(57)【要約】      （修正有）【課題】シャントロスを防ぎつつ、ピン層の磁化方向を一方向に強固に固定できるＣＩＰ型巨大磁気抵抗効果素子を得る。【解決手段】正磁歪を有する磁性材料により形成されたピン層１３と、Ｃｕ層１４と、フリー層１５とを順に積層した多層膜Ｔ１を有し、逆磁歪効果によりピン層１３の磁化方向を安定化させたＣＩＰ型巨大磁気抵抗効果素子１において、ピン層１３の下に、絶縁層５を介して、該ピン層１３の磁化方向を一方向に固定する横バイアス層３を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正磁歪を有する磁性材料により形成されたピン層と、Ｃｕ層と、フリー層とを順に積層した多層膜を有し、逆磁歪効果により前記ピン層の磁化方向を安定化させたＣＩＰ型巨大磁気抵抗効果素子において、
前記ピン層の下に、絶縁層を介して、該ピン層の磁化方向を一方向に固定する横バイアス層を備えたことを特徴とするＣＩＰ型巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
請求項１記載のＣＩＰ型巨大磁気抵抗効果素子において、前記ピン層、前記絶縁層及び前記横バイアス層のハイト方向奥側の端面は、連続する面上に位置していて、前記横バイアス層は、前記ハイト方向の両端面で前記ピン層との間に、該ピン層の磁化方向を一方向に固定する静磁結合磁界を発生させるＣＩＰ型巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
請求項１又は２記載のＣＩＰ型巨大磁気抵抗効果素子において、前記ピン層は、第１ピン層と非磁性金属層と第２ピン層とを順に積層した積層フェリ構造をなしていて、第１ピン層の磁化方向が前記横バイアス層の磁化方向と反平行方向に固定され、第２ピン層の磁化方向が前記横バイアス層の磁化方向と同一方向に固定されているＣＩＰ型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ＣＩＰ型巨大磁気抵抗効果素子において、前記絶縁層の膜厚が３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるＣＩＰ型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ＣＩＰ型巨大磁気抵抗効果素子において、前記多層膜のトラック幅方向の両側部には、前記フリー層の磁化方向を揃えるための縦バイアス層が備えられていて、
この縦バイアス層と前記横バイアス層のうち、いずれか一方が永久磁石膜により形成され、他方が反強磁性膜と強磁性膜により形成されているＣＩＰ型巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
請求項５記載のＣＩＰ型巨大磁気抵抗効果素子において、前記永久磁石膜は、ＣｏＸＰｔ系合金（ただしＸは、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａのいずれか１種又は２種以上の元素）により形成されているＣＩＰ型巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
請求項６記載のＣＩＰ型巨大磁気抵抗効果素子において、前記反強磁性膜は、ＣｒＡｌ、あるいはＹ−Ｍｎ系合金（ただしＹは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇのいずれか１種又は２種以上の元素である）により形成されているＣＩＰ型巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
請求項６記載のＣＩＰ型巨大磁気抵抗効果素子において、前記強磁性膜は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏのいずれか１種以上を含む合金膜により形成されているＣＩＰ型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ＣＩＰ型巨大磁気抵抗効果素子において、前記ピン層は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉのいずれか１種以上の元素と、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒのいずれか１種以上の元素とを含む合金により形成されているＣＩＰ型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ＣＩＰ型巨大磁気抵抗効果素子において、前記多層膜は、前記ピン層の直下に、該ピン層との界面で不整合歪を生じさせる磁歪増強層を５０Å以下の膜厚で備えているＣＩＰ型巨大磁気抵抗効果素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、各層の膜面に対して平行に電流が流れるＣＩＰ型巨大磁気抵抗効果素子に関する。
