(57)【要約】【課題】臨界膜厚以下の膜厚のシード層を有し、反強磁性層と強磁性層の間に強いＨｅｘ＊を発生させることのできる交換結合膜を提供する。【解決手段】シード層２２を臨界膜厚より大きい膜厚で成膜し、このシード層２２を削って臨界膜厚以下にすることにより、シード層２２の上面から下面まで貫通する結晶質相を形成でき、シード層２２内の結晶粒の膜面と平行な方向における平均結晶粒径をシード層２２の膜厚より大きくなるようにてき、反強磁性層と強磁性層間で強い交換結合磁界Ｈｅｘを発生することができる。【選択図】    図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下からシード層、反強磁性層、強磁性層の順に積層され、前記反強磁性層と強磁性層との界面で交換結合磁界が発生することで、前記強磁性層の磁化方向が一定方向にされる交換結合膜において、
前記シード層は膜厚が臨界膜厚以下の金属材料層であって、前記シード層の上面から下面まで貫通する結晶質相を有していることを特徴とする交換結合膜。
【請求項２】
下からシード層、反強磁性層、強磁性層の順に積層され、前記反強磁性層と強磁性層との界面で交換結合磁界が発生することで、前記強磁性層の磁化方向が一定方向にされる交換結合膜において、
前記シード層は膜厚が臨界膜厚以下であって結晶質相を有する金属材料層であり、前記シード層に形成された結晶粒の膜面と平行な方向における平均結晶粒径が前記シード層の膜厚より大きいことを特徴とする交換結合膜。
【請求項３】
前記シード層の結晶質相は面心立方格子構造（ｆｃｃ）をとり、前記界面と平行な方向に、｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向している請求項１または２記載の交換結合膜。
【請求項４】
前記シード層はＮｉＣｒ合金またはＮｉＦｅＣｒ合金によって形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の交換結合膜。
【請求項５】
下からシード層、反強磁性層、強磁性層の順に積層され、前記反強磁性層と強磁性層との界面で交換結合磁界が発生することで、前記強磁性層の磁化方向が一定方向にされる交換結合膜において、
前記シード層はＮｉＣｒ合金またはＮｉＦｅＣｒ合金によって形成され、前記ＮｉＣｒ合金または前記ＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒの組成比は３５ａｔ％以上６０ａｔ％以下であり、かつ前記シード層の膜厚が臨界膜厚以下であることを特徴とする交換結合膜。
【請求項６】
前記ＮｉＣｒ合金または前記ＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒの組成比は４０ａｔ％以上６０ａｔ％以下であり、前記シード層の膜厚が０Åより大きく３８Å以下である請求項４または５に記載の交換結合膜。
【請求項７】
前記ＮｉＣｒ合金または前記ＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒの組成比は３５ａｔ％以上６０ａｔ％以下であり、前記シード層の膜厚が０Åより大きく３０Å以下である請求項４または５に記載の交換結合膜。
【請求項８】
前記ＮｉＣｒ合金または前記ＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒの組成比は５０ａｔ％以下である請求項５ないし７のいずれかに記載の交換結合膜。
【請求項９】
前記ＮｉＦｅＣｒ合金中のＦｅとＮｉの組成比は原子量％比で０：１００より大きく、３０：７０以下である請求項５ないし８のいずれかに記載の交換結合膜。
【請求項１０】
前記シード層の膜厚が６Å以上てある請求項６ないし９のいずれかに記載の交換結合膜。
【請求項１１】
前記シード層の膜厚が１２Å以上てある請求項１０に記載の交換結合膜。
【請求項１２】
下からシード層、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、およびフリー磁性層の順に積層され、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、
前記シード層、反強磁性層及び固定磁性層が請求項１ないし１１のいずれかに記載された交換結合膜により形成されていることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項１３】
下から、シード層、反強磁性のエクスチェンジバイアス層、フリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層、および反強磁性層の順に積層され、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、
前記シード層、エクスチェンジバイアス層及びフリー磁性層が請求項１ないし１１のいずれかに記載された交換結合膜により形成されていることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項１４】
フリー磁性層の上下に積層された非磁性材料層と、一方の前記非磁性材料層の上および他方の非磁性材料層の下に位置する固定磁性層と、一方の前記固定磁性層の上および他方の固定磁性層の下に位置する反強磁性層とを有し、前記フリー磁性層よりも下側に形成された反強磁性層の下側にはシード層が形成され、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、
前記シード層、その上に接合された反強磁性層及び固定磁性層が請求項１ないし１１のいずれかに記載された交換結合膜により形成されていることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項１５】
下から、シード層、反強磁性のエクスチェンジバイアス層、磁気抵抗層、非磁性層、および軟磁性層の順で積層された磁気検出素子において、
前記シード層、エクスチェンジバイアス層及び磁気抵抗層が請求項１ないし１１のいずれかに記載された交換結合膜により形成されていることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項１６】
固定磁性層とフリー磁性層が非磁性材料層を介して積層されている磁気検出素子において、
前記固定磁性層は、複数の磁性層が非磁性中間層を介して積層されたものであって、前記複数の磁性層のうち前記非磁性材料層から最も離れた位置に形成されている第１の磁性層が、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，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）合金からなる非磁性金属層に接しており、前記非磁性金属層内の結晶と前記第１の磁性層内の結晶はエピタキシャルまたはヘテロエピタキシャルな状態であり、前記固定磁性層の記録媒体との対向面側の端面が開放され、
前記非磁性金属層が請求項１ないし１１のいずれかに記載されたシード層の上に形成されていることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項１７】
以下の工程を有することを特徴とする交換結合膜の製造方法、
（ａ）シード層を臨界膜厚より大きい膜厚で成膜し、前記シード層の上面から下面まで貫通する結晶質相を形成する工程、
（ｂ）前記シード層を表面から削って、臨界膜厚以下の膜厚のシード層を形成する工程、
（ｃ）前記シード層の上に、反強磁性層、強磁性層を積層する工程。
【請求項１８】
以下の工程を有することを特徴とする交換結合膜の製造方法、
（ｄ）結晶質相を有するシード層を臨界膜厚より大きい膜厚で成膜する工程、（ｅ）前記シード層を表面から削って臨界膜厚以下の膜厚にし、前記シード層内の結晶粒の膜面と平行な方向における平均結晶粒径が前記シード層の膜厚より大きいシード層を形成する工程、
（ｆ）前記シード層の上に、反強磁性層、強磁性層を積層する工程。
【請求項１９】
前記（ａ）工程または前記（ｄ）工程において、前記シード層を、面心立方格子構造（ｆｃｃ）をとり、前記界面と平行な方向に｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向する結晶質相を生じる金属材料をもちいて形成する請求項１７または１８に記載の交換結合膜の製造方法。
【請求項２０】
前記シード層をＮｉＣｒ合金またはＮｉＦｅＣｒ合金によって形成する請求項１７ないし１９のいずれかに記載の交換結合膜の製造方法
【請求項２１】
以下の工程を有することを特徴とする交換結合膜の製造方法、
（ｇ）Ｃｒの組成比が３５ａｔ％以上６０ａｔ％以下であるＮｉＣｒ合金またはＮｉＦｅＣｒ合金を用いて、臨界膜厚より大きい膜厚のシード層を成膜する工程、
（ｈ）前記シード層を表面から削って、臨界膜厚以下の膜厚のシード層を形成する工程、
（ｉ）前記シード層の上に、反強磁性層、強磁性層を積層する工程。
【請求項２２】
前記ＮｉＣｒ合金または前記ＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒの組成比を、４０ａｔ％以上６０ａｔ％以下とし、前記（ｂ）、（ｅ）または（ｈ）工程において、前記シード層をその膜厚が０Åより大きく３８Å以下になるまで削る請求項２０または２１に記載の交換結合膜の製造方法。
【請求項２３】
前記ＮｉＣｒ合金または前記ＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒの組成比を３５ａｔ％以上６０ａｔ％以下とし、前記（ｂ）、（ｅ）または（ｈ）工程において、前記シード層をその膜厚が０Åより大きく３０Å以下になるまで削る請求項２０または２１に記載の交換結合膜の製造方法。
【請求項２４】
前記ＮｉＣｒ合金または前記ＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒの組成比を５０ａｔ％以下にする請求項２１ないし２３のいずれかに記載の交換結合膜の製造方法。
【請求項２５】
前記ＮｉＦｅＣｒ合金中のＦｅとＮｉの組成比は原子量％比で０：１００より大きく、３０：７０以下である請求項２２ないし２４のいずれかに記載の交換結合膜。
【請求項２６】
前記（ｂ）、（ｅ）または（ｈ）工程において、前記シード層の膜厚を６Å以上にする請求項２２ないし２５のいずれかに記載の交換結合膜の製造方法。
【請求項２７】
前記（ｂ）、（ｅ）または（ｈ）工程において、前記シード層の膜厚を１２Å以上にする請求項２６に記載の交換結合膜の製造方法。
【請求項２８】
前記（ｃ）、（ｆ）または（ｉ）工程の代わりに、
（ｊ）前記シード層の上に、強磁性層を積層する工程を有する請求項１７ないし２７のいずれかに記載の交換結合膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下からシード層、反強磁性層および強磁性層が積層され、前記反強磁性層と強磁性層との界面にて発生する交換結合磁界により、前記強磁性層の磁化方向が一定の方向にされる交換結合膜およびその製造方法、並びに前記交換結合膜を用いた磁気検出素子に係り、特に、前記シード層の膜厚を薄くして、全体の膜厚、及び電流の分流損失を小さくすることができる交換結合膜およびその製造方法、並びに前記交換結合膜を用いた磁気検出素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２７は従来における磁気検出素子（スピンバルブ型薄膜素子）を記録媒体との対向面と平行な方向から切断した部分断面図である。
【０００３】
図２７に示す符号１４は、例えばＮｉＦｅＣｒで形成されたシード層であり、前記シード層１４の上に反強磁性層３０、固定磁性層３１、非磁性材料層３２、フリー磁性層３３および保護層７が順次積層されている。
【０００４】
この種のスピンバルブ型薄膜素子では、熱処理によって前記反強磁性層３０と固定磁性層３１との界面で交換結合磁界が発生し、前記固定磁性層３１の磁化はハイト方向（図示Ｙ方向）に固定される。
【０００５】
図２７では、前記シード層１４から保護層７までの多層膜の両側にハードバイアス層５が形成され、前記ハードバイアス層５からの縦バイアス磁界により前記フリー磁性層３３の磁化は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。
【０００６】
また図２７に示すように前記ハードバイアス層５の上には重ねて電極層８が形成されている。前記電極層８からのセンス電流は主として固定磁性層３１、非磁性材料層３２、およびフリー磁性層３３の３層に流れる。
【０００７】
図２７に示すスピンバルブ型薄膜素子では、前記反強磁性層３０の下にシード層１４が形成されているが、前記シード層１４を設けることで、耐エレクトロマイグレーションの向上に代表される通電信頼性や抵抗変化率の向上などが期待された。
【０００８】
前記シード層１４の結晶構造は、面心立方構造（ｆｃｃ構造）で膜面と平行な方向に、｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向していることが重要視された。
【０００９】
前記シード層１４が面心立方構造で｛１１１｝配向であると、その上に形成される各層を適切にｆｃｃ構造の［１１１］配向させることができ、また結晶粒径の増大を図ることができ、これによって、結晶粒界での伝導電子の散乱を低減し、電気伝導性の向上を図ることができるほか、固定磁性層３１と反強磁性層３０間で発生する交換結合磁界を大きくでき通電信頼性の向上などを期待することができる。
【００１０】
そして従来では前記シード層１４をＮｉＦｅＣｒ合金やＮｅＣｒ合金で形成していた。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００３−１０１１０２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
近年、磁気検出素子の狭ギャップ化や分流損失低減に対する要求が強くなり、磁気検出素子を構成する各層の膜厚をこれまで以上に小さくすることが求められるようになった。
【００１３】
シード層１４は現在５０Å程度の膜厚で形成されているが、シード層１４の膜厚を臨界膜厚より薄くすると、シード層の上に形成される反強磁性層と強磁性層間の交換結合磁界Ｈｅｘが激減し、磁気検出素子を構成する多層膜の抵抗変化量ΔＲｓ、抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓが急激に悪化する現象が発生する。
【００１４】
ここで、以下に示す構成の多層膜を形成し、（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０からなるシード層の膜厚を変化させたときの、抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓ、抵抗変化量ΔＲｓ、面積抵抗値Ｒｓ、一方向性交換バイアス磁界Ｈｅｘ＊の変化を調べた。
【００１５】
基板／アルミナ／シード層（ＮｉＦｅＣｒ）／反強磁性層（ＰｔＭｎ（１４０Å））／固定磁性層（ＣｏＦｅ（１６Å）／Ｒｕ（８．７Å）／ＣｏＦｅ（２２Å））／非磁性材料層（Ｃｕ（２１Å））／フリー磁性層（ＣｏＦｅ（１０Å）／ＮｉＦｅ（３５Å））／保護層（Ｔａ（３０Å））
【００１６】
その結果を、図２８から図３１のグラフに示す。図２８は面積抵抗値Ｒｓの測定結果、図２９は固定磁性層の一方向性交換バイアス磁界Ｈｅｘ＊の測定結果、図３０は抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓの測定結果、図３１は抵抗変化量ΔＲｓの測定結果である。
【００１７】
図２８及び図２９に示されるように、シード層の膜厚が３８Å以下になると磁気検出素子の面積抵抗値Ｒｓが急激に上昇し、固定磁性層の一方向性交換バイアス磁界Ｈｅｘ＊が急激に減少する。そして、図３０及び図３１に示されるように、シード層の膜厚が３８Å以下になると、抵抗変化量ΔＲｓや磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓが急激に低下する。
【００１８】
磁気検出素子を構成する多層膜の一方向性交換バイアス磁界Ｈｅｘ＊、抵抗変化量ΔＲｓや磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓが急激に低下する臨界点のシード層の膜厚をシード層の臨界膜厚（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）という。
【００１９】
このように、シード層には、それ以上膜厚を薄くすると、抵抗変化量ΔＲｓや磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓが急激に低下する臨界膜厚が存在し、シード層の膜厚が臨界膜厚以下である交換結合膜及びこの交換結合膜を用いた磁気検出素子を形成することはできなかった。
【００２０】
本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、前記シード層の膜厚を臨界膜厚より薄くしても、反強磁性層と強磁性層間で強い交換結合磁界Ｈｅｘを発生することができる交換結合膜およびその製造方法、並びに前記交換結合膜を用いることによって、全体の膜厚及び電流の分流損失を小さくする磁気検出素子を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下からシード層、反強磁性層、強磁性層の順に積層され、前記反強磁性層と強磁性層との界面で交換結合磁界が発生することで、前記強磁性層の磁化方向が一定方向にされる交換結合膜において、
