(57)【要約】【目的】積層フェリ型フリー磁性層のエッジ領域における磁化の乱れを軽減できる巨大磁気抵抗効果素子及びその製造方法を得る。【構成】第１フリー磁性層１１と；この第１フリー磁性層１１上に形成された非磁性層１３と；この非磁性層１３上に第１フリー磁性層１１よりも薄い膜厚で形成された第２フリー磁性層１２と；を有するＧＭＲ素子１において、非磁性層１３が第１フリー磁性層１１と第２フリー磁性層１２との間にＲＫＫＹ的な反平行結合を生じさせる膜厚で形成されており、さらに、第２フリー磁性層１２のトラック幅方向の寸法Ｔ２が、第１フリー磁性層１１の同方向の寸法Ｔ１よりも長くなっている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１フリー磁性層と；この第１フリー磁性層上に形成された非磁性層と；この非磁性層上に前記第１フリー磁性層よりも薄い膜厚で形成された第２フリー磁性層と；を有する巨大磁気抵抗効果素子において、
前記非磁性層が前記第１フリー磁性層と前記第２フリー磁性層との間にＲＫＫＹ的な反平行結合を生じさせる膜厚で形成されており、
さらに、前記第２フリー磁性層のトラック幅方向の寸法が、前記第１フリー磁性層の同方向の寸法よりも長い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、さらに、前記第１フリー磁性層のトラック幅方向の両側端部に形成されたハードバイアス層と、このハードバイアス層上に形成され前記非磁性層の上面と略同一平面を構成する非磁性スペーサ層とを備え、
前記第２フリー磁性層は、前記非磁性層上に形成された中央感磁部と、この中央感磁部からトラック幅方向の両側に延出されて前記非磁性スペーサ層上に形成された延出部とを有す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、前記第２フリー磁性層、前記非磁性スペーサ層及び前記ハードバイアス層のトラック幅方向の両側端面は、連続面をなしている巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
請求項３記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記第２フリー磁性層のトラック幅方向の寸法は、０．４μｍ以上１００μｍ以下であ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、前記第２フリー磁性層のトラック幅方向の寸法は、０．４μｍ以上５μｍ以下である巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
請求項３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フリー磁性層、前記非磁性スペーサ層及び前記ハードバイアス層のトラック幅方向の両側端部に形成された第１電極リード層と、該第１電極リード層上及び前記第２フリー磁性層の延出部上に形成された第２電極リード層とを備えた巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
請求項６記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記第２電極リード層と前記第２フリー磁性層の延出部との間に非磁性保護層を介在させた巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
請求項２記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記第２フリー磁性層の延出部上に、電極リード層が形成されている巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
請求項２ないし８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、前記非磁性スペーサ層は２０Å以上１００Å以下の膜厚で形成されている巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項１０】
請求項２ないし９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、前記非磁性スペーサ層は導電性を有している巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項１１】
請求項２記載の巨大磁気抵抗効果素子において、さらに、前記第１フリー磁性層及び前記非磁性層のトラック幅方向の両側端部に積層形成されたハードバイアス層と電極リード層とを備え、
前記第２フリー磁性層は、前記非磁性層上に形成された中央感磁部と、この中央感磁部からトラック幅方向の両側に延出されて前記電極リード層上に形成された延出部とを有する巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項１２】
請求項２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、前記非磁性層は、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１２記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記非磁性層がＲｕによって形成され、その膜厚が６Å以上１５Å以下である巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項１４】
請求項１１記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記非磁性層がＣｕによって形成され、その膜厚が７Å以上１２Å以下である巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項１５】
請求項１ないし１４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フリー磁性層及び前記第２フリー磁性層は、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ及びＣｏＦｅＮｉのいずれかで形成される巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項１６】
（ａ）基板上に、反強磁性層、固定磁性層、非磁性中間層、第１フリー磁性層及び非磁性層からなる積層体を形成する工程と、
（ｂ）前記積層体のトラック幅領域に第１レジスト層を形成する工程と、
（ｃ）前記第１レジスト層のトラック幅方向の両側から露出する前記積層体の少なくとも前記非磁性層、前記第１フリー磁性層及び前記非磁性中間層を除去し、この除去部分上にハードバイアス層及び非磁性スペーサ層を形成して、前記第１レジスト層を除去する工程と、
（ｄ）前記非磁性層及び前記非磁性スペーサ層上に、前記第１フリー磁性層よりも薄い膜厚で第２フリー磁性層を形成する工程と、
を有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１７】
請求項１６記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記（ｄ）工程後に、
（ｅ）前記第２フリー磁性層のトラック幅領域に、前記第１レジスト層よりもトラック幅方向の寸法が大きい第２レジスト層を形成する工程と、
（ｆ）前記第２レジスト層のトラック幅方向の両側から露出する第２フリー磁性層を除去し、前記第２レジスト層を除去する工程とを有する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記（ｆ）工程では、前記第２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スペーサ層及びハードバイアス層の一部または全部をさらに除去し、該除去部分上に、前記第２フリー磁性層の上面と同一平面を構成する第１電極リード層を形成してから、前記第２レジスト層を除去する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記（ｄ）工程と前記（ｅ）工程の間に、（ｇ）前記第２フリー磁性層上に非磁性保護層を形成する工程を有し、
前記（ｆ）工程後に、
（ｈ）前記第２フリー磁性層上及び前記第１電極リード層上に、第２電極リード層を形成する工程と、
（ｉ）前記第２電極リード層上であって前記第２フリー磁性層のトラック幅領域以外の範囲に、メタルマスク層を形成する工程と、
