(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、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。そして、第２フリー磁性層１２の延出部１２ｂの直下には該延出部１２ｂとの間に交換結合磁界を生じさせる第２反強磁性層８が形成されていて、この第２反強磁性層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にハードバイアス層１５が形成されている。【選択図】　図１
2004006493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トラック幅領域に対応して形成された第１フリー磁性層；この第１フリー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フリー磁性層；を有し、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いる積層フェリ型フリー磁性層を備えた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を前記第１フリー磁性層の同方向の寸法よりも長くし、
前記非磁性層及び前記第１フリー磁性層のトラック幅方向の両側端部であって前記第２フリー磁性層の直下位置に、該第２フリー磁性層と接触させて反強磁性層を設け、
さらに、前記第２フリー磁性層及び前記反強磁性層のトラック幅方向の両側端部に、該第２フリー磁性層及び該反強磁性層に接触させてハードバイアス層を設けた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反強磁性層上に形成された延出部とを有し、この延出部のトラック幅方向の寸法が０．１μｍ以上０．３μｍ以下である巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
請求項１または２記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記第２フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントは前記第１フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントよりも小さく、該第２フリー磁性層の磁化方向が前記ハードバイアス層の磁化方向と逆向きである巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
請求項１または２記載の巨大磁気抵抗効果素子において、前記第２フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントは前記第１フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントよりも大きく、該第２フリー磁性層の磁化方向が前記ハードバイアス層の磁化方向と同一方向である巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
請求項１ないし４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７】
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、前記第１フリー磁性層及び前記第２フリー磁性層は、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＮｉのいずれかで形成される巨大磁気抵抗効果素子。
【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、前記第１フリー磁性層及び前記第２フリー磁性層は、同一の磁性材料によって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、前記ハードバイアス層は、ＣｏＰｔまたはＣｏＣｒＰｔによって形成される巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項１１】
基板上に、第１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を順に積層した積層体を形成する工程；
第１の磁場中アニールを施し、前記第１反強磁性層と前記固定磁性層との間に交換結合磁界を生じさせる工程；
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；
この第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及び前記第１フリー磁性層を除去する工程；
前記除去部上に第２反強磁性層及び非磁性保護層を順に積層形成し、前記第１レジスト層を除去する工程；
低エネルギーイオンミリングにより、前記非磁性層を、該非磁性層上に形成される第２フリー磁性層と前記第１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まで削ると共に、前記第２反強磁性層上の前記非磁性保護層をすべて除去する工程；
前記非磁性層及び前記第２反強磁性層上に、第２フリー磁性層を積層形成する工程；
第２の磁場中アニールを施し、前記第２反強磁性層と前記第２フリー磁性層との間に交換結合磁界を生じさせる工程；
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；
この第２レジスト層のトラック幅方向の両側から露出する前記第２フリー磁性層及び前記第２反強磁性層の一部または全部を除去する工程；及び
前記除去部上にハードバイアス層を形成し、前記第２レジスト層を除去する工程；
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１２】
請求項１１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２フリー磁性層が前記非磁性層上に位置する中央感磁部及びこの中央感磁部からトラック幅方向の両側に延出された延出部から形成され、この延出部のトラック幅方向の寸法が０．１μｍ以上０．３μｍ以下である巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１または１２記載の巨大磁気抵抗効果素子の製造方法において、前記第２反強磁性層と前記非磁性保護層との間に強磁性層を形成しておき、該強磁性層を介して前記第２反強磁性層と前記第２フリー磁性層とを結合させる巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１１ないし１３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フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントを前記第２フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントよりも大きくし、さらに、第２フリー磁性層の磁化方向とハードバイアス層の磁化方向とを逆向きにした巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１１ないし１３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フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントを前記第２フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントよりも小さくし、さらに、第２フリー磁性層の磁化方向とハードバイアス層の磁化方向とを同一方向にした巨大磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１１ないし１５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、前記低エネルギーイオンミリング工程にて全て除去されるように、前記非磁性層よりも薄い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１７】
