(57)【要約】【目的】狭トラック化に適応可能な巨大磁気抵抗効果素子及びその製造方法を提供する。【構成】第１磁性層１１；第１磁性層１１上に形成されたＣｕ層１３；Ｃｕ層１３上に形成された第２磁性層１２；第２磁性層１２の両側端部１２ｂ上に形成された反強磁性層１４と；を備えたＧＭＲ素子１０であって、Ｃｕ層１３が、第１磁性層１１と第２磁性層１２との間にＲＫＫＹ的な反平行結合を生じさせ、且つ、与えられた外部磁界に応じて第１磁性層１１の中央部１１ａにおける磁化方向と第２磁性層１２の中央部１２ａにおける磁化方向とを共に変化させる厚さで、形成されている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１磁性層と；この第１磁性層上に形成されたＣｕ層と；このＣｕ層上に形成された第２磁性層と；この第２磁性層の両側端部上に形成された反強磁性層と；を備え、
前記Ｃｕ層が、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間にＲＫＫＹ的な反平行結合を生じさせ、且つ、与えられた外部磁界に応じて前記第１磁性層及び前記第２磁性層の中央部における磁化方向を共に変化させる厚さで、形成されていることを特徴とする巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
請求項１記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記Ｃｕ層は、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に生じるＲＫＫＹ的な結合エネルギーが反平行の第１ピーク値となる厚さで形成されている巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
請求項２記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記Ｃｕ層は、８Å以上１２Å以下の厚さで形成されている巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
請求項１記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記Ｃｕ層は、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に生じるＲＫＫＹ的な結合エネルギーが反平行の第２ピーク値となる厚さで形成されている巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
請求項４記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記Ｃｕ層は、１８Å以上２２Å以下の厚さで形成されている巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記第１磁性層の直下にスペキュラー層が全面的に形成されている巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記第２磁性層の中央部上にスペキュラー層が形成されている巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記第２磁性層と前記反強磁性層との間にバックド層を設けた巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
請求項８記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記バックド層は、中央部と該中央部よりも薄く形成された両側端部とを有する断面凸状をなしていて、該両側端部上に、前記反強磁性層が形成されている巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記バックド層の両側端部と前記反強磁性層との間に強磁性層を介在させた巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項１１】
請求項８ないし１０のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記バックド層の中央部上にスペキュラー層が形成されている巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項１２】
請求項８ないし１１のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記バックド層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１種または２種以上で形成される巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項１３】
請求項６、７または１２のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記スペキュラー層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇあるいは希土類元素のうち１種又は２種以上からなる元素の酸化物又は窒化物で形成される巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項１４】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記反強磁性層が前記第２磁性層の中央部上にも形成されていて、該反強磁性層の中央部は非反強磁性の性質を有し、両側端部は反強磁性の性質を有する巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項１５】
請求項１４記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記反強磁性層は、中央部の膜厚が３０Å以上５０Å以下であり、両側端部の膜厚が８０Å以上３００Å以下である巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項１６】
請求項１４または１５記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記反強磁性層は、前記第２磁性層上に全面的に形成された下部反強磁性層と、この下部反強磁性層の両側端部上に形成された上部反強磁性層とを有し、前記下部反強磁性層の膜厚が３０Å以上５０Å以下である巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項１７】
請求項１６記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記下部強磁性層の中央部上に前記上部反強磁性層に接して非磁性保護層を設けた巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項１８】
請求項１７記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記非磁性保護層が３Å以下の膜厚で前記下部反強磁性層と前記上部反強磁性層との間にも設けられている巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項１９】
請求項１７または１８記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記非磁性保護層の中央部の膜厚が３Å以上１０Å以下である巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項２０】
請求項１ないし１９のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記第１磁性層と前記第２磁性層は、単位面積あたりの磁気モーメントがほぼ等しい巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項２１】
請求項２０記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記第１磁性層及び前記第２磁性層がＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金及びＣｏＦｅＮｉ合金のいずれかで形成されている巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項２２】
請求項２０または２１記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記第１磁性層及び前記第２磁性層が同一の磁性材料で形成され、該第１磁性層の膜厚と前記第２磁性層の膜厚がほぼ等しい巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項２３】
請求項２０または２１記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記第１磁性層及び前記第２磁性層がそれぞれ単層で形成され、該第１磁性層及び第２磁性層のうち少なくとも一方がＣｏＦｅＮｉ合金で形成されている巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項２４】
請求項２０または２１記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記第１磁性層がＮｉＦｅ合金層とＣｏＦｅ合金層とからなる積層体で形成され、前記第２磁性層がＣｏＦｅ合金層とＮｉＦｅ合金層とからなる積層体で形成されている巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項２５】
（ａ）基板上に、第１磁性層、Ｃｕ層及び第２磁性層を順次積層する工程と、
（ｂ）前記積層体の中央部にレジスト層を形成する工程と、
（ｃ）前記レジスト層のトラック幅方向の両側から露出する積層体の両側端部上に反強磁性層を形成し、該レジスト層を除去する工程と、
（ｄ）磁場中アニールによって、前記反強磁性層と前記第２磁性層の両側端部との間に交換結合磁界を生じさせる工程とを有し、
前記（ａ）工程において、前記Ｃｕ層を、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間にＲＫＫＹ的な反平行結合を生じさせ、且つ、与えられた外部磁界に応じて前記第１磁性層及び前記第２磁性層の中央部における磁化方向を共に変化させる厚さで形成することを特徴とする巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２６】
