JP2006135345A - 磁気抵抗効果型磁気ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
スピンバルブ構造の磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、再生出力を向上させる。また、バルクハウゼンノイズを抑制するための縦バイアス磁界を安定化させ、安定な特性を有する磁気抵抗効果型磁気ヘッドを提供する。
【解決手段】
スピンバルブ構造の磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、反強磁性層として少なくとも一部に面心正方晶を有するＭｎ合金を、固定層強磁性膜としてＣｏ原子を含む磁性薄膜を用いると、大きな交換結合磁界が得られ、再生出力が向上する。また、縦バイアス印加層として少なくとも一部に面心正方晶を有するＭｎ合金とＣｏ原子を含む磁性薄膜の積層膜を用いることにより縦バイアス磁界を安定化することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は磁気的に記録された情報を再生する磁気抵抗効果型磁気ヘッドに係り、前記磁気抵抗効果型磁気ヘッドを搭載し、情報を読み書きする磁気記録再生装置に関するものである。

近年の磁気ディスク装置の小型化，高密度化の進行に伴い、ディスクとヘッドの相対速度に依存せずに高い再生出力電圧が得られる磁気抵抗効果型磁気ヘッド（ＭＲヘッド）が実用化されている。現在磁気ディスク装置に搭載されている ＭＲヘッドでは、異方性磁気抵抗効果が用いられているが、数Ｇｂ／ｉｎ² 程度の高い面記録密度になると、異方性磁気抵抗効果を用いたＭＲヘッドでは感度不足が予想されるため、非磁性導電性薄膜を介して積層された２層の磁性膜の互いの磁化の方向のなす角度によって電気抵抗が変化する巨大磁気抵抗効果を用いた磁気ヘッドが研究されている。

巨大磁気抵抗効果を用いたヘッドの一つとして、特開平4−358310号，特開平5−18430 号，特開平6−60336号には、スピンバルブ構造と呼ばれる構造が記されている。これは、反強磁性層によって磁化が特定の方向に固定された固定層強磁性膜と、薄い非磁性導電性薄膜を介して固定層強磁性膜に積層された自由層強磁性膜で構成されており、固定層強磁性膜の磁化と自由層強磁性膜の磁化の相対的な角度によって電気抵抗が変化するものである。自由層強磁性膜の磁化は、外部磁界によって自由に回転するため、自由層と呼ばれている。ここで、固定層としてはＮｉＦｅ膜を用いており、また、その磁化を固定するための反強磁性層としてはＦｅＭｎ膜を用いている。

また、ＭＲヘッドでは、磁気抵抗効果膜あるいは自由層内での不可逆的な磁壁移動に起因するバルクハウゼンノイズを抑制するため、これらの膜に縦バイアス磁界を印加することが行われている。この方法の一つとして、特開平7−57223号に、磁気抵抗効果膜の両脇に、縦バイアス印加層として、反強磁性体であるNiMn膜によってその磁化方向が固定された強磁性膜（ＮｉＦｅ）を配置した構造が開示されている。

特開平6−60336号

スピンバルブ構造のＭＲヘッドに関する上記従来技術においては、反強磁性層材料としてＦｅＭｎ膜を用いているが、ＦｅＭｎ膜は耐食性が著しく悪く、製造プロセスにおける腐食が懸念される。Ｃｒ等の第３元素を添加すると耐食性は改善されるが、強磁性膜との交換結合磁界およびブロッキング温度が低下するため、ＭＲヘッドに適用することは難しい。

一方、縦バイアス印加層に用いられているＮｉＭｎ膜は、上記従来技術によれば、良好な耐食性を有するが、強磁性膜がＮｉＦｅ膜の場合、実用的な交換結合磁界を得るためには２５０℃程度の長時間の熱処理が必要である。異方性磁気抵抗効果を利用したＭＲヘッドでは、厚さ２０ｎｍ程度の膜で構成されているため、２５０℃程度の長時間の熱処理を施しても、特性は殆ど変化しないが、スピンバルブ構造のように巨大磁気抵抗効果を利用したＭＲヘッドでは、厚さ数ｎｍ程度の薄膜で構成されているため、特性の劣化、特に再生出力の低下が著しい。

本発明の第１の目的は、良好な耐食性を示すＮｉＭｎ膜を反強磁性層に用いても、再生出力の低下を小さく抑えることができるスピンバルブ構造の磁気抵抗効果型磁気ヘッド及び磁気記録再生装置を提供することにある。

本発明の第２の目的は、より低温，短時間の熱処理により十分な交換結合磁界が得られる、ＮｉＭｎ反強磁性薄膜と強磁性薄膜の積層膜を縦バイアス印加層に適用し、特性の安定性，生産性を高める磁気抵抗効果型磁気ヘッドを提供することにある。

さらに、本発明の第３の目的は、特性の安定性，生産性に優れた磁気記録再生装置を提供することにある。

本発明の第１の目的は、非磁性導電性薄膜を中間層として第１の磁性薄膜と第２の磁性薄膜が積層されており、第１の磁性薄膜の磁化方向が第１の磁性薄膜と隣接して設けられた反強磁性層によって固定されている磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜に信号検出電流を流すための一対の電極とを有する磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、前記反強磁性層が少なくとも一部に面心正方晶を有するＭｎ合金であり、前記反強磁性層と磁気的に接している磁性薄膜がＣｏ原子を含む磁性薄膜とすることによって、達成される。

前記反強磁性層と磁気的に接している磁性薄膜は、Ｃｏ原子を含む磁性薄膜の単層膜でも良いが、Ｃｏ原子を含む磁性薄膜と、結晶構造が面心立方格子である磁性薄膜の多層膜であり、前記Ｃｏ原子を含む磁性薄膜が前記反強磁性層と直接接している構造でも良い。