（ｊ）前記メタルマスク層をマスクとして前記非磁性保護層が露出するまでリアクティブイオンエッチング処理を行ない、前記トラック幅領域内の第２電極リード層を除去する工程と、
を有する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２０】
請求項１８記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記（ｆ）工程後に、（ｋ）前記第２フリー磁性層及び第１電極リード層上であってトラック幅領域以外の範囲に、リフトオフ法により第２電極リード層を形成する工程を有する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２１】
請求項１６ないし２０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、前記非磁性スペーサ層上に形成された前記第２フリー磁性層のトラック幅方向の寸法が０．４μｍ以上１００μｍ以下で形成される巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２２】
請求項２１記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記非磁性スペーサ層上に形成された前記第２フリー磁性層のトラック幅方向の寸法が０．４μｍ以上５μｍ以下で形成される巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２３】
請求項１６記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記（ｆ）工程後に、（ｌ）前記第２フリー磁性層上であってトラック幅領域以外の範囲に、電極リード層を形成する工程を有する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２４】
請求項１６ないし２３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、前記非磁性スペーサ層が２０Å以上１００Å以下の膜厚で形成される巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２５】
請求項１６ないし２４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、前記非磁性スペーサ層が導電性を有する非磁性材料で形成される巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２６】
請求項１６ないし２５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）工程では、前記非磁性層が、前記第１フリー磁性層と前記第２フリー磁性層との間にＲＫＫＹ的な反平行結合を生じさせる膜厚で形成される巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２７】
請求項１６ないし２５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）工程と前記（ｄ）工程の間に、（ｍ）低エネルギーイオンミリングを行ない、前記非磁性層の膜厚を、前記第１フリー磁性層と前記第２フリー磁性層との間にＲＫＫＹ的な反平行結合を生じさせる膜厚に調整する工程を有する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２８】
請求項２７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、低エネルギーイオンミリングによって、前記非磁性層と前記非磁性スペーサ層とを平坦化する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２９】
請求項１６ないし２８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、前記非磁性層が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の製造方法。
【請求項３０】
請求項１６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、前記非磁性層がＲｕで形成され、その膜厚は６Å以上１５Å以下である巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３１】
請求項１６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、前記非磁性層がＣｕで形成され、その膜厚は７Å以上１２Å以下である巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３２】
請求項１６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、前記第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層がＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＮｉのいずれかで形成される巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３３】
請求項１６ないし３２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（ｄ）工程と前記（ｅ）工程の間に、（ｎ）磁場中アニールを施し、前記反強磁性層と前記固定磁性層との間に交換結合磁界を発生させる工程を有する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３４】
請求項１６ないし３２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）工程と前記（ｄ）工程の間に、（ｎ）磁場中アニールを施し、前記反強磁性層と前記固定磁性層との間に交換結合磁界を発生させる工程を有する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３５】
（ｏ）基板上に、反強磁性層、固定磁性層、非磁性中間層、第１フリー磁性層及び非磁性層からなる積層体を形成する工程と、
（ｐ）前記積層体のトラック幅領域にレジスト層を形成する工程と、
（ｑ）前記レジスト層のトラック幅方向の両側から露出する前記積層体の少なくとも前記非磁性層及び前記第１フリー磁性層を除去し、該除去部分上に非磁性下地層、ハードバイアス層及び電極リード層を形成して、前記レジスト層を除去する工程と、
（ｒ）前記非磁性層及び前記電極リード層上に、前記第１フリー磁性層よりも薄い膜厚で第２フリー磁性層を形成する工程と、
を有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（ｏ）工程では、前記非磁性層が、前記第１フリー磁性層と前記第２フリー磁性層との間にＲＫＫＹ的な反平行結合を生じさせる膜厚で形成される巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３７】
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（ｑ）工程と前記（ｒ）工程の間に、（ｓ）低イオンエネルギーエッチングを行ない、前記非磁性層の膜厚を、前記第１フリー磁性層と前記第２フリー磁性層との間にＲＫＫＹ的な反平行結合を生じさせる膜厚に調整する工程を有す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（ｑ）工程と前記（ｒ）工程の間に、（ｔ）磁場中アニールを施し、前記反強磁性層と前記固定磁性層との間に交換結合磁界を発生させる工程を有する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項３９】
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（ｒ）工程後に、（ｔ）磁場中アニールを施し、前記反強磁性層と前記固定磁性層との間に交換結合磁界を発生させる工程を有する巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４０】
