JP3699802B2 - 磁気抵抗効果ヘッド - Google Patents

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用いた磁気抵抗効果ヘッドに関する。
【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媒体の記録トラック幅を縮小する方向に進んでおり、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（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層（以下、感磁層と記す）、非磁性層、磁化固着された強磁性層（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層を基板上に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ヘッドが有望視されている。
【０００３】
上記したスピンバルブ膜を用いたＭＲヘッドでは、感磁層の磁壁の不連続移動に起因するバルクハウゼンノイズや再生トラックの幅方向の両端部近傍における再生フリンジ等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２２に示すように、スピンバルブ膜１の記録トラックＷ_t 幅から外れた両端部外側をエッチングして取り除き、そこにバイアス磁界印加膜として硬磁性層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２２に示すスピンバルブタイプのＭＲヘッドにおいて、スピンバルブ膜１は上述したように感磁層３、非磁性層４、磁化固着層５および反強磁性層６からなり、また硬磁性層２上にはこれを介してスピンバルブ膜１にセンス電流を供給するための電極７がそれぞれ形成されている。また、図示を省略したが、スピンバルブ膜１はそれぞれ磁気ギャップ介して配置された上下一対の磁気シールド層により挟持されている。
【０００５】
図２２に示すアバットジャンクション方式のＭＲヘッドでは、硬磁性層２からのバイアス磁界で感磁層４の磁区を消失させることによって、バルクハウゼンノイズを抑制している。また、再生トラック幅Ｗ_t に対応させてスピンバルブ膜１を残置させ、その端部より外側の部分を硬磁性層２に置き換えているため、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、よって再生フリンジを小さくすることができる。
【０００６】
ところで、磁気記録密度のさらなる高密度化への対応を図るために、スピンバルブタイプのＭＲヘッドにおいても、より一層の狭ギャップ化（ギャップ膜の薄膜化）が求められている。このような狭ギャップ化したＭＲヘッドにアバットジャンクション方式を適用した場合、例えばバイアス磁界印加膜としての硬磁性層２の膜厚を厚くしてバイアス力を高めようとしても、バイアス磁界が磁気シールド層に漏洩してしまうために、有効なバイアス力を得ることはできない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、スピンバルブタイプのＭＲヘッドにおいて、アバットジャンクション方式は基本的には感磁層の磁壁に起因するバルクハウゼンノイズの抑制に有効であるものの、ＭＲヘッドの狭ギャップ化や狭トラック化によって、感磁層に対してバイアス磁界を有効に印加することが難しくなってきいる。特に、狭トラック化した場合には、本来バイアス磁界を有効に印加し得るはずが、逆に狭トラック化するほどバルクハウゼンノイズが発生しやすいということが、後述する本発明者らによる検討結果から明らかとなった。
【０００８】
このようなことから、アバットジャンクション構造のスピンバルブＭＲヘッドにおいては、狭トラック化した際のバルクハウゼンノイズの発生原因を究明すると共に、その対策を施すことが課題とされている。