請求項２５記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記Ｃｕ層を、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に生じるＲＫＫＹ的な結合エネルギーが反平行の第１ピーク値となる厚さで形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２７】
請求項２６記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記Ｃｕ層を８Å以上１２Å以下で形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２８】
請求項２５記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記Ｃｕ層を、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に生じるＲＫＫＹ的な結合エネルギーが反平行の第２ピーク値となる厚さで形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２９】
請求項２８記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記Ｃｕ層を１８Å以上２２Å以下で形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３０】
請求項２５ないし２９のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記第１磁性層及び前記第２磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントをほぼ等しくさせる巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３１】
請求項２５ないし３０のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記（ａ）工程前に、基板上に、スペキュラー層を形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３２】
請求項２５ないし３１のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記（ａ）工程でさらに前記第２磁性層上にスペキュラー層を形成し、前記（ｂ）工程後に前記レジスト層のトラック幅方向の両側から露出するスペキュラー層を除去する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３３】
請求項３１または３２記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、スペキュラー層を、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇあるいは希土類元素のうち１種または２種以上からなる元素の酸化物または窒化物で形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３４】
請求項３１または３２記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇあるいは希土類元素のうち１種または２種以上からなる元素膜を形成した後、該元素膜を真空槽内で酸化あるいは窒化してスペキュラー層を形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３５】
請求項２５ないし３４のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記（ａ）工程でさらに、前記第２磁性層上にバックド層を積層する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３６】
請求項３５記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記（ａ）工程でさらに前記バックド層上にスペキュラー層を積層し、前記（ｂ）工程後に前記レジスト層のトラック幅方向の両側から露出するスペキュラー層を除去する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３７】
請求項３５または３６記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記（ｂ）工程後、前記レジスト層に覆われていないバックド層の両側端部を所定量削る巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３８】
請求項３５ないし３７のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記（ｃ）工程で反強磁性層を形成する前に、強磁性層を、バックド層の両側端部上に形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３９】
請求項３６記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、スペキュラー層を、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇあるいは希土類元素のうち１種または２種以上からなる元素の酸化物または窒化物で形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４０】
請求項３６記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇあるいは希土類元素のうち１種または２種以上からなる元素膜を形成した後、該元素膜を真空槽内で酸化あるいは窒化してスペキュラー層を形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４１】
請求項３５ないし４０のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記バックド層を、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ，Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１種または２種以上で形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４２】
請求項２５ないし４１のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記第１磁性層及び第２磁性層を、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金及びＣｏＦｅＮｉ合金のいずれかで形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４３】
請求項２５ないし４２のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記第１磁性層及び前記第２磁性層を、同一の磁性材料により、ほぼ同等の膜厚で形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４４】
請求項４２または４３記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記第１磁性層及び前記第２磁性層をそれぞれ単層で形成し、該第１磁性層及び第２磁性層のうち少なくとも一方をＣｏＦｅＮｉ合金で形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４５】
請求項４２または４３記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記第１磁性層をＮｉＦｅ合金層とＣｏＦｅ合金層とからなる積層体で形成し、前記第２磁性層をＣｏＦｅ合金層とＮｉＦｅ合金層とからなる積層体で形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４６】
（ｅ）基板上に、第１磁性層、Ｃｕ層、第２磁性層、下部反強磁性層及び非磁性保護層を順次積層する工程と、
（ｆ）前記積層体の中央部にレジスト層を形成する工程と、
（ｇ）前記レジスト層のトラック幅方向の両側から露出する非磁性保護層を除去し、該両側から前記下部反強磁性層を露出させる工程と、
（ｈ）該露出した下部反強磁性層上に上部反強磁性層を形成し、前記レジスト層を除去する工程と、
（ｉ）磁場中アニールによって、前記第２磁性層の両側端部と前記下部反強磁性層との間に交換結合磁界を生じさせる工程とを有し、
前記（ｅ）工程において、前記Ｃｕ層を、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間にＲＫＫＹ的な反平行結合を生じさせ、且つ、与えられた外部磁界に応じて前記第１磁性層及び前記第２磁性層の中央部における磁化方向を共に変化させる厚さで形成することを特徴とする巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４７】
請求項４６記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記Ｃｕ層を、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に生じるＲＫＫＹ的な結合エネルギーが反平行の第１ピーク値となる厚さで形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４８】
請求項４７記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記Ｃｕ層を８Å以上１２Å以下で形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４９】
請求項４６記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記Ｃｕ層を、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に生じるＲＫＫＹ的な結合エネルギーが反平行の第２ピーク値となる厚さで形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項５０】
請求項４９記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記Ｃｕ層を１８Å以上２２Å以下で形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項５１】
