交換結合膜と前記交換結合膜を用いた磁気検出素子
【目的】 従来では、積層フェリ構造の固定磁性層において、反強磁性層との界面と接する側の第１の磁性層には、ＣｏＦｅ合金の単層などを使用していたが、前記固定磁性層の一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）と、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の双方を同時に向上させることはできなかった。
【構成】 第１の磁性層１３には、元素Ｘ（例えばＣｒ）を含有する領域Ａが、反強磁性層４との界面４ａから非磁性中間層１２側にかけて存在するとともに、前記非磁性中間層１２との界面１２ａから前記反強磁性層４側にかけての領域の一部に、前記元素Ｘを含まない領域Ｂが存在する。これによって固定磁性層３の一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）とを同時に向上させることができる。
【構成】 第１の磁性層１３には、元素Ｘ（例えばＣｒ）を含有する領域Ａが、反強磁性層４との界面４ａから非磁性中間層１２側にかけて存在するとともに、前記非磁性中間層１２との界面１２ａから前記反強磁性層４側にかけての領域の一部に、前記元素Ｘを含まない領域Ｂが存在する。これによって固定磁性層３の一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）とを同時に向上させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反強磁性層および強磁性層とから成り、前記反強磁性層と強磁性層との界面にて発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）により、前記強磁性層の磁化方向が一定の方向にされる交換結合膜および前記交換結合膜を用いた磁気検出素子に係り、特に前記強磁性層が積層フェリ構造で形成され、抵抗変化率と一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）等の再生特性や信頼性を向上させることが可能な交換結合膜及び前記交換結合膜を用いた磁気検出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１８は従来における磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【０００３】
図１８に示す符号１４はＴａなどの下地層であり、その上にＰｔＭｎなどの反強磁性層３０が形成されている。
【０００４】
前記反強磁性層３０の上には、固定磁性層３１が形成されている。前記固定磁性層３１は、磁性層３４、３６と非磁性中間層３５の３層で形成された積層フェリ構造である。前記磁性層３４、３６は例えばＣｏＦｅ合金で形成され、前記非磁性中間層３５はＲｕなどで形成される。
【０００５】
前記固定磁性層３１の上にはＣｕなどで形成された非磁性材料層３２が形成され、さらに前記非磁性材料層３２の上にはＮｉＦｅなどで形成されたフリー磁性層３３が形成されている。また前記フリー磁性層３３の上にはＴａなどで形成された保護層７が形成されている。
【０００６】
前記下地層１４から保護層７までの各層のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側には、ハードバイアス層５が形成され、前記ハードバイアス層５の上には電極層８が形成されている。
【０００７】
この形態の磁気検出素子では、磁場中アニールが施されることで、前記反強磁性層３０と固定磁性層３１のうち、前記反強磁性層３０と接する側の第１の磁性層３４との間で交換結合磁界（Ｈｅｘ）が発生すると、前記第１の磁性層３４は例えば図示Ｙ方向に磁化され、一方、非磁性材料層３２と接する第２の磁性層３６は、前記第１の磁性層３４との間に働くＲＫＫＹ相互作用による結合磁界によって、図示Ｙ方向とは逆方向に磁化される。
【０００８】
一方、前記フリー磁性層３３の磁化は、前記ハードバイアス層５からの縦バイアス磁界によって図示Ｘ方向に揃えられる。
【特許文献１】特開２０００−２５２５４８公報
【特許文献２】特開２０００−１４９２２９号公報
【特許文献３】特開２０００−１１３４１８公報
【特許文献４】特開２０００−３１５３０５号公報
【特許文献５】特開２００１−１６７４１０公報
【特許文献６】特開２０００−３１５６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで図１８に示すように固定磁性層３１が積層フェリ構造で形成されるとき、実際に磁気抵抗効果に寄与する層は、第２の磁性層３６である。
【００１０】
従って前記電極層８から非磁性材料層３２を中心にセンス電流が流れたとき、このセンス電流が前記第１の磁性層３４に分流するとシャントロスとなり抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の低下を招いた。
【００１１】
そこで従来では、このシャントロスを低減させるべく、ＣｏＦｅ合金などで形成されていた第１の磁性層３４にＣｒなどを添加し、前記第１の磁性層３４の比抵抗を上げることが試みられた。
【００１２】
これによって前記第１の磁性層３４の比抵抗は上がり、前記電極層８からのセンス電流は前記第１の磁性層３４に分流しにくくなり、抵抗変化率の向上を図ることができたが、その一方で、前記固定磁性層３１における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）の低下が顕著になった。
【００１３】
ここで一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）とは、主として反強磁性層３０と第１の磁性層３４間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）と、第１の磁性層３４と第２の磁性層３６間で作用するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界とを合わせた磁界のことである。
【００１４】
図１９は、図１８と同様の積層構造で形成された磁気検出素子であって、第１の磁性層３４をＣｏＦｅＣｒ５ａｔ％で形成したときの、前記第１の磁性層３４の膜厚と一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）との関係を示すグラフである。
【００１５】
図１９に示すように、前記第１の磁性層３４をＣｏＦｅ合金で形成したときは、非常に高い一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を示すのに対し、前記第１の磁性層３４をＣｏＦｅＣｒで形成すると、前記一方向性交換バイアス磁界は急激に低下することがわかる。
【００１６】
また図１９に示すように、ＣｏＦｅＣｒで形成された前記第１の磁性層３４の膜厚を厚くしていくと、前記一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）は大きくなる傾向にあるが、前記第１の磁性層３４を厚くしていくと、今度は、前記第１の磁性層３４へのセンス電流の分流量が大きくなり、結局、従来では、固定磁性層３１における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）と、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上とを同時に得ることができなかったのである。
【００１７】
なお前記一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）が低下すると、前記固定磁性層３１を適切にピン止めできず、静電気放電（ＥＳＤ）によるダメージに弱くなりやすく、また通電信頼性の低下が問題となった。
【００１８】
また図１８に示すような磁気検出素子の構造において、トラック幅が狭くなると、前記固定磁性層３１のトラック幅方向の両側端部付近では、前記ハードバイアス層５からの縦バイアス磁界の影響を強く受けて、前記固定磁性層の磁化がハイト方向（図示Ｙ方向）から斜めに傾くといった問題があった。この磁化の傾きにより再生出力の低下やアシンメトリーの悪化を余儀なくされた。この問題は、エクスチェンジバイアス方式の磁気検出素子の場合にも同様に生じた。エクスチェンジバイアス方式の場合、２度の磁場中アニールを施すが、１回目でハイト方向に磁場中アニールを施して固定磁性層３１の磁化をハイト方向に固定しても、２回目にトラック幅方向に磁場中アニールを施したとき、前記固定磁性層３１の磁化がハイト方向から傾くのである。
【００１９】
また記録密度の向上に伴い、磁気検出素子の素子高さ自体も小さくなってきており、静電気放電（ＥＳＤ）等に対して弱くなっていた。
【００２０】
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、積層フェリ構造で形成された固定磁性層の第１の磁性層の膜構成等を改良して、抵抗変化率及び一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）等の再生特性及び固定磁性層の信頼性を同時に向上させることが可能な交換結合膜及び前記交換結合膜を用いた磁気検出素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、反強磁性層と強磁性層とが積層形成され、前記反強磁性層と強磁性層との界面で交換結合磁界が発生することで、前記強磁性層の磁化方向が一定方向にされる交換結合膜において、
前記強磁性層は、前記反強磁性層との界面と接して形成される第１の磁性層と、前記第１の磁性層と非磁性中間層を介して対向する第２の磁性層とを有して形成された積層フェリ構造であり、
前記磁性層のうち前記反強磁性層と接する側の第１の磁性層には、元素Ｘ（ただし元素Ｘは、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのうち少なくとも１種以上の元素）を含有する領域が、前記反強磁性層との界面から前記非磁性中間層側にかけて存在するとともに、前記非磁性中間層との界面から前記反強磁性層側にかけての領域の一部に、前記元素Ｘを含まない領域が存在することを特徴とするものである。
【００２２】
本発明では、前記第１の磁性層はＣｏＦｅ合金を主体とし、元素Ｘを含む領域はＣｏＦｅＸ合金で形成され、元素Ｘを含まない領域はＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましい。
【００２３】
本発明では、上記のように、積層フェリ構造で形成された固定磁性層の第１の磁性層の反強磁性層側には、元素Ｘが含まれており、一方、非磁性中間層側には前記元素Ｘを含まない領域が存在する。
【００２４】
元素Ｘを含む磁性領域は、元素Ｘを含まない磁性領域に比べて比抵抗が大きくなっている。
【００２５】
後述する実験結果によれば、元素Ｘを含む磁性領域が、反強磁性層との界面側に存在すると、前記反強磁性層と元素Ｘを含む磁性領域との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）は、元素Ｘを含まない磁性領域を前記反強磁性層との界面に接して形成する場合に比べて大きくなることがわかった。
【００２６】
一方、非磁性中間層を介してその上下の磁性層間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界は、非磁性中間層との界面側に、元素Ｘを含まない磁性領域が存在すると、元素Ｘを含む磁性領域を非磁性中間層との界面に接して形成する場合に比べて大きくなることがわかった。
【００２７】
以上の実験結果から、本発明では、第１の磁性層に、反強磁性層との界面と接する側に元素Ｘを含む磁性領域を設け、一方、非磁性中間層との界面と接する側に元素Ｘを含まない磁性領域を設けたのである。これによって前記第１の磁性層と反強磁性層との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできると同時に、ＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を大きくでき、したがって前記固定磁性層における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大きくすることができる。
【００２８】
それと同時に本発明では、前記第１の磁性層の反強磁性層との界面側に、元素Ｘを含んだ比抵抗の高い磁性領域が存在するため、センス電流が前記第１の磁性層に分流する量を小さくでき、いわゆるシャントロスを低減でき、本発明の交換結合膜を磁気検出素子に適用した場合に、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができる。
【００２９】
すなわち本発明によれば、固定磁性層における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を大きくでき、耐エレクトロマイグレーションに代表される通電信頼性を向上させることができると共に、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができ、本発明における交換結合膜を用いれば、今後の高記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することが可能になる。
【００３０】
また本発明は、反強磁性層と強磁性層とが積層形成され、前記反強磁性層と強磁性層との界面で交換結合磁界が発生することで、前記強磁性層の磁化方向が一定方向にされる交換結合膜において、
前記強磁性層は、前記反強磁性層との界面と接して形成される第１の磁性層と、前記第１の磁性層と非磁性中間層を介して対向する第２の磁性層とを有して形成された積層フェリ構造であり、
前記第１の磁性層は、元素Ｘ（ただし元素Ｘは、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのうち少なくとも１種以上の元素）を含有して形成され、
前記第１の磁性層の前記反強磁性層との界面での前記元素Ｘの含有量は、前記非磁性中間層との界面での前記含有量に比べて多くなっていることを特徴とするものである。
【００３１】
本発明では、第１の磁性層は、ＣｏＦｅ合金に元素Ｘが含有された磁性材料で形成されることが好ましい。
【００３２】
この第２の発明では、第１の磁性層の非磁性中間層との界面側にも元素Ｘが含まれているがその含有量は微量であり、前記元素Ｘの含有量は、前記反強磁性層との界面側で大きくなるように調整されている。
【００３３】
この発明においても、前記反強磁性層との界面で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできると共に、ＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を大きくすることができ、したがって固定磁性層における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大きくすることができる。
【００３４】
しかも第１の磁性層には元素Ｘが含まれているから比抵抗値が高く、したがってセンス電流が、前記第１の磁性層に分流する量を低減させることができ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ることができる。
【００３５】
従って本発明における交換結合膜及びこれを用いた磁気検出素子によれば、固定磁性層の一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を大きくでき、耐エレクトロマイグレーションに代表される通電信頼性を向上させることができるとともに抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができ、今後の高記録密度化においても適切に対応可能な磁気検出素子を製造することが可能である。
【００３６】
なお上記した発明において、前記第１の磁性層の層内には、前記元素Ｘの含有量が、前記第反強磁性層との界面側から前記非磁性中間層の界面側に向けて徐々に少なくなる領域が存在することが好ましい。
【００３７】
これは、第１の磁性層の層内で、いわゆる組成変調が起こっていることを意味する。この組成変調は、後述する製造方法に起因するものである。
【００３８】
なお本発明では、ＣｏＹとＦｅ１００％−Ｙとの原子比率Ｙは、８５％以上で９６％以下であることが好ましい。
【００３９】
また本発明では、前記元素Ｘの組成比は３ａｔ％以上で１５ａｔ％以下であることが好ましい。
【００４０】
また本発明では、前記第２の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントから前記第１の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを引いた磁気モーメント差は、−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０．６３（Ｔ・ｎｍ）以下{ただし０（Ｔ・ｎｍ）を除く}であることが好ましい。後述する実験結果によれば、前記磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）を−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０．６３（Ｔ・ｎｍ）以下{ただし０（Ｔ・ｎｍ）を除く}にすると、第１の磁性層を元素Ｘを含まない磁性材料で形成した比較例に比べて、再生出力の効果的な向上を図ることができると共に、前記第２の磁性層の磁化傾斜角度をより０度に近づけることができる。
【００４１】
「第２の磁性層の磁化傾斜角度」とは、ハイト方向を０度とし、そのハイト方向からの傾きを表す。なお実験方法については後で詳述する。前記第２の磁性層の磁化傾斜角度が小さいほど、アシンメトリーの増加や再生出力の低下を抑えることができて好ましい。
【００４２】
このように本発明では、前記第１の磁性層の膜構成の適正化とともに、前記第２の磁性層と比較して前記第１の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントの大きさを適正化することで、さらなる再生特性の向上を図ることが可能になる。
【００４３】
また本発明では、前記磁気モーメント差は負の値であることが好ましい。すなわち前記磁気モーメント差は−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０（Ｔ・ｎｍ）より小さいことが好ましい。後述する実験によれば、前記磁気モーメント差が−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０（Ｔ・ｎｍ）より小さいと、より第２の磁性層の磁化傾斜角度を０度に近づけることができると共に、再生出力についても従来に比べてより効果的に向上させることができる。前記磁気モーメント差を負の値にすると、従来のように元素Ｘを含まない磁性材料で第１の磁性層を形成した場合、この第１の磁性層に分流するセンス電流の比率が大きくなり、急激に再生出力は下がり始める。ところが本発明では、第１の磁性層に元素Ｘを含んだ比抵抗の高い領域が存在するため、前記磁気モーメント差を負の値にしても前記第１の磁性層に分流するセンス電流の比率は従来よりも小さく、よって本発明では前記磁気モーメント差を負の値にしても、従来に比べてより効果的に再生出力の向上を図ることができるのである。
【００４４】
また本発明では前記第１の磁性層の膜厚は、前記第２の磁性層の膜厚よりも大きいことが好ましい。上記した単位面積当たりの磁気モーメントは、飽和磁化Ｍｓと膜厚ｔとの積で求められる。本発明では上記したように前記磁気モーメント差を負の値にすることが好ましく、すなわち第１の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを第２の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントより大きくすることが好ましく、これを実現するには、前記第１の磁性層の膜厚を、前記第２の磁性層の膜厚よりも大きく形成することが好ましい。
【００４５】
そして前記第１の磁性層の膜厚を前記第２の磁性層の膜厚よりも大きくすると、従来のように元素Ｘを含まない磁性材料で形成された第１の磁性層にあっては、前記第１の磁性層にセンス電流の分流する比率が大きくなるが、本発明では、前記第１の磁性層には元素Ｘを含んだ磁性領域が存在するため、前記第１の磁性層に分流するセンス電流の比率を従来より小さくでき、再生出力の低下を抑えることができる。
【００４６】
それとともに、後述する実験結果では、前記第１の磁性層の膜厚を厚くしていっても、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の低下及び抵抗変化量（ΔＲｓ）の低下を従来に比べて抑制でき、さらに一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を大きくでき、第２の磁性層の磁化傾斜角度をより０度に近づけることができる。
【００４７】
また本発明は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性中間層、およびフリー磁性層を有し、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、
前記反強磁性層及び固定磁性層が上記したいずれかに記載された交換結合膜により形成されていることを特徴とするものである。
【００４８】
また本発明は、反強磁性のエクスチェンジバイアス層、フリー磁性層、非磁性中間層、固定磁性層、および反強磁性層を有し、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、
前記エクスチェンジバイアス層とフリー磁性層間には、前記エクスチェンジバイアス層と接して形成される強磁性層と、前記強磁性層とフリー磁性層間に介在する非磁性中間層とが形成され、前記強磁性層、非磁性中間層及びフリー磁性層で積層フェリ構造を構成しており、
前記強磁性層が、上記のいずれかに記載された第１の磁性層として、前記フリー磁性層が第２の磁性層として機能していることを特徴とするものである。
【００４９】
また本発明では、前記反強磁性層及び固定磁性層が上記したいずれかに記載された交換結合膜により形成されていることが好ましい。
【００５０】
また本発明は、フリー磁性層の上下に積層された非磁性中間層と、一方の前記非磁性中間層の上および他方の非磁性中間層の下に位置する固定磁性層と、一方の前記固定磁性層の上および他方の固定磁性層の下に位置する反強磁性層とを有し、前記フリー磁性層よりも下側に形成された反強磁性層の下側にはシードレイヤが形成され、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、
前記反強磁性層及び固定磁性層が上記したいずれかに記載された交換結合膜により形成されていることを特徴とするものである。
【００５１】
本発明における磁気検出素子であれば、例えば、積層フェリ構造の固定磁性層の一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を適切に大きくでき、耐エレクトロマイグレーションに代表される通電信頼性を向上させることができるとともに、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくすることができ、今後の高記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することが可能になる。
【発明の効果】
【００５２】
本発明における交換結合膜では、反強磁性層との界面側に形成された第１の磁性層と、非磁性中間層を介して前記第１の磁性層と対向する第２の磁性層とで構成される積層フェリ構造の固定磁性層において、前記第１の磁性層には、元素Ｘ（Ｃｒなど）を含有する領域が、前記反強磁性層との界面から非磁性中間層側にかけて存在するとともに、前記非磁性中間層との界面から前記反強磁性層側にかけての領域の一部に、前記元素Ｘを含まない領域が存在する膜構造であり、これにより前記反強磁性層との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできるとともに、第１の磁性層と第２の磁性層間で発生するＲＫＫＹ相互作用による結合磁界を大きくでき、したがって前記固定磁性層における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大きくすることができる。
【００５３】
また前記第１の磁性層には、元素Ｘを含む比抵抗値の高い磁性領域が存在するため、電極層から第１の磁性層に分流するセンス電流量を減少させ、いわゆるシャントロスを減少させることができ、したがって抵抗変化率を向上させることができる。
【００５４】
以上のように、本発明では、前記固定磁性層における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を大きくすることができ、したがって耐ＥＳＤ及び耐エレクトロマイグレーションに代表される通電信頼性を向上させることができると同時に、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくでき、今後の高記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
図１は本発明の第１実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の全体構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。なお、図１ではＸ方向に延びる素子の中央部分のみを破断して示している。
【００５６】
このシングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子は、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するものである。なお、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向はＺ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向はＹ方向である。
【００５７】
図１の最も下に形成されているのはＴａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２種以上の元素などの非磁性材料で形成された下地層６である。前記下地層６は例えば５０Å程度の膜厚で形成される。
【００５８】
前記下地層６の上には、シードレイヤ２２が形成されている。前記シードレイヤ２２を形成することで、前記シードレイヤ２２上に形成される各層の膜面と平行な方向における結晶粒径を大きくでき、耐エレクトロマイグレーションの向上に代表される通電信頼性の向上や抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上などをより適切に図ることができる。
【００５９】
前記シードレイヤ２２はＮｉＦｅＣｒ合金やＣｒなどで形成される。前記シードレイヤ２２がＮｉＦｅＣｒで形成される場合、例えばその組成比は、（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０ａｔ％Ｃｒ４０ａｔ％である。
【００６０】
前記シードレイヤ２２の上に形成された反強磁性層４は、元素Ｚ（ただしＺは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。
【００６１】
これら白金族元素を用いたＺ−Ｍｎ合金は、耐食性に優れ、またブロッキング温度も高く、さらに交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできるなど反強磁性材料として優れた特性を有している。特に白金族元素のうちＰｔを用いることが好ましく、例えば二元系で形成されたＰｔＭｎ合金を使用することができる。
【００６２】
また本発明では、前記反強磁性層４は、元素Ｚと元素Ｚ′（ただし元素Ｚ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されてもよい。
【００６３】
なお前記元素Ｚ′には、元素ＺとＭｎとで構成される空間格子の隙間に侵入し、または元素ＺとＭｎとで構成される結晶格子の格子点の一部と置換する元素を用いることが好ましい。ここで固溶体とは、広い範囲にわたって、均一に成分が混ざり合った固体のことを指している。
【００６４】
侵入型固溶体あるいは置換型固溶体とすることで、前記Ｚ−Ｍｎ合金膜の格子定数に比べて、前記Ｚ−Ｍｎ−Ｚ′合金の格子定数を大きくすることができる。これによって反強磁性層４の格子定数と固定磁性層３の格子定数との差を広げることができ、前記反強磁性層４と固定磁性層３との界面構造を非整合状態にしやすくできる。ここで非整合状態とは、前記反強磁性層４と固定磁性層３との界面で前記反強磁性層４を構成する原子と前記固定磁性層３を構成する原子とが一対一に対応しない状態である。
【００６５】
また特に置換型で固溶する元素Ｚ′を使用する場合は、前記元素Ｚ′の組成比が大きくなりすぎると、反強磁性としての特性が低下し、固定磁性層３との界面で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）が小さくなってしまう。特に本発明では、侵入型で固溶し、不活性ガスの希ガス元素（Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅのうち１種または２種以上）を元素Ｚ′として使用することが好ましいとしている。希ガス元素は不活性ガスなので、希ガス元素が、膜中に含有されても、反強磁性特性に大きく影響を与えることがなく、さらに、Ａｒなどは、スパッタガスとして従来からスパッタ装置内に導入されるガスであり、ガス圧を適正に調節するのみで、容易に、膜中にＡｒを侵入させることができる。
【００６６】
なお、元素Ｚ′にガス系の元素を使用した場合には、膜中に多量の元素Ｚ′を含有することは困難であるが、希ガスの場合においては、膜中に微量侵入させるだけで、熱処理によって発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を、飛躍的に大きくできる。
【００６７】
なお本発明では、好ましい前記元素Ｚ′の組成範囲は、ａｔ％（原子％）で０．２から１０であり、より好ましくは、ａｔ％で、０．５から５である。また本発明では前記元素ＺはＰｔであることが好ましく、よってＰｔ−Ｍｎ−Ｚ′合金を使用することが好ましい。
【００６８】
また本発明では、反強磁性層４の元素Ｘあるいは元素Ｚ＋Ｚ′のａｔ％を４５（ａｔ％）以上で６０（ａｔ％）以下に設定することが好ましい。より好ましくは４９（ａｔ％）以上で５６．５（ａｔ％）以下である。これによって成膜段階において、固定磁性層３との界面が非整合状態にされ、しかも前記反強磁性層４は熱処理によって適切な規則変態を起すものと推測される。
【００６９】
前記反強磁性層４の上に形成されている固定磁性層３は３層構造となっている。
前記固定磁性層３は、前記反強磁性層４との界面と接する第１の磁性層１３、および前記第１の磁性層１３上に非磁性中間層１２を介して形成された第２の磁性層１１とで構成される。
なお前記固定磁性層３の材質や膜構成などについては後で詳しく説明する。
【００７０】
前記固定磁性層３の上には非磁性材料層２が形成されている。前記非磁性材料層２は、例えばＣｕで形成されている。なお本発明における磁気検出素子が、トンネル効果の原理を用いたトンネル型磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）の場合、前記非磁性材料層２は、例えばＡｌ２Ｏ３等の絶縁材料で形成される。
さらに前記非磁性材料層２の上には２層膜で形成されたフリー磁性層１が形成される。
【００７１】
前記フリー磁性層１は、ＮｉＦｅ合金膜９とＣｏＦｅ膜１０の２層で形成される。図１に示すように前記ＣｏＦｅ膜１０を非磁性材料層２と接する側に形成することにより、前記非磁性材料層２との界面での金属元素等の拡散を防止し、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくすることができる。
【００７２】
なお前記ＮｉＦｅ合金膜９は、例えば前記Ｎｉを８０（ａｔ％）、Ｆｅを２０（ａｔ％）として形成する。またＣｏＦｅ膜１０は、例えば前記Ｃｏを９０（ａｔ％）、Ｆｅを１０（ａｔ％）として形成する。また前記ＮｉＦｅ合金膜９の膜厚を例えば４５Å程度、ＣｏＦｅ膜を５Å程度で形成する。また前記ＮｉＦｅ合金膜９、ＣｏＦｅ膜１０に代えて、Ｃｏ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金などを用いてもよい。また前記フリー磁性層１を磁性材料の単層構造で形成してもよく、かかる場合、前記フリー磁性層１をＣｏＦｅＮｉ合金で形成することが好ましい。
【００７３】
また前記フリー磁性層１は、磁性層間に非磁性中間層が介在した積層フェリ構造であってもよい。
【００７４】
前記フリー磁性層１の上には、金属材料あるいは非磁性金属のＣｕ，Ａｕ，Ａｇからなるバックド層１５が形成されている。例えば前記バックド層１５の膜厚は５〜２０Å程度で形成される。
【００７５】
前記バックド層１５の上には、保護層７が形成されている。前記保護層７は、Ｔａなどから成りその表面が酸化された酸化層（鏡面反射層）が形成されていることが好ましい。
【００７６】
前記バックド層１５が形成されることによって、磁気抵抗効果に寄与する＋スピン（上向きスピン：ｕｐ ｓｐｉｎ）の電子における平均自由行程（ｍｅａｎ ｆｒｅｅ ｐａｔｈ）を延ばし、いわゆるスピンフィルター効果（ｓｐｉｎ ｆｉｌｔｅｒ ｅｆｆｅｃｔ）によりスピンバルブ型磁気素子において、大きな抵抗変化率が得られ、高記録密度化に対応できるものとなる。なお前記バックド層１５は形成されなくてもよい。
【００７７】
図１に示す実施形態では、前記下地層６から保護層７までの積層膜の両側にはハードバイアス層５及び電極層８が形成されている。前記ハードバイアス層５からの縦バイアス磁界によってフリー磁性層１の磁化はトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。
【００７８】
