JP3708441B2 - 交換結合膜と前記交換結合膜を用いた磁気検出素子、ならびに前記交換結合膜の製造方法と前記磁気検出素子の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下からシードレイヤ、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により、前記強磁性層の磁化方向が一定の方向に固定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（スピンバルブ型薄膜素子、ＡＭＲ素子など）に係り、特に今後の高記録密度化においても、従来に比べて適切に通電信頼性（耐エレクトロマイグレーション）の向上、抵抗変化率の向上などを図ることが可能な交換結合膜と前記交換結合膜を用いた磁気検出素子、ならびに前記交換結合膜の製造方法と前記磁気検出素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は従来におけるスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面と平行な方向から切断した部分断面図である。
【０００３】
図１１に示す符号１４は、例えばＮｉＦｅＣｒで形成されたシードレイヤであり、前記シードレイヤ１４の上に反強磁性層３０、固定磁性層３１、非磁性導電層３２、フリー磁性層３３および保護層７が順次積層されている。
【０００４】
この種のスピンバルブ型薄膜素子では、熱処理によって前記反強磁性層３０と固定磁性層３１との界面で交換結合磁界が発生し、前記固定磁性層３１の磁化はハイト方向（図示Ｙ方向）に固定される。
【０００５】
図１１では、前記シードレイヤ１４から保護層７までの多層膜の両側にハードバイアス層５が形成され、前記ハードバイアス層５からのバイアス磁界により前記フリー磁性層３３の磁化は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。
【０００６】
また図１１に示すように前記ハードバイアス層５の上には重ねて電極層８が形成されている。前記電極層８からのセンス電流は、特に固定磁性層３１、非磁性導電層３２、およびフリー磁性層３３の３層に流れればよいが、この形態では前記シードレイヤ１４及び反強磁性層３０にも分流する。
【０００７】
図１１に示すスピンバルブ型薄膜素子では、前記反強磁性層３０の下にシードレイヤ１４が形成されているが、前記シードレイヤ１４を設けることで、前記シードレイヤ１４上に形成された各層の[１１１]配向性は良好になり、また膜面方向（Ｘ−Ｙ面方向）への結晶粒径が大きくなると考えられ、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、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上やフリー磁性層３３の軟磁気特性の向上が期待された。
【０００８】
前記シードレイヤ１４上の各層の[１１１]配向性を良好にし、しかも膜面方向の結晶粒径を大きくするには、前記シードレイヤ１４が面心立方構造（ｆｃｃ構造）であり且つ前記シードレイヤ１４表面の濡れ性（ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ）を良好にする必要性があった。濡れ性が良いと前記シードレイヤ１４上に反強磁性層３０をスパッタ成膜するとき、前記反強磁性層３０を構成する反強磁性材料の各原子が前記シードレイヤ１４上で凝集しにくくなり、前記反強磁性層３０の膜面方向の配向性を最稠密面となる[１１１]面により強く配向させることが可能になるのである。
【０００９】
前記濡れ性の向上には、シードレイヤ１４に含まれるＣｒの組成比が多いほど好ましいと思われたが、前記Ｃｒの組成比を多くしすぎるとシードレイヤ１４の結晶構造に、面心立方構造（ｆｃｃ構造）の他に体心立方構造（ｂｃｃ構造）が混在し始め、これによって前記シードレイヤ１４上の各層の[１１１]配向性が低下してしまい、通電信頼性の低下、抵抗変化率の低下などを招いた。
【００１０】
従来では、シードレイヤ１４に含まれるＣｒ組成比を４０原子％以下にしており、これにより前記シードレイヤ１４の結晶構造を面心立方構造に保っていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし今後の高記録密度化に伴い、スピンバルブ型薄膜素子の更なる小型化により、前記スピンバルブ型薄膜素子に流れるセンス電流密度が大きくなり、これによってエレクトロマイグレーションの発生、さらには抵抗値の増大による抵抗変化率の低下やノイズの発生等が問題となった。
【００１２】
上記した問題を解決するには、シードレイヤ１４表面の濡れ性の向上を図り、前記シードレイヤ１４上の各層の[１１１]配向性をさらに良好にし、また膜面方向の結晶粒径を大きくして電気伝導性を向上させることが効果的であり、そのためには前記シードレイヤ１４に含まれるＣｒの組成比を従来よりも多くする必要があったが、既に説明したように、Ｃｒの組成比を４０原子％以上にすると、シードレイヤ１４の結晶構造に、面心立方構造以外に体心立方構造（ｂｃｃ構造）が混在してしまう。
【００１３】
そしてシードレイヤ１４に前記体心立方構造が混在することで、結局、前記シードレイヤ１４上に積層される各層の[１１１]配向性の向上を図ることができず、また結晶粒径を大きくすることはできず、電気伝導性は低下してしまい、従来におけるシードレイヤ１４では、今後の高記録密度化に対応可能なスピンバルブ型薄膜素子を製造することはできなかった。
【００１４】
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、例えば前記シードレイヤを多層化し、このとき組成比や膜厚を適切に調整することで、前記シードレイヤの結晶構造を面心立方構造に保ちながら従来よりも濡れ性を向上させることができ、通電信頼性および抵抗変化率の向上などを図ることが可能な交換結合膜と前記交換結合膜を用いた磁気検出素子、ならびに前記交換結合膜の製造方法と前記磁気検出素子の製造方法を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下から非磁性あるいは一部が強磁性材料で形成されたシードレイヤ、反強磁性層、強磁性層の順に積層され、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、
前記シードレイヤは元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種または２種以上）とＣｒを含有し、前記シードレイヤの前記反強磁性層との界面での前記Ｃｒの組成比は４０原子％以上で７０原子％以下であり、このＣｒの組成比は、前記シードレイヤの前記反強磁性層と反対側の面でのＣｒの組成比（原子％）は２０原子％以上で４０原子％より小さく、
前記シードレイヤには、前記反強磁性層側に向かうにしたがって、前記Ｃｒの組成比（原子％）が増加する領域が存在し、
前記シードレイヤの結晶構造は前記反強磁性層との界面で面心立方構造（ｆｃｃ構造）であることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明では、上記のようにシードレイヤの前記反強磁性層との界面でのＣｒの組成比が４０原子％以上である。本発明では、これにより前記シードレイヤ表面での濡れ性を従来よりも向上させることができる。
【００１７】
ここで濡れ性について説明する。濡れ性は表面エネルギーが増大し、表面活性となることで向上し、前記濡れ性の向上には、シードレイヤのＣｒ組成比を大きくすることが重要である。またシードレイヤを形成する際の基板表面の温度や基板とターゲット間の距離、前記シードレイヤを形成する際のＡｒ圧、スパッタ速度なども重要な要素である。
【００１８】
前記シードレイヤのＣｒの組成比が小さく、前記シードレイヤ表面の濡れ性が悪いと、図６に示すように前記シードレイヤ表面に飛来してきた各原子は、表面移動が不十分で凝集し核を形成しやすくなる。このような核が形成されているか否かは電子顕微鏡で調べることができる。
【００１９】
前記核を生じ、各原子がいわゆる島状構造で堆積していくと、前記シードレイヤの上にスパッタ成膜される反強磁性層の膜面と平行方向の配向性は、最稠密面である[１１１]配向になり難い。
【００２０】
一方、図７はシードレイヤのＣｒ組成比が高く、前記シードレイヤ表面の濡れ性が良好な状態であり、図７では、前記シードレイヤ表面に飛来してきた各原子は表面移動が十分で凝集せず、かかる場合、前記シードレイヤの上にスパッタ成膜される反強磁性層の膜面と平行方向の配向性は、最稠密面である[１１１]配向になりやすい。
【００２１】
本発明では、前記シードレイヤ表面の濡れ性が良好であることで、前記シードレイヤ上に形成される各層の膜面と平行方向の配向性を、最稠密面となる[１１１]面により強く配向させることが可能である。
【００２２】
次に本発明では、前記シードレイヤの結晶構造は、反強磁性層との界面で面心立方構造（ｆｃｃ構造）である。先に、シードレイヤのＣｒの組成比を４０原子％以上にすると、面心立方構造以外に体心立方構造（ｂｃｃ構造）が混在すると説明したが、本発明ではシードレイヤ表面でのＣｒの組成比が４０原子％以上であっても結晶構造を面心立方構造のみで構成することができるのは、前記シードレイヤには、前記反強磁性層側に向かうにしたがって、前記Ｃｒの組成比が増加する領域が存在し、前記シードレイヤの前記反強磁性層と反対側の面でのＣｒの組成比が、前記反強磁性層との界面での前記Ｃｒの組成比よりも小さくなっているからである。
【００２３】
このようないわゆる組成変調を起させるには後述する製造方法で説明するように、前記シードレイヤを上層と下層の積層構造で形成し、下層側のＣｒの組成比を、上層側のＣｒの組成比よりも小さくする。Ｃｒの組成比が小さくされた前記下層は、面心立方構造を良好に保つことができる。一方、前記下層の上に積層される上層は、Ｃｒの組成比が４０原子％以上に大きくても、前記下層側の結晶構造に引きずられて面心立方構造になりやすく、Ｃｒの組成比が４０原子％以上であっても結晶構造に体心立方構造が混在せず結晶構造を面心立方構造のみで構成することができるのである。ただし上層の膜厚を薄くすることが重要であり、例えばその膜厚は２０Å以下に調整される。膜厚が薄いことで結晶構造は下地となる下層の結晶構造に引きずられ、またバルクの場合と同じような平衡状態にはなりにくく準安定状態になり、結晶構造を面心立方構造に適切に保つことが可能なのである。
【００２４】
上記のように上層と下層とを積層した後、反強磁性層と強磁性層間に交換結合磁界を発生させるために熱処理を施すが、この熱処理によって前記上層と下層間が拡散する場合があり、これによって前記上層と下層とで構成されたシードレイヤは単一層のようになり、このとき前記シードレイヤを組成分析すると、前記シードレイヤには、前記反強磁性層側に向かうにしたがってＣｒの組成比（原子％）が増加する領域が存在し、前記シードレイヤの前記反強磁性層と反対側の面でのＣｒの組成比が、前記反強磁性層との界面での前記Ｃｒの組成比よりも小さくなっているのである。
【００２５】
以上のように本発明では、前記シードレイヤの反強磁性層との界面でのＣｒの組成比は４０原子％以上であるから濡れ性は従来よりも向上し、しかも前記界面での結晶構造は面心立方構造であるため、従来に比べて前記シードレイヤ上に積層される各層の膜面と平行方向の配向性を良好に[１１１]配向させることができると共に、膜面と平行な方向への結晶粒径を大きくすることができる。
【００２６】
前記結晶粒径が大きくなることで抵抗値は低下し、これによりジュール熱を低下させることができる。また最稠密面である[１１１]面が膜面と平行な方向に優先配向することで、各層の層間で拡散が生じ難くなる。このような作用により耐エレクトロマイグレーションを向上させることができ、通電信頼性を従来よりも向上させることができる。
【００２７】
また抵抗値が低下することで電気伝導性が良好になり、後述する磁気検出素子においては抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）や電気伝導度の変化量（ΔＧ）、フリー磁性層の軟磁気特性を従来よりも向上させることができる。またサーマルノイズの低下を図ることができる。
【００２８】
本発明では、前記シードレイヤの前記反強磁性層との界面での前記Ｃｒの組成比は４５原子％以上で６０原子％以下であることが好ましい。
【００３０】
また本発明では、前記シードレイヤはＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金で形成されることが好ましい。
【００３１】
また前記シードレイヤの組成式は（Ｎｉ_100-XＦｅ_X）−Ｃｒで示され、組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦７０原子％であることが好ましい。より好ましくは、前記組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦５０原子％である。さらに好ましくは、前記組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦３０原子％である。
【００３２】
