(57)【要約】【課題】特に狭トラック化においても再生波形の安定性を図り、且つサイドリーディングの発生を抑え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目的としている。【解決手段】フリー磁性層２６のトラック幅方向の両側にはハードバイアス層３２が設けられ、前記フリー磁性層２６の素子両側端部Ｃ上で非磁性中間層２７を介して形成された強磁性層３４が、前記ハードバイアス層３２上にまで延びている。これにより素子両側端部Ｃでのフリー磁性層２６及び強磁性層３４の磁化の乱れを軽減でき、よってフリー磁性層２６の素子中央部Ｄでの磁化を安定した単磁区化構造に維持できるので、再生波形の安定性を向上させることができ、しかも人工フェリ構造である素子両側端部Ｃの再生感度を効果的に鈍化させることができ、サイドリーディングの発生を適切に抑制することが可能になる。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下から順に、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層を有して積層された多層膜を有する磁気検出素子において、
前記多層膜を構成する各層のトラック幅方向における両側端面は連続面で形成され、前記連続面のトラック幅方向の両側にはバイアス層が設けられ、
前記フリー磁性層の素子両側端部上に形成された非磁性中間層上からバイアス層上にかけて強磁性層が形成されていることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項２】
膜厚方向における前記バイアス層と強磁性層間には非磁性のスペーサ層が設けられる請求項１記載の磁気検出素子。
【請求項３】
前記バイアス層及び強磁性層のトラック幅方向における外側の端面は、連続面として形成される請求項１または２に記載の磁気検出素子。
【請求項４】
前記連続面のトラック幅方向における両側に第２電極層が設けられる請求項３記載の磁気検出素子。
【請求項５】
前記連続面のトラック幅方向における両側に第２絶縁層が設けられる請求項３記載の磁気検出素子。
【請求項６】
前記強磁性層上には第１電極層が設けられる請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項７】
前記強磁性層上には第１絶縁層が設けられ、トラック幅方向における前記第１絶縁層間及び強磁性層間の間隔内に上側電極層が設けられる請求項１ないし３または５のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項８】
膜厚方向における前記強磁性層と第１電極層間、あるいは前記強磁性層と第１絶縁層間にストッパ層が設けられる請求項６または７に記載の磁気検出素子。
【請求項９】
前記フリー磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントから強磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを引いた単位面積当たりの合成磁気モーメント（Ｎｅｔ　Ｍｓｔ）は０（Ｔ・ｎｍ）より大きく２．６（Ｔ・ｎｍ）以下である請求項１ないし８のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１０】
前記フリー磁性層の膜厚から前記強磁性層の膜厚を引いた膜厚差は０Å以上で３０Å以下である請求項１ないし９のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１１】
以下の工程を有することを特徴とする磁気検出素子の製造方法。
（ａ）下から順に、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層及び非磁性中間層を有する多層膜を積層形成する工程と、
（ｂ）前記多層膜を構成する各層のトラック幅方向における両側端面を削って連続面とし、前記連続面のトラック幅方向における両側にバイアス層を設ける工程と、
（ｃ）強磁性層を、前記フリー磁性層の素子両側端部上に形成された非磁性中間層上から前記バイアス層上にかけて形成する工程。
【請求項１２】
前記（ｃ）工程を以下の工程で行う請求項１１記載の磁気検出素子の製造方法。
（ｄ）前記非磁性中間層上から前記バイアス層上にかけて強磁性層及び第１電極層を連続して成膜する工程と、
（ｅ）前記第１電極層のトラック幅方向における両側端部上に、前記多層膜の上面のトラック幅方向における幅寸法よりも幅寸法の狭い間隔を有するマスク層を設け、前記間隔から露出する前記第１電極層を削って除去し、それにより露出した前記強磁性層を削って除去し、前記強磁性層を前記フリー磁性層の素子両側端部上に残す工程。
【請求項１３】
前記（ｄ）工程に代えて以下の工程を有する請求項１２記載の磁気検出素子の製造方法。
（ｆ）前記非磁性中間層上から前記バイアス層上にかけて強磁性層を形成する工程と、
（ｇ）前記バイアス層及び強磁性層のトラック幅方向における両側端面を削って連続面とする工程と、
（ｈ）前記連続面のトラック幅方向の両側に第２電極層あるいは第２絶縁層を形成する工程と、
（ｉ）前記強磁性層上及び前記第２電極層上あるいは第２絶縁層上に第１電極層を設ける工程。
【請求項１４】
前記（ｄ）工程及び（ｅ）工程における第１電極層を第１絶縁層とし、前記（ｅ）工程後、トラック幅方向における前記第１絶縁層間及び強磁性層間の間隔内に上側電極層を形成する請求項１２記載の磁気検出素子の製造方法。
【請求項１５】
前記（ｈ）工程で、前記連続面の両側に第２絶縁層を形成し、前記（ｉ）工程、（ｄ）工程及び（ｅ）工程での第１電極層を第１絶縁層とし、前記（ｅ）工程後、トラック幅方向における前記第１絶縁層間及び強磁性層間の間隔内に上側電極層を形成する請求項１３記載の磁気検出素子の製造方法。
【請求項１６】
前記（ｄ）工程、（ｉ）工程で、前記強磁性層上にストッパ層を形成した後、前記ストッパ層上に第１電極層を形成し、前記（ｅ）工程で第１電極層または第１絶縁層を削ってストッパ層を露出させた後、再び、前記ストッパ層及び強磁性層を削り込む請求項１２ないし１５のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
【請求項１７】
前記（ｂ）工程で前記バイアス層上に非磁性のスペーサ層を形成し、前記（ｃ）工程、（ｄ）工程あるいは（ｆ）工程で前記強磁性層を、前記スペーサ層上にかけて形成する請求項１１ないし１６のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
【請求項１８】
前記フリー磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントから強磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを引いた単位面積当たりの合成磁気モーメント（Ｎｅｔ　Ｍｓｔ）が０（Ｔ・ｎｍ）より大きく２．６（Ｔ・ｎｍ）以下となるように前記フリー磁性層及び強磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを調整する請求項１１ないし１７のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
【請求項１９】
前記フリー磁性層の膜厚から前記強磁性層の膜厚を引いた膜厚差が０Å以上で３０Å以下となるように、前記フリー磁性層及び強磁性層の膜厚を調整する請求項１１ないし１８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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハードバイアス方式によってフリー磁性層の磁化制御を行う磁気検出素子に係り、特に狭トラック化においても再生波形の安定性を図り、且つサイドリーディングの発生を抑制することが可能な磁気検出素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１７は従来の磁気検出素子（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部分断面図である。
【０００３】
符号１はＰｔＭｎなどの反強磁性層であり、前記反強磁性層１の上にＮｉＦｅ合金などで形成された固定磁性層２、Ｃｕなどで形成された非磁性材料層３、およびＮｉＦｅ合金などで形成されたフリー磁性層４が積層形成されている。前記反強磁性層１から前記フリー磁性層４までの４層で多層膜５が構成されている。
【０００４】
図１７に示すように前記多層膜５のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側端面５ａ、５ａは削られて連続面となっており、前記両側端面５ａ、５ａの両側に永久磁石膜のハードバイアス層６が形成されている。
【０００５】
前記ハードバイアス層６上には非磁性のスペーサ層７が設けられ、前記スペーサ層７上から前記多層膜５の素子両側端部Ｃ上にかけて電極層８が形成されている。
【０００６】
前記多層膜５の素子中央部Ｄには前記電極層８はオーバーラップしておらず、前記多層膜５の素子中央部Ｄの上面のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の幅寸法でトラック幅Ｔｗが規制されている。
【０００７】
前記フリー磁性層４はその両側に設けられたハードバイアス層６からの縦バイアス磁界によってトラック幅方向（図示Ｘ方向）に単磁区化されている。前記フリー磁性層４の素子両側端部Ｃは、素子中央部Ｄに比べて距離的に前記ハードバイアス層６に近いため強い縦バイアス磁界を受けて、外部磁界に対する再生感度が前記素子中央部Ｄよりも鈍った状態にある。
【０００８】
また前記固定磁性層２は前記反強磁性層１との間で発生する交換結合磁界によってハイト方向（図示Ｙ方向）に磁化固定されている。図１７に示す磁気検出素子に対して図示Ｙ方向から外部磁界が侵入すると前記フリー磁性層の素子中央部Ｄの磁化が変動することで、変化する電気抵抗を電圧変化（定電流動作時）または電流電化（定電圧動作時）としてとらえ、記録媒体からの洩れ磁界が検出されるようになっている。
【０００９】
図１７に示す磁気検出素子では、前記電極層８が前記多層膜５の素子両側端部Ｃ上をオーバーラップしており、前記電極層８からのセンス電流は主に前記多層膜５の素子中央部Ｄに流れやすくなっている。
【００１０】
上記したように前記フリー磁性層４の素子両側端部Ｃは前記素子中央部Ｄよりも再生感度が鈍い、いわゆる不感領域と呼ばれる領域であり、この不感領域を電気的に殺し、磁気検出感度が良好なフリー磁性層４の素子中央部Ｄのみにセンス電流が流れるようにすることで、再生出力の向上を図ることができると期待された。
【００１１】
しかしながら前記不感領域は磁気的に完全に死んだ状態にはない。すなわち前記不感領域は、再生感度が鈍くても外部磁界の影響で若干、磁化回転を起し、それが伝播して素子中央部Ｄの磁化をも回転させてしまう。このような現象はサイドリーディングの問題を引き起こし、今後の狭トラック化を実現する上での足かせとなっていた。図１７に示す磁気検出素子の構造では実効トラック幅Ｔｗは０．１５μｍが限界で、これ以上、実効トラック幅Ｔｗを狭くしようとすると上記したサイドリーディングの問題が顕著化し、０．１５μｍ以下の狭トラック化の実現は非常に難しかった。
【００１２】
【特許文献１】
特開２０００−１７６０３２公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図１８に示す磁気検出素子は、特許文献１に記載された磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。なお図１７と同じ符号がつけられた層は図１７と同じ層を示しているので、これらの層の説明は省略する。
【００１４】