前記ハードバイアス層５，５は、例えばＣｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト−クロム−白金）合金などで形成されており、電極層８，８は、α−Ｔａ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｃｕ（銅）やＷ（タングステン）などで形成されている。なお上記したトンネル型磁気抵抗効果素子やＣＰＰ型磁気検出素子の場合、前記電極層８，８は、フリー磁性層１の上側と、反強磁性層４の下側にそれぞれ形成されることになる。
本発明は、上記したように、固定磁性層３が積層フェリ構造で形成されている。
【００７９】
ここで反強磁性層４との界面と接する第１の磁性層１３には、膜組成に以下の特徴点がある。
【００８０】
すなわち本発明では、前記第１の磁性層１３には、前記反強磁性層４との界面４ａから非磁性中間層１２側にかけて（図示Ｚ方向）、元素Ｘ（ただし元素Ｘは、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのうち少なくとも１種以上の元素）を含有する磁性領域が存在すると共に、前記非磁性中間層１２との界面１２ａから前記反強磁性層４側にかけて（図示Ｚ方向とは逆方向）の領域の一部に、前記元素Ｘを含まない磁性領域が存在するのである。
【００８１】
図１に示すように例えば模式図的に示せば、点線で区切られた反強磁性層４側の領域Ａは、元素Ｘを含有した磁性材料で形成されており、一方、前記点線で区切られた非磁性中間層１２側の領域Ｂは、元素Ｘを含有しない磁性材料で形成される。
【００８２】
なお領域Ａ及びＢとの境界は説明をしやすくするために便宜的に設けたもので、以下に説明するように前記第１の磁性層１３は実際には元素Ｘにおける組成変調などを起しており、したがってこの境界を境として、元素Ｘの含有の有無がはっきりと分かれているわけではない。
【００８３】
ここで具体的な材質を挙げると、本発明では、前記反強磁性層４側の領域ＡはＣｏＦｅＸ合金で形成され、一方、非磁性中間層１２側の領域ＢはＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましい。
【００８４】
本発明のように、反強磁性層４との界面側に元素Ｘを含んだ領域Ａが存在すると、その領域Ａでの比抵抗値は、元素Ｘを含まない領域Ｂのそれよりも大きくなる。
【００８５】
そして後述する実験結果に示すように、前記反強磁性層４と元素Ｘを含有した領域Ａとが接して形成されると、前記反強磁性層４と領域Ａ間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくすることが可能である。
【００８６】
一方、非磁性中間層１２と、元素Ｘを含有しない領域Ｂとが接して形成されると、この領域Ｂと第２の磁性層１１間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を大きくすることができる。
【００８７】
従って、主として前記反強磁性層４との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）と、ＲＫＫＹ相互作用における結合磁界とを合わせた一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を適切に大きくすることが可能になる。
【００８８】
しかも本発明では、前記第１の磁性層１３には元素Ｘを含んだ比抵抗値の高い領域Ａが存在するため、前記電極層８から流れるセンス電流が、前記第１の磁性層１３に分流する量を減らすことができ、いわゆるシャントロスを低減でき、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができる。
【００８９】
すなわち本発明によれば、従来成し得なかった、固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）の向上と、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上とを同時に得ることができる。
【００９０】
一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を大きくできると、前記固定磁性層３の第１の磁性層１３及び第２の磁性層１１のピン止めを適切に行うことができる。そしてその結果、耐ＥＳＤ及び耐エレクトロマイグレーションに代表される通電信頼性を向上させることが可能になる。
【００９１】
以上のように本発明によれば、通電信頼性の向上、および抵抗変化率の向上を同時に図ることができ、今後の高記録密度化においても適切に対応可能な磁気検出素子を製造することが可能である。
【００９２】
次に前記第１の磁性層１３の材質について説明する。本発明では、上記したように元素Ｘを含む領域ＡはＣｏＦｅＸ合金で、元素Ｘを含まない領域ＢはＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましいとした。これはＣｏＦｅを主体とした磁性材料で第１の磁性層１３を形成すると、反強磁性層４との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）やＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を大きくでき、前記第１の磁性層１３の磁化を適切にピン止めすることができるからである。
【００９３】
ただし本発明では前記第１の磁性層１３がＣｏＦｅ合金を主体とした磁性材料で形成されることに限るものではない。例えば前記第１の磁性層１３はＮｉＦｅ合金を主体とした磁性材料で形成されることも可能である。かかる場合、元素Ｘを含む領域Ａは、ＮｉＦｅＸ合金で形成され、一方、元素Ｘを含まない領域Ｂは、ＮｉＦｅ合金で形成される。あるいは前記第１の磁性層１３がＣｏＦｅＮｉ合金を主体とした磁性材料、Ｃｏを主体とした磁性材料で形成されてもよく、かかる場合、元素Ｘを含む領域Ａは、ＣｏＦｅＮｉＸ合金、ＣｏＸ合金で、元素Ｘを含まない領域Ｂは、ＣｏＦｅＮｉ合金、Ｃｏで形成される。
【００９４】
なお元素Ｘには、Ｃｒを選択することが好ましい。これによって適切に第１の磁性層１３の領域Ａの比抵抗値を上げることができると共に、反強磁性層４との間で大きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生させることができる。前記ＣｏＦｅＣｒ合金で形成された磁性層であると、比抵抗値を概ね、５０μΩ・ｃｍ程度にすることができる。
【００９５】
また前記元素Ｘの組成比は３ａｔ％以上で１５ａｔ％以下であることが好ましい。前記元素Ｘの組成比が３ａｔ％よりも小さいと、元素Ｘを含んだ領域Ａでの比抵抗を適切に増大することができず、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の改善効果が得られないので好ましくない。
【００９６】
一方、元素Ｘの組成比が１５ａｔ％よりも大きくなると、前記反強磁性層４間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）が低下し、その結果、前記固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）の低下を招き好ましくない。
【００９７】
またＣｏＦｅを主体とした磁性材料で、前記第１の磁性層１３が形成されるとき、前記ＣｏＹとＦｅ１００％−Ｙとの原子比率Ｙは、８５％以上で９６％以下であることが好ましい。これによって第１の磁性層１３の面心立方晶の構造が安定になり、これにより前記第１の磁性層１３よりも上に位置する層の結晶配向性に悪影響を与えることが無くなる。
【００９８】
次に第２の磁性層１１は、ＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましい。これによって、第１の磁性層１３との間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を大きくでき、前記第２の磁性層１１の磁化を適切にピン止めすることが可能になる。
【００９９】
なお、本発明では前記第２の磁性層１１がＣｏＦｅ合金で形成されることに限定するものではなく、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＣｏあるいはＮｉＦｅ合金などの磁性材料を使用することができる。
【０１００】
次に本発明における固定磁性層３は積層フェリ構造であるため、適切に積層フェリ状態を得るには、前記第１の磁性層１３の単位面積当たりの磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ）と、第２の磁性層１１の単位面積当たりの磁気モーメントとを異ならせることが必要である。
【０１０１】
これによって前記第１の磁性層１３と第２の磁性層１１間で発生するＲＫＫＹ相互作用による結合磁界によって、前記第１の磁性層１３と第２の磁性層１１との磁化を適切に反平行状態にすることができる。なお前記第２の磁性層１１の単位面積当たりの磁気モーメントから前記第１の磁性層１３の単位面積当たりの磁気モーメントを引いた磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）の適切な範囲については後述する。
【０１０２】
次に、前記第１の磁性層１３と第２の磁性層１１間に介在する非磁性中間層１２は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種または２種以上の合金で形成されることが好ましい。このうち本発明では、前記非磁性中間層１２がＲｕで形成されることがより好ましい。これよって第１の磁性層１３と第２の磁性層１１間に発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を大きくでき、前記第１の磁性層１３と第２の磁性層１１との磁化を適切に反平行状態にすることができる。
【０１０３】
次に本発明では、後述する製造方法で説明するように、反強磁性層４にはＰｔＭｎ合金など、熱処理を施すことによって前記第１の磁性層１３との間で交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生させることができる反強磁性材料が使用されている。
【０１０４】
ところで、固定磁性層３の第１の磁性層１３は、例えば反強磁性層４上に元素Ｘを含む、好ましくはＣｏＦｅＸ合金で形成された領域Ａをスパッタ成膜した後、その上に元素Ｘを含まない好ましくはＣｏＦｅ合金で形成された領域Ｂをスパッタ成膜する。
【０１０５】
そしてその後熱処理を施すわけであるが、このとき、前記領域Ａと領域Ｂとの境界で元素Ｘが熱拡散し、領域Ｂ内にも元素Ｘが入り込み、領域Ａの領域Ｂとの境界付近での元素Ｘは低下する。すなわち熱処理を施すことで、前記第１の磁性層１３には元素Ｘの組成変調が起きている領域が存在するのである。
【０１０６】
従って、本発明では、前記第１の磁性層１３の層内には、前記元素Ｘの含有量が、前記反強磁性層４との界面４ａ側から前記非磁性中間層１２の界面１２ａ側に向けて徐々に少なくなる領域が存在することを確認することができる。
【０１０７】
従って元素Ｘを含む領域Ａと、元素Ｘを含まない領域Ｂの境界ははっきりと見て取ることは困難で、この境界部分では元素Ｘの組成変調が起こっているのである。
【０１０８】
次に第１の磁性層１３の膜厚について以下に説明する。本発明では、前記第１の磁性層１３の膜厚は１０〜２０Åであることが好ましい。そしてこの膜厚のうち元素Ｘを含んでいてもその組成比が３ａｔ％よりも低い領域（この領域では非磁性中間層１２との界面１２ａ付近では元素Ｘは０ａｔ％である）の膜厚は３〜１０Åであり、元素Ｘを含み、元素Ｘの組成比が３ａｔ％以上となる領域の膜厚は、３〜１５Åであることが好ましい。
【０１０９】
これによって前記反強磁性層４との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくすることができ、また第２の磁性層１１との間で発生するＲＫＫＹ相互作用による結合磁界を大きくでき、この結果、固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を適切に大きくすることが可能になる。
【０１１０】
また元素Ｘを含み、元素Ｘの組成比が３ａｔ％以上となる領域の膜厚は、第１の磁性層１３全体の膜厚に対して０％よりも大きく８５％以下であると、前記第１の磁性層１３へのセンス電流の分流量を適切に抑制でき、いわゆるシャントロスを低減でき、よって抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を適切に向上させることが可能である。
【０１１１】
次に、元素Ｘを含む領域がＣｏＦｅＸ合金で形成され、元素Ｘを含まない領域がＣｏＦｅ合金で形成されるとき、前記ＣｏＦｅＸ合金で形成された領域が第１の磁性層１３に占める膜厚比（ＣｏＦｅ合金の膜厚／第１の磁性層１３の膜厚）は、０より大きく０．６１以下であることが好ましい。これにより抵抗変化率が従来（第１の磁性層がＣｏＦｅあるいはＣｏＦｅＸ合金のみで形成、以下同じ）よりも大きく、またプラトー磁界（Ｈｐｌ）も従来より大きくなる。
【０１１２】
なおプラトー磁界（Ｈｐｌ）とは図１３のヒステリシスループに示すように、抵抗変化率が最大値（１．００）に対して０．９８となるときの印加磁界の大きさを示す。プラトー磁界が大きいと、第１の磁性層１３と第２の磁性層１１の磁化の反平行状態が安定に保たれるので、前記プラトー磁界は大きい方が好ましい。
【０１１３】
または本発明では、（ＣｏＦｅＸ合金の膜厚／第１の磁性層１３の膜厚）の膜厚比は、０より大きく０．３６以下であることが好ましい。これによって一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来よりも大きくでき、またプラトー磁界（Ｈｐｌ）を従来よりも大きくできる。さらに抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を従来よりも大きくできる。
【０１１４】
または本発明では、（ＣｏＦｅＸ合金の膜厚／第１の磁性層１３の膜厚）の膜厚比は、０．２６以上で０．８２以下であることが好ましい。これによって、抵抗変化率を１５．２５％以上得ることができ、またプラトー磁界（Ｈｐｌ）を従来よりも大きくすることができる。
【０１１５】
または本発明では、（ＣｏＦｅＸ合金の膜厚／第１の磁性層１３の膜厚）の膜厚比は、０．１２以上で０．６１以下であることが好ましい。これによって抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を従来よりも大きくすることができ、またプラトー磁界（Ｈｐｌ）を３０ｋＡ／ｍ以上に大きくすることができる。
【０１１６】
または本発明では、（ＣｏＦｅＸ合金の膜厚／第１の磁性層１３の膜厚）の膜厚比は、０．２６以上で０．６１以下であることが好ましい。これによって抵抗変化率を１５．２５％以上得ることができ、またプラトー磁界を３０ｋＡ／ｍ以上得ることができる。
【０１１７】
さらには本発明では、（ＣｏＦｅＸ合金の膜厚／第１の磁性層１３の膜厚）の膜厚比は、０．２６以上で０．３６以下であることが好ましい。これによって抵抗変化率を１５．２５％以上得ることができ、またプラトー磁界を３０ｋＡ／ｍ以上得ることができ、さらに一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来よりも大きくすることができる。
【０１１８】
また上記した実施形態では、前記第１の磁性層１３には、非磁性中間層１２との界面１２ａ付近では、元素Ｘを含まない領域が存在していたが、本発明では、前記第１の磁性層１３全体に元素Ｘが含有されていても、以下の膜組成であれば、適切に固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を大きくすることができる。
【０１１９】
すなわち本発明では、前記第１の磁性層１３の前記反強磁性層４との界面４ａでの前記元素Ｘの含有量が、前記非磁性中間層１２との界面１２ａでの前記含有量に比べて多くなっている実施形態を提供することができる。
【０１２０】
この実施形態では、前記非磁性中間層１２との界面１２ａ付近でも元素Ｘが微量ながら含まれており、したがって元素Ｘは第１の磁性層１３全体に含有された状態となっている。
【０１２１】
しかしながら、上記のように前記第１の磁性層１３の非磁性中間層１２との界面１２ａ付近では、元素Ｘの含有量は微量で、好ましくはこの領域での前記元素Ｘは３ａｔ％よりも小さく、これにより前記第２の磁性層１１との間で、適切な大きさのＲＫＫＹ相互作用による結合磁界を発生させることができる。
【０１２２】
また、反強磁性層４との界面４ａ側では、前記第１の磁性層１３に含まれる元素Ｘの含有量は多量で、好ましくは３ａｔ％以上で１５ａｔ％以下であり、前記反強磁性層４との間で、適切な大きさの交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生させることが可能である。
【０１２３】
従って上記の膜構成によっても、固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を大きくすることができ、前記固定磁性層３のピン止めを適切に行うことができ、耐ＥＳＤ及び耐エレクトロマイグレーションに代表される通電信頼性を適切に向上させることができる。
【０１２４】
しかも本発明では、前記第１の磁性層１３は、元素Ｘを含む比抵抗値の大きい領域であるから、電極層８からのセンス電流が前記第１の磁性層１３に分流する量を減らすことができ、いわゆるシャントロスを低減させることができ、したがって抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることが可能になっている。
【０１２５】
次に図２に示す磁気検出素子では、前記第１の磁性層１３が、磁性層２３と磁性層２４との２層構造で構成される。
【０１２６】
この実施形態では、前記磁性層２３、２４のうち、反強磁性層４と接する側の磁性層２３は、元素Ｘ（ただし元素Ｘは、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのうち少なくとも１種以上の元素）を含んだ磁性材料で形成されており、一方、非磁性中間層１２と接する側の磁性層２４は、元素Ｘを含まない磁性材料で形成されている。
【０１２７】
本発明では前記磁性層２３はＣｏＦｅＸ合金で、磁性層２４はＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましい。
【０１２８】
この実施形態では、前記反強磁性層４と接する側に元素Ｘを含む比抵抗の高い磁性層２３が形成されたことで、前記反強磁性層４と磁性層２３間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を、元素Ｘを含まない磁性層を前記反強磁性層４に接して形成した場合に比べて大きくすることができる。
【０１２９】
また、前記非磁性中間層１２と接する側に元素Ｘを含まない比抵抗の低い磁性層２４が形成されたことで、前記第２の磁性層１１との間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を、元素Ｘを含む磁性層を前記非磁性中間層１２に接して形成した場合に比べて大きくすることができる。
【０１３０】
従って本発明では、固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大きくすることができ、前記固定磁性層３のピン止めを適切に行うことができ、したがって耐ＥＳＤ及び耐エレクトロマイグレーションに代表される通電信頼性を向上させることができる。
【０１３１】
しかもこの実施形態では前記第１の磁性層１３には、元素Ｘを含む比抵抗値の高い磁性層２３が形成されていることで、前記電極層８から前記第１の磁性層１３へのセンス電流の分流を減らし、いわゆるシャントロスを低減させることができ、したがって抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができる。
【０１３２】
このように本発明によれば、固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を大きくでき、通電信頼性を向上させることができるとともに、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができ、今後の高記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することが可能である。
【０１３３】
ところでこの実施形態では図１と異なり、第１の磁性層１３が２層構造となっている。成膜段階では、図１の第１の磁性層１３も図２と同じ２層構造であったが、磁場中熱処理を施すことで、２層の磁性層間で熱拡散を起し、このため前記第１の磁性層１３は、あたかも単一層のようになる。
【０１３４】
一方、図２において、前記第１の磁性層１３が２層構造として完成するのは、例えば反強磁性層４に熱処理を施さなくても、第１の磁性層１３を構成する磁性層２３との間で交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生し得る反強磁性材料を使用したり、あるいは熱処理を施す必要性があっても、その熱処理条件が、前記２層の磁性層２３、２４間で熱拡散を生じないほどの弱い条件であるからである。
【０１３５】
上記した理由から、図２では、第１の磁性層１３が磁性層２３、２４の積層構造を保ったまま完成するのである。
【０１３６】
なお図２では、磁性層２３、２４は２層構造であるが、これが３層以上であってもかまわない。かかる場合でも、反強磁性層４との界面と接する側の磁性層を、元素Ｘを含む、例えばＣｏＦｅＸ合金で形成し、一方、非磁性中間層１２との界面と接する側の磁性層を、元素Ｘを含まない、例えばＣｏＦｅ合金で形成する。
【０１３７】
また図２において、元素Ｘを含む磁性層２３の膜厚は、３〜１５Åであることが好ましく、また元素Ｘを含まない磁性層２４の膜厚は、３〜１５Åであることが好ましい。また前記磁性層２３の膜厚は、第１の磁性層１３の膜厚に対して０よりも大きく８５％以下であることが好ましい。
また元素Ｘの組成比は３ａｔ％以上で１５ａｔ％以下であることが好ましい。
【０１３８】
これにより、反強磁性層４との間で大きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生させることができ、また第２の磁性層１１との間で大きなＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を発生させることができ、よって固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大きくすることができると共に、センス電流の第１の磁性層１３への分流を減らし、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくすることができる。
【０１３９】
また本発明では、元素Ｘを含む磁性層２３がＣｏＦｅＸ合金で形成され、元素Ｘを含まない磁性層２４がＣｏＦｅ合金で形成されるとき、前記ＣｏＦｅＸ合金で形成された磁性層２３が第１の磁性層１３に占める膜厚比（ＣｏＦｅ合金の膜厚／第１の磁性層１３の膜厚）は、０より大きく０．６１以下であることが好ましい。これにより抵抗変化率が従来（第１の磁性層がＣｏＦｅあるいはＣｏＦｅＸ合金のみで形成、以下同じ）よりも大きく、またプラトー磁界（Ｈｐｌ）も従来より大きくなる。
【０１４０】
または本発明では、（ＣｏＦｅＸ合金で形成された磁性層２３の膜厚／第１の磁性層１３の膜厚）の膜厚比は、０より大きく０．３６以下であることが好ましい。これによって一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来よりも大きくでき、またプラトー磁界（Ｈｐｌ）を従来よりも大きくできる。さらに抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を従来よりも大きくできる。
【０１４１】
または本発明では、（ＣｏＦｅＸ合金で形成された磁性層２３の膜厚／第１の磁性層１３の膜厚）の膜厚比は、０．２６以上で０．８２以下であることが好ましい。これによって、抵抗変化率を１５．２５％以上得ることができ、またプラトー磁界（Ｈｐｌ）を従来よりも大きくすることができる。
【０１４２】
または本発明では、（ＣｏＦｅＸ合金で形成された磁性層２３の膜厚／第１の磁性層１３の膜厚）の膜厚比は、０．１２以上で０．６１以下であることが好ましい。これによって抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を従来よりも大きくすることができ、またプラトー磁界（Ｈｐｌ）を３０ｋＡ／ｍ以上に大きくすることができる。
【０１４３】
または本発明では、（ＣｏＦｅＸ合金で形成された磁性層２３の膜厚／第１の磁性層１３の膜厚）の膜厚比は、０．２６以上で０．６１以下であることが好ましい。これによって抵抗変化率を１５．２５％以上得ることができ、またプラトー磁界を３０ｋＡ／ｍ以上得ることができる。
【０１４４】
さらには本発明では、（ＣｏＦｅＸ合金で形成された磁性層２３の膜厚／第１の磁性層１３の膜厚）の膜厚比は、０．２６以上で０．３６以下であることが好ましい。これによって抵抗変化率を１５．２５％以上得ることができ、またプラトー磁界を３０ｋＡ／ｍ以上得ることができ、さらに一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来よりも大きくすることができる。
【０１４５】
以上、詳述した図１及び図２に示す積層フェリ構造の固定磁性層３を構成する第１の磁性層１３の構造は、他の構造の磁気検出素子にも適用可能である。
【０１４６】
図３は、他の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型薄膜素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。なお図１、２と同じ符号が付けられいる層は、図１、２と同じ層を示している。
【０１４７】
図３では、フリー磁性層１が、反強磁性層４の下側に形成されており、図１、２と比較すると積層構造が逆になっている。
【０１４８】
図３では、固定磁性層３が第１の磁性層１３と、非磁性中間層１２を介して前記第１の磁性層１３と対向する第２の磁性層１１との３層構造で構成されている。
【０１４９】
この実施形態においても反強磁性層４と接する側に形成された第１の磁性層１３には、前記反強磁性層４との界面４ａ側に元素Ｘを含む磁性材料で形成された領域Ａと、非磁性中間層１２との界面１２ａ側に元素Ｘを含まない磁性材料で形成された領域Ｂとが形成されている。
【０１５０】
前記領域Ａは、ＣｏＦｅＸ合金で形成され、領域Ｂは、ＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましい。
【０１５１】
そして、前記第１の磁性層１３が、上記した膜構成であると、前記反強磁性層４との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできると共に、非磁性中間層１２との間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を大きくでき、その結果、固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を大きくすることが可能である。
【０１５２】
従って、前記固定磁性層３のピン止めを適切に行うことができ、耐ＥＳＤ及び耐エレクトロマイグレーションに代表される通電信頼性を向上させることができる。
【０１５３】
しかも本発明では、前記第１の磁性層１３に、元素Ｘが添加されたことによる比抵抗の高い領域Ａが形成されたことで、電極層８からのセンス電流が前記第１の磁性層１３に分流するのを減らし、いわゆるシャントロスを低減させることができ、よって抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができる。
【０１５４】
このように本発明では、固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大きくでき、通電信頼性を向上させることができると同時に、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができ、今後の高記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することが可能である。
【０１５５】
なお第１の磁性層１３の領域Ａ、ＢのＣｏＦｅ合金を主体とした磁性材料以外に使用できる材質や、組成比、膜厚、膜厚比などについては図１、２で説明したものと同じであるので、そちらを参照されたい。
【０１５６】
図４は本発明における他の磁気検出素子（デュアルスピンバルブ型薄膜素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【０１５７】
図４に示すように、下から下地層６、シードレイヤ２２、反強磁性層４、固定磁性層３、非磁性材料層２、およびフリー磁性層１が連続して積層されている。前記フリー磁性層１は３層膜で形成され、例えばＣｏＦｅ膜１０，１０とＮｉＦｅ合金膜９で構成される。さらに前記フリー磁性層１の上には、非磁性材料層２、固定磁性層３、反強磁性層４、および保護層７が連続して積層されている。
【０１５８】
また、下地層６から保護層７までの多層膜の両側にはハードバイアス層５，５、電極層８，８が積層されている。なお、各層は図１、２で説明した材質と同じ材質で形成されている。
【０１５９】
図４では、２層の固定磁性層３は、第１の磁性層１３と、非磁性中間層１２を介して前記第１の磁性層１３と対向する第２の磁性層１１との３層構造で構成されている。
【０１６０】
この実施形態においても反強磁性層４と接する側に形成された第１の磁性層１３には、前記反強磁性層４との界面４ａ側に元素Ｘを含む磁性材料で形成で形成された領域Ａと、非磁性中間層１２との界面１２ａ側に元素Ｘを含まない磁性材料で形成された領域Ｂとが形成されている。
【０１６１】
前記領域Ａは、ＣｏＦｅＸ合金で形成され、領域Ｂは、ＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましい。
【０１６２】
そして、前記第１の磁性層１３が、上記した膜構成であると、前記反強磁性層４との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできると共に、非磁性中間層１２との間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を大きくでき、その結果、固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大きくすることが可能である。
【０１６３】
従って、前記固定磁性層３のピン止めを適切に行うことができ、耐ＥＳＤ及び耐エレクトロマイグレーションに代表される通電信頼性を向上させることができる。
【０１６４】
しかも本発明では、前記第１の磁性層１３に、元素Ｘが添加されたことによる比抵抗の高い領域Ａが形成されたことで、電極層８からのセンス電流が前記第１の磁性層１３に分流するのを減らすことができ、いわゆるシャントロスを低減させることができ、よって抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができる。
【０１６５】
このように本発明では、固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を大きくでき、通電信頼性を向上させることができると同時に、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができ、今後の高記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することが可能である。
【０１６６】
なお第１の磁性層１３の領域Ａ、ＢのＣｏＦｅ合金を主体とした磁性材料以外に使用できる材質や、組成比、膜厚、膜厚比などについては図１、２で説明したものと同じであるので、そちらを参照されたい。
【０１６７】
図５は、別の本発明における磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。なお図１と同じ符号が付けられている層は、図１と同じ層を示している。
【０１６８】
この実施形態では、フリー磁性層１上に非磁性中間層２７が形成され、その上には、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に所定の間隔（＝トラック幅Ｔｗ）を開けて強磁性層２８が形成され、さらに前記強磁性層２８の上には反強磁性層（エクスチェンジバイアス層）２９が形成されている。
【０１６９】
図５に示す実施形態では、前記強磁性層２８との間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界によって、前記フリー磁性層１の磁化は図示Ｘ方向に向けられる。
【０１７０】
この実施形態では、前記強磁性層２８の磁化は、反強磁性層２９との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）によって強固に固定され、前記強磁性層２８と対向する位置に形成された前記フリー磁性層１の両側領域Ｃ、Ｃの磁化も、上記したＲＫＫＹ相互作用による結合磁界により前記強磁性層２８の磁化方向と反平行状態になって強固に固定される。
【０１７１】
一方、前記フリー磁性層１の中央領域Ｄの磁化は、その両側領域Ｃの磁化が図示Ｘ方向に向けられることで、図示Ｘ方向に揃えられるが、前記中央領域Ｄは外部磁界に対し反転できる程度に磁化された状態にあり、この中央領域Ｄの部分は実質的に磁気抵抗効果に寄与する部分となっている。
【０１７２】
図５に示す強磁性層２８は、積層フェリ構造における固定磁性層３の第１の磁性層１３といわば同じ機能を有しており（すなわち強磁性層２８は、フリー磁性層１の両側領域Ｃの磁化を適切に固定するために設けられたもので、前記強磁性層２８は実質的に磁気抵抗効果に寄与する層ではない）、前記強磁性層２８は、前記第１の磁性層１３と同じ膜構造を有している。
【０１７３】
すなわち前記強磁性層２８には、反強磁性層２９との界面と接する側に元素Ｘ（ただし元素Ｘは、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのうち少なくとも１種以上の元素）を含有する磁性材料で形成された領域Ａがあり、一方、非磁性中間層２７との界面と接する側に元素Ｘを含まない磁性材料で形成された領域Ｂが存在する。
