JP2005184014A - 磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果ヘッド、磁気抵抗変換システム及び磁気記録システム - Google Patents

Abstract

【課題】 センス電流が縦バイアス層に流れることを防止し、再生波形のノイズが少なく、（Ｓ／Ｎ）比及びビットエラーレートが良好な磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果ヘッド、磁気抵抗変換システム及び磁気記録システムを提供する。
【解決手段】 縦バイアス層２ｂにより印加される磁界方向において、フリー層３ｂの長さを固定層５の長さよりも長くし、固定層５と縦バイアス層２ｂとの間の距離を保ったまま、フリー層３ｂが縦バイアス層２ｂの近傍に配置する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、磁気記録媒体上に情報信号を記録し、その情報信号を読み取り再生するための磁気抵抗効果素子、この磁気抵抗効果素子を具備する磁気抵抗効果ヘッド、この磁気抵抗効果ヘッドを具備する磁気抵抗変換システム及びこの磁気抵抗変換システムを具備する磁気記録システムに関し、特に、強磁性トンネル接合を利用し、再生信号のノイズが少ない磁気抵抗効果素子に関する。

従来、磁気抵抗センサ（Magneto-Resistance Sensor、以下、ＭＲセンサという）又はヘッドと呼ばれる磁気読み取り変換器が開示されており、この磁気読み取り変換器は大きな線形密度で磁性表面からデータを読み取ることができる。ＭＲセンサは、読み取り素子が外部から印加される磁束の強さ及び方向の関数として電気抵抗値を変化させ、この電気抵抗値の変化を測定することにより磁界信号を検出する。

このような従来のＭＲセンサは、読み取り素子の電気抵抗値の変化成分が磁化方向と読み取り素子中を流れる感知電流方向との間の角度の余弦の２乗に比例して変化する異方性磁気抵抗効果(Anisotropic Magneto-Resistance effect、以下、ＡＭＲ効果という)に基づいて動作する。ＡＭＲ効果のより詳しい説明は、非特許文献１（Ｄ．Ａ．トムプソン（Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）、アイ・イー・イー・イー、トランスアクションズ・オン・マグネチックス（IEEE Transactions on Magnetics）第ＭＡＧ−１１巻、第４号、第１０３９ページ、１９７５年、"Memory,Storage,and Related Applications"）に記載されている。

また、最近では、積層磁気センサの電気抵抗値変化が非磁性層を介する磁性層間での伝導電子のスピン依存性伝送及びそれに付随する層界面でのスピン依存性散乱に起因するより顕著な磁気抵抗効果が開示されている。この磁気抵抗効果は、「巨大磁気抵抗効果」及び「スピン・バルブ効果」等種々の名称で呼ばれている。このような磁気抵抗センサは適当な材料で構成されており、ＡＭＲ効果を利用するセンサで観察されるよりも検出感度が改善され、電気抵抗値変化が大きい。この種のＭＲセンサにおいては、非磁性層で分離された一対の強磁性体層の間の平面内抵抗が、前記一対の強磁性体層における磁化方向間の角度の余弦に比例して変化する。１９８８年６月に優先権主張されている特開平２−６１５７２号公報には、磁性層内における磁化方向の反平行整列によって生じる高いＭＲ変化をもたらす積層磁性構造が記載されている。

一方、近年、トンネル電流が流れる極薄絶縁層(バリア層)の上下に位置する強磁性体の磁化方向の相対的変化により電気抵抗値が変化する現象が発見され、強磁性層、バリア層、強磁性層の積層構造は強磁性トンネル接合と名付けられている。強磁性トンネル接合については、例えば、非特許文献２（ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Journal of Applied Physics）第７９（８）巻、第１５号、第４７２４頁、１９９６年）等に紹介されている。

しかしながら、強磁性トンネル接合を利用するシールド型素子においては、素子の電気抵抗値変化を検出するためのセンス電流をトンネル接合部に垂直に流す必要がある。しかしながら、従来のスピンバルブを使用するシールド型素子に類似した構造では、センス電流がトンネル接合部の近傍に配置されたフリー層の磁区を制御するための縦バイアス層を流れてしまい、トンネル接合部を流れる電流が減少し、電気抵抗値変化を減少させるという問題点がある。

この問題点を解決するために、１９９６年１１月２７日に優先権主張されている特許文献１（特開平１０−１６２３２７号公報）において、強磁性トンネル接合膜を使用する再生ヘッドにおいて縦バイアス層がフリー層に接触しないような構造を有する再生ヘッドが開示されている。

図１０６は、特許文献１に記載されている従来の強磁性トンネルヘッドの部分断面図である。図１０６には、パターン化された強磁性トンネル接合素子、即ち、磁気抵抗効果素子３０において、縦バイアス層２ｂとフリー層３ｂとの間に絶縁層１１が配置されている構造が示されている。これにより、センス電流が縦バイアス層２ｂに流れることを防止できる。

しかしながら、この磁気抵抗効果素子３０は、縦バイアス層２ｂとフリー層３ｂとの間に配置された絶縁層１１が磁気分離層としても作用してしまうため、フリー層３ｂに十分な大きさの縦バイアス磁界を印加することが困難である。そのため、フリー層３ｂの磁区が十分に制御されず、シールド型センサとしてＲ−Ｈループ上でヒステリシスが大きくなり、記録媒体上の磁気情報を再生した場合にはノイズが多い再生信号になるという問題点がある。

この問題点を解決するために、１９９７年３月７日に優先権主張されている特許文献２（特開平１０−２５５２３１号公報）において、強磁性トンネル接合膜を使用する再生ヘッドにおいて縦バイアス層がフリー層に接触するような構造が開示されている。

図１０７及び図１０８は、特許文献２に記載されている強磁性トンネルヘッドの部分断面図である。図１０７及び図１０８には、フリー層３ｂ、非磁性層４及び固定層５からなる積層体において、フリー層３ｂ又は固定層５のいずれかの端部に、縦バイアス層２ｂが直接接触している構造が示されている。

Ｄ．Ａ．トムプソン（Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）、アイ・イー・イー・イー、トランスアクションズ・オン・マグネチックス（IEEE Transactions on Magnetics）第ＭＡＧ−１１巻、第４号、第１０３９ページ、１９７５年、"Memory,Storage,and Related Applications"」 ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Journal of Applied Physics）第７９（８）巻、第１５号、第４７２４頁、１９９６年 特開平１０−１６２３２７号公報 特開平１０−２５５２３１号公報

しかしながら、図１０７及び図１０８に示された構造には以下のような問題点がある。本発明の実施例の項において述べるように、図１０７及び図１０８に示された構造を狙って実際に再生ヘッドを作製したところ、センス電流が縦バイアス層２ｂに流れてしまい非磁性層４に十分に流れず、センス電流の十分な出力を得ることかできなかった。出力が小さいと（Ｓ／Ｎ）比及びビットエラーレートも十分な値を得ることができない。従って、この構造では、原理的にはセンス電流が縦バイアス層２ｂに流れて非磁性層４をバイパスすることを防止できるはずではあるが、縦バイアス層２ｂがフリー層３ｂ、非磁性層４及び固定層５からなる積層体における非磁性層４の端部の直近に配置されているため、この構造をセンス電流が縦バイアス層２ｂに流れて非磁性層４をバイパスすることを防止できるように正確に作製することは困難である。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、センス電流が縦バイアス層に流れることを防止し、再生波形のノイズが少なく、（Ｓ／Ｎ）比及びビットエラーレートが良好な磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果ヘッド、磁気抵抗変換システム及び磁気記録システムを提供することを目的とする。

本発明に係る磁気抵抗効果素子は、下部導電層と、この下部導電層上に設けられ磁化方向が固定された固定層と、この固定層上に設けられた非磁性層と、この非磁性層上に設けられ印加される磁界によって磁化方向が変化するフリー層と、このフリー層上に設けられた磁性層と、この磁性層上に設けられ前記磁性層に磁界を印加する縦バイアス層と、を有し、前記非磁性層の電気抵抗値変化を検出するセンス電流が前記非磁性層に実質的に垂直に流れることを特徴とする。

本発明に係る磁気抵抗効果ヘッドは、前記磁気抵抗効果素子と、この磁気抵抗効果素子の基材となる下シールド層と、前記磁気抵抗効果素子上に設けられ前記磁気抵抗効果素子にこの磁気抵抗効果素子の電気抵抗値変化を検出するセンス電流を入力するための上部導電層と、この上部導電層上に設けられた上シールド層と、を有することを特徴とする。

本発明に係る磁気抵抗変換システムは、前記磁気抵抗効果ヘッドと、前記磁気抵抗効果ヘッドにセンス電流を供給する電流発生回路と、前記磁気抵抗効果ヘッドの電気抵抗変化を検出して前記磁気抵抗効果ヘッドに印加された磁界を求めるデータ読取回路と、を有することを特徴とする。

本発明に係る磁気記録システムは、前記磁気抵抗変換システムと、この磁気抵抗変換システムによりデータを記録及び再生する複数個のトラックを有する磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体における選択されたトラックが配置されている位置へ前記磁気抵抗変換システムを移動させる第１のアクチュエータと、前記トラックを回転駆動させる第２のアクチュエータと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、従来よりも再生波形のノイズが少なく、（Ｓ／Ｎ）比及びビットエラーレートが良好な磁気抵抗効果ヘッドを得ることができる。また、この磁気抵抗効果ヘッドを使用して、高性能な磁気記録再生装置、磁気記憶装置を得ることができる。

以下、本発明の実施例について添付の図面を参照して具体的に説明する。なお、本発明の実施例において使用する部分断面図は、全て磁気抵抗効果ヘッドをエア・ベアリング表面に平行に切断した部分断面図である。また、本発明の実施例において、層等を「パターン化する」という表現は、図示されている断面における図示されている領域内においてエッチング等の手段により層等の一部を残し一部を除去することを指し、図示されない断面又は領域においてエッチング等の手段により層等の一部を残し一部を除去することは指さない。即ち、本発明の実施例において、「パターン化する」という記載のない層等であっても、図示されない断面又は領域においてエッチング等の手段により層等の一部を残し一部が除去されている場合もあり得る。

本発明の第１の実施例に係る磁気抵抗効果ヘッド及びその製造方法ついて説明する。図１乃至７は、本実施例における磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を工程順に示す部分断面図である。

先ず、図１に示すように、基体(図示せず)上に下シールド層１６及び下部導電層１を順次形成する。

次に、図２に示すように、下部導電層１上に開口部２０ａを有するフォトレジスト２０を形成し、下部導電層１をドライエッチング等の手段によりエッチングし、下部導電層１の表面に凹部１ａを形成する。

次に、図３に示すように、下部導電層１の凹部１ａ上に、縦バイアス層下地層２ａ及び縦バイアス層２ｂを下部導電層１の凹部に部分的に埋め込むように成膜し、その後、フォトレジスト２０を取り除く。

次に、図４に示すように、下部導電層１及び縦バイアス層２ｂ上にフリー層下地層３ａ、フリー層３ｂ、非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７をこの順に形成し積層する。

次に、図５に示すように、上部層７の上面における直下に縦バイアス層２ｂが配置されていない領域の中央部を覆うようにフォトレジスト２１を形成し、フォトレジスト２１をマスクとして非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７をドライエッチング等によりエッチングし、エッチングされた部分を埋め込むように絶縁層１１を形成する。このとき、上部層７の上面は絶縁層１１の上面において露出するようにする。

次に、図６に示すように、フォトレジスト２１を除去し、下部導電層１、縦バイアス層下地層２ａ、縦バイアス層２ｂ、フリー層下地層３ａ、フリー層３ｂ、非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７からなる磁気抵抗効果素子３１ａを形成する。

次に、図７に示すように、上部層７及び絶縁層１１上に上部導電層１５を成膜し、フォトレジスト（図示せず）を形成してこれをマスクとして上部導電層１５をドライエッチング等によりパターン化した後に、このフォトレジストを取り除き、その上に上シールド層１７を形成し、磁気抵抗効果ヘッド６１ａを形成する。

本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッド６１ａの構成について説明する。図７に示すように、下シールド層１６及び下部導電層１が設けられ、下部導電層１は凹部１ａを有し、凹部１ａに縦バイアス層下地層２ａ及び縦バイアス層２ｂが設けられている。下部導電層１における縦バイアス層下地層２ａ及び縦バイアス層２ｂが設けられていない部分及び縦バイアス層２ｂの上にはフリー層下地層３ａ及びフリー層３ｂが設けられている。フリー層３ｂ上には、縦バイアス層２ｂの直上に配置されないようにパターン化された非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７がこの順に積層されている。

また、非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７は絶縁層１１に埋め込まれており、上部層７の上面は絶縁層１１の上面に露出している。更に、上部層７及び絶縁層１１上には上部導電層１５が設けられ、上部導電層１５上には上シールド層１７が設けられている。

上記の構造において、下部導電層１及び上部導電層１５は、下部導電層１と上部導電層１５との間に配置されているフリー層下地層３ａ、フリー層３ｂ、非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７に対して、積層面に垂直方向にセンス電流を流すための下部電極及び上部電極である。下部導電層１及び上部導電層１５を構成する材料としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｐｔ及びＴａ等からなる群から選択された１種の材料の単体、２種以上の材料の混合物、２種以上の材料の化合物又は２種以上の材料により構成される多層膜が挙げられる。特に、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ及びＴａはより有力な候補である。また、基体を構成する材料としては、アルチック、ＳｉＣ、アルミナ、アルチック、アルミナ、ＳｉＣ、アルミナが挙げられる。

