(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反強磁性膜、磁化が固着された第一磁性膜、実質的に信号磁界に応答する第二磁性膜、および前記第一磁性膜と前記第二磁性膜との間に挟持された非磁性膜を備える磁気抵抗効果膜を形成する工程と、
前記磁気抵抗効果膜上にマスクを形成する工程と、
真空中において少なくとも前記磁気抵抗効果膜のうち第二磁性膜の前記マスクで覆われていない領域をエッチングして前記反強磁性膜が延存した形状のコンタクト領域を形成する工程と、
真空を破ることなく前記コンタクト領域と接触する電極材料を堆積して電極を形成する工程と、
前記マスク上に残存している電極材料を除去する工程と
を具備したことを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気記録再生装置の再生ヘッドに使用される磁気抵抗効果素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気記録の高密度化が進み、ＶＴＲでは５００Mb／inch2 、ＨＤＤでは２００Mb／inch2 という高記録密度のシステムが商品化されている。これらのシステムでは、主に誘導型の磁気ヘッドが用いられている。しかしながら、最近では、磁気抵抗効果素子を具備した磁気抵抗効果型の薄膜磁気ヘッドが、固定ヘッド方式のテープ媒体を再生するシステムだけでなく、相対速度が数メータ／秒と遅い相対速度をもつ小型ＨＤＤに対してもその高いＳ／Ｎ性から誘導型の磁気ヘッドに代わって用いられはじめている。
【０００３】
従来、磁気抵抗効果型の薄膜磁気ヘッドにおいて信号磁界を感知して抵抗が変化する部分（以下、ＭＲエレメントと呼ぶ）には、ＮｉＦｅ合金（以下、パーマロイと省略する）が使用されている。パーマロイは、良好な軟磁気特性を有するものでも磁気抵抗変化率が最大で３％程度であり、小型化・大容量化された磁気記録媒体用のＭＲエレメントに用いる場合には磁気抵抗変化率が不充分である。このため、ＭＲエレメント材料として、より高感度な磁気抵抗変化を示すものが望まれている。
【０００４】
これに対して、最近では２層構造の磁性膜において、２つの磁性膜の磁化のなす角に依存して電気抵抗が変化するスピンバルブ現象、あるいは多層構造の磁性膜において、隣合う磁性膜の磁化のなす角に依存して電気抵抗が大きく変化する現象が報告されている。
【０００５】
このような、磁気抵抗効果素子の第１の例として、人工格子型と呼ばれるＦｅ／ＣｒやＣｏ／Ｃｕ等の強磁性膜と非磁性膜をある条件で互いに積層してなる多層膜により、巨大な磁気抵抗変化、最大で１００％を越える大きな磁気抵抗変化が現れることが知られている（Phys.Rev.Lett.,Vol.61,2472(1988), Phys.Rev.Lett.,Vol.64,2304(1990)）。また、非磁性膜の厚さを変化させると、磁気抵抗変化率が周期的に変化することが報告されており、この変化は、非磁性膜の厚さにより磁性膜が周期的に強磁性結合もしくは反強磁性結合となるために生じると説明されている。多層膜の電気抵抗を結合状態で比較すると、反強磁性結合状態で高く、強磁性結合状態で低い。
【０００６】
一方、磁気抵抗効果素子において、反強磁性結合状態の高い磁気抵抗効果膜を用いると、その結合力が大きいことから飽和磁界が大きくなる。そこで、反強磁性結合状態を用いずに、磁化が平行である状態と反平行である状態の間で抵抗が異なることを利用する方式がいくつか報告されている。
【０００７】
すなわち、磁気抵抗効果素子の第２の例として、保磁力の異なる２種類の膜を用い、この保磁力の差を利用して両磁性膜の磁化を反平行状態にして磁気抵抗変化を実現した例がある（日本応用磁気学会誌 Vol.15,No.5 813(1991)、いわゆる新庄型）。
【０００８】
さらに、磁気抵抗効果素子の第３の例として、非磁性膜を挟んだ２つの磁性膜の一方に反強磁性膜による交換バイアスを及ぼして磁化を固着し、もう一方の磁性膜が外部磁界で磁化反転することにより、非磁性膜を挟んで磁性膜の磁化方向が互いに平行および反平行となる状態を作り出して、大きな磁気抵抗変化を実現した例がある（Phys.Rev.B.,Vol.45806(1992) ，J.Appl.Phys.,Vol.69,4774(1991)、いわゆるスピンバルブ型）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、図６８に従来の磁気抵抗効果素子を示し、その課題について説明する。
【００１０】
第１の課題は以下に示すものである。
【００１１】
従来の磁気抵抗効果素子は、例えば下地膜２０２ａ、軟磁性膜２０２ｂ、非磁性膜２０２ｃ、信号磁界に応答する透磁率の高い軟磁性膜２０２ｄ、および保護膜２０２ｅが順次積層され、さらに、パターニングされた保護膜２０２ｅ上にリード２０１が形成されてなるものである。このような構成においては、トラック幅に相当する領域Ａの両端にリード２０１を接続するためのコンタクト領域Ｂを有する。ここで、コンタクト領域Ｂには、軟磁性膜２０２ｄが存在するため、この部分からも記録情報を感知する。このためオフトラックしたときに隣接トラックからの情報も混入し、Ｓ／Ｎも悪くなりトラック幅も明確にならない。例えば、２００Mb／inch2 の記録密度の場合、トラック幅は７μｍ、トラック間距離は２μｍ程度である。この場合、トラック幅は比較的大きく出力も大きいので、コンタクト領域Ｂを１μｍ程度以下に設定すれば、コンタクト領域Ｂは隣接トラック上には存在せず、トラック間距離１μｍ以下のオフトラックなら隣接トラックからの漏洩出力（クロストーク）も無視できた。
【００１２】
しかしながら、例えば面密度１０Gb／inch2 では、トラック幅が１μｍ、トラック間距離が０．２μｍ程度になるため、出力自体も小さくなり、オフトラック時にコンタクト領域Ｂが隣接トラック上に存在することになり、隣接トラックからの漏洩出力も無視できない。これを避けるためには、コンタクト領域Ｂをトラック間距離である０．２μｍ程度に小さくすればよいが、量産に際しオーミックコンタクト不良が発生しやすくなる。
【００１３】
上述したように、面密度が１０Gb／inch2 に近づくにつれて、オフトラック時のコンタクト領域Ｂでの隣接トラックからの漏洩出力が無視できなくなり、それを避けようとコンタクト領域Ｂの面積を小さくするとオーミックコンタクトをとることすら難しくなるという問題がある。
【００１４】
第２の課題は以下に示すものである。
【００１５】
従来からの異方性磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子において、トラック幅を正確に規定する方法としては、図６９に示すように、軟磁性膜２０２ｄのトラック幅に相当する領域を信号磁界の流入方向に延出させる方法である。この場合、磁気抵抗効果素子の信号磁界方向の反磁界が低減されて透磁率が高くなるので、信号磁界に対する感度が向上する。さらに、同様の感度向上の観点から磁気抵抗効果素子の一部を信号磁界の流入方向と反対方向に延出させる方法も知られている。しかしながら、いずれの場合においても、図６９に示すように、抵抗変化を検知するためのセンス電流が湾曲して流れるために、センス電流と磁化のなす角に応じて抵抗が変化する異方性磁気抵抗効果を利用した薄膜磁気ヘッドにおいては、信号磁界に応答して磁気抵抗変化膜の磁化方向が変化しても抵抗変化率が不充分で、安定した出力が得られない。特に、トラック幅が狭くなるにしたがってセンス電流の湾曲が大きくなるため、安定した出力を得ることが極めて困難になるという問題がある。
【００１６】
第３の課題は以下に示すものである。
【００１７】
従来の磁気抵抗効果素子には、図７０（Ａ）および図７０（Ｂ）に示すような非磁性膜を挟持した２つの磁性膜からなり、センス電流を信号磁界方向に通電し、センス電流による磁界をバイアス磁界として磁性膜に印加するタイプがある（J.Appl.Phys.53(3),2596,1982 ）。図７０中２０５は下磁性膜、２０６は非磁性膜、２０７は上磁性膜、２０８ａ，２０８ｂはリードをそれぞれ示す。同図において、センス電流は、例えばリード２０８ａより入り、２０８ｂより流れ出る。このような構成の磁気抵抗効果素子は、センス電流により発生する磁界の影響を受ける。上磁性膜２０７には下磁性膜２０５と非磁性膜２０６に流れる電流による磁界が印加されるものと考えて、各層の膜厚が伝導電子の平均自由行程以下の場合におけるセンス電流による磁界の大きさは以下の式（１）で求められる。なお、平均自由行程は、バルク状のＣｕの場合、３００Ｋで約３００オングストロームである。
【００１８】
Ｈx1〜Ｊ＊（ｔ＋ｄ）／２                            …（１）
例えば、電流密度Ｊ＝２×１０7 Ａ／cm2 、下磁性膜２０５の厚さｔ＝２０オングストローム、非磁性膜２０６の幅ｄ＝５０オングストロームのとき、Ｈx 〜７００（Ａ／ｍ）＝９（エルステッド）となる。
【００１９】
また、下磁性膜２０５にかかる磁界Ｈx2は上磁性膜２０７と非磁性膜２０６に流れる電流に起因するものであるのでＨx2＝−Ｈx1となる。
【００２０】
したがって、このような条件では上磁性膜２０７と下磁性膜２０５の磁気モーメントは、各層の異方性磁界がパーマロイ薄膜のように小さい場合（〜３エルステッド）には磁化は反平行になる。しかしながら、素子エッジ部では、反磁界の影響でエッジカーリングウォールと呼ばれる磁壁が存在し（IEEE Trans.Magn.,Vol.24,No.3,May 1988 ）、実質上この部分がデッド領域となる。
【００２１】
このような磁気抵抗効果素子においては、各層内の磁気モーメントが層内で一様であれば素子のもつ能力を最大限に利用できる。しかしながら、エッジカーリングウォールが存在すると、磁気モーメントが一様にならず、その部分では信号磁界に対する応答性が悪くなる。したがって、磁気抵抗効果素子の再生出力はエッジカーリングウォールの存在する割合だけ低下することになる。
【００２２】
素子の幅方向に磁気異方性を付与した場合、このエッジカーリングウォールの幅は以下の式（２）により求められる（IEEE Trans.Magn.,Vol.24,No.3,May 1988 ）。
【００２３】
πΔ／２＝｛π3 Ｍs ＊ｄ＊ｔ／（２＊Ｈk ）｝0.5         …（２）
ここで、Ｍs は飽和磁化、Ｈk は異方性磁界の大きさを表す。例えば、上記の素子構成で、Ｈk ＝３エルステッド、Ｍs ＝８００Ｇの場合には、πΔ／２＝０．２μｍとなる。センス電流を流した場合は式（２）のＨk はＨk ＋Ｈx となるので、πΔ／２＝０．１μｍとなる。
【００２４】
面密度１０Gb／inch2 の超高密度磁気記録の場合、１ビット当たりの面積は約０．０７μｍ2 となり、トラック幅は１μｍ以下になる。このとき、素子の寸法も同程度（１μｍ角）のディメンジョンとなる。よって、エッジカーリングウォールの幅が素子全体に占める割合が２０％にもなり、素子の８０％しかアクティブな領域として使用できないという問題が生じる。この問題は、磁性膜が２つの場合だけではなく、磁性膜と非磁性膜を交互に積層した場合も同様に問題となる。
【００２５】
上述したように、磁性膜と非磁性膜が交互に積層されてなる磁気抵抗効果素子においては、各層の磁気モーメントが素子端部において端部に対して平行になろうとし、エッジカーリングウォールが発生する。素子が微細化されるとこのエッジカーリングウォールの素子全体に占める割合が大きくなる。また、極端な場合には、中央部付近の磁化も端部に対して平行な成分をもつようになる。このため、磁気抵抗効果素子の再生出力が低下するという問題がある。
【００２６】
なお、反強磁性膜を前記磁気抵抗効果素子の少なくとも片側に配置して、幅方向に一軸性を付与すればエッジカーリングウォールはなくなるが、実際開発されているＦｅＭｎ系の反強磁性膜は耐食性が非常に悪いので、この反強磁性膜が外界に露出するような構成を採ることはできない。
【００２７】
第４の課題は以下に示すものである。
【００２８】
従来のパーマロイ等を使用した磁気抵抗効果素子の場合、磁性膜に現れる磁区の不可逆的な運動に起因するバルクハウゼンノイズの発生が実用上の問題となっている。これを防ぐための技術としては、ＦｅＭｎ等の反強磁性膜を積層して交換バイアスを得ることや、素子の両端の近傍に磁性体を配置すること等により磁性膜を単磁区化することが提案されている（IEEE MAG-14,521(1978) ，特開昭６４−１１１２号）。
【００２９】
しかしながら、従来は、単層または各磁性膜の磁化が同じ向きである多層の磁性膜に対して、上述したように、一方向のバイアス磁界を印加して単磁区化することは試みられているが、磁性膜が３層以上になり各磁性膜の磁化が同じ向きではなく、例えば反平行状態である場合に各磁性膜を単磁区化する技術は未だ報告されていない。
【００３０】
第５の課題は以下に示すものである。
【００３１】
図７０に示すように、信号磁界方向と抵抗変化を検知するためのセンス電流の方向が略平行である従来の薄膜磁気抵抗効果素子の場合、磁束密度が最も高い媒体対向面側にリードが配置されるので、通常磁気抵抗効果素子の長さを信号磁界方向と同じ方向に１０μｍ程度とり、磁気抵抗効果素子の透磁率を高くして信号磁界方向の反磁界を低減させている。したがって、磁気抵抗効果素子の信号磁界方向の長さが、それと直交するトラック幅方向よりも長くなっている。しかしながら、記録媒体より媒体対向面から離れるにつれ、磁気抵抗効果素子に流入した磁束は漏洩するので、磁気抵抗効果素子において抵抗が変化するのは、媒体対向面より１〜２μｍの領域のみとなり、感度が低下するという問題がある。また、磁気抵抗効果素子の長さを１０μｍ程度と大きくとっているので、抵抗値が大きくなり、これに伴って発熱によるジョンソンノイズが大きくなる。
【００３２】
第６の課題は以下に示すものである。
【００３３】