【０１７４】
前記領域Ａは、ＣｏＦｅＸ合金で形成され、領域Ｂは、ＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましい。
【０１７５】
そして、前記強磁性層２８が、上記した膜構成であると、前記反強磁性層２９との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできると共に、非磁性中間層２７との間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を大きくでき、その結果、フリー磁性層１における両側領域Ｃでの一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を大きくすることが可能である。
【０１７６】
従って、前記フリー磁性層１の両側領域Ｃの磁化のピン止めを適切に行うことができ、耐ＥＳＤ及び耐エレクトロマイグレーションに代表される通電信頼性を向上させることができる。
【０１７７】
また図５には電極層が図示されていないが、前記電極層は、非磁性材料層２を中心としてセンス電流が流れるようにすれば、どの位置に形成されてもよく、例えば図５の積層体の図示Ｘ方向の両側に形成される。
【０１７８】
このように本発明では、フリー磁性層１の両側領域Ｃにおける一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を大きくでき、通電信頼性を向上させることができ、今後の高記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することが可能である。
【０１７９】
なお強磁性層２８の領域Ａ、ＢのＣｏＦｅ合金を主体とした磁性材料以外に使用できる材質や、組成比、膜厚などについては図１、２で説明したものと同じであるので、そちらを参照されたい。
【０１８０】
また図５に示す実施形態では、図１ないし図４に図示されたハードバイアス層５が図示されていないが、図５に示す積層体の図示Ｘ方向の両側に前記ハードバイアス層５が形成され、その上に電極層８が形成された形態であってもよい。
【０１８１】
またこの実施形態では、前記強磁性層２８、２８間に形成された凹部３７からは、前記非磁性中間層２７表面が露出しているが、前記凹部３７の部分に、前記強磁性層２８の一部が残され、前記凹部３７から前記強磁性層２８表面が露出していても、あるいは前記凹部３７に露出する前記非磁性中間層２７が除去され、前記凹部３７からフリー磁性層１の表面が露出していてもかまわない。
【０１８２】
また前記凹部３７の部分に、前記強磁性層２８の全部と反強磁性層２９の一部が残されていてもかまわない。強磁性層２８の一部または全部が残された状態であるとフリー磁性層１は積層フェリ（シンセティックフェリ）フリー層として機能し、磁気的なフリー磁性層１が薄くなったのと同様の効果が得られ、再生感度が向上する。
【０１８３】
また前記凹部３７に前記強磁性層２８の領域Ａが残された構造であるとセンス電流が強磁性層２８に分流するのを減らすことができ、いわゆるシャントロスを低減させることができ、よって抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができる。
【０１８４】
なお図５に示す凹部３７の形成方法であるが、例えば非磁性中間層２７まで成膜した後、前記非磁性中間層２７の中央上にリフトオフ用レジスト層を形成し、このレジスト層に覆われていない前記非磁性中間層２７のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側領域上に、強磁性層２８及び反強磁性層２９を成膜して、前記レジスト層除去する方法、あるいは反強磁性層２９までべた膜で形成した後、前記反強磁性層２９のトラック幅方向の両側領域上をレジスト層で保護し、一方、前記レジスト層に覆われていない中央の反強磁性層２９及び強磁性層２８をエッチングなどで掘り込んでいき前記凹部３７を形成する。
【０１８５】
図６は、図５に示す磁気検出素子の変形例である。図６に示す磁気検出素子と図５に示す磁気検出素子との違いは、固定磁性層３における第１の磁性層１３の膜構成にある。
【０１８６】
図５に示す磁気検出素子では、前記固定磁性層３を構成する第１の磁性層１３の膜構成は従来と同様、元素Ｘを含まない例えばＣｏＦｅ合金の単層である。一方、図６に示す磁気検出素子では、前記第１の磁性層１３は図１と同様に、元素Ｘ（ただし元素Ｘは、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのうち少なくとも１種以上の元素）を含有する磁性領域Ａが、前記反強磁性層４との界面から前記非磁性中間層１２側にかけて存在するととともに、前記非磁性中間層１２との界面から前記反強磁性層４側にかけての領域の一部に、前記元素Ｘを含まない磁性領域Ｂが存在するのである。なお図２のように２層以上の積層構造で前記第１の磁性層１３を形成することも可能である。
【０１８７】
これにより図６に示す実施形態では、より効果的に通電信頼性の向上、および抵抗変化率の向上を同時に図ることができ、今後の高記録密度化においても適切に対応可能な磁気検出素子を製造することが可能である。
【０１８８】
なお前記強磁性層２８は、従来と同様に元素Ｘを含まない、例えばＣｏＦｅ合金等の単層構造で形成され、一方、固定磁性層３を構成する第１の磁性層１３は元素Ｘを含む磁性領域Ａを有して形成されている実施形態であってもよい。
【０１８９】
次に図１ないし図６における第１の磁性層１３と第２の磁性層１１との磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）について以下に説明する。
【０１９０】
ここで前記磁気モーメント差とは、第２の磁性層１１の単位面積当たりの磁気モーメントから第１の磁性層１３の単位面積当たりの磁気モーメントを引いた値のことである。
【０１９１】
本発明では前記磁気モーメント差は、−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０．６３（Ｔ・ｎｍ）以下{ただし０（Ｔ・ｎｍ）は除く}であることが好ましい。磁気モーメント差が−０．６３（Ｔ・ｎｍ）よりも小さくなると、再生出力が急激に低下し始めることがわかっている。これは前記磁気モーメント差が負の値に大きくなると、すなわち前記第１の磁性層１３の単位面積当たりの磁気モーメントが、前記第２の磁性層１１の単位面積当たりの磁気モーメントに比べて、より大きくなっていくと、前記第１の磁性層１３へのセンス電流の分流量が増すからである。
【０１９２】
しかし上記したように本発明では前記磁気モーメント差は、負の値であっても−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０（Ｔ・ｎｍ）よりも小さければ、前記磁気モーメント差が正の値の場合に比べて若干、再生出力が上昇する傾向を見せる。一方、従来のように、前記第１の磁性層１３をＣｏＦｅ系合金などの元素Ｘを含有しない磁性材料層で形成した場合、前記磁気モーメント差を０（Ｔ・ｎｍ）よりも小さくしていくと、再生出力は単調な減少傾向を見せる。
【０１９３】
すなわち本発明のように前記第１の磁性層１３に元素Ｘを含んだ磁性領域を設けることで、前記磁気モーメント差を−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０（Ｔ・ｎｍ）よりも小さい範囲内にすれば、再生出力を従来よりもより適切に向上させることが可能になるのである。
【０１９４】
次に本発明では前記磁気モーメント差を０．６３（Ｔ・ｎｍ）以下に設定したが、前記磁気モーメント差を０．６３（Ｔ・ｎｍ）よりも大きくすると、特に第２の磁性層１１の磁化傾斜角度が大きくなってしまい、アシンメトリーの増加や再生出力の低下を余儀なくされる。
【０１９５】
ここで「第２の磁性層１１の磁化傾斜角度」とは、ハイト方向（図示Ｙ方向）と平行な方向を０度とし、このハイト方向からの傾きである。エクスチェンジバイアス型の磁気検出素子の製造における第２磁場中アニール後の第２の磁性層１１の磁化傾斜角度は、まずハイト方向に第１の磁場中アニールを施した後、ハイト方向と直交するトラック幅方向（図示Ｘ方向）に第２の磁場中アニールを施した磁気検出素子（膜単体のべた膜）を用いて、固定磁性層の元の磁化方向と直交方向に磁場を印加して測定するＲ−Ｈ曲線により測定する。
【０１９６】
本発明では前記磁気モーメント差を−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０．６３（Ｔ・ｎｍ）以下に設定すると、従来に比べてより効果的に再生出力の向上を図ることができると共に、前記第２の磁性層１１の磁化傾斜角度をより０度に近づけることが可能になる。
【０１９７】
また本発明では、前記磁気モーメント差は負の値であることが好ましい。すなわち本発明では前記磁気モーメント差は−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０（Ｔ・ｎｍ）より小さいことが好ましい。磁気モーメント差を負の値にすると、従来では再生出力は下がる傾向になるのに対し、本発明では再生出力は若干上昇する傾向にあり、従来に比べてより効果的に再生出力の向上を図ることが可能になる。しかも第２の磁性層１１の磁化傾斜角度を磁気モーメント差が正の値である場合に比べて、より０度に近づけることができ、アシンメトリーを小さくでき、且つ再生出力の向上を図ることが可能になる。
【０１９８】
さらに本発明では、前記第１の磁性層１３の膜厚は第２の磁性層１１の膜厚よりも厚いことが好ましい。上記したように本発明では前記磁気モーメント差を−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０（Ｔ・ｎｍ）よりも小さくすることができる。前記磁気モーメント差が−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０（Ｔ・ｎｍ）よりも小さい範囲内では、第１の磁性層１３の単位面積当たりの磁気モーメントの方が前記第２の磁性層１１の単位面積当たりの磁気モーメントよりも大きい。
【０１９９】
ここで単位面積当たりの磁気モーメントは、飽和磁化（Ｍｓ）と膜厚（ｔ）との積で求めることができる。このため前記膜厚（ｔ）を厚くすれば前記単位面積当たりの磁気モーメントを大きくすることができる。
【０２００】
従って本発明では、磁気モーメント差を−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０（Ｔ・ｎｍ）よりも小さい範囲内に設定するために、前記第１の磁性層１３の膜厚を第２の磁性層１１の膜厚よりも大きい値に設定することが好ましい。
【０２０１】
前記第１の磁性層１３の膜厚を前記第２の磁性層１１の膜厚より大きくすることで、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）を増大でき、これにより前記第２の磁性層１１の磁化傾斜角度を小さくすることが可能になる。
【０２０２】
また本発明では、前記第１の磁性層１３に元素Ｘを含んだ比抵抗の高い磁性領域Ａが存在するから、前記第１の磁性層１３の膜厚を厚くしていっても、従来に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）及び抵抗変化量（ΔＲｓ）の低下を抑制することができる。
【０２０３】
さらに反強磁性層４と接する第１の磁性層１３の部分に元素Ｘを含んだ比抵抗の高い磁性領域Ａが存在するから、前記反強磁性層４と第１の磁性層１３間に発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）は高まり、前記第１の磁性層１３の膜厚を厚くしたときの前記交換結合磁界の低下による、固定磁性層３の磁化傾斜角度を最小限に抑えることが可能になる。
【０２０４】
なお上記した「磁化傾斜角度」を小さくできる作用効果は、図１ないし図６に示す磁気検出素子の全てに有効に発揮される。図１ないし図４に示すハードバイアス方式では、前記固定磁性層３のトラック幅方向における両側端部の磁化がハードバイアス層５からの縦バイアス磁界の影響で傾く不具合を適切に改善できる。
【０２０５】
また一方、前記エクスチェンジバイアス方式における固定磁性層の「磁化傾斜角度」の測定は、まずハイト方向（図示Ｙ方向）に第１の磁場中アニールを施し、次にトラック幅方向（図示Ｘ方向）に第２の磁場中アニールを施した後行なわれるが、このような磁場中アニールのパターンは図６のようなエクスチェンジバイアス方式の製造工程で使われる。
【０２０６】
従って図６のエクスチェンジバイアス方式において、２度の磁場中アニール後に、固定磁性層３の固定磁化方向が傾いたり、分散角が大きくなるといった不具合を抑制でき、従来に比べてより効果的に再生出力の増加やアシンメトリーの改善を図ることが可能になる。
【０２０７】
また図１ないし図６に示す磁気検出素子においてセンス電流が流れたときに発生するセンス電流磁界の向きは、固定磁性層３を構成する第１の磁性層１３と第２の磁性層１１の合成磁化方向と一致させることが好ましい。
【０２０８】
例えば図１において、固定磁性層３の第１の磁性層１３の単位面積当たりの磁気モーメントが第２の磁性層１１の単位面積当たりの磁気モーメントよりも大きく、且つ前記第１の磁性層１３の磁化が図示Ｙ方向とは逆向きであり、第２の磁性層１１の磁化が図示Ｙ方向と同一方向である場合、固定磁性層３の合成磁化方向は図示Ｙ方向と逆向きである。
【０２０９】
この固定磁性層３の合成磁化方向とセンス電流磁界の向きを一致させるため、図１に示す右側の電極層８から左側の電極層８にかけてセンス電流を流す。センス電流は主に非磁性材料層２を中心にして流れ、右ねじの法則により発生するセンス電流磁界は固定磁性層３側では図示Ｙ方向とは逆向きに発生する。このように固定磁性層３の合成磁化方向とセンス電流磁界の向きを一致させることができると、固定磁性層３の磁化をより強固に固定でき、アシンメトリーの改善及び再生出力の向上や通電信頼性の向上など再生特性及び信頼性に優れた磁気検出素子を製造することが可能になる。
【０２１０】
図７は、図１から図６に示す磁気検出素子が形成された読み取りヘッドの構造を記録媒体との対向面側から見た断面図である。
【０２１１】
符号４０は、例えばＮｉＦｅ合金などで形成された下部シールド層であり、この下部シールド層４０の上に下部ギャップ層４１が形成されている。また下部ギャップ層４１の上には、図１ないし図６に示す磁気検出素子４２が形成されており、さらに前記磁気検出素子４２の上には、上部ギャップ層４３が形成され、前記上部ギャップ層４３の上には、ＮｉＦｅ合金などで形成された上部シールド層４４が形成されている。
【０２１２】
前記下部ギャップ層４１及び上部ギャップ層４３は、例えばＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３（アルミナ）などの絶縁材料によって形成されている。図７に示すように、下部ギャップ層４１から上部ギャップ層４３までの長さがギャップ長Ｇｌであり、このギャップ長Ｇｌが小さいほど高記録密度化に対応できるものとなっている。
【０２１３】
本発明では、前記反強磁性層４の膜厚を小さくしてもなお大きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生させることができる。前記反強磁性層４の膜厚は、例えば７０Å以上で形成され、３００Å程度の膜厚であった従来に比べて前記反強磁性層４の膜厚を十分に小さくできる。このように大きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）を得ることができるのは、本発明では、反強磁性層４と対向する側に元素Ｘを含んだ磁性材料、好ましくはＣｏＦｅＸ合金からなる、比抵抗の大きい領域Ａの第１の磁性層１３を形成しているからであり、これによって前記反強磁性層４の膜厚を薄く形成しても、十分に大きい交換結合磁界（Ｈｅｘ）を得ることが可能になっている。
【０２１４】
よって狭ギャップ化により高記録密度化に対応可能な薄膜磁気ヘッドを製造することができる。
【０２１５】
なお前記上部シールド層４４の上には書き込み用のインダクティブヘッドが形成されていてもよい。
【０２１６】
なお本発明における磁気検出素子は、ハードディスク装置内に内蔵される磁気ヘッド以外にも磁気センサなどに利用可能である。
【０２１７】
次に本発明における磁気検出素子の製造方法について以下に説明する。図８を参照しながら説明する。なお図８は、製造方法を説明するための部分模式図である。
【０２１８】
まず基板２５上に前記下地層６を形成する。なお前記下地層６は、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１種以上の元素で形成されていることが好ましい。次に前記下地層６上にシードレイヤ２２をスパッタ成膜する。スパッタ成膜のときには、ＮｉＦｅＣｒまたはＣｒで形成されたターゲットを用意する。前記シードレイヤ２２を、例えば２０Åから６０Å程度でスパッタ成膜する。ちなみに前記シードレイヤ２２をＮｉＦｅＣｒで形成するときは、例えばその組成比は概ね、（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０ａｔ％Ｃｒ４０ａｔ％である。
【０２１９】
次に前記シードレイヤ２２上に反強磁性層４をスパッタ成膜する。
本発明では、前記反強磁性層４を、元素Ｚ（ただしＺは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料でスパッタ成膜することが好ましい。
【０２２０】
また本発明では前記反強磁性層４を、Ｚ−Ｍｎ−Ｚ′合金（ただし元素Ｚ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）でスパッタ成膜してもよい。
【０２２１】
また本発明では、前記元素Ｚあるいは元素Ｚ＋Ｚ′の組成比を、４５（ａｔ％）以上６０（ａｔ％）以下とすることが好ましい。
【０２２２】
さらに前記反強磁性層４の上に固定磁性層３をスパッタ成膜する。
図８に示すように、前記固定磁性層３を第１の磁性層１３と、その上に非磁性中間層１２を介して形成された第２の磁性層１１とで構成された積層フェリ構造とする。
【０２２３】
本発明では、前記第１の磁性層１３を、以下のような方法によって形成する。すなわち本発明では、まず反強磁性層４上に、元素Ｘ（ただし元素Ｘは、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのうち少なくとも１種以上の元素）を含んだ磁性材料、例えば好ましくはＣｏＦｅＸ（より好ましくはＣｏＦｅＣｒ）合金で形成された磁性層１３ａをスパッタ成膜する。前記Ｘの組成比は３ａｔ％以上で１５ａｔ％以下であることが好ましい。
【０２２４】
そして、前記磁性層１３ａ上に、前記元素Ｘを含まない磁性材料、例えば好ましくはＣｏＦｅ合金で形成された磁性層１３ｂをスパッタ成膜する。
【０２２５】
このように本発明では、前記第１の磁性層１３を磁性層１３ａと磁性層１３ｂとの２層構造で形成するわけであるが、磁性層１３ａには元素Ｘが含まれているため、前記磁性層１３ａの比抵抗値は磁性層１３ｂの比抵抗値に比べて高くなっている。
【０２２６】
次に、前記第１の磁性層１３の上に非磁性中間層１２をスパッタ成膜する。前記非磁性中間層１２をＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種または２種以上の合金で形成することが好ましい。
【０２２７】
次に前記非磁性中間層１２上に第２の磁性層１１をスパッタ成膜する。本発明では前記第２の磁性層１１を如何なる磁性材料で形成してもよいが、前記第１の磁性層１３との間で発生するＲＫＫＹ相互作用による結合磁界を適切に大きくするには、ＣｏＦｅ合金を使用することが好ましい。
【０２２８】
次に、前記第２の磁性層１１の上に、Ｃｕなどで形成された非磁性材料層２、例えばＣｏＦｅ合金膜１０とＮｉＦｅ合金膜９の２層で形成されたフリー磁性層１、Ｃｕなどで形成されたバックド層１５、および保護層７（例えばＴａなどの酸化物で形成された鏡面反射層であってもよい）をスパッタ成膜する。
【０２２９】
次に熱処理を施す。反強磁性層４は上記したＺ−Ｍｎ合金やＺ−Ｍｎ−Ｚ′合金で形成されることが好ましいが、これら反強磁性材料を使用する場合には、熱処理をしないと前記固定磁性層３との界面で交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生しない。したがって本発明では熱処理を施すことで前記反強磁性層４と固定磁性層３の第１の磁性層１３との界面で交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生させることができる。またこのとき図示Ｙ方向と平行な方向に磁場をかけることで前記固定磁性層３の磁化を図示Ｙ方向と平行な方向に向け固定することができる。なお本発明では前記固定磁性層３は積層フェリ構造であるから、第１の磁性層１３と第２の磁性層１１の磁化は反平行状態になる。
【０２３０】
上記した熱処理を施すことで、元素Ｘが含有された例えばＣｏＦｅＸ合金からなる磁性層１３ａと、反強磁性層４との間に大きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生させることができる。
【０２３１】
一方、本発明では、前記非磁性中間層１２と接する側の第１の磁性層１３には、元素Ｘを含まない例えばＣｏＦｅ合金からなる磁性層１３ｂが設けられており、前記磁性層１３ｂと第２の磁性層１１との間で、大きなＲＫＫＹ相互作用による結合磁界を発生させることができる。
【０２３２】
従って本発明によれば、固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大きくすることができる。
【０２３３】
ところで、上記した熱処理を施すことで、前記第１の磁性層１３を構成する磁性層１３ａと磁性層１３ｂとの間には熱拡散が生じ、前記磁性層１３ａと磁性層１３ｂとの界面で元素が入り交じる。
【０２３４】
このため熱処理後では、図８に示すような磁性層１３ａと磁性層１３ｂ間に、はっきりとした境界を見ることはできず、前記第１の磁性層１３は単一層のようになる。このため熱処理後における前記第１の磁性層１３の組成比を測定すると、前記第１の磁性層１３には組成変調が生じていることがわかる。
【０２３５】
この組成変調は、前記磁性層１３ａと磁性層１３ｂの界面付近で、元素Ｘの組成比が、反強磁性層４側から非磁性中間層１２側に向けて徐々に少なくなる領域として現われる。
【０２３６】
ただし、例えば前記反強磁性層４が、熱処理を必要としなくても第１の磁性層１３との間で交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生し得る材質であったり、また熱処理条件も、前記第１の磁性層１３を構成する磁性層１３ａと磁性層１３ｂ間で熱拡散を生じない程度の条件であった場合には、上記した組成変調は生じない場合があり、かかる場合、前記磁性層１３ａと磁性層１３ｂ間の界面をはっきりと見ることができたり、あるいは前記界面を見ることができないとしても、前記反強磁性層４側から非磁性中間層１２側に向けて前記界面付近で、元素Ｘが急激に０ａｔ％に近づくような極端な元素Ｘの組成比の変動を見ることができる。
【０２３７】
なお、図８に示す製造方法では、前記第１の磁性層１３を磁性層１３ａと磁性層１３ｂの２層構造で構成したが、２層よりも多い製造構造であってもよい。かかる場合であっても反強磁性層４と接する側に元素Ｘを含む比抵抗の高い磁性層を設け、非磁性中間層１２と接する側に元素Ｘを含まない比抵抗の低い磁性層を設ける。
【０２３８】
あるいは別の製造方法としては、前記第１の磁性層１３の成膜時に、例えばＣｏＦｅからなるターゲットと、元素Ｘ（好ましくはＣｒ）からなるターゲットを用意し、反強磁性層４との界面上に前記第１の磁性層１３を成膜する初期段階では、まずＣｏＦｅからなるターゲットと、元素Ｘからなるターゲットの双方に電力を供給してＣｏＦｅＣｒからなる磁性層を成膜し、次に徐々に元素Ｘターゲットに対する電力を下げていき、これによって成膜されるＣｏＦｅＸの元素Ｘ組成比を小さくしていき、最終段階では、元素Ｘターゲットに対する電力を０Ｗにして、元素Ｘを含まないＣｏＦｅ合金からなる磁性層を成膜できるようにする。
【０２３９】
これによっても、反強磁性層４との界面では、元素Ｘを含む比抵抗の高いＣｏＦｅＣｒ合金が存在するから前記反強磁性層４との間で大きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生させることができ、また非磁性中間層１２との界面では、元素Ｘを含まない比抵抗の小さいＣｏＦｅ合金が存在するから前記第２の磁性層１１との間で大きなＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を発生させることができ、よって前記固定磁性層３の一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大きくすることができる。
【０２４０】
また本発明における磁気検出素子の製造方法によれば、前記第１の磁性層１３に比抵抗の大きな磁性層１３ａが存在することから電極層から前記第１の磁性層１３に分流するセンス電流量を減少させることができ、いわゆるシャントロスを低減させることができ、大きな抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができる。
【０２４１】
なお上記した第１の磁性層１３の製造方法は図２ないし図４のいずれの磁気検出素子の第１の磁性層の製造に利用できる。
【０２４２】
ただし図５や図６のようなエクスチェンジバイアス方式の磁気検出素子の場合、反強磁性層４と固定磁性層３間で交換結合磁界を発生させるだけでなく、強磁性層２８と反強磁性層（エクスチェンジバイアス層）２９との間でも交換結合磁界を発生させなければならない。
【０２４３】
このため、例えば非磁性中間層２７までを成膜した段階で、まずハイト方向（図示Ｙ方向）に磁場中アニールを施す。例えば磁場を１０ｋＯｅ（＝約８００ｋＡ／ｍ）とし、温度を２９０度（℃）、時間を４時間とする。これにより前記反強磁性層４と固定磁性層３間に交換結合磁界を発生させて前記固定磁性層３の磁化を前記ハイト方向と平行な方向に固定する。
【０２４４】
次に前記強磁性層２８と反強磁性層２９を成膜し、２回目の磁場中アニールをトラック幅方向（図示Ｘ方向）に対し行う。例えば磁場を３００（約２４ｋＡ／ｍ）Ｏｅとし、温度を２９０度（℃）、時間を４時間とする。これにより前記強磁性層２８と反強磁性層２９間に交換結合磁界が発生する。
【０２４５】
このとき、第２の磁場中アニールの影響を受けて、磁化がハイト方向に固定されたはずの固定磁性層３が揺らぐ可能性がある。しかし本発明では、上記したように、第１の磁性層１３と第２の磁性層１１との磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）や膜厚を適正化していることで、第２の磁場中アニールによる前記第２の磁性層１１のハイト方向（図示Ｙ方向）からの傾き（磁化傾斜角度）を最小限に抑制できる。したがって本発明では、アシンメトリーが小さく且つ再生出力の大きいエクスチェンジバイアス方式の磁気検出素子を適切且つ容易に形成することが可能である。
【実施例】
【０２４６】
本発明では、以下の膜構成を有する積層膜を形成し、固定磁性層が磁性層の単層で形成されたときの、前記固定磁性層と反強磁性層間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）の大きさを、前記固定磁性層の材質を４種類用意して、それぞれについて測定した。
【０２４７】
膜構成は、下から、
シードレイヤ：（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０ａｔ％Ｃｒ４０ａｔ％（５５）／反強磁性層：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（１６０）／固定磁性層：材質は表１を参照（２０）／非磁性材料層：Ｃｕ（４０）／フリー磁性層：[Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１０）／Ｎｉ８０ａｔ％Ｆｅ２０ａｔ％（５０）]／保護層：Ｔａ（３０）である。なお括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオングストロームである。
【０２４８】
上記した膜構成の磁気検出素子を成膜したあと、熱処理を施して前記反強磁性層と固定磁性層間に交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生させ、それを測定した。その実験結果は、表１に示されている。
【０２４９】
【表１】
【０２５０】
表１に示すように、固定磁性層には、（Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１）９５ａｔ％Ｃｒ５ａｔ％合金、Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％合金、Ｆｅ５０ａｔ％Ｃｏ５０ａｔ％合金、Ｎｉ８０ａｔ％Ｆｅ２０ａｔ％合金をそれぞれ使用した。
【０２５１】
表１に示すように、固定磁性層にＣｏＦｅＣｒ合金を使用したとき、ＣｏＦｅ合金を使用した場合に比べて交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできることがわかる。また固定磁性層にＮｉＦｅ合金を使用した場合に比べても約２倍程度の高い交換結合磁界（Ｈｅｘ）を得ることができることがわかる。
【０２５２】
また表１の最も右側欄に記載されたのは、単位面積当たりの交換結合エネルギーＪであるが、ＣｏＦｅＣｒ合金がもっとも高い交換結合エネルギーＪを有していることがわかる。
【０２５３】
この実験からわかったことは、反強磁性層との間で大きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生させるには、固定磁性層にＣｏＦｅ合金ではなく、ＣｏＦｅＣｒ合金を使用した方が好ましいということである。
【０２５４】
次に、以下の膜構成を有する積層膜を用いて、積層フェリ構造における固定磁性層の一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）の大きさを、固定磁性層の第１の磁性層の材質が異なるそれぞれのサンプルに対して測定した。
【０２５５】
なおここで、前記一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）は、主として上記した反強磁性層との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）と、固定磁性層を構成する第１の磁性層と第２の磁性層間で発生するＲＫＫＹ相互作用による結合磁界とを合わせた磁界の大きさである。
【０２５６】
実験に使用した膜構成は下から、
シードレイヤ：（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０ａｔ％Ｃｒ４０ａｔ％（５５）／反強磁性層：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（１６０）／固定磁性層：[第１の磁性層：材質は表２を参照（１８）／非磁性中間層：Ｒｕ（８．７）／第２の磁性層：材質は表２を参照（２２）]／非磁性材料層：Ｃｕ（２１）／フリー磁性層：[Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１０）／Ｎｉ８０ａｔ％Ｆｅ２０ａｔ％（１８）]／非磁性材料層：Ｃｕ（１０）／保護層：Ｔａ（３０）である。なお括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオングストロームである。
【０２５７】
上記した膜構成の磁気検出素子を成膜した後、熱処理を施し、固定磁性層の一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を測定した。
【０２５８】
【表２】
【０２５９】
表２に示すように、第１の磁性層及び第２の磁性層にＣｏＦｅ合金を選択した場合が、最も高い一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を発生させることができることがわかる。
【０２６０】
また飽和磁界（Ｈｓ）も、他の試料に比べて非常に高いことがわかる。飽和磁界（Ｈｓ）は、非磁性中間層を介した第１の磁性層と第２の磁性層の磁化が共に同じ方向を向くときの磁界の大きさである。この飽和磁界（Ｈｓ）が大きいことは、第１の磁性層と第２の磁性層間で発生するＲＫＫＹ相互作用による結合磁界が強く、前記第１の磁性層と第２の磁性層との磁化が反平行状態から崩れ難いことを意味する。
【０２６１】
すなわち、第１の磁性層及び第２の磁性層にＣｏＦｅ合金を選択した場合には、最も第１の磁性層と第２の磁性層との磁化の反平行状態が崩れ難く、ＲＫＫＹ相互作用による結合磁界は、他の試料に比べて非常に高いものと推測することができる。
【０２６２】
このことと、表１から得られた結論を総合すると、反強磁性層との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくするために、第１の磁性層の反強磁性層側にＣｏＦｅＣｒ合金からなる磁性層を形成し、ＲＫＫＹ相互作用による結合磁界を大きくするために、第１の磁性層の非磁性中間層側にＣｏＦｅ合金からなる磁性層を形成する。
【０２６３】
これによって、反強磁性層とＣｏＦｅＣｒ合金間で大きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）を得ることができると共に、非磁性中間層側に形成された第１の磁性層のＣｏＦｅ合金と、第２の磁性層間で発生するＲＫＫＹ相互作用による結合磁界を大きくすることができ、したがって固定磁性層における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を、第１の磁性層をＣｏＦｅ、あるいはＣｏＦｅＣｒ合金の単層で形成した場合に比べて、大きくすることができる。
【０２６４】
次に以下の積層膜を用いて、第１の磁性層をＣｏＦｅＣｒ合金とＣｏＦｅ合金の積層構造で形成したときの前記ＣｏＦｅＣｒ合金の最適な膜厚及び膜厚比について種々の特性から規定することとした。