図１８に示す磁気検出素子では前記フリー磁性層４の上にＲｕなどで形成された非磁性中間層９が形成され、その上に強磁性層１０が形成されている。前記反強磁性層１から前記強磁性層１０までの積層膜の両側端面１１、１１は削られて連続面となっており、その両側にハードバイアス層６が設けられている。
【００１５】
図１８に示すように前記強磁性層１０は、前記フリー磁性層４の素子両側端部Ｃ上に設けられ、素子中央部Ｄ上には設けられていない。そして前記強磁性層１０上から前記ハードバイアス層６上にかけて電極層８が設けられている。
【００１６】
図１８では前記強磁性層１０、１０の底面間のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における間隔でトラック幅Ｔｗが規制される。
【００１７】
また図１８ではフリー磁性層４の素子両側端部Ｃと強磁性層１０は、その間に非磁性中間層９を挟み、互いの磁化が反平行状態となる人工フェリ構造である。図１８ではフリー磁性層４の膜厚が強磁性層１０よりも厚い膜厚で形成され、図示右方向に磁化されているハードバイアス層６からの縦バイアス磁界を受けて、前記フリー磁性層４は図示右方向に磁化され、前記強磁性層１０は図示左方向に磁化される。
【００１８】
本発明者は、図１８に示す磁気検出素子のように、素子両側端部Ｃでのフリー磁性層４の磁化を強磁性層１０の磁化との間で反平行結合状態にすることで、前記素子両側端部Ｃでの再生感度を図１７に示す磁気検出素子よりもさらに鈍化させることができ、図１７に示す磁気検出素子に比べてサイドリーディングの発生を抑制できると考えた。
【００１９】
しかしながら図１８に示す磁気検出素子でも以下に説明するように再生特性の低下が問題となった。
【００２０】
すなわち図１８に示すように、フリー磁性層４と強磁性層１０との磁化を反平行状態にして、ここでの感度を鈍化させるには、本発明者が実験を重ねた結果、前記フリー磁性層４の単位面積当たりの磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ）と前記強磁性層１０の単位面積当たりの磁気モーメントとの差をあまり付けないことが好ましいと結論付けたが、磁気モーメントの差が小さいとスピンフロップ磁界（磁化の反平行状態が崩れるときの磁界の大きさ）が小さくなることがわり、その結果、ハードバイアス層６と隣接する付近の素子両側端部Ｃでの磁化の乱れが大きくなる可能性があった。
【００２１】
図１８のように電極層８が素子両側端部Ｃ上をオーバーラップして、この素子両側端部Ｃに電流が流れるのを避けても、前記した素子両側端部Ｃでの磁化の乱れは素子中央部Ｄのフリー磁性層４の磁化にまで伝播して、再生波形の歪みや不安定性の問題を引き起こした。
【００２２】
また上記した磁化の乱れは、前記ハードバイアス層６の磁化方向と逆方向の磁化方向を持つ強磁性層１０の外側の両側端部１０ａ、１０ａがその下のフリー磁性層４の両側端部と同じ連続面として形成されているため、前記強磁性層１０の両側端部１０ａでの反磁界が前記の磁化の乱れをさらに増大させる要因となっていた。
【００２３】
そこで本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、特に狭トラック化においても再生波形の安定性を図り、且つサイドリーディングの発生を抑え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目的としている。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下から順に、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層を有して積層された多層膜を有する磁気検出素子において、
前記多層膜を構成する各層のトラック幅方向における両側端面は連続面で形成され、前記連続面のトラック幅方向の両側にはバイアス層が設けられ、
前記フリー磁性層の素子両側端部上に形成された非磁性中間層上からバイアス層上にかけて強磁性層が形成されていることを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の磁気検出素子の特徴的な構造は、前記フリー磁性層のトラック幅方向の両側にはバイアス層が設けられ、前記フリー磁性層の素子両側端部上で非磁性中間層を介して形成された強磁性層が、前記バイアス層上にまで延びている点である。
【００２６】
前記フリー磁性層はその両側に設けられたバイアス層からの縦バイアス磁界で前記バイアス層と同じ方向に磁化される。
【００２７】
また前記強磁性層の磁化は、その下に非磁性中間層を介して形成された前記フリー磁性層との間で作用するＲＫＫＹ相互作用により、前記フリー磁性層の磁化と反平行状態を保ち、素子両側端部での再生感度をより適切に鈍化させることができる。
【００２８】
前記強磁性層は、図１８に示す従来の磁気検出素子の構造と異なってバイアス層上にまで延びて形成されているから、前記バイアス層からの逆方向の縦バイアス磁界の影響を直接受けない。このためスピンフロップ磁界が小さくても、素子両側端部での磁化の乱れを軽減でき、しかも前記強磁性層の外側の両側端部は、前記フリー磁性層の両側端部と連続面として形成されておらず、前記素子両側端部からトラック幅方向に離れて存在するため、前記強磁性層の両側端部での反磁界が前記素子両側端部での磁化の乱れに影響を及ぼすことを軽減できる。
【００２９】
以上から、本発明における磁気検出素子の構造であれば、素子両側端部でのフリー磁性層及び強磁性層の磁化の乱れを軽減でき、よってフリー磁性層の素子中央部での磁化を安定した単磁区化構造に維持できるので、再生波形の安定性を向上させることができ、しかも人工フェリ構造である素子両側端部の再生感度を効果的に鈍化させることができ、サイドリーディングの発生を適切に抑制することが可能になっている。
【００３０】
また本発明では、膜厚方向における前記バイアス層と強磁性層間には非磁性のスペーサ層が設けられることが好ましい。バイアス層上に直接、強磁性層を設けず、前記バイアス層と強磁性層との間にスペーサ層を挟むことで、バイアス層と強磁性層間の磁気的な干渉を適切に抑制できる。
【００３１】
また本発明では、前記バイアス層及び強磁性層のトラック幅方向における外側の端面は、連続面として形成されることが好ましい。そしてこのとき、前記連続面のトラック幅方向における両側に第２電極層か、あるいは第２絶縁層が設けられることが好ましい。前記バイアス層と強磁性層の外側の両側端面を連続面として形成すると、前記バイアス層と強磁性層との両側端面間で静磁結合が生じて前記バイアス層と強磁性層との磁化の反平行状態を適切に保ち、前記強磁性層の磁化の安定性をより向上させることができる。
【００３２】
なお前記強磁性層上には第１電極層が設けられていてもよく、かかる場合の磁気検出素子は、前記電極層からのセンス電流が、多層膜の各膜面に対しほぼ平行な方向に流れるＣＩＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｌａｎｅ）型の構造である。
【００３３】
あるいは前記強磁性層上には第１絶縁層が設けられ、トラック幅方向における前記第１絶縁層間及び強磁性層間の間隔内に上側電極層が設けられてもよく、かかる場合の磁気検出素子は、電極層からのセンス電流が前記多層膜の各層を膜厚方向に流れるＣＰＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ　ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｌａｎｅ）型の構造である。
【００３４】
また本発明では、膜厚方向における前記強磁性層と第１電極層間、あるいは前記強磁性層と第１絶縁層間にストッパ層が設けられることが好ましい。
【００３５】
また前記フリー磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントから強磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを引いた単位面積当たりの合成磁気モーメント（Ｎｅｔ　Ｍｓｔ）は０（Ｔ・ｎｍ）より大きく２．６（Ｔ・ｎｍ）以下であることが好ましく、また前記フリー磁性層の膜厚から前記強磁性層の膜厚を引いた膜厚差は０Å以上で３０Å以下であることが好ましい。
【００３６】
このように単位面積当たりの合成磁気モーメントの大きさ及び膜厚差を適切に調整することで、素子両側端部での再生感度をより効果的に鈍化させることができ、サイドリーディングの発生をより適切に抑制できる。
【００３７】
次に本発明の磁気検出素子の製造方法は、以下の工程を有することを特徴とするものである。
（ａ）下から順に、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層及び非磁性中間層を有する多層膜を積層形成する工程と、
（ｂ）前記多層膜を構成する各層のトラック幅方向における両側端面を削って連続面とし、前記連続面のトラック幅方向における両側にバイアス層及び非磁性のスペーサ層を設ける工程と、
（ｃ）強磁性層を、前記フリー磁性層の素子両側端部上に形成された非磁性中間層上から前記バイアス層上にかけて形成する工程。
【００３８】
上記した（ａ）工程から（ｃ）工程を施すことで、前記フリー磁性層のトラック幅方向における両側にバイアス層を設けると共に、前記フリー磁性層の素子両側端部上に非磁性中間層を介して強磁性層を設け、この強磁性層を前記バイアス層上にまで延出形成できる。そして上記の工程により再生波形の安定性に優れ、且つサイドリーディングの発生を抑制できる磁気検出素子を狭トラック化においても容易に且つ適切に製造することができる。
【００３９】
また前記（ｃ）工程を以下の工程で行ってもよい。
（ｄ）前記非磁性中間層上から前記バイアス層上にかけて強磁性層及び第１電極層を連続して成膜する工程と、
（ｅ）前記第１電極層のトラック幅方向における両側端部上に、前記多層膜の上面のトラック幅方向における幅寸法よりも幅寸法の狭い間隔を有するマスク層を設け、前記間隔から露出する前記第１電極層を削って除去し、それにより露出した前記強磁性層を削って除去し、前記強磁性層を前記フリー磁性層の素子両側端部上に残す工程。
【００４０】
上記の工程を施すことで、より簡単に前記フリー磁性層の素子両側端部上からバイアス層上にかけて強磁性層を残すことができる。
【００４１】
また前記（ｄ）工程に代えて以下の工程を有するものであってもよい。
（ｆ）前記非磁性中間層上から前記バイアス層上にかけて強磁性層を形成する工程と、
（ｇ）前記バイアス層及び強磁性層のトラック幅方向における両側端面を削って連続面とする工程と、
（ｈ）前記連続面のトラック幅方向の両側に第２電極層あるいは第２絶縁層を形成する工程と、
（ｉ）前記強磁性層上及び前記第２電極層あるいは第２絶縁層上に第１電極層を設ける工程。
【００４２】
上記の（ｆ）工程から（ｉ）工程を施すことで、強磁性層のトラック幅方向における外側の両側端面を前記バイアス層の両側端面と同じ連続面として形成でき、前記強磁性層及びバイアス層の両側端面間で静磁結合を発生させて前記強磁性層とバイアス層の磁化をより適切に反平行状態にでき、、前記強磁性層の磁化の安定化をより効果的に促進できる磁気検出素子を製造できる。
【００４３】
また前記（ｄ）工程及び（ｅ）工程における第１電極層を第１絶縁層とし、前記（ｅ）工程後、トラック幅方向における前記第１絶縁層間及び強磁性層間の間隔内に上側電極層を形成してもよく、また、前記（ｈ）工程で、前記連続面の両側に第２絶縁層を形成し、前記（ｉ）工程、（ｄ）工程及び（ｅ）工程での第１電極層を第１絶縁層とし、前記（ｅ）工程後、トラック幅方向における前記第１絶縁層間及び強磁性層間の間隔内に上側電極層を形成してもよい。かかる場合、ＣＰＰ型の磁気検出素子を製造できる。
【００４４】
また本発明では、前記（ｄ）工程、（ｉ）工程で、前記強磁性層上にストッパ層を形成した後、前記ストッパ層上に第１電極層を形成し、前記（ｅ）工程で第１電極層または第１絶縁層を削ってストッパ層を露出させた後、再び、前記ストッパ層及び強磁性層を削り込むことが好ましい。前記ストッパ層を設けることで、上記の削り込み工程で、特にフリー磁性層が大きく削り込まれることを避けることができる。
