JP3706793B2 - スピンバルブ型薄膜磁気素子及びその製造方法並びにこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定磁性層（ピン（Pinned）磁性層）の固定磁化方向と外部磁界の影響を受けるフリー（Free）磁性層の磁化方向との関係で電気抵抗が変化するスピンバルブ型薄膜磁気素子およびその製造方法並びにこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドに関し、特に、バルクハウゼンノイズ発生の低減等、素子の安定性を向上させることができるスピンバルブ型薄膜磁気素子に用いて好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スピンバルブ型薄膜磁気素子は、巨大磁気抵抗効果を示すＧＭＲ（Giant Magnetoresistive）素子の一種であり、ハードディスクなどの記録媒体から記録磁界を検出するものである。
前記スピンバルブ型薄膜磁気素子は、ＧＭＲ素子の中で比較的構造が単純で、しかも、外部磁界に対して抵抗変化率が高く、弱い磁界で抵抗が変化するなどの優れた点を有している。
【０００３】
図１５は、従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子の一例を記録媒体との対向面（ＡＢＳ面）側から見た場合の構造を示した断面図である。
図１５に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子は、基板上に下地層１０６、反強磁性層１０１、固定磁性層１０２、非磁性導電層１０３、フリー磁性層１０４、保護層１０７が一層ずつ形成された、いわゆるボトム型のシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子である。
このスピンバルブ型薄膜磁気素子では、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は、図示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。
【０００４】
図１５における従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、基板上に、下から下地層１０６、反強磁性層１０１、固定磁性層（ピン（Pinned）磁性層）１０２、非磁性導電層１０３、フリー（Free）磁性層１０４、および保護層１０７で構成された積層体１０９と、この積層体１０９の両側にバイアス下地層１１０を介して形成された一対のバイアス層１０５，１０５と、このバイアス層１０５，１０５の上に形成された一対の電極層１０８，１０８とで構成されている。
【０００５】
下地層１０６は、Ｔａ（タンタル）等からなり、反強磁性層１０１はＮｉ−Ｏ合金、Ｆｅ−Ｍｎ合金、Ｎｉ−Ｍｎ合金等から形成されている。さらに、前記固定磁性層１０２およびフリー磁性層１０４は、Ｃｏ、Ｃｏ−Ｆｅ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金等から形成され、非磁性導電層１０３はＣｕ（銅）等から形成され、また、バイアス層１０５は、Ｃｏ−Ｐｔ（コバルトー白金）合金等から形成され、バイアス下地層１１０はＣｒ等から形成され、電極層１０８はＣｕ等で形成されている。
前記固定磁性層１０２は、前記反強磁性層１０１に接して形成されているので、前記固定磁性層１０２と反強磁性層１０１との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、前記固定磁性層１０２の固定磁化は、例えば、図示Ｙ方向に固定されている。
前記バイアス層１０５，１０５が図示Ｘ１方向に磁化されているので、前記フリー磁性層１０４の変動磁化は図示Ｘ１方向に揃えられている。これにより、前記フリー磁性層１０４の変動磁化と前記固定磁性層１０２の固定磁化とが交差する関係となっている。
【０００６】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子では電極層１０８，１０８は前記バイアス層１０５，１０５の上に形成されており、バイアス層１０５の上に形成された電極層１０８から、フリー（Free）磁性層１０４、非磁性導電層１０３、固定磁性層１０２に検出電流（センス電流）が与えられる。ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は、図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界がＹ方向に与えられると、フリー磁性層１０４の磁化がＸ１方向からＹ方向へ向けて変化する。このフリー磁性層１０４内での磁化の方向の変動と、固定磁性層１０２の固定磁化方向との関係で電気抵抗値が変化し、（これを磁気抵抗（ＭＲ）効果という）、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、磁気記録媒体からの漏れ磁界が検出される。
ここで、積層体１０９のうち電極層１０８に挟まれた中央部分が、実質的に磁気記録媒体からの記録磁界の再生に寄与し、磁気抵抗効果を発揮する感度領域１０４ａであり、検出トラック幅Ｔｗを規定している。そして、フリー磁性層１０４の両側部分は、実質的に磁気記録媒体からの記録磁界の再生に寄与しない不感領域１０４ｂとなっている。
【０００７】
図１６は、従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子の他の例を記録媒体との対向面（ＡＢＳ面）側から見た場合の構造を示した断面図である。
図１６に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子は、上述したボトム型のシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子と同様に、保護層１１７、反強磁性層１１１、固定磁性層１１２、非磁性導電層１１３、フリー磁性層１１４、下地層１１６が一層ずつ形成されているが、積層順序が逆になった、いわゆるトップ型のシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子である。
このスピンバルブ型薄膜磁気素子では、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は、図示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。
【０００８】
図１６において、符号１１６は、基板上に設けられている下地層を示している。この下地層１１６の上には、フリー磁性層１１４が形成され、さらに前記フリー磁性層１１４の上には、非磁性導電層１１３が形成されている。この非磁性導電層１１３の上には、固定磁性層１１２が形成され、前記固定磁性層１１２の上には、反強磁性層１１１が形成されている。さらに、前記反強磁性層１１１の上には、保護層１１７が形成されている。
また、符号１２０，１２０はバイアス下地層を、符号１１５，１１５は、バイアス層を、符号１１８，１１８は、電極層を、符号１１９は積層体を示している。
さらに、このスピンバルブ型薄膜磁気素子では、固定磁性層１１２の磁化方向は、Ｙ方向と反対方向に固定されている。
【０００９】
下地層１１６は、Ｔａ（タンタル）などからなり、反強磁性層１１１は、Ｎｉ−Ｏ合金、Ｆｅ−Ｍｎ合金、Ｎｉ−Ｍｎ合金等から形成されている。さらに、前記固定磁性層１１２およびフリー磁性層１１４は、Ｃｏ、Ｃｏ−Ｆｅ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金等から形成され、非磁性導電層１１３はＣｕ（銅）等から形成され、また、バイアス層１１５，１１５はＣｏ−Ｐｔ合金等から形成され、バイアス下地層１２０，１２０はＣｒ等から形成され、電極層１１８，１１８はＣｕ等で形成されている。
【００１０】
また、電極層１１８，１１８はバイアス層１１５，１１５の上に形成され、この電極層１１８，１１８に挟まれた中央部分が、実質的に磁気記録媒体からの記録磁界の再生に寄与し、磁気抵抗効果を発揮する感度領域１１４ａであり、検出トラック幅Ｔｗを規定している。そして、電極層１１８，１１８に挟まれた中央部分以外の積層体１１９の両側部分は、実質的に磁気記録媒体からの記録磁界の再生に寄与しない不感領域１１４ｂとなっている。
【００１１】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子においても、上述した図１５に示す例と同様に、電極層１１８，１１８は、積層体１１９の固定磁性層１１２、非磁性導電層１１３、フリー磁性層１１４付近に検出電流（センス電流）を流入させることを目的としている。
ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は、図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界がＹ方向に与えられると、フリー磁性層１１４の磁化がＸ１方向からＹ方向へ向けて変化する。このフリー磁性層１１４内での磁化の方向の変動と、固定磁性層１１２の固定磁化方向との関係で電気抵抗値が変化し、（ＭＲ効果）、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、磁気記録媒体からの漏れ磁界が検出される。
【００１２】
近年、磁気記録媒体における記録密度の高密度化にともない、磁気記録媒体における記録トラック幅および記録トラック間隔を減少させる試みがなされている。記録トラック幅を狭くして狭トラック化を図った場合、本来感度領域で読み出すべき磁気記録トラックに対して、隣接する磁気記録トラックの情報を、前記不感領域１０４ｂ，１１４ｂにおいて読み出してしまうというサイドリーディングが発生し、これが出力信号に対してノイズとなりエラーを招く結果となる。
【００１３】
図１５又は図１６のバイアス層１０５，１１５は、その保磁力（Ｈｃ）によりＸ１方向に磁化されている層であるが、積層体１０９，１１９の近傍ではバイアス層１０５，１１５の厚さが薄いため、フリー磁性層１０４，１１４のＸ１方向に十分なバイアス磁界を与えることが難しい。従って、フリー磁性層１０４，１１４の磁化方向がＸ１方向に安定し難く、その結果バルクハウゼンノイズが発生し易くなる。
【００１４】
この対策として、図１５又は図１６に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、図示しない基板とバイアス層１０５，１１５との間に、体心立方（ｂｃｃ）構造のＣｒ膜からなるバイアス下地層１１０，１２０を設けてある。このバイアス下地層１１０，１２０は緩衝膜及び配向膜として作用する。緩衝膜としては、後工程のインダクティブヘッド（書込ヘッド）の製造プロセスで行う、絶縁レジストの硬化工程（ＵＶキュアまたはハードベーク）等で基板が高温に曝される場合に拡散バリアーとして機能し、バイアス層１０５，１１５と周辺層との間で熱拡散が起こってバイアス層１０５，１１５の磁気特性が劣化することを防止する働きをする。一方配向膜としては、Ｃｒ結晶構造は（ｂｃｃ）構造である。ここで、バイアス層１０５，１１５を形成するＣｏ−Ｐｔ合金の結晶構造は、面心立方（ｆｃｃ）構造と稠密六方（ｈｃｐ）構造の混晶となっていて、格子定数がＣｒの格子定数と近似している。このためＣｏ−Ｐｔ合金は面心立方構造を形成し難く、稠密六方構造で形成され易くなっている。その結果、（ｈｃｐ）構造のｃ軸はＣｏ−Ｐｔ合金とＣｒの境界面内に優先配向されて成長する。
【００１５】
（ｈｃｐ）構造は（ｆｃｃ）構造に比べてｃ軸方向に大きな磁気異方性を生じるため、バイアス層１０５，１１５に磁界を与えたときの保磁力（Ｈｃ）はより大きくなる。さらに、（ｈｃｐ）構造のｃ軸は、Ｃｏ−Ｐｔ合金とＣｒの境界面内で優先配向となっているため、残留磁化（Ｂｒ）は増大し、残留磁化（Ｂｒ）／飽和磁束密度（Ｂｓ）で与えられる角形比Ｓも大きな値となる。その結果、バイアス層１０５，１１５から発生するバイアス磁界を増大させることが可能となり、フリー磁性層１０４，１１４を単磁区化し易くなる。
バイアス層１０５，１１５から発生する強いＸ１方向のバイアス磁界がフリー磁性層１０４，１１４に与えられて、フリー磁性層１０４，１１４の磁化方向がＸ１方向に単磁区化されることにより、バルクハウゼンノイズは発生し難くなる。
このような薄膜磁気素子を具備した磁気ヘッドは、微小な磁力の変化を検出することが可能となり、記録媒体への録音・再生の精度を向上させることができるようになる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、記録密度のさらなる向上に伴い再生素子のトラック幅は益々狭くする必要が生じてきた。狭トラック化が進むとスピンバルブ積層体内のフリー磁性層内の反磁界が大きくなり、バイアス層からのバイアス磁界が有効にフリー磁性層内に効かなくなってくる。このため磁区制御が不完全となり、バルクハウゼンノイズを引き起こす。このように記録密度の増大に伴い、トラック幅方向の反磁界増大が起こり、バルクハウゼンノイズを除去するための磁区制御は益々困難さを増している。ここで反磁界とは、強磁性膜であるフリー磁性層の磁化方向のエッジ部に蓄積された磁化による磁化方向とは逆向きに働く磁界である。
【００１７】
従って、記録密度の向上に対応するには、反磁界を小さくすることが必要となり、反磁界を小さくするには、トラック幅方向に磁化したフリー磁性層のエッジ部に、磁化が出現し難いようにすることが肝要である。それにはフリー磁性層の飽和磁化よりも大きな飽和磁化を有するバイアス層を使用すればよく、バイアス層の磁界がフリー磁性層に有効に加わり、フリー磁性層のエッジ部の磁化を有効に除去することができれば良い。しかし、一般にバイアス層に使用する金属層の飽和磁化は小さい。小さい飽和磁化を有するバイアス層を用いて、層厚を厚くして飽和磁化を増大させることも考えられるが、素子の微小化に逆行するので得策ではない。
【００１８】
本発明の目的は、飽和磁化の小さい材料を使用したバイアス層でも高保磁力（Ｈｃ）を確保し、フリー磁性層の感磁領域の安定性を確保できるスピンバルブ型薄膜磁気素子を提供することを目的とする。
また、そのようなフリー磁性層の感磁領域の安定性にすぐれたスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法を提供することを目的とする。
さらには、フリー磁性層の感磁領域の安定性にすぐれたスピンバルブ型薄膜磁気素子を使用した、バルクハウゼンノイズが少なく、動作の安定した薄膜磁気ヘッドを提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明ではバイアス下地層としてＦｅ−Ｃｏ合金を用い、その厚さを１．８〜２．５ｎｍとすることによりバイアス層の保磁力を高め、バイアス磁界を効果的にフリー磁性層に印加して、フリー磁性層に生じる反磁界を抑制して感磁部の安定を図る手段を採用した。