請求項３５ないし３９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、前記非磁性層が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、前記非磁性層がＲｕで形成され、その膜厚は６Å以上１５Å以下である巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４２】
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、前記非磁性層がＣｕで形成され、その膜厚は７Å以上１２Å以下である巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項４３】
請求項３５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フリー磁性層及び第２フリー磁性層がＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＮｉのいずれかで形成され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等に用いられる巨大磁気抵抗効果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等に用いられる巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子では、近年の高記録密度化に伴い、高出力感度化が進められている。従来では、フリー磁性層の膜厚を薄くすることで、フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメント（Ａｒｅａｌ　ｍｏｍｅｎｔ）を小さくして該単位面積あたりの磁気モーメントの磁化回転を容易にし、出力感度を向上させている。しかし、フリー磁性層の膜厚を薄くすると、バルクハウゼンノイズや熱ゆらぎノイズ等が増大し、この結果、出力感度は上がってもＳＮ比が上がらないという欠点があった。
【０００３】
そこで、最近では、フリー磁性層を積層フェリ（人工フェリ）構造とすることが提案されている。図１４に示される積層フェリ型フリー磁性層１００は、第１フリー磁性層１１０と第２フリー磁性層１２０との間に非磁性層１３０が介在し、この非磁性層１３０を介して第１フリー磁性層１１０と第２フリー磁性層１２０とが強固に反平行結合されている。そして、これら第１フリー磁性層１１０の単位面積あたりの磁気モーメントｍ１と第２フリー磁性層１２０の単位面積あたりの磁気モーメントｍ２とのベクトル和が、フリー磁性層１００の単位面積あたりの磁気モーメントＭとなる。これにより、フリー磁性層の膜厚を薄くしなくてもフリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントを小さくでき、ノイズを抑えて出力感度及びＳＮ比を向上させることができる。なお、図１４において、第１フリー磁性層１１０の膜厚は第２フリー磁性層１２０の膜厚よりも厚く設定されている。
【０００４】
しかしながら、フリー磁性層を上記積層フェリ構造とすると、該フリー磁性層の単磁区化のために設けたハードバイアス層（永久磁石膜）８０によって、以下の問題点が生じてしまう。すなわち、フリー磁性層１００のハードバイアス層８０と隣接するエッジ領域αでは、ハードバイアス層８０から受ける磁界がスピンフロップ磁界よりも強く、第１フリー磁性層１１０と第２フリー磁性層１２０との間の反平行結合状態が崩れてしまう。すると、ハードバイアス層８０から受ける磁界により、ハードバイアス層８０の磁化方向と逆向きの磁化方向を有する第２フリー磁性層１２０のエッジ領域αで磁気的な干渉が起こり、この第２フリー磁性層１２０に対して反平行状態を保持しようとする第１フリー磁性層１１０の磁化も乱れてしまう（図１５参照）。このようなフリー磁性層１００のエッジ領域αにおける磁化の乱れは、バルクハウゼンノイズやサーボエラー等を引き起こす原因となっていた。
【０００５】
一方、フリー磁性層をエクスチェンジバイアス方式でバイアスすると、上記エッジ領域における磁化の乱れを無くすことができると考えられているが、エクスチェンジバイアス方式は反面、製造工程が複雑になるという問題があり、さらにサイドリーディングを起こす虞がある。このため、従来のハードバイアス方式を用いたままで上記問題点を解消できることが望ましい。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、従来のフリー磁性層を積層フェリ構造とした際の問題意識に基づき、積層フェリ型フリー磁性層のエッジ領域における磁化の乱れを軽減できる巨大磁気抵抗効果素子及びその製造方法を得ることを目的とする。
【０００７】
【発明の概要】
本発明は、ハードバイアス層と磁化方向が逆向きとなる第２フリー磁性層をハードバイアス層に直接対向させないことで、エッジ領域の磁化の乱れを軽減しようとするものである。すなわち、本発明の巨大磁気抵抗効果素子は、第１フリー磁性層と；この第１フリー磁性層上に形成された非磁性層と；この非磁性層上に前記第１フリー磁性層よりも薄い膜厚で形成された第２フリー磁性層と；を有する巨大磁気抵抗効果素子において、非磁性層が第１フリー磁性層と第２フリー磁性層との間にＲＫＫＹ的な反平行結合を生じさせる膜厚で形成されており、さらに、第２フリー磁性層のトラック幅方向の寸法が、第１フリー磁性層の同方向の寸法よりも長いことを特徴としている。
【０００８】
上記巨大磁気抵抗効果素子は、第１の態様では、第１フリー磁性層のトラック幅方向の両側端部に形成されたハードバイアス層と、このハードバイアス層上に形成され非磁性層の上面と略同一平面を構成する非磁性スペーサ層とを備えることができる。この場合に第２フリー磁性層は、非磁性層上に形成された中央感磁部と、この中央感磁部からトラック幅方向の両側に延出されて非磁性スペーサ層上に形成された延出部とを有することが好ましい。
【０００９】
第２フリー磁性層、非磁性スペーサ層及びハードバイアス層のトラック幅方向の両側端面は、該両側端面位置において第２フリー磁性層とハードバイアス層との間に静磁結合が生じるように、連続面をなしていることが好ましい。この両側端部に生じる静磁結合は、第２フリー磁性層の延出部及びハードバイアス層のトラック幅方向の寸法が短くなるほど、第２フリー磁性層の延出部に強く作用する。よって第２フリー磁性層のトラック幅方向の寸法は、具体的には、０．４μｍ以上１００μｍ以下、より好ましくは０．４μｍ以上５μｍ以下にするのがよい。このとき、第２フリー磁性層の延出部のトラック幅方向の寸法は、０．１５μｍ以上５０μｍ以下、より好ましくは０．１５μｍ以上２．５μｍ以下とするのがよい。
【００１０】
この第１の態様では、さらに、第２フリー磁性層、非磁性スペーサ層及びハードバイアス層のトラック幅方向の両側端部に形成された第１電極リード層と、該第１電極リード層上及び第２フリー磁性層の延出部上に形成された第２電極リード層とを備えることができる。第２電極リード層は主電極層、第１電極リード層は第２電極リード層の補助電極層としてそれぞれ機能する。このように第１及び第２電極リード層を設ければ、第２フリー磁性層の延出部を非磁性スペーサ層及び第１電極リード層と第２電極リード層との間に配置でき、これによりサイドリーディングを防止することができる。
【００１１】
第２電極リード層は、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）またはリフトオフ法を用いて形成することができる。ＲＩＥを用いて形成する場合は、第２フリー磁性層の延出部と第２電極リード層との間に、ＲＩＥ用ストッパとして機能する非磁性保護層を介在させることが好ましい。非磁性保護層を介在させることで、ＲＩＥ終了タイミングを容易に制御することができる。
【００１２】
上記巨大磁気抵抗効果素子は、第２の態様では、上述した第１電極リード層を設けず、第２フリー磁性層の延出部上に形成された電極リード層（第２電極リード層）のみを備えることができる。
【００１３】
上記巨大磁気抵抗効果素子は、第３の態様では、第１フリー磁性層及び非磁性層のトラック幅方向の両側端部に積層形成されたハードバイアス層と電極リード層とを備えることができる。この場合に第２フリー磁性層は、非磁性層上に形成された中央感磁部と、この中央感磁部からトラック幅方向の両側に延出されて電極リード層上に形成された延出部とを有することが好ましい。
【００１４】