【００４５】
また本発明では、前記（ｂ）工程で前記バイアス層上に非磁性のスペーサ層を形成し、前記（ｃ）工程、（ｄ）工程あるいは（ｆ）工程で前記強磁性層を、前記スペーサ層上にかけて形成することが好ましい。前記スペーサ層はバイアス層と強磁性層間の磁気的な干渉を抑制する働きをすると共に、製造工程では、バイアス層を酸化から防止する酸化防止層としての役割を有している。
【００４６】
また本発明では、前記フリー磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントから強磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを引いた単位面積当たりの合成磁気モーメント（Ｎｅｔ　Ｍｓｔ）が０（Ｔ・ｎｍ）より大きく２．６（Ｔ・ｎｍ）以下となるように前記フリー磁性層及び強磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを調整することが好ましく、また前記フリー磁性層の膜厚から前記強磁性層の膜厚を引いた膜厚差が０Å以上で３０Å以下となるように、前記フリー磁性層及び強磁性層の膜厚を調整することが好ましい。これにより前記素子両側端部での再生感度をより鈍化させることができ、サイドリーディングの発生をより効果的に抑制できる磁気検出素子を製造することができる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明における磁気検出素子（スピンバルブ型薄膜素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【００４８】
符号２０は絶縁材料製の下部ギャップ層である。前記下部ギャップ層上には、本発明の磁気検出素子を構成する多層膜２１が形成されている。
【００４９】
図１に示す実施形態では、前記多層膜２１は、下からシードレイヤ２２、反強磁性層２３、固定磁性層２４、非磁性材料層２５、フリー磁性層２６及び非磁性中間層２７の順に積層されたものである。
【００５０】
前記シードレイヤ２２は、ＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＣｒなどで形成されている。前記シードレイヤ２２は、例えば（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０ａｔ％Ｃｒ４０ａｔ％の膜厚６０Åで形成される。
【００５１】
前記反強磁性層２３は、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、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、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１または２種以上の元素である）合金で形成される。
【００５２】
第１反強磁性層２３として、これらの合金を使用し、これを熱処理することにより、大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層２３及び固定磁性層２４の交換結合膜を得ることができる。特に、ＰｔＭｎ合金であれば、４８ｋＡ／ｍ以上、例えば６４ｋＡ／ｍを越える交換結合磁界を有し、前記交換結合磁界を失うブロッキング温度が３８０℃と極めて高い優れた反強磁性層２３及び固定磁性層２４の交換結合膜を得ることができる。
【００５３】
これらの合金は、成膜直後の状態では、不規則系の面心立方構造（ｆｃｃ）であるが、熱処理によってＣｕＡｕＩ型の規則型の面心正方構造（ｆｃｔ）に構造変態する。
【００５４】
前記反強磁性層２３の膜厚は、トラック幅方向の中心付近において８０〜３００Åである。
【００５５】
図１に示す実施形態では、固定磁性層２４は人工フェリ構造である。前記固定磁性層２４は磁性層２８、３０とその間に介在する非磁性中間層２９の３層構造である。
【００５６】
前記磁性層２８、３０は、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などの磁性材料で形成される。前記磁性層２８と磁性層３０は、同一の材料で形成されることが好ましい。
【００５７】
また、非磁性中間層２９は、非磁性材料により形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種またはこれらの２種以上の合金で形成されている。特にＲｕによって形成されることが好ましい。
【００５８】
前記非磁性材料層２５は、固定磁性層２４とフリー磁性層２６との磁気的な結合を防止し、またセンス電流が主に流れる層であり、Ｃｕ，Ｃｒ，Ａｕ，Ａｇなど導電性を有する非磁性材料により形成されることが好ましい。特にＣｕによって形成されることが好ましい。
【００５９】
前記フリー磁性層２６は、ＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅ合金等の磁性材料で形成される。図１に示す実施形態では特に前記フリー磁性層２６がＮｉＦｅ合金で形成されるとき、前記フリー磁性層２６と非磁性材料層２５との間にＣｏやＣｏＦｅなどからなる拡散防止層（図示しない）が形成されていることが好ましい。
【００６０】
図１に示す実施形態では、前記フリー磁性層２６の素子両側端部Ｃ上に前記非磁性中間層２７を介して強磁性層３４が形成されている。前記強磁性層３４はＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、あるいはＣｏ等の既存の磁性材料で形成される。
【００６１】
前記非磁性中間層２７は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種またはこれらの２種以上の合金で形成されている。特にＲｕによって形成されることが好ましい。
【００６２】
前記多層膜２１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側端面２１ａ、２１ａでは各層の両側端面が連続した面となっている。ここで「連続した面（以下では連続面と呼ぶ）」とは、各層の両側端面が、同じカーブ上や同じ直線上に揃って形成された状態を意味する。図１では、各層の両側端面が同じ湾曲面上に揃って形成されたことで、前記多層膜２１の両側端面２１ａが湾曲面となっている。前記両側端面２１ａの形状は例えばエッチングで形成され、前記両側端面２１ａは湾曲面の他に傾斜面などであってもよい。
【００６３】
図１に示すように前記多層膜２１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側に広がる下部ギャップ層２０上から前記多層膜２１の両側端面２１ａ上にかけてバイアス下地層３１が形成される。前記バイアス下地層３１は例えばＣｒであり、前記バイアス下地層３１の形成により、前記バイアス下地層３１上に形成されるハードバイアス層３２の特性（保磁力Ｈｃや角形比Ｓ）を向上させることができる。
【００６４】
前記バイアス下地層３１上にはハードバイアス層３２が形成される。前記ハードバイアス層３２はＣｏＰｔ合金やＣｏＰｔＣｒ合金で形成される。
【００６５】
図１に示すように、前記ハードバイアス層３２上には非磁性のスペーサ層３３が形成される。前記スペーサ層３３はＣｒやＴａなどの非磁性材料で形成される。なお「非磁性材料層２５」をスペーサ層と呼ぶ場合もあるので、かかる場合、非磁性材料層２５を第１スペーサ層、スペーサ層３３を第２スペーサ層とする。
【００６６】
図１に示すように、前記多層膜２１の上面には、その中央に所定の幅を開けて強磁性層３４が形成されており、前記強磁性層３４は前記スペーサ層３３上にまで延出形成されている。
【００６７】
前記強磁性層３４はＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅ合金などの磁性材料で形成される。前記強磁性層３４が前記フリー磁性層２６上にオーバーラップしている領域を以下では「素子両側端部Ｃ」と呼び、前記強磁性層３４が形成されていない前記フリー磁性層２６の素子中央を以下では「素子中央部Ｄ」と呼ぶ。
【００６８】
図１に示すように前記強磁性層３４、スペーサ層３３及びハードバイアス層３２のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における外側の端面３４ａ、３３ａ、３２ａは削られて連続面となっている。「連続面」の定義は上記した通りである。
【００６９】
図１に示すように前記強磁性層３４、スペーサ層３３及びハードバイアス層３２のトラック幅方向における両側には電極層３５（以下では第２電極層３５と呼ぶ）が形成されている。
【００７０】
図１に示すように前記強磁性層３４上には第１保護層３６が形成され、前記第２電極層３５の上にも保護層３７が形成されており、前記保護層３６、３７は非磁性の材質で例えばＴａやＣｒで形成される。
【００７１】
図１に示すように、前記第１保護層３６上から前記保護層３７上にかけてストッパ層３８が形成され、前記ストッパ層３８は例えばＣｒなどで形成される。
【００７２】
図１に示すように前記ストッパ層３８上にはＴａなどで形成された電極下地層３９が形成され、前記電極下地層３９上には電極層４０（以下では第１電極層４０と呼ぶ）が形成され、前記第１電極層４０上にはＴａなどで形成された第２保護層４１が形成されている。前記第１電極層４０は、Ａｕ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｗなどの非磁性導電材料で形成される。前記第１電極層４０は前記フリー磁性層２６の素子両側端部Ｃ上にオーバーラップしており、これにより前記第１電極層４０からのセンス電流はフリー磁性層２６の素子中央部Ｄのみに流れやすくなり再生出力の向上を図ることができる。
【００７３】
図１に示すように多層膜２１の素子中央部Ｄ上には前記強磁性層３４から第２保護層４１までの内側端面間に凹部４２が形成され、この凹部４２は上方から下方（図示Ｚ方向と逆方向）に向うほど前記凹部４２のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における間隔が徐々に狭くなっている。
【００７４】
図１に示すように、前記凹部４２のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における下面の幅寸法（あるいは強磁性層３４間の下面の幅寸法）でトラック幅Ｔｗが規制される。
【００７５】
図１に示す磁気検出素子の構造の特徴的部分について以下に説明する。図１に示す磁気検出素子では、前記フリー磁性層２６のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側にハードバイアス層３２が設けられている。前記ハードバイアス層３２は例えば図示左方向に着磁されており、前記ハードバイアス層３２からの縦バイアス磁界の影響を受けて前記フリー磁性層２６も図示左方向に磁化されている。
【００７６】
図１に示すように前記フリー磁性層２６の素子両側端部Ｃ上には非磁性中間層２７を介して強磁性層３４が形成されている。すなわち前記素子両側端部Ｃでは、前記フリー磁性層２６と強磁性層３４とが非磁性中間層２７を挟んで膜厚方向で対向する人工フェリ構造となっている。
【００７７】
人工フェリ構造とは、２つの磁性層がその間に非磁性中間層を介して対向し、前記磁性層間で発生するＲＫＫＹ相互作用の反平行結合磁界によって、互いの磁性層が反平行に磁化される構造という。
【００７８】
よって図１に示す磁気検出素子では前記強磁性層３４はフリー磁性層２６の磁化方向と逆方向、すなわち図示右方向に磁化される。
【００７９】