前記シード層は膜厚が臨界膜厚以下のシード層であって、前記シード層の上面から下面まで貫通する結晶質相を有していることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の発明者らは、シード層の上に反強磁性層、強磁性層が積層された交換結合膜が、反強磁性層と強磁性層間で強い交換結合磁界Ｈｅｘを発生する交換結合膜は、前記シード層の上面から下面まで貫通する結晶質相（柱状晶）を有していることを見いだした。
【００２３】
しかし、交換結合膜のシード層を単純に臨界膜厚より小さい膜厚で成膜すると、このシード層内に形成される結晶粒は非常に小さくなり、前記シード層の上面から下面まで貫通する結晶質相（柱状晶）が存在しなくなる。このため、従来の交換結合膜のシード層の膜厚を臨界膜厚より小さくすると交換結合磁界Ｈｅｘが急激に減少したのである。
【００２４】
これに対して、本発明では、後に説明する交換結合膜の製造方法を用いることにより、臨界膜厚以下の膜厚を有し、上面から下面まで貫通する結晶質相（柱状晶）の集合体を有している前記シード層を具体的に提供することを初めて可能にした。
【００２５】
また、本発明は、下からシード層、反強磁性層、強磁性層の順に積層され、前記反強磁性層と強磁性層との界面で交換結合磁界が発生することで、前記強磁性層の磁化方向が一定方向にされる交換結合膜において、
前記シード層は膜厚が臨界膜厚以下であって結晶質相を有する金属材料層であり、前記シード層に形成された結晶粒の膜面と平行な方向における平均結晶粒径が前記シード層の膜厚より大きいことを特徴とするものである。
【００２６】
シード層の上に反強磁性層、強磁性層が積層された交換結合膜が、反強磁性層と強磁性層間で強い交換結合磁界Ｈｅｘを発生するためには、前記シード層内の結晶粒径が大きいことが必要である。
【００２７】
しかし、交換結合膜のシード層を単純に臨界膜厚より小さい膜厚で成膜すると、このシード層内に形成される結晶粒は非常に小さくなり、交換結合磁界Ｈｅｘが急激に減少する。
【００２８】
これに対して、本発明では、後に説明する交換結合膜の製造方法を用いることにより、
臨界膜厚以下の膜厚を有していても、内部に形成される結晶の粒径を大きくすることができ、結晶粒の膜面と平行な方向における平均結晶粒径が、膜厚より大きいシード層を提供することを初めて可能にした。
【００２９】
本発明において、前記シード層の結晶質相は、例えば、面心立方格子構造（ｆｃｃ）をとり、前記界面と平行な方向に、｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向しているものである。
【００３０】
前記シード層は、例えば、ＮｉＣｒ合金またはＮｉＦｅＣｒ合金によって形成されている。
【００３１】
また、本発明は、下からシード層、反強磁性層、強磁性層の順に積層され、前記反強磁性層と強磁性層との界面で交換結合磁界が発生することで、前記強磁性層の磁化方向が一定方向にされる交換結合膜において、
前記シード層はＮｉＣｒ合金またはＮｉＦｅＣｒ合金によって形成され、前記ＮｉＣｒ合金または前記ＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒの組成比は３５ａｔ％以上６０ａｔ％以下であり、かつ前記シード層の膜厚が臨界膜厚以下であることを特徴とするものである。
【００３２】
シード層をＮｉＣｒ合金またはＮｉＦｅＣｒ合金によって形成するとき、Ｃｒの組成比を大きくすると、シード層の内部に形成される膜面内方向の結晶粒径を大きくすることができるので、シード層の上に形成される強磁性層などの膜面内方向の結晶粒径も大きくなり、その結果これらの層における粒界密度が減少し、、結晶粒界におけるスピンに依存しない散乱効果を低減することができる。また、反強磁性層と強磁性層間の交換結合磁界Ｈｅｘを強くすることができる。また、Ｃｒの組成比を大きくすると、シード層の比抵抗が大きくなり、分流損失を低減することができる。
【００３３】
しかし、ＮｉＣｒ合金またはＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒの組成比を大きくすると、シード層の臨界膜厚が大きくなるので、従来はシード層の膜厚を大きくせざるをえなかった。このため、逆に分流損失による抵抗変化率ΔＲ／Ｒの低下を招いた。
【００３４】
これに対して、本発明では、ＮｉＣｒ合金またはＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒの組成比の大きさにかかわらず、シード層を臨界膜厚以下の膜厚で形成し、しがも、充分な交換結合磁界Ｈｅｘを得ることができる。
【００３５】
本発明では、前記ＮｉＣｒ合金または前記ＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒの組成比が４０ａｔ％以上６０ａｔ％以下であり、前記シード層の膜厚が０Åより大きく３８Å以下であることが好ましい。
【００３６】
また、前記ＮｉＣｒ合金または前記ＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒの組成比は３５ａｔ％以上６０ａｔ％以下であり、前記シード層の膜厚が０Åより大きく３０Å以下であることがより好ましい。さらに好ましくは、前記ＮｉＣｒ合金または前記ＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒの組成比が５０ａｔ％以下であることである。
【００３７】
前記ＮｉＦｅＣｒ合金中のＦｅとＮｉの組成比は原子量％比で０：１００より大きく、３０：７０以下であることが好ましい。
【００３８】
上記において、前記シード層の膜厚が６Å以上てあるとより好ましく、さらに好ましくは前記シード層の膜厚が１２Å以上てあることである。
【００３９】
また、本発明は、下からシード層、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、およびフリー磁性層の順に積層され、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、
前記シード層、反強磁性層及び固定磁性層が上記本発明の交換結合膜により形成されていることを特徴とするものである。
【００４０】
また、本発明は、下から、シード層、反強磁性のエクスチェンジバイアス層、フリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層、および反強磁性層の順に積層され、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、
前記シード層、エクスチェンジバイアス層及びフリー磁性層が上記本発明のいずれかに記載された交換結合膜により形成されていることを特徴とするものである。
【００４１】
また、本発明は、フリー磁性層の上下に積層された非磁性材料層と、一方の前記非磁性材料層の上および他方の非磁性材料層の下に位置する固定磁性層と、一方の前記固定磁性層の上および他方の固定磁性層の下に位置する反強磁性層とを有し、前記フリー磁性層よりも下側に形成された反強磁性層の下側にはシード層が形成され、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、
前記シード層、その上に接合された反強磁性層及び固定磁性層が上記本発明のいずれかに記載された交換結合膜により形成されていることを特徴とするものである。
【００４２】
また、本発明は、下から、シード層、反強磁性のエクスチェンジバイアス層、磁気抵抗層、非磁性層、および軟磁性層の順で積層された磁気検出素子において、
前記シード層、エクスチェンジバイアス層及び磁気抵抗層が上記本発明の交換結合膜により形成されていることを特徴とするものである。
【００４３】
本発明の磁気検出素子は、前記シード層の膜厚を臨界膜厚より薄くして全体の膜厚及び電流の分流損失を小さくしても、反強磁性層と強磁性層間で強い交換結合磁界Ｈｅｘを発生することができて、抵抗変化量ΔＲｓや磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓを高く維持できる。
【００４４】
また、本発明は、固定磁性層とフリー磁性層が非磁性材料層を介して積層されている磁気検出素子において、
前記固定磁性層は、複数の磁性層が非磁性中間層を介して積層されたものであって、前記複数の磁性層のうち前記非磁性材料層から最も離れた位置に形成されている第１の磁性層が、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，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）合金からなる非磁性金属層に接しており、前記非磁性金属層内の結晶と前記第１の磁性層内の結晶はエピタキシャルまたはヘテロエピタキシャルな状態であり、前記固定磁性層の記録媒体との対向面側の端面が開放され、
前記非磁性金属層が上述した本発明のシード層の上に形成されていることを特徴とするものである。
【００４５】
本発明の磁気検出素子は、前記シード層の膜厚を臨界膜厚より薄くして全体の膜厚及び電流の分流損失を小さくしても、前記固定磁性層の磁化方向を一方向に強く固定することができ、抵抗変化量ΔＲｓや磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓを高く維持できる。
【００４６】
本発明の交換結合膜の製造方法は以下の工程を有することを特徴とするものである。
【００４７】
（ａ）シード層を臨界膜厚より大きい膜厚で成膜し、前記シード層の上面から下面まで貫通する結晶質相を形成する工程、
（ｂ）前記シード層を表面から削って、臨界膜厚以下の膜厚のシード層を形成する工程、
（ｃ）前記シード層の上に、反強磁性層、強磁性層を積層する工程。
【００４８】
本発明の磁気検出素子の製造方法では、まず、シード層を臨界膜厚より大きい膜厚で成膜し、前記シード層の上面から下面まで貫通する結晶質相を形成したのち、このシード層を削って臨界膜厚以下にする。一度、前記シード層の上面から下面まで貫通する結晶質相が形成されると、このシード層を削っても、上面から下面まで貫通する結晶質相の形態（柱状晶）は維持される。
【００４９】
従って、本発明の交換結合膜の製造方法を用いると、前記シード層の膜厚を臨界膜厚より薄くしても、反強磁性層と強磁性層間で強い交換結合磁界Ｈｅｘを発生することができる交換結合膜をえることができる。
【００５０】
また、本発明の交換結合膜の製造方法は以下の工程を有することを特徴とするものである。
【００５１】
（ｄ）結晶質相を有するシード層を臨界膜厚より大きい膜厚で成膜する工程、（ｅ）前記シード層を表面から削って臨界膜厚以下の膜厚にし、前記シード層内の結晶粒の膜面と平行な方向における平均結晶粒径が前記シード層の膜厚より大きいシード層を形成する工程、
（ｆ）前記シード層の上に、反強磁性層、強磁性層を積層する工程。
【００５２】
本発明の磁気検出素子の製造方法では、まず、シード層を臨界膜厚より大きい膜厚で成膜したのち、このシード層を削って臨界膜厚以下にする。シード層を臨界膜厚より大きい膜厚で成膜すると、シード層の中に形成される結晶の結晶粒径は十分大きくなる。成膜後にこのシード層を削っても、シード層の中に形成される結晶の結晶粒径は維持される。
【００５３】
従って、本発明の交換結合膜の製造方法を用いると、前記シード層の膜厚を臨界膜厚より薄くしても、前記シード層内の結晶粒の膜面と平行な方向における平均結晶粒径が前記シード層の膜厚より大きくなるようにてき、反強磁性層と強磁性層間で強い交換結合磁界Ｈｅｘを発生することができる交換結合膜をえることができる。
【００５４】
本発明では、前記（ａ）工程または前記（ｄ）工程において、前記シード層を、面心立方格子構造（ｆｃｃ）をとり、前記界面と平行な方向に｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向する結晶質相を生じる金属材料をもちいて形成することが好ましい。
【００５５】
本発明では、前記シード層を例えばＮｉＣｒ合金またはＮｉＦｅＣｒ合金によって形成する。
【００５６】
また、本発明の交換結合膜の製造方法は以下の工程を有することを特徴とするものである。
【００５７】
（ｇ）Ｃｒの組成比が３５ａｔ％以上６０ａｔ％以下であるＮｉＣｒ合金またはＮｉＦｅＣｒ合金を用いて、臨界膜厚より大きい膜厚のシード層を成膜する工程、
（ｈ）前記シード層を表面から削って、臨界膜厚以下の膜厚のシード層を形成する工程、
（ｉ）前記シード層の上に、反強磁性層、強磁性層を積層する工程。
【００５８】
本発明の磁気検出素子の製造方法では、まず、シード層を臨界膜厚より大きい膜厚で成膜したのち、このシード層を削って臨界膜厚以下にする。本発明では、ＮｉＣｒ合金またはＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒの組成比の大きさにかかわらず、シード層を臨界膜厚以下の膜厚で形成し、しがも、充分な交換結合磁界Ｈｅｘを得ることができる。
【００５９】
なお、前記ＮｉＣｒ合金または前記ＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒの組成比を、４０ａｔ％以上６０ａｔ％以下とし、前記（ｂ）、（ｅ）または（ｈ）工程において、前記シード層をその膜厚が０Åより大きく３８Å以下になるまで削ることが好ましい。
【００６０】
より好ましくは、前記ＮｉＣｒ合金または前記ＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒの組成比を３５ａｔ％以上６０ａｔ％以下とし、前記（ｂ）、（ｅ）または（ｈ）工程において、前記シード層をその膜厚が０Åより大きく３０Å以下になるまで削ることである。
【００６１】
さらに好ましくは、前記ＮｉＣｒ合金または前記ＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒの組成比を５０ａｔ％以下にすることである。
【００６２】
前記ＮｉＦｅＣｒ合金中のＦｅとＮｉの組成比は原子量％比で０：１００より大きく、３０：７０以下であることが好ましい。
【００６３】
上記において、前記シード層の膜厚が６Å以上てあるとより好ましく、さらに好ましくは前記シード層の膜厚が１２Å以上てあることである。
【００６４】
なお、自己固定式の磁気検出素子を形成するときには、前記（ｃ）、（ｆ）または（ｉ）工程の代わりに、
（ｊ）前記シード層の上に、強磁性層を積層する工程を用いる。
【００６５】
なお、本発明のように、シード層の表面を削ると、完成したシード層の最表面のＣｒ濃度がシード層内部のＣｒ濃度よりやや少なく、シード層の最表面のＮｉ濃度がシード層内部のＮｉ濃度よりやや多い場合がある。このような濃度勾配が生じると、シード層の表面エネルギーが変化して、シード層表面の濡れ性が良好になり、反強磁性層と強磁性層間の交換結合磁界Ｈｅｘを強くすることに寄与するものと考えられる。この濃度勾配は、シード層の表面の削り工程によって生じるものであり、従来のシード層には見られないものである。
【００６６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の全体構造を記録媒体との対向面側から見た断面図である。なお、図１ではＸ方向に延びる素子の中央部分のみを破断して示している。
【００６７】
このシングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子は、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するものである。なお、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向はＺ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向はＹ方向である。
【００６８】
アルミナなどの絶縁性材料層６の上に、シード層２２、反強磁性層４、固定磁性層３、非磁性材料層２、フリー磁性層１が積層されている。なお、シード層２２の下に、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２種以上の元素などの非磁性材料で形成された下地層が成膜されてもよい。
【００６９】
シード層２２の上に形成された反強磁性層４は、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。
【００７０】
これら白金族元素を用いたＸ−Ｍｎ合金は、耐食性に優れ、またブロッキング温度も高く、さらに交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできるなど反強磁性材料として優れた特性を有している。特に白金族元素のうちＰｔを用いることが好ましく、例えば二元系で形成されたＰｔＭｎ合金を使用することができる。
【００７１】
また本発明では、反強磁性層４は、元素Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されてもよい。
【００７２】
なお元素Ｘ′には、元素ＸとＭｎとで構成される空間格子の隙間に侵入し、または元素ＸとＭｎとで構成される結晶格子の格子点の一部と置換する元素を用いることが好ましい。ここで固溶体とは、広い範囲にわたって、均一に成分が混ざり合った固体のことを指している。
【００７３】
侵入型固溶体あるいは置換型固溶体とすることで、Ｘ−Ｍｎ合金膜の格子定数に比べて、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金の格子定数を大きくすることができる。これによって反強磁性層４の格子定数と固定磁性層３の格子定数との差を広げることができ、反強磁性層４と固定磁性層３との界面構造を非整合状態にしやすくできる。