【０２６５】
前記積層膜の構成は、下から、
Ｓｉ基板／アルミナ／シードレイヤ：（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０ａｔ％Ｃｒ４０ａｔ％（６０）／反強磁性層：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（１００）／固定磁性層：[第１の磁性層：（Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１）９５ａｔ％Ｃｒ５ａｔ％（Ｘ）／Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１４−Ｘ）／非磁性中間層：Ｒｕ（８．７）／第２の磁性層：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（３）／スペキュラー膜（ＣｏＦｅ−Ｏｘｉｄｅ）／Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１８）]／非磁性材料層：Ｃｕ（２１）／フリー磁性層：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（２０）／バックド層：Ｃｕ（４．５）／スペキュラー膜：Ｔａ−Ｏｘｉｄｅである。なお括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオングストロームである。
【０２６６】
下記の積層膜を成膜後、２９０℃で４時間、８００ｋＡ／ｍの磁場中アニールを施した。なお実験後、第１の磁性層を構成するＣｏＦｅＣｒ合金とＣｏＦｅ合金間では拡散によって界面がはっきりと解らなくなった。
【０２６７】
実験では、上記した第１の磁性層を構成するＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚を０Åから１４Åまで厚くしていき、一方、第１の磁性層を構成するＣｏＦｅ合金の膜厚を１４Åから０Åまで薄くしていった。なお第１の磁性層の膜厚は１４Åに保たれている。
【０２６８】
そして前記ＣｏＦｅＸ合金の膜厚Ｘ及び膜厚比（ここでいう膜厚比とは、第１の磁性層全体の膜厚に対するＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚の比のこと。図の横軸の膜厚値の下に括弧書きで記載された数値が膜厚比を表している）と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係について調べた。その実験結果を図９に示す。
【０２６９】
図９に示すように、ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚を厚くしていくほど徐々に抵抗変化率は上昇していくが、前記ＣｏＦｅＣｒ合金が１０Åよりも厚くなると抵抗変化率は低下し始めることがわかる。
【０２７０】
ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚としては、少なくとも第１の磁性層がＣｏＦｅ合金の単体で形成されている場合（すなわちＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚が０Å）の抵抗変化率（１５．１３％）よりも大きくなる膜厚を選択することが好ましい。
【０２７１】
従って本発明では、前記ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚を０Åよりも大きく１３Å以下（膜厚比としては０より大きく０．９３以下）とした。これにより１５．１３％以上の抵抗変化率を得ることができる。
【０２７２】
また前記ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚は３．７Å以上で１１．５Å以下（膜厚比としては０．２６以上で０．８２以下）であることがより好ましく、これによって１５．２５％以上の抵抗変化率を得ることができる。
【０２７３】
次に、ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚とシード抵抗変化量（ΔＲｓ）との関係について調べた。シード抵値が高いほど、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は高くなるものと考えられる。
【０２７４】
図１０に示すように、ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚が厚くなるほどシード抵抗値は大きくなり、前記ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚が７Å程度以上になると前記シード抵抗値はほぼ一定値となることがわかる。
【０２７５】
この実験結果から、ＣｏＦｅＣｒ合金は、０Åよりも大きく１４Åより小さい（膜厚比としては０より大きく１より小さい）範囲であれば、第１の磁性層がＣｏＦｅ合金のみで形成された場合（すなわちＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚が０Åのとき）に比べてシード抵抗値を大きくでき、３．０７５Ω／□よりも大きいシード抵抗値を得ることができる。
【０２７６】
またＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚が２．３Å以上で１４Åより小さい（膜厚比としては０．１６以上で１より小さい）範囲であると、３．１Ω／□以上のシード抵抗値を得ることができる。
【０２７７】
さらにＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚が、７．０Å以上で１４Åより小さい（膜厚比としては０．５以上で１より小さい）範囲であると、３．１３Ω／□以上のシード抵抗値を得ることができる。
【０２７８】
ここで、上記したようにシード抵抗値は大きいほど、大きな抵抗変化率を得ることができると考えられたが、実際は図９、１０に示すように、シード抵抗値が高い１０Å以上の膜厚であっても、抵抗変化率は低下する傾向が見られた。これは次に説明する一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）の低下が影響を与えているものと考えられる。
【０２７９】
図１１は、ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚と、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）との関係を示すグラフである。
【０２８０】
図１１に示すように、ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚を４Å程度にすると一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）は最も大きな値を取るが、それよりも厚い膜厚とすると前記一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）は低下してしまう。
【０２８１】
これはＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚が厚くなることで、第２の磁性層との間で発生するＲＫＫＹ相互作用による結合磁界が低下するためであると考えられる。
【０２８２】
この図１１の実験から、ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚は０Åよりも大きく５Å以下（膜厚比としては０より大きく０．３６以下）であることが好ましい。これによって１００ｋＡ／ｍよりも大きな一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を得ることができる。
【０２８３】
なお図９と同様に、ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚の絶対値の下に記載されている括弧書きの数値は、第１の磁性層全体の膜厚に対するＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚の膜厚比を示している。
【０２８４】
図１１に示すように、ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚は５Åよりも大きくなると特に一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）の低下が顕著に現れるが、このＨｅｘ*の低下により固定磁性層の磁化が不安定化するため、図９に示すように、抵抗変化率が低下していくものと考えられる。
【０２８５】
次に、ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚とプラトー磁界（Ｈｐｌ）との関係について調べた。その実験結果を図１２に示す。
【０２８６】
ここでプラトー磁界（Ｈｐｌ）とは図１３のヒステリシスループに示すように、抵抗変化率が最大値（１．００）に対して０．９８となるときの印加磁界の大きさを示す。プラトー磁界が大きいと、第１の磁性層と第２の磁性層の磁化の反平行状態が安定に保たれるので、前記プラトー磁界は大きい方が好ましい。
【０２８７】
図１２に示すように、ＣｏＦｅＣｒ合金が約４Åのときプラトー磁界は最大値を示す。そしてそれよりも前記ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚が厚くなっていくとプラトー磁界は徐々に低下していくことがわかる。
【０２８８】
図１２の実験結果から、前記ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚が０Åよりも大きく１４Åよりも小さい（膜厚比としては０より大きく１より小さい）範囲であれば、第１の磁性層がＣｏＦｅ合金のみで形成された従来に比べて（すなわちＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚が０Å）、高いプラトー磁界（２４ｋＡ／ｍよりも大きい）を得ることができる。
【０２８９】
また本発明では、前記ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚が３Å以上で８．５Å以下（膜厚比としては０．１２以上０．６１以下）であれば、３０ｋＡ／ｍ以上のプラトー磁界を得ることができる。
【０２９０】
以上の実験結果により、本発明では以下の膜厚比を好ましい範囲とした。
本発明では、前記ＣｏＦｅＣｒ合金で形成された磁性層が第１の磁性層に占める膜厚比（ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚／第１の磁性層の膜厚）は、０より大きく０．６１以下であることが好ましい。これにより抵抗変化率が従来よりも大きく、またプラトー磁界（Ｈｐｌ）も従来より大きくなる。
【０２９１】
または本発明では、（ＣｏＦｅＣｒ合金で形成された磁性層の膜厚／第１の磁性層の膜厚）の膜厚比は、０より大きく０．３６以下であることが好ましい。これによって一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来よりも大きくでき、またプラトー磁界（Ｈｐｌ）を従来よりも大きくできる。さらに抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を従来よりも大きくできる。
【０２９２】
または本発明では、（ＣｏＦｅＣｒ合金で形成された磁性層の膜厚／第１の磁性層の膜厚）の膜厚比は、０．２６以上で０．８２以下であることが好ましい。これによって、抵抗変化率を１５．２５％以上得ることができ、またプラトー磁界（Ｈｐｌ）を従来よりも大きくすることができる。
【０２９３】
または本発明では、（ＣｏＦｅＣｒ合金で形成された磁性層の膜厚／第１の磁性層の膜厚）の膜厚比は、０．１２以上で０．６１以下であることが好ましい。これによって抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を従来よりも大きくすることができ、またプラトー磁界（Ｈｐｌ）を３０ｋＡ／ｍ以上に大きくすることができる。
【０２９４】
または本発明では、（ＣｏＦｅＣｒ合金で形成された磁性層の膜厚／第１の磁性層の膜厚）の膜厚比は、０．２６以上で０．６１以下であることが好ましい。これによって抵抗変化率を１５．２５％以上得ることができ、またプラトー磁界を３０ｋＡ／ｍ以上得ることができる。
【０２９５】
さらには本発明では、（ＣｏＦｅＣｒ合金で形成された磁性層の膜厚／第１の磁性層の膜厚）の膜厚比は、０．２６以上で０．３６以下であることが好ましい。これによって抵抗変化率を１５．２５％以上得ることができ、またプラトー磁界を３０ｋＡ／ｍ以上得ることができ、さらに一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来よりも大きくすることができる。
【０２９６】
次に本発明では、第２の磁性層１１の単位面積当たりの磁気モーメントから第１の磁性層１３の単位面積当たりの磁気モーメントを引いた磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）と、再生出力との関係を調べた。
【０２９７】
実験に使用した膜構成は、下から、
アルミナ／シードレイヤ：（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０ａｔ％Ｃｒ４０ａｔ％（６０）／反強磁性層：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（１２０）／固定磁性層：[第１の磁性層：（Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１）９５ａｔ％Ｃｒ５ａｔ％（Ｘ）／Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１０）／非磁性中間層：Ｒｕ（９）／第２の磁性層：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（２２）／非磁性材料層：Ｃｕ（２１）／フリー磁性層：[Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１０）／Ｎｉ８０ａｔ％Ｆｅ２０ａｔ％（３５）]／保護層：Ｔａ（３０）である。なお括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオングストロームである。
【０２９８】
またトラック幅を０．２μｍ、素子高さを０．１５μｍとした。さらに縦バイアス磁界として残留磁化（Ｍｒ）と膜厚（ｔ）との積が１８．８（Ｔ・ｎｍ）の永久磁石膜を用いた。
【０２９９】
実験では前記第１の磁性層を構成する（Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１）９５ａｔ％Ｃｒ５ａｔ％の膜厚Ｘを変化させて、前記第１の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを変化させ、前記磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）と再生出力との関係を求めた。その実験結果が図１４に示されている。
【０３００】
図１４には第１の磁性層がＣｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％合金の単層で形成された比較例も載せてある。この比較例では前記第１の磁性層の膜厚を変化させて前記第１の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを変化させ、前記磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）と再生出力との関係を求めている。
【０３０１】
図１４に示すように、比較例では、前記磁気モーメント差が小さくなるにつれて徐々に再生出力は低下している。特に比較例の場合、前記磁気モーメント差が負の値になると、急激に再生出力が低下する。
【０３０２】
前記磁気モーメント差が負の値になるには、前記第１の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントが第２の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントよりも大きくなるわけであるが、このような磁気モーメントの調整は、前記第１の磁性層の膜厚を厚くしていくことによって行なわれる。
【０３０３】
すなわち前記磁気モーメント差が小さくなるほど、前記第１の磁性層の膜厚が厚くなっているのである。このため比較例の場合、前記磁気モーメント差が小さくなるほど、前記第１の磁性層の膜厚が厚くなり、この第１の磁性層は比抵抗の小さいＣｏＦｅ合金の単層で形成されているから前記第１の磁性層へのセンス電流の分流量が大きくなり、再生出力が大きく低下してしまう。
【０３０４】
一方、本発明の実施例では、前記磁気モーメント差が小さくなってもさほど再生出力は変化せずむしろ若干上昇する。この上昇傾向は前記磁気モーメント差が約−０．６３（Ｔ・ｎｍ）まで見られる。しかし前記磁気モーメント差が−０．６３（Ｔ・ｎｍ）よりも小さくなると前記再生出力は低下し始める。
【０３０５】
実施例において、磁気モーメント差が小さくなっても特にー０．６３（Ｔ・ｎｍ）までの負の値でも前記再生出力の低下が見られないのは、前記第１の磁性層に比抵抗の大きいＣｏＦｅＣｒ合金層が存在するためである。また磁気モーメント差が小さくなることによりトラック両側の永久磁石膜（ハードバイアス層）からの磁界によって固定磁性層の磁化が傾く量が減少することにより再生出力が若干、上昇する。
【０３０６】
このため前記磁気モーメント差が小さくなる、すなわち第１の磁性層の膜厚が厚くなっていっても前記第１の磁性層に分流するセンス電流量は小さく、比較例に比べて前記再生出力の改善を図ることができるのである。
【０３０７】
次に図１４の実験に用いた磁気検出素子の多層膜構造を用いて、磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）と、エクスチェンジバイアスの製造工程であるハイト方向と直交方向（トラック幅方向）の第２の磁場中アニールを施した後の第２の磁性層の磁化傾斜角度との関係について調べた。
【０３０８】
なお前記固定磁性層は既にハイト方向への第１の磁場中アニールによって磁化固定された状態である。この第１磁場中アニールは、ハイト方向に１０ｋＯｅ（＝約８００ｋＡ／ｍ）の磁場をかけ続け、このとき２９０度とした熱処理工程を４時間行っている。
【０３０９】
この状態で、次に第２の磁場中アニールを施す。第２の磁場中アニールはトラック幅方向に３００Ｏｅ（＝約２４ｋＡ／ｍ）の磁場をかけ続け、このとき２９０度（℃）とした熱処理工程を４時間行った。その後、ハイト方向を０度としたときの固定磁性層（第２の磁性層）の磁化のずれ（磁化傾斜角度）を印加磁場を９０°方向として測定したＲ−Ｈ曲線を用いて測定した。その実験結果は図１５に示されている。
【０３１０】
図１５に示すように、磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）が小さくなっていくほど、前記第２の磁性層の磁化傾斜角度は小さくなっていくことがわかる。
【０３１１】
比較例及び実施例ともに同様の傾向を見せるが、比較例では磁気モーメント差が０．６３（Ｔ・ｎｍ）程度あると、第２の磁性層の磁化傾斜角度が１５度を越えてしまい、固定磁性層とフリー磁性層との磁化の直交関係が大きく崩れてしまう。一方、実施例では前記磁気モーメント差が０．６３（Ｔ・ｎｍ）以下であると前記第２の磁性層の磁化傾斜角度は１０度以下に抑えられ、さらに前記磁気モーメント差を−０．６３（Ｔ・ｎｍ）程度にまで小さくすると前記第２の磁性層の磁化傾斜角度をほぼ０度にすることができる。
【０３１２】
前記第２の磁性層の磁化傾斜角度は小さいほど好ましく、これによりアシンメトリーを小さくでき、さらに再生出力の向上を図ることができる。本発明では図１４及び図１５に示す実験結果から前記磁気モーメント差の好ましい範囲を−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０．６３（Ｔ・ｎｍ）以下に設定した。ただし前記磁気モーメント差が０（Ｔ・ｎｍ）となる場合は除いた。磁気モーメント差が０（Ｔ・ｎｍ）ということは、第１の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントと第２の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントとが同じ値になる場合であるが、かかる場合、前記第１の磁性層及び第２の磁性層に磁化分散が発生し再生特性を劣化させるという問題点がある。よって第１の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントと第２の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントとは異なる値であることが好ましく、そこで本発明では磁気モーメント差が０（Ｔ・ｎｍ）となる場合を除いているのである。
【０３１３】
また前記磁気モーメント差のより好ましい範囲を−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０（Ｔ・ｎｍ）より小さい範囲とした。図１４及び図１５に示すように、前記磁気モーメント差を負の値にすると、ハードバイアス方式の場合は前記再生出力は磁気モーメント差が−０．６３（Ｔ・ｎｍ）程度まで若干上昇する傾向を見せ、比較例に比べて効果的に再生出力の向上を図ることができる。またエクスチェンジバイアス方式の場合は、第２の磁性層の磁化傾斜角度を５度以下に抑えることができ、特に前記磁気モーメント差が−０．６３（Ｔ・ｎｍ）付近では前記磁化傾斜角度をほぼ０度にすることが可能である。
【０３１４】
次に本発明では、前記第１の磁性層の膜厚を第２の磁性層の膜厚よりも大きい方が好ましいとした。単位面積当たりの磁気モーメントは、飽和磁化（Ｍｓ）と膜厚（ｔ）との積で求めることができる。上記したように磁気モーメント差は負の値であることが好ましいとしたが、このように設定するには、第１の磁性層の膜厚を第２の磁性層の膜厚よりも大きくすることが好ましい。
【０３１５】
図１６は、第１の磁性層の膜厚と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、図１７は第１の磁性層の膜厚と抵抗変化量（ΔＲｓ）との関係を示すグラフである。
【０３１６】
図１６に示す「比較例」及び「実施例」における磁気検出素子の膜構成は図１４の実験に使用したものと同じである。
【０３１７】
図１６及び図１７に示すように「比較例」及び「実施例」ともに前記第１の磁性層の膜厚が厚くなっていくと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）及び抵抗変化量（ΔＲｓ）は徐々に低下する。しかしグラフを見てわかるように「実施例」の方が「比較例」に比べて抵抗変化率及び抵抗変化量の低下量は小さい。これは「実施例」の磁気検出素子の第１の磁性層には、比抵抗が高いＣｏＦｅＣｒ合金層が存在するためセンス電流が前記第１の磁性層に分流しにくいからである。
【０３１８】
このように本発明では、前記第１の磁性層の膜厚を厚くしていっても従来に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）及び抵抗変化量（ΔＲｓ）の低下を適切に抑制できる。
【０３１９】
しかも前記第１の磁性層の膜厚を厚く形成できることにより、磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）の値を小さくできる結果として一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）を大きくすることができ、前記第２の磁性層の磁化傾斜角度を小さく抑えることができる。
【０３２０】
さらに反強磁性層と接する第１の磁性層の部分に例えばＣｏＦｅＸ合金層などの比抵抗の高い磁性領域を形成することで、前記反強磁性層と第１の磁性層間に発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）は高まり、前記第１の磁性層の膜厚を厚くしたときの前記第１の磁性層の交換結合磁界（Ｈｅｘ）の低下による固定磁性層の磁化傾斜を最小限に抑えることができる。
【０３２１】
上記したように、磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）や膜厚を適切に調整することで狭トラック化及び素子高さの狭小化においても、固定磁性層の磁化の揺らぎが小さく、アシンメトリーを改善でき及び再生出力が大きい、高記録密度化に優れた磁気検出素子を製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０３２２】
【図１】本発明の第１実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図２】本発明の第２実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図３】本発明の第３実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図４】本発明の第４実施形態の磁気検出素子（デュアルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図５】本発明の第５実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図６】本発明の第５実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図７】磁気検出素子を有する薄膜磁気ヘッドの部分断面図、
【図８】本発明における磁気検出素子の製造方法を説明するための一工程図（模式図）、
【図９】第１の磁性層がＣｏＦｅＣｒ合金とＣｏＦｅ合金との２層構造で形成されたときの、ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚と、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、
【図１０】第１の磁性層がＣｏＦｅＣｒ合金とＣｏＦｅ合金との２層構造で形成されたときの、ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚と、シード抵抗値（ΔＲｓ）との関係を示すグラフ、
【図１１】第１の磁性層がＣｏＦｅＣｒ合金とＣｏＦｅ合金との２層構造で形成されたときの、ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚と、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）との関係を示すグラフ、
【図１２】第１の磁性層がＣｏＦｅＣｒ合金とＣｏＦｅ合金との２層構造で形成されたときの、ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚と、プラトー磁界（Ｈｐｌ）との関係を示すグラフ、
【図１３】プラトー磁界を説明するためのヒステリスループの模式図、
【図１４】第１の磁性層がＣｏＦｅＣｒ合金とＣｏＦｅ合金との２層構造で形成された実施例と、第１の磁性層がＣｏＦｅ合金の単層構造で形成された比較例の、磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）と再生出力との関係を示すグラフ、
【図１５】第１の磁性層がＣｏＦｅＣｒ合金とＣｏＦｅ合金との２層構造で形成された実施例と、第１の磁性層がＣｏＦｅ合金の単層構造で形成された比較例の、磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）と第２の磁性層の磁化傾斜角度との関係を示すグラフ、
【図１６】第１の磁性層がＣｏＦｅＣｒ合金とＣｏＦｅ合金との２層構造で形成された実施例と、第１の磁性層がＣｏＦｅ合金の単層構造で形成された比較例の、第１の磁性層の膜厚と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、
【図１７】第１の磁性層がＣｏＦｅＣｒ合金とＣｏＦｅ合金との２層構造で形成された実施例と、第１の磁性層がＣｏＦｅ合金の単層構造で形成された比較例の、第１の磁性層の膜厚と抵抗変化量（ΔＲｓ）との関係を示すグラフ、
【図１８】従来における磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図１９】積層フェリ構造の第１の磁性層を、ＣｏＦｅ単層で形成した場合、ＣｏＦｅＣｒ単層で形成した場合の、前記第１の磁性層の膜厚と、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）との関係を示すグラフ、
【符号の説明】
【０３２３】
１ フリー磁性層
２ 非磁性材料層
３ 固定磁性層（強磁性層）
４ 反強磁性層
５ ハードバイアス層
６ 下地層
７ 保護層
８ 電極層
１１ 第２の磁性層
１２、２７ 非磁性中間層
１３ 第１の磁性層
１５ バックド層
２９ 反強磁性層（エクスチェンジバイアス層）
２２ シードレイヤ
２３、２４ 磁性層
２５ 基板
２８ 強磁性層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反強磁性層および強磁性層とから成り、前記反強磁性層と強磁性層との界面にて発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）により、前記強磁性層の磁化方向が一定の方向にされる交換結合膜および前記交換結合膜を用いた磁気検出素子に係り、特に前記強磁性層が積層フェリ構造で形成され、抵抗変化率と一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）等の再生特性や信頼性を向上させることが可能な交換結合膜及び前記交換結合膜を用いた磁気検出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１８は従来における磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【０００３】
図１８に示す符号１４はＴａなどの下地層であり、その上にＰｔＭｎなどの反強磁性層３０が形成されている。
【０００４】
前記反強磁性層３０の上には、固定磁性層３１が形成されている。前記固定磁性層３１は、磁性層３４、３６と非磁性中間層３５の３層で形成された積層フェリ構造である。前記磁性層３４、３６は例えばＣｏＦｅ合金で形成され、前記非磁性中間層３５はＲｕなどで形成される。
【０００５】
前記固定磁性層３１の上にはＣｕなどで形成された非磁性材料層３２が形成され、さらに前記非磁性材料層３２の上にはＮｉＦｅなどで形成されたフリー磁性層３３が形成されている。また前記フリー磁性層３３の上にはＴａなどで形成された保護層７が形成されている。
【０００６】
前記下地層１４から保護層７までの各層のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側には、ハードバイアス層５が形成され、前記ハードバイアス層５の上には電極層８が形成されている。
【０００７】
この形態の磁気検出素子では、磁場中アニールが施されることで、前記反強磁性層３０と固定磁性層３１のうち、前記反強磁性層３０と接する側の第１の磁性層３４との間で交換結合磁界（Ｈｅｘ）が発生すると、前記第１の磁性層３４は例えば図示Ｙ方向に磁化され、一方、非磁性材料層３２と接する第２の磁性層３６は、前記第１の磁性層３４との間に働くＲＫＫＹ相互作用による結合磁界によって、図示Ｙ方向とは逆方向に磁化される。
【０００８】
一方、前記フリー磁性層３３の磁化は、前記ハードバイアス層５からの縦バイアス磁界によって図示Ｘ方向に揃えられる。
【特許文献１】特開２０００−２５２５４８公報
【特許文献２】特開２０００−１４９２２９号公報
【特許文献３】特開２０００−１１３４１８公報
【特許文献４】特開２０００−３１５３０５号公報
【特許文献５】特開２００１−１６７４１０公報
【特許文献６】特開２０００−３１５６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで図１８に示すように固定磁性層３１が積層フェリ構造で形成されるとき、実際に磁気抵抗効果に寄与する層は、第２の磁性層３６である。
【００１０】
従って前記電極層８から非磁性材料層３２を中心にセンス電流が流れたとき、このセンス電流が前記第１の磁性層３４に分流するとシャントロスとなり抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の低下を招いた。
【００１１】
そこで従来では、このシャントロスを低減させるべく、ＣｏＦｅ合金などで形成されていた第１の磁性層３４にＣｒなどを添加し、前記第１の磁性層３４の比抵抗を上げることが試みられた。
【００１２】
これによって前記第１の磁性層３４の比抵抗は上がり、前記電極層８からのセンス電流は前記第１の磁性層３４に分流しにくくなり、抵抗変化率の向上を図ることができたが、その一方で、前記固定磁性層３１における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）の低下が顕著になった。
【００１３】
ここで一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）とは、主として反強磁性層３０と第１の磁性層３４間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）と、第１の磁性層３４と第２の磁性層３６間で作用するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界とを合わせた磁界のことである。
【００１４】
図１９は、図１８と同様の積層構造で形成された磁気検出素子であって、第１の磁性層３４をＣｏＦｅＣｒ５ａｔ％で形成したときの、前記第１の磁性層３４の膜厚と一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）との関係を示すグラフである。
【００１５】