再生感度を向上させるために、非磁性導電性薄膜を中間層として第１の磁性薄膜と第２の磁性薄膜と第３の磁性薄膜が積層されており、第１の磁性薄膜の磁化方向が第１の磁性薄膜と隣接して設けられた第１の反強磁性層によって固定され、第３の磁性薄膜の磁化方向が第３の磁性薄膜と隣接して設けられた第２の反強磁性層によって固定されている磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜に信号検出電流を流すための一対の電極とを有する磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、前記第１の反強磁性層及び前記第２の反強磁性層のうち少なくともどちらか一方が、少なくとも一部に面心正方晶を有するＭｎ合金であり、前記Ｍｎ合金と磁気的に接している磁性薄膜がＣｏ原子を含む磁性薄膜とすることもできる。

一方、本発明の第２の目的は、横バイアス磁界を印加するためのバイアス膜と、非磁性導電性薄膜を介して前記バイアス膜に積層された磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜に信号検出電流を流すための一対の電極と、前記磁気抵抗効果膜に縦バイアス磁界を印加するために前記磁気抵抗効果膜の両脇に設けられた縦バイアス印加層とを有する磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、前記縦バイアス印加層が、反強磁性膜と強磁性膜の積層構造を有し、前記反強磁性膜が少なくとも一部に面心正方晶を有するＭｎ合金であり、前記強磁性膜がＣｏ原子を含む磁性薄膜とすることによって、達成される。

この場合にも、前記反強磁性層と磁気的に接している磁性薄膜は、Ｃｏ原子を含む磁性薄膜の単層膜でも良いが、Ｃｏ原子を含む磁性薄膜と、結晶構造が面心立方格子である磁性薄膜の多層膜であり、前記Ｃｏ原子を含む磁性薄膜が前記反強磁性層と直接接している構造でも良い。

なお、Ｃｏ原子を含む磁性薄膜は、Ｃｏ原子含有量が２０ａｔ％以上のＣｏ−Ｎｉ系合金，Ｃｏ量が６５ａｔ％以上のＣｏ−Ｆｅ系合金であることが望ましく、特にＣｏ薄膜であることがより望ましい。

また、本発明の第３の目的を達成する磁気記録再生装置は、情報を記録する磁気記録媒体と、Ｃｏ原子を含む磁性薄膜と、前記Ｃｏ原子を含む磁性薄膜に密着し少なくとも一部に面心正方晶を有するＭｎ合金とを含む磁気抵抗効果型磁気ヘッドからなって前記情報を読み取り又は書き込みする磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを前記磁気記録媒体上の所定位置に移動させるアクチュエータ手段と、前記磁気ヘッドが読み取り又は書き込みする前記情報の送受信とアクチュエータ手段の移動を制御する制御手段とを含み構成されるものである。

上述の構成を採用することにより、以下の作用を生じることができる。

スピンバルブ構造のＭＲヘッドでは、反強磁性層と固定層強磁性膜の間に作用する交換結合を利用して、固定層の磁化の方向を固定することが行われるが、この固定が弱いと、磁気記録媒体からの磁界によって固定層の磁化が回転してしまい、再生出力が低下する。従って、スピンバルブ構造のＭＲヘッドに用いる反強磁性層には、反強磁性層と固定層磁性膜の交換結合が強いこと、即ち交換結合磁界が大きいこと、さらに耐食性が良好であることが要求される。

ここで、反強磁性膜として、ＦｅＭｎ膜の代わりに、少なくとも一部に面心正方晶を有するＭｎ合金膜を用いることにより、交換結合磁界の増大及び耐食性の向上を図ることができる。但し、このＭｎ合金膜においては、固定層磁性膜としてＮｉＦｅ膜を用いた場合、実用に十分なだけの交換結合磁界を得るためには、２５０℃で長時間、具体的には６時間以上の熱処理が必要であり、この熱処理により膜構造が変化し、再生出力が著しく低下する。

このＭｎ合金膜とＣｏ原子含む磁性薄膜を直接接触させることにより、ＮiＦe膜の場合よりも低温，短時間の熱処理、具体的には２４０℃以上の温度で、３時間以上の熱処理で、より大きな交換結合磁界を得ることができる。特に、Ｃｏ原子を含む磁性薄膜がＣｏ５０ａｔ％以上のＮｉ−Ｃｏ系合金又はＣｏ７２ａｔ％以上のＦｅ−Ｃｏ系合金，Ｃｏ１００ａｔ％の場合に大きな結合磁界が得られ、さらにＣｏ薄膜であるときに最大の結合磁界が得られる。また、Ｍｎ合金膜と直接接している磁性膜がＣｏ原子を含む磁性薄膜の単層膜である場合に限らず、 Ｃｏ原子を含む磁性薄膜と、結晶構造が面心立方格子である磁性薄膜の多層膜で、Ｃｏ原子を含む磁性薄膜が前記反強磁性層と直接接している場合にも、交換結合磁界の増大が観測される。これらのことから、Ｃｏ原子とＭｎ合金を接触させることにより、交換結合磁界が増大するものと考えられるが、その詳細については明らかではない。

このＣｏ系磁性薄膜とＭｎ合金膜の間に生じる大きな交換結合特性は、スピンバルブ構造のＭＲヘッドの他に、非磁性導電性薄膜を中間層として、第１の反強磁性層によって磁化の方向が固定されている第１の固定層磁性膜と、自由層磁性膜と、第２の反強磁性層によって磁化の方向が固定されている第２の固定層磁性膜とが積層されているＭＲヘッドにも、利用することができる。この場合、いずれか一方、望ましくは両方の反強磁性層と固定層磁性膜に、Ｍｎ合金膜とＣｏ原子を含む磁性薄膜を用いることにより、膜構造を損なうことなく、固定層磁性膜の磁化を強固に固定することができるため、大きな再生出力を得ることができる。

