JP2005197764A - 磁気抵抗効果センサ、磁気抵抗検出システム、および磁気記憶システム - Google Patents

Abstract

【課題】 従来構造と比較して再生出力、Ｓ／Ｎ、及びビットエラーレートの値が良好で磁気抵抗効果膜部をセンス電流がきちんと流れることと、フリー層に縦バイアスをきちんと印加することを両立することができる磁気抵抗効果素子、再生ヘッド、および記録再生システムを得る。
【解決手段】 フリー層３とフリー層３上に形成されたバリア層４とバリア層４上に形成された固定層５の組合わせを基本構成とする磁気抵抗効果膜２０を用いた、センス電流が当該磁気抵抗効果膜に対し略垂直に流れるタイプのシールド型磁気抵抗効果素子２５が使用され、且つ下シールド１にアモルファス材料もしくは微結晶材料が使用されている磁気抵抗効果センサ３０が示されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は磁気媒体に記録した情報信号を読み取るための磁気センサに関する。

従来技術では、磁気抵抗（ＭＲ）センサまた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、これは、大きな線形密度で磁性表面からデータを読み取れることがわかっている。

ＭＲセンサは、読み取り素子によって感知される磁束の強さと方向の関数としての抵抗変化を介して磁界信号を検出する。こうした従来技術のＭＲセンサは、読み取り素子の抵抗の１成分が磁化方向と素子中を流れる感知電流の方向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（ＡＭＲ）効果に基づいて動作する。

ＡＭＲ効果のより詳しい説明は、Ｄ．Ａ．トムプソン（Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）等の論文“Ｍｅｍｏｒｙ Ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． ｏｎ Ｍａｇ． ＭＡＧ−１１，Ｐ．１０３９（１９７５）に出ている。

ＡＭＲ効果を用いた磁気ヘッドではバルクハウゼンノイズを押えるために縦バイアスを印加することが多いが、この縦バイアス印加材料として、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ニッケル酸化物などの反強磁性材料を用いる場合がある。

さらに最近には、積層磁気センサの抵抗変化が、非磁性層を介する磁性層間での電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帰される、より顕著な磁気抵抗効果が記載されている。

この磁気抵抗効果は、「巨大磁気抵抗効果」や「スピン・バルブ効果」など様々な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出来ており、ＡＭＲ効果を利用するセンサで観察されるよりも、感度が改善され、抵抗変化が大きい。

この種のＭＲセンサでは、非磁性層で分離された１対の強磁性体層の間の平面内抵抗が、２つの層の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、磁性層内の磁化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。積層構造で使用可能な材料として、上記明細書には強磁性の遷移金属及び合金が挙げられている。

また、中間層により分離している少なくとも２層の強磁性層の一方に固定させる層を付加した構造および固定させる層としてＦｅＭｎが適当であることが開示されている。

１９９０年１２月１１日に優先権主張されている、特開平４−３５８３１０号公報には、非磁性金属体の薄膜層によって仕切られた強磁性体の２層の薄膜層を有し、印加磁界が零である場合に２つの強磁性薄膜層の磁化方向が直交し、２つの非結合強磁性体層間の抵抗が２つの層の磁化方向間の角度の余弦に比例して変化し、センサ中を通る電流の方向とは独立な、ＭＲセンサが開示されている。

又、１９９０年８月２２日に出願されている、特開平４−１０３１４号公報には、強磁性に他の中間層を挿入して多層膜とした強磁性トンネル接合素子において、少なくとも一層の強磁性層に反強磁性体からのバイアス磁界が印加されていることを特徴とする強磁性トンネル効果膜についての記載がある。

１９９６年１１月２７日に優先権主張されている、特開平１０−１６２３２７号公報には、強磁性トンネル接合を磁気センサー部にもちいた磁気抵抗効果ヘッド構造についての記載がある。

従来は、強磁性トンネル接合を用いた再生ヘッドの下シールドにはＮｉＦｅ合金が用いられていたが、ＮｉＦｅ合金はスパッタにより作成した１μｍ程度の膜の場合でも、その結晶粒径が２０ｎｍ以上ありＡＭＦにより測定した表面ラフネスが平均粗さＲａの値で３ｎｍ以上と荒れていた。

メッキで作成したＮｉＦｅ膜の場合はスパッタで作成した場合と比較してさらに２倍以上のＲａ値が観測された。強磁性トンネル接合ヘッド（以下にＴＭＲヘッドと記述する）の場合、ＴＭＲ膜のバリア層部のラフネスはその下に位置する層のラフネスにより大きく影響される。

ＴＭＲヘッドにおいてＴＭＲ膜は、下シールド上に直接形成されるか、下シールド上に形成されたギャップ絶縁層や下部導電層（下電極層）を介して形成されるが、下シールドのラフネスが大きいと、その上に形成されるギャップ絶縁層や下部導電層表面もそのラフネスを引き継いで大きくなる。

いずれの場合もバリア層のラフネス増大につながる。

一方、下シールドのラフネスが小さい場合も、その上に形成されるギャップ絶縁層や下部導電層のラフネスが大きいと、やはりＴＭＲ膜におけるバリア層のラフネスは大きくなる。下部導電層には従来は主にＡｌが用いられていたが、Ａｌのような低融点金属の場合は結晶粒径が２０ｎｍ以上と大きくなるので、表面ラフネスはＲａの値にして３ｎｍ以上と大きくなった。

バリア層のラフネスが大きい場合に問題になるのは、ＴＭＲ材料においてはバリア層のラフネスが大きくなるとバリア層中に実効的な膜厚が大きいところと小さいところとが生じてしまうということである。

図２に示す様に、ＴＭＲ膜において電子がバリア層を通り抜けるトンネル遷移確率は、バリア層の膜厚の微妙な変化に大きく依存し、バリア層に実効的な膜厚分布があると電子は少しでも実効的膜厚の小さい箇所を集中的に遷移しようとする。

すると、接合抵抗が減少すると同時に、実効的膜厚が小さい箇所に電流が集中し局所的にバリア層に印加される電圧が増大することから抵抗変化のセンス電流依存性が大きくなり、センス電流一定で測定した場合の抵抗変化量が減少する。

さらには、バリア層の実効的厚さが薄くなることによる抵抗変化の減少も生じる。また、固定層からフリー層へのバリア層を通しての強磁性的カップリングも、実効的な膜厚減少にともない大きくなる。

