JP2003298139A - 磁気検出素子 - Google Patents

磁気検出素子

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JP2003298139A
JP2003298139A JP2002094031A JP2002094031A JP2003298139A JP 2003298139 A JP2003298139 A JP 2003298139A JP 2002094031 A JP2002094031 A JP 2002094031A JP 2002094031 A JP2002094031 A JP 2002094031A JP 2003298139 A JP2003298139 A JP 2003298139A
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Naoya Hasegawa
直也 長谷川
Fumito Koike
文人 小池
Eiji Umetsu
英治 梅津
Masahiko Ishizone
昌彦 石曽根
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Alps Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 狭トラック化においても適切にフリー磁性層
の磁化制御を行うことができ、再生特性に優れた磁気検
出素子及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 フリー磁性層２８の磁性材料層３０に、
ＮｉaＦｅb（ただし、ａ，ｂはａｔ％で、ａ＞８０ａｔ
％、ａ＋ｂ＝１００ａｔ％の関係を満足するものであ
る）からなるＮｉＦｅ層、ＮｉＦｅＸ層（ただしＸはＭ
ｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｖ，
Ｓｎ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｎｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｏｓ，Ｔａ
から選ばれる１種または２種以上の元素である）など、
交換スティフネス定数の小さい磁性材料からなる層を用
いることにより、フリー磁性層２８の中央部における磁
化方向の変化を容易にし、磁界検出出力を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は主に、ハードディス
ク装置や磁気センサなどに用いられる磁気検出素子に係
り、特に狭トラック化を進めたときにも再生特性に優れ
た磁気検出素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３５は、従来の磁気検出素子の構造を
記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【０００３】符号１は基板であり、基板１の上に第１反
強磁性層２、固定磁性層３、非磁性材料層４及びフリー
磁性層５からなる多層膜６が形成されている。フリー磁
性層５の両側上には強磁性層、７，７、第２反強磁性層
８，８が形成され、第２反強磁性層８，８の上には電極
層９，９が形成されている。
【０００４】固定磁性層３の磁化は第１反強磁性層２と
の間で発生する交換結合磁界によって図示Ｙ方向に固定
される。一方、第２反強磁性層８，８下に位置する強磁
性層７，７及びフリー磁性層５の両側端部Ｃ，Ｃは第２
反強磁性層８，８との間で発生する交換結合磁界によっ
て図示Ｘ方向に強固に固定され、トラック幅Ｔｗ領域の
フリー磁性層５の中央部Ｄは外部磁界に対し磁化変動で
きる程度に弱く単磁区化されている。
【０００５】図３５に示されるような一対の第２反強磁
性層８，８を用いてフリー磁性層５の磁化制御を行う方
式を、エクスチェンジバイアス方式といい、図３５に示
すように一対の第２反強磁性層８，８のトラック幅方向
（図示Ｘ方向）の間隔寸法で光学的トラック幅Ｔｗが規
制されている。
【０００６】このエクスチェンジバイアス方式を用いた
磁気検出素子は、第２反強磁性層８，８下に位置するフ
リー磁性層５の両側端部Ｃ，Ｃでフリー磁性層５の磁化
方向が強く固定され、中央部Ｄの全領域で外部磁界に対
し磁化変動しやすいものである。すなわち、図３４に示
される磁気検出素子の光学的トラック幅Ｔｗ内には、外
部磁界によって磁化変動が生じない、いわゆる不感領域
がほとんど発生せず狭トラック化対応に優れた磁気検出
素子である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】近年、磁気検出素子の
光学的トラック幅を０．１５μｍ以下、さらには０．１
２〜０．１０μｍ以下にすることが要求されている。し
かし、エクスチェンジバイアス方式を用いた磁気検出素
子でも、光学的トラック幅を０．１５μｍ以下にする
と、磁気検出素子の磁界検出出力が著しく小さくなる。
【０００８】図３６は、図３５に示されたエクスチェン
ジバイアス方式の磁気検出素子の光学的トラック幅と磁
界検出出力との関係を示すグラフである。磁界検出出力
は、磁気検出素子からの電圧変化として取り出してい
る。なお、素子高さＭＲｈは光学的トラック幅の０．７
５倍の比率としてある。
【０００９】なお、第１反強磁性層２及び第２反強磁性
層８，８はＰｔＭｎ、固定磁性層はＣｏＦｅ、非磁性材
料層４はＣｕ、フリー磁性層５はＮｉ80Ｆｅ20またはＣ
ｏ、電極層９，９はＣｒによって形成している。
【００１０】図３６のグラフにおいて、（◇）を結んだ
曲線はフリー磁性層５をＮｉ80Ｆｅ 20で形成したときの
結果を示し、（□）を結んだ曲線はフリー磁性層５をＣ
ｏで形成したときの結果を示している。
【００１１】図３６から、光学的トラック幅が小さくな
るにつれて磁界検出出力も小さくなることがわかる。特
に、光学的トラック幅が０．１２μｍ以下、さらには
０．１μｍ以下になると、磁界検出出力が急激に低下し
ている。
【００１２】また、フリー磁性層５をＣｏ90Ｆｅ10によ
って形成した場合にも、同様の結果が得られた。
【００１３】本発明は上記従来の課題を解決するための
ものであり、エクスチェンジバイアス方式の磁気検出素
子の狭トラック化を進めても、磁界検出出力を高くする
ことができる磁気検出素子を提供することを目的とす
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、第１反強磁性
層、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層の順に積
層された多層膜を有する磁気検出素子において、前記フ
リー磁性層のトラック幅方向の少なくとも両側端部に重
ねられて、トラック幅方向に間隔をあけて形成された一
対の第２反強磁性層が設けられ、前記フリー磁性層はＮ
ｉaＦｅb（ただし、ａ，ｂはａｔ％で、ａ＞８０ａｔ
％、ａ＋ｂ＝１００ａｔ％）の関係を満足するものであ
る。）からなるＮｉＦｅ層、ＮｉＦｅＸ層（ただしＸは
Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｃｒ，
Ｖ，Ｓｎ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｎｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｏｓ，
Ｔａから選ばれる１種または２種以上の元素である）、
非晶質Ｃｏ系磁性材料からなる非晶質Ｃｏ合金層、Ｃｏ
ＦｅＸ層（ただしＸはＴｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｃ
ｒ，Ｔａ，Ｚｎ，Ｓｂ，Ｇｅ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１
種または２種以上の元素である）、のうち少なくとも１
つを有することを特徴とするものである。
【００１５】前述のように、従来は前記フリー磁性層を
形成する磁性材料としてＮｉ80Ｆｅ 20、Ｃｏ、Ｃｏ90Ｆ
ｅ10が用いられてきた。
【００１６】これに対して、本発明は、前記フリー磁性
層を前記ＮｉＦｅ層、前記ＮｉＦｅＸ層、前記非晶質Ｃ
ｏ合金層、または前記ＣｏＦｅＸ層を有するものとして
形成することによって、エクスチェンジバイアス方式の
磁気検出素子の狭トラック化を進めるときに、高い磁界
検出出力を維持できるものである。
【００１７】ここで、前記ＮｉＦｅＸ層とは、組成がＮ
ｉＦｅＸ（ただしＸはＭｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ａｌ，
Ｇｅ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｓｎ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｎｂ，Ｓ
ｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｏｓ，Ｔａから選ばれる１種または２種
以上の元素である）で表わされる磁性材料からなる薄膜
層であり、前記ＣｏＦｅＸ層とは組成がＣｏＦｅＸ（た
だしＸはＴｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｚ
ｎ，Ｓｂ，Ｇｅ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種
以上の元素である）で表わされる磁性材料からなる薄膜
層である。
【００１８】前記フリー磁性層を前記ＮｉＦｅ層、前記
ＮｉＦｅＸ層、前記非晶質Ｃｏ合金層、または前記Ｃｏ
ＦｅＸ層を有するものとすることによって、高い磁界検
出出力を維持できることの理論的根拠については後述す
る。
【００１９】本発明は、前記一対の第２反強磁性層のト
ラック幅方向の間隔で規定される光学的トラック幅Ｏ−
Ｔｗが０．１５μｍ以下であるときに特に有効である。
【００２０】また、前記光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗが
０．１２μｍ以下、さらには０．１０μｍ以下であると
より有効である。
【００２１】また、本発明では、前記フリー磁性層はＮ
ｉaＦｅb（ただし、ａ，ｂはａｔ％で、ａ＞８０ａｔ
％、ａ＋ｂ＝１００ａｔ％）の関係を満足するものであ
る。）からなるＮｉＦｅ層、またはＮｉＦｅＸ層（ただ
しＸはＭｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｃ
ｒ，Ｖ，Ｓｎ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｎｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｏ
ｓ，Ｔａから選ばれる１種または２種以上の元素であ
る）のいずれか一方または両方の上に、Ｃｏを含有する
磁性層が積層された構造を有することが好ましい。
【００２２】前記ＮｉＦｅ層またはＮｉＦｅＸ層の上に
Ｃｏを含有する磁性層が積層され、このＣｏを含有する
磁性層上に前記第２反強磁性層が積層されることによっ
て、前記フリー磁性層と前記第２反強磁性層との間の交
換結合磁界が増大する。その結果、一対の前記第２反強
磁性層に重なる前記フリー磁性層の両側端部は磁化方向
が一方向に強固に固定されるので、光学的トラック幅の
外側で外部磁界（記録信号磁界）を検出してしまうサイ
ドリーディングの割合を減少させることができる。な
お、前記Ｃｏを含有する磁性層は、例えば、Ｃｏ、Ｃｏ
Ｆｅ、結晶質ＣｏＦｅＣｒ、非晶質Ｃｏ系磁性材料、に
よって形成される。
【００２３】または、前記フリー磁性層を、非晶質Ｃｏ
系磁性材料からなる非晶質Ｃｏ合金層、結晶質ＣｏＦｅ
Ｘ層（ただしＸはＴｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｃｒ，
Ｔａ，Ｚｎ，Ｓｂ，Ｇｅ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種ま
たは２種以上の元素である）、のうちいずれか一方を有
するかまたは両方が積層された構造を有するものとする
ことが好ましい。
【００２４】前記フリー磁性層を前記非晶質Ｃｏ合金層
を有するものとして形成するときには、前記非晶質Ｃｏ
合金層の下層に前記非晶質Ｃｏ合金層より比抵抗の小さ
い磁性材料層が積層されることが好ましい。または、前
記フリー磁性層を前記ＣｏＦｅＸ層を有するものとする
ときには、前記ＣｏＦｅＸ層の下層に、前記ＣｏＦｅＸ
層より比抵抗の小さい磁性材料層が積層されることが好
ましい。
【００２５】なお、前記比抵抗の小さい磁性材料層はＮ
ｉＦｅまたはＮｉＦｅＸ層（ただしＸはＭｎ，Ｃｕ，Ｚ
ｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｓｎ，Ｉｒ，
Ｒｕ，Ｎｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｏｓ，Ｔａから選ばれる
１種または２種以上の元素である）のいずれか一方また
は両方からなるものとすることが好ましい。
【００２６】また、前記フリー磁性層と前記第２反強磁
性層との間の交換結合磁界を増大させるためには、前記
フリー磁性層の前記第２反強磁性層に最も近い最上層ま
たは最下層が、（ＣｏxＦｅy）eＣｒf層（ただし、ｘ，
ｙはＣｏとＦｅのａｔ％比でありｘ＋ｙ＝１、ｅ，ｆは
ａｔ％で、０ａｔ％＜ｆ＜２０ａｔ％、ｅ＋ｆ＝１００
ａｔ％である）であることが好ましい。これにより、磁
気検出素子のサイドリーディングの割合を効果的に減少
させることができる。
【００２７】なお、前記（ＣｏxＦｅy）eＣｒf層のＣｏ
とＦｅのａｔ％比ｘ，ｙの関係はｘ＞ｙ、特に０≦ｙ≦
０．３、ｘ＋ｙ＝１であることがより好ましい。このと
きもａｔ％ｅ，ｆは、０ａｔ％＜ｆ＜２０ａｔ％、ｅ＋
ｆ＝１００ａｔ％であることが好ましい。
【００２８】また、前記フリー磁性層の最上層または最
下層が、（ＣｏxＦｅy）eＣｒf層（ただし、ｘ，ｙはＣ
ｏとＦｅのａｔ％比でありｘ＋ｙ＝１、ｅ，ｆはａｔ％
で、５ａｔ％≦ｆ≦１５ａｔ％、ｅ＋ｆ＝１００ａｔ％
である）であることがより好ましい。
【００２９】さらに、前記（ＣｏxＦｅy）eＣｒf層の膜
厚が２Å以上１０Å以下、より好ましくは３Å以上６Å
以下であると、前記フリー磁性層と前記第２反強磁性層
との間の交換結合磁界を大きくできるので好ましい。
【００３０】本発明において、前記フリー磁性層を前記
ＮｉＦｅ層、前記ＮｉＦｅＸ層、前記非晶質Ｃｏ合金
層、または前記結晶質ＣｏＦｅＸ層を有するものとする
ことによって、高い磁界検出出力を維持できるのは、前
記ＮｉＦｅ層、前記ＮｉＦｅＸ層、前記非晶質Ｃｏ合金
層、または前記結晶質ＣｏＦｅＸ層の交換スティフネス
定数が小さいためであると考えられる。
【００３１】磁性材料を構成する磁性原子のスピンが角
度をなしているとき、交換エネルギーが貯えられる。
【００３２】交換スティフネス定数とは、スピンの分布
に対する交換エネルギーの大きさを規定する定数であ
る。
【００３３】「近角聡信著 強磁性体の物理（下） 裳
華房 １９８４」の第１６６頁から第１６９頁の記載に
よると、立方型の結晶構造を有する磁性体の各格子点に
あるスピンの向きに平行な単位ベクトルをα、立方晶の
結晶軸の座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とし、さらに、立方晶の
格子定数（単位胞の辺の長さ）をａ、単位胞に属する原
子の数をｎ、磁性体に含まれる原子のスピン量子数を
Ｓ、磁性体に含まれる原子のスピンの相互作用の強さを
表わす定数である交換積分をＪとすると、磁性体の単位
体積当りの交換エネルギーＥｅｘは
【００３４】
【数式１】 で表わされる。ここに、
【００３５】
【数式２】 である。
【００３６】すなわち、磁性体の単位体積当りの交換エ
ネルギーＥｅｘは、磁性体の各格子点にあるスピンの角
度変位の２次形式で与えられる。そして、定数Ａが交換
スティフネス定数と呼ばれる。
【００３７】つまり、交換スティフネス定数Ａが小さい
磁性材料ほど、隣接するスピンの向きを急激に変化させ
ることが容易になるのである。
【００３８】本発明では、前記フリー磁性層の材料に、
上述した前記ＮｉＦｅ層、前記ＮｉＦｅＸ層、前記非晶
質Ｃｏ合金層、または前記ＣｏＦｅＸ層のような交換ス
ティフネス定数Ａが小さい磁性材料を用いることによっ
て、前記フリー磁性層のトラック幅領域全域における磁
化方向の変化を容易にし、磁気検出素子の狭トラック化
を進めたときにも高い磁界検出出力を維持できる。
【００３９】また、交換スティフネス定数Ａが小さい磁
性材料は、室温での飽和磁化Ｍｓが小さいので、交換ス
ティフネス定数Ａが小さい磁性材料を用いて形成された
前記ＮｉＦｅ層、前記ＮｉＦｅＸ層、前記非晶質Ｃｏ合
金層、または前記ＣｏＦｅＸ層は単位面積当りの磁気モ
ーメントＭｓ×ｔの値が小さくなる。すると、前記Ｎｉ
Ｆｅ層、前記ＮｉＦｅＸ層、前記非晶質Ｃｏ合金層、ま
たは前記ＣｏＦｅＸ層を有する前記フリー磁性層は、感
度領域（トラック幅領域）の磁化方向が外部磁界（記録
媒体磁界）によって変化しやすくなり磁界検出感度が向
上する。
【００４０】特に、本発明では、前記フリー磁性層に用
いられるＮｉaＦｅb（ただし、ａ，ｂはａｔ％で、ａ＞
８０ａｔ％、ａ＋ｂ＝１００ａｔ％）の関係を満足する
ものである。）からなるＮｉＦｅ層、ＮｉＦｅＸ層（た
だしＸはＭｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｉ，
Ｃｒ，Ｖ，Ｓｎ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｎｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｍｏ，
Ｏｓ，Ｔａから選ばれる１種または２種以上の元素であ
る）、非晶質Ｃｏ系磁性材料からなる非晶質Ｃｏ合金
層、ＣｏＦｅＸ層（ただしＸはＴｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｓ
ｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｚｎ，Ｓｂ，Ｇｅ，Ｍｏ，Ｗから
選ばれる１種または２種以上の元素である）、を構成す
る磁性材料の交換スティフネス定数は、従来の磁気検出
素子のフリー磁性層の材料として用いられてきた組成式
がＮｉ80Ｆｅ 20で表わされる磁性材料の交換スティフネ
ス定数より小さいことが好ましい。
【００４１】なお、Ｎｉ80Ｆｅ20の交換スティフネス定
数は、０．８×１０-6〜１．０×１０-6（ｅｒｇ／ｃ
ｍ）（０．８×１０-11〜１．０×１０-11（Ｊ／ｍ））
である。ちなみにＣｏ90Ｆｅ10も従来のフリー磁性層を
形成するために用いられてきたが、Ｃｏ90Ｆｅ10の交換
スティフネス定数は、１．３×１０-6〜１．８×１０-6
（ｅｒｇ／ｃｍ）（１．３×１０-11〜１．８×１０-11
（Ｊ／ｍ））である。
【００４２】ただし、磁性材料の交換スティフネス定数
を小さくすると、その磁性材料のキュリー温度も低下す
る。フリー磁性層を形成する磁性材料のキュリー温度が
磁気検出素子の動作中の温度近傍であったり、下回る場
合、フリー磁性層の磁化の揺らぎが大きくなったり、フ
リー磁性層が磁性体でなくなったりして磁気検出素子と
して十分な働きができなくなる。
【００４３】磁気検出素子の動作中の温度は約１００℃
であることから、本発明においては、フリー磁性層を形
成する前記ＮｉＦｅ層、前記ＮｉＦｅＸ層（ただしＸは
Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｃｒ，
Ｖ，Ｓｎ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｎｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｏｓ，
Ｔａから選ばれる１種または２種以上の元素である）、
前記非晶質Ｃｏ合金層、前記ＣｏＦｅＸ層（ただしＸは
Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｚｎ，Ｓ
ｂ，Ｇｅ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種以上の
元素である）、を構成する磁性材料の交換スティフネス
定数を４×１０-7（ｅｒｇ／ｃｍ）（４×１０-12（Ｊ
／ｍ））以上にすることが好ましい。
【００４４】本発明では、前記第２反強磁性層と前記フ
リー磁性層との間に第３反強磁性層が積層されているこ
とが好ましい。
【００４５】前記第３反強磁性層は本発明の磁気検出素
子を形成するときの酸化防止層としても働くことができ
る。
【００４６】前記第３反強磁性層の厚さは１０Åより大
きく５０Å以下であることが好ましい。また、前記第３
反強磁性層の厚さが、３０Åより大きく４０Å以下であ
るとより好ましい。
【００４７】前記第３反強磁性層の膜厚を抑えることに
より、前記第３反強磁性層の中央部とフリー磁性層の中
央部間で大きな交換結合磁界が発生するのを防止でき
る。
【００４８】前記第３反強磁性層の厚さが５０Åより大
きくなると、後述する本発明の磁気検出素子を製造する
ときに、前記第１反強磁性層の磁化方向と前記第２の反
強磁性層の磁化方向を直交させることが困難になる。
【００４９】また、前記第２反強磁性層と前記フリー磁
性層との間、または前記第２反強磁性層と前記第３反強
磁性層の間に貴金属からなる非磁性層が形成されている
ことが好ましい。
【００５０】前記非磁性層は、磁気検出素子の製造工程
において、前記フリー磁性層を大気暴露による酸化から
防止するためのものである。本発明では、前記非磁性層
が貴金属材料によって形成されている。これら貴金属
は、酸化されにくい材質である。
【００５１】従来、前記第２反強磁性層と前記フリー磁
性層との間、または前記第２反強磁性層と前記第３反強
磁性層の間に非磁性層を形成するときには、Ｔａ膜を用
いていた。Ｔａ膜は、貴金属材料に比べて酸化されやす
いので好ましくない。本発明ではＴａ膜に代えて貴金属
を使用することで、非磁性層の膜厚が薄くても十分な酸
化防止効果を発揮できる。
【００５２】従って、前記非磁性層の上に前記第２反強
磁性層を積層する前に、前記非磁性層に形成された酸化
層を除去するためのイオンミリングに低エネルギーのイ
オンミリングを使用できる。
【００５３】低エネルギーのイオンミリングとは、ビー
ム電圧（加速電圧）が１０００Ｖ未満のイオンビームを
用いたイオンミリングであると定義される。例えば、１
００Ｖ〜５００Ｖのビーム電圧が用いられる。
【００５４】低エネルギーのイオンミリングはミリング
レートが遅く、ミリング止め位置のマージンを狭くする
ことが可能になる。従って、フリー磁性層はイオンミリ
ングによって大きなダメージを受けなくなる。
【００５５】なお、前記フリー磁性層の受けるダメージ
とは、例えば、イオンミリング時に使用されるＡｒなど
の不活性ガスが露出した前記フリー磁性層の表面から内
部に入り込むことや、前記フリー磁性層の表面部分の結
晶構造が壊れ、格子欠陥が発生する（Ｍｉｘｉｎｇ効
果）ことである。これらのダメージによって前記フリー
磁性層の表面部分の磁気特性が劣化しやすい。
【００５６】また、前記非磁性層を形成する貴金属材料
は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ａｕ
のうちいずれか１種または２種以上で形成されることが
好ましい。
【００５７】また、前記非磁性層を形成するためにこれ
らの貴金属材料を用いると、前記非磁性層の材料と前記
第２反強磁性層の材料が混合したときに、この混合物が
反強磁性を示し、前記貴金属材料がアニールなどによっ
て前記第２反強磁性層の内部に拡散しても、前記第２反
強磁性層の反強磁性が劣化することがないので好まし
い。
【００５８】あるいは、本発明では、前記第２反強磁性
層と前記フリー磁性層との間、または前記第２反強磁性
層と前記第３反強磁性層の間にＣｒまたはＣｕからなる
非磁性層が形成されてもよい。Ｃｒ、ＣｕはＴａに比べ
て酸化が進行しにくく、酸化防止効果を発揮できる。特
に、ＣｒはＣｕよりも酸化が進行しにくいので好まし
い。
【００５９】また、本発明では、前記第２反強磁性層と
前記フリー磁性層の間、または前記第２反強磁性層と前
記非磁性層の間に、強磁性層が形成されてもよい。
【００６０】また、本発明の磁気検出素子は、前記第２
反強磁性層の表面に開口部を有し、トラック幅方向に所
定の幅寸法を有する凹部が形成されているものでもよ
い。
【００６１】本発明では、磁気検出素子のトラック幅が
前記凹部の幅寸法によって規定される。すなわち、前記
凹部の底面に重なる領域でのみ、前記フリー磁性層など
の外部磁界によって磁化方向が変化する磁性層の磁化方
向を変化させることができる。しかも、前記凹部は、一
様の厚さで成膜された前記第２反強磁性層を、反応性イ
オンエッチング（ＲＩＥ）やイオンミリングを用いて削
るだけで形成することができるので、正確な幅寸法で前
記凹部を形成することが可能になる。すなわち、磁気検
出素子のトラック幅を正確に規定できる。
【００６２】なお、磁気検出素子のトラック幅を正確に
規定するためには、前記凹部の側面は前記第２反強磁性
層の表面に対する垂直面となっていることが好ましい。
【００６３】なお、本発明では、例えば前記凹部の底面
が前記第２反強磁性層内に設けられる。
【００６４】前記凹部の底面が前記第２反強磁性層内に
設けられるとき、前記凹部の底面に重なる領域の前記第
２反強磁性層の厚さ、または前記凹部の底面に重なる領
域の前記第２反強磁性層と前記第３反強磁性層の合計の
厚さが１０Å以上５０Å以下、より好ましくは３０Å以
上４０Åであると、磁気検出素子を形成するときに、前
記第１反強磁性層の磁化方向と前記第２反強磁性層の磁
化方向を直交させることが容易になるので好ましい。
【００６５】あるいは、前記凹部の底面が前記第３反強
磁性層内に設けられてもよい。このときは、前記凹部の
底面に重なる領域の前記第３反強磁性層の厚さが１０Å
より大きく５０Å以下、より好ましくは３０Å以上４０
Åであると、磁気検出素子を形成するときに、前記第１
反強磁性層の磁化方向と前記第２反強磁性層の磁化方向
を直交させることが容易になるので好ましい。
【００６６】ただし、前記凹部の底面が前記非磁性層内
に設けられてもよい。また、前記凹部の底面が、前記強
磁性層内に設けられてもよい。
【００６７】また本発明では、前記非磁性層の膜厚は、
両側端部の膜厚の方が中央部の膜厚に比べて薄いことが
好ましい。かかる場合、前記非磁性層の中央部の膜厚
は、３Å以上で２０Å以下で形成されることが好まし
い。より好ましくは１０Å以下である。
【００６８】この非磁性層の中央部の膜厚は、成膜段階
での膜厚である。本発明ではこのように成膜段階で非磁
性層の膜厚を薄く形成することで、前記非磁性層の両側
端部をイオンミリング等で削って、さらにその膜厚を薄
くするときに、低エネルギーのイオンミリングを使用で