また、バルクハウゼンノイズを抑制するために磁気抵抗効果膜あるいは自由層の両脇に設けられる、縦バイアス印加層にも適用することができる。Ｃｏ原子を含む磁性薄膜とＭｎ合金膜の積層膜からなる縦バイアス印加層においては、交換結合磁界が大きいため、外部磁界が作用しても縦バイアス磁界の変動を小さく抑えることができ、安定性に優れたＭＲヘッドが得られる。さらに、熱処理工程が２４０℃以上の温度で、３時間以上でよいため、生産性も向上する。

なお、少なくとも一部に面心正方晶を有するＭｎ合金の代表的なものとして、Ｎｉ−Ｍｎ，Ｍｎ−Ｐｔ，Ｍｎ−Ｉｒ，Ｍｎ−Ｎｉ−Ｐｔ，Ｍｎ−Ｐｔ−Ｉｒ系合金を用いることができ、なかでも、Ｍｎ原子含有率が４７ａｔ％から６２at％の組成において、良好な交換結合特性が得られる。このＮｉ−Ｍｎ系合金に、
Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｒｕ，Ｒｈ及びＰｔの群から選択される少なくとも１種類以上の元素を添加することにより、ＮｉＦｅ膜と同等まで耐食性を向上させることができ、その添加量が０から６ａｔ％の範囲においては、交換結合特性の低下を小さく抑えることが可能である。

以上述べたように、Ｃｏ原子を含む磁性薄膜とＭｎ合金膜において優れた交換結合特性を示すため、これを利用した磁気抵抗効果型磁気ヘッドを搭載した磁気記録再生装置が、安定性，生産性に優れていることは明らかである。

上述の通り本発明によれば、スピンバルブ構造のＭＲヘッドにおいて、反強磁性層として少なくとも一部に面心正方晶を有するＭｎ合金を用い、固定層磁性膜としてＣｏ原子を含む磁性薄膜を用いることにより、大きな交換結合磁界を得ることができる。これにより、固定層強磁性膜が強固に固定されるため、再生出力が向上する。また、これらをバルクハウゼンノイズを抑制するために設けられた縦バイアス印加層に適用することにより、縦バイアス磁界がより安定になるため、ＭＲヘッドの安定性を向上させることができる。

（実施例１）
Ｃｏ原子を含む磁性薄膜とＭｎ合金膜の交換結合を利用したＭＲヘッドの基本的な特性を明らかにするために、種々のスピンバルブ構造の積層膜をＲＦスパッタリング装置を用いて作製，評価した後、ＭＲヘッドを作製した。

図１は本発明の磁性積層膜の構造を示す断面図である。

図１に示すようなスピンバルブ構造の積層膜において、種々のＣｏ原子を含む磁性薄膜とＭｎ合金膜の交換結合特性を評価した。積層膜は、ガラス材からなる非磁性基板１０上に、Ｔａからなる下地層１１，Ｎｉ−Ｆｅ系合金からなる自由層強磁性膜１２，Ｃｕからなる非磁性導電性薄膜１３を順次形成し、これらの上に、固定層磁性薄膜１４と反強磁性材のＭｎ合金膜１５を積層し、さらにＴａからなる保護膜１６を被覆したものである。各々の膜厚は、下地層１１を１０ｎｍ，自由層強磁性膜１２を１０ｎｍ，非磁性導電性薄膜１３を３ｎｍ，固定層強磁性膜であるＣｏ原子を含む磁性薄膜１４を３ｎｍ，Ｍｎ合金膜１５を３０ｎｍ，保護膜１６を５ｎｍとした。

積層膜を成膜する際には、基板の両端に設置された永久磁石により、基板中心部で約６０Ｏｅの大きさの直流磁界を印加し、自由層強磁性膜１２に好ましくは１００の方向に誘導磁気異方性を付与する。また、積層膜の作成が終了した後、Ｍｎ合金膜１５によってＣｏ原子を含む磁性薄膜１４の磁化方向を自由層と垂直の方向に固定するため、１０１の方向に直流磁界を印加しながら、２４０℃以上の温度で３時間以上の真空中熱処理を施す。これにより、Ｍｎ合金膜１５内の一部に面心正方晶が形成されて、Ｃｏ原子を含む磁性薄膜１４との間に交換結合が生じ、Ｃｏ原子を含む磁性薄膜１４の磁化曲線が原点からシフトする。このシフトの大きさを交換結合磁界として測定した。

Ｍｎ合金膜１５として、Ｎｉ−Ｍｎ系合金(４７ａｔ％Ｎｉ−５３ａｔ％Ｍｎ)を用い、固定層強磁性膜であるＣｏ原子を含む磁性薄膜１４として、種々の組成の磁性薄膜を用いた場合の交換結合磁界Ｈ_ex（Ｏｅ）と固定層強磁性膜の保磁力Ｈ_c,p(Ｏｅ）を表１に示す。比較のため、固定層強磁性膜としてＮｉ−Ｆｅ系合金を用いた場合の値も示す。なお、組成は原子パーセント（ａｔ％）単位で表わしている。また、熱処理条件は、Ｃｏ原子を含む磁性薄膜の場合は２５０℃，３時間であり、Ｎｉ−Ｆｅ系合金の場合は２５０℃，６時間である。

Ｃｏ原子を含む磁性薄膜１４としてＣｏ薄膜を用いた場合のＨ_exは、Ｎｉ₈₁−Ｆｅ₁₉に比べて約１５０Ｏｅ大きい、５２５Ｏｅであり、また、固定層の保磁力は１２７Ｏｅと、Ｈ_exに比べて十分小さく、良好な交換結合特性を示すことが分かる。