ここで非整合状態とは、反強磁性層４と固定磁性層３との界面で反強磁性層４を構成する原子と固定磁性層３を構成する原子とが一対一に対応しない状態である。
【００７４】
また特に置換型で固溶する元素Ｘ′を使用する場合は、元素Ｘ′の組成比が大きくなりすぎると、反強磁性としての特性が低下し、固定磁性層３との界面で発生する交換結合磁界が小さくなってしまう。特に本発明では、侵入型で固溶し、不活性ガスの希ガス元素（Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅのうち１種または２種以上）を元素Ｘ′として使用することが好ましいとしている。希ガス元素は不活性ガスなので、希ガス元素が、膜中に含有されても、反強磁性特性に大きく影響を与えることがなく、さらに、Ａｒなどは、スパッタガスとして従来からスパッタ装置内に導入されるガスであり、ガス圧を適正に調節するのみで、容易に、膜中にＡｒを侵入させることができる。
【００７５】
なお、元素Ｘ′にガス系の元素を使用した場合には、膜中に多量の元素Ｘ′を含有することは困難であるが、希ガスの場合においては、膜中に微量侵入させるだけで、熱処理によって発生する交換結合磁界を、飛躍的に大きくできる。
【００７６】
なお本発明では、好ましい元素Ｘ′の組成範囲は、ａｔ％（原子％）で０．２から１０であり、より好ましくは、ａｔ％で、０．５から５である。また本発明では元素ＸはＰｔであることが好ましく、よってＰｔ−Ｍｎ−Ｘ′合金を使用することが好ましい。
【００７７】
また本発明では、反強磁性層４の元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′のａｔ％を４５（ａｔ％）以上で６０（ａｔ％）以下に設定することが好ましい。より好ましくは４９（ａｔ％）以上で５６．５（ａｔ％）以下である。これによって成膜段階において、固定磁性層３との界面が非整合状態にされ、しかも反強磁性層４は熱処理によって適切な規則変態を起すものと推測される。
【００７８】
反強磁性層４の上に形成されている固定磁性層３は５層構造となっている。
固定磁性層３は、磁性層１１、非磁性中間層１２、磁性層１３、鏡面反射層１６、および磁性層２３で形成される。反強磁性層４との界面での交換結合磁界及び非磁性中間層１２を介した反強磁性的交換結合磁界（ＲＫＫＹ的相互作用）により磁性層１１と磁性層１３及び磁性層２３との磁化方向は互いに反平行状態（磁性層１３と２３は平行）にされる。これは、いわゆる人工フェリ磁性結合状態と呼ばれ、この構成により固定磁性層３の磁化を安定した状態にでき、また固定磁性層３と反強磁性層４との界面で発生する交換結合磁界を見かけ上大きくすることができる。
【００７９】
またこの実施形態では、磁性層１３と磁性層２３間に鏡面反射層１６が形成されている。鏡面反射層１６を設けることで、センス電流を流した際に非磁性材料層２を移動する伝導電子のうちのアップスピンの伝導電子を、スピンの方向を保持させたまま、鏡面反射層１６と磁性層２３との境界で鏡面反射させることができ、これによりアップスピンの伝導電子の平均自由行程は延ばされ、アップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子の平均自由行程の差が大きくなることで、抵抗変化率（ΔＲｓ／Ｒｓ）を高めることができる。
【００８０】
鏡面反射層１６は、磁性層１３を形成した後、磁性層１３の表面を酸化させて、この酸化された部分を鏡面反射層１６として機能させることができる。例えば磁性層１３はＣｏＦｅ合金で形成され、その表面を酸化させる。これによって磁性層１３表面にＣｏ−Ｆｅ−Ｏからなる鏡面反射層１６を形成することができる。なお本発明では磁性層１１、２３もＣｏＦｅ合金で形成することが好ましい。
あるいは磁性層１１、１３、２３をＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅＮｉ合金、Ｃｏなどの磁性材料で形成してもよい。
【００８１】
あるいは別の形態としては、磁性層１３上に、あるいは磁性層１３を形成せず、非磁性中間層１２の上にＦｅＭＯ（元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくとも１種以上）などからなる鏡面反射層１６をスパッタ成膜し、その上に磁性層２３を形成する。
【００８２】
図１に示す形態では、固定磁性層３が積層フェリ構造であるが、これが磁性材料層の単層、あるいは磁性材料層の多層構造で形成されていてもよい。
【００８３】
なお磁性層１１は例えば１２〜２０Åで形成され、非磁性中間層１２は８Å程度で形成され、磁性層１１、１３は５〜２０Åで形成される。
【００８４】
また非磁性中間層１２は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどの非磁性導電材料で形成される。
【００８５】
固定磁性層３の上に形成された非磁性材料層２は、例えばＣｕで形成されている。なお本発明における磁気検出素子が、トンネル効果の原理を用いたトンネル型磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）の場合、非磁性材料層２は、例えばＡｌ２Ｏ３等の絶縁材料で形成される。
【００８６】
さらに非磁性材料層２の上には２層膜で形成されたフリー磁性層１が形成される。
【００８７】
フリー磁性層１は、例えばＮｉＦｅ合金膜９とＣｏＦｅ膜１０の２層で形成される。図１に示すようにＣｏＦｅ膜１０を非磁性材料層２と接する側に形成することにより、非磁性材料層２との界面での金属元素等の拡散を防止し、抵抗変化率（ΔＲｓ／Ｒｓ）を大きくすることができる。
【００８８】
なおＮｉＦｅ合金膜９は、例えばＮｉを８０（ａｔ％）、Ｆｅを２０（ａｔ％）として形成する。またＣｏＦｅ合金１０は、例えばＣｏを９０（ａｔ％）、Ｆｅを１０（ａｔ％）として形成する。またＮｉＦｅ合金膜９の膜厚を例えば３５Å程度、ＣｏＦｅ膜を１０Å程度で形成する。またＣｏＦｅ膜１０に代えて、Ｃｏ、ＣｏＦｅＮｉ合金などを用いてもよい。またフリー磁性層１は磁性材料の単層あるいは多層構造で形成されてもよく、かかる場合、フリー磁性層１はＣｏＦｅＮｉ合金の単層構造で形成されることが好ましい。またフリー磁性層１は固定磁性層３と同じ積層フェリ構造であってもよい。
【００８９】
フリー磁性層１の上には、金属材料あるいは非磁性金属のＣｕ，Ａｕ，Ａｇからなるバックド層１５が形成されている。例えばバックド層１５の膜厚は２０Å以下で形成される。
【００９０】
バックド層１５の上には、保護層７が形成されている。保護層７は、Ｔａなどの酸化物からなる鏡面反射層であることが好ましい。
【００９１】
バックド層１５が形成されることによって、磁気抵抗効果に寄与するアップスピンの伝導電子における平均自由行程（ｍｅａｎ  ｆｒｅｅ  ｐａｔｈ）を延ばし、いわゆるスピンフィルター効果（ｓｐｉｎ  ｆｉｌｔｅｒ  ｅｆｆｅｃｔ）によりスピンバルブ型磁気素子において、大きな抵抗変化率（ΔＲｓ／Ｒｓ）が得られ、高記録密度化に対応できるものとなる。なおバックド層１５は形成されなくてもよい。
【００９２】
またバックド層１５上に鏡面反射層７を設けることで、鏡面反射層７の部分で、アップスピンの伝導電子を鏡面反射させて、伝導電子の平均自由行程を延ばすことができ、さらなる抵抗変化率（ΔＲｓ／Ｒｓ）の向上を図ることができる。
【００９３】
鏡面反射層７としては、Ｔａの酸化物の他に、Ｆｅ−Ｏ（α−Ｆｅ２Ｏ３、ＦｅＯ、Ｆｅ３Ｏ４など）、Ｎｉ−Ｏ、Ｃｏ−Ｏ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｏ、Ａｌ−Ｏ、Ａｌ−Ｑ−Ｏ（ここでＱはＢ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される１種以上）、Ｒ−Ｏ（ここでＲはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｗから選択される１種以上）等の酸化物、Ａｌ−Ｎ、Ａｌ−Ｑ−Ｎ（ここでＱはＢ、Ｓｉ、Ｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される１種以上）、Ｒ−Ｎ（ここでＲはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上）等の窒化物、ＮｉＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｂなどの半金属ホイッスラー金属等を選択することができる。なおこの材質は、固定磁性層３に形成された鏡面反射層１６にも適用可能である。
【００９４】
図１に示す実施形態では、下地層６から保護層（鏡面反射層）７までの積層膜の両側にはハードバイアス層５及び電極層８が形成されている。ハードバイアス層５からの縦バイアス磁界によってフリー磁性層１の磁化はトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。
【００９５】
ハードバイアス層５，５は、例えばＣｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト−クロム−白金）合金などで形成されており、電極層８，８は、α−Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ（銅）、Ｒｈ、Ｉｒ、ＲｕやＷ（タングステン）などで形成されている。なお上記したトンネル型磁気抵抗効果素子やＣＰＰ型磁気検出素子の場合、電極層８，８は、フリー磁性層１の上側と、反強磁性層４の下側にそれぞれ形成されることになり、鏡面反射層１６は形成されない。
【００９６】
図１に示すスピンバルブ型薄膜素子では、下地層６から保護層７を積層後、熱処理を施し、これによって反強磁性層４と固定磁性層３との界面に交換結合磁界を発生させる。このとき磁場を図示Ｙ方向と平行な方向に向けることで、固定磁性層３の磁化は図示Ｙ方向と平行な方向に向けられ固定される。なお図１に示す実施形態では固定磁性層３は積層フェリ構造であるため、磁性層１１が例えば図示Ｙ方向に磁化されると、磁性層１３及び磁性層２３は図示Ｙ方向と逆方向に磁化される。
【００９７】
次に図１に示す実施形態では反強磁性層４の下にシード層２２が形成されているが、本実施の形態ではシード層２２はＮｉＦｅＣｒ合金またはＮｉＣｒ合金からなる金属材料層として形成されている。前記ＮｉＣｒ合金または前記ＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒの組成比は、３５ａｔ％以上６０ａｔ％以下である。
【００９８】
さらに本発明では、シード層２２の膜厚は、シード層の臨界膜厚以下である。反強磁性層４と固定磁性層３との界面の交換結合磁界Ｈｅｘや一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）、磁気検出素子の抵抗変化量ΔＲｓや磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓが急激に低下する臨界点のシード層の膜厚をシード層の臨界膜厚（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）という。
【００９９】
シード層を臨界膜厚以下の膜厚で成膜すると、このシード層の上に薄膜形成された磁気検出素子の抵抗変化量ΔＲｓや磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓは実用に耐えないほど低くなる。
【０１００】
シード層の臨界膜厚は、シード層を形成する材料の組成及び組成比できまる。例えば、シード層を（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０合金で形成したときの臨界膜厚は３８Åである。ＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒ濃度が増加すると臨界膜厚は増加し、Ｃｒ濃度が減少すると臨界膜厚は減少する。
【０１０１】
本実施の形態では、（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０合金で形成したシード層２２の膜厚を臨界膜厚である３８Å以下、例えば２０Åにすることが可能である。
【０１０２】
本実施の形態では、シード層２２は臨界膜厚３８Å以下の膜厚であるにもかかわらず、シード層２２の上面から下面まで貫通する結晶質相を有しており、しかも、シード層２２に形成された結晶粒の膜面と平行な方向における平均結晶粒径がシード層の膜厚より大きくなっている。なお、シード層の平均結晶粒径は８０Åから１２０Å程度にすることができる。
【０１０３】
後述する実験によれば、（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０合金で形成されたシード層２２の膜厚が臨界膜厚である３８Å以下であっても１３％以上の抵抗変化率を得ることができ、また１６．０×１０４（Ａ／ｍ）以上の一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）を得ることができる。
【０１０４】
ここで一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）とは、抵抗変化率（ΔＲｓ／Ｒｓ）の最大値の半分の値になるときの外部磁界の大きさである。
【０１０５】
一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）には、固定磁性層３と反強磁性層４との間で発生する交換結合磁界のほか、固定磁性層３は積層フェリ構造であるため、固定磁性層３を構成する例えばＣｏＦｅ合金間で発生するＲＫＫＹ的相互交換作用における結合磁界などを含む磁界である。
【０１０６】
従って、固定磁性層３が積層フェリ構造でない場合には、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）とは、主として固定磁性層３と反強磁性層４間で発生する交換結合磁界のことを意味し、一方、固定磁性層３が図１に示す積層フェリ構造である場合には、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）とは、主として交換結合磁界と、ＲＫＫＹ的相互交換作用における結合磁界を合わせた磁界のことを意味する。
【０１０７】
この一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）が大きいほど、固定磁性層３を適切に所定方向に適切にピン止めすることができ、また高温雰囲気中においても固定磁性層３の磁化を所定方向に強固に固定された状態で維持でき、エレクトロマイグレーションの発生を抑制し、いわゆる通電信頼性の向上を適切に図ることができる。
【０１０８】
なお、シード層２２の結晶質相は、面心立方格子構造（ｆｃｃ）をとり、前記界面と平行な方向に、｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向している。
【０１０９】
本発明では、シード層２２を形成するＮｉＣｒ合金またはＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒの組成比が４０ａｔ％以上６０ａｔ％以下であっても、シード層２２の膜厚を０Åより大きく３８Å以下にすることができる。
【０１１０】
または、シード層２２を形成するＮｉＣｒ合金またはＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒの組成比が３５ａｔ％以上６０ａｔ％以下であっても、シード層２２の膜厚を０Åより大きく３０Å以下にすることができる。なお、シード層２２を形成するＮｉＣｒ合金またはＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒの組成比は５０ａｔ％以下であることが好ましい。
【０１１１】
なお、シード層２２の膜厚は、６Å以上であることが好ましく、より好ましくは１０Å以上である。
【０１１２】
本実施の形態の磁気検出素子は、シード層２２の膜厚を臨界膜厚より薄くして全体の膜厚及び電流の分流損失を小さくしても、強い一方向性交換バイアス磁界Ｈｅｘ＊を発生することができ、抵抗変化量ΔＲｓや磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓを高く維持できることができる。
【０１１３】
上記したシード層２２の膜構造は、他の磁気検出素子の構造にも適用可能である。
【０１１４】
図２以降は、図１に示す磁気検出素子とは異なる膜構造を有する磁気検出素子である。
【０１１５】
図２は、本発明における他の磁気検出素子（スピンバルブ型薄膜素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た示す部分断面図である。
【０１１６】
図２に示すスピンバルブ型薄膜素子では、アルミナなどの絶縁性材料層６の上にトラック幅方向（図示Ｘ方向）にトラック幅Ｔｗの間隔を開けた一対のシード層２２が形成され、シード層２２の上にエクスチェンジバイアス層２４，２４が形成されている。
【０１１７】
一対のシード層２２及びエクスチェンジバイアス層２４間は、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３等の絶縁材料で形成された絶縁層１７によって埋められている。
【０１１８】
そしてエクスチェンジバイアス層２４及び絶縁層１７上にはフリー磁性層１が形成されている。
