(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磁性層１１；非磁性層１３；及び第２磁性層１２を積層した積層フェリ型フリー磁性層１０と、ハードバイアス層８とを有するＧＭＲ素子１において、第１磁性層１１が、トラック幅領域に対応して形成されトラック幅方向の両側端部でハードバイアス層８に接する主磁性層１１ａと、この主磁性層１１ａ上及びハードバイアス層８上に跨らせて積層された補助磁性層１１ｂとを有している。この主磁性層１１ａと補助磁性層１１ｂの合計膜厚Ｄ１は第２磁性層１２の膜厚Ｄ２よりも厚く形成されており、非磁性層１３は補助磁極層１１ｂと第２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いる。さらに、補助磁性層１１ｂ、非磁性層１３及び第２磁性層１２のトラック幅方向の寸法Ｔ２が主磁性層１１ａの同方向の寸法Ｔ１よりも長く形成されている。【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；この第１磁性層上に形成された非磁性層；及びこの非磁性層上に形成された第２磁性層；を有する積層フェリ型フリー磁性層と、前記第１磁性層の磁化方向を揃えるハードバイアス層とを備えた巨大磁気抵抗効果素子において、
前記第１磁性層は、トラック幅領域に対応して形成されトラック幅方向の両側端部で前記ハードバイアス層に接する主磁性層と、この主磁性層上及び前記ハードバイアス層上に跨らせて積層された補助磁性層とを有し、この主磁性層及び補助磁性層の合計膜厚が前記第２磁性層の膜厚よりも厚く形成されていて、
前記補助磁性層、前記非磁性層及び前記第２磁性層のトラック幅方向の寸法が前記主磁性層の同方向の寸法よりも長く形成されており、
前記非磁性層は、前記補助磁極層と前記第２磁性層との間にＲＫＫＹ的な反平行結合を生じさせる膜厚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、前記補助磁性層は、前記主磁性層よりも薄い膜厚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、前記主磁性層は１５Å以上５０Å以下の膜厚で形成され、前記補助磁性層は１０Å以上３０Å以下の膜厚で形成される巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
請求項１ないし３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、前記主磁性層と前記補助磁性層との間には、導電性を有する非磁性材料で形成された非磁性保護層が介在し、該非磁性保護層の膜厚は前記主磁性層と前記補助磁性層との間にＲＫＫＹ的な平行結合あるいは前記非磁性保護層のピンホールを介した直接的な交換相互作用を生じさせる膜厚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、前記非磁性保護層の膜厚が６Å以下である巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
請求項４または５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１磁性層及び前記第２磁性層は、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ及びＣｏＦｅＮｉ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８】
請求項１ないし７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、前記ハードバイアス層はＣｏＰｔまたはＣｏＣｒＰｔによって形成されている巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
請求項１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１０】
請求項１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、前記非磁性層は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１１】
請求項１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、前記非磁性層は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１２】
（ａ）基板上に、反強磁性層、固定磁性層、非磁性中間層、第１磁性層の主磁性層及び非磁性保護層を有す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上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前記積層体の少なくとも前記非磁性保護層、前記主磁性層及び前記非磁性中間層を除去し、該除去部上にハードバイアス層を形成して、前記レジスト層を除去する工程と、
（ｄ）前記主磁性層上の非磁性保護層を全て除去する工程と、
（ｅ）前記主磁性層及び前記ハードバイアス層上に、前記第１磁性層の補助磁性層、非磁性層及び第２磁性層を積層形成する工程とを有し、
該（ｅ）工程において、前記非磁性層を前記補助磁性層と前記第２磁性層との間にＲＫＫＹ的な反平行結合を生じさせる膜厚で形成し、また、前記第２磁性層を前記主磁性層と前記補助磁性層の合計膜厚よりも薄い膜厚で形成し、さらに、前記補助磁性層、前記非磁性層及び前記第２磁性層のトラック幅方向の寸法を前記主磁性層の同方向の寸法よりも長く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１３】
