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JP3904447B2 - 磁気検出素子の製造方法 - Google Patents

磁気検出素子の製造方法 Download PDF

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JP3904447B2
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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６９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６９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８、反強磁性層１、固定磁性層（ピン（Pinned）磁性層）２、非磁性材料層３、フリー磁性層（Free）４で構成された多層膜９と、この多層膜９の上層に形成された一対の縦バイアス層６，６及びこの縦バイアス層６，６の上に形成された一対の電極層７，７とで構成されている。
【０００５】
前記反強磁性層１及び縦バイアス層６，６にはＦｅ−Ｍｎ（鉄−マンガン）合金膜やＮｉ−Ｍｎ（ニッケル−マンガン）合金膜、固定磁性層２及びフリー磁性層４にはＮｉ−Ｆｅ（ニッケル−鉄）合金膜、非磁性材料層３にはＣｕ（銅）膜、また電極層７，７にはＣｒ膜が一般的に使用される。
【０００６】
図６９に示すように、固定磁性層２の磁化は、反強磁性層１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、フリー磁性層４の磁化は、前記縦バイアス層６，６からの交換異方性磁界の影響を受けてＸ方向に揃えられることが望ましい。
【０００７】
すなわち固定磁性層２の磁化と、フリー磁性層４の磁化とが、直交することが望ましい。
【０００８】
このスピンバルブ型磁気検出素子では、縦バイアス層６，６上に形成された電極層７，７から、フリー磁性層４、非磁性材料層３及び固定磁性層２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４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４内での磁化の方向の変動と、固定磁性層２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】
ところで図６９に示すように、フリー磁性層４上に一対の縦バイアス層６を設け、前記縦バイアス層６との交換結合磁界によって前記フリー磁性層４の磁化を制御する、いわゆるエクスチェンジバイアス方式は、前記フリー磁性層４のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側にハードバイアス層を設けて前記フリー磁性層４の磁化制御を行う、いわゆるハードバイアス方式に比べて、今後の狭トラック化に適切に対応できる磁化制御方法であると考えられた。
【００１０】
しかしながら以下に説明するように、従来の製法で形成されたエクスチェンジバイアス構造では、次のような問題点があった。
【００１１】
従来、図６９に示されるスピンバルブ型磁気検出素子を製造するときには、基板８上に、反強磁性層１、固定磁性層（ピン（Pinned）磁性層）２、非磁性材料層３、フリー磁性層（Free）４を順次連続成膜して多層膜９を形成し、さらに、この多層膜９の上層に縦バイアス層６，６及び電極層７，７を成膜していた。
【００１２】
反強磁性層１から電極層７，７まで成膜した後に、まず固定磁性層２の磁化方向をＹ方向に揃えるための第１の磁場中アニールを行い、次にフリー磁性層４の磁化方向をＸ方向に揃えるための第２の磁場中アニールを行う必要がある。
【００１３】
しかし、反強磁性層１から電極層７，７まで成膜した後に、第１の磁場中アニール及び第２の磁場中アニールを行うと、第２の磁場中アニールの際に反強磁性層１と固定磁性層２の界面に作用する交換異方性磁界がＹ方向からＸ方向に傾き、固定磁性層２の磁化方向とフリー磁性層４の磁化方向が非直交になり、出力信号波形の対称性が得られなくなる度合（アシンメトリー）が増大するという問題が生じていた。
【００１４】
上述した問題は、特に反強磁性層１と縦バイアス層６が同じ組成を有する反強磁性材料によって形成されるときに顕著に現れる。
【００１５】
また、図６９のスピンバルブ型磁気検出素子を製造するときには、多層膜９を形成した後、図７０に示すように多層膜９上にリフトオフ用のレジスト層Ｒを形成し、イオンビームスパッタ法などを用いて縦バイアス層６，６、及び電極層７，７を成膜する。レジスト層Ｒ上には、縦バイアス層６，６と同じ組成の層６ａ，６ａ及び電極層７，７と同じ組成の層７ａ，７ａが形成される。
【００１６】
レジスト層Ｒの両端部によって覆われている領域は、スパッタ粒子が積層されにくい。従って、レジスト層Ｒの両端部によって覆われている領域付近は、縦バイアス層６，６及び電極層７，７は膜厚が薄く形成され、図３５及び図３６に示されるように縦バイアス層６，６及び電極層７，７の膜厚方向寸法がトラック両脇部分Ｓ，Ｓにおいて減少する。
【００１７】
このため、トラック両脇部分Ｓ，Ｓにおけるフリー磁性層４と縦バイアス層６，６との交換結合の効果が減少してしまう。その結果、図３５におけるフリー磁性層４のトラック両脇部分Ｓ，Ｓの磁化方向が、Ｘ方向に完全に固定されず、外部磁界が印加されたときに変化してしまう。
【００１８】
特に、磁気記録媒体における記録密度を向上させるために、狭トラック化を図った場合、本来トラック幅Ｔｗの領域内で読み取るべき磁気記録トラックの情報だけでなく、隣接する磁気記録トラックの情報を、トラック両脇部分Ｓ，Ｓの領域において読み取ってしまうという、サイドリーディングが発生する可能性が生じるという問題があった。
【００１９】
また上記した問題は、図７１に示すＣＰＰ（current perpendicular to the plane）型の磁気検出素子の場合にも起こる。ＣＰＰ型とは、図７１に示すように、多層膜９の上下に電極層１０１、１０１が設けられ、電極層１０１、１０１からの電流が前記多層膜９内を膜面と垂直な方向に流れる構造のことである。一方、図６９、７０に示す磁気検出素子は、電極層７からの電流が前記多層膜９内を膜面と平行な方向に流れ、このような電流方向を有する磁気検出素子をＣＩＰ（current in the plane）型の磁気検出素子と呼んでいる。
【００２０】
図７１に示すＣＰＰ型の磁気検出素子の場合も、縦バイアス層６の膜厚方向寸法がトラック両脇部分Ｓ，Ｓにおいて減少するため、トラック両脇部分Ｓ，Ｓにおけるフリー磁性層４と縦バイアス層６，６との交換結合の効果が減少してしまい、前記フリー磁性層４のトラック両脇部分Ｓ，Ｓの磁化方向が、Ｘ方向に完全に固定されず、外部磁界が印加されたときに変化してしまうという問題を有していた。
【００２１】
しかもＣＰＰ型の磁気検出素子にエクスチェンジバイアス方式を用いる場合、上記した問題に加えて電流の分流ロスをより適切に抑制する必要性があった。図７１に示すＣＰＰ型の磁気検出素子では電極層１０１、１０１から多層膜９内を流れる電流が、一対の縦バイアス層６間の間隔で決定されるトラック幅Ｔｗ（光学的なトラック幅）よりも両側に広がって流れるため、トラック幅Ｔｗ以外の部分に流れる電流が分流ロスになって再生出力が低下したり、実効トラック幅が拡がるという問題を招いたのである。
【００２２】
そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、サイドリーディングを抑えることのできる磁気検出素子を提供することを目的とする。
【００２３】
また本発明は、ＣＰＰ型の磁気検出素子において、サイドリーディングの発生を抑制すると共に、電流の分流ロスや実効トラック幅の拡がりを抑えることが可能な磁気検出素子を提供することを目的としている。
【００２４】
【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の反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性中間層、強磁性層、及び保護膜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、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）前記保護膜、及び前記強磁性層を所定厚さ削る工程と、
（ｄ）前記強磁性層を磁性材料を用いて再成膜し、さらに前記強磁性層上に第２の反強磁性層を連続成膜する工程と、
（ｅ）前記第２の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磁場中アニールすることにより、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向ける工程と、
（ｆ）前記第２の反強磁性層上に、トラック幅方向に間隔をあけて一対のレジストを積層し、前記第２の反強磁性層の前記レジストによって挟まれた部位をトラック幅方向に対して垂直方向に削り込むことにより凹部を形成する工程と、
を有することを特徴とするものである。
【００２５】
本発明では、前記多層膜上に第２の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の反強磁性層を積層した状態では、前記第２の反強磁性層と強磁性層との間に交換異方性磁界が発生していない。
【００２６】
すなわち、前記第２の反強磁性層による交換異方性磁界は、前記（ｅ）の工程において始めて生じ、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。
【００２７】
なお、前記（ａ）の工程と前記（ｄ）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。
【００２８】
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の反強磁性層を、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。
【００２９】
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の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フリー磁性層の磁化方向を確実に固定することができる。
【００３０】
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。
【００３１】
または、本発明の磁気検出素子の製造方法は、
（ｇ）基板上に下から順に、第１の反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性中間層、強磁性層、及び他の反強磁性層を有する多層膜を成膜する工程と、
（ｈ）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、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、
（ｉ）前記多層膜上に第２の反強磁性層を成膜する工程と、
（ｊ）前記第２の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磁場中アニールすることにより、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向ける工程と、
（ｋ）前記第２の反強磁性層上に、トラック幅方向に間隔をあけて一対のレジストを積層し、前記第２の反強磁性層の前記レジストによって挟まれた部位をトラック幅方向に対して垂直方向に削り込むことにより凹部を形成する工程と、
を有することを特徴とするものである。
【００３２】
本発明でも、前記多層膜上に第２の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の反強磁性層を積層した状態では、前記第２の反強磁性層と強磁性層との間に交換異方性磁界が発生していない。
【００３３】
すなわち、前記第２の反強磁性層による交換異方性磁界は、前記（ｊ）の工程において始めて生じ、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。
【００３４】
なお、前記（ｇ）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。
【００３５】
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も、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の反強磁性層を、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。
【００３６】
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の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フリー磁性層の磁化方向を確実に固定することができる。
【００３７】
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。
【００３８】
さらに、本発明では、前記他の反強磁性層を伝導電子のスピン状態を保存する鏡面反射を生じる確率の高いエネルギーギャップを形成可能な材料によって構成することにより、前記他の反強磁性層を、伝導電子の平均自由行程を鏡面反射効果により延長する鏡面反射層として機能するようにできる。
【００３９】
前記他の反強磁性層が鏡面反射層として機能するときは、前記フリー磁性層の膜厚が、１５〜４５Åの範囲に設定されることが好ましい。
【００４０】
フリー磁性層の膜厚が１５Å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。
【００４１】
また、フリー磁性層の膜厚が４５Åより厚いと前記鏡面反射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鏡面反射効果（specular effect）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。
【００４２】
前記鏡面反射層となる前記他の反強磁性層は、例えばＮｉＭｎＳｂ，ＰｔＭｎＳｂなどの半金属ホイッスラー合金の、単層膜または多層膜として構成されることができる。
【００４３】
これらの材料を用いることにより、隣接する層との間に、充分なポテンシャル障壁を形成することが可能であり、その結果充分な鏡面反射効果を得ることができる。
【００４４】
なお、前記他の反強磁性層の厚さが０より大きく３０Å以下であることが好ましい。
【００４５】
前記他の反強磁性層の厚さが０より大きく３０Å以下であると、前記（ｈ）の工程において前記他の反強磁性層と強磁性層との間に交換結合磁界が発生しないので、前記強磁性層の磁化方向が、前記固定磁性層の磁化方向と同一方向に固定されることを防ぐことができる。従って、前記（ｉ）の工程において、前記他の反強磁性層の上層に前記第２の反強磁性層を積層したときに、前記フリー磁性層の磁化方向が、前記固定磁性層の磁化方向と同一方向に固定されることを防ぐことができる。
【００４６】
なお、前記他の反強磁性層の厚さが１０Å以上３０Å以下であることがより好ましい。
【００４７】
また、前記（ａ）の工程において、前記強磁性層の上面に接して、非磁性層を積層してもよい。
【００４８】
このとき、前記強磁性層は、前記非磁性層を介した前記第２の反強磁性層とのＲＫＫＹ結合により、その磁化方向が前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方向へ向けられる。
【００４９】
前記第２の反強磁性層とのＲＫＫＹ相互作用によって前記磁性層の磁化方向が揃えられるものは、前記第２の反強磁性層と前記磁性層とが直に接しているものよりも交換結合力を強くすることができる。
【００５０】
なお、前記非磁性層を導電性材料によって形成することが好ましい。前記非磁性層は、例えば、Ｒｕ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕのうち１種または２種以上の元素を用いて形成することができる。特に、前記非磁性層がＲｕによって形成され、膜厚が８〜１１Åであることが好ましい。
【００５１】
本発明のように、前記非磁性が導電性材料によって形成されていると、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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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、伝導電子全体の平均自由行程も大きく変化し、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。
【００５７】
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。
【００５８】
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層を、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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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層を、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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
ところで本発明では、前記第２の反強磁性層の下層において前記強磁性層、前記非磁性中間層、及び前記フリー磁性層が積層フェリ構造となり、前記非磁性中間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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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層、好ましくは両方の層にＣｏＦｅＮｉ合金を使用することとしたのである。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。
【００６８】
図３０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。
【００６９】
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。
【００７０】
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のフリー磁性層と第２のフリー磁性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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
基板／非磁性材料層（Ｃｕ）／第１の強磁性材料層（２．４）／非磁性中間層（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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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層、好ましくは両方の層に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。
【００７９】
次に、ＣｏＦｅＮｉ合金の組成比について説明する。ＣｏＦｅＮｉ合金は、非磁性中間層である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。
【００８０】
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。
【００８１】
本発明では、非磁性材料層／フリー磁性層／非磁性中間層／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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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／非磁性中間層／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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
本発明では、前記凹部の底面が前記第２の反強磁性層内に位置するように、前記凹部を形成することができる。
【００９４】
前記凹部の底面が前記第２の反強磁性層内に位置すると、前記フリー磁性層と前記強磁性層が、前記非磁性中間層を介して隣接し、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。このとき、前記フリー磁性層、前記非磁性中間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。
【００９５】
なお、前記凹部の底面の下部に位置する前記第２の反強磁性層の領域の厚さ、または前記凹部の底面の下部に位置する前記第２の反強磁性層の領域と前記他の反強磁性層の厚さの合計を０より大きく３０Å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の反強磁性層の領域、または前記凹部の底面の下部に位置する前記第２の反強磁性層の領域と前記他の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。
【００９６】
なお、前記（ｇ）の工程において、前記多層膜を前記他の反強磁性層を有するものとして形成した場合には、前記凹部の底面が前記他の反強磁性層内に位置するように、前記凹部を形成してもよい。
【００９７】
このとき、前記凹部の底面の下部に位置する前記他の反強磁性層の領域の厚さを０より大きく３０Å以下にすると、前記凹部の底面の下部に位置する前記他の反強磁性層の領域では、前記強磁性層との間に交換異方性磁界が発生しないので好ましい。
【００９８】
あるいは、前記強磁性層の上面に接して、非磁性層が積層された多層膜を形成した場合には、前記凹部の底面が前記非磁性層内に位置するように前記凹部を形成してもよい。
【００９９】
また、前記凹部の底面が前記強磁性層内に位置するように、前記凹部を形成しても、あるいは、前記凹部の底面が前記非磁性中間層内に位置するように、前記凹部を形成してもよい。
【０１００】