前記強磁性層３４は、前記フリー磁性層２６の素子両側端部Ｃ上のみならず前記ハードバイアス層３２上にも延出形成される。このため前記強磁性層３４はフリー磁性層２６のように前記ハードバイアス層３２から縦バイアス磁界を直接受けることはない。前記強磁性層３４が前記ハードバイアス層３２から自らの磁化方向と逆方向の縦バイアス磁界を受けにくいことで以下の効果を期待できる。
【００８０】
すなわち素子両側端部Ｃ、特に前記ハードバイアス層３２と近接する付近での、前記フリー磁性層２６及び強磁性層３４の磁化に乱れを生じさせることなく、前記素子両側端部Ｃでのフリー磁性層２６及び強磁性層３４の磁化を適切に反平行状態に維持することができる。
【００８１】
前記素子両側端部Ｃでの再生感度を適切に鈍化させるには、前記フリー磁性層２６と強磁性層３４との単位面積当たりの磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ）にあまり差を付けないことが好ましいが、前記単位面積当たりの磁気モーメントに差があまりないとスピンフロップ磁界（フリー磁性層２６と強磁性層３４の磁化の反平行状態が崩れる磁界の大きさ）が小さくなってしまう。しかし図１では強磁性層３４は前記ハードバイアス層３２から自らの磁化方向と逆方向の縦バイアス磁界を受けにくいため、前記スピンフロップ磁界が小さくても、前記フリー磁性層２６と強磁性層３４との磁化の反平行状態は崩れにくい。
【００８２】
しかも前記強磁性層３４は前記ハードバイアス層３２上に延出形成され、前記強磁性層３４の外側の両側端面３４ａは、前記素子両側端部Ｃから遠く離れた場所に存在するので、前記両側端面３４ａから発生する反磁界は、前記素子両側端部Ｃにまで影響が及びにくく、前記素子両側端部Ｃでの磁化の乱れを適切に抑制することができる。
【００８３】
このように図１に示す磁気検出素子の構造では、前記素子両側端部Ｃでの強磁性層３４及びフリー磁性層２６の磁化の乱れを軽減でき、適切に磁化の反平行状態を保つことができるので、従来に比べてフリー磁性層２６の素子中央部Ｄに磁化の乱れが伝播しにくく再生波形の安定性を向上させることができる。
【００８４】
また図１では、前記素子両側端部Ｃでフリー磁性層２６と強磁性層３４とを非磁性中間層２７を介した人工フェリ構造としており、これにより前記素子両側端部Ｃでの再生感度を効果的に鈍化させることができ、サイドリーディングの発生を適切に抑制することができる。
【００８５】
以上のように図１に示す磁気検出素子では、再生波形の安定性とサイドリーディングの発生の抑制を図ることができ、狭トラック化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することができる。
【００８６】
図１に示す構造の磁気検出素子であれば、トラック幅Ｔｗを０．０５μｍ〜０．１５μｍにまで小さくしても上記の効果を期待することができる。
【００８７】
次に図１に示す磁気検出素子では、前記強磁性層３４の外側の両側端面３４ａは、前記ハードバイアス層３２の両側端面３２ａと同じ連続面に揃って形成されており、これにより前記強磁性層３４の外側の両側端面３４ａとハードバイアス層３２の両側端面３２ａ間に静磁結合が生じ（湾曲した矢印で記されている）、前記ハードバイアス層３２と前記強磁性層３４との磁化をより効果的に反平行状態に維持でき、前記素子両側端部Ｃでの磁化の乱れをより適切に低減できる。
【００８８】
前記ハードバイアス層３２と強磁性層３４間に挟まれたスペーサ層３３はＴａなどで形成され、前記スペーサ層３３は前記ハードバイアス層３２と強磁性層３４間の磁気的な干渉を低減させるために設けられたものであるが、前記スペーサ層３３を非磁性中間層２７と同様にＲｕなどで形成し、前記スペーサ層３３の膜厚を調整することで、前記ハードバイアス層３２と強磁性層３４間にＲＫＫＹ相互作用による反平行結合磁界を生じさせ、前記ハードバイアス層３２と強磁性層３４の磁化をより強く反平行状態に維持することができるものと考えられる。
【００８９】
前記スペーサ層３３の膜厚を６Å〜１１Åの範囲内に設定することで、前記ハードバイアス層３２と強磁性層３４間にＲＫＫＹ相互作用による反平行結合磁界を生じさせることができると考えられる。
【００９０】
図１に示す実施形態では、前記ハードバイアス層３２、スペーサ層３３及び強磁性層３４のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側に第２電極層３５が形成されている。この第２電極層３５は補助的な電極としての役割を有するもので形成されていなくてもよい。ただし前記ハードバイアス層３２、スペーサ層３３及び強磁性層３４のトラック幅方向の両側に何らかの層が埋められていないと、その上に第１電極層４０等を平坦化された面上に形成できなくなるので、前記ハードバイアス層３２、スペーサ層３３及び強磁性層３４の両側に上記した第２電極層３５か、あるいは絶縁層を埋めることが必要である。
【００９１】
次に前記フリー磁性層２６と強磁性層３４の単位面積当たりの磁気モーメントについて説明する。既に説明したように前記フリー磁性層２６と強磁性層３４は反平行状態に磁化されており、素子両側端部Ｃでの再生感度は鈍化している。
【００９２】
しかし前記素子両側端部Ｃでの再生感度を効果的に鈍化させるには前記フリー磁性層２６の単位面積当たりの磁気モーメントと強磁性層３４の単位面積当たりの磁気モーメントとの差（これを単位面積当たりの合成磁気モーメントと呼ぶ）をある所定の範囲内に収めることが好ましい。
【００９３】
この実施形態では前記フリー磁性層２６の単位面積当たりの磁気モーメントから強磁性層３４の単位面積当たりの磁気モーメントを引いた単位面積当たりの合成磁気モーメント（Ｎｅｔ　Ｍｓｔ）を０（Ｔ・ｎｍ）よりも大きく２．６（Ｔ・ｎｍ）以下に設定している。
【００９４】
これにより前記素子両側端部Ｃでの再生感度｛Δｖ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）｝を絶対値で０．２以下に抑えることができる。
【００９５】
ここで再生感度｛Δｖ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）｝とは、外部磁界が±４０００Ｏｅ（ここで＋４０００Ｏｅの外部磁界とは例えばハイト方向への外部磁界の方向及び強さを指し、―４０００Ｏｅの外部磁界とはハイト方向と逆方向への外部磁界の方向及び強さを指す）時のときの電圧差（ΔＶ）に対する、外部磁界が±１００Ｏｅ（ここで＋１００Ｏｅの外部磁界とは例えばハイト方向への外部磁界の方向及び強さを指し、―１００Ｏｅの外部磁界とはハイト方向と逆方向への外部磁界の方向及び強さを指す）時のときの電圧差（ΔＶ）の比率である。この比率が絶対値で小さい値ほど再生感度は低くなる。
【００９６】
また前記合成磁気モーメントを０（Ｔ・ｎｍ）よりも大きくした理由は、まず合成磁気モーメントに対するスピンフロップ磁界Ｈｓｆの値が、前記合成磁気モーメントがマイナス側よりもプラス側の方が急激に大きい値になりやすく、前記フリー磁性層２６と強磁性層３４の反平行磁化状態を適切に保持することができること、および前記合成磁気モーメントをマイナス側の値にすると、前記強磁性層３４の内側端部３４ｂから前記フリー磁性層２６に漏れる双極子磁界（静磁界）が大きくなり、またこの静磁界は前記フリー磁性層２６の磁化と逆方向に作用するため、再生波形の歪みや不安定性を招きやすくなり、よって前記合成磁気モーメントを０（Ｔ・ｎｍ）よりも大きい値にしている。
【００９７】
またこの実施形態では前記フリー磁性層２６の膜厚から前記強磁性層３４の膜厚を引いた膜厚差を０Å以上で３０Å以下に設定している。これにより、再生感度｛Δｖ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）｝を絶対値で０．２以下に抑えることができるとともに、前記フリー磁性層２６及び強磁性層３４の反平行磁化状態を効果的に保持でき、しかも再生波形の安定性を図ることが可能である。
【００９８】
なお前記フリー磁性層２６及び強磁性層３４はＮｉＦｅ合金等で形成されると説明したが、上記の合成モーメント及び膜厚の範囲内に設定して再生感度を鈍化させるには、例えばフリー磁性層２６及び強磁性層３４をＣｏＦｅ合金で形成したり、あるいは前記フリー磁性層２６をＣｏＦｅ合金／ＮｉＦｅ合金／ＣｏＦｅ合金の構造で強磁性層３４をＣｏＦｅ合金で形成することが好ましい。
【００９９】
次に前記強磁性層３４のフリー磁性層２６の素子両側端部Ｃへのオーバーラップ長Ｔ１は、０．０３μｍから０．３μｍであることが好ましい。あるいは前記オーバーラップ長Ｔ１はフリー磁性層２６の上面の幅寸法に対して１０％から４５％占めていることが好ましい。前記オーバーラップ長Ｔ１はトラック幅Ｔｗを規制する上で重要な幅寸法である。この実施形態では上記したオーバーラップ長Ｔ１に設定しても強磁性層３４がハードバイアス層３２上にまで延出しているから素子両側端部Ｃでの磁化の乱れは小さく、よってトラック幅Ｔｗを所定の幅寸法に設定しやすいものとなっている。
【０１００】
図１に示す実施形態では、前記強磁性層３４上にＴａなどの第１保護層３６が設けられ、その上にＣｒなどで形成されたストッパ層３８が形成されている。前記ストッパ層３８は製造工程の上で特に重要な役割を有する。図１に示す磁気検出素子は後述するように、第１電極層４０間の凹部４２をエッチングで削って形成する。しかしこのエッチング工程で削りすぎて、特にフリー磁性層２６まで前記エッチングの影響が及ぶと良好な再生特性を得ることができなくなるので、素子中央部Ｄ上の強磁性層３４をエッチングで削る前に一旦、エッチングを止め、前記強磁性層３４を削るときにエッチングを高精度に制御しながら行うことが好ましい。
【０１０１】
このため図１に示す磁気検出素子には、前記強磁性層３４上にストッパ層３８が設けられ、このストッパ層３８で前記エッチングを一旦止めて、フリー磁性層２６に対する前記エッチングの影響を小さくしている。
【０１０２】
図１に示す磁気検出素子は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側に第１電極層４０が設けられ、前記第１電極層４０からのセンス電流が前記多層膜２１の膜面と平行な方向に流れるＣＩＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｌａｎｅ）型と呼ばれる構造であるが、図１に示す磁気検出素子の構成を、前記センス電流が前記多層膜２１の各層を膜厚方向（図示Ｚ方向と平行な方向）に流れるＣＰＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ　ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｌａｎｅ）型の磁気検出素子にも適用可能である。その実施形態は図２で説明する。
【０１０３】
図２は本発明における第２実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。なお図１と同じ符号がつけられている層は図１と同じ層であるので説明を省略する。
【０１０４】
図２に示す符号５０はＮｉＦｅ合金等の磁性材料で形成された下部シールド層であり、前記下部シールド層５０はシールド機能のみならず下部電極層としての役割も有している。
【０１０５】
図２に示す実施形態ではシードレイヤ２２が下部ギャップ層としての役割を有するが、前記シードレイヤ２２が形成されなくても反強磁性層２３が前記下部ギャップ層としての役割を有する。
【０１０６】
図２に示す磁気検出素子では、ハードバイアス層３２、スペーサ層３３及び強磁性層３４の両側端面３２ａ、３３ａ、３４ａが同じ連続面に揃って形成されており、そのトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側に絶縁層５１（以下では第２絶縁層５１）が形成されている。図２の磁気検出素子はＣＰＰ型であるので、前記両側に導電性の材料層が存在するとそこにセンス電流が分流してしまうので、前記両側端面３２ａ、３３ａ、３４ａの両側には第２絶縁層５１を設ける。なお前記第２絶縁層５１上の保護層３７は設けられていなくてもよい。