Ｃｏと、結晶構造が面心立方格子であるＮｉとの合金であるＣｏ−Ｎｉ系合金においては、Ｎｉ原子含有量が多くなる程、Ｈ_exが小さくなっており、Ｃｏ原子含有量が５０ａｔ％よりも少なくなると、Ｎｉ₈₁−Ｆｅ₁₉よりも小さな値になる。ＣｏにＣｕ，Ｐｔ，Ｐｄを添加した合金においても、同様な結果が得られる。
一方、結晶構造が体心立方格子であるＦｅとの合金であるＣｏ−Ｆｅ系合金においては、Ｃｏ原子含有量が７５ａｔ％以上で、Ｎｉ₈₁−Ｆｅ₁₉よりも大きな Ｈ_exが得られるが、これよりもＣｏ原子含有量が少なくなると、Ｈ_exは減少する。これは、Ｃｏ原子含有量が７５ａｔ％よりも少ない範囲では、薄膜内に体心立方格子の結晶が混在してくるためと思われる。

特に、表１に示すように、Ｃｏ２０ａｔ％以上のＮｉ−Ｃｏ系合金又はＣｏ ６５以上のＦｅ−Ｃｏ系合金はＨ_c,p が１５０Ｏｅ以下及びＨ_exが３００Ｏｅ以上の優れた交換結合特性が得られる。更に、Ｃｏ５０ａｔ％以上のＮｉ−Ｃｏ系合金又はＣｏ７２ａｔ％以上のＦｅ−Ｃｏ系合金では、３８０Ｏｅ以上の高い
Ｈ_exが得られる。

表２は、固定層の厚さを３ｎｍ一定にして、固定層強磁性膜をＣｏ薄膜と、結晶構造が面心立方格子であるＮｉ−Ｆｅ系合金薄膜の多層膜にした場合の、250℃，３時間の磁界中熱処理後の交換結合磁界Ｈ_exとＭＲ比（ＭＲ ratio）を示したものである。なお、試料の膜構成は、基板側から、下地層１１であるＴａ１０ｎｍ，自由層強磁性膜１２であるＮｉ₈₁Ｆｅ₁₉１０ｎｍ，非磁性導電性薄膜１３であるＣｕ３ｎｍ，固定層強磁性薄膜１４，Ｍｎ合金膜１５であるＮｉ₄₇Ｍｎ₅₃３０ｎｍ，保護膜１６であるＴａ５ｎｍであり、表中の固定層構成において、左側の層がＣｕと接しており、右側の層がＮｉＭｎと接しているものである。また、ＮｉＦｅの組成は、Ｎｉ₈₁Ｆｅ₁₉（ａｔ％）である。

ＮｉＭｎ側にＣｏ薄膜があるＣｏ(３)，ＮｉＦｅ(１)／Ｃｏ(２)，ＮｉＦｅ (２)／Ｃｏ(１)，Ｃｏ(１)／ＮｉＦｅ(１)／Ｃｏ(１)は，Ｈ_exが，ＮｉＭｎ側にＮｉＦｅ薄膜があるものに比べ大きく、５００Ｏｅ以上の値を示している。一方、ＭＲ比に関しては、Ｃｕ側にＣｏ薄膜がある方が大きな値を示している。以上の結果から、大きなＨ_exと大きなＭＲ比を得るためには、Ｃｏ単層膜を用いるか、あるいはＮｉＭｎ側とＣｕ側の両側がＣｏ薄膜からなる多層膜を用いれば良いことが分かる。

Ｍｎ合金膜１５であるＮｉ−Ｍｎ系合金の組成について、検討した結果について述べる。試料は、基板側から下地層１１であるＴａ１０ｎｍ，自由層強磁性膜１２であるＮｉ₈₁Ｆｅ₁₉１０ｎｍ，非磁性導電性薄膜１３であるＣｕ３ｎｍ，固定層強磁性薄膜１４であるＣｏ薄膜３ｎｍ，Ｎｉ−Ｍｎ系合金３０ｎｍ，保護膜１６であるＴａ５ｎｍの膜構成であり、成膜後に２５０℃，３時間の磁界中熱処理を施した。

図２は、Ｎｉ−Ｍｎ二元系合金における、Ｈ_exのＭｎ原子含有量依存性を示す図である。Ｍｎ含有量が４０以下では交換結合は認められないが、Ｍｎ含有量を増やすと、４５Ｍｎで交換結合が生じ、約５３ＭｎでＨ_exは最大を示す。これよりＭｎ含有量を増やすと、Ｈ_exは減少する。実用的には、Ｈ_exは、少なくとも
１００Ｏｅは必要であると考えられるので、Ｍｎ含有量は４７から６２の範囲内にあることが望ましい。

Ｎｉ−Ｍｎ系合金の耐食性の向上を目的に、添加元素の検討を行ったところ、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｔを添加した場合に耐食性が改善された。交換結合特性についても評価したが、元素によってあまり差違が見られなかったので、Ｃｒを添加したときの特性について述べる。

図３は、Ｎｉ₄₇Ｍｎ₅₃膜にＣｒを添加したときの、Ｈ_exのＣｒ原子含有量依存性である。Ｃｒを添加することによって、Ｈ_exは次第に減少し、Ｃｒ含有量が約６ａｔ％で１００Ｏｅになる。従って、添加元素の添加量は、最大でも６ａｔ％までである。

次に、本発明を用いたスピンバルブ構造のＭＲヘッドの実施の形態について説明する。

（実施例２）
図４は、本発明の一実施形態の断面構造を示す図である。セラミックスからなる非磁性基板１０の上に、絶縁膜２０としてアルミナ膜を約１０μｍ形成し、表面に精密研磨を施す。下部シールド層３１としてスパッタリング法によりＣｏ−Ｚｒ−Ｎｂ系合金非晶質薄膜を約２μｍ形成し、イオンミリングを用いて所定の形状に加工する。