本発明による巨大磁気抵抗効果素子の製造方法は、（ａ）基板上に、反強磁性層、固定磁性層、非磁性中間層、第１フリー磁性層及び非磁性層からなる積層体を形成する工程と、（ｂ）積層体のトラック幅領域に第１レジスト層を形成する工程と、（ｃ）第１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少なくとも非磁性層、第１フリー磁性層及び非磁性中間層を除去し、この除去部分上にハードバイアス層及び非磁性スペーサ層を形成して、第１レジスト層を除去する工程と、（ｄ）非磁性層及び非磁性スペーサ層上に、第１フリー磁性層よりも薄い膜厚で第２フリー磁性層を形成する工程とを有していることを特徴としている。なお、薄膜磁気ヘッドに用いる巨大磁気抵抗効果素子を製造する場合は、下部ギャップ層が上記基板となる。すなわち、下部ギャップ層上に巨大磁気抵抗効果素子が形成される。
【００１５】
（ｄ）工程後には、（ｅ）第２フリー磁性層のトラック幅領域に、第１レジスト層よりもトラック幅方向の寸法が大きい第２レジスト層を形成する工程と、（ｆ）第２レジスト層のトラック幅方向の両側から露出する第２フリー磁性層を除去し、第２レジスト層を除去する工程を設けてもよい。
【００１６】
上記（ｆ）工程では、第２レジスト層を除去する前に、第１電極リード層を形成することが好ましい。すなわち、第２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スペーサ層及びハードバイアス層の一部または全部をさらに除去し、該除去部分上に、第２フリー磁性層の上面と同一平面を構成する第１電極リード層を形成してから、第２レジスト層を除去する。
【００１７】
第２フリー磁性層上には、リアクティブイオンエッチング法またはリフトオフ法を用いて、第２電極リード層を形成することができる。リアクティブイオンエッチング法を用いる場合は、上記（ｄ）工程と（ｅ）工程の間に（ｇ）第２フリー磁性層上に非磁性保護層を形成する工程を有し、また上記（ｆ）工程後に、（ｈ）第２フリー磁性層上及び第１電極リード層上に、第２電極リード層を形成する工程と、（ｉ）第２電極リード層上であって第２フリー磁性層のトラック幅領域以外の範囲に、メタルマスク層を形成する工程と、（ｊ）メタルマスク層をマスクとして非磁性保護層が露出するまでリアクティブイオンエッチング処理を行ない、トラック幅領域内の第２電極リード層を除去する工程とを有することが好ましい。一方、リフトオフ法を用いる場合は、上記（ｆ）工程後に、（ｋ）第２フリー磁性層及び第１電極リード層上であってトラック幅領域以外の範囲に、リフトオフ法により第２電極リード層を形成する工程を有することが好ましい。
【００１８】
非磁性スペーサ層上に形成された第２フリー磁性層のトラック幅方向の寸法は、０．４μｍ以上１００μｍ以下、より好ましくは０．４μｍ以上５μｍ以下とすることが好ましい。この範囲内であれば、第２フリー磁性層及びハードバイアス層の両端部間に生じた静磁結合により、該両端部における反磁界の影響を軽減でき、第２フリー磁性層の延出部の磁化方向を安定させることができる。
【００１９】
上記巨大磁気抵抗効果素子の電極リード層を形成する工程としては、上記（ｇ）〜（ｊ）工程または上記（ｋ）工程を有する替わりに、上記（ｆ）工程後に、（ｌ）前記第２フリー磁性層上であってトラック幅領域以外の範囲に、電極リード層を形成する工程を有してもよい。この（ｌ）工程によれば、ハードバイアス層及び非磁性スペーサ層の両側端部には電極リード層が形成されず、第２フリー磁性層上にのみ電極リード層が形成される。
【００２０】
非磁性スペーサ層は、２０Å以上１００Å以下の膜厚で形成されることが好ましい。非磁性スペーサ層が２０Å以上の膜厚で形成されれば、第２フリー磁性層とハードバイアス層とを直接接しさせることがなく、第２フリー磁性層がハードバイアス層から強い磁界を受けずに済む。また、非磁性スペーサ層が１００Å以下の膜厚で形成されれば、第２フリー磁性層とハードバイアス層の両側端部間に静磁結合を生じさせることができる。
【００２１】
非磁性スペーサ層は、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。この導電性を有する非磁性材料には例えばＲｕやＣｕ、Ｔａ等を用いることができる。また、非磁性層と同一の非磁性材料によって形成してもよい。
【００２２】
非磁性層は、上記（ａ）工程において、第１フリー磁性層と第２フリー磁性層との間にＲＫＫＹ的な反平行結合を生じさせる膜厚で形成されることが好ましい。若しくは、上記（ｃ）工程と（ｄ）工程の間に（ｍ）低エネルギーイオンミリングを行ない、非磁性層の膜厚を、第１フリー磁性層と第２フリー磁性層との間にＲＫＫＹ的な反平行結合を生じさせる膜厚に調整する工程を有することが好ましい。
【００２３】
上記（ｍ）工程では、低エネルギーイオンミリングによって、非磁性層の膜厚を調整するだけでなく、非磁性層と非磁性スペーサ層とを平坦化することが好ましい。非磁性層と非磁性スペーサ層が平坦化されていると、該非磁性層及び非磁性スペーサ層上に第２フリー磁性層を均一に形成することができる。
【００２４】
非磁性層は、第１フリー磁性層と第２フリー磁性層との間に効果的に反平行結合が生じるように、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。具体的に非磁性層は、Ｒｕで形成することができ、その膜厚は６Å以上１５Å以下であることが好ましい。また非磁性層は、Ｃｕで形成することができ、その膜厚は７Å以上１２Å以下であることが好ましい。
【００２５】
第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層は、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＮｉのいずれかで形成することができる。
【００２６】
上記（ｄ）工程と（ｅ）工程の間には、（ｎ）磁場中アニールを施し、反強磁性層と固定磁性層との間に交換結合磁界を発生させる工程を有することが好ましい。この磁場中アニールによれば、固定磁性層の磁化方向を固定できるだけでなく、第１フリー磁性層と第２フリー磁性層との間に生じる反平行結合をより安定化させることができる。なお、この磁場中アニール工程は、上記（ｃ）工程と（ｄ）工程の間に行なってもよい。
【００２７】
本発明の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法は、別の態様では、（ｏ）基板上に、反強磁性層、固定磁性層、非磁性中間層、第１フリー磁性層及び非磁性層からなる積層体を形成する工程と、（ｐ）積層体のトラック幅領域にレジスト層を形成する工程と、（ｑ）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少なくとも非磁性層及び第１フリー磁性層を除去し、該除去部分上に非磁性下地層、ハードバイアス層及び電極リード層を形成して、レジスト層を除去する工程と、（ｒ）非磁性層及び電極リード層上に、第１フリー磁性層よりも薄い膜厚で第２フリー磁性層を形成する工程とを有することを特徴としている。
【００２８】
【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。
【００２９】
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（ＧＭＲ）素子１の構造を、記録媒体との対向面側から見て示す模式断面図である。ＧＭＲ素子１は、例えば、ハードディスク装置の薄膜磁気ヘッドに用いられ、ＧＭＲ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。
【００３０】
ＧＭＲ素子１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁材料からなる下部ギャップ層２上に形成されていて、下部ギャップ層２側から順に、シード層３、反強磁性層４、固定磁性層５、非磁性中間層６及びフリー磁性層１０を有している。なお、図示されていないが、下部ギャップ層２の下には、アルチック基板側から順に、アルミナ等の絶縁層、Ｔａ等からなる下地層、ＮｉＦｅ合金等からなるシードレイヤ層、ＮｉＦｅ系合金等の磁性材料からなる下部シールド層が形成されている。
【００３１】
シード層３は、反強磁性層４及び該反強磁性層４より上の層の結晶成長を整えるための下地層であり、ＮｉＦｅ合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金、ＮｉＦｅＣｒ合金またはＣｒ等で形成される。このシード層３と下部ギャップ層２との間にはＴａ等からなる下地層が形成されていてもよく、シード層３の代わりに上記下地層が形成されていてもよい。
【００３２】