請求項１２記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記補助磁性層を前記主磁性層よりも薄い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１４】
請求項１３記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記主磁性層を１５Å以上５０Å以下の膜厚で形成し、前記補助磁性層を１０Å以上３０Å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１５】
請求項１２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の製造方法において、前記（ｄ）工程に替えて、（ｆ）前記主磁性層上の非磁性保護層を、前記主磁性層と前記補助磁性層との間にＲＫＫＹ的な平行結合あるいは前記非磁性保護層のピンホールを介した直接的な交換結合作用を生じさせる膜厚まで削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１６】
請求項１５記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記非磁性保護層を６Å以下の膜厚にする巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１２ないし１６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）工程または前記（ｆ）工程では、低エネルギーイオンミリングを用いて前記非磁性保護層を削る巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１８】
請求項１２ないし１７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１９】
請求項１２ないし１８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（ｅ）工程後に、（ｇ）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２０】
請求項１２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２１】
請求項１２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、前記非磁性層はＲｕで形成され、その膜厚が６Å以上１５Å以下である巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２２】
請求項１２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、前記非磁性層はＣｕで形成され、その膜厚が７Å以上１２Å以下である巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２３】
請求項１２ないし２２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、前記ハードバイアス層がＣｏＰｔまたはＣｏＣｒＰｔで形成される巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項２４】
請求項１２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、前記第１磁性層の主磁性層及び補助磁性層と第２磁性層とは、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（Ａｒｅａｌｍｏｍｅｎｔ）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１１に示される積層フェリ型フリー磁性層１００は、第１磁性層１１０と第２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磁性層１１０と第２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磁性層１１０の単位面積あたりの磁気モーメントｍ１と第２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実効的な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１１において、第１磁性層１１０の膜厚は第２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磁性層１１０と第２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磁性層１２０に対して反平行状態を保持しようとする第１磁性層１１０の磁化も乱れてしまう（図１２参照）。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し、且つサイドリーディングを防止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。さらに、第１磁性層及び第２磁性層のトラック幅方向の両側端部において磁化を安定化させることで、サイドリーディングを防止しようとするものである。
【０００８】
