(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、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結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成され、前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ磁化方向が揃えられたフリー磁性層と、このフリー磁性層の磁化方向を前記方向へ揃えるための縦バイアス層と、少なくとも、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層、縦バイアス層の積層された積層体に検出電流を供給する一対の電極層とを有し、
前記フリー磁性層と前記縦バイアス層との間に、前記フリー磁性層と前記縦バイアス層との交換結合磁界の大きさを制御するとともにアップスピンを有する伝導電子の平均自由行程を延長するための平均自由行程延長層が形成され、
前記フリー磁性層と前記縦バイアス層との間に形成された前記平均自由行程延長層として、絶縁材料からなる鏡面反射層を有してなることを特徴とするスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項２】
前記フリー磁性層と前記縦バイアス層との間に形成された前記平均自由行程延長層として、非磁性導電材料からなるバックド層を有してなることを特徴とする請求項１記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項３】
前記バックド層の膜厚が、５〜３０オングストロームの範囲に設定されることを特徴とする請求項２記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項４】
前記バックド層が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕからなる群から選択された材料から構成されることを特徴とする請求項２または３記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項５】
前記鏡面反射層の膜厚が、５〜５００オングストロームの範囲に設定されることを特徴とする請求項１記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項６】
前記鏡面反射層が、伝導電子のスピン状態を保存する鏡面反射を生じる確率の高いエネルギーギャップを形成可能な材料から構成されることを特徴とする請求項５記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項７】
前記基板側から、少なくとも、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層、縦バイアス層の順で積層されてなることを特徴とする請求項１から６のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項８】
前記基板側から、少なくとも、縦バイアス層、フリー磁性層、非磁性導電層、固定磁性層、反強磁性層の順で積層されてなることを特徴とする請求項１から６のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項９】
前記一対の電極層は、少なくとも、フリー磁性層の膜面方向両側に位置されてなることを特徴とする請求項１から８のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項１０】
前記一対の電極層は、少なくとも、フリー磁性層、非磁性導電層、固定磁性層の膜面方向両側に位置されてなることを特徴とする請求項９記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項１１】
前記固定磁性層と前記フリー磁性層と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゜異なるフェリ磁性状態とされてなることを特徴とする請求項１から１０のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項１２】
前記反強磁性層および前記縦バイアス層は、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ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項１３】
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を特徴とする請求項１２記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
ＸｍＭｎ１００−ｍ
但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、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。
【請求項１４】
前記縦バイアス層は、下記の組成式からなる合金であることを特徴とする請求項１２記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
ＸｍＭｎ１００−ｍ
但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、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。
【請求項１５】
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を特徴とする請求項１２記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
ＰｔｍＭｎ１００−ｍ−ｎＺｎ
但し、Ｚ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。
【請求項１６】
前記縦バイアス層は、下記の組成式からなる合金であることを特徴とする請求項１２記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
ＰｔｍＭｎ１００−ｍ−ｎＺｎ
但し、Ｚ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。
【請求項１７】
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を特徴とする請求項１２記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
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。
【請求項１８】
前記縦バイアス層は、下記の組成式からなる合金であることを特徴とする請求項１２記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
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。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えたことを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
【請求項２０】
基板上に、少なくとも、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、平均自由行程延長層と、縦バイアス層とを積層し、積層体を形成する工程と、
積層されたこれらの層にトラック幅方向と直交する方向である第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度で熱処理し、前記反強磁性層および縦バイアス層に交換異方性磁界を発生させて、前記固定磁性層および前記フリー磁性層の磁化を同一方向に固定するとともに、前記反強磁性層の交換異方性磁界を前記縦バイアス層の交換異方性磁界よりも大とする工程と、
トラック幅方向に前記縦バイアス層の交換異方性磁界よりも大きく前記反強磁性層の交換異方性磁界よりも小さい第２の磁界を印加しつつ、前記第１の熱処理温度よりも高い第２の熱処理温度で熱処理し、前記フリー磁性層に前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向のバイアス磁界を付与する工程と、
前記積層体に検出電流を与える電極層を形成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２１】
基板上に、少なくとも、縦バイアス層と、平均自由行程延長層と、フリー磁性層と、非磁性導電層と、固定磁性層と、反強磁性層とを積層し、積層体を形成する工程と、
積層されたこれらの層にトラック幅方向である第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度で熱処理し、前記反強磁性層および縦バイアス層に交換異方性磁界を発生させて、前記固定磁性層および前記フリー磁性層の磁化を同一方向に固定するとともに、前記縦バイアス層の交換異方性磁界を前記反強磁性層の交換異方性磁界よりも大とする工程と、
トラック幅方向と直交する方向に前記反強磁性層の交換異方性磁界よりも大きく縦バイアス層の交換異方性磁界よりも小さい第２の磁界を印加しつつ、前記第１の熱処理温度よりも高い第２の熱処理温度で熱処理し、前記固定磁性層に前記フリー磁性層の磁化方向と交差する方向の交換結合磁界を付与する工程と、
前記積層体に検出電流を与える電極層を形成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２２】
前記反強磁性層および前記縦バイアス層に、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素と、Ｍｎとを含む合金を用いることを特徴とする請求項２０または２１記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法。
【請求項２３】
前記第１の熱処理温度は、２２０℃〜２４０℃の範囲であることを特徴とする請求項２０から２２のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法。
【請求項２４】
前記第２の熱処理熱度は、２５０℃〜２７０℃の範囲であることを特徴とする請求項２０から２３のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定磁性層（ピン（Pinned）磁性層）の固定磁化方向と外部磁界の影響を受けるフリー（Free）磁性層の磁化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、およ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に関し、特に、フリー磁性層の軟磁気特性を向上し、抵抗変化率の向上を図ることができるスピンバルブ型薄膜磁気素子に用いて好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スピンバルブ型薄膜磁気素子は、巨大磁気抵抗効果を示すＧＭＲ（Giant Magnetoresistive）素子の一種であり、ハードディスクなどの記録媒体から記録磁界を検出するものである。
前記スピンバルブ型薄膜磁気素子は、ＧＭＲ素子の中で比較的構造が単純で、しかも、外部磁界に対して抵抗変化率が高く、弱い磁界で抵抗が変化するなどの優れた点を有している。
【０００３】
図２４，図２５，図２６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（ＡＢＳ面）側から見た場合の構造を示した断面図である。
これらの例のスピンバルブ型薄膜磁気素子の上下には、ギャップ層を介してシールド層が形成されており、前記スピンバルブ型薄膜磁気素子、ギャップ層、及びシールド層で、再生用のＧＭＲヘッドが構成されている。なお、前記再生用のＧＭＲへッドの上に、記録用のインダクティブヘッドが積層されていてもよい。このＧＭＲヘッドは、インダクティブヘッドと共に浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて薄膜磁気ヘッドを構成し、ハードディスク等の磁気記録媒体の記録磁界を検出するものである。
【０００４】
図２４に示す従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、反強磁性層１２２、固定磁性層（ピン（Pinned）磁性層）１２３、非磁性導電層１２４およびフリー（Free）磁性層１２５が積層され、その両側にはハードバイアス層１２９，１２９が形成されて、いわゆるボトム型（Bottom type）のハードバイアスタイプ（hard bias）のシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子とされている。
このスピンバルブ型薄膜磁気素子では、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。
【０００５】
図２４に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子は、下から下地層１２１、反強磁性層１２２、固定磁性層１２３、非磁性導電層１２４、フリー磁性層１２５および保護層１２７で構成された積層体１２０と、この積層体１２０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）１２９，１２９およびハードバイアス層１２９，１２９上に形成された一対の電極層１２８，１２８とで構成されている。一般的に、前記反強磁性層１２２には、Ｆｅ−Ｍｎ合金膜やＮｉ−Ｍｎ合金膜が、固定磁性層１２３およびフリー磁性層１２５には、Ｎｉ−Ｆｅ合金膜が、非磁性導電層１２４には、Ｃｕ膜が、ハードバイアス層１２９，１２９には、Ｃｏ−Ｐｔ合金膜が、電極層１２８，１２８には、Ｃｒ膜やＷ膜が使用される。なお、下地層１２１および保護層１２７は、Ｔａ膜などで形成されている。
また、積層体１２０の上面の幅寸法によって磁気記録トラック幅Ｔｗがほぼ決定される。
【０００６】
固定磁性層１２３の磁化は、図２４に示すように、反強磁性層１２２との界面での交換結合による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１２５の磁化は、前記ハードバイアス層１２９，１２９からのバイアス磁界の影響を受けてＸ１方向と反対方向に揃えられる。
すなわち、固定磁性層１２３の磁化とフリー磁性層１２５の磁化とが直交するように設定されている。
このスピンバルブ型薄膜素子では、ハードバイアス層１２９，１２９上に形成された電極層１２８，１２８から、固定磁性層１２３、非磁性導電層１２４およびフリー磁性層１２５に検出電流（センス電流）が与えられる。前記磁気記録媒体からの漏れ磁界方向が与えられる。フリー磁性層１２５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と、フリー磁性層１２５内での磁化方向の変動と、固定磁性層１２３の固定磁化方向との関係で、電気抵抗が変化し（これを磁気抵抗（ＭＲ）効果という）、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの漏れ磁界が検出される。
【０００７】
また、図２５に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子も図２４に示すものと同様に、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（Bottom type ）とされるが、サイドエクスチェンジバイアスタイプ（side exchange bias）のシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子とされている。
このスピンバルブ型薄膜磁気素子では、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。
【０００８】
図２５において、符号Ｋは基板を示している。この基板Ｋ上には、反強磁性層１２２が形成されている。さらに、前記反強磁性層１２２の上には、固定磁性層（ピン（Pinned）磁性層）１２３が形成され、この固定磁性層１２３の上には、非磁性導電層１２４が形成され、さらに、前記非磁性導電層１２４の上には、フリー（Free）磁性層１２５が形成されている。また、前記フリー磁性層１２５の上には、バイアス層１２６，１２６が磁気記録トラック幅Ｔｗと同じ間隔を開けて設けられ、前記バイアス層１２６，１２６の上には、一対の電極層１２８，１２８が設けられている。
【０００９】
前記反強磁性層１２２は、ＮｉＯ合金、ＦｅＭｎ合金、ＮｉＭｎ合金などから形成されている。さらに、前記固定磁性層１２３およびフリー磁性層１２５は、Ｃｏ，ＮｉＦｅ合金などから形成され、非磁性導電層１２４にはＣｕ（銅）膜が適応され、また、バイアス層１２６，１２６が、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、電極層１２８，１２８がＣｕ，Ａｕ，Ｃｒ，Ｗ，Ｔａなどで形成されている。
図２５に示す固定磁性層１２３は、前記反強磁性層１２２との界面にて発生する交換結合による交換異方性磁界により磁化されている。そして、前記固定磁性層１２３の磁化方向は、図示Ｙ方向、すなわち記録媒体から離れる方向（ハイト方向）に固定されている。また、前記フリー磁性層１２５は、前記バイアス層１２６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１２５の磁化方向は、図示Ｘ１方向と反対方向、すなわち固定磁性層１２３の磁化方向と交差する方向に揃えられている。
【００１０】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、電極層１２８からフリー磁性層１２５、非磁性導電層１２４、固定磁性層１２３付近にセンス電流が与えられる。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１２５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１２５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。
【００１１】
図２６に示す従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、反強磁性層１２２、固定磁性層（ピン（Pinned）磁性層）１２３、非磁性導電層１２４、フリー（Free）磁性層１２５および縦バイアス層１２６が積層されて、いわゆるボトム型（Bottom type ）の縦バイアスタイプ（exchange bias ）のシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子とされている。
このスピンバルブ型薄膜磁気素子では、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。
【００１２】
図２６に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子は、下から下地層１２１、反強磁性層１２２、固定磁性層１２３、非磁性導電層１２４、フリー磁性層１２５、縦バイアス層１２６および保護層１２７で構成された積層体１２０と、この積層体１２０の両側に形成された一対の電極層１２８，１２８とで構成されている。一般的に、前記反強磁性層１２２には、Ｎｉ−Ｍｎ合金膜などが、固定磁性層１２３およびフリー磁性層１２５には、Ｎｉ−Ｆｅ合金膜が、非磁性導電層１２４には、Ｃｕ膜が、縦バイアス層１２６には、Ｆｅ−Ｍｎ合金膜が、電極層１２８，１２８には、Ｃｒ膜やＷ膜が使用される。なお、下地層１２１および保護層１２７は、Ｔａ膜などで形成されている。
また、積層体１２０の上面の幅寸法によって磁気記録トラック幅Ｔｗが決定される。
【００１３】
固定磁性層１２３の磁化は、図２６に示すように、反強磁性層１２２との界面での交換結合による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１２５の磁化は、前記縦バイアス層１２６との界面での交換結合による交換異方性磁界によりＸ１方向と反対方向に揃えられる。
すなわち、固定磁性層１２３の磁化とフリー磁性層１２５の磁化とが直交するように設定されている。
このスピンバルブ型薄膜素子では、電極層１２８，１２８から、固定磁性層１２３、非磁性導電層１２４およびフリー磁性層１２５付近に検出電流（センス電流）が与えられる。前記記録媒体からの漏れ磁界方向が与えられる。フリー磁性層１２５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と、フリー磁性層１２５内での磁化方向の変動と、固定磁性層１２３の固定磁化方向との関係で、電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの漏れ磁界が検出される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ハードディスクなどの記録媒体においては、高記録密度化という要求が根本的に存在しているが、この記録密度の向上には、磁気記録トラック幅寸法の狭小化、つまり、スピンバルブ型薄膜磁気素子における狭トラック化、および、検出感度の向上が求められている。
【００１５】
ここで、図２４に示すハードバイアス方式（hard bias ）のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、フリー磁性層１２５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１２９，１２９からの強い磁界の影響を受けるため固定されやすく、外部磁界に対して磁化が変動しにくくなっており、積層体１２０の側端部付近には、図２４に示すように、再生感度の悪い不感領域が形成されている。
したがって、積層体１２０のうち、不感領域を除いた中央部分の領域が、実質的に記録媒体の再生に寄与し、ＧＭＲ効果を発揮する感度領域であり、この感度領域の幅は、積層体１２０の形成時に設定された磁気記録トラック幅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磁気記録トラック幅Ｔｗを画定することが困難となっている。そのため、磁気記録トラック幅Ｔｗを狭く設定した場合には、ＧＭＲ効果における△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）が減少し、スピンバルブ型薄膜磁気素子の検出感度が減少して高記録密度化対応することが難しくなるという問題がある。
【００１６】
また、図２５に示すサイドエクスチェンジバイアスタイプ（side exchange bias）のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、反強磁性材料からなるバイアス層１２６との交換結合により、フリー磁性層１２５の磁化方向を固定磁性層１２３の磁化方向に対して交差する方向に揃えるものである。
前記サイド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磁気記録トラック幅Ｔｗの制御が困難であるハードバイアス方式と比較して、磁気記録トラック幅Ｔｗの狭い高密度記録に対応するスピンバルブ型薄膜磁気素子に適した方式である。
【００１７】
しかしながら、図２５に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、バイアス層１２６の膜厚方向寸法が、トラック両脇部分１２６ｓにおいて減少しているため、このトラック両脇部分１２６ｓにおけるフリー磁性層１２５とバイアス層１２６との交換結合の効果が低下してしまう。その結果、図２５に示すフリー磁性層１２５におけるトラック両側部分１２５ｓが、不感領域であるにもかかわらず、外部磁界に対して磁気抵抗変化してしまい、感度領域の再生出力に対して余計な信号を出力してしまう。
特に、磁気記録媒体における記録密度の高密度化にともない、磁気記録媒体における記録トラック幅および記録トラック間隔を減少させて、狭トラック化を図った場合、本来感度領域で読み出すべき磁気記録トラックに対して、隣接する磁気記録トラックの情報を、上記両側部分１２５ｓの領域において読み出してしまうという、サイドリーディングが発生し、これが出力信号に対してノイズとなり、エラーを招く可能性があった。
このため、実効トラック幅Ｔｗの制御が曖昧になり、検出精度が低下するという問題があった。特に、この傾向は、磁気記録トラック幅０．５μｍ以下の狭トラックの場合、大きな問題になっていた。
【００１８】
また、このトラック両脇部分１２６ｓにおけるフリー磁性層１２５とバイアス層１２６との交換結合の効果が低下してしまうことにより、フリー磁性層１２５における感度領域の中央部分の磁化方向と、トラック両側部分１２５ｓの磁化方向とは、大きく異なった状態となってしまう。その結果、フリー磁性層１２５が区分された状態が著しい場合には、フリー磁性層１２５内に、あたかも、磁壁ができたように、単磁区化が妨げられ、磁化の不均一が発生し、スピンバルブ型薄膜素子において、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性があった。
【００１９】
図２６に示す縦バイアスタイプ（exchange bias ）のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、図２５に示すサイドエクスチェンジバイアスタイプ（side exchange bias）と異なり、フリー磁性層１２５の感度領域に縦バイアス層１２６が直接的に接続されているために、このフリー磁性層１２５と縦バイアス層１２６との界面での交換結合による交換異方性磁界が強くなりすぎ、フリー磁性層１２５の磁化が強固に固定されてしまい、検出するべき外部磁界が印加された場合にも、このフリー磁性層１２５の磁化方向が回転変化することができず、センス電流の抵抗変化が起こらないため、検出感度が低下してしまう可能性があるという問題があった。
【００２０】
さらに、図２５に示すサイドエクスチェンジバイアスタイプ（side exchange bias）のスピンバルブ型薄膜磁気素子、および、図２６に示す縦バイアスタイプ（exchange bias ）のスピンバルブ型薄膜磁気素子を製造する際においては、それぞれ、
▲１▼固定磁性層１２２の磁化方向をＹ方向に規定するための第１磁場中アニール処理
▲２▼フリー磁性層１２５の磁化方向をＸ１と反対方向に規定するための第２磁場中アニール処理
を、順次おこなわなくてはならないが、後者のフリー磁性層の磁化方向を規定する第２アニール処理をおこなった際に、反強磁性層１２２と固定磁性層１２３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１２３の磁化方向とフリー磁性層１２５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度合い（アシンメトリー）が増大する可能性がある。
ここで、固定磁性層１２３の磁化方向とフリー磁性層１２５の磁化方向との関係によって出力のアシンメトリーが規定されるが、スピンバルブ型薄膜磁気素子においては、この出力のアシンメトリーが小さいほうが好ましく、アシンメトリーが増大した場合には、スピンバルブ型薄膜磁気素子の出力特性が悪化してしまうという問題があった。
【００２１】
なお、本願発明者らは、先に、特開平１０−２９４５０６号公報において、図２６に示す縦バイアスタイプ（exchange bias ）のスピンバルブ型薄膜磁気素子に関連した技術を、また、特願平１１−１５７１３２において図２５に示すサイドエクスチェンジバイアスタイプ（side exchange bias）のスピンバルブ型薄膜磁気素子に関連した技術を開示しているが、このような構成においても上述した問題は発生する可能性があった。
【００２２】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成しようとするものである。
▲１▼ 狭トラック化に対応すること。
▲２▼ スピンバルブ型薄膜磁気素子における出力特性の向上を図ること。
▲３▼ アシンメトリーを小さくすること。
▲４▼ サイドリーディング発生の防止を図ること。
▲５▼ 再生波形の安定性（stability）の向上を図ること。
▲６▼ スピンバルブ型薄膜磁気素子における検出感度の向上を図ること。
▲７▼ △Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）の向上を図ること。
▲８▼ 上記のような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提供すること。
▲９▼ 上記のような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。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、基板上に、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結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成され、前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ磁化方向が揃えられたフリー磁性層と、このフリー磁性層の磁化方向を前記方向へ揃えるための縦バイアス層と、少なくとも、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層、縦バイアス層の積層された積層体に検出電流を供給する一対の電極層とを有し、