下部ギャップ層４１としてアルミナ膜を０.３μｍ 成膜した後、スピンバルブ構造の磁気抵抗効果膜を作成する。即ち、下地層１１としてＴａ薄膜を、自由層強磁性膜１２としてＮｉ−Ｆｅ系合金薄膜を、非磁性導電性薄膜１３としてＣｕ薄膜を、固定層強磁性膜であるＣｏ原子を含む磁性薄膜１４としてＣｏ薄膜を、反強磁性層であるＭｎ合金膜１５としてＮｉ−Ｍｎ系合金薄膜を、保護膜１６としてＴａ薄膜を、順次成膜した。

この磁気抵抗効果膜を所定の形状に加工した後、その両端に、バルクハウゼンノイズを抑制するための縦バイアス印加層１７を形成する。縦バイアス印加層 １７としては、硬磁性薄膜であるＣｏ−Ｐｔ−Ｃｒ系硬磁性合金薄膜，Ｃｏ−
Ｒｅ系硬磁性合金薄膜，Ｃｏ−Ｃｒ系硬磁性合金薄膜，Ｃｏ−Ｔａ−Ｃｒ系硬磁性合金薄膜，Ｃｏ−Ｎｉ−Ｐｔ系硬磁性合金薄膜を用いることができる。また、これらの硬磁性合金薄膜に酸化シリコン，酸化ジルコニウム，酸化アルミニウム，酸化タンタルを少なくとも１種類以上添加した薄膜や、下地膜を設けた硬磁性薄膜も用いることができる。

次に、磁気抵抗効果膜の電気抵抗の変化を読み出すため、Ａｕ薄膜からなる電極１８を形成する。さらに、厚さ０.３μｍ のアルミナからなる上部ギャップ層４２と、厚さ約２μｍのＮｉ−Ｆｅ系合金からなる上部シールド層３２を順次形成する。さらにその上部に絶縁膜５０を形成後、記録用の誘導型磁気ヘッドを作製するが詳細は省略する。

素子形成完了後、Ｃｏ原子を含む磁性薄膜１４であるＣｏ薄膜と、Ｍｎ合金膜１５であるＮｉ−Ｍｎ系合金薄膜の間に交換結合を生じさせるために、真空中で３ｋＯｅの直流磁界を磁気抵抗効果膜の素子高さ方向（図４において紙面と垂直の方向）に印加しながら、２５０℃，３時間の熱処理を行う。さらに、室温において、磁気抵抗効果膜の長さ方向（図４において紙面と平行で、磁気抵抗効果積層膜面と平行な方向）に、５ｋＯｅの直流磁界を印加して縦バイアス印加層１７を着磁する。この後、基板を切断し、スライダに加工して磁気抵抗効果型磁気ヘッドの作製を完了する。

なお、本実施の形態では、Ｃｏ原子を含む磁性薄膜１４としてＣｏ薄膜を、 Ｍｎ合金膜１５としてＮｉ−Ｍｎ系合金薄膜を用いているが、これらは各々の代表的なものである。前述したように、Ｃｏ原子を含む磁性薄膜１４としては、 Ｃｏ−Ｎｉ系合金薄膜，Ｃｏ−Ｆｅ系合金薄膜，Ｃｏ−Ｐｔ系合金薄膜，Ｃｏ−Ｐｄ系合金薄膜、或いはこれらの薄膜と結晶構造が面心立方格子である磁性薄膜との多層膜なども用いることができる。また、Ｍｎ合金膜１５としては、Ｎｉ−Ｍｎ系合金薄膜の他、Ｐｄ−Ｍｎ系合金薄膜，Ｒｈ−Ｍｎ系合金薄膜，Ｐｔ− Ｍｎ系合金薄膜，Ｉｒ−Ｍｎ系合金薄膜や、これらにＣｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｒｕ，Ｒｈ及びＰｔの群から選択される少なくとも１種類以上の元素を添加した合金薄膜も用いることができる。

図４において、電極１８の端部と磁気抵抗効果膜の端部が同じ位置にあるが、電極１８の端部が磁気抵抗効果膜の端部よりも内側に位置させた構造とすることもできる。また、基板側から順に下地層１１，自由層強磁性膜１２，非磁性導電性薄膜１３，Ｃｏ原子を含む磁性薄膜１４，Ｍｎ合金膜１５を配置した磁気抵抗効果型磁気ヘッドを示したが、必ずしもこの順に配置しなくてもよい。

（実施例３）
図６は、本発明の他のＭＲヘッドの実施形態の断面構造を示す図である。磁気抵抗効果積層膜が、図５のように、基板側から、下地層１１，Ｍｎ合金膜１５，Ｃｏ原子を含む磁性薄膜１４，非磁性導電性薄膜１３，自由層強磁性膜１２，第２の非磁性導電性薄膜２３，第２の固定層強磁性膜２４，第２の反強磁性層２５，保護膜１６から構成されている。この構造では、自由層が１層に対し固定層が２層あるため、固定層が１層の構造に比べ、約２倍の磁気抵抗変化率が得られる。

ＭＲヘッドの作製方法としては、磁気抵抗効果積層膜を図５に示したものとする以外は同様であるため、詳細は省略する。

なお、Ｃｏ原子を含む磁性薄膜１４と第２の固定層強磁性膜２４、及びＭｎ合金膜１５と第２の反強磁性層２５を区別して記述してあるが、第２の固定層強磁性膜２４としてＣｏ原子を含む磁性薄膜を、第２の反強磁性層２５としてＭｎ合金膜を用いてもよい。この場合、必ずしも同一の薄膜材料を用いる必要はなく、組成の異なる材料を使用してもよい。