【０００９】
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、アバットジャンクション構造のスピンバルブＭＲヘッドにおいて、例えば狭トラック化した場合におけるバルクハウゼンノイズの発生を有効に抑制することを可能にした磁気抵抗効果ヘッドを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者らは感磁層の飽和磁化Ｍｓが異なる磁気抵抗効果素子を用いて、トラック幅とバルクハウゼンノイズの発生確率との関係を系統的に調べた。その結果の一例を図１に示す。なお、図１におけるバイアス磁界印加膜はＴｉＷ(10nm)／ＣｏＰｔ(40nm)の積層膜とした。図１から、トラック幅を狭くするほどバルクハウゼンノイズが発生しやすくなり、さらに感磁層の飽和磁化Ｍｓが大きい磁気抵抗効果素子ほどその傾向が強く、バルクハウゼンノイズが発生しやすいことが明らかとなった。
【００１１】
上記した傾向は、硬磁性膜によりバイアス磁界を印加する場合、狭トラックになるほど有効に静磁界が磁気抵抗効果膜に印加されるはずであると考えると矛盾する。しかし、狭トラック幅のときには磁気抵抗効果膜の硬磁性膜と接するエッジ部での反磁界が増大し、バックリング現象に大きな影響を与えていると考えると説明がつく。さらに、感磁層の飽和磁化Μｓの違いによるバルクハウゼンノイズの発生確率の差も、単純に硬磁性膜と感磁層との磁気ボリューム比によって説明されるものではなく、感磁層の飽和磁化Μｓの増加による反磁界の増大も考慮にいれると説明がつく。
【００１２】
以上の結果から、磁気抵抗効果ヘッドを高密度化に伴って狭トラック化した場合には、狭トラック幅に特有の問題として、感磁層のエッジ部における磁区形成を抑えこむことが重要であり、この感磁層エッジ部の磁区形成を抑制する上で、バイアス磁界印加膜として磁性下地層と硬磁性層との積層膜を使用し、かつ高飽和磁化を有する磁性下地層を用いることによって、バイアス磁界印加膜全体としての飽和磁化を高めることが有効であることを見出した。
【００１３】
本発明は、このような知見に基いて成されたものであり、本発明の磁気抵抗効果ヘッドは、外部磁界により磁化方向が変化する、Ｃｏ含有強磁性層からなる感磁層と、前記感磁層上に順に積層形成された非磁性層および磁化固着層とを有する磁気抵抗効果膜と、磁性下地層と前記磁性下地層上に積層形成され、かつ前記磁性下地層を介して前記磁気抵抗効果膜の端部と隣接する硬磁性層とを有するバイアス磁界印加膜と、前記磁気抵抗効果膜にセンス電流を供給する電極とを具備し、前記磁性下地層の飽和磁化をＭｓ^seed、前記感磁層の飽和磁化をＭｓ^freeとしたとき、前記磁性下地層はＭｓ^seed≧Ｍｓ^freeの関係を満足することを特徴としている。
【００１４】
本発明の磁気抵抗効果ヘッドは、さらに前記硬磁性層の飽和磁化をＭｓ^hardとしたとき、前記磁性下地層はＭｓ^seed≧Ｍｓ^hardの関係を満足することを特徴としている。
【００１５】
本発明の磁気抵抗効果ヘッドにおいては、磁気抵抗効果膜にバイアス磁界を印加する硬磁性層の下地として、感磁層の飽和磁化Ｍｓ^free以上の飽和磁化（Ｍｓ^seed）を有する磁性下地層を使用している。このように、飽和磁化が大きい磁性下地層をアバットジャンクション構造のバイアス磁界印加膜に適用することによって、感磁層の磁化回転に伴うバイアス磁界印加膜の磁化方向の変化を抑制することができる。従って、感磁層に対して安定かつ有効にバイアス磁界が印加され、バイアス磁界印加膜の磁化変化に伴うバルクハウゼンノイズの発生を抑制することが可能となる。
【００１６】
また、通常、硬磁性材料の飽和磁化を高めることは困難であるが、磁性下地層として高飽和磁化を有する磁性材料、すなわち硬磁性層の飽和磁化Ｍｓ^hard以上の飽和磁化（Ｍｓ^seed）を有する磁性材料を使用することによって、バイアス磁界印加膜全体としての飽和磁化を高めることができる。これによって、バルクハウゼンノイズをさらに有効に抑制することが可能となる。