【０１０７】
図２に示す実施形態では図１において第１電極層４０であった箇所に絶縁層５２（以下では第１絶縁層５２と呼ぶ）が形成されている。そして前記第１絶縁層５２上からトラック幅方向（図示Ｘ方向）の前記第１絶縁層５２間から強磁性層３４間までの積層膜間に形成された凹部４２内に上部シールド層５３が形成される。前記上部シールド層５３はＮｉＦｅ合金等の磁性材料で形成され、シールド機能と上部電極層としての機能も有する。
【０１０８】
図２に示す磁気検出素子ではフリー磁性層２６上に形成された前記凹部４２内に露出する非磁性中間層２７が上部ギャップ層としての役割を有している。ただし前記素子中央部Ｄに非磁性中間層２７が無く、新たな非磁性層が設けられて、その非磁性層を上部ギャップ層としてもよいし、前記素子中央部Ｄの非磁性中間層２７上に新たな非磁性層を設けて、これら２層を上部ギャップ層として機能させてもよい。
【０１０９】
図２に示す実施形態では、前記凹部４２の底面でのトラック幅方向（図示Ｘ方向）における幅寸法でトラック幅Ｔｗが規制され、前記トラック幅Ｔｗは０．０５μｍから０．１５μｍの範囲内で形成される。
【０１１０】
図２に示す実施形態では、前記強磁性層３４上に第１絶縁層５２を設けることで、前記上部シールド層５３からのセンス電流が前記凹部４２よりもトラック幅方向の両側に分流するのを抑制でき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。
【０１１１】
なお図２に示す前記非磁性材料層２５は、例えばＣｕで形成されているが、スピントンネル効果の原理を用いたトンネル型磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）の場合、前記非磁性材料層２５は、例えばＡｌ２Ｏ３等の絶縁材料で形成される。
【０１１２】
図２に示す磁気検出素子は、多層膜２１の図示上下が電極を兼ね備えたシールド層５０、５３に挟まれたＣＰＰ型の磁気検出素子であり、ＣＰＰ型の磁気検出素子は今後の更なる狭トラック化においても再生出力を向上させることができるものと期待されている。
【０１１３】
図２に示す磁気検出素子においても、前記フリー磁性層２６の両側にはハードバイアス層３２が設けられ、前記フリー磁性層２６の素子両側端部Ｃ上で非磁性中間層２７を介して形成された強磁性層３４が、前記ハードバイアス層３２上に延びている。前記フリー磁性層２６はその両側に設けられたハードバイアス層３２からの縦バイアス磁界で前記ハードバイアス層３２と同じ方向に磁化される。
【０１１４】
また前記強磁性層３４の磁化は、その下に非磁性中間層２７を介して形成された素子両側端部Ｃのフリー磁性層２６との間で作用するＲＫＫＹ相互作用により、前記フリー磁性層２６の磁化と反平行状態を保ち、ここでの再生感度をより適切に鈍化させることができる。
【０１１５】
前記強磁性層３４は、ハードバイアス層３２上に延びて形成されているから、前記ハードバイアス層３２からの逆方向の縦バイアス磁界の影響を直接受けにくい。このためスピンフロップ磁界が小さくても、素子両側端部Ｃでの磁化の乱れを軽減でき、しかも前記強磁性層３４の外側の両側端部３４ａは、前記フリー磁性層２６の両側端部と連続面として形成されておらず、前記素子両側端部Ｃから離れて形成されるため、前記強磁性層３４の両側端部３４ａでの反磁界が前記素子両側端部Ｃでの磁化の乱れに影響を及ぼすことを軽減できる。
【０１１６】
以上から図２に示す磁気検出素子の構造であれば、前記素子両側端部Ｃでの強磁性層３４及びフリー磁性層２６の磁化の乱れを軽減でき、適切に磁化の反平行状態を保つことができるので、従来に比べてフリー磁性層２６の素子中央部Ｄに磁化の乱れが伝播しにくく再生波形の安定性を向上させることができるとともにサイドリーディングの発生を適切に抑制することが可能になっている。
【０１１７】
図３ないし図１０は図１に示す磁気検出素子の製造方法を示す一工程図である。図３ないし図１０に示す各工程は記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【０１１８】
図３に示す工程では、下部ギャップ層２０上にシードレイヤ２２、反強磁性層２３、固定磁性層２４、非磁性材料層２５、フリー磁性層２６及び非磁性中間層２７を連続成膜する。成膜にはスパッタや蒸着法が使用される。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などを使用できる。なお本発明で言う「連続成膜」とは、真空状態を破らずに、チャンバ内でターゲットを次々に代えて成膜していくことを意味する。以下同じである。
【０１１９】
図３に示す工程では前記反強磁性層２３を、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、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、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１または２種以上の元素である）合金で形成することが好ましい。
【０１２０】
また前記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。また、前記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。特に規定しない限り、〜で示す数値範囲の上限と下限は以下、以上を意味する。
【０１２１】
また、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。また、前記Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。さらに、前記Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’が０．２〜１０ａｔ％の範囲であることが好ましい。ただし、Ｘ’が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場合には、Ｘ’は０．２〜４０ａｔ％の範囲であることが好ましい。
【０１２２】
また図３工程では前記反強磁性層２３の膜厚を８０Å以上で３００Å以下で形成することが好ましい。この程度の厚い膜厚で前記反強磁性層２３を形成することにより磁場中アニールで、前記反強磁性層２３と固定磁性層２４間に大きな交換結合磁界を発生させることができる。具体的には、４８ｋＡ／ｍ以上、例えば６４ｋＡ／ｍを越える交換結合磁界を発生させることができる。
【０１２３】
図３に示す固定磁性層２４は、例えばＣｏＦｅ合金などで形成された磁性層２８と磁性層３０と、両磁性層２８、３０間に介在するＲｕなどの非磁性の中間層２９との人工フェリ構造である。前記フリー磁性層２６は、ＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅ合金などの磁性材料で形成されるが、特に前記フリー磁性層２６がＮｉＦｅ合金で形成されるとき前記フリー磁性層２６と非磁性材料層２５との間にＣｏＦｅ合金などで形成された拡散防止層が形成されていることが好ましい。また非磁性中間層２７とフリー磁性層２６の間にＣｏＦｅが挿入されてもよい。これによりフリー磁性層２６と後工程で形成される強磁性層３４間に働くＲＫＫＹ相互作用による反平行交換結合を強くできる。
【０１２４】
図３に示す工程では、前記非磁性中間層２７をＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種またはこれらの２種以上の合金で形成することが好ましい。前記非磁性中間層２７はこの工程では、その下のフリー磁性層２６を酸化から防止するための酸化防止層としての役割を有する。
【０１２５】
図３に示すように下部ギャップ層２０上に非磁性中間層２７までの各層を積層した後、第１の磁場中アニールを施す。トラック幅Ｔｗ（図示Ｘ方向）と直交する方向である第１の磁界（図示Ｙ方向）を印加しつつ、第１の熱処理温度で熱処理し、反強磁性層２３と固定磁性層２４を構成する磁性層２８との間に交換結合磁界を発生させて、前記磁性層２８の磁化を図示Ｙ方向に固定する。もう一方の磁性層３０の磁化は、前記磁性層２８との間で働くＲＫＫＹ相互作用による交換結合によって図示Ｙ方向とは逆方向に固定される。なお例えば前記第１の熱処理温度を２７０℃とし、磁界の大きさを８００（ｋＡ／ｍ）とする。
【０１２６】
次に図４に示す工程では、前記非磁性中間層２７上にリフトオフ用のレジスト層６０を形成する。このレジスト層６０は、前記多層膜２１の幅方向の形状を画定するもので、前記レジスト層６０のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における幅寸法は、フリー磁性層２６の「素子中央部Ｄ」及び「素子両側端部Ｃ」（図１を参照されたい）のトラック幅方向への幅寸法を合わせた幅より若干小さいか同程度である。前記レジスト層６０の幅寸法Ｔ２は、０．１μｍ〜０．６μｍである。
【０１２７】
前記レジスト層６０を非磁性中間層２７上に形成した後、前記レジスト層６０に覆われていない前記多層膜２１をイオンミリングで削る。これにより前記レジスト層６０からはみ出した前記多層膜２１の両側部分は削れて、前記多層膜２１は記録媒体との対向面側から見ると略台形状に画定される。
【０１２８】
図４に示すように前記多層膜２１の両側端面２１ａは前記イオンミリングで削られたエッチング面であり、前記両側端面２１ａは湾曲面か傾斜面で形成される。図４では前記両側端面２１ａが湾曲面で形成され、前記多層膜２１を構成する各層のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側端面が前記湾曲面に揃った連続面となっている。このイオンミリング工程では、前記多層膜２１のトラック幅方向の両側に露出する下部ギャップ層２０も若干削れる。
【０１２９】
また図４に示す工程では、前記多層膜２１のトラック幅方向の両側を非磁性中間層２７からシードレイヤ２２まですべて削り取っているが、例えば固定磁性層２４の両側までを前記イオンミリングで削り取り、その下の反強磁性層２３を全部あるいは一部残してもよい。かかる場合、前記反強磁性層２３のトラック幅方向における両側端部が、その上の固定磁性層２４から非磁性中間層２７までの各層の前記両側端部よりもトラック幅方向に延出した形状になる。
【０１３０】
次に図５に示す工程では、前記レジスト層６０をそのまま残して、前記多層膜２１の両側端面２１ａよりもトラック幅方向（図示Ｘ方向）に広がる下部ギャップ層２０上から前記両側端面２１ａ上にかけてＣｒなどで形成されたバイアス下地層３１をスパッタや蒸着法で成膜し、さらに前記バイアス下地層３１上にハードバイアス層３２及び非磁性のスペーサ層３３をスパッタ法や蒸着法で連続成膜する。これにより前記レジスト層６０上にも下地材料層３１ｃ、バイアス材料層３２ｃ、およびスペーサ材料層３３ｃが付着する。
【０１３１】
前記ハードバイアス層３２をＣｏＰｔ合金やＣｏＰｔＣｒ合金などで形成する。また前記スペーサ層３３をＴａやＣｒなどで形成する。なお前記スペーサ層３３を非磁性中間層２７と同じＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種またはこれらの２種以上の合金で形成してもよい。
【０１３２】
前記スペーサ層３３はその下のハードバイアス層３２を酸化から防止するための酸化防止層としての役割を有する。従って前記スペーサ層３３は形成されていた方が好ましい。またこのスペーサ層３３はハードバイアス層３２と、前記スペーサ層３３上に形成される強磁性層３４間の磁気的な干渉を緩和する層であるので、前記スペーサ層３３は非磁性であることが必要である。ただし前記スペーサ層３３を非磁性中間層２７と同じ材質で形成し、前記スペーサ層３３の膜厚を所定範囲内に収めて、前記ハードバイアス層３２と強磁性層３４間にＲＫＫＹ相互作用における反平行結合磁界を生じさせることも可能であると考えられる。
【０１３３】
