JP3908554B2 - 磁気検出素子の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、磁気センサやハードディスクなどに用いられる磁気検出素子の製造方法に係り、特に磁界検出能力を向上させることができる磁気検出素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３８は、従来の製造方法によって形成された磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面から見た断面図である。
【０００３】
図３８に示す磁気検出素子は、巨大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ（giant magnetoresistive）素子の１種であるスピンバルブ型磁気検出素子と呼ばれるものであり、ハードディスクなどの記録媒体からの記録磁界を検出するものである。
【０００４】
このスピンバルブ型磁気検出素子は、下から基板１、下地層２、第１反強磁性層３、固定磁性層（ピン（Pinned）磁性層）４、非磁性材料層５、フリー磁性層（Free）６、保護層７で構成された多層膜８と、この多層膜８の両側部に形成された一対の強磁性層９，９及びこの強磁性層９，９の上に形成された一対の第２反強磁性層１０，１０及び電極層Ｌ，Ｌとで構成されている。
【０００５】
第１反強磁性層３及び第２反強磁性層１０，１０にはＰｔ−Ｍｎ（鉄−マンガン）合金膜、固定磁性層４、フリー磁性層６、及び強磁性層９，９にはＮｉ−Ｆｅ（ニッケル−鉄）合金膜、非磁性材料層５にはＣｕ（銅）膜、下地層２及び保護層７にはＴａ、また電極層Ｌ，ＬにはＣｒ膜が一般的に使用される。
【０００６】
固定磁性層４の磁化は、第１反強磁性層３との交換異方性磁界によりＹ方向（記録媒体からの漏れ磁界方向；ハイト方向）に単磁区化されている。
【０００７】
また、強磁性層９，９は第２反強磁性層１０，１０との交換異方性磁界によりＸ方向に単磁区化されている。強磁性層９，９とフリー磁性層６は接合部Ｊ，Ｊにおいて接しており、連続したフェロ磁性体になるようにされている。このように、フリー磁性層６はいわゆるエクスチェンジバイアス方式によってＸ方向に単磁区化されている。エクスチェンジバイアス方式では、フリー磁性層６の両側端面（接合部Ｊ，Ｊ）に表面磁荷が発生せずフリー磁性層６内に発生する反磁界を小さくできるという利点がある。
【０００８】
磁気検出素子では、電極層Ｌ，Ｌから、第２反強磁性層１０，１０及び強磁性層９，９を介してフリー磁性層６、非磁性材料層５及び固定磁性層４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記録媒体の走行方向はＺ方向であり、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６の磁化がＸからＹ方向へ向けて変化する。このフリー磁性層６内での磁化の方向の変動と、固定磁性層４の固定磁化方向との関係で電気抵抗が変化し（これを磁気抵抗効果という）、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図３８の磁気検出素子を製造するときには、基板１上に、下地層２、第１反強磁性層３、固定磁性層４、非磁性材料層５、フリー磁性層６、及び保護層７のそれぞれを一様な膜として成膜した後、図３８の多層膜８となる部分以外をイオンミリングによって削る。その後、多層膜８の側面８ａ，８ａに直接接するように強磁性層９，９を成膜し、さらに、強磁性層９，９上に第２反強磁性層１０，１０及び電極層Ｌ，Ｌを成膜する。
【００１０】
つまり、図３８の磁気検出素子では、多層膜８の側面８ａ，８ａはミリングによって削られた界面となっている。このようなミリングによって削られた界面に強磁性層９，９を直接接するように成膜しても、強磁性層９，９とフリー磁性層６とを接合部Ｊ，Ｊにおいて連続したフェロ磁性体とすることは難しく、フリー磁性層６をＸ方向に安定した単磁区化状態にすることが困難であった。
【００１１】
また、強磁性層９，９とフリー磁性層６の接合部Ｊ，Ｊは、多層膜８の側面８ａ，８ａ上にあるため、接合部Ｊ，Ｊで強磁性層９，９とフリー磁性層６とを磁気的結合させることが難しく、この理由からもフリー磁性層６をＸ方向に安定した単磁区化状態にすることが困難であった。
【００１２】
なお、接合部Ｊ，Ｊで強磁性層９，９とフリー磁性層６との磁気的結合を安定化させるために、多層膜８の側面８ａ，８ａの傾斜角θ１を小さくすると、フリー磁性層６のトラック幅方向（Ｘ方向）の寸法を所定の範囲内で形成することが困難になる。
【００１３】
このように、図３８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では、フリー磁性層６に安定した縦バイアスをかけてＸ方向に安定した単磁区化状態にすることが困難であるという問題が生じていた。
【００１４】
さらに、図３８のような構造で強磁性層９，９とフリー磁性層６を確実に接合させるためには、強磁性層９，９の膜厚を厚くする必要がある。しかし、強磁性層９，９の膜厚を厚くすると強磁性層９，９の一方向異方性磁界が小さくなってフリー磁性層６に充分に安定な縦バイアスをかけることが困難になるという問題も生じる。また、強磁性層９，９の膜厚を厚くするとフリー磁性層６の両端には不感領域が出来て再生感度が低下するという問題も生じる。
【００１５】
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製造方法であって、フリー磁性層をＸ方向に安定した単磁区化状態にすることができ、磁界検出感度を向上させることのできる磁気検出素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気検出素子の製造方法は、
（ａ）基板上に下から順に第１反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、第１磁性層、及び非磁性層を有する多層膜を成膜する工程と、
（ｂ）前記多層膜を、第１の熱処理温度、第１の大きさの磁界中で、第１の磁場中アニールして前記固定磁性層の磁化方向を所定の方向に固定する工程と、
（ｃ）前記多層膜上に、強磁性層及び第２反強磁性層を成膜する工程と、
（ｄ）前記第２反強磁性層のトラック幅の中央に、底面が前記第２反強磁性層内に位置する凹部を形成する工程と、
（ｅ）前記第２反強磁性層が積層された多層膜を、第２の熱処理温度、第２の大きさの磁界中で第２の磁場中アニールすることにより、前記凹部のトラック幅方向の両側の前記第２反強磁性層と膜厚方向で対向する前記第１磁性層の両側端部の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方向に固定するとともに、前記凹部と膜厚方向で対向する前記第１磁性層の中央部を外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層とし、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方向に揃える工程、
を有することを特徴とするものである。
【００１７】
本発明では、前記（ｃ）の工程において前記強磁性層及び前記第２反強磁性層を平坦面として形成された前記非磁性層の表面上に積層するものであるので、前記強磁性層及び前記第２反強磁性層も平坦化された層として形成でき、前記強磁性層、前記非磁性層、及び前記フリー磁性層からなるシンセティックフェリ構造において前記強磁性層と前記フリー磁性層間のＲＫＫＹ相互作用を大きくすることが容易になる。
【００１８】
また、本発明では、前記強磁性層及び前記第２反強磁性層が、平坦面である前記非磁性層上に積層されたものであるので、前記強磁性層及び前記第２反強磁性層の積層工程の制御が容易になる。特に、前記強磁性層、前記非磁性層、及び前記フリー磁性層からなるシンセティックフェリ構造において前記強磁性層を薄く形成することができ、前記強磁性層と前記フリー磁性層間のスピンフロップ磁界を大きくすることが容易になる。
【００１９】
また、本発明では、前記フリー磁性層である磁性材料層を前記第２反強磁性層及び前記強磁性層の下層にまで延して形成するので、前記フリー磁性層の磁化が前記フリー磁性層の両側端部の表面磁荷によって発生する反磁界の影響を受けることを小さくできる。
【００２０】
また、本発明では、前記多層膜上に第２反強磁性層を積層しない状態で、前記多層膜を、磁場中アニールして前記固定磁性層の磁化方向を所定の方向に固定するので、前記多層膜上に第２反強磁性層を積層した状態では、前記第２反強磁性層に交換異方性磁界が発生していない。
【００２１】
すなわち、前記第２反強磁性層の交換異方性磁界は、前記（ｅ）の工程において初めて生じ、前記フリー磁性層の磁化方向を所定の方向に移動させることが容易になる。従って、前記第１磁性層の磁化方向を、前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方向に固定することが容易になる。
【００２２】
また、本発明の製造方法によって製造された磁気検出素子では、トラック幅が前記凹部の底面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部分でのみ、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、トラック幅方向に対する垂直方向に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。
【００２３】
本発明によって形成された磁気検出素子は、前記強磁性層が前記非磁性層の上面に接した状態でトラック幅方向に所定の間隔を開けて形成され、さらに前記強磁性層上に前記第２反強磁性層が積層されているものである。
【００２４】
本発明によって形成された磁気検出素子では、前記第２反強磁性層の下層にある強磁性層が、前記第２反強磁性層との磁気的結合によってトラック幅方向に磁化方向がそろえられ、さらに、この強磁性層の下層に非磁性層を介して形成されたフリー磁性層の両側部の磁化方向が、前記強磁性層とのＲＫＫＹ相互作用によって、前記強磁性層の磁化方向と反平行方向に揃えられる。すなわち、前記第２反強磁性層の下層において前記強磁性層、前記非磁性層、及び前記フリー磁性層がシンセティックフェリ構造となっており、前記第１磁性層の前記第２反強磁性層及び前記強磁性層に重なる領域である両側部は磁化方向が前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方向に固定されている。
【００２５】
一方、前記フリー磁性層の前記第２反強磁性層及び前記強磁性層に重ならない領域であるトラック幅領域の磁化方向は、外部磁界が与えられない状態のときは前記両側部にならってトラック幅方向と反平行方向を向き、外部磁界がトラック幅方向に垂直な方向（ハイト方向）に与えられると、ハイト方向へ向けて変化する。
【００２６】
この前記フリー磁性層のトラック幅領域での磁化の方向の変動と、前記固定磁性層の固定磁化方向との関係で電気抵抗が変化し（これを磁気抵抗効果という）、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁界などの外部磁界が検出される。
【００２７】
本発明では、前記第２反強磁性層の下層において前記強磁性層、前記非磁性層、及び前記フリー磁性層がシンセティックフェリ構造となっているので、前記フリー磁性層の両側部における磁化方向を一定方向に揃えるための一方向異方性磁界を大きくすることができる。
【００２８】
従って、外部磁界によって前記フリー磁性層の両側部の磁化方向が変化し結果として磁気的トラック幅が大きくなることを抑えることができる。
【００２９】
また、前記第２反強磁性層と前記強磁性層との交換結合磁界が比較的弱くても、前記フリー磁性層の磁化方向を確実に、前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方向に揃えることが容易になる。
【００３０】
また、前記凹部の底面のトラック幅方向の所定の間隔で規定される磁気検出素子のトラック幅（光学的トラック幅）の領域が、実質的に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となる。
【００３１】
すなわち、本発明の磁気検出素子は、磁気検出素子の光学的トラック幅が磁気的トラック幅に等しくなり、不感領域が生じないので、高記録密度化に対応するために磁気検出素子の光学的トラック幅Ｔｗを小さくしていった場合の再生出力の低下を抑えることができる。
【００３２】
また、前記フリー磁性層に印加されるバイアス磁界の大きさと、前記フリー磁性層の単位面積当りの磁気モーメント（Ｍｓ×ｔ）が等しくなるため高感度で高出力な磁気検出素子となる。
【００３３】
また、本発明では、前記フリー磁性層である磁性材料層を前記第２反強磁性層及び前記強磁性層の下層にまで延して形成するので、前記フリー磁性層の磁化が前記フリー磁性層の両側端部の表面磁荷によって発生する反磁界の影響を受けることを小さくできる。
【００３４】
本発明では、磁気検出素子では、前記凹部の底面が前記第２反強磁性層内に位置しており、前記フリー磁性層と前記強磁性層が、前記非磁性層を介して隣接し、前記フリー磁性層の磁化方向と前記強磁性層の磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態となる。
【００３５】
このとき、前記フリー磁性層、前記非磁性層及び前記強磁性層からなる多層膜がひとつのフリー磁性層、いわゆるシンセティックフェリフリー磁性層として機能する。シンセティックフェリフリー磁性層では、前記フリー磁性層の膜厚を薄くすることと同等の効果が得られ、フリー磁性層の磁化が変動しやすくなり、磁気抵抗効果素子の磁界検出感度が向上する。なお、前記フリー磁性層と前記強磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントの大きさは異なっている必要がある。前記フリー磁性層及び強磁性層の単位面積あたりの磁気モーメントの大きさは、前記強磁性材料層の飽和磁化（Ｍｓ）と膜厚（ｔ）の積で表される。
【００３６】
なお、前記凹部の底面の下部に位置する前記第２反強磁性層の領域の厚さを０Åより大きく５０Å以下にすると、前記凹部の底面の下部に位置する前記第２反強磁性層の領域では前記強磁性層との間に交換結合磁界が発生しないので好ましい。
【００３７】
さらに、本発明では前記凹部の側面をトラック幅方向に対して垂直面となるようにすることが可能である。すなわち、トラック幅領域から外れた全領域において、第２反強磁性層が反強磁性を発生するために充分な膜厚を有することができ、トラック幅領域から外れた全領域において前記第１磁性層の磁化方向を確実に固定することができる。
【００３８】
従って、磁気検出素子のトラック幅領域でのみ前記フリー磁性層の磁化方向を動かし、トラック幅領域周辺におけるサイドリーディングを防止することができる。
【００３９】
なお、本発明では、前記多層膜の上下に電極層が設けられ、電流が前記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）型の磁気検出素子を形成することができる。
【００４０】
ＣＰＰ型の磁気検出素子を形成するときには、
前記（ａ）工程の前に、
（ｆ）基板上に、下部電極層を形成する工程を有することが必要であり、
さらに、前記（ｄ）の工程の代わりに以下の工程を有することが好ましい。
（ｇ）前記第２の反強磁性層上に絶縁層を成膜する工程と、
（ｈ）前記絶縁層上に、トラック幅方向に中央部に穴部を設けたレジストを積層し、前記絶縁層及び前記第２の反強磁性層の前記穴部に露出した部位を削り込むことにより凹部を形成する工程と、
（ｉ）前記凹部の底面に電気的に導通する上部電極層を形成する工程。
【００４１】
本発明では、前記第２の反強磁性層上に前記絶縁層を設けることにより、前記上部電極層から前記第２反強磁性層へのセンス電流の分流を低減できる。
【００４２】
また、上部電極層の一部が前記凹部の中に入り込むことによって、前記上部電極層のトラック幅方向の中央に、前記多層膜方向に突出した突出部を形成できるので、センス電流の電流路を絞り込むことができ出力の向上及びサイドリーディングの低減を図ることができる。
【００４３】
また、前記（ｈ）工程と前記（ｉ）工程の間に、
（ｊ）前記凹部から前記絶縁層上にかけて他の絶縁層を成膜する工程と、
（ｋ）前記凹部の底面上に積層された前記他の絶縁層を除去する工程と、
を有すると、
前記凹部の側面と前記上部電極層との間の絶縁もとることができるので好ましい。
【００４４】
また、前記（ｆ）工程と前記（ａ）工程の間に、
（ｌ）前記下部電極層のトラック幅方向の中央に、前記多層膜方向に突出した突出部を形成する工程と、
（ｍ）前記下部電極層の前記突出部のトラック幅方向の両側部に絶縁層を設ける工程とを有し、
前記（ａ）工程において、
前記突出部の上面が前記多層膜の下面と接するように、前記多層膜を形成すると、センス電流の電流路を絞り込むことができ出力の向上及びサイドリーディングの低減を図ることができるので好ましい。
【００４５】
なお、前記（ｍ）工程において、
前記突出部の上面と、前記下部電極層の両側端部上に設けられた前記絶縁層の上面を同一平面にすると、前記多層膜を平坦面上に形成することができるので好ましい。
【００４６】
また、前記下部電極層及び／又は前記上部電極層を、磁性材料で形成すると、前記下部電極層及び／又は前記上部電極層をシールド層として機能させることができるので磁気検出素子の構造が単純になり製造が容易になる、また、ギャップ長を短くすることができ高記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造できるので好ましい。
【００４７】
さらに、前記上部電極層を、前記凹部の底面と電気的に導通する非磁性導電性材料で形成される層と磁性材料で形成される層が積層されたものにすると、前記上部電極層の磁性材料で形成される層から、前記フリー磁性層への磁気的な影響を低減できる。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