【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）素子は、素子を構成する各層の膜面と直交する方向にセンス電流が流れるＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｐｌａｎｅ）型と、素子を構成する各層の膜面に平行な方向にセンス電流が流れるＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｉｎ  ｔｈｅ  Ｐｌａｎｅ）型とに大別することができる。
【０００３】
従来のＣＩＰ−ＧＭＲ素子は、一般に、反強磁性層、ピン層、Ｃｕ層及びフリー層を順に積層した構造を有している。このＣＩＰ−ＧＭＲ素子において、反強磁性層は、ピン層との界面に交換結合磁界を発生させ、この交換結合磁界によりピン層の磁化方向を固定するために設けられている。反強磁性層は、反強磁性特性を得るため、約８０Å以上の厚い膜厚が必要である。しかしながら、約８０Å以上の厚い反強磁性層がピン層の直下に存在すると、スピン依存散乱に寄与しない電子（シャントロス）を生じさせ、抵抗変化ΔＲを悪化させてしまうことがわかっている。
【０００４】
上述のシャントロスをなくすため、最近では、ピン層の直下に厚い反強磁性層を設けることなく、ピン層の磁化方向を固定する技術が考案されている。このような技術としては、例えば、大きな正磁歪を有する磁性材料によりピン層を形成し、引っ張り応力による逆磁歪効果を利用してピン層の磁化方向を固定することが知られている。
【０００５】
ところが、逆磁歪効果によってピン層の磁化方向を固定しようとすると、磁歪による磁気異方性が一軸方向に働くことから、ピン層の磁化方向は二方向で安定になってしまう。つまり、ピン層の磁化方向を一方向に強固に固定することができなかった。よって、与えられる外部磁界によっては、ピン層の磁化方向が反転してしまう虞がある。
【０００６】
【特許文献】
特開平１１−３１６９１８号公報
米国特許第６２４９４０６  Ｂ１号
【０００７】
【発明の目的】
本発明は、シャントロスを防ぎつつ、ピン層の磁化方向を一方向に強固に固定できるＣＩＰ型巨大磁気抵抗効果素子を得ることを目的とする。
【０００８】
【発明の概要】
本発明は、ハイト方向の端面でピン層との間に静磁結合を生じさせるバイアス層（横バイアス層）を設ければ、ピン層の磁化固定を強化できることに着目してなされたものである。
【０００９】
すなわち、本発明のＣＩＰ型巨大磁気抵抗効果素子は、正磁歪を有する磁性材料により形成されたピン層と、Ｃｕ層と、フリー層とを順に積層した多層膜を有し、磁歪効果によりピン層の磁化方向を安定化させたＣＩＰ型巨大磁気抵抗効果素子において、ピン層の下に、絶縁層を介して、該ピン層の磁化方向を一方向に固定する横バイアス層を備えたことを特徴としている。
【００１０】
より具体的には、ピン層、絶縁層及び横バイアス層のハイト方向奥側の端面は連続する面上に位置していて、横バイアス層は、ハイト方向側の両端面でピン層との間に、該ピン層の磁化方向を一方向に固定する静磁結合磁界を発生させる。
なお、ハイト方向側の両端面とは、記録媒体との対向面と、該記録媒体との対向面よりもハイト方向奥側の端面である。
【００１１】
上記態様によれば、ピン層の磁化方向が強固に固定されるので、従来のようにピン層の下に厚い反強磁性層を備えなくて済み、シャントロスを抑制することができる。また、横バイアス層とピン層の間には絶縁層が介在しているので、ピン層を流れた伝導電子が横バイアス層に入り込むことがなく、シャントロスを引き起こすことがない。これにより、抵抗変化ΔＲの向上を図ることが可能である。
【００１２】