請求項１１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１８】
請求項１１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１９】
請求項１１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２０】
請求項１１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、前記第１フリー磁性層及び前記第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２１】
請求項１１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、前記第１フリー磁性層及び前記第２フリー磁性層が同一の磁性材料によって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１１ないし２１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はＣｏＰｔまたはＣｏＣｒＰｔから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、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が第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よりも大きくなっている。
【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）１５０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１５０と隣接するエッジ領域αでは、ハードバイアス層１５０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１５０から受ける磁界により、ハードバイアス層１５０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る。またエクスチェンジバイアス方式では、第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層間の反平行結合が強く、且つ、第１及び第２フリー磁性層のトラック幅方向の反磁界が小さく（トラック幅方向に磁化が安定化しすぎて）、十分な出力感度が得られない。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と共に、出力感度を高められ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、第２フリー磁性層を第１フリー磁性層よりもトラック幅方向に延出させること及び反強磁性層との間に生じる交換結合磁界によって第２フリー磁性層の延出部の磁化を固定することで、磁化方向が互いに逆向きをなす第２フリー磁性層とハードバイアス層とが直接接触していても、トラック幅領域内での磁化の乱れを軽減（防止）しようとするものである。すなわち、本発明は、トラック幅領域に対応して形成された第１フリー磁性層；この第１フリー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フリー磁性層；を有し、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いる積層フェリ型フリー磁性層を備えた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を前記第１フリー磁性層の同方向の寸法よりも長くし、前記非磁性層及び前記第１フリー磁性層のトラック幅方向の両側端部であって前記第２フリー磁性層の直下位置に、該第２フリー磁性層と接触させて反強磁性層を設け、さらに、前記第２フリー磁性層及び前記反強磁性層のトラック幅方向の両側端部に、該第２フリー磁性層及び該反強磁性層に接触させてハードバイアス層を設けたことを特徴としている。
【０００８】
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反強磁性層上に形成された延出部とを有している。この延出部のトラック幅方向の寸法は、０．１μｍ以上０．３μｍ以下であることが好ましい。この範囲内であれば、該延出部における磁化の乱れが中央感磁部まで及ぶことなく、且つ、ハードバイアス層からのバイアス磁界によって第１フリー磁性層を適度に弱く単磁区化させることができる。
【０００９】
ハードバイアス層の着磁方向は、第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントの大小関係に応じて、決定することが好ましい。すなわち、第２フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントが第１フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントよりも小さい場合は、第２フリー磁性層の磁化方向と逆向きに着磁する。一方、第２フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントが第１フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントよりも大きい場合は、第２フリー磁性層の磁化方向と同一方向に着磁する。このようにハードバイアス層の着磁方向を決定すれば、第１及び第２フリー磁性層の磁区を安定させることができ、再生波形の歪みや不安定性を防ぎつつ高出力感度を得られる。なお、第２フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントが第１フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントよりも小さい場合であっても、ハードバイアス層の厚みや第２フリー磁性層の延出部のトラック幅方向の寸法等を適宜設計することを条件として、第２フリー磁性層の磁化方向と同一方向にハードバイアス層を着磁することができる。
【００１０】