強磁性カップリングは磁気抵抗効果素子の動作点を決定する重要なファクターなので、大きくなりすぎると動作点が適当でなくなり、再生時の波形対称性の悪化や出力低下を引き起こすと言う問題が発生している。

その他、特公平８−２１１６６号公報、特開平５−２１７１２３号公報、及び特許第２６５１０１５号公報には、それぞれ磁気ヘッドの構成に関して記載されているが、当該磁気ヘッドの構造に関して記載されているが、何れにも、複合型磁気抵抗効果素子に於けるバリア層直下の膜成分の表面を滑らかにするという技術構成に関しては開示がない。

一方、特開平９−２７０３２１号公報には、軟磁性下シールド層の表面を滑らかにする為にアモルファス成分を使用する事が記載され、それによって、絶縁膜の絶縁性を高める事が開示されているが、複合型の磁気抵抗効果素子に於けるバリア層の強磁性的カップリングの問題を解決する技術に関しては記載がない。

又、特開平１１−３１６９１９号公報に於いては、複合型の磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドに於て、下シールド層に非晶質合金を使用する事が示されているが、単に使用の可能性を示唆しているに過ぎず、バリア層の表面粗さを小さくする技術に関しては何等の開示も示唆もない。

従って、本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を改良し、下シールド層の表面粗さ、ラフネスを低減させ、ＴＭＲ膜に於けるバリア層のラフネスを低減させる事によって、再生時の波形の対象性を維持し、出力低下を来さない磁気抵抗効果センサ及び磁気抵抗効果センサの製造方法を提供するものである。

本発明は上記した目的を達成するため、以下に記載されたような技術構成を採用するものである。即ち、本発明の第一の態様は、フリー層とバリア層と固定層とがこの順で形成され、前記フリー層に縦バイアスを印加する縦バイアス層を有するシールド型トンネリング磁気抵抗効果素子であって、前記フリー層と前記固定層の幅をＡＢＳ面に投影した場合の各層の幅が前記固定層の幅よりも前記フリー層の幅の方が広く、前記縦バイアス層の端部近傍で、前記フリー層パターンと縦バイアス層とが接しており、かつ下シールドがアモルファス材料もしくは微結晶材料からなることを特徴とするトンネリング磁気抵抗効果センサである。
また、第二の態様は、フリー層とバリア層と固定層とがこの順で形成され、前記フリー層に縦バイアスを印加する縦バイアス層を有するシールド型トンネリング磁気抵抗効果素子であって、前記フリー層と前記固定層の幅をＡＢＳ面に投影した場合の各層の幅が前記固定層の幅よりも前記フリー層の幅の方が広く、前記縦バイアス層の端部近傍で、前記フリー層パターンと縦バイアス層とが接しており、且つ下部導電層がTa、Ti、Zr、Hf、Ru、Rh、Tc、Os、Y、Re、Nb、V、W、Cr、Mn、Pd、Ir、Mo、Ptの単層もしくは積層からなる、アモルファスもしくは微結晶からなることを特徴とするトンネリング磁気抵抗効果センサである。
本発明に係る当該磁気抵抗効果センサは、上記した様な技術構成を採用しているので、下シールド層または下部導電層のラフネスを小さくする事が出来るので、従来構造と比較して再生出力、Ｓ／Ｎ、及びビットエラーレートの値が良好な磁気抵抗効果センサを得る事が可能であり、又当該磁気抵抗効果センサを使用して、再生出力、Ｓ／Ｎ、及びビットエラーレートの値が良好な再生ヘッド、および記録再生システムを得ることができる。また、この構造を用いることにより、磁気抵抗効果膜部をセンス電流がきちんと流れることと、フリー層に縦バイアスをきちんと印加することを両立することができる。

本発明に係る当該磁気抵抗効果センサ及び磁気抵抗効果センサの製造方法は、上記した様な技術構成を採用しているので、従来構造と比較して再生出力、Ｓ／Ｎ、及びビットエラーレートの値が良好な磁気抵抗効果素子、再生ヘッド、および記録再生システムを得ることができた。

本発明に係る当該磁気抵抗効果センサ及び当該磁気抵抗効果センサの製造方法は、上記した様な技術構成を採用しているので、下シールド層のラフネスを小さくする事が出来るので、従来構造と比較して再生出力、Ｓ／Ｎ、及びビットエラーレートの値が良好な磁気抵抗効果センサを得る事が可能であり、又当該磁気抵抗効果センサを使用して、再生出力、Ｓ／Ｎ、及びビットエラーレートの値が良好な再生ヘッド、および記録再生システムを得ることができる。

即ち、本発明に於いては、特に、バリア層の直ぐ下に形成される層、例えば、フリー層或いは固定層が出来るだけ、サーフェスラフネスが小さく、平坦に形成される事が極めて重要であることを知得し、本発明に示す様な構成が採用されたものである。

本発明に係る磁気抵抗効果センサの構成及びその製造方法は、上記した様に、特に、下シールドにアモルファス材料もしくは微結晶材料を用いることに特徴がある。

更に、本発明に於て、望ましくは、下シールドに用いる微結晶の結晶粒径が５．４ｎｍ以下であるようにするものであり、更には、下シールドをスパッタにより形成することによる。

また、磁気抵抗効果膜パターンが磁気抵抗効果素子が下地層を介するかあるいは直接に接触して下シールド上に形成されるようにする事も好ましい態様であり、又、磁気抵抗効果膜の下地層下部に導電体パターンが配置されており、その導電体パターンの下部が下シールドと接しているようにする事も別の望ましい態様である。

あるいは、下部導電層が磁気抵抗効果膜にセンス電流を流す下部電極として機能し、下部導電層がアモルファスもしくは微結晶からなるようにする。望ましくは、下部導電層を形成する微結晶の結晶粒径が５．４ｎｍ 以下であるようにする。さらには、下部導電層をスパッタにより形成するようにする。

前節において述べたように、下シールドもしくは下部導電層の表面ラフネスが大きくなると、その上に形成されるＴＭＲ 膜バリア層のラフネスが悪化し、磁気抵抗特性、抵抗特性、および磁気特性が劣化する。この問題を解決するには、下シールド層および下部導電層の表面ラフネスをできるだけ小さくなるようにすることが有効になる。