前記凹部の底面が前記強磁性層内または前記非磁性中間層内に位置していると、前記第２の反強磁性層の下層にある強磁性層が、前記第２の反強磁性層との交換結合によって磁化方向が揃えられ、さらに、この強磁性層の下層に非磁性中間層を介して形成されたフリー磁性層の磁化方向が、前記強磁性層とのＲＫＫＹ相互作用によって、前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方向に揃えられる。すなわち、前記第２の反強磁性層の下層において前記強磁性層、前記非磁性中間層、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、前記フリー磁性層の磁化方向を一定方向に揃えることが容易になっている。従って、前記第２の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一定方向に揃えることが容易になる。
【０１０１】
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。
【０１０２】
なお、前記（ｅ）又は（ｊ）の工程において、第２の熱処理温度を第１の反強磁性層の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の反強磁性層の交換異方性磁界より小さくすることが好ましい。
【０１０３】
なお、前記第２の磁界の大きさを前記フリー磁性層及び強磁性層の飽和磁界及び前記フリー磁性層及び強磁性層の反磁界より大きくすることがより好ましい。
【０１０４】
なお、本発明では、前記第２の反強磁性層上に、トラック幅方向に間隔をあけて一対の電極層を積層する工程を有することにより、前記多層膜の各層の膜面に対し平行な方向に電流が流れる磁気検出素子を形成できる。
【０１０５】
あるいは、本発明では、前記（ｆ）または（ｋ）の工程の代りに、
（ｌ）または（ｕ） 前記第２の反強磁性層上に、トラック幅方向に間隔をあけて一対の電極層を積層し、前記第２の反強磁性層の前記一対の電極層によって挟まれた部位を削り込むことにより前記凹部を形成する工程を有してもよい。
【０１０６】
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。
【０１０７】
ＣＰＰ型の磁気検出素子を形成するときには、
前記（ａ）あるいは（ｇ）工程の前に、
（ｍ）あるいは（ｖ）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（ｆ）、（ｋ）工程の代わりに以下の工程を有することが好ましい。
（ｎ）あるいは（ｗ）前記第２の反強磁性層上に絶縁層を成膜する工程と、
（ｏ）あるいは（ｘ）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込むことにより凹部を形成する工程と、
（ｐ）あるいは（ｙ）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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
また、前記（ｏ）工程と前記（ｐ）工程の間、あるいは、前記（ｘ）工程と前記（ｙ）工程の間に、
（ｑ）あるいは（ｚ）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、
（ｒ）あるいは（α）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。
【０１１１】
また、前記（ｍ）工程と前記（ａ）工程の間、あるいは、前記（ｖ）工程と前記（ｇ）工程の間に、
（ｓ）あるいは（β）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
（ｔ）あるいは（γ）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）あるいは（ｇ）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。
【０１１２】
なお、前記（ｔ）あるいは（γ）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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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ので好ましい。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
また、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が非磁性中間層を介して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１の反強磁性層と固定磁性層との交換結合磁界Ｈｅｘを、例えば８０〜１６０ｋＡ／ｍと、大きな値として得ることができる。従って、第１の反強磁性層によって固定磁性層の磁化方向をハイト方向に向けるための磁場中アニールを行った後の、第２の反強磁性層によって強磁性層またはフリー磁性層の磁化方向をトラック幅方向に向けるための磁場中アニールによって、固定磁性層の磁化方向がトラック幅方向に傾いて固定されることを防ぎつつ、第２の反強磁性層による縦バイアス磁界を大きくすることができる。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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スピンバルブ型磁気検出素子を得ることが可能になる。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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、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。
【０１２３】
なお、前記非磁性中間層を、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できる。
【０１２４】
ただし、本発明では、前記固定磁性層を単層の強磁性材料層として形成してもよい。
【０１２５】
本発明では、前記第１の反強磁性層と前記第２の反強磁性層を、同じ組成の反強磁性材料を用いて形成した場合でも、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。
【０１２６】
前記第１の反強磁性層及び／又は前記第２の反強磁性層を、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，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）合金で形成することが好ましい。
【０１２７】
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。また、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４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。特に規定しない限り、〜で示す数値範囲の上限と下限は以下、以上を意味する。
【０１２８】
また、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。また、前記Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。さらに、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。
【０１２９】
第１の反強磁性層及び第２の反強磁性層として、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、強磁性層との界面で大きな交換結合磁界を発生する第１の反強磁性層及び第２の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の反強磁性層及び第２の反強磁性層を得ることができる。
【０１３０】
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。
【０１３１】
【発明の実施の形態】
図１から図６は、本発明の磁気検出素子の製造方法の第１の実施の形態を示す断面図である。各図において磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見ている。
【０１３２】
まず、基板１１上に第１の反強磁性層１２を積層する。さらに第１の固定磁性層１３ａ、非磁性中間層１３ｂ、第２の固定磁性層１３ｃからなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層１３が積層され、固定磁性層１３の上層に非磁性材料層１４、フリー磁性層１５、非磁性中間層１６、強磁性層１７及び保護層１８が積層されて、多層膜Ａが形成される。図１は、多層膜Ａが形成された状態を示す断面図である。
【０１３３】
第１の反強磁性層１２、固定磁性層１３、非磁性材料層１４、フリー磁性層１５、非磁性中間層１６、強磁性層１７及び保護層１８はスパッタ法や蒸着法などの薄膜形成プロセスによって、同一真空成膜装置内で形成される。
【０１３４】
第１の反強磁性層１２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。
【０１３５】
第１の反強磁性層１２として、これらの合金を使用し、これを熱処理することにより、大きな交換結合磁界を発生する第１の反強磁性層１２及び固定磁性層１３の交換結合膜を得ることができる。特に、ＰｔＭｎ合金であれば、４８ｋＡ／ｍ以上、例えば６４ｋＡ／ｍを越える交換結合磁界を有し、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の反強磁性層１２及び固定磁性層１３の交換結合膜を得ることができる。
【０１３６】
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。
【０１３７】
第１の反強磁性層１２の膜厚は、トラック幅方向の中心付近において８０〜３００Åである。
【０１３８】
第１の固定磁性層１３ａ、第２の固定磁性層１３ｃ、フリー磁性層１５、及び強磁性層１７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の固定磁性層１３ａ及び第２の固定磁性層１３ｃは、同一の材料で形成されることが好ましい。また、フリー磁性層１５及び強磁性層１７は、同一の材料で形成されることが好ましい。
【０１３９】
また、非磁性中間層１３ｂ及び非磁性中間層１６は、非磁性材料により形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、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。
【０１４０】
非磁性材料層１４は、固定磁性層１３とフリー磁性層１５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。
【０１４１】
なお、保護層１８は、多層膜Ａを磁場中アニールにかけるときに、強磁性層１７が酸化することを防ぐ機能を有するものであり、Ｔａなどからなる。
【０１４２】
次に、図１の多層膜Ａ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１２と第１の固定磁性層１３ａとの間に交換異方性磁界を発生させ、固定磁性層１３の磁化方向を図示Ｙ方向に固定する。本実施の形態では、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。
【０１４３】
多層膜Ａを第１の磁場中アニールにかけたときに、保護層１８は、その表面から１０〜２０Å程度酸化する。そこで、保護層１８をイオンミリングまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって除去する。
【０１４４】
さらに、図２に示されるように、強磁性層１７を所定の厚さ削る。強磁性層１７を削るのは、次の工程において、強磁性層１７上に第２の反強磁性層１９を積層するときに、強磁性層１７上に第２の反強磁性層１９を真空中で連続成膜することが必要なためである。強磁性層１７の削り量ｔ１は特に規定されないが、本実施の形態では、１０Å削っている。
【０１４５】
次に、図３に示すごとく、図２に示された強磁性層１７の研削後の表面１７ａ上に、強磁性層１７を再成膜し、さらに強磁性層１７上に第２の反強磁性層１９を連続成膜する。強磁性層１７を再成膜するときには、図１の工程において最初に強磁性層１７を成膜したときに用いた強磁性材料と同じ強磁性材料を用いる。ただし、強磁性層１７の図２の工程において削られた厚さｔ１と、図３の工程において再成膜する分の強磁性層１７の厚さは必ずしも同じでなくてよい。
【０１４６】
第２の反強磁性層１９は、第１の反強磁性層１２と同様に、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，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。
【０１４７】
第２の反強磁性層１９の膜厚は、トラック幅方向の中心付近において８０〜３００Å、例えば２００Åである。
【０１４８】
ここで、第１の反強磁性層１２及び第２の反強磁性層１９を形成するための、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。また、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４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。特に規定しない限り、〜で示す数値範囲の上限と下限は以下、以上を意味する。
【０１４９】
また、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。また、前記Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。さらに、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。
【０１５０】
第１の反強磁性層及び第２の反強磁性層として、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ことのできる第１の反強磁性層及び第２の反強磁性層を得ることができる。特に、ＰｔＭｎ合金であれば、強磁性層との間に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の反強磁性層及び第２の反強磁性層を得ることができる。
【０１５１】
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。
【０１５２】
なお、本実施の形態の磁気検出素子は、第１の反強磁性層１２と第２の反強磁性層１９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。
【０１５３】
また、第２の反強磁性層１９の上層にＴａなどの非磁性材料からなる保護層を成膜してもよい。
【０１５４】
次に第２の反強磁性層１９まで形成された多層膜Ｂ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１９と強磁性層１７との間に交換異方性磁界を発生させ、強磁性層１７の磁化方向を図示Ｘ方向と反平行方向に固定する。本実施の形態では、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。
【０１５５】
第２の反強磁性層１９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始めて生じる。従って、第１の反強磁性層１２と第１の固定磁性層１３ａ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の反強磁性層１９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ためには、前記第２の熱処理温度を、第１の反強磁性層１２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１２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１２と第２の反強磁性層１９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１２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１９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１５の磁化方向を、固定磁性層１３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。
【０１５６】
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１５及び強磁性層１７の飽和磁界、及びフリー磁性層１５及び強磁性層１７の反磁界より大きく、フリー磁性層１５と強磁性層１７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。
【０１５７】
次に、図４に示すように、第２の反強磁性層１９上にレジスト２０，２０を積層し、第２の反強磁性層１９上をトラック幅Ｔｗの間隔を開けてマスキングする。
【０１５８】
さらに、図５に示すように、第２の反強磁性層１９のレジスト２０，２０によってマスクされない部分を、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、基板１１の表面１１ａに対する垂直方向、すなわちトラック幅方向（図示Ｘ方向）に対する垂直方向に削り込むことにより凹部２１を形成する。凹部２１の側面２１ａ，２１ａは、トラック幅方向に対して垂直になっている。図５では、凹部２１の底面２１ｂが第２の反強磁性層１９内に位置するように、凹部２１を形成している。
【０１５９】
このとき、凹部２１の底面２１ｂの下部に位置する第２の反強磁性層１９の領域の厚さｔ２を０より大きく３０Å以下にする。
【０１６０】
本実施の形態のように、凹部２１の底面２１ｂの下部に位置する第２の反強磁性層１９の領域の厚さｔ２を０より大きく３０Å以下にすると、凹部２１の底面２１ｂに位置する第２の反強磁性層１９の領域では、第２の磁場中アニールによって不規則−規則変態が生じず、強磁性層１７との間に交換結合磁界が発生しない。
【０１６１】
第２の反強磁性層１９はトラック幅領域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、トラック幅領域から外れた全領域（トラック幅方向両端部Ｄ，Ｄ）において強磁性層１７及びフリー磁性層１５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１７の磁化方向は、凹部２１の底面２１ｂに重なる領域以外のトラック幅方向両端部Ｄ，Ｄでのみ、第２の反強磁性層１９との交換結合によって固定される。従って、強磁性層１７の下層に非磁性中間層１６を介して積層されているフリー磁性層１５の磁化方向も、トラック幅方向両端部Ｄ，Ｄでのみ強磁性層１７とのＲＫＫＹ相互作用により固定される。
【０１６２】
凹部２１の底面２１ｂに重なるフリー磁性層１５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端部Ｄ，Ｄ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。
【０１６３】
従って、磁気検出素子のトラック幅は、前記凹部の幅寸法Ｔｗによって決定され、しかも、トラック幅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、本発明では、凹部２１は一様の厚さで成膜された第２の反強磁性層１９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、基板１１の表面１１ａ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Ｔｗで凹部２１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。
【０１６４】
凹部２１の形成後、図６に示すように凹部２１の幅寸法（＝トラック幅Ｔｗ）より広い幅寸法の領域を覆うリフトオフ用のレジスト２５を第２の反強磁性層１９上に形成し、第２の反強磁性層１９上であって、レジスト２５によって覆われていない領域に電極層２２，２２をスパッタ法や蒸着法によって成膜する。電極層２２，２２は、例えば、Ａｕ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａなどを用いて成膜される。電極層２２，２２の成膜後、レジスト層２５を除去して図７に示されるような磁気検出素子を得る。
【０１６５】
本実施の形態の製造方法によって形成された磁気検出素子は電極層２２，２２と凹部２１との間にトラック幅方向の段差ができる。なお、第２の反強磁性層１９上に前述したＴａ，Ｃｒなどからなる保護層を介して電極層２２，２２が積層されてもよい。
【０１６６】
なお、上記説明では第２の反強磁性層１９の上層にレジスト２０，２０を積層して、第２の反強磁性層１９に凹部を形成した後、第２の反強磁性層１９の上層に電極層２２，２２を積層したが、第２の反強磁性層１９の上層に電極層２２を成膜した後、電極層２２上にトラック幅方向にトラック幅寸法の間隔を開けて一対のレジストを積層して、電極層２２及び第２の反強磁性層１９に凹部を形成してもよい。
【０１６７】
また、前記第２の磁場中アニールは、第２の反強磁性層１９に凹部２１を形成した後行ってもよい。
【０１６８】
また、本実施の形態では、基板１１上に直接第１の反強磁性層１２が積層されているが、基板１１上にアルミナ層及びＴａ等からなる下地層を介して反強磁性層１２が積層されてもよい。
【０１６９】
なお、多層膜Ａを形成するときに、フリー磁性層１５と非磁性材料層１４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。この拡散防止層はフリー磁性層１５と非磁性材料層１４の相互拡散を防止する。又、第２の固定磁性層１３ｃと非磁性材料層１４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の固定磁性層１３ｃと非磁性材料層１４の相互拡散を防止する。
【０１７０】
また、フリー磁性層１５及び強磁性層１７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。従って、例えば、フリー磁性層１５及び強磁性層１７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、フリー磁性層１５及び強磁性層１７の単位面積あたりの磁気モーメントを異ならせることができる。
【０１７１】
なお、フリー磁性層１５と非磁性材料層１４の間に、Ｃｏなどからなる拡散防止層が形成される場合には、フリー磁性層１５の磁気モーメントと前記拡散防止層の単位面積あたりの磁気モーメントの和と、強磁性層１７の単位面積あたりの磁気モーメントを異ならせることが好ましい。
【０１７２】
図７は、上述した本発明の実施の形態の製造方法によって製造された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。