き、従って本発明では、前記非磁性層の両側端部が一部
残るように、イオンミリングを制御しやすい。よって従
来のように非磁性層を全て削ってさらにフリー磁性層ま
で削ってしまうといった不具合は発生せず、フリー磁性
層の両側端部の磁気特性の劣化を適切に防止でき、前記
フリー磁性層の両側端部を効果的に強磁性層との間の強
磁性的な結合によって磁化固定することが可能になって
いる。
【００６９】また、前記非磁性層は、中央部から両側端
部にかけて一定の膜厚で形成されてもよい。
【００７０】なお、本発明は、前記フリー磁性層、前記
非磁性材料層、前記固定磁性層を有する多層膜のトラッ
ク幅方向の両側端部上に電極層が設けられ、センス電流
は前記多層膜の各層の膜面に対し平行な方向に流れる、
いわゆるＣＩＰ（current inthe plane）型の磁気検出
素子とすることができる。
【００７１】または、本発明は、前記フリー磁性層、前
記非磁性材料層、前記固定磁性層を有する多層膜の上下
に上部電極層及び下部電極層が設けられ、センス電流は
前記多層膜の各層の膜面に対し垂直方向に流れるいわゆ
るＣＰＰ（current perpendicular to the plane）型の
磁気検出素子とすることができる。
【００７２】また本発明では、前記非磁性材料層を非磁
性導電材料で形成することが好ましい。前記非磁性材料
層が非磁性導電材料で形成された磁気検出素子を、スピ
ンバルブＧＭＲ型磁気抵抗効果素子（ＣＰＰ−ＧＭＲ）
と呼んでいる。
【００７３】また本発明では、ＣＰＰ型の磁気検出素子
である場合、前記非磁性材料層を絶縁材料で形成しても
よい。この磁気検出素子をスピンバルブトンネル型磁気
抵抗効果型素子（ＣＰＰ−ＴＭＲ）と呼んでいる。
【００７４】また、前記第２反強磁性層の下に形成され
る前記強磁性層の膜厚を薄くすると第２反強磁性層と前
記強磁性層間で発生する交換結合磁界が強くなり、前記
フリー磁性層の両側端部を強固に磁化固定できるように
なる。すなわち、サイドリーディングを抑え、狭トラッ
ク化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造できる。
【００７５】また前記強磁性層を薄くすると、前記強磁
性層の内側側面から前記フリー磁性層の中央部に余分な
静磁界が入り込むことも抑制でき、磁化反転可能なフリ
ー磁性層の中央部の外部磁界に対する感度の低下を防止
できる。
【００７６】具体的には、第２反強磁性層の下に形成さ
れる強磁性層の膜厚は、２Å以上で５０Å以下であるこ
とが好ましい。
【００７７】
【発明の実施の形態】図１は本発明における磁気検出素
子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図で
ある。
【００７８】符号２０は基板である。基板２０上には、
ＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＣｒなどで形
成されたシードレイヤ２１が形成されている。シードレ
イヤ２１は、例えば（Ｎｉ0.8Ｆｅ0.2）60at%Ｃｒ40at%
の膜厚６０Åで形成される。
【００７９】シードレイヤ２１の上には第１反強磁性層
２２が形成されている。第１反強磁性層２２は、ＰｔＭ
ｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，
Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２
種以上の元素である）合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―
Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，
Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのい
ずれか１または２種以上の元素である）合金で形成され
る。
【００８０】第１反強磁性層２２として、これらの合金
を使用し、これを熱処理することにより、大きな交換結
合磁界を発生する第１反強磁性層２２及び固定磁性層２
３の交換結合膜を得ることができる。特に、ＰｔＭｎ合
金であれば、４８ｋＡ／ｍ以上、例えば６４ｋＡ／ｍを
越える交換結合磁界を有し、交換結合磁界を失うブロッ
キング温度が３８０℃と極めて高い優れた第１反強磁性
層２２及び固定磁性層２３の交換結合膜を得ることがで
きる。
【００８１】これらの合金は、成膜直後の状態では、不
規則系の面心立方構造（ｆｃｃ）であるが、熱処理によ
ってＣｕＡｕＩ型の規則型の面心正方構造（ｆｃｔ）に
構造変態する。
【００８２】第１反強磁性層２２の膜厚は、トラック幅
方向の中心付近において８０〜３００Åである。
【００８３】第１反強磁性層２２の上には、固定磁性層
２３が形成されている。固定磁性層２３は人工フェリ構
造である。固定磁性層２３は磁性層２４、２６とその間
に介在する非磁性中間層２５の３層構造である。
【００８４】磁性層２４、２６は、例えばＮｉＦｅ合
金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ
合金などの磁性材料で形成される。磁性層２４と磁性層
２６は、同一の材料で形成されることが好ましい。
【００８５】また、非磁性中間層２５は、非磁性材料に
より形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒ
ｅ、Ｃｕのうち１種またはこれらの２種以上の合金で形
成されている。特にＲｕによって形成されることが好ま
しい。
【００８６】固定磁性層２３の上には、非磁性材料層２
７が形成されている。非磁性材料層２７は、固定磁性層
２３とフリー磁性層２８との磁気的な結合を防止し、ま
たセンス電流が主に流れる層であり、Ｃｕ，Ｃｒ，Ａ
ｕ，Ａｇなど導電性を有する非磁性材料により形成され
ることが好ましい。特にＣｕによって形成されることが
好ましい。
【００８７】非磁性材料層２７の上にはフリー磁性層２
８が形成されている。図１に示す実施形態ではフリー磁
性層２８は２層構造である。符号２９の層は、ＣｏやＣ
ｏＦｅなどからなる拡散防止層である。この拡散防止層
２９はフリー磁性層２８と非磁性材料層２７の相互拡散
を防止する。そして、この拡散防止層２９の上に磁性材
料層３０が形成されている。磁性材料層３０は、本発明
の特徴をなすものであり、その材料及び機能については
後に詳述する。
【００８８】フリー磁性層２８の上には第３反強磁性層
３１が形成される。第３反強磁性層３１は、第１反強磁
性層２２と同様に、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ
（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，
Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金
で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，
Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａ
ｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１または２種以上の元
素である）合金で形成される。
【００８９】図１に示す実施形態では、第３反強磁性層
３１の上に、非磁性層３２が形成される。さらに非磁性
層３２の両側端部３２ａ上には、第２反強磁性層３３が
形成される。第２反強磁性層３３は、第１反強磁性層２
２と同様に、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただし
Ｘは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのい
ずれか１種または２種以上の元素である）合金で、ある
いはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒ
ｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｒ，Ｎ
ｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１または２種以上の元素であ
る）合金で形成される。第２反強磁性層３３は第３反強
磁性層３１と同じ材質で形成されていることが好まし
い。
【００９０】そして第２反強磁性層３３上には電極層３
４が形成される。電極層３４は、例えば、Ａｕ、Ｗ、Ｃ
ｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｔａなどで形成される。
【００９１】図１に示す実施形態では、第２反強磁性層
３３の内側端部３３ａ及び電極層３４の内側端部３４ａ
は、下面から上面に向う（図示Ｚ方向）にしたがって、
徐々に第２反強磁性層３３間の間隔が広がる傾斜面ある
いは湾曲面で形成される。
【００９２】図１に示す実施形態の磁気検出素子の特徴
的部分について以下に説明する。図１に示すように、フ
リー磁性層２８上には第３反強磁性層３１が形成され、
この第３反強磁性層３１の両側端部Ｃ、Ｃ上には非磁性
層３２を介して第２反強磁性層３３が形成されている。
第３反強磁性層３１と第２反強磁性層３３との間に介在
する非磁性層３２の両側端部３２ａの膜厚は薄く、本発
明では３Å以下で形成されることが好ましい。
【００９３】非磁性層３２が上記の程度に薄く形成され
ると、第３反強磁性層３１と第２反強磁性層３３間に非
磁性層３２を介して反強磁性的な相互作用が働き、第３
反強磁性層３１と第２反強磁性層３３とが一体の反強磁
性層のように機能しやすくなる。
【００９４】従って図１に示す実施形態は、フリー磁性
層２８の両側端部Ｃ、Ｃ上に反強磁性の性質を有する膜
厚の厚い反強磁性層が形成されている形態と類似構成と
なっており、フリー磁性層２８の両側端部Ｃの磁化は、
第３反強磁性層３１の両側端部Ｃとの間で発生する交換
結合磁界によってトラック幅方向（図示Ｘ方向）に適切
に固定される。
【００９５】図１に示す実施形態では、フリー磁性層２
８の中央部Ｄ上にも第３反強磁性層３１が形成されてい
る。しかし中央部Ｄ上には第２反強磁性層３３は設けら
れていない。
【００９６】本発明では、第３反強磁性層３１の中央部
Ｄが、反強磁性の性質を失う（非反強磁性または非磁
性）ように、成膜段階で第３反強磁性層３１の膜厚ｈ１
を適切に調整している。
【００９７】本発明では、第３反強磁性層３１の膜厚ｈ
１は１０Å以上で５０Å以下であることが好ましい。よ
り好ましくは３０Å以上で４０Å以下である。この程度
に薄い膜厚で形成されると、第３反強磁性層３１の中央
部Ｄは、磁場中アニールによっても規則化変態しにく
く、第３反強磁性層３１の中央部Ｄとフリー磁性層２８
の中央部Ｄとの間で交換結合磁界が発生せずあるいは発
生してもその値は小さい。
【００９８】また第３反強磁性層３１の膜厚を１０Å以
上、好ましくは３０Å以上としたのは、第３反強磁性層
３１が薄すぎると、第３反強磁性層３１の両側端部Ｃと
フリー磁性層２８の両側端部Ｃ間で発生する交換結合磁
界が弱まり、フリー磁性層２８の両側端部Ｃを適切にト
ラック幅方向に磁化固定できないおそれがあるからであ
る。
【００９９】上記したように、第３反強磁性層３１の両
側端部Ｃは、その上に非磁性層３２を介して形成された
第２反強磁性層３３との間で反強磁性的な相互作用が働
き、第３反強磁性層３１の両側端部Ｃと第２反強磁性層
３３とが一体の反強磁性層のように機能する。しかし物
理的には完全に一体化するわけではないので、第３反強
磁性層３１の膜厚が薄いとこの第３反強磁性層３１の規
則化変態は弱く、第３反強磁性層３１の両側端部Ｃとフ
リー磁性層２８の両側端部Ｃ間で生じる交換結合磁界が
弱くなる。このため、第３反強磁性層３１を１０Å以
上、好ましくは３０Å以上と設定した。
【０１００】また第３反強磁性層３１の膜厚を１０Å以
上で５０Å以下、より好ましくは３０Å以上で４０Å以
下に設定することで、中央部Ｄでのシャントロスを低減
でき再生出力を大きくできる。
【０１０１】なお第３反強磁性層３１の両側端部Ｃの膜
厚と第２反強磁性層３３の膜厚を合わせた総合膜厚は８
０Å以上で３００Å以下であることが好ましい。これに
よって第３反強磁性層３１の両側端部Ｃは適切に反強磁
性の性質を有し、磁場中アニールによって第３反強磁性
層３１の両側端部Ｃは規則化変態し、第３反強磁性層３
１の両側端部Ｃとフリー磁性層２８の両側端部Ｃとの間
で交換結合磁界が発生し、フリー磁性層２８の両側端部
Ｃをトラック幅方向に磁化固定することが可能になる。
【０１０２】次に非磁性層３２について説明する。非磁
性層３２は、後述する製造方法で説明するように、大気
暴露によって第３反強磁性層３１が酸化されるのを防止
するために設けられた保護層的役割を有している。
【０１０３】しかし非磁性層３２はＴａ膜に比べて大気
暴露によって酸化しにくい材質であることが好ましい。
次に非磁性層３２を構成する元素が、成膜段階や、ある
いは固定磁性層２３やフリー磁性層２８の磁化方向を調
整するための磁場中アニールによって第３反強磁性層３
１や第２反強磁性層３３に拡散しても、反強磁性層とし
ての性質が劣化しない材質であることが好ましい。
【０１０４】本発明では、非磁性層３２は、Ｒｕ、Ｒ
ｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈのいずれか１
種または２種以上で形成されることが好ましい。この中
でも特にＲｕを選択することが好ましい。これら貴金属
で形成された非磁性層３２は大気暴露によっても酸化さ
れにくい材質である。従ってＴａ膜のように大気暴露に
よる酸化によって膜厚が大きくなるといった現象も生じ
ない。
【０１０５】またこれら貴金属で形成された非磁性層３
２を構成する元素が、第３反強磁性層３１や第２反強磁
性層３３中に拡散しても、反強磁性層の性質は劣化しな
い。
【０１０６】非磁性層３２を構成する元素が第３反強磁
性層３１や第２反強磁性層３３中に拡散しているか否か
は、例えばＳＩＭＳ分析装置などによって測定できる。
拡散領域では、例えば成膜段階で第３反強磁性層３１が
ＰｔＭｎ合金で形成され、非磁性層３２がＲｕで形成さ
れていると、磁場中アニールなどでＲｕ−Ｐｔ−Ｍｎな
る合金の拡散層が形成される。Ｒｕ−Ｐｔ−Ｍｎ合金は
適切に反強磁性層として機能する。
【０１０７】次に非磁性層３２の膜厚について以下に説
明する。非磁性層３２の膜厚は成膜時、３Å以上で１０
Å以下の薄い膜厚で形成される。上記したＲｕなどから
なる非磁性層３２は、大気暴露によっても酸化されにく
い緻密な層であるため、薄い膜厚であっても適切に第３
反強磁性層３１を大気暴露による酸化から防止すること
が可能である。
【０１０８】成膜時の膜厚は、非磁性層３２の中央部３
２ｂにそのまま残される。中央部３２ｂは後述する製造
方法で説明するようにイオンミリングの影響を受けない
からである。
【０１０９】一方、非磁性層３２の両側端部３２ａはイ
オンミリングの影響で削られ、両側端部３２ａの膜厚
は、非磁性層３２の中央部３２ｂの膜厚よりも薄くなっ
ている。両側端部３２ａの膜厚を、中央部３２ｂの膜厚
よりも薄くする理由は、第３反強磁性層３１の両側端部
Ｃと、その上に非磁性層３２を介して形成される第２反
強磁性層３３間で適切に反強磁性的な相互作用を生じさ
せ、第２反強磁性層３３と第３反強磁性層３１の両側端
部Ｃとを一体の反強磁性層のように機能させるためであ
る。非磁性層３２の膜厚が厚く形成されると、Ｒｕなど
の非磁性物質の濃度が拡散によって適度に薄まることな
く、アニール後も厚い非磁性層３２が残ってしまうの
で、第３反強磁性層３１と第２反強磁性層３３間に反強
磁性的な相互作用が生じなくなり、上記したように第３
反強磁性層３１単独では、フリー磁性層２８との間で交
換結合磁界が発生しないほど薄く形成されているから、
フリー磁性層２８の両側端部Ｃを適切に磁化固定できな
くなるといった不具合が発生する。
【０１１０】非磁性層３２の両側端部３２ａの膜厚は既
に説明したように３Å以下であることが好ましい。この
程度にまで非磁性層３２を薄くすることで、第３反強磁
性層３１の両側端部Ｃと第２反強磁性層３３間に反強磁
性的な相互作用を生じさせ、第３反強磁性層３１の両側
端部Ｃと第２反強磁性層３３とを一体の反強磁性層のよ
うに機能させることが可能になる。
【０１１１】また非磁性層３２の両側端部３２ａが一部
残されることで、第３反強磁性層３１がイオンミリング
のダメージを受けることがなく、第３反強磁性層３１の
磁気特性を劣化させるといった問題が生じない。
【０１１２】また図１のように非磁性層３２の両側端部
３２ａを３Å以下の非常に薄い膜厚で残すことができる
のは、低エネルギーのイオンミリングを使用できるから
である。もともと、非磁性層３２は成膜段階で３Å〜１
０Åと薄い膜厚で形成されている。このため低エネルギ
ーのイオンミリングであっても十分に非磁性層３２の膜
厚調整をすることができ、低エネルギーであるからミリ
ングレートは、高エネルギーの場合に比べて遅く、非磁
性層３２の途中まで削った段階でミリングを止めるよう
に制御することも比較的簡単に行える。
【０１１３】図１に示す実施形態では、フリー磁性層２
８上に第３反強磁性層３１が形成され、イオンミリング
で削られる層は非磁性層３２である。従って図１では、
従来のようにフリー磁性層２８がイオンミリングなどで
削られるといったことがなく、フリー磁性層２８がイオ
ンミリングによるダメージによって磁気特性が劣化する
といった問題は発生しない。
【０１１４】なお、低エネルギーのイオンミリングと
は、ビーム電圧（加速電圧）が１０００Ｖ未満のイオン
ビームを用いたイオンミリングであると定義される。例
えば、１００Ｖ〜５００Ｖのビーム電圧が用いられる。
【０１１５】本発明では、フリー磁性層２８上に第３反
強磁性層３１を形成し、第３反強磁性層３１の両側端部
Ｃ上に非磁性層３２を介して第２反強磁性層３３を重ね
あわせる構成とすることで、狭トラック化においても適
切にフリー磁性層２８の磁化制御を行うことができ、狭
トラック化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造する
ことが可能になっている。
【０１１６】また、本発明の磁気検出素子は、フリー磁
性層２８を構成する磁性材料層３０の材料に特徴を有し
ている。
【０１１７】図１に示されるフリー磁性層の材料は、Ｎ
ｉaＦｅb（ただし、ａ，ｂはａｔ％で、ａ＞８０ａｔ
％、ａ＋ｂ＝１００ａｔ％）の関係を満足するものであ
る。）からなるＮｉＦｅ層、ＮｉＦｅＸ層（ただしＸは
Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｃｒ，
Ｖ，Ｓｎ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｎｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｏｓ，
Ｔａから選ばれる１種または２種以上の元素である）、
非晶質Ｃｏ系磁性材料からなる非晶質Ｃｏ合金層、Ｃｏ
ＦｅＸ層（ただしＸはＴｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｃ
ｒ，Ｔａ，Ｚｎ，Ｓｂ，Ｇｅ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１
種または２種以上の元素である）、のうちから選ばれた
ものである。
【０１１８】ここで、前記ＮｉＦｅＸ層とは、組成がＮ
ｉＦｅＸ（ただしＸはＭｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ａｌ，
Ｇｅ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｓｎ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｎｂ，Ｓ
ｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｏｓ，Ｔａから選ばれる１種または２種
以上の元素である）で表わされる磁性材料からなる薄膜
層であり、前記ＣｏＦｅＸ層とは組成がＣｏＦｅＸ（た
だしＸはＴｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｚ
ｎ，Ｓｂ，Ｇｅ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種
以上の元素である）で表わされる磁性材料からなる薄膜
層である。
【０１１９】前述のように、従来は磁性材料層３０にＮ
ｉ80Ｆｅ20、Ｃｏ、Ｃｏ90Ｆｅ10が用いられてきた。
【０１２０】これに対して、本発明は、磁性材料層３０
を前記ＮｉＦｅ層、前記ＮｉＦｅＸ層、前記非晶質Ｃｏ
合金層、または前記ＣｏＦｅＸ層を有するものとして形
成することによって、エクスチェンジバイアス方式の磁
気検出素子の狭トラック化を進めるときに、高い磁界検
出出力を維持できる。
【０１２１】なお、図１では、一対の第２反強磁性層３
３，３３のトラック幅方向の間隔で規定される光学的ト
ラック幅Ｏ−Ｔｗは０．１５μｍ以下、または０．１２
μｍ以下である。 図２に、本発明におけるフリー磁性
層の第２の形態を示す。
【０１２２】図２のフリー磁性層４２は磁性層の３層構
造であり、拡散防止層２９と第１磁性材料層４０の上
に、第２磁性材料層４１が積層されたものである。
【０１２３】ここで、拡散防止層２９は図１に示された
フリー磁性層２８の拡散防止層２９と同じ材料によって
形成される。また、第１磁性材料層４０は、ＮｉaＦｅb
（ただし、ａ，ｂはａｔ％で、ａ＞８０ａｔ％、ａ＋ｂ
＝１００ａｔ％）の関係を満足するものである。）から
なるＮｉＦｅ層、またはＮｉＦｅＸ層（ただしＸはＭ
ｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｖ，
Ｓｎ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｎｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｏｓ，Ｔａ
から選ばれる１種または２種以上の元素である）のいず
れか一方または両方が積層されたものである。
【０１２４】第２磁性材料層４１は、Ｃｏを含有する磁
性層であり、具体的にはＣｏ、ＣｏＦｅ、非晶質Ｃｏ系
磁性材料、ＣｏＦｅＣｒによって形成される。
【０１２５】ＮｉＦｅ層またはＮｉＦｅＸ層の上にＣｏ
を含有する磁性層が積層され、このＣｏを含有する磁性
層上に第３反強磁性層３１と第２反強磁性層３３，３３
が積層されることによって、フリー磁性層４２と第３反
強磁性層３１との間の交換結合磁界が増大する。その結
果、第３反強磁性層３１に重なるフリー磁性層４２の両
側部Ｃ，Ｃは磁化方向が一方向に強固に固定されるの
で、光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗの外側で外部磁界（記録
信号磁界）を検出してしまうサイドリーディングの割合
を減少させることができる。
【０１２６】なお、図１においてフリー磁性層２８の磁
性材料層３０を非晶質Ｃｏ系磁性材料からなる非晶質Ｃ
ｏ合金層を有するものとして形成するときには、前記非
晶質Ｃｏ合金層の下層に前記非晶質Ｃｏ合金層より比抵
抗の小さい磁性材料層が積層されることが好ましい。ま
たは、フリー磁性層２８の磁性材料層３０をＣｏＦｅＸ
層（ただしＸはＴｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｔ
ａ，Ｚｎ，Ｓｂ，Ｇｅ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種また
は２種以上の元素である）、を有するものとするときに
は、前記ＣｏＦｅＸ層の下層に、前記ＣｏＦｅＸ層より
比抵抗の小さい磁性材料層が積層されることが好まし
い。
【０１２７】なお、前記比抵抗の小さい磁性材料層はＮ
ｉＦｅまたはＮｉＦｅＸ層（ただしＸはＭｎ，Ｃｕ，Ｚ
ｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｓｎ，Ｉｒ，
Ｒｕ，Ｎｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｏｓ，Ｔａから選ばれる
１種または２種以上の元素である）のいずれか一方また
は両方からなるものとすることができる。
【０１２８】すなわち、図２に示されるフリー磁性層４
２の構造であると、非晶質Ｃｏ合金層の下層に前記非晶
質Ｃｏ合金層より比抵抗の小さい磁性材料層が積層され
るか、または、ＣｏＦｅＸ層の下層に、前記ＣｏＦｅＸ
層より比抵抗の小さい磁性材料層が積層された構造にな
る。
【０１２９】なお、図１に示される磁気検出素子におい
て、フリー磁性層２８の磁性材料層３０を、非晶質Ｃｏ
系磁性材料からなる非晶質Ｃｏ合金層、ＣｏＦｅＸ層
（ただしＸはＴｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｔ
ａ，Ｚｎ，Ｓｂ，Ｇｅ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種また
は２種以上の元素である）、のうちいずれか一方のみで
形成されたもの、または両方が積層された構造であるも
のとし、その上に第３反強磁性層３１と第２反強磁性層
３３，３３が積層されることによっても、フリー磁性層
４２と第３反強磁性層３１との間の交換結合磁界が増大
する。その結果、光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗの外側で外
部磁界（記録信号磁界）を検出してしまうサイドリーデ
ィングの割合を減少させることができる。
【０１３０】特に、フリー磁性層２８の第２反強磁性層
に最も近い層（図１では磁性材料層３０、図２では第２
磁性材料層４１）がＣｏＦｅＣｒ層であると、第２反強
磁性層３３の下層で、第３反強磁性層３１の両側端部
Ｃ，Ｃとフリー磁性層２８の両側端部Ｃ，Ｃ間に働く交
換結合磁界がより大きくなり、サイドリーディングをよ
り効果的に抑えることができることがわかる。
【０１３１】なお、前記ＣｏＦｅＣｒ層（図１では磁性
材料層３０、図２では第２磁性材料層４１）を（Ｃｏx
Ｆｅy）eＣｒf層（ただし、ｘ，ｙはＣｏとＦｅのａｔ
％比でありｘ＋ｙ＝１、ｅ，ｆはａｔ％で、０ａｔ％＜
ｆ＜２０ａｔ％、ｅ＋ｆ＝１００ａｔ％である）とする
ことが好ましい。より好ましくは、前記ＣｏＦｅＣｒ層
を（ＣｏxＦｅy）eＣｒf層（ただし、ｘ，ｙはＣｏとＦ
ｅのａｔ％比でありｘ＋ｙ＝１、ｅ，ｆはａｔ％で、５
ａｔ％≦ｆ≦１５ａｔ％、ｅ＋ｆ＝１００ａｔ％であ
る）とすることである。
【０１３２】なお、前記（ＣｏxＦｅy）eＣｒf層のＣｏ
とＦｅのａｔ％比ｘ，ｙの関係はｘ＞ｙ、特に０≦ｙ≦
０．３、ｘ＋ｙ＝１であることがより好ましい。このと
きもａｔ％ｅ，ｆは、０ａｔ％＜ｆ＜２０ａｔ％より好
