JP2008021896A - Ｃｐｐ構造のｇｍｒ素子、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁化固定層としてシンセティックピンド層を用いたＣＰＰ構造のＧＭＲ素子において、シンセティックピンド層を構成するインナーピン層の厚さを薄くすること無く、また、外部磁界耐性というシンセティックピンド層そのものの機能を損なうことなく、アウターピン層の厚さを薄くする。
【解決手段】 磁化固定層（ピンド層）としてシンセティックピンド層を用いたＣＰＰ構造のＧＭＲ素子において、インナーピン層の幅Ｗ１を５０ｎｍ以下に設定し、かつ、磁化固定層を媒体対向面側から見た両端部に所定の角度範囲のテーパー部を有する構造とし、かつ、インナーピン層とアウターピン層との磁気体積比を０．９〜１．１の範囲とし、かつ、インナーピン層とアウターピン層との磁気膜厚比を０．８以下となるように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気記録媒体等の磁界強度を信号として読み取るためのＣＰＰ構造のＧＭＲ素子、その素子を備える薄膜磁気ヘッド、ならびにその薄膜磁気ヘッドを含むヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置に関する。

近年、ハードディスク装置の面記録密度の向上に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能の向上が求められている。薄膜磁気ヘッドとしては、基板に対して、読み出し専用の磁気抵抗効果素子（以下、単にＭＲ（Magneto-resistive）素子と簡略に記すことがある）を有する再生ヘッドと、書き込み専用の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使用されている。

ＭＲ素子としては、異方性磁気抵抗(Anisotropic Magneto-resistive)効果を用いたＡＭＲ素子や、巨大磁気抵抗(Giant Magneto-resistive)効果を用いたＧＭＲ素子や、トンネル磁気抵抗(Tunnel-type Magneto-resistive)効果を用いたＴＭＲ素子等が挙げられる。

再生ヘッドの特性としては、特に、高感度で高出力であることが要求される。このような要求を満たす再生ヘッドとして、既に、スピンバルブ型ＧＭＲ素子を用いたＧＭＲヘッドが量産されている。また、近年では面記録密度のさらなる向上を目指してＴＭＲ素子を用いた再生ヘッドの開発が行なわれている。

スピンバルブ型ＧＭＲ素子は、一般に、非磁性層と、この非磁性層の一方の面に形成されたフリー層と、非磁性層の他方の面に形成された磁化固定層と、非磁性層とは反対に位置する側の磁化固定層の上に形成されたピンニング層（一般には反強磁性層）とを有している。フリー層は外部からの信号磁界に応じて磁化の方向が変化するよう作用する層であり、磁化固定層は、ピンニング層（反強磁性層）からの磁界によって、磁化の方向が固定される層である。なお、磁化固定層は、好ましい態様として、非磁性中間層をインナー層とアウター層とで挟み込んだシンセティックピンド層(synthetic pinned layer)から構成される。

従来のＧＭＲヘッドは、磁気的信号検出用の電流（いわゆる、センス電流）を、ＧＭＲ素子を構成する各層の面に対して平行な方向に流す構造、すなわち、ＣＩＰ(Current In Plane)構造が主流となっていた。これに対して、センス電流を、ＧＭＲ素子を構成する各層の面に対して垂直方向（積層方向）に流す構造、すなわち、ＣＰＰ(Current Perpendicular to Plane)構造のＧＭＲ素子（以下、単に「ＣＰＰ-ＧＭＲ素子」と称する場合がある）も次世代の素子として開発が進められている。なお、前述したＴＭＲ素子もＣＰＰ構造という広い概念の範疇に入るものである。

ＣＰＰ-ＧＭＲ素子は、ＣＰＰ−ＴＭＲ素子と比較して低抵抗であること、また、ＣＩＰ(Current in Plane)−ＧＭＲ素子と比較して狭トラック幅において高出力が得られることから、高いポテンシャルが期待される。

ＣＰＰ-ＧＭＲ素子の基本構造として、ピンニング層としての反強磁性層、ピンド層としての磁化固定層、非磁性スペーサー層、およびフリー層が順次積層されたスピンバルブ積層膜を有している。そして、このスピンバルブ積層膜を積層方向の上下に挟み込むように一対のシールド層が対向配置されて形成されている。通常、この一対シールド層は、積層方向にセンス電流を流すための電極として機能をも兼用している。

ところで、スピンバルブ積層膜の磁化固定層（ピンド層）にはＲｕあるいはＲｈなどの非磁性中間層を挟んで強磁性層を積層するシンセティックピンド層が用いられている。この構成は、非磁性中間層を挟む２つの強磁性層が互いに反強磁性的に結合した構成であり、互いの強磁性層が反平行となるので磁化固定層（ピンド層）の磁化が抑制、安定化され、また、ヘッドの読み取り素子とした場合、磁化固定層（ピンド層）からの静磁界によるバイアスポイントのずれを回避することができる。

このような理由から、シンセティックピンド層を形成する２つの強磁性層の磁気モーメントはバランスされている必要がある。このバランスが崩れると、２つの強磁性層のうちのどちらか一方の層のネットモーメントが大きくなり、外部磁界に対して磁化が不安定となってしまう。ここで、シンセティックピンド層を形成する２つの強磁性層のうち、非磁性スペーサー層に近い側の磁化固定層（ピンド層）をインナーピン層、遠い側のピン層をアウターピン層と呼ぶことにする。磁気抵抗効果に寄与するのはインナーピン層であって、アウターピン層はあくまでもピンド層の磁化を安定化させるためのものである。

特開２００６−８０１４４号公報 特開２０００−９１６６７号公報 特開２００５−２２３１９３号公報

ところで、ＣＰＰ-ＧＭＲ素子では、磁気抵抗効果に対するバルク散乱効果の寄与が大きい。つまり、比較対象であるＣＩＰ−ＧＭＲ素子におけるセンス電流の流れる方向（通電方向）は、膜面内方向であるため、界面におけるスピン依存散乱による抵抗変化が十分得られる。これに対してＣＰＰ-ＧＭＲ素子では、センス電流は膜面すなわち界面に対して垂直に流れるため、電流は界面を通過し、その寄与が十分ではなく、さらに、通常のＧＭＲ膜では界面数は非磁性スペーサー層の上下の２つの面と少ないので、特に界面の寄与が少ない。そのため、高いＭＲ変化率を得るためには磁性層が厚いほうが有利となる。

この一方で、高記録密度化のためには、シールド間ギャップをできるだけ狭くすることが要求され、磁化固定層（ピンド層）の膜厚は薄い方が有利となる。このような観点から、磁気抵抗効果に寄与するインナーピン層の厚さを維持しながら、磁気抵抗効果には寄与しないアウターピン層の厚さを薄くできれば、抵抗変化特性をそのまま維持しながら、シールド間ギャップを狭めることが可能になると考えられる。

本発明はこのような実状のものに創案されたものであって、その目的は、磁化固定層（ピンド層）としてシンセティックピンド層を用いたＣＰＰ構造のＧＭＲ素子において、シンセティックピンド層を構成するインナーピン層の厚さを薄くすること無く、また、外部磁界耐性というシンセティックピンド層そのものの機能を損なうことなく、アウターピン層の厚さを薄くすることにより、シールド間ギャップを狭くして、より高密度化への対応が可能となるＣＰＰ構造のＧＭＲ素子を提供することにある。