また、縦バイアス層２ｂはフリー層３ｂに縦バイアス磁界を印加するためのものであり、縦バイアス層下地層２ａは縦バイアス層２ｂの結晶性等の膜質を改善し、縦バイアス層２ｂの磁気特性を良好にするための下地層である。縦バイアス層下地層２ａを構成する材料としては、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｎｂ、Ｖ、Ｆｅ、ＦｅＣｏ、ＦｅＣｏＮｉ及びＮｉＦｅ等からなる群から選択された１種の材料の単体、２種以上の材料の混合物又は２種以上の材料により構成される多層膜が挙げられる。特に、Ｃｒ、Ｆｅ及びＣｏＦｅはより有力な候補である。また、縦バイアス層２ｂを構成する材料としては、ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒ、ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、Ｎｉ酸化物、ＮｉＣｏ酸化物、Ｆｅ酸化物、ＮｉＦｅ酸化物、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｔＰｄＭｎ、ＲｅＭｎ、Ｃｏフェライト及びＢａフェライトからなる群から選択された１種の材料の単体、２種以上の材料の混合物又は２種以上の材料により構成される多層膜が挙げられる。特に、ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＰｔ、ＮｉＭｎ及びＩｒＭｎはより有力な候補である。

フリー層３ｂは磁気抵抗効果ヘッド６１ａを含む磁気センサに外部磁界が印加されると、その磁界の方向及び大きさに応じて磁化の方向を変える磁性層である。フリー層３ｂには縦バイアス層２ｂを介して外部磁界が印加される。また、フリー層下地層３ａはフリー層３ｂの結晶性等の膜質を改善し、フリー層３ｂの磁気特性を良好にするための下地層である。フリー層下地層３ａを構成する材料としては、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｎｂ及びＶからなる群から選択された１種の材料の単体、２種以上の材料の混合物、２種以上の材料の化合物又は２種以上の材料により構成される多層膜が挙げられる。特に、Ｔａ、Ｚｒ及びＨｆはより有力な候補である。フリー層３ｂを構成する材料としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＣｏ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＨｆ、ＣｏＴａ、ＣｏＴａＨｆ、ＣｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＨｆＰｄ、ＣｏＴａＺｒＮｂ及びＣｏＺｒＭｏＮｉの合金又はアモルファス磁性材料が挙げられる。添加元素として、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｎｂ及びＶからなる群より選択された１種以上の元素を使用することもできる。ＮｉＦｅ、（ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅ）２層膜、（ＮｉＦｅ／ＮｉＦｅＣｏ）２層膜及び（ＮｉＦｅ／Ｃｏ）２層膜はより有力な候補である。

固定化層６ｂは固定層５の磁化方向を固定するための層であり、固定化層下地層６ａは固定化層６ｂの結晶性等の膜質を改善し、固定化層６ｂの磁気特性を良好にするための下地層である。また、固定層５は固定化層６ｂにより磁化方向が固定されている層である。

固定化層下地層６ａを構成する材料としては、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｎｂ及びＶからなる群から選択された１種の材料の単体、２種以上の材料の混合物、２種以上の材料の化合物又は２種以上の材料により構成される多層膜が挙げられる。特に、Ｔａ、Ｚｒ及びＨｆは有力な候補である。また、固定化層６ｂを構成する材料としては、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＩｒＭｎ、ＲｈＭｎ、ＰｔＰｄＭｎ、ＲｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｔＣｒＭｎ、ＣｒＭｎ、ＣｒＡｌ、ＴｂＣｏ、ＣｏＣｒ、ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＴａ及びＰｔＣｏ等を使用することができる。特に、ＰｔＭｎ又はＰｔＭｎにＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｓｉ及びＡｌのうち少なくとも１種の元素を添加した材料は有力な候補である。

固定層５を構成する材料としては、ＮｉＦｅ、Ｃｏ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＣｏ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＴａ、ＣｏＴａＨｆ、ＣｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＨｆＰｄ、ＣｏＴａＺｒＮｂ及びＣｏＺｒＭｏＮｉの合金又はアモルファス磁性材料を使用することができる。また、これらの材料と、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒａ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｓｉ、Ａｌ及びＮｉからなる群より選択された少なくとも１種の金属又はその合金とを組み合わせた積層膜を使用することも可能である。特に、（Ｃｏ／Ｒｕ／Ｃｏ）、（ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ）、（ＣｏＦｅＮｉ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＮｉ）、（Ｃｏ／Ｃｒ／Ｃｏ）、（ＣｏＦｅ／Ｃｒ／ＣｏＦｅ）及び（ＣｏＦｅＮｉ／Ｃｒ／ＣｏＦｅＮｉ）各３層膜は有力な候補である。

非磁性層４はフリー層３ｂと固定層５との間に配置され、フリー層３ｂの磁化方向と固定層５の磁化方向とのなす角度に応じて、電気抵抗値が変化する層である。非磁性層４を構成する材料としては、金属、酸化物、窒化物、酸化物と窒化物の混合物又は金属と酸化物との多層膜、金属と窒化物との多層膜、金属と酸化物及び窒化物の混合物との多層膜を使用する。このとき、金属はＴｉ、Ｖ，Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ，Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｅ及びＶからなる群より選択された少なくとも１種以上の金属であり、酸化物はこれらの金属の酸化物であり、窒化物はこれらの金属の窒化物である。特に、Ａｌの酸化物及びＣｕは有力な候補である。

また、上部層７はその下に配置されている層が、磁気抵抗効果ヘッド６１ａの製造プロセス中及び使用環境中において腐食されることを防止する層である。上部層７を構成する材料としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ及びＲｕからなる群から選択された１種の材料の単体、２種以上の材料の混合物、２種以上の材料の化合物又は２種以上の材料により構成される多層膜が挙げられる。特に、Ｔａ、Ｚｒ及びＴｉは有力な候補である。

更に、絶縁層１１は非磁性層４を流れるセンス電流が漏洩することを防止する層である。絶縁層１１を構成する材料としては、Ａｌ酸化物、Ｓｉ酸化物、窒化アルミニウム、窒化シリコン又はダイアモンドライクカーボンからなる単体、これらの混合物及びこれらにより構成される多層膜が挙げられる。

更にまた、下シールド層１６及び上シールド層１７を構成する材料としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＨｆ、ＣｏＴａ、ＣｏＴａＨｆ、ＣｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＨｆＰｄ、ＣｏＴａＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＭｏＮｉ、ＦｅＡｌＳｉ、窒化鉄系材料、ＭｎＺｎフェライト、ＮｉＺｎフェライト及びＭｇＺｎフェライトからなる群から選択された１種の材料の単体、２種以上の材料の混合物又は２種以上の材料により構成される多層膜が挙げられる。

次に、磁気抵抗効果ヘッド６１ａの動作について説明する。磁気抵抗効果ヘッド６１ａに外部から磁界が印加されると、縦バイアス層２ｂを介してフリー層３ｂに磁界が印加され、印加される磁界の方向及び大きさに応じてフリー層３ｂの磁化の方向が変わる。このとき、固定層５は固定化層６ｂにより磁化方向が固定されているため、固定層５の磁化方向とフリー層３ｂの磁化方向との間に変化が生じ、非磁性層４の電気抵抗値が変化する。この状態において、下部導電層１及び上部導電層１５により非磁性層４に垂直な方向にセンス電流を流し、非磁性層４の電気抵抗値を測定することにより、外部の磁界を検出することができる。

本実施例の効果について説明する。本実施例の磁気抵抗効果ヘッド６１ａにおいては、図７に示すように、フリー層３ｂの長さが固定層５の長さよりも長くなっており、フリー層３ｂのみが縦バイアス層２ｂの近傍に配置されている。これにより、縦バイアス層２ｂはフリー層３ｂに確実且つ効果的に磁界を印加できると共に、固定層５からセンス電流が縦バイアス層２ｂに漏洩することを防止することができる。これにより、印加されたセンス電流のほぼ全てが非磁性層４に流れ、磁気抵抗効果ヘッド６１ａの性能が向上する。

また、パターン化された縦バイアス層下地層２ａ及び縦バイアス層２ｂの膜厚方向の一部が下部導電層１の凹部１ａに埋め込まれているために、縦バイアス層下地層２ａ及び縦バイアス層２ｂのパターンの端部における傾斜が緩やかになり、縦バイアス層２ｂからフリー層３ｂに縦バイアス磁界をより有効に印加することができる。

図８及び図９は、本実施例における磁気抵抗効果素子の変形例を示す部分断面図である。図８はフリー層３ｂがパターン化され、フリー層３ｂの端部が縦バイアス層２ｂの端部に接触している磁気抵抗効果素子３１ｂを示している。

また、図９はフリー層３ｂがパターン化され、フリー層３ｂの端部が縦バイアス層２ｂ上に重なっている磁気抵抗効果素子３１ｃを示している。図８及び図９に示した磁気抵抗効果素子３１ｂ及び３１ｃによっても、磁気抵抗効果素子３１ａと同様に磁気抵抗効果ヘッドを構成することができる。

なお、本実施例においては、非磁性層４が固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７と共にパターン化された例を示したが、非磁性層４はフリー層３ｂのように広がっていてもよいし、また、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７のパターンよりも大きく且つフリー層３ｂのパターンよりも小さくなるようにパターン化されてもよい。

また、縦バイアス層下地層２ａ、フリー層下地層３ａ及び上部層７は省略されてもよく、縦バイアス層２ｂ上に縦バイアス層の保護層を設けることもできる。

更に、本実施例においては、下シールド層１６と下部導電層１とを別に設ける例を示したが、下シールド層１６と下部導電層１とは共通の層であってもよい。この場合は、下部導電層１が省略される。また、上シールド１７と上部導電層１５とが共通の層であってもよい。この場合は、上部導電層１５が省略される。これにより、上下シールド層間のギャップを小さくすることができる。更に、上部導電層１５と上シールド層１７との間に上ギャップ層を設けてもよく、下シールド層１６と下部導電層１との間に下ギャップ層を設けてもよい。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。図１０乃至１８は本実施例における磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を工程順に示す部分断面図である。

先ず、図１０に示すように、基体(図示せず)上に下シールド層１６及び下部導電層１を順次形成する。

次に、図１１に示すように、下部導電層１上に開口部２０ａを有するフォトレジスト２０を形成し、下部導電層１をドライエッチング等の手段によりエッチングし、下部導電層１の表面に凹部１ａを形成する。

次に、図１２に示すように、フォトレジスト２０を除去した後、下部導電層１上に縦バイアス層下地層２ａ及び縦バイアス層２ｂを成膜する。

次に、図１３に示すように、縦バイアス層２ｂ上における直下に凹部１ａが配置されている領域を覆い直下に凹部１ａが配置されていない領域に開口部２１ａを有するようにフォトレジスト２１を形成する。次いで、フォトレジスト２１をマスクとしてドライエッチング等の手段により縦バイアス層下地層２ａ及び縦バイアス層２ｂをエッチングし、これらをパターン化する。

次に、図１４に示すように、下部導電層１及び縦バイアス層２ｂ上にフリー層下地層３ａ、フリー層３ｂ、非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７をこの順に形成し積層する。

次に、図１５に示すように、上部層７上における直下に縦バイアス層２ｂが配置されていない領域を覆うようにフォトレジスト２２を設け、フォトレジスト２２をマスクとして、ドライエッチング等の手段によりフリー層下地層３ａ、フリー層３ｂ、非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７をパターン化する。

次に、図１６に示すように、フォトレジスト２２を除去し、上部層７上に上部層７の中央部を覆うようにフォトレジスト２３を形成し、フォトレジスト２３をマスクとして、ドライエッチング等の手段により非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７をパターン化する。

次に、図１７に示すように、非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７のパターンの周囲を絶縁層１１により埋め込み、磁気抵抗効果素子３２ａを形成する。

次に、図１８に示すように、フォトレジスト２３を除去した後、上部層７及び絶縁層１１上に上部導電層１５を成膜し、フォトレジスト（図示せず）を形成し、このフォトレジストをマスクとして上部導電層１５をドライエッチング等の手段によりパターン化した後に、このフォトレジストを取り除き、その上に上シールド層１７を形成し、磁気抵抗効果ヘッド６２ａを形成する。

本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッド６２ａの構成について説明する。図１８に示すように、本実施例の磁気抵抗効果ヘッド６２ａは、図７に示した第１の実施例における磁気抵抗効果ヘッド６１ａと比較して、フリー層下地層３ａ及びフリー層３ｂの形状が異なる。本実施例においては、フリー層下地層３ａ及びフリー層３ｂの端部は、縦バイアス層下地層２ａ及び縦バイアス層２ｂの端部と同一の高さにあり、互いに接触している。本実施例における磁気抵抗効果ヘッド６２ａにおいて、フリー層下地層３ａ及びフリー層３ｂの形状以外の構成及び動作は、前記第１の実施例における磁気抵抗効果ヘッド６１ａと同一である。

