(57)【要約】【課題】  固定磁性層の磁化を確実に固定できるとともに、フリー磁性層の磁化方向を適切に揃えることが可能な磁気検出素子、およびその製造方法を提供する。【解決手段】  非磁性材料層２４を介して積層された固定磁性層２３とフリー磁性層２５とを有する多層膜Ｔ１が形成されている。前記多層膜Ｔ１の記録媒体との対向面Ｆ１からハイト方向側に第１の間隔を空けて磁性層３３と反強磁性層３４とが接して形成された積層膜Ｓ１が形成されており、前記固定磁性層２３のハイト方向側の側方に第２の間隔を空けて前記磁性層３３が位置するように形成されている。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性材料層を介して積層された固定磁性層とフリー磁性層とを有する多層膜が形成された磁気検出素子において、
前記多層膜の記録媒体との対向面からハイト方向側に第１の間隔を空けて磁性層と反強磁性層とが接して形成された積層膜が形成されており、前記固定磁性層のハイト方向側の側方に第２の間隔を空けて前記磁性層が位置するよう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２】
前記第２の間隔は２０〜５０Åである請求項１記載の磁気検出素子。
【請求項３】
前記多層膜は、前記フリー磁性層の上方向側、または下方向側の一方に前記固定磁性層が形成された請求項１または２記載の磁気検出素子。
【請求項４】
前記積層膜は、前記反強磁性層の上方向側、または下方向側の一方に前記磁性層が形成された請求項３記載の磁気検出素子。
【請求項５】
前記多層膜は、前記フリー磁性層の上方向側および下方向側の双方に前記固定磁性層が形成された請求項１または２記載の磁気検出素子。
【請求項６】
前記積層膜は、前記反強磁性層の上方向側および下方向側の双方に前記磁性層が形成された請求項５記載の磁気検出素子。
【請求項７】
前記反強磁性層はＩｒ−Ｍｎで形成された請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項８】
以下の工程を有することを特徴とする磁気検出素子の製造方法。
（ａ）基板上に、非磁性材料層を介して積層された固定磁性層とフリー磁性層とを有する多層膜を形成する工程と、
（ｂ）前記多層膜の記録媒体との対向面からハイト方向側に第１の間隔を空けて磁性層と反強磁性層とが接して形成された積層膜を形成し、このとき前記固定磁性層のハイト方向側の側方に間隔を空けて前記磁性層が位置するように形成する工程。
【請求項９】
前記（ｂ）工程で、前記第２の間隔を２０〜５０Åとして前記磁性層を形成する請求項８記載の磁気検出素子の製造方法。
【請求項１０】
前記（ａ）工程で、前記フリー磁性層の上方向側、または下方向側の一方に前記固定磁性層を形成する請求項８または９記載の磁気検出素子の製造方法。
【請求項１１】
前記（ｂ）工程で、前記反強磁性層の上方向側、または下方向側の一方に前記磁性層を形成する請求項１０記載の磁気検出素子の製造方法。
【請求項１２】
前記（ａ）工程で、前記フリー磁性層の上方向側および下方向側の双方に前記固定磁性層を形成する請求項８または９記載の磁気検出素子の製造方法。
【請求項１３】
前記（ｂ）工程で、前記反強磁性層の上方向側および下方向側の双方に前記磁性層を形成する請求項１２記載の磁気検出素子の製造方法。
【請求項１４】
前記（ｂ）工程で、前記反強磁性層をＩｒ−Ｍｎで形成する請求項８ないし１３のいずれかに記載の磁気検出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層を有する磁気検出素子に係り、特に固定磁性層の磁化を確実に固定できるとともに、フリー磁性層の磁化方向を適切に揃えることが可能な磁気検出素子、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気記録再生装置に搭載されている磁気へッドの現在の主流は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を応用したスピンバルブ型磁気検出素子を用いたものである。
【０００３】
スピンバルブ型磁気検出素子は、固定磁性層と呼ばれる強磁性膜とフリー磁性層と呼ばれる強磁性軟磁性膜が、非磁性材料層と呼ばれる非磁性膜を介して積層されたものである。
【０００４】
フリー磁性層の磁化は、硬磁性体からなるハードバイアス層などからの縦バイアス磁界によって一方向に揃えられる。そして記録媒体からの外部磁界に対し、フリー磁性層の磁化が感度良く変動する。一方、前記固定磁性層の磁化は、前記フリー磁性層の磁化方向と交叉する方向に固定されている。
【０００５】
フリー磁性層の磁化方向の変動と、固定磁性層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。
【０００６】
従来、前記固定磁性層を、ＰｔＭｎなどの反強磁性材料からなる反強磁性層に重ねて形成し、前記固定磁性層と前記反強磁性層との間に交換結合磁界を発生させることによって，前記固定磁性層の磁化を固定させていた。
【０００７】
反強磁性層と固定磁性層との界面に発生する交換結合磁界は、製造工程中の磁界印加や記録媒体からの洩れ磁界による固定磁性層の磁化方向の変動を防ぐことができる程度に充分大きくできる。また、反強磁性層自体は、外部に磁場を発生させないため、磁気検出素子の設計が容易になるという利点を有していた。
【０００８】
しかし、前記反強磁性層と前記固定磁性層の界面に充分な大きさの交換結合磁界を発生させるためには、前記反強磁性層の膜厚を２００Å程度にする必要があった。
【０００９】