このような課題を解決するために、本発明は、非磁性スペーサー層と、前記非磁性スペーサー層を挟むようにして積層形成される磁化固定層およびフリー層を有し、この積層方向にセンス電流が印加されてなるＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造のＧＭＲ（Giant Magneto-resistive）素子であって、前記フリー層は、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するように機能しており、前記磁化固定層は、非磁性中間層を挟むようにしてインナーピン層およびアウターピン層が積層されたシンセティックピンドの形態を有しており、前記インナーピン層は、前記アウターピン層よりも前記非磁性スペーサー層に近い位置に配置されており、前記インナーピン層は、媒体対向面から見た前記非磁性スペーサー層と接する位置における幅Ｗ１が５０ｎｍ以下に設定されており、前記磁化固定層は、媒体対向面側から見た両端部にテーパー部を有しており、前記テーパー部は、素子の積層方向を中心軸方向として、前記非磁性スペーサー層に近づくにつれて狭まるテーパー形状をなし、媒体対向面側から見た積層面を基準線としてこの基準線に対するテーパー角度をθ１とした場合に、θ１は４０°〜６０°の角度範囲に設定されており、かつ、前記インナーピン層の飽和磁化Ｍｓiと体積Ｖ１の積である（Ｍｓi×Ｖ１）値に対する、アウターピン層の飽和磁化Ｍｓoと体積Ｖ２の積である（Ｍｓo×Ｖ２）値との比、で表される磁気体積比（Ｍｓo×Ｖ２）／（Ｍｓi×Ｖ１）が０．９〜１．１の範囲にあり、かつ、前記インナーピン層の飽和磁化Ｍｓiと厚さｔ１の積である（Ｍｓi×ｔ１）値に対する、アウターピン層の飽和磁化Ｍｓoと厚さｔ２の積である（Ｍｓo×ｔ２）値との比で表される磁気膜厚比（Ｍｓo×ｔ２）／（Ｍｓi×ｔ１）が、０．８以下となるように設定される。

また、本発明のＣＰＰ構造のＧＭＲ素子の好ましい態様として、前記インナーピン層の上端部の幅Ｗ１は、１０〜５０ｎｍとされる。

また、本発明のＣＰＰ構造のＧＭＲ素子の好ましい態様として、前記テーパー角度は、θ１は４５〜５５°の角度範囲に設定される。

また、本発明のＣＰＰ構造のＧＭＲ素子の好ましい態様として、前記磁化固定層は、媒体対向面に垂直な断面により見た奥域方向端面において、傾斜面を有しており、前記傾斜面は、前記非磁性スペーサー層に近づくにつれて狭まる形態を有するとともに積層面を基準とする傾斜角θ２を有し、θ２は、４０°〜６０°の角度範囲に設定される。

また、本発明のＣＰＰ構造のＧＭＲ素子の好ましい態様として、前記インナーピン層は、媒体対向面に垂直な断面により見た奥域方向端面において、前記非磁性スペーサー層と接する位置における奥域方向の長さＬ１が５０ｎｍ以下となるように設定される。

また、本発明のＣＰＰ構造のＧＭＲ素子の好ましい態様として、前記インナーピン層の上端部の長さＬ１は、１０〜５０ｎｍとされる。

また、本発明のＣＰＰ構造のＧＭＲ素子の好ましい態様として、前記アウターピン層は、磁化の方向が固定された強磁性層を含み、前記インナーピン層における磁化の方向は、前記アウター層における強磁性層の磁化の方向とは逆の方向（反平行方向）に固定される。

また、本発明のＣＰＰ構造のＧＭＲ素子の好ましい態様として、前記アウターピン層における強磁性層の磁化方向の固定は、前記アウターピン層に接して形成されている反強磁性層の作用により行なわれる。

また、本発明のＣＰＰ構造のＧＭＲ素子の好ましい態様として、前記非磁性スペーサー層は、導電材料より構成される。

本発明の薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面と、前記記録媒体からの信号磁界を検出するために前記媒体対向面の近傍に配置された前記ＣＰＰ構造のＧＭＲ素子と、前記磁気抵抗効果素子の積層方向に電流を流すための一対の電極と、を有して構成される。

本発明のヘッドジンバルアセンブリは、前記薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、前記スライダを弾性的に支持するサスペンションと、を備えて構成される。

本発明のハードディスク装置は、前記薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、前記スライダを支持するとともに前記記録媒体に対して位置決めする位置決め装置と、を備えてなるように構成される。

磁化固定層（ピンド層）としてシンセティックピンド層を用いたＣＰＰ構造のＧＭＲ素子において、インナーピン層の幅Ｗ１を５０ｎｍ以下に設定し、かつ、磁化固定層を媒体対向面側から見た両端部に所定の角度範囲のテーパー部を有する構造とし、かつ、インナーピン層とアウターピン層との磁気体積比を０．９〜１．１の範囲とし、かつ、インナーピン層とアウターピン層との磁気膜厚比を０．８以下となるようにしているので、シンセティックピンド層を構成するインナーピン層の厚さを薄くすること無く、さらには、外部磁界耐性というシンセティックピンド層そのものの機能を損なうことなく、アウターピン層の厚さを薄くすることができる。これにより、シールド間ギャップを狭くして、より高密度化への対応が可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態における再生ヘッドのＡＢＳ（Air Bearing Surface）であって、特に本発明の要部であるＣＰＰ構造のＧＭＲ素子のＡＢＳを模式的に示した図面である。ＡＢＳとは、再生ヘッドが記録媒体と対向する面（以下、「媒体対向面」ともいう）に相当するのであるが、本発明でいうＡＢＳは素子の積層構造が明瞭に観察できる位置での断面までを含む趣旨であり、例えば、厳密な意味での媒体対向面に位置しているＤＬＣ等の保護層（素子を覆う保護層）は必要に応じて省略して考えることができる。

図２は、図１における磁気固定層３０のみを部分的に取り出して拡大した図面である。図３は、図１におけるＡＢＳに垂直な断面を示した図面、すなわち、図１のα−α断面矢視図に相当する。図４は、図３における磁気固定層３０のみを部分的に取り出して拡大した図面である。

図５は、本発明の好適な一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成を説明するための図面であり、薄膜磁気ヘッドのＡＢＳおよび基板に垂直な断面を示す図面である。図６は、本発明の好適な一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成を説明するための図面であり、特に、薄膜磁気ヘッドの磁極部分のＡＢＳに平行な断面を示した図面である。図７は、本発明の一実施の形態におけるヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダを示す斜視図である。図８は、本発明の一実施の形態におけるヘッドジンバルアセンブリを含むヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。図９は、本発明の一実施の形態におけるハードディスク装置の要部を示す説明図である。図１０は、本発明の一実施の形態におけるハードディスク装置の平面図である。

〔ＣＰＰ構造のＧＭＲ素子〕
図１を参照して、本発明のＣＰＰ構造のＧＭＲ素子を有する再生ヘッドの構成について、詳細に説明する。

図１は、上述したように、再生ヘッドの媒体対向面に平行な断面に相当する断面図である。

本実施の形態における再生ヘッドは、図１に示されるように所定の間隔を開けて対向配置された第１のシールド層３および第２のシールド層８と、これら第１のシールド層と第２のシールド層８との間に配置されたＣＰＰ構造のＧＭＲ素子５（以下、単に「ＣＰＰ-ＧＭＲ素子５」と称す）と、ＣＰＰ-ＧＭＲ素子５の２つの側部およびこの側部に沿って第１のシールド層３の上面の一部を覆う絶縁膜４と、絶縁膜４を介してＭＲ素子５の２つの側部に隣接する２つのバイアス磁界印加層６とを有している。

第１のシールド層３と第２のシールド層８は、いわゆる磁気シールドの役目と、一対の電極として役目を兼ね備えている。つまり、磁気シールド機能に加え、センス電流をＣＰＰ-ＧＭＲ素子に対して、ＣＰＰ-ＧＭＲ素子５を構成する各層の面と交差する方向、すなわち、素子を構成する各層の面に対して垂直な方向（積層方向）に流すための一対の電極としての機能をも有している。

なお、本発明の実施の態様においては、ＣＰＰ-ＧＭＲ素子５と第２のシールド層８との間には、非磁性金属層２７（「Metal Gap」という場合もある）が形成されている。非磁性金属層２７（「Metal Gap」）は、フリー層とシールド間の距離を調整するために設けられる。シールド間ギャップのおよそ中心にフリー層が存在していることが好ましく、そのフリー層の位置、つまり間隔を調整するために、非磁性金属層２７（「Metal Gap」）が設けられる。従って、アウターピン層３１の厚さを薄くすることによって、非磁性金属層２７（「Metal Gap」）も薄くすることができ、その分だけシールド間ギャップが薄くでき、後述する実験例からも分かるようにＰＷ５０（出力波形の半値幅）の特性も良好なものとなる。