【００１７】
【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。
【００１８】
図２は、本発明の磁気抵抗効果ヘッドを録再分離型磁気ヘッドに適用した一実施形態の要部構造を示す図である。図２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膜厚方向に対応）である。また、図３にその部分（図２で点線で囲んだ部位）拡大図を示す。
【００１９】
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、ＣｏＺｒＮｂ非晶質合金、ＮｉＦｅ合金、ＦｅＳｉＡｌ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ＡｌＯ_x 等の非磁性絶縁材料からなる下側再生磁気ギャップ１３を介して磁気抵抗効果膜（ＭＲ膜）１４が形成されている。
【００２０】
本発明におけるＭＲ膜１４は、例えば図３に示すように、少なくとも外部磁界により磁化方向が変化する感磁層１５、非磁性層１６、磁化固着層１７および反強磁性層１８を順に積層した磁性多層膜を有し、巨大磁気抵抗効果を示すいわゆるスピンバルブ膜（スピンバルブＧＭＲ膜）である。感磁層１５は、例えばＣｏＦｅ合金層のようなＣｏを含む強磁性層１５１を有しており、このＣｏ含有強磁性層１５１は非磁性層１６に接して設けられる。
【００２１】
Ｃｏ含有強磁性層１５１は感磁層１５としての軟磁性的な性質を向上させるために、例えば軟磁性アシスト層上に形成されている。軟磁性アシスト層には、アモルファス系軟磁性材料や面心立方晶構造を有する軟磁性材料、例えばＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＣｏ合金、これらに各種添加元素を添加した磁性合金等が好ましく用いられる。この実施形態では、Ｃｏ含有強磁性層１５１の下側に軟磁性アシスト層として、ＮｉＦｅ合金１５２とアモルファスＣｏＺｒＮｂ合金層１５３を順に設けている。
【００２３】
磁化固着層１７は、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇおよびこれらの合金等からなる非磁性層１６を介して感磁層１５上に設けられており、感磁層１５と同様なＣｏ含有強磁性材料、例えばＣｏＦｅ合金からなるものである。磁化固着層１７は、ＩｒＭｎ合金やＦｅＭｎ合金等からなる反強磁性層１８との交換結合により磁化固着されている。なお、図中１９はＴａやＴｉ等からなる非磁性下地層、２０は同様な材料からなる保護膜であり、必要に応じて形成されるものである。
【００２４】
スピンバルブＧＭＲ膜１４の具体的な構成としては、基板側から順に積層形成した、Ｔａ(5nm) １９／アモルファスＣｏＺｒＮｂ(5nm) １５３／ＮｉＦｅ(2nm）１５２／ＣｏＦｅ(3nm) １５１／Ｃｕ(3nm) １６／ＣｏＦｅ(2nm) １７／ＩｒＭｎ(5.5nm) １８／Ｔａ(5nm) ２０等が挙げられる。また、感磁層にＮｉＦｅ合金を使用する場合のスピンバルブＧＭＲ膜の具体的な構成としては、基板側から順に積層形成したＴａ(5nm) ／ＮｉＦｅ(6nm) ／Ｃｏ(1nm) ／Ｃｕ(3nm) ／Ｃｏ(1nm) ／ＮｉＦｅ(2nm) ／ＩｒＭｎ(5.5nm) ／Ｔａ(5nm) 等が挙げられる。
【００２５】
感磁層１５と磁化固着層１７にＣｏＦｅ合金等のＣｏ含有強磁性材料を用いたスピンバルブＧＭＲ膜１４は、大きなＭＲ変化率を示すと共に、ヘッド形成プロセスにおける耐熱性や長期信頼性等を有するものである。Ｃｏ含有強磁性材料としては、ＣｏもしくはＣｏにＦｅ、Ｎｉ、その他の元素を添加したＣｏ合金（Ｃｏ系磁性合金）が挙げられ、特にＣｏ合金を用いることが好ましい。Ｃｏ合金に添加する元素としては上記したＦｅやＮｉの他に、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｈｆ等の1種または2種以上を用いることができ、これらの添加元素量は5〜50at％の範囲とすることが好ましい。さらには、Ｆｅを5〜40at％の範囲で含有させたＣｏＦｅ合金を使用することが、ＭＲ変化率や反強磁性層１８との交換結合力等の点から望ましい。
