(57)【要約】【課題】  特に、高いΔＲＡを維持しながら、プラトー磁界（Ｈｐｌ）を従来に比べて大きくすることが可能な磁気抵抗効果素子を提供することを目的としている。【解決手段】  前記固定磁性層４を構成する第２固定磁性層４ｃのうち、非磁性材料層５に接する非磁性材料層側磁性層４ｃ１が、Ｃｏ２ｘ(Ｍｎ（１−ｚ）Ｆｅｚ)ｘαｙ（元素αは、３Ｂ族、４Ｂ族、あるいは５Ｂ族を構成する元素うちいずれか一つであり、ｘ，ｙはいずれも原子％であり、３ｘ＋ｙ＝１００原子％の関係を満たす）で表される第１のホイスラー合金層で形成される。なお含有量ｙは２０原子％以上３０原子％以下で、ＭｎＦｅ中に占めるＦｅ比ｚは、０．２以上０．８以下である。これにより、高いΔＲＡを維持しながらプラトー磁界（Ｈｐｌ）を大きくできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成され、外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層と、を有し、
前記固定磁性層は、Ｃｏ２ｘ(Ｍｎ（１−ｚ）Ｆｅｚ)ｘαｙ（元素αは、３Ｂ族、４Ｂ族、あるいは５Ｂ族を構成する元素のうちいずれか一つであり、ｘ，ｙはいずれも原子％であり、３ｘ＋ｙ＝１００原子％の関係を満たす）で表される第１のホイスラー合金層を有して形成され、
含有量ｙは２０原子％以上３０原子％以下で、ＭｎＦｅ中に占めるＦｅ比ｚは、０．２以上０．８以下であることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項２】
前記元素αは、Ｇｅ、Ｓｉ、あるいは、Ａｌのうちいずれか１種である請求項１記載の磁気検出素子。
【請求項３】
前記第１のホイスラー合金層は、前記非磁性材料層に接して形成される請求項１又は２に記載の磁気検出素子。
【請求項４】
前記固定磁性層は、第１固定磁性層と、第２固定磁性層と、前記第１固定磁性層と前記第２固定磁性層との間に介在する非磁性中間層と、を有して構成される積層フェリ構造であり、前記第２固定磁性層は、前記非磁性材料層に接して形成され、前記第２固定磁性層の一部が前記第１のホイスラー合金層で形成される請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項５】
前記フリー磁性層は、Ｃｏ２ｖＭｎｖＧｅｗ（ｖ，ｗはいずれも原子％であり、３ｖ＋ｗ＝１００原子％の関係を満たす）で表される第２のホイスラー合金層を有して形成され、含有量ｗは、２１原子％以上２７原子％以下である請求項１ないし４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、特に、高いΔＲＡを維持しながら、プラトー磁界（Ｈｐｌ）を従来に比べて大きくすることが可能な磁気抵抗効果素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献には多層膜を構成する各層の膜面に対して垂直方向に電流が流されるＣＰＰ型磁気検出素子の発明が開示されている（例えば特許文献１の［００２７］欄等を参照）。
【０００３】
下記特許文献には、フリー磁性層と固定磁性層（特許文献１には共に強磁性層と記載されている。）の少なくとも一方に、ホイスラー合金が用いられていることが記載されている（特許文献１の請求項２、特許文献２の請求項９、特許文献３の請求項１０等）。
【０００４】
前記フリー磁性層や前記固定磁性層を、ホイスラー合金で形成すると、ＣｏＦｅ合金やＮｉＦｅ合金を使用する場合に比べてスピン分極率を高めることができ、この結果、磁気抵抗変化量ΔＲを大きくすることが出来る。ＣＰＰ型磁気検出素子にとって前記磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡの向上は、今後の高記録密度化に向けて非常に重要なパラメータである。このため、前記フリー磁性層や前記固定磁性層にホイスラー合金を用いることが好ましい。
【特許文献１】特開２００４−１４６４８０号公報
【特許文献２】特開２００４−２１４２５１号公報
【特許文献３】特開２００５−１１６７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記したΔＲＡ以外に重要なパラメータとしてプラトー磁界（Ｈｐｌ）がある。
【０００６】
前記プラトー磁界（Ｈｐｌ）とは、固定磁性層の磁化方向と反平行方向の外部磁界を印加したときに、前記固定磁性層の磁化が、前記外部磁界の影響で磁化反転をし始めるときの前記外部磁界の大きさを指す。
【０００７】
プラトー磁界が大きいほど前記固定磁性層の磁化方向は安定した状態を保つことができ再生特性を向上させることが出来る。
【０００８】
ところで、上記特許文献には、多数の組成の異なるホイスラー合金が例示されているものの、従来では、スピン分極率が高いＣｏ２ＭｎＧｅや、Ｃｏ２ＭｎＳｉが前記固定磁性層や前記フリー磁性層に好適材料であると考えられていた。
【０００９】
しかしながら後述する実験によれば、Ｃｏ２ＭｎＧｅ及びＣｏ２ＭｎＳｉを前記固定磁性層及び前記フリー磁性層に使用したとき、上記したプラトー磁界（Ｈｐｌ）を適切に大きくできないことがわかった。