【００２０】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、基板上に形成された少なくとも反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成された固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成されたフリー磁性層とを具備してなる積層体を有し、この積層体のトラック幅方向の両側に形成された１対のバイアス層と、前記バイアス層上に形成された１対の電極層から構成されており、前記バイアス層は、厚さ１．８〜２．５ｎｍのＦｅ−Ｃｏ合金のバイアス下地層を介して前記積層体の側面及び積層体の側面以外の周辺部分に延出してこれらに接するように形成され、前記積層体側面上のバイアス下地層の厚さ（ｂ）が、前記積層体側面側以外の基板に平行な部分に延出して形成されたバイアス下地層の厚さ（ａ）よりも厚いか又は等しくされ、その関係がｂ／ａ＝１〜１ . ２５の範囲とされてなることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の他の一つは、少なくとも基板上に接して形成された非磁性の下地層と、この下地層と接して形成されたフリー磁性層と、このフリー磁性層の上に非磁性導電層を介して形成された固定磁性層と、この固定磁性層上に形成された反強磁性層とを具備してなる積層体を有し、この積層体のトラック幅方向の両側に形成された１対のバイアス層と、前記バイアス層上に形成された１対の電極層から構成されており、前記バイアス層は、厚さ１．８〜２．５ｎｍのＦｅ−Ｃｏ合金のバイアス下地層を介して前記積層体の側面及び積層体の側面以外の周辺部分に延出してこれらに接するように形成され、前記積層体側面上のバイアス下地層の厚さ（ｂ）が、前記積層体側面側以外の基板に平行な部分に延出して形成されたバイアス下地層の厚さ（ａ）よりも厚いか又は等しくされ、その関係がｂ／ａ＝１〜１ . ２５の範囲とされてなることを特徴とするスピンバルブ型薄膜磁気素子である。
【００２２】
バイアス下地層として（ｂｃｃ）構造の高飽和磁化のＦｅ又はＦｅ−Ｃｏ合金等を使用することにより、Ｐｔ−Ｃｏ合金からなるバイアス層の高い保磁力（Ｈｃ）を引き出すことが可能となる。しかも、バイアス下地層となるＦｅ又はＦｅ−Ｃｏ合金等の膜厚を特定の範囲内に限定することにより、バイアス層の保磁力（Ｈｃ）を最大限に高めることが可能となる。
これにより磁気素子のトラック幅方向の反磁界の増大を抑え、磁区制御を容易にしてバルクハウゼンノイズの発生を抑制し、ヘッドの安定性を確保することが可能となる。
【００２３】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の構造について順を追って説明する。
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の感磁部領域を構成する積層構造の一つは、基板上に少なくとも反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成した固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成したフリー磁性層とを具備してなる積層体を有し、この積層体のトラック幅方向の両側に１対のバイアス層と、前記バイアス層上に１対の電極層を形成した構造のものである。このように積層順序をボトム型の積層体とすることで、比抵抗の高い反強磁性層を介さずに、積層体に与えるセンス電流の割合を向上させることができる。このため、サイドリーディングを防止することができ、磁気記録密度の一層の高密度化に対応することが可能となる。
【００２４】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の感磁部領域を構成する積層構造の他の一つは、基板上に少なくと非磁性の下地層と、この下地層と接して形成したフリー磁性層と、このフリー磁性層の上に非磁性導電層を介して形成した固定磁性層と、この固定磁性層上に形成された反強磁性層とを具備してなる積層体を有し、この積層体のトラック幅方向の両側に１対のバイアス層と、前記バイアス層上に１対の電極層を形成した構造のものである。このように積層順序をトップ型の積層体とすることで、バイアス層を経由して反強磁性層の下側に位置する固定磁性層、非磁性導電層及びフリー磁性層に直接流れ込むセンス電流の割合を大きくすることができる。
【００２５】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子における反強磁性層は、Ｐｔ−Ｍｎ合金で構成することが好ましい。また、反強磁性層はＰｔ−Ｍｎ合金の代えて一般式がＸ−Ｍｎ又はＰｔ−Ｍｎ−Ｘ’（ただし前記組成式において、ＸはＰｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ、Ｏｓの中から選択される１種を示し、Ｘ’はＰｄ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒの中から選択される１種または２種以上を示す）で示される合金のいずれかであっても良い。さらに、Ｎｉ−Ｏ合金、Ｆｅ−Ｍｎ合金、Ｎｉ−Ｍｎ合金等も使用できる。
反強磁性層に、Ｘ−Ｍｎの式で示される合金またはＸ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金を用いたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることで、反強磁性層により大きな交換結合磁界を与えることができ、またブロッキング温度が高く、さらに耐食性に優れているなどの優れた特性を有するものとすることができる。
【００２６】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子における固定磁性層は、前記反強磁性層に接して形成されているので、固定磁性層と反強磁性層との界面で交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、固定磁化は特定方向に固定される。
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子における固定磁性層は、強磁性体である例えばＣｏ、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｎｉ合金等で構成する。厚さは通常２〜４ｎｍ程度が好ましい。
【００２７】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子における非磁性導電層は、例えば、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｉｒ等の非磁性金属からなり、通常、厚さは２〜４ｎｍ程度である。この非磁性導電層は、強磁性体である固定磁性層とフリー磁性層との界面で伝導電子のスピンに依存した散乱を生じ、磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を発生させる。
【００２８】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子におけるフリー磁性層は、前記固定磁性層と同様に強磁性体であるＣｏ、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｎｉ合金等で構成する。
記録媒体からフリー磁性層に漏れ磁界が与えられると、フリー磁性層の磁界は変動し、非磁性導電層との界面及び、非磁性導電層と固定磁性層との界面で、スピンに依存した電導電子の散乱が起こることにより電気抵抗が変化し、記録媒体からの洩れ磁界が検知される。
【００２９】
以上の順序で基板上に反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層を載置し、最後にＴａ等の非磁性金属からなる保護層を設けて、感磁部領域を構成する積層体とする。
【００３０】
上記の積層体を後述するイオンミリング等の手段を利用してほぼ台形状に加工し、台形状積層体の側面にバイアス層を設け、さらにバイアス層の上に導電層を設ける。
バイアス層は、バイアス磁界をフリー磁性層内に有効に作用させ、フリー磁性層内の反磁界を抑えてフリー磁性層の単磁区制御を行い、バルクハウゼンノイズを抑制して感磁部が安定して作動をするようにするものである。そのために、バイアス層はなるべく飽和磁化の大きな層とすることが好ましい。
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子におけるバイアス層は、例えばＣｏ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金あるいはＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ合金等で形成することが好ましい。バイアス層の厚さは、通常２０〜５０ｎｍ程度が適する。
バイアス層は少なくとも前記台形積層体の両側斜面に一対形成し、積層体側面からバイアス磁界を印加するように構成する。バイアス層は上記台形積層体のトラック幅方向の両側斜面の他に、積層体の周辺部分にも延出して設ける。
【００３１】
本発明では、バイアス層の保磁力を高めてバイアス磁界をフリー磁性層に効果的に作用させるために、バイアス下地層として従来から使用されているＣｒに代えて強磁性のＦｅ−Ｃｏ合金を用い、その厚さも１．８〜２．５ｎｍとする。
バイアス層として使用するＣｏ−Ｐｔ合金は、面心立方（ｆｃｃ）構造と稠密立方（ｈｃｐ）構造の混相で体心立方（ｂｃｃ）構造に近い。一方、バイアス下地層として使用するＦｅ−Ｃｏ合金は、結晶構造が体心立方（ｂｃｃ）構造であって、格子定数もＣｏ−Ｐｔ合金等の格子定数に近い。また、Ｆｅ−Ｃｏ合金の飽和磁化は、バイアス層のＣｏ−Ｐｔ合金よりも飽和磁化が高い。このためバイアス下地層としてＦｅ−Ｃｏ合金を使用してＣｏ−Ｐｔ合金を積層することにより、バイアス層の保磁力を高めることができる。ちなみに、Ｃｏ含有量の異なるＦｅ−Ｃｏ合金の保磁力Ｈｃ（Ｏｅ）と飽和磁化Ｍｓ（ｅｍｕ／ｃｃ）を例示すると、Ｆｅ₅₀−Ｃｏ₅₀合金ではＨｃ＝３０（Ｏｅ）,Ｍｓ＝１，８７５（ｅｍｕ／ｃｃ）、Ｆｅ₈₅ −Ｃｏ₁₅合金ではＨｃ＝１９（Ｏｅ）,Ｍｓ＝１，６００（ｅｍｕ／ｃｃ）、Ｆｅ₉₅-Ｃｏ₅ 合金ではＨｃ＝２０（Ｏｅ）,Ｍｓ＝１，４２５（ｅｍｕ／ｃｃ）である。
【００３２】
ここで、バイアス下地層として使用するＦｅ又はＦｅ−Ｃｏ合金等の厚さとバイアス層であるＣｏ−Ｐｔ合金の保磁力との間には、Ｆｅ又はＦｅ−Ｃｏ合金等の厚さが２．０ｎｍの時に保磁力が最高値を採ることが判明した。図１は、Ｃｏ−Ｐｔ合金の保磁力のＦｅ−Ｃｏ合金下地膜の膜厚依存性を測定した結果を示す図である。図１は、Ｆｅ−Ｃｏ合金膜の上にＣｏ−Ｐｔ合金を載置した場合に、Ｆｅ−Ｃｏ合金の配向方向に沿ってＣｏ−Ｐｔ合金が堆積していく場合の保磁力（Ｈｃ）の変化を示している。Ｆｅ−Ｃｏ／Ｃｏ−Ｐｔ合金積層体の保磁力はＦｅ−Ｃｏ合金の膜厚が１．０ｎｍぐらいから急速に高まり、Ｆｅ−Ｃｏ合金の膜厚が２．０ｎｍの時に最も高くなり、その値は１，０００（Ｏｅ）を越えるようになる。その後Ｆｅ−Ｃｏ合金の膜厚を増していくと、保磁力は徐々に低下していく。
【００３３】
バイアス層として好ましいＣｏ−Ｐｔ合金の保磁力は７５０（Ｏｅ）以上であるから、バイアス下地層の厚さは１．６〜４．３ｎｍということになる。図１に示すとおり、Ｆｅ−Ｃｏ／Ｃｏ−Ｐｔ合金積層体の保磁力はＦｅ−Ｃｏ合金の膜厚が２．０ｎｍ以下では急速に低下するので、Ｆｅ−Ｃｏ合金バイアス下地層を形成する場合には、厚さが２．０ｎｍを大幅に下回らないように制御する必要がある。たとえば、Ｆｅ−Ｃｏ合金バイアス下地層の厚さを１．７〜３．５ｎｍとすれば、Ｆｅ−Ｃｏ／Ｃｏ−Ｐｔ合金積層体バイアス層の保磁力は７５０（Ｏｅ）以上確保することが可能となり、Ｆｅ−Ｃｏ合金バイアス下地層の厚さを１．８〜２．５ｎｍとすれば、Ｆｅ−Ｃｏ／Ｃｏ−Ｐｔ合金積層体バイアス層の保磁力は８５０（Ｏｅ）以上とすることが可能となる。
【００３４】
上述の通り、Ｆｅ−Ｃｏ／Ｃｏ−Ｐｔ積層体バイアス層の保磁力は、Ｆｅ−Ｃｏ合金バイアス下地層の厚さが２．０ｎｍを境に大きく変化する。しかもＦｅ−Ｃｏ合金バイアス下地層の厚さが２．０ｎｍ以下になると急激に低下する。いま、フリー磁性層に効果的にバイアス磁界を印加するのが目的であることから、フリー磁性層に近接した積層体のトラック幅方向の両側面のバイアス下地層の厚さは、積層体のトラック幅方向の側面以外の積層体周辺部に延出した部分のバイアス下地層の厚さよりも厚いか又は等しいことが好ましい。また、バイアス下地層は殆どの部分が積層体周辺部に延出した部分に載置されるので、積層体周辺部に延出した部分のバイアス下地層の保磁力を高めることも重要である。従って、バイアス下地層の厚さは１．８〜２．５ｎｍの範囲内において、積層体のトラック幅方向の両側面のバイアス下地層の厚さが、積層体周辺部に延出した部分のバイアス下地層の厚さよりも厚いか又は等しく構成する。
更に、前記積層体側面上のバイアス下地層の厚さ（ｂ）と、前記積層体側面側以外の基板に平行な部分に延出して形成されたバイアス下地層の厚さ（ａ）を、その関係がｂ／ａ＝１〜１ . ２５の範囲とする必要がある。
【００３５】
このように厚さを制御されたバイアス下地層は、たとえばイオンビームスパッタ法や、ロングスロースパッタ法あるいはコリメーションスパッタ法のいずれか又はこれらを組み合わせた方法により得ることが可能であるが、詳細については後述する。
上記のようなバイアス層の上に載置された導電層は、フリー磁性層、非磁性導電層及び固定磁性層にセンス電流を印加するためのものである。導電層は、例えばＣｒ、ＴａあるいはＡｕ等の高導電性の金属で構成する。
【００３６】
また、本発明では固定磁性層を、前記反強磁性層との交換異方性磁界により磁化方向が固定される第１の固定磁性層と、前記第１の固定磁性層に非磁性中間層を介して形成され、前記第１の固定磁性層の磁化方向と反平行に磁化方向が揃えられた第２の固定磁性層とからなるものとしても良い。
このスピンバルブ型薄膜磁気素子の固定磁性層の第１固定磁性層は、非磁性中間層より反強磁性層側に設けられ、第２の固定磁性層は、非磁性中間層より非磁性導電層側に設ける。
第１の固定磁性層及び第２の固定磁性層は、Ｃｏ、Ｎｉ−ＦｅやＦｅ−Ｃｏ合金等の強磁性体により形成する。また、非磁性中間層はＲｕ等の非磁性材料より形成する。
【００３７】
第１の固定磁性層と反強磁性層との界面では交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生して特定方向に固定され、第２の固定磁性層は第１の固定磁性層と反強磁性的に結合してその磁化方向が反対方向側に固定される。
第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁化方向が互いに反平行になっているので、第１の固定磁性層と第２の固定磁性層の磁気モーメントが相互に打ち消し合う関係にあるが、第１の固定磁性層の厚さが第２の固定磁性層の厚さよりも厚い場合は、この第１の固定磁性層に起因する自発磁化が僅かに残る結果となり、固定磁性層がフェリ磁性状態となっている。そしてこの見かけ上の小さな自発磁化によって反強磁性層との交換結合磁界が更に増幅され、固定磁性層の磁化方向が固定される。
【００３８】
本発明においては、前記フリー磁性層も非磁性中間層によって分断されていて、前記非磁性保護層又は非磁性下地層側に配置された第１のフリー磁性層と、前記非磁性導電層側に配置された第２のフリー磁性層とからなるものとしても良い。
このスピンバルブ型薄膜磁気素子のフリー磁性層は、例えば、第１のフリー磁性層は、非磁性中間層より保護層側に設けられ、第２のフリー磁性層は、非磁性中間層より非磁性導電層側に設けられる。
