(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たフリー磁性層と、前記反強磁性層と前記固定磁性層と前記非磁性導電層と前記フリー磁性層とが少なくとも積層されてなる積層体の両側に形成され、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ揃えるためのハードバイアス層と、前記ハードバイアス層上に形成されて前記積層体に検出電流を与える導電層とを有するスピンバルブ型薄膜素子であり、
前記反強磁性層と前記固定磁性層と前記非磁性導電層と前記フリー磁性層は、前記基板側から、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層の順で積層され、
前記ハードバイアス層は、前記フリー磁性層と同じ階層位置に配置され、前記ハードバイアス層の上面は、前記積層体の側面上端より基板側の位置で前記積層体の側面と接合され、
前記フリー磁性層は非磁性中間層を介して２つに分断され、分断された層どうしで磁化の向きが反平行となるフェリ磁性状態とされ、前記非磁性中間層で分断された２つのフリー磁性層のうち前記非磁性導電層に接する方を第２のフリー磁性層とし、他方を第１のフリー磁性とした場合に、前記ハードバイアス層の上面は、前記第２のフリー磁性層の上面から下面までの間と同じ階層位置で前記積層体の側面と接合されていることを特徴とするスピンバルブ型薄膜素子。
【請求項２】
前記ハードバイアス層の上面が、前記ハードバイアス層の最上位置と同じまたは前記最上位置よりも基板側の位置で前記積層体の側面と接合されていることを特徴とする請求項１に記載のスピンバルブ型薄膜素子。
【請求項３】
前記第２のフリー磁性層の飽和磁化および厚さをそれぞれＭ２、ｔ２とし、前記第１のフリー磁性層の飽和磁化および厚さをそれぞれＭ１、ｔ１とし、前記第２のフリー磁性層の磁気的膜厚をＭ２・ｔ２  とし、前記第１のフリー磁性層の磁気的膜厚をＭ１・ｔ１ としたときに、Ｍ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１なる関係を満たすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスピンバルブ型薄膜素子。
【請求項４】
前記ハードバイアス層の下面は、前記フリー磁性層の下面よりも基板側の位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素子。
【請求項５】
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％の範囲であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素子。
【請求項６】
前記反強磁性層は、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｒ、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％の範囲であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素子。
【請求項７】
前記ハードバイアス層と前記導電層との間に、ＴａまたはＣｒからなる中間層が設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素子。
【請求項８】
前記ハードバイアス層と前記積層体との間および前記ハードバイアス層と基板との間に、Ｃｒからなるバイアス下地層が設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素子。
【請求項９】
前記固定磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断され、分断された層どうしで磁化の向きが反平行となるフェリ磁性状態とされたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素子。
【請求項１０】
前記積層体は前記フリー磁性層の前記非磁性導電層に対する逆側に接する非磁性導電材料からなるバックド層を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素子。
【請求項１１】
前記導電層が、前記積層体の両側から前記積層体の中央部分に向けてこの積層体の表面に延出して被着形成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素子。
【請求項１２】
前記ハードバイアス層の上面は、前記第２のフリー磁性層の上面から前記第２のフリー磁性層の膜厚の半分の厚みの位置までの間と同じ階層位置で前記積層体の側面と接合されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素子。
【請求項１３】
前記第２のフリー磁性層の膜厚が前記第１のフリー磁性層の膜厚よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のスピンバルブ型薄膜素子。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素子が備えられてなることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定磁性層の固定磁化方向と外部磁界の影響を受けるフリー磁性層の磁化の方向との関係で電気抵抗が変化するスピンバルブ型薄膜素子とそのスピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッドに関し、とくに、フリー磁性層の磁区制御を良好に行うことができ、安定性に優れたスピンバルブ型薄膜素子とそのスピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は、薄膜磁気ヘッドの一例を示す斜視図である。
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１５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。
【０００３】
この例で示す薄膜磁気ヘッドの磁気コア部２５０は、図１６および図１７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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。上記コイル層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１６および図１７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。
【０００６】
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からコア層に記録電流が与えられる。そして、上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。
【０００７】
上記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、巨大磁気抵抗効果を示すＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子などが備えられている。このＧＭＲ素子は、複数の材料を組み合わせて形成された多層構造のものである。巨大磁気低抗効果を生み出す構造には、いくつかの種類がある。その中で比較的構造が単純で、外部磁界に対して抵抗変化率の高いものとしてスピンバルブ方式がある。スピンバルブ方式には、シングルスピンバルブ方式とデュアルスピンバルブ方式とがある。
【０００８】
図１８は、従来のスピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッドの要部の一例を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
図１８において、符号ＭＲ１は、スピンバルブ型薄膜素子を示している。このスピンバルブ型薄膜素子ＭＲ１は、フリー磁性層１２５、非磁性導電層１２４、固定磁性層１２３、反強磁性層１２２が下部ギャップ層２５４側から順に一層ずつ形成された、いわゆるトップ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子である。
【０００９】
図１８において符号１２１は、例えばＴａ（タンタル）などで形成された下地層を示している。この下地層１２１の上には、フリー磁性層１２５が形成され、さらにフリー磁性層１２５の上には、Ｃｕなどで形成された非磁性導電層１２４が形成され、上記非磁性導電層１２４の上には、固定磁性層１２３が形成され、さらに固定磁性層１２３の上には、反強磁性層１２２が形成され、反強磁性層１２２の上には、Ｔａなどで形成された保護層１２７が形成され、積層体ａ１０とされている。
固定磁性層１２３は、反強磁性層１２２に接して形成されることにより、固定磁性層１２３と反強磁性層１２２との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、固定磁性層１２３の磁化は、例えば、図示Ｙ方向に固定される。
【００１０】
フリー磁性層１２５の両側には、例えば、Ｃｏ一Ｐｔ（コバルト−白金）合金で形成されたハードバイアス層１２６、１２６すなわち永久磁石膜が形成されている。このハードバイアス層１２６、１２６は、フリー磁性層１２５が複数の磁区を形成することによって生じるバルクハウゼンノイズを抑制し、フリー磁性層１２５を単磁区化するためのものである。ハードバイアス層１２６、１２６が、例えば、図示Ｘ１方向に磁化されている場合、ハードバイアス層１２６、１２６からの漏れ磁束によって、フリー磁性層１２５の磁化が図示Ｘ１方向に揃えられる。これにより、フリー磁性層１２５の変動磁化と固定磁性層１２３の固定磁化とが交差する関係となっている。
なお、符号１２８は、 Ｃｒ、Ｔａ、Ａｕなどで形成された導電層を示してい る。
【００１１】
このスピンバルブ型薄膜素子ＭＲ１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、図示Ｘ１方向に揃えられたフリー磁性層１２５の磁化方向が変動すると、図示Ｙ方向に固定された固定磁性層１２３の磁化方向となす角度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、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
ここで積層体ａ１０の中央部分が、磁気記録媒体からの記録磁界の再生に寄与し、磁気抵抗効果を発揮する感度領域であり、検出トラック幅Ｔｗを規定している。
【００１２】
図２２は、従来のその他の例のスピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッドの要部の一例を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
図２２において、符号ＭＲ２は、スピンバルブ型薄膜素子を示している。このスピンバルブ型薄膜素子ＭＲ２が図１８に示したスピンバルブ型薄膜素子ＭＲ１と特に異なるところは、反強磁性層１２２、固定磁性層１５３、非磁性導電層１２４、フリー磁性層１６５が下部ギャップ層２５４側から順に一層ずつ形成された、いわゆるボトム型のシングルスピンバルブ型薄膜素子である点である。
図２２において、符号ａ１１は積層体である。この積層体ａ１１は、下地層１２１上に反強磁性層１２２が形成され、該反強磁性層１２２上に固定磁性層１５３が形成され、さらに固定磁性層１５３上に非磁性導電層１２４が形成され、該非磁性導電層１２４上にフリー磁性層１６５が形成され、さらにフリー磁性層１６５上に保護層１２７が形成されてなるものである。
【００１３】
また、このスピンバルブ型薄膜素子ＭＲ２の固定磁性層１５３は、非磁性中間層１５４と、この非磁性中間層１５４を挟む第１の固定磁性層１５５と第２の固定磁性層１５６から構成されている。第１固定磁性層１５５は、非磁性中間層１５４より反強磁性層１２２側に設けられ、第２の固定磁性層１５６は、非磁性中間層１５４より非磁性導電層１２４側に設けられている。
第１の固定磁性層１５５及び第２の固定磁性層１５６は、ＮｉＦｅ合金等より形成されている。また、非磁性中間層１５４は、Ｒｕ等の非磁性材料より形成されている。
第１の固定磁性層１５５と第２の固定磁性層１５６の厚さは、異なる厚さとすることが好ましく、図２２では、第２の固定磁性層１５６の厚さが第１の固定磁性層１５５の厚さより大とされている。
【００１４】
第１の固定磁性層１５５と反強磁性層１２２との界面では交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、第１の固定磁性層１５５の磁化方向は反強磁性層１２２との交換結合磁界により図示Ｙ方向に固定され、第２の固定磁性層１５６は第１の固定磁性層１５５と反強磁性的に結合してその磁化方向が図示Ｙ方向の反対方向側に固定されている。
第１、第２の固定磁性層１５５、１５６の磁化方向が互いに反平行とされているので、第１、第２の固定磁性層１５５、１５６の磁気モーメントが相互に打ち消し合う関係にあるが、第２の固定磁性層１５６の厚さが第１の固定磁性層１５５より大きく、この第２の固定磁性層１５６に由来する自発磁化が僅かに残る結果となり、固定磁性層１５３がフェリ磁性状態となっている。そしてこの自発磁化が反強磁性層１２２との交換結合磁界によって更に増幅され、固定磁性層１５３の磁化方向が図示Ｙ方向に固定されている。
【００１５】
また、このスピンバルブ型薄膜素子ＭＲ２のフリー磁性層１６５は、ＮｉＦｅ合金等の強磁性材料からなる強磁性層１６６とＣｏ等の強磁性材料からなる拡散防止層１６７から形成されている。拡散防止層１６７は、非磁性導電層１２４側に設けられている。フリー磁性層１６５は、ハードバイアス層１２６、１２６からの漏れ磁束によって磁化が図示Ｘ１方向に揃えられている。
【００１６】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ２では、導電層１２８、１２８からフリー磁性層１６５、非磁性導電層１２４、固定磁性層１５３に検出電流（センス電流）が与えられる。ハードディスクなどの記録媒体の移動方向は、図示Ｚ方向であり、磁気記録体からの洩れ磁界により図示Ｙ方向に磁界が与えられると、フリー磁性層１６５の磁化は、図示Ｘ1方向からＹ方向に変動し、このときの非磁性導電層１２４とフリー磁性層１６５との界面、および非磁性導電層１２４と第２の固定磁性層１５６との界面でスピン依存した電導電子の散乱が起こることにより、電気抵抗が変化し、記録媒体からの漏れ磁界が検出される。
また、第１、第２の固定磁性層１５５、１５６が反強磁性的に結合して第１、第２の固定磁性層１５５、１５６の磁気モーメントが相互に打ち消し合う関係にあるが、第２の固定磁性層１５６の厚さが第１の固定磁性層１５５より大きく、この第２の固定磁性層１５６に由来する自発磁化が僅かに残る結果となり、固定磁性層１５３がフェリ磁性状態となるので、この自発磁化が反強磁性層１２２との交換結合磁界によって更に増幅され、固定磁性層１５３の磁化方向が図示Ｙ方向に固定され、スピンバルブ型薄膜磁気素子ＭＲ２の安定性を向上させている。
【００１７】
図２３は、従来のその他の例のスピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッドの要部の一例を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
図２３において、符号ＭＲ３は、スピンバルブ型薄膜素子を示している。このスピンバルブ型薄膜素子ＭＲ３が図２２に示したスピンバルブ型薄膜素子ＭＲ２と特に異なるところは、フリー磁性層の構造と、フリー磁性層と保護層との間にバックド層が設けられていない点である。
図２３において、符号ａ１２は積層体である。この積層体ａ１２は、下地層１２１上に反強磁性層１２２が形成され、該反強磁性層１２２上に固定磁性層１５３が形成され、さらに固定磁性層１５３上に非磁性導電層１２４が形成され、該非磁性導電層１２４上にフリー磁性層１７５が形成され、さらにフリー磁性層１７５上に保護層１２７が形成されてなるものである。
このスピンバルブ型薄膜素子ＭＲ３のフリー磁性層１７５は、磁性中間層１７６と、この非磁性中間層１７６を挟む第１のフリー磁性層１７７と第２のフリー磁性層１７８から構成されている。
第１のフリー磁性層１７７は、非磁性中間層１７６より保護層１２７側に設けられ、第２のフリー磁性層１７８は、非磁性中間層１７６より非磁性導電層１２４側に設けられている。また、第２のフリー磁性層１７８は、拡散防止層１７９と強磁性層１８０とから形成されている。
また、第１のフリー磁性層１７７は、ＮｉＦｅ合金等の強磁性材料により形成され、非磁性中間層１７６は、Ｒｕ等の非磁性材料により形成されている。拡散防止層１７９及び強磁性層１８０はいずれも強磁性材料からなるもので、拡散防止層１７９は例えばＣｏＦｅ合金から形成され、強磁性層１８０はＮｉＦｅ合金から形成されている。
【００１８】
第２のフリー磁性層１７８の厚さｔ2は、第１のフリー磁性層１７７の厚さｔ1よりも厚く形成されている。
また、第１のフリー磁性層１７８及び第２のフリー磁性層１７８の飽和磁化をそれぞれＭ1、Ｍ2としたとき、第１のフリー磁性層１７７及び第２のフリー磁性層１７８の磁気的膜厚はそれぞれＭ1・ｔ1、Ｍ2・ｔ2となる。なお、第２のフリー磁性層１７８が拡散防止層１７９及び強磁性層１８０から構成されているため、第２のフリー磁性層１７８の磁気的膜厚Ｍ2・ｔ2は、拡散防止層１７９の磁気的膜厚と強磁性層１８０の磁気的膜厚との和となる。
【００１９】
そしてこのフリー磁性層１７５は、第１のフリー磁性層１７７と第２のフリー磁性層１７８との磁気的膜厚の関係を、Ｍ2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1とするように構成されている。また、第１のフリー磁性層１７７及び第２のフリー磁性層１７８は、相互に反強磁性的に結合自在とされている。即ち、第２フリー磁性層１７８の磁化方向がハードバイアス層１２６、１２６により図示Ｘ1方向に揃えられた場合、第１フリー磁性層１７７の磁化方向は図示Ｘ1方向の反対方向に揃えられる。また、第１、第２のフリー磁性層１７７、１７８の磁気的膜厚の関係がＭ2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1とされていることから、第２のフリー磁性層１７８の磁化が残存した状態となり、フリー磁性層１７５全体の磁化方向が図示Ｘ1方向に揃えられる。このときのフリー磁性層１７５の実効膜厚は、（Ｍ2・ｔ2−Ｍ1・ｔ1）となる。
このように、第１のフリー磁性層１７７と第２のフリー磁性層１７８は、それぞれの磁化方向が反平行方向となるように反強磁性的に結合され、かつ磁気的膜厚の関係がＭ2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1とされていることから、人工的なフェリ磁性状態とされている。またこれにより、フリー磁性層１７５の磁化方向と固定磁性層１５３の磁化方向とが交差する関係となる。
【００２０】
このスピンバルブ型薄膜素子ＭＲ３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、図示Ｘ1方向に揃えられたフリー磁性層１７５の磁化方向が変動すると、図示Ｙ方向に固定された固定磁性層１５３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、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
またフリー磁性層１７５は、相互に反強磁性的に結合した第１、第２のフリー磁性層１７７、１７８から構成されているので、フリー磁性層１７５全体の磁化方向が、僅かな大きさの外部磁界によって変動し、スピンバルブ型薄膜磁気素子の感度が高くなる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
図１８に示したスピンバルブ型薄膜素子ＭＲ１では、 ハードバイアス層１２６、１２６は、積層体ａ１０の側面と接合して形成されている。上記ハードバイアス層１２６、１２６の積層体ａ１０の側面上部に接合されている部分の断面形状は、上記側面上部の上端に近づくにつれて、厚さが薄くなっている。そして、積層体ａ１０の側面上端に接合されている先端部１２６ａ、１２６ａは、尖った断面形状となっている。
【００２２】
このため、積層体ａ１０の側面上端に接合されているハードバイアス層１２６、１２６からの漏れ磁束が、先端部１２６ａ、１２６ａからスピンバルブ型薄膜素子ＭＲ１上に設けられている上部シールド層２５７に吸われて、図１８の矢印Ｃで示す磁束の流れとなりやすく、フリー磁性層１２５に加わる有効磁界が減少するという不都合があった。このため、フリー磁性層１２５の磁区制御を良好に行うことが困難で、安定性が悪いことが問題となっていた。
また、積層体ａ１０の側面上端付近でのハードバイアス層１２６、１２６の先端部１２６ａ、１２６ａの磁化は、図１８に示す矢印Ａおよび矢印Ｄで示される方向となっているため、先端部１２６ａ、１２６ａから漏れて上記先端部１２６ａ、１２６ａの根元に吸われる磁界（矢印Ｂ）と、根元から漏れて先端部１２６ａ、１２６ａに吸われる磁束（矢印Ｅ）とが、本来フリー磁性層１２５に印可したい磁界方向と逆向きの磁界をフリー磁性層１２５の両端部に作用させることになり、フリー磁性層１２５の磁区制御に悪影響を及ぼすため、安定性が悪く、問題となっていた。
【００２３】
また、図２２に示したスピンバルブ型薄膜素子ＭＲ２においても、積層体ａ１１の側壁上端付近でのハードバイアス層１２６、１２６の先端部１２６ａ、１２６ａの磁化が、スピンバルブ型薄膜素子ＭＲ１と同様に矢印Ａおよび矢印Ｄで示される方向となっているため、双極子磁界（外部反磁界）、すなわち、先端部１２６ａ、１２６ａから漏れて先端部１２６ａ、１２６ａの根元に吸われる磁界（矢印Ｂ）と、根元から漏れて先端部１２６ａ、１２６ａに吸われる磁束（矢印Ｅ）とが、本来フリー磁性層１６５に印可したい磁場方向と逆向きの磁場をフリー磁性層１６５の両端部に作用させることになり、フリー磁性層１６５の磁区制御に悪影響を及ぼしたり、トラック幅Ｔｗの両端の再生波形が異常になってしまい、問題となっていた。
【００２４】
また、図２３に示したスピンバルブ型薄膜素子ＭＲ３においては、積層体ａ１２の側面上端付近でのハードバイアス層１２６、１２６の先端部１２６ａ、１２６ａから第１のフリー磁性層１７７に与えられる磁場が強く、しかもこの磁場は第１のフリー磁性層１７７に付与したい磁化方向と逆向きの磁化を作用させる磁場であるので、ハードバイアス層１２６、１２６の磁界がスピンフロップ磁界（Ｈsf）より大きくなると、本来第１のフリー磁性層１７７に付与したい磁化方向と逆向きに作用させる磁場を第１のフリー磁性層１７７の両端部（各ハードバイアス層１２６の近傍部分）に作用させることとなり、第１のフリー磁性層１７７の中央部では磁化の方向が第２のフリー磁性層１７８の磁化の向きの逆向き（Ｘ1方向の逆向き）に揃っているものの両端部では磁化の方向が乱れてしまう。このように第１のフリー磁性層１７７の両端部の磁化の方向が乱れると、磁化の向きが第１のフリー磁性層１７７の磁化の方向と反平行方向（Ｘ1方向）に揃えられる第２のフリー磁性層１７８は、中央部の磁化の方向が第１のフリー磁性層１７７の磁化の向きと逆向き（Ｘ1方向）に揃っているものの、両端部の磁化の方向が乱れてしまい、第１、第２のフリー磁性層１７７、１７８の両端部の磁化の方向が反平行に揃わなくなり、トラック幅Ｔｗの両端のところで、再生波形不安定性の原因となり、サーボエラー等を引き起こし、問題となっていた。
【００２５】
上記スピンフロップ磁界について図２４を用いて説明する。図２４は、フリー磁性層のＭ−Ｈ曲線を示す図である。このＭ−Ｈ曲線は、図２３に示す構成のスピンバルブ型薄膜素子ＭＲ３のフリー磁性層１７５に対してトラック幅方向から外部磁界Ｈを印加したときの、フリー磁性層１７５の磁化Ｍの変化を示したものである。外部磁界Ｈがハードバイアス層１２６、１２６からのバイアス磁界に相当する。
また、図２４中、Ｆ1で示す矢印は、第１のフリー磁性層１７７の磁化方向を表し、Ｆ2で示す矢印は、第２のフリー磁性層１７８の磁化方向を表す。
図２４に示すように、外部磁界Ｈが小さいときは、第１のフリー磁性層１７７と第２のフリー磁性層１７８が反強磁性的に結合した状態、即ち矢印Ｆ1と矢印Ｆ2の方向が反平行になっているが、外部磁界Ｈの大きさがある値を超えると、矢印Ｆ1と矢印Ｆ2の方向が反平行に揃わなくなり、第１、第２フリー磁性層１７７、１７８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２４ではＨsfで示している。そして、さらに外部磁界Ｈをスピンフロップ磁界より大きくしていくと、Ｆ1の方向がさらに回転して、Ｆ2の方向の平行方向を向き、即ち、Ｆ1は元の方向と１８０゜異なる方向を向き、フェリ磁性状態が完全に崩れてしまう。これが飽和磁界であり、図２４ではＨSで示している。従って、図２３の第１、第２のフリー磁性層１７７、１７８の両端部の磁化の方向は、例えば、図２４のＨsfとＨsの間に示すような関係となっている。
【００２６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、上記のような問題を解決し、フリー磁性層に加わる有効磁界の減少が起こりにくく、積層体の側面上端付近において、フリー磁性層の磁化の方向と反対の方向に磁場を作用させる磁界が生じにくく、上記フリー磁性層の磁区制御を良好に行うことができる安定性に優れたスピンバルブ型薄膜素子を提供することを課題としている。
さらに、このスピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッドを提供することを課題としている。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のスピンバルブ型薄膜素子は、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、上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、上記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成されたフリー磁性層と、上記反強磁性層と上記固定磁性層と上記非磁性導電層とフリー磁性層とが少なくとも積層されてなる積層体の両側に形成され、上記フリー磁性層の磁化方向を上記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ揃えるためのハードバイアス層と、上記ハードバイアス層上に形成されて上記積層体に検出電流を与える導電層とを有するスピンバルブ型薄膜素子であり、
上記反強磁性層と上記固定磁性層と上記非磁性導電層と上記フリー磁性層は、上記基板側から、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層の順で積層され、
上記ハードバイアス層は、上記フリー磁性層と同じ階層位置に配置され、上記ハードバイアス層の上面は、上記積層体の側面上端より基板側の位置で上記積層体の側面と接合され、
上記フリー磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断され、分断された層どうしで磁化の向きが反平行となるフェリ磁性状態とされ、上記非磁性中間層で分断された２つのフリー磁性層のうち上記非磁性導電層に接する方を第２のフリー磁性層とし、他方を第１のフリー磁性とした場合に、上記ハードバイアス層の上面は、上記第２のフリー磁性層の上面から下面までの間と同じ階層位置で上記積層体の側面と接合されていることを特徴とするものである。
【００２８】
なお、ここでの「ハードバイアス層は、フリー磁性層と同じ階層位置に形成され」とは、少なくともハードバイアス層とフリー磁性層とが接合されている状態を意味し、上記ハードバイアス層と上記フリー磁性層との接合部分の厚さが上記フリー磁性層の膜厚よりも薄い状態も含まれる。
また、ここで、「ハードバイアス層の上面」とは、上記基板側と反対側の面を意味している。