【０１１９】
エクスチェンジバイアス層２４はＸ−Ｍｎ合金、あるいはＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金で形成され、元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比は４５（ａｔ％）以上６０（ａｔ％）以下であることが好ましく、より好ましくは４９（ａｔ％）以上５６．５（ａｔ％）以下である。
【０１２０】
フリー磁性層１の両側端部では、エクスチェンジバイアス層２４間での交換結合磁界により図示Ｘ方向に単磁区化され、フリー磁性層１のトラック幅Ｔｗ領域の磁化は、外部磁界に対して反応する程度に図示Ｘ方向に適性に揃えられている。
【０１２１】
図２に示すようにフリー磁性層１の上には非磁性材料層２が形成され、さらに非磁性材料層２の上には固定磁性層３が形成されている。さらに固定磁性層３の上には反強磁性層４、保護層７が形成される。
【０１２２】
本実施の形態でも、（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０合金で形成したシード層２２の膜厚を臨界膜厚である３８Å以下、例えば２０Åにすることが可能である。
【０１２３】
本実施の形態でも、シード層２２は臨界膜厚３８Å以下の膜厚であるにもかかわらず、シード層２２の上面から下面まで貫通する結晶質相を有しており、しかも、シード層２２に形成された結晶粒の膜面と平行な方向における平均結晶粒径がシード層の膜厚より大きくなっている。なお、シード層の平均結晶粒径は８０Åから１２０Å程度にすることができる。
【０１２４】
この実施形態においてもシード層２２は、膜厚を臨界膜厚より薄くして、全体の膜厚及び電流の分流損失を小さくしても、強い一方向性交換バイアス磁界Ｈｅｘ＊を発生することができ、抵抗変化量ΔＲｓや磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓを高く維持できることができる。
【０１２５】
図３は本発明におけるデュアルスピンバルブ型薄膜素子の構造を示す部分断面図である。
【０１２６】
図３に示すように、アルミナなどの絶縁性材料層６上に、シード層２２、反強磁性層４、固定磁性層３、非磁性材料層２、およびフリー磁性層１が連続して積層されている。前記フリー磁性層１は３層膜で形成され、例えばＣｏＦｅ膜１０，１０とＮｉＦｅ合金膜９で構成される。さらに前記フリー磁性層１の上には、非磁性材料層２、固定磁性層３、反強磁性層４、および保護層７が連続して積層されている。
【０１２７】
また、下地層６から保護層７までの多層膜の両側にはハードバイアス層５，５、電極層８，８が積層されている。なお、各層は図１で説明した材質と同じ材質で形成されている。
【０１２８】
この実施例では、フリー磁性層１よりも図示下側に位置する反強磁性層４の下にはシード層２２が形成されている。さらに前記反強磁性層４を構成する元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比は、４５（ａｔ％）以上６０（ａｔ％）以下で形成されることが好ましく、より好ましくは４９（ａｔ％）以上５６．５（ａｔ％）以下である。
【０１２９】
この実施形態においても、（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０合金で形成したシード層２２の膜厚を臨界膜厚である３８Å以下、例えば２０Åにすることが可能である。
【０１３０】
本実施の形態でも、シード層２２は臨界膜厚３８Å以下の膜厚であるにもかかわらず、シード層２２の上面から下面まで貫通する結晶質相を有しており、しかも、シード層２２に形成された結晶粒の膜面と平行な方向における平均結晶粒径がシード層の膜厚より大きくなっている。
【０１３１】
この実施形態においてもシード層２２は、膜厚を臨界膜厚より薄くして、全体の膜厚及び電流の分流損失を小さくしても、強い一方向性交換バイアス磁界Ｈｅｘ＊を発生することができ、抵抗変化量ΔＲｓや磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓを高く維持できることができる。
【０１３２】
図４は本発明における異方性磁気抵抗効果型素子（ＡＭＲ素子）を記録媒体との対向面と平行な方向から切断した部分断面図である。
【０１３３】
図４では、アルミナなどの絶縁性材料層６上にトラック幅方向（図示Ｘ方向）にトラック幅Ｔｗの間隔を開けて一対のシード層２２が形成されている。前記シード層２２上にはエクスチェンジバイアス層２１，２１が形成され、前記一対のシード層２２及びエクスチェンジバイアス層２１，２１間がＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３等の絶縁材料で形成された絶縁層２６によって埋められている。
【０１３４】
そして前記エクスチェンジバイアス層２１，２１及び前記絶縁層２６上に、磁気抵抗層（ＭＲ層）２０、非磁性層（ＳＨＵＮＴ層）１９、及び軟磁性層（ＳＡＬ層）１８が積層される。
【０１３５】
上記した図４に示すＡＭＲ型薄膜素子では、前記エクスチェンジバイアス層２１，２１と磁気抵抗層２０との界面で発生する交換結合磁界により、図４に示す磁気抵抗層２０のＥ領域が、図示Ｘ方向に単磁区化される。そしてこれに誘発されて前記磁気抵抗層２０のＤ領域の磁化が図示Ｘ方向に揃えられる。また、検出電流が磁気抵抗層２０を流れる際に発生する電流磁界が、軟磁性層１８にＹ方向に印加され、軟磁性層１８がもたらす静磁結合エネルギーにより、磁気抵抗層２０のＤ領域に横バイアス磁界がＹ方向に与えられる。Ｘ方向に単磁区化された磁気抵抗層２０のＤ領域にこの横バイアス層が与えられることにより、磁気抵抗層２０のＤ領域の磁界変化に対する抵抗変化（磁気抵抗効果特性：Ｈ―Ｒ効果特性）が直線性を有する状態に設定される。
【０１３６】
記録媒体の移動方向はＺ方向であり、図示Ｙ方向に漏れ磁界が与えられると、磁気抵抗層２０のＤ領域の抵抗値が変化し、これが電圧変化として検出される。
【０１３７】
この実施形態においても、（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０合金で形成したシード層２２の膜厚を臨界膜厚である３８Å以下、例えば２０Åにすることが可能である。
【０１３８】
本実施の形態でも、シード層２２は臨界膜厚３８Å以下の膜厚であるにもかかわらず、シード層２２の上面から下面まで貫通する結晶質相を有しており、しかも、シード層２２に形成された結晶粒の膜面と平行な方向における平均結晶粒径がシード層の膜厚より大きくなっている。なお、シード層の平均結晶粒径は８０Åから１２０Å程度にすることができる。
【０１３９】
この実施形態においてもシード層２２は、膜厚を臨界膜厚より薄くして、全体の膜厚及び電流の分流損失を小さくしても、強い交換結合磁界Ｈｅｘを発生することができ、抵抗変化量ΔＲｓや磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓを高く維持できることができる。
【０１４０】
図５は、本発明の第５の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図である。
【０１４１】
図５に示される磁気検出素子では、アルミナなどの絶縁性材料からなる下部ギャップ層３０上に多層膜Ｔ１が形成されている。
【０１４２】
図５に示す実施形態では、多層膜Ｔ１は、下からシード層３１、非磁性金属層３２、固定磁性層３３、非磁性材料層３４、フリー磁性層３５及び保護層３６の順に積層されたものである。
【０１４３】
非磁性金属層３２については、後述する。
固定磁性層３３は、第１磁性層（第１の磁性層）３３ａと第２磁性層３３ｃが非磁性中間層３３ｂを介して積層された人工フェリ構造を有している。固定磁性層３３は、固定磁性層３３自体の一軸異方性によって磁化が、ハイト方向（図示Ｙ方向）に固定されている。
【０１４４】
非磁性材料層３４は、固定磁性層３３とフリー磁性層３５との磁気的な結合を防止する層であり、Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｔなど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。特にＣｕによって形成されることが好ましい。非磁性材料層の膜厚は１７Å〜３０Åである。
【０１４５】
フリー磁性層３５は、ＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅ合金等の磁性材料で形成される。図５に示す実施形態では特にフリー磁性層３５がＮｉＦｅ合金で形成されるとき、フリー磁性層３５と非磁性材料層３４との間にＣｏやＣｏＦｅなどからなる拡散防止層（図示しない）が形成されていることが好ましい。フリー磁性層３５の膜厚は２０Å〜６０Åである。また、フリー磁性層３５は、複数の磁性層が非磁性中間層を介して積層された人工フェリ構造であってもよい。
【０１４６】
保護層３６はＴａなどからなり、多層膜Ｔ１の酸化の進行を抑える。保護層３６の膜厚は１０Å〜５０Åである。
【０１４７】
図５に示す実施形態では、シード層層３１から保護層３６までの多層膜Ｔ１の両側にはバイアス下地層３７、ハードバイアス層３８及び電極層３９が形成されている。ハードバイアス層３８からの縦バイアス磁界によってフリー磁性層３５の磁化はトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。
【０１４８】
バイアス下地層３７，３７はＣｒ、Ｗ、Ｔｉで、ハードバイアス層３８，３８は例えばＣｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト−クロム−白金）合金などで形成されており、電極層３９，３９は、Ｃｒ、Ｔａ，Ｒｈ，ＡｕやＷ（タングステン）などで形成されている。
【０１４９】
バイアス下地層３７，３７の膜厚は２０Å〜１００Å、ハードバイアス層３８，３８の膜厚は１００Å〜４００Å、電極層３９，３９の膜厚は４００Å〜１５００Åである。
【０１５０】
電極層３９，３９、及び保護層３６上には、アルミナなどの絶縁性材料からなる上部ギャップ層４０が積層される。なお、図示はしないが、下部ギャップ層３０の下には下部シールド層が設けられ、上部ギャップ層上には上部シールド層が設けられる。下部シールド層及び上部シールド層はＮｉＦｅなどの軟磁性材料によって形成される。上部ギャップ層及び下部ギャップ層の膜厚は５０Å〜３００Åである。
【０１５１】
フリー磁性層３５の磁化は、ハードバイアス層３８，３８からの縦バイアス磁界によってトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。そして記録媒体からの信号磁界（外部磁界）に対し、フリー磁性層３５の磁化が感度良く変動する。一方、固定磁性層３３の磁化は、ハイト方向（図示Ｙ方向）に固定されている。
【０１５２】
フリー磁性層３５の磁化方向の変動と、固定磁性層３３の固定磁化方向（特に第２磁性層３３ｃの固定磁化方向）との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化または電流変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０１５３】
図５に示される磁気検出素子の固定磁性層３３は、第１磁性層（第１の磁性層）３３ａと第２磁性層３３ｃが非磁性中間層３３ｂを介して積層された人工フェリ構造を有している。第１磁性層３３ａの磁化と第２磁性層３３ｃの磁化は、非磁性中間層３３ｂを介したＲＫＫＹ的相互作用によって互いに反平行方向に向けられている。
【０１５４】
第１磁性層３３ａは、第２磁性層３３ｃより非磁性材料層３４から離れた位置に形成されており、非磁性金属層３２に接している。
【０１５５】
非磁性金属層３２は、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，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）合金によって形成されている。
【０１５６】
非磁性金属層３２の膜厚は、５Å以上５０Å以下であることが好ましい。
ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，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）からなる非磁性金属層３２の膜厚がこの範囲内であると、非磁性金属層３２の結晶構造は、成膜時の状態である面心立方構造（ｆｃｃ）を維持しつづける。なお、非磁性金属層３２の膜厚が、５０Åより大きく８０Åより小さいと、２５０℃以上の熱が加わったときに、結晶構造がＣｕＡｕＩ型の規則型の面心正方構造（ｆｃｔ）に構造変態し、反強磁性となるが耐熱性が悪いので好ましくない。ただし、非磁性金属層３２の膜厚が、５０Åより大きくても、２５０℃以上の熱が加わらなければ、非磁性金属層の結晶構造は、成膜時の状態である面心立方構造（ｆｃｃ）を維持しつづける。
【０１５７】
ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，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）からなる非磁性金属層３２が面心立方構造（ｆｃｃ）の結晶構造を有するとき、この非磁性金属層３２と第１磁性層３３ａとの界面には交換結合磁界は発生しないか、または極めて弱く、交換結合磁界によって第１磁性層３３ａの磁化方向を固定することはできない。
【０１５８】
従って、図５に示される磁気検出素子は、固定磁性層３３自体の一軸異方性によって固定磁性層３３の磁化が固定されている。図５に示される磁気検出素子は、自己固定式の磁気検出素子と呼ばれる。
【０１５９】
自己固定式の磁気検出素子は、２００Å程度の厚い膜厚の反強磁性層を有する磁気検出素子に比べて分流損失を少なくできるので、磁気検出素子の磁界検出出力を２０〜３０％向上させることができる。また、磁気検出素子の上下に設けられるシールド層間の距離も短くなるので、記録媒体のさらなる高線記録密度化に対応することもできる。
【０１６０】
本実施の形態では、第２磁性層３３ｃの膜厚の方が、第１磁性層３３ａの膜厚より大きくなっている。第２磁性層３３ｃの磁化はハイト方向（図示Ｙ方向）を向き、第１磁性層３３ａの磁化はハイト方向と反平行方向を向いた状態で磁化が固定されている。
【０１６１】
第１磁性層３３ａの膜厚は１０Å〜３０Åであり、第２磁性層３３ｃの膜厚は１５Å〜３５Åである。第１磁性層３３ａの膜厚を厚くすると、保磁力は大きくなる。しかし、第１磁性層３３ａの膜厚が大きいと分流損失が大きくなる。また、後述するように、第１磁性層３３ａは、非磁性金属層３２と整合することによって結晶構造に歪みが生じ、この歪みによって磁歪定数λ及び一軸異方性を大きくしている。
【０１６２】
本発明は、固定磁性層３３の磁化を固定する一軸異方性を決める、誘導磁気異方性と磁気弾性効果のうち、磁気弾性効果を主に利用している。
【０１６３】
磁気弾性効果は、磁気弾性エネルギーに支配される。磁気弾性エネルギーは、固定磁性層３３にかかる応力σと固定磁性層３３の磁歪定数λによって規定される。
【０１６４】
図６は、図５に示された磁気検出素子を図示上側（図示Ｚ方向と反対方向）からみた平面図である。磁気検出素子の多層膜Ｔ１は一対のバイアス下地層３７，３７、ハードバイアス層３８，３８及び電極層３９，３９の間に形成されている。なお、バイアス下地層３７，３７、ハードバイアス層３８，３８は、電極層３９，３９の下に設けられているので、図６には図示されていない。多層膜Ｔ１と、バイアス下地層３７，３７、ハードバイアス層３８，３８及び電極層３９，３９の周囲は、斜線で示される絶縁材料層３１によって埋められている。
【０１６５】
また、多層膜Ｔ１、バイアス下地層３７，３７、ハードバイアス層３８，３８、及び電極層３９，３９の記録媒体との対向面側の端面Ｆは露出しているか、またはダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などからなる膜厚２０Å〜５０Å薄い保護層で覆われているだけであり、開放端となっている。
【０１６６】
従って、もともと２次元的に等方的であった下部ギャップ層３０及び上部ギャップ層３０からの応力が端面Ｆで開放された結果、対称性がくずれて、多層膜Ｔ１には、ハイト方向（図示Ｙ方向）に平行な方向に、引っ張り応力が加えられている。また、バイアス下地層３７，３７、ハードバイアス層３８，３８、及び電極層３９，３９の積層膜が圧縮性の内部応力を有している場合には、電極層などが面内方向に延びようとするため、多層膜Ｔ１には、トラック幅方向に（図示Ｘ方向）に平行な方向及び反平行な方向に圧縮応力を加えられている。
【０１６７】
すなわち、記録媒体との対向面側の端面Ｆが開放されている固定磁性層３３には、ハイト方向の引張り応力とトラック幅方向の圧縮応力が加えられる。そして、第１磁性層３３ａは、磁歪定数が正の値である磁性材料によって形成されているので、磁気弾性効果によって、第１磁性層３３ａの磁化容易軸は磁気検出素子の奥側（ハイト方向；図示Ｙ方向）に平行方向となり、第１磁性層３３ａの磁化方向がハイト方向と平行方向または反平行方向に固定される。第２磁性層３３ｃの磁化は、非磁性中間層３３ｂを介したＲＫＫＹ的相互作用によって第１磁性層３３ａの磁化方向と反平行方向を向いた状態で固定される。
【０１６８】
本発明では、固定磁性層３３の磁歪定数を大きくすることによって磁気弾性エネルギーを大きくし、これによって、固定磁性層３３の一軸異方性を大きくするものである。固定磁性層３３の一軸異方性が大きくなると、固定磁性層３３の磁化は一定の方向に強固に固定され、磁気検出素子の出力が大きくなりかつ出力の安定性や対称性も向上する。