【００１０】
しかも各特許文献には、前記プラトー磁界（Ｈｐｌ）に関する記載が一切なく示唆すらされていない。
【００１１】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、高いΔＲＡを維持しながら、プラトー磁界（Ｈｐｌ）を従来に比べて大きくすることが可能な磁気抵抗効果素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明における磁気検出素子は、
磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成され、外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層と、を有し、
前記固定磁性層は、Ｃｏ２ｘ(Ｍｎ（１−ｚ）Ｆｅｚ)ｘαｙ（元素αは、３Ｂ族、４Ｂ族、あるいは５Ｂ族を構成する元素のうちいずれか一つであり、ｘ，ｙはいずれも原子％であり、３ｘ＋ｙ＝１００原子％の関係を満たす）で表される第１のホイスラー合金層を有して形成され、
含有量ｙは２０原子％以上３０原子％以下で、ＭｎＦｅ中に占めるＦｅ比ｚは、０．２以上０．８以下であることを特徴とするものである。
【００１３】
後述する実験によれば、上記構成により、高いΔＲＡを維持しながら、プラトー磁界（Ｈｐｌ）を大きくできることがわかった。よって本発明では、固定磁性層の磁化を安定した状態に保つことができ再生特性の向上を図ることが出来る。
【００１４】
本発明では、前記元素αは、Ｇｅ、Ｓｉ、あるいは、Ａｌのうちいずれか１種であることが、高いΔＲＡを維持でき好ましい。
【００１５】
また本発明では、前記第１のホイスラー合金層は、前記非磁性材料層に接して形成されることが、前記ΔＲＡを適切に大きくできて好ましい。
【００１６】
また本発明では、前記固定磁性層は、第１固定磁性層と、第２固定磁性層と、前記第１固定磁性層と前記第２固定磁性層との間に介在する非磁性中間層と、を有して構成される積層フェリ構造であり、前記第２固定磁性層は、前記非磁性材料層に接して形成され、前記第２固定磁性層の一部が前記第１のホイスラー合金層で形成されることが好ましい。第１固定磁性層よりも、スピン依存散乱部を構成する前記第２固定磁性層にスピン分極率の大きい前記第１のホイスラー合金層を使用することでΔＲＡの向上を図ることが可能である。
【００１７】
また本発明では、前記フリー磁性層は、Ｃｏ２ｖＭｎｖＧｅｗ（ｖ，ｗはいずれも原子％であり、３ｖ＋ｗ＝１００原子％の関係を満たす）で表される第２のホイスラー合金層を有して形成され、含有量ｗは、２１原子％以上２７原子％以下であることが、よりΔＲＡを向上させることができ好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、高いΔＲＡを維持しながら、従来に比べて、プラトー磁界（Ｈｐｌ）を大きくできる。よって本発明では、固定磁性層の磁化を安定した状態に保つことができ再生特性の向上を図ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は本実施の形態のＣＰＰ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子（磁気検出素子）を備えた再生ヘッド（薄膜磁気ヘッド）を、記録媒体との対向面と平行な方向から切断した断面図である。
【００２０】
前記シングルスピンバルブ型薄膜素子は、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、図中においてＸ方向は、トラック幅方向、Ｙ方向は、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向（ハイト方向）、Ｚ方向は、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向及び前記シングルスピンバルブ型薄膜素子の各層の積層方向、である。各方向は、残り２つの方向に対して直交する関係にある。
【００２１】
符号１０で示されているのは下部シールド層であり、前記下部シールド層１０上に前記シングルスピンバルブ型薄膜素子２０が形成される。前記シングルスピンバルブ型薄膜素子２０は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）の中央に積層体２１を有する。
【００２２】
前記積層体２１は、下から、下地層１、シード層２、反強磁性層３、固定磁性層４、非磁性材料層５、フリー磁性層６および保護層７の順に積層されている。
【００２３】
前記フリー磁性層６は磁化がトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられている。また前記固定磁性層４は磁化がハイト方向（図示Ｙ方向）と平行な方向に固定されている。図１に示す実施形態では、前記固定磁性層４は積層フェリ構造であり、第１固定磁性層４ａの磁化と第２固定磁性層４ｃの磁化とが反平行にされている。
【００２４】