さらに、「接合」とは、直接接触して接続することのみならず、例えば、下地層、中間層等を介して積層体等と接続されることをも意味している。
【００２９】
このようなスピンバルブ型薄膜素子では、 上記ハードバイアス層の上面は、 上記積層体の側面上端より基板側の位置で上記積層体の側面と接合されているので、ハードバイアス層からの漏れ磁束が、上部シールド層に吸われることによるフリー磁性層に加わる有効磁界の減少が起こりにくいものとなり、フリー磁性層が単磁区化されやすくなるため、上記フリー磁性層の磁区制御を良好に行うことができる安定性に優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
また、上記ハードバイアス層が、上記フリー磁性層と同じ階層位置に配置されたスピンバルブ型薄膜素子とすることで、フリー磁性層に対して、強いバイアス磁界を与えやすくなり、フリー磁性層を単磁区化しやすく、バルクハウゼンノイズの発生を低減させることができる。
【００３０】
また、上記のスピンバルブ型薄膜素子においては、上記ハードバイアス層の上面が、上記ハードバイアス層の最上位置と同じまたは最上位置よりも基板側の位置で上記積層体の側面と接合されていることが好ましい。
このようなスピンバルブ型薄膜素子とすることで、積層体の側面上端付近でのフリー磁性層の磁化の方向と反対の方向に磁場を作用させる磁界が生じにくいものとなり、フリー磁性層が単磁区化されやすくなるため、上記フリー磁性層の磁区制御をより一層良好に行うことができる優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
【００３１】
また、上記のスピンバルブ型薄膜素子においては、上記ハードバイアス層は、上記フリー磁性層の膜厚方向に上記フリー磁性層の膜厚よりも大きな膜厚とされ、上記ハードバイアス層の上面は、上記フリー磁性層の上面よりも基板から離れた位置に配置されていることが望ましい。
このようなスピンバルブ型薄膜素子とすることで、フリー磁性層に対して、より一層強いバイアス磁界を与えやすくなり、フリー磁性層を単磁区化しやすくなるため、バルクハウゼンノイズの発生をより一層低減させることができる。
【００３２】
また、上記のスピンバルブ型薄膜素子においては、上記ハードバイアス層の下面は、上記フリー磁性層の下面よりも基板側の位置に配置されていることが好ましい。
このようなスピンバルブ型薄膜素子とすることで、さらにフリー磁性層に対して、強いバイアス磁界を与えやすくなり、フリー磁性層を単磁区化しやすくなるため、バルクハウゼンノイズの発生をより一層低減させることができる。
【００３３】
また、上記のスピンバルブ型薄膜素子においては、上記反強磁性層は、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い。
さらにまた、上記のスピンバルブ型薄膜素子においては、上記反強磁性層が、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。
【００３４】
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素子とすることで、上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素子とすることができる。
【００３５】
また、上記のスピンバルブ型薄膜素子においては、上記ハードバイアス層と上記導電層との間に、ＴａやＣｒなどからなる中間層が設けられたものとしてもよい。
導電層として、Ｃｒを用いた場合は、Ｔａの中間層を設けることにより、後工程のレジスト硬化などの熱プロセスに対して拡散バリアーとして機能し、ハードバイアス層の磁気特性の劣化を防ぐことができる。また、導電層としてＴａを用いる場合は、Ｃｒの中間層を設けることにより、Ｃｒの上に堆積するＴａの結晶を、より低抵抗の体心立方構造としやすくする効果がある。
【００３６】
また、上記のスピンバルブ型薄膜素子においては、上記ハードバイアス層と上記積層体との間および上記ハードバイアス層と基板との間に、Ｃｒからなるバイアス下地層が設けられたものとしてもよい。
結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造）であるＣｒからなるバイアス下地層を設けることにより、上記ハードバイアス層の保磁力および角形比が大きくなり、上記フリー磁性層の単磁区化に必要なバイアス磁界を増大させることができる。
【００３７】
また、上記のスピンバルブ型薄膜素子においては、上記フリー磁性層の厚さ方向両側に、各々非磁性導電層と固定磁性層と反強磁性層とが形成されたデュアル型構造とされてなるものとしてもよい。
このようなスピンバルブ型薄膜素子とすることで、フリー磁性層／非磁性導電層／固定磁性層の３層の組合わせを２組有するものとなり、シングルスピンバルブ型薄膜素子と比較して、大きな△ＭＲ（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。
【００３８】
また、上記のスピンバルブ型薄膜素子においては、上記固定磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断され、分断された層どうしで磁化の向きが反平行となる人工フェリ磁性状態とされてなるものとしてもよい。
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素子とした場合、２つに分断された固定磁性層のうち一方が他方の固定磁性層を適正な方向に固定する役割を担い、固定磁性層の状態を非常に安定した状態に保つことが可能となる。
一方、フリー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、磁気的な膜厚が減少するので外部磁界に対して感度よく反転できるものとなる。
【００３９】
また、上記のスピンバルブ型薄膜素子においては、上記積層体は上記フリー磁性層の上記非磁性導電層に対する逆側に接する非磁性導電材料からなるバックド層を有することが好ましい。
このようなスピンバルブ型薄膜素子とすることで、上記導電層からのセンス電流が積層体内部において流れる中心高さ位置を、バックド層がない場合に固定磁性層側に位置していた状態に比べて、このバックド層側に変化することができる。これにより、フリー磁性層位置におけるセンス電流磁界の強度を低減し、このセンス電流磁界からのフリー磁性層の変動磁化への寄与を低減することができる。従って、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。
【００４０】
さらに、上記のスピンバルブ型薄膜素子のうちシングルスピンバルブ型薄膜素子においては、上記導電層が、上記積層体の両側から上記積層体の中央部分に向けてこの積層体の表面に延出して被着形成されていることが好ましい。
このようなスピンバルブ型薄膜素子とすることで、導電層からのセンス電流が、ハードバイアス層と積層体との接合部分に流れにくくなり、このハードバイアス層を介さずに、直接、積層体にセンス電流を流す割合を多くできる。しかも、この場合、積層体と導電層との接合面積を増大することにより、磁気抵抗効果に寄与しない接合抵抗を下げることができ、再生特性を向上することができる。
【００４１】
また、上記のスピンバルブ型薄膜素子のうちシングルスピンバルブ型薄膜素子あるいは反強磁性層が基板側に位置するボトムタイプのシングルスピンバルブ型薄膜素子においては、上記ハードバイアス層の上面は、上記フリー磁性層の上面から下面までの間と同じ階層位置で上記積層体の側面と接合されているこことが好ましい。
このようなスピンバルブ型薄膜素子とすることで、積層体の側面上端付近でのフリー磁性層に付与したい磁化の方向と反対の方向に磁場を作用させる双極子磁界（外部反磁界）が生じにくいものとなり、該双極子磁界に起因してフリー磁性層の両端部の磁化の方向が乱れるのを改善でき、ハードバイアス層からの漏れ磁束によりフリー磁性層の磁化を揃えることができ、フリー磁性層が単磁区化され易くなるため、上記フリー磁性層の磁区制御を一層良好に行うことができ、また、トラック幅の両端の再生波形に異常が生じるのを防止でき、再生波形の安定性を向上できる。
【００４２】
さらに、上記のスピンバルブ型薄膜素子のうちシングルスピンバルブ型薄膜素子あるいは反強磁性層が基板側に位置するボトムタイプのシングルスピンバルブ型薄膜素子においては、上記ハードバイアス層の上面は、上記フリー磁性層の上面から該フリー磁性層の膜厚の半分の厚みの位置までの間と同じ階層位置で上記積層体の側面と接合されていることが好ましい。
このようなスピンバルブ型薄膜素子とすることで、上記双極子磁界に起因してフリー磁性層の両端部の磁化の方向が乱れるのを改善できるうえ、フリー磁性層に対して強いバイアス磁界を与え易くなり、フリー磁性層をより単磁区化し易くなり、また、再生波形の安定性もより向上させることができる。
【００４３】
また、上記のスピンバルブ型薄膜素子のうちシングルスピンバルブ型薄膜素子あるいは反強磁性層が基板側に位置するボトムタイプのシングルスピンバルブ型薄膜素子においては、上記フリー磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断され、分断された層どうしで磁化の向きが反平行となるフェリ磁性状態とされ、上記非磁性中間層で分断された２つのフリー磁性層のうち上記非磁性導電層に接する方を第２のフリー磁性層とし、他方を第１のフリー磁性とした場合に、上記ハードバイアス層の上面は、上記第２のフリー磁性層の上面から下面までの間と同じ階層位置で上記積層体の側面と接合されているスピンバルブ型薄膜素子とすることで、第１のフリー磁性層に付与したい磁化方向と逆向きに作用させる強い磁場が積層体の側面上端付近でのハードバイアス層の先端部からかかるのを回避でき、第１のフリー磁性層の両端部の磁化の方向が乱れるのを改善でき、第１のフリー磁性層の両端部の磁化の方向が乱れることに起因して磁化の向きが第１のフリー磁性層の磁化の向きと逆向きに揃えられる第２のフリー磁性層の両端部の磁化の方向が乱れることを防止でき、第１、第２のフリー磁性層の反強磁的な結合を安定して維持させてフリー磁性層のフェリ磁性状態を保つことができ、従って、スピンバルブ型薄膜素子の感度を低下させることなく、トラック幅の両端の再生波形に異常が生じるのを防止でき、再生波形の安定性を向上できる。
【００４４】
さらに、上記のスピンバルブ型薄膜素子のうちシングルスピンバルブ型薄膜素子あるいは反強磁性層が基板側に位置するボトムタイプのシングルスピンバルブ型薄膜素子においては、上記ハードバイアス層の上面は、上記第２のフリー磁性層の上面から上記第２のフリー磁性層の膜厚の半分の厚みの位置までの間と同じ階層位置で上記積層体の側面と接合されていることが好ましい。
このようなスピンバルブ型薄膜素子とすることで、第１のフリー磁性層の両端部の磁化の方向が乱れるのを改善でき、第１のフリー磁性層の両端部の磁化の方向が乱れることに起因して磁化の向きが第１のフリー磁性層の磁化の向きと逆向きに揃えられる第２のフリー磁性層の両端部の磁化の方向が乱れることを防止できるうえ、第２のフリー磁性層に対しては付与したい磁化方向と同じ向きに磁場を作用させる強いバイアス磁界が与えられ、スピンバルブ型薄膜素子の感度をより高くでき、しかもトラック幅の両端の再生波形に異常が生じるのを防止でき、再生波形の安定性を向上できる。
【００４５】
さらにまた、上記のスピンバルブ型薄膜素子のうちシングルスピンバルブ型薄膜素子あるいは反強磁性層が基板側に位置するボトムタイプのシングルスピンバルブ型薄膜素子においては、上記第２のフリー磁性層の飽和磁化および厚さをそれぞれＭ2、ｔ2とし、上記第１のフリー磁性層の飽和磁化および厚さをそれぞれＭ1、ｔ1とし、上記第２のフリー磁性層の磁気的膜厚をＭ2・ｔ2  とし、上記第１のフリー磁性層の磁気的膜厚をＭ1・ｔ1としたときに、Ｍ2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1なる関係を満たすことが好ましい。
このようなスピンバルブ型薄膜素子とすることで、第２のフリー磁性層の磁気的膜厚が、第１のフリー磁性層の磁気的膜厚よりも大きくなり、第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の磁気的膜厚の差分がフリー磁性層の磁気的な実効膜厚となる。従って、第１、第２のフリー磁性層の膜厚を適宜調整してフリー磁性層の実効膜厚を薄くすることにより、フリー磁性層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、スピンバルブ型薄膜磁気素子の感度を高くすることが可能となる。
また、フリー磁性層全体の厚さをある程度厚くできるので、抵抗変化率が極端に小さくなることがなく、スピンバルブ型薄膜素子の感度を高くすることが可能となる上記ハードバイアス層の上面は、上記第２のフリー磁性層の上面から下面までの間と同じ階層位置で上記積層体の側面と接合されていることが好ましい。
【００４６】
また、上記のスピンバルブ型薄膜素子のうちシングルスピンバルブ型薄膜素子においては、上記反強磁性層と上記固定磁性層と上記非磁性導電層と上記フリー磁性層は、上記基板側から、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層の順で積層されたボトムタイプであってもよい。
このようなスピンバルブ型薄膜素子とすることで、比抵抗の高い反強磁性層を介さずに積層体に与えるセンス電流の割合を向上することができ、基板側から、フリー磁性層、非磁性導電層、固定磁性層、反強磁性層の順で積層されたトップタイプにおいて発生していた、ハードバイアス層を経由して反強磁性層の下側に位置する固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層付近に直接流れ込む検出電流（センス電流）の分流成分を低減することができる。このため、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。
【００４７】
また、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、上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、上記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成されたフリー磁性層とを少なくとも有する積層膜を形成する工程と、上記積層膜の上にリフトオフ用レジストを形成する工程と、上記リフトオフ用レジストに覆われていない部分をイオンミリングにより除去し、台形状の積層体を形成する工程と、上記積層体の両側に、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により、上記ハードバイアス層を、上記フリー磁性層と同じ階層位置に配置されるように形成し、かつ、上記ハードバイアス層の上面を、上記積層体の側面上端より基板側の位置で上記積層体の側面と接合されるように形成する工程と、上記ハードバイアス層上に、ターゲットと基板との角度を傾斜させた状態で対向させ、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により、導電層を形成する工程とを有するスピンバルブ型薄膜素子の製造方法によれば、上記のスピンバルブ型薄膜素子を容易に得ることができる。
【００４８】
また、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、上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、上記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成されたフリー磁性層とを少なくとも有する積層膜を形成する工程と、
上記積層膜の上に上記積層膜に対向する下面に切り込み部の形成されたリフトオフ用レジストを形成する工程と、
上記リフトオフ用レジストに覆われていない部分をイオンミリングにより除去し、台形状の積層体を形成する工程と、
上記積層体の両側に、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により、上記ハードバイアス層を、上記フリー磁性層と同じ階層位置に配置されるように形成し、かつ、上記ハードバイアス層の上面を、上記積層体の側面上端より基板側の位置で上記積層体の側面と接合されるように形成する工程と、
上記ハードバイアス層上、および、上記リフトオフ用レジストの切り込み部に対応する上記積層体上に、ターゲットと基板との角度を傾斜させた状態で対向させ、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により、導電層を形成する工程とを有するスピンバルブ型薄膜素子の製造方法としてもよい。
【００４９】
このようなスピンバルブ型薄膜素子の製造方法によれば、形成した積層膜に、切り込み部の形成されたリフトオフ用レジストを１回形成する１レジスト工程により、レジストパターンを形成してイオンミリングにより積層体をエッチングし、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により、ターゲットと基板との角度を傾斜させないかまたは傾斜させた状態で対向させることを選択し、かつこの傾斜角度を設定して、ハードバイアス層および導電層を所望の形状に形成し、上記のスピンバルブ型薄膜素子を得ることができる。
ここで、切り込み部の幅寸法、言い換えると、上記リフトオフレジストの上記積層体両側方向における幅寸法に対して、上記切り込み部における、上記積層体に接触していない上記積層体両側方向における幅寸法、つまり、トラック幅方向の寸法を設定することにより、この切り込み部内に形成される導電層の部分、つまり、導電層が積層体の両側からこの積層体の中央部分に向けて積層体表面に延出して形成されるオーバーレイ部の長さ寸法を設定することができる。
これにより、フォトレジスト（リフトオフ用レジスト）を１回形成するのみで、積層体、ハードバイアス層、および、導電層を所望の形状に形成することができ、かつ、ターゲットと基板との角度を傾斜させないかまたは傾斜させた状態で対向させることを選択したスパッタ法により、ハードバイアス層および電極層を所望の形状に形成し、工程数の少ない状態で、上記のスピンバルブ型薄膜素子を容易に得ることができる。
【００５０】
また、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、上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、上記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成されたフリー磁性層とを少なくとも有する積層膜を形成する工程と、
上記積層膜の上に上記積層膜に対向する下面に切り込み部の形成された第１のリフトオフ用レジストを形成する工程と、
上記第１のリフトオフ用レジストに覆われていない部分をイオンミリングにより除去し、台形状の積層体を形成する工程と、
上記積層体の両側に、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により、上記ハードバイアス層を、上記フリー磁性層と同じ階層位置に配置されるように形成し、かつ、上記ハードバイアス層の上面を、上記積層体の側面上端より基板側の位置で上記積層体の側面と接合されるように形成する工程と、
上記第１のリフトオフレジストを剥離する工程と、
上記積層体に接触している上記第１のリフトオフ用レジストの上記積層体両側方向の寸法よりも、上記積層体に接触している上記積層体両側方向の寸法が幅狭に設定され、かつ、上記積層体に対向する下面に切り込み部の形成された第２のリフトオフ用レジストを上記積層体の上に形成する工程と、
上記第２のリフトオフ用レジストに覆われていない部分に、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により、導電層を形成する工程とを有するスピンバルブ型薄膜素子の製造方法としてもよい。
【００５１】
このようなスピンバルブ型薄膜素子の製造方法によれば、形成した積層膜に、幅寸法の異なる、切り込み部の形成された２種類のリフトオフ用レジストを２回形成する２レジスト工程により、積層体およびハードバイアス層を形成し、かつ、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により、ターゲットと基板との角度を傾斜させないかまたは傾斜させた状態で対向させることを選択して、導電層を所望の形状に形成し、上記のスピンバルブ型薄膜素子を得ることができる  ここで、第１のリフトオフ用レジストにおいて、切り込み部のトラック幅方向寸法、言い換えると、上記リフトオフレジストの上記積層体両側方向における幅寸法に対して、上記切り込み部における、上記積層体に接触していない上記積層体両側方向における幅寸法、つまり、トラック幅方向の寸法を設定すること、および、イオンミリング時のイオンビーム入射角度を設定することにより、積層体のトラック幅方向寸法、および、ハードバイアス層の形成形状を設定することができる。同様にして、第２のリフトオフ用レジストにおいて、この第２のリフトオフ用レジストにおけるトラック幅方向寸法を設定することにより、導電層の部分、つまり、導電層が積層体の両側からこの積層体の中央部分に向けて積層体表面に延出して形成されるオーバーレイ部の長さ寸法を設定することができる。
さらに、上記ハードバイアス層を形成する工程の後に、上記リフトオフ用レジストまたは上記第２のリフトオフ用レジストの切り込み部に対応する上記積層体表面の一部をイオンミリングや逆スパッタにより除去する工程を有することにより、積層体の最上層である保護層やバックド層をイオンミリングや逆スパッタによりクリーニングし、電極層とバックド層との充分な接続を得ることができ、接触抵抗を低減することができる。
【００５２】
また、上記のスピンバルブ型薄膜素子の製造方法においては、上記積層体を形成する工程において、上記フリー磁性層の上記非磁性導電層に対する逆側に非磁性導電材料からなるバックド層を形成することが好ましい。
【００５３】
また、上記のスピンバルブ型薄膜素子においては、上記第２のフリー磁性層の膜厚が上記第１のフリー磁性層の膜厚よりも大きいことが好ましい。
さらにまた、上記課題は、上記のスピンバルブ型薄膜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解決できる。
このような薄膜磁気へッドとすることで、フリー磁性層の磁区制御を良好に行うことができる安定性に優れた薄膜磁気へッドとすることができる。
【００５４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のスピンバルブ型薄膜素子の実施形態について、図面を参照して詳しく説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜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。
本発明のスピンバルブ型薄膜素子と、図１８に示す従来のスピンバルブ型薄膜素子ＭＲ１とが異なるところは、ハードバイアス層および導電層の形状が異なるところである。
このスピンバルブ型薄膜素子では、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。
【００５５】
図１において、符号１は、基板Ｋ上に設けられ、例えば、Ｔａ（タンタル）などで形成されている下地層を示している。この下地層１の上には、フリー磁性層５が形成され、さらに上記フリー磁性層５の上には、非磁性導電層４が形成されている。この非磁性導電層４の上には、固定磁性層３が形成され、さらに、上記固定磁性層３の上には、反強磁性層２が形成され、上記反強磁性層２の上には、Ｔａなどで形成された保護層７が形成され、積層体ａ１を形成している。
また、符号６、６は、ハードバイアス層を示し、符号８、８は、導電層を示している。
【００５６】
本発明の第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子において、上記反強磁性層２は、ＰｔＭｎ合金で形成されていることが好ましい。ＰｔＭｎ合金は、従来から反強磁性層２として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高く、交換結合磁界（交換異方性磁界）も大きい。
また、上記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、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で形成されていてもよい。
【００５７】
また、上記ＰｔＭｎ合金および上記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。
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、上記Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金としては、Ｘ’がＡｕ、Ａｇ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのうちから選択される１種または２種以上の元素である場合は、０．２〜１０原子％の範囲であることが望ましく、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓのうちから選択される１種または２種以上の元素である場合は、０．２〜４０原子％の範囲であることが望ましい。
上記反強磁性層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、６４ｋＡ／ｍを越える交換結合磁界を有し、上記交換結合磁界を失うブロッキング温度が３８０℃（６５３Ｋ）と極めて高い優れた反強磁性層２を得ることができる。
【００５８】
上記固定磁性層３は、強磁性体の薄膜からなり、 例えば、Ｃｏ、ＮｉＦｅ合 金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金などで形成されることが好ましい。
また、上記非磁性導電層４は、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｉｒなどに代表される非磁性体からなり、通常、２〜４ｎｍ（２０〜４０Å）程度の厚さに形成されている。
【００５９】
上記フリー磁性層５は、上記固定磁性層３と同様の材質などで形成されることが好ましい。
【００６０】
上記ハードバイアス層６、６は、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金などで形成されることが好ましい。
上記ハードバイアス層６、６は、上記フリー磁性層５と同じ階層位置に配置され、上記フリー磁性層５の膜厚方向に上記フリー磁性層５の膜厚よりも大きな膜厚とされることが好ましい。 また、上記ハードバイアス層６、６の上面６Ａ、 ６Ａは、上記フリー磁性層５の上面５Ａよりも基板Ｋから離れた位置に（すなわち、図１では上側に）配置され、上記ハードバイアス層６、６の下面は、上記フリー磁性層５の下面よりも基板Ｋ側の位置に（すなわち、図１では下側に）配置されている。
また、上記ハードバイアス層６、６の上面６Ａ、６Ａと上記積層体ａ１の側面ｂ１、ｂ１との接合点ｃ１、ｃ１は、積層体ａ１の側面ｂ１、ｂ１の上端ｄ１、ｄ１より基板側の位置（すなわち、図１では下側）で、かつ、上記ハードバイアス層６、６の最上位置（図１の例では、ハードバイアス層６、６の上面６Ａ、６Ａ）より下側の位置とされることが好ましい。
【００６１】
また、導電層８、８は、例えば、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｕなどで形成されることが好ましい。上記導電層８、８は、上記ハードバイアス層６、６上に、上記積層体ａ１の側面ｂ１、ｂ１に接合されて形成されることが好ましい。
【００６２】
図１に示すスピンバルブ型薄膜素子においては、上記反強磁性層２は、固定磁性層３に接して形成され、アニール（熱処理）を施すことにより、反強磁性層２と固定磁性層３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に示すように、固定磁性層３の磁化が図示Ｙ方向に固定される。