また、前記（ａ）の工程において、Ｒｕで形成された前記非磁性層とＮｉＦｅ又はＣｏＦｅＮｉにより形成された前記第１磁性層の間に、比抵抗が前記非磁性層よりも低いＣｕからなる導電性材料層が形成されていると、前記非磁性層だけの場合よりも大きなスピンフィルター効果を奏することができるようになり、磁気検出素子の磁界検出感度をさらに向上させることができるので好ましい。
【００５１】
前記非磁性層の膜厚を０．４〜１．１ｎｍで形成し、さらに、前記導電性材料層の膜厚を０．３〜０．５ｎｍで形成することができる。
【００５２】
前記フリー磁性層の上面に接して積層された前記非磁性層が導電性材料によって形成されているか、または前記非磁性層と前記フリー磁性層の間に前記導電性材料層が形成されていると、前記非磁性層をスピンフィルター効果を有するバックド層（ｂａｃｋｅｄｌａｙｅｒ）として機能させることが可能になる。
【００５３】
スピンバルブ型磁気検出素子にセンス電流を印加すると、伝導電子はおもに電気抵抗の小さい非磁性材料層付近を移動する。この伝導電子にはアップスピンとダウンスピンの２種類の電子が確率的に等量存在する。
【００５４】
スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率は、これらの２種類の伝導電子の平均自由行程の行程差に対して正の相関を示す。
【００５５】
ダウンスピンの伝導電子については、印加される外部磁界の向きにかかわらず、非磁性材料層とフリー磁性層との界面で常に散乱され、フリー磁性層に移動する確率は低いまま維持され、その平均自由行程はアップスピンの伝導電子の平均自由行程に比べて短いままである。
【００５６】
一方、アップスピンの伝導電子については、外部磁界によってフリー磁性層の磁化方向が固定磁性層の磁化方向と平行状態になったときに、非磁性材料層からフリー磁性層に移動する確率が高くなり、平均自由行程が長くなっている。これに対し、外部磁界によってフリー磁性層の磁化方向が固定磁性層の磁化方向に対して平行状態から変化するに従って、非磁性材料層とフリー磁性層との界面で散乱される確率が増加し、アップスピンの伝導電子の平均自由行程が短くなる。
【００５７】
このように外部磁界の作用によって、アップスピンの伝導電子の平均自由行程がダウンスピンの伝導電子の平均自由行程に比べて大きく変化し、行程差が大きく変化する。すると、アップスピン電子が受ける抵抗とダウンスピン電子が受ける抵抗の並列回路として表わされる素子全体としての抵抗も大きく変化し、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が大きくなる。
【００５８】
ここで、フリー磁性層にバックド層が接続されると、フリー磁性層中を移動するアップスピンの伝導電子がバックド層内にまで移動することが可能になり、バックド層の膜厚に比例してアップスピンの伝導電子の平均自由行程をさらに伸ばすことができる。このため、いわゆるスピンフィルター効果を発現させることが可能となり、伝導電子の平均自由行程の行程差が大きくなって、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上させることができる。
【００５９】
本発明では、前記フリー磁性層の膜厚が１．５〜４．５ｎｍの範囲に設定されることが好ましい。
【００６０】
スピンフィルター効果によるアップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子の平均自由行程差の拡大はフリー磁性層の膜厚が比較的薄い場合により効果を発揮する。
【００６１】
フリー磁性層の膜厚が１．５ｎｍより薄いと強磁性材料層として機能するように形成することが難しくなり充分な磁気抵抗効果を得ることができない。また、鏡面反射（specular reflection）せずに通常の散乱（diffusive scattering）をする伝導電子も存在するため、抵抗変化率が低下してしまうので好ましくない。
【００６２】
また、フリー磁性層の膜厚が４．５ｎｍより厚いと前記非磁性層に到達する前に散乱されてしまうアップスピンの伝導電子が増加してスピンフィルター効果によって抵抗変化率が変化する割合が減少するため好ましくない。
【００６３】
本発明では、前記（ａ）の工程において、前記固定磁性層を、単位面積あたりの磁気モーメントの大きさが異なる複数の強磁性材料層を、非磁性中間層を介して積層し、前記非磁性中間層を介して隣接する前記強磁性材料層の磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態とすることが好ましい。
【００６４】
固定磁性層が非磁性中間層の上下に強磁性材料層が積層されたものとして形成されると、これら複数層の強磁性材料層が互いの磁化方向を固定しあい、全体として固定磁性層の磁化方向を一定方向に強力に固定することができる。すなわち、第２反強磁性層と固定磁性層との交換結合磁界Ｈｅｘを大きな値として得ることができる。
【００６５】
また、固定磁性層の固定磁化による反磁界（双極子磁界）を、複数層の強磁性材料層の静磁界結合同士が相互に打ち消し合うことによりキャンセルできる。これにより、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させることができる。
【００６６】
従って、フリー磁性層の変動磁化の方向を所望の方向に補正することがより容易になり、アシンメトリーの小さい対称性の優れた磁気検出素子を得ることが可能になる。
【００６７】
ここで、アシンメトリーとは、再生出力波形の非対称性の度合いを示すものであり、再生出力波形が与えられた場合、波形が対称であればアシンメトリーが小さくなる。従って、アシンメトリーが０に近づく程再生出力波形が対称性に優れていることになる。
【００６８】
前記アシンメトリーは、フリー磁性層の変動磁化の方向と固定磁性層の固定磁化の方向とが直交しているときに０となる。アシンメトリーが大きくずれるとメディアからの情報の読み取りが正確にできなくなり、エラーの原因となる。このため、前記アシンメトリーが小さいものほど、再生信号処理の信頼性が向上することになり、スピンバルブ磁気検出素子として優れたものとなる。
【００６９】
また、固定磁性層の固定磁化による反磁界（双極子磁界）Ｈｄは、前記フリー磁性層の素子高さ方向において、その端部で大きく中央部で小さいという不均一な分布を持ち、フリー磁性層内における単磁区化が妨げられる場合があるが、固定磁性層を上記の積層構造とすることにより双極子磁界ＨｄをほぼＨｄ＝０とすることができ、これによってフリー磁性層内に磁壁ができて磁化の不均一が発生しバルクハウゼンノイズなどが発生することを防止することができる。
【００７０】
また、本発明では、前記（ａ）の工程において、前記フリー磁性層を、単位面積あたりの磁気モーメントの大きさが異なる複数の強磁性材料層を、非磁性中間層を介して積層し、前記非磁性中間層を介して隣接する前記強磁性材料層の磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態であると、前記フリー磁性層の膜厚を薄くして磁界検出感度を向上させることと同様の効果が得られるので好ましい。
【００７１】
なお、前記強磁性材料層の単位面積あたりの磁気モーメントの大きさは、前記強磁性材料層の飽和磁化（Ｍｓ）と膜厚（ｔ）の積で表される。
【００７２】
前記非磁性中間層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されることができる。
【００７３】
また、本発明では、前記強磁性層と前記フリー磁性層のうち少なくとも一方を、以下の組成を有する磁性材料を用いて形成することが好ましい。
【００７４】
組成式がＣｏＦｅＮｉで示され、Ｆｅの組成比は９原子％以上で１７原子％以下で、Ｎｉの組成比は０．５原子％以上で１０原子％以下で、残りの組成比はＣｏである磁性材料。
【００７５】
また、本発明では、前記フリー磁性層と前記非磁性材料層との間にＣｏＦｅ合金あるいはＣｏからなる中間層を形成することが好ましい。
【００７６】
前記中間層が形成されるときには、前記強磁性層と前記フリー磁性層のうち少なくとも一方を、以下の組成を有する磁性材料を用いて形成することが好ましい。組成式がＣｏＦｅＮｉで示され、Ｆｅの組成比は７原子％以上で１５原子％以下で、Ｎｉの組成比は５原子％以上で１５原子％以下で、残りの組成比はＣｏである磁性材料。
【００７７】
本発明では、前記強磁性層及び前記フリー磁性層の両方を前記ＣｏＦｅＮｉで形成することが好ましい。
【００７８】
ところで本発明では、前記第２反強磁性層の下層において前記強磁性層、前記非磁性層、及び前記フリー磁性層が積層フェリ構造であり、前記非磁性層を介して隣接する前記強磁性層とフリー磁性層の磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態である。
【００７９】
この反平行磁化状態を適切に保つには、前記強磁性層と前記フリー磁性層の材質を改良して前記強磁性層と前記フリー磁性層間に働くＲＫＫＹ相互作用における交換結合磁界を大きくする必要性がある。
【００８０】
前記強磁性層と前記フリー磁性層を形成する磁性材料としてよく使用されるものにＮｉＦｅ合金がある。ＮｉＦｅ合金は軟磁気特性に優れるため従来からフリー磁性層などに使用されていたが、前記強磁性層と前記フリー磁性層をＮｉＦｅ合金を用いて積層フェリ構造にした場合、これらの層間の反平行結合力はさほど強くはない。
【００８１】
そこで本発明では、前記強磁性層と前記フリー磁性層の材質を改良し、前記強磁性層と前記フリー磁性層間の反平行結合力を強め、トラック幅方向の両側に位置するフリー磁性層の両側端部が外部磁界に対し揺らがないようにし、サイドリーディングの発生を適切に抑制できるようにすべく、前記強磁性層と前記フリー磁性層のうち少なくとも一方、好ましくは両方にＣｏＦｅＮｉ合金を使用することしている。Ｃｏを含有させることで上記の反平行結合力を強めることができる。
【００８２】
図１８は、強磁性材料からなる薄膜を非磁性材料層を介して積層したいわゆる積層フェリ構造体のヒステリシスループの概念図である。例えば第１の強磁性材料層（Ｆ１）の単位面積あたりの磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ）は第２の強磁性材料層（Ｆ２）の単位面積あたりの磁気モーメントよりも大きいとする。また外部磁界を図示右方向に与えたとする。
【００８３】
第１の強磁性材料層の単位面積あたりの磁気モーメントと第２の強磁性材料層の単位面積あたりの磁気モーメントとのベクトル和（｜Ｍｓ・ｔ（Ｆ１）＋Ｍｓ・ｔ（Ｆ２）｜）で求めることができる単位面積あたりの合成磁気モーメントは、０磁界から外部磁界を大きくしていってもある時点までは、一定の大きさである。この単位面積あたりの合成磁気モーメントが一定の大きさである外部磁界領域Ａでは、前記第１の強磁性材料層と第２の強磁性材料層間に働く反平行結合力が、前記外部磁界よりも強いので、前記第１及び第２の強磁性材料層の磁化は適切に単磁区化され反平行状態に保たれている。
【００８４】
ところが、さらに図示右方向への外部磁界を大きくしていくと、強磁性材料層の単位面積あたりの合成磁気モーメントは傾斜角を有して大きくなっていく。これは、前記外部磁界の方が、前記第１の強磁性材料層及び第２の強磁性材料層間に働く反平行結合力よりも強いから、単磁区化していた第１の強磁性材料層と第２の強磁性材料層の磁化が分散して多磁区化状態となり、ベクトル和で求めることができる単位面積あたりの合成磁気モーメントが大きくなっていくのである。この単位面積あたりの合成磁気モーメントが大きくなっていく外部磁界領域Ｂでは、もはや前記強磁性材料層の反平行状態は崩れた状態にある。この単位面積あたりの合成磁気モーメントが大きくなり始める出発点の外部磁界の大きさをスピンフロップ磁界（Ｈｓｆ）と呼んでいる。
【００８５】
さらに図示右方向の外部磁界を大きくしていくと、第１の強磁性材料層及び第２の強磁性材料層の磁化は、再び単磁区化され、今度は外部磁界領域Ａの場合と異なり、共に図示右方向に磁化され、この外部磁界領域Ｃでの単位面積あたりの合成磁気モーメントは一定値となる。この単位面積あたりの合成磁気モーメントが一定値となる時点での外部磁界の大きさを飽和磁界（Ｈｓ）と呼んでいる。
【００８６】
前記ＣｏＦｅＮｉ合金を第１の強磁性材料層及び第２の強磁性材料層に使用すると、ＮｉＦｅ合金を使用した場合に比べて反平行状態が崩れるときの磁界、いわゆるスピンフロップ磁界（Ｈｓｆ）を十分に大きくできることがわかった。
【００８７】
第１及び第２の強磁性材料層にＮｉＦｅ合金（比較例）及びＣｏＦｅＮｉ合金（実施例）を用いて上記したスピンフロップ磁界の大きさを求めるための実験を以下の膜構成を用いて行った。
【００８８】
基板／非磁性材料層（Ｃｕ）／第１の強磁性材料層（２．４）／非磁性層（Ｒｕ）／第２の強磁性材料層（１．４）。なお括弧書きは膜厚を示し単位はｎｍである。
【００８９】
比較例での第１の強磁性材料層及び第２の強磁性材料層には、Ｎｉの組成比が８０原子％でＦｅの組成比が２０原子％からなるＮｉＦｅ合金を使用した。このときのスピンフロップ磁界（Ｈｓｆ）は約５９（ｋＡ／ｍ）であった。
【００９０】
次に実施例での第１の強磁性材料層及び第２の強磁性材料層には、Ｃｏの組成比が８７原子％で、Ｆｅの組成比が１１原子％で、Ｎｉの組成比が２原子％からなるＣｏＦｅＮｉ合金を使用した。このときのスピンフロップ磁界（Ｈｓｆ）は約２９３（ｋＡ／ｍ）であった。
【００９１】
このように第１の強磁性材料層及び第２の強磁性材料層にはＮｉＦｅ合金を用いるよりもＣｏＦｅＮｉ合金を用いる方が、スピンフロップ磁界を効果的に向上させることができることがわかった。
【００９２】
すなわち、前記強磁性層と前記フリー磁性層のうち少なくとも一方、好ましくは両方にＣｏＦｅＮｉ合金を使用すると、前記強磁性層と前記フリー磁性層のスピンフロップ磁界を効果的に向上させることができる。
【００９３】
次に、ＣｏＦｅＮｉ合金の組成比について説明する。ＣｏＦｅＮｉ合金は、非磁性層であるＲｕ層と接することでＮｉＦｅ合金を用いる場合より、磁歪が１×６^-6〜６×１０^-6程度、正側にシフトすることがわかっている。
【００９４】
前記磁歪は−３×１０^-6から３×１０^-6の範囲内であることが好ましい。また保磁力は７９０（Ａ／ｍ）以下であることが好ましい。磁歪が大きいと、成膜ひずみや、他層間での熱膨張係数の差などによって応力の影響を受けやすくなるから前記磁歪は低いことが好ましい。また保磁力は低いことが好ましく、これによってフリー磁性層の外部磁界に対する磁化反転を良好にすることができる。
【００９５】
本発明では、非磁性材料層／フリー磁性層／非磁性層／強磁性層の膜構成で形成されるとき、前記ＣｏＦｅＮｉのＦｅ組成比は９原子％以上で１７原子％以下で、Ｎｉの組成比は０．５原子％以上で１０原子％以下で、残りの組成比はＣｏであることが好ましい。Ｆｅの組成比が１７原子％よりも大きくなると、磁歪が−３×１０^-6よりも負に大きくなると共に軟磁気特性を劣化させて好ましくない。
【００９６】
またＦｅの組成比が９原子％よりも小さくなると、磁歪が３×１０^-6よりも大きくなると共に、軟磁気特性の劣化を招き好ましくない。
【００９７】
またＮｉの組成比が１０原子％よりも大きくなると、磁歪が３×１０^-6よりも大きくなると共に、非磁性材料層との間でＮｉの拡散等による抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の低下を招き好ましくない。
【００９８】
またＮｉの組成比が０．５原子％よりも小さくなると、磁歪が−３×１０^-6よりも負に大きくなって好ましくない。
また上記した組成範囲内であれば保磁力を７９０（Ａ／ｍ）以下にすることができる。
【００９９】
次に、前記フリー磁性層と前記非磁性材料層と間にＣｏＦｅ合金あるいはＣｏからなる中間層を形成するとき、具体的には、例えば非磁性材料層／中間層（ＣｏＦｅ合金）／フリー磁性層／非磁性層／強磁性層の膜構成で形成されるとき、前記ＣｏＦｅＮｉのＦｅ組成比は７原子％以上で１５原子％以下で、Ｎｉの組成比は５原子％以上で１５原子％以下で、残りの組成比はＣｏであることが好ましい。Ｆｅの組成比が１５原子％よりも大きくなると、磁歪が−３×１０^-6よりも負に大きくなると共に軟磁気特性を劣化させて好ましくない。
【０１００】
またＦｅの組成比が７原子％よりも小さくなると、磁歪が３×１０^-6よりも大きくなると共に、軟磁気特性の劣化を招き好ましくない。
【０１０１】
またＮｉの組成比が１５原子％よりも大きくなると、磁歪が３×１０^-6よりも大きくなって好ましくない。
【０１０２】
またＮｉの組成比が５原子％よりも小さくなると、磁歪が−３×１０^-6よりも負に大きくなって好ましくない。
また上記した組成範囲内であれば保磁力を７９０（Ａ／ｍ）以下にすることができる。
【０１０３】
なお、ＣｏＦｅやＣｏで形成された中間層はマイナス磁歪を有しているため、前記中間層を第１のフリー磁性層と非磁性材料層間に介在させない膜構成の場合に比べて、ＣｏＦｅＮｉ合金のＦｅ組成をやや少なくし、Ｎｉ組成をやや多くしている。
【０１０４】
また上記の膜構成のように、非磁性材料層とフリー磁性層間にＣｏＦｅ合金あるいはＣｏからなる中間層を介在させることで、フリー磁性層と非磁性材料層間での金属元素の拡散をより効果的に防止することができて好ましい。
【０１０５】
なお、本形態では、前記第１反強磁性層と前記第２反強磁性層を同じ組成の反強磁性材料を用いて形成しても、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交叉させることが容易に可能となり、外部磁界が印加されていない状態で、前記フリー磁性層と前記固定磁性層の磁化方向を交叉させることができる。
【０１０６】
前記第１反強磁性層及び／又は前記第２反強磁性層は、ＰｔＭｎ合金により形成されていることが好ましい。または前記反強磁性層は、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種または２種以上の元素である）合金で形成されることができる。
【０１０７】
ここで、前記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。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。