上述したスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子では、上磁性膜の磁化は上磁性膜上に形成された例えばＦｅＭｎ等の反強磁性膜と交換結合させて磁化固着せしめる一方、下磁性膜の磁化を信号磁界で磁化反転させて隣合う磁性膜の磁化を互いに平行状態または反平行状態として抵抗変化を検知することが行われている。
【００３４】
しかしながら、このように反強磁性膜による交換バイアスを及ぼし、磁気抵抗効果素子における２つの磁性膜の一方を磁化固着膜とした場合は、従来１０6 Ａ／cm2 以上の大電流を通電して抵抗変化率を測定すると、発熱によりたびたび抵抗変化率が著しく低下するという問題がある。
【００３５】
第１の課題に対しては、トラック幅を厳密に規定でき、オフトラック時の隣接トラックからのクロストークの影響が小さく、しかもリードとのオーミックコンタクトも良好な磁気抵抗効果素子を提供することが望まれる。
【００３６】
第２の課題に対しては、感度が良好で、しかも安定した出力が得られる磁気抵抗効果素子を具備した薄膜磁気ヘッドを提供することが望まれる。
【００３７】
第３の課題に対しては、エッジカーリングウォールがなく、大きな出力が得られる磁気抵抗効果素子を具備した薄膜磁気ヘッドを提供することが望まれる。
【００３８】
第４の課題に対しては、バルクハウゼンノイズの少ない、３層以上の磁性膜を有する磁気抵抗効果素子を具備した薄膜磁気ヘッドを提供することが望まれる。
【００３９】
第５の課題に対しては、センス電流が信号磁界方向に通電されても感度が良好で、かつ発熱によるジョンソンノイズの小さい磁気抵抗効果素子を具備した薄膜磁気ヘッドを提供することが望まれる。
【００４０】
第６の課題に対しては、大電流が通電されても発熱による抵抗変化率の低下がほとんどない、磁化固着膜を有する磁気抵抗効果素子を具備した薄膜磁気ヘッドを提供することが望まれる。
【００４１】
本発明は、特に第１の課題に着目し、トラック幅を厳密に規定でき、オフトラック時の隣接トラックからのクロストークの影響が小さく、しかもリードとのオーミックコンタクトも良好な磁気抵抗効果素子を製造できる方法を提供することを目的とする。
【００４２】
【課題を解決するための手段および作用】
上記目的を達成するためになされた本発明は、スピンバルブ型、新庄型または人工格子型の磁気抵抗効果素子の製造方法に関するものである。磁気抵抗効果素子は、基板上に、少なくとも磁性膜、非磁性膜、および磁性膜が順次積層されてなる基本構造を有している。ここで、前記磁性膜の材料としては、特に規定されない限り、Ｃｏ、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉ、ＮｉＦｅ，センダスト、ＮｉＦｅＣｏ、Ｆｅ8 Ｎ等を挙げることができる。さらに、Ｃｏ100-x Ｆｅx （０＜ｘ≦４０原子％）からなる磁性膜は、抵抗変化率が大きくかつ低Ｈｃを示すので好ましい。磁性膜の膜厚は１〜２０nmであることが好ましい。なお、本発明において前記磁性膜は、強磁性、フェリ磁性のいずれを示すものであってもよい。また、非磁性膜の材料としては、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｕ、またはＡｇ等の非磁性金属やＣｕＰｄ、ＣｕＰｔ、ＣｕＡｕ、ＣｕＮｉ合金等を挙げることができる。非磁性膜の膜厚は０．５〜２０nmであることが好ましく、０．８〜５nmであることが特に好ましい。
【００４３】
薄膜磁気ヘッドは、上述したような磁性膜と非磁性膜が交互に複数周期に順次積層された構造を有する磁気抵抗効果素子を具備するものであってもよく、また、ここでの磁気抵抗効果素子は、前記磁性膜と交換結合する強磁性膜、反強磁性膜等を有していても構わない。
【００４４】
薄膜磁気ヘッドの磁気抵抗変化素子の信号磁界に対する応答は、磁界に対して線形ではない。もし信号処理の都合上、線形性が要求される場合には、センス電流に平行な方向にバイアス磁界をかける手段を設けることが必要となる。また、磁化容易軸がセンス電流と平行な向きの場合には、センス電流による磁界が作用すると、２つの磁性膜の磁化は互いに逆向きに磁化容易軸からある角度だけ磁化回転する。この角度は、磁性膜の異方性磁界、センス電流による磁界、および反磁界のバランスで決まる角度であり、０度から９０度までの値をとることが可能である。信号磁界が作用すると、２つの磁性膜の磁化は平行になる向きに、互いに逆方向に回転し、電気抵抗は減少する。もし、磁気抵抗変化素子の信頼性から許される最大のセンス電流による磁界で、信号磁界が作用しないときの互いの磁化がなす角度が直角になっている場合には、信号磁界に対する電気抵抗変化の線形性がよい。
【００４５】
本発明に係る磁気抵抗効果素子は、２つの磁性膜の磁化は信号磁界が０の状態で互いに逆向きで容易軸方向を向き、電気抵抗が最大値をとる。したがって、磁気抵抗変化素子の可能な電気抵抗変化をすべて利用できるため、大きな出力を得ることができる。また、本発明に係る磁気抵抗効果素子は、磁化回転を利用して磁界を検出するので高周波数での磁界検出が可能である。
【００４６】
以下、本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法を具体的に説明する。
【００４７】
本発明に係る磁気抵抗効果素子の製造方法は、反強磁性膜、磁化が固着された第一磁性膜、実質的に信号磁界に応答する第二磁性膜、および前記第一磁性膜と前記第二磁性膜との間に挟持された非磁性膜を備える磁気抵抗効果膜を形成する工程と、前記磁気抵抗効果膜上にマスクを形成する工程と、真空中において少なくとも前記磁気抵抗効果膜のうち第二磁性膜の前記マスクで覆われていない領域をエッチングして前記反強磁性膜が延存した形状のコンタクト領域を形成する工程と、真空を破ることなく前記コンタクト領域と接触する電極材料を堆積して電極を形成する工程と、前記マスク上に残存している電極材料を除去する工程とを具備したことを特徴とする（実施例Ａ、図３）。
【００４８】
本発明においては、磁気記録媒体の磁化情報に応答する領域は厳密に電極（リード）間のみとなる。これにより、トラック間距離よりも小さいオフトラックなら隣接トラックからのクロストークも無視できる程度に小さくでき、また、トラック幅を厳密に規定できる。
【００４９】
また、コンタクト領域は、完全に信号磁界に応答しないので、コンタクト領域を隣接トラック上まで伸びるほど大きくできる。そして、上述のような適切な工程をとることにより、電極（リード）と磁気抵抗効果素子のオーミックコンタクトも確保することができる。
【００５０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して具体的に説明する。
【００５１】
実施例Ａ
図１（Ａ）は本発明の一実施例を示す斜視図である。図中１０は基板を示す。基板１０上には、ＦｅＭｎ等からなる反強磁性膜１１あるいはＣｏＰｔ等からなる硬質磁性膜が形成されている。反強磁性膜１１上には、ＮｉＦｅ等からなる下磁性膜（第一磁性膜）１２、Ｃｕ等からなる非磁性膜１３、およびＮｉＦｅ等からなる上磁性膜（第二磁性膜）１４が形成されている。さらに、上磁性膜１４上には、Ｔｉ，ＳｉＯ2 等からなる保護膜１５が形成されている。非磁性膜１３、上磁性膜１４、および保護膜１５、並びに下磁性膜１２の一部は、能動領域以外の領域がエッチングにより除去されている。エッチングにより除去した能動領域以外の下磁性膜１２上にＣｕ／Ｃｒ等の電極材料からなるリード（電極）１６が形成されている。
【００５２】
図１（Ａ）に示す磁気抵抗効果素子において、下磁性膜（第一磁性膜）１２の磁化は全体が反強磁性膜１１により固着されており、実質的に信号磁界に応答する上磁性膜（第二磁性膜）１４のコンタクト領域Ｂはエッチング除去されているため磁気抵抗効果素子の能動領域は厳密にリード間Ａとなる。このため、コンタクト領域Ｂは記録情報を検出しないので、コンタクト領域Ｂも大きくとることができる。
【００５３】
また、後述のようにリード１６の形成直前に、コンタクト領域Ｂの非磁性膜１３、上磁性膜１４、および保護膜１５、並びに下磁性膜１２の一部をエッチング除去して洗浄するため、コンタクト領域Ｂのオーミックコンタクトを確実にとることができる。
【００５４】
この素子において、コンタクト領域Ｂの非磁性膜１３はエッチングにより除去されているが、必ずしも除去する必要はない。また、コンタクト領域Ｂの下磁性膜１２は、部分的にエッチング除去されているが、まったくエッチング除去しなくてもよく、反強磁性膜１１や硬質磁性膜が導電性をもつ場合には全部エッチング除去してもよい。
【００５５】
この場合、ＦｅＭｎで固着されている側の磁性膜の膜厚は、反対側の磁性膜より大きい方が好ましい。このように設定することにより、トラック幅が狭いときにおいても、上下磁性膜の磁化の反平行状態を実現しやすい。
【００５６】
図１（Ｂ），（Ｃ）および図２（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の他の実施例を示す斜視図である。具体的には、図１（Ｂ）は、コンタクト領域Ｂの非磁性膜１３も一部残存させたものを示す。図１（Ｃ）は、コンタクト領域Ｂの下磁性膜１２をすべてエッチングして除去したものを示す。図２（Ａ）は、導電性の下地膜１７の能動領域上に反強磁性膜１１あるいは硬質磁性膜、下磁性膜１２、非磁性膜１３、上磁性膜１４、および保護膜１５を順次形成し、下地膜１７のコンタクト領域上にリード（電極）１６を形成したものを示す。図２（Ｂ）は、導電性の下地膜１７の能動領域上に下磁性膜１２、非磁性膜１３、上磁性膜１４、反強磁性膜１１あるいは硬質磁性膜、および保護膜１５を順次形成し、下地膜１７のコンタクト領域上にリード１６を形成したものを示す。図２（Ｃ）は、反強磁性膜１１あるいは硬質磁性膜上に下磁性膜１２、非磁性膜１３、中間磁性膜１８、非磁性膜１３、上磁性膜１４、および保護膜１５を順次形成し、コンタクト領域Ｂに一部残存させた下磁性膜１２上にリード１６を形成したものを示す。この磁気抵抗効果素子は、下磁性膜１２の磁化は反強磁性膜１１あるいは硬質磁性膜により固着され、中間磁性膜１８および上磁性膜１４が信号磁界に応答するタイプのものである。図２（Ｄ）は、導電性の下地膜１７の能動領域Ａ上に下磁性膜１２、非磁性膜１３、中間磁性膜１８、非磁性膜１３、上磁性膜１４、反強磁性膜１１あるいは硬質磁性膜、および保護膜１５を順次形成し、下地膜１７のコンタクト領域Ｂ上にリード１６を形成したものを示す。この磁気抵抗効果素子は、上磁性膜１４の磁化は反強磁性膜１１あるいは硬質磁性膜により固着され、中間磁性膜１８および下磁性膜１２が信号磁界に応答するタイプのものである。
【００５７】
なお、本発明にかかる磁気抵抗効果素子の作製工程の一例を図３（Ａ）〜（Ｅ）に示す。
【００５８】
まず、図３（Ａ）に示すように、基板１０上に反強磁性膜１１あるいは硬質磁性膜、下磁性膜（第一磁性膜）１２、非磁性膜１３、上磁性膜（第二磁性膜）１４、および保護膜１５を順次形成し、略短冊状となるようにすべての膜をエッチングする。次いで、図３（Ｂ）に示すように、基板１０および保護膜１５上に逆テーパレジスト１９を形成してパターニングする。これを蒸着装置等の真空容器中に載置し、図３（Ｃ）に示すように、逆スパッタを行いコンタクト領域の保護膜１５、上磁性層１４、および非磁性膜１３、並びに下磁性膜１２の一部をエッチングする。
【００５９】
次いで、図３（Ｄ）に示すように、真空を破らずに電極材料としてＣｒ／Ｃｕ１６´を順次成膜して電極（リード）を形成する。その後、図３（Ｅ）に示すように、アセトン等を用いて超音波洗浄することによりリフトオフし、本発明にかかる磁気抵抗効果素子を得る。
【００６０】
実施例Ｂ１
図４は第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を示す斜視図である。
【００６１】
基板２０上にＮｉＦｅ合金等からなる下磁性膜２１が形成されている。この下磁性膜２１はその端面が媒体対向面に露出するように延出されている。下磁性膜２１上にはＣｕ等からなる非磁性膜２２、ＮｉＦｅ合金等からなる上磁性膜２３、および反強磁性膜２４が順次形成されており、これらの膜は媒体対向面に露出しないようにエッチングにより所定の部分が除去されている。反強磁性膜２４上には、リード２５が形成されている。
【００６２】
次に、図４に示す磁気抵抗効果素子の作製方法を図５（Ａ）〜（Ｃ）に示す。なお、図５（Ａ）〜（Ｃ）は図５のＡ方向から見た断面を示す。
【００６３】
まず、基板２０上に信号磁界に応答する下磁性膜２１を厚さ約８nmでスパッタリングにより成膜する。次いで、図５（Ａ）に示すように、この後に成膜する反強磁性膜２４等の膜を成膜する部分以外にレジスト層２６を形成する。次いで、図５（Ｂ）に示すように、リフトオフ法で非磁性膜２２を厚さ約２nmで、上磁性膜２３を厚さ約４nmで、反強磁性膜２４を厚さ約１４nmで成膜する。このとき、下磁性膜２１の表面を清浄する目的でこれらの膜を成膜する前にスパッタエッチングを行うことが望ましい。
【００６４】
次いで、図５（Ｃ）に示すように、レジスト層２６を除去した後、一部の下磁性膜２１をエッチングにより除去してパターニングする。最後に、リフトオフ法で反強磁性膜２４上にリード２５を形成することにより図４に示すような磁気抵抗効果素子が得られる。
【００６５】
また、ここでは下磁性膜２１のみを成膜してからリフトオフ法で他の磁性膜等を成膜しているが、非磁性膜２２として耐食性の良い材料を用いることにより、下磁性膜２１、非磁性膜２２を成膜した後にリフトオフ法で他の磁性膜等を成膜することができる。この場合、下磁性膜２１、非磁性膜２２が媒体対向面に露出する構造となる。
【００６６】
さらに、図５（Ｂ）において、上記ではレジスト層２６を形成した後に、非磁性膜２２を続けて形成したが、レジスト層２６を形成した後に、さらに下磁性膜２６と同じ材料の磁性膜を厚さ数nm、例えば３nm程度で形成し、その上に非磁性膜２２、上磁性膜２３、および反強磁性膜２４を順次形成してもよい。