また、上記ハードバイアス層６、６が、 図示Ｘ１方向に磁化されていること で、上記フリー磁性層５の磁化が、図示Ｘ１方向に揃えられている。 これによ り、上記フリー磁性層５の変動磁化と上記固定磁性層３の固定磁化とが９０度で交差する関係となっている。
【００６３】
このようなスピンバルブ型薄膜素子では、上記導電層８、８からフリー磁性層５、非磁性導電層４、固定磁性層３にセンス電流が与えられる。記録媒体から図１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４とフリー磁性層５との界面、および非磁性導電層４と固定磁性層３との界面で、スピンに依存した伝導電子の散乱が起こることにより、電気抵抗が変化し、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００６４】
次に、図２〜図５を参照して、図１に示すスピンバルブ型薄膜素子の製造方法の一例を詳しく説明する。
まず、図２に示すように、基板Ｋ上に、積層体ａ１とされる下地層１、フリー磁性層５、非磁性導電層４、固定磁性層３、反強磁性層２、保護層７を順次成膜して積層膜Ｍを形成したのち、上記積層膜Ｍ上にリフトオフ用レジスト９を形成する。次に、上記リフトオフ用レジスト９に覆われていない部分を、イオンミリングにより除去して、図３に示すように側面１ｂ、１ｂとされる傾斜面を形成して等脚台形状の積層体ａ１を形成する。
【００６５】
ついで、上記積層体ａ１の両側に、ハードバイアス層６、６を、図４に示すように、上記フリー磁性層５と同じ階層位置に配置されるように形成し、かつ、ハードバイアス層６、６の上面６Ａを、上記積層体ａ１の側面ｂ１、ｂ１の上端ｄ１、ｄ１より下側の位置で上記積層体ａ１の側面ｂ１、ｂ１と接合されるように形成する。
このとき、上記ハードバイアス層６、６は、上記フリー磁性層５の膜厚方向に上記フリー磁性層５の膜厚よりも大きな膜厚とされることが望ましい。また、上記ハードバイアス層６、６の上面６Ａは、上記フリー磁性層５の上面５Ａよりも基板Ｋから離れた位置に（すなわち、図４では上側に）配置され、上記ハードバイアス層６、６の下面は、上記フリー磁性層５の下面よりも基板Ｋ側の位置に（すなわち、図４では下側に）配置され、上記ハードバイアス層６、６の上面６Ａと上記積層体ａ１の側面ｂ１、ｂ１との接合点ｃ１、ｃ１は、上記ハードバイアス層６、６の最上位置（図４では上面６Ａ）より下側の位置とされることが好ましい。
【００６６】
この製造方法において、リフトオフ用レジスト９は、二層レジスト法、イメージリバース法などによって形成されることが好ましい。
また、ハードバイアス層６、６の形成は、スパッタ法などによって行うことができ、上記ハードバイアス層６、６を上記フリー磁性層５とほぼ平行となるように形成するために、ターゲットと基板Ｋとが平行となるように対向させるとともに、スパッタ粒子ｓ１の角度分布が狭く、直進性のよい方法により形成することが好ましい。
上記ハードバイアス層６、６は、図４に示すように、スパッタされたスパッタ粒子のうち、リフトオフ用レジスト９によって遮られないスパッタ粒子ｓ１によって形成される。 このとき、スパッタされたスパッタ粒子ｓ１の角度分布が狭 く、直進性がよいと、リフトオフ用レジスト９の端部９ａ、９ａの真下よりも内側に入り込むスパッタ粒子ｓ１が少ない。これにより、ハードバイアス層６、６の上面６Ａと上記積層体ａ１の側面ｂ１、ｂ１との接合点ｃ１、ｃ１は、上記ハードバイアス層６、６の最上位置 （図４では上面６Ａ）より下側の位置とされ る。また、上記接合点ｃ１、ｃ１は、上記積層体ａ１の側面ｂ１、ｂ１の上端ｄ１、ｄ１より下側の位置とされる。 したがって、上記接合点ｃ１、ｃ１の位置 は、リフトオフ用レジスト９の端部９ａ、９ａの位置と、スパッタ粒子ｓ１の角度分布および直進性によって決定される。
このハードバイアス層６、６の形成は、具体的には、例えば、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などによって好ましく行われる。
【００６７】
続いて、図５に示すように、上記ハードバイアス層６、６の上に、上記積層体ａ１の側面ｂ１、ｂ１に接合されるように導電層８、８を形成する。
上記導電層８、８の形成は、積層体ａ１の側面ｂ１、ｂ１に接するように形成するため、 例えば、ターゲットと基板Ｋとの角度を傾斜させた状態で対向させ て、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などによって好ましく行われる。また、従来のスパッタ法などの角度分布の広いスパッタ法などによっても好ましく形成される。
上記導電層８、８は、 図５に示すように、スパッタされたスパッタ粒子のう ち、リフトオフ用レジスト９によって遮られないスパッタ粒子ｓ２によって形成される。このとき、ターゲットと基板Ｋとの角度を傾斜させた状態で対向させてスパッタすると、 または、スパッタされたスパッタ粒子ｓ２の角度分布が広い と、上記リフトオフ用レジスト９の端部９ａ、９ａの真下よりも内側に、多くのスパッタ粒子ｓ２が入り込む。これにより、導電層８、８は、上記積層体ａ１の側面ｂ１、ｂ１に接合されて形成される。
続いて、上記リフトオフ用レジスト９を除去することにより、図１に示すスピンバルブ型薄膜素子が得られる。
【００６８】
このようなスピンバルブ型薄膜素子では、上記ハードバイアス層６、６の上面６Ａ、６Ａは、上記積層体ａ１の側面ｂ１、ｂ１の上端ｄ１、ｄ１より下側の位置で上記積層体ａ１の側面ｂ１、ｂ１と接合され、図１８に示す構造のように、積層体ａ１０の側面上端に接合されている尖った断面形状の先端部１２６ａ、１２６ａがないので、ハードバイアス層６、６からの漏れ磁束が、上部シールド層に吸われることによるフリー磁性層５に加わる有効磁界の減少が起こりにくいものとなり、フリー磁性層５が単磁区化されやすくなるため、上記フリー磁性層５の磁区制御を良好に行うことができる安定性に優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
また、上記ハードバイアス層６、６が、上記フリー磁性層５と同じ階層位置に配置されているので、フリー磁性層５に対して、強いバイアス磁界を与えやすくなり、フリー磁性層５を単磁区化しやすく、バルクハウゼンノイズの発生を低減させることができる。
【００６９】
また、このようなスピンバルブ型薄膜素子においては、上記ハードバイアス層６、６の上面６Ａ、６Ａが、上記ハードバイアス層６、６の最上位置よりも下側の位置で上記積層体ａ１の側面ｂ１、ｂ１と接合され、図１８に示す構造のように、 積層体ａ１０の側面上端に接合されている尖った断面形状の先端部１２６ ａ、１２６ａがないので、 積層体ａ１の側面ｂ１、ｂ１の上端ｄ１、ｄ１付近 で、フリー磁性層５の磁化の方向と反対の方向に磁場を作用させる磁界が生じにくいものとなり、フリー磁性層５が単磁区化されやすくなるため、上記フリー磁性層５の磁区制御をより一層良好に行うことができる優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
【００７０】
また、上記ハードバイアス層６、６は、上記フリー磁性層５の膜厚方向に上記フリー磁性層５の膜厚よりも大きな膜厚とされ、上記ハードバイアス層６、６の上面６Ａ、６Ａは、上記フリー磁性層５の上面５Ａよりも上側の位置に配置されているので、 フリー磁性層５に対して、より強いバイアス磁界を与えやすくな り、フリー磁性層５を単磁区化しやすくなるため、バルクハウゼンノイズの発生をより一層低減させることができる。
【００７１】
さらに、上記ハードバイアス層６、６の下面が、上記フリー磁性層５の下面よりも下側の位置に配置されているので、フリー磁性層５に対して、より一層強いバイアス磁界を与えやすくなり、フリー磁性層を単磁区化しやすくなるため、バルクハウゼンノイズの発生をより一層低減させることができる。
【００７２】
また、このスピンバルブ型薄膜素子において、上記反強磁性層２を、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からなり、ＸまたはＸ’＋Ｐｔが３７〜６３原子％の範囲であるものとすることで、上記反強磁性層２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素子とすることができる。
【００７３】
また、上記スピンバルブ型薄膜素子の製造方法は、基板Ｋ上に、下地層１、フリー磁性層５、非磁性導電層４、固定磁性層３、反強磁性層２、保護層７を順次成膜して積層膜Ｍを形成したのち、上記積層膜Ｍ上にリフトオフ用レジスト９を形成し、上記リフトオフ用レジスト９に覆われていない部分をイオンミリングにより除去して台形状の積層体ａ１を形成し、ついで、上記積層体ａ１の両側に、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により、上記ハードバイアス６、６層を、上記フリー磁性層５と同じ階層位置に配置されるように形成し、かつ、上記ハードバイアス層６、６の上面６Ａを、上記積層体ａ１の側面ｂ１、ｂ１の上端ｄ１、ｄ１より基板Ｋ側の位置で上記積層体ａ１の側面ｂ１、ｂ１と接合されるように形成し、上記ハードバイアス層６、６上に、従来のスパッタ法、または、ターゲットと基板Ｋとの角度を傾斜させた状態で対向させ、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により、導電層８、８を形成する製造方法であるので、図１に示すスピンバルブ型薄膜素子を容易に得ることができる。
【００７４】
本発明の第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子においては、ハードバイアス層６、６は、上述したように、図１に示す形状とすることができるが、上記フリー磁性層５と同じ階層位置に配置され、かつ、上記ハードバイアス層６、６の上面６Ａが、上記積層体ａ１の側面ｂ１、ｂ１の上端ｄ１、ｄ１より基板Ｋ側の位置で上記積層体ａ１の側面ｂ１、ｂ１と接合されていれば、他の形状としてもよい。
【００７５】
例えば、図１９に示すように、ハードバイアス層６００、６００の上面に盛り上がり部６００ａ、６００ａが形成された形状や、図２０に示すように、ハードバイアス層６０１、６０１の上面が平坦に形成された形状や、図２１に示すように、ハードバイアス層６０２、６０２の断面が積層体ａ１の側面ｂ１、ｂ１に近づくにつれて薄くなるように形成された形状としてもよい。
また、図１９に示すスピンバルブ型薄膜素子においても、フリー磁性層５の磁区制御をより一層良好に行うために、上記ハードバイアス層６００、６００の上面６００Ａ、６００Ａが、上記ハードバイアス層６００、６００の最上位置（図１９の例では、盛り上がり部６００ａ、６００ａの最上位置）よりも下側の位置で上記積層体ａ１の側面ｂ１、ｂ１と接合されている。
さらにまた、図２０に示すスピンバルブ型薄膜素子においては、フリー磁性層５の磁区制御をより一層良好に行うために、上記ハードバイアス層６０１、６０１の上面６０１Ａ、６０１Ａが、上記ハードバイアス層６、６の最上位置（図２０の例では、上面６０１Ａ、６０１Ａ） と同じ位置で上記積層体ａ１の側面ｂ １、ｂ１と接合されている。
【００７６】
本発明の第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子においては、上述したように、非磁性導電層４の厚さ方向上下に、固定磁性層３とフリー磁性層５をそれぞれ単層構造として設けたが、これらを複数構造としてもよい。巨大磁気抵抗変化を示すメカニズムは、非磁性導電層４と固定磁性層３とフリー磁性層５との界面で生じる伝導電子のスピン依存散乱によるものである。Ｃｕなどからなる上記非磁性導電層４に対し、スピン依存散乱が大きな組み合わせとして、Ｃｏ層が例示できる。このため、固定磁性層３をＣｏ以外の材料で形成した場合、固定磁性層３の非磁性導電層４側の部分を図１の２点鎖線で示すように薄いＣｏ層３ａで形成することが好ましい。また、フリー磁性層５をＣｏ以外の材料で形成した場合も固定磁性層３の場合と同様に、フリー磁性層５の非磁性導電層４側の部分を図１の２点鎖線で示すように薄いＣｏ層５ａで形成することが好ましい。
【００７７】
また、本発明の第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子においては、上述したように、ハードバイアス層６、６および上記導電層８、８を、それぞれ単層構造としたが、これらを複数構造としてもよい。
上記のスピンバルブ型薄膜素子においては、上記ハードバイアス層６、６と上記導電層８、８との間には、図１の鎖線で示すように、ＴａやＣｒなどからなる中間層６ａ、６ａが設けられてなるものとしてもよい。
導電層８、８として、Ｃｒを用いた場合は、Ｔａの中間層６ａ、６ａを設けることにより、後工程のレジスト硬化などの熱プロセスに対して拡散バリアーとして機能し、ハードバイアス層６、６の磁気特性の劣化を防ぐことができる。 ま た、導電層８、８としてＴａを用いる場合は、Ｃｒの中間層６ａ、６ａを設けることにより、Ｃｒの上に堆積するＴａの結晶を、より低抵抗の体心立方構造としやすくする効果がある。
【００７８】
また、上記のスピンバルブ型薄膜素子においては、上記ハードバイアス層６、６と上記積層体ａ１との間 および上記ハードバイアス層６、６と基板との間に は、図１の鎖線で示すように、Ｃｒからなるバイアス下地層６ｂ、６ｂ、６ｃ、６ｃが設けられてなるものとしてもよい。
結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造）であるＣｒからなるバイアス下地層を設けることにより、上記ハードバイアス層の保磁力および角形比が大きくなり、上記フリー磁性層の単磁区化に必要なバイアス磁界を増大させることができる。
【００７９】
［第２の実施形態］
図６は、本発明の第２の実施形態のスピンバルブ型薄膜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。
本発明の第２の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子は、フリー磁性層を中心として、 その上下に非磁性導電層、固定磁性層、反強磁性層が１層ずつ形成され た、いわゆるデュアルスピンバルブ型薄膜素子である。
このデュアルスピンバルブ型薄膜素子では、フリー磁性層／非磁性導電層／固定磁性層の３層の組合わせが２組存在するため、図１に示したシングルスピンバルブ型薄膜素子と比べて、大きな抵抗変化率（△ＭＲ）を期待でき、高密度記録化に対応できるものとなっている。
【００８０】
図６に示すスピンバルブ型薄膜素子は、図示しない基板上に設けられ、下から下地層１４１、反強磁性層１４２、固定磁性層（下）１４３、非磁性導電層１４４、フリー磁性層１４５、非磁性導電層１４６、固定磁性層（上）１４７、反強磁性層１４８、保護層１４９の順で積層されている。なお、図３に示すように下地層１４１から保護層１４９までの積層体ａ２の両側には、ハードバイアス層１３２、１３２と導電層１３３、１３３が形成されている。
また、上記ハードバイアス層１３２、１３２が、図示Ｘ１方向に磁化されていることで、上記フリー磁性層１４５の磁化が、図示Ｘ１方向に揃えられている。
【００８１】
本発明の第２の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子では、下地層１４１、フリー磁性層１４５、非磁性導電層１４４、１４６、固定磁性層１４３、１４７、ハードバイアス層１３２、１３２、保護層１４９、導電層１３３、１３３の構成材料は、上述した第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と同等とされる。
【００８２】
また、上記反強磁性層１４２、１４８は、ＰｔＭｎ合金で形成されていることが好ましい。ＰｔＭｎ合金は、従来から反強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高く、交換結合磁界（交換異方性磁界）も大きい。
また、上記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、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で形成されていてもよい。
【００８３】
上記ハードバイアス層１３２、１３２は、上記フリー磁性層１４５と同じ階層位置に配置され、上記フリー磁性層１４５の膜厚方向に上記フリー磁性層１４５の膜厚よりも大きな膜厚とされる。また、上記ハードバイアス層１３２、１３２の上面１３２Ａ、１３２Ａは、上記フリー磁性層１４５の上面よりも基板から離れた位置に配置され、上記ハードバイアス層１３２、１３２の下面は、上記フリー磁性層１４５の下面よりも基板側の位置に配置されている。
また、上記ハードバイアス層１３２、１３２の上面１３２Ａ、１３２Ａと上記積層体ａ２の側面ｂ２、ｂ２との接合点ｃ２、ｃ２は、積層体ａ２の側面ｂ２、ｂ２の上端ｄ２、ｄ２より基板側の位置で、 かつ、上記ハードバイアス層１３ ２、１３２の最上位置より基板側の位置とされることが好ましい。
また、上記導電層１３３、１３３は、上記ハードバイアス層１３２、１３２上に、上記積層体ａ２の側面ｂ２、ｂ２に接合されて形成されることが好ましい。
【００８４】
本発明の第２の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子においても、上記ハードバイアス層１３２、１３２の上面１３２Ａ、１３２Ａは、上記積層体ａ２の側面ｂ２、ｂ２の上端ｄ２、ｄ２より基板Ｋ側の位置で上記積層体ａ２の側面ｂ２、ｂ２と接合され、図１８に示す構造のように、積層体ａ１０の側面上端に接合されている尖った断面形状の先端部１２６ａ、１２６ａがないので、ハードバイアス層１３２、１３２からの漏れ磁束が、上部シールド層に吸われることによるフリー磁性層１４５に加わる有効磁界の減少が起こりにくいものとなり、フリー磁性層１４５が単磁区化されやすくなるため、上記フリー磁性層１４５の磁区制御を良好に行うことができる安定性に優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
また、上記ハードバイアス層１３２、１３２が、上記フリー磁性層１４５と同じ階層位置に配置されているので、フリー磁性層１４５に対して、強いバイアス磁界を与えやすくなり、フリー磁性層１４５を単磁区化しやすく、バルクハウゼンノイズの発生を低減させることができる。
【００８５】
また、このようなスピンバルブ型薄膜素子においては、上記ハードバイアス層１３２、１３２の上面１３２Ａ、１３２Ａが、上記ハードバイアス層１３２、１３２の最上位置よりも基板側の位置で上記積層体ａ２の側面ｂ２、ｂ２と接合され、図１８に示す構造のように、積層体ａ１０の側面上端に接合されている尖った断面形状の先端部１２６ａ、１２６ａがないので、積層体ａ２の側面ｂ２、ｂ２の上端ｄ２、ｄ２付近でのフリー磁性層１４５の磁化の方向と反対の方向に磁場を作用させる磁界が生じにくいものとなり、フリー磁性層１４５が単磁区化されやすくなるため、上記フリー磁性層１４５の磁区制御をより一層良好に行うことができる優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
【００８６】
さらにまた、上記ハードバイアス層１３２、１３２は、上記フリー磁性層１４５の膜厚方向に上記フリー磁性層１４５の膜厚よりも大きな膜厚とされ、上記ハードバイアス層１３２、１３２の上面１３２Ａ、１３２Ａは、上記フリー磁性層１４５の上面よりも基板から離れた位置に配置されているので、フリー磁性層１４５に対して、より強いバイアス磁界を与えやすくなり、フリー磁性層１４５を単磁区化しやすくなるため、バルクハウゼンノイズの発生をより一層低減させることができる。
【００８７】
さらに、上記ハードバイアス層１３２、１３２の下面が、上記フリー磁性層１４５の下面よりも基板側の位置に配置されているので、フリー磁性層１４５に対して、より一層強いバイアス磁界を与えやすくなり、フリー磁性層を単磁区化しやすくなるため、バルクハウゼンノイズの発生をより一層低減させることができる。
【００８８】
［第３の実施形態］
図７は、本発明の第３の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子を模式図的に示した横断面図であり、図８は、図７に示したスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
この例のスピンバルブ型薄膜素子は、 反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電 層、フリー磁性層が一層ずつ形成された、いわゆるトップ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子の一種である。
すなわち、図７および図８に示すスピンバルブ型薄膜素子は、図示しない基板上に設けられ、下からＴａなどの非磁性材料で形成された下地層１０、ＮｉＦｅ膜２２、Ｃｏ膜２３ （ＮｉＦｅ膜２２とＣｏ膜２３を合わせてフリー磁性層２ １）、非磁性導電層２４、第２の固定磁性層２５、非磁性中間層２６、第１の固定磁性層２７、反強磁性層２８、および、Ｔａなどで形成された保護層２９の順で積層されている。
上記第１の固定磁性層２７および第２の固定磁性層２５は、例えば、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金などで形成されている。
【００８９】
本発明の第３の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子において、上記反強磁性層２８は、ＰｔＭｎ合金で形成されていることが好ましい。ＰｔＭｎ合金は、従来から反強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、 しかもブロッキング温度が高く、交換結合磁界（交換異方性磁 界）も大きい。
また、上記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、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で形成されていてもよい。
【００９０】
ところで、図７に示す第１の固定磁性層２７及び第２の固定磁性層２５に示されている矢印は、 それぞれの磁気モーメントの大きさ及びその方向を表してお り、上記磁気モーメントの大きさは、飽和磁化（Ｍｓ）と膜厚（ｔ）とをかけた値で選定される。
【００９１】
図７および図８に示す第１の固定磁性層２７と第２の固定磁性層２５とは同じ材質で形成され、 しかも、第１の固定磁性層２７の膜厚ｔＰ1が、第２の固定磁性層２５の膜厚ｔＰ2よりも大きく形成されているために、第１の固定磁性層２ ７の方が第２の固定磁性層２５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２７および第２の固定磁性層２５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２の固定磁性層２５の膜厚ｔＰ2が第１の固定磁性層２７の膜厚ｔＰ1より厚く形成されていてもよい。
【００９２】
第１の固定磁性層２７は、図７および図８に示すように、図示Ｙ方向、すなわち記録媒体から離れる方向（ハイト方向）に磁化されており、非磁性中間層２６を介して対向する第２の固定磁性層２５の磁化は、上記第１の固定磁性層２７の磁化方向と反平行（フェリ状態）に磁化されている。
【００９３】
第１の固定磁性層２７は、反強磁性層２８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、上記第１の固定磁性層２７と反強磁性層２８との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、例えば、図７および図８に示すように、上記第１の固定磁性層２７の磁化が、図示Ｙ方向に固定される。上記第１の固定磁性層２７の磁化が、図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層２６を介して対向する第２の固定磁性層２５の磁化は、第１の固定磁性層２７の磁化と反平行の状態で固定される。
【００９４】
このようなスピンバルブ型薄膜素子においては、交換結合磁界が大きいほど、第１の固定磁性層２７の磁化と第２の固定磁性層２５の磁化を安定して反平行状態に保つことが可能である。この例のスピンバルブ型薄膜素子では、反強磁性層２８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２７との界面で大きい交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生させる、ＰｔＭｎ合金、Ｘ−Ｍｎの式で示される合金、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金から選ばれる合金を使用することで、上記第１の固定磁性層２７及び第２の固定磁性層２５の磁化状態を熱的にも安定して保つことができる。
【００９５】
以上のように、このようなスピンバルブ型薄膜素子では、第１の固定磁性層２７と第２の固定磁性層２５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２７と第２の固定磁性層２５の磁化を、熱的にも安定した反平行状態（フェリ状態）に保つことができ、しかも、良好な△ＭＲ（抵抗変化率）を得ることが可能である。
【００９６】
次に、図７および図８に示す第１の固定磁性層２７と第２の固定磁性層２５との間に介在する非磁性中間層２６について説明する。
本発明では、第１の固定磁性層２７と第２の固定磁性層２５との間に介在する非磁性中間層２６は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうちｌ種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好ましい。
【００９７】
図７および図８に示すように、フリー磁性層２１の上には、Ｃｕなどで形成された非磁性導電層２４が形成され、さらに、上記非磁性導電層２４の上には、第２の固定磁性層２５が形成されている。図７および図８に示すように、フリー磁性層２１は、２層で形成されており、上記非磁性導電層２４に接する側に形成された符号２３の層は、Ｃｏ膜で形成されている。また、もう一方の層２２は、ＮｉＦｅ合金や、ＣｏＦｅ合金、あるいは、ＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。なお、非磁性導電層２４に接する側にＣｏ膜の層２３を形成する理由は、Ｃｕにより形成された上記非磁性導電層２４との界面での金属元素等の拡散を防止でき、また、△ＭＲ（抵抗変化率）を大きくできるからである。
【００９８】
また、図７および図８に示すように、下地層１０から保護層２９までの積層体ａ３の両側には、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金などで形成されたハードバイアス層１３０、１３０と、例えば、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｕなどで形成された導電層１３１、１３１が形成されており、上記ハードバイアス層１３０、１３０が図示Ｘ１方向に磁化されていることによって、フリー磁性層２１の磁化が図示Ｘ１方向に揃えられている。
【００９９】
上記ハードバイアス層１３０、１３０は、上記フリー磁性層２１と同じ階層位置に配置され、上記フリー磁性層２１の膜厚方向に上記フリー磁性層２１の膜厚よりも大きな膜厚とされる。また、上記ハードバイアス層１３０、１３０の上面１３０Ａ、１３０Ａは、上記フリー磁性層２１の上面よりも基板から離れた位置に配置され、上記ハードバイアス層１３０、１３０の下面は、上記フリー磁性層２１の下面よりも基板側の位置に配置されている。
また、上記ハードバイアス層１３０、１３０の上面１３０Ａ、１３０Ａと上記積層体ａ３の側面ｂ３、ｂ３との接合点ｃ３、ｃ３は、積層体ａ３の側面ｂ３、ｂ３の上端ｄ３、ｄ３より基板側の位置で、 かつ、上記ハードバイアス層１３ ０、１３０の最上位置より基板側の位置とされることが好ましい。
また、上記導電層１３１、１３１は、 上記ハードバイアス層１３０、１３０ 上に、 上記積層体ａ３の側面ｂ３、ｂ３に接合されて形成されることが好まし い。
【０１００】