次いで、本発明の要部であるＣＰＰ-ＧＭＲ素子５について詳細に説明する。

本発明におけるＣＰＰ-ＧＭＲ素子５は、非磁性スペーサー層２４と、この非磁性スペーサー層２４を挟むようにして積層形成される磁化固定層３０およびフリー層５０を有している。そして、素子５の積層方向にセンス電流が印加されて、その素子機能を発揮する、ＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造のＧＭＲ素子５である。

フリー層５０は、外部磁界、すなわち記録媒体からの信号磁界に応じて磁化の方向が変化する層であり、磁化固定層３０は、反強磁性層２２の作用によって磁化の方向が固定された層である。

（磁化固定層３０の説明）
本発明における磁化固定層３０は、第１のシールド層３の上に形成された下地層２１を介して形成されたピンニング作用を果たす反強磁性層２２の上に形成されている。磁化固定層３０は、反強磁性層２２側から、アウターピン層３１、非磁性中間層３２、およびインナーピン層３３が順次積層された構成、すなわち、いわゆるシンセティックピンド層を構成している。

シンセティックピンド層の構成は、非磁性中間層３２を挟む２つの強磁性層であるアウターピン層３１およびインナーピン層３３が互いに反強磁性的に結合した構成である。アウターピン層３１とインナーピン層３３が反平行となるので磁化固定層（ピンド層）の磁化が抑制、安定化され、また、ヘッドの読み取り素子とした場合、磁化固定層（ピンド層）からの静磁界によるバイアスポイントのずれを回避することができる。

このような理由から、シンセティックピンド層を形成するアウターピン層３１およびインナーピン層３３の磁気モーメントはバランスされている必要がある。このバランスが崩れると、２つの層３１、３３のうちのどちらか一方の層のネットモーメントが大きくなり、外部磁界に対して磁化が不安定となってしまう。なお、本発明では、シンセティックピンド層を形成する２つの強磁性層のうち、非磁性スペーサー層２４に近い側のピンド層をインナーピン層３３、遠い側のピンド層をアウターピン層３１と呼んでいる。磁気抵抗効果に寄与するのはインナーピン層３３であって、アウターピン層３１はあくまでもピンド層の磁化を安定化させるためのものである。

このような構成からなる本発明の磁化固定層３０は、図１および図２に示されるように媒体対向面側から見た両端部３０ａ，３０ａ（図２）にテーパー部を有している。このテーパー部は、素子の積層方向を中心軸方向として、非磁性スペーサー層２４に近づくにつれて狭まるテーパー形状をなしている。そして、図１および図２に示されるように媒体対向面側から見た積層面の端部（例えば、図２の符号３０ｂ）を基準線として、この基準線３０ｂに対するテーパー角度をθ１とした場合に、θ１は４０°〜６０°、好ましくは４５°〜５５°の角度範囲に設定される。

加えて、本発明の磁化固定層３０におけるインナーピン層３３は、図２に示されるように媒体対向面から見た非磁性スペーサー層２４と接する位置における幅Ｗ１が５０ｎｍ以下、特に、１０〜５０ｎｍ、さらに好ましくは、２０〜５０ｎｍに設定される。

加えて、インナーピン層３３の飽和磁化Ｍｓiと体積Ｖ１の積である（Ｍｓi×Ｖ１）値に対する、アウターピン層３１の飽和磁化Ｍｓoと体積Ｖ２の積である（Ｍｓo×Ｖ２）値との比、で表される磁気体積比（Ｍｓo×Ｖ２）／（Ｍｓi×Ｖ１）が０．９〜１．１の範囲内となるように設定される。（Ｍｓo×Ｖ２）／（Ｍｓi×Ｖ１）の値が、０．９未満となったり、１．１を超えたりすると、磁気モーメントのバランスが崩れてしまい、２つの層３１、３３のうちのどちらか一方の層のネットモーメントが大きくなり、外部磁界に対して磁化が不安定となってしまう。なお、インナーピン層３３とアウターピン層３１とが同じ材質から構成される場合には、Ｍｓi＝Ｍｓoとなる。生産性を考慮して、双方同じ材質から構成されることが一般的ではあるが、アウターピン層３１のさらなる薄層化を図るのであれば、Ｍｓi＜Ｍｓoとすることもできる。

さらに、本発明においては、インナーピン層３３の飽和磁化Ｍｓiと厚さｔ１の積である（Ｍｓi×ｔ１）値に対する、アウターピン層３１の飽和磁化Ｍｓoと厚さｔ２の積である（Ｍｓo×ｔ２）値との比で表される磁気膜厚比（Ｍｓo×ｔ２）／（Ｍｓi×ｔ１）が、０．８以下、特に、０．５〜０．８となるように設定される。この値を０．８以下とするのは、インナーピン層３３の厚さｔ１に対して、アウターピン層３１の厚さｔ２を、少なくとも２０％以上減少させて、本発明の効果を発現させるためである。なお、前述したようにインナーピン層３３とアウターピン層３１とが同じ材質から構成される場合には、Ｍｓi＝Ｍｓoとなる。

本発明における上記の所定範囲の磁気膜厚比と、上記所定範囲の磁気体積比についての設定趣旨は以下のとおりである。すなわち、従来技術におけるシンセティックピンド層のインナーピン層３３およびアウターピン層３１に関する設計指針は磁気膜厚比のみをバランスさせることであった。これに対して、本願のインナーピン層３３およびアウターピン層３１に関する設計指針は、磁気体積比でバランスさせ、磁気膜厚比は逆にバランスから大きく外すことにある。これによって、（１）ピンド層のネットモーメントを小さくすることによりピン強度を維持する、（２）インナーピン層３３の厚さを薄くすること無く、アウターピン層３１の厚さを薄くすることで、シールド間ギャップを狭くすることができ、ＰＷ５０（出力波形の半値幅）を小さくすることができ、より高密度化への対応が可能となる。

上記説明の幅Ｗ１の値が５０ｎｍを超えると、ＣＰＰ-ＧＭＲ素子５に期待されている高いポテンシャル、すなわち、超狭トラック幅に対応でき、超狭シールド間ギャップを備える素子であり、かつ高出力が得られるという高いポテンシャルに応じることができなくなってしまう。

また、上記θ１の角度範囲の設定は、幅Ｗ１が５０ｎｍ以下となることを前提に設定されたものである。仮に、幅Ｗ１が１５０ｎｍ程度では、本発明のθ１の角度範囲の設定は、さほど意味がないものとなってしまう。これについては、後述する実験例を参照されたい。

また、上記説明のθ１の値が６０°を超えると、インナーピン層３３とアウターピン層３１とのピンバランスを保ちながら、インナーピン層３３の厚さｔ１に対するアウターピン層３１の厚さｔ２を薄くすることができなくなくなってしまう。その結果、本発明が目的とするシールド間ギャップを狭くして、より高密度化への対応を図るということができなくなってしまう。この一方で、θ１の値が４０°未満となると、インナーピン層３３の上端部の幅が狭く成り過ぎて、インナーピン層３３の上に順次積層される膜の機能が十分に発揮できないおそれが生じてしまう。

また、本発明における磁化固定層３０は、より好ましい態様として、図３および図４に示されるように媒体対向面に垂直な断面により見た奥域方向端面３０ｃにおいて、傾斜面を有している。この傾斜面は、非磁性スペーサー層２４に近づくにつれて狭まる形態を有するとともに、媒体対向面に垂直な断面により見た積層面（例えば、図４の符号３０ｄ）を基準線として、この基準線３０ｄに対する傾斜角θ２を有している。この傾斜角θ２は、４０°〜６０°の角度範囲に設定されることが望ましい。このような傾斜角θ２を設けることによって、アウターピン層の厚さをより薄くすることができ、シールド間ギャップをより狭くして、より高密度化への対応を図ることができる。なお、図３における符号２８は、アルミナ等から形成される絶縁層である。