図１に示すように、前記積層体２１は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）の幅寸法が下側から上側に向けて徐々に小さくなる略台形状にて形成されている。
【００２５】
前記積層体２１のトラック幅方向の両側には、下から、絶縁層３１、ハードバイアス層４０及び絶縁層３２が積層されている。また前記絶縁層３２上及び保護層７上には上部シールド層１１が形成される。
【００２６】
前記下部シールド層１０から前記上部シールド層１１までの構造を再生ヘッド（薄膜磁気ヘッド）と呼ぶ。またシングルスピンバルブ型薄膜素子２０は、積層体２１、絶縁層３１、バイアス下地層４０、絶縁層３２から構成される。図１に示すシングルスピンバルブ型薄膜素子２０では、前記下部シールド層１０及び上部シールド層１１は前記シングルスピンバルブ型薄膜素子２０の積層体２１に対する電極としても機能し、前記積層体２１を構成する各層の界面に対し垂直方向に電流が流される。このような構造は、ＣＰＰ（current  perpendicular  to  the  plane）型と呼ばれる。
【００２７】
図１に示す各層の材質等について説明する。前記下地層１は、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る。前記シード層２は、ＮｉＦｅＣｒまたはＣｒによって形成される。前記シード層２をＮｉＦｅＣｒによって形成すると、前記シード層２は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、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ものになる。また、前記シード層２をＣｒによって形成すると、前記シード層２は、体心立方（ｂｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{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になる。
【００２８】
前記反強磁性層３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、あるいは、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る。前記反強磁性層３は例えばＩｒＭｎ合金やＰｔＭｎ合金で形成される。
【００２９】
前記第１固定磁性層４ａは、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅＮｉなどの強磁性材料で形成され、前記非磁性中間層４ｂはＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどの非磁性導電材料で形成される。なお前記第２固定磁性層４ｃの構造及び材質については後述する。
【００３０】
前記非磁性材料層５は、Ｃｕ、Ａｕ、またはＡｇで形成されている。
また、フリー磁性層６の材質及び構造については後述する。前記保護層１７はＴａ等で形成される。
【００３１】
絶縁層３１，３２は、Ａｌ２Ｏ３やＳｉＯ２等の絶縁材料で形成される。前記ハードバイアス層４０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る。
前記下部シールド層１０及び上部シールド層１１は、ＮｉＦｅ合金等で形成される。
【００３２】
図１に示すスピンバルブ型薄膜素子の特徴的部分について説明する。
図１に示すスピンバルブ型薄膜素子では、前記第２固定磁性層４ｃが、前記非磁性中間層４ｂに接する非磁性中間層側磁性層４ｃ１と、前記非磁性材料層５に接する非磁性材料層側磁性層４ｃ２の２層構造で形成され、前記非磁性材料層側磁性層４ｃ２が、Ｃｏ２ｘ(Ｍｎ（１−ｚ）Ｆｅｚ)ｘαｙ（元素αは、３Ｂ族、４Ｂ族、あるいは５Ｂ族のうちいずれか一つの元素であり、ｘ，ｙはいずれも原子％であり、３ｘ＋ｙ＝１００原子％の関係を満たす）で表される第１のホイスラー合金層で形成される。前記組成式に示す含有量ｙは２０原子％以上３０原子％以下で、ＭｎＦｅ中に占めるＦｅ比ｚは、０．２以上０．８以下である。
【００３３】
なお「Ｆｅ比ｚ」は、Ｆｅの原子％／（Ｆｅの原子％＋Ｍｎの原子％）で示される。
組成分析には、ＳＩＭＳ分析装置や電解放射型透過電子顕微鏡（ＦＥ−ＴＥＭ）を用いたナノビーム特性Ｘ線分析（Ｎａｎｏ−ｂｅａｍ  ＥＤＸ）等を用いる。
【００３４】
後述する実験によれば、上記の構成により、磁気抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを、高い値に維持しながら、プラトー磁界（Ｈｐｌ）を大きくすることが可能である。
【００３５】
ここで前記プラトー磁界（Ｈｐｌ）とは、固定磁性層の磁化方向と反平行方向の外部磁界を印加したときに、前記固定磁性層の磁化が、前記外部磁界の影響で磁化反転をし始めるときの前記外部磁界の大きさを指す。図１のように前記固定磁性層４が積層フェリ構造である場合、図３（固定磁性層のＭ−Ｈ曲線）に示すように、反平行に磁化固定された２つの磁性層（第１固定磁性層４ａと第２固定磁性層４ｃ）に対し、一方の磁性層の磁化方向と反平行方向の外部磁界を印加したときに、前記一方の磁性層の磁化が、前記外部磁界の影響で磁化反転をし始めるときの前記外部磁界の大きさが前記プラトー磁界（Ｈｐｌ）である。