この際、下シールド層や下部導電層を形成する材料の結晶粒径が小さい方が表面ラフネスは減少する。結晶粒径が大きい場合の方が隣接する結晶粒間での結晶方向の差が大きく、それだけ粒界に蓄えられるエネルギーが大きいことが影響していると考えられる。アモルファスは微結晶の結晶粒径が極限的に小さくなった場合であり、微結晶の場合よりもさらに表面ラフネスが小さくなる。

以下に、本発明に係る磁気抵抗効果センサ及び磁気抵抗効果センサの製造方法の一具体例の構成を図面を参照しながら詳細に説明する。

即ち、図１は、本発明に係る当該磁気抵抗効果センサの一具体例の構成を示す図であって、図中、フリー層３とフリー層３上に形成されたバリア層４とバリア層４上に形成された固定層５の組合わせを基本構成とする磁気抵抗効果膜２０を用いた、センス電流が当該磁気抵抗効果膜に対し略垂直に流れるタイプのシールド型磁気抵抗効果素子２５が使用され、且つ下シールド１にアモルファス材料もしくは微結晶材料が使用されている磁気抵抗効果センサ３０が示されている。

本発明に於ける上記した具体例に於て、当該下シールド１に用いる微結晶の結晶粒径が６．２ｎｍ以下であることが望ましい。

又、本発明に係る上記具体例に於いては、当該下シールド１がスパッタ方法により形成されていることも好ましい。

本発明にかかる上記具体例を更に詳細に説明するならば、図１には、本発明を適用可能な代表的なシールド型センサ部をＡＢＳ面に平行に切った時の断面概念図を示す。

この構成では、基体４０上に下シールド１、下ギャップ層２、および下部導電層２２が積層される。その上に下地層３、フリー層８およびバリア層４が順次積層される。

バリア層４上の左右の縦バイアス層９の間の部分に、固定層５／固定する層６／上部層７が積層され、これらは、図のようにパターン化される。

パターン化されたバリア層４／固定層５／固定する層６／上部層７の周囲には絶縁層が配置される。さらに、その上に、上電極層１７、上ギャップ層１８および上シールド層１９が積層される。

かかる構成に於て、下地層３／フリー層８／バリア層４／固定層５／固定する層６／上部層７の部分が磁気抵抗効果膜２０である。

この構造では、仮に図中の上電極１７から下電極２２へ電流を流したとすると、電流は上電極１７から上部層７、固定する層６、固定層５、バリア層４、フリー層８、下地層３を順に通過し、下電極層２２へと流れる。

この際、縦バイアス層９は電流の流れ方に関与することはない。また、縦バイアスパターンはフリー層パターンに接触して設置されているので、その縦バイアスはフリー層に十分印加されることになる。したがって、この構造を用いることにより、磁気抵抗効果膜部をセンス電流がきちんと流れることと、フリー層に縦バイアスをきちんと印加することを両立することができる。

本具体例に於いては、上ギャップ１８及び下ギャップ２の両方を設置した構造を示したが、片方のギャップ層は省略することもある。

また、下電極層２２とフリー層８との間に、更に別の下地層を設ける構造を使用しても良いが、当該下地層は省略する場合もある。

一方、後述する別の具体例に於いては、下部導電層２２を省略することもある。

また、本具体例に於いては、磁気抵抗効果膜２０のパターニング時にバリア層４下端までパターニングした例を示したが、バリア層４の上端からフリー層３の下端までのどこまでをパターニングするかは適宜選択することができる。また、縦バイアス膜上の下地層／フリー層は無くてもかまわない。

次に、図３に示す磁気抵抗効果センサ３０の参考例に付いて説明する。図中、固定層５と固定層５上に形成されたバリア層４とバリア層４上に形成されたフリー層３の組み合わせを基本構成とする磁気抵抗効果膜２０を用いた、センス電流が当該磁気抵抗効果膜に対し略垂直に流れるタイプのシールド型磁気抵抗効果素子２５が使用され、且つ下シールド１にアモルファス材料もしくは微結晶材料が使用されている磁気抵抗効果センサ３０が示されている。
図３に示した構造においては、基板４０上に形成された下シールド１上に下部導電層２２を形成し、その上に磁気抵抗効果膜２０のパターンを形成する。

つまり、当該磁気抵抗効果膜２０は、下地層１４／固定する層６／固定層５／バリア層４／フリー層３／上部保護層７からなる。ここでは、磁気抵抗効果膜２０を最下層までパターン化した例を示したが、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。

磁気抵抗効果膜パターンの周囲には絶縁体が形成され、その上に縦バイアスパターン９が形成される。さらにその上部には上電極を兼ねる上シールド１２が形成される。また、ここでは縦バイアスパターン端部が磁気抵抗効果膜パターン端部に接触する構造を図示したが、両者は互いに近傍に位置すれば、直接接触せずに離れていてもかまわない。

本具体例に於ける構造では、縦バイアス層９は電流の流れ方に関与することはない。また、縦バイアスパターン９はフリー層パターン３近傍に設置されているので、その縦バイアス９はフリー層３に十分印加されることになる。

したがって、この構造を用いることにより、磁気抵抗効果膜部２０をセンス電流がきちんと流れることと、フリー層３に縦バイアスをきちんと印加することを両立することができる。

更に、本参考例に於いては、下シールド１と下部導電層２２とが接触した構造を示したが、下部導電層２２は省略することが可能であるし、両者の間に下ギャップ層２を設けることも可能である。

また、図１に示す様に、磁気抵抗効果膜２０の上部保護層７と上シールド１２との間には上電極層１７を設ける事も可能であり、さらには、上電極層１７と上シールド１２との間に上ギャップ層１８を設けることも可能である。

一方、磁気抵抗効果膜２０の下地層１４は省略することも可能である。

又、本具体例に於ける当該磁気抵抗効果膜２０の他の構成として、下地層８／フリー層８／バリア層４／固定層５／固定する層６／上部層７で構成したものを使用する事が可能である。