インナーピン層３３は、図４に示されるように媒体対向面に垂直な断面図における奥域方向端面３０ｃにおいて、非磁性スペーサー層２４と接する位置における奥域方向の長さＬ１が５０ｎｍ以下、特に、１０〜５０ｎｍ、さらに好ましくは、２０〜５０ｎｍに設定されることが好ましい。このような好ましい態様である長さＬ１の設定は、好ましい態様である上記傾斜角θ２の設定と相俟って、インナーピン層３３とアウターピン層３１とのピンバランスを保ちながら、インナーピン層３３の厚さｔ１に対するアウターピン層３１の厚さｔ２を薄くするという効果を発現するに有利に作用する。

上述してきたＣＰＰ-ＧＭＲ素子のテーパー角度θ１を調整するには、下部シールド層の上にＣＰＰ-ＧＭＲ素子を構成する積層膜をスパッタ等で順次成膜した後、フォトレジストをマスクとしてＣＰＰ-ＧＭＲ素子積層膜をミリングする条件を適宜、変えてやるようにすればよい。より具体的には、積層膜が形成されている基板を回転させながら、ミリング時のイオンビームの入射角度、すなわちミリング角度を変えたり、あるいは、ミリング深さを変えたりするようにすればよい。ミリング角度を寝かせ、ミリング深さを浅くすることで、よりテーパー角度θ１を小さくすることが可能となる。

また、媒体対向面に垂直な断面により見た奥域方向端面３０ｃにおける傾斜角θ２を調整する手法も、上記のθ１と同様な手法によればよい。

以下、上述してきたアウターピン層３１、非磁性中間層３２およびインナーピン層３３の各層の具体的構成について詳細に説明する。

アウターピン層３１
上述したようにアウターピン層３１とインナーピン層３３は、反強磁性的に結合し、磁化の方向が逆方向となるように固定されている。

アウターピン層３１は、例えば、Ｃｏを含む強磁性材料からなる強磁性層を有して構成され、Ｃｏ₇₀Ｆｅ₃₀（原子％）の合金層が好適例として挙げられる。厚さは、３〜７ｎｍ程度とされるが、本発明では、上述したようにアウターピン層３１の厚さを、できるだけ薄くできるような工夫が施されている。アウターピン層３１とインナーピン層３３は、同じ磁性材質から構成してもよいし、異なる磁性材料から構成するようにしてもよい。

非磁性中間層３２
非磁性中間層３２は、例えば、Ｒｕ，Ｐｈ，Ｉｒ，Ｒｅ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｃｕのグループから選ばれた少なくとも１種を含む非磁性材料から構成される。非磁性中間層３２の厚さは、例えば０．３５〜１．０ｎｍ程度とされる。非磁性中間層３２はインナーピン層３３の磁化と、アウターピン層３１の磁化とを互いに逆方向に固定するために設けられている。「磁化が互いに逆方向」というのは、これらの２つの磁化が互いに１８０°異なる場合のみに狭く限定解釈されることなく、１８０°±２０°異なる場合をも含む広い概念である。

インナーピン層３３
インナーピン層３３は、例えば、Ｃｏを含む強磁性材料からなる強磁性層を有して構成され、Ｃｏ₇₀Ｆｅ₃₀（原子％）の合金層が好適例として挙げられる。厚さは、３〜７ｎｍ程度とされる。また、インナーピン層３３は、積層体構造としてもよく、例えば、非磁性中間層３２側から、Ｃｏ_50-70Ｆｅ（原子％）の合金層、ホイスラー合金層、およびＦｅＣｏ_30-50の合金層からなる積層体が好適例として例示することができる。さらには、ホイスラー合金層をＦｅ層でサンドイッチ状に挟み込むようにしてもよい。

（反強磁性層２２の説明）
反強磁性層２２は、上述したように磁化固定層３０との交換結合により、磁化固定層３０の磁化の方向を固定するように作用している。

反強磁性層２２は、例えば、Ｐｔ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｉｒ，ＣｒおよびＦｅのグループの中から選ばれた少なくとも１種からなる元素Ｍ´と、Ｍｎとを含む反強磁性材料から構成される。Ｍｎの含有量は３５〜９５原子％とすることが好ましい。反強磁性材料の中には、（１）熱処理しなくても反強磁性を示して強磁性材料との間で交換結合磁界を誘起する非熱処理系反強磁性材料と、（２）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。本発明においては（１）、（２）のいずれのタイプを用いても良い。非熱処理系反強磁性材料としては、ＲｕＲｈＭｎ，ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ等が例示できる。熱処理系反強磁性材料としては、ＰｔＭｎ，ＮｉＭｎ，ＰｔＲｈＭｎ等が例示できる。

反強磁性層２２の厚さは、５〜３０ｎｍ程度とされる。

なお、反磁性層２２の下に形成されている下地層２１は、その上に形成される各層の結晶性や配向性を向上させるための層であり、特に、反強磁性層２２と磁化固定層３０との交換結合を良好にするために設けられる。このような下地層２１としては、例えばＴａ層とＮｉＣｒ層との積層体が用いられる。下地層２１の厚さは、例えば２〜６ｎｍ程度とされる。

絶縁層４を構成する材料としては、例えばアルミナが用いられる。バイアス磁界印加層６としては、硬磁性層（ハードマグネット）や、強磁性層と反強磁性層との積層体が用いられ、具体的には、ＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔを例示することができる。

（非磁性スペーサー層２４の説明）
非磁性スペーサー層２４は、磁化固定層３０とフリー層５０との間に介在される層である。非磁性スペーサー層２４は、例えば、Ｃｕ，ＡｕおよびＡｇからなる群のうち少なくとも１種を８０重量％以上含む非磁性の導電性材料から構成される。その厚さは、例えば１〜４ｎｍ程度とされる。

（フリー層５０の説明）
フリー層５０は、例えば、Ｃｏを含む合金層から構成され、例えば、ＣｏＦｅ合金からなる体心立方構造の磁性合金層とすることが好ましい。Ｃｏの含有割合は、５０〜９０原子％とすることが好ましい。この含有範囲で分極率が高く、しかもフリー層に要求される小さい保磁力特性が得られるからである。好適例としてＣｏ_50-90Ｆｅ（原子％）の合金層が挙げられる。その厚さは、２〜１０ｎｍ程度とされる。厚さは、３〜７ｎｍ程度とされる。
フリー層５０は、積層体構造としてもよく、例えば、非磁性スペーサー層２４側から、Ｃｏ_50-90Ｆｅ（原子％）の合金層、およびホイスラー合金層からなる積層体を好適例として例示することができる。さらには、ホイスラー合金層をＦｅ層でサンドイッチ状に挟み込むようにしてもよい。

フリー層５０の上には、例えばＲｕ層からなる保護層２６が形成される。その厚さは、０．５〜１０ｎｍ程度とされる。

また、前述したように本発明の実施の態様においては、ＣＰＰ-ＧＭＲ素子５と第２のシールド層８との間には、Ｔａ等からなる非磁性金属層２７（「Metal Gap」）が形成されている。その厚さは、フリー層の位置がシールド間のおよそ中心となるように設定され、例えば、５〜２０ｎｍとされ、キャップ層と合わせて１００〜３００ｎｍ程度とされる。

（薄膜磁気ヘッドの全体構成の説明）
次いで、上述してきた磁気抵抗効果素子を備えてなる薄膜磁気ヘッドの全体構成について説明する。前述したように図５および図６は本発明の好適な一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成について説明するための図面であり、図５は、薄膜磁気ヘッドのＡＢＳおよび基板に垂直な断面を示している。図６は、薄膜磁気ヘッドの磁極部分のＡＢＳに平行な断面を示している。

薄膜磁気ヘッドの全体構造は、その製造工程に沿って説明することによりその構造が容易に理解できると思われる。そのため、以下、製造工程を踏まえて薄膜磁気ヘッドの全体構造を説明する。

まず、アルティック（Ａｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣ）等のセラミック材料よりなる基板１の上に、スパッタ法等によって、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）等の絶縁材料からなる絶縁層２を形成する。厚さは、例えば０．５〜２０μｍ程度とする。