図１９に示すように、前記第１の磁性層３４をＣｏＦｅ合金で形成したときは、非常に高い一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を示すのに対し、前記第１の磁性層３４をＣｏＦｅＣｒで形成すると、前記一方向性交換バイアス磁界は急激に低下することがわかる。
【００１６】
また図１９に示すように、ＣｏＦｅＣｒで形成された前記第１の磁性層３４の膜厚を厚くしていくと、前記一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）は大きくなる傾向にあるが、前記第１の磁性層３４を厚くしていくと、今度は、前記第１の磁性層３４へのセンス電流の分流量が大きくなり、結局、従来では、固定磁性層３１における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）と、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上とを同時に得ることができなかったのである。
【００１７】
なお前記一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）が低下すると、前記固定磁性層３１を適切にピン止めできず、静電気放電（ＥＳＤ）によるダメージに弱くなりやすく、また通電信頼性の低下が問題となった。
【００１８】
また図１８に示すような磁気検出素子の構造において、トラック幅が狭くなると、前記固定磁性層３１のトラック幅方向の両側端部付近では、前記ハードバイアス層５からの縦バイアス磁界の影響を強く受けて、前記固定磁性層の磁化がハイト方向（図示Ｙ方向）から斜めに傾くといった問題があった。この磁化の傾きにより再生出力の低下やアシンメトリーの悪化を余儀なくされた。この問題は、エクスチェンジバイアス方式の磁気検出素子の場合にも同様に生じた。エクスチェンジバイアス方式の場合、２度の磁場中アニールを施すが、１回目でハイト方向に磁場中アニールを施して固定磁性層３１の磁化をハイト方向に固定しても、２回目にトラック幅方向に磁場中アニールを施したとき、前記固定磁性層３１の磁化がハイト方向から傾くのである。
【００１９】
また記録密度の向上に伴い、磁気検出素子の素子高さ自体も小さくなってきており、静電気放電（ＥＳＤ）等に対して弱くなっていた。
【００２０】
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、積層フェリ構造で形成された固定磁性層の第１の磁性層の膜構成等を改良して、抵抗変化率及び一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）等の再生特性及び固定磁性層の信頼性を同時に向上させることが可能な交換結合膜及び前記交換結合膜を用いた磁気検出素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、反強磁性層と強磁性層とが積層形成され、前記反強磁性層と強磁性層との界面で交換結合磁界が発生することで、前記強磁性層の磁化方向が一定方向にされる交換結合膜において、
前記強磁性層は、前記反強磁性層との界面と接して形成される第１の磁性層と、前記第１の磁性層と非磁性中間層を介して対向する第２の磁性層とを有して形成された積層フェリ構造であり、
前記磁性層のうち前記反強磁性層と接する側の第１の磁性層には、元素Ｘ（ただし元素Ｘは、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのうち少なくとも１種以上の元素）を含有する領域が、前記反強磁性層との界面から前記非磁性中間層側にかけて存在するとともに、前記非磁性中間層との界面から前記反強磁性層側にかけての領域の一部に、前記元素Ｘを含まない領域が存在することを特徴とするものである。
【００２２】
本発明では、前記第１の磁性層はＣｏＦｅ合金を主体とし、元素Ｘを含む領域はＣｏＦｅＸ合金で形成され、元素Ｘを含まない領域はＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましい。
【００２３】
本発明では、上記のように、積層フェリ構造で形成された固定磁性層の第１の磁性層の反強磁性層側には、元素Ｘが含まれており、一方、非磁性中間層側には前記元素Ｘを含まない領域が存在する。
【００２４】
元素Ｘを含む磁性領域は、元素Ｘを含まない磁性領域に比べて比抵抗が大きくなっている。
【００２５】
後述する実験結果によれば、元素Ｘを含む磁性領域が、反強磁性層との界面側に存在すると、前記反強磁性層と元素Ｘを含む磁性領域との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）は、元素Ｘを含まない磁性領域を前記反強磁性層との界面に接して形成する場合に比べて大きくなることがわかった。
【００２６】
一方、非磁性中間層を介してその上下の磁性層間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界は、非磁性中間層との界面側に、元素Ｘを含まない磁性領域が存在すると、元素Ｘを含む磁性領域を非磁性中間層との界面に接して形成する場合に比べて大きくなることがわかった。
【００２７】
以上の実験結果から、本発明では、第１の磁性層に、反強磁性層との界面と接する側に元素Ｘを含む磁性領域を設け、一方、非磁性中間層との界面と接する側に元素Ｘを含まない磁性領域を設けたのである。これによって前記第１の磁性層と反強磁性層との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできると同時に、ＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を大きくでき、したがって前記固定磁性層における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大きくすることができる。
【００２８】
それと同時に本発明では、前記第１の磁性層の反強磁性層との界面側に、元素Ｘを含んだ比抵抗の高い磁性領域が存在するため、センス電流が前記第１の磁性層に分流する量を小さくでき、いわゆるシャントロスを低減でき、本発明の交換結合膜を磁気検出素子に適用した場合に、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができる。
【００２９】
すなわち本発明によれば、固定磁性層における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を大きくでき、耐エレクトロマイグレーションに代表される通電信頼性を向上させることができると共に、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができ、本発明における交換結合膜を用いれば、今後の高記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することが可能になる。
【００３０】
また本発明は、反強磁性層と強磁性層とが積層形成され、前記反強磁性層と強磁性層との界面で交換結合磁界が発生することで、前記強磁性層の磁化方向が一定方向にされる交換結合膜において、
前記強磁性層は、前記反強磁性層との界面と接して形成される第１の磁性層と、前記第１の磁性層と非磁性中間層を介して対向する第２の磁性層とを有して形成された積層フェリ構造であり、
前記第１の磁性層は、元素Ｘ（ただし元素Ｘは、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのうち少なくとも１種以上の元素）を含有して形成され、
前記第１の磁性層の前記反強磁性層との界面での前記元素Ｘの含有量は、前記非磁性中間層との界面での前記含有量に比べて多くなっていることを特徴とするものである。
【００３１】
本発明では、第１の磁性層は、ＣｏＦｅ合金に元素Ｘが含有された磁性材料で形成されることが好ましい。
【００３２】
この第２の発明では、第１の磁性層の非磁性中間層との界面側にも元素Ｘが含まれているがその含有量は微量であり、前記元素Ｘの含有量は、前記反強磁性層との界面側で大きくなるように調整されている。
【００３３】
この発明においても、前記反強磁性層との界面で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできると共に、ＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を大きくすることができ、したがって固定磁性層における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大きくすることができる。
【００３４】
しかも第１の磁性層には元素Ｘが含まれているから比抵抗値が高く、したがってセンス電流が、前記第１の磁性層に分流する量を低減させることができ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ることができる。
【００３５】
従って本発明における交換結合膜及びこれを用いた磁気検出素子によれば、固定磁性層の一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を大きくでき、耐エレクトロマイグレーションに代表される通電信頼性を向上させることができるとともに抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができ、今後の高記録密度化においても適切に対応可能な磁気検出素子を製造することが可能である。
【００３６】
なお上記した発明において、前記第１の磁性層の層内には、前記元素Ｘの含有量が、前記第反強磁性層との界面側から前記非磁性中間層の界面側に向けて徐々に少なくなる領域が存在することが好ましい。
【００３７】
これは、第１の磁性層の層内で、いわゆる組成変調が起こっていることを意味する。この組成変調は、後述する製造方法に起因するものである。
【００３８】
なお本発明では、ＣｏＹとＦｅ１００％−Ｙとの原子比率Ｙは、８５％以上で９６％以下であることが好ましい。
【００３９】
また本発明では、前記元素Ｘの組成比は３ａｔ％以上で１５ａｔ％以下であることが好ましい。
【００４０】
また本発明では、前記第２の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントから前記第１の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを引いた磁気モーメント差は、−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０．６３（Ｔ・ｎｍ）以下{ただし０（Ｔ・ｎｍ）を除く}であることが好ましい。後述する実験結果によれば、前記磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）を−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０．６３（Ｔ・ｎｍ）以下{ただし０（Ｔ・ｎｍ）を除く}にすると、第１の磁性層を元素Ｘを含まない磁性材料で形成した比較例に比べて、再生出力の効果的な向上を図ることができると共に、前記第２の磁性層の磁化傾斜角度をより０度に近づけることができる。
【００４１】
「第２の磁性層の磁化傾斜角度」とは、ハイト方向を０度とし、そのハイト方向からの傾きを表す。なお実験方法については後で詳述する。前記第２の磁性層の磁化傾斜角度が小さいほど、アシンメトリーの増加や再生出力の低下を抑えることができて好ましい。
【００４２】
このように本発明では、前記第１の磁性層の膜構成の適正化とともに、前記第２の磁性層と比較して前記第１の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントの大きさを適正化することで、さらなる再生特性の向上を図ることが可能になる。
【００４３】
また本発明では、前記磁気モーメント差は負の値であることが好ましい。すなわち前記磁気モーメント差は−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０（Ｔ・ｎｍ）より小さいことが好ましい。後述する実験によれば、前記磁気モーメント差が−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０（Ｔ・ｎｍ）より小さいと、より第２の磁性層の磁化傾斜角度を０度に近づけることができると共に、再生出力についても従来に比べてより効果的に向上させることができる。前記磁気モーメント差を負の値にすると、従来のように元素Ｘを含まない磁性材料で第１の磁性層を形成した場合、この第１の磁性層に分流するセンス電流の比率が大きくなり、急激に再生出力は下がり始める。ところが本発明では、第１の磁性層に元素Ｘを含んだ比抵抗の高い領域が存在するため、前記磁気モーメント差を負の値にしても前記第１の磁性層に分流するセンス電流の比率は従来よりも小さく、よって本発明では前記磁気モーメント差を負の値にしても、従来に比べてより効果的に再生出力の向上を図ることができるのである。
【００４４】
また本発明では前記第１の磁性層の膜厚は、前記第２の磁性層の膜厚よりも大きいことが好ましい。上記した単位面積当たりの磁気モーメントは、飽和磁化Ｍｓと膜厚ｔとの積で求められる。本発明では上記したように前記磁気モーメント差を負の値にすることが好ましく、すなわち第１の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを第２の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントより大きくすることが好ましく、これを実現するには、前記第１の磁性層の膜厚を、前記第２の磁性層の膜厚よりも大きく形成することが好ましい。
【００４５】
そして前記第１の磁性層の膜厚を前記第２の磁性層の膜厚よりも大きくすると、従来のように元素Ｘを含まない磁性材料で形成された第１の磁性層にあっては、前記第１の磁性層にセンス電流の分流する比率が大きくなるが、本発明では、前記第１の磁性層には元素Ｘを含んだ磁性領域が存在するため、前記第１の磁性層に分流するセンス電流の比率を従来より小さくでき、再生出力の低下を抑えることができる。
【００４６】
それとともに、後述する実験結果では、前記第１の磁性層の膜厚を厚くしていっても、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の低下及び抵抗変化量（ΔＲｓ）の低下を従来に比べて抑制でき、さらに一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を大きくでき、第２の磁性層の磁化傾斜角度をより０度に近づけることができる。
【００４７】
また本発明は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性中間層、およびフリー磁性層を有し、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、
前記反強磁性層及び固定磁性層が上記したいずれかに記載された交換結合膜により形成されていることを特徴とするものである。
【００４８】
また本発明は、反強磁性のエクスチェンジバイアス層、フリー磁性層、非磁性中間層、固定磁性層、および反強磁性層を有し、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、
前記エクスチェンジバイアス層とフリー磁性層間には、前記エクスチェンジバイアス層と接して形成される強磁性層と、前記強磁性層とフリー磁性層間に介在する非磁性中間層とが形成され、前記強磁性層、非磁性中間層及びフリー磁性層で積層フェリ構造を構成しており、
前記強磁性層が、上記のいずれかに記載された第１の磁性層として、前記フリー磁性層が第２の磁性層として機能していることを特徴とするものである。
【００４９】
また本発明では、前記反強磁性層及び固定磁性層が上記したいずれかに記載された交換結合膜により形成されていることが好ましい。
【００５０】
また本発明は、フリー磁性層の上下に積層された非磁性中間層と、一方の前記非磁性中間層の上および他方の非磁性中間層の下に位置する固定磁性層と、一方の前記固定磁性層の上および他方の固定磁性層の下に位置する反強磁性層とを有し、前記フリー磁性層よりも下側に形成された反強磁性層の下側にはシードレイヤが形成され、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、
前記反強磁性層及び固定磁性層が上記したいずれかに記載された交換結合膜により形成されていることを特徴とするものである。
【００５１】
本発明における磁気検出素子であれば、例えば、積層フェリ構造の固定磁性層の一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を適切に大きくでき、耐エレクトロマイグレーションに代表される通電信頼性を向上させることができるとともに、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくすることができ、今後の高記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することが可能になる。
【発明の効果】
【００５２】
本発明における交換結合膜では、反強磁性層との界面側に形成された第１の磁性層と、非磁性中間層を介して前記第１の磁性層と対向する第２の磁性層とで構成される積層フェリ構造の固定磁性層において、前記第１の磁性層には、元素Ｘ（Ｃｒなど）を含有する領域が、前記反強磁性層との界面から非磁性中間層側にかけて存在するとともに、前記非磁性中間層との界面から前記反強磁性層側にかけての領域の一部に、前記元素Ｘを含まない領域が存在する膜構造であり、これにより前記反強磁性層との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできるとともに、第１の磁性層と第２の磁性層間で発生するＲＫＫＹ相互作用による結合磁界を大きくでき、したがって前記固定磁性層における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大きくすることができる。
【００５３】
また前記第１の磁性層には、元素Ｘを含む比抵抗値の高い磁性領域が存在するため、電極層から第１の磁性層に分流するセンス電流量を減少させ、いわゆるシャントロスを減少させることができ、したがって抵抗変化率を向上させることができる。
【００５４】
以上のように、本発明では、前記固定磁性層における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を大きくすることができ、したがって耐ＥＳＤ及び耐エレクトロマイグレーションに代表される通電信頼性を向上させることができると同時に、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくでき、今後の高記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
図１は本発明の第１実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の全体構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。なお、図１ではＸ方向に延びる素子の中央部分のみを破断して示している。
【００５６】
このシングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子は、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するものである。なお、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向はＺ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向はＹ方向である。
【００５７】
図１の最も下に形成されているのはＴａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２種以上の元素などの非磁性材料で形成された下地層６である。前記下地層６は例えば５０Å程度の膜厚で形成される。
【００５８】
前記下地層６の上には、シードレイヤ２２が形成されている。前記シードレイヤ２２を形成することで、前記シードレイヤ２２上に形成される各層の膜面と平行な方向における結晶粒径を大きくでき、耐エレクトロマイグレーションの向上に代表される通電信頼性の向上や抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上などをより適切に図ることができる。
【００５９】
前記シードレイヤ２２はＮｉＦｅＣｒ合金やＣｒなどで形成される。前記シードレイヤ２２がＮｉＦｅＣｒで形成される場合、例えばその組成比は、（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０ａｔ％Ｃｒ４０ａｔ％である。
【００６０】
前記シードレイヤ２２の上に形成された反強磁性層４は、元素Ｚ（ただしＺは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。
【００６１】
これら白金族元素を用いたＺ−Ｍｎ合金は、耐食性に優れ、またブロッキング温度も高く、さらに交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできるなど反強磁性材料として優れた特性を有している。特に白金族元素のうちＰｔを用いることが好ましく、例えば二元系で形成されたＰｔＭｎ合金を使用することができる。
【００６２】
また本発明では、前記反強磁性層４は、元素Ｚと元素Ｚ′（ただし元素Ｚ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されてもよい。
【００６３】
なお前記元素Ｚ′には、元素ＺとＭｎとで構成される空間格子の隙間に侵入し、または元素ＺとＭｎとで構成される結晶格子の格子点の一部と置換する元素を用いることが好ましい。ここで固溶体とは、広い範囲にわたって、均一に成分が混ざり合った固体のことを指している。
【００６４】
侵入型固溶体あるいは置換型固溶体とすることで、前記Ｚ−Ｍｎ合金膜の格子定数に比べて、前記Ｚ−Ｍｎ−Ｚ′合金の格子定数を大きくすることができる。これによって反強磁性層４の格子定数と固定磁性層３の格子定数との差を広げることができ、前記反強磁性層４と固定磁性層３との界面構造を非整合状態にしやすくできる。ここで非整合状態とは、前記反強磁性層４と固定磁性層３との界面で前記反強磁性層４を構成する原子と前記固定磁性層３を構成する原子とが一対一に対応しない状態である。
【００６５】
また特に置換型で固溶する元素Ｚ′を使用する場合は、前記元素Ｚ′の組成比が大きくなりすぎると、反強磁性としての特性が低下し、固定磁性層３との界面で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）が小さくなってしまう。特に本発明では、侵入型で固溶し、不活性ガスの希ガス元素（Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅのうち１種または２種以上）を元素Ｚ′として使用することが好ましいとしている。希ガス元素は不活性ガスなので、希ガス元素が、膜中に含有されても、反強磁性特性に大きく影響を与えることがなく、さらに、Ａｒなどは、スパッタガスとして従来からスパッタ装置内に導入されるガスであり、ガス圧を適正に調節するのみで、容易に、膜中にＡｒを侵入させることができる。
【００６６】
なお、元素Ｚ′にガス系の元素を使用した場合には、膜中に多量の元素Ｚ′を含有することは困難であるが、希ガスの場合においては、膜中に微量侵入させるだけで、熱処理によって発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を、飛躍的に大きくできる。
【００６７】
なお本発明では、好ましい前記元素Ｚ′の組成範囲は、ａｔ％（原子％）で０．２から１０であり、より好ましくは、ａｔ％で、０．５から５である。また本発明では前記元素ＺはＰｔであることが好ましく、よってＰｔ−Ｍｎ−Ｚ′合金を使用することが好ましい。
【００６８】
また本発明では、反強磁性層４の元素Ｘあるいは元素Ｚ＋Ｚ′のａｔ％を４５（ａｔ％）以上で６０（ａｔ％）以下に設定することが好ましい。より好ましくは４９（ａｔ％）以上で５６．５（ａｔ％）以下である。これによって成膜段階において、固定磁性層３との界面が非整合状態にされ、しかも前記反強磁性層４は熱処理によって適切な規則変態を起すものと推測される。
【００６９】
前記反強磁性層４の上に形成されている固定磁性層３は３層構造となっている。
前記固定磁性層３は、前記反強磁性層４との界面と接する第１の磁性層１３、および前記第１の磁性層１３上に非磁性中間層１２を介して形成された第２の磁性層１１とで構成される。
なお前記固定磁性層３の材質や膜構成などについては後で詳しく説明する。
【００７０】
前記固定磁性層３の上には非磁性材料層２が形成されている。前記非磁性材料層２は、例えばＣｕで形成されている。なお本発明における磁気検出素子が、トンネル効果の原理を用いたトンネル型磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）の場合、前記非磁性材料層２は、例えばＡｌ２Ｏ３等の絶縁材料で形成される。
さらに前記非磁性材料層２の上には２層膜で形成されたフリー磁性層１が形成される。
【００７１】
前記フリー磁性層１は、ＮｉＦｅ合金膜９とＣｏＦｅ膜１０の２層で形成される。図１に示すように前記ＣｏＦｅ膜１０を非磁性材料層２と接する側に形成することにより、前記非磁性材料層２との界面での金属元素等の拡散を防止し、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくすることができる。
【００７２】
なお前記ＮｉＦｅ合金膜９は、例えば前記Ｎｉを８０（ａｔ％）、Ｆｅを２０（ａｔ％）として形成する。またＣｏＦｅ膜１０は、例えば前記Ｃｏを９０（ａｔ％）、Ｆｅを１０（ａｔ％）として形成する。また前記ＮｉＦｅ合金膜９の膜厚を例えば４５Å程度、ＣｏＦｅ膜を５Å程度で形成する。また前記ＮｉＦｅ合金膜９、ＣｏＦｅ膜１０に代えて、Ｃｏ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金などを用いてもよい。また前記フリー磁性層１を磁性材料の単層構造で形成してもよく、かかる場合、前記フリー磁性層１をＣｏＦｅＮｉ合金で形成することが好ましい。
【００７３】
また前記フリー磁性層１は、磁性層間に非磁性中間層が介在した積層フェリ構造であってもよい。
【００７４】
前記フリー磁性層１の上には、金属材料あるいは非磁性金属のＣｕ，Ａｕ，Ａｇからなるバックド層１５が形成されている。例えば前記バックド層１５の膜厚は５〜２０Å程度で形成される。
【００７５】
前記バックド層１５の上には、保護層７が形成されている。前記保護層７は、Ｔａなどから成りその表面が酸化された酸化層（鏡面反射層）が形成されていることが好ましい。
【００７６】
前記バックド層１５が形成されることによって、磁気抵抗効果に寄与する＋スピン（上向きスピン：ｕｐ ｓｐｉｎ）の電子における平均自由行程（ｍｅａｎ ｆｒｅｅ ｐａｔｈ）を延ばし、いわゆるスピンフィルター効果（ｓｐｉｎ ｆｉｌｔｅｒ ｅｆｆｅｃｔ）によりスピンバルブ型磁気素子において、大きな抵抗変化率が得られ、高記録密度化に対応できるものとなる。なお前記バックド層１５は形成されなくてもよい。
【００７７】
図１に示す実施形態では、前記下地層６から保護層７までの積層膜の両側にはハードバイアス層５及び電極層８が形成されている。前記ハードバイアス層５からの縦バイアス磁界によってフリー磁性層１の磁化はトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。
【００７８】
前記ハードバイアス層５，５は、例えばＣｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト−クロム−白金）合金などで形成されており、電極層８，８は、α−Ｔａ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｃｕ（銅）やＷ（タングステン）などで形成されている。なお上記したトンネル型磁気抵抗効果素子やＣＰＰ型磁気検出素子の場合、前記電極層８，８は、フリー磁性層１の上側と、反強磁性層４の下側にそれぞれ形成されることになる。
本発明は、上記したように、固定磁性層３が積層フェリ構造で形成されている。
【００７９】
ここで反強磁性層４との界面と接する第１の磁性層１３には、膜組成に以下の特徴点がある。
【００８０】
すなわち本発明では、前記第１の磁性層１３には、前記反強磁性層４との界面４ａから非磁性中間層１２側にかけて（図示Ｚ方向）、元素Ｘ（ただし元素Ｘは、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのうち少なくとも１種以上の元素）を含有する磁性領域が存在すると共に、前記非磁性中間層１２との界面１２ａから前記反強磁性層４側にかけて（図示Ｚ方向とは逆方向）の領域の一部に、前記元素Ｘを含まない磁性領域が存在するのである。
【００８１】
図１に示すように例えば模式図的に示せば、点線で区切られた反強磁性層４側の領域Ａは、元素Ｘを含有した磁性材料で形成されており、一方、前記点線で区切られた非磁性中間層１２側の領域Ｂは、元素Ｘを含有しない磁性材料で形成される。
【００８２】
なお領域Ａ及びＢとの境界は説明をしやすくするために便宜的に設けたもので、以下に説明するように前記第１の磁性層１３は実際には元素Ｘにおける組成変調などを起しており、したがってこの境界を境として、元素Ｘの含有の有無がはっきりと分かれているわけではない。
【００８３】
ここで具体的な材質を挙げると、本発明では、前記反強磁性層４側の領域ＡはＣｏＦｅＸ合金で形成され、一方、非磁性中間層１２側の領域ＢはＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましい。
【００８４】
本発明のように、反強磁性層４との界面側に元素Ｘを含んだ領域Ａが存在すると、その領域Ａでの比抵抗値は、元素Ｘを含まない領域Ｂのそれよりも大きくなる。
【００８５】
そして後述する実験結果に示すように、前記反強磁性層４と元素Ｘを含有した領域Ａとが接して形成されると、前記反強磁性層４と領域Ａ間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくすることが可能である。
【００８６】
一方、非磁性中間層１２と、元素Ｘを含有しない領域Ｂとが接して形成されると、この領域Ｂと第２の磁性層１１間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を大きくすることができる。
【００８７】
従って、主として前記反強磁性層４との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）と、ＲＫＫＹ相互作用における結合磁界とを合わせた一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を適切に大きくすることが可能になる。
【００８８】
しかも本発明では、前記第１の磁性層１３には元素Ｘを含んだ比抵抗値の高い領域Ａが存在するため、前記電極層８から流れるセンス電流が、前記第１の磁性層１３に分流する量を減らすことができ、いわゆるシャントロスを低減でき、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができる。
【００８９】
すなわち本発明によれば、従来成し得なかった、固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）の向上と、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上とを同時に得ることができる。
【００９０】
一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を大きくできると、前記固定磁性層３の第１の磁性層１３及び第２の磁性層１１のピン止めを適切に行うことができる。そしてその結果、耐ＥＳＤ及び耐エレクトロマイグレーションに代表される通電信頼性を向上させることが可能になる。
【００９１】
以上のように本発明によれば、通電信頼性の向上、および抵抗変化率の向上を同時に図ることができ、今後の高記録密度化においても適切に対応可能な磁気検出素子を製造することが可能である。
【００９２】
次に前記第１の磁性層１３の材質について説明する。本発明では、上記したように元素Ｘを含む領域ＡはＣｏＦｅＸ合金で、元素Ｘを含まない領域ＢはＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましいとした。これはＣｏＦｅを主体とした磁性材料で第１の磁性層１３を形成すると、反強磁性層４との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）やＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を大きくでき、前記第１の磁性層１３の磁化を適切にピン止めすることができるからである。
【００９３】
ただし本発明では前記第１の磁性層１３がＣｏＦｅ合金を主体とした磁性材料で形成されることに限るものではない。例えば前記第１の磁性層１３はＮｉＦｅ合金を主体とした磁性材料で形成されることも可能である。かかる場合、元素Ｘを含む領域Ａは、ＮｉＦｅＸ合金で形成され、一方、元素Ｘを含まない領域Ｂは、ＮｉＦｅ合金で形成される。あるいは前記第１の磁性層１３がＣｏＦｅＮｉ合金を主体とした磁性材料、Ｃｏを主体とした磁性材料で形成されてもよく、かかる場合、元素Ｘを含む領域Ａは、ＣｏＦｅＮｉＸ合金、ＣｏＸ合金で、元素Ｘを含まない領域Ｂは、ＣｏＦｅＮｉ合金、Ｃｏで形成される。
【００９４】
なお元素Ｘには、Ｃｒを選択することが好ましい。これによって適切に第１の磁性層１３の領域Ａの比抵抗値を上げることができると共に、反強磁性層４との間で大きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生させることができる。前記ＣｏＦｅＣｒ合金で形成された磁性層であると、比抵抗値を概ね、５０μΩ・ｃｍ程度にすることができる。
【００９５】
