JP3571008B2 - 磁気抵抗効果素子と、それを用いた磁気ヘッド、磁気記録再生ヘッドおよび磁気記憶装置 - Google Patents
磁気抵抗効果素子と、それを用いた磁気ヘッド、磁気記録再生ヘッドおよび磁気記憶装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、巨大磁気抵抗効果を示す磁性多層膜を有する磁気抵抗効果素子と、それを用いた磁気ヘッド、磁気記録再生ヘッドおよび磁気記憶装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＤＤ等の磁気記録装置では、記録密度の向上を図るために記録トラック幅を縮小する方向に進んでいる。この記録トラック幅の縮小に伴う再生出力の低下を補うために、高感度な磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を適用した磁気ヘッド（ＭＲヘッド）が必要となりつつある。特に、信号磁界に応じて磁化回転する強磁性膜（以下、磁化フリー層と記す）、非磁性膜、反強磁性膜からのバイアス磁界で磁化が固着された強磁性膜（以下、磁化固着層と記す）、および磁化固着層の磁化を固着するための反強磁性膜を順に積層した磁性多層膜からなる、巨大磁気抵抗効果を示すスピンバルブ膜を用いたＭＲヘッドが、次世代のＭＲヘッドとして有望視されている。
【０００３】
スピンバルブ膜を用いたＭＲヘッドでは、磁化フリー層の磁壁に起因するバルクハウゼンノイズや、再生トラックの両端部近傍での再生フリンジが実用化の上で大きな課題となっている。このような課題を解決するために、例えば図１２の媒体対向面側より観察した断面図に示すように、スピンバルブ膜１の記録トラック幅から外れた両端部１ａ、１ａ外側をエッチングして取り除き、そこに硬質磁性膜２をそれぞれ配置した、いわゆるアバットジャンクション方式のＭＲヘッドが提案されている。
【０００４】
なお、図１２に示すスピンバルブ膜１は基板３側から、上述したように磁化フリー層４、非磁性膜５、磁化固着層６および反強磁性膜７が順に積層されて構成されている。また、硬質磁性膜２上にはそれぞれスピンバルブ膜１にセンス電流を流すための一対の電極（再生電極）８が形成されている。
【０００５】
図１２に示すアバットジャンクション方式のＭＲヘッドでは、硬質磁性膜２からのバイアス磁界で磁化フリー層４の磁区が消失してバルクハウゼンノイズが抑制される。また、記録トラック幅以外の部分は硬質磁性膜２に置き換っているため、記録トラックからの記録情報のみを読み取ることができる。よって、再生フリンジを著しく小さくすることができる。
【０００６】
しかし、スピンバルブ膜１に上記したアバットジャンクション方式を適用したＭＲヘッドでは、以下に示すような問題が発生している。まず第１に、スピンバルブ膜１の下側には、図示を省略したが、アルミナ等の非磁性絶縁体からなるギャップ膜が存在している。このため、再生電極８や硬質磁性膜２とスピンバルブ膜１との接触が、主としてエッチング等で除去したスピンバルブ膜１の壁面となる。従って、接触抵抗が増大したり、あるいは不安定になりやすいという問題がある。
【０００７】
第２に、スピンバルブ膜１の両端部で磁化フリー層４をエッチングにより除去する際に、磁化フリー層４が最下部に存在しているため、どうしてもギャップ膜をオーバーエッチングしやい。このため、ギャップ膜の下側に存在する磁気シールド層との間で絶縁不良が生じやすいという問題がある。
【０００８】
第３に、スピンバルブ膜１のエッチングにおいては、スピンバルブ膜１の上部に比べて下部ほどテーパが緩やかになりやすい。このため、テーパ部で硬質磁性膜２と磁化フリー層４とが交換結合した領域が増大する。このようなテーパ部領域では交換バイアス力が不安定となるため、バルクハウゼンノイズが発生しやすくなる。
【０００９】
第４に、硬質磁性膜２の壁面と磁化固着層６の壁面とが必然的に接することになるため、磁化固着層６にも硬質磁性膜２からのバイアス磁界が加わる。このため、本来スピンバルブ膜１の幅方向（信号磁界流入方向）に固着されるべき磁化固着層６の磁化が、硬質磁性膜２のバイアス方向（スピンバルブ膜１の長手方向）に傾いてしまい、信号磁界に対する良好な線形応答が得られなくなるという問題を抱えている。
【００１０】
一方、硬質磁性膜や反強磁性膜等のバイアス磁界付与膜を、ＭＲ膜のエッジ部と直接積層して交換結合させ、これによりバルクハウゼンノイズを取り除くようにしたＭＲヘッドも提案されている。しかし、磁化フリー層上に磁化固着層等が存在する現行のスピンバルブ膜では、硬質磁性膜や反強磁性膜等を基板側に設ける必要があり、これらのパターニングによりスピンバルブ膜を形成する下地の表面性が劣化する等の問題ある。
【００１１】
特に、安定した交換結合を得る上で硬質磁性膜や反強磁性膜を厚くする必要があるが、これらが厚い場合にはスピンバルブ膜の下地の表面状態を劣化させないで、パターン形成することは非常に困難である。さらに、反強磁性膜では強い交換バイアスが得難く、硬質磁性膜では磁化フリー層からの反作用により保磁力が低下しやすいことから、トラック幅端部での安定した磁化固着が難しい。よって、再生フリンジの低減やバルクハウゼンノイズの抑制が不十分になりやすいという問題がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来のスピンバルブ膜を用いたＭＲヘッドにおいて、アバットジャンクション方式ではその形状に由来して、接触抵抗の増大や不安定化、絶縁不良、硬質磁性膜と磁化フリー層との交換結合の不安定化等が生じやすいという問題がある。さらに、磁化固着層の磁化の傾きにより、信号磁界に対する良好な線形応答が得られないというような問題がある。
【００１３】
一方、硬質磁性膜や反強磁性膜等のバイアス磁界付与膜をスピンバルブ膜と直接積層して交換結合させたＭＲヘッドでは、スピンバルブ膜の下地の表面状態が劣化したり、トラック幅端部での安定した磁化固着が難しいことから、再生フリンジの低減やバルクハウゼンノイズの抑制が不十分になるという問題がある。
【００１４】
さらに、スピンバルブ膜は磁気抵抗効果メモリ（ＭＲＡＭ）等の磁気記憶装置に適用することも検討されており、このような場合においても十分なバイアス力が求められている。
【００１５】
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、再生フリンジやバルクハウゼンノイズを抑制した上で、接触抵抗の低減、絶縁不良の抑制、良好な線形応答性等を実現した磁気抵抗効果素子、さらにはそのような磁気抵抗効果素子を用いることによって、特性を向上させた磁気ヘッド、磁気記録再生ヘッドおよび磁気記憶装置を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の磁気抵抗効果素子は、基板と、前記基板の主表面上に、前記基板側から順に積層された第１の反強磁性膜、第１の強磁性膜、非磁性膜および第２の強磁性膜を少なくとも含む巨大磁気抵抗効果を示す磁性多層膜を有し、かつ前記第２の強磁性膜が磁界検出部と前記磁界検出部の両端にそれぞれ設けられ前記磁界検出部より薄い膜厚を有する外側部とを有する磁気抵抗効果膜と、前記第２の強磁性膜の前記外側部の上にそれぞれ積層された一対のバイアス磁界付与膜と、前記磁気抵抗効果膜に電流を供給する一対の電極と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の第２の磁気抵抗効果素子は、第１の反強磁性膜と、前記反強磁性膜の上に設けられた第１の強磁性膜と、前記第１の強磁性膜の上に設けられた非磁性膜と、前記非磁性膜の上に設けられた第２の強磁性膜と、を有し、かつ前記第２の強磁性膜が磁界検出部と前記磁界検出部の両端に設けられた外側部とを有し、前記外側部の膜厚は前記磁界検出部よりも薄く、さらに前記磁界検出部と前記外側部とは互いに平行な主面をそれぞれ有する、磁気抵抗効果膜と、前記第２の強磁性膜の前記外側部の主面とそれぞれ接触して設けられた一対の第２の反強磁性膜と、前記磁気抵抗効果膜に電流を供給する一対の電極と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
一方、本発明の磁気ヘッドは、上述のいずれかの磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の下に設けられた第１の再生磁気ギャップ層と、前記第１の再生磁気ギャップ層の下に設けられた第１の磁気シールド層と、前記磁気抵抗効果素子の上に設けられた第２の再生磁気ギャップ層と、前記第２の再生磁気ギャップ層の上に設けられた第２の磁気シールド層と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の磁気記録再生ヘッドは、上述の磁気ヘッドと、前記第２の磁気シールド層と共通化された第１の磁極と、前記第１の磁極の上に設けられた記録磁気ギャップと、前記記録磁気ギャップの上に設けられた第２の磁極と、を備え、前記第１の磁気シールド層から前記第２の磁気シールド層までの部分は、再生ヘッドとして作用し、前記第１の磁極から前記第２の磁極までの部分は、記録ヘッドとして作用することを特徴とする。
【００２０】
一方、本発明の磁気記憶装置は、上述のいずれかの磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果膜に情報を記憶する書き込み電極と、前記磁気抵抗効果素子の前記電極からなる、前記磁気抵抗効果膜に記憶された情報を再生する読み出し電極と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、基板側に反強磁性膜からバイアス磁界が印加されて磁化固着される第１の強磁性膜を配置し、基板とは反対側に磁化フリー層となる第２の強磁性膜を配置している。このため、磁界検出部の両端部外側の第２の強磁性膜を除去して、良好なオフトラック特性（低再生フリンジ）を得た上に、磁性多層膜中の導電性を有する膜の一部を磁界検出部（再生トラック）の両端部外側に残した構造が実現できる。これによって、安定した電気的接触を確保することが可能となる。
【００２２】
さらに、反強磁性膜と第２の強磁性膜との交換結合を不安定にするテーパ領域を小さくすることができるため、バルクハウゼンノイズを安定して抑制することが可能となる。加えて、磁化固着層となる第１の強磁性膜の端部壁面を、バイアス磁界付与膜と接触させることなく、第２の強磁性膜に対してバイアス磁界を付与することが可能となる。よって、バルクハウゼンノイズの発生を抑制した上で、良好な線形応答性を得ることができる。
【００２３】
また、本発明によれば、基板側に反強磁性膜からバイアス磁界が印加されて磁化固着される第１の強磁性膜を配置し、基板とは反対側に磁化フリー層となる第２の強磁性膜を配置している。このため、バイアス磁界付与膜のパターニングでスピンバルブ膜の下地表面を乱す心配がなくなり、安定したスピンバルブ膜特性が実現できる。
【００２４】
また、第２の強磁性膜の磁界検出部の両端部外側部分の膜厚を、磁界検出部よりも薄くしている。従って、反強磁性膜からなるバイアス磁界付与膜では交換バイアス力の増大が期待できる。一方、硬質磁性膜からなるバイアス磁界付与膜では保磁力の増大が期待できる。これらによって、第２の強磁性膜の磁界検出部の両端部外側部分での磁化固着がより安定化され、バルクハウゼンノイズを抑制した上で、良好なオフトラック特性（低再生フリンジ）を得ることができる。さらに、磁化固着層である第１の強磁性膜の磁化方向が乱されることがないため、良好な線形応答性が実現可能となる。
【００２５】
また、本発明によれば、基板側に反強磁性膜からバイアス磁界が印加されて磁化固着される第１の強磁性膜を配置し、基板とは反対側に磁化フリー層となる第２の強磁性膜を配置している。このため、バイアス磁界付与膜のパターニングでスピンバルブ膜の下地を乱す心配がなくなり、安定したスピンバルブ膜特性が実現できる。
【００２６】
また、第２の強磁性膜の膜厚を薄くすることによって、反強磁性膜からなるバイアス磁界付与膜では交換バイアス力の増大が期待できる。一方、硬質磁性膜からなるバイアス磁界付与膜では保磁力の増大が期待できる。これらによって、磁界検出部の両端部外側部分での第２の強磁性膜の磁化固着が安定化され、バルクハウゼンノイズを抑制した上で、良好なオフトラック特性（低再生フリンジ）を得ることができる。さらに、磁化固着層である第１の強磁性膜の磁化方向が乱されることがないため、良好な線形応答性が実現可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
【００２８】
図１および図２は、本発明の第１の磁気抵抗効果素子を再生素子部に適用した録再分離型磁気ヘッドの一実施形態の構造を示す図である。図１は録再分離型磁気ヘッドを媒体対向面方向から見た断面図（ｘ方向が記録トラック幅方向、ｙ方向が記録トラックの進行方向で磁気抵抗効果素子の膜厚方向に対応）である。図２はその要部を拡大して示す断面図ある。
【００２９】
これらの図において、１１は基板であり、この基板１１としてはＡｌ２ Ｏ３層を有するＡｌ２ Ｏ３ ・ＴｉＣ基板等が用いられる。このような基板１１の主表面上には、ＮｉＦｅ合金、ＦｅＳｉＡｌ合金、アモルファスＣｏＺｒＮｂ合金等の軟磁性材料からなる下側磁気シールド層１２が形成されている。下側磁気シールド層１２上にはＡｌＯｘ 等の非磁性絶縁材料からなる下側再生磁気ギャップ１３を介して巨大磁気抵抗効果を示す磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）１４が形成されている。