また本発明では、前記シードレイヤの膜厚は、２３Å以上で８０Å以下であることが好ましく、より好ましくは前記シードレイヤの膜厚は、２５Å以上で５０Å以下である。
【００３３】
次に本発明は、下から非磁性あるいは一部が強磁性材料で形成されたシードレイヤ、反強磁性層、強磁性層の順に積層され、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、
前記シードレイヤは上層と下層の積層構造で形成され、前記上層及び下層はそれぞれ、元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃoのうちいずれか１種または２種以上）とＣｒとを含有した非磁性あるいは一部が強磁性材料で形成され、
前記シードレイヤのうち前記上層のＣｒの組成比は４０原子％以上で７０原子％以下であり、前記反強磁性層との界面での結晶構造は、面心立方構造（ｆｃｃ構造）であり、
前記下層のＣｒの組成比は２０原子％以上で４０原子％より小さく、
前記上層の膜厚は、前記下層の膜厚よりも小さいことを特徴とするものである。
【００３４】
この発明と上記した発明との違いは、この発明では前記シードレイヤが２層構造であるのに対し、上記した発明では、前記シードレイヤが単一層である点のみであり、得られる効果は全く同じである。
【００３５】
すなわちこの発明では、シードレイヤを構成する下層は、上層よりもＣｒ組成比が低く、適切に面心立方構造を保ち、シードレイヤを構成する上層は、Ｃｒの組成比が４０原子％以上であり、且つ結晶構造が面心立方構造であるため、前記シードレイヤ上に積層される各層の膜面と平行方向の配向性を良好に[１１１]配向にでき、また膜面と平行な方向の結晶粒径を大きくすることができる。
【００３６】
従って、耐エレクトロマイグレーションの向上を図ることができ通電信頼性を向上させることができ、また後述する磁気検出素子では抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）や電気伝導度の変化率（ΔＧ）、フリー磁性層の軟磁気特性などを向上させることができる。
【００３７】
本発明では、前記上層の前記Ｃｒの組成比は４５原子％以上で６０原子％以下であることが好ましい。
【００３９】
また本発明では、前記上層及び下層はそれぞれ、ＦｅＮｉＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金で形成されることが好ましい。
【００４０】
また本発明では、前記上層及び下層の組成式は（Ｎｉ_100-XＦｅ_X）−Ｃｒで示され、組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦７０原子％であることが好ましい。より好ましくは、前記組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦５０原子％である。さらに好ましくは、前記組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦３０原子％である。
【００４１】
また本発明では、前記上層の膜厚は３Å以上で２０Å以下であることが好ましく、より好ましくは前記上層の膜厚は５Å以上で１０Å以下である。
【００４２】
また本発明では、前記下層の膜厚は２０Å以上で６０Å以下であることが好ましく、より好ましくは、前記下層の膜厚は２０Å以上で４０Å以下である。
【００４３】
また本発明では、前記上層と下層との間には、１層以上の中間層が形成されても良く、かかる場合、前記中間層は元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種または２種以上）とＣｒを含有した非磁性あるいは一部が強磁性材料で形成され、前記Ｃｒの組成比は、上層のＣｒの組成比よりも小さいことが好ましい。
【００４４】
また本発明では、前記シードレイヤの下には、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た下地層が形成されていることが好ましい。これにより前記シードレイヤの結晶構造を適切に面心立方構造にすることができる。
【００４５】
また前記シードレイヤはスパッタ成膜されることが好ましい。これにより前記シードレイヤはバルクのときの平衡状態と同じにならず、Ｃｒの組成比が４０原子％以上であっても準安定状態となって結晶構造を面心立方構造にしやすくできる。
【００５１】
また本発明では、前記反強磁性層は、元素Ｘ（ただしＸ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。
【００５２】
あるいは本発明では、前記反強磁性層は、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′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）で形成されていてもよい。
【００５３】
上記の場合、本発明では、前記Ｘ―Ｍｎ―Ｘ′合金は、元素ＸとＭｎとで構成される空間格子の隙間に元素Ｘ′が侵入した侵入型固溶体であり、あるいは、元素ＸとＭｎとで構成される結晶格子の格子点の一部が、元素Ｘ′に置換された置換型固溶体であることが好ましい。
【００５４】
また本発明では、前記元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比は、４５（原子％）以上６０（原子％）以下であることが好ましい。
【００５５】
また本発明は、下からシードレイヤ、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の順に積層され、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、
前記シードレイヤ、反強磁性層及び固定磁性層が上記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。
【００５６】
また本発明は、下からシードレイヤ、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、および反強磁性層の順に積層され、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、
前記シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及びフリー磁性層が上記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。
【００５７】
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、
前記シードレイヤ、その上に接合された反強磁性層及び固定磁性層が上記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。
【００５８】
また本発明は、下からシードレイヤ、反強磁性のエクスチェンジバイアス層、磁気抵抗層、非磁性層、および軟磁性層の順で積層された磁気検出素子において、
前記シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及び磁気抵抗層が上記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。
【００５９】
上記のように交換結合膜を各磁気検出素子に使用することで、耐エレクトロマイグレーションを向上させることができ、通電信頼性を従来よりも向上させることができる。
【００６０】
また抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を従来よりも向上させることができる。またサーマルノイズの低下を図ることができる。
【００６１】
さらにフリー磁性層や磁気抵抗層の保磁力Ｈｃの低下を図ることができる。これにより前記保磁力Ｈｃと比例関係にある膜面内の結晶磁気異方性エネルギーＫの低下を図ることができ、前記フリー磁性層の磁化を、外部磁界に対して感度良く回転させることが可能である。
【００６２】
従って本発明では、今後の高記録密度化に伴い、磁気検出素子がさらに小さくなっても、従来より上記効果を適切に得ることができ、高記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子の製造を図ることが可能である。
【００６３】
また、本発明は、下からシードレイヤ、反強磁性層、および強磁性層の順に積層し、前記反強磁性層と強磁性層との界面に交換結合磁界を発生させて、前記強磁性層の磁化方向を一定方向に向ける交換結合膜の製造方法において、
（Ａ）Ｃｒの組成比が２０原子％以上で４０原子％より小さいＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金で形成された前記シードレイヤの下層を２０Å以上で６０Å以下の膜厚でスパッタ成膜する工程と、
（Ｂ）前記下層の上に、前記下層よりもＣｒの組成比が大きく、且つ前記Ｃｒの組成比が４０原子％以上で７０原子％以下となるＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金で形成された前記シードレイヤの上層を３Å以上で２０Å以下の膜厚でスパッタ成膜する工程と、
（Ｃ）前記シードレイヤの上に反強磁性層、強磁性層を順次積層し、熱処理を施して、前記反強磁性層と強磁性層との界面に交換結合磁界を発生させ、磁場方向に前記強磁性層を磁化する工程と、
を有することを特徴とするものである。
【００６４】
上記（Ａ）工程では、まずＣｒの組成比が２０原子％以上で４０原子％より小さいＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金で形成されたシードレイヤの下層を２０Å以上で６０Å以下の膜厚でスパッタ成膜する。
【００６５】
Ｃｒの組成比を２０原子％以上で４０原子％より小さくすれば、前記下層の結晶構造を適切に面心立方構造（ｆｃｃ構造）にすることができる。また前記下層の膜厚をある程度確保することで、前記下層の結晶構造を適切に面心立方構造にすることができる。ただしあまり膜厚が厚くなりすぎると、前記下層に流れるセンス電流の分流ロスが大きくなり、また結晶構造に体心立方構造が混入しやくなることから好ましくない。上記の観点から本発明では前記下層の膜厚を２０Å以上で６０Å以下に設定している。また前記下層の下にＴａなどの下地層を敷くことで前記下層の結晶構造をより適切に面心立方構造のみで構成できるとともに、{１１１}面の配向度を高めることができる。
【００６６】
次に上記（Ｂ）工程では、前記下層の上に、前記下層よりもＣｒの組成比が大きく、且つ前記Ｃｒの組成比が４０原子％以上で７０原子％以下となるＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金で形成された前記シードレイヤの上層を３Å以上で２０Å以下の膜厚でスパッタ成膜する。
【００６７】
Ｃｒの組成比を４０原子％以上で７０原子％以下に調整することで、前記上層の表面の濡れ性を従来よりも向上させることが可能である。
【００６８】
しかも本発明では、前記上層の膜厚を３Å以上で２０Å以下に非常に薄くしている。これにより前記上層の結晶構造は前記下層の結晶構造に引きずられる。また前記上層をスパッタ成膜することで、バルクの場合と同様な平衡状態にはなり難く準安定状態になり、Ｃｒの組成比を４０原子％以上にしても前記上層の結晶構造を面心立方構造にすることが可能になるのである。
【００６９】
次に上記（Ｃ）工程では、前記上層の上に反強磁性層及び強磁性層をスパッタ成膜する。上記のようにシードレイヤを構成する上層の表面は従来に比べて濡れ性が良く、しかも面心立方構造になっているから、前記シードレイヤの上に形成される反強磁性層及び強磁性層の膜面と平行方向の配向性を、従来に比べて最稠密面である[１１１]配向に強く配向でき、しかも膜面と平行な方向の結晶粒径を大きくすることができる。
【００７０】
このように本発明では、容易な製造方法で確実にシードレイヤ表面の濡れ性を従来よりも向上させることができ、しかも前記シードレイヤの結晶構造を面心立方構造に保つことができるのである。
【００７１】
また本発明では、前記上層のＣｒの組成比を４５原子％以上で６０原子％以下とすることが好ましい。
【００７２】
また本発明では、前記上層の膜厚を５Å以上で１０Å以下にすることが好ましい。
【００７４】
また本発明では、前記上層及び下層の組成式は（Ｎｉ_100-XＦｅ_X）−Ｃｒで示され、組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦７０原子％とすることが好ましい。またより好ましくは、前記組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦５０原子％とすることである。さらに好ましくは、前記組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦３０原子％とすることである。
【００７６】
また本発明では、前記下層の膜厚を２０Å以上で４０Å以下にすることが好ましい。
【００７７】
また本発明は、下からシードレイヤ、反強磁性層、および強磁性層の順に積層し、前記反強磁性層と強磁性層との界面に交換結合磁界を発生させて、前記強磁性層の磁化方向を一定方向に向ける交換結合膜の製造方法において、