なお、本実施例においては、非磁性層４が固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７と共にパターン化された例を示したが、第１の実施例と同様に、非磁性層４はフリー層３ｂのように広がっていてもよいし、また、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７のパターンよりも大きく且つフリー層３ｂのパターンよりも小さくなるようにパターン化されてもよい。

また、本実施例においては、上部導電層１５がパターン化されている例を示したが、上部導電層１５はパターン化されずに広がっていてもよい。

次に、本発明の第３の実施例について説明する。図１９乃至２５は本実施例における磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を工程順に示す部分断面図である。

先ず、図１９に示すように、基体(図示せず)上に下シールド層１６及び下部導電層１を順次形成する。

次に、図２０に示すように、下部導電層１上に開口部２０ａを有するフォトレジスト２０を形成し、下部導電層１をドライエッチング等の手段によりエッチングし、下部導電層１の表面に凹部１ａを形成する。

次に、図２１に示すように、フォトレジスト２０をマスクとして、縦バイアス層下地層２ａ及び縦バイアス層２ｂを下部導電層１の凹部１ａに部分的に埋め込むように成膜し、フォトレジスト２０を除去する。

次に、図２２に示すように、下部導電層１及び縦バイアス層２ｂ上にフリー層下地層３ａ、フリー層３ｂ、非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７をこの順に形成し積層する。

次に、図２３に示すように、上部層７の上面における直下に縦バイアス層２ｂが配置されていない領域の中央部を覆うようにフォトレジスト２１を設け、フォトレジスト２１をマスクとして、ドライエッチング等の手段により非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７をパターン化し、非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７の周囲を絶縁層１１により埋め込む。

次に、図２４に示すように、フォトレジスト２１を除去し、上部層７及び絶縁層１１上におけるフォトレジスト２１が設けられていた位置にフォトレジスト２１よりも広い領域を覆うようにパターン化されたフォトレジスト２２を形成し、フォトレジスト２２をマスクとして、ドライエッチング等の手段によりフリー層下地層３ａ、フリー層３ｂ及び絶縁層１１をエッチングしパターン化する。次いで,このエッチングされた領域を絶縁層１１ｂにより埋め込み、磁気抵抗効果素子３２ｂを形成する。

次に、図２５に示すように、フォトレジスト２２を除去した後、上部層７、絶縁層１１及び絶縁層１１ｂ上に上部導電層１５を成膜し、フォトレジスト（図示せず）を形成し、このフォトレジストにより上部導電層１５をドライエッチング等の手段によりパターン化した後に、このフォトレジストを取り除き、その上に上シールド層１７を形成し、磁気抵抗効果ヘッド６２ｂを形成する。

本実施例において形成された磁気抵抗効果ヘッド６２ｂは、絶縁層１１及び１１ｂが２回の工程により形成されている点以外は、第２の実施例における磁気抵抗効果ヘッド６２ａと構成及び動作が同一である。

次に、本発明の第４の実施例に係る磁気抵抗効果ヘッド及びその製造方法ついて説明する。図２６乃至２８は、本実施例における磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を工程順に示す部分断面図である。

先ず、第１の実施例において図１乃至３に示した工程により、図３に示すような積層体を形成する。

次に、図２６に示すように、下部導電層１及び縦バイアス層２ｂ上に磁性層下地層８ａ、磁性層８ｂ、第２の非磁性層９、フリー層３ｂ、第１の非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７をこの順に形成し積層する。

次に、図２７に示すように、上部層７の上面における直下に縦バイアス層２ｂが配置されていない領域の一部を覆うようにフォトレジスト２１を形成し、第２の非磁性層９、フリー層３ｂ、第１の非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７をドライエッチング等によりエッチングし、エッチングされた部分を埋め込むように絶縁層１１を形成し、下シールド層１６上に磁気抵抗効果素子３３ａを形成する。

次に、図２８に示すように、フォトレジスト２１を除去し、上部層７及び絶縁層１１上に上部導電層１５を成膜し、フォトレジスト（図示せず）を形成して上部導電層１５をドライエッチング等によりパターン化した後に、このフォトレジストを取り除き、その上に上シールド層１７を形成し、磁気抵抗効果ヘッド６３ａを形成する。

本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッド６３ａの構成について説明する。図２８に示すように、磁気抵抗効果ヘッド６３ａの特徴は、フリー層３ｂの下に非磁性層９を介して磁性層８ｂが設けられている点である。

図２８に示すように、基体(図示せず)上に下シールド層１６及び下部導電層１が設けられ、下部導電層１は凹部１ａを有し、凹部１ａに縦バイアス層下地層２ａ及び縦バイアス層２ｂが設けられている。下部導電層１における縦バイアス層下地層２ａ及び縦バイアス層２ｂが設けられていない部分及び縦バイアス層２ｂの上には、磁性層下地層８ａ及び磁性層８ｂが設けられている。磁性層８ｂ上には、縦バイアス層２ｂの直上に配置されないようにパターン化された第２の非磁性層９、フリー層３ｂ、第１の非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７がこの順に積層されている。

また、第２の非磁性層９、フリー層３ｂ、第１の非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７は絶縁層１１に埋め込まれており、上部層７の上面は絶縁層１１の上面に露出している。更に、上部層７及び絶縁層１１上にはパターン化された上部導電層１５が設けられ、上部導電層１５上には上シールド層１７が設けられている。

上記の構造において、磁性層８ｂは縦バイアス層２ｂにより印加される縦バイアス磁界を強磁性的カップリング、反強磁性的カップリング又は静磁性的カップリング等の磁気的カップリングによりフリー層３ｂに伝えるためのものである。また、第２の非磁性層９はその構成材料及び膜厚により、磁性層８ｂとフリー層３ｂとの間の磁気的カップリングを制御するためのものである。磁性層下地層８ａは磁性層８ｂの結晶性等の膜質を改善し、磁性層８ｂの磁気特性を良好にするための下地層である。なお、第１の非磁性層４はトンネル電流を流すためのものであり絶縁層であるが、第２の非磁性層９は磁性層８ｂとフリー層３ｂとの間の磁気的カップリングを制御するためのものであり導電層である。

磁性層８ｂを構成する材料としては、ＮｉＦｅ、Ｃｏ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＣｏ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＨｆ、ＣｏＴａ、ＣｏＴａＨｆ、ＣｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＨｆＰｄ、ＣｏＴａＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＭｏＮｉ等の合金又はアモルファス磁性材料からなる単層膜、混合物膜又は多層膜を使用する。特に、ＮｉＦｅ、Ｃｏ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ又はＦｅＣｏは有力な候補である。また、添加元素として、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｎｂ及びＶからなる群から選択された１種以上の元素を使用することもできる。

第２の非磁性層９を構成する材料としては、Ｔｉ、Ｖ，Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ，Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｒｅ及びＶからなる群から選択された１種の材料の単体、２種以上の材料の混合物、２種以上の材料の化合物又は２種以上の材料により構成される多層膜を使用する。特に、Ｒｕ及びＣｒは有力な候補である。

磁性層下地層８ａを構成する材料としては、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｎｂ及びＶからなる群から選択された１種の材料の単体、２種以上の材料の混合物、２種以上の材料の化合物又は２種以上の材料により構成される多層膜が挙げられる。特に、Ｔａ及びＺｒはより有力な候補である。

本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッド６３ａにおける他の層の構成材料及び機能は、前記第１の実施例に係る磁気抵抗効果ヘッド６１ａにおける各層の構成材料及び機能と同一である。

次に、磁気抵抗効果ヘッド６３ａの動作について説明する。磁気抵抗効果ヘッド６３ａに外部から磁界が印加されると、縦バイアス層２ｂを介して磁性層８ｂに磁界が印加される。次に、磁性層８ｂから第２の非磁性層９を介して、縦バイアス磁界が強磁性的カップリング、反強磁性的カップリング又は静磁性的カップリング等の磁気的カップリングによりフリー層３ｂに印加される。このとき、この磁界の方向及び大きさに応じてフリー層３ｂの磁化の方向が変わる。固定層５は固定化層６ｂにより磁化方向が固定されているため、固定層５の磁化方向とフリー層３ｂの磁化方向との間に変化が生じ、非磁性層４の電気抵抗値が変化する。この状態において、下部導電層１及び上部導電層１５により非磁性層４に垂直な方向にセンス電流を流し、非磁性層４の電気抵抗値を測定することにより、外部の磁界を検出することができる。

本実施例の効果について説明する。本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッド６３ａにおいては、二段階のプロセスを通して縦バイアス磁界が縦バイアス層２ｂからフリー層３ｂに印加されるため、縦バイアス磁界の印加が確実となると共に、磁界印加量の制御が容易になる。また、図２８に示すように、フリー層３ｂ及び固定層５は縦バイアス層２ｂの近傍には配置されず、磁性層８ｂのみが縦バイアス層２ｂの近傍に配置されている。これにより、縦バイアス層２ｂは磁性層８ｂに確実且つ効果的に磁界を印加できると共に、フリー層３ｂ又は固定層５からセンス電流が縦バイアス層２ｂに漏洩することを防止することができる。

図２９及び図３０は、本実施例における磁気抵抗効果素子の変形例を示す部分断面図である。図２９は磁性層８ｂがパターン化され、磁性層８ｂの端部が縦バイアス層２ｂの端部に接触している磁気抵抗効果素子３３ｂを示している。

また、図３０は磁性層８ｂがパターン化され、磁性層８ｂの端部が縦バイアス層２ｂ上に重なっている磁気抵抗効果素子３３ｃを示している。図２９及び図３０に示した磁気抵抗効果素子３３ｂ及び３３ｃによっても、磁気抵抗効果ヘッドを構成することができる。

なお、本実施例においては、第２の非磁性層９、フリー層３ｂ及び非磁性層４が固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７と共にパターン化された例を示したが、第２の非磁性層９、フリー層３ｂ及び非磁性層４は磁性層８ｂのように広がっていてもよいし、また、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７のパターンよりも大きく且つ磁性層８ｂのパターンよりも小さくなるようにパターン化されてもよい。また、第２の非磁性層９のパターンがフリー層３ｂのパターンよりも広がっていてもよく、フリー層３ｂのパターンが非磁性層４よりも広がっていてもよい。

また、縦バイアス層下地層２ａ、磁性層下地層８ａ、第２の非磁性層９及び上部層７は省略されていてもよく、縦バイアス層２ａ上に縦バイアス層の保護層を設けることもできる。

更に、本実施例においては、下シールド層１６と下部導電層１とを別に設ける例を示したが、前記第１乃至第３の実施例と同様に、下シールド層１６と下部導電層１とは共通の層であってもよい。この場合は、下部導電層１が省略される。また、上シールド１７と上部導電層１５とが共通の層であってもよい。この場合は、上部導電層１５が省略される。これにより、上下シールド層間のギャップを小さくすることができる。更に、上部導電層１５と上シールド層１７との間に上ギャップ絶縁層を設けてもよく、下シールド層１６と下部導電層１との間に下ギャップ絶縁層を設けてもよい。

次に、本発明の第５の実施例について説明する。図３１乃至３４は本実施例における磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を工程順に示す部分断面図である。

先ず、前記第２の実施例における図１０乃至１３に示した工程により、図１３に示されているような積層体を形成する。

次に、図３１に示すように、フォトレジスト２１を除去し、下部導電層１の露出部分及び縦バイアス層２ｂ上に磁性層下地層８ａ、磁性層８ｂ、第２の非磁性層９、フリー層３ｂ、非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７をこの順に形成し積層する。

次に、図３２に示すように、上部層７の上面における直下に縦バイアス層２ｂが配置されていない領域を覆うようにフォトレジスト２２を設け、フォトレジスト２２をマスクとして、ドライエッチング等の手段により磁性層下地層８ａ、磁性層８ｂ、第２の非磁性層９、フリー層３ｂ、非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７をパターン化する。

次に、図３３に示すように、フォトレジスト２２を除去し、上部層７上に上部層７の中央部を覆うようにフォトレジスト２３を形成し、フォトレジスト２３をマスクとして、ドライエッチング等の手段により第２の非磁性層９、フリー層３ｂ、非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７をパターン化し、第２の非磁性層９、フリー層３ｂ、非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７のパターンの周囲を絶縁層１１により埋め込み、下部導電層１６上に磁気抵抗効果素子３４ａを形成する。

次に、図３４に示すように、フォトレジスト２３を除去した後、上部層７及び絶縁層１１上に上部導電層１５を成膜し、フォトレジスト（図示せず）を形成し、ドライエッチング等の手段により上部導電層１５をパターン化した後に、このフォトレジストを取り除き、その上に上シールド層１７を形成し、磁気抵抗効果ヘッド６４ａを形成する。

本実施例における磁気抵抗効果ヘッド６４ａの構成について説明する。図３４に示すように、本実施例の磁気抵抗効果ヘッド６４ａは、図２８に示した第４の実施例における磁気抵抗効果ヘッド６３ａと比較して、磁性層下地層８ａ及び磁性層８ｂの形状が異なる。本実施例においては、磁性層下地層８ａ及び磁性層８ｂパターン化され、それらの端部は縦バイアス層下地層２ａ及び縦バイアス層２ｂの端部と同一の高さにあり、互いに接触している。本実施例における磁気抵抗効果ヘッド６４ａにおいて、磁性層下地層８ａ及び磁性層８ｂの形状以外の構成動作及び効果は、前記第４の実施例における磁気抵抗効果ヘッド６３ａと同一である。