ピン層は、正磁歪を有する磁性材料による単層構造又は積層構造、あるいは第１ピン層と非磁性金属層と第２ピン層とを順に積層した積層フェリ構造であってもよい。ピン層が積層フェリ構造をなしている場合、第１ピン層の磁化方向が横バイアス層の磁化方向と反平行方向に固定され、第２ピン層の磁化方向が前記横バイアス層の磁化方向と同一方向に固定される。
【００１３】
絶縁層の膜厚は、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。３ｎｍ未満であると絶縁性を確保することが難しく、１００ｎｍを超えると横バイアス層とピン層の間に生じる静磁結合が弱くなってしまうからである。
【００１４】
多層膜のトラック幅方向の両側部には、フリー層の磁化方向を揃えるための縦バイアス層が備えられていることが実際的である。この縦バイアス層と前記横バイアス層のうち、いずれか一方が永久磁石膜により形成され、他方が反強磁性膜と強磁性膜により形成されていることが好ましい。この態様によれば、縦バイアス層の磁化方向と横バイアス層の磁化方向を９０°異なる向きに設定することが容易になる。なお、横バイアス層と縦バイアス層の両方が永久磁石膜により形成されている場合、あるいは反強磁性膜と強磁性膜により形成されている場合には、９０°異なる向きに磁化することが難しくなってしまう。
【００１５】
永久磁石膜は、ＣｏＸＰｔ系合金（ただしＸは、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａのいずれか１種又は２種以上の元素）により形成することができる。
【００１６】
反強磁性膜は、ＣｒＡｌ、あるいはＹ−Ｍｎ系合金（ただしＹは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇのいずれか１種又は２種以上の元素である）により形成することができる。また強磁性膜は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏのいずれか１種以上を含む合金膜により形成することができる。
【００１７】
ピン層は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉのいずれか１種以上の元素と、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒのいずれか１種以上の元素とを含む合金により形成されていることが好ましい。これら磁性材料は、磁歪が５０ｐｐｍ以上となる大きな正磁歪を有しており、引っ張り応力による逆磁歪効果を利用してピン層の磁化方向を固定することが可能である。
【００１８】
多層膜は、ピン層の直下に、該ピン層との界面で不整合歪を生じさせる磁歪増強層を５０Å以下の膜厚で備えることが好ましい。この磁歪増強層を備えれば、上記不整合歪によりピン層の磁歪をより増大させることができ、ピン層の磁化固定をより強められる。なお、この磁歪増強層は５０Å以下の小さい膜厚で備えられるため、シャントロスが非常に少ない。
【００１９】
【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。
【００２０】
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ＣＩＰ型巨大磁気抵抗効果素子（ＣＩＰ−ＧＭＲ素子）を構成する各層の積層方向である。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態におけるＣＩＰ‐ＧＭＲ素子１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。ＣＩＰ−ＧＭＲ素子１は、例えばハードディスク装置の再生用薄膜磁気ヘッドに搭載される。
【００２２】
ＣＩＰ−ＧＭＲ素子１は、例えばＮｉＦｅからなる下部シールド層２の上に、横バイアス層３と、絶縁層（下部ギャップ層）５と、ＧＭＲ効果を発揮する多層膜Ｔ１とを順に積層した構造を有している。
【００２３】
多層膜Ｔ１は、下から順に積層されたシード層１１、磁歪増強層１２、ピン層１３（第１ピン層１３ａ、Ｒｕ層１３ｂ、第２ピン層１３ｃ）、Ｃｕ層１４、フリー層１５及びＴａ層１６から構成されている。
【００２４】