また、第１のフリー磁性層及び第２のフリー磁性層は、Ｎｉ−Ｆｅ合金等の強磁性材料により形成され、非磁性中間層はＲｕ等の非磁性材料により形成する。
【００３９】
第１のフリー磁性層の厚さｔ１は、第２のフリー磁性層の厚さｔ２よりも薄く形成する。
また、第１のフリー磁性層及び第２のフリー磁性層の飽和磁化をそれぞれＭ１、Ｍ２としたとき、第１のフリー磁性層及び第２のフリー磁性層の磁気的膜厚はそれぞれＭ１・ｔ１、Ｍ２・ｔ２となり、第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との磁気的膜厚の関係を、Ｍ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とするように構成する。また、第１のフリー磁性層及び第２のフリー磁性層は、相互に反強磁性的に結合自在とされている。即ち、第１フリー磁性層の磁化方向がバイアス層により決められた場合、第２フリー磁性層の磁化方向は第１フリー磁性層の反対方向に揃えられる。また、第１、第２のフリー磁性層の磁気的膜厚の関係がＭ２・ｔ２＜Ｍ１・ｔ１であることから、第１のフリー磁性層の磁化が残存した状態となり、フリー磁性層全体の磁化方向は磁気的膜厚の大きな方向に揃えられる。このときのフリー磁性層の実効膜厚は、（Ｍ１・ｔ２−Ｍ２・ｔ１）となる。
このように、第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層は、それぞれの磁化方向が反平行方向となるように反強磁性的に結合され、かつ磁気的膜厚の関係がＭ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１であるので、人工的なフェリ磁性状態となっている。またこれによりフリー磁性層の磁化方向と固定磁性層の磁化方向とが交差する関係となる。
【００４０】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子では、ハードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、フリー磁性層の磁化方向が変動すると、固定磁性層の磁化との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検知される。
またフリー磁性層は、相互に反強磁性的に結合した第１、第２のフリー磁性層から構成されているので、フリー磁性層全体の磁化方向が僅かの大きさの外部磁界によって変動し、スピンバルブ型薄膜磁気素子の感度が高くなる効果を有している。
【００４１】
上記に詳説したような本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子を磁気ヘッドに使用すれば、バイアス磁界が有効にフリー磁性層内に作用し、スピンバルブ積層体内のフリー磁性層内の反磁界の増大を抑制し、フリー磁性層のエッジ部の磁化を有効に除去することができるので単磁区化制御が完全となり、記録密度の一層の向上に伴う再生素子のトラック幅の狭幅化に十分対応できる、バルクハウゼンノイズが少なく、動作の安定した薄膜磁気ヘッドを提供することが可能となる。
【００４２】
次に、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法について説明する。
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法は、基板上に、少なくとも反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成した固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成したフリー磁性層とを有する積層体を形成する工程と、前記積層体の上にリフトオフ用レジストを形成する工程と、前記リフトオフ用レジストに覆われていない部分をイオンミリングにより除去し、断面略台形状の積層体を形成する工程と、前記台形積層体の両側斜面に、バイアス下地層用のＦｅ−Ｃｏ合金のスパッタターゲットを、基板との角度を傾斜させた状態で対向させて、スパッタ法により厚さ１．８〜２．５ｎｍのバイアス下地層を前記台形積層体の両側斜面及び積層体の周辺部分に延出させて、積層体の斜面上のバイアス下地層を積層体の周辺部分のバイアス下地層以上の厚さであって、前記積層体側面上のバイアス下地層の厚さ（ｂ）と、前記積層体側面側以外の基板に平行な部分に延出して形成されたバイアス下地層の厚さ（ａ）との関係をｂ／ａ＝１〜１ . ２５の範囲となるように形成する工程と、スパッタ法によりバイアス層を前記バイアス下地層上に形成する工程と、前記バイアス層上にスパッタ法により前記電極層を形成する工程とからなるものである。なお、積層体を形成する順序は上記の順序に限られず、基板側から少なくともフリー磁性層と、このフリー磁性層に接して非磁性導電層を介して形成された固定磁性層と、この固定磁性層に接して形成された反強磁性層の順に載置したものであっても良い。
【００４３】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法においては、上記積層体を形成する工程において、前記固定磁性層を第１の固定磁性層と、該第１の固定磁性層の上に非磁性中間層を介して形成した第２の固定磁性層とからなる、いわゆるシンセティックフェリピンド型に形成したものであっても良い。
あるいはまた、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法は、上記積層体を形成する工程において、前記フリー磁性層を非磁性中間層によって分断された、前記非磁性保護層又は非磁性下地層側に配置された第１のフリー磁性層と、前記非磁性導電層側に配置された第２のフリー磁性層とからなる、いわゆるシンセティックフェリフリー型に形成したものであっても良い。
これらの積層体の形成工程は、スパッタ法により基板表面あるいは基板表面に設けた下地層上に、順次所定の厚さに形成する。
【００４４】
次いで上記のようにして形成した積層体の表面に、所定寸法のリフトオフ用レジストパターンを形成する。レジストパターンを形成した積層体をイオンミリング等のエッチング手段によりエッチングすると、レジストパターンの陰影部分を除いた部分が除去され、ほぼ台形形状の積層体が得られる。
【００４５】
次に、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のいずれかまたはそれらを組み合わせたスパッタ法を使用して、バイアス下地層を形成する。本発明では、Ｆｅ又はＦｅ−Ｃｏ合金等からなるバイアス下地層の厚さを正確に制御することが重要である。この観点からスパッタ粒子の照射方向が狭い範囲に絞れる上記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のいずれかの方法を使用するのがよい。これらの手段を使用して、バイアス下地層用のＦｅ又はＦｅ−Ｃｏ合金等からなるスパッタターゲットと台形形状の積層体を形成した基板との角度を傾斜させた状態で対向させ、かつこの傾斜角度を適宜選択し、目標とする部位に正確にスパッタ粒子を堆積させることにより、所望の厚さのバイアス下地層を得ることができる。しかも、前記積層体のトラック幅方向の側面のバイアス下地層の厚さを、前記積層体の周辺部分に延出して形成するバイアス下地層の厚さよりも厚くすることも可能となる。
バイアス下地層の堆積に際しては、基板を回転させてバイアス下地層を均一に堆積させるのが好ましい。
【００４６】
基板に対してスッパタ粒子が入射する角度すなわち成膜角度（θ）を適当に選択することにより、バイアス下地層の厚さを正確にしかも任意の厚さに制御することが可能となる。従って、成膜角度（θ）の選択は重要である。
通常、基板と積層体斜面とのなす角度（α）は、１５度〜６０度程度の形成し、より好ましくは２０度〜５０度に形成している。
今、積層体斜面に形成するバイアス下地層の厚さ（ｂ）を２．０ｎｍとすることを目標に、基板と積層体斜面とのなす角度（α）を２０度〜６０度に変化させた場合に、積層体斜面に形成されるバイアス下地層の厚さ（ｂ）と、積層体周辺部分に延出して形成されたバイアス下地層の厚さ（ａ）との比（ｂ／ａ）を調べたところ、図２に示すようになった。
図２によれば、積層体斜面の底部から基板と平行に延出して形成されるバイアス下地層の厚さ（ａ）と、積層体斜面に形成されるバイアス下地層の厚さ（ｂ）とが共に２．０ｎｍで、ｂ／ａ＝１となるのは、成膜角度（θ）が７度以上であることが判る。
【００４７】
前述の通り、バイアス下地層の厚さが２．０ｎｍより小さいとバイアス層の保磁力は急激に低下するので好ましくない。従って、積層体周辺部に延出して形成されるバイアス下地層の厚さ（ａ）と、積層体斜面に形成されるバイアス下地層の厚さ（ｂ）とが共に２．０ｎｍよりも大きくて、しかも限りなく２．０ｎｍに近いのが好ましい。この時（ｂ／ａ）の値は１よりも大きく、しかも限りなく１に近いのが好ましい。バイアス層の保磁力の観点からバイアス下地層の厚さａ，ｂは共に１．６ｎｍ〜４．３ｎｍ程度まで許容され、ｂは２．０ｎｍであるのが望ましいことから、（ｂ／ａ）の値の上限は２．１５となる。また、ａ，ｂが共に等しく２．０ｎｍ（ｂ／ａ）の値が１となるのが最も好ましい。
従って、図２から（ｂ／ａ）の値が１．０〜２．１５となるのは成膜角度（θ）が１９度から７０度とするのが適することが判る。なお、基板と積層体斜面とのなす角度（α）が６０度の場合には成膜角度（θ）が３０度以上にならないと（ｂ／ａ）の値は１以上とならない。また、ｂ／ａが確実に１以上となるのはｂ／ａ＝１〜１．７５程度であるから、成膜角度（θ）のより好ましい範囲は、基板と積層体斜面とのなす角度（α）を２０度から４５度として、（θ）を１９度から４８度の範囲とする場合となる。
これらに鑑み、前記積層体側面上のバイアス下地層の厚さ（ｂ）と、前記積層体側面側以外の基板に平行な部分に延出して形成されたバイアス下地層の厚さ（ａ）を、その関係がｂ／ａ＝１〜１ . ２５の範囲とするように形成する。
【００４８】
所定の厚さのバイアス下地層を形成した基板は、再び通常のスパッタ成膜手段を用いてバイアス層、導電層を形成してスピンバルブ型薄膜磁気素子を完成させる。この時は基板とスパッタターゲットは平行に対向させても良い。
以上のようにして得られたスピンバルブ型薄膜磁気素子を使用して磁気ヘッドを構成すれば、高記録密度に対応したトラック幅の狭いヘッドとしても、高性能を発揮するヘッドとすることができる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の実施形態を、図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図３は、本発明の第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、巨大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ（giant magnetoresitive ）素子の一種である。このスピンバルブ型薄膜磁気素子は、後述するように、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダー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図においてＺ方向であり、磁気記録媒体からの漏れ磁界方向はＹ方向である。
本発明の第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、基板１００側から下地層６、反強磁性層１、固定磁性層２、非磁性導電層３、フリー磁性層４、保護層７が形成された、いわゆるボトム型（Bottom type ）である。
【００５０】
図３において、符号１は、基板１００上にＴａ等の下地層６を介して設けられた反強磁性層である。この反強磁性層１の上には固定磁性層２が形成されている。 この固定磁性層２の上にはＣｕ（銅）等からなる非磁性導電層３が形成され、さらに、前記非磁性導電層３の上にはフリー磁性層４が形成されている。
図３に示すように、これら下地層６の一部から保護層７までの各層により、略台形状の断面形状を有する積層体９が構成されている。
また、符号５，５はバイアス層を、符号８，８は電極層を示している。 これら、バイアス層５，５の主要部分は積層体９の周辺の両側の位置に張り出した反強磁性層１上に、バイアス下地層１０を介して形成されており、バイアス層５，５の一部分は台形積層体９のトラック幅方向の両側面に接合して設けられている。
このような順序で各層を積層したボトムタイプ（Bottom type ）とすることにより、比抵抗の高い反強磁性層１を介さずに、積層体９に与えるセンス電流の割合を向上させることができる。このため、サイドリーディングを防止することができる。
【００５１】
ここで、バイアス下地層１０はＦｅ又はＦｅ−Ｃｏ合金等の強磁性体で構成し、その厚さは１．６〜４．３ｎｍとする。好ましくは１．８〜２．５ｎｍ、さらに好ましくは１．７〜３．５ｎｍとするのがよい。また、台形の積層体９の両側面に位置したバイアス下地層１０の厚さ（ｂ）は、台形の積層体９の両側位置に張り出して位置した、基板１００に平行な部分にある反強磁性層１上に延出したバイアス下地層１０の厚さ（ａ）よりも厚いか又は等しくする。前記厚さ（ａ）及び厚さ（ｂ）がともに２．０ｎｍであるのが最も好ましいが、膜厚制御を容易にするため、厚さ（ａ）及び厚さ（ｂ）とも１．６〜４．３ｎｍの範囲とした上で、厚さ（ｂ）の方が厚くなるように管理して形成する。例えば、ｂ／ａ＝１〜１．２５の範囲とするのが好ましい。ｂ／ａを１以上とすることにより、バイアス層５，５のＣｏ−Ｐｔ合金の保磁力を７５０（Ｏｅ）以上に高くすることが可能となり、バイアス磁界を効果的にフリー磁性層４に印加することが可能となる。その結果、上記フリー磁性層の単磁区化制御を良好に行うことができ、安定性に優れバルクハウゼンノイズの発生を低減させたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができる。
【００５２】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子についてさらに詳細に説明すると、本発明の第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子では、前記反強磁性層１は、積層体９の中央部分において、８〜１１ｎｍ程度の厚さに形成され、Ｐｔ−Ｍｎ合金で形成することが好ましい。Ｐｔ−Ｍｎ合金は、従来から反強磁性層として使用されているＮｉ−Ｍｎ合金やＦｅ−Ｍｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高く、交換結合磁界（交換異方性磁界）も大きいからである。
また、前記Ｐｔ−Ｍｎ合金に代えて、Ｘ−Ｍｎ（ただし、Ｘは、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓのうちから選択される１種の元素を示す。）の式で示される合金、あるいは、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのうちから選択される１種または２種以上の元素を示す。）の式で示される合金で反強磁性層１を形成してもよい。