また前記元素Ｘの組成比は３ａｔ％以上で１５ａｔ％以下であることが好ましい。前記元素Ｘの組成比が３ａｔ％よりも小さいと、元素Ｘを含んだ領域Ａでの比抵抗を適切に増大することができず、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の改善効果が得られないので好ましくない。
【００９６】
一方、元素Ｘの組成比が１５ａｔ％よりも大きくなると、前記反強磁性層４間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）が低下し、その結果、前記固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）の低下を招き好ましくない。
【００９７】
またＣｏＦｅを主体とした磁性材料で、前記第１の磁性層１３が形成されるとき、前記ＣｏＹとＦｅ１００％−Ｙとの原子比率Ｙは、８５％以上で９６％以下であることが好ましい。これによって第１の磁性層１３の面心立方晶の構造が安定になり、これにより前記第１の磁性層１３よりも上に位置する層の結晶配向性に悪影響を与えることが無くなる。
【００９８】
次に第２の磁性層１１は、ＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましい。これによって、第１の磁性層１３との間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を大きくでき、前記第２の磁性層１１の磁化を適切にピン止めすることが可能になる。
【００９９】
なお、本発明では前記第２の磁性層１１がＣｏＦｅ合金で形成されることに限定するものではなく、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＣｏあるいはＮｉＦｅ合金などの磁性材料を使用することができる。
【０１００】
次に本発明における固定磁性層３は積層フェリ構造であるため、適切に積層フェリ状態を得るには、前記第１の磁性層１３の単位面積当たりの磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ）と、第２の磁性層１１の単位面積当たりの磁気モーメントとを異ならせることが必要である。
【０１０１】
これによって前記第１の磁性層１３と第２の磁性層１１間で発生するＲＫＫＹ相互作用による結合磁界によって、前記第１の磁性層１３と第２の磁性層１１との磁化を適切に反平行状態にすることができる。なお前記第２の磁性層１１の単位面積当たりの磁気モーメントから前記第１の磁性層１３の単位面積当たりの磁気モーメントを引いた磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）の適切な範囲については後述する。
【０１０２】
次に、前記第１の磁性層１３と第２の磁性層１１間に介在する非磁性中間層１２は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種または２種以上の合金で形成されることが好ましい。このうち本発明では、前記非磁性中間層１２がＲｕで形成されることがより好ましい。これよって第１の磁性層１３と第２の磁性層１１間に発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を大きくでき、前記第１の磁性層１３と第２の磁性層１１との磁化を適切に反平行状態にすることができる。
【０１０３】
次に本発明では、後述する製造方法で説明するように、反強磁性層４にはＰｔＭｎ合金など、熱処理を施すことによって前記第１の磁性層１３との間で交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生させることができる反強磁性材料が使用されている。
【０１０４】
ところで、固定磁性層３の第１の磁性層１３は、例えば反強磁性層４上に元素Ｘを含む、好ましくはＣｏＦｅＸ合金で形成された領域Ａをスパッタ成膜した後、その上に元素Ｘを含まない好ましくはＣｏＦｅ合金で形成された領域Ｂをスパッタ成膜する。
【０１０５】
そしてその後熱処理を施すわけであるが、このとき、前記領域Ａと領域Ｂとの境界で元素Ｘが熱拡散し、領域Ｂ内にも元素Ｘが入り込み、領域Ａの領域Ｂとの境界付近での元素Ｘは低下する。すなわち熱処理を施すことで、前記第１の磁性層１３には元素Ｘの組成変調が起きている領域が存在するのである。
【０１０６】
従って、本発明では、前記第１の磁性層１３の層内には、前記元素Ｘの含有量が、前記反強磁性層４との界面４ａ側から前記非磁性中間層１２の界面１２ａ側に向けて徐々に少なくなる領域が存在することを確認することができる。
【０１０７】
従って元素Ｘを含む領域Ａと、元素Ｘを含まない領域Ｂの境界ははっきりと見て取ることは困難で、この境界部分では元素Ｘの組成変調が起こっているのである。
【０１０８】
次に第１の磁性層１３の膜厚について以下に説明する。本発明では、前記第１の磁性層１３の膜厚は１０〜２０Åであることが好ましい。そしてこの膜厚のうち元素Ｘを含んでいてもその組成比が３ａｔ％よりも低い領域（この領域では非磁性中間層１２との界面１２ａ付近では元素Ｘは０ａｔ％である）の膜厚は３〜１０Åであり、元素Ｘを含み、元素Ｘの組成比が３ａｔ％以上となる領域の膜厚は、３〜１５Åであることが好ましい。
【０１０９】
これによって前記反強磁性層４との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくすることができ、また第２の磁性層１１との間で発生するＲＫＫＹ相互作用による結合磁界を大きくでき、この結果、固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を適切に大きくすることが可能になる。
【０１１０】
また元素Ｘを含み、元素Ｘの組成比が３ａｔ％以上となる領域の膜厚は、第１の磁性層１３全体の膜厚に対して０％よりも大きく８５％以下であると、前記第１の磁性層１３へのセンス電流の分流量を適切に抑制でき、いわゆるシャントロスを低減でき、よって抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を適切に向上させることが可能である。
【０１１１】
次に、元素Ｘを含む領域がＣｏＦｅＸ合金で形成され、元素Ｘを含まない領域がＣｏＦｅ合金で形成されるとき、前記ＣｏＦｅＸ合金で形成された領域が第１の磁性層１３に占める膜厚比（ＣｏＦｅ合金の膜厚／第１の磁性層１３の膜厚）は、０より大きく０．６１以下であることが好ましい。これにより抵抗変化率が従来（第１の磁性層がＣｏＦｅあるいはＣｏＦｅＸ合金のみで形成、以下同じ）よりも大きく、またプラトー磁界（Ｈｐｌ）も従来より大きくなる。
【０１１２】
なおプラトー磁界（Ｈｐｌ）とは図１３のヒステリシスループに示すように、抵抗変化率が最大値（１．００）に対して０．９８となるときの印加磁界の大きさを示す。プラトー磁界が大きいと、第１の磁性層１３と第２の磁性層１１の磁化の反平行状態が安定に保たれるので、前記プラトー磁界は大きい方が好ましい。
【０１１３】
または本発明では、（ＣｏＦｅＸ合金の膜厚／第１の磁性層１３の膜厚）の膜厚比は、０より大きく０．３６以下であることが好ましい。これによって一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来よりも大きくでき、またプラトー磁界（Ｈｐｌ）を従来よりも大きくできる。さらに抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を従来よりも大きくできる。
【０１１４】
または本発明では、（ＣｏＦｅＸ合金の膜厚／第１の磁性層１３の膜厚）の膜厚比は、０．２６以上で０．８２以下であることが好ましい。これによって、抵抗変化率を１５．２５％以上得ることができ、またプラトー磁界（Ｈｐｌ）を従来よりも大きくすることができる。
【０１１５】
または本発明では、（ＣｏＦｅＸ合金の膜厚／第１の磁性層１３の膜厚）の膜厚比は、０．１２以上で０．６１以下であることが好ましい。これによって抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を従来よりも大きくすることができ、またプラトー磁界（Ｈｐｌ）を３０ｋＡ／ｍ以上に大きくすることができる。
【０１１６】
または本発明では、（ＣｏＦｅＸ合金の膜厚／第１の磁性層１３の膜厚）の膜厚比は、０．２６以上で０．６１以下であることが好ましい。これによって抵抗変化率を１５．２５％以上得ることができ、またプラトー磁界を３０ｋＡ／ｍ以上得ることができる。
【０１１７】
さらには本発明では、（ＣｏＦｅＸ合金の膜厚／第１の磁性層１３の膜厚）の膜厚比は、０．２６以上で０．３６以下であることが好ましい。これによって抵抗変化率を１５．２５％以上得ることができ、またプラトー磁界を３０ｋＡ／ｍ以上得ることができ、さらに一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来よりも大きくすることができる。
【０１１８】
また上記した実施形態では、前記第１の磁性層１３には、非磁性中間層１２との界面１２ａ付近では、元素Ｘを含まない領域が存在していたが、本発明では、前記第１の磁性層１３全体に元素Ｘが含有されていても、以下の膜組成であれば、適切に固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を大きくすることができる。
【０１１９】
すなわち本発明では、前記第１の磁性層１３の前記反強磁性層４との界面４ａでの前記元素Ｘの含有量が、前記非磁性中間層１２との界面１２ａでの前記含有量に比べて多くなっている実施形態を提供することができる。
【０１２０】
この実施形態では、前記非磁性中間層１２との界面１２ａ付近でも元素Ｘが微量ながら含まれており、したがって元素Ｘは第１の磁性層１３全体に含有された状態となっている。
【０１２１】
しかしながら、上記のように前記第１の磁性層１３の非磁性中間層１２との界面１２ａ付近では、元素Ｘの含有量は微量で、好ましくはこの領域での前記元素Ｘは３ａｔ％よりも小さく、これにより前記第２の磁性層１１との間で、適切な大きさのＲＫＫＹ相互作用による結合磁界を発生させることができる。
【０１２２】
また、反強磁性層４との界面４ａ側では、前記第１の磁性層１３に含まれる元素Ｘの含有量は多量で、好ましくは３ａｔ％以上で１５ａｔ％以下であり、前記反強磁性層４との間で、適切な大きさの交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生させることが可能である。
【０１２３】
従って上記の膜構成によっても、固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を大きくすることができ、前記固定磁性層３のピン止めを適切に行うことができ、耐ＥＳＤ及び耐エレクトロマイグレーションに代表される通電信頼性を適切に向上させることができる。
【０１２４】
しかも本発明では、前記第１の磁性層１３は、元素Ｘを含む比抵抗値の大きい領域であるから、電極層８からのセンス電流が前記第１の磁性層１３に分流する量を減らすことができ、いわゆるシャントロスを低減させることができ、したがって抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることが可能になっている。
【０１２５】
次に図２に示す磁気検出素子では、前記第１の磁性層１３が、磁性層２３と磁性層２４との２層構造で構成される。
【０１２６】
この実施形態では、前記磁性層２３、２４のうち、反強磁性層４と接する側の磁性層２３は、元素Ｘ（ただし元素Ｘは、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのうち少なくとも１種以上の元素）を含んだ磁性材料で形成されており、一方、非磁性中間層１２と接する側の磁性層２４は、元素Ｘを含まない磁性材料で形成されている。
【０１２７】
本発明では前記磁性層２３はＣｏＦｅＸ合金で、磁性層２４はＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましい。
【０１２８】
この実施形態では、前記反強磁性層４と接する側に元素Ｘを含む比抵抗の高い磁性層２３が形成されたことで、前記反強磁性層４と磁性層２３間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を、元素Ｘを含まない磁性層を前記反強磁性層４に接して形成した場合に比べて大きくすることができる。
【０１２９】
また、前記非磁性中間層１２と接する側に元素Ｘを含まない比抵抗の低い磁性層２４が形成されたことで、前記第２の磁性層１１との間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を、元素Ｘを含む磁性層を前記非磁性中間層１２に接して形成した場合に比べて大きくすることができる。
【０１３０】
従って本発明では、固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大きくすることができ、前記固定磁性層３のピン止めを適切に行うことができ、したがって耐ＥＳＤ及び耐エレクトロマイグレーションに代表される通電信頼性を向上させることができる。
【０１３１】
しかもこの実施形態では前記第１の磁性層１３には、元素Ｘを含む比抵抗値の高い磁性層２３が形成されていることで、前記電極層８から前記第１の磁性層１３へのセンス電流の分流を減らし、いわゆるシャントロスを低減させることができ、したがって抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができる。
【０１３２】
このように本発明によれば、固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を大きくでき、通電信頼性を向上させることができるとともに、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができ、今後の高記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することが可能である。
【０１３３】
ところでこの実施形態では図１と異なり、第１の磁性層１３が２層構造となっている。成膜段階では、図１の第１の磁性層１３も図２と同じ２層構造であったが、磁場中熱処理を施すことで、２層の磁性層間で熱拡散を起し、このため前記第１の磁性層１３は、あたかも単一層のようになる。
【０１３４】
一方、図２において、前記第１の磁性層１３が２層構造として完成するのは、例えば反強磁性層４に熱処理を施さなくても、第１の磁性層１３を構成する磁性層２３との間で交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生し得る反強磁性材料を使用したり、あるいは熱処理を施す必要性があっても、その熱処理条件が、前記２層の磁性層２３、２４間で熱拡散を生じないほどの弱い条件であるからである。
【０１３５】
上記した理由から、図２では、第１の磁性層１３が磁性層２３、２４の積層構造を保ったまま完成するのである。
【０１３６】
なお図２では、磁性層２３、２４は２層構造であるが、これが３層以上であってもかまわない。かかる場合でも、反強磁性層４との界面と接する側の磁性層を、元素Ｘを含む、例えばＣｏＦｅＸ合金で形成し、一方、非磁性中間層１２との界面と接する側の磁性層を、元素Ｘを含まない、例えばＣｏＦｅ合金で形成する。
【０１３７】
また図２において、元素Ｘを含む磁性層２３の膜厚は、３〜１５Åであることが好ましく、また元素Ｘを含まない磁性層２４の膜厚は、３〜１５Åであることが好ましい。また前記磁性層２３の膜厚は、第１の磁性層１３の膜厚に対して０よりも大きく８５％以下であることが好ましい。
また元素Ｘの組成比は３ａｔ％以上で１５ａｔ％以下であることが好ましい。
【０１３８】
これにより、反強磁性層４との間で大きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生させることができ、また第２の磁性層１１との間で大きなＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を発生させることができ、よって固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大きくすることができると共に、センス電流の第１の磁性層１３への分流を減らし、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくすることができる。
【０１３９】
また本発明では、元素Ｘを含む磁性層２３がＣｏＦｅＸ合金で形成され、元素Ｘを含まない磁性層２４がＣｏＦｅ合金で形成されるとき、前記ＣｏＦｅＸ合金で形成された磁性層２３が第１の磁性層１３に占める膜厚比（ＣｏＦｅ合金の膜厚／第１の磁性層１３の膜厚）は、０より大きく０．６１以下であることが好ましい。これにより抵抗変化率が従来（第１の磁性層がＣｏＦｅあるいはＣｏＦｅＸ合金のみで形成、以下同じ）よりも大きく、またプラトー磁界（Ｈｐｌ）も従来より大きくなる。
【０１４０】
または本発明では、（ＣｏＦｅＸ合金で形成された磁性層２３の膜厚／第１の磁性層１３の膜厚）の膜厚比は、０より大きく０．３６以下であることが好ましい。これによって一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来よりも大きくでき、またプラトー磁界（Ｈｐｌ）を従来よりも大きくできる。さらに抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を従来よりも大きくできる。
【０１４１】
または本発明では、（ＣｏＦｅＸ合金で形成された磁性層２３の膜厚／第１の磁性層１３の膜厚）の膜厚比は、０．２６以上で０．８２以下であることが好ましい。これによって、抵抗変化率を１５．２５％以上得ることができ、またプラトー磁界（Ｈｐｌ）を従来よりも大きくすることができる。
【０１４２】
または本発明では、（ＣｏＦｅＸ合金で形成された磁性層２３の膜厚／第１の磁性層１３の膜厚）の膜厚比は、０．１２以上で０．６１以下であることが好ましい。これによって抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を従来よりも大きくすることができ、またプラトー磁界（Ｈｐｌ）を３０ｋＡ／ｍ以上に大きくすることができる。
【０１４３】
または本発明では、（ＣｏＦｅＸ合金で形成された磁性層２３の膜厚／第１の磁性層１３の膜厚）の膜厚比は、０．２６以上で０．６１以下であることが好ましい。これによって抵抗変化率を１５．２５％以上得ることができ、またプラトー磁界を３０ｋＡ／ｍ以上得ることができる。
【０１４４】
さらには本発明では、（ＣｏＦｅＸ合金で形成された磁性層２３の膜厚／第１の磁性層１３の膜厚）の膜厚比は、０．２６以上で０．３６以下であることが好ましい。これによって抵抗変化率を１５．２５％以上得ることができ、またプラトー磁界を３０ｋＡ／ｍ以上得ることができ、さらに一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来よりも大きくすることができる。
【０１４５】
以上、詳述した図１及び図２に示す積層フェリ構造の固定磁性層３を構成する第１の磁性層１３の構造は、他の構造の磁気検出素子にも適用可能である。
【０１４６】
図３は、他の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型薄膜素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。なお図１、２と同じ符号が付けられいる層は、図１、２と同じ層を示している。
【０１４７】
図３では、フリー磁性層１が、反強磁性層４の下側に形成されており、図１、２と比較すると積層構造が逆になっている。
【０１４８】
図３では、固定磁性層３が第１の磁性層１３と、非磁性中間層１２を介して前記第１の磁性層１３と対向する第２の磁性層１１との３層構造で構成されている。
【０１４９】
この実施形態においても反強磁性層４と接する側に形成された第１の磁性層１３には、前記反強磁性層４との界面４ａ側に元素Ｘを含む磁性材料で形成された領域Ａと、非磁性中間層１２との界面１２ａ側に元素Ｘを含まない磁性材料で形成された領域Ｂとが形成されている。
【０１５０】
前記領域Ａは、ＣｏＦｅＸ合金で形成され、領域Ｂは、ＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましい。
【０１５１】
そして、前記第１の磁性層１３が、上記した膜構成であると、前記反強磁性層４との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできると共に、非磁性中間層１２との間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を大きくでき、その結果、固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を大きくすることが可能である。
【０１５２】
従って、前記固定磁性層３のピン止めを適切に行うことができ、耐ＥＳＤ及び耐エレクトロマイグレーションに代表される通電信頼性を向上させることができる。
【０１５３】
しかも本発明では、前記第１の磁性層１３に、元素Ｘが添加されたことによる比抵抗の高い領域Ａが形成されたことで、電極層８からのセンス電流が前記第１の磁性層１３に分流するのを減らし、いわゆるシャントロスを低減させることができ、よって抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができる。
【０１５４】
このように本発明では、固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大きくでき、通電信頼性を向上させることができると同時に、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができ、今後の高記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することが可能である。
【０１５５】
なお第１の磁性層１３の領域Ａ、ＢのＣｏＦｅ合金を主体とした磁性材料以外に使用できる材質や、組成比、膜厚、膜厚比などについては図１、２で説明したものと同じであるので、そちらを参照されたい。
【０１５６】
図４は本発明における他の磁気検出素子（デュアルスピンバルブ型薄膜素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【０１５７】
図４に示すように、下から下地層６、シードレイヤ２２、反強磁性層４、固定磁性層３、非磁性材料層２、およびフリー磁性層１が連続して積層されている。前記フリー磁性層１は３層膜で形成され、例えばＣｏＦｅ膜１０，１０とＮｉＦｅ合金膜９で構成される。さらに前記フリー磁性層１の上には、非磁性材料層２、固定磁性層３、反強磁性層４、および保護層７が連続して積層されている。
【０１５８】
また、下地層６から保護層７までの多層膜の両側にはハードバイアス層５，５、電極層８，８が積層されている。なお、各層は図１、２で説明した材質と同じ材質で形成されている。
【０１５９】
図４では、２層の固定磁性層３は、第１の磁性層１３と、非磁性中間層１２を介して前記第１の磁性層１３と対向する第２の磁性層１１との３層構造で構成されている。
【０１６０】
この実施形態においても反強磁性層４と接する側に形成された第１の磁性層１３には、前記反強磁性層４との界面４ａ側に元素Ｘを含む磁性材料で形成で形成された領域Ａと、非磁性中間層１２との界面１２ａ側に元素Ｘを含まない磁性材料で形成された領域Ｂとが形成されている。
【０１６１】
前記領域Ａは、ＣｏＦｅＸ合金で形成され、領域Ｂは、ＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましい。
【０１６２】
そして、前記第１の磁性層１３が、上記した膜構成であると、前記反強磁性層４との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできると共に、非磁性中間層１２との間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を大きくでき、その結果、固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大きくすることが可能である。
【０１６３】
従って、前記固定磁性層３のピン止めを適切に行うことができ、耐ＥＳＤ及び耐エレクトロマイグレーションに代表される通電信頼性を向上させることができる。
【０１６４】
しかも本発明では、前記第１の磁性層１３に、元素Ｘが添加されたことによる比抵抗の高い領域Ａが形成されたことで、電極層８からのセンス電流が前記第１の磁性層１３に分流するのを減らすことができ、いわゆるシャントロスを低減させることができ、よって抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができる。
【０１６５】
このように本発明では、固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を大きくでき、通電信頼性を向上させることができると同時に、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができ、今後の高記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することが可能である。
【０１６６】
なお第１の磁性層１３の領域Ａ、ＢのＣｏＦｅ合金を主体とした磁性材料以外に使用できる材質や、組成比、膜厚、膜厚比などについては図１、２で説明したものと同じであるので、そちらを参照されたい。
【０１６７】
図５は、別の本発明における磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。なお図１と同じ符号が付けられている層は、図１と同じ層を示している。
【０１６８】
この実施形態では、フリー磁性層１上に非磁性中間層２７が形成され、その上には、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に所定の間隔（＝トラック幅Ｔｗ）を開けて強磁性層２８が形成され、さらに前記強磁性層２８の上には反強磁性層（エクスチェンジバイアス層）２９が形成されている。
【０１６９】
図５に示す実施形態では、前記強磁性層２８との間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界によって、前記フリー磁性層１の磁化は図示Ｘ方向に向けられる。
【０１７０】
この実施形態では、前記強磁性層２８の磁化は、反強磁性層２９との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）によって強固に固定され、前記強磁性層２８と対向する位置に形成された前記フリー磁性層１の両側領域Ｃ、Ｃの磁化も、上記したＲＫＫＹ相互作用による結合磁界により前記強磁性層２８の磁化方向と反平行状態になって強固に固定される。
【０１７１】
一方、前記フリー磁性層１の中央領域Ｄの磁化は、その両側領域Ｃの磁化が図示Ｘ方向に向けられることで、図示Ｘ方向に揃えられるが、前記中央領域Ｄは外部磁界に対し反転できる程度に磁化された状態にあり、この中央領域Ｄの部分は実質的に磁気抵抗効果に寄与する部分となっている。
【０１７２】
図５に示す強磁性層２８は、積層フェリ構造における固定磁性層３の第１の磁性層１３といわば同じ機能を有しており（すなわち強磁性層２８は、フリー磁性層１の両側領域Ｃの磁化を適切に固定するために設けられたもので、前記強磁性層２８は実質的に磁気抵抗効果に寄与する層ではない）、前記強磁性層２８は、前記第１の磁性層１３と同じ膜構造を有している。
【０１７３】
すなわち前記強磁性層２８には、反強磁性層２９との界面と接する側に元素Ｘ（ただし元素Ｘは、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのうち少なくとも１種以上の元素）を含有する磁性材料で形成された領域Ａがあり、一方、非磁性中間層２７との界面と接する側に元素Ｘを含まない磁性材料で形成された領域Ｂが存在する。
【０１７４】
前記領域Ａは、ＣｏＦｅＸ合金で形成され、領域Ｂは、ＣｏＦｅ合金で形成されることが好ましい。
【０１７５】
そして、前記強磁性層２８が、上記した膜構成であると、前記反強磁性層２９との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできると共に、非磁性中間層２７との間で発生するＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を大きくでき、その結果、フリー磁性層１における両側領域Ｃでの一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を大きくすることが可能である。
【０１７６】
従って、前記フリー磁性層１の両側領域Ｃの磁化のピン止めを適切に行うことができ、耐ＥＳＤ及び耐エレクトロマイグレーションに代表される通電信頼性を向上させることができる。
【０１７７】
また図５には電極層が図示されていないが、前記電極層は、非磁性材料層２を中心としてセンス電流が流れるようにすれば、どの位置に形成されてもよく、例えば図５の積層体の図示Ｘ方向の両側に形成される。
【０１７８】
このように本発明では、フリー磁性層１の両側領域Ｃにおける一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を大きくでき、通電信頼性を向上させることができ、今後の高記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することが可能である。
【０１７９】
なお強磁性層２８の領域Ａ、ＢのＣｏＦｅ合金を主体とした磁性材料以外に使用できる材質や、組成比、膜厚などについては図１、２で説明したものと同じであるので、そちらを参照されたい。
【０１８０】
また図５に示す実施形態では、図１ないし図４に図示されたハードバイアス層５が図示されていないが、図５に示す積層体の図示Ｘ方向の両側に前記ハードバイアス層５が形成され、その上に電極層８が形成された形態であってもよい。
【０１８１】
またこの実施形態では、前記強磁性層２８、２８間に形成された凹部３７からは、前記非磁性中間層２７表面が露出しているが、前記凹部３７の部分に、前記強磁性層２８の一部が残され、前記凹部３７から前記強磁性層２８表面が露出していても、あるいは前記凹部３７に露出する前記非磁性中間層２７が除去され、前記凹部３７からフリー磁性層１の表面が露出していてもかまわない。
【０１８２】
また前記凹部３７の部分に、前記強磁性層２８の全部と反強磁性層２９の一部が残されていてもかまわない。強磁性層２８の一部または全部が残された状態であるとフリー磁性層１は積層フェリ（シンセティックフェリ）フリー層として機能し、磁気的なフリー磁性層１が薄くなったのと同様の効果が得られ、再生感度が向上する。
【０１８３】
また前記凹部３７に前記強磁性層２８の領域Ａが残された構造であるとセンス電流が強磁性層２８に分流するのを減らすことができ、いわゆるシャントロスを低減させることができ、よって抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができる。
【０１８４】
なお図５に示す凹部３７の形成方法であるが、例えば非磁性中間層２７まで成膜した後、前記非磁性中間層２７の中央上にリフトオフ用レジスト層を形成し、このレジスト層に覆われていない前記非磁性中間層２７のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側領域上に、強磁性層２８及び反強磁性層２９を成膜して、前記レジスト層除去する方法、あるいは反強磁性層２９までべた膜で形成した後、前記反強磁性層２９のトラック幅方向の両側領域上をレジスト層で保護し、一方、前記レジスト層に覆われていない中央の反強磁性層２９及び強磁性層２８をエッチングなどで掘り込んでいき前記凹部３７を形成する。
【０１８５】
図６は、図５に示す磁気検出素子の変形例である。図６に示す磁気検出素子と図５に示す磁気検出素子との違いは、固定磁性層３における第１の磁性層１３の膜構成にある。
【０１８６】
図５に示す磁気検出素子では、前記固定磁性層３を構成する第１の磁性層１３の膜構成は従来と同様、元素Ｘを含まない例えばＣｏＦｅ合金の単層である。一方、図６に示す磁気検出素子では、前記第１の磁性層１３は図１と同様に、元素Ｘ（ただし元素Ｘは、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのうち少なくとも１種以上の元素）を含有する磁性領域Ａが、前記反強磁性層４との界面から前記非磁性中間層１２側にかけて存在するととともに、前記非磁性中間層１２との界面から前記反強磁性層４側にかけての領域の一部に、前記元素Ｘを含まない磁性領域Ｂが存在するのである。なお図２のように２層以上の積層構造で前記第１の磁性層１３を形成することも可能である。
【０１８７】
これにより図６に示す実施形態では、より効果的に通電信頼性の向上、および抵抗変化率の向上を同時に図ることができ、今後の高記録密度化においても適切に対応可能な磁気検出素子を製造することが可能である。
【０１８８】
なお前記強磁性層２８は、従来と同様に元素Ｘを含まない、例えばＣｏＦｅ合金等の単層構造で形成され、一方、固定磁性層３を構成する第１の磁性層１３は元素Ｘを含む磁性領域Ａを有して形成されている実施形態であってもよい。
【０１８９】
次に図１ないし図６における第１の磁性層１３と第２の磁性層１１との磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）について以下に説明する。
【０１９０】
ここで前記磁気モーメント差とは、第２の磁性層１１の単位面積当たりの磁気モーメントから第１の磁性層１３の単位面積当たりの磁気モーメントを引いた値のことである。
【０１９１】
本発明では前記磁気モーメント差は、−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０．６３（Ｔ・ｎｍ）以下{ただし０（Ｔ・ｎｍ）は除く}であることが好ましい。磁気モーメント差が−０．６３（Ｔ・ｎｍ）よりも小さくなると、再生出力が急激に低下し始めることがわかっている。これは前記磁気モーメント差が負の値に大きくなると、すなわち前記第１の磁性層１３の単位面積当たりの磁気モーメントが、前記第２の磁性層１１の単位面積当たりの磁気モーメントに比べて、より大きくなっていくと、前記第１の磁性層１３へのセンス電流の分流量が増すからである。