【００３６】
プラトー磁界が大きいほど前記固定磁性層４の磁化方向は安定した状態を保ち再生特性の向上を図ることが出来る。
【００３７】
本実施形態に使用される第１のホイスラー合金層は、従来、ホイスラー合金として使用されていた例えばＣｏ２ＭｎＧｅのうち、Ｍｎの一部をＦｅに置換したものである。Ｍｎの一部をＦｅに置換することで、磁歪や保磁力が大きくなるために前記プラトー磁界（Ｈｐｌ）が大きくなるものと考えられる。
【００３８】
上記したように、Ｆｅ比ｚは０．２〜０．８の範囲内である。Ｆｅ比が０．２を下回ると、プラトー磁界（Ｈｐｌ）を従来に比べて効果的に大きくできない。一方、Ｆｅ比が０．８を上回ると、ΔＲＡの低下が大きくなってしまう。したがって本実施形態では、前記Ｆｅ比ｚを０．２〜０．８の範囲内に設定している。
【００３９】
また、本実施形態では、前記含有量ｙを２０原子％以上３０原子％以下の範囲内に設定しているが、これにより、前記ΔＲＡを高い値に維持することが可能である。なお前記含有量ｙを２５原子％にすることが、安定して高いΔＲＡを得ることができて好ましい。
【００４０】
元素αは、３Ｂ族、４Ｂ族、あるいは５Ｂ族を構成する元素のうちいずれか一つの元素である。３Ｂ族、４Ｂ族及び５Ｂ族の中でも特に、Ｇｅ、Ｓｉ、あるいは、Ａｌが選択されることが、前記ΔＲＡを高い値に維持することができて好ましい。
【００４１】
図１に示す実施形態において、前記非磁性材料層側磁性層４ｃ２はスピン依存散乱部を構成するため、スピン分極率の高い前記第１のホイスラー合金層で形成されると、上記したようにΔＲＡを高い値にでき、さらに、プラトー磁界（Ｈｐｌ）を大きくできて好ましいが、前記非磁性中間層側磁性層４ｃ１は、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ等の強磁性材料で形成されると、前記第１固定磁性層４ａとの間で生じるＲＫＫＹ相互作用を大きくでき、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）を効果的に大きくできる。したがって前記第１固定磁性層４ａ及び第２固定磁性層４ｃを強固に磁化固定することが出来る。
【００４２】
前記フリー磁性層６は、Ｃｏ２ｖＭｎｖＧｅｗ（ｖ，ｗはいずれも原子％であり、３ｖ＋ｗ＝１００原子％の関係を満たす）で表される第２のホイスラー合金層で形成されると、より効果的にΔＲＡを大きくできて好ましい。なお前記組成式に示す含有量ｗは、２１原子％以上２７原子％以下で設定される。
【００４３】
前記フリー磁性層６は、例えば、従来から使用されているＣｏ２ＭｎＳｉ合金で形成されてもよいが、かかる場合、前記Ｃｏ２ＭｎＳｉ合金の結晶化温度は高く、具体的には３００℃以上のアニールが必要になる。一方、Ｃｏ２ｖＭｎｖＧｅｗで示される第２のホイスラー合金層の結晶化温度は、前記Ｃｏ２ＭｎＳｉ合金の結晶化温度ほど高くない。
【００４４】
ホイスラー合金を適切に結晶化させることでスピン分極率を高くできΔＲＡの向上を図ることができるが、高温のアニールを施すと、例えば前記反強磁性層３と前記第１固定磁性層４ａとの間で生じる交換結合磁界（Ｈｅｘ）が劣化する等の問題が生じるため、出来る限り、アニール温度を低く抑えるべく、前記フリー磁性層６には、上記した第２のホイスラー合金層を使用することが好ましい。
【００４５】
なお前記固定磁性層４の非磁性材料層側磁性層４ｃ２に使用される第１のホイスラー合金層の結晶化温度は、元素αにＳｉを選択しても、Ｍｎの一部がＦｅに置換されることでＣｏ２ＭｎＳｉの結晶化温度よりも低く出来るが、より結晶化温度を低くするには、元素αにＧｅを選択するほうがよい。
【００４６】
例えば、前記第１のホイスラー合金層を前記フリー磁性層６に使用しても、アニール温度を従来に比べて低くでき、前記反強磁性層３と前記第１固定磁性層４ａとの間で生じる交換結合磁界（Ｈｅｘ）の劣化を抑制できるが、その一方で、前記フリー磁性層６の磁歪や保磁力が大きくなるという問題があった。しかも前記第２のホイスラー合金層は、第１のホイスラー合金層に比べてスピン分極率が高いと考えられるし、プラトー磁界（Ｈｐｌ）を大きくするには特に固定磁性層４に前記第１のホイスラー合金層を用いることが重要であると考えられる（フリー磁性層６に第１のホイスラー合金層を使用しなくても前記プラトー磁界（Ｈｐｌ）はさほど低下しないと考えられる）。
【００４７】
したがって上記したように、好ましい実施形態としては、前記固定磁性層４には前記第１のホイスラー合金層を使用し、前記フリー磁性層６には前記第２のホイスラー合金層を使用することである。
【００４８】