なお、本実施例においては、非磁性層４が固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７と共にパターン化された例を示したが、前記第４の実施例と同様に、非磁性層４はフリー層３ｂのように広がっていてもよいし、また、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７のパターンよりも大きく且つフリー層３ｂのパターンよりも小さくなるようにパターン化されてもよい。また、第２の非磁性層９のパターンは磁性層８ｂのパターンよりも広がっていてもよく、磁性層８ｂのパターンが非磁性層４よりも広がっていてもよい。

また、本実施例においては、上部導電層１５がパターン化されている例を示したが、上部導電層１５はパターン化されずに広がっていてもよい。

次に、本発明の第６の実施例について説明する。図３５乃至３９は本実施例における磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を工程順に示す部分断面図である。

先ず、前記第１の実施例における図１及び図２に示した工程により、図２に示されているような積層体を形成する。

次に、図３５に示すように、フォトレジスト２０を除去し、下部導電層１上に磁性層下地層８ａ、磁性層８ｂ、第２の非磁性層９、フリー層３ｂ、非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７をこの順に形成し積層する。

次に、図３６に示すように、上部層７の上面における直下に下部導電層１の凹部１ａが配置されていない領域の中央部分を覆うようにフォトレジスト２１を設け、フォトレジスト２１をマスクとして、ドライエッチング等の手段により第２の非磁性層９、フリー層３ｂ、非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７をパターン化し、第２の非磁性層９、フリー層３ｂ、非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７のパターンの周囲を絶縁層１１により埋め込む。

次に、図３７に示すように、フォトレジスト２１を除去し、上部層７及び絶縁層１１の上面における直下に凹部１ａが配置されていない領域を覆うようにフォトレジスト２２を形成する。このとき、フォトレジスト２１が覆っていた領域はフォトレジスト２２が覆う領域に含まれる。

次に、図３８に示すように、フォトレジスト２２をマスクとして、絶縁層１１、磁性層下地層８ａ及び磁性層８ｂをエッチングしてパターン化し、次いで、縦バイアス下地層２ａ及び縦バイアス層２ｂを順に形成し、縦バイアス層２ｂ上に第２の絶縁層１１ｂを形成し、下部導電層１６上に磁気抵抗効果素子３４ｂを形成する。

次に、図３９に示すように、フォトレジスト２２を除去した後、上部層７、絶縁層１１及び絶縁層１１ｂ上に上部導電層１５を成膜し、フォトレジスト（図示せず）を形成し、ドライエッチング等の手段により上部導電層１５をパターン化した後に、フォトレジストを取り除き、その上に上シールド層１７を形成し、磁気抵抗効果ヘッド６４ｂを形成する。

本実施例において形成された磁気抵抗効果ヘッド６４ｂは、絶縁層１１及び１１ｂが２回の工程により形成されている点以外は、第５の実施例における磁気抵抗効果ヘッド６４ａと構成及び動作が同一である。

次に、本発明の第７の実施例について説明する。図４０乃至４６は本実施例における磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を工程順に示す部分断面図である。

先ず、図４０に示すように、基体(図示せず)上に下シールド層１６及び下部導電層１を順次形成する。

次に、図４１に示すように、固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５、第１の非磁性層４、フリー層３ｂ及び第２の非磁性層９をこの順に形成し積層する。

次に、図４２に示すように、第２の非磁性層９上にパターン化されたフォトレジスト２０を形成し、固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５、第１の非磁性層４、フリー層３ｂ及び第２の非磁性層９をドライエッチング等の手段によりパターン化し、パターン化された固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５、第１の非磁性層４、フリー層３ｂ及び第２の非磁性層９からなるパターン２９ａを形成する。

次に、図４３に示すように、パターン２９ａを埋め込むように絶縁層１１を形成する。このとき、絶縁層１１の高さはパターン２９ａの近傍においてはパターン２９ａの高さと等しくし、パターン２９ａから一定の距離を隔てた位置ではパターン２９ａの高さよりもやや低くし、それらの間を滑らかな傾斜でつなぐようにする。

次に、図４４に示すように、絶縁層１１上に縦バイアス層下地層２ａ及び縦バイアス層２ｂを形成する。このとき、縦バイアス層２ｂの厚さを絶縁層１１の傾斜に沿って変化させ、パターン２９ａから一定の距離を隔てた位置においては縦バイアス層２ｂの厚さを厚くし、パターン２９ａに近づくほど薄くなるようにする。

次に、図４５に示すように、フォトレジスト２０を取り除き、縦バイアス層２ｂ上に磁性層８ｂ及び上部層７を形成し、磁気抵抗効果素子３５ａを形成する。

次に、図４６に示すように、上部層７上に上部導電層１５を成膜し、フォトレジスト（図示せず）を形成し、ドライエッチング等の手段により上部導電層１５をパターン化した後に、フォトレジストを取り除き、その上に上シールド層１７を形成し、磁気抵抗効果ヘッド６５ａを形成する。

次に、本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッド６５ａの構成について説明する。図４６に示すように、下シールド層１６が設けられ、下シールド層１６上に下部導電層１が設けられている。下部導電層１上にはパターン化された固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５、第１の非磁性層４、フリー層３ｂ及び第２の非磁性層９からなるパターン２９ａが形成されている。パターン２９の周囲には絶縁層１１が配置され、パターン２９ａは絶縁層１１により埋め込まれている。

パターン２９ａの近傍においては絶縁層１１の上面はパターン２９ａの上面と等しく、パターン２９ａから一定の距離を隔てた位置では絶縁層１１の上面はパターン２９ａの上面よりもやや低くなっており、それらの間は滑らかな傾斜になっている。この絶縁層１１の上面の形状に沿うように、絶縁層１１上に縦バイアス層２ｂが膜厚方向の少なくとも一部が絶縁層１１に埋め込まれるように設けられており、縦バイアス層２ｂの厚さはパターン２９ａから一定の距離を隔てた位置においては厚く、パターン２９ａに近づくほど薄くなっている。縦バイアス層２ｂ上及びパターン２９ａ上には、磁性層８ｂ及び上部層７が設けられている。

上部層７上にはパターン化された上部導電層１５が設けられ、その上には上シールド層１７が設けられている。

次に本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッド６５ａの動作について説明する。磁気抵抗効果ヘッド６５ａに外部から磁界が印加されると、縦バイアス層２ｂを介して磁性層８ｂに磁界が印加される。次に、磁性層８ｂから第２の非磁性層９を介して、縦バイアス磁界が強磁性的カップリング、反強磁性的カップリング又は静磁性的カップリング等の磁気的カップリングによりフリー層３ｂに印加される。このとき、この磁界の方向及び大きさに応じてフリー層３ｂの磁化の方向が変わる。固定層５は固定化層６ｂにより磁化方向が固定されているため、固定層５の磁化方向とフリー層３ｂの磁化方向との間に変化が生じ、非磁性層４の電気抵抗値が変化する。この状態において、下部導電層１及び上部導電層１５により非磁性層４に垂直な方向にセンス電流を流し、非磁性層４の電気抵抗値を測定することにより、外部の磁界を検出することができる。

本実施例の効果について説明する。本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッド６５ａにおいては、二段階のプロセスを通して縦バイアス磁界が縦バイアス層２ｂからフリー層３ｂに印加されるため、縦バイアス磁界の印加が確実となると共に、磁界印加量の制御が容易になる。

なお、本実施例においては、固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５、第１の非磁性層４、フリー層３ｂ及び第２の非磁性層９はいずれも同じようにパターン化された例を示したが、パターン化は少なくともフリー層３ｂにおいて行われていればよく、固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５及び第１の非磁性層４はパターン化されていなくてもよい。また、固定化層下地層６ａのパターンが固定化層６ｂのパターンより大きくてもよく、固定化層６ｂのパターンが固定層５のパターンより大きくてもよく、固定層５のパターンが第１の非磁性層４のパターンより大きくてもよく、第１の非磁性層４のパターンがフリー層３ｂのパターンより大きくてもよい。また、本実施例においては絶縁層１１の上面がフリー層３ｂのパターンの上面よりも低い例を示したが、絶縁層１１の上面はフリー層３ｂのパターンの上面と同じ高さであってもよく、フリー層３ｂのパターンの上面より高くてもよい。

図４７乃至５４は本実施例の変形例に係る磁気抵抗効果素子の構成を示す部分断面図である。図４７に示す磁気抵抗効果素子３５ｂにおいては、図４６に示す磁気抵抗効果素子３５ａと比較して、固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５及び第１の非磁性層４がパターン化されていない点が異なっている。第１の非磁性層４上にはパターン化されたフリー層３ｂ及び第２の非磁性層９が設けられ、これらのパターンは絶縁層１１により埋め込まれている。固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５及び第１の非磁性層４の形状以外の構造は、磁気抵抗効果素子３５ａの構造と同一である。磁気抵抗効果素子３５ｂの動作も磁気抵抗効果素子３５ａの動作と同一である。

磁気抵抗効果素子３５ｂは磁気抵抗効果素子３５ａと比較して、製造時における固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５及び第１の非磁性層４のエッチング工程を省略できるという利点がある。

本変形例においては、フリー層３ｂ及び第２の非磁性層９がパターン化されている例を示したが、パターン化は少なくともフリー層３ｂについて行われていればよく、固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５及び第１の非磁性層４からなる積層体のうち、どこまでパターン化するかは適宜選択することができる。

また、図４８に示す磁気抵抗効果素子３５ｃは、第１の非磁性層４、フリー層３ｂ及び第２の非磁性層９がパターン化されている例である。

更に、図４９に示す磁気抵抗効果素子３５ｃは、固定層５、第１の非磁性層４、フリー層３ｂ及び第２の非磁性層９がパターン化されている例である。

更にまた、図５０に示す磁気抵抗効果素子３５ｅは、縦バイアス層２ｂのパターンが第１の非磁性層４、フリー層３ｂ、第２の非磁性層９からなるパターン２９ｂから離れて設置されている例である。これにより、センス電流が縦バイアス層２ｂに漏洩することをより確実に防止することができる。磁気抵抗効果素子３５ｅにおける上記以外の構成及び動作は、図４８に示した磁気抵抗効果素子３５ｃと同一である。

本変形例においては、フリー層３ｂ及び第２の非磁性層９がパターン化されている例を示したが、パターン化は少なくともフリー層３ｂについて行われていればよく、固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５及び第１の非磁性層４からなる積層体のうち、どこまでパターン化するかは適宜選択することができる。

また、本変形例においては、絶縁層１１の上面がフリー層３ｂのパターンの上面よりも高い例を示したが、絶縁層１１の上面は、フリー層３ｂのパターンの上面と同程度の高さであってもよく、フリー層３ｂのパターンの上面よりも低くてもよい。

更に、本変形例においては、磁性層８ｂがパターン化されていない例を示したが、磁性層８ｂは縦バイアス層２ｂから磁性層８ｂに縦バイアス磁界が印加される程度に少なくともその一部が縦バイアス層２ｂの近傍に位置していればよい。

図５１に示す磁気抵抗効果素子３５ｆは、磁性層８ｂのパターンの端部が縦バイアス層２ｂに乗り上げている例である。

図５２に示す磁気抵抗効果素子３５ｇは、磁性層８ｂのパターンの端部が縦バイアス層２ｂのパターンの端部に接している例である。

本変形例においては、フリー層３ｂと第２の非磁性層９は同じようにパターン化されている例を示したが、図５３に示す磁気抵抗効果素子３５ｈのように、第２の非磁性層９は縦バイアス層２ｂ上に広がっていてもよい。

また、図５４に示す磁気抵抗効果素子３５ｉのように、第２の非磁性層９が絶縁層１１上に広がっていてもよい。

図４７乃至５４に示した磁気抵抗効果素子３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ，３５ｅ、３５ｆ、３５ｇ、３５ｈ及び３５ｉについても、磁気抵抗効果素子３５ａと同様に磁気抵抗効果ヘッドに使用することができる。

なお、本実施例においても、下シールド層１６と下部導電層１は同一の層であってもよく、上シールド層１７と上部導電層１５は同一の層であってもよい。また、上部導電層１５と上シールド層１７との間に上ギャップ層を設けてもよく、下シールド層１６と下部導電層１との間に下ギャップ層を設けてもよい。

また、縦バイアス層下地層２ａ、固定化層下地層６ａ、第２の非磁性層９及び上部層７は省略してもよく、縦バイアス層２ｂ上に縦バイアス層の保護層を設けてもよい。

次に、本発明の第８の実施例について説明する。図５５乃至６１は本実施例における磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を工程順に示す部分断面図である。

先ず、図５５に示すように、基体(図示せず)上に下シールド層１６及び下部導電層１を順次形成する。

次に、図５６に示すように、固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５、第１の非磁性層４、フリー層３ｂ及び第２の非磁性層をこの順に形成し積層する。

次に、図５７に示すように、第２の非磁性層９上に開口部２０ａを有するフォトレジスト２０を形成し、固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５、第１の非磁性層４、フリー層３ｂ及び第２の非磁性層９をドライエッチング等の手段によりパターン化し、パターン化された固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５、第１の非磁性層４、フリー層３ｂ及び第２の非磁性層９からなるパターン２９ｃを形成する。

