(57)【要約】【課題】  特に、表面改質処理を行うとともに、固定磁性層の層構造を改良して、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上とともに、再生出力を向上させることが可能な磁気検出素子及びその製造方法を提供することを目的としている。【解決手段】  Ｒｕ等で形成された非磁性中間層４ｂの表面４ｂ１に、プラズマ処理を行い、前記表面４ｂ１を活性化させる第１処理と、酸素を含む雰囲気に曝す第２処理を施し、また第２固定磁性層４ｃを非磁性材料層側磁性層４ｃ１と非磁性中間層側磁性層４ｃ２の２層構造とし、前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１をＣｏで、前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２をＣｏＦｅ合金で形成するとともに、前記第２固定磁性層４ｃに占める前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚比を１６％〜５０％とすることで、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と再生出力の双方を適切に大きくできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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材料層を介して形成され、外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層、を有してなる積層膜を有する磁気検出素子において、
前記固定磁性層と非磁性材料層との界面と平行な面方向であって、前記積層膜の少なくとも一箇所以上の所定面には、プラズマ処理を行って前記所定面を活性化させる第１処理と、酸素を含む雰囲気に曝す第２処理と、が施されており、
前記固定磁性層は、第１固定磁性層と、第２固定磁性層と、前記第１固定磁性層と第２固定磁性層との間に形成される非磁性中間層とを有し、前記第２固定磁性層が前記非磁性材料層と接する側に設けられており、
前記第２固定磁性層は、前記非磁性中間層と接する非磁性中間層側磁性層と、前記非磁性材料層と接する非磁性材料層側磁性層とを有し、
前記非磁性材料層側磁性層は、非磁性中間層側磁性層より比抵抗が低い磁性材料で形成され、
前記非磁性中間層側磁性層の膜厚をＸÅ、前記非磁性材料層側磁性層の膜厚を、ＹÅとしたとき、｛Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）｝×１００（％）が、１６％以上で５０％以下であることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項２】
前記非磁性材料層の下に設けられる前記第２固定磁性層、あるいはフリー磁性層、または前記フリー磁性層が、第１フリー磁性層と、第２フリー磁性層と、前記第１フリー磁性層と第２フリー磁性層との間に形成される非磁性中間層とを有し、前記第２フリー磁性層が前記非磁性材料層と接する側に設けられる構造のときは前記第２フリー磁性層、のいずれかの下側に設けられる層の所定面に前記第１処理及び第２処理が施される請求項１記載の磁気検出素子。
【請求項３】
下から、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層の順に積層されている請求項１または２に記載の磁気検出素子。
【請求項４】
前記所定面は、前記固定磁性層を構成する前記非磁性中間層の表面である請求項３記載の磁気検出素子。
【請求項５】
前記非磁性中間層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのいずれか１種または２種以上の元素で形成されている請求項４記載の磁気検出素子。
【請求項６】
前記非磁性中間層側磁性層は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉのうち２種以上の元素を有する磁性材料で形成される請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項７】
前記非磁性中間層側磁性層はＣｏＦｅ合金で形成される請求項６記載の磁気検出素子。
【請求項８】
前記非磁性材料層側磁性層は、Ｃｏで形成される請求項１ないし７のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項９】
前記第２固定磁性層の膜厚は１５Å以上で３０Å以下の範囲内で形成される請求項１ないし８のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１０】
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材料層を介して形成され、外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層、を有してなる積層膜を有する磁気検出素子の製造方法において、
前記固定磁性層と非磁性材料層との界面と平行な面方向であって、前記積層膜の少なくとも一箇所以上の所定面に純Ａｒ雰囲気中でプラズマ処理を行って前記所定面を活性化させる第１処理と、前記第１処理の終了直後に、酸素雰囲気中あるいは酸素と不活性ガスによる混合ガス雰囲気中で、前記活性化させた前記所定面に酸素を吸着させる第２処理と、を施し、
前記固定磁性層を、第１固定磁性層と、第２固定磁性層と、前記第１固定磁性層と第２固定磁性層との間に形成される非磁性中間層とを有して形成し、前記第２固定磁性層を前記非磁性材料層と接する側に設けており、
前記第２固定磁性層を、前記非磁性中間層と接する非磁性中間層側磁性層と、前記非磁性材料層と接する非磁性材料層側磁性層とを有して形成し、
前記非磁性材料層側磁性層を、非磁性中間層側磁性層より比抵抗が低い磁性材料で形成し、
前記非磁性中間層側磁性層の膜厚をＸÅ、前記非磁性材料層側磁性層の膜厚を、ＹÅとしたとき、｛Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）｝×１００（％）を、１６％以上で５０％以下にすることを特徴とする磁気検出素子の製造方法。
【請求項１１】
下から、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層の順に積層し、前記非磁性中間層の表面を前記所定面として、前記第１処理および第２処理を施す請求項１０記載の磁気検出素子の製造方法。
【請求項１２】
前記非磁性中間層を、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのいずれか１種または２種以上の元素で形成する請求項１１記載の磁気検出素子の製造方法。
【請求項１３】
前記非磁性中間層側磁性層を、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉのうち２種以上の元素を有する磁性材料で形成する請求項１０ないし１２のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
【請求項１４】
前記非磁性中間層側磁性層をＣｏＦｅ合金で形成する請求項１３記載の磁気検出素子の製造方法。
【請求項１５】
前記非磁性材料層側磁性層を、Ｃｏで形成する請求項１０ないし１４のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
【請求項１６】
前記第２固定磁性層の膜厚を１５Å以上で３０Å以下の範囲内で形成する請求項１０ないし１５のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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材料層を介して形成され、外部磁界による磁化方向が変動するフリー磁性層と、を有してなる積層膜を有する磁気検出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１には、固定磁性層（ピン層）、非磁性材料層、およびフリー磁性層を有する磁気検出素子において、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を増大させることができるとともに、固定磁性層とフリー磁性層間に働くカップリング結合磁界Ｈｉｎを小さくできる前記磁気検出素子の製造方法が開示されている。
【０００３】
特許文献１では、ある特定の界面に酸素を吸着させる表面改質工程を施している。似たような技術として特許文献２や特許文献３がある。
【特許文献１】特開２００５―３８４７９号公報
【特許文献２】特開２００３−８１０６号公報
【特許文献３】特開２００２―１２４７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上とともに、再生出力を向上させることも必要である。
【０００５】
しかし特許文献１には、上記した表面改質工程以外、前記再生出力を向上させるための工夫は何らなされていない。特許文献２および特許文献３についても同様である。