すなわち本発明は、第１磁性層；この第１磁性層上に形成された非磁性層；及びこの非磁性層上に形成された第２磁性層；を有する積層フェリ型フリー磁性層と、前記第１磁性層の磁化方向を揃えるハードバイアス層とを備えた巨大磁気抵抗効果素子において、前記第１磁性層が、トラック幅領域に対応して形成されトラック幅方向の両側端部で前記ハードバイアス層に接する主磁性層と、この主磁性層上及び前記ハードバイアス層上に跨らせて積層された補助磁性層とを有し、この主磁性層及び補助磁性層の合計膜厚が前記第２磁性層の膜厚よりも厚く形成されていて、前記補助磁性層、前記非磁性層及び前記第２磁性層のトラック幅方向の寸法が前記主磁性層の同方向の寸法よりも長く形成されており、前記非磁性層は、前記補助磁極層と前記第２磁性層との間にＲＫＫＹ的な反平行結合を生じさせる膜厚で形成されていることを特徴としている。
【０００９】
補助磁性層は、主磁性層よりも薄い膜厚で形成されることが好ましい。具体的には、例えば主磁性層を１５Å以上５０Å以下の膜厚で形成し、補助磁性層を１０Å以上３０Å以下の膜厚で形成されることが好ましい。
【００１０】
主磁性層と補助磁性層との間には、導電性を有する非磁性材料で形成された非磁性保護層が介在していてもよい。この非磁性保護層は、製造工程中に、主磁性層表面の酸化を防止する保護層として機能する。非磁性保護層の膜厚は、主磁性層と補助磁性層との間にＲＫＫＹ的な平行結合あるいは該非磁性保護層のピンホールを介した直接的な交換結合作用を生じさせる膜厚とする。具体的には、非磁性保護層が６Å以下の膜厚であれば、主磁性層と補助磁性層との間に強固な平行結合を生じさせることができる。この非磁性保護層は、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ことが好ましい。特にＣｕで形成されることが好ましい。
【００１１】
第１磁性層及び第２磁性層は、同一の磁性材料で形成されることが好ましく、例えばＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ及びＣｏＦｅＮｉのいずれかで形成することができる。ハードバイアス層は、ＣｏＰｔまたはＣｏＣｒＰｔによって形成されることが好ましい。
【００１２】
上記第１磁性層と第２磁性層の間に介在する非磁性層は、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ことが好ましい。例えば非磁性層がＲｕによって形成される場合は、その膜厚が６Å以上１５Å以下に調整される。また、非磁性層がＣｕによって形成される場合は、その膜厚が７Å以上１２Å以下に調整される。
【００１３】
本発明による巨大磁気抵抗効果素子の製造方法では、（ａ）基板上に、反強磁性層、固定磁性層、非磁性中間層、第１磁性層の主磁性層及び非磁性保護層を有す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上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前記積層体の少なくとも前記非磁性保護層、前記主磁性層及び前記非磁性中間層を除去し、該除去部上にハードバイアス層を形成して、前記レジスト層を除去する工程と、（ｄ）前記主磁性層上の非磁性保護層を全て除去する工程と、（ｅ）前記主磁性層及び前記ハードバイアス層上に、前記第１磁性層の補助磁性層、非磁性層及び第２磁性層を積層形成する工程とを有し、該（ｅ）工程において、前記非磁性層を前記補助磁性層と前記第２磁性層との間にＲＫＫＹ的な反平行結合を生じさせる膜厚で形成し、また、前記第２磁性層を前記主磁性層と前記補助磁性層の合計膜厚よりも薄い膜厚で形成し、さらに、前記補助磁性層、前記非磁性層及び前記第２磁性層のトラック幅方向の寸法を前記主磁性層の同方向の寸法よりも長く形成することを特徴としている。
【００１４】
本製造方法では、上記（ｄ）工程に替えて、（ｆ）主磁性層上の非磁性保護層を、主磁性層と前記補助磁性層との間に平行結合を生じさせる膜厚まで削る工程を有することができる。非磁性保護層の膜厚は、具体的には６Å以下にすることが好ましい。この膜厚で非磁性保護層を主磁性層上に残せば、該非磁性保護層を削る際に主磁性層の表面がダメージを受けることがなく、しかも主磁性層と補助磁性層とを強固に結合させることができる。上記（ｄ）工程または（ｆ）工程には、非磁性保護層の膜厚を正確且つ容易に調整できるように、低エネルギーイオンミリングを用いることが好ましい。
【００１５】
上記（ｅ）工程後には、（ｇ）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が固定されるだけでなく、主磁性層と補助磁性層間の平行結合及び補助磁性層とハードバイアス層間の平行結合を安定させることができる。
【００１６】
【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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。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やＴｉ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。
【００１９】
シード層３は、反強磁性層４及び該反強磁性層４の上の各層の結晶成長を整えるための下地層であり、ＮｉＦｅ合金、ＮｉＣｒ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。
【００２０】
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。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。