非磁性導電性薄膜１３と第２の非磁性導電性薄膜２３についても、同一の材料を用いてもよい。

さらに、図５及び図６において、基板側から、下地層１１，Ｍｎ合金膜１５，Ｃｏ原子を含む磁性薄膜１４，非磁性導電性薄膜１３，自由層強磁性膜１２，第２の非磁性導電性薄膜２３，第２の固定層強磁性膜２４，第２の反強磁性層２５を配置した構造となっているが、必ずしもこの順に配置しなくてもよい。

次に、本発明を縦バイアス印加層に用いたＭＲヘッドの実施の形態について説明する。

（実施例４）
図７は、本発明を縦バイアス印加層に適用したＭＲヘッドの一実施形態の断面構造を示す図である。下部ギャップ層４１までは、図４のスピンバルブ構造の ＭＲヘッドと同様に作製した後、横バイアス磁界を印加するために設けられたバイアス膜６１，非磁性導電性薄膜６２，磁気抵抗効果膜６３及び保護膜１６を順次成膜し、所定の形状に加工する。ここで、バイアス膜６１としてはＮｉ−Ｆｅ−Ｃｒ系合金薄膜を、非磁性導電性薄膜６２としてはＴａ薄膜を、磁気抵抗効果膜６３としてはＮｉ−Ｆｅ系合金薄膜を、保護膜１６としてはＴａ薄膜を用いた。バイアス膜６１／非磁性導電性薄膜６２／磁気抵抗効果膜６３／保護膜１６からなる積層膜の両端に、バルクハウゼンノイズを抑制するために、Ｃｏ原子を含む磁性薄膜１４であるＣｏ薄膜とＭｎ合金膜１５であるＮｉ−Ｍｎ系合金薄膜の積層膜からなる縦バイアス印加層を設ける。この後の電極１８，上部ギャップ層４２，上部シールド層３２，絶縁膜５０、さらに記録用の誘導型磁気ヘッドの作成工程は、スピンバルブ構造のＭＲヘッドと同様である。

素子形成完了後、３ｋＯｅの直流磁界を素子長さ方向（図７において紙面に平行で、磁気抵抗効果膜面に平行な方向）に印加しながら、２５０℃，３時間の熱処理を行い、Ｃｏ原子を含む磁性薄膜１４であるＣｏ薄膜と、Ｍｎ合金反強磁性層１５であるＮｉ−Ｍｎ系合金薄膜の間に交換結合を生じさせ、Ｃｏ薄膜の磁化の方向を固定する。この後、基板を切断し、スライダに加工して磁気抵抗効果型磁気ヘッドの作製を完了する。

ここで、Ｃｏ原子を含む磁性薄膜１４として用いたＣｏ薄膜、及びＭｎ合金膜１５として用いたＮｉ−Ｍｎ系合金薄膜は、各々の代表的なものであり、これらに限定されるものではない。さらに、Ｃｏ原子を含む磁性薄膜１４については、Ｃｏ薄膜の膜厚が厚くなると、面心立方格子に六方最密格子が混ざった結晶構造となり、Ｍｎ合金膜１５との交換結合特性が低下することが考えられる。そこで、Ｃｏ原子を含む磁性薄膜１４を、結晶構造が面心立方格子である磁性薄膜、例えばＮｉ−Ｆｅ系合金薄膜とＣｏ原子を含む磁性薄膜との２層或いはそれ以上の多層膜とすることにより、面心立方格子が安定になり、その上にＭｎ合金膜１５を形成すると、優れた交換結合特性が得られ、バルクハウゼンノイズの抑制効果が向上する。

また、バイアス膜６１／非磁性導電性薄膜６２／磁気抵抗効果膜６３／保護膜１６からなる積層膜を、図１または図５に示した磁気抵抗効果積層膜としても良い。その場合、磁気抵抗効果積層膜と縦バイアス印加層とでブロッキング温度が異なる必要がある。そのため、縦バイアス印加層にＣｏ原子を含む磁性薄膜１４とＭｎ合金膜１５を用いる場合には、磁気抵抗効果積層膜の固定層強磁性膜と反強磁性層に別の材料を用いてもよい。

（実施例５）
図８は、実施例１〜４で得られた本発明のＭＲヘッドを適用した磁気ディスク装置の一実施形態の概略構造を示す図である。ここでは、磁気記録再生装置としての磁気ディスク装置に本発明のＭＲヘッドを適用した実施形態を示すが、本発明のＭＲヘッドは、例えば、磁気テープ装置等のような磁気記録再生装置にも適用可能なことは明らかである。

この磁気ディスク装置の概略構造を説明する。図８に示すように、磁気ディスク装置は、スピンドル２０２と、スピンドル２０２を軸として、等間隔に積層された複数の磁気ディスク２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ，２０４ｄ，２０４ｅと、スピンドル２０２を駆動するモータ２０３とを備えている。さらに、移動可能なキャリッジ２０６と、キャリッジ２０６に保持された磁気ヘッド群２０５ａ，２０５ｂ，２０５ｃ，２０５ｄ，２０５ｅと、このキャリッジ２０６を駆動するボイスコイルモータ２１３を構成するマグネット２０８及びボイスコイル２０７と、これを支持するベース２０１とを備えて構成させる。また、磁気ディスク制御装置等の上位装置２１２から送出される信号に従って、ボイスコイルモータ ２１３を制御するボイスコイルモータ制御回路２０９を備えている。また、上位装置２１２から送られてきたデータを、磁気ディスク２０４ａ等の書き込み方式に対応し、磁気ヘッドに流すべき電流に変換する機能と、磁気ディスク２０４ａ等から送られてきたデータを増幅し、ディジタル信号に変換する機能とを持つライト／リード回路２１０を備え、このライト／リード回路２１０は、インターフェイス２１１を介して、上位装置２１２と接続されている。