【００３０】
ＧＭＲ膜１４を構成する磁性多層膜は、図２に示すように、下側再生磁気ギャップ１３上に順に積層形成された、反強磁性膜１５、第１の強磁性膜１６、非磁性膜１７および第２の強磁性膜１８を少なくとも有している。このＧＭＲ膜１４はいわゆるスピンバルブＧＭＲ膜である。スピンバルブＧＭＲ膜１４を構成する磁性多層膜のうち、第１の強磁性膜１６はその下側に形成された反強磁性膜１５からのバイアス磁界で磁化が固着された磁化固着層である。一方、第２の強磁性膜１８は信号磁界等の外部磁界に応じて磁化回転する磁化フリー層である。なお、図中１９はＴａやＴｉ等からなる保護膜であり、必要に応じて形成される。
【００３１】
第１の強磁性膜１６の磁化は、反強磁性膜１５により媒体対向面（紙面と平行）に対して概ね垂直方向（紙面に対して垂直方向）に固着することが好ましい。第２の強磁性膜１８の磁化は、外部磁界が零の状態で概ねトラック幅方向に向いていることが好ましい。すなわち、第１の強磁性膜１６の磁化方向と第２の強磁性膜１８の磁化方向は略直交させることが好ましい。なお、第２の強磁性膜１８は、後に詳述する一対の硬質磁性膜２０からのバイアス磁界で、上記したように外部磁界が零の状態で概ねトラック幅方向に向いており、さらにこのバイアス磁界で磁区が消失している。
【００３２】
これら強磁性膜１６、１８には、Ｃｏ、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＢ合金、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金、ＮｉＦｅＣｏ合金等が用いられる。例えば、抵抗変化率の記録部形成プロセスでの耐熱性や長期信頼性を得るためには、ＣｏＦｅ等のＣｏ系合金を用いることが好ましい。これら強磁性膜１６、１８の膜厚は、例えば第１の強磁性膜１６は ０．５〜１０ｎｍ程度とすることが、また第２の強磁性膜１８は １〜２０ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００３３】
第１および第２の強磁性膜１６、１８の間には、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、およびそれらの合金等からなる非磁性膜１７が介在されている。反強磁性膜１５を含む各層１５、１６、１７、１８によって、スピンバルブＧＭＲ膜１４の基本要素が構成されている。非磁性膜１７の膜厚は例えば ０．５〜１０ｎｍ程度とすることが好ましい。反強磁性膜１５には、導電性のＩｒＭｎ合金、ＲｈＭｎ合金、ＲｕＭｎ合金、ＰｄＰｔＭｎ合金、ＣｒＭｎＰｔ合金、ＦｅＭｎ合金、ＮｉＭｎ合金、ＰｔＭｎ合金等、あるいは絶縁性のＮｉＯやＣｏＯ等が用いられる。
【００３４】
上記した磁性多層膜からなるスピンバルブＧＭＲ膜１４は、少なくとも第２の強磁性膜１８が信号磁界等の外部磁界を検出する磁界検出部（再生トラック）に応じた形状を有している。言い換えると、少なくとも第２の強磁性膜１８はｘ方向の長さが所望のトラック幅となるように、記録トラック幅から外れた両端部外側が除去された形状とされている。その上で、再生トラックの両端部外側部分の最上部に磁性多層膜中の導電性を有する膜が存在するように、磁性多層膜の膜厚方向の除去範囲が設定されている。再生トラックの両端部外側部分の最上部に位置する導電膜としては、非磁性膜１７や第１の強磁性膜１６が挙げられる。また、反強磁性膜１５として導電性を有するＩｒＭｎ合金やＦｅＭｎ合金を用いる場合には、反強磁性膜１５が最上部に位置する導電膜であってもよい。
【００３５】
第２の強磁性膜１８以外の導電膜を再生トラックの両端部外側部分にそれぞれ存在させるためには、スパッタ法等で成膜した磁性多層膜に対してレジストマスクを用いたイオンミリング等を行って、少なくとも第２の強磁性膜１８を除去すればよい。図２は、非磁性膜１７の一部が残るように、磁性多層膜をエッチングした状態を示している。再生トラックの両端部外側部分の最上部には、非磁性膜１７の一部が残存している。
【００３６】
そして、少なくとも第２の強磁性膜１８が除去され、かつ最上部に導電膜が存在する再生トラックの両端部外側部分には、それぞれ磁性多層膜中の導電膜上に一対の硬質磁性膜２０がバイアス磁界付与膜として積層形成されている。すなわち、導電性を有する非磁性膜１７は硬質磁性膜２０と接している。一対の硬質磁性膜２０には例えばＣｏＰｔ合金、ＣｏＮｉＣｒ合金等の導電性を有する硬質磁性材料が用いられ、その厚さは１０〜８０ｎｍ程度とすることが好ましい。一対の硬質磁性膜２０上には、それぞれＣｕ、Ａｕ、Ｚｒ、Ｔａ等からなる一対の電極２１が形成されており、この一対の電極２１によりスピンバルブＧＭＲ膜１４にセンス電流が供給される。一対の電極２１の間隔は一対の硬質磁性膜２０の間隔より狭く設定してもよい。
【００３７】
上述したスピンバルブＧＭＲ膜１４、一対の硬質磁性膜２０および一対の電極２１は、ＧＭＲ再生素子２２を構成している。ＧＭＲ再生素子２２上には、図１に示すように、下側再生磁気ギャップ１３と同様な非磁性絶縁材料からなる上側再生磁気ギャップ２３を介して、下側磁気シールド層１２と同様な軟磁性材料からなる上側磁気シールド層２４が形成されている。これらによって、再生ヘッドとしてのシールド型ＧＭＲヘッド２５が構成されている。
【００３８】
バイアス磁界付与膜は硬質磁性膜２０に限らず、例えば図３に示す第１の変形例のように、強磁性膜２６上に反強磁性膜２７を積層した積層膜２８を適用することも可能である。強磁性膜２６と反強磁性膜２７との積層順は逆でもよい。強磁性膜２６にはＮｉＦｅ合金やＣｏ系合金等が用いられる。反強磁性膜２７にはＮｉＭｎ合金、ＦｅＭｎ合金、ＩｒＭｎ合金、ＰｔＭｎ合金等が用いられる。反強磁性膜２７からの強い一方向性の交換結合バイアス磁界により強磁性膜２６の磁化がしっかりと固着されるため、積層膜２８は硬質磁性膜２０と同様なバイアス磁界付与膜として機能する。
【００３９】
バイアス磁界付与膜中の反強磁性膜２７とスピンバルブＧＭＲ膜中の反強磁性膜１５とは、バイアス磁界方向を概ね直交させることが望ましい。例えば、反強磁性膜２７と反強磁性膜１５とはブロッキング温度が異なるように選定し、磁界中熱処理を施すことにより、バイアス磁界方向を概ね直交させることができる。ブロッキング温度は材料、組成、成膜条件等で変えることができる。磁界中熱処理の条件の一例を以下に示す。
【００４０】
反強磁性膜２７には、ブロッキング温度が５０３ＫのＩｒＭｎ合金（膜厚５．５ｎｍ）を用い、反強磁性膜１５にはブロッキング温度が６５３ＫのＰｔＭｎ合金を用いる。まず、一方向磁界中（数１０Ｏｅ 、方向は媒体対向面垂直方向）にて５２３Ｋで ５時間保持し、反強磁性膜１５の磁化を媒体対向面垂直方向に固着する。次に、冷却過程において、反強磁性膜２７と反強磁性膜１５のブロッキング温度の中間の温度（〜５１３Ｋ）で、磁界方向をトラック幅方向に向けて略９０°回転させる。すると、冷却過程で反強磁性膜２７のバイアス磁界により強磁性膜２６の磁化はトラック幅方向に固着される。
【００４１】
シールド型ＧＭＲヘッド２５上には、図１に示すように、記録ヘッドとして薄膜磁気ヘッド２９が形成されている。薄膜磁気ヘッド２９の下側記録磁極は、上側磁気シールド層２４と同一の磁性層により構成されている。すなわちシールド型ＭＲヘッド２５の上側磁気シールド層２４は、薄膜磁気ヘッド２９の下側記録磁極を兼ねている。この上側磁気シールド層を兼ねる下側記録磁極２４上には、ＡｌＯｘ 等の非磁性絶縁材料からなる記録磁気ギャップ３０と上側記録磁極３１とが順に形成されている。図示を省略したが、媒体対向面より後方側には下側記録磁極２４と上側記録磁極３１に記録磁界を付与する記録コイルが形成されており、記録ヘッドとしての薄膜磁気ヘッド２９が構成されている。
【００４２】
図２に要部を示したシールド型ＧＭＲヘッド２５は、例えば以下のようにして作製される。
【００４３】
すなわち、まず下側再生磁気ギャップ１３まで形成した基板１１の主表面上に、スピンバルブＧＭＲ膜１４を構成する各膜を順次スパッタ法等で成膜する。次いで、フォトレジストマスクを形成してイオンミリング等でスピンバルブＧＭＲ膜１４を所定形状にエッチングする。このエッチングは少なくとも第２の強磁性膜１８までを除去し、スピンバルブＧＭＲ膜１４を構成する磁性多層膜中の導電性を有するユニット膜の一部を残す。
【００４４】
次に、スピンバルブＧＭＲ膜１４のエッチングに使用したフォトレジストを利用して、スピンバルブＧＭＲ膜１４の再生トラックの両端部外側部分に一対の硬質磁性膜２０および電極２１等をスパッタ法等により成膜する。フォトレジストはアセトン等の溶剤を用いて除去する。
【００４５】
次いで、硬質磁性膜２０および電極２１の形状に応じたフォトレジストマスクを形成し、これらを用いてイオンミリングする。これによって、例えば図４に示すようなパターンを形成する。硬質磁性膜２０および電極２１の下側には、スピンバルブＧＭＲ膜１４を構成する磁性多層膜中の導電膜が存在する。この後、上側再生磁気ギャップ２３および上側磁気シールド層２４を形成することにより、シールド型ＧＭＲヘッド２５が完成する。
【００４６】
さらに、シールド型ＧＭＲヘッド２５上に記録ヘッドとしての薄膜磁気ヘッド２９を形成した後、スライダー形状への機械加工、ヘッドジンバルアッセンブリを行うことによって、録再分離型磁気ヘッドが完成する。
【００４７】
上述した実施形態のＧＭＲヘッド２５においては、基板１１とは反対側の上側に磁化フリー層、すなわち第２の強磁性膜１８を存在させている。このため、第１に良好なオフトラック特性（低再生フリンジ）を得る上で必要とされる、再生トラックから外れた両端部外側部分の磁化フリー層の除去を、スピンバルブＧＭＲ膜１４を全面的に削除することなく実施できる。その上で、導電膜の一部を両端部外側部分に残した構造が実現できる。その結果、残存させた導電膜を介して安定した電気的接触が確保され、安定して小さな接触抵抗が実現可能となる。よって、ＧＭＲ再生素子２２全体の抵抗が低減でき、再生感度をアップするために大きなセンス電流を投入しても、サーマルノイズの影響を受けにくくなる。
【００４８】
第２に、少なくとも磁化フリー層である第２の強磁性膜１８のみをエッチングすればよいため、エッチング量を少なくでき、エッチングの精度向上が期待できる。第３に、エッチングが進行する下部では、スピンバルブＧＭＲ膜１４のテーパが緩やかになりやすいのに比べて、エッチング進行の初期に当たる第２の強磁性膜１８ではテーパが急俊になる。従って、バルクハウゼンノイズの発生要因となるテーパ領域を小さくすることができる。その結果として、バルクハウゼンノイズを安定して抑制することが可能となる。
【００４９】
第４に、磁化固着層である第１の強磁性膜１６の端部壁面を硬質磁性膜２０と接触させることなく、第２の強磁性膜１８に対して硬質磁性膜２０からバイアス磁界を付与することができる。従って、バルクハウゼンノイズの発生を抑制した上で、硬質磁性膜２０から磁化固着層に加わる漏洩磁界を抑制することができる。これにより、第１の強磁性膜１６の磁化が硬質磁性膜２０の漏洩磁界方向に傾いてしまうという問題が回避できる。第１の強磁性膜１６の磁化方向はスピンバルブＧＭＲ膜１４の幅方向（信号磁界の流入方向）に安定して固着され、良好な線形応答性が得られる。
【００５０】
この実施形態のＧＭＲヘッド２５ば、オフトラック特性が良好で再生フリンジが小さい、バルクハウゼンノイズやサーマルノイズが少ない、線形応答性が良好である、等の特徴を有することから、Ｓ／Ｎ比の良好な再生特性を実現することができる。
【００５１】
上述した実施形態では、スピンバルブＧＭＲ膜１４を反強磁性膜１５、第１の強磁性膜１６、非磁性膜１７および第２の強磁性膜１８からなる基本的な磁性多層膜で構成した場合について説明した。スピンバルブＧＭＲ膜１４を構成する磁性多層膜には、各層の構成材料等に応じて、さらに他の層を追加することができる。
【００５２】
例えば、磁化フリー層、非磁性膜、磁化固着層および反強磁性膜を順に積層形成した従来のスピンバルブ構造に比べて、積層構造を逆転させた本発明のスピンバルブ構成では、ＩｒＭｎ合金やＦｅＭｎ合金等の金属系の反強磁性膜１５を単に用いると、第１の強磁性膜１６への反強磁性膜１５からのバイアス磁界が弱まるおそれがある。そこで、例えば図５に示すように、反強磁性膜１５の ｆｃｃ相の安定性や （１１１）結晶配向性、さらに強磁性膜１６の ｆｃｃ相の安定性を高めるために、反強磁性膜１５の下地膜３２を設けることが好ましい。下地膜３２としては、Ｔａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ等を用いてもよいが、特に ｆｃｃ相を有するＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＸ合金（Ｘ：Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｒｅ、Ｒｕから選ばれる少なくとも １種の元素）、ＣｕＮｉ合金等が望ましい。この下地膜３２の膜厚は １〜２０ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００５３】
特に、上記した下地膜３２を介して形成した、Ｉｒを ５〜４０重量％ の範囲で含有するＩｒＭｎ合金からなる反強磁性膜１５は、バイアス磁界が消失するブロッキング温度ＴＢ が４７３Ｋ以上と耐熱性に優れると共に、高いバイアス磁界が得られることから望ましい。ＩｒＭｎ合金からなる反強磁性膜１５の膜厚は ３〜３０ｎｍ程度とすることが好ましい。これ以上薄いと十分なバイアス磁界が得られず、またこれ以上厚いと反強磁性膜１５へのセンス電流の分流が増大して、抵抗変化率が低下するおそれが大きい。