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種以上で形成することができる。例えば、非磁性層がＲｕによって形成される場合は、第１フリー磁性層と第２フリー磁性層との間に強固なＲＫＫＹ的な反平行結合が生じるように、その膜厚が６Å以上１５Å以下であることが好ましい。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以下であることが好ましい。
【００１１】
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、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フリー磁性層及び第２フリー磁性層が同一の磁性材料によって形成すれば、第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層の膜厚により、該第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントの大きさを制御することができる。
【００１２】
ハードバイアス層は、ＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔによって形成されることが好ましい。
【００１３】
本発明の製造方法による態様では、基板上に、第１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を順に積層した積層体を形成する工程；第１の磁場中アニールを施し、前記第１反強磁性層と前記固定磁性層との間に交換結合磁界を生じさせる工程；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；この第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及び前記第１フリー磁性層を除去する工程；この除去部上に第２反強磁性層及び非磁性保護層を順に積層形成し、前記第１レジスト層を除去する工程；低エネルギーイオンミリングにより、前記非磁性層を、該非磁性層上に形成される第２フリー磁性層と前記第１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まで削ると共に、前記第２反強磁性層上の前記非磁性保護層をすべて除去する工程；前記非磁性層及び前記第２反強磁性層上に、第２フリー磁性層を積層形成する工程；第２の磁場中アニールを施し、前記第２反強磁性層と前記第２フリー磁性層との間に交換結合磁界を生じさせる工程；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；この第２レジスト層のトラック幅方向の両側から露出する前記第２フリー磁性層及び前記第２反強磁性層の一部または全部を除去する工程；及びこの除去部上にハードバイアス層を形成し、前記第２レジスト層を除去する工程；を有することを特徴としている。なお、本巨大磁気抵抗効果素子を薄膜磁気ヘッドに用いる場合は、下部ギャップ層が上記基板となる。
【００１４】
第２反強磁性層と非磁性保護層との間には強磁性層を形成しておき、この強磁性層を介して第２反強磁性層と第２フリー磁性層とを結合させることが好ましい。このように強磁性層を介在させると、第２反強磁性層と第２フリー磁性層との間の結合を強めることができる。非磁性保護層は、非磁性層の膜厚を調整するための低エネルギーイオンミリング工程にて、全て除去されるように非磁性層よりも薄い膜厚で形成されることが好ましい。これによれば、非磁性保護層を除去する工程を新たに行なわなくて済む。
【００１５】
【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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、第１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。
【００１８】
シード層３は、第１反強磁性層４及び該第１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。
【００１９】
第１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。この第１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。
【００２０】
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、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、第１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。
【００２１】
非磁性中間層６は、固定磁性層５とフリー磁性層７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。
【００２２】
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及び第２フリー磁性層１２を同一の磁性材料により形成しており、さらに第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よりも大きく設定してある（ｄ１＞ｄ２）。別言すれば、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が第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よりも大きくなっている。本実施形態において、単位面積あたりの磁気モーメントは、飽和磁化と膜厚との積算値により定義できる。
【００２３】
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第２反強磁性層８上に位置する延出部１２ｂとを有している。第２フリー磁性層１２の中央部１２ａ及び第１フリー磁性層１１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。
【００２４】
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、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。
【００２５】
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８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。
【００２６】
上記シード層３、第１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のトラック幅方向の両側端部には、非磁性下地層７及び第２反強磁性層８が順に積層形成されている。非磁性下地層７は、例えばＴａ、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｒ、ＮｉＣｒ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ等のシード層３を構成する材料と同様の材料によって形成される。第２反強磁性層８は、熱処理により第２フリー磁性層１２の延出部１２ｂとの間に大きな交換結合磁界を発生させ、延出部１２ｂの磁化方向をトラック幅方向（図１では右から左方向）に固定する機能を有する。この第２反強磁性層８は、上述した第１反強磁性層４と同様に、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。