【００５３】
また、前記Ｐｔ−Ｍｎ合金および前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、４７〜５７原子％の範囲である。
さらにまた、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金において、Ｘ’が３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、４７〜５７原子％の範囲である。さらに、前記Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金としては、Ｘ’が０．２〜１０原子％の範囲であることが望ましい。
ただし、Ｘ’がＰｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓの１種以上の場合は、Ｘ’は０．２〜４０原子％の範囲であることが望ましい。
前記反強磁性層１として、上記の組成範囲の合金を使用し、これをアニール処理することで、大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層１を得ることができる。とくに、Ｐｔ−Ｍｎ合金であれば、８００（Ｏｅ）を越える交換結合磁界を有し、前記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反強磁性層１を得ることができる。
【００５４】
固定磁性層２は強磁性体の薄膜からなり、例えばＣｏ、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｎｉ合金等で形成し、４ｎｍ程度の厚さとすることが好ましい。
この固定磁性層２は、反強磁性層１に接して形成され、磁場中アニール（熱処理）を施すことにより、前記固定磁性層２と反強磁性層１との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、例えば図３に示すように、前記固定磁性層２の磁化方向は図示Ｙ方向と反対の方向に固定される。
非磁性導電層３は、Ｃｕ（銅）等からなり、その膜厚は、２．０〜２．５ｎｍに設定される。
【００５５】
フリー磁性層４は、例えばＣｏ、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｎｉ合金等の強磁性体で形成する。また、通常、フリー磁性層の厚さは２〜５ｎｍ程度の厚さが適当である。フリー磁性層４の磁化方向はバイアス層５，５の磁束によって図示Ｘ１方向に固定されている。
また、フリー磁性層４の磁化方向と固定磁性層２の磁化方向とが交差する関係となっている。
フリー磁性層４の上には、Ｔａなどで形成された保護層７が形成される。
図３に示すように、上記下地層６の一部から保護層７までの各層により、略台形状の断面形状を有する積層体９が構成されている。
【００５６】
台形状の積層体９の底辺近傍の反強磁性層１の上には、Ｆｅ又はＦｅ−Ｃｏ合金等からなるバイアス下地層１０，１０を介して、バイアス層５，５が形成されている。
前記バイアス層５，５は、好ましくはＣｏ−Ｐｔ合金で形成する。通常、厚さは２０〜５０ｎｍ程度とするのが良い。Ｃｏ−Ｐｔ合金に代えて例えばＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金あるいはＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ合金等でバイアス層５，５を形成することもできる。
また、前記バイアス層５，５が、図示Ｘ１方向に磁化されていることで、前記フリー磁性層４の磁化が、図示Ｘ１方向に揃えられている。これにより、前記フリー磁性層４の変動磁化と前記固定磁性層２の固定磁化とが９０度で交差する関係となっている。
【００５７】
バイアス層５，５の上には、電極層８，８が形成されている。バイアス層５，５と電極層８，８の間には、図示しない非磁性の中間層を介在させても良い。中間層は緩衝膜および配向膜の役割をするものであり、Ｃｒ又はＴａ等で形成されることが好ましく、例えば、２〜５ｎｍ程度、好ましくは３．５ｎｍ程度の厚が良い。
非磁性の中間層により、後工程のインダクティブヘッド（書込ヘッド）の製造プロセスでおこなう絶縁レジストの硬化工程（ＵＶキュアまたはハードベーク）等で高温に曝される場合に、拡散バリアーとして機能し、バイアス層５，５と周辺層の間で熱拡散が起こった場合に、バイアス層５，５の磁気特性が劣化するのを防止することができる。
電極層８，８は、Ｃｒ、Ａｕ、Ｔａ、Ｗから選択される１種またはそれ以上からなる単層膜もしくはその多層膜で形成することが好ましい。これにより抵抗値を低減することができる。
バイアス層５，５と電極層８，８との間にＴａからなる中間層を介在させた場合は、Ｔａからなる中間層の上にＣｒからなる電極層をエピタキシャル成長させて形成することにより、電気抵抗値をさらに低減させることができる。
【００５８】
図３に示す構造のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、電極層８，８から積層体９にセンス電流が与えられる。磁気記録媒体から図３に示す図示Ｙ方向に磁界が与えられると、フリー磁性層４の磁化方向は、図示Ｘ１方向からＹ方向に変動する。このときの非磁性導電層３とフリー磁性層４との界面で、いわゆるＧＭＲ効果によってスピンに依存した伝導電子の散乱が起こることにより、電気抵抗が変化し、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００５９】
以上説明したように、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子では、強磁性のＦｅ又はＦｅ−Ｃｏ合金等からなる厚さ１．６〜４．３ｎｍのバイアス下地層１０，１０の上に、強磁性のＣｏ−Ｐｔ合金からなるバイアス層５，５を形成してあるので、バイアス層５，５の保磁力（Ｈｃ）を極めて高く維持することができ、バイアス磁界を効果的にフリー磁性層に印加することが可能となる。その結果、上記フリー磁性層の単磁区化制御を良好に行うことができ、安定性に優れバルクハウゼンノイズの発生を低減させたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができる。
【００６０】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
本発明の第２の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、基板１００側から下地層６、反強磁性層１、固定磁性層２、非磁性導電層３、フリー磁性層４、保護層７が形成された、いわゆるボトム型（Bottom type ）であり、さらに、フリー磁性層４が、第１のフリー磁性層４Ａと、前記第１のフリー磁性層４Ａに非磁性中間層４Ｂを介して形成され、前記第１のフリー磁性層４Ａの磁化方向と反平行に磁化方向が揃えられた第２のフリー磁性層４Ｃとを有し、フリー磁性層が合成フェリ磁性状態となっている、いわゆるシンセティックフェリフリー型（synthetic-ferri-free type ）のシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子の一種である。
【００６１】
図４において、符号１は、基板１００上に設けられた反強磁性層である。この反強磁性層１の上には、固定磁性層２が形成されている。
この固定磁性層２の上には、Ｃｕ（銅）等からなる非磁性導電層３が形成され、さらに、前記非磁性導電層３の上には、フリー磁性層４が形成されている。
フリー磁性層４は、非磁性中間層４Ｂを介して２つに分断された第１、第２のフリー磁性層４Ａ，４Ｃから形成されており、分断されたフリー磁性層４Ａ，４Ｃ同士で磁化の向きが１８０゜異なるフェリ磁性状態になっている。
前記第１のフリー磁性層４Ａの上には、Ｔａなどで形成された保護層７が形成されている。
このように下地層６の一部から保護層７までの各層により、略台形状の断面形状を有する積層体９が構成されている。
【００６２】
また、符号５，５はバイアス層を、符号８，８は電極層を示している。 これら、バイアス層５，５の主要部分は積層体９のトラック幅方向の両側の位置に張り出した反強磁性層１上に、バイアス下地層１０を介して形成されており、バイアス層５，５の一部分は台形積層体９の両側面に接合して設けられている。
このような順序で各層を積層し、第１の実施例と同様のボトムタイプとすることにより、比抵抗の高い反強磁性層１を介さずに、積層体９に与えるセンス電流の割合を向上させることができる。このため、サイドリーディングを防止することを可能としている。
【００６３】
さらに詳細に説明すると、本発明の第２の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子が、前記第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子と異なる点は、フリー磁性層４の構造である。その他の下地層６、反強磁性層１、固定磁性層２、非磁性導電層３及び保護層７については、第１の実施形態と同様に構成したものであって良い。従って、ここではフリー磁性層４について重点的に説明する。
【００６４】
本発明の第２の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子におけるフリー磁性層４は、第１のフリー磁性層４Ａと第２のフリー磁性層４Ｃが非磁性中間層４Ｂを介して２つに分断されており、分断された第１のフリー磁性層４Ａ，第２のフリー磁性４Ｃ同士で磁化の向きが１８０゜異なるフェリ磁性状態に形成されている。第１のフリー磁性層４Ａは、保護層７側に設けられ、第２のフリー磁性層４Ｃは非磁性導電層３側に設けられている。
第１のフリー磁性層４Ａと第２のフリー磁性層４Ｃは、例えばＣｏ、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｎｉ合金等で形成するのが好ましい。非磁性中間層４Ｂは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成することが好ましい。
ここで、第１のフリー磁性層４Ａと第２のフリー磁性層４Ｃの厚さは異なって形成されている。
【００６５】
フリー磁性層４においては、第２のフリー磁性層４Ｃの磁化方向がバイアス層５，５の磁束によって図示Ｘ１方向に固定され、第１のフリー磁性層４Ａの磁化方向が図示Ｘ１方向と反対方向に固定されている。第１のフリー磁性層４Ａは、交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって第２のフリー磁性層４Ｃと磁気的に結合されて、図示Ｘ１方向の反対方向に磁化された状態となっている。第１のフリー磁性層４Ａおよび第２のフリー磁性層４Ｃの磁化方向は、フェリ状態を保ちながら、外部磁界の影響を受けて反転自在とされてる。即ち、第２のフリー磁性層４Ｃの磁化方向がバイアス層５，５により図示Ｘ₁ 方向に揃えられると、第１のフリー磁性層４Ａの磁化方向が図示Ｘ１方向と反対方向に揃えられる。
【００６６】
また、通常第１フリー磁性層４Ａと第２のフリー磁性層４Ｃの厚さは、共に２〜５ｎｍ程度の厚さが適当で、第２のフリー磁性層４Ｃの厚さｔ２は、第１のフリー磁性層４Ａの厚さｔ１よりも厚く形成する。
また、第１のフリー磁性層４Ａ及び第２のフリー磁性層４Ｃの飽和磁化をそれぞれＭ１、Ｍ２としたとき、第１のフリー磁性層４Ａ及び第２のフリー磁性層４Ｃの磁気的膜厚はそれぞれＭ１・ｔ１、Ｍ２・ｔ２となる。
そしてフリー磁性層４は、第１のフリー磁性層４Ａと第２のフリー磁性層４Ｃとの磁気的膜厚の関係を、Ｍ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とするように構成する。第１のフリー磁性層４Ａと第２のフリー磁性層４Ｃの磁気的膜厚の関係がＭ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とされていることから、第２のフリー磁性層４Ｃの磁化が残存した状態となり、フリー磁性層４全体の磁化方向が図示Ｘ１方向に揃えられる。このときのフリー磁性層４の実効膜厚は、（Ｍ２・ｔ２−Ｍ１・ｔ１）となる。
【００６７】
また、第１のフリー磁性層４Ａと第２のフリー磁性層４Ｃは、それぞれの磁化方向が反平行方向となるように反強磁性的に結合され、かつ磁気的膜厚の関係がＭ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とされていることから、人工的なフェリ磁性状態となっている。
またこれにより、フリー磁性層４の磁化方向と固定磁性層２の磁化方向とが交差する関係となっている。
本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子では、第１のフリー磁性層４Ａの磁気的膜厚を、第２のフリー磁性層４Ｃの磁気的膜厚よりも小さくすることにより、これら第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層の磁気的膜厚の差分がフリー磁性層の磁気的な実効膜厚となる。従って、第１のフリー磁性層４Ａと第２のフリー磁性層４Ｃの膜厚を適宜調整してフリー磁性層４の実効膜厚を薄くすることにより、フリー磁性層４の磁化方向を僅かな大きさの外部磁界により変動させることができ、スピンバルブ型薄膜磁気素子（スピンバルブ型薄膜磁気素子）の感度を高くすることが可能となる。また、フリー磁性層４全体の厚さをある程度厚くできるので、抵抗変化率が極端に小さくなることがなく、スピンバルブ型薄膜磁気素子の感度を高くすることが可能となる。
【００６８】
以上説明したとおり、第２の実施形態では台形の積層体９を構成するフリー磁性層４が、第１のフリー磁性層４Ａと第２のフリー磁性層４Ｃに分割されている以外は、第１の実施形態と同様である。バイアス下地層１０、バイアス層５、電極層８の構成も第１の実施形態と同様であるので、ここでは詳しい説明は省略する。
第２の実施形態でも、ｂ／ａを１以上とすることにより、バイアス層５，５のＣｏ−Ｐｔ合金の保磁力を７５０（Ｏｅ）以上に高くすることが可能となり、バイアス磁界を効果的にフリー磁性層４に印加することが可能となる。その結果、上記フリー磁性層の単磁区化制御を良好に行うことができ、安定性に優れバルクハウゼンノイズの発生を低減させたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができる。
【００６９】
次に、図５〜図８を参照して、図４に示す第２の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法の一例を詳しく説明する。
まず、図５に示すように、基板１００上に下地層となるＴａ膜６ａを介して反強磁性層となるＰｔ−Ｍｎ合金膜１ａ、固定磁性層となるＣｏ−Ｆｅ合金膜２ａ、非磁性導電層となるＣｕ膜３ａ、第１のフリー磁性層４Ａと非磁性中間層４Ｂと第２のフリー磁性層４ＣとなるＣｏ−Ｆｅ合金／Ｒｕ／Ｃｏ−Ｆｅ合金の積層膜４ａ並びに保護層７となるＴａ膜７ａを順次成膜して積層体９ａを形成した後、上記積層体９ａ上にリフトオフ用レジスト３７０を形成する。リフトオフ用レジスト３７０の幅Ｒ１は、形成すべきスピンバルブ型薄膜磁気素子の積層体９の部分と同等の幅に設定しておく。また、リフトオフ用レジスト３７０の積層体９ａの上面と接する部分の幅Ｒ２は、Ｒ１よりも若干狭くしてリフトオフが容易に行えるようにしておく。