ましくは５ａｔ％≦ｆ≦１５ａｔ％、ｅ＋ｆ＝１００ａ
ｔ％であることが好ましい。
【０１３３】なお、前記ＣｏＦｅＣｒ層（図１では磁性
材料層３０、図２では第２磁性材料層４１）と第３反強
磁性層間の交換結合磁界を大きくするためには、前記Ｃ
ｏＦｅＣｒ層の膜厚は２Å以上１０Å以下であることが
好ましい。また、前記ＣｏＦｅＣｒ層の膜厚は３Å以上
６Å以下であることがより好ましい。
【０１３４】ただし、前記ＣｏＦｅＣｒ層が（ＣｏxＦ
ｅy）eＣｒf層（ただし、ｘ，ｙはＣｏとＦｅのａｔ％
比でありｘ＋ｙ＝１、ｅ，ｆはａｔ％で、１０ａｔ％≦
ｆ≦１５ａｔ％、ｅ＋ｆ＝１００ａｔ％である）である
ときには、その膜厚が２Å以上６Å以下、または２Å以
上４Å以下であっても十分な交換結合磁界を発生させる
ことができる。
【０１３５】フリー磁性層２８に前記ＣｏＦｅＣｒ層を
形成すると第３反強磁性層３１との間の交換結合磁界は
増大するが、フリー磁性層２８全体の単位面積当りの磁
気モーメントＭｓ×ｔが増加して感度が低下したり、磁
歪が増加して再生波形の安定性が悪化する。したがっ
て、フリー磁性層２８の感度の維持、再生波形の安定性
の維持といった観点からは、前記ＣｏＦｅＣｒ層の膜厚
を２Å以上６Å以下、または２Å以上４Å以下にするこ
とが好ましい。
【０１３６】フリー磁性層２８の磁性材料層３０を形成
する前記ＮｉＦｅ層、前記ＮｉＦｅＸ層、前記非晶質Ｃ
ｏ合金層、または前記ＣｏＦｅＸ層は交換スティフネス
定数が小さい。このため、本発明の磁気検出素子は高い
磁界検出出力を維持できる。
【０１３７】以下にフリー磁性層の交換スティフネス定
数と磁気検出素子の磁界検出出力との関係を説明する。
【０１３８】フリー磁性層２８の磁性材料層３０及びフ
リー磁性層４２の第１磁性材料層４０、第２磁性材料層
４１を構成する磁性原子の膜面内に隣接するスピンが互
いに角度をなしているとき、交換エネルギーが貯えられ
る。
【０１３９】交換スティフネス定数とは、スピンの分布
に対する交換エネルギーの大きさを規定する定数であ
る。
【０１４０】「近角聡信著 強磁性体の物理（下） 裳
華房 １９８４」の第１６６頁から第１６９頁の記載に
よると、立方型の結晶構造を有する磁性体の各格子点に
あるスピンの向きに平行な単位ベクトルをα、立方晶の
結晶軸の座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とし、さらに、立方晶の
格子定数（単位胞の辺の長さ）をａ、単位胞に属する原
子の数をｎ、磁性体に含まれる原子のスピン量子数を
Ｓ、磁性体に含まれる原子のスピンの相互作用の強さを
表わす定数である交換積分をＪとすると、磁性体の単位
体積当りの交換エネルギーＥｅｘは
【０１４１】
【数式３】 で表わされる。ここに、
【０１４２】
【数式４】 である。
【０１４３】すなわち、磁性体の単位体積当りの交換エ
ネルギーＥｅｘは、磁性体の各格子点にあるスピンの角
度変位の２次形式で与えられる。そして、定数Ａが交換
スティフネス定数と呼ばれる。
【０１４４】つまり、交換スティフネス定数Ａの値が小
さい磁性体ほど磁化方向を変化させたときの交換エネル
ギーＥｅｘの蓄積が小さくなり、ｘ方向の短い距離の間
で磁化方向を急激に変化させることが容易になるのであ
る。
【０１４５】図１に示す実施形態では、第２反強磁性層
３３の下面間のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における
間隔が光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗとして設定される。
【０１４６】図１に示す実施形態では、フリー磁性層２
８の両側端部Ｃの磁化はトラック幅方向（図示Ｘ方向）
に適切に固定され、一方、フリー磁性層２８の中央部Ｄ
の磁化は外部磁界に対し磁化反転できる程度に弱く単磁
区化された状態になっており、外部磁界に対し磁化反転
可能な領域となっている。
【０１４７】本実施の形態では、交換スティフネス定数
Ａが小さい磁性材料によって磁性材料層３０、第１磁性
材料層４０、第２磁性材料層４１が形成されることによ
り、フリー磁性層２８及びフリー磁性層４２の中央部Ｄ
の磁化方向を、両側端部Ｃに近い場所であっても、外部
磁界（記録信号磁界）によって急激に変化させることが
容易になっている。
【０１４８】従って、図１に示される磁気検出素子のフ
リー磁性層２８の中央部Ｄのトラック幅方向における幅
（磁化反転容易な幅）と光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗは同
程度になり、磁気検出素子の狭トラック化を進めたとき
にも高い磁界検出出力を維持できる。
【０１４９】また、交換スティフネス定数Ａが小さい磁
性材料は、室温での飽和磁化Ｍｓが小さいので、交換ス
ティフネス定数Ａが小さい磁性材料を用いて形成された
前記ＮｉＦｅ層、前記ＮｉＦｅＸ層、前記非晶質Ｃｏ合
金層、または前記ＣｏＦｅＸ層は単位面積当りの磁気モ
ーメントＭｓ×ｔの値が小さくなる。すると、前記Ｎｉ
Ｆｅ層、前記ＮｉＦｅＸ層、前記非晶質Ｃｏ合金層、ま
たは前記ＣｏＦｅＸ層を有する前記フリー磁性層は、感
度領域（トラック幅領域）の磁化方向が外部磁界（記録
磁界）によって変化しやすくなり磁界検出感度が向上す
る。
【０１５０】なお、フリー磁性層２８の磁性材料層３０
並びにフリー磁性層４２の第１磁性材料層４０及び第２
磁性材料層４１を形成するＮｉaＦｅb（ただし、ａ，ｂ
はａｔ％で、ａ＞８０ａｔ％、ａ＋ｂ＝１００ａｔ％の
関係を満足するものである。）からなるＮｉＦｅ層、Ｎ
ｉＦｅＸ層（ただしＸはＭｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ａ
ｌ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｓｎ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｎｂ，
Ｓｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｏｓ，Ｔａから選ばれる１種または２
種以上の元素である）、非晶質Ｃｏ系磁性材料からなる
非晶質Ｃｏ合金層、ＣｏＦｅＸ層（ただしＸはＴｉ，Ａ
ｌ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｚｎ，Ｓｂ，Ｇｅ，
Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種以上の元素であ
る）、を構成する磁性材料の交換スティフネス定数は、
従来の磁気検出素子のフリー磁性層の材料として用いら
れてきた組成式がＮｉ80Ｆｅ20で表わされる磁性材料の
交換スティフネス定数より小さくなっている。
【０１５１】なお、Ｎｉ80Ｆｅ20の交換スティフネス定
数は、０．８×１０-6（ｅｒｇ／ｃｍ）〜１．０×１０
-6（ｅｒｇ／ｃｍ）（０．８×１０-11（Ｊ／ｍ）〜
１．０×１０-11（Ｊ／ｍ））である。
【０１５２】ただし、磁性材料の交換スティフネス定数
を小さくすると、その磁性材料のキュリー温度も低下す
る。フリー磁性層を形成する磁性材料のキュリー温度が
磁気検出素子の動作中の温度近傍であったり、下回る場
合、フリー磁性層の磁化の揺らぎが大きくなったり、フ
リー磁性層が磁性体でなくなったりして磁気検出素子と
して十分な働きができなくなる。
【０１５３】磁気検出素子の動作中の温度は約１００℃
であることから、本発明においては、フリー磁性層を形
成する前記ＮｉＦｅ層、前記ＮｉＦｅＸ層（ただしＸは
Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｃｒ，
Ｖ，Ｓｎ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｎｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｏｓ，
Ｔａから選ばれる１種または２種以上の元素である）、
前記非晶質Ｃｏ合金層、前記ＣｏＦｅＸ層（ただしＸは
Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｚｎ，Ｓ
ｂ，Ｇｅ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種以上の
元素である）、を構成する磁性材料の交換スティフネス
定数を４×１０-7（ｅｒｇ／ｃｍ）（４×１０-12（Ｊ
／ｍ））以上にすることが好ましい。
【０１５４】図３は本発明における第２実施形態の磁気
検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断
面図である。
【０１５５】図３に示す磁気検出素子は図１に示す磁気
検出素子の構造と異なって、非磁性層３２が、第２反強
磁性層３３間にのみ設けられており（すなわちトラック
幅Ｔｗの間隔内にのみ設けられており）、第２反強磁性
層３３と第３反強磁性層３１の両側端部Ｃ間には設けら
れていない。
【０１５６】図３に示す非磁性層３２は、Ｒｕ、Ｒｅ、
Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈのいずれか１種ま
たは２種以上で形成されることが好ましく、これら貴金
属で形成された非磁性層３２は大気暴露によっても酸化
されにくい材質である。Ｒｕなどで形成された非磁性層
３２は、薄い膜厚であっても適切に第３反強磁性層３１
を大気暴露による酸化から防止でき、本発明では非磁性
層３２は、成膜段階で３Å以上で１０Å以下の薄い膜厚
で形成されることが好ましい。
【０１５７】後述する製造方法で説明するように、第３
反強磁性層３１上全面に形成された非磁性層３２の両側
端部はイオンミリングで削られ、露出した第３反強磁性
層３１の両側端部Ｃ上に第２反強磁性層が積層される
が、非磁性層３２は３Å〜１０Å程度の薄い膜厚である
ため、低エネルギーのイオンミリングでも非磁性層３２
を適切に除去でき、高エネルギーの場合に比べて第３反
強磁性層３１が削られないようにミリング制御しやす
い。このため非磁性層３２下の第３反強磁性層３１にイ
オンミリングによるダメージを与えることが少ない。
【０１５８】このように図３に示す第３反強磁性層３１
の両側端部Ｃ表面にはイオンミリングによるダメージが
少なく、第３反強磁性層３１の磁気特性は良好に保たれ
ている。
【０１５９】図３に示す実施形態においても、図１に示
す磁気検出素子と同様に、第３反強磁性層３１は、好ま
しくは１０Å以上で５０Å以下の薄い膜厚で形成されて
おり、第３反強磁性層３１の中央部Ｄは非反強磁性の性
質を有し、第３反強磁性層３１の中央部Ｄとフリー磁性
層２８の中央部Ｄ間で交換結合磁界は発生せずあるいは
発生してもその値は小さく、したがってフリー磁性層２
８の中央部Ｄの磁化はトラック幅方向（図示Ｘ方向）に
適切に揃えられ、外部磁界に対し磁化反転できるように
なっている。
【０１６０】一方、フリー磁性層２８の両側端部Ｃ上に
は第３反強磁性層３１とこの第３反強磁性層３１と直接
接して第２反強磁性層３３が形成されており、第３反強
磁性層３１と第２反強磁性層３３間で生じる反強磁性的
な相互作用によって、第３反強磁性層３１は反強磁性の
性質を帯びている。従って磁場中アニールを施すと、第
３反強磁性層３１の両側端部Ｃは規則化変態し、第３反
強磁性層３１の両側端部Ｃとフリー磁性層２８の両側端
部Ｃ間で交換結合磁界が発生し、フリー磁性層２８の両
側端部Ｃはトラック幅方向（図示Ｘ方向）に強固に固定
された状態となっている。
【０１６１】図３に示す実施形態では、フリー磁性層２
８上に第３反強磁性層３１が形成され、イオンミリング
で削られる層は非磁性層３２である。従って図３では、
フリー磁性層２８がイオンミリングなどで削られるとい
ったことがなく、フリー磁性層２８がイオンミリングに
よるダメージによって磁気特性が劣化するといった問題
は発生しない。
【０１６２】図３に示す磁気検出素子の構造では、狭ト
ラック化においても適切にフリー磁性層２８の磁化制御
を行うことができ、狭トラック化に適切に対応可能な磁
気検出素子を製造することが可能になっている。
【０１６３】なお図３に示すように第３反強磁性層３１
の両側端部Ｃ表面が点線Ｅのように若干削られ、第３反
強磁性層３１の両側端部Ｃの膜厚が第３反強磁性層３１
の中央部Ｄの膜厚より薄くなっていても、第３反強磁性
層３１の両側端部Ｃは低エネルギーのイオンミリングで
削られるため、高エネルギーの場合に比べて両側端部Ｃ
のダメージは小さく、第３反強磁性層３１の両側端部Ｃ
は反強磁性の性質を帯び、フリー磁性層２８の両側端部
Ｃとの間で、フリー磁性層２８の両側端部Ｃの磁化を強
固に固定できる程度の交換結合磁界を発生させることが
できるものと考えられる。
【０１６４】図４は本発明における第３実施形態の磁気
検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断
面図である。
【０１６５】図４は図１と異なって、第３反強磁性層３
１上には一定の膜厚を有する非磁性層３２が形成されて
いる。すなわち非磁性層３２の中央部３２ｂ及び両側端
部３２ａも同じ膜厚で形成されている。非磁性層３２の
膜厚は１Å以上で３Å以下の薄い膜厚で形成されること
が好ましい。
【０１６６】非磁性層３２の膜厚が１Åよりも小さい
と、第３反強磁性層３１を大気暴露による酸化から守る
保護層としての役割が低減し好ましくない。
【０１６７】一方、非磁性層３２の膜厚が３Åよりも厚
くなると、Ｒｕなどの非磁性物質の濃度が拡散によって
適度に薄まることなく、アニール後も厚い非磁性層３２
が残ってしまうので、第３反強磁性層３１の両側端部Ｃ
と第２反強磁性層３３間に反強磁性的な相互作用が働き
にくくなり、第３反強磁性層３１と第２反強磁性層３３
とが一体の反強磁性層のように機能しにくくなる。かか
る場合、第３反強磁性層３１はフリー磁性層２８との間
で交換結合磁界が発生しない程度の薄い膜厚で形成され
ているから、磁場中アニールによって第３反強磁性層３
１の両側端部Ｃは、適切に規則化変態せず、第３反強磁
性層３１の両側端部Ｃとフリー磁性層２８の両側端部Ｃ
間で交換結合磁界が発生せずあるいは発生してもその値
は小さく、フリー磁性層２８の両側端部Ｃがトラック幅
方向（図示Ｘ方向）に強固に固定されない。
【０１６８】従って本発明では非磁性層３２の膜厚を１
Å以上３Å以下の範囲内に設定している。
【０１６９】図４に示す実施形態においても、図１に示
す磁気検出素子と同様に、第３反強磁性層３１は、好ま
しくは１０Å以上で５０Å以下の薄い膜厚で形成されて
おり、第３反強磁性層３１の中央部Ｄは非反強磁性（あ
るいは非磁性）の性質を有し、第３反強磁性層３１の中
央部Ｄとフリー磁性層２８の中央部Ｄ間で交換結合磁界
は発生せずあるいは発生してもその値は小さく、したが
ってフリー磁性層２８の中央部Ｄの磁化は外部磁界に対
し磁化反転できる程度にトラック幅方向（図示Ｘ方向）
に揃えられた状態になっている。
【０１７０】一方、フリー磁性層２８の両側端部Ｃ上に
は第３反強磁性層３１と、第３反強磁性層３１上に非磁
性層３２を介して第２反強磁性層３３が形成されてお
り、第３反強磁性層３１と第２反強磁性層３３間には反
強磁性的な相互作用が働き、第３反強磁性層３１の両側
端部Ｃは反強磁性の性質を帯びている。従って磁場中ア
ニールによって第３反強磁性層３１の両側端部Ｃは規則
化変態し、第３反強磁性層３１の両側端部Ｃとフリー磁
性層２８の両側端部Ｃ間で交換結合磁界が発生し、フリ
ー磁性層２８の両側端部Ｃはトラック幅方向（図示Ｘ方
向）に強固に固定された状態となっている。
【０１７１】図４に示す実施形態では、フリー磁性層２
８がイオンミリングなどで削られるといったことはな
く、フリー磁性層２８がイオンミリングによるダメージ
によって磁気特性が劣化するといった問題は発生しな
い。
【０１７２】図４に示す磁気検出素子の構造では、狭ト
ラック化においても適切にフリー磁性層２８の磁化制御
を行うことができ、狭トラック化に適切に対応可能な磁
気検出素子を製造することが可能になっている。
【０１７３】図５は本発明における第４実施形態の磁気
検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断
面図である。
【０１７４】図５では、基板２０上にシードレイヤ２
１、第１反強磁性層２２、固定磁性層２３、非磁性材料
層２７、フリー磁性層２８、第３反強磁性層３１及び非
磁性層３２が積層形成されている。各層の材質は図１で
説明したものと同じである。
【０１７５】図５に示す実施形態では、非磁性層３２の
両側端部３２ａ上に第２反強磁性層３３が形成されてい
る。さらに第２反強磁性層３３上にはＴａなどで形成さ
れた中間層３５を介して電極層３４が形成されている。
【０１７６】図５に示す実施形態では第２反強磁性層３
３間の下面の間隔でトラック幅Ｔｗが規定される。トラ
ック幅Ｔｗは０．１５μｍ以下で形成されることが好ま
しい。
【０１７７】図５に示す実施形態では、第３反強磁性層
３１の全面に非磁性層３２が形成されており、非磁性層
３２の膜厚は薄く形成される。非磁性層３２は大気暴露
によっても酸化されにくい材質であることが好ましく、
さらに非磁性層３２を構成する元素が、第３反強磁性層
３１や第２反強磁性層３３に拡散しても反強磁性層とし
ての性質を劣化しない材質であることが好ましい。具体
的には非磁性層３２は、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉ
ｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈのいずれか１種または２種以上の
貴金属で形成され、非磁性層３２は０．２Å以上で３Å
以下で形成されることが好ましい。なお、ここでいう
「０．２Å」の膜厚は非磁性層３２全体の平均値であ
る。０．２Åは、原子層の厚みよりも薄いことから、非
磁性層３２の原子が存在している場所と、存在していな
い場所とが島状に分布する。このため０．２Åの膜厚は
非磁性層３２全体の平均値である。
【０１７８】この程度に薄く形成された非磁性層３２で
あれば、第３反強磁性層３１の両側端部Ｃと第２反強磁
性層３３間に非磁性層３２が介在しても、第３反強磁性
層３１と第２反強磁性層３３間に反強磁性的な相互作用
が生じ、第３反強磁性層３１の両側端部Ｃが反強磁性と
しての性質を帯びる。従って磁場中アニールによって第
３反強磁性層３１の両側端部Ｃは規則化変態し、第３反
強磁性層３１の両側端部Ｃとフリー磁性層２８の両側端
部Ｃとの間で交換結合磁界が発生し、フリー磁性層２８
の両側端部Ｃ，Ｃはトラック幅方向（図示Ｘ方向）に強
く固定された状態になっている。
【０１７９】一方、フリー磁性層２８の中央部Ｄ上には
第３反強磁性層３１が形成されているものの、第３反強
磁性層３１は単独では反強磁性の性質を帯びない程度に
薄く形成されており、本発明では第３反強磁性層３１の
膜厚は、１０Å以上で５０Å以下であることが好まし
く、より好ましくは３０Å以上で４０Å以下である。
【０１８０】このため磁場中アニールによっても第３反
強磁性層３１の中央部Ｄは規則化変態しにくく、フリー
磁性層２８の中央部Ｄと第３反強磁性層３１の中央部Ｄ
間には交換結合磁界が発生せず発生してもその値は小さ
く、フリー磁性層２８の磁化は外部磁界に対し磁化反転
できる程度に弱く単磁区化された状態になっている。
【０１８１】また非磁性層３２は上記したようにＲｕな
どの貴金属で形成されるが、非磁性層３２を構成する材
質が、フリー磁性層２８や固定磁性層２３の磁化制御を
行うときの磁場中アニールなどによって第３反強磁性層
３１や第２反強磁性層３３に拡散することがある。すな
わち例えば第３反強磁性層３１や第２反強磁性層３３が
ＰｔＭｎ合金で形成され、非磁性層３２がＲｕで形成さ
れているとき、熱拡散によって第３反強磁性層３１の特
に表面近くや第２反強磁性層３３の下面近くはＲｕ−Ｐ
ｔ−Ｍｎからなる反強磁性層となる。
【０１８２】この貴金属を含んだＲｕ−Ｐｔ−Ｍｎから
なる材質は反強磁性として機能するため、非磁性層３２
が第３反強磁性層３１や第２反強磁性層３３に拡散する
ことは、反強磁性の性質を劣化させるものではなく、非
磁性層３２の反強磁性層３１、３３への熱拡散によって
も第３反強磁性層３１や第２反強磁性層３３は反強磁性
層として適切に機能するものである。
【０１８３】図５に示す実施形態は、第２反強磁性層３
３の表面３３ａに開口部を有し、光学的トラック幅に等
しい寸法の幅寸法を有する凹部７５が形成されている。
凹部７５の底面７５ａは非磁性層３２内にある。また、
凹部７５の側面７５ｂは第２反強磁性層３３の表面３３
ａに対する垂直面である。このような形状の違いは、後
述するように製造方法の違いに起因するものである。
【０１８４】なお図５においても図１、図３及び図４と
同様に、第２反強磁性層３３の内側端部３３ａを、第２
反強磁性層３３間の間隔が下面から上面に向うにしたが
って徐々に広がる傾斜面あるいは湾曲面で形成すること
もできる。
【０１８５】図１、図３及び図４に示す磁気検出素子
は、同じ製造工程を用いて製造されたものであり、一
方、図５ないし図７に示す磁気検出素子は、図１、図３
及び図４とは異なる製造方法で形成された構造である。
図１、図３及び図４に示す磁気検出素子の構造で共通す
る部分は、必ず第２反強磁性層３３間の間隔内に非磁性
層３２の中央部３２ｂが残ることである。一方、図５な
いし図７に示す磁気検出素子の構造で共通する部分は、
必ず、第３反強磁性層３１の両側端部Ｃと第２反強磁性
層３３間に非磁性層３２が残ることである。
【０１８６】以下、図５と同じ製造方法を用いて形成さ
れた他の実施形態の磁気検出素子の構造について説明す
る。
【０１８７】図６は、本発明における第５実施形態の磁
気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分
断面図である。
【０１８８】図６に示す磁気検出素子の構造は図５と異
なって、非磁性層３２の中央部３２ｂ上にも一部、第２
反強磁性層３３が形成されている。すなわち、第２反強
磁性層３３の表面３３ａに開口部を有し、光学的トラッ
ク幅に等しい寸法の幅寸法を有する凹部７５が形成さ
れ、凹部７５の底面７５ａは第２反強磁性層３３内にあ
る。また、凹部７５の側面７５ｂは第２反強磁性層３３
の表面３３ａに対する垂直面である。
【０１８９】図６に示す実施形態では、第３反強磁性層
３１の両側端部Ｃと第２反強磁性層３３間が、０．２Å
（平均値）〜３Å程度の薄い膜厚の非磁性層３２を介し
て反強磁性的な相互作用により一体の反強磁性層のよう
になり、第３反強磁性層３１の両側端部Ｃが反強磁性の
性質を帯びている。従って磁場中アニールによって第３
反強磁性層３１の両側端部Ｃは規則化変態し、第３反強
磁性層３１の両側端部Ｃとフリー磁性層２８の両側端部
Ｃ間で交換結合磁界が発生し、フリー磁性層２８の両側
端部Ｃはトラック幅方向（図示Ｘ方向）に強固に固定さ
れた状態となっている。
【０１９０】この実施形態では、第３反強磁性層３１の
中央部Ｄ上にも第２反強磁性層３３が、その両側に比べ
て薄い膜厚であるが形成されている。
【０１９１】したがって第３反強磁性層３１の中央部Ｄ
の膜厚ｈ２とその上に形成された第２反強磁性層３３の
膜厚ｈ３とを足した総合膜厚が薄く形成されないと、第
３反強磁性層３１は、第２反強磁性層３３との間で反強
磁性的な相互作用によって反強磁性の性質を帯びてしま
い、第３反強磁性層３１の中央部Ｄとフリー磁性層２８
の中央部Ｄとの間で交換結合磁界が発生してしまい好ま
しくない。
【０１９２】本発明では総合膜厚は１０Å以上で５０Å
以下で形成されることが好ましく、より好ましくは３０
Å以上で４０Å以下である。ただし第３反強磁性層３１
の膜厚は少なくとも１０Å以上であることが好ましく、
より好ましくは３０Åである。第３反強磁性層３１の膜
厚が１０Å以上ないと、第３反強磁性層３１の両側端部
Ｃはその上に第２反強磁性層３３が形成されても反強磁
性の性質が弱く、第３反強磁性層３１の両側端部Ｃとフ
リー磁性層２８の両側端部Ｃ間で大きな交換結合磁界が
発生せず、フリー磁性層２８の両側端部Ｃをトラック幅
方向に強固に固定できないからである。
【０１９３】上記程度に第３反強磁性層３１の中央部Ｄ
の膜厚ｈ２とその上に形成された第２反強磁性層３３の
膜厚ｈ３との総合膜厚が薄く形成されると、磁場中アニ
ールによって第３反強磁性層３１の中央部Ｄは規則化変
態しにくく、第３反強磁性層３１と第２反強磁性層３３
間には反強磁性的な相互作用は生じ難く、第３反強磁性
層３１は反強磁性の性質を帯びにくい。このため第３反
強磁性層３１の中央部Ｄとフリー磁性層２８の中央部Ｄ
との間で交換結合磁界は発生せずあるいは発生してもそ
の値は小さく、フリー磁性層２８の中央部Ｄの磁化が、
その両側の両側端部Ｃの磁化のように強固に固定される
といったことが無い。
【０１９４】図６に示す実施形態では、フリー磁性層２
８の中央部Ｄの磁化は外部磁界に対し磁化反転できる程
度に弱く単磁区化された状態になっており、狭トラック
化においても再生感度に優れた磁気検出素子の構造とな
っている。
【０１９５】図７は本発明における第６実施形態の磁気
検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断
面図である。
【０１９６】図７に示す磁気検出素子の構造は図５と異
なって、第２反強磁性層３３間の間隔内に露出した非磁
性層３２は除去され、さらに非磁性層３２下の第３反強
磁性層３１の表面の一部も除去されている。すなわち、
第２反強磁性層３３の表面３３ａに開口部を有し、光学
的トラック幅に等しい寸法の幅寸法を有する凹部７５が
形成され、凹部７５の底面７５ａは第３反強磁性層３１
内にある。また、凹部７５の側面７５ｂは第２反強磁性
層３３の表面３３ａに対する垂直面である。
【０１９７】図７に示す実施形態では、第３反強磁性層
３１の両側端部Ｃ上に、Ｒｕなどで形成された０．２Å
〜３Å程度の薄い膜厚の非磁性層３２を介して第２反強
磁性層３３が形成され、第３反強磁性層３１の両側端部
Ｃと第２反強磁性層３３とを足した総合膜厚は８０Å以
上で３００Å以下の厚い膜厚となっていることが好まし
い。
【０１９８】したがって、第３反強磁性層３１の両側端
部Ｃと第２反強磁性層３３間には非磁性層３２を介して
反強磁性的な相互作用が生じ、第３反強磁性層３１の両
側端部Ｃと第２反強磁性層３３とが一体の反強磁性層の
ように機能している。よって第３反強磁性層３１の両側
端部Ｃは反強磁性的な性質を有し、磁場中アニールによ
って第３反強磁性層３１の両側端部Ｃは規則化変態し、
第３反強磁性層３１の両側端部Ｃとフリー磁性層２８の
両側端部Ｃ間で交換結合磁界が発生し、フリー磁性層２
８の両側端部Ｃはトラック幅方向（図示Ｘ方向）に強固
に固定された状態になっている。
【０１９９】一方、フリー磁性層２８の中央部Ｄ上にも
第３反強磁性層３１が形成されているが、第３反強磁性
層３１の中央部Ｄの膜厚は薄く５Å以上で５０Å以下、
好ましくは１０Å以上で４０Å以下である。この程度の
薄い膜厚であれば、第３反強磁性層３１の中央部Ｄは、