シード層１１は、Ｃｒ、ＮｉＦｅ合金、あるいはＮｉ−Ｆｅ−Ｚ合金（ただしＺは、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉから選ばれる少なくとも一種以上の元素）により、約２０〜６０Å程度の膜厚で形成されている。このシード層１１は、形成されていなくてもよい。
【００２５】
磁歪増強層１２は、第１ピン層１３ａとの界面で格子不整合による不整合歪を生じさせ、第１ピン層１３の磁歪を増大させる機能を有している。磁歪増強層１２は、高比抵抗を有する非磁性材料であって、第１ピン層１３ａよりも上層の結晶配向を乱さない範囲で第１ピン層１３ａとの界面に不整合歪を生じさせる材料で形成されていることが好ましい。具体的には、ＣｒＡｌあるいはＹ−Ｍｎ系合金（ただしＹは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇのいずれか１種又は２種以上の元素である）により形成することができる。この磁歪増強層１２は、５０Å以下の薄い膜厚で備えられている。よって、磁歪増強層１２は、磁場中熱処理を施しても不規則格子から規則格子に変態せず、反強磁性特性を発揮しない不規則結晶構造の層になっている。また磁歪増強層１２の膜厚が薄いことから、磁歪増強層１２が存在していてもシャントロスは非常に少ない。本実施形態の磁歪増強層１２の膜厚は、約３０Å程度である。
【００２６】
ピン層１３は、Ｒｕ層１３ｂを介して第１ピン層１３ａと第２ピン層１３ｃが反平行結合された積層フェリ構造をなしている。第１ピン層１３ａ及び第２ピン層１３ｃは、正磁歪を有する磁性材料、具体的には例えばＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉのいずれか１種以上の元素と、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒのいずれか１種以上の元素とを含む合金により形成されている。これら磁性材料は、磁歪が５０ｐｐｍ以上となる大きな正磁歪を有しており、引っ張り応力による逆磁歪効果を利用してピン層１３の磁化方向を固定することが可能である。本実施形態のピン層１３には、製造工程中のスライダー加工等により図示Ｙ方向に引っ張り応力が加えられており、該引っ張り応力によって生じた磁歪による一軸異方性が図示Ｙ方向に働いている。すなわち、ピン層１３の磁化方向は、図示Ｙ方向と図示Ｙ方向の反平行方向との二方向で安定状態となり、いずれか一方向に固定される。
【００２７】
第１ピン層１３ａ及び第２ピン層１３ｃは、約１０〜７０Å程度の膜厚で形成される。本実施形態では、第１ピン層１３ａの単位面積当たりの磁気モーメントが第２ピン層１３ｃよりも小さくなるように、第１ピン層１３ａと第２ピン層１３ｃの形成材料及び膜厚を調整してある。Ｒｕ層１３ｂは、第１ピン層１３ａと第２ピン層１３ｃの間に伝導電子を媒介としたＲＫＫＹ的間接相互作用（周期的相互作用）が働くように、約３〜１０Å程度の膜厚で形成されている。なお、ピン層１３は、フェリ構造ではなく、単層膜あるいは磁性層だけの多層膜で形成されていてもよい。
【００２８】
Ｃｕ層１４は、約１８〜２５Å程度の膜厚で形成されている。
【００２９】
フリー層１５は、軟磁性材料によって形成することができ、本実施形態ではＣｏＦｅ膜とＮｉＦｅ膜の積層膜により約５０Å程度の膜厚で形成されている。フリー層１５の図示Ｘ方向の両端部には、図示Ｘ方向に磁化された縦バイアス層７が接しており、この縦バイアス層７の縦バイアス磁界によって、フリー層１５の磁化方向は図示Ｘ方向に揃えられている。なお、フリー層１５は、フェリ構造で形成されていても、軟磁性材料からなる単層膜で形成されていてもよい。
【００３０】
Ｔａ層１６は、キャップ層として機能するもので、１０〜３０Å程度の膜厚で形成されている。
【００３１】
多層膜Ｔ１の図示Ｘ方向の両端には、絶縁層５の上に、バイアス下地層６、上記縦バイアス層７及びリード層８が順に積層されている。
【００３２】
バイアス下地層６は、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａのいずれか１種または２種以上の元素で形成されており、縦バイアス層７の特性（保持力Ｈｃ、角形比Ｓ）を向上させ、縦バイアス層７から発生する縦バイアス磁界を増大させる機能を有している。
【００３３】