【０００６】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、表面改質処理を行うとともに、固定磁性層の層構造を改良して、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上とともに、再生出力を向上させることが可能な磁気検出素子及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、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材料層を介して形成され、外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層、を有してなる積層膜を有する磁気検出素子において、
前記固定磁性層と非磁性材料層との界面と平行な面方向であって、前記積層膜の少なくとも一箇所以上の所定面には、プラズマ処理を行って前記所定面を活性化させる第１処理と、酸素を含む雰囲気に曝す第２処理と、が施されており、
前記固定磁性層は、第１固定磁性層と、第２固定磁性層と、前記第１固定磁性層と第２固定磁性層との間に形成される非磁性中間層とを有し、前記第２固定磁性層が前記非磁性材料層と接する側に設けられており、
前記第２固定磁性層は、前記非磁性中間層と接する非磁性中間層側磁性層と、前記非磁性材料層と接する非磁性材料層側磁性層とを有し、
前記非磁性材料層側磁性層は、非磁性中間層側磁性層より比抵抗が低い磁性材料で形成され、
前記非磁性中間層側磁性層の膜厚をＸÅ、前記非磁性材料層側磁性層の膜厚を、ＹÅとしたとき、｛Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）｝×１００（％）が、１６％以上で５０％以下であることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明では、前記固定磁性層と非磁性材料層との界面と平行な面方向であって、前記積層膜の少なくとも一箇所以上の所定面に対し、上記した第１処理および第２処理を施している。前記第１処理及び第２処理を施すことで、界面平坦性及び結晶性を向上させることができる。さらに本発明では、前記第２固定磁性層を、前記非磁性中間層と接する非磁性中間層側磁性層と、前記非磁性材料層と接する非磁性材料層側磁性層とを有して形成し、前記非磁性中間層側磁性層および非磁性材料層側磁性層の材質、および膜厚比を適正化している。以上により本発明では、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と再生出力の双方を従来に比べて適切に向上させることができる。
【０００９】
また本発明では、前記非磁性材料層の下に設けられる前記第２固定磁性層、あるいはフリー磁性層、または前記フリー磁性層が、第１フリー磁性層と、第２フリー磁性層と、前記第１フリー磁性層と第２フリー磁性層との間に形成される非磁性中間層とを有し、前記第２フリー磁性層が前記非磁性材料層と接する側に設けられる構造のときは前記第２フリー磁性層、のいずれかの下側に設けられる層の所定面に前記第１処理及び第２処理が施されることが好ましい。これにより、前記第２固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、あるいは前記フリー磁性層が積層フェリ構造のときは前記第２フリー磁性層の界面平坦性及び結晶性を向上させることができる。これにより、より適切に前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができる。
【００１０】
また本発明では、下から、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層の順に積層されていることが好ましく、かかる場合、前記所定面は、前記固定磁性層を構成する前記非磁性中間層の表面であることが好ましい。また、前記非磁性中間層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのいずれか１種または２種以上の元素で形成されていることが好ましい。前記非磁性中間層上に適切に酸素を吸着させることができるとともに、前記非磁性中間層上に形成される前記第２固定磁性層は、適切に酸素を取り込みながら成膜していき、このとき酸素濃度は前記第２固定磁性層の下面から上面にかけて徐々に減るような勾配を有する。従来、前記非磁性中間層と第２固定磁性層との界面での伝導電子（例えばアップスピン）の反射は小さかったが、上記のように第２固定磁性層に取り込まれる酸素に濃度勾配がつくことで、前記界面での伝導電子の反射が大きくなり、アップスピンを持つ伝導電子の平均自由行程長をより適切に大きくでき、この結果、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ることができる。
【００１１】
本発明では、前記非磁性中間層側磁性層は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉのうち２種以上の元素を有する磁性材料で形成されることが好ましい。前記非磁性中間層側磁性層はＣｏＦｅ合金で形成されることがより好ましい。また、前記非磁性材料層側磁性層は、Ｃｏで形成されることが好ましい。本発明における好ましい一例は、非磁性中間層側磁性層がＣｏＦｅ合金で形成され、前記非磁性材料層側磁性層がＣｏで形成される構造である。前記ＣｏＦｅ合金は、Ｃｏに比べて比較的酸化しやすい（すなわちＣｏはＣｏＦｅ合金に比べて酸化しにくい）。これにより、上記した酸素勾配が前記第２固定磁性層中に形成されやすく、前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を効果的に向上させることができる。また、前記第２固定磁性層をＣｏＦｅ合金／Ｃｏの積層構造とし、上記した膜厚比の範囲内とすることで、前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）とともに抵抗変化量（ΔＲｓ）及び抵抗最小値（ｍｉｎＲｓ）を大きくでき、この結果、前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）及び再生出力の双方を適切に向上させることが可能である。なお、抵抗変化量（ΔＲｓ）、抵抗最小値（ｍｉｎＲｓ）及び前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の間には、ΔＲｓ／ｍｉｎＲｓ＝ΔＲ／Ｒの関係が成り立っている。
【００１２】
また本発明では、前記第２固定磁性層の膜厚は１５Å以上で３０Å以下の範囲内で形成されることが好ましい。
【００１３】
本発明は、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材料層を介して形成され、外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層、を有してなる積層膜を有する磁気検出素子の製造方法において、
前記固定磁性層と非磁性材料層との界面と平行な面方向であって、前記積層膜の少なくとも一箇所以上の所定面に純Ａｒ雰囲気中でプラズマ処理を行って前記所定面を活性化させる第１処理と、前記第１処理の終了直後に、酸素雰囲気中あるいは酸素と不活性ガスによる混合ガス雰囲気中で、前記活性化させた前記所定面に酸素を吸着させる第２処理と、を施し、
前記固定磁性層を、第１固定磁性層と、第２固定磁性層と、前記第１固定磁性層と第２固定磁性層との間に形成される非磁性中間層とを有して形成し、前記第２固定磁性層を前記非磁性材料層と接する側に設けており、
前記第２固定磁性層を、前記非磁性中間層と接する非磁性中間層側磁性層と、前記非磁性材料層と接する非磁性材料層側磁性層とを有して形成し、
前記非磁性材料層側磁性層を、非磁性中間層側磁性層より比抵抗が低い磁性材料で形成し、
前記非磁性中間層側磁性層の膜厚をＸÅ、前記非磁性材料層側磁性層の膜厚を、ＹÅとしたとき、｛Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）｝×１００（％）を、１６％以上で５０％以下にすることを特徴とするものである。
【００１４】
上記構成によれば、酸素を含まない純Ａｒガス雰囲気中でプラズマ処理を行うので、プラズマによる反応生成物が生じず、チャンバー内の雰囲気が安定するとともに、ターゲットやチャンバー内がプラズマ反応生成物で汚染される虞もない。よって、第２処理に基づく酸素吸着によるサーファクタント（Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ）効果を十分に発揮できる。また、上記のように、第２固定磁性層を構成する非磁性材料層側磁性層と非磁性中間層側磁性層の材質、及び膜厚比を適正化する。以上により、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と再生出力の双方を従来に比べて向上させることが可能な磁気検出素子を容易に製造することができる。
【００１５】
本発明では、下から、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層の順に積層し、前記非磁性中間層の表面を前記所定面として、前記第１処理および第２処理を施すことが好ましい。またかかる場合、前記非磁性中間層を、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのいずれか１種または２種以上の元素で形成することが好ましい。酸素によるサーファクタント効果は、ある所定面に酸素を一度吸着させれば、前記所定面上に何層か積層されても、ある程度、維持できることがわかっているが、第２固定磁性層の直下に相当する前記非磁性中間層の表面に上記した第１処理及び第２処理を施すことで、前記第２固定磁性層およびその上に形成される非磁性材料層、フリー磁性層に適切に前記サーファクタント効果を及ぼすこができ、前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上をより適切に図ることが可能になる。
