JP2003031870A - 交換結合膜及び前記交換結合膜を用いた磁気検出素子 - Google Patents

交換結合膜及び前記交換結合膜を用いた磁気検出素子

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JP2003031870A
JP2003031870A JP2001219426A JP2001219426A JP2003031870A JP 2003031870 A JP2003031870 A JP 2003031870A JP 2001219426 A JP2001219426 A JP 2001219426A JP 2001219426 A JP2001219426 A JP 2001219426A JP 2003031870 A JP2003031870 A JP 2003031870A
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健一 田中
Masaji Saito
正路 斎藤
Naoya Hasegawa
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来におけるシードレイヤはＣｒを４０ａｔ
％以下含んだＮｉＦｅＣｒ合金で形成されていたが、今
後の高記録密度化に伴って前記シードレイヤ表面の濡れ
性をさらに高めることが要望され、またＮｉＦｅＣｒの
シードレイヤを使用すると、前記シードレイヤ上の各層
表面の平滑性が悪化した。 【構成】 シードレイヤ２２を、少なくとも一部に非晶
質相を含んだ１５Å以上で５０Å以下の膜厚からなるＣ
ｒで形成する。これによってシードレイヤ２２表面の濡
れ性を従来に比べて飛躍的に向上させることができ、固
定磁性層３における一方向***換バイアス磁界を大きく
でき、また前記シードレイヤ上の各層の表面の平滑性を
良好にすることが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、下からシードレイ
ヤ、反強磁性層および強磁性層とから成り、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
結合膜および前記交換結合膜を用いた磁気検出素子（ス
ピンバルブ型薄膜素子、ＡＭＲ素子など）に係り、特に
今後の高記録密度化においても、従来に比べて適切に通
電信頼性（耐エレクトロマイグレーション）の向上を図
り、また良好な抵抗変化率などを得ることが可能な交換
結合膜及び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１５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１５に示す符号１４は、例えばＮｉＦｅ
Ｃｒで形成されたシードレイヤであり、前記シードレイ
ヤ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１５では、前記シードレイヤ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１５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１５に示すスピンバルブ型薄膜素子で
は、前記反強磁性層３０の下にシードレイヤ１４が形成
されているが、前記シードレイヤ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】従来において前記シードレイヤ１４の結晶
構造は、面心立方構造（ｆｃｃ構造）であることが重要
視された。
【０００９】前記シードレイヤ１４が面心立方構造であ
ると、その上に形成される各層を適切に[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、電気伝導性を高めることができると
ともに固定磁性層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
することができたのである。
【００１０】そして従来では前記シードレイヤ１４をＮ
ｉＦｅＣｒ合金で形成し、このとき前記Ｃｒの組成比を
４０ａｔ％以下に設定し、これによって前記シードレイ
ヤ１４の結晶構造を面心立方構造に保っていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかし今後の高記録密
度化に伴い、スピンバルブ型薄膜素子の更なる小型化に
より、前記スピンバルブ型薄膜素子に流れるセンス電流
密度が大きくなり、これによってエレクトロマイグレー
ションの発生等が問題となった。
【００１２】本発明者らは、上記した問題を解決するに
は、シードレイヤ１４の反強磁性層３０に接する表面の
濡れ性の向上を図ることが重要であると考えた。濡れ性
が良いと前記シードレイヤ１４上に反強磁性層３０をス
パッタ成膜するとき、前記反強磁性層３０を構成する反
強磁性材料の各原子を前記シードレイヤ１４上で凝集し
にくくでき、結晶粒径を大きくでき、反強磁性層３０と
固定磁性層３１間で発生する交換結合磁界や抵抗変化率
を大きくできると考えたのである。
【００１３】ところで前記濡れ性の向上には、シードレ
イヤ１４に含まれるＣｒの組成比が多いほど好ましいと
思われたが、前記Ｃｒの組成比を多くしすぎるとシード
レイヤ１４の結晶構造に、面心立方構造（ｆｃｃ構造）
の他に体心立方構造（ｂｃｃ構造）が混在し始めてしま
い、また濡れ性も予想したほど向上しないためか、逆に
固定磁性層３１と反強磁性層３０間で発生する交換結合
磁界が低下してしまい、耐エレクトロマイグレーション
に代表される通電信頼性の向上、また抵抗変化率の向上
を適切に図ることができなかった。
【００１４】すなわち従来のようにシードレイヤ１４を
ＮｉＦｅＣｒ合金で形成した場合にあっては、前記Ｃｒ
の組成比を約４０ａｔ％以下に設定しなければ、通電信
頼性や抵抗変化率の低下を余儀なくされた。そして今後
の高記録密度化に伴い、さらに高い交換結合磁界を得て
通電信頼性や抵抗変化率のさらなる向上を図ることは、
前記シードレイヤ１４にＮｉＦｅＣｒ合金を用いては困
難であるとわかった。
【００１５】次に、従来のようにシードレイヤ１４にＮ
ｉＦｅＣｒ合金（Ｃｒ組成比は４０ａｔ％以下）を用い
ると、反強磁性層３０の表面が結晶粒界間でうねりを生
じ、前記反強磁性層３０の表面の平滑性は悪化し、これ
によって以下のような問題点を引き起こした。
【００１６】図１６は、図１５に示す磁気検出素子の構
造を拡大した部分模式図である。なお図１６に示すシー
ドレイヤ１４はＣｒ組成比が約４０ａｔ％とされたＮｉ
ＦｅＣｒ合金で形成されている。
【００１７】図１６に示すように前記反強磁性層３０に
形成された結晶粒界間の表面３０ａにはうねりが発生し
ていることがわかる。そしてこのうねりは、前記反強磁
性層３０上に形成される固定磁性層３１、非磁性材料層
３２及びフリー磁性層３３の表面にも発生してしまう。
【００１８】このようなうねりが発生すると、図１７
（図１６に示す固定磁性層３１、非磁性材料層３２、お
よびフリー磁性層３３をＹ方向に切断した断面を示す模
式図）に示すように、固定磁性層３１表面のうねり部分
に磁極が生じ、前記磁極は、非磁性材料層３２を介して
対向するフリー磁性層３３のうねり部分にも生じ、これ
によって固定磁性層３１とフリー磁性層３３間の静磁結
合（トポロジカルカップリング）による層間結合磁界Ｈ
ｉｎが強まる。従って本来、図示Ｘ方向に磁化されなけ
ればならないフリー磁性層３３に図示Ｙ方向に磁化させ
ようとする作用が加わり、再生波形の非対称性（アシン
メトリー）が大きくなるといった問題が発生した。
【００１９】また前記フリー磁性層３３上に、例えばＴ
ａの酸化物で形成された鏡面反射層を形成する場合があ
るが、かかる場合、前記鏡面反射層の表面も反強磁性層
３０の表面３０ａのうねりによって平滑性が阻害され、
これによって前記鏡面反射層の鏡面反射率が低下し、ス
ペキュラー効果による抵抗変化率の増大を期待すること
ができなかった。
【００２０】本発明者らは、上記したシードレイヤ１４
上に形成される各層の表面にうねりが生じる問題は、前
記シードレイヤ１４の濡れ性の悪さや、シードレイヤ１
４に大きな結晶粒が存在することなどが原因であると考
えた。
【００２１】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、特にシードレイヤをＣｒで形成し膜
厚などを調整することで、前記シードレイヤの濡れ性を
向上させ、シードレイヤにＮｉＦｅＣｒ合金を用いた場
合に比べて大きい強磁性層の一方向***換バイアス磁界
（Ｈｅｘ*）を得ることができ、また各層表面のうねり
を従来よりも小さくでき、通電信頼性や抵抗変化率の向
上などを適切に図ることが可能な交換結合膜及び前記交
換結合膜を用いた磁気検出素子を提供することを目的と
している。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明は、下からシード
レイヤ、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、前記シードレイヤはＣｒで形成さ
れ、少なくとも一部に非晶質相を含んでいることを特徴
とするものである。
【００２３】本発明では従来と異なりシードレイヤはＣ
ｒで形成されている。従来ではシードレイヤをＮｉＦｅ
Ｃｒで形成した場合、Ｃｒの組成比を大きくすれば濡れ
性の向上を図ることができると思われたが、実際には、
前記Ｃｒ組成比を４０ａｔ％以上に大きくすると、逆に
反強磁性層と強磁性層間で発生する交換結合磁界は急激
に小さくなり、通電信頼性の向上などを適切に図ること
ができなかった。
【００２４】一方、本発明のようにシードレイヤをＣｒ
の単層で形成すると、従来のようにＮｉＦｅＣｒで形成
される場合に比べて、シードレイヤ表面での濡れ性を飛
躍的に向上させることができることがわかった。また濡
れ性が向上するのは、本発明のように、前記シードレイ
ヤに非晶質相が含まれることもその一因ではないかと思
われる。濡れ性は表面エネルギーが増大し、表面活性と
なることで向上する。濡れ性の向上は、シードレイヤを
単にＣｒで形成することでは十分でなく、成膜条件、具
体的にはシードレイヤを形成する際の基板表面の温度や
基板とターゲット間の距離、前記シードレイヤを形成す
る際のＡｒ圧、スパッタ速度などが重要な要素である。
【００２５】そして本発明のようにシードレイヤ表面の
濡れ性の飛躍的な向上により、その上に堆積する反強磁
性層などの各層を層状成長させやすくなり、結晶粒径を
従来よりも大きくでき、前記シードレイヤをＮｉＦｅＣ
ｒ合金で形成する場合に比べて、強磁性層における一方
向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）をさらに大きくする
ことができることがわかった。
【００２６】ここで一方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ
*）とは、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の最大値の半分の値
になるときの外部磁界の大きさを前記交換バイアス磁界
（Ｈｅｘ*）と定める。一方向***換バイアス磁界に
は、前記強磁性層と反強磁性層間で発生する交換結合磁
界の他、前記強磁性層が積層フェリ構造であるときは、
前記積層フェリ構造を構成する磁性層間で発生するＲＫ
ＫＹ相互交換作用における結合磁界などを含む磁界の大
きさである。
【００２７】従って本発明における強磁性層が、積層フ
ェリ構造でない場合には、前記一方向***換バイアス磁
界とは、主として前記強磁性層と反強磁性層間で発生す
る交換結合磁界を意味し、また前記強磁性層が積層フェ
リ構造である場合には、前記一方向***換バイアス磁界
とは、主として前記交換結合磁界とＲＫＫＹ相互交換作
用における結合磁界とを合わせた磁界を意味する。
【００２８】そして、この一方向***換バイアス磁界を
大きくできることで、適切に前記強磁性層を所定方向に
ピン止めすることができ、高熱の雰囲気においても素子
を流れる電流により誘起される磁界や微小素子端部に発
生する反磁界に負けることなく固定磁性層の磁化を一定
方向に保つことができるなど、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の向上を適切に図
ることが可能になる。
【００２９】ここで各層の結晶配向性について説明する
と、前記反強磁性層などのシードレイヤ上の各層を基本
的に[１１１]配向させることは可能であると思われる。
しかし本発明では、従来重要視していた結晶配向性より
もシードレイヤ表面の濡れ性の飛躍的な向上を図ること
に着目して成されたものであり、したがって前記反強磁
性層などの各層の[１１１]配向性が弱くても、本発明で
は、濡れ性の飛躍的な向上で、前記一方向***換バイア
ス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて効果的に大きくでき
ることに成功したのである。
【００３０】ところで本発明では、前記シードレイヤに
は一部に非晶質相が含まれている。本発明では、前記シ
ードレイヤをＣｒで形成したことによる前記シードレイ
ヤ表面の濡れ性の飛躍的な向上と、前記シードレイヤの
少なくとも一部に非晶質相を含有させたことで、前記シ
ードレイヤ上に堆積される際の反強磁性層の原子が、前
記シードレイヤ上でよりいっそう動きやすくなって全体
的により均一な状態で堆積されていき、しかもシードレ
イヤ自体に大きな結晶粒が存在しないことから、前記反
強磁性層の結晶粒界となるべき部分に従来のような粒界
段差は生じにくく、したがって本発明では、従来に比べ
て前記シードレイヤ上に形成される各層の表面にうねり
が生じるのを抑制することができ、表面の平滑性を適切
に向上させることが可能になる。
【００３１】そして上記交換結合膜が後述する磁気検出
素子として使用される場合では、固定磁性層（強磁性
層）とフリー磁性層間の静磁結合（トポロジカルカップ
リング）による層間結合磁界Ｈｉｎを弱くでき、再生波
形の非対称性（アシンメトリー）を小さくでき、また鏡
面反射層が形成される場合にあっては、前記鏡面反射層
の鏡面反射率を向上させて、抵抗変化率の向上を図るこ
とが可能になる。
【００３２】以上のように本発明における交換結合膜に
よれば、前記シードレイヤの濡れ性を従来に比べて飛躍
的に向上させることができると共に、前記シードレイヤ
上に形成される各層の表面の平滑性を向上させることが
でき、従って強磁性層の一方向***換バイアス磁界（Ｈ
ｅｘ*）を従来に比べて大きくでき、今後の高記録密度
化においても通電信頼性を従来に比べて向上させること
が可能であり、さらに再生波形の安定性を図ることが可
能になる。また結晶粒径の増大により抵抗抵抗変化率を
従来と同程度、あるいはそれ以上に向上させることが可
能である。
【００３３】本発明では、前記シードレイヤの下には、
Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少なく
とも１種以上の元素で形成された下地層上が形成され、
前記シードレイヤの膜厚は、１５Å以上で５０Å以下の
範囲内で形成されることが好ましい。
【００３４】Ｔａなどで形成された前記下地層の表面
は、濡れ性が比較的良好であるため、前記下地層の上全
体にＣｒからなるシードレイヤをより緻密な状態で形成
でき、前記シードレイヤ表面の濡れ性を適切に向上させ
ることができる。
【００３５】しかも前記下地層があった方がない場合に
比べて、所定の大きさの強磁性層の一方向***換バイア
ス磁界（Ｈｅｘ*）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得る
ときのシードレイヤの膜厚の許容範囲を大きくできるこ
とが後述する実験によって確認されている。
【００３６】本発明において前記シードレイヤの膜厚の
上限を５０Åとしたのは、これ以上、前記シードレイヤ
の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シードレイ
ヤへの分流が大きくなり抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の低下
が大きくなり、少なくとも従来と同程度の前記抵抗変化
率を得ることができなくなるからである。また前記シー
ドレイヤに非晶質相を含ませることが難しくなる。本発
明においてシードレイヤに非晶質相が含まれていると、
前記非晶質相は比抵抗が結晶相よりも高いから、センス
電流の分流を適切に低減でき、抵抗変化率を向上させる
ことができる。
【００３７】また前記シードレイヤの膜厚の下限を１５
Åとしたのは、１５Åよりも小さくなると、シードレイ
ヤの膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜厚で膜成
長しないため、前記シードレイヤの濡れ性や平滑性が向
上せず、前記シードレイヤの上に積層される反強磁性層
／強磁性層の結晶配向性は弱くなり、また平均結晶粒径
が小さくなり、この結果、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）や一