図７および図８におけるスピンバルブ型薄膜素子では、上記導電層１３１、１３１からフリー磁性層２１、非磁性導電層２４、及び第２の固定磁性層２５にセンス電流が与えられる。記録媒体から図７および図８に示す図示Ｙ方向に磁界が与えられると、フリー磁性層２１の磁化は、図示Ｘ１方向からＹ方向に変動し、このときの非磁性導電層２４とフリー磁性層２１との界面、及び非磁性導電層２４と第２の固定磁性層２５との界面でスピンに依存した伝導電子の散乱が起こることにより、電気抵抗が変化し、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０１０１】
ところで上記センス電流は、実際には、第１の固定磁性層２７と非磁性中間層２６の界面などにも流れる。上記第２の固定磁性層２５は、△ＭＲに直接関与せず、上記第１の固定磁性層２７は、△ＭＲに関与する第２の固定磁性層２５を適正な方向に固定するための、いわば補助的な役割を担った層となっている。このため、センス電流が、第１の固定磁性層２７及び非磁性中間層２６に流れることは、シャントロス（電流ロス）になるが、 このシャントロスの量は非常に少な く、第３の実施の形態では、従来とほぼ同程度の△ＭＲを得ることが可能となっている。
【０１０２】
本発明の第３の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子においても、上記ハードバイアス層１３０、１３０の上面１３０Ａ、１３０Ａは、上記積層体ａ３の側面ｂ３、ｂ３の上端ｄ３、ｄ３より基板側の位置で上記積層体ａ３の側面ｂ３、ｂ３と接合され、図１８に示す構造のように、積層体ａ１０の側面上端に接合されている尖った断面形状の先端部１２６ａ、１２６ａがないので、ハードバイアス層１３０、１３０からの漏れ磁束が、上部シールド層に吸われることによるフリー磁性層２１に加わる有効磁界の減少が起こりにくいものとなり、フリー磁性層２１が単磁区化されやすくなるため、上記フリー磁性層２１の磁区制御を良好に行うことができる安定性に優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
また、上記ハードバイアス層１３０、１３０が、上記フリー磁性層２１と同じ階層位置に配置されているので、フリー磁性層２１に対して、強いバイアス磁界を与えやすくなり、フリー磁性層２１を単磁区化しやすく、バルクハウゼンノイズの発生を低減させることができる。
【０１０３】
また、このようなスピンバルブ型薄膜素子においては、上記ハードバイアス層１３０、１３０の上面１３０Ａ、１３０Ａが、上記ハードバイアス層１３０、１３０の最上位置よりも基板側の位置で上記積層体ａ３の側面ｂ３、ｂ３と接合され、図１８に示す構造のように、積層体ａ１０の側面上端に接合されている尖った断面形状の先端部１２６ａ、１２６ａがないので、積層体ａ３の側面ｂ３、ｂ３の上端ｄ３、ｄ３付近でのフリー磁性層２１の磁化の方向と反対の方向に磁場を作用させる磁界が生じにくいものとなり、フリー磁性層２１が単磁区化されやすくなるため、上記フリー磁性層２１の磁区制御をより一層良好に行うことができる優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
【０１０４】
［第４の実施形態］
図９は、本発明の第４の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子を模式図的に示した横断面図であり、図１０は、図９に示したスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
この例のスピンバルブ型薄膜素子は、フリー磁性層を中心として、その上下に非磁性導電層、固定磁性層、及び反強磁性層が１層ずつ形成された、いわゆるデュアルスピンバルブ型薄膜素子の一種である。
このデュアルスピンバルブ型薄膜素子では、フリー磁性層／非磁性導電層／固定磁性層の３層の組合わせが２組存在するため、シングルスピンバルブ型薄膜素子に比べて大きな△ＭＲを期待でき、高密度記録化に対応できるものとなっている。
【０１０５】
図９および図１０に示すスピンバルブ型薄膜素子は、下から下地層３０、反強磁性層３１、第１の固定磁性層（下）３２、非磁性中問層（下）３３、第２の固定磁性層（下）３４、非磁性導電層３５、フリー磁性層３６（符号３７，３９はＣｏ膜、符号３８はＮｉＦｅ合金膜）、非磁性導電層４０、第２の固定磁性層（上）４１、非磁性中間層（上）４２、第１の固定磁性層（上）４３、反強磁性層４４、及び保護層４５の順で積層されている。
また、図１０に示すように、下地層３０から保護層４５までの積層体ａ４の両側には、ハードバイアス層６２と導電層６３が形成されている。
【０１０６】
本発明の第４の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子において、上記反強磁性層３１、４４は、ＰｔＭｎ合金で形成されていることが好ましい。 ＰｔＭｎ合金 は、従来から反強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高く、交換結合磁界（交換異方性磁界）も大きい。
また、上記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、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で形成されていてもよい。
【０１０７】
また、図９および図１０に示す第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３と第２の固定磁性層、（下）３４，（上）４１との間に介在する非磁性中間層３３，４２は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好ましい。
【０１０８】
上記ハードバイアス層６２、６２は、上記フリー磁性層３６と同じ階層位置に配置され、上記フリー磁性層３６の膜厚方向に上記フリー磁性層３６の膜厚よりも大きな膜厚とされる。また、上記ハードバイアス層６２、６２の上面６２Ａ、６２Ａは、上記フリー磁性層３６の上面よりも基板から離れた位置に配置され、上記ハードバイアス層６２、６２の下面は、上記フリー磁性層３６の下面よりも基板側の位置に配置されている。
また、上記ハードバイアス層６２、６２の上面６２Ａ、６２Ａと上記積層体ａ４の側面ｂ４、ｂ４との接合点ｃ４、ｃ４は、積層体ａ４の側面ｂ４、ｂ４の上端ｄ４、ｄ４より基板側の位置で、かつ、上記ハードバイアス層６２、６２の最上位置より基板側の位置とされることが好ましい。
また、上記導電層６３、６３は、上記ハードバイアス層６２、６２上に、上記積層体ａ４の側面ｂ４、ｂ４に接合されて形成されることが好ましい。
【０１０９】
図９および図１０に示すように、フリー磁性層３６よりも下側に形成された第１の固定磁性層（下）３２の膜厚ＴＰ1は、 非磁性中間層３３を介して形成された第２の固定磁性層（下）３４の膜厚ｔＰ2に比べて、薄く形成されている。一 方、フリー磁性層３６よりも上側に形成されている第１の固定磁性層（上）４３の膜厚ｔＰ1は、 非磁性中間層４２を介して形成された第２の固定磁性層４１（上）の膜厚ｔＰ2に比べ厚く形成されている。そして、第１の固定磁性層（下） ３２，（上）４３の磁化は、共に図示Ｙ方向と反対方向に磁化されており、第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化は、図示Ｙ方向に磁化された状態になっている。
【０１１０】
図７および図８に示す本発明の第３の実施形態のシングルスピンバルブ型簿膜素子の場合にあっては、 第１の固定磁性層のＭｓ・ｔＰ1と第２の固定磁性層のＭｓ・ｔＰ2が異なるように膜厚などを調節し、第１の固定磁性層の磁化の向き は、図示Ｙ方向あるいは図示Ｙ方向と反対方向のどちらでもよい。
しかし、 図９および図１０に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子にあって は、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化が、共に同じ方向に向くようにする必要性がある。そのため、本発明では、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁気モーメントＭｓ・ｔＰ1と、第２の固定磁性層（下）３４，（ 上）４１の磁気モーメントＭｓ・ｔＰ2との調整、及び熱処理中に印加する磁場 の方向及びその大きさを適正に調節することで、デュアルスピンバルブ型薄膜素子として満足に機能させることができる。
【０１１１】
ここで、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化を共に同じ方向に向けておくのは、上記第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化と反平行になる第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化を、共に同じ方向に向けておくためであり、その理由について以下に説明する。
【０１１２】
前述したように、スピンバルブ型薄膜素子の△ＭＲは、固定磁性層の固定磁化とフリー磁性層の変動磁化との関係によって得られるものである。本発明のように、固定磁性層が第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の２層に分断された場合にあっては、上記△ＭＲに直接関与する固定磁性層の層は、第２の固定磁性層であり、第１の固定磁性層は、上記第２の固定磁性層の磁化を一定方向に固定しておくためのいわば補助的な役割を担っている。
【０１１３】
仮に図９および図１０に示す第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化が互いに反対方向に固定されているとすると、例えば、第２の固定磁性層（上）４１の固定磁化とフリー磁性層３６の変動磁化との関係では、抵抗が大きくなっても、第２の固定磁性層（下）３４の固定磁化とフリー磁性層３６の変動磁化との関係では、抵抗が非常に小さくなってしまい、結局、デュアルスピンバルブ型薄膜素子における△ＭＲは、図７および図８に示す本発明の第３の実施形態のシングルスピンバルブ型簿膜素子の△ＭＲよりも小さくなってしまう。
【０１１４】
この問題は、固定磁性層を非磁性中間層を介して２層に分断したデュアルスピンバルブ型薄膜素子に限ったことではなく、図６に示す第２の実施形態のデュアルスピンバルブ型薄膜素子などであっても同じことであり、シングルスピンバルブ型薄膜素子に比ベ△ＭＲを大きくでき、大きな出力を得ることができるデュアルスピンパルブ型薄膜素子の特性を発揮させるには、フリー磁性層の上下に形成される固定磁性層を共に同じ方向に固定しておく必要がある。
【０１１５】
ところで、本発明では、図９および図１０に示すように、フリー磁性層３６よりも下側に形成された固定磁性層は、第２の固定磁性層（下）３４のＭｓ・ｔＰ2の方が、 第１の固定磁性層（下）３２のＭｓ・ｔＰ1に比べて大きくなってお り、Ｍｓ・ｔＰ2の大きい第２の固定磁性層（下）３４の磁化が、図示Ｙ方向に 固定されている。そして、第２の固定磁性層（下）３４のＭｓ・ｔＰ2と、第１ の固定磁性層（下）３２のＭｓ・ｔＰ1とを足し合わせた、いわゆる合成磁気モ ーメントは、Ｍｓ・ｔＰ2の大きい第２の固定磁性層（下）３４の磁気モーメン トに支配され、図示Ｙ方向に向けられている。
【０１１６】
一方、フリー磁性層３６よりも上側に形成された固定磁性層は、第１の固定磁性層（上）４３のＭｓ・ｔＰ1の方が、 第２の固定磁性層（上）４１のＭｓ・ｔＰ2に比べて大きくなっており、Ｍｓ・ｔＰ1の大きい第１の固定磁性層（上）４３の磁化が、図示Ｙ方向と反対方向に固定されている。第１の固定磁性層（上）４３のＭｓ・ｔＰ1と、第２の固定磁性層（上）４１のＭｓ・ｔＰ2とを足した、いわゆる合成磁気モーメントは、第１の固定磁性層（上）４３のＭｓ・ｔＰ1に 支配され、図示Ｙ方向と反対方向に向けられている。
【０１１７】
すなわち、図９および図１０に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子では、フリー磁性層３６の上下で、 第１の固定磁性層のＭｓ・ｔＰ1と第２の固定磁性層のＭｓ・ｔＰ2を足して求めることができる合成磁気モーメントの方向が、反対 方向になっているのである。このため、フリー磁性層３６よりも下側で形成される図示Ｙ方向に向けられた合成磁気モーメントと、上記フリー磁性層３６よりも上側で形成される図示Ｙ方向と反対方向に向けられた合成磁気モーメントとが、図示左周りの磁界を形成している。
従って、上記合成磁気モーメントによって形成される磁界により、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化とがさらに安定したフェリ状態を保つことが可能である。
【０１１８】
更に、センス電流１１４は、主に比抵抗の小さい非磁性導電層３５，４０を中心にして流れ、センス電流１１４を流すことにより、右ネジの法則によってセンス電流磁界が形成されることになるが、センス電流１１４を図９の方向に流すことにより、フリー磁性層３６の下側に形成された第１の固定磁性層（下）３２／非磁性中間層（下）３３／第２の固定磁性層（下）３４の場所にセンス電流が作るセンス電流磁界の方向を、上記第１の固定磁性層（下）３２／非磁性中間層（下）３３／第２の固定磁性層（下）３４の合成磁気モーメントの方向と一致させることができ、さらに、フリー磁性層３６よりも上側に形成された第１の固定磁性層（上）４３／非磁性中間層（上）４２／第２の固定磁性層（上）４１の場所にセンス電流が作るセンス電流磁界を、上記第１の固定磁性層（上）４３／非磁性中間層（上）４２／第２の固定磁性層（上）４１の合成磁気モーメントの方向と一致させることができる。
【０１１９】
センス電流磁界の方向と合成磁気モーメントの方向を一致させることのメリットに関しては後で詳述するが、簡単に言えば、上記固定磁性層の熱的安定性を高めることができることと、大きなセンス電流を流せることができるので、再生出力を向上できるという、非常に大きいメリットがある。
センス電流磁界と合成磁気モーメントの方向に関するこれらの関係は、フリー磁性層３６の上下に形成される固定磁性層の合成磁気モーメントが、図示左周りの磁界を形成しているからである。
【０１２０】
通常、ハードディスクなどの装置内の環境温度と、素子を流れるセンス電流によるジュール熱とにより、素子の温度は局所的には、最高で約２００℃（４７３Ｋ）程度まで上昇し、さらに今後、記録媒体の回転数の増大による環境温度の上昇や、センス電流の増大によるジュール熱の増大などによって、素子温度がさらに上昇する傾向にある。このように素子温度が上昇すると、交換結合磁界は低下するが、本発明によれば、合成磁気モーメントで形成される磁界と、センス電流磁界により、熱的にも安定して第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化とをフェリ状態に保つことができる。
【０１２１】
前述した合成磁気モーメントによる磁界の形成、及び、合成磁気モーメントによる磁界とセンス電流磁界との方向関係は、本発明特有の構成であり、フリー磁性層の上下に単層で形成され、しかも、同じ方向に向けられ固定磁化された固定磁性層を有する従来のデュアルスピンバルブ型薄膜素子では、得ることができないものとなっている。
【０１２２】
また、第４の実施の形態では、フリー磁性層３６よりも下側に形成された第１の固定磁性層（下）３２のＭｓ・ｔＰ1を、第２の固定磁性層３４のＭｓ・ｔＰ2よりも大きくし、且つ、上記フリー磁性層３６よりも上側に形成された第１の固定磁性層（上）４３のＭｓ・ｔＰ1を第２の固定磁性層（上）４１のＭｓ・ｔＰ2よりも小さくしてもよい。
この場合においても、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁化を得たい方向、すなわち図示Ｙ方向あるいは図示Ｙ方向と反対方向に４００ｋＡ／ｍ（５ｋＯｅ）以上の磁界を印加することによって、フリー磁性層３６の上下に形成された第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１を同じ方向に向けて固定でき、しかも、図示右回りのあるいは左回りの合成磁気モーメントによる磁界を形成できる。
【０１２３】
以上、図７〜図１０に示したスピンバルブ型薄膜素子によれば、固定磁性層を非磁性中間層を介して第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との２層に分断し、この２層の固定磁性層間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって上記２層の固定磁性層の磁化を反平行状態（フェリ状態）にすることにより、従来に比べて熱的にも安定した固定磁性層の磁化状態を保つことができる。
特に本実施の形態では、反強磁性層としてプロッキング温度が非常に高く、また第１の固定磁性層との界面で大きい交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生するＰｔＭｎ合金、Ｘ−Ｍｎの式で示される合金、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金から選ばれる合金を使用することにより、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との磁化状態を、より熱的安定性に優れたものにできる。
【０１２４】
さらに本実施の形態では、 第１の固定磁性層のＭｓ・ｔＰ1と第２の固定磁性層のＭｓ・ｔＰ2とを異なる値で形成し、さらに熱処理中の印加磁場の大きさ及 びその方向を適正に調節することによって、上記第１の固定磁性層（及び第２の固定磁性層）の磁化を得たい方向に磁化させることが可能である。
【０１２５】
特に図９および図１０に示すデユアルスピンバルブ型薄膜素子にあっては、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３のＭｓ・ｔＰ1と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１のＭｓ・ｔＰ2を適正に調節し、 さらに熱処理中の印加磁場の大きさ及びその方向を適正に調節することによって、△ＭＲに関与するフリー磁性層３６の上下に形成された２つの第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁化を共に同じ方向に固定でき、且つフリー磁性層３６の上下に形成される合成磁気モーメントを互いに反対方向に形成できることによって、上記合成磁気モーメントによる磁界の形成、及び、上記合成磁気モーメントによる磁界とセンス電流磁界との方向関係の形成ができ、固定磁性層の磁化の熱的安定性をさらに向上させることが可能である。
【０１２６】
本発明の第４の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子においても、上記ハードバイアス層６２、６２の上面６２Ａ、６２Ａは、上記積層体ａ４の側面ｂ４、ｂ４の上端ｄ４、ｄ４より基板側の位置で上記積層体ａ４の側面ｂ４、ｂ４と接合され、図１８に示す構造のように、積層体ａ１０の側面上端に接合されている尖った断面形状の先端部１２６ａ、１２６ａがないので、ハードバイアス層６２、６２からの漏れ磁束が、上部シールド層に吸われることによるフリー磁性層３６に加わる有効磁界の減少が起こりにくいものとなり、フリー磁性層３６が単磁区化されやすくなるため、上記フリー磁性層３６の磁区制御を良好に行うことができる安定性に優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
また、上記ハードバイアス層６２、６２が、上記フリー磁性層３６と同じ階層位置に配置されているので、フリー磁性層３６に対して、強いバイアス磁界を与えやすくなり、フリー磁性層３６を単磁区化しやすく、バルクハウゼンノイズの発生を低減させることができる。
【０１２７】
また、このようなスピンバルブ型薄膜素子においては、上記ハードバイアス層６２、６２の上面６２Ａ、６２Ａが、上記ハードバイアス層６２、６２の最上位置よりも基板側の位置で上記積層体ａ４の側面ｂ４、ｂ４と接合され、図１８に示す構造のように、積層体ａ１０の側面上端に接合されている尖った断面形状の先端部１２６ａ、１２６ａがないので、 積層体ａ４の側面ｂ４、ｂ４の上端ｄ ４、ｄ４付近でのフリー磁性層３６の磁化の方向と反対の方向に磁場を作用させる磁界が生じにくいものとなり、フリー磁性層３６が単磁区化されやすくなるため、上記フリー磁性層３６の磁区制御をより一層良好に行うことができる優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
【０１２８】
［第５の実施形態］
図１１は、本発明の第５の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子を模式図的に示した横断面図、図１２は、図１１に示すスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面から見た場合の断面図である。
このスピンバルブ型薄膜素子においても、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。
このスピンバルブ型薄膜素子は、固定磁性層のみならず、フリー磁性層も非磁性中間層を介して第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の２層に分断されている。
【０１２９】
本発明の第５の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子は、図１１および図１２に示すように、図示しない基板上に、下から、下地層７０、第２のフリー磁性層７１、非磁性中間層７２、第１のフリー磁性層７３、非磁性導電層７６、第２の固定磁性層７７、非磁性中間層７８、第１の固定磁性層７９、反強磁性層８０、及び保護層８１の順で積層されている。
【０１３０】
本発明の第５の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子において、上記下地層７０及び保護層８１は、例えば、Ｔａなどで形成されている。
また、上記反強磁性層８０は、上述の第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と同様に、ＰｔＭｎ合金で形成されていることが好ましい。また、上記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、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で形成されていてもよい。
【０１３１】
第１の固定磁性層７９及び第２の固定磁性層７７は、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。
また、非磁性中問層７８は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好ましい。
さらに、非磁性導電層７６はＣｕなどで形成されている。
【０１３２】
上記第１の固定磁性層７９の磁化と第２の固定磁性層７７の磁化は、互いに反平行に磁化されたフェリ状態となっており、例えば、第１の固定磁性層７９の磁化は、図示Ｙ方向に、第２の固定磁性層７７の磁化は、図示Ｙ方向と反対方向に固定されている。このフェリ状態の安定性を保つためには、大きい交換結合磁界が必要である。本実施の形態では、より大きな交換結合磁界を得るために、以下に示す種々の、適正化を行っている。
【０１３３】
図１１および図１２に示す第２のフリー磁性層７１の上には、非磁性中間層７２が形成されている。上記第２のフリー磁性層７１は、例えば、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。
また、上記非磁性中間層７２の上には、第１のフリー磁性層７３が形成されている。さらに、上記第１のフリー磁性層７３の上には、非磁性導電層７６が形成されている。
図１１および図１２に示すように、上記第１のフリー磁性層７３は、ＮｉＦｅ合金膜７４とＣｏ膜７５の２層で形成されており、非磁性導電層７６に接する側にＣｏ膜７５が形成されている。非磁性導電層７６に接する側にＣｏ膜７５を形成するのは、第１に△ＭＲを大きくできるため、第２に上記非磁性導電層７６との拡散を防止するためである。
【０１３４】
図１１および図１２に示す下地層７０から保護層８１までの積層体ａ５は、その側面が削られて側面ｂ５、ｂ５とされ、台形状に形成されている。上記積層体ａ５の両側には、ハードバイアス層８２，８２及び導電層８３，８３が形成されている。上記ハードバイアス層８２、８２は、Ｃｏ一Ｐｔ合金やＣｏ一Ｃｒ一Ｐｔ合金などで形成されている。また、上記導電層８３、８３は、例えば、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｕなどで形成されている。
【０１３５】
上記ハードバイアス層８２、８２は、第１のフリー磁性層７３と同じ階層位置に配置され、第１のフリー磁性層７３の膜厚よりも大きな膜厚とされる。また、上記ハードバイアス層８２、８２の上面８２Ａ、８２Ａは、上記第１のフリー磁性層７３の上面よりも基板から離れた位置に配置され、上記ハードバイアス層８２、８２の下面は、上記の第１のフリー磁性層７３下面よりも基板側の位置に配置されている。
また、上記ハードバイアス層８２、８２の上面８２Ａ、８２Ａと上記積層体ａ５の側面ｂ５、ｂ５との接合点ｃ５、ｃ５は、積層体ａ５の側面ｂ５、ｂ５の上端ｄ５、ｄ５より基板側の位置で、かつ、上記ハードバイアス層８２、８２の最上位置より基板側の位置とされることが好ましい。
また、上記導電層８３、８３は、上記ハードバイアス層８２、８２上に、上記積層体ａ５の側面ｂ５、ｂ５に接合されて形成されることが好ましい。
【０１３６】
図１１および図１２に示す第１のフリー磁性層７３と第２のフリー磁性層７１の間には、非磁性中間層７２が介在し、上記第１のフリー磁性層７３と第２のフリー磁性層７１間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、上記第１のフリー磁性層７３の磁化と第２のフリー磁性層７１の磁化は、反平行状態（フェリ状態）となっている。
【０１３７】
図１１および図１２に示すスピンバルブ型薄膜素子では、例えば、第１のフリー磁性層７３の膜厚ｔＦ1は、第２のフリー磁性層７１の膜厚ｔＦ2より大きく形成されている。
そして、上記第１のフリー磁性層７３のＭｓ・ｔＦ1は、 第２のフリー磁性層７１のＭｓ・ｔＦ2よりも大きくなるように設定されており、ハードバイアス層 ８２から図示Ｘ１方向にバイアス磁界が与えられると、Ｍｓ・ｔＦ1の大きい第 １のフリー磁性層７３の磁化が、上記バイアス磁界の影響を受けて図示Ｘ１方向に揃えられ、 上記第１のフリー磁性層７３との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作 用）によって、Ｍｓ・ｔＦ2の小さい第２のフリー磁性層７１の磁化は、図示Ｘ １方向と反対方向に揃えられる。なお本発明では、第１のフリー磁性層７３の膜厚ｔＦ1が、第２のフリー磁性層７１の膜厚ｔＦ2よりも小さく形成され、上記第１のフリ一磁性層７３のＭＳ・ｔＦ1が第２のフリー磁性層７１のＭＳ・ｔＦ2よりも小さく設定されていてもよい。
【０１３８】
図示Ｙ方向から外部磁界が侵入してくると、上記第１のフリー磁性層７３と第２のフリー磁性層７１の磁化はフェリ状態を保ちながら、上記外部磁界の影響を受けて回転する。そして、△ＭＲに奇与する第１のフリー磁性層７３の磁化方向と、第２の固定磁性層７７の固定磁化との関係によって電気抵抗が変化し、外部磁界の信号が検出される。
また、本発明では、第１のフリー磁性層７３と第２のフリー磁性層７１との間に介在する非磁性中間層７２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。
また、第１のフリー磁性層７３のＭｓ・ｔＦ1が第２のフリー磁性層７２のＭｓ・ｔＦ2よりも大きい場合には、底上げ層などを用いてハードバイアス層８２，８２の下面８２ｂ，８２ｂは、波線８２Ｂ’のようにフリー磁性層７３の上面から下面までの間と同じ階層位置で積層体ａ５の側面と接合されている。これにより、積層体ａ５の側面上端付近でのフリー磁性層７３に付与したい磁化の方向と反対の方向に磁場を作用させる双極子磁界（外部反磁界）が生じにくいものとなり、該双極子磁界に起因してフリー磁性層７３の両端部の磁化の方向が乱れるのを改善でき、ハードバイアス層８２からの漏れ磁束によりフリー磁性層７３の磁化を揃えることができ、フリー磁性層７３が単磁区化され易くなるため、フリー磁性層７３の磁区制御を一層良好に行うことができ、また、トラック幅の両端の再生波形に異常が生じるのを防止でき、再生波形の安定性を向上できる。
さらに好ましくはハードバイアス層８２，８２の下面８２ｂ，８２ｂは、波線８２Ｂ’のようにフリー磁性層７３の膜厚の半分の厚みの位置までの間と同じ階層位置で積層体ａ５の側面と接合されていることである。
これにより、上記双極子磁界に起因してフリー磁性層７３の両端部の磁化の方向が乱れるのを改善できるうえ、フリー磁性層７３に対して強いバイアス磁界を与え易くなり、フリー磁性層７３をより単磁区化し易くなり、また、再生波形の安定性もより向上させることができる。
【０１３９】
第１のフリー磁性層７３と第２のフリー磁性層７１との合成磁気モーメントの絶対値を、第１の固定磁性層７９と第２の固定磁性層７７との合成磁気モーメントの絶対値よりも大きくすることにより、上記第１のフリー磁性層７３と、第２のフリー磁性層７７の磁化が、第１の固定磁性層７９と第２の固定磁性層７７との合成磁気モーメントの影響を受けにくくなり、上記第１のフリー磁性層７３及び第２のフリー磁性層７１の磁化が外部磁界に対して感度良く、回転し、出力を向上させることが可能になる。
【０１４０】
本発明の第５の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子においても、上記ハードバイアス層８２、８２の上面は、上記積層体ａ５の側面ｂ５、ｂ５の上端ｄ５、ｄ５より基板側の位置で上記積層体ａ５の側面ｂ５、ｂ５と接合され、図１８に示す構造のように、積層体ａ１０の側面上端に接合されている尖った断面形状の先端部１２６ａ、１２６ａがないので、ハードバイアス層８２、８２からの漏れ磁束が、上部シールド層に吸われることによる第１のフリー磁性層７３に加わる有効磁界の減少が起こりにくいものとなり、第１のフリー磁性層７３が単磁区化されやすくなるため、第１のフリー磁性層７３および第２のフリー磁性層７１の磁区制御を良好に行うことができる安定性に優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
また、上記ハードバイアス層８２、８２が、第１のフリー磁性層７３と同じ階層位置に配置されているので、第１のフリー磁性層７３に対して、強いバイアス磁界を与えやすくなり、第１のフリー磁性層７３を単磁区化しやすく、バルクハウゼンノイズの発生を低減させることができる。
【０１４１】
また、このようなスピンバルブ型薄膜素子においては、上記ハードバイアス層８２、８２の上面８２Ａ、８２Ａが、上記ハードバイアス層８２、８２の最上位置よりも基板側の位置で上記積層体ａ５の側面ｂ５、ｂ５と接合され、図１８に示す構造のように、積層体ａ１０の側面上端に接合されている尖った断面形状の先端部１２６ａ、１２６ａがないので、 積層体ａ５の側面ｂ５、ｂ５の上端ｄ ５、ｄ５付近での第１のフリー磁性層７３の磁化の方向と反対の方向に磁場を作用させる磁界が生じにくいものとなり、第１のフリー磁性層７３が単磁区化されやすくなるため、上記第１のフリー磁性層７３および第２のフリー磁性層７１の磁区制御をより一層良好に行うことができる優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
【０１４２】
［第６の実施形態］
図１３は、本発明の第６の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子の構造を表す横断面図であり、図１４は、図１３に示すスピンバルブ型薄膜素子を、記録媒体との対向面側から見た断面図である。
このスピンバルブ型薄膜素子は、フリー磁性層を中心にしてその上下に非磁性導電層、固定磁性層、及び反強磁性層が積層されたデュアルスピンバルブ型薄膜素子の一種であり、上記フリー磁性層、及び固定磁性層が、非磁性中間層を介して２層に分断されて形成されている。
【０１４３】
図１３および図１４に示す最も下側に形成されている層は、図示しない基板上に形成されている下地層９１であり、この下地層９１の上に反強磁性層９２、第１の固定磁性層（下）９３、非磁性中間層９４（下）、第２の固定磁性層（下）９５、非磁性導電層９６、第２のフリー磁性層９７、非磁性中間層１００、第１のフリー磁性層１０１、非磁性導電層１０４、第２の固定磁性層（上）１０５、非磁性中間層（上）１０６、 第１の固定磁性層（上）１０７、反強磁性層１０ ８、及び保護層１０９が形成されている。
【０１４４】
まず、各層の材質について説明する。
上記反強磁性層９２，１０８は、上述の第２の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と同様に、ＰｔＭｎ合金で形成されていることが好ましい。また、上記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、Ｎ ｅ、 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で形成されていてもよい。
【０１４５】
第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７、及び第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５は、Ｃｏ膜、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいは、ＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。
また、第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７と第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５問に形成されている非磁性中間層（下）９４，（上）１０６及び第１のフリー磁性層１０１と第２のフリー磁性層９７間に形成されている非磁性中間層１００は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好ましい。
さらに、非磁性導電層９６，１０４はＣｕなどで形成されている。
【０１４６】
図１３および図１４に示すように、第１のフリー磁性層１０１及び第２のフリー磁性層９７は、２層で形成されている。非磁性導電層９６，１０４に接する側に形成された第１のフリー磁性層１０１の層１０３及び第２のフリー磁性層９７の層９８は、Ｃｏ膜で形成されている。また、非磁性中間層１００を介して形成されている第１のフリー磁性層１０１の層１０２及び第２のフリー磁性層９７の層９９は、例えば、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されている。非磁性導電層９６，１０４側に接する層９８，１０３をＣｏ膜で形成することにより、△ＭＲを大きくでき、しかも非磁性導電層９６，１０４との拡散を防止することができる。
【０１４７】
図１３および図１４に示す下地層９１から保護層１０９までの積層体ａ６は、その側面が削られて側面ｂ６、ｂ６とされ、台形状に形成されている。上記積層体ａ６の両側には、ハードバイアス層１１０、１１０及び導電層１１１、１１１が形成されている。上記ハードバイアス層１１０、１１０は、Ｃｏ一Ｐｔ合金やＣｏ一Ｃｒ一Ｐｔ合金などで形成されている。また、上記導電層１１１、１１１は、例えば、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｕなどで形成されている。
【０１４８】
上記ハードバイアス層１１０、１１０は、第１のフリー磁性層１０１と同じ階層位置に配置され、 第１のフリー磁性層１０１の膜厚よりも大きな膜厚とされ る。また、上記ハードバイアス層１１０、１１０の上面１１０Ａ、１１０Ａは、上記第１のフリー磁性層１０１の上面よりも基板から離れた位置に配置され、上記ハードバイアス層１１０、１１０の下面は、上記の第１のフリー磁性層１０１下面よりも基板側の位置に配置されている。
また、上記ハードバイアス層１１０、１１０の上面１１０Ａ、１１０Ａと上記積層体ａ６の側面ｂ６、ｂ６との接合点ｃ６、ｃ６は、積層体ａ６の側面ｂ６、ｂ６の上端ｄ６、ｄ６より基板側の位置で、 かつ、上記ハードバイアス層１１ ０、１１０の最上位置より基板側の位置とされることが好ましい。
また、上記導電層１１１、１１１は、上記ハードバイアス層１１０、１１０上に、上記積層体ａ６の側面ｂ６、ｂ６に接合されて形成されることが好ましい。
また、ハードバイアス層１１０、１１０の上面または下面は、第１のフリー磁性層１０１と第２のフリー磁性層９７のうち磁気モーメント（Ｍｓ×膜厚ｔ)が大きい方のフリー磁性層の上面から下面の間と同じ階層位置で積層体ａ６の側面と接合された方が好ましい。より好ましくは磁気モーメントの大きい方のフリー磁性層の半分の厚みの位置で積層体ａ６の側面と接合されていることが好ましい。
【０１４９】
ところで、本実施の形態では、前述したように、反強磁性層９２，１０８として、第１の固定磁性層（下）９３，（上）１０７との界面で、交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生させるために、アニールを施す反強磁性材料を使用している。
しかし、フリー磁性層よりも下側に形成されている反強磁性層９２と第１の固定磁性層（下）９３との界面では、金属元素の拡散などが発生しやすく、熱拡散層や飽和磁化が小さい初期成長層が形成されやすくなっているために、上記第１の固定磁性層（下）９３として機能する磁気的な膜厚は、 実際の膜厚ｔＰ1よりも薄くなっている。
【０１５０】
従って、フリー磁性層よりも上側の積層膜で発生する交換結合磁界と、下側の積層膜から発生する交換結合磁界をほぼ等しくするには、フリー磁性層よりも下側に形成されている （第１の固定磁性層（下）９３の膜厚ｔＰ1／第２の固定磁性層（下）９５の膜厚ｔＰ2）が、フリー磁性層よりも上側に形成されている（ 第１の固定磁性層（上）１０７の膜厚ｔＰ1／第２の固定磁性層（上）１０５の 膜厚ｔＰ2）よりも大きい方が好ましい。フリー磁性層よりも上側の積層膜から 発生する交換結合磁界と、下側の積層膜から発生する交換結合磁界とを等しくすることにより、上記交換結合磁界の製造プロセス劣化が少なく、磁気へッドの信頼性を向上させることができる。
【０１５１】
ところで、図１３および図１４に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子においては、 フリ一磁性層の上下に形成されている第２の固定磁性層（下）９５，（ 上）１０５の磁化を互いに反対方向に向けておく必要がある。これは、フリー磁性層が第１のフリー磁性層１０１と第２のフリー磁性層９７の２層に分断されて形成されており、上記第１のフリー磁性層１０１の磁化と第２のフリー磁性層９７の磁化とが反平行になっているからである。
【０１５２】
例えば、図１３および図１４に示すように、第１のフリー磁性層１０１の磁化が、図示Ｘ１方向と反対方向に磁化されているとすると、上記第１のフリー磁性層１０１との交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、第２のフリー磁性層９７の磁化は、図示Ｘ１方向に磁化された状態とされる。上記第１のフリー磁性層１０１及び第２のフリー磁性層９７の磁化は、フェリ状態を保ちながら、外部磁界の影響を受けて反転するようになっている。
【０１５３】
図１３および図１４に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子にあっては、第１のフリー磁性層１０１の磁化及び第２のフリー磁性層９７の磁化は、共に△ＭＲに関与する層となっており、上記第１のフリー磁性層１０１及び第２のフリー磁性層９７の変動磁化と、第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の固定磁化との関係で電気抵抗が変化する。シングルスピンバルブ型薄膜素子に比べ大きい△ＭＲを期待できるデユアルスピンバルブ型薄膜素子としての機能を発揮させるには、第１のフリー磁性層１０１と第２の固定磁性層（上）１０５との抵抗変化及び、第２のフリー磁性層９７と第２の固定磁性層（下）９５との抵抗変化が、共に同じ変動を見せるように、上記第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５の磁化方向を制御する必要性がある。すなわち、第１のフリー磁性層１０１と第２の固定磁性層（上）１０５との抵抗変化が最大になるとき、第２のフリー磁性層９７と第２の固定磁性層（下）９５との抵抗変化も最大になるようにし、第１のフリー磁性層１０１と第２の固定磁性層（上）１０５との抵抗変化が最小になるとき、第２のフリー磁性層９７と第２の固定磁性層（下）９５との抵抗変化も最小になるようにすればよいのである。
【０１５４】
よって、図１３および図１４に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子では、第１のフリー磁性層１０１と第２のフリー磁性層９７の磁化が反平行に磁化されているため、第２の固定磁性層（上）１０５の磁化と第２の固定磁性層（下）９５の磁化を互いに反対方向に磁化する必要性がある。
以上のようにして、フリー磁性層の上下に形成された第２の固定磁性層（下）９５，（上）１０５を反対方向に磁化することで、従来のデュアルスピンバルブ型薄膜素子と同程度の△ＭＲを得ることができる。
【０１５５】
本発明の第６の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子においても、上記ハードバイアス層１１０、１１０の上面１１０Ａ、１１０Ａは、上記積層体ａ６の側面ｂ６、ｂ６の上端ｄ６、ｄ６より基板側の位置で上記積層体ａ６の側面ｂ６、ｂ６と接合され、図１８に示す構造のように、積層体ａ１０の側面上端に接合されている尖った断面形状の先端部１２６ａ、１２６ａがないので、ハードバイアス層１１０、１１０からの漏れ磁束が、上部シールド層に吸われることによる第１のフリー磁性層１０１に加わる有効磁界の減少が起こりにくいものとなり、第１のフリー磁性層１０１が単磁区化されやすくなるため、第１のフリー磁性層１０１および第２のフリー磁性層９７の磁区制御を良好に行うことができる安定性に優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
また、上記ハードバイアス層１１０、１１０が、第１のフリー磁性層１０１と同じ階層位置に配置されているので、第１のフリー磁性層１０１に対して、強いバイアス磁界を与えやすくなり、 第１のフリー磁性層１０１を単磁区化しやす く、バルクハウゼンノイズの発生を低減させることができる。
【０１５６】
また、このようなスピンバルブ型薄膜素子においては、上記ハードバイアス層１１０、１１０の上面１１０Ａ、１１０Ａが、上記ハードバイアス層１１０、１１０の最上位置よりも基板側の位置で上記積層体ａ６の側面ｂ６、ｂ６と接合され、図１８に示す構造のように、積層体ａ１０の側面上端に接合されている尖った断面形状の先端部１２６ａ、１２６ａがないので、積層体ａ６の側面ｂ６、ｂ６の上端ｄ６、ｄ６付近での第１のフリー磁性層１０１の磁化の方向と反対の方向に磁場を作用させる磁界が生じにくいものとなり、第１のフリー磁性層１０１が単磁区化されやすくなるため、上記第１のフリー磁性層１０１および第２のフリー磁性層９７の磁区制御をより一層良好に行うことができる優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
【０１５７】
以上、図１１から図１４に示すスピンバルブ型薄膜素子では、固定磁性層のみならず、フリー磁性層も、非磁性中間層を介して第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の２層に分断し、この２層のフリー磁性層の間に発生する交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって、上記２層のフリー磁性層の磁化を反平行状態（フェリ状態）にすることにより、上記第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の磁化を、外部磁界に対して感度良く反転できるようにしている。
【０１５８】
また、本発明では、第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との膜厚比や、上記第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との間に介在する非磁性中間層の膜厚、あるいは第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との膜厚比や、上記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との間に介在する非磁性中間層の膜厚、及び反強磁性層の膜厚などを適正な範囲内で形成することによって、交換結合磁界を大きくすることができ、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層との磁化状態を固定磁化として、第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との磁化状態を変動磁化として、熱的にも安定したフェリ状態に保つことが可能であり、しかも従来と同程度の△ＭＲを得ることが可能となっている。
本発明では、さらにセンス電流の方向を調節することで、第１の固定磁性層の磁化と第２の固定磁性層の磁化との反平行状態（フェリ状態）を、より熱的にも安定した状態に保つことが可能となっている。
【０１５９】
スピンバルブ型薄膜素子では、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、及びフリー磁性層から成る積層膜の両側に導電層が形成されており、この導電層からセンス電流が流される。 上記センス電流は、比抵抗の小さい上記非磁性導電層 と、上記非磁性導電層と固定磁性層との界面、及び非磁性導電層とフリー磁性層との界面に主に流れる。本発明では、上記固定磁性層は第１の固定磁性層と第２の固定磁性層とに分断されており、上記センス電流は、主に第２の固定磁性層と非磁性導電層との界面に流れている。
【０１６０】
上記センス電流を流すと、右ネジの法則によって、センス電流磁界が形成される。本発明では、上記センス電流磁界を第１の固定磁性層の磁気モーメントと第２の固定磁性層の磁気モーメントを足し合わせて求めることができる合成磁気モーメントの方向と同じ方向になるように、上記センス電流の流す方向を調節している。
【０１６１】
［センス電流磁界の作用］
次に、図７〜図１４に示す第３〜第６の実施の形態の構造において、センス電流磁界の作用について説明する。
図７および図８に示すスピンバルブ型薄膜素子では、非磁性導電層２４の上側に第２の固定磁性層２５及び第１の固定磁性層２７が形成されている。図７に示すように、第１の固定磁性層２７の磁気モーメントの方が第２の固定磁性層２５の磁気モーメントよりも大きくなっている。また、上記第１の固定磁性層２７の磁気モーメントの方向は、図示Ｙ方向（図示右方向）を向いている。
このため、上記第１の固定磁性層２７の磁気モーメントと第２の固定磁性層２５の磁気モーメントとを足し合わせた合成磁気モーメントは、図示右方向を向いている。
【０１６２】
図７に示すように、センス電流１１３は、図示Ｘ１方向に流される。センス電流は、 最も抵抗の低い非磁性導電層２４に流れやすいため、右ネジの法則によ り、センス電流１１３を流すことによって形成されるセンス電流磁界は、紙面に対して右回りに形成される。非磁性導電層２４よりも上側に第２の固定磁性層２５及び第１の固定磁性層２７が形成されているので、上記第２の固定磁性層２５及び第１の固定磁性層２７には、図示右方向（図示Ｙ方向）のセンス電流磁界が侵入してくることになり、合成磁気モーメントの方向と一致し、従って、第１の固定磁性層２７の磁化と第２の固定磁性層２５の磁化との反平行状態は壊れ難くなっている。
【０１６３】
なお、上記合成磁気モーメントが図示左方向（図示Ｙ方向と反対方向）に向いている場合には、センス電流１１３を図示Ｘ１方向と反対方向に流し、上記センス電流１１３を流すことによって、形成されるセンス電流磁界を紙面に対し左回りに発生させ、第１の固定磁性層２７と第２の固定磁性層２５の合成磁気モーメントの向きと、上記センス電流磁界との向きを一致させる必要がある。
【０１６４】
図９および図１０に示すスピンバルブ型薄膜素子は、フリー磁性層３６の上下に第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１が形成されたデュアルスピンバルブ型薄膜素子である。
このデユアルスピンバルブ型薄膜素子では、フリー磁性層３６の上下に形成される合成磁気モーメントが互いに反対方向に向くように、上記第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の磁気モーメントの方向及びその大きさと第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の磁気モーメントの方向及びその大きさを制御する必要がある。
【０１６５】
図９に示すように、フリー磁性層３６よりも下側に形成されている第２の固定磁性層（下）３４の磁気モーメントは、第１の固定磁性層（下）３２の磁気モーメントよりも大きく、また、上記第２の固定磁性層（下）３４の磁気モーメントは、図示右方向（図示Ｙ方向）を向いている。従って、上記第１の固定磁性層（下）３２の磁気モーメントと第２の固定磁性層（下）３４の磁気モーメントを足し合わせて求めることができる合成磁気モーメントは、 図示右方向（図示Ｙ方 向）を向いている。
また、フリー磁性層３６よりも上側に形成されている第１の固定磁性層（上）４３の磁気モーメントは、第２の固定磁性層（上）４１の磁気モーメントよりも大きく、また、上記第１の固定磁性層（上）４３の磁気モーメントは、図示左方向（図示Ｙ方向と反対方向）に向いている。このため、上記第１の固定磁性層（上）４３の磁気モーメントと第２の固定磁性層（上）４１の磁気モーメントを足し合わせて求めることができる合成磁気モーメントは、図示左方向（図示Ｙ方向と反対方向）を向いている。このように本発明では、フリー磁性層３６の上下に形成される合成磁気モーメントが互いに反対方向に向いている。
【０１６６】
本実施の形態では、図９に示すように、センス電流１１４は、図示Ｘ１方向と１８０゜反対方向に流される。これにより、上記センス電流１１４を流すことによって形成されるセンス電流磁界は、図９の矢印で示すように、紙面に対し左回りに形成される。
上記フリー磁性層３６よりも下側で形成された合成磁気モーメントは、図示右方向（図示Ｙ方向）に、フリー磁性層３６よりも上側で形成された合成磁気モーメントは、図示左方向（図示Ｙ方向と反対方向）に向いているので、上記２つの合成磁気モーメントの方向は、センス電流磁界の方向と一致しておりフリー磁性層３６の下側に形成された第１の固定磁性層（下）３２の磁化と第２の固定磁性層（下）３４の磁化の反平行状態、及びフリー磁性層３６の上側に形成された第１の固定磁性層（上）４３の磁化と第２の固定磁性層（上）４１の磁化の反平行状態を、熱的にも安定した状態で保つことが可能である。
【０１６７】
なお、フリー磁性層３６よりも下側に形成された合成磁気モーメントが図示左方向に向いており、フリー磁性層３６よりも上側に形成された合成磁気モーメントが図示右側に向いている場合には、センス電流１１４を図示Ｘ１方向に流し、上記センス電流を流すことによって形成されるセンス電流磁界の方向と、上記合成磁気モーメントの方向とを一致させる必要がある。
【０１６８】
また、図１１および図１２に示すスピンバルブ型薄膜素子のように、非磁性導電層７６よりも上側に、第１の固定磁性層７９と第２の固定磁性層７７が形成されている場合にあっては、図７に示すスピンバルブ型薄膜素子の場合と同様のセンス電流方向の制御を行えばよい。
【０１６９】
以上のように、上述の各実施の形態によれば、センス電流を流すことによって形成されるセンス電流磁界の方向と、第１の固定磁性層の磁気モーメントと第２の固定磁性層の磁気モーメントを足し合わせることによって求めることができる合成磁気モーメントの方向とを一致させることにより、上記第１の固定磁性層と第２の固定磁性層間に作用する交換結合磁界 （ＲＫＫＹ相互作用）を安定化さ せ、上記第ｌの固定磁性層の磁化と第２の固定磁性層の磁化の反平行状態（フェリ状態）を熱的に安定した状態に保つことが可能である。
とくに、本実施の形態では、より熱的安定性を向上させるために、反強磁性層にブロッキング温度の高い反強磁性材料を使用しており、これによって、環境温度や素子温度が、従来に比べて大幅に上昇しても、上記第１の固定磁性層の磁化と第２の固定磁性層の磁化の反平行状態（フェリ状態）を壊れ難くすることができる。
【０１７０】
また、高記録密度化に対応するためにセンス電流量を大きくして再生出力を大きくしようとすると、それに従ってセンス電流磁界も大きくなるが、本発明の実施の形態では、上記センス電流磁界が、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の間に働く交換結合磁界を安定化させる作用をもたらしているので、センス電流磁界の増大により、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁化状態は、より安定したものとなる。
なお、このセンス電流方向の制御は、反強磁性層にどのような反強磁性材料を使用した場合であっても適用でき、例えば、反強磁性層と固定磁性層（第１の固定磁性層）との界面で交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生させるために、熱処理が必要であるか、あるいは必要でないかを問わない。
さらに、図１〜図３に示す第１〜第３の実施の形態のように、固定磁性層が単層で形成されていたシングルスピンバルブ型薄膜素子の場合であっても、前述したセンス電流を流すことによって形成されるセンス電流磁界の方向と、固定磁性層の磁化方向とを一致させることにより、上記固定磁性層の磁化を熱的に安定化させることが可能である。
【０１７１】
［第７の実施形態］
図２５は、本発明の第７の実施形態のスピンバルブ型薄膜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。
本発明の第７の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子は、反強磁性層、２層の固定磁性層、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、上記第１の固定磁性層に非磁性中間層を介して形成され、上記第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。
【０１７２】
図２５において、符号３１１は、基板３１０上に設けられた反強磁性層である。この反強磁性層３１１の上には、固定磁性層３１２が形成されている。
この固定磁性層３１２は、第１の固定磁性層３１２Ａと、第１の固定磁性層３１２Ａの上に非磁性中間層３１２Ｂを介して形成され、第１の固定磁性層３１２Ａ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３１２Ｃとからなる。
この第２の固定磁性層３１２Ｃの上には、Ｃｕ（銅）等からなる非磁性導電層３１３が形成され、さらに、非磁性導電層３１３の上には、フリー磁性層３１４が形成されている。フリー磁性層３１４の上には、バックド層Ｂ１が設けられ、バックド層Ｂ１の上には、Ｔａなどで形成された保護層３１５が形成され、この保護層３１５の上側が、酸化タンタル（Ｔａ−Oxide ）からなる酸化層３１５ａとされている。
図２５に示すように、上記反強磁性層３１１の一部から酸化層３１５ａまでの各層により、略台形状の断面形状を有する積層体３１６が構成されている。
【０１７３】
また、符号３１７，３１７は、ハードバイアス層を、符号３１８，３１８は、導電層を示している。
これら、ハードバイアス層３１７，３１７は、積層体３１６の両側位置に張り出している反強磁性層３１１上にバイアス下地層３１７ａを介して形成されている。このハードバイアス層３１７，３１７上には、ＴａまたはＣｒからなる中間層３１９を介して導電層３１８，３１８が形成されている。
【０１７４】
ここで、反強磁性層が上側に位置するトップタイプ（top type）においては、ハードバイアス層を経由して反強磁性層の下側に位置する第１，第２の固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層付近、つまり積層体下側にセンス電流が直接流れ込む分流の成分が大きいのに対して、本実施形態のように、ボトムタイプ（Bottom type ）としたものは、比抵抗の高い反強磁性層３１１を介さずに積層体３１６に与えるセンス電流の割合を向上することができる。このため、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。
さらに、後述するように、導電層３１８，３１８のオーバーレイ部３１８ａ，３１８ａを、露出したバックド層Ｂ１に接触させるようにしたことでさらに、接触抵抗を減らし、ハードバイアス層３１７から積層体３１６下側に流れ込む分流の成分をさらに低減することができる。
【０１７５】
さらに詳細に説明すると、本発明の第７の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子では、反強磁性層３１１は、積層体３１９中央部分において、８〜１１ｎｍ（８０〜１１０Å）程度の厚さとされ、第１の実施形態の反強磁性層２と同様にＰｔＭｎ合金で形成されることが好ましい。
また、第１の実施形態の反強磁性層２と同様に、上記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。
【０１７６】
第１および第２の固定磁性層３１２Ａ，３１２Ｃ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、４０Å程度の厚さとされることが好ましく、第１の固定磁性層３１２Ａは、例えばＣｏからなりその膜厚が１．３〜１．５ｎｍ（１３〜１５Å）に設定され。第２の固定磁性層３１２Ｃ、例えばＣｏからなりその膜厚が２〜２．５ｎｍ（２０〜２５Å）に設定される。
また、非磁性中間層３１２Ｂ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、０．８ｎｍ（８Å）程度の厚さに形成されている。
【０１７７】
この第１の固定磁性層３１２Ａは、反強磁性層３１１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、第１の固定磁性層３１２Ａと反強磁性層３１１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２５に示すように、第１の固定磁性層３１２Ａの磁化が、図示Ｙ方向と逆方向に固定される。第１の固定磁性層３１２Ａの磁化が、図示Ｙ方向の逆方向に固定されると、非磁性中間層３１２Ｂを介して対向する第２の固定磁性層３１２Ｃの磁化は、第１の固定磁性層３１２Ａの磁化と反平行の状態、つまり、図示Ｙ方向に固定される。
【０１７８】
交換結合磁界が大きいほど、第１の固定磁性層３１２Ａの磁化と第２の固定磁性層３１２Ｃ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３１１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３１２Ａとの界面で大きい交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生させるＰｔＭｎ合金を使用することで、第１の固定磁性層３１２Ａおよび第２の固定磁性層３１２Ｃの磁化状態を熱的にも安定して保つことができる。
【０１７９】
本実施形態では、第１の固定磁性層３１２Ａと第２の固定磁性層３１２Ｃ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３１２Ａと第２の固定磁性層３１２Ｃ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３１２Ａおよび第２の固定磁性層３１２Ｃの磁化方向を、所望の方向に制御することが可能になる。
【０１８０】
非磁性導電層３１３は、Ｃｕ（銅）等からなり、その膜厚は、２〜２．５ｎｍ（２０〜２５Å）に設定される。
フリー磁性層３１４は、通常、２０〜５０Å程度の厚さとされ、第１、第２の固定磁性層３１２Ａ、３１２Ｃと同様の材質などで形成されることが好ましい。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１．２〜２ｎｍ（１２〜２０Å）に設定される。
保護層３１５は、Ｔａからなり、その表面が、酸化された酸化層３１５ａとされており、この保護層３１５は、トラック幅方向（図２５においてＸ１方向）両端側が積層体３１６上面よりも短くなるよう形成されており、積層体３１６上面の両端においては、バックド層Ｂ１が露出した状態とされている。
【０１８１】
バイアス下地層３１７ａは、緩衝膜および配向膜であり、Ｃｒなどで形成されることが好ましく、例えば、２〜５ｎｍ（２０〜５０Å）程度、好ましくは３．５ｎｍ（３５Å）程度の厚さとされ、中間層３１９は、例えばＴａからなり５ｎｍ（５０Å）程度の膜厚とされる。
これらバイアス下地層３１７ａおよび中間層３１９により、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、ハードバイアス層３１７，３１７と周辺層の間で熱拡散がおこり、ハードバイアス層３１７，３１７の磁気特性が劣化することを防止することができる。
【０１８２】
ハードバイアス層３１７，３１７は、通常、２０〜５０ｎｍ（２００〜５００Å）程度の厚さとされ、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ（コバルト−クロム−タンタル）合金などで形成されることが好ましい。  また、ハードバイアス層３１７，３１７が、図示Ｘ１方向に磁化されていることで、フリー磁性層３１４の磁化が、図示Ｘ１方向に揃えられている。これにより、フリー磁性層３１４の変動磁化と第２の固定磁性層３１２Ｃの固定磁化とが９０度で交差する関係となっている。
【０１８３】
これらハードバイアス層３１７，３１７は、フリー磁性層３１４と同じ階層位置に配置され、フリー磁性層３１４の膜厚方向にフリー磁性層３１４の膜厚よりも大きな膜厚とされることが好ましい。また、ハードバイアス層３１７，３１７の下面は、フリー磁性層３１４の下面よりも基板３１０側の位置に（すなわち、図２５では下側に）配置されている。
【０１８４】
また、ハードバイアス層３１７，３１７の上面３１７ｂ，３１７ｂと積層体３１６の側面との接合点Ｃ１０、Ｃ１０は、積層体３１６の側面の上端３１６ａ，３１６ａより基板３１０側の位置（すなわち、図２５では下側）で、かつ、積層体３１６から離間した位置におけるハードバイアス層３１７，３１７の最上位置より下側の位置とされることが好ましい。
これにより、ハードバイアス層３１７，３１７からフリー磁性層３１４に作用する磁界におけるフラックスコントロール、つまり、ハードバイアス層３１７，３１７からの漏れ磁束が、積層体３１６上部に位置する上部シールド層等に吸収されることによってフリー磁性層３１４に加わる有効磁界が減少することが起こりにくくなり、フリー磁性層３１４が単磁区化されやすくなるため、フリー磁性層３１４の磁区制御を良好に行うことができる。
【０１８５】
導電層３１８，３１８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、導電層３１８，３１８としてＣｒが選択されて、Ｔａからなる中間層３１９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。
【０１８６】
導電層３１８，３１８は、積層体３１６の上面において、露出しているバックド層Ｂ１の上に延出してオーバーレイ部３１８ａ，３１８ａを形成しており、このオーバーレイ部３１８ａ，３１８ａが積層体３１６に被着形成されてバックド層Ｂ１に接続されている。
反強磁性層３１１、第１の固定磁性層３１２Ａ、非磁性中間層３１２Ｂ、第２の固定磁性層３１２Ｃ、非磁性導電層３１３、フリー磁性層３１４、およびバックド層Ｂ１を積層して、形成された積層体３１６においては、実際には、この積層体全体が磁気抵抗効果を発揮するのではなく、その中央領域のみが、再生感度に優れ、実質的にこの中央領域のみが、磁気抵抗効果を発揮する感度領域である。  この再生感度に優れた積層体の領域を感度領域と呼び、上記感度領域の両側であって、再生感度の悪い領域を不感領域と呼ぶが、積層体に占める感度領域および不感領域は、マイクロトラックプロファイル法によって測定される。
以下、マイクロトラックプロファイル法について、図４３に基づいて説明する
。
【０１８７】
図４３に示すように、磁気抵抗効果を発揮する積層体と、その両側に形成されたハードバイアス層と、このハードバイアス層上に形成された導電層とを有するスピンバルブ型薄膜磁気素子（スピンバルブ型薄膜磁気素子）を基板上に形成する。上記導電層は、積層体の両側のみに形成され、オーバーレイ部を持たない構造となっている。
次に、光学顕微鏡によって、導電層が覆い被さっていない積層体の上面の幅寸法Ａを測定する。この幅寸法Ａは光学的方法によって測定されたトラック幅Ｔｗ（以下、光学的トラック幅寸法Ｏ−Ｔｗという）として定義される。
そして、磁気記録媒体上に、微小トラックとして、所定の信号を記録しておき、スピンバルブ型薄膜磁気素子を、この微小トラック上でトラック幅方向に走査させて積層体の幅寸法Ａと、再生出力との関係を測定する。あるいは、微小トラックが形成された磁気記録媒体側を、スピンバルブ型薄膜磁気素子上にトラック幅方向に走査させて積層体の幅寸法Ａと、再生出力との関係を測定してもよい。その測定結果は、図４３の下側に示されている。
この測定結果によると、積層体の中央付近では、再生出力が高くなり、前記積層体の側部付近では、再生出力が低くなることがわかる。この結果から、積層体の中央付近では、良好に磁気抵抗効果が発揮され、再生機能に関与するが、その両側部付近においては、磁気抵抗効果が悪化して再生出力が低く、再生機能が低下している。
【０１８８】
本発明では、最大再生出力に対して５０％以上の再生出力が発生する積層体上面の幅寸法Ｂで形成された領域を感度領域と定義し、最大再生出力に対して５０％以下の再生出力しか発生しない積層体上面の幅寸法Ｃ1を有して形成された領域を不感領域として定義する。
【０１８９】
ここでの積層体３１６の感度領域は、導電層が積層体の両側のみ形成されたスピンバルブ型薄膜磁気素子（スピンバルブ型薄膜素子）を、ある信号が記録された微小トラック上にトラック幅方向で走査させた場合に、得られた再生出力のうち最大出力の５０％以上の出力が得られた領域として定義され、また、積層体３１６の不感領域は、上記感度領域の両側であって、出力が最大出力の５０％以下となる領域として定義されるものである。
上記導電層３１８、３１８は上記不感領域上まで延出して被着形成されているここで、積層体３１６の上面において、オーバーレイ部３１８ａ，３１８ａの形成されていないトラック幅方向（図２５ではＸ１方向）の寸法が、光学的トラック幅寸法Ｏ−Ｔｗであり、これにより感度領域の幅寸法で磁気的トラック幅寸法ＭーＴｗが規定される。本実施形態では、光学的トラック幅寸法Ｏ−Ｔｗと磁気的トラック幅寸法Ｍ−Ｔｗとは、ほぼ同じ寸法に設定されるか、あるいは、磁気的トラック幅寸法Ｍ−Ｔｗが、光学的トラック幅寸法Ｏ−Ｔｗよりやや大きい寸法に設定されている。
【０１９０】
これにより、導電層３１８，３１８から積層体３１６へ与えるセンス電流が、ハードバイアス層３１７，３１７を介して積層体３１６に流れにくくなり、このハードバイアス層３１７，３１７を介さずに、直接、積層体３１６にセンス電流を流す割合を多くできる。しかも、この場合、積層体３１６と導電層３１８，３１８との接合面積を増大できることにより、磁気抵抗効果に寄与しない接合抵抗を下げることができ、素子の再生特性を向上することができる。
【０１９１】
図２５に示す構造のスピンバルブ型薄膜素子においては、導電層３１８，３１８から積層体３１６にセンス電流を与えられる。磁気記録媒体から図２５に示す図示Ｙ方向に磁界が与えられると、フリー磁性層３１４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３１３とフリー磁性層３１４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。
【０１９２】
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。
【０１９３】
以下、スピンフィルター効果（spin filter effect）について説明する。
図３８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３１４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。
【０１９４】
電子がフリー磁性層３１４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３１４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、５ｎｍ（５０Å）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０．６ｎｍ（６Å）程度であり、１０分の１程度と極端に小さいためである。
【０１９５】
本実施形態においては、フリー磁性層３１４の膜厚は、６Å程度である−スピン電子の平均自由行程λ- よりも大きく、５ｎｍ（５０Å）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３１４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３１４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３１４に対して透過的に移動する。
【０１９６】
第２の固定磁性層３１２Ｃ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３１２Ｃ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３１４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３１４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３１４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。
【０１９７】
フリー磁性層３１４から第２の固定磁性層３１２Ｃ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３１２Ｃからフリー磁性層３１４へ向かう電子と、フリー磁性層３１４から第２の固定磁性層３１２Ｃ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３１３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。
【０１９８】
第２の固定磁性層３１２Ｃで発生し、非磁性導電層３１３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３１２Ｃと非磁性導電層３１３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３１４との界面に到達する遥か以前に非磁性導電層３１３と第２の固定磁性層３１２Ｃ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３１４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。
【０１９９】
第２の固定磁性層３１２Ｃ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３１３中を移動し、フリー磁性層３１４に到達する。
フリー磁性層３１４に外部磁界が作用しておらず、フリー磁性層３１４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３１４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３１４を自由に通過できる。
【０２００】
さらに、図３８（ｂ）に示すように、フリー磁性層３１４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３８（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３１４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。
【０２０１】
一方、外部磁界を印加することにより、フリー磁性層３１４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３１４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。
【０２０２】
ここで、出力のアシンメトリーに影響するフリー磁性層３１４の変動磁化の方向について、図面に基づいて説明する。
図３９は、フリー磁性層３１４の変動磁化Ｍf の方向の規定について説明する模式説明図である。
フリー磁性層３１４の変動磁化Ｍf の方向に影響を与えるのは、次の３つの磁界である。つまり、センス電流Ｊによるセンス電流磁界ＨJ と、固定磁性層３１２Ａ，３１２Ｂ，３１２Ｃの固定磁化による反磁界（双極子）磁界Ｈd と、フリー磁性層３１４と固定磁性層３１２Ａ，３１２Ｂ，３１２Ｃとの層間相互作用による相互作用磁界Ｈint と、である。ここで、これらの磁界からのフリー磁性層３１４の変動磁化Ｍf への寄与が少なければ、アシンメトリーが減少する。つまり、アシンメトリーを減少するためには、外部磁界が印加されない状態で、
ＨJ ＋  Ｈd ＋  Ｈint ＝  ０
となることが望ましい。
【０２０３】
ここで、本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子（スピンバルブ型薄膜素子）においては、第１の固定磁性層３１２Ａと、第１の固定磁性層３１２Ａに非磁性中間層３１２Ｂを介して形成され、第１の固定磁性層３１２Ａ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３１２Ｃと、を積層体３１６に形成し固定磁性層を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 ）としたことにより、図３９に示すように、上記反磁界（双極子）磁界Ｈd を、第１の固定磁性層３１２Ａの静磁結合磁界ＨP1と第２の固定磁性層３１２Ｃの静磁結合磁界ＨP2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３１４の変動磁化方向に影響を与えてしまう、この反磁界（双極子）磁界を、ほぼＨd ＝０とすることができ、固定磁性層の固定磁化による反磁界（双極子）磁界Ｈd からの、フリー磁性層３１４の変動磁化Ｍf への寄与を激減することができる。
【０２０４】
さらに、アシンメトリーに影響するセンス電流Ｊによるセンス電流磁界ＨJ からの寄与の減少について説明する。
図４０は、バックド層Ｂ１によって、センス電流Ｊによるセンス電流磁界ＨJ からフリー磁性層３１４の変動磁化Ｍf への寄与の減少について説明する図であり、図４０（ａ）は、バックド層のないスピンバルブ型薄膜素子の例を示す媒体対向面（ＡＢＳ面）に垂直な横断面図であり、図４０（ｂ）はバックド層を有する本実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子の例を示す媒体対向面（ＡＢＳ面）に垂直な横断面図である。
図４０（ａ）において、符号１２２乃至１６５は、図２２に示した従来のバックド層のないシンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned type ）のピンバルブ型薄膜素子に対応するものである。
【０２０５】
図４０（ａ）に示すように、このようなバックド層のないボトムタイプのスピンバルブ型薄膜素子においては、反強磁性層１２２、第１の固定磁性層１５５、非磁性中間層１５４、第２の固定磁性層１５６、非磁性導電層１２４、フリー磁性層１６５にセンス電流Ｊを与えた場合、センス電流Ｊが主に流れる位置が、これらの積層体の中心付近になろうとする傾向がある。
しかし、これらの層の下部には膜厚の大きな反強磁性層１２２が存在しているため、センス電流Ｊは、流れてほしいフリー磁性層１６５よりも下側、つまり、図４０（ａ）に示すように、非磁性導電層１２４の下側付近に流れる傾向がある。  このため、フリー磁性層１６５の位置には、センス電流Ｊによるセンス電流磁界ＨJ が、図３８（ａ）において右向きに、極めて大きい寄与を与えることになり、前述したように、アシンメトリーを小さくしようとして、フリー磁性層１６５の変動磁化Ｍf の方向を所望の方向に補正することに困難を生じていた。
【０２０６】
これに対して、本実施形態においては、図４０（ｂ）に示すように、積層体３１６の最上部にバックド層Ｂ１を設けたことにより、この積層体３１６の電流中心の位置がフリー磁性層３１４側に移動している。このため、センス電流Ｊの中心が、ほぼフリー磁性層３１４位置を流れることになる。したがって、フリー磁性層３１４に対する、センス電流磁界ＨJ からの図における左右方向への大きな寄与をなくすことができる。つまり、このセンス電流磁界を、ほぼＨJ ＝０とすることができる。
【０２０７】
これは、言い換えれば、図４０（ｂ）に示すセンス電流Ｊが、非磁性導電層３１３とバックド層Ｂ１とにおいて、図４０（ｃ）に示すように、それぞれ同方向の分流Ｊ１，Ｊ２とに分流したものに相当する。この場合、フリー磁性層３１４において、分流Ｊ１の作る右向き磁界と、分流Ｊ２の作る左向き磁界とがキャンセルすることにより、フリー磁性層３１４におけるセンス電流磁界を、ほぼＨJ ＝０とすることができるのである。
【０２０８】
したがって、図３９に示した、上述したフリー磁性層３１４の変動磁化Ｍf の方向に影響を与える３つの磁界のうち、寄与の大きな２つまでをほぼキャンセルすることができる。
つまり、センス電流Ｊによるセンス電流磁界ＨJ と、固定磁性層３１２の固定磁化による反磁界（双極子）磁界Ｈd とをほぼキャンセルすることにより、アシンメトリーを減少するためには、外部磁界が印加されない状態で、最も寄与の小さなフリー磁性層３１４と固定磁性層３１２との層間相互作用による相互作用磁界Ｈint のみを考慮すればよいことになる。
【０２０９】
したがって、スピンバルブ型薄膜素子が作動していない状態、つまり、センス電流Ｊが与えられておらず、センス電流磁界ＨJ は発生していない状態で、ハードバイアス層３１７，３１７の磁化によって、フリー磁性層３１４の変動磁化Ｍf は、図２５におけるＸ１に近い方向に揃えればよい。
つまり、センス電流Ｊが与えられていない場合、ハードバイアス層３１７，３１７により規定されるフリー磁性層３１４の変動磁化Ｍf は、第２の固定磁性層３１２Ｃの固定磁化Ｍp と直交すればよく、センス電流Ｊが流れて初めてこれらが直交するように、センス電流Ｊの寄与を見越して設定する必要がない。
このため、センス電流Ｊが与えられておらず、センス電流磁界ＨJ が発生していない場合、フリー磁性層３１４の変動磁化Ｍf が、第２の固定磁性層３１２Ｃの固定磁化Ｍp と反対側を向こうとすることがなくなる。
【０２１０】
ここで、このスピンバルブ型薄膜素子は、図２５に示すように、ハードバイアス層３１７，３１７の上に形成された導電層３１８，３１８が積層体３１６の上側に延出したオーバーレイ部３１８ａ，３１８ａを有している。このため、導電層３１８，３１８から、第２の固定磁性層３１２Ｃ、非磁性導電層３１３、フリー（Free）磁性層３１４、に検出電流（センス電流）Ｊを与えた場合、このセンス電流Ｊは、その大部分が、このオーバーレイ部３１８ａ，３１８ａから積層体３１６に流入することになる。
このため、フリー磁性層３１４に、センス電流Ｊの流れる中央部分と、センス電流のほとんど流れない両側部分とが発生する。
【０２１１】
フリー磁性層３１４全体に亘ってセンス電流磁界ＨJ が非常に小さいため、後述の図４１に示すように、センス電流Ｊが流れている中央部分３１４ａとセンス電流のほとんど流れない両側部分３１４ｂ，３１４ｂとにおいて、各磁界の寄与に大きな差を生じることが無くなり、フリー磁性層３１４全体において磁化方向のずれを生じることがない。
図４１は、膜厚１．５ｎｍ（１５Å）のＣｕからなるバックド層Ｂ１を備えたスピンバルブ型薄膜素子における、センス電流５ｍＡ印加時のマイクロマグネティックシュミレーションによるフリー磁性層３１４の磁化分布を示すベクトルマップである。この図からわかるように、素子中央部分３１４ａの磁化方向と、電極オーバーレイ部３１８ａ，３１８ａ下側の両側部分３１４ｂ，３１４ｂの磁化方向との相違は、図２２に示すバックド層のない場合に比較して大幅に改善されている。
【０２１２】
したがって、フリー磁性層３１４内に、磁壁ができて単磁区化が妨げられることに起因して磁化の不均一が発生することが防止できる。このため、スピンバルブ型薄膜素子において、バルクハイゼンノイズ発生を防止し、磁気記録媒体からの信号処理における安定性（stability）の向上を図ることができる。
【０２１３】
以下、本実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子の製造方法を図面に基づいて説明する。
図２６ないし図３０は本実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子の製造方法を説明するための正断面図である。
【０２１４】
本実施形態においてスピンバルブ型薄膜素子の製造方法（第２の製造方法）は、概略説明すると、基板３１０上に、反強磁性層３１１と、この反強磁性層３１１と接して形成され、反強磁性層３１１との交換結合磁界により磁化方向が固定される第１の固定磁性層３１２Ａと、第１の固定磁性層３１２Ａに非磁性中間層３１２Ｂを介して形成され、第１の固定磁性層３１２Ａ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３１２Ｃと、第２の固定磁性層３１２Ｃに非磁性導電層３１３を介して形成され、第２の固定磁性層３１２Ｃ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３１４と、このフリー磁性層３１４の非磁性導電層３１３に対する逆側に接して形成された非磁性導電材料からなるバックド層Ｂ１とを少なくとも有する積層膜３１６’を形成する工程と、積層膜３１６’の上に積層膜３１６’に対向する下面に切り込み部３７２ａ，３７２ａの形成されたリフトオフ用レジスト３７２を形成する工程と、リフトオフ用レジスト３７２に覆われていない部分を、反強磁性層３１１の一部を残してイオンミリングにより除去し、略台形状の積層体３１６を形成する工程と、積層体３１６の両側に、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により、フリー磁性層３１４の磁化方向を第２の固定磁性層３１２Ｃの磁化方向と交差する方向へ揃えるためのハードバイアス層３１７，３１７を、フリー磁性層３１４と同じ階層位置に配置されるように形成する工程と、ハードバイアス層３１７，３１７上、および、リフトオフ用レジスト３７２の切り込み部３７２ａ，３７２ａに対応する積層体３１６上に、ターゲット３７６と基板３１０との角度を傾斜させた状態で対向させ、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により、積層体３１６に検出電流を与える導電層３１８，３１８を形成する工程と、を有する。
【０２１５】
さらに詳細に説明すると、まず、図２６に示すように、基板３１０上に、反強磁性層３１１と、この反強磁性層３１１と接して形成され、反強磁性層３１１との交換結合磁界により磁化方向が固定される第１の固定磁性層３１２Ａと、第１の固定磁性層３１２Ａに非磁性中間層３１２Ｂを介して形成され、第１の固定磁性層３１２Ａ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３１２Ｃと、第２の固定磁性層３１２Ｃに非磁性導電層３１３を介して形成され、第２の固定磁性層３１２Ｃ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３１４と、このフリー磁性層３１４の非磁性導電層３１３に対する逆側に接して形成された非磁性導電材料からなるバックド層Ｂ１とを少なくとも有する積層膜３１６’を形成する。
【０２１６】
ここで、反強磁性層３１１を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、反強磁性層３１１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。反強磁性層３１１を上記の材質で形成する場合、第１の固定磁性層３１２Ａとの界面で交換結合磁界を発生させるには、熱処理を施す必要がある。
【０２１７】
そして、あらかじめ、図２６に示すように、積層体の両側のみにハードバイアス層と導電層とが形成されたタイプのスピンバルブ型薄膜素子を用い、前述のように、このスピンバルブ型薄膜素子を、ある信号が記録された微小トラック上で、トラック幅方向にて走査させ、再生出力を検出し、この再生出力のうち、最大出力の５０％以上の再生出力を発する感度領域と、最大出力の５０％以下の再生出力を発する不感領域とを定義する。
【０２１８】
次に、この結果に基づき、マイクロトラックプロファイル法によって、あらかじめわかっている不感領域の幅寸法を考慮しながら、積層膜３１６’上にリフトオフ用レジスト３７２を形成する。図２６に示すように、このレジスト３７２は、トラック幅方向（図中Ｘ１方向）の幅寸法Ｒ１で平面視して積層膜３１６’を覆うとともに、このレジスト層３７２には、その下面に切り込み部３７２ａ，３７２ａが形成されている。この切り込み部３７２ａ，３７２ａは、積層膜３１６’のうち不感領域上に形成されるようにし、積層膜３１６’のうち感度領域の上は、レジスト３７２が幅寸法Ｒ２を有して、完全に覆われた状態にしておく。
上記の幅寸法Ｒ２により、形成される積層体２６上面のトラック幅寸法が規定される。
【０２１９】
次に、図２７に示す工程では、エッチングにより積層膜３１６’の両側を反強磁性層３１１の下側の一部を残して削り込んで積層体３１６を形成し、さらに、図２８に示す工程では、積層体３１６の両側にバイアス下地層３１７ａ，３１７ａ、ハードバイアス層３１７，３１７、中間層３１９を成膜する。
本実施形態では、このハードバイアス層３１７，３１７の成膜および、後の工程で行われる導電層３１８，３１８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。
【０２２０】
図２８に示すように、本実施形態では、積層体３１６の形成された基板３１０を、ハードバイアス層３１７，３１７の組成で形成されたターゲット３７４から放出されるビームに対して略垂直方向に置き、これにより例えばイオンビームスパッタ法を用いることにより、積層体３１６に対して略垂直方向からハードバイアス層３１７，３１７を成膜することができるから、積層体３１６上に形成されたレジスト３７２の切り込み部３７２ａ内にハードバイアス層３１７，３１７が入り込んで形成されることがない。
また、バイアス下地層３１７ａ，３１７ａ上にターゲット３７４から叩き出された粒子を積層する際、上記粒子から構成されるハードバイアス層３１７，３１７の上面３１７ｂ，３１７ｂがフリー磁性層３１４の上面から下面までの間と同じ階層位置で積層体３１６の側面と接合されるように上記粒子の積層厚を調製し、より好ましくは上記粒子から構成されるハードバイアス層３１７，３１７の上面３１７ｂ，３１７ｂがフリー磁性層３１４の膜厚の半分の厚みの位置までの間と同じ階層位置で積層体３１６の側面と接合されるように上記粒子の積層厚が調製する。
なお、レジスト３７２上にも、バイアス下地層３１７ａ、ハードバイアス層３１７、中間層３１９と同じ組成の層３１７ａ’，３１７’，３１９’がそれぞれ形成される。
【０２２１】
つぎに、図２９に示す工程では、積層体３１６に対して斜め方向から、Ａｒによるイオンミリングや、逆スパッタ等を行い、切り込み部３７２ａ内に対応する積層体３１６表面の一部を除去する。これにより、酸化層３１５ａ、保護層３１５およびバックド層Ｂ１の一部を除去し、導電層３１８が直接積層体３１６に接触する部分を形成する。
【０２２２】
図３０に示す工程では、積層体３１６に対して斜め方向から、ハードバイアス層３１７上に導電層３１８を成膜し、この際、導電層３１８を、積層体３１６上に設けられたレジスト膜３７２の切り込み部３７２ａ内にまで成膜する。
ここで、例えば、積層体３１６が形成された基板３１０に対し、導電層３１８の組成で形成されたターゲット３７６を斜めに傾けてターゲット３７６を基板３１０上で移動または回転させながら、イオンビームスパッタ法により導電層３１８をハードバイアス層３１７上に成膜する。
このとき、斜め方向からスパッタされる導電層３１８はハードバイアス層３１７上のみならず、積層体３１６の上に形成されたレジスト層３７２の切り込み部３７２ａ内部にも侵入して成膜され、オーバーレイ部３１８ａを形成する。すなわち、切り込み部３７２ａ内に成膜された導電層３１８のオーバーレイ部３１８ａは、積層体３１６の上記不感領域を覆う位置に成膜される。
【０２２３】
なお、図３０では、基板３１０を固定してターゲット３７６をこの基板３１０に対して斜めに移動または回転させているが、ターゲット３７６を固定して基板３１０側をターゲット３７６に対して斜め方向に移動または回転させてもよい。また、図６に示すように、レジスト３７２の上の層３１９’には、導電層３１８と同じ組成の層３１８’が形成される。
【０２２４】
そして、次の工程では、図３０に示すレジスト３７２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、これによって、図２５に示す、積層体３１６のうち不感領域上まで導電層３１８が形成されたスピンバルブ型薄膜磁気素子（スピンバルブ型薄膜素子）が完成する。
ここで、本実施形態では、導電層３１８におけるオーバーレイ部３１８ａのトラック幅方向長さ寸法を、レジスト３７２のトラック幅方向の幅寸法Ｒ１と幅寸法Ｒ２とにより切り込み部３７２ａのトラック幅方向寸法を設定することにより、０．０３μｍ〜０．１０μｍに設定することができる。
【０２２５】
本実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子の製造方法によれば、フォトレジスト３７２を一回形成するのみで、積層体３１６、ハードバイアス層３１７、および、導電層３１８を所望の形状に形成することができ、かつ、ターゲット３７４，３７６と基板３１０との角度を傾斜させないかまたは傾斜させた状態で対向させることを選択したスパッタ法により、ハードバイアス層３１７および導電層３１８を所望の形状に形成し、工程数の少ない状態で、図２５に示す、スピンバルブ型薄膜素子を容易に得ることができる。
【０２２６】
なお、図２５に示したスピンバルブ型薄膜素子では、導電層３１８，３２８のオーバーレイ部３１８ａ，３１８ａが積層体３１６の上面の露出しているバックド層Ｂ１に接続されている場合について説明したが、導電層３１８とハードバイアス層３１７の間の中間層３１９、３１９が積層体３１６の上面両側まで延びており、この中間層３１９、３１９を介してオーバーレイ部３１８ａ，３１８ａがバックド層Ｂ１に接続された構成であってもよい。
次に、このような構成のスピンバルブ型薄膜素子の製造方法（第３の製造方法）は図３１乃至図  を用いて説明する。このスピンバルブ型薄膜素子の製造方法は、概略説明すると、先に述べた第２の製造方法と同様にして積層膜３１６’を形成する工程と、上記第２の製造方法と同様にして切り込み部３７２ａの形成された第１のリフトオフ用レジスト３７０を形成する工程と、第１のリフトオフ用レジスト３７０に覆われていない部分を、反強磁性層３１１の一部を残してイオンミリング等により除去し、略台形状の積層体３１６を形成する工程と、積層体３１６の両側に、上記の第２の製造方法で用いたものと同様のスパッタ法によりハードバイアス層３１７，３１７をフリー磁性層３１４と同じ階層位置に配置されるように形成する工程と、第１のリフトオフ用レジスト３７０を剥離する工程と、積層体３１６に接する第１のリフトオフ用レジスト３７０の積層体３１６両側方向の寸法Ｒ３よりも、積層体３１６に接触している積層体３１６両側方向の寸法Ｒ４が幅狭に設定され、かつ、積層体３１６に対向する下面に切り込み部３８２ａの形成された第２のリフトオフ用レジスト３８２を積層体３１６の上に形成する工程と、第２のリフトオフ用レジスト３８２に覆われていない部分に第２の製造方法で用いたものと同様のスパッタ法により導電層３１８、３１８を形成する工程と、を有する。
【０２２７】
さらに詳細に説明すると、まず、図２６に示した第７の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子の製造方法と同様にして、基板３１０上に、反強磁性層３１１と、第１の固定磁性層３１２Ａと、非磁性中間層３１２Ｂと、第２の固定磁性層３１２Ｃと、非磁性導電層３１３と、フリー磁性層３１４と、バックド層Ｂ１を順次積層して積層膜３１６’を形成する。
ここで、反強磁性層３１１を上記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金、あるいは上記Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金で形成する場合、第１の固定磁性層３１２Ａとの界面で交換結合磁界を発生させるには、熱処理を施す必要がある。
【０２２８】
次に、積層膜３１６’上に第１のリフトオフ用レジスト３７０を形成する。ここで、図３１に示すように、このレジスト３７０は、トラック幅方向（図中Ｘ１方向）の幅寸法Ｒ１’で平面視して積層膜３１６’を覆うとともに、このレジスト３７０は、トラック幅方向（図中Ｘ１方向）幅寸法Ｒ３を有して、積層膜３１６’と接触した状態にしておく。
また、このレジスト層３７０には、その下面に切り込み部３７２ａ，３７２ａが形成されており、この切り込み部３７２ａ，３７２ａは、後述のリフトオフが可能な大きさであればよく、図２６に示すレジスト３７２のＸ１方向幅寸法Ｒ２より幅寸法Ｒ３を大きく設定することも可能である。
【０２２９】
上記の幅寸法Ｒ１’により、形成される積層体３１６上面のトラック幅寸法が規定される。このレジスト層３７０幅寸法Ｒ１’は、図２６に示すレジスト３７２のＸ１方向幅寸法Ｒ１より大きく設定するつまり、
Ｒ１＜Ｒ１’
と設定することも可能である。
これは、オーバーレイ部３２８ａ，３２８ａを不感領域のみならず感度領域にまで形成した場合でも、前述の第７の実施形態において説明したように、センス電流磁界の影響を低減し、素子の再生特性を向上可能なため、オーバーレイ部３２８ａ，３２８ａのトラック幅方向の長さ寸法、即ち、オーバーレイ長に関わりなく、オーバーレイ部３２８ａ，３２８ａの先端どうしの間隔の幅寸法により、スピンバルブ型薄膜素子の磁気的トラック幅を規定することが可能なためである。
同時に、これにより、オーバーレイ部３２８ａ，３２８ａのトラック幅方向の長さ寸法、即ち、オーバーレイ長を長く設定することが可能となる。
【０２３０】
次に、図３１に示す工程では、エッチングにより積層膜３１６’の両側を反強磁性層３１１の下側の一部を残して削り込んで積層体３１６を形成し、さらに、図３２に示す工程では、積層体３１６の両側にバイアス下地層３１７ａ，３１７ａ、ハードバイアス層３１７，３１７を成膜する。
本実施形態では、このハードバイアス層３１７，３１７の成膜および、後の工程で行われる導電層３１８，３１８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。
【０２３１】
図３２に示すように、本実施形態では、積層体３１６の形成された基板３１０を、ハードバイアス層３１７，３１７の組成で形成されたターゲット３７４から放出されるビームに対して略垂直方向に置き、これにより例えばイオンビームスパッタ法を用いることにより、積層体３１６に対して略垂直方向からハードバイアス層３１７，３１７を成膜することができるから、積層体３１６上に形成されたレジスト３７０の切り込み部３７２ａ内にハードバイアス層３１７，３１７が入り込んで形成されることがない。
また、バイアス下地層３１７ａ，３１７ａ上にターゲット３７４から叩き出された粒子を積層する際、上記粒子から構成されるハードバイアス層３１７，３１７の上面３１７ｂ，３１７ｂがフリー磁性層３１４の上面から下面までの間と同じ階層位置で積層体３１６の側面と接合されるように上記粒子の積層厚を調製し、より好ましくは上記粒子から構成されるハードバイアス層３１７，３１７の上面３１７ｂ，３１７ｂがフリー磁性層３１４の膜厚の半分の厚みの位置までの間と同じ階層位置で積層体３１６の側面と接合されるように上記粒子の積層厚を調製する。
なお、レジスト３７０上にも、バイアス下地層３１７ａ、ハードバイアス層３１７と同じ組成の層３２７ａ’，３２７’がそれぞれ形成される。
【０２３２】
次に、第１のリフトオフ用レジスト３７０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、図３３に示す工程では、積層体３１６上に第２のリフトオフ用レジスト３８２を形成する。
このフォトレジスト３８２は、図３３に示すように、トラック幅方向（図中Ｘ１方向）の幅寸法Ｒ４で平面視して積層体３１６に接触するとともに、トラック幅方向（図中Ｘ１方向）の幅寸法Ｒ５で平面視して積層体３１６を覆う状態とされる。このレジスト層３８２には、その下面に切り込み部３８２ａ，３８２ａが形成されている。
【０２３３】
ここで、第２のリフトオフ用レジスト２８２は、図３３に示すように積層体３１１のトラック幅方向中央に位置するように設けられる。これにより、後の工程により形成される左右のオーバーレイ部３１８ａ，３１８ａにおけるトラック幅方向長さ寸法をそれぞれ等しく設定する。
また、上記の幅寸法Ｒ４と幅寸法Ｒ５との差、つまり、トラック幅方向両端部における幅寸法の差を設定することにより、積層体３１６に対して形成される導電層３１８，３１８のうち一方の導電層３１８が、他方の導電層３１８に向かって積層体３１６の表面に延出する長さ、つまり、オーバーレイ部３２８ａのトラック幅方向寸法即ちオーバーレイ長が規定されるとともに、幅寸法Ｒ４により、スピンバルブ型薄膜素子の磁気的トラック幅寸法を設定することができる。
【０２３４】
その後、図３４の工程においては、積層体３１６に対して斜め方向から、Ａｒによるイオンミリングや、逆スパッタ等を行い、第２のリフトオフ用レジスト３８２が形成されていない部分に対応する積層体３１６表面の一部を除去する。これにより、酸化層３１５ａ、保護層３１５およびバックド層Ｂ１の一部を除去して、導電層３１８と積層体３１６とが接続する部分を形成する。
図３５に示す工程では、積層体３１６に対して、イオンビームスパッタ法などにより、ハードバイアス層３１７上にＴａからなる中間層３１９を成膜し、同時に、露出したバックド層Ｂ１上にこの中間層３１９に連続した連続部３１９ａを成膜する。
次いで、同様にしてイオンビームスパッタ法を行うことにより、この中間層３１９および連続部３１９ａ上に、Ｃｒからなる導電層３１８を、エピタキシャル成長させながら成膜する。
【０２３５】
なお、図３５に示すように、レジスト３８２の上には、中間層３１９と同じ組成の層３２９’、および、導電層３１８と同じ組成の層３２８’が形成される。
そして、次の工程では、図３５に示すレジスト３８２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、これによって、積層体３１６のうち不感領域上まで中間層３１９および導電層３１８が形成されたスピンバルブ型薄膜磁気素子（スピンバルブ型薄膜素子）が完成する。
【０２３６】
ここで、本実施形態では、上記のオーバーレイ部３１８ａのトラック幅方向寸法を、第１のリフトオフ用レジスト３７０の積層体３１６両側方向（トラック幅方向）の寸法Ｒ１’と、第２のリフトオフ用レジスト３８２の積層体３１６両側方向における幅寸法Ｒ５との差を、０．２μｍ〜１．０μｍに設定する、つまり、トラック幅方向両端部におけるレジスト７０，８２の幅寸法の差（Ｒ１’−Ｒ５）をそれぞれ、０．１μｍ〜０．５μｍに設定することにより、０．１μｍ〜０．５μｍに設定することができる。
【０２３７】
この第３のスピンバルブ型薄膜素子の製造方法によれば、形成した積層膜３１６’に、幅寸法が異なり、かつ、切り込み部の形成された２種類のリフトオフ用レジスト３７０，３８２を２回形成する２レジスト工程により、積層体３１６およびハードバイアス層３１７を形成し、かつ、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により、ターゲット３７６と基板３１０との角度を傾斜させないかまたは傾斜させた状態で対向させることを選択して、中間層３１９，導電層３１８を所望の形状に形成し、上記のスピンバルブ型薄膜素子を容易に得ることができる。
【０２３８】
この場合、上述した第２の製造方法においてフォトレジスト３７２を一回形成する製造方法に比べて、導電層３１８のオーバーレイ部３１８ａ長さを大きく設定することができるとともに、切れ込み部３８２ａのトラック幅方向寸法と関係なくオーバーレイ部３１８ａ，３１８ａを形成することが可能なため、このオーバーレイ部３１８ａ，３１８ａの厚み寸法、特にセンス電流が積層体３１６に流入する先端部分の厚み寸法を大きく設定することが可能となり、サイドリーディングの発生をより一層防止することが可能となる。
【０２３９】
［第８の実施形態］
図３６は、本発明の第８実施形態のスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。図３７は、このスピンバルブ型薄膜素子をトラック幅方向から見た断面図を示す。
本実施形態においても、ボトム型（Bottom type ）のシンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned spin-valves）とされ、図２５に示した第７実施形態と異なるところは、フリー磁性層がシンセティックフェリフリー型（synthetic-ferri-free spin-valves）とされた点である。
【０２４０】
図３６において、符号３１１は、基板３１０上に設けられた反強磁性層である。この反強磁性層３１１の上には、固定磁性層３１２が形成されている。
この固定磁性層３１２は、第１の固定磁性層３１２Ａと、第１の固定磁性層３１２Ａの上に非磁性中間層３１２Ｂを介して形成され、第１の固定磁性層３１２Ａ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３１２Ｃとからなる。
この第２の固定磁性層３１２Ｃの上には、Ｃｕ（銅）等からなる非磁性導電層３１３が形成され、さらに、非磁性導電層３１３の上には、シンセティックフェリフリー型のフリー磁性層４４４が形成されている。
フリー磁性層４４４は、第１、第２のフリー磁性層４４４Ａ，４４４Ｃが非磁性中間層４４４Ｂを介して２つに分断されており、分断された層４４４Ａ，４４４Ｃどうしで磁化の向きが１８０゜異なるフェリ磁性状態に形成されている。第１のフリー磁性層４４４Ａは、バックド層Ｂ１側に設けられ、第２のフリー磁性層４４４Ｃは非磁性導電層３１３側に設けられている。
【０２４１】
第１，第２のフリー磁性層４４４Ａ，４４４Ｃは、第７の実施形態のフリー磁性層３１４と同様の材質からなり、非磁性中間層４４４Ｂ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。
また、第１のフリー磁性層４４４Ａおよび第２のフリー磁性層４４４Ｃは、例えば、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＮｉＦｅ合金などで形成されることができる。ここで、第１のフリー磁性層４４４Ａと第２のフリー磁性層４４４Ｃの厚さは異なって形成されている。
また、これら第１のフリー磁性層４４４Ａおよび第２のフリー磁性層４４４Ｃはそれぞれ２層で形成されることもできる。
第１のフリー磁性層４４４Ａの層および第２のフリー磁性層４４４Ｃの、非磁性中間層４４４Ｂおよびバックド層Ｂ１に接する側には、それぞれＣｏ層が形成されているものとしてもよい。これにより抵抗変化率を大きくでき、しかも非磁性中間層４４４Ｂおよびバックド層Ｂ１との拡散を防止することができる。
第２のフリー磁性層４４４Ｃと第２の固定磁性層３１２Ｃの非磁性導電層３１３と接する側には、Ｃｏ層を有することが好ましい。
【０２４２】
フリー磁性層４４４の上には、バックド層Ｂ１が設けられ、バックド層Ｂ１の上には、Ｔａなどで形成された保護層３１５が形成され、この保護層３１５の上側が、酸化タンタル（Ｔａ−Oxide ）からなる酸化層３１５ａとされている。
図３６に示すように、上記反強磁性層３１１の一部から酸化層３１５ａまでの各層により、略台形状の断面形状を有する積層体４４６が構成されている。
【０２４３】
また、符号３１７，３１７はハードバイアス層、３１８，３１８は導電層、３１９は中間層を示している。
ハードバイアス層３１７，３１７は、積層体４４６の両側位置に張り出している反強磁性層３１１上にバイアス下地層３１７ａを介して形成されている。このハードバイアス層３１７，３１７上には、Ｔａからなる中間層３１９を介して導電層３１８，３１８が形成されている。
ハードバイアス層３１７，３１７の上面３１７ｂ，３１７ｂは、第２のフリー磁性層４４４Ｃの上面から下面までの間と同じ階層位置で積層体４４６の側面と接合されている。これによりハードバイアス３１７，３１７からの漏れ磁界を第２のフリー磁性層４４４Ｃのみにかけることができる。
また、ハードバイアス層３１７，３１７の上面３１７ｂ，３１７ｂは、第２のフリー磁性層４４４Ｃの上面から第２のフリー磁性層４４４Ｃの膜厚の半分の厚みの位置までの間と同じ階層位置で積層体４４４６の側面と接合されていることが好ましい。これによりハードバイアス層３１７，３１７から強いバイアス磁界が第２のフリー磁性層４４４ｃに対してかけられる。
なお、ここで、非磁性中間層４４４Ｂおよび第１のフリー磁性層４４４Ａは、第７の実施形態において図２５に基づいて説明したバックド層Ｂ１を設けた場合と同様に、センス電流Ｊの流れる中心位置をフリー磁性層側に移動させ、フリー磁性層におけるセンス電流磁界ＨＪ を弱める働きがあるため、バックド層Ｂ１を省略したシンセティックフェリフリー型の構造とすることもできる。
【０２４４】
フリー磁性層４４４においては、第２のフリー磁性層４４４Ｃの磁化方向がハードバイアス層３１７，３１７の磁束によって図示Ｘ１方向に固定され、第１のフリー磁性層４４４Ａの磁化方向が図示Ｘ１方向と反対方向に固定されている。第１のフリー磁性層４４４Ａは、交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって第２のフリー磁性層４４４Ｃと磁気的に結合されて、図示Ｘ１方向の反対方向に磁化された状態となっている。第１のフリー磁性層４４４Ａおよび第２のフリー磁性層４４４Ｂの磁化は、フェリ状態を保ちながら、外部磁界の影響を受けて反転自在とされてる。即ち、第２のフリー磁性層４４４Ｃの磁化方向がハードバイアス層３１７，３１７により図示Ｘ1方向に揃えられると、第１のフリー磁性層４４４Ａの磁化方向が図示Ｘ1方向の反対方向に揃えられる。
【０２４５】
また、第２のフリー磁性層４４４Ｃの厚さｔ2は、第１のフリー磁性層４４４Ａの厚さｔ1よりも厚く形成されている。
また、第１のフリー磁性層４４４Ａ及び第２のフリー磁性層４４４Ｃの飽和磁化をそれぞれＭ1、Ｍ2としたとき、第１のフリー磁性層４４４Ａ及び第２のフリー磁性層４４４Ｃの磁気的膜厚はそれぞれＭ1・ｔ1、Ｍ2・ｔ2となる。
そしてフリー磁性層４４４は、第１のフリー磁性層４４４Ａと第２のフリー磁性層４４４Ｃとの磁気的膜厚の関係を、Ｍ2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1とするように構成されている。第１、第２のフリー磁性層４４４Ａ，４４４Ｃの磁気的膜厚の関係がＭ2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1とされていることから、第２のフリー磁性層４４４Ｃの磁化が残存した状態となり、フリー磁性層４４４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４４４の実効膜厚は、（Ｍ2・ｔ2−Ｍ1・ｔ1）となる。
【０２４６】
また、第１のフリー磁性層４４４Ａと第２のフリー磁性層４４４Ｃは、それぞれの磁化方向が反平行方向となるように反強磁性的に結合され、かつ磁気的膜厚の関係がＭ2・ｔ2＞Ｍ1・ｔ1とされていることから、人工的なフェリ磁性状態とされている。
またこれにより、フリー磁性層４４４の磁化方向と固定磁性層３１２の磁化方向とが交差する関係となっている。
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子では、第２のフリー磁性層４４４Ｃの磁気的膜厚を、第１のフリー磁性層４４４Ａの磁気的膜厚よりも大きくすることにより、これら第１、第２のフリー磁性層の磁気的膜厚の差分がフリー磁性層の磁気的な実効膜厚となる。従って、第１、第２のフリー磁性層４４４Ａ，４４４Ｃの膜厚を適宜調整してフリー磁性層４４４の実効膜厚を薄くすることにより、フリー磁性層４４４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、スピンバルブ型薄膜磁気素子（スピンバルブ型薄膜素子）の感度を高くすることが可能となる。また、フリー磁性層４４４全体の厚さをある程度厚くできるので、抵抗変化率が極端に小さくなることがなく、スピンバルブ型薄膜素子の感度を高くすることが可能となる。
【０２４７】
また、ハードバイアス層３１７，３１７の上面３１７ｂ，３１７ｂが、第２のフリー磁性層４４４Ｃの上面から下面までの間と同じ階層位置で積層体４４６の側面と接合されたことにより、第１のフリー磁性層４４４Ａに付与したい磁化方向と逆向きの方向に作用させる強い磁場が積層体４４６の側面上端付近でのハードバイアス層の先端部からかかるのを回避でき、第１のフリー磁性層４４４Ａの両端部の磁化の方向が乱れるのを改善でき、第１のフリー磁性層４４４Ａの両端部の磁化の方向が乱れることに起因して磁化の向きが第１のフリー磁性層４４４Ａの磁化の向きと逆向きに揃えられる第２のフリー磁性層４４４Ｃの両端部の磁化の方向が乱れることを防止でき、第１、第２のフリー磁性層４４４Ａ，４４４Ｄの反強磁的な結合を安定して維持させてフリー磁性層４４４のフェリ磁性状態を保つことができ、従って、スピンバルブ型薄膜素子の感度を低下させることなく、トラック幅の両端の再生波形に異常が生じるのを防止でき、再生波形の安定性を向上できる。
また、ハードバイアス層３１７，３１７の上面３１７ｂ，３１７ｂは、第２のフリー磁性層４４４Ｃの上面から第２のフリー磁性層４４４Ｃの膜厚の半分の厚みの位置までの間と同じ階層位置で積層体４４６の側面と接合されていることにより、第１のフリー磁性層の両端部の磁化の方向が乱れるのを改善でき、第１のフリー磁性層の両端部の磁化の方向が乱れることに起因して磁化の向きが第１のフリー磁性層の磁化の向きと逆向きに揃えられる第２のフリー磁性層の両端部の磁化の方向が乱れることを防止できるうえ、第２のフリー磁性層に対しては付与したい磁化方向と同じ向きに作用させる強い磁場が与えられ、スピンバルブ型薄膜素子の感度をより高くでき、しかもトラック幅の両端の再生波形に異常が生じるのを防止でき、再生波形の安定性を向上できる。
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子によれば、図１ないし図６に示す第１実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子と同等の効果を奏するとともに、さらに、シンセティックフェリフリー型（synthetic-ferri-free spin-valves）とされているため、大きな抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能になる。
【０２４８】
本実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子の製造方法においては、
積層膜を形成する工程においてフリー磁性層を第２のフリー磁性層と非磁性中間層と第１のフリー磁性層から構成し、また、ハードバイアス層を形成する工程においてスパッタを行う際、上記ハードバイアス層の上面が、上記第２のフリー磁性層の上面から下面までの間と同じ階層位置で積層体の側面と接合されるようにハードバイアス層の厚みを調製するようにする以外は、図２６ないし図３０に示す第２の製造方法、または、図３１乃至図３５の第２の製造方法におけるスピンバルブ型薄膜素子の製造方法とほぼ同様にして行うことができる。
なお、第８の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子においては、導電層３１８，３１８を積層体４４６の両側から該積層体４４６の中央部分に向けてこの積層体４４６の表面に延出して被着形成された場合について説明したが、導電層３１８，３１８が積層体４４６の表面に延出されていないタイプのものも本発明の範囲に含まれる。
【０２４９】
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１７は、本発明の薄膜磁気ヘッドの一例を示した図である。
本発明の薄膜磁気へッドが従来の薄膜磁気ヘッドと異なるところは、磁気抵抗効果素子層２４５に、上述した本発明の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子が備えられてなる薄膜磁気へッドであるところである。
上記スピンバルブ型薄膜素子は、薄膜磁気へッド（再生用ヘッド）を構成する最も重要な箇所である。
【０２５０】
本発明の薄膜磁気へッドを製造するには、まず、図１６および図１７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２４５を形成する上述した本発明の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子を成膜する。その後、上記スピンバルブ型薄膜素子の上に上部ギャップ層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、上記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。
【０２５１】
このような薄膜磁気へッドは、上述した本発明の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子が備えられてなる薄膜磁気へッドであるので、フリー磁性層の磁区制御を良好に行うことができる安定性に優れた薄膜磁気へッドとなる。
【０２５２】
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１６〜図１８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。
【０２５３】
（実験例１）
本発明では、スピンバルブ型薄膜磁気素子において、バックド層を形成したことによるアシンメトリーの改善の関係と、トラック幅と電極層オーバーレイ部と、再生出力／実行再生トラック幅比、および、ノイズとの関係について測定した。
実験に使用したスピンバルブ型薄膜磁気素子は、図３１乃至図３５に示す第３の製造方法と同様にして作製したスピンバルブ型薄膜素子であり、すなわち、積層体の表面に延出した導電層が中間層を介してバックド層に接続されている以外は図２５に示したスピンバルブ型薄膜素子と同様のものである。
ここで、図２５におけるトラック幅寸法Ｏ−Ｔｗを０．５μｍとして形成し、オーバーレイ部の幅寸法Ｔ６を０．５μｍとして形成した。
積層体における各層の膜厚は、下から
Ｔａ３０／ＰｔＭｎ１５０／Ｃｏ２０／Ｒｕ８／Ｃｏ２５／Ｃｕ* ２７／Ｃｏ５／ＮｉＦｅ３０／Ｃｕ２０／Ｔａ２０（各数字はそれぞれの膜厚のÅ単位に対応する）
に設定されている。
【０２５４】
まず、このスピンバルブ型薄膜磁気素子において、導電層から与えるセンス電流の大きさを変化させて、アシンメトリーを測定した。
その結果を、図４２（ｂ）に示す。
これに対し、図４０（ａ）に模式的に示すようなバックド層（Ｃｕ* ）がない点が異なる比較例のスピンバルブ型薄膜磁気素子を作成し、同様に、導電層から与えるセンス電流の大きさを変化させて、アシンメトリーを測定した。
その結果を、図４２（ａ）に示す。
【０２５５】
図４２に示すように、バックド層の存在によって、アシンメトリーが減少していることがわかる。特に、実使用状態のセンス電流５ｍＡ程度において、比較例においては１５％以上であったアシンメトリーが、−３％程度に改善されていることが解る。
【０２５６】
（実験例２）
次に、このスピンバルブ型薄膜磁気素子において、素子高さを変化させて形成した複数のスピンバルブ型薄膜磁気素子を形成し、再生出力／実効再生トラック幅比を測定した。ここで、素子高さとは、図１におけるＹ方向の感度領域の幅寸法である。
それに対し、図２２に模式的に示すような導電層のオーバーレイ部のない比較例のスピンバルブ型薄膜磁気素子において、素子高さを変化させて形成した複数のスピンバルブ型薄膜磁気素子を形成し、再生出力／実効再生トラック幅比を測定した。
その結果を、図４４に示す。
【０２５７】
図４４に示すように、導電層のオーバーレイ部を設けることにより、再生出力／実効再生トラック幅比が改善されていることが解る。特に、０．４μｍの素子高さにおいて、比較すると、約１．６倍の出力が得られている。
ここで、上記の実施例において、マイクロトラックプロファイル法により再生出力を測定し、その結果を図４５（ａ）に示す。同様に、比較例において、マイクロトラックプロファイル法により再生出力を測定し、その結果を図４５（ｂ）に示す。
図４５によれば、オーバーレイ部のないクロストラック位置０±０．５μｍにおいて、ほぼ出力が得られ、オーバーレイ部のあるクロストラック位置−０．５μｍ以下および０．５μｍ以上においては、ベースに等しい出力が得られていることが解る。つまり、電極層の位置と感度領域および不感領域の位置がほぼ一致していることが解る。ここで、実効再生トラック幅は０．６μｍ程度であることが解る。
さらに、図４５（ａ）の実施例と図４５（ｂ）の比較例とを比べると、ベース出力に対して最大出力が相対的に増大していることが解る。
これにより、直流抵抗値を低減でき、かつ、再生出力に隣接トラック信号を読むサイドリーディングによるノイズを発生しないこと、かつ、実効トラック幅あたりの再生出力が大幅に向上することが解る。
【０２５８】
（実験例３）
次に、ボトムタイプのシンセティックフェリフリー型スピンバルブ型薄膜磁気素子において、ハードバイアス層の上面を第２のフリー磁性層の上面から下面までの間の同じ階層位置で積層体の側面と接合したことによる第１、第２のフリー磁性層の両端部の磁化の方向の乱れの改善の関係についてマイクロマグネティックシュミレーションにより調べた。実験に使用したスピンバルブ型薄膜磁気素子は、フリー磁性層と保護層との間にバックド層がなく、導電層が積層体の表面に延出していない以外は図３６乃至図３７に示すスピンバルブ型薄膜素子と同様の素子
（実施例のスピンバルブ型薄膜素子）である。その結果を図４６に示す。図４６（ａ）は実施例の素子の第１のフリー磁性層の磁化の分布を示す図であり、図４６（ｂ）は実施例の素子の第２のフリー磁性層の磁化の分布を示す図である。
【０２５９】
また、ここでの実施例のスピンバルブ型薄膜素子の光学トラック幅寸法は０．６μｍとしたものである。
また、実施例のスピンバルブ型薄膜素子の積層体における各層の膜厚は、下からＴａ３０／ＰｔＭｎ１５０／Ｃｏ２０／Ｒｕ８／Ｃｏ２５／Ｃｕ２７／Ｃｏ５／ＮｉＦｅ４０／Ｒｕ８／ＮｉＦｅ２５／Ｔａ２０（各数字はそれぞれの膜厚のÅ単位に対応する）に設定されている。第１のフリー磁性層の磁気的膜厚は、４．５２×１０-4（Ｔ・ｎｍ）、第２のフリー磁性層の磁気的膜厚は、７．１６×１０-4（Ｔ・ｎｍ）、第１と第２のフリー磁性層間の反平行結合磁界５８．４ｋＡ／ｍとした。また、この積層体の両側のＣｏＰｔからなるハードバイアス層の厚みは、約３０ｎｍ（３００Å）、各ハードバイアス層上に設けられたＣｒからなる導電層の厚みは、２．５ｎｍ（２５Å）とした。ハードバイアス層の磁気的膜厚は、１．８８×１０-3（Ｔ・ｎｍ）とした。また、ハードバイアス層の上面の積層体の側面との接合点は、第２のフリー磁性層の厚みの半分の位置とした。また、上記積層体の側面と、ハードバイアス層との間に介在されたバイアス下地層の厚みは、２ｎｍ（２０Å）とした。また、ハードバイアス磁界の方向は、Ｘ１方向とした。
【０２６０】
それに対し図２３に示すようなハードバイアス層の上面が積層体の上面より突出した（ハードバイアス層の上面が第２のフリー磁性層の上面より上方で接合された）比較例のスピンバルブ型薄膜磁気素子において、第１、第２のフリー磁性層の両端部の磁化の方向の乱れについてマイクロマグネティックシュミレーションにより調べた。その結果を、図４７に示す。図４７（ａ）は、比較例の素子の第１のフリー磁性層の磁化の分布を示す図であり、図４７（ｂ）は比較例の素子の第２のフリー磁性層の磁化の分布を示す図である。
また、ここでの比較例のスピンバルブ型薄膜素子の光学トラック幅寸法および積層体の各層の構成材料および膜厚、ハードバイアス層および導電層の構成材料、第１、第２のフリー磁性層の磁気的膜厚、ハードバイアス層の磁気的膜厚、上記積層体と上記ハードバイアス間に介在されたバイアス下地層の厚みは上記実施例と同様であるが、各ハードバイアス層の積層体との接合面の上面は上記積層体の第２のフリー磁性層の上面より約５．３ｎｍ（５３Å）突出するように設定した。
【０２６１】
図４７に示した結果からハードバイアス層の上面が積層体の上面より突出した比較例のスピンバルブ型薄膜素子においては、図４７（ａ）に示すように第１のフリー磁性層の両端には、ハードバイアス層から強い逆方向磁界がかかり、第２のフリー磁性層との結合磁界と競合（フラストレーション）するために、両端の磁化方向が乱れ、Ｘ１方向と逆方向に揃っていない。また、第２のフリー磁性層の両端の磁化方向も乱れ、Ｘ１方向に揃っていないことがわかる。これに起因して比較例のスピンバルブ型薄膜素子では、バルクハウゼンノイズ等の再生波形が不安定となることが予測される。
図４６に示した結果からハードバイアス層の上面の積層体の側面との接合点を下げて、第１のフリー磁性層と接合しないようにした実施例のスピンバルブ型薄膜素子においては、比較例のものに比べて、第１のフリー磁性層の両端の磁化方向の乱れが軽減されており、また、第２のフリー磁性層の両端の磁化方向の乱れも改善されていることがわかる。これにより実施例のスピンバルブ型薄膜素子では、再生波形の安定性を向上できることがわかる。
【０２６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のスピンバルブ型薄膜素子では、ハードバイアス層の上面は、上記積層体の側面上端より基板側の位置で上記積層体の側面と接合されているので、従来のハードバイアス層のように、積層体の側面上端に接合されている尖った断面形状の先端部がなく、ハードバイアス層からの漏れ磁束が、上部シールド層に吸われることによるフリー磁性層に加わる有効磁界の減少が起こりにくいものとなり、フリー磁性層が単磁区化されやすくなるため、上記フリー磁性層の磁区制御を良好に行うことができる安定性に優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
また、上記ハードバイアス層が、上記フリー磁性層と同じ階層位置に配置されたスピンバルブ型薄膜素子であるので、フリー磁性層に対して、強いバイアス磁界を与えやすくなり、フリー磁性層を単磁区化しやすく、バルクハウゼンノイズの発生を低減させることができる。
【０２６３】
また、上記ハードバイアス層の上面が、上記ハードバイアス層の最上位置と同じまたは最上位置よりも基板側の位置で上記積層体の側面と接合されているものとすることで、積層体の側面上端に接合されている尖った断面形状の先端部を有する従来のハードバイアス層を有するものと比較して、 積層体の側面上端付近 で、フリー磁性層の磁化の方向と反対の方向に磁場を作用させる磁界が生じにくいものとなり、フリー磁性層が単磁区化されやすくなるため、上記フリー磁性層の磁区制御をより一層良好に行うことができる優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
【０２６４】
また、本発明のスピンバルブ型薄膜素子では、上記ハードバイアス層を、上記フリー磁性層の膜厚方向に上記フリー磁性層の膜厚よりも大きな膜厚とし、上記ハードバイアス層の上面を、上記フリー磁性層の上面よりも基板から離れた位置に配置することで、フリー磁性層に対して、より一層強いバイアス磁界を与えやすくなり、フリー磁性層を単磁区化しやすくなるため、バルクハウゼンノイズの発生をより一層低減させることができる。
【０２６５】
さらにまた、上記ハードバイアス層の下面を、上記フリー磁性層の下面よりも基板側の位置に配置することで、さらにフリー磁性層に対して、強いバイアス磁界を与えやすくなり、フリー磁性層を単磁区化しやすくなるため、バルクハウゼンノイズの発生をより一層低減させることができる。
【０２６６】
また、上記のスピンバルブ型薄膜素子において、上記反強磁性層を、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または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またはＸ’＋Ｐｔが３７〜６３原子％の範囲であるものとすることで、上記反強磁性層を従来から使用されているＮｉＯ合金、ＦｅＭｎ合金、ＮｉＭｎ合金などで形成したものと比較して、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素子とすることができる。
【０２６７】
また、上記フリー磁性層の厚さ方向両側に、各々非磁性導電層と固定磁性層と反強磁性層とが形成されたデュアル型構造とされてなるスピンバルブ型薄膜素子とすることで、フリー磁性層／非磁性導電層／固定磁性層の３層の組合わせを２組有するものとなり、シングルスピンバルブ型薄膜素子と比較して、大きな△ＭＲ（抵抗変化率）が得られ、高密度記録化に対応できるスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
【０２６８】
また、少なくとも上記固定磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断され、分断された層どうしで磁化の向きが反平行となるフェリ磁性状態とされてなるスピンバルブ型薄膜素子とすることで、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り、より優れたものとなる。
さらにまた、 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、分断された層どうしで磁化の向きが反平行となるフェリ磁性状態とされてなるスピンバルブ型薄膜素子とすることで、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より一層優れたものとなる。
【０２６９】
また、導電層としてＣｒを用いた場合は、ハードバイアス層と上記導電層との間に、Ｔａからなる中間層を設けることにより、後工程のレジスト硬化などの熱プロセスに対して拡散バリアーとして機能し、ハードバイアス層の磁気特性の劣化を防ぐことができる。
導電層としてＴａを用いる場合は、ハードバイアス層と上記導電層との間に、Ｃｒからなる中間層を設けることにより、Ｃｒの上に堆積するＴａの結晶を、より低抵抗の体心立方構造としやすくする効果がある。
【０２７０】
さらに、上記ハードバイアス層と上記積層体との間および上記ハードバイアス層と基板との間に、結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造）であるＣｒからなるバイアス下地層を設けることにより、上記ハードバイアス層の保磁力および角形比が大きくなり、上記フリー磁性層の単磁区化に必要なバイアス磁界を増大させることができる。
【０２７１】
また、基板上に、下地層、フリー磁性層、非磁性導電層、固定磁性層、反強磁性層、保護層を順次成膜して積層膜を形成する工程と、上記積層膜上にリフトオフ用レジストを形成する工程と、上記リフトオフ用レジストに覆われていない部分をイオンミリングにより除去して台形状の積層体を形成する工程と、上記積層体の両側に、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により、上記ハードバイアス層を、 上記フリー磁性層と同じ階層位置に配置されるように形成 し、かつ、上記ハードバイアス層の上面を、上記積層体の側面の上端より基板側の位置で上記積層体の側面と接合されるように形成する工程と、上記ハードバイアス層上に、通常のスパッタ法あるいはターゲットと基板との角度を傾斜させた状態で対向させ、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により、導電層を形成する工程とを有するスピンバルブ型薄膜素子の製造方法によれば、上記のスピンバルブ型薄膜素子を容易に得ることができる。
【０２７２】
さらにまた、上記のスピンバルブ型薄膜素子が備えられてなる薄膜磁気ヘッドとすることで、フリー磁性層の磁区制御を良好に行うことができる安定性に優れた薄膜磁気へッドとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明における第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２】  図１に示したスピンバルブ型薄膜素子の製造方法を説明するための図であって、基板上に積層体を形成し、その上にリフトオフ用のレジストを形成した状況を示した図である。
【図３】  図１に示したスピンバルブ型薄膜素子の製造方法を説明するための図であって、積層体を台形状に形成した状況を示した図である。
【図４】  図１に示したスピンバルブ型薄膜素子の製造方法を説明するための図であって、ハードバイアス層を形成した状況を示した図である。
【図５】  図１に示したスピンバルブ型薄膜素子の製造方法を説明するための図であって、導電層を形成した状況を示した図である。
【図６】  本発明における第２の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図７】  本発明における第３の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子を模式図的に示した横断面図である。
【図８】  図７に示したスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図９】  本発明における第４の実施形態のスピンパルブ型薄膜素子を模式図的に示した横断面図である。
【図１０】  図９に示したスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図１１】  本発明における第５の実施形態のスピンパルブ型薄膜素子を模式図的に示した横断面図である。
【図１２】  図１１に示したスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図１３】  本発明における第６の実施形態のスピンパルブ型薄膜素子を模式図的に示した横断面図である。
【図１４】  図１３に示したスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図１５】  薄膜磁気ヘッドの一例を示す斜視図である。
【図１６】  図１５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１７】  図１６に示した薄膜磁気ヘッドを示した概略斜視図である。
【図１８】  従来のスピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッドの要部の一例を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図１９】  本発明における第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子の第２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２０】  本発明における第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子の第３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２１】  本発明における第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子の第４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２２】  従来のその他の例のスピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッドの要部の一例を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２３】  従来のその他の例のスピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッドの要部の一例を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２４】  図２３に示すスピンバルブ型薄膜素子のフリー磁性層のＭ−Ｈ曲線を示す図である。
【図２５】  本発明の第７の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２６】  本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法（第２の製造方法）の実施形態を説明するための正断面図である。
【図２７】  本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法（第２の製造方法）の実施形態を説明するための正断面図である。
【図２８】  本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法（第２の製造方法）の実施形態を説明するための正断面図である。
【図２９】  本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法（第２の製造方法）の実施形態を説明するための正断面図である。
【図３０】  本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法（第２の製造方法）の実施形態を説明するための正断面図である。
【図３１】  本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法（第３の製造方法）の実施形態を説明するための正断面図である。
【図３２】  本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法（第３の製造方法）の実施形態を説明するための正断面図である。
【図３３】  本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法（第３の製造方法）の実施形態を説明するための正断面図である。
【図３４】  本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法（第３の製造方法）の実施形態を説明するための正断面図である。
【図３５】  本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法（第３の製造方法）の実施形態を説明するための正断面図である。
【図３６】  本発明の第８実施形態のスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図３７】  図３６のスピンバルブ型薄膜素子をトラック幅方向から見た断面図である。
【図３８】  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る。
【図３９】  スピンバルブ型薄膜磁気素子のフリー磁性層の変動磁化Ｍf の方向の規定について説明する模式説明図である。
【図４０】  スピンバルブ型薄膜磁気素子のバックド層によって、センス電流磁界ＨJ からフリー磁性層の変動磁化Ｍf への寄与の減少について説明する図であり、図４０（ａ）は、バックド層のないスピンバルブ型薄膜素子の例を示す媒体対向面（ＡＢＳ面）に垂直な横断面図であり、図４０（ｂ）は本実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子の例を示す媒体対向面（ＡＢＳ面）に垂直な横断面図である。
【図４１】  本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子におけるフリー磁性層の磁化方向分布を示す図である。
【図４２】  本発明におけるスピンバルブ型薄膜磁気素子のセンス電流値とアシンメトリーとの関係を示すグラフで、比較例（ａ）、実施例（ｂ）を示すものである。
【図４３】  スピンバルブ型薄膜磁気素子の積層体に占める感度領域と不感領域との測定方法を示す模式図である。
【図４４】  本発明におけるスピンバルブ型薄膜磁気素子の素子高さと再生出力／実効再生トラック幅との関係を示すグラフである。
【図４５】  本発明におけるスピンバルブ型薄膜磁気素子のクロストラック位置と相対出力との関係を示すグラフである。
【図４６】  実施例のスピンバルブ型薄膜磁気素子の第１、第２のフリー磁性層の磁化の分布を示す図である。
【図４７】  比較例のスピンバルブ型薄膜磁気素子の第１、第２のフリー磁性層の磁化の分布を示す図である。
【符号の説明】
１、１０、３０、７０、９１、１２１、１４１  下地層
２、２８、３１、４４、８０、９２、１０８、１２２、１４２、１４８、３１１反強磁性層
３、１２３、３１２  固定磁性層
１４３  固定磁性層（下）
１４７  固定磁性層（上）
２７、７９、３１２Ａ  第１の固定磁性層
２６、３３、４２、７２、７８、９４、１００、１０６、３１２Ｂ、４４４Ｂ  非磁性中間層
２５、７７、３１２Ｃ  第２の固定磁性層
４、２４、３５、４０、７６、９６、１０４、１２４、１４４、１４６、３１３非磁性導電層
５、２１、３６、１２５、１４５、３１４、４４４  フリー磁性層
７、２９、４５、８１、１０９、１２７、１４９、２６９、３１５  保護層
３２、９３  第ｌの固定磁性層（下）
３４、９５  第２の固定磁性層（下）
４１、１０５  第２の固定磁性層（上）
４３、１０７  第１の固定磁性層（上）
７３、１０１、４４４Ａ  第１のフリー磁性層
７１、９７、４４４Ｃ  第２のフリー磁性層
６、６２、８２、１１０、１２６、１３０、１３２、６００、６０１、６０２
、３１７  ハードバイアス層
８、６３、８３、１１１、１２８、１３１、１３３、３１８  導電層
１１３、１１４  センス電流
３１４ａ、３１７ｂ、６００Ａ、６０１Ａ  上面
３１６ａ  積層膜
３１８ａ  オーバーレイ部
３７０  第１のリフトオフ用レジスト
３７２  リフトオフ用レジスト
３７２ａ、３８２ａ  切り込み部
３７４、３７６  ターゲット
３８２  第２のリフトオフ用レジスト
ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、３１６、４４６  積層体
ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４、ｂ５、ｂ６  側面
ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４、ｃ５、ｃ６、Ｃ１０  接合点
Ｂ１  バックド層
【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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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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