反強磁性の性質を帯びず、磁場中アニールによっても第
３反強磁性層３１の中央部Ｄは規則化変態しにくく、第
３反強磁性層３１の中央部Ｄとフリー磁性層２８の中央
部Ｄ間に交換結合磁界が発生しないかあるいは発生して
もその値は小さい。従ってフリー磁性層２８の中央部Ｄ
の磁化は外部磁界に対し磁化反転できる程度に弱く単磁
区化された状態となっており、狭トラック化においても
再生感度に優れた磁気検出素子を製造することが可能に
なっている。
【０２００】また図７の点線Ｆに示すように、第３反強
磁性層３１の中央部Ｄを完全に除去して、フリー磁性層
２８の中央部Ｄ表面を露出させてもよいが、かかる場
合、露出したフリー磁性層２８の中央部Ｄ表面がイオン
ミリングやＲＩＥのダメージを受けやすくなるので、フ
リー磁性層２８の中央部Ｄ上には若干でも第３反強磁性
層３１を残しておく方が好ましい。
【０２０１】また図７に示す実施形態では、第３反強磁
性層３１の中央部Ｄをイオンミリングで削っているた
め、第３反強磁性層３１の中央部Ｄはイオンミリングに
よるダメージを受けて磁気特性の劣化を招きやすくなる
が、第３反強磁性層３１の中央部Ｄは反強磁性を帯びな
い程度に薄く形成され、実質的に磁気的作用がフリー磁
性層２８等の各層に及ばない領域となっている。このた
め第３反強磁性層３１の中央部Ｄがイオンミリングによ
るダメージを受けても再生特性にさほどの影響はないも
のと考えられる。
【０２０２】ところで図１ないし図７に示す磁気検出素
子は、基板２０から第３反強磁性層３１までの多層膜の
両側端部上に第２反強磁性層３３を介して電極層３４が
設けられ、多層膜内に流れる電流が、多層膜内を各層の
膜面に対して平行な方向に流れるＣＩＰ（current in
the plane）型の磁気検出素子と呼ばれる構造であ
る。
【０２０３】一方、図８に示す磁気検出素子は、多層膜
（シードレイヤ２１から第３反強磁性層３１まで）の上
下に電極層６５、６８が設けられ、電極層６５、６８か
ら多層膜内に流れる電流が、多層膜の各層の膜面に対し
垂直方向に流れるＣＰＰ（current perpendicular to
the plane）型と呼ばれる構造であり、本発明は、Ｃ
ＰＰ型の磁気検出素子にも適用可能である。
【０２０４】なお多層膜の積層構造は、図１と同じであ
るので説明を省略する。なお図８に示すシードレイヤ２
１は設けられていなくてもよい。
【０２０５】図８に示す実施形態では、シードレイヤ２
１の下には下部シールドを兼ねた下部電極層６５が設け
られている。下部電極層６５はパーマロイ（ＮｉＦｅ）
などの磁性材料でメッキ形成されたものである。
【０２０６】また図８に示すように多層膜のトラック幅
方向（図示Ｘ方向）の両側端部Ｃ上には非磁性層３２を
介して第２反強磁性層３３が形成され、さらに第２反強
磁性層３３の上面３３ｂ及び内側端部３３ａ上に絶縁層
６７が形成されている。
【０２０７】図８に示すように絶縁層６７上から非磁性
層３２の中央部３２ｂ上にかけて上部シールドを兼ねた
上部電極層６８が設けられている。
【０２０８】このように図８に示す磁気検出素子では多
層膜の上下に電極を兼ねた下部電極層６５、上部電極層
６８が設けられ、下部電極層６５、上部電極層６８間に
流れる電流は、多層膜内を膜面に対し垂直な方向に流れ
るようになっている。
【０２０９】図８に示す磁気検出素子では、第２反強磁
性層３３の上面３３ｂ及び内側端部３３ａが絶縁層６７
によって覆われているので、上部電極層６８から多層膜
内に流れる電流が、第２反強磁性層３３に分流せず、電
流は多層膜内を適切に流れる。よって図８に示す構造の
磁気検出素子であれば、電流経路がトラック幅Ｔｗから
広がるのを抑制でき再生出力の大きいＣＰＰ型の磁気検
出素子を製造することが可能になる。
【０２１０】絶縁層６７の内側先端部６７ａは、図８に
示す一点鎖線で示すように、非磁性層３２の中央部３２
ｂの両端部上にまで延びて形成されていることが、より
電流の第２反強磁性層３３への分流を抑制できて好まし
い。
【０２１１】また必要であれば、絶縁層６７上から非磁
性層３２の中央部３２ｂ上にかけて非磁性層６９（点
線）が形成されていてもよい。非磁性層６９は、Ｔａ、
Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどの非磁性導電
材料で形成されることが好ましい。非磁性層６９は、上
部ギャップ層としての役割を有するものであるが、非磁
性層６９は多層膜の中央部Ｄ上にも形成されるため、電
流経路の出入口となる多層膜の中央部Ｄ上を例えば絶縁
材料からなる非磁性層６９で覆うことは電流が磁気検出
素子内に流れにくくなるため好ましくない。よって本発
明では非磁性層６９を非磁性導電材料で形成することが
好ましい。
【０２１２】また図８に示す磁気検出素子では磁気検出
素子を構成する非磁性材料層２７がＣｕなどの非磁性導
電材料で形成されてもよいし、あるいは非磁性材料層２
７がＡｌ2Ｏ3やＳｉＯ2などの絶縁材料で形成されても
よい。前者の磁気検出素子はスピンバルブＧＭＲ型磁気
抵抗効果素子（ＣＰＰ−ＧＭＲ）と呼ばれる構造であ
り、後者の磁気検出素子はスピンバルブトンネル型磁気
抵抗効果型素子（ＣＰＰ−ＴＭＲ）と呼ばれる構造であ
る。
【０２１３】トンネル型磁気抵抗効果型素子は、スピン
トンネル効果を利用して抵抗変化を生じさせるものであ
り、固定磁性層２３とフリー磁性層２８との磁化が反平
行のとき、最も非磁性材料層２７を介してトンネル電流
が流れにくくなって、抵抗値は最大になり、一方、固定
磁性層２３とフリー磁性層２８との磁化が平行のとき、
最もトンネル電流は流れ易くなり抵抗値は最小になる。
【０２１４】この原理を利用し、外部磁界の影響を受け
てフリー磁性層２８の磁化が変動することにより、変化
する電気抵抗を電圧変化（定電流動作時）あるいは電流
変化（定電圧動作時）としてとらえ、記録媒体からの洩
れ磁界が検出されるようになっている。
【０２１５】図９は、図５に示す磁気検出素子をＣＰＰ
型の磁気検出素子にした実施形態である。図９に示す磁
気検出素子は図８と異なり、第２反強磁性層３３の上面
３３ｂに第１絶縁層７０が形成され、この第１絶縁層７
０と別体の第２絶縁層７１が第２反強磁性層３３の内側
端部３３ａ上に形成されている。このような違いは後述
するように製造方法の違いによるものである。
【０２１６】第１絶縁層７０及び第２絶縁層７１の機能
は、図８に示した絶縁層６７と同じで、上部電極層６８
から多層膜に流れる電流が第２反強磁性層３３に分流す
るのを適切に防止する役割を有している。
【０２１７】第１絶縁層７０及び第２絶縁層７１は、例
えばＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＡｌＮ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−
Ｎ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ、Ｔｉ2Ｏ3、Ｔｉ3Ｏ5などの絶縁材
料で形成される。
【０２１８】なお図９に示す実施形態では、第２反強磁
性層３３の内側端部３３ａは、トラック幅方向（図示Ｘ
方向）に対して垂直面となっているが、フリー磁性層２
８から離れるに従って徐々に第２反強磁性層３３間の間
隔が、トラック幅方向へ広がる傾斜面あるいは湾曲面で
形成されていてもよい。
【０２１９】このように内側端面３３ａを傾斜面や湾曲
面で形成すると、内側端面３３ａ上に適切な膜厚を有す
る第２絶縁層７１を形成しやすくなり、分流ロスの低減
を適切に図ることができて好ましい。
【０２２０】図９に示す磁気検出素子では、第２反強磁
性層３３の上面３３ｂ、および内側端部３３ａが絶縁層
７０、７１によって覆われているので、上部電極層６８
から多層膜内に流れる電流が、第２反強磁性層３３に分
流せず、電流は第２絶縁層７１間のトラック幅方向への
間隔で決定されるトラック幅Ｔｗ内を適切に流れる。よ
って図９に示す構造の磁気検出素子であれば、電流経路
がトラック幅Ｔｗから広がるのを抑制でき再生出力の大
きいＣＰＰ型の磁気検出素子を製造することが可能にな
る。
【０２２１】また図９に示すように第１絶縁層７０上か
ら第２絶縁層７１上、および多層膜の中央部Ｄ上にかけ
て点線で描かれた非磁性層６９が設けられていてもよ
い。非磁性層６９は、Ｔａ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、
Ｒｅ、Ｃｕなどの非磁性導電材料で形成されることが好
ましい。非磁性層６９は、上部ギャップ層としての役割
を有するものであるが、非磁性層６９は多層膜の中央部
Ｄ上にも形成されるため、電流経路の出入口となる多層
膜の中央部Ｄ上を例えば絶縁材料からなる非磁性層６９
で覆うことは電流が磁気検出素子内に流れにくくなるた
め好ましくない。よって本発明では非磁性層６９を非磁
性導電材料で形成することが好ましい。
【０２２２】また図９に示す磁気検出素子では磁気検出
素子を構成する非磁性材料層２７がＣｕなどの非磁性導
電材料で形成されてもよいし、あるいは非磁性材料層２
７がＡｌ2Ｏ3やＳｉＯ2などの絶縁材料で形成されても
よい。前者の磁気検出素子はスピンバルブＧＭＲ型磁気
抵抗効果素子（ＣＰＰ−ＧＭＲ）と呼ばれる構造であ
り、後者の磁気検出素子はスピンバルブトンネル型磁気
抵抗効果型素子（ＣＰＰ−ＴＭＲ）と呼ばれる構造であ
る。
【０２２３】図３から図９に示される実施の形態の磁気
検出素子も、交換スティフネス定数Ａが小さい磁性材料
である、前記ＮｉＦｅ層、前記ＮｉＦｅＸ層、前記非晶
質Ｃｏ合金層、前記ＣｏＦｅＸ層によって磁性材料層３
０が形成されることにより、フリー磁性層２８の中央部
Ｄの磁化方向を、両側端部Ｃに近い場所であっても外部
磁界（記録信号磁界）によって急激に変化させることが
容易になっている。
【０２２４】従って、磁気検出素子のフリー磁性層２８
の中央部Ｄのトラック幅方向における幅（磁化反転容易
な幅）と光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗは同程度になり、磁
気検出素子の狭トラック化を進めたときにも高い磁界検
出出力を維持できる。
【０２２５】図１０は本発明における第９実施形態の磁
気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分
断面図である。
【０２２６】図１０に示される磁気検出素子の、第１反
強磁性層２２、固定磁性層２３、非磁性材料層２７、フ
リー磁性層２８の材料、形状、膜厚は、図１に示される
磁気検出素子と同じである。
【０２２７】図１０に示される磁気検出素子では、フリ
ー磁性層２８の磁性材料層３０上に非磁性層３２が形成
される。さらに非磁性層３２の両側端部３２ａ上には、
強磁性層５１，５１が形成されている。さらに強磁性層
５１，５１上には、第２反強磁性層５２，５２が形成さ
れる。第２反強磁性層５２，５２は、第１反強磁性層２
２と同様に、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただし
Ｘは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのい
ずれか１種または２種以上の元素である）合金で、ある
いはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒ
ｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｒ，Ｎ
ｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１または２種以上の元素であ
る）合金で形成される。
【０２２８】そして第２反強磁性層５２，５２上には電
極層５３，５３が形成される。電極層５３，５３は、例
えば、Ａｕ、Ｗ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｔａなどで形成される。
【０２２９】図１０に示す実施形態では、第２反強磁性
層５２，５２の内側端部５２ａ，５２ａ及び電極層５
３，５３の内側端部５３ａ，５３ａは、下面から上面に
向う（図示Ｚ方向）にしたがって、徐々に内側端部間の
間隔が広がる傾斜面あるいは湾曲面で形成される。この
ような形状は図１１も同じである。図１０に示す実施形
態の磁気検出素子の特徴的部分について以下に説明す
る。
【０２３０】図１０に示すように、フリー磁性層２８上
には非磁性層３２が形成され、非磁性層３２の両側端部
３２ａ，３２ａ上に強磁性層５１，５１及び第２反強磁
性層５２，５２が形成されている。
【０２３１】非磁性層３２の両側端部３２ａの膜厚ｔ５
は、非磁性層３２の中央部３２ｂの膜厚ｔ４よりも薄く
形成されている。
【０２３２】非磁性層３２の両側端部３２ａの膜厚が例
えば５Å以下、好ましくは３Å以下で形成されると、強
磁性層５１，５１とフリー磁性層２８の両側端部Ｃ，Ｃ
間に強磁性的な結合が働きやすくなる。
【０２３３】また、非磁性層３２の両側端部３２ａの膜
厚が例えば５〜１５Å、好ましくは７〜１１Åで形成さ
れると、強磁性層５１，５１とフリー磁性層２８の両側
端部Ｃ，Ｃ間に反強磁性的な結合が働きやすくなる。
強磁性層５１，５１はその上に形成された第２反強磁性
層５２，５２との間で発生する交換結合磁界によってト
ラック幅方向（図示Ｘ方向）に強固に単磁区化される。
これによって強磁性層５１，５１との間で強磁性的な結
合または反強磁性層な結合が作用するフリー磁性層２８
の両側端部Ｃ，Ｃは、トラック幅方向（図示Ｘ方向）ま
たはトラック幅方向と反平行方向に強固に単磁区化され
る。
【０２３４】ここで「強磁性的な結合」とは、非磁性層
３２を介したフリー磁性層２８の両側端部Ｃ，Ｃと強磁
性層５１，５１間のＲＫＫＹ的な強磁性結合、あるいは
非磁性層３２に形成されたピンホール等の欠陥を介した
直接的な交換相互作用によってフリー磁性層２８の両側
端部Ｃ，Ｃの磁化が強磁性層５１，５１の磁化方向と同
一方向に向くことを意味する。
【０２３５】また、「反強磁性的な結合」とは、非磁性
層３２を介したフリー磁性層２８の両側端部Ｃ，Ｃと強
磁性層５１，５１の両側端部５１ａ，５１ａ間のＲＫＫ
Ｙ的な反強磁性結合によってフリー磁性層２８の両側端
部Ｃ，Ｃの磁化が強磁性層５１，５１の磁化方向と反平
行方向に向くことを意味する。
【０２３６】一方、フリー磁性層２８の中央部Ｄの磁化
は磁化反転できる程度に弱く単磁区化されている。
【０２３７】図１０に示す実施形態では、強磁性層５
１，５１の下面間のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の間
隔で光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗが規定される。
【０２３８】図１０に示す実施形態では、フリー磁性層
２８の両側端部Ｃの磁化はトラック幅方向（図示Ｘ方
向）またはトラック幅方向と反平行方向に適切に固定さ
れ、一方、フリー磁性層２８の中央部Ｄの磁化は外部磁
界に対し磁化反転できる程度に弱く単磁区化された状態
になっている。
【０２３９】本実施の形態では、交換スティフネス定数
Ａが小さい磁性材料である、前記ＮｉＦｅ層、前記Ｎｉ
ＦｅＸ層、前記非晶質Ｃｏ合金層、前記ＣｏＦｅＸ層に
よって磁性材料層３０が形成されることにより、フリー
磁性層２８の中央部Ｄの磁化方向を、両側端部Ｃに近い
場所であっても外部磁界（記録信号磁界）によって急激
に変化させることが容易になっている。
【０２４０】従って、図１に示される磁気検出素子のフ
リー磁性層２８の中央部Ｄのトラック幅方向における幅
（磁化反転容易な幅）と光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗは同
程度になり、磁気検出素子の狭トラック化を進めたとき
にも高い磁界検出出力を維持できる。
【０２４１】次に非磁性層３２について説明する。非磁
性層３２は、後述する製造方法で説明するように、大気
暴露によってフリー磁性層２８が酸化されるのを防止す
るために設けられた保護層的役割を有している。
【０２４２】しかし非磁性層３２はＴａ膜に比べて大気
暴露によって酸化しにくい材質であることが好ましい。
また非磁性層３２を構成する元素が、成膜段階や、ある
いは固定磁性層２３やフリー磁性層２８の磁化方向を調
整するための磁場中アニールによってフリー磁性層２８
や強磁性層５１，５１に拡散しても、強磁性材料層とし
ての性質が劣化しない材質であることが好ましい。
【０２４３】本発明では、非磁性層３２は、Ｒｕ、Ｒ
ｈ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ
のいずれか１種または２種以上で形成されることが好ま
しい。この中でも特にＲｕを選択することが好ましい。
これら貴金属で形成された非磁性層３２は大気暴露によ
っても酸化されにくい材質である。従ってＴａ膜のよう
に大気暴露による酸化によって膜厚が大きくなるといっ
た現象も生じない。
【０２４４】またこれら貴金属で形成された非磁性層３
２を構成する元素が、フリー磁性層２８や強磁性層５
１，５１中に拡散しても、強磁性材料層としての性質は
劣化しない。
【０２４５】なお非磁性層３２を構成する元素がフリー
磁性層２８や強磁性層５１，５１中に拡散しているか否
かは、例えばＳＩＭＳ分析装置（二次イオン質量分析装
置）などによって測定できる。
【０２４６】次に非磁性層３２の膜厚について以下に説
明する。非磁性層３２の膜厚は成膜時、３Å以上で２０
Å以下の薄い膜厚で形成されることが好ましい。より好
ましくは３Å以上で１０Å以下である。上記したＲｕな
どからなる非磁性層３２は、大気暴露によっても酸化さ
れにくい緻密な層であるため、薄い膜厚であっても適切
にフリー磁性層２８を大気暴露による酸化から防止する
ことが可能である。
【０２４７】成膜時の膜厚は、非磁性層３２の中央部３
２ｂにそのまま残される。中央部３２ｂは後述する製造
方法で説明するようにイオンミリングの影響を受けない
からである。従って図１に示す非磁性層３２の中央部３
２ｂの膜厚ｔ４は３Å以上で２０Å以下であることが好
ましい。より好ましくは３Å以上で１０Å以下である。
【０２４８】一方、非磁性層３２の両側端部３２ａ，３
２ａはイオンミリングの影響で削られ、両側端部３２
ａ，３２ａの膜厚ｔ５は、非磁性層３２の中央部３２ｂ
の膜厚ｔ４よりも薄くなっている。両側端部３２ａの膜
厚ｔ５を、中央部３２ｂの膜厚ｔ４よりも薄くする理由
は、フリー磁性層２８の両側端部Ｃ，Ｃと、その上に非
磁性層３２を介して形成される強磁性層５１，５１間で
適切に強磁性的な結合または反強磁性的な結合を生じさ
せ、フリー磁性層２８の両側端部Ｃ，Ｃの磁化を効果的
にトラック幅方向（図示Ｘ方向）に強固に固定するため
である。
【０２４９】以上、詳述した図１に示すように、非磁性
層３２の両側端部３２ａ，３２ａを一部残しているか
ら、フリー磁性層２８の両側端部Ｃ，Ｃがイオンミリン
グのダメージを受けることがなく、フリー磁性層２８の
磁気特性を劣化させるといった問題が生じない。
【０２５０】また非磁性層３２の両側端部３２ａ，３２
ａの膜厚を非常に薄い膜厚で残すことができるのは、低
エネルギーのイオンミリングを使用できるからである。
元々、非磁性層３２は成膜段階で薄い膜厚で、好ましく
は３Å〜２０Å、より好ましくは３Å〜１０Åで形成さ
れている。このため低エネルギーのイオンミリングであ
っても十分に非磁性層３２の膜厚調整をすることがで
き、低エネルギーであるからミリングレートは、高エネ
ルギーの場合に比べて遅く、非磁性層３２の途中まで削
った段階でミリングを止めるように制御することも比較
的簡単に行える。
【０２５１】低エネルギーのイオンミリングとは、ビー
ム電圧（加速電圧）が１０００Ｖ未満のイオンビームを
用いたイオンミリングであると定義される。例えば、１
００Ｖ〜５００Ｖのビーム電圧が用いられる。
【０２５２】従って図１０のように、フリー磁性層２８
の両側端部Ｃ，Ｃ上に一部、非磁性層３２を残すことが
でき、フリー磁性層２８がイオンミリングなどで削られ
るといったことがなく、フリー磁性層２８がイオンミリ
ングによるダメージによって磁気特性が劣化するといっ
た問題は発生しない。
【０２５３】次に本発明では、強磁性層５１の膜厚ｔ６
は２Å以上で５０Å以下で形成されることが好ましい。
【０２５４】本発明ではこのように強磁性層５１を薄く
形成しても、フリー磁性層２８の両側端部Ｃ，Ｃとの間
で強磁性的な結合または反強磁性な結合を効果的に生じ
させることが可能である。それは、フリー磁性層２８の
両側端部Ｃ，Ｃがイオンミリングの影響を受けずに、適
切な磁気特性を保っているからであり、強磁性層５１が
上記した膜厚程度にまで薄く形成されることで、強磁性
層５１と第２反強磁性層５２，５２間で大きな交換結合
磁界を生じさせることができるし、さらに強磁性層５１
の内側端部からの余分な静磁界がフリー磁性層２８の中
央部Ｄに影響を及ぼし、フリー磁性層２８の感度を劣化
させるといった問題も適切に抑制できる。
【０２５５】図１１は本発明における第１０実施形態の
磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部
分断面図である。
【０２５６】図１１に示す磁気検出素子は図１０に示す
磁気検出素子の構造と異なって、非磁性層３２の膜厚
は、フリー磁性層２８の中央部Ｄ上でも両側端部Ｃ，Ｃ
上でも一定の膜厚ｔ７である。
【０２５７】非磁性層３２の膜厚ｔ７が５Å以下、好ま
しくは３Å以下で形成されると、強磁性層５１，５１と
フリー磁性層２８の両側端部Ｃ，Ｃ間に強磁性的な結合
が働きやすくなる。
【０２５８】また、非磁性層３２の膜厚ｔ７が例えば５
〜１５Å、好ましくは７〜１１Åで形成されると、強磁
性層５１，５１とフリー磁性層２８の両側端部Ｃ，Ｃ間
に反強磁性層な結合が働きやすくなる。 なお非磁性層
３２の膜厚ｔ７の最小値を３Åとしたのは、この程度の
膜厚がないと、適切にフリー磁性層２８を酸化から防止
できないからである。
【０２５９】なお図１１に示す磁気検出素子は２通りの
方法で形成される。一つ目は、非磁性層３２を全くイオ
ンミリングしない場合である。
【０２６０】二つ目は、図１１に示す第１反強磁性層２
２から非磁性層３２までを成膜した後、非磁性層３２表
面を一律にイオンミリングする。かかる場合、成膜段階
での非磁性層３２の膜厚は３Å以上で２０Å以下、より
好ましくは３Å以上で１０Å以下である。そしてイオン
ミリングによって、非磁性層３２を上記膜厚ｔ７になる
ように削る。
【０２６１】図１１では、図１０と非磁性層３２の形態
が異なるのみで、他の層の材質や膜厚等は同じであるか
ら、他の層の詳細な説明に関しては図１０を参照された
い。
【０２６２】図１２は本発明における第４実施形態の磁
気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分
断面図である。
【０２６３】図１２では、基板２０上にシードレイヤ２
１、第１反強磁性層２２、固定磁性層２３、非磁性材料
層２７、フリー磁性層２８及び非磁性層３２が積層形成
されている。各層の材質は図１で説明したものと同じで
ある。
【０２６４】図１２に示す実施形態では、非磁性層３２
の両側端部３２ａ，３２ａ上に強磁性層５６，５６が形
成され、強磁性層５６，５６上に第２反強磁性層５７，
５７が形成されている。さらに第２反強磁性層５７，５
７上にはＴａなどで形成された保護層（中間層）５８，
５８を介して電極層５９，５９が形成されている。保護
層５８，５８は形成されていなくてもよい。
【０２６５】非磁性層３２は大気暴露によっても酸化さ
れにくい材質であることが好ましく、さらに非磁性層３
２を構成する元素が、フリー磁性層２８や強磁性層５
６，５６に拡散しても強磁性層としての性質を劣化しな
い材質であることが好ましい。具体的には非磁性層３２
は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃ
ｕ、Ｐｔ、Ａｕのいずれか１種または２種以上の貴金属
で形成されることが好ましい。
【０２６６】非磁性層３２の膜厚が５Å以下、好ましく
は３Å以下で形成されると、強磁性層５６，５６とフリ
ー磁性層２８の両側端部Ｃ，Ｃ間に強磁性的な結合が働
きやすくなる。
【０２６７】また、非磁性層３２の膜厚が例えば５〜１
５Å、好ましくは７〜１１Åで形成されると、強磁性層
５６，５６とフリー磁性層２８の両側端部Ｃ，Ｃ間に反
強磁性層な結合が働きやすくなる。
【０２６８】図１２に示す実施形態では、第２反強磁性
層５７の表面に開口部を有する凹部８０が設けられてい
る。凹部８０の底面８０ａは非磁性層３２内にある。第
２反強磁性層５７，５７及び強磁性層５６，５６の内側
端部５７ａ、５６ａは、基板２０表面に対して垂直（図
示Ｚ方向）に近い方向に延びて形成されている。このよ
うな形状の違いは、後述するように製造方法の違いに起
因するものである。
【０２６９】なお図１２においても第２反強磁性層５
７，５７及び強磁性層５６，５６の内側端部５７ａ、５
６ａを、内側端部間の間隔が下面から上面に向うにした
がって徐々に広がる傾斜面あるいは湾曲面で形成するこ
ともできる。
【０２７０】図１２に示す実施形態では、強磁性層５
６，５６の下面間のトラック幅方向（図示Ｘ方向）にお
ける間隔が光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗとして設定され
る。
【０２７１】図１に示す実施形態では、強磁性層５６，
５６は第２反強磁性層５７，５７との間で発生する交換
結合磁界によってトラック幅方向（図示Ｘ方向）に磁化
固定され、フリー磁性層２８の両側端部Ｃ，Ｃは、強磁
性層５６，５６との強磁性的な結合によってトラック幅
方向（図示Ｘ方向）に磁化固定される。一方、フリー磁
性層２８の中央部Ｄの磁化は外部磁界に対し磁化反転で
きる程度に弱く単磁区化された状態になっており、外部
磁界に対し磁化反転可能な領域となっている。
【０２７２】本実施の形態では、交換スティフネス定数
Ａが小さい磁性材料である、前記ＮｉＦｅ層、前記Ｎｉ
ＦｅＸ層、前記非晶質Ｃｏ合金層、前記ＣｏＦｅＸ層に
よって磁性材料層３０、第１磁性材料層４０、第２磁性
材料層４１が形成されることにより、フリー磁性層２８
及びフリー磁性層４２の中央部Ｄの磁化方向を、両側端
部Ｃに近い場所であっても外部磁界（記録信号磁界）に
よって急激に変化させることが容易になっている。
【０２７３】従って、図１２に示される磁気検出素子の
フリー磁性層２８の中央部Ｄのトラック幅方向における
幅（磁化反転容易な幅）と光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗは
同程度になり、磁気検出素子の狭トラック化を進めたと
きにも高い磁界検出出力を維持できる。
【０２７４】また電極層５９，５９の両側端面５９ａ，
５９ａは一点鎖線で示すように、フリー磁性層２８の中
央部Ｄ上に形成された非磁性層３２の中央部３２ｂ上に
まで延ばされて形成されていてもよい。かかる場合、電
極層５９，５９の下面間のトラック幅方向（図示Ｘ方