次いで、図６に示すように上記リフトオフ用レジスト３７０に覆われていない部分を、イオンミリングにより反強磁性層１の中程迄除去して、図４に示すスピンバルブ薄膜磁気素子の側面となる傾斜面を形成して等脚台形状の積層体９を形成する。この時、基板１００上面と積層体９の両側の斜面とのなす角度（α）を４５度にして形成することが好ましい。
【００７０】
次いで、図７に示すように上記積層体９の両側のリフトオフ用レジスト３７０に覆われていない部分及び積層体９の両側の張り出した反強磁性層１の平坦部分に、バイアス下地層１０，１０を形成する。
この際、バイアス下地層用のＦｅ又はＦｅ−Ｃｏ合金等からなるスパッタターゲット３７３と基板１００とのなす角度を傾斜させた状態で対向させて、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のいずれかまたはそれらを組み合わせたスパッタ法などによって成膜する。
スパッタ粒子の入射方向と基板１００の法線とのなす角度（θ）を、１９度の角度でスパッタ成膜すれば、積層体９の斜面と反強磁性層１の平坦部分に、厚さ約２ｎｍでほぼ同じ厚さのバイアス下地膜を形成することができる。
このように、スパッタ粒子の入射方向と基板１００の法線との角度（θ）を最適に選択し、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等のスパッタ粒子の指向性に優れた手段でスパッタ成膜すれば、得られるスパッタ膜の膜厚を正確に制御することが可能となる。
【００７１】
ついで、図８に示すように上記バイアス下地層１０、１０の上に、バイアス層５，５を形成する。バイアス層５，５は、バイアス層形成用の、例えばＣｏ−Ｐｔ合金からなるスパッタターゲット３７４を基板面と傾斜させて、あるいはスパッタターゲットと基板面とが平行になるように対向させて配置してスパッタ成膜を行う。この時、スパッタされた粒子のうちリフトオフ用レジスト３７０の近傍では、リフトオフ用レジスト３７０によってスパッタ粒子が遮られるので、成膜厚さは薄くなる。スパッタターゲットと基板面との傾斜角度を適宜選択することのより、各部位に堆積するバイアス層の厚さを調節することができる。
バイアス層５，５を形成した後、その上に電極層８，８を形成する。電極層８，８も、図８に示すようにバイアス層形成用のスパッタターゲット３７４を電極用スパッタターゲット３７５と交換して、バイアス層５，５と同様にして形成すれば良い。
【００７２】
以上のようにして図４に示す、厚さの制御されたＦｅ又はＦｅ−Ｃｏ合金からなるバイアス下地層を具備した、シンセティックフェリフリー型（synthetic-ferri-free type ）のシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子を得る。
【００７３】
（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子構造を示す断面図である。
この第３のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、前記第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子において、固定磁性層２が前記反強磁性層１との交換異方性磁界により磁化方向が固定される第１の固定磁性層２Ａと、前記第１の固定磁性層２Ａに非磁性中間層２Ｂを介して形成され、前記第１の固定磁性層２Ａの磁化方向と反平行に磁化方向が揃えられた第２の固定磁性層２Ｃとからなる、いわゆるシンセティックフェリピンド型構造としたものである。
【００７４】
この構造は固定磁性層１の固定磁化による反磁界（双極子磁界）を、第１の固定磁性層２Ａの静磁結合磁界と第２の固定磁性層２Ｃの静磁結合磁界とにより、相互に打ち消してキャンセルすることができる。これにより、フリー磁性層４の変動磁化の方向に影響を与える固定磁性層の固定磁化による反磁界（双極子磁界）からのフリー磁性層４の変動磁化への寄与を減少することができる。
また、このように、固定磁性層２が非磁性中間層２Ｂを介して２つに分断されたスピンバルブ型薄膜磁気素子とした場合、２つに分断された固定磁性層のうち一方が他方の固定磁性層を適正な方向に固定する役割を担い、固定磁性層の状態を非常に安定した状態に保つことが可能となる。
【００７５】
この第３の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子においても、Ｃｏ−Ｐｔ合金からなるバイアス層５，５のバイアス下地層１０，１０として、厚さ１．６〜４．３ｎｍのＦｅ又はＦｅ−Ｃｏ合金等からなる薄膜を備えている。また、積層体斜面に形成されたバイアス下地層の厚さｂと、積層体周辺部に延出して形成されたバイアス下地層の厚さａとの比ｂ／ａを１．００〜２．１５、より好ましくはｂ／ａを１．００〜１．７５となるように形成する。その結果、バイアス層５，５を構成するＣｏ−Ｐｔ合金の保磁力を高く維持することができ、バイアス磁界を効果的にフリー磁性層に印加することが可能となる。また、上記フリー磁性層の単磁区化制御を良好に行うことができる安定性に優れ、バルクハウゼンノイズの発生を低減させたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができる。
【００７６】
本発明の第３の実施形態のシンセティックフェリピンド型構造のスピンバルブ型薄膜磁気素子を製造するには、積層体９を形成する際に、前記固定磁性層２を第１の固定磁性層２Ａと、前記第１の固定磁性層２Ａ上の非磁性中間層２Ｂと、前記非磁性中間層２Ｂ上の第２の固定磁性層２Ｃとからなる３層構造に形成すれば良い。他の工程は前記第２の実施形態の製造方法で述べたとおりで良いので、ここでは詳しい説明は省略する。
この第３の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子においても、ｂ／ａを１以上とすることにより、バイアス層５，５のＣｏ−Ｐｔ合金の保磁力を７５０（Ｏｅ）以上に高くすることが可能となり、バイアス磁界を効果的にフリー磁性層４に印加することが可能となる。その結果、上記フリー磁性層の単磁区化制御を良好に行うことができ、安定性に優れバルクハウゼンノイズの発生を低減させたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができる。
【００７７】
（第４の実施形態）
図１０は、本発明の第４の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
第４の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子が前記の各実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子と異なる点は、固定磁性層２が非磁性中間層を介して２分された、いわゆるシンセティックフェリピンド型（ synthetic-ferri-pinned spin-valves ）となっている点、及びフリー磁性層４が、第１のフリー磁性層４Ａと、前記第１のフリー磁性層４Ａに非磁性中間層４Ｂを介して形成され、前記第１のフリー磁性層４Ａの磁化方向と反平行に磁化方向が揃えられた第２のフリー磁性層４Ｃとを有する、フリー磁性層が合成フェリ磁性状態となっている、いわゆるシンセティックフェリフリー型（synthetic-ferri-free type ）となっている点である。
【００７８】
図１０において、符号１は、基板１００上に下地層６を介して設けられた反強磁性層である。この反強磁性層１の上には、固定磁性層２が形成されている。
この固定磁性層２は、第１の固定磁性層２Ａと、第１の固定磁性層２Ａの上に非磁性中間層２Ｂを介して形成され、第１の固定磁性層２Ａの磁化方向と反平行に磁化方向が揃えられた第２の固定磁性層２Ｃとからなっている。
この固定磁性層２の上には、Ｃｕ（銅）等からなる非磁性導電層３が形成され、さらに、前記非磁性導電層３の上には、フリー磁性層４が形成されている。
フリー磁性層４は、非磁性中間層４Ｂを介して２つに分断された第１及び第２のフリー磁性層４Ａ，４Ｃから形成されており、分断されたフリー磁性層４Ａ，４Ｃ同士で磁化の向きが１８０゜異なるフェリ磁性状態になっている。
前記第１のフリー磁性層４Ａの上には、Ｔａなどで形成された保護層７が形成されている。
図１０に示すように、これら反強磁性層１の一部から保護層７までの各層により、略台形状の断面形状を有する積層体９が構成されている。
【００７９】
また、符号１０，１０はバイアス下地層を、符号５，５はバイアス層を、符号８，８は電極層を示している。
これら、バイアス層５，５の主要部分は、積層体９周辺の両側の位置に張り出して形成されている反強磁性層１上に、バイアス下地層１０，１０介して形成されており、かつ、台形の積層体９のトラック幅方向の両側面に接合して設けられている。このバイアス層５，５上には電極層８，８が形成されている。
このような順序で各層を積層したボトムタイプ（Bottom type ）とすることにより、比抵抗の高い反強磁性層１を介さずに積層体９に与えるセンス電流の割合を向上させることができる。このため、サイドリーディングを防止することができ、磁気記録密度の高密度化により一層対応することが可能となる。
【００８０】
さらに詳細に説明すると、本発明の第４の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子では、前記反強磁性層１は積層体９の中央部分に、８〜１１ｎｍ程度の厚さに形成され、Ｐｔ−Ｍｎ合金で形成することが好ましい。、Ｐｔを３７〜６３原子％の範囲で含有するＰｔ−Ｍｎ合金は、耐食性に優れしかもブロッキング温度が高く、交換結合磁界（交換異方性磁界）も大きいからである。その他にＮｉ−Ｍｎ合金やＦｅ−Ｍｎ合金なども使用できる。
【００８１】
前記反強磁性層１として、上記の組成範囲の合金を使用し、これをアニール処理することで、大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層１を得ることができる。とくに、Ｐｔ−Ｍｎ合金では８００（Ｏｅ）を越える交換結合磁界を有し、前記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反強磁性層１を得ることができる。
【００８２】
第１および第２の固定磁性層２Ａ，２Ｃは強磁性体の薄膜からなり、例えば、Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｎｉ合金等で形成する。第１の固定磁性層２Ａは、例えばＣｏからなりその膜厚を１．３〜１．５ｎｍとし、第２の固定磁性層２Ｃは、例えばＣｏからなりその膜厚を２〜２．５ｎｍとし、固定磁性層全体で４．０ｎｍ程度の厚さにするのがが好ましい。
また、非磁性中間層２Ｂは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成し、通常、０．８ｎｍ程度の厚さに形成することが好ましい。
【００８３】
この第１の固定磁性層２Ａは、反強磁性層１に接して形成され、磁場中アニール（熱処理）を施すことにより、第１の固定磁性層２Ａと反強磁性層１との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、例えば図１０に示すように、第１の固定磁性層２Ａの磁化方向が、図示Ｙ方向に固定される。また、第１の固定磁性層２Ａの磁化方向が、図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層２Ｂを介して対向する第２の固定磁性層２Ｃの磁化方向は、第１の固定磁性層２Ａの磁化と反平行の状態、つまり、図示Ｙ方向と逆の方向に固定される。
【００８４】
交換結合磁界が大きいほど、第１の固定磁性層２Ａの磁化方向と第２の固定磁性層２Ｃの磁化方向を安定して反平行状態に保つことが可能となり、特に、反強磁性層１としてブロッキング温度が高く、しかも第１の固定磁性層２Ａとの界面で大きい交換結合磁界（交換異方性磁界）を発生させるＰｔ−Ｍｎ合金を使用することで、第１の固定磁性層２Ａおよび第２の固定磁性層２Ｃの磁化状態を熱的にも安定して保つことができる。
【００８５】
本実施形態では、第１の固定磁性層２Ａと第２の固定磁性層２Ｃとの膜厚比を適正な範囲内に収めることによって、交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくすることができ、第１の固定磁性層２Ａと第２の固定磁性層２Ｃとの磁化方向を、熱的にも安定した反平行状態（フェリ状態）に保つことができ、しかも、△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）を従来と同程度に確保することが可能である。さらに熱処理中の磁場の大きさおよびその方向を適正に制御することによって、第１の固定磁性層２Ａおよび第２の固定磁性層２Ｃの磁化方向を、所望の方向に制御することが可能になる。
【００８６】
フリー磁性層４は、第１及び第２のフリー磁性層４Ａ，４Ｃが非磁性中間層４Ｂを介して２つに分断されており、分断された層４Ａ，４Ｃ同士で磁化の向きが１８０゜異なるフェリ磁性状態に形成されている。第１のフリー磁性層４Ａは、保護層７側に設けられ、第２のフリー磁性層４Ｃは非磁性導電層３側に設けられている。
第１及び第２のフリー磁性層４Ａ，４Ｃは、例えばＣｏ、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｎｉ合金等で形成するのが好ましい。非磁性中間層４Ｂは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成することが好ましい。
【００８７】
通常、第１，第２のフリー磁性層の厚さはそれぞれ２〜５ｎｍ程度の厚さが適当で、第１のフリー磁性層４Ａの厚さｔ１は、第２のフリー磁性層４Ｃの厚さｔ２よりも薄く形成されている。
また、第１のフリー磁性層４Ａ及び第２のフリー磁性層４Ｃの飽和磁化をそれぞれＭ１、Ｍ２としたとき、第１のフリー磁性層４Ａ及び第２のフリー磁性層４Ｃの磁気的膜厚はそれぞれＭ１・ｔ１、Ｍ２・ｔ２となる。
そしてフリー磁性層４は、第１のフリー磁性層４Ａと第２のフリー磁性層４Ｃとの磁気的膜厚の関係を、Ｍ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とするように構成されている。第１のフリー磁性層４Ａと第２のフリー磁性層４Ｃの磁気的膜厚の関係がＭ２・ｔ２＜Ｍ１・ｔ１となっていることから、第２のフリー磁性層４Ｃの磁化が残存した状態となり、フリー磁性層４全体の磁化方向が図示Ｘ１の方向に揃えられる。このときのフリー磁性層４の実効膜厚は、（Ｍ２・ｔ２−Ｍ１・ｔ１）となる。
【００８８】
フリー磁性層４においては、第２のフリー磁性層４Ｃの磁化方向はバイアス層５，５の磁束によって図示Ｘ１方向に固定され、第１のフリー磁性層４Ａの磁化方向は、交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）によって第２のフリー磁性層４Ｃと磁気的に結合されて、図示Ｘ１方向の反対方向に磁化された状態となっている。すなわち、第２のフリー磁性層４Ｃの磁化方向がバイアス層５，５により図示Ｘ１方向に揃えられると、第１のフリー磁性層４Ａの磁化方向が図示Ｘ１方向の反対方向に揃えられる。第１のフリー磁性層４Ａおよび第２のフリー磁性層４Ｃの磁化方向は、フェリ状態を保ちながら外部磁界の影響を受けて反転自在となっている。