【００２１】
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される。この固定磁性層５は、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。固定磁性層５がこの積層フェリ構造をとれば、非磁性層を介して生じる磁性層間の反平行結合と、磁性層と反強磁性層４との間で生じる交換結合との相乗効果により、磁化方向がより安定に固定される。
【００２２】
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、Ｃｕ、Ｃｒ、ＡｕまたはＡｇ等の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。
【００２３】
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磁性層１１、第２磁性層１２及びこれらの間に介在する非磁性層１３の３層からなり、非磁性層１３を介して第１磁性層１１と第２磁性層１２とがＲＫＫＹ的に反平行結合されている。
【００２４】
第１磁性層１１は、トラック幅領域に対応する主磁性層１１ａと、この主磁性層１１ａよりもトラック幅方向に延出された補助磁性層１１ｂとを有する断面Ｔ字形状をなしている。この主磁性層１１ａと補助磁性層１１ｂとは強磁性的に結合（平行結合）されている。補助磁性層１１ｂは、主磁性層１１ａ上及びこの主磁性層１１ａのトラック幅方向の両側端部に位置するハードバイアス層８上に跨らせて積層され、主磁性層１１ａ及びハードバイアス層８と非磁性層１３との間に位置している。この補助磁性層１１ｂは、主磁性層１１ａの膜厚ｄ１よりも薄い膜厚ｄ１’で形成されている。一方、第２磁性層１２は、第１磁性層１１の膜厚Ｄ１よりも薄い膜厚Ｄ２で形成されており、トラック幅領域に対応する中央部１２ａと、中央部１２ａの両側からトラック幅方向に延びた延出部１２ｂとを有している。ここで、第１磁性層１１の膜厚Ｄ１とは、主磁性層１１ａの膜厚ｄ１と補助磁性層１１ｂの膜厚ｄ１’の合計膜厚である。この第２磁性層１２、非磁性層１３及び補助磁性層１１ｂは、トラック幅方向において、主磁性層１１ａの寸法Ｔ１よりも長い寸法Ｔ２で形成されている。本実施形態では、主磁性層１１ａのトラック幅方向の寸法Ｔ１がトラック幅Ｔｗを規制する。
【００２５】
第１磁性層１１と第２磁性層１２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。別言すれば、第１磁性層１１及び第２磁性層１２のトラック幅領域内の磁化は、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。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磁性層１１の単位面積あたりの磁気モーメントｍ１と第２磁性層１２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の実効的な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る。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。
【００２６】
第１磁性層１１及び第２磁性層１２は、同一の磁性材料で形成されることが好ましく、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、補助磁性層１１ｂ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で形成する場合は膜厚を６Å以上１５Å以下の範囲とし、Ｃｕで形成する場合は膜厚を７Å以上１２Å以下の範囲とする。
【００２７】
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及び主磁性層１１ａのトラック幅方向の両側端部には、非磁性下地層７及びハードバイアス層８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または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やＣｏＣｒＰｔにより形成され、主磁性層１１ａの磁化方向をトラック幅方向（図１の右方向）に安定化させる。
【００２８】
第２磁性層１２の延出部１２ｂ上には保護層１４が形成され、この保護層１４上には、電極リード層Ｅ及びメタルマスク層１５が積層形成されている。電極リード層Ｅは、例えばＡｕやα―Ｔａ等の導電材料を用い、スパッタ等により成膜された後ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）によりトラック幅領域に対応する範囲に穴部が形成されている。保護層１４は、上記ＲＩＥ工程時にストッパとして機能する層であり、例えばＴａやＣｒ等のエッチングレートの遅い非磁性金属材料によって形成されている。メタルマスク層１５は、上記ＲＩＥ工程時にマスクとして機能する層である。このメタルマスク層１５は、例えばＴａやＣｒ等、ＲＩＥ用ストッパとしても機能し且つエッチングレートの遅い非磁性金属材料で形成されることが好ましい。なお、電極リード層Ｅ上には、メタルマスク層１５に替えて、絶縁材料からなる絶縁マスク層を設けてもよい。
【００２９】
図示されていないが、メタルマスク層１５及び第２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。
【００３０】