【００６７】
実施例Ｂ２
図６は、第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の他の実施例を示す斜視図である。この図６に示す磁気抵抗効果素子は、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すようにして作製される。
【００６８】
まず、図７（Ａ）に示すように、基板２０上にＮｉＦｅ合金等からなる下磁性膜２１を厚さ約８nmで、Ｃｕ等からなる非磁性膜２２を厚さ約２nmで、ＮｉＦｅ合金等からなる上磁性膜２３を厚さ約４nmで、ＦｅＭｎ等からなる反強磁性膜２４を厚さ約１４nmで順次形成する。次いで、反強磁性膜２４上にレジスト層２６を形成する。
【００６９】
次いで、図７（Ｂ）に示すように、これら多層膜に所望のテーパ角が付くような条件でイオンビームエッチングを行い、レジスト層２６を除去し、実施例Ｂ１と同様にしてリード２５を形成する。
【００７０】
次いで、図７（Ｃ）に示すように、通常のヘッド作製工程で用いられるヘッド摺動面の研磨方法により基板２０を研磨してデプス方向に追い込む。このとき、反強磁性膜２４が外部に露出しなければ非磁性膜２２，上磁性膜２３に研磨が及んでも問題ない。このようにして図６に示す磁気抵抗効果素子が作製される。
【００７１】
実施例Ｂ１およびＢ２の磁気抵抗効果素子を基本構造として、様々な素子構造、例えば磁性膜が３層以上のものや、様々なバルクハウゼン対策用のバイアス方式を採用したものについて応用可能である。以下にこれらの様々な素子構造に応用した場合の実施例を示す。
【００７２】
実施例Ｂ３
図８は、第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の他の実施例を示す斜視図である。この図８に示す磁気抵抗効果素子は、図９（Ａ）〜（Ｄ）に示すようにして作製される。
【００７３】
図９（Ａ）に示すように、基板２０上にＳｉＯ2 膜２７を成膜し、ＣＦ4 ガスを用いてＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）を行い、所望の形状の溝２８を形成する。このとき、ヘッド部に影響のない所に、研磨の際にストッパーが確認できる程度の大きさの同様な溝を作製しておく。
【００７４】
次いで、図９（Ｂ）に示すように、ＦｅＭｎ等からなる反強磁性膜２４を厚さ約１４nmで、ＮｉＦｅ等からなる下磁性膜２１を厚さ約４nmで、Ｃｕ等からなる非磁性膜２２を厚さ約２nmで、さらに研磨の際のストッパーとしてポリシリコン膜２９を厚さ約０．５nmで形成する。
【００７５】
次いで、図９（Ｃ）に示すように、ストッパーの途中までまたはストッパーがほぼなくなるまで表９を研磨した後、ＣＦ4 ガスを用いてＣＤＥ（ケミカルドライエッチング）を行いストッパーであるポリシリコンを除去する。その後、図９（Ｄ）に示すように、ＮｉＦｅ等からなる上磁性膜２３を厚さ約８nmで形成する。以下、実施例Ｂ１と同様の方法で上磁性膜２３上に非磁性膜２２、上磁性膜２３、および反強磁性膜２４をさらに成膜して、図８の構造の磁気抵抗効果素子が得られる。
【００７６】
本実施例では、このように信号磁界に応答する磁性膜の両側に反強磁性膜によって磁化固着された磁性膜を配置することにより、抵抗変化率を約２倍に向上させることができる。また、両反強磁性膜による磁性膜の磁化の固着方向を信号磁界方向とし、信号磁界に応答する磁性膜の容易軸方向をトラック幅方向にして、磁化を直交させることにより、さらに感度が向上する。また、信号磁界に応答する磁性膜のみを媒体対向面に露出させ、反強磁性膜とこれに磁化固着された磁性膜をヘッド内部に作製しているので高い信頼性を持つ薄膜磁気ヘッドが得られる。
【００７７】
実施例Ｂ４
図１０は、第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の他の実施例を示す斜視図である。この図１０に示す磁気抵抗効果素子は、図１１（Ａ）〜（Ｃ）に示すようにして作製される。
【００７８】
図１１（Ａ）に示すように、基板２０上にＣｏＺｒＮｂ等からなるアモルファス膜３５を厚さ約１５nmで成膜し、次いで、ＣｏＦｅまたはＣｏ等からなる下磁性膜２１を厚さ約４nmで、Ｃｕ等からなる非磁性膜２２を厚さ約３nmで、ＣｏＦｅまたはＣｏ等からなる上磁性膜２３を厚さ約４nmで、ＦｅＭｎ等からなる反強磁性膜２４を厚さ約１４nmで順次形成する。さらに、反強磁性膜２４上にレジスト層２６を形成する。
【００７９】
次いで、図１１（Ｂ）に示すように、これらの多層膜をイオンビームエッチング等でエッチングし、レジスト層２６を除去し、さらに、エッチングされた多層膜の後部に所望形状のレジスト層３２を形成する。その後、図１１（Ｃ）に示すように、アモルファス膜３５が残るように多層膜をエッチングする。なお、ここで、イオンビームエッチングを行ってもよいが、一般に、アモルファスが結晶に比べて酸等の溶剤に溶解しにくいことを利用して、下磁性膜２１から反強磁性膜２４まで溶解し、アモルファス膜３５を溶解しない溶剤を選択して化学エッチングを行ってもよい。このときアモルファス膜３５は、軟磁気特性が得られていれば多少のオーバーエッチングは許容され、逆に下磁性膜２１が残存してもよい。このような化学エッチングを行うことにより、アモルファス膜３５をオーバーエッチングすることを防止できる。
【００８０】
最後に、実施例Ｂ１と同様にしてリード２５を形成し、通常のヘッド作製工程で用いられるヘッド摺動面の研磨を施してデプス方向に追い込んで図１０に示す構造の磁気抵抗効果素子が得られる。
【００８１】
本実施例では、強磁性膜であるアモルファス膜３５とＣｏＦｅまたはＣｏ等からなる下磁性膜２１とは交換結合しているため、アモルファス特有の良好な軟磁気特性（低保磁力）とＣｏ系磁性膜によるスピンバルブ型磁気抵抗効果素子特有の高い抵抗変化率を備えた薄膜磁気ヘッドが得られる。さらに、アモルファス膜３５は、高抵抗であるためセンス電流の分流が小さく、感度が落ちることがない。また、アモルファス膜３５とＣｏ系下磁性膜２１との間に極薄い（厚さ約１nm）絶縁膜を形成してもよく、アモルファス膜３５は、フェライトやＮｉＦｅに添加元素を加えたＮｉＦｅＮｂ、ＮｉＦｅＭｏ等からなる高抵抗強磁性膜でもよい。
【００８２】
実施例Ｂ５
図１２は、第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の他の実施例を示す斜視図である。この図１２に示す磁気抵抗効果素子は、図１３（Ａ）〜（Ｃ）に示すようにして作製される。
【００８３】
図１３（Ａ）に示すように、基板２０上にＮｉＦｅからなる下磁性膜３３を厚さ約８nmで成膜し、次いで、Ｃｕからなる非磁性膜２２を厚さ約３nmで、ＣｏＦｅまたはＣｏからなる高保磁力の上磁性膜３４を厚さ約８nmでスパッタリングにより順次形成する。さらに、上磁性膜３４上にレジスト層２６を形成する。
【００８４】
次いで、図１３（Ｂ）に示すように、これらの多層膜をイオンビームエッチング等でエッチングし、レジスト層２６を除去し、さらに、エッチングされた多層膜の後部に所望形状のレジスト層３２を形成する。その後、図１３（Ｃ）に示すように、下磁性膜３３が残るようにイオンビームエッチング等でエッチングする。このとき下磁性膜３３は、軟磁気特性が得られていれば多少のオーバーエッチングが許容され、逆に非磁性膜２２が残存していてもよい。
【００８５】
最後に、実施例Ｂ１と同様にしてリード２５を形成し、通常のヘッド作製工程で用いられるヘッド摺動面の研磨を施してデプス方向に追い込んで図１２に示す構造の磁気抵抗効果素子が得られる。
【００８６】
このような構成にすることにより、本実施例では、ＣｏＦｅまたはＣｏを着磁すればＦｅＭｎを使用せずに上磁性膜３４の磁化を固着できる。また、例えばＣｏＦｅまたはＣｏの着磁方向を信号磁界方向にし、リード２５を図１２に示すように配置し、センス電流から生じる電流磁が界で信号磁界が０の場合の下磁性膜３３の磁化をトラック幅方向に印加することで、信号磁界に対して高い抵抗変化率を得ることができる。
【００８７】
また、このように下磁性膜３３を上磁性膜３４より大きく形成することにより、下磁性膜３３、非磁性膜２２および上磁性膜３４が同形状の新庄型磁気抵抗効果素子で問題となるＨｃの増大は大幅に軽減できる。また、高保磁力膜を媒体対向面に露出して配置すると、媒体への影響等が懸念されるが、本構造のように高保磁力膜を媒体対向面から離れて配置すればこのような問題は解消される。
【００８８】
実施例Ｂ６
図１４は、第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の他の実施例を示す斜視図である。この図１４に示す磁気抵抗効果素子は、図１５（Ａ）〜（Ｃ）に示すようにして作製される。
【００８９】
図１５（Ａ）に示すように、基板２０上にＣｏＦｅまたはＣｏ等からなる厚さ４nmの下磁性膜２１、Ｃｕ等からなる厚さ約３nmの非磁性膜２２、およびＣｏＦｅまたはＣｏ等からなる厚さ４nmの上磁性膜２３を順次形成する。さらに、上磁性膜２３上の所定部分にレジスト層２６を形成する。
【００９０】
次いで、図１５（Ｂ）に示すように、イオンビームエッチング等によりレジスト層２６以外の部分の非磁性膜２２および上磁性膜２３を除去する。次いで、図１５（Ｃ）に示すように、非磁性膜２２および上磁性膜２３よりも前後に延出して残るように下磁性膜２１をイオンビームエッチング等により除去し、前述の方法でリード部を形成して図１４に示す構造の磁気抵抗効果素子が得られる。
【００９１】
図１４に示す構造において、下磁性膜２１の下地膜として、前記したようにＣｏＺｒＮｂ等からなるアモルファス膜を成膜し、媒体対向面に露出する部分をアモルファス膜とし、アモルファス膜の中間部に下磁性膜２１から上磁性膜２３が積層されるようにしてもよい。また、上磁性膜２３上に反強磁性膜や硬質磁性膜を成膜し、少なくとも非磁性膜２２、上磁性膜２３、反強磁性膜または硬質磁性膜がヘッド内部に存在し、下磁性膜またはアモルファス膜が媒体対向面に露出するようにしてもよい。
【００９２】
この場合、反強磁性膜や硬質磁性膜は、上磁性膜２３の磁化を固着する働きをする。このとき、磁化方向はトラック幅方向でも、トラック幅方向に略直交する方向でもよい。例えば、上磁性膜２３の磁化がトラック幅方向に固着されている場合は、下磁性膜２１の容易軸もトラック幅方向であるため、上磁性膜２３と下磁性膜２１の磁化は反平行となり、静磁結合する。このため、ノイズ抑制の効果は大きいが、感度が落ちる。一方、上磁性膜２３の磁化がトラック幅方向に略直交する方向に固着されている場合は、下磁性膜２１の容易軸はトラック幅方向であるため、上磁性膜２３と下磁性膜２１の磁化は略直交し、信号磁界で平行、反平行が実現できる。このため、感度は充分とれるが、ノイズ抑制の効果が小さくなる。
【００９３】
また、媒体対向面に露出する部分をアモルファス膜にする場合には、図１６に示すように、ノイズを抑制するために、アモルファス膜３５ａおよび３５ｂの間にＴａ等からなる非磁性膜３７を介在させることが好ましい。これは、アモルファス膜３５を積層構造にすることにより、上下アモルファス膜３５の磁化が静磁結合し、より磁化の容易軸方向がトラック幅方向に向き易くなり、磁壁の発生が抑制できるためである。また、このとき、上磁性膜２３との結合により下側のアモルファス膜３５ｂの磁化に逆向きの磁界がかかるので、下側のアモルファス膜３５ｂは上側のアモルファス膜３５ａに比べて膜厚を厚くしてもよい。
【００９４】
なお、この構造においては、トラック幅が狭い場合、多層膜の占める面積が小さくなり、感度の低下を招く恐れがある。これに対しては、下磁性膜２１の形状を図１７に示すようにすることにより、トラック幅に依存せず高感度な磁気抵抗効果素子とすることができる。
【００９５】
実施例Ｂ７
図１８は、第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の他の実施例を示す斜視図である。この図１８に示す磁気抵抗効果素子は、図１９（Ａ）〜（Ｅ）に示すようにして作製される。
【００９６】
図１９（Ａ）に示すように、基板２０上にＣｏＦｅまたはＣｏ等からなる厚さ約４nmの下磁性膜２１、Ｃｕ等からなる厚さ約３nmの非磁性膜２２、ＣｏＦｅまたはＣｏ等からなる厚さ約４nmの上磁性膜２３、ＦｅＭｎ等からなる厚さ約１４nmの反強磁性膜２４、Ｔｉ等からなる厚さ約１０nmの保護膜１５を順次形成する。さらに、保護膜１５上の所定部分にレジスト層２６を形成する。
【００９７】
次いで、図１９（Ｂ）に示すように、非磁性膜２２、上磁性膜２３、反強磁性膜２４、および保護膜１５をイオンビームエッチング等によりエッチングする。次に、図１９（Ｃ）に示すような形状にパターニングされたレジスト層２６を形成し、下磁性膜２１から保護膜１５までをイオンビームエッチング等でエッチングする。
【００９８】
次いで、このレジスト層２６は除去せず、図１９（Ｄ）に示すように、硬質磁性膜３６を成膜する。レジスト層２６を除去した後、図１９（Ｅ）に示すように、硬質磁性膜３６、下磁性膜２１、保護膜１５上に、所望の形状にレジスト層２６´を形成する。その後、イオンビームエッチング等でエッチングし、前述した方法でリード２５を形成して図１８に示す構造の磁気抵抗効果素子を得る。
【００９９】
このように、下磁性膜２１の両側に硬質磁性膜３６を配置する構造にすることで、信号磁界に応答する磁性膜の多磁区性に起因するバルクハウゼンノイズを抑制でき、反強磁性膜２４がヘッド内部に存在するため、高い信頼性をもった薄膜磁気ヘッドを作製できる。
【０１００】
さらに、図１８に示すように、硬質磁性膜３６の磁化方向がトラック幅方向、反強磁性膜１１の磁化方向が信号磁界方向となるようにそれぞれの着磁方向を制御することで下磁性膜２１と上磁性膜２３の磁化方向を、信号磁界が０の場合に略直交させることができ、これら磁化方向が互いに反平行状態の素子に比べさらに高感度なヘッドが得られる。