図１に示すフリー磁性層６は単層構造で形成されているが、例えば磁性層の積層構造で形成されたり、あるいは固定磁性層４と同様に積層フェリ構造で形成されてもよい。前記フリー磁性層６が、磁性層の積層構造で形成される場合、少なくとも前記非磁性材料層５と接する側に前記第２のホイスラー合金層を用いることが、ΔＲＡを大きくできる観点から好ましい。また前記フリー磁性層６の前記第２のホイスラー合金層以外の部分には、軟磁気特性に優れた軟磁性材料、例えばＮｉＦｅ合金等を用いることが再生感度を向上させることができ好ましい。
【００４９】
図２は、本実施の形態のＣＰＰ型のデュアルスピンバルブ型薄膜素子（磁気検出素子）を備えた再生ヘッド（薄膜磁気ヘッド）を、記録媒体との対向面と平行な方向から切断した断面図である。なお図１と同じ符号が付けられている層は図１と同じ層を示している。
図２に示すように、前記下部シールド層１０上にはデュアルスピンバルブ型薄膜素子１００が形成されている。前記デュアルスピンバルブ型薄膜素子１００はトラック幅方向（図示Ｘ方向）の中央に、積層体１０１が形成されている。前記積層体１０１は、下から下地層１、シード層２、下側反強磁性層１０３、下側固定磁性層１０４、下側非磁性材料層１０６、フリー磁性層１０７、上側非磁性材料層１０８、上側固定磁性層１０９、上側反強磁性層１１１及び保護層７の順に積層されている。
【００５０】
図２に示すように、前記積層体１０１のトラック幅方向の両側端面は、前記積層体１０１のトラック幅方向の幅寸法が下側から上側に向けて徐々に小さくなる傾斜面、あるいは湾曲面で形成されており、前記積層体１０１のトラック幅方向の両側には下から絶縁層３２、ハードバイアス層４０及び絶縁層３２がこの順で積層されている。そして図２に示すように前記スピンバルブ型薄膜素子１００上に上部シールド層１１が形成されている。また図２に示す実施の形態は、図１に示すものと同様に、前記下部シールド層１０及び上部シールド層１１は前記スピンバルブ型薄膜素子１００の積層体１０１に対する電極としても機能し、前記積層体１０１を構成する各層の界面に対し垂直方向に電流が流される、いわゆるＣＰＰ（current  perpendicular  to  the  plane）型となっている。
【００５１】
図２に示す下側反強磁性層１０３及び上側反強磁性層１１１は、図１に示す反強磁性層３と同様の反強磁性材料により形成される。前記下側固定磁性層１０４は下側第１固定磁性層１０４ａ、下側非磁性中間層１０４ｂ，および下側第２固定磁性層１０４ｃの積層フェリ構造で形成され、前記上側固定磁性層１０９は、上側第１固定磁性層１０９ａ、上側非磁性中間層１０９ｂ，および上側第２固定磁性層１０９ｃの積層フェリ構造で形成され、各層の材質は、図１と同様のものが使用される。図２に示す下側非磁性材料層１０６及び上側非磁性材料層１０８は図１に示す非磁性材料層５と同様の非磁性材料で形成される。図２に示すフリー磁性層１０７は図１に示すフリー磁性層５と同様の磁性材料で形成される。
【００５２】
図２に示すデュアルスピンバルブ型薄膜素子１００でも、前記下側固定磁性層１０４及び上側固定磁性層１０９を構成する下側第２固定磁性層１０４ｃ、及び上側第２固定磁性層１０９ｃの非磁性材料層側磁性層１０４ｃ２，１０９ｃ２は、Ｃｏ２ｘ(Ｍｎ（１−ｚ）Ｆｅｚ)ｘαｙ（元素αは、３Ｂ族、４Ｂ族、あるいは５Ｂ族のうちいずれか一つの元素であり、ｘ，ｙはいずれも原子％であり、３ｘ＋ｙ＝１００原子％の関係を満たす）で表される第１のホイスラー合金層で形成される。前記組成式中に示す含有量ｙは２０原子％以上３０原子％以下で、ＭｎＦｅ中に占めるＦｅ比ｚは、０．２以上０．８以下である。
【００５３】
これにより、ΔＲＡを、高い値に維持しながら、プラトー磁界（Ｈｐｌ）を大きくすることが可能であり、したがって前記固定磁性層１０４，１０９の磁化を安定した状態に保つことが出来る。
【００５４】
前記フリー磁性層１０７は、前記第１のホイスラー合金層で形成されてもよいが、好ましくは、Ｃｏ２ｖＭｎｖＧｅｗ（ｖ，ｗはいずれも原子％であり、３ｖ＋ｗ＝１００原子％の関係を満たす）で表される第２のホイスラー合金層を有して形成されることである。なお、前記組成式に示す含有量ｗは、２１原子％以上２７原子％以下である。これにより前記ΔＲＡをより効果的に大きくすることができる。
【００５５】
図１に示すスピンバルブ型薄膜素子２０の製造方法を簡単に説明する。
図１に示す下部シールド層１０上に、下から、下地層１、シード層２、反強磁性層３、固定磁性層４、非磁性材料層５、フリー磁性層６および保護層７の順に同一真空中で積層する。各層の材質については図１で説明したので図１の説明を参照されたい。
【００５６】
図１に示すように前記固定磁性層４を形成するとき、下から第１固定磁性層４ａ，非磁性中間層４ｂ，および第２固定磁性層４ｃの順に積層する。さらに、前記第２固定磁性層４ｃを、前記非磁性中間層４ｂに接する非磁性中間層側磁性層４ｃ１と、前記非磁性材料層５に接する非磁性材料層側磁性層４ｃ２の２層構造で形成し、このとき、少なくとも前記非磁性材料層側磁性層４ｃ２を、Ｃｏ２ｘ(Ｍｎ（１−ｚ）Ｆｅｚ)ｘαｙ（元素αは、３Ｂ族、４Ｂ族、あるいは５Ｂ族のうちいずれか一つの元素であり、ｘ，ｙはいずれも原子％であり、３ｘ＋ｙ＝１００原子％の関係を満たす）で表される第１のホイスラー合金層で形成する。なお前記組成式に示す含有量ｙを２０原子％以上３０原子％以下で、ＭｎＦｅ中に占めるＦｅ比ｚを、０．２以上０．８以下に設定する。