前記フリー磁性層と前記縦バイアス層との間に、前記フリー磁性層と前記縦バイアス層との交換結合磁界の大きさを制御するとともにアップスピンを有する伝導電子の平均自由行程を延長するための平均自由行程延長層が形成され、
前記フリー磁性層と前記縦バイアス層との間に形成された前記平均自由行程延長層として、絶縁材料からなる鏡面反射層を有してなることにより上記課題を解決した。
本発明において、前記フリー磁性層と前記縦バイアス層との間に形成された前記平均自由行程延長層として、非磁性導電材料からなるバックド層を有してなることが好ましい。
本発明の前記バックド層の膜厚が、５〜３０オングストロームの範囲に設定されることが好ましい。
本発明の前記バックド層が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕからなる群から選択された材料から構成されることが好ましい。
また、本発明において、前記フリー磁性層と前記縦バイアス層との間に形成された前記平均自由行程延長層として、絶縁材料からなる鏡面反射層を有してなることが好ましい。
本発明の前記鏡面反射層の膜厚が、５〜５００オングストロームの範囲に設定されることができる。
本発明の前記鏡面反射層が、伝導電子のスピン状態を保存する鏡面反射を生じる確率の高いエネルギーギャップを形成可能な材料から構成されることもできる。
本発明において、前記基板側から、少なくとも、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層、縦バイアス層の順で積層されてなる手段か、前記基板側から、少なくとも、縦バイアス層、フリー磁性層、非磁性導電層、固定磁性層、反強磁性層の順で積層されてなる手段を採用することができる。
本発明において、前記一対の電極層は、少なくとも、フリー磁性層の膜面方向両側に位置されてなるか、または、少なくとも、フリー磁性層、非磁性導電層、固定磁性層の膜面方向両側に位置されてなることができる。
本発明は、前記固定磁性層と前記フリー磁性層と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゜異なるフェリ磁性状態とされてなることができる。
本発明は、前記反強磁性層および前記縦バイアス層は、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ことができる。
本発明においては、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できる。
ＸｍＭｎ１００−ｍ
但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、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。
ＰｔｍＭｎ１００−ｍ−ｎＺｎ
但し、Ｚ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。
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。
本発明においては、前記縦バイアス層は、下記の組成式からなる合金であることができる。
ＸｍＭｎ１００−ｍ
但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、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。
ＰｔｍＭｎ１００−ｍ−ｎＺｎ
但し、Ｚ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。
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。
本発明の薄膜磁気ヘッドにおいて、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えることができる。
本発明のスピンバルブ型薄膜素子の製造方法は、基板上に、少なくとも、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、平均自由行程延長層と、縦バイアス層とを積層し、積層体を形成する工程と、
積層されたこれらの層にトラック幅方向と直交する方向である第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度で熱処理し、前記反強磁性層および縦バイアス層に交換異方性磁界を発生させて、前記固定磁性層および前記フリー磁性層の磁化を同一方向に固定するとともに、前記反強磁性層の交換異方性磁界を前記縦バイアス層の交換異方性磁界よりも大とする工程と、
トラック幅方向に前記縦バイアス層の交換異方性磁界よりも大きく前記反強磁性層の交換異方性磁界よりも小さい第２の磁界を印加しつつ、前記第１の熱処理温度よりも高い第２の熱処理温度で熱処理し、前記フリー磁性層に前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向のバイアス磁界を付与する工程と、
前記積層体に検出電流を与える電極層を形成する工程とを有することにより上記課題を解決した。
本発明のスピンバルブ型薄膜素子の製造方法は、基板上に、少なくとも、縦バイアス層と、平均自由行程延長層と、フリー磁性層と、非磁性導電層と、固定磁性層と、反強磁性層とを積層し、積層体を形成する工程と、
積層されたこれらの層にトラック幅方向である第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度で熱処理し、前記反強磁性層および縦バイアス層に交換異方性磁界を発生させて、前記固定磁性層および前記フリー磁性層の磁化を同一方向に固定するとともに、前記縦バイアス層の交換異方性磁界を前記反強磁性層の交換異方性磁界よりも大とする工程と、
トラック幅方向と直交する方向に前記反強磁性層の交換異方性磁界よりも大きく縦バイアス層の交換異方性磁界よりも小さい第２の磁界を印加しつつ、前記第１の熱処理温度よりも高い第２の熱処理温度で熱処理し、前記固定磁性層に前記フリー磁性層の磁化方向と交差する方向の交換結合磁界を付与する工程と、
前記積層体に検出電流を与える電極層を形成する工程とを有することにより上記課題を解決した。
本発明のスピンバルブ型薄膜素子の製造方法において、前記反強磁性層および前記縦バイアス層に、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素と、Ｍｎとを含む合金を用いることが可能である。
また、本発明において、前記第１の熱処理温度は、２２０℃〜２４０℃の範囲であることが可能である。
また、本発明において、前記第２の熱処理熱度は、２５０℃〜２７０℃の範囲であることが可能である。
【００２４】
本発明においては、前記フリー磁性層と前記縦バイアス層との間に、前記フリー磁性層と前記縦バイアス層との交換結合磁界を制御するとともに伝導電子の平均自由行程を延長するための平均自由行程延長層が形成されたことにより、フリー磁性層と縦バイアス層との交換結合による交換異方性磁界を適正な範囲に設定することが可能となる。このため、フリー磁性層と縦バイアス層との交換結合による交換異方性磁界が強くなりすぎ、フリー磁性層の磁化が強固に固定されてしまうことを防止するとができ、検出するべき外部磁界が印加された場合に、このフリー磁性層の磁化方向が回転変化してセンス電流の抵抗変化を生じて、充分な検出感度を得ることが可能となるとともに、フリー磁性層の変動磁化を安定して設定することが可能となるため、バルクハイゼンノイズ等が発生することを防止し、再生波形の安定性（stability）の向上を図ることができる。
同時に、本発明においては、前記フリー磁性層と前記縦バイアス層との間に、前記フリー磁性層と前記縦バイアス層との交換結合磁界を制御するとともに伝導電子の平均自由行程を延長するための平均自由行程延長層が形成され、縦バイアス層がトラック部全面に形成されていることにより、フリー磁性層の磁化方向を設定するための交換結合による交換異方性磁界を発生するための縦バイアス層の膜厚を略一定に設定することが可能となるため、フリー磁性層に対して均一に交換結合磁界を作用させることができるため、フリー磁性層を単磁区化しやすく、サイドリーディングを防止することができ、磁気記録密度の高密度化により一層対応することが可能となる。また、バイアス層の膜厚が不均一な場合に発生していた、フリー磁性層内に磁壁ができて単磁区化が妨げられ、磁化の不均一が発生し、スピンバルブ型薄膜素子において、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生することを防止し、再生波形の安定性（stability）の向上を図ることができる。
【００２５】
本発明においては、前記平均自由行程延長層として、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕからなる群から選択された非磁性導電材料から構成されるバックド層を有してなることにより、後述するように、磁気抵抗効果に寄与する＋スピン（上向きスピン：up spin ）の伝導電子における平均自由行程（mean free path）をのばし、いわゆるスピンフィルター効果（spin filter effect）によりスピンバルブ型薄膜素子において、大きな△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）が得られ、高密度記録化に対応できるものとすることができる。
【００２６】
本発明においては、前記バックド層の膜厚が、５〜３０オングストロームの範囲に設定されることができ、このバックド層の膜厚が、５オングストロームよりも薄い値に設定されると、フリー磁性層と縦バイアス層との交換結合による交換異方性磁界が強くなりすぎて、フリー磁性層の磁化が強固に固定されてしまい、検出するべき外部磁界が印加された場合にも、フリー磁性層の磁化方向が回転変化することができず、抵抗変化が起こりにくいため、検出感度が低下し、スピンバルブ型薄膜磁気素子の再生出力特性が悪化するため、好ましくない。
また、このバックド層の膜厚が、３０オングストロームよりも厚い値に設定されると、非磁性導電材料から構成されるバックド層にセンス電流が分流する割合が増加して、ＧＭＲ効果を得るために必要な、フリー磁性層と非磁性導電層との界面付近を流れるセンス電流が減少する、つまり、シャントロスが増大するため、大きな△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）を得ることが難しくなるとともに、同時に、フリー磁性層と縦バイアス層との交換結合による交換異方性磁界が弱くなりすぎて、フリー磁性層における磁化制御が困難になり、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性があり好ましくない。
【００２７】
本発明においては、前記平均自由行程延長層として、伝導電子のスピン状態を保存する鏡面反射を生じる確率の高いエネルギーギャップを形成可能な絶縁材料からなる鏡面反射層を有してなることで、後述する鏡面反射効果（specular effect ）により抵抗変化率を向上することができる。
上記の鏡面反射層を構成する絶縁材料としては、α−Ｆｅ2Ｏ3，ＮｉＯ，ＣｏＯ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｏ，Ａｌ2Ｏ3，Ａｌ−Ｑ−Ｏ（ここでＱはＢ，Ｓｉ，Ｎ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選択される一種以上），Ｒ−Ｏ（ここでＲはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗから選択される１種以上）等の酸化膜，Ａｌ−Ｎ，Ａｌ−Ｑ−Ｎ（ここでＱはＢ，Ｓｉ，Ｏ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選択される一種以上），Ｒ−Ｎ（ここでＲはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗから選択される１種以上）等の窒化膜等を挙げることができる。
ここで、鏡面反射層としてα−Ｆｅ2Ｏ3やＮｉＯなどの反強磁性体を用いた場合には、バイアス層の一部、または、全部を兼ねることができる。
【００２８】
また、鏡面反射層の膜厚を、５〜５００オングストロームの範囲に設定することができ、この鏡面反射層の膜厚が、５オングストロームよりも薄い値に設定されると、鏡面反射の効果が充分得られないため、検出感度が低下し、スピンバルブ型薄膜磁気素子の再生出力特性が悪化するため、好ましくない。
また、この鏡面反射層の膜厚が、５００オングストロームよりも厚い値に設定されると、再生ギャップであるシールド間隔が広くなり過ぎ、ヘッドの分解能が低下するため好ましくない。また、フリー磁性層と縦バイアス層との交換結合による交換異方性磁界が弱くなりすぎて、フリー磁性層における磁区化制御が困難になり、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性もあり好ましくない。
【００２９】
ここで、上記のバックド層および鏡面反射層によって磁気抵抗変化率が高くなる理由を簡単に述べるが、それに先だって、スピンバルブ型薄膜磁気素子の巨大磁気抵抗効果の原理を簡単に説明する。ここでは、フリー磁性層の非磁性導電層に接しない位置にバックド層または鏡面反射層を配置した状態を例にして説明をおこなう。
スピンバルブ型薄膜磁気素子にセンス電流を印加したときには、伝導電子が主に電気抵抗の小さい非磁性導電層付近を移動する。この伝導電子にはアップスピン（＋スピン、上向きスピン：up spin ）とダウンスピン（−スピン、下向きスピン：down spin ）の２種類の伝導電子が確率的に等量存在する。
スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率は、これらの２種類の伝導電子の平均自由行程（mean free path）の行程差に対して正の相関を示す。
【００３０】
ダウンスピンの伝導電子については、印加される外部磁界の向きにかかわらず、非磁性導電層とフリー磁性層との界面で常に散乱され、フリー磁性層に移動する確率は低いまま維持され、その平均自由行程はアップスピンの伝導電子の平均自由行程に比べて短いままである。
一方、アップスピンの伝導電子については、外部磁界によってフリー磁性層の磁化方向が固定磁性層の磁化方向と平行状態になったときに、非磁性導電層からフリー磁性層に移動する確率が高くなり、平均自由行程が長くなっている。これに対し、外部磁界によってフリー磁性層の磁化方向が固定磁性層の磁化方向に対して平行状態から変化するに従って、非磁性導電層とフリー磁性層との界面で散乱される確率が増加し、アップスピンの伝導電子の平均自由行程が短くなる。
このように外部磁界の作用によって、アップスピンの伝導電子の平均自由行程がダウンスピンの伝導電子の平均自由行程に比べて大きく変化し、行程差が大きく変化することによって、抵抗率が変化し、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率（△Ｒ／Ｒ）が大きくなる。
【００３１】
ここで、フリー磁性層にバックド層を接続すると、フリー磁性層中を移動するアップスピンの伝導電子がバックド層内にまで移動することが可能となり、バックド層の膜厚に比例してアップスピンの伝導電子の平均自由行程を更に延ばすことができる。このため、いわゆるスピンフィルター効果を発現させることが可能となり、伝導電子の平均自由行程の行程差が大きくなって、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率（△Ｒ／Ｒ）をより向上させることができる。
【００３２】
また、フリー磁性層の前記非磁性導電層に接しない位置に鏡面反射層を積層すると、この鏡面反射層はフリー磁性層との界面においてポテンシャル障壁を形成し、フリー磁性層中を移動するアップスピンの伝導電子を、そのスピンの状態を保存させたまま反射させることができ、アップスピンの伝導電子を鏡面反射することが可能となり、アップスピンの伝導電子の平均自由行程をさらに延ばすことができる。つまり、いわゆる鏡面反射効果（specular effect ）を発現させることが可能となり、スピンに依存した伝導電子における平均自由行程の行程差がさらに大きくなって、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率をより向上させることができる。
【００３３】
さらに、フリー磁性層に接続されたバックド層の前記フリー磁性層と接する面の反対側に鏡面反射層を積層すると、スピンフィルター効果によりアップスピンの伝導電子の平均自由行程が大きくなるとともに、鏡面反射層とバックド層との界面において形成されたポテンシャル障壁によって、いわゆる鏡面反射効果（specular effect ）を発現させ、アップスピンの伝導電子のスピンの状態を保存して反射させることで、このアップスピンの伝導電子の平均自由行程をさらに延ばすことができる。つまり、スピンに依存した伝導電子における平均自由行程の行程差がさらに大きくすることが可能であり、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率をより向上させることが可能となる。
【００３４】
これら、バックド層、鏡面反射層による、平均自由行程の行程差の拡大はフリー磁性層の膜厚が比較的薄い場合により効果を発揮し、また、同時に、これらの平均自由行程延長層の膜厚を制御することにより、フリー磁性層の磁化制御をおこなうことが可能になるため、狭トラック化に対応したスピンバルブ型薄膜磁気素子における検出感度の向上と、出力特性の向上とを同時に図ることができる。
【００３５】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、基板側から、少なくとも、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層、縦バイアス層の順で積層されてなるボトムタイプ（Bottom type ）シングルスピンバルブとするか、または、基板側から、少なくとも、縦バイアス層、フリー磁性層、非磁性導電層、固定磁性層、反強磁性層、の順で積層されてなるトップタイプ（top type）シングルスピンバルブとすることができる。
【００３６】
本発明において、前記一対の電極層は、少なくとも、フリー磁性層の膜面方向両側に位置されてなるか、または、少なくとも、フリー磁性層、非磁性導電層、固定磁性層の膜面方向両側に位置されてなることにより、少なくとも、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層、縦バイアス層の積層された積層体に対して膜厚方向積層体の両側に位置されてなることができ、フリー磁性層や非磁性導電層に比べて抵抗値の高い反強磁性層および縦バイアス層を介さずに、電極層からフリー磁性層付近にセンス電流を与える割合を向上することができる。また、ＧＭＲ効果において磁気抵抗変化率（△Ｒ／Ｒ）に寄与する、前記積層体と電極層との間の接続抵抗を低減することができ、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率をより向上させることが可能となる。
また、フリー磁性層の単磁区化を保った状態として電極層からフリー磁性層付近に直接センス電流を与えることができるため、サイドリーディングを防止することができ、磁気記録密度の高密度化により一層対応することが可能となる。
【００３７】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、固定磁性層を、反強磁性層側の第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の固定磁性層とを具備するものとして形成し、固定磁性層をフェリ磁性状態とされてなる手段、いわゆる、シンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned type ）とすることができ、これにより、反強磁性層と第１の固定磁性層との界面で発生する交換結合磁界（交換異方性磁界）Ｈｅｘを大きくすることができ、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。
さらに、反強磁性層と固定磁性層との交換結合磁界Ｈｅｘを大きな値として得ることにより、固定磁性層の状態を熱的にも安定した状態に保つことができるため、後述するように、低い前記第１の熱処理温度（アニール温度）により、反強磁性層と固定磁性層との交換結合磁界Ｈｅｘを発生させ、固定磁性層の磁化を安定させた後、この反強磁性層と固定磁性層との交換結合磁界Ｈｅｘより小さな磁界を印加するとともに、上記の第１の熱処理温度より高い第２の熱処理温度でフリー磁性層と縦バイアス層との交換結合磁界Ｈｅｘを発生させる際に、充分な反強磁性層と固定磁性層との交換結合磁界Ｈｅｘを安定した状態とするとともに、固定磁性層の磁化方向を傾けないことが可能なために、固定磁性層の固定磁化方向の制御を、より容易におこなうことができる。
【００３８】
また、このように、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、固定磁性層の固定磁化による反磁界（双極子）磁界を、第１の固定磁性層の静磁結合磁界と第２の固定磁性層の静磁結合磁界とにより、相互に打ち消してキャンセルすることができる。これにより、フリー磁性層の変動磁化の方向に影響を与える固定磁性層の固定磁化による反磁界（双極子磁界）からの、フリー磁性層の変動磁化への寄与を減少することができる。
また、２つに分断された固定磁性層により、この固定磁性層の固定磁化による反磁界（双極子磁界）のフリー磁性層への影響を低減し、フリー磁性層の変動磁化の方向を所望の方向に補正することがより容易になり、アシンメトリーの小さい優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることが可能なために、フリー磁性層の変動磁化方向の制御を、より容易にすることができる。
【００３９】
ここで、アシンメトリーとは、再生出力波形の非対称性の度合いを示すものであり、再生出力波形が与えられた場合、波形が対称であればアシンメトリーが小さくなる。したがって、アシンメトリーが０に近づくほど再生出力波形が対称性に優れていることになる。
前記アシンメトリーは、フリー磁性層の変動磁化の方向と固定磁性層の固定磁化の方向とが直交しているとき０となる。アシンメトリーが大きくずれるとメディアからの情報の読みとりが正確にできなくなり、エラーの原因となる。このため、前記アシンメトリーが小さいものほど、再生信号処理の信頼性が向上することとなり、スピンバルブ型薄膜磁気素子として優れたものとなる。
【００４０】
また、固定磁性層の固定磁化による反磁界（双極子磁界）Ｈd は、素子高さ方向において、その端部で大きく中央部で小さいという、不均一な分布を持ち、フリー磁性層内における単磁区化が妨げられる場合があるが、固定磁性層を上記の積層構造とすることにより、双極子磁界Ｈd をほぼＨd ＝０にし、これによって、フリー磁性層内に磁壁ができて単磁区化が妨げられ、磁化の不均一が発生し、スピンバルブ型薄膜磁気素子において、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生することを防止することができる。
【００４１】
また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、前記反強磁性層および前記縦バイアス層は、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ことができ、あるいは、Ｘ−Ｍｎ（ただし、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓのうちから選択される１種の元素を示す。）の式で示される合金からなり、Ｘが３７〜６３原子％の範囲であることが望ましく、さらにまた、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、前記反強磁性層が、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちから選択される１種または２種以上の元素を示す。）の式で示される合金からなり、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。
これにより、反強磁性層に、Ｘ−Ｍｎの式で示される合金またはＸ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金を用いたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることで、前記反強磁性層に従来から使用されているＮｉＯ合金、ＦｅＭｎ合金、ＮｉＭｎ合金などを用いたものと比較して、交換結合磁界が大きく、またブロッキング温度が高く、さらに耐食性に優れているなどの優れた特性を有するスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができる。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
ＸmＭｎ100-m
但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、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。
【００４４】
また、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好ましい。
ＸmＭｎ100-m
但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、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≦５８原子％である。
【００４５】
さらに、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、前記縦バイアス層は、下記の組成式からなる合金であることが望ましい。
ＸmＭｎ100-m
但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、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。
【００４６】
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ってもよい。
ＰｔmＭｎ100-m-nＺn
但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓのうちの少なくとも１種または２種以上の元素であり、組成比を示すｍ、ｎは、４８原子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％である。
より好ましい組成比は、４８原子％≦ｍ＋ｎ≦５８原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％である。
【００４７】
さらにまた、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、前記縦バイアス層は、下記の組成式からなる合金であってもよい。
ＰｔmＭｎ100-m-nＺn
但し、Ｚ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。
【００４８】
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、４８原子％≦ｑ＋ｊ≦６０原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％である。
より好ましくは組成比を示すｑ、ｊは、４８原子％≦ｑ＋ｊ≦５８原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％である。
【００４９】
また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、前記縦バイアス層は、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。
【００５０】
特に、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、反強磁性層と縦バイアス層とを構成する合金の組成を同一とする場合には、次の▲１▼〜▲３▼の組み合わせが好ましい。
▲１▼すなわち、反強磁性層および縦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≦５８原子％である。
また、上記の反強磁性層および縦バイアス層の組成比を示すｍが、５２原子％≦ｍ≦５６．５原子％であることがより好ましい。
【００５１】
▲２▼また、反強磁性層および縦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ことが好ましい。
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、５２原子％≦ｑ＋ｊ≦５８原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％である。
また、上記の反強磁性層および縦バイアス層の組成比を示すｑ、ｊが、５２原子％≦ｑ＋ｊ≦５６．５原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％であることがより好ましい。
【００５２】
▲３▼また、反強磁性層および縦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ことが好ましい。
