JP2006114932A - 磁気変換素子、薄膜磁気ヘッドおよびそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱安定性が良好で、かつ、大きな交換結合磁界が得られる磁気変換素子および薄膜磁気ヘッドおよびそれらの製造方法を提供する。
【解決手段】 ＭＲ素子は、下地層２１，結晶成長抑制層２２，第１軟磁性層２３、第２軟磁性層２４，非磁性層２５，強磁性層２６，反強磁性層２７および保護層２８を順次積層してなる積層体２０を有している。強磁性層２６は、非磁性層２５の側から、強磁性内側層２６ａ，結合層２６ｂおよび強磁性外側層２６ｃを有している。結晶成長抑制層２２は、その上に形成される層の結晶成長を抑制することにより、強磁性内側層２６ａの平均面内粒径を３ｎｍ〜８ｎｍとし、これにより結合層２６ｂの界面を平坦化するようになっている。
【選択図】図７

Description

本発明は、磁気変換素子およびそれを用いた薄膜磁気ヘッドに関するものであり、より詳細には、熱安定性を向上させ、かつ、大きな交換結合磁界を得ることができる磁気変換素子、それを用いた薄膜磁気ヘッドおよびそれらの製造方法に関する。

近年、ハードディスクなどの面記録密度の向上に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能向上が求められている。薄膜磁気ヘッドとしては、磁気変換素子の一つである磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ（Magnetoresistive）素子と記す。）を有する再生ヘッドと、誘導型磁気変換素子を有する記録ヘッドとを積層した構造の複合型薄膜磁気ヘッドが広く用いられている。

ＭＲ素子としては、異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ（Anisotropic Magnetoresistive）効果）を示す磁性膜（ＡＭＲ膜）を用いたＡＭＲ素子と、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ（Giant Magnetoresistive）効果）を示す磁性膜（ＧＭＲ膜）を用いたＧＭＲ素子などがある。

ＡＭＲ素子を用いた再生ヘッドはＡＭＲヘッドと呼ばれ、ＧＭＲ素子を用いた再生ヘッドはＧＭＲヘッドと呼ばれる。ＡＭＲヘッドは、面記録密度が１Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ² （０．１６Ｇｂｉｔ／ｃｍ² ）を超える再生ヘッドとして利用され、ＧＭＲヘッドは、面記録密度が３Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ² （０．４７Ｇｂｉｔ／ｃｍ² ）を超える再生ヘッドとして利用されている。

ところで、ＧＭＲ膜としては、「多層型（アンチフェロ型）」、「誘導フェリ型」、「グラニュラ型」、「スピンバルブ型」等が提案されている。これらの中で、比較的構成が単純で、弱い磁場でも大きな抵抗変化を示し、量産に好ましいと考えられるＧＭＲ膜は、スピンバルブ型である。

図１９は、一般のスピンバルブ型ＧＭＲ膜（以下、スピンバルブ膜と記す）の構成を表すものである。図中符号Ｓで示した面は磁気記録媒体と対向する面に対応する。このスピンバルブ膜は、下地層５０１の上に、軟磁性層５０２、非磁性層５０３、強磁性層５０４、反強磁性層５０５および保護層５０６をこの順に積層して構成したものである。このスピンバルブ膜では、強磁性層５０４の磁化Ｍｐの向きが反強磁性層５０５との交換結合により固定され、軟磁性層５０２の磁化Ｍｆの向きが信号磁場によって自由に変化し、その相対角度に応じて抵抗が変化するようになっている。

ここで、現在では、ハードディスクなどの超高密度記録化に対応するためＭＲ素子の小型化が進んでいるが、ＭＲ素子が小型化するほどスピンバルブ膜に流れる電流の電流密度が増すことから、スピンバルブ膜には高い熱安定性が要求されるようになってきている。

特許文献１には、強磁性層内にルテニウム（Ｒｕ）からなる結合層（AF coupling film）を設けた、いわゆるシンセティックピン構造のスピンバルブ膜が開示されている。この特許文献１では、シンセティックピン構造を採用することによって熱安定性が向上するという報告がなされている。
米国特許第５，８２８，５２９号公報

しかしながら、上記の特許文献１には、熱安定性の具体的な改善内容についての報告はなされていない。また、安定した抵抗特性を得るためには、強磁性層と反強磁性層との間に生じる交換結合磁界を大きくする必要があるが、上記の特許文献１では、交換結合磁界についての報告はなされていない。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、熱安定性を向上させ、かつ、大きな交換結合磁界を得ることができる磁気変換素子、それを用いた薄膜磁気ヘッドおよびそれらの製造方法を提供することにある。

本発明による磁気変換素子は、一対の対向する面を有する非磁性層と、この非磁性層の一方の面側に形成された軟磁性層と、非磁性層の他方の面側に形成された強磁性層と、この強磁性層の非磁性層と反対の側に形成された反強磁性層とを含む積層体を基体上に備え、強磁性層が、非磁性層に近い側から、強磁性内側層と結合層と強磁性外側層とを有している磁気変換素子であって、強磁性内側層および強磁性外側層のうち、基体に近い方の層における結合層側界面の平均結晶粒径が３ｎｍ以上８ｎｍ以下であることを特徴とするものである。

また、本発明による他の磁気変換素子は、一対の対向する面を有する非磁性層と、この非磁性層の一方の面側に形成された軟磁性層と、非磁性層の他方の面側に形成された強磁性層と、この強磁性層の非磁性層と反対の側に形成された反強磁性層と、を含む積層体を基体上に備え、強磁性層が、非磁性層に近い側から、強磁性内側層と結合層と強磁性外側層とを有している磁気変換素子であって、強磁性内側層および強磁性外側層のうち、基体に近い方の層において、積層体の積層方向と直交する面内での平均結晶粒径が３ｎｍ以上８ｎｍ以下であることを特徴とするものである。

本発明による磁気変換素子または他の磁気変換素子では、強磁性内側層および強磁性外側層のうち基体に近い方の層の結合層側界面またはその層の面内平均結晶粒径が３ｎｍ以上８ｎｍ以下となるため、結合層の界面が平坦になり、従って、熱安定性が向上し、かつ、交換結合磁界も大きくなる。

なお、積層体において、結合層よりも反強磁性層側および軟磁性層側の少なくとも一方に、Ｏ（酸素），Ｎ（窒素），Ｈ（水素），Ｃｕ（銅），Ａｕ（金），Ａｇ（銀）およびＲｈ（ロジウム）からなる群のうち少なくとも１種を含む材料よりなる結晶成長抑制層を備えていることが好ましい。この結晶成長抑制層は、積層体の積層方向と直交する面内において分散して形成されていることがより好ましい。さらに、強磁性内側層および強磁性外側層は、Ｃｏ（コバルト）またはＦｅ（鉄）からなる群のうちの少なくともＣｏを含む材料よりなることが好ましい。加えて、結合層は、Ｒｕ（ルテニウム），Ｒｈ，Ｒｅ（レニウム）およびＣｒ（クロム）からなる群のうちの少なくとも１種を含む材料よりなることが好ましい。

また、本発明による薄膜磁気ヘッドは、一対の対向する面を有する非磁性層と、この非磁性層の一方の面側に形成された軟磁性層と、非磁性層の他方の面側に形成された強磁性層と、この強磁性層の非磁性層と反対の側に形成された反強磁性層とを備えた積層体と、この積層体を支持する基体とを備えた薄膜磁気ヘッドであって、強磁性層が、非磁性層に近い側から、強磁性内側層と、結合層と、強磁性外側層とを有しており、強磁性内側層および強磁性外側層のうち、基体に近い方の層における結合層側界面の平均結晶粒径が３ｎｍ以上８ｎｍ以下であることを特徴とするものである。

また、本発明による他の薄膜磁気ヘッドは、一対の対向する面を有する非磁性層と、この非磁性層の一方の面側に形成された軟磁性層と、非磁性層の他方の面側に形成された強磁性層と、この強磁性層の非磁性層と反対の側に形成された反強磁性層とを備えた積層体と、この積層体を支持する基体とを備えた薄膜磁気ヘッドであって、強磁性層が、非磁性層に近い側から、強磁性内側層と結合層と強磁性外側層とを有しており、強磁性内側層および強磁性外側層のうち、基体に近い方の層において、積層体の積層方向と直交する面内での平均結晶粒径が３ｎｍ以上８ｎｍ以下であることを特徴とするものである。

本発明による薄膜磁気ヘッドまたは他の薄膜磁気ヘッドでは、強磁性内側層および強磁性外側層のうち基体に近い方の層の結合層側界面またはその層の面内平均結晶粒径が３ｎｍ以上８ｎｍ以下となるため、結合層の両界面の平坦性が向上する。すなわち、熱安定性がさらに向上し、かつ、交換結合磁界がさらに大きくなる。

なお、積層体において、結合層よりも反強磁性層側および軟磁性層側のうち少なくとも基体側の層に、Ｏ，Ｎ，Ｈ，Ｃｕ，Ａｕ，ＡｇおよびＲｈからなる群のうち少なくとも１種を含む材料よりなる結晶成長抑制層を備えていることが好ましい。さらに、結晶成長抑制層は、積層体の積層方向と直交する面内において分散して形成されていることが好ましい。