次に、図５８に示すように、パターン２９ｃを埋め込むように絶縁層１１を形成する。

次に、図５９に示すように、パターン２９ｃ及び絶縁層１１上に第１の磁性層８、第３の非磁性層１３、第２の磁性層１２及び縦バイアス層２ｂを形成する。

次に、図６０に示すように、パターン化された第２の非磁性層９の直上に開口部２１ａを有するフォトレジスト２１を形成し、フォトレジスト２１をマスクとして縦バイアス層２ｂをパターン化し、磁気抵抗効果素子３６ａを形成する。

次に、図６１に示すように、フォトレジスト２１を取り除き、第２の磁性層１２の露出部分及び縦バイアス層２ｂのパターン上に上部導電層１５を成膜し、フォトレジスト（図示せず）を形成し、ドライエッチング等の手段によりパターン化した後に、フォトレジストを取り除き、その上に上シールド層１７を形成し、磁気抵抗効果ヘッド６６ａを形成する。

次に、本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッド６６ａの構成について説明する。図６１に示すように、磁気抵抗効果ヘッド６６ａにおいては、下シールド層１６が設けられ、下シールド層１６上に下部導電層１が設けられている。下部導電層１上にはパターン化された固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５、第１の非磁性層４、フリー層３ｂ及び第２の非磁性層９からなるパターン２９ｃが形成されている。パターン２９ｃの周囲には絶縁層１１が配置され、パターン２９ｃは絶縁層１１により埋め込まれている。

パターン２９ｃ及び絶縁層１１の上には、第１の磁性層８、第３の非磁性層１３及び第２の磁性層１２が設けられ、第２の磁性層１２上にはパターン２９ｃの直上に配置されないように縦バイアス層２ｂが設けられている。

また、第３の非磁性層１３は、その構成材料や膜厚により第２の磁性層１２と磁性層８との間の磁気的カップリングを制御するためのものである。第３の非磁性層１３を構成する材料としては、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｐｔ及びＮｉからなる群から選択された１種の材料の単体、２種以上の材料の混合物、２種以上の材料の化合物又は２種以上の材料により構成される多層膜を使用する。特に、Ｒｕ及びＣｒは有力な候補である。

また、第２の磁性層１２を構成する材料としては、ＮｉＦｅ、Ｃｏ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＣｏ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＨｆ、ＣｏＴａ、ＣｏＴａＨｆ、ＣｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＨｆＰｄ、ＣｏＴａＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＭｏＮｉ等の合金又はアモルファス磁性材料からなる群から選択された１種の材料の単体、２種以上の材料の混合物又は２種以上の材料により構成される多層膜を使用する。特に、ＮｉＦｅ、Ｃｏ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ又はＦｅＣｏは有力な候補である。また、添加元素として、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｎｂ及びＶからなる群から選択された１種以上の元素を使用することもできる。

次に、本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッド６６ａの動作について説明する。磁気抵抗効果ヘッド６６ａに外部から磁界が印加されると、縦バイアス層２ｂを介して第２の磁性層１２に磁界が印加される。次に、第２の磁性層１２から第３の非磁性層１３を介して、縦バイアス磁界が強磁性的カップリング、反強磁性的カップリング又は静磁性的カップリング等の磁気的カップリングにより磁性層８ｂに印加される。更に、縦バイアス磁界は磁性層８から第２の非磁性層９を介して強磁性的カップリング、反強磁性的カップリング又は静磁性的カップリング等の磁気的カップリングによりフリー層３ｂに印加される。

このとき、この磁界の方向及び大きさに応じてフリー層３ｂの磁化の方向が変わる。固定層５は固定化層６ｂにより磁化方向が固定されているため、固定層５の磁化方向とフリー層３ｂの磁化方向との間に変化が生じ、非磁性層４の電気抵抗値が変化する。この状態において、下部導電層１及び上部導電層１５により非磁性層４に垂直な方向にセンス電流を流し、非磁性層４の電気抵抗値を測定することにより、外部の磁界を検出することができる。

本実施例の効果について説明する。本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッド６５ａにおいては、三段階のプロセスを通して縦バイアス磁界が縦バイアス層２ｂからフリー層３ｂに印加されるため、縦バイアス磁界の印加がより確実になると共に、磁界印加量の制御が容易になる。

磁気抵抗効果ヘッド６５ａにおけるもう一つの長所は、磁性層８、第３の非磁性層１３及び第２の磁性層１２からなる積層膜において、磁性層８と第２の磁性層１２との間に強固な反強磁性的カップリングが生じるようにし、更に、磁性層８の磁化(飽和磁化と膜厚の積)と第２の磁性層１２の磁化を実質的に等しくした場合である。この場合は、前記積層膜は実効的に磁化を持たない一体化した膜となるため、外部磁界が印加されても磁界に対する感度を持たない。そのため、この場合は図６１の構造の中で外部磁界に対して感度を持つのはフリー層３ｂのみとなり、磁気抵抗効果ヘッド６５ａを再生ヘッドとして機能させる場合のトラック幅が、フリー層３ｂのパターン幅のみによって決まる。このことは、狭トラックヘッドを作る上では有利である。なお、この場合も縦バイアス磁界は上記のプロセスによりフリー層３ｂに正確に印加される。また、磁性層８の磁化が第２の磁性層１２の磁化に実質的に等しいとは、前記効果が認められる程度に等しいということである。

なお、本実施例においては、固定化層下地層６ａ、第２の非磁性層９、第３の非磁性層１３及び上部層７は省略してもよい。また、縦バイアス層２ｂの下部に縦バイアス層下地層を設けてもよい。縦バイアス層２ｂ上には縦バイアス層の保護層を、第２の磁性層１２上には上部層を設ける場合もある。

更に、本実施例においては、固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５、非磁性層４、フリー層３ｂ及び第２の非磁性層９はいずれも同じようにパターン化された例を示したが、パターン化は少なくともフリー層３ｂについて行われていればよく、固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５、非磁性層４からなる積層膜の部分はパターン化されていなくてもよい。また、固定化層下地層６ａのパターンは固定化層６ｂのパターンより大きくてもよく、固定化層６ｂのパターンは固定層５のパターンより大きくてもよく、固定層５のパターンは非磁性層４のパターンより大きくてもよく、非磁性層４のパターンはフリー層３ｂのパターンより大きくてもよい。また、本実施例においては、絶縁層１１の上面がフリー層３ｂのパターンの上面と同じ高さである例を示したが、絶縁層１１の上面はフリー層３ｂのパターンの上面よりも低くてもよく、更に、高くてもよい。更に、図６１では第２の非磁性層９がフリー層３ｂと同じようにパターン化された場合を示したが、第２の非磁性層９のパターンはフリー層３ｂのパターンより広がっていてもよい。

図６２及び図６３は本実施例の変形例における磁気抵抗効果素子の構成を示す部分断面図である。図６１では第１の磁性層８、第３の非磁性層１３及び第２の磁性層１２はパターン化されていない例を示したが、図６２に示す磁気抵抗効果素子３６ｂにおいては、磁性層８、第３の非磁性層１３及び第２の磁性層１２のパターンの端部が縦バイアス層２ｂのパターンの下に配置されている。

また、図６３に示す磁気抵抗効果素子３６ｃにおいては、磁性層８、第３の非磁性層１３及び第２の磁性層１２のパターンにおける端部が、縦バイアス層２ｂのパターンの端部に接している。なお、磁気抵抗効果素子３６ｂ及び３６ｃにおいても、磁気抵抗効果素子３６ａと同様に、磁気抵抗効果ヘッドに使用することができる。

次に、本発明の第９の実施例について説明する。図６４乃至６７は本実施例における磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を工程順に示す部分断面図である。

先ず、前記第８の実施例における図５５乃至５８に示す工程により、図５８に示すような構造体を形成する。

次に、図６４に示すように、フォトレジスト２０を取り除き、第２の非磁性層９及び絶縁層１１における第２の非磁性層９の周辺の領域を覆うようにフォトレジスト２１を形成する。

次に、図６５に示すように、フォトレジスト２１をマスクとして絶縁層１１に凹部１１ａを形成し、凹部１１ａに埋め込むように縦バイアス層下地層２ａ及び縦バイアス層２ｂを形成する。

次に、図６６に示すように、フォトレジスト２１を取り除き、第１の磁性層８、第３の非磁性層１３及び第２の磁性層１２をこの順に形成し、磁化抵抗効果素子３７ａを形成する。

次に、図６７に示すように、第２の磁性層１２上に上部導電層１５を成膜し、フォトレジスト（図示せず）を形成し、このフォトレジストをマスクとして、ドライエッチング等の手段により上部導電層１５をパターン化した後に、フォトレジストを取り除き、その上に上シールド層１７を形成し、磁気抵抗効果ヘッド６７ａを形成する。

次に、本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッド６７ａの構成について説明する。磁気抵抗効果ヘッド６７ａにおいては、下シールド層１６が設けられ、下シールド層１６上に下部導電層１が設けられ、下部導電層１上にパターン化された固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５、非磁性層４、フリー層３ｂ及び第２の非磁性層９がこの順に積層されたパターンが形成され、このパターンは絶縁層１１により埋め込まれている。図６７に示すように、絶縁層１１は上面に凹部１１ａを有し、凹部１１ａに埋め込まれるように、縦バイアス層下地層２ａ及び縦バイアス層２ｂが形成されている。そして、第２の非磁性層９、絶縁層１１及び縦バイアス層２ｂの上に、磁性層８、第３の非磁性層１３及び第２の磁性層１２が設けられている。更に、第２の磁性層１２上にはパターン化された上部導電層１５が設けられ、第２の磁性層１２及び上部導電層１５のパターン上には上シールド層１７が設けられている。

次に、本発明の第１０の実施例について説明する。図６８乃至７３は本実施例における磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を工程順に示す部分断面図である。

先ず、図６８に示すように、基体(図示せず)上に下シールド層１６及び下部導電層１を順次形成する。

次に、図６９に示すように、下部導電層１上に固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５、第１の非磁性層４、フリー層３ｂ、第２の非磁性層９、第１の磁性層８、第３の非磁性層１３、第２の磁性層１２、縦バイアス層下地層２ａ及び縦バイアス層２ｂをこの順に形成し積層する。

次に、図７０に示すように、縦バイアス層２ｂ上にパターン化されたフォトレジスト２０を形成する。

次に、図７１に示すように、フォトレジスト２０をマスクとしてドライエッチング等の手段により固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５、非磁性層４、フリー層３ｂ、第２の非磁性層９、磁性層８、第３の非磁性層１３、第２の磁性層１２及び縦バイアス層下地層２ａ及び縦バイアス層２ｂをエッチングしてパターン化し、固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５、非磁性層４、フリー層３ｂ、第２の非磁性層９、磁性層８、第３の非磁性層１３、第２の磁性層１２、縦バイアス層下地層２ａ及び縦バイアス層２ｂからなるパターン２９ｄを形成する。

次に、図７２に示すように、パターン２９ｄを埋め込むように絶縁層１１を形成し、磁気抵抗効果素子３８ａを形成する。

次に、図７３に示すように、フォトレジスト２０を取り除き、縦バイアス層１２及び絶縁層１１上に上部導電層１５を成膜し、フォトレジスト（図示せず）を形成し、このフォトレジストをマスクとしてドライエッチング等の手段により上部導電層１５をパターン化した後に、フォトレジストを取り除き、その上に上シールド層１７を形成し、磁気抵抗効果ヘッドを形成する。

次に、本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの構成について説明する。図７３に示すように、磁気抵抗効果ヘッドにおいては、下シールド層（図示せず）が設けられ、下シールド層上に下部導電層１が設けられている。下部導電層１上には、パターン化された固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５、非磁性層４、フリー層３ｂ、第２の非磁性層９、第１の磁性層８、第３の非磁性層１３、第２の磁性層１２、縦バイアス層下地層２ａ及び縦バイアス層２ｂからなるパターン２９ｄが設けられ、パターン２９ｄは絶縁層１１に埋め込まれ、パターン２９ｄの縦バイアス層２ｂは絶縁層１の上面において露出している。また、パターン２９ｄ及び絶縁層１の上部にはパターン化された上部導電層１５が設けられ、上部導電層１５及び絶縁層１１上には上シールド層１７が設けられている。

次に、本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの動作について説明する。磁気抵抗効果ヘッドに印加された磁界は、縦バイアス層２ｂを介して第２の磁性層１２に印加される。次に、第２の磁性層１２から第３の非磁性層１３を介して強磁性的カップリング、反強磁性的カップリング又は静磁的カップリング等の磁気的カップリングにより縦バイアス磁界は第１の磁性層８に印加される。更に、縦バイアス磁界は第１の磁性層８から第２の非磁性層９を介して強磁性的カップリング、反強磁性的カップリング又は静磁的カップリング等の磁気的カップリングによりフリー層３ｂに印加される。