【０１７３】
図７の磁気検出素子では、凹部２１の底面２１ｂが縦バイアス層となる第２の反強磁性層１９内に位置している。従って、フリー磁性層１５と強磁性層１７が、非磁性中間層１６を介して隣接し、フリー磁性層１５の磁化方向と強磁性層１７の磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態となる。このとき、フリー磁性層１５、非磁性中間層１６及び強磁性層１７からなる多層膜がひとつのフリー磁性層、すなわちシンセティックフェリフリー磁性層Ｆとして機能する。シンセティックフェリフリー磁性層Ｆでは、フリー磁性層１５の膜厚を薄くして、フリー磁性層１５の磁化を変動しやすくすることと同等の効果が得られ、磁気抵抗効果素子の磁界検出感度が向上する。
【０１７４】
フリー磁性層１５の磁気モーメントと強磁性層１７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シンセティックフェリフリー磁性層Ｆの磁化方向となる。
【０１７５】
ただし、固定磁性層１３の磁化方向との関係で出力に寄与するのはフリー磁性層１５の磁化方向のみである。
【０１７６】
また、フリー磁性層と強磁性層の磁気的膜厚の関係が異ならされていると、シンセティックフェリフリー磁性層Ｆのスピンフロップ磁界を大きくできる。
【０１７７】
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差す。
【０１７８】
図３０は、シンセティックフェリフリー磁性層Ｆのヒステリシスループの概念図である。このＭ−Ｈ曲線は、シンセティックフェリフリー磁性層Ｆ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、シンセティックフェリフリー磁性層Ｆの磁化Ｍの変化を示したものである。なお、以下の説明中では、フリー磁性層１５を第１フリー磁性層、強磁性層１７を第２フリー磁性層、シンセティックフェリフリー磁性層Ｆを単にフリー磁性層と呼ぶことにする。
【０１７９】
また、図３０中、Ｆ１で示す矢印は、第１フリー磁性層の磁化方向を表わし、Ｆ２で示す矢印は、第２フリー磁性層の磁化方向を表わす。
【０１８０】
図３０に示すように、外部磁界が小さいときは、第１フリー磁性層と第２フリー磁性層がフェリ磁性状態、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フリー磁性層と第２フリー磁性層の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３０ではＨｓｆで示している。なお、図中Ｈｃｆは、フリー磁性層の磁化の保磁力を示している。
【０１８１】
第１フリー磁性層及び第２フリー磁性層の、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、フリー磁性層のフェリ磁性状態の安定度が増す。
【０１８２】
また本実施の形態では、フリー磁性層１５及び強磁性層１７の少なくとも一方を、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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
これによりフリー磁性層１５と強磁性層１７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。
【０１８５】
よって、フリー磁性層１５及び強磁性層１７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。
【０１８６】
なおフリー磁性層１５及び強磁性層１７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、フリー磁性層１５と強磁性層１７とを適切に反平行状態に磁化できる。
【０１８７】
また上記した組成範囲内であると、フリー磁性層１５と強磁性層１７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。
【０１８８】
さらに、フリー磁性層１５の軟磁気特性の向上、非磁性材料層１４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。
【０１８９】
なお、強磁性層１７の厚さｔｆ２は０．５〜２．５ｎｍの範囲であることが好ましい。また、フリー磁性層１５の厚さｔｆ１は２．５〜４．５ｎｍの範囲であることが好ましい。なお、フリー磁性層１５の厚さｔｆ１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。フリー磁性層１５の厚さｔｆ１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。
【０１９０】
図７の磁気検出素子では、縦バイアス層である第２の反強磁性層１９はトラック幅領域から外れた全領域（トラック幅方向両端部Ｄ，Ｄ）において反強磁性を発生するために充分な膜厚を有し、トラック幅領域から外れた全領域において強磁性層１７及びフリー磁性層１５の磁化方向を確実に固定することができる。
【０１９１】
凹部２１の底面２１ｂに重なるフリー磁性層１５及び強磁性層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端部Ｄ，Ｄにならって図示Ｘ方向または図示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。
【０１９２】
従って、磁気検出素子のトラック幅は、凹部２１の幅寸法Ｔｗによって決定され、しかも、トラック幅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。
【０１９３】
また、第２の反強磁性層１９との反強磁性結合は凹部２１の底面２１ｂに重ならないトラック幅方向両端部Ｄ，Ｄにのみ働き、凹部２１の底面２１ｂに重なる領域Ｅには作用しない。
【０１９４】
従って、第２の反強磁性層１９に形成された凹部２１の幅寸法として設定されたトラック幅（光学的トラック幅）Ｔｗ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り、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。
【０１９５】
さらに、本実施の形態では磁気検出素子の側端面Ｓ，Ｓ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１５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。
【０１９６】
また、図１の工程において前記第１の固定磁性層１３ａと前記第２の固定磁性層１３ｃを単位面積あたりの磁気モーメントが異なるものとして形成している。従って、前記第１の固定磁性層１３ａと前記第２の固定磁性層１３ｃを、前記非磁性中間層１３ｂを介して積層されたものが、一つの固定磁性層１３として機能する。
【０１９７】
第１の固定磁性層１３ａは反強磁性層１２と接して形成され、磁場中アニールが施されることにより、第１の固定磁性層１３ａと反強磁性層１２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の固定磁性層１３ａの磁化方向が図示Ｙ方向に固定される。第１の固定磁性層１３ａの磁化方向が図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層１３ｂを介して対向する第２の固定磁性層１３ｃの磁化方向が、第１の固定磁性層１３ａの磁化方向と反平行の状態で固定される。
【０１９８】
なお、第１の固定磁性層１３ａの磁気モーメントと第２の固定磁性層１３ｃ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１３の磁化方向となる。
【０１９９】
このように、第１の固定磁性層１３ａと第２の固定磁性層１３ｃ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の固定磁性層１３ａと第２の固定磁性層１３ｃ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１３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。
【０２００】
第１の固定磁性層１３ａ及び第２の固定磁性層１３ｃ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合金またはＣｏにより形成されることが好ましい。また、第１の固定磁性層１３ａ及び第２の固定磁性層１３ｃは同一の材料で形成されることが好ましい。
【０２０１】
図７では、前記第１の固定磁性層１３ａ及び前記第２の固定磁性層１３ｃ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。
【０２０２】
また、非磁性中間層１３ｂは、非磁性材料により形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、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。
【０２０３】
固定磁性層１３が非磁性中間層１３ｂの上下に第１の固定磁性層１３ａ及び第２の固定磁性層１３ｃが積層されたものとして形成されると、第１の固定磁性層１３ａ及び第２の固定磁性層１３ｃが互いの磁化方向を固定しあい、全体として固定磁性層１３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の反強磁性層１２と固定磁性層１３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。従って、第１の反強磁性層１２に接する第１の固定磁性層１３ａの磁化方向をハイト方向に向けるための第１の磁場中アニールを行った後の、トラック幅方向の磁界中の第２の磁場中アニールによって、固定磁性層１３の磁化方向がトラック幅方向に傾いて固定されることを防ぎつつ、第２の反強磁性層１９による縦バイアス磁界を大きくすることができる。
【０２０４】
また、本実施の形態では、固定磁性層１３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１３ａ及び第２の固定磁性層１３ｃ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１３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１５の変動磁化への寄与を減少させることができる。
【０２０５】
従って、フリー磁性層１５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スピンバルブ型磁気検出素子を得ることが可能になる。
【０２０６】
また、固定磁性層１３の固定磁化による反磁界（双極子磁界）Ｈｄは、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１５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１３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１５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。
【０２０７】
このスピンバルブ型磁気検出素子においては、電極層２２、２２からシンセティックフェリフリー磁性層Ｆ、非磁性材料層１４、固定磁性層１３に定常電流が与えられ、図示Ｚ方向に走行する磁気記録媒体からの漏れ磁界が図示Ｙ方向に与えられると、シンセティックフェリフリー磁性層Ｆのうちフリー磁性層１５の磁化方向が図示Ｘ方向から図示Ｙ方向に向けて変動する。この第１のフリー磁性層１５内での磁化方向の変動と第２の固定磁性層１３ｃの磁化方向との関係で電気抵抗が変化し、この抵抗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。
【０２０８】
なお、図５に示された工程において凹部２１を形成するときに、凹部２１の底面２１ｂが第２の反強磁性層１９内に位置するようにしたが、この底面２１ｂが強磁性層１７内に位置するように凹部を形成して、図８に示される磁気検出素子を得ることもできる。
【０２０９】
図８の磁気検出素子では、トラック幅Ｔｗの領域内において第２の反強磁性層１９を除去しているので、第２の反強磁性層１９の厚みにばらつきがある場合でも、凹部２１の底面２１ｂに第２の反強磁性層１９が残ることがないため、トラック幅Ｔｗを精度よく画定でき、高記録密度化に対応可能なスピンバルブ型磁気検出素子を得ることができる。また、第２の反強磁性層１９を完全に除去することは簡単であるため、容易に製造することができる。
【０２１０】
または、底面２１ｂが非磁性中間層１６内に位置するように凹部２１を形成して、図９に示される磁気検出素子を得ることもできる。
【０２１１】
図９に示される磁気検出素子では、強磁性層１７が、第２の反強磁性層１９との磁気的結合（交換結合）によって磁化方向がトラック幅方向（図示Ｘ方向）と反平行方向に固定され、さらに、この強磁性層１７の下層に非磁性中間層１６を介して形成されたフリー磁性層１５の磁化方向も、強磁性層１７とのＲＫＫＹ相互作用によって、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。すなわち、第２の反強磁性層１９の下層の領域（トラック幅方向両端部Ｄ，Ｄ）において強磁性層１７、非磁性中間層１６、及びフリー磁性層１５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１５の磁化方向をトラック幅方向に揃えることが容易になっている。
【０２１２】
従って、第２の反強磁性層１９と強磁性層１７との交換結合磁界が比較的弱くても、フリー磁性層１５の磁化方向を確実に固定磁性層１３の磁化方向と交叉する方向に揃えることが容易になる。
【０２１３】
また、図９に示される磁気検出素子では、非磁性中間層１６はトラック幅Ｔｗの領域内において、フリー磁性層１５の保護層として機能する。また、非磁性中間層１６を、導電性を有する材料を用いて形成することにより、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。
【０２１４】
スピンフィルター効果について説明する。図３１及び図３２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３１はバックド層がない構造例を示す模式図であり、図３２はバックド層のある構造例を示す模式図である。
【０２１５】
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３１及び図３２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を通り抜けようとするときに、この電子がフリー磁性層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。
【０２１６】
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。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。
【０２１７】
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）。
【０２１８】
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。
【０２１９】
固定磁性層１１５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。
【０２２０】
固定磁性層の磁化方向とフリー磁性層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。
【０２２１】
図３２に示すように、バックド層Ｂｓ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Ｂｓにおいて、このバックド層Ｂｓ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Ｂｓ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。
【０２２２】
バックド層として機能する非磁性中間層１６を有する本実施の形態では、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。
【０２２３】
図１０は、本発明の第４の実施の形態によって形成された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。
【０２２４】
本実施の形態では、フリー磁性層１５と非磁性材料層１４との間に中間層６１が設けられた多層膜Ａ２ａを有する点で図１から図７に示された磁気検出素子の製造方法と異なっている。中間層６１はＣｏＦｅ合金やＣｏ合金で形成されることが好ましい。特にＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましい。
【０２２５】
中間層６１が形成されることで、非磁性材料層１４との界面での金属元素等の拡散防止、及び、抵抗変化量（ΔＲ）、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることができる。なお中間層６１は５Å程度で形成される。
【０２２６】
特に非磁性材料層１４と接するフリー磁性層１５を上記組成比のＣｏＦｅＮｉ合金で形成すれば、非磁性材料層１４との間における金属元素の拡散を適切に抑制できるから、フリー磁性層１５と非磁性材料層１４間にＣｏＦｅ合金あるいはＣｏからなる中間層６１を形成する必要性は、フリー磁性層１５をＮｉＦｅ合金などのＣｏを含まない磁性材料で形成する場合に比べて少ない。
【０２２７】
しかしフリー磁性層１５をＣｏＦｅＮｉ合金で形成する場合でも、フリー磁性層１５と非磁性材料層１４との間にＣｏＦｅ合金やＣｏからなる中間層６１を設けることが、フリー磁性層１５と非磁性材料層１４間での金属元素の拡散をより確実に防止できる観点から好ましい。
【０２２８】
またフリー磁性層１５と非磁性材料層１４間に中間層６１を設け、フリー磁性層１５及び強磁性層１７の少なくとも一方をＣｏＦｅＮｉ合金で形成するとき、前記ＣｏＦｅＮｉ合金の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であることが好ましい。
【０２２９】
これによりフリー磁性層１５と強磁性層１７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。
【０２３０】
よって、フリー磁性層１５及び強磁性層１７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。
【０２３１】
なお本発明では、フリー磁性層１５及び強磁性層１７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る。
【０２３２】
また上記した組成範囲内であると、フリー磁性層１５及び強磁性層１７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。さらに、前記フリー磁性層１５の軟磁気特性の向上を図ることができる。
【０２３３】
また、フリー磁性層１５と非磁性材料層１４との間に中間層６１を設け、底面２１ｂが非磁性中間層１６内に位置するように凹部２１を形成して図１１に示される磁気検出素子を形成してもよい。
【０２３４】
中間層６１はＣｏＦｅ合金やＣｏ合金で形成されることが好ましい。特にＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましい。
【０２３５】
図１１に示される磁気検出素子では、強磁性層１７が、第２の反強磁性層１９との磁気的結合（交換結合）によって磁化方向がトラック幅方向（図示Ｘ方向）と反平行方向に固定され、さらに、この強磁性層１７の下層に非磁性中間層１６を介して形成されたフリー磁性層１５の磁化方向は、強磁性層１７とのＲＫＫＹ相互作用によって、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。すなわち、第２の反強磁性層１９の下層の領域（トラック幅方向両端部Ｄ，Ｄ）において強磁性層１７、非磁性中間層１６、及びフリー磁性層１５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１５の磁化方向をトラック幅方向に揃えることが容易になっている。
【０２３６】
フリー磁性層１５と非磁性材料層１４間に中間層６１を設ける本実施の形態では、フリー磁性層１５及び強磁性層１７の少なくとも一方をＣｏＦｅＮｉ合金で形成するとき、前記ＣｏＦｅＮｉ合金の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であることが好ましい。
【０２３７】
これによりフリー磁性層１５と強磁性層１７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。
【０２３８】
よって、フリー磁性層１５及び強磁性層１７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。
【０２３９】
なお本発明では、フリー磁性層１５及び強磁性層１７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る。
【０２４０】
また上記した組成範囲内であると、フリー磁性層１５及び強磁性層１７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。さらに、前記フリー磁性層１５の軟磁気特性の向上を図ることができる。
【０２４１】
なお、図１１に示される磁気検出素子でも、非磁性中間層１６はトラック幅Ｔｗの領域内において、フリー磁性層１５の保護層として機能する。また、非磁性中間層１６を、導電性を有する材料を用いて形成することにより、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。
【０２４２】
図１２から図１６は、本発明の磁気検出素子の製造方法の実施の形態を示す断面図である。各図において磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見ている。
【０２４３】
まず、基板１１上に第１の反強磁性層１２を積層する。さらに第１の固定磁性層１３ａ、非磁性中間層１３ｂ、第２の固定磁性層１３ｃからなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層１３が積層され、固定磁性層１３の上層に非磁性材料層１４、フリー磁性層１５、非磁性中間層１６、強磁性層１７、非磁性層３０、及び他の反強磁性層３１が積層されて、多層膜Ａ１が形成される。図１２は、多層膜Ａ１が形成された状態を示す断面図である。
【０２４４】
第１の反強磁性層１２、固定磁性層１３、非磁性材料層１４、フリー磁性層１５、非磁性中間層１６、強磁性層１７、非磁性層３０、及び他の反強磁性層３１はスパッタ法や蒸着法などの薄膜形成プロセスによって、同一真空成膜装置内で形成される。