次に、この絶縁層２の上に、磁性材料からなる再生ヘッド用の下部シールド層３を形成する。厚さは、例えば０．１〜５μｍ程度とする。このような下部シールド層３に用いられる磁性材料としては、例えば、ＦｅＡｌＳｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ、ＦｅＮ、ＦｅＺｒＮ、ＦｅＴａＮ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ等が挙げられる。下部シールド層３は、スパッタ法またはめっき法等によって形成される。

次に、下部シールド層３の上に、再生用のＣＰＰ-ＧＭＲ素子５を形成する。

次に、図面では示していないが、ＣＰＰ-ＧＭＲ素子５の２つの側部および第１のシールド層３の上面を覆うように絶縁膜を形成する。絶縁膜はアルミナ等の絶縁材料より形成される。

次に、絶縁膜を介してＣＰＰ-ＧＭＲ素子５の２つの側部に隣接するように、２つのバイアス磁界印加層６を形成する。次に、ＣＰＰ-ＧＭＲ素子５およびバイアス磁界印加層６の周囲に配置されるように絶縁膜７を形成する。絶縁膜７は、アルミナ等の絶縁材料によって形成される。

次に、ＣＰＰ-ＧＭＲ素子５、バイアス磁界印加層６および絶縁層７の上に、Ｔａ等の非磁性金属層２７（「Metal Gap」）を積層した後、磁性材料からなる再生ヘッド用の第２のシールド層８を形成する。第２のシールド層８は、例えば、めっき法やスパッタ法により形成される。

次に、上部シールド層８の上に、スパッタ法等によって、アルミナ等の絶縁材料からなる分離層１８を形成する。次に、この分離層１８の上に、例えば、めっき法やスパッタ法により、磁性材料からなる記録ヘッド用の下部磁極層１９を形成する。第２のシールド層８および下部磁極層１９に用いられる磁性材料としては、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＮｉ，ＦｅＮ等の軟磁性材料があげられる。なお、第２のシールド層８、分離層１８および下部磁極層１９の積層体の代わりに、下部電極層を兼ねた第２のシールド層を設けても良い。

次に、下部磁極層１９の上に、スパッタ法等によって、アルミナ等の非磁性材料からなる記録ギャップ層９が形成される。厚さは、５０〜３００ｎｍ程度とされる。

次に、磁路形成のために、後述する薄膜コイルの中心部において、記録ギャップ層９を部分的にエッチングしてコンタクトホール９ａを形成する。

次に、記録ギャップ層９の上に、例えば銅（Ｃｕ）からなる薄膜コイルの第１層部分１０を、例えば２〜３μｍの厚さに形成する。なお、図５において、符号１０ａは、第１層部分１０のうち、後述する薄膜コイルの第２層部分１５に接続される接続部を示している。第１層部分１０は、コンタクトホール９ａの周囲に巻回される。

次に、薄膜コイルの第１層部分１０およびその周辺の記録ギャップ層９を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機材料からなる絶縁層１１を所定のパターンに形成する。

次に、絶縁層１１の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１１の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。

次に、絶縁層１１のうちの後述する媒体対向面２０側の斜面部分から媒体対向面２０側にかけての領域において、記録ギャップ層９および絶縁層１１の上に、記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁極層１２のトラック幅規定層１２ａを形成する。上部磁極層１２は、このトラック幅規定層１２ａと、後述する連結部分層１２ｂおよびヨーク部分層１２ｃとで構成される。

トラック幅規定層１２ａは、記録ギャップ層９の上に形成され、上部磁極層１２の磁極部分となる先端部と、絶縁層１１の媒体対向面２０側の斜面部分の上に形成されヨーク部分層１２ｃに接続される接続部と、を有している。先端部の幅は記録トラック幅と等しくなっている。接続部の幅は、先端部の幅よりも大きくなっている。

トラック幅規定層１２ａを形成する際には、同時にコンタクトホール９ａの上に磁性材料からなる連結部分層１２ｂを形成するとともに、接続部１０ａの上に磁性材料からなる接続層１３を形成する。連結部分層１２ｂは、上部磁極層１２のうち、上部シールド層８に磁気的に連結される部分を構成する。

次に、磁極トリミングを行なう。すなわち、トラック幅規定層１２ａの周辺領域において、トラック幅規定層１２ａをマスクとして、記録ギャップ層９および上部シールド層８の磁極部分における記録ギャップ層９側の少なくとも一部をエッチングする。これにより、図６に示されるごとく、上部磁極層１２の磁極部分、記録ギャップ層９および上部シールド層８の磁極部分の少なくとも一部の各幅が揃えられたトリム（Trim）構造が形成される。このトリム構造によれば、記録ギャップ層９の近傍における磁束の広がりによる実効的なトラック幅の増加を防止することができる。

次に、全体に、アルミナ等の無機絶縁材料からなる絶縁層１４を、例えば３〜４μｍ厚さに形成する。

次に、この絶縁層１４を、例えば化学機械研摩によって、トラック幅規定層１２ａ、連結部分層１２ｂ、接続層１３の表面に至るまで研摩して平坦化する。

次に、平坦化された絶縁層１４の上に、例えば銅（Ｃｕ）からなる薄膜コイルの第２層部分１５を、例えば２〜３μｍの厚さに形成する。なお、図５において、符号１５ａは、第２層部分１５のうち、接続層１３を介して薄膜コイルの第１層部分１０の接続部１０ａに接続される接続部を示している。第２層部分１５は、連結部分層１２ｂの周囲に巻回される。

次に、薄膜コイルの第２層部分１５およびその周辺の絶縁層１４を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機材料からなる絶縁層１６を所定のパターンに形成する。

次に、絶縁層１６の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１６の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。

次に、トラック幅規定層１２ａ、絶縁層１４、１６および連結部分層１２ｂの上にパーマロイ等の記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁性層１２のヨーク部分を構成するヨーク部分層１２ｃを形成する。ヨーク部分層１２ｃの媒体対向面２０側の端部は、媒体対向面２０から離れた位置に配置されている。また、ヨーク部分層１２ｃは、連結部分層１２ｂを介して下部磁極層１９に接続されている。

次に、全体を覆うように、例えばアルミナからなるオーバーコート層１７を形成する。最後に、上記各層を含むスライダの機械加工を行い、記録ヘッドおよび再生ヘッドを含む薄膜ヘッドの媒体対向面２０を形成して、薄膜磁気ヘッドが完成する。

このようにして製造される薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面２０と、前述した再生ヘッドと、記録ヘッド（誘導型磁気変換素子）とを備えている。

記録ヘッドは、媒体対向面２０側において互いに対向する磁極部分を含むとともに、互いに磁気的に連結された下部磁極層１９および上部磁極層１２と、この下部磁極層１９の磁極部分と上部磁極層１２の磁極部分との間に設けられた記録ギャップ層９と、少なくとも一部が下部磁極層１９および上部磁極層１２の間に、これらに対して絶縁された状態で配置された薄膜コイル１０、１５と、を有している。

このような薄膜磁気ヘッドでは、図５に示されるように、媒体対向面２０から、絶縁層１１の媒体対向面側の端部までの長さが、スロートハイト（図面上、符号ＴＨで示される）となる。なお、スロートハイトとは、媒体対向面２０から、２つの磁極層の間隔が開き始める位置までの長さ（高さ）をいう。

（薄膜磁気ヘッドの作用の説明）
次に、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの作用について説明する。薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって記録媒体に情報を記録し、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生する。

再生ヘッドにおいて、バイアス磁界印加層６によるバイアス磁界の方向は、媒体対向面２０に垂直な方向と直交している。ＣＰＰ-ＧＭＲ素子５において、信号磁界がない状態では、フリー層５０の磁化の方向は、バイアス磁界の方向に揃えられている。磁化固定層３０の磁化の方向は、媒体対向面２０に垂直な方向に固定されている。