更に、本発明に係る当該磁気抵抗効果センサ３０の他の具体例に付いて説明するならば、図４は図１の構造から上下ギャップ層２と１８を共に省略した構造であり、又、図５は図４の構造からさらに上シールド層１９を省略した構造であり、上電極層は上シールド層１２が兼ねることになる。図６は図５のバリエーションであり、縦バイアスパターン９端部の斜面上にも下地層１３／フリー層１０が形成されている点が異なる。更に、図７は図６のバリエーションであり、縦バイアスパターン９上で下地層８／フリー層３がパターン化されている。又、図８は参考例であり、図６のバリエーションであり、ＴＭＲ膜パターン２０においてフリー層３の最下端まで完全にパターン化されているために、フリー層３と縦バイアス層９とが接触していない点が、上記した各具体例の構成と異なる。

下地層８／フリー層３のうち下地層８はパターン化されずに残されていてもかまわない。この構造では、フリー層３パターンと縦バイアス９パターンとが接触はしていないが、フリー層パターン端部と縦バイアスパターン端部とが十分近傍に来るようにすれば、十分な縦バイアスを印加することができる。

次に、磁気抵抗効果センサ３０の更に別の参考例を構成を示すならば、図９に示した構造において、下シールド１上に下部導電層２２を設置し、その上に磁気抵抗効果膜２０のパターンを形成する。磁気抵抗効果膜２０は、下地層１４／固定する層６／固定層５／バリア層４／フリー層３／上部層７からなる。

本具体例に於いては、磁気抵抗効果膜２０を最下層までパターン化した例を示したが、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。磁気抵抗効果膜パターンの周囲には絶縁体１１が形成され、その上に縦バイアスパターン９が形成される。

さらに、その上部には上電極を兼ねる上シールド層１２が形成される。また、ここでは縦バイアスパターン端部が磁気抵抗効果膜パターン２０端部に接触する構造を図示したが、互いに近傍に位置すれば離れていてもかまわない。

又、当該構造では、縦バイアス層９は電流の流れ方に関与することはない。また、縦バイアスパターンはフリー層パターン近傍に設置されているので、その縦バイアスはフリー層に十分印加されることになる。

したがって、この構造を用いることにより、磁気抵抗効果膜部をセンス電流がきちんと流れることと、フリー層に縦バイアスをきちんと印加することを両立することができる。

更に、本参考例に於いては、下シールドと下部導電層とが接触した構造を示したが、下部導電層２２は省略することが可能であるし、両者の間に下ギャップ層を設けることも可能である。

また、磁気抵抗効果膜２０の上部層７と上シールド１２との間には、上電極層を設けることも可能であり、さらには上電極層と上シールドとの間に上ギャップ層を設けることも可能である。更に、本具体例に於て、磁気抵抗効果膜の下地層は省略することも可能である。

一方、本参考例に於いては、上記した構造の磁気抵抗効果膜２０に替えて、図７に示す様な、下地層８／フリー層３／バリア層４／固定層５／固定する層６／上部層７からなる磁気抵抗効果膜２０を使用することも可能である。

上記した様に、本発明に係る当該磁気抵抗効果センサ３０の具体例を体系的に整理すると、例えば図５に示す様に、フリー層３とフリー層３上に形成されたバリア層４とバリア層４上に形成された固定層５の組合わせを基本構成とする磁気抵抗効果膜２０が、下地層８、１４を介するか或いは直接当該下シールド１上に形成されている磁気抵抗効果センサ３０である。

又、本発明に係る当該磁気抵抗効果センサ３０の他の構成としては、更に他の具体例としては、例えば、同じく図５に示す様に、フリー層３とフリー層３上に形成されたバリア層４とバリア層４上に形成された固定層５の組合わせを基本構成とする磁気抵抗効果膜２０の下地層８、１４下部に、下部導電層２が配置されており、その下部導電層２の下部が下シールド１と接している磁気抵抗効果センサ３０である。

更に、本発明に係る別の具体例としては、前記した図１、図２、図４〜図７に示す様に、特に、フリー層６とフリー層６上に形成されたバリア層４とバリア層４上に形成された固定層５の組合わせを基本構成とする磁気抵抗効果膜２０の下部に、導電体層２２が下地層８、１４を介して接触するか、あるいは直接接触するように配置されている磁気抵抗効果素子２５において、当該下部導電層２２が磁気抵抗効果膜２０にセンス電流を流す下部電極として機能し、下部導電体２２若しくは下シールド層１がアモルファスもしくは微結晶からなる磁気抵抗効果センサ３０である。

つまり、本具体例に於いては、下シールド層１自体が導電性部材で構成されており、電極として機能する様に構成されているものである。上記具体例に於て、当該下部導電層１を形成する微結晶の結晶粒径が５．４ｎｍ以下であることが好ましい。又、当該下部導電層１がスパッタにより形成されていることも望ましい。

一方、本発明に於いては、必要に応じて、当該固定層５に接触して、固定層５の磁化を固定する層６が設けられるものである。又、本発明に係る上記具体例に於て、特に、当該下シールド層１に用いる微結晶の結晶粒径を６．２ｎｍ以下となる様に構成する事が望ましい。更に、本具体例に於いては、当該下シールド層を形成する際には、スパッタ方式により形成することをが好ましい。ここで、本発明に係る当該磁気抵抗効果センサ３０を製造するに際して、各層に於て使用される素材に付いて以下に説明する。