さらに、本発明による磁気変換素子の製造方法は、一対の対向する面を有する非磁性層と、この非磁性層の一方の面側に形成された軟磁性層と、非磁性層の他方の面側に形成された強磁性層と、この強磁性層の非磁性層と反対の側に形成された反強磁性層とを含む積層体を備えると共に、強磁性層が、非磁性層に近い側から強磁性内側層と結合層と強磁性外側層とを有している磁気変換素子を製造する方法であって、積層体において結合層よりも反強磁性層側および軟磁性層側の少なくとも一方に、積層体の積層方向に直交する面内において分散した結晶成長抑制層を形成する工程を含むことを特徴とするものである。

また、本発明による薄膜磁気ヘッドの製造方法は、一対の対向する面を有する非磁性層と、この非磁性層の一方の面側に形成された軟磁性層と、非磁性層の他方の面側に形成された強磁性層と、この強磁性層の非磁性層と反対の側に形成された反強磁性層とを含む積層体を備えると共に、強磁性層が、非磁性層に近い側から強磁性内側層と結合層と強磁性外側層とを有している磁気変換素子と、積層体を支持する基体とを備えた薄膜磁気ヘッドを製造する方法であって、積層体において結合層よりも少なくとも基体側に、積層体の積層方向に直交する面内において分散した結晶成長抑制層を形成する工程を含むことを特徴とするものである。

本発明による磁気変換素子の製造方法または薄膜磁気ヘッドの製造方法によれば、結晶成長抑制層によって、強磁性内側層および強磁性外側層のうち少なくとも一方の結晶成長が抑制されることにより、結合層の界面の平坦性が向上する。これにより、良好な熱安定性および大きな交換結合磁界を有する磁気変換素子または薄膜磁気ヘッドが得られる。

なお、上記の結晶成長抑制層は、Ｏ，Ｎ，Ｈ，Ｃｕ，Ａｕ，ＡｇおよびＲｈからなる群のうち少なくとも１種を含む材料により形成することが好ましい。さらに、結晶成長抑制層の形成工程は、積層体において結晶成長抑制層が形成される部分を、Ｏ，ＮおよびＨからなる群のうち少なくとも１種を含む雰囲気にさらす工程を含むことが好ましい。また、結晶成長抑制層の形成工程は、真空成膜法を用いてＣｕ，Ａｕ，ＡｇおよびＲｈからなる群のうち少なくとも１種を含むように結晶成長抑制層を形成する工程を含むことが好ましい。

以上説明したように、本発明の磁気変換素子または薄膜磁気ヘッドによれば、強磁性内側層および強磁性外側層のうち、前記基体に近い方の層における結合層側界面の平均結晶粒径が３ｎｍ以上８ｎｍ以下となるようにしたので、少なくともその界面を平坦にすることができ、従って、熱安定性を向上し、かつ交換結合磁界および抵抗変化率を大きくすることができる。

また、本発明の他の磁気変換素子または薄膜磁気ヘッドによれば、強磁性内側層および強磁性外側層のうち、基体に近い方の層における面内の平均結晶粒径が３ｎｍ以上８ｎｍ以下となるようにしたので、結合層の一対の界面をともに平坦にすることができ、従って、熱安定性を向上し、かつ交換結合磁界および抵抗変化率を大きくすることができる。

特に、Ｏ，Ｎ，Ｈ，Ｃｕ，Ａｕ，ＡｇおよびＲｈからなる群のうち少なくとも１種を含む材料よりなる結晶成長抑制層を設けるようにした場合には、結晶粒径の制御が容易になる。

また、本発明の磁気変換素子の製造方法によれば、積層体において結合層よりも反強磁性層側および軟磁性層側の少なくとも一方に結晶成長抑制層を設けるようにしたので、強磁性内側層および強磁性外側層のうちの少なくとも一方の平均面内結晶粒径を制御し、結合層の界面の平坦性を向上させることができるという効果を奏する。

また、本発明の薄膜磁気ヘッドの製造方法によれば、積層体において結合層よりも少なくとも基体側に結晶成長抑制層を設けるようにしたので、強磁性内側層，結合層および強磁性外側層の結晶成長を抑制し、結合層の界面の平坦性を向上させることができる。

特に、積層体において結晶成長抑制層が形成される部分をＯ，ＮおよびＨからなる群のうち少なくとも１種を含む雰囲気にさらすようにした場合には、簡単な方法で、結晶成長抑制層を形成することができる。

特に、真空成膜法を用いて、Ｃｕ，Ａｕ，ＡｇおよびＲｈからなる群のうち少なくとも１種を含むように結晶成長抑制層を形成するようにした場合には、簡単な方法で、結晶成長抑制層を形成することができる。

［第１の実施の形態］
＜ＭＲ素子および薄膜磁気ヘッドの構成＞
最初に、図１ないし図７を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る磁気変換素子の一具体例であるＭＲ素子およびそれを用いた薄膜磁気ヘッドの構成について説明する。

図１は、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッド１００を備えたアクチュエータアーム２００の構成を表すものである。このアクチュエータアーム２００は、例えば、図示しないハードディスク装置などで用いられるものであり、薄膜磁気ヘッド１００が形成されたスライダ２１０を有している。このスライダ２１０は、例えば、支軸２２０により回転可能に支持された腕部２３０の先端に搭載されている。この腕部２３０は、例えば、図示しないボイスコイルモータの駆動力により回転するようになっており、これによりスライダ２１０がハードディスクなどの磁気記録媒体３００の記録面（図１においては記録面の下面）に沿ってトラックラインを横切る方向ｘに移動するようになっている。なお、磁気記録媒体３００は、例えば、スライダ２１０がトラックラインを横切る方向ｘに対してほぼ直交する方向ｚに回転するようになっており、このような磁気記録媒体３００の回転およびスライダ２１０の移動により磁気記録媒体３００に情報が記録され、または記録された情報が読み出されるようになっている。

図２は、図１に示したスライダ２１０の構成を表すものである。このスライダ２１０は、例えば、Ａｌ₂ Ｏ₃ ・ＴｉＣ（アルティック）よりなるブロック状の基体２１１を有している。この基体２１１は、例えば、ほぼ六面体状に形成されており、そのうちの一面が磁気記録媒体３００（図１参照）の記録面に近接して対向するように配置されている。この磁気記録媒体３００の記録面と対向する面はエアベアリング面（ＡＢＳ）２１１ａと呼ばれ、磁気記録媒体３００が回転する際には、磁気記録媒体３００の記録面とエアベアリング面２１１ａとの間に生じる空気流により、スライダ２１０が記録面との対向方向ｙにおいて記録面から離れるように微少量移動し、エアベアリング面２１１ａと磁気記録媒体３００との間に一定の隙間ができるようになっている。基体２１１のエアベアリング面２１１ａに対する一側面（図２においては左側の側面）には、薄膜磁気ヘッド１００が設けられている。

図３は、薄膜磁気ヘッド１００の構成を分解して表すものである。また、図４は、図３に示した矢印ＩＶ方向から見た平面構造を表し、図５は、図４に示したＶ−Ｖ線に沿った矢視方向の断面構造を表し、図６は、図４に示したＶＩ−ＶＩ線に沿った矢視方向すなわち図５に示したＶＩ−ＶＩ線に沿った矢視方向の断面構造を表し、図７は、図６に示した構造の一部を取り出して表すものである。この薄膜磁気ヘッド１００は、磁気記録媒体３００に記録された磁気情報を再生する再生ヘッド部１０１と、磁気記録媒体３００のトラックラインに磁気情報を記録する記録ヘッド部１０２とが一体に構成されたものである。

図３および図５に示したように、再生ヘッド部１０１は、例えば、基体２１１の上に、絶縁層１１，下部シールド層１２，下部シールドギャップ層１３，上部シールドギャップ層１４および上部シールド層１５がエアベアリング面２１１ａの側においてこの順に積層された構造を有している。絶縁層１１は、例えば、積層方向の厚さ（以下、単に厚さと記す）が２μｍ〜１０μｍであり、Ａｌ₂ Ｏ₃ （酸化アルミニウム）により構成されている。下部シールド層１２は、例えば、厚さが１μｍ〜３μｍであり、ＮｉＦｅ（ニッケル鉄合金）などの磁性材料により構成されている。下部シールドギャップ層１３および上部シールドギャップ層１４は、例えば、厚さがそれぞれ１０ｎｍ〜１００ｎｍであり、Ａｌ₂ Ｏ₃ またはＡｌＮ（チッ化アルミニウム）によりそれぞれ構成されている。上部シールド層１５は、例えば、厚さが１μｍ〜４μｍであり、ＮｉＦｅなどの磁性材料により構成されている。なお、この上部シールド層１５は、記録ヘッド部１０２の下部磁極としての機能も兼ね備えている。