【０１０１】
なお、ここで、下磁性膜２１は媒体対向面側にのみ延出している、すなわち多層膜部が下磁性膜２１のヘッド内部の側端部に存在するような構造でもよい。さらに、この下磁性膜２１の下地膜として前述のようにＣｏＺｒＮｂ等からなるアモルファス膜を成膜し、媒体対向面に露出する部分がアモルファス膜であり、中間部に下磁性膜２１から保護膜１５までの多層膜が媒体対向面からリセスした構造でもよい。
【０１０２】
このとき、硬質磁性膜３６の膜厚は、下磁性膜２１と等しくてもよいが、反強磁性膜２４の上磁性膜２３に及ぼす交換結合力と、硬質磁性膜３６が下磁性膜２１に及ぼす異方性磁界の大きさ等を考慮、調節できる範囲であれば、調節すれば、上磁性膜２３に至るほど厚くてもよく、逆に硬質磁性膜３６が下磁性膜２１に比べて薄くてもよい。ただし、硬質磁性膜３６の漏洩磁界による影響を考慮すると、図示されるように硬質磁性膜３６が下磁性膜２１に比べて薄い方が望ましい。
【０１０３】
ここで、さらに反強磁性膜２４の上磁性膜２３に及ぼす交換結合力と、硬質磁性膜３６が下磁性膜２１に及ぼす異方性磁界の大きさ等を考慮、調節すれば、硬質磁性膜３６と下磁性膜２１とは必ずしも結合していなくても良く、また硬質磁性膜３６は媒体対向面に露出させず、ヘッド内部に形成しても良い。
【０１０４】
また、実施例Ｂ３で示す埋め込み方法で、図２０に示すように、硬質磁性膜３６、磁気的絶縁膜３０を順次形成し、この硬質磁性膜３６との静磁結合で下磁性膜２１の単磁区化を行うことができる。
【０１０５】
さらに、ここで用いられる硬質磁性膜において、その磁化は膜面内方向に向いていることが望ましい。これは、例えば図１８に示すように、硬質磁性膜を磁化固着される磁性膜（図１５中の下磁性膜２１）の両側に配置した場合、硬質磁性膜の磁化が垂直成分を持っているとすると、下磁性膜２１の磁化固着へ悪影響をもたらすだけでなく、上磁性膜２３へ漏洩磁界が発生し、磁化状態の制御が困難となる。
【０１０６】
また、図２０に示すように、硬質磁性膜を磁化固着される磁性膜（図２０中の下磁性膜２１）と磁気的絶縁膜３０を介して積層した場合、硬質磁性膜の磁化が垂直成分を持っているとすると、下磁性膜２１の磁化を面内固着することができなくなり、下磁性膜の軟磁気特性にも悪影響を及ぼす。この硬質磁性膜の磁化の方向は、その結晶構造に大きく依存している。すなわち、硬質磁性膜においてｈｃｐ（００２）配向が強くなると、磁化は膜面垂直方向に向き易くなる。そこで、このｈｃｐ（００２）配向を抑制することにより、磁化は膜面垂直方向には向き難くなり、磁化固着のためのバイアス膜として良好な硬質磁性膜を得ることができる。
【０１０７】
一方、磁気ヘッド作製プロセスにおいて、硬質磁性膜はリフトオフ法で作製する場合が多い。リフトオフ法は、いわばレジスト層内に形成した穴内に硬質磁性膜をスパッタリングにより成膜するので、この方法においては成膜後のレジスト層の除去を円滑にかつバリが出ないようにするために、ターゲットと基板を対向させる必要がある。しかし、硬質磁性膜は、ターゲットと基板を対向させてスパッタリングにより形成するとｈｃｐ（００２）配向し易くなるという問題がある。
【０１０８】
ここでは、この問題を解決するために、ｈｃｐ（００２）配向を抑制する目的で、硬質磁性膜の下地膜としてＣｏＺｒＮｂアモルファス膜を用いた。このときの結晶性を示すＸ線回折の結果を図２１（Ａ）および図２１（Ｂ）に示す。具体的には、図２１（Ａ）はＣｏＰｔ硬質磁性膜を厚さ３０nmで成膜したときの結果を示し、図２１（Ｂ）は下地膜としてＣｏＺｒＮｂアモルファス膜を厚さ２０nmで成膜した後、その上にＣｏＰｔ硬質磁性膜を厚さ３０nmで成膜したときの結果を示す。図２１から明らかなように、アモルファス膜を下地膜に用いた場合には、ＣｏＰｔ硬質磁性膜のｈｃｐ（００２）配向は抑制されている。また、このときの角型比についても、ＣｏＰｔの場合は０．６であり、ＣｏＺｒＮｂ／ＣｏＰｔの場合は０．８５と高く、アモルファス膜の下地膜を有する方が磁化が面内に向き易くなることが分かる。このように、硬質磁性膜を磁化固着のためのバイアス膜として用いる場合には、アモルファス膜の下地膜を用いることが有効であることが分った。
【０１０９】
したがって、図１８および図２０に示す場合において、硬質磁性膜のに下地膜としてアモルファス膜を形成することにより、さらにノイズ抑制効果を高め、軟磁気特性の劣化防止により透磁率が向上し、より高い感度の磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【０１１０】
なお、このアモルファス膜は、斜方入射スパッタリングにより形成した場合でも上記と同様の効果が認められた。さらに、このアモルファス膜の効果は、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子のみならず、通常の単層膜の磁気抵抗効果素子にも応用することができる。
【０１１１】
さらに、上述したような硬質磁性膜としては、高保磁力微粒子層を好適に用いることができる。以下には、具体的に磁気抵抗効果素子に高保磁力微粒子を磁化容易軸を揃えて付着させ、交換バイアスを印加する例について説明する。すなわち、高保磁力微粒子は、磁気抵抗効果素子上に直接接触した状態で配置されるために、交換バイアスが磁気抵抗効果素子に印加される。また、微粒子間は相互作用が弱いため、軟磁性膜と直接接合しても、保磁力の低下が小さい。さらに、微粒子の大きさは、磁化固着領域（受動領域）に比べて十分小さい。したがって、受動領域全面に均一に交換バイアスが加わる。微粒子は、バイアス磁界を与えたい方向に磁化容易軸を揃えて付着されるので、面内一方向に分散の小さいバイアス磁界が印加される。微粒子は一軸磁気異方性が存在するため、保磁力を越える強い信号磁界が入ってきても、もとの磁化状態に復帰することができる。
【０１１２】
したがって、高保磁力微粒子を磁気抵抗効果素子に付着させてバイアス磁界を与えることにより、信頼性が高い、高品質な薄膜磁気ヘッドを提供することが可能である。
【０１１３】
図２２は、硬質磁性膜として高保磁力微粒子層を有する磁気抵抗効果素子を示す断面図である。基板４０上にＣｕからなるシャントバイアス膜４１およびＮｉ80Ｆｅ20からなる磁気抵抗効果膜４２が積層されている。このシャントバイアス膜４１および磁気抵抗効果膜４２は断面が矩形状にパターニングされている。また、センス電流が流せるように磁気抵抗効果膜４２上にはリード４３が形成されている。また、磁気抵抗効果膜４２の両端部を覆うように基板４０上には、ＦｅＣｏ系高保磁力微粒子層４４が形成されている。この高保磁力微粒子は、長軸方向が磁化容易軸である針状結晶をしており、断面における長手方向に沿ってこの磁化容易軸が配向されている。
【０１１４】
このような構成の磁気抵抗効果素子について、センス電流の通電方向と略直交する方向に信号磁界を印加して、磁気抵抗効果素子の抵抗と磁界との関係を調べたところ、抵抗−磁界曲線においてバルクハウゼンノイズに伴う不連続点は観察されなかった。
【０１１５】
この磁気抵抗効果素子は次のようにして作製される。まず、基板４０上にスパッタリングによりＣｕを厚さ５nm、Ｎｉ80Ｆｅ20を厚さ２０nmで順次形成する。次いで、この２つの膜を５μｍ×５０μｍの矩形状にパターニングする。さらに、Ｎｉ80Ｆｅ20上にＣｕをスパッタリングにより成膜し、パターニングしてリードを形成する。このとき、リード間隔によりトラック幅（能動領域）が規定される。
【０１１６】
次に、ＦｅＣｏ合金微粒子を有機系バインダーと混合して塗料とし、これを磁気抵抗効果素子パターンの長手方向に沿って磁界を印加しながら素子全面に塗布する。さらに、この上にレジストを塗布した後に、素子の両端部に高保磁力微粒子層４４が１０μｍ×１００μｍの寸法で残存するように露光、現像する。このようにして図２２に示す磁気抵抗効果素子が得られる。
【０１１７】
塗料中の高保磁力微粒子の体積密度（すなわち充填率）は約４０％である。また、高保磁力微粒子の長軸が配列している方向（磁化容易軸方向）の残留磁化量は、飽和磁化量の約９０％である。なお、磁性微粒子の形状は、長軸方向が約２００〜３００nm、短軸方向が約４０nmである。
【０１１８】
また、図２２においては、高保磁力微粒子層４４は、磁気抵抗効果膜４２の両端にのみ形成されているが、図２３に示すように、非磁性の磁気的絶縁膜４５を能動領域に形成し、磁気抵抗効果膜４２全面に高保磁力微粒子層４４を形成してもよい。なお、図２３は断面図であるので、リード４３上まで高保磁力微粒子層４４が形成されているように見えるが、実際は、磁気抵抗効果膜４２近傍のみが高保磁力微粒子層４４で覆われておりリード４３は露出するので、センス電流は供給できる。
【０１１９】
高保磁力微粒子層４４における磁化の分散は、一般に薄膜形成される単層の硬質磁性膜よりも小さい。したがって、このように能動領域において非磁性の磁気的絶縁膜４５で高保磁力微粒子層４４と磁気抵抗効果膜４２を離隔することにより、薄膜形成の場合に発生する硬質磁性膜の分散磁化成分から生じる磁束の能動領域への流入による軟磁性劣化が緩和される。このため、より良好な軟磁性が能動領域で得ることができる。
【０１２０】
このとき、高保磁力微粒子層４４が磁気抵抗効果素子の下側にある構造においても同様な効果が得られる。なお、高保磁力微粒子層４４の表面の凹凸は、磁気的絶縁膜４５の表面の平坦度に影響される。
【０１２１】
さらに、上述した例においては、高保磁力微粒子としてＦｅＣｏ合金微粒子を用い、塗料中の充填率は約４０％に設定したが、この充填率や高保磁力微粒子の材料を変えることによって、バイアス磁界を変化させることができる。例えば、高保磁力微粒子の材料として、γ−酸化鉄を用いることによりバイアス磁界は約１／３になることが確認され、塗料中の充填率を高くすることにより、バイアス磁界が増加することも分かった。また、高保磁力微粒子の材料として、Ｃｏを添加したγ−酸化鉄、酸化クロム、鉄を用いても同様の効果が得られた。
【０１２２】
以上の図２２〜２３に示す磁気抵抗効果素子においては、高保磁力微粒子層４４は縦バイアス膜として機能している。一方、動作点バイアスは、磁気抵抗効果膜４２の下に設けられたシャントバイアス膜４１に流れるシャント電流により付与されている。
【０１２３】
図２４は高保磁力微粒子層を有する磁気抵抗効果素子の他の例を示す断面図である。ここでは、シリコン基板４６上の受動領域にエッチングにより角型の穴を形成し、その穴内に高保磁力微粒子層４４を形成し表面を平坦化して、その上に磁気抵抗効果膜４２およびリード４３を形成する。
【０１２４】
図２５は図２４に示す磁気抵抗効果素子の平面図である。高保磁力微粒子層４４を穴内に形成するとき、すなわち高保磁力微粒子を含む塗料を穴内に充填して加熱するときに、図中の破線矢印で示す方向（磁気抵抗効果膜の長手方向に対して約４５度の角度）に磁界を印加して着磁した。この磁気抵抗効果素子の抵抗と磁界との関係を調べたところ、バルクハウゼンノイズは抑制され、しかも良好な動作点バイアスが印加されていることが分かった。
【０１２５】
この磁気抵抗効果素子は次のようにして作製される。まず、シリコン基板４６にマスキングを施してケミカルエッチングを行い、６μｍの間隔をおいて深さ約５μｍの穴を形成する。次に、ＦｅＣｏ合金微粒子を有機バインダーと混合して塗料とし、これをシリコン基板４６全面に塗布し、図２５に示す破線矢印の方向に磁界を印加しながら加熱して有機バインダーを除去して高保磁力微粒子層４４を形成する。さらに、これにポリッシング処理を施して穴以外の部分に形成された高保磁力微粒子層４４を除去し、シリコン基板４６の平坦化を行う。
【０１２６】
次いで、このシリコン基板４６上にスパッタリングにより磁気抵抗効果膜４２を厚さ約２０nmで形成した後、この膜を３０μｍ×２μｍのストライプ形状にパターニングする。その後、Ｃｕを厚さ約２００nmで形成し、パターニングしてリード４３を形成する。
【０１２７】
このリード４３と高保磁力微粒子層４４の位置関係は、適宜選択することができる。例えば、リード間隔よりも、高保磁力微粒子層４４の間隔が短ければ、高保磁力微粒子層４４の間隔でトラック幅を規定することができる。
【０１２８】
さらに、図２２〜２５は、異方性磁気抵抗効果を利用する磁気抵抗効果素子に高保磁力微粒子層を適用した例であるが、次に、スピン依存散乱による磁気抵抗効果を利用する磁気抵抗効果素子に高保磁力微粒子層を用いた例について説明する。図２６はスピン依存散乱による磁気抵抗効果を利用する磁気抵抗効果素子を示す断面図である。この磁気抵抗効果素子は次のようにして作製される。
【０１２９】
まず、基板４０上にＣｏ90Ｆｅ10からなる下磁性膜４７を厚さ８nmで、Ｃｕからなる非磁性膜４８を厚さ３nmで、Ｃｏ90Ｆｅ10膜からなる上磁性膜４９を厚さ８nmでそれぞれスパッタリングにより形成する。この多層膜をストライプ形状にパターニングし、上磁性膜４９上にリード４３を形成する。次いで、これにＦｅＣｏ合金微粒子を用いて高保磁力微粒子層４４を、その高保磁力微粒子の磁化容易軸がストライプの長手方向に揃うように形成する。
【０１３０】
このような構成の磁気抵抗効果素子においては、高保磁力微粒子層４４と直接接触している上磁性膜４９の磁化がストライプの長手方向に固着される。一方、下磁性膜４７は信号磁界に追随して磁化の回転が可能となる。その結果、信号磁界に応じて非磁性膜４８を挟持した上下磁性膜４７，４９の磁化方向の間のなす角が変化する。このため、スピン依存散乱による抵抗変化が発生する。この高保磁力微粒子層４４は、トラック幅に相当する領域に形成してあればよい。また、磁化の向きは、ストライプの長手方向に限らず、ストライプの幅方向であってもよい。
【０１３１】