以下に示す様に、各層を構成する要素としては以下の材料が有力な候補となる。
基 体
アルチック、ＳｉＣ、アルミナ、アルチック／アルミナ、ＳｉＣ／アルミナ
下シールド層
ＣｏＺｒ、またはＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＨｆ、ＣｏＴａ、ＣｏＴａＨｆ、ＣｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＨｆＰｄ、ＣｏＴａＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＭｏＮｉ合金、ＦｅＡｌＳｉ、窒化鉄系材料からなる単体、多層膜、および混合物
特には、当該下シールドが、ＣｏＺｒＴａ及びＣｏＺｒＴａＣｒ合金をベースとする材料からなる事が好ましい。
下部導電層
Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｐｔからなる単体、多層膜、および混合物
上電極層
Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｐｔからなる単体、多層膜、および混合物
上シールド層
ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒ、またはＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＨｆ、ＣｏＴａ、ＣｏＴａＨｆ、ＣｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＨｆＰｄ、ＣｏＴａＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＭｏＮｉ合金、ＦｅＡｌＳｉ、窒化鉄系材料、ＭｎＺｎフェライト、ＮｉＺｎフェライト、ＭｇＺｎフェライトからなる単体、多層膜、および混合物
絶縁層
Ａｌ酸化物、Ｓｉ酸化物、窒化アルミニウム、窒化シリコン、ダイヤモンドライクカーボンからなる単体、多層膜、および混合物
下ギャップ層
Ａｌ酸化物、Ｓｉ酸化物、窒化アルミニウム、窒化シリコン、ダイヤモンドライクカーボンからなる単体、多層膜、および混合物
上ギャップ層
Ａｌ酸化物、Ｓｉ酸化物、窒化アルミニウム、窒化シリコン、ダイヤモンドライクカーボンからなる単体、多層膜、および混合物
上部層
Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｐｔからなる単体、多層膜、および混合物
縦バイアス層
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、Ｂａフェライトからなる単体、多層膜、および混合物
磁気抵抗効果膜としては以下の構成のものを用いることができる。
・基体／下地層／フリー層／第１ＭＲエンハンス層／バリア層／第２ＭＲエンハンス層／固定層／固定させる層／保護層
・基体／下地層／固定させる層／固定層／第１ＭＲエンハンス層／バリア層／第２ＭＲエンハンス層／フリー層／保護層
・基体／（下地層／フリー層／第１ＭＲエンハンス層／バリア層／第２ＭＲエンハンス層／固定層／固定させる層／保護層）をＮ回繰り返し積層した層
・基体／（下地層／固定させる層／固定層／第１ＭＲエンハンス層／バリア層／第２ＭＲエンハンス層／フリー層／保護層）をＮ回繰り返し積層させた層
・基体／下地層／第１固定させる層／第１固定層／第１ＭＲエンハンス層／バリア層／第２ＭＲエンハンス層／フリー層／第３MRエンハンス層／バリア層／第４MRエンハンス層／第２固定層／第２固定させる層／保護層
・基体／下地層／（固定層／第１ＭＲエンハンス層／バリア層／第２ＭＲエンハンス層／フリー層／バリア層）Ｎ回繰り返し積層した層（Ｎは１以上）／固定層／保護層
・基体／下地層／（フリー層／第１ＭＲエンハンス層／バリア層／第２ＭＲエンハンス層／固定層／バリア層）をＮ回繰り返し積層した層（Ｎは１以上）／フリー層／保護層
・基体／下地層／固定層／第１ＭＲエンハンス層／バリア層／第２ＭＲエンハンス層／フリー層／保護層
・基体／下地層／フリー層／第１ＭＲエンハンス層／バリア層／第２ＭＲエンハンス層／固定層／保護層下地層としては、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｎｂ、Ｖからなる単層膜、混合物膜、または多層膜を用いる。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、Ｖを用いることもできる。

下地層は用いない場合もある。フリー層としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＣｏ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＨｆ、ＣｏＴａ、ＣｏＴａＨｆ、ＣｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＨｆＰｄ、ＣｏＴａＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＭｏＮｉ合金またはアモルファス磁性材料を用いることができる。バリア層材料の候補は磁気抵抗効果膜が強磁性トンネル接合膜の場合とバリア層に導電バリア層を用いた磁気抵抗効果膜との場合で候補となる材料が異なる。

強磁性トンネル接合膜のバリア層（バリア層）としては、酸化物、窒化物、酸化物と窒化物の混合物もしくは金属／酸化物２層膜、金属／窒化物２層膜、金属／（酸化物と窒化物との混合物）２層膜、を用いる。

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、Ｖの酸化物および窒化物の単体、多層膜、混合物、またはこれらと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、Ｖの酸化物および窒化物の単体、多層膜、混合物との積層膜が有力な候補となる。

バリア層に導電バリア層を用いた磁気抵抗効果膜の場合は、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、Ｖの単体、多層膜、混合物、またはこれらと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、Ｖの単体、多層膜、混合物との積層膜が有力な候補となる。

第１及び第２ＭＲエンハンス層はフリー層とバリア層および固定層とバリア層との間に設置され、磁気抵抗変化率の値を大きくする層である。

その磁化の動きは、フリー層とバリア層との間に設置された場合はフリー層の一部として、固定層とバリア層との間に設置された場合は固定層の一部として動作する。

Ｃｏ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＣｏ等、またはＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＨｆ、ＣｏＴａ、ＣｏＴａＨｆ、ＣｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＨｆＰｄ、ＣｏＴａＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＭｏＮｉ合金またはアモルファス磁性材料が有力な候補である。

ＭＲエンハンス層を用いない場合は、用いた場合に比べて若干ＭＲ比が低下するが、用いない分だけ作製に要する工程数は低減する。固定層としては、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＦｅＣｏ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＨｆ、ＣｏＴａ、ＣｏＴａＨｆ、ＣｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＨｆＰｄ、ＣｏＴａＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＭｏＮｉ合金またはアモルファス磁性材料を用いることができる。

または、これらと、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、Ｖをベースとするグループからなる単体、合金または積層膜とを、組み合わせた積層膜を用いることも可能である。

積層膜の中では、Ｃｏ／Ｒｕ／Ｃｏ、ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＮｉ、Ｃｏ／Ｃｒ／Ｃｏ、ＣｏＦｅ／Ｃｒ／ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮi ／Ｃｒ／ ＣｏＦｅＮｉは有力な候補である。固定する層としては、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＩｒＭｎ、ＲｈＭｎ、ＰｔＰｄＭｎ、ＲｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｔＣｒＭｎ、ＣｒＭｎ、ＣｒＡｌ、ＴｂＣｏ、ＣｏＣｒ、ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＰｔＣｏなどを用いることができる。

ＰｔＭｎもしくは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、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａを添加した材料が有力な候補である。保護層としては、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、Vの単体、多層膜、混合物、またはこれらと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、Ｖの単体、多層膜、混合物との積層膜が有力な候補となる。保護層は用いない場合もある。

図１０から図１３は、図６に示した構造のヘッドの作成手順の代表例である。即ち、図１０（Ａ）に示す様に、先ず、基板４０上に、下シールド層１と下部導電層である下部電極層２２を成膜し、所定の形状を有する様にパターニングを行い、図１０（Ｂ）に示す様に、縦バイアス下地層／縦バイアス層９を成膜し、図示の様に所定の形状にパターン化する。