請求項４６ないし５０のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記第１磁性層及び前記第２磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントをほぼ等しくさせる巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項５２】
請求項４６ないし５１のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記下部反強磁性層を３０Å以上５０Å以下の膜厚で形成し、且つ、前記下部反強磁性層と前記上部反強磁性層の合計膜厚を８０Å以上３００Å以下にする巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項５３】
請求項４６ないし５２のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記非磁性保護層は３Å以上１０Å以下の膜厚で形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項５４】
請求項４６ないし５３のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記（ｇ）工程では低エネルギーイオンミリングによって前記非磁性保護層を除去する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項５５】
請求項４６ないし５４のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記（ｇ）工程では前記下部反強磁性層をすべて除去せずに３Å以下の膜厚だけ残し、前記（ｈ）工程では前記下部反強磁性層上に前記上部反強磁性層を形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項５６】
請求項４６ないし５５のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記第１磁性層及び第２磁性層を、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金及びＣｏＦｅＮｉ合金のいずれかで形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項５７】
請求項４６ないし５６のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記第１磁性層及び前記第２磁性層を、同一の磁性材料により、ほぼ同等の膜厚で形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項５８】
請求項５６または５７記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記第１磁性層及び前記第２磁性層をそれぞれ単層で形成し、該第１磁性層及び第２磁性層のうち少なくとも一方をＣｏＦｅＮｉ合金で形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項５９】
請求項５６または５７記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記第１磁性層をＮｉＦｅ合金層とＣｏＦｅ合金層とからなる積層体で形成し、前記第２磁性層をＣｏＦｅ合金層とＮｉＦｅ合金層とからなる積層体で形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項６０】
（ｊ）基板上に、第１磁性層、Ｃｕ層、第２磁性層、反強磁性層、ストッパ層及び電極層を順次積層する工程と、
（ｋ）前記積層体上にトラック幅領域をパターン形成し、該トラック幅領域外の範囲に金属マスク層を形成する工程と、
（ｌ）前記金属マスク層をマスクにしてトラック幅領域内の電極層を除去し、前記ストッパ層を露出させる工程と、
（ｍ）トラック幅領域内の前記ストッパ層及び前記反強磁性層を除去する工程と、
（ｎ）磁場中アニールによって、前記第２磁性層及び前記反強磁性層の両側端部間に交換結合磁界を生じさせる工程とを有し、
前記（ｉ）工程において、前記Ｃｕ層を、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間にＲＫＫＹ的な反平行結合を生じさせ、且つ、与えられた外部磁界に応じて前記第１磁性層及び前記第２磁性層の中央部における磁化方向とを共に変化させる厚さで形成することを特徴とする巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項６１】
請求項６０記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記Ｃｕ層を、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に生じるＲＫＫＹ的な結合エネルギーが反平行の第１ピーク値となる厚さで形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項６２】
請求項６１記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記Ｃｕ層を８Å以上１２Å以下で形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項６３】
請求項６０記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記Ｃｕ層を、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に生じるＲＫＫＹ的な結合エネルギーが反平行の第２ピーク値となる厚さで形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項６４】
請求項６３記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記Ｃｕ層を１８Å以上２２Å以下で形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項６５】
請求項６０ないし６４のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記第１磁性層及び前記第２磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントをほぼ等しくさせる巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項６６】
請求項６０ないし６５のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記（ｍ）工程では、トラック幅領域内の前記反強磁性層を全て除去せずに、該反強磁性層が反強磁性の性質を有さない膜厚だけ残す巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項６７】
請求項６６記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、トラック幅領域内の前記反強磁性層を５０Å以下の膜厚で残す巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項６８】
請求項６０ないし６７のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記第１磁性層及び前記第２磁性層を、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金及びＣｏＦｅＮｉ合金のいずれかで形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項６９】
請求項６０ないし６８のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記第１磁性層及び前記第２磁性層を、同一の磁性材料により、ほぼ同等の膜厚で形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項７０】
請求項６８または６９記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記第１磁性層及び前記第２磁性層をそれぞれ単層で形成し、該第１磁性層及び第２磁性層のうち少なくとも一方をＣｏＦｅＮｉ合金で形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項７１】
請求項６８または６９記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記第１磁性層をＮｉＦｅ合金層とＣｏＦｅ合金層とからなる積層体で形成し、前記第２磁性層をＣｏＦｅ合金層とＮｉＦｅ合金層とからなる積層体で形成する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、ハードディスク装置や磁気センサなどに用いられる巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
ハードディスク装置や磁気センサなどに用いられる巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子では、今後の更なる高記録密度化に適応すべく、狭トラック化が要求されている。この狭トラック化を実現する上で、近年ではＧＭＲ素子の縦バイアス構造自体が再検討されており、従来のＡＭＲ素子に用いたエクスチェンジバイアス方式をＧＭＲ素子に適用したら有効ではないかという提案がある。
【０００３】
周知のようにＧＭＲ素子は、第１反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層及びフリー磁性層とを順に積層形成した構造を有するもので、エクスチェンジバイアス方式が適用された場合には、フリー磁性層の両側端部上に、さらに強磁性層、第２反強磁性層及び電極層が積層形成され、強磁性層のトラック幅方向の間隔によりＧＭＲ素子のトラック幅が規制される。
【０００４】
このようなＧＭＲ素子において、固定磁性層とフリー磁性層との磁化方向は、外部磁界が与えられていない状態で９０°異なるように設定することが好ましいとされている。具体的には、強磁性層の磁化方向を強磁性層と第２反強磁性層との間に生じる交換結合磁界によってトラック幅方向に揃え、これにより強磁性層の直下に位置するフリー磁性層の両側端部の磁化方向をトラック幅方向に固定すると共に、フリー磁性層の中央部を外部磁界に対して磁化変動できる程度に弱く単磁区化させる。一方、固定磁性層の磁化方向を、固定磁性層と第１反強磁性層との間に生じる交換結合磁界によってハイト方向に固定する。これら第１、第２反強磁性層との交換結合磁界によって固定磁性層、強磁性層の磁化を固定するには、磁場中アニールを施す必要がある。