さらに以上は、高保磁力微粒子層４４が磁気抵抗効果膜４２と直接接触させた例であり、このように高保磁力微粒子層４４が磁気抵抗効果膜４２と直接接触することにより両者が交換結合している。これに対し、高保磁力微粒子層４４と磁気抵抗効果膜４２が非磁性物質を挟持して接する場合であっても、両者が静磁結合することによりバイアス磁界を印加することができる。
【０１３２】
実施例Ｂ８
図２７に、第２の課題を解決するヨークタイプ型再生ヘッドの例を示す。このヨークタイプ型再生ヘッドは、軟磁性体５０と軟磁性ヨーク５１との間の磁気ギャップにより磁束を取り込んで素子部５２に導くものである。
【０１３３】
また、図２８に、第２の課題を解決する垂直記録用ヘッドの例を示す。ここでは、軟磁性体５０が記録用主磁極を兼ねている。場合によっては、リードを紙面において手前に延在させ、記録用コイル５３として使用してもよい。
【０１３４】
いずれの場合も軟磁性体５０は後方にも延在させているが、これは反磁界を減少させて再生感度を向上させるためである。
【０１３５】
実施例Ｂ９
図２９は、第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の他の実施例を示す斜視図である。この図２９に示す磁気抵抗効果素子は、図３０（Ａ）〜（Ｃ）に示すようにして作製される。
【０１３６】
図３０（Ａ）に示すように、基板２０上にＮｉＦｅ等からなる下磁性膜２１を厚さ約８nmで成膜し、この上にレジスト層２６を形成してパターニングする。次いで、図３０（Ｂ）に示すように、リフトオフ法でＣｕ等からなる非磁性膜２２を厚さ約３nmで成膜し、その後レジスト層２６を除去する。次いで、図３０（Ｃ）に示すように、ＮｉＦｅ等からなる上磁性膜２３を厚さ約８nmで成膜する。このとき、下磁性膜２１の表３０清浄する目的でスパッタエッチングをするほうが望ましい。
【０１３７】
次に、図２９に示すように、上下磁性膜２１，２３と、非磁性膜２２を一括して所望の形状に、通常の半導体プロセスを用いてパターニング後、リフトオフ法でリード２５を作製する。このとき、リード２５は上磁性膜２３の段差部分よりも内側に作製することが望ましい。
【０１３８】
このような構造にすることにより、信号磁界の無い初期状態では、上下磁性膜２１，２３の非磁性膜２２で分離されている部分の磁化は、センス電流や膜形状でトラック幅方向に互いに反平行状態であり、上下磁性膜２１，２３が結合している部分の磁化は平行である。外部からの信号磁界が流入すると、初期状態で反平行であった非磁性膜２２で分離されている部分の磁化が平行となり、抵抗が変化し薄膜磁気ヘッドとしての役割を果たす。また、非磁性膜２２が媒体対向面に露出していないため耐蝕性も問題も無い。
【０１３９】
図３１（Ａ）は、第２の課題を解決する他のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を示す。ここで、下磁性膜２１に交換結合した軟磁性膜３１は、媒体対向面から離れた部分が露出部分に比べてトラック幅方向の寸法が大きい。これにより、軟磁性膜３１の磁化はトラック幅方向に向き易くなる。このとき、図３１（Ａ）に示すように、軟磁性膜３１の両端に隣接して硬質磁性膜３６を配置するか、または図３１（Ｂ）に示すように、硬質磁性膜３６あるいは反強磁性膜を両端に積層する等の手段によりバイアスを加えることにより、軟磁性膜３１を単磁区化することが容易となる。さらに、前記したように、軟磁性膜３１は、分流を抑制できること、硬質磁性膜や反強磁性膜に対する配向の影響を抑制できること等の理由から、アモルファス膜であることが望ましく、その材料としては例えばＣｏＺｒＮｂ等が挙げられる。このとき、寸法が広くなる部分は、角が直角になるよりも丸みを持った曲線であることが単磁区化において好ましい。
【０１４０】
ここで、特に、硬質磁性膜３６を軟磁性膜３１の両端部に積層する場合においては、硬質磁性膜３６からの漏れ磁界を抑制するために、図３２に示すように、軟磁性膜３１上にのみ積層されることが望ましい。この図３２に示すような磁気抵抗効果素子は、図３３（Ａ）〜（Ｄ）に示すようにして作製される。
【０１４１】
図３３（Ａ）に示すように、基板２０上にＣｏＺｒＮｂ等からなる厚さ約１５nmの軟磁性膜３１、ＣｏＦｅまたはＣｏ等からなる厚さ約４nmの下磁性膜２１、Ｃｕ等からなる厚さ約３nmの非磁性膜２２、ＣｏＦｅまたはＣｏ等からなる厚さ約４nmの上磁性膜２３、ＦｅＭｎ等からなる厚さ約１４nmの反強磁性膜２４、厚さ約１０nm程度の保護膜１５を順次形成する。さらに、保護膜１５上の所定部分にレジスト層２６をパターニングして形成する。なお、このとき保護膜１５は、分流を防ぐために高抵抗である必要があり、さらに後のエッチングを安定して行うことができるものである必要がある。したがって、保護膜１５としては、酸化層を作りにくいＰｄ、Ｐｔ等の貴金属が適している。また、Ｔｉ等からなる保護膜上にＰｄ等からなる膜を積層した多層構造であることが特に好ましい。
【０１４２】
次いで、図３３（Ｂ）に示すように、下磁性膜２１から保護膜１５までをイオンビームエッチング等でエッチングする。次に、図３３（Ｃ）に示すように、硬質磁性膜３６をリフトオフ法で形成する。次いで、軟磁性膜３１、保護膜１５，２１〜２４、硬質磁性膜３６上に、図３３（Ｄ）に示すような形状のレジスト層２６を形成する。その後、イオンビームエッチング等でエッチングし、前述したようにリードをリフトオフ法で形成することにより、図３２に示すような構造の磁気抵抗効果素子が得られる。
【０１４３】
上記構造において、磁束の吸い込みを考慮すると、図３４に示すようなパターン形状のレジスト層２６´とすることにより、より高い感度のヘッドを得ることができる。すなわち、図３４では、媒体対向面と反対側に多層膜が延出して、この部分で磁壁の発生が予想されるので、硬質磁性膜３６部分も媒体対向面と反対側に延出する形状としている。このようなレジスト層２６´を用い、イオンビームエッチング等でエッチングし、リードをリフトオフ法で形成することにより、図３５に示すような構造の磁気抵抗効果素子が得られる。
【０１４４】
上述したように、図３２および図３４に示す磁気抵抗効果素子は、硬質磁性膜３６が軟磁性膜３１の上に積層される構造であるが、図３６に示すように、硬質磁性膜３６を軟磁性膜３１の下に積層してもよい。このような構造にすることにより、硬質磁性膜３６の配向を制御する下地膜を用いることができる。下地膜としては、例えば、硬質磁性膜３６がＣｏＮｉまたはＣｏＣｒからなる場合Ｃｒを用いることが好ましい。
【０１４５】
図３６に示す磁気抵抗効果素子は、図３７（Ａ）〜（Ｃ）に示すようにして作製される。まず、図３７３７）に示すように、基板２０上に硬質磁性膜３０を成膜し、所望の形状にパターニングする。次いで、図３７３７）に示すように、軟磁性膜３１、下磁性膜２１、非磁性膜２２、上磁性膜２３、反強磁性膜２４、保護膜１５を順次成膜する。次いで、図３７（Ｃ）に示すように、多層膜を所望の形状にパターニングする。その後、図３３（Ｄ）や図３４に示すように、硬質磁性膜３６、軟磁性膜３１、および多層膜を一括パターニングすることにより、図３６に示す構造の磁気抵抗効果素子が得られる。
【０１４６】
実施例Ｂ１０
図３８は第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子にシールド層を組み合わせた場合の実施例を示す断面図である。図１４に示すような信号磁界方向にセンス電流を通電する構造のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を作製し、これに図３８に示すようにしてシールド層を配置した。このとき、上部シールド層６１と媒体対向面側のリード６２を接触させ、この電位をアースとし、もう一方のリードを高電位とする。このような構造とすることにより、ヘッド摺動時に媒体と接触した場合でも、電位が乱れることなく、高い信頼性の薄膜磁気ヘッドが得られる。この薄膜磁気ヘッドは、下部シールド層６３上にＳｉＯ2 等の絶縁層６４を形成し、図１８と同様な方法で素子部６５を形成し、さらに絶縁層６４を形成してパターニングし、最後に上部シールド層６１を形成することにより作製される。
【０１４７】
実施例Ｂ１１
第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の構造上の寸法を図３９を参照して説明する。
【０１４８】
この構造においては、信号磁界が０の場合に硬質磁性膜３６によって軟磁性膜３１の磁化方向を制御しなければならない。したがって、硬質磁性膜３６の膜厚、磁化量をそれぞれｔhard、Ｍｓhardとし、軟磁性膜３１の膜厚、磁化量をｔamo 、Ｍｓamo としたとき、ｔhard×Ｍｓhardがｔamo ×Ｍｓamo と等しいか、または大きくなるように膜材料や膜厚を適宜選択することが好ましい。
【０１４９】
さらに、この磁気抵抗効果素子を薄膜磁気ヘッドとして用いる場合、ヘッドの先端部が媒体からの信号磁界によって飽和されないために、軟磁性膜３１は厚い方がよい。さらに、軟磁性膜３１の磁化応答を下磁性膜２１に伝えなければならない。したがって、下磁性膜２１の信号磁界応答層の膜厚、磁化量をそれぞれｔs.v.、Ｍｓs.v.とすると、ｔamo ×Ｍｓamo がｔs.v.×Ｍｓs.v.と等しいかまたは大きくなるように膜材料や膜厚を適宜選択することが好ましい。
【０１５０】
次に、リセス距離ｃについて説明する。従来、磁気抵抗効果膜としてＮｉＦｅ単層膜を用いた場合、デプスは特性長と同レベルが良いと考えられていた。しかしながら、この薄膜磁気ヘッドは、巨大磁気抵抗効果を示す多層膜を用いており、抵抗変化率が大きいため、リセス距離ｃは特性長の数倍程度でもよい。
【０１５１】
一方、突出部分の磁壁発生の抑制を考慮すると、突出部分は小さい方がよい。すなわち、リセス距離ｃは小さい方がよい。このため、図３９中の多層膜の信号磁界方向の長さａに比べて距離ｃが等しいか、または小さくなるように寸法を適宜設定することが好ましい。ただし、軟磁性膜３１の膜厚を薄くすると、軟磁性膜３１の磁壁はネール磁壁となり易くなる。この場合、ネール磁壁は磁壁幅が大きいため、リセス距離ｃを長くすることができる。
【０１５２】
実施例Ｂ１２
図４０（Ａ）は、２つの磁性膜の磁化容易軸が媒体対向面と略平行で、かつセンス電流方向と略直交である磁気抵抗効果素子の一例を示す斜視図である。図４０（Ａ）において、磁性膜７１および７２は厚さ５０nmのＣｏＦｅ膜からなる。なお、磁性膜７２は、その信号磁界方向の長さが磁性膜７１の長さより長くなるように形成されている。磁性膜７１および７２の間には、Ｃｕからなる厚さ数１０nmの非磁性膜７３が挟持されており、磁気抵抗効果素子を構成している。この多層膜の側面には、リード７４および７５が接続されており、直流電流が通電可能になっている。
【０１５３】
このような構成においては、どちらの磁性膜７１，７２の磁化も交換結合による固着はしていない。また、２つの磁性膜７１，７２には、それぞれの磁化容易軸が互いに略平行に、しかもセンス電流方向とは略直交するように、磁気異方性を付与しておく。
【０１５４】
信号磁界Ｈが作用しない場合には、２つの磁性膜７１，７２の磁化Ｍ1 ，Ｍ2 は、センス電流Ｉによる磁界の作用で、図４０（Ｂ）に示すＭ1 ，Ｍ2 のように互いに略反平行であって磁化容易軸と略平行な方向に向く。このときの電気抵抗は最も大きい。これに対し、図４０（Ａ）に示す矢印方向の信号磁界Ｈが作用する場合には、磁性膜７１，７２の磁化Ｍ1 ，Ｍ2 はそれぞれ図４０（Ｂ）のＭ1H，Ｍ2Hのように、互いに逆方向に回転する。すなわち、Ｍ1 ，Ｍ2 のなす角は１８０°から図４０（Ｂ）に示すφ（°）まで変化する。信号磁界が強ければ、この角φは０°に近づき、０°で電気抵抗が最小となる。
【０１５５】
したがって、信号磁界Ｈにより、磁性膜７１，７２の磁化Ｍ1 ，Ｍ2 を略反平行から略平行まで変化させることができ、スピン依存散乱による１０％以上の電気抵抗変化のすべてを利用することができる。さらに、ＣｏＦｅ膜の異方性磁気抵抗効果による電気抵抗変化は２％以下であるので、得られる薄膜磁気ヘッドにおいては信号磁界に対する電気抵抗変化を大きく取り出せる。
【０１５６】
なお、２つの磁性膜の磁化を安定化させるためには、磁性膜の端部に現れる磁価がほぼ等量であることが望ましい。このため、２つの磁性膜の飽和磁束密度Ｍｓと膜厚ｔの積がほぼ一致することが望ましい（Ｍｓ1 ・ｔ1 〜Ｍｓ2 ・ｔ2 ）。したがって、Ｍｓ1 ・ｔ1 〜Ｍｓ2 ・ｔ2 となるように磁性膜の材料・寸法を決定することが好ましい。
【０１５７】
図４１（Ａ）は、２つの磁性膜の磁化容易軸が媒体対向面と略平行でかつンス電流方向と略直交である磁気抵抗効果素子の他の例を示す斜視図である。この例では、磁気抵抗効果素子の端部に磁性膜からなるフラックスガイド７６を取り付けた以外は図４０（Ａ）と同じである。この構成によれば、媒体からの信号磁界は、フラックスガイド７６を通って磁気抵抗効果素子に導かれる。このフラックスガイド７６の材料は、軟磁気特性を示すものであればよく、構造は単層でも多層でもよい。図４１（Ａ）および図４１（Ｂ）では、フラックスガイド７６と磁気抵抗効果素子が同じ幅で併置されているようになっているが、両者の幅は異なっていてもよいし、両者の一部が重なり合っていてもよい。また、このようなフラックスガイド７６は、磁気抵抗効果素子の媒体と反対側の端部に配置されてもよいし、記録媒体側および記録媒体と反対側の両方に配置されてもよい。また、図４０および図４１では、リード７４および７５は、磁気抵抗効果素子と同じ厚さで併置されているようになっているが、フラックスガイド７６の場合と同様に、両者の厚さは異なっていてもよいし、両者の一部が重なり合っていてもよい。
【０１５８】
図４２も第２の課題を解決する磁気抵抗効果素子の他の例を示したものであり、非磁性導電膜７７上に磁性膜７２が形成されていること以外は図４０（Ａ）と同じである。非磁性導電膜７７を設けた理由は以下の通りである。
【０１５９】