以上の本ＧＭＲ素子１は、第１磁性層１１を主磁性層１１ａと補助磁性層１１ｂから構成し、さらに補助磁性層１１ｂ、非磁性層１３及び第２磁性層１２のトラック幅方向の寸法Ｔ２を主磁性層１１ａの同方向の寸法Ｔ１よりも長くしたことを特徴としている。このように補助磁性層１１ｂ、非磁性層１３、第２磁性層１２をトラック幅方向において主磁性層１１ａよりも長くすることで、補助磁性層１１ｂとハードバイアス層８とを強磁性的に平行結合させることができ、さらに補助磁性層１１ｂ及び非磁性層１３を介して第２磁性層１２の延出部１２ｂの磁化方向をハードバイアス層８の磁化方向と逆向きに固定することができる。これにより、トラック幅領域外でフリー磁性層１０の磁化が記録媒体の漏れ磁界に対して変動することがなく、サイドリーディングを防止することができる。
【００３１】
また、補助磁性層１１ｂ及び第２磁性層１２のトラック幅方向の寸法Ｔ２を主磁性層１１ａの同方向の寸法Ｔ１よりも長くしたことで、第２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、バイアス磁界による第２磁性層１２の磁化の乱れを軽減させることができる。また、第２磁性層１２の延出部１２ｂで磁化の乱れが生じたとしても、第２磁性層１２の中央部１２ａに及ぶ影響を少なくでき、フリー磁性層１０のトラック幅領域内での磁化の乱れを抑えることができる。これにより、従来のような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くなる。
【００３２】
以下では、図２〜図７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磁性層１１の主磁性層１１ａ及び非磁性保護層１６を連続成膜する。成膜にはスパッタや蒸着法を用いる。
【００３３】
シード層３は、ＮｉＦｅ合金、ＮｉＣｒ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。
【００３４】
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または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。
【００３５】
主磁性層１１ａは、ＣｏＦｅ合金、ＮｉＦｅ合金またはＣｏＦｅＮｉ合金等の磁性材料を用いて形成する。この主磁性層１１ａの膜厚ｄ１は、１５Å以上５０Å以下であることが好ましい。非磁性保護層１６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Ｃｕで形成されることが好ましい。
【００３６】
次に、非磁性保護層１６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（主磁性層１１ａ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に示すレジスト層Ｒを形成する。このレジスト層Ｒはリフトオフ用のレジスト層である。
【００３７】
レジスト層Ｒ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、レジスト層Ｒのトラック幅方向の両側から露出する非磁性保護層１６、主磁性層１１ａ、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、主磁性層１１ａのトラック幅方向の寸法が寸法Ｔ１に規制されると共に、レジスト層Ｒ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、シード層３から非磁性保護層１６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に広がる傾斜面（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。
【００３８】
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及びハードバイアス層８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。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から非磁性保護層１６までの各層のトラック幅方向の側端部が形成する傾斜面（または湾曲面）上にも該傾斜面（または湾曲面）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、大気中にだしても酸化があまり進まない磁性材料で形成することが好ましく、例えばＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔ等によって形成する。なお、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。
【００３９】
ハードバイアス層８まで形成したら、リフトオフによりレジスト層Ｒ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。この低エネルギーイオンミリング工程では、主磁性層１１ａ上の非磁性保護層１６を全て除去すると共に、主磁性層１１ａとハードバイアス層８の上面を平坦化させる効果も若干ある。このとき、ハードバイアス層８の表面に付着した酸化物等も除去される。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。
【００４０】