【００８９】
また、第１のフリー磁性層４Ａと第２のフリー磁性層４Ｃは、それぞれの磁化方向が反平行方向となるように反強磁性的に結合され、かつ磁気的膜厚の関係がＭ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とされていることから、人工的なフェリ磁性状態となっている。
これにより、フリー磁性層４の磁化方向と固定磁性層２の磁化方向とが交差する関係となっている。
本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子では、第１のフリー磁性層４Ａの磁気的膜厚を、第２のフリー磁性層４Ｃの磁気的膜厚よりも小さくすることにより、これら第１のフリー磁性層と第２のフリー磁性層との磁気的膜厚の差分がフリー磁性層の磁気的な実効膜厚となる。従って、第１のフリー磁性層４Ａと第２のフリー磁性層４Ｃの膜厚を適宜調整してフリー磁性層４の実効膜厚を薄くすることにより、フリー磁性層４の磁化方向を僅かな大きさの外部磁界により変動させることができ、スピンバルブ型薄膜磁気素子の感度を高くすることが可能となる。
また、フリー磁性層４全体の厚さをある程度厚くできるので、抵抗変化率が極端に小さくなることがなく、スピンバルブ型薄膜磁気素子の感度を高くすることが可能となる。
【００９０】
フリー磁性層４の上には、Ｔａなどで形成された保護層７が形成される。
保護層７は緩衝膜および配向膜の役割をするものであり、Ｔａの他Ｃｒ等でも形成することができる。保護層７の厚さは、例えば、２〜５ｎｍ程度、好ましくは３．５ｎｍ程度の厚さが良い。
保護層７により、後工程のインダクティブヘッド（書込ヘッド）の製造プロセスでおこなう絶縁レジストの硬化工程（ＵＶキュアまたはハードベーク）等で高温に曝される場合に拡散バリアーとして機能し、ギャップ膜とフリー磁性層の間で熱拡散が起ってフリー磁性層４の磁気特性が劣化するのを防止することができる。
【００９１】
この第４の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子においても、Ｃｏ−Ｐｔ合金からなるバイアス層５，５のバイアス下地層１０，１０として、厚さ１．６〜４．３ｎｍのＦｅ又はＦｅ−Ｃｏ合金等からなる薄膜を備えている。また、この第４の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子においても、ｂ／ａを１以上とすることにより、バイアス層５，５のＣｏ−Ｐｔ合金の保磁力を７５０（Ｏｅ）以上に高くすることが可能となり、バイアス磁界を効果的にフリー磁性層４に印加することが可能となる。
その結果、上記フリー磁性層の単磁区化制御を良好に行うことができ、安定性に優れバルクハウゼンノイズの発生を低減させたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができる。
【００９２】
前記バイアス層５，５は、通常、２０〜５０ｎｍ程度の厚さが好ましく、Ｃｏ−Ｐｔ合金で形成するのが好ましい。Ｃｏ−Ｐｔ合金で形成する場合には、厚さ１．６〜４．３ｎｍのＦｅ又はＦｅ−Ｃｏ合金等からなるバイアス下地層１０，１０の効果によって、Ｃｏ−Ｐｔ合金の高い保磁力を引き出すことが可能となる。
【００９３】
バイアス層５，５は、Ｃｏ−Ｐｔ合金の他にＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金あるいはＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ合金などで形成されることができる。
また、前記バイアス層５，５が、図示Ｘ１方向に磁化されていることで、前記第２のフリー磁性層４Ｃの磁化方向が、図示Ｘ１方向に揃えられている。これにより、前記フリー磁性層４の変動磁化と前記固定磁性層２の固定磁化とが９０度で交差する関係となっている。
【００９４】
電極層８，８は、Ｃｒ、Ａｕ、Ｔａ、Ｗから選択される１種またはそれ以上からなる単層膜もしくはその多層膜で形成することが好ましい。これにより抵抗値を低減することができる。ここでは、電極層８，８としてＣｒを選択して、バイアス層５，５と電極層８，８の間にＴａからなる中間層（図示省略）を介在させることにより、電気抵抗値をさらに低減させることができる。
【００９５】
図１０に示す構造のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、電極層８，８から積層体９にセンス電流が与えられる。磁気記録媒体から図１０に示す図示Ｙ方向に磁界が与えられると、フリー磁性層４の磁化方向は、図示Ｘ１方向からＹ方向に変動する。このときの非磁性導電層３とフリー磁性層４との界面で、いわゆるＧＭＲ効果によってスピンに依存した伝導電子の散乱が起こることにより、電気抵抗が変化し、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００９６】
以上説明したように、本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子では、バイアス層５，５が、フリー磁性層４に対して強いバイアス磁界を与え易くなり、フリー磁性層４を単磁区化制御することが容易となり、バルクハウゼンノイズの発生を低減させることができ、安定性に優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができる。
【００９７】
このような第４の実施の形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法は、積層体９を形成する際に、前記固定磁性層２を第１の固定磁性層２Ａと、前記第１の固定磁性層２Ａ上の非磁性中間層２Ｂと、前記非磁性中間層２Ｂ上の第２の固定磁性層２Ｃとからなる、３層構造に形成するとともに、前記フリー磁性層４を第２のフリー磁性層４Ｃと、この第２のフリー磁性層４Ｃ上の非磁性中間層４Ｂと、非磁性中間層４Ｂ上の第１のフリー磁性層４Ａとからなる、３層構造に形成する。
他の工程は前記第２の実施形態の製造方法で詳しく述べたとおりで良いので、ここでは詳細説明は省略する。
【００９８】
（第５の実施形態）
図１１は、本発明の第５の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
図１１に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子は、第１の実施形態として図２に示したスピンバルブ型薄膜磁気素子と同様に、反強磁性層１、固定磁性層２、非磁性導電層３、フリー磁性層４が各１層ずつ形成されているが、積層順序が第１の実施形態とは逆になっており、いわゆるトップ型のシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子である。
このスピンバルブ型薄膜磁気素子では、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は、図示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。
また、このスピンバルブ型薄膜磁気素子では、固定磁性層２の磁化方向は、Ｙ方向と反対方向に固定されている。
【００９９】
図１１において、符号６は基板１００上に設けられている下地層を示している。この下地層６の上にはフリー磁性層４が形成され、さらに前記フリー磁性層４の上には、非磁性導電層３が形成されている。この非磁性導電層３の上には、固定磁性層２が形成され、前記固定磁性層２の上には、反強磁性層１が形成されている。さらに、前記反強磁性層１の上には、保護層７が形成されている。
また、符号１０、１０はバイアス下地層を、符号５，５はバイアス層を、符号８，８は電極層を示している。これら下地層６から保護層７までで積層体９を構成している。
下地層６はＴａ等からなり、基板１００の上に載置して積層体９を構成するフリー磁性層を形成しやすくするものである。
【０１００】
フリー磁性層４は、例えばＣｏ、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｎｉ合金等の強磁性体薄膜で形成するのが好ましい。フリー磁性層４の厚さは２〜５ｎｍ程度の厚さが適当である。
非磁性導電層３は、例えば、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｉｒ等の非磁性金属等からなり、通常、厚さは２〜４ｎｍ程度である。この非磁性導電層３は、強磁性体である固定磁性層２とフリー磁性層４との界面で伝導電子のスピンに依存した散乱を生じ、磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を発揮させる。
【０１０１】
固定磁性層２も強磁性体の薄膜からなり、例えば、Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｆｅ合金、Ｃｏ−Ｎｉ合金等で形成する。固定磁性層２の厚さは４．０ｎｍ程度の厚さにするのがが好ましい。
反強磁性層１には、比抵抗の高いＩｒ−Ｍｎ合金、Ｐｔ−Ｍｎ合金、Ｆｅ−Ｍｎ合金、Ｎｉ−Ｍｎ合金等が用いられる。例えば、これらＩｒ−Ｍｎ合金、Ｐｔ−Ｍｎ合金、Ｆｅ−Ｍｎ合金、Ｎｉ−Ｍｎ合金の比抵抗は、いずれも２００μΩｃｍ^-1程度であり、これは、１０μΩｃｍ^-1オーダー程度である固定磁性層２およびフリー磁性層４を構成するＮｉ−Ｆｅ合金等の比抵抗に比べて一桁大きく、また、１μΩｃｍ^-1オーダー程度である非磁性導電層３を構成するＣｕの比抵抗に比べてさらに一桁大きい。
反強磁性層１の比抵抗が大きいため、センス電流が大きな抵抗を受ける。従って、電極層８からのセンス電流はバイアス層５を経由して固定磁性層２及びフリー磁性層４へ流入するようになる。
【０１０２】
この第５の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子においても、バイアス下地層１０，１０として厚さ１．６〜４．３ｎｍのＦｅ又はＦｅ−Ｃｏ合金からなる薄膜を備えている。また、この第５の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子においても、ｂ／ａを１以上とすることにより、バイアス層５，５のＣｏ−Ｐｔ合金の保磁力を７５０（Ｏｅ）以上に高くすることが可能となり、バイアス磁界を効果的にフリー磁性層４に印加することが可能となる。その結果、上記フリー磁性層の単磁区化制御を良好に行うことができ、安定性に優れバルクハウゼンノイズの発生を低減させたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができる。
前記Ｃｏ−Ｐｔ合金からなるバイアス層５，５は、２０〜５０ｎｍ程度の厚さが好ましく、その場合には厚さ１．６〜４．３ｎｍのＦｅ又はＦｅ−Ｃｏ合金からなるバイアス下地層１０，１０の効果によって高い保磁力を引き出すことが可能となる。バイアス層５，５は、Ｃｏ−Ｐｔ合金の他にＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金あるいはＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ合金などで形成されることもできる。
また、前記バイアス層５，５が、図示Ｘ１方向に磁化されていることで、前記フリー磁性層４の磁化方向は、図示Ｘ１方向に揃えられている。これにより、前記フリー磁性層４の変動磁化と前記固定磁性層２の固定磁化とが９０度で交差する関係となっている。
【０１０３】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子では、電極層８，８から固定磁性層２、非磁性導電層３、フリー磁性層４にセンス電流が与えられる。記録媒体から図示Ｙ方向に磁界が与えられると、フリー磁性層４の磁化方向は図示Ｘ１方向からＹ方向に変動する。この時非磁性導電層３とフリー磁性層４との界面及び非磁性導電層３と固定磁性層２との界面において、スピンに依存した電導電子の散乱が起こり、電気抵抗が変化するので、記録媒体からの洩れ磁界が検知される。
【０１０４】
以上説明したように、本発明の第５の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子では、バイアス層５，５が、フリー磁性層４に対して強いバイアス磁界を与え易くなり、フリー磁性層４を単磁区化制御することが容易となり、バルクハウゼンノイズの発生を低減させることができるので安定性に優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができる。
【０１０５】
このような第５の実施の形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法は、積層体９を形成する際に、各層の積載順序を基板１００側から下地層６、フリー磁性層４、非磁性導電層３、固定磁性層２、反強磁性層１及び保護層７として積層体を形成すればよい。
他の工程は前記第２の実施形態の製造方法で詳しく述べたとおりで良いので、ここでは詳細説明は省略する。
【０１０６】
最後に、本発明の薄膜磁気ヘッドについて説明する。
基本的には薄膜磁気ヘッドの構造は従来通りの構造で良く、スピンバルブ型薄膜磁気素子を本発明に係わる高性能のものに変更すれば良い。図１２に示す磁気コア部２５０に、図１３、図１４に示すような取付方法で本発明になる磁気抵抗効果素子層２４５を形成すれば良い。図に従ってさらに具体的に詳細説明する。
図１２は、本発明の薄膜磁気ヘッドの一例を示した斜視図である。
この薄膜磁気ヘッドは、ハードディスク装置などの磁気記録媒体に搭載される浮上式のものである。この薄膜磁気ヘッドのスライダ２５１は、図１２において符号２３５で示す側がディスク面の移動方向の上流側に向くリーディング側で、符号２３６で示す側がトレーリング側である。このスライダ２５１のディスクに対向する面では、レール状のＡＢＳ面（エアーベアリング面：レール部の浮上面）２５１ａ、２５１ｂと、エアーグルーブ２５１ｃとが形成されている。
そして、このスライダ２５１のトレーリング側の端面２５１ｄには、磁気コア部２５０が設けられている。
【０１０７】
この例で示す薄膜磁気ヘッドの磁気コア部２５０は、図１３および図１４に示す構造の複合型磁気ヘッドであり、スライダ２５１のトレーリング側端面２５１ｄ上に、ＭＲヘッド（読出ヘッド）ｈ１と、インダクティブヘッド（書込ヘッド）ｈ２とが順に積層されて構成されている。
図１３に示すように、この例のＭＲヘッドｈ１は、基板を兼ねるスライダ２５１のトレーリング側端部に形成された磁性合金からなる下部シールド層２５３上に、下部ギャップ層２５４が設けられている。そして、下部ギャップ層２５４上には、磁気抵抗効果素子層２４５が積層されている。この磁気抵抗効果素子層２４５上には、上部ギャップ層２５６が形成され、その上に上部シールド層２５７が形成されている。この上部シールド層２５７は、その上に設けられるインダクティブヘッドｈ２の下部コア層と兼用にされている。
このＭＲヘッドｈ１は、ハードディスクのディスクなどの磁気記録媒体からの微小の漏れ磁界の有無により、磁気抵抗効果素子層２４５の抵抗を変化させ、この抵抗変化を読み取ることで記録媒体の記録内容を読み取るものである。
【０１０８】