次いで、図１１（Ａ）に示す様に、磁気抵抗効果膜２０を順次成膜形成し、ステンシルＰＲを形成した後にミリングによりパターン化する。当該ミリング後、絶縁層１１を成膜してリフトオフを行った後、図１１（Ｂ）に示す様に、上シールド１９を成膜したのちＰＲ形成を行い、図示の様にパターン化ご当該ＰＲを除去する。

次いで、図１２（Ａ）に示す様に、次に下電極が露出するまで絶縁層部に穴あけし６０、電極端子７０を形成する。その後、図１２（Ｂ）に示す様に、記録ヘッド部を形成し、図１３に示す様に、最後に素子高さが適当な値になるよう端部を研磨し、ＡＢＳ面を露出させて、ヘッドを完成させる事になる。

次に、本発明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。図１４は本発明を適用した記録再生ヘッド５０の概念図である。ヘッド５０は、基体４２上に再生ヘッド４５と、磁極４３、コイル４１、上磁極４４からなる記録ヘッドとから形成されている。この際、上部シールド膜と下部磁性膜とを共通にしても、別に設けてもかまわない。このヘッドにより、記録媒体上に信号を書き込み、また、記録媒体から信号を読み取るのである。

再生ヘッドの感知部分と、記録ヘッドの磁気ギャップはこのように同一スライダ上に重ねた位置に形成することで、同一とラックに同時に位置決めができる。このヘッドをスライダに加工し、磁気記録再生装置に搭載した。

図１５は、本発明の磁気抵抗効果素子３０を用いた磁気記録再生装置６０の概念図である。ヘッドスライダーを兼ねる基板５２上に、再生ヘッド５１および記録ヘッド５５を形成し、これを記録媒体５３上に位置ぎめして再生を行う。

記録媒体５３は回転し、ヘッドスライダーは記録媒体５３の上を、０．２μｍ以下の高さ、あるい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のである。

次に、本発明を適用して試作された磁気ディスク装置の説明を図１６を参照しながら説明する。即ち、本発明に係る磁気ディスク装置１００は、適宜のベース７２上に、例えば３枚の磁気ディスク８０を備え、ベース７２裏面にヘッド駆動回路７３および信号処理回路７４と入出力インターフェイス７５とを収めている。

外部とは３２ビットのバスライン７６で接続される。磁気ディスク８０の両面には、それぞれ１個のヘッドが配置され、都合６個のヘッド６１が使用される。

当該ヘッド６０を駆動するためのロータリーアクチュエータ７７とその駆動及び制御回路７４、ディスク回転用スピンドル直結モータ７８が搭載されている。

ディスク８０の直径は４６ｍｍであり、データ面は直径１０ｍｍから４０ｍｍまでを使用する。埋め込みサーボ方式を用い、サーボ面を有しないため高密度化が可能である。

本装置１００は、小型コンピューター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７６には、キャッシュメモリを搭載し、転送速度が毎秒５から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置き、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。

以下に、本発明に係る当該磁気抵抗効果センサを使用した磁気ヘッドを種々条件を変更して製造し、それぞれの特性値を比較検討した結果を説明する。

即ち、図６に示す様な構成を有する磁気ヘッド３０を、以下に示す種々の下シールド材料を用いて作成した。この際、トンネル接合膜としては、Ｔａ（３ｎｍ）／Ｎｉ８２Ｆｅ１８（５ｎｍ）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（１ｎｍ）／Ａｌ酸化物（０．７ｎｍ）Ｃｏ９０Ｆｅ１０（３ｎｍ）／Ｒｕ（０．７５ｎｍ）／Ｃｏ９０Ｆｅ１−（３ｎｍ）／Ｐｔ４６Ｍｎ５４（２０ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）を用いた。

膜形成後には２７０℃、５時間の熱処理を成膜時の磁界とは直交する方向に５００Ｏｅの磁界を印加しつつ行った。ヘッドを構成する各要素としては以下のものを用いた。
基 体…厚さ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…厚さ１μｍのＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＺｒＴａＣｒ、ＣｏＨｆ、ＣｏＴａ、ＣｏＴａＨｆ、ＣｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＨｆＰｄ、ＣｏＴａＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＭｏＮｉ
下部導電層
Ａｕ（１５ｎｍ) 、Ａｇ（１５ｎｍ) 、Ｃｕ（１５ｎｍ) 、Ｍｏ（１５ｎｍ)、Ｗ（１５ｎｍ）、Ｙ（１５ｎｍ）、Ｔｉ（１５ｎｍ）、Ｚｒ（１５ｎｍ) 、Ｈｆ（１５ｎｍ) 、Ｖ（１５ｎｍ）、Ｃｒ（１５ｎｍ) 、Ｍｎ（１５ｎｍ) 、Ｎｂ（１５ｎｍ) 、Tc（１５ｎｍ) 、Ｒｕ（１５ｎｍ) 、Ｒｈ（１５ｎｍ) 、Ｐｄ（１５ｎｍ) 、Ｒｅ（１５ｎｍ) 、Ｏｓ（１５ｎｍ) 、Ｉｒ（１５ｎｍ) 、Ｔａ（１５ｎｍ) 、Ｐｔ（１５ｎｍ）、Ｔａ（５ｎｍ）／Ｔｉ（５ｎｍ）／Ｔａ（５ｎｍ）、Ｔａ（５ｎｍ）／Ｚｒ（５ｎｍ）／Ｔａ（５ｎｍ）、Ｔａ（５ｎｍ）／Ｈｆ（５ｎｍ）／Ｔａ（５ｎｍ）、Ｚｒ（５ｎｍ）／Ｔａ（５ｎｍ）／Ｚｒ（５ｎｍ）、Ｚｒ（５ｎｍ）／Ｈｆ（５ｎｍ）／Ｚｒ（５ｎｍ）、Ｔｉ（５ｎｍ）／Ｚｒ（５ｎｍ）／Ｔａ（５ｎｍ）、
上シールド層 厚さ１μｍのＣｏ８９Ｚｒ４Ｔａ４Ｃｒ３
絶縁層 厚さ３０ｎｍのアルミナ
縦バイアス層 Ｃｒ（１０ｎｍ）／Ｃｏ７４、５Ｃｒ１０、５Ｐｔ１５（２５ｎｍ)
下ギャップ層 なし
上ギャップ層 なし
上部層 なし
このヘッドを図１１のような記録再生一体型ヘッドに加工およびスライダ加工し、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３μｍ、書き込みギャップは０．２μｍ、読み込みトラック幅は２μｍとした。ＴＭＲ素子部の加工にはI線を用いたフォトレジスト工程、およびミリング工程を用いた。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℃、２時間とした。