また、下部シールドギャップ層１３と上部シールドギャップ層１４との間には、スピンバルブ膜である積層体２０を含むＭＲ素子１１０が埋設されている。この再生ヘッド部１０１は、磁気記録媒体３００からの信号磁場に応じて積層体２０における電気抵抗が変化することを利用して、磁気記録媒体３００に記録された情報を読み出すようになっている。

この積層体２０は、例えば、図６および図７に示したように、下部シールドギャップ層１３の上に、下地層２１，結晶成長抑制層２２，第１軟磁性層２３，第２軟磁性層２４，非磁性層２５，強磁性層２６，反強磁性層２７，および保護層２８がこの順に積層された構造を有している。また、強磁性層２６は、非磁性層２５側から、強磁性内側層２６ａ，結合層２６ｂおよび強磁性外側層２６ｃを有している。下地層２１は、例えば、厚さが５ｎｍであり、Ｔａにより構成されている。

結晶成長抑制層２２は、その上に形成される各層の結晶成長を抑制することにより、強磁性層２６の結合層２６ｂの界面における平坦性を向上させるものである。この結晶成長抑制層２２は、ここでは下地層２１と第１軟磁性層２３との間に形成されているが、積層体２０の結合層２６ｂよりも基体２１１側、すなわち積層体２０の積層過程において結合層２６ｂよりも先に形成されるような位置に設けれていればよい。このようにすれば、結晶成長抑制層２２よりも上に、強磁性内側層２６ａ，結合層２６ｂおよび強磁性外側層２６ｃが形成されるため、これらの層の結晶成長を全て抑制することができ、結合層２６ｂの界面をより平坦にできるからである。但し、結晶成長抑制層２２を下地層２１と第１軟磁性層２３との間に設けるようにすれば、不純物の存在によるヘッド特性への悪影響を小さくすることができる。なお、本実施の形態では、「結合層２６ｂよりも基体２１１に近い側」とは、積層体２０における結合層２６ｂよりも第１軟磁性層２３側である。

結晶成長抑制層２２は、例えば、Ｏ，Ｎ，Ｈ，Ｃｕ，Ａｕ，ＡｇおよびＲｈからなる群のうち少なくとも１種を含む材料により構成されており、積層体２０の積層方向に対して直交する面内で分散形成されていることが好ましい。このようにすれば、図６に符号Ｇで示したように、分散形成された結晶成長抑制層２２の隙間から結晶が成長し、結晶成長が確実に抑制されるからである。結晶成長抑制層２２は、このようにして、結晶成長抑制層２２の上に形成される各層の結晶成長を抑制し、少なくとも強磁性内側層２６ａにおける平均面内結晶粒径を３ｎｍ〜８ｎｍにするようになっている。ここで、「平均面内結晶粒径」とは、積層体２０の積層方向に対して直交する面における結晶粒径の平均値いい、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）などを用いて観察することにより測定されるものである。なお、結晶成長抑制層２２の厚さは、例えば約１ｎｍとする。

第１軟磁性層２３は、例えば、厚さが１ｎｍ〜３ｎｍであり、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｔａ（タンタル），Ｃｒ，Ｒｈ，Ｍｏ（モリブデン）およびＮｂ（ニオブ）からなる群のうちの少なくともＮｉを含む磁性材料により構成されている。具体的には、［Ｎｉ_x Ｃｏ_y Ｆｅ_100-(x+y) ］_100-z Ｍ_{I z} により構成されることが好ましい。式中、Ｍ_I はＴａ，Ｃｒ，Ｒｈ，ＭｏおよびＮｂのうちの少なくとも１種を表し、ｘ，ｙ，ｚはそれぞれ原子％で７５≦ｘ≦９０、０≦ｙ≦１５、０≦ｚ≦１５の範囲内である。

第２軟磁性層２４は、例えば、厚さが０．５ｎｍ〜３ｎｍであり、Ｎｉ，ＣｏおよびＦｅからなる群のうちの少なくともＣｏを含む磁性材料により構成されている。具体的には、（１１１）面が積層方向に配向しているＣｏ_x Ｆｅ_y Ｎｉ_100-(x+y) により構成されることが好ましい。式中、ｘ，ｙはそれぞれ原子％で７０≦ｘ≦１００、０≦ｙ≦２５の範囲内である。

なお、これら第１軟磁性層２３および第２軟磁性層２４は共にフリー層とも言われる軟磁性層を構成しており、磁気記録媒体３００からの信号磁場に応じて磁界の向きが変化するようになっている。軟磁性層の厚さ、すなわち、第１軟磁性層２３および第２軟磁性層２４の厚さの合計は、例えば２ｎｍ〜１０ｎｍであることが好ましい。

非磁性層２５は、例えば、厚さが１．８ｎｍ〜３ｎｍであり、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｒｅ，Ｐｔ（白金）およびＷ（タングステン）からなる群のうち少なくとも１種を８０重量％以上含む非磁性材料により構成されている。この非磁性層２５は、軟磁性層（すなわち、第１軟磁性層２３および第２軟磁性層２４）を、できるだけ、強磁性層２６および反強磁性層２７から磁気的に隔離するためのものである。

強磁性層２６は、ピンド層とも言われ、反強磁性層２７との界面における交換結合により、磁化の向きが固定されている。強磁性層２６のうち、強磁性内側層２６ａおよび強磁性外側層２６ｃは、いずれも、ＣｏおよびＦｅからなる群のうちの少なくともＣｏを含む磁性材料により構成されており、その（１１１）面は積層方向に配向していることが望ましい。強磁性内側層２６ａの厚さは、例えば１〜４ｎｍであり、強磁性外側層２６ｃの厚さは、例えば１〜４ｎｍである。

強磁性内側層２６ａと強磁性外側層２６ｃとの間に介在する結合層２６ｂは、例えば、厚さが０．２ｎｍ〜１．２ｎｍであり、Ｒｕ、Ｒｈ、ＲｅおよびＣｒからなる群のうちの少なくとも１種を含む非磁性材料により構成されている。この結合層２６ｂは、強磁性内側層２６ａと強磁性外側層２６ｃとの間に反強磁性交換結合を生じさせ、強磁性内側層２６ａの磁化Ｍｐと強磁性外側層２６ｃの磁化Ｍｐｃとを互いに反対向きにするためのものである。ちなみに、本明細書において「磁化が互いに反対向き」と言うのは、磁化の向きが１８０°異なる場合のみを言うのではなく、２つの磁化の向きの相対角度が９０°より大きい場合を含めて言う。

ここでは、強磁性外側層２６ｃの磁化Ｍｐｃの向きは、強磁性外側層２６ｃと反強磁性層２７との界面における交換結合により、例えばｙ方向に固定されている。強磁性内側層２６ａの磁化Ｍｐの向きは、結合層２６ｂを介した強磁性内側層２６ａと強磁性外側層２６ｃの反強磁性交換結合により、強磁性外側層２６ｃの磁化Ｍｐｃと反対方向に固定されている。これにより、この積層体２０では、強磁性層２６の作る磁界が第１軟磁性層２３および第２軟磁性層２４に与える影響を小さくできるようになっている。

強磁性内側層２６ａにおいて、平均面内結晶粒径は３ｎｍ〜８ｎｍに抑制されている。強磁性内側層２６ａの結晶粒径を抑制することにより、強磁性内側層２６ａと結合層２６ｂとの界面を平坦化し、熱安定性を向上させ、かつ、交換結合磁界を大きくするためである。特に、強磁性内側層２６ａの結合層２６ｂとの界面（すなわち、結合層側界面）の平均面内結晶粒径が３ｎｍ〜８ｎｍに抑制されていることが好ましい。なお、強磁性内側層２６ａの平均面内結晶粒径が８ｎｍより大きいと、熱安定性や交換結合磁界などの改善効果があまり見られない。また、平均面内結晶粒径が３ｎｍより小さいと、磁気抵抗効果（すなわち、信号磁場の変化に対して抵抗が変化する性質）が劣化するという問題がある。ちなみに、結合層２６ｂおよび強磁性外側層２６ｃの平均面内結晶粒径は３ｎｍ〜８ｎｍに限定される必要はない。

なお、強磁性内側層２６ａの平均面内結晶粒径を３ｎｍ〜８ｎｍにするためには、強磁性内側層２６ａよりも下側（基体２１１に近い側）のいずれかの層における平均面内結晶粒径を３ｎｍ〜８ｎｍにすることが好ましい。ある層において平均面内結晶粒径が３ｎｍ〜８ｎｍであれば、その上に形成される層の結晶成長も抑制されるからである。ここでは、前述したように下地層２１の上に結晶成長抑制層２２を設けることによって、第１軟磁性層２３，第２軟磁性層２４，非磁性層２５および強磁性内側層２６ａの全てにおいて、平均面内結晶粒径が３ｎｍ〜８ｎｍになるようにしている。