向）への間隔が光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗとして規定さ
れる。また電極層５９，５９の内側端面５９ａ，５９ａ
は、点線で示すように、中間層５８の途中から形成さ
れ、電極層５９，５９の内側端面５９ａ，５９ａ間の間
隔が、第２反強磁性層５７，５７及び強磁性層５６，５
６の内側端面間の間隔より広がっていてもよい。
【０２７５】図１２に示す実施形態では、フリー磁性層
２８の全面に一定の膜厚を有した非磁性層３２が形成さ
れている。なお非磁性層３２の中央部３２ｂの膜厚が両
側端部３２ａ，３２ａの膜厚より薄くなっていてもよ
い。
【０２７６】以下、図１２と同じ製造方法を用いて形成
された他の実施形態の磁気検出素子の構造について説明
する。
【０２７７】図１３は、本発明における第１２実施形態
の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た
部分断面図である。
【０２７８】図１３に示す磁気検出素子の構造は図１２
と異なって、第２反強磁性層５７の表面に開口部を有す
る凹部８０の底面８０ａは、強磁性層５６内にある。す
なわち、非磁性層３２の中央部３２ｂ上にも強磁性層５
６が形成されている。
【０２７９】ただし非磁性層３２の中央部３２ｂ上に形
成された強磁性層５６の上には第２反強磁性層５７，５
７は形成されていないので、中央部Ｄに形成された強磁
性層５６は強固に磁化固定されておらず、従って中央部
Ｄの強磁性層５６の磁化は外部磁界に対し磁化反転でき
る程度に弱く単磁区化された状態になっている。
【０２８０】図１３に示す実施形態では、第２反強磁性
層５７，５７の下面間のトラック幅方向（図示Ｘ方向）
における間隔が光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗとして設定さ
れる。
【０２８１】この図１３における実施形態でも図１２と
同様に、強磁性層５６，５６の両側端部Ｃ，Ｃとフリー
磁性層２８の両側端部Ｃ，Ｃ間が非磁性層３２の両側端
部３２ａ，３２ａを介して強磁性的または反強磁性的に
結合し、フリー磁性層２８の両側端部Ｃ，Ｃの磁化は、
強磁性層５６，５６の両側端部Ｃ，Ｃの磁化方向と同一
方向または反平行方向に強固に固定された状態になって
いる。
【０２８２】一方、フリー磁性層２８の中央部Ｄの磁化
は外部磁界に対し磁化反転できる程度に弱く単磁区化さ
れた状態になっており、外部磁界に対し磁化反転可能な
領域となっている。
【０２８３】本実施の形態でも、交換スティフネス定数
Ａが小さい磁性材料である、前記ＮｉＦｅ層、前記Ｎｉ
ＦｅＸ層、前記非晶質Ｃｏ合金層、前記ＣｏＦｅＸ層に
よって磁性材料層３０が形成されることにより、フリー
磁性層２８の中央部Ｄの磁化方向を、両側端部Ｃに近い
場所であっても外部磁界（記録信号磁界）によって急激
に変化させることが容易になっている。
【０２８４】従って、図１３に示される磁気検出素子の
フリー磁性層２８の中央部Ｄのトラック幅方向における
幅（磁化反転容易な幅）と光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗは
同程度になり、磁気検出素子の狭トラック化を進めたと
きにも高い磁界検出出力を維持できる。
【０２８５】一方、フリー磁性層２８の中央部Ｄの磁化
は、強磁性層５６，５６の中央部Ｄの磁化方向と同じ方
向に外部磁界に対し感度良く反転できる程度に弱く単磁
区化されており、図示Ｙ方向からの外部磁界の侵入によ
って、フリー磁性層２８と強磁性層５６，５６の中央部
Ｄとが共に磁化反転して記録信号が再生されるようにな
っている。
【０２８６】なお中央部Ｄに形成された強磁性層５６，
５６の膜厚は、両側端部Ｃ，Ｃに形成された強磁性層５
６，５６の膜厚と同じであってもよいし、あるいは薄く
形成されていてもよい。
【０２８７】なお非磁性層３２の材質、および膜厚等に
関しては図１２と同じであるのでそちらを参照された
い。
【０２８８】図１４は本発明における第１３実施形態の
磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部
分断面図である。
【０２８９】図１４では、第２反強磁性層５７の表面に
開口部を有する凹部８０の底面８０ａは、第２反強磁性
層５７内にある。従って、非磁性層３２上の全面に一定
膜厚の強磁性層５６が形成され、さらに非磁性層３２の
中央部３２ｂ上にも強磁性層５６を介して薄い膜厚の第
２反強磁性層５７が形成されている。
【０２９０】中央部Ｄに形成された第２反強磁性層５７
の膜厚ｔ２は、そのトラック幅方向の両側端部Ｃ，Ｃに
形成された第２反強磁性層５７，５７の膜厚に比べて薄
い膜厚であるが形成されている。
【０２９１】中央部Ｄに形成された第２反強磁性層５７
の膜厚ｔ２が薄く形成されていることで、第２反強磁性
層５７の中央部Ｄと強磁性層５６，５６の中央部Ｄ間で
は交換結合磁界が発生せず、あるいは発生してもその値
は小さく、強磁性層５６の中央部Ｄの磁化がトラック幅
方向（図示Ｘ方向）に強固に固定されることはない。
【０２９２】第２反強磁性層５７の中央部Ｄに残された
膜厚ｔ２は、５０Å以下、好ましくは３０Å以下で形成
されることが好ましい。これ以上、膜厚が厚く形成され
ると、第２反強磁性層５７の中央部Ｄと強磁性層５６の
中央部Ｄ間で大きな交換結合磁界が発生する結果、強磁
性層５６の中央部Ｄの磁化がトラック幅方向（図示Ｘ方
向）に強固に固定され、強磁性層５６，５６の中央部Ｄ
とフリー磁性層２８の中央部Ｄ間の強磁性的な結合また
は反強磁性的な結合によってフリー磁性層２８の中央部
Ｄの磁化がトラック幅方向（図示Ｘ方向）またはトラッ
ク幅方向と反平行方向に強固に固定されやすく、再生感
度が低下するからである。
【０２９３】なお図１４における実施形態でも図１２及
び図１３と同様に、強磁性層５６，５６の両側端部Ｃ，
Ｃとフリー磁性層２８の両側端部Ｃ，Ｃ間が非磁性層３
２を介して強磁性的または反強磁性的に結合し、フリー
磁性層２８の両側端部Ｃ，Ｃの磁化は、強磁性層５６，
５６の両側端部Ｃ，Ｃの磁化方向と同一方向または反平
行方向に強固に固定された状態になっている。
【０２９４】図１４に示す実施形態では、第２反強磁性
層５７，５７の両側端部Ｃ，Ｃ間のトラック幅方向（図
示Ｘ方向）における間隔が光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗと
して設定される。
【０２９５】また、フリー磁性層２８の中央部Ｄの磁化
は外部磁界に対し磁化反転できる程度に弱く単磁区化さ
れた状態になっており、外部磁界に対し磁化反転可能な
領域となっている。
【０２９６】本実施の形態でも、交換スティフネス定数
Ａが小さい磁性材料である、前記ＮｉＦｅ層、前記Ｎｉ
ＦｅＸ層、前記非晶質Ｃｏ合金層、前記ＣｏＦｅＸ層に
よって磁性材料層３０が形成されることにより、フリー
磁性層２８の中央部Ｄの磁化方向を、両側端部Ｃに近い
場所であっても外部磁界（記録信号磁界）によって急激
に変化させることが容易になっている。
【０２９７】従って、図１４に示される磁気検出素子の
フリー磁性層２８の中央部Ｄのトラック幅方向における
幅（磁化反転容易な幅）と光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗは
同程度になり、磁気検出素子の狭トラック化を進めたと
きにも高い磁界検出出力を維持できる。
【０２９８】また非磁性層３２の材質、および膜厚等に
関しては図１２と同じであるのでそちらを参照された
い。
【０２９９】図１２ないし図１４に示す実施形態の磁気
検出素子は、後述する製造方法で説明するように、磁気
検出素子の中央部Ｄをイオンミリングや反応性イオンエ
ッチング（ＲＩＥ）などで削って形成されている。磁気
検出素子の中央部Ｄをどこまで削るかによって形態が図
１２ないし図１４のように変わる。
【０３００】図１２ないし図１４では、フリー磁性層２
８の両側端部Ｃ，Ｃ上に非磁性層３２が形成され、この
上に強磁性層５６，５６が形成されており、フリー磁性
層２８の両側端部Ｃ，Ｃがイオンミリングによるダメー
ジを受けることはない。本発明では、Ｒｕなどで形成さ
れた非磁性層３２は成膜段階から非常に薄い膜厚（３Å
以上で２０Å以下であることが好ましい。より好ましく
は３Å以上で１０Å以下である。）で形成されており、
非磁性層３２の膜厚をイオンミリングによって調整する
段階において、低エネルギーのイオンミリングを用いる
ことができ、よって非磁性層３２が一部残るように、ミ
リング制御をしやすく、図１２ないし図１４のように、
フリー磁性層２８の両側端部Ｃ，Ｃ上に非磁性層３２を
一部残すことが容易に且つ適切に行うことができる。な
お非磁性層３２に対してイオンミリングを行わない場合
もある。
【０３０１】次に本発明におけるフリー磁性層２８の形
態について説明する。これまで説明したフリー磁性層２
８は、非磁性材料層２７と接する側の層が、ＣｏＦｅや
Ｃｏなどの拡散防止層２９となっており、磁性材料層３
０がＮｉaＦｅb（ただし、ａ，ｂはａｔ％で、ａ＞８０
ａｔ％、ａ＋ｂ＝１００ａｔ％の関係を満足するもので
ある）からなるＮｉＦｅ層、ＮｉＦｅＸ層（ただしＸは
Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｃｒ，
Ｖ，Ｓｎ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｎｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｏｓ，
Ｔａから選ばれる１種または２種以上の元素である）、
非晶質Ｃｏ系磁性材料からなる非晶質Ｃｏ合金層、Ｃｏ
ＦｅＸ層（ただしＸはＴｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｃ
ｒ，Ｔａ，Ｚｎ，Ｓｂ，Ｇｅ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１
種または２種以上の元素である）のうち少なくとも１つ
からなるものである。
【０３０２】ただし、フリー磁性層２８は磁性材料層３
０のみからなる単層構造であってもよい。
【０３０３】図１５は、フリー磁性層２８の別の実施形
態を示す部分拡大断面図である。図１５に示すフリー磁
性層２８は積層フェリ構造と呼ばれる構造である。これ
によりフリー磁性層２８の物理的な厚みを極端に薄くす
ることなしに磁気的な実効的フリー磁性層２８の膜厚を
薄くでき、外部磁界に対する感度を向上させることがで
きる。
【０３０４】符号９０、９２の層は磁性層であり、符号
９１の層は非磁性中間層である。磁性層９０および磁性
層９２は、ＮｉaＦｅb（ただし、ａ，ｂはａｔ％で、ａ
＞８０ａｔ％、ａ＋ｂ＝１００ａｔ％の関係を満足する
ものである）からなるＮｉＦｅ層、ＮｉＦｅＸ層（ただ
しＸはＭｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｃ
ｒ，Ｖ，Ｓｎ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｎｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｏ
ｓ，Ｔａから選ばれる１種または２種以上の元素であ
る）、非晶質Ｃｏ系磁性材料からなる非晶質Ｃｏ合金
層、またはＣｏＦｅＸ層（ただしＸはＴｉ，Ａｌ，Ｍ
ｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｚｎ，Ｓｂ，Ｇｅ，Ｍｏ，
Ｗから選ばれる１種または２種以上の元素である）であ
る。
【０３０５】また非磁性中間層９１は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉ
ｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種または２種以上で形成
されることが好ましい。
【０３０６】磁性層９０の膜厚は例えば３５Å程度で、
非磁性中間層９１は例えば９Å程度で、磁性層９２の膜
厚は例えば１５Å程度で形成される。
【０３０７】また磁性層９０と非磁性材料層２７との間
には、ＣｏＦｅ合金やＣｏで形成された拡散防止層が設
けられていてもよい。さらには、磁性層９２と非磁性層
３２あるいは第３反強磁性層３１の間にＣｏＦｅ合金で
形成された磁性層が介在していてもよい。
【０３０８】図１６は本発明におけるフリー磁性層２８
の別の形態を示す部分拡大断面図である。図１６に示す
フリー磁性層２８には、磁性材料層９３、９５間にスペ
キュラー膜９４が形成されている。スペキュラー膜９４
には、図１６に示すように欠陥部（ピンホール）Ｇが形
成されていてもよい。また図１６に示す実施形態ではス
ペキュラー膜（鏡面反射層）９４を挟んだ磁性材料層９
３及び磁性材料層９５は同じ方向（矢印方向）に磁化さ
れている。
【０３０９】磁性層９３および磁性層９５は、ＮｉaＦ
ｅb（ただし、ａ，ｂはａｔ％で、ａ＞８０ａｔ％、ａ
＋ｂ＝１００ａｔ％の関係を満足するものである）から
なるＮｉＦｅ層、ＮｉＦｅＸ層（ただしＸはＭｎ，Ｃ
ｕ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｓｎ，
Ｉｒ，Ｒｕ，Ｎｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｏｓ，Ｔａから選
ばれる１種または２種以上の元素である）、非晶質Ｃｏ
系磁性材料からなる非晶質Ｃｏ合金層、またはＣｏＦｅ
Ｘ層（ただしＸはＴｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｃｒ，
Ｔａ，Ｚｎ，Ｓｂ，Ｇｅ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種ま
たは２種以上の元素である）を含んでいる。
【０３１０】図１６のようにスペキュラー膜９４がフリ
ー磁性層２８内に形成されているとスペキュラー膜９４
に達した伝導電子（例えばアップスピンを持つ伝導電
子）は、そこでスピン状態（エネルギー、量子状態な
ど）を保持したまま鏡面反射する。そして鏡面反射した
アップスピンを持つ伝導電子は、移動の向きを変えてフ
リー磁性層内を通り抜けることが可能になる。
【０３１１】このため本発明では、スペキュラー膜９４
を設けることで、アップスピンを持つ伝導電子の平均自
由行程λ+を従来に比べて伸ばすことが可能になり、よ
ってアップスピンを持つ伝導電子の平均自由行程λ
+と、ダウンスピンを持つ伝導電子の平均自由行程λ-と
の差を大きくすることができ、従って抵抗変化率（ΔＲ
／Ｒ）の向上とともに、再生出力の向上を図ることが可
能になる。
【０３１２】スペキュラー膜９４の形成は、例えば磁性
材料層９３までを成膜し、磁性材料層９３表面を酸化す
る。この酸化層をスペキュラー膜９４として機能させる
ことができる。そしてスペキュラー膜９４上に磁性材料
層９５を成膜する。
【０３１３】スペキュラー膜９４の材質としては、Ｆｅ
−Ｏ、Ｎｉ−Ｏ、Ｃｏ−Ｏ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｃｏ−Ｆ
ｅ−Ｎｉ−Ｏ、Ａｌ−Ｏ、Ａｌ−Ｑ−Ｏ（ここでＱは
Ｂ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉから選択される１種以上）、Ｒ−Ｏ（ここでＲはＣ
ｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、
Ｗから選択される１種以上）の酸化物、Ａｌ−Ｎ、Ａｌ
−Ｑ−Ｎ（ここでＱはＢ、Ｓｉ、Ｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、
Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される１種以上）、Ｒ
−Ｎ（ここでＲはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、
Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上）の窒化物、半
金属ホイッスラー合金などを提示できる。
【０３１４】図１７は本発明におけるフリー磁性層２８
の別の形態を示す部分拡大断面図である。
【０３１５】図１７に示すフリー磁性層２８は、磁性層
９６上にバックド層９７が形成されている。バックド層
９７は例えばＣｕやＡｇ、Ａｕ、Ｒｕなどで形成され
る。
【０３１６】磁性層９６は、ＮｉaＦｅb（ただし、ａ，
ｂはａｔ％で、ａ＞８０ａｔ％、ａ＋ｂ＝１００ａｔ％
の関係を満足するものである）からなるＮｉＦｅ層、Ｎ
ｉＦｅＸ層（ただしＸはＭｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ａ
ｌ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｓｎ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｎｂ，
Ｓｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｏｓ，Ｔａから選ばれる１種または２
種以上の元素である）、非晶質Ｃｏ系磁性材料からなる
非晶質Ｃｏ合金層、またはＣｏＦｅＸ層（ただしＸはＴ
ｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｚｎ，Ｓｂ，
Ｇｅ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種以上の元素
である）を含んでいる。
【０３１７】バックド層９７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
（上向きスピン：ｕｐ ｓｐｉｎ）における平均自由工
程（ｍｅａｎ ｆｒｅｅ ｐａｔｈ）を延ばし、いわゆ
るスピンフィルター効果（ｓｐｉｎ ｆｉｌｔｅｒ ｅ
ｆｆｅｃｔ）によりスピンバルブ型磁気素子において、
大きな抵抗変化率が得られ、高記録密度化に対応できる
ものとなる。
【０３１８】図１に示された磁気検出素子の製造方法を
説明する。図１８ないし図２０は図１に示す磁気検出素
子の製造方法を示す一工程図である。図１８ないし図２
０に示す各工程は記録媒体との対向面側から見た部分断
面図である。
【０３１９】図１８に示す工程では、基板２０上に、シ
ードレイヤ２１、第１反強磁性層２２、固定磁性層２
３、非磁性材料層２７、フリー磁性層２８、第３反強磁
性層３１、および非磁性層３２を連続成膜する。成膜に
はスパッタや蒸着法が使用される。図１８に示す固定磁
性層２３は、例えばＣｏＦｅ合金などで形成された磁性
層２４と磁性層２６と、両磁性層２４、２６間に介在す
るＲｕなどの非磁性中間層２５との積層フェリ構造であ
る。フリー磁性層２８は、ＣｏＦｅ合金などの拡散防止
層２９とＮｉＦｅ合金などの磁性材料層３０との積層構
造である。
【０３２０】本発明では第１反強磁性層２２及び第３反
強磁性層３１を、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（た
だしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅ
のいずれか１種または２種以上の元素である）合金で、
あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉ
ｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａ
ｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１または２種以上の元
素である）合金で形成することが好ましい。
【０３２１】またＰｔＭｎ合金及びＸ−Ｍｎの式で示さ
れる合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３ａｔ％
の範囲であることが好ましい。また、ＰｔＭｎ合金及び
Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸ
が４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。
特に規定しない限り、〜で示す数値範囲の上限と下限は
以下、以上を意味する。
【０３２２】また、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合
金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３ａｔ％の範囲であ
ることが好ましい。また、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示さ
れる合金において、Ｘ’＋Ｐｔが４７〜５７ａｔ％の範
囲であることがより好ましい。さらに、Ｐｔ−Ｍｎ−
Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’が０．２〜１０
ａｔ％の範囲であることが好ましい。ただし、Ｘ’がＰ
ｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１
種または２種以上の元素である場合には、Ｘ’は０．２
〜４０ａｔ％の範囲であることが好ましい。
【０３２３】また本発明では第１反強磁性層２２の膜厚
を８０Å以上で３００Å以下で形成することが好まし
い。この程度の厚い膜厚で第１反強磁性層２２を形成す
ることにより磁場中アニールで、第１反強磁性層２２と
固定磁性層２３間に大きな交換結合磁界を発生させるこ
とができる。具体的には、４８ｋＡ／ｍ以上、例えば６
４ｋＡ／ｍを越える交換結合磁界を発生させることがで
きる。
【０３２４】また本発明では第３反強磁性層３１の膜厚
を１０Å以上で５０Å以下で形成することが好ましく、
より好ましくは３０Å以上で４０Å以下で形成する。
【０３２５】上記のように第３反強磁性層３１を５０Å
以下の薄い膜厚で形成することにより、第３反強磁性層
３１は非反強磁性の性質を帯びる。このため下記の第１
の磁場中アニールを施しても、第３反強磁性層３１は規
則化変態しにくく、第３反強磁性層３１とフリー磁性層
２８間に交換結合磁界が発生せずあるいは発生してもそ
の値は小さく、フリー磁性層２８の磁化が、固定磁性層
２３と同じように強固に固定されることがない。
【０３２６】また第３反強磁性層３１が１０Å以上、好
ましくは３０Å以上で形成されるとしたのは、この程度
の膜厚がないと、後工程で第３反強磁性層３１の両側端
部Ｃ上に第２反強磁性層３３を形成しても、第３反強磁
性層３１の両側端部Ｃが反強磁性の性質を帯び難く、第
３反強磁性層３１の両側端部Ｃとフリー磁性層２８の両
側端部Ｃ間に適切な大きさの交換結合磁界が発生しない
からである。
【０３２７】また図１８工程のように第３反強磁性層３
１上に非磁性層３２を形成することで、図１８に示す積
層体が大気暴露されても第３反強磁性層３１が酸化され
るのを適切に防止できる。
【０３２８】ここで非磁性層３２は大気暴露によって酸
化されにくい緻密な層である必要がある。また熱拡散な
どにより非磁性層３２を構成する元素が第３反強磁性層
３１内部に侵入しても反強磁性層としての性質を劣化さ
せない材質である必要がある。
【０３２９】本発明では非磁性層３２をＲｕ、Ｒｅ、Ｐ
ｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈのいずれか１種また
は２種以上からなる貴金属で形成することが好ましい。
【０３３０】Ｒｕなどの貴金属からなる非磁性層３２は
大気暴露によって酸化されにくい緻密な層である。した
がって非磁性層３２の膜厚を薄くしても第３反強磁性層
３１が大気暴露によって酸化されるのを適切に防止でき
る。
【０３３１】本発明では非磁性層３２を３Å以上で１０
Å以下で形成することが好ましい。この程度の薄い膜厚
の非磁性層３２によっても適切に第３反強磁性層３１が
大気暴露によって酸化されるのを適切に防止することが
可能である。
【０３３２】このように薄い膜厚で非磁性層３２を形成
したことによって図１９工程でのイオンミリングを低エ
ネルギーで行うことができミリング制御を従来に比べて
向上させることができる。この点については図１９工程
で詳しく説明する。
【０３３３】図１８に示すように基板２０上に非磁性層
３２までの各層を積層した後、第１の磁場中アニールを
施す。トラック幅Ｔｗ（図示Ｘ方向）と直交する方向で
ある第１の磁界（図示Ｙ方向）を印加しつつ、第１の熱
処理温度で熱処理し、第１反強磁性層２２と固定磁性層
２３を構成する磁性層２４との間に交換結合磁界を発生
させて、磁性層２４の磁化を図示Ｙ方向に固定する。も
う一方の磁性層２６の磁化は、磁性層２４との間で働く
ＲＫＫＹ相互作用による交換結合によって図示Ｙ方向と
は逆方向に固定される。なお例えば第１の熱処理温度を
２７０℃とし、磁界の大きさを８００ｋ（Ａ／ｍ）とす
る。
【０３３４】また上記したように、この第１の磁場中ア
ニールによって第３反強磁性層３１とフリー磁性層２８
を構成する磁性材料層３０との間には交換結合磁界は発
生しないかあるいは発生してもその値は小さい。第３反
強磁性層３１は５０Å以下の薄い膜厚で形成されてお
り、反強磁性としての性質を有していないからである。
【０３３５】また上記した第１の磁場中アニールによっ
て、非磁性層３２を構成するＲｕなどの貴金属元素が、
第３反強磁性層３１内部に拡散するものと考えられる。
従って熱処理後における第３反強磁性層３１の表面近く
の構成元素は、反強磁性層を構成する元素と貴金属元素
とから構成される。また第３反強磁性層３１内部に拡散
した貴金属元素は、第３反強磁性層３１の下面側よりも
第３反強磁性層３１の表面側の方が多く、拡散した貴金
属元素の組成比は、第３反強磁性層３１の表面から下面
に向うに従って徐々に減るものと考えられる。このよう
な組成変調は、ＳＩＭＳ分析装置などで確認することが
可能である。
【０３３６】次に図１９に示す工程では非磁性層３２の
上面にレジスト層を形成し、このレジスト層を露光現像
することによって図１９に示す形状のレジスト層Ｒを非
磁性層３２上に残す。レジスト層Ｒは例えばリフトオフ
用のレジスト層である。
【０３３７】次にレジスト層Ｒに覆われていない非磁性
層３２の両側端部３２ａを、図１９に示す矢印Ｈ方向か
らのイオンミリングで一部削る（図１９に示す点線部分
の非磁性層３２が除去される）。
【０３３８】ここで非磁性層３２の両側端部３２ａを一
部削る理由は、できる限り両側端部３２ａの膜厚を薄く
しておかないと、次工程で両側端部３２ａ上に形成され
る第２反強磁性層３３と第３反強磁性層３１の両側端部
Ｃとの間で反強磁性的な相互作用を生じさせることがで
きず、第３反強磁性層３１の両側端部Ｃに反強磁性の性
質を与えることができず、フリー磁性層２８の両側端部
Ｃの磁化を強固に固定できないからである。
【０３３９】本発明では、このイオンミリング工程で、
非磁性層３２の両側端部３２ａの膜厚を３Å以下にする
ことが好ましい。この程度にまで非磁性層３２の両側端