磁気検出素子を構成する積層体の中に存在する、膜厚の大きい反強磁性層は、センス電流の分流損失の主な原因となる。記録媒体の高記録密度化に対応するためには、磁気検出素子の出力を向上させることが必要であるが、上述したセンス電流の分流損失は磁気検出素子の出力向上の妨げになる。
【００１０】
また、磁気検出素子の上下には、検出対象の記録信号を効率的に読み取るために、軟磁性材料からなるシールド層が設けられる。記録媒体の高線記録密度化に対応するためには、上下のシールド層間距離を短くする必要がある。膜厚の大きな前記反強磁性層は、上下のシールド層間距離を短くするときの妨げにもなっていた。
【００１１】
そこで、図１３に示されるように、反強磁性層を省略し、固定磁性層自体の一軸異方性によって固定磁性層の磁化を固定する磁気検出素子Ｈ１０が提案された。
【００１２】
図１３に示される磁気検出素子Ｈ１０は、アルミナなどの絶縁材料からなる下部ギャップ層１上に、下から順に下地層２、第１の磁性層３ａと第２の磁性層３ｃが、非磁性中間層３ｂを介して積層された人工フェリ構造の固定磁性層３、非磁性材料層４、フリー磁性層５、保護層６からなる多層膜Ｔの両側７，７にバイアス下地層８，８、ハードバイアス層９，９、電極層１０，１０が形成されている。
【００１３】
図１２に示される磁気検出素子Ｈ１０は、固定磁性層３に重なる反強磁性層が形成されておらず、固定磁性層３自体の一軸異方性によって固定磁性層の磁化がハイト方向（図示Ｙ１方向）に固定されている。また、前記フリー磁性層５の磁化方向は、ハイト方向（図示Ｙ１方向）と直交するトラック幅方向（図示Ｘ１−Ｘ２方向）へと揃えられている。
【００１４】
図１３に示す磁気検出素子Ｈ１０では、膜厚の大きい反強磁性層が形成されていないため、反強磁性層を有する従来の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Ｈ１０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Ｈ１０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。
【００１５】
図１３に示されるような磁気検出素子Ｈ１０は、以下に示す特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２０００−１１３４１８号公報（第７頁、第８頁、図４、図５、図６、図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、図１３に示すような固定磁性層自体の一軸異方性によって固定磁性層の磁化を固定する磁気検出素子Ｈ１０では、以下のような問題点があった。
【００１７】
すなわち、通常、磁気検出素子では、図１３に示すハイト方向（図示Ｙ１方向）に延びる応力が加わっている。前記固定磁性層３における前記第１磁性層３ａと前記第２磁性層３ｃは正磁歪となるように調整されているため、ハイト方向（図示Ｙ１方向）に延びる応力による逆磁歪効果で、前記第１磁性層３ａと前記第２磁性層３ｃとは互いに反平行で、かつハイト方向（図示Ｙ１方向）に磁化が向く。
【００１８】
前記固定磁性層３における磁化を、前記第１磁性層３ａの磁化モーメントと前記第２磁性層３ｃの磁化モーメントとの和とし、その磁化方向がハイト方向（図示Ｙ１方向）であった場合、磁気検出素子Ｈ１０の記録媒体との対向面Ｆ１０側から外力が加わった場合は、磁気検出素子Ｈ１０がハイト方向（図示Ｙ１方向）に縮む、すなわち、ハイト方向と直交する方向であるトラック幅方向（図示Ｘ１−Ｘ２方向）に伸びるため、固定磁性層３の磁化方向も、トラック幅方向（図示Ｘ１−Ｘ２方向）に回転してしまう。
【００１９】
このように、固定磁性層３の磁化方向がハイト方向（図示Ｙ１方向）からトラック幅方向（図示Ｘ１−Ｘ２方向）へ回転した後、記録媒体との対向面Ｆ１０から加わった外力が除去されると、磁気検出素子Ｈ１０が再びハイト方向（図示Ｙ１方向）に伸びるため、前記固定磁性層３の磁化方向は、再びトラック幅方向（図示Ｘ１−Ｘ２方向）と直交する方向へ回転するが、このとき固定磁性層３の磁化方向がハイト方向（図示Ｙ１方向）へ向かう場合と、ハイト方向と反対方向（図示Ｙ２方向）へ向かう場合の双方が、同じ確立で発生する。
【００２０】
したがって、図１３に示す磁気検出素子Ｈ１０では、記録媒体との対向面Ｆ１０から外力が加わった後この外力が除去されると、ハイト方向（図示Ｙ１方向）へ固定された固定磁性層３の磁化方向が１８０°回転し、ピン反転を起こし易いといった問題があった。
【００２１】
また、前記フリー磁性層５の磁化方向はトラック幅方向（図示Ｘ１−Ｘ２方向）に揃えられてはいるものの、実際には前記固定磁性層３の磁化の影響を受けて、固定磁性層３の磁化方向であるハイト方向（図示Ｙ１方向）と反対方向（図示Ｙ２方向）へ若干回転している。そのため、磁界検出出力を大きくするには限界があった。
【００２２】
本発明は前記従来の課題を解決するものであり、固定磁性層の磁化を確実に固定できるとともに、フリー磁性層の磁化方向を適切に揃えることが可能な磁気検出素子、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、非磁性材料層を介して積層された固定磁性層とフリー磁性層とを有する多層膜が形成された磁気検出素子において、
前記多層膜の記録媒体との対向面からハイト方向側に第１の間隔を空けて磁性層と反強磁性層とが接して形成された積層膜が形成されており、前記固定磁性層のハイト方向側の側方に第２の間隔を空けて前記磁性層が位置するように形成されていることを特徴とするものである。
【００２４】
この場合、前記第２の間隔は２０〜５０Åであるものとして構成することが好ましい。