（Ｅ）前記シードレイヤをＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金で２３Å以上で８０Å以下の膜厚でスパッタ成膜し、このとき下面でのＣｒ組成比を２０原子％以上で４０原子％より小さくして前記下面から上面にかけて徐々にＣｒの組成比が大きくなるようにスパッタ成膜し、さらに前記上面でのＣｒの組成比を４０原子％以上で７０原子％以下とする工程と、
（Ｆ）前記シードレイヤの上に反強磁性層、強磁性層を順次積層し、熱処理を施して、前記反強磁性層と強磁性層との界面に交換結合磁界を発生させ、磁場方向に前記強磁性層を磁化する工程と、
を有することを特徴とするものである。
【００７８】
この交換結合膜の製造方法では、上記した製造方法と異なり、シードレイヤを２層構造にせず、シードレイヤを単一層でスパッタ成膜する。このとき、シードレイヤの下面から上面にかけて徐々にＣｒの組成比が大きくなるようにスパッタ成膜するが、その方法は例えばＮｉＦｅターゲットとＣｒターゲットを用意し、Ｃｒターゲットに供給される電力を膜厚が大きくなるにつれて相対的に徐々に大きくしていくことで達成することができる。
【００７９】
この発明においても、容易な製造方法で確実にシードレイヤ表面の濡れ性を従来よりも向上させることができ、しかも前記シードレイヤの結晶構造を面心立方構造に保つことができるのである。
【００８０】
また本発明では、前記シードレイヤの組成式は（Ｎｉ_100-XＦｅ_X）−Ｃｒで示され、組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦７０原子％とすることが好ましい。より好ましくは、前記組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦５０原子％とすることである。さらに好ましくは、前記組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦３０原子％とすることである。
【００８１】
なお本発明では、前記シードレイヤを２５Å以上で５０Å以下の膜厚でスパッタ成膜することが好ましい。
【００８２】
また本発明では前記シードレイヤの下に、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た下地層を形成することが好ましい。これにより前記下地層上に形成されるシードレイヤの結晶構造をより確実に面心立方構造にすることができるとともに[１１１]面の優先配向度を高めることができる。
【００８３】
また本発明では、前記反強磁性層を、元素Ｘ（ただしＸ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。
【００８４】
あるいは本発明では、前記反強磁性層を、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′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。
【００８５】
また本発明では、前記元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比を、４５（原子％）以上６０（原子％）以下とすることが好ましい。
【００８６】
また本発明は、下からシードレイヤ、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の順に積層して成る磁気検出素子の製造方法において、
前記シードレイヤ、反強磁性層及び固定磁性層を上記に記載された交換結合膜により形成することを特徴とするものである。
【００８７】
また本発明は、下からシードレイヤ、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、および反強磁性層の順に積層する磁気検出素子の製造方法において、
前記シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及びフリー磁性層を上記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。
【００８８】
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シードレイヤを形成して成る磁気検出素子の製造方法において、
前記シードレイヤ、その上に接合する反強磁性層及び固定磁性層を上記に記載された交換結合膜により形成することを特徴とするものである。
【００８９】
また本発明は、下からシードレイヤ、反強磁性のエクスチェンジバイアス層、磁気抵抗層、非磁性層、および軟磁性層の順で積層した磁気検出素子の製造方法において、
前記シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及び磁気抵抗層を上記に記載された交換結合膜により形成することを特徴とするものである。
【００９０】
この磁気検出素子の製造方法では、容易な製造方法で確実にシードレイヤ表面の濡れ性を従来よりも向上させることができ、しかも前記シードレイヤの結晶構造を面心立方構造に保つことができる。
【００９１】
したがって前記シードレイヤ上に形成される各層の膜面と平行方向の結晶配向性を最稠密面である[１１１]配向に良好に配向でき、しかも膜面と平行な方向への結晶粒径を大きくすることができる。
【００９２】
よって本発明では、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、抵抗変化率、およびフリー磁性層の軟磁気特性などの向上を適切に図ることが可能な高記録密度化に優れた磁気検出素子を容易に製造することが可能である。
【００９３】
【発明の実施の形態】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。この下地層６の上に、シードレイヤ２２、反強磁性層４、固定磁性層３、非磁性中間層２、フリー磁性層１が積層されている。
【００９６】
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Ｘ（ただしＸ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。
【００９７】
これら白金族元素を用いたＸ−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。
【００９８】
また本発明では、前記反強磁性層４は、元素Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′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。
【００９９】
なお前記元素Ｘ′には、元素Ｘ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Ｘ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。
【０１００】
侵入型固溶体あるいは置換型固溶体とすることで、前記Ｘ−Ｍｎ合金膜の格子定数に比べて、前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′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。
【０１０１】
また特に置換型で固溶する元素Ｘ′を使用する場合は、前記元素Ｘ′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Ｘ′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。
【０１０２】
なお、元素Ｘ′にガス系の元素を使用した場合には、膜中に多量の元素Ｘ′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を、飛躍的に大きくできる。
【０１０３】
なお本発明では、好ましい前記元素Ｘ′の組成範囲は、原子％で０．２から１０であり、より好ましくは、原子％で、０．５から５である。また本発明では前記元素ＸはＰｔであることが好ましく、よってＰｔ−Ｍｎ−Ｘ′合金を使用することが好ましい。
【０１０４】
また本発明では、反強磁性層４の元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の原子％を４５（原子％）以上で６０（原子％）以下に設定することが好ましい。より好ましくは４９（原子％）以上で５６．５（原子％）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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
前記固定磁性層３は、Ｃｏ膜１１とＲｕ膜１２とＣｏ膜１３とで形成され、前記反強磁性層４との界面での交換結合磁界及びＲｕ膜１２を介した反強磁性的交換結合磁界（ＲＫＫＹ相互作用）により前記Ｃｏ膜１１とＣｏ膜１３の磁化方向は互いに反平行状態にされる。これは、いわゆるフェリ磁性結合状態と呼ばれ、この構成により固定磁性層３の磁化を安定した状態にでき、また前記固定磁性層３と反強磁性層４との界面で発生する交換結合磁界を見かけ上大きくすることができる。
【０１０７】
なお前記Ｃｏ膜１１は例えば２０Å程度で形成され、Ｒｕ膜１２は８Å程度で形成され、Ｃｏ膜１３は１５Å程度で形成される。
【０１０８】
なお前記固定磁性層３は３層膜で形成されなくても良く、例えば単層膜で形成されてもよい。また各層１１，１２，１３は、上記した磁性材料以外の材料によって形成してもよい。例えば層１１及び層１３には、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、あるいはＣｏＦｅＮｉ合金などを選択することができる。また層１２には、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどを選択することができる。
【０１０９】
前記固定磁性層３の上に形成された非磁性中間層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、前記非磁性中間層２は、例えばＡｌ₂Ｏ₃等の絶縁材料で形成される。
【０１１０】
さらに前記非磁性中間層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。
【０１１１】
前記フリー磁性層１は、ＮｉＦｅ合金膜９とＣｏ膜１０の２層で形成される。図１に示すように前記Ｃｏ膜１０を非磁性中間層２と接する側に形成することにより、前記非磁性中間層２との界面での金属元素等の拡散を防止し、ΔＲ／Ｒ（抵抗変化率）を大きくすることができる。
【０１１２】
なお前記ＮｉＦｅ合金膜９は、例えば前記Ｎｉを８０（原子％）、Ｆｅを２０（原子％）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、Ｃｏ膜を５Å程度で形成する。また前記Ｃｏ膜１０に代えて、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金などを用いてもよい。
【０１１３】
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の膜厚は１２〜２０Å程度で形成される。
【０１１４】
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が形成されていることが好ましい。
【０１１５】
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（ｍｅａｎｆｒｅｅ 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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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、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。
【０１１８】
図１に示すスピンバルブ型薄膜素子では、下地層６から保護層７を積層後、熱処理を施し、これによって前記反強磁性層４と固定磁性層３との界面に交換結合磁界を発生させる。このとき磁場を図示Ｙ方向に向けることで、前記固定磁性層３の磁化は図示Ｙ方向に向けられ固定される。なお図１に示す実施形態では前記固定磁性層３はフェリ構造であるため、層１１及び層１３のどちらかが図示Ｙ方向に磁化され、他方は図示Ｙ方向と逆方向に磁化される。
【０１１９】
次に図１に示す実施形態では前記反強磁性層４の下にシードレイヤ２２が形成されているが、本発明では前記シードレイヤ２２は元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種または２種以上）とＣｒを含有した非磁性あるいは一部が強磁性材料で形成される。具体的には前記シードレイヤ２２はＮｉＣｒ合金かＦｅＮｉＣｒ合金で形成されることが好ましい。
【０１２０】