方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）が小さくなり、ま
たシードレイヤ上の反強磁性層等の各層の表面の平滑性
も悪化するため層間結合磁界Ｈｉｎが大きくなってしま
う。
【００３８】以上により本発明では、前記シードレイヤ
の膜厚を、１５Å以上で５０Å以下の範囲内で形成する
こととした。
【００３９】次に本発明では、前記膜厚は１５Å以上で
４０Å以下で形成されることがより好ましい。膜厚の下
限を１５Åとしたのは上述の通りである。本発明におい
てシードレイヤの膜厚を４０Å以下にしたのは、前記膜
厚を４０Å以下にすることで、より適切にシードレイヤ
に非晶質相を含ませることができ、Ｃｒで形成されたシ
ードレイヤにセンス電流が分流するのを適切に抑制で
き、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ることが
できるからである。後述する実験によれば前記抵抗変化
率を１０％以上確実に確保できることがわかった。
【００４０】また本発明では、前記膜厚は、２０Å以上
で２８Å以下で形成されることがさらに好ましい。
【００４１】後述する実験によれば、前記シードレイヤ
の膜厚を２０Å以上２８Å以下に設定することで、抵抗
変化率（ΔＲ／Ｒ）を１２％以上にでき、また一方向性
交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を約１５．８×１０4（Ａ
／ｍ）以上にでき、さらに層間結合磁界Ｈｉｎをほぼ０
（Ａ／ｍ）にできることができることがわかった。
【００４２】前記シードレイヤの膜厚を２０Å以上で２
８Å以下にすると、前記シードレイヤが均一且つ緻密な
膜厚で膜成長し、シードレイヤ表面の濡れ性を十分に向
上させることができ、また前記シードレイヤを主として
非晶質相で構成できる。これによって、前記シードレイ
ヤの上に形成される各層の結晶配向や平均結晶粒径を大
きくでき、またシードレイヤが非晶質を多く含む（ある
いはすべて非晶質）ので比抵抗値を上げることができる
結果、前記シードレイヤへのセンス電流の分流を抑制で
きて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をさらに向上でき、また一
方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）をさらに大きくす
ることが可能である。またシードレイヤ２２を適切に非
晶質相を主体で構成できるから、前記シードレイヤ２２
上の各層表面の平滑性をより適切に向上させることがで
き、層間結合磁界Ｈｉｎをより適切に０（Ａ／ｍ）に近
づけることができる。
【００４３】次に本発明では、前記シードレイヤの下に
は、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少
なくとも１種以上の元素からなる下地層が形成されてお
らず、前記シードレイヤの膜厚は、２５Å以上で５０Å
以下で形成されることが好ましい。
【００４４】本発明において前記シードレイヤの膜厚の
上限を５０Åとしたのは、これ以上、前記シードレイヤ
の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シードレイ
ヤへの分流が大きくなり抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の低下
が大きくなり、少なくとも従来と同程度の前記抵抗変化
率を得ることができなくなるからである。また前記シー
ドレイヤに非晶質相を含ませることが難しくなる。本発
明においてシードレイヤに非晶質相が含まれていると、
前記非晶質相は比抵抗が結晶相よりも高いから、センス
電流の分流を適切に低減でき、抵抗変化率を向上させる
ことができる。
【００４５】また前記シードレイヤの膜厚の下限を２５
Åとしたのは、２５Åよりも小さくなると、シードレイ
ヤの膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜厚で膜成
長しないため、前記シードレイヤの濡れ性や平滑性が向
上せず、前記シードレイヤの上に積層される反強磁性層
／強磁性層の結晶配向性は弱くなり、また平均結晶粒径
が小さくなり、この結果、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）や一
方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）が小さくなり、ま
たシードレイヤ上の反強磁性層等の各層表面の平滑性も
悪化するから層間結合磁界Ｈｉｎが大きくなってしま
う。
【００４６】従って本発明では、前記下地層を敷かない
で前記シードレイヤを形成する場合、前記シードレイヤ
の膜厚を２５Å以上で５０Å以下の範囲内に設定するこ
とが好ましいとした。
【００４７】また本発明では、前記膜厚は２５Å以上で
４０Å以下で形成されることがより好ましい。前記シー
ドレイヤの膜厚の下限を２５Åとした理由は、上述した
通りである。
【００４８】また前記シードレイヤの膜厚を４０Å以下
にすることで、より適切にシードレイヤに非晶質相を含
ませることができ、Ｃｒで形成されたシードレイヤにセ
ンス電流が分流するのを適切に抑制でき、抵抗変化率
（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ることができる。後述す
る実験によれば前記抵抗変化率を１０％以上確保でき
る。
【００４９】また前記シードレイヤの膜厚を上記した２
５Å以上で４０Å以下の範囲内に設定することで、一方
向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を約１１．８５×１
０4（Ａ／ｍ）以上適切に確保することができることが
わかった。
【００５０】また本発明では、前記シードレイヤの膜厚
は３０Å以上で４０Å以下で形成されることがさらに好
ましい。
【００５１】後述する実験によれば、前記シードレイヤ
の膜厚を３０Å以上で４０Å以下の範囲内に設定するこ
とで、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を確実に１０％以上にで
き、また一方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を約１
５．８×１０4（Ａ／ｍ）以上にでき、さらに層間結合
磁界Ｈｉｎを約４００（Ａ／ｍ）以下に抑えることがで
きることがわかった。
【００５２】前記シードレイヤの膜厚を３０Å以上で４
０Å以下にすると、前記シードレイヤが均一且つ緻密な
膜厚で膜成長し、シードレイヤ表面の濡れ性を十分に向
上させることができ、また前記シードレイヤを主として
非晶質相で構成できる。これによって、前記シードレイ
ヤの上に形成される各層の結晶配向や平均結晶粒径を大
きくでき、またシードレイヤが非晶質を多く含む（ある
いはすべて非晶質）ので比抵抗値を上げることができる
結果、前記シードレイヤへのセンス電流の分流を抑制で
きて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をさらに向上でき、また一
方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）をさらに大きくす
ることが可能である。またシードレイヤ２２を適切に非
晶質相を主体で構成できるから、前記シードレイヤ２２
上の各層表面の平滑性をより適切に向上させることがで
き、層間結合磁界Ｈｉｎをより適切に０（Ａ／ｍ）に近
づけることができる。
【００５３】次に本発明では、前記シードレイヤは、非
晶質相と結晶質相との混相状態であってもよいし、前記
シードレイヤは、非晶質単相で構成されてもよい。
【００５４】ここで注目すべき点は、前記シードレイヤ
に結晶質相が含まれるときの、その結晶構造である。従
来では、前記ＮｉＦｅＣｒ合金のシードレイヤのＣｒ組
成比を整えることで、結晶構造を、面心立方構造（ｆｃ
ｃ構造）に保っていたが、本発明では、前記結晶構造は
面心立方構造である必要はなく体心立方構造（ｂｃｃ構
造）などであってもよい。後述する実験結果によれば、
Ｃｒで形成されたシードレイヤに含まれる結晶質相の結
晶構造は体心立方構造（ｂｃｃ構造）であった。
【００５５】本発明では、従来重要視されていた前記シ
ードレイヤの結晶構造よりも、前記シードレイヤ表面の
濡れ性のさらなる向上を図ることに着目して成されたも
のであり、本発明のように、非晶質相を含むシードレイ
ヤを用いれば、前記シードレイヤ表面の濡れ性を従来に
比べて飛躍的に向上させることができ、強磁性層の一方
向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）の向上を図ることが
できるとともに、前記シードレイヤ上の各層の表面の平
滑性を向上させることが可能になるのである。
【００５６】また本発明では、前記強磁性層は鏡面反射
層を有して形成されていてもよい。かかる場合、従来に
比べて前記強磁性層の表面の平滑性は良好であるから、
前記強磁性層に形成された鏡面反射層の鏡面反射率を向
上させることができ、磁気検出素子の抵抗変化率（ΔＲ
／Ｒ）の向上を図ることが可能である。
【００５７】また本発明では、前記シードレイヤ上の各
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
結晶粒径は、２００Å以上であることが好ましい。この
ように大きな結晶粒が形成されることで、一方向***換
バイアス磁界（Ｈｅｘ*）の向上とともに、耐熱性や抵
抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を従来と同程度、あるいはそれ以
上にすることができる。
【００５８】また本発明では、前記交換結合膜を膜厚方
向と平行に切断したときに切断面に現われる前記反強磁
性層に形成された結晶粒界と、強磁性層に形成された結
晶粒界とが、前記反強磁性層と強磁性層との界面の少な
くとも一部で不連続であることが好ましい。
【００５９】また本発明では、前記交換結合膜を膜厚方
向と平行に切断したときに切断面に現われる前記反強磁
性層に形成された結晶粒界と、シードレイヤに形成され
た結晶粒界とが、前記反強磁性層とシードレイヤとの界
面の少なくとも一部で不連続であることが好ましい。
【００６０】上記した状態は、反強磁性層が熱処理によ
って適切に不規則格子（面心立方格子）から規則格子
（面心正方格子）に変態したことを意味し、前記反強磁
性層と強磁性層間で発生する交換結合磁界を大きくする
ことができる。
【００６１】また本発明では、前記反強磁性層には少な
くとも一部に双晶が形成され、少なくとも一部の前記双
晶には双晶境界が前記シードレイヤとの界面と非平行に
形成されていることが好ましい。
【００６２】本発明では、上記交換結合膜を成膜して熱
処理を施した後、上記のような双晶境界が現れたとき、
成膜段階では前記反強磁性層の原子は強磁性層の結晶構
造に拘束された状態にないと考えられる。このように界
面での拘束力が弱くなると、前記反強磁性層は熱処理に
よって不規則格子（面心立方格子）から規則格子（面心
正方格子）に変態しやすくなるが、この変態の際には格
子歪が発生するため、この格子歪を適切に緩和できない
と、前記変態を効果的に起すことはできない。変態をす
るときには反強磁性層の原子が不規則格子から規則格子
への再配列を起し、このとき生じる格子歪を、短い距離
間隔で原子配列が鏡面対称に変化していくことで緩和し
ていくと考えられる。熱処理後、前記鏡面対称変化の境
は双晶境界となり、このような双晶境界が形成されてい
ることは、いわば熱処理を施したときに規則化変態が起
こっていることを意味する。
【００６３】ここで反強磁性層と強磁性層との界面付近
では、前記界面と平行な方向に原子が再配列するときに
生じる格子歪を緩和するため、前記界面と交わる方向に
前記双晶境界が形成される。このため全体的に適切な規
則化変態が起きたとき前記双晶境界は前記界面と非平行
に形成される。すなわち本発明のように界面と非平行に
双晶境界が形成された場合、非常に大きな交換結合磁界
を得ることが可能になるのである。
【００６４】以上説明した、結晶粒界の不連続性や双晶
境界の非平行性は、いずれもシードレイヤ表面の濡れ性
の向上に起因するものであるが、それ以外に前記反強磁
性層の組成比等も適切に調整することが必要である。
【００６５】本発明では、前記反強磁性層は、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。
【００６６】あるいは本発明では、前記反強磁性層は、
Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（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，Ｉｒ，Ｓ
ｎ，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）で形成され
ていてもよい。
【００６７】上記の場合、本発明では、前記Ｘ―Ｍｎ―
Ｘ′合金は、元素ＸとＭｎとで構成される空間格子の隙
間に元素Ｘ′が侵入した侵入型固溶体であり、あるい
は、元素ＸとＭｎとで構成される結晶格子の格子点の一
部が、元素Ｘ′に置換された置換型固溶体であることが
好ましい。
【００６８】また本発明では、前記元素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い。
【００６９】また本発明は、下からシードレイヤ、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、前記シードレイヤ、反強磁性層及び固定磁性
層が上記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。
【００７０】また本発明は、下からシードレイヤ、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
シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及びフリー磁
性層が上記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。
【００７１】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レイヤ
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、前記シードレイヤ、その上に接合された反強磁性層
及び固定磁性層が上記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。
【００７２】また本発明は、下からシードレイヤ、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、前記シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及
び磁気抵抗層が上記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。
【００７３】上記のように交換結合膜を各磁気検出素子
に使用することで、前記シードレイヤ表面の濡れ性を従
来よりも飛躍的に向上させ、前記シードレイヤ上に形成
される各層の結晶粒径を、従来シードレイヤとしてＮｉ
ＦｅＣｒを使用していたときよりも大きく形成でき、従
って固定磁性層における一方向***換バイアス磁界（Ｈ
ｅｘ*）を従来に比べて大きくすることができ、またシ
ードレイヤ上の各層表面の平滑性を向上させることがで
きる。
【００７４】よって本発明では、今後の高記録密度化に
おいても通電信頼性の向上を図り、また抵抗変化率（Δ
Ｒ／Ｒ）を従来と同程度、あるいはそれ以上にすること
ができる。また従来と同程度の耐熱性を維持することが
できる。
【００７５】さらにフリー磁性層と固定磁性層間の静磁
結合（トポロジカルカップリング）による層間結合磁界
Ｈｉｎを小さくすることができ、再生波形の非対称性
（アシンメトリー）を小さくできるなど、再生特性の向
上を図ることができる。
【００７６】また本発明では、前記磁気検出素子の上に
は、さらに鏡面反射層が形成されていることが好まし
く、かかる場合でも、前記鏡面反射層表面の平滑性を向
上させることができるから、前記鏡面反射層の鏡面反射
率を向上させて、スペキュラー効果による抵抗変化率の
向上を図ることができる。
【００７７】
【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。
【００７８】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。
【００７９】図１の最も下に形成されているのは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た下地層６で
ある。この下地層６の上に、シードレイヤ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。