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および固定させる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ので、再生ヘッド部および記録ヘッド部作成終了後に、２００℃、５００Ｏｅ磁界中、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３．０ｋＯｅ、ＭＲＴは０．３５ｅｍｕ／ｃｍ2 とした。係る試作したヘッドを用いて、再生出力、Ｓ／Ｎ、再生出力が半減する周波数、ビットエラーレートを測定した。その結果を表１に示す。即ち、表１は、種々の下シールド材料を用いた場合の再生出力、Ｓ／Ｎ、再生出力が半減する周波数、およびビットエラーレートによる特性値の変化を示すものである。

ここで用いた下シールドをＸ線及び透過電子顕微鏡により調べたところ、ＮｉＦｅの場合は２０〜４０ｎｍの結晶粒からなる多結晶体であったのに対し、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＭｏ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＴａ、ＣｏＺｒＴａＣｒ、ＣｏＨｆ、ＣｏＴａ、ＣｏＴａＨｆ、ＣｏＮｂＨｆ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＨｆＰｄ、ＣｏＴａＺｒＮｂ、およびＣｏＺｒＭｏＮｉの場合は明確な結晶構造を持たないアモルファスもしくは結晶粒径が５ｎｍ以下の微結晶であることがわかった。

ＮｉＦｅの場合が従来例であり、それ以外の場合が本発明の適用例になる。下部導電層としてはＴａ(5ｎｍ）／Ｔｉ（５ｎｍ）／Ｔａ（５ｎｍ）を用いた。

下シールドに従来例のＮｉＦｅを用いた場合と比較して、本発明の場合は、表中のいずれの材料を下シールドに用いた場合も、再生出力、Ｓ／Ｎ、及びビットエラーレートが大幅に向上していることがわかる。

但し、本発明適用の場合の中でも、材料の種類により再生特性に差がみられ、下シールド材料がＣｏＺｒＴａ及びＣｏＺｒＴａＣｒの場合は、他の材料の場合と比較して再生出力、Ｓ／Ｎ、再生出力が半減する周波数、及びビットエラーレートがいずれも良好であった。

ＣｏＺｒＴａ及びＣｏＺｒＴａＣｒを用いて場合は磁性材料Ｃｏに対する非磁性材料Ｚｒ、Ｔａ及びＣｒの添加量が少なくても良好なアモルファスが得られその結果として下シールド材料の飽和磁化を他のアモルファス材料と比較して大きくする事が出来た。

再生出力の半減する周期数が他のアモルファス材料と比較して良好であったのは、飽和磁化が大きいことにより下シールドのシールドとしての余分な磁界を吸収する性能が向上し、結果として再生ヘッドの分解能力が向上したためと考えられる。

ＣｏＺｒＴａ及びＣｏＺｒＴａＣｒの再生出力、Ｓ／Ｎ、ビットエラーレートが他のアモルファス材料と比較してさらに良好であったのは、それだけアモルファスの質が良好であり表面が平坦であったためと考えられる。

又、表２は、下シールド材料をＣｏＺｒＴａＣｒに固定してその結晶粒径を変えた場合の、再生出力、Ｓ／Ｎ、再生出力が半減する周波数、およびビットエラーレートに関するそれぞれの特性値を示すものである。結晶粒径はＴａ組成を変えることにより調節した。下部導電層としてはＴａ(5ｎｍ）／Ｔｉ（５ｎｍ）／Ｔａ（５ｎｍ）を用いた。

表２の結果から明らかな様に、下シールドの結晶粒径が増大するにしたがって、再生出力が半減する周波数は変化しないが、再生出力、Ｓ／Ｎおよびビットエラーレートは低下し、その低下は結晶粒径が６．２ｎｍを越えると顕著になった。

表３は、下シールドをアモルファスＣｏＺｒＴａＣｒ（１μｍ）に固定して、下部導電層の結晶粒径を種々に変化させた場合の、再生出力、Ｓ／Ｎ、再生出力が半減する周波数、およびビットエラーレートである。

下部導電層の結晶粒径は下部導電層を構成する材料の種類、及びスパッタにより成膜する際のＡｒガス圧およびターゲットに投入するパワーを変えることにより調節した。

表３から明らかな様に、下部導電層の結晶粒径が６．２ｎｍを越えると、再生出力が半減する周波数は変化しないが、再生出力、Ｓ／Ｎおよびビットエラーレートは顕著に低下した。

上記した様に、本発明に係る当該磁気抵抗効果センサ３０の構成及びその製造方法の概要に付いて説明したが、ここで、本発明に係る当該磁気抵抗効果センサの製造方法について改めて説明するならば、本発明に係る当該磁気抵抗効果センサの製造方法としては、フリー層とフリー層上に形成されたバリア層とバリア層上に形成された固定層の組合わせ、或いは、固定層と固定層上に形成されたバリア層とバリア層上に形成されたフリー層の組み合わせ、を基本構成とする磁気抵抗効果膜を用いて、センス電流が当該磁気抵抗効果膜に対し略垂直に流れるタイプのシールド型磁気抵抗効果素子を形成すると共に、下シールド層に、アモルファス材料もしくは微結晶材料を使用する磁気抵抗効果センサの製造方法である事を基本とするものであって、当該磁気抵抗効果センサの製造方法に於て、当該下シールド層に用いる微結晶の結晶粒径を６．２ｎｍ以下となる様に構成する事が望ましく、又、当該下シールドをスパッタ方式により形成することも好ましい。

更に、本発明に於いては、当該フリー層とフリー層上に形成されたバリア層とバリア層上に形成された固定層の組合わせ、或いは、固定層と固定層上に形成されたバリア層とバリア層上に形成されたフリー層の組合わせ、を基本構成とする磁気抵抗効果膜を直接当該下シールド層上に形成するか、下地層を介して当該下シールド上に形成する事も好ましい。