ＰｔmＭｎ100-m-nＺn
但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓのうちの少なくとも１種または２種以上の元素であり、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。
また、上記の反強磁性層およびバイアス層の組成比を示すｍ、ｎが、５２原子％≦ｍ＋ｎ≦５６．５原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％であることが好ましい。
【００５３】
また、反強磁性層と縦バイアス層を構成する合金の組成を異ならしめる場合には
、次の▲４▼〜▲６▼の組み合わせが好ましい。
▲４▼すなわち、縦バイアス層が、組成式ＸmＭｎ100-mで表され、Ｘが、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が、５２原子％≦ｍ≦６０原子％の合金であると共に、
反強磁性層が、組成式ＸmＭｎ100-mで表され、Ｘが、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が、４８原子％≦ｍ≦５８原子％の合金であることが好ましい。
また、反強磁性層の組成比を示すｍが、５２原子％≦ｍ≦５５．２原子％または５６．５原子％≦ｍ≦６０原子％であることがより好ましい。
【００５４】
▲５▼また、縦バイアス層が、組成式ＰｔqＭｎ100-q-jＬjで表され、Ｌが、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が、５２原子％≦ｑ＋ｊ≦６０原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％の合金であるとともに、
反強磁性層が、組成式ＰｔqＭｎ100-q-jＬjで表され、Ｌが、Ａｕ、Ａｇ、Ｃ ｒ、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が、４８原子％≦ｑ＋ｊ≦５８原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％の合金であることが好ましい。
また、反強磁性層の組成比を示すｑ、ｊが、５２原子％≦ｑ＋ｊ≦５５．２原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％または５６．５原子％≦ｑ＋ｊ≦６０原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％であることがより好ましい。
▲６▼また、縦バイアス層が、組成式ＰｔmＭｎ100-m-nＺnで表され、Ｚが、Ｐｄ、 Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種または２種以上の元素であり、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％の合金であるとともに、
反強磁性層が、組成式ＰｔmＭｎ100-m-nＺnで表され、Ｚが、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒ ｈ、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が、４８原子％≦ｍ＋ｎ≦５８原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％の合金であることが好ましい。
また、反強磁性層の組成比を示すｍ、ｎが、５２原子％≦ｍ＋ｎ≦５５．２原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％または５６．５原子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％であることがより好ましい。
【００５５】
上記反強磁性層と縦バイアス層との組成の組み合わせは、前述のボトムタイプ（Bottom type ）シングルスピンバルブの場合であり、前述したトップタイプ（top type）の場合には、基板側に位置する縦バイアス層の組成を、ボトムタイプの反強磁性層の組成と同じにするように、反強磁性層と縦バイアス層との組成の組み合わせを逆転することが好ましい。
【００５６】
さらにまた、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薄膜磁気ヘッドによって、前記課題を解決することができる。
【００５７】
本発明のスピンバルブ型薄膜素子の製造方法は、基板上に、反強磁性層と、固定磁性層と、非磁性導電層と、フリー磁性層と、平均自由行程延長層と、縦バイアス層とを積層して積層膜を形成する工程と、積層されたこれらの層にトラック幅方向と直交する方向である第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度で熱処理し、前記反強磁性層および縦バイアス層に交換異方性磁界を発生させて、前記固定磁性層および前記フリー磁性層の磁化を同一方向に固定すると共に、前記反強磁性層の交換異方性磁界を前記縦バイアス層の交換異方性磁界よりも大とする工程と、トラック幅方向に前記縦バイアス層の交換異方性磁界よりも大きく前記反強磁性層の交換異方性磁界よりも小さい第２の磁界を印加しつつ、前記第１の熱処理温度よりも高い第２の熱処理温度で熱処理し、前記フリー磁性層に前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向のバイアス磁界を付与する工程と、前記フリー磁性層付近に検出電流を与える電極層を形成する工程とを有することができる。
あるいは、本発明のスピンバルブ型薄膜素子の製造方法は、基板上に、縦バイアス層と、平均自由行程延長層と、フリー磁性層と、非磁性導電層と、固定磁性層と、反強磁性層とを積層して積層膜を形成する工程と、積層されたこれらの層にトラック幅方向である第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度で熱処理し、前記反強磁性層および縦バイアス層に交換異方性磁界を発生させて、前記固定磁性層および前記フリー磁性層の磁化を同一方向に固定するとともに、前記縦バイアス層の交換異方性磁界を前記反強磁性層の交換異方性磁界よりも大とする工程と、トラック幅方向と直交する方向に前記反強磁性層の交換異方性磁界よりも大きく縦バイアス層の交換異方性磁界よりも小さい第２の磁界を印加しつつ、前記第１の熱処理温度よりも高い第２の熱処理温度で熱処理し、前記固定磁性層に前記フリー磁性層の磁化方向と交差する方向の交換結合磁界を付与する工程と、前記フリー磁性層付近に検出電流を与える電極層を形成する工程とを有することができる。
ここで、前記反強磁性層および前記バイアス層に、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素と、Ｍｎとを含む合金を用いることが可能であり、また、前記第１の熱処理温度が２２０℃〜２４０℃の範囲、前記第２の熱処理熱度が２５０℃〜２７０℃の範囲であることが可能である。
【００５８】
図１６は、ボトム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、および、縦バイアス層の熱処理温度と交換異方性磁界との関係に対応したグラフである。
図１６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においては、反強磁性層（■印）の交換異方性磁界が、２００℃（４７３Ｋ）で既に発現し、２４０℃（５１３Ｋ）付近で４８ｋＡ／ｍを越えている。一方、基板との距離が反強磁性層よりも遠い縦バイアス層（◆印）の交換異方性磁界は、２４０℃（５１３Ｋ）付近で発現し、約２６０℃（５３３Ｋ）付近においてようやく４８ｋＡ／ｍを越えている。
【００５９】
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、基板との距離が反強磁性層よりも遠い（または、固定磁性層の上に配置された）縦バイアス層と比較して、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。
【００６０】
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は、ボトムタイプとされるスピンバルブ型薄膜磁気素子において、例えば、第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度（２２０〜２４０℃（４９３〜５１３Ｋ））で前記の積層膜を熱処理すると、反強磁性層および縦バイアス層に交換異方性磁界が生じ、固定磁性層とフリー磁性層の磁化方向を同一方向に固定される。また、反強磁性層の交換異方性磁界は４８ｋＡ／ｍ以上となり、縦バイアス層の交換異方性磁界は８ｋＡ／ｍ以下となり、反強磁性層の交換異方性磁界が大きくなる。
次に、第１の磁界と直交する方向の第２の磁界を印加しつつ、第２の熱処理温度（２５０〜２７０℃（５２３〜５４３Ｋ））で前記の積層膜を熱処理すると、縦バイアス層の交換異方性磁界が４８ｋＡ／ｍ以上となり、先の熱処理にて発生した縦バイアス層の交換異方性磁界よりも大きくなる。したがって、フリー磁性層の磁化方向は、第１の磁界に対して交差する方向となる。
【００６１】
このとき、第２の磁界を先の熱処理にて発生した反強磁性層の交換異方性磁界よりも小さくしておけば、反強磁性層に第２の磁界が印加されても、反強磁性層の交換異方性磁界が劣化することがなく、固定磁性層の磁化方向を固定したままにすることが可能になる。
このことにより、固定磁性層の磁化方向とフリー磁性層の磁化方向とを交差する方向にすることができる。
【００６２】
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縦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、縦バイアス層にフリー磁性層の磁化方向を固定磁性層の磁化方向に対して交差する方向に揃える交換異方性磁界を発生させることができ、フリー磁性層の磁化方向を固定磁性層の磁化方向に対して交差する方向に揃えることができるため、耐熱性および再生信号波形の対称性に優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子を提供することが可能となる。
【００６３】
また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法は、トップタイプとされるスピンバルブ型薄膜磁気素子において、例えば、第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度（２２０〜２４０℃（４９３〜５１３Ｋ））で前記積層膜を熱処理すると、反強磁性層および縦バイアス層に交換異方性磁界が生じ、固定磁性層とフリー磁性層の磁化方向が同一方向に固定される。また、縦バイアス層の交換異方性磁界は４８ｋＡ／ｍ以上となり、反強磁性層の交換異方性磁界は８ｋＡ／ｍ以下となり、縦バイアス層の交換異方性磁界が大きくなる。
次に、第１の磁界と直交する方向の第２の磁界を印加しつつ、第２の熱処理温度（２５０〜２７０℃（５２３〜５４３Ｋ））で前記の積層膜を熱処理すると、反強磁性層の交換異方性磁界が４８ｋＡ／ｍ以上となり、先の熱処理にて発生した反強磁性層の交換異方性磁界よりも大きくなる。したがって、固定磁性層の磁化方向は、第１の磁界に対して交差する方向となる。
【００６４】
本発明においては、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縦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場合と、また、反強磁性層と基板との距離が近いボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子であり、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く、固定磁性層の上に反強磁性層が配置されている場合との双方において、上述したように、反強磁性層と縦バイアス層とを対応して入れ替えることにより、その製造方法を対応することができる。
【００６５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびその製造方法、およ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の第１実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１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、図２は図１のスピンバルブ型薄膜磁気素子のハイト方向への構造を示した断面図である。
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、巨大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ（giant magnetoresitive ）素子の一種である。このスピンバルブ型薄膜磁気素子は、後述するように、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダー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においてＺ方向であり、磁気記録媒体からの漏れ磁界方向はＹ方向である。
本発明の第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子は、基板側から、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層が形成されたボトム型（Bottom type ）とされ、さらに、固定磁性層が、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、を有し、固定磁性層が合成フェリ磁性状態とされてなる手段、いわゆる、シンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned type ）とされるシングルスピンバルブ型薄膜素子の一種である。
また、この例のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、エクスチェンジバイアス方式により、フリー磁性層の磁化方向を固定磁性層の磁化方向に対して交差する方向に揃えるものである。
前記エクスチェンジバイアス方式は、不感領域があるため実効トラック幅の制御が困難であるハードバイアス方式と比較して、高密度記録に対応するトラック幅の狭いスピンバルブ型薄膜磁気素子に適した方式である。
【００６６】
図１，図２において、符号２は、基板Ｋ上に設けられた反強磁性層である。この反強磁性層２の上には、固定磁性層３が形成されている。この固定磁性層３の上には、非磁性導電層４、フリー磁性層５、バックド層（平均自由行程延長層）Ｂ、縦バイアス層６、保護層７が積層されている。これら、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５、バックド層Ｂ１、縦バイアス層６、保護層７は、断面略台形とされる積層体９を形成しており、この積層体９の両側には、電極層８が設けられている。
【００６７】
さらに詳細に説明すると、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では、反強磁性層２は、積層体９の中央部分において８０〜３００オングストローム程度の厚さとされ、この反強磁性層２は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素と、Ｍｎとを含む合金からなるものである。これらの合金からなる反強磁性層２は、耐熱性、耐食性に優れるという特徴を有している。
【００６８】
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。
より好ましい組成比を示すｍは、４８原子％≦ｍ≦５８原子％である。
【００６９】
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-nＺn
但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種または２種以上の元素であり、組成比を示すｍ、ｎは、４８原子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％である。
より好ましい組成比を示すｍ、ｎは、４８原子％≦ｍ＋ｎ≦５８原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％である。
【００７０】
また、前記反強磁性層２は、下記の組成式からなる合金であってもよい。
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、より好ましい組成比を示すｑ、ｊは、４８原子％≦ｑ＋ｊ≦５８原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％である。
【００７１】
また、前記ＰｔＭｎ合金に代えて、Ｘ−Ｍｎ（ただし、Ｘは、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓのうちから選択される１種の元素を示す。）の式で示される合金、あるいは、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのうちから選択される１種または２種以上の元素を示す。）の式で示される合金で形成されていてもよい。ここで、前記ＰｔＭｎ合金および前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、４７〜５７原子％の範囲である。ここで、特に規定しない限り〜で示す数値範囲の上限と下限は、以下、以上を意味する。
さらにまた、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、４７〜５７原子％の範囲である。さらに、前記Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金としては、Ｘ’が０．２〜１０原子％の範囲であることが望ましい。
ただし、Ｘ’がＰｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓの１種以上の場合は、Ｘ’は０．２〜４０原子％の範囲であることが望ましい。
前記反強磁性層２として、上記した適正な組成範囲の合金を使用し、これをアニール処理することで、大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層２を得ることができる。とくに、ＰｔＭｎ合金であれば、４８ｋＡ／ｍ以上、例えば、６４ｋＡ／ｍを越える交換結合磁界を有し、前記交換結合磁界を失うブロッキング温度が３８０℃と極めて高い優れた反強磁性層２を得ることができる。
これらの合金は、成膜したままでは不規則系の面心立方構造（ｆｃｃ：格子定数がａ軸とｃ軸とで同じ値）であるが、熱処理により、ＣｕＡｕＩタイプの規則系の面心立方構造（ｆｃｔ：ａ軸／ｃ軸≒０．９）に構造変態する。
【００７２】
固定磁性層３は、図１，図２に示すように、第１の固定磁性層３Ａと、前記第１の固定磁性層３Ａに非磁性中間層３Ｂを介して形成され、前記第１の固定磁性層３Ａ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３Ｃとからなる。
第１および第２の固定磁性層３Ａ，３Ｃは、強磁性体の薄膜からなり、例えば、Ｃｏ、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などで形成され、この第１の固定磁性層３Ａと第２の固定磁性層３Ｃとは同じ材質で形成され、しかも、第２の固定磁性層３Ｃの磁気的膜厚ｔＰ2 が、第１の固定磁 性層３Ａの磁気的膜厚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３Ｃの方が第１の固定磁性層３Ａ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３Ａおよび第２の固定磁性層３Ｃ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３Ａの膜厚ｔＰ1 が第２の固定磁性層３Ｃの膜厚ｔＰ2 より厚く形成されていてもよい。
【００７３】
この第１の固定磁性層３Ａは、反強磁性層２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３Ａと反強磁性層２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１，図２に示すように、前記第１の固定磁性層３Ａの磁化が、図示Ｙ方向、すなわち磁気記録媒体から離れる方向（ハイト方向）に固定される。前記第１の固定磁性層３Ａの磁化が、図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層３Ｂを介して対向する第２の固定磁性層３Ｃの磁化は、第１の固定磁性層１２Ａの磁化と反平行の状態（フェリ状態）、つまり、図示Ｙ方向と逆方向に固定される。
【００７４】
交換結合磁界が大きいほど、第１の固定磁性層３Ａの磁化と第２の固定磁性層３Ｃ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、反強磁性層２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３Ａとの界面で大きい交換結合磁界（交換異方性磁界）Ｈｅｘを発生させるＰｔＭｎ合金等を使用することで、前記第１の固定磁性層３Ａおよび第２の固定磁性層３Ｃの磁化状態を熱的にも安定して保つことができる。
【００７５】
本実施形態では、第１の固定磁性層３Ａと第２の固定磁性層３Ｃとの膜厚比を後述するように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３Ａと第２の固定磁性層３Ｃとの磁化を、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、後述するように、熱処理中の磁場の大きさおよ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３Ａおよび第２の固定磁性層３Ｃの磁化方向を、所望の方向に制御することが可能になる。
【００７６】
また、前記非磁性導電層４は、Ｃｕ（銅）等からなり、その膜厚は、２０〜２５オングストロームに設定される。
また、前記フリー磁性層５は、通常、１０〜５０オングストローム程度の厚さとされ、前記第１，第２の固定磁性層３Ａ，３Ｃ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、縦バイアス層６との交換結合磁界によって磁化され、図示Ｘ１方向、すなわち固定磁性層３の磁化方向と交差する方向に磁化方向が揃えられている。
前記フリー磁性層５が前記バイアス層６により単磁区化されることによって、バルクハウゼンノイズの発生が防がれる。
【００７７】
前記縦バイアス層６は、前記反強磁性層２と同様に、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素と、Ｍｎとを含む合金からなるものであり、磁場中熱処理により、フリー磁性層５との界面にて交換異方性磁界が発現されて、フリー磁性層５を一定の方向に磁化するものである。
そして、これらの合金からなるバイアス層６は、耐熱性、耐食性に優れるという特徴を有している。
【００７８】
特に、前記縦バイアス層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。
【００７９】
さらに、縦バイアス層６は、下記の組成式からなる合金であっても良い。
ＰｔmＭｎ100-m-nＺn
但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉのうちの少なくとも１種または２種以上の元素であり、組成比を示すｍ、ｎは、５２原子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％、０．２原子％≦ｎ≦１０原子％である。
【００８０】
また、縦バイアス層６は、下記の組成式からなる合金であってもよい。
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。
【００８１】
バックド層Ｂ１は、Ｃｕ等の金属材料や、非磁性導電材料からなり、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕからなる群から選択された材料から構成されることができ、例えばその膜厚が５〜３０オングストロームに設定される。
このバックド層Ｂ１の膜厚を設定することにより、フリー磁性層５と縦バイアス層６との交換結合による交換異方性磁界を適正な範囲に設定することが可能となる。同時に、フリー磁性層５の磁化方向を設定するための交換結合による交換異方性磁界を発生するための縦バイアス層６の膜厚を、フリー磁性層５の膜面内方向に対して略一定に設定することが可能となるため、フリー磁性層５を単磁区化しやすく、サイドリーディングを防止することができ、磁気記録密度の高密度化により一層対応することが可能となる。
また、このバックド層Ｂ１により、後述するように、磁気抵抗効果に寄与する＋スピン（上向きスピン：up spin ）の電子における平均自由行程（mean free path）をのばし、いわゆるスピンフィルター効果（spin filter effect）によりスピンバルブ型薄膜素子において、大きな△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）が得られ、高密度記録化に対応できるものとすることができる。
【００８２】
前記バックド層Ｂ１の膜厚が、５〜３０オングストロームの範囲に設定されることができる。ここで、このバックド層Ｂ１の膜厚が、５オングストロームよりも薄い値に設定されると、フリー磁性層５と縦バイアス層６との交換結合による交換異方性磁界が強くなりすぎて、フリー磁性層５の磁化が強固に固定されてしまい、検出するべき外部磁界が印加された場合にも、フリー磁性層５の磁化方向が回転変化することができず、抵抗変化が起こらないため、検出感度が低下し、スピンバルブ型薄膜磁気素子の再生出力特性が悪化するため、好ましくなく、さらに、後述するスピンフィルター効果による抵抗変化率の向上を得ることができず好ましくない。
また、このバックド層Ｂ１の膜厚が、３０オングストロームよりも厚い値に設定されると、非磁性導電材料から構成されるバックド層Ｂ１にセンス電流が分流する割合が増加して、ＧＭＲ効果を得るために必要な、フリー磁性層５と非磁性導電層６との界面付近を流れるセンス電流が減少する、つまり、シャントロスが増大するため、大きな△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）を得ることが難しくなるとともに、同時に、フリー磁性層５と縦バイアス層６との交換結合による交換異方性磁界が弱くなりすぎて、フリー磁性層５における磁区制御が困難になり、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性があり好ましくない。
保護層７は、Ｔａからなり、その表面が、酸化された酸化層とされている。
【００８３】
また、前記電極層８，８は、例えば、Ａｕ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａなどで形成されることが好ましく、フリー磁性層５の膜面方向両側に位置されてなるか、または、少なくとも、フリー磁性層５、非磁性導電層４、固定磁性層３の膜面方向両側に位置されてなること、つまり、少なくとも、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５、縦バイアス層６の積層された積層体９に対して膜厚方向積層体９の両側に位置されてなることができる。
ここで、電極層８は、図１に示すように、積層体９両端部のフリー磁性層５を含むその他の層を取り除いた後に形成してもよいが、その場合、フリー磁性層５の寸法（トラック幅方向の長さ）が短くなるために、フリー磁性層５のトラック幅方向の反磁界が増加してしまうので、以下の構造とすることもできる。
すなわち、図２１に示すように、積層体９Ａの両端部分を削除することなしに電極層８をバイアス層６の上に直接形成することも可能である。また、図２０に示すように、フリー磁性層５を含むその他の層を取り除いた後に永久磁性膜６Ａ、電極膜８の順で成膜し、永久磁性層６Ａとフリー磁性層５との端部を磁気的に直接接合させる構造とすることができる。また、図２２に示すように、フリー磁性層５を含むその他の層を取り除いた後で、軟磁性膜６Ｃ、積層体９中央部の縦バイアス層６と同種の材料からなる第２のバイアス層６Ｂ、電極層８の順に成膜し、軟磁性膜６Ｃとフリー磁性層５との端部を磁気的に直接結合させる構造も可能である。この場合には、第２の熱処理を軟磁性膜６Ｃ、第２のバイアス層６Ｂ、電極層８の形成後にまとめておこなうことができる。また、図２３に示すように、フリー磁性層５が基板Ｋに近い側に位置する、いわゆるトップスピンバルブ構造の場合は、後述するように、図６に示す第３実施形態と同様に、積層体１９’の両端部を取り除く際に、フリー磁性層１５の少なくとも一部を残しておき、つまり、例えば非磁性導電層１４の一部を残しておき、その上に電極層１８を成膜する構造とすることができる。
上記の、図２０、図２２、図２３に示すような構造では、電極層８，１８の下の部分では、積層体９，１９’の一部分が取り除かれ、ＧＭＲ積層体の基本構造をなしていないため、図２１に示すような構造に比べ、サイドリーディングなどの問題を発生しにくい利点を有する。