【０００５】
しかしながら、反強磁性層との交換結合磁界によって磁化方向が固定される磁性層が２以上存在する場合には、磁場中アニールを施すと各磁性層の磁化が同一方向を向いてしまう。このため、各磁性層の磁化を異なる方向に固定させることが難しく、依然として狭トラック化に対応したＧＭＲ素子が製造されていなかった。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、上記事情に鑑み、狭トラック化に適応可能な巨大磁気抵抗効果素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【発明の概要】
本発明は、ＧＭＲ素子内に備える反強磁性層を１つとすれば、磁場中アニールによる磁化固定が容易になることに着目してなされたものである。すなわち本発明は、第１磁性層と；第１磁性層上に形成されたＣｕ層と；Ｃｕ層上に形成された第２磁性層と；第２磁性層の両側端部上に形成された反強磁性層と；を備え、Ｃｕ層が、第１磁性層と第２磁性層との間にＲＫＫＹ的な反平行結合を生じさせ、且つ、与えられた外部磁界に応じて第１磁性層及び第２磁性層の中央部における磁化方向を共に変化させる厚さで形成されていることを特徴としている。
【０００８】
Ｃｕ層は、第１磁性層と第２磁性層との間に生じるＲＫＫＹ的な結合エネルギーが反平行の第１または第２ピーク値となる厚さで形成されることが好ましい。具体的には、８Å以上１２Å以下または１８Å以上２２Å以下の厚さで形成されるとよい。
【０００９】
第１磁性層の直下には、アップスピン電子の平均自由行程を延長させることのできるスペキュラー層が全面的に形成されていることが好ましい。また、スペキュラー層は、第２磁性層の中央部上にも形成されていることが好ましい。スペキュラー層を設けることでアップスピン電子の平均自由行程が延びれば、アップスピン電子とダウンスピン電子との平均自由行程の差が大きくなり、巨大磁気抵抗効果素子の抵抗変化率が増大する。つまり、巨大磁気抵抗効果素子の出力特性が向上する。
【００１０】
第２磁性層と反強磁性層との間には、スピンフィルター効果を有するバックド層を設けることができる。このバックド層によってもアップスピン電子の平均自由行程を延ばすことができる。バックド層は、例えば、所定の厚さで形成された中央部と該中央部よりも薄い厚さで形成された両側端部とを有する断面凸状に形成される。このようにバックド層が断面凸状をなす場合は、該バックド層の両側端部上に反強磁性層を形成することができる。このバックド層の両側端部と反強磁性層との間には、強磁性層を介在させることが好ましい。強磁性層を設けることで、バックド層の両側端部を介し、反強磁性層と第２磁性層の両側端部をより強固に結合させることができる。またバックド層の中央部上には、アップスピン電子の平均自由行程をさらに延ばすため、スペキュラー層を形成することが好ましい。
【００１１】
バックド層は、最適なスピンフィルター効果を得るため、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ，Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１種または２種以上で形成されることが好ましい。
【００１２】
スペキュラー層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇあるいは希土類元素のうち１種又は２種以上からなる元素の酸化物又は窒化物で形成されることが好ましい。
【００１３】
反強磁性層は、第２磁性層の両側端部上のみでなく、第２磁性層の中央部上にも形成されていてもよい。反強磁性層が第２磁性層上に全面的に形成されている場合には、該反強磁性層の中央部は非反強磁性の性質を有し、両側端部は反強磁性の性質を有することが好ましい。より具体的には、中央部の膜厚が３０Å以上５０Å以下で、且つ、両側端部の膜厚が８０Å以上３００Å以下であることが好ましい。このように反強磁性層の中央部が非反強磁性の性質であれば、反強磁性層が第２磁性層上に全面的に形成されていても、両側端部のみを磁化固定することができる。
【００１４】
上記反強磁性層は、第２磁性層上に全面的に形成された下部反強磁性層と、この下部反強磁性層の両側端部上に形成された上部反強磁性層とから形成することができる。この場合には、下部反強磁性層の膜厚が３０Å以上５０Å以下であることが好ましい。下部反強磁性層の膜厚が上記範囲内であれば、下部反強磁性層のみが存在する中央部では反強磁性の性質を有さず、下部反強磁性層と上部反強磁性層とが積層された両側端部では反強磁性の特性を有することができる。
【００１５】
下部反強磁性層の中央部上には、上部反強磁性層に接して非磁性保護層を設けることができる。この非磁性保護層は、膜厚が３Å以下であれば、下部反強磁性層と上部反強磁性層との間に介在していてもよい。非磁性保護層の中央部の膜厚は、３Å以上１０Å以下であることが好ましい。
【００１６】
第１磁性層と第２磁性層は、両層間に働くスピンフロップ磁界が適度に弱くなるように、単位面積あたりの磁気モーメントがほぼ等しいことが好ましい。この第１磁性層及び第２磁性層は、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金及びＣｏＦｅＮｉ合金のいずれかで形成することができ、同一の磁性材料によって形成されることが好ましい。第１磁性層及び第２磁性層を同一の磁性材料によって形成する場合は、両層の単位面積あたりの磁気モーメントがほぼ等しくなるように、第１磁性層の膜厚と第２磁性層の膜厚をほぼ等しくする。また、第１磁性層及び第２磁性層をそれぞれ単層で形成する場合は、該第１磁性層及び第２磁性層のうち少なくとも一方がＣｏＦｅＮｉ合金で形成されていることが好ましい。これに対し、第１磁性層及び第２磁性層をそれぞれ多層で形成する場合は、第１磁性層がＮｉＦｅ合金層とＣｏＦｅ合金層とからなる積層体で形成され、第２磁性層がＣｏＦｅ合金層とＮｉＦｅ合金層とからなる積層体で形成されることが好ましい。
【００１７】
本発明の製造方法は、（ａ）基板上に、第１磁性層、Ｃｕ層、第２磁性層を順次積層する工程と、（ｂ）前記積層体の中央部にレジスト層を形成する工程と、（ｃ）前記レジスト層のトラック幅方向の両側から露出する積層体の両側端部上に反強磁性層を形成し、該レジスト層を除去する工程と、（ｄ）磁場中アニールによって、反強磁性層と第２磁性層の両側端部との間に交換結合磁界を発生させる工程とを有し、前記（ａ）工程において、Ｃｕ層を、第１磁性層と第２磁性層との間にＲＫＫＹ的な反平行結合を生じさせ、且つ、与えられた外部磁界に応じて第１磁性層及び第２磁性層の中央部における磁化方向を共に変化させる厚さで形成することを特徴としている。
【００１８】
（ａ）工程前には、基板上にスペキュラー層を形成することが好ましい。この工程により、スペキュラー層を基板と第１磁性層との間に介在させることができ、アップスピン電子の平均自由行程を延長させることができる。よりアップスピン電子の平均自由行程を延長させるには、第２磁性層の中央部上にもスペキュラー層を形成することが好ましい。すなわち、（ａ）工程で第２磁性層上にさらにスペキュラー層を形成し、（ｂ）工程後にレジスト層のトラック幅方向の両側から露出するスペキュラー層を除去することが好ましい。
【００１９】
（ａ）工程では、第２磁性層上にバックド層を積層することができ、このバックド層上にはさらにスペキュラー層を積層することができる。バックド層上に積層されたスペキュラー層の、レジスト層のトラック幅方向の両側から露出する部分は、（ｂ）工程後に除去することが好ましい。
【００２０】
（ｂ）工程後には、レジスト層に覆われていないバックド層の両側端部を所定量削ることが好ましい。この工程により、バックド層は、中央部とこの中央部よりも薄く形成された両側端部とを有する断面凸状に形成される。この断面凸状にバックド層が形成された場合は、（ｃ）工程で反強磁性層を形成する前に、強磁性層をバックド層の両側端部上に形成することができる。第２磁性層とバックド層との間に強磁性層を介在させることで、第２磁性層とバックド層との結合を強めることができる。
【００２１】
スペキュラー層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇあるいは希土類元素のうち１種または２種以上からなる元素の酸化物または窒化物で形成することが好ましい。あるいは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇあるいは希土類元素のうち１種または２種以上からなる元素膜を形成した後、該元素膜を真空槽内で酸化あるいは窒化してスペキュラー層を形成することが好ましい。
【００２２】
本発明の製造方法は、別の態様では、（ｅ）基板上に、第１磁性層、Ｃｕ層、第２磁性層、下部反強磁性層及び非磁性保護層を順次積層する工程と、（ｆ）前記積層体の中央部にレジスト層を形成する工程と、（ｇ）前記レジスト層のトラック幅方向の両側から露出する非磁性保護層を除去し、該両側から前記下部反強磁性層を露出させる工程と、（ｈ）該露出した下部反強磁性層上に上部反強磁性層を形成し、前記レジスト層を除去する工程と、（ｉ）磁場中アニールによって、前記第２磁性層の両側端部と前記下部反強磁性層との間に交換結合磁界を生じさせる工程とを有し、前記（ｅ）工程において、Ｃｕ層を、第１磁性層と第２磁性層との間にＲＫＫＹ的な反平行結合を生じさせ、且つ、与えられた外部磁界に応じて第１磁性層及び第２磁性層の中央部における磁化方向を共に変化させる厚さで形成することを特徴としている。
【００２３】
下部反強磁性層は、単層では反強磁性の特性を有さないように、３０Å以上５０Å以下の膜厚で形成することが好ましい。そして、下部反強磁性層と上部反強磁性層の積層体では反強磁性の特性を有するように、その合計膜厚を８０Å以上３００Å以下にすることが好ましい。非磁性保護層は、下部反強磁性層の酸化を防止でき且つ容易に除去できるように、３Å以上１０Å以下の膜厚で形成されることが好ましい。
【００２４】
（ｇ）工程では、非磁性保護層の膜厚を容易に制御できるように、低エネルギーイオンミリングによって非磁性保護層を除去することが好ましい。また、（ｇ）工程では、下部反強磁性層をすべて除去せずに３Å以下の膜厚だけ残し、（ｈ）工程においてこの下部反強磁性層上に上部反強磁性層を形成することが好ましい。非磁性保護層の膜厚が３Å以下であれば、該非磁性保護層が介在していても下部反強磁性層と上部反強磁性層とを一体の反強磁性層として機能させることができる。