【０１６９】
具体的には，固定磁性層３３を構成する第１磁性層３３ａを、非磁性金属層３２と接合させることによって、第１磁性層３３ａの結晶構造に歪みを生じさせて第１磁性層３３ａの磁歪定数λを大きくさせている。
【０１７０】
先に述べたように、非磁性金属層３２は、ｆｃｃ構造をとり、界面と平行な方向に［１１１］面として表される等価な結晶面が優先配向するものである。
【０１７１】
一方、固定磁性層３３の第１磁性層３３ａがＣｏまたはＣｏｘＦｅｙ（ｙ≦２０，ｘ＋ｙ＝１００）によって形成されていると、第１磁性層３３ａは面心立方格子（ｆｃｃ）構造をとる。また、第１磁性層３３ａは、界面と平行な方向に、［１１１］面として表される等価な結晶面が優先配向している。
【０１７２】
従って、第１磁性層３３ａを構成する原子と非磁性金属層３２を構成する原子が互いに重なりあいやすくなり、非磁性金属層３２内の結晶と固定磁性層３３内の結晶はエピタキシャルな状態になっている。
【０１７３】
しかし、第１磁性層３３ａの［１１１］面内の最近接原子間距離と、非磁性金属層３２の［１１１］面内の最近接原子間距離には、一定以上の差があることが必要である。
【０１７４】
非磁性金属層３２を構成する原子と第１磁性層３３ａの原子とを重なり合わせつつ、結晶構造に歪みを生じさせ、第１磁性層３３ａの磁歪を大きくするために、非磁性金属層３２の材料である前記ＰｔＭｎ合金中のＰｔ含有量、または、Ｘ―Ｍｎ合金中のＸ元素の含有量を調節することが好ましい。
【０１７５】
例えば、前記ＰｔＭｎ合金中のＰｔ含有量、または、Ｘ―Ｍｎ合金中のＸ元素の含有量を、５１原子％以上にすると、非磁性金属層３２に重なる第１磁性層３３ａの磁歪が急激に増加する。また、前記ＰｔＭｎ合金中のＰｔ含有量、または、Ｘ―Ｍｎ合金中のＸ元素の含有量が、５５原子％以上９９原子％以下であると、前記第１磁性層の磁歪が大きな値をとりつつ安定する。
【０１７６】
また、非磁性金属層３２の［１１１］面内の最近接原子間距離と、固定磁性層３３の第１磁性層３３ａの［１１１］面内の最近接原子間距離との差を、第１磁性層３３ａの［１１１］面内の最近接原子間距離で割った値（以下ミスマッチ値と呼ぶ）を、０．０５以上０．２０以下にすることが好ましい。
【０１７７】
本実施の形態の磁気検出素子では、非磁性金属層３２を構成する原子と第１磁性層３３ａの原子とが重なり合いつつも、界面付近で結晶構造に歪みが生じている状態になる。
【０１７８】
また、固定磁性層３３の第１磁性層３３ａが、体心立方格子（ｂｃｃ）構造をとり、界面と平行な方向に、［１１０］面として表される等価な結晶面が優先配向しているものであってもよい。
【０１７９】
例えば、固定磁性層３３の第１磁性層３３ａがＣｏｘＦｅｙ（ｙ≧２０，ｘ＋ｙ＝１００）によって形成されていると、第１磁性層３３ａは体心立方格子（ｂｃｃ）構造をとる。
【０１８０】
上述したように、非磁性金属層３２は、ｆｃｃ構造をとり、界面と平行な方向に［１１１］面として表される等価な結晶面が優先配向しているものである。
【０１８１】
ｂｃｃ構造を有する結晶の［１１０］面として表される等価な結晶面の原子配列とｆｃｃ構造を有する結晶の［１１１］面として表される等価な結晶面の原子配列は類似しており、ｂｃｃ構造を有する結晶とｆｃｃ構造を有する結晶を、各々の原子が重なり合った整合状態、いわゆるヘテロエピタキシャルな状態にすることができる。
【０１８２】
さらに、第１磁性層３３ａの［１１０］面内の最近接原子間距離と、非磁性金属層３２の［１１１］面内の最近接原子間距離には、一定以上の差が生じている。このため、第１磁性層３３ａと非磁性金属層３２の界面付近では、第１磁性層３３ａを構成する原子と非磁性金属層３２を構成する原子が互いに重なり合いつつも、それぞれの結晶構造に歪みが生じる。従って、第１磁性層３３ａの結晶構造に歪を生じさせることによって磁歪定数λを大きくさせることができる。
【０１８３】
なお、ｂｃｃ構造をとるＣｏｘＦｅｙ（ｙ≧２０，ｘ＋ｙ＝１００）は、ｆｃｃ構造をとるＣｏまたはＣｏｘＦｅｙ（ｙ≦２０，ｘ＋ｙ＝１００）より、特に、ｙ＝５０付近の組成において、磁歪定数λの値が大きいので、より大きな磁気弾性効果を発揮することができる。また、ｂｃｃ構造をとるＣｏｘＦｅｙ（ｙ≧２０，ｘ＋ｙ＝１００）は、保磁力が大きく、固定磁性層３３の磁化固定を強固にすることができる。
【０１８４】
なお、本発明では、第１磁性層３３ａと非磁性金属層３２の界面付近で、第１磁性層３３ａを構成する原子と、非磁性金属層３２を構成する原子の大部分が互いに重なり合う整合状態になっていればよい。例えば、一部に、第１磁性層３３ａを構成する原子と、非磁性金属層３２を構成する原子が重なり合わない領域があってもよい。
【０１８５】
また、第２磁性層３３ｃの材料には、ｂｃｃ構造をとるＣｏｘＦｅｙ（ｙ≧２０，ｘ＋ｙ＝１００）、ｆｃｃ構造をとるＣｏまたはＣｏｘＦｅｙ（ｙ≦２０，ｘ＋ｙ＝１００）のどちらを用いてもよい。
【０１８６】
第２磁性層３３ｃの材料に、ｂｃｃ構造をとるＣｏｘＦｅｙ（ｙ≧２０，ｘ＋ｙ＝１００）を用いると、正磁歪を大きくすることができる。ｂｃｃ構造をとるＣｏｘＦｅｙ（ｙ≧２０，ｘ＋ｙ＝１００）は、保磁力が大きく、固定磁性層３３の磁化固定を強固にすることができる。また、非磁性中間層３３ｂを介した第１磁性層３３ａと第２磁性層３３ｃ間のＲＫＫＹ的相互作用が強くなる。
【０１８７】
一方、第２磁性層３３ｃは、非磁性材料層３４に接しており、磁気抵抗効果に大きな影響を及ぼす層なので、ｆｃｃ構造をとるＣｏまたはＣｏｘＦｅｙ（ｙ≦２０，ｘ＋ｙ＝１００）を用いて形成すると磁気抵抗効果の劣化が少ない。
【０１８８】
シード層３１は、非磁性金属層３２の［１１１］配向を良好にするためのものである。
【０１８９】
本実施の形態でも、（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０合金で形成したシード層３１の膜厚を臨界膜厚である３８Å以下、例えば２０Åにすることが可能である。
【０１９０】
本実施の形態でも、シード層３１は臨界膜厚３８Å以下の膜厚であるにもかかわらず、シード層３１の上面から下面まで貫通する結晶質相を有しており、しかも、シード層３１に形成された結晶粒の膜面と平行な方向における平均結晶粒径がシード層の膜厚より大きくなっている。なお、シード層の平均結晶粒径は８０Åから１２０Å程度にすることができる。
【０１９１】
この実施形態においてもシード層３１の膜厚を臨界膜厚より薄くして、全体の膜厚及び電流の分流損失を小さくしても、固定磁性層３３の磁気弾性効果に基づく一軸異方性は大きく、固定磁性層３３の磁化は一定の方向に強固に固定され、より一層、抵抗変化量ΔＲｓや磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓを高く維持できることができる。
【０１９２】
上述した本発明の実施の形態の磁気検出素子は、以下の方法を用いて形成することができる。
【０１９３】
まず、シード層２２の臨界膜厚より大きい膜厚でシード層２２を成膜する。
次に成膜したシード層２２を表面から削って、臨界膜厚以下の膜厚のシード層２２を形成する。
【０１９４】
シード層２２を表面から削る工程では、プラズマエッチング法（逆スパッタリング法）、反応性イオンエッチング法やイオンビームエッチング法を用いることができる。ただし、イオンビームエッチング法は、他の方法よりも膜表面をなめらかに加工することができ、再現性に優れている。
【０１９５】
例えば、シード層２２を（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０合金で形成したとき、臨界膜厚は３８Åであるので、シード層２２を４２Åの膜厚で成膜したのち、シード層２２を表面から削って、膜厚を２２Åにする。
【０１９６】
さらに、シード層２２の上に、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層を成膜する。
【０１９７】
まず、シード層２２を臨界膜厚より大きい膜厚で成膜することで、シード層２２の上面から下面まで貫通する結晶質相を形成することができる。一度、シード層２２の上面から下面まで貫通する結晶質相が形成されると、このシード層２２を削って臨界膜厚以下にしても、上面から下面まで貫通する結晶質相の形態（柱状晶）は維持される。
【０１９８】
また、シード層２２を臨界膜厚より大きい膜厚で成膜すると、シード層２２の中に形成される結晶の結晶粒径は十分大きくなる。成膜後にこのシード層２２を削って臨界膜厚以下にしても、シード層２２の中に形成される結晶の結晶粒径は維持される。
【０１９９】
従って、本発明の交換結合膜の製造方法を用いると、シード層２２の膜厚を臨界膜厚より薄くしても、シード層２２内の結晶粒の膜面と平行な方向における平均結晶粒径がシード層２２の膜厚、ここでは２２Å、より大きくなるようにてきる。
【０２００】
従って、本発明の製造方法を用いると、シード層２２の膜厚を臨界膜厚より薄くしても、反強磁性層と固定磁性層間で強い交換結合磁界Ｈｅｘを発生することができる。
【０２０１】
なお、シード層２２は、面心立方格子構造（ｆｃｃ）をとり、界面と平行な方向に｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向する結晶質相を有している。
【０２０２】
シード層２２、３１をＣｒの組成比が４０ａｔ％以上６０ａｔ％以下であるＮｉＣｒ合金またはＮｉＦｅＣｒ合金を用いて形成すると、臨界膜厚は３８Åより大きくなるが、本発明発明では、シード層２２をその膜厚が０Åより大きく３８Å以下になるまで削ることによりシード層２２、３１の膜厚を臨界膜厚以下にすることができる。
【０２０３】
また、シード層２２、３１ををＣｒの組成比が３５ａｔ％以上６０ａｔ％以下であるＮｉＣｒ合金またはＮｉＦｅＣｒ合金を用いて形成すると、臨界膜厚は３０Åより大きくなるが、本発明では、シード層２２をその膜厚が０Åより大きく３０Å以下になるまで削ることによりシード層２２、３１の膜厚を臨界膜厚以下にすることができる。
【０２０４】
なお、シード層２２の膜厚は６Å以上であることが好ましく、より好ましくは１２Å以上である。
【０２０５】
なお、ＮｉＣｒ合金またはＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒの組成比を多くすると、臨界膜厚が増大し、最初の成膜膜厚を厚くしなくてはいけなくなる。従って、ＮｉＣｒ合金またはＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒの組成比は５０ａｔ％以下であることが好ましい。
【０２０６】
図７は、本発明のシード層（ＮｉＦｅＣｒ）上に、反強磁性層（ＰｔＭｎ）／固定磁性層（ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ）／非磁性材料層（Ｃｕ）／フリー磁性層（ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ）／保護層（Ｔａ（３０Å））を積層して形成された磁気検出素子の透過電子顕微鏡写真であり、図８は図７の電子顕微鏡写真を模式図的に示したものである。
【０２０７】
ここでは、シード層を（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０合金で形成し、シード層を４２Åの膜厚でスパッタ成膜したのち、シード層を表面から削って、膜厚を２２Åにした。シード層を削るときには、逆スパッタリング法、プラズマエッチング法、イオンビームエッチング法、反応性イオンエッチング法を用いることができる。
【０２０８】
さらに、シード層２２の上に、上述した材料を用いて、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、保護層をスパッタ法を用いて連続成膜する。図７に示されるように、シード層２２（ＮｉＦｅＣｒ）には、シード層２２の上面２２ａから下面２２ｂまで貫通する結晶質相（柱状晶）５０が形成されている。
【０２０９】
シード層２２内の結晶質相（柱状晶）５０の膜面と平行な方向における平均結晶粒径はシード層２２の膜厚ｔ１、ここでは２２Å、より大きく１１３Åとなっている。
【０２１０】
なお、シード層２２の結晶質相（柱状晶）５０は、面心立方格子構造（ｆｃｃ）をとり、界面と平行な方向に｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向している。
【０２１１】
また、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層も、界面と平行な方向に｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向している。
【０２１２】
本実施の形態の磁気検出素子は、シード層の膜厚が臨界膜厚（３８Å）以下ではあるが、反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層の結晶配向を整えることができる。さらに、センス電流のシード層への分流を低減できるので抵抗変化率ΔＲ／Ｒを向上できる。
【０２１３】
比較例として、図９及び図１０に、従来のシード層（ＮｉＦｅＣｒ）上に、反強磁性層（ＰｔＭｎ）／固定磁性層（ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ）／非磁性材料層（Ｃｕ）／フリー磁性層（ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ）／保護層（Ｔａ（３０Å））を積層して形成された磁気検出素子の透過電子顕微鏡写真を示す。図１１は図９の電子顕微鏡写真を模式図的に示したものであり、図１２は図１０の電子顕微鏡写真を模式図的に示したものである。
【０２１４】
図１１に示された磁気検出素子は、シード層６２を（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０合金を用いて４２Åの膜厚ｔ２でスパッタ成膜したのち、連続して反強磁性層６３、固定磁性層６４、非磁性材料層６５、フリー磁性層６６、保護層６７を成膜したものである。
【０２１５】
図１１に示されるように、シード層６２（ＮｉＦｅＣｒ）は、臨界膜厚３８Åより厚い膜厚で形成されているため、シード層６２の上面６２ａから下面６２ｂまで貫通する結晶質相（柱状晶）６０が形成されている。
【０２１６】
なお、シード層２２の結晶質相（柱状晶）６０は、面心立方格子構造（ｆｃｃ）をとり、界面と平行な方向に｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向している。
【０２１７】
また、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層も、界面と平行な方向に｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向している。
【０２１８】
図１２に示された磁気検出素子は、シード層７２を（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０合金で形成し、シード層７２を３２Åの膜厚でスパッタ成膜したのち、連続して反強磁性層７３、固定磁性層７４、非磁性材料層７５、フリー磁性層７６、保護層７７を成膜したものである。
【０２１９】
シード層７２（ＮｉＦｅＣｒ）は、臨界膜厚３８Åより薄い膜厚で形成されているため、シード層７２に生成する結晶粒は粒径が小さく、シード層７２の上面７２ａから下面７２ｂまで貫通する結晶質相（柱状晶）は形成されない。
【０２２０】
また、シード層７２内の結晶７０の膜面と平行な方向における平均結晶粒径はシード層７２の膜厚ｔ３、ここでは３２Å、より小さい２０Åになっている。
【０２２１】
また、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層の、｛１１１｝面として表される等価な結晶面が一定の方向に配向していない。
【０２２２】
図１２に示される磁気検出素子を構成する多層膜は、一方向性交換バイアス磁界Ｈｅｘ＊も８．８×１０４（Ａ／ｍ）程度と小さく、磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓも８％以下であり、本発明の実施の形態の磁気検出素子を構成する多層膜より性能が劣っている。
【０２２３】
なお、本発明のように、シード層２２の表面を削ると、完成したシード層の最表面のＣｒ濃度がシード層２２内部のＣｒ濃度よりやや少なく、シード層２２の最表面のＮｉ濃度がシード層２２内部のＮｉ濃度よりやや多い場合がある。このような濃度勾配が生じると、シード層２２の表面エネルギーが変化して、シード層２２表面が良好になり、反強磁性層４と固定磁性層３間の交換結合磁界Ｈｅｘを強くすることに寄与するものと考えられる。この濃度勾配は、シード層２２の表面の削り工程によって生じるものであり、従来のシード層には見られないものである。
【０２２４】
【実施例】
シード層を（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０合金で形成し、シード層を４２Åの膜厚でスパッタ成膜したのち、シード層を表面から削って、膜厚を臨界膜厚の３８Å以下にした。シード層を削るときには、プラズマエッチング法（逆スパッタリング法）またはイオンビームエッチング法を用いた。さらに、シード層の上に、反強磁性層（ＰｔＭｎ（１４０Å））／固定磁性層（ＣｏＦｅ（１６Å）／Ｒｕ（８．７Å）／ＣｏＦｅ（２２Å））／非磁性材料層（Ｃｕ（１９Å））／フリー磁性層（ＣｏＦｅ（１０Å）／ＮｉＦｅ（３５Å））／保護層（Ｔａ（３０Å））