さらに、図２１，図２３に示すような構造とすることにより、フリー磁性層５，１５は磁気的には図示Ｘ１方向（トラック幅方向）に長い形状を保つことができ、このＸ１方向の反磁界が減少してＸ１方向の磁化をより安定させることができ、磁区の不安定性に基づく再生波形の不安定性がより一層生じにくい構造とすることができる。
図２１に示す構造以外では、フリー磁性層５や非磁性導電層４に比べて抵抗値の高い反強磁性層２および縦バイアス層６を介さずに、電極層８からフリー磁性層５付近に直接センス電流を与える割合を向上することができる。これにより、ＧＭＲ効果において磁気抵抗変化率（△Ｒ／Ｒ）に寄与する、前記積層体９と電極層８，８との間の接続抵抗を低減することができ、スピンバルブ型薄膜磁気素子の再生効率をより向上させることが可能となる。
【００８４】
前記電極層８，８は、電極下地層８ａ，８ａを介して形成されており、この電極下地層８ａ，８ａは、例えばＴａからなり５０オングストローム程度の膜厚とされる。
この電極下地層８ａは、後工程のインダクティブヘッド（書込ヘッド）の製造プロセスでおこなう絶縁レジストの硬化工程（ＵＶキュアまたはハードベーク）等で高温に曝される場合に、拡散バリアーとして機能し、電極層８および反強磁性層２や、周辺層との間で熱拡散がおこり、反強磁性層２，電極層８等の特性が劣化することを防止する。
【００８５】
図１，図２に示す構造のスピンバルブ型薄膜素子においては、電極層８，８から積層体９にセンス電流Ｊを与えられる。磁気記録媒体から図１，図２に示す図示Ｙ方向に磁界が与えられると、フリー磁性層５の磁化は、図示Ｘ１方向からＹ方向に変動する。このときの非磁性導電層１３とフリー磁性層１４との界面で、いわゆるＧＭＲ効果によって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。
【００８６】
ここで、バックド層Ｂ１によって、磁気抵抗効果に寄与する＋スピン（上向きスピン：up spin ）の電子における平均自由行程（mean free path）をのばし、いわゆるスピンフィルター効果（spin filter effect）によりスピンバルブ型薄膜素子において、大きな△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）が得られ、高密度記録化に対応できるものとすることができる。
【００８７】
以下、スピンフィルター効果（spin filter effect）について説明する。
図８は、スピンバルブ型薄膜素子においてバックド層によるスピンフィルター効果への寄与を説明するための模式説明図であり、（ａ）は図２４に示すバックド層のない構造例を示す模式図であり、（ｂ）は図１に示すバックド層のある構造例を示す模式図である。
ここで、磁性材料で観測される巨大磁気抵抗ＧＭＲ効果は、主として、電子の「スピンに依存した散乱」によるもの、つまり、磁性材料、ここではフリー磁性層１４の磁化方向に平行なスピン（例えば＋スピン（上向きスピン：up spin ））を持つ伝導電子の平均自由行程（mean free path：λ+ ）と、磁性材料の磁化方向と逆平行なスピン（例えば−スピン（下向きスピン：down spin ））を持つ伝導電子の平均自由行程（λ- ）との差を利用したものである。ここで、図においては、up spin を持つ伝導電子を上向き矢印で示し、down spin を持つ伝導電子を下向き矢印で示している。
【００８８】
電子がフリー磁性層５を通り抜けようとする際において、この電子がフリー磁性層５の磁化方向に平行な＋スピンを持てば自由に移動できるが、これと逆に、電磁が−スピンを持った場合には、直ちに散乱されてしまう。
これは、＋スピンを持つ電子の平均自由行程λ+ が、例えば、５０オングストローム程度であるのに対して、−スピンを持つ電子の平均自由行程λ- が６オングストローム程度であり、１０分の１程度と極端に小さいためである。
【００８９】
本実施形態においては、フリー磁性層５の膜厚は、６オングストローム程度である−スピン電子の平均自由行程λ- よりも大きく、５０オングストローム程度である＋スピン電子の平均自由行程λ+ よりも小さく設定されている。
したがって、このフリー磁性層５を通り抜けようとする際において、−スピン伝導電子（少数キャリア；minority carrier）は、このフリー磁性層５によって有効にブロックされ（すなわちフィルタ・アウトされ）るが、＋スピン伝導電子（多数キャリア；majority carrier）は、本質的に、このフリー磁性層５に対して透過的に移動する。
【００９０】
第２の固定磁性層３Ｃで発生する多数キャリアおよび少数キャリア、つまり、第２の固定磁性層３Ｃの磁化方向に対応する＋スピン電子および−スピン電子は、フリー磁性層５に向かって移動し、電荷の移動、つまり、キャリアとなる。
これらのキャリアは、フリー磁性層５の磁化が回転するときに、それぞれ異なった状態で散乱する、つまり、フリー磁性層５における通過状態が、それぞれ異なっているために、上記のＧＭＲをもたらすことになる。
【００９１】
フリー磁性層５から第２の固定磁性層３Ｃに向かって移動する電子もＧＭＲに寄与するが、第２の固定磁性層３Ｃからフリー磁性層５へ向かう電子と、フリー磁性層５から第２の固定磁性層３Ｃへ向かう電子とを平均すると同じ方向に移動するので説明を省略する。また、非磁性導電層４で発生する電子は、＋スピン電子の数と−スピン電子の数とが等しいので、平均自由行程の和は変化せず、これも説明を割愛する。
【００９２】
第２の固定磁性層３Ｃで発生し、非磁性導電層４を通過する少数キャリア、つまり、−スピン電子の数は、第２の固定磁性層３Ｃと非磁性導電層４との界面で散乱した−スピン電子の数に等しい。この−スピン電子は、フリー磁性層５との界面に到達する遥か以前に非磁性導電層４と第２の固定磁性層３Ｃとの界面付近で散乱される。つまり、この−スピン電子はフリー磁性層５の磁化方向が回転しても、平均自由行程は変化せず、＋スピン電子の平均自由行程に比べて非常に短いままであり、ＧＭＲ効果となる抵抗変化率に寄与する抵抗値変化に影響しない。
したがって、ＧＭＲ効果には、＋スピン電子の挙動のみを考えればよい。
【００９３】
第２の固定磁性層３Ｃで発生した多数キャリア、つまり、＋スピン電子は、この＋スピン電子の平均自由行程λ+ より短い非磁性導電層４中を移動し、フリー磁性層５に到達する。
フリー磁性層５に外部磁界が作用しておらず、フリー磁性層５の磁化方向が回転していない場合、多数キャリアは、この＋スピン電子がフリー磁性層５の磁化方向に平行な＋スピンを持っているため、このフリー磁性層５を自由に通過できる。
【００９４】
さらに、図８（ｂ）に示すように、フリー磁性層５を通過した＋スピン電子は、バックド層Ｂ１において、このバックド層Ｂ１の材料で決定される追加平均自由行程λ+bを移動した後散乱する。これは、図８（ａ）に示すバックド層Ｂ１が無い場合、＋スピン電子は、フリー磁性層１２５中を移動し、その上面において散乱してしまうが、これに比べて、バックド層Ｂ１を設けた場合、追加平均自由行程λ+b分だけ平均自由行程が延びたことを意味する。
したがって、比較的低い抵抗値（すなわち、長い平均自由行程）を有する導電材料を適用することにより、スピンバルブ型薄膜素子としての抵抗値は減少する。
【００９５】
一方、外部磁界を印加することにより、フリー磁性層５の磁化方向を回転すると、この磁性材料の磁化方向とスピンの向きが異なるため、＋スピン電子がフリー磁性層５中で散乱することになり、有効平均自由行程が急激に減少する。つまり、抵抗値が増大する。
これにより、バックド層Ｂ１が無い場合に比べて、△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）の大きなＧＭＲ効果を観測することができ、スピンバルブ型薄膜素子の再生出力特性を向上することができる。
【００９６】
次に、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子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における反強磁性層２および縦バイアス層６の位置によって、熱処理により発生する反強磁性層２および縦バイアス層６の交換異方性磁界の大きさが相違することを利用してなされたものであり、１度目の熱処理で固定磁性層３の磁化方向を固定し、２度目の熱処理でフリー磁性層５の磁化方向を揃えるものである。
【００９７】
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２と、固定磁性層３と、非磁性導電層４と、フリー磁性層５と、バックド層Ｂ１と、縦バイアス層６と、保護層７とを順次積層して図３に示す積層膜９’を形成したのち、前記積層膜９’に磁気記録トラック幅Ｔｗ方向と直交する方向である第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度で熱処理し、前記反強磁性層２および縦バイアス層６に交換異方性磁界を発生させて、前記固定磁性層３および前記フリー磁性層５の磁化を同一方向に固定するとともに、前記反強磁性層２の交換異方性磁界を前記縦バイアス層６の交換異方性磁界よりも大とする。
【００９８】
ついで、磁気記録トラック幅Ｔｗ方向に前記縦バイアス層６の交換異方性磁界よりも大きく前記反強磁性層２の交換異方性磁界よりも小さい第２の磁界を印加しつつ、前記第１の熱処理温度よりも高い第２の熱処理温度で熱処理し、前記フリー磁性層５に前記固定磁性層３の磁化方向と交差する方向のバイアス磁界を付与する。
【００９９】
次に、磁気記録トラック幅Ｔｗ寸法に対応して、積層膜９’上にリフトオフレジストＲを形成する。図３に示すように、このリフトオフレジストＲは、磁気記録トラック幅Ｔｗ方向（図中Ｘ１方向）の幅寸法で平面視して積層膜９’を覆うとともに、このリフトオフレジスト層Ｒには、その下面に切り込み部Ｒａ，Ｒａが形成されている。
次の工程では、図４に示すように、エッチングにより積層膜９’の両側を反強磁性層２の下側の一部を残して削り込んで積層体９を形成し、さらにその後の工程では、図４に示すように、前記積層体９の両側に電極下地層８ａ，８ａ、および、電極層８，８を成膜する。
【０１００】
本実施形態では、この電極層８，８の成膜の際に使用されるスパッタ法は、イオンビームスパッタ法、ロングスロースパッタ法、コリメーションスパッタ法のいずれかまたはそれらを組み合わせたスパッタ法であることが好ましい。またこのとき、図４に示すように、リフトオフレジストＲの表面には、電極下地層８ａおよび電極層８と同じ組成の層８ａ’，８’が形成される。その後、リフトオフレジストＲを、レジスト剥離液を用いながらリフトオフによって除去して、これら層８ａ’，８’ともども除去すると、図１に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子が完成する。
【０１０１】
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１６，図１８，図１９を参照して詳しく説明する。
図１６に示した■印は、基板とフリー磁性層の間に反強磁性層を配置したボトム型シングルスピンバルブ薄膜磁気素子の交換異方性磁界の熱処理依存性を示し、図１６に示した◆印は、フリー磁性層よりも基板から離れた位置に反強磁性層を配置したトップ型シングルスピンバルブ薄膜磁気素子の交換異方性磁界の熱処理依存性を示す。
従って、◆印のトップ型シングルスピンバルブ薄膜磁気素子の反強磁性層は、■印のボトム型シングルスピンバルブ薄膜磁気素子の反強磁性層よりも、基板から離れた位置に設けられていることになる。
【０１０２】
ここで、図１６に示した◆印で示されるトップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子の例では、その具体的な構成が、図１８に示すように、Ｓｉ基板Ｋの上に、Ａｌ2Ｏ3（１０００）からなる下地絶縁層２００、Ｔａ（５０）からなる下地層２１０、ＮｉＦｅ合金（７０）およびＣｏ（１０）の２層からなるフリー磁性層５、Ｃｕ（３０）からなる非磁性導電層４、Ｃｏ（２５）からなる固定磁性層３、Ｐｔ55.4Ｍｎ44.6（３００）からなる反強磁性層２、Ｔａ（５０）からなる保護層２２０の順に形成されたものとされる。
【０１０３】
また、図１６に示した■印で示されるボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子の例では、その具体的な構成が、図１９に示すように、Ｓｉ基板Ｋの上に、Ａｌ2Ｏ3（１０００）からなる下地絶縁層２００、Ｔａ（３０）からなる下地層２１０、Ｐｔ55.4Ｍｎ44.6（３００）からなる反強磁性層２、Ｃｏ（２５）からなる固定磁性層３、Ｃｕ（２６）からなる非磁性導電層４、Ｃｏ（１０）およびＮｉＦｅ合金（７０）の２層からなるフリー磁性層５、Ｔａ（５０）からなる保護層２２０の順に形成されたものとされる。
なお、カッコ内は各層の厚さを示し、単位はオングストロームである。
【０１０４】
また、図１６の◆印で示される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、基板Ｋと反強磁性層２との間にフリー磁性層５、非磁性導電層４、固定磁性層３が挟まれて形成されている。
一方、図１６の■印で示される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、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。
【０１０５】
図１６に示すように、■印で示すボトム型の反強磁性層２（Ｐｔ55.4Ｍｎ44.6）の交換異方性磁界は、２２０℃（４９３Ｋ）を過ぎて上昇しはじめ、２４０℃（５１３Ｋ）を越えると５６ｋＡ／ｍ程度になって一定となる。また、◆印で示すトップ型の反強磁性層２（Ｐｔ54.4Ｍｎ45.6）の交換異方性磁界は、２４０℃（５１３Ｋ）を過ぎて上昇し、２６０℃（５３３Ｋ）を超えると４８ｋＡ／ｍを越えて一定となる。
このように、基板に近い位置に配置された反強磁性層２（■印）は、基板Ｋより離れた位置に配置された反強磁性層２（◆印）と比較して、比較的低い熱処理温度で高い交換異方性磁界が得られることがわかる。
【０１０６】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法は、上述した反強磁性材料の性質を利用したものである。
すなわち、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、反強磁性層２と基板Ｋとの距離が近い（または、固定磁性層の下に反強磁性層が配置された）ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子であり、この反強磁性層２に使用される合金と同様の合金によって形成された縦バイアス層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。
【０１０７】
したがって、例えば、図３に示す積層膜９’に、第１の磁界を印加しつつ、第１の熱処理温度（２２０〜２４０℃（４９３〜５１３Ｋ））でこの積層膜９’を熱処理すると、反強磁性層２および縦バイアス層６に交換異方性磁界が生じ、固定磁性層３とフリー磁性層５の磁化方向が同一方向に固定される。また、反強磁性層２の交換異方性磁界は４８ｋＡ／ｍ以上となり、縦バイアス層６の交換異方性磁界は８ｋＡ／ｍ以下となり、反強磁性層２の交換異方性磁界のほうが大きくなる。
次に、第１の磁界と直交する方向の第２の磁界を印加しつつ、第２の熱処理温度（２５０〜２７０℃（５２３〜５４３Ｋ））で積層膜９’を熱処理すると、縦バイアス層６の交換異方性磁界が４８ｋＡ／ｍ以上となり、先の熱処理にて発生した縦バイアス層６の交換異方性磁界よりも大きくなる。したがって、フリー磁性層５の磁化方向は、第１の磁界に対して交差する方向となる。
【０１０８】
このとき、この第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設定しておけば、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。
【０１０９】
ここで、第１の熱処理温度は、２２０℃〜２４０℃（４９３Ｋ〜５１３Ｋ）の範囲とすることが好ましい。第１の熱処理温度が２２０℃（４９３Ｋ）未満であると、反強磁性層２の交換異方性磁界が１６ｋＡ／ｍ以下となって、固定磁性層３の磁化が高くならず、固定磁性層３の磁化方向が２度目の熱処理によりフリー磁性層５の磁化方向と同一方向に磁化されてしまうので好ましくない。一方、第１の熱処理温度が２４０℃（５１３Ｋ）を越えると、縦バイアス層６の交換異方性磁界が大きくなって、フリー磁性層５の磁化が強い磁場をかけないと動きにくくなり、第２の熱処理時に前記フリー磁性層５の磁化方向を固定磁性層３の磁化方向に対して交差する方向に揃えられなくなるので好ましくない。また、第１の熱処理温度を２３０℃〜２４０℃（５０３Ｋ〜５１３Ｋ）の範囲とすれば、反強磁性層２の交換異方性磁界を３２ｋＡ／ｍ以上とすることができ、固定磁性層３の交換異方性磁界を大きくすることができるのでより好ましい。
【０１１０】
また、第２の熱処理温度は、２５０℃〜２７０℃（５２３Ｋ〜５４３Ｋ）の範囲とすることが好ましい。第２の熱処理温度が２５０℃５２３Ｋ）未満であると、縦バイアス層６の交換異方性磁界を３２ｋＡ／ｍ以上にすることができなくなって、フリー磁性層５の縦バイアス磁界を大きくすることができなくなるので好ましくない。また、第１の熱処理にて固定したフリー磁性層５の磁化方向を、固定磁性層３の磁化方向と交差する方向に揃えることができなくなるので好ましくない。一方、第２の熱処理温度が２７０℃（５４３Ｋ）を越えても、もはや縦バイアス層６の交換異方性磁界は一定となって増大せず、層界面での熱拡散などによる磁気的特性の劣化により磁気抵抗効果の減少を引き起こすので好ましくない。
【０１１１】
図１７は、ＰｔmＭｎ100-m合金の交換異方性磁界のＰｔ濃度（ｍ）依存性を示すグラフである。
この図１７から示唆されるように、反強磁性層２と縦バイアス層６の組成を適宜異なった組成に調整することにより、第１の熱処理後で得られる反強磁性層６の交換異方性磁界をより大きく、かつ第１の熱処理後に縦バイアス層６に交換異方性磁界がほとんど発生しないような第２の熱処理にとって好ましい状態とすることもできる。
【０１１２】
次に、熱処理温度が２４５℃（５１８Ｋ）または２７０℃（５４３Ｋ）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１７を参照して詳しく説明する。
図１７において、図示△印及び▲印は、フリー磁性層よりも基板から離れた位置に反強磁性層を配置した（または、固定磁性層の上に反強磁性層が配置された）トップ型シングルスピンバルブ薄膜磁気素子の反強磁性層の組成と交換異方性磁界との関係を示すものであり、図示△印は２７０℃（５４３Ｋ）、図示▲印は２４５℃（５１８Ｋ）で熱処理したものである。
また、図１７において、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℃（５１８Ｋ）で熱処理したものである。
【０１１３】
具体的には、△印及び▲印で示したトップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子の例は、図１８に示すように、Ｓｉ基板Ｋの上に、Ａｌ2Ｏ3（１０００）からなる下地絶縁層２００、Ｔａ（５０）からなる下地層２１０、ＮｉＦｅ合金（７０）およびＣｏ（１０）の２層からなるフリー磁性層５、Ｃｕ（３０）からなる非磁性導電層４、Ｃｏ（２５）からなる固定磁性層３、ＰｔmＭｎt（３００）からなる反強磁性層２、Ｔａ（５０）からなる保護層２２０の順に形成された構成のものとされる。
【０１１４】
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の例は、図１９に示すように、Ｓｉ基板Ｋの上に、Ａｌ2Ｏ3（１０００）からなる下地絶縁層２００、Ｔａ（３０）からなる下地層２１０、ＰｔmＭｎt（３００）からなる反強磁性層２、Ｃｏ（２５）からなる固定磁性層３、Ｃｕ（２６）からなる非磁性導電層４、Ｃｏ（１０）およびＮｉＦｅ合金（７０）の２層からなるフリー磁性層５、Ｔａ（５０）からなる保護層２２０の順に形成された構成のものとされる。
なお、カッコ内は、各層の厚さを示し、単位はオングストロームである。
【０１１５】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法では、図１７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の相違を利用している。
すなわち、ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子である本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、基板Ｋから近い反強磁性層２に使用される合金の組成範囲は、図１７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、基板Ｋから遠い縦バイアス層６に使用される合金の組成範囲は、図１７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。
【０１１６】
また、図１７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％以上を越えると、熱処理温度２７０℃（５４３Ｋ）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、一方向交換結合磁界を示さなくなるので好ましくない。
【０１１７】
また、ｍのより好ましい範囲は、４８原子％≦ｍ≦５８原子％である。
ｍが４８原子％未満または５８原子％以上を越えると、熱処理温度２４５℃（５１８Ｋ）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。
【０１１８】
また、ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層、すなわち前記反強磁性層２をＰｔmＭｎ100-m-nＺn（但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ のうちの少なくとも１種または２種以上の元素）としたとき、組成比を示すｍ、ｎは、４８原子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％であることが好ましい。
ｍ＋ｎが４８原子％未満または６０原子％を越えると、熱処理温度２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行っても、ＰｔmＭｎ100-m-nＺnの結晶格子がＬ１0型の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁性特性を示さなくなる。即ち、一方向性交換結合磁界を示さなくなるので好ましくない。
また、ｎが０．２原子％未満であると、反強磁性層の結晶格子の規則化の促進効果、すなわち、交換異方性磁界を大きくする効果が十分に現れないので好ましくなく、ｎが４０原子％を越えると、逆に交換異方性磁界が減少するので好ましくない。
【０１１９】
また、ｍ＋ｎのより好ましい範囲は、４８原子％≦ｍ＋ｎ≦５８原子％である。
ｍ＋ｎが４８原子％未満または５８原子％を越えると、熱処理温度２４５℃（５１８Ｋ）の第１の熱処理を行っても、ＰｔmＭｎ100-m-nＺn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。
【０１２０】
また、ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層、すなわち前記反強磁性層２を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。
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℃（５４３Ｋ）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、一方向交換結合磁界を示さなくなるので好ましくない。
また、ｊが０．２原子％未満であると、元素Ｌの添加による一方向性交換結合磁界の改善効果が十分に現れないので好ましくなく、ｊが１０原子％を越えると、一方向性交換異方性磁界が低下してしまうので好ましくない。
【０１２１】
また、ｑ＋ｊのより好ましい範囲は、４８原子％≦ｑ＋ｊ≦５８原子％である。
ｑ＋ｊが４８原子％未満または５８原子％を越えると、熱処理温度２４５℃（５１８Ｋ）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。
【０１２２】
図１７から明らかなように、トップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層、ここでは前記縦バイアス層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、組成比を示すｍが、５２原子％≦ｍ≦６０原子％であることが好ましい。
ｍが５２原子％未満または６０原子％を越えると、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理を行っても、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。
【０１２３】
また、トップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層、すなわち前記縦バイアス層６をＰｔmＭｎ100-m-nＺn （但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種または２種以上の元素）としたとき、組成比を示すｍ、ｎは、５２原子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％であることが好ましい。
ｍ＋ｎが５２原子％未満または６０原子％を越えると、熱処理温度２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行っても、ＰｔmＭｎ100-m-nＺn の結晶格子がＬ１0 型の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁性特性を示さなくなる。即ち、一方向性交換結合磁界を示さなくなるので好ましくない。
また、ｎが０．２原子％未満であると、反強磁性層の結晶格子の規則化の促進効果、すなわち、交換異方性磁界を大きくする効果が十分に現れないので好ましくなく、ｎが４０原子％を越えると、逆に交換異方性磁界が減少するので好ましくない。
【０１２４】
また、トップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層、すなわち前記縦バイアス層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。
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℃（５４３Ｋ）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、一方向性交換異方性磁界が低下してしまうので好ましくない。
【０１２５】
また、図１８から明らかなように、ボトム型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層ここでは前記反強磁性層２、およびトップ型スピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層ここでは前記縦バイアス層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、前記反強磁性層および前記バイアス層の組成比を示すｍが、５２原子％≦ｍ≦５８原子％であることが好ましい。
【０１２６】
ｍが５２原子％未満であると、熱処理温度２７０℃（５４３Ｋ）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、ｍが５８原子％を越えると、熱処理温度２４５℃（５１８Ｋ）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るので好ましくない。
【０１２７】
また、前記反強磁性層２および前記縦バイアス層６が、ＸmＭｎ100-mからなる合金としたとき、反強磁性層２および縦バイアス層６の組成比を示すｍが、５２原子％≦ｍ≦５６．５原子％であることがより好ましい。
ｍが５２原子％未満であると、熱処理温度２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行っても、縦バイアス層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、ｍが５６．５原子％を越えると、熱処理温度２４５℃（５１８Ｋ）の第１の熱処理を行った場合に、反強磁性層２による交換異方性磁界がバイアス層６による交換異方性磁界よりも大きくなるがその差は小さく、熱処理温度２７０℃（５４３Ｋ）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。
【０１２８】
また、前記反強磁性層２および縦バイアス層６が、ＸmＭｎ100-mからなる合金としたとき、反強磁性層２および縦バイアス層６の組成比を示すｍが、５２原子％≦ｍ≦５５．２原子％であることが最も好ましい。
ｍが５２原子％未満であると、熱処理温度２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行っても、縦バイアス層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、ｍが５５．２原子％を越えると、熱処理温度２４５℃（５１８Ｋ）の第１の熱処理を行った場合に、反強磁性層２の交換結合磁界が縦バイアス層６の交換結合磁界よりも大きくなるがその差は小さく、熱処理温度２７０℃（５４３Ｋ）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。