ＣＰＰ-ＧＭＲ素子５では、記録媒体からの信号磁界に応じてフリー層５０の磁化の方向が変化し、これにより、フリー層５０の磁化の方向と磁化固定層３０の磁化の方向との間の相対角度が変化し、その結果、ＣＰＰ-ＧＭＲ素子５の抵抗値が変化する。ＣＰＰ-ＧＭＲ素子５の抵抗値は、第１および第２のシールド層３，８によって、ＣＰＰ-ＧＭＲ素子５にセンス電流を流したときの２つの電極層３，８間の電位差より求めることができる。このようにして、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。

（ヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置についての説明）
以下、本実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置について説明する。

まず、図７を参照して、ヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダ２１０について説明する。ハードディスク装置において、スライダ２１０は、回転駆動される円盤状の記録媒体であるハードディスクに対向するように配置される。このスライダ２１０は、主に図５における基板１およびオーバーコート１７からなる基体２１１を備えている。

基体２１１は、ほぼ六面体形状をなしている。基体２１１の六面のうちの一面は、ハードディスクに対向するようになっている。この一面には、媒体対向面２０が形成されている。

ハードディスクが図７におけるｚ方向に回転すると、ハードディスクとスライダ２１０との間を通過する空気流によって、スライダ２１０に、図７におけるｙ方向の下方に揚力が生じる。スライダ２１０は、この揚力によってハードディスクの表面から浮上するようになっている。なお、図７におけるｘ方向は、ハードディスクのトラック横断方向である。
スライダ２１０の空気流出側の端部（図７における左下の端部）の近傍には、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッド１００が形成されている。

次に、図８を参照して、本実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリ２２０について説明する。ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、スライダ２１０と、このスライダ２１０を弾性的に支持するサスペンション２２１とを備えている。サスペンション２２１は、例えばステンレス鋼によって形成された板ばね状のロードビーム２２２、このロードビーム２２２の一端部に設けられると共にスライダ２１０が接合され、スライダ２１０に適度な自由度を与えるフレクシャ２２３と、ロードビーム２２２の他端部に設けられたベースプレート２２４とを有している。

ベースプレート２２４は、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向ｘに移動させるためのアクチュエータのアーム２３０に取り付けられるようになっている。アクチュエータは、アーム２３０と、このアーム２３０を駆動するボイスコイルモータとを有している。フレクシャ２２３において、スライダ２１０が取り付けられる部分には、スライダ２１０の姿勢を一定に保つためのジンバル部が設けられている。

ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、アクチュエータのアーム２３０に取り付けられる。１つのアーム２３０にヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。また、複数のアームを有するキャリッジの各アームにヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドスタックアセンブリと呼ばれる。

図８は、ヘッドアームアセンブリの一例を示している。このヘッドアームアセンブリでは、アーム２３０の一端部にヘッドジンバルアセンブリ２２０が取り付けられている。アーム２３０の他端部には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２３１が取り付けられている。アーム２３０の中間部には、アーム２３０を回動自在に支持するための軸２３４に取り付けられる軸受け部２３３が設けられている。

次に図９および図１０を参照して、ヘッドスタックアセンブリの一例と本実施の形態に係るハードディスク装置について説明する。

図９はハードディスク装置の要部を示す説明図、図１０はハードディスク装置の平面図である。

ヘッドスタックアセンブリ２５０は、複数のアーム２５２を有するキャリッジ２５１を有している。複数のアーム２５２には、複数のヘッドジンバルアセンブリ２２０が、互いに間隔を開けて垂直方向に並ぶように取り付けられている。キャリッジ２５１においてアーム２５２とは反対側には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２５３が取り付けられている。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、ハードディスク装置に組み込まれる。

ハードディスク装置は、スピンドルモータ２６１に取り付けられた複数枚のハードディスク２６２を有している。各ハードディスク２６２毎に、ハードディスク２６２を挟んで対向するように２つのスライダ２１０が配置される。また、ボイスコイルモータは、ヘッドスタックアセンブリ２５０のコイル２５３を挟んで対向する位置に配置された永久磁石２６３を有している。

スライダ２１０を除くヘッドスタックアセンブリ２５０およびアクチュエータは、本発明における位置決め装置に対応しスライダ２１０を支持すると共にハードディスク２６２に対して位置決めする。

本実施の形態に係るハードディスク装置では、アクチュエータによって、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向に移動させて、スライダ２１０をハードディスク２６２に対して位置決めする。スライダ２１０に含まれる薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって、ハードディスク２６２に情報を記録し、再生ヘッドによって、ハードディスク２６２に記録されている情報を再生する。

本実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置は、前述の本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドと同様の効果を奏する。

また、実施の形態では、基本側に再生ヘッドを形成し、その上に、記録ヘッドを積層した構造の薄膜磁気ヘッドについて説明したが、この積層順序を逆にしてもよい。また、読み取り専用として用いる場合には、薄膜磁気ヘッドを、再生ヘッドだけを備えた構成としてもよい。

また、本発明の要部は磁気ヘッドに限らず、いわゆる磁界を検知するための薄膜磁界センサーとして応用することができる。

上述してきたＣＰＰ-ＧＭＲ素子の発明を、以下に示す具体的実施例によりさらに詳細に説明する。

〔実験例Ｉ〕
幅Ｗ１で代表される素子の大きさと、テーパー角度θ１の関係が、アウターピン層３１の薄層化に及ぼす影響を調べた。

ＣＰＰ-ＧＭＲ素子の膜構成を以下のように設定した。

（ＣＰＰ-ＧＭＲ素子の膜構成）
・保護層２６ 材質：Ｒｕ 厚さ１０ｎｍ
・フリー層５０ 材質：Ｃｏ90Ｆｅ10 厚さ５ｎｍ
・非磁性スペーサー層２４ 材質：Ｃｕ 厚さ３ｎｍ
・インナーピン層３３ 材質：Ｃｏ70Ｆｅ30 厚さ７ｎｍ
・非磁性中間層３２ 材質：Ｒｕ 厚さ０．８ｎｍ
・アウターピン層３１ 材質：Ｃｏ70Ｆｅ30 厚さＸｎｍ
（Ｘ：求める厚さ）
・反強磁性層２２ 材質：ＩｒＭｎ 厚さ７ｎｍ
・下地層２１ 材質：ＮｉＦｅＣｒ（５ｎｍ）／Ｔａ（１ｎｍ）

上記のＣＰＰ-ＧＭＲ素子の膜構成において、インナーピン層３３、非磁性中間層３２、およびアウターピン層３１からなる磁化固定層３０のみをピックアップして考察する。インナーピン層３３の厚さは、７ｎｍに固定し、シンセティック結合の非磁性中間層３２の厚さは、０．８ｎｍに固定し、アウターピン層３１の厚さは、求める厚さＸ（ｎｍ）とした。

インナーピン層３３の幅Ｗ１を、Ｗ１＝１５０ｎｍとＷ１＝５０ｎｍの２タイプに固定し、これらの２タイプのものに対して、それぞれテーパー角度θ１を８０°、７０°、６０°、４５°、および３０°に変えた場合の磁化固定層３０の形態概念図を図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）にそれぞれ示した。

図１１に示される各テーパー角度θ１に対応するインナーピン層３３の面積と、アウターピン層３１の面積との面積比が１となるように、アウターピン層３１の厚さＸ（ｎｍ）を求めるとともに、アウターピン層３１の薄層化率Ｐ＝〔１−（Ｘ／７）〕×１００（％）を算出した。

面積比を１とする理由は次のとおり。すなわち、磁化固定層３０は、シンセティックピンド層構造であり、インナーピン層３３の飽和磁化Ｍｓiと体積Ｖ１の積である（Ｍｓi×Ｖ１）値に対する、アウターピン層３１の飽和磁化Ｍｓoと体積Ｖ２の積である（Ｍｓo×Ｖ２）値との比、で表される磁気体積比（Ｍｓo×Ｖ２）／（Ｍｓi×Ｖ１）が０．９〜１．１の範囲にあり、バランスしている必要がある。ここでは、（Ｍｓo×Ｖ２）／（Ｍｓi×Ｖ１）＝１．０とした。そして、図１１の状態では、インナーピン層３３とアウターピン層３１の材質が同じで、かつ、図面の奥域の長さを基準単位長さとして同一に扱っているために（図４のθ２＝９０°を考えている）、面積比＝１のみを考慮すればよいことになる。