【０２４５】
第１の反強磁性層１２及び他の反強磁性層３１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。
【０２４６】
第１の反強磁性層１２及び他の反強磁性層３１として、これらの合金を使用し、これを熱処理することにより、大きな交換結合磁界を発生する第１の反強磁性層１２及び他の反強磁性層３１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発生させ、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の反強磁性層１２及び他の反強磁性層３１を得ることができる。
【０２４７】
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。
【０２４８】
第１の反強磁性層１２の膜厚は、トラック幅方向の中心付近において８０〜３００Åである。なお、他の反強磁性層３１の膜厚は、約３０Åであり、他の反強磁性層３１の膜厚がこの厚さであると、熱処理を施しても、交換結合磁界は発生しない。
【０２４９】
第１の固定磁性層１３ａ及び第２の固定磁性層１３ｃ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合金またはＣｏにより形成されることが好ましい。また、第１の固定磁性層１３ａ及び第２の固定磁性層１３ｃは同一の材料で形成されることが好ましい。
【０２５０】
また、非磁性中間層１３ｂは、非磁性材料により形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、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。
【０２５１】
非磁性材料層１４は、固定磁性層１３とフリー磁性層１５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。
【０２５２】
フリー磁性層１５及び強磁性層１７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合金またはＣｏにより形成されることが好ましい。フリー磁性層１５及び強磁性層１７は、同一の材料で形成されることが好ましい。
【０２５３】
非磁性層３０は、Ｒｕによって形成され、膜厚は８〜１１Åである。また、非磁性層は、Ｒｕ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕのうち１種または２種以上の元素を用いて形成することもできる。
【０２５４】
次に、図１２の多層膜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１２に交換異方性磁界を発生させ、固定磁性層１３の磁化方向を図示Ｙ方向に固定する。本実施の形態では、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。
【０２５５】
ここで、他の反強磁性層３１の膜厚は３０Åである。他の反強磁性層３１の膜厚が３０Å以下であると、他の反強磁性層３１を磁場中アニールにかけても不規則構造から規則構造への変態が生じず、交換異方性磁界が発生しない。従って、多層膜Ａ１を第１の磁場中アニールにかけたときに、他の反強磁性層３１には交換異方性磁界が発生せず、強磁性層１７及びフリー磁性層１５の磁化方向が図示Ｙ方向に固定されることはない。
【０２５６】
多層膜Ａ１を第１の磁場中アニールにかけたときに、他の反強磁性層３１は、その表面から１０〜２０Å程度酸化する。そこで、多層膜Ａ１の状態で他の反強磁性層３１の表面をイオンミリングによって２０Å程削り、酸化した部分を除去する。このように、本実施の形態では、多層膜Ａ１の最上層に他の反強磁性層３１が積層されているので、非磁性層３０及び強磁性層１７の酸化を防ぐことができる。ただし、非磁性層３０上に他の反強磁性層３１を積層せずに第１の磁場中アニールにかけ、非磁性層３０の酸化した部分をイオンミリングによって削ってもよい。
【０２５７】
次に、図１３に示すごとく、多層膜Ａ１上に、第２の反強磁性層３２を成膜する。
【０２５８】
第２の反強磁性層３２は、第１の反強磁性層１２と同様に、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，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。
【０２５９】
第２の反強磁性層３２の膜厚は、トラック幅方向の中心付近において８０〜３００Å、例えば２００Åである。
【０２６０】
ここで、第２の反強磁性層３２を形成するための、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。また、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４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。特に規定しない限り、〜で示す数値範囲の上限と下限は以下、以上を意味する。
【０２６１】
また、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。また、前記Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。さらに、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。
【０２６２】
第２の反強磁性層３２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、第２の反強磁性層３２，他の反強磁性層３１と強磁性層１７との間に大きな交換結合磁界を発生する交換結合膜を得ることができる。特に、ＰｔＭｎ合金であれば、強磁性層との間に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２の反強磁性層３２を得ることができる。
【０２６３】
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。
【０２６４】
なお、本実施の形態の磁気検出素子は、第１の反強磁性層１２と第２の反強磁性層３２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。
【０２６５】
また、第２の反強磁性層３２の上層にＴａなどの非磁性材料からなる保護層を成膜してもよい。
【０２６６】
次に第２の反強磁性層３２まで形成された多層膜Ｂ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３２，他の反強磁性層３１と強磁性層１７との間に、非磁性層３０を介したＲＫＫＹ相互作用による、交換異方性磁界を発生させ、強磁性層１７の磁化方向を図示Ｘ方向と反平行方向に固定する。強磁性層１７の磁化方向が図示Ｘ方向と反平行方向に固定されると、フリー磁性層１５の磁化方向も非磁性中間層１６を介した強磁性層１７とのＲＫＫＹ相互作用によって、強磁性層１７の磁化方向と反平行方向に固定される。本実施の形態では、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。
【０２６７】
第２の反強磁性層３２及び他の反強磁性層３１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始めて生じる。従って、第１の反強磁性層１２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３２及び他の反強磁性層３１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ためには、前記第２の熱処理温度を、第１の反強磁性層１２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１２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１２と第２の反強磁性層３２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１２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３２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１５の磁化方向を、固定磁性層１３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。
【０２６８】
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１５及び強磁性層１７の飽和磁界、及びフリー磁性層１５及び強磁性層１７の反磁界より大きく、フリー磁性層１５及び強磁性層１７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。
【０２６９】
次に、図１４に示すように、第２の反強磁性層３２上にレジスト４０，４０を積層し、第２の反強磁性層３２上をトラック幅Ｔｗの間隔を開けてマスキングする。
【０２７０】
さらに、図１５に示すように、第２の反強磁性層３２のレジスト４０，４０によってマスクされない部分を、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、基板１１の表面１１ａに対する垂直方向、すなわちトラック幅方向に対する垂直方向に削り込むことにより凹部４１を形成する。凹部の側面４１ａ，４１ａは、トラック幅方向に対して垂直になっている。図１５では、凹部４１の底面４１ｂが第２の反強磁性層３２内に位置するように、凹部４１を形成している。又凹部４１の底面４１ｂが他の反強磁性層３１内に位置するようにしてもよい。
【０２７１】
このとき、第２の反強磁性層３２の、凹部４１の底面４１ｂの下部に位置する領域の厚さと他の反強磁性層３１の厚さの合計ｔ３を、０より大きく３０Å以下にする。本実施の形態のように、第２の反強磁性層３２の、凹部４１の底面４１ｂの下部に位置する領域の厚さと他の反強磁性層３１の厚さの合計ｔ３を０より大きく３０Å以下にすると、凹部４１の底面４１ｂの下部に位置する第２の反強磁性層３２と他の反強磁性層３１の領域では、第２の磁場中アニールによって不規則−規則変態が生じず、交換結合磁界が発生しない。
【０２７２】
すなわち、強磁性層１７の磁化方向は、凹部４１の底面４１ｂに重なる領域以外のトラック幅方向両端部Ｄ，Ｄでのみ、第２の反強磁性層３２及び他の反強磁性層３１との、非磁性層３０を介したＲＫＫＹ相互作用によって固定される。従って、強磁性層１７の下層に非磁性中間層１６を介して積層されているフリー磁性層１５の磁化方向も、トラック幅方向両端部Ｄ，Ｄでのみ強磁性層１７とのＲＫＫＹ相互作用により固定される。
【０２７３】
凹部４１の底面４１ｂに重なるフリー磁性層１５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端部Ｄ，Ｄ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。
【０２７４】
従って、磁気検出素子のトラック幅は、前記凹部の幅寸法Ｔｗによって決定される。上述したように、本発明では、凹部４１は一様の厚さで成膜された第２の反強磁性層３２、もしくは第２の反強磁性層３２及び他の反強磁性層３１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、基板１１の表面１１ａ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Ｔｗで凹部４１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。
【０２７５】
凹部４１の形成後、図１６に示すように凹部４１の幅寸法（＝トラック幅Ｔｗ）より広い幅寸法の領域を覆うリフトオフ用のレジスト４２を第２の反強磁性層３２上に形成し、第２の反強磁性層３２上であって、レジスト４２によって覆われていない領域に電極層４３，４３をスパッタ法や蒸着法によって成膜する。電極層４３，４３は、例えば、Ａｕ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａなどを用いて成膜される。電極層４３，４３の成膜後、レジスト層４２を除去して、図１７に示される磁気検出素子を得る。
【０２７６】
本実施の形態の製造方法によって形成された磁気検出素子は電極層４３，４３と凹部４１との間にトラック幅方向の段差ができる。なお、第２の反強磁性層３２上に前述したＴａ，Ｃｒなどからなる保護層を介して電極層４３，４３が積層されてもよい。
【０２７７】
なお、上記説明では第２の反強磁性層３２の上層にレジスト４０，４０を積層して、第２の反強磁性層３２に凹部を形成した後、第２の反強磁性層３２の上層に電極層４３，４３を積層したが、第２の反強磁性層３２の上層に電極層４３を成膜した後、電極層４３上にトラック幅方向にトラック幅寸法の間隔を開けて一対のレジストを積層して、電極層４３及び第２の反強磁性層３２に凹部を形成してもよい。
【０２７８】
また、前記第２の磁場中アニールは、第２の反強磁性層３２、もしくは第２の反強磁性層３２及び他の反強磁性層３１に凹部４１を形成した後行ってもよい。
【０２７９】
また、本実施の形態では、基板１１上に直接第１の反強磁性層１２が積層されているが、基板１１上にアルミナ層及びＴａ等からなる下地層を介して反強磁性層１２が積層されてもよい。
【０２８０】
なお、多層膜Ａ１を形成するときに、フリー磁性層１５と非磁性材料層１４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。この拡散防止層はフリー磁性層１５と非磁性材料層１４の相互拡散を防止する。また、第２の固定磁性層１３ｃと非磁性材料層１４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の固定磁性層１３ｃと非磁性材料層１４の相互拡散を防止する。
【０２８１】
また、フリー磁性層１５及び強磁性層１７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。従って、例えば、フリー磁性層１５及び強磁性層１７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、フリー磁性層１５及び強磁性層１７の単位面積あたりの磁気モーメントを異ならせることができる。
【０２８２】
なお、フリー磁性層１５と非磁性材料層１４の間に、Ｃｏなどからなる拡散防止層が形成される場合には、フリー磁性層１５の磁気モーメントと前記拡散防止層の単位面積あたりの磁気モーメントの和と、強磁性層１７の単位面積あたりの磁気モーメントを異ならせることが好ましい。
【０２８３】
図１７は、上述した本発明の実施の形態の製造方法によって製造された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。
【０２８４】
図１７の磁気検出素子では、凹部４１の底面４１ｂが縦バイアス層となる第２の反強磁性層３２と他の反強磁性層３１のうち第２の反強磁性層３２内に位置している。従って、フリー磁性層１５と強磁性層１７が、非磁性中間層１６を介して隣接し、フリー磁性層１５の磁化方向と強磁性層１７の磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態となる。このとき、フリー磁性層１５、非磁性中間層１６及び強磁性層１７からなる多層膜がひとつのフリー磁性層、すなわちシンセティックフェリフリー磁性層Ｆとして機能する。シンセティックフェリフリー磁性層Ｆでは、フリー磁性層１５の膜厚を薄くして、フリー磁性層１５の磁化を変動しやすくすることと同等の効果が得られ、磁気抵抗効果素子の磁界検出感度が向上する。
【０２８５】
フリー磁性層１５の磁気モーメントと強磁性層１７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シンセティックフェリフリー磁性層Ｆの磁化方向となる。
【０２８６】
ただし、固定磁性層１３の磁化方向との関係で出力に寄与するのはフリー磁性層１５の磁化方向のみである。
【０２８７】
フリー磁性層１５及び強磁性層１７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シンセティックフリー磁性層Ｆのスピンフロップ磁界Ｈｓｆが大きくなる。これにより、シンセティックフリー磁性層Ｆがフェリ磁性状態を保つ磁界の範囲が広くなり、フェリ磁性状態の安定度が増す。
【０２８８】
なお、強磁性層１７の厚さｔｆ２は０．５〜２．５ｎｍの範囲であることが好ましい。また、フリー磁性層１５の厚さｔｆ１は２．５〜４．５ｎｍの範囲であることが好ましい。なお、フリー磁性層１５の厚さｔｆ１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。フリー磁性層１５の厚さｔｆ１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。
【０２８９】
図１７の磁気検出素子では、第２の反強磁性層３２はトラック幅領域から外れた全領域（トラック幅方向両端部Ｄ，Ｄ）において反強磁性を発生するために充分な膜厚を有し、トラック幅領域から外れた全領域において強磁性層１７及びフリー磁性層１５の磁化方向を確実に固定することができる。また、本実施の形態のように、縦バイアス層である第２の反強磁性層３２及び他の反強磁性層３１とのＲＫＫＹ相互作用によって強磁性層１７の磁化方向が揃えられるものは、縦バイアス層である第２の反強磁性層３２及び他の反強磁性層３１と強磁性層１７とが直に接しているものよりも交換結合力を強くすることができる。
【０２９０】
凹部４１の底面４１ｂに重なるフリー磁性層１５及び強磁性層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端部Ｄ，Ｄにならって図示Ｘ方向または図示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。
【０２９１】
従って、磁気検出素子のトラック幅は、凹部４１の幅寸法Ｔｗによって決定され、しかも、トラック幅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。
【０２９２】
また、縦バイアス層である第２の反強磁性層３２及び他の反強磁性層３１と強磁性層１７との間の交換結合は凹部４１の底面４１ｂに重ならないトラック幅方向両端部Ｄ，Ｄにのみ働き、凹部４１の底面４１ｂに重なる領域Ｅには作用しない。
【０２９３】
従って、縦バイアス層である第２の反強磁性層３２と他の反強磁性層３１のうち第２の反強磁性層３２に形成された凹部４１の幅寸法として設定されたトラック幅（光学的トラック幅）Ｔｗ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り、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。
【０２９４】
さらに、本実施の形態では磁気検出素子の側端面Ｓ，Ｓ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１５の幅方向長さのバラつきを抑えることができる。
【０２９５】
また、図１の工程において前記第１の固定磁性層１３ａと前記第２の固定磁性層１３ｃを単位面積あたりの磁気モーメントが異なるものとして形成している。従って、前記第１の固定磁性層１３ａと前記第２の固定磁性層１３ｃを、前記非磁性中間層１３ｂを介して積層されたものが、一つの固定磁性層１３として機能する。
【０２９６】
第１の固定磁性層１３ａは反強磁性層１２と接して形成され、磁場中アニールが施されることにより、第１の固定磁性層１３ａと反強磁性層１２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の固定磁性層１３ａの磁化方向が図示Ｙ方向に固定される。第１の固定磁性層１３ａの磁化方向が図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層１３ｂを介して対向する第２の固定磁性層１３ｃの磁化方向が、第１の固定磁性層１３ａの磁化方向と反平行の状態で固定される。
【０２９７】
なお、第１の固定磁性層１３ａの磁気モーメントと第２の固定磁性層１３ｃ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１３の磁化方向となる。
【０２９８】
このように、第１の固定磁性層１３ａと第２の固定磁性層１３ｃ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の固定磁性層１３ａと第２の固定磁性層１３ｃ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１３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。
【０２９９】
第１の固定磁性層１３ａ及び第２の固定磁性層１３ｃ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合金またはＣｏにより形成されることが好ましい。また、第１の固定磁性層１３ａ及び第２の固定磁性層１３ｃは同一の材料で形成されることが好ましい。
【０３００】
図１７では、前記第１の固定磁性層１３ａ及び前記第２の固定磁性層１３ｃ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。
【０３０１】
また、非磁性中間層１３ｂは、非磁性材料により形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、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。
【０３０２】
固定磁性層１３が非磁性中間層１３ｂの上下に第１の固定磁性層１３ａ及び第２の固定磁性層１３ｃが積層されたものとして形成されると、第１の固定磁性層１３ａ及び第２の固定磁性層１３ｃが互いの磁化方向を固定しあい、全体として固定磁性層１３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の反強磁性層１２と固定磁性層１３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。従って、第１の反強磁性層１２に接する第１の固定磁性層１３ａの磁化方向をハイト方向に向けるための第１の磁場中アニールを行った後の、トラック幅方向の磁界中における第２の磁場中アニールによって、固定磁性層１３の磁化方向がトラック幅方向に傾いて固定されることを防ぎつつ、第２の反強磁性層３２による縦バイアス磁界を大きくすることができる。
【０３０３】
また、本実施の形態では、固定磁性層１３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１３ａ及び第２の固定磁性層１３ｃ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１３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１５の変動磁化への寄与を減少させることができる。
【０３０４】