【００５７】
また、前記フリー磁性層６を上記第１のホイスラー合金層で形成してもよいが、好ましくは、Ｃｏ２ｖＭｎｖＧｅｗ（ｖ，ｗはいずれも原子％であり、３ｖ＋ｗ＝１００原子％の関係を満たす）で表される第２のホイスラー合金層で形成することが好ましい。なお前記組成式に示す含有量ｗを、２１原子％以上２７原子％以下で設定する。
【００５８】
前記下地層１から保護層８までの積層体２１を形成した後、磁場中熱処理（例えば、２９０℃で、３〜４時間程度）を施す。これによって、前記反強磁性層３と前記第１固定磁性層４ａとの間に交換結合磁界（Ｈｅｘ）を生じさせる。さらに第１固定磁性層４ａと第２固定磁性層４ｃ間にはＲＫＫＹ相互作用が働き、前記第１固定磁性層４ａと前記第２固定磁性層４ｃとはハイト方向（図示Ｙ方向）と平行な方向であって互いに反平行に磁化される。
【００５９】
本実施形態では、上記した２９０℃程度のアニール温度であっても、第１のホイスラー合金層で形成された前記非磁性材料層側磁性層４ｃ２及び第２のホイスラー合金層で形成されたフリー磁性層５の結晶化及び規則化を適切に促進させることができる。
【００６０】
その後、図１に示すように前記積層体２１のトラック幅方向（図示X方向）の両側端面をエッチング加工して図示Ｘ−Ｚ平面と平行な方向での断面形状を略台形状にし、図１に示すように前記積層体２２のトラック幅方向の両側に、下から、絶縁層３１、ハードバイアス層４０及び電極層３２の順に積層する。そして、前記ハードバイアス層４０を図示Ｘ方向に着磁し、前記フリー磁性層６の磁化方向を図示Ｘ方向に揃える。
【００６１】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子２０の製造方法では、３００℃より低いアニール温度で、前記ホイスラー合金を適切に結晶化及び規則化できるので、前記反強磁性層３と固定磁性層４との間で生じる交換結合磁界（Ｈｅｘ）の劣化を適切に抑制できる。
【００６２】
さらに、プラトー磁界（Ｈｐｌ）を大きくできるため、製造工程中に思わぬ大きい外部磁場が作用した場合でも、前記固定磁性層４の磁化を安定した状態に保つことができる。
【００６３】
以上の製造方法によれば、高いΔＲＡを維持できるとともに、プラトー磁界（Ｈｐｌ）を大きくできるスピンバルブ型薄膜素子２０を簡単且つ適切に製造することが可能である。
【００６４】
図２に示す実施の形態では、図１に示すスピンバルブ型薄膜素子の積層体２２と層数が異なるだけで、図１と同様の製造工程を用いて形成する。
【実施例１】
【００６５】
以下に示す基本膜構成を形成した。前記基本膜構成は下から、下地層；Ｔａ（３０）／シード層；ＮｉＦｅＣｒ（５０）／反強磁性層；ＩｒＭｎ（７０）／下側固定磁性層［下側第１固定磁性層；Ｆｅ３０ａｔ％Ｃｏ７０ａｔ％（３０）／下側非磁性中間層；Ｒｕ（９．１）／非磁性中間層側磁性層；Ｆｅ４０ａｔ％Ｃｏ６０ａｔ％（１０）］／非磁性材料層側磁性層；Ｃｏ２（Ｍｎ１−ｚＦｅｚ）α（４０）／下側非磁性材料層；Ｃｕ（５０）／フリー磁性層；Ｃｏ２（Ｍｎ１−ｚＦｅｚ）α（８０）／上側非磁性材料層；Ｃｕ（５０）／上側固定磁性層；［非磁性材料層側磁性層；Ｃｏ２（Ｍｎ１−ｚＦｅｚ）α（４０）／非磁性中間層側磁性層；Ｆｅ４０ａｔ％Ｃｏ６０ａｔ％（１０）／上側非磁性中間層；Ｒｕ（９．１）／上側第１固定磁性層；Ｆｅ４０ａｔ％Ｃｏ６０ａｔ％（３０）］／上側反強磁性層；ＩｒＭｎ（７０）／保護層；Ｔａ（２００）であった。ここで元素αにはＧｅまたはＳｉを用いて形成した。括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はÅである。なお上記基本膜構成に対し、１０ｋＯｅ（約７９０ｋＡ／ｍ）の磁場中で２９０℃の熱処理を３．５時間行った。
【００６６】
上記基本膜構成において、非磁性材料層側磁性層及びフリー磁性層を構成するＣｏ２（Ｍｎ１−ｚＦｅｚ）αのＦｅ比ｚを変化させて、ΔＲＡ、プラトー磁界（Ｈｐｌ）を測定し、さらに元素αをＧｅで形成したものに関しては、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）、及びフリー磁性層の磁歪λｓについても測定を行った。その各実験結果を図４〜図７に示す。なおＦｅ比ｚは、Ｆｅの原子％／（Ｆｅの原子％＋Ｍｎの原子％）で示される。
【００６７】
図４に示すように、Ｆｅ比ｚが大きくなると、ΔＲＡが低下することがわかった。これは、Ｆｅ比ｚが大きくなるとスピン分極率が低下するためであると考えられる。
【００６８】
一方、図５に示すように、Ｆｅ比ｚが大きくなると、プラトー磁界（Ｈｐｌ）が大きくなることがわかった。プラトー磁界（Ｈｐｌ）が大きくなる原因は、図７の実験結果から推測すると、固定磁性層を構成する第２固定磁性層の磁歪や保磁力が大きくなったからであると考えられる。
【００６９】