【０１０８】
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。さらに、前記Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’が０．２〜１０ａｔ％の範囲であることが好ましい。ただし、Ｘ’が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場合には、Ｘ’は０．２〜４０ａｔ％の範囲であることが好ましい。
【０１０９】
第１反強磁性層及び第２反強磁性層として、これらの適切な組成範囲の合金を使用し、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反強磁性層及び第２反強磁性層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、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第１反強磁性層及び第２反強磁性層を得ることができる。
【０１１０】
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。
なお、前記（ａ）の工程を、同一真空成膜装置内において行うことが好ましい。
【０１１１】
【発明の実施の形態】
図１から図５は、磁気検出素子の製造方法を説明するための工程図であり、製造過程にある磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図である。
【０１１２】
例えば、磁気検出素子が浮上式ヘッドを構成する場合には、セラミック材のスライダのトレーリング端面上にＡｌ₂Ｏ₃膜などの絶縁膜を介して下部シールド層を積層する。
【０１１３】
図１に示される工程では、下地層１３上に、第１反強磁性層１４を積層する。さらに第１固定磁性層１５ａ、非磁性中間層１５ｂ、第２固定磁性層１５ｃからなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層１５が積層され、固定磁性層１５の上層に非磁性材料層１６、フリー磁性層１７、非磁性層１８まで積層された多層膜Ａ１を、スパッタ法や蒸着法などの薄膜形成プロセスによって、同一真空成膜装置中で連続成膜する。
【０１１４】
下地層１３はＴａなどからなる。なお、下地層１３と第１反強磁性層１４の間にあるいは下地層１３に代えて、ＮｉＦｅＣｒやＣｒを用いてシード層を形成してもよい。前記シード層は第１反強磁性層１４の結晶配向を整えるためのものである。
【０１１５】
第１反強磁性層１４は、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，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１または２種以上の元素である）合金で形成する。
【０１１６】
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。
【０１１７】
第１反強磁性層１４の膜厚は、トラック幅方向の中心付近において８〜３０ｎｍである。
【０１１８】
第１固定磁性層１５ａ及び第２固定磁性層１５ｃは、強磁性材料により形成されるもので、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などにより形成されるものであり、特にＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、またはＣｏにより形成されることが好ましい。また、第１固定磁性層１５ａ及び第２固定磁性層１５ｃは同一の材料で形成されることが好ましい。
【０１１９】
また、非磁性中間層１５ｂは、非磁性材料により形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｒｅ、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。
【０１２０】
非磁性材料層１６は、固定磁性層１５とフリー磁性層１７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，Ａｕ，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。
【０１２１】
フリー磁性層１７は、拡散防止層（中間層）１７ａ及び磁性層１７ｂからなるものである。拡散防止層１７ａは、強磁性材料からなるもので、例えばＣｏやＣｏＦｅから形成される。この拡散防止層１７ａは、磁性層１７ｂと非磁性材料層１６の相互拡散を防止するためのものである。また、磁性層１７ｂは、強磁性材料により形成されるもので、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などにより形成される。なお、フリー磁性層１７は単層の磁性層として形成されてもよい。
【０１２２】
また本形態のように拡散防止層１７ａが形成されている場合には、フリー磁性層１７の磁性層１７ｂは以下の組成を有する磁性材料で形成することが好ましい。ＣｏＦｅＮｉ合金であってＦｅの組成比が７原子％以上で１５原子％以下、Ｎｉの組成比が５原子％以上で１５原子％以下、残りの組成比はＣｏである磁性材料。
【０１２３】
これによりフリー磁性層１７と強磁性層１９，１９間で発生するＲＫＫＹ相互作用における交換結合磁界を強くすることができ、スピンフロップ磁界（Ｈｓｆ）を約２９３（ｋＡ／ｍ）にまで大きくすることができる。
【０１２４】
また上記した組成範囲内であると、フリー磁性層１７の磁性層１７ｂと強磁性層１９の磁歪を−３×１０^-6から３×１０^-6の範囲内に収めることができ、また保磁力を７９０（Ａ／ｍ）以下に小さくできる。
【０１２５】
さらに、フリー磁性層１７の軟磁気特性の向上、磁性層１７ｂのＮｉが拡散防止層１７ａや非磁性材料層１６に拡散することによる抵抗変化量（ΔＲ）や抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の低減の抑制を適切に図ることが可能である。
【０１２６】
なお、フリー磁性層１７が単層の磁性層として形成される場合には、フリー磁性層１７は、組成式がＣｏＦｅＮｉで示され、Ｆｅの組成比は９原子％以上で１７原子％以下で、Ｎｉの組成比は０．５原子％以上で１０原子％以下で、残りの組成はＣｏである強磁性材料で形成されることが好ましい。
【０１２７】
非磁性層１８は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｏｓのうち１種あるいは２種以上の合金で形成する。なお、非磁性層１８をＲｕによって形成するときには、非磁性層の膜厚ｔ１を０．８〜１．１ｎｍ、より好ましくは０．８５〜０．９ｎｍ、となるようものとして形成すると強磁性層１９とフリー磁性層１７との間のＲＫＫＹ相互作用を大きくすることができるので好ましい。
【０１２８】
次に、非磁性層１８まで積層された多層膜Ａ１を第１の熱処理温度、Ｙ方向を向いた第１の大きさの磁界中で、第１の磁場中アニールを行い、第１反強磁性層１４と第１固定磁性層１５ａとの間に交換異方性磁界を発生させ、固定磁性層１５の磁化方向を図示Ｙ方向に固定する。本形態では、第１の熱処理温度を２７０℃、磁界の第１の大きさを８００ｋ（Ａ／ｍ）としている。
【０１２９】
次に、図２に示されるように強磁性層１９、第２反強磁性層２０をスパッタ法によって連続成膜し、下地層１３から第２反強磁性層２０まで積層された多層膜Ａ２を得る。
【０１３０】
強磁性層１９の材料は、フリー磁性層１７の磁性層１７ｂと同様の材料を用いる。従って、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などにより形成される。特に、強磁性層１９は、組成式がＣｏＦｅＮｉで示され、Ｆｅの組成比は９原子％以上で１７原子％以下で、Ｎｉの組成比は０．５原子％以上で１０原子％以下で、残りの組成はＣｏである強磁性材料で形成されることが好ましい。
また、第２反強磁性層２０の材料は、第１反強磁性層１４の材料と同じである。
【０１３１】
本形態のように、非磁性層１８をＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｏｓのうち１種あるいは２種以上の合金で形成すると、第１の磁場中アニールにおいて、非磁性層１８の表面がほとんど酸化しない。従って、非磁性層１８上に強磁性層１９をスパッタ成膜する前に、非磁性層１８の表面をミリングなどで処理しなくても、フリー磁性層１７と強磁性層１９との間に非磁性層１８を介したＲＫＫＹ相互作用を働かせることができる。例えばフリー磁性層１７と強磁性層１９をともにＮｉＦｅで形成し、非磁性層１８をＲｕで形成した場合、非磁性層１８の表面をミリングなどで処理しなくても４２（ｋＡ／ｍ）の一方向異方性磁界を発生させることができる。
【０１３２】
すなわち、非磁性層１８と強磁性層１９，１９との界面を、ミリングによって削られた面としなくてもすむようにできるので、フリー磁性層１７の磁化方向を一定方向に揃えるための一方向異方性磁界の低下を防ぐことができる。
【０１３３】
ただし、強磁性層１９とフリー磁性層１７は、非磁性層１８を介したＲＫＫＹ相互作用によって磁気的に結合されたものであるので、非磁性層１８の表面をミリングによって処理した場合でも、フリー磁性層の磁化方向を一定方向に揃えるために十分な一方向異方性磁界を得ることができる。
【０１３４】
さらに、非磁性層１８をＲｕで形成し、フリー磁性層１７をＣｏＦｅで形成するとフリー磁性層１７の磁歪を０にすることも可能である。
【０１３５】
なお、本形態の磁気検出素子は、第１反強磁性層１４と第２反強磁性層２０を同じ組成の反強磁性材料を用いて形成することができる。
【０１３６】
次に、多層膜Ａ２を第２の熱処理温度、Ｘ方向を向いた第２の大きさの磁界中で、第２の磁場中アニールにかけて、第２反強磁性層２０と強磁性層１９との間に交換異方性磁界を発生させ、強磁性層１９の磁化方向を図示Ｘ方向に固定する。本形態では、第２の熱処理温度を２５０℃、磁界の第２の大きさを８（ｋＡ／ｍ）としている。
【０１３７】
第２反強磁性層２０と強磁性層１９との間の交換異方性磁界は、第２の磁場中アニール工程において初めて生じる。従って、第１反強磁性層１４と第１固定磁性層１５ａとの間の交換異方性磁界の方向を図示Ｙ方向に向けたまま、第２反強磁性層２０と強磁性層１９との間の交換異方性磁界を図示Ｘ方向に向けるためには、第２の熱処理温度を、第１反強磁性層１４による交換結合磁界が消失するブロッキング温度より低い温度に設定し、第２の磁界の大きさを第１反強磁性層１４と第１固定磁性層１５ａとの間の交換異方性磁界より小さくするだけでよい。また、第２の磁場中アニールをこれらの条件下で行えば、第１反強磁性層１４と第２反強磁性層２０を同じ組成の反強磁性材料を用いて形成しても、第１反強磁性層１４と第１固定磁性層１５ａとの間の交換異方性磁界の方向を図示Ｙ方向に向けたまま、第２反強磁性層２０と強磁性層１９との間の交換異方性磁界を図示Ｘ方向に向けることができる。すなわち、フリー磁性層１７の磁化方向を、固定磁性層１５の磁化方向と直交する方向に固定することが容易になる。
【０１３８】
なお、第２の磁場中アニール時の第２の磁界の大きさは、フリー磁性層１７及び強磁性層１９の飽和磁界、及びフリー磁性層１７及び強磁性層１９の反磁界より大きく、フリー磁性層１７と強磁性層１９との間の反平行結合が崩れるスピンフロップ磁界より小さいことが好ましい。
【０１３９】
次に、図３に示す工程では、トラック幅分より若干広い領域を覆うリフトオフ用のレジスト層Ｒ１を積層する。レジスト層Ｒ１には、その下面に切り込み部Ｒ１ａ，Ｒ１ａが形成されている。なお、図示していないが、第２反強磁性層２０の上層にＴａ、Ｃｒなどからなる保護層を形成してもよい。
【０１４０】
さらに図２３に示す工程によって、第２反強磁性層２０の上層に電極層２１，２１を成膜する。本形態では、電極層２１，２１の成膜の際に使用されるスパッタ法は、イオンビームスパッタ法、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１種以上であることが好ましい。なお、第２の磁場中アニールによって第２反強磁性層２０または第２反強磁性層２０上に形成された保護層が酸化したときは、第２反強磁性層２０の表面または前記保護層の表面をイオンミリングなどによって削り、酸化した部分を除去する。
【０１４１】
本形態では、多層膜Ａ２が形成された基板（ウェハ）を、電極層２１，２１の組成で形成されたターゲットに対し垂直方向に置き、これにより例えばイオンビームスパッタ法を用いることで、前記多層膜Ａ２の表面に対し垂直方向から電極層２１，２１を成膜する。
【０１４２】
レジスト層Ｒ１の切り込み部Ｒ１ａ，Ｒ１ａ付近には、スパッタ粒子が積層されにくい。従って、レジスト層Ｒ１の切り込み部Ｒ１ａ，Ｒ１ａ付近では、電極層２１，２１は膜厚が薄く形成され、電極層２１，２１に曲面状の側端面２１ａ，２１ａが形成される。電極層２１，２１は、例えば、Ａｕ、Ｒｈ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａなどを用いて成膜される。なお、レジスト層Ｒ１上には、電極層２１，２１と同じ組成の層２１ｂが形成される。電極層２１，２１を成膜した後、レジスト層Ｒ１を除去すると、図４に示す状態になる。
【０１４３】
さらに、図５に示すように、電極層２１，２１をマスクとして、第２反強磁性層２０の電極層２１，２１によって覆われていない部分を、イオンミリングまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などによって、削り込むことにより、側面２２ａが第２反強磁性層２０及び強磁性層１９を貫通し、底面２２ｂが非磁性層１８内に位置し、かつ底面２２ｂがトラック幅Ｔｗに相当する幅寸法を有する凹部２２を形成する。凹部２２の側面２２ａ，２２ａは、電極層２１，２１の側端面２１ａ，２１ａと連続面となる傾斜面または曲面となっている。図５では、凹部２２の底面２２ｂが非磁性層１８内に位置するように、凹部２２を形成している。
【０１４４】
凹部２２の形成後、上部ギャップ層２３及び上部シールド層２４を形成して図６に示されるような磁気検出素子を得ることができる。
【０１４５】
なお、下部シールド層１１及び上部シールド層２４は、ＮｉＦｅなどの強磁性材料を用いて形成される。なお、下部シールド層１１及び上部シールド層２４はメッキによって形成されてもよい。また、下部シールド層１１及び上部シールド層２４は磁化容易軸方向がトラック幅方向を向いていることが好ましい。
【０１４６】
下部ギャップ層１２及び上部ギャップ層２３は、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏなどの絶縁性材料によって形成されている。
【０１４７】
本形態では、電極層２１，２１は第２反強磁性層２０，２０上に積層され、電極層２１，２１のトラック幅領域Ｃ側の側端面２１ａ，２１ａが、第２反強磁性層２０，２０のトラック幅領域Ｃ側の側端面２０ａ，２０ａと連続面となっている。さらに、強磁性層１９，１９のトラック幅領域Ｃ側の側端面１９ａ，１９ａも、電極層２１，２１の側端面２１ａ，２１ａ及び第２反強磁性層２０，２０の側端面２０ａ，２０ａと連続面となっている。
【０１４８】
なお、図６において、トラック幅領域Ｃとは、凹部２２の底面２２ｂに重なる領域であり、フリー磁性層１７の磁化が変動する領域である感度領域Ｅに等しい。
【０１４９】
本形態では、第２反強磁性層２０，２０の下層にある強磁性層１９，１９が、第２反強磁性層２０，２０との磁気的結合によってトラック幅方向（図示Ｘ方向）に磁化方向がそろえられ、さらに、この強磁性層１９，１９の下層に非磁性層１８を介して形成されたフリー磁性層１７の両側部の磁化方向が、強磁性層１９，１９とのＲＫＫＹ相互作用によって、強磁性層１９の磁化方向と反平行方向に揃えられる。すなわち、第２反強磁性層２０，２０の下層において強磁性層１９，１９、非磁性層１８、及びフリー磁性層１７がシンセティックフェリ構造となっており、フリー磁性層１７の第２反強磁性層２０，２０及び強磁性層１９，１９に重なる領域である両側部１７ｓ，１７ｓは磁化方向が固定磁性層１５の磁化方向と交叉する方向に固定されている。
【０１５０】
一方、フリー磁性層１７の第２反強磁性層２０，２０及び強磁性層１９，１９に重ならない領域である中央部（トラック幅領域）１７ｃの磁化方向は、外部磁界が与えられない状態のときは両側部１７ｓ，１７ｓにならってトラック幅方向と１８０°異なる反平行方向（図示Ｘ方向と反平行方向）を向き、外部磁界がトラック幅方向に垂直な方向（ハイト方向；図示Ｙ方向）に与えられると、ハイト方向へ向けて変化する。
【０１５１】
このフリー磁性層１７の中央部１７ｃでの磁化の方向の変動と、固定磁性層１５の固定磁化方向との関係で電気抵抗が変化し（これを磁気抵抗効果という）、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化又は電流変化により、記録媒体からの洩れ磁界などの外部磁界が検出される。
【０１５２】
本形態では、凹部２２の底面２２ｂの幅寸法がトラック幅Ｔｗを規定する。凹部２２の底面２２ｂの幅寸法は、図３に示した工程において、レジスト層Ｒ１の寸法を調節すること及び図５の工程において凹部２２の深さ寸法を調節することにより規定することができる。
【０１５３】
なお、凹部２２の側面２２ａ，２２ａの第２反強磁性層２０の表面２０ｂに対する垂直方向に対する傾斜角は約２０°である。
【０１５４】
第２反強磁性層２０，２０はトラック幅領域Ｃから外れた全領域において、反強磁性を発生するために充分な膜厚を有し、トラック幅領域Ｃから外れた全領域（トラック幅方向の両側端部Ｓ，Ｓ）において強磁性層１９，１９及びフリー磁性層１７の磁化方向を確実に固定することができる。すなわち、強磁性層１９，１９の下層に非磁性層１８を介して積層されているフリー磁性層１７の磁化方向は、トラック幅方向の両側部１７ｓ，１７ｓでのみ強磁性層１９，１９とのＲＫＫＹ相互作用により固定される。
【０１５５】
凹部２２の底面２２ｂに重なるフリー磁性層１７の領域Ｅは、外部磁界が印加されない状態おいて、磁化方向が固定された両側部１７ｓ，１７ｓにならって図示Ｘ方向と反平行方向に揃えられ、外部磁界が印加されるとその磁化方向が変化する。