また本発明では、前記シードレイヤ２２の組成式は（Ｎｉ_100-XＦｅ_X）−Ｃｒで示され、組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦７０原子％であることが好ましい。より好ましくは、前記組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦５０原子％である。さらに好ましくは、前記組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦３０原子％である。Ｆｅ量が多くなりすぎると、前記シードレイヤ２２が体心立方構造となりやすいため、上記の組成比を有することが好ましい。その他に上記組成であると反強磁性層４の結晶配向性を高め、結晶粒径、導電変化量、抵抗変化率の増大を期待することができる。なお最も好ましいのは組成比Ｘが２０原子％である。
【０１２１】
また本発明における前記シードレイヤ２２の前記反強磁性層４との界面（表面）での前記Ｃｒの組成比は４０原子％以上である。従来では前記シードレイヤのＣｒの組成比は４０原子％以下であったが、本発明では、前記反強磁性層４との界面における前記Ｃｒの組成比を４０原子％以上に設定することで、前記界面での表面エネルギーを増大させ界面活性状態にでき、いわゆる濡れ性（ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ）を従来に比べて向上させることができる。
【０１２２】
しかも本発明では前記シードレイヤ２２の結晶構造は前記反強磁性層４との界面で面心立方構造（ｆｃｃ構造）である。
【０１２３】
既に図７で説明したように前記濡れ性の向上により、前記シードレイヤ２２上に反強磁性層４をスパッタ成膜したとき、前記反強磁性層４を構成する各原子が前記界面上で十分な界面移動を起すことができ、しかも前記シードレイヤ２２表面が面心立方構造であることから、前記反強磁性層４の膜面と平行な方向（Ｘ−Ｙ面と平行）の結晶配向を、最稠密面である[１１１]配向に強く配向させることができる。
【０１２４】
また前記反強磁性層４が[１１１]配向することで、その上に形成される各層の膜面と平行な方向（図示Ｘ方向）の結晶配向を、最稠密面である[１１１]配向に配向させることができる。
【０１２５】
また本発明では、前記シードレイヤ２２表面の濡れ性が良好であり、且つ面心立方構造であることで、前記シードレイヤ２２上に形成される各層には、前記各層を貫くほどの大きな結晶粒が形成され、前記結晶粒の結晶粒径は膜面と平行な方向（Ｘ−Ｙ面と平行な方向）にも大きくなる。本発明では膜面と平行な方向における前記結晶粒径は、１００Å以上であることが好ましく、より好ましくは１５０Å以上である。これにより電気伝導性を良好にできる。
【０１２６】
ところで本発明では、前記シードレイヤ２２の反強磁性層４との界面でのＣｒの組成比は４０原子％以上で、しかも面心立方構造となっているが、このような表面状態にするためには、前記シードレイヤ２２の下側（すなわち前記反強磁性層４から遠ざかる側）のＣｒの組成比を、前記シードレイヤ２２表面のＣｒ組成比よりも小さくして、前記シードレイヤ２２の下側がしっかりと面心立方構造を保っている必要がある。このように前記シードレイヤ２２の下側がしっかりと面心立方構造を保っていると、前記シードレイヤ２２表面のＣｒの組成比がたとえ４０原子％以上となっても体心立方構造（ｂｃｃ構造）が混在せず、前記表面での結晶構造を面心立方構造のみで構成することができるのである。
【０１２７】
このため本発明におけるシードレイヤ２２を組成分析すると、前記シードレイヤ２２には組成変調が起きている。すなわち本発明では前記シードレイヤ２２には前記反強磁性層４側に向かうにしたがって前記Ｃｒの組成比が増加する領域が存在し、さらに前記シードレイヤ２２表面での前記Ｃｒの組成比は、前記表面と反対側の面（下面）でのＣｒの組成比よりも大きくなっているのである。
【０１２８】
上記のようなシードレイヤ２２の表面状態、及び組成変調を起させるには製造方法を工夫する必要性がある。以下に前記シードレイヤ２２の製造方法の代表例について図９を参照しながら説明する。図９は下地層６から保護層７までの各層を記録媒体との対向面側から見た模式図である。
【０１２９】
図９に示すように基板２５上に前記下地層６を形成する。なお前記下地層６は、前記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。下地層６の形成により、その上に形成されるシードレイヤ２２の結晶構造を面心立方構造にしやすくできるとともにシードレイヤ２２の[１１１]面の優先配向度を高めることができる。
【０１３０】
次に前記下地層６上にシードレイヤ２２としてまず下層２３をスパッタ成膜する。
【０１３１】
このとき前記下層２３をＣｒの組成比が２０原子％以上で４０原子％より小さいＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金でスパッタ成膜することが好ましい。また前記下層２３の膜厚を２０Å以上で６０Å以下で形成する。
【０１３２】
前記下層２３のＣｒの組成比を２０原子％以上で４０原子％より小さくすることで、前記下層２３の結晶構造を面心立方構造（ｆｃｃ構造）のみで構成することができる。また前記下層２３の膜厚はある程度厚くないと、前記下層２３の結晶構造を適切に面心立方構造にして{１１１}配向させることはできないため前記下層２３の膜厚を２０Å以上に設定したが、あまり膜厚が厚すぎると、前記下層２３に流れるセンス電流量が多くなり、センス電流の分流ロスが大きくなる。そこで本発明では、前記下層２３の膜厚の上限を６０Å以下とした。これによって前記下層２３の結晶構造を面心立方構造のみで構成することができる。
【０１３３】
またこの製造方法のようにＴａなどで形成された下地層６を敷いて、その上に前記下層２３を形成することで前記下層２３の結晶構造を面心立方構造のみで構成しやすくできる。
【０１３５】
また前記下層２３の膜厚を２０Å以上で４０Å以下にすることが好ましい。これにより前記下層２３の結晶構造をより確実に面心立方構造にすることができると同時に、センス電流の分流ロスをより適切に低減させることができる。
【０１３７】
なお前記下層２３のスパッタ成膜時における基板２５の温度を２０〜１００℃とし、また基板２５とターゲット間の距離を４０〜８０ｍｍとし、またスパッタ成膜時に導入されるＡｒガスの圧力を０．５〜３ｍＴｏｒｒ（０．０６７〜０．４Ｐａ）とすることが好ましい。これにより前記下層２３の結晶構造をより適切に面心立方構造にできる。
【０１３８】
次に前記下層２３の上に、前記下層２３よりもＣｒの組成比が大きく、且つ前記Ｃｒの組成比が４０原子％以上で７０原子％以下となるＦｅＮｉＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金で形成された上層２４をスパッタ成膜する。また前記上層２４の膜厚を３Å以上で２０Å以下に調整する。
【０１３９】
前記上層２４の膜厚は下層２３に比べて３Å以上２０Å以下と非常に薄いことがわかる。このように前記上層２４の膜厚が薄いと前記上層２４の結晶構造は前記下層２３側の結晶構造に引きずられて前記下層２３と同じ結晶構造になりやすい。またバルクのときはＣｒの組成比を４０原子％以上とすると結晶構造に体心立方構造が混在してくることが知られているが、本発明では前記上層２４をスパッタ成膜しているため、特に前記上層２４を薄く成膜したときは、前記バルクのときの平衡状態と同じにはならず準安定状態になりやすい。
【０１４０】
上記した作用が働くことで、前記上層２４はＣｒの組成比が４０原子％以上と高い含有量であっても前記上層２４に体心立方構造（ｂｃｃ構造）が混在せず、面心立方構造のみで構成されるのである。
【０１４１】
また本発明では前記上層２４のＣｒの組成比を４５原子％以上で６０原子％以下にすることが好ましい。これにより前記上層２４の表面の濡れ性をより適切に向上させることができる。
【０１４２】
また本発明では、前記下層２３及び上層２４の組成式は（Ｎｉ_100-XＦｅ_X）−Ｃｒで示され、組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦７０原子％とすることが好ましい。より好ましくは、前記組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦５０原子％とすることである。さらに好ましくは、前記組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦３０原子％とすることである。Ｆｅ量が多くなりすぎると、前記下層２３及び上層２４が体心立方構造となりやすいため、上記の組成比を有することが好ましい。その他に上記組成であると反強磁性層４の結晶配向性を高め、結晶粒径、導電変化量、抵抗変化率の増大を期待することができる。なお最も好ましいのは組成比Ｘが２０原子％である。
【０１４３】
また本発明では、前記上層２４の膜厚を５Å以上で１０Å以下にすることが好ましい。これにより、より確実に前記上層２４の結晶構造を面心立方構造にすることができる。
【０１４４】
なお前記上層２４のスパッタ成膜時における基板２５の温度を２０〜１００℃とし、また基板２５とターゲット間の距離を４０〜８０ｎｍとし、またスパッタ成膜時に導入されるＡｒガスの圧力を０．５〜３ｍＴｏｒｒ（０．０６７〜０．４Ｐａ）とすることが好ましい。これにより前記上層２４表面の濡れ性を向上させることができ、また結晶構造を面心立方構造にしやすくできる。
【０１４５】
次に前記上層２４の上に反強磁性層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Ｘ（ただしＸ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。
【０１４６】
また本発明では前記反強磁性層４を、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′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。
【０１４７】
また本発明では、前記元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比を、４５（原子％）以上６０（原子％）以下とすることが好ましい。
【０１４８】
さらに前記反強磁性層４の上に固定磁性層３、非磁性中間層２、フリー磁性層１、バックド層１５及び保護層７を成膜する。
【０１４９】
本発明では上記したように、前記上層２４の表面はＣｒの組成比が４０原子％以上に高いため濡れ性が良好で、しかも面心立方構造であるため前記反強磁性層４の膜面と平行方向の結晶配向を良好に[１１１]配向させることができる。また前記反強磁性層４が[１１１]配向することで、その上に成膜される各層の膜面と平行方向の結晶配向を良好に[１１１]配向させることができる。
【０１５０】
次に熱処理を施す。反強磁性層４は上記したＸ−Ｍｎ合金やＸ−Ｍｎ−Ｘ′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との界面で交換結合磁界を発生させることができる。またこのとき図示Ｙ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方向に向け固定することができる。
【０１５１】
また前記熱処理によって、シードレイヤ２２上には、前記シードレイヤ２２上に形成された各層を貫くほどの結晶粒が成長し、特に本発明では前記結晶粒の膜面と平行方向における結晶粒径の大きさを１００Å以上に大きくすることができる。
【０１５２】
また前記熱処理によって、前記下層２３と上層２４との界面では拡散が生じるため前記下層２３と上層２４との界面の存在が熱処理後には判別できなくなる場合があり、前記シードレイヤ２２はあたかも単一層で形成された状態になる。
【０１５３】
このように熱処理によって前記下層２３と上層２４との界面で拡散が生じた結果、熱処理後にシードレイヤ２２の組成分析を行うと、前記界面であった付近に組成変調が見られ、従って前記シードレイヤ２２には、前記反強磁性層４側に向かうにしたがってＣｒの組成比が増加する領域が存在するのである。また図１に示す前記シードレイヤ２２表面は図９の製造工程における上層２４の上面に相当し、図１に示す前記シードレイヤ２２の下面は図９の製造工程における下層２３の下面に相当するため、前記シードレイヤ２２上面のＣｒの組成比が前記シードレイヤ２２の下面のＣｒの組成比よりも大きくなるのである。
【０１５４】
あるいは本発明では以下の方法で前記シードレイヤ２２を形成することも可能である。製造方法については主として図１０を参照しながら説明する。図１０は下地層６から保護層７までの積層膜を記録媒体との対向面側から見た模式図である。
【０１５５】
図１０では基板２５上に下地層６をスパッタ成膜し、さらに前記下地層６上にシードレイヤ２２をスパッタ成膜する。前記シードレイヤ２２をＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金でスパッタ成膜する。
【０１５６】
本発明では、前記シードレイヤ２２の組成式は（Ｎｉ_100-XＦｅ_X）−Ｃｒで示され、組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦７０原子％とすることが好ましい。またより好ましくは、前記組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦５０原子％とする。あるいはさらに好ましくは、前記組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦３０原子％とする。