このとき、第３の非磁性層１３の構成材料及び膜厚により、第２の磁性層１２と磁性層８との間の磁気的カップリングが制御される。また、第２の非磁性層９の構成材料及び膜厚により、磁性層８とフリー層３ｂとの間の磁気的カップリングが制御される。このように、三段階のプロセスを通して縦バイアス磁界が縦バイアス層２ｂからフリー層３ｂに印加されるため、縦バイアス磁界の印加が確実になると共に、印加される縦バイアス磁界のコントロールが容易になる。

なお、固定化層下地層６ａ、第２の非磁性層９、第３の非磁性層１３及び縦バイアス層下地層２ａは省略することができる。また、縦バイアス層２ｂ上に縦バイアス層２ｂの保護層を設けてもよく、第２の磁性層１２上に上部層を設けてもよい。

図７４は本実施例の変形例に係る磁気抵抗効果素子３８ｂの構成を示す部分断面図である。磁気抵抗効果素子３８ｂは、基体(図示せず)上に下部導電層１が設けられ、下部導電層１上にパターンかされた固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５、非磁性層４、フリー層３ｂ、第２の非磁性層９、磁性層８、縦バイアス層下地層２ａ及び縦バイアス層２ｂが設けられ、これらは絶縁層１１に埋め込まれ、縦バイアス層２ｂは絶縁層１１の上面において露出している。

磁気抵抗効果素子３８ｂに印加された縦バイアス磁界は、先ず、縦バイアス層２ｂを介して第１の磁性層８に印加される。次に、第１の磁性層８から第２の非磁性層９を介して強磁性的カップリング、反強磁性的カップリング又は静磁性的カップリング等の磁気的カップリングによりフリー層３ｂに印加される。このとき、第２の非磁性層９の構成材料及び膜厚により、磁性層８とフリー層３ｂとの間の磁気的カップリングが制御される。

このように、二段階のプロセスを通して縦バイアス磁界が縦バイアス層２ｂからフリー層３ｂに印加されるため、縦バイアス磁界の印加が確実になると共に、印加量の制御が容易になる。

なお、本実施例においては、固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５、非磁性層４、フリー層３ｂ、第２の非磁性層９はいずれも同じようにパターン化される例を示したが、パターン化は少なくともフリー層３ｂについて行われていればよく、固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５及び非磁性層４からなる積層膜の部分はパターン化されていなくてもよい。また、固定化層下地層６ａのパターンは固定化層６ｂのパターンより大きくてもよく、固定化層６ｂのパターンは固定層５のパターンより大きくてもよく、固定層５のパターンは非磁性層４のパターンより大きくてもよく、第１の非磁性層４のパターンはフリー層３ｂのパターンより大きくてもよい。

次に、本発明の第１１の実施例について説明する。図７５乃至８４は本実施例における磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を工程順に示す部分断面図である。

先ず、図７５に示すように、基体(図示せず)上に下シールド層１６及び下部導電層１を順次形成する。

次に、図７６に示すように、下部導電層１上に固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５、第１の非磁性層４、フリー層３ｂ及び第２の非磁性層９をこの順に形成し積層する。

次に、図７７に示すように、第２の非磁性層９上にパターン化されたフォトレジスト２０を形成し、ドライエッチング等の手段により固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５、第１の非磁性層４、フリー層３ｂ及び第２の非磁性層９をパターン化し、これらの層により構成されるパターン２９ｅを形成する。

次に、図７８に示すように、パターン２９ｅの周囲に、パターン２９ｅを埋め込むように絶縁層１１を形成する。このとき、絶縁層１１の高さはパターン２９ｅの近傍においてはパターン２９ｅの高さと等しくし、パターン２９ｅから一定の距離を隔てた位置ではパターン２９ｅの高さよりもやや低くし、それらの間を滑らかな傾斜でつなぐようにする。

次に、図７９に示すように、絶縁層１１上に縦バイアス層下地層２ａ及び縦バイアス層２ｂを形成する。このとき、縦バイアス層２ｂの厚さを絶縁層１１の傾斜に沿って変化させ、パターン２９ｅから一定の距離を隔てた位置においては縦バイアス層２ｂの厚さを厚くし、パターン２９ｅに近づくほど薄くなるようにする。

次に、図８０に示すように、フォトレジスト２０を取り除き、第２の非磁性層９及び縦バイアス層２ｂ上に第１の磁性層８ｂ及び第４の非磁性層１８を形成する。

次に、図８１に示すように、第２のフリー層１９、第５の非磁性層２０、第２の固定層２６、第２の固定化層２７及び上部層７をこの順に形成する。

次に、図８２に示すように、上部層７上におけるパターン２９ｅに整合する領域を覆うようにフォトレジスト２１を形成し、フォトレジスト２１をマスクとして第４の非磁性層１８、第２のフリー層１９、第５の非磁性層２０、第２の固定層２６、第２の固定化層２７及び上部層７をパターン化し、第４の非磁性層１８、第２のフリー層１９、第５の非磁性層２０、第２の固定層２６、第２の固定化層２７及び上部層７から構成されるパターン２９ｆを形成する。

次に、図８３に示すように、パターン２９ｆの周囲に、パターン２９ｆを埋め込むように絶縁層１１ｂを形成し、下シールド層１６上に形成された磁化抵抗効果素子３９ａを形成する。

次に、図８４に示すように、フォトレジスト２１を取り除き、上部層７及び絶縁層１１ｂ上に上部導電層１５を成膜し、フォトレジスト（図示せず）を形成し、このフォトレジストをマスクとしてドライエッチング等の手段により上部導電層１５をパターン化した後に、フォトレジストを取り除き、その上に上シールド層１７を形成し、磁気抵抗効果ヘッド６９ａを形成する。

次に、本実施例に係る磁気抵抗効果素子３９ａの構成について説明する。図８４に示すように、磁気抵抗効果素子３９ａの特徴は、縦バイアス層２ａから縦バイアス磁界を印加されている第１の磁性層８ｂを中心に上下対称に非磁性層、フリー層、非磁性層、固定層、固定化層が形成されている点である。

磁気抵抗効果素子３９ａにおいては、下シールド層１６が設けられ、下シールド層１６上に下部導電層１が設けられている。下部導電層１上には、パターン化された固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５、第１の非磁性層４、フリー層３ｂ及び第２の非磁性層９からなるパターン２９ｅが設けられ、パターン２９ｅは絶縁層１１に埋め込まれている。

絶縁層１１の上面は、パターン２９ｅの近傍ではパターン２９ｅの上面とほぼ等しく、パターン２９ｅから一定距離隔てた位置においてはパターン２９ｅの上面よりもやや低くなっており、そこに、縦バイアス下地層２ａ及び縦バイアス層２ｂのパターンが膜厚方向の少なくとも一部が絶縁層１１に埋め込まれるように設けられている。パターン２９ｅ及び縦バイアス層２ｂ上には第１の磁性層８ｂが設けられている。

第１の磁性層８ｂ上には、パターン化された第４の非磁性層１８、第２のフリー層１９、第５の非磁性層２０、第２の固定層２６、第２の固定化層２７及び上部層７から構成されるパターン２９ｆが設けられており、パターン２９ｆは絶縁層１１ｂに埋め込まれている。更に、パターン２９ｆ及び絶縁層１１ｂ上には上部導電層１５及び上シールド層１７が設けられている。

次に、本実施例に係る磁気抵抗効果素子３９ａの動作について説明する。第２のフリー層１９はフリー層３ｂと同様に、磁気抵抗効果素子３９ａを含むセンサが外部磁界を受けた場合に、その磁界の方向及び大きさに応じて磁化の方向を変える磁性層である。第５の非磁性層２５は第２のフリー層１９と第２の固定層２６の間に配置され、第２のフリー層の磁化方向と第２の固定層２６の磁化方向とのなす角度に応じて電気抵抗値が変化する層である。第２の固定層２６は第２の固定化層２７により磁化方向が固定されているので、外部磁界の方向及び大きさに応じてフリー層の磁化方向が変わると、固定されている固定層の磁化方向とフリー層の磁化方向との間に変化が生じて、第５の非磁性層２５の抵抗が変化する。

磁気抵抗効果素子３９ａにおいては、下部導電層１から上部導電層１５へとセンス電流を流したときの電気抵抗値変化量は、磁性層８ｂより下のパターン２９eで生じる電気抵抗値変化量と、磁性層８ｂより上のパターン２９ｆで生じる電気抵抗値変化量との和になる。

通常、磁気抵抗効果素子においては、フリー層は膜面に垂直に流れる電流に起因する円周状の電流磁界の影響を不可避的に受けるが、本実施例に係る磁気抵抗効果素子３９ａにおいては、フリー層３ｂが受ける電流磁界の影響と第２のフリー層１９が受ける電流磁界の影響が逆になるので、全体としては打ち消しあい電流磁界の影響を著しく低減させることができる。

また、磁気抵抗効果素子３９ａにおいて、印加された縦バイアス磁界は先ず、縦バイアス層２ｂを介して第１の磁性層８ｂに印加される。次に、第１の磁性層８ｂから第２の非磁性層９を介してフリー層３ｂに、また、第４の非磁性層１８を通して第２のフリー層１９に夫々印加される。第２の非磁性層９はその構成材料及び膜厚により第２の磁性層８ｂとフリー層３ｂとの間の磁気的カップリングを制御し、第４の非磁性層１８はその構成材料及び膜厚により磁性層８ｂと第２のフリー層１９との間の磁気的カップリングを制御する。このように、二段階のプロセスにより縦バイアス磁界が縦バイアス層２ｂからフリー層３ｂ及び第２のフリー層１９に印加されるため、縦バイアス磁界の印加がより確実になると共に、印加量の制御が容易になる。

なお、本実施例においては、縦バイアス層下地層２ａ、固定化層下地層６ａ、第２の非磁性層９、第４の非磁性層１８及び上部層７は省略することもできる。また、縦バイアス層２ｂ上に縦バイアス層の保護層を設ける場合もある。また、本実施例においては、固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５、第１の非磁性層４、フリー層３ｂ、第２の非磁性層９はいずれも同じようにパターン化される例を示したが、パターン化は少なくともフリー層３ｂについて行われていればよく、固定化層下地層６ａ、固定化層６ｂ、固定層５、第１の非磁性層４はパターン化されていなくてもよい。

更に、固定化層下地層６ａのパターンは固定化層６ｂのパターンより大きくてもよく、固定化層６ｂのパターンは固定層５のパターンより大きくてもよく、固定層５のパターンは非磁性層４のパターンより大きくてもよく、第１の非磁性層４のパターンはフリー層３ｂのパターンより大きくてもよい。

更にまた、本実施例では絶縁層１１の上面におけるパターン２９ｅ及び２９ｆから一定距離隔てた位置における高さが、フリー層３ｂのパターンの上面よりも低い例を示したが、この絶縁層１１の上面は、フリー層３ｂのパターンの上面と同じであってもよく、また、フリー層３ｂのパターンの上面より高くてもよい。更に、縦バイアス層２ｂのパターンが、フリー層３ｂのパターン及び第２のフリー層１９のパターンから離れていてもよい。また、第４の非磁性層１８は第２のフリー層１９と共にパターン化されていてもよく、第４の非磁性層１８は第二フリー層１９のパターンよりも広がっていてもよい。また、第２の非磁性層９のパターンはフリー層３ｂのパターンより広がっていてもよい。

図８５乃至８７は、本実施例の変形例に係る磁気抵抗効果素子の構成を示す部分断面図である。図８５は第４の非磁性層１８がパターン化されていない例を示している。

また、図８６は絶縁層１１の上面の高さがフリー層３ｂのパターンの上面の高さよりも高い例を示している。

更に、図８７は縦バイアス層２ｂのパターンがフリー層３ｂのパターン及び第２のフリー層１９のパターンから離れている例を示している。図８５乃至８７に示す磁気抵抗効果素子も、磁気抵抗効果ヘッドに使用することができる。

次に、本発明の第１２の実施例について説明する。図８８乃至９１は本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。

先ず、前記第１の実施例における図１乃至３に示す工程により、図３に示すような積層体を形成する。

次に、図８８に示すように、下部導電層１及び縦バイアス層２ｂ上に第２の磁性層下地層１２ａ1、第２の磁性層１２ｂ、第３の非磁性層１３、第２の磁性層８、第２の非磁性層９、フリー層３ｂ、第１の非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７を順に積層させる。

次に、図８９に示すように、上部層７上における下部導電層１の凹部１ａが形成されていない領域の中央部に整合する位置にフォトレジスト２１を形成する。

次に、図９０に示すように、第２の非磁性層９、フリー層３ｂ、第１の非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７をドライエッチング等の手段によりエッチングし、エッチングにより除去された部分を絶縁層１１により埋め込み、磁気抵抗効果素子３９ｂを形成する。

次に、図９１に示すように、フォトレジスト２１を取り除き、上部導電層１５を成膜し、フォトレジスト（図示せず）を形成し、このフォトレジストをマスクとしてドライエッチング等の手段により上部導電層１５をパターン化した後に、このフォトレジストを取り除き、その上に上シールド層１７を形成し、磁気抵抗効果ヘッド６９ｂを形成する。