をスパッタ法を用いて連続成膜して磁気検出素子を形成した。
【０２２５】
シード層の削り量を変えることによって、シード層の膜厚が異なる磁気検出素子を形成し、抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓ、抵抗変化量ΔＲｓ、面積抵抗値Ｒｓ、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）を調べた。
【０２２６】
結果を、図１３から図１６のグラフの（△）に示す。図１３は抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓの測定結果を示すグラフ、図１４は抵抗変化量ΔＲｓの測定結果を示すグラフ、図１５は面積抵抗値Ｒｓの測定結果を示すグラフ、図１６は一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）の測定結果を示すグラフ、である。
【０２２７】
なお、比較のために（発明が解決しようとする課題）欄で説明した図２８から図３１のグラフを点線で示す。
【０２２８】
本発明のように、（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０合金からなるシード層を、臨界膜厚である３８Åより厚い４２Åの膜厚でスパッタ成膜したのち、シード層を表面から削って、膜厚を臨界膜厚以下にした場合、図１３に示されるように、削り工程後のシード層の膜厚（完成膜厚）が小さいほど、抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓが大きくなることがわかる。
【０２２９】
図１３に示されるように、シード層の完成膜厚が臨界膜厚である３８Å以下であっても、１４％以上の抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓを発揮することができる。特に、シード層の完成膜厚が９Å以上２２Å以下の範囲では、１５％以上の抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓを発揮することができる。
【０２３０】
シード層の完成膜厚が小さいほど、抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓが大きくなるのは、センス電流がシード層に流れることによる分流損失が減少するためと考えられる。
【０２３１】
なお、シード層の完成膜厚が１２Åより小さくなると、抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓは徐々に減少するが、シード層の完成膜厚が３Å以上であれば１４％以上の抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓを得ることができる。
【０２３２】
また、図１４に示されるように、（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０合金からなるシード層を、臨界膜厚である３８Åより厚い４２Åの膜厚でスパッタ成膜したのち、シード層を表面から削って、膜厚を臨界膜厚以下にした場合、臨界膜厚である３８Å以下であっても、削り工程後のシード層の膜厚（完成膜厚）が小さくなるにつれて、抵抗変化量ΔＲｓが大きくなる傾向にあることがわかる。
【０２３３】
図１４をみると、シード層の完成膜厚が４２Åのとき、抵抗変化量ΔＲｓは２．５５Ω／□であり、シード層の完成膜厚が２２Åのとき、抵抗変化量ΔＲｓは２．８３Ω／□であり、シード層の完成膜厚が６Åのとき、抵抗変化量ΔＲｓは２．９４Ω／□であり、シード層の完成膜厚が３Åのとき、抵抗変化量ΔＲｓは２．９５Ω／□であることがわかる。
【０２３４】
図１５の点線に示されるように、成膜時膜厚を完成膜厚としていた従来のシード層を用いた磁気検出素子では、シード層の膜厚が臨界膜厚３８Å以下になると、磁気検出素子の面積抵抗値Ｒｓが急激に上昇する。
【０２３５】
一方、（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０合金からなるシード層を、臨界膜厚である３８Åより厚い４２Åの膜厚でスパッタ成膜したのち、シード層を表面から削って、膜厚を臨界膜厚以下にした場合、完成膜厚が臨界膜厚である３８Å以下であっても、抵抗変化値Ｒが急激に大きくなることはない。
【０２３６】
図１５をみると、シード層の完成膜厚が３２Åのとき、面積抵抗値Ｒｓは１８．３Ω／□であり、シード層の完成膜厚が１２Åのときでも、面積抵抗値Ｒｓは１９．２Ω／□であり、約１Ω／□程度の変化しか見られない。また、シード層の完成膜厚が３Åのときでも、面積抵抗値Ｒｓは２０．６Ω／□である。
【０２３７】
また、成膜時膜厚を完成膜厚としていた従来のシード層を用いた磁気検出素子では、シード層の膜厚が臨界膜厚３８Å以下になると、磁気検出素子の一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）が急激に減少する。
【０２３８】
一方、（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０合金からなるシード層を、臨界膜厚である３８Åより厚い４２Åの膜厚でスパッタ成膜したのち、シード層を表面から削って、膜厚を臨界膜厚以下にした場合、完成膜厚が臨界膜厚である３８Å以下であっても、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）が急激に減少することはない。
【０２３９】
図１６をみると、シード層の完成膜厚が臨界膜厚である３８Å以下であっても、シード層の完成膜厚が１２Å以上であれば、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）は１６０（ｋＡ／ｍ）以上ある。また、シード層の完成膜厚が９Åのとき、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）は最小値をとるが、このときの値は１５８ｋＡ／ｍ（１９７２Ｏｅ）である。
【０２４０】
次に、シード層を（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０合金で形成し、シード層を４２Åの膜厚でスパッタ成膜したのち、シード層を表面から削って、膜厚を臨界膜厚の３８Å以下にした。シード層を削るときには、プラズマエッチング法またはイオンビームエッチング法を用いた。さらに、シード層の上に、ＰｔＭｎ（３０Å））／固定磁性層（Ｃｏ（１７Å）／Ｒｕ（８．７Å）／Ｃｏ（２２Å））／非磁性材料層（Ｃｕ（１９Å））／フリー磁性層（ＣｏＦｅ（１０Å）／ＮｉＦｅ（３５Å））／保護層（Ｔａ（３０Å））
をスパッタ法を用いて連続成膜して磁気検出素子を形成した。この磁気検出素子は図５に示される自己固定式の磁気検出素子に相当する。
【０２４１】
シード層の削り量を変えることによって、シード層の膜厚が異なる磁気検出素子を形成し、抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓ、抵抗変化量ΔＲｓ、面積抵抗値Ｒｓを調べた。
【０２４２】
結果を、図１３から図１６のグラフの（□）に示す。図１３は抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓの測定結果を示すグラフ、図１４は抵抗変化量ΔＲｓの測定結果を示すグラフ、図１５は面積抵抗値Ｒｓの測定結果を示すグラフである。
【０２４３】
本発明のように、（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０合金からなるシード層を、臨界膜厚である３８Åより厚い４２Åの膜厚でスパッタ成膜したのち、シード層を表面から削って、膜厚を臨界膜厚以下にした場合、図１３に示されるように、削り工程後のシード層の膜厚（完成膜厚）が小さいほど、抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓが大きくなることがわかる。
【０２４４】
図１３に示されるように、シード層の完成膜厚が臨界膜厚である３８Å以下であっても、シード層の完成膜厚が１２Å以上の範囲では１５％以上の抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓを発揮することができる。
【０２４５】
シード層の完成膜厚が小さいほど、抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓが大きくなるのは、センス電流がシード層に流れることによる分流損失が減少するためと考えられる。
【０２４６】
なお、シード層の完成膜厚が１２Åより小さくなると、抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓは急激に減少するが、シード層の完成膜厚が９Å以上であれば１１．３％以上の抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓを得ることができる。シード層の完成膜厚が６Åのとき、抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓは、３．９７％であり、シード層の完成膜厚が３Åのとき、抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓは、３．４９％である。
【０２４７】
また、図１４に示されるように、（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０合金からなるシード層を、臨界膜厚である３８Åより厚い４２Åの膜厚でスパッタ成膜したのち、シード層を表面から削って、膜厚を臨界膜厚以下にした場合、臨界膜厚である３８Å以下であっても、削り工程後のシード層の膜厚（完成膜厚）が小さくなるにつれて、抵抗変化量ΔＲｓが大きくなる傾向にあることがわかる。
【０２４８】
図１４をみると、シード層の完成膜厚が３２Åのとき、抵抗変化量ΔＲｓは２．７８Ω／□であり、シード層の完成膜厚が１２Åのとき、抵抗変化量ΔＲｓは２．９０Ω／□である。なお、シード層の完成膜厚が１２Åより小さくなると、抵抗変化量ΔＲｓは急激に減少するが、シード層の完成膜厚が９Å以上であれば２．１８Ω／□以上の抵抗変化量ΔＲｓを得ることができる。シード層の完成膜厚が６Åのとき、抵抗変化量ΔＲｓは０．７８Ω／□であり、シード層の完成膜厚が３Åのとき、抵抗変化量ΔＲｓは０．７１Ω／□である。
【０２４９】
（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０合金からなるシード層を、臨界膜厚である３８Åより厚い４２Åの膜厚でスパッタ成膜したのち、シード層を表面から削って、膜厚を臨界膜厚以下にした場合、完成膜厚が臨界膜厚である３８Å以下であっても、抵抗変化値Ｒｓが急激に大きくなることはない。
【０２５０】
図１５をみると、シード層の完成膜厚が３２Åのとき、面積抵抗値Ｒｓは１７．５４Ω／□であり、シード層の完成膜厚が１２Åのときでも、面積抵抗値Ｒｓは１８．７８Ω／□であり、約１Ω／□程度の変化しか見られない。また、シード層の完成膜厚が３Åのときでも、面積抵抗値Ｒｓは２０．３３Ω／□である。
【０２５１】
次に、本発明の磁気検出素子を構成するシード層を含む多層膜の結晶構造をＸ線回折を用いて調べた。
【０２５２】
シード層を（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０合金で形成し、シード層を４２Åの膜厚でスパッタ成膜したのち、シード層を表面から削って、膜厚を臨界膜厚の３８Å以下にした。シード層を削るときには、プラズマエッチング法（逆スパッタリング法）またはイオンビームエッチング法を用いた。さらに、シード層の上に、／反強磁性層（ＰｔＭｎ）／固定磁性層（ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ／非磁性材料層（Ｃｕ）／フリー磁性層（ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ）／保護層（Ｔａ）をスパッタ法を用いて連続成膜して磁気検出素子を構成する多層膜を形成した。
【０２５３】
シード層の削り量を変えることによって、シード層の膜厚が異なる上記多層膜を形成し、反強磁性層の規則化のための真空磁場中熱処理（２９０℃、３時間、８×１０５Ａ／ｍ）を行い、それぞれの磁気検出素子をＸ線回折にかけ、反強磁性層（ＰｔＭｎ）のロッキングカーブ及びシード層、固定磁性層（ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ）、非磁性材料層（Ｃｕ）、フリー磁性層（ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ）のロッキングカーブを得た。
【０２５４】
また、比較例として、（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０合金で形成したシード層を４２Åまたは３２Åの膜厚でスパッタ成膜したのち、シード層を削らず、このシード層の上に、反強磁性層（ＰｔＭｎ）／固定磁性層（ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ／非磁性材料層（Ｃｕ）／フリー磁性層（ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ）／保護層（Ｔａ）をスパッタ法を用いて連続成膜して磁気検出素子を形成した。真空磁場中熱処理を行い、それぞれの磁気検出素子を構成する多層膜をＸ線回折にかけ、反強磁性層（ＰｔＭｎ）のロッキングカーブ及びシード層、固定磁性層（ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ）、非磁性材料層（Ｃｕ）、フリー磁性層（ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ）のロッキングカーブを得た。
結果を表１に示す。
【０２５５】
【表１】
2005050842.tif 000003
【０２５６】
シード層の成膜時膜厚が完成時膜厚となる比較例の磁気検出素子の場合、シード層の膜厚が臨界膜厚３８Åより小さい３２Åのときは、シード層を含む層のｆｃｃ｛１１１｝面に対応するＸ線回折ピークの２θ角度でのロッキングカーブの積分強度が非常に小さく、ロッキングカーブの半値幅が非常に大きくなっている。これは、シード層の面内方向の結晶粒径が非常に小さく、ｆｃｃ｛１１１｝面配向が弱いことを示している。この磁気検出素子の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察すると、シード層の上面から下面まで貫通する結晶相（柱状晶）は観察されなかった。
【０２５７】
一方、（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０合金からなるシード層を、臨界膜厚である３８Åより厚い４２Åの膜厚でスパッタ成膜したのち、シード層を表面から削って、膜厚を臨界膜厚以下にした場合、シード層の完成膜厚が３８Å以下であっても、シード層を含む層のｆｃｃ｛１１１｝面に対応するＸ線回折ピークの２θ角度でのロッキングカーブの積分強度が大きく、ロッキングカーブの半値幅が小さくなっている。前記ロッキングカーブの積分強度及び半値幅は、シード層を４２Åで形成した比較例の磁気検出素子の値と同等である。
【０２５８】
これは、シード層の面内方向の結晶粒径が大きく、ｆｃｃ｛１１１｝面配向が強くなっていることを示している。これらの磁気検出素子の断面を透過型電子顕微鏡を用いて観察すると、シード層の上面から下面まで貫通する結晶相（柱状晶）が観察された。
【０２５９】
次に、本発明の磁気検出素子を構成するシード層の結晶粒径を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて調べた。
【０２６０】
シード層を（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０合金で形成し、シード層を４２Åの膜厚でスパッタ成膜したのち、シード層を表面から削って、膜厚を臨界膜厚の３８Å以下にした。シード層を削るときには、プラズマエッチング法またはイオンビームエッチング法を用いた。さらに、シード層の上に、反強磁性層（ＰｔＭｎ）／固定磁性層（ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ／非磁性材料層（Ｃｕ）／フリー磁性層（ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ）／保護層（Ｔａ）をスパッタ法を用いて連続成膜して磁気検出素子を形成した。
【０２６１】
シード層の削り量を変えることによって、シード層の膜厚が異なる磁気検出素子を形成し、それぞれの磁気検出素子の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察し、シード層に生成した結晶の粒径を目測し、平均結晶粒径を測定した。
【０２６２】