【００２６】
上記した磁性多層膜からなるスピンバルブＧＭＲ膜１４は、信号磁界等の外部磁界を検出する磁界検出部に応じた形状、すなわち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を例えばエッチング除去した形状とされている。このようなスピンバルブＧＭＲ膜１４の両端部（エッジ部）外側には、スピンバルブＧＭＲ膜１４にバイアス磁界を印加する一対のバイアス磁界印加膜２１が形成されており、いわゆるアバットジャンクション構造を構成している。
【００２７】
バイアス磁界印加膜２１は、磁性下地層２２と、この磁性下地層２２上に積層形成されたＣｏＰｔ合金やＣｏＣｒＰｔ合金等のＣｏを含む硬質磁性材料からなるＣｏ系硬磁性層２３との積層膜を有している。このような積層膜からなるバイアス磁界印加膜２１は、Ｃｏ系硬磁性層２３が磁性下地層２２を介してスピンバルブＧＭＲ膜１４のエッジ側部と隣接している。そして、磁性下地層２２はその飽和磁化をＭｓ^seed、感磁層１５の飽和磁化をＭｓ^free、Ｃｏ系硬磁性層２３の飽和磁化をＭｓ^hardとしたとき、Ｍｓ^seed≧Ｍｓ^free の関係、さらにＭｓ^seed≧Ｍｓ^hard の関係を満足するものである。これらの条件は共に満足させることがより好ましい。磁性下地層２２には後に詳述するようにＦｅＣｏ合金が好ましく用いられる。なお、感磁層１５の飽和磁化Ｍｓ^freeは、感磁層１５が積層構造を有する場合にはその平均値を指すものとする。
【００２８】
上記した一対のバイアス磁界印加膜２１上には、Ｃｕ、Ａｕ、Ｚｒ、Ｔａ等からなる一対の電極２４が形成されており、この一対の電極２４によりスピンバルブＧＭＲ膜１４にセンス電流が供給される。これらスピンバルブＧＭＲ膜１４、一対のバイアス磁界印加膜２１および一対の電極２４はＧＭＲ再生素子部２５を構成している。
【００２９】
ＧＭＲ再生素子部２５上には、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２６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２７が形成されており、これらにより再生ヘッドとしてのシールド型ＧＭＲヘッド２８が構成されている。
【００３０】
なお、上述したシールド型ＧＭＲヘッド２８上には、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２７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２８の上側磁気シールド層２７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２７上には、 ＡｌＯ_x 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、また下側記録磁極２７と上側記録磁極３１に記録磁界を付与する記録コイル（図示せず）が媒体対向面より後方に形成され、記録ヘッドとして薄膜磁気ヘッド２９が構成されている。
【００３１】
以下に、上述した磁性下地層２２とＣｏ系硬磁性層２３との積層膜からなるバイアス磁界印加膜２１がスピンバルブＧＭＲ膜１４に及ぼす作用・効果について述べる。
【００３２】
まず硬磁性層２３の下地として非磁性下地層を用いた場合について検討する。非磁性下地層はその上に成膜されるＣｏ系硬磁性層の磁気特性を向上させるのに有効である。具体的には、Ｃｏ系硬磁性層のｃ軸面内配向を促進させるので、面内方向の保磁力Ｈｃが大きくなると共に、残留磁化Ｍｒの角型比Ｓも向上する。