【０１２９】
従って、反強磁性層２および縦バイアス層６の上記組成比が５２原子％≦ｍ≦５５．２原子％であれば、第１の熱処理時に反強磁性層２の交換異方性磁界が縦バイアス層６の交換結合磁界よりもより大きくなり、第２の熱処理を行った後も反強磁性層２と縦バイアス層６の交換結合磁界の差が大きくなるので、磁気記録媒体からの信号磁界の印加に対し、固定磁性層３の磁化方向は変化せずに固定され、フリー磁性層５の磁化方向はスムーズに変化することができるため好ましい。
【０１３０】
また、反強磁性層２および縦バイアス層６が、ＰｔmＭｎ100-m-nＺn （但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種または２種以上の元素）としたとき、組成比を示すｍ、ｎは、５２原子％≦ｍ＋ｎ≦５８原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％であることが好ましい。
【０１３１】
ｍ＋ｎが５２原子％未満であると、熱処理温度２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行っても、前記縦バイアス層６を構成するＰｔmＭｎ100-m-nＺn 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℃（５１８Ｋ）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-nＺn の結晶格子がＬ１0 型の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁性特性を示さなくなる。即ち、一方向性交換結合磁界を示さなくなるので好ましくない。
また、ｎが０．２原子％未満であると、元素Ｚの添加による一方向性交換結合磁界の改善効果が十分に現れないので好ましくなく、ｎが４０原子％を越えると、一方向性交換結合磁界が低下してしまうので好ましくない。
【０１３２】
また、前記反強磁性層２および縦バイアス層６が、ＰｔmＭｎ100-m-nＺn からなる合金としたとき、組成比を示すｍ、ｎが、５２原子％≦ｍ＋ｎ≦５６．５原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％であることがより好ましい。
【０１３３】
ｍ＋ｎが５２原子％未満であると、熱処理温度２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行っても、ＰｔmＭｎ100-m-nＺn の結晶格子がＬ１0 型の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁性特性を示さなくなる。即ち、一方向性交換結合磁界を示さなくなるので好ましくない。
また、ｍ＋ｎが５６．５原子％を越えると、熱処理温度２４５℃（５１８Ｋ）の第１の熱処理を行った場合に、反強磁性層２による交換異方性磁界が縦バイアス層６による交換異方性磁界よりも大きくなるがその差は小さく、熱処理温度２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理の際に、固定磁性層３がフリー磁性層５の磁化と同一の方向に磁化されたり、第２の熱処理の際に、フリー磁性層５の磁化方向と固定磁性層３の磁化方向とを直交方向に揃え難くなるので好ましくない。
また、ｎが０．２原子％未満であると、元素Ｚの添加による一方向性交換結合磁界の改善効果が十分に現れないので好ましくなく、ｎが４０原子％を越えると、一方向性交換結合磁界が低下してしまうので好ましくない。
【０１３４】
更に、前記反強磁性層２および縦バイアス層６が、ＰｔmＭｎ100-m-nＺn からなる合金としたとき、組成比を示すｍ、ｎが、５２原子％≦ｍ＋ｎ≦５５．２原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％であることがより好ましい。
【０１３５】
ｍが５２原子％未満であると、熱処理温度２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行っても、縦バイアス層６を構成するＰｔmＭｎ100-m-nＺn の結晶格子がＬ１0 型の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁性特性を示さなくなる。即ち、一方向性交換結合磁界を示さなくなるので好ましくない。
また、ｍ＋ｎが５５．２原子％を越えると、熱処理温度２４５℃（５１８Ｋ）の第１の熱処理を行った場合に、反強磁性層２の交換結合磁界が縦バイアス層６の交換結合磁界よりも大きくなるがその差は小さく、熱処理温度２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理の際に、固定磁性層３がフリー磁性層５の磁化と同一の方向に磁化されたり、第２の熱処理の際に、フリー磁性層５の磁化方向と固定磁性層３の磁化方向とを直交方向に揃え難くなるので好ましくない。
また、ｎが０．２原子％未満であると、元素Ｚの添加による一方向性交換結合磁界の改善効果が十分に現れないので好ましくなく、ｎが４０原子％を越えると、一方向性交換結合磁界が低下してしまうので好ましくない。
【０１３６】
従って、反強磁性層２および縦バイアス層６の上記組成比が５２原子％≦ｍ＋ｎ≦５５．２原子％であり、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％であれば、第１の熱処理時に反強磁性層２の交換異方性磁界が縦バイアス層６の交換結合磁界よりもより大きくなり、第２の熱処理を行った後も反強磁性層２と縦バイアス層６の交換結合磁界の差が大きくなるので、磁気記録媒体からの信号磁界の印加に対し、固定磁性層３の磁化方向は変化せずに固定され、フリー磁性層５の磁化方向はスムーズに変化することができるため好ましい。
【０１３７】
また、反強磁性層２および縦バイアス層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）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。
【０１３８】
ｑ＋ｊが５２原子％未満であると、熱処理温度２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行っても、前記縦バイアス層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、ｑ＋ｊが５８原子％を越えると、熱処理温度２４５℃（５１８Ｋ）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。
【０１３９】
また、前記反強磁性層２および縦バイアス層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≦５６．５原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％であることがより好ましい。
【０１４０】
ｑ＋ｊが５２原子％未満であると、熱処理温度２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行っても、前記縦バイアス層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、ｑ＋ｊが５６．５原子％を越えると、熱処理温度２４５℃（５１８Ｋ）の第１の熱処理を行った場合に、反強磁性層２による交換異方性磁界が縦バイアス層６による交換異方性磁界よりも大きくなるがその差は小さく、熱処理温度２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理の際に、固定磁性層３がフリー磁性層５の磁化と同一の方向に磁化されたり、第２の熱処理の際に、フリー磁性層５の磁化方向と固定磁性層３の磁化方向とを直交方向に揃え難くなるので好ましくない。
また、ｊが０．２原子％未満であると、元素Ｌの添加による一方向性交換結合磁界の改善効果が十分に現れないので好ましくなく、ｊが１０原子％を越えると、一方向性交換結合磁界が低下してしまうので好ましくない。
【０１４１】
更に、前記反強磁性層２および縦バイアス層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≦５５．２原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％であることがより好ましい。
【０１４２】
ｑが５２原子％未満であると、熱処理温度２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行っても、縦バイアス層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、ｑ＋ｊが５５．２原子％を越えると、熱処理温度２４５℃（５１８Ｋ）の第１の熱処理を行った場合に、反強磁性層２の交換結合磁界が縦バイアス層６の交換結合磁界よりも大きくなるがその差は小さく、熱処理温度２７０℃の第２の熱処理の際に、固定磁性層３がフリー磁性層５の磁化と同一の方向に磁化されたり、第２の熱処理の際に、フリー磁性層５の磁化方向と固定磁性層３の磁化方向とを直交方向に揃え難くなるので好ましくない。
また、ｊが０．２原子％未満であると、元素Ｌの添加による一方向性交換結合磁界の改善効果が十分に現れないので好ましくなく、ｊが１０原子％を越えると、一方向性交換結合磁界が低下してしまうので好ましくない。
【０１４３】
従って、反強磁性層２およびバイアス層６の上記組成比が５２原子％≦ｑ＋ｊ≦５５．２原子％であり、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％であれば、第１の熱処理時に反強磁性層２の交換異方性磁界がバイアス層６の交換結合磁界よりもより大きくなり、第２の熱処理を行った後も反強磁性層２とバイアス層６の交換結合磁界の差が大きくなるので、磁気記録媒体からの信号磁界の印加に対し、固定磁性層３の磁化方向は変化せずに固定され、フリー磁性層５の磁化方向はスムーズに変化することができるため好ましい。
【０１４４】
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縦バイアス層６の組成を異ならしめ、例えば反強磁性層２のＭｎ濃度を縦バイアス層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と縦バイアス層６の両者の交換異方性磁界の差を、さらに顕著にすることができ、磁気記録媒体からの信号磁界の印加に対し、固定磁性層３の磁化方向は変化せずに固定され、フリー磁性層５の磁化方向はスムーズに変化することが可能となる。
【０１４５】
すなわち、縦バイアス層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好ましい。
【０１４６】
縦バイアス層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１７に示すように、熱処理温度２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行っても、縦バイアス層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、一方向交換結合磁界を示さなくなるので好ましくない。
【０１４７】
よって、第１の熱処理温度２４５℃（５１８Ｋ）の第１の熱処理を行った後に、反強磁性層２の交換異方性磁界が縦バイアス層６の交換異方性磁界よりも大きく、かつ第２の熱処理温度が２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行った後にも、反強磁性層２の交換異方性磁界が縦バイアス層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（５２原子％≦ｍ≦６０原子％）と縦バイアス層６の組成比（４８原子％≦ｍ≦５８原子％）の範囲の中から各々の組成比を異ならせて選択すればよい。
【０１４８】
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と縦バイアス層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の交換結合磁界と縦バイアス層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。
【０１４９】
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縦バイアス層６の交換異方性磁界よりも大きくでき、第２の熱処理の際に、反強磁性層２の交換異方性磁界を劣化または磁化方向を変えることがなく、固定磁性層３の磁化方向を強固に固定したまま、フリー磁性層５と固定磁性層３の磁化方向を交差させることができる。
さらに、第２の熱処理後に、反強磁性層２の交換異方性磁界を縦バイアス層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。
【０１５０】
反強磁性層２と縦バイアス層６の好ましい別の組み合わせは、バイアス層６を、ＰｔmＭｎ100-m-nＺn （Ｚが、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種または２種以上の元素、組成比を示すｍ、ｎが、５２原子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％）からなる合金とし、反強磁性層２を、ＰｔmＭｎ100-m-nＺn （但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種または２種以上の元素、組成比を示すｍ、ｎは、４８原子％≦ｍ＋ｎ≦５８原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％）からなる合金とすることが好ましい。
【０１５１】
縦バイアス層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、縦バイアス層６を構成するＰｔmＭｎ100-m-nＺn 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、縦バイアス層６の組成を示すｎが０．２原子％未満であると、元素Ｚの添加による一方向性交換結合磁界の改善効果が十分に現れないので好ましくなく、ｎが４０原子％を越えると、一方向性交換結合磁界が低下してしまうので好ましくない。
【０１５２】
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℃（５１８Ｋ）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-nＺn の結晶格子がＬ１0 型の規則格子へと規則化しにくくなり、反強磁性特性を示さなくなる。即ち、一方向交換結合磁界を示さなくなるので好ましくない。
また、反強磁性層２の組成を示すｎが０．２原子％未満であると、元素Ｚの添加による一方向性交換結合磁界の改善効果が十分に現れないので好ましくなく、ｎが４０原子％を越えると、一方向性交換結合磁界が低下してしまうので好ましくない。
【０１５３】
よって、第１の熱処理温度２４５℃（５１８Ｋ）の第１の熱処理を行った後に、反強磁性層２の交換異方性磁界が縦バイアス層６の交換異方性磁界よりも大きく、かつ第２の熱処理温度が２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行った後にも、反強磁性層２の交換異方性磁界が縦バイアス層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％）と縦バイアス層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。
【０１５４】
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と縦バイアス層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の交換結合磁界と縦バイアス層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。
【０１５５】
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縦バイアス層６の交換異方性磁界よりも大きくでき、第２の熱処理の際に、反強磁性層２の交換異方性磁界を劣化または磁化方向を変えることがなく、固定磁性層３の磁化方向を強固に固定したまま、フリー磁性層５と固定磁性層３の磁化方向を交差させることができる。
さらに、第２の熱処理後に、反強磁性層２の交換異方性磁界を縦バイアス層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。
【０１５６】
反強磁性層２と縦バイアス層６の好ましい別の組み合わせは、縦バイアス層６を、ＰｔqＭｎ100-q-jＬj （但し、Ｌは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘ ｅ、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。
【０１５７】
縦バイアス層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℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行っても、縦バイアス層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、縦バイアス層６の組成を示すｊが、０．２原子％未満であると、元素Ｌの添加による一方向性交換結合磁界の改善効果が十分に現れないので好ましくなく、ｊが１０原子％を越えると、一方向性交換結合磁界が低下してしまうので好ましくない。
【０１５８】
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℃（５１８Ｋ）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。
【０１５９】
よって、第１の熱処理温度２４５℃（５１８Ｋ）の第１の熱処理を行った後に、反強磁性層２の交換異方性磁界が縦バイアス層６の交換異方性磁界よりも大きく、かつ第２の熱処理温度が２７０℃（５４３Ｋ）の第２の熱処理を行った後にも、反強磁性層２の交換異方性磁界が縦バイアス層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％）と縦バイアス層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。
【０１６０】
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と縦バイアス層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の交換結合磁界と縦バイアス層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。
【０１６１】
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縦バイアス層６の交換異方性磁界よりも大きくでき、第２の熱処理の際に、反強磁性層２の交換異方性磁界を劣化または磁化方向を変えることがなく、固定磁性層３の磁化方向を強固に固定したまま、フリー磁性層５と固定磁性層３の磁化方向を交差させることができる。
さらに、第２の熱処理後に、反強磁性層２の交換異方性磁界を縦バイアス層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。
【０１６２】
次に、本実施形態のように、シンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned spin-valves）とされた第１の固定磁性層３Ａおよび第２の固定磁性層３Ｃにおける、これらの膜厚および反強磁性層２に対する第１の熱処理に対する条件について説明する。
【０１６３】
ところで図２に示す第１の固定磁性層３Ａおよび第２の固定磁性層３Ｃ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およ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）とをかけた値で決定される。
図２に示す第１の固定磁性層３Ａと第２の固定磁性層３Ｃとは、同じ材質、例えばＣｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金で形成され、しかも第２の固定磁性層３Ｃの膜厚ｔＰ2 が、第１の固定磁性層３Ａ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３Ｃの方が第１の固定磁性層３Ａに比べ磁気モーメントが大きくなっている。なお、本実施形態では、第１の固定磁性層３Ａおよび第２の固定磁性層３Ｃが異なる磁気モーメント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３Ａの膜厚ｔＰ1 が第２の固定磁性層３Ｃの膜厚ｔＰ2 より厚く形成されていてもよい。
【０１６４】
図２に示すように第１の固定磁性層３Ａは図示Ｙ方向、すなわち記録媒体から離れる方向（ハイト方向；素子高さ方向）に磁化されており、非磁性中間層３Ｂを介して対向する第２の固定磁性層３Ｃの磁化は前記第１の固定磁性層３Ａの磁化方向と反平行、つまり図示Ｙ方向と逆方向に磁化されている。
第１の固定磁性層３Ａは、反強磁性層２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３Ａと反強磁性層２との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、前記第１の固定磁性層３Ａ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３Ａの磁化が、図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層３Ｂを介して対向する第２の固定磁性層３Ｃの磁化は、第１の固定磁性層３Ａの磁化と反平行の状態で固定される。
【０１６５】
本実施形態では、前記第１の固定磁性層３Ａの膜厚ｔＰ1 と、第２の固定磁性層３Ｃの膜厚比ｔＰ2 を適正化しており、（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３Ａと第２の固定磁性層３Ｃ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３Ａと第２の固定磁性層３Ｃの膜厚を適正化している。
この第１の固定磁性層３Ａの膜厚ｔＰ1 および第２の固定磁性層３Ｃの膜厚ｔＰ2 は、１０〜７０オングストロームの範囲内で、かつ第１の固定磁性層３Ａの膜厚ｔＰ1 から第２の固定磁性層３Ｃの膜厚ｔＰ2 を引いた絶対値が２オングストローム以上であることが好ましい。
【０１６６】
上記範囲内で適正に膜厚比、および膜厚を調節すれば、少なくとも４ｋＡ／ｍ以上の交換結合磁界（Ｈｅｘ）を得ることが可能である。ここで交換結合磁界とは、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、前記交換結合磁界（Ｈｅｘ）は、反強磁性層２と第１の固定磁性層３Ａ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３Ａと第２の固定磁性層３Ｃ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。
【０１６７】
また本実施形態では、前記（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、０．５３〜０．９５、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３Ａの膜厚ｔＰ1 と第２の固定磁性層３Ｃの膜厚ｔＰ2 とはともに１０〜５０オングストロームの範囲内であり、しかも第１の固定磁性層３Ａの膜厚ｔＰ1 から第２の固定磁性層３Ｃの膜厚ｔＰ2 を引いた絶対値は２オングストローム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３Ａと第２の固定磁性層３Ｃの膜厚比、および第１の固定磁性層３Ａの膜厚ｔＰ1 と第２の固定磁性層３Ｃの膜厚ｔＰ2 を適正に調節すれば、少なくとも８０ｋＡ／ｍ以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
また上記範囲内の、膜厚比および膜厚であれば交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできると同時に、△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）も高くすることが可能である。
【０１６８】
交換結合磁界か  大きいほど、第１の固定磁性層３Ａの磁化と第２の固定磁性層３Ｃの磁化を安定して反平行状態に保つことが可能であり、特に本実施形態では反強磁性層２として上述した組成の合金を使用することで、前記第１の固定磁性層３Ａおよび第２の固定磁性層３Ｃの磁化状態を熱的にも安定して保つことができる。
【０１６９】
ところで、第１の固定磁性層３Ａと第２の固定磁性層３Ｃとが同じ材質で形成された場合、しかも前記第１の固定磁性層３Ａと第２の固定磁性層３Ｃとの膜厚が同じ値であると、第１の固定磁性層３ＡのＭｓ・ｔＰ1 （磁気モーメント）と、第２の固定磁性層３ＣのＭｓ・ｔＰ2 （磁気モーメント）とが同じ値となり、前記第１の固定磁性層３Ａの磁化と第２の固定磁性層３Ｃの磁化とが反平行状態にならず、前記磁化の方向分散量（アトランダムに様々な方向を向いている磁気モーメント量）が多くなることにより、後述するフリー磁性層５の磁化との相対角度を適正に制御できないため、前記第１の固定磁性層３Ａと第２の固定磁性層３Ｃとの交換結合磁界（Ｈｅｘ）および△Ｒ／Ｒは極端に低下する。
【０１７０】
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３Ａと、第２の固定磁性層３ＣのＭｓ・ｔを異なる値にすること、すなわち第１の固定磁性層３Ａと第２の固定磁性層３Ｃ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３Ａと第２の固定磁性層３Ｃを異なる膜厚で形成する必要がある。
したがって、本実施形態では  第１の固定磁性層３Ａ、第２の固定磁性層３Ｃ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３Ａの膜厚ｔＰ1 と第２の固定磁性層３Ｃの膜厚ｔＰ2 と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。
【０１７１】
次に、本実施形態のように、反強磁性層２に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３Ａ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３Ａと第２の固定磁性層３ＣのＭｓ・ｔを異なる値に設定しても、熱処理中の印加磁場の方向およびその大きさを適正に制御しないと、第１の固定磁性層３Ａの磁化および第２の固定磁性層３Ｃ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。
【０１７２】
【表１】
0003657487.tif 000002
【０１７３】
表１は、第１の固定磁性層３ＡのＭｓ・ｔＰ1 が、第２の固定磁性層３ＣのＭｓ・ｔＰ2 よりも小さい本実施形態の場合に、熱処理中の印加磁場の大きさおよびその方向を変えることによって、第１の固定磁性層３Ａおよび第２の固定磁性層３Ｃの磁化がどの方向に向くかを表すものである。
表１の（１）では、図示左方向に８〜８０ｋＡ／ｍの磁場を与えると、Ｍｓ・ｔＰ2 の大きい第２の固定磁性層３Ｃの磁化が支配的になり、前記第２の固定磁性層３Ｃ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３Ａと第２の固定磁性層３Ｃ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３Ａの磁化は、前記第２の固定磁性層３Ｃの磁化に対して反平行になる。同様に、表１の（２）では、図示右方向に８〜８０ｋＡ／ｍの磁場を与えると、支配的な第２の固定磁性層３Ｃの磁化が図示右方向に向き、第１の固定磁性層３Ａの磁化は図示左方向に向く。
【０１７４】
ここで、例えば第１の固定磁性層３Ａの磁化を図示右方向に向けようとする場合に、適正な熱処理中の磁場方向およびその大きさは、表１における（１）である。この表１（１）では、右方向に向けられた第１の固定磁性層３Ａの磁化は、反強磁性層２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。
【０１７５】
ところで表１に示すように、熱処理中に印加される磁場の大きさは、８〜８０ｋＡ／ｍである。これは前述の縦バイアス層６に関連した理由以外に、次のような理由による。
磁場を与えることによって、Ｍｓ・ｔの大きい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以上であると  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、本実施形態では８０ｋＡ／ｍ以上の磁場の大きさを、適正な範囲から外している。
【０１７６】