また、比較例として、（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０合金で形成したシード層を４２Åまたは３２Åの膜厚でスパッタ成膜したのち、シード層を削らず、このシード層の上に、反強磁性層（ＰｔＭｎ）／固定磁性層（ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ／非磁性材料層（Ｃｕ）／フリー磁性層（ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ）／保護層（Ｔａ）をスパッタ法を用いて連続成膜して磁気検出素子を形成した。これら比較例の磁気検出素子の断面も透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察し、シード層に生成した結晶の粒径を目測し、平均結晶粒径を測定した。
結果を表２に示す。
【０２６３】
【表２】
2005050842.tif 000004
【０２６４】
シード層の成膜時膜厚が完成時膜厚となる比較例の磁気検出素子の場合、シード層の膜厚が臨界膜厚３８Åより小さい３２Åのときは、平均結晶粒径が２．０ｎｍ（２０Å）となり、シード層の膜厚より小さくなっている。
【０２６５】
一方、（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０Ｃｒ４０合金からなるシード層を、臨界膜厚である３８Åより厚い４２Åの膜厚でスパッタ成膜したのち、シード層を表面から削って、膜厚を臨界膜厚以下にした場合、シード層の完成膜厚が３８Å以下であっても、シード層の平均結晶粒径はシード層の完成膜厚より大きくなっている。シード層の平均結晶粒径は、シード層を４２Åで形成した比較例の磁気検出素子の値と同等である。
【０２６６】
次に、ＮｉＦｅＣｒ合金を用いて、シード層を臨界膜厚より大きい膜厚にスパッタ成膜したのち、シード層を表面から削って、膜厚を臨界膜厚の３８Å以下の３０Åにし、シード層を削る前と削った後の、シード層の平均結晶粒径を比較した。
【０２６７】
また、ＮｉＦｅＣｒ合金を用いて、シード層を臨界膜厚より大きい膜厚にスパッタ成膜したのちこのシード層を削って、膜厚を膜厚を３０Åにしてから、反強磁性層（ＰｔＭｎ）／固定磁性層（ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ／非磁性材料層（Ｃｕ）／フリー磁性層（ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ）／保護層（Ｔａ）をスパッタ法を用いて連続成膜して磁気検出素子を形成した。
【０２６８】
比較のために、シード層を削らずに、反強磁性層（ＰｔＭｎ）／固定磁性層（ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ／非磁性材料層（Ｃｕ）／フリー磁性層（ＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ）／保護層（Ｔａ）を連続成膜した磁気検出素子も作成し、それぞれの磁気検出素子の磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓ（ΔＲ／Ｒ）を比較した。
結果を表３に示す。
【０２６９】
【表３】
2005050842.tif 000005
【０２７０】
試料１ないし試料５はＣｒ含有量が異なっている点で互いに異なっている。Ｃｒ濃度が大きくなるにつれて、臨界膜厚（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）も大きくなっている。
【０２７１】
試料１ないし試料５のいずれにおいても、シード層を削る前と削った後で、シード層の平均結晶粒径はほとんど変わらない。
【０２７２】
また、シード層を削って膜厚を３０Åにしてから反強磁性層／固定磁性層／非磁性材料層／フリー磁性層／保護層を成膜した本発明の実施例としての磁気検出素子は、シード層を削らずに反強磁性層／固定磁性層／非磁性材料層／フリー磁性層／保護層を成膜した従来の磁気検出素子より、磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓ（ΔＲ／Ｒ）が大きくなっている。これは、本発明の実施例としての磁気検出素子はシード層が薄い分、分流損失か減少したためと思われる。
【０２７３】
【表４】
2005050842.tif 000006
【０２７４】
表４には、Ｔａ下地層の上に、ＮｉＦｅＣｒ合金を用いて、シード層を臨界膜厚より大きい膜厚にスパッタ成膜したのち、シード層を削らずに、反強磁性層／固定磁性層／非磁性材料層／フリー磁性層／保護層を成膜した磁気検出素子と、シード層を削って膜厚を３０Åにしてから反強磁性層／固定磁性層／非磁性材料層／フリー磁性層／保護層を成膜した本発明の実施例としての磁気検出素子の磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓ（ΔＲ／Ｒ）を比較した。
【０２７５】
Ｔａ下地層の上にシード層を成膜した場合にも、本発明の実施例としての磁気検出素子のほうが、シード層を削らずに反強磁性層等を成膜した従来の磁気検出素子より、磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓが大きくなっている。これも、本発明の実施例としての磁気検出素子はシード層が薄い分、分流損失か減少したためと考えられる。
【０２７６】
【表５】
2005050842.tif 000007
【０２７７】
表５には、ＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒ含有量が一定で、Ｆｅ含有量を変化させたシード層をを臨界膜厚より大きい膜厚にスパッタ成膜したのち、シード層を削って、膜厚を臨界膜厚の３８Å以下にし、シード層を削る前と削った後の、シード層の平均結晶粒径を比較した結果を示している。
【０２７８】
また、シード層を臨界膜厚より大きい膜厚にスパッタ成膜したのち、シード層を削らずに、反強磁性層／固定磁性層／非磁性材料層／フリー磁性層／保護層を成膜した磁気検出素子と、シード層を削ってから反強磁性層／固定磁性層／非磁性材料層／フリー磁性層／保護層を成膜した本発明の実施例としての磁気検出素子の磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓを比較した。
【０２７９】
Ｃｒ濃度が一定の時、Ｆｅ濃度が大きくなるにつれて、臨界膜厚（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）も大きくなっている。
【０２８０】
試料１２ないし試料１９のいずれにおいても、シード層を削る前と削った後で、シード層の平均結晶粒径はほとんど変わらない。
【０２８１】
また、シード層を削って膜厚を３０Åにしてから反強磁性層／固定磁性層／非磁性材料層／フリー磁性層／保護層を成膜した本発明の実施例としての磁気検出素子は、シード層を削らずに反強磁性層／固定磁性層／非磁性材料層／フリー磁性層／保護層を成膜した従来の磁気検出素子より、磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓが大きくなっている。これは、本発明の実施例としての磁気検出素子はシード層が薄い分、分流損失か減少したためと思われる。
【０２８２】
次に、Ｃｒ含有量の異なる（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）１００−ｘＣｒｘ（ＸはＣｒのａｔ％）合金を用いてシード層を形成し、シード層の上に、反強磁性層（ＰｔＭｎ（１２０Å））／固定磁性層（ＣｏＦｅ（１６Å）／Ｒｕ（８．７Å）／ＣｏＦｅ（２２Å））／非磁性材料層（Ｃｕ（２１Å））／フリー磁性層（ＣｏＦｅ（１０Å）／ＮｉＦｅ（１８Å））／バックド層（Ｃｕ（１０Å））／保護層（Ｔａ（３０Å））を成膜した。
【０２８３】
シード層の膜厚を変化させて、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）、抵抗変化量ΔＲｓや磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓが急激に低下する臨界点のシード層の膜厚を測定し、この臨界点の膜厚をシード層の臨界膜厚（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）として図１７のグラフに示した。
【０２８４】
図１７をみると、（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）１００−ｘＣｒｘ合金中のＣｒ含有量（Ｃｒ濃度）Ｘが大きくなるほど、シード層の臨界膜厚が大きくなることがわかる。例えば、（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）１００−ｘＣｒｘ合金中のＣｒ含有量が６０ａｔ％のときの臨界膜厚は８９Å、Ｃｒ含有量が５０ａｔ％のときの臨界膜厚は６１Å、Ｃｒ含有量が４５ａｔ％のときの臨界膜厚は４９Å、Ｃｒ含有量が４０ａｔ％のときの臨界膜厚は３８Å、Ｃｒ含有量が３９ａｔ％のときの臨界膜厚は３５Å、Ｃｒ含有量が３５ａｔ％のときの臨界膜厚は３０Åである。
【０２８５】
また、図１７には、Ｔａ（３２Å）からなる下地層の上に、Ｃｒ含有量の異なる（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）１００−ｘＣｒｘ（ＸはＣｒのａｔ％）合金を用いてシード層を形成し、シード層の上に、反強磁性層（ＰｔＭｎ（１２０Å））／固定磁性層（ＣｏＦｅ（１６Å）／Ｒｕ（８．７Å）／ＣｏＦｅ（２２Å））／非磁性材料層（Ｃｕ（２１Å））／フリー磁性層（ＣｏＦｅ（１０Å）／ＮｉＦｅ（１８Å））／バックド層（Ｃｕ（１０Å））／保護層（Ｔａ（３０Å））を成膜したときのシード層の臨界膜厚も記載されている。
【０２８６】
Ｔａからなる下地層の上に（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）１００−ｘＣｒｘ（ＸはＣｒのａｔ％）合金を用いてシード層を形成すると、下地層なしのときよりも、Ｃｒ含有量の少ないＮｉＦｅＣｒ合金でシード層を形成することができ、臨界膜厚を小さくすることができる。例えば、（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）１００−ｘＣｒｘ合金中のＣｒ含有量が２３ａｔ％のときの臨界膜厚は２０Å、Ｃｒ含有量が１４ａｔ％のときの臨界膜厚は１７．５Åである。
【０２８７】
図１８は（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）１００−ｘＣｒｘ（ＸはＣｒのａｔ％）合金を用いてシード層を形成したとき、ＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒ含有量及びシード層の成膜膜厚と、シード層に生成する結晶相の平均結晶粒径との関係を示すグラフである。
【０２８８】
図１８に示されるように、シード層をＮｉＦｅＣｒ合金によって形成するとき、シード層を臨界膜厚より大きい膜厚で成膜するならば、Ｃｒの含有量を大きくすると、シード層の内部に形成される結晶の粒径を大きくすることができる。
【０２８９】
ＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒ含有量が４５ａｔ％までならば、シード層の臨界膜厚は４９Å以下なので、シード層を５０Å以上の成膜膜厚て形成すれば、Ｃｒ含有量に比例してシード層に生成する結晶相の平均結晶粒径も大きくなる。しかし、Ｃｒ含有量を５０ａｔ％（臨界膜厚６１Å）や６０ａｔ％（臨界膜厚８９Å）にするときには、シード層の成膜膜厚を臨界膜厚より大きい７０Åや１００Åで形成しないと、シード層に生成する結晶相の平均結晶粒径が急激に減少する。
【０２９０】
ここで、図１９は（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）１００−ｘＣｒｘ（ＸはＣｒのａｔ％）合金を用いてシード層を形成し、このシード層の上に、反強磁性層（ＰｔＭｎ（１２０Å））／固定磁性層（ＣｏＦｅ（１６Å）／Ｒｕ（８．７Å）／ＣｏＦｅ（２２Å））／非磁性材料層（Ｃｕ（２１Å））／フリー磁性層（ＣｏＦｅ（１０Å）／ＮｉＦｅ（１８Å））／バックド層（Ｃｕ（１０Å））／保護層（Ｔａ（３０Å））を成膜して磁気検出素子を形成したときの、シード層のＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒ含有量及びシード層の成膜膜厚と、磁気検出素子の磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓ（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフである。
【０２９１】
図１９をみるとわかるように、Ｃｒ含有量を５０ａｔ％（臨界膜厚６１Å）や６０ａｔ％（臨界膜厚８９Å）にしたときに、シード層の成膜膜厚を臨界膜厚より大きい７０Åや１００Åで形成すると、磁気検出素子の磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓが、シード層のＣｒ含有量に比例した増加をしなくなる。これは、シード層の膜厚が大きくなるために、シード層へのセンス電流の分流損失が増加するためである。
【０２９２】
図２０は（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）１００−ｘＣｒｘ（ＸはＣｒのａｔ％）合金を用いてシード層を臨界膜厚より大きい膜厚で成膜したのち、プラズマエッチング法（逆スパッタリング）やイオンビームエッチング法を用いて、シード層を３０Åの膜厚になるまで削ったときの、ＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒ含有量及びシード層の成膜時膜厚と、シード層に生成する結晶相の平均結晶粒径との関係を示すグラフである。
【０２９３】
図２０に示されるように、シード層をＮｉＦｅＣｒ合金によって形成するとき、シード層を臨界膜厚より大きい膜厚（初期ＮｉＦｅＣｒ厚）で成膜したのち、臨界膜厚以下の膜厚（３０Å）になるまで削った場合には、Ｃｒの含有量に比例して、シード層の内部に形成される結晶の粒径を大きくすることができる。
【０２９４】
ここで、図２１は（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）１００−ｘＣｒｘ（ＸはＣｒのａｔ％）合金を用いて、シード層を臨界膜厚より大きい膜厚で成膜したのち、プラズマエッチング法（逆スパッタリング）やイオンビームエッチング法を用いて、シード層を臨界膜厚以下の３０Åになるまで削り、その上に、反強磁性層（ＰｔＭｎ（１２０Å））／固定磁性層（ＣｏＦｅ（１６Å）／Ｒｕ（８．７Å）／ＣｏＦｅ（２２Å））／非磁性材料層（Ｃｕ（２１Å））／フリー磁性層（ＣｏＦｅ（１０Å）／ＮｉＦｅ（１８Å））／バックド層（Ｃｕ（１０Å））／保護層（Ｔａ（３０Å））を成膜して磁気検出素子を形成したときの、シード層のＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒ含有量（Ｃｒ濃度）及びシード層の成膜時膜厚（初期ＮｉＦｅＣｒ厚）と、磁気検出素子の磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓ（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフである。
【０２９５】
図２１をみるとわかるように、シード層を臨界膜厚より大きい膜厚（初期ＮｉＦｅＣｒ厚）で成膜したのち、臨界膜厚以下の膜厚になるまで削った場合には、Ｃｒの含有量に比例して、磁気検出素子の磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓ（ΔＲ／Ｒ）を大きくすることができる。
【０２９６】
次に、Ｎｉ６１−ＸＦｅＸＣｒ３９ａｔ％（ＸはＦｅのａｔ％）合金を用いてシード層を形成し、シード層の上に、反強磁性層（ＰｔＭｎ（１２０Å））／固定磁性層（ＣｏＦｅ（１６Å）／Ｒｕ（８．７Å）／ＣｏＦｅ（２２Å））／非磁性材料層（Ｃｕ（２１Å））／フリー磁性層（ＣｏＦｅ（１０Å）／ＮｉＦｅ（１８Å））／バックド層（Ｃｕ（１０Å））／保護層（Ｔａ（３０Å））を成膜した。
【０２９７】
シード層の膜厚を変化させて、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）、抵抗変化量ΔＲｓや磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓ（ΔＲ／Ｒ）が急激に低下する臨界点のシード層の膜厚を測定し、この臨界点の膜厚をシード層の臨界膜厚（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）として図２２のグラフに示した。
【０２９８】
図２２をみると、Ｎｉ６１−ＸＦｅＸＣｒ３９ａｔ％（ＸはＦｅのａｔ％）合金のＦｅ含有量（Ｆｅ濃度）Ｘが大きくなるほど、シード層の臨界膜厚が大きくなることがわかる。例えば、Ｎｉ６１−ＸＦｅＸＣｒ３９ａｔ％合金中のＦｅ含有量が１８ａｔ％のときの臨界膜厚は４６Å、Ｆｅ含有量が６ａｔ％のときの臨界膜厚は４２Åである。
【０２９９】
なお、Ｆｅを含有しないＮｉ６１Ｃｒ３９合金の臨界膜厚は４０Åである。
また、図２２には、Ｎｉ５０−ＸＦｅＸＣｒ５０ａｔ％（ＸはＦｅのａｔ％）合金を用いてシード層を形成し、シード層の上に、反強磁性層（ＰｔＭｎ（１２０Å））／固定磁性層（ＣｏＦｅ（１６Å）／Ｒｕ（８．７Å）／ＣｏＦｅ（２２Å））／非磁性材料層（Ｃｕ（２１Å））／フリー磁性層（ＣｏＦｅ（１０Å）／ＮｉＦｅ（１８Å））／バックド層（Ｃｕ（１０Å））／保護層（Ｔａ（３０Å））を成膜したときのシード層の臨界膜厚も記載されている。
【０３００】