【００２７】
第２フリー磁性層１２の延出部１２ｂ上には、例えばＴａやＣｒ等の非磁性材料からなる保護層９が形成されている。保護層９は、電極リード層の形成工程時にＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）用ストッパとして用いられる保護層である。
【００２８】
非磁性下地層７、第２反強磁性層８、第２フリー磁性層１２（延出部１２ｂ）及び保護層９のトラック幅方向の両側端部には、非磁性下地層１４及びハードバイアス層１５が形成されている。非磁性下地層１４は、例えばＣｒ、Ｗ、Ｔｉ等の非磁性材料によって形成される。
【００２９】
ハードバイアス層（永久磁石膜）１５は、例えばＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔ等により、保護層９の上面とほぼ同一高さとなる膜厚で形成されている。本第１実施形態のハードバイアス層１５は、第２フリー磁性層１２の磁化方向に対して逆向きとなるトラック幅方向（図１の左から右方向）に着磁されている。このハードバイアス層１５からのバイアス磁界により、第１フリー磁性層１１は、記録媒体からの漏れ磁界に対して変動可能な程度に弱く単磁区化されている。
【００３０】
保護層９とハードバイアス層１５によってほぼ平坦化された面上には、電極リード層Ｅとメタルマスク層１６が積層形成されている。電極リード層Ｅは、Ａｕやα―Ｔａ等の導電材料を用い、ＲＩＥによって形成されている。メタルマスク層１６は、電極リード層Ｅの保護層である。このメタルマスク層１６は、例えばＴａやＣｒ等の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は、リフトオフにより形成することも勿論可能であり、リフトオフを用いる場合にメタルマスク層１６は必ずしも必要ではない。また、電極リード層Ｅ上には、メタルマスク層１６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。
【００３１】
図示されていないが、メタルマスク層１６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。
【００３２】
以上の本ＧＭＲ素子１は、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がトラック幅方向に延出されていれば、磁化方向が逆向きをなす第２フリー磁性層１２とハードバイアス層１５とが直接対向（同一積層高さ位置で隣接）していても、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。すなわち、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、第２フリー磁性層１２の中央部１２ａに反平行結合された第１フリー磁性層１１の磁化の乱れも抑えることができる。これにより、バルクハウゼンノイズやサーボエラー等を防止しつつ、出力感度及びＳＮ比を高めることができる。
【００３３】
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、０．１μｍ以上０．３μｍ以下であることが好ましい。延出部１２ｂのトラック幅方向の寸法ｔ２が０．１μｍ以上であれば、延出部１２ｂの磁化の乱れが中央部１２ａに及ぼす影響を軽減することができる。また０．３μｍ以下であれば、ハードバイアス層１５からのバイアス磁界により、第１フリー磁性層１１を、記録媒体からの漏れ磁界に対して磁化回転可能な程度に単磁区化することができる。
【００３４】
また本ＧＭＲ素子１は、第２フリー磁性層１２の延出部１２ｂの直下位置に、第２フリー磁性層１２に接触させて第２反強磁性層８を設け、この第２反強磁性層８との間に生じる交換結合磁界により延出部１２ｂの磁化方向を強固に固定させたことを別の特徴としている。このように第２フリー磁性層１２の延出部１２ｂの磁化が強固に固定されていれば、第２フリー磁性層１２の磁化方向と逆向きの磁化方向を有するハードバイアス層１５に直接対向した両側端部１２ｃにおいても、磁化の乱れを最小限に抑えることができる。また、サイドリーディングが発生する虞もなくなる。
【００３５】
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、第１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。
【００３６】
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。第１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第１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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
次に、第１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、第１反強磁性層４と固定磁性層５との間には強固な交換結合磁界が生じ、固定磁性層５の磁化はＹ方向に強固に固定される。
【００４０】
続いて、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。
【００４１】
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、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、第１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（トラック幅領域の両側）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傾斜面（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。
【００４２】
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、第２反強磁性層８及び保護層（非磁性保護層）１７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。
【００４３】
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傾斜面（湾曲面）上にも該傾斜面（湾曲面）に沿って形成する。この非磁性下地層７は、Ｔａ、ＮｉＦｅ、ＮｉＣｒ、ＮｉＦｅＣｒまたはＣｒ等のシード層３を構成する材料と同様の材料によって形成することが好ましい。保護層１７は、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ａｕ等の非磁性材料を用い、次のイオンミリング工程（図５）ですべて除去される膜厚で形成する。本実施形態では、例えば５Å以下の膜厚で形成する。この保護層１７は、第２反強磁性層８が酸化されないように且つイオンミリングによるダメージを受けないように、第２反強磁性層８の上面を保護する層である。