【００５４】
反強磁性膜１５にＩｒＭｎ合金やＦｅＭｎ合金等の導電材料を用いる場合には図５に示す第２の変形例のように、スピンバルブＧＭＲ膜１４の再生トラックの両端部外側部分を反強磁性膜１５の少なくとも一部が残る状態までエッチング除去し、硬質磁性膜２０を導電性を有する反強磁性膜１５上に積層してもよい。反強磁性膜１５にまで達するエッチングを施しても、導電膜が消失するおそれがないため、安定して導電膜を残すことができる。従って、硬質磁性膜２０を含む電極２１とスピンバルブＧＭＲ膜１４との接触抵抗を再現性よく低減することができる。
【００５５】
一方、反強磁性膜１５に絶縁性のＮｉＯ等を用いる場合には、図１に示したように、硬質磁性膜２０の下側にスピンバルブＧＭＲ膜１４中の導電膜として、第１の強磁性膜１６および非磁性膜１７の両方、あるいは第１の強磁性膜１６のみを存在させればよい。これによって、従来の壁面による電気的接触に比べて、硬質磁性膜２０を含む電極２１とスピンバルブＧＭＲ膜１４とを良好に電気的に接触させることができる。
【００５６】
また、図５に示したように、例えばＣｏＰｔ合金等からなる硬質磁性膜２０の下側には、そのｃ軸を膜面内方向になるべく傾けて高保磁力化を図るために、厚さ １〜２０ｎｍ程度のＣｒ、Ｖ、ＣｒＶ合金、ＦｅＣｏ合金等からなる下地膜３３を設けることが望ましい。
【００５７】
反強磁性膜１５と磁化固着層である第１の強磁性膜１６との界面には、反強磁性膜１５から第１の強磁性膜１６への交換バイアス磁界を増大させるために、これらの中間の格子定数を有する磁性膜を挿入してもよい。このような磁性膜としては、例えば反強磁性膜１５がＦｅＭｎ合金で、第１の強磁性膜１６がＣｏＦｅ合金である場合にはＣｏＦｅＰｄ合金等が挙げられる。第１の強磁性膜１６や第２の強磁性膜１８にＣｏＦｅ合金やＣｏＦｅＢ合金等のＣｏ系合金を用いる場合には、反強磁性膜１５との間に例えば ０．５〜 ３ｎｍ程度の厚さのＮｉＦｅ系の極薄層を挿入してもよい。ＮｉＦｅ系の極薄層はＣｏ系合金の ｆｃｃ相を安定化させ、Ｃｏ系合金の保磁力を低下させる。従って、バルクハウゼンノイズのない高感度な再生出力が得やすくなる。
【００５８】
さらに、例えば図６に示す第３の変形例のように、反強磁性膜１５と第１の強磁性膜１６との間にＮｉやＮｉ系合金等からなる厚さ ０．５〜 ５ｎｍ程度の磁性層３４を挿入して、第１の強磁性膜１６と磁性層３４との間に拡散バリヤ層３５を設けてもよい。拡散バリヤ層３５は第１の強磁性膜１６や非磁性膜１７の膜成長を緻密化させる。これによって、大きな抵抗変化率を得るために不可欠な第１の強磁性膜１６と非磁性膜１７との間に熱的に安定な界面が実現できる。拡散バリヤ層３５は磁性層３４をスパッタ法等で成膜した後、例えばスパッタ雰囲気中に一旦僅かな酸素（１〜１０ＳＣＣＭ程度）を導入（１〜 ３００秒程度）して、磁性層３４の表面を交換結合が働く ３ｎｍ以下の厚さで酸化処理することにより形成することができる。拡散バリヤ層３５を形成するための処理は、窒化処理、フッ化処理、炭化処理等であってもよい。あるいは、磁性層３４を成膜した後に一旦大気開放し、その後成膜してもよい。
【００５９】
なお、第１の強磁性膜１６や第２の強磁性膜１８にＮｉＦｅ合金等のＮｉを多く含む合金を用い、かつ非磁性膜１７にＣｕを用いる場合には、非磁性膜１７と接する界面に例えば １．５ｎｍ以下程度の極薄いＣｏまたはＣｏ系合金膜を挿入することが好ましい。これにより、ＮｉとＣｕとの間の拡散を防ぐことができ、抵抗変化率や耐熱性を確保することができる。
【００６０】
第２の強磁性膜１８上には、図５に示したように、必要に応じて軟磁性アシスト膜３６が形成される。磁化フリー層である第２の強磁性膜１８に軟磁性の良好なＮｉを多く含む合金を用いる場合には、軟磁性アシスト層３６は必ずしも必要ではない。ＣｏＦｅ合金等のＣｏ系合金を用いる場合には、ＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＸ（Ｘ：Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｒｅ、Ｒｕから選ばれる少なくとも １種の元素）合金等の結晶質磁性合金、ＣｏＺｒＮｂ系、ＣｏＦｅＲｅ系、ＣｏＦｅＡｌＯ系等のアモルファス磁性合金、ＦｅＺｒＮ、ＣｏＦｅＴａＮ等の窒化微結晶合金、ＣｏＮｂＣ、ＦｅＴａＶ等の炭化微結晶合金、あるいはこれらの積層膜等からなる軟磁性アシスト膜３６を形成することが望ましい。
【００６１】
軟磁性アシスト膜３６はＣｏ系合金からなる第２の強磁性膜１８の軟磁性の向上に効果を発揮する。軟磁性アシスト膜３６の膜厚は １〜１５ｎｍ程度とすることが好ましい。軟磁性アシスト膜３６には、センス電流の分流を抑制して高い抵抗変化率を維持する上で、高抵抗の磁性膜を用いることが望ましい。具体的には５０μΩｃｍ以上の磁性膜を用いることが好ましい。
【００６２】
硬質磁性膜２０と電極２１の形状に関して、例えば以下に示すような場合には一対の硬質磁性膜２０の間隔と一対の電極２１の間隔はおおよそ一致する。これは、スピンバルブＧＭＲ膜１４のパターニングに使用したレジストマスクをそのまま利用して、硬質磁性膜２０および電極２１を連続して成膜し、このレジストマスクを除去した（いわゆるリフトオフ）後、電極形状に合せたレジストマスクを形成してイオンミリング等によりエッチングした場合である。この際、上記した間隔がほぼ再生トラック幅となる。
【００６３】
一方、一対の硬質磁性膜２０の間隔よりも電極２１の間隔を広くして、スピンバルブＧＭＲ膜１４近傍では硬質磁性膜２０を電極の一部として利用することもできる。例えば、硬質磁性膜２０と電極２１の形成を分離して行うことによって、図７に示すように、一対の電極２１の間隔を一対の硬質磁性膜２０の間隔よりも広くして、一対の電極２１を媒体対向面から後退させてもよい。
【００６４】
このような構成によれば、電極２１が媒体対向面から後退した箇所に形成されているため、スピンバルブＧＭＲ膜１４を媒体対向面に露出させる機械加工工程に直接電極２１が晒されることがない。ＣｕやＡｕ等の柔らかい低抵抗材料を電極２１に用いていも、研磨により電極２１の媒体対向面（ＡＢＳ）側の形状が広がって、磁気シールド層１２、２４との絶縁不良を引き起こす等の電極劣化を回避することができる。この場合、スピンバルブＧＭＲ膜１４近傍では硬質磁性膜２０が電極も兼ねるので、硬質磁性膜２０の抵抗を極力下げるため、その膜厚を増大することが好ましい。硬質磁性膜２０の膜厚は４０〜 １００ｎｍ程度が望ましい。次に、本発明の第２の磁気抵抗効果素子を適用したＧＭＲヘッドの実施形態について、図８を参照して説明する。図８はこの実施形態のＧＭＲヘッドの要部を示す断面図である。なお、ＧＭＲヘッド２５の全体構造は図１に示した通りである。さらに、本発明の第２の磁気抵抗効果素子を再生素子部に適用して録再分離型磁気ヘッドを構成する場合、その全体構造は図１と同様となる。
【００６５】
図８に要部を示すＧＭＲヘッドにおいて、スピンバルブＧＭＲ膜１４は前述と同様に、基板側から順に積層された下地膜３２、反強磁性膜１５、第１の強磁性膜１６、非磁性膜１７、第２の強磁性膜１８、軟磁性アシスト膜３６および保護膜１９を有する磁性多層膜により構成されている。なおこれらのうち、下地膜３２、軟磁性アシスト膜３６、保護膜１９等は必要に応じて形成される。さらに、前述した実施形態と同様に、これら以外の層を介在させることも可能である。
【００６６】
この実施形態のＧＭＲヘッドにおいて、第２の強磁性膜１８は磁界検出部（再生トラック）に相当する部分の膜厚ｔ１ に比べて、再生トラックの両端部外側部分の膜厚ｔ２ が薄く設定されている。バイアス磁界付与膜３７は、第２の強磁性膜１８の膜厚ｔ２ の部分、すなわち膜厚ｔ２ を有する再生トラックの両端部外側部分の上に積層形成されている。言い換えると、第２の強磁性膜１８は磁界検出部に相当する部分の膜厚ｔ１ に比べて、バイアス磁界付与膜３７の下側にあたる部分の膜厚ｔ２ が薄く設定されている。電極２１はバイアス磁界付与膜３７上に積層形成されている。
【００６７】
磁化フリー層を第２の強磁性膜１８と軟磁性アシスト膜３６との積層膜で構成する場合には、この積層膜の厚さをバイアス磁界付与膜３７の下側にあたる再生トラックの両端部外側部分が磁界検出部に相当する部分に比べて薄くなるようにしてもよい。なお、スピンバルブＧＭＲ膜１４以外の構成については、前述した実施形態と同一構成とされている。
【００６８】
この実施形態のＧＭＲヘッドでは、再生トラックの両端部外側部分を磁化フリー層である第２の強磁性膜１８の一部までしかエッチングしないため、エッチング量が僅かとなる。従って、エッチングにはイオンミリングに限らず、より簡単な逆スパッタエッチを適用してもよい。
【００６９】
バイアス磁界付与膜３７には、例えばＮｉＭｎ合金、ＦｅＭｎ合金、ＩｒＭｎ合金、ＰｄＰｔＭｎ合金、ＲｈＭｎ合金、ＲｕＭｎ合金、ＰｔＭｎ合金、ＣｒＭｎＰｔ合金等の導電性を有する反強磁性膜、あるいはＣｏＰｔ合金等の導電性を有する硬質磁性膜が用いられる。さらに、図３に示した構造と同様に、強磁性膜２６と反強磁性膜２７との積層膜２８を、バイアス磁界付与膜３７に適用することも可能である。
【００７０】
バイアス磁界付与膜３７に反強磁性膜を適用する場合、その膜厚は ３〜７０ｎｍとすることが好ましい。より具体的にはＮｉＭｎ合金の場合には２５ｎｍ以上とすることが、ＦｅＭｎ合金の場合には ５ｎｍ以上、ＩｒＭｎ合金の場合には ３ｎｍ以上、ＰｄＰｔＭｎ合金の場合には ５ｎｍ以上とすることが、安定した交換バイアスを得る上で望ましい。
【００７１】
ここで、図９にＩｒＭｎ合金を例にとって、反強磁性膜で交換バイアスを付与する磁性膜の厚さと交換バイアスとの関係を示す。図９から、磁性膜の厚さが減少すると、急激に交換バイアスが向上することが分かる。他の反強磁性膜も同様である。従って、バイアス磁界付与膜３７としての反強磁性膜の下側に存在する磁化フリー層、すなわち第２の強磁性膜１８あるいは第２の強磁性膜１８と軟磁性アシスト膜３６との積層膜の膜厚を、再生トラックの両端部外側部分において薄くすることによって、交換バイアスを増大させることができる。
【００７２】
具体的には、バイアス磁界付与膜３７としての反強磁性膜の下側の磁化フリー層の厚さは ２〜 ５ｎｍ程度とすることが好ましい。その結果、媒体からの信号磁界による反強磁性膜（３７）直下の磁化変化を概ね零にすることができ、再生フリンジの低減を実現することが可能となる。また、磁化フリー層としての第２の強磁性膜１８には、適度なバイアス磁界が付与されて、バルクハウゼンノイズを安定して抑制することができる。
【００７３】
バイアス磁界付与膜３７として反強磁性膜を用いる場合、この反強磁性膜と第２の強磁性膜１８あるいは軟磁性アシスト膜３６との間には、格子定数がこれらの中間の強磁性膜または反強磁性膜を挿入することが、交換バイアスの強度を増大させる上で望ましい。例えば、第２の強磁性膜１８にＣｏＦｅ合金を用い、かつバイアス磁界付与膜３７としての反強磁性膜にＦｅＭｎ合金を用いる場合には、ＣｏＦｅにＰｄ等の添加元素を加えて格子定数をＦｅＭｎ合金に近付けた中間強磁性膜を介挿することが望ましい。
【００７４】
一方、バイアス磁界付与膜３７に硬質磁性膜を適用する場合には、硬質磁性膜とその下側に存在する磁化フリー層（第２の強磁性膜１８、あるいは第２の強磁性膜１８と軟磁性アシスト膜３６との積層膜）とを合せた磁気的膜厚（残留磁化Ｍｒと膜厚ｔの積（Ｍｒ×ｔ））が、硬質磁性膜の下側に存在する磁化フリー層の磁気的膜厚の ２倍以上であることが好ましい。これは磁化フリー層の磁気的膜厚が相対的に増大すると、磁化フリー層からの反作用により硬質磁性膜の磁化が不安定化（具体的には保磁力の低下）し、硬質磁性膜との交換結合による磁化フリー層の磁化の安定化が不十分となるためである。言い換えると、バイアス磁界付与膜３７としての硬質磁性膜の下側に存在する磁化フリー層の膜厚を薄くすることによって、その部分での磁化フリー層の磁化が十分に安定化され、再生フリンジを低減することができる。バイアス磁界付与膜３７が強磁性膜２６と反強磁性膜２７との積層膜２８である場合も同様である。
【００７５】
例えば、バイアス磁界付与膜３７としてＣｏＰｔ合金（Ｍｒ＝１Ｔ）を用い、かつ第２の強磁性膜１８としてＣｏＦｅ合金（Ｍｒ＝１．８Ｔ）を用いた場合を例にとると、ＣｏＰｔ合金膜の膜厚が１８ｎｍ、ＣｏＦｅ合金膜の膜厚が１０ｎｍの場合にはＭｒ×ｔの値が両者ほぼ同一となる。ＣｏＰｔ単層膜での保磁力１５００Ｏｅ がＣｏＦｅ合金膜と積層することにより ７００Ｏｅ と約 １／２にまで低下するが、ＣｏＦｅ合金膜の膜厚をＭｒ×ｔ＝２となる ４ｎｍとすると（ＣｏＰｔ厚は同様）、ＣｏＦｅ合金膜と積層した場合の保磁力は１０５０Ｏｅ であり、保磁力の低下はそれ程顕著ではない。バイアス磁界付与膜３７としては、図３に示したように、反強磁性膜と強磁性膜との積層膜を用いてもよい。
【００７６】
バイアス磁界付与膜３７として硬質磁性膜を用いる場合、第２の強磁性膜１８からのエピタキシャル的な結晶成長によりＣｏ系硬質磁性膜のｃ軸が膜面垂直方向に配向してしまい、硬質磁性膜の保磁力が低下するおそれがある。この場合、第２の強磁性膜１８とバイアス磁界付与膜３７としての硬質磁性膜との中間に膜厚が １〜１０ｎｍ程度のアモルファス的な層を挿入して、硬質磁性膜の保磁力の低下を抑制することが好ましい。この層は例えば膜厚 ５ｎｍ程度のＣｒ膜である。このＣｒ膜のうち、厚さ ２ｎｍ程度の初期層はアモルファスであり、その上の ３ｎｍ程度は結晶層となる。