薄い磁性膜を有する素子においては、一般に磁性膜の構造は下地膜の種類や結晶構造に敏感である。例えばアルミナスパッタ膜上のＮｉＦｅ膜は結晶性が悪いが、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉからなる薄い下地膜を設けることにより、ｆｃｃに配向し易い傾向があることが知られている。また、結晶性が悪い磁性膜は、格子の不規則性に起因する固有の電気抵抗が大きく、このような磁性膜では、全電気抵抗に対するスピン依存散乱による電気抵抗の割合が小さく、結果としてスピンの平行、反平行での抵抗変化率が減少してしまう。
【０１６０】
図４２に示した磁気抵抗効果素子では、非磁性導電膜７７の電気抵抗が小さい場合、センス電流Ｉが分流されて出力低下を招く恐れがあるが、スピン依存散乱には膜面垂直方向の電流も寄与するため、非磁性導電膜７７の電気抵抗が小さくても全体としての電気抵抗変化が大きくなる場合もある。また、分流した電流により発生する磁界は、２つの磁性膜７１，７２の磁化方向を互いに略反平行にするようには働かず互いに略平行にするように働くため、２つの磁性膜７１，７２の磁化方向はセンス電流Ｉによる磁界のみでは互いに略反平行にはなりにくくなるが、反磁界等で２つの磁性膜７１，７２の磁化方向が略反平行になった場合には、信号磁界に対する電気抵抗変化は大きくとれる。
【０１６１】
図４３（Ａ）は、２つの磁性膜の磁化容易軸がセンス電流方向および信号磁界方向と略平行である磁気抵抗効果素子の一例を示す斜視図である。磁気抵抗効果素子およびリードの構成は図４０（Ａ）と同じである。
【０１６２】
信号磁界およびセンス電流による磁界が作用しない場合には、図４３（Ｂ）に示すように、非磁性膜７３を介した磁性膜７１および７２の交換結合により、２つの磁性膜７１，７２の磁化Ｍ01，Ｍ02の方向が互いに略平行であって磁化容易軸方向を向いている。これに対し、センス電流Ｉを流すと、図４３（Ｃ）に示すように、２つの磁性膜７１，７２の磁化方向を互いに逆方向に回転させる電流磁界が発生し、磁性膜７１，７２の異方性磁界と反磁界等のバランスで２つの磁性膜７１，７２の磁化Ｍ01，Ｍ02の互いになす角がある角度ψ（°）になったところで安定する。さらに、信号磁界Ｈが作用すると、磁化Ｍ01，Ｍ02は信号磁界Ｈの方向に回転し電気抵抗が変化する。もしψが９０°付近であるとすると、電気抵抗変化は弱い信号磁界Ｈに対しては線形となり、波型歪みが少くなり、信号処理はし易くなる。
【０１６３】
図４４，図４５は、２つの磁性膜の磁化容易軸が媒体対向面と平行でかつセンス電流方向と略直交である磁気抵抗効果素子において、磁気抵抗効果素子の動作点を変えるためのバイアス磁界を印加する方法を示す説明図である。
【０１６４】
図４４では、２つの磁性膜７１および７２、並びに非磁性膜７３からなる磁気抵抗効果素子は図４４４０）と同じであるが、センス電流ｉｓを通電するリード８１が磁気抵抗効果素子と交差する形状となっている。また、これらの磁気抵抗効果素子およびリード８１は、シールド層７８により挟持されている。このような構成において、センス電流ｉｓは端子７９から供給され、磁気抵抗効果素子を通過し、端子８０から出た後磁気抵抗効果素子を横切って磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を印加する。この場合、磁気抵抗効果素子とリード８１が交差する部分では、電流の作る磁界は磁気抵抗効果素子の磁化困難軸方向に作用する。したがって、２つの磁性膜７１，７２の磁化方向は反平行ではなく、このバイアス磁界の方向に少し回転する。
【０１６５】
図４５は、このバイアス磁界の発生原理を説明した断面図である。端子７９，８０の幅は磁気抵抗効果素子の長手方向（電流方向）の長さより短く、シールド層７８、磁性膜７１，７３，およびリード８１で閉磁路を構成している。これにより、磁界発生効率が良好となる。なお、図中８３は記録媒体を示す。
【０１６６】
また、このときシールド層７８に挟持されており、磁気抵抗効果素子が埋設されている磁気ギャップ層７８´を通常の材料であるＡｌ2 Ｏ3 あるいはＳｉＯ2 から、熱伝導性に優れ、薄膜形成プロセスに適したＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 、またはダイヤモンドに変更することにより、磁気抵抗効果素子に流し得るセンス電流を増加させることができる。これにより、再生出力が大きくなると共に薄膜磁気ヘッドの信頼性および製造における歩留りが向上する。
【０１６７】
下記表１から分かるように、ＳｉＣ、ダイヤモンド（もしくはダイヤモンド様のカーボン）は、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 よりもはるかに熱伝導率が高い材料である。すなわち、磁気抵抗効果素子にセンス電流を流した時の磁気抵抗効果素子の温度上昇を抑えることができる。このことは、磁気抵抗効果素子に流し得る最大センス電流を増加できることを意味する。したがって、センス電流の大きさに比例する再生出力の向上および再生Ｓ／Ｎの改良を実現できる。
【０１６８】
また、ＳｉＣやＳｉ3 Ｎ4 は、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 よりも緻密な膜となるので、絶縁性および平坦性に優れる膜を容易に得ることができる。さらに、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 、ダイヤモンドは、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 よりもエッチングし易いため、高精度の薄膜プロセスが可能となる。その結果、薄膜磁気ヘッドの信頼性が向上し、製造における歩留りが向上する。
【０１６９】
【表１】
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【０１７０】
実施例Ｃ１
以下の実施例Ｃ１では、他の磁性膜よりも大きい幅を持つ磁性膜のトラック幅方向の反磁界が小さくなり、また、硬質磁性膜等によりトラック幅方向にバイアス磁界が印加されるので、この磁性膜の磁化をトラック幅方向に向けることができる。
【０１７１】
また、この磁性膜の厚みが変化する部分から漏洩磁界を発生させることができ、その磁界が他の磁性膜の端部に印加されるので他の磁性膜のエッジカーリングウォールも取り除くことができる。
【０１７２】
よって、トラック幅が小さくなり素子幅が小さくなってもエッジカーリングウォールをなくし、再生出力の低下をなくすことができる。
【０１７３】
図４６は、第３の課題を解決する磁気抵抗効果素子を示す斜視図である。図中９０は基板を示す。基板９０上には、ＣｏＺｒＮｂ等からなる強磁性膜９１が形成されている。強磁性膜９１上には、ＮｉＦｅ等からなる下磁性膜９２、ＣｕあるいはＡｌ2 Ｏ3 等からなる非磁性膜９３、およびＮｉＦｅ等からなる上磁性膜９４が順次形成されている。下磁性膜９２、非磁性膜９３、および上磁性膜９４は、強磁性膜９１の幅よりも小さい幅となるようにエッチングによりパターニングされている。
【０１７４】
また、上磁性膜９４上には、Ｃｕ／Ｃｒ等からなるリード９５ａ，９５ｂが形成されている。また、基板９０上であって強磁性膜９１の両側には、ＣｏＰｔ等からなる硬質磁性膜９６が形成されている。
【０１７５】
このような構成の磁気抵抗効果素子において、センス電流はリード９５ｂより入り、９５ａより流れ出ており、強磁性膜９１と下磁性膜９２にはｘ方向の電流磁界が印加され、上磁性膜９４には−ｘ方向の電流磁界が印加される。また、硬質磁性膜９６はｘ方向に磁化されており、さらに強磁性膜９１、下磁性膜９２、上磁性膜９４はｘ軸に略平行な方向に磁化容易軸が誘導されている。
【０１７６】
この磁気抵抗効果素子においては、図４９に示すように、強磁性膜９１にはｘ方向の強いバイアス磁界ＨB が印加されることになり、その磁化Ｍ1 はｘ方向を向く。下磁性膜９２の磁化Ｍ2 はセンス電流による磁界のみならず強磁性膜９１の磁化Ｍ1 と交換結合するため、同様にｘ方向を向く。さらに、下磁性膜９２の端部９２ａに漏洩磁界Ｈが発生し、これが上磁性膜９４に印加されることになる。その大きさは上磁性膜９４のトラック幅方向の中央では、ほぼ下磁性膜９２の反磁界と同じになり、Ｈd 〜４πＭs ＊ｔ／ｗと与えられる。ここで、Ｍs は下磁性膜９２の飽和磁化、ｔはその厚さ、ｗはｘ軸に略平行な方向（トラック幅方向）の幅である。例えば、４πＭs ＝１００００ガウス、ｔ＝１００オングストローム、ｗ＝１μｍの場合、Ｈd 〜１００エルステッドの大きさとなる。当然のことながら、上磁性膜９４の端部においてはもっと大きな磁界となる。したがって、上磁性膜９４の磁化Ｍ3 は、電流磁界と下磁性膜９２からの磁界Ｈのため−ｘ方向を向き、エッジカーリングウォールも小さくなり、中央部の磁化もｘ軸に平行なものとなる。
【０１７７】
なお、図４７に示すように、下磁性膜９２をトラック幅方向に延出させ、かつ非磁性膜９３と上磁性膜９４の下部を他の部分よりも厚く形成してもよく、図４８に示すように、硬質磁性膜９６を下磁性膜９２上に直接形成してもよい。
【０１７８】
実施例Ｃ２
以下の実施例Ｃ２〜Ｃ６では、２つの磁性膜の形状をそれぞれ変える。具体的に、２つの磁性膜の反磁界の最小方向がそれぞれ略直交するようにする。そのため、反強磁性膜や高保磁力膜等により一方もしくは双方の磁性膜にバイアス磁界を印加しなくとも、互いに略直交方向に磁化が向いて安定となる。したがって、センス電流や記録媒体との摩擦によって発熱が生じても、磁化はそれぞれ安定方向を向いたままで互いに略直交の関係は損なわれない。
【０１７９】
また、スピン依存散乱による抵抗変化は、２つの磁性膜が積層された領域でしか起こらない。したがって、ＣｏやＣｏ90Ｆｅ10膜等のように、異方性磁気抵抗効果の小さい材料を選択すれば、リードの配置によらず、積層幅でトラック幅を規定することができる。
【０１８０】
図５０に示すように、基板１００上にＣｏ90Ｆｅ10からなる強磁性膜１０１を厚さ８nmで形成し、これを２μｍ×２０μｍの寸法の矩形状にパターニングした。次に、強磁性膜１０１の中央部に、Ｃｏ90Ｆｅ10からなる磁性膜１０３を厚さ８nmで形成し、２μｍ×２μｍの寸法の矩形状にパターニングする。次いで、Ｃｕからなる非磁性膜１０２を厚さ３nmで形成し、さらにＣｏ90Ｆｅ10からなる磁性膜１０３を厚さ８nmで形成した。続いて、この非磁性膜１０２および非磁性膜１０２上の磁性膜１０３を２μｍ×２０μｍの寸法の矩形状に、その長手方向が強磁性膜１０１の長手方向と略直交するようにしてパターニングした。次いで、強磁性膜１０１の端部上にＣｕを厚さ２００nmで形成し、パターニングしてリード１０４を形成した。このようにして磁気抵抗効果素子を作製した。このとき、強磁性膜１０１と上層の磁性膜１０３の磁化容易軸の方向は矢印で示したように略直交しており、強磁性膜１０１と下層の磁性膜１０３とが交換結合している。
【０１８１】
この磁気抵抗効果素子の抵抗変化率の信号磁界依存性を図５１に示す。なお、抵抗変化率は、下記式（３）により算出した。また、信号磁界はセンス電流の通電方向に略直交する方向、すなわち強磁性膜１０１の長手方向と略直交する方向に流入する。
【０１８２】
抵抗変化率＝（最大抵抗値−飽和抵抗値）／飽和抵抗値      …（３）
図５１から分かるように、信号磁界が０の場合において、動作点バイアスが良好に印加されている。抵抗変化５１挙動は、信号磁界方向と上層の磁性膜１０３の磁化５１が略平行である場合には、信号磁界の増加につれて抵抗変化率は減少する。一方、信号磁界方向と上層の磁性膜１０３の磁化方向が略反平行である場合には、信号磁界の増加につれて抵抗変化率は増加する。例えば、信号磁界が約６kA/mで上層の磁性膜１０３の磁化反転が発生し、抵抗変化率はほぼ０に低下する。なお、図５２に示す磁気抵抗効果素子は、上層の磁性膜１０３の一端面が、強磁性膜１０１の側面と同一面上となるＴ字型の構造であるが、この強磁性膜１０１と上層の磁性膜１０３とは、略直交に交差する十字型の構造でも同じ効果を発揮できる。
【０１８３】
実施例Ｃ３
図５２に示すように、基板１００上にＣｏ90Ｆｅ10からなる強磁性膜１０１を厚さ８nmで形成し、これを２μｍ×２０μｍの寸法の矩形状にパターニングし、その中央部上にＣｏ90Ｆｅ10からなる磁性膜１０３を厚さ８nmで形成し、２μｍ×２μｍの寸法の矩形状にパターニングした。次に、成膜装置に設置したヘルムホルツコイルにより４kA/mの静磁界を発生させて、パターニングされた強磁性膜１０１の短辺方向と一致させた。次いで、静磁中で全面に、Ｃｕからなる非磁性膜１０２を厚さ３nmで、Ｃｏ90Ｆｅ10からなる磁性膜１０３を厚さ８nmで形成し、さらにＦｅＭｎからなる反強磁性膜１０５を厚さ１５nmで形成した。この後、非磁性膜１０２、非磁性膜１０２上の磁性膜１０３、および反強磁性膜１０５を２μｍ×２０μｍの寸法の矩形状に、その長手方向が強磁性膜１０１の長手方向と略直交するようにしてパターニングした。次いで、強磁性膜１０１の端部上にＣｕを厚さ２００nmで形成し、パターニングしてリード１０４を形成した。このようにして磁気抵抗効果素子を作製した。このとき、強磁性膜１０１と上層の磁性膜１０３の磁化容易軸の方向は矢印で示したように略直交しており、強磁性膜１０１と下層の磁性膜１０３とは交換結合している。
【０１８４】
この磁気抵抗効果素子の抵抗変化率の信号磁界依存性を図５３に示す。図５３から分かるように、信号磁界が０の場合においては、磁性膜１０３の磁化が互いに略直交して動作点バイアスが印加されている。信号磁界を負の方向へ増加させると、反強磁性膜１０５により上層の磁性膜１０３に交換バイアスが印加されているため、約１２kA/mまで上層の磁性膜１０３では磁化反転が生じず、２つの磁性膜の磁化は互いに略反平行状態を保っていることが確認できる。一方、信号磁界を正の方向に増加させると、互いに磁化方向が略平行になることで抵抗変化率は減少する。