反強磁性層２７は、例えば、厚さが５〜３０ｎｍであり、Ｐｔ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ（パラジウム），Ｎｉ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｉｒ（イリジウム），ＣｒおよびＦｅからなる群のうちの少なくとも１種Ｍ_IIと、Ｍｎとを含む反強磁性材料により構成されている。このうちＭｎの含有量は４５原子％以上９５原子％以下、その他の元素Ｍ_IIの含有量は５原子％以上６５原子％以下であることが好ましい。この反強磁性材料には、熱処理しなくても反強磁性を示し、強磁性材料との間に交換結合磁界を誘起する非熱処理系反強磁性材料と、熱処理により反強磁性を示すようになる熱処理系反強磁性材料とがある。この反強磁性層２７は、そのどちらにより構成されていてもよい。

なお、非熱処理系反強磁性材料にはγ相を有するＭｎ合金などがあり、具体的には、ＲｕＲｈＭｎ（ルテニウムロジウムマンガン合金），ＦｅＭｎ（鉄マンガン合金）あるいはＩｒＭｎ（イリジウムマンガン合金）などがある。熱処理系反強磁性材料には規則結晶構造を有するＭｎ合金などがあり、具体的には、ＰｔＭｎ（白金マンガン合金），ＮｉＭｎ（ニッケルマンガン合金）およびＰｔＲｈＭｎ（白金ロジウムマンガン合金）などがある。

積層体２０の両側、すなわち積層方向に対して垂直な方向の両側には、磁区制御膜３０ａ，３０ｂがそれぞれ設けられており、第１軟磁性層２３および第２軟磁性層２４の磁化の向きを揃え、単磁区化していわゆるバルクハウゼンノイズの発生を抑えるようになっている。この磁区制御膜３０ａは、磁区制御用強磁性膜３１ａと、磁区制御用反強磁性膜３２ａとを下部シールドギャップ層１３の側から順に積層した構造とされている。磁区制御膜３０ｂも磁区制御膜３０ａと同一の構成とされている。これら磁区制御用強磁性膜３１ａ，３１ｂの磁化の向きは、磁区制御用強磁性膜３１ａ，３１ｂと磁区制御用反強磁性膜３２ａ，３２ｂとのそれぞれの界面における交換結合によってそれぞれ固定されている。これにより、例えば図７に示したように、磁区制御用強磁性膜３１ａ，３１ｂの近傍では第１軟磁性層２３および第２軟磁性層２４に対するバイアス磁界Ｈｂがｘ方向に発生している。

磁区制御用強磁性膜３１ａ，３１ｂは、例えば、それぞれ厚さが１０ｎｍ〜５０ｎｍである。また、磁区制御用強磁性膜３１ａ，３１ｂは、例えば、ＮｉＦｅ、または、Ｎｉ，ＦｅおよびＣｏからなる磁性材料などにより構成されている。また、ＮｉＦｅ膜とＣｏ膜との積層膜であっても良い。磁区制御用反強磁性膜３２ａ，３２ｂは、例えば、それぞれ厚さが５ｎｍ〜３０ｎｍであり、反強磁性材料により構成されている。この反強磁性材料は、非熱処理系反強磁性材料でも熱処理系反強磁性材料でも良いが、非熱処理系反強磁性材料が好ましい。

これら磁区制御膜３０ａ，３０ｂの上には、ＴａとＡｕとの積層膜、ＴｉＷとＴａとの積層膜、あるいはＴｉＮ（窒化チタン）とＴａとの積層膜などよりなるリード層３３ａ，３３ｂがそれぞれ設けられており、磁区制御膜３０ａ，３０ｂを介して積層体２０に電流を流すことができるようになっている。

記録ヘッド部１０２は、例えば、図３および図５に示したように、上部シールド層１５の上に、Ａｌ₂ Ｏ₃ などの絶縁膜よりなる厚さ０．１μｍ〜０．５μｍの記録ギャップ層４１を有している。この記録ギャップ層４１は、後述する薄膜コイル４３，４５の中心部に対応する位置に開口部４１ａを有している。この記録ギャップ層４１の上には、スロートハイトを決定する厚さ１．０μｍ〜５．０μｍのフォトレジスト層４２を介して、厚さ１μｍ〜３μｍの薄膜コイル４３およびこれを覆うフォトレジスト層４４がそれぞれ形成されている。このフォトレジスト層４４の上には、厚さ１μｍ〜３μｍの薄膜コイル４５およびこれを覆うフォトレジスト層４６がそれぞれ形成されている。なお、本実施の形態では薄膜コイルが２層積層された例を示したが、薄膜コイルの積層数は１層または３層以上であってもよい。

記録ギャップ層４１およびフォトレジスト層４２，４４，４６の上には、例えば、ＮｉＦｅまたはＦｅＮ（窒化鉄）などの高飽和磁束密度を有する磁性材料よりなる厚さ約３μｍの上部磁極４７が形成されている。この上部磁極４７は、薄膜コイル４３，４５の中心部に対応して設けられた記録ギャップ層４１の開口部４１ａを介して、上部シールド層１５と接触しており、磁気的に連結している。この上部磁極４７の上には、図３ないし図６では図示しないが、例えば、Ａｌ₂ Ｏ₃ よりなる厚さ２０μｍ〜３０μｍのオーバーコート層（図１３（Ｂ）におけるオーバーコート層４８）が全体を覆うように形成されている。これにより、この記録ヘッド部１０２は、薄膜コイル４３，４５に流れる電流によって下部磁極である上部シールド層１５と上部磁極４７との間に磁束を生じ、記録ギャップ層４１の近傍に生ずる磁束によって磁気記録媒体３００を磁化し、情報を記録するようになっている。

＜ＭＲ素子および薄膜磁気ヘッドの動作＞
次に、このように構成されたＭＲ素子１１０および薄膜磁気ヘッド１００による再生動作について、図６および図７を中心に参照して説明する。

この薄膜磁気ヘッド１００では、再生ヘッド部１０１により磁気記録媒体３００に記録された情報を読み出す。再生ヘッド部１０１では、強磁性層２６の強磁性外側層２６ｃと反強磁性層２７との界面での交換結合により、例えば、強磁性外側層２６ｃの磁化Ｍｐｃの向きがｙ方向に固定されている。また、強磁性内側層２６ａの磁化の向きＭｐは、結合層２６ｂを介しての強磁性外側層２６ｃとの反強磁性交換結合により、磁化Ｍｐｃと反対向きに固定されている。磁区制御膜３０ａ，３０ｂの発生するバイアス磁界Ｈｂにより、第１軟磁性層２３，第２軟磁性層２４の磁化Ｍｆはバイアス磁界Ｈｂの方向（ここではｘ方向）に揃えられる。なお、バイアス磁界Ｈｂは、強磁性層２６の磁化Ｍｐ，Ｍｐｃの向きに対しほぼ直交している。

情報を読み出す際には、積層体２０に、リード層３３ａ，３３ｂを通じて定常電流である検出電流（センス電流）が例えばバイアス磁界Ｈｂの方向に流される。その際、反強磁性層２７は積層体２０の他の層よりも大きな電規抵抗を有しているため、電流は、主として強磁性層２６，非磁性層２５，第２軟磁性層２４および第１軟磁性層２３を流れる。

磁気記録媒体３００からの信号磁場を受けると、第１軟磁性層２３および第２軟磁性層２４における磁化Ｍｆの向きが変化する。強磁性層２６の磁化Ｍｐ，Ｍｐｃの向きは、反強磁性層２７により固定されているので、磁気記録媒体３００からの信号磁場を受けても変化しない。第１軟磁性層２３および第２軟磁性層２４における磁化Ｍｆの向きが変化すると、積層体２０を流れる電流は、第１軟磁性層２３および第２軟磁性層２４の磁化Ｍｆの向きと強磁性層２６の磁化Ｍｐ，Ｍｐｃの向きとの相対角度に応じた抵抗を受ける。これは、非磁性層と磁性層との界面における電子の散乱の度合いが磁性層の磁化方向に依存するという「スピン依存散乱」と呼ばれる現象によるものである。この積層体２０の抵抗の変化量は電圧の変化量として検出され、磁気記録媒体３００に記録された情報が読み出される。

ここで、強磁性層２６において、強磁性内側層２６ａと強磁性外側層２６ｃとが結合層２６ｂを介して磁気的に結合され、強磁性内側層２６ａにおける磁化Ｍｐｃの向きと強磁性外側層２６ｃにおける磁化Ｍｐの向きとが互いに平行でかつ反対向きになるようにしたので、熱安定性を向上することができる。

さらに、少なくとも強磁性内側層２６ａの平均面内結晶粒径が３ｎｍ〜８ｎｍになるようにしたので、強磁性内側層２６ａと結合層２６ｂとの界面、および、結合層２６ｂと強磁性外側層２６ｃとの界面が平坦になる。これにより、積層体２０の熱安定性がさらに向上し、かつ、交換結合磁界も大きくなる。加えて、交換結合磁界が大きくなるため、抵抗変化率も大きくなる。

また、強磁性内側層２６ａにおける磁化Ｍｐの向きと強磁性外側層２６ｃにおける磁化Ｍｐｃの向きとが互いに平行でかつ反対向きになるようにしたので、軟磁性層（第１軟磁性層２３および第２軟磁性層２４）に対する強磁性層２６の磁化の影響が小さくなり、従って、薄膜磁気ヘッド１００の出力の対称性が向上する。

