの一例を示す斜視図。
【図５】図４に示す磁気ヘッドの断面図。
【図６】図４に示す磁気ヘッドの一部を断面とした斜視図。
【図７】本発明の製造方法の第１の例を説明するためのもので、図７Ａは反強磁性層と固定磁性層とフリー磁性層の積層状態の磁化の方向を示す図、図７Ｂは第１の熱処理工程後の磁化の方向を示す図、図７Ｃはフリー磁性層に一軸異方性を付与するための熱処理工程後の磁化の方向を示す図、図７Ｄは記録用誘導型磁気ヘッドの形成工程を示す図、図７Ｅは記録用誘導型磁気ヘッドの形成工程後の磁化の方向を示す図、図７Ｆは第２の熱処理工程後の磁化方向を示す図、図７Ｇはハードバイアス膜の着磁工程後の磁化方向を示す図である。
【図８】本発明の製造方法の第２の例を説明するためのもので、図８Ａは反強磁性層と固定磁性層とフリー磁性層の積層状態の磁化の方向を示す図、図８Ｂは第１番目の熱処理工程後の磁化方向を示す図、図８Ｃはフリー磁性層に一軸異方性を付与するための熱処理工程後の磁化方向を示す図、図８Ｄは記録用誘導型磁気ヘッドの形成工程を示す図、図８Ｅは記録用誘導型磁気ヘッドの形成工程後の磁化の方向を示す図、図８Ｆは第２番目の熱処理工程後の磁化を示す図、図８Ｇはハードバイアス膜の着磁工程後の磁化方向を示す図である。
【図９】本発明に係る第２実施形態のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の横断面図。
【図１０】図９に示す第２実施形態のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を記録媒体との対向面側から見た断面図。
【図１１】本発明に係る第３実施形態のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の横断面図。
【図１２】図１１に示す第３実施形態のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を記録媒体との対向面側から見た断面図。
【図１３】本発明に係る第４実施形態のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の横断面図。
【図１４】図１３に示す第４実施形態のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を記録媒体との対向面側から見た断面図。
【図１５】図１５は実施例の積層体における上部シールド層の異方性磁界の工程毎の値を示すグラフ。
【図１６】図１６は実施例の積層体における上部シールド層の異方性角度分散の工程毎の値を示すグラフ。
【図１７】図１７は上部シールド層の工程毎の磁化容易軸の向きを示すもので、図１７Ａはメッキした状態の上部シールド層の磁化容易軸の方向を示す図、図１７Ｂは書込ヘッド形成時アニール処理後の上部シールド層の磁化容易軸の方向を示す図、図１７Ｃは第２の熱処理後の上部シールド層の磁化容易軸の方向を示す図である。
【図１８】図１８は実施例の積層体におけるフリー磁性層の保磁力の工程毎の値を示すグラフ。
【図１９】図１９は実施例の積層体におけるフリー磁性層の異方性磁界の工程毎の値を示す図である。
【図２０】図２０はフリー磁性層の工程毎の磁化容易軸の方向を示すもので、図２０Ａは成膜した状態のフリー磁性層の磁化容易軸の方向を示す図、図２０Ｂは書込ヘッド形成時アニール処理後のフリー磁性層の磁化容易軸の方向を示す図、図２０Ｃは第２の熱処理後のフリー磁性層の磁化容易軸の方向を示す図である。
【図２１】図２１は実施例の積層体における第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の位置毎の磁化の向きを示す図である。
【図２２】従来のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の一例を示す断面図。
【図２３】従来のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の単層構造の固定磁性層とフリー磁性層の磁化の方向の一例を示す図。
【図２４】従来のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の複層構造の固定磁性層とフリー磁性層の磁化の方向の一例を示す図。
【図２５】従来の複層構造の固定磁性層を有するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の製造方法の一例を示す図。
【符号の説明】
１・・・反強磁性層、                  ２・・・固定磁性層、
３・・・非磁性導電層、                ４・・・フリー磁性層、
１０…非磁性中間層、              １１・・・第１の固定磁性層、
１２・・・第２の固定磁性層、            ７・・・縦バイアス層、
８・・・電流リード層、                θ・・・角度、
２０・・・第１のフリー磁性層、        ２２・・・第２のフリー磁性層、
Ｈ１…第１の磁界、                    Ｈ２…第２の磁界、
Ｈ３…第３の磁界、                    Ｈ４…第４の磁界、
Ｄ１…第１の方向、                    Ｄ２…第２の方向、
Ｄ３…第３の方向、                    Ｄ４…第４の方向、
ＤＡ…トラック幅方向に直角な方向、    Ｈ１１…第１番目の磁界、
Ｈ１２…第２番目の磁界、              Ｈ１３…第３番目の磁界、
Ｈ１４…第４番目の磁界、              Ｈ１５…第５番目の磁界、
Ｄ１４…第４番目の方向、              Ｄ１５…第５番目の方向。
【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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