次に、本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッド６９ｂの構成について説明する。図９１に示すように、磁気抵抗効果ヘッド６９ｂにおいては、下シールド層１６が設けられ、下シールド層１６上には下部導電層１が設けられている。下部導電層１の上面には凹部１ａが設けられ、凹部１ａに埋め込まれるように縦バイアス層下地層２ａ及び縦バイアス層２ｂが設けられている。下部導電層及び縦バイアス層２ｂ上には第２の磁性層下地層１２ａ、第２の磁性層１２ｂ、第３の非磁性層１３及び第１の磁性層８が設けられている。第１の磁性層８上における２つの縦バイアス層のパターンに囲まれた部分の直上には、第２の非磁性層９、フリー層３ｂ、非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７のパターンが形成される。

本実施例においては、第２の非磁性層９はフリー層３ｂ、非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７と共にパターン化されている例を示したが、第２の非磁性層９は磁性層８のパターンのように広がっていてもよく、フリー層３ｂ、非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７より広がっており、且つ磁性層８のパターンより小さくてもよい。

また、縦バイアス層下地層２ａ、第２の非磁性層下地層１２ａ及び上部層７は省略することもできる。縦バイアス層２ｂの上部には縦バイアス層の保護層を設けることもできる。更に、第２の磁性層下地層１２ａ、第２の磁性層１２ｂ、第３の非磁性層１３及び第１の磁性層８は、必ずしも図９１に示すように広がっている必要はない。

図９２及び図９３は本実施例の変形例における磁気抵抗効果素子の構成を示す部分断面図である。図９２は第２の磁性層下地層１２ａ、第２の磁性層１２ｂ、第３の非磁性層１３及び第１の磁性層８の端部が、縦バイアス層２ｂにおけるパターンの端部に接している例を示す。

また、図９３は第２の磁性層下地層１２ａ、第２の磁性層１２ｂ、第３の非磁性層１３及び第１の磁性層８の端部が、縦バイアス層２ｂのパターンに乗り上げている例を示す。

また、第２の磁性層１２ｂのパターンは第３の非磁性層１３のパターンより大きくてもよく、第３の非磁性層１３のパターンは磁性層８ｂのパターンより大きくてもよい。

次に、本発明の第１３の実施例について説明する。図９４乃至９９は本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。

先ず、図９４に示すように、基体(図示せず)上に下シールド層１６及び下部導電層１を順次形成する。

次に、図９５に示すように、下部導電層１上に縦バイアス層下地層２ａ及び縦バイアス層２ｂを成膜する。

次に、図９６に示すように、第２の磁性層下地層１２ａ、第２の磁性層１２ｂ、第３の非磁性層１３、磁性層８、第２の非磁性層９、フリー層下地層３ａ、フリー層３ｂ、非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７を順に積層させる。

次に、図９７に示すように、上部層７上にパターン化されたフォトレジスト２１を形成する。

次に、図９８に示すように、フォトレジスト２１をマスクとして、第２の非磁性層９、フリー層３ｂ、第１の非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７をドライエッチング等の手段によりエッチングした後に、エッチングにより除去された部分を絶縁層１１で埋め込み、磁気抵抗効果素子３９ｃを形成する。

次に、図９９に示すように、フォトレジスト２０を取り除き、絶縁層１１及び上部層７上に上部導電層１５を成膜し、フォトレジスト(図示せず)を形成してこのフォトレジストをマスクとして上部導電層１５をドライエッチング等の手段によりパターン化した後、このフォトレジストを取り除き、上部導電層１５上に上シールド層１７を形成し、磁化抵抗効果ヘッド６９ｃを形成する。

次に、本実施例に係る磁化抵抗効果ヘッド６９ｃの構成について説明する。図９９に示すように、磁化抵抗効果ヘッド６９ｃにおいては、下シールド層１６上に下部導電層１が設けられ、その上に縦バイアス層下地層２ａ及び縦バイアス層２ｂが設けられ、その上に、第２の磁性層下地層１２ａ、第２の磁性層１２ｂ、第３の非磁性層１３及び磁性層８ｂが設けられている。磁性層８ｂ上には、パターン化された第２の非磁性層９、フリー層３ｂ、非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７が設けられ、これらのパターンは絶縁層１１に埋め込まれている。また、上部層７及び絶縁層１１上には上部導電層１５が設けられ、その上には上シールド層１７が設けられている。

本実施例においては、第２の非磁性層９、フリー層３ｂ、非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７がパターン化されている例を示したが、第２の非磁性層９は第１の磁性層８ｂのパターンのように広がっていてもよいし、フリー層３ｂ、非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７のパターンより広がっており、かつ磁性層８ｂのパターンより小さくてもよい。

また、縦バイアス膜下地層２ａ、第２の非磁性層下地層１２ａ及び上部層７は省略することもできる。更に、縦バイアス層２ｂの上部には縦バイアス層の保護層を設けることもできる。更に、第２の磁性層下地層１２ａ、第２の磁性層１２ｂ、第３の非磁性層１３及び第１の磁性層８は必ずしも広がっている必要はない。

図１００及び図１０１は本実施例の変形例における磁気抵抗効果素子の構成を示す部分断面図である。図１００は、第２の磁性層下地層１２ａ、第２の磁性層１２ｂ、第３の非磁性層１３及び第１の磁性層８がパターン化されている例を示す。

また、図１０１は第２の磁性層下地層１２ａ、第２の磁性層１２ｂ、第３の非磁性層１３及び第１の磁性層８がパターン化され、その大きさが第２の非磁性層９、フリー層３ｂ、第１の非磁性層４、固定層５、固定化層６ｂ及び上部層７のパターンとほぼ同じ大きさになっている例を示す。図１００及び図１０１に示した磁気抵抗効果素子も磁気抵抗効果ヘッドに使用することができる。

更に、第２の磁性層１２ｂのパターンが第３の非磁性層１３のパターンより大きくてもよく、第３の非磁性層１３のパターンが第１の磁性層８ｂのパターンより大きくてもよい。

次に、本発明の磁気抵抗効果素子の記録再生ヘッド及び記録再生システムへの適用例を示す。本発明の第１４の実施例について説明する。図１０２は本実施例に係る磁気記録再生ヘッドの概略図である。この磁気記録再生ヘッド(記録再生素子部１３０)においては、前記磁気抵抗効果ヘッドをその一部に含み、記録媒体から信号を読み取る再生ヘッド４５が基体４２上に設けられている。また、再生ヘッド４５上には磁極４３、複数のコイル４１及び上磁極４４からなり記録媒体上に信号を書き込む記録ヘッド４６が設けられている。この場合、上部シールド層は磁極４３と共通にしてもよく、また、別に設けてもよい。図１０２に示すように、再生ヘッド４５の感磁部分と記録ヘッドの磁気ギャップを同一スライダ上に重ねた位置に形成することにより、同一トラックに同時に位置決めすることができる。このとき、記録ヘッド４６により記録媒体（図示せず）に磁界を印加してデータを書き込み、また、再生ヘッド４５によりこの記録媒体に記録されたデータを読み取る。この記録再生ヘッドをスライダに加工し、磁気記録再生装置に搭載する。

図１０３は図１０２に示した磁気記録再生ヘッドを備えた本実施例に係る磁気抵抗変換システムの構成を示す概略図である。この磁気抵抗変換システムは、スライダを構成する基板１２９内に記録再生素子部１３０(磁気記録再生ヘッド)が形成され、保護膜１３２によって保護されている。基板１２９は、例えばＡｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ複合セラミックス等から構成され、保護膜１３２は、例えばダイアモンドライクカーボンから構成されている。

記録再生素子部１３０には、記録素子部(記録ヘッド)に接続された電極端子１３１ａ及び再生素子部(再生ヘッド)に接続された電極端子１３１ｂが夫々形成されている。電極端子１３１ａは記録素子部に駆動電流を印加し記録動作を生じさせる電流駆動回路１３３に接続されている。また、電極端子１３１ｂは、再生素子部にセンス電流を流す電流発生回路１３４及び再生素子部の抵抗率変化により発生する電圧変化を印加される磁界の関数として検出し記録媒体上の記録データ情報を読み取るためのデータ読み取り回路１３５に接続されている。このように磁気抵抗変換システムは、記録再生素子部１３０、電流発生回路１３４及びデータ読み取り回路１３５を具備している。

図１０４は、図１０３に示した磁気抵抗変換システムを使用する磁気記録システムの一例を示す概略図である。この磁気記録システムは、磁気記録再生ヘッド１０３、センス電流検出手段１０７及びコントローラ１０８により構成される磁気抵抗変換システムと、データ記録のための複数個のトラックを有する磁気記録媒体１０２と、磁気記録再生ヘッド１０３を磁気記録媒体１０２上の所定の位置に移動させるＶＣＭ(ヴォイスコイルモータ)からなる第１のアクチュエータ１０６と、磁気記録媒体１０２を回転させるモータからなる第２のアクチュエータ１０１とを備えている。また、磁気記録再生ヘッド１０３はサスペンション１０４及びアーム１０５により支持されている。

図１０５は磁気記録システムの具体例を示した斜視図である。この例においては、ヘッドスライダを兼ねる基板５２上に、再生ヘッド５１及び記録ヘッド５０を形成し、これを記録媒体５３上に位置決めして再生を行う。記録媒体５３は回転し、ヘッドスライダは記録媒体５３上を０．２μｍ以下の高さ又は接触状態で対抗して相対運動する。この機構により、再生ヘッド５１は記録媒体５３に記録された磁気的信号をその漏れ磁界５４から読み取ることのできる位置に設定される。

本発明の磁気記憶システムとしては、ハードディスク装置、フレキシブルディスク装置及び磁気テープ装置を使用することができる。ハードディスク装置にはディスクの交換が不可能な固定ディスク装置及びディスク交換が可能な装置が含まれる。

次に、本発明を適用して試作された磁気記憶装置について説明する。磁気記憶装置は、ベース上に３枚の磁気ディスク(磁気記録媒体)を備え、ベース裏面にヘッド駆動回路、信号処理回路及び入出力インターフェイスを収納している。外部とは３２ビットのバスラインで接続される。磁気ディスクの両面には６個のヘッドが配置され、ヘッドを駆動するためのロータリーアクチュエータ(アクチュエータ手段)、その駆動及び制御回路並びにディスク回転用スピンドル直結モータが搭載されている。ディスクの直径は６３ｍｍであり、データ面は直径１０ｍｍから５７ｍｍまでを使用する。埋め込みサーボ方式を使用し、サーボ面を有しないため高密度化が可能である。本装置は、小型コンピュータの外部記憶装置として直接接続が可能になっている。入出力インターフェイスには、キャッシュメモリを搭載し、転送速度が毎秒５乃至２０メガバイトの範囲であるバスラインに対応する。また、外部コントローラを設け、本装置を複数台接続することにより、大容量の磁気ディスク装置を構成することも可能である。

先ず、比較のために、従来の技術の項で記載した図１０６及び図１０７の構造のヘッドを作成した。膜形成後には、成膜時の磁界とは直交する方向に７．９×１０⁵Ａ／ｍの磁界を印加しつつ２５０℃の温度で５時間の熱処理を行った。

ヘッドを構成する各要素としては以下の材料を使用した。以下に示されている各材料の組成は、スパッタリングで使用したターゲットの組成（原子％）であり、括弧内は層の厚さである。
基体…厚さ１．２ｍｍのアルチック上にアルミナを３μｍ積層したもの
下シールド層…Ｃｏ８９Ｚｒ４Ｔａ４Ｃｒ３（１μｍ）
下部導電層…Ｔａ（２０μｍ）
上電極層…なし
上シールド層…Ｃｏ６５Ｎｉ１２Ｆｅ２３（１μｍ）
絶縁層…アルミナ（２０ｎｍ）
縦バイアス下地層…Ｃｒ（１０ｎｍ）
縦バイアス…Ｃｏ７４．５Ｃｒ１０．５Ｐｔ１５（３３ｎｍ）
下ギャップ層…なし
上ギャップ層…なし
上部層…Ｔａ（５ｎｍ）
フリー層下地層…Ｔａ（３ｎｍ）
固定化層…Ｐｔ４６Ｍｎ５４（２０ｎｍ）
固定層…（Ｃｏ９０Ｆｅ１０（３ｎｍ）／Ｒｕ（０．７ｎｍ）／Ｃｏ５０Ｆｅ５０（３ｎｍ））３層膜
非磁性層…Ａｌ酸化物(０．７ｎｍ)
フリー層…Ｎｉ８２Ｆｅ１８（５ｎｍ）
上部層…Ｔａ（３ｎｍ）

このヘッドを図１０２に示す再生ヘッド４５のような記録再生一体型ヘッドに加工及スライス加工し、ＣｏＣｒＴａ系媒体上にデータを記録再生した。この際、書き込みトラック幅は０．７μｍ、読み込みトラック幅は０．４μｍとした。

ＴＭＲ素子部の加工は、ｉ線を使用したフォトレジスト工程及びミリング工程により行った。書き込みヘッド部のコイル部作成時のフォトレジスト硬化工程は２５０℃の温度に２時間保持することにより行った。

この工程により本来は素子高さ方向を向いていなければならない固定層及び固定化層の磁化方向が回転し、磁気抵抗効果素子として正しく動作しなくなったため、再生ヘッド部及び記録ヘッド部作成終了後に、温度２００℃、４．０×１０⁴Ａ／ｍの磁界中で１時間の着磁熱処理を行った。この着磁熱処理によるフリー層の磁化容易軸の着磁方向への回転は、磁化曲線からほとんど観測されなかった。