結果を下記表１に示した。

表１に示される結果より、Ｗ１のサイズが１５０ｎｍから５０ｎｍに小さくなって、なおかつ、テーパー角度θ１が小さくなってくると、アウターピン層３１の薄層化率Ｐが大きくなることがわかる。すなわち、Ｗ１のサイズが５０ｎｍで、テーパー角度θ１が６０°以下となると、１４．３％以上のアウターピン層３１の薄層化率が期待できる。これにより、シールド間ギャップを狭くして、より高密度化への対応が可能となる。

〔実験例ＩＩ〕
図１〜図４に示されるような幅Ｗ１（図２）、長さＬ１（図４）で代表される素子の大きさと、テーパー角度θ１（図２）、傾斜角θ２（図４）の関係が、アウターピン層３１の薄層化に及ぼす影響を調べた。

ギャップ層２７およびＣＰＰ-ＧＭＲ素子の膜構成を以下のように設定した。

・ギャップ層２７ 材質：Ｔａ 厚さ２０ｎｍ
・保護層２６ 材質：Ｒｕ 厚さ１０ｎｍ
・フリー層５０ 材質：Ｃｏ90Ｆｅ10 厚さ５ｎｍ
・非磁性スペーサー層２４ 材質：Ｃｕ 厚さ３ｎｍ
・インナーピン層３３ 材質：Ｃｏ70Ｆｅ30 厚さ７ｎｍ
・非磁性中間層３２ 材質：Ｒｕ 厚さ０．８ｎｍ
・アウターピン層３１ 材質：Ｃｏ70Ｆｅ30 厚さＸｎｍ
（Ｘ：パラメータ厚さ）
・反強磁性層２２ 材質：ＩｒＭｎ 厚さ７ｎｍ
・下地層２１ 材質：ＮｉＦｅＣｒ（５ｎｍ）／Ｔａ（１ｎｍ）

上記のＣＰＰ-ＧＭＲ素子の膜構成において、インナーピン層３３、非磁性中間層３２、およびアウターピン層３１からなる磁化固定層３０のみをピックアップして考察する。

インナーピン層３３の飽和磁化Ｍｓiと体積Ｖ１の積である（Ｍｓi×Ｖ１）値に対する、アウターピン層３１の飽和磁化Ｍｓoと体積Ｖ２の積である（Ｍｓo×Ｖ２）値との比、で表される磁気体積比（Ｍｓo×Ｖ２）／（Ｍｓi×Ｖ１）が０．９〜１．１の範囲にあり、バランスしている必要がある。ここでは、（Ｍｓo×Ｖ２）／（Ｍｓi×Ｖ１）＝１．０とした。双方の層３３，３１は同じ材質であるから、インナーピン層３３の体積Ｖ１と、アウターピン層３１の体積Ｖ２の比である、Ｖ２／Ｖ１のみ考慮すればよい。磁気膜厚比（Ｍｓo×ｔ２）／（Ｍｓi×ｔ１）についても同様に、ｔ２／ｔ１のみ考慮すればよい。

インナーピン層３３の厚さは７ｎｍに固定し、シンセティック結合の非磁性中間層３２の厚さは、０．８ｎｍに固定し、アウターピン層３１の厚さ、変数Ｘ（ｎｍ）とした。Ｗ１＝Ｌ１＝５０ｎｍとし、θ１とθ２を下記表２のごとく変化させて、体積比（Ｖ２／Ｖ１）＝１となるときのアウターピン層３１の厚さｔ２を求めた。さらに、このｔ２の値より、層厚比（ｔ２／ｔ１）を求めた。ここで、層厚比（ｔ２／ｔ１）は、インナーピン層３３の厚さｔ１に対するアウターピン層３１の厚さｔ２の比である。

なお、表２には、テーパー角度θ１が４０°未満のものは示されていない。テーパー角度θ１を４０°よりもさらに小さくして角度を寝かせると、アウターピン層３１の厚さを薄くすることができる。しかしながら、本願の発明者らの実験によれば、テーパー角度θ１が４０°でＣＰＰ-ＧＭＲ素子の最上部の幅は８〜１０ｎｍ程度になってしまい、テーパー角度θ１を４０°よりもさらに小さくすると、Ｗ１の値を５０ｎｍを超えて拡張させる必要があることが判明した。例えば、テーパー角度θ１を３０°とすると、Ｗ１は７０ｎｍにする必要があり、この場合、体積比がバランスするアウターピン層の厚さｔ２は５ｎｍ程度となり、Ｗ１＝５０ｎｍ、θ１＝４０°の場合よりも厚くなる傾向が生じることがあり、Ｗ１＝５０ｎｍ以上に幅を広げて、テーパー角度θ１を４０°よりもさらに小さくすることはあまり効果がないことが確認されている。

〔実験例III〕
上記表２におけるサンプル２−５−５の条件（ｔ１＝７ｎｍ、Ｗ１＝Ｌ１＝５０ｎｍ、θ１＝θ２＝４０°）、サンプル２−４−４の条件（ｔ１＝７ｎｍ、Ｗ１＝Ｌ１＝５０ｎｍ、θ１＝θ２＝４５°）およびサンプル２−２−２の条件（ｔ１＝７ｎｍ、Ｗ１＝Ｌ１＝５０ｎｍ、θ１＝θ２＝６０°）において、アウターピン層３１の厚さｔ２を変えて、インナーピン層３３の飽和磁化Ｍｓiと体積Ｖ１の積である（Ｍｓi×Ｖ１）値に対する、アウターピン層３１の飽和磁化Ｍｓoと体積Ｖ２の積である（Ｍｓo×Ｖ２）値との比、で表される磁気体積比（Ｍｓo×Ｖ２）／（Ｍｓi×Ｖ１）が０．９〜１．１の範囲にあることの必要性を示すための実験を行なった。なお、各ピン層３１、３３の材質は同じであるので、Ｖ２／Ｖ１＝０．９〜１．１を考慮すればよい。

図１２に示される素子の抵抗ー磁界曲線のグラフを参照しつつ説明する。

まず、バックグランドから説明する。インナーピン層３３とアウターピン層３１のバランスが崩れると、理想的にはフラットな領域が広いのほうがよいが、外部磁界に対して応答しやすくなる。フリー層とインナーピン層３３が反平行で抵抗値が最大になるが、インナーピン層３３側の体積Ｖ１がより大きくなると、インナー層３３が外部磁界の方向に向きやすく、結果的に早く磁化が回転する。極端な場合にはフラットな領域ができなくなる。

ここで、図１２に示されるように最大の抵抗値から半分の抵抗値にまで低減した磁界をＨ１とし、これが体積比率との関係でどのように推移するかに注目する。

インナーピン層３３の厚さｔ１が厚くなればなるほど、Ｈ１は小さくなる。テーパーθ１が無い場合には、アウターピン層３１の厚さｔ２をそのまま薄くすると、Ｈ１が小さくなってしまう。逆に、テーパーθ１がある場合には、アウターピン層の厚さｔ２を薄くしてバランスできる。

なお、Ｈ１が小さくなると、測定磁界中で抵抗ー磁界曲線の直線性が維持できなくなり、再生波形形状に影響する。

逆に、アウターピン層３１の厚さｔ２が厚くなると、アウターピン層３１が回るので、負の磁界でフラットから外れて抵抗増加を示す。ただし、この場合はインナーピン層３３は磁場方向を向いているので、完全には反転せず、抵抗上昇は最大値までは戻らない。図１２に示されるように負の磁界での最大値の半値幅の磁界をＨ２と定義する。これも小さいほうがバランスされている、ということになる。

Ｈ１、Ｈ２の値は、素子としての使用の目安として、１ＫＯｅ以上が要望される。

このようなバックグラウンドのもとに、Ｗ１、Ｌ１を５０ｎｍに固定し、θ１およびθ２をそれぞれ、４０deg（表３）、４５deg（表４）、６０deg（表５）の３水準に区分した。これらの各水準について、アウターピン層の厚さｔ２を振った場合の出力（層厚比ｔ２／ｔ１が1の場合を基準にして規格化している）、ＰＷ５０（層厚比ｔ２／ｔ１が1の場合を基準にして規格化している）、Ｈ１、およびＨ２の測定結果を下記表３〜表５に、それぞれ示した。