【０１５７】
ここで本発明ではスパッタ成膜の際に使用されるターゲットを例えば２つ用意する。前記シードレイヤ２２をＮｉＦｅＣｒ合金で形成するとき、例えば一方のターゲットをＮｉＦｅ合金とし、他方のターゲットをＣｒとする。
【０１５８】
まず本発明では、前記下地層６上から前記シードレイヤ２２を成膜する初期段階において、前記シードレイヤ２２の下面でのＣｒの組成比が２０原子％以上で４０原子％より小さくなるように、前記２つのターゲットの供給電力を調整する。そして前記シードレイヤ２２の膜厚が厚くなるにつれて前記Ｃｒターゲットの供給電力を上げていき、前記Ｃｒが徐々に多くスパッタされるようにする。そして前記シードレイヤ２２を２３Å以上で８０Å以下の範囲内となるまで成膜し、最終段階において、前記シードレイヤ２２表面のＣｒの組成比が４０原子％以上で７０原子％以下となるように、前記２つのターゲットの供給電力を調整するのである。
【０１５９】
上記方法により成膜されたシードレイヤ２２のＣｒ組成比を組成分析すると、前記Ｃｒの組成比は、前記シードレイヤ２２の下面から上面にかけて徐々に大きくなっている。
【０１６０】
このように本発明ではまずシードレイヤ２２成膜の初期段階ではＣｒ組成比を小さくしているから初期段階で成膜されたシードレイヤ２２の結晶構造は適切に面心立方構造となっている。従って前記シードレイヤ２２のＣｒの組成比が膜厚が厚くなるにつれて徐々に大きくなっていっても、前記シードレイヤ２２の結晶構造は初期段階での結晶構造に引きずられて適切に面心立方構造になり、前記シードレイヤ２２表面のＣｒの組成比が４０原子％以上で７０原子％の高い数値であっても適切に前記表面の結晶構造を面心立方構造に保つことができるのである。前記シードレイヤ２２表面のＣｒ組成比が４０原子％以上で７０原子％以下とされることで、前記シードレイヤ２２表面の濡れ性を従来に比べて向上させることが可能である。
【０１６１】
その後、前記シードレイヤ２２上に反強磁性層４、固定磁性層３、非磁性中間層２、フリー磁性層１、バックド層１５及び保護層７を成膜していき、熱処理を施して前記反強磁性層４と固定磁性層３との界面に交換結合磁界を発生させる。
【０１６２】
なお本発明では図１０の工程において前記シードレイヤ２２の膜厚を２５Å以上で５０Å以下で成膜することが好ましい。これにより前記シードレイヤ２２の結晶構造を適切に面心立方構造にすることができるとともに、前記シードレイヤ２２へのセンス電流の分流ロスを低減させることができる。
【０１６３】
なおこの製造方法において前記シードレイヤ２２の膜厚を２３Å以上で８０Å以下でスパッタ成膜するとしているが、前記シードレイヤ２２の下面から上面にかけて全膜厚の７５％程度までの膜厚内のＣｒ組成比が４０原子％より小さくなるようにターゲットに供給される供給電力を調整することが好ましい。
【０１６４】
すなわちシードレイヤ２２の大部分を低いＣｒ組成で形成し、表面層のみを４０原子％以上から７０原子％以下の高いＣｒ組成を有する層とすることで、前記シードレイヤ２２全体を適切に面心立方構造に保つことができる。
【０１６５】
なお前記シードレイヤ２２の膜厚を２５Å以上で５０Å以下とすることが好ましい。
【０１６６】
なお前記シードレイヤ２２のスパッタ成膜時における基板２５の温度を２０〜１００℃とし、また基板２５とターゲット間の距離を４０〜８０ｍｍとし、またスパッタ成膜時に導入されるＡｒガスの圧力を０．５〜３ｍＴｏｒｒ（０．０６７〜０．４Ｐａ）とすることが好ましい。
【０１６７】
以上のようにして形成された図１のシードレイヤ２２は、前記反強磁性層４との界面（表面）での前記Ｃｒの組成比が４０原子％以上で７０原子％以下であることが好ましい。このＣｒの組成比は図９における上層２４のＣｒの組成範囲と同じである。これにより前記シードレイヤ２２表面の濡れ性をより適切に向上させることができる。
【０１６８】
また本発明では前記シードレイヤ２２表面のＣｒの組成比を４５原子％以上で６０原子％以下にすることがより好ましい。このＣｒの組成比は図９における上層２４のＣｒの組成比の好ましい範囲である。これにより前記シードレイヤ２２表面の濡れ性をさらに向上させることができる。
【０１７０】
また本発明では、前記シードレイヤ２２の下面のＣｒの組成比は２０原子％以上で４０原子％より小さい。このＣｒの組成比は図９における下層２３でのＣｒ組成比の好ましい範囲と同じである。これにより前記シードレイヤ２２の下側の結晶構造を確実に面心立方構造にすることができる。
【０１７１】
また本発明では前記シードレイヤ２２の膜厚は２３Å以上で８０Å以下であることが好ましい。この膜厚は図９における下層２３と上層２４の膜厚を足し合わせた数値である。なお上記で図９における前記下層２３の膜厚は２０Å以上で６０Å以下が好ましいと説明したが、この膜厚はシードレイヤ２２の全膜厚の７５％以上を占める。従って図１のシードレイヤ２２の組成分析を行うと本発明では、前記シードレイヤ２２の下面から全膜厚の７５％以上の膜厚内のＣｒ組成比は２０原子％以上で４０原子％より小さくなっており、表面層のみが４０原子％以上で７０原子％以下、好ましくは４５原子％以上の高いＣｒ組成を有するものとなっている。
【０１７２】
上記膜厚により前記シードレイヤ２２の結晶構造を適切に面心立方構造にすることができると同時に前記シードレイヤ２２へのセンス電流の分流ロスを低減させることができる。
【０１７３】
また本発明では、前記シードレイヤ２２の膜厚は２５Å以上で５０Å以下であることがより好ましい。この膜厚は図９における下層２３と上層２４の好ましい膜厚を足しあわせた数値である。これにより前記シードレイヤ２２の結晶構造を確実に面心立方構造にすることができると同時に、前記シードレイヤ２２へのセンス電流の分流ロスをより低減させることができる。
【０１７４】
以上説明した本発明では、従来よりもシードレイヤ２２表面のＣｒの組成比を大きくすることができると共に、前記シードレイヤ２２の結晶構造を面心立方構造に適切に保つことができるから、前記シードレイヤ２２上に積層される各層の膜面と平行方向の結晶配向を良好に｛１１１｝配向させることができると共に、前記膜面と平行方向の結晶粒の平均結晶粒径を大きくすることができる。
【０１７５】
これによりスピンバルブ型薄膜素子の抵抗値の増加及び各層間の拡散が生じないようにでき、耐エレクトロマイグレーションの向上を図ることができ通電信頼性を向上させることが可能である。
【０１７６】
また本発明では抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができ、また電気伝導度の変化量（ΔＧ）を大きくできる。またサーマルノイズの低減を図ることが可能である。
【０１７７】
さらに本発明では前記スピンバルブ型薄膜素子を構成するフリー磁性層１の軟磁気特性を向上させることができる。具体的には前記フリー磁性層１の保磁力Ｈｃを低減させることができ、前記保磁力Ｈｃと比例関係にある膜面内の結晶磁気異方性エネルギーＫを小さくでき、したがって外部磁界に対する前記フリー磁性層１の磁化回転を良好にすることができ感度の良いスピンバルブ型薄膜素子を製造できる。
【０１７８】
上記した効果を有する本発明におけるスピンバルブ型薄膜素子では、今後の高記録密度化において、前記スピンバルブ型薄膜素子に流れるセンス電流密度が大きくなっても前記高記録密度化に十分に対応可能なスピンバルブ型薄膜素子を製造することが可能である。
【０１７９】
図２は別の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子の構造である。図２は前記スピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面と平行な方向から切断した部分断面図である。
【０１８０】
図１との違いはシードレイヤ２２の構造にある。図２では前記シードレイヤ２２が下層２７と上層２８の２層構造である。前記下層２７及び上層２８のそれぞれは元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種または２種以上）とＣｒとを含有した非磁性材料あるいは一部が強磁性材料（下層のみ）で形成される。前記下層２７及び上層２８はＮｉＦｅＣｒ合金、ＮｉＣｒ合金で形成されることが好ましい。
【０１８１】
また前記下層２７及び上層２８の組成式は（Ｎｉ_100-XＦｅ_X）−Ｃｒで示され、組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦７０原子％であることが好ましい。より好ましくは、前記組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦５０原子％である。さらに好ましくは、前記組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦３０原子％である。Ｆｅ量が多くなりすぎると、前記下層２７及び上層２８が体心立方構造となりやすいため、上記の組成比を有することが好ましい。その他に上記組成であると反強磁性層４の結晶配向性を高め、結晶粒径、導電変化量、抵抗変化率の増大を期待することができる。なお最も好ましいのは組成比Ｘが２０原子％である。
【０１８２】
またこの実施形態では前記上層２８のＣｒの組成比は４０原子％以上で、前記Ｃｒの組成比は下層２７のＣｒの組成比よりも大きくなっている。また前記上層２８の表面、すなわちシードレイヤ２２表面の結晶構造は面心立方構造となっている。
【０１８３】
また前記上層２８の膜厚は下層２７の膜厚に比べて小さくなっている。
従って本発明ではＣｒの組成比が小さくされ、また膜厚が厚くされた下層２７は適切に面心立方構造を保っている。そして前記下層２７の上に形成された上層２８はＣｒの組成比が４０原子％以上と大きく、また膜厚が薄いことで、前記上層２８の結晶構造は前記下層２７の結晶構造に引きずられて面心立方構造となり、また前記上層２８表面の濡れ性を従来よりも向上させることが可能になっている。
【０１８４】
なお図２に示すシードレイヤ２２の形成方法の一つは図９と同じである。ただし図９では後に熱処理を施すことで、下層２３と上層２４との界面が拡散を生じ、前記界面を判別できなくなる場合があると説明したが、前記熱処理温度が低い場合や熱処理時間が短い場合には、前記拡散はさほど起きず、図２に示す下層２７と上層２８の界面を判別できるものと考えられる。また前記反強磁性層４に熱処理を施さなくても固定磁性層３との界面で交換結合磁界を発生する反強磁性材料、例えばＦｅＭｎやＩｒＭｎなどを使用した場合には、元々熱処理は必要ないから上記した拡散は生じず、前記下層２７と上層２８との界面をはっきりと判別することは可能である。
【０１８５】
本発明では図２に示す上層２８のＣｒの組成比は４０原子％以上で７０原子％以下であることが好ましい。これにより前記上層２８の結晶構造を面心立方構造に適切に調整できると共に、前記上層２８表面の濡れ性を従来よりも高めることができる。
【０１８６】
また本発明では前記上層２８のＣｒの組成比は４５原子％以上で６０原子％以下であることがより好ましい。これにより前記上層２８の結晶構造を確実に面心立方構造にできると共に、前記上層２８表面の濡れ性をさらに高めることが可能である。
【０１８８】
また前記下層２７のＣｒの組成比は２０原子％以上で４０原子％より小さい。これにより前記下層２７の結晶構造を確実に面心立方構造にすることができる。
【０１８９】
また前記上層２８の膜厚は３Å以上で２０Å以下であることが好ましい。これにより、前記上層２８の結晶構造を適切に面心立方構造にすることができる。
【０１９０】
また前記上層２８の膜厚は５Å以上で１０Å以下であることがより好ましい。これにより、前記上層２８の結晶構造をより確実に面心立方構造にすることができる。
【０１９１】
また本発明では前記下層２７の膜厚は２０Å以上で６０Å以下であることが好ましい。これにより前記下層２７の結晶構造を適切に面心立方構造にできると共に、前記下層２７へのセンス電流の分流ロスを低減させることができる。
【０１９３】
また本発明では前記下層２７の膜厚は２０Å以上で４０Å以下であることが好ましい。これにより前記下層２７の結晶構造をより確実に面心立方構造にできると共に前記下層２７へのセンス電流の分流ロスをより適切に低減させることができる。
【０１９４】
また本発明では前記下層２７と上層２８との間には、１層以上の中間層が形成されてもよく、前記中間層は元素α（ただし元素αはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうち１種または２種以上）とＣｒとを含有する非磁性材料あるいは一部が強磁性材料で形成されることが好ましい。具体的にはＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金で形成されることが好ましい。あるいはＮｉＦｅ合金で形成されてもよい。
【０１９５】