例えば、Ｎｉ５０−ＸＦｅＸＣｒ５０ａｔ％合金中のＦｅ含有量が１５ａｔ％のときの臨界膜厚は９６Å、Ｆｅ含有量が５ａｔ％のときの臨界膜厚は７２Åである。
【０３０１】
なお、Ｆｅを含有しないＮｉ５０Ｃｒ５０合金の臨界膜厚は５８Åである。
ＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒ含有量が大きいほうが、Ｆｅ含有量を増やしたときの臨界膜厚の増加率（比例定数）が大きくなる。
【０３０２】
また、Ｆｅを含有しないＮｉＣｒ合金でも、Ｃｒ含有量が大きいほうが臨界膜厚か大きい。
【０３０３】
図２３はＮｉ６１−ＸＦｅＸＣｒ３９ａｔ％合金及びＮｉ５０−ＸＦｅＸＣｒ５０ａｔ％合金（ＸはＦｅのａｔ％）を用いてシード層を形成したとき、ＮｉＦｅＣｒ合金中のＦｅ含有量（Ｆｅ濃度）及びシード層の成膜膜厚（Ｓｅｅｄ厚）と、シード層に生成する結晶相の平均結晶粒径との関係を示すグラフである。
【０３０４】
図２３に示されるように、シード層をＮｉＦｅＣｒ合金によって形成するとき、シード層を臨界膜厚より大きい膜厚で成膜するならば、Ｆｅの含有量を大きくすると、シード層の内部に形成される結晶の粒径を大きくすることができる。
【０３０５】
シード層をＮｉ６１−ＸＦｅＸＣｒ３９ａｔ％合金を用いて６０Åの成膜膜厚で形成すると、図２３に示される範囲内では、シード層は臨界膜厚より大きい膜厚になるので、Ｆｅ含有量に比例してシード層に生成する結晶相の平均結晶粒径も大きくなる。
【０３０６】
一方、Ｎｉ５０−ＸＦｅＸＣｒ５０ａｔ％合金（ＸはＦｅのａｔ％）を用いてシード層を形成したときには、シード層の成膜膜厚を臨界膜厚より大きい８０Åや１００Åや１１０Åで形成しないと、シード層に生成する結晶相の平均結晶粒径が急激に減少する。
【０３０７】
ここで、図２４はＮｉ６１−ＸＦｅＸＣｒ３９ａｔ％合金及びＮｉ５０−ＸＦｅＸＣｒ５０ａｔ％合金（ＸはＦｅのａｔ％）を用いてシード層を形成し、このシード層の上に、反強磁性層（ＰｔＭｎ（１２０Å））／固定磁性層（ＣｏＦｅ（１６Å）／Ｒｕ（８．７Å）／ＣｏＦｅ（２２Å））／非磁性材料層（Ｃｕ（２１Å））／フリー磁性層（ＣｏＦｅ（１０Å）／ＮｉＦｅ（１８Å））／バックド層（Ｃｕ（１０Å））／保護層（Ｔａ（３０Å））を成膜して磁気検出素子を形成したときの、シード層のＮｉＦｅＣｒ合金中のＦｅ含有量及びシード層の成膜膜厚（Ｓｅｅｄ厚）と、磁気検出素子の磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓ（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフである。
【０３０８】
図２４をみるとわかるように、シード層をＮｉ６１−ＸＦｅＸＣｒ３９ａｔ％合金を用いて６０Åの成膜膜厚で形成すると、Ｆｅ含有量に比例して磁気検出素子の磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓ（ΔＲ／Ｒ）も増加している。
【０３０９】
しかし、Ｎｉ５０−ＸＦｅＸＣｒ５０ａｔ％合金で形成し、Ｆｅ含有量を５ａｔ％（臨界膜厚７２Å）、１０ａｔ％（臨界膜厚８５Å）、１５ａｔ％（臨界膜厚９６Å）にしたときに、シード層の成膜膜厚を臨界膜厚より大きい８０Å、１００Å、１１０Åで形成すると、磁気検出素子の磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓ（ΔＲ／Ｒ）が、シード層のＦｅ含有量に比例した増加をしなくなる。これは、シード層の膜厚が大きくなるために、シード層へのセンス電流の分流損失が増加するためである。
【０３１０】
図２５はＮｉ６１−ＸＦｅＸＣｒ３９ａｔ％合金及びＮｉ５０−ＸＦｅＸＣｒ５０ａｔ％合金（ＸはＦｅのａｔ％）を用いてシード層を臨界膜厚より大きい膜厚で成膜したのち、プラズマエッチング法（逆スパッタリング）やイオンビームエッチング法を用いて、シード層を臨界膜厚以下の３０Åの膜厚になるまで削ったときの、ＮｉＦｅＣｒ合金中のＦｅ含有量及びシード層の成膜時膜厚（Ｓｅｅｄ厚）と、シード層に生成する結晶相の平均結晶粒径との関係を示すグラフである。
【０３１１】
図２５に示されるように、シード層をＮｉＦｅＣｒ合金によって形成するとき、シード層を臨界膜厚より大きい膜厚で成膜したのち、臨界膜厚以下の膜厚になるまで削った場合には、Ｆｅの含有量に比例して、シード層の内部に形成される結晶の粒径を大きくすることができる。
【０３１２】
なお、ＮｉＦｅＣｒ合金の組成比が同じであれば、成膜時のシード層の平均結晶粒径と削り工程後のシード層の平均結晶粒径は、ほぼ同じである。
【０３１３】
ここで、図２６はＮｉ６１−ＸＦｅＸＣｒ３９ａｔ％合金及びＮｉ５０−ＸＦｅＸＣｒ５０ａｔ％合金（ＸはＦｅのａｔ％）を用いて、シード層を臨界膜厚より大きい膜厚で成膜したのち、プラズマエッチング法（逆スパッタリング）やイオンビームエッチング法を用いて、シード層を臨界膜厚以下の３０Åの膜厚になるまで削り、その上に、反強磁性層（ＰｔＭｎ（１２０Å））／固定磁性層（ＣｏＦｅ（１６Å）／Ｒｕ（８．７Å）／ＣｏＦｅ（２２Å））／非磁性材料層（Ｃｕ（２１Å））／フリー磁性層（ＣｏＦｅ（１０Å）／ＮｉＦｅ（１８Å））／バックド層（Ｃｕ（１０Å））／保護層（Ｔａ（３０Å））を成膜して磁気検出素子を形成したときの、シード層のＮｉＦｅＣｒ合金中のＦｅ含有量及びシード層の成膜時膜厚（Ｓｅｅｄ厚）と、磁気検出素子の磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓ（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフである。
【０３１４】
図２６をみるとわかるように、シード層を臨界膜厚より大きい膜厚で成膜したのち、臨界膜厚以下の膜厚になるまで削った場合には、Ｆｅの含有量に比例して、磁気検出素子の磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓ（ΔＲ／Ｒ）を大きくすることができる。
【０３１５】
また、ＮｉＦｅＣｒ合金の組成比が同じであれば、成膜膜厚のシード層の上に形成された磁気検出素子の磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓ（ΔＲ／Ｒ）より、成膜後に削られて３０Åの膜厚にされたシード層の上に形成された磁気検出素子の磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓ（ΔＲ／Ｒ）の方が大きい。
【０３１６】
これは、シード層の膜厚が小さくして、シード層へのセンス電流の分流損失を低減したためである。
【０３１７】
なお、Ｆｅを含有しないＮｉ６１Ｃｒ３９合金を用いてシード層を６０Åの膜厚で成膜した上に磁気検出素子を形成したときの磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓ（ΔＲ／Ｒ）は１１．１％たが、Ｎｉ６１Ｃｒ３９合金を用いてシード層を６０Åの膜厚で成膜し、このシード層を削って３０Åの膜厚にした上に磁気検出素子を形成したときの磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓ（ΔＲ／Ｒ）は１２．０％であった。
【０３１８】
また、Ｆｅを含有しないＮｉ５０Ｃｒ５０合金を用いてシード層を７０Åの膜厚で成膜した上に磁気検出素子を形成したときの磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓ（ΔＲ／Ｒ）は１１．４％たが、Ｎｉ５０Ｃｒ５０合金を用いてシード層を７０Åの膜厚で成膜し、このシード層を削って３０Åの膜厚にした上に磁気検出素子を形成したときの磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓ（ΔＲ／Ｒ）は１２．４％であった。
【０３１９】
このように、ＮｉＣｒ合金またはＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒの組成比が４０ａｔ％以上であり、シード層の膜厚が０Åより大きく３８Å以下である磁気検出素子は本発明によって初めて実現できたものである。
【０３２０】
また、ＮｉＣｒ合金またはＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒの組成比が３５ａｔ％以上であり、シード層の膜厚が０Åより大きく３０Å以下である磁気検出素子は本発明によって初めて実現できたものである。
【０３２１】
ただし、シード層の膜厚が余り大きいと、成膜に時間がかかり、また磁気検出素子の膜厚の増加、分流損失の増大など好ましくない影響がでるので本発明では、シード層の膜厚は６０Å以下が好ましく、より好ましくは５０Å以下であるとした。
【０３２２】
以上本発明をその好ましい実施例に関して述べたが、本発明の範囲から逸脱しない範囲で様々な変更を加えることができる。たとえば、磁気検出素子の上下に電極層が形成され、磁気検出素子を構成する多層膜の膜面垂直方向にセンス電流が流されるＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ    ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｔｏ  ｔｈｅ  ｐｌａｎｅ）型のＧＭＲ磁気検出素子を形成することもできる。
【０３２３】
なお、上述した実施例はあくまでも例示であり、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。
【０３２４】
【発明の効果】
以上詳細に説明した本発明では、臨界膜厚以下の膜厚を有し、上面から下面まで貫通する結晶質相を有している前記シード層を具体的に提供することを初めて可能にした。
【０３２５】
本発明の交換結合膜は、シード層が臨界膜厚以下の膜厚を有していても、内部に形成される結晶の粒径を大きくすることができ、結晶粒の膜面と平行な方向における平均結晶粒径が、シード層の膜厚より大きいシード層を提供することを初めて可能にした。
【０３２６】
すなわち、本発明の交換結合膜では、シード層を臨界膜厚以下の膜厚で形成し、しかも、充分な交換結合磁界Ｈｅｘ及び一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）を得ることができる。
【０３２７】
本発明の交換結合膜では、ＮｉＣｒ合金またはＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒの組成比の大きさにかかわらず、シード層を臨界膜厚以下の膜厚で形成し、しがも、充分な交換結合磁界Ｈｅｘ及び一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）を得ることができる。
【０３２８】
本発明の磁気検出素子は、前記シード層の膜厚を臨界膜厚より薄くして全体の膜厚及び電流の分流損失を小さくしても、強い交換結合磁界Ｈｅｘ及び一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）を発生することができて、抵抗変化量ΔＲｓや磁気抵抗変化率ΔＲｓ／Ｒｓを高く維持できる。
【０３２９】
本発明の磁気検出素子の製造方法では、シード層を臨界膜厚より大きい膜厚で成膜し、前記シード層の上面から下面まで貫通する結晶質相を形成したのち、このシード層を削って臨界膜厚以下にすることにより、前記シード層の膜厚を臨界膜厚より薄くしても、強い交換結合磁界Ｈｅｘ及び一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）を発生することができる交換結合膜をえることができる。
【０３３０】
本発明の磁気検出素子の製造方法では、まず、シード層を臨界膜厚より大きい膜厚で成膜したのち、このシード層を削って臨界膜厚以下にすることにより、前記シード層の膜厚を臨界膜厚より薄くしても、前記シード層内の結晶粒の膜面と平行な方向における平均結晶粒径が前記シード層の膜厚より大きくなるようにてき、強い交換結合磁界Ｈｅｘ及び一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）を発生することができる交換結合膜をえることができる。
【０３３１】
本発明の磁気検出素子の製造方法では、まず、シード層を臨界膜厚より大きい膜厚で成膜したのち、このシード層を削って臨界膜厚以下にすることにより、ＮｉＣｒ合金またはＮｉＦｅＣｒ合金中のＣｒまたはＦｅの組成比の大きさにかかわらず、シード層を臨界膜厚以下の膜厚で形成し、しかも、充分な交換結合磁界Ｈｅｘ及び一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図２】本発明の第２実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図３】本発明の第３実施形態の磁気検出素子（デュアルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図４】本発明の第４実施形態の磁気検出素子（ＡＭＲ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図５】本発明の第５実施形態の磁気検出素子（自己固定式磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図６】本発明の第５実施形態の磁気検出素子の平面図、
【図７】本発明の磁気検出素子の透過電子顕微鏡写真、
【図８】本発明の磁気検出素子の透過電子顕微鏡写真の模式図、
【図９】従来の磁気検出素子の透過電子顕微鏡写真、
【図１０】従来の磁気検出素子の透過電子顕微鏡写真、
【図１１】従来の磁気検出素子の透過電子顕微鏡写真の模式図、
【図１２】従来の磁気検出素子の透過電子顕微鏡写真の模式図、
【図１３】本発明の磁気検出素子及び従来の磁気検出素子の完成時シード層膜厚と磁気抵抗変化率の関係を示すグラフ、
【図１４】本発明の磁気検出素子及び従来の磁気検出素子の完成時シード層膜厚と面積抵抗変化量の関係を示すグラフ、
【図１５】本発明の磁気検出素子及び従来の磁気検出素子の完成時シード層膜厚と磁気検出素子の面積抵抗値の関係を示すグラフ、
【図１６】本発明の磁気検出素子及び従来の磁気検出素子の完成時シード層膜厚と一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）の関係を示すグラフ、
【図１７】ＮｉＦｅＣｒを用いてシード層を形成したときのＣｒ含有量とシード層の臨界膜厚との関係を示すグラフ、
【図１８】ＮｉＦｅＣｒを用いて従来におけるシード層を形成したときのＣｒ含有量とシード層の平均結晶粒径との関係を示すグラフ、
【図１９】ＮｉＦｅＣｒを用いて従来におけるシード層を形成したときのＣｒ含有量と磁気検出素子の磁気抵抗変化率との関係を示すグラフ、
【図２０】ＮｉＦｅＣｒを用いて本発明におけるシード層を形成したときのＣｒ含有量とシード層の平均結晶粒径との関係を示すグラフ、
【図２１】ＮｉＦｅＣｒを用いて本発明におけるシード層を形成したときのＣｒ含有量と磁気検出素子の磁気抵抗変化率との関係を示すグラフ、
【図２２】ＮｉＦｅＣｒを用いてシード層を形成したときのＦｅ含有量とシード層の臨界膜厚との関係を示すグラフ、
【図２３】ＮｉＦｅＣｒを用いて従来におけるシード層を形成したときのＦｅ含有量とシード層の平均結晶粒径との関係を示すグラフ、
【図２４】ＮｉＦｅＣｒを用いて従来におけるシード層を形成したときのＦｅ含有量と磁気検出素子の磁気抵抗変化率との関係を示すグラフ、
【図２５】ＮｉＦｅＣｒを用いて本発明におけるシード層を形成したときのＦｅ含有量とシード層の平均結晶粒径との関係を示すグラフ、
【図２６】ＮｉＦｅＣｒを用いて本発明におけるシード層を形成したときのＦｅ含有量と磁気検出素子の磁気抵抗変化率との関係を示すグラフ、
【図２７】従来の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図２８】従来の磁気検出素子の完成時シード層膜厚と磁気検出素子の面積抵抗値の関係を示すグラフ、
【図２９】従来の磁気検出素子の完成時シード層膜厚と一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）の関係を示すグラフ、
【図３０】従来の磁気検出素子の完成時シード層膜厚と磁気抵抗変化率の関係を示すグラフ、
【図３１】従来の磁気検出素子の完成時シード層膜厚と面積抵抗変化量の関係を示すグラフ、
【符号の説明】
１  フリー磁性層
２  非磁性材料層
３  固定磁性層（強磁性層）
４  反強磁性層
５  ハードバイアス層
７  保護層（鏡面反射層）
８  電極層
２２  シード層
【図１】
2005050842.tif 000008
【図２】
2005050842.tif 000009
【図３】
2005050842.tif 000010
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005050842.tif 000014
【図８】
2005050842.tif 000015
【図９】
2005050842.tif 000016
【図１０】
2005050842.tif 000017
【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】
2005050842.tif 000023
【図１７】
2005050842.tif 000024
【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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