媒体の保磁力は２．４×１０⁵Ａ／ｍ、ＭｒＴ(残留磁化と膜厚の積)は０．３５ｅｍｕ／ｃｍ²とした。試作したヘッド各１０個ずつ使用して、再生出力、（Ｓ／Ｎ）比及び実効トラック幅を測定した。図１０６の構造についての測定結果を表１に，図１０７の構造についての測定結果を表２に夫々示す。

図１０６の構造の場合は、再生出力は２．８乃至３．１ｍＶと高いが、（Ｓ／Ｎ）比が１８乃至２１ｄＢと低かった。これは再生信号にバルクハウゼンノイズが含まれているためであり、ヘッドのＲ−Ｈループを測定したところ、フリー層磁化反転のヒステリシスが大きくフリー層の磁壁移動に伴うバルクハウゼンノイズが発生している事が明らかになった。図１０６の構造では、縦バイアス層とフリー層とが絶縁層により隔離されているために、縦バイアス磁界がフリー層に十分印加されず、縦バイアス磁界がバルクハウゼンノイズの低減に寄与しなかったためと考察される。

一方、図１０７の構造の場合は、再生出力が０乃至１．２ｍＶと低く、それに伴い（Ｓ／Ｎ）比も０乃至１７ｄＢと低かった。これは、センス電流が縦バイアス層２ｂに漏洩し非磁性層４に十分流れないためである。この構造では、原理的には縦バイアス層２ｂへのセンス電流の漏洩を防止することができるはずではあるが、縦バイアス層２ｂが固定層５、非磁性層４、フリー層３からなる積層体における非磁性層４（バリア層）の端部直近に位置しているため、センス電流が縦バイアス層２ｂに漏洩し非磁性層４に十分流れないことを防止するように、精密に作製することが難しいためであると考えられる。

次に、本発明の実施例として、図７、図１８、図２８、図３４、図４６及び図６１に示す構造の磁気抵抗効果ヘッドを作製した。このとき、磁気抵抗効果ヘッドを構成する各要素として以下の材料を使用した。
基体…厚さ１．２ｍｍのアルチック上にアルミナを３μｍ積層したもの
下シールド層…Ｃｏ８９Ｚｒ４Ｔａ４Ｃｒ３（１μｍ）
下部導電層…Ｔａ（２０ｎｍ）
上電極層…なし
上シールド層…Ｃｏ６５Ｎｉ１２Ｆｅ２３（１μｍ）
絶縁層…アルミナ（２０ｎｍ）
縦バイアス下地層…Ｃｒ（１０ｎｍ）
縦バイアス…Ｃｏ７４．５Ｃｒ１０．５Ｐｔ１５（３３ｎｍ）
下ギャップ層…なし
上ギャップ層…なし
上部層…Ｔａ（５ｎｍ）
フリー層下地層…Ｔａ（３ｎｍ）
磁性層下地層…Ｔａ（３ｎｍ）
固定化層…Ｐｔ４６Ｍｎ５４（２０ｎｍ）
第２の固定化層…Ｐｔ４６Ｍｎ５４（２０ｎｍ）
固定層…（Ｃｏ９０Ｆｅ１０（３ｎｍ）／Ｒｕ（０．７ｎｍ）／Ｃｏ５０Ｆｅ５０（３ｎｍ））３層膜
第２の固定層…（Ｃｏ９０Ｆｅ１０（３ｎｍ）／Ｒｕ（０．７ｎｍ）／Ｃｏ５０Ｆｅ５０（３ｎｍ））３層膜
第１の非磁性層…Ａｌ酸化物(０．７ｎｍ)
第２の非磁性層…Ｒｕ（０．７５ｎｍ）
第３の非磁性層…Ｒｕ（０．７５ｎｍ）
第４の非磁性層…Ｒｕ（０．７５ｎｍ）
第５の非磁性層…Ａｌ酸化物(０．７ｎｍ)
フリー層…Ｎｉ８２Ｆｅ１８（５ｎｍ）
磁性層…Ｎｉ８２Ｆｅ１８（５ｎｍ）
上部層…Ｔａ（３ｎｍ）

このヘッドを図１０２に示した再生ヘッド４５のような記録再生一体型ヘッドに加工及びスライダ加工し、ＣｏＣｒＴａ系媒体上にデータを記録再生した。この際、書き込みトラック幅は０．７μｍ、読み込みトラック幅は０．４μｍとした。

ＴＭＲ素子部の加工はｉ線を使用するフォトレジスト工程及びミリング工程により行った。書き込みヘッド部のコイル部作製時のフォトレジスト硬化工程は２５０℃の温度に２時間保持することにより行った。

この工程により本来は素子高さ方向を向いていなければならない固定層及び固定化層の磁化方向が回転し、磁気抵抗効果素子として正しく動作しなくなったため、再生ヘッド部及び記録ヘッド部の作製終了後に温度２００℃、４.０×１０⁴Ａ／ｍの磁界中で１時間の着磁熱処理を行った。この着磁熱処理によるフリー層の磁化容易軸の着磁方向への回転は、磁化曲線からほとんど観測されなかった。

媒体の保磁力は２．４×１０⁵Ａ／ｍ、ＭｒＴ(残留磁化と膜厚の積)は０．３５ｅｍｕ／ｃｍ²とした。試作したヘッド各１０個ずつ使用して、再生出力、（Ｓ／Ｎ）比及び実効トラック幅を測定した。

図７、図１８、図２８、図３４、図４６及び図６１に示す構造のヘッドについての測定結果を、夫々表３乃至８に示す。

図７、図１８、図２８、図３４、図４６及び図６１に示す構造のいずれの場合も（Ｓ／Ｎ）比は２５ｄＢ以上であり、従来例と比較して大きく向上していることがわかる。これは、いずれの構造の場合もセンス電流がバリア層をバイパスすることを防ぐことができた結果、十分な出力を得ることができ、更に適当量の縦バイアス磁界をフリー層に印加することに成功した結果、ノイズを十分低く押さえることができ、良好な（Ｓ／Ｎ）比を得ることができたためである。図７、図１８、図２８、図３４、図４６及び図６１に示す磁気抵抗効果ヘッドの中では、図６１に示す磁気抵抗効果ヘッドが最も実効トラック幅が小さく良好であった。これは、図６１に示す磁気抵抗効果ヘッドにおいては、磁性層８、第３の非磁性層１３及び第２の磁性層１２の部分が積層反強磁性層構造になっているため、この部分が媒体からの漏れ磁界の影響を受けず、再生実効トラック幅がフリー層３ｂの幅のみにより決まっているためと考えられる。

本発明の第１の実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図１の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図２の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図３の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図４の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図５の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図６の次の工程を示す図である。 本実施例の変形例に係る磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。 本実施例の他の変形例に係る磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。 本発明の第２の実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図１０の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図１１の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図１２の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図１３の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図１４の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図１５の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図１６の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図１７の次の工程を示す図である。 本発明の第３の実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図１９の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図２０の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図２１の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図２２の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図２３の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図２４の次の工程を示す図である。 本発明の第４の実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図２６の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図２７の次の工程を示す図である。 本実施例の変形例に係る磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。 本実施例の他の変形例に係る磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。 本発明の第５の実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図３１の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図３２の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図３３の次の工程を示す図である。 本発明の第６の実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図３５の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図３６の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図３７の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図３８の次の工程を示す図である。 本発明の第７の実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図４０の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図４１の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図４２の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図４３の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図４４の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図４５の次の工程を示す図である。 本実施例の変形例に係る磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。 本実施例の他の変形例に係る磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。 本実施例の更に他の変形例に係る磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。 本実施例の更に他の変形例に係る磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。 本実施例の更に他の変形例に係る磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。 本実施例の更に他の変形例に係る磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。 本実施例の更に他の変形例に係る磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。 本実施例の更に他の変形例に係る磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。 本発明の第８の実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図５５の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図５６の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図５７の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図５８の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図５９の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図６０の次の工程を示す図である。 本実施例の変形例に係る磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。 本実施例の他の変形例に係る磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。 本発明の第９の実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図６４の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図６５の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図６６の次の工程を示す図である。 本発明の第１０の実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図６８の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図６９の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図７０の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図７１の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図７２の次の工程を示す図である。 本実施例の変形例に係る磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。 本発明の第１１の実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図７５の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図７６の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図７７の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図７８の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図７９の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図８０の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図８１の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図８２の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図８３の次の工程を示す図である。 本実施例の変形例に係る磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。 本実施例の他の変形例に係る磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。 本実施例の更に他の変形例に係る磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。 本発明の第１２の実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図８８の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図８９の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図９０の次の工程を示す図である。 本実施例の変形例に係る磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。 本実施例の他の変形例に係る磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。 本発明の第１３の実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図９４の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図９５の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図９６の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図９７の次の工程を示す図である。 本実施例に係る磁気抵抗効果ヘッドの製造方法を示す部分断面図であって、図９８の次の工程を示す図である。 本実施例の変形例に係る磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。 本実施例の他の変形例に係る磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。 本発明の第１４の実施例に係る磁気記録再生ヘッドの構成を示す斜視図である。 本実施例に係る磁気抵抗変換システムの構成を示す模式図である。 本実施例に係る磁気記録システムの構成を示すブロック図である。 本実施例に係る磁気記録システムの構成を示す斜視図である。 従来の磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。 従来の磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。 従来の磁気抵抗効果ヘッドの構成を示す部分断面図である。

符号の説明

１；下部導伝層
１ａ：凹部
２ａ；2縦バイアス層下地層
２ｂ；縦バイアス層
３ａ；フリー層下地層
３ｂ；フリー層
４；非磁性層
５；固定層
６ａ；固定化層下地層
６ｂ；固定化層
７；上部層
８ａ；磁性層下地層
８ｂ；第１の磁性層
９；第２の非磁性層
１１、１１ｂ；絶縁層
１１ａ；凹部
１２；第２の磁性層
１３；第３の非磁性層
１５；上部導電層
１６；下シールド層
１７；上シールド層
１８；第４の非磁性層
１９；第２のフリー層
２０；フォトレジスト
２０ａ；開口部
２１；フォトレジスト
２１ａ；開口部
２２；フォトレジスト
２５；第５の非磁性層
２６；第２の固定層
２７；第２の固定化層
２９ａ、２９ｂ，２９ｃ，２９ｄ，２９ｅ、２９ｆ；パターン
３０〜３９；磁気抵抗効果素子
４１；コイル
４２；基体
４３；磁極
４４；上磁極
４５；再生ヘッド
４６；記録ヘッド
５０；記録ヘッド
５１；再生ヘッド
５２；ヘッドスライダを兼ねる基板
５３；記録媒体
５４；媒体からの漏れ磁界
６１〜６９；磁気抵抗効果ヘッド
１０１；第２のアクチュエータ
１０２；磁気記録媒体
１０３；磁気記録再生ヘッド
１０４；サスペンション
１０５；アーム
１０７；センス電流検出手段
１０８；コントローラ
１０６；第1のアクチュエータ
１２９；基板
１３０；記録再生素子部(磁気記録再生ヘッド)
１３１ａ；記録素子部(記録ヘッド)に接続された電極端子
１３１ｂ；再生素子部(再生ヘッド)に接続された電極端子
１３２；保護膜
１３３；電流駆動回路
１３４；再生素子部にセンス電流を流す電流発生回路
１３５；データ読み取り回路

Claims (7)

1. 下部導電層と、この下部導電層上に設けられ磁化方向が固定された固定層と、この固定層上に設けられた非磁性層と、この非磁性層上に設けられ印加される磁界によって磁化方向が変化するフリー層と、このフリー層上に設けられた磁性層と、この磁性層上に設けられ前記磁性層に磁界を印加する縦バイアス層と、を有し、前記非磁性層の電気抵抗値変化を検出するセンス電流が前記非磁性層に実質的に垂直に流れることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
2. 前記磁性層と前記縦バイアス層との間に第２の磁性層を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
3. 請求項１又は２に記載の磁気抵抗効果素子と、この磁気抵抗効果素子の基材となる下シールド層と、前記磁気抵抗効果素子上に設けられ前記磁気抵抗効果素子にこの磁気抵抗効果素子の電気抵抗値変化を検出するセンス電流を入力するための上部導電層と、この上部導電層上に設けられた上シールド層と、を有することを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
4. 前記磁気抵抗効果素子における下部導電層が前記下シールド層と一体であることを特徴とする請求項３に記載の磁気抵抗効果ヘッド。
5. 前記上部導電層が前記上シールド層と一体であることを特徴とする請求項３又は４に記載の磁気抵抗効果ヘッド。
6. 請求項３乃至５のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果ヘッドと、前記磁気抵抗効果ヘッドにセンス電流を供給する電流発生回路と、前記磁気抵抗効果ヘッドの電気抵抗変化を検出して前記磁気抵抗効果ヘッドに印加された磁界を求めるデータ読取回路と、を有することを特徴とする磁気抵抗変換システム。
7. 請求項６に記載の磁気抵抗変換システムと、この磁気抵抗変換システムによりデータを記録及び再生する複数個のトラックを有する磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体における選択されたトラックが配置されている位置へ前記磁気抵抗変換システムを移動させる第１のアクチュエータと、前記トラックを回転駆動させる第２のアクチュエータと、を有することを特徴とする磁気記録システム。

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