一方、本発明に於いては、下シールド層を形成すると共に当該下シールド層上に下部導電層を形成し、当該下部導電層の上に下地層を介して、フリー層とフリー層上に形成されたバリア層とバリア層上に形成された固定層の組合わせ、或いは、固定層と固定層上に形成されたバリア層とバリア層上に形成されたフリー層の組合わせ、を基本構成とする磁気抵抗効果膜を形成する事が好ましい。

更に、本発明に於いては、フリー層とフリー層上に形成されたバリア層とバリア層上に形成された固定層の組合わせ、或いは、固定層と固定層上に形成されたバリア層とバリア層上に形成されたフリー層の組合わせ、を基本構成とする磁気抵抗効果膜を下地層を介するか、或いは下地層を介することなく直接に下部導電層上に形成すると共に、当該下部導電層をアモルファスもしくは微結晶で構成する事も好ましい。

係る構成に於いては、当該下部導電層を結晶粒径が５．４ｎｍ以下である微結晶で構成することが好ましい。又、本発明に於いては、固定層に接触して、固定層の磁化を固定する層を更に形成する様に構成しても良い。

図１は、本発明に係る磁気抵抗効果センサの構成を説明するＡＢＳ面の断面図である。 図２は、従来に於ける磁気抵抗効果センサの問題点を説明する図である。 図３は、参考例の磁気抵抗効果センサの構成を説明するＡＢＳ面の断面図である。 図４は、本発明に係る磁気抵抗効果センサの構成を説明するＡＢＳ面の断面図である。 図５は、本発明に係る磁気抵抗効果センサの構成を説明するＡＢＳ面の断面図である。 図６は、本発明に係る磁気抵抗効果センサの構成を説明するＡＢＳ面の断面図である。 図７は、本発明に係る磁気抵抗効果センサの構成を説明するＡＢＳ面の断面図である。 図８は、参考例の磁気抵抗効果センサの構成を説明するＡＢＳ面の断面図である。 図９は、参考例の磁気抵抗効果センサの構成を説明するＡＢＳ面の断面図である。 図１０は、本発明に係る磁気抵抗効果センサの製造方法の一具体例の構成を説明する平面図である。 図１１は、本発明に係る磁気抵抗効果センサの製造方法の一具体例の構成を説明する平面図である。 図１２は、本発明に係る磁気抵抗効果センサの製造方法の一具体例の構成を説明する平面図である。 図１３は、本発明に係る磁気抵抗効果センサの製造方法の一具体例の構成を説明する平面図である。 図１４は、本発明を適用した記録再生ヘッドの概念図 図１５は、本発明の磁気抵抗効果素子を用いた磁気記録再生装置の概念図 図１６は、本発明に係る磁気抵抗効果センサを使用した磁気ディスクの構成の一例を示す図である。

符号の説明

１…下シールド層
２…下ギャップ層
３…フリー層
４…バリア層
５…固定層
６…固定する層
７…上部層、保護層８…フリー層
９…縦バイアス層
１７…上電極層
１８…上ギャップ層
１９、１２…上シールド層
２０…磁気抵抗効果膜
２２…下部導電層
２５…シールド型磁気抵抗効果素子
３０…磁気抵抗効果センサ
４０…基板
４１…コイル
４２…基体
４３…磁極
４４…上磁極４
５…再生ヘッド
４６…ＡＢＳ 面
５０…記録ヘッド
５１…再生ヘッド
５２…ヘッドスライダーを兼ねる基板
５３…記録媒体
５４…媒体からの漏れ磁界
５５…記録ヘッド
６０…下電極用穴部
６１…磁気ヘッド７０…電極端子
７２…ベース
７３…ヘッド駆動回路
７４…信号処理回路
７５…入出力インターフェイス
７６…バスライン
７７…ロータリーアクチュエータ
７８…ディスク回転用スピンドル直結モータ
８０…磁気ディスク
１００…ディスク装置

Claims (6)

1. フリー層とバリア層と固定層とがこの順で形成され、前記フリー層に縦バイアスを印加する縦バイアス層を有するシールド型トンネリング磁気抵抗効果素子であって、
   前記フリー層と前記固定層の幅をＡＢＳ面に投影した場合の各層の幅が前記固定層の幅よりも前記フリー層の幅の方が広く、
   前記縦バイアス層の端部近傍で、前記フリー層パターンと縦バイアス層とが接しており、
   かつ下シールドがアモルファス材料もしくは微結晶材料からなることを特徴とするトンネリング磁気抵抗効果センサ。
2. 前記下シールドに用いる微結晶の結晶粒径が６．２ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１記載の磁気抵抗効果センサ。
3. フリー層とバリア層と固定層とがこの順で形成され、前記フリー層に縦バイアスを印加する縦バイアス層を有するシールド型トンネリング磁気抵抗効果素子であって、
   前記フリー層と前記固定層の幅をＡＢＳ面に投影した場合の各層の幅が前記固定層の幅よりも前記フリー層の幅の方が広く、
   前記縦バイアス層の端部近傍で、前記フリー層パターンと縦バイアス層とが接しており、
   且つ下部導電層がTa、Ti、Zr、Hf、Ru、Rh、Tc、Os、Y、Re、Nb、V、W、Cr、Mn、Pd、Ir、Mo、Ptの単層もしくは積層からなる、アモルファスもしくは微結晶からなることを特徴とするトンネリング磁気抵抗効果センサ。
4. 前記下部導電層を形成する微結晶の結晶粒径が５．４ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の磁気抵抗効果センサ。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載のトンネリング磁気抵抗効果センサと，該トンネリング磁気抵抗センサを通る電流を生じる手段と，検出される磁界の関数として上記トンネリング磁気抵抗効果センサの抵抗率変化を検出する手段とを備えた事を特徴とする磁気抵抗検出システム。
6. データ記録のための複数個のトラックを有する磁気記憶媒体と，磁気記憶媒体上にデータを記憶させるための磁気記録システムと、請求項５記載の磁気抵抗検出システムと、磁気記録システムおよび磁気抵抗検出システムを前記磁気記憶媒体の選択されたトラックへ移動させるために、磁気記録システム及び磁気抵抗変換システムとに結合されたアクチュエータ手段とからなる磁気記憶システム。
   
   

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