【００４４】
保護層１７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。この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、非磁性層１３と第２反強磁性層８の上面を平坦化させる効果も若干ある。このとき、第２反強磁性層８上の保護層１７はすべて除去される。
【００４５】
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。非磁性層１３が例えば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。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。
【００４６】
続いて、図６に示すように、ほぼ平坦化された非磁性層１３及び第２反強磁性層８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保護層９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。保護層９は、後のＲＩＥ工程でストッパとして機能する層である。
【００４７】
保護層９まで成膜したら、第２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（図１の右から左方向）である。この磁場中アニールにより、第２反強磁性層８と第２フリー磁性層１２の延出部１２ｂとの間に交換結合磁界を生じさせることができ、延出部１２ｂの磁化がトラック幅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。
【００４８】
続いて、保護層９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。
【００４９】
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保護層９、第２フリー磁性層１２、第２反強磁性層８及び非磁性下地層７を除去する。この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。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の延出部１２ｂ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。
【００５０】
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から保護層９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傾斜面（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。
【００５１】
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及びハードバイアス層１５を連続成膜する。また図示されていないが、ハードバイアス層１５上にＴａやＣｒ等の保護層も連続成膜することが好ましい。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から保護層９までの各層のトラック幅方向の両側端部が形成する傾斜面（湾曲面）上にも該傾斜面（湾曲面）に沿って形成する。この非磁性下地層１４は、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。ハードバイアス層１５は、例えばＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔによって形成する。なお、ハードバイアス層１５は、成膜段階では着磁されておらず、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）の完成状態で着磁される。
【００５２】
ハードバイアス層１５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、保護層９及びハードバイアス層１５上に、電極リード層Ｅ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、ＲＩＥを用い、Ａｕやα‐Ｔａ等の導電材料から電極リード層Ｅを形成する。なお、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。リフトオフで形成する場合には、電極リード層Ｅ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、後工程で形成するメタルマスク層１６は不要となる。
【００５３】
続いて、電極リード層Ｅ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１６をリフトオフで形成する。メタルマスク層１６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。
【００５４】
続いて、メタルマスク層１６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９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９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９をイオンミリングによって除去する。但し、保護層９は、第２フリー磁性層１２の中央部１２ａを酸化から保護する機能も有するため、その一部または全部を残すことが好ましい。そして、第１フリー磁性層１１の磁化方向と同一方向にハードバイアス層１５を着磁し、第１フリー磁性層１１にバイアス磁界を与える。以上により、図１のＧＭＲ素子１が完成する。
【００５５】
以上の第１実施形態では、イオンミリング工程（図５）時に第２反強磁性層８の上面を保護する保護層１７を設けているが、図１０に示すように、この保護層１７と第２反強磁性層８との間に強磁性層１８を介在させる態様としてもよい。強磁性層１８を介在させることで、第２反強磁性層８と第２フリー磁性層１２とをより安定に結合させることができる。強磁性層１８上の保護層１７は、イオンミリング工程（図５）によって、全て除去するか、または強磁性層１８と第２フリー磁性層１２との間にＲＫＫＹ的な平行結合あるいは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まで削る。保護層１７がすべて除去された場合は、強磁性層１８を介して第２反強磁性層８と第２フリー磁性層１２とが強磁性的に結合される。一方、保護層１７が強磁性層１８と第２フリー磁性層１２との間にＲＫＫＹ的な平行結合あるいは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残された場合は、強磁性層１８と第２反強磁性層８との交換結合及び保護層１７を介した強磁性層１８と第２フリー磁性層１２との平行結合により、第２反強磁性層８と第２フリー磁性層１２が強磁性的に結合される。なお、図１１は、保護層１７を全て除去した後、強磁性層１８及び非磁性層１３上に第２フリー磁性層１２を形成した状態を示している。この強磁性層１８は、第２フリー磁性層１２の一部として機能し、第２フリー磁性層１２と同一の磁性材料によって形成できる。