【００８０】前記シードレイヤ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，Ｉ
ｒ，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。
【００８１】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。
【００８２】また本発明では、前記反強磁性層４は、元
素Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋ
ｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，
Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇ
ａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈ
ｆ，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。
【００８３】なお前記元素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Ｍ
ｎ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。
【００８４】侵入型固溶体あるいは置換型固溶体とする
ことで、前記Ｘ−Ｍｎ合金膜の格子定数に比べて、前記
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、前記反強磁性
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、前記反強磁性層４と
固定磁性層３との界面で前記反強磁性層４を構成する原
子と前記固定磁性層３を構成する原子とが一対一に対応
しない状態である。
【００８５】また特に置換型で固溶する元素Ｘ′を使用
する場合は、前記元素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。
【００８６】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。
【００８７】なお本発明では、好ましい前記元素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。
また本発明では前記元素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。
【００８８】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６
０（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、しかも前記反強磁性層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。
【００８９】前記反強磁性層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。
【００９０】前記固定磁性層３は、磁性層１１、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。前記反強磁性層４との界面での交換結合
磁界及び中間層１２を介した反強磁性的交換結合磁界
（ＲＫＫＹ相互作用）により前記磁性層１１と磁性層１
３及び磁性層２３との磁化方向は互いに反平行状態にさ
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、また前記固定磁性層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。
【００９１】またこの実施形態では、前記磁性層１３と
磁性層２３間に鏡面反射層１６が形成されている。前記
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例えばア
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、前記鏡面反射層１６と磁性層２３との境界で鏡面反
射させることができ、これにより前記アップスピンの伝
導電子の平均自由行程は延ばされ、前記アップスピンの
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（ΔＲ／Ｒ）を高める
ことができる。
【００９２】前記鏡面反射層１６は、前記磁性層１３を
形成した後、前記磁性層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。例えば前記磁性層１３はＣｏＦｅ合金で形成
され、その表面を酸化させる。これによって前記磁性層
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。なお本発明では前記磁性層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ＣｏＦｅＮ
ｉ合金、Ｃｏなどの磁性材料で形成してもよい。
【００９３】あるいは別の形態としては、磁性層１３上
に、あるいは前記磁性層１３を形成せず、中間層１２の
上にＦｅＭＯ（元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓ
ｒ、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。
【００９４】いずれにしても本発明では、前記固定磁性
層３は鏡面反射層を有して形成されていることが好まし
い。
【００９５】ただし前記固定磁性層３に鏡面反射層が含
まれていなくてもよく、また図１に示す形態では、前記
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。
【００９６】なお前記磁性層１１は例えば２０Å程度で
形成され、中間層１２は８Å程度で形成され、磁性層１
３、２３は５Å〜１５Å程度で形成される。
【００９７】また中間層１２は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃ
ｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどの非磁性導電材料で形成される。
【００９８】前記固定磁性層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、前
記非磁性材料層２は、例えばＡｌ2Ｏ3等の絶縁材料で形
成される。
【００９９】さらに前記非磁性材料層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。
【０１００】前記フリー磁性層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
すように前記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、前記非磁性材料層２との界面
での金属元素等の拡散を防止し、抵抗変化率（ΔＲ／
Ｒ）を大きくすることができる。
【０１０１】なお前記ＮｉＦｅ合金膜９は、例えば前記
Ｎｉを８０（ａｔ％）、Ｆｅを２０（ａｔ％）として形
成する。またＣｏＦｅ合金１０は、例えば前記Ｃｏを９
０（ａｔ％）、Ｆｅを１０（ａｔ％）として形成する。
また前記ＮｉＦｅ合金膜９の膜厚を例えば４５Å程度、
ＣｏＦｅ膜を５Å程度で形成する。また前記ＣｏＦｅ膜
１０に代えて、Ｃｏ、ＣｏＦｅＮｉ合金などを用いても
よい。また前記フリー磁性層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、前記フリ
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。また前記フリー磁性層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。
【０１０２】前記フリー磁性層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。例えば前記バックド層の膜厚
は２０Å以下で形成される。
【０１０３】前記バックド層１５の上には、保護層７が
形成されている。前記保護層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。
【０１０４】前記バックド層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 ｐａｔ
ｈ）を延ばし、いわゆるスピンフィルター効果（ｓｐｉ
ｎ 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（ΔＲ／Ｒ）が
得られ、高記録密度化に対応できるものとなる。なお前
記バックド層１５は形成されなくてもよい。
【０１０５】また前記バックド層１５上に鏡面反射層７
を設けることで、前記鏡面反射層７の部分で、前記アッ
プスピンの伝導電子を鏡面反射させて、前記伝導電子の
平均自由行程を延ばすことができ、さらなる抵抗変化率
（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることができる。
【０１０６】鏡面反射層７としては、Ｔａの酸化物の他
に、α−Ｆｅ2Ｏ3、またはＦｅ−Ｏ、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、Ｎ
ｂ、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、Ｃ
ｒ、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。
【０１０７】図１に示す実施形態では、前記下地層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。前記ハ
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。
【０１０８】前記ハードバイアス層５，５は、例えばＣ
ｏ−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、前記電極層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る。
【０１０９】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
よって前記反強磁性層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、前記固定磁性層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前記固定磁性層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。
【０１１０】次に図１に示す実施形態では前記反強磁性
層４の下にシードレイヤ２２が形成されているが、本発
明では前記シードレイヤ２２はＣｒで形成されている。
【０１１１】しかも本発明では前記シードレイヤ２２に
は少なくとも一部に非晶質相（アモルファス相）が含ま
れている。すなわち本発明におけるシードレイヤ２２は
完全な結晶質相で形成されていない。
【０１１２】本発明では、前記シードレイヤ２２がＣｒ
で形成され、さらに少なくとも一部に非晶質相を含むこ
とで、前記シードレイヤ２２がＮｉＦｅＣｒ合金で形成
されていた従来に比べてシードレイヤ表面での表面エネ
ルギーを増大させ界面活性状態にでき、いわゆる濡れ性
（ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ）を従来に比べて飛躍的に向
上させることができる。
【０１１３】前記シードレイヤ２２表面の濡れ性が向上
することで、前記シードレイヤ２２上に形成される反強
磁性層４を層状成長させやすく、またこのとき、前記シ
ードレイヤ２２上に形成される各層の結晶粒径を従来に
比べて大きく形成できる。
【０１１４】しかも本発明では、飛躍的に向上したシー
ドレイヤ表面の濡れ性と、前記シードレイヤの少なくと
も一部に非晶質相を含むことから、前記シードレイヤ自
体に大きな結晶粒がなく、前記反強磁性層４に形成され
る結晶粒界間の表面をより適切に平滑化することができ
る。
【０１１５】従来、前記シードレイヤ２２がＮｉＦｅＣ
ｒで形成されていたときは、このシードレイヤ自体、大
きな結晶粒を持ち、前記反強磁性層４に形成される結晶
粒界の部分で、成膜過程においてスパッタ粒子がシャド
ウ効果を受けて粒界段差が助長され、前記反強磁性層４
の表面にはうねりが生じ易くなっていたが、本発明で
は、前記シードレイヤ２２表面の極めて高い濡れ性によ
って前記反強磁性層４に形成される結晶粒界の部分でも
堆積する原子が比較的自由に移動でき、またシードレイ
ヤに大きな結晶粒がないことから、上記した結晶段差は
生じ難く、したがって前記反強磁性層４の表面の平滑性
を従来に比べて向上させることが可能になる。
【０１１６】ところで本発明のように、シードレイヤ２
２をＣｒ形成し、しかも前記シードレイヤ２２の少なく
とも一部に非晶質相を含ませるには、前記シードレイヤ
２２の膜厚を適切に調整する必要性がある。
【０１１７】本発明では、後述するように、前記シード
レイヤ２２の膜厚を１５Å以上で５０Å以下に設定して
いる。さらにこの膜厚の設定だけでなく、前記シードレ
イヤ２２を成膜するときの成膜条件も前記シードレイヤ
２２に非晶質相を含ませる上で重要な要素である。
【０１１８】例えば本発明では、前記シードレイヤ２２
のスパッタ成膜時における基板の温度を２０〜１００℃
とし、また基板とターゲット間の距離を４０〜８０ｍｍ
とし、またスパッタ成膜時に導入されるＡｒガスの圧力
を０．５〜３ｍＴｏｒｒ（０．０６７〜０．４Ｐａ）と
することが好ましい。これによってＣｒで形成されたシ
ードレイヤ２２に非晶質相の介在を促進させることが可
能になる。
【０１１９】以上のように本発明では前記シードレイヤ
２２をＣｒで形成し、前記シードレイヤ２２の少なくと
も一部に非晶質相を含ませることで、前記シードレイヤ
２２表面の濡れ性を飛躍的に向上させることができると
共に、前記シードレイヤ２２上の各層の平滑性を向上さ
せることができる。
【０１２０】濡れ性の向上によって本発明では、固定磁
性層３における一方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）
を大きくすることができる。ここで一方向***換バイア
ス磁界（Ｈｅｘ*）とは、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の最
大値の半分の値になるときの外部磁界の大きさを前記交
換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）と定める。
【０１２１】一方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）に
は、前記固定磁性層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、前記固定磁性層３は積層フェリ構
造であるため、前記固定磁性層３を構成する例えばＣｏ
Ｆｅ合金層間で発生するＲＫＫＹ相互交換作用における
結合磁界などを含む磁界である。
【０１２２】従って、前記固定磁性層３が積層フェリ構
造でない場合には、前記一方向***換バイアス磁界（Ｈ
ｅｘ*）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、前記固
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、前記一方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）とは、
主として前記交換結合磁界と、ＲＫＫＹ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。
【０１２３】この一方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ
*）が大きいほど、前記固定磁性層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
おいても素子に流れる電流により誘起される磁界や微小
素子端部に発生する反磁界に負けることなく固定磁性層
３の磁化を一定方向に保つことができ、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。
【０１２４】上記した一方向***換バイアス磁界が大き
くなるのは、シードレイヤ２２表面の極めて良好な濡れ
性によって、前記シードレイヤ２２上に形成される各層
の膜面と平行な方向における結晶粒径を大きくでき、反
強磁性層４の結晶磁気異方性ＫAFを大きくできた結果、
ブロッキング温度を高くできたことなどが原因であると
考えられる。
【０１２５】また本発明では、前記各層の膜面と平行な