また、前記多層膜は、前記フリー磁性層の上方向側、または下方向側の一方に前記固定磁性層が形成されたものとして構成することや、前記積層膜は、前記反強磁性層の上方向側、または下方向側の一方に前記磁性層が形成されたものとして構成することができる。
【００２５】
さらには、前記多層膜は、前記フリー磁性層の上方向側および下方向側の双方に前記固定磁性層が形成されたものとして構成することや、前記積層膜は、前記反強磁性層の上方向側および下方向側の双方に前記磁性層が形成されたものとして構成することができる。
また、前記反強磁性層はＩｒ−Ｍｎで形成されたものとして構成することが好ましい。
【００２６】
また本発明の磁気検出素子の製造方法は、以下の工程を有することを特徴とするものである。
（ａ）基板上に、非磁性材料層を介して積層された固定磁性層とフリー磁性層とを有する多層膜を形成する工程と、
（ｂ）前記多層膜の記録媒体との対向面からハイト方向側に第１の間隔を空けて磁性層と反強磁性層とが接して形成された積層膜を形成し、このとき前記固定磁性層のハイト方向側の側方に間隔を空けて前記磁性層が位置するように形成する工程。
【００２７】
この場合、前記（ｂ）工程で、前記第２の間隔を２０〜５０Åとして前記磁性層を形成するものとして構成することが好ましい請求項８記載の磁気検出素子の製造方法。
【００２８】
また、前記（ａ）工程で、前記フリー磁性層の上方向側、または下方向側の一方に前記固定磁性層を形成するものとして構成することや、前記（ｂ）工程で、前記反強磁性層の上方向側、または下方向側の一方に前記磁性層を形成するものとして構成することができる。
【００２９】
さらには、前記（ａ）工程で、前記フリー磁性層の上方向側および下方向側の双方に前記固定磁性層を形成するものとして構成することや、前記（ｂ）工程で、前記反強磁性層の上方向側および下方向側の双方に前記磁性層を形成するものとして構成することができる。
【００３０】
また、前記（ｂ）工程で、前記反強磁性層をＩｒ−Ｍｎで形成するものとして構成することが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の磁気検出素子では、固定磁性層に対し、前記第３磁性層のバイアス磁界が常に作用しているため、前記固定磁性層の磁化方向を常に一定の方向に向けることが可能となり、ピン反転を効果的に抑制することができるため、安定した性能を付与することが可能となる。
【００３２】
また、第３磁性層のバイアス磁界がフリー磁性層にも作用している。この第３磁性層のバイアス磁界は、前記フリー磁性層の磁化回転を相殺する方向へ向かうものである。したがって、フリー磁性層の磁化回転を前記第３磁性層のバイアス磁界によって相殺することができ、フリー磁性層の磁化方向を、トラック幅方向へ確実に揃えることができるため、磁界検出出力を大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図１は本発明の第１の実施の形態の磁気検出素子Ｈ１を記録媒体との対向面Ｆ１側から見た正面図、図２は図１の磁気検出素子Ｈ１を上面から見た部分平面図、図３は図１に示す磁気検出素子Ｈ１を図示ＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した縦断面図である。
【００３４】
図１に示される磁気検出素子Ｈ１０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２０上に第１多層膜Ｔ１が形成されている。
【００３５】
図１に示す実施形態では、第１多層膜Ｔ１は、下からシードレイヤ２１、固定磁性層２３、非磁性材料層２４、フリー磁性層２５及び保護層２６の順に積層されたものである。即ち、図１に示す実施形態では、前記固定磁性層２３が前記フリー磁性層２５の下方向（図示Ｚ２方向）側にのみ形成されている。
【００３６】
シードレイヤ２１は、ＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＣｒやＴａなどで形成されている。
【００３７】
固定磁性層２３は、第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃが非磁性中間層２３ｂを介して積層された人工フェリ構造を有している。前記固定磁性層２３における前記第１磁性層２３ａと前記第２磁性層２３ｃは正磁歪となるように調整されている。固定磁性層２３は、後記する第２多層膜Ｔ２のバイアス磁界によって、ハイト方向（図示Ｙ１方向）に磁化が固定されている。前記第１磁性層２３ａ、および第２磁性層２３ｃは、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などの磁性材料で形成される。また、非磁性中間層２３ｂは、非磁性材料により形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種またはこれらの２種以上の合金で形成されている。特にＲｕによって形成されることが好ましい。前記第１磁性層２３ａと前記第２磁性層２３ｃの合計膜厚は、例えば６Åで形成され、この合計膜厚は、前記第１磁性層２３ａと前記第２磁性層２３ｃとの磁化モーメントの和に相関する。
【００３８】
非磁性材料層２４は、固定磁性層２３とフリー磁性層２５との磁気的な結合を防止する層であり、Ｃｕ，Ｃｒ，Ａｕ，Ａｇ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。
【００３９】
フリー磁性層２５は、ＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅ合金等の磁性材料で形成される。フリー磁性層２５の膜厚は２０Å〜６０Åである。なお、フリー磁性層２５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。