＜ＭＲ素子および薄膜磁気ヘッドの製造方法＞
続いて、図８ないし図１３を参照して、ＭＲ素子１１０および薄膜磁気ヘッド１００の製造方法について説明する。なお、図８，図１２および図１３は、図４におけるＶ−Ｖ線に沿った断面構造を表している。また、図９ないし図１１は、図４におけるＶＩ−ＶＩ線に沿った断面構造を表している。

本実施の形態に係る製造方法では、まず、図８に示したように、例えば、Ａｌ₂ Ｏ₃ ・ＴｉＣよりなる基体２１１の一側面上に、スパッタリング法により、絶縁層１１を構成の欄で述べた材料を用いて形成する。次に、この絶縁層１１の上に、例えば、めっき法により、下部シールド層１２を構成の欄で述べた材料を用いて形成する。続いて、この下部シールド層１２の上に、例えば、スパッタリング法により、下部シールドギャップ層１３を構成の欄で述べた材料を用いて形成する。そののち、この下部シールドギャップ層１３の上に、積層体２０を形成するための積層膜２０ａを形成する。

ここで、積層膜２０ａの形成工程および積層体２０の形成工程について詳説する。ここでは、まず、図９（Ａ）に示したように、下部シールドギャップ層１３の上に、例えばスパッタリング法により、下地層２１を構成の欄で説明した材料を用いて成膜する。この成膜作業は、図示しない真空チャンバを用い、高真空のもとで行う。続いて、下地層２１の表面に、Ｏ，Ｎ，Ｈ，Ｃｕ，Ａｕ，ＡｇおよびＲｈからなる群のうち少なくとも１種を含む材料よりなる結晶成長抑制層２２をアイランド状に分散形成する。

ここで、結晶成長抑制層２２をＯ，ＮおよびＨからなる群のうち少なくとも１種を含む材料により構成する場合には、上記の図示しない真空チャンバ内にＯ₂ ガス，Ｎ₂ ガスおよびＨ₂ Ｏガスの少なくとも１つを導入することにより、下地層２１の表面をＯ，ＮおよびＨからなる群のうち少なくとも１種を含む雰囲気にさらす。真空チャンバ内の最適な真空度は、例えばＯ₂ ガスを導入する場合、１×１０^-3Ｐａ〜１Ｐａである。また、結晶成長抑制層２２をＣｕ，Ａｕ，ＡｇおよびＲｈからなる群のうち少なくとも１種を含む材料により構成する場合には、真空成膜法を用いる。ここで、真空成膜法とは、大気圧（約１×１０⁵ Ｐａ）より低い圧力のもとで成膜を行う方法をいい、例えばＰＶＤ（Physical Vapor Deposition ）法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法などがある。

続いて、図示しない真空チャンバを高真空にし、結晶成長抑制層２２に覆われた下地層２１の表面に、例えばスパッタリング法を用いて、第１軟磁性層２３を構成の欄で説明した材料を用いて成膜する。このとき、図９（Ｂ）に符号Ｇで示したように、第１軟磁性層２３は、下地層２１上にアイランド状に分散された結晶成長抑制層２２を介して成長するので、第１軟磁性層２３の結晶成長は抑制される。ここでは、第１軟磁性層２３の平均面内結晶粒径は３ｎｍ〜８ｎｍになる。

次に、第１軟磁性層２３の上に、第２軟磁性層２４，非磁性層２５，強磁性内側層２６ａ，結合層２６ｂおよび強磁性外側層２６ｃを順次構成の欄で説明した材料を用いて成膜する。ここでは、第１軟磁性層２３における平均面内結晶粒径が３ｎｍ〜８ｎｍと小さく、第１軟磁性層２３の表面が平坦化されるため、その上に成膜される第２軟磁性層２４，非磁性層２５，強磁性内側層２６ａ，結合層２６ｂおよび強磁性外側層２６ｃにおいても結晶成長が抑制され、その結果、これらの層の平均面内結晶粒径も３ｎｍ〜８ｎｍとなる。従って、強磁性層２６における強磁性内側層２６ａと結合層２６ｂとの界面、および、結合層２６ｂと強磁性外側層２６ｃとの界面は平坦になる。

このように強磁性層２６の強磁性内側層２６ａと結合層２６ｂとの界面、および結合層２６ｂと強磁性外側層２６ｃとの界面が平坦になるため、熱安定性が向上する上、交換結合磁界が大きくなる。

強磁性層２６の上には、例えばスパッタリング法により、反強磁性層２７および保護層２８を順次構成の欄で説明した材料を用いて成膜する。その際、反強磁性層２７を非熱処理系反強磁性材料により構成する場合には、例えば、ｙ方向（図７）に磁場を印加した状態で反強磁性層２７を成膜する。これにより、強磁性層２６の磁化の方向は、反強磁性層２７との交換結合によって印加磁場の方向ｙに固定される。

そののち、図１０（Ａ）に示したように、積層膜２０ａの上に、積層体２０の形成予定領域に対応してフォトレジスト膜４０１を選択的に形成する。なお、このフォトレジスト膜４０１は、後述するリフトオフを容易に行うことができるように、例えば、保護膜２８との界面に溝を形成し、断面形状をＴ型とすることが好ましい。フォトレジスト膜４０１を形成したのち、例えば、イオンミリング法により、フォトレジスト膜４０１をマスクとして、積層膜２０ａをエッチングする。これにより、図１０（Ｂ）に示したような積層体２０が形成される。

積層体２０を形成したのち、図１１（Ａ）に示したように、例えば、スパッタリング法により、積層体２０の両側に、磁区制御用強磁性膜３１ａ，３１ｂおよび磁区制御用反強磁性膜３２ａ，３２ｂをそれぞれ順次形成する。その際、磁区制御用反強磁性膜３２ａ，３２ｂを非熱処理系反強磁性材料により構成する場合には、例えば、ｘ方向に磁場を印加した状態で磁区制御用反強磁性膜３２ａ，３２ｂをそれぞれ形成する。これにより、磁区制御用強磁性膜３１ａ，３１ｂの磁化の方向は、磁区制御用反強磁性膜３２ａ，３２ｂとの交換結合によって印加磁場の方向ｘに固定される。

磁区制御膜３０ａ，３０ｂをそれぞれ形成したのち、同じく図１１（Ａ）に示したように、例えば、スパッタリング法により、磁区制御用反強磁性膜３２ａ，３２ｂの上に、リード層３３ａ，３３ｂをそれぞれ形成する。そののち、例えば、リフトオフ処理によって、フォトレジスト膜４０１とその上に積層されている堆積物４０２（磁区制御用強磁性膜、磁区制御用反強磁性膜およびリード層の各材料）を除去する。

リフトオフ処理を行ったのち、図１１（Ｂ）および図１２（Ａ）に示したように、例えば、スパッタリング法により、下部シールドギャップ層１３および積層体２０を覆うように、上部シールドギャップ層１４を構成の欄で説明した材料を用いて形成する。これにより、積層体２０は下部シールドギャップ層１３と上部シールドギャップ層１４との間に埋設される。そののち、上部シールドギャップ層１４の上に、例えば、スパッタリング法により、上部シールド層１５を構成の欄で説明した材料を用いて形成する。

上部シールド層１５を形成したのち、図１２（Ｂ）に示したように、例えば、スパッタリング法により、上部シールド層１５の上に、記録ギャップ層４１を構成の欄で説明した材料を用いて形成し、この記録ギャップ層４１の上に、フォトレジスト層４２を所定のパターンに形成する。フォトレジスト層４２を形成したのち、このフォトレジスト層４２の上に、薄膜コイル４３を構成の欄で説明した材料を用いて形成し、この薄膜コイル４３を覆うようにフォトレジスト層４４を所定のパターンに形成する。フォトレジスト層４４を形成したのち、このフォトレジスト層４４の上に、薄膜コイル４５を構成の欄で説明した材料を用いて形成し、この薄膜コイル４５を覆うようにフォトレジスト層４６を所定のパターンに形成する。

フォトレジスト層４６を形成したのち、図１３（Ａ）に示したように、例えば、薄膜コイル４３，４５の中心部に対応する位置において、記録ギャップ層４１を部分的にエッチングし、磁路形成のための開口部４１ａを形成する。そののち、例えば、記録ギャップ層４１、開口部４１ａ、フォトレジスト層４２，４４，４６の上に上部磁極４７を構成の欄で説明した材料を用いて形成する。上部磁極４７を形成したのち、例えば、この上部磁極４７をマスクとして、イオンミリングにより、記録ギャップ層４１および上部シールド層１５を選択的にエッチングする。そののち、図１３（Ｂ）に示したように、上部磁極４７の上に、オーバーコート層４８を構成の欄で説明した材料を用いて形成する。