表３〜表５に示される結果より、本願発明の実施例では、層厚比がかなり外れたところで、体積比がバランスし、Ｈ１、Ｈ２が適当な範囲に収まっていることが確認できる。

すなわち、表３〜表５に示される本願発明の実施例では、いずれも磁気体積比が０．９〜１．１でバランスし、磁気膜厚比は０．８以下となっている。そして、このような範囲内で、ＰＷ５０で５％以上のゲインがあり、目安のＨ１、およびＨ２が得られている。

なお、表中の評価について、Ｈ１、およびＨ２の測定は、８０ｍＶの印加電圧、８ＫＯｅの印加磁界の条件を用いて、抵抗-磁界曲線を測定して求めた、また、ＰＷ５０はヘッドジンバルアセンブリを組み立て、電磁変換特性の評価結果を比較して求めた。

磁気記録媒体等の磁界強度を信号として読み取るためのＣＰＰ-ＧＭＲ素子を備えるハードディスク装置の産業に利用できる。

図１は、本発明の実施の形態における再生ヘッドのＡＢＳ（Air Bearing Surface）であって、特に本発明の要部であるＣＰＰ構造のＧＭＲ素子のＡＢＳを模式的に示した図面である。 図２は、図１における磁気固定層のみを部分的に取り出して拡大した図面である。 図３は、図１におけるＡＢＳに垂直な断面を示した図面、すなわち、図１のα−α断面矢視図に相当する。 図４は、図３における磁気固定層のみを部分的に取り出して拡大した図面である。 図５は、本発明の好適な一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成を説明するための図面であり、薄膜磁気ヘッドのＡＢＳおよび基板に垂直な断面を示す図面である。 図６は、本発明の好適な一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成を説明するための図面であり、特に、薄膜磁気ヘッドの磁極部分のＡＢＳに平行な断面を示した図面である。 図７は、本発明の一実施の形態におけるヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダを示す斜視図である。 図８は、本発明の一実施の形態におけるヘッドジンバルアセンブリを含むヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。 図９は、本発明の一実施の形態におけるハードディスク装置の要部を示す説明図である。 図１０は、本発明の一実施の形態におけるハードディスク装置の平面図である。 図１１（Ａ）はＷ１＝１５０ｎｍの素子であって、テーパー角度θ１を８０°、７０°、６０°、４５°、および３０°に変えた場合の磁化固定層の形態概念図、図１１（Ｂ）は、Ｗ１＝５０ｎｍの素子であって、テーパー角度θ１を８０°、７０°、６０°、４５°、および３０°に変えた場合の磁化固定層の形態概念図である。 図１２は、素子の抵抗ー磁界曲線を示すグラフである。

符号の説明

１…基板
２…絶縁層
３…第１のシールド層
４…絶縁膜
５…磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）
６…バイアス磁界印加層
７…絶縁層
８…第２のシールド層
９…記録ギャップ層
１０…薄膜コイルの第１層部分
１２…上部磁極層
１５…薄膜コイル第２層部分
１７…オーバーコート層
２０…媒体対向面（ＡＢＳ）
２１…下地層
２２…反強磁性層
２４…非磁性スペーサー層
３０…磁化固定層
３１…アウターピン層
３２…非磁性中間層
３３…インナーピン層
５０…フリー層

Claims (12)

1. 非磁性スペーサー層と、
   前記非磁性スペーサー層を挟むようにして積層形成される磁化固定層およびフリー層を有し、この積層方向にセンス電流が印加されてなるＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造のＧＭＲ（Giant Magneto-resistive）素子であって、
   前記フリー層は、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するように機能しており、
   前記磁化固定層は、非磁性中間層を挟むようにしてインナーピン層およびアウターピン層が積層されたシンセティックピンドの形態を有しており、前記インナーピン層は、前記アウターピン層よりも前記非磁性スペーサー層に近い位置に配置されており、
   前記インナーピン層は、媒体対向面から見た前記非磁性スペーサー層と接する位置における幅Ｗ１が５０ｎｍ以下に設定されており、
   前記磁化固定層は、媒体対向面側から見た両端部にテーパー部を有しており、
   前記テーパー部は、素子の積層方向を中心軸方向として、前記非磁性スペーサー層に近づくにつれて狭まるテーパー形状をなし、媒体対向面側から見た積層面を基準線としてこの基準線に対するテーパー角度をθ１とした場合に、θ１は４０°〜６０°の角度範囲に設定されており、かつ、
   前記インナーピン層の飽和磁化Ｍｓiと体積Ｖ１の積である（Ｍｓi×Ｖ１）値に対する、アウターピン層の飽和磁化Ｍｓoと体積Ｖ２の積である（Ｍｓo×Ｖ２）値との比、で表される磁気体積比（Ｍｓo×Ｖ２）／（Ｍｓi×Ｖ１）が０．９〜１．１の範囲にあり、かつ、
   前記インナーピン層の飽和磁化Ｍｓiと厚さｔ１の積である（Ｍｓi×ｔ１）値に対する、アウターピン層の飽和磁化Ｍｓoと厚さｔ２の積である（Ｍｓo×ｔ２）値との比で表される磁気膜厚比（Ｍｓo×ｔ２）／（Ｍｓi×ｔ１）が、０．８以下となるように設定されていることを特徴とするＣＰＰ構造のＧＭＲ素子。
2. 前記インナーピン層の上端部の幅Ｗ１は、１０〜５０ｎｍである請求項１に記載のＣＰＰ構造のＧＭＲ素子。
3. 前記テーパー角度は、θ１は４５〜５５°の角度範囲に設定されてなる請求項１または請求項２に記載のＣＰＰ構造のＧＭＲ素子。
4. 前記磁化固定層は、媒体対向面に垂直な断面により見た奥域方向端面において、傾斜面を有しており、前記傾斜面は、前記非磁性スペーサー層に近づくにつれて狭まる形態を有するとともに積層面を基準とする傾斜角θ２を有し、θ２は、４０°〜６０°の角度範囲に設定されてなる請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のＣＰＰ構造のＧＭＲ素子。
5. 前記インナーピン層は、媒体対向面に垂直な断面により見た奥域方向端面において、前記非磁性スペーサー層と接する位置における奥域方向の長さＬ１が５０ｎｍ以下に設定されてなる請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のＣＰＰ構造のＧＭＲ素子。
6. 前記インナーピン層の上端部の長さＬ１は、１０〜５０ｎｍである請求項５に記載のＣＰＰ構造のＧＭＲ素子。
7. 前記アウターピン層は、磁化の方向が固定された強磁性層を含み、
   前記インナーピン層における磁化の方向は、前記アウター層における強磁性層の磁化の方向とは逆の方向（反平行方向）に固定されている請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のＣＰＰ構造のＧＭＲ素子。
8. 前記アウターピン層における強磁性層の磁化方向の固定は、前記アウターピン層に接して形成されている反強磁性層の作用により行なわれる請求項７に記載のＣＰＰ構造のＧＭＲ素子。
9. 前記非磁性スペーサー層は、導電材料よりなる請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のＣＰＰ構造のＧＭＲ素子。
10. 記録媒体に対向する媒体対向面と、
    前記記録媒体からの信号磁界を検出するために前記媒体対向面の近傍に配置された請求項１ないし請求項９のいずれかに記載されたＣＰＰ構造のＧＭＲ素子と、
    前記磁気抵抗効果素子の積層方向に電流を流すための一対の電極と、
    を有してなることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
11. 請求項１０に記載された薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、
    前記スライダを弾性的に支持するサスペンションと、
    を備えてなることを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。
12. 請求項１０に記載された薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、
    前記スライダを支持するとともに前記記録媒体に対して位置決めする位置決め装置と、
    を備えてなることを特徴とするハードディスク装置。

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