縦バイアス層７は、上述したように図示Ｘ方向に磁化されていて、フリー層１５の磁化方向を図示Ｘ方向に揃える機能を有している。この縦バイアス層７は、ＣｏＸＰｔ系合金（ただしＸは、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａのいずれか１種又は２種以上の元素）からなる永久磁石膜で形成されている。
【００３４】
リード層８は、α−Ｔａ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｃｒ、ＣｕやＷなどの電極材料により形成することができる。ただし、リード層８がＡｕにより形成されている場合には、リード層８の上に、ＡｌＳｉＯからなるキャップ層が形成される。本実施形態のリード層８は、例えばＡｕにより形成されている。センス電流は、リード層８を介して多層膜Ｔ１に与えられ、多層膜Ｔ１の各層を、該各層の膜面に対して平行な方向に流れる。
【００３５】
図示されていないが、リード層８及び多層膜Ｔ１の上には、再生用薄膜磁気ヘッドの上部シールド層が形成されている。
【００３６】
横バイアス層３は、図示Ｙ方向の反平行方向に磁化されており、図２に示すように、ＡＢＳ面及びＡＢＳ面よりも図示Ｙ方向奥側の端面（傾斜面）αにてピン層１３（第１ピン層１３ａ及び第２ピン層１３ｃ）との間に静磁結合磁界を発生させ、この静磁結合磁界によりピン層１３の磁化方向を一方向に固定する機能を有している。よって、図示Ｙ方向と図示Ｙ方向の反平行方向との二方向で安定状態になるピン層１３の磁化方向は、横バイアス層３の磁化方向に対して反平行となる方向、つまり図示Ｙ方向に固定される。本実施形態では、第１ピン層１３ａの単位面積当たりの磁気モーメントを第２ピン層１３ｃの単位面積当たりの磁気モーメントよりも小さくしてあるため、第１ピン層１３ａの磁化方向が図示Ｙ方向（横バイアス層３の磁化方向と逆）に固定され、第２ピン層１３ｃの磁化方向が図示Ｙ方向の反平行方向（横バイアス層３の磁化方向と同一）に固定されている。またピン層１３の磁化方向は、ピン層１３を流れるセンス電流の周りに発生する磁界（センス電流磁界）によっても、図示Ｙ方向に固定される。
【００３７】
したがって本実施形態では、ピン層１３を構成する磁性材料の正磁歪による一軸異方性と、センス電流磁界による一方向異方性と、横バイアス層３による一方向異方性とによって、ピン層１３の磁化方向を図示Ｙ方向に強固に固定することができる。これにより、外部磁界が与えられていない場合、ピン層１３の磁化方向とフリー層１５の磁化方向は、直交状態で保持される。
【００３８】
横バイアス層３は、下部シールド層２の上に積層されたシード膜３ａ、反強磁性膜３ｂ、強磁性膜３ｃ及びＴａキャップ膜３ｄから構成され、多層膜Ｔ１よりも平面的に大きな面積で形成されている。シード膜３ａは、例えばＮｉＦｅＣｒにより約３０Å程度の膜厚で形成されている。反強磁性膜３ｂは、ＣｒＡｌ、あるいはＹ−Ｍｎ系合金（ただしＹは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇのいずれか１種又は２種以上の元素である）により形成され、例えば約１２０Åの膜厚を有している。強磁性膜３ｃは、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏのいずれか１種以上を含む合金膜により形成され、約３０Å程度の膜厚を有している。Ｔａキャップ膜３ｄは１０〜３０Å程度の膜厚で形成されている。なお、シード膜３ａ及びＴａキャップ膜３ｄは、形成されていなくてもよい。
【００３９】
横バイアス層３の図示Ｘ方向の両側部には、下部シールド層２の上に横バイアス層３とほぼ同じ膜厚で形成されたサブ絶縁層４が設けられている。また横バイアス層３の図示Ｙ方向の端面α上には、絶縁層５及び多層膜Ｔ１の端面にも接するハイト側絶縁層９が設けられている。サブ絶縁層４及びハイト側絶縁層９は、例えばＡｌ２Ｏ３により形成されている。
【００４０】
絶縁層５は、上記横バイアス層３及びサブ絶縁層４の上に形成され、横バイアス層３と多層膜Ｔ１との間に介在している。この絶縁層５は、例えばＡｌ２Ｏ３により形成され、横バイアス層３と多層膜Ｔ１の間の絶縁性を確保できるように３ｎｍ以上１００ｎｍ以下の膜厚を備えている。絶縁層５は、３ｎｍ未満であると絶縁性をとることが難しく、１００ｎｍを超えると横バイアス層３と第１ピン層１３ａの間の静磁結合磁界が弱くなってしまう。この絶縁層５が存在していれば、多層膜Ｔ１の下に横バイアス層３を備えていても、多層膜Ｔ１を流れる伝導電子が横バイアス層３に入り込むことがなく、シャントロスを抑制することができる。