方向における平均結晶粒径を従来よりも大きくできるた
め、伝導電子の粒界散乱を低減でき、抵抗変化率（ΔＲ
／Ｒ）なども従来における磁気検出素子と同程度、ある
いはそれ以上得ることが可能になっている。
【０１２６】さらに本発明では、シードレイヤ２２上に
形成される各層の表面の平滑性を従来よりも向上させる
ことができることで、非磁性材料層２を介した固定磁性
層３とフリー磁性層１間の静磁結合（トポロジカルカッ
プリング）による層間結合磁界Ｈｉｎを小さくでき、再
生波形の非対称性（アシンメトリー）を小さくでき、再
生特性の向上を図ることができる。後述する実験によれ
ば、前記層間結合磁界Ｈｉｎを０（Ａ／ｍ）に近い数値
にすることができる。
【０１２７】また図１のように鏡面反射層１６、７が設
けられている場合には、前記シードレイヤ２２上の各層
の表面の平滑性を向上させることができることで、前記
鏡面反射層１６、７自体の表面の平滑性も向上させるこ
とができるため、前記鏡面反射層１６、７の鏡面反射率
を向上させることができ、前記鏡面反射層を設けたこと
による抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ること
ができる。
【０１２８】また本発明では前記シードレイヤ２２の膜
厚を１５Å以上で５０Å以下に設定することが好まし
い。
【０１２９】なおこの膜厚範囲は図１に示すように、シ
ードレイヤ２２の下に下地層６が形成されている場合に
おける膜厚である。
【０１３０】Ｔａなどで形成された前記下地層の表面
は、濡れ性が比較的良好であるため、前記下地層の上全
体にＣｒからなるシードレイヤ２２をより緻密な状態で
形成でき、前記シードレイヤ２２表面の濡れ性を適切に
向上させることができる。
【０１３１】しかも前記下地層６があった方がない場合
に比べて、所定の大きさの強磁性層の一方向***換バイ
アス磁界（Ｈｅｘ*）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得
るときのシードレイヤの膜厚の許容範囲を大きくできる
ことが後述する実験によって確認されている。
【０１３２】本発明において前記シードレイヤ２２の膜
厚の上限を５０Åとしたのは、これ以上、前記シードレ
イヤ２２の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シ
ードレイヤ２２への分流が大きくなり抵抗変化率（ΔＲ
／Ｒ）の低下が大きくなり、少なくとも従来と同程度の
前記抵抗変化率を得ることができなくなるからである。
また前記シードレイヤ２２に非晶質相を含ませることが
難しくなる。本発明においてシードレイヤ２２に非晶質
相が含まれていると、前記非晶質相は比抵抗が結晶相よ
りも高いから、センス電流の分流を適切に低減でき、抵
抗変化率を向上させることができる。
【０１３３】また前記シードレイヤ２２の膜厚の下限を
１５Åとしたのは、１５Åよりも小さくなると、シード
レイヤ２２の膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜
厚で膜成長しないため、前記シードレイヤ２２の濡れ性
や平滑性が向上せず、前記シードレイヤ２２の上に積層
される反強磁性層４やその上に形成される各層の結晶配
向性は弱くなり、また平均結晶粒径が小さくなり、この
結果、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）や一方向***換バイアス
磁界（Ｈｅｘ*）が小さくなる。
【０１３４】またシードレイヤ２２の膜厚が１５Å以下
では、前記シードレイヤ２２の膜が均一に成長しないか
ら、表面に凹凸が発生しやすく、これによって層間結合
磁界Ｈｉｎが大きくなり、再生出力の非対称性が低下し
てしまう。
【０１３５】以上により本発明では、前記シードレイヤ
２２の膜厚を、１５Å以上で５０Å以下の範囲内で形成
することとした。
【０１３６】次に本発明では、前記シードレイヤ２２の
膜厚は１５Å以上で４０Å以下で形成されることがより
好ましい。前記シードレイヤ２２の膜厚の下限を１５Å
としたのは上述の通りである。本発明においてシードレ
イヤ２２の膜厚を４０Å以下にしたのは、前記膜厚を４
０Å以下にすることで、より適切にシードレイヤ２２に
非晶質相を含ませることができ、Ｃｒで形成されたシー
ドレイヤ２２にセンス電流が分流するのを適切に抑制で
き、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ることが
できるからである。後述する実験によれば前記抵抗変化
率を確実に１０％以上確保できることがわかった。
【０１３７】また本発明では、前記シードレイヤ２２の
膜厚は、２０Å以上で２８Å以下で形成されることがさ
らに好ましい。
【０１３８】後述する実験によれば、前記シードレイヤ
２２の膜厚を２０Å以上２８Å以下に設定することで、
抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を１２％以上にでき、また一方
向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を約１５．８×１０4
（Ａ／ｍ）以上にでき、さらに層間結合磁界Ｈｉｎをほ
ぼ０（Ａ／ｍ）にできることがわかった。
【０１３９】前記シードレイヤ２２の膜厚を２０Å以上
で２８Å以下にすると、前記シードレイヤ２２が均一且
つ緻密な膜厚で膜成長し、シードレイヤ２２表面の濡れ
性を十分に向上させることができ、また前記シードレイ
ヤ２２を主として非晶質相で構成できる。これによっ
て、前記シードレイヤ２２の上に形成される各層の結晶
配向や平均結晶粒径を大きくでき、またシードレイヤ２
２が非晶質を多く含む（あるいはすべて非晶質）ので比
抵抗値を上げることができる結果、前記シードレイヤ２
２へのセンス電流の分流を抑制できて抵抗変化率（ΔＲ
／Ｒ）をさらに向上でき、また一方向***換バイアス磁
界（Ｈｅｘ＊）をさらに大きくすることが可能である。
またシードレイヤ２２を適切に非晶質相を主体で構成で
きるから、前記シードレイヤ２２上の各層表面の平滑性
をより適切に向上させることができ、層間結合磁界Ｈｉ
ｎをより適切に０（Ａ／ｍ）に近づけることができる。
【０１４０】また、下地層６を敷かない場合は、前記シ
ードレイヤ２２の膜厚は、２５Å以上で５０Å以下で形
成されることが好ましい。
【０１４１】本発明において前記シードレイヤ２２の膜
厚の上限を５０Åとしたのは、これ以上、前記シードレ
イヤ２２の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シ
ードレイヤへの分流が大きくなり抵抗変化率（ΔＲ／
Ｒ）の低下が大きくなり、少なくとも従来と同程度の前
記抵抗変化率を得ることができなくなるからである。ま
た前記シードレイヤ２２に非晶質相を含ませることが難
しくなる。本発明においてシードレイヤ２２に非晶質相
が含まれていると、前記非晶質相は比抵抗が結晶相より
も高いから、センス電流の分流を適切に低減でき、抵抗
変化率を向上させることができる。
【０１４２】また前記シードレイヤ２２の膜厚の下限を
２５Åとしたのは、２５Åよりも小さくなると、シード
レイヤ２２の膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜
厚で膜成長しないため、前記シードレイヤ２２の濡れ性
や平滑性が向上せず、前記シードレイヤの上に積層され
る反強磁性層４及びその上に形成される各層の結晶配向
性は弱くなり、また平均結晶粒径が小さくなり、この結
果、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）や一方向***換バイアス磁
界（Ｈｅｘ*）が小さくなり、またシードレイヤ２２上
の反強磁性層４等の表面の平滑性も悪化するから層間結
合磁界Ｈｉｎが大きくなってしまう。
【０１４３】従って本発明では、シードレイヤ２２の下
に下地層６を敷かない場合、前記シードレイヤ２２の膜
厚を２５Å以上で５０Å以下の範囲内に設定することが
好ましいとした。
【０１４４】また上記のように下地層６を敷かない場合
において、前記シードレイヤ２２の膜厚は２５Å以上で
４０Å以下で形成されることがより好ましい。前記シー
ドレイヤ２２の膜厚の下限を２５Åとした理由は、上述
した通りである。
【０１４５】また前記シードレイヤ２２の膜厚を４０Å
以下にすることで、より適切にシードレイヤ２２に非晶
質相を含ませることができ、Ｃｒで形成されたシードレ
イヤ２２にセンス電流が分流するのを適切に抑制でき、
抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ることができ
る。後述する実験によれば前記抵抗変化率を１０％以上
確保できることがわかった。
【０１４６】また前記シードレイヤ２２の膜厚を上記し
た２５Å以上で４０Å以下の範囲内に設定することで、
一方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を約１１．８５
×１０4（Ａ／ｍ）以上適切に確保することができる。
【０１４７】また本発明では、前記シードレイヤ２２の
膜厚は３０Å以上で４０Å以下で形成されることがさら
に好ましい。
【０１４８】後述する実験によれば、前記シードレイヤ
２２の膜厚を３０Å以上で４０Å以下の範囲内に設定す
ることで、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を確実に１０％以上
にでき、また一方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を
約１５．８×１０4（Ａ／ｍ）以上にでき、さらに層間
結合磁界Ｈｉｎを約４００（Ａ／ｍ）以下に抑えること
ができることがわかった。
【０１４９】前記シードレイヤ２２の膜厚を３０Å以上
で４０Å以下にすると、前記シードレイヤ２２が均一且
つ緻密な膜厚で膜成長し、シードレイヤ２２表面の濡れ
性を十分に向上させることができ、また前記シードレイ
ヤ２２を主として非晶質相で構成できる。これによっ
て、前記シードレイヤ２２の上に形成される各層の結晶
配向や平均結晶粒径を大きくでき、またシードレイヤ２
２が非晶質を多く含む（あるいはすべて非晶質）ので比
抵抗値を上げることができる結果、前記シードレイヤ２
２へのセンス電流の分流を抑制できて抵抗変化率（ΔＲ
／Ｒ）をさらに向上でき、また一方向***換バイアス磁
界（Ｈｅｘ＊）をさらに大きくすることが可能である。
またシードレイヤ２２を適切に非晶質相を主体で構成で
きるから、前記シードレイヤ２２上の各層表面の平滑性
をより適切に向上させることができ、層間結合磁界Ｈｉ
ｎをより適切に０（Ａ／ｍ）に近づけることができる。
【０１５０】次に前記シードレイヤ２２の膜構造につい
て説明する。本発明では既に説明したように、前記シー
ドレイヤ２２の少なくとも一部には非晶質相が含まれて
いるが、前記シードレイヤ２２は、前記非晶質相と結晶
質相との混相状態であっても、あるいは非晶質単相で構
成されていてもどちらでもよい。
【０１５１】ここで前記シードレイヤ２２に結晶質相が
含まれる場合の、前記結晶質相の結晶構造であるが、こ
れは如何なる結晶構造であってもかまわない。後述する
実験によれば前記結晶質相は体心立方構造（ｂｃｃ構
造）であったが、本発明では前記結晶質相が如何なる結
晶構造であっても、前記シードレイヤ２２表面の極めて
高い濡れ性によって、前記シードレイヤ２２上に形成さ
れる各層を従来に比べてより適切に層状成長させやす
く、結晶粒径を大きくでき、一方向***換バイアス磁界
（Ｈｅｘ*）を大きくできると共に、各層表面の平滑性
の向上を適切に図ることができるのである。
【０１５２】なお本発明では、前記シードレイヤ２２上
に形成される各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は２００Å以上であることが好
ましい。後述する実験によれば、シードレイヤ２２がＣ
ｒで形成された実施例では、前記平均結晶粒径を２００
Å以上にできることが確認されている。
【０１５３】これにより耐エレクトロマイグレーション
の向上を図ることができ通電信頼性を向上させることが
できるとともに、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）や耐熱性など
を従来と同程度、あるいはそれ以上にすることが可能で
ある。
【０１５４】次に本発明では、前記磁気検出素子を膜厚
方向に平行に切断したときに現れる反強磁性層４の結晶
粒界と前記固定磁性層３の結晶粒界が前記反強磁性層４
と固定磁性層３との界面の少なくとも一部で不連続な状
態になっていることが好ましい。
【０１５５】また本発明では、前記磁気検出素子を膜厚
方向に平行に切断したときに現れる反強磁性層４の結晶
粒界と前記シードレイヤ２２の結晶粒界が前記反強磁性
層４とシードレイヤ２２との界面の少なくとも一部で不
連続な状態になっていることが好ましい。
【０１５６】また本発明では、前記反強磁性層４には少
なくとも一部に双晶が形成され、少なくとも一部の前記
双晶には双晶境界が前記シードレイヤ２２との界面と非
平行に形成されていることが好ましい。
【０１５７】上記のような関係にある場合、反強磁性層
４と固定磁性層３との界面では、いわゆる非整合状態が
保たれ、前記反強磁性層４は熱処理によって不規則格子
から規則格子に適切な規則変態がなされており、大きな
交換結合磁界を得ることが可能である。
【０１５８】上記した関係を得るには、シードレイヤ２
２表面の濡れ性が高いことのほかに、反強磁性層４の組
成比や前記シードレイヤ２２の上に形成される各層の成
膜条件を適切に調整することが必要である。
【０１５９】既に説明したように前記反強磁性層４を構
成する元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比は４５（ａ
ｔ％）以上６０（ａｔ％）以下であることが好ましい。
【０１６０】また成膜条件としては、例えばスパッタ成
膜の際に使用されるＡｒガスの圧力を３ｍＴｏｒｒとす
る。また反強磁性層４と固定磁性層３間に交換結合磁界
を発生させるための熱処理温度を２００℃以上で３００
℃以下とし、熱処理時間を２時間以上で１０-6Ｔｏｒｒ
以下の真空中で磁場中熱処理をする。また前記基板とタ
ーゲット間の距離を８０ｍｍとする。
【０１６１】上記の反強磁性層４の組成比及び成膜条件
などにより、前記反強磁性層４と固定磁性層３との界
面、反強磁性層４とシードレイヤ２２との界面を適切に
非整合状態にでき、反強磁性層４と固定磁性層３間に１
１．５８×１０4（Ａ／ｍ）以上の高い交換結合磁界を
得ることが可能である。
【０１６２】次に前記シードレイヤ２２上に形成される
各層の結晶配向であるが、本発明では、従来のように前
記シードレイヤ２２上の各層の結晶配向が膜面と平行な
方向に優先的に[１１１]配向していなくてもよく、[１
１１]配向性が弱くてもかまわない。
【０１６３】本発明ではシードレイヤ２２上の各層の結
晶配向が膜面と平行な方向に[１１１]配向することが好
ましいが、本発明では各層の結晶配向性よりも、シード
レイヤ２２表面の濡れ性の向上に重点を置き、さらにシ
ードレイヤ２２の少なくとも一部に非晶質相を含ませる
ことで、前記固定磁性層３における一方向***換バイア
ス磁界（Ｈｅｘ*）を従来よりも大きくできるととも
に、前記シードレイヤ２２上の各層の表面の平滑性を向
上させることを可能としている。
【０１６４】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。
【０１６５】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。
【０１６６】図２に示すスピンバルブ型薄膜素子では、
下地層６上にトラック幅方向（図示Ｘ方向）にトラック
幅Ｔｗの間隔を開けた一対のシードレイヤ２２が形成さ
れ、前記シードレイヤ２２の上にエクスチェンジバイア
ス層２４が形成されている。
【０１６７】前記一対のシードレイヤ２２及びエクスチ
ェンジバイアス層２４間は、ＳｉＯ 2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。
【０１６８】そして前記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。
【０１６９】前記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、前
記元素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。
【０１７０】前記フリー磁性層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。
【０１７１】図２に示すように前記フリー磁性層１の上
には非磁性材料層２が形成され、さらに前記非磁性材料
層２の上には固定磁性層３が形成されている。さらに前
記固定磁性層３の上には反強磁性層４、保護層７が形成
される。
【０１７２】この実施形態においても前記シードレイヤ
２２は、Ｃｒで形成され、少なくとも一部に非晶質相を