微視的に見た場合、下地層の効果によりＣｏ系硬磁性層の結晶粒の異方性磁界 Ｈｋ^grain が大きくなり、硬質磁気特性の向上に寄与する。
【００３３】
しかしながら、上記したような非磁性下地層をアバットジャンクションタイプのＧＭＲヘッドに適用すると、Ｃｏ系硬磁性層と感磁層とが磁気的に分断されるため、感磁層のエッジ部において特に前述した反磁界の影響が大きくなる。すなわち、感磁層のエッジ部で反磁界が増大して、バックリング現象に大きな影響を与えることになる。さらに、Ｃｏ系硬磁性層からのバイアス磁界も感磁層に有効に印加されず、磁気的に連続となる上層部の方向へ磁束が逃げてしまう。その結果、感磁層エッジ部での磁区形成を避けるための有効なバイアス磁界が加わらず、バルクハウゼンノイズの原因となる。
【００３４】
この場合、Ｃｏ系硬磁性層の膜厚を増加させて感磁層との磁気ボリューム比を大きくしたとしても、上述した問題を避けることはできない。なぜなら、上記した問題は本質的に感磁層エッジ部のみの抑えこみが重要であるので、膜厚を増加させてもエッジ部でのバイアス力の増加には限界があるためであり、特に狭ギャップとしたときには磁気シールド層にほとんど漏洩してしまう。さらに、狭トラック幅としたときには、感磁層中央部でのバイアスはもともと十分なので、Ｃｏ系硬磁性層の膜厚を増加させることは磁気抵抗効果膜の感度を低下させるだけである。この問題は狭トラックほど、さらに感磁層のＭｓが大きいほど、Ｃｏ系硬磁性層のＭｓが小さいほど顕著となる。
【００３５】
感磁層とＣｏ系硬磁性層とを磁気的に連続させるための 1つの手段として、下地層を用いずにＣｏ系硬磁性層を直接成膜する方法がある。しかし、この手法でも別の不具合が生じる。まず、Ｃｏ系硬磁性層の下地層がないので、Ｃｏ系硬磁性層の磁気特性が低下する。具体的には、Ｃｏ系硬磁性層のｃ軸面内配向が悪くなり、面内保磁力Ｈｃが低下し、角型比Ｓも低下する。微視的に見ると、Ｃｏ系硬磁性層の結晶粒の異方性磁界Ｈｋ^grain が小さくなり、硬磁性層としてのポテンシャルも低下する。
【００３６】
上記したようなバイアス膜を感磁層と交換結合させると、必ずしもよいバイアスとはならない。つまり感磁層と、異方性磁界Ｈｋ^grain の小さいＣｏ系硬磁性層とを交換結合させると、感磁層の磁化回転に伴ってＣｏ系硬磁性層の磁化方向も部分的に不安定となって、バルクハウゼンノイズが発生しやすくなる（Jian- Gang Zhu and Daniel J.O'Connor, IEEE Trans on MAG vol.32 No.1, 54(1996))。これは感磁層のΜｓが大きいほど、Ｃｏ系硬磁性層の異方性磁界Ｈｋ^grain が小さいときほど、さらにＣｏ系硬磁性層のΜｓが小さいほど顕著となる。
【００３７】
一方、以上の問題の一部を克服する手段として、Ｃｏ系硬磁性層の下地としてＦｅＣｒ合金からなる磁性下地層を用い、この上にＣｏＣｒＰｔ合金膜を成膜した硬磁性バイアス構造が報告されている（田所茂、佐藤克己、今川尊雄、光岡勝也、成重眞治：ＦｅＣｒ下地膜上のＣｏＣｒＰｔ膜の磁気特性：第20回日本応用磁気学会学術講演概要集23 pA-2,1996）。Ｃｏ系硬磁性層を面内配向させる上で一般的にｂｃｃ合金がよいことが知られているので、ｂｃｃ構造を有しかつ磁性を有する膜としてＦｅＣｒ合金が用いられている。このＦｅＣｒ合金からなる磁性下地層を用いると、感磁層とＣｏ系硬磁性層とが磁気的に分断されることがなく、かつＣｏ系硬磁性層の磁気特性が劣化することもないという点で、前述の 2つの従来例よりは改良されている。
【００３８】
しかしながら、ＦｅＣｒ合金からなる磁性下地層は、前述の問題点を全て解決してはいない。それは、磁性下地層の飽和磁化Ｍｓ^seedには全く考慮していない点であり、これは前述したように、感磁層とＣｏ系硬磁性層とが交換結合したときにはＣｏ系硬磁性層の異方性磁界Ｈｋ^grain と共に留意しなければならない重要な点である。そこで、Ｃｏ系硬磁性層の下地としての磁性下地層の飽和磁化 Ｍｓ^seedの重要性を以下に詳しく説明する。