なお中間層は、結晶構造が適切に面心立方構造になっていればよいが、前記中間層にＣｒが含有されている場合、前記Ｃｒの組成比は上層２８よりも小さい方がよい。前記中間層のＣｒの組成比が上層２８と同等程度であると、高いＣｒ組成比を有する膜が中間層と上層２８とを足した膜厚になり、前記膜厚が厚くなることで前記上層２８は、下層２７の結晶構造の影響を受け難くなり、結晶構造に面心立方構造のみならず体心立方構造が混在する可能性があるからである。例えば前記中間層のＣｒの組成比は上層２８のＣｒの組成比よりも小さく、また下層２７のＣｒの組成比よりも大きくなるように調整される。
【０１９７】
図２におけるスピンバルブ型薄膜素子では、従来よりもシードレイヤ２２表面のＣｒの組成比を大きくすることができると共に、前記シードレイヤ２２の結晶構造を面心立方構造に適切に保つことができるから、前記シードレイヤ２２上に積層される各層の膜面と平行方向の結晶配向を良好に｛１１１｝配向させることができると共に、前記膜面と平行方向の結晶粒の平均結晶粒径を大きくすることができる。
【０１９８】
これによりスピンバルブ型薄膜素子の抵抗値の増大及び各層間の拡散を生じにくくでき、耐エレクトロマイグレーションの向上を図ることができ通電信頼性を向上させることが可能である。
【０１９９】
また本発明では抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができ、また電気伝導度の変化量（ΔＧ）を大きくすることができる。またサーマルノイズの低減を図ることが可能である。
【０２００】
さらに本発明では前記スピンバルブ型薄膜素子を構成するフリー磁性層１の軟磁気特性を向上させることができる。具体的には前記フリー磁性層１の保磁力Ｈｃを低減させることができ、前記保磁力Ｈｃと比例関係にある膜面内の結晶磁気異方性エネルギーＫを小さくでき、したがって外部磁界に対する前記フリー磁性層１の磁化回転を良好にすることができ感度の良いスピンバルブ型薄膜素子を製造できる。
【０２０１】
上記した効果を有する本発明におけるスピンバルブ型薄膜素子では、今後の高記録密度化において、前記スピンバルブ型薄膜素子に流れるセンス電流密度が大きくなっても前記高記録密度化に十分に対応可能なスピンバルブ型薄膜素子を製造することが可能である。
【０２０２】
図３は、本発明における他のスピンバルブ型薄膜素子の構造を示す部分断面図である。
【０２０３】
図３に示すスピンバルブ型薄膜素子では、下地層６上にトラック幅方向（図示Ｘ方向）にトラック幅Ｔｗの間隔を開けた一対のシードレイヤ２２が形成され、前記シードレイヤ２２の上にエクスチェンジバイアス層１６，１６が形成されている。
【０２０４】
前記一対のシードレイヤ２２及びエクスチェンジバイアス層１６間は、ＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃等の絶縁材料で形成された絶縁層１７によって埋められている。
【０２０５】
そして前記エクスチェンジバイアス層１６及び絶縁層１７上にはフリー磁性層１が形成されている。
【０２０６】
前記エクスチェンジバイアス層１６はＸ−Ｍｎ合金、あるいはＸ−Ｍｎ−Ｘ′合金で形成され、前記元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比は４５（原子％）以上６０（原子％）以下であることが好ましく、より好ましくは４９（原子％）以上５６．５（原子％）以下である。
【０２０７】
前記フリー磁性層１の両側端部では、エクスチェンジバイアス層１６間での交換結合磁界により図示Ｘ方向に単磁区化され、フリー磁性層１のトラック幅Ｔｗ領域の磁化は、外部磁界に対して反応する程度に図示Ｘ方向に適性に揃えられている。
【０２０８】
図３に示すように前記フリー磁性層１の上には非磁性中間層２が形成され、さらに前記非磁性中間層２の上には固定磁性層３が形成されている。さらに前記固定磁性層３の上には反強磁性層４、保護層７が形成される。
【０２０９】
この実施形態においても前記シードレイヤ２２は、元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種または２種以上）とＣｒを含有した非磁性あるいは一部が強磁性材料で形成される。
【０２１０】
また前記シードレイヤ２２には、前記エクスチェンジバイアス層１６側に向かうにしたがって、前記Ｃｒの組成比が増加する領域が存在している。
【０２１１】
さらに前記シードレイヤ２２の前記エクスチェンジバイアス層１６との界面での前記Ｃｒの組成比は４０原子％以上で、この組成比は前記シードレイヤ２２の前記エクスチェンジバイアス層１６と反対側の面でのＣｒの組成比よりも大きくなっており、また前記シードレイヤ２２の結晶構造は前記エクスチェンジバイアス層１６との界面で面心立方構造（ｆｃｃ構造）となっている。
【０２１２】
あるいは図２と同様に、前記シードレイヤ２２は元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのいずれか１種または２種以上）とＣｒを含有した上層と下層とで構成され、前記上層の前記エクスチェンジバイアス層１６との界面でのＣｒの組成比は４０原子％以上で、しかも結晶構造が面心立方構造であり、また前記上層側のＣｒの組成比は下層側のＣｒの組成比よりも大きくなっている。さらに前記上層の膜厚は下層の膜厚よりも小さくなっている。
【０２１３】
このように図３におけるスピンバルブ型薄膜素子では、従来よりもシードレイヤ２２表面のＣｒの組成比を大きくすることができると共に、前記シードレイヤ２２の結晶構造を面心立方構造に適切に保つことができるから、前記シードレイヤ２２上に積層される各層の膜面と平行方向の結晶配向を良好に｛１１１｝配向させることができると共に、前記膜面と平行方向の結晶粒の平均結晶粒径を大きくすることができる。
【０２１４】
これによりスピンバルブ型薄膜素子の抵抗値の増大及び各層間の拡散を生じにくくでき、耐エレクトロマイグレーションの向上を図ることができ通電信頼性を向上させることが可能である。
【０２１５】
また本発明では抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができ、また電気伝導度の変化量（ΔＧ）を大きくすることができる。またサーマルノイズの低減を図ることが可能である。
【０２１６】
さらに本発明では前記スピンバルブ型薄膜素子を構成するフリー磁性層１の軟磁気特性を向上させることができる。具体的には前記フリー磁性層１の保磁力Ｈｃを低減させることができ、前記保磁力Ｈｃと比例関係にある膜面内の結晶磁気異方性エネルギーＫを小さくでき、したがって外部磁界に対する前記フリー磁性層１の磁化回転を良好にすることができ感度の良いスピンバルブ型薄膜素子を製造できる。
【０２１７】
上記した効果を有する本発明におけるスピンバルブ型薄膜素子では、今後の高記録密度化において、前記スピンバルブ型薄膜素子に流れるセンス電流密度が大きくなっても前記高記録密度化に十分に対応可能なスピンバルブ型薄膜素子を製造することが可能である。
【０２１８】
なお図３におけるシードレイヤ２２は既に説明した図９及び図１０と同じ製造方法で形成することができる。
【０２１９】
図４は本発明におけるデュアルスピンバルブ型薄膜素子の構造を示す部分断面図である。
【０２２０】
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、非磁性中間層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Ｃｏ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、非磁性中間層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。
【０２２１】
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で説明した材質と同じ材質で形成されている。
【０２２２】
この実施例では、フリー磁性層１よりも図示下側に位置する反強磁性層４の下にはシードレイヤ２２が形成されている。さらに前記反強磁性層４を構成する元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比は、４５（原子％）以上６０（原子％）以上で形成されることが好ましく、より好ましくは４９（原子％）以上５６．５（原子％）以下である。
【０２２３】
この実施形態においても前記シードレイヤ２２は、元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種または２種以上）とＣｒを含有した非磁性材料あるいは一部が強磁性材料で形成される。
【０２２４】
また前記シードレイヤ２２には、前記反強磁性層４側に向かうにしたがって、前記Ｃｒの組成比が増加する領域が存在している。
【０２２５】
さらに前記シードレイヤ２２の前記反強磁性層４との界面での前記Ｃｒの組成比は４０原子％以上で、この組成比は前記シードレイヤ２２の前記反強磁性層４と反対側の面でのＣｒの組成比よりも大きくなっており、また前記シードレイヤ２２の結晶構造は前記反強磁性層４との界面で面心立方構造（ｆｃｃ構造）となっている。
【０２２６】
あるいは図２と同様に、前記シードレイヤ２２は元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのいずれか１種または２種以上）とＣｒを含有した上層と下層とで構成され、前記上層の前記反強磁性層４との界面でのＣｒの組成比は４０原子％以上で、しかも結晶構造が面心立方構造であり、また前記上層側のＣｒの組成比は下層側のＣｒの組成比よりも大きくなっている。さらに前記上層の膜厚は下層の膜厚よりも小さくなっている。
【０２２７】
このように図４におけるスピンバルブ型薄膜素子では、従来よりもシードレイヤ２２表面のＣｒの組成比を大きくすることができると共に、前記シードレイヤ２２の結晶構造を面心立方構造に適切に保つことができるから、前記シードレイヤ２２上に積層される各層の膜面と平行方向の結晶配向を良好に｛１１１｝配向させることができると共に、前記膜面と平行方向の結晶粒の平均結晶粒径を大きくすることができる。
【０２２８】
これによりスピンバルブ型薄膜素子の抵抗値の増大及び各層間の拡散を生じにくくでき、耐エレクトロマイグレーションの向上を図ることができ通電信頼性を向上させることが可能である。
【０２２９】
また本発明では抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができ、また電気伝導度の変化量（ΔＧ）を大きくできる。またサーマルノイズの低減を図ることが可能である。
【０２３０】
さらに本発明では前記スピンバルブ型薄膜素子を構成するフリー磁性層１の軟磁気特性を向上させることができる。具体的には前記フリー磁性層１の保磁力Ｈｃを低減させることができ、前記保磁力Ｈｃと比例関係にある膜面内の結晶磁気異方性エネルギーＫを小さくでき、したがって外部磁界に対する前記フリー磁性層１の磁化回転を良好にすることができ感度の良いスピンバルブ型薄膜素子を製造できる。
【０２３１】
上記した効果を有する本発明におけるスピンバルブ型薄膜素子では、今後の高記録密度化において、前記スピンバルブ型薄膜素子に流れるセンス電流密度が大きくなっても前記高記録密度化に十分に対応可能なスピンバルブ型薄膜素子を製造することが可能である。
【０２３２】
図５は本発明における異方性磁気抵抗効果型素子（ＡＭＲ素子）を記録媒体との対向面と平行な方向から切断した部分断面図である。
【０２３３】
図５では、下地層６上にトラック幅方向（図示Ｘ方向）にトラック幅Ｔｗの間隔を開けて一対のシードレイヤ２２が形成されている。前記シードレイヤ２２上にはエクスチェンジバイアス層２１，２１が形成され、前記一対のシードレイヤ２２及びエクスチェンジバイアス層２１，２１間がＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃等の絶縁材料で形成された絶縁層２６によって埋められている。
【０２３４】
そして前記エクスチェンジバイアス層２１，２１及び前記絶縁層２６上に、磁気抵抗層（ＭＲ層）２０、非磁性層（ＳＨＵＮＴ層）１９、及び軟磁性層（ＳＡＬ層）１８が積層される。
【０２３５】
上記した図５に示すＡＭＲ型薄膜素子では、前記エクスチェンジバイアス層２１，２１と磁気抵抗層２０との界面で発生する交換結合磁界により、図５に示す磁気抵抗層２０のＥ領域が、図示Ｘ方向に単磁区化される。そしてこれに誘発されて前記磁気抵抗層２０のＤ領域の磁化が図示Ｘ方向に揃えられる。また、検出電流が磁気抵抗層２０を流れる際に発生する電流磁界が、軟磁性層１８にＹ方向に印加され、軟磁性層１８がもたらす静磁結合エネルギーにより、磁気抵抗層２０のＤ領域に横バイアス磁界がＹ方向に与えられる。Ｘ方向に単磁区化された磁気抵抗層２０のＤ領域にこの横バイアス層が与えられることにより、磁気抵抗層２０のＤ領域の磁界変化に対する抵抗変化（磁気抵抗効果特性：Ｈ―Ｒ効果特性）が直線性を有する状態に設定される。
【０２３６】
記録媒体の移動方向はＺ方向であり、図示Ｙ方向に漏れ磁界が与えられると、磁気抵抗層２０のＤ領域の抵抗値が変化し、これが電圧変化として検出される。
【０２３７】
この実施形態においても前記シードレイヤ２２は、元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種または２種以上）とＣｒを含有した非磁性あるいは一部が強磁性材料で形成される。
【０２３８】
また前記シードレイヤ２２には、前記エクスチェンジバイアス層２１側に向かうにしたがって、前記Ｃｒの組成比が増加する領域が存在している。