【０１５６】
従って、磁気検出素子のトラック幅寸法Ｔｗは、凹部２２の底面２２ｂ幅寸法Ｔｗによって決定され、しかも、トラック幅寸法Ｔｗから外れた領域で記録信号を読み取ってしまうサイドリーディングを防止することができる。上述したように、本形態では、凹部２２は一様の厚さで成膜された第２反強磁性層２０を、電極層２１，２１をマスクとした反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）やイオンミリングを用いて、正確な幅寸法で凹部２２の底面２２ｂ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寸法Ｔｗを正確に規定でき、磁気検出素子の光学的トラック幅が磁気的トラック幅に等しくなり、不感領域が生じないので、高記録密度化に対応するために磁気検出素子の光学的トラック幅Ｔｗを小さくしていった場合の再生出力の低下を抑えることができる。
【０１５７】
また、図６に示される磁気検出素子では、フリー磁性層１７を第２反強磁性層２０，２０及び強磁性層１９，１９の下層にまで延して形成するので、フリー磁性層１７の磁化がフリー磁性層１７の両側端面の表面磁荷によって発生する反磁界の影響を受けることを小さくできる。
【０１５８】
また、第２反強磁性層２０，２０の下層において強磁性層１９，１９、非磁性層１８、及びフリー磁性層１７がシンセティックフェリ構造となっているので、フリー磁性層１７の両側部１７ｓ，１７ｓにおける磁化方向を一定方向に揃えるための一方向異方性磁界を大きくすることができる。
【０１５９】
従って、外部磁界によってフリー磁性層１７の両側部１７ｓ，１７ｓの磁化方向が変化してしまい、結果として磁気的トラック幅が大きくなることを抑えることができる。
【０１６０】
また、第２反強磁性層２０，２０と強磁性層１９，１９との交換結合磁界が比較的弱くても、フリー磁性層１７の磁化方向を確実に、固定磁性層１５の磁化方向と交叉する方向に揃えることが容易になる。従って、前記第２の磁場中アニールにおける磁場の大きさを８（ｋＡ／ｍ）の低磁場とすることができ、固定磁性層１５の磁化方向が変化することを抑えることが容易になる。なお、第２の磁界の大きさを８(ｋＡ／ｍ）としても、例えばフリー磁性層１７と強磁性層１９をともにＮｉＦｅで形成し、非磁性層１８をＲｕで形成した場合に５６（ｋＡ／ｍ）の一方向異方性磁界を発生させることができる。また、フリー磁性層１７と強磁性層１９をともにＣｏＦｅで形成し、非磁性層１８をＲｕで形成した場合に１５２（ｋＡ／ｍ）の一方向異方性磁界を発生させることができる。
【０１６１】
また、本形態では、非磁性層１８を一定の厚さｔ１で形成するので、非磁性層１８の上面１８ａが平坦面となる。従って、図２に示される工程において、強磁性層１９及び第２反強磁性層２０を、表面が平坦面である非磁性層１８上に積層することになるので、強磁性層１９及び第２反強磁性層２０も平坦化された層として形成でき、強磁性層１９、非磁性層１８、及びフリー磁性層１７からなるシンセティックフェリ構造において強磁性層１９とフリー磁性層１７間のＲＫＫＹ相互作用を大きくすることが容易になる。
【０１６２】
また非磁性層１８の上面１８ａが平坦面であると、強磁性層１９，１９及び第２反強磁性層２０，２０の積層工程の制御が容易になる。従って、強磁性層１９，１９の膜厚を薄くでき強磁性層１９，１９、非磁性層１８、及びフリー磁性層１７からなるシンセティックフェリ構造において強磁性層１９，１９とフリー磁性層１７間のスピンフロップ磁界を大きくできる。本形態では強磁性層１９，１９の膜厚を例えば１．５ｎｍ〜４．０ｎｍにできる。また、フリー磁性層１７にかかる一方向異方性磁界を大きくできる。例えば、強磁性層１９，１９及びフリー磁性層１７をＮｉＦｅで形成したときには、前記一方向異方性磁界を５６（ｋＡ／ｍ）とすることができる。または、強磁性層１９，１９及びフリー磁性層１７をＣｏＦｅで形成したときには、前記一方向異方性磁界を１５２（ｋＡ／ｍ）とすることができる。
【０１６３】
なお、図１の工程で、非磁性層１８をＲｕなどの導電性材料で形成すると、非磁性層１８が、以下に説明するスピンフィルター効果を有するバックド層として機能し、磁気検出素子の磁界検出感度を向上させることができる。
【０１６４】
スピンフィルター効果について説明する。図１９及び図２０はスピンバルブ型磁気検出素子においてバックド層によるスピンフィルター効果を説明するための模式説明図であり、図１９はバックド層がない構造例を示す模式図であり、図２０はバックド層のある構造例を示す模式図である。
【０１６５】
巨大磁気抵抗ＧＭＲ効果は、主として電子の「スピンに依存した散乱」によるものである。つまり磁性材料、ここではフリー磁性層の磁化方向に平行なスピン（例えばアップスピン）を持つ伝導電子の平均自由行程λ⁺と、磁化方向に逆平行なスピン（例えばダウンスピン）を持つ伝導電子の平均自由行程λ^-の差を利用したものである。図１９及び図２０では、アップスピンを持つ伝導電子を上向き矢印で表わし、ダウンスピンを持つ伝導電子を下向き矢印で表わしている。電子がフリー磁性層１１５を通り抜けようとするときに、この電子がフリー磁性層１１５の磁化方向に平行なアップスピンを持てば自由に移動できるが、反対にダウンスピンを持ったときには直ちに散乱されてしまう。
【０１６６】
これは、アップスピンを持つ電子の平均自由行程λ⁺が、例えば、５０オングストローム程度であるのに対して、ダウンスピンを持つ電子の平均自由行程λ^-が６オングストローム程度であり、１０分の１程度と極端に小さいためである。
【０１６７】
フリー磁性層１１５の膜厚は、６オングストローム程度であるダウンスピンを持つ電子の平均自由行程λ^-よりも大きく、５０オングストローム程度であるアップスピンを持つ電子の平均自由行程λ⁺よりも小さく設定されている。
【０１６８】
従って、電子がフリー磁性層１１５を通り抜けようとするときに、この電子がフリー磁性層１１５の磁化方向に平行なアップスピンを持てば自由に移動できるが、反対にダウンスピンを持ったときには直ちに散乱されてしまう（フィルタアウトされる）。
【０１６９】
固定磁性層１１３で発生し、非磁性材料層１１４を通過するダウンスピン電子は、フリー磁性層１１５と非磁性材料層１１４との界面付近或いは固定磁性層１１３と非磁性材料層１１４との界面付近で散乱され、フリー磁性層１１５にはほとんど到達しない。つまり、このダウンスピン電子は、フリー磁性層１１５の磁化方向が回転しても平均自由行程に変化はなく、ＧＭＲ効果による抵抗変化率に影響しない。従ってＧＭＲ効果にはアップスピン電子の挙動のみを考えればよい。
【０１７０】
固定磁性層１１３で発生したアップスピン電子はこのアップスピン電子の平均自由行程λ⁺より薄い厚さの非磁性材料層１１４中を移動し、フリー磁性層１１５に到達し、アップスピン電子はフリー磁性層１１５内を自由に通過できる。これは、アップスピン電子がフリー磁性層１１５の磁化方向に平行なスピンを持っているためである。
【０１７１】
固定磁性層１１３の磁化方向とフリー磁性層１１５の磁化方向が反平行となる状態では、アップスピン電子はフリー磁性層１１５の磁化方向に平行なスピンを持った電子でなくなる。すると、アップスピン電子は、フリー磁性層１１５と非磁性材料層１１４との界面付近で散乱されることになり、アップスピン電子の有効平均自由行程が急激に減少する。すなわち、抵抗値が増大する。抵抗変化率は、アップスピン電子の有効平均自由行程の変化量と正の相関関係を有する。
【０１７２】
図２０に示すように、バックド層Ｂ_Aが設けられている場合には、フリー磁性層１１５を通過したアップスピン電子はバックド層Ｂ_Aにおいて、このバックド層Ｂ_Aの材料で決定される追加平均自由行程λ⁺ｂを移動した後散乱する。すなわち、バックド層Ｂ_Aを設けたことにより、アップスピン電子の平均自由行程λ⁺が追加平均自由行程λ⁺ｂ分だけ延びる。
【０１７３】
バックド層として機能する非磁性層１８を有する本形態では、アップスピンの伝導電子の平均自由行程を伸ばすことができる。このため、外部磁界の印加によるアップスピン電子の平均自由行程の変化量が大きくなって、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上させることができる。
【０１７４】
スピンフィルター効果によるアップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子の平均自由行程差の拡大はフリー磁性層１７の膜厚が比較的薄い場合により効果を発揮する。
【０１７５】
フリー磁性層１７の膜厚が１．５ｎｍより薄いと強磁性材料層として機能するように形成することが難しくなり充分な磁気抵抗効果を得ることができない。また、鏡面反射（specular reflection）せずに通常の散乱（diffusive scattering）をする伝導電子も存在するため、抵抗変化率が低下してしまうので好ましくない。
【０１７６】
また、フリー磁性層１７の膜厚が４．５ｎｍより厚いと非磁性層１８に到達する前に散乱されてしまうアップスピンの伝導電子が増加してスピンフィルター効果によって抵抗変化率が変化する割合が減少するため好ましくない。
【０１７７】
また、図６では、単位面積あたりの磁気モーメントが異なる前記第１固定磁性層１５ａ（強磁性材料層）と前記第２固定磁性層１５ｃ（強磁性材料層）が、前記非磁性中間層１５ｂを介して積層されたものが、一つの固定磁性層１５として機能する。すなわち、固定磁性層１５は、単位面積あたりの磁気モーメントの大きさが異なる複数の強磁性材料層が、非磁性中間層を介して積層され、前記非磁性中間層を介して隣接する前記強磁性材料層の磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態であるものである。
【０１７８】
第１固定磁性層１５ａは第１反強磁性層１４と接して形成され、第１の磁場中アニールが施されることにより、第１固定磁性層１５ａと第１反強磁性層１４との界面にて交換結合による交換異方性磁界が生じ、第１固定磁性層１５ａの磁化方向が図示Ｙ方向に固定される。第１固定磁性層１５ａの磁化方向が図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層１５ｂを介して対向する第２固定磁性層１５ｃの磁化方向が、第１固定磁性層１５ａの磁化方向と反平行の状態で固定される。
【０１７９】
なお、第１固定磁性層１５ａの磁気モーメントと第２固定磁性層１５ｃの磁気モーメントを足し合わせた合成磁気モーメントの方向が固定磁性層１５の磁化方向となる。
【０１８０】
このように、第１固定磁性層１５ａと第２固定磁性層１５ｃの磁化方向は、反平行となるフェリ磁性状態になっており、第１固定磁性層１５ａと第２固定磁性層１５ｃとが互いに他方の磁化方向を固定しあうので、全体として固定磁性層１５の磁化方向を一定方向に安定させることができるので好ましい。
【０１８１】
第１固定磁性層１５ａ及び第２固定磁性層１５ｃは、強磁性材料により形成されるもので、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などにより形成されるものであり、特にＮｉＦｅ合金、ＣｏまたはＣｏＦｅにより形成されることが好ましい。また、第１固定磁性層１５ａ及び第２固定磁性層１５ｃは同一の材料で形成されることが好ましい。図１では、前記第１固定磁性層１５ａ及び前記第２固定磁性層１５ｃを同じ材料を用いて形成し、さらに、それぞれの膜厚を異ならせることにより、それぞれの単位面積あたりの磁気モーメントを異ならせている。
【０１８２】
また、非磁性中間層１５ｂは、非磁性材料により形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｒｅ、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。
【０１８３】
固定磁性層１５が非磁性中間層１５ｂの上下に第１固定磁性層１５ａ及び第２固定磁性層１５ｃが積層されたものとして形成されると、第１固定磁性層１５ａ及び第２固定磁性層１５ｃが互いの磁化方向を固定しあい、全体として固定磁性層１５の磁化方向を一定方向に強力に固定することができる。すなわち、第１反強磁性層１４と固定磁性層１５との交換結合磁界Ｈｅｘを、例えば８０〜１６０ｋＡ／ｍと、大きな値として得ることができる。
【０１８４】
また、本形態では、固定磁性層１５の固定磁化による反磁界（双極子磁界）を、第１固定磁性層１５ａ及び第２固定磁性層１５ｃの静磁界どうしが相互に打ち消し合うことによりキャンセルできる。これにより、固定磁性層１５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１７の変動磁化への寄与を減少させることができる。
【０１８５】
従って、フリー磁性層１７の変動磁化の方向を所望の方向に補正することがより容易になり、アシンメトリーの小さい対称性の優れた磁気検出素子を得ることが可能になる。
【０１８６】
また、固定磁性層１５の固定磁化による反磁界（双極子磁界）Ｈｄは、フリー磁性層１７の素子高さ方向において、その端部で大きく中央部で小さいという不均一な分布を持ち、フリー磁性層１７内における単磁区化が妨げられる場合があるが、固定磁性層１５を上記の積層構造とすることにより双極子磁界ＨｄをほぼＨｄ＝０とすることができ、これによってフリー磁性層１７内に磁壁ができて磁化の不均一が発生しバルクハウゼンノイズなどが発生することを防止することができる。
ただし、固定磁性層１５が単層の強磁性材料層として形成されてもよい。
【０１８７】
また、第２固定磁性層１５ｃと非磁性材料層１６の間にＣｏなどからなる拡散防止層が形成されていてもよい。この拡散防止層は第２固定磁性層１５ｃと非磁性材料層１６の相互拡散を防止する。
【０１８８】
また、本形態では、第１反強磁性層１４と第２反強磁性層２０，２０を同じ組成の反強磁性材料を用いて形成した場合でも、第１反強磁性層１４の交換異方性磁界の方向を図示Ｙ方向に向けたまま、第２反強磁性層２０，２０の交換異方性磁界を図示Ｘ方向に向けることができる。すなわち、本形態では、フリー磁性層１７の磁化方向を、固定磁性層１５の磁化方向と直交する方向に固定できる。
【０１８９】
なお、フリー磁性層１７と強磁性層１９，１９の単位面積あたりの磁気モーメントの大きさは異なっている必要がある。フリー磁性層１７及び強磁性層１９，１９の単位面積あたりの磁気モーメントの大きさは、強磁性材料層の飽和磁化（Ｍｓ）と膜厚（ｔ）の積で表される。本形態では、強磁性層１９，１９の膜厚をフリー磁性層１７の膜厚より薄くしている。強磁性層１９，１９の膜厚を薄くすると強磁性層１９，１９の一方向異方性磁界が大きくなってフリー磁性層１７に充分な縦バイアスをかけることが容易になる。
【０１９０】
また図４に示された工程の後、電極層２１，２１をマスクとして第２反強磁性層２０を第２反強磁性層２０内まで掘り込むことにより、図７に示されるような凹部３０を有する磁気検出素子を得ることもできる。凹部３０は底面３０ｂが第２反強磁性層２０内に位置し、かつ底面３０ｂがトラック幅寸法Ｔｗであるものである。
【０１９１】
図７に示される磁気検出素子では、凹部３０の底面３０ｂが第２反強磁性層２０内に位置しており、フリー磁性層１７と強磁性層１９が、非磁性層１８を介して隣接し、フリー磁性層１７の磁化方向と強磁性層１９の磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態となる。
【０１９２】
このとき、フリー磁性層１７、非磁性層１８及び強磁性層１９からなる多層膜Ｆがひとつのフリー磁性層、いわゆるシンセティックフェリフリー磁性層として機能する。シンセティックフェリフリー磁性層では、フリー磁性層の膜厚を薄くすることと同等の効果が得られ、フリー磁性層の磁化が変動しやすくなり、磁気抵抗効果素子の磁界検出感度が向上する。なお、フリー磁性層１７と強磁性層１９の単位面積あたりの磁気モーメントの大きさは異なっている必要がある。フリー磁性層１７の単位面積あたりの磁気モーメントの大きさは、磁性層１７ｂの飽和磁化（Ｍｓ）と膜厚（ｔ）の積と拡散防止層１７ａの飽和磁化（Ｍｓ）と膜厚（ｔ）の積の和であり、強磁性層１９の単位面積あたりの磁気モーメントの大きさは、強磁性層の飽和磁化（Ｍｓ）と膜厚（ｔ）の積で表される。
【０１９３】
なお、凹部３０の底面３０ｂの下部に位置する第２反強磁性層２０の領域の厚さｔ２を０Åより大きく５０Å以下にすると、凹部３０の底面３０ｂの下部に位置する第２反強磁性層２０の領域では強磁性層１９との間に交換結合磁界が発生しないので好ましい。
【０１９４】
また図４に示された工程の後、電極層２１，２１をマスクとして第２反強磁性層２０を強磁性層１９内まで掘り込むことにより、図８に示されるような凹部３１を有する磁気検出素子を得ることもできる。凹部３１は、側面３１ａが第２反強磁性層２０を貫通し、底面３１ｂが強磁性層１９内に位置し、かつ底面３１ｂがトラック幅Ｔｗに相当する幅寸法を有するものである。
【０１９５】
図８に示された磁気検出素子でもフリー磁性層１７、非磁性層１８及び強磁性層１９からなる多層膜Ｆがひとつのフリー磁性層、いわゆるシンセティックフェリフリー磁性層Ｆとして機能する。本形態では、フリー磁性層の外部磁化によって磁化方向が変化する感度領域Ｅの上層に第２反強磁性層２０が全く存在しない。従って、シンセティックフェリフリー磁性層Ｆの感度領域Ｅの磁化方向の外部磁界依存性の変動を鋭敏にでき、磁気検出素子の磁界検出感度を向上できる。
【０１９６】
磁気検出素子の製造方法を説明する。
磁気検出素子が浮上式ヘッドを構成する場合には、セラミック材のスライダのトレーリング端面上にＡｌ₂Ｏ₃膜などの絶縁膜を介して下部シールド層及び下部ギャップ層を積層する。
【０１９７】
さらに、前述したと同様に、図１に示される工程において下地層１３上に、第１反強磁性層１４、第１固定磁性層１５ａ、非磁性中間層１５ｂ、第２固定磁性層１５ｃからなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層１５、非磁性材料層１６、フリー磁性層１７、非磁性層１８まで順次積層された多層膜Ａ１を、スパッタ法や蒸着法などの薄膜形成プロセスによって、同一真空成膜装置中で連続成膜する。
【０１９８】