【０１９２】
しかし上記したように本発明では前記磁気モーメント差は、負の値であっても−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０（Ｔ・ｎｍ）よりも小さければ、前記磁気モーメント差が正の値の場合に比べて若干、再生出力が上昇する傾向を見せる。一方、従来のように、前記第１の磁性層１３をＣｏＦｅ系合金などの元素Ｘを含有しない磁性材料層で形成した場合、前記磁気モーメント差を０（Ｔ・ｎｍ）よりも小さくしていくと、再生出力は単調な減少傾向を見せる。
【０１９３】
すなわち本発明のように前記第１の磁性層１３に元素Ｘを含んだ磁性領域を設けることで、前記磁気モーメント差を−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０（Ｔ・ｎｍ）よりも小さい範囲内にすれば、再生出力を従来よりもより適切に向上させることが可能になるのである。
【０１９４】
次に本発明では前記磁気モーメント差を０．６３（Ｔ・ｎｍ）以下に設定したが、前記磁気モーメント差を０．６３（Ｔ・ｎｍ）よりも大きくすると、特に第２の磁性層１１の磁化傾斜角度が大きくなってしまい、アシンメトリーの増加や再生出力の低下を余儀なくされる。
【０１９５】
ここで「第２の磁性層１１の磁化傾斜角度」とは、ハイト方向（図示Ｙ方向）と平行な方向を０度とし、このハイト方向からの傾きである。エクスチェンジバイアス型の磁気検出素子の製造における第２磁場中アニール後の第２の磁性層１１の磁化傾斜角度は、まずハイト方向に第１の磁場中アニールを施した後、ハイト方向と直交するトラック幅方向（図示Ｘ方向）に第２の磁場中アニールを施した磁気検出素子（膜単体のべた膜）を用いて、固定磁性層の元の磁化方向と直交方向に磁場を印加して測定するＲ−Ｈ曲線により測定する。
【０１９６】
本発明では前記磁気モーメント差を−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０．６３（Ｔ・ｎｍ）以下に設定すると、従来に比べてより効果的に再生出力の向上を図ることができると共に、前記第２の磁性層１１の磁化傾斜角度をより０度に近づけることが可能になる。
【０１９７】
また本発明では、前記磁気モーメント差は負の値であることが好ましい。すなわち本発明では前記磁気モーメント差は−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０（Ｔ・ｎｍ）より小さいことが好ましい。磁気モーメント差を負の値にすると、従来では再生出力は下がる傾向になるのに対し、本発明では再生出力は若干上昇する傾向にあり、従来に比べてより効果的に再生出力の向上を図ることが可能になる。しかも第２の磁性層１１の磁化傾斜角度を磁気モーメント差が正の値である場合に比べて、より０度に近づけることができ、アシンメトリーを小さくでき、且つ再生出力の向上を図ることが可能になる。
【０１９８】
さらに本発明では、前記第１の磁性層１３の膜厚は第２の磁性層１１の膜厚よりも厚いことが好ましい。上記したように本発明では前記磁気モーメント差を−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０（Ｔ・ｎｍ）よりも小さくすることができる。前記磁気モーメント差が−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０（Ｔ・ｎｍ）よりも小さい範囲内では、第１の磁性層１３の単位面積当たりの磁気モーメントの方が前記第２の磁性層１１の単位面積当たりの磁気モーメントよりも大きい。
【０１９９】
ここで単位面積当たりの磁気モーメントは、飽和磁化（Ｍｓ）と膜厚（ｔ）との積で求めることができる。このため前記膜厚（ｔ）を厚くすれば前記単位面積当たりの磁気モーメントを大きくすることができる。
【０２００】
従って本発明では、磁気モーメント差を−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０（Ｔ・ｎｍ）よりも小さい範囲内に設定するために、前記第１の磁性層１３の膜厚を第２の磁性層１１の膜厚よりも大きい値に設定することが好ましい。
【０２０１】
前記第１の磁性層１３の膜厚を前記第２の磁性層１１の膜厚より大きくすることで、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）を増大でき、これにより前記第２の磁性層１１の磁化傾斜角度を小さくすることが可能になる。
【０２０２】
また本発明では、前記第１の磁性層１３に元素Ｘを含んだ比抵抗の高い磁性領域Ａが存在するから、前記第１の磁性層１３の膜厚を厚くしていっても、従来に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）及び抵抗変化量（ΔＲｓ）の低下を抑制することができる。
【０２０３】
さらに反強磁性層４と接する第１の磁性層１３の部分に元素Ｘを含んだ比抵抗の高い磁性領域Ａが存在するから、前記反強磁性層４と第１の磁性層１３間に発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）は高まり、前記第１の磁性層１３の膜厚を厚くしたときの前記交換結合磁界の低下による、固定磁性層３の磁化傾斜角度を最小限に抑えることが可能になる。
【０２０４】
なお上記した「磁化傾斜角度」を小さくできる作用効果は、図１ないし図６に示す磁気検出素子の全てに有効に発揮される。図１ないし図４に示すハードバイアス方式では、前記固定磁性層３のトラック幅方向における両側端部の磁化がハードバイアス層５からの縦バイアス磁界の影響で傾く不具合を適切に改善できる。
【０２０５】
また一方、前記エクスチェンジバイアス方式における固定磁性層の「磁化傾斜角度」の測定は、まずハイト方向（図示Ｙ方向）に第１の磁場中アニールを施し、次にトラック幅方向（図示Ｘ方向）に第２の磁場中アニールを施した後行なわれるが、このような磁場中アニールのパターンは図６のようなエクスチェンジバイアス方式の製造工程で使われる。
【０２０６】
従って図６のエクスチェンジバイアス方式において、２度の磁場中アニール後に、固定磁性層３の固定磁化方向が傾いたり、分散角が大きくなるといった不具合を抑制でき、従来に比べてより効果的に再生出力の増加やアシンメトリーの改善を図ることが可能になる。
【０２０７】
また図１ないし図６に示す磁気検出素子においてセンス電流が流れたときに発生するセンス電流磁界の向きは、固定磁性層３を構成する第１の磁性層１３と第２の磁性層１１の合成磁化方向と一致させることが好ましい。
【０２０８】
例えば図１において、固定磁性層３の第１の磁性層１３の単位面積当たりの磁気モーメントが第２の磁性層１１の単位面積当たりの磁気モーメントよりも大きく、且つ前記第１の磁性層１３の磁化が図示Ｙ方向とは逆向きであり、第２の磁性層１１の磁化が図示Ｙ方向と同一方向である場合、固定磁性層３の合成磁化方向は図示Ｙ方向と逆向きである。
【０２０９】
この固定磁性層３の合成磁化方向とセンス電流磁界の向きを一致させるため、図１に示す右側の電極層８から左側の電極層８にかけてセンス電流を流す。センス電流は主に非磁性材料層２を中心にして流れ、右ねじの法則により発生するセンス電流磁界は固定磁性層３側では図示Ｙ方向とは逆向きに発生する。このように固定磁性層３の合成磁化方向とセンス電流磁界の向きを一致させることができると、固定磁性層３の磁化をより強固に固定でき、アシンメトリーの改善及び再生出力の向上や通電信頼性の向上など再生特性及び信頼性に優れた磁気検出素子を製造することが可能になる。
【０２１０】
図７は、図１から図６に示す磁気検出素子が形成された読み取りヘッドの構造を記録媒体との対向面側から見た断面図である。
【０２１１】
符号４０は、例えばＮｉＦｅ合金などで形成された下部シールド層であり、この下部シールド層４０の上に下部ギャップ層４１が形成されている。また下部ギャップ層４１の上には、図１ないし図６に示す磁気検出素子４２が形成されており、さらに前記磁気検出素子４２の上には、上部ギャップ層４３が形成され、前記上部ギャップ層４３の上には、ＮｉＦｅ合金などで形成された上部シールド層４４が形成されている。
【０２１２】
前記下部ギャップ層４１及び上部ギャップ層４３は、例えばＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３（アルミナ）などの絶縁材料によって形成されている。図７に示すように、下部ギャップ層４１から上部ギャップ層４３までの長さがギャップ長Ｇｌであり、このギャップ長Ｇｌが小さいほど高記録密度化に対応できるものとなっている。
【０２１３】
本発明では、前記反強磁性層４の膜厚を小さくしてもなお大きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生させることができる。前記反強磁性層４の膜厚は、例えば７０Å以上で形成され、３００Å程度の膜厚であった従来に比べて前記反強磁性層４の膜厚を十分に小さくできる。このように大きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）を得ることができるのは、本発明では、反強磁性層４と対向する側に元素Ｘを含んだ磁性材料、好ましくはＣｏＦｅＸ合金からなる、比抵抗の大きい領域Ａの第１の磁性層１３を形成しているからであり、これによって前記反強磁性層４の膜厚を薄く形成しても、十分に大きい交換結合磁界（Ｈｅｘ）を得ることが可能になっている。
【０２１４】
よって狭ギャップ化により高記録密度化に対応可能な薄膜磁気ヘッドを製造することができる。
【０２１５】
なお前記上部シールド層４４の上には書き込み用のインダクティブヘッドが形成されていてもよい。
【０２１６】
なお本発明における磁気検出素子は、ハードディスク装置内に内蔵される磁気ヘッド以外にも磁気センサなどに利用可能である。
【０２１７】
次に本発明における磁気検出素子の製造方法について以下に説明する。図８を参照しながら説明する。なお図８は、製造方法を説明するための部分模式図である。
【０２１８】
まず基板２５上に前記下地層６を形成する。なお前記下地層６は、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１種以上の元素で形成されていることが好ましい。次に前記下地層６上にシードレイヤ２２をスパッタ成膜する。スパッタ成膜のときには、ＮｉＦｅＣｒまたはＣｒで形成されたターゲットを用意する。前記シードレイヤ２２を、例えば２０Åから６０Å程度でスパッタ成膜する。ちなみに前記シードレイヤ２２をＮｉＦｅＣｒで形成するときは、例えばその組成比は概ね、（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０ａｔ％Ｃｒ４０ａｔ％である。
【０２１９】
次に前記シードレイヤ２２上に反強磁性層４をスパッタ成膜する。
本発明では、前記反強磁性層４を、元素Ｚ（ただしＺは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料でスパッタ成膜することが好ましい。
【０２２０】
また本発明では前記反強磁性層４を、Ｚ−Ｍｎ−Ｚ′合金（ただし元素Ｚ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｉｒ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）でスパッタ成膜してもよい。
【０２２１】
また本発明では、前記元素Ｚあるいは元素Ｚ＋Ｚ′の組成比を、４５（ａｔ％）以上６０（ａｔ％）以下とすることが好ましい。
【０２２２】
さらに前記反強磁性層４の上に固定磁性層３をスパッタ成膜する。
図８に示すように、前記固定磁性層３を第１の磁性層１３と、その上に非磁性中間層１２を介して形成された第２の磁性層１１とで構成された積層フェリ構造とする。
【０２２３】
本発明では、前記第１の磁性層１３を、以下のような方法によって形成する。すなわち本発明では、まず反強磁性層４上に、元素Ｘ（ただし元素Ｘは、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのうち少なくとも１種以上の元素）を含んだ磁性材料、例えば好ましくはＣｏＦｅＸ（より好ましくはＣｏＦｅＣｒ）合金で形成された磁性層１３ａをスパッタ成膜する。前記Ｘの組成比は３ａｔ％以上で１５ａｔ％以下であることが好ましい。
【０２２４】
そして、前記磁性層１３ａ上に、前記元素Ｘを含まない磁性材料、例えば好ましくはＣｏＦｅ合金で形成された磁性層１３ｂをスパッタ成膜する。
【０２２５】
このように本発明では、前記第１の磁性層１３を磁性層１３ａと磁性層１３ｂとの２層構造で形成するわけであるが、磁性層１３ａには元素Ｘが含まれているため、前記磁性層１３ａの比抵抗値は磁性層１３ｂの比抵抗値に比べて高くなっている。
【０２２６】
次に、前記第１の磁性層１３の上に非磁性中間層１２をスパッタ成膜する。前記非磁性中間層１２をＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種または２種以上の合金で形成することが好ましい。
【０２２７】
次に前記非磁性中間層１２上に第２の磁性層１１をスパッタ成膜する。本発明では前記第２の磁性層１１を如何なる磁性材料で形成してもよいが、前記第１の磁性層１３との間で発生するＲＫＫＹ相互作用による結合磁界を適切に大きくするには、ＣｏＦｅ合金を使用することが好ましい。
【０２２８】
次に、前記第２の磁性層１１の上に、Ｃｕなどで形成された非磁性材料層２、例えばＣｏＦｅ合金膜１０とＮｉＦｅ合金膜９の２層で形成されたフリー磁性層１、Ｃｕなどで形成されたバックド層１５、および保護層７（例えばＴａなどの酸化物で形成された鏡面反射層であってもよい）をスパッタ成膜する。
【０２２９】
次に熱処理を施す。反強磁性層４は上記したＺ−Ｍｎ合金やＺ−Ｍｎ−Ｚ′合金で形成されることが好ましいが、これら反強磁性材料を使用する場合には、熱処理をしないと前記固定磁性層３との界面で交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生しない。したがって本発明では熱処理を施すことで前記反強磁性層４と固定磁性層３の第１の磁性層１３との界面で交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生させることができる。またこのとき図示Ｙ方向と平行な方向に磁場をかけることで前記固定磁性層３の磁化を図示Ｙ方向と平行な方向に向け固定することができる。なお本発明では前記固定磁性層３は積層フェリ構造であるから、第１の磁性層１３と第２の磁性層１１の磁化は反平行状態になる。
【０２３０】
上記した熱処理を施すことで、元素Ｘが含有された例えばＣｏＦｅＸ合金からなる磁性層１３ａと、反強磁性層４との間に大きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生させることができる。
【０２３１】
一方、本発明では、前記非磁性中間層１２と接する側の第１の磁性層１３には、元素Ｘを含まない例えばＣｏＦｅ合金からなる磁性層１３ｂが設けられており、前記磁性層１３ｂと第２の磁性層１１との間で、大きなＲＫＫＹ相互作用による結合磁界を発生させることができる。
【０２３２】
従って本発明によれば、固定磁性層３における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大きくすることができる。
【０２３３】
ところで、上記した熱処理を施すことで、前記第１の磁性層１３を構成する磁性層１３ａと磁性層１３ｂとの間には熱拡散が生じ、前記磁性層１３ａと磁性層１３ｂとの界面で元素が入り交じる。
【０２３４】
このため熱処理後では、図８に示すような磁性層１３ａと磁性層１３ｂ間に、はっきりとした境界を見ることはできず、前記第１の磁性層１３は単一層のようになる。このため熱処理後における前記第１の磁性層１３の組成比を測定すると、前記第１の磁性層１３には組成変調が生じていることがわかる。
【０２３５】
この組成変調は、前記磁性層１３ａと磁性層１３ｂの界面付近で、元素Ｘの組成比が、反強磁性層４側から非磁性中間層１２側に向けて徐々に少なくなる領域として現われる。
【０２３６】
ただし、例えば前記反強磁性層４が、熱処理を必要としなくても第１の磁性層１３との間で交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生し得る材質であったり、また熱処理条件も、前記第１の磁性層１３を構成する磁性層１３ａと磁性層１３ｂ間で熱拡散を生じない程度の条件であった場合には、上記した組成変調は生じない場合があり、かかる場合、前記磁性層１３ａと磁性層１３ｂ間の界面をはっきりと見ることができたり、あるいは前記界面を見ることができないとしても、前記反強磁性層４側から非磁性中間層１２側に向けて前記界面付近で、元素Ｘが急激に０ａｔ％に近づくような極端な元素Ｘの組成比の変動を見ることができる。
【０２３７】
なお、図８に示す製造方法では、前記第１の磁性層１３を磁性層１３ａと磁性層１３ｂの２層構造で構成したが、２層よりも多い製造構造であってもよい。かかる場合であっても反強磁性層４と接する側に元素Ｘを含む比抵抗の高い磁性層を設け、非磁性中間層１２と接する側に元素Ｘを含まない比抵抗の低い磁性層を設ける。
【０２３８】
あるいは別の製造方法としては、前記第１の磁性層１３の成膜時に、例えばＣｏＦｅからなるターゲットと、元素Ｘ（好ましくはＣｒ）からなるターゲットを用意し、反強磁性層４との界面上に前記第１の磁性層１３を成膜する初期段階では、まずＣｏＦｅからなるターゲットと、元素Ｘからなるターゲットの双方に電力を供給してＣｏＦｅＣｒからなる磁性層を成膜し、次に徐々に元素Ｘターゲットに対する電力を下げていき、これによって成膜されるＣｏＦｅＸの元素Ｘ組成比を小さくしていき、最終段階では、元素Ｘターゲットに対する電力を０Ｗにして、元素Ｘを含まないＣｏＦｅ合金からなる磁性層を成膜できるようにする。
【０２３９】
これによっても、反強磁性層４との界面では、元素Ｘを含む比抵抗の高いＣｏＦｅＣｒ合金が存在するから前記反強磁性層４との間で大きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生させることができ、また非磁性中間層１２との界面では、元素Ｘを含まない比抵抗の小さいＣｏＦｅ合金が存在するから前記第２の磁性層１１との間で大きなＲＫＫＹ相互作用における結合磁界を発生させることができ、よって前記固定磁性層３の一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来に比べて適切に大きくすることができる。
【０２４０】
また本発明における磁気検出素子の製造方法によれば、前記第１の磁性層１３に比抵抗の大きな磁性層１３ａが存在することから電極層から前記第１の磁性層１３に分流するセンス電流量を減少させることができ、いわゆるシャントロスを低減させることができ、大きな抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができる。
【０２４１】
なお上記した第１の磁性層１３の製造方法は図２ないし図４のいずれの磁気検出素子の第１の磁性層の製造に利用できる。
【０２４２】
ただし図５や図６のようなエクスチェンジバイアス方式の磁気検出素子の場合、反強磁性層４と固定磁性層３間で交換結合磁界を発生させるだけでなく、強磁性層２８と反強磁性層（エクスチェンジバイアス層）２９との間でも交換結合磁界を発生させなければならない。
【０２４３】
このため、例えば非磁性中間層２７までを成膜した段階で、まずハイト方向（図示Ｙ方向）に磁場中アニールを施す。例えば磁場を１０ｋＯｅ（＝約８００ｋＡ／ｍ）とし、温度を２９０度（℃）、時間を４時間とする。これにより前記反強磁性層４と固定磁性層３間に交換結合磁界を発生させて前記固定磁性層３の磁化を前記ハイト方向と平行な方向に固定する。
【０２４４】
次に前記強磁性層２８と反強磁性層２９を成膜し、２回目の磁場中アニールをトラック幅方向（図示Ｘ方向）に対し行う。例えば磁場を３００（約２４ｋＡ／ｍ）Ｏｅとし、温度を２９０度（℃）、時間を４時間とする。これにより前記強磁性層２８と反強磁性層２９間に交換結合磁界が発生する。
【０２４５】
このとき、第２の磁場中アニールの影響を受けて、磁化がハイト方向に固定されたはずの固定磁性層３が揺らぐ可能性がある。しかし本発明では、上記したように、第１の磁性層１３と第２の磁性層１１との磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）や膜厚を適正化していることで、第２の磁場中アニールによる前記第２の磁性層１１のハイト方向（図示Ｙ方向）からの傾き（磁化傾斜角度）を最小限に抑制できる。したがって本発明では、アシンメトリーが小さく且つ再生出力の大きいエクスチェンジバイアス方式の磁気検出素子を適切且つ容易に形成することが可能である。
【実施例】
【０２４６】
本発明では、以下の膜構成を有する積層膜を形成し、固定磁性層が磁性層の単層で形成されたときの、前記固定磁性層と反強磁性層間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）の大きさを、前記固定磁性層の材質を４種類用意して、それぞれについて測定した。
【０２４７】
膜構成は、下から、
シードレイヤ：（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０ａｔ％Ｃｒ４０ａｔ％（５５）／反強磁性層：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（１６０）／固定磁性層：材質は表１を参照（２０）／非磁性材料層：Ｃｕ（４０）／フリー磁性層：[Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１０）／Ｎｉ８０ａｔ％Ｆｅ２０ａｔ％（５０）]／保護層：Ｔａ（３０）である。なお括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオングストロームである。
【０２４８】
上記した膜構成の磁気検出素子を成膜したあと、熱処理を施して前記反強磁性層と固定磁性層間に交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生させ、それを測定した。その実験結果は、表１に示されている。
【０２４９】
【表１】
【０２５０】
表１に示すように、固定磁性層には、（Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１）９５ａｔ％Ｃｒ５ａｔ％合金、Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％合金、Ｆｅ５０ａｔ％Ｃｏ５０ａｔ％合金、Ｎｉ８０ａｔ％Ｆｅ２０ａｔ％合金をそれぞれ使用した。
【０２５１】
表１に示すように、固定磁性層にＣｏＦｅＣｒ合金を使用したとき、ＣｏＦｅ合金を使用した場合に比べて交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできることがわかる。また固定磁性層にＮｉＦｅ合金を使用した場合に比べても約２倍程度の高い交換結合磁界（Ｈｅｘ）を得ることができることがわかる。
【０２５２】
また表１の最も右側欄に記載されたのは、単位面積当たりの交換結合エネルギーＪであるが、ＣｏＦｅＣｒ合金がもっとも高い交換結合エネルギーＪを有していることがわかる。
【０２５３】
この実験からわかったことは、反強磁性層との間で大きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）を発生させるには、固定磁性層にＣｏＦｅ合金ではなく、ＣｏＦｅＣｒ合金を使用した方が好ましいということである。
【０２５４】
次に、以下の膜構成を有する積層膜を用いて、積層フェリ構造における固定磁性層の一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）の大きさを、固定磁性層の第１の磁性層の材質が異なるそれぞれのサンプルに対して測定した。
【０２５５】
なおここで、前記一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）は、主として上記した反強磁性層との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）と、固定磁性層を構成する第１の磁性層と第２の磁性層間で発生するＲＫＫＹ相互作用による結合磁界とを合わせた磁界の大きさである。
【０２５６】
実験に使用した膜構成は下から、
シードレイヤ：（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０ａｔ％Ｃｒ４０ａｔ％（５５）／反強磁性層：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（１６０）／固定磁性層：[第１の磁性層：材質は表２を参照（１８）／非磁性中間層：Ｒｕ（８．７）／第２の磁性層：材質は表２を参照（２２）]／非磁性材料層：Ｃｕ（２１）／フリー磁性層：[Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１０）／Ｎｉ８０ａｔ％Ｆｅ２０ａｔ％（１８）]／非磁性材料層：Ｃｕ（１０）／保護層：Ｔａ（３０）である。なお括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオングストロームである。
【０２５７】
上記した膜構成の磁気検出素子を成膜した後、熱処理を施し、固定磁性層の一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を測定した。
【０２５８】
【表２】
【０２５９】
表２に示すように、第１の磁性層及び第２の磁性層にＣｏＦｅ合金を選択した場合が、最も高い一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を発生させることができることがわかる。
【０２６０】
また飽和磁界（Ｈｓ）も、他の試料に比べて非常に高いことがわかる。飽和磁界（Ｈｓ）は、非磁性中間層を介した第１の磁性層と第２の磁性層の磁化が共に同じ方向を向くときの磁界の大きさである。この飽和磁界（Ｈｓ）が大きいことは、第１の磁性層と第２の磁性層間で発生するＲＫＫＹ相互作用による結合磁界が強く、前記第１の磁性層と第２の磁性層との磁化が反平行状態から崩れ難いことを意味する。
【０２６１】
すなわち、第１の磁性層及び第２の磁性層にＣｏＦｅ合金を選択した場合には、最も第１の磁性層と第２の磁性層との磁化の反平行状態が崩れ難く、ＲＫＫＹ相互作用による結合磁界は、他の試料に比べて非常に高いものと推測することができる。
【０２６２】
このことと、表１から得られた結論を総合すると、反強磁性層との間で発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくするために、第１の磁性層の反強磁性層側にＣｏＦｅＣｒ合金からなる磁性層を形成し、ＲＫＫＹ相互作用による結合磁界を大きくするために、第１の磁性層の非磁性中間層側にＣｏＦｅ合金からなる磁性層を形成する。
【０２６３】
これによって、反強磁性層とＣｏＦｅＣｒ合金間で大きな交換結合磁界（Ｈｅｘ）を得ることができると共に、非磁性中間層側に形成された第１の磁性層のＣｏＦｅ合金と、第２の磁性層間で発生するＲＫＫＹ相互作用による結合磁界を大きくすることができ、したがって固定磁性層における一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を、第１の磁性層をＣｏＦｅ、あるいはＣｏＦｅＣｒ合金の単層で形成した場合に比べて、大きくすることができる。
【０２６４】
次に以下の積層膜を用いて、第１の磁性層をＣｏＦｅＣｒ合金とＣｏＦｅ合金の積層構造で形成したときの前記ＣｏＦｅＣｒ合金の最適な膜厚及び膜厚比について種々の特性から規定することとした。
【０２６５】
前記積層膜の構成は、下から、
Ｓｉ基板／アルミナ／シードレイヤ：（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０ａｔ％Ｃｒ４０ａｔ％（６０）／反強磁性層：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（１００）／固定磁性層：[第１の磁性層：（Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１）９５ａｔ％Ｃｒ５ａｔ％（Ｘ）／Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１４−Ｘ）／非磁性中間層：Ｒｕ（８．７）／第２の磁性層：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（３）／スペキュラー膜（ＣｏＦｅ−Ｏｘｉｄｅ）／Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１８）]／非磁性材料層：Ｃｕ（２１）／フリー磁性層：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（２０）／バックド層：Ｃｕ（４．５）／スペキュラー膜：Ｔａ−Ｏｘｉｄｅである。なお括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオングストロームである。
【０２６６】
下記の積層膜を成膜後、２９０℃で４時間、８００ｋＡ／ｍの磁場中アニールを施した。なお実験後、第１の磁性層を構成するＣｏＦｅＣｒ合金とＣｏＦｅ合金間では拡散によって界面がはっきりと解らなくなった。
【０２６７】
実験では、上記した第１の磁性層を構成するＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚を０Åから１４Åまで厚くしていき、一方、第１の磁性層を構成するＣｏＦｅ合金の膜厚を１４Åから０Åまで薄くしていった。なお第１の磁性層の膜厚は１４Åに保たれている。
【０２６８】
そして前記ＣｏＦｅＸ合金の膜厚Ｘ及び膜厚比（ここでいう膜厚比とは、第１の磁性層全体の膜厚に対するＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚の比のこと。図の横軸の膜厚値の下に括弧書きで記載された数値が膜厚比を表している）と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係について調べた。その実験結果を図９に示す。
【０２６９】
図９に示すように、ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚を厚くしていくほど徐々に抵抗変化率は上昇していくが、前記ＣｏＦｅＣｒ合金が１０Åよりも厚くなると抵抗変化率は低下し始めることがわかる。
【０２７０】
ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚としては、少なくとも第１の磁性層がＣｏＦｅ合金の単体で形成されている場合（すなわちＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚が０Å）の抵抗変化率（１５．１３％）よりも大きくなる膜厚を選択することが好ましい。
【０２７１】
従って本発明では、前記ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚を０Åよりも大きく１３Å以下（膜厚比としては０より大きく０．９３以下）とした。これにより１５．１３％以上の抵抗変化率を得ることができる。
【０２７２】
また前記ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚は３．７Å以上で１１．５Å以下（膜厚比としては０．２６以上で０．８２以下）であることがより好ましく、これによって１５．２５％以上の抵抗変化率を得ることができる。
【０２７３】
次に、ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚とシード抵抗変化量（ΔＲｓ）との関係について調べた。シード抵値が高いほど、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は高くなるものと考えられる。
【０２７４】
図１０に示すように、ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚が厚くなるほどシード抵抗値は大きくなり、前記ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚が７Å程度以上になると前記シード抵抗値はほぼ一定値となることがわかる。
【０２７５】
この実験結果から、ＣｏＦｅＣｒ合金は、０Åよりも大きく１４Åより小さい（膜厚比としては０より大きく１より小さい）範囲であれば、第１の磁性層がＣｏＦｅ合金のみで形成された場合（すなわちＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚が０Åのとき）に比べてシード抵抗値を大きくでき、３．０７５Ω／□よりも大きいシード抵抗値を得ることができる。
【０２７６】
またＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚が２．３Å以上で１４Åより小さい（膜厚比としては０．１６以上で１より小さい）範囲であると、３．１Ω／□以上のシード抵抗値を得ることができる。
【０２７７】
さらにＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚が、７．０Å以上で１４Åより小さい（膜厚比としては０．５以上で１より小さい）範囲であると、３．１３Ω／□以上のシード抵抗値を得ることができる。
【０２７８】
ここで、上記したようにシード抵抗値は大きいほど、大きな抵抗変化率を得ることができると考えられたが、実際は図９、１０に示すように、シード抵抗値が高い１０Å以上の膜厚であっても、抵抗変化率は低下する傾向が見られた。これは次に説明する一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）の低下が影響を与えているものと考えられる。
【０２７９】
図１１は、ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚と、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）との関係を示すグラフである。