【００１６】
また本発明では、前記非磁性中間層側磁性層を、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉのうち２種以上の元素を有する磁性材料で形成することが好ましい。前記非磁性中間層側磁性層をＣｏＦｅ合金で形成することがより好ましい。また前記非磁性材料層側磁性層を、Ｃｏで形成することが好ましい。これにより、前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と前記再生出力の双方を効果的に向上させることが可能になる。
【００１７】
また本発明では、前記第２固定磁性層の膜厚を１５Å以上で３０Å以下の範囲内で形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、磁気検出素子を構成する積層膜の少なくとも一箇所以上の所定面に、プラズマ処理を行って前記所定面を活性化させる第１処理と、酸素を含む雰囲気に曝す第２処理と、を施す。さらに前記固定磁性層を、第１固定磁性層と、前記非磁性材料層と接する第２固定磁性層と、前記第１固定磁性層と第２固定磁性層との間に形成される非磁性中間層とを有して形成し、前記非磁性材料層側磁性層を、非磁性中間層側磁性層より比抵抗が低い磁性材料で形成するとともに前記非磁性中間層側磁性層の膜厚をＸÅ、前記非磁性材料層側磁性層の膜厚を、ＹÅとしたとき、｛Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）｝×１００（％）が、１６％以上で５０％以下となるように調整する。
【００１９】
上記により界面平坦性及び結晶性を向上させることができ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができるとともに、最小抵抗値ｍｉｎＲｓ及び抵抗変化量ΔＲｓを大きくでき再生出力を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は本発明の実施形態のシングルスピンバルブ型薄膜素子の積層膜を示す模式図である。
【００２１】
シングスピンバルブ型薄膜素子は、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するものである。なお、図中においてＸ方向は、トラック幅方向、Ｙ方向は、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向（ハイト方向）、Ｚ方向は、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向及び前記シングルスピンバルブ型薄膜素子の各層の積層方向、である。
【００２２】
図１の最も下に形成されているのはＴａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２種以上の元素などの非磁性材料で形成された下地層１である。この下地層１の上に、シード層２が設けられる。前記シード層２は、ＮｉＦｅＣｒまたはＣｒによって形成される。前記シード層２をＮｉＦｅＣｒによって形成すると、前記シード層２は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものになる。また、前記シード層２をＣｒによって形成すると、前記シード層２は、体心立方（ｂｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１０}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものになる。
【００２３】
なお、下地層１は非晶質に近い構造を有するが、この下地層１は形成されなくともよい。
【００２４】
前記シード層２の上に形成された反強磁性層３は、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。
【００２５】
これら白金族元素を用いたＸ−Ｍｎ合金は、耐食性に優れ、またブロッキング温度も高く、さらに交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできるなど反強磁性材料として優れた特性を有している。
【００２６】
また前記反強磁性層３は、元素Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されてもよい。
【００２７】
前記反強磁性層３の元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の原子％を１５（原子％）以上で６０（原子％）以下に設定することが好ましい。より好ましくは２０（原子％）以上で５６．５（原子％）以下である。
【００２８】
固定磁性層４は、第１固定磁性層４ａ、非磁性中間層４ｂ、第２固定磁性層４ｃからなる多層膜構造で形成される。前記反強磁性層３との界面での交換結合磁界及び非磁性中間層４ｂを介した反強磁性的交換結合磁界（ＲＫＫＹ的相互作用）により前記第１固定磁性層４ａと第２固定磁性層４ｃの磁化方向は互いに反平行状態にされる。これは、いわゆる積層フェリ構造と呼ばれ、この構成により前記固定磁性層４の磁化を安定した状態にでき、また前記固定磁性層４と反強磁性層３との界面で発生する交換結合磁界を見かけ上大きくすることができる。
【００２９】
なお前記第１固定磁性層４ａは例えば１２〜２４Å程度で形成され、非磁性中間層４ｂは８Å〜１０Å程度で形成される。前記第２固定磁性層４ｃは後で説明する。
【００３０】
前記第１固定磁性層４ａはＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅＮｉなどの強磁性材料で形成されている。また非磁性中間層４ｂは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどの非磁性導電材料で形成される。
【００３１】
第２固定磁性層４ｃは、非磁性材料層５に接する非磁性材料層側磁性層４ｃ１と非磁性中間層側磁性層４ｃ２の２層構造として成膜される。前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１は、前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２よりも比抵抗の小さい磁性材料で形成される。また前記非磁性材料側磁性層４ｃ１は前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２に比べて酸化されにくい材質であることが好ましい。
【００３２】
前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉのうち２種以上の元素を有する磁性合金で形成されることが好ましい。特に前記ＲＫＫＹ的相互作用を大きくするには、前記第１固定磁性層４ａ及び非磁性中間層側磁性層４ｃ２は、ともにＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましい。第１固定磁性層４ａがＣｏＦｅ合金で形成されるときＣｏの組成比は２０ａｔ％〜９０ａｔ％の範囲内で残りの組成比がＦｅの組成比であり、前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２がＣｏＦｅ合金で形成されるときＣｏの組成比は２０ａｔ％〜９０ａｔ％の範囲内で残りの組成比がＦｅの組成比であることが好ましい。
【００３３】
前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１は、磁性合金であっても磁性元素単体であってもどちらでもよいが、磁性元素単体であるほうが適切に前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２よりも比抵抗を小さくできる。前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１は、Ｎｉ、Fｅ、Ｃｏのいずれか１種の元素により形成されることが好ましい。また前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１はＣｏで形成されることが、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）及び再生出力の向上を図る上でより好ましい。
【００３４】
前記固定磁性層４の上に形成された非磁性材料層５は、Ｃｕ、Ａｕ、またはＡｇで形成されている。Ｃｕ、Ａｕ、またはＡｇで形成された非磁性材料層５は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向している。
【００３５】
前記非磁性材料層５上にはフリー磁性層６が形成されている。前記フリー磁性層６は、ＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅ合金等の磁性材料で形成される軟磁性層６ｂと、前記軟磁性層６ｂと前記非磁性材料層５との間にＣｏやＣｏＦｅなどからなる拡散防止層６ａとで構成される。前記フリー磁性層６の膜厚は２０Å〜６０Åである。また、フリー磁性層６は、複数の磁性層が非磁性中間層を介して積層された積層フェリ構造であってもよい。また前記フリー磁性層６のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の幅寸法でトラック幅Ｔｗが決められる。