続いて、図６に示すように、平坦化された主磁性層１１ａ及びハードバイアス層８上に、補助磁性層１１ｂ、非磁性層１３、第２磁性層１２及び保護層１４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。このとき補助磁性層１１ｂ、非磁性層１３及び第２磁性層１２は、トラック幅方向において、主磁性層１１ａの同方向の寸法Ｔ１よりも長い寸法Ｔ２で形成される。また、補助磁性層１１ｂは、主磁性層１１ａの膜厚ｄ１よりも薄い膜厚ｄ１’で形成され、第２磁性層１２は、主磁性層１１ａと補助磁性層１１ｂの合計膜厚Ｄ１（＝ｄ１＋ｄ１’）よりも薄い膜厚Ｄ２で形成される。補助磁性層１１ｂの膜厚ｄ１’は、１０Å以上３０Å以下であることが好ましい。
【００４１】
補助磁性層１１ｂ及び第２磁性層１２は、主磁性層１１ａと同一の磁性材料から形成されることが好ましい。保護層１４は、後工程で行なうＲＩＥ時にストッパとして機能するもので、ＴａやＣｒ等の非磁性材料から形成されることが好ましい。
【００４２】
保護層１４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、補助磁性層１１ｂと第２磁性層１２との間に作用する反平行結合、補助磁性層１１ｂと主磁性層１１ａとの間に作用する強磁性的な平行結合、及び、補助磁性層１１ｂとハードバイアス層８との間に作用する強磁性的な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の工程で非磁性保護層１６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。
【００４３】
続いて、図７に示すように、保護層１４上に電極リード層Ｅを成膜し、電極リード層Ｅ上のトラック幅領域以外の範囲にメタルマスク層１５をリフトオフで形成する。本実施形態では、電極リード層Ｅの成膜後にＲＩＥを行なうため、Ａｕやα‐Ｔａ等の非磁性導電材料を用いて電極リード層Ｅを形成することが好ましい。メタルマスク層１５は、ＲＩＥ用ストッパとしても機能する、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。
【００４４】
そして、メタルマスク層１５をマスクとしてＲＩＥ処理を行ない、トラック幅領域内の電極リード層Ｅを除去する。このとき、トラック幅領域内の保護層１４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、保護層１４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保護層１４をイオンミリングによって除去する。但し、保護層１４は、第２磁性層１２の中央部１２ａの酸化から保護する機能を有するため、一部または全部を残しておくことが好ましい。以上の工程により、図１のＧＭＲ素子１が得られる。
【００４５】
以上のように本実施形態では、主磁性層１１ａよりもトラック幅方向に延出させて補助磁性層１１ｂ、非磁性層１３及び第２磁性層１２を設けたので、主磁性層１１ａと補助磁性層１１ｂとの間に強磁性的な平行結合が生じるほか、非磁性層１３を介して補助磁性層１１ｂと第２磁性層１２との間に反平行結合が生じ、さらに補助磁性層１１ｂとハードバイアス層８との間に強磁性的な平行結合が生じる。これにより第２磁性層１２の延出部１２ｂは、補助磁性層１１ｂ及び非磁性層１３を介して、ハードバイアス層８の磁化方向と逆向きに強固に磁化固定される。したがって、第１磁性層１１及び第２磁性層１２の磁化がトラック幅領域外で記録媒体からの漏れ磁界に対して変化することがなく、サイドリーディングを防止することができる。また、第２磁性層１２とハードバイアス層８とが直接対向することなく、第２磁性層１２の磁化の乱れを軽減でき、延いてはトラック幅領域内の磁化の乱れを軽減できる。
【００４６】
図８は、本発明の第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から見て示した部分断面図である。この第２実施形態は、主磁性層１１ａと補助磁性層１１ｂとの間に非磁性保護層１６が介在している点において、第１実施形態と異なる。図８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。
【００４７】
非磁性保護層１６は、主磁性層１１ａと補助磁性層１１ｂとの間にＲＫＫＹ的な平行結合あるいは該非磁性保護層１６のピンホールを介した直接的な交換結合作用を生じさせる膜厚を有している。この非磁性保護層１６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。例えば、非磁性保護層１６がＲｕまたはＣｕで形成される場合、その膜厚は６Å以下とすることが好ましい。
【００４８】
この第２実施形態のＧＭＲ素子２０は、図５に示す低エネルギーイオンミリング工程において非磁性保護層１６を全て除去せず、図９に示すように主磁性層１１ａと補助磁性層１１ｂとの間にＲＫＫＹ的な平行結合あるいは該非磁性保護層１６のピンホールを介した直接的な交換結合作用を生じさせる膜厚まで削った時点で該イオンミリングを終了させることで、形成することができる。この低エネルギーイオンミリング工程以外の製造工程は、上述した第１実施形態と同一である。このように非磁性保護層１６が主磁性層１１ａ上に存在すれば、イオンミリング工程時に主磁性層１１ａの表面が粗されることなく、該ミリングダメージによる磁化の乱れ（軟磁気特性の劣化）を回避することができる。
【００４９】
以上の各実施形態では、電極リード層ＥをＲＩＥによって形成しているが、電極リード層Ｅはリフトオフによっても形成可能である。リフトオフを用いる場合、電極リード層ＥはＡｕやα‐Ｔａのほか、Ｃｒ、Ｒｏ、Ｗ、Ｒｕ、Ｃｕ等の導電材料によっても形成することができ、また、メタルマスク層１５は不要となる。