反強磁性層４は、熱処理により固定磁性層５との間に大きな交換結合磁界を発生させ、固定磁性層５の磁化方向を図示Ｙ方向に固定する機能を有する。この反強磁性層４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、熱処理が施されるとＣｕＡｕＩ（ＣｕＡｕ１）型の規則型の面心正方構造（ｆｃｔ）に構造変態する。
【００３３】
固定磁性層５は、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等の磁性材料によって形成される。この固定磁性層５は、フリー磁性層１０と同様に、磁性層／非磁性層／磁性層の３層構造をなす積層フェリ構造であってもよい。この積層フェリ構造をとれば、非磁性層を介して生じる反平行結合と、反強磁性層４との間で生じる交換結合との相乗効果により、磁化方向をより安定に固定させることができる。
【００３４】
非磁性中間層６は、固定磁性層５とフリー磁性層１０との磁気的な結合を防止する層であると共に、センス電流が主に流れる層である。この非磁性中間層６は、例えばＣｕ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ等導電性を有する非磁性材料によって形成される。特にＣｕによって形成されることが好ましい。
【００３５】
フリー磁性層１０は、積層フェリ構造をなしている。すなわち、フリー磁性層１０は、第１フリー磁性層１１、第２フリー磁性層１２及びこれらの間に介在する非磁性層１３の３層からなる。本実施形態では、第１フリー磁性層１１の単位面積あたりの磁気モーメントｍ１を第２フリー磁性層１２の単位面積あたりの磁気モーメントｍ２よりも大きく設定してある。すなわち、第１フリー磁性層１１及び第２フリー磁性層１２を同一の磁性材料で形成し、第１フリー磁性層１１の膜厚ｄ１を、第２フリー磁性層１２の膜厚ｄ２よりも大きくしてある（ｄ１＞ｄ２）。
【００３６】
第２フリー磁性層１２は、第１フリー磁性層１１よりもトラック幅方向に長く形成されていて、非磁性層１３を介して第１フリー磁性層１１に反平行結合された中央部（中央感磁部）１２ａと、この中央部１２ａの両側端部からトラック幅方向に延出されて非磁性スペーサ層９上に位置する延出部１２ｂとを有している。この第１フリー磁性層１１及び第２フリー磁性層１２の中央部１２ａは、記録媒体からの漏れ磁界を検知する感磁領域（実効トラック幅領域）であり、第１フリー磁性層１１及び第２フリー磁性層１２の中央部１２ａのトラック幅方向の寸法がトラック幅Ｔｗを規制している。
【００３７】
上記第１フリー磁性層１１と第２フリー磁性層１２の中央部１２ａとの反平行状態が崩れるときの磁界（スピンフロップ磁界）は、記録媒体からの漏れ磁界に対して十分大きく設定されている。これにより、第１フリー磁性層１１及び第２フリー磁性層１２の中央部１２ａの磁化は、記録媒体からの漏れ磁界に対して、反平行状態を保ったまま共に変化することができる。つまり、フリー磁性層１０の単位面積あたりの磁気モーメントＭは、第１フリー磁性層１１の単位面積あたりの磁気モーメントｍ１と第２フリー磁性層１２の中央部１２ａの単位面積あたりの磁気モーメントｍ２とのベクトル和となる。よって、フリー磁性層１０の膜厚を薄くしなくてもフリー磁性層１０の単位面積あたりの磁気モーメントＭを小さくすることができ、この結果、バルクハウゼンノイズや熱ゆらぎノイズを増大させることなく、出力感度及びＳＮ比を共に高めることが可能である。
【００３８】
第１及び第２フリー磁性層１１、１２は、例えばＣｏＦｅ合金、ＮｉＦｅ合金またはＣｏＦｅＮｉ合金等から形成される。一方、非磁性層１３は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１種または２種以上で形成することができる。特にＲｕまたはＣｕで形成されることが好ましい。この非磁性層１３は、第１フリー磁性層１１と第２フリー磁性層１２の中央部１２ａとの間に生じるＲＫＫＹ的な結合エネルギーが反平行の第１ピーク値をとる膜厚で形成されることが好ましい。例えば、非磁性層１３をＲｕによって形成する場合は膜厚を６Å以上１５Å以下の範囲とし、Ｃｕによって形成する場合は膜厚を７Å以上１２Å以下の範囲とする。
【００３９】
上記シード層３、反強磁性層４、固定磁性層５、非磁性中間層６及び第１フリー磁性層１１のトラック幅方向の両側端部には、非磁性下地層７、ハードバイアス層８及び非磁性スペーサ層９が順に積層形成されている。非磁性下地層７は、ハードバイアス層８の保磁力を高めるために設けたもので、例えばＣｒ、Ｗ、Ｔｉ等の非磁性材料によって形成される。ハードバイアス層（永久磁石膜）８は、例えばＣｏＰｔにより形成され、第１フリー磁性層１１の磁化方向をトラック幅方向（図１の右方向）に固定する。非磁性スペーサ層９は、ハードバイアス層８と第２フリー磁性層１２とが直接接しないように、２０Å以上１００Å以下の膜厚で形成されることが好ましい。この非磁性スペーサ層９の上面と非磁性層１３の上面とは、同一平面（平坦面）を構成している。非磁性スペーサ層９は、非磁性材料によって形成することができ、好ましくは導電性を有する非磁性材料によって形成されることがよい。なお、非磁性スペーサ層９と非磁性層１３とは、同一の非磁性材料によって形成してもよい。
【００４０】
非磁性下地層７、ハードバイアス層８、非磁性スペーサ層９及び第２フリー磁性層１２（延出部１２ｂ）のトラック幅方向の両側端部には、非磁性下地層１４及び第１電極リード層Ｅ１が形成されている。非磁性下地層１４は、例えばＴａ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ等の非磁性材料によって形成される。第１電極リード層Ｅ１は、例えばＡｕ、Ｗ、Ｃｒ、Ｒｕ、α−Ｔａ、Ｃｕ等の導電材料により形成される。この第１電極リード層Ｅ１の上面と第２フリー磁性層１２の上面とは同一平面（平坦化面）を構成する。
【００４１】
第２フリー磁性層１２の延出部１２ｂ上には第１保護層１５が形成され、第１電極リード層Ｅ１上には第２保護層１６が形成されている。第１及び第２保護層１５、１６は、例えばＴａやＣｒ等、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）時にストッパとして機能する非磁性材料によって形成されている。第１及び第２保護層１５、１６は、ほぼ同等の膜厚を有し、上述の非磁性下地層１４を介して連続している。これら第１保護層１５、非磁性下地層１４及び第２保護層１６によって平坦化された面上には、第２電極リード層Ｅ２及びメタルマスク層１７が積層形成されている。
【００４２】
第２電極リード層Ｅ２は、導電材料からなる主電極層であり、本実施形態ではスパッタ成膜された後、ＲＩＥによって中央部に穴部が形成されている。この第２電極リード層Ｅ２には、Ａｕやα―Ｔａ等の導電材料を用いることができる。メタルマスク層１７は、第２電極リード層Ｅ２の保護層である。このメタルマスク層１７は、例えばＴａやＣｒ等、ＲＩＥ用マスクとして機能し、且つ、エッチングレートの遅い金属材料で形成されることが好ましい。この第２電極リード層Ｅ２は、リフトオフにより形成することも勿論可能である。リフトオフを用いる場合、メタルマスク層１７は不要となる。また、ＲＩＥやイオンミリングで第２電極リード層Ｅ２の中央部に穴部を形成する場合は、メタルマスク層１７に替えて、絶縁材料からなる絶縁マスク層を第２電極リード層Ｅ２上設けてもよい。
【００４３】
図示されていないが、メタルマスク層１７及び第２フリー磁性層１２の中央部１２ａ上には、例えばアルミナからなる上部ギャップ層を介して、上部シールド層が形成されている。
【００４４】
以上の本ＧＭＲ素子１は、ハードバイアス層８と第２フリー磁性層１２とが直接対向しないように、第２フリー磁性層１２のトラック幅方向の寸法Ｔ２を第１フリー磁性層１１のトラック幅方向の寸法Ｔ１よりも長くしたことを特徴の一つとしている。このように第２フリー磁性層１２がハードバイアス層８に対して直接対向していなければ、第２フリー磁性層１２がハードバイアス層８から強い磁界を受けることがなく、該ハードバイアス磁界による磁化の乱れを軽減することができる。また第２フリー磁性層１２のトラック幅方向の寸法が長ければ、反磁界が減少するから、第２フリー磁性層１２の延出部１２ｂで磁化の乱れが生じても、第２フリー磁性層１２の中央部１２ａに及ぶ影響を少なくすることができる。よって、この第２フリー磁性層１２の中央部１２ａに対して反平行結合された第１フリー磁性層１１の磁化の乱れを抑えることができ、従来のようにバルクハウゼンノイズやサーボエラー等を引き起こす虞がない。
【００４５】