部３２ａの膜厚を薄くすることで、次工程で、第３反強
磁性層３１の両側端部Ｃ上に第２反強磁性層３３を形成
したとき、第３反強磁性層３１の両側端部Ｃと第２反強
磁性層３３間に反強磁性的な相互作用を生じさせ、第３
反強磁性層３１の両側端部と第２反強磁性層３３とを一
体の反強磁性層のように機能させることができ、第３反
強磁性層３１の両側端部Ｃに反強磁性の性質を帯びさせ
ることが可能になる。
【０３４０】図１９に示すイオンミリング工程では、低
エネルギーのイオンミリングを使用できる。その理由
は、非磁性層３２が３Å〜１０Å程度の非常に薄い膜厚
で形成されているからである。
【０３４１】これに対し、例えば図３５に示す従来例の
ようにＴａ膜１０を使用すると、このＴａ膜１０自体、
大気暴露によって酸化されるので、３０Å〜５０Å程度
の厚い膜厚で形成しないと、十分にその下の層を酸化か
ら保護できず、しかもＴａ膜１０は酸化によって体積が
大きくなり、Ｔａ膜１０の膜厚は約５０Å以上にまで膨
れ上がる。
【０３４２】このような厚い膜厚のＴａ膜１０をイオン
ミリングで除くには、高エネルギーのイオンミリングで
Ｔａ膜１０を除去する必要があり、高エネルギーのイオ
ンミリングを使用すると、Ｔａ膜１０のみが除去される
ようにミリング制御することは非常に難しく、その下に
形成されているフリー磁性層５表面も一部削られ、フリ
ー磁性層５表面がイオンミリングによるダメージを受け
てしまうのである。
【０３４３】本発明では、Ｒｕなどで形成された非磁性
層３２は３Å〜１０Å程度の薄い膜厚であっても、第３
反強磁性層３１が酸化されるのを十分に防止でき、低エ
ネルギーのイオンミリングによって非磁性層３２の途中
でミリングを止めるようにミリング制御しやすい。
【０３４４】このように本発明では低エネルギーのイオ
ンミリングを使用でき、従来に比べてミリング制御を向
上させることができるのである。
【０３４５】なお、低エネルギーのイオンミリングと
は、ビーム電圧（加速電圧）が１０００Ｖ未満のイオン
ビームを用いたイオンミリングであると定義される。例
えば、１００Ｖ〜５００Ｖのビーム電圧が用いられる。
【０３４６】また後述する実験結果によれば、ミリング
時間は２０秒から４０秒程度、ミリング角度は、基板２
０表面の垂直方向に対し３０°から７０°、好ましくは
４０°から６０°傾いた角度で行うことが好ましい。こ
れにより第３反強磁性層３１の両側端部Ｃとその上に形
成される第２反強磁性層３３間で発生する反強磁性的な
相互作用を強め、第３反強磁性層３１の両側端部Ｃとフ
リー磁性層２８の両側端部Ｃ間で発生する交換結合磁界
を強めることができることが確認されている。
【０３４７】次に図２０工程を施す。図２０工程では、
非磁性層３２の両側端部３２ａ上に第２反強磁性層３
３、電極層３４を連続成膜する。成膜にはスパッタや蒸
着法を使用できる。成膜された第２反強磁性層３３の内
側端部３３ａ及び電極層３４の内側端部３４ａは、下面
から上面に向うにしたがって（図示Ｚ方向）、徐々に第
２反強磁性層３３間の間隔が広がる傾斜面あるいは湾曲
面で形成される。
【０３４８】またこの実施形態では第２反強磁性層３３
の下面間の間隔でトラック幅Ｔｗが規定される。
【０３４９】第２反強磁性層３３に使用される材質は、
第３反強磁性層３１に使用される反強磁性材料と同じも
のであることが好ましい。
【０３５０】また図２０に示す工程では、第２反強磁性
層３３と、その下に形成されている第３反強磁性層３１
の両側端部とを足した総合膜厚が８０Å以上で３００Å
以下の厚い膜厚となるように、第２反強磁性層３３の膜
厚を調整することが好ましい。
【０３５１】第３反強磁性層３１の膜厚と第２反強磁性
層３３の膜厚とを足した総合膜厚が８０Å以上で３００
Å以下程度の厚い膜厚で形成されると、単独では反強磁
性の性質を有さなかった第３反強磁性層３１の両側端部
Ｃが反強磁性の性質を帯びやすくなるからである。
【０３５２】図２０に示すように電極層３４まで積層形
成した後、第２反強磁性層３３を構成する元素からなる
反強磁性材料の膜３３ｃ及び電極層３４を構成する元素
からなる電極材料の膜３４ｂが付着したレジスト層Ｒを
リフトオフで除去する。
【０３５３】次に第２の磁場中アニールを施す。このと
きの磁場方向は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）であ
る。なおこの第２の磁場中アニールは、第２の印加磁界
を、第１反強磁性層２２の交換異方性磁界よりも小さ
く、しかも熱処理温度を、第１反強磁性層２２のブロッ
キング温度よりも低くする。なお第２の磁界の大きさを
フリー磁性層２８の飽和磁界及びフリー磁性層２８の反
磁界より大きくすることがより好ましい。これによって
第１反強磁性層２２の交換異方性磁界の方向をハイト方
向（図示Ｙ方向）に向けたまま、第３反強磁性層３１の
交換異方性磁界をトラック幅方向（図示Ｘ方向）に向け
ることができる。なお第２の熱処理温度は例えば２５０
℃であり、磁界の大きさは２４ｋ（Ａ／ｍ）である。
【０３５４】上記のように第３反強磁性層３１の両側端
部Ｃ上に非磁性層３２を介して第２反強磁性層３３が形
成されることで、第３反強磁性層３１の両側端部Ｃと第
２反強磁性層３３間の反強磁性的な相互作用が強まり、
単独では反強磁性の性質を有さなかった第３反強磁性層
３１の両側端部Ｃが反強磁性の性質を帯びる。
【０３５５】このため上記の第２の磁場中アニールによ
って、第３反強磁性層３１の両側端部Ｃは適切に規則化
変態し、第３反強磁性層３１の両側端部Ｃとフリー磁性
層２８の両側端部Ｃとの間に適切な大きさの交換結合磁
界が発生する。これによってフリー磁性層２８の両側端
部Ｃの磁化は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に固定さ
れる。
【０３５６】一方、上記の第２の磁場中アニールによっ
ても、フリー磁性層２８の中央部Ｄ上に形成された第３
反強磁性層３１とフリー磁性層２８の中央部Ｄ間には交
換結合磁界が発生せずあるいはその値は小さく、フリー
磁性層２８の中央部Ｄが両側端部Ｃと同様にトラック幅
方向に強固に固定されるといったことがない。
【０３５７】フリー磁性層２８の中央部Ｄの磁化は外部
磁界に対し磁化反転できる程度に弱く単磁区化された状
態である。
【０３５８】本実施の形態では、交換スティフネス定数
Ａが小さい磁性材料である、前記ＮｉＦｅ層、前記Ｎｉ
ＦｅＸ層、前記非晶質Ｃｏ合金層、前記ＣｏＦｅＸ層に
よって磁性材料層３０が形成されることにより、フリー
磁性層２８の中央部Ｄの磁化方向を、両側端部Ｃに近い
場所であっても外部磁界（記録信号磁界）によって急激
に変化させることが容易になっている。
【０３５９】従って、図１に示される磁気検出素子のフ
リー磁性層２８の中央部Ｄのトラック幅方向における幅
（磁化反転容易な幅）と光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗは同
程度になり、磁気検出素子の狭トラック化を進めたとき
にも高い磁界検出出力を維持できる。
【０３６０】また上記の第２の磁場中アニールで、非磁
性層３２を構成するＲｕなどの貴金属元素が、第３反強
磁性層３１及び第２反強磁性層３３内部に拡散するもの
と考えられる。従って熱処理後における第３反強磁性層
３１及び第２反強磁性層３３の構成元素は、反強磁性層
を構成する元素と貴金属元素とから構成される。また第
３反強磁性層３１及び第２反強磁性層３３内部に拡散し
た貴金属元素は、第３反強磁性層３１の下面側よりも第
３反強磁性層３１の表面側の方が多く、第２反強磁性層
３３の表面側よりも下面側の方が多い。拡散した貴金属
元素の組成比は、第３反強磁性層３１の表面から下面に
向うに従って、及び第２反強磁性層３３の下面から表面
に向うにしたがって徐々に減るものと考えられる。この
ような組成変調は、ＳＩＭＳ分析装置などで確認するこ
とが可能である。
【０３６１】上記のように本発明の製造方法によれば従
来に比べて適切にフリー磁性層２８の磁化制御を行うこ
とができ、狭トラック化においても再生感度に優れた磁
気検出素子を製造することができる。
【０３６２】以上の製造工程によって図１に示す磁気検
出素子を製造することが可能である。
【０３６３】図３に示す磁気検出素子の製造方法は、図
１８ないし図２０に示す工程で行なわれるが、図１９の
イオンミリング工程時に、Ｒｕなどで形成された非磁性
層３２の両側端部３２ａを完全に除去する。上記したよ
うに本発明では、成膜段階における非磁性層３２の膜厚
が非常に薄いので低エネルギーのイオンミリング工程を
使用して非磁性層３２の研削作業を行える。この低エネ
ルギーによるイオンミリングでは、高エネルギーの場合
に比べてミリングレートが遅くなるため、ちょうど非磁
性層３２の両側端部３２ａが除去された時点でミリング
を止めやすい。すなわちミリング制御が従来に比べて容
易となり、非磁性層３２を除去したことで露出する第３
反強磁性層３１の表面が受けるミリングの影響を十分に
小さくできる。
【０３６４】よって図１９工程で、非磁性層３２の両側
端部３２ａのみをイオンミリングで削り、その下の第３
反強磁性層３１が削られないようにミリング制御を行い
やすい。第３反強磁性層３１がミリングされなければ、
第３反強磁性層３１表面にはミリングによるダメージが
発生せず、第３反強磁性層３１の磁気特性を良好に保つ
ことができる。
【０３６５】また図３の点線Ｅで示すように若干、第３
反強磁性層３１の表面が削られても低エネルギーのイオ
ンミリングであるため、第３反強磁性層３１表面はさほ
どイオンミリングによるダメージを受けないものと考え
られる。従って図２０工程で第３反強磁性層３１の両側
端部Ｃ上に第２反強磁性層３３を形成することで、第３
反強磁性層３１の両側端部Ｃと第２反強磁性層３３とを
一体の反強磁性層のように機能させることができ、第３
反強磁性層３１の両側端部Ｃに適切に反強磁性の性質を
帯びさせることができる。よって上記の第２の磁場中ア
ニールにより、第３反強磁性層３１の両側端部Ｃを規則
化変態でき、第３反強磁性層３１の両側端部Ｃとフリー
磁性層２８間に交換結合磁界を生じさせることができ、
フリー磁性層２８の両側端部Ｃを適切にトラック幅方向
（図示Ｘ方向）に固定できる。
【０３６６】また図４に示す磁気検出素子は、図１８に
示す工程を施した後、図１９に示す工程でレジスト層Ｒ
を形成し、次に図２０工程を施すことで製造できる。つ
まり図１９工程でイオンミリング工程を施さない。
【０３６７】図４に示す磁気検出素子の製造方法では、
図１８工程で予め非磁性層３２の膜厚を３Å以下程度に
薄くして形成しており、あるいは図１８に示す工程で、
３Å〜１０Å程度の非磁性層３２を形成した後、非磁性
層３２の上面全体をイオンミリングによって膜厚が３Å
以下となるようにする。
【０３６８】非磁性層３２の膜厚が３Å以下の薄い膜厚
であれば、第３反強磁性層３１の両側端部Ｃと、その上
に非磁性層３２を介して形成される第２反強磁性層３３
との間に反強磁性的な相互作用を生じさせることがで
き、したがって図１９に示す工程で、あらためてイオン
ミリングを施して、非磁性層３２の両側端部３２ａの膜
厚を薄くする、あるいは両側端部３２ａを完全に除去す
る必要性がない。
【０３６９】上記した製造方法により、図３のように第
３反強磁性層３１上に中央部３２ｂ及び両側端部３２ａ
ともに同じ膜厚を有する非磁性層３２を残すことができ
る。
【０３７０】以上、図１、図３、図４のＣＩＰ型の磁気
検出素子の製造方法について説明したが、次に図８に示
すＣＰＰ型の磁気検出素子の製造方法を、特に図１の磁
気検出素子の製造方法と異なる工程について詳述する。
【０３７１】図８に示す磁気検出素子の製造方法におい
て、まず上記した図１８ないし図１９に示す工程を施
す。次に図２１に示す工程で、非磁性層３２の両側端部
３２ａ上に矢印Ｎ方向からのスパッタ角度θ１（図示Ｚ
方向に対する傾き）で、第２反強磁性層３３をスパッタ
成膜する。次に第２反強磁性層３３の上面３３ｂ及び内
側端部３３ａ上にかけて矢印Ｋ方向からのスパッタ角度
θ２（図示Ｚ方向に対する傾き）で絶縁層６７をスパッ
タ成膜する。
【０３７２】なおスパッタ角度θ１及びθ２は同じ角度
でもよいが、好ましくは、スパッタ角度θ２をスパッタ
角度θ１よりも大きくする（すなわちより寝かせる）。
これにより非磁性層３２の中央部３２ｂの両端部上にま
で絶縁層６７の内側先端部６７ａを形成しやすくなる。
なおスパッタ角度θ１及びθ２は、図示Ｚ方向に対しあ
る程度の傾きを持っていることが好ましい。
【０３７３】図２２ないし図２４に示す製造工程は図５
に示す磁気検出素子の製造方法を示す一工程図である。
各図は記録媒体との対向面側から見た部分断面図であ
る。
【０３７４】まず図２２工程では、基板２０上に、シー
ドレイヤ２１、第１反強磁性層２２、固定磁性層２３、
非磁性材料層２７、フリー磁性層２８、第３反強磁性層
３１、および非磁性層３２を連続成膜する。成膜にはス
パッタや蒸着法が使用される。なお、シードレイヤ２
１、第１反強磁性層２２、固定磁性層２３、非磁性材料
層２７、フリー磁性層２８、第３反強磁性層３１、およ
び非磁性層３２の材料及び膜厚は図１８工程と同じであ
る。
【０３７５】また本発明では第３反強磁性層３１の膜厚
を１０Å以上で５０Å以下で形成することが好ましく、
より好ましくは３０Å以上で４０Å以下で形成する。
【０３７６】上記のように第３反強磁性層３１を５０Å
以下の薄い膜厚で形成することにより、第３反強磁性層
３１は反強磁性の性質を有さなくなり、磁場中アニール
を施しても、第３反強磁性層３１が規則化変態しにくく
第３反強磁性層３１とフリー磁性層２８間に交換結合磁
界が発生せずあるいは発生してもその値は小さく、フリ
ー磁性層２８の磁化が、固定磁性層２３と同じように強
固に固定されることがない。
【０３７７】また第３反強磁性層３１が１０Å以上、好
ましくは３０Å以上で形成されるとしたのは、この程度
の膜厚がないと、後工程で第３反強磁性層３１の両側端
部Ｃ上に第２反強磁性層３３を形成しても、第３反強磁
性層３１の両側端部Ｃが反強磁性の性質を帯び難く、第
３反強磁性層３１の両側端部Ｃとフリー磁性層２８の両
側端部Ｃ間に適切な大きさの交換結合磁界が発生しない
からである。
【０３７８】また図２２工程のように第３反強磁性層３
１上に非磁性層３２を形成することで、図２２に示す多
層膜が大気暴露されても第３反強磁性層３１が酸化され
るのを適切に防止できる。
【０３７９】ここで非磁性層３２は大気暴露によって酸
化されにくい緻密な層である必要がある。また熱拡散な
どにより非磁性層３２が第３反強磁性層３１内部に侵入
しても反強磁性層としての性質を劣化させない材質であ
る必要がある。
【０３８０】本発明では非磁性層３２をＲｕ、Ｒｅ、Ｐ
ｄ、Ｏｓ、Ｉｒのいずれか１種または２種以上からなる
貴金属で形成することが好ましい。
【０３８１】Ｒｕなどの貴金属からなる非磁性層３２は
大気暴露によって酸化されにくい緻密な層である。した
がって非磁性層３２の膜厚を薄くしても第３反強磁性層
３１が大気暴露によって酸化されるのを適切に防止でき
る。
【０３８２】本発明では非磁性層３２を３Å以上で１０
Å以下で形成することが好ましい。この程度の薄い膜厚
の非磁性層３２によっても適切に第３反強磁性層３１が
大気暴露によって酸化されるのを適切に防止することが
可能である。
【０３８３】このように薄い膜厚で非磁性層３２を形成
したことによって次工程のイオンミリング制御を適切に
且つ容易に行うことができるのである。
【０３８４】図２２に示すように基板２０上に非磁性層
３２までの各層を積層した後、第１の磁場中アニールを
施す。トラック幅Ｔｗ（図示Ｘ方向）と直交する方向で
ある第１の磁界（図示Ｙ方向）を印加しつつ、第１の熱
処理温度で熱処理し、第１反強磁性層２２と固定磁性層
２３を構成する磁性層２４との間に交換結合磁界を発生
させて、磁性層２４の磁化を図示Ｙ方向に固定する。も
う一方の磁性層２６の磁化は、磁性層２４との間で働く
ＲＫＫＹ相互作用による交換結合によって図示Ｙ方向と
は逆方向に固定される。なお例えば第１の熱処理温度を
２７０℃とし、磁界の大きさを８００ｋ（Ａ／ｍ）とす
る。
【０３８５】また上記したように、この第１の磁場中ア
ニールによって第３反強磁性層３１は膜厚が薄いため規
則化変態しにくく、第３反強磁性層３１とフリー磁性層
２８を構成する磁性材料層３０との間には交換結合磁界
は発生しない。第３反強磁性層３１は５０Å以下の薄い
膜厚で形成されており、反強磁性としての性質を有して
いないからである。
【０３８６】また上記した第１の磁場中アニールによっ
て、非磁性層３２を構成するＲｕなどの貴金属元素が、
第３反強磁性層３１内部に拡散するものと考えられる。
従って熱処理後における第３反強磁性層３１の構成元素
は、反強磁性層を構成する元素と貴金属元素とから構成
される。また第３反強磁性層３１内部に拡散した貴金属
元素は、第３反強磁性層３１の下面側よりも第３反強磁
性層３１の表面側の方が多く、拡散した貴金属元素の組
成比は、第３反強磁性層３１の表面から下面に向うに従
って徐々に減るものと考えられる。このような組成変調
は、ＳＩＭＳ分析装置などで確認することが可能であ
る。
【０３８７】次に図２２工程で非磁性層３２の表面全体
をイオンミリングし、非磁性層３２を点線Ｊの位置まで
削る。
【０３８８】ここで非磁性層３２を一部削る理由は、で
きる限り非磁性層３２の膜厚を薄くしておかないと非磁
性層３２の両側端部３２ａ上に形成される第２反強磁性
層３３と第３反強磁性層３１の両側端部Ｃとの間で反強
磁性的な相互作用を生じさせることができず、フリー磁
性層２８の磁化制御を適切に行うことができなくなるか
らである。
【０３８９】本発明では、このイオンミリング工程で、
非磁性層３２の膜厚を０．２Å（平均値）以上で３Å以
下にすることが好ましい。この程度にまで非磁性層３２
の両側端部３２ａの膜厚を薄くすることで、第３反強磁
性層３１の両側端部Ｃと第２反強磁性層３３間に反強磁
性的な相互作用を生じさせ、第３反強磁性層３１の両側
端部Ｃと第２反強磁性層３３とを一体の反強磁性層のよ
うに機能させることができ、第３反強磁性層３１の両側
端部Ｃに反強磁性の性質を帯びさせることが可能にな
る。
【０３９０】図２２に示すイオンミリング工程では、低
エネルギーのイオンミリングを使用できる。その理由
は、成膜段階で非磁性層３２が３Å〜１０Å程度の非常
に薄い膜厚で形成されているからである。このため本発
明では、低エネルギーのイオンミリングによって非磁性
層３２の途中でミリングを止めやすく、従来に比べてミ
リング制御を向上させることができるのである。
【０３９１】なお、低エネルギーのイオンミリングと
は、ビーム電圧（加速電圧）が１０００Ｖ未満のイオン
ビームを用いたイオンミリングであると定義される。例
えば、１００Ｖ〜５００Ｖのビーム電圧が用いられる。
【０３９２】次に図２３に示す工程では、非磁性層３２
上に第２反強磁性層３３を成膜し、さらに連続して第２
反強磁性層３３の上にＴａなどで形成された中間層（保
護層）３５を成膜する。中間層３５は、第２反強磁性層
３３を大気暴露によって酸化されないように保護するた
めのものである。
【０３９３】第２反強磁性層３３を第３反強磁性層３１
と同じ材質で形成することが好ましい。
【０３９４】また図２３に示す工程では、第２反強磁性
層３３と、その下に非磁性層３２を介して形成されてい
る第３反強磁性層３１とを足した総合膜厚が８０Å以上
で３００Å以下の厚い膜厚となるように、第２反強磁性
層３３の膜厚を調整することが好ましい。
【０３９５】第３反強磁性層３１の膜厚と第２反強磁性
層３３の膜厚とを足した総合膜厚が８０Å以上で３００
Å以下程度の厚い膜厚で形成されると、単独では反強磁
性の性質を有さなかった第３反強磁性層３１が反強磁性
の性質を帯びるからである。
【０３９６】次に図２４に示す工程では、中間層３５上
にトラック幅方向（図示Ｘ方向）に所定の間隔５０ａを
開けて例えば無機材料で形成されたマスク層５０を形成
する。無機材料としては、Ｔａ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｎ
ｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｗ、Ａｌ−Ｏ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ、Ｓｉ
−Ｏなどを選択できる。このうち金属材料でマスク層５
０を形成する場合には、マスク層５０を製造工程後にお
いてもそのまま残して電極層として機能させることもで
きる。
【０３９７】マスク層５０の形成は、例えば中間層３５
の中央部上にレジスト層（図示しない）を立てておき、
その両側をマスク層５０で埋めた後、レジスト層を除去
してマスク層５０に所定幅の間隔５０ａを形成する。あ
るいは中間層３５上全体にマスク層５０を形成した後、
レジスト層（図示しない）をマスク層５０上に重ねて形
成し、レジスト層の中央部に露光現像によって穴部を形
成した後、この穴部から露出するマスク層５０をＲＩＥ
などで削って、マスク層５０に所定幅の間隔５０ａを形
成する。
【０３９８】あるいは本発明ではマスク層５０をレジス
トで形成してもよい。図２４に示す工程では、マスク層
５０の間隔５０ａ内から露出する中間層３５をＲＩＥや
イオンミリングによって削り、さらに中間層３５下の第
２反強磁性層３３を点線Ｋの位置まで削り込む。このと
き点線Ｋ下の第２反強磁性層３３の膜厚と第３反強磁性
層３１の膜厚を足した総合膜厚が５０Å以下になるまで
第２反強磁性層３３を削り込むことが好ましい。より好
ましくは４０Å以下である。そうしないと、第３反強磁
性層３１の中央部Ｄが反強磁性の性質を残してしまい、
次工程の第２磁場中アニールで、第３反強磁性層３１の
中央部Ｄとフリー磁性層２８の中央部Ｄ間で交換結合磁
界が発生し、フリー磁性層２８の中央部Ｄの磁化が強固
に固定されてしまうからである。
【０３９９】図２４の点線Ｋのように第２反強磁性層３
３の途中まで削り込み、フリー磁性層２８の中央部Ｄ上
に第２反強磁性層３３を一部残す場合、図６に示す磁気
検出素子を製造することができる。
【０４００】またマスク層５０の間隔５０ａ内から露出
する第２反強磁性層３３をすべて除去し、非磁性層３２
を間隔５０ａ内から露出させてもよい。このとき、非磁
性層３２が途中まで削られてもよい。非磁性層３２を間
隔５０ａ内から露出させた段階でミリングを止めると図
５に示す磁気検出素子が完成する。
【０４０１】さらに非磁性層３２もすべて削り、その下
に形成されている第３反強磁性層３１を一点鎖線Ｌまで
除去してミリングを止めると、図７に示す磁気検出素子
が完成する。
【０４０２】図２４に示すように、第２反強磁性層３３
は、基板２０表面に対し垂直方向に削り込まれるので、
第２反強磁性層３３の内側端部３３ａは基板２０表面に
対し垂直方向（図示Ｚ方向）に形成される。なお当然
に、第２反強磁性層３３の下側に形成された層まで削り
込むときには、削り込まれた各層の内側端面は基板２０
表面に対し垂直方向に形成された状態になっている。
【０４０３】すなわち、第２反強磁性層３３の表面３３
ａに開口部を有し、光学的トラック幅に等しい寸法の幅
寸法を有する凹部７５が形成される。
【０４０４】なお例えば図２４の点線Ｍのように、マス
ク層５０の内側端部５０ｂが、下面から上面に向け徐々
に間隔５０ａが広がる傾斜面や湾曲面で形成されている
場合、またはイオンミリングや反応性イオンエッチング
の入射角度が基板表面に対して斜め方向であるときに
は、第２反強磁性層３３等の内側端部３３ａも傾斜面あ
るいは湾曲面として形成される。
【０４０５】第２反強磁性層３３の内側端部３３ａが傾
斜面あるいは湾曲面として形成されていると、削り込ま
れる間隔５０ａ内のトラック幅方向（図示Ｘ方向）への
幅寸法は下面に向うほど狭くなっていく。このためトラ
ック幅Ｔｗを、マスク層５０の間隔５０ａの幅よりもさ
らに小さくでき、より狭トラック化に対応可能な磁気検
出素子を製造することができる。
【０４０６】またどこまで削り込むかは任意であるが、
少なくともフリー磁性層２８の中央部Ｄ上に反強磁性を
帯びる程度の厚い膜厚の反強磁性層を残さないこと、お
よびフリー磁性層２８がＲＩＥやイオンミリング工程で
削り込まれないようにすることが重要である。フリー磁
性層２８がイオンミリング等で削り込まれると、従来と
同じように、フリー磁性層２８がミリングによるダメー
ジを受けて磁気特性の劣化を招きやすくなり好ましくな
い。
【０４０７】上記したＲＩＥやイオンミリング工程が終
了した後、第２の磁場中アニールを施す。このときの磁
場方向は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）である。なお
この第２の磁場中アニールは、第２の印加磁界を、第１
反強磁性層２２の交換異方性磁界よりも小さく、しかも
熱処理温度を、第１反強磁性層２２のブロッキング温度
よりも低くする。なお第２の磁界の大きさをフリー磁性
層２８の飽和磁界及びフリー磁性層２８の反磁界より大
きくすることがより好ましい。これによって第１反強磁
性層２２の交換異方性磁界の方向をハイト方向（図示Ｙ
方向）に向けたまま、第３反強磁性層３１の両側端部Ｃ
の交換異方性磁界をトラック幅方向（図示Ｘ方向）に向
けることができる。なお第２の熱処理温度は例えば２５
０℃であり、磁界の大きさは２４ｋ（Ａ／ｍ）である。
【０４０８】第３反強磁性層３１の両側端部Ｃは、その
上に形成された第２反強磁性層３３との間で発生する反
強磁性的な相互作用によって反強磁性の性質を帯びてい
るから、この第２の磁場中アニールによって、第３反強
磁性層３１の両側端部Ｃは規則化変態し、第３反強磁性
層３１の両側端部Ｃとフリー磁性層２８の両側端部Ｃと
の間に大きな交換結合磁界が発生する。これによってフ
リー磁性層２８の両側端部Ｃの磁化は、トラック幅方向
（図示Ｘ方向）に固定される。
【０４０９】一方、フリー磁性層２８の中央部Ｄ上には
反強磁性の性質を帯びない程度の薄い膜厚の反強磁性層
しか形成されていないから、上記の第２の磁場中アニー
ルによっても、フリー磁性層２８の中央部Ｄ上に形成さ
れた第３反強磁性層３１の中央部Ｄは規則化変態せず、
第３反強磁性層３１の中央部Ｄとフリー磁性層２８の中
央部Ｄ間には交換結合磁界が発生せずあるいは発生して
もその値は小さく、フリー磁性層２８の中央部Ｄが両側
端部Ｃと同様にトラック幅方向に強固に固定されるとい
ったことがない。
【０４１０】フリー磁性層２８の中央部Ｄの磁化は外部
磁界に対し磁化反転できる程度に弱く単磁区化された状
態である。
【０４１１】本実施の形態では、交換スティフネス定数
Ａが小さい磁性材料である、前記ＮｉＦｅ層、前記Ｎｉ
ＦｅＸ層、前記非晶質Ｃｏ合金層、前記ＣｏＦｅＸ層に
よって磁性材料層３０が形成されることにより、フリー
磁性層２８の中央部Ｄの磁化方向を、磁化がＸ方向に固
定された両側端部Ｃに近い場所であっても外部磁界（記
録信号磁界）によって急激に変化させることが容易にな
っている。
【０４１２】従って、図５に示される磁気検出素子のフ
リー磁性層２８の中央部Ｄのトラック幅方向における幅