次に、第１の熱処理温度、Ｙ方向を向いた第１の大きさの磁界中で、第１の磁場中アニールを行い、第１反強磁性層１４と第１固定磁性層１５ａとの間に交換異方性磁界を発生させ、固定磁性層１５の磁化方向を図示Ｙ方向に固定する。本形態では、第１の熱処理温度を２７０℃、磁界の第１の大きさを８００ｋ（Ａ／ｍ）としている。
【０１９９】
次に、強磁性層１９、第２反強磁性層２０をスパッタ法によって連続成膜し、図２に示される下地層１３から第２反強磁性層２０まで積層された多層膜Ａ２を得る。
【０２００】
なお、下地層１３、第１反強磁性層１４、第１の固定磁性層１５ａ、非磁性中間層１５ｂ、第２固定磁性層１５ｃからなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層１５、非磁性材料層１６、フリー磁性層１７、非磁性層１８、強磁性層１９、第２反強磁性層２０の材料は、前述した形態と同じであるので説明を省略する。
【０２０１】
本形態でも、非磁性層１８をＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｏｓのうち１種あるいは２種以上の合金で形成すると、第１の磁場中アニールにおいて、非磁性層１８の表面がほとんど酸化しない。従って、非磁性層１８上に強磁性層１９をスパッタ成膜する前に、非磁性層１８の表面をミリングなどで処理しなくても、フリー磁性層１７と強磁性層１９との間に非磁性層１８を介したＲＫＫＹ相互作用を働かせることができる。
【０２０２】
すなわち、非磁性層１８と強磁性層１９，１９との界面を、ミリングによって削られた面としなくてもすむようにできるので、フリー磁性層１７の磁化方向を一定方向に揃えるための一方向異方性磁界の低下を防ぐことができる。
【０２０３】
ただし、強磁性層１９とフリー磁性層１７は、非磁性層１８を介したＲＫＫＹ相互作用によって磁気的に結合されたものであるので、非磁性層１８の表面をミリングによって処理した場合でも、フリー磁性層の磁化方向を一定方向に揃えるために十分な一方向異方性磁界を得ることができる。
【０２０４】
なお、本形態でも、第１反強磁性層１４と第２反強磁性層２０を同じ組成の反強磁性材料を用いて形成することができる。
【０２０５】
次に、多層膜Ａ２を第２の熱処理温度、Ｘ方向を向いた第２の大きさの磁界中で、第２の磁場中アニールにかけて、第２反強磁性層２０と強磁性層１９との間に交換異方性磁界を発生させ、強磁性層１９の磁化方向を図示Ｘ方向に固定する。本形態では、第２の熱処理温度を２５０℃、磁界の第２の大きさを８（ｋＡ／ｍ）としている。
【０２０６】
第２反強磁性層２０と強磁性層１９との間の交換異方性磁界は、第２の磁場中アニール工程において初めて生じる。従って、第１反強磁性層１４と第１固定磁性層１５ａとの間の交換異方性磁界の方向を図示Ｙ方向に向けたまま、第２反強磁性層２０と強磁性層１９との間の交換異方性磁界を図示Ｘ方向に向けるためには、第２の熱処理温度を、第１反強磁性層１４による交換結合磁界が消失するブロッキング温度より低い温度に設定し、第２の磁界の大きさを第１反強磁性層１４と第１固定磁性層１５ａとの間の交換異方性磁界より小さくするだけでよい。また、第２の磁場中アニールをこれらの条件下で行えば、第１反強磁性層１４と第２反強磁性層２０を同じ組成の反強磁性材料を用いて形成しても、第１反強磁性層１４と第１固定磁性層１５ａとの間の交換異方性磁界の方向を図示Ｙ方向に向けたまま、第２反強磁性層２０と強磁性層１９との間の交換異方性磁界を図示Ｘ方向に向けることができる。すなわち、フリー磁性層１７の磁化方向を、固定磁性層１５の磁化方向と直交する方向に固定することが容易になる。
【０２０７】
なお、第２の磁場中アニール時の第２の磁界の大きさは、フリー磁性層１７及び強磁性層１９の飽和磁界、及びフリー磁性層１７及び強磁性層１９の反磁界より大きく、フリー磁性層１７と強磁性層１９との間の反平行結合が崩れるスピンフロップ磁界より小さいことが好ましい。
【０２０８】
次に、図９に示す工程において、第２反強磁性層２０上に、トラック幅Ｔｗに等しい間隔Ｗ１をあけて一対の第１のレジスト層Ｒ２、Ｒ２を積層する。
【０２０９】
第１のレジスト層Ｒ２，Ｒ２の積層後、図１０に示すように、第２反強磁性層２０の第１のレジスト層Ｒ２、Ｒ２によって挟まれた部位、すなわち、第２反強磁性層２０の第１のレジスト層Ｒ２，Ｒ２によってマスクされない部位を、イオンミリングまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などによって、第２反強磁性層２０の表面２０ａに対する垂直方向、すなわちトラック幅方向（図示Ｘ方向）に対する垂直方向（図示Ｚ方向）に削り込むことにより、側面３１ａが第２反強磁性層２０及び強磁性層１９を貫通し、底面３１ｂが非磁性層１８内に位置し、かつ底面３１ｂがトラック幅Ｔｗに相当する幅寸法を有する凹部３１を形成する。凹部３１の側面３１ａ，３１ａは、トラック幅方向に対して垂直面になっている。図１０では、凹部３１の底面３１ｂが非磁性層１８内に位置するように、凹部３１を形成している。凹部３１の形成後、第１のレジスト層Ｒ２，Ｒ２を除去する。
【０２１０】
次に、凹部３１内及び凹部３１の開口部周辺の第２反強磁性層２０，２０上に、トラック幅方向の幅寸法がＷ２の領域を覆う第２のレジスト層Ｒ３を形成する。レジスト層Ｒ３はリフトオフ用のレジスト層であり、下層部に切り欠き部Ｒ３ａ、Ｒ３ａが形成されている。
【０２１１】
さらに、図１１に示されるように第２反強磁性層２０，２０のレジスト層Ｒ３に覆われていない領域上に導電性材料からなる電極層２６，２６をスパッタ法によって成膜して多層膜Ａ３を形成する。電極層２６，２６の形成後、第２のレジスト層Ｒ３を除去すると図１２に示される磁気検出素子を得ることができる。
【０２１２】
図１２に示される磁気検出素子では、第２反強磁性層２０，２０上に積層されている電極層２６，２６のトラック幅領域Ｃ側の側端縁２６ａ，２６ａが、第２反強磁性層２０，２０のトラック幅領域Ｃ側の側端面２０ａ，２０ａよりも、多層膜Ａ３の外端部Ｓ１，Ｓ１側に形成される磁気検出素子を得ることができる。なお、トラック幅領域Ｃとは、多層膜Ａ３中の凹部３１の底面３１ｂに重なる領域のことである。すなわち、トラック幅領域Ｃの幅寸法はトラック幅寸法Ｔｗに等しい。また、トラック幅領域Ｃの幅寸法は、フリー磁性層１７の磁化方向が変化する領域である感度領域Ｅの幅寸法に等しい。
【０２１３】
電極層２６，２６のトラック幅領域Ｃ側の側端縁２６ａ，２６ａが第２反強磁性層２０，２０のトラック幅領域Ｃ側の側端面２０ａ，２０ａよりも、多層膜Ａ３の外端部Ｓ１，Ｓ１側に形成されていると凹部３１の底面３１ｂと電極層２６，２６及び第２反強磁性層２０，２０がつくる段差をなだらかにすることができる。従って、磁気検出素子の上層の上部ギャップ層２３の膜厚を小さくしても、この段差上に上部ギャップ層２３が確実に形成されるようにできる。すなわち、上部シールド層２４と電極層２６，２６、第２反強磁性層２０，２０、強磁性層１９，１９、及び非磁性層１８との間の電気的短絡をより確実に防止でき、狭ギャップ化に対応できるようになる。
【０２１４】
また、多層膜Ａ３のトラック幅領域Ｃの両側近傍における上部シールド層２４と下部シールド層１１間の距離が大きくなると、上部シールド層２４と下部シールド層１１の間を通って、検出対象の記録トラックの両側の記録トラックから発生する記録媒体からの磁界が磁気検出素子に侵入しやすくなり、実効トラック幅が大きくなる。すなわち、記録トラック間のクロストークが発生しやすくなる。
【０２１５】
本形態では、前述のように凹部３１と電極層２６，２６及び第２反強磁性層２０，２０とがつくる段差をなだらかにすることができるので、トラック幅領域Ｃの両側近傍における上部シールド層２４と下部シールド層１１間の距離が大きくなることを抑え、実効トラック幅を小さくすることができる。
【０２１６】
具体的には、強磁性層１９，１９、第２反強磁性層２０，２０、電極層２６，２６のうち、強磁性層１９，１９及び第２反強磁性層２０，２０のみと重なる領域Ｓ２，Ｓ２における上部シールド層２４と下部シールド層１１間の距離をＧｌｓ、多層膜Ａ３の中央Ｃ１と重なる位置における上部シールド層２４と下部シールド層１１間の距離をＧｌｃとしたときに、前記ＧｌｓとＧｌｃの差の値を、Ｇｌｃ≦Ｇｌｓ≦Ｇｌｃ＋９０ｎｍを満たす範囲に設定することが好ましい。より好ましくは、前記Ｇｌｓと前記Ｇｌｃの値を、Ｇｌｃ≦Ｇｌｓ≦Ｇｌｃ＋７０ｎｍを満たす範囲に設定することである。さらに好ましくは、前記Ｇｌｓと前記Ｇｌｃの値を、Ｇｌｃ≦Ｇｌｓ≦Ｇｌｃ＋３０ｎｍを満たす範囲に設定することである。
【０２１７】
あるいは、前記Ｇｌｓと前記Ｇｌｃの値を、１．００≦Ｇｌｓ／Ｇｌｃ≦２．５０を満たす範囲に設定することが好ましい。より好ましくは、前記Ｇｌｓと前記Ｇｌｃの値を、１．００≦Ｇｌｓ／Ｇｌｃ≦２．１７を満たす範囲に設定することである。さらに好ましくは、前記Ｇｌｓと前記Ｇｌｃの値を、１．００≦Ｇｌｓ／Ｇｌｃ≦１．５０を満たす範囲に設定することである。
【０２１８】
磁気検出素子の製造方法を説明する。
磁気検出素子が浮上式ヘッドを構成する場合には、セラミック材のスライダのトレーリング端面上にＡｌ₂Ｏ₃膜などの絶縁膜を介して下部シールド層及び下部ギャップ層を積層する。
【０２１９】
さらに、前述したと同様に、図１に示される工程において、下地層１３、第１反強磁性層１４、第１固定磁性層１５ａ、非磁性中間層１５ｂ、第２固定磁性層１５ｃからなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層１５、非磁性材料層１６、フリー磁性層１７、非磁性層１８まで順次積層された多層膜Ａ１を、スパッタ法や蒸着法などの薄膜形成プロセスによって、同一真空成膜装置中で連続成膜する。
【０２２０】
次に、第１の熱処理温度、Ｙ方向を向いた第１の大きさの磁界中で、第１の磁場中アニールを行い、第１反強磁性層１４と第１固定磁性層１５ａとの間に交換異方性磁界を発生させ、固定磁性層１５の磁化方向を図示Ｙ方向に固定する。本形態では、第１の熱処理温度を２７０℃、磁界の第１の大きさを８００ｋ（Ａ／ｍ）としている。
【０２２１】
次に、強磁性層１９、第２反強磁性層２０をスパッタ法によって連続成膜し、図２に示される下地層１３から第２反強磁性層２０まで積層された多層膜Ａ２を得る。
【０２２２】
なお、下地層１３、第１反強磁性層１４、第１固定磁性層１５ａ、非磁性中間層１５ｂ、第２固定磁性層１５ｃからなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層１５、非磁性材料層１６、フリー磁性層１７、非磁性層１８、強磁性層１９、第２反強磁性層２０の材料は、前述したと同じであるので説明を省略する。
【０２２３】
本形態でも、非磁性層１８をＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｏｓのうち１種あるいは２種以上の合金で形成すると、第１の磁場中アニールにおいて、非磁性層１８の表面がほとんど酸化しない。従って、非磁性層１８上に強磁性層１９をスパッタ成膜する前に、非磁性層１８の表面をミリングなどで処理しなくても、フリー磁性層１７と強磁性層１９との間に非磁性層１８を介したＲＫＫＹ相互作用を働かせることができる。
【０２２４】
すなわち、非磁性層１８と強磁性層１９との界面を、ミリングによって削られた面としなくてもすむようにできるので、フリー磁性層１７の磁化方向を一定方向に揃えるための一方向異方性磁界の低下を防ぐことができる。
【０２２５】
ただし、強磁性層１９とフリー磁性層１７は、非磁性層１８を介したＲＫＫＹ相互作用によって磁気的に結合されたものであるので、非磁性層１８の表面をミリングによって処理した場合でも、フリー磁性層１７の磁化方向を一定方向に揃えるために十分な一方向異方性磁界を得ることができる。
【０２２６】
なお、本形態でも、第１反強磁性層１４と第２反強磁性層２０を同じ組成の反強磁性材料を用いて形成することができる。
【０２２７】
次に、多層膜Ａ２を第２の熱処理温度、Ｘ方向を向いた第２の大きさの磁界中で、第２の磁場中アニールにかけて、第２反強磁性層２０と強磁性層１９との間に交換異方性磁界を発生させ、強磁性層１９の磁化方向を図示Ｘ方向に固定する。本形態では、第２の熱処理温度を２５０℃、磁界の第２の大きさを８（ｋＡ／ｍ）としている。
【０２２８】
第２反強磁性層２０と強磁性層１９との間の交換異方性磁界は、第２の磁場中アニール工程において初めて生じる。従って、第１反強磁性層１４と第１固定磁性層１５ａとの間の交換異方性磁界の方向を図示Ｙ方向に向けたまま、第２反強磁性層２０と強磁性層１９との間の交換異方性磁界を図示Ｘ方向に向けるためには、第２の熱処理温度を、第１反強磁性層１４による交換結合磁界が消失するブロッキング温度より低い温度に設定し、第２の磁界の大きさを第１反強磁性層１４と第１固定磁性層１５ａとの間の交換異方性磁界より小さくするだけでよい。また、第２の磁場中アニールをこれらの条件下で行えば、第１反強磁性層１４と第２反強磁性層２０を同じ組成の反強磁性材料を用いて形成しても、第１反強磁性層１４と第１固定磁性層１５ａとの間の交換異方性磁界の方向を図示Ｙ方向に向けたまま、第２反強磁性層２０と強磁性層１９との間の交換異方性磁界を図示Ｘ方向に向けることができる。すなわち、フリー磁性層１７の磁化方向を、固定磁性層１５の磁化方向と直交する方向に固定することが容易になる。
【０２２９】
なお、第２の磁場中アニール時の第２の磁界の大きさは、フリー磁性層１７及び強磁性層１９の飽和磁界、及びフリー磁性層１７及び強磁性層１９の反磁界より大きく、フリー磁性層１７と強磁性層１９との間の反平行結合が崩れるスピンフロップ磁界より小さいことが好ましい。
【０２３０】
次に、図９に示す工程において、第２反強磁性層２０上に、トラック幅Ｔｗに等しい間隔Ｗ１をあけて一対の第１のレジスト層Ｒ２、Ｒ２を積層する。
【０２３１】
第１のレジスト層Ｒ２，Ｒ２の積層後、図１０に示すように、第２反強磁性層２０の第１のレジスト層Ｒ２、Ｒ２によって挟まれた部位、すなわち、第２反強磁性層２０の第１のレジスト層Ｒ２，Ｒ２によってマスクされない部位を、イオンミリングまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などによって、第２反強磁性層２０の表面（側端面）２０ａに対する垂直方向、すなわちトラック幅方向（図示Ｘ方向）に対する垂直方向（図示Ｚ方向）に削り込むことにより凹部３１を形成する。凹部３１の側面３１ａ，３１ａは、トラック幅方向に対して垂直面になっている。図１０では、凹部３１の底面３１ｂが非磁性層１８内に位置するように、凹部３１を形成している。凹部３１の形成後、第１のレジスト層Ｒ２，Ｒ２を除去する。
【０２３２】
次に、図１３に示されるように、底面Ｒ４ａのトラック幅方向の幅寸法Ｗ３がレジスト層Ｒ１の底面Ｒ１ｂの幅寸法Ｗ１よりも小さいリフトオフ用の第２のレジスト層Ｒ４を、凹部３１の底面３１ｂ上に形成する。
【０２３３】
次に、図１４に示されるように、凹部３１の底面３１ｂの第２のレジスト層Ｒ４に覆われていない領域上及び第２反強磁性層２０，２０上に電極層２７，２７をスパッタ法によって成膜することにより多層膜Ａ４を形成する。
【０２３４】
なお、スパッタの入射角度を調節して、電極層２７，２７のトラック幅領域Ｃ側の側端縁２７ａ，２７ａを、凹部３１の底面３１ｂと第２のレジスト層Ｒ４が接合しているところまで延して形成することにより、第２反強磁性層２０，２０上に積層される電極層２７，２７のトラック幅領域Ｃ側の側端縁２７ａ，２７ａが、強磁性層１９，１９のトラック幅領域Ｃ側の側端縁（側端面）１９ａ，１９ａ及び第２反強磁性層２０，２０のトラック幅領域Ｃ側の側端縁（側端面）２０ａ，２０ａよりも多層膜Ａ４の中央部Ｃ１側に延されて形成されるようにできる。なお、図１４においてトラック幅領域Ｃとは、電極層２７，２７の側端縁２７ａ，２７ａに挟まれる領域である。
【０２３５】
このとき、レジスト層Ｒ４の底面Ｒ４ａのトラック幅方向寸法Ｗ３と電極層２７，２７の側端縁２７ａ，２７ａ間距離は等しくなる。なお、電極層２７，２７の側端縁２７ａ，２７ａ間距離が磁気検出素子のトラック幅寸法Ｔｗを規定する。このトラック幅寸法Ｔｗの領域、すなわち、トラック幅領域Ｃが実質的に磁気抵抗効果を発揮し得る領域である感度領域Ｅである。
【０２３６】
電極層２７，２７の成膜後、第２のレジスト層Ｒ４を除去すると、図１５に示されるように多層膜Ａ４が得られる。
【０２３７】
なお、本形態の磁気検出素子は、第１反強磁性層１４と第２反強磁性層２０を同じ組成の反強磁性材料を用いて形成することができる。
【０２３８】
なお、第２反強磁性層２０と電極層２７，２７の間にＴａなどの非磁性材料からなる保護層を成膜してもよい。
【０２３９】
多層膜Ａ４上に上部ギャップ層２３及び上部シールド層２４を積層して図１５に示される磁気検出素子を得る。
【０２４０】
強磁性層１９，１９及び第２反強磁性層２０，２０は、電極層２７，２７に比べて比抵抗が大きい材料によって形成される。電極層２７，２７が強磁性層１９，１９及び第２反強磁性層２０，２０上のみに積層されると、電極層２７，２７に供給された直流電流は強磁性層１９，１９及び第２反強磁性層２０，２０を介して非磁性層１８、フリー磁性層１７、非磁性材料層、及び固定磁性層１５に流れることになり、磁気検出素子の直流抵抗値が大きくなってしまう。
【０２４１】
電極層２７，２７のトラック幅領域Ｃ側の側端縁２７ａ，２７ａが、強磁性層１９，１９のトラック幅領域Ｃ側の側端縁（側端面）１９ａ，１９ａ及び第２反強磁性層２０，２０のトラック幅領域Ｃ側の側端縁（側端面）２０ａ，２０ａよりも多層膜Ａ４の中央部Ｃ１側に延されていると、電極層２７，２７の側端縁２７ａ，２７ａを非磁性層１８上にまで延長でき、電極層２７，２７に供給された直流電流を強磁性層１９，１９及び第２反強磁性層２０，２０を介さずに流すことができるので、磁気検出素子の直流抵抗値を小さくできる。
【０２４２】
なお、図１５の磁気検出素子のトラック幅Ｔｗは、一対の電極層２７，２７のトラック幅領域Ｃ側の側端縁２７ａ，２７ａ間距離で規定されるので、第２の反強磁性層２０，２０のトラック幅領域Ｃ側の側端縁（側端面）２０ａ，２０ａ付近の領域で組成が変化したりだれが生じたりすることによって、第２の反強磁性層２０，２０の側端縁（側端面）２０ａ，２０ａ付近に重なるフリー磁性層１７の両側部１７ｓ，１７ｓの磁化方向が動きやすくなっても、トラック幅Ｔｗが変化することを抑えることができる。