【００４１】
次に、図１及び図２に示すＣＩＰ―ＧＭＲ素子１の製造方法について説明する。ただし、各層の材料及び膜厚は、図１に示された完成状態のＣＩＰ−ＧＭＲ素子１と同じであるので、説明を省略する。
【００４２】
先ず、下部シールド層２の上に、下から順にシード膜３ａ、反強磁性膜３ｂ、強磁性膜３ｃ、Ｔａキャップ膜３ｄをベタ膜状に連続成膜して、横バイアス層３の積層構造を形成する。
【００４３】
次に、Ｔａキャップ膜３ｄの上に、形成すべき多層膜Ｔ１の光学的な素子面積よりも大きい面積を覆うリフトオフ用のレジスト層を形成し、このレジスト層に覆われていない横バイアス層３（シード層３ａからＴａキャップ層３ｄまでの各層）を例えばイオンミリングにより除去する。この工程により、下部シールド層２の図示Ｘ方向のほぼ中央部上にのみ、横バイアス層３が残される。本実施形態では、横バイアス層３と後工程で形成される多層膜Ｔ１とのアライメントをとるため、横バイアス層３を多層膜Ｔ１よりも大きな面積で形成してある。横バイアス層３の図示Ｘ方向の幅寸法は、約０．２〜０．４μｍ程度である。この横バイアス層３の図示Ｘ方向の両側には、下部シールド層２が露出する。
【００４４】
続いて、横バイアス層３の上にレジスト層を残した状態のまま、サブ絶縁層４をベタ膜状に成膜する。サブ絶縁層４の成膜後は、レジスト層をリフトオフする。このリフトオフ工程により、横バイアス層３の図示Ｘ方向の両側に位置する下部シールド層２の上には、サブ絶縁層４が形成される。
【００４５】
サブ絶縁層４を形成したら、横バイアス層３とサブ絶縁層４の上に、下部ギャップ層となる絶縁層５をベタ膜状に成膜する。
【００４６】
続いて、絶縁層５の上に、シード層１１、磁歪増強層１２、第１ピン層１３ａ、Ｒｕ層１３ｂ、第２ピン層１３ｃ、Ｃｕ層１４、フリー層１５及びＴａ層１６をベタ膜状に連続成膜し、多層膜Ｔ１の積層構造を形成する。
【００４７】
そして、多層膜Ｔ１を図示Ｙ方向に対して反平行となる方向の磁場中でアニールし、横バイアス層３の反強磁性膜３ｂと強磁性膜３ｃの間に交換結合磁界を発生させる。このとき、アニール温度は例えば２９０℃程度であり、印加磁界の大きさは７９６ｋＡ／ｍ程度である。この磁場中アニール処理により、横バイアス層３は、図示Ｙ方向に対して反平行方向に磁化され、図示Ｙ方向の両端面で第１ピン層１３ａとの間に静磁結合磁界を発生させる。なお、磁歪増強層１２は、薄い膜厚であるために上記磁場中アニール処理が施されても、不規則格子から規則格子に変態できず、反強磁性特性を発揮しない不規則結晶構造のままである。
【００４８】
アニール処理後は、Ｔａ層１６上に、形成すべきＧＭＲ素子の光学的な素子面積と同程度、あるいは該素子面積よりも若干小さい面積を覆うリフトオフ用のレジスト層を形成する。
【００４９】
レジスト層を形成したら、レジスト層に覆われていない多層膜Ｔ１（シード層１１からＴａ層１６までの各層）を例えばイオンミリングより除去する。この工程により、絶縁層５のほぼ中央部上に、シード層１１からＴａ層１６までの各層で構成される多層膜Ｔ１が略台形状となって残される。多層膜Ｔ１の図示Ｘ方向の幅寸法（トラック幅寸法）は、約０．１１μｍ以下としてある。なお、多層膜Ｔ１の両側端面にはイオンミリングで除去された物質の一部が再付着するので、この再付着物を再度ミリングで除去することが好ましい。
【００５０】
続いて、絶縁層５から多層膜Ｔ１の両側端面にかけて、バイアス下地層６、縦バイアス層７及びリード層８を連続でスパッタ成膜する。スパッタ成膜時におけるスパッタ粒子角度は、絶縁層５の上面に対してほぼ垂直方向とすることが好ましい。スパッタ成膜後は、レジスト層を除去する。
【００５１】
続いて、Ｔａ層１６の上に、形成すべきＧＭＲ素子のハイト高さを定めるレジスト層を形成する。そして、レジスト層に覆われていない多層膜Ｔ１、絶縁層５及び横バイアス層３を例えばイオンミリングにより除去する。本実施形態では、横バイアス層３の一部を下部シールド層２に残した状態でイオンミリングを終了させる。これにより、多層膜Ｔ１、絶縁層５及び横バイアス層３の図示Ｙ方向側の端面は、連続した傾斜面αとなる（図２）。この傾斜面α及びＡＢＳ面では、横バイアス層３とピン層１３の間に静磁結合磁界が発生し、ピン層１３の磁化方向は横バイアス層３の磁化方向と逆方向に固定される。より具体的には、第１ピン層１３ａの磁化方向が図示Ｙ方向に固定され、第２ピン層１３ｃの磁化方向が図示Ｙ方向に対して反平行方向に固定されている。