【００７７】
上述した第２の実施形態のＧＭＲヘッドにおいては、磁化フリー層が基板側に存在する従来のスピンバルブ膜で問題となっていたバイアス磁界付与膜のパターニングに基くスピンバルブ膜の下地表面の乱れを防ぐことができる。よって、安定したスピンバルブ膜特性が実現できる。
【００７８】
また、再生トラックの両端部外側部分における交換結合領域の磁化フリー層の膜厚を磁界検出部よりも薄くすることによって、反強磁性膜からなるバイアス磁化付与膜では交換バイアス力の増大が、硬質磁性膜からなるバイアス磁化付与膜では保磁力の増大が期待できる。従って、目的とするトラック端部での磁化フリー層の磁化固着がより安定化され、バルクハウゼンノイズの抑制が容易となる。さらに、硬質磁性膜によるバイアス磁界の付与においても、磁化固着層との直接的な壁面での接触がないために、硬質磁性膜からの漏洩磁界により磁化固着層の磁化方向が乱されるといった悪影響が少なくなる。その結果、バルクハウゼンノイズがなく、線形応答性に優れた再生が実現できる。
【００７９】
次に、本発明の第３の磁気抵抗効果素子を適用したＧＭＲヘッドの実施形態について、図１０を参照して説明する。図１０はこの実施形態のＧＭＲヘッドの要部を示す断面図である。なお、ＧＭＲヘッド２５の全体構造は図１に示した通りである。さらに、本発明の第３の磁気抵抗効果素子を再生素子部に適用して録再分離型磁気ヘッドを構成する場合、その全体構造は図１と同様となる。
【００８０】
図１０に要部を示すＧＭＲヘッドにおいて、スピンバルブＧＭＲ膜１４は前述した実施形態と同様に、基板側から順に積層された反強磁性膜１５、第１の強磁性膜１６、非磁性膜１７、第２の強磁性膜１８および保護膜１９を有する磁性多層膜により構成されている。なお、前述した実施形態と同様に、これら以外の層を介在させることも可能である。
【００８１】
スピンバルブＧＭＲ膜１４上の磁界検出部（再生トラック）から外れた両外側部分において、第２の強磁性膜１８上には一対のバイアス磁界付与膜３７として反強磁性膜が設けられている。バイアス磁界付与膜３７には、反強磁性膜１５とはブロッキング温度が異なる反強磁性膜を用いる。バイアス磁界付与膜３７が積層形成される部分は、前述した第２の実施形態と同様に、再生トラックの両端部外側部分を第２の強磁性膜１８の一部までエッチングし、この膜厚が減少した分をバイアス磁界付与膜３７の下地膜として第２の強磁性膜１８と同一の強磁性膜を形成してもよい。
【００８２】
第２の強磁性膜１８の膜厚は、前述した第２の実施形態と同様に、バイアス磁界付与膜３７からの交換バイアスを増大させることができるような厚さに設定することが好ましい。具体的には、第２の強磁性膜１８の膜厚は ２〜１０ｎｍ程度とすることが好ましい。また、バイアス磁界付与膜３７としての反強磁性膜の膜厚についても、第２の実施形態と同様とすることが好ましい。
【００８３】
スピンバルブＧＭＲ膜１４およびバイアス磁界付与膜３７上には、Ｔｉ等からなる高抵抗保護膜３８が形成されている、高抵抗保護膜３８上には、一対の電極２１が形成されている。一対の電極２１の間隔は、一対のバイアス磁界付与膜３７の間隔より狭くなるようにパターニングされている。この電極２１のイオンミリングやＲＩＥ等によるパターニングにおいて、高抵抗保護膜３８はエッチングストッパとして機能する。これにより、スピンバルブＧＭＲ膜１４のオーバーエッチを防ぐことができる。
【００８４】
一対の電極２１の間隔を一対のバイアス磁界付与膜３７の間隔より狭くした場合、一対の電極２１の間隔でトラック幅が規定される。このような構造においては、バイアス磁界付与膜３７近傍の低感度領域が除かれるため、狭トラック幅で高感度な再生出力を得ることができる。なお、バイアス磁界付与膜３７の成膜と同時に電極２１を成膜し、これらをリフトオフパターニングしてもよい。この場合、一対のバイアス磁界付与膜３７と一対の電極２１の間隔はほぼ等しくなる。上述した第３の実施形態のＧＭＲヘッドにおいては、磁化フリー層が基板側に存在する従来のスピンバルブ膜で問題となっていたバイアス磁界付与膜のパターニングに基くスピンバルブ膜の下地の乱れを防ぐことができる。さらに、電極２１をパターニングする際のスピンバルブＧＭＲ膜１４のオーバーエッチ等は、高抵抗保護膜３８により防ぐことができる。よって、安定したスピンバルブ膜特性が実現できる。
【００８５】
また、磁化フリー層である第２の強磁性膜１８の膜厚を薄くすることによって、反強磁性膜からなるバイアス磁化付与膜３７からの交換バイアス力を増大させることができる。従って、磁化フリー層の磁化が安定化され、バルクハウゼンノイズが抑制される。その結果、バルクハウゼンノイズがなく、線形応答性に優れた再生が実現できる。
【００８６】
なお、上述した各実施形態では本発明の磁気抵抗効果素子を録再分離型磁気ヘッドの再生素子部に適用する場合について説明したが、本発明の磁気抵抗効果素子はこれに限られるものではない。例えば、一対の磁気ヨークを記録ヘッドと再生ヘッドで共有する録再一体型磁気ヘッド等の他のヘッド構造についても、本発明の磁気抵抗効果素子は適用可能である。
【００８７】
次に、本発明の磁気抵抗効果素子を磁気抵抗効果メモリ（ＭＲＡＭ）等の磁気記憶装置に適用した実施形態、すなわち本発明の磁気記憶装置の実施形態について説明する。
【００８８】
図１１は巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を利用したＭＲＡＭの一実施形態の構成を示す図である。同図に示すＭＲＡＭ４０は、ガラス基板やＳｉ基板等の基板４１上に形成されたスピンバルブＧＭＲ膜４２を有している。スピンバルブＧＭＲ膜４２は、前述した各実施形態のＧＭＲヘッドと同様に反転積層構造を有し、その再生トラックの両端部外側部分の上に形成された一対のバイアス磁界付与膜４３を有している。スピンバルブＧＭＲ膜４２とバイアス磁界付与膜４３との積層構造等は、図２、図３、図５、図６、図８、図９等に示した構造と同様とされている。
【００８９】
スピンバルブＧＭＲ膜４２の上部には、絶縁層４４を介して書き込み電極４５が設けられている。また、スピンバルブＧＭＲ膜４２の両端部には、一対の読み出し電極４６が設けられており、この一対の読み出し電極４６からスピンバルブＧＭＲ膜４２にセンス電流が供給される。なお、図中４７は読み出し補助電極である。
【００９０】
上記したＭＲＡＭ４０における情報の書き込みおよび読み出しは、例えば以下のようにして行われる。まず、情報の書き込みは、書き込み電極４５に電流を流して外部磁界を印加し、磁化固着層の磁化方向を“１”または“０”に対応する方向とすることにより行われる。
【００９１】
記憶情報の読み出しは、読み出し電極４６からセンス電流を流した状態で、書き込み電極４５に正負のパルス電流を流し、その電流磁界により磁化フリー層の磁化方向を反転させる。書き込み電極４５の正負に対して、磁化フリー層の磁化方向は磁化固着層の“１”、“０”にかかわらず一定である。一方、“１”または“０”として記憶された磁化固着層５０の磁化方向によって、書き込み電極４５のパルス電流が正のときにスピンバルブＧＭＲ膜４２の上下強磁性層の磁化方向が平行で負のときに反平行か、もしくは書き込み電極４５のパルス電流が負のときに磁化方向が平行で正のときに反平行かが決まる。従って、書き込み電極４５に例えば正→負のパルス電流を流したとき、センス電流の抵抗が大→小か、小→大かによって、磁化固着層の“１”または“０”が判別される。
【００９２】
ＭＲＡＭ４０におけるバイアス磁界付与膜４３は、書き込み電極４５に正負のパルス電流を流したときの磁化フリー層の磁化反転が生じる磁界の大きさを制御したり、また磁区が形成された状態での不規則な磁化反転に伴うノイズを抑制するものである。ここで、バイアス磁化付与膜については、高集積化に対応してより薄い膜で、微小セルサイズに伴う反磁界の増大を抑制するのに十分なバイアス力を得ることが重要である。前述した各実施形態で詳細に述べたように、本発明によるバイアス磁界付与膜によれば十分なバイアス力が得られるため、ＭＲＡＭ４０は高集積化を実現可能とするものである。
【００９３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の磁気抵抗効果素子によれば、再生フリンジやバルクハウゼンノイズを抑制した上で、接触抵抗の低減、絶縁不良の抑制、良好な線形応答性等が実現可能となる。従って、そのような磁気抵抗効果素子を用いた本発明の磁気ヘッド、磁気記録再生ヘッドおよび磁気記憶装置によれば、良好な動作特性等を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の磁気抵抗効果素子を再生素子部に適用した録再分離型磁気ヘッドの一実施形態の構造を示す断面図である。
【図２】図１に示す録再分離型磁気ヘッドの要部である磁気抵抗効果素子部を拡大して示す断面図である。
【図３】図２に示す磁気抵抗効果素子の第１の変形例を示す断面図である。
【図４】図１に示す録再分離型磁気ヘッドの要部である磁気抵抗効果素子の平面図である。
【図５】図２に示す磁気抵抗効果素子の第２の変形例を示す断面図である。
【図６】図２に示す磁気抵抗効果素子の第３の変形例を示す断面図である。
【図７】図２に示す磁気抵抗効果素子の第４の変形例を示す平面図である。
【図８】本発明の第２の磁気抵抗効果素子を適用した磁気抵抗効果ヘッドの一実施形態の要部構造を示す断面図である。
【図９】反強磁性膜で交換バイアスを付与する磁性膜の厚さと交換バイアスとの関係の一例を示す図である。
【図１０】本発明の第３の磁気抵抗効果素子を適用した磁気抵抗効果ヘッドの一実施形態の要部構造を示す断面図である。
【図１１】本発明の磁気抵抗効果素子を適用した磁気記憶装置の一実施形態の要部構造を示す断面図である。
【図１２】従来の磁気抵抗効果ヘッドの一構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
１１ 基板
１２、２４ 磁気シールド層
１３、２３ 再生磁気ギャップ
１４ 磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）
１５ 反強磁性膜
１６ 第１の強磁性膜
１７ 非磁性膜
１８ 第２の強磁性膜
２０ 一対の硬質磁性膜
２１ 一対の電極
２２ ＧＭＲ再生素子
２５ シールド型ＧＭＲヘッド
２９ 薄膜磁気ヘッド
３０ 記録磁気ギャップ
３１ 磁極
３７ 一対のバイアス磁界付与膜
４０ ＭＲＡＭ
４２ スピンバルブＧＭＲ膜
４３ バイアス磁界付与膜
４５ 書き込み電極
４６ 一対の読み出し電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、巨大磁気抵抗効果を示す磁性多層膜を有する磁気抵抗効果素子と、それを用いた磁気ヘッド、磁気記録再生ヘッドおよび磁気記憶装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＤＤ等の磁気記録装置では、記録密度の向上を図るために記録トラック幅を縮小する方向に進んでいる。この記録トラック幅の縮小に伴う再生出力の低下を補うために、高感度な磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を適用した磁気ヘッド（ＭＲヘッド）が必要となりつつある。特に、信号磁界に応じて磁化回転する強磁性膜（以下、磁化フリー層と記す）、非磁性膜、反強磁性膜からのバイアス磁界で磁化が固着された強磁性膜（以下、磁化固着層と記す）、および磁化固着層の磁化を固着するための反強磁性膜を順に積層した磁性多層膜からなる、巨大磁気抵抗効果を示すスピンバルブ膜を用いたＭＲヘッドが、次世代のＭＲヘッドとして有望視されている。
【０００３】
スピンバルブ膜を用いたＭＲヘッドでは、磁化フリー層の磁壁に起因するバルクハウゼンノイズや、再生トラックの両端部近傍での再生フリンジが実用化の上で大きな課題となっている。このような課題を解決するために、例えば図１２の媒体対向面側より観察した断面図に示すように、スピンバルブ膜１の記録トラック幅から外れた両端部１ａ、１ａ外側をエッチングして取り除き、そこに硬質磁性膜２をそれぞれ配置した、いわゆるアバットジャンクション方式のＭＲヘッドが提案されている。
【０００４】
なお、図１２に示すスピンバルブ膜１は基板３側から、上述したように磁化フリー層４、非磁性膜５、磁化固着層６および反強磁性膜７が順に積層されて構成されている。また、硬質磁性膜２上にはそれぞれスピンバルブ膜１にセンス電流を流すための一対の電極（再生電極）８が形成されている。
【０００５】
図１２に示すアバットジャンクション方式のＭＲヘッドでは、硬質磁性膜２からのバイアス磁界で磁化フリー層４の磁区が消失してバルクハウゼンノイズが抑制される。また、記録トラック幅以外の部分は硬質磁性膜２に置き換っているため、記録トラックからの記録情報のみを読み取ることができる。よって、再生フリンジを著しく小さくすることができる。
【０００６】
しかし、スピンバルブ膜１に上記したアバットジャンクション方式を適用したＭＲヘッドでは、以下に示すような問題が発生している。まず第１に、スピンバルブ膜１の下側には、図示を省略したが、アルミナ等の非磁性絶縁体からなるギャップ膜が存在している。このため、再生電極８や硬質磁性膜２とスピンバルブ膜１との接触が、主としてエッチング等で除去したスピンバルブ膜１の壁面となる。従って、接触抵抗が増大したり、あるいは不安定になりやすいという問題がある。
【０００７】