なお熱処理中の磁場の大きさを８ｋＡ／ｍ以上とするのは、この程度の磁場を与えないと、Ｍｓ・ｔ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。
なお上述した熱処理中の磁場の大きさおよ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２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２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。
【０１７７】
以上のように本実施形態では、第１の固定磁性層３Ａと第２の固定磁性層３Ｃ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３Ａと第２の固定磁性層３Ｃ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およ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３Ａおよび第２の固定磁性層３Ｃの磁化方向を、得たい方向に制御することが可能になる。
【０１７８】
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３０オングストロームである場合、前記ＮｉＦｅ膜の磁気的膜厚は、３０オングストローム・テスラとなる。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。
【０１７９】
しかしながら、ＴａやＲｕ、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。さらに、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。
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。本実施形態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。
【０１８０】
ＰｔＭｎ膜等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膜等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膜等と強磁性膜の積層順序に依存することになる。
【０１８１】
特に、反強磁性層２がフリー磁性層５よりも下側（基板側）に形成されているボトムタイプの場合にあっては、前記反強磁性層２と第１の固定磁性層３Ａ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３Ａ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３Ａ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３Ｃとの磁気的膜厚（磁気モーメント）差が大きくなりすぎ、前記第１の固定磁性層３Ａ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。
【０１８２】
すなわち本実施形態のように、第１の固定磁性層３Ａ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２を使用し、第１の固定磁性層３Ａと第２の固定磁性層３Ｃ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３Ａおよび第２の固定磁性層３Ｃの膜厚の適正化のみならず、前記第１の固定磁性層３Ａおよび第２の固定磁性層３Ｃ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。
【０１８３】
前述したように、第１の固定磁性層３Ａと第２の固定磁性層３Ｃ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３Ａと第２の固定磁性層３Ｃ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３Ａと第２の固定磁性層３Ｃの膜厚比と同じように、（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）という磁気的膜厚比の値は、０．３３〜０．９５、あるいは１．０５〜４の範囲内とであることが好ましい。また本発明では、第１の固定磁性層３Ａの磁気的膜厚および第２の固定磁性層３Ｃの磁気的膜厚が１０〜７０（オングストローム・テスラ）の範囲内で、かつ第１の固定磁性層３Ａの磁気的膜厚かムら第２の固定磁性層３Ｃの磁気的膜厚を引いた絶対値が２（オングストローム・テスラ）以上であることが好ましい。
【０１８４】
また（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）という磁気的膜厚比の値が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３Ａの磁気的膜厚と第２の固定磁性層３Ｃの磁気的膜厚はともに１０〜５０（オングストローム・テスラ）の範囲内であり、しか  も第１の固定磁性層３Ａの磁気的膜厚から第２の固定磁性層３Ｃの磁気的膜厚を引いた絶対値は２（オングストローム・テスラ）以上であることが好ましい。
【０１８５】
次に、第１の固定磁性層３Ａと第２の固定磁性層３Ｃとの間に介在する非磁性中間層３Ｂに関して説明する。
本実施形態では、第１の固定磁性層３Ａと第２の固定磁性層３Ｃとの間に介在する非磁性中間層３Ｂ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。
【０１８６】
フリー磁性層５よりも下側（基板側）に反強磁性層２が形成されているボトムタイプの場合における前記非磁性中間層３Ｂの膜厚は、３．６〜９．６オングストロームの範囲内で形成されることが好ましい。この範囲内であれば、４０ｋＡ／ｍ以上の交換結合磁界（Ｈｅｘ）を得ることが可能である。また前記非磁性中間層３Ｂの膜厚は、４〜９．４オングストロームの範囲内で形成されると、８０ｋＡ／ｍ以上の交換結合磁界を得ることができるのでより好ましい。
【０１８７】
ここで、非磁性中間層３Ｂの膜厚が上述した寸法以外の寸法で形成されると、交換結合磁界が極端に低下し、前記第１の固定磁性層３Ａと第２の固定磁性層３Ｃとの磁化が反平行状態（フェリ状態）になりにくくなり、前記磁化状態が不安定化するため好ましくない。
【０１８８】
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、フリー磁性層５と縦バイアス層６との間にバックド層Ｂ１を設けたことにより、縦バイアス層６からのフリー磁性層５の磁化を固定する交換結合磁界を適正な範囲に設定することができるので、磁気記録媒体からの微弱な漏れ磁束に対してフリー磁性層５の磁気モーメントがスムーズに回転する検出感度の優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子となる。
さらに、バックド層Ｂ１により、伝導電子の平均自由行程を延ばすことができる。このため、いわゆるスピンフィルター効果を発現させることが可能となり、スピンによる伝導電子の平均自由行程の行程差が大きくなって、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率（△Ｒ／Ｒ）をより向上させることができる。
また、このスピンバルブ型薄膜磁気素子は、前記フリー磁性層５は、一様な厚みの縦バイアス層６により磁化方向が規定されているので、磁区の乱れが少なく、単磁区化を容易におこなうことができ、バルクハイゼンノイズの少ないものとすることができる。また、フリー磁性層５の単磁区化を保った状態として電極層８，８からフリー磁性層５付近に直接センス電流Ｊを与えることができるため、サイドリーディングを防止することができ、磁気記録密度の高密度化により一層対応することが可能となる。
【０１８９】
電極層８，８が、少なくとも、フリー磁性層５の膜面方向両側に位置されて積層体９に接続されているため、フリー磁性層５や非磁性導電層４に比べて抵抗値の高い反強磁性層２および縦バイアス層６を介さずに、電極層８からフリー磁性層５付近にセンス電流を与える割合を向上することができる。また、ＧＭＲ効果において磁気抵抗変化率（△Ｒ／Ｒ）に寄与する、前記積層体９と電極層８，８との間の接続抵抗を低減することができ、スピンバルブ型薄膜磁気素子の再生効率をより向上させることが可能となる。
【０１９０】
さらに、反強磁性層２および縦バイアス層６が、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉのうちの少なくとも１種または２種以上の元素とＭｎとを含む合金からなるものであるので、交換異方性磁界の温度特性が良好となり、耐熱性に優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子となる。
また、ハードディスクなどの装置内の環境温度や素子を流れるセンス電流によるジュール熱により素子が高温となる薄膜磁気ヘッドなどの装置に備えられた場合の耐久性が良好で、温度変化による交換異方性磁界（交換結合磁界）の変動が少ない優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができる。
さらにまた、反強磁性層２を上記の合金で形成することで、ブロッキング温度が高いものとなり、反強磁性層２に大きな交換異方性磁界を発生させることができるため、固定磁性層３の磁化方向を強固に固定することができる。
【０１９１】
このような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２および縦バイアス層６に、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉのうちの少なくとも１種または２種以上の元素と、Ｍｎとを含む合金を用い、前記合金の性質を利用して、１度目の熱処理で固定磁性層３の磁化方向を固定し、２度目の熱処理でフリー磁性層５の磁化方向を前記固定磁性層３の磁化方向と交差する方向に揃えるので、固定磁性層３の磁化方向に悪影響を与えることなく、フリー磁性層５の磁化方向を固定磁性層３の磁化方向と交差する方向に揃えることができ、耐熱性に優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子を得ることができる。
【０１９２】
また、前記第１の固定磁性層３Ａと第２の固定磁性層３Ｃとの磁化が反平行状態（フェリ状態）とされたシンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned type ）としたことにより、第１の熱処理によって固定磁性層３として大きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）を得ることが可能であり、第２の熱処理をおこなっても、この固定磁性層３の磁化が傾くことがないために、固定磁性層３の固定磁化方向の制御を、より容易におこなうことができる。
また、固定磁性層３の固定磁化による反磁界（双極子磁界）を、第１の固定磁性層３Ａの静磁結合磁界と第２の固定磁性層３Ｃの静磁結合磁界とにより、相互に打ち消してキャンセルすることができ、フリー磁性層５の変動磁化の方向に影響を与える固定磁性層３の固定磁化による反磁界（双極子磁界）からの、フリー磁性層５の変動磁化への寄与を減少することができる。
また、この固定磁性層３の固定磁化による反磁界（双極子磁界）のフリー磁性層５への影響を低減し、フリー磁性層５の変動磁化の方向を所望の方向に補正することがより容易になり、アシンメトリーの小さい優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることが可能なために、フリー磁性層５の変動磁化方向の制御を、より容易にすることができる。
【０１９３】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびその製造方法、およ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の第２実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第２実施形態］
図５は、本発明の第２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。
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子は、図１ないし図４に示す第１実施形態と同様に、基板側から、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層が形成されたボトム型（Bottom type ）とされ、さらに、固定磁性層が、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、を有し、固定磁性層が合成フェリ磁性状態とされてなる手段、いわゆる、シンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned type ）とされるシングルスピンバルブ型薄膜素子の一種である。
この実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子において、第１実施形態と異なるのは、フリー磁性層が、合成フェリ磁性状態とされた２層からなる手段、いわゆる、シンセティックフェリフリー型（synthetic-ferri-free type ）とされた点と、平均自由行程延長層として、バックド層の変わりに鏡面反射層を設けた点である。
【０１９４】
本実施形態においては、図１ないし図４に示す第１実施形態と略同等の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態の積層体９においては、フリー磁性層５が、図５に示すように、非磁性中間層５Ｂと、この非磁性中間層５Ｂを挟む第１フリー磁性層５Ａと第２フリー磁性層５Ｃから構成されている。第１フリー磁性層５Ａは、非磁性中間層５Ｂより縦バイアス層６側に設けられて鏡面反射層Ｓ１に接続され、第２フリー磁性層５Ｃは、非磁性中間層５Ｂより非磁性導電層４側に設けられてこの非磁性導電層４に接続されている。
【０１９５】
第１フリー磁性層５Ａは、強磁性材料より形成されるもので、第１，第２の固定磁性層３Ａ，３Ｃと同じ材料で形成されることが好ましく、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等により形成され、特にＮｉＦｅ合金より形成されることが好ましい。
また、非磁性中間層５Ｂは、非磁性材料より形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうちの１種またはこれらの合金から形成されることが好ましく、特にＲｕにより形成されることが好ましい。
【０１９６】
第２フリー磁性層５Ｃは、強磁性材料からなるもので、第１フリー磁性層５Ａおよび第１，第２固定磁性層３Ａ，３Ｃ同じ材料で形成されることが好ましく、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等により形成されるものであり、特にＮｉＦｅ合金より形成されることが好ましい。
なお、第２フリー磁性層５Ｃは複数の層で構成されていてもよく、例えば、ＮｉＦｅからなる場合に、非磁性導電層４に接する側はＣｏ薄膜からなる部分を有する構成とすることも可能である。
【０１９７】
また、第２フリー磁性層５Ｃの厚さｔＦ2 は、第１フリー磁性層５Ａの厚さｔＦ1 よりも厚く形成されている。
なお、第２フリー磁性層５Ｃの厚さｔＦ2 は、３０〜４０オングストロームの範囲であることが好ましく、３５〜４０オングストロームの範囲であることがより好ましい。第２フリー磁性層５Ｃの厚さｔＦ2 が前記の範囲を外れると、スピンバルブ型薄膜磁気素子の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくすることができなくなるので好ましくない。
また第１フリー磁性層５Ａの厚さｔＦ1 は５〜２５オングストロームの範囲であることが好ましい。
【０１９８】
また、第１フリー磁性層５Ａおよび第２フリー磁性層５Ｃの飽和磁化をそれぞれＭ1 、Ｍ2 としたとき、第１フリー磁性層５Ａおよび第２フリー磁性層５Ｃの磁気的膜厚はそれぞれＭ1・ｔＦ1、Ｍ2・ｔＦ2となる。
そしてフリー磁性層５は、第１フリー磁性層５Ａの磁気的膜厚と第２フリー磁性層５Ｃの磁気的膜厚との関係を、Ｍ2・ｔＦ2＞Ｍ1・ｔＦ1とするように構成されている。
【０１９９】
また、第１フリー磁性層５Ａおよび第２フリー磁性層５Ｃは、相互に反強磁性的に結合されている。すなわち、第２フリー磁性層５Ｃの磁化方向が縦バイアス層６により図示Ｘ１方向に揃えられると、第１フリー磁性層５Ａの磁化方向が図示Ｘ１方向と反対方向に揃えられる。
ここで、第１フリー磁性層５Ａの磁気的膜厚と第２フリー磁性層５Ａの磁気的膜厚との関係が、Ｍ2・ｔＦ2＞Ｍ1・ｔＦ1とされていることから、フリー磁性層５全体としては第２フリー磁性層５Ｃの磁化が残存した状態となり、フリー磁性層５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５の実効膜厚は、（Ｍ2・ｔＦ2−Ｍ1・ｔＦ1）となる。
このように、第１フリー磁性層５Ａと第２フリー磁性層５Ｃとは、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、それぞれの磁気的膜厚の関係がＭ2・ｔＦ2＞Ｍ1・ｔＦ1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５の磁化方向と固定磁性層３の磁化方向とが交差する関係となる。
【０２００】
さらに、本実施形態においては、フリー磁性層５と縦バイアス層６との間に、平均自由行程延長層として、鏡面反射層Ｓ１が積層されている。
【０２０１】
この鏡面反射層Ｓ１の厚さは、５〜５００オングストロームの範囲に設定されることができ、この鏡面反射層Ｓ１の膜厚が、５オングストロームよりも薄い値に設定されると、鏡面反射の効果が充分得られないため、好ましくない。
また、この鏡面反射層Ｓ１の膜厚が、５００オングストロームよりも厚い値に設定されると、再生ギャップであるシールド間隔が広くなり過ぎ、ヘッドの分解能が低下するため好ましくない。また、フリー磁性層５と縦バイアス層６との交換結合による交換異方性磁界が弱くなりすぎて、フリー磁性層５における磁区化制御が困難になり、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性もあり好ましくない。
【０２０２】
このように設定することにより、鏡面反射層Ｓ１は、フリー磁性層５と鏡面反射層Ｓ１との界面付近においてポテンシャル障壁を形成し、フリー磁性層５を移動するアップスピンの伝導電子を、フリー磁性層５と鏡面反射層Ｓ１との界面付近においてスピンの状態を保存したまま反射させることができ、アップスピンの伝導電子の平均自由行程をさらに延ばして、後述するように、いわゆる鏡面反射効果を示す。
【０２０３】
ここで、伝導電子をスピンの状態を保存したまま反射させるために、フリー磁性層５と鏡面反射層Ｓ１との界面でポテンシャル障壁を形成すること、すなわち、フリー磁性層５は良好な導電体であるのに対し、鏡面反射層Ｓ１は電気的に絶縁体であることが有効である。
【０２０４】
この様な条件を満たす絶縁材料としては、α−Ｆｅ2Ｏ3，ＮｉＯ，ＣｏＯ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｏ，Ａｌ2Ｏ3，Ａｌ−Ｑ−Ｏ（ここでＱはＢ，Ｓｉ，Ｎ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選択される一種以上），Ｒ−Ｏ（ここでＲはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗから選択される１種以上）等の酸化膜，Ａｌ−Ｎ，Ａｌ−Ｑ−Ｎ（ここでＱはＢ，Ｓｉ，Ｏ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選択される一種以上），Ｒ−Ｎ（ここでＲはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗから選択される１種以上）等の窒化膜等を挙げることができ、このような絶縁材料によって、鏡面反射層Ｓ１を構成することができる。
また、鏡面反射層Ｓ１としてα−Ｆｅ2Ｏ3やＮｉＯなどの反強磁性体を用いた場合には、バイアス層６を兼ねることができる。
【０２０５】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子では、ハードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、図３に示すＸ１方向に揃えられたフリー磁性層５の磁化方向が変動すると、図示Ｙ方向と反対方向に固定された第２の固定磁性層３Ｃの磁化との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、磁気記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０２０６】
また、第１フリー磁性層５Ａの磁気的膜厚と第２フリー磁性層５Ｃの磁気的膜厚との関係が、Ｍ2・ｔＦ2＞Ｍ1・ｔＦ1とされているので、フリー磁性層５のスピンフロップ磁界を大きくすることができる。
スピンフロップ磁界とは、磁化方向が反平行である２つの磁性層に対し、一方の磁性層の磁化方向と平行方向の外部磁界を印加したときに、他方の磁性層の磁化方向が回転して反平行の関係が崩れ始めるときの外部磁界の大きさを指す。
上記の場合は、外部磁界が縦バイアス層６からのバイアス磁界に相当する。
【０２０７】
図１０に、フリー磁性層５のＭ−Ｈ曲線の模式図を示す。このＭ−Ｈ曲線は、本実施形態のフリー磁性層５に対して磁気記録トラック幅方向から外部磁界を印加したときの、フリー磁性層５の磁化Ｍの変化を示したものである。
また、図中、Ｆ１で示す矢印は、第１フリー磁性層５Ａの磁化方向を表し、Ｆ２で示す矢印は、第２フリー磁性層５Ｃの磁化方向を表す。
図１０に示すように、外部磁界Ｈが小さいときは、第１フリー磁性層５Ａと第２フリー磁性層５Ｃが反強磁性的に結合した状態、即ち矢印Ｆ１及び矢印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、Ｆ１の方向がＦ２の方向の反対方向から外れた方向を向き、第１、第２フリー磁性層５Ａ，５Ｃの反強磁性的結合が壊され、フェリ磁性状態が保てなくなる。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１０ではＨSfで示している。なお、図中Ｈs は、フリー磁性層５の磁化が飽和した時の飽和磁界を示している。
【０２０８】
第１フリー磁性層５Ａの磁気的膜厚と第２フリー磁性層５Ｃの磁気的膜厚との関係が、Ｍ2・ｔＦ2＞Ｍ1・ｔＦ1とされると、フリー磁性層５のスピンフロップ磁界ＨSfが大きくなる。これにより、フリー磁性層５がフェリ磁性状態を保つ磁界の範囲が広くなる。よって、フリー磁性層５が安定してフェリ磁性状態を保つことができる。
また、第１フリー磁性層５Ａおよび第２フリー磁性層５Ｃのそれぞれの磁気的膜厚Ｍ1・ｔＦ1、Ｍ2・ｔＦ2を適宜調整することにより、フリー磁性層５の磁気的な実効膜厚（Ｍ2・ｔＦ2−Ｍ1・ｔＦ1）を小さくできるので、僅かな大きさの外部磁界によってもフリー磁性層５の磁化方向が容易に変動し、これによりスピンバルブ型薄膜磁気素子の検出感度を高くすることができる。
【０２０９】
また、本実施形態においては、鏡面反射層Ｓ１によって、磁気抵抗効果に寄与する＋スピン（上向きスピン：up spin ）の電子における平均自由行程（mean free path）をのばし、いわゆる鏡面反射効果（specular reflecyion effect）によりスピンバルブ型薄膜磁気素子において、大きな△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）が得られ、高密度記録化に対応できるものとすることができる。
【０２１０】
以下、鏡面反射効果（specular reflecyion effect）について説明する。
図９は、スピンバルブ型薄膜磁気素子において鏡面反射層による鏡面反射効果への寄与を説明するための模式説明図である。
スピンフィルター効果の説明において上述したように、ＧＭＲ効果には、第２の固定磁性層３Ｃの固定磁化方向によって規定される＋スピン（アップスピン）の伝導電子の挙動のみを考えればよい。
【０２１１】
外部磁界の印加されない状態では、図９（ａ），（ｂ）に示すように、非磁性導電層４からフリー磁性層５にまで到達する。そして、フリー磁性層５内部を移動して（本実施形態においては第２フリー磁性層５Ｃ、非磁性中間層５Ｂ、第１フリー磁性層５Ａを順に通過して）、フリー磁性層５と鏡面反射層Ｓ１との界面付近に到達する。
ここで、図９（ａ）に示す鏡面反射層のない場合には、＋スピン電子が、フリー磁性層５中を移動し、その上面において散乱してしまう。このため、平均自由行程は図９（ａ）に示すλ+ となっている。
これに比べて、鏡面反射層Ｓ１のある場合には、フリー磁性層５と鏡面反射層Ｓ１との界面付近にポテンシャル障壁が形成されているため、図９（ｂ）に示すように、＋スピン電子が、このフリー磁性層５と鏡面反射層Ｓ１との界面付近で鏡面反射（鏡面散乱）する。
通常、伝導電子が散乱した場合には、その電子の持っているスピン状態（エネルギー、量子状態等）は変化する。しかし、鏡面散乱した場合には、この＋スピン電子は、エネルギー、量子状態等のスピン状態を保存されたまま反射される確率が高く、再びフリー磁性層５中を移動することになる。つまり、鏡面反射によっては、伝導電子が、スピン状態が変化することなく、あたかも、散乱しなかったようにフリー磁性層５中を移動することになる。
これは、＋スピン電子は、図９（ｂ）に示すように、鏡面反射した分、反射平均自由行程λ+Sだけ平均自由行程が延びたことを意味する。
【０２１２】
このようにして、＋スピン電子は、鏡面反射層Ｓ１を設けたことにより、反射平均自由行程λ+Sだけ平均自由行程が延びることになり、平均自由行程が大幅に延びる。
したがって、鏡面反射層Ｓ１を設けることにより、比較的低い抵抗値（すなわち、長い平均自由行程）を有することになり、スピンバルブ型薄膜磁気素子としての抵抗値は減少する。
【０２１３】
一方、外部磁界を印加することにより、フリー磁性層５の磁化方向を回転すると、この磁性材料の磁化方向とスピンの向きが異なるため、＋スピン電子がフリー磁性層５中で散乱する、つまり、フリー磁性層５の磁化方向にしたがって、＋スピン電子が−スピン電子（ダウンスピンの伝導電子）と同等の平均自由行程を有する確率が増大することになり、有効平均自由行程が急激に減少する。つまり、抵抗値が急激に増大する。
このように、印加される外部磁界の有無により、スピンバルブ型薄膜磁気素子としての抵抗値が変化してＧＭＲ効果を観測することができる。
【０２１４】
このように、本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、鏡面反射層Ｓ１を具備しており、鏡面反射効果を発現させることができ、アップスピンの伝導電子の平均自由行程を大幅に延ばすことができるので、ダウンスピンの伝導電子との平均自由行程差が大きくなって、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率を大幅に向上できる。
また、本実施形態では、非磁性中間層５Ｂと第１のフリー磁性層５Ａとでアップスピンの伝導電子の一部が散乱されてしまうが、フリー磁性層を第１の実施形態と同様の単層構造とすることで、より有効に鏡面反射効果を発現させることもできる。
【０２１５】
なお、このスピンバルブ型薄膜磁気素子は、反強磁性層２、第１固定磁性層３Ａ、非磁性層３Ｂ、第２固定磁性層３Ｃ、非磁性導電層４、第２フリー磁性層５Ｃ、非磁性中間層５Ｂ、第１フリー磁性層５Ａ、鏡面反射層Ｓ１、縦バイアス層６、保護層７が順次積層されて積層体９が形成されること以外は、第１実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子と同様にして製造される。
【０２１６】
上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子と同様な効果に加えて、以下の効果が得られる。
すなわち、非磁性中間層５Ｂを挟んでフェリ磁性状態とされた第１、第２フリー磁性層５Ａ、５Ｃからなるフリー磁性層５、いわゆるシンセフイックフェリフリー層を具備しているので、フリー磁性層５全体の磁化方向を僅かな大きさの外部磁界により変動させることができ、またフリー磁性層５自体の厚さが極端に薄くならないので、スピンバルブ型薄膜磁気素子の感度を高くすることができる。また、フリー磁性層５上に鏡面反射層Ｓ１が積層されており、この鏡面反射層Ｓ１の膜厚の設定により、第１実施形態におけるバックド層Ｂ１と同様に、フリー磁性層５と縦バイアス層６との交換結合磁界の大きさを制御可能であるとともに、アップスピンの伝導電子がフリー磁性層５と鏡面反射層Ｓ１との界面付近で鏡面反射されるので、アップスピンの伝導電子の平均自由工程を延ばすことができ、いわゆる鏡面反射効果を示すので、磁気抵抗変化率を高くすることができる。
したがって、シンセティックフェリフリー層（フリー磁性層５）による外部磁界の感度の向上と、鏡面反射層Ｓ１の鏡面反射効果による磁気抵抗変化率の向上とを同時に発揮させることができる。
【０２１７】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびその製造方法、およ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の第３実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第３実施形態］