また図５工程では前記スペーサ層３３の上面３３ｂが前記非磁性中間層２７の上面２７ａと同じ平坦化面で形成されることが好ましいが、前記スペーサ層３３の上面３３ｂが前記非磁性中間層２７の上面２７ａに対して若干凹んでいたり、あるいは盛り上がっていてもかまわない。
【０１３４】
次に図６に示す工程では、まず図５に示すレジスト層６０を除去し、その後、前記非磁性中間層２７の上面２７ａ及びスペーサ層３３の上面３３ｂを低エネルギーのイオンミリングで若干削る。ここで「低エネルギーのイオンミリング」とは、ビーム電圧（加速電圧）が１０００Ｖ未満のイオンビームを用いたイオンミリングであると定義される。例えば、１００Ｖ〜５００Ｖのビーム電圧が用いられる。本実施の形態では、２００Ｖの低ビーム電圧のアルゴン（Ａｒ）イオンビームを用いている。「低エネルギーのイオンミリング」の定義は以下においても同じである。
【０１３５】
図６の工程で、前記イオンミリングを行う理由は前記非磁性中間層２７の上面２７ａ及びスペーサ層３３の上面３３ｂ付近が酸化されているので、この酸化層を取り除くためである。ただし前記非磁性中間層２７及びスペーサ層３３をすべて取り除いてはならず、少なくとも前記非磁性中間層２７の膜厚を、その上下に形成されるフリー磁性層２６と強磁性層３４間にＲＫＫＹ相互作用における反平行結合磁界が生じる程度残す。具体的には前記非磁性中間層２７の膜厚を６Å〜１１Åの範囲内に収まるように前記イオンミリングを制御する。
【０１３６】
また前記スペーサ層３３が前記非磁性中間層２７と同じ材質で形成され、前記スペーサ層３３の上下に形成されるハードバイアス層３２と強磁性層３４間にＲＫＫＹ相互作用における反平行結合磁界を生じさせたい場合にも前記スペーサ層３３の膜厚が６Å〜１１Åの範囲内に収まるようにする。
【０１３７】
また「低エネルギー」のイオンミリングを用いる理由は、特に前記非磁性中間層２７の膜厚が成膜時、薄いからであり、上記した具体値のエネルギーよりも高いエネルギーのイオンミリングを使用すると、前記非磁性中間層２７が短時間ですべて削り取られてしまったり、残したい膜厚の制御が非常に難しいからである。よって「低エネルギー」のイオンミリングを用いても形成された酸化層を適切に除去できるようにするには、前記非磁性中間層２７の材質を適正化して、大気暴露によっても酸化の進行が遅い（例えば非磁性層としてよく使用されるＴａに対して）材質を使用する必要があり、上記した非磁性中間層２７に使用される材質はいずれも酸化の進行が遅く、「低エネルギー」のイオンミリングを使用しても適切に前記酸化層を除去することが可能である。
【０１３８】
前記低エネルギーのイオンミリングを行った後、前記非磁性中間層２７上から前記スペーサ層３３上にかけて強磁性層３４をスパッタ法あるいは蒸着法で成膜し、さらに連続して前記強磁性層３４上に第１保護層３６をスパッタ法あるいは蒸着法で成膜する。
【０１３９】
前記強磁性層３４をＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅ合金などの磁性材料で形成し、また前記第１保護層３６をＴａなどの非磁性材料で形成する。前記第１保護層３６は前記強磁性層３４を酸化から防止するための酸化防止層として機能する。
【０１４０】
上記したように前記非磁性中間層２７は６Å〜１１Åの膜厚で形成されているので、前記フリー磁性層２６と前記強磁性層３４間でＲＫＫＹ相互作用による反平行交換結合が発生し、前記フリー磁性層２６と強磁性層３４の磁化は反平行状態になる。
【０１４１】
またこの工程では、前記フリー磁性層２６の単位面積当たりの磁気モーメント（Ｍｓ・ｔ）から前記強磁性層３４の単位面積当たりの磁気モーメント（Ｍｓ・ｔ）を引いた合成磁気モーメント（Ｎｅｔ　Ｍｓｔ）が、０（Ｔ・ｎｍ）より大きく２．６（Ｔ・ｎｍ）以下となるように、前記フリー磁性層２６及び前記強磁性層３４の各単位面積当たりの磁気モーメントを調整することが好ましい。
【０１４２】
前記前記単位面積当たりの磁気モーメントの大きさは、フリー磁性層２６及び強磁性層３４に使用される材質と膜厚を調整することで行われる。文献等により前記材質から飽和磁化Ｍｓを導き出し、前記飽和磁化Ｍｓと膜厚ｔとの積で前記単位面積当たりの磁気モーメントを求める。
【０１４３】
またこの工程では、前記フリー磁性層２６の膜厚（ｔ）から前記強磁性層３４の膜厚（ｔ）を引いた膜厚差が０Å以上で３０Å以下となるように、前記フリー磁性層２６及び前記強磁性層３４の各膜厚を調整することが好ましい。
【０１４４】
ここで前記フリー磁性層２６及び強磁性層３４に使用される材質の一例を挙げると、前記フリー磁性層２６はＣｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％／Ｎｉ８０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％／Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％で、強磁性層３４はＣｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％、あるいは前記フリー磁性層２６及び強磁性層３４ともにＣｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％であり、かかる材質を使用して、前記膜厚差が０Å以上で３０Å以下となるように、前記フリー磁性層２６及び前記強磁性層３４の各膜厚を調整する。また特に、前記フリー磁性層２６及び強磁性層３４ともにＣｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％を使用する場合には前記膜厚差を０Åより大きく１１Å以下とすることがより好ましい。
【０１４５】
上記のように単位面積当たりの合成磁気モーメント及び膜厚差を調整することで、完成した磁気検出素子（図１を参照されたい）の素子両側端部Ｃでの感度｛Δｖ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）｝を０．２以下に抑えることができ、このように再生感度を鈍らせることでサイドリーディングの発生を適切に抑制できる。
【０１４６】
次に図７に示す工程では、前記第１保護層３６上にリフトオフ用のレジスト層６１を形成する。前記レジスト層６１の底面のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における幅寸法Ｔ３は、前記レジスト層６１の下に少なくとも多層膜２１のトラック幅方向の両側に形成されたハードバイアス層３２の領域が膜厚方向（図示Ｚ方向）でオーバーラップする大きさである。前記レジスト層６１の幅寸法Ｔ３は０．５μｍ〜３０μｍであることが好ましい。
【０１４７】
次に前記レジスト層６１に覆われていない前記バイアス下地層３１、ハードバイアス層３２、スペーサ層３３、強磁性層３４及び第１保護層３６をイオンミリングで削る。この工程により前記バイアス下地層３１から前記第１保護層３６までの各層のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側が削り取られ、各層の両側端面３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ、３６ａが湾曲形状の連続面となる。なお前記各層の両側端面３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ、３６ａは傾斜面状の連続面であってもよい。
【０１４８】
次に前記バイアス下地層３１から第１保護層３６までの各層の両側にＡｕなどで形成された電極層３５（以下では第２電極層３５と呼ぶ）をスパッタ法や蒸着法で成膜し、さらに連続して前記第２電極層３５上にＴａなどの保護層３７をスパッタ法や蒸着法で成膜する。なおこの成膜により前記レジスト層６１の上面にも電極材料層３５ａ、保護層３７ａが付着する。
【０１４９】
なおこの工程では前記第２電極層３５が形成された領域を絶縁層で形成してもかまわない。また前記保護層３７は前記第２電極層３５を酸化から防止するための酸化防止層としての役割を有するものであるが、前記第２電極層３５が形成される領域が絶縁層である場合、前記保護層３７は特に設ける必要はない。
【０１５０】
次に図示しない多層膜２１のハイト方向（図示Ｙ方向）のパターン形成を行い、バックフィルギャップ層の形成などを行った後、図８工程を行う。
【０１５１】
図８に示す工程では、前記第１保護層３６及び保護層３７上をイオンミリングで若干削って酸化層を除去し（このイオンミリング工程は行わなくてもよい）、次に前記第１保護層３６上及び保護層３７上にＣｒなどで形成されたストッパ層３８をスパッタ法や蒸着法で成膜する。さらに連続して前記ストッパ層３８上に電極下地層３９、第１電極層４０、および第２保護層４１をスパッタ法や蒸着法で真空を破らずに成膜する。
【０１５２】
前記電極下地層３９は例えばＴａであり、第１電極層４０は例えばＡｕであり、第２保護層４１は例えばＴａである。
【０１５３】
次に図９に示す工程では前記第２保護層４１の上にマスク層６２を設ける。図９に示すように、前記マスク層６２は、前記多層膜２１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における図面中央と膜厚方向（図示Ｚ方向）で対向する位置に設けられておらず、そこには間隔６２ｂが形成されている。前記マスク層６２間の間隔６２ｂのトラック幅方向における幅寸法Ｔ４は、フリー磁性層２６の素子中央部Ｄ（図１を参照されたい）のトラック幅方向における寸法を画定する上で重要な寸法であり、前記幅寸法Ｔ４は素子中央部Ｄの幅寸法と同程度かあるいは若干大きい。前記幅寸法Ｔ４は例えば０．０７μｍ〜０．２μｍ程度で形成される。
【０１５４】
前記マスク層６２はＣｒなどのメタルマスクかあるいはレジストなどで形成される。前記マスク層６２をメタルマスクで形成するには、例えば図９に示す間隔６２ｂの位置の第２保護層４１上にレジスト層を設け、前記レジスト層に覆われていない前記第２保護層４１上に前記メタルマスクをスパッタなどで形成して、前記レジスト層を除去するか、一旦、前記第２保護層４１上全体にメタルマスクを成膜した後、前記間隔６２ｂを形成する位置以外のメタルマスク上にレジスト層を形成し、前記レジスト層に覆われていない前記メタルマスクを除去して前記間隔６２ｂを形成した後、前記レジスト層を除去する。
【０１５５】
また前記マスク層６２がレジストで形成される場合には、露光現像によって図９に示す形状のマスク層６２を形成する。
【０１５６】
また図９に示すように前記マスク層６２の前記間隔６２ｂ内の内側端面６２ａは上方から下方に向うにつれて徐々に前記間隔６２ｂのトラック幅方向の幅が狭まる傾斜面で形成されているが、これが湾曲面であってもよいし、あるいは垂直面（図示Ｚ方向と平行な方向）であってもよい。
【０１５７】
前記マスク層６２を形成した後、リアクティブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）で前記マスク層６２の間隔６２ｂ内から露出する第２保護層４１、第１電極層４０及び電極下地層３９を削っていく。なおエッチングガスとして、ＣＦ４やＣ３Ｆ８あるいはＡｒとＣＦ４の混合ガス、またはＣ３Ｆ８とＡｒとの混合ガスを使用する。
【０１５８】
前記ＲＩＥによって前記第２保護層４１、第１電極層４０及び電極下地層３９が削れ、ストッパ層３８が前記間隔６２ｂ内から露出すると、ＲＩＥでは削れないＣｒなどで形成されたストッパ層３８で一旦、削り込み作業を止める。
【０１５９】
図９に示すように前記マスク層６２の間隔６２ｂ下には、凹部４２が形成され、この凹部４２内の第２保護層４１、第１電極層４０及び電極下地層３９の内側端面４１ａ、４０ａ、３９ａは、前記マスク層６２の内側端面６２ａに倣った傾斜面となる。
【０１６０】
次に図１０に示す工程では、前記凹部４２内に露出するストッパ層３８、第１保護層３６、強磁性層３４をイオンミリングで削る。ただし、ストッパ層３８から強磁性層３４までの膜厚は薄いので（具体的には５０Å程度）、イオンミリングでの削り込み量が多いと、フリー磁性層２６にまで前記イオンミリングの影響が及んで好ましくない。