第２に、スピンバルブ膜１の両端部で磁化フリー層４をエッチングにより除去する際に、磁化フリー層４が最下部に存在しているため、どうしてもギャップ膜をオーバーエッチングしやい。このため、ギャップ膜の下側に存在する磁気シールド層との間で絶縁不良が生じやすいという問題がある。
【０００８】
第３に、スピンバルブ膜１のエッチングにおいては、スピンバルブ膜１の上部に比べて下部ほどテーパが緩やかになりやすい。このため、テーパ部で硬質磁性膜２と磁化フリー層４とが交換結合した領域が増大する。このようなテーパ部領域では交換バイアス力が不安定となるため、バルクハウゼンノイズが発生しやすくなる。
【０００９】
第４に、硬質磁性膜２の壁面と磁化固着層６の壁面とが必然的に接することになるため、磁化固着層６にも硬質磁性膜２からのバイアス磁界が加わる。このため、本来スピンバルブ膜１の幅方向（信号磁界流入方向）に固着されるべき磁化固着層６の磁化が、硬質磁性膜２のバイアス方向（スピンバルブ膜１の長手方向）に傾いてしまい、信号磁界に対する良好な線形応答が得られなくなるという問題を抱えている。
【００１０】
一方、硬質磁性膜や反強磁性膜等のバイアス磁界付与膜を、ＭＲ膜のエッジ部と直接積層して交換結合させ、これによりバルクハウゼンノイズを取り除くようにしたＭＲヘッドも提案されている。しかし、磁化フリー層上に磁化固着層等が存在する現行のスピンバルブ膜では、硬質磁性膜や反強磁性膜等を基板側に設ける必要があり、これらのパターニングによりスピンバルブ膜を形成する下地の表面性が劣化する等の問題ある。
【００１１】
特に、安定した交換結合を得る上で硬質磁性膜や反強磁性膜を厚くする必要があるが、これらが厚い場合にはスピンバルブ膜の下地の表面状態を劣化させないで、パターン形成することは非常に困難である。さらに、反強磁性膜では強い交換バイアスが得難く、硬質磁性膜では磁化フリー層からの反作用により保磁力が低下しやすいことから、トラック幅端部での安定した磁化固着が難しい。よって、再生フリンジの低減やバルクハウゼンノイズの抑制が不十分になりやすいという問題がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来のスピンバルブ膜を用いたＭＲヘッドにおいて、アバットジャンクション方式ではその形状に由来して、接触抵抗の増大や不安定化、絶縁不良、硬質磁性膜と磁化フリー層との交換結合の不安定化等が生じやすいという問題がある。さらに、磁化固着層の磁化の傾きにより、信号磁界に対する良好な線形応答が得られないというような問題がある。
【００１３】
一方、硬質磁性膜や反強磁性膜等のバイアス磁界付与膜をスピンバルブ膜と直接積層して交換結合させたＭＲヘッドでは、スピンバルブ膜の下地の表面状態が劣化したり、トラック幅端部での安定した磁化固着が難しいことから、再生フリンジの低減やバルクハウゼンノイズの抑制が不十分になるという問題がある。
【００１４】
さらに、スピンバルブ膜は磁気抵抗効果メモリ（ＭＲＡＭ）等の磁気記憶装置に適用することも検討されており、このような場合においても十分なバイアス力が求められている。
【００１５】
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、再生フリンジやバルクハウゼンノイズを抑制した上で、接触抵抗の低減、絶縁不良の抑制、良好な線形応答性等を実現した磁気抵抗効果素子、さらにはそのような磁気抵抗効果素子を用いることによって、特性を向上させた磁気ヘッド、磁気記録再生ヘッドおよび磁気記憶装置を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の磁気抵抗効果素子は、基板と、前記基板の主表面上に、前記基板側から順に積層された第１の反強磁性膜、第１の強磁性膜、非磁性膜および第２の強磁性膜を少なくとも含む巨大磁気抵抗効果を示す磁性多層膜を有し、かつ前記第２の強磁性膜が磁界検出部と前記磁界検出部の両端にそれぞれ設けられ前記磁界検出部より薄い膜厚を有する外側部とを有する磁気抵抗効果膜と、前記第２の強磁性膜の前記外側部の上にそれぞれ積層された一対のバイアス磁界付与膜と、前記磁気抵抗効果膜に電流を供給する一対の電極と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の第２の磁気抵抗効果素子は、第１の反強磁性膜と、前記反強磁性膜の上に設けられた第１の強磁性膜と、前記第１の強磁性膜の上に設けられた非磁性膜と、前記非磁性膜の上に設けられた第２の強磁性膜と、を有し、かつ前記第２の強磁性膜が磁界検出部と前記磁界検出部の両端に設けられた外側部とを有し、前記外側部の膜厚は前記磁界検出部よりも薄く、さらに前記磁界検出部と前記外側部とは互いに平行な主面をそれぞれ有する、磁気抵抗効果膜と、前記第２の強磁性膜の前記外側部の主面とそれぞれ接触して設けられた一対の第２の反強磁性膜と、前記磁気抵抗効果膜に電流を供給する一対の電極と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
一方、本発明の磁気ヘッドは、上述のいずれかの磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の下に設けられた第１の再生磁気ギャップ層と、前記第１の再生磁気ギャップ層の下に設けられた第１の磁気シールド層と、前記磁気抵抗効果素子の上に設けられた第２の再生磁気ギャップ層と、前記第２の再生磁気ギャップ層の上に設けられた第２の磁気シールド層と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の磁気記録再生ヘッドは、上述の磁気ヘッドと、前記第２の磁気シールド層と共通化された第１の磁極と、前記第１の磁極の上に設けられた記録磁気ギャップと、前記記録磁気ギャップの上に設けられた第２の磁極と、を備え、前記第１の磁気シールド層から前記第２の磁気シールド層までの部分は、再生ヘッドとして作用し、前記第１の磁極から前記第２の磁極までの部分は、記録ヘッドとして作用することを特徴とする。
【００２０】
一方、本発明の磁気記憶装置は、上述のいずれかの磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果膜に情報を記憶する書き込み電極と、前記磁気抵抗効果素子の前記電極からなる、前記磁気抵抗効果膜に記憶された情報を再生する読み出し電極と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、基板側に反強磁性膜からバイアス磁界が印加されて磁化固着される第１の強磁性膜を配置し、基板とは反対側に磁化フリー層となる第２の強磁性膜を配置している。このため、磁界検出部の両端部外側の第２の強磁性膜を除去して、良好なオフトラック特性（低再生フリンジ）を得た上に、磁性多層膜中の導電性を有する膜の一部を磁界検出部（再生トラック）の両端部外側に残した構造が実現できる。これによって、安定した電気的接触を確保することが可能となる。
【００２２】
さらに、反強磁性膜と第２の強磁性膜との交換結合を不安定にするテーパ領域を小さくすることができるため、バルクハウゼンノイズを安定して抑制することが可能となる。加えて、磁化固着層となる第１の強磁性膜の端部壁面を、バイアス磁界付与膜と接触させることなく、第２の強磁性膜に対してバイアス磁界を付与することが可能となる。よって、バルクハウゼンノイズの発生を抑制した上で、良好な線形応答性を得ることができる。
【００２３】
また、本発明によれば、基板側に反強磁性膜からバイアス磁界が印加されて磁化固着される第１の強磁性膜を配置し、基板とは反対側に磁化フリー層となる第２の強磁性膜を配置している。このため、バイアス磁界付与膜のパターニングでスピンバルブ膜の下地表面を乱す心配がなくなり、安定したスピンバルブ膜特性が実現できる。
【００２４】
また、第２の強磁性膜の磁界検出部の両端部外側部分の膜厚を、磁界検出部よりも薄くしている。従って、反強磁性膜からなるバイアス磁界付与膜では交換バイアス力の増大が期待できる。一方、硬質磁性膜からなるバイアス磁界付与膜では保磁力の増大が期待できる。これらによって、第２の強磁性膜の磁界検出部の両端部外側部分での磁化固着がより安定化され、バルクハウゼンノイズを抑制した上で、良好なオフトラック特性（低再生フリンジ）を得ることができる。さらに、磁化固着層である第１の強磁性膜の磁化方向が乱されることがないため、良好な線形応答性が実現可能となる。
【００２５】
また、本発明によれば、基板側に反強磁性膜からバイアス磁界が印加されて磁化固着される第１の強磁性膜を配置し、基板とは反対側に磁化フリー層となる第２の強磁性膜を配置している。このため、バイアス磁界付与膜のパターニングでスピンバルブ膜の下地を乱す心配がなくなり、安定したスピンバルブ膜特性が実現できる。
【００２６】
また、第２の強磁性膜の膜厚を薄くすることによって、反強磁性膜からなるバイアス磁界付与膜では交換バイアス力の増大が期待できる。一方、硬質磁性膜からなるバイアス磁界付与膜では保磁力の増大が期待できる。これらによって、磁界検出部の両端部外側部分での第２の強磁性膜の磁化固着が安定化され、バルクハウゼンノイズを抑制した上で、良好なオフトラック特性（低再生フリンジ）を得ることができる。さらに、磁化固着層である第１の強磁性膜の磁化方向が乱されることがないため、良好な線形応答性が実現可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
【００２８】
図１および図２は、本発明の第１の磁気抵抗効果素子を再生素子部に適用した録再分離型磁気ヘッドの一実施形態の構造を示す図である。図１は録再分離型磁気ヘッドを媒体対向面方向から見た断面図（ｘ方向が記録トラック幅方向、ｙ方向が記録トラックの進行方向で磁気抵抗効果素子の膜厚方向に対応）である。図２はその要部を拡大して示す断面図ある。
【００２９】
これらの図において、１１は基板であり、この基板１１としてはＡｌ２ Ｏ３層を有するＡｌ２ Ｏ３ ・ＴｉＣ基板等が用いられる。このような基板１１の主表面上には、ＮｉＦｅ合金、ＦｅＳｉＡｌ合金、アモルファスＣｏＺｒＮｂ合金等の軟磁性材料からなる下側磁気シールド層１２が形成されている。下側磁気シールド層１２上にはＡｌＯｘ 等の非磁性絶縁材料からなる下側再生磁気ギャップ１３を介して巨大磁気抵抗効果を示す磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）１４が形成されている。
【００３０】
ＧＭＲ膜１４を構成する磁性多層膜は、図２に示すように、下側再生磁気ギャップ１３上に順に積層形成された、反強磁性膜１５、第１の強磁性膜１６、非磁性膜１７および第２の強磁性膜１８を少なくとも有している。このＧＭＲ膜１４はいわゆるスピンバルブＧＭＲ膜である。スピンバルブＧＭＲ膜１４を構成する磁性多層膜のうち、第１の強磁性膜１６はその下側に形成された反強磁性膜１５からのバイアス磁界で磁化が固着された磁化固着層である。一方、第２の強磁性膜１８は信号磁界等の外部磁界に応じて磁化回転する磁化フリー層である。なお、図中１９はＴａやＴｉ等からなる保護膜であり、必要に応じて形成される。
【００３１】
第１の強磁性膜１６の磁化は、反強磁性膜１５により媒体対向面（紙面と平行）に対して概ね垂直方向（紙面に対して垂直方向）に固着することが好ましい。第２の強磁性膜１８の磁化は、外部磁界が零の状態で概ねトラック幅方向に向いていることが好ましい。すなわち、第１の強磁性膜１６の磁化方向と第２の強磁性膜１８の磁化方向は略直交させることが好ましい。なお、第２の強磁性膜１８は、後に詳述する一対の硬質磁性膜２０からのバイアス磁界で、上記したように外部磁界が零の状態で概ねトラック幅方向に向いており、さらにこのバイアス磁界で磁区が消失している。
【００３２】
これら強磁性膜１６、１８には、Ｃｏ、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＢ合金、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金、ＮｉＦｅＣｏ合金等が用いられる。例えば、抵抗変化率の記録部形成プロセスでの耐熱性や長期信頼性を得るためには、ＣｏＦｅ等のＣｏ系合金を用いることが好ましい。これら強磁性膜１６、１８の膜厚は、例えば第１の強磁性膜１６は ０．５〜１０ｎｍ程度とすることが、また第２の強磁性膜１８は １〜２０ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００３３】
第１および第２の強磁性膜１６、１８の間には、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、およびそれらの合金等からなる非磁性膜１７が介在されている。反強磁性膜１５を含む各層１５、１６、１７、１８によって、スピンバルブＧＭＲ膜１４の基本要素が構成されている。非磁性膜１７の膜厚は例えば ０．５〜１０ｎｍ程度とすることが好ましい。反強磁性膜１５には、導電性のＩｒＭｎ合金、ＲｈＭｎ合金、ＲｕＭｎ合金、ＰｄＰｔＭｎ合金、ＣｒＭｎＰｔ合金、ＦｅＭｎ合金、ＮｉＭｎ合金、ＰｔＭｎ合金等、あるいは絶縁性のＮｉＯやＣｏＯ等が用いられる。
【００３４】
上記した磁性多層膜からなるスピンバルブＧＭＲ膜１４は、少なくとも第２の強磁性膜１８が信号磁界等の外部磁界を検出する磁界検出部（再生トラック）に応じた形状を有している。言い換えると、少なくとも第２の強磁性膜１８はｘ方向の長さが所望のトラック幅となるように、記録トラック幅から外れた両端部外側が除去された形状とされている。その上で、再生トラックの両端部外側部分の最上部に磁性多層膜中の導電性を有する膜が存在するように、磁性多層膜の膜厚方向の除去範囲が設定されている。再生トラックの両端部外側部分の最上部に位置する導電膜としては、非磁性膜１７や第１の強磁性膜１６が挙げられる。また、反強磁性膜１５として導電性を有するＩｒＭｎ合金やＦｅＭｎ合金を用いる場合には、反強磁性膜１５が最上部に位置する導電膜であってもよい。