（磁化反転容易な幅）と光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗは同
程度になり、磁気検出素子の狭トラック化を進めたとき
にも高い磁界検出出力を維持できる。
【０４１３】このように本発明では、従来に比べてフリ
ー磁性層２８の磁化制御を適切に行うことができ、狭ト
ラック化においても再生感度に優れた磁気検出素子を製
造することができる。
【０４１４】また上記の第２の磁場中アニールで、非磁
性層３２を構成するＲｕなどの貴金属元素が、第３反強
磁性層３１及び第２反強磁性層３３内部に拡散するもの
と考えられる。従って熱処理後における第３反強磁性層
３１及び第２反強磁性層３３の構成元素は、反強磁性層
を構成する元素と貴金属元素とから構成される。また第
３反強磁性層３１及び第２反強磁性層３３内部に拡散し
た貴金属元素は、第３反強磁性層３１の下面側よりも第
３反強磁性層３１の表面側の方が多く、第２反強磁性層
３３の表面側よりも下面側の方が多い。拡散した貴金属
元素の組成比は、第３反強磁性層３１の表面から下面に
向うに従って、及び第２反強磁性層３３の下面から表面
に向うにしたがって従って徐々に減るものと考えられ
る。このような組成変調は、ＳＩＭＳ分析装置などで確
認することが可能である。
【０４１５】またこの第２の磁場中アニールを図２０工
程の後、すなわち非磁性層３２上に第２反強磁性層３３
及び中間層３５を成膜した後、施してもよい。かかる場
合、第３反強磁性層３１は第２反強磁性層３３が重ねて
形成されたことで、反強磁性の性質を帯びており、第２
の磁場中アニールで第３反強磁性層３１は規則化変態
し、第３反強磁性層３１とフリー磁性層２８との間で大
きな交換結合磁界が生じ、一旦、フリー磁性層２８全体
の磁化がトラック幅方向に固定されやすくなるが、図２
４工程で、第２反強磁性層３３の中央部Ｄや第３反強磁
性層３１の中央部Ｄを削り込むことで、フリー磁性層２
８の中央部Ｄ上に形成された反強磁性層との間で発生す
る交換結合磁界は弱まり、フリー磁性層２８の中央部Ｄ
を磁化反転しやすい程度に弱い磁化固定状態に変えるこ
とができるものと考えられる。
【０４１６】図２４に示すマスク層５０がレジストな
ど、残しておいても電極層とはなり得ない材質の場合、
マスク層５０を除去した後、電極層３４を第２反強磁性
層３３上に形成する。
【０４１７】以上図５ないし図７に示すＣＩＰ型の磁気
検出素子の製造方法について説明したが、次に図９に示
すＣＰＰ型の磁気検出素子の製造方法を、特に図５ない
し図７に示す磁気検出素子の製造方法と異なる部分につ
いて詳述する。
【０４１８】図２２工程後、図２３工程で、第２反強磁
性層３３の上に第１絶縁層７０を連続スパッタ成膜す
る。
【０４１９】次に第１絶縁層７０の上に露光現像によっ
てトラック幅方向（図示Ｘ方向）の中央部に穴部が設け
られたレジスト層を形成する。
【０４２０】次にイオンミリングによって前記レジスト
層に覆われていない第１絶縁層７０及び第２反強磁性層
３３を削り込む。
【０４２１】なお、第２反強磁性層３３の両側端部Ｃ上
に第１絶縁層７０を形成し、第１絶縁層７０をマスクと
して、第１絶縁層７０に覆われていない第２反強磁性層
３３の中央部Ｄを削ってもよい。
【０４２２】図２５に示す工程では、第１絶縁層７０上
から第２反強磁性層３３及び第１絶縁層７０の内側端
部、および磁気検出素子の中央部ＤにかけてＡｌ2Ｏ3、
ＳｉＯ 2、ＡｌＮ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ、Ａｌ−Ｓｉ−
Ｏ、Ｔｉ2Ｏ3、Ｔｉ3Ｏ5などの絶縁材料からなる第２絶
縁層７１をスパッタ成膜する。スパッタ法には、イオン
ビームスパッタ法、ロングスロースパッタ法、コリメー
ションスパッタ法などを使用できる。
【０４２３】ここで注意すべき点は、第２絶縁層７１を
形成する際のスパッタ角度θ３（図示Ｚ方向からの傾
き）にある。図２５に示すようにスパッタ方向Ｐは、多
層膜の各層の膜面の垂直方向に対しθ３のスパッタ角度
を有しているが本発明ではスパッタ角度θ３をできる限
り大きくして（すなわちより寝かせて）、第２反強磁性
層３３の内側端部３３ａ上に第２絶縁層７１が成膜され
やすいようにすることが好ましい。例えばスパッタ角度
θ３は５０〜７０°である。
【０４２４】このようにスパッタ角度θ３を大きくする
ことで、第２反強磁性層３３の内側端部３３ａ上に形成
される第２絶縁層７１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）
への膜厚Ｔ３を、磁気検出素子の上面や第１絶縁層７０
に形成される第２絶縁層７１の膜厚Ｔ４よりも厚く形成
できる。このように第２絶縁層７１の膜厚を調整しない
と次工程でのイオンミリングで、第２反強磁性層３３の
内側端部３３ａ上に形成された第２絶縁層７１がすべて
除去されてしまい、あるいは第２絶縁層７１が残っても
その膜厚は非常に薄くなり、適切に分流ロスを低減させ
るための絶縁層として機能させることができない。
【０４２５】次に多層膜の各層の膜面と垂直方向（図示
Ｚ方向と平行な方向）あるいは垂直方向に近い角度（多
層膜の各層表面の垂直方向に対し０°〜２０°程度）か
らイオンミリングＱを施す。このとき磁気検出素子の中
央部Ｄ上に形成された第２絶縁層７１を適切に除去する
までイオンミリングを施す。このイオンミリングによっ
て第１絶縁層７０の上面７０ａに形成された第２絶縁層
７１も除去される。一方、第２反強磁性層３３の内側端
部３３ａ上に形成された第２絶縁層７１も若干削れるも
のの、磁気検出素子の中央部Ｄ上に形成された第２絶縁
層７１よりも厚い膜厚Ｔ３を有し、しかもイオンミリン
グのミリング方向Ｑは、第２反強磁性層３３の内側端部
３３ａ上に形成された第２絶縁層７１から見ると斜め方
向になるため、第２反強磁性層３３の内側端部３３ａ上
に形成された第２絶縁層７１は、磁気検出素子の中央部
Ｄ上に形成された第２絶縁層７１に比べて削られ難く、
よって第２反強磁性層３３の内側端部３３ａ上には適度
な膜厚の第２絶縁層７１が残される。
【０４２６】第２反強磁性層３３の内側端部３３ａ上に
残される第２絶縁層７１のトラック幅方向における膜厚
Ｔ３は５〜１０ｎｍ程度であることが好ましい。
【０４２７】図２６に示すように第２反強磁性層３３の
上面３３ｂは第１絶縁層７０によって覆われ、また第２
反強磁性層３３の内側端部３３ａは第２絶縁層７１によ
って覆われた状態になっている。そして必要ならば、絶
縁層７０、７１から磁気検出素子の中央部Ｄにかけて図
９に示す非磁性層６９を形成した後、上部シールドを兼
ね備えた上部電極層６８をメッキ形成する。
【０４２８】以上のようにして形成された磁気検出素子
では、第２反強磁性層３３の上面３３ｂ、および内側端
部３３ａ上を適切に絶縁層７０、７１によって覆うこと
ができ、シールド層から流れる電流の分流ロスを適切に
抑制できるＣＰＰ型の磁気検出素子を製造することが可
能になる。
【０４２９】図１０及び図１１に示された磁気検出素子
を形成するときには、図１８工程において第３反強磁性
層を成膜せずにフリー磁性層２８の上に非磁性層３２を
成膜し、図１９工程の後、レジスト層Ｒを付けたまま、
強磁性層５１，５１、第２反強磁性層５２，５２、電極
層５３，５３を成膜すればよい。その他、強磁性層５
１，５１と第２反強磁性層５２，５２の間に交換結合磁
界を発生させるための第２の磁場中アニールの条件など
は、図１に示された磁気検出素子の製造方法と同様であ
る。
【０４３０】また、図１２ないし図１４に示された磁気
検出素子を形成するときには、フリー磁性層２８上に直
接非磁性層３２を積層した状態で第１の磁場中アニール
を行なう。次に、低エネルギーのイオンミリングを行な
って、非磁性層３２表面の酸化膜を除去した後、強磁性
層５６、第２反強磁性層５７、中間層５８をベタ膜状態
で積層する。さらに、第２の磁場中アニールと凹部８０
を形成する工程を行なう。第１の磁場中アニール、低エ
ネルギーのイオンミリング、第２の磁場中アニールと凹
部８０を形成する工程は、図５に示された磁気検出素子
の製造方法と同様である。
【０４３１】また図１５に示す積層フェリ構造でフリー
磁性層２８を形成した場合、フリー磁性層２８を構成す
る磁性層９２までをイオンミリングで削ってもよい。こ
れにより中央部Ｄでは非磁性中間層９１が露出し、中央
部Ｄでは１層の磁性層９０がフリー磁性層として機能す
る。両側端部Ｃ，Ｃでは、フリー磁性層２８は積層フェ
リ構造を保ち、一方向***換バイアス磁界が増強され、
より確実にフリー磁性層２８の両側端部Ｃ，Ｃをトラッ
ク幅方向に固定でき、サイドリーディングの発生を抑制
できる磁気検出素子を製造できる。
【０４３２】また図１７に示すバックド層９７を有する
形態でフリー磁性層２８を形成する場合、中央部Ｄでバ
ックド層９７を露出させてもよい。
【０４３３】また図８、図９に示す磁気検出素子では非
磁性材料層２７がＣｕなどの非磁性導電材料で形成され
てもよいし、あるいは非磁性材料層２７がＡｌ2Ｏ3やＳ
ｉＯ 2などの絶縁材料で形成されてもよい。前者の磁気
検出素子はスピンバルブ型ＧＭＲ磁気抵抗効果素子と呼
ばれる構造であり、後者の磁気検出素子はトンネル型磁
気抵抗効果型素子と呼ばれる構造である。
【０４３４】トンネル型磁気抵抗効果型素子は、トンネ
ル効果を利用して抵抗変化を生じさせるものであり、磁
性層２６とフリー磁性層２８との磁化が反平行のとき、
最も非磁性材料層２７を介してトンネル電流が流れにく
くなって、抵抗値は最大になり、一方、磁性層２６とフ
リー磁性層２８との磁化が平行のとき、最もトンネル電
流は流れ易くなり抵抗値は最小になる。
【０４３５】この原理を利用し、外部磁界の影響を受け
てフリー磁性層２８の磁化が変動することにより、変化
する電気抵抗を電圧変化または電流変化としてとらえ、
記録媒体からの洩れ磁界が検出されるようになってい
る。
【０４３６】なお、図８、図９に示すＣＰＰ型の磁気検
出素子ではいずれも下部電極層６５及び上部電極層６８
を多層膜の上下に接して形成し、シールド層の機能を持
たせているが、このような構成によって電極層とシール
ド層とを別々に形成する必要性が無くなり、ＣＰＰ型の
磁気検出素子の製造を容易化することが可能になる。
【０４３７】しかも電極機能とシールド機能とを兼用さ
せれば、シールド層間の間隔で決定されるギャップ長Ｇ
１を非常に短くすることができ（図２５を参照、なお非
磁性層６９が設けられる場合は、非磁性層６９の膜厚も
含めてギャップ長Ｇｌが決定される）、今後の高記録密
度化により適切に対応可能な磁気検出素子を製造するこ
とが可能になる。
【０４３８】ただし多層膜の上面及び／または下面に、
例えばＡｕ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａなどからなる電極層を設
け、多層膜と反対側の電極層の面にギャップ層を介して
磁性材料製のシールド層を設ける構成であってもかまわ
ない。
【０４３９】また、図１０から図１４に示される磁気検
出素子に下部電極層及び上部電極層を形成してＣＰＰ型
の磁気検出素子を構成することもできる。
【０４４０】なお上述したＣＩＰ型の磁気検出素子を用
いて磁気ヘッドを構成するときには、磁気検出素子の下
に絶縁性材料からなる下部ギャップ層、及びこの下部ギ
ャップ層下に積層される磁性合金からなる下部シールド
層が形成され、磁気検出素子上に、絶縁性材料からなる
上部ギャップ層、及びこの上部ギャップ層上に積層され
る磁性合金からなる上部シールド層が形成される。な
お、ＣＰＰ型の磁気検出素子の場合には、既に下部シー
ルドを兼用する下部電極層、及び上部シールドを兼用す
る上部電極層が形成されている。また、前記上部シール
ド層または上部電極層上に書き込み用のインダクティブ
素子が積層されてもよい。
【０４４１】また本発明における磁気検出素子はハード
ディスク装置に内蔵される磁気ヘッドに装備されるほか
磁気センサなどにも使用可能である。
【０４４２】なお、本発明は、固定磁性層の下層にフリ
ー磁性層が形成され、フリー磁性層２８の下層に第２反
強磁性層がトラック幅方向に間隔をあけて形成される、
いわゆるトップスピンバルブ型磁気検出素子にも適用で
きる。
【０４４３】
【実施例】図２７は、エクスチェンジバイアス方式の磁
気検出素子の光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗと磁界検出出力
との関係を示すグラフである。
【０４４４】図１に示される膜構成のエクスチェンジバ
イアス方式の磁気検出素子であって、フリー磁性層２８
の磁性材料層３０の材料が異なる３種類の磁気検出素子
の光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗを変化させて磁界検出出力
を測定した。
【０４４５】なお、素子高さＭＲｈは光学的トラック幅
Ｏ−Ｔｗの０．７５倍となる寸法とし、フリー磁性層の
単位面積当りの磁気モーメントＭｓｔが０．４６ｍｅｍ
ｕ／ｃｍ2（５．８Ｔ・ｎｍ）で一定になるように磁性
材料層３０の材料に応じて膜厚を調整した。
【０４４６】図２７のグラフにおいて、（◇）を結んだ
点線はフリー磁性層２８の磁性材料層３０を従来用いら
れてきたＮｉ80Ｆｅ20で形成したときの結果を示し、
（□）を結んだ曲線はフリー磁性層２８の磁性材料層３
０を従来用いられてきたＣｏで形成したときの結果を示
している。
【０４４７】また、（○）を結んだ実線はフリー磁性層
２８の磁性材料層３０をＮｉＦｅＮｂ合金で形成したと
きの結果であり、本発明の実施例を示している。
【０４４８】Ｎｉ80Ｆｅ20の交換スティフネス定数Ａの
値は、１×１０-6（ｅｒｇ／ｃｍ）、Ｃｏの交換スティ
フネス定数Ａの値は、おおよそ２×１０-6（ｅｒｇ／ｃ
ｍ）、ＮｉＦｅＮｂ合金の交換スティフネス定数Ａの値
は、おおよそ５×１０-7（ｅｒｇ／ｃｍ）である。
【０４４９】図２７から、フリー磁性層２８をいずれの
磁性材料を用いて形成しても光学的トラック幅寸法が小
さくなるにつれて磁界検出出力も小さくなることがわか
る。特に、光学的トラック幅が０．１２μｍ以下、さら
には０．１μｍ以下になると、磁界検出出力が急激に低
下している。
【０４５０】しかし、同じ光学的トラック幅寸法であれ
ば、交換スティフネス定数ＡがＮｉ 80Ｆｅ20やＣｏより
小さいＮｉＦｅＮｂ合金（上記具体的な組成）を用いて
磁性材料層３０が形成された磁気検出素子は、Ｎｉ80Ｆ
ｅ20やＣｏで磁性材料層３０が形成された磁気検出素子
よりも、磁界検出出力が常に大きくなっていることがわ
かる。
【０４５１】例えば、光学的トラック幅が０．１５μｍ
のとき、磁性材料層３０をＮｉ80Ｆｅ20で形成した磁気
検出素子の磁界検出出力は１．３（ｍＶ）、磁性材料層
３０をＣｏで形成した磁気検出素子の磁界検出出力は
１．１（ｍＶ）であるのに対し、ＮｉＦｅＮｂ合金を用
いて磁性材料層３０が形成された磁気検出素子の磁界検
出出力は１．５（ｍＶ）である。
【０４５２】同様に、光学的トラック幅が０．１２μｍ
のとき、磁性材料層３０を形成する材料を、Ｎｉ80Ｆｅ
20、Ｃｏ、ＮｉＦｅＮｂ合金とした磁気検出素子の磁界
検出出力はそれぞれ、１．２（ｍＶ）、１．０（ｍ
Ｖ）、１．４（ｍＶ）である。
【０４５３】さらに、光学的トラック幅が０．１μｍの
とき、磁性材料層３０を形成する材料を、Ｎｉ80Ｆ
ｅ20、Ｃｏ、ＮｉＦｅＮｂ合金とした磁気検出素子の磁
界検出出力はそれぞれ、１．１（ｍＶ）、０．９（ｍ
Ｖ）、１．３（ｍＶ）である。
【０４５４】従って、フリー磁性層２８の材料に、従来
のＮｉ80Ｆｅ20やＣｏより交換スティフネス定数Ａが小
さい磁性材料を用いることで、光学的トラック幅を小さ
くしたときにも磁界検出出力を高く維持できる磁気検出
素子を提供できることがわかる。
【０４５５】図２８は、図１に示された膜構成を有する
磁気検出素子の、フリー磁性層２８を構成する磁性材料
層３０を形成するための磁性材料の交換スティフネス定
数を変化させたときの磁界検出出力の変化を示すグラフ
である。
【０４５６】なお、本実施例では、光学的トラック幅が
０．０５μｍ（○）、０．１０μｍ（△）、０．１５μ
ｍ（□）、０．２０μｍ（◇）の４つの場合について調
べている。また、交換スティフネス定数Ａ＝１．０×１
０-6（ｅｒｇ／ｃｍ）（１．０×１０-11（Ｊ／ｍ））
のときの磁界検出出力を１として規格化している。
【０４５７】図２８のグラフをみると、いずれの光学的
トラック幅においても、交換スティフネス定数Ａが小さ
くなると磁界検出出力は大きくなっている。
【０４５８】特に、交換スティフネス定数Ａが、従来フ
リー磁性層２８の磁性材料層３０を形成するために用い
られてきたＮｉ80Ｆｅ20の交換スティフネス定数の値で
あるＡ＝１．０×１０-6（ｅｒｇ／ｃｍ）よりも小さく
なると、磁界検出出力は指数関数的に増大し、磁性材料
層３０の交換スティフネス定数Ａを低減させることの効
果が大きいことがわかる。
【０４５９】次に、フリー磁性層２８の磁性材料層３０
の交換スティフネス定数Ａを小さくするための組成につ
いて検討した。磁性材料の交換スティフネス定数Ａはス
ピン波共鳴などの手法により測定できる。
【０４６０】図２９は、ＮｉＦｅ（パーマロイ）中のＮ
ｉ濃度と交換スティフネス定数Ａの関係を示すグラフで
ある。
【０４６１】図２９からＮｉＦｅの交換スティフネス定
数Ａを、従来フリー磁性層２８の磁性材料層３０を形成
するために用いられてきたＮｉ80Ｆｅ20の交換スティフ
ネス定数の値であるＡ＝１．０×１０-6（ｅｒｇ／ｃ
ｍ）（＝１．０×１０-11（Ｊ／ｍ））よりも小さくす
るためには、ＮｉＦｅのＮｉ濃度を８０ａｔ％以上にす
ればよいことがわかる。なお、本発明においては、Ｎｉ
濃度が１００ａｔ％の磁性材料を用いてフリー磁性層２
８の磁性材料層３０を形成してもよい。
【０４６２】これから、本発明では、フリー磁性層をＮ
ｉaＦｅb（ただし、ａ，ｂはａｔ％で、ａ＞８０ａｔ
％、ａ＋ｂ＝１００ａｔ％の関係を満足するものであ
る）からなるＮｉＦｅ層を有するものとした。
【０４６３】図３０及び図３１は、組成がＮｉＦｅＸ
（ただしＸはＭｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓ
ｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｓｎ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｎｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｍ
ｏ，Ｏｓ，Ｔａから選ばれる１種または２種以上の元
素）である磁性材料中の元素Ｘ濃度と交換スティフネス
定数Ａの関係を示すグラフである。
【０４６４】図３０及び図３１から、Ｎｉ80Ｆｅ20に添
加元素Ｘを添加した磁性材料（Ｎｉ 0.8Ｆｅ0.2）cＸ
d（ただし、ＸはＭｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇ
ｅ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｓｎ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｎｂ，Ｓｂ，
Ｗ，Ｍｏ，Ｏｓ，Ｔａから選ばれる元素であり、ｃ，ｄ
はａｔ％で、ｄ＞０ａｔ％、ｃ＋ｄ＝１００ａｔ％であ
る）は、添加元素が含有されていない磁性材料Ｎｉ80Ｆ
ｅ20よりも交換スティフネス定数Ａが小さくなることが
わかる。これらの結果からＮｉ80Ｆｅ20にＭｎ，Ｃｕ，
Ｚｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｓｎ，Ｉ
ｒ，Ｒｕ，Ｎｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｏｓ，Ｔａのうちか
ら選ばれる２種以上の元素を添加しても交換スティフネ
ス定数Ａが添加前に比べて小さくなることが推測され
る。
【０４６５】なお、図３１に示されるように、Ｎｉ80Ｆ
ｅ20にＡｕまたはＰｄを添加しても、交換スティフネス
定数Ａはほとんど低下しない。
【０４６６】なお、組成がＮｉＦｅＸ（ただし、ＸはＣ
ｕ，Ｃｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｔａから選ばれる１種
または２種以上から選ばれる元素）である磁性材料は、
元素Ｘが添加されないＮｉＦｅと比べて保磁力及び磁歪
があまり増加しないので、フリー磁性層の一部となる本
発明のＮｉＦｅＸ層を形成する磁性材料としてより好ま
しい。
【０４６７】図３２及び図３３は、組成がＣｏＦｅＸ
（ただしＸはＴｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｔ
ａ，Ｚｎ，Ｓｂ，Ｇｅ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種また
は２種以上の元素）である磁性材料中の元素Ｘ濃度と交
換スティフネス定数Ａの関係を示すグラフである。
【０４６８】図３２及び図３３から、Ｃｏ90Ｆｅ10に添
加元素Ｘを添加した磁性材料（Ｃｏ 0.9Ｆｅ0.1）eＸf層
（ただしＸはＴｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｔ
ａ，Ｚｎ，Ｓｂ，Ｇｅ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる元素であ
り、ｅ，ｆはａｔ％で、ｆ＞０ａｔ％、ｅ＋ｆ＝１００
ａｔ％である）は、添加元素が含有されていない磁性材
料Ｃｏ90Ｆｅ10よりも交換スティフネス定数Ａが小さく
なることがわかる。特に、添加元素ＸとしてＶ，Ｃｒ，
Ｍｏ，Ｗを用いると交換スティフネス定数Ａの低下率が
大きくなる。
【０４６９】なお、これらの結果から、Ｃｏ90Ｆｅ10に
Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｚｎ，Ｓ
ｂ，Ｇｅ，Ｍｏ，Ｗから２種以上の元素を添加しても交
換スティフネス定数Ａが添加前に比べて小さくなること
が推測される。
【０４７０】また、図３２及び図３３に示されるよう
に、Ｃｏ90Ｆｅ10にＣｕ、ＰｔまたはＰｄを添加して
も、交換スティフネス定数Ａの低下は小さく本発明にお
ける添加元素Ｘとして用いるにはふさわしくないことが
わかる。
【０４７１】表１は、種々の非晶質Ｃｏ合金の交換ステ
ィフネス定数Ａを、従来フリー磁性層を形成するために
用いられてきた磁性材料Ｎｉ80Ｆｅ20及びＣｏ90Ｆｅ10
の交換スティフネス定数Ａと比較したものである。
【０４７２】
【表１】
【０４７３】（表１）から非晶質Ｃｏ合金である、Ｃｏ
ＦｅＳｉＢ合金、ＣｏＦｅＳｉＢＭ合金（ただし、Ｍは
ＮｉまたはＭｏから選ばれる元素）、ＣｏＦｅＰＢＡｌ
合金、ＣｏＭｎＢ合金、ＣｏＭｏＺｒ合金の交換スティ
フネス定数Ａは、いずれもＮｉ80Ｆｅ20及びＣｏ90Ｆｅ
10の交換スティフネス定数Ａより小さいことがわかる。
【０４７４】従って、本発明では、従来のＮｉ80Ｆｅ20
やＣｏより交換スティフネス定数Ａが小さい上記磁性材
料によって形成されたＮｉaＦｅb（ただし、ａ，ｂはａ
ｔ％で、ａ＞８０ａｔ％、ａ＋ｂ＝１００ａｔ％の関係
を満足するものである）、ＮｉＦｅＸ（ただしＸはＭ
ｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｖ，
Ｓｎ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｎｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｏｓ，Ｔａ
から選ばれる１種または２種以上の元素である）、非晶
質Ｃｏ合金層、ＣｏＦｅＸ層（ただしＸはＴｉ，Ａｌ，
Ｍｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｚｎ，Ｓｂ，Ｇｅ，Ｍ
ｏ，Ｗから選ばれる１種または２種以上の元素であ
る）、を用いてフリー磁性層を形成することで、光学的
トラック幅を小さくしたときにも磁界検出出力を高く維
持できる磁気検出素子を提供できることが実証された。
【０４７５】なお、図３０から図３３以外の磁性材料の
交換スティフネス定数Ａは、その磁性材料のキュリー温
度から推定することができる。
【０４７６】「近角聡信著 強磁性体の物理（上） 裳
華房 １９８４」の第１３２頁から第１３５頁の記載を
参照すると、ある磁性材料に含まれる原子のスピンの相
互作用の強さを表わす定数である交換積分をＪとし、ボ
ルツマン定数をｋ、磁性材料のキュリー温度をΘfとす
ると、Ｊ∝ｋΘfの関係があることがわかる。
【０４７７】従って
【数式５】 となり、キュリー温度Θfから交換スティフネス定数Ａ
を求めることができる。なお、Ｃは磁性体の結晶構造に
依存する定数である。例えば、種々の統計理論により予
測されるＣの値は、体心立方格子でＣ＝２〜４、面心立
方格子でＣ＝３〜６である。
【０４７８】なお、前記フリー磁性層の第２反強磁性層
に最も近い最上層または最下層が（Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1）e
Ｃｒf層（ただし、ｅ，ｆはａｔ％で、０ａｔ％＜ｆ＜
２０ａｔ％、ｅ＋ｆ＝１００ａｔ％）であると、第２反
強磁性層とフリー磁性層間に働く交換結合磁界が大きく
なり、第２反強磁性層と重なるフリー磁性層の両側端部
の磁化方向が強固に固定されるので、磁気検出素子の光
学的トラック幅Ｏ−Ｔｗ以外の領域でフリー磁性層の磁
化方向が変化することによるサイドリーディングが抑え
られる。
【０４７９】図３４は、比較例としてＣｏＦｅ層の膜厚
と、ＰｔＭｎからなる反強磁性層とＣｏＦｅ層間の交換
結合磁界との関係、及び実施例としてＣｏＦｅＣｒ層の
膜厚とＰｔＭｎからなる反強磁性層とＣｏＦｅＣｒ層間
の交換結合磁界との関係を示すグラフである。
【０４８０】実験には、以下に示す膜構成の薄膜積層体
を用いた。シリコン基板／アルミナ（１０００Å）／
（Ｎｉ0.8Ｆｅ0.2）60Ｃｒ40（６０Å）／Ｐｔ50Ｍｎ50
（１２０Å）／Ｃｏ90Ｆｅ10（１４Å）／Ｒｕ（８．７
Å）／Ｃｏ90Ｆｅ10（２０Å）／Ｃｕ（２１Å）／Ｃｏ
90Ｆｅ10（１０Å）／Ｎｉ80Ｆｅ20（３０Å）／（Ｃｏ
0.9Ｆｅ0.1）ＣｒまたはＣｏ90Ｆｅ10／Ｐｔ50Ｍｎ
50（３００Å）／Ｔａ（５０Å）。なお、各層はベタ膜
状に形成している。
【０４８１】この実施例及び比較例では、フリー磁性層
が／Ｃｏ90Ｆｅ10（１０Å）／Ｎｉ 80Ｆｅ20（３０Å）
／（Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1）ＣｒまたはＣｏ90Ｆｅ10／からな
る３層構造であり、フリー磁性層の最上層にある（Ｃｏ
0.9Ｆｅ0.1）Ｃｒ層またはＣｏ90Ｆｅ10層と第２反強磁
性層であるＰｔ50Ｍｎ50層（３００Å）とが直接接して
交換結合磁界が発生している。
【０４８２】図３４から、第２反強磁性層（Ｐｔ50Ｍｎ
50層）に接しているフリー磁性層の最上層がＣｏ90Ｆｅ
10層であるとき、このＣｏ90Ｆｅ10層の膜厚が１Åのと