含んでいる。
【０１７３】本発明では、非晶質相を含むＣｒでシード
レイヤ２２を形成することで、前記シードレイヤ２２表
面の濡れ性を従来に比べて飛躍的に高めることができ、
シードレイヤ２２上の各層の結晶粒径を大きくでき、し
たがってフリー磁性層１における一方向***換バイアス
磁界（Ｈｅｘ*）を大きくすることができると共に、前
記シードレイヤ２２上に形成される各層の表面の平滑性
を向上させることができる。また抵抗変化率（ΔＲ／
Ｒ）を従来と同程度、あるいはそれ以上得ることができ
る。
【０１７４】従って本発明によれば、耐エレクトロマイ
グレーションに代表される通電信頼性を向上させると共
に、前記フリー磁性層１と固定磁性層３間の静磁結合
（トポロジカルカップリング）による層間結合磁界Ｈｉ
ｎを小さくでき、再生波形の非対称性（アシンメトリ
ー）を小さくすることができ、また鏡面反射層が設けら
れている場合には、前記鏡面反射層の鏡面反射率を向上
させ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることができ
る。
【０１７５】本発明では、前記シードレイヤ２２の膜厚
は１５Å以上で５０Å以下の範囲内で形成されているこ
とが好ましい。
【０１７６】なおこの膜厚範囲は図２に示すように、シ
ードレイヤ２２の下に下地層６が形成されている場合に
おける膜厚である。
【０１７７】本発明において前記シードレイヤ２２の膜
厚の上限を５０Åとしたのは、これ以上、前記シードレ
イヤ２２の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シ
ードレイヤ２２への分流が大きくなり抵抗変化率（ΔＲ
／Ｒ）の低下が大きくなり、少なくとも従来と同程度の
前記抵抗変化率を得ることができなくなるからである。
また前記シードレイヤ２２に非晶質相を含ませることが
難しくなる。本発明においてシードレイヤ２２に非晶質
相が含まれていると、前記非晶質相は比抵抗が結晶相よ
りも高いから、センス電流の分流を適切に低減でき、抵
抗変化率を向上させることができる。
【０１７８】また前記シードレイヤ２２の膜厚の下限を
１５Åとしたのは、１５Åよりも小さくなると、シード
レイヤ２２の膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜
厚で膜成長しないため、前記シードレイヤ２２の濡れ性
や平滑性が向上せず、前記シードレイヤ２２の上に積層
される各層の結晶配向性は弱くなり、また平均結晶粒径
が小さくなり、この結果、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）や一
方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）が小さくなる。
【０１７９】またシードレイヤ２２の膜厚が１５Å以下
では、前記シードレイヤ２２の膜が均一に成長しないか
ら、表面に凹凸が発生しやすく、これによって層間結合
磁界Ｈｉｎが大きくなり、再生出力の非対称性が低下し
てしまう。
【０１８０】以上により本発明では、前記シードレイヤ
２２の膜厚を、１５Å以上で５０Å以下の範囲内で形成
することとした。
【０１８１】次に本発明では、前記シードレイヤ２２の
膜厚は１５Å以上で４０Å以下で形成されることがより
好ましい。前記シードレイヤ２２の膜厚の下限を１５Å
としたのは上述の通りである。本発明においてシードレ
イヤ２２の膜厚を４０Å以下にしたのは、前記膜厚を４
０Å以下にすることで、より適切にシードレイヤ２２に
非晶質相を含ませることができ、Ｃｒで形成されたシー
ドレイヤ２２にセンス電流が分流するのを適切に抑制で
き、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ることが
できるからである。後述する実験によれば前記抵抗変化
率を１０％以上確保できることがわかった。
【０１８２】また本発明では、前記シードレイヤ２２の
膜厚は、２０Å以上で２８Å以下で形成されることがさ
らに好ましい。
【０１８３】後述する実験によれば、前記シードレイヤ
２２の膜厚を２０Å以上２８Å以下に設定することで、
抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を１２％以上にでき、また一方
向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を約１５．８×１０4
（Ａ／ｍ）以上にでき、さらに層間結合磁界Ｈｉｎをほ
ぼ０（Ａ／ｍ）にできることがわかった。
【０１８４】前記シードレイヤ２２の膜厚を２０Å以上
で２８Å以下にすると、前記シードレイヤ２２が均一且
つ緻密な膜厚で膜成長し、シードレイヤ２２表面の濡れ
性を十分に向上させることができ、また前記シードレイ
ヤ２２を主として非晶質相で構成できる。これによっ
て、前記シードレイヤ２２の上に形成される各層の結晶
配向や平均結晶粒径を大きくでき、またシードレイヤ２
２が非晶質を多く含む（あるいはすべて非晶質）ので比
抵抗値を上げることができる結果、前記シードレイヤ２
２へのセンス電流の分流を抑制できて抵抗変化率（ΔＲ
／Ｒ）をさらに向上でき、また一方向***換バイアス磁
界（Ｈｅｘ＊）をさらに大きくすることが可能である。
またシードレイヤ２２を適切に非晶質相を主体で構成で
きるから、前記シードレイヤ２２上の各層表面の平滑性
をより適切に向上させることができ、層間結合磁界Ｈｉ
ｎをより適切に０（Ａ／ｍ）に近づけることができる。
【０１８５】また、下地層６を敷かない場合は、前記シ
ードレイヤ２２の膜厚は、２５Å以上で５０Å以下で形
成されることが好ましい。
【０１８６】本発明において前記シードレイヤ２２の膜
厚の上限を５０Åとしたのは、これ以上、前記シードレ
イヤ２２の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シ
ードレイヤへの分流が大きくなり抵抗変化率（ΔＲ／
Ｒ）の低下が大きくなり、少なくとも従来と同程度の前
記抵抗変化率を得ることができなくなるからである。ま
た前記シードレイヤ２２に非晶質相を含ませることが難
しくなる。本発明においてシードレイヤ２２に非晶質相
が含まれていると、前記非晶質相は比抵抗が結晶相より
も高いから、センス電流の分流を適切に低減でき、抵抗
変化率を向上させることができる。
【０１８７】また前記シードレイヤ２２の膜厚の下限を
２５Åとしたのは、２５Åよりも小さくなると、シード
レイヤ２２の膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜
厚で膜成長しないため、前記シードレイヤ２２の濡れ性
や平滑性が向上せず、前記シードレイヤの上に積層され
るエクスチェンジバイアス層２４及びその上に形成され
る各層の結晶配向性は弱くなり、また平均結晶粒径が小
さくなり、この結果、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）や一方向
***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）が小さくなり、またシ
ードレイヤ２２上のエクスチェンジバイアス層２４等の
表面の平滑性が悪化し層間結合磁界Ｈｉｎが大きくなっ
てしまう。
【０１８８】従って本発明では、シードレイヤ２２の下
に下地層６を敷かない場合、前記シードレイヤ２２の膜
厚を２５Å以上で５０Å以下の範囲内に設定することが
好ましいとした。
【０１８９】また上記のように下地層６を敷かない場合
において、前記シードレイヤ２２の膜厚は２５Å以上で
４０Å以下で形成されることがより好ましい。前記シー
ドレイヤ２２の膜厚の下限を２５Åとした理由は、上述
した通りである。
【０１９０】また前記シードレイヤ２２の膜厚を４０Å
以下にすることで、より適切にシードレイヤ２２に非晶
質相を含ませることができＣｒで形成されたシードレイ
ヤ２２にセンス電流が分流するのを適切に抑制でき、抵
抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ることができ
る。後述する実験によれば前記抵抗変化率を１０％以上
確保できることがわかった。
【０１９１】また前記シードレイヤ２２の膜厚を上記し
た２５Å以上で４０Å以下の範囲内に設定することで、
一方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を約１１．８５
×１０4（Ａ／ｍ）以上適切に確保することができる。
【０１９２】また本発明では、前記シードレイヤ２２の
膜厚は３０Å以上で４０Å以下で形成されることがさら
に好ましい。
【０１９３】後述する実験によれば、前記シードレイヤ
２２の膜厚を３０Å以上で４０Å以下の範囲内に設定す
ることで、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を確実に１０％以上
にでき、また一方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を
約１５．８×１０4（Ａ／ｍ）以上にでき、さらに層間
結合磁界Ｈｉｎを約４００（Ａ／ｍ）以下に抑えること
ができることがわかった。
【０１９４】前記シードレイヤ２２の膜厚を３０Å以上
で４０Å以下にすると、前記シードレイヤ２２が均一且
つ緻密な膜厚で膜成長し、シードレイヤ２２表面の濡れ
性を十分に向上させることができ、また前記シードレイ
ヤ２２を主として非晶質相で構成できる。これによっ
て、前記シードレイヤ２２の上に形成される各層の結晶
配向や平均結晶粒径を大きくでき、またシードレイヤ２
２が非晶質を多く含む（あるいはすべて非晶質）ので比
抵抗値を上げることができる結果、前記シードレイヤ２
２へのセンス電流の分流を抑制できて抵抗変化率（ΔＲ
／Ｒ）をさらに向上でき、また一方向***換バイアス磁
界（Ｈｅｘ＊）をさらに大きくすることが可能である。
またシードレイヤ２２を適切に非晶質相を主体で構成で
きるから、前記シードレイヤ２２上の各層表面の平滑性
をより適切に向上させることができ、層間結合磁界Ｈｉ
ｎをより適切に０（Ａ／ｍ）に近づけることができる。
【０１９５】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。
【０１９６】図３に示すように、下から下地層６、シー
ドレイヤ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Ｃ
ｏ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。
【０１９７】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。
【０１９８】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の下にはシードレイヤ２
２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％）以上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。
【０１９９】この実施形態においても前記シードレイヤ
２２は、Ｃｒで形成され、少なくとも一部に非晶質相を
含んでいる。
【０２００】本発明では、非晶質相を含むＣｒでシード
レイヤ２２を形成することで、前記シードレイヤ２２表
面の濡れ性を従来に比べて高めることができ、前記シー
ドレイヤ２２上の各層の結晶粒径を従来よりも大きくで
き、したがって固定磁性層３における一方向***換バイ
アス磁界（Ｈｅｘ*）を大きくできると共に、前記シー
ドレイヤ２２上に形成される各層の表面の平滑性を向上
させることができる。また抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を従
来と同程度、あるいはそれ以上得ることができる。
【０２０１】従って本発明によれば、耐エレクトロマイ
グレーションに代表される通電信頼性を向上させると共
に、前記フリー磁性層１と固定磁性層３間の静磁結合
（トポロジカルカップリング）による層間結合磁界Ｈｉ
ｎを小さくでき、磁気ヘッドの再生波形の非対称性（ア
シンメトリー）を小さくすることができ、また鏡面反射
層が設けられている場合には、前記鏡面反射層の鏡面反
射率を向上させ、抵抗変化率の向上を図ることができ
る。
【０２０２】上記した効果を有する本発明におけるスピ
ンバルブ型薄膜素子では、今後の高記録密度化におい
て、前記磁気検出素子に流れるセンス電流密度が大きく
なっても前記高記録密度化に十分に対応可能なスピンバ
ルブ型薄膜素子を製造することが可能である。
【０２０３】本発明では、前記シードレイヤ２２の膜厚
は１５Å以上で５０Å以下で形成されることが好まし
い。
【０２０４】なおこの膜厚範囲は図３に示すように、シ
ードレイヤ２２の下に下地層６が形成されている場合に
おける膜厚である。
【０２０５】本発明において前記シードレイヤ２２の膜
厚の上限を５０Åとしたのは、これ以上、前記シードレ
イヤ２２の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シ
ードレイヤ２２への分流が大きくなり抵抗変化率（ΔＲ
／Ｒ）の低下が大きくなり、少なくとも従来と同程度の
前記抵抗変化率を得ることができなくなるからである。
また前記シードレイヤ２２に非晶質相を含ませることが
難しくなる。本発明においてシードレイヤ２２に非晶質
相が含まれていると、前記非晶質相は比抵抗が結晶相よ
りも高いから、センス電流の分流を適切に低減でき、抵
抗変化率を向上させることができる。
【０２０６】また前記シードレイヤ２２の膜厚の下限を
１５Åとしたのは、１５Åよりも小さくなると、シード
レイヤ２２の膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜
厚で膜成長しないため、前記シードレイヤ２２の濡れ性
や平滑性が向上せず、前記シードレイヤ２２の上に積層
される反強磁性層４やその上に形成される各層の結晶配
向性は弱くなり、また平均結晶粒径が小さくなり、この
結果、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）や一方向***換バイアス
磁界（Ｈｅｘ*）が小さくなる。
【０２０７】またシードレイヤ２２の膜厚が１５Å以下
では、前記シードレイヤ２２の膜が均一に成長しないか
ら、表面に凹凸が発生しやすく、これによって層間結合
磁界Ｈｉｎが大きくなり、再生出力の非対称性が低下し
てしまう。
【０２０８】以上により本発明では、前記シードレイヤ
２２の膜厚を、１５Å以上で５０Å以下の範囲内で形成
することとした。
【０２０９】次に本発明では、前記シードレイヤ２２の
膜厚は１５Å以上で４０Å以下で形成されることがより
好ましい。前記シードレイヤ２２の膜厚の下限を１５Å
としたのは上述の通りである。本発明においてシードレ
イヤ２２の膜厚を４０Å以下にしたのは、前記膜厚を４
０Å以下にすることで、より適切にシードレイヤ２２に
非晶質相を含ませることができＣｒで形成されたシード
レイヤ２２にセンス電流が分流するのを適切に抑制で
き、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ることが
できるからである。後述する実験によれば前記抵抗変化
率を１０％以上確実に確保できることがわかった。
【０２１０】また本発明では、前記シードレイヤ２２の
膜厚は、２０Å以上で２８Å以下で形成されることがさ
らに好ましい。
【０２１１】後述する実験によれば、前記シードレイヤ
２２の膜厚を２０Å以上２８Å以下に設定することで、
抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を１２％以上にでき、また一方
向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を約１５．８×１０4
（Ａ／ｍ）以上にでき、さらに層間結合磁界Ｈｉｎをほ
ぼ０（Ａ／ｍ）にできることがわかった。
【０２１２】前記シードレイヤ２２の膜厚を２０Å以上
で２８Å以下にすると、前記シードレイヤ２２が均一且
つ緻密な膜厚で膜成長し、シードレイヤ２２表面の濡れ
性を十分に向上させることができ、また前記シードレイ
ヤ２２を主として非晶質相で構成できる。これによっ
て、前記シードレイヤ２２の上に形成される各層の結晶
配向や平均結晶粒径を大きくでき、またシードレイヤ２
２が非晶質を多く含む（あるいはすべて非晶質）ので比
抵抗値を上げることができる結果、前記シードレイヤ２
２へのセンス電流の分流を抑制できて抵抗変化率（ΔＲ
／Ｒ）をさらに向上でき、また一方向***換バイアス磁
界（Ｈｅｘ＊）をさらに大きくすることが可能である。
またシードレイヤ２２を適切に非晶質相を主体で構成で
きるから、前記シードレイヤ２２上の各層表面の平滑性
をより適切に向上させることができ、層間結合磁界Ｈｉ
ｎをより適切に０（Ａ／ｍ）に近づけることができる。
【０２１３】また、下地層６を敷かない場合は、前記シ
ードレイヤ２２の膜厚は、２５Å以上で５０Å以下で形
成されることが好ましい。