従って、フリー磁性層１５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スピンバルブ型磁気検出素子を得ることが可能になる。
【０３０５】
また、固定磁性層１３の固定磁化による反磁界（双極子磁界）Ｈｄは、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１５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１３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１５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。
【０３０６】
また、非磁性層３０を導電性を有する材料を用いて形成することにより、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。
【０３０７】
また、本実施の形態では、他の反強磁性層３１を鏡面反射層として形成することも可能である。他の反強磁性層３１を鏡面反射層として形成するためには、他の反強磁性層３１を、例えばＮｉＭｎＳｂ，ＰｔＭｎＳｂなどの半金属ホイッスラー合金の、単層膜または多層膜として形成すればよい。
【０３０８】
これらの材料を用いることにより、隣接する層との間に、充分なポテンシャル障壁を形成することが可能であり、その結果充分な鏡面反射効果を得ることができる。
【０３０９】
鏡面反射効果について説明する。図３３及び図３４は、スピンバルブ型磁気検出素子において鏡面反射層Ｓ１による鏡面反射効果を説明するための模式説明図である。スピンフィルター効果の説明において上述したように、ＧＭＲ効果では固定磁性層１１３の固定磁化方向によって規定されるアップスピン電子の挙動のみを考えればよい。
【０３１０】
固定磁性層の磁化方向とフリー磁性層の磁化方向が平行となる状態では、図３３及び図３４に示すように、アップスピン電子は、非磁性材料層１１４からフリー磁性層１１５にまで到達する。そして、フリー磁性層１１５内部を移動してフリー磁性層１１５と鏡面反射層Ｓ１との界面付近に到達する。
【０３１１】
ここで図３３に示す鏡面反射層がない場合には、アップスピン電子がフリー磁性層１１５中を移動し、その上面において散乱する。このため、平均自由行程は図に示すλ＋となる。
【０３１２】
一方、図３４のように、鏡面反射層Ｓ１がある場合には、フリー磁性層１１５と鏡面反射層Ｓ１との界面付近にポテンシャル障壁が形成されるため、アップスピン電子がフリー磁性層１１５と鏡面反射層Ｓ１との界面付近で鏡面反射（鏡面散乱）する。
【０３１３】
通常、伝導電子が散乱した場合には、その電子の持っているスピン状態（エネルギー、量子状態など）は変化する。しかし、鏡面散乱した場合には、このアップスピン電子はスピン状態が保存されたまま反射される確率が高く、再びフリー磁性層１１５中を移動することになる。つまり、鏡面反射よって、アップスピンの伝導電子のスピン状態が維持されるので、あたかも散乱されなかったようにフリー磁性層中を移動することになる。
【０３１４】
これは、アップスピン電子が鏡面反射した分、反射平均自由行程λ＋ｓだけ平均自由行程が延びたことを意味する。
【０３１５】
固定磁性層の磁化方向とフリー磁性層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。
【０３１６】
鏡面反射層として機能する他の反強磁性層３１を有する本実施の形態では、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。
【０３１７】
スピンフィルター効果、鏡面反射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。
【０３１８】
このスピンバルブ型磁気検出素子においては、電極層４３、４３からシンセティックフェリフリー磁性層Ｆ、非磁性材料層１４、固定磁性層１３に定常電流が与えられ、図示Ｚ方向に走行する磁気記録媒体からの漏れ磁界が図示Ｙ方向に与えられると、シンセティックフェリフリー磁性層Ｆのうちフリー磁性層１５の磁化方向が図示Ｘ方向から図示Ｙ方向に向けて変動する。この第１のフリー磁性層１５内での磁化方向の変動と第２の固定磁性層１３ｃの磁化方向との関係で電気抵抗が変化し、この抵抗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。
【０３１９】
なお、図１５に示された工程において凹部４１を形成するときに、凹部４１の底面４１ｂが第２の反強磁性層３２内に位置するようにしたが、この底面４１ｂが強磁性層１７内に位置するように凹部４１を形成して、図１８に示される磁気検出素子を得ることもできる。
【０３２０】
図１８の磁気検出素子では、トラック幅Ｔｗの領域内において第２の反強磁性層３２及び他の反強磁性層３１を完全に除去しているので、縦バイアス層である第２の反強磁性層３２及び他の反強磁性層３１の厚みにばらつきがある場合でも、凹部４１の底面４１ｂに縦バイアス層が残ることがないため、トラック幅Ｔｗを精度よく画定でき、高記録密度化に対応可能なスピンバルブ型磁気検出素子を得ることができる。また、第２の反強磁性層３２及び他の反強磁性層３１を完全に除去することは簡単であるため、容易に製造することができる。
【０３２１】
または、底面４１ｂが非磁性中間層１６内に位置するように凹部４１を形成して、図１９に示される磁気検出素子を得ることもできる。
【０３２２】
図１９に示される磁気検出素子では、強磁性層１７が、第２の反強磁性層３２及び他の反強磁性層３１との非磁性層３０を介したＲＫＫＹ相互作用によって磁化方向がトラック幅方向（図示Ｘ方向）と反平行方向に固定され、さらに、この強磁性層１７の下層に非磁性中間層１６を介して形成されたフリー磁性層１５の磁化方向も、強磁性層１７とのＲＫＫＹ相互作用によって、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。すなわち、第２の反強磁性層３２の下層の領域（トラック幅方向両端部Ｄ，Ｄ）において強磁性層１７、非磁性中間層１６、及びフリー磁性層１５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１５の磁化方向をトラック幅方向に揃えることが容易になっている。
【０３２３】
従って、第２の反強磁性層３２及び他の反強磁性層３１と強磁性層１７とのＲＫＫＹ相互作用が比較的弱くても、フリー磁性層１５の磁化方向を確実に固定磁性層１３の磁化方向と交叉する方向に揃えることが容易になる。
【０３２４】
また、図１８に示される磁気検出素子では、非磁性中間層１６はトラック幅Ｔｗの領域内において、フリー磁性層１５の保護層として機能する。また、非磁性中間層１６を、導電性を有する材料を用いて形成することにより、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。
【０３２５】
また、図１２に示された工程において、強磁性層１７の成膜後、非磁性層３０を積層せず、強磁性層１７の上層に他の反強磁性層３１を直接積層した多層膜を形成し、この多層膜を第１の磁場中アニールにかけ、その後前記多層膜上に第２の反強磁性層３２を積層し、例えば図２０に示される磁気検出素子を得てもよい。
【０３２６】
図２０の磁気検出素子は、強磁性層１７の上層に他の反強磁性層３１及び第２の反強磁性層３２が積層されているため、強磁性層１７の磁化方向は、他の反強磁性層３１及び第２の反強磁性層３２との交換結合によって図示Ｘ方向と反平行方向に揃えられる。
【０３２７】
さらに、この強磁性層１７の下層に非磁性中間層１６を介して形成されたフリー磁性層１５の磁化方向も、強磁性層１７とのＲＫＫＹ相互作用によって、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。すなわち、縦バイアス層となる第２の反強磁性層３２、他の反強磁性層３１及び強磁性層１７の下層の領域（トラック幅方向両端部Ｄ，Ｄ）において強磁性層１７、非磁性中間層１６、及びフリー磁性層１５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１５の磁化方向をトラック幅方向に揃えることが容易になっている。
【０３２８】
従って、第２の反強磁性層３２及び他の反強磁性層３１と強磁性層１７との交換結合が比較的弱くても、フリー磁性層１５の磁化方向を確実に固定磁性層１３の磁化方向と交叉する方向に揃えることが容易になる。
【０３２９】
フリー磁性層１５の磁化方向は、凹部４１の底面４１ｂの下部に位置する領域以外のトラック幅方向両端部Ｄ，Ｄでのみ、第２の反強磁性層３２及び他の反強磁性層３１との交換結合によって固定される。
【０３３０】
フリー磁性層１５の凹部４１の底面４１ｂの下部に位置する領域Ｅは、外部磁界が印加されない状態おいて、第２の反強磁性層３２及び他の反強磁性層３１との交換結合によって磁化方向が固定された両端部Ｄ，Ｄ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。
【０３３１】
また、図２０に示される磁気検出素子では、非磁性中間層１６はトラック幅Ｔｗの領域内において、フリー磁性層１５の保護層として機能する。また、非磁性中間層１６を、導電性を有する材料を用いて形成することにより、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。
【０３３２】
フリー磁性層１５の成膜後、非磁性層３０を積層せずに他の反強磁性層１７を積層する製造方法でも、フリー磁性層１５の磁化方向を、固定磁性層１３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。
【０３３３】
また、第１の反強磁性層１２と第２の反強磁性層３２を同じ組成の反強磁性材料を用いて形成しても、第１の実施の形態と同様に、第１の反強磁性層１２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３２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。
【０３３４】
なお、図２０に示される磁気検出素子では、底面４１ｂが非磁性中間層１６内に位置するように凹部４１が形成されているが、底面４１ｂが、強磁性層１７内、他の反強磁性層３１内、又は第２の反強磁性層３２内に位置するように凹部４１が形成されてもよい。これらの場合、得られた磁気検出素子では、強磁性層１７、非磁性中間層１６及びフリー磁性層１５が、いわゆるシンセティックフェリフリー磁性層として働くことになる。
【０３３５】
また、図１２に示された工程において、非磁性層３０の成膜後、他の反強磁性層３１を積層しない多層膜Ａ３の状態で第１の磁場中アニールにかけ、その後多層膜Ａ３上に第２の反強磁性層３２を積層し、例えば図２１に示される磁気検出素子を得てもよい。ただし、多層膜Ａ３の状態で第１の磁場中アニールにかけると非磁性層３０の上面に酸化層が形成されるので、第２の反強磁性層３２を積層する前に非磁性層３０に形成された酸化層をイオンミリングなどで削って除去する必要がある。
【０３３６】
図２１の磁気検出素子は、非磁性層３０の上層に第２の反強磁性層３２が積層されているため、強磁性層１７の磁化方向は、第２の反強磁性層３２とのＲＫＫＹ相互作用によって図示Ｘ方向と反平行方向に揃えられる。
【０３３７】
さらに、この強磁性層１７の下層に非磁性中間層１６を介して形成されたフリー磁性層１５の磁化方向も、強磁性層１７とのＲＫＫＹ相互作用によって、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。すなわち、第２の反強磁性層３２の下層の領域（トラック幅方向両端部Ｄ，Ｄ）において強磁性層１７、非磁性中間層１６、及びフリー磁性層１５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１５の磁化方向をトラック幅方向に揃えることが容易になっている。
【０３３８】
従って、第２の反強磁性層３２と強磁性層１７とのＲＫＫＹ相互作用が比較的弱くても、フリー磁性層１５の磁化方向を確実に固定磁性層１３の磁化方向と交叉する方向に揃えることが容易になる。
【０３３９】
フリー磁性層１５の磁化方向は、凹部４１の底面４１ｂの下部に位置する領域以外のトラック幅方向両端部Ｄ，Ｄでのみ、第２の反強磁性層３２との磁気的結合によって固定される。
【０３４０】
フリー磁性層１５の凹部４１の底面４１ｂの下部に位置する領域Ｅは、外部磁界が印加されない状態おいて、第２の反強磁性層３２とのＲＫＫＹ相互作用によって磁化方向が固定された両端部Ｄ，Ｄ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。
【０３４１】
また、図２１に示される磁気検出素子では、非磁性中間層１６はトラック幅Ｔｗの領域内において、フリー磁性層１５の保護層として機能する。また、非磁性中間層１６を、導電性を有する材料を用いて形成することにより、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。
【０３４２】
非磁性層３０上に他の反強磁性層３１を積層しない製造方法でも、フリー磁性層１５の磁化方向を、固定磁性層１３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。
【０３４３】
また、第１の反強磁性層１２と第２の反強磁性層３２を同じ組成の反強磁性材料を用いて形成しても、第１の実施の形態と同様に、第１の反強磁性層１２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３２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。
【０３４４】
なお、図２１に示される磁気検出素子では、底面４１ｂが非磁性中間層１６内に位置するように凹部４１が形成されているが、底面４１ｂが、強磁性層１７内、他の反強磁性層３１内、又は第２の反強磁性層３２内に位置するように凹部４１が形成されてもよい。これらの場合、得られた磁気検出素子では、強磁性層１７、非磁性中間層１６及びフリー磁性層１５が、いわゆるシンセティックフェリフリー磁性層として働くことになる。
【０３４５】
上述した図１から図６に示した本発明の製造方法の実施の形態では、第２の反強磁性層である第２の反強磁性層１９を成膜して第２の磁場中アニールをした後に、第２の反強磁性層１９上にレジストをパターニングして凹部２１を形成した。しかし、以下に示すように第２の反強磁性層１９を成膜して第２の磁場中アニールをした後に、第２の反強磁性層１９上にトラック幅方向に間隔を開けて形成された一対の電極層を形成し、この電極層をマスクにして凹部を形成してもよい。
【０３４６】
図３に示した工程終了後、すなわち第１の熱処理温度、第１の大きさの磁界中で第１の磁場中アニールをした後、第２の反強磁性層１９を成膜して形成された多層膜Ｂ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の磁場中アニールを行い、第２の反強磁性層１９と強磁性層１７との間に交換異方性磁界を発生させ、フリー磁性層１５の磁化方向を図示Ｘ方向に固定した後、図２２示すように第２の反強磁性層１９の表面に、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５１を積層する。レジスト層５１には、その下面に切り込み部５１ａ，５１ａが形成されている。なお、図示していないが、第２の反強磁性層１９の上層にＴａ、Ｃｒなどからなる保護層を形成してもよい。
【０３４７】
さらに図２３に示す工程によって、第２の反強磁性層１９の上層に電極層２３，２３を成膜する。本実施の形態では、電極層２３，２３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の反強磁性層１９または第２の反強磁性層１９上に形成された保護層が酸化したときは、第２の反強磁性層１９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。
【０３４８】
本実施の形態では、多層膜Ｂの形成された基板１１を、電極層２３，２３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Ｂに対し垂直方向から電極層２３，２３を成膜する。
【０３４９】
レジスト層５１の切り込み部５１ａ，５１ａ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５１の切り込み部５１ａ，５１ａ付近では、電極層２３，２３は膜厚が薄く形成され、電極層２３，２３に傾斜面２３ａ，２３ａが形成される。電極層２３，２３は、例えば、Ａｕ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａなどを用いて成膜される。なお、レジスト層５１上には、電極層２３，２３と同じ組成の層２３ｂが形成される。電極層２３，２３を成膜した後、レジスト層５１を除去すると、図２３に示す状態になる。
【０３５０】
さらに、図２４に示すように、電極層２３，２３をマスクとして、第２の反強磁性層１９の電極層２３，２３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凹部２４を形成する。凹部２４の側面２４ａ，２４ａは、電極層２３，２３の傾斜面２３ａ，２３ａを含む傾斜面となっている。図２４では、凹部２４の底面２４ｂが第２の反強磁性層１９内に位置するように、凹部２４を形成している。
【０３５１】
このとき、凹部２４の底面２４ｂの下部に位置する第２の反強磁性層１９の領域の厚さｔ４を０より大きく３０Å以下にする。
【０３５２】
本実施の形態では、凹部２４の底面２４ｂの幅寸法がトラック幅Ｔｗを規定する。凹部２４の底面２４ｂの幅寸法は、図２２に示した工程において、レジスト５１の寸法を調節すること及び図２４の工程において凹部２４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。
【０３５３】
なお、図２４に示した工程において、底面２４ｂが強磁性層１７内に位置するように凹部２４を形成してもよい。または、底面２４ｂが非磁性中間層１６内に位置するように凹部２４を形成してもよい。
【０３５４】
図２５は、図２２から図２４に示された工程を経て形成された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。
【０３５５】
この磁気検出素子は、図７の磁気検出素子とほとんど同じであり、凹部２４の側面２４ａ，２４ａが基板１１の表面１１ａに対する垂直方向に対する傾斜面となっている点でのみ異っている。基板１１の表面１１ａに対する垂直方向とはトラック幅方向（図示Ｘ方向）に垂直方向に等しい。側面２４ａ，２４ａの基板１１の表面１１ａに対する垂直方向に対する傾斜角は２０°である。
【０３５６】
凹部２４の底面２４ｂに重なる第２の反強磁性層１９の領域の厚さｔ４を０より大きく３０Å以下にし、凹部２４の底面２４ｂに重なる第２の反強磁性層１９の領域に磁場中アニールによる不規則−規則変態を生じさせず、交換結合磁界が発生しないようにしている。
【０３５７】
従って、強磁性層１７及びフリー磁性層１５の磁化方向は、凹部２４の底面２４ｂに重なる部分以外のトラック幅方向両端部Ｄ，Ｄでのみ、第２の反強磁性層１９との交換結合によって固定される。
【０３５８】
強磁性層１７及びフリー磁性層１５の凹部２４の底面２４ｂに重なる部分Ｅは、外部磁界が印加されない状態おいて、第２の反強磁性層１９との交換結合によって磁化方向が固定された両端部Ｄ，Ｄにならって図示Ｘ方向と反平行方向または図示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。従って、磁気検出素子のトラック幅Ｔｗは、凹部２４の底面２４ｂの幅寸法によって決定される。
【０３５９】
図２２から図２４に示した凹部２４の形成方法を用いて形成された磁気検出素子でも、強磁性層１７及びフリー磁性層１５の磁化方向を、固定磁性層１３の磁化方向と直交する方向に固定することが容易になり、また磁気検出素子のトラック幅Ｔｗを正確に規定できる。
【０３６０】
さらに、第１の反強磁性層１２と第２の反強磁性層１９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１２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１９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。
【０３６１】
また、上述した図１２から図１６に示した本発明の製造方法の実施の形態では、第２の反強磁性層である第２の反強磁性層３２を成膜して第２の磁場中アニールをした後に、第２の反強磁性層３２上にレジストをパターニングして凹部４１を形成した。しかし、以下に示すように第２の反強磁性層３２を成膜して第２の磁場中アニールをした後に、第２の反強磁性層３２上にトラック幅方向に間隔を開けて形成された一対の電極層を形成し、この電極層をマスクにして凹部を形成してもよい。
【０３６２】
図１３に示した工程終了後、すなわち第１の熱処理温度、第１の大きさの磁界中で第１の磁場中アニール後、第２の反強磁性層３２を成膜して形成された多層膜Ｂ２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３２による交換異方性磁界を発生させ、強磁性層１７及びフリー磁性層１５の磁化方向を図示Ｘ方向と反平行方向または図示Ｘ方向に固定した後、図２６に示すように第２の反強磁性層３２の表面に、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６１を積層する。レジスト層６１には、その下面に切り込み部６１ａ，６１ａが形成されている。なお、図示していないが、第２の反強磁性層３２の上層にＴａ、Ｃｒなどからなる保護層を形成してもよい。
【０３６３】
さらに、第２の反強磁性層３２の上層に電極層４４，４４を成膜する。本実施の形態では、電極層４４，４４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の反強磁性層３２または第２の反強磁性層３２上に形成された保護層が酸化したときは、第２の反強磁性層３２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。
【０３６４】
本実施の形態では、多層膜Ｂ２の形成された基板１１を、電極層４４，４４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Ｂ２に対し垂直方向から電極層４４，４４を成膜する。
【０３６５】
レジスト層６１の切り込み部６１ａ，６１ａ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６１の切り込み部６１ａ，６１ａ付近では、電極層４４，４４は膜厚が薄く形成され、電極層４４，４４に傾斜面４４ａ，４４ａが形成される。電極層４４，４４は、例えば、Ａｕ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔａなどを用いて成膜される。なお、レジスト層６１上には、電極層４４，４４と同じ組成の層４４ｂが形成される。電極層４４，４４を成膜した後、レジスト層６１を除去すると、図２７に示す状態になる。
【０３６６】