前記ＭＲヘッドｈ１に設けられている磁気抵抗効果素子層２４５には、前述した本発明になるスピンバルブ型薄膜磁気素子が備えられている。
前述のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、薄膜磁気へッド（再生用ヘッド）を構成する最も重要なものである。
また、インダクティブヘッドｈ２は、下部コア層２５７の上に、ギャップ層２６４が形成され、その上に平面的に螺旋状となるようにパターン化されたコイル層２６６が形成されている。前記コイル層２６６は、第１の絶縁材料層２６７Ａおよび第２の絶縁材料層２６７Ｂに囲まれている。第２絶縁材料層２６７Ｂの上に形成された上部コア層２６８は、ＡＢＳ面２５１ｂにて、その磁極端部２６８ａを下部コア層２５７に、磁気ギャップＧの厚みをあけて対向させ、図１３及び図１４に示すように、その基端部２６８ｂを下部コア層２５７と磁気的に接続させて設けられている。
また、上部コア層２６８の上には、アルミナなどからなる保護層２６９が設けられている。
【０１０９】
このようなインダクティブヘッドｈ２では、コイル層２６６に記録電流が与えられ、コイル層２６６からコア層に記録磁束が与えられる。そして、前記インダクティブヘッドｈ２は、磁気ギャップＧの部分での下部コア層２５７と上部コア層２６８の先端部からの漏れ磁界により、ハードディスクなどの磁気記録媒体に磁気信号を記録するものである。
【０１１０】
このような薄膜磁気へッドを製造するには、まず、図１３に示す磁性材料製の下部シールド層２５３上に下部ギャップ層２５４を形成した後、磁気抵抗効果素子層２５４を構成する前記スピンバルブ型薄膜磁気素子を形成する。その後、前記スピンバルブ型薄膜磁気素子の上に、上部ギヤップ層２５６を介して上部シールド層２５７を形成すると、ＭＲヘッド（読出ヘッド）ｈ１が完成する。
続いて、前記ＭＲヘッドｈ１の上部シールド層２５７と兼用である下部コア層２５７の上に、ギャップ層２６４を形成し、その上に螺旋状のコイル層２６６を、第１の絶縁材料層２６７Ａおよび第２の絶縁材料層２６７Ｂで囲むように形成する。さらに、第２絶縁材料層２６７Ｂの上に上部コア層２６８を形成し、上部コア層２６８の上に、保護層２６９を設けることによって薄膜磁気へッドが完成する。
【０１１１】
このような薄膜磁気へッドは、前述した本発明になるスピンバルブ型薄膜磁気素子が備えられた薄膜磁気へッドであるので、フリー磁性層の磁区制御を良好に行うことができ、アシンメトリーやバルクハウゼンノイズの低減した、安定性に優れ高感度の薄膜磁気へッドとすることができる。
本発明の薄膜磁気へッドは先に説明した実施形態の図３、図４、図９、図１０のいずれかのＧＭＲを有するので、記録密度の向上に伴う狭トラック化に十分対応することが可能である。
【０１１２】
【実施例】
本実施例では、狭トラック幅化したスピンバルブ型薄膜磁気素子において、バイアス下地層としてＦｅ−Ｃｏ強磁性層を形成したことによる、バルクハウゼンノイズの低減効果について測定した。
測定に使用したスピンバルブ型薄膜磁気素子は、図９に示す第３実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子である。
ここで、図９におけるトラック幅寸法Ｏ−Ｔｗを０．３μｍとして形成し、図９のＹ方向の素子高さ（ｈ）を０．４μｍとした場合、及び素子高さ（ｈ）を０．２μｍ（つまり、トラック幅／素子高さ＝１．５となるように）とした場合について素子を形成した。
【０１１３】
積層体９における各層の膜厚は、下からＴａ３／Ｐｔ−Ｍｎ１５／Ｃｏ２／Ｒｕ／Ｃｏ２．５／Ｃｕ２．７／Ｃｏ５／Ｔａ２（各数字はそれぞれの膜厚のｎｍ単位に対応する）とした。
バイアス下地層にはＦｅ−Ｃｏ合金膜を使用し、成膜角度（θ）を４５度として、積層体斜面の底部から基板と平行に延出して形成したバイアス下地層の厚さ（ａ）を２．０ｎｍ、積層体斜面に形成したバイアス下地層の厚さ（ｂ）を２．５ｎｍとして、ｂ／ａ＝１．２５としてバイアス下地層を形成した。
次いで、このバイアス下地層の上に、厚さ３ｎｍのＣｏ−Ｐｔ合金からなるバイアス層を形成した。
【０１１４】
まず、このスピンバルブ型薄膜磁気素子において、電極層から電流を流し、磁界が変化する信号を与えバルクハウゼンジャンプ及びヒステリシスを測定した。比較のため従来のバイアス下地層にクロム（Ｃｒ）膜を使用し、本実施例と同様な積層構造に構成したスピンバルブ型薄膜磁気素子についても同様の測定をした。その結果を、図１７と図１８に示す。
図１７と図１８において、白丸印は、本発明の実施例で素子高さ（ｈ）を０．４μｍとした場合、白角印は素子高さ（ｈ）を０．２μｍ（つまり、トラック幅／素子高さ＝１．５となるように）とした場合のバルクハウゼンジャンプとヒステリシスをそれぞれ示している。
一方、黒丸印で示す曲線Ａは、光学的トラック幅を０．３μｍから１μｍまで変化させ、かつ素子高さも変えて（トラック幅／素子高さ）＝１．５となるようにした場合のバルクハウゼンジャンプとヒステリシスをそれぞれ示している。また、黒角印で示した曲線Ｂは、光学的トラック幅を０．３μｍから１μｍまで変化させ、かつ素子高さを０．４μｍの一定値にした場合のバルクハウゼンジャンプとヒステリシスをそれぞれ示している。
【０１１５】
図１７に示すように、光学的トラック幅を０．３μｍと狭くしたスピンバルブ型薄膜磁気素子にあっては、本発明のバイアス下地層にＦｅ−Ｃｏ合金膜を使用した場合には、従来のバイアス下地層にクロム（Ｃｒ）膜を使用した場合と比較して、バルクハウゼンジャンプは（トラック幅／素子高さ）＝１．５の場合には１３％以上から５％以下に大幅に低減し、素子高さを０．４μｍの一定値にした場合でも約９％から５％以下に低減しているのが認められた。
また、図１８に示すように、光学的トラック幅を０．３μｍと狭くしたスピンバルブ型薄膜磁気素子にあっては、本発明のバイアス下地層にＦｅ−Ｃｏ合金膜を使用した場合には、従来のバイアス下地層にクロム（Ｃｒ）膜を使用した場合と比較して、ヒステリシスは（トラック幅／素子高さ）＝１．５の場合には４．５％から０．５％以下に大幅に低減し、素子高さを０．４μｍの一定値にした場合でも約０．５％から僅かに低減しているのが認められた。
このようにバイアス下地層にＦｅ−Ｃｏ合金膜を使用することにより、バルクハウゼンノイズを抑制したスピンバルブ型薄膜磁気素子が得られることが判る。
【０１１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、基板上に形成された反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成された固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成されたフリー磁性層と、前記フリー磁性層の表面に接して形成された非磁性保護層とからなる積層体を有し、この積層体の両側に形成された１対のバイアス層と、前記バイアス層上に形成された１対の電極層から構成されたボトム型のシングルスピンバルブ薄膜磁気素子であって、前記バイアス層は、厚さ１．８〜２．５ｎｍのＦｅ−Ｃｏ合金のバイアス下地層を介して前記積層体の側面及び積層体側面以外の部分に延出して接するように形成されている厚さ２ｎｍ前後のＦｅ−Ｃｏ合金のバイアス下地層上に、Ｃｏ−Ｐｔ合金からなるバイアス層が形成されているので、Ｃｏ−Ｐｔ合金バイアス層の保磁力を最も高いレベルに維持することができる。そのため、バイアス磁界を効果的にフリー磁性層に印加することができるので、フリー磁性層に反磁界ができるのを抑制し、単磁区化制御を容易にする。その結果、高記録密度化に伴ってトラック幅が狭幅化しても、バルクハウゼンノイズの少ない、安定した動作を示す薄膜磁気ヘッドとすることができる。
更に、前記積層体側面上のバイアス下地層の厚さ（ｂ）と、前記積層体側面側以外の基板に平行な部分に延出して形成されたバイアス下地層の厚さ（ａ）を、その関係をｂ／ａ＝１〜１ . ２５の範囲とすることにより、バイアス層のＣｏ−Ｐｔ合金の保磁力を７５０（Ｏｅ）以上に高くすることが可能となり、バイアス磁界を効果的にフリー磁性層に印加することが可能となる。その結果、上記フリー磁性層の単磁区化制御を良好に行うことができ、安定性に優れバルクハウゼンノイズの発生を低減させたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができる。
【０１１７】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、基板上に形成されたフリー磁性層と、前記フリー磁性層に非磁性導電層を介して形成された固定磁性層と、前記固定磁性層にの表面に接して形成された反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成された非磁性保護層とからなる積層体を有し、この積層体の両側に形成された１対のバイアス層と、前記バイアス層上に形成された１対の電極層から構成されたトップ型のシングルスピンバルブ薄膜磁気素子であって、前記バイアス層は、厚さ１．８〜２．５ｎｍのＦｅ−Ｃｏ合金のバイアス下地層を介して前記積層体の側面及び積層体以外の部分に延出して接するように形成されている。
更に、前記積層体側面上のバイアス下地層の厚さ（ｂ）と、前記積層体側面側以外の基板に平行な部分に延出して形成されたバイアス下地層の厚さ（ａ）を、その関係をｂ／ａ＝１〜１ . ２５の範囲とすることにより、バイアス層のＣｏ−Ｐｔ合金の保磁力を７５０（Ｏｅ）以上に高くすることが可能となり、バイアス磁界を効果的にフリー磁性層に印加することが可能となる。その結果、上記フリー磁性層の単磁区化制御を良好に行うことができ、安定性に優れバルクハウゼンノイズの発生を低減させたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができる。
【０１１８】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子では、バイアス層がフリー磁性層に対して強いバイアス磁界を与え易くなり、フリー磁性層を単磁区化制御することが容易となり、バルクハウゼンノイズの発生を低減させることができるので安定性に優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができる。このスピンバルブ型薄膜磁気素子においても、厚さ２ｎｍ前後のＦｅ−Ｃｏ合金薄膜からなるバイアス下地層上に、Ｃｏ−Ｐｔ合金からなるバイアス層が形成されているので、Ｃｏ−Ｐｔ合金バイアス層の保磁力を最も高いレベルに維持することができる。そのため、バイアス磁界を効果的にフリー磁性層に印加することができるので、フリー磁性層に反磁界ができるのを抑制し、単磁区化制御を容易にする。その結果、高記録密度化に伴ってトラック幅が狭幅化しても、バルクハウゼンノイズの少ない、安定した動作を示す薄膜磁気ヘッドとすることができる。
【０１１９】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子では、前記固定磁性層を前記反強磁性層との交換異方性磁界により磁化方向が固定される第１の固定磁性層と、前記第１の固定磁性層に非磁性中間層を介して形成され、前記第１の固定磁性層の磁化方向と反平行に磁化方向が揃えられた第２の固定磁性層とからなるシンセティックフェリピンド型構造としたものであっても良い。この場合には、固定磁性層の固定磁化による反磁界（双極子磁界）を、第１の固定磁性層の静磁結合磁界と第２の固定磁性層の静磁結合磁界とにより、相互に打ち消してキャンセルすることができる。これにより、フリー磁性層の変動磁化の方向に影響を与える固定磁性層の固定磁化による反磁界（双極子）磁界からの、フリー磁性層の変動磁化への寄与を減少することができる。
【０１２０】
また、このように、固定磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断されたスピンバルブ型薄膜磁気素子とした場合、２つに分断された固定磁性層のうち一方が他方の固定磁性層を適正な方向に固定する役割を担い、固定磁性層の状態を非常に安定した状態に保つことが可能となる。
【０１２１】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子においても、厚さ２ｎｍ前後のＦｅ又はＦｅ−Ｃｏ合金薄膜からなるバイアス下地層上に、Ｃｏ−Ｐｔ合金からなるバイアス層が形成されているので、Ｃｏ−Ｐｔ合金バイアス層の保磁力を最も高いレベルに維持することができる。そのため、バイアス磁界を効果的にフリー磁性層に印加することができるので、フリー磁性層に反磁界ができるのを抑制し、単磁区化制御を容易にする。その結果、高記録密度化に伴ってトラック幅が狭幅化しても、バルクハウゼンノイズの少ない、安定した動作を示す薄膜磁気ヘッドとすることができる。
【０１２２】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子では、フリー磁性層は非磁性中間層によって分断されていて、前記非磁性保護層側に配置された第１のフリー磁性層と前記非磁性導電層側に配置された第２のフリー磁性層とからなるように構成しても良い。
フリー磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断された構造としたので、２つに分断されたフリー磁性層同士の間に交換結合磁界が発生し、フェリ磁性状態となり、磁気的な膜厚が減少するので外部磁界に対して感度よく反転できるものとなる。
【０１２３】
このようなフリー磁性層の構造を採用することにより、第１、第２のフリー磁性層の反強磁的な結合を安定して維持させてフリー磁性層のフェリ磁性状態を保つことができる。従って、フリー磁性層の物理的な膜厚の減少による抵抗変化率△Ｒ／Ｒの低下を招くことなしに、スピンバルブ型薄膜磁気素子の感度を向上させることができる。
【０１２４】
また、前記バイアス層の主要部分が、前記積層体の側面と接合されていることにより、バイアス層からの漏れ磁束が、積層体上部に位置する層、例えば、上部シールド層等に吸われることによるフリー磁性層に加わる有効磁界の減少が起こりにくいものとなり、フリー磁性層が単磁区化されやすくなるため、前記フリー磁性層の磁区制御を良好に行うことができる安定性に優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができる。
また、フリー磁性層に対して、強いバイアス磁界を与えやすくなり、フリー磁性層を単磁区化しやすく、バルクハウゼンノイズの発生を低減させることができる。
【０１２５】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子においても、厚さ２ｎｍ前後のＦｅ又はＦｅ−Ｃｏ合金薄膜からなるバイアス下地層上に、Ｃｏ−Ｐｔ合金からなるバイアス層が形成されているので、Ｃｏ−Ｐｔ合金バイアス層の保磁力を最も高いレベルに維持することができる。そのため、バイアス磁界を効果的にフリー磁性層に印加することができるのと、フリー磁性層／バイアス下地層／バイアス層が交換相互作用により直接磁気的につながっているので、フリー磁性層の端部に反磁界ができるのを抑制し、単磁区化制御を容易にする。その結果、高記録密度化に伴ってトラック幅が狭幅化しても、バルクハウゼンノイズの少ない、安定した動作を示す薄膜磁気ヘッドとすることができる。
【０１２６】