【００３９】
磁性下地層を用いた場合、感磁層と磁性下地層、および磁性下地層とＣｏ系硬磁性層とがそれぞれ交換結合する。これは感磁層が媒体磁界により磁化回転したときに、交換結合を通してＣｏ系硬磁性層の磁化方向も強い影響を受けることを意味する。そこで、磁性下地層とＣｏ系硬磁性層が共に低飽和磁化（低Μｓ）の場合と、磁性下地層とＣｏ系硬磁性層が共に高飽和磁化（高Μｓ）の場合について検討する。図４は磁性下地層とＣｏ系硬磁性層が共に高Μｓの場合の磁化状態を模式的に示す図であり、図５は磁性下地層とＣｏ系硬磁性層が共に低Μｓの場合の磁化状態を模式的に示す図である。これらはいずれも膜面方向（トラック幅（ｘ）方向）の状態として示している。
【００４０】
図５に示すように、低Ｍｓの磁性下地層２２′では、感磁層１５が磁化回転した際（図５（ｂ））に、交換結合により磁性下地層２２′が磁化回転しやすい状態となり、ヒステリシスを生じて（図５（ｃ）に示す状態）ノイズの発生原因となる。この状態は硬磁性層２３′のＭｓが小さいときにはさらに顕著となる。これが従来の磁性下地層を用いたバイアス構造である。例えば、ＦｅＣｒ合金は Ｃｒ濃度が増すと共にＭｓが低下し、例えばＣｒ濃度が 25at%でＭｓは約920emu/cc である。この値は例えばＣｏ含有強磁性材料のＭｓ値（例えばＣｏＦｅ合金のＭｓ値は約1500emu/cc）と比べてかなり小さく、ノイズの発生原因となる。
【００４１】
上述したような従来の磁性下地層２２′に対して、本発明の磁性下地層２２は高Ｍｓを有しているため、上記した磁性下地層の磁化回転によるノイズの発生を抑制することができる。すなわち、図４に示すように、高Μｓの磁性下地層２２を用いた場合、感磁層１５が磁化回転しても（図４（ｂ）に示す状態）、磁性下地層２２の磁化方向は図４（ｃ）に示すように安定であるため、磁性下地層２２と感磁層１５との交換結合による磁性下地層２２の磁化方向の不安定性を解消することができる。
【００４２】
このような状態を実現する上で、磁性下地層２２には感磁層１５の飽和磁化 Ｍｓ^free以上の飽和磁化、すなわちＭｓ^seed≧Ｍｓ^freeを満足する飽和磁化Ｍｓ^seedを有する磁性材料層を用いる。言い換えると、Ｍｓ^seed≧Ｍｓ^freeを満足する磁性下地層２２を使用することによって、磁性下地層２２の磁化不安定によるノイズ発生を抑制することが可能となる。
【００４３】
この際、感磁層としてＮｉＦｅ合金等を用いた場合、その飽和磁化は約800emu/cc程度以下と小さいため、磁性下地層２２の磁化不安定性があまり問題とはならないが、上記したようにＭｓが例えば800emu/cc以上と高いＣｏ含有強磁性材料（例えばＣｏＦｅ合金のＭｓ値は約1500emu/cc）を感磁層１５に適用した場合には、磁性下地層２２の磁化不安定性によるノイズ発生が顕著となる。本発明はこのような高Ｍｓの感磁層１５を用いた場合の問題を解決したものである。
【００４４】
図６に、感磁層１５のＭｓとバルクハウゼンノイズの発生確率との関係を示す。ここで、バルクハウゼンノイズの発生確率は、片側シールドでの微細素子（実際のヘッドと同サイズ、ハイト方向は研磨によってサイズを決定するのではなく、ＰＥＰによるパターニングで決定）を実ヘッドの代わりとして求めたものである。バルクハウゼンノイズの発生の有無は、微細素子での静磁界特性（ρ−Ｈ曲線）を測定し、そのときのρ−Ｈ曲線にジャンプがないときをバルクハウゼンノイズ発生なし、ρ−Ｈ曲線にジャンプがあるときをバルクハウゼンノイズ発生ありとした。バルクハウゼンノイズの発生確率は、同一パラメータの微細素子をある固体数測定し、そのときにバルクハウゼンノイズが発生した個数を測定した個数で割り、 100をかけた値をバルクハウゼンノイズの発生確率とした。なお、以下に示すバルクハウゼンノイズの発生確率についても同様とした。
【００４