【０２１４】本発明において前記シードレイヤ２２の膜
厚の上限を５０Åとしたのは、これ以上、前記シードレ
イヤ２２の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シ
ードレイヤへの分流が大きくなり抵抗変化率（ΔＲ／
Ｒ）の低下が大きくなり、少なくとも従来と同程度の前
記抵抗変化率を得ることができなくなるからである。ま
た前記シードレイヤ２２に非晶質相を含ませることが難
しくなる。本発明においてシードレイヤ２２に非晶質相
が含まれていると、前記非晶質相は比抵抗が結晶相より
も高いから、センス電流の分流を適切に低減でき、抵抗
変化率を向上させることができる。
【０２１５】また前記シードレイヤ２２の膜厚の下限を
２５Åとしたのは、２５Åよりも小さくなると、シード
レイヤ２２の膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜
厚で膜成長しないため、前記シードレイヤ２２の濡れ性
や平滑性が向上せず、前記シードレイヤの上に積層され
る反強磁性層４及びその上に形成される各層の結晶配向
性は弱くなり、また平均結晶粒径が小さくなり、この結
果、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）や一方向***換バイアス磁
界（Ｈｅｘ*）が小さくなり、またシードレイヤ２２上
の反強磁性層４等の表面の平滑性が悪化するから層間結
合磁界Ｈｉｎが大きくなってしまう。
【０２１６】従って本発明では、シードレイヤ２２の下
に下地層６を敷かない場合、前記シードレイヤ２２の膜
厚を２５Å以上で５０Å以下の範囲内に設定することが
好ましいとした。
【０２１７】また上記のように下地層６を敷かない場合
において、前記シードレイヤ２２の膜厚は２５Å以上で
４０Å以下で形成されることがより好ましい。前記シー
ドレイヤ２２の膜厚の下限を２５Åとした理由は、上述
した通りである。
【０２１８】また前記シードレイヤ２２の膜厚を４０Å
以下にすることで、より適切にシードレイヤ２２に非晶
質相を含ませることができＣｒで形成されたシードレイ
ヤ２２にセンス電流が分流するのを適切に抑制でき、抵
抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ることができ
る。後述する実験によれば前記抵抗変化率を１０％以上
確保できることがわかった。
【０２１９】また前記シードレイヤ２２の膜厚を上記し
た２５Å以上で４０Å以下の範囲内に設定することで、
一方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を約１１．８５
×１０4（Ａ／ｍ）以上適切に確保することができる。
【０２２０】また本発明では、前記シードレイヤ２２の
膜厚は３０Å以上で４０Å以下で形成されることがさら
に好ましい。
【０２２１】後述する実験によれば、前記シードレイヤ
２２の膜厚を３０Å以上で４０Å以下の範囲内に設定す
ることで、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を確実に１０％以上
にでき、また一方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を
約１５．８×１０4（Ａ／ｍ）以上にでき、さらに層間
結合磁界Ｈｉｎを約４００（Ａ／ｍ）以下に抑えること
ができることがわかった。
【０２２２】前記シードレイヤ２２の膜厚を３０Å以上
で４０Å以下にすると、前記シードレイヤ２２が均一且
つ緻密な膜厚で膜成長し、シードレイヤ２２表面の濡れ
性を十分に向上させることができ、また前記シードレイ
ヤ２２を主として非晶質相で構成できる。これによっ
て、前記シードレイヤ２２の上に形成される各層の結晶
配向や平均結晶粒径を大きくでき、またシードレイヤ２
２が非晶質を多く含む（あるいはすべて非晶質）ので比
抵抗値を上げることができる結果、前記シードレイヤ２
２へのセンス電流の分流を抑制できて抵抗変化率（ΔＲ
／Ｒ）をさらに向上でき、また一方向***換バイアス磁
界（Ｈｅｘ＊）をさらに大きくすることが可能である。
またシードレイヤ２２を適切に非晶質相を主体で構成で
きるから、前記シードレイヤ２２上の各層表面の平滑性
をより適切に向上させることができ、層間結合磁界Ｈｉ
ｎをより適切に０（Ａ／ｍ）に近づけることができる。
【０２２３】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。
【０２２４】図４では、下地層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
シードレイヤ２２が形成されている。前記シードレイヤ
２２上にはエクスチェンジバイアス層２１，２１が形成
され、前記一対のシードレイヤ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。
【０２２５】そして前記エクスチェンジバイアス層２
１，２１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。
【０２２６】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。
【０２２７】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。
【０２２８】この実施形態においても前記シードレイヤ
２２は、Ｃｒで形成され、少なくとも一部に非晶質相を
含んでいる。
【０２２９】本発明では、非晶質相を含むＣｒでシード
レイヤ２２を形成することで、前記シードレイヤ２２表
面の濡れ性を従来に比べて高めることができ、前記シー
ドレイヤ２２上の各層の結晶粒径を従来よりも大きくす
ることができ、したがって磁気抵抗層２０における一方
向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を増大させることが
できると共に、前記シードレイヤ２２上に形成される各
層の表面の平滑性を向上させることができる。また抵抗
変化率（ΔＲ／Ｒ）を従来と同程度、あるいはそれ以上
得ることができる。
【０２３０】従って本発明によれば、耐エレクトロマイ
グレーションに代表される通電信頼性を向上させると共
に、前記磁気抵抗層２０と軟磁性層１８間の静磁結合
（トポロジカルカップリング）による層間結合磁界Ｈｉ
ｎを小さくでき、再生波形の非対称性（アシンメトリ
ー）を小さくすることができる。
【０２３１】上記した効果を有する本発明における磁気
検出素子では、今後の高記録密度化において、前記磁気
検出素子に流れるセンス電流密度が大きくなっても前記
高記録密度化に十分に対応可能なＡＭＲ型薄膜素子を製
造することが可能である。
【０２３２】本発明では前記シードレイヤ２２の膜厚は
１５Å以上で５０Å以下で形成されることが好ましい。
【０２３３】なおこの膜厚範囲は図１に示すように、シ
ードレイヤ２２の下に下地層６が形成されている場合に
おける膜厚である。
【０２３４】Ｔａなどで形成された前記下地層の表面
は、濡れ性が比較的良好であるため、前記下地層の上全
体にＣｒからなるシードレイヤ２２をより緻密な状態で
形成でき、前記シードレイヤ２２表面の濡れ性を適切に
向上させることができる。
【０２３５】しかも前記下地層６があった方がない場合
に比べて、所定の大きさの強磁性層の一方向***換バイ
アス磁界（Ｈｅｘ*）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得
るときのシードレイヤの膜厚の許容範囲を大きくできる
ことが後述する実験によって確認されている。
【０２３６】本発明において前記シードレイヤ２２の膜
厚の上限を５０Åとしたのは、これ以上、前記シードレ
イヤ２２の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シ
ードレイヤ２２への分流が大きくなり抵抗変化率（ΔＲ
／Ｒ）の低下が大きくなり、少なくとも従来と同程度の
前記抵抗変化率を得ることができなくなるからである。
また前記シードレイヤ２２に非晶質相を含ませることが
難しくなる。本発明においてシードレイヤ２２に非晶質
相が含まれていると、前記非晶質相は比抵抗が結晶相よ
りも高いから、センス電流の分流を適切に低減でき、抵
抗変化率を向上させることができる。
【０２３７】また前記シードレイヤ２２の膜厚の下限を
１５Åとしたのは、１５Åよりも小さくなると、シード
レイヤ２２の膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜
厚で膜成長しないため、前記シードレイヤ２２の濡れ性
や平滑性が向上せず、前記シードレイヤ２２の上に積層
されるエクスチェンジバイアス層２１やその上に形成さ
れる各層の結晶配向性は弱くなり、また平均結晶粒径が
小さくなり、この結果、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）や一方
向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）が小さくなる。
【０２３８】またシードレイヤ２２の膜厚が１５Å以下
では、前記シードレイヤ２２の膜が均一に成長しないか
ら、表面に凹凸が発生しやすく、これによって層間結合
磁界Ｈｉｎが大きくなり、再生出力の非対称性が低下し
てしまう。
【０２３９】以上により本発明では、前記シードレイヤ
２２の膜厚を、１５Å以上で５０Å以下の範囲内で形成
することとした。
【０２４０】次に本発明では、前記シードレイヤ２２の
膜厚は１５Å以上で４０Å以下で形成されることがより
好ましい。前記シードレイヤ２２の膜厚の下限を１５Å
としたのは上述の通りである。本発明においてシードレ
イヤ２２の膜厚を４０Å以下にしたのは、前記膜厚を４
０Å以下にすることで、Ｃｒで形成されたシードレイヤ
２２にセンス電流が分流するのを適切に抑制でき、抵抗
変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ることができるか
らである。後述する実験によれば前記抵抗変化率を１０
％以上確実に確保できることがわかった。
【０２４１】また本発明では、前記シードレイヤ２２の
膜厚は、２０Å以上で２８Å以下で形成されることがさ
らに好ましい。
【０２４２】後述する実験によれば、前記シードレイヤ
２２の膜厚を２０Å以上２８Å以下に設定することで、
抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を１２％以上にでき、また一方
向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を約１５．８×１０4
（Ａ／ｍ）以上にでき、さらに層間結合磁界Ｈｉｎをほ
ぼ０（Ａ／ｍ）にできることがわかった。
【０２４３】前記シードレイヤ２２の膜厚を２０Å以上
で２８Å以下にすると、前記シードレイヤ２２が均一且
つ緻密な膜厚で膜成長し、シードレイヤ２２表面の濡れ
性を十分に向上させることができ、また前記シードレイ
ヤ２２を主として非晶質相で構成できる。これによっ
て、前記シードレイヤ２２の上に形成される各層の結晶
配向や平均結晶粒径を大きくでき、またシードレイヤ２
２が非晶質を多く含む（あるいはすべて非晶質）ので比
抵抗値を上げることができる結果、前記シードレイヤ２
２へのセンス電流の分流を抑制できて抵抗変化率（ΔＲ
／Ｒ）をさらに向上でき、また一方向***換バイアス磁
界（Ｈｅｘ＊）をさらに大きくすることが可能である。
またシードレイヤ２２を適切に非晶質相を主体で構成で
きるから、前記シードレイヤ２２上の各層表面の平滑性
をより適切に向上させることができ、層間結合磁界Ｈｉ
ｎをより適切に０（Ａ／ｍ）に近づけることができる。
【０２４４】また、下地層６を敷かない場合は、前記シ
ードレイヤ２２の膜厚は、２５Å以上で５０Å以下で形
成されることが好ましい。
【０２４５】本発明において前記シードレイヤ２２の膜
厚の上限を５０Åとしたのは、これ以上、前記シードレ
イヤ２２の膜厚を厚くしていくと、センス電流の前記シ
ードレイヤへの分流が大きくなり抵抗変化率（ΔＲ／
Ｒ）の低下が大きくなり、少なくとも従来と同程度の前
記抵抗変化率を得ることができなくなるからである。ま
た前記シードレイヤ２２に非晶質相を含ませることが難
しくなる。本発明においてシードレイヤ２２に非晶質相
が含まれていると、前記非晶質相は比抵抗が結晶相より
も高いから、センス電流の分流を適切に低減でき、抵抗
変化率を向上させることができる。
【０２４６】また前記シードレイヤ２２の膜厚の下限を
２５Åとしたのは、２５Åよりも小さくなると、シード
レイヤ２２の膜成長が不十分で密度が疎になり均一な膜
厚で膜成長しないため、前記シードレイヤ２２の濡れ性
や平滑性が向上せず、前記シードレイヤの上に積層され
るエクスチェンジ層２１やその上に形成される各層の結
晶配向性は弱くなり、また平均結晶粒径が小さくなり、
この結果、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）や一方向***換バイ
アス磁界（Ｈｅｘ*）が小さくなり、またシードレイヤ
２１上の反強磁性層４等の表面の平滑性も悪化するから
層間結合磁界Ｈｉｎが大きくなってしまう。
【０２４７】従って本発明では、シードレイヤ２２の下
に下地層６を敷かない場合、前記シードレイヤ２２の膜
厚を２５Å以上で５０Å以下の範囲内に設定することが
好ましいとした。
【０２４８】また上記のように下地層６を敷かない場合
において、前記シードレイヤ２２の膜厚は２５Å以上で
４０Å以下で形成されることがより好ましい。前記シー
ドレイヤ２２の膜厚の下限を２５Åとした理由は、上述
した通りである。
【０２４９】また前記シードレイヤ２２の膜厚を４０Å
以下にすることで、より適切にシードレイヤ２２に非晶
質相を含ませることができＣｒで形成されたシードレイ
ヤ２２にセンス電流が分流するのを適切に抑制でき、抵
抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ることができ
る。後述する実験によれば前記抵抗変化率を１０％以上
確保できることがわかった。
【０２５０】また前記シードレイヤ２２の膜厚を上記し
た２５Å以上で４０Å以下の範囲内に設定することで、
一方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を約１１．８５
×１０4（Ａ／ｍ）以上適切に確保することができる。
【０２５１】また本発明では、前記シードレイヤ２２の
膜厚は３０Å以上で４０Å以下で形成されることがさら
に好ましい。
【０２５２】後述する実験によれば、前記シードレイヤ
２２の膜厚を３０Å以上で４０Å以下の範囲内に設定す
ることで、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を確実に１０％以上
にでき、また一方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を
約１５．８×１０4（Ａ／ｍ）以上にでき、さらに層間
結合磁界Ｈｉｎを約４００（Ａ／ｍ）以下に抑えること
ができることがわかった。
【０２５３】前記シードレイヤ２２の膜厚を３０Å以上
で４０Å以下にすると、前記シードレイヤ２２が均一且
つ緻密な膜厚で膜成長し、シードレイヤ２２表面の濡れ
性を十分に向上させることができ、また前記シードレイ
ヤ２２を主として非晶質相で構成できる。これによっ
て、前記シードレイヤ２２の上に形成される各層の結晶
配向や平均結晶粒径を大きくでき、またシードレイヤ２
２が非晶質を多く含む（あるいはすべて非晶質）ので比
抵抗値を上げることができる結果、前記シードレイヤ２
２へのセンス電流の分流を抑制できて抵抗変化率（ΔＲ
／Ｒ）をさらに向上でき、また一方向***換バイアス磁
界（Ｈｅｘ＊）をさらに大きくすることが可能である。
またシードレイヤ２２を適切に非晶質相を主体で構成で
きるから、前記シードレイヤ２２上の各層表面の平滑性
をより適切に向上させることができ、層間結合磁界Ｈｉ
ｎをより適切に０（Ａ／ｍ）に近づけることができる。
【０２５４】図５は、図１から図４に示す磁気検出素子
が形成された読み取りヘッドの構造を記録媒体との対向
面側から見た断面図である。
【０２５５】符号４０は、例えばＮｉＦｅ合金などで形
成された下部シールド層であり、この下部シールド層４
０の上に下部ギャップ層４１が形成されている。また下
部ギャップ層４１の上には、図１ないし図４に示す磁気
検出素子４２が形成されており、さらに前記磁気検出素
子４２の上には、上部ギャップ層４３が形成され、前記
上部ギャップ層４３の上には、ＮｉＦｅ合金などで形成
された上部シールド層４４が形成されている。
【０２５６】図１ないし４の磁気検出素子において、シ
ードレイヤ２２の下に下地層６が形成されていない場
合、前記シードレイヤ２２は下部ギャップ層４１上に直
接、形成されることになる。あるいは図１ないし４の磁
気検出素子がトンネル型磁気抵抗効果型素子あるいはＣ
ＰＰ型磁気検出素子である場合、前記シードレイヤ２２
は例えば電極層上に形成されることになる。
【０２５７】前記下部ギャップ層４１及び上部ギャップ