【００５６】
図１２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、ハードバイアス層１５の着磁方向が第２フリー磁性層１２の磁化方向と同一方向である点において、第１実施形態と異なる。図１２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。
【００５７】
本第２実施形態では、第１フリー磁性層１１の膜厚ｄ１が第２フリー磁性層１２の膜厚ｄ２よりも薄く、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が第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よりも小さくなっている。このＧＭＲ素子２０では、第２フリー磁性層１２とハードバイアス層１５の磁化方向が同一であるため、第２フリー磁性層１２とハードバイアス層１５が直接対向していても、第２フリー磁性層１２の磁化が乱れることがなく、第２フリー磁性層１２の影響を受けて第１フリー磁性層１１の磁化が乱れることがない。これにより、バルクハウゼンノイズや熱ゆらぎノイズ等を抑えつつ、出力感度及びＳＮ比を向上させることができる。また本第２実施形態では、第２フリー磁性層１２の延出部１２ｂの磁化が第２反強磁性層８との間に生じる交換結合磁界により強固に固定されるため、サイドリーディングの起こる虞がない。
【００５８】
以上のＧＭＲ素子２０は、第１フリー磁性層１１を第２フリー磁性層１２よりも薄い膜厚で形成し、さらにハードバイアス層１５の着磁方向を第２フリー磁性層１２の磁化方向と同一方向とすることで、図２〜図９に示した第１実施形態の製造工程と同一工程で形成することができる。
【００５９】
以上の第２実施形態は、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が第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より大きい場合にも適用可能である。ただし、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が第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より大きい場合には、第２フリー磁性層のトラック幅方向の寸法やハードバイアス層１５の膜厚等を適宜設定する。
【００６０】
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。
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１３］
第１フリー磁性層の膜厚ｄ１＝２０（Å）
第２フリー磁性層の膜厚ｄ２＝２８（Å）
［図１５］
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）
【００６１】
【実施例】
図１３は、図１２に示す第２実施形態の第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、磁化方向が逆向きをなす第フリー磁性層１２の両側端部１２ｃでは、ハードバイアス層１５から適切に距離が離れていることにより、磁化の乱れが抑えられていることが分かる。
【００６２】
【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１５０が設けられている。図１５を見ると、ハードバイアス層１５０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。
【００６３】
以上の図１３及び図１５から明らかなように、本第２実施形態のＧＭＲ素子２０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、バルクハウゼンノイズやサイドリーディング等を抑えつつ、ＧＭＲ素子の出力感度及びＳＮ比を向上させることができる。
【００６４】
上記各実施形態のＧＭＲ素子１（２０）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。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、第２フリー磁性層の延出部の直下に反強磁性層を設け、この反強磁性層との間に生じる交換結合磁界によって第２フリー磁性層の延出部の磁化を強固に固定したので、第２フリー磁性層とハードバイアス層とが直接対向する（隣接する）両側端部での磁化の乱れを軽減することができ、またサイドリーディングも防止できる。また本発明によれば、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フリー磁性層とは磁化方向が逆向きのハードバイアス層に直接対向する両側端部で磁化の乱れが生じても、トラック幅領域に及ぶ磁化の乱れを軽減できる。
【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】図４に示す工程の別の態様の工程図である。
【図１１】図１０に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図１２】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１２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　第１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　第２反強磁性層
９　保護層
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　ハードバイアス層
１６　メタルマスク層
１７　保護層（非磁性保護層）
２０　ＧＭＲ素子
Ｅ　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
ｔ２　第２フリー磁性層の延出部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】
2004006493.tif 000003
【図２】
2004006493.tif 000004
【図３】
2004006493.tif 000005
【図４】
2004006493.tif 000006
【図５】
2004006493.tif 000007
【図６】
2004006493.tif 000008
【図７】
2004006493.tif 000009
【図８】
2004006493.tif 000010
【図９】
2004006493.tif 000011
【図１０】
2004006493.tif 000012
【図１１】
2004006493.tif 000013
【図１２】
2004006493.tif 000014
【図１３】
2004006493.tif 000015
【図１４】
2004006493.tif 000016
【図１５】
2004006493.tif 000017