き、Ｐｔ50Ｍｎ50層とＣｏ90Ｆｅ10層間の交換結合磁界
の大きさは、５２（ｋＡ／ｍ）である。Ｃｏ90Ｆｅ10層
の膜厚が１Åから３Åの範囲であるとき、Ｐｔ50Ｍｎ 50
層とＣｏ90Ｆｅ10層間の交換結合磁界の大きさは、ほぼ
５２（ｋＡ／ｍ）と一定の値である。Ｃｏ90Ｆｅ10層の
膜厚が３Åを越えるとＰｔ50Ｍｎ50層とＣｏ90Ｆｅ10層
間の交換結合磁界の大きさは再び上昇しはじめ、膜厚が
４Åを越えると一定の値５８（ｋＡ／ｍ）となる。
【０４８３】第２反強磁性層（Ｐｔ50Ｍｎ50層）に接し
ているフリー磁性層の最上層が（Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1）95Ｃ
ｒ5層であるとき、この（Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1）95Ｃｒ5層の
膜厚が６Åを越えると、Ｐｔ50Ｍｎ50層と（Ｃｏ0.9Ｆ
ｅ0.1）95Ｃｒ5層間の交換結合磁界の大きさは、ほぼ一
定の値８６（ｋＡ／ｍ）となる。
【０４８４】ここで、（Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1）Ｃｒ層のＣｒ
濃度を増やすと、（Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1）Ｃｒ層の膜厚を薄
くしても、大きな交換結合磁界が得られる。
【０４８５】例えば、第２反強磁性層（Ｐｔ50Ｍｎ
50層）に接しているフリー磁性層の最上層が（Ｃｏ0.9
Ｆｅ0.1）90Ｃｒ10層であると、この（Ｃｏ0.9Ｆ
ｅ0.1）90Ｃｒ10層の膜厚が２Åのとき、Ｐｔ50Ｍｎ50
層と（Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1）90Ｃｒ10層間の交換結合磁界の
大きさは、７８（ｋＡ／ｍ）となる。（Ｃｏ0.9Ｆ
ｅ0.1）90Ｃｒ10層の膜厚を２Åより大きくすると交換
結合磁界の増加率は減少するものの交換結合磁界の大き
さそのものは増加し、（Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1）90Ｃｒ10層の
膜厚が４Åを越えると、交換結合磁界の大きさはほぼ一
定の値８６（ｋＡ／ｍ）となる。
【０４８６】また、第２反強磁性層（Ｐｔ50Ｍｎ50層）
に接しているフリー磁性層の最上層が（Ｃｏ0.9Ｆ
ｅ0.1）85Ｃｒ15層であると、この（Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1）
85Ｃｒ15層の膜厚が２Åのとき、Ｐｔ50Ｍｎ50層と（Ｃ
ｏ0.9Ｆｅ0.1）85Ｃｒ15層間の交換結合磁界の大きさは
７２（ｋＡ／ｍ）となり、（Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1）85Ｃｒ15
層の膜厚が３Åのとき交換結合磁界の大きさは７７（ｋ
Ａ／ｍ）である。（Ｃｏ0.9Ｆｅ0.1）85Ｃｒ15層の膜厚
が４Åから６Åの間のとき、交換結合磁界の大きさはほ
ぼ一定の値８２（ｋＡ／ｍ）である。（Ｃｏ0.9Ｆ
ｅ0.1）85Ｃｒ15層の膜厚が６Åのときの交換結合磁界
の大きさは８２（ｋＡ／ｍ）である。
【０４８７】ただし、Ｃｒの濃度を大きくしすぎると、
ＣｏＦｅＣｒそのものやその下層のＮｉＦｅＸの飽和磁
化やキュリー温度が下がりすぎ、極端な場合は磁性を失
うので好ましくない。また、ＣｏＦｅＣｒ層の膜厚を大
きくしすぎるとフリー磁性層の磁歪が増大する。
【０４８８】なお、フリー磁性層の最上層に（Ｃｏ0.9
Ｆｅ0.1）ＣｒまたはＣｏ90Ｆｅ10を形成しない場合、
すなわち、フリー磁性層が／Ｃｏ90Ｆｅ10（１０Å）／
Ｎｉ80Ｆｅ20（３０Å）の２層構造で形成され、Ｎｉ80
Ｆｅ20層と第２反強磁性層（Ｐｔ50Ｍｎ50層）が直接接
しているとき、Ｎｉ80Ｆｅ20層と第２反強磁性層（Ｐｔ
50Ｍｎ50層）間に発生する交換結合磁界の大きさは３８
（ｋＡ／ｍ）〜４２（ｋＡ／ｍ）である。
【０４８９】これらの結果から、前記フリー磁性層の第
２反強磁性層に最も近い最上層または最下層がＣｏＦｅ
Ｃｒ層であると、第２反強磁性層とフリー磁性層間に働
く交換結合磁界が従来より大きくなり、磁気検出素子の
光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗ以外の領域でフリー磁性層の
磁化方向が変化することによるサイドリーディングを抑
えることができることがわかる。
【０４９０】図３４に示される結果から、本発明では、
前記ＣｏＦｅＣｒ層を（ＣｏxＦｅy）eＣｒf層（ただ
し、ｘ，ｙはＣｏとＦｅのａｔ％比でありｘ＋ｙ＝１、
ｅ，ｆはａｔ％で、０ａｔ％＜ｆ＜２０ａｔ％、ｅ＋ｆ
＝１００ａｔ％である）とすることが好ましいとした。
【０４９１】より好ましくは、前記ＣｏＦｅＣｒ層を
（ＣｏxＦｅy）eＣｒf層（ただし、ｘ，ｙはＣｏとＦｅ
のａｔ％比でありｘ＋ｙ＝１、ｅ，ｆはａｔ％で、５ａ
ｔ％≦ｆ≦１５ａｔ％、ｅ＋ｆ＝１００ａｔ％である）
とすることである。
【０４９２】なお、前記ＣｏＦｅＣｒ層と第２反強磁性
層間の交換結合磁界を大きくするためには、前記ＣｏＦ
ｅＣｒ層の膜厚は２Å以上１０Å以下であることが好ま
しい。また、前記ＣｏＦｅＣｒ層の膜厚は３Å以上６Å
以下であることがより好ましい。
【０４９３】ただし、前記ＣｏＦｅＣｒ層が（Ｃｏ0.9
Ｆｅ0.1）eＣｒf層（ただし、はｅ，ｆはａｔ％で、１
０ａｔ％≦ｆ≦１５ａｔ％、ｅ＋ｆ＝１００ａｔ％）で
あるときには、その膜厚が２Å以上６Å以下、または２
Å以上４Å以下であっても十分な交換結合磁界を発生さ
せることができる。
【０４９４】フリー磁性層の最上層または最下層に前記
ＣｏＦｅＣｒ層を形成すると第２反強磁性層との間の交
換結合磁界は増大するが、フリー磁性層全体の単位面積
当りの磁気モーメントＭｓ×ｔが増加して感度が低下し
たり、磁歪が増加して再生波形の安定性が悪化する。し
たがって、フリー磁性層の感度の維持、再生波形の安定
性の維持といった観点からは、前記ＣｏＦｅＣｒ層の膜
厚を２Å以上６Å以下、または２Å以上４Å以下にする
ことが好ましい。
【０４９５】なお、交換スティフネス定数Ａは、４×１
０-12（Ｊ／ｍ）以上であることが好ましい。交換ステ
ィフネス定数Ａが４×１０-12（Ｊ／ｍ）以上であると
磁性材料のキュリー温度が１００℃より大きくなり、発
熱に対して安定な特性を有する磁気検出素子の形成に使
用することができる。
【０４９６】
【発明の効果】本発明では、前記フリー磁性層のトラッ
ク幅方向の少なくとも両側端部に重ねられて、トラック
幅方向に間隔をあけて形成された一対の第２反強磁性層
が設けられ、前記フリー磁性層はＮｉaＦｅb（ただし、
ａ，ｂはａｔ％で、ａ＞８０ａｔ％、ａ＋ｂ＝１００ａ
ｔ％）の関係を満足するものである）からなるＮｉＦｅ
層、ＮｉＦｅＸ層（ただしＸはＭｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｔ
ｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｓｎ，Ｉｒ，Ｒｕ，
Ｎｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｏｓ，Ｔａから選ばれる１種ま
たは２種以上の元素である）、非晶質Ｃｏ系磁性材料か
らなる非晶質Ｃｏ合金層、ＣｏＦｅＸ層のうち少なくと
も１つを有することを特徴とするものである。
【０４９７】本発明では、前記フリー磁性層を、交換ス
ティフネス定数が小さい前記ＮｉＦｅ層、前記ＮｉＦｅ
Ｘ層、前記非晶質Ｃｏ合金層、または前記ＣｏＦｅＸ層
を有するものとして形成することによって、エクスチェ
ンジバイアス方式の磁気検出素子の狭トラック化を進め
るときに、高い磁界検出出力を維持できる。
【０４９８】本発明では、前記フリー磁性層の材料に、
上述した前記ＮｉＦｅ層、前記ＮｉＦｅＸ層、前記非晶
質Ｃｏ合金層、または前記ＣｏＦｅＸ層のような交換ス
ティフネス定数Ａが小さい磁性材料を用いることによっ
て、前記フリー磁性層のトラック幅領域全域における磁
化方向の変化を容易にし、磁気検出素子の狭トラック化
を進めたときにも高い磁界検出出力を維持できる。
【０４９９】また、交換スティフネス定数Ａが小さい磁
性材料は、室温での飽和磁化Ｍｓが小さいので、交換ス
ティフネス定数Ａが小さい磁性材料を用いて形成された
前記ＮｉＦｅ層、前記ＮｉＦｅＸ層、前記非晶質Ｃｏ合
金層、または前記ＣｏＦｅＸ層は単位面積当りの磁気モ
ーメントＭｓ×ｔの値が小さくなる。すると、前記Ｎｉ
Ｆｅ層、前記ＮｉＦｅＸ層、前記非晶質Ｃｏ合金層、ま
たは前記ＣｏＦｅＸ層を有する前記フリー磁性層は、感
度領域（トラック幅領域）の磁化方向が外部磁界（記録
磁界）によって変化しやすくなり磁界検出感度が向上す
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である磁気検出素子
の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図２】本発明におけるフリー磁性層の他の形態を記録
媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図３】本発明の第２の実施の形態である磁気検出素子
の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図４】本発明の第３の実施の形態である磁気検出素子
の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図５】本発明の第４の実施の形態である磁気検出素子
の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図６】本発明の第５の実施の形態である磁気検出素子
の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図７】本発明の第６の実施の形態である磁気検出素子
の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図８】本発明の第７の実施の形態である磁気検出素子
の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図９】本発明の第８の実施の形態である磁気検出素子
の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図１０】本発明の第９の実施の形態である磁気検出素
子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図１１】本発明の第１０の実施の形態である磁気検出
素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面
図、
【図１２】本発明の第１１の実施の形態である磁気検出
素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面
図、
【図１３】本発明の第１２の実施の形態である磁気検出
素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面
図、
【図１４】本発明の第１３の実施の形態である磁気検出
素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面
図、
【図１５】本発明におけるフリー磁性層の形態を記録媒
体との対向面側から見た部分拡大断面図、
【図１６】本発明におけるフリー磁性層の別の形態を記
録媒体との対向面側から見た部分拡大断面図、
【図１７】本発明におけるフリー磁性層の別の形態を記
録媒体との対向面側から見た部分拡大断面図、
【図１８】図１の形態の磁気検出素子の製造工程を示す
一工程図
【図１９】図１８の次に行なわれる一工程図、
【図２０】図１９の次に行なわれる一工程図、
【図２１】図８の形態の磁気検出素子の製造工程を示す
一工程図
【図２２】図５の形態の磁気検出素子の製造工程を示す
一工程図
【図２３】図２２の次に行なわれる一工程図、
【図２４】図２３の次に行なわれる一工程図、
【図２５】図９の形態の磁気検出素子の製造工程を示す
一工程図
【図２６】図２５の次に行なわれる一工程図、
【図２７】本発明の磁気検出素子の光学的トラック幅と
磁界検出出力の関係を示すグラフ、
【図２８】フリー磁性層の交換スティフネス定数と磁気
検出素子の磁界検出出力との関係を示すグラフ、
【図２９】ＮｉＦｅのＮｉ濃度と交換スティフネス定数
との関係を示すグラフ、
【図３０】ＮｉＦｅＸの添加元素Ｘ濃度と交換スティフ
ネス定数との関係を示すグラフ、
【図３１】ＮｉＦｅＸの添加元素Ｘ濃度と交換スティフ
ネス定数との関係を示すグラフ、
【図３２】ＣｏＦｅＸの添加元素Ｘ濃度と交換スティフ
ネス定数との関係を示すグラフ、
【図３３】ＣｏＦｅＸの添加元素Ｘ濃度と交換スティフ
ネス定数との関係を示すグラフ、
【図３４】第２反強磁性層に重ねて形成されたＣｏＦｅ
Ｃｒ層の膜厚と、第２反強磁性層とＣｏＦｅＣｒ層間に
発生する交換結合磁界との関係とを示すグラフ、
【図３５】従来における磁気検出素子を示す断面図、
【図３６】従来の磁気検出素子の光学的トラック幅と磁
界検出出力の関係を示すグラフ、
【符号の説明】
２０ 基板 ２１ シードレイヤ ２２ 第１反強磁性層 ２３ 固定磁性層 ２７ 非磁性材料層 ２８ フリー磁性層 ２９ 拡散防止層 ３０ 磁性材料層 ３１ 第３反強磁性層 ３２ 非磁性層 ３３、５２ 第２反強磁性層 ３４、５３ 電極層 ５１ 強磁性層 Ｄ 中央部 Ｃ 両側端部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｆ 10/16 Ｈ０１Ｆ 10/16 (72)発明者 梅津 英治 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 (72)発明者 石曽根 昌彦 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） 5D034 BA02 BA03 BA04 BA05 BA11 CA04 CA08 5E049 AA04 AA07 AC01 BA16

Claims (35)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１反強磁性層、固定磁性層、非磁性材
    料層、フリー磁性層の順に積層された多層膜を有する磁
    気検出素子において、 前記フリー磁性層のトラック幅方向の少なくとも両側端
    部に重ねられて、トラック幅方向に間隔をあけて形成さ
    れた一対の第２反強磁性層が設けられ、前記フリー磁性
    層はＮｉaＦｅb（ただし、ａ，ｂはａｔ％で、ａ＞８０
    ａｔ％、ａ＋ｂ＝１００ａｔ％）の関係を満足するもの
    である。）からなるＮｉＦｅ層、ＮｉＦｅＸ層（ただし
    ＸはＭｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｃ
    ｒ，Ｖ，Ｓｎ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｎｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｏ
    ｓ，Ｔａから選ばれる１種または２種以上の元素であ
    る）、非晶質Ｃｏ系磁性材料からなる非晶質Ｃｏ合金
    層、ＣｏＦｅＸ層（ただしＸはＴｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｓ
    ｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｚｎ，Ｓｂ，Ｇｅ，Ｍｏ，Ｗから
    選ばれる１種または２種以上の元素である）のうち少な
    くとも１つを有することを特徴とする磁気検出素子。
  2. 【請求項２】 前記一対の第２反強磁性層のトラック幅
    方向の間隔で規定される光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗが
    ０．１５μｍ以下である請求項１記載の磁気検出素子。
  3. 【請求項３】 前記光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗが０．１
    ２μｍ以下である請求項２記載の磁気検出素子。
  4. 【請求項４】 前記光学的トラック幅Ｏ−Ｔｗが０．１
    ０μｍ以下である請求項３記載の磁気検出素子。
  5. 【請求項５】 前記フリー磁性層はＮｉaＦｅb（ただ
    し、ａ，ｂはａｔ％で、ａ＞８０ａｔ％、ａ＋ｂ＝１０
    ０ａｔ％）の関係を満足するものである。）からなるＮ
    ｉＦｅ層、またはＮｉＦｅＸ層（ただしＸはＭｎ，Ｃ
    ｕ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｓｎ，
    Ｉｒ，Ｒｕ，Ｎｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｏｓ，Ｔａから選
    ばれる１種または２種以上の元素である）のいずれか一
    方または両方の上に、Ｃｏを含有する磁性層が積層され
    た構造を有する請求項１ないし４のいずれかに記載の磁
    気検出素子。
  6. 【請求項６】 前記フリー磁性層は、非晶質Ｃｏ系磁性
    材料からなる非晶質Ｃｏ合金層、ＣｏＦｅＸ層（ただし
    ＸはＴｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｚｎ，
    Ｓｂ，Ｇｅ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種以上
    の元素である）のうちいずれか一方を有するかまたは両
    方が積層された構造を有する請求項１ないし４のいずれ
    かに記載の磁気検出素子。
  7. 【請求項７】 前記非晶質Ｃｏ合金層の下層に、前記非
    晶質Ｃｏ合金層より比抵抗の小さい磁性材料層が積層さ
    れるかまたは、前記ＣｏＦｅＸ層（ただしＸはＴｉ，Ａ
    ｌ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｚｎ，Ｓｂ，Ｇｅ，
    Ｍｏ，Ｗから選ばれる１種または２種以上の元素であ
    る）の下層に、前記ＣｏＦｅＸ層より比抵抗の小さい磁
    性材料層が積層される請求項６記載の磁気検出素子。
  8. 【請求項８】 前記比抵抗の小さい磁性材料層はＮｉＦ
    ｅまたはＮｉＦｅＸ層（ただしＸはＭｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，
    Ｔｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｓｎ，Ｉｒ，Ｒ
    ｕ，Ｎｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｏｓ，Ｔａから選ばれる１
    種または２種以上の元素である）のいずれか一方または
    両方からなる請求項７記載の磁気検出素子。
  9. 【請求項９】 前記フリー磁性層は前記第２反強磁性層
    に最も近い最上層または最下層が、（ＣｏxＦｅy）eＣ
    ｒf層（ただし、ｘ，ｙはＣｏとＦｅのａｔ％比であり
    ｘ＋ｙ＝１、ｅ，ｆはａｔ％で、０ａｔ％＜ｆ＜２０ａ
    ｔ％、ｅ＋ｆ＝１００ａｔ％である）である請求項１な
    いし８のいずれかに記載の磁気検出素子。
  10. 【請求項１０】 前記フリー磁性層は最上層または最下
    層が、（ＣｏxＦｅy）eＣｒf層（ただし、ｘ，ｙはＣｏ
    とＦｅのａｔ％比であり、ｘ＋ｙ＝１、ｅ，ｆはａｔ％
    で、５ａｔ％≦ｆ≦１５ａｔ％、ｅ＋ｆ＝１００ａｔ％
    である）である請求項９に記載の磁気検出素子。
  11. 【請求項１１】 前記（ＣｏxＦｅy）eＣｒf層の膜厚が
    ２Å以上１０Å以下である請求項９または１０に記載の
    磁気検出素子。
  12. 【請求項１２】 前記（ＣｏxＦｅy）eＣｒf層の膜厚が
    ３Å以上６Å以下である請求項１１に記載の磁気検出素
    子。
  13. 【請求項１３】 前記フリー磁性層に用いられるＮｉa
    Ｆｅb（ただし、ａ，ｂはａｔ％で、ａ＞８０ａｔ％、
    ａ＋ｂ＝１００ａｔ％）の関係を満足するものであ
    る。）からなるＮｉＦｅ層、ＮｉＦｅＸ層（ただしＸは
    Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｃｒ，
    Ｖ，Ｓｎ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｎｂ，Ｓｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｏｓ，
    Ｔａから選ばれる１種または２種以上の元素である）、
    非晶質Ｃｏ系磁性材料からなる非晶質Ｃｏ合金層、Ｃｏ
    ＦｅＸ層（ただしＸはＴｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｖ，Ｃ
    ｒ，Ｔａ，Ｚｎ，Ｓｂ，Ｇｅ，Ｍｏ，Ｗから選ばれる１
    種または２種以上の元素である）を構成する磁性材料の
    交換スティフネス定数は、組成式がＮｉ80Ｆｅ20で表わ
    される磁性材料の交換スティフネス定数より小さい請求
    項１ないし１２のいずれかに記載の磁気検出素子。
  14. 【請求項１４】 前記第２反強磁性層と前記フリー磁性
    層との間に第３反強磁性層が積層されている請求項１な
    いし１３のいずれかに記載の磁気検出素子。
  15. 【請求項１５】 前記第３反強磁性層の膜厚は、１０Å
    以上５０Å以下である請求項１４記載の磁気検出素子。
  16. 【請求項１６】 前記第２反強磁性層と前記フリー磁性
    層との間、または前記第２反強磁性層と前記第３反強磁
    性層の間に貴金属からなる非磁性層が形成されている請
    求項１ないし１５のいずれかに記載の磁気検出素子。
  17. 【請求項１７】 前記非磁性層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、
    Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ａｕのうちいずれか１種また
    は２種以上で形成される請求項１６記載の磁気検出素
    子。
  18. 【請求項１８】 前記第２反強磁性層と前記フリー磁性
    層との間、または前記第２反強磁性層と前記第３反強磁
    性層の間にＣｒまたはＣｕからなる非磁性層が形成され
    ている請求項１ないし１５のいずれかに記載の磁気検出
    素子。
  19. 【請求項１９】 前記第２反強磁性層と前記フリー磁性
    層の間、または前記第２反強磁性層と前記非磁性層の間
    に、強磁性層が形成されている請求項１ないし１８のい
    ずれかに記載の磁気検出素子。
  20. 【請求項２０】 前記第２反強磁性層の表面に開口部を
    有し、トラック幅方向に所定の幅寸法を有する凹部が形
    成されている請求項１ないし１９に記載の磁気検出素
    子。
  21. 【請求項２１】 前記凹部の側面は前記第２反強磁性層
    の表面に対する垂直面となっている請求項２０に記載の
    磁気検出素子。
  22. 【請求項２２】 前記凹部の底面が前記第２反強磁性層
    内に設けられている請求項２０または２１に記載の磁気
    検出素子。
  23. 【請求項２３】 前記凹部の底面に重なる領域の前記第
    ２反強磁性層の厚さ、または前記凹部の底面に重なる領
    域の前記第２反強磁性層と前記第３反強磁性層の合計の
    厚さが１０Å以上５０Å以下である請求項２２記載の磁
    気検出素子。
  24. 【請求項２４】 前記第２反強磁性層と前記フリー磁性
    層との間に第３反強磁性層が積層されており、前記凹部
    の底面が前記第３反強磁性層内に設けられている請求項
    ２０または２１に記載の磁気検出素子。
  25. 【請求項２５】 前記凹部の底面に重なる領域の前記第
    ３反強磁性層の厚さが１０Å以上５０Å以下である請求
    項２４に記載の磁気検出素子。
  26. 【請求項２６】 前記第２反強磁性層と前記フリー磁性
    層との間、または前記第２反強磁性層と前記第３反強磁
    性層の間に貴金属からなる非磁性層が形成されており、
    前記凹部の底面が前記非磁性層内に設けられている請求
    項２０または２１に記載の磁気検出素子。
  27. 【請求項２７】 前記第２反強磁性層と前記フリー磁性
    層との間、または前記第２反強磁性層と前記第３反強磁
    性層の間にＣｒまたはＣｕからなる非磁性層が形成され
    ており、前記凹部の底面が前記非磁性層内に設けられて
    いる請求項２０または２１に記載の磁気検出素子。
  28. 【請求項２８】 前記第２反強磁性層と前記フリー磁性
    層の間、または前記第２反強磁性層と前記非磁性層の間
    に、強磁性層が形成されており、前記凹部の底面が前記
    強磁性層内に設けられている請求項２０または２１に記
    載の磁気検出素子。
  29. 【請求項２９】 前記非磁性層の膜厚は、両側端部の膜
    厚の方が中央部の膜厚に比べて薄い請求項１６ないし１
    ９のいずれかに記載の磁気検出素子。
  30. 【請求項３０】 前記非磁性層の中央部の膜厚は、３Å
    以上で２０Å以下で形成される請求項２９記載の磁気検
    出素子。
  31. 【請求項３１】 前記非磁性層は、中央部から両側端部
    にかけて一定の膜厚で形成される請求項１６ないし２８
    のいずれかに記載の磁気検出素子。
  32. 【請求項３２】 前記フリー磁性層、前記非磁性材料
    層、前記固定磁性層を有する多層膜のトラック幅方向の
    両側端部上に電極層が設けられ、センス電流は前記多層
    膜の各層の膜面に対し平行な方向に流れる請求項１ない
    し３１のいずれかに記載の磁気検出素子。
  33. 【請求項３３】 前記フリー磁性層、前記非磁性材料
    層、前記固定磁性層を有する多層膜の上下に上部電極層
    及び下部電極層が設けられ、電流は前記多層膜の各層の
    膜面に対し垂直方向に流れる磁気検出素子である請求項
    １ないし３１のいずれかに記載の磁気検出素子。
  34. 【請求項３４】 前記非磁性材料層は非磁性導電材料で
    形成される請求項３２または３３に記載の磁気検出素
    子。
  35. 【請求項３５】 前記非磁性材料層は絶縁材料で形成さ
    れる請求項３３に記載の磁気検出素子。
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