【００３５】
第２の強磁性膜１８以外の導電膜を再生トラックの両端部外側部分にそれぞれ存在させるためには、スパッタ法等で成膜した磁性多層膜に対してレジストマスクを用いたイオンミリング等を行って、少なくとも第２の強磁性膜１８を除去すればよい。図２は、非磁性膜１７の一部が残るように、磁性多層膜をエッチングした状態を示している。再生トラックの両端部外側部分の最上部には、非磁性膜１７の一部が残存している。
【００３６】
そして、少なくとも第２の強磁性膜１８が除去され、かつ最上部に導電膜が存在する再生トラックの両端部外側部分には、それぞれ磁性多層膜中の導電膜上に一対の硬質磁性膜２０がバイアス磁界付与膜として積層形成されている。すなわち、導電性を有する非磁性膜１７は硬質磁性膜２０と接している。一対の硬質磁性膜２０には例えばＣｏＰｔ合金、ＣｏＮｉＣｒ合金等の導電性を有する硬質磁性材料が用いられ、その厚さは１０〜８０ｎｍ程度とすることが好ましい。一対の硬質磁性膜２０上には、それぞれＣｕ、Ａｕ、Ｚｒ、Ｔａ等からなる一対の電極２１が形成されており、この一対の電極２１によりスピンバルブＧＭＲ膜１４にセンス電流が供給される。一対の電極２１の間隔は一対の硬質磁性膜２０の間隔より狭く設定してもよい。
【００３７】
上述したスピンバルブＧＭＲ膜１４、一対の硬質磁性膜２０および一対の電極２１は、ＧＭＲ再生素子２２を構成している。ＧＭＲ再生素子２２上には、図１に示すように、下側再生磁気ギャップ１３と同様な非磁性絶縁材料からなる上側再生磁気ギャップ２３を介して、下側磁気シールド層１２と同様な軟磁性材料からなる上側磁気シールド層２４が形成されている。これらによって、再生ヘッドとしてのシールド型ＧＭＲヘッド２５が構成されている。
【００３８】
バイアス磁界付与膜は硬質磁性膜２０に限らず、例えば図３に示す第１の変形例のように、強磁性膜２６上に反強磁性膜２７を積層した積層膜２８を適用することも可能である。強磁性膜２６と反強磁性膜２７との積層順は逆でもよい。強磁性膜２６にはＮｉＦｅ合金やＣｏ系合金等が用いられる。反強磁性膜２７にはＮｉＭｎ合金、ＦｅＭｎ合金、ＩｒＭｎ合金、ＰｔＭｎ合金等が用いられる。反強磁性膜２７からの強い一方向性の交換結合バイアス磁界により強磁性膜２６の磁化がしっかりと固着されるため、積層膜２８は硬質磁性膜２０と同様なバイアス磁界付与膜として機能する。
【００３９】
バイアス磁界付与膜中の反強磁性膜２７とスピンバルブＧＭＲ膜中の反強磁性膜１５とは、バイアス磁界方向を概ね直交させることが望ましい。例えば、反強磁性膜２７と反強磁性膜１５とはブロッキング温度が異なるように選定し、磁界中熱処理を施すことにより、バイアス磁界方向を概ね直交させることができる。ブロッキング温度は材料、組成、成膜条件等で変えることができる。磁界中熱処理の条件の一例を以下に示す。
【００４０】
反強磁性膜２７には、ブロッキング温度が５０３ＫのＩｒＭｎ合金（膜厚５．５ｎｍ）を用い、反強磁性膜１５にはブロッキング温度が６５３ＫのＰｔＭｎ合金を用いる。まず、一方向磁界中（数１０Ｏｅ 、方向は媒体対向面垂直方向）にて５２３Ｋで ５時間保持し、反強磁性膜１５の磁化を媒体対向面垂直方向に固着する。次に、冷却過程において、反強磁性膜２７と反強磁性膜１５のブロッキング温度の中間の温度（〜５１３Ｋ）で、磁界方向をトラック幅方向に向けて略９０°回転させる。すると、冷却過程で反強磁性膜２７のバイアス磁界により強磁性膜２６の磁化はトラック幅方向に固着される。
【００４１】
シールド型ＧＭＲヘッド２５上には、図１に示すように、記録ヘッドとして薄膜磁気ヘッド２９が形成されている。薄膜磁気ヘッド２９の下側記録磁極は、上側磁気シールド層２４と同一の磁性層により構成されている。すなわちシールド型ＭＲヘッド２５の上側磁気シールド層２４は、薄膜磁気ヘッド２９の下側記録磁極を兼ねている。この上側磁気シールド層を兼ねる下側記録磁極２４上には、ＡｌＯｘ 等の非磁性絶縁材料からなる記録磁気ギャップ３０と上側記録磁極３１とが順に形成されている。図示を省略したが、媒体対向面より後方側には下側記録磁極２４と上側記録磁極３１に記録磁界を付与する記録コイルが形成されており、記録ヘッドとしての薄膜磁気ヘッド２９が構成されている。
【００４２】
図２に要部を示したシールド型ＧＭＲヘッド２５は、例えば以下のようにして作製される。
【００４３】
すなわち、まず下側再生磁気ギャップ１３まで形成した基板１１の主表面上に、スピンバルブＧＭＲ膜１４を構成する各膜を順次スパッタ法等で成膜する。次いで、フォトレジストマスクを形成してイオンミリング等でスピンバルブＧＭＲ膜１４を所定形状にエッチングする。このエッチングは少なくとも第２の強磁性膜１８までを除去し、スピンバルブＧＭＲ膜１４を構成する磁性多層膜中の導電性を有するユニット膜の一部を残す。
【００４４】
次に、スピンバルブＧＭＲ膜１４のエッチングに使用したフォトレジストを利用して、スピンバルブＧＭＲ膜１４の再生トラックの両端部外側部分に一対の硬質磁性膜２０および電極２１等をスパッタ法等により成膜する。フォトレジストはアセトン等の溶剤を用いて除去する。
【００４５】
次いで、硬質磁性膜２０および電極２１の形状に応じたフォトレジストマスクを形成し、これらを用いてイオンミリングする。これによって、例えば図４に示すようなパターンを形成する。硬質磁性膜２０および電極２１の下側には、スピンバルブＧＭＲ膜１４を構成する磁性多層膜中の導電膜が存在する。この後、上側再生磁気ギャップ２３および上側磁気シールド層２４を形成することにより、シールド型ＧＭＲヘッド２５が完成する。
【００４６】
さらに、シールド型ＧＭＲヘッド２５上に記録ヘッドとしての薄膜磁気ヘッド２９を形成した後、スライダー形状への機械加工、ヘッドジンバルアッセンブリを行うことによって、録再分離型磁気ヘッドが完成する。
【００４７】
上述した実施形態のＧＭＲヘッド２５においては、基板１１とは反対側の上側に磁化フリー層、すなわち第２の強磁性膜１８を存在させている。このため、第１に良好なオフトラック特性（低再生フリンジ）を得る上で必要とされる、再生トラックから外れた両端部外側部分の磁化フリー層の除去を、スピンバルブＧＭＲ膜１４を全面的に削除することなく実施できる。その上で、導電膜の一部を両端部外側部分に残した構造が実現できる。その結果、残存させた導電膜を介して安定した電気的接触が確保され、安定して小さな接触抵抗が実現可能となる。よって、ＧＭＲ再生素子２２全体の抵抗が低減でき、再生感度をアップするために大きなセンス電流を投入しても、サーマルノイズの影響を受けにくくなる。
【００４８】
第２に、少なくとも磁化フリー層である第２の強磁性膜１８のみをエッチングすればよいため、エッチング量を少なくでき、エッチングの精度向上が期待できる。第３に、エッチングが進行する下部では、スピンバルブＧＭＲ膜１４のテーパが緩やかになりやすいのに比べて、エッチング進行の初期に当たる第２の強磁性膜１８ではテーパが急俊になる。従って、バルクハウゼンノイズの発生要因となるテーパ領域を小さくすることができる。その結果として、バルクハウゼンノイズを安定して抑制することが可能となる。
【００４９】
第４に、磁化固着層である第１の強磁性膜１６の端部壁面を硬質磁性膜２０と接触させることなく、第２の強磁性膜１８に対して硬質磁性膜２０からバイアス磁界を付与することができる。従って、バルクハウゼンノイズの発生を抑制した上で、硬質磁性膜２０から磁化固着層に加わる漏洩磁界を抑制することができる。これにより、第１の強磁性膜１６の磁化が硬質磁性膜２０の漏洩磁界方向に傾いてしまうという問題が回避できる。第１の強磁性膜１６の磁化方向はスピンバルブＧＭＲ膜１４の幅方向（信号磁界の流入方向）に安定して固着され、良好な線形応答性が得られる。
【００５０】
この実施形態のＧＭＲヘッド２５ば、オフトラック特性が良好で再生フリンジが小さい、バルクハウゼンノイズやサーマルノイズが少ない、線形応答性が良好である、等の特徴を有することから、Ｓ／Ｎ比の良好な再生特性を実現することができる。
【００５１】
上述した実施形態では、スピンバルブＧＭＲ膜１４を反強磁性膜１５、第１の強磁性膜１６、非磁性膜１７および第２の強磁性膜１８からなる基本的な磁性多層膜で構成した場合について説明した。スピンバルブＧＭＲ膜１４を構成する磁性多層膜には、各層の構成材料等に応じて、さらに他の層を追加することができる。
【００５２】
例えば、磁化フリー層、非磁性膜、磁化固着層および反強磁性膜を順に積層形成した従来のスピンバルブ構造に比べて、積層構造を逆転させた本発明のスピンバルブ構成では、ＩｒＭｎ合金やＦｅＭｎ合金等の金属系の反強磁性膜１５を単に用いると、第１の強磁性膜１６への反強磁性膜１５からのバイアス磁界が弱まるおそれがある。そこで、例えば図５に示すように、反強磁性膜１５の ｆｃｃ相の安定性や （１１１）結晶配向性、さらに強磁性膜１６の ｆｃｃ相の安定性を高めるために、反強磁性膜１５の下地膜３２を設けることが好ましい。下地膜３２としては、Ｔａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ等を用いてもよいが、特に ｆｃｃ相を有するＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＸ合金（Ｘ：Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｒｅ、Ｒｕから選ばれる少なくとも １種の元素）、ＣｕＮｉ合金等が望ましい。この下地膜３２の膜厚は １〜２０ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００５３】
特に、上記した下地膜３２を介して形成した、Ｉｒを ５〜４０重量％ の範囲で含有するＩｒＭｎ合金からなる反強磁性膜１５は、バイアス磁界が消失するブロッキング温度ＴＢ が４７３Ｋ以上と耐熱性に優れると共に、高いバイアス磁界が得られることから望ましい。ＩｒＭｎ合金からなる反強磁性膜１５の膜厚は ３〜３０ｎｍ程度とすることが好ましい。これ以上薄いと十分なバイアス磁界が得られず、またこれ以上厚いと反強磁性膜１５へのセンス電流の分流が増大して、抵抗変化率が低下するおそれが大きい。
【００５４】
反強磁性膜１５にＩｒＭｎ合金やＦｅＭｎ合金等の導電材料を用いる場合には図５に示す第２の変形例のように、スピンバルブＧＭＲ膜１４の再生トラックの両端部外側部分を反強磁性膜１５の少なくとも一部が残る状態までエッチング除去し、硬質磁性膜２０を導電性を有する反強磁性膜１５上に積層してもよい。反強磁性膜１５にまで達するエッチングを施しても、導電膜が消失するおそれがないため、安定して導電膜を残すことができる。従って、硬質磁性膜２０を含む電極２１とスピンバルブＧＭＲ膜１４との接触抵抗を再現性よく低減することができる。
【００５５】
一方、反強磁性膜１５に絶縁性のＮｉＯ等を用いる場合には、図１に示したように、硬質磁性膜２０の下側にスピンバルブＧＭＲ膜１４中の導電膜として、第１の強磁性膜１６および非磁性膜１７の両方、あるいは第１の強磁性膜１６のみを存在させればよい。これによって、従来の壁面による電気的接触に比べて、硬質磁性膜２０を含む電極２１とスピンバルブＧＭＲ膜１４とを良好に電気的に接触させることができる。
【００５６】
また、図５に示したように、例えばＣｏＰｔ合金等からなる硬質磁性膜２０の下側には、そのｃ軸を膜面内方向になるべく傾けて高保磁力化を図るために、厚さ １〜２０ｎｍ程度のＣｒ、Ｖ、ＣｒＶ合金、ＦｅＣｏ合金等からなる下地膜３３を設けることが望ましい。
【００５７】
反強磁性膜１５と磁化固着層である第１の強磁性膜１６との界面には、反強磁性膜１５から第１の強磁性膜１６への交換バイアス磁界を増大させるために、これらの中間の格子定数を有する磁性膜を挿入してもよい。このような磁性膜としては、例えば反強磁性膜１５がＦｅＭｎ合金で、第１の強磁性膜１６がＣｏＦｅ合金である場合にはＣｏＦｅＰｄ合金等が挙げられる。第１の強磁性膜１６や第２の強磁性膜１８にＣｏＦｅ合金やＣｏＦｅＢ合金等のＣｏ系合金を用いる場合には、反強磁性膜１５との間に例えば ０．５〜 ３ｎｍ程度の厚さのＮｉＦｅ系の極薄層を挿入してもよい。ＮｉＦｅ系の極薄層はＣｏ系合金の ｆｃｃ相を安定化させ、Ｃｏ系合金の保磁力を低下させる。従って、バルクハウゼンノイズのない高感度な再生出力が得やすくなる。
【００５８】
さらに、例えば図６に示す第３の変形例のように、反強磁性膜１５と第１の強磁性膜１６との間にＮｉやＮｉ系合金等からなる厚さ ０．５〜 ５ｎｍ程度の磁性層３４を挿入して、第１の強磁性膜１６と磁性層３４との間に拡散バリヤ層３５を設けてもよい。拡散バリヤ層３５は第１の強磁性膜１６や非磁性膜１７の膜成長を緻密化させる。これによって、大きな抵抗変化率を得るために不可欠な第１の強磁性膜１６と非磁性膜１７との間に熱的に安定な界面が実現できる。拡散バリヤ層３５は磁性層３４をスパッタ法等で成膜した後、例えばスパッタ雰囲気中に一旦僅かな酸素（１〜１０ＳＣＣＭ程度）を導入（１〜 ３００秒程度）して、磁性層３４の表面を交換結合が働く ３ｎｍ以下の厚さで酸化処理することにより形成することができる。拡散バリヤ層３５を形成するための処理は、窒化処理、フッ化処理、炭化処理等であってもよい。あるいは、磁性層３４を成膜した後に一旦大気開放し、その後成膜してもよい。