さらに本ＧＭＲ素子１では、第２フリー磁性層１２（延出部１２ｂ）、非磁性スペーサ層９及びハードバイアス層８のトラック幅方向の両側端部１２ｃ、９ａ、８ａを連続面で形成することで、第２フリー磁性層１２及びハードバイアス層８の両側端部１２ｃ、８ａ間に静磁結合を生じさせることを別の特徴としている。この静磁結合により、第２フリー磁性層１２の両側端部１２ｃに生じる反磁界の影響を少なくすることができ、両側端部１２ｃにおける磁化の乱れを防止することができる。これら両側端部８ａ、１２ｃ間に生じる静磁結合は、ハードバイアス層８及び第２フリー磁性層１２の延出部１２ｂのトラック幅方向の寸法ｔ２が短くなるほど、第２フリー磁性層１２の延出部１２ｂの磁化に強く作用する。但し、あまり短くなり過ぎると、再生波形の歪みや不安定性の生じる確率が高くなる。したがって、ハードバイアス層８及び第２フリー磁性層１２の延出部１２ｂのトラック幅方向の寸法ｔ２は、具体的には０．１５μｍ以上５０μｍ以下、より好ましくは０．１５μｍ以上２．５μｍ以下とするのがよい。また第２フリー磁性層１２全体としては、そのトラック幅方向の寸法Ｔ２が０．４μｍ以上１００μｍ以下、より好ましくは０．４μｍ以上５μｍ以下であるとよい。
【００４６】
以下では、図２〜図９を参照し、図１に示すＧＭＲ素子１の製造方法について説明する。先ず、図２に示すように、アルミナからなる下部ギャップ層２上にシード層３、反強磁性層４、固定磁性層５、非磁性中間層６、第１フリー磁性層１１及び非磁性層１３を連続成膜する。成膜にはスパッタや蒸着法を用いる。
【００４７】
シード層３は、ＮｉＦｅ合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金、ＮｉＦｅＣｒ合金またはＣｒ等から形成する。反強磁性層４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）合金で形成する。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）合金で形成する。これらの合金材料で反強磁性層４を形成すれば、後工程の磁場中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。
【００４８】
固定磁性層５は、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金またはＣｏＮｉ合金等の磁性材料によって形成する。この固定磁性層５は積層フェリ構造で形成してもよい。非磁性中間層６は、例えばＣｕ、Ｃｒ、Ａｕ及びＡｇ等の導電性を有する非磁性材料によって形成することができる。特にＣｕによって形成されることが好ましい。
【００４９】
第１フリー磁性層１１は、ＣｏＦｅ合金、ＮｉＦｅ合金またはＣｏＦｅＮｉ合金等の磁性材料を用いて、例えば膜厚ｄ１＝２４Åで形成する。非磁性層１３は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１種または２種以上で形成することができる。特にＲｕまたはＣｕで形成されることが好ましい。この非磁性層１３は、図２の工程では、図１に示す完成状態よりも厚く形成しておく。
【００５０】
次に、非磁性層１３上にフォトレジスト液を塗布し、露光現像することによってトラック幅領域（第１フリー磁性層１１のトラック幅領域）をパターニングして、このトラック幅領域に対応する位置に図３に示す第１レジスト層Ｒ１を形成する。この第１レジスト層Ｒ１はリフトオフ用のレジスト層である。
【００５１】
第１レジスト層Ｒ１を形成したら、イオンミリングを行なう。このイオンミリング工程では、第１レジスト層Ｒ１のトラック幅方向の両側から露出する非磁性層１３、第１フリー磁性層１１、非磁性中間層６、固定磁性層５、反強磁性層４及びシード層３を除去する。これにより、図３に点線で示される各層のトラック幅領域外の部分が取り除かれ、第１レジスト層Ｒ１のトラック幅方向の両側からは下部ギャップ層２が露出する。このとき、シード層３から非磁性層１３までの各層のトラック幅方向の両側端部は、上層から下層に向かうにしたがって徐々にトラック幅方向の寸法が広がる連続面（傾斜面または湾曲面）を構成する。なお、図３に示す矢印Ｈ方向はイオンミリング方向である。
【００５２】
続いて、露出した下部ギャップ層２上に、図４に示すように、非磁性下地層７、ハードバイアス層８及び非磁性スペーサ層９を連続成膜する。成膜にはイオンビームスパッタ法を用いる。
【００５３】
非磁性下地層７は、下部ギャップ層２上のみでなく、シード層３から非磁性層１３までの各層のトラック幅方向の側端部が形成する連続面上にも該連続面に沿って形成する。この非磁性下地層７は、ハードバイアス層８の保磁力を高められるように、Ｃｒ、ＷまたはＴｉ等の非磁性材料によって形成することが好ましい。ハードバイアス層８は、例えばＣｏＰｔによって形成する。このハードバイアス層８の着磁は、図１に示すＧＭＲ素子１（またはＧＭＲ素子１が搭載される薄膜磁気ヘッド）の完成状態で行なわれる。非磁性スペーサ層９は、非磁性材料によって形成することができ、例えばＣｕやＲｕ等の導電性を有する非磁性材料によって形成されることが好ましい。なお、同一の非磁性材料によって、非磁性層１３と非磁性スペーサ層９を形成してもよい。
【００５４】
非磁性スペーサ層９は、２０Å以上１００Å以下の膜厚で形成されることが好ましい。非磁性スペーサ層９の膜厚が２０Å以上であれば、後工程で該非磁性スペーサ層９上に形成される第２フリー磁性層１２（図６）とハードバイアス層８との間隔を適切に確保でき、第２フリー磁性層１２がハードバイアス層８から受ける磁界の影響を軽減することができる。また、非磁性スペーサ層９の膜厚が１００Å以下であれば、ハードバイアス層８及び第２フリー磁性層１２のトラック幅方向の両側端部８ａ、１２ｃ（図７）の間に静磁結合を生じさせることができる。
【００５５】
非磁性スペーサ層９まで形成したら、リフトオフにより第１レジスト層Ｒ１を除去し、低エネルギーイオンミリングを行なう（図５）。本実施形態の低エネルギーイオンミリングには、例えば１００〜２００ｅＶ程度で加速したＡｒイオンを用いる。また、Ａｒイオンビーム入射角は、膜面法線方向から傾けた方向とすることが好ましい。これにより、ビームダメージを少なくでき、且つ、後述の平坦化作用を若干ながら得ることができる。
【００５６】
上記低エネルギーイオンミリング工程では、非磁性層１３の膜厚を調整すると共に、この非磁性層１３及び非磁性スペーサ層９の上面を平坦化させる作用も若干ながらある。非磁性層１３は、図１の完成状態で非磁性層１３の上下に位置する第１フリー磁性層１１と第２フリー磁性層１２との間にＲＫＫＹ的な反平行結合を強固に生じさせる膜厚まで、削る。例えば、非磁性層１３がＲｕで形成されている場合は６Å以上１５Å以下の膜厚範囲に調整することが好ましく、Ｃｕで形成されている場合は７Å以上１２Å以下の膜厚範囲に調整することが好ましい。また、この低エネルギーイオンミリング工程では、非磁性層１３及び非磁性スペーサ層９の表面がクリーニングされ、非磁性層１３及び非磁性スペーサ層９上に付着した酸化物等が除去される。なお、図５に示す矢印Ｈ方向はイオンミリング方向であり、図５の点線で示される部分がこのイオンミリング工程で除去される部分である。
【００５７】
続いて、図６に示すように、平坦化された非磁性層１３及び非磁性スペーサ層９上に、第１フリー磁性層１１と同一の磁性材料からなる第２フリー磁性層１２と、ＴａやＣｒ等の非磁性材料からなる第１保護層１５とを連続成膜する。成膜には、スパッタまたは蒸着法を用いる。このとき、第２フリー磁性層１２は第１フリー磁性層１１よりも薄い膜厚ｄ２、例えば１６Åで形成する。第１保護層１５は、後工程で行なうＲＩＥ時にストッパとして機能する層である。
【００５８】
第１保護層１５まで成膜したら、磁場中アニールを施す。このときの磁場方向は、トラック幅方向に直交する図示Ｙ方向である。この磁場中アニールにより、反強磁性層４と固定磁性層５との間に交換結合磁界を生じさせることができ、固定磁性層５の磁化がＹ方向に強固に固定される。また、第１フリー磁性層１１と第２フリー磁性層１２の中央部１２ａとの間に作用する反平行結合を安定させることができる。なお、この磁場中アニールは、図２の工程で非磁性層１３を形成した直後（図２と図３の工程の間）に行なってもよい。
【００５９】
続いて、第１保護層１５上にフォトレジスト液を塗布し、露光現像することによって第２フリー磁性層１２のトラック幅領域をパターニングし、このトラック幅領域に対応する位置に図７に示す第２レジスト層Ｒ２を形成する。第２レジスト層Ｒ２はリフトオフ用のレジスト層である。この第２レジスト層Ｒ２のトラック幅方向の寸法は、図３に示す第１レジスト層Ｒ１よりも長く設定されていて、これにより、第２フリー磁性層１２のトラック幅方向の寸法を第１フリー磁性層１１よりも長くすることができる。