【００４０】
保護層２６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２６の膜厚は１０Å〜５０Åである。
【００４１】
図１に示す実施形態では、シードレイヤ２１から保護層２６までの第１多層膜Ｔ１の両側にはバイアス下地層２７、ハードバイアス層２８及び電極層２９が形成されている。ハードバイアス層２８からの縦バイアス磁界によってフリー磁性層２５の磁化はトラック幅方向（図示Ｘ１−Ｘ２方向）に揃えられる。
【００４２】
バイアス下地層２７，２７はＣｒやＷ、Ｔｉで、ハードバイアス層２８，２８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２９，２９は、Ｃｒ、Ｔａ、Ｒｈ、ＡｕやＷ（タングステン）などで形成されている。
【００４３】
バイアス下地層２７，２７の膜厚は２０Å〜１００Å、ハードバイアス層２８，２８の膜厚は１００Å〜４００Å、電極層２９，２９の膜厚は４００Å〜１５００Åである。
【００４４】
電極層２９，２９、及び保護層２６上には、Ａｌ２０３やＡｌＳｉＯなどの絶縁性材料からなる上部ギャップ層３０が積層される。なお、図示はしないが、下部ギャップ層２０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。
【００４５】
図３に示すように、前記第１多層膜Ｔ１のハイト方向（図示Ｙ１方向）側には、所定間隔（本発明の第１の間隔）を空けて第１積層膜Ｓ１が形成されている。第１積層膜Ｓ１は、前記第１多層膜Ｔ１の後端面Ｔ１ａと前記下部ギャップ層２０に形成された凹部２０ａとが連続して形成された凹部５０内に形成されている。また、図２に示すように、前記第１積層膜Ｓ１は、前記第１多層膜Ｔ１のハイト方向（図示Ｙ１方向）側から前記多層膜Ｔ１が形成されている領域以外の領域にかけて、ハードバイアス層２８，２８の上方を覆うように形成されている。なお図２では、構造を分かり易くするために、上部ギャップ層３０を省略して図示しているが、実際には前記電極層２９，２９と前記第１積層膜Ｓ１との間には上部ギャップ層３０が形成されている。
【００４６】
第１積層膜Ｓ１は、前記第１多層膜Ｔ１のハイト方向側の下部ギャップ層２０に形成された凹部２０ａの底面２０ｂから側面２０ｃ、および前記第１多層膜Ｔ１の後端面Ｔ１ａから前記保護層２６の一部にかけて形成された絶縁層３１上に形成されており、下から順に、シードレイヤ３２、第３磁性層３３、反強磁性層３４、保護層３５、および絶縁層３６で構成されている。即ち、図３に示すように、前記磁気検出素子Ｈ１では、前記第３磁性層３３が前記反強磁性層３４の下方向（図示Ｚ２方向）側にのみ形成されている。
【００４７】
図３に示すように、前記絶縁層３１は、前記凹部２０ａの底面２０ｂから側面２０ｃ、および前記第１多層膜Ｔ１の前記後端面Ｔ１ａから前記保護層２６の一部にかけて形成されている。前記絶縁層３１のうち、前記多層膜Ｔ１と対向する領域が前記絶縁層３１の側面３１ａを構成する。
【００４８】
そして、前記絶縁層３１の底面３１ｂから側面３１ａにかけてシードレイヤ３２、第３磁性層３３、反強磁性層３４、保護層３５、および絶縁層３６が積層されているのである。ただし、前記シードレイヤ３２は、形成されていなくても良い。
【００４９】
前記絶縁層３１は、前記第１多層膜Ｔ１と前第１積層膜Ｓ１との間の絶縁を担保し、前記第１多層膜Ｔ１から前記第１積層膜Ｓ１に電流が流れることを防止してシャントロスを防ぐためのものである。この絶縁層３１は無機材料、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＡｌＳｉＯなどからなる絶縁材料で形成される。また、前記絶縁層３６も無機材料、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＡｌＳｉＯなどからなる絶縁材料で形成される。また、前記絶縁層３１の膜厚は５０〜１５０Åの範囲内で形成され、前記絶縁層３６の膜厚は５０〜１５０Åの範囲内で形成される。
【００５０】
前記シードレイヤ３２は、例えばＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＣｒやＴａなどの導電性材料で形成されている。前記シードレイヤ３２の膜厚は、３５Å〜６０Åで形成される。
【００５１】
前記第３磁性層３３は、例えばＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅ合金などの磁性材料で形成される。前記第３磁性層３３の膜厚は、前記固定磁性層２３を構成する前記第１磁性層２３ａおよび第２磁性層２３ｃの合計膜厚の３〜１０倍の膜厚で形成されることが好ましく、この合計膜厚は、前記第１磁性層２３ａおよび前記第２磁性層２３ｃの磁化モーメントの和と相関する。この範囲内の膜厚で前記第３磁性層３３を形成すると、後記にて詳述する効果、すわち前記固定磁性層２３の磁化固定を確実に行えるとともに、前記フリー磁性層２５の磁化回転を適切に相殺することが可能となる。例えば、前記第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃとの合計膜厚が６Åで形成される場合、前記第３磁性層３３の膜厚は１８〜６０Åである。
【００５２】