次に、この磁気ディスク装置において、磁気ディスク２０４ｄのデータを読み出す場合の動作を説明する。上位装置２１２から、インターフェイス２１１を介して、ボイスコイルモータ制御回路２０９に、読み出すべきデータの指示を与える。ボイスコイルモータ制御回路２０９からの制御電流によって、ボイスコイルモータ２１３がキャリッジ２０６を駆動させ、磁気ディスク２０４ｄ上の指示されたデータが記憶されているトラックの位置に、磁気ヘッド２０５ａ，２０５ｂ，２０５ｃ，２０５ｄ，２０５ｅを高速で移動させ、正確に位置付けする。この位置付けは、磁気ディスク２０４ｄ上にデータとともに書き込まれているサーボ情報を磁気ヘッド２０５ｄが読み取り、位置に関する信号をボイスコイルモータ制御回路２０９に提供することにより行われる。また、ベース２０１に支持されたモータ２０３は、スピンドル２０２に取り付けた複数の磁気ディスク２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ，２０４ｄ，２０４ｅを回転させる。次に、ライト／リード回路２１０からの信号に従って、指示された所定の磁気ヘッド２０４ｄを選択し、指示された領域の先頭位置を検出後、磁気ディスク２０５ｄのデータ信号を読み出す。この読み出しは、ライト／リード回路２１０に接続されている磁気ヘッド２０５ｄが、磁気ディスク２０４ｄとの間で信号の授受を行うことにより行われる。読み出されたデータは、所定の信号に変換され、上位装置２１２に送出される。

ここでは、磁気ディスク２０４ｄのデータを読み出す場合の動作を説明したが、他の磁気ディスクの場合も同様である。また、図８においては、５枚の磁気ディスクからなる磁気ディスク装置を示してあるが、必ずしも５枚である必要はない。

本発明の一実施形態の磁性積層膜の構成を示す図である。 Ｎｉ−Ｍｎ系合金薄膜のＭｎ原子含有量と交換結合磁界の関係を示す図である。 Ｎｉ−Ｍｎ−Ｃｒ系合金薄膜のＣｒ原子含有量と交換結合磁界の関係を示す図である。 本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの一実施形態の断面構造を示す図である。 本発明の他の実施形態の磁性積層膜の構成を示す図である。 本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドの他の実施形態の断面構造を示す図である。 本発明を縦バイアス印加層に適用した磁気抵抗効果型磁気ヘッドの一実施形態の断面構造を示す図である。 本発明の磁気抵抗効果型磁気ヘッドを用いた磁気ディスク装置の一実施形態の概略構造を示す図である。

符号の説明

１０…非磁性基板、１１…下地層、１２…自由層強磁性膜、１３，６２…非磁性導電性薄膜、１４…固定層強磁性薄膜、１５…Ｍｎ合金膜（反強磁性層）、 １６…保護膜、１７…縦バイアス印加層、１８…電極、２０，５０…絶縁膜、 ２３…第２の非磁性導電性薄膜、２４…第２の固定層強磁性膜、２５…第２の反強磁性層、３１…下部シールド層、３２…上部シールド層、４１…下部ギャップ層、４２…上部ギャップ層、６１…バイアス膜、６３…磁気抵抗効果膜、１００…自由層強磁性膜の磁気異方性の方向、１０１…Ｃｏ原子を含む磁性薄膜の磁化の方向、１０２…第２の固定層強磁性膜の磁化の方向、２０１…ベース、２０２…スピンドル、２０３…モータ、２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ，２０４ｄ， ２０４ｅ…磁気ディスク、２０５ａ，２０５ｂ，２０５ｃ，２０５ｄ，２０５ｅ…磁気ヘッド、２０６…キャリッジ、２０７…ボイスコイル、２０８…マグネット、２０９…ボイスコイルモータ制御回路、２１０…ライト／リード回路、211…インターフェイス、２１２…上位装置、２１３…ボイスコイルモータ。

Claims (22)