また、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子において、前記電極層とバイアス層の間にＣｒ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上の金属層を挿入した場合には、後工程のレジスト硬化などの熱プロセスに対して拡散バリアーとして機能し、バイアス層の磁気特性の劣化を防ぐことができる。また、電極層としてＴａを用いる場合は、Ｃｒの上に堆積するＴａの結晶をより低抵抗の体心立方構造としやすくする効果がある。
【０１２７】
また、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、前記反強磁性層を、Ｘ−Ｍｎ合金又はＰｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金のいずれかとすることで、上記反強磁性層に従来から使用されているＮｉＯ合金、ＦｅＭｎ合金、ＮｉＭｎ合金などを用いたものと比較して、交換結合磁界が大きく、またブロッキング温度が高く、さらに耐食性に優れているなどの優れた特性を有するスピンバルブ型薄膜磁気素子とすることができる。
【０１２８】
次に、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法は、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子を製造するに当たり、基板上に、反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成した固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成したフリー磁性層とを有する積層体を形成する工程と、前記積層体上に前記積層体に対向する下面に切り込み部の形成されたリフトオフ用レジストを形成する工程と、前記リフトオフ用レジストに覆われていない部分をイオンミリングにより除去し、台形状の積層体を形成する工程と、バイアス下地層用のスパッタターゲットと前記基板との角度を傾斜させた状態で対向させて、前記台形積層体の両側斜面及び積層体の周辺部分に延出させて、積層体の斜面上の厚さ１．８〜２．５ｎｍのバイアス下地層を周辺部分のバイアス下地層以上の厚さであって、前記積層体側面上のバイアス下地層の厚さ（ｂ）と、前記積層体側面側以外の基板に平行な部分に延出して形成されたバイアス下地層の厚さ（ａ）との関係をｂ／ａ＝１〜１.２５の範囲となるように形成する工程と、前記バイアス下地層上に前記バイアス層をスパッタ法により形成する工程と、電極層用のスパッタターゲットと前記基板とを傾斜させないか又は傾斜させて対向させて、前記バイアス層上に前記電極層をスパッタ法により形成する工程とを有する製造方法とすることにより、バイアス下地層の厚さを任意の厚さに精度良く制御することができ、高性能のスピンバルブ型薄膜磁気素子を容易に製造することを可能にしたものである。
【０１２９】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法によれば、バイアス下地層用のＦｅ−Ｃｏ合金からなるスパッタターゲットと台形形状の積層体を形成した基板との角度を傾斜させた状態で対向させ、かつこの傾斜角度を適宜選択し、目標とする部位に正確にスパッタ粒子を堆積させることにより、厚さ１．８〜２．５ｎｍのバイアス下地層を得ることができる。しかも、前記積層体側面のバイアス下地層の厚さを、前記積層体側面以外の基板と平行な部分に延出した部分のバイアス下地層の厚さよりも厚くすることも可能となる。基板とスッパタターゲットとの傾斜角度を適当に選択することにより、バイアス下地層の厚さを正確に、しかも任意の厚さに制御することが可能となる。
これにより、前記積層体側面上のバイアス下地層の厚さ（ｂ）と、前記積層体側面側以外の基板に平行な部分に延出して形成されたバイアス下地層の厚さ（ａ）を、その関係をｂ／ａ＝１〜１.２５の範囲とすることができるようになり、バイアス層のＣｏ−Ｐｔ合金の保磁力を７５０（Ｏｅ）以上に高くすることが可能となり、バイアス磁界を効果的にフリー磁性層に印加することが可能となる。その結果、上記フリー磁性層の単磁区化制御を良好に行うことができ、安定性に優れバルクハウゼンノイズの発生を低減させたスピンバルブ型薄膜磁気素子を提供することができる。
【０１３０】
さらにまた、本発明の薄膜磁気ヘッドは、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子が備えられているので、フリー磁性層の磁区制御を良好に行うことができ、バルクハウゼンノイズの低減した、安定性に優れた薄膜磁気へッドとなり、記録密度の向上に伴うトラック幅の狭幅化に対応できる高性能な磁気ヘッドが実現できる利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＦｅＣｏ膜厚とＣｏＰｔ合金の保磁力との関係を示す図である。
【図２】 成膜角度と膜厚比の関係を示す図である。
【図３】 本発明の第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を、記録媒体の対向面から見た場合の断面構造を示す図である。
【図４】 本発明の第２の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を、記録媒体の対向面から見た場合の断面構造を示す図である。
【図５】 本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法の一例を説明する図である。
【図６】 図４に続く、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法を説明する図である。
【図７】 図５に続く、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法を説明する図である。
【図８】 図６に続く、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法を説明する図である。
【図９】 本発明の第３の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を、記録媒体の対向面から見た場合の断面構造を示す図である。
【図１０】 本発明の第４の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を、記録媒体の対向面から見た場合の断面構造を示す図である。
【図１１】 本発明の第５の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を、記録媒体の対向面から見た場合の断面構造を示す図である。
【図１２】 本発明の薄膜磁気ヘッドの一例を示す斜視図である。
【図１３】 図１１の薄膜磁気ヘッドの磁気コア部を示した断面図である。
【図１４】 図１１に示す薄膜磁気ヘッドを示した概略斜視図である。
【図１５】 従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子を、記録媒体の対向面から見た場合の断面構造を示す図である。
【図１６】 従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子の他の例を、記録媒体の対向面から見た場合の断面構造を示す図である。
【図１７】 光学トラック幅とバルクハウゼンジャンプの関係を示す図である。
【図１８】 光学トラック幅とヒステリシスの関係を示す図である。
【符号の説明】
１，１０１，１１１・・・反強磁性層
２，１０２，１１２・・・固定磁性層
２Ａ・・・第１の固定磁性層
２Ｂ・・・非磁性中間層
２Ｃ・・・第２の固定磁性層
３，１０３，１１３・・・非磁性導電層
４，１０４，１１４・・・フリー磁性層
４Ａ・・・第１のフリー磁性層
４Ｂ・・・非磁性中間層
４Ｃ・・・第２のフリー磁性層
５，１０５，１１５・・・バイアス層
６，１０６，１１６・・・下地層
７，１０７，１１７・・・保護層
８，１０８，１１８・・・電極層
９，１０９，１１９・・・積層体
１０，１１０，１２０・・・バイアス下地層
１００・・・基板
２４５・・・磁気抵抗効果素子層
２５０・・・磁気コア部
２５１・・・スライダ
３７０・・・リフトオフ用レジスト
３７３，３７４，３７５・・・スパッタターゲット

Claims (13)

1. 基板上に形成された少なくとも反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成された固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成されたフリー磁性層とを具備してなる積層体を有し、この積層体のトラック幅方向の両側に形成された１対のバイアス層と、前記バイアス層上に形成された１対の電極層から構成されており、前記バイアス層は、厚さ１．８〜２．５ｎｍのＦｅ−Ｃｏ合金のバイアス下地層を介して前記積層体の側面及び積層体の側面以外の周辺部分に延出してこれらに接するように形成され、前記積層体側面上のバイアス下地層の厚さ（ｂ）が、前記積層体側面側以外の基板に平行な部分に延出して形成されたバイアス下地層の厚さ（ａ）よりも厚いか又は等しくされ、その関係がｂ／ａ＝１〜１.２５の範囲とされてなることを特徴とするスピンバルブ型薄膜磁気素子。
2. 少なくとも基板上に接して形成された非磁性の下地層と、この下地層と接して形成されたフリー磁性層と、このフリー磁性層の上に非磁性導電層を介して形成された固定磁性層と、この固定磁性層上に形成された反強磁性層とを具備してなる積層体を有し、この積層体のトラック幅方向の両側に形成された１対のバイアス層と、前記バイアス層上に形成された１対の電極層から構成されており、前記バイアス層は、厚さ１．８〜２．５ｎｍのＦｅ−Ｃｏ合金のバイアス下地層を介して前記積層体の側面及び積層体の側面以外の周辺部分に延出してこれらに接するように形成され、前記積層体側面上のバイアス下地層の厚さ（ｂ）が、前記積層体側面側以外の基板に平行な部分に延出して形成されたバイアス下地層の厚さ（ａ）よりも厚いか又は等しくされ、その関係がｂ／ａ＝１〜１.２５の範囲とされてなることを特徴とするスピンバルブ型薄膜磁気素子。
3. 前記バイアス層がＣｏＰｔ合金からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
4. 前記積層体が断面台形状に形成され、前記基板と前記積層体両側の個々の斜面とのなす角度が２０度〜６０度の範囲とされてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
5. 前記フリー磁性層が非磁性中間層によって分断されていて、前記非磁性保護層又は非磁性下地層側に配置された第１のフリー磁性層と、前記非磁性導電層側に配置された第２のフリー磁性層とからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
6. 前記固定磁性層が、前記反強磁性層との交換異方性磁界により磁化方向が固定される第１の固定磁性層と、前記第１の固定磁性層に非磁性中間層を介して形成され、前記第１の固定磁性層の磁化方向と反平行に磁化方向が揃えられた第２の固定磁性層とからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
7. 前記バイアス下地層を構成するＦｅ−Ｃｏ合金の組成が、Ｆｅを２０ａｔ％以上含み残部がＣｏと不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
8. 基板上に、少なくとも反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成した固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成したフリー磁性層とを有する積層体を形成する工程と、前記積層体の上にリフトオフ用レジストを形成する工程と、前記リフトオフ用レジストに覆われていない部分をイオンミリングにより除去し、断面略台形状の積層体を形成する工程と、前記台形積層体の両側斜面に、バイアス下地層用のＦｅ−Ｃｏ合金のスパッタターゲットを、基板との角度を傾斜させた状態で対向させて、スパッタ法により厚さ１．８〜２．５ｎｍのバイアス下地層を前記台形積層体の両側斜面及び積層体の周辺部分に延出させて、積層体の斜面上のバイアス下地層を積層体の周辺部分のバイアス下地層以上の厚さであって、前記積層体側面上のバイアス下地層の厚さ（ｂ）と、前記積層体側面側以外の基板に平行な部分に延出して形成されたバイアス下地層の厚さ（ａ）との関係をｂ／ａ＝１〜１.２５の範囲となるように形成する工程と、スパッタ法によりバイアス層を前記バイアス下地層上に形成する工程と、前記バイアス層上にスパッタ法により前記電極層を形成する工程とを有することを特徴とするスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法。
9. 基板上に、少なくともフリー磁性層と、このフリー磁性層に接して非磁性導電層を介して形成された固定磁性層と、この固定磁性層に接して形成された反強磁性層とを有する積層体を形成する工程と、前記積層体の上にリフトオフ用レジストを形成する工程と、前記リフトオフ用レジストに覆われていない部分をイオンミリングにより除去し、断面略台形状の積層体を形成する工程と、バイアス下地層用のＦｅ−Ｃｏ合金のスパッタターゲットを基板との角度を傾斜させた状態で対向させて、スパッタ法により厚さ１．８〜２．５ｎｍのバイアス下地層を前記台形積層体の両側斜面及び積層体の周辺部分に延出させて、積層体の斜面上のバイアス下地層を周辺部分のバイアス下地層以上の厚さであって、前記積層体側面上のバイアス下地層の厚さ（ｂ）と、前記積層体側面側以外の基板に平行な部分に延出して形成されたバイアス下地層の厚さ（ａ）との関係をｂ／ａ＝１〜１.２５の範囲となるように形成する工程と、スパッタ法によりバイアス層を前記バイアス下地層上に形成する工程と、前記バイアス層上にスパッタ法により前記電極層を形成する工程とを有することを特徴とするスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法。
10. 前記スパッタ法がイオンビームスパッタ法であることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法。
11. 前記バイアス下地層用のスパッタ粒子の入射方向と、基板面の法線とのなす角度が１９度以上７０度以下であることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法。
12. 前記基板と積層体斜面とのなす角度が２０度から６０度であり、かつ前記バイアス下地層用のスパッタ粒子の入射方向と、基板面の法線とのなす角度が３０度以上６０度以下であることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法。
13. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子が備えられてなることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。

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