層４３は、例えばＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ 3（アルミナ）など
の絶縁材料によって形成されている。図５に示すよう
に、下部ギャップ層４１から上部ギャップ層４３までの
長さがギャップ長Ｇｌであり、このギャップ長Ｇｌが小
さいほど高記録密度化に対応できるものとなっている。
【０２５８】本発明では前記反強磁性層４の膜厚を小さ
くしてもなお大きな交換結合磁界を発生させることがで
きる。前記反強磁性層４の膜厚は、例えば７０Å以上で
形成され、３００Å程度の膜厚であった従来に比べて前
記反強磁性層４の膜厚を十分に小さくできる。よって狭
ギャップ化により高記録密度化に対応可能な薄膜磁気ヘ
ッドを製造することが可能になっている。
【０２５９】なお前記上部シールド層４４の上には書き
込み用のインダクティブヘッドが形成されていてもよ
い。
【０２６０】なお本発明における磁気検出素子は、ハー
ドディスク装置内に内臓される磁気ヘッド以外にも磁気
センサなどに利用可能である。
【０２６１】次に本発明における磁気検出素子の製造方
法について以下に説明する。本発明では、まず前記下地
層６上にシードレイヤ２２をスパッタ成膜する。前記下
地層６は、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗの
うち少なくとも１種以上の元素で形成されていることが
好ましい。下地層６の形成により、その上に形成される
シードレイヤ２２を緻密な膜として形成でき、前記シー
ドレイヤ２２表面の濡れ性を適切に向上させることが可
能になる。
【０２６２】前記シードレイヤ２２をスパッタ成膜する
ときは、Ｃｒで形成されたターゲットを使用する。
【０２６３】前記シードレイヤ２２をスパッタ成膜する
とき、前記シードレイヤ２２のスパッタ成膜時における
基板２５の温度を２０〜１００℃とし、また基板２５と
ターゲット間の距離を４０〜８０ｍｍとし、またスパッ
タ成膜時に導入されるＡｒガスの圧力を０．５〜３ｍＴ
ｏｒｒ（０．０６７〜０．４Ｐａ）とすることが好まし
い。
【０２６４】また本発明では、上記のように下地層６上
にシードレイヤ２２を形成するとき、前記シードレイヤ
２２を１５Å以上で５０Å以下の膜厚で形成する。この
膜厚と上記した成膜条件によって前記シードレイヤ２２
に少なくとも一部、非晶質相を含ませることができる。
【０２６５】あるいは本発明では、より好ましくは、前
記シードレイヤ２２を１５Å以上で４０Å以下、さらに
好ましくは２０Å以上で２８Å以下で形成する。これに
よって前記シードレイヤ２２をより適切に非晶質相を主
体とする膜構造にできる。
【０２６６】また、前記シードレイヤ２２の下に下地層
６を設けない場合には、前記シードレイヤ２２を２５Å
以上で５０Å以下、より好ましくは２５Å以上で４０Å
以下、さらに好ましくは３０Å以上で４０Å以下で形成
する。これによって前記シードレイヤ２２を適切に非晶
質相を主体とする膜構造にできる。
【０２６７】次に前記シードレイヤ２２の上に反強磁性
層４をスパッタ成膜する。本発明では、前記反強磁性層
４を、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スパッタ成膜すること
が好ましい。
【０２６８】また本発明では前記反強磁性層４を、Ｘ−
Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋ
ｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，
Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇ
ａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓ
ｎ，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）でスパッタ
成膜してもよい。
【０２６９】また本発明では、前記元素Ｘあるいは元素
Ｘ＋Ｘ′の組成比を、４５（ａｔ％）以上６０（ａｔ
％）以下とすることが好ましい。
【０２７０】さらに前記反強磁性層４の上に固定磁性層
３、非磁性材料層２、フリー磁性層１、バックド層１５
及び保護層７を成膜する。
【０２７１】本発明では上記したように、Ｃｒで形成さ
れ、また少なくとも一部に非晶質相を含むシードレイヤ
２２を形成することで、前記シードレイヤ２２表面の濡
れ性を従来よりも十分に高めることができ、前記シード
レイヤ２２上に形成される各層を層状成長させやすくで
き、また結晶粒径が従来よりも増大することから、その
後の工程で施される熱処理工程で、前記固定磁性層３に
おける一方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に
比べて大きくすることができる。
【０２７２】また本発明では、前記シードレイヤ２２の
濡れ性が極めて高いことに加え、少なくとも一部に非晶
質相を含んでいることで、前記シードレイヤ２２上に形
成される各層の表面の平滑性を向上させることができ
る。
【０２７３】
【実施例】本発明では、Ｃｒで形成されたシードレイヤ
を用いた実施例、およびＮｉＦｅＣｒで形成されたシー
ドレイヤを用いた比較例を用い、シードレイヤの膜構造
や前記シードレイヤ上に形成される反強磁性層の結晶状
態などを調べた。
【０２７４】実施例の膜構成は下から、Ｓｉ基板／アル
ミナ（１０００）／下地層：Ｔａ（３２）／シードレイ
ヤ：Ｃｒ（２０）／反強磁性層（１２０）：Ｐｔ50at%
Ｍｎ50at%／固定磁性層：［Ｃｏ90 at%Ｆｅ10at%（１
６）／Ｒｕ（９）／Ｃｏ90at%Ｆｅ10at%（２２）］／非
磁性材料層：Ｃｕ（２１）／フリー磁性層：［Ｃｏ
90at%Ｆｅ10at%（１０）／Ｎｉ80at %Ｆｅ20at%（１
８）］／バックド層：Ｃｕ（１０）／保護層：Ｔａ（３
０）であった。なお括弧書きは膜厚を示しており、単位
はオングストロームである。
【０２７５】各膜をスパッタ成膜した後、約８００（ｋ
Ａ／ｍ）の磁場中で、２９０℃で約４時間の熱処理を施
した。
【０２７６】次に比較例の膜構成は下から、Ｓｉ基板／
アルミナ（１０００）／下地層：Ｔａ（３２）／シード
レイヤ：（Ｎｉ0.8Ｆｅ0.2）60at%Ｃｒ40at%（５５）／
反強磁性層：Ｐｔ50at%Ｍｎ50at%（２００）／固定磁性
層：[Ｃｏ90at%Ｆｅ10at%（１５）／Ｒｕ（９）／Ｃｏ
90at%Ｆｅ10at%（２２）]／非磁性材料層：Ｃｕ（２
１）／フリー磁性層：[Ｃｏ90at%Ｆｅ10at%（１０）／
Ｎｉ80at%Ｆｅ20at%（３２）]／バックド層：Ｃｕ（１
７）／保護層：Ｔａ（２０）であった。なお括弧書きは
膜厚を示しており、単位はオングストロームである。
【０２７７】各層をスパッタ成膜した後、約８００（ｋ
Ａ／ｍ）の磁場中で、２９０℃で約４時間の熱処理を施
した。
【０２７８】図６は、上記した実施例の膜構成における
磁気検出素子の透過電子顕微鏡写真であり、図７は、図
６に示した写真の一部を模式図的に示したものである。
【０２７９】図６、７に示すように、Ｃｒで形成された
シードレイヤ上に形成された反強磁性層、およびその上
に形成された固定磁性層などの各層の表面はうねりが小
さく各層表面の平滑性は非常に優れた状態であることが
わかった。
【０２８０】また前記シードレイヤ２２上に形成された
各層の膜面と平行な方向における平均結晶粒径は概ね２
２０Å程度に大きく成長していることがわかった。
【０２８１】また図６、７に示すように、前記反強磁性
層に形成された結晶粒界と、その上に形成された固定磁
性層などに形成された結晶粒界は、界面で不連続になっ
ていることがわかる。
【０２８２】同様に、シードレイヤに形成された結晶粒
界と、前記反強磁性層に形成された結晶粒界も界面で不
連続となっていることがわかる。
【０２８３】ところで前記シードレイヤには、電子顕微
鏡で見ると、格子縞が見えている部分もあるが、格子縞
がぼやけてはっきりと見えていない部分もある。
【０２８４】そこで、次に前記シードレイヤの膜構造を
調べるため、前記シードレイヤの部分の電子線回折像を
取ってみた。電子線回折像の結果は、図６の左下に添付
されている。
【０２８５】図６に示すように、Ｃｒで形成されたシー
ドレイヤの電子線回折像には、非晶質相（アモルファス
相）の存在を示すブロードなリング（ハロー）と体心立
方構造の結晶質相を存在を示す回折スポットが現れてい
ることがわかる。
【０２８６】このことから、図６に示すＣｒで形成され
たシードレイヤは、非晶質相と結晶質相との混相状態と
なっていることがわかった。
【０２８７】図８は、上記した実施例の膜構成における
磁気検出素子を図６とは別の場所から切断したときの切
断面の透過電子顕微鏡写真であり、図９は、図８に示し
た写真の一部を模式図的に示したものである。
【０２８８】図８、９に示すように、Ｃｒで形成された
シードレイヤ上に形成された反強磁性層、およびその上
に形成された固定磁性層などの各層の表面はうねりが小
さく各層表面の平滑性は非常に優れた状態であることが
わかった。
【０２８９】また図８、９に示すように反強磁性層には
双晶が形成され、この双晶内における双晶境界は、シー
ドレイヤと前記反強磁性層との界面と非平行に形成され
ていることがわかる。 図１０は、上記した比較例の膜
構成における磁気検出素子の透過電子顕微鏡写真であ
り、図１１は、図１０の透過電子顕微鏡写真の一部を模
式図的に示したものである。
【０２９０】図１０、１１に示すように、ＮｉＦｅＣｒ
で形成されたシードレイヤ上に形成された反強磁性層、
およびその上に形成された固定磁性層などの各層の表面
は、図６、７の実施例に比べてうねりが激しく、各層の
表面の平滑性はさほど優れていないことがわかった。
【０２９１】また図１０に示す電子顕微鏡写真を見る
と、前記シードレイヤの部分には格子縞がはっきりと見
えており、この比較例におけるシードレイヤは結晶質相
のみで構成されているものと考えられる。なお前記結晶
質相は面心立方構造（ｆｃｃ構造）であった。
【０２９２】以上、図６、７、８、９の実施例と図１
０、１１の比較例とを対比してみると、実施例の方が比
較例に比べて、反強磁性層、およびその上に形成される
固定磁性層等の各層の表面は平滑性に優れていることが
わかった。これは実施例のＣｒで形成されたシードレイ
ヤの方が、ＮｉＦｅＣｒ合金に比べて濡れ性が高いこ
と、さらに実施例のＣｒで形成されたシードレイヤは膜
厚が約２０Åと薄く、膜構造の一部に非晶質相が混在し
ているためであると考えられる。
【０２９３】次に、上記した実施例、比較例（以下で
は、比較例１という）の一方向***換バイアス磁界（Ｈ
ｅｘ*）、層間結合磁界Ｈｉｎ、抵抗変化率（ΔＲ／
Ｒ）、平均結晶粒径などをまとめた表を以下に示す。ま
た比較例２として、以下に示す膜構成で形成された磁気
検出素子の実験結果についても表に載せた。
【０２９４】比較例２の磁気検出素子の膜構成は、下か
ら、Ｓｉ基板／アルミナ（１０００）／下地層：Ｔａ
（３２）／反強磁性層：Ｐｔ50 at%Ｍｎ50at%（１２０）
／固定磁性層：[Ｃｏ90at%Ｆｅ10at%（１５）／Ｒｕ
（９）／Ｃｏ90at%Ｆｅ10at%（２２）]／非磁性材料
層：Ｃｕ（２１）／フリー磁性層：[Ｃｏ90at%Ｆｅ
10at%（１０）／Ｎｉ80at%Ｆｅ20at%（３２）]／バック
ド層：Ｃｕ（１７）／保護層：Ｔａ（２０）であった。
なお括弧書きは膜厚を示しており、単位はオングストロ
ームである。
【０２９５】各層をスパッタ成膜した後、約８００（ｋ
Ａ／ｍ）の磁場中で２９０℃で約４時間の熱処理を施し
た。
【０２９６】上記膜構成に示すように、比較例２にはシ
ードレイヤが敷かれていない。
【０２９７】
【表１】
【０２９８】表１に示すように、実施例では、既に説明
したようにシードレイヤの構造は、非晶質相（アモルフ
ァス）と体心立方構造（ｂｃｃ構造）の結晶相とが混相
状態であり、一方比較例１では、面心立方構造（ｆｃｃ
構造）であった。
【０２９９】次に一方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ
*）は、実施例の方が、比較例１、２に比べて高くなっ
ていることがわかる。これは、実施例では、シードレイ
ヤとしてＣｒを用いたことで、前記シードレイヤ表面の
濡れ性を飛躍的に向上させることが可能になり、前記シ
ードレイヤ上に形成される各層の結晶粒径を大きくでき
たことが原因であると思われる。
【０３００】次に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）であるが、実
施例が比較例１、２に比べて高くなっていることがわか
る。これは、実施例の方が比較例１、２に比べて、シー
ドレイヤ上に形成される各層の結晶粒径が大きいことが
一つの要因であると思われる。表の最も右の欄に記載さ
れた膜面方向における平均結晶粒径は、実施例が２１７
（Å）であるのに対し、比較例１では１９７（Å）と、
実施例よりも小さくなっていることがわかる。なお実施
例の方が比較例に比べて平均結晶粒径が大きいことは、
図７ないし図１１に示すシードレイヤ上の各層の結晶粒
界の間隔が、実施例の方が比較例に比べて広いことから
も予測することができる。
【０３０１】このように実施例では、２００Å以上の非
常に大きな結晶粒径を有することで、抵抗変化率（ΔＲ
／Ｒ）は、比較例よりも向上しているものと考えられ
る。また実施例では、前記シードレイヤの膜厚が２０Å
に薄く、センス電流が前記シードレイヤに分流する量が
少ないことも抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させる要因
であると考えられる。
【０３０２】次に層間結合磁界Ｈｉｎについて説明す
る。層間結合磁界Ｈｉｎとは、非磁性材料層を介したフ
リー磁性層と固定磁性層との間の層間結合磁界Ｈｉｎの
ことであり、この値が正の値であると、フリー磁性層の
磁化方向を固定磁性層の磁化方向と平行な方向に向かせ
ようとする結合力が作用し、一方、負の値であると、フ
リー磁性層の磁化方向を固定磁性層の磁化方向と反平行
に向かせようとする結合力が作用する。
【０３０３】そして、前記層間結合磁界Ｈｉｎを小さく
することで、前記フリー磁性層の磁化を、固定磁性層の
磁化方向に対し交叉する方向に向けやすくでき、これに
よって再生波形の非対称性（アシンメトリー）を小さく
することが可能である。
【０３０４】そこで表１を見てみると、実施例では、比
較例１、２に比べて、層間結合磁界Ｈｉｎが非常に小さ
いことがわかる。実施例では前記層間結合磁界Ｈｉｎは
０（Ａ／ｍ）に近い数値であることがわかる。これは、
図６ないし図１１でも説明したように、実施例の方が比
較例に比べてシードレイヤ上に形成される各層の表面に
うねりが少なく、平滑性が良好であることに起因するも
のであると考えられる。
【０３０５】次に、Ｃｒで形成されたシードレイヤを用
いて以下の膜構成からなる磁気検出素子を形成し、固定
磁性層における一方向***換バイアス磁界及び抵抗変化
率との関係から前記シードレイヤの好ましい膜厚の範囲
を導き出した。
【０３０６】実験に使用した膜構成は下から、基板／シ
ードレイヤ：Ｃｒ（Ｘ）／反強磁性層：ＰｔＭｎ（１２
０）／固定磁性層：[ＣｏＦｅ（１６）／Ｒｕ（８．
７）／ＣｏＦｅ（２２）]／非磁性材料層：Ｃｕ（２
１）／フリー磁性層：[ＣｏＦｅ（１０）／Ｎｉ80at%Ｆ
ｅ20at%（１８）]／バックド層：Ｃｕ（１０）／保護
層：Ｔａ（３０）であり、括弧書きは膜厚を示し、単位
はオングストロームである。
【０３０７】また、上記した膜構成のシードレイヤと基
板間にＴａ膜（３２Å）を敷いたものでも実験を行っ
た。
【０３０８】なおＣｒで形成されたシードレイヤを成膜
するときは、スパッタ成膜時に導入されるＡｒガスの圧
力を１ｍＴｏｒｒとし、またスパッタターゲットに供給
される電力を１００Ｗとし、またターゲットと基板間の
距離を約７ｃｍとした。
【０３０９】また上記した膜構成で形成された磁気検出
素子を成膜した後、約８００（ｋＡ／ｍ）の磁場中で２
９０℃で約４時間の磁場中アニールを施した。
【０３１０】図１２は、Ｃｒで形成されたシードレイヤ
の膜厚と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ
である。
【０３１１】図１２に示すように、シードレイヤの下に
Ｔａ膜を敷いた「Ｔａ／Ｃｒ」の実験結果は、Ｃｒの膜
厚が１５Å以上で５０Å以下であると前記抵抗変化率を
約１０％以上にできることがわかった。前記Ｃｒの膜厚
を５０Å以上にすると、センス電流の前記シードレイヤ
２２への分流量が多くなるため、前記抵抗変化率の低下
を招く。
【０３１２】一方、シードレイヤの下にＴａ膜を敷いて
いない「Ｃｒ」の実験結果は、Ｃｒの膜厚が２５Å以上
で５０Å以下であると前記抵抗変化率を約１０％以上に
できることがわかった。
【０３１３】またＴａ膜のある無しに関わらず、前記シ
ードレイヤの膜厚を４０Å以下にすることで確実に１０
％以上の抵抗変化率を得ることができることがわかっ
た。
【０３１４】また図１２に示すように、「Ｔａ／Ｃｒ」
の実験結果では、Ｃｒの膜厚を２０Å以上で２８Å以下