オーバーコート層４８を形成したのち、例えば、積層体２０の強磁性層２６および磁区制御用強磁性膜３１ａ，３１ｂを熱処理系反強磁性材料によりそれぞれ構成する場合には、それらの磁界の方向を固定するための反強磁性化処理を行う。具体的には、反強磁性層２７と強磁性層２６とのブロッキング温度（界面で交換結合が生じうる温度）が磁区制御用反強磁性膜３２ａ，３２ｂと磁区制御用強磁性膜３１ａ，３１ｂとのブロッキング温度よりも高い場合には、磁界発生装置等を利用して例えばｙ方向に磁場を印加した状態で、薄膜磁気ヘッド１００を反強磁性層２７と強磁性層２６とのブロッキング温度まで加熱する。これにより、強磁性層２６の磁化の方向は、反強磁性層２７との交換結合によって印加磁場の方向ｙに固定される。続いて、薄膜磁気ヘッド１００を磁区制御用反強磁性膜３２ａ，３２ｂと磁区制御用強磁性膜３１ａ，３１ｂとのブロッキング温度まで冷却し、例えばｘ方向に磁場を印加する。これにより、磁区制御用強磁性膜３１ａ，３１ｂの磁化の方向は、磁区制御用反強磁性膜３２ａ，３２ｂとの交換結合によって印加磁場の方向ｘにそれぞれ固定される。

なお、反強磁性層２７と強磁性層２６とのブロッキング温度が磁区制御用反強磁性膜３２ａ，３２ｂと磁区制御用強磁性膜３１ａ，３１ｂとのブロッキング温度よりも低い場合には、上の作業順序は逆になる。また、反強磁性層２７または磁区制御用反強磁性膜３２ａ，３２ｂを非熱処理系反強磁性材料により構成する場合には、この熱処理を行う必要がない。更に、ここではオーバーコート層４８を形成したのちに反強磁性化のための熱処理を行うようにしたが、強磁性層２６および反強磁性層２７を成膜したのちオーバーコート層４８を形成する前に行うようにしてもよく、また磁区制御膜３０ａ，３０ｂを成膜したのちオーバーコート層４８を形成する前に行うようにしてもよい。

最後に、例えば、スライダの機械加工により、エアベアリング面を形成し、図３または図５に示した薄膜磁気ヘッド１００が完成する。

＜第１の実施の形態による効果＞
このように本実施の形態によれば、強磁性内側層２６ａの平均面内結晶粒径を３ｎｍ〜８ｎｍとするようにしたので、特に、強磁性内側層２６ａと結合層２６ｂとの界面における平均面内結晶粒径を３ｎｍ〜８ｎｍとするようにしたので、強磁性内側層２６ａと結合層２６ｂとの界面、および結合層２６ｂと強磁性外側層２６ｃとの界面をいずれも平坦にすることができる。従って、熱安定性を向上させることができ、かつ、交換結合磁界を大きくすることができる。加えて、交換結合磁界を大きくすることで、抵抗変化率も大きくすることができる。

特に、結晶成長抑制層２２を、下地層２１の表面に設けるようにすれば、不純物の存在による再生ヘッド特性への悪影響を最小限に抑えることができる。

更に、結晶成長抑制層２２をＯ，ＮおよびＨのうちの少なくとも１種を含む材料により形成する場合には、積層体２０における結晶成長抑制層２２を形成する部分をＯ，ＮおよびＨのうちの少なくとも１種を含む雰囲気にさらすようにすれば、簡単な方法で結晶成長抑制層２２を形成することができる。また、結晶成長抑制層２２をＣｕ，Ａｕ，ＡｇおよびＲｈのうちの少なくとも１種を含む材料により形成する場合には、真空成膜法を用いれば、簡単な方法で結晶成長抑制層２２を形成することができる。

加えて、結晶成長抑制層２２を、積層体２０の積層方向に直交する面内において分散形成するようにすれば、容易に、結晶成長抑制層２２の上に形成される層の結晶成長を抑制することができる。

なお、上記の説明では、結晶成長抑制層２２を下地層２１と第１軟磁性層２３との間に形成したが、第１軟磁性層２３と第２軟磁性層２４との間に形成してもよいし、第２軟磁性層２４と非磁性層２５との間に形成してもよい。また、結晶成長抑制層２２を、下地層２１，第１軟磁性層２３，第２軟磁性層２４あるいは非磁性層２５の内部に形成してもよい。また、少なくとも強磁性内側層２６ａの平均面内結晶粒径が３ｎｍ〜８ｎｍの範囲にあれば、下地層２１，第１軟磁性層２３，第２軟磁性層２４，非磁性層２５，結合層２６ｂおよび強磁性外側層２６ｃにおける平均面内結晶粒径は３ｎｍ〜８ｎｍの範囲に入っていなくてもよい。

［第２の実施の形態］
次に、図１４を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態では、第１軟磁性層２３から反強磁性層２７までの各層の積層順番が第１の実施の形態と反対になっている。ここでは、第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図１４は、本実施の形態における積層体５０の構成を表すものである。この積層体５０は、下地層２１の上に、反強磁性層２７，強磁性外側層２６ｃ，結合層２６ｂ，強磁性内側層２６ａ，非磁性層２５，第２軟磁性層２４，第１軟磁性層２３および保護層２８をこの順に積層することにより構成されている。

本実施の形態では、結晶成長抑制層５１が、例えば反強磁性層２７の内部に設けられており、これにより強磁性外側層２６ｃの平均面内結晶粒径、特に強磁性外側層２６ｃの結合層２６ｂとの界面における平均面内結晶粒径が３ｎｍ〜８ｎｍに抑制されるようになっている。結晶成長抑制層５１は、第１の実施の形態の結晶成長抑制層２２と同様に、結合層２６ｂよりも基体２１１（図５）側に設けられていればよい。但し、結合層２６ｂを反強磁性層２７の内部に設けるようにすれば、不純物の存在による再生ヘッド特性への悪影響を最小限に抑えることができると共に、強磁性外側層２６ｃの平均面内結晶粒径を容易に制御することができるので好ましい。なお、本実施の形態では、「結合層２６ｂよりも基体２１１側」とは、積層体５０の結合層２６ｂよりも反強磁性層２７側である。

ここで、反強磁性層２７において、結晶成長抑制層５１よりも下側（基体２１１側）の部分を反強磁性下層２７ａとし、結晶成長抑制層５１よりも上側（強磁性層２６側）の部分を反強磁性上層２７ｂとする。

本実施の形態の積層体５０は、以下のようにして製造される。すなわち、下地層２１の上に、例えばスパッタリング法により、反強磁性下層２７ａを形成する。第１の実施の形態と同様、この成膜作業は、図示しない真空チャンバ内で行う。続いて、反強磁性下層２７ａの表面に、Ｏ，Ｎ，Ｈ，Ｃｕ，Ａｕ，ＡｇおよびＲｈからなる群の少なくとも１種を含む結晶成長抑制層５１をアイランド状に形成する。第１の実施の形態と同様、結晶成長抑制層５１をＯ，ＮおよびＨからなる群の少なくとも１種を含む材料により形成する場合には、真空チャンバ内にＯ₂ ガス，Ｎ₂ ガスおよびＨ₂ Ｏガスを導入する。Ｏ₂ ガスを導入した場合の真空チャンバ内の真空度は例えば１×１０^-3Ｐａ〜１Ｐａである。また、結晶成長抑制層５１をＣｕ，Ａｕ，ＡｇおよびＲｈからなる群の少なくとも１種を含む材料により形成する場合には、真空成膜法を用いる。

続いて、図示しない真空チャンバ内を高真空にし、結晶成長抑制層５１に覆われた反強磁性下層２７ａの表面に、例えばスパッタリング法を用いて、さらに反強磁性上層２７ｂを成膜する。このとき、反強磁性上層２７ｂの結晶は、分散された結晶成長抑制層５１の隙間を介して成長するため、結晶成長が抑制され、平均面内結晶粒径は例えば３ｎｍ〜８ｎｍとなる。この反強磁性上層２７ｂの上に、例えばスパッタリング法を用いて、強磁性外側層２６ｃ，結合層２６ｂ，強磁性内側層２６ａ，非磁性層２５, 第２軟磁性層２４，第１軟磁性層２３，保護層２８を順次成膜する。なお、下地層２１，反強磁性層２７，強磁性内側層２６ａ，結合層２６ｂ，強磁性外側層２６ｃ，非磁性層２５，第２軟磁性層２４，第１軟磁性層２３，保護層２８の材質は、第１の実施の形態と同様である。

本実施の形態では、反強磁性層２７の反強磁性上層２７ｂの平均面内結晶粒径が３ｎｍ〜８ｎｍに抑制されているため、その上に形成される反強磁性上層２７ｂ，強磁性内側層２６ａ，結合層２６ｂおよび強磁性外側層２６ｃにおける結晶成長が抑制され、いずれも、例えば平均面内結晶粒径が３ｎｍ〜８ｎｍとなる。従って、第１の実施の形態と同様に、強磁性内側層２６ａと結合層２６ｂとの界面、および、結合層２６ｂと強磁性外側層２６ｃとの界面は平坦になる。従って、熱安定性を向上させることができ、かつ、交換結合磁界を大きくすることができる。加えて、交換結合磁界を大きくすることで、抵抗変化率も大きくすることができる。