【００３６】
符号１０はＴａ等の保護層である。
前記フリー磁性層６はトラック幅方向（図示Ｘ方向）と平行な方向に磁化されている。
【００３７】
一方、固定磁性層４を構成する第１固定磁性層４ａ及び第２固定磁性層４ｃはハイト方向（図示Ｙ方向）と平行な方向に磁化されている。前記固定磁性層４は積層フェリ構造であるため、第１固定磁性層４ａと第２固定磁性層４ｃはそれぞれ反平行に磁化されている。前記固定磁性層４は磁化が固定されている（外部磁界によって磁化変動しない）が、前記フリー磁性層６の磁化は外部磁界により変動する。
【００３８】
図１の実施形態における特徴的部分は、まず前記非磁性中間層４ｂの表面４ｂ１に対する表面改質処理にある。製造工程図である図７〜図８も参照しながら説明する。図７に示すように、前記下地層１上に、シード層２、反強磁性層３、第１固定磁性層４ａ、非磁性中間層４ｂまでを成膜する。例えば前記非磁性中間層４ｂをＲｕで形成する。Ｒｕからなる前記非磁性中間層４ｂを成膜した後、純Ａｒガスを真空チャンバー内に導入し、スパッタが起こらない程度に低エネルギーのプラズマを前記非磁性中間層４ｂの表面４ｂ１に生じさせる。プラズマ粒子は前記非磁性中間層４ｂの表面４ｂ１に衝突して前記表面４ｂ１に存在するＲｕ原子を活性化し、前記表面４ｂ１でＲｕ原子の再配列が促進される。これにより前記非磁性中間層４ｂの表面４ｂ１の表面粗さが低減される。
【００３９】
プラズマ処理後は、直ちに、同真空チャンバー内に、純Ａｒガスに加えて微量の酸素を流入する。すると、上述のプラズマ処理により、前記表面４ｂ１が活性化されているため、例えば純Ａｒガスと酸素による混合ガス雰囲気中で前記表面４ｂ１に酸素が吸着される（図８を参照）。前記表面４ｂ１に吸着された酸素はサーファクタント（Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ）として機能する。
【００４０】
このように前記非磁性中間層４ｂの表面４ｂ１には、プラズマ処理により前記表面４ｂ１を活性化させる第１処理と、酸素を含む雰囲気中に曝す第２処理とからなる表面改質処理が施されている。なお、図１では、前記非磁性中間層４ｂの表面４ｂ１の箇所（前記非磁性中間層４ｂと非磁性中間層側磁性層４ｂ２との界面）を太い線で示し、これは前記表面４ｂ１に対し上記した表面改質処理がなされたことを模式図的に示している。
【００４１】
前記非磁性中間層４ｂの表面４ｂ１に前記表面改質処理を施すことで、サーファクタント効果が適切に発揮され、前記非磁性中間層４ｂ上に積層される第２固定磁性層４ｃ、非磁性中間層５及びフリー磁性層６の界面平坦性及び結晶性が向上する。また、前記第２固定磁性層４ｃは図１に示すように非磁性材料層側磁性層４ｃ１と、非磁性中間層側磁性層４ｃ２の２層構造で形成され、前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１は、前記非磁性中間層側４ｃ２よりも比抵抗の小さい磁性材料で形成される。さらに前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１は、前記非磁性中間層側４ｃ２よりも酸化されにくい材質で形成されることが好ましい。具体的には前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１はＣｏで、前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２はＣｏＦｅ合金で形成される。これにより、前記第２固定磁性層４ｃ内では、微量に取り込まれた酸素の濃度が前記第２固定磁性層４ｃの下面から上面に向かうにしたがって徐々に小さくなる勾配を有する。これらの原因により、アップスピンを持つ伝導電子は、前記第２固定磁性層４ｃと非磁性中間層４ｂとの界面で反射しやすくなり、平均自由工程は長くなる。この結果、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ることができる。
【００４２】
さらに図１に示す実施の形態では、前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚をＸ（Å）、前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１の膜厚をＹ（Å）としたとき、第２固定磁性層４ｃに占める非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚比｛Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）｝×１００（％）は１６％〜５０％の範囲内に規制されている。前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１は非磁性中間層側磁性層４ｃ２よりも比抵抗が低いため、前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１の膜厚比を大きくすると、アップスピンの平均自由工程が長くなるので、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくできるが、抵抗変化量（ΔＲｓ）や最小抵抗値（ｍｉｎＲｓ）が小さくなってしまう。なおΔＲｓ／ｍｉｎＲｓ＝ΔＲ／Ｒの関係が成り立っている。上記したΔＲｓ及びｍｉｎＲｓが小さくなると再生出力が低下するので、前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１の膜厚比があまり大きすぎる（非磁性中間層側磁性層の膜厚比が小さすぎる）のはよくない。上記のように、第２固定磁性層４ｃに占める非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚比を１６％〜５０％の範囲内で調整することで、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくできるとともに、ΔＲｓ及びｍｉｎＲｓも大きくでき、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と再生出力の双方を適切に大きくすることが可能になる。前記第２固定磁性層４ｃに占める非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚比｛Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）｝×１００（％）は１８．２％〜４５．５％の範囲内であることが、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と再生出力の双方を適切に大きくできて好ましい。
【００４３】
前記非磁性中間層４ｂは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのいずれか１種または２種以上の元素で形成されていることが好ましい。このうち、前記非磁性中間層４ｂは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅのいずれか１種または２種以上の元素で形成されることが好ましい。これら元素は酸化されにくい特性を有するため、酸素フロー時間を長くする等して酸素供給量を多くしても前記非磁性中間層４ｂの表面４ｂ１に酸化層が生じることがない。したがって前記表面４ｂ１に十分な量の酸素を吸着させることができる。
【００４４】
前記第２固定磁性層４ｃの膜厚は、１５Å以上で３０Å以下であることが好ましい。上記したように、前記第１固定磁性層４ａは例えば１２〜２４Å程度で形成されるため、前記第２固定磁性層４ｃの膜厚が１５Åより小さくなると、第２固定磁性層４ｃと第１固定磁性層４ａとの膜厚差が大きくなり、前記第２固定磁性層４ｃと第１固定磁性層４ａとの間で生じるＲＫＫＹ的相互作用が小さくなり適切に前記第１固定磁性層４ａと第２固定磁性層４ｃを磁化固定できず好ましくない。また図１に示す積層膜を有するシングルスピンバルブ型薄膜素子がＣＩＰ（current  in  the  plane）型である場合、前記第２固定磁性層４ｃの膜厚が厚くなりすぎると、ΔＲｓ及びｍｉｎＲｓが小さくなり、再生出力が低下するので、前記第２固定磁性層４ｃは３０Å以下の膜厚であることが好ましい。なおＣＩＰ型とは、図１に示す積層膜に対して膜面と平行な方向に電流が流されるものである。一方、前記積層膜の各層の膜面に対し垂直方向に電流が流されるタイプをＣＰＰ（current  perpendicular  to  the  plane）型と呼ぶ。
【００４５】
また磁気モーメントについて考察してみると、第１固定磁性層４ａの磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ）と、第２固定磁性層４ｃの磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ）は、第２固定磁性層４ｃの磁気モーメント≧第１固定磁性層４ａの磁気モーメントであることが好ましい。ただし、第２固定磁性層４ｃの磁気モーメント−第１固定磁性層４ａの磁気モーメントが大きくなると、一方向性交換バイアス磁界Ｈｅｘ＊が小さくなり好ましくない。一方向交換バイアス磁界には、前記固定磁性層と反強磁性層間で発生する交換結合磁界のほか、前記固定磁性層は積層フェリ構造であるため、ＲＫＫＹ相互交換作用における結合磁界などを含む磁界の大きさである。また、第１固定磁性層４ａの磁気モーメントがあまり大きくなりすぎると反強磁性層３との間で生じる交換結合磁界が小さくなってしまい好ましくない。