【００２５】
本発明の製造方法は、さらに別の態様では、（ｊ）基板上に、第１磁性層、Ｃｕ層、第２磁性層、反強磁性層、ストッパ層及び電極層を順次積層する工程と、（ｋ）前記積層体上にトラック幅領域をパターン形成し、該トラック幅領域外の範囲に金属マスク層を形成する工程と、（ｌ）前記金属マスク層をマスクにしてトラック幅領域内の電極層を除去し、前記ストッパ層を露出させる工程と、（ｍ）トラック幅領域内のストッパ層及び反強磁性層を除去する工程と、（ｎ）磁場中アニールによって、前記第２磁性層及び前記反強磁性層の両側端部間に交換結合磁界を生じさせる工程とを有し、前記（ｉ）工程において、前記Ｃｕ層を、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間にＲＫＫＹ的な反平行結合を生じさせ、且つ、与えられた外部磁界に応じて前記第１磁性層及び前記第２磁性層の中央部における磁化方向とを共に変化させる厚さで形成することを特徴としている。
【００２６】
（ｍ）工程では、トラック幅領域内の反強磁性層を全て除去せずに、該反強磁性層が反強磁性の性質を有さない膜厚、具体的には５０Å以下の膜厚だけ残してもよい。このように反強磁性層のトラック幅領域内の膜厚が反強磁性の性質を有さない程度に薄ければ、アニール処理を施してもトラック幅領域内の反強磁性層と第２磁性層との間には交換結合磁界が生じずあるいは生じても弱い。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明を説明する。各図において、Ｘ方向はトラック幅方向、Ｙ方向は記録媒体からの漏れ磁界方向、Ｚ方向は記録媒体の移動方向及び巨大磁気抵抗効果素子を構成する各層の積層方向である。
【００２８】
図１は、本発明の第１実施形態における巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）１０の構造を、記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図である。ＧＭＲ素子１０は、例えばハードディスク装置の磁気ヘッドに搭載され、巨大磁気抵抗効果を利用して記録媒体からの漏れ磁界を検出する素子である。
【００２９】
ＧＭＲ素子１０は、基板１側から順に積層された第１磁性層１１、Ｃｕ層１３及び第２磁性層１２と、この第２磁性層１２の両端部１２ｂ上に積層された反強磁性層１４及び電極層１５とを備えている。不図示であるが、第２磁性層１２の中央部１２ａ上には、該中央部１２ａの酸化を防止するためのＴａ等からなる保護層を設けてもよい。また、基板１と第１磁性層１１との間には、Ｔａ等からなる下地層やＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＣｒ等からなるシードレイヤ層が形成されていてもよい。
【００３０】
第１磁性層１１及び第２磁性層１２は、単位面積あたりの磁気モーメント（残留磁化Ｍｒ×膜厚ｔ）がほぼ等しく、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金及びＣｏＦｅＮｉ合金等の強磁性材料により形成される。この第１磁性層１１及び第２磁性層１２は同一の磁性材料により形成されることが好ましく、同一の磁性材料により形成された場合は両層の膜厚がほぼ同等になる。また第１磁性層１１及び第２磁性層１２をそれぞれ単層で形成する場合は、両層のうち少なくとも一方をＣｏＦｅＮｉ合金で形成することが好ましい。これに対し、第１磁性層１１及び第２磁性層１２をそれぞれ多層で形成する場合は、第１磁性層１１をＮｉＦｅ合金層とＣｏＦｅ合金層とからなる積層体で形成し、第２磁性層１２をＣｏＦｅ合金層とＮｉＦｅ合金層とからなる積層体で形成することが好ましい。
【００３１】
電極層１５は、例えばＡｕ、Ｃｕ、α‐ＴａまたはＣｒ等の比抵抗の小さい導電材料により形成される。反強磁性層１４は、磁場中アニールにより第２磁性層１２の両側端部１２ｂとの間に大きな交換結合磁界を生じさせ、両側端部１２ｂの磁化方向をトラック幅方向（図１の矢印Ｂ方向）に固定する。この反強磁性層１４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）合金で形成される。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。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、磁場中アニールが施されるとＣｕＡｕＩ（ＣｕＡｕ１）型の規則型の面心正方構造（ｆｃｔ）に構造変態する。よって、上記合金を用いて反強磁性層４を形成すれば、磁場中アニールを施すことで、第２磁性層１２の両側端部１２ｂとの間に大きな交換結合磁界を生じさせることができる。
【００３２】
本実施形態のＧＭＲ素子１０は、エクスチェンジバイアス方式を採用しており、反強磁性層１４のトラック幅方向の間隔によってトラック幅Ｔｗが規制されている。この反強磁性層１４の間隔で規定されたトラック幅Ｔｗと第２磁性層１２の中央部１２ａのトラック幅方向における寸法とは、ほぼ一致する。これにより、高記録密度化に応じて狭トラック化が促進されても、トラック幅寸法内を磁化回転可能な感度領域として適切に規定可能である。
【００３３】
このＧＭＲ素子１０において、Ｃｕ層１３は、第１磁性層１１と第２磁性層１２との間にＲＫＫＹ的な反平行結合を生じさせ、且つ、与えられた外部磁界に応じて第１磁性層１１及び第２磁性層１２の中央部１１ａ、１２ａにおける磁化方向とを共に変化させる厚さで、形成されている。すなわち、Ｃｕ層１３は、第１磁性層１１と第２磁性層１２との間に生じるＲＫＫＹ的な結合エネルギーが反平行の第１ピーク値または第２ピーク値をとる厚さで形成される。
【００３４】
図２は、Ｃｕ層１３の膜厚（Å）とＣｕ層１３を介して第１磁性層１１及び第２磁性層１２間に生じるＲＫＫＹ的な結合エネルギーとの関係を示すグラフである。第１磁性層１１及び第２磁性層１２間に生じるＲＫＫＹ的な結合エネルギーが正（＋）である場合、第１磁性層１１と第２磁性層１２とは同一方向に磁化される（平行状態）。一方、第１磁性層１１及び第２磁性層１２間に生じるＲＫＫＹ的な結合エネルギーが負（−）である場合、第１磁性層１１と第２磁性層１２とは理論上１８０°異なる向きに磁化される（反平行状態）。図２から分かるように、Ｃｕ層１３の膜厚が８〜１２Å、１８〜２２Åのとき、第１磁性層１１及び第２磁性層１２間に生じるＲＫＫＹ的な結合エネルギーはそれぞれ反平行の第１ピーク値、第２ピーク値をとっている。よって、Ｃｕ層１３の膜厚を８〜１２Åまたは１８〜２２Åの範囲内とすれば、第１磁性層１１と第２磁性層１２との間に反強磁性的な反平行結合を効果的に生じさせることができる。
【００３５】
次に、第２磁性層１２及び第１磁性層１１の磁化方向について説明する。
第２磁性層１２の両側端部１２ｂは、反強磁性層１４の直下に位置するため、反強磁性層１４との間に生じた交換結合磁界によって磁化方向がトラック幅方向（図１の矢印Ｂ方向）に強固に固定される。一方、第２磁性層１２の中央部１２ａは、その上部に反強磁性層１４が形成されていないため、外部磁界に応じて磁化回転できる程度に弱く単磁区化されている（図１の矢印Ｂ方向に磁化が揃えられている）。
【００３６】
第１磁性層１１は、上述したようにＣｕ層１３を介して第２磁性層１２に反平行結合されている。この反平行結合により、第１磁性層１１の両側端部１１ｂの磁化方向は、反強磁性層１４に直接接していなくても、第２磁性層１２の磁化方向と約１８０°異なる方向（図１の矢印Ａ方向）に強固に固定される。これに対し、第１磁性層１１の中央部１１ａは、外部磁界に応じて磁化回転できる程度に弱く単磁区化されている（図１の矢印Ａ方向に磁化が揃えられている）。
【００３７】
このように第１磁性層１１及び第２磁性層１２の中央部１１ａ、１２ａが弱く単磁区化されていると、電極層１５を介し第２磁性層１２、Ｃｕ層１３及び第１磁性層１１が通電された状態で外部磁界が与えられたとき、図３（ａ）（ｂ）に示すように与えられた外部磁界に応じて、第２磁性層１２の中央部１２ａの磁化方向及び第１磁性層１１の中央部１１ａの磁化方向をそれぞれ変化させることができる。この結果、第１磁性層１１の中央部１１ａの磁化方向Ａと第２磁性層１２の中央部１２ａの磁化方向Ｂとのなす角θが変化し、ＧＭＲ素子１０の抵抗値が変化する（小さくなる）。ＧＭＲ素子１０を搭載した磁気ヘッドでは、ＧＭＲ素子１０の抵抗値変化に基づく電圧変化を検出することで、記録媒体からの漏れ磁界を検出することができる。なお、第１磁性層１１及び第２磁性層１２が非通電の場合及び通電状態であっても外部磁界が与えられていない場合は、図３（ａ）に示すように、第１磁性層１１の中央部１１ａの磁化方向Ａと第２磁性層１２の中央部１２ａの磁化方向Ｂのなす角θは約１８０°（反平行）となる。
【００３８】
以上のように本実施形態のＧＭＲ素子１０では、Ｃｕ層１３を介して第１磁性層１１と第２磁性層１２とが反平行結合されているため、反強磁性層１４によって第２磁性層１２及び第１磁性層１１の磁化方向は、直接または間接的に固定される。すなわち、第２磁性層１２と反強磁性層１４との間に生じた交換結合磁界によって第２磁性層１２の磁化を固定すれば、自動的に、第２磁性層１２の磁化方向と約１８０°異なる方向（反平行）に第１磁性層１１の磁化が固定される。この一方、第１磁性層１１及び第２磁性層１２の中央部１１ａ、１２ａはそれぞれ外部磁界に応じて磁化回転可能となる。したがって本実施形態では、第１磁性層１１の磁化方向を固定するための反強磁性層を第１磁性層１１の下層に設けなくて済み、磁場中アニールを用いて磁化を異なる方向に固定する必要もなくなる。これにより、エクスチェンジバイアス方式を適用したＧＭＲ素子１０を容易に製造できる。
【００３９】
次に、図４〜図６を参照し、ＧＭＲ素子１０の製造方法について説明する。各図は、記録媒体との対向面側からみて示す部分断面図である。
【００４０】
先ず、基板１上に、第１磁性層１１、Ｃｕ層１３及び第２磁性層１２を連続成膜する（図４）。成膜にはスパッタや蒸着法を用いる。なお、本ＧＭＲ素子１０を薄膜磁気ヘッドに用いる場合は、下部ギャップ層が基板１となる。
【００４１】
Ｃｕ層１３は、第１磁性層１１及び第２磁性層１２間に生じるＲＫＫＹ的な結合エネルギーが反平行結合の第１ピーク値または第２ピーク値となる厚さで形成する。より具体的には、Ｃｕ層１３の膜厚を８〜１２Åまたは１８〜２２Åの範囲とする。この範囲内の膜厚であれば、第１磁性層１１と第２磁性層１２との間に反強磁性的な反平行結合を効果的に生じさせることができる。また従来よりもＣｕ層１３の膜厚を薄くしているから、電極層１５からのセンス電流の分流が減って出力特性も向上する。
【００４２】