【００５９】
なお、第１の強磁性膜１６や第２の強磁性膜１８にＮｉＦｅ合金等のＮｉを多く含む合金を用い、かつ非磁性膜１７にＣｕを用いる場合には、非磁性膜１７と接する界面に例えば １．５ｎｍ以下程度の極薄いＣｏまたはＣｏ系合金膜を挿入することが好ましい。これにより、ＮｉとＣｕとの間の拡散を防ぐことができ、抵抗変化率や耐熱性を確保することができる。
【００６０】
第２の強磁性膜１８上には、図５に示したように、必要に応じて軟磁性アシスト膜３６が形成される。磁化フリー層である第２の強磁性膜１８に軟磁性の良好なＮｉを多く含む合金を用いる場合には、軟磁性アシスト層３６は必ずしも必要ではない。ＣｏＦｅ合金等のＣｏ系合金を用いる場合には、ＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＸ（Ｘ：Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｒｅ、Ｒｕから選ばれる少なくとも １種の元素）合金等の結晶質磁性合金、ＣｏＺｒＮｂ系、ＣｏＦｅＲｅ系、ＣｏＦｅＡｌＯ系等のアモルファス磁性合金、ＦｅＺｒＮ、ＣｏＦｅＴａＮ等の窒化微結晶合金、ＣｏＮｂＣ、ＦｅＴａＶ等の炭化微結晶合金、あるいはこれらの積層膜等からなる軟磁性アシスト膜３６を形成することが望ましい。
【００６１】
軟磁性アシスト膜３６はＣｏ系合金からなる第２の強磁性膜１８の軟磁性の向上に効果を発揮する。軟磁性アシスト膜３６の膜厚は １〜１５ｎｍ程度とすることが好ましい。軟磁性アシスト膜３６には、センス電流の分流を抑制して高い抵抗変化率を維持する上で、高抵抗の磁性膜を用いることが望ましい。具体的には５０μΩｃｍ以上の磁性膜を用いることが好ましい。
【００６２】
硬質磁性膜２０と電極２１の形状に関して、例えば以下に示すような場合には一対の硬質磁性膜２０の間隔と一対の電極２１の間隔はおおよそ一致する。これは、スピンバルブＧＭＲ膜１４のパターニングに使用したレジストマスクをそのまま利用して、硬質磁性膜２０および電極２１を連続して成膜し、このレジストマスクを除去した（いわゆるリフトオフ）後、電極形状に合せたレジストマスクを形成してイオンミリング等によりエッチングした場合である。この際、上記した間隔がほぼ再生トラック幅となる。
【００６３】
一方、一対の硬質磁性膜２０の間隔よりも電極２１の間隔を広くして、スピンバルブＧＭＲ膜１４近傍では硬質磁性膜２０を電極の一部として利用することもできる。例えば、硬質磁性膜２０と電極２１の形成を分離して行うことによって、図７に示すように、一対の電極２１の間隔を一対の硬質磁性膜２０の間隔よりも広くして、一対の電極２１を媒体対向面から後退させてもよい。
【００６４】
このような構成によれば、電極２１が媒体対向面から後退した箇所に形成されているため、スピンバルブＧＭＲ膜１４を媒体対向面に露出させる機械加工工程に直接電極２１が晒されることがない。ＣｕやＡｕ等の柔らかい低抵抗材料を電極２１に用いていも、研磨により電極２１の媒体対向面（ＡＢＳ）側の形状が広がって、磁気シールド層１２、２４との絶縁不良を引き起こす等の電極劣化を回避することができる。この場合、スピンバルブＧＭＲ膜１４近傍では硬質磁性膜２０が電極も兼ねるので、硬質磁性膜２０の抵抗を極力下げるため、その膜厚を増大することが好ましい。硬質磁性膜２０の膜厚は４０〜 １００ｎｍ程度が望ましい。次に、本発明の第２の磁気抵抗効果素子を適用したＧＭＲヘッドの実施形態について、図８を参照して説明する。図８はこの実施形態のＧＭＲヘッドの要部を示す断面図である。なお、ＧＭＲヘッド２５の全体構造は図１に示した通りである。さらに、本発明の第２の磁気抵抗効果素子を再生素子部に適用して録再分離型磁気ヘッドを構成する場合、その全体構造は図１と同様となる。
【００６５】
図８に要部を示すＧＭＲヘッドにおいて、スピンバルブＧＭＲ膜１４は前述と同様に、基板側から順に積層された下地膜３２、反強磁性膜１５、第１の強磁性膜１６、非磁性膜１７、第２の強磁性膜１８、軟磁性アシスト膜３６および保護膜１９を有する磁性多層膜により構成されている。なおこれらのうち、下地膜３２、軟磁性アシスト膜３６、保護膜１９等は必要に応じて形成される。さらに、前述した実施形態と同様に、これら以外の層を介在させることも可能である。
【００６６】
この実施形態のＧＭＲヘッドにおいて、第２の強磁性膜１８は磁界検出部（再生トラック）に相当する部分の膜厚ｔ１ に比べて、再生トラックの両端部外側部分の膜厚ｔ２ が薄く設定されている。バイアス磁界付与膜３７は、第２の強磁性膜１８の膜厚ｔ２ の部分、すなわち膜厚ｔ２ を有する再生トラックの両端部外側部分の上に積層形成されている。言い換えると、第２の強磁性膜１８は磁界検出部に相当する部分の膜厚ｔ１ に比べて、バイアス磁界付与膜３７の下側にあたる部分の膜厚ｔ２ が薄く設定されている。電極２１はバイアス磁界付与膜３７上に積層形成されている。
【００６７】
磁化フリー層を第２の強磁性膜１８と軟磁性アシスト膜３６との積層膜で構成する場合には、この積層膜の厚さをバイアス磁界付与膜３７の下側にあたる再生トラックの両端部外側部分が磁界検出部に相当する部分に比べて薄くなるようにしてもよい。なお、スピンバルブＧＭＲ膜１４以外の構成については、前述した実施形態と同一構成とされている。
【００６８】
この実施形態のＧＭＲヘッドでは、再生トラックの両端部外側部分を磁化フリー層である第２の強磁性膜１８の一部までしかエッチングしないため、エッチング量が僅かとなる。従って、エッチングにはイオンミリングに限らず、より簡単な逆スパッタエッチを適用してもよい。
【００６９】
バイアス磁界付与膜３７には、例えばＮｉＭｎ合金、ＦｅＭｎ合金、ＩｒＭｎ合金、ＰｄＰｔＭｎ合金、ＲｈＭｎ合金、ＲｕＭｎ合金、ＰｔＭｎ合金、ＣｒＭｎＰｔ合金等の導電性を有する反強磁性膜、あるいはＣｏＰｔ合金等の導電性を有する硬質磁性膜が用いられる。さらに、図３に示した構造と同様に、強磁性膜２６と反強磁性膜２７との積層膜２８を、バイアス磁界付与膜３７に適用することも可能である。
【００７０】
バイアス磁界付与膜３７に反強磁性膜を適用する場合、その膜厚は ３〜７０ｎｍとすることが好ましい。より具体的にはＮｉＭｎ合金の場合には２５ｎｍ以上とすることが、ＦｅＭｎ合金の場合には ５ｎｍ以上、ＩｒＭｎ合金の場合には ３ｎｍ以上、ＰｄＰｔＭｎ合金の場合には ５ｎｍ以上とすることが、安定した交換バイアスを得る上で望ましい。
【００７１】
ここで、図９にＩｒＭｎ合金を例にとって、反強磁性膜で交換バイアスを付与する磁性膜の厚さと交換バイアスとの関係を示す。図９から、磁性膜の厚さが減少すると、急激に交換バイアスが向上することが分かる。他の反強磁性膜も同様である。従って、バイアス磁界付与膜３７としての反強磁性膜の下側に存在する磁化フリー層、すなわち第２の強磁性膜１８あるいは第２の強磁性膜１８と軟磁性アシスト膜３６との積層膜の膜厚を、再生トラックの両端部外側部分において薄くすることによって、交換バイアスを増大させることができる。
【００７２】
具体的には、バイアス磁界付与膜３７としての反強磁性膜の下側の磁化フリー層の厚さは ２〜 ５ｎｍ程度とすることが好ましい。その結果、媒体からの信号磁界による反強磁性膜（３７）直下の磁化変化を概ね零にすることができ、再生フリンジの低減を実現することが可能となる。また、磁化フリー層としての第２の強磁性膜１８には、適度なバイアス磁界が付与されて、バルクハウゼンノイズを安定して抑制することができる。
【００７３】
バイアス磁界付与膜３７として反強磁性膜を用いる場合、この反強磁性膜と第２の強磁性膜１８あるいは軟磁性アシスト膜３６との間には、格子定数がこれらの中間の強磁性膜または反強磁性膜を挿入することが、交換バイアスの強度を増大させる上で望ましい。例えば、第２の強磁性膜１８にＣｏＦｅ合金を用い、かつバイアス磁界付与膜３７としての反強磁性膜にＦｅＭｎ合金を用いる場合には、ＣｏＦｅにＰｄ等の添加元素を加えて格子定数をＦｅＭｎ合金に近付けた中間強磁性膜を介挿することが望ましい。
【００７４】
一方、バイアス磁界付与膜３７に硬質磁性膜を適用する場合には、硬質磁性膜とその下側に存在する磁化フリー層（第２の強磁性膜１８、あるいは第２の強磁性膜１８と軟磁性アシスト膜３６との積層膜）とを合せた磁気的膜厚（残留磁化Ｍｒと膜厚ｔの積（Ｍｒ×ｔ））が、硬質磁性膜の下側に存在する磁化フリー層の磁気的膜厚の ２倍以上であることが好ましい。これは磁化フリー層の磁気的膜厚が相対的に増大すると、磁化フリー層からの反作用により硬質磁性膜の磁化が不安定化（具体的には保磁力の低下）し、硬質磁性膜との交換結合による磁化フリー層の磁化の安定化が不十分となるためである。言い換えると、バイアス磁界付与膜３７としての硬質磁性膜の下側に存在する磁化フリー層の膜厚を薄くすることによって、その部分での磁化フリー層の磁化が十分に安定化され、再生フリンジを低減することができる。バイアス磁界付与膜３７が強磁性膜２６と反強磁性膜２７との積層膜２８である場合も同様である。
【００７５】
例えば、バイアス磁界付与膜３７としてＣｏＰｔ合金（Ｍｒ＝１Ｔ）を用い、かつ第２の強磁性膜１８としてＣｏＦｅ合金（Ｍｒ＝１．８Ｔ）を用いた場合を例にとると、ＣｏＰｔ合金膜の膜厚が１８ｎｍ、ＣｏＦｅ合金膜の膜厚が１０ｎｍの場合にはＭｒ×ｔの値が両者ほぼ同一となる。ＣｏＰｔ単層膜での保磁力１５００Ｏｅ がＣｏＦｅ合金膜と積層することにより ７００Ｏｅ と約 １／２にまで低下するが、ＣｏＦｅ合金膜の膜厚をＭｒ×ｔ＝２となる ４ｎｍとすると（ＣｏＰｔ厚は同様）、ＣｏＦｅ合金膜と積層した場合の保磁力は１０５０Ｏｅ であり、保磁力の低下はそれ程顕著ではない。バイアス磁界付与膜３７としては、図３に示したように、反強磁性膜と強磁性膜との積層膜を用いてもよい。
【００７６】
バイアス磁界付与膜３７として硬質磁性膜を用いる場合、第２の強磁性膜１８からのエピタキシャル的な結晶成長によりＣｏ系硬質磁性膜のｃ軸が膜面垂直方向に配向してしまい、硬質磁性膜の保磁力が低下するおそれがある。この場合、第２の強磁性膜１８とバイアス磁界付与膜３７としての硬質磁性膜との中間に膜厚が １〜１０ｎｍ程度のアモルファス的な層を挿入して、硬質磁性膜の保磁力の低下を抑制することが好ましい。この層は例えば膜厚 ５ｎｍ程度のＣｒ膜である。このＣｒ膜のうち、厚さ ２ｎｍ程度の初期層はアモルファスであり、その上の ３ｎｍ程度は結晶層となる。
【００７７】
上述した第２の実施形態のＧＭＲヘッドにおいては、磁化フリー層が基板側に存在する従来のスピンバルブ膜で問題となっていたバイアス磁界付与膜のパターニングに基くスピンバルブ膜の下地表面の乱れを防ぐことができる。よって、安定したスピンバルブ膜特性が実現できる。
【００７８】
また、再生トラックの両端部外側部分における交換結合領域の磁化フリー層の膜厚を磁界検出部よりも薄くすることによって、反強磁性膜からなるバイアス磁化付与膜では交換バイアス力の増大が、硬質磁性膜からなるバイアス磁化付与膜では保磁力の増大が期待できる。従って、目的とするトラック端部での磁化フリー層の磁化固着がより安定化され、バルクハウゼンノイズの抑制が容易となる。さらに、硬質磁性膜によるバイアス磁界の付与においても、磁化固着層との直接的な壁面での接触がないために、硬質磁性膜からの漏洩磁界により磁化固着層の磁化方向が乱されるといった悪影響が少なくなる。その結果、バルクハウゼンノイズがなく、線形応答性に優れた再生が実現できる。
【００７９】
次に、本発明の第３の磁気抵抗効果素子を適用したＧＭＲヘッドの実施形態について、図１０を参照して説明する。図１０はこの実施形態のＧＭＲヘッドの要部を示す断面図である。なお、ＧＭＲヘッド２５の全体構造は図１に示した通りである。さらに、本発明の第３の磁気抵抗効果素子を再生素子部に適用して録再分離型磁気ヘッドを構成する場合、その全体構造は図１と同様となる。
【００８０】
図１０に要部を示すＧＭＲヘッドにおいて、スピンバルブＧＭＲ膜１４は前述した実施形態と同様に、基板側から順に積層された反強磁性膜１５、第１の強磁性膜１６、非磁性膜１７、第２の強磁性膜１８および保護膜１９を有する磁性多層膜により構成されている。なお、前述した実施形態と同様に、これら以外の層を介在させることも可能である。
【００８１】
スピンバルブＧＭＲ膜１４上の磁界検出部（再生トラック）から外れた両外側部分において、第２の強磁性膜１８上には一対のバイアス磁界付与膜３７として反強磁性膜が設けられている。バイアス磁界付与膜３７には、反強磁性膜１５とはブロッキング温度が異なる反強磁性膜を用いる。バイアス磁界付与膜３７が積層形成される部分は、前述した第２の実施形態と同様に、再生トラックの両端部外側部分を第２の強磁性膜１８の一部までエッチングし、この膜厚が減少した分をバイアス磁界付与膜３７の下地膜として第２の強磁性膜１８と同一の強磁性膜を形成してもよい。
【００８２】
第２の強磁性膜１８の膜厚は、前述した第２の実施形態と同様に、バイアス磁界付与膜３７からの交換バイアスを増大させることができるような厚さに設定することが好ましい。具体的には、第２の強磁性膜１８の膜厚は ２〜１０ｎｍ程度とすることが好ましい。また、バイアス磁界付与膜３７としての反強磁性膜の膜厚についても、第２の実施形態と同様とすることが好ましい。
【００８３】
スピンバルブＧＭＲ膜１４およびバイアス磁界付与膜３７上には、Ｔｉ等からなる高抵抗保護膜３８が形成されている、高抵抗保護膜３８上には、一対の電極２１が形成されている。一対の電極２１の間隔は、一対のバイアス磁界付与膜３７の間隔より狭くなるようにパターニングされている。この電極２１のイオンミリングやＲＩＥ等によるパターニングにおいて、高抵抗保護膜３８はエッチングストッパとして機能する。これにより、スピンバルブＧＭＲ膜１４のオーバーエッチを防ぐことができる。