【００４６】
ところで、酸素によるサーファクタント効果は、第２固定磁性層４ｃ、非磁性材料層５及びフリー磁性層６に適切に及ぼされることが好ましく、このため、図１の積層膜の構造の場合、前記第２固定磁性層４ｃの直下にある非磁性中間層４ｂの表面４ｂに上記した表面改質処理を施すことが好ましいが、前記サーファクタント効果は、任意に設定したある所定面に一度酸素を吸着させれば、前記所定面上に何層か積層されても、ある程度持続できることがわかっている。このため前記非磁性中間層４ｂの表面４ｂよりも下側にある層間の界面、あるいは層内にける所定面に対し前記表面改質処理を施しても前記サーファクタント効果を期待できると考えられる。
【００４７】
図６に示す実施の形態では、前記非磁性中間層４ｂの表面４ｂ１に前記表面改質処理は施されていない。図６では、前記非磁性中間層４ｂの層内であって、固定磁性層４と反強磁性層３との界面と平行な面方向（図示Ｘ―Ｙ平面と平行な面方向）に形成される符号Ａの所定面に前記表面改質処理が施されている。前記非磁性中間層４ｂを途中まで成膜し、そのときの非磁性中間層４ｂの表面に対し前記表面改質処理を施し、さらに前記表面改質処理がされた前記表面上に残りの非磁性中間層４ｂを成膜すれば、前記非磁性中間層４ｂ内に表面改質処理がされた面Ａを形成できる。あるいは、図６のように、前記第１固定磁性層４ａの表面４ａ１や、反強磁性層３の表面３ａに前記表面改質処理を施してもよい。なお酸化されやすい表面に前記表面改質処理を施してもサーファクタント効果をさほど期待できないため、例えば第１固定磁性層４ａがＣｏＦｅ合金等、比較的酸化されやすい材質で形成される場合は、前記第１固定磁性層４ａの表面４ａ１に前記表面改質処理を施さないほうがよいと考えられる。
【００４８】
図２に示す実施の形態のスピンバルブ型薄膜素子の積層膜は、下から下地層１、シード層２、反強磁性層３、固定磁性層４、非磁性材料層５、フリー磁性層６、非磁性材料層７、固定磁性層８、反強磁性層９及び保護層１０の順で積層されている。前記下地層１から前記非磁性材料層５までは図１と同じ積層構造で形成されている。図２に示すフリー磁性層６は３層構造であり、軟磁性層６ａの上下に拡散防止層６ａ，６ｃが形成されている。フリー磁性層６よりも上側にある前記固定磁性層８は、第１固定磁性層８ａ、非磁性中間層８ｂ及び第２固定磁性層８ｃで形成された積層フェリ構造である。前記第２固定磁性層８ｃはさらに非磁性材料層側磁性層８ｃ１と非磁性中間層側磁性層８ｃ２の２層構造で形成されている。前記非磁性材料層側磁性層８ｃ１は例えばＣｏで形成され、非磁性中間層側磁性層８ｃ２は例えばＣｏＦｅ合金で形成される。
【００４９】
図２に示す実施の形態では、前記表面改質処理は、フリー磁性層６の下側にある前記固定磁性層４の非磁性中間層４ｂの表面４ｂ１に施されている。前記非磁性中間層４ｂの表面４ｂ１に前記表面改質処理を施すことで、サーファクタント効果が適切に発揮され、前記非磁性中間層４ｂ上に積層される第２固定磁性層４ｃ、非磁性中間層５、フリー磁性層６、非磁性材料層７及び固定磁性層８の界面平坦性及び結晶性が向上する。また前記第２固定磁性層４ｃ内では、微量に取り込まれた酸素の濃度が前記第２固定磁性層４ｃの下面から上面に向かうにしたがって徐々に小さくなる勾配を有する。これらの原因により、アップスピンを持つ伝導電子の平均自由工程は長くなり、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ることができる。
【００５０】
さらに図２に示す実施の形態では、前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２，８ｃ２の膜厚をＸ（Å）、前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１，８ｃ１の膜厚をＹ（Å）としたとき、第２固定磁性層４ｃ，８ｃに占める非磁性中間層側磁性層４ｃ２，８ｃ２の膜厚比｛Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）｝×１００（％）は１６％〜５０％の範囲内に規制されている。前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１，８ｃ１は非磁性中間層側磁性層４ｃ２，８ｃ２よりも比抵抗が低いため、前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１，８ｃ１の膜厚比を大きくすると、アップスピンの平均自由工程が長くなるので、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくできるが、抵抗変化量（ΔＲｓ）や最小抵抗値（ｍｉｎＲｓ）が小さくなってしまう。よって上記のように、第２固定磁性層４ｃ，８ｃに占める非磁性中間層側磁性層４ｃ２，８ｃ２の膜厚比を１６％〜５０％の範囲内で調整することで、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくできるとともに、ΔＲｓ及びｍｉｎＲｓも大きくでき、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と再生出力の双方を適切に大きくすることが可能になる。前記第２固定磁性層４ｃ，８ｃに占める非磁性中間層側磁性層４ｃ２，８ｃ２の膜厚比｛Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）｝×１００（％）は１８．２％〜４５．５％の範囲内であることが、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と再生出力の双方を適切に大きくできて好ましい。なお前記第２固定磁性層４ｃ，８ｃに占める非磁性中間層側磁性層４ｃ２，８ｃ２の膜厚比が１６％〜５０％の範囲内であれば、前記第２固定磁性層４ｃに占める非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚比と前記第２固定磁性層８ｃに占める非磁性中間層側磁性層８ｃ２の膜厚比とが同じである必要はない。当然、第２固定磁性層４ｃと第２固定磁性層８ｃの膜厚が同じである必要もない。
【００５１】
図２に示すスピンバルブ型薄膜素子はデュアルスピンバルブ型薄膜素子と呼ばれる構造である。図２に示す実施の形態では、表面改質処理された非磁性中間層４ｂの表面４ｂ１から、フリー磁性層６よりも上側に形成された前記固体磁性層８の第２固定磁性層８ｃまでの距離が長いため、前記第２固定磁性層８ｃに対するサーファクタント効果は、フリー磁性層６よりも下側に形成された固定磁性層４の第２固定磁性層４ｃに比べて小さいと思われる。したがって前記第２固定磁性層８ｃに対するサーファクタント効果を向上させるために、前記表面改質処理を、例えば非磁性材料層７の表面７ａやフリー磁性層６の拡散防止層６ｃの表面６ｃ１等に施すことが好ましい。
【００５２】
ただし非磁性材料層５，７の上下面は、大きな抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得るためにかなりデリケートに形成され、前記非磁性材料層５，７の上下面に不純物が入ると、それだけで抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が低下しやすい。このため、できる限り前記非磁性材料層５，７の上下面に前記表面改質処理を施さず、他の部位に前記表面改質処理を施すことが好ましい。
【００５３】
また前記表面改質処理は、できる限り酸化されにくい表面に対し行ったほうがよく、このためＲｕ等で形成される非磁性中間層４ｂの表面４ｂ１に対し前記表面改質処理を施すことが好ましい。そして前記非磁性中間層４ｂが第２固定磁性層４ｃよりも下側に存在する実施形態は、下から固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層の順に積層した図１の形態であり、図１の形態がもっとも酸素によるサーファクタント効果を得やすい形態であると思われる。
【００５４】
なお、下からフリー磁性層、非磁性材料層及び固定磁性層の順で積層されている積層膜の構成であっても当然よい。積層膜の構造がいずれにせよ、非磁性材料層の下に設けられる前記第２固定磁性層、あるいはフリー磁性層、または前記フリー磁性層が、第１フリー磁性層と、第２フリー磁性層と、前記第１フリー磁性層と第２フリー磁性層との間に形成される非磁性中間層とを有し、前記第２フリー磁性層が前記非磁性材料層と接する側に設けられる構造（積層フェリ構造）のときは前記第２フリー磁性層、のいずれかの下側に設けられる層の所定面に前記表面改質処理が施されることが、前記第２固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、及びフリー磁性層が積層フェリ構造のときは第２フリー磁性層の界面平坦性及び結晶性を適切に向上させることができ好ましい。
【００５５】
図３は図１に示す積層膜を有するシングルスピンバルブ型薄膜素子を備えた再生ヘッドを記録媒体との対向面側から見た部分断面図であり、前記シングルスピンバルブ型薄膜素子はＣＩＰ型である。
【００５６】
符号２０は、磁性材料製の下部シールド層２０であり、前記下部シールド層２０上にＡｌ２Ｏ３等の絶縁材料で形成された下部ギャップ層２１が形成されている。前記下部ギャップ層２１上には、図１に示す積層膜と同じ構造の積層膜Ｔ１が形成されている。