第１磁性層１１及び第２磁性層１２は、両層間の反平行結合を維持するスピンフロップ磁界を記録媒体からの漏れ磁界よりも小さくするため、単位面積あたりの磁気モーメントがほぼ同等となるように形成することが好ましい。スピンフロップ磁界が記録媒体からの漏れ磁界よりも小さければ、漏れ磁界により第１磁性層１１及び第２磁性層１２の中央部１１ａ、１２ａの反平行状態が崩れる結果、中央部１１ａ、１２ａの磁化が漏れ磁界に応じて回転し易くなり、出力特性を上げることができる。
【００４３】
この第１磁性層１１及び第２磁性層１２は、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金及びＣｏＦｅＮｉ合金のいずれかで形成することができ、同一の磁性材料によって形成されることが好ましい。第１磁性層１１及び第２磁性層１２を同一の磁性材料によって形成する場合は、両層の単位面積あたりの磁気モーメントがほぼ等しくなるように、第１磁性層１１の膜厚と第２磁性層１２の膜厚をほぼ等しくする。また、第１磁性層１１及び第２磁性層１２をそれぞれ単層で形成する場合は、該第１磁性層１１及び第２磁性層１２のうち少なくとも一方がＣｏＦｅＮｉ合金で形成されていることが好ましい。これに対し、第１磁性層１１及び第２磁性層１２をそれぞれ多層で形成する場合は、第１磁性層１１がＮｉＦｅ合金層とＣｏＦｅ合金層とからなる積層体で形成され、第２磁性層１２がＣｏＦｅ合金層とＮｉＦｅ合金層とからなる積層体で形成されることが好ましい。
【００４４】
第１磁性層１１の形成前には、基板１上にＴａ等からなる下地層を形成する工程やＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＣｒ合金またはＣｒによりシードレイヤ層を形成する工程を設けてもよい。また第２磁性層１２上には、ＴａやＲｕまたはＰｔＭｎ／Ｒｕ等の保護層や薄い反強磁性層を設けてもよい。
【００４５】
第２磁性層１２を形成したら、第２磁性層１２上にトラック幅領域をパターニングし、該トラック幅領域に対応する範囲にレジスト層Ｒ１（図５）を形成する。次に、必要に応じて低エネルギーイオンミリング処理を施し、第２磁性層１２上の保護層の一部または全部を除去する。そして、反強磁性層１４及び電極層１５を連続成膜する。電極層１５は、例えばＡｕ等の導電材料を用いて形成する。反強磁性層１４は、ＰｔＭｎ合金またはＸ−Ｍｎ（但し、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´（但し、Ｘ´は、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で形成することが好ましい。これらの合金材料で反強磁性層１４を形成すれば、後工程のアニール処理において、大きな交換結合磁界を発生させることができる。
【００４６】
電極層１５を成膜したら、反強磁性層１４及び電極層１５の不要部分をレジストＲ１共に除去する。これにより、反強磁性層１４の間隔で規定されるトラック幅Ｔｗを、第２磁性層１２の中央部１２ａ（及び第１磁性層１１の中央部１１ａ）のトラック幅寸法にほぼ一致させることができる（図６）。つまり、トラック幅寸法内を磁化回転可能な感度領域として適切に規定でき、狭トラック化に対応できる。
【００４７】
続いて、磁場中アニールを施し、反強磁性層１４と第２磁性層１２の両側端部１２ｂとの間に交換結合磁界を生じさせる。このとき、第２磁性層１２の両側端部１２ｂの磁化はトラック幅方向（図１の矢印Ｂ方向）に強固に固定され、第１磁性層１１の両側端部１１ｂの磁化は第２磁性層１２の磁化方向と約１８０°異なる向き（図１の矢印Ａ方向）、つまり反平行に強固に固定される。また第２磁性層１２の中央部１２ｂ及び第１磁性層１１の中央部１１ａは弱く単磁区化される。以上により、図１に示すＧＭＲ素子１０が得られる。
【００４８】
図７は、第２実施形態によるＧＭＲ素子２０の構造を、記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図である。この第２実施形態は、反強磁性層１４が、第２磁性層１２上に全面的に形成された第１反強磁性層１４１と、この第１反強磁性層１４１の両側端部上に非磁性保護層２１を介して形成された第２反強磁性層１４２とからなる点において、第１実施形態と異なる。図７において、第１実施形態と実質的に同様の機能を有する構成要素については、図１と同一符号を付してある。
【００４９】
非磁性保護層２１は、第１反強磁性層１４１が酸化されないように設けた酸化防止層である。この非磁性保護層２１は、第１反強磁性層１４１と第２反強磁性層１４２との間に介在する両側端部２１ｂの膜厚が中央部２１ａよりも薄く、３Å以下となっている。このように両側端部２１ｂの膜厚が３Å以下であれば、第１反強磁性層１４１と第２反強磁性層１４２との間に非磁性保護層２１を介して反強磁性的な相互作用が働き、第１反強磁性層１４１と第２反強磁性層１４２とが一体の反強磁性層１４として機能することができる。なお、非磁性保護層２１は、第１反強磁性層１４１の中央部上のみ形成されていてもよい。この場合、第２反強磁性層１４２は第１反強磁性層１４１の両側端部上に直接形成される。
【００５０】
この第１反強磁性層１４１と第２反強磁性層１４２の合計膜厚ｈ２は、８０Å以上３００Å以下であることが好ましい。この範囲内であれば、第１反強磁性層１４１の両側端部に適切に反強磁性の性質を与えることができ、磁場中アニールによって第１反強磁性層１４１の両側端部を規則化変態させることができる。すなわち、第１反強磁性層１４１の両側端部と第２磁性層１２の両側端部１２ｂとの間に交換結合磁界が生じ、該交換結合磁界により第２磁性層１２の両側端部１２ｂの磁化をトラック幅方向（図７の矢印Ｂ方向）に強固に固定することができる。
【００５１】
さらに第１反強磁性層１４１は、第２磁性層１２の中央部１２ａ上に位置する中央部が反強磁性特性を有さない（非反強磁性または非磁性となる）ように、その膜厚ｈ１が適切に調整されている。この膜厚ｈ１は、３０Å以上５０Å以下であることが好ましい。この範囲内であれば、第１反強磁性層１４１の中央部は磁場中アニールによっても規則化変態しづらく、該第１反強磁性層１４１の中央部と第２磁性層１２の中央部１２ａとの間には交換結合磁界が生じない。あるいは、交換結合磁界が生じてもその強度が弱い。なお、第１反強磁性層１４１と第２反強磁性層１４２は物理的に完全に一体化しているわけではないから、第１反強磁性層１４１の膜厚ｈ１が３０Åよりも薄くなると、第１反強磁性層１４１の両側端部と第２磁性層１２の両側端部１２ａ間に生じる交換結合磁界が弱まり、第２磁性層１２の両側端部１２ｂを適切に磁化固定できない虞がある。
【００５２】
上記第１反強磁性層１４１及び第２反強磁性層１４２は、同一材質で形成されていることが好ましく、ＰｔＭｎ合金またはＸ−Ｍｎ（但し、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）合金で形成される。あるいはＰｔ−Ｍｎ−Ｘ´（但し、Ｘ´は、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で形成される。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、磁場中アニールによってＣｕＡｕＩ型の規則型の面心正方構造（ｆｃｔ）に構造変態する。
【００５３】
非磁性保護層２１は、大気中で酸化しづらい材質であること、且つ、該非磁性保護層２１を構成する元素が第１反強磁性層１４１及び第２反強磁性層１４２中に拡散しても反強磁性層の性質を劣化させない材質であることが好ましい。具体的には、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈのいずれか１種または２種以上で形成されることが好ましく、特にＲｕで形成されるとよい。これら貴金属材料によって非磁性保護層２１が形成されれば、Ｔａ膜のように大気暴露による酸化によって非磁性保護層２１の膜厚が厚くなることもない。
【００５４】
次に、図８〜図１０を参照し、ＧＭＲ素子２０の製造方法について説明する。各図は、記録媒体との対向面側からみて示す部分断面図である。
【００５５】
先ず、基板１上に、第１磁性層１１、Ｃｕ層１３、第２磁性層１２、第１反強磁性層１４１及び非磁性保護層２１を連続成膜する（図８）。成膜には、スパッタや蒸着法等を用いる。第１磁性層１１、Ｃｕ層１３及び第２磁性層１２の成膜工程は、第１実施形態と同様であるから、説明省略する。
【００５６】
第１反強磁性層１４１は、該第１反強磁性層１４１のみでは反強磁性の性質を有さないように、その膜厚ｈ１が３０Å以上５０Å以下で形成されることが好ましい。この第１反強磁性層１４１は、ＰｔＭｎ合金またはＸ−Ｍｎ（但し、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）合金で形成される。あるいはＰｔ−Ｍｎ−Ｘ´（但し、Ｘ´は、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で形成される。
【００５７】
非磁性保護層２１は、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈのいずれか１種または２種以上で形成されることが好ましく、その膜厚は３Å以上１０Å以下で成膜されることが好ましい。
【００５８】
非磁性保護層２１まで形成したら、非磁性保護層２１上にトラック幅領域をパターニングし、該トラック幅領域に対応する範囲にレジスト層Ｒ２（図９）を形成する。次に、低エネルギーイオンミリング処理を施し、図９に示すように、レジスト層Ｒ２に覆われていない非磁性保護層２１を３Å以下の膜厚になるまで削る。そして、図１０に示すように第２反強磁性層１４２及び電極層１５を連続成膜し、リフトオフによりレジスト層Ｒ２を除去する。なお、低エネルギーイオンミリング処理では、レジスト層Ｒ２に覆われていない非磁性保護層２１を全て除去してもよく、全て除去した場合には、露出した第１反強磁性層１４１上に第２反強磁性層１４２が成膜される。
【００５９】
第２反強磁性層１４２及び第１反強磁性層１４１は、後のアニール工程で該第１反強磁性層１４１の両側端部と第２磁性層１２の両側端部１２ｂとの間に大きな交換結合磁界が生じるように、その合計膜厚が８０Å以上３００Å以下であることが好ましい。第２反強磁性層１４２は、第１反強磁性層１４１と同一材料により形成されることが好ましい。
【００６０】
電極層１５まで形成したら、磁場中アニール処理を施し、第１反強磁性層１４１の両側端部と第２磁性層１２の両側端部１２ｂとの間に交換結合磁界を生じさせる。これにより、第１磁性層１１及び第２磁性層１２の両側端部１１ｂ、１２ｂの磁化方向が反平行状態をなしてトラック幅方向に固定され、中央部１１ａ、１２ａの磁化方向が反平行状態をなしてトラック幅方向に揃えられる。以上により、図７に示すＧＭＲ素子２０が得られる。
【００６１】