前記反強磁性層３４は、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｉｒ，Ｐｔ，Ｐｄ，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、あるいはＩｒ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｔ，Ｐｄ，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。特に、前記第３磁性層３３をＣｏＦｅ合金で形成した場合、前記反強磁性層３４をＩｒ―Ｍｎで形成すると、前記反強磁性層３４の膜厚を小さくすることができるため、好ましい。前記反強磁性層３４の膜厚は、７０〜１５０Åの範囲内で形成される。前記反強磁性層３４の膜厚が７０Åよりも小さいと、前記第３磁性層３３との間で交換結合磁界を適切に発生させることが難しくなり、１５０Åよりも大きいと、前記第１積層膜Ｓ１の膜厚が大きくなってしまい、第１積層膜Ｓ１の形成の際にバリが大きくなってしまう。
【００５３】
前記保護層３５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３５の膜厚は１０Å〜５０Åである。
【００５４】
図３に示すように、前記第３磁性層３３は、前記絶縁層３１を介して前記固定磁性層２３のハイト方向側の側方に位置するように形成されている。また、前記第３磁性層の上面３３ａの高さ位置（図示Ｚ１方向の位置）が、前記フリー磁性層２５の下面２５ｂの高さ位置と同じ、または下方（図示Ｚ２方向）に位置するように形成されている。すなわち、前記第３磁性層３３は、前記フリー磁性層２５よりも下方に形成されている。
【００５５】
前記第１積層膜Ｓ１では、前記第３磁性層３３と前記反強磁性層３４との間で交換結合磁界が発生し、前記第３磁性層３３は前記交換結合磁界によって、磁化がハイト方向（図示Ｙ１方向）へ固定されている。
【００５６】
本発明の磁気検出素子Ｈ１では、前記第３磁性層３３からのバイアス磁界によって、前記固定磁性層２３の磁化がハイト方向へ固定されている。すなわち、前記第３磁性層３３のバイアス磁界が、前記絶縁層３１を介して作用しているのである。
【００５７】
より具体的には、前記固定磁性層２３は、第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃとが非磁性中間層２３ｂを介して積層された人工フェリ構造を有しており、第１磁性層２３ａの磁化と第２磁性層２３ｃの磁化は、非磁性中間層２３ｂを介したＲＫＫＹ相互作用によって互いに反平行方向に向けられている。図１ないし図３に示す実施形態では、前記第２磁性層２３ｃの磁気的膜厚が、前記第１磁性層２３ａの磁気的膜厚よりも大きく形成されている。したがって、前記固定磁性層２３全体の磁気モーメントは、第１磁性層２３ａの磁気モーメントと第２磁性層２３ｃの磁気モーメントとの差となる。
【００５８】
ここで、前記固定磁性層２３では、第１磁性層２３ａよりも第２磁性層２３ｃの磁気的膜厚が大きく形成されているため、前記第２磁性層２３ｃの磁化方向が、前記第３磁性層３３の磁化方向と同じ方向（ハイト方向）となり、第１磁性層２３ａの磁化方向は、第２磁性層２３ｃとの間のＲＫＫＹ相互作用によって、第３磁性層３３の磁化方向と反対方向に向けられ、固定磁性層２３全体として、第２磁性層２３ｃの磁化方向と同じハイト方向へ向けられる。
【００５９】
このように、前記固定磁性層２３の磁化は、前記第３磁性層３３からのバイアス磁界によって固定されるため、前記第３磁性層３３が形成される位置は、前記固定磁性層２３のハイト方向側に位置していることが好ましいのである。
【００６０】
ただし、前記第３磁性層３３と前記固定磁性層２３との間隔が短いと、前記固定磁性層２３から前記第３磁性層３３に電流が流れてしまい、シャントロスやショートの原因となる。逆に、前記第３磁性層３３と前記固定磁性層２３との間隔が長いと、前記第３磁性層３３のバイアス磁界を前記固定磁性層２３に適切に与えることができなくなる。したがって、前記第３磁性層３３と前記固定磁性層２３との間に位置している前記絶縁層３１の前記側面３１ａの幅寸法Ｗ１は、２０〜５０Åであることが好ましい。ここで、前記側面３１ａの幅寸法Ｗ１とは、前記固定磁性層２３の前記非磁性中間層２３ｂを膜厚方向（図３に示すＺ１−Ｚ２方向）に２分する中央線Ｏ−Ｏ線と同じ高さ位置（図示Ｚ１−Ｚ２方向の高さ位置）における、前記側面３１ａの幅寸法を意味する。なお、この幅寸法Ｗ１が本発明の第２の間隔である。
【００６１】
フリー磁性層２５の磁化は、ハードバイアス層２８，２８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２５の磁化が感度良く変動する。一方、固定磁性層２３の磁化は、ハイト方向（図示Ｙ方向）に固定されている。
【００６２】
前記磁気検出素子Ｈ１では、ハードバイアス層２８，２８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）に揃えられたフリー磁性層２５の磁化が、記録媒体からの信号磁界（外部磁界）に対し感度良く変動し、ハイト方向（図示Ｙ方向）に固定されている固定磁性層２３の磁化方向（特に第２磁性層２３ｃ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。
【００６３】
本発明の磁気検出素子Ｈ１では、固定磁性層２３の磁化固定を、前記第３磁性層３３のバイアス磁界を作用させることによって行っている。したがって、一軸異方性のみによって前記固定磁性層２３の磁化固定を行っている従来の磁気検出素子よりも、固定磁性層２３の磁化固定を確実に行うことができる。
【００６４】