【００６０】
第２レジスト層Ｒ２を形成したら、イオンミリングを行なう（図７）。このイオンミリング工程では、第２レジスト層Ｒ２のトラック幅方向の両側から露出する第１保護層１５、第２フリー磁性層１２、非磁性スペーサ層９、ハードバイアス層８及び非磁性下地層７を除去する。これにより、第２フリー磁性層１２、非磁性スペーサ層９及びハードバイアス層８のトラック幅方向の両側端部１２ｃ、９ａ、８ａを連続面で形成し、第２フリー磁性層１２及びハードバイアス層８の両側端部１２ｃ、８ａ間に静磁結合を生じさせる。このようにハードバイアス層８の両側端部８ａと第２フリー磁性層１２の両側端部１２ｃとの間に静磁結合が生じていると、第２フリー磁性層１２の両側端部１２ｃにおいて反磁界の影響が少なくなり、該両側端部１２ｃの磁化の乱れを防止することができる。
【００６１】
また、上記イオンミリング工程により、第２フリー磁性層１２のトラック幅方向の寸法Ｔ２は、第１フリー磁性層１１のトラック幅方向の寸法Ｔ１よりも長く規定される。具体的には、延出部１２ｂのトラック幅方向の寸法ｔ２が０．１５μｍ以上５０μｍ以下、より好ましくは０．１５μｍ以上２．５μｍ以下となるように、第２フリー磁性層１２のトラック幅方向の寸法Ｔ２が０．４μｍ以上１００μｍ以下、より好ましくは０．４μｍ以上５μｍ以下に規定される。このように第２フリー磁性層１２をトラック幅方向に延出させて形成すれば、第２フリー磁性層１２とハードバイアス層８とが直接接することがなく、且つ、ハードバイアス層８から強い磁界を受ける中央部両側位置で第２フリー磁性層１２に加わる反磁界が従来よりも小さくなっているため、ハードバイアス層８からの強い磁界による磁化の乱れを防止することができる。また、第２フリー磁性層１２の両側端部１２ｃ付近で磁化の乱れが生じたとしても、中央部１２ａに及ぼす影響を軽減することができる。
【００６２】
本実施形態では、第１フリー磁性層１１のトラック幅方向の寸法Ｔ１がＧＭＲ素子のトラック幅Ｔｗを規定しており、第１フリー磁性層１１、非磁性層１３及び第２フリー磁性層１２の中央部１２ａを設けた領域範囲が実効トラック幅領域となる。なお、本明細書中では特に規定しない限り、この実効トラック幅領域を「トラック幅領域」という。
【００６３】
上記イオンミリングによって図７に点線で示される部分が取り除かれると、第２レジスト層Ｒ２のトラック幅方向の両側からは下部ギャップ層２が露出する。また、非磁性下地層７から第１保護層１５までの各層のトラック幅方向の両側端部が、上層から下層に向かうにしたがって徐々にトラック幅方向の寸法が広がる連続面（傾斜面または湾曲面）を構成する。なお、図７に示す矢印Ｈ方向はイオンミリング方向である。
【００６４】
続いて、図８に示すように、第２レジスト層Ｒ２のトラック幅方向の両側から露出した下部ギャップ層２上に、非磁性下地層１４、第１電極リード層Ｅ１及び第２保護層１６を連続成膜する。成膜にはイオンビームスパッタ法を用いることができる。非磁性下地層１４は、下部ギャップ層２上のみでなく、非磁性下地層７から第２保護層１６までの各層のトラック幅方向の両側端部により形成される連続面上にも該連続面に沿って形成する。この非磁性下地層１４は、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ及びＴｉ等の非磁性材料によって形成することができる。
【００６５】
第１電極リード層Ｅ１は、後工程で形成される第２電極リード層の補助電極層であって、例えばＡｕ、Ｗ、Ｃｒ、Ｒｕ、α−Ｔａ、Ｃｕ等の導電材料により形成される。この第１電極リード層Ｅ１は、第２フリー磁性層１２のトラック幅方向の周囲を平坦化するため、その上面が第２フリー磁性層１２の上面と同じ高さになる膜厚で形成される。第２保護層１６は、上述した第１保護層１５と同一の非磁性材料により、該第１保護層１５とほぼ同等の膜厚で形成される。この第２保護層１６と第１保護層１５とは、非磁性下地層１４を介して連続し、平坦面を形成している。なお、第２保護層１６を設けずに、後工程にて、第１電極リード層Ｅ１上に直接、第２電極リード層Ｅ２を形成してもよい。
【００６６】
第２保護層１６まで形成したら、リフトオフにより第２レジスト層Ｒ２を除去する。そして、図９に示すように、第１保護層１５及び第２保護層１６上に、第２電極リード層Ｅ２を成膜する。成膜にはスパッタまたは蒸着法を用いる。本実施形態では、第２電極リード層Ｅ２をＲＩＥによって形成するため、第２電極リード層Ｅ２を形成する導電材料としてＡｕやα‐Ｔａ等を用いる。なお、第２電極リード層Ｅ２はリフトオフによっても形成可能である。リフトオフで形成する場合には、第２電極リード層Ｅ２を形成する材料はＡｕ、α‐ＴａのほかＣｒ、Ｒｏ、Ｗ、Ｒｕ、Ｃｕ等、導電材料であればよい。またリフトオフで形成する場合には、後述のメタルマスク層１７は不要となる。
【００６７】
続いて、第２電極リード層Ｅ２上であってトラック幅領域以外の範囲に、メタルマスク層１７をリフトオフで形成する。メタルマスク層１７は、ＲＩＥ用マスクとして機能する、エッチングレートの遅い金属材料で形成されることが好ましい。例えば、ＴａやＣｒ等を用いることができる。
【００６８】
そして、メタルマスク層１７をマスクとしてＲＩＥ処理を行ない、トラック幅領域内の第２電極リード層Ｅ２を除去する。このとき、トラック幅領域内の第１保護層１５がエッチングストッパとして機能するため、ＲＩＥ終了タイミングを適切に制御することができる。すなわち、第１保護層１５が露出するまでＲＩＥ処理を行なう。このＲＩＥ処理を行なったら、トラック幅領域内の第１保護層１５をイオンミリングによって除去してもよい。但し、第１保護層１５は、第２フリー磁性層１２の表面を酸化から保護する機能を有しているので、一部または全部が第２フリー磁性層１２上に残るようにすることが好ましい。以上の工程により、図１のＧＭＲ素子１が得られる。
【００６９】
図１０は、本発明の第２実施形態における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、第１電極リード層Ｅ１を設けずに、該第１電極リード層Ｅ１が形成されていた範囲までハードバイアス層８、非磁性スペーサ層９及び第２フリー磁性層１２をトラック幅方向にさらに延ばした点において、第１実施形態と異なる。すなわち、第２フリー磁性層１２をトラック幅方向にさらに延ばすことで、第２フリー磁性層１２の形状磁気異方性を安定させ、これにより第２磁性層１２の磁化の乱れを軽減させる実施形態である。図１０において、第１実施形態と実質的に同一の構成要素には図１と同一符号を付してある。
【００７０】
この第２実施形態におけるＧＭＲ素子２０は、図２〜図９に示す第１実施形態の形成工程から、図７及び図８の工程を省略することで形成可能である。すなわち、先ず、上述した第１実施形態と同様に図２〜図６の工程を行ない、下部ギャップ層２上にシード層３から第１保護層１５までを形成する。そして、図９に示すように、第１保護層１５上に第２電極リード層Ｅ２及びメタルマスク層１７を形成し、ＲＩＥ処理によってトラック領域内の第２電極リード層Ｅ２を除去する。さらにイオンミリングにより、第２フリー磁性層１２の中央部１２ａ上の第１保護層１５を除去してもよい。但し、第１保護層１５は、第２フリー磁性層１２の表面を酸化から保護する機能を有しているので、一部または全部が第２フリー磁性層１２上に残るようにすることが好ましい。以上により、図１０に示すＧＭＲ素子２０が得られる。
【００７１】
この第２実施形態では、第２フリー磁性層１２のトラック幅領域を形成するためのイオンミリング工程と、非磁性下地層１４／第１電極リード層Ｅ１／第２保護層１６を連続成膜する工程が不要になるから、第１実施形態よりも製造工程が容易となる。
【００７２】
なお、本第２実施形態では、ハードバイアス層８及び第２フリー磁性層１２のトラック幅方向の両側端部位置を揃えるか否かは問わない。これは、第２フリー磁性層１２の延出部１２ｂのトラック幅方向の寸法ｔ２が長く、上記両側端部で生じさせた静磁結合が第２フリー磁性層１２の中央部１２ａまで及びにくいためである。
【００７３】
図１１は、本発明の第３実施形態におけるＧＭＲ素子３０の構造を、記録媒体との対向面から見て示す部分断面図である。第３実施形態は、第２フリー磁性層１２を電極層Ｅ上に延出させた点において、第１実施形態と異なる。図１１では、第１実施形態と実質的に同一の構成要素には図１と同一符号を付してある。
【００７４】