【０２４３】
なお、前述した図１０の工程では、凹部３１を底面３１ｂが非磁性層１８内に位置するように形成しているが、本形態では底面が第２反強磁性層２０内または強磁性層１９内に位置するような凹部を形成してもよい。
【０２４４】
また、図１に示された工程において、多層膜Ａ１を形成するときに、非磁性層１８とフリー磁性層１７の間に、非磁性層１８よりも比抵抗が低い材料、例えばＣｕからなる導電性材料層５０を形成し、最終的に図１６に示される磁気検出素子が得られるようにしてもよい。
【０２４５】
比抵抗が非磁性層１８よりも低い導電性材料からなる導電性材料層５０が形成されていると、非磁性層１８だけの場合よりも大きなスピンフィルター効果を奏することができるようになり、磁気検出素子の磁界検出感度をさらに向上させることができるので好ましい。なお、導電性材料層５０をＣｕを用いて形成すると、ＮｉＦｅやＣｏＦｅＮｉによって形成されたフリー磁性層１７と結晶格子定数の値が近くなり、大きなスピンフィルター効果を奏することができる。
【０２４６】
導電性材料層５０を形成するときには、例えば非磁性層１８をＲｕによって膜厚ｔ３が０．４〜１．１ｎｍであるものとして形成し、さらに、導電性材料層５０をＣｕによって膜厚ｔ４が０．３〜０．５ｎｍであるものとして形成することができる。
【０２４７】
また、図１に示された工程において、多層膜Ａ１を形成するときに、フリー磁性層４０を、単位面積あたりの磁気モーメントの大きさが異なる第１フリー磁性層４０ａ（強磁性材料層）及び第２フリー磁性層４０ｃ（強磁性材料層）を非磁性中間層４０ｂを介して積層された、いわゆるシンセティックフェリフリー型のフリー磁性層として形成し、最終的に図１７に示される磁気検出素子を得るようにしてもよい。
【０２４８】
図１７に示される磁気検出素子は、フリー磁性層が、単位面積あたりの磁気モーメントの大きさが異なる複数の強磁性材料層が、非磁性層を介して積層され、非磁性層を介して隣接する強磁性材料層の磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態であるものである。
【０２４９】
第１フリー磁性層４０ａは拡散防止層（中間層）４０ａ１と磁性層４０ａ２からなっている。この拡散防止層４０ａ１は、例えばＣｏまたはＣｏＦｅからなるものであり、磁性層４０ａ２と非磁性材料層１６の相互拡散を防止する。
【０２５０】
第１フリー磁性層４０ａ及び第２フリー磁性層４０ｃは、強磁性材料により形成されるもので、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などにより形成されるものであり、特にＮｉＦｅ合金により形成されることが好ましい。
【０２５１】
また、非磁性中間層４０ｂは、非磁性材料により形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは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。
【０２５２】
なお、第１フリー磁性層４０ａ及び第２フリー磁性層４０ｃは、それぞれの単位面積あたりの磁気モーメントが異なるように形成されている。単位面積あたりの磁気モーメントは、飽和磁化（Ｍｓ）と膜厚（ｔ）の積で表される。
【０２５３】
本形態では、第１フリー磁性層４０ａと非磁性材料層１６の間に、拡散防止層４０ａ１が形成されているので、磁性層４０ａ２の単位面積あたりの磁気モーメントと拡散防止層４０ａ１の単位面積あたりの磁気モーメントの和と、第２フリー磁性層４０ｃの単位面積あたりの磁気モーメントを異ならせる。
【０２５４】
なお、第２フリー磁性層４０ｃの厚さは０．５〜２．５ｎｍの範囲であることが好ましい。また、第１フリー磁性層４０ａの厚さは２．５〜４．５ｎｍの範囲であることが好ましい。なお、第１フリー磁性層４０ａの厚さが３．０〜４．０ｎｍの範囲であることがより好ましく、さらに好ましくは３．５〜４．０ｎｍの範囲であることである。第１フリー磁性層４０ａの厚さが前記の範囲を外れると、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率を大きくすることができなくなるので好ましくない。
【０２５５】
図４では、単位面積あたりの磁気モーメントが異なる第１フリー磁性層４０ａと第２フリー磁性層４０ｃが、非磁性中間層４０ｂを介して積層されたものが、一つのフリー磁性層４０として機能する。
【０２５６】
第１フリー磁性層４０ａと第２フリー磁性層４０ｃの磁化方向は１８０度異なる反平行のフェリ磁性状態になっている。このとき、第１フリー磁性層４０ａの磁化方向が、強磁性層１９から発生する磁界の方向に向き、第２フリー磁性層４０ｃの磁化方向が、１８０度反対方向に向いた状態になる。
【０２５７】
第１フリー磁性層４０ａと第２フリー磁性層４０ｃの磁化方向が１８０度異なる反平行のフェリ磁性状態になると、フリー磁性層４０の膜厚を薄くすることと同等の効果が得られ、実効的な磁気的膜厚（Ｍｓ×ｔ）が小さくなり、フリー磁性層４０の磁化が変動しやすくなって、磁気抵抗効果素子の磁界検出感度が向上する。
【０２５８】
第１フリー磁性層４０ａの単位面積あたりの磁気モーメントと第２フリー磁性層４０ｃの単位面積あたりの磁気モーメントを足し合わせた単位面積あたりの合成磁気モーメントの方向がフリー磁性層４０の磁化方向となる。
【０２５９】
ただし、固定磁性層１５の磁化方向との関係で出力に寄与するのは第１フリー磁性層４０ａの磁化方向のみである。
【０２６０】
また、第１フリー磁性層４０ａと第２フリー磁性層４０ｃの磁気的膜厚の関係が異ならされていると、フリー磁性層４０のスピンフロップ磁界を大きくできる。
【０２６１】
スピンフロップ磁界とは、磁化方向が反平行である２つの磁性層に対し、外部磁界を印加したときに、２つの磁性層の磁化方向が反平行でなくなる外部磁界の大きさを指す。
【０２６２】
フリー磁性層４０のヒステリシスループの概念図として図１８を示す。このＭ−Ｈ曲線は、図１７に示す構成のフリー磁性層４０に対してトラック幅方向から外部磁界を印加したときの、フリー磁性層４０の磁化Ｍの変化を示したものである。
【０２６３】
また、図１８中、Ｆ１で示す矢印は、第１フリー磁性層４０ａの磁化方向を表わし、Ｆ２で示す矢印は、第２フリー磁性層４０ｃの磁化方向を表わす。
【０２６４】
図１８に示すように、外部磁界が小さいときは、第１フリー磁性層４０ａと第２フリー磁性層４０ｃがフェリ磁性状態、すなわち矢印Ｆ１及びＦ２の方向が反平行になっているが、外部磁界Ｈの大きさがある値を越えると、第１フリー磁性層４０ａと第２フリー磁性層４０ｃのＲＫＫＹ結合が壊され、フェリ磁性状態を保てなくなる。これが、スピンフロップ転移である。またこのスピンフロップ転移が起きるときの外部磁界の大きさがスピンフロップ磁界であり、図１８ではＨｓｆで示している。なお、図中Ｈｃｆは、フリー磁性層４０の磁化の保磁力を示している。
【０２６５】
第１フリー磁性層４０ａ及び第２フリー磁性層４０ｃの、それぞれの単位面積あたりの磁気モーメントが異なるように形成されているとフリー磁性層４０のスピンフロップ磁界Ｈｓｆが大きくなる。これにより、フリー磁性層４０がフェリ磁性状態を保つ磁界の範囲が広くなり、フリー磁性層４０のフェリ磁性状態の安定度が増す。
【０２６６】
また本形態のように拡散防止層４０ａ１が形成されている場合には、フリー磁性層を構成する第１フリー磁性層の磁性層４０ａ２及び第２フリー磁性層４０ｃは以下の組成を有する磁性材料で形成することが好ましい。前記ＣｏＦｅＮｉ合金であってＦｅの組成比が７原子％以上で１５原子％以下、Ｎｉの組成比が５原子％以上で１５原子％以下、残りの組成比はＣｏである。
【０２６７】
これにより第１フリー磁性層４０ａと第２フリー磁性層４０ｃ間で発生するＲＫＫＹ相互作用における交換結合磁界を強くすることができる。具体的には、反平行状態が崩れるときの磁界、すなわちスピンフロップ磁界（Ｈｓｆ）を約２９３（ｋＡ／ｍ）にまで大きくすることができる。
【０２６８】
よって、強磁性層１９の下に位置する第１フリー磁性層４０ａ及び第２フリー磁性層４０ｃの両側端部の磁化を適切に反平行状態にピン止めでき、サイドリーディングの発生を抑制することができる。
【０２６９】
なお第１フリー磁性層４０ａ及び第２フリー磁性層４０ｃの双方を前記ＣｏＦｅＮｉ合金で形成することが好ましい。これにより、より安定して高いスピンフロップ磁界を得ることができ、第１フリー磁性層４０ａと第２フリー磁性層４０ｃとを適切に反平行状態に磁化できる。
【０２７０】
また上記した組成範囲内であると、第１フリー磁性層４０ａと第２フリー磁性層４０ｃの磁歪を−３×１０^-6から３×１０^-6の範囲内に収めることができ、また保磁力を７９０（Ａ／ｍ）以下に小さくできる。
【０２７１】
さらに、フリー磁性層４０の軟磁気特性の向上、非磁性材料層１６間でのＮｉの拡散による抵抗変化量（ΔＲ）や抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の低減の抑制を適切に図ることが可能である。
【０２７２】
なお、第１フリー磁性層４０ａが磁性層４０ａ２のみからなり、拡散防止層４０ａ１が形成されないときには、組成式がＣｏＦｅＮｉで示され、Ｆｅの組成比は９原子％以上で１７原子％以下で、Ｎｉの組成比は０．５原子％以上で１０原子％以下で、残りの組成はＣｏである磁性材料を用いて磁性層４０ａ２及び第２フリー磁性層４０ｃを形成することが好ましい。
【０２７３】
なお、前述した全ての磁気検出素子において、非磁性層１８とフリー磁性層１７の間に、非磁性層１８よりも比抵抗が低い材料からなる導電性材料層５０を形成してもよい。また、前述した全ての磁気検出素子のフリー磁性層１７をシンセティックフェリフリー型のフリー磁性層として形成してもよい。
【０２７４】
図１２、図１５、図１６、図１７に示された磁気検出素子でも、凹部３１の側面３１ａ，３１ａ及び凹部２２の側面２２ａ，２２ａをトラック幅方向に対して垂直面となるようにすることが可能である。すなわち、トラック幅領域Ｃから外れた全領域において、第２反強磁性層２０，２０が反強磁性を発生するために充分な膜厚を有することができ、トラック幅領域Ｃから外れた全領域においてフリー磁性層１７の磁化方向を確実に固定することができる。
【０２７５】
従って、磁気検出素子のトラック幅領域Ｃ（感度領域Ｅ）でのみフリー磁性層１７の磁化方向を動かすことができ、トラック幅領域Ｃ周辺におけるサイドリーディングを防止することができる。
【０２７６】
また、フリー磁性層１７を第２反強磁性層２０，２０及び強磁性層１９，１９の下層にまで延して形成するので、フリー磁性層１７の磁化がフリー磁性層１７の両側端面の表面磁荷によって発生する反磁界の影響を受けることを小さくできる。
【０２７７】
また、第２反強磁性層２０，２０の下層において強磁性層１９，１９、非磁性層１８、及びフリー磁性層１７がシンセティックフェリ構造となっているので、フリー磁性層１７の両側部１７ｓ，１７ｓにおける磁化方向を一定方向に揃えるための一方向異方性磁界を大きくすることができる。
【０２７８】
従って、外部磁界によってフリー磁性層１７の両側部１７ｓ，１７ｓの磁化方向が変化してしまい、結果として磁気的トラック幅が大きくなることを抑えることができる。
【０２７９】
また、第２反強磁性層２０，２０と強磁性層１９，１９との交換結合磁界が比較的弱くても、フリー磁性層１７の磁化方向を確実に、固定磁性層１５の磁化方向と交叉する方向に揃えることが容易になる。従って、前記第２の磁場中アニールにおける磁場の大きさを８０００Ａ／ｍの低磁場とすることができ、固定磁性層１５の磁化方向が変化することを抑えることが容易になる。
【０２８０】
また、本形態では、図２に示される工程において、強磁性層１９及び第２反強磁性層２０を、表面が平坦面である非磁性層１８上に積層しているので、強磁性層１９及び第２反強磁性層２０も平坦化された層として形成でき、強磁性層１９、非磁性層１８、及びフリー磁性層１７からなるシンセティックフェリ構造において強磁性層１９とフリー磁性層１７間のＲＫＫＹ相互作用を大きくすることが容易になる。
【０２８１】
また、非磁性層１８の上面１８ａが平坦面であると、強磁性層１９，１９及び第２の反強磁性層２０，２０の積層工程の制御が容易になる。従って、強磁性層１９，１９の膜厚を薄くでき強磁性層１９，１９、非磁性層１８、及びフリー磁性層１７からなるシンセティックフェリ構造において強磁性層１９，１９とフリー磁性層１７間のスピンフロップ磁界を大きくできる。本形態では強磁性層１９，１９の膜厚を例えば１．５ｎｍ〜４．０ｎｍにできる。また、フリー磁性層１７にかかる一方向異方性磁界を大きくできる。例えば、強磁性層１９，１９及びフリー磁性層１７をＮｉＦｅで形成したときには、前記一方向異方性磁界を５６（ｋＡ／ｍ）とすることができる。または、強磁性層１９，１９及びフリー磁性層１７をＣｏＦｅで形成したときには、前記一方向異方性磁界を１５２（ｋＡ／ｍ）とすることができる。
【０２８２】
なお、非磁性層１８をＲｕなどの導電性材料で形成すると、非磁性層１８が、スピンフィルター効果を有することになり、磁気検出素子の磁界検出感度を向上させることができる。
【０２８３】
ところで図１ないし図１７では、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層を有する多層膜のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側部Ｓ，Ｓ上に電極層２１、２６、２７が設けられ、前記電極層２１、２６、２７から前記多層膜内に流れる電流が、前記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）型の磁気検出素子の製造方法を説明した。
【０２８４】
一方、図２１以降で説明する磁気検出素子の製造方法は、前記多層膜の上下に電極層が設けられ、前記電極層から前記多層膜内に流れる電流が、前記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）型の磁気検出素子の製造方法である。
【０２８５】
まず、図２１では、基板上（図示せず）にＮｉＦｅなどの磁性材料からなり下部シールド層を兼ねる下部電極層７０を形成し、その上に図１で形成したのと同じ多層膜Ａ１を形成する。
【０２８６】
その後、多層膜Ａ１を第１の熱処理温度、Ｙ方向を向いた第１の大きさの磁界中で、第１の磁場中アニールを行い、第１の反強磁性層１４と第１の固定磁性層１５ａとの間に交換異方性磁界を発生させ、固定磁性層１５の磁化方向を図示Ｙ方向に固定する。本形態では、前記第１の熱処理温度を２７０℃、磁界の第１の大きさを８００ｋ（Ａ／ｍ）としている。
【０２８７】
図１の説明をしたときに述べたように、非磁性層１８は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｏｓのうち１種あるいは２種以上の合金で形成する。なお、非磁性層１８をＲｕによって形成するときには、非磁性層の膜厚ｔ１を０．８〜１．１ｎｍ、より好ましくは０．８５〜０．９ｎｍ、となるようものとして形成すると強磁性層１９とフリー磁性層１７との間のＲＫＫＹ相互作用を大きくすることができるので好ましい。
【０２８８】
次に、図２２に示すごとく、非磁性層１８上に、強磁性層１９を再成膜し、さらに強磁性層１９上に第２の反強磁性層２０、絶縁層７１を連続成膜する。
【０２８９】
絶縁層７１は、例えばＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＡｌＮ、Ｔｉ₂Ｏ₃、Ｔｉ₃Ｏ₅、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏなどの絶縁材料で形成される。
【０２９０】
次に絶縁層７１まで形成された多層膜Ｂ１を、第２の熱処理温度、Ｘ方向を向いた第２の大きさの磁界中で、第２の磁場中アニールにかけて、第２の反強磁性層２０と強磁性層１９との間に、交換異方性磁界を発生させ、強磁性層１９の磁化方向を図示Ｘ方向と１８０°異なる反平行方向に固定する。強磁性層１９の磁化方向が図示Ｘ方向と１８０°異なる反平行方向に固定されると、フリー磁性層１７の磁化方向は非磁性層１８を介した強磁性層１９とのＲＫＫＹ相互作用によって、図示Ｘ方向に固定される。本形態では、前記第２の熱処理温度を２５０℃、磁界の第２の大きさを２４ｋ（Ａ／ｍ）としている。
【０２９１】
フリー磁性層１７と強磁性層１９の磁化方向が上述のような関係になるのは、フリー磁性層１７の単位面積当りの磁気モーメントが強磁性層１９の単位面積当りの磁気モーメントより大きく、磁界の第２の大きさがフリー磁性層１７と強磁性層１９間のスピンフロップ磁界よりも小さいためである。
【０２９２】
第２の反強磁性層２０による交換異方性磁界は、第２の磁場中アニール工程において初めて生じる。従って、第１の反強磁性層１４による交換異方性磁界の方向を図示Ｙ方向に向けたまま、第２の反強磁性層２０による交換異方性磁界を図示Ｘ方向と１８０°異なる反平行方向に向けるためには、前記第２の熱処理温度を、第１の反強磁性層１４による交換結合磁界が消失するブロッキング温度より低い温度に設定し、前記第２の磁界の大きさを第１の反強磁性層１４による交換異方性磁界より小さくするだけでよい。また、第２の磁場中アニールをこれらの条件下で行えば、第１の反強磁性層１４と第２の反強磁性層２０を同じ組成の反強磁性材料を用いて形成しても、第１の反強磁性層１４による交換異方性磁界の方向を図示Ｙ方向に向けたまま、第２の反強磁性層２０による交換異方性磁界を図示Ｘ方向と反平行方向に向けることができる。すなわち、フリー磁性層１７の磁化方向を、固定磁性層１５の磁化方向と直交する方向に固定することが容易になる。
【０２９３】
なお、第２の磁場中アニール時の第２の磁界の大きさは、フリー磁性層１７及び強磁性層１９の飽和磁界、及びフリー磁性層１７及び強磁性層１９の反磁界より大きく、フリー磁性層１７と強磁性層１９間の反平行結合が崩れるスピンフロップ磁界より小さいことが好ましい。
【０２９４】
次に、絶縁層７１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９０ａが設けられたレジスト層９０を形成する。レジスト層９０の内側端面９０ｂは、絶縁層７１の表面（または基板表面）に対する垂直面である。ただし、内側端面９０ｂは下面から上面にかけて徐々に穴部９０ａのトラック幅方向への間隔が広がる傾斜面あるいは湾曲面で形成されてもよい。