なお、上記の説明では、結晶成長抑制層５１を反強磁性層２７の内部に設けるようにしたが、第１の実施の形態と同様に、結晶成長抑制層５１を下地層２１の表面に形成しても良く、全く同一の効果を得ることができる。また、結晶成長抑制層５１を、下地層２１の内部に形成するようにしても良い。

次に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。

［実施例１〜５］
実施例１〜５として、図７に示した積層体２０を作製した。まず、真空チャンバ内において、表面にＡｌ₂ Ｏ₃ 膜が形成されたＡｌ₂ Ｏ₃ ・ＴｉＣよりなる絶縁性基板の上に、スパッタリング法により、Ｔａを用いて厚さ３ｎｍの下地層２１を成膜した。次に、真空チャンバ内にＯ₂ ガスを導入して真空度が５×１０^-3Ｐａになるようにし、下地層２１の表面にＯを吸着させることにより、結晶成長抑制層２２を形成した。続いて、結晶成長抑制層２２の上に、ＮｉＦｅを用いて厚さ２ｎｍの第１の軟磁性層２３を成膜し、その上に、ＣｏＦｅを用いて厚さ２ｎｍの第２軟磁性層２４を成膜し、その上に、Ｃｕを用いて厚さ２．１ｎｍの非磁性層２５を成膜した。非磁性層２５の上に、ＣｏＦｅを用いて厚さ３ｎｍの強磁性内側層２６ａを成膜し、その上に、Ｒｕを用いて結合層２６ｂを成膜し、その上に、ＣｏＦｅを用いて厚さ１ｎｍの強磁性外側層２６ｃを成膜した。その際、実施例１〜５で結合層２６ｂの厚さを表１に示したように変化させた。強磁性外側層２６ｃの上には、ＰｔＭｎを用いて１３ｎｍの反強磁性層２７を成膜し、その上に、Ｔａを用いて厚さ３ｎｍの保護層２８を成膜した。熱処理系反強磁性材料（ＰｔＭｎ）を用いて反強磁性層２７を形成するようにしたので、成膜ののち、２５０度で５時間の加熱による反強磁性処理を行った。

ここで、実施例１〜５のうち、実施例４の積層体２０の製造工程において、下地層２１，結晶成長抑制層２２，第１の軟磁性層２３，第２軟磁性層２４，非磁性層２５および強磁性内側層２６ａを順次成膜したのち、その強磁性内側層２６ａの表面をＴＥＭにより観察することにより、強磁性内側層２６ａにおける平均面内結晶粒径を求めた。その結果を表２に示す。また、本実施例に対する比較例１〜５として、結晶成長抑制層２２を形成しないことを除き、実施例１〜５と同一の条件で積層体を作製した。また、比較例１〜５のうち、比較例４の積層体について、強磁性内側層の平均面内結晶粒径を求めた。その結果を表２に合わせて示す。

表２から、実施例４では、強磁性内側層２６ａにおける平均面内結晶粒径は６．７ｎｍとなっており、比較例４では、強磁性内側層における平均面内結晶粒径は１２．１ｎｍとなっていることが分かった。すなわち、結晶成長抑制層２２を設けることにより、強磁性内側層２６ａの平均面内結晶粒径を抑制できることが分かった。

このようにして作製した実施例１〜５の積層体２０および比較例１〜５の積層体について、交換結合磁界を測定した。その結果を図１５に示す。

図１５から、交換結合磁界は結合層の厚さによって大きく変化するが、どの結合層の厚さについて見ても、実施例の交換結合磁界が比較例を上回っていることが分かった。すなわち、結晶成長抑制層２２を設け、強磁性内側層２６ａにおける結晶成長を抑制することによって、交換結合磁界を大きくできることが分かった。なお、実施例１〜５の中では、結合層の厚さが０．９ｎｍの実施例４において、最大の交換結合磁界１．９×１０⁵ Ａ／ｍが得られた。

次に、実施例４の積層体２０に検出電流を流しつつを加え、信号磁場の変化に対する抵抗の変化を調べ、抵抗変化率を求めた。その結果を図１６に示す。また、比較例４の積層体についても、同様にして抵抗変化率を求めた。その結果を図１７に示す。

図１６および図１７から分かるように、実施例４における抵抗変化率は１０．０％であり、比較例４における抵抗変化率９．２％より大きな値が得られた。すなわち、結晶成長抑制層２２を設け、強磁性内側層２６ａにおける結晶成長を抑制することによって、交換結合磁界のみならず、抵抗変化率も大きくできることが分かった。

次に、実施例４の積層体２０および比較例４の積層体について耐熱試験を行った。耐熱試験は真空中における２５０℃での熱処理とし、耐熱試験前の交換結合磁界に対する耐熱試験後の交換結合磁界の変化率を測定した。その結果を図１８に示す。なお、図１８において、交換結合磁界の測定値には、±３％程度の誤差があるものとする。

図１８から、比較例４では、加熱時間が１０時間を越えると、交換結合磁界が大きく減少するのに対し、実施例４では、９０時間加熱後でも、初期値とほぼ変わらない交換結合磁界を得ることができた。すなわち、結晶成長抑制層２２を設け、強磁性内側層２６ａにおける結晶成長を抑制することによって、熱安定性を向上させることができることが分かった。

以上、いくつかの実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、軟磁性層が第１軟磁性層と第２軟磁性層との２層構造を有する場合について説明したが、軟磁性層は単層構造とされていてもよく、また３層以上の積層構造であっても良い。

また、図６に示した磁区制御膜３０ａ，３０ｂとしては、磁区制御用強磁性膜３１ａ，３１ｂと磁区制御用反強磁性膜３２ａ，３２ｂに代えて、硬磁性材料（ハードマグネット）を用いてもよい。この場合には、ＴｉＷ（チタンタングステン合金）層とＣｏＰｔ（コバルト白金合金）層との積層膜、あるいはＴｉＷ層とＣｏＣｒＰｔ（コバルトクロム白金合金）層との積層膜などを用いることができる。

また、上記の実施の形態では、反強磁性層２７および磁区制御用反強磁性層３２ａ，３２ｂを、いずれも、熱処理系反強磁性材料により形成したが、反強磁性層２７を熱処理系反強磁性材料により形成し、磁区制御用反強磁性層３２ａ，３２ｂを非熱処理系反強磁性材料により形成しても良い。また、反強磁性層２７を非熱処理系反強磁性材料により形成し、磁区制御用反強磁性層３２ａ，３２ｂを熱処理系反強磁性材料により形成しても良い。あるいは、反強磁性層２７および磁区制御用反強磁性層３２ａ，３２ｂを、いずれも、非熱処理系反強磁性材料により形成しても良い。

更に、上記実施の形態では、本発明の磁気変換素子を複合型薄膜磁気ヘッドに用いる場合について説明したが、再生専用の薄膜磁気ヘッドに用いることも可能である。また、記録ヘッド部と再生ヘッド部の積層順序を逆にしても良い。

加えて、本発明の磁気変換素子の構成は、トンネル接合型磁気抵抗効果膜（ＴＭＲ膜）に適用しても良い。更にまた、本発明の磁気変換素子は、上記実施の形態で説明した薄膜磁気ヘッドのほかに、例えば、磁気信号を検知するセンサ（加速度センサなど）や、磁気信号を記憶するメモリ等に適用することも可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る磁気変換素子を含む薄膜磁気ヘッドを備えたアクチュエータアームの構成を表す斜視図である。 図１に示したアクチュエータアームにおけるスライダの構成を表す斜視図である。 第１の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成を表す分解斜視図である。 図３に示した薄膜磁気ヘッドのＩＶ矢視方向から見た構造を表す平面図である。 図３に示した薄膜磁気ヘッドの図４におけるＶ−Ｖ線に沿った矢視方向の構造を表す断面図である。 図３に示した薄膜磁気ヘッドの図４におけるＶＩ−ＶＩ線に沿った矢視方向の構造、すなわち図５におけるＶＩ−ＶＩ線に沿った矢視方向の構造を表す断面図である。 図６に示した磁気変換素子における積層体の構成を表す斜視図である。 図３に示した薄膜磁気ヘッドの製造方法における一工程を説明するための断面図である。 図８に示した工程を詳細に説明するための断面図である。 図９に続く工程を説明するための断面図である。 図１０に続く工程を説明するための断面図である。 図１１に続く工程を説明するための断面図である。 図１２に続く工程を説明するための断面図である。 第２の実施の形態に係る磁気変換素子における積層体の構成を表す斜視図である。 実施例および変形例に係る磁気変換素子における結合層の厚さと交換結合磁界との関係を表す特性図である。 実施例に係る磁気変換素子における信号磁場と抵抗変化率との関係を表す特性図である。 変形例に係る磁気変換素子における信号磁場と抵抗変化率との関係を表す特性図である。 実施例および変形例に係る交換結合磁界の時間変化を表す特性図である。 従来の磁気変換素子における積層体の構成を表す斜視図である。