この第３実施形態におけるＧＭＲ素子３０では、シード層３から非磁性層１３のトラック幅方向の両側端部にハードバイアス層８が形成され、ハードバイアス層８上に電極リード層Ｅが形成されている。そして、第２フリー磁性層１２は、非磁性層１３上に形成された中央部１２ａと、この中央部１２ａからトラック幅方向に延出され、電極リード層Ｅ上に形成された延出部１２ｂとから形成されている。このように第２フリー磁性層１２の延出部１２ｂを電極リード層Ｅ上に配置させた構造にしても、第２フリー磁性層１２とハードバイアス層８とが直接対向することがなく、第２フリー磁性層１２の磁化の乱れを軽減させることができる。
【００７５】
このＧＭＲ素子３０は、次のように製造する。
先ず、上述した第１実施形態と同様に図２及び図３の工程を行ない、下部ギャップ層２上にシード層３から非磁性層１３までを形成する。次に、図１２に示すように、第１レジスト層Ｒ１の両側から露出した下部ギャップ層２上に、非磁性下地層７、ハードバイアス層８及び電極リード層Ｅを連続成膜する。成膜にはスパッタや蒸着法を用いる。電極リード層Ｅは、例えばＡｕ、Ｃｕ、Ｗ等の導電材料から形成することができる。電極リード層Ｅまで形成したら、リフトオフにより第１レジスト層Ｒ１を除去し、低エネルギーイオンミリング処理を施した後、電極リード層Ｅ上及び非磁性層１３上に第２フリー磁性層１２を形成する。以上により、図１１に示すＧＭＲ素子３０が得られる。
【００７６】
この第３実施形態では、第２フリー磁性層１２のトラック幅領域を形成するためのイオンミリング工程と、ハードバイアス層８上に非磁性スペーサ層９を形成する工程、及び、非磁性下地層１４／第１電極リード層Ｅ１／第２保護層１６を連続成膜する工程等が不要になるから、第１及び第２実施形態よりも製造工程が容易となる。
【００７７】
図１３及び図１５は、マイクロマグネティックシミュレーション法を用いて、第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層の磁化分布を計算した結果を示している。各シミュレーションは、以下の条件で行なったものである。
第１フリー磁性層の膜厚ｄ１＝２４（Å）
第２フリー磁性層の膜厚ｄ２＝１６（Å）
ハードバイアス層の膜厚ｔ＝４００（Å）
ハードバイアス層の残留磁化Ｍｒ×膜厚ｔ＝３７．７（Ｔ・ｎｍ）
【００７８】
【実施例】
図１３は、図１の第１フリー磁性層１１及び第２フリー磁性層１２の磁化分布を計算したシミュレーション結果を示している。上述したように第２フリー磁性層１２のトラック幅方向の寸法Ｔ２は、第１フリー磁性層１１の同方向の寸法Ｔ１よりも長くなっている。図１３を見ると、第２フリー磁性層１２の中央部１２ａと延出部１２ｂの境界付近で磁化が多少傾いているが、第１フリー磁性層１１の磁化には影響しておらず、第１フリー磁性層の磁化には乱れが生じていないことがわかる。また、第２フリー磁性層１２の両側端部１２ｃでも磁化が乱れておらず、反磁界の影響を受けていないことが分かる。
【００７９】
【比較例】
図１５は、図１４に示す従来のＧＭＲ素子１’が備えた第１フリー磁性層１１０及び第２フリー磁性層１２０の磁化分布を計算したシミュレーション結果を示している。従来の積層フェリ型フリー磁性層１００では、第１フリー磁性層１１０と第２フリー磁性層１２０のトラック幅方向の寸法が同等であり、これら第１フリー磁性層１１０及び第２フリー磁性層１２０のトラック幅方向の両側に直接接してハードバイアス層８が設けられている。図１５を見ると、ハードバイアス層８０からの磁界により第２フリー磁性層１２０のエッジ領域αの磁化が傾き、第１フリー磁性層１１０のエッジ領域αの磁化を乱していることが分かる。このような磁化分布状態では、バルクハウゼンノイズが生じやすく、また、サーボエラーも起きやすい。
【００８０】
以上の図１３及び図１５から明らかなように、本第１実施形態のＧＭＲ素子１は、従来のＧＭＲ素子１’よりも第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層の磁化の乱れが軽減されていることが分かる。これにより、サーボエラーは生じることがなく、ＧＭＲ素子の出力感度及びＳＮ比を向上させることができる。
【００８１】
上記各実施形態のＧＭＲ素子１（２０、３０）は、再生用薄膜磁気ヘッドのみでなく、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できる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明によれば、第２フリー磁性層とハードバイアス層とが直接対向しないように、第２フリー磁性層のトラック幅方向の寸法を第１フリー磁性層の同方向の寸法よりも長くしたので、第２フリー磁性層がハードバイアス層から強い磁界を受けることがない。よって、ハードバイアス方式を用いたままでも、フリー磁性層のエッジ領域における磁化の乱れを軽減できるようになった。また本発明によれば、第２フリー磁性層及びハードバイアス層のトラック幅方向の両側端部間に静磁結合を生じさせているので、第２フリー磁性層の両側端部では反磁界の影響が少なくなり磁化が乱れなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態によ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から見て示す部分断面図である。
【図２】図１に示すＧＭＲ素子の製造方法の一工程図である。
【図３】図２に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図４】図３に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図５】図４に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図６】図５に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図７】図６に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図８】図７に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図９】図８に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図１０】本発明の第２実施形態によるＧＭＲ素子の構造を、記録媒体との対向面から見て示す部分断面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態によるＧＭＲ素子の構造を、記録媒体との対向面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】マイクロマグネティックシミュレーション法を用いて、図１に示すＧＭＲ素子のフリー磁性層の磁化分布を計算した結果を示す図である。
【図１４】従来の積層フェリ型フリー磁性層を備えたＧＭＲ素子の構造を、記録媒体との対向面から見て示す部分断面図である。
【図１５】マイクロマグネティックシミュレーション法を用いて、図１４に示す従来のＧＭＲ素子のフリー磁性層の磁化分布を計算した結果を示す図である。
【符号の説明】
１　ＧＭＲ素子
２　下部ギャップ層
３　シード層
４　反強磁性層
５　固定磁性層
６　非磁性中間層
７　非磁性下地層
８　ハードバイアス層
８ａ　両側端部
９　非磁性スペーサ層
１０　フリー磁性層
１１　第１フリー磁性層
１２　第２フリー磁性層
１２ａ　中央部（中央感磁部）
１２ｂ　延出部
１２ｃ　両側端部
１３　非磁性層
１４　非磁性下地層
１５　第１保護層（非磁性保護層）
１６　第２保護層
１７　メタルマスク層
２０　ＧＭＲ素子
３０　ＧＭＲ素子
Ｅ　電極リード層
Ｅ１　第１電極リード層
Ｅ２　第２電極リード層
Ｒ１　第１レジスト層
Ｒ２　第２レジスト層
Ｈ　イオンミリング方向
Ｔｗ　トラック幅
Ｔ１　第１フリー磁性層のトラック幅方向の寸法
Ｔ２　第２フリー磁性層のトラック幅方向の寸法
ｄ１　第１フリー磁性層の膜厚
ｄ２　第２フリー磁性層の膜厚
ｍ１　第１フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメント
ｍ２　第２フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメント
Ｍ　フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメント
α　エッジ領域
【図１】
2004014705.tif 000003
【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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