さらに、図２８に示すように、電極層４４，４４をマスクとして、第２の反強磁性層３２の電極層４４，４４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凹部４５を形成する。凹部４５の側面４５ａ，４５ａは、電極層４４，４４の傾斜面４４ａ，４４ａを含む傾斜面となっている。図２８では、底面４５ｂが第２の反強磁性層３２内に位置するように、凹部４５を形成している。
【０３６７】
このとき、凹部４５の底面４５ｂの下部に位置する第２の反強磁性層３２及び他の反強磁性層３１の領域の厚さｔ５を０より大きく３０Å以下にする。
【０３６８】
本実施の形態では、凹部４５の底面４５ｂの幅寸法がトラック幅Ｔｗを規定する。凹部４５の底面４５ｂの幅寸法は、図２６に示した工程において、レジスト６１の寸法を調節すること及び図２８の工程において凹部４５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。
【０３６９】
なお、図２８に示した工程において、底面４５ｂが強磁性層１７内に位置するように凹部４５を形成してもよい。または、底面４５ｂが非磁性中間層１６内に位置するように凹部４５を形成してもよい。図２９に底面４５ｂが非磁性中間層１６内に位置するように凹部４５が形成された磁気検出素子を示す。
あるいは、底面４５ｂが他の反強磁性層３１内に位置するように凹部４５を形成してもよいし、底面４５ｂが非磁性層３０内に位置するように凹部４５を形成してもよい。
【０３７０】
図２８に示された磁気検出素子は、図１７の磁気検出素子とほとんど同じであり、凹部４５の側面４５ａ，４５ａが基板１１の表面１１ａに対する垂直方向に対する傾斜面となっている点でのみ異っている。基板１１の表面１１ａに対する垂直方向とはトラック幅方向（図示Ｘ方向）に対する垂直方向に等しい。側面４５ａ，４５ａの基板１１の表面１１ａに対する垂直方向に対する傾斜角は２０°である。
【０３７１】
凹部４５の底面４５ｂに重なる第２の反強磁性層３２の領域の厚さ及び他の反強磁性層３１の厚さの合計ｔを０より大きく３０Å以下にし、凹部４５の底面４５ｂに重なる第２の反強磁性層３２及び他の反強磁性層３１の領域に磁場中アニールによる不規則−規則変態を生じさせず、非磁性層３０を介したＲＫＫＹ相互作用が発生しないようにしている。
【０３７２】
従って、強磁性層１７及びフリー磁性層１５の磁化方向は、凹部４５の底面４５ｂに重なる部分以外のトラック幅方向両端部Ｄ，Ｄでのみ、第２の反強磁性層３２及び他の反強磁性層３１とのＲＫＫＹ相互作用によって固定される。
【０３７３】
強磁性層１７及びフリー磁性層１５の凹部４５の底面４５ｂに重なる部分Ｅは、外部磁界が印加されない状態おいて、第２の反強磁性層３２とのＲＫＫＹ相互作用によって磁化方向が固定された両端部Ｄ，Ｄにならって図示Ｘ方向と反平行方向又は図示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。従って、磁気検出素子のトラック幅Ｔｗは、凹部４５の底面４５ｂの幅寸法によって決定される。
【０３７４】
図２６から図２８に示した凹部４５の形成方法を用いて形成された磁気検出素子でも、強磁性層１７及びフリー磁性層１５の磁化方向を、固定磁性層１３の磁化方向と直交する方向に固定することが容易になり、また磁気検出素子のトラック幅Ｔｗを正確に規定できる。
【０３７５】
さらに、第１の反強磁性層１２と第２の反強磁性層３２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１２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３２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。
【０３７６】
なお、上述した実施の形態において、固定磁性層１３を単層の強磁性材料層として形成してもよい。
【０３７７】
また、図８、図９、図１７、図１８、図１９、図２０、図２１、図２５、図２８、図２９に示された磁気検出素子を製造するときも、フリー磁性層１５及び強磁性層１７の少なくとも一方を、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。
【０３７８】
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。
【０３７９】
これにより、フリー磁性層１５と強磁性層１７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。
【０３８０】
また上記した組成範囲内であると、フリー磁性層１５及び強磁性層１７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。
【０３８１】
さらに、フリー磁性層１５の軟磁気特性の向上、非磁性材料層１４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。
【０３８２】
また、フリー磁性層１５と非磁性材料層１４との間に、ＣｏＦｅ合金やＣｏ合金で形成される中間層が設けられてもよい。
【０３８３】
中間層が設けられる場合には、前記ＣｏＦｅＮｉ合金のＦｅの組成比を７原子％以上で１５原子％以下で、Ｎｉの組成比を５原子％以上で１５原子％以下で、残り組成比をＣｏとすることが好ましい。
【０３８４】
なお上述した磁気検出素子を用いて磁気ヘッドを構成するときには、基板１１と第１の反強磁性層１２の間に、アルミナなどの絶縁性材料からなる下地層、この下地層上に積層される磁性合金からなる下部シールド層、及びこの下部シールド上に積層される絶縁性材料からなる下部ギャップ層が形成される。磁気検出素子は前記下部ギャップ層上に積層される。また、この磁気検出素子上には、絶縁性材料からなる上部ギャップ層、及びこの上部ギャップ層上に積層される磁性合金からなる上部シールド層が形成される。また、前記上部シールド層上に書き込み用のインダクティブ素子が積層されてもよい。
【０３８５】
ところで図１ないし図２９では、多層膜Ａ１、Ａ２、Ａ３のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両端部Ｄ上に電極層２２、４３、４４が設けられ、前記電極層１９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。
【０３８６】
一方、図３５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。
【０３８７】
まず、図３５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Ａを形成する。
【０３８８】
その後、図３６では、図２に示された工程と同様に、多層膜Ａ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１２と第１の固定磁性層１３ａとの間に交換異方性磁界を発生させ、固定磁性層１３の磁化方向を図示Ｙ方向に固定する。本実施の形態では、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。
【０３８９】
多層膜Ａを第１の磁場中アニールにかけたときに、保護層１８は、その表面から１０〜２０Å程度酸化する。そこで、保護層１８をイオンミリングまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって除去する。
【０３９０】
さらに、図３６に示されるように、強磁性層１７を所定の厚さ削る。強磁性層１７を削るのは、次の工程において、強磁性層１７上に第２の反強磁性層１９を積層するときに、強磁性層１７上に第２の反強磁性層１９を真空中で連続成膜することが必要なためである。強磁性層１７の削り量ｔ１は特に規定されないが、本実施の形態では、１０Å削っている。
【０３９１】
次に、図３７に示すごとく、図３６に示された強磁性層１７のエッチング後の表面１７ａ上に、強磁性層１７を再成膜し、さらに強磁性層１７上に第２の反強磁性層１９、絶縁層７１を連続成膜する。強磁性層１７を再成膜するときには、図３５の工程において最初に強磁性層１７を成膜したときに用いた強磁性材料と同じ強磁性材料を用いる。ただし、強磁性層１７の図３６の工程において削られた厚さｔ１と、図３７の工程において再成膜する分の強磁性層１７の厚さは必ずしも同じでなくてよい。
【０３９２】
絶縁層７１は、例えばＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＡｌＮ、ＴｉＣなどの絶縁材料で形成される。
【０３９３】
次に絶縁層７１まで形成された多層膜Ｂ３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１９と強磁性層１７との間に、交換異方性磁界を発生させ、強磁性層１７の磁化方向を図示Ｘ方向と反平行方向に固定する。強磁性層１７の磁化方向が図示Ｘ方向と反平行方向に固定されると、フリー磁性層１５の磁化方向も非磁性中間層１６を介した強磁性層１７とのＲＫＫＹ相互作用によって、図示Ｘ方向に固定される。本実施の形態では、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。
【０３９４】
第２の反強磁性層１９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１２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１９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ためには、前記第２の熱処理温度を、第１の反強磁性層１２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１２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１２と第２の反強磁性層１９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１２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１９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１５の磁化方向を、固定磁性層１３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。
【０３９５】
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１５及び強磁性層１７の飽和磁界、及びフリー磁性層１５及び強磁性層１７の反磁界より大きく、フリー磁性層１５と強磁性層１７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。
【０３９６】
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、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。
【０３９７】
次に図３９に示す矢印Ｆ方向からのイオンミリングによってレジスト層９０に覆われていない絶縁層７１を完全に削り込み、さらに第２反強磁性層１９を途中まで削り込む。図３９では、多層膜に形成された凹部２１の側面２１ａ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、図４０に示すように前記レジスト層９０を除去する。
【０３９８】
図３９工程では、凹部２１の底面２１ｂが第２の反強磁性層１９内に位置するように、凹部２１を形成している。
【０３９９】
このとき、第２の反強磁性層１９の、凹部２１の底面２１ｂの下部に位置する領域の厚さｔ２を、０より大きく３０Å以下にする。本実施の形態のように、第２の反強磁性層１９の、凹部２１の底面２１ｂの下部に位置する領域の厚さｔ２を０より大きく３０Å以下にすると、凹部２１の底面２１ｂの下部に位置する第２の反強磁性層１９の領域では、第２の磁場中アニールによって不規則−規則変態が生じず、交換結合磁界が発生しない。そして、凹部２１が形成されないトラック幅方向両端部Ｄ，Ｄでは、第２の磁場中アニールによって、第２の反強磁性層１９に不規則−規則変態が生じ、第２の反強磁性層１９と強磁性層１７との間に交換結合磁界が発生する。
【０４００】
すなわち、強磁性層１７の磁化方向は、凹部２１の底面２１ｂに重なる領域以外のトラック幅方向両端部Ｄ，Ｄ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１７の下層に非磁性中間層１６を介して積層されているフリー磁性層１５の磁化方向も、トラック幅方向両端部Ｄ，Ｄでのみ強磁性層１７とのＲＫＫＹ相互作用により固定される。
【０４０１】
凹部２１の底面２１ｂに重なるフリー磁性層１５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端部Ｄ，Ｄ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。
【０４０２】
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時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２１の側面２１ａも傾斜面あるいは湾曲面として形成される。
【０４０３】
また、前記第２の磁場中アニールは、第２の反強磁性層１９に凹部２１を形成した後行ってもよい。
【０４０４】
図４１に示す工程では、絶縁層７１上から前記凹部２１の側面２１ａ及び底面２１ｂ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。
【０４０５】
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１９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発明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２１の側面２１ａ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。
【０４０６】
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２１の側面２１ａ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、第２反強磁性層１９の上面及び凹部２１の底面２１ｂ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２１の側面２１ａ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。
【０４０７】
次に図４２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２１の底面２１ｂ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の上面に形成された他の絶縁層７２も除去される。一方、凹部２１の側面２１ａに形成された他の絶縁層７２も若干削れるものの、凹部２１の底面２１ｂ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２１の側面２１ａ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２１の側面２１ａに形成された他の絶縁層７２は、凹部２１の底面２１ｂ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２１の側面２１ａには適度な膜厚の他の絶縁層７２が残される。
【０４０８】
その状態が図４２である。凹部２１の側面２１ａ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。
【０４０９】
図４２に示すように第２反強磁性層１９上面は絶縁層７１によって覆われ、また凹部２１の側面２１ａは前記他の絶縁層７２によって覆われた状態になっている。 そして絶縁層７１、７２から凹部２１の底面２１ｂ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。
【０４１０】
以上のようにして図４４に示される磁気検出素子が形成される。
なお図４４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。
【０４１１】
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。
【０４１２】
ただし、必要ならば、絶縁層７１、７２から凹部２１の底面２１ｂ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。
【０４１３】
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は凹部２１の底面２１ｂ上にも形成されるため、電流経路の出入口となる凹部２１の底面２１ｂ上を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。よって本発明では非磁性層７４を非磁性導電材料で形成することが好ましい。
【０４１４】
また、本発明では、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。
【０４１５】
図４４に示される磁気検出素子は、第２の反強磁性層１９上を絶縁層７１によって、また凹部２１の側面２１ａ上を適切に絶縁層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１９等に分流せず、前記電流は前記凹部２１の底面２１ｂ上の絶縁層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４４に示す構造の磁気検出素子であれば、電流経路がトラック幅Ｔｗから広がるのを抑制でき再生出力が大きく、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。
【０４１６】
さらに、上部電極層７３は、凹部２１によって多層膜Ａ２に対する電流経路が絞り込まれるので多層膜Ａ２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。
【０４１７】
図４５に示される磁気検出素子は、図３５から図４３に示された製造方法と同様の製造方法を用いて形成されたものであり、図８に示された磁気検出素子をＣＰＰ型の磁気検出素子としたものに相当する。図４６は、図９に示された磁気検出素子を同様にＣＰＰ型の磁気検出素子にした実施形態、図４７は、図１０に示された磁気検出素子をＣＰＰ型の磁気検出素子にした実施形態、図４８は図１１に示された磁気検出素子を同様にＣＰＰ型の磁気検出素子にした実施形態である。
【０４１８】
すなわち図４５ないし図４８に示す磁気検出素子ではいずれも、第１反強磁性層１２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反強磁性層１９上には絶縁層７１が設けられ、凹部２１の側面２１ａ、２１ａ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２１の底面２１ｂ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。
【０４１９】
なお、図４５から図４８に示される磁気検出素子は凹部２１の底面２１ｂの位置が異なっているものであるが、底面２１ｂの位置は図３９工程のミリング工程の削り量を調節することで調節することができる。
【０４２０】
図４９以降で説明する磁気検出素子の製造方法は、図１７から図２１に示されるような、強磁性層１７の上に非磁性層３０と他の反強磁性層３１の少なくとも一方が積層される磁気検出素子をＣＰＰ型の磁気検出素子として形成するための製造方法である。
【０４２１】
まず、図４９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１２で形成したのと同じ多層膜Ａ１を形成する。
【０４２２】
その後、図４９では、図１２に示された工程と同様に、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１２と第１の固定磁性層１３ａとの間に交換異方性磁界を発生させ、固定磁性層１３の磁化方向を図示Ｙ方向に固定する。本実施の形態では、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。
【０４２３】
多層膜Ａ１を第１の磁場中アニールにかけたときに、他の反強磁性層３１は、その表面から１０〜２０Å程度酸化する。そこで、他の反強磁性層３１をイオンミリングまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって除去する。
【０４２４】
次に、図５０に示すごとく、他の反強磁性層３１上に第２反強磁性層３２、絶縁層７１を連続成膜する。
【０４２５】
絶縁層７１は、例えばＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＡｌＮ、ＴｉＣなどの絶縁材料で形成される。
【０４２６】
次に絶縁層７１まで形成された多層膜Ｂ４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３２，他の反強磁性層３１と強磁性層１７との間に、非磁性層３０を介したＲＫＫＹ相互作用による、交換異方性磁界を発生させ、強磁性層１７の磁化方向を図示Ｘ方向と反平行方向に固定する。強磁性層１７の磁化方向が図示Ｘ方向と反平行方向に固定されると、フリー磁性層１５の磁化方向も非磁性中間層１６を介した強磁性層１７とのＲＫＫＹ相互作用によって、図示Ｘ方向に固定される。本実施の形態では、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。
【０４２７】
第２の反強磁性層３２及び他の反強磁性層３１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１２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３２及び他の反強磁性層３１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ためには、前記第２の熱処理温度を、第１の反強磁性層１２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１２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１２と第２の反強磁性層３２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１２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３２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１５の磁化方向を、固定磁性層１３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。
【０４２８】