また、図６に示すように、Ｆｅ比ｚが変動しても一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）はさほど変化しないことがわかった。ここで一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）とは、前記固定磁性層と反強磁性層間で発生する交換結合磁界や、前記固定磁性層を構成する磁性層間に生じるＲＫＫＹ相互交換作用の結合磁界を総合した磁界の大きさのことである。
【００７０】
また図７に示すように、Ｆｅ比ｚが大きくなると、フリー磁性層の磁歪が徐々に大きくなることがわかった。
【００７１】
上記実験では、元素αとしてＧｅまたはＳｉを使用したが、ＧｅまたはＳｉ以外にＡｌを用いた場合についても実験を行った。
【００７２】
実験では、上記した基本膜構成を用い、非磁性材料層側磁性層及びフリー磁性層を、Ｃｏ２ｘＦｅｘＡｌｙ、あるいは、Ｃｏ２ｘＦｅｘＳｉｙ、又は、Ｃｏ２ｘＦｅｘＧｅｙ（ただし各ホイスラー合金において、３ｘ＋ｙ＝１００原子％の関係を満たす）で形成した場合の各ホイスラー合金の組成比ｙとΔＲＡとの関係について測定した。
【００７３】
図８に示すように、元素αとして、Ｇｅ，Ｓｉ，Ａｌのいずれを用いても、組成比ｙが２０原子％〜２５原子％の範囲内では、さほどΔＲＡの値は変わらないが、組成比ｙが２５原子％以上になると、元素αとしてＧｅを選択したほうが、より大きいΔＲＡを得られることがわかった。
【００７４】
図８では、ＣｏＭｎＦｅαの４元系のホイスラー合金でなく、ＣｏＦｅαの３元系のホイスラー合金であるが、図４に示す傾向も合わせて考察すると、ＣｏＦｅＡｌに比べてＣｏＭｎＦｅＡｌを使用するほうが、ΔＲＡを大きくできるものと推測でき、しかも、図８のように、組成比ｙが２０原子％〜３０原子％の範囲内ではほぼ、どのホイスラー合金を使用しても、ΔＲＡの値が変わらないことから、ＣｏＭｎＦｅＡｌでも、ＣｏＭｎＦｅＳｉ及び、ＣｏＭｎＦｅＧｅを使用した場合とほぼ同様のΔＲＡを得ることが出来ると推測できる。
【００７５】
ところで図７で説明したように、フリー磁性層にもＣｏＭｎＦｅＧｅ合金を使用すると、前記フリー磁性層の磁歪が大きくなることがわかった。前記フリー磁性層の磁歪や保磁力が上昇すると感度が低下するため、前記フリー磁性層の磁歪は出来る限り小さいことが好ましい。
【００７６】
すなわち前記フリー磁性層にはスピン分極率が高く、しかも前記フリー磁性層の磁歪や保磁力を小さくできるホイスラー合金を選択することが好ましい。
【００７７】
そこで、フリー磁性層をＣｏＭｎＧｅで形成し、非磁性材料層側磁性層をＣｏＭｎＦｅαで形成した基本膜構成を形成してΔＲＡ及びプラトー磁界（Ｈｐｌ）を測定した。実験に使用した前記基本膜構成は下から、下地層；Ｔａ（３０）／シード層；ＮｉＦｅＣｒ（５０）／反強磁性層；ＩｒＭｎ（７０）／下側固定磁性層［下側第１固定磁性層；Ｆｅ３０ａｔ％Ｃｏ７０ａｔ％（３０）／下側非磁性中間層；Ｒｕ（９．１）／非磁性中間層側磁性層；Ｆｅ４０ａｔ％Ｃｏ６０ａｔ％（１０）］／非磁性材料層側磁性層；Ｃｏ２（Ｍｎ１−ｚＦｅｚ）α（４０）／下側非磁性材料層；Ｃｕ（５０）／フリー磁性層；Ｃｏ２ＭｎＧｅ（８０）／上側非磁性材料層；Ｃｕ（５０）／上側固定磁性層；［非磁性材料層側磁性層；Ｃｏ２（Ｍｎ１−ｚＦｅｚ）α（４０）／非磁性中間層側磁性層；Ｆｅ４０ａｔ％Ｃｏ６０ａｔ％（１０）／上側非磁性中間層；Ｒｕ（９．１）／上側第１固定磁性層；Ｆｅ４０ａｔ％Ｃｏ６０ａｔ％（３０）］／上側反強磁性層；ＩｒＭｎ（７０）／保護層；Ｔａ（２００）であった。ここでαにはＧｅあるいはＳｉを用いて２種類の上記基本膜構成を形成した。括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はÅである。なお上記基本膜構成に対し、１０ｋＯｅ（約７９０ｋＡ／ｍ）の磁場中で２９０℃の熱処理を３．５時間行った。
【００７８】
上記基本膜構成において、非磁性材料層側磁性層を構成するＣｏ２（Ｍｎ１−ｚＦｅｚ）αのＦｅ比Ｕを変化させて、ΔＲＡ、プラトー磁界（Ｈｐｌ）を測定した。その各実験結果を図９及び図１０に示す。なおＦｅ比ｚは、Ｆｅの原子％／（Ｆｅの原子％＋Ｍｎの原子％）で示される。
【００７９】
図９に示すように、ΔＲＡは図４の実験結果と同様にＦｅ比ｚが大きくなると低下する傾向にあるが図４の実験結果よりも低下率が小さいことがわかった。
【００８０】
一方、図１０に示すように、プラトー磁界（Ｈｐｌ）は図５の実験結果と同様にＦｅ比ｚが大きくなるとともに増加する傾向にあるが、図５の実験結果と比べて増加率に差がなかった。
【００８１】
図４〜図７および図９、１０に示す実験結果に基づき、Ｆｅ比ｚを０．２〜０．８の範囲内に設定した。これにより、高いΔＲＡを維持しながらプラトー磁界（Ｈｐｌ）を大きくできることがわかった。具体的には６ｍΩμｍ２以上のΔＲＡを得ることができ、１０００Ｏｅ（約７９×１０３Ａ／ｍ）以上のプラトー磁界（Ｈｐｌ）を得ることが出来ることがわかった。また、より好ましくはＦｅ比ｚを０．２〜０．６の範囲内に設定することである。Ｆｅ比ｚを上記範囲に設定することによって、８ｍΩμｍ２以上の高いΔＲＡを得ることができる。
【００８２】