図６は、本発明の第３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。
本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、基板側から、フリー磁性層、非磁性導電層、固定磁性層、反強磁性層が一層ずつ形成された、いわゆるトップタイプ（Top type）であり、さらに、固定磁性層が、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の固定磁性層とを有し、固定磁性層が合成フェリ磁性状態とされてなる手段、いわゆる、シンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned type ）とされるとされるシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子とされる。
また、この例のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、エクスチェンジバイアス方式により、フリー磁性層の磁化方向を固定磁性層の磁化方向に対して交差する方向に揃えるものである。
前記エクスチェンジバイアス方式は、不感領域があるため実効トラック幅の制御が困難であるハードバイアス方式と比較して、高密度記録に対応するトラック幅の狭いスピンバルブ型薄膜磁気素子に適した方式である。
【０２１８】
図６において、符号１１は、基板Ｋ上に設けられたＴａ（タンタル）などからなる下地層である。この下地層１１の上には、縦バイアス層１６が形成されている。この縦バイアス層１６の上には、バックド層（平均自由行程延長層）Ｂ２、フリー磁性層１５、非磁性導電層１４、固定磁性層１３、反強磁性層１２、保護層１７が積層されている。これら、下地層１１、縦バイアス層１６、バックド層Ｂ２、フリー磁性層１５、非磁性導電層１４、固定磁性層１３、反強磁性層１２、保護層１７は、断面略台形とされる積層体１９を形成しており、この積層体１９の両側には、電極層１８，１８が設けられている。
【０２１９】
さらに詳細に説明すると、本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子では、縦バイアス層１６が、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちの少なくとも１種または２種以上の元素と、Ｍｎとを含む合金からなるものである。
【０２２０】
特に、前記縦バイアス層１６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。
より好ましい組成比を示すｍは、４８原子％≦ｍ≦５８原子％である。
【０２２１】
更に、前記縦バイアス層１６は、下記の組成式からなる合金であっても良い。
ＰｔmＭｎ100-m-nＺn
但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓのうちの少なくとも１種または２種以上の元素であり、組成比を示すｍ、ｎは、４８原子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％である。
より好ましい組成比を示すｍ、ｎは、４８原子％≦ｍ＋ｎ≦５８原子％、０．２原子％≦ｎ≦４０原子％である。
【０２２２】
また、前記縦バイアス層１６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、４８原子％≦ｑ＋ｊ≦６０原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％である。
また、より好ましい組成比を示すｑ、ｊは、４８原子％≦ｑ＋ｊ≦５８原子％、０．２原子％≦ｊ≦１０原子％である。
【０２２３】
また、前記ＰｔＭｎ合金に代えて、Ｘ−Ｍｎ（ただし、Ｘは、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓのうちから選択される１種の元素を示す。）の式で示される合金、あるいは、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのうちから選択される１種または２種以上の元素を示す。）の式で示される合金で形成されていてもよい。ここで、前記ＰｔＭｎ合金および前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３原子％の範囲であることができる。より好ましくは、４７〜５７原子％の範囲であることができる。ここで、特に規定しない限り〜で示す数値範囲の上限と下限は、以下、以上を意味する。
さらにまた、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、４７〜５７原子％の範囲である。さらに、前記Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金としては、Ｘ’が０．２〜１０原子％の範囲であることが望ましい。
ただし、Ｘ’がＰｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓの１種以上の場合は、Ｘ’は０．２〜４０原子％の範囲であることが望ましい。
前記縦バイアス層１６として、上記した適正な組成範囲の合金を使用し、これをアニール処理することで、大きな交換結合磁界を発生する縦バイアス層１６を得ることができる。とくに、ＰｔＭｎ合金であれば、４８ｋＡ／ｍ以上、例えば、６４ｋＡ／ｍを越える交換結合磁界を有し、前記交換結合磁界を失うブロッキング温度が３８０℃と極めて高い優れた縦バイアス層１６を得ることができる。これらの合金は、成膜したままでは不規則系の面心立方構造（ｆｃｃ：格子定数がａ軸とｃ軸とで同じ値）であるが、熱処理により、ＣｕＡｕＩタイプの規則系の面心立方構造（ｆｃｔ：ａ軸／ｃ軸≒０．９）に構造変態する。
【０２２４】
縦バイアス層１６の上には、バックド層Ｂ２が積層されている。このバックド層Ｂ２は、Ｃｕ等の金属材料や、非磁性導電材料からなり、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕからなる群から選択された材料から構成されることができ、例えばその膜厚が５〜３０オングストロームに設定される。
このバックド層Ｂ２により、後述するフリー磁性層１５と縦バイアス層１６との交換結合による交換異方性磁界を適正な範囲に設定することが可能となる。同時に、フリー磁性層１５の磁化方向を設定するための交換結合による交換異方性磁界を発生するための縦バイアス層１６の膜厚を略一定に設定することが可能となるため、フリー磁性層１５を単磁区化しやすく、サイドリーディングを防止することができ、磁気記録密度の高密度化により一層対応することが可能となる。また、このバックド層Ｂ２により、前述したように、磁気抵抗効果に寄与する＋スピン（上向きスピン：up spin ）の電子における平均自由行程（mean free path）をのばし、いわゆるスピンフィルター効果（spin filter effect）によりスピンバルブ型薄膜素子において、大きな△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）が得られ、高密度記録化に対応できるものとすることができる。
【０２２５】
前記バックド層Ｂ２の膜厚が、５〜３０オングストロームの範囲に設定されることができ、このバックド層Ｂ２の膜厚が、５オングストロームよりも薄い値に設定されると、フリー磁性層１５と縦バイアス層１６との交換結合による交換異方性磁界が強くなりすぎて、フリー磁性層１５の磁化が強固に固定されてしまい、検出するべき外部磁界が印加された場合にも、フリー磁性層１５の磁化方向が回転変化することができず、センス電流の抵抗変化が起こらないため、検出感度が低下し、スピンバルブ型薄膜磁気素子の再生出力特性が悪化するため、好ましくなく、さらに、後述するスピンフィルター効果による抵抗変化率の向上を得ることができず好ましくない。
また、このバックド層Ｂ２の膜厚が、３０オングストロームよりも厚い値に設定されると、非磁性導電材料から構成されるバックド層Ｂ２にセンス電流が分流する割合が増加して、ＧＭＲ効果を得るために必要な、フリー磁性層１５と非磁性導電層１６との界面付近を流れるセンス電流が減少する、つまり、シャントロスが増大するため、大きな△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）を得ることが難しくなるとともに、同時に、フリー磁性層１５と縦バイアス層１６との交換結合による交換異方性磁界が弱くなりすぎて、フリー磁性層１５における磁区制御が困難になり、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性があり好ましくない。
【０２２６】
また、前記フリー磁性層１５は、通常、１０〜５０オングストローム程度の厚さとされ、後述の第１，第２の固定磁性層１３Ａ，１３Ｃと同様の強磁性材質などで形成されることが好ましい。
このフリー磁性層１５は、前記縦バイアス層１６からの交換結合磁界によって磁化され、図示Ｘ１方向に磁化方向が揃えられている。
前記フリー磁性層１５が前記バイアス層１６により単磁区化されることによって、バルクハウゼンノイズの発生が防がれる。
また、前記非磁性導電層１４は、Ｃｕ（銅）等からなり、その膜厚は、２０〜２５オングストロームに設定される。
【０２２７】
固定磁性層１３は、Ｃｕ（銅）等からなる非磁性導電層１４の上に積層された第２の固定磁性層１３Ｃと、前記第２の固定磁性層１３Ｃの上に非磁性中間層１３Ｂを介して形成され、前記第２の固定磁性層１３Ｃの磁化方向と反平行に磁化方向が揃えられた第１の固定磁性層１３Ａとからなる。
第１および第２の固定磁性層１３Ａ，１３Ｃは、強磁性体の薄膜からなり、例えば、Ｃｏ、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などで形成され、４０オングストローム程度の厚さとされることが好ましく、第１の固定磁性層１３Ａは、例えばＣｏからなりその膜厚が１３〜１５オングストロームに設定され、第２の固定磁性層１３Ｃは、例えばＣｏからなりその膜厚が２０〜２５オングストロームに設定される。
また、前記非磁性中間層１３Ｂ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く、通常、８オングストローム程度の厚さに形成されている。
【０２２８】
この第１の固定磁性層１３Ａは、反強磁性層１２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１３Ａと反強磁性層１２との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、フリー磁性層１５の磁化方向と交差する方向、例えば図４に示すように、前記第１の固定磁性層１３Ａ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１３Ａの磁化が、図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層１３Ｂを介して対向する第２の固定磁性層１３Ｃの磁化は、第１の固定磁性層１３Ａの磁化と反平行の状態、つまり、図示Ｙ方向と逆方向に固定される。
本実施形態では、第１の固定磁性層１３Ａと第２の固定磁性層１３Ｃ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１３Ａと第２の固定磁性層１３Ｃとの磁化を、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。
【０２２９】
反強磁性層１２は、８０〜３００オングストローム程度の厚さとされ、この反強磁性層１２は、前記縦バイアス層１６と同様に、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固定磁性層１３を一定の方向に磁化するものである。
【０２３０】
特に、反強磁性層１２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。
【０２３１】
さらに、反強磁性層１２は、下記の組成式からなる合金であっても良い。
ＰｔmＭｎ100-m-nＺn
但し、Ｚは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉのうちの少なくとも１種または２種以上の元素であり、組成比を示すｍ、ｎは、５２原子％≦ｍ＋ｎ≦６０原子％、０．２原子％≦ｎ≦１０原子％である。
【０２３２】
また、反強磁性層１２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。
【０２３３】
保護層１７は、Ｔａからなり、その表面が、酸化された酸化層とされている。また、前記電極層１８、１８は、例えば、Ａｕ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａなどで形成されることが好ましく、フリー磁性層１５の膜面方向両側に位置されてなるか、または、少なくとも、フリー磁性層１５、非磁性導電層１４、固定磁性層１３の膜面方向両側に位置されてなることにより、少なくとも、縦バイアス層１６、バックド層Ｂ２、フリー磁性層１５、非磁性導電層１４、固定磁性層１３、反強磁性層１２の積層された積層体１９に対して膜厚方向積層体１９の両側に位置されてなることができる。
また、前記電極層１８、１８および積層体１９の構造としては、前述の、図２０、図２２、図２３に示すような構造とすることもできる
前記電極層１８，１８は、電極下地層１８ａ，１８ａを介して形成されており、この電極下地層１８ａ，１８ａは、例えばＴａからなり５０オングストローム程度の膜厚とされる。
【０２３４】
図６に示す本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子においては、電極層１８，１８から積層体１９にセンス電流を与えられる。磁気記録媒体から図６に示す図示Ｙ方向に磁界が与えられると、フリー磁性層１５の磁化は、図示Ｘ１方向からＹ方向に変動する。このときの非磁性導電層１３とフリー磁性層１４との界面で、いわゆるＧＭＲ効果によって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。
【０２３５】
この例のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、図１ないし図４に示す第１実施形態の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。
ここで、トップタイプである本実施形態においては、基板Ｋからの距離が遠い反強磁性層１２が、ボトムタイプである第１実施形態における縦バイアス層６に対応し、本実施形態において、基板Ｋからの距離が近い縦バイアス層１６が、第１実施形態の反強磁性層２に対応している。
【０２３６】
したがって、本実施形態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、下地層１１、縦バイアス層１６、バックド層Ｂ２、フリー磁性層１５、非磁性導電層１４、固定磁性層１３、反強磁性層１２、保護層１７を順次積層して、積層膜を形成した後、この積層膜にトラック幅Ｔｗ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１２および縦バイアス層１６に交換異方性磁界を発生させて、前記第１の固定磁性層１３Ａおよび前記フリー磁性層１６の磁化を同一方向に固定するとともに、前記縦バイアス層１６の交換異方性磁界を前記反強磁性層１２の交換異方性磁界よりも大とする。
【０２３７】
ついで、トラック幅Ｔｗ方向と直交する方向に前記前記反強磁性層１２の交換異方性磁界よりも大きく前記縦バイアス層１６の交換異方性磁界よりも小さい第２の磁界を印加しつつ、前記第１の熱処理温度よりも高い第２の熱処理温度で熱処理し、前記第１の固定磁性層１３Ａに前記フリー磁性層１６の磁化方向と交差する方向のバイアス磁界を付与する。
【０２３８】
さらに、熱処理された前記積層膜をイオンミリングなどにより、その一部を除去してトラック幅Ｔｗに近い幅の積層体１９を形成するとともに、電極下地層１８ａ、電極層１８を形成し、スピンバルブ型薄膜磁気素子が得られる。
【０２３９】
このようなスピンバルブ型薄膜磁気素子では、フリー磁性層１５と縦バイアス層１６との間にバックド層Ｂ２を設けたので縦バイアス層１６からのフリー磁性層１５の磁化を固定する交換結合磁界が強すぎることが無くこれを適正な範囲に設定することができるので、磁気記録媒体からの微弱な漏れ磁束に対してフリー磁性層１５の磁気モーメントがスムーズに回転する感度の優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子となる。
さらに、バックド層Ｂ２により、伝導電子の平均自由行程を更に延ばすことができる。このため、いわゆるスピンフィルター効果を発現させることが可能となり、伝導電子の平均自由行程の行程差が大きくなって、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率（△Ｒ／Ｒ）をより向上させることができる。
【０２４０】
また、このスピンバルブ型薄膜磁気素子は、前記フリー磁性層１５が、一様な厚みの縦バイアス層１６により磁化方向が規定されているので、このフリー磁性層１６の磁区の乱れが少なく、単磁区化を容易におこなうことができ、バルクハイゼンノイズの少ないものとすることができる。また、フリー磁性層１５の単磁区化を保った状態として電極層１８，１８からフリー磁性層１５付近に直接センス電流を与えることができるため、サイドリーディングを防止することができ、磁気記録密度の高密度化により一層対応することが可能となる。
【０２４１】
さらに、反強磁性層１２および縦バイアス層１６が、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉのうちの少なくとも１種または２種以上の元素とＭｎとを含む合金からなるものであるので、交換異方性磁界の温度特性が良好となり、耐熱性に優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子となる。
また、ハードディスクなどの装置内の環境温度や素子を流れるセンス電流によるジュール熱により素子が高温となる薄膜磁気ヘッドなどの装置に備えられた場合の耐久性が良好で、温度変化による交換異方性磁界（交換結合磁界）の変動が少ない優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができる。
【０２４２】
さらにまた、反強磁性層１２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１２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１３の磁化方向を強固に固定することができる。
また、前記第１の固定磁性層１３Ａと第２の固定磁性層１３Ｃとの磁化が反平行状態（フェリ状態）とされたシンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned type ）としたことにより、大きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）を得ることが可能であり、交換結合磁界が大きいほど、第１の固定磁性層１３Ａの磁化と第２の固定磁性層１３Ｃの磁化を安定して反平行状態に保つことが可能であり、固定磁性層１３の固定磁化方向の制御を、より容易におこなうことができる。
また、固定磁性層１３の固定磁化による反磁界（双極子磁界）を、第１の固定磁性層１３Ａの静磁結合磁界と第２の固定磁性層１３Ｃの静磁結合磁界とにより、相互に打ち消してキャンセルすることができ、フリー磁性層１５の変動磁化の方向に影響を与える固定磁性層１３の固定磁化による反磁界（双極子磁界）からの、フリー磁性層１５の変動磁化への寄与を減少することができる。
また、この固定磁性層１３の固定磁化による反磁界（双極子磁界）のフリー磁性層１５への影響を低減し、フリー磁性層１５の変動磁化の方向を所望の方向に補正することがより容易になり、アシンメトリーの小さい優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることが可能なために、フリー磁性層１５の変動磁化方向の制御を、より容易にすることができる。
【０２４３】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびその製造方法、およ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の第４実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第４実施形態］
図７は、本発明の第４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。
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子は、図６に示す第３実施形態と同様に、基板側から、フリー磁性層、非磁性導電層、固定磁性層、反強磁性層が形成されたトップ型（Top type）とされ、さらに、固定磁性層が、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、を有し、固定磁性層が合成フェリ磁性状態とされてなる手段、いわゆる、シンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned type ）とされるシングルスピンバルブ型薄膜素子の一種である。
この実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子において、図６に示す第３実施形態と異なるのは、フリー磁性層が、合成フェリ磁性状態とされた２層からなる構成、いわゆる、シンセティックフェリフリー型（synthetic-ferri-free type ）とされた点と、平均自由行程延長層として、バックド層に加えて鏡面反射層を設けた点である。
【０２４４】
本実施形態においては、図６に示す第３実施形態と略同等の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態の積層体１９においては、フリー磁性層１５が、図７に示すように、非磁性中間層１５Ｂと、この非磁性中間層１５Ｂを挟む第１フリー磁性層１５Ａと第２フリー磁性層１５Ｃから構成されている。第１フリー磁性層１５Ａは、非磁性中間層１５Ｂより縦バイアス層１６側に設けられ、第２フリー磁性層１５Ｃは、非磁性中間層１５Ｂより非磁性導電層１４側に設けられている。
【０２４５】
第１フリー磁性層１５Ａは、強磁性材料より形成されるもので第１，第２の固定磁性層１３Ａ，１３Ｃと同じ材料で形成されることが好ましく、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等により形成されるものであり、特にＮｉＦｅ合金より形成されることが好ましい。
また、非磁性中間層１５Ｂは、非磁性材料より形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうちの１種またはこれらの合金から形成されることが好ましく、特にＲｕにより形成されることが好ましい。
第２フリー磁性層１５Ｃは、強磁性材料からなるもので、第１フリー磁性層１５Ａおよび固定磁性層１４と同じ材料で形成されることが好ましく、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等により形成されるものであり、特にＮｉＦｅ合金より形成されることが好ましい。
なお、第２フリー磁性層１５Ｃは複数の層で構成されていても良い。
【０２４６】
また、第２フリー磁性層１５Ｃの厚さｔＦ2 は、第１フリー磁性層１５Ａの厚さｔＦ1 よりも厚く形成されている。なお、第２フリー磁性層１５Ｃの厚さｔＦ2 は、３０〜４０オングストロームの範囲であることが好ましく、３５〜４０オングストロームの範囲であることがより好ましい。第２フリー磁性層１５Ｃの厚さｔＦ2 が前記の範囲を外れると、スピンバルブ型薄膜磁気素子の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくすることができなくなるので好ましくない。
また第１フリー磁性層１５Ａの厚さｔＦ1 は５〜２５オングストロームの範囲であることが好ましい。
また、第１フリー磁性層１５Ａおよび第２フリー磁性層１５Ｃの飽和磁化をそれぞれＭ1、Ｍ2としたとき、第１フリー磁性層１５Ａおよび第２フリー磁性層５Ｃの磁気的膜厚はそれぞれＭ1・ｔＦ1、Ｍ2・ｔＦ2となる。
そしてフリー磁性層１５は、第１フリー磁性層１５Ａと第２フリー磁性層１５Ｃとの磁気的膜厚の関係を、Ｍ2・ｔＦ2＞Ｍ1・ｔＦ1とするように構成されている。
【０２４７】
また、第１フリー磁性層１５Ａおよび第２フリー磁性層１５Ｃは、相互に反強磁性的に結合されている。すなわち、第２フリー磁性層１５Ｃの磁化方向が縦バイアス層１６により図示Ｘ１方向に揃えられると、第１フリー磁性層１５Ａの磁化方向が図示Ｘ１方向と反対方向に揃えられる。
第１、第２フリー磁性層１５Ａ，１５Ｃの磁気的膜厚の関係がＭ2・ｔＦ2＞Ｍ1・ｔＦ1とされていることから、第２フリー磁性層１５Ｃの磁化が残存した状態となり、フリー磁性層１５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１５の実効膜厚は、（Ｍ2・ｔＦ2−Ｍ1・ｔＦ1）となる。
このように、第１フリー磁性層１５Ａと第２フリー磁性層１５Ｃ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・ｔＦ2＞Ｍ1・ｔＦ1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１５の磁化方向と固定磁性層１３の磁化方向とが交差する関係となる。
【０２４８】
さらに、本実施形態においては、バックド層Ｂ２と縦バイアス層１６との間に、平均自由行程延長層として、鏡面反射層Ｓ２が積層されている。
この鏡面反射層Ｓ２を構成する絶縁材料としては、α−Ｆｅ2Ｏ3，ＮｉＯ，ＣｏＯ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｏ，Ａｌ2Ｏ3，Ａｌ−Ｑ−Ｏ（ここでＱはＢ，Ｓｉ，Ｎ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選択される一種以上），Ｚ−Ｏ（ここでＺはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗから選択される１種以上）等の酸化膜，Ａｌ−Ｎ，Ａｌ−Ｑ−Ｎ（ここでＱはＢ，Ｓｉ，Ｏ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選択される一種以上），Ｚ−Ｎ（ここでＺはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗから選択される１種以上）等の窒化膜等を挙げることができる。
【０２４９】
上記の材料から鏡面反射層Ｓ２を構成することにより、伝導電子をスピンの状態を保存したまま反射させるために必要な、バックド層Ｂ２と鏡面反射層Ｓ２との界面でポテンシャル障壁を形成すること、すなわち、バックド層Ｂ２は良好な導電体であるのに対し、鏡面反射層Ｓ２は電気的に絶縁体であることが有効である。
また、鏡面反射層Ｓ２としてα−Ｆｅ2Ｏ3やＮｉＯなどの反強磁性体を用いた場合には、この鏡面反射層Ｓ２がバイアス層６を兼ねることができる。
【０２５０】
ここで、鏡面反射層Ｓ２の厚さは、バックド層Ｂ２の厚さとを含めた平均自由行程延長層の全体膜厚として設定されることが望ましい。
この平均自由行程延長層の膜厚、つまりバックド層Ｂ２および鏡面反射層Ｓ２の膜厚の合計は、５〜３０オングストロームの範囲とすることができ、この平均自由行程延長層としての膜厚が、５オングストロームよりも薄い値に設定されると、フリー磁性層１５と縦バイアス層１６との交換結合による交換異方性磁界が強くなりすぎて、フリー磁性層１５の磁化が強固に固定されてしまい、検出するべき外部磁界が印加された場合にも、フリー磁性層１５の磁化方向が回転変化することができず、センス電流の抵抗変化が起こらないため、検出感度が低下し、スピンバルブ型薄膜磁気素子の再生出力特性が悪化するため、好ましくない。
また、鏡面反射層Ｓ２がα−Ｆｅ2Ｏ3やＮｉＯなどの反強磁性体とされ、バイアス層６を兼ねられる場合以外において、この平均自由行程延長層としての膜厚が、３０オングストロームよりも厚い値に設定されると、フリー磁性層１５と縦バイアス層１６との交換結合による交換異方性磁界が弱くなりすぎて、フリー磁性層１５における磁区化制御が困難になり、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性があり好ましくない。
鏡面反射層Ｓ２がバイアス層６を兼ねる場合には、その上限は再生ギャップ長から決まり、概ね５００オングストローム以下である必要がある。
【０２５１】
このように設定することにより、鏡面反射層Ｓ２は、バックド層Ｂ２と鏡面反射層Ｓ２との界面付近においてポテンシャル障壁を形成し、バックド層Ｂ２を移動するアップスピンの伝導電子を、フリー磁性層１５と鏡面反射層Ｓ２との界面付近においてスピンの状態を保存したまま反射させることができ、アップスピンの伝導電子の平均自由行程をさらに延ばして、前述したように、いわゆる鏡面反射効果を示す。
なお、本実施形態では、非磁性中間層１５Ｂと第１のフリー磁性層１５Ａとでアップスピンの伝導電子の一部が散乱されてしまうが、フリー磁性層１５Ａを第３の実施形態と同様の単層構造とすることで、より有効に鏡面反射効果を発現させることもできる。