仮に、図１３に示す従来の磁気検出素子Ｈ１０のように、固定磁性層３自体の一軸異方性のみによって固定磁性層３の磁化を固定するものでは、磁気検出素子Ｈ１０の記録媒体との対向面Ｆ１０側から外力が加わった場合は、磁気検出素子Ｈ１０がハイト方向（図示Ｙ１方向）に縮む、すなわち、ハイト方向と直交する方向であるトラック幅方向（図示Ｘ１−Ｘ２方向）に伸びるため、固定磁性層３の磁化方向も、トラック幅方向（図示Ｘ１−Ｘ２方向）に回転してしまう。
【００６５】
このように、固定磁性層３の磁化方向がハイト方向（図示Ｙ１方向）からトラック幅方向（図示Ｘ１−Ｘ２方向）へ回転した後、記録媒体との対向面Ｆ１０から加わった外力が除去されると、磁気検出素子Ｈ１０が再びハイト方向（図示Ｙ１方向）に伸びるため、前記固定磁性層３の磁化方向は、再びトラック幅方向（図示Ｘ１−Ｘ２方向）と直交する方向へ回転するが、このとき固定磁性層３の磁化方向がハイト方向（図示Ｙ１方向）へ向かう場合と、ハイト方向と反対方向（図示Ｙ２方向）へ向かう場合の双方が、同じ確立で発生する。
【００６６】
したがって、図１３に示す磁気検出素子Ｈ１０では、記録媒体との対向面Ｆ１０から外力が加わった後この外力が除去されると、ハイト方向（図示Ｘ１−Ｘ２方向）へ固定された固定磁性層３の磁化方向が１８０°回転し、ピン反転を起こし易い。
【００６７】
これに対し、本発明の磁気検出素子Ｈ１では、固定磁性層２３に対し、前記第３磁性層３３のバイアス磁界が常に作用しているため、前記固定磁性層２３の磁化方向を常に一定の方向（図１ないし図３に示す実施形態ではハイト方向）に向けることが可能となり、ピン反転を効果的に抑制することができるため、安定した性能を付与することが可能となる。
【００６８】
また、図１３に示すような従来の磁気検出素子Ｈ１０では、フリー磁性層５の磁化は、ハードバイアス層９，９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）に揃えられている。しかし、実際には、固定磁性層２３との間の静磁結合によって、固定磁性層３の磁化方向であるハイト方向（図示Ｙ１方向）と反対方向（図示Ｙ２方向）へ、前記フリー磁性層５の磁化が若干回転（以下「磁化回転」という）しているため、固定磁性層３の磁化方向（特に第２磁性層３ｃの固定磁化方向）と前記フリー磁性層５の磁化方向の関係で変化する電気抵抗値の変化を大きくするには限界があったため、磁界検出出力を大きくするには限界があった。
【００６９】
これに対し本発明では、前記第３磁性層３３のバイアス磁界が前記絶縁層３１を介して前記フリー磁性層２５にも作用している。この第３磁性層３３のバイアス磁界は、前記フリー磁性層２５の前記磁化回転を相殺する方向であるハイト方向へ向かうものである。したがって、フリー磁性層２５の磁化回転を前記第３磁性層３３のバイアス磁界によって相殺することができ、フリー磁性層２５に磁化方向を、トラック幅方向へ確実に揃えることができるため、磁界検出出力を大きくすることができる。
【００７０】
なお、図３に示すように、前記第３磁性層３３は、前記したように前記フリー磁性層２５の下方に位置するように形成されている。これは、前記第３磁性層３３が前記フリー磁性層２５と同じ高さ位置（図示Ｚ１−Ｚ２方向の高さ位置）と同じ位置や、前記第３磁性層３３の高さ位置と前記フリー磁性層２５の高さ位置とが、互いに重なり合うように形成されていると、前記第３磁性層３３のバイアス磁界が前記フリー磁性層２５に強く作用し過ぎてしまい、前記フリー磁性層２５の磁化方向が、トラック幅方向に対してハイト方向に回転してしまうため、これを防止するため、前記第３磁性層３３は、前記フリー磁性層２５の下方に位置するように形成することが好ましい。
【００７１】
図４は、本発明の第２の実施形態の磁気検出素子Ｈ２を示す縦断面図であり、磁気検出素子Ｈ１を示す図３に相当する図である。図３に示す磁気検出素子Ｈ２は、図１ないし図３に示す磁気検出素子Ｈ１とほぼ同じ構成であり、同じ構成要素を有しているため、図３においては、前記磁気検出素子Ｈ１と同じ構成要素には同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
【００７２】
図４に示す磁気検出素子Ｈ２が図１ないし図３に示す磁気検出素子Ｈ１と異なるのは、まず第２多層膜Ｔ２の構造である。図１に示す磁気検出素子Ｈ１では、前記第１多層膜Ｔ１が、下からシードレイヤ２１、固定磁性層２３、非磁性材料層２４、フリー磁性層２５及び保護層２６の順に積層されたものである。
【００７３】
これに対し、図４に示す磁気検出素子Ｈ２では、前記第２多層膜Ｔ２が、下からシードレイヤ２１、非磁性金属層２２、固定磁性層２３、非磁性材料層２４、フリー磁性層２５の順に積層されている点では共通しているが、このフリー磁性層２５の上に、更に非磁性材料層２４を介して固定磁性層１２３および保護層２６が積層された構造となっている。すなわち、図４に示す磁気検出素子Ｈ２は、フリー磁性層２５の上下に２つの固定磁性層２３、１２３が形成された、いわゆるデュアルスピンバルブ型磁気検出素子と呼ばれる磁気検出素子である。この磁気検出素子Ｈ２でも前記固定磁性層１２３は、人工フェリ構造で構成されており、前記フリー磁性層２５に接して形成される第２磁性層１２３ｃの上に、非磁性中間層１２３ｂを介して第１磁性層１２３ａが形成されている。この第１磁性層１２３ａと第２磁性層１２３ｃ、および非磁性中間層１２３ｂは、前記第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃ、および非磁性中間層２３ｂと同じ材料および膜厚で形成できる。また、前記第１磁性層１２３ａと第２磁性層１２３ｃの磁化方向は、前記第１磁性層２３ａおよび第２磁性層２３ｃと同じに構成されている。
【００７４】