【０１６１】
そのため前記ストッパ層３８から強磁性層３４までの削り込み量はイオンミリング装置に内蔵されたＳＩＭＳ分析装置によりモニタしながら制御することが好ましい。なお前記ストッパ層３８から強磁性層３４までの膜厚は薄いので、このイオンミリングには低エネルギーのイオンミリングを使用できる。前記イオンミリングにより前記ストッパ層３８から強磁性層３４までが削り込まれると同時に（図１０では削り込まれた部分が点線で示されている）、マスク層６２も前記イオンミリングの影響を受けて削られる（図１０では前記マスク層６２を点線で示している）。なお前記マスク層６２は前記イオンミリングですべて除去されてもよいしＣｒ等の金属からマスク層６２が成る場合には、一部残されてもよい。
【０１６２】
また図１０では前記強磁性層３４を前記イオンミリングで削って前記非磁性中間層２７が露出した瞬間にイオンミリングを止めているが、前記非磁性中間層２７が前記イオンミリングの影響を受けて一部あるいは全部除去されてもよい。また強磁性層３４が素子中央部Ｄ上に若干残されていてもよいし、前記非磁性中間層２７がすべて除去されてさらに前記フリー磁性層２６が若干削られてもよい。ここで前記強磁性層３４を素子中央部Ｄ上に若干残す場合であるが、かかる場合、素子中央部Ｄでの強磁性層３４及びフリー磁性層２６は非磁性中間層２７を挟んだ人工フェリ構造になる。ただし素子中央部Ｄでは、残された強磁性層３４の膜厚が素子両側端部Ｃでの強磁性層３４に比べて非常に薄いので、前記素子中央部Ｄにおけるフリー磁性層２６と強磁性層３４の単位面積当たりの磁気モーメント差は、素子両側端部Ｃのそれに比べて大きくなる。磁気モーメント差、すなわち単位面積当たりの合成磁気モーメントが大きくなると、再生感度が上昇するので、素子中央部Ｄに若干強磁性層３４が残されていても、前記素子中央部Ｄでの再生感度を良好に保つことができる。
【０１６３】
なお図１０に示すように、前記凹部４２内の前記ストッパ層３８、第１保護層３６及び強磁性層３４の内側端面３８ａ、３６ａ、３４ａは、その上の第１電極層４０の内側端面４０ａに倣って連続した傾斜面となる。
【０１６４】
図１０に示すように多層膜２１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側端部上には強磁性層３４がオーバーラップし、前記強磁性層３４が膜厚方向（図示Ｚ方向）でオーバーラップしているフリー磁性層２６の領域を「素子両側端部Ｃ」、前記強磁性層３４が膜厚方向でオーバーラップしていない前記フリー磁性層２６の領域を「素子中央部Ｄ」、前記凹部４２の底面のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の幅寸法を「トラック幅Ｔｗ」と定義する。
【０１６５】
次に前記第２保護層４１上から前記凹部４２内にかけてＴａなどの保護層を例えば１０〜２０Å成膜した後、上部ギャップ層、上部シールド層、記録用のインダクティブヘッド等の成膜を行い、さらに図１０に示す磁気検出素子が形成される基板となるスライダを加工するなどした後、前記ハードバイアス層３２を図示Ｘ方向に着磁する。これによって前記ハードバイアス層３２から前記フリー磁性層２６に図示Ｘ方向の縦バイアス磁界が作用して前記フリー磁性層２６が図示Ｘ方向に磁化されるとともに、強磁性層３４はフリー磁性層２６との間で生じるＲＫＫＹ相互作用による反平行結合磁界によって、前記フリー磁性層２６の磁化方向とは反平行に磁化される。
【０１６６】
以上が図１に示す磁気検出素子の製造方法であるが、図２に示すＣＰＰ型の磁気検出素子も図３ないし図１０に示す製造工程を用いることで形成できる。
【０１６７】
すなわち図３工程でまず下部ギャップ層２０を下部電極を兼ね備えた下部シールド層５０とし、図６工程までの工程をそのまま施した後、図７工程で第２電極層３５が形成される領域を第２絶縁層５１とし、図８工程で第１電極層４０が形成される領域を第１絶縁層５２で形成し、図９、図１０工程と同様の工程を施す。そして前記第１絶縁層５２上から凹部４２内にかけて上部電極を兼ね備えた上部シールド層５３を形成することで図２に示すＣＰＰ型の磁気検出素子が完成する。
【０１６８】
なお本発明は図３ないし図１０に示す工程以外で図１や図２に示す磁気検出素子を製造することを除外するものではないが、図３ないし図１０に示す工程を用いることが最も容易に且つ所定形状に図１や図２に示す磁気検出素子を製造できて好ましい。
【０１６９】
また図８工程でストッパ層３８を設けることで図９及び図１０工程での削り込み量を精度良く制御でき、イオンミリングによりフリー磁性層２６が大きく削れることを回避でき再生特性に優れた磁気検出素子を製造しやすい。
【０１７０】
なお図１、図２に示す磁気検出素子では、ハードバイアス層３２、スペーサ層３３、および強磁性層３４の両側端面を削って、各端面３２ａ、３３ａ、３４ａからなる連続面を形成しているが、このような連続面を形成しなくてもよく（かかる場合、第２電極層３５や第２絶縁層３５が形成されない）、かかる場合、図７工程を除いて図３から図１０までの製造工程を施せばよい。
【０１７１】
また本発明における磁気検出素子はハードディスク装置に内蔵される磁気ヘッドに装備されるほか磁気センサなどにも使用可能である。
【０１７２】
【実施例】
本発明では図１１Ａ及び図１１Ｂに示す形態の磁気検出素子を形成し、各磁気検出素子の再生出力について調べた。
【０１７３】
図１１に示す磁気検出素子は、フリー磁性層から上の層構造のみが模式図的に示されている。図１１に示す磁気検出素子は図示しない基板上にＰｔＭｎ合金で形成された第１反強磁性層、人工フェリ構造の固定磁性層、Ｃｕで形成された非磁性材料層が積層され、前記非磁性材料層上にフリー磁性層、非磁性中間層及び強磁性層が形成されている。
【０１７４】
まず前記フリー磁性層を膜厚が３２ÅのＣｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％、非磁性中間層は膜厚を９ÅのＲｕ、および強磁性層を膜厚が１４ÅのＣｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％で形成した。また第２反強磁性層を膜厚が２００ÅのＰｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％で形成し、電極層をＡｕで形成した。
【０１７５】
図１１Ａに示す磁気検出素子は、前記強磁性層が素子中央部には形成されず素子両側端部上にのみ形成されているが、図１１Ｂに示す磁気検出素子は、前記強磁性層が素子中央部上及び素子両側端部上の全域に形成される。
【０１７６】
トラック幅Ｔｗ（図１１Ａでは強磁性層間の間隔、図１１Ｂでは第２反強磁性層間の間隔）は０．２μｍ程度である。また図１１Ａおよび図１１Ｂには、フリー磁性層及び強磁性層に矢印が記載されているが、この矢印は磁化方向を示している。前記フリー磁性層及び強磁性層はその間に非磁性中間層を挟んだ人工フェリ構造となっており、前記フリー磁性層及び強磁性層の磁化が互いに反平行状態になっている。
【０１７７】
実験では、図１１Ａ及び図１１Ｂに示す磁気検出素子を用い、外部磁界が±１００Ｏｅ（ここで＋１００Ｏｅの外部磁界とは例えばハイト方向への外部磁界の方向及び強さを指し、―１００Ｏｅの外部磁界とはハイト方向と逆方向への外部磁界の方向及び強さを指す）時のときの電圧差（ΔＶ）を求めた。この電圧差が大きいほど再生出力が大きいことを示している。なお１００Ｏｅは約７．９×１０３（Ａ／ｍ）である。
【０１７８】
その結果、図１１Ａに示す磁気検出素子では、１．１７ｍＶの電圧差が生じ、図１１Ｂに示す磁気検出素子では、０．３３ｍＶの電圧差が生じた。このように図１１Ａに示す磁気検出素子の形態のように、素子中央部に強磁性層が形成されずフリー磁性層のみが形成された単層構造である方が、図１１Ｂのように素子中央部も人工フェリ構造となっている構造に比べて再生出力の向上を図ることができるとわかった。そこで図１及び図２のように、素子中央部Ｄはフリー磁性層２６のみで構成し、その上に非磁性中間層２７を介して強磁性層３４を形成しない構造を好ましい構造とした。
【０１７９】
次に図１１Ｂに示す磁気検出素子を用い、フリー磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントから強磁性層との単位面積当たりの磁気モーメントを引いた単位面積当たりの合成磁気モーメント（Ｎｅｔ　Ｍｓｔ）と再生出力との関係、およびフリー磁性層の膜厚から強磁性層の膜厚を引いた膜厚差と再生出力との関係について調べた。
【０１８０】
実験に使用した磁気検出素子の膜構成は図１１Ｂであり、各層の材質は上記した通りである。
【０１８１】
実験では、フリー磁性層及び強磁性層の膜厚を変化させ、前記フリー磁性層及び強磁性層の単位面積当たりの磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ）を変化させた。そして図１１Ｂに示す磁気検出素子を用いて、外部磁界が±４０００Ｏｅ（ここで＋４０００Ｏｅの外部磁界とは例えばハイト方向への外部磁界の方向及び強さを指し、―４０００Ｏｅの外部磁界とはハイト方向と逆方向への外部磁界の方向及び強さを指す）時のときの電圧差（ΔＶ）に対する、外部磁界が±１００Ｏｅ（ここで＋１００Ｏｅの外部磁界とは例えばハイト方向への外部磁界の方向及び強さを指し、―１００Ｏｅの外部磁界とはハイト方向と逆方向への外部磁界の方向及び強さを指す）時のときの電圧差（ΔＶ）の比率｛以下、ΔＶ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）とする｝を求めた。ΔＶ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）は、弱い磁場でフリー磁性層の磁化がどれくらい回転するかの指標、すなわち感度を示す。なお４０００Ｏｅは、約３１．６×１０４（Ａ／ｍ）である。
【０１８２】
図１２が、単位面積当たりの合成磁気モーメントと感度｛ΔＶ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）｝（以下、単に感度という）との関係を示すグラフである。図１２に示すように単位面積当たりの合成磁気モーメントが小さくなるほど、徐々に前記感度が低下していくことがわかる。図１２では、単位面積当たりの合成磁気モーメントが１（Ｔ．ｎｍ）付近で、感度が０になるものと考えられる。また前記単位面積当たりの合成磁気モーメントを１．７（Ｔ・ｎｍ）以下にすると前記感度を０．２以下に抑えることができるとわかった。
【０１８３】
この実験でわかったことは、単位面積当たりの合成磁気モーメントをある範囲内で小さくすれば、効果的に感度を低下させることができるとわかった。
【０１８４】
図１３は、フリー磁性層の膜厚から強磁性層の膜厚を引いた膜厚差と感度｛ΔＶ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）｝（以下、単に感度という）との関係を示すグラフであるが、このグラフでも図１２と同様の傾向が見られ、前記膜厚差が小さくなるほど、徐々に前記感度が低下していくことがわかる。図１３では、膜厚差が５Å付近で、前記感度が０になるものと考えられる。また前記膜厚差を１１Å以下にすれば前記感度を０．２以下に抑えることができるとわかった。
【０１８５】
次に図１１Ｂを同じ膜構成の磁気検出素子を用い、特にフリー磁性層の組成や膜厚が上記の実験で使用したものとは異なる磁気検出素子を製造し、図１２及び図１３と同様の実験を施した。
【０１８６】
この実験で使用したフリー磁性層は下から、Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１０Å）／Ｎｉ８０ａｔ％Ｆｅ２０ａｔ％（３０Å）／Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（６Å）の３層構造で形成され、括弧書きは膜厚を示している。