符号の説明

１１…絶縁層、１２…下部シールド層、１３…下部シールドギャップ層、１４…上部シールドギャップ層、１５…上部シールド層、２０，５０…積層体、２１…下地層、２２…結晶成長抑制層、２３…第１軟磁性層、２４…第２軟磁性層、２５…非磁性層、２６…強磁性層、２６ａ…強磁性内側層、２６ｂ…結合層、２６ｃ…強磁性外側層、２７…反強磁性層、２８…保護層、３０ａ，３０ｂ…磁区制御膜、３１ａ，３１ｂ…磁区制御用強磁性膜、３２ａ，３２ｂ…磁区制御用反強磁性膜、３３ａ，３３ｂ…リード層、４１…記録ギャップ層、４２，４４，４６…フォトレジスト層、４３，４５…薄膜コイル、４７…上部磁極、４８…オーバーコート層、１００…薄膜磁気ヘッド、１０１…再生ヘッド部、１０２…記録ヘッド部、１１０…ＭＲ素子（磁気変換素子）、２００…アクチュエータアーム、２１０…スライダ、２１１…基体、２１１ａ…エアベアリング面、２２０…支軸、２３０…腕部、３００…記録媒体、４０１…フォトレジスト膜、４０２…堆積物。

Claims (20)

1. 一対の互いに対向する面を有する非磁性層と、
   この非磁性層の一方の面側に形成された軟磁性層と、
   前記非磁性層の他方の面側に形成された強磁性層と、
   この強磁性層の前記非磁性層と反対の側に形成された反強磁性層と
   を含む積層体を基体上に備えると共に、
   前記強磁性層が、前記非磁性層に近い側から、強磁性内側層と、結合層と、強磁性外側層とを有している磁気変換素子であって、
   前記強磁性内側層および前記強磁性外側層のうち、前記基体に近い方の層における結合層側界面の平均結晶粒径が３ｎｍ以上８ｎｍ以下であることを特徴とする磁気変換素子。
2. 一対の互いに対向する面を有する非磁性層と、
   この非磁性層の一方の面側に形成された軟磁性層と、
   前記非磁性層の他方の面側に形成された強磁性層と、
   この強磁性層の前記非磁性層と反対の側に形成された反強磁性層と
   を含む積層体を基体上に備えると共に、
   前記強磁性層が、前記非磁性層に近い側から、強磁性内側層と、結合層と、強磁性外側層とを有している磁気変換素子であって、
   前記強磁性内側層および前記強磁性外側層のうち、前記基体に近い方の層において、前記積層体の積層方向と直交する面内での平均結晶粒径が３ｎｍ以上８ｎｍ以下であることを特徴とする磁気変換素子。
3. 前記積層体において、前記結合層よりも前記反強磁性層側および前記軟磁性層側の少なくとも一方に、酸素（Ｏ），窒素（Ｎ），水素（Ｈ），銅（Ｃｕ），金（Ａｕ），銀（Ａｇ）およびロジウム（Ｒｈ）からなる群のうち少なくとも１種を含む材料よりなる結晶成長抑制層を備えていること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気変換素子。
4. 前記結晶成長抑制層は、前記積層体の積層方向と直交する面内において分散して形成されていることを特徴とする請求項３に記載の磁気変換素子。
5. 前記強磁性内側層および前記強磁性外側層は、コバルト（Ｃｏ）または鉄（Ｆｅ）からなる群のうちの少なくともコバルトを含む材料よりなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１に記載の磁気変換素子。
6. 前記結合層は、ルテニウム（Ｒｕ），ロジウム，レニウム（Ｒｅ）およびクロム（Ｃｒ）からなる群のうちの少なくとも１種を含む材料よりなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１に記載の磁気変換素子。
7. 一対の互いに対向する面を有する非磁性層と、この非磁性層の一方の面側に形成された軟磁性層と、前記非磁性層の他方の面側に形成された強磁性層と、この強磁性層の前記非磁性層と反対の側に形成された反強磁性層とを備えた積層体と、
   この積層体を支持する基体と
   を備えた薄膜磁気ヘッドであって、
   前記強磁性層が、前記非磁性層に近い側から、強磁性内側層と、結合層と、強磁性外側層とを有しており、
   前記強磁性内側層および前記強磁性外側層のうち、前記基体に近い方の層における結合層側界面の平均結晶粒径が３ｎｍ以上８ｎｍ以下であること
   を特徴とする薄膜磁気ヘッド。
8. 一対の互いに対向する面を有する非磁性層と、この非磁性層の一方の面側に形成された軟磁性層と、前記非磁性層の他方の面側に形成された強磁性層と、この強磁性層の前記非磁性層と反対の側に形成された反強磁性層とを備えた積層体と、
   この積層体を支持する基体と
   を備えた薄膜磁気ヘッドであって、
   前記強磁性層が、前記非磁性層に近い側から、強磁性内側層と、結合層と、強磁性外側層とを有しており、
   前記強磁性内側層および前記強磁性外側層のうち、前記基体に近い方の層において、前記積層体の積層方向と直交する面内での平均結晶粒径が３ｎｍ以上８ｎｍ以下であること
   を特徴とする薄膜磁気ヘッド。
9. 前記積層体において、前記結合層よりも前記基体側に、酸素，窒素，水素，銅，金，銀およびロジウムからなる群のうち少なくとも１種を含む材料よりなる結晶成長抑制層を備えていること
   を特徴とする請求項７または請求項８記載の薄膜磁気ヘッド。
10. 前記結晶成長抑制層は、前記積層体の積層方向と直交する面内において分散して形成されていることを特徴とする請求項９に記載の薄膜磁気ヘッド。
11. 前記強磁性内側層および前記強磁性外側層は、コバルトまたは鉄からなる群のうちの少なくともコバルトを含む材料よりなることを特徴とする請求項７ないし請求項１０のいずれか１に記載の薄膜磁気ヘッド。
12. 前記結合層は、ルテニウム，ロジウム，レニウムおよびクロムからなる群のうちの少なくとも１種を含む材料よりなることを特徴とする請求項７ないし請求項１１のいずれか１に記載の薄膜磁気ヘッド。
13. 一対の互いに対向する面を有する非磁性層と、この非磁性層の一方の面側に形成された軟磁性層と、前記非磁性層の他方の面側に形成された強磁性層と、この強磁性層の前記非磁性層と反対の側に形成された反強磁性層とを含む積層体を備えると共に、前記強磁性層が、前記非磁性層に近い側から強磁性強磁性内側層と結合層と強磁性外側層とを有している磁気変換素子を製造する方法であって、
    前記積層体において前記結合層よりも前記反強磁性層側および前記軟磁性層側の少なくとも一方に、前記積層体の積層方向に直交する面内において分散した結晶成長抑制層を形成する工程
    を含むことを特徴とする磁気変換素子の製造方法。
14. 前記結晶成長抑制層を、酸素，窒素，水素，銅，金，銀およびロジウムからなる群のうち少なくとも１種を含む材料により形成するようにしたことを含むことを特徴とする請求項１３記載の磁気変換素子の製造方法。
15. 前記結晶成長抑制層の形成工程は、
    前記積層体において前記結晶成長抑制層が形成される部分を、酸素，窒素および水素からなる群のうち少なくとも１種を含む雰囲気にさらす工程
    を含むことを特徴とする請求項１４記載の磁気変換素子の製造方法。
16. 前記結晶成長抑制層の形成工程は、
    真空成膜法を用いて、銅，金，銀およびロジウムからなる群のうち少なくとも１種を含むように前記結晶成長抑制層を形成する工程
    を含むことを特徴とする請求項１４記載の磁気変換素子の製造方法。
17. 一対の互いに対向する面を有する非磁性層と、この非磁性層の一方の面側に形成された軟磁性層と、前記非磁性層の他方の面側に形成された強磁性層と、この強磁性層の前記非磁性層と反対の側に形成された反強磁性層とを含む積層体を備えると共に、前記強磁性層が、前記非磁性層に近い側から強磁性強磁性内側層と結合層と強磁性外側層とを有している磁気変換素子と、前記積層体を支持する基体とを備えた薄膜磁気ヘッドを製造する方法であって、
    前記積層体において前記結合層よりも少なくとも前記基体側に、前記積層体の積層方向に直交する面内において分散した結晶成長抑制層を形成する工程
    を含むことを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造方法。
18. 前記結晶成長抑制層を、酸素，窒素，水素，銅，金，銀およびロジウムからなる群のうち少なくとも１種を含む材料により形成するようにしたことを特徴とする請求項１７記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
19. 前記結晶成長抑制層の形成工程は、
    前記積層体において前記結晶成長抑制層が形成される部分を、酸素，窒素および水素からなる群のうち少なくとも１種を含む雰囲気にさらす工程
    を含むこと特徴とする請求項１８記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。
20. 前記結晶成長抑制層の形成工程は、
    真空成膜法を用いて、銅，金，銀およびロジウムからなる群のうち少なくとも１種を含むように前記結晶成長抑制層を形成する工程
    を含むこと特徴とする請求項１８記載の薄膜磁気ヘッドの製造方法。

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