【０２５２】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子では、ハードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、図７に示すＸ１方向に揃えられたフリー磁性層５の磁化方向が変動すると、図示Ｙ方向と反対方向に固定された第２の固定磁性層１３Ｃの磁化との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、磁気記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０２５３】
本実施形態においては、前述の図６に示す第３実施形態と同様の製造方法により、スピンバルブ型薄膜磁気素子を製造することができる。
すなわち、基板Ｋ上に、下地層１１、縦バイアス層１６、バックド層Ｂ２、フリー磁性層１５、非磁性導電層１４、固定磁性層１３、反強磁性層１２、保護層１７を順次積層して、積層膜を形成した後、この積層膜にトラック幅Ｔｗ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１２および縦バイアス層１６に交換異方性磁界を発生させて、前記第１の固定磁性層１３Ａおよび前記第１フリー磁性層１６Ａの磁化を同一方向に固定するとともに、前記縦バイアス層１６の交換異方性磁界を前記反強磁性層１２の交換異方性磁界よりも大とする。
ついで、トラック幅Ｔｗ方向と直交する方向に前記前記反強磁性層１２の交換異方性磁界よりも大きく前記縦バイアス層１６の交換異方性磁界よりも小さい第２の磁界を印加しつつ、前記第１の熱処理温度よりも高い第２の熱処理温度で熱処理し、前記第１の固定磁性層１３Ａに前記フリー磁性層１６の磁化方向と交差する方向のバイアス磁界を付与する。
さらに、熱処理された前記積層膜をイオンミリングなどにより、その一部を除去して磁気記録トラック幅Ｔｗに近い幅の積層体１９を形成するとともに、電極下地層１８ａ、電極層１８を形成し、スピンバルブ型薄膜磁気素子が得られる。図７に示す本実施形態においては、下地層１１の階層まで積層体１９が除去されているが、これに対し、前述した図２３に示すボトムタイプと同様に、非磁性導電層１４の階層までを除去し、フリー磁性層１５の一部とバックド層Ｂ２，鏡面反射層Ｓ２，バイアス層１６を残して、その上に電極層１８を形成することにより、フリー磁性層１５が横方向に（トラック幅方向外側に）延びた形状とすることも可能であり、これにより、トラック幅方向でのフリー磁性層１５における反磁界が減少し、トラック幅方向の磁化がより安定して再生波形の安定性がより向上する構造とすることもできる。
ここで、電極層１８，１８が、Ｃｒ、Ａｕ、Ｔａ、Ｗから選択される１種またはそれ以上からなる単層膜もしくはその多層膜で形成されたことにより、抵抗値を低減することができる。ここでは、電極層１８，１８としてＴａが選択されて、Ｃｒからなる電極下地層１８ａ上にエピタキシャル成長することにより形成されることにより電気抵抗値を低減することができる。
【０２５４】
ここで、本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、前述したように図６に示す第３実施形態と同様の効果を奏するとともに、フリー磁性層１５を２層からなる手段、いわゆる、シンセティックフェリフリー型（synthetic-ferri-free type ）としたことにより、フリー磁性層１５全体の磁化方向を僅かな大きさの外部磁界により変動させることができ、またフリー磁性層１５自体の厚さが極端に薄くならないので、スピンバルブ型薄膜磁気素子の感度を高くすることができる。
また、縦バイアス層１６とフリー磁性層１５と間にバックド層Ｂ２と鏡面反射層Ｓ２とが積層されており、これらバックド層Ｂ２の膜厚と鏡面反射層Ｓ２とからなる平均自由行程延長層の膜厚との設定により、図６に示す第３実施形態におけるバックド層Ｂ２と同様に、フリー磁性層１５と縦バイアス層１６との交換結合磁界の大きさを制御可能であるとともに、バックド層Ｂ２のスピンフィルター効果により平均自由行程の延びたアップスピンの伝導電子を、バックド層Ｂ２と鏡面反射層Ｓ２との界面付近で鏡面反射することができるので、このアップスピンの伝導電子の平均自由工程をさらに延ばすことが可能となり、いわゆる鏡面反射効果を示すために、磁気抵抗変化率をより高くすることができる。
したがって、シンセティックフェリフリー層（フリー磁性層１５）による外部磁界の感度の向上と、バックド層Ｂ２のスピンフィルター効果、鏡面反射層Ｓ２の鏡面反射効果による磁気抵抗変化率の向上と、を同時に発揮させることができる。
【０２５５】
なお、前述した図１ないし図６に示す第１ないし第３実施形態においても、それぞれ、平均自由行程延長層を、それぞれバックド層と鏡面反射層とからなるものとすることもでき、バックド層のスピンフィルター効果、鏡面反射層の鏡面反射効果による磁気抵抗変化率の向上とを同時に発揮させることができる。
【０２５６】
さらに、前述の、図１ないし図７に示す第１ないし第４実施形態においても、それぞれ、鏡面反射層を固定磁性層の非磁性導電層に接しない位置、および、フリー磁性層の非磁性導電層に接しない位置に設けることにより、鏡面反射効果（specular reflecyion effect）による伝導電子の平均自由行程をさらに見かけ上増大することができ、その場合、△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）のより大きなＧＭＲ効果を観測することができ、スピンバルブ型薄膜磁気素子の再生出力特性を向上することができる。
【０２５７】
次に、本発明の薄膜磁気へッドについて詳しく説明する。
図１３は、本発明の薄膜磁気ヘッドの一例を示した斜視図である。
この薄膜磁気ヘッドは、ハードディスク装置などの磁気記録媒体に搭載される浮上式のものである。この薄膜磁気ヘッドのスライダ２５１は、図１３において符号２３５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、符号２３６で示す側がトレーリング側である。このスライダ２５１の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）２５１ａ、２５１ａ、２５１ｂと、エアーグルーブ２５１ｃ、２５１ｃとが形成されている。
そして、このスライダ２５１のトレーリング側の端面２５１ｄには、磁気コア部２５０が設けられている。
【０２５８】
この例で示す薄膜磁気ヘッドの磁気コア部２５０は、図１４および図１５に示す構造の複合型磁気ヘッドであり、スライダ２５１のトレーリング側端面２５１ｄ上に、ＭＲヘッド（読出ヘッド）ｈ１と、インダクティブヘッド（書込ヘッド）ｈ２とが順に積層されて構成されている。
【０２５９】
この例のＭＲヘッドｈ１は、基板を兼ねるスライダ２５１のトレーリング側端部に形成された磁性合金からなる下部シールド層２５３上に、下部ギャップ層２５４が設けられている。そして、下部ギャップ層２５４上には、磁気抵抗効果素子層２４５が積層されている。この磁気抵抗効果素子層２４５上には、上部ギャップ層２５６が形成され、その上に上部シールド層２５７が形成されている。この上部シールド層２５７は、その上に設けられるインダクティブヘッドｈ２の下部コア層と兼用にされている。
このＭＲ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、磁気抵抗効果素子層２４５の抵抗を変化させ、この抵抗変化を読み取ることで記録媒体の記録内容を読み取るものである。
【０２６０】
前記ＭＲヘッドｈ１に設けられている磁気抵抗効果素子層２４５には、上述したスピンバルブ型薄膜磁気素子が備えられている。
前記スピンバルブ型薄膜磁気素子は、薄膜磁気へッド（再生用ヘッド）を構成する最も重要なものである。
【０２６１】
また、インダクティブヘッドｈ２は、下部コア層２５７の上に、ギャップ層２６４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コイル層２６６が形成されている。前記コイル層２６６は、第１の絶縁材料層２６７Ａおよび第２の絶縁材料層２６７Ｂに囲まれている。第２絶縁材料層２６７Ｂの上に形成された上部コア層２６８は、ＡＢＳ面２５１ｂにて、その磁極端部２６８ａを下部コア層２５７に、磁気ギャップＧの厚みをあけて対向させ、図１４および図１５に示すように、その基端部２６８ｂを下部コア層２５７と磁気的に接続させて設けられている。
また、上部コア層２６８の上には、アルミナなどからなる保護層２６９が設けられている。
【０２６２】
このようなインダクティブヘッドｈ２では、コイル層２６６に記録電流が与えられ、コイル層２６６からコア層に記録磁束が与えられる。そして、前記インダクティブヘッドｈ２は、磁気ギャップＧの部分での下部コア層２５７と上部コア層２６８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。
【０２６３】
本発明の薄膜磁気へッドを製造するには、まず、図１４に示す磁性材料製の下部シールド層２５３上に下部ギャップ層２５４を形成した後、磁気抵抗効果素子層２５４を形成する前記スピンバルブ型薄膜磁気素子を成膜する。その後、前記スピンバルブ型薄膜磁気素子の上に、上部ギヤップ層２５６を介して上部シールド層２５７を形成すると、ＭＲヘッド（読出ヘッド）ｈ１が完成する。
続いて、前記ＭＲヘッドｈ１の上部シールド層２５７と兼用である下部コア層２５７の上に、ギャップ層２６４を形成し、その上に螺旋状のコイル層２６６を、第１の絶縁材料層２６７Ａおよび第２の絶縁材料層２６７Ｂで囲むように形成する。さらに、第２絶縁材料層２６７Ｂの上に上部コア層２６８を形成し、上部コア層２６８の上に、保護層２６９を設けることによって薄膜磁気へッドとされる。
【０２６４】
このような薄膜磁気へッドは、上述したスピンバルブ型薄膜磁気素子が備えられてなる薄膜磁気へッドであるので、耐熱性、信頼性に優れ、アシンメトリーの小さい薄膜磁気へッドとなる。
【０２６５】
なお、薄膜磁気ヘッドのスライダ部分の構成およびインダクティブヘッドの構成は、図１３〜図１５に示すものに限定されず、その他の種々の構造のスライダおよびインダクティブヘッドを採用することができるのは勿論である。
【０２６６】
（実施例）
本発明では、エクスチェンジバイアス方式のシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子において、縦バイアス層とフリー磁性層との間に平均自由行程延長層として形成されたバックド層の膜厚と、縦バイアス層からフリー磁性層への交換バイアス磁界の大きさおよび抵抗変化率ΔＲ／Ｒとの関係について計測した。
実験に使用したスピンバルブ型薄膜磁気素子は、図１に示す第１実施形態と同じように、ボトムタイプとされ、固定磁性層が１層からなる構造を有するスピンバルブ型薄膜磁気素子である。
ここで、バックド層の組成をＣｕとして、その膜厚を０〜４０オングストロームとして変化したものを形成した。
さらに、基板には下地層としてアルミナからなる層が形成されており、その上には、反強磁性層（ＰｔＭｎ）、第１固定磁性層（Ｃｏ）、非磁性中間層（Ｒｕ）、第２固定磁性層（Ｃｏ）、非磁性導電層（Ｃｕ）、フリー磁性層（Ｃｏ／ＮｉＦｅ）、バックド層（Ｃｕ）、縦バイアス層（ＰｔＭｎ）、保護層（Ｔａ）が順次積層されて積層体を形成しており、この積層体における各層の膜厚は、下から
Ｓｉ基板／Ａｌｕｍｉｎａ１０００／ＰｔＭｎ１５０／Ｃｏ１５／Ｒｕ８／Ｃｏ２５／Ｃｕ２５／Ｃｏ５／ＮｉＦｅ１５／Ｃｕ０〜５０／ＰｔＭｎ２００／Ｔａ２０（各数字はそれぞれの膜厚のオングストローム単位に対応する）
に設定されている。
ここで、フリー磁性層はＣｏ層とＮｉＦｅ層との２層からなるものとされ、合計の膜厚としては２０オングストロームとなっている。
【０２６７】
次に、このスピンバルブ型薄膜磁気素子において、バックド層の膜厚と、縦バイアス層からフリー磁性層への交換バイアス磁界の大きさとの関係を測定した。ここで、バックド層の膜厚とは、図１におけるＺ方向の寸法である。
その結果を、図１１に示す。
図１１は、スピンバルブ型薄膜磁気素子のバックド層の厚みに対する、フリー磁性層と縦バイアス層との交換結合磁界（交換バイアス磁界）の大きさの関係を示すグラフである。
【０２６８】
次に、このスピンバルブ型薄膜磁気素子において、バックド層の膜厚と、抵抗変化率ΔＲ／Ｒの大きさとの関係を測定した。ここで、バックド層の膜厚とは、図１におけるＺ方向の寸法である。
その結果を、図１２に示す。
図１２は、スピンバルブ型薄膜磁気素子のバックド層の厚みと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフである。
【０２６９】
図１１に示すように、縦バイアス層とフリー磁性層との間に設けたバックド層の厚みの増加に対して、フリー磁性層と縦バイアス層との交換結合磁界（交換バイアス磁界）の大きさが減少することが解る。
したがって、バックド層の厚みを設定することにより、フリー磁性層と縦バイアス層との交換結合磁界の大きさを制御可能である。
ここで、フリー磁性層と縦バイアス層との交換結合磁界は強いほうがフリー磁性層の磁区が安定し、バルクハイゼンノイズ等の再生波形の不安定性を防止することができるが、強くなりすぎると、フリー磁性層の磁化方向がなかなか回転せず、感度が鈍る。この場合、交換バイアス磁界は、３〜１３ｋＡ／ｍの範囲であることが好ましく、図１１に示す結果から、対応するバックド層の膜厚としては、１５〜２５オングストロームの範囲であることが好ましいことが解る。
【０２７０】
この実施例においては、フリー磁性層が比較的薄いために、フリー磁性層に作用する交換バイアス磁界を比較的大きく減衰させて設定する必要があり、したがって、バックド層の適正膜厚を比較的厚めの範囲に設定している。
バックド層に対する適正膜厚範囲は、非磁性導電層の材質や、フリー磁性層の材質および膜厚等に依存するが、本発明においては５〜３０オングストロームの範囲に設定する。
このバックド層の膜厚範囲においては、図１２に示すように、スピンバルブ型薄膜磁気素子の抵抗変化率ΔＲ／Ｒの大きさが増加することが解る。
これにより、フリー磁性層の異方性磁界（Ｈk ）が大きくなって外部から作用する漏れ磁界に対するフリー磁性層内での磁化の方向の変動が鈍くなることを防止することができるとともに、バックド層のスピンフィルター効果により、抵抗変化率を向上して、スピンバルブ型薄膜磁気素子としての出力特性を向上することが可能となることが解る。
【０２７１】
【発明の効果】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子およびその製造方法、およ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によれば、以下の効果を奏する。
（１） 前記フリー磁性層と前記縦バイアス層との間に、前記フリー磁性層と前記縦バイアス層との交換結合磁界の大きさを制御するとともに伝導電子の平均自由行程を延長するための平均自由行程延長層が形成されたことにより、フリー磁性層と縦バイアス層との交換結合による交換異方性磁界を適正な範囲に設定することが可能となる。このため、フリー磁性層と縦バイアス層との交換結合による交換異方性磁界が強くなりすぎ、フリー磁性層の磁化が強固に固定されてしまうことを防止するとができ、検出するべき外部磁界が印加された場合に、このフリー磁性層の磁化方向が回転変化してセンス電流の抵抗変化を生じて、スピンバルブ型薄膜磁気素子の充分な検出感度を得ることが可能となる。
同時に、前記フリー磁性層と前記縦バイアス層との間に伝導電子の平均自由行程を延長するための平均自由行程延長層が形成されたことにより、フリー磁性層の磁化方向を設定するための交換結合による交換異方性磁界を発生するための縦バイアス層の膜厚を略一定に設定することが可能となるため、フリー磁性層を単磁区化しやすく、サイドリーディングを防止することができ、磁気記録密度の高密度化により一層対応することが可能となる。また、バイアス層の膜厚が不均一な場合に発生していた、フリー磁性層内に磁壁ができて単磁区化が妨げられ、磁化の不均一が発生し、スピンバルブ型薄膜素子において、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生することを防止し、再生波形の安定性（stability）の向上を図ることができる。
（２） 前記平均自由行程延長層として、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕからなる群から選択された非磁性導電材料から構成されるバックド層により、磁気抵抗効果に寄与する＋スピン（上向きスピン：up spin ）の電子における平均自由行程（mean free path）をのばし、いわゆるスピンフィルター効果（spin filter effect）によりスピンバルブ型薄膜素子において、大きな△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）が得られ、高密度記録化に対応できるものとすることができる。
（３） 前記バックド層の膜厚が、５〜３０オングストロームの範囲に設定されることにより、フリー磁性層と縦バイアス層との交換結合による交換異方性磁界の大きさを適正に制御することができるとともに、スピンフィルター効果による抵抗変化率の増加を効率よく発現することができ、検出感度の低下を防止でき、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等の発生を防止することができる。
（４） 前記平均自由行程延長層として、伝導電子のスピン状態を保存する鏡面反射を生じる確率の高いエネルギーギャップを形成可能な絶縁材料からなる鏡面反射層を有してなることで、磁気抵抗効果に寄与する＋スピンの電子における平均自由行程（mean free path）をのばし、いわゆる、鏡面反射効果（specular effect ）によって、スピンバルブ型薄膜磁気素子において、大きな△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）が得られ、高密度記録化に対応できるものとすることができる。
（５） 前記バックド層の膜厚が、５〜３０オングストロームの範囲に設定されることにより、フリー磁性層と縦バイアス層との交換結合による交換異方性磁界の大きさを適正に制御することができるとともに、鏡面反射効果による抵抗変化率の増加を効率よく発現することができ、検出感度の低下を防止でき、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等の発生を防止することができる。
（６） 前記一対の電極層は、少なくとも、フリー磁性層の膜面方向両側に位置されてなるか、または、少なくとも、フリー磁性層、非磁性導電層、固定磁性層の膜面方向両側に位置されてなることにより、少なくとも、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層、縦バイアス層の積層された積層体に対して膜厚方向積層体の両側に位置されてなることができ、フリー磁性層や非磁性導電層に比べて抵抗値の高い反強磁性層および縦バイアス層を介さずに、電極層からフリー磁性層付近にセンス電流を与える割合を向上することができる。また、ＧＭＲ効果において磁気抵抗変化率（△Ｒ／Ｒ）に寄与する、前記積層体と電極層との間の接続抵抗を低減することができ、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率をより向上させることが可能となる。
また、これによりフリー磁性層の単磁区化を保った状態として電極層からフリー磁性層付近に直接センス電流を与えることができるため、サイドリーディングを防止することができ、磁気記録密度の高密度化により一層対応することが可能となる。
（７） 前記固定磁性層を、反強磁性層側の第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の固定磁性層とを具備するものとして形成し、固定磁性層をフェリ磁性状態とされてなる手段、いわゆる、シンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned type ）とすることができ、これにより、反強磁性層と第１の固定磁性層との界面で発生する交換結合磁界（交換異方性磁界）Ｈｅｘを大きくすることができ、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。
さらに、反強磁性層と固定磁性層との交換結合磁界Ｈｅｘを大きな値として得ることにより、固定磁性層の状態を熱的にも安定した状態に保つことができるため、後述するように、低い前記第１の熱処理温度（アニール温度）により、反強磁性層と固定磁性層との交換結合磁界Ｈｅｘを発生させ、固定磁性層の磁化を安定させた後、この反強磁性層と固定磁性層との交換結合磁界Ｈｅｘより小さな磁界を印加するとともに、上記の第１の熱処理温度より高い第２の熱処理温度でフリー磁性層と縦バイアス層との交換結合磁界Ｈｅｘを発生させる際に、充分な反強磁性層と固定磁性層との交換結合磁界Ｈｅｘを安定した状態とするとともに、固定磁性層の磁化方向を傾けないことが可能なために、固定磁性層の固定磁化方向の制御を、より容易におこなうことができる。
（８）   また、２つに分断された固定磁性層により、この固定磁性層の固定磁化による反磁界（双極子）磁界のフリー磁性層への影響を低減し、フリー磁性層の変動磁化の方向を所望の方向に補正することがより容易になり、アシンメトリーの小さい優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子とするために、フリー磁性層の変動磁化の方向を制御することを、より容易にすることができる。
また、固定磁性層の固定磁化による反磁界（双極子磁界）Ｈd は、素子高さ方向において、その端部で大きく中央部で小さいという、不均一な分布を持ち、フリー磁性層内における単磁区化が妨げられる場合があるが、固定磁性層を上記の積層構造とすることにより、双極子磁界Ｈd をほぼＨd ＝０にし、これによって、フリー磁性層内に磁壁ができて単磁区化が妨げられ、磁化の不均一が発生し、スピンバルブ型薄膜磁気素子において、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生することを防止することができる。
（９） 前記反強磁性層は、Ｘ−Ｍｎ（ただし、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓのうちから選択される１種の元素を示す。）の式で示される合金からなり、Ｘが３７〜６３原子％の範囲であることが望ましく、さらにまた、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、前記反強磁性層が、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちから選択される１種または２種以上の元素を示す。）の式で示される合金からなり、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３原子％の範囲であることまたは、反強磁性層に、Ｘ−Ｍｎの式で示される合金またはＸ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金を用いたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることで、前記反強磁性層に従来から使用されているＮｉＯ合金、ＦｅＭｎ合金、ＮｉＭｎ合金などを用いたものと比較して、交換結合磁界が大きく、またブロッキング温度が高く、さらに耐食性に優れているなどの優れた特性を有するスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができる。
（１０） 前記反強磁性層および前記縦バイアス層に、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅのうちの少なくとも１種または２種以上の元素とＭｎとを含む合金を用いることにより、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またはフリー磁性層のうち基板に近い側の層の磁化方向を固定し、２度目の熱処理でフリー磁性層または固定磁性層のうち基板から遠い側の層の磁化方向を前記固定磁性層またはフリー磁性層のうち基板に近い側の層の磁化方向と交差する方向に揃えるので、固定磁性層またはフリー磁性層のうち基板に近い側の層の磁化方向に悪影響を与えることなく、前記フリー磁性層または固定磁性層のうち基板から遠い側の層の磁化方向を前記固定磁性層またはフリー磁性層のうち基板から近い側の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。
（１１） 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。
（１２） 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薄膜磁気ヘッドによって、前記課題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】   本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の第１実施形態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２】   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、基板上の積層膜にリストオフレジストを形成した状況を示す断面図である。
【図４】   図１に示したスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法を説明するための図であって、電極層を形成した状況を示す断面図である。
【図５】   本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の第２実施形態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６】   本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の第３実施形態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７】   本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の第４実施形態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８】   スピンバルブ型薄膜磁気素子においてバックド層によるスピンフィルター効果への寄与を説明するための模式説明図である。
【図９】   スピンバルブ型薄膜磁気素子において鏡面反射層による鏡面反射効果への寄与を説明するための模式説明図である。
【図１０】   図５に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子のフリー磁性層のＭ−Ｈ曲線を示す図である。
【図１１】   スピンバルブ型薄膜磁気素子のバックド層の厚みに対する、フリー磁性層と縦バイアス層との交換結合磁界（交換バイアス磁界）の大きさの関係を示すグラフである。
【図１２】   スピンバルブ型薄膜磁気素子のバックド層の厚みと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフである。
【図１３】   本発明の薄膜磁気ヘッドの一例を示した斜視図である。
【図１４】   図１３に示した薄膜磁気ヘッドの磁気コア部を示した断面図である。
【図１５】   図１４に示した薄膜磁気ヘッドを示した概略斜視図である。
【図１６】   Ｐｔ55.4Ｍｎ44.6合金及びＰｔ54.4Ｍｎ45.6合金の交換異方性磁界の熱処理温度依存性を示すグラフである。
【図１７】   ＰｔmＭｎ100-m合金の交換異方性磁界のＰｔ濃度（ｍ）依存性を示すグラフである。
【図１８】   図１６および図１７に示すグラフのデータの測定に用いられたスピンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示す断面図である。
【図１９】   図１６および図１７に示すグラフのデータの測定に用いられたスピンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示す断面図である。
【図２０】   図１に示したスピンバルブ型薄膜磁気素子の電極層における構成の一例を示す断面図である。
【図２１】   図１に示したスピンバルブ型薄膜磁気素子の電極層における構成の他の例を示す断面図である。
【図２２】   図１に示したスピンバルブ型薄膜磁気素子の電極層における構成の他の例を示す断面図である。
【図２３】   図１に示したスピンバルブ型薄膜磁気素子の電極層における構成の他の例を示す断面図である。
【図２４】   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。
【図２５】   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した断面図である。
【図２６】   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した断面図である。
【符号の説明】
Ｋ…基板
１…下地層
２…反強磁性層
３…固定磁性層
３Ａ…第１の固定磁性層
３Ｂ…非磁性中間層
３Ｃ…第２の固定磁性層
４…非磁性導電層
５…フリー磁性層
５Ａ…第１フリー磁性層
５Ｂ…非磁性中間層
５Ｃ…第２フリー磁性層
６…縦バイアス層
７…保護層
８…電極層
８ａ…電極下地層
９…積層体
Ｂ１，Ｂ２…バックド層（平均自由行程延長層）
Ｓ１，Ｓ２…鏡面反射層（平均自由行程延長層）
【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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