【００５７】
前記積層膜Ｔ１は、下から、下地層１、シード層２、反強磁性層３、固定磁性層４、非磁性材料層５、フリー磁性層６及び保護層１０の順で積層されている。前記積層膜Ｔ１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側端面に例えばＣｒ、Ｗ、Ｗ−Ｔｉ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金などで形成されるバイアス下地層２２が形成され、前記バイアス下地層２２上に、ハードバイアス層２３及び電極層２４が積層されれている。前記ハードバイアス層２３は例えばＣｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト−クロム−白金）合金などで形成される。また前記電極層２４は、Ｃｒ，Ｗ，Ａｕ，Ｒｈ，α―Ｔａ等の導電性材料により形成される。なお、前記スピンバルブ型薄膜素子は、前記積層膜Ｔ１、バイアス下地層２２、ハードバイアス層２３及び前記電極層２４で構成される。
【００５８】
図３に示すように、前記積層膜Ｔ１上から電極層２４上にかけてＡｌ２Ｏ３等の絶縁材料で形成された上部ギャップ層２５が形成され、前記上部ギャップ層２５上には磁性材料で形成された上部シールド層２６が形成されている。
【００５９】
図３の実施の形態では、前記ハードバイアス層２３からの縦バイアス磁界によってフリー磁性層６の磁化はトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。そして記録媒体からの信号磁界（外部磁界）に対し、フリー磁性層６の磁化が感度良く変動する。一方、固定磁性層４の磁化は、ハイト方向（図示Ｙ方向）と平行な方向に固定されている。
【００６０】
フリー磁性層６の磁化方向の変動と、固定磁性層４の固定磁化方向（特に第２固定磁性層４ｃの固定磁化方向）との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化または電流変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００６１】
図４は図３とは別の構成のＣＩＰ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子を備えた再生ヘッドを記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【００６２】
図４では図３と違って積層膜Ｔ２に反強磁性層２が設けられていない。図４は、固定磁性層自体の一軸異方性によって固定磁性層４の磁化が固定される、いわゆる自己固定式の磁気検出素子である。
【００６３】
図４では、前記固定磁性層４の下側に、例えば、Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ，Ｒｅ，Ｍｏ，Ｗなどの単体元素、あるいはこれらの元素のうち２種以上からなる合金、または、Ｒ―Ｍｎ（ただし元素Ｒは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で形成された磁歪増強層３０が５Å以上５０Å以下程度の膜厚で形成される。
【００６４】
固定磁性層４の磁歪定数λｓを大きくすることによって磁気弾性エネルギーを大きくし、これによって、固定磁性層４の一軸異方性を大きくするものである。固定磁性層４の一軸異方性が大きくなると、固定磁性層４の磁化は一定の方向に強固に固定され、スピンバルブ型薄膜素子の出力が大きくなりかつ出力の安定性や対称性も向上する。
【００６５】
図４に示されるスピンバルブ型薄膜素子では、固定磁性層４を構成する第１固定磁性層４ａの前記非磁性材料層５側と反対側の面には非磁性金属製の磁歪増強層３０が接して設けられている。これによって、第１固定磁性層４ａの特に下面側の結晶構造に歪みを生じさせて第１固定磁性層４ａの磁歪定数λｓを大きくさせている。これによって前記固定磁性層４の一軸異方性は大きくなり、反強磁性層３が形成されなくても前記固定磁性層４をハイト方向（図示Ｙ方向）と平行な方向に強固に固定できる。
【００６６】
なお図４においてスピンバルブ型薄膜素子は、前記積層膜Ｔ２（前記磁歪増強層を含む）、バイアス下地層２２、ハードバイアス層２３及び前記電極層２４で構成される。
【００６７】
図３，図４では特にシングルスピンバルブ型薄膜素子を備えた再生ヘッドについて説明したが、図３及び図４に示す構造は、図２に示す積層膜を有するデュアルスピンバルブ型薄膜素子を備えた再生ヘッドにも適用できる。
【００６８】
図５は図１に示す積層膜を有するシングルスピンバルブ型薄膜素子を備えた再生ヘッドを記録媒体との対向面側から見た部分断面図であり、前記シングルスピンバルブ型薄膜素子はＣＰＰ型である。
【００６９】
図５では、図３と異なり、前記積層膜Ｔ１と下部シールド層２０の間、及び前記積層膜Ｔ１と上部シールド層２６の間には絶縁材料製のギャップ層は形成されていない。前記下部シールド層２０及び上部シールド層２６が電極として機能し、前記積層膜Ｔ１には、各層の膜面と垂直方向（図示Z方向と平行な方向）に電流が流される。
【００７０】
図５では前記積層膜Ｔ１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側には、下から絶縁層４０、ハードバイアス層２３及び絶縁層４１の順に積層された積層構造が形成されている。前記絶縁層４０，４１は電流が前記積層膜Ｔ１の両側に分流するのを抑制するための層である。
【００７１】
図５に示すＣＰＰ型のスピンバルブ型薄膜素子の積層膜Ｔ１の構成は図４で説明した自己固定式の積層膜Ｔ２の構造であってもよいし、図２に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子の積層膜の構造にも適用できる。なお図５におけるスピンバルブ型薄膜素子は、積層膜Ｔ１、絶縁層４０，４１，ハードバイアス層２３，下部シールド層２０，及び上部シールド層２６で構成される。
【００７２】
図１に示すシングルスピンバルブ型薄膜素子の積層膜の製造方法について以下に説明する。図７及び図９は、製造工程中の前記シングルスピンバルブ型薄膜素子の積層膜を記録媒体との対向面側から見た断面図であり、図８は、酸素が非磁性中間層の表面に吸着する様子を示す模式図である。
【００７３】
図７に示すように、下地層１，シード層２，反強磁性層３，固定磁性層４を構成する第１固定磁性層４ａ及び非磁性中間層４ｂをそれぞれスパッタ法にて成膜する。各層の材質については既に述べたのでそちらを参照されたい。スパッタ法にはＤＣマグネトロンスパッタ法、ＲＦスパッタ法、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等を使用できる。図７に示す各層を真空チャンバー内で順番に積層する。
【００７４】
図７では、前記非磁性中間層４ｂをＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのいずれか１種または２種以上の元素で形成することが好ましい。より好ましくは、前記非磁性中間層４ｂを酸化されにくいＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅで形成することである。以下では、前記非磁性中間層４ｂをＲｕで形成したとして説明する。
【００７５】
前記非磁性中間層４ｂまで成膜したら、同真空チャンバー内に純Ａｒガスを導入し、スパッタが起こらない程度に低エネルギーのプラズマを前記非磁性中間層４ｂの表面４ｂ１に形成する。すると、プラズマ粒子が前記表面４ｂ１に衝突し、前記表面４ｂ１に存在するＲｕ原子を活性化し、前記表面４ｂ１で原子再配列が促進される（表面改質処理における第１処理）。これにより前記表面４ｂ１の表面粗さが低減される。プラズマ処理時の条件は、例えば、高周波電力を３０〜１２０Ｗ、Ａｒガス圧を０．１３〜３．９９Ｐａ、処理時間を３０〜１８０秒とする。
【００７６】
プラズマ処理後、直ちに、同真空チャンバー内に、純Ａｒガスに加えて微量の酸素を流入する。前記プラズマ処理により前記非磁性中間層４ｂの表面４ｂ１が活性化されているため、純Ａｒガスと酸素による混合ガス雰囲気中で前記表面４ｂ１に酸素が吸着される（表面改質処理における第２処理。図８を参照）。Ｒｕ等、酸化されにくい材質で前記非磁性中間層４ｂを形成することにより、酸素フロー時間等を長くして酸素供給量を多くしても前記非磁性中間層４ｂの表面４ｂ１に酸化層が生じることなく、前記表面４ｂ１に十分な量の酸素を吸着させることができる。また前記純Ａｒガス（不活性ガス）は酸素の希釈剤として用いたもので、前記純Ａｒガス自体が酸素吸着に対して関与しない。よって純Ａｒガスを用いずに酸素のみを真空チャンバー内に流入し、酸素雰囲気中で前記非磁性中間層４ｂの表面４ｂ１に酸素を吸着させてもよい。酸素フロー時の条件は、例えば、酸素ガス圧を０．２６６×１０―３〜６．６５×１０―３Ｐａ，酸素フロー時間を３０〜１８０秒とする。
【００７７】