このデュアルスピンバルブ型磁気検出素子である前記磁気検出素子Ｈ２も、前記多層膜のハイト方向（図示Ｙ１方向）側に第２積層膜Ｓ２が形成されている。この第２積層膜Ｓ２は、前記第２多層膜Ｔ２の後端面Ｔ２ａと前記凹部２０ａとが連続して形成された凹部５０内に形成されている。
【００７５】
前記磁気検出素子Ｈ２が図１ないし図３に示す磁気検出素子Ｈ１と異なるのは、前記第２積層膜Ｓ２の構造にもある。即ち、前記磁気検出素子Ｈ２では、前記第２積層膜Ｓ２は、前記第２積層膜Ｓ２のハイト方向側の下部ギャップ層２０に形成された凹部２０ａの底面２０ｂから側面２０ｃ、および前記第２多層膜Ｔ２の後端面Ｔ３ａから前記保護層２６の上にかけて形成された絶縁層３１上に形成されており、下から順にシードレイヤ３２、第３磁性層３３、反強磁性層３４が積層されている点では共通しているが、この反強磁性層３４の上に、更に第４磁性層１３３が形成され、この第４磁性層１３３の上に保護層３５、および絶縁層３６が積層された構造となっている。即ち、図４に示す磁気検出素子Ｈ２では、前記反強磁性層３４の上下の双方に、第３磁性層３３と第４磁性層１３３の２つの磁性層が形成された構造となっている。前記第４磁性層１３３は、前記第３磁性層３３と同じ材料および膜厚で形成できる。
【００７６】
前記第２積層膜Ｓ２では、前記第４磁性層１３３と前記反強磁性層３４との間で交換結合磁界が発生し、前記第４磁性層１３３は前記交換結合磁界によって、磁化が前記第３磁性層３３と同じハイト方向（図示Ｙ１方向）へ固定されている。したがって、第３磁性層３３が記録媒体との対向面側（図示Ｙ２方向側）の側方に形成された固定磁性層２３にバイアス磁界を与えるとともに、第４磁性層１３３が記録媒体との対向面側（図示Ｙ２方向側）の側方に形成された固定磁性層１２３にバイアス磁界を与えることができるように構成されている。
【００７７】
なお図４に示すように、前記絶縁層３１のうち、前記第２多層膜Ｔ２と接する領域が前記絶縁層３１の側面３１ａを構成する。
【００７８】
図４に示す磁気検出素子Ｈ２では、前記２つの固定磁性層２３、１２３の磁化固定を、２つの磁性層３３、１３３のバイアス磁界によって行っているので、固定磁性層２３、１２３の磁化固定を確実に行うことができる。
【００７９】
また、前記磁気検出素子Ｈ２では、前記第２多層膜Ｔ２を構成するフリー磁性層２５の磁化がハードバイアス層２８，２８によってトラック幅方向（図示Ｘ２−Ｘ１方向）に揃えられているが、実際には、２つの前記固定磁性層２３および前記固定磁性層１２３静磁結合によって、固定磁性層２３および１２３の磁化方向であるハイト方向（図示Ｙ１方向）と反対方向（図示Ｙ２方向）へ、前記フリー磁性層２５の磁化が回転（以下「磁化回転」という）し易くなる。しかし、前記磁気検出素子Ｈ２では、前記第３磁性層３３のバイアス磁界と第４磁性層１３３のバイアス磁界の双方が前記絶縁層３１を介して前記フリー磁性層２５に作用する。この第３磁性層３３および第４磁性層１３３のバイアス磁界は、前記フリー磁性層２５の前記磁化回転を相殺する方向であるハイト方向へ向かうものであるため、フリー磁性層２５の磁化回転を前記第３磁性層３３および第４磁性層１３３のバイアス磁界によって相殺することができ、フリー磁性層２５の磁化方向を、トラック幅方向へ確実に揃えることができるため、磁界検出出力を大きくすることができる。
【００８０】
なお、前記磁気検出素子Ｈ１およびＨ２では、図５に示す平面図のように、第１積層膜Ｓ１の外縁Ｓ１ｂや前記第２積層膜Ｓ２の外縁Ｓ２ｂが前記ハードバイアス層２８，２８の内側領域に位置するように形成すると、前記第１積層膜Ｓ１および前記第２積層膜Ｓ２の面積を小さくできるため、前記第１積層膜Ｓ１や前記第２多層膜Ｔ２と、前記電極層２９，２９とのショートを抑制し易くできるとともに、前記電極層２９，２９電流を流すための引出し層（図示せず）を形成する際に、この引出し層と前記第１積層膜Ｓ１および前記第２積層膜Ｓ２とのショートも抑制できるため好ましい。
【００８１】
また、前記磁気検出素子Ｈ１では、前記固定磁性層２３が前記フリー磁性層２５の下方向（図示Ｚ２方向）側にのみ形成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記固定磁性層２３が前記フリー磁性層２５の上方向（図示Ｚ１方向）側にのみ形成されたものとして構成しても良い。この場合、前記第３磁性層３３が前記反強磁性層３４の上方向（図示Ｚ１方向）側にのみ形成されるようにし、前記第３磁性層３３が、前記固定磁性層２３のハイト方向側の側方に位置するように構成することが好ましい。
【００８２】
また、前記磁気検出素子Ｈ１およびＨ２では、前記電極層２９，２９が、前記第１多層膜Ｔ１や前記第２多層膜Ｔ２の側方に形成されているが、本発明では、前記電極層２９，２９が前記第１多層膜Ｔ１や前記第２多層膜Ｔ２の上下に形成され、電流が前記第１多層膜Ｔ１や前記第２多層膜Ｔ２の膜面に対し垂直方向に電流が供給されるＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｐｌａｎｅ）型の構造としても良い。
【００８３】
以下に、図１ないし図３に示す前記磁気検出素子Ｈ１の製造方法を説明する。
図６は、磁気検出素子Ｈ１の製造途中の状態を記録媒体との対向面側の端面Ｆ２から見た図である。まず図６に示すように、下部ギャップ層２０上に、下からシードレイヤ２１、固定磁性層２３、非磁性材料層２４、フリー磁性層２５及び保護層２６の順に積層された第１多層膜Ｔ１を形成し、この第１多層膜Ｔ１の側方領域から前記下部ギャップ層２０の一部をイオンミリングなど削って除去し、第１多層膜Ｔ１を略台形状に成型する。
【００８４】