【０１８７】
また非磁性中間層には膜厚が９ÅのＲｕを用い、強磁性層にはＣｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％を用い、前記強磁性層の膜厚を変化させることで、単位面積当たりの合成磁気モーメントの大きさ、およびフリー磁性層と強磁性層との膜厚差を変化させた。
【０１８８】
図１４は、フリー磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントから強磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを引いて求めた単位面積当たりの合成磁気モーメント（Ｎｅｔ　Ｍｓｔ）と感度｛ΔＶ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）｝（以下、単に感度という）との関係を示すグラフである。
【０１８９】
図１４を見てわかるように前記感度は図１２と同様に前記単位面積当たりの合成磁気モーメントが小さくなっていくほど低下していくことがわかった。また図１４では、２．６（Ｔ・ｎｍ）の単位面積当たりの合成磁気モーメントを境として前記感度が急激に変化している。すなわち２．６（Ｔ・ｎｍ）の単位面積当たりの合成磁気モーメントが変曲点となっていることがわかった。
【０１９０】
図１４に示すように前記単位面積当たりの合成磁気モーメントが２．６（Ｔ．ｎｍ）以下になると前記感度は０．２以下になることがわかった。
【０１９１】
図１５は、フリー磁性層の膜厚から強磁性層の膜厚を引いた膜厚差と感度｛ΔＶ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）｝（以下、単に感度という）との関係を示すグラフである。
【０１９２】
図１５に示すように前記膜厚差が小さくなるほど図１３と同様に前記感度は低下していくことがわかった。
【０１９３】
図１５に示すように３０Åの膜厚差を境として前記感度は急激に変化していることがわかった。すなわち３０Åの膜厚差が変曲点となっていることがわかった。図１５に示すように、前記膜厚差が３０Å以下になると前記感度は０．２以下になることがわかった。
【０１９４】
図１及び図２に示す実施形態において、素子両側端部Ｃでは、フリー磁性層２６と非磁性中間層２７と強磁性層３４との人工フェリ構造を保つが、この領域での人工フェリ構造の感度は小さければ小さいほど、サイドリーディングの発生を抑制できるので好ましい。
【０１９５】
そこで図１２ないし図１５に示す実験結果を用いて、本発明において好ましい単位面積当たりの磁気モーメントの大きさ、および膜厚差を求めることとした。
【０１９６】
まず素子両側端部での感度の好ましい大きさについて説明する。素子中央部Ｄでのフリー磁性層の感度が０．８程度であるので、サイドリーディングを実用レベルに抑えるには、素子両側端部での感度を１／４以下、すなわち０．２以下にすることが好ましい感度範囲であると設定した。
【０１９７】
また図１４を見てわかるように、２．６（Ｔ・ｎｍ）の単位面積当たりの磁気モーメントを境として急激に感度変化が見られ、前記単位面積当たりの合成磁気モーメントを２．６（Ｔ・ｎｍ）以下にすると感度を０．２以下に抑えることができるとわかった。
【０１９８】
以上の観点から、感度を０．２以下にすることができる、単位面積当たりの合成磁気磁気モーメント及び膜厚差を求めることとした。
【０１９９】
図１２及び図１４に示すグラフから、前記単位面積当たりの合成磁気モーメントを−６（Ｔ・ｎｍ）以上で２．６（Ｔ・ｎｍ）以下の範囲内に設定すると前記感度を絶対値で０．２以下に抑えることができるとわかった。
【０２００】
しかし前記単位面積当たりの合成磁気モーメントがマイナス側の値とプラス側の値とで以下のような効果の違いが発生する。
【０２０１】
図１６は単位面積当たりの合成磁気モーメントとスピンフロップ磁界Ｈｓｆとの関係を示すグラフである。ここでスピンフロップ磁界Ｈｓｆとは前記フリー磁性層と強磁性層との反平行の磁化状態が崩れるときの磁界の大きさを意味する。このスピンフロップ磁界が大きいほど前記フリー磁性層と強磁性層は反平行の磁化状態を適切に保つ。また図１６に示す実験で使用した磁気検出素子は図１４及び図１５の実験で使用した磁気検出素子と同じものである。
【０２０２】
図１６に示すように前記スピンフロップ磁界は、単位面積当たりの合成磁気モーメントが０（Ｔ・ｎｍ）よりもプラス側に大きくなると大きくなり、一方、前記合成磁気モーメントが０（Ｔ・ｎｍ）よりもマイナス側に小さくなると大きくなることがわかった。
【０２０３】
ところで図１６に示すように前記スピンフロップ磁界は合成磁気モーメントがプラス側に大きくなると、マイナス側に小さくなるときに比べて急激に大きい値を取りやすいとことがわかった。
【０２０４】
前記スピンフロップ磁界の大きさは大きいほど、フリー磁性層２６と強磁性層３４との反平行の磁化状態を適切に保持することができる。
【０２０５】
よって前記スピンフロップ磁界が急激に大きくなる前記合成磁気モーメントのプラス側の領域が好ましい。
【０２０６】
また前記合成磁気モーメントがマイナス側の値であると、強磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントがフリー磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントよりも大きくなり、かかる場合、前記強磁性層の膜厚がフリー磁性層の膜厚よりも厚い膜厚で形成されやすい。前記強磁性層の膜厚が厚いと図１に示す強磁性層３４の内側端部にできる磁荷が大きく、この内側端部から前記フリー磁性層２６に漏れる双極子磁界（静磁界）が前記フリー磁性層２６の磁化方向と逆方向に作用するため再生波形の歪みや不安定性を招きやすいといった問題が発生する。
【０２０７】
よってかかる観点からも前記合成磁気モーメントはプラス側の値であることが好ましい。
【０２０８】
また前記合成磁気モーメントが０（Ｔ・ｎｍ）であると、フリー磁性層と強磁性層間で生じるＲＫＫＹ相互作用における反平行結合磁界に対する支配的な層がフリー磁性層及び強磁性層のどちらでもなくなり、前記フリー磁性層と強磁性層をトラック幅方向（図示Ｘ方向）に磁化制御しにくい。従って前記合成磁気モーメントは０（Ｔ・ｎｍ）でないことが好ましい。
【０２０９】
以上の結果、本発明での好ましい合成磁気モーメントは０（Ｔ・ｎｍ）よりも大きく２．６（Ｔ・ｎｍ）以下の範囲内とした。これによって感度を０．２以下に抑えることができると共に、スピンフロップ磁界も大きくでき、再生波形の安定性が高い磁気検出素子を製造できる。
【０２１０】
次に膜厚差の好ましい範囲について説明する。感度を絶対値で０．２以下に抑えるには図１５に示すように前記膜厚差を−３０Å以上で３０Å以下にすればよいとわかった。しかしながら前記膜厚差がマイナス側の値であると上記した合成磁気モーメントがマイナス側の値である場合と同様の不具合が生じ易いので、前記膜厚差はプラス側の値であることが好ましい。
【０２１１】
なお図１５に示す実験ではフリー磁性層にＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅの３層構造を用い、強磁性層にはＣｏＦｅの単層構造を用いているので、フリー磁性層と強磁性層の飽和磁化Ｍｓは異なる値であり、よって前記フリー磁性層と強磁性層が共に同じ値であっても、すなわち膜厚差が０Åであっても、単位面積当たりの合成磁気モーメントは０（Ｔ・ｎｍ）にならない。
【０２１２】
よって本発明における好ましい膜厚差は０Å以上で３０Å以下であるとした。ただし図１３に示す実験では、フリー磁性層及び強磁性層がともにＣｏＦｅ合金で形成された磁気検出素子を用いて行ったものであり、かかる場合、前記膜厚差を１１Å以下にすると前記感度を０．２以下に抑えることができる。またかかる場合、前記膜厚差が０Åであると合成磁気モーメントは０（Ｔ・ｎｍ）になってしまうため、より好ましい膜厚差を０Åよりも大きく１１Å以下と設定した。
【０２１３】
【発明の効果】
以上詳述した本発明によれば、フリー磁性層のトラック幅方向の両側にはバイアス層が設けられ、前記フリー磁性層の素子両側端部上で非磁性中間層を介して形成された強磁性層が、前記バイアス層上にまで延びている。
【０２１４】
このように前記強磁性層はバイアス層上にまで延びて形成されているから、前記バイアス層からの逆方向の縦バイアス磁界の影響を直接受けにくく、スピンフロップ磁界が小さくても、素子両側端部での磁化の乱れを軽減でき、しかも前記強磁性層の両側端部での反磁界が前記素子両側端部での磁化の乱れに影響を及ぼすことを軽減できる。
【０２１５】
以上のように本発明における磁気検出素子の構造であれば、素子両側端部でのフリー磁性層及び強磁性層の磁化の乱れを軽減でき、よってフリー磁性層の素子中央部での磁化を安定した単磁区化構造に維持できるので、再生波形の安定性を向上させることができ、しかも人工フェリ構造である素子両側端部の再生感度を効果的に鈍化させることができ、サイドリーディングの発生を適切に抑制することが可能になっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図２】本発明の第２の実施の形態である磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図３】図１の形態の磁気検出素子の製造工程を示す一工程図
【図４】図３の次に行なわれる一工程図、
【図５】図４の次に行なわれる一工程図、
【図６】図５の次に行なわれる一工程図、
【図７】図６の次に行なわれる一工程図、
【図８】図７の次に行なわれる一工程図、
【図９】図８の次に行なわれる一工程図、
【図１０】図９の次に行なわれる一工程図、
【図１１】実験に使用した磁気検出素子のフリー磁性層以上の構造を示す部分模式図、
【図１２】図１１Ｂに示す磁気検出素子を用い、単位面積当たりの合成磁気モーメント（Ｎｅｔ　Ｍｓｔ）と、ΔＶ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）との関係を示すグラフ、
【図１３】図１１Ｂに示す磁気検出素子を用い、フリー磁性層の膜厚から強磁性層の膜厚を引いた膜厚差と、ΔＶ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）との関係を示すグラフ、
【図１４】図１２の実験とは異なる材質によって図１１Ｂに示す磁気検出素子を製造して、かかる場合の単位面積当たりの合成磁気モーメント（Ｎｅｔ　Ｍｓｔ）と、ΔＶ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）との関係を示すグラフ、
【図１５】図１３の実験とは異なる材質によって図１１Ｂに示す磁気検出素子を製造して、かかる場合のフリー磁性層の膜厚から強磁性層の膜厚を引いた膜厚差と、ΔＶ（±１００Ｏｅ）／ΔＶ（±４０００Ｏｅ）との関係を示すグラフ、
【図１６】単位面積当たりの合成磁気モーメントとスピンフロップ磁界Ｈｓｆとの関係を示すグラフ、
【図１７】従来における磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図１８】従来における別の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【符号の説明】
２０　下部ギャップ層
２３　反強磁性層
２４　固定磁性層
２５　非磁性材料層
２６　フリー磁性層
２７　非磁性中間層
３２　ハードバイアス層
３４　強磁性層
３８　ストッパ層
４０　第１電極層
５０　下部シールド層
５２　第１絶縁層
５３　上部シールド層
６０、６１　レジスト層
６２　マスク層
【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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