【０２９５】
次に図２４に示す矢印Ｆ方向からのイオンミリングまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によってレジスト層９０に覆われていない絶縁層７１、第２の反強磁性層２０、強磁性層１９を完全に削り込み、非磁性層１８を途中まで削り込む。図２４では、多層膜に形成された凹部３１の側面３１ａは絶縁層７１の表面（または基板表面）に対する垂直面である。そして、レジスト層９０を除去する。
【０２９６】
なおレジスト層９０の内側端面９０ｂが傾斜面あるいは湾曲面であるとき又はイオンミリングにおけるイオンビーム入射角が垂直方向から傾いているときには、前記イオンミリングによる削り込みによって多層膜に形成された凹部３１の側面３１ａも傾斜面あるいは湾曲面として形成される。
【０２９７】
本形態では、ベタ膜状態で成膜された絶縁層７１上にレジスト層９０を形成した上で、レジスト層９０をマスクとしてイオンミリングまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行っている。しかし、図２２工程で形成される絶縁層７１をベタ膜の状態で成膜する代わりに、第２反強磁性層２０または第２反強磁性層２０の上に形成されるＴａなどからなる保護層上のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の中央部に、リフトオフ用のレジスト層を形成した上で、絶縁層７１と同じ絶縁性材料をスパッタ成膜し、その後前記レジストを除去してトラック幅方向（図示Ｘ方向）の中央部に穴部が設けられた絶縁層を形成してもよい。この場合、この前記穴部が設けられた絶縁層をマスクとしてイオンミリングまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、第２反強磁性層及び強磁性層１９を削って凹部を形成する。
【０２９８】
なお、前記第２の磁場中アニールは、多層膜Ｂ１に凹部３１を形成した後行う方が好ましい。
【０２９９】
図２５に示す工程では、絶縁層７１上から前記凹部３１の側面３１ａ及び底面３１ｂにかけてＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＡｌＮあるいはＴｉＣなどの絶縁材料からなる他の絶縁層７２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。
【０３００】
ここで注意すべき点は、他の絶縁層７２を形成する際のスパッタ角度θ１にある。図２５に示すようにスパッタ方向Ｇは、多層膜の各層の膜面の垂直方向に対しθ１のスパッタ角度を有しているが本形態では前記スパッタ角度θ１をできる限り大きくして（すなわちより寝かせて）、凹部３１の側面３１ａに他の絶縁層７２が成膜されやすいようにすることが好ましい。例えば前記スパッタ角度θ１は５０°から７０°である。
【０３０１】
このように前記スパッタ角度θ１を大きくすることで、凹部３１の側面３１ａに形成される他の絶縁層７２のトラック幅方向（図示Ｘ方向）への膜厚ｔｚ１を、絶縁層７１の上面及び凹部３１の底面３１ｂに形成される他の絶縁層７２の膜厚ｔｚ２よりも厚く形成できる。このように他の絶縁層７２の膜厚を調整しないと次工程でのイオンミリングで、凹部３１の側面３１ａの他の絶縁層７２がすべて除去されてしまい、あるいは他の絶縁層７２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。
【０３０２】
次に図２６に示すように多層膜の各層の膜面と垂直方向（図示Ｘ方向と垂直方向）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°から２０°の角度からイオンミリングを施す。このとき凹部３１の底面３１ｂに形成された他の絶縁層７２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絶縁層７１の上面７１ａに形成された他の絶縁層７２も除去される。一方、凹部３１の側面３１ａに形成された他の絶縁層７２も若干削れるものの、凹部３１の底面３１ｂに形成された他の絶縁層７２よりも厚い膜厚ｔｚ１を有し、しかもイオンミリングのミリング方向Ｈは、凹部３１の側面３１ａに形成された他の絶縁層７２から見ると浅い入射角度になるため、凹部３１の側面３１ａに形成された他の絶縁層７２は、凹部３１の底面３１ｂに形成された他の絶縁層７２に比べて削られ難く、よって凹部３１の側面３１ａには適度な膜厚の他の絶縁層７２が残される。
【０３０３】
凹部３１の側面３１ａに残される他の絶縁層７２のトラック幅方向における膜厚ｔｚ３は５ｎｍから１０ｎｍであることが好ましい。
【０３０４】
図２６に示すように第２の反強磁性層２０上面は絶縁層７１によって覆われ、また凹部３１の側面３１ａは他の絶縁層７２によって覆われた状態になっている。 そして、図２７に示すように、絶縁層７１、７２から凹部３１の底面３１ｂにかけて、ＮｉＦｅなどの磁性材料からなり上部シールド層を兼ねる上部電極層７３をメッキ形成する。
以上のようにして図２８に示される磁気検出素子が形成される。
【０３０５】
図２８に示される磁気検出素子は、第２の反強磁性層２０上を絶縁層７１によって、また凹部３１の側面３１ａ上を適切に他の絶縁層７２，７２によって覆うことができ、シールド層から流れる電流が、第２反強磁性層２０等に分流せず、前記電流は前記凹部３１の底面３１ｂ上の他の絶縁層７２、７２間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２８に示す構造の磁気検出素子であれば、電流経路が、他の絶縁層７２，７２のトラック幅方向の間隔で決まるトラック幅Ｔｗから広がることを抑制でき再生出力が大きく、実効トラック幅が狭いＣＰＰ型の磁気検出素子を製造することが可能になる。
【０３０６】
さらに、上部電極層７３は、フリー磁性層１７から下地層１３までの多層膜に対する電流経路が、凹部３１によって絞り込まれるので、多層膜の両側部に電流が分流することを適切に抑制でき、より効果的に再生出力の大きい磁気検出素子を製造することが可能になる。
【０３０７】
また図２３に示された工程の後、第２反強磁性層２０を第２反強磁性層２０の途中まで掘り込むことにより、図２９に示されるような凹部３２を有する磁気検出素子を得ることもできる。凹部３２は底面３２ｂが第２反強磁性層２０内に位置するものである。
【０３０８】
図２９に示される磁気検出素子では、凹部３２の底面３２ｂが第２反強磁性層２０内に位置しており、フリー磁性層１７と強磁性層１９が、非磁性層１８を介して隣接し、フリー磁性層１７の磁化方向と強磁性層１９の磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態となる。
【０３０９】
このとき、フリー磁性層１７、非磁性層１８及び強磁性層１９からなる多層膜Ｆがひとつのフリー磁性層、いわゆるシンセティックフェリフリー磁性層として機能する。
【０３１０】
このとき、第２の反強磁性層２０の、凹部３２の底面３２ｂの下部に位置する領域の厚さｔ２を、０Åより大きく５０Å以下にする。本形態のように、第２の反強磁性層２０の、凹部３２の底面３２ｂの下部に位置する領域の厚さｔ２を０Åより大きく５０Å以下にすると、凹部３２の底面３２ｂの下部に位置する第２の反強磁性層２０の領域では交換結合磁界が発生しない。そして、凹部３２が形成されないトラック幅方向両側部Ｓ，Ｓでは、第２の反強磁性層２０と強磁性層１９との間に交換結合磁界が発生する。
【０３１１】
すなわち、強磁性層１９の磁化方向は、凹部３２の底面３２ｂに重なる領域以外のトラック幅方向両側部Ｓ，Ｓでのみ、第２の反強磁性層との間の交換結合磁界によって固定される。従って、強磁性層１９の下層に非磁性層１８を介して積層されているフリー磁性層１７の磁化方向も、トラック幅方向両側部Ｓ，Ｓでのみ強磁性層１９とのＲＫＫＹ相互作用により固定される。
【０３１２】
凹部３２の底面３２ｂに重なるフリー磁性層１７の領域Ｅは、外部磁界が印加されない状態おいて、磁化方向が固定された両側部Ｓ，Ｓにならって図示Ｘ方向に揃えられ、外部磁界が印加されるとその磁化方向が変化する。
【０３１３】
また図２３に示された工程の後、強磁性層１９の途中まで掘り込むことにより、図３０に示されるような凹部３２を有する磁気検出素子を得ることもできる。凹部３２は、側面３２ａが第２反強磁性層２０を貫通し、底面３２ｂが強磁性層１９内に位置するものである。
【０３１４】
図３０に示された磁気検出素子でもフリー磁性層１７、非磁性層１８及び強磁性層１９からなる多層膜Ｆがひとつのフリー磁性層、いわゆるシンセティックフェリフリー磁性層Ｆとして機能する。本形態では、フリー磁性層の外部磁化によって磁化方向が変化する感度領域Ｅの上層に第２反強磁性層２０が全く存在しない。従って、シンセティックフェリフリー磁性層Ｆの感度領域Ｅの磁化方向の外部磁界依存性の変動を鋭敏にでき、磁気検出素子の磁界検出感度を向上できる。
【０３１５】
また、図２１に示された工程において、多層膜Ａ１を形成するときに、非磁性層１８とフリー磁性層１７の間に、非磁性層１８よりも比抵抗が低い材料、例えばＣｕからなる導電性材料層５０を形成し、最終的に図３１に示される磁気検出素子が得られるようにしてもよい。
【０３１６】
比抵抗が非磁性層１８よりも低い導電性材料からなる導電性材料層５０が形成されていると、非磁性層１８だけの場合よりも大きなスピンフィルター効果を奏することができるようになり、磁気検出素子の磁界検出感度をさらに向上させることができるので好ましい。なお、導電性材料層５０をＣｕを用いて形成すると、ＮｉＦｅやＣｏＦｅＮｉによって形成されたフリー磁性層１７と結晶格子定数の値が近くなり、大きなスピンフィルター効果を奏することができる。
【０３１７】
導電性材料層５０を形成するときには、例えば非磁性層１８をＲｕによって膜厚ｔ３が０．４〜１．１ｎｍであるものとして形成し、さらに、導電性材料層５０をＣｕによって膜厚ｔ４が０．３〜０．５ｎｍであるものとして形成することができる。
【０３１８】
また、図２１に示された工程において、多層膜Ａ１を形成するときに、フリー磁性層４０を、単位面積あたりの磁気モーメントの大きさが異なる第１フリー磁性層４０ａ（強磁性材料層）及び第２フリー磁性層４０ｃ（強磁性材料層）を非磁性中間層４０ｂを介して積層された、いわゆるシンセティックフェリフリー型のフリー磁性層として形成し、最終的に図３２に示される磁気検出素子を得るようにしてもよい。なお、第１フリー磁性層４０ａ（強磁性材料層）及び第２フリー磁性層４０ｃ（強磁性材料層）と非磁性中間層４０ｂの材料及び膜厚は図１７に示された磁気検出素子のフリー磁性層４０と同じにすることが好ましい。
【０３１９】
図３２に示される磁気検出素子は、フリー磁性層４０が、単位面積あたりの磁気モーメントの大きさが異なる複数の強磁性材料層が、非磁性層を介して積層され、非磁性層を介して隣接する強磁性材料層の磁化方向が反平行となる人工フェリ磁性状態であるものである。
【０３２０】
図２９ないし図３２に示す磁気検出素子も、第１の反強磁性層１４の下に下部シールド層を兼用した下部電極層７０が設けられ、また第２の反強磁性層２０上には絶縁層７１が設けられ、凹部３１、３２、３３の側面３１ａ、３２ａ、３３ａに他の絶縁層７２が設けられ、さらに絶縁層７１上、及び他の絶縁層７２上から凹部３１、３２、３３の底面３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ上にかけて上部シールド層を兼用した上部電極層７３が設けられている。
【０３２１】
本形態のように、非磁性層１８をＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｏｓのうち１種あるいは２種以上の合金で形成すると、第１の磁場中アニールにおいて、非磁性層１８の表面がほとんど酸化しない。従って、非磁性層１８上に強磁性層１９をスパッタ成膜する前に、非磁性層１８の表面をミリングなどで処理しなくても、フリー磁性層１７と強磁性層１９との間に非磁性層１８を介したＲＫＫＹ相互作用を働かせることができる。例えばフリー磁性層１７と強磁性層１９をともにＮｉＦｅで形成し、非磁性層１８をＲｕで形成した場合、非磁性層１８の表面をミリングなどで処理しなくても４２（ｋＡ／ｍ）の一方向異方性磁界を発生させることができる。
【０３２２】
すなわち、非磁性層１８と強磁性層１９，１９との界面を、ミリングによって削られた面としなくてもすむようにできるので、フリー磁性層１７と強磁性層１９の間の反平行結合磁界及びフリー磁性層１７の磁化方向を一定方向に揃えるための一方向異方性磁界の低下を防ぐことができる。
【０３２３】
ただし、強磁性層１９とフリー磁性層１７は、非磁性層１８を介したＲＫＫＹ相互作用によって磁気的に結合されたものであるので、非磁性層１８の表面をミリングによって処理した場合でも、第２反強磁性層２０と強磁性層１９間の交換結合磁界を非磁性層１８を介してフリー磁性層１７に十分媒介することができ、フリー磁性層の磁化方向を一定方向に揃えるために十分な一方向異方性磁界を得ることができる。
【０３２４】
さらに、非磁性層１８をＲｕで形成し、フリー磁性層１７をＣｏＦｅで形成するとフリー磁性層１７の磁歪を０にすることも可能である。
【０３２５】
なお、本形態の磁気検出素子は、第１反強磁性層１４と第２反強磁性層２０を同じ組成の反強磁性材料を用いて形成することができる。
【０３２６】
図３３及び図３４に示す磁気検出素子は、図２８の磁気検出素子と同じくＣＰＰ型の磁気検出素子であるが、下部シールド層を兼ねる下部電極層８０の形状が図２８のそれとは異なっている。
【０３２７】
図３３に示す磁気検出素子は、図２８と同じ多層膜Ａの膜構成を有し、しかも第２反強磁性層２０上には絶縁層７１が形成され、凹部３１の側面３１ａには他の絶縁層７２が形成され、さらに絶縁層７１上から凹部３１の底面３１ｂ上にかけて上部シールド層を兼用した上部電極層７３が設けられており、この点で図２８と一致している。
【０３２８】
図２８と異なるのは、ＮｉＦｅなどの磁性材料からなる下部シールド層を兼用した下部電極層８０のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の中央部に、多層膜Ａ方向（図示Ｚ方向）に突出した突出部８０ａが設けられ、この突出部８０ａの上面８０ａ１が多層膜Ａの下面に接しており、突出部８０ａから多層膜Ａ内に（あるいは多層膜Ａから突出部８０ａに）電流が流れるようになっている点である。
【０３２９】
そして図３３に示す磁気検出素子では下部電極層８０のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側端部８０ｂと多層膜Ａ間に絶縁層８１が設けられている。絶縁層８１は、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＡｌＮ、Ｔｉ₂Ｏ₃、Ｔｉ₃Ｏ₅、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏなどの絶縁材料で形成される。
【０３３０】
図３３に示す磁気検出素子では、下部電極層８０は、突出部８０ａの形成によって多層膜Ａに対する電流経路が絞り込まれ、さらに下部電極層８０の両側端部８０ｂと多層膜Ａ間に絶縁層８１が設けられたことで、両側端部８０ｂから多層膜Ａ内に電流が分流することを適切に抑制でき、より効果的に再生出力の大きい磁気検出素子を製造することが可能になる。
【０３３１】
なお、図３３に示す磁気検出素子では、下部電極層８０の突出部８０ａの上面８０ａ１のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の幅寸法は領域Ｅのトラック幅方向（図示Ｘ方向）における幅寸法と一致しているが、上面８０ａ１の幅寸法が領域Ｅの幅寸法より広くてもよい。より好ましくは上面８０ａ１の幅寸法がトラック幅Ｔｗと一致することである。これによってより効果的に多層膜Ａに対しトラック幅Ｔｗの領域内にのみ電流を流すことができ再生出力の大きい磁気検出素子を製造することが可能である。
【０３３２】
また図３３に示す形態では、下部電極層８０に形成された突出部８０ａのトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側面８０ａ２は、突出部８０ａのトラック幅方向における幅寸法が、多層膜Ａから離れる（図示Ｚ方向と逆方向）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されているが、両側面８０ａ２は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に対して垂直面であってもかまわない。
【０３３３】
図３４に示す形態は、図３３に示す形態と同じ形状の下部電極層８０を有している。すなわち図３４に示す下部電極層８０のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の中央部には、多層膜Ａ方向（図示Ｚ方向）に突出した突出部８０ａが設けられ、この突出部８０ａの上面８０ａ１が多層膜Ａの下面に接しており、突出部８０ａから多層膜Ａ内に（あるいは多層膜Ａから突出部８０ａに）電流が流れるようになっている。そして下部電極層８０のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側端部８０ｂと多層膜Ａ間に絶縁層が設けられている。
【０３３４】
図３４に示す形態では図３３と異なって、第２反強磁性層２０上に絶縁層７１が設けられておらず、また凹部３１の側面３１ａに他の絶縁層７２が設けられていない。そしてＮｉＦｅなどの磁性材料からなり、上部シールド層を兼用する上部電極層７３は第２反強磁性層２０上から凹部３１の側面３１ａ上及び底面３１ｂ上にかけて直接接合されている。
【０３３５】
図３４に示す形態では、図３３に示す形態に比べて上部電極層７３と第２反強磁性層２０間、及び上部電極層７３と凹部３１の側面３１ａ間が絶縁されていないので、電流経路はトラック幅Ｔｗよりも広がりやすく再生出力は劣るものと考えられるが、多層膜Ａの下面側で、下部電極層８０に形成された突出部８０ａによって電流経路を絞り込むことができ、電流経路の広がりを抑えて再生出力の低下を抑制することができる。