次に、前記第１多層膜Ｔ１の側方に、バイアス下地層２７，２７を成膜し、このバイアス下地層２７，２７上であって、前記第１多層膜Ｔ１のトラック幅方向（図示Ｘ１−Ｘ２方向）両側に、ハードバイアス層２８，２８を成膜し、このハードバイアス層２８，２８上に電極層２９，２９を成膜した後、電極層２９，２９、及び保護層２６上に上部ギャップ層３０を積層する。なお、ここまでの製造方法は、リフトオフ法などの公知の方法によって、また公知の成膜方法やミリング方法によって行うことができる。このときの状態を示したのが図７であり、図７のＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断した縦断面図が図８である。なお図８では、構造を分かり易くするために、前記上部ギャップ層３０を省略して図示している。
【００８５】
次に図９に示すように、前記第１多層膜Ｔ１の上にリフトオフ用のレジスト層４０を形成し、前記第１多層膜Ｔ１をイオンミリングなどの方法で削って後端面Ｔ１ａを形成するとともに、前記下部ギャップ層２０の一部をイオンミリングなどの方法で削って凹部２０ａを形成する。前記後端面Ｔ１ａと前記凹部２０ａとは連続して形成されて凹部５０を構成する。したがって、前記凹部５０は前記第１多層膜Ｔ１の記録媒体との対向面Ｆ１からハイト方向（図示Ｙ１方向）側に所定距離離れた位置に形成される。
【００８６】
次に図１０に示すように、前記凹部５０内から前記保護層２６の一部にかけて絶縁層３１を形成する。すなわち、前記絶縁層３１は、前記凹部２０ａの底面２０ｂから側面２０ｃ、および前記第１多層膜Ｔ１の前記後端面Ｔ１ａ、および前記保護層２６の一部にかけて形成される。前記絶縁層３１のうち、前記多層膜Ｔ１と対向する領域が前記絶縁層３１の側面３１ａを構成する。そして、この絶縁層３１の側面３１ａおよび底面３１ｂにかけて、シードレイヤ３２、第３磁性層３３、反強磁性層３４、および保護層３５が積層された第１積層膜Ｓ１を形成した後、前記保護層３５の上から前記絶縁層３１の一部にかけて絶縁層３６を形成する。
【００８７】
なおこのとき、前記レジスト層４０の表面に、絶縁層３１、シードレイヤ３２、第３磁性層３３、反強磁性層３４、保護層３５、および絶縁層３６と同じ材料からなるそれぞれの材料層６１、６２、６３、６４、６５，および６６が付着する。その後、前記レジスト層４０を除去する。この状態を上方向（図１０に示すＺ１方向）から見た平面図が図１１である。図１１では構造を分かり易くするために、上部ギャップ層３０を省略して図示している。図１０に示す工程の後に、図１１に示す切断線Ｓ−Ｓ線まで削って、記録媒体との対向面Ｆ１を形成すると、図１ないし図３に示す磁気検出素子Ｈ１が製造される。
【００８８】
図４に示す磁気検出素子Ｈ２を形成するには、図６に示す工程で第１多層膜Ｔ１に換えて第２多層膜Ｔ２を形成し、図１０に示す工程で、第２積層膜Ｓ２を形成すれば良い。
【００８９】
また、ＣＰＰ型の構造の磁気検出素子を製造するには、図６に示す工程で、前記下部ギャップ層２０を形成せずに電極層を形成するか、または前記下部ギャップ層２０の上に電極層を形成した後、シードレイヤ２１、非磁性金属層２２、固定磁性層２３、非磁性材料層２４、フリー磁性層２５及び保護層２６の順に積層された第１多層膜Ｔ１を積層し、この保護層２６の上に上部シールド層および電極層を形成すれば良い。
【００９０】
なお、図１０に示す工程の後、前記第１積層膜Ｓ１の外縁Ｓ１ｂや前記第２積層膜Ｓ２の外縁Ｓ２ｂが、前記ハードバイアス層２８，２８の内側領域に位置するように前記第１積層膜Ｓ１や前記第２積層膜Ｓ２をミリングなどの方法で削って図１２に示す状態とすると、図５に示す磁気検出素子の構造とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１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示す正面図、
【図２】図１の磁気検出素子を上面から見た部分平面図、
【図３】図２に示す磁気検出素子を図示ＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した縦断面図、
【図４】本発明の第２の実施の形態の磁気検出素子の縦断面図、
【図５】図１および図４に示す磁気検出素子の変形例を示す部分平面図、
【図６】図１に示す磁気検出素子の製造方法を示す一工程図、
【図７】図６に示す製造工程の次に行われる製造工程を示す一工程図、
【図８】図７に示すＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線の切断断面図、
【図９】図７に示す製造工程の次に行われる製造工程を示す一工程図、
【図１０】図９に示す製造工程の次に行われる製造工程を示す一工程図、
【図１１】図１０に示す製造工程後の状態を示す部分平面図、
【図１２】図５に示す磁気検出素子の製造工程を示す部分平面図、
【図１３】従来の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から示す正面図、
【符号の説明】
【００９２】
２３，１２３  固定磁性層
２３ａ，１２３ａ  第１磁性層
２３ｂ，１２３ｂ  非磁性中間層
２３ｃ，１２３ｃ  第２磁性層
２５  フリー磁性層
２８  ハードバイアス層
２９  電極層
３１  絶縁層
３３  第３磁性層
３４  反強磁性層
５０  凹部
１３３  第４磁性層
Ｈ１，Ｈ２  磁気検出素子
Ｔ１  第１多層膜
Ｔ２  第２多層膜
Ｓ１  第１積層膜
Ｓ２  第２積層膜
【図１】
2005340495.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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