【０２３９】
さらに前記シードレイヤ２２の前記エクスチェンジバイアス層２１との界面での前記Ｃｒの組成比は４０原子％以上で、この組成比は前記シードレイヤ２２の前記エクスチェンジバイアス層２１と反対側の面でのＣｒの組成比よりも大きくなっており、また前記シードレイヤ２２の結晶構造は前記エクスチェンジバイアス層２１との界面で面心立方構造（ｆｃｃ構造）となっている。
【０２４０】
あるいは図２と同様に、前記シードレイヤ２２は元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのいずれか１種または２種以上）とＣｒを含有した上層と下層とで構成され、前記上層の前記エクスチェンジバイアス層１６との界面でのＣｒの組成比は４０原子％以上で、しかも結晶構造が面心立方構造であり、また前記上層側のＣｒの組成比は下層側のＣｒの組成比よりも大きくなっている。さらに前記上層の膜厚は下層の膜厚よりも小さくなっている。
【０２４１】
このように図５におけるＡＭＲ型薄膜素子では、従来よりもシードレイヤ２２表面のＣｒの組成比を大きくすることができると共に、前記シードレイヤ２２の結晶構造を面心立方構造に適切に保つことができるから、前記シードレイヤ２２上に積層される各層の膜面と平行方向の結晶配向を良好に｛１１１｝配向させることができると共に、前記膜面と平行方向の結晶粒径を大きくすることができる。
【０２４２】
これによりスピンバルブ型薄膜素子の抵抗値の増大及び各層間の拡散を生じにくくでき、耐エレクトロマイグレーションの向上を図ることができ通電信頼性を向上させることが可能である。
【０２４３】
また本発明では抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができ、また電気伝導度の変化量（ΔＧ）を大きくできる。またサーマルノイズの低減を図ることが可能である。
【０２４４】
さらに本発明では前記ＡＭＲ型薄膜素子を構成する磁気抵抗層２０の軟磁気特性を向上させることができる。具体的には前記磁気抵抗層２０の保磁力Ｈｃを低減させることができ、前記保磁力Ｈｃと比例関係にある膜面内の結晶磁気異方性エネルギーＫを小さくでき、したがって外部磁界に対する前記磁気抵抗層２０の磁化回転を良好にすることができ感度の良いスピンバルブ型薄膜素子を製造できる。
【０２４５】
上記した効果を有する本発明におけるＡＭＲ型薄膜素子では、今後の高記録密度化において、前記ＡＭＲ型薄膜素子に流れるセンス電流密度が大きくなっても前記高記録密度化に十分に対応可能なＡＭＲ型薄膜素子を製造することが可能である。
【０２４６】
なお図５におけるシードレイヤ２２は既に説明した図９及び図１０と同じ製造方法で形成することができる。
【０２４７】
次に図１ないし図５に示す磁気検出素子では、いずれも下地層６が形成されているが、前記下地層６が形成されていなくてもよい。ただし下地層６が形成されない場合、その上に形成されるシードレイヤ２２はある程度、厚い膜厚で形成されないと結晶構造を適切に面心立方構造にしつつ{１１１}面の優先配向を向上できないと考えられる。前記シードレイヤ２２のうちＣｒの組成比が小さくされる下層（図２の符号２７や図９の符号２３）は２０Å以上であることが好ましい。上記したように本発明では、前記下層の膜厚の好ましい範囲として２０Å以上としており、前記下地層６が無くても前記下層の結晶構造を面心立方構造にしつつ良好な{１１１}配向を得ることができる。ただしあまり膜厚が厚くなりすぎると、センス電流の分流量が大きくなるので、前記下層の膜厚は１００Å以下であることが好ましい。また前記下層のＣｒ組成比を０〜４０原子％より小さい値で形成する場合、前記下地層６を設けた方がより薄い下層の膜厚でも良好な{１１１}面の優先配向度を得ることができる。
【０２４８】
従って下地層６を設ける方が前記シードレイヤ２２の結晶構造をより確実に面心立方構造にでき[１１１]面の優先配向度も良好にすることができて好ましい。前記下地層６は例えば３０Å程度の膜厚で形成される。また前記下地層６を設けることでシードレイヤ２２の膜面と平行な方向の結晶配向を、よりいっそう適切に｛１１１｝配向させることができる。
【０２４９】
また本発明では図１ないし図５に示す磁気検出素子において、前記磁気検出素子を膜厚方向に平行に切断したときに現れる反強磁性層４（図３及び図５ではエクスチェンジバイアス層１６、２１）の結晶粒界と前記固定磁性層３（図３ではフリー磁性層１、図５では磁気抵抗層２０）の結晶粒界が前記反強磁性層４と固定磁性層３との界面の少なくとも一部で不連続な状態になっていることが好ましい。
【０２５０】
また図１ないし図５に示す磁気検出素子において、前記磁気検出素子を膜厚方向に平行に切断したときに現れる反強磁性層４（図３及び図５ではエクスチェンジバイアス層１６、２１）の結晶粒界と前記シードレイヤ２２の結晶粒界が前記反強磁性層４とシードレイヤ２２との界面の少なくとも一部で不連続な状態になっていることが好ましい。
【０２５１】
また図１ないし図５に示す磁気検出素子において、前記反強磁性層４（図３及び図５ではエクスチェンジバイアス層１６、２１）と固定磁性層３（図３ではフリー磁性層１、図５では磁気抵抗層２０）の界面と平行な結晶面は、互いに、代表的に｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向し、前記結晶面内に存在する、同じ等価な結晶軸の少なくとも一部が、前記反強磁性層及び固定磁性層とで互いに異なる方向を向いていることが好ましい。
【０２５２】
また図１ないし図５に示す磁気検出素子において、前記反強磁性層４（図３及び図５ではエクスチェンジバイアス層１６、２１）とシードレイヤ２２の界面と平行な結晶面は、互いに代表的に｛１１１｝面として表される等価な結晶面が優先配向し、前記結晶面内に存在する、同じ等価な結晶軸の少なくとも一部が、前記反強磁性層及びシードレイヤとで互いに異なる方向を向いていることが好ましい。
【０２５３】
上記のような関係にある場合、反強磁性層４と固定磁性層３との界面、および反強磁性層４とシードレイヤ２２との界面では、いわゆる非整合状態が保たれ、前記反強磁性層４は熱処理によって不規則格子から規則格子に適切な規則変態がなされており、大きな交換結合磁界を得ることが可能である。
【０２５４】
上記した関係を得るには、シードレイヤ２２表面の濡れ性が高いこと及び結晶構造が面心立方構造に保たれることのほかに、反強磁性層４の組成比や前記シードレイヤ２２の上に形成される各層の成膜条件を適切に調整することが必要である。
【０２５５】
既に説明したように前記反強磁性層４を構成する元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比は４５（原子％）以上６０（原子％）以下であることが好ましい。
【０２５６】
また成膜条件としては、例えばスパッタ成膜の際に使用されるＡｒガスの圧力を３ｍＴｏｒｒとする。また反強磁性層４と固定磁性層３間に交換結合磁界を発生させるための熱処理温度を２００℃以上で３００℃以下とし、熱処理時間を２時間以上で１０^-6Ｔｏｒｒ以下の真空中で磁場中熱処理をする。また前記基板とターゲット間の距離を８０ｍｍとする。
【０２５７】
上記の反強磁性層４の組成比及び成膜条件などにより、前記反強磁性層４と固定磁性層３との界面、反強磁性層４とシードレイヤ２２との界面を適切に非整合状態にでき、１．５８×１０⁴（Ａ／ｍ）以上の高い交換結合磁界を得ることが可能である。
【０２５８】
図８は、図１から図５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。
【０２５９】
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５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。
【０２６０】
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８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。
【０２６１】
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。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可能になっている。
【０２６２】
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臓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。
【０２６３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明における交換結合膜では、シードレイヤ表面のＣｒ組成比を大きくして濡れ性を向上させることができると共に結晶構造を面心立方構造にすることができる。従って前記シードレイヤ上に積層される各層の膜面と平行方向の結晶配向を良好に｛１１１｝配向させることができると共に、前記膜面と平行方向の結晶粒径を大きくすることができる。
【０２６４】
また本発明の製造方法では、前記シードレイヤをＣｒの組成比が低い下層とＣｒの組成比が高い上層でスパッタ成膜し、しかも前記下層の膜厚よりも上層の膜厚を薄く形成する。これにより、容易に前記シードレイヤ表面の濡れ性を向上させることができると共に適切に結晶構造を面心立方構造にすることができる。
【０２６５】
本発明では上記の交換結合膜を磁気検出素子に適用でき、上記交換結合膜を有する磁気検出素子では、耐エレクトロマイグレーションの向上を図ることができ通電信頼性を向上させることが可能である。
【０２６６】
また本発明では抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができ、また電気伝導度の変化量（ΔＧ）を大きくできる。またサーマルノイズの低減を図ることが可能である。
【０２６７】
さらに本発明ではフリー磁性層や磁気抵抗層の軟磁気特性を向上させることができる。
【０２６８】
前記交換結合膜を有する磁気検出素子であると、今後の高記録密度化に適切に対応することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【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（ＡＭＲ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】シードレイヤの濡れ性が悪い場合の前記シードレイヤ上にスパッタされる反強磁性層の原子状態を示す模式図、
【図７】シードレイヤの濡れ性が良い場合の前記シードレイヤ上にスパッタされる反強磁性層の原子状態を示す模式図、
【図８】磁気検出素子を有する薄膜磁気ヘッドの部分断面図、
【図９】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、
【図１０】本発明における磁気検出素子の他の製造方法を説明するための一工程図、
【図１１】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、
【符号の説明】
１ フリー磁性層
２ 非磁性中間層
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
１５ バックド層
２２ シードレイヤ
２３、２７ 下層
２４、２８ 上層
２５ 基板

Claims (49)

1. 下から非磁性あるいは一部が強磁性材料で形成されたシードレイヤ、反強磁性層、強磁性層の順に積層され、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、
   前記シードレイヤは元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種または２種以上）とＣｒを含有し、前記シードレイヤの前記反強磁性層との界面での前記Ｃｒの組成比は４０原子％以上で７０原子％以下であり、前記シードレイヤの前記反強磁性層と反対側の面でのＣｒの組成比（原子％）は２０原子％以上で４０原子％より小さく、
   前記シードレイヤには、前記反強磁性層側に向かうにしたがって、前記Ｃｒの組成比（原子％）が増加する領域が存在し、
   前記シードレイヤの結晶構造は前記反強磁性層との界面で面心立方構造（ｆｃｃ構造）であることを特徴とする交換結合膜。
2. 前記シードレイヤの前記反強磁性層との界面での前記Ｃｒの組成比は４５原子％以上で６０原子％以下である請求項１記載の交換結合膜。
3. 前記シードレイヤはＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金で形成される請求項１又は２のいずれかに記載の交換結合膜。
4. 前記シードレイヤの組成式は（Ｎｉ_{１００−Ｘ}Ｆｅ_Ｘ）−Ｃｒで示され、組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦７０原子％である請求項３記載の交換結合膜。
5. 前記組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦５０原子％である請求項４記載の交換結合膜。