にすると、１２％以上の高い抵抗変化率を得ることがで
きるとわかった。
【０３１５】また「Ｃｒ」の実験結果では、Ｃｒ膜厚を
３０Å以上で４０Å以下にすれば、より確実に抵抗変化
率を１０％以上にできることがわかった。
【０３１６】図１３は、一方向***換バイアス磁界（Ｈ
ｅｘ*）とＣｒで形成されたシードレイヤの膜厚との関
係を示すグラフである。
【０３１７】図１３に示すようにＣｒで形成されたシー
ドレイヤの下にＴａ膜を敷いた「Ｔａ／Ｃｒ」の実験結
果は、Ｃｒの膜厚が１５Å以上であると１１．８５×１
０4Ａ／ｍ（１５００Ｏｅ）以上の高い一方向***換バ
イアス磁界（Ｈｅｘ*）を得ることができることがわか
った。
【０３１８】一方、Ｃｒで形成されたシードレイヤの下
にＴａ膜を敷いていない「Ｃｒ」の実験結果は、Ｃｒの
膜厚が２５Å以上であると１１．８５×１０4Ａ／ｍ
（１５００Ｏｅ）以上の高い一方向***換バイアス磁界
（Ｈｅｘ*）を得ることができることがわかった。
【０３１９】なお図１３に示す一方向***換バイアス磁
界（Ｈｅｘ*）の実験結果では、前記シードレイヤの膜
厚を厚くしても、図１２に示す抵抗変化率の実験結果の
ように、前記一方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）の
値が低下するといったことがないことがわかった。
【０３２０】また図１３に示すように、「Ｔａ／Ｃｒ」
の実験結果では、Ｃｒの膜厚を２０Å以上にすれば、一
方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を約１５．８×１
０4（Ａ／ｍ）にできることがわかった。
【０３２１】一方、「Ｃｒ」の実験結果では、Ｃｒの膜
厚を３０Å以上にすれば、一方向***換バイアス磁界
（Ｈｅｘ*）を約１５．８×１０4（Ａ／ｍ）にできるこ
とがわかった。
【０３２２】次に図１４は、シードレイヤの膜厚と、層
間結合磁界Ｈｉｎとの関係を示すグラフである。
【０３２３】図１４に示すように、シードレイヤの下に
Ｔａ膜を敷いた「Ｔａ／Ｃｒ」の実験結果では、前記シ
ードレイヤの膜厚を１５Å以上にすると、約７９０（Ａ
／ｍ）＝１０Ｏｅ以下の層間結合磁界Ｈｉｎにできるこ
とがわかる。特に前記シードレイヤの膜厚を２０Å以上
にすると、前記層間結合磁界Ｈｉｎを０（Ａ／ｍ）によ
り近づけることができ好ましいことがわかる。
【０３２４】一方、前記シードレイヤの下にＴａ膜を敷
かない「Ｃｒ」の実験結果では、前記シードレイヤの膜
厚を２５Å以上にすると、前記層間結合磁界Ｈｉｎを１
５８０（Ａ／ｍ）＝２０Ｏｅ以下にできることがわか
る。特に前記シードレイヤの膜厚を３０Å以上にする
と、前記層間結合磁界Ｈｉｎを０（Ａ／ｍ）により近づ
けることができて好ましいことがわかる。
【０３２５】また図１４に示すように、「Ｔａ／Ｃｒ」
の実験結果では、Ｃｒの膜厚を２０Å以上にすれば、層
間結合磁界Ｈｉｎをより０（Ａ／ｍ）に近づけることが
できることがわかった。
【０３２６】一方、「Ｃｒ」の実験結果では、Ｃｒの膜
厚を３０Å以上にすれば、層間結合磁界Ｈｉｎを約４０
０（Ａ／ｍ）以下に抑えることができるとわかった。
【０３２７】以上の実験結果から本発明では、「Ｔａ／
Ｃｒ」の場合、Ｃｒの膜厚を１５Å以上で５０Å以下の
範囲とした。この膜厚の範囲内であれば、１０％以上の
抵抗変化率及び１１．８５×１０4（Ａ／ｍ）以上の一
方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を得ることができ
る。また層間結合磁界Ｈｉｎも小さくできる。
【０３２８】またより好ましくは、Ｃｒの膜厚を１５Å
以上で４０Å以下にすることである。これによって抵抗
変化率を確実に１０％以上にできる。
【０３２９】またさらに好ましくは、Ｃｒの膜厚を２０
Å以上で２８Å以下にすることである。これによって抵
抗変化率を１２％以上にできるとともに、一方向***換
バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を約１５．８×１０4（Ａ／
ｍ）に大きくすることができる。
【０３３０】またＴａ膜を敷かない場合には、Ｃｒの膜
厚を２５Å以上で５０Å以下にすることが好ましい。こ
れによって、１０％以上の抵抗変化率及び１１．８５×
１０ 4（Ａ／ｍ）以上の一方向***換バイアス磁界（Ｈ
ｅｘ*）を得ることができる。また層間結合磁界も小さ
くできる。
【０３３１】またＣｒの膜厚を２５Å以上で４０Å以下
にすることが、確実に１０％以上の抵抗変化率を得るこ
とができて好ましい。
【０３３２】さらに好ましくは、Ｃｒの膜厚を３０Å以
上で４０Å以下にすることである。これによって確実に
１０％以上の抵抗変化率を得ることができるとともに、
一方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を約１５．８×
１０4（Ａ／ｍ）に大きくすることができる。また層間
結合磁界Ｈｉｎを４００（Ａ／ｍ）以下に抑えることが
できる。
【０３３３】
【発明の効果】以上詳述したように本発明における交換
結合膜では、シードレイヤがＣｒで形成され、しかも前
記シードレイヤは１５Å以上で５０Å以下の膜厚で、少
なくとも一部に非晶質相を含むものである。
【０３３４】本発明におけるシードレイヤでは、従来の
ようにＮｉＦｅＣｒで形成される場合に比べて、シード
レイヤ表面での濡れ性を飛躍的に向上させることがで
き、従って前記シードレイヤの上に堆積する反強磁性層
などの各層を層状成長させやすく、結晶粒径を従来より
も大きくでき、前記シードレイヤをＮｉＦｅＣｒ合金で
形成する場合に比べて、強磁性層における一方向***換
バイアス磁界（Ｈｅｘ*）及びブロッキング温度をさら
に高くすることができる。
【０３３５】そして、この一方向***換バイアス磁界と
ブロッキング温度を大きくできることで、素子が高温下
においても適切に前記強磁性層を所定方向にピン止めす
ることができ、また高い熱の発生による各層間での粒界
拡散の発生を抑制できるなど、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の向上を適切に図
ることが可能になる。
【０３３６】また本発明では、前記シードレイヤをＣｒ
で形成したことによる前記シードレイヤ表面の濡れ性の
飛躍的な向上と、前記シードレイヤの少なくとも一部に
非晶質相を含有させたことで、従来に比べて前記シード
レイヤ上に形成される各層の表面にうねりが生じるのを
抑制することができ、表面の平滑性を適切に向上させる
ことが可能になる。
【０３３７】そして上記交換結合膜が磁気検出素子とし
て使用される場合では、固定磁性層（強磁性層）とフリ
ー磁性層間の静磁結合（トポロジカルカップリング）に
よる層間結合磁界Ｈｉｎを弱くでき、再生波形の非対称
性（アシンメトリー）を小さくでき、また鏡面反射層が
形成される場合にあっては、前記鏡面反射層の鏡面反射
率を向上させて、抵抗変化率の向上を図ることが可能に
なる。
【０３３８】以上のように本発明における交換結合膜及
びこの交換結合膜を用いた磁気検出素子によれば、前記
シードレイヤの濡れ性を従来に比べて飛躍的に向上させ
ることができると共に、前記シードレイヤ上に形成され
る各層の表面の平滑性を向上させることができ、従って
一方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて
大きくでき、今後の高記録密度化においても通電信頼性
を従来に比べて向上させることが可能であり、さらに再
生波形の安定性や抵抗変化率の向上などを図ることが可
能になる。
【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】磁気検出素子を有する薄膜磁気ヘッドの部分断
面図、
【図６】２０ÅのＣｒからなるシードレイヤ（実施例）
をＴａ膜上に形成した場合の磁気検出素子の透過電子顕
微鏡写真と、前記シードレイヤの電子線回折像、
【図７】図６に示す写真の一部を模式図的に示した図、
【図８】２０ÅのＣｒからなるシードレイヤ（実施例、
図６とは別からの矢視）をＴａ膜上に形成した場合の磁
気検出素子の透過電子顕微鏡写真、
【図９】図８に示す写真の一部を模式図的に示した図、
【図１０】５５ÅのＮｉＦｅＣｒ（Ｃｒは４０ａｔ％）
からなるシードレイヤ（比較例）をＴａ膜上に形成した
場合の磁気検出素子の透過電子顕微鏡写真、
【図１１】図１０に示す写真の一部を模式図的に示した
図、
【図１２】Ｃｒで形成されたシードレイヤ及びＴａ上に
Ｃｒで形成されたシードレイヤの膜厚と抵抗変化率との
関係を示すグラフ、
【図１３】Ｃｒで形成されたシードレイヤ及びＴａ上に
Ｃｒで形成されたシードレイヤの膜厚と固定磁性層の一
方向***換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）との関係を示すグ
ラフ、
【図１４】Ｃｒで形成されたシードレイヤ及びＴａ上に
Ｃｒで形成されたシードレイヤの膜厚と層間結合磁界Ｈ
ｉｎとの関係を示すグラフ、
【図１５】従来における磁気検出素子を記録媒体との対
向面側から見た部分断面図、
【図１６】図１５に示す磁気検出素子の一部を拡大して
層構造を示すための部分模式図、
【図１７】図１６に示す固定磁性層、非磁性材料層及び
フリー磁性層の部分を拡大して層構造を示すための部分
模式図、
【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 ６ 下地層 ７ 保護層（鏡面反射層） ８ 電極層 １５ バックド層 １６ 鏡面反射層 ２２ シードレイヤ
フロントページの続き (72)発明者 長谷川 直也 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アルプ ス電気株式会社内 Ｆターム(参考） 2G017 AC01 AD55 AD62 AD63 AD65 5D034 BA03 CA03 5E049 BA16 DB04

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 下からシードレイヤ、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、 前記シードレイヤはＣｒで形成され、少なくとも一部に
    非晶質相を含んでいることを特徴とする交換結合膜。
  2. 【請求項２】 前記シードレイヤの下には、Ｔａ，Ｈ
    ｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１種
    以上の元素で形成された下地層上が形成され、前記シー
    ドレイヤの膜厚は、１５Å以上で５０Å以下の範囲内で
    形成される請求項１記載の交換結合膜。
  3. 【請求項３】 前記膜厚は１５Å以上で４０Å以下で形
    成される請求項２に記載の交換結合膜。
  4. 【請求項４】 前記膜厚は、２０Å以上で２８Å以下で
    形成される請求項２に記載の交換結合膜。
  5. 【請求項５】 前記シードレイヤの下には、、Ｔａ，Ｈ
    ｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１種
    以上の元素からなる下地層が形成されておらず、前記シ
    ードレイヤの膜厚は、２５Å以上で５０Å以下で形成さ
    れる請求項１記載の交換結合膜。
  6. 【請求項６】 前記膜厚は２５Å以上で４０Å以下で形
    成される請求項５記載の交換結合膜。
  7. 【請求項７】 前記膜厚は３０Å以上で４０Å以下で形
    成される請求項５記載の交換結合膜。
  8. 【請求項８】 前記シードレイヤは、非晶質相と結晶質
    相との混相状態である請求項１ないし７のいずれかに記
    載の交換結合膜。
  9. 【請求項９】 前記シードレイヤは、非晶質単相で構成
    される請求項１ないし７のいずれかに記載の交換結合
    膜。
  10. 【請求項１０】 前記強磁性層は鏡面反射層を有して形
    成されている請求項１ないし９のいずれかに記載の交換
    結合膜。
  11. 【請求項１１】 前記シードレイヤ上の各層に形成され
    た結晶粒の膜面と平行な方向における平均結晶粒径は、
    ２００Å以上である請求項１ないし１０のいずれかに記
    載の交換結合膜。
  12. 【請求項１２】 前記交換結合膜を膜厚方向と平行に切
    断したときに切断面に現われる前記反強磁性層に形成さ
    れた結晶粒界と、強磁性層に形成された結晶粒界とが、
    前記反強磁性層と強磁性層との界面の少なくとも一部で
    不連続である請求項１ないし１１のいずれかに記載の交
    換結合膜。
  13. 【請求項１３】 前記交換結合膜を膜厚方向と平行に切
    断したときに切断面に現われる前記反強磁性層に形成さ
    れた結晶粒界と、シードレイヤに形成された結晶粒界と
    が、前記反強磁性層とシードレイヤとの界面の少なくと
    も一部で不連続である請求項１ないし１２のいずれかに
    記載の交換結合膜。
  14. 【請求項１４】 前記反強磁性層には少なくとも一部に
    双晶が形成され、少なくとも一部の前記双晶には双晶境
    界が前記シードレイヤとの界面と非平行に形成されてい
    る請求項１ないし１３のいずれかに記載の交換結合膜。
  15. 【請求項１５】 前記反強磁性層は、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請求項１ないし１４のいずれかに記
    載の交換結合膜。
  16. 【請求項１６】 前記反強磁性層は、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合
    金（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂ
    ｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃ
    ｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚ
    ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔ
    ａ，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）で形成されている請求項
    １ないし１４のいずれかに記載の交換結合膜。
  17. 【請求項１７】 前記Ｘ―Ｍｎ―Ｘ′合金は、元素Ｘと
    Ｍｎとで構成される空間格子の隙間に元素Ｘ′が侵入し
    た侵入型固溶体であり、あるいは、元素ＸとＭｎとで構
    成される結晶格子の格子点の一部が、元素Ｘ′に置換さ
    れた置換型固溶体である請求項１６記載の交換結合膜。
  18. 【請求項１８】 前記元素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
    請求項１５ないし１７のいずれかに記載の交換結合膜。
  19. 【請求項１９】 下からシードレイヤ、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、 前記シードレイヤ、反強磁性層及び固定磁性層が請求項
    １ないし１８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。
  20. 【請求項２０】 下から、シードレイヤ、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、 前記シードレイヤ、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１８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。
  21. 【請求項２１】 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レイヤが形成さ
    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、 前記シードレイヤ、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１８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。
  22. 【請求項２２】 下から、シードレイヤ、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、 前記シードレイヤ、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１８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。
  23. 【請求項２３】 前記磁気検出素子の上には、さらに鏡
    面反射層が形成されている１９ないし２１のいずれかに
    記載の磁気検出素子。
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