本第２実施形態の製造方法によれば、第２磁性層１２がイオンミリングで削られることがないので、第２磁性層１２の膜厚を成膜状態の膜厚（第１磁性層１１と同一膜厚）で保持することができる。また、第２磁性層１２と第１反強磁性層１４ａの界面がイオンミリングによって粗らされることがないから、両層間に大きな交換結合磁界を生じさせることができる。
【００６２】
図１１は、第３実施形態によるＧＭＲ素子３０の構造を、記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図である。この第３実施形態は、反強磁性層１４が両側端部のみでなく中央部上にも形成されていて、反強磁性層１４は中央部１４ａでは非反強磁性の性質を有し、両側端部１４ａでは反強磁性の性質を有している点において、第１実施形態と異なる。図１１において、第１実施形態と実質的に同様の機能を有する構成要素については、図１と同一符号を付してある。
【００６３】
反強磁性層１４の中央部１４ａは、反強磁性の性質を有さない（非反強磁性または非磁性となる）ように、その膜厚ｈ３が適切に調整されている。この膜厚ｈ３は、３０Å以上５０Å以下であることが好ましい。この範囲内であれば、中央部１４ａは磁場中アニールによっても規則化変態しづらく、反強磁性層１４及び第２磁性層１２の中央部１４ａ、１２ａ間に交換結合磁界が生じない。あるいは、交換結合磁界が生じても弱い。これに対し、反強磁性層１４の両側端部１４ｂの膜厚ｈ４は、反強磁性の性質を有するように、８０Å以上３００Å以下となっている。この範囲内であれば、磁場中アニールによって第２磁性層１２及び反強磁性層１４の両側端部１２ｂ、１４ｂ間に大きな交換結合磁界を生じさせることができ、第２磁性層１２及び第１磁性層１１の両側端部１２ｂ、１１ｂの磁化を強固に固定することができる。
【００６４】
このＧＭＲ素子３０では、反強磁性層１４と電極層１５との間にストッパ層３１が介在し、電極層１５上に保護層となる金属マスク層３２が形成されている。これらストッパ層３１及び金属マスク層３２は、例えばＣｒやＴａ等から形成することができる。
【００６５】
次に、図１２〜図１４を参照し、ＧＭＲ素子３０の製造方法について説明する。各図は、記録媒体との対向面側からみて示す部分断面図である。
【００６６】
先ず、基板１上に、第１磁性層１１、Ｃｕ層１３、第２磁性層１２、反強磁性層１４、ストッパ層３１及び電極層１５を連続成膜する（図１２）。成膜には、スパッタや蒸着法等を用いる。ストッパ層３１は、後工程のエッチング処理時にストッパとして用いる層であり、例えばＣｒやＴａ等により形成される。
反強磁性層１４は、第１実施形態と同様のＰｔＭｎ合金等により、８０Å以上３００Å以下の膜厚で形成される。第１磁性層１１、Ｃｕ層１３、第２磁性層１２及び電極層１５の成膜工程は、第１実施形態と同様であるから、説明省略する。
【００６７】
次に、第１磁性層１１から電極層１５までの積層体上にトラック幅領域をパターン形成し、電極層１５上のトラック幅領域外の範囲に金属マスク層３２（図１３）を形成する。この金属マスク層３２はＣｒやＴａ等の金属材料により形成できる。なお、金属マスク層３２の替わりにレジスト層を形成してもよい。
【００６８】
金属マスク３２を形成したら、該金属マスク層３２をマスクとして反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）又はイオンミリング処理を行ない、トラック幅領域内の電極層１５を除去する（図１３）。このときストッパ層３２がストッパとして機能する。すなわち、ストッパ層３２が露出した時点で反応性イオンエッチング又はイオンミリングを終了する。
【００６９】
続いて、図１４に示すように、さらに反応性イオンエッチング又はイオンミリング処理を行ない、トラック幅領域内のストッパ層３２と反強磁性層１４の一部を除去する。この反応性イオンエッチング又はイオンミリング処理は、トラック幅領域内の反強磁性層１４（中央部１４ａ）の膜厚ｈ３が５０Å以下になるまで行なう。これにより、反強磁性層１４は中央部１４ａが両側端部１４ｂよりも薄くなり、中央部の膜厚ｈ３は５０Å以下に、両側端部１４ｂの膜厚ｈ４は８０Å以上３００Å以下になる。すなわち、反強磁性層１４は、中央部１４ａでは反強磁性の性質を有さず、両側端部１４ｂでのみ反強磁性の性質を有する。なお、反強磁性層１４の中央部１４ａは全て除去してもよい。
【００７０】
そして磁場中アニール処理を行ない、第２磁性層１２及び反強磁性層１４の両側端部１２ｂ、１４ｂ間に交換結合磁界を生じさせる。このとき、第２磁性層１２及び反強磁性層１４の中央部１２ａ、１４ａ間には、交換結合磁界が生じない（あるいは生じても弱い）。以上により、図１１に示すＧＭＲ素子３０が得られる。
【００７１】
この第３実施形態による製造方法でも、第２実施形態と同様、第２磁性層１２がイオンミリングで削られることがない。よって、第２磁性層１２の膜厚を成膜状態の膜厚（第１磁性層１１と同一膜厚）で保持することができ、且つ、第２磁性層１２及び反強磁性層１４の両側端部１２ｂ、１４ｂ間に大きな交換結合磁界を生じさせることができる。
【００７２】
図１５は、第４実施形態によるＧＭＲ素子４０の構造を、記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図である。図１５において、第１実施形態と実質的に同様の機能を有する構成要素については、図１と同一符号を付してある。
【００７３】
この第４実施形態は、第１磁性層１１の直下及び第２磁性層１２の中央部１２ａ上に、第１及び第２スペキュラー層４１、４２を設けた点が第１実施形態と異なる。第１スペキュラー層４１は全面的に形成されている。これら第１及び第２スペキュラー層４１、４２は、鏡面反射層として機能するものである。第２スペキュラー層４２に達したアップスピン電子は、第２スペキュラー層４２によって、そのスピン状態を保持したまま鏡面反射される。この鏡面反射されたアップスピン電子は、移動方向を変えて第２磁性層１２、Ｃｕ層１３及び第１磁性層１１内を通り抜けることが可能になる。そしてアップスピン電子が第１スペキュラー層３１に達すると、第１スペキュラー層４１によって、再度、そのスピン状態を保持したまま鏡面反射される。以上の鏡面反射により、アップスピン電子の平均自由行程λ＋は第１実施形態よりも延び、アップスピン電子の平均自由行程λ＋とダウンスピン電子の平均自由行程λ−との差を大きくすることができる。すなわち、ＧＭＲ素子４０の抵抗変化率（感度）を増大させることができ、再生出力特性が向上する。
【００７４】
第１及び第２スペキュラー層４１、４２は、スペキュラー効果を適切に発揮できるように、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ，Ｍｇあるいは希土類元素のうち１種または２種以上からなる元素の酸化物または窒化物で形成されることが好ましい。ここで希土類元素とは、Ｓｃ、Ｙ及びランタノイドに対する総称である。
【００７５】
なお、従来のＧＭＲ素子では、固定磁性層の磁化を固定するための反強磁性層が固定磁性層の下層に設けられていたため、フリー磁性層の上層にしかスペキュラー層を設けることができなかった。これに対し、本実施形態では第１磁性層１１の下層に反強磁性層を設ける必要がないから、スペキュラー層を、第２磁性層１２の中央部１２ａ上のみだけでなく、第１磁性層１１の下層にも設けることが可能となった。
【００７６】
次に、図１６〜図１９を参照し、ＧＭＲ素子４０の製造方法について説明する。各図は、記録媒体との対向面側からみて示す部分断面図である。
【００７７】
先ず、基板１上に、スパッタまたは蒸着法を用いて、第１スペキュラー層４１を全面的に成膜する（図１６）。第１スペキュラー層４１は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇあるいは希土類元素のうち１種または２種以上からなる元素膜を基板１上に形成し、この元素膜を真空槽内で低圧酸化または低圧窒化することにより形成される。酸化には、低圧下における自然酸化、ラジカル酸化またはプラズマ酸化を用いることができる。なお、真空槽内におけるガス圧は、０．１３〜１．３×１０４Ｐａ程度とすることが好ましい。また、上記元素の酸化物あるいは窒化物からなるターゲットをスパッタして直接、酸化物あるいは窒化物を形成してもよい。
【００７８】
第１スペキュラー層４１を形成したら、この真空槽内から製造中のＧＭＲ素子を外に出さずに、同真空槽内で第１スペキュラー層４１上に第１磁性層１１を成膜する（図１７）。真空槽内で第１磁性層１１を形成するのは、第１スペキュラー層４１が大気に曝されることを防止して、第１スペキュラー層４１の表面状態を適切に保持するためである。第１磁性層１１は、パーマロイ等の強磁性材料を用いて形成される。なお、第１磁性層１１の厚さはアップスピン電子の平均自由行程λ＋よりも小さくする。
【００７９】
続いて、第１磁性層１１上に、Ｃｕ層１３、第２磁性層１２及び第２スペキュラー層４２を連続成膜する（図１７）。成膜にはスパッタや蒸着法を用いる。Ｃｕ層１３は、第１磁性層１１と第２磁性層１２とを効果的に反平行結合させることができるように、８〜１２Åまたは１８〜２２Åの膜厚で形成されることが好ましい。第２磁性層１２は、パーマロイ等の強磁性材料を用いて、アップスピン電子の平均自由行程λ＋よりも小さい膜厚で形成される。第２スペキュラー層４２は、上述の第１スペキュラー層４１と同様、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇあるいは希土類元素のうち１種または２種以上からなる元素膜を真空槽内で低圧酸化または低圧窒化することにより形成することができる。
【００８０】
第２スペキュラー層４２を形成したら、第２スペキュラー層４２上に、図１８に示すレジスト層Ｒ３を形成する。このレジスト層Ｒ３はリフトオフ用のレジスト層である。そして、レジスト層Ｒ３に覆われていない第２スペキュラー層４２の両側端部４２ａをイオンミリングによって削る。別言すれば、図１８に示される点線部分の第２スペキュラー層４２がイオンミリングによって除去され、第２磁性層１２の中央部１２ａ上にのみ第２スペキュラー層４２が残る。なお、図１８に示す矢印Ｈ方向はイオンミリング方向である。
【００８１】
続いて、第２磁性層１２の両側端部１２ｂ上に、反強磁性層１４及び電極層１５を連続成膜する（図１９）。成膜にはスパッタまたは蒸着法を用いる。そして電極層１５を形成したら、反強磁性層１４及び電極層１５の不要部分と共にレジスト層Ｒ３をリフトオフで除去する。
【００８２】
そして磁場中アニールを施す。このときの磁場方向は、トラック幅方向である。この磁場中アニールを施すことにより、第２磁性層１２の両側端部１２ａと反強磁性層１４との間に交換結合磁界が発生し、第２磁性層１２の両側端部１２ａがトラック幅方向（図１５の矢印Ｂ方向）に磁化固定される。これによって、第１磁性層１１の両側端部１１ａは、第２磁性層１２の磁化方向とは約１８０°異なる方向（図１５の矢印Ａ方向）、つまり反平行に磁化固定される。そして、第２磁性層１２の中央部１２ａ及び第１磁性層１１の中央部１１ａは、外部磁界に対して磁化回転可能な程度に弱く単磁区化される。以上により、図１６のＧＭＲ素子４０が完成する。