次に、図１１は、上記基本膜構成を用い、非磁性材料層側磁性層及びフリー磁性層を、Ｃｏ２ｖＭｎｖＧｅｗ（ｖ，ｗはいずれも原子％であり、３ｖ＋ｗ＝１００原子％の関係を満たす）で示されるホイスラー合金で形成した場合の、組成比ｗとΔＲＡとの関係を示すグラフである。なお図１１の実験では、非磁性材料層側磁性層及びフリー磁性層を、Ｃｏ２ｖＦｅｖＧｅｗ（ｖ，ｗはいずれも原子％であり、３ｖ＋ｗ＝１００原子％の関係を満たす）で示されるホイスラー合金で形成した場合の、組成比ｗとΔＲＡとの関係についても測定した。
【００８３】
図１１に示すように、非磁性材料層側磁性層及びフリー磁性層を、Ｃｏ２ｖＭｎｖＧｅｗ（ｖ，ｗはいずれも原子％であり、３ｖ＋ｗ＝１００原子％の関係を満たす）で示されるホイスラー合金で形成したほうが、Ｃｏ２ｖＦｅｖＧｅｗ（ｖ，ｗはいずれも原子％であり、３ｖ＋ｗ＝１００原子％の関係を満たす）で示されるホイスラー合金で形成するよりもΔＲＡを大きくできることがわかった。
【００８４】
図９〜図１１の実験結果から、高いΔＲＡを維持しつつ、プラトー磁界（Ｈｐｌ）を大きくするためのより好ましい形態は、固定磁性層を構成する非磁性材料層側磁性層を、Ｃｏ２ｘ（Ｍｎ１−ｚＦｅｚ）ｘαｙ合金で形成し、フリー磁性層を、Ｃｏ２ｖＭｎｖＧｅｗで形成することであることがわかった。また図１１の実験結果から組成比ｗを２１原子％〜２７原子％の範囲内に設定した。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本実施の形態のＣＰＰ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子（磁気検出素子）を備えた再生ヘッド（薄膜磁気ヘッド）を、記録媒体との対向面と平行な方向から切断した断面図、
【図２】本実施の形態のＣＰＰ型のデュアルスピンバルブ型薄膜素子（磁気検出素子）を備えた再生ヘッド（薄膜磁気ヘッド）を、記録媒体との対向面と平行な方向から切断した断面図、
【図３】スピンバルブ型薄膜素子の固定磁性層のＭ−Ｈ曲線の模式図、
【図４】固定磁性層を構成する非磁性材料層側磁性層及びフリー磁性層をＣｏ２（Ｍｎ１−ｚＦｅｚ）ＧｅまたはＣｏ２（Ｍｎ１−ｚＦｅｚ）Ｓｉで形成したときの、Ｆｅ比ｚとΔＲＡとの関係を示すグラフ、
【図５】固定磁性層を構成する非磁性材料層側磁性層及びフリー磁性層をＣｏ２（Ｍｎ１−ｚＦｅｚ）ＧｅまたはＣｏ２（Ｍｎ１−ｚＦｅｚ）Ｓｉで形成したときの、Ｆｅ比ｚとプラトー磁界（Ｈｐｌ）との関係を示すグラフ、
【図６】第２固定磁性層を構成する非磁性材料層側磁性層及びフリー磁性層をＣｏ２（Ｍｎ１−ｚＦｅｚ）ＧｅまたはＣｏ２（Ｍｎ１−ｚＦｅｚ）Ｓｉで形成したときの、Ｆｅ比ｚと一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）との関係を示すグラフ、
【図７】第２固定磁性層を構成する非磁性材料層側磁性層及びフリー磁性層をＣｏ２（Ｍｎ１−ｚＦｅｚ）ＧｅまたはＣｏ２（Ｍｎ１−ｚＦｅｚ）Ｓｉで形成したときの、Ｆｅ比ｚとフリー磁性層の磁歪λｓとの関係を示すグラフ、
【図８】第２固定磁性層を構成する非磁性材料層側磁性層及びフリー磁性層を、Ｃｏ２ｘＦｅｘＡｌｙ、あるいは、Ｃｏ２ｘＦｅｘＳｉｙ、又は、Ｃｏ２ｘＦｅｘＧｅｙ（ただし各ホイスラー合金において、３ｘ＋ｙ＝１００原子％の関係を満たす）で形成した場合の各ホイスラー合金の組成比ｙとΔＲＡとの関係を示すグラフ、
【図９】固定磁性層を構成する非磁性材料層側磁性層をＣｏ２（Ｍｎ１−ｚＦｅｚ）ＧｅまたはＣｏ２（Ｍｎ１−ｚＦｅｚ）Ｓｉで形成し、フリー磁性層をＣｏ２ＭｎＧｅで形成したときの、Ｆｅ比ｚとΔＲＡとの関係を示すグラフ、
【図１０】固定磁性層を構成する非磁性材料層側磁性層をＣｏ２（Ｍｎ１−ｚＦｅｚ）ＧｅまたはＣｏ２（Ｍｎ１−ｚＦｅｚ）Ｓｉで形成し、フリー磁性層をＣｏ２ＭｎＧｅで形成したときの、Ｆｅ比ｚとプラトー磁界（Ｈｐｌ）との関係を示すグラフ、
【図１１】第２固定磁性層を構成する非磁性材料層側磁性層及びフリー磁性層を、Ｃｏ２ｖＭｎｖＧｅｗ（ｖ，ｗはいずれも原子％であり、３ｖ＋ｗ＝１００原子％の関係を満たす）、Ｃｏ２ｖＦｅｖＧｅｗ（ｖ，ｗはいずれも原子％であり、３ｖ＋ｗ＝１００原子％の関係を満たす）で示されるホイスラー合金で形成した場合の、各ホイスラー合金の組成比ｗとΔＲＡとの関係を示すグラフ、
【符号の説明】
【００８６】
１  下地層
２  シード層
３、１０３、１１１  反強磁性層
４、１０４、１０９  固定磁性層
４ａ、１０４ａ、１０９ａ  第１固定磁性層
４ｂ、１０４ｂ、１０９ｂ  非磁性中間層
４ｃ、１０４ｃ、１０９ｃ  第２固定磁性層
４ｃ２、１０４ｃ２、１０９ｃ２  非磁性材料層側磁性層
５、１０６、１０８  非磁性材料層
６、１０７  フリー磁性層
７  保護層
【図１】
2007227748.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】
2007227748.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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