1. 非磁性導電性薄膜を中間層として第１の磁性薄膜と第２の磁性薄膜が積層されており、第１の磁性薄膜の磁化方向が第１の磁性薄膜と隣接して設けられた反強磁性層によって固定されている磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜に信号検出電流を流すための一対の電極とを有する磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、前記反強磁性層が少なくとも一部に面心正方晶を有するＭｎ合金であり、前記反強磁性層と磁気的に接している磁性薄膜がＣｏ原子を含む磁性薄膜であることを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
2. 非磁性導電性薄膜を中間層として第１の磁性薄膜と第２の磁性薄膜が積層されており、第１の磁性薄膜の磁化方向が第１の磁性薄膜と隣接して設けられた反強磁性層によって固定されている磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜に信号検出電流を流すための一対の電極とを有する磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、前記反強磁性層が少なくとも一部に面心正方晶を有するＭｎ合金であり、前記反強磁性層と磁気的に接している磁性薄膜がＣｏ原子を含む磁性薄膜と結晶構造が面心立方格子である磁性薄膜との多層膜であり、前記Ｃｏ原子を含む磁性薄膜が前記反強磁性層と直接接していることを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
3. 各々の磁性薄膜間に非磁性導電性薄膜を中間層として第１の磁性薄膜と第２の磁性薄膜と第３の磁性薄膜が積層されており、第１の磁性薄膜の磁化方向が第１の磁性薄膜と隣接して設けられた第１の反強磁性層によって固定され、第３の磁性薄膜の磁化方向が第３の磁性薄膜と隣接して設けられた第２の反強磁性層によって固定されている磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜に信号検出電流を流すための一対の電極とを有する磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、前記第１の反強磁性層及び前記第２の反強磁性層のうち少なくとも一方が、少なくとも一部に面心正方晶を有するＭｎ合金であり、前記Ｍｎ合金と磁気的に接している磁性薄膜がＣｏ原子を含む磁性薄膜であることを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
4. 各々の磁性薄膜間に非磁性導電性薄膜を中間層として第１の磁性薄膜と第２の磁性薄膜と第３の磁性薄膜が積層されており、第１の磁性薄膜の磁化方向が第１の磁性薄膜と隣接して設けられた第１の反強磁性層によって固定され、第３の磁性薄膜の磁化方向が第３の磁性薄膜と隣接して設けられた第２の反強磁性層によって固定されている磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜に信号検出電流を流すための一対の電極とを有する磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、前記第１の反強磁性層及び前記第２の反強磁性層のうち少なくとも一方が、少なくとも一部に面心正方晶を有するＭｎ合金であり、前記Ｍｎ合金と磁気的に接している磁性薄膜が、Ｃｏ原子を含む磁性薄膜と結晶構造が面心立方格子である磁性薄膜との多層膜であり、前記Ｃｏ原子を含む磁性薄膜が前記Ｍｎ合金と直接接していることを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
5. 前記Ｃｏ原子を含む磁性薄膜はＣｏ量が２０ａｔ％以上のＣｏ−Ｎｉ系合金又はＣｏ量が６５ａｔ％以上のＣｏ−Ｆｅ系合金であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
6. 前記Ｃｏ原子を含む磁性薄膜がＣｏからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
7. 前記結晶構造が面心立方格子である磁性薄膜がＮｉ−Ｆｅ系合金からなることを特徴とする請求項２及び４のいずれかに記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
8. 前記反強磁性層と磁気的に接している磁性薄膜がＣｏ薄膜とＮｉ−Ｆｅ系合金薄膜とＣｏ薄膜の３層膜であることを特徴とする請求項２及び４のいずれかに記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
9. 前記Ｍｎ合金がＮｉ−Ｍｎ系合金であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
10. 前記Ｎｉ−Ｍｎ系合金のＭｎ量が、４７〜６２ａｔ％の範囲にあることを特徴とする請求項９記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
11. 前記Ｎｉ−Ｍｎ系合金はＣｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｒｕ，Ｒｈ及びＰｔの群から選択される少なくとも１種を０〜６ａｔ％含むことを特徴とする請求項１０記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
12. 前記Ｍｎ合金がＮｉ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｐｔ及びＩｒの１種以上とＭｎとの合金のいずれかであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
13. 横バイアス磁界を印加するためのバイアス膜と、非磁性導電性薄膜を介して前記バイアス膜に積層された磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜に信号検出電流を流すための一対の電極と、前記磁気抵抗効果膜に縦バイアス磁界を印加するために前記磁気抵抗効果膜の両脇に設けられた縦バイアス印加層とを有する磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、前記縦バイアス印加層が、反強磁性膜と強磁性膜の積層構造を有し、前記反強磁性膜が少なくとも一部に面心正方晶を有する Ｍｎ合金であり、前記強磁性膜がＣｏ原子を含む磁性薄膜であることを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
14. 横バイアス磁界を印加するためのバイアス膜と、非磁性導電性薄膜を介して前記バイアス膜に積層された磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜に信号検出電流を流すための一対の電極と、前記磁気抵抗効果膜に縦バイアス磁界を印加するために前記磁気抵抗効果膜の両脇に設けられた縦バイアス印加層とを有する磁気抵抗効果型磁気ヘッドにおいて、前記縦バイアス印加層が反強磁性膜と強磁性膜の積層構造を有し、前記反強磁性膜が少なくとも一部に面心正方晶を有するＭｎ合金であり、前記強磁性膜が、Ｃｏ原子を含む磁性薄膜と結晶構造が面心立方格子である磁性薄膜の多層膜であり、前記Ｃｏ原子を含む磁性薄膜が前記反強磁性膜と直接接していることを特徴とする磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
15. 前記Ｃｏ原子を含む磁性薄膜のＣｏ量が２０ａｔ％以上のＣｏ−Ｎｉ系合金又はＣｏ量が６５ａｔ％以上のＣｏ−Ｆｅ系合金であることを特徴とする請求項 １３又は１４記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
16. 前記Ｃｏ原子を含む磁性薄膜がＣｏからなることを特徴とする請求項１３又は１４記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
17. 前記面心立方格子である磁性薄膜がＮｉ−Ｆｅ系合金薄膜であることを特徴とする請求項１４記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
18. 前記Ｍｎ合金がＮｉ−Ｍｎ系合金であることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれかに記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
19. 前記Ｎｉ−Ｍｎ系合金のＭｎ量が４７〜６３ａｔ％であることを特徴とする請求項１８記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
20. 前記Ｎｉ−Ｍｎ系合金は、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｒｕ，Ｒｈ及びＰｔの少なくとも１種を０〜６ａｔ％含むことを特徴とする請求項１９記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
21. 前記Ｍｎ合金がＮｉ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｐｔ及びＩｒの１種以上とＭｎとの合金のいずれかであることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれかに記載の磁気抵抗効果型磁気ヘッド。
22. 情報を記録する磁気記録媒体と、Ｃｏ原子を含む磁性薄膜と、前記Ｃｏ原子を含む磁性薄膜に密着して積層された少なくとも一部に面心正方晶を有するＭｎ合金とを含む磁気抵抗効果型磁気ヘッドからなって前記情報を読み取り又は書き込みする磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを前記磁気記録媒体上の所定位置に移動させるアクチュエータ手段と、前記磁気ヘッドが読み取り又は書き込みする前記情報の送受信とアクチュエータ手段の移動を制御する制御手段とを含み構成されることを特徴とする磁気記録再生装置。
    

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