【０３３６】
また図３３及び図３４に示す磁気検出素子では、下部電極層８０に形成された突出部８０ａの上面８０ａ１と、その両側に形成された絶縁層８１の上面８１ａとが同一平面で形成されていることが好ましい。これによって突出部８０ａ上から絶縁層８１上にかけて形成される多層膜Ａの各層の膜面をトラック幅方向に、より平行に形成でき、再生特性に優れた磁気検出素子を製造することが可能になる。
【０３３７】
図３３及び図３４に示す磁気検出素子の下部電極層８０及び絶縁層８１の製造方法を説明する。
【０３３８】
まず、図３５に示すように、ＮｉＦｅなどの磁性材料を用いて、下部電極層８０をメッキまたはスパッタ形成し、表面をポリシング等で平滑化処理した後、下部電極層８０のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の中央部上にレジスト層９２を形成する。
【０３３９】
次に、図３６に示すように、このレジスト層９２に覆われていない下部電極層８０の両側端部８０ｂをイオンミリングで途中まで削り込む。これによって下部電極層８０のトラック幅方向の中央部に突出部８０ａを形成することができる。
【０３４０】
さらに、図３７に示すように、レジスト層９２に覆われていない下部電極層８０の両側端面８０ｂ上に絶縁層８１をスパッタ成膜し、絶縁層８１の上面８１ａが下部電極層８０の突出部８０ａの上面８０ａ１とほぼ同一平面となった時点で前記スパッタ成膜を終了する。そしてレジスト層９２を除去する。
【０３４１】
なおレジスト層９２を除去した後、下部電極層８０の突出部８０ａの上面８０ａ１及び絶縁層８１の上面８１ａをＣＭＰなどを用いて研磨し、突出部８０ａの上面８０ａ１と絶縁層８１の上面８１ａを高精度に同一平面となるようにしてもよい。この場合最初のポリシング等の平滑化処理を省略することができる。
【０３４２】
レジスト層９２を除去した後、下部電極層８０及び絶縁層８１上に、多層膜Ａを積層する。
【０３４３】
図２８ないし図３４に示すＣＰＰ型の磁気検出素子では下部シールド層を兼ねる下部電極層７０または８０及び上部シールド層を兼ねる上部電極層７３を多層膜の上下に接して形成しているが、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。
【０３４４】
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Ｇ１を非常に短くすることができ、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。
【０３４５】
ただし、必要ならば、絶縁層７１、７２から凹部３１、３２、３３の底面３１ｂ、３２ｂ、３３ｂにかけて点線で示された非磁性層７４を積層した後、非磁性層７４上に上部電極層７３を形成してもよい。非磁性層７４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。
【０３４６】
非磁性層７４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７４は電流経路の出入口となる凹部３１、３２、３３の底面３１ｂ、３２ｂ、３３ｂにも形成されるため、例えば絶縁材料からなる非磁性層７４で覆うことは前記電流が多層膜内に流れにくくなるため好ましくない。よって本形態では非磁性層７４を非磁性導電材料で形成することが好ましい。
【０３４７】
また、本形態では、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。
【０３４８】
図２８ないし図３４に示すＣＰＰ型の磁気検出素子においても、図６、図７、図８、図１２、図１５、図１６、図１７のＣＩＰ型の磁気検出素子と同じ効果を期待することができる。
【０３４９】
すなわち本形態では、凹部３１、３２、３３は一様の厚さで成膜された第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、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に対し垂直方向に削るだけで形成することができるので、正確な幅寸法で凹部３１、３２、３３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Ｔｗを正確に規定できる。
【０３５０】
また、磁気検出素子の形成時に設定されたトラック幅（光学的トラック幅）Ｔｗの領域に不感領域が生じないので、高記録密度化に対応するために磁気検出素子の光学的トラック幅Ｔｗを小さくしていった場合の再生出力の低下を抑えることができる。
【０３５１】
さらに、本形態では磁気検出素子の側端面がトラック幅方向に対して垂直となるように形成されることが可能なので、フリー磁性層１７のトラック幅方向長さのバラつきを抑えることができる。以上によってサイドリーディングの発生を適切に抑制することが可能になる。
【０３５２】
なお、図２８ないし図３４に示す磁気検出素子では非磁性材料層１６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１６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と呼ばれる構造（ＣＰＰ−ＧＭＲ）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。
【０３５３】
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、固定磁性層１５とフリー磁性層１７との磁化が反平行のとき、最も非磁性材料層１６を介した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１５とフリー磁性層１７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。
【０３５４】
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１７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（定電流動作の場合）または電流変化（定電圧動作の場合）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。
【０３５５】
なお、ＣＰＰ−ＧＭＲ型の磁気検出素子は、光学トラック幅Ｔｗを０．１μｍ以下、特に０．０６μｍ以下にして、２００Ｇｂｉｔ／ｉｎ²以上の記録密度に対応する際に特に有効である。
【０３５６】
以上詳述した形態のＣＩＰ型磁気検出素子及びＣＰＰ型磁気検出素子の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。
また本発明の磁気検出素子は、磁気センサやハードディスクなどに用いられる。
【０３５７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した本発明は、前記（ｃ）の工程において前記強磁性層及び前記第２反強磁性層を平坦面として形成された前記非磁性層の表面上に積層するものであるので、前記強磁性層及び前記第２反強磁性層も平坦化された層として形成でき、前記強磁性層、前記非磁性層、及び前記フリー磁性層からなるシンセティックフェリ構造において前記強磁性層と前記フリー磁性層間のＲＫＫＹ相互作用を大きくすることが容易になる。
【０３５８】
また、前記強磁性層及び前記第２の反強磁性層が、平坦面である前記非磁性層上に積層されたものであると、前記強磁性層及び前記第２の反強磁性層の積層工程の制御が容易になる。特に、前記強磁性層、前記非磁性層、及び前記フリー磁性層からなるシンセティックフェリ構造において前記強磁性層を薄く形成することができ、前記強磁性層と前記フリー磁性層間のスピンフロップ磁界を大きくすることが容易になる。
【０３５９】
また、本発明では、前記フリー磁性層である磁性材料層を前記第２反強磁性層及び前記強磁性層の下層にまで延して形成するので、前記フリー磁性層の磁化が前記フリー磁性層の両側端部の表面磁荷によって発生する反磁界の影響を受けることを小さくできる。
【０３６０】
また、本発明では、前記多層膜上に第２反強磁性層を積層しない状態で、前記多層膜を、磁場中アニールして前記固定磁性層の磁化方向を所定の方向に固定するので、前記多層膜上に第２反強磁性層を積層した状態では、前記第２反強磁性層に交換異方性磁界が発生していない。
【０３６１】
すなわち、前記第２反強磁性層の交換異方性磁界は、前記（ｅ）の工程において初めて生じ、前記フリー磁性層の磁化方向を所定の方向に移動させることが容易になる。従って、前記フリー磁性層の磁化方向を、前記固定磁性層の磁化方向と直交する方向に固定することが容易になる。
【０３６２】
また、本発明の製造方法によって製造された磁気検出素子では、トラック幅が前記凹部の底面の幅寸法によって決定される。すなわち、前記凹部の底面に重なる部分でのみ、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、トラック幅方向に対する垂直方向に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。
【０３６３】
なお、本発明において前記非磁性層を、例えばＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｏｓのうち１種あるいは２種以上の合金で形成すると、前記非磁性層の表面がほとんど酸化しない。従って、前記非磁性層上に前記強磁性層をスパッタ成膜する前に、前記非磁性層の表面をミリングなどで処理しなくても、前記フリー磁性層と前記強磁性層との間に前記非磁性層を介したＲＫＫＹ相互作用を働かせることができる。
【０３６４】
すなわち、本発明の磁気検出素子の製造方法によれば、前記非磁性層と前記強磁性層との界面を、ミリングによって削られた面としなくてもすむようにできるので、前記フリー磁性層の両側部における磁化方向を一定方向に揃えるための一方向異方性磁界の低下を防ぐことができる。
【０３６５】
また本発明における磁気検出素子はＣＩＰ型の磁気検出素子でもＣＰＰ型の磁気検出素子でもどちらにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁気検出素子の製造方法の一工程を示す断面図、
【図２】図１の次工程を示す断面図、
【図３】図２の次工程を示す断面図、
【図４】図３の次工程を示す断面図、
【図５】図４の次工程を示す断面図、
【図６】参考例の磁気検出素子をＡＢＳ面側から見た断面図、
【図７】本実施の形態の磁気検出素子をＡＢＳ面側から見た断面図、
【図８】参考例の磁気検出素子をＡＢＳ面側から見た断面図、
【図９】磁気検出素子の製造方法の一工程を示す断面図、
【図１０】図９の次工程を示す断面図、
【図１１】図１０の次工程を示す断面図、
【図１２】参考例の磁気検出素子をＡＢＳ面側から見た断面図、
【図１３】参考例の磁気検出素子の製造方法の一工程を示す断面図、
【図１４】図１３の次工程を示す断面図、
【図１５】参考例の磁気検出素子をＡＢＳ面側から見た断面図、
【図１６】参考例の磁気検出素子をＡＢＳ面側から見た断面図、
【図１７】参考例の磁気検出素子をＡＢＳ面側から見た断面図、
【図１８】シンセティックフェリフリー型の磁性層のヒステリシスループの概念図、
【図１９】バックド層によるスピンフィルター効果を説明するための模式説明図、
【図２０】バックド層によるスピンフィルター効果を説明するための模式説明図、
【図２１】磁気検出素子の製造方法の一工程を示す断面図、
【図２２】図２１の次工程を示す断面図、
【図２３】図２２の次工程を示す断面図、
【図２４】図２３の次工程を示す断面図、
【図２５】図２４の次工程を示す断面図、
【図２６】図２５の次工程を示す断面図、
【図２７】図２６の次工程を示す断面図、
【図２８】参考例の磁気検出素子をＡＢＳ面側から見た断面図、
【図２９】本実施の形態の磁気検出素子をＡＢＳ面側から見た断面図、
【図３０】参考例の磁気検出素子をＡＢＳ面側から見た断面図、
【図３１】参考例の磁気検出素子をＡＢＳ面側から見た断面図、
【図３２】参考例の磁気検出素子をＡＢＳ面側から見た断面図、
【図３３】参考例の磁気検出素子をＡＢＳ面側から見た断面図、
【図３４】参考例の磁気検出素子をＡＢＳ面側から見た断面図、
【図３５】磁気検出素子の製造方法の一工程を示す断面図、
【図３６】図３５の次工程を示す断面図、
【図３７】図３６の次工程を示す断面図、
【図３８】従来の磁気検出素子の断面図、
【符号の説明】
１１ 下部シールド層
１２ 下部ギャップ層
１３ 下地層
１４ 第１反強磁性層
１５ 固定磁性層
１５ａ 第１固定磁性層
１５ｂ 非磁性中間層
１５ｃ 第２固定磁性層
１６ 非磁性材料層
１７ フリー磁性層
１７ａ 拡散防止層（中間層）
１７ｂ 強磁性層
１８ 非磁性層
１９ 強磁性層
２０ 第２反強磁性層
２１、２６、２７ 電極層
２２、３０、３１ 凹部
２３ 上部ギャップ層
２４ 上部シールド層
７０ 下部電極層
７１ 絶縁層
７２ 他の絶縁層
７３ 上部電極層
Ｃ トラック幅領域（中央部）
Ｅ 感度領域
Ｓ 両側部

Claims (14)

1. （ａ）基板上に下から順に第１反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、第１磁性層、及び非磁性層を有する多層膜を成膜する工程と、
   （ｂ）前記多層膜を、第１の熱処理温度、第１の大きさの磁界中で、第１の磁場中アニールして前記固定磁性層の磁化方向を所定の方向に固定する工程と、
   （ｃ）前記多層膜上に、強磁性層及び第２反強磁性層を成膜する工程と、
   （ｄ）前記第２反強磁性層のトラック幅の中央に、底面が前記第２反強磁性層内に位置する凹部を形成する工程と、
   （ｅ）前記第２反強磁性層が積層された多層膜を、第２の熱処理温度、第２の大きさの磁界中で第２の磁場中アニールすることにより、前記凹部のトラック幅方向の両側の前記第２反強磁性層と膜厚方向で対向する前記第１磁性層の両側端部の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方向に固定するとともに、前記凹部と膜厚方向で対向する前記第１磁性層の中央部を外部磁界により磁化方向が変動するフリー磁性層とし、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方向に揃える工程、
   を有することを特徴とする磁気検出素子の製造方法。
2. 前記（ｄ）の工程において、前記凹部の底面の下部に位置する前記第２反強磁性層の領域の厚さを０Åより大きく５０Å以下にする請求項１に記載の磁気検出素子の製造方法。
3. 前記（ａ）工程の前に、
   （ｆ）基板上に、下部電極層を形成する工程を有し、
   前記（ｄ）の工程の代わりに、
   （ｇ）前記第２の反強磁性層上に絶縁層を成膜する工程と、
   （ｈ）前記絶縁層上に、トラック幅方向の中央部に穴部を設けたレジストを積層し、前記絶縁層及び前記第２の反強磁性層の前記穴部に露出する部位を削りこむことにより、前記第２反強磁性層のトラック幅の中央に、底面が前記第２反強磁性層内に位置する凹部を形成する工程と、
   （ｉ）前記凹部の底面に電気的に導通する上部電極層を形成する工程と、
   を有する請求項１又は２に記載の磁気検出素子の製造方法。
4. 前記（ｈ）工程と前記（ｉ）工程の間に、
   （ｊ）前記凹部から前記絶縁層上にかけて他の絶縁層を成膜する工程と、
   （ｋ）前記凹部の底面上に積層された前記他の絶縁層を除去する工程と、
   を有する請求項３記載の磁気検出素子の製造方法。
5. 前記（ｆ）工程と前記（ａ）工程の間に、
   （ｌ）前記下部電極層のトラック幅方向の中央に、前記多層膜方向に突出した突出部を形成する工程と、
   （ｍ）前記下部電極層の前記突出部のトラック幅方向の両側部に絶縁層を設ける工程とを有し、
   前記（ａ）工程において、
   前記突出部の上面が前記多層膜の下面と接するように、前記多層膜を形成する請求項３または４に記載の磁気検出素子の製造方法。
6. 前記（ｍ）工程において、
   前記突出部の上面と、前記下部電極層の両側端部上に設けられた前記絶縁層の上面を同一平面にする請求項５記載の磁気検出素子の製造方法。
7. 前記下部電極層、あるいは、前記上部電極層、又は、前記下部電極層及び前記上部電極層を、磁性材料で形成する請求項３ないし６のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
8. 前記上部電極層を、前記凹部の底面と電気的に導通する非磁性導電性材料で形成される層と磁性材料で形成される層が積層されたものとして形成する請求項３ないし７のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
9. 前記非磁性材料層を非磁性導電材料で形成する請求項３ないし８のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
10. 前記非磁性材料層を絶縁材料で形成する請求項３ないし８のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
11. 前記（ａ）の工程において、Ｒｕで形成された前記非磁性層とＮｉＦｅ又はＣｏＦｅＮｉにより形成された前記第１磁性層の間に、比抵抗が前記非磁性層よりも低いＣｕからなる導電性材料層を形成する請求項１ないし１０のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
12. 前記非磁性層の膜厚を、０．４〜１．１ｎｍで形成する請求項１１に記載の磁気検出素子の製造方法。
13. 前記導電性材料層の膜厚を０．３〜０．５ｎｍで形成する請求項１１または１２に記載の磁気検出素子の製造方法。
14. 前記（ａ）の工程において、前記フリー磁性層を、単位面積あたりの磁気モーメントの大きさが異なる複数の強磁性材料層を非磁性中間層を介して積層することによって形成する請求項１ないし１３のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。

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