【０１８５】
なお、ここで、反強磁性膜１０５の代わりにＣｏＰｔ等からなる硬質磁性膜を用いる場合、硬質磁性膜を上層の磁性膜１０３の長手方向に沿って磁化することにより同様の効果が得られる。
【０１８６】
実施例Ｃ４
実施例Ｃ３では、磁性膜の磁化を固着するのに反強磁性膜や硬質磁性膜を用いているが、図５４に示すようなリード配置を構成して電流磁界を利用することも可能である。すなわち、強磁性膜１０１と上層の磁性膜１０３および非磁性膜１０２の積層膜とを、強磁性膜１０１とこの積層膜と、が下層の磁性膜１０３を挟持するようにして、しかも略直交するようにして積層する。さらに、強磁性膜１０１および上層の磁性膜１０３の両端部にリード１０４を図５４に示すように形成して、強磁性膜１０１と上層の磁性膜１０３および非磁性膜１０２の積層膜のそれぞれにセンス電流ＩS のほぼ半分（ＩS ／２）が流れるようにする。
【０１８７】
このような構成を有する磁気抵抗効果素子では、強磁性膜１０１に流れるセンス電流で、上層の磁性膜１０３は図中Ｍ2 の方向に磁化される。一方、上層の磁性膜１０３および非磁性膜１０２に流れる電流で強磁性膜１０１は図中Ｍ1 の方向に磁化される。すなわち、それぞれの電流によって、磁化が互いに略直交方向に向き易くなる。したがって、センス電流を分流して略直交方向に流すことにより誘起された電流磁界は、強磁性膜１０１と上層の磁性膜１０３との磁化を略直交させて動作点バイアスを安定化する。
【０１８８】
実施例Ｃ５
実施例Ｃ２において使用された強磁性膜または磁性膜として、単層の膜ではなく、磁性膜と非磁性膜との積層膜を使用しても同様の効果が現れた。例えば、実施例Ｃ２におけるＣｏ90Ｆｅ10８nm／Ｃｏ90Ｆｅ10８nm／Ｃｕ３nm／Ｃｏ90Ｆｅ10８nm／Ｃｏ90Ｆｅ10８nm多層膜をＣｏ90Ｆｅ10８nm／Ｃｏ90Ｆｅ10８nm／Ｃｕ３nm／Ｃｏ90Ｆｅ10８nm／ＭＬ１、ＭＬ１／Ｃｏ90Ｆｅ10８nm／Ｃｕ３nm／Ｃｏ90Ｆｅ10８nm／ＭＬ１としても同様の効果が得られた。ただし、ＭＬ１は、Ｃｏ90Ｆｅ10１nm／（Ｃｕ０．６nm／Ｃｏ90Ｆｅ10１nm）×ｎ（ｎ＝６）の積層膜を意味する。なお、ＭＬ１におけるＣｏ90Ｆｅ10を５nm程度に厚くしてｎ＝１としても同様に効果があった。
【０１８９】
実施例Ｃ６
実施例Ｃ３において使用された強磁性膜として、単層の膜ではなく、磁性膜と非磁性膜との積層膜を使用しても同様の効果が現れた。例えば、実施例Ｃ３におけるＦｅＭｎ１５nm／Ｃｏ90Ｆｅ10８nm／Ｃｕ３nm／Ｃｏ90Ｆｅ10８nm／Ｃｏ90Ｆｅ10８nm多層膜において、ＦｅＭｎ１５nm／Ｃｏ90Ｆｅ10８nm／Ｃｕ３nm／Ｃｏ90Ｆｅ10８nm／ＭＬ１としても同様の効果が得られた。ただし、ＭＬ１は、実施例Ｃ５と同じである。また、ＭＬ１におけるＣｏ90Ｆｅ10を５nm程度に厚くしてｎ＝１としても同様に効果があった。
【０１９０】
実施例Ｄ１
図５５は第４の課題を解決する、磁性膜数が多数である磁気抵抗効果素子の一実施例を示す概略図である。この磁気抵抗効果素子は、基板上に３つの磁性膜１３１，１３２，１３３が非磁性膜１３４，１３５を介して積層されており、信号磁界が０の時に、磁性膜１３１，１３３と磁性膜１３２の磁化の向きは、弱いＲＫＫＹ的な相互作用等によって略反平行となっている。
【０１９１】
この多層膜の両側には、隣接してバイアス磁界印加用の硬質磁性体としての永久磁石１３６ａ，１３６ｂが配置されており、磁性膜１３１，１３３と略同一方向に磁化されている。このため、磁性膜１３１，１３２，１３３に略同一方向の磁界Ｈext を印加している。さらに、磁性膜１３１，１３２，１３３は、それぞれが強磁性体なので、他の各磁性膜に対して静磁界を印加している。
【０１９２】
図５６（Ａ）〜図５６（Ｃ）は、それぞれ磁性膜１３１，１３２，１３３に対して加えられる磁界の方向と強さを模式的に表したものである。磁性膜１３１，１３３に対しては永久磁石からの磁界Ｈext と磁性膜１３２からの静磁界Ｈ21，Ｈ23が磁化方向と略同一方向に加わる。また、磁性膜１３１，１３３からの静磁界Ｈ31，Ｈ13が磁化方向と略反対方向に加わるが、Ｈ21＞Ｈ31，Ｈ23＞Ｈ13なので磁性膜１３１，１３３には磁化方向と略同一方向にバイアス磁界が印加される。
【０１９３】
これに対して、磁性膜１３２の場合、磁化方向が磁性膜１３１，１３３の磁化方向と略反平行であるために、Ｈext が磁化方向と略反対方向に加わる。しかしながら、磁性膜１３１，１３３からの静磁界Ｈ12，Ｈ32はＨext と略反対方向に加わるため、永久磁石の発生する磁界Ｈext の強さと、永久磁石と多層膜の距離を調節し（Ｈext ＜Ｈ12＋Ｈ32）とすることにより、磁性膜１３２にも磁化方向と略同一方向のバイアス磁界を印加することができる。
【０１９４】
なお、磁性膜の数が奇数の場合、信号磁界が０の場合の磁化の反平行状態の安定化のためには、センス電流を磁性膜の磁化方向と略平行な方向に流すことが好ましい。
【０１９５】
実施例Ｄ２
図５７は第４の課題を解決する磁気抵抗効果素子について、各磁性膜の磁化方向を説明するための概略図である。この磁気抵抗効果素子は、基板上に４つの磁性膜１３７，１３８，１３９，１４０が非磁性膜１４１，１４２，１４３を介して積層されており、磁性膜１３７，１３９と磁性膜１３８，１４０の磁化方向は信号磁界が０の時に互いに略反平行状態になっている。この多層膜に対し各磁性膜の磁化方向と略直交方向にセンス電流を通電すると、センス電流による電流磁界が各磁性膜の磁化方向に対して略同一方向または略反対方向に加わる。
【０１９６】
図５８（Ａ）〜図５８（Ｄ）は、このときそれぞれ磁性膜１３７，１３８，１３９，１４０に対して加えられる磁界の方向と強さを模式的に表したものである。磁性膜１３７に対しては磁性膜１３８，１３９，１４０、非磁性膜１４１，１４２，１４３に流れる電流による磁界Ｈj6が磁化と略同一方向に加わり、静磁界は磁性膜１３８，１４０からの磁界Ｈ21，Ｈ41が略同一方向に、磁性膜１３９からの磁界Ｈ31が略反対方向に加わり、Ｈ21＞Ｈ31＞Ｈ41であるので、磁性膜１３７にかかる磁界の総和は磁化方向と略同一方向になる。磁性膜１３８に対しては、磁性膜１３７、非磁性膜１４１に流れる電流による磁界Ｈj2が略同一方向に、磁性膜１３９，１４０、非磁性膜１４２，１４３に流れる電流による磁界Ｈj4が略反対方向に加わり（Ｈj2＜Ｈj4）、静磁界はＨ12，Ｈ32が略同一方向、Ｈ42が略反対方向に加わる（Ｈ12，Ｈ32＞Ｈ42）。したがって、センス電流の大きさや多層膜の寸法比を調節することによって、磁性膜１３８にかかる磁界の総和も磁化方向と略同一方向となる。このとき対称性により、磁性膜１３９は磁性膜１３８、磁性膜１４０は磁性膜１３７にかかる磁界と同じ大きさの磁界が略反対方向にかかり、それぞれの磁化方向も略反対方向なので、磁化方向と略同一方向にバイアス磁界を印加することができる。
【０１９７】
ここで、上述したように磁性膜数が偶数の場合、多層膜の磁化の略反平行状態をより安定させるために、図５９に示すように、バイアス磁界印加用の硬質磁性体として垂直磁化５９４４ａ，１４４ｂが多層膜の両側に隣接して配置される。そして、最上層の磁性膜１４０と最下層の磁性膜１３７は、その磁化方向と略同一方向に垂直磁化膜１４４ａ，１４４ｂからの磁界Ｈext が加わるような向きに垂直磁化膜１４４ａ，１４４ｂが磁化されている。具体的には、最上層の磁性膜１４０と最下層の磁性膜１３７と垂直磁性膜１４４ａ，１４４ｂの磁化方向が図５９に示すような時計回りあるいは反時計回りの関係を満足すればよい。
【０１９８】
実施例Ｅ１
図６０は、第５の課題を解決する磁気抵抗効果素子の一実施例を示す斜視図である。図６７において、Ｃｏ90Ｆｅ10／Ｃｕ／Ｃｏ90Ｆｅ10の多層膜が短冊状にパターニングされている。このとき、積層膜の短辺がトラック幅に相当する。
【０１９９】
センス電流（図中ＩS ）は、多層膜の長手方向に流れる。その電流磁界で、下磁性膜１５１および上磁性膜１５３は互いに略反平行状態に磁化される。センス電流Ｉｓは、多層膜の中央に設けられたリード１５４ａから入り、二方向に分流して端部に設けられたリード１５４ｂ，１５４ｃから出て行く。そのため、中央のリード１５４ａを境にして、磁気抵抗効果素子に流れる電流方向が逆になるため、下磁性膜１５１および上磁性膜１５３の磁化方向はその中央のリード１５４ａを境にして略反平行になる。すなわち、図中、破線矢印で示した磁化Ｍ1 とＭ2 、およびＭ3 とＭ4 は、それぞれ上下で組になっているが、同じ磁性膜で磁化Ｍ1 とＭ3 、Ｍ2 とＭ4 は互いに略反平行になる。そのため、同じ磁性膜で磁区を形成して静磁エネルギーを低下させる。その結果、上下磁性膜の磁化方向を略反平行状態にするのに必要なセンス電流を小さくできる。
【０２００】
また、信号磁界は多層膜の短辺方向から流入してくる。そのため、上下磁性膜のアスペクト比が大きいほど、反磁界が減少する形状となるため、飽和磁界が減少して信号磁界に対する感度が向上する。したがって、上下磁性膜の信号磁界方向の長さを長く設定するほど感度は向上する。しかも、この上下磁性膜の磁化は、上述したように上下磁性膜の長手方向にわたってセンス電流が流れることで安定化する。
【０２０１】
さらに、このとき、図６１に示すように、電流が流入するリード１５４ａを延ばして、上下磁性膜と分流させることにより、その電流磁界で動作点バイアスを加えることも可能である。図６８中、流入する電流をＩS として、上下磁性膜を流れる電流をＩS1とＩS3とし、動作点バイアス用にＩS2を分流した。
【０２０２】
この実施例Ｅ１に示す構造は、当然ながらヨークを用いて磁束を流入するタイプの磁気抵抗効果素子にも適用できる。また、実施例Ｅ１に示す磁気抵抗効果素子においては、例えば以下に示すような方法により上下磁性膜のエッジカーリングウォールを取り除くことができる。
【０２０３】
まず、図６２は、エッジカーリングウォールを抑制するために、磁荷が現れる磁性膜の端部近傍にＦｅＭｎからなる反強磁性膜１５５を形成した磁気抵抗効果素子の断面図である。すなわち、この磁気抵抗効果素子は、Ｃｏ90Ｆｅ10／Ｃｕ／Ｃｏ90Ｆｅ10の多層膜の端面近傍に反強磁性膜１５５を配置した構造である。それぞれの膜厚は、Ｃｏ90Ｆｅ10８nm／Ｃｕ３nm／Ｃｏ90Ｆｅ10８nmである。この積層状態で磁気抵抗効果素子はスピンバルブ構造となり、スピン依存散乱による抵抗変化が発生する。また、反強磁性膜１５５は厚さ１５nmで形成されており、センス電流は、信号磁界方向に通電される。なお、図６２中１５０は基板を示す。
【０２０４】
このとき、上下磁性膜の磁化方向は、電流磁界によって図中Ｍ1 とＭ2 の矢印に示したように、それぞれ略反平行となるが、電流磁界が印加されるだけでは磁性膜の端面に磁荷が発生して、その反磁界によりエッジカーリングウォールが生じる。この場合、図６２に示すように上磁性膜１５３の端部近傍に配置された反強磁性膜１５５と上磁性膜１５３が交換結合することにより、上磁性膜１５３の端部近傍の磁化が固着される。その結果、さらに上磁性膜１５３と下磁性膜１５１との間で静磁結合が生じるため、直接反強磁性膜１５５に接していない下磁性膜１５１でも端部近傍の磁化は端面を向きやすくなる。その結果、エッジカーリングウォールの発生が抑制されて、磁気抵抗効果素子の感度低下を防ぐことができる。なお、この構造は、上記の磁気抵抗効果素子以外にも広く適用が可能である。
【０２０５】
次に、上下磁性膜の磁束を環流させることによって、エッジカーリングウォールによる磁性膜の特性劣化を抑制する例について説明する。すなわち、ここでは、図６３に示すように、下磁性膜１５１の端面を覆うような形状の磁性積層膜を作製することにより、磁束の環流は起こりやすくなる。図６３は、積層膜の短辺側から見た断面図であり、センス電流は信号磁界方向に流れるようになっている。
【０２０６】
このような構造を作製する場合、まず、図６３（Ａ）に示すように、基板１５０上に下磁性膜１５１としてＣｏ90Ｆｅ10膜を形成し、パターニングする。次いで、図６３（Ｂ）に示すように、非磁性膜１５２としてＣｕ膜および上磁性膜１５３としてＣｏ90Ｆｅ10膜を全面に順次形成する。最後に、これを再度パターニングして、下磁性膜１５１端面を非磁性膜１５２および上磁性膜１５３が覆う構造の磁気抵抗効果素子が得られる。
【０２０７】
図中矢印に示されるように、センス電流により上磁性膜１５３および下磁性膜１５１は互いに略反平行に磁化され、下磁性膜１５１の端面まで覆う上磁性膜１５３により磁束は導かれ、上下磁性膜１５１，１５３を環流する。なお、この構造は、スピン依存散乱および異方性磁気抵抗効果を用いる場合の両方に有用である。
【０２０８】
また、上述した図６３においては、まず、下磁性膜１５１をパターニングし、次いで非磁性膜１５２および上磁性膜１５３をパターニングすることにより、下磁性膜１５１の端面を覆う構造の磁気抵抗効果素子を形成した。以下の図６４においては、一回のパターニングで作製する例について説明する。
【０２０９】
図７１は一回のパターニングで作製された磁気抵抗効果素子を示す断面図である。なお、ここでは、磁気抵抗効果素以外のセンス電流方向と信号磁界方向が略直交する磁気抵抗効果素子について、図６３と同様にエッジカーリングウォールを抑制した例を示す。まず、基板１５０上にリード１５４を形成し、リード間でトラック幅を規定する。この上に下磁性膜１５１／非磁性膜１５２／上磁性膜１５３を順次形成する。この実施例においては、Ｃｏ90Ｆｅ10／Ｃｕ／Ｃｏ90Ｆｅ10の積層膜とした。最後に、この積層膜をパターニングする。
【０２１０】
トラック部分の積層膜は、リード１５４と接触する部分で折れ曲がる形状となる。この折れ曲がった部分で、磁化は磁荷を発生して静磁エネルギーを上昇させる。その結果、上下磁性膜間で磁束が環流する静磁結合が生じ、磁化の略反平行状態を作り出す。
【０２１１】