【００５０】
図１０及び図１２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磁性層及び第２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２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）
［図１０］
第１磁性層の膜厚Ｄ１＝３５（Å）
主磁性層の膜厚ｄ１＝２０（Å）
補助磁性層の膜厚ｄ１’＝１５（Å）
［図１２］
第１磁性層の膜厚Ｄ１＝２４（Å）
【００５１】
【実施例】
図１０は、図１の主磁性層１１ａ、補助磁性層１１ｂ及び第２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。上述したように補助磁極層１１ｂ及び第２磁性層１２のトラック幅方向の寸法Ｔ２は、主磁性層１１ａの同方向の寸法Ｔ１よりも長くなっている。図１０を見ると、第２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、主磁性層１１ａの磁化にはそれほど影響しておらず、トラック幅領域内では磁化が乱れていないことがわかる。一方、トラック幅方向の両側端部では、第２磁性層１２と補助磁性層１１ｂとの間に反平行状態が保持されていて、反磁界やバイアス磁界による乱れは生じていないことが分かる。
【００５２】
【比較例】
図１２は、図１１に示す従来のＧＭＲ素子１’が備えた第１磁性層１１０及び第２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磁性層１１０と第２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磁性層１１０及び第２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１２を見ると、ハードバイアス層８０からの磁界により第２磁性層１２０のエッジ領域αの磁化が傾き、第１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。
【００５３】
以上の図１０及び図１２から明らかなように、本ＧＭＲ素子１は、従来のＧＭＲ素子１’よりも第１磁性層及び第２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。
【００５４】
本ＧＭＲ素子１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。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、補助磁性層とハードバイアス層とが強磁性的に平行結合され、さらに補助磁性層及び非磁性層を介して第２磁性層の磁化がハードバイアス層の磁化方向の逆向きに固定されるので、サイドリーディングを防止することができる。また本発明によれば、第２磁性層とハードバイアス層とが直接対向しないから、第２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く、フリー磁性層のエッジ領域における磁化の乱れが軽減される。
【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】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側から見て示す部分断面図である。
【図９】図８に示すＧＭＲ素子の製造方法の一工程図である。
【図１０】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１１】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１２】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１１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
１０　フリー磁性層
１１　第１磁性層
１１ａ　主磁性層
１１ｂ　補助磁性層
１２　第２磁性層
１２ａ　中央部（中央感磁部）
１２ｂ　延出部
１３　非磁性層
１４　保護層
１５　メタルマスク層
１６　非磁性保護層
２０　ＧＭＲ素子
Ｅ　電極リード層
Ｒ　レジスト層
Ｈ　イオンミリング方向
Ｔｗ　トラック幅
Ｔ１　主磁性層のトラック幅方向の寸法
Ｔ２　補助磁性層、非磁性層及び第２磁性層のトラック幅方向の寸法
Ｄ１　第１磁性層の合計膜厚
ｄ１　主磁性層の膜厚
ｄ１’　補助磁性層の膜厚
Ｄ２　第２磁性層の膜厚
ｍ１　第１磁性層の単位面積あたりの磁気モーメント
ｍ２　第２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】
2004006494.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004006494.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004006494.tif 000008
【図７】
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【図８】
2004006494.tif 000010
【図９】
2004006494.tif 000011
【図１０】
2004006494.tif 000012
【図１１】
2004006494.tif 000013
【図１２】
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