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１５及び強磁性層１７の飽和磁界、及びフリー磁性層１５及び強磁性層１７の反磁界より大きく、フリー磁性層１５と強磁性層１７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。
【０４２９】
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９１を形成する。レジスト層９１の内側端面９１ｂ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９１ｂは下面から上面にかけて徐々に穴部９１ａ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。
【０４３０】
次に図５１に示す矢印Ｉ方向からのイオンミリングによってレジスト層９１に覆われていない絶縁層７１を完全に削り込み、さらに第２反強磁性層３２を途中まで削り込む。
【０４３１】
イオンミリング終了後の状態を図５２に示す。図５２では、多層膜Ａ１に形成された凹部４１の側面４１ａ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、図５３に示すように前記レジスト層９１を除去する。
【０４３２】
図５１工程では、凹部４１の底面４１ｂが第２の反強磁性層３２内に位置するように、凹部４１を形成している。又凹部４１の底面４１ｂが他の反強磁性層３１内に位置するようにしてもよい。
【０４３３】
このとき、第２の反強磁性層３２の、凹部４１の底面４１ｂの下部に位置する領域の厚さと他の反強磁性層３１の厚さの合計ｔ３を、０より大きく３０Å以下にする。本実施の形態のように、第２の反強磁性層３２の、凹部４１の底面４１ｂの下部に位置する領域の厚さと他の反強磁性層３１の厚さの合計ｔ３を０より大きく３０Å以下にすると、凹部４１の底面４１ｂの下部に位置する第２の反強磁性層３２と他の反強磁性層３１の領域では、第２の磁場中アニールによって不規則−規則変態が生じず、交換結合磁界が発生しない。そして、凹部４１が形成されないトラック幅方向両端部Ｄ，Ｄでは、第２の磁場中アニールによって、第２の反強磁性層３２及び他の反強磁性層３１に不規則−規則変態が生じ、第２の反強磁性層３２と強磁性層１７との間にＲＫＫＹ相互作用が発生する。
【０４３４】
すなわち、強磁性層１７の磁化方向は、凹部４１の底面４１ｂに重なる領域以外のトラック幅方向両端部Ｄ，Ｄでのみ、第２の反強磁性層３２及び他の反強磁性層３１との、非磁性層３０を介したＲＫＫＹ相互作用によって固定される。従って、強磁性層１７の下層に非磁性中間層１６を介して積層されているフリー磁性層１５の磁化方向も、トラック幅方向両端部Ｄ，Ｄでのみ強磁性層１７とのＲＫＫＹ相互作用により固定される。
【０４３５】
凹部４１の底面４１ｂに重なるフリー磁性層１５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端部Ｄ，Ｄ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。
【０４３６】
なおレジスト層９１の内側端面９１ｂが傾斜面あるいは湾曲面であるとき、またはイオンミリングのイオンビーム入射角が垂直方向から傾斜しているときには、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４１の側面４１ａも傾斜面あるいは湾曲面として形成される。
【０４３７】
また、前記第２の磁場中アニールは、第２の反強磁性層３２、もしくは第２の反強磁性層３２及び他の反強磁性層３１に凹部４１を形成した後行ってもよい。
【０４３８】
図５４に示す工程では、絶縁層７１上から凹部４１の側面４１ａ及び底面４１ｂ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。
【０４３９】
図５４に示すようにスパッタ方向Ｊは、多層膜の各層の膜面の垂直方向に対しθ２のスパッタ角度を有しているが本発明ではスパッタ角度θ２をできる限り大きくして（すなわちより寝かせて）、凹部４１の側面４１ａ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θ２は５０°から７０°である。
【０４４０】
このように前記スパッタ角度θ２を大きくすることで、凹部４１の側面４１ａ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ｔｚ４を、絶縁層７１の上面及び凹部４１の底面４１ｂに形成される他の絶縁層７２の膜厚ｔｚ５よりも厚く形成できる。
【０４４１】
次に図５５に示すように多層膜Ａ１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４１の底面４１ｂ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の上面に形成された他の絶縁層７２も除去される。一方、凹部４１の側面４１ａに形成された他の絶縁層７２も若干削れるものの、凹部４１の底面４１ｂに形成された他の絶縁層７２よりも厚い膜厚ｔｚ４を有し、しかもイオンミリングのミリング方向Ｋは、凹部４１の側面４１ａに形成された他の絶縁層７２から見ると角度が浅くなる方向になるため、凹部４１の側面４１ａに形成された他の絶縁層７２は、凹部４１の底面４１ｂ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４１の側面４１ａには適度な膜厚の他の絶縁層７２が残される。
【０４４２】
その状態が図５５である。凹部４１の側面４１ａ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ｔｚ６は５ｎｍから１０ｎｍであることが好ましい。
【０４４３】
図５５に示すように第２反強磁性層３２上面は絶縁層７１によって覆われ、また凹部４１の側面４１ａは他の絶縁層７２によって覆われた状態になっている。
【０４４４】
そして、図５６に示すように、絶縁層７１、７２から凹部４１の底面４１ｂ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。
【０４４５】
以上のようにして図５７に示される磁気検出素子が形成される
なお、必要ならば、絶縁層７１、７２から凹部４１の底面４１ｂ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。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は凹部４１の底面４１ｂ上にも形成されるため、電流経路の出入口となる凹部４１の底面４１ｂ上を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。よって本発明では非磁性層７４を非磁性導電材料で形成することが好ましい。
【０４４６】
図５７に示される磁気検出素子は、第２反強磁性層３２上、および凹部４１の側面４１ａ上を適切に絶縁層７１、７２によって覆うことができ、電極層から流れる電流が、第２反強磁性層３２等に分流せず、前記電流は凹部４１の底面４１ｂ上の絶縁層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５７に示す構造の磁気検出素子であれば、電流経路がトラック幅Ｔｗから広がるのを抑制でき再生出力が大きく実効トラック幅の狭いＣＰＰ型の磁気検出素子を製造することが可能になる。
【０４４７】
さらに、上部電極層７３は、凹部４１によって多層膜Ａ１に対する電流経路が絞り込まれるので多層膜Ａ１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。
【０４４８】
図５８に示される磁気検出素子は、図４９から図５６に示された製造方法と同様の製造方法を用いて形成されたものであり、図１８に示された磁気検出素子をＣＰＰ型の磁気検出素子としたものに相当する。図５９は、図１９に示された磁気検出素子を同様にＣＰＰ型の磁気検出素子にした実施形態である。なお、図５８及び５９に示される磁気検出素子は凹部４１の底面４１ｂの位置が図５７に示される磁気検出素子と異なっているものであるが、底面４１ｂの位置は図５１工程のミリング工程の削り量を調節することで調節することができる。
【０４４９】
また、図６０は、図２０に示された磁気検出素子をＣＰＰ型の磁気検出素子にした実施形態、図６１は図２１に示された磁気検出素子を同様にＣＰＰ型の磁気検出素子にした実施形態である。
【０４５０】
なお、図６０及び６１に示される磁気検出素子でも、凹部４１の底面４１ｂの位置が、強磁性層１７、非磁性層３０、他の反強磁性層３１、第２反強磁性層３２のいずれかの内になるように、変更することができる。
【０４５１】
図６２ないし図６４に示す磁気検出素子は、図４４及び図５７と同様に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４４及び図５７のそれとは異なっている。
【０４５２】
図６２に示す磁気検出素子は、図４４と同じ多層膜Ａ２の膜構成を有し、しかも第２反強磁性層１９上には絶縁層７１が形成され、凹部２１の側面２１ａ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２１の底面２１ｂ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４４と一致している。
【０４５３】
図４４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Ａ２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Ａ２の下面に接しており、突出部８０ａから多層膜Ａ２内に（あるいは多層膜Ａ２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。
【０４５４】
そして図６２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Ａ２間に絶縁層８１が設けられている。絶縁層８１は、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＡｌＮやＴｉＣなどの絶縁材料で形成される。
【０４５５】
図６２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Ａ２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Ａ２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Ａ２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。
【０４５６】
なお、図６２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Ａ２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。
【０４５７】
また図６２に示す実施形態では、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Ａ２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。
【０４５８】
図６３に示す実施形態は、図６２に示す実施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６３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Ａ２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Ａ２の下面に接しており、突出部８０ａから多層膜Ａ２内に（あるいは多層膜Ａ２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Ａ２間に絶縁層が設けられている。
【０４５９】
図６３に示す実施形態では図６２と異なって、第２反強磁性層１９上に絶縁層７１が設けられておらず、また凹部２１の側面２１ａ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８２は第２反強磁性層１９上から凹部２１の側面２１ａ上及び底面２１ｂ上にかけて直接接合されている。
【０４６０】
図６３に示す実施形態では、図６２に示す実施形態に比べて上部電極層８２と第２反強磁性層１９間、及び上部電極層８２と凹部２１の側面２１ａ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、図７１に示す従来に比べて、多層膜Ａ２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。
【０４６１】
また図６２及び図６３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Ａ２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。
【０４６２】
図６４に示す磁気検出素子も、図６２及び図６３に示す磁気検出素子と同様に、下部電極層８０のトラック幅方向の中央部に突出部８０ａが形成されたものである。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Ａ１間に絶縁層８１が設けられている。
【０４６３】
図６４に示す磁気検出素子でも、下部電極層８０は、突出部８０ａの形成によって多層膜Ａ１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Ａ１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Ａ１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。
【０４６４】
また、図６５に示す磁気検出素子は、図６４に示される磁気検出素子から絶縁層７１及び他の絶縁層７２が除かれ、上部シールド層を兼用する上部電極層８２が第２反強磁性層３２上から凹部４１の側面４１ａ上及び底面４１ｂ上にかけて直接接合されているものである。図６５に示す磁気検出素子も、図７１に示す従来に比べて、多層膜Ａ１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。
【０４６５】
図６２ないし図６５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。
【０４６６】
まず、図６６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。
【０４６７】
次に、図６７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。
【０４６８】
さらに、図６８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。
【０４６９】
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。
【０４７０】
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Ａ１またはＡ２を積層する。
【０４７１】
図４４ないし図４８に示す磁気検出素子または図５７ないし図６５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または８２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。
【０４７２】
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。
【０４７３】
ただし、必要ならば、絶縁層７１、７２から凹部２１の底面２１ｂ、または絶縁層７１、７２から凹部４１の底面４１ｂにかけて点線で示された非磁性層７４、８３を積層した後、非磁性層７４、８３上に上部電極層７３または８２を形成してもよい。非磁性層７４、８３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。
【０４７４】
非磁性層７４、８３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、８３は凹部２１の底面２１ｂまたは凹部４１の底面４１ｂ上にも形成されるため、電流経路の出入口となる凹部２１の底面２１ｂ上または凹部４１の底面４１ｂを例えば絶縁材料からなる非磁性層７４、８３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。よって本発明では非磁性層７４、８３を非磁性導電材料で形成することが好ましい。
【０４７５】
また、本発明では、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。
【０４７６】
図４４ないし図４８に示す磁気検出素子または図５７ないし図６５に示すＣＰＰ型の磁気検出素子においても、図７ないし図１１または図１７ないし図２１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。
【０４７７】
すなわち本発明では、凹部２１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２１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。
【０４７８】
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。
【０４７９】
さらに、本実施の形態では磁気検出素子の側端面Ｓ，Ｓ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１５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。
【０４８０】
なお、図４４ないし図４８に示す磁気検出素子または図５７ないし図６５に示す磁気検出素子では多層膜Ａ１または多層膜Ａ２を構成する非磁性材料層１４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１４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。
【０４８１】
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１３とフリー磁性層１５との磁化が反平行のとき、最も前記非磁性材料層１４を介してトンネル電流が流れにくくなって、抵抗値は最大になり、一方、前記固定磁性層１３とフリー磁性層１５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。
【０４８２】
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１５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。
【０４８３】
以上詳述した図４４ないし図４８または図５７ないし図６５に示すＣＰＰ型磁気検出素子では、その上に書き込み用のインダクティブ素子が積層されていてもよい。
【０４８４】
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。
【０４８５】
【発明の効果】
以上詳細に説明した本発明では、前記多層膜上に第２の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の反強磁性層を積層した状態では、前記第２の反強磁性層による交換異方性磁界が発生していない。
【０４８６】
すなわち、前記第２の反強磁性層による交換異方性磁界は、前記第２の反強磁性層の積層後の第２の磁場中アニールにおいて始めて生じ、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。
【０４８７】
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の反強磁性層を、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。
【０４８８】
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の反強磁性層による反強磁性が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フリー磁性層の磁化方向を確実に固定することができる。
【０４８９】
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。
【０４９０】
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】 本発明の第１の実施の形態である磁気検出素子の製造方法の一工程を示す断面図、
【図２】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図１の次工程を示す断面図、
【図３】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図２の次工程を示す断面図、
【図４】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図３の次工程を示す断面図、
【図５】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図４の次工程を示す断面図、
【図６】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図５の次工程を示す断面図、
【図７】 本発明の第１の実施の形態によって形成された磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図８】 本発明の第２の実施の形態によって形成された磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図９】 本発明の第３の実施の形態によって形成された磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図１０】 本発明の第４の実施の形態によって形成された磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図１１】 本発明の第５の実施の形態によって形成された磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図１２】 本発明の第６の実施の形態である磁気検出素子の製造方法の一工程を示す断面図、
【図１３】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図１２の次工程を示す断面図、
【図１４】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図１３の次工程を示す断面図、
【図１５】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図１４の次工程を示す断面図、
【図１６】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図１５の次工程を示す断面図、