【００８４】
一対の電極２１の間隔を一対のバイアス磁界付与膜３７の間隔より狭くした場合、一対の電極２１の間隔でトラック幅が規定される。このような構造においては、バイアス磁界付与膜３７近傍の低感度領域が除かれるため、狭トラック幅で高感度な再生出力を得ることができる。なお、バイアス磁界付与膜３７の成膜と同時に電極２１を成膜し、これらをリフトオフパターニングしてもよい。この場合、一対のバイアス磁界付与膜３７と一対の電極２１の間隔はほぼ等しくなる。上述した第３の実施形態のＧＭＲヘッドにおいては、磁化フリー層が基板側に存在する従来のスピンバルブ膜で問題となっていたバイアス磁界付与膜のパターニングに基くスピンバルブ膜の下地の乱れを防ぐことができる。さらに、電極２１をパターニングする際のスピンバルブＧＭＲ膜１４のオーバーエッチ等は、高抵抗保護膜３８により防ぐことができる。よって、安定したスピンバルブ膜特性が実現できる。
【００８５】
また、磁化フリー層である第２の強磁性膜１８の膜厚を薄くすることによって、反強磁性膜からなるバイアス磁化付与膜３７からの交換バイアス力を増大させることができる。従って、磁化フリー層の磁化が安定化され、バルクハウゼンノイズが抑制される。その結果、バルクハウゼンノイズがなく、線形応答性に優れた再生が実現できる。
【００８６】
なお、上述した各実施形態では本発明の磁気抵抗効果素子を録再分離型磁気ヘッドの再生素子部に適用する場合について説明したが、本発明の磁気抵抗効果素子はこれに限られるものではない。例えば、一対の磁気ヨークを記録ヘッドと再生ヘッドで共有する録再一体型磁気ヘッド等の他のヘッド構造についても、本発明の磁気抵抗効果素子は適用可能である。
【００８７】
次に、本発明の磁気抵抗効果素子を磁気抵抗効果メモリ（ＭＲＡＭ）等の磁気記憶装置に適用した実施形態、すなわち本発明の磁気記憶装置の実施形態について説明する。
【００８８】
図１１は巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を利用したＭＲＡＭの一実施形態の構成を示す図である。同図に示すＭＲＡＭ４０は、ガラス基板やＳｉ基板等の基板４１上に形成されたスピンバルブＧＭＲ膜４２を有している。スピンバルブＧＭＲ膜４２は、前述した各実施形態のＧＭＲヘッドと同様に反転積層構造を有し、その再生トラックの両端部外側部分の上に形成された一対のバイアス磁界付与膜４３を有している。スピンバルブＧＭＲ膜４２とバイアス磁界付与膜４３との積層構造等は、図２、図３、図５、図６、図８、図９等に示した構造と同様とされている。
【００８９】
スピンバルブＧＭＲ膜４２の上部には、絶縁層４４を介して書き込み電極４５が設けられている。また、スピンバルブＧＭＲ膜４２の両端部には、一対の読み出し電極４６が設けられており、この一対の読み出し電極４６からスピンバルブＧＭＲ膜４２にセンス電流が供給される。なお、図中４７は読み出し補助電極である。
【００９０】
上記したＭＲＡＭ４０における情報の書き込みおよび読み出しは、例えば以下のようにして行われる。まず、情報の書き込みは、書き込み電極４５に電流を流して外部磁界を印加し、磁化固着層の磁化方向を“１”または“０”に対応する方向とすることにより行われる。
【００９１】
記憶情報の読み出しは、読み出し電極４６からセンス電流を流した状態で、書き込み電極４５に正負のパルス電流を流し、その電流磁界により磁化フリー層の磁化方向を反転させる。書き込み電極４５の正負に対して、磁化フリー層の磁化方向は磁化固着層の“１”、“０”にかかわらず一定である。一方、“１”または“０”として記憶された磁化固着層５０の磁化方向によって、書き込み電極４５のパルス電流が正のときにスピンバルブＧＭＲ膜４２の上下強磁性層の磁化方向が平行で負のときに反平行か、もしくは書き込み電極４５のパルス電流が負のときに磁化方向が平行で正のときに反平行かが決まる。従って、書き込み電極４５に例えば正→負のパルス電流を流したとき、センス電流の抵抗が大→小か、小→大かによって、磁化固着層の“１”または“０”が判別される。
【００９２】
ＭＲＡＭ４０におけるバイアス磁界付与膜４３は、書き込み電極４５に正負のパルス電流を流したときの磁化フリー層の磁化反転が生じる磁界の大きさを制御したり、また磁区が形成された状態での不規則な磁化反転に伴うノイズを抑制するものである。ここで、バイアス磁化付与膜については、高集積化に対応してより薄い膜で、微小セルサイズに伴う反磁界の増大を抑制するのに十分なバイアス力を得ることが重要である。前述した各実施形態で詳細に述べたように、本発明によるバイアス磁界付与膜によれば十分なバイアス力が得られるため、ＭＲＡＭ４０は高集積化を実現可能とするものである。
【００９３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の磁気抵抗効果素子によれば、再生フリンジやバルクハウゼンノイズを抑制した上で、接触抵抗の低減、絶縁不良の抑制、良好な線形応答性等が実現可能となる。従って、そのような磁気抵抗効果素子を用いた本発明の磁気ヘッド、磁気記録再生ヘッドおよび磁気記憶装置によれば、良好な動作特性等を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の磁気抵抗効果素子を再生素子部に適用した録再分離型磁気ヘッドの一実施形態の構造を示す断面図である。
【図２】図１に示す録再分離型磁気ヘッドの要部である磁気抵抗効果素子部を拡大して示す断面図である。
【図３】図２に示す磁気抵抗効果素子の第１の変形例を示す断面図である。
【図４】図１に示す録再分離型磁気ヘッドの要部である磁気抵抗効果素子の平面図である。
【図５】図２に示す磁気抵抗効果素子の第２の変形例を示す断面図である。
【図６】図２に示す磁気抵抗効果素子の第３の変形例を示す断面図である。
【図７】図２に示す磁気抵抗効果素子の第４の変形例を示す平面図である。
【図８】本発明の第２の磁気抵抗効果素子を適用した磁気抵抗効果ヘッドの一実施形態の要部構造を示す断面図である。
【図９】反強磁性膜で交換バイアスを付与する磁性膜の厚さと交換バイアスとの関係の一例を示す図である。
【図１０】本発明の第３の磁気抵抗効果素子を適用した磁気抵抗効果ヘッドの一実施形態の要部構造を示す断面図である。
【図１１】本発明の磁気抵抗効果素子を適用した磁気記憶装置の一実施形態の要部構造を示す断面図である。
【図１２】従来の磁気抵抗効果ヘッドの一構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
１１ 基板
１２、２４ 磁気シールド層
１３、２３ 再生磁気ギャップ
１４ 磁気抵抗効果膜（ＧＭＲ膜）
１５ 反強磁性膜
１６ 第１の強磁性膜
１７ 非磁性膜
１８ 第２の強磁性膜
２０ 一対の硬質磁性膜
２１ 一対の電極
２２ ＧＭＲ再生素子
２５ シールド型ＧＭＲヘッド
２９ 薄膜磁気ヘッド
３０ 記録磁気ギャップ
３１ 磁極
３７ 一対のバイアス磁界付与膜
４０ ＭＲＡＭ
４２ スピンバルブＧＭＲ膜
４３ バイアス磁界付与膜
４５ 書き込み電極
４６ 一対の読み出し電極
Claims (16)
- 基板と、
前記基板の主表面上に、前記基板側から順に積層された第１の反強磁性膜、第１の強磁性膜、非磁性膜および第２の強磁性膜を少なくとも含む巨大磁気抵抗効果を示す磁性多層膜を有し、かつ前記第２の強磁性膜が磁界検出部と前記磁界検出部の両端にそれぞれ設けられ前記磁界検出部より薄い膜厚を有する外側部とを有する磁気抵抗効果膜と、
前記第２の強磁性膜の前記外側部の上にそれぞれ積層された一対のバイアス磁界付与膜と、
前記磁気抵抗効果膜に電流を供給する一対の電極と、
を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 前記バイアス磁界付与膜は、第２の反強磁性膜、硬質磁性膜および強磁性膜と反強磁性膜との積層膜から選ばれる１種であることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記バイアス磁界付与膜は、硬質磁性膜または強磁性膜と反強磁性膜との積層膜であり、かつ前記バイアス磁界付与膜と前記第２の強磁性膜の前記外側部とを合わせた磁気的膜厚が前記第２の強磁性膜の前記外側部の磁気的膜厚の２倍以上であることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
- 第１の反強磁性膜と、前記反強磁性膜の上に設けられた第１の強磁性膜と、前記第１の強磁性膜の上に設けられた非磁性膜と、前記非磁性膜の上に設けられた第２の強磁性膜と、を有し、かつ前記第２の強磁性膜が磁界検出部と前記磁界検出部の両端に設けられた外側部とを有し、前記外側部の膜厚は前記磁界検出部よりも薄く、さらに前記磁界検出部と前記外側部とは互いに平行な主面をそれぞれ有する、磁気抵抗効果膜と、
前記第２の強磁性膜の前記外側部の主面とそれぞれ接触して設けられた一対の第２の反強磁性膜と、
前記磁気抵抗効果膜に電流を供給する一対の電極と、
を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 基板の上に順次、前記第１の反強磁性膜、前記第１の強磁性膜、前記非磁性膜、前記第２の強磁性膜が積層されたことを特徴とする請求項４記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記第１の強磁性膜は、前記第１の反強磁性膜と接触した第１の主面と、前記第１の主面の反対側で前記非磁性膜の第１の主面と接触した第２の主面と、を有し、
前記非磁性膜は、前記非磁性膜の第１の主面の反対側で前記第２の強磁性膜と接触した第２の主面を有することを特徴とする請求項４または５に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記第２の強磁性膜の前記外側部の膜厚は、２ｎｍ以上５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれ１つに記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記第１及び第２の反強磁性膜の少なくともいずれかは、ＩｒＭｎ合金、ＲｈＭｎ合金、ＲｕＭｎ合金、ＰｄＰｔＭｎ合金、ＣｒＭｎＰｔ合金、ＦｅＭｎ合金、ＮｉＭｎ合金およびＰｔＭｎ合金から選ばれる少なくともいずれか１種の金属系反強磁性材料からなることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記第１の反強磁性膜の下側に、ｆｃｃ相を有する金属膜が下地膜として設けられたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記第１の強磁性膜および前記第２の強磁性膜の少なくともいずれかは、ＣｏＦｅ合金からなることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記第１の反強磁性膜と前記第１の強磁性膜との間に磁性膜が挿入され、かつ前記第１の強磁性膜と前記磁性膜との間に拡散バリア層が設けられてなることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記一対の電極の間隔は、前記一対のバイアス磁界付与膜または前記一対の第２の反強磁性膜の間隔よりも狭いものとして構成されたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記第１の反強磁性膜からみて前記第１の強磁性膜とは反対側において前記第１の反強磁性膜に隣接して設けられ、ＮｉＦｅＸ（Ｘは、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｎ、ＲｅおよびＲｕよりなる群から選ばれた少なくともいずれかの元素である）からなる層が設けられたことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
- 請求項１〜１３のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の下に設けられた第１の再生磁気ギャップ層と、
前記第１の再生磁気ギャップ層の下に設けられた第１の磁気シールド層と、
前記磁気抵抗効果素子の上に設けられた第２の再生磁気ギャップ層と、
前記第２の再生磁気ギャップ層の上に設けられた第２の磁気シールド層と、
を備えたことを特徴とする磁気ヘッド。 - 請求項１４記載の磁気ヘッドと、
前記第２の磁気シールド層と共通化された第１の磁極と、
前記第１の磁極の上に設けられた記録磁気ギャップと、
前記記録磁気ギャップの上に設けられた第２の磁極と、
を備え、
前記第１の磁気シールド層から前記第２の磁気シールド層までの部分は、再生ヘッドとして作用し、
前記第１の磁極から前記第２の磁極までの部分は、記録ヘッドとして作用することを特徴とする磁気記録再生ヘッド。 - 請求項１〜１３のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果膜に情報を記憶する書き込み電極と、
前記磁気抵抗効果素子の前記電極からなる、前記磁気抵抗効果膜に記憶された情報を再生する読み出し電極と、
を備えたことを特徴とする磁気記憶装置。
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