次に、図９に示す工程では、同真空チャンバー内に、純Ａｒガスを導入し、非磁性中間層側磁性層４ｃ２をスパッタ法により成膜する。前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２をＸ（Å）の膜厚で形成する。前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２を次に成膜される非磁性材料層側磁性層４ｃ１より比抵抗の高い磁性材料で形成する。前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２をＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉのうち２種以上の元素を有する磁性材料で形成することが好ましい。また前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２をＣｏＦｅ合金で形成することがより好ましい。また、前記第１固定磁性層４ａもＣｏＦｅ合金で形成することで、前記第１固定磁性層４ａと第２固定磁性層４ｃとの間に生じるＲＫＫＹ的相互作用を大きくできる。
【００７８】
続いて、同真空チャンバー内に純Ａｒガスを導入した状態にて、前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２の上に非磁性材料層側磁性層４ｃ１をスパッタ法により成膜する。前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１をＹ（Å）の膜厚で形成する。前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１を前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２より比抵抗の低い磁性材料で形成する。好ましくは前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１をＣｏで形成する。このとき、前記第２固定磁性層４ｃに占める非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚比｛Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）｝×１００（％）が１６％〜５０％の範囲内になるように、また、前記第２固定磁性層４ｃの膜厚（Ｘ＋Ｙ）が１５Å〜３０Åの範囲内となるように、前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２及び非磁性材料層側磁性層４ｃ１の膜厚Ｘ，Ｙをそれぞれ制御する。
【００７９】
前記非磁性中間層４ｂの表面４ｂ１に酸素を吸着させることで、サーファクタント効果が適切に発揮され、前記非磁性中間層４ｂ上に積層される第２固定磁性層４ｃの界面平坦性及び結晶性が向上する。また前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１を、前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２よりも比抵抗の小さい磁性材料で形成し、さらに前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１を、前記非磁性中間層側４ｃ２よりも酸化されにくい材質で形成することで、前記第２固定磁性層４ｃ内では、微量に取り込まれた酸素の濃度が前記第２固定磁性層４ｃの下面から上面に向かうにしたがって徐々に小さくなる勾配を有する。
【００８０】
図９の工程後、前記第２固定磁性層４ｃ上に、非磁性材料層５、フリー磁性層６及び保護層１０をスパッタ法により成膜するが、前記第２固定磁性層４ｃの界面平坦性及び結晶性が向上したことで、前記非磁性材料層５及びフリー磁性層６の界面平坦性及び結晶性も適切に向上し、このように前記サーファクタント効果が前記第２固定磁性層４ｃ、非磁性材料層５及びフリー磁性層６に適切に及ぶ。
【００８１】
前記第２固定磁性層４ｃ、非磁性材料層５及びフリー磁性層６の界面平坦性及び結晶性が向上したことで、アップスピンを持つ伝導電子の平均自由工程は長くなり、この結果、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ることができる。
【００８２】
また図９で説明したように、前記第２固定磁性層４ｃに占める非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚比｛Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）｝×１００（％）を１６％〜５０％の範囲内に規制することで、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくできるとともに、ΔＲｓ及びｍｉｎＲｓも大きくでき、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と再生出力の双方を適切に大きくすることが可能になる。前記第２固定磁性層４ｃに占める非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚比｛Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）｝×１００（％）を１８．２％〜４５．５％の範囲内に調整することが、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と再生出力の双方をより適切に大きくできて好ましい。
【００８３】
このように本実施形態では、前記非磁性中間層４ｂの表面４ｂ１に対し、プラズマ処理を行って前記表面４ｂ１を活性化させる第１処理と、前記第１処理終了後に、前記表面４ｂ１に酸素を吸着させる第２処理と、からなる表面改質処理を行うこと、及び第２固定磁性層４ｃを非磁性材料層側磁性層４ｃ１と非磁性中間層側磁性層４ｃ２の少なくとも２層構造とし、前記非磁性材料層側磁性層４ｃ１と非磁性中間層側磁性層４ｃ２の材質及び膜厚を適切に制御することで、簡単且つ適切に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）及び再生出力の大きい磁気検出素子を製造することができる。
【００８４】
前記第２固定磁性層４ｃを３層以上の積層構造で形成してもよい。かかる場合、例えば、非磁性中間層側磁性層４ｃ２，中間磁性層、非磁性材料層側磁性層４ｃ１の順に比抵抗が小さくなる磁性材料で各層を形成する。
【実施例】
【００８５】
図１に示すシングルスピンバルブ型薄膜素子の積層膜を製造した。
前記積層構造は、下地層１；Ｔａ／シード層２；｛Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２｝４０at%Ｃｒ６０at%（４２）／反強磁性層３；ＩｒＭｎ（５５）／固定磁性層４［第１固定磁性層４ａ；Ｆｅ７０at%Ｃｏ３０at%（１４）／非磁性中間層４ｂ；Ｒｕ（８．７）／非磁性中間層側磁性層４ｃ２；Ｆｅ９０at%Ｃｏ１０at%（Ｘ）／非磁性材料層側磁性層４ｃ１；Ｃｏ（２２―Ｘ）］／非磁性材料層５；Ｃｕ（１９）／フリー磁性層６[Ｃｏ９０at%Ｆｅ１０at%（１０）／ＮｉＦｅ（３２）]／保護層１０；Ｔａ（３０）であった。なお括弧内の数値は膜厚を示し単位はÅである。そして、前記積層膜のトラック幅方向の両側にハードバイアス層と電極層とが形成される図３と同様のＣＩＰ型スピンバルブ型薄膜素子を製造した。
【００８６】
前記ＣＩＰ型スピンバルブ型薄膜素子の層構造は同じで、前記非磁性中間層４ｂの表面４ｂ１に対し、表面改質処理を行ったもの（実施例）と、前記表面改質処理を行わなかったもの（比較例）をそれぞれ製造した。表面改質処理の条件は以下のとおりであった。
【００８７】
＜Ａｒプラズマ処理（第１処理）＞
高周波電力：１００Ｗ
Ａｒガス圧：２．６６Ｐａ
処理時間：１２０秒
【００８８】
＜酸素フロー処理（第２処理）＞
酸素ガス圧：：１．４３×１０−３Ｐａ
処理時間：６０秒
【００８９】
また、実施例のＣＩＰ型スピンバルブ型薄膜素子及び比較例のＣＩＰ型スピンバルブ型薄膜素子のそれぞれ第２固定磁性層４ｃをハイト方向（図示Ｙ方向）に磁化固定し、第１固定磁性層４ａをハイト方向と逆方向（図示Ｙ方向と逆方向）に磁化固定しており、トラック幅方向に磁化が揃えられたフリー磁性層６に対し、ハイト方向に向けて外部磁界を与え、この外部磁界を徐々に強くしていったときの前記スピンバルブ型薄膜素子の抵抗最小値ｍｉｎＲｓ、及び抵抗変化量ΔＲｓを測定した。抵抗値は、前記フリー磁性層６の磁化が第２固定磁性層４ｃの磁化と同じ方向であるハイト方向に向いたときもっとも小さくなる（ｍｉｎＲｓの測定）。また、もっとも高い抵抗値から前記ｍｉｎＲｓを引くことで、抵抗変化量ΔＲｓを求めることができる。また抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）＝ΔＲｓ／ｍｉｎＲｓの関係が成り立っているので、前記ｍｉｎＲｓ及びΔＲｓを求めることで、前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を求めることができる。
【００９０】
実験では、実施例のＣＩＰ型スピンバルブ型薄膜素子及び比較例のＣＩＰ型スピンバルブ型薄膜素子のそれぞれにおいて、前記第２固定磁性層４ｃの膜厚を２２Åに固定し、その中で非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚Ｘを種々変化させたときの、前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚Ｘ（絶対値）及び膜厚比と抵抗最小値ｍｉｎＲｓとの関係、前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚（絶対値）及び膜厚比と抵抗変化量ΔＲｓとの関係、及び前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚（絶対値）及び膜厚比と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係について調べた。その実験結果を図１０ないし図１２に示す。なお前記膜厚比は、小数点第２位を四捨五入した値である。