【図１７】 本発明の第６の実施の形態によって形成された磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図１８】 本発明の第７の実施の形態によって形成された磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図１９】 本発明の第８の実施の形態によって形成された磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図２０】 本発明の第９の実施の形態によって形成された磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図２１】 本発明の第１０の実施の形態によって形成された磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図２２】 本発明の第１１の実施の形態である磁気検出素子の製造方法の一工程を示す断面図、
【図２３】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図２２の次工程を示す断面図、
【図２４】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図２３の次工程を示す断面図、
【図２５】 本発明の第１１の実施の形態によって形成された磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図２６】 本発明の第１２の実施の形態である磁気検出素子の製造方法の一工程を示す断面図、
【図２７】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図２６の次工程を示す断面図、
【図２８】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図２７の次工程を示す断面図、
【図２９】 本発明の第１３の実施の形態によって形成された磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図３０】 シンセティックフェリフリー型のフリー磁性層のヒステリシスループの概念図、
【図３１】 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様式説明図、
【図３２】 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様式説明図、
【図３３】 鏡面反射層による鏡面反射効果を説明するための模式説明図、
【図３４】 鏡面反射層による鏡面反射効果を説明するための模式説明図、
【図３５】 本発明の第１４の実施の形態である磁気検出素子の製造方法の一工程を示す断面図、
【図３６】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図３５の次工程を示す断面図、
【図３７】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図３６の次工程を示す断面図、
【図３８】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図３７の次工程を示す断面図、
【図３９】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図３８の次工程を示す断面図、
【図４０】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図３９の次工程を示す断面図、
【図４１】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図４０の次工程を示す断面図、
【図４２】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図４１の次工程を示す断面図、
【図４３】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図４２の次工程を示す断面図、
【図４４】 本発明の第１４の実施の形態によって形成された磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図４５】 本発明の第１５の実施の形態によって形成された磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図４６】 本発明の第１６の実施の形態によって形成された磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図４７】 本発明の第１７の実施の形態によって形成された磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図４８】 本発明の第１８の実施の形態によって形成された磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図４９】 本発明の第１９の実施の形態である磁気検出素子の製造方法の一工程を示す断面図、
【図５０】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図４９の次工程を示す断面図、
【図５１】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図５０の次工程を示す断面図、
【図５２】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図５１の次工程を示す断面図、
【図５３】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図５２の次工程を示す断面図、
【図５４】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図５３の次工程を示す断面図、
【図５５】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図５４の次工程を示す断面図、
【図５６】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図５５の次工程を示す断面図、
【図５７】 本発明の第１９の実施の形態によって形成された磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図５８】 本発明の第２０の実施の形態によって形成された磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図５９】 本発明の第２１の実施の形態によって形成された磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図６０】 本発明の第２２の実施の形態によって形成された磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図６１】 本発明の第２３の実施の形態によって形成された磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図６２】 本発明の第２４の実施の形態によって形成された磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図６３】 本発明の第２５の実施の形態によって形成された磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図６４】 本発明の第２６の実施の形態によって形成された磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図６５】 本発明の第２７の実施の形態によって形成された磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図６６】 本発明の第２４から第２７の実施の形態の磁気検出素子の製造方法の一工程を示す断面図、
【図６７】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図６６の次工程を示す断面図、
【図６８】 本発明の磁気検出素子の製造方法における、図６７の次工程を示す断面図、
【図６９】 従来の磁気検出素子の断面図、
【図７０】 従来の磁気検出素子の製造方法の一工程図、
【図７１】 従来の磁気検出素子の断面図、
【符号の説明】
１１ 基板
１２ 第１の反強磁性層
１３ 固定磁性層
１３ａ 第１の固定磁性層
１３ｂ 非磁性中間層
１３ｃ 第２の固定磁性層
１４ 非磁性材料層
１５ フリー磁性層
１６ 非磁性中間層
１７ 強磁性層
１９、３２ 第２の反強磁性層
２１、２４、４１、４５ 凹部
３０ 非磁性層
３１ 他の反強磁性層
１８ 保護層
２２、２３、４３、４４ 電極層
７０ 下部電極層
７１ 絶縁層
７２ 他の絶縁層
７３ 上部電極層

Claims (45)

  1. （ａ）基板上に下から順に、第１の反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性中間層、強磁性層、及び保護膜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、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）前記保護膜、及び前記強磁性層を所定厚さ削る工程と、
    （ｄ）前記強磁性層を磁性材料を用いて再成膜し、さらに前記強磁性層上に第２の反強磁性層を連続成膜する工程と、
    （ｅ）前記第２の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磁場中アニールすることにより、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向ける工程と、
    （ｆ）前記第２の反強磁性層上に、トラック幅方向に間隔をあけて一対のレジストを積層し、前記第２の反強磁性層の前記レジストによって挟まれた部位をトラック幅方向に対して垂直方向に削り込むことにより凹部を形成する工程と、
    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（ｆ）の工程において、前記凹部の底面が前記第２の反強磁性層内に位置するように、前記凹部を形成する請求項１記載の磁気検出素子の製造方法。
  3. 前記凹部の底面の下部に位置する前記第２の反強磁性層の領域の厚さを０より大きく３０Å以下にする請求項２記載の磁気検出素子の製造方法。
  4. 前記（ｆ）において、前記凹部の底面が前記強磁性層内に位置するように、前記凹部を形成する請求項１記載の磁気検出素子の製造方法。
  5. 前記（ｆ）の工程において、前記凹部の底面が前記非磁性中間層内に位置するように、前記凹部を形成する請求項１記載の磁気検出素子の製造方法。
  6. 前記（ｅ）工程において、第２の熱処理温度を第１の反強磁性層のブロッキング温度より低い温度に設定する請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
  7. 前記（ｅ）工程において、第２の磁界の大きさを第１の反強磁性層の交換異方性磁界より小さくする請求項１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. 前記第２の反強磁性層上に、トラック幅方向に間隔をあけて一対の電極層を積層する工程を有する請求項１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（ｆ）工程の代りに、
    （ｌ）前記第２の反強磁性層上に、トラック幅方向に間隔をあけて一対の電極層を積層し、前記第２の反強磁性層の前記一対の電極層によって挟まれた部位を削り込むことにより凹部を形成する工程を有する請求項８に記載の磁気検出素子の製造方法。
  10. 前記（ａ）工程の前に、
    （ｍ）基板上に、下部電極層を形成する工程を有し、
    前記（ｆ）工程の代わりに、
    （ｎ）前記第２の反強磁性層上に絶縁層を成膜する工程と、
    （ｏ）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込むことにより凹部を形成する工程と、
    （ｐ）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ないし７のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
  11. 前記（ｏ）工程と前記（ｐ）工程の間に、
    （ｑ）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、
    （ｒ）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１０記載の磁気検出素子の製造方法。
  12. 前記（ｍ）工程と前記（ａ）工程の間に、
    （ｓ）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
    （ｔ）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１０又は１１に記載の磁気検出素子の製造方法。
  13. 前記（ｔ）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１２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。
  15. （ｇ）基板上に下から順に、第１の反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性中間層、強磁性層、及び他の反強磁性層を有する多層膜を成膜する工程と、
    （ｈ）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、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、
    （ｉ）前記多層膜上に第２の反強磁性層を成膜する工程と、
    （ｊ）前記第２の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磁場中アニールすることにより、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向ける工程と、
    （ｋ）前記第２の反強磁性層上に、トラック幅方向に間隔をあけて一対のレジストを積層し、前記第２の反強磁性層の前記レジストによって挟まれた部位をトラック幅方向に対して垂直方向に削り込むことにより凹部を形成する工程と、
    を有することを特徴とする磁気検出素子の製造方法。
  16. 前記（ｇ）の工程において、前記強磁性層の上面に接して、非磁性層を積層する請求項１５に記載の磁気検出素子の製造方法。
  17. 前記他の反強磁性層とのＲＫＫＹ結合により前記強磁性層の磁化方向が前記固定磁性層の磁化方向と交叉する方向へ向けられる請求項１６に記載の磁気検出素子の製造方法。
  18. 前記非磁性層をＲｕ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕのうち１種または２種以上の元素を用いて形成する請求項１６または１７に記載の磁気検出素子の製造方法。
  19. 前記（ｋ）の工程において、前記凹部の底面が前記第２の反強磁性層内に位置するように、前記凹部を形成する請求項１５ないし１８のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
  20. 前記凹部の底面の下部に位置する前記第２の反強磁性層の領域と前記他の反強磁性層の厚さの合計を０より大きく３０Å以下にする請求項１９に記載の磁気検出素子の製造方法。
  21. 前記（ｋ）の工程において、前記凹部の底面が前記強磁性層内に位置するように、前記凹部を形成する請求項１５ないし１８のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
  22. 前記（ｋ）の工程において、前記凹部の底面が前記非磁性中間層内に位置するように、前記凹部を形成する請求項１５ないし１８のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
  23. 前記（ｋ）の工程において、前記凹部の底面が前記他の反強磁性層内に位置するように前記凹部を形成する請求項１５ないし１８のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
  24. 前記凹部の底面の下部に位置する前記他の反強磁性層の領域の厚さ を０より大きく３０Å以下にする請求項２３に記載の磁気検出素子の製造方法。
  25. 前記（ｋ）の工程において、前記凹部の底面が前記非磁性層内に位置するように前記凹部を形成する請求項１６ないし１８のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
  26. 前記（ｊ）の工程において、第２の熱処理温度を第１の反強磁性層のブロッキング温度より低い温度に設定する請求項１５ないし２５のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
  27. 前記（ｊ）の工程において、第２の磁界の大きさを第１の反強磁性層の交換異方性磁界より小さくする請求項１５ないし２６のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
  28. 前記第２の反強磁性層上に、トラック幅方向に間隔をあけて一対の電極層を積層する工程を有する請求項１５ないし２７のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
  29. 前記（ｋ）の工程の代りに、
    （ｕ）前記第２の反強磁性層上に、トラック幅方向に間隔をあけて一対の電極層を積層し、前記第２の反強磁性層の前記一対の電極層によって挟まれた部位を削り込むことにより凹部を形成する工程を有する請求項２８に記載の磁気検出素子の製造方法。
  30. 前記（ｇ）工程の前に、
    （ｖ）基板上に、下部電極層を形成する工程を有し、
    前記（ｋ）工程の代わりに、
    （ｗ）前記第２の反強磁性層上に絶縁層を成膜する工程と、
    （ｘ）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込むことにより凹部を形成する工程と、
    （ｙ）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１５ないし２７のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
  31. 前記（ｘ）工程と前記（ｙ）工程の間に、
    （ｚ）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、
    （α）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３０に記載の磁気検出素子の製造方法。
  32. 前記（ｖ）工程と前記（ｇ）工程の間に、
    （β）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
    （γ）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（ｇ）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３０または３１に記載の磁気検出素子の製造方法。
  33. 前記（γ）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３２記載の磁気検出素子の製造方法。
  34. 前記（ｇ）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することによって形成する請求項１５ないし３３のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
  35. 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１０ないし１３、３０ないし３３のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
  36. 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１０ないし１３、３０ないし３３、３５のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
  37. 前記非磁性材料層を非磁性導電材料で形成する請求項１０ないし１３、３０ないし３３、３５、３６のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
  38. 前記非磁性材料層を絶縁材料で形成する請求項１０ないし１３、３３ないし３３、３５、３６のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
  39. 前記非磁性中間層を、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請求項１４又は３４に記載の磁気検出素子の製造方法。
  40. 前記第１の反強磁性層と前記第２の反強磁性層を、同じ組成の反強磁性材料を用いて形成する請求項１ないし３９のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
  41. 前記第１の反強磁性層及び／又は前記第２の反強磁性層を、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，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）合金で形成する請求項１ないし４０のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
  42. 前記強磁性層と前記フリー磁性層のうち少なくとも一層を、以下の組成を有する磁性材料で形成する請求項１ないし４１のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
    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。
  43. 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請求項１ないし４１のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
  44. 前記強磁性層と前記フリー磁性層のうち少なくとも一層を、以下の組成を有する磁性材料で形成する請求項４３記載の磁気検出素子の製造方法。
    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。
  45. 前記強磁性層及び前記フリー磁性層を前記ＣｏＦｅＮｉで形成する請求項４２または４４に記載の磁気検出素子の製造方法。
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