【００８３】
図２０は、第５実施形態によるＧＭＲ素子５０を、記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図である。この第５実施形態は、第２磁性層１２上にバックド層５１を設けた点、第１磁性層１１の直下及びバックド層５１上に第１、第２スペキュラー層４１、４２を設けた点、及び強磁性層５２を介してバックド層５１上に反強磁性層１４を設けた点において、第１実施形態と異なる。図２０において、第１実施形態と実質的に同様の機能を有する構成要素については、図１と同一符号を付してある。
【００８４】
バックド層５１は、第２磁性層１２よりも比抵抗の小さい非磁性材料で形成される。具体的には、例えばＲｕ、Ｒｈ、Ｐｄ，Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１種または２種以上で形成されることが好ましい。このようなバックド層５１を第２磁性層１２上に形成することで、磁気抵抗効果に寄与するアップスピン電子の平均自由行程λ＋を延ばすことができる。
【００８５】
バックド層５１は、第２磁性層１２上に全面的に形成されており、中央部５１ａとこの中央部５１ａよりも薄く形成された両側端部５１ｂとを有する断面凸状をなしている。このバックド層５１の中央部５１ａ上には、第４実施形態と同様にアップスピン電子の平均自由行程λ＋をさらに延長させるため、第２スペキュラー層４２が形成されている。
【００８６】
一方、バックド層５１の両側端部５１ｂ上には、強磁性材料からなる強磁性層５２が形成されている。強磁性層５２は、バックド層５１の両側端部５１ｂを介して、第２磁性層１２の両側端部１２ｂと強磁性的に結合されている。この強磁性層５２は、該強磁性層５２上に形成された反強磁性層１４との間に発生する交換結合磁界によって、トラック幅方向に強固に単磁区化されている。よって、第２磁性層１２の両側端部１２ｂも、トラック幅方向に強固に磁化固定される。
【００８７】
次に、図２１及び図２２を参照し、ＧＭＲ素子５０の製造方法について説明する。図２１及び図２２は、記録媒体との対向面側からみて示す部分断面図である。なお、第２磁性層１２までの形成方法は第４実施形態と同様であるから、以下では、第２磁性層形成後の工程について説明する。
【００８８】
第２磁性層１２を形成したら、図２１に示すように、第２磁性層１２上に、バックド層５１及び第２スペキュラー層４２を連続成膜する。成膜にはスパッタまたは蒸着法を用いる。バックド層５１は、スピンフィルター効果を適切に発揮できるように、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ，Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１種または２種以上で形成されることが好ましい。第２スぺキュラー層４２は、上述したように、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇあるいは希土類元素のうち１種または２種以上からなる元素膜を真空槽内で低圧酸化または低圧窒化することにより形成することができる。
【００８９】
続いて、第２スペキュラー層４２上に、図２１に示すレジスト層Ｒ４を形成する。レジスト層Ｒ４はリフトオフ用のレジスト層である。そして、レジスト層Ｒ４に覆われていない第２スペキュラー層４２の両側端部４２ａ及びバックド層５１の両側端部５１ｂの一部をイオンミリングによって除去する。このイオンミリングにより、バックド層５１の両側端部５１ｂの膜厚は、中央部５１ａの膜厚よりも薄くなる。なお、図２１に示す矢印Ｈ方向はイオンミリング方向である。
【００９０】
続いて、第２磁性層１２の両側端部１２ｂ上に、強磁性層５２、反強磁性層１４及び電極層１５を連続成膜する（図２２）。成膜にはスパッタまたは蒸着法を用いる。強磁性層５２はＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ等の強磁性材料により形成される。そして電極層１５まで形成したら、強磁性層５２、反強磁性層１４及び電極層１５の不要部分と共にレジスト層Ｒ４をリフトオフで除去する。
【００９１】
そして磁場中アニールを施す。このときの磁場方向は、トラック幅方向である。この磁場中アニールにより、強磁性層５２と反強磁性層１４との間に交換結合磁界が発生し、強磁性層５２がトラック幅方向（図２０の矢印Ｂ方向）に磁化固定される。これに伴い、バックド層５１の両側端部５１ｂを介して強磁性層５２に強磁性的に結合されている第２磁性層１２の両側端部１２ｂも、トラック幅方向に磁化固定される。よって、第１磁性層１１の両側端部１１ａは、第２磁性層１２の磁化方向とは約１８０°異なる方向（図２０の矢印Ａ方向）、つまり反平行に磁化固定される。そして、第２磁性層１２の中央部１２ａ及び第１磁性層１１の中央部１１ａは、外部磁界に対して磁化回転可能な程度に弱く単磁区化される。以上により、図２０のＧＭＲ素子５０が完成する。
【００９２】
以上の各実施形態のＧＭＲ素子には、図２３に示すように、永久磁石膜や交換結合膜（強磁性層と反強磁性層の積層膜）からなる横バイアス層６０を設けることができる。このように横バイアス層６０を設けて第１磁性層１１及び第２磁性層１２の磁化方向をそれぞれ約４５°傾ければ、外部磁界が与えられていない状態で第１磁性層１１の磁化方向Ａと第２磁性層１２の磁化方向Ｂとのなす角θを約９０°に設定でき、ＧＭＲ素子の抵抗変化量を増やすことができると共に、動作の線形性を得ることができる。これによって出力感度及び再生波形の安定性を向上させることができる。
【００９３】
以上の各実施形態のＧＭＲ素子は、再生用薄膜磁気ヘッドに適用可能である。再生用薄膜磁気ヘッドに適用する場合には、基板１１と第１磁性層１１（若しくは第１スペキュラー層４１）との間に下部ギャップ層及び下部シールド層を形成すると共に、電極層１５及び第２磁性層１２（若しくは第２スペキュラー層４２、保護層）上に上部ギャップ層及び上部シールド層を形成する。この再生用薄膜磁気ヘッド上にさらに、記録用のインダクティブヘッドを積層した録再用薄膜磁気ヘッドにも適用可能である。また各種の磁気センサとして用いることも可能である。
【００９４】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｃｕ層によって磁化が反平行結合された第１磁性層と第２磁性層を有し、第２磁性層上に設けた反強磁性層によって第２磁性層及び第１磁性層の磁化が直接または間接的に固定される。さらに、第１磁性層の中央部の磁化方向と第２磁性層の中央部の磁化方向は、外部磁界に応じてそれぞれ変化可能となる。よって、ＧＭＲ素子内に備える反強磁性層は１つで済み、磁場中アニールよる磁化固定が容易となる。延いては、エクスチェンジバイアス方式を適用したＧＭＲ素子の製造が容易となり、今後の狭トラック化にも対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）の構造を、記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図である。
【図２】図１のＧＭＲ素子に備えられるＣｕ層の膜厚とＣｕ層を介して第１及び第２磁性層間に生じるＲＫＫＹ的な結合エネルギーとの関係を示すグラフである。
【図３】図１の第１磁性層及び第２磁性層の磁化方向を示す概念図である。（ａ）は非通電状態の場合及び通電状態であっても外部磁界が与えられていない場合を示している。（ｂ）は通電状態において外部磁界が与えられている場合を示している。
【図４】図１のＧＭＲ素子の製造方法の一工程図である。
【図５】図４に示す工程の次に行われる一工程図である。
【図６】図５に示す工程の次に行われる一工程図である。
【図７】第２の実施形態におけるＧＭＲ素子の構造を、記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図である。
【図８】図７のＧＭＲ素子の製造方法の一工程図である。
【図９】図８に示す工程の次に行われる一工程図である。
【図１０】図９に示す工程の次に行われる一工程図である。
【図１１】第３実施形態におけるＧＭＲ素子の構造を、記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図である。
【図１２】図１１のＧＭＲ素子の製造方法の一工程図である。
【図１３】図１２に示す工程の次に行われる一工程図である。
【図１４】図１３に示す工程の次に行われる一工程図である。
【図１５】第４実施形態におけるＧＭＲ素子の構造を、記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図である。
【図１６】図１５のＧＭＲ素子の製造方法の一工程図である。
【図１７】図１６に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図１８】図１７に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図１９】図１８に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図２０】第５実施形態におけるＧＭＲ素子の構造を、記録媒体との対向面側から見て示す部分断面図である。
【図２１】図２０のＧＭＲ素子の製造方法の一工程図である。
【図２２】図２１に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図２３】第１乃至第５実施形態のＧＭＲ素子に横バイアス層を設けた一例である。
【符号の説明】
１　基板
１０　　ＧＭＲ素子
１１　第１磁性層
１２　第２磁性層
１３　Ｃｕ層
１４　反強磁性層
１５　電極層
２０　ＧＭＲ素子
２１　非磁性保護層
３０　ＧＭＲ素子
３１　ストッパ層
３２　金属マスク層
４０　ＧＭＲ素子
４１　第１スペキュラー層
４２　第２スペキュラー層
５０　ＧＭＲ素子
５１　バックド層
５２　強磁性層
６０　横バイアス層
１４１　第１反強磁性層
１４２　第２反強磁性層
Ｒ１　レジスト層
Ｒ２　レジスト層
Ｒ３　レジスト層
Ｒ４　レジスト層
Ｈ　イオンミリング方向
ｈ１　第１反強磁性層の膜厚（第２実施形態）
ｈ２　第１及び第２反強磁性層の合計膜厚（第２実施形態）
ｈ３　反強磁性層の中央部の膜厚（第３実施形態）
ｈ４　反強磁性層の両側端部の膜厚（第３実施形態）
【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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