6. 前記組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦３０原子％である請求項５記載の交換結合膜。
7. 前記シードレイヤの膜厚は、２３Å以上で８０Å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。
8. 前記シードレイヤの膜厚は、２５Å以上で５０Å以下である請求項７記載の交換結合膜。
9. 下から非磁性あるいは一部が強磁性材料で形成されたシードレイヤ、反強磁性層、強磁性層の順に積層され、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、
   前記シードレイヤは上層と下層の積層構造で形成され、前記上層及び下層はそれぞれ、元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃoのうちいずれか１種または２種以上）とＣｒとを含有した非磁性あるいは一部が強磁性材料で形成され、
   前記シードレイヤのうち前記上層のＣｒの組成比は４０原子％以上で７０原子％以下であり、前記反強磁性層との界面での結晶構造は、面心立方構造（ｆｃｃ構造）であり、
   前記下層のＣｒの組成比は２０原子％以上で４０原子％より小さく、
   前記上層の膜厚は、前記下層の膜厚よりも小さいことを特徴とする交換結合膜。
10. 前記上層及び下層はそれぞれ、ＦｅＮｉＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金で形成される請求項９に記載の交換結合膜。
11. 前記上層及び下層の組成式は（Ｎｉ_{１００−Ｘ}Ｆｅ_Ｘ）−Ｃｒで示され、組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦７０原子％である請求項１０記載の交換結合膜。
12. 前記組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦５０原子％である請求項１１記載の交換結合膜。
13. 前記組成比Ｘは、０原子％≦Ｘ≦３０原子％である請求項１２記載の交換結合膜。
14. 前記上層の前記Ｃｒの組成比は４５原子％以上で６０原子％以下である請求項９ないし１３のいずれかに記載の交換結合膜。
15. 前記上層の膜厚は３Å以上で２０Å以下である請求項９ないし１４のいずれかに記載の交換結合膜。
16. 前記上層の膜厚は５Å以上で１０Å以下である請求項１５記載の交換結合膜。
17. 前記下層の膜厚は２０Å以上で６０Å以下である請求項９ないし１６のいずれかに記載の交換結合膜。
18. 前記下層の膜厚は２０Å以上で４０Å以下である請求項１７記載の交換結合膜。
19. 前記上層と下層との間には、１層以上の中間層が形成され、前記中間層は元素α（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちいずれか１種または２種以上）とＣｒを含有した非磁性あるいは一部が強磁性材料で形成され、前記Ｃｒの組成比は前記上層のＣｒの組成比よりも小さい請求項９ないし１８のいずれかに記載の交換結合膜。
20. 前記シードレイヤの下には、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た下地層が形成されている請求項１ないし１９のいずれかに記載の交換結合膜。
21. 前記シードレイヤはスパッタ成膜される請求項１ないし２０のいずれかに記載の交換結合膜。
22. 前記反強磁性層は、元素Ｘ（ただしＸ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請求項１ないし２１のいずれかに記載の交換結合膜。
23. 前記反強磁性層は、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′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）で形成されている請求項１ないし２１のいずれかに記載の交換結合膜。
24. 前記Ｘ―Ｍｎ―Ｘ′合金は、元素ＸとＭｎとで構成される空間格子の隙間に元素Ｘ′が侵入した侵入型固溶体であり、あるいは、元素ＸとＭｎとで構成される結晶格子の格子点の一部が、元素Ｘ′に置換された置換型固溶体である請求項２３記載の交換結合膜。
25. 前記元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比は、４５（原子％）以上６０（原子％）以下である請求項２２ないし２４のいずれかに記載の交換結合膜。
26. 下からシードレイヤ、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の順に積層され、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、
    前記シードレイヤ、反強磁性層及び固定磁性層が請求項１ないし２５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。
27. 下から、シードレイヤ、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、および反強磁性層の順に積層され、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、
    前記シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及びフリー磁性層が請求項１ないし２５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。
28. 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、
    前記シードレイヤ、その上に接合された反強磁性層及び固定磁性層が請求項１ないし２５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。
29. 下から、シードレイヤ、反強磁性のエクスチェンジバイアス層、磁気抵抗層、非磁性層、および軟磁性層の順で積層された磁気検出素子において、
    前記シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及び磁気抵抗層が請求項１ないし２５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。
30. 下からシードレイヤ、反強磁性層、および強磁性層の順に積層し、前記反強磁性層と強磁性層との界面に交換結合磁界を発生させて、前記強磁性層の磁化方向を一定方向に向ける交換結合膜の製造方法において、
    （Ａ）Ｃｒの組成比が２０原子％以上で４０原子％より小さいＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金で形成された前記シードレイヤの下層を２０Å以上で６０Å以下の膜厚でスパッタ成膜する工程と、
    （Ｂ）前記下層の上に、前記下層よりもＣｒの組成比が大きく、且つ前記Ｃｒの組成比が４０原子％以上で７０原子％以下となるＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金で形成された前記シードレイヤの上層を３Å以上で２０Å以下の膜厚でスパッタ成膜する工程と、
    （Ｃ）前記シードレイヤの上に反強磁性層、強磁性層を順次積層し、熱処理を施して、前記反強磁性層と強磁性層との界面に交換結合磁界を発生させ、磁場方向に前記強磁性層を磁化する工程と、
    を有することを特徴とする交換結合膜の製造方法。
31. 前記上層のＣｒの組成比を４５原子％以上で６０原子％以下とする請求項３０記載の交換結合膜の製造方法。
32. 前記上層の膜厚を５Å以上で１０Å以下にする請求項３０または３１に記載の交換結合膜の製造方法。
33. 前記上層及び下層の組成式は（Ｎｉ_{１００−Ｘ}Ｆｅ_Ｘ）−Ｃｒで示され、組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦７０原子％とする請求項３０ないし３２のいずれかに記載の交換結合膜。
34. 前記組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦５０原子％とする請求項３３記載の交換結合膜。
35. 前記組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦３０原子％とする請求項３４記載の交換結合膜。
36. 前記下層の膜厚を２０Å以上で４０Å以下にする請求項３０ないし３５のいずれかに記載の交換結合膜の製造方法。
37. 下からシードレイヤ、反強磁性層、および強磁性層の順に積層し、前記反強磁性層と強磁性層との界面に交換結合磁界を発生させて、前記強磁性層の磁化方向を一定方向に向ける交換結合膜の製造方法において、
    （Ｅ）前記シードレイヤをＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＮｉＣｒ合金で２３Å以上で８０Å以下の膜厚でスパッタ成膜し、このとき下面でのＣｒ組成比を２０原子％以上で４０原子％より小さくして前記下面から上面にかけて徐々にＣｒの組成比が大きくなるようにスパッタ成膜し、さらに前記上面でのＣｒの組成比を４０原子％以上で７０原子％以下にする工程と、
    （Ｆ）前記シードレイヤの上に反強磁性層、強磁性層を順次積層し、熱処理を施して、前記反強磁性層と強磁性層との界面に交換結合磁界を発生させ、磁場方向に前記強磁性層を磁化する工程と、
    を有することを特徴とする交換結合膜の製造方法。
38. 前記シードレイヤの組成式は（Ｎｉ_{１００−Ｘ}Ｆｅ_Ｘ）−Ｃｒで示され、組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦７０原子％とする請求項３７記載の交換結合膜の製造方法。
39. 前記組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦５０原子％とする請求項３８記載の交換結合膜の製造方法。
40. 前記組成比Ｘを、０原子％≦Ｘ≦３０原子％とする請求項３９記載の交換結合膜の製造方法。
41. 前記シードレイヤを２５Å以上で５０Å以下の膜厚でスパッタ成膜する請求項３７ないし４０のいずれかに記載の交換結合膜の製造方法。
42. 前記シードレイヤの下に、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た下地層を形成する請求項３０ないし４１のいずれかに記載の交換結合膜の製造方法。
43. 前記反強磁性層を、元素Ｘ（ただしＸ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請求項３０ないし４２のいずれかに記載の交換結合膜の製造方法。
44. 前記反強磁性層を、Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金（ただし元素Ｘ′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）でスパッタ成膜する請求項３０ないし４２のいずれかに記載の交換結合膜の製造方法。
45. 前記元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の組成比を、４５（原子％）以上６０（原子％）以下とする請求項４３または４４記載の交換結合膜の製造方法。
46. 下からシードレイヤ、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の順に積層して成る磁気検出素子の製造方法において、
    前記シードレイヤ、反強磁性層及び固定磁性層を請求項３０ないし４５のいずれかに記載された交換結合膜により形成することを特徴とする磁気検出素子の製造方法。
47. 下からシードレイヤ、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、および反強磁性層の順に積層する磁気検出素子の製造方法において、
    前記シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及びフリー磁性層を請求項３０ないし４５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の製造方法。
48. 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シードレイヤを形成して成る磁気検出素子の製造方法において、
    前記シードレイヤ、その上に接合する反強磁性層及び固定磁性層を請求項３０ないし４５のいずれかに記載された交換結合膜により形成することを特徴とする磁気検出素子の製造方法。
49. 下からシードレイヤ、反強磁性のエクスチェンジバイアス層、磁気抵抗層、非磁性層、および軟磁性層の順で積層した磁気検出素子の製造方法において、
    前記シードレイヤ、エクスチェンジバイアス層及び磁気抵抗層を請求項３０ないし４５のいずれかに記載された交換結合膜により形成することを特徴とする磁気検出素子の製造方法。

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