さらに、図６５は、信号磁界方向にセンス電流を流すタイプの磁気抵抗効果素子において、同様に段差や凹凸で磁性積層膜の磁化の略反平行状態を作り出す例について説明する。図６５において、基板１５０上に磁気抵抗効果素子のセンス電流方向と平行な方向に沿って溝１５６が形成されている。なお、ここでも下磁性膜１５１／非磁性膜１５２／上磁性膜１５３はＣｏ90Ｆｅ10／Ｃｕ／Ｃｏ90Ｆｅ10積層膜とした。
【０２１２】
磁気抵抗効果素子は、紙面において奥に向かって伸びており、信号磁界は紙面に対して垂直方向に出入りする。センス電流ＩS は、リード１５４を通り、図の左側から供給されてくる。そして、Ｃｏ90Ｆｅ10／Ｃｕ／Ｃｏ90Ｆｅ10積層膜を紙面において奥に向かって流れて行く。したがって、この構造を適用した場合、先の図６１に示した磁気抵抗効果素子とは異なり、磁気抵抗効果素子に流れる電流は、長手方向にわたってすべて同方向となる。ただしこのときも電流磁界により、上下磁性膜は、図中矢印のように略反平行方向に磁化される。この上下磁性膜における磁化は、溝１５６により形成されている段差の部分で磁束を環流し静磁結合を行う。したがって、端面が露出している構造よりも、磁荷が現れないためエッジカーリングウォールの発生に伴う磁気抵抗効果特性の劣化が抑制できる。
【０２１３】
実施例Ｆ
図６６（Ａ）は第６の課題を解決する磁気抵抗効果素子の一実施例を示す。この磁気抵抗効果素子は、ＮｉＦｅ等からなる磁性膜１６１、Ｃｕ等からなる非磁性膜１６２、ＮｉＦｅ等からなる磁性膜１６３、ＦｅＭｎ等からなる反強磁性膜１６４、およびＴａ等からなる保護膜１６５が順次形成されてなるものである。なお、磁性膜１６３の磁化は、反強磁性膜１６４の交換バイアスにより固着されている。また、保護膜１６５上には、リード１６６が形成されている。上記構成を有する磁気抵抗効果素子においては、信号磁界Ｈexが０の場合で磁性膜１６１，１６３および反強磁性膜１６４の磁化方向は図６６（Ｂ）に示すようになる。
【０２１４】
次に、上記磁気抵抗効果素子を具備した薄膜磁気ヘッドの使用方法について説明する。ここでは、磁気抵抗効果素子には、１０6 〜１０7 Ａ／cm2 程度の高電流密度のセンス電流を通電する。このセンス電流による電流磁界の強さは、前述のように１０Ｏｅ程度のオーダーとなり、ここで用いられた反強磁性膜のネール温度やブロッキング温度が１５０〜３００℃程度であるため、センス電流による発熱によりその一方向性が乱れ、磁化固着ができなくなる。実際に、６０〜９０℃程度の温度で長時間動作させると、交換結合力が劣化した。
【０２１５】
図６７は、センス電流の大きさと抵抗変化６７の関係を示すグラフである。センス電流が図６６（Ｂ）中において−ｘ方向に通電される場合、すなわち電流磁界が反強磁性膜の一方向性と同一方向に働く場合（ａ）には、高電流密度でも抵抗変化率は維持される。これに対して、センス電流が図６６（Ｂ）中においてｘ方向に通電される場合、すなわち電流磁界が反対方向に働く場合（ｂ）には、１０6 Ａ／cm2 程度でも低下する。すなわち、センス電流の方向は、反強磁性膜の一方向性と略同一方向に磁界を発生するように選択する必要があることが分かる。
【０２１６】
【発明の効果】
以上説明した如く本発明によれば、トラック幅を厳密に規定でき、オフトラック時の隣接トラックからのクロストークの影響が小さく、しかもリードとのオーミックコンタクトも良好な磁気抵抗効果素子を製造する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明に係る磁気抵抗効果素子の一例を示す斜視図。
【図２】（Ａ）〜（Ｄ）は本発明に係る磁気抵抗効果素子の他の例を示す斜視図。
【図３】（Ａ）〜（Ｅ）は本発明に係る磁気抵抗効果素子の作製工程を示す断面図。
【図４】第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の一例を示す斜視図。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は図４に示す磁気抵抗効果素子の作製工程を示す断面図。
【図６】第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の他の例を示す斜視図。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は図６に示す磁気抵抗効果素子の作製工程を示す断面図。
【図８】第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の他の例を示す斜視図。
【図９】（Ａ）〜（Ｃ）は図８に示す磁気抵抗効果素子の作製工程を示す断面図。
【図１０】第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の他の例を示す斜視図。
【図１１】（Ａ）〜（Ｃ）は図１０に示す磁気抵抗効果素子の作製工程を示す断面図。
【図１２】第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の他の例を示す斜視図。
【図１３】（Ａ）〜（Ｃ）は図１２に示す磁気抵抗効果素子の作製工程を示す断面図。
【図１４】第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の他の例を示す斜視図。
【図１５】（Ａ）〜（Ｃ）は図１４に示す磁気抵抗効果素子の作製工程を示す斜視図。
【図１６】第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の他の例を示す斜視図。
【図１７】第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の他の例を示す斜視図。
【図１８】第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の他の例を示す斜視図。
【図１９】（Ａ）〜（Ｄ）は図１８に示す磁気抵抗効果素子の作製工程を示す断面図、（Ｅ）は磁気抵抗効果素子を示す平面図。
【図２０】第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の他の例を示す斜視図。
【図２１】（Ａ），（Ｂ）はＣｏＰｔ硬質磁性膜の結晶性を示すＸ線回折結果を示す特性図。
【図２２】硬質磁性膜として高保磁力微粒子層を有する磁気抵抗効果素子を示す断面図。
【図２３】硬質磁性膜として高保磁力微粒子層を有する磁気抵抗効果素子を示す断面図。
【図２４】硬質磁性膜として高保磁力微粒子層を有する磁気抵抗効果素子を示す断面図。
【図２５】図２４に示す磁気抵抗効果素子の平面図。
【図２６】硬質磁性膜として高保磁力微粒子層を有する磁気抵抗効果素子を示す断面図。
【図２７】第２の課題を解決するヨークタイプ型再生ヘッドを示す側面図。
【図２８】第２の課題を解決する垂直記録方式用ヘッドを示す側面図。
【図２９】第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の他の実施例を示す斜視図。
【図３０】（Ａ）〜（Ｃ）は図２９に示す磁気抵抗効果素子の作製工程を示す断面図。
【図３１】（Ａ），（Ｂ）は第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の他の例を示す斜視図および平面図。
【図３２】第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の他の例を示す斜視図。
【図３３】（Ａ）〜（Ｃ）は図３２に示す磁気抵抗効果素子の作製工程を示す斜視図、（Ｄ）は図３２に示す磁気抵抗効果素子の平面図。
【図３４】第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の他の作製工程を示す平面図。
【図３５】第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の他の例を示す平面図。
【図３６】第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の他の例を示す斜視図。
【図３７】（Ａ）〜（Ｃ）は図３６に示す磁気抵抗効果素子の作製工程を示す斜視図。
【図３８】第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の他の例を示す断面図。
【図３９】（Ａ），（Ｂ）は第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の寸法を説明するための斜視図および平面図。
【図４０】（Ａ）は第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の他の例を示す斜視図、（Ｂ）は磁性膜の磁化方向を示す概略図。
【図４１】（Ａ）は第２の課題を解決するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の他の例を示す斜視図、（Ｂ）は磁性膜の磁化方向を示す概略図。
【図４２】第２の課題を解決する磁気抵抗効果素子の他の例を示す斜視図。
【図４３】（Ａ）は第２の課題を解決する磁気抵抗効果素子の他の例を示す斜視図、（Ｂ），（Ｃ）は磁性膜の磁化方向を示す概略図。
【図４４】第２の課題を解決する磁気抵抗効果素子の他の例を示す斜視図。
【図４５】第２の課題を解決する磁気抵抗効果素子の他の例を示す断面図。
【図４６】第３の課題を解決する磁気抵抗効果素子の一例を示す斜視図。
【図４７】第３の課題を解決する磁気抵抗効果素子の他の例を示す斜視図。
【図４８】第３の課題を解決する磁気抵抗効果素子の他の例を示す斜視図。
【図４９】第３の課題を解決する磁気抵抗効果素子における磁化方向を説明するための概略図。
【図５０】第３の課題を解決する磁気抵抗効果素子の他の例を示す斜視図。
【図５１】第３の課題を解決する磁気抵抗効果素子における信号磁界と抵抗変化率との関係を示すグラフ。
【図５２】第３の課題を解決する磁気抵抗効果素子の他の例を示す斜視図。
【図５３】第３の課題を解決する磁気抵抗効果素子における信号磁界と抵抗変化率との関係を示すグラフ。
【図５４】第３の課題を解決する磁気抵抗効果素子の他の例を示す平面図。
【図５５】第４の課題を解決する磁気抵抗効果素子の一例を示す概略図。
【図５６】（Ａ）〜（Ｃ）は図５５に示す磁気抵抗効果素子の磁性膜の磁界の方向と強さを模式的に表した図。
【図５７】第４の課題を解決する磁気抵抗効果素子の磁性膜の磁化方向を示す概略図。
【図５８】（Ａ）〜（Ｄ）は図５７に示す磁気抵抗効果素子の磁性膜の磁界の方向と強さを模式的に表した図。
【図５９】第４の課題を解決する磁気抵抗効果素子の他の例を示す概略図。
【図６０】第５の課題を解決する磁気抵抗効果素子の一例を示す斜視図。
【図６１】第５の課題を解決する磁気抵抗効果素子のリードを示す平面図。
【図６２】磁束を還流させた磁性積層膜の一例を示す断面図。
【図６３】（Ａ）〜（Ｃ）は図６２に示す磁性積層膜の作製工程を示す断面図。
【図６４】磁束を還流させた磁性積層膜の他の例を示す断面図。
【図６５】磁束を還流させた磁性積層膜の他の例を示す断面図。
【図６６】（Ａ）は第６の課題を解決する磁気抵抗効果素子を示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）に示す磁気抵抗効果素子における磁性膜および反強磁性膜の磁化方向を示す概略図。
【図６７】第６の課題を解決する磁気抵抗効果素子のセンス電流の大きさと抵抗変化率との関係を示すグラフ。
【図６８】従来の磁気抵抗効果素子を示す斜視図。
【図６９】従来の磁気抵抗効果素子を部分的に示す平面図。
【図７０】（Ａ），（Ｂ）は従来の磁気抵抗効果素子を示す斜視図。
【符号の説明】
１０，２０，４０，９０，１００，１１０，１５０…基板、１１，２４，１０５，１５５，１６４…反強磁性膜、１２，２１，３３，４７，９２，１１１，１５１…下磁性膜、１３，２２，３７，４８，９３，１０２，１１２，１３４，１３５，１４１，１４２，１４３，１６２…非磁性膜、１４，２３，３４，４９，９４，１１３，１２０，１５３…上磁性膜、１５，１６５…保護膜、１６，２５，４３，６２，７４，７５，８１，９５ａ，９５ｂ，１０４，１５４，１５４ａ，１５４ｂ，１５４ｃ，１６６…リード、１７…下地膜、１８…中間磁性膜、１９…逆テーパレジスト、２６，２６´，３２…レジスト層、２７…ＳｉＯ2 膜、２８，１５６…溝、２９…ポリシリコン膜、３０…磁気的絶縁層、３１…軟磁性膜、３５，３５ａ，３５ｂ…アモルファス膜、３６，１２５，１２６…硬質磁性膜、４１…シャントバイアス膜、４２…磁気抵抗効果膜、４４…高保磁力微粒子層、４５…磁気的絶縁膜、４６…シリコン基板、５０…軟磁性体、５１…軟磁性ヨーク、５２…素子部、５３…記録用コイル、６１…上部シールド層、６３…下部シールド層、６４…絶縁層、７１，７２，１０３，１３１，１３２，１３３，１３７，１３８，１３９，１４０，１６１，１６３…磁性膜、７３…導電膜、７６…フラックスガイド、７７…非磁性導電膜、７８…シールド層、７９，８０…端子、８３…記録媒体、９１，１０１…強磁性膜、９２ａ…端部、９６…硬質磁性膜、１３６ａ，１３６ｂ…永久磁石、１４４ａ，１４４ｂ…垂直磁化膜。
【図１】
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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【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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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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