【００５２】
イオンミリング後は、Ｔａ層１６の上にレジスト層を残したまま、ハイト側絶縁層９を成膜し、ハイト側絶縁層９の成膜後にレジスト層を除去する。これにより、多層膜Ｔ１、絶縁層５及び横バイアス層３の図示Ｙ方向側の端面（傾斜面α）には、ハイト側絶縁層９が接して形成される。
【００５３】
そして、２ｋＯｅ（１６０ｋＡ／ｍ）以上の大きさを有する磁場中で、縦バイアス層７を図示Ｘ方向に磁化させる。本実施形態では１０ｋＯｅ（８００ｋＡ／ｍ）程度の磁場中で縦バイアス層７を磁化させている。
【００５４】
以上により、図１に示すＣＩＰ−ＧＭＲ素子１が完成する。なお、多層膜Ｔ１、リード層８及びハイト側絶縁層９の上には、後の工程で、上部ギャップ層が形成される。
【００５５】
以上のように本実施形態では、ＡＢＳ面及び図示Ｙ方向側の端面（傾斜面）αにてピン層１３との間に静磁結合磁界を発生させ、この静磁結合磁界によりピン層１３の磁化方向を一方向に固定する横バイアス層３を備えているので、従来のように厚い反強磁性層を備えなくても、ピン層１３の磁化方向を強固に固定することができる。また本実施形態では、横バイアス層３とピン層１３の間に絶縁層５が介在しているので、ピン層１３を流れる伝導電子が横バイアス層３に入り込むことがなく、シャントロスを抑制することができる。
【００５６】
本実施形態では、横バイアス層３が反強磁性膜と強磁性膜を用いて形成され、縦バイアス層７が永久磁石膜を用いて形成されているが、永久磁石膜を用いて横バイアス層３を形成し、反強磁性膜と強磁性膜を用いて縦バイアス層７を形成してもよい。すなわち、横バイアス層３と縦バイアス層７のうち、いずれか一方が反強磁性膜と強磁性膜を用いて形成され、他方が永久磁石膜により形成されていればよい。なお、横バイアス層３と縦バイアス層７は、その両方を永久磁石膜によりあるいは反強磁性膜と強磁性膜により形成してしまうと、互いに９０°異なる向きに磁化することが難しくなってしまう。
【００５７】
さらに本実施形態では、第１ピン層１３ａの単位面積あたりの磁気モーメントを第２ピン層１３ｃよりも小さくし、第１ピン層１３ａの磁化方向を横バイアス層３の磁化方向に対して反平行にさせているので、ピン層１３と横バイアス層３の結合状態を安定に保つことができる。なお、第２ピン層１３ｃの単位面積あたりの磁気モーメントを第１ピン層１３ａよりも小さくし、第２ピン層１３ｃを横バイアス層３に対して反平行結合させることも可能であるが、本実施形態のほうがより安定しているので好ましい。
【００５８】
本実施形態のＣＩＰ−ＧＭＲ素子１はシングルスピンバルブタイプであるが、本発明はデュアルスピンバルブタイプのＣＩＰ−ＧＭＲ素子にも適用可能である。
【００５９】
本実施形態のＣＩＰ−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。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、ピン層の下に、絶縁層を介して、ピン層の磁化方向を一方向に固定する横バイアス層を備えたので、シャントロスを生じさせることなく、ピン層の磁化方向を強固に固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるＣＩＰ型巨大磁気抵抗効果素子（ＣＩＰ−ＧＭＲ素子）の構造を、記録媒体との対向面から見て示す縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１  ＣＩＰ−ＧＭＲ素子（ＣＩＰ型巨大磁気抵抗効果素子）
２  下部シールド層
３  横バイアス層
３ａ  シード層
３ｂ  反強磁性膜
３ｃ  強磁性膜
３ｄ  Ｔａキャップ膜
４  サブ絶縁層
５  絶縁層
６  バイアス下地層
７  縦バイアス層
８  リード層
９  ハイト側絶縁層
１１  シード層
１２  磁歪増強層
１３  ピン層
１３ａ  第１ピン層
１３ｂ  Ｒｕ層
１３ｃ  第２ピン層
１４  Ｃｕ層
１５  フリー層
１６  Ｔａ層
Ｔ１  多層膜
【図１】
2005011991.tif 000003
【図２】
2005011991.tif 000004