【０２８０】
図１１に示すように、ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚を４Å程度にすると一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）は最も大きな値を取るが、それよりも厚い膜厚とすると前記一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）は低下してしまう。
【０２８１】
これはＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚が厚くなることで、第２の磁性層との間で発生するＲＫＫＹ相互作用による結合磁界が低下するためであると考えられる。
【０２８２】
この図１１の実験から、ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚は０Åよりも大きく５Å以下（膜厚比としては０より大きく０．３６以下）であることが好ましい。これによって１００ｋＡ／ｍよりも大きな一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を得ることができる。
【０２８３】
なお図９と同様に、ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚の絶対値の下に記載されている括弧書きの数値は、第１の磁性層全体の膜厚に対するＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚の膜厚比を示している。
【０２８４】
図１１に示すように、ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚は５Åよりも大きくなると特に一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）の低下が顕著に現れるが、このＨｅｘ*の低下により固定磁性層の磁化が不安定化するため、図９に示すように、抵抗変化率が低下していくものと考えられる。
【０２８５】
次に、ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚とプラトー磁界（Ｈｐｌ）との関係について調べた。その実験結果を図１２に示す。
【０２８６】
ここでプラトー磁界（Ｈｐｌ）とは図１３のヒステリシスループに示すように、抵抗変化率が最大値（１．００）に対して０．９８となるときの印加磁界の大きさを示す。プラトー磁界が大きいと、第１の磁性層と第２の磁性層の磁化の反平行状態が安定に保たれるので、前記プラトー磁界は大きい方が好ましい。
【０２８７】
図１２に示すように、ＣｏＦｅＣｒ合金が約４Åのときプラトー磁界は最大値を示す。そしてそれよりも前記ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚が厚くなっていくとプラトー磁界は徐々に低下していくことがわかる。
【０２８８】
図１２の実験結果から、前記ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚が０Åよりも大きく１４Åよりも小さい（膜厚比としては０より大きく１より小さい）範囲であれば、第１の磁性層がＣｏＦｅ合金のみで形成された従来に比べて（すなわちＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚が０Å）、高いプラトー磁界（２４ｋＡ／ｍよりも大きい）を得ることができる。
【０２８９】
また本発明では、前記ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚が３Å以上で８．５Å以下（膜厚比としては０．１２以上０．６１以下）であれば、３０ｋＡ／ｍ以上のプラトー磁界を得ることができる。
【０２９０】
以上の実験結果により、本発明では以下の膜厚比を好ましい範囲とした。
本発明では、前記ＣｏＦｅＣｒ合金で形成された磁性層が第１の磁性層に占める膜厚比（ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚／第１の磁性層の膜厚）は、０より大きく０．６１以下であることが好ましい。これにより抵抗変化率が従来よりも大きく、またプラトー磁界（Ｈｐｌ）も従来より大きくなる。
【０２９１】
または本発明では、（ＣｏＦｅＣｒ合金で形成された磁性層の膜厚／第１の磁性層の膜厚）の膜厚比は、０より大きく０．３６以下であることが好ましい。これによって一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来よりも大きくでき、またプラトー磁界（Ｈｐｌ）を従来よりも大きくできる。さらに抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を従来よりも大きくできる。
【０２９２】
または本発明では、（ＣｏＦｅＣｒ合金で形成された磁性層の膜厚／第１の磁性層の膜厚）の膜厚比は、０．２６以上で０．８２以下であることが好ましい。これによって、抵抗変化率を１５．２５％以上得ることができ、またプラトー磁界（Ｈｐｌ）を従来よりも大きくすることができる。
【０２９３】
または本発明では、（ＣｏＦｅＣｒ合金で形成された磁性層の膜厚／第１の磁性層の膜厚）の膜厚比は、０．１２以上で０．６１以下であることが好ましい。これによって抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を従来よりも大きくすることができ、またプラトー磁界（Ｈｐｌ）を３０ｋＡ／ｍ以上に大きくすることができる。
【０２９４】
または本発明では、（ＣｏＦｅＣｒ合金で形成された磁性層の膜厚／第１の磁性層の膜厚）の膜厚比は、０．２６以上で０．６１以下であることが好ましい。これによって抵抗変化率を１５．２５％以上得ることができ、またプラトー磁界を３０ｋＡ／ｍ以上得ることができる。
【０２９５】
さらには本発明では、（ＣｏＦｅＣｒ合金で形成された磁性層の膜厚／第１の磁性層の膜厚）の膜厚比は、０．２６以上で０．３６以下であることが好ましい。これによって抵抗変化率を１５．２５％以上得ることができ、またプラトー磁界を３０ｋＡ／ｍ以上得ることができ、さらに一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）を従来よりも大きくすることができる。
【０２９６】
次に本発明では、第２の磁性層１１の単位面積当たりの磁気モーメントから第１の磁性層１３の単位面積当たりの磁気モーメントを引いた磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）と、再生出力との関係を調べた。
【０２９７】
実験に使用した膜構成は、下から、
アルミナ／シードレイヤ：（Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２）６０ａｔ％Ｃｒ４０ａｔ％（６０）／反強磁性層：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（１２０）／固定磁性層：[第１の磁性層：（Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１）９５ａｔ％Ｃｒ５ａｔ％（Ｘ）／Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１０）／非磁性中間層：Ｒｕ（９）／第２の磁性層：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（２２）／非磁性材料層：Ｃｕ（２１）／フリー磁性層：[Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１０）／Ｎｉ８０ａｔ％Ｆｅ２０ａｔ％（３５）]／保護層：Ｔａ（３０）である。なお括弧内の数値は膜厚を示しており、単位はオングストロームである。
【０２９８】
またトラック幅を０．２μｍ、素子高さを０．１５μｍとした。さらに縦バイアス磁界として残留磁化（Ｍｒ）と膜厚（ｔ）との積が１８．８（Ｔ・ｎｍ）の永久磁石膜を用いた。
【０２９９】
実験では前記第１の磁性層を構成する（Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１）９５ａｔ％Ｃｒ５ａｔ％の膜厚Ｘを変化させて、前記第１の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを変化させ、前記磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）と再生出力との関係を求めた。その実験結果が図１４に示されている。
【０３００】
図１４には第１の磁性層がＣｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％合金の単層で形成された比較例も載せてある。この比較例では前記第１の磁性層の膜厚を変化させて前記第１の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを変化させ、前記磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）と再生出力との関係を求めている。
【０３０１】
図１４に示すように、比較例では、前記磁気モーメント差が小さくなるにつれて徐々に再生出力は低下している。特に比較例の場合、前記磁気モーメント差が負の値になると、急激に再生出力が低下する。
【０３０２】
前記磁気モーメント差が負の値になるには、前記第１の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントが第２の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントよりも大きくなるわけであるが、このような磁気モーメントの調整は、前記第１の磁性層の膜厚を厚くしていくことによって行なわれる。
【０３０３】
すなわち前記磁気モーメント差が小さくなるほど、前記第１の磁性層の膜厚が厚くなっているのである。このため比較例の場合、前記磁気モーメント差が小さくなるほど、前記第１の磁性層の膜厚が厚くなり、この第１の磁性層は比抵抗の小さいＣｏＦｅ合金の単層で形成されているから前記第１の磁性層へのセンス電流の分流量が大きくなり、再生出力が大きく低下してしまう。
【０３０４】
一方、本発明の実施例では、前記磁気モーメント差が小さくなってもさほど再生出力は変化せずむしろ若干上昇する。この上昇傾向は前記磁気モーメント差が約−０．６３（Ｔ・ｎｍ）まで見られる。しかし前記磁気モーメント差が−０．６３（Ｔ・ｎｍ）よりも小さくなると前記再生出力は低下し始める。
【０３０５】
実施例において、磁気モーメント差が小さくなっても特にー０．６３（Ｔ・ｎｍ）までの負の値でも前記再生出力の低下が見られないのは、前記第１の磁性層に比抵抗の大きいＣｏＦｅＣｒ合金層が存在するためである。また磁気モーメント差が小さくなることによりトラック両側の永久磁石膜（ハードバイアス層）からの磁界によって固定磁性層の磁化が傾く量が減少することにより再生出力が若干、上昇する。
【０３０６】
このため前記磁気モーメント差が小さくなる、すなわち第１の磁性層の膜厚が厚くなっていっても前記第１の磁性層に分流するセンス電流量は小さく、比較例に比べて前記再生出力の改善を図ることができるのである。
【０３０７】
次に図１４の実験に用いた磁気検出素子の多層膜構造を用いて、磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）と、エクスチェンジバイアスの製造工程であるハイト方向と直交方向（トラック幅方向）の第２の磁場中アニールを施した後の第２の磁性層の磁化傾斜角度との関係について調べた。
【０３０８】
なお前記固定磁性層は既にハイト方向への第１の磁場中アニールによって磁化固定された状態である。この第１磁場中アニールは、ハイト方向に１０ｋＯｅ（＝約８００ｋＡ／ｍ）の磁場をかけ続け、このとき２９０度とした熱処理工程を４時間行っている。
【０３０９】
この状態で、次に第２の磁場中アニールを施す。第２の磁場中アニールはトラック幅方向に３００Ｏｅ（＝約２４ｋＡ／ｍ）の磁場をかけ続け、このとき２９０度（℃）とした熱処理工程を４時間行った。その後、ハイト方向を０度としたときの固定磁性層（第２の磁性層）の磁化のずれ（磁化傾斜角度）を印加磁場を９０°方向として測定したＲ−Ｈ曲線を用いて測定した。その実験結果は図１５に示されている。
【０３１０】
図１５に示すように、磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）が小さくなっていくほど、前記第２の磁性層の磁化傾斜角度は小さくなっていくことがわかる。
【０３１１】
比較例及び実施例ともに同様の傾向を見せるが、比較例では磁気モーメント差が０．６３（Ｔ・ｎｍ）程度あると、第２の磁性層の磁化傾斜角度が１５度を越えてしまい、固定磁性層とフリー磁性層との磁化の直交関係が大きく崩れてしまう。一方、実施例では前記磁気モーメント差が０．６３（Ｔ・ｎｍ）以下であると前記第２の磁性層の磁化傾斜角度は１０度以下に抑えられ、さらに前記磁気モーメント差を−０．６３（Ｔ・ｎｍ）程度にまで小さくすると前記第２の磁性層の磁化傾斜角度をほぼ０度にすることができる。
【０３１２】
前記第２の磁性層の磁化傾斜角度は小さいほど好ましく、これによりアシンメトリーを小さくでき、さらに再生出力の向上を図ることができる。本発明では図１４及び図１５に示す実験結果から前記磁気モーメント差の好ましい範囲を−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０．６３（Ｔ・ｎｍ）以下に設定した。ただし前記磁気モーメント差が０（Ｔ・ｎｍ）となる場合は除いた。磁気モーメント差が０（Ｔ・ｎｍ）ということは、第１の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントと第２の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントとが同じ値になる場合であるが、かかる場合、前記第１の磁性層及び第２の磁性層に磁化分散が発生し再生特性を劣化させるという問題点がある。よって第１の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントと第２の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントとは異なる値であることが好ましく、そこで本発明では磁気モーメント差が０（Ｔ・ｎｍ）となる場合を除いているのである。
【０３１３】
また前記磁気モーメント差のより好ましい範囲を−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０（Ｔ・ｎｍ）より小さい範囲とした。図１４及び図１５に示すように、前記磁気モーメント差を負の値にすると、ハードバイアス方式の場合は前記再生出力は磁気モーメント差が−０．６３（Ｔ・ｎｍ）程度まで若干上昇する傾向を見せ、比較例に比べて効果的に再生出力の向上を図ることができる。またエクスチェンジバイアス方式の場合は、第２の磁性層の磁化傾斜角度を５度以下に抑えることができ、特に前記磁気モーメント差が−０．６３（Ｔ・ｎｍ）付近では前記磁化傾斜角度をほぼ０度にすることが可能である。
【０３１４】
次に本発明では、前記第１の磁性層の膜厚を第２の磁性層の膜厚よりも大きい方が好ましいとした。単位面積当たりの磁気モーメントは、飽和磁化（Ｍｓ）と膜厚（ｔ）との積で求めることができる。上記したように磁気モーメント差は負の値であることが好ましいとしたが、このように設定するには、第１の磁性層の膜厚を第２の磁性層の膜厚よりも大きくすることが好ましい。
【０３１５】
図１６は、第１の磁性層の膜厚と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、図１７は第１の磁性層の膜厚と抵抗変化量（ΔＲｓ）との関係を示すグラフである。
【０３１６】
図１６に示す「比較例」及び「実施例」における磁気検出素子の膜構成は図１４の実験に使用したものと同じである。
【０３１７】
図１６及び図１７に示すように「比較例」及び「実施例」ともに前記第１の磁性層の膜厚が厚くなっていくと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）及び抵抗変化量（ΔＲｓ）は徐々に低下する。しかしグラフを見てわかるように「実施例」の方が「比較例」に比べて抵抗変化率及び抵抗変化量の低下量は小さい。これは「実施例」の磁気検出素子の第１の磁性層には、比抵抗が高いＣｏＦｅＣｒ合金層が存在するためセンス電流が前記第１の磁性層に分流しにくいからである。
【０３１８】
このように本発明では、前記第１の磁性層の膜厚を厚くしていっても従来に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）及び抵抗変化量（ΔＲｓ）の低下を適切に抑制できる。
【０３１９】
しかも前記第１の磁性層の膜厚を厚く形成できることにより、磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）の値を小さくできる結果として一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）を大きくすることができ、前記第２の磁性層の磁化傾斜角度を小さく抑えることができる。
【０３２０】
さらに反強磁性層と接する第１の磁性層の部分に例えばＣｏＦｅＸ合金層などの比抵抗の高い磁性領域を形成することで、前記反強磁性層と第１の磁性層間に発生する交換結合磁界（Ｈｅｘ）は高まり、前記第１の磁性層の膜厚を厚くしたときの前記第１の磁性層の交換結合磁界（Ｈｅｘ）の低下による固定磁性層の磁化傾斜を最小限に抑えることができる。
【０３２１】
上記したように、磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）や膜厚を適切に調整することで狭トラック化及び素子高さの狭小化においても、固定磁性層の磁化の揺らぎが小さく、アシンメトリーを改善でき及び再生出力が大きい、高記録密度化に優れた磁気検出素子を製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０３２２】
【図１】本発明の第１実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図２】本発明の第２実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図３】本発明の第３実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図４】本発明の第４実施形態の磁気検出素子（デュアルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図５】本発明の第５実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図６】本発明の第５実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図７】磁気検出素子を有する薄膜磁気ヘッドの部分断面図、
【図８】本発明における磁気検出素子の製造方法を説明するための一工程図（模式図）、
【図９】第１の磁性層がＣｏＦｅＣｒ合金とＣｏＦｅ合金との２層構造で形成されたときの、ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚と、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、
【図１０】第１の磁性層がＣｏＦｅＣｒ合金とＣｏＦｅ合金との２層構造で形成されたときの、ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚と、シード抵抗値（ΔＲｓ）との関係を示すグラフ、
【図１１】第１の磁性層がＣｏＦｅＣｒ合金とＣｏＦｅ合金との２層構造で形成されたときの、ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚と、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）との関係を示すグラフ、
【図１２】第１の磁性層がＣｏＦｅＣｒ合金とＣｏＦｅ合金との２層構造で形成されたときの、ＣｏＦｅＣｒ合金の膜厚と、プラトー磁界（Ｈｐｌ）との関係を示すグラフ、
【図１３】プラトー磁界を説明するためのヒステリスループの模式図、
【図１４】第１の磁性層がＣｏＦｅＣｒ合金とＣｏＦｅ合金との２層構造で形成された実施例と、第１の磁性層がＣｏＦｅ合金の単層構造で形成された比較例の、磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）と再生出力との関係を示すグラフ、
【図１５】第１の磁性層がＣｏＦｅＣｒ合金とＣｏＦｅ合金との２層構造で形成された実施例と、第１の磁性層がＣｏＦｅ合金の単層構造で形成された比較例の、磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）と第２の磁性層の磁化傾斜角度との関係を示すグラフ、
【図１６】第１の磁性層がＣｏＦｅＣｒ合金とＣｏＦｅ合金との２層構造で形成された実施例と、第１の磁性層がＣｏＦｅ合金の単層構造で形成された比較例の、第１の磁性層の膜厚と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、
【図１７】第１の磁性層がＣｏＦｅＣｒ合金とＣｏＦｅ合金との２層構造で形成された実施例と、第１の磁性層がＣｏＦｅ合金の単層構造で形成された比較例の、第１の磁性層の膜厚と抵抗変化量（ΔＲｓ）との関係を示すグラフ、
【図１８】従来における磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図１９】積層フェリ構造の第１の磁性層を、ＣｏＦｅ単層で形成した場合、ＣｏＦｅＣｒ単層で形成した場合の、前記第１の磁性層の膜厚と、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ*）との関係を示すグラフ、
【符号の説明】
【０３２３】
１ フリー磁性層
２ 非磁性材料層
３ 固定磁性層（強磁性層）
４ 反強磁性層
５ ハードバイアス層
６ 下地層
７ 保護層
８ 電極層
１１ 第２の磁性層
１２、２７ 非磁性中間層
１３ 第１の磁性層
１５ バックド層
２９ 反強磁性層（エクスチェンジバイアス層）
２２ シードレイヤ
２３、２４ 磁性層
２５ 基板
２８ 強磁性層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反強磁性層と強磁性層とが積層形成され、前記反強磁性層と強磁性層との界面で交換結合磁界が発生することで、前記強磁性層の磁化方向が一定方向にされる交換結合膜において、
前記強磁性層は、前記反強磁性層との界面と接して形成される第１の磁性層と、前記第１の磁性層と非磁性中間層を介して対向する第２の磁性層とを有して形成された積層フェリ構造であり、
前記第１の磁性層には、元素Ｘ（ただし元素Ｘは、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのうち少なくとも１種以上の元素）を含有する領域が、前記反強磁性層との界面から前記非磁性中間層側にかけて存在するととともに、前記非磁性中間層との界面から前記反強磁性層側にかけての領域の一部に、前記元素Ｘを含まない領域が存在することを特徴とする交換結合膜。
【請求項２】
前記第１の磁性層はＣｏＦｅ合金を主体とし、元素Ｘを含む領域はＣｏＦｅＸ合金で形成され、元素Ｘを含まない領域はＣｏＦｅ合金で形成される請求項１記載の交換結合膜。
【請求項３】
反強磁性層と強磁性層とが積層形成され、前記反強磁性層と強磁性層との界面で交換結合磁界が発生することで、前記強磁性層の磁化方向が一定方向にされる交換結合膜において、
前記強磁性層は、前記反強磁性層との界面と接して形成される第１の磁性層と、前記第１の磁性層と非磁性中間層を介して対向する第２の磁性層とを有して形成された積層フェリ構造であり、
前記第１の磁性層は、元素Ｘ（ただし元素Ｘは、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのうち少なくとも１種以上の元素）を含有して形成され、
前記第１の磁性層の前記反強磁性層との界面での前記元素Ｘの含有量は、前記非磁性中間層との界面での前記含有量に比べて多くなっていることを特徴とする交換結合膜。
【請求項４】
前記第１の磁性層は、ＣｏＦｅ合金に元素Ｘが含有された磁性材料で形成される請求項３記載の交換結合膜。
【請求項５】
前記第１の磁性層の層内には、前記元素Ｘの含有量が、前記反強磁性層との界面側から前記非磁性中間層の界面側に向けて徐々に少なくなる領域が存在する請求項１ないし４のいずれかに記載の交換結合膜。
【請求項６】
ＣｏＹとＦｅ１００−Ｙとの原子比率Ｙは、８５％以上で９６％以下である請求項２または４に記載の交換結合膜。
【請求項７】
前記元素Ｘの組成比は３ａｔ％以上で１５ａｔ％以下である請求項１ないし６のいずれかに記載の交換結合膜。
【請求項８】
前記第２の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントから前記第１の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを引いた磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）は、−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０．６３（Ｔ・ｎｍ）以下{ただし０（Ｔ・ｎｍ）を除く}である請求項１ないし７のいずれかに記載の交換結合膜。
【請求項９】
前記磁気モーメント差は負の値である請求項８記載の交換結合膜。
【請求項１０】
前記第１の磁性層の膜厚は、前記第２の磁性層の膜厚よりも大きい請求項９記載の交換結合膜。
【請求項１１】
反強磁性層、固定磁性層、非磁性中間層、およびフリー磁性層を有し、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、
前記反強磁性層及び固定磁性層が請求項１ないし１０のいずれかに記載された交換結合膜により形成されていることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項１２】
反強磁性のエクスチェンジバイアス層、フリー磁性層、非磁性中間層、固定磁性層、および反強磁性層を有し、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、
前記エクスチェンジバイアス層とフリー磁性層間には、前記エクスチェンジバイアス層と接して形成される強磁性層と、前記強磁性層とフリー磁性層間に介在する非磁性中間層とが形成され、前記強磁性層、非磁性中間層及びフリー磁性層で積層フェリ構造を構成しており、
前記強磁性層が、請求項１ないし１０のいずれかに記載された第１の磁性層として、前記フリー磁性層が第２の磁性層として機能していることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項１３】
前記反強磁性層及び固定磁性層が請求項１ないし１０のいずれかに記載された交換結合膜により形成されている請求項１２記載の磁気検出素子。
【請求項１４】
フリー磁性層の上下に積層された非磁性中間層と、一方の前記非磁性中間層の上および他方の非磁性中間層の下に位置する固定磁性層と、一方の前記固定磁性層の上および他方の固定磁性層の下に位置する反強磁性層とを有し、前記フリー磁性層よりも下側に形成された反強磁性層の下側にはシードレイヤが形成され、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、
前記反強磁性層及び固定磁性層が請求項１ないし１０のいずれかに記載された交換結合膜により形成されていることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項１】
反強磁性層と強磁性層とが積層形成され、前記反強磁性層と強磁性層との界面で交換結合磁界が発生することで、前記強磁性層の磁化方向が一定方向にされる交換結合膜において、
前記強磁性層は、前記反強磁性層との界面と接して形成される第１の磁性層と、前記第１の磁性層と非磁性中間層を介して対向する第２の磁性層とを有して形成された積層フェリ構造であり、
前記第１の磁性層には、元素Ｘ（ただし元素Ｘは、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのうち少なくとも１種以上の元素）を含有する領域が、前記反強磁性層との界面から前記非磁性中間層側にかけて存在するととともに、前記非磁性中間層との界面から前記反強磁性層側にかけての領域の一部に、前記元素Ｘを含まない領域が存在することを特徴とする交換結合膜。
【請求項２】
前記第１の磁性層はＣｏＦｅ合金を主体とし、元素Ｘを含む領域はＣｏＦｅＸ合金で形成され、元素Ｘを含まない領域はＣｏＦｅ合金で形成される請求項１記載の交換結合膜。
【請求項３】
反強磁性層と強磁性層とが積層形成され、前記反強磁性層と強磁性層との界面で交換結合磁界が発生することで、前記強磁性層の磁化方向が一定方向にされる交換結合膜において、
前記強磁性層は、前記反強磁性層との界面と接して形成される第１の磁性層と、前記第１の磁性層と非磁性中間層を介して対向する第２の磁性層とを有して形成された積層フェリ構造であり、
前記第１の磁性層は、元素Ｘ（ただし元素Ｘは、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのうち少なくとも１種以上の元素）を含有して形成され、
前記第１の磁性層の前記反強磁性層との界面での前記元素Ｘの含有量は、前記非磁性中間層との界面での前記含有量に比べて多くなっていることを特徴とする交換結合膜。
【請求項４】
前記第１の磁性層は、ＣｏＦｅ合金に元素Ｘが含有された磁性材料で形成される請求項３記載の交換結合膜。
【請求項５】
前記第１の磁性層の層内には、前記元素Ｘの含有量が、前記反強磁性層との界面側から前記非磁性中間層の界面側に向けて徐々に少なくなる領域が存在する請求項１ないし４のいずれかに記載の交換結合膜。
【請求項６】
ＣｏＹとＦｅ１００−Ｙとの原子比率Ｙは、８５％以上で９６％以下である請求項２または４に記載の交換結合膜。
【請求項７】
前記元素Ｘの組成比は３ａｔ％以上で１５ａｔ％以下である請求項１ないし６のいずれかに記載の交換結合膜。
【請求項８】
前記第２の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントから前記第１の磁性層の単位面積当たりの磁気モーメントを引いた磁気モーメント差（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）は、−０．６３（Ｔ・ｎｍ）以上で０．６３（Ｔ・ｎｍ）以下{ただし０（Ｔ・ｎｍ）を除く}である請求項１ないし７のいずれかに記載の交換結合膜。
【請求項９】
前記磁気モーメント差は負の値である請求項８記載の交換結合膜。
【請求項１０】
前記第１の磁性層の膜厚は、前記第２の磁性層の膜厚よりも大きい請求項９記載の交換結合膜。
【請求項１１】
反強磁性層、固定磁性層、非磁性中間層、およびフリー磁性層を有し、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、
前記反強磁性層及び固定磁性層が請求項１ないし１０のいずれかに記載された交換結合膜により形成されていることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項１２】
反強磁性のエクスチェンジバイアス層、フリー磁性層、非磁性中間層、固定磁性層、および反強磁性層を有し、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、
前記エクスチェンジバイアス層とフリー磁性層間には、前記エクスチェンジバイアス層と接して形成される強磁性層と、前記強磁性層とフリー磁性層間に介在する非磁性中間層とが形成され、前記強磁性層、非磁性中間層及びフリー磁性層で積層フェリ構造を構成しており、
前記強磁性層が、請求項１ないし１０のいずれかに記載された第１の磁性層として、前記フリー磁性層が第２の磁性層として機能していることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項１３】
前記反強磁性層及び固定磁性層が請求項１ないし１０のいずれかに記載された交換結合膜により形成されている請求項１２記載の磁気検出素子。
【請求項１４】
フリー磁性層の上下に積層された非磁性中間層と、一方の前記非磁性中間層の上および他方の非磁性中間層の下に位置する固定磁性層と、一方の前記固定磁性層の上および他方の固定磁性層の下に位置する反強磁性層とを有し、前記フリー磁性層よりも下側に形成された反強磁性層の下側にはシードレイヤが形成され、前記フリー磁性層の磁化が前記固定磁性層の磁化と交叉する方向に揃えられた磁気検出素子において、
前記反強磁性層及び固定磁性層が請求項１ないし１０のいずれかに記載された交換結合膜により形成されていることを特徴とする磁気検出素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００６−３２９６１（Ｐ２００６−３２９６１Ａ）
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２０４０７８（Ｐ２００５−２０４０７８）
【出願日】平成１７年７月１３日（２００５．７．１３）
【分割の表示】特願２００２−１００７９５（Ｐ２００２−１００７９５）の分割
【原出願日】平成１４年４月３日（２００２．４．３）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月１３日（２００５．７．１３）
【分割の表示】特願２００２−１００７９５（Ｐ２００２−１００７９５）の分割
【原出願日】平成１４年４月３日（２００２．４．３）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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