【００９１】
図１０に示すように、第２固定磁性層４ｃ中に占める非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚比が大きくなるほど、ｍｉｎＲｓは大きくなることがわかった。この傾向は実施例及び比較例の双方において同じで、ただし実施例のほうが比較例に比べてｍｉｎＲｓの値が大きくなった。非磁性中間層側磁性層４ｃ２はＣｏＦｅ合金で形成され、非磁性材料層側磁性層４ｃ１はＣｏで形成され、前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２ほうが非磁性材料層側磁性層４ｃ１より比抵抗が大きいから、前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚比が大きくなることで、ｍｉｎＲｓは大きくなると考えられる。
【００９２】
次に、図１１に示すように、第２固定磁性層４ｃ中に占める非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚比が大きくなるにつれて、ΔＲｓは大きくなることがわかった。また実施例のほうが比較例よりΔＲｓが大きくなることがわかった。
【００９３】
しかし図１１に示すように、実施例と比較例とでは、やや前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚比に対するΔＲｓの増減の傾向が異なることがわかった。比較例では、第２固定磁性層４ｃ中に占める非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚比が大きくなることで、前記ΔＲｓはゆるやかに直線的に大きくなっていることがわかった。
【００９４】
一方、実施例の場合、第２固定磁性層４ｃ中に占める非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚比が大きくなると、前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚比がほぼ５５％（膜厚は、ほぼ１２Å）となったところで、ΔＲｓが最大となり、前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚が１２Åより大きくなると、徐々に前記ΔＲｓが低下する傾向が見られた。このように実施例の場合、第２固定磁性層４ｃ中に占める非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚比が大きくなると、ΔＲｓは一旦大きくなるが、途中から前記ΔＲｓは徐々に小さくなることがわかった。
【００９５】
したがって、ΔＲｓ／ｍｉｎＲｓで求めることができる抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）も、第２固定磁性層４ｃ中に占める非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚比が大きくなると、一旦大きくなるが、途中から徐々に小さくなる傾向を示す（図１２）。図１２に示すように、前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚比が２７．３％（膜厚はほぼ６Å）のときに、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が最大となることがわかった。
【００９６】
図１２に示すように、比較例の場合、第２固定磁性層４ｃ中に占める非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚比が大きくなるほど、前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は徐々に直線的に小さくなっていく。このように比較例の場合、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と、ｍｉｎＲｓ及びΔＲｓとが完全な（きれいな）トレードオフの関係にあり、すなわち抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）がもっとも高くなる非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚比を選択すると（すなわち非磁性中間層側磁性層の膜厚は０Å）、逆にｍｉｎΔＲｓ及びΔＲｓがもっとも小さくなる傾向にあり、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）、ｍｉｎΔＲｓ及びΔＲｓのすべてを適切に大きく設定することができなかった。
【００９７】
これに対し実施例では、図１２に示すように、第２固定磁性層４ｃ中に占める非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚比を１６％〜５０％の範囲内に設定すると、前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくできるとともに、ｍｉｎΔＲｓ及びΔＲｓも大きくできることがわかった。また、前記非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚比を１８．２％〜４５．５％の範囲内に設定すると、前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）及びｍｉｎΔＲｓ及びΔＲｓをより適切に大きくできることがわかった。
【００９８】
以上により、本実施の形態では、第２固定磁性層４ｃ中に占める非磁性中間層側磁性層４ｃ２の膜厚比を１６％〜５０％の範囲内に設定し、より好ましい膜厚比を１８．２％〜４５．５％の範囲内にした。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の実施形態のシングルスピンバルブ型薄膜素子の積層膜を示す模式図、
【図２】本発明の実施形態のデュアルスピンバルブ型薄膜素子の積層膜を示す模式図、
【図３】図１に示す積層膜を有するＣＩＰ型シングルスピンバルブ型薄膜素子を備えた再生ヘッドを記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図４】図３とは別の構成のＣＩＰ型シングルスピンバルブ型薄膜素子を備えた再生ヘッドを記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図５】図１に示す積層膜を有するＣＰＰ型シングルスピンバルブ型薄膜素子を備えた再生ヘッドを記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図６】図１に示す積層膜の一部のみを示し、特に図１とは異なる表面改質処理の箇所を説明するための模式図、
【図７】製造工程中の図１に示すシングルスピンバルブ型薄膜素子の積層膜を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図８】酸素が非磁性中間層の表面に吸着する様子を示す模式図、
【図９】図７の次に行われる工程図（部分断面図）、
【図１０】実施例（非磁性中間層表面に対し表面改質処理を施したもの）のＣＩＰ型スピンバルブ型薄膜素子及び比較例のＣＩＰ型スピンバルブ型薄膜素子（非磁性中間層表面に対し表面改質処理を施していないもの）のそれぞれにおいて、第２固定磁性層の膜厚を２２Åに固定し、その中で非磁性中間層側磁性層の膜厚Ｘを種々変化させたときの、前記非磁性中間層側磁性層の膜厚Ｘ（絶対値）及び膜厚比と抵抗最小値ｍｉｎＲｓとの関係を示すグラフ、
【図１１】実施例（非磁性中間層表面に対し表面改質処理を施したもの）のＣＩＰ型スピンバルブ型薄膜素子及び比較例のＣＩＰ型スピンバルブ型薄膜素子（非磁性中間層表面に対し表面改質処理を施していないもの）のそれぞれにおいて、第２固定磁性層の膜厚を２２Åに固定し、その中で非磁性中間層側磁性層の膜厚Ｘを種々変化させたときの、前記非磁性中間層側磁性層の膜厚Ｘ（絶対値）及び膜厚比と抵抗変化量ΔＲｓとの関係を示すグラフ、
【図１２】実施例（非磁性中間層表面に対し表面改質処理を施したもの）のＣＩＰ型スピンバルブ型薄膜素子及び比較例のＣＩＰ型スピンバルブ型薄膜素子（非磁性中間層表面に対し表面改質処理を施していないもの）のそれぞれにおいて、第２固定磁性層の膜厚を２２Åに固定し、その中で非磁性中間層側磁性層の膜厚Ｘを種々変化させたときの、前記非磁性中間層側磁性層の膜厚Ｘ（絶対値）及び膜厚比と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、
【符号の説明】
【０１００】
１  下地層
２  シード層
３、９  反強磁性層
４、８  固定磁性層
４ａ、８ａ  第１固定磁性層
４ｂ、８ｂ  非磁性中間層
４ｃ、８ｃ  第２固定磁性層
４ｃ１、８ｃ１  非磁性材料層側磁性層
４ｃ２、８ｃ２  非磁性中間層側磁性層
５、７  非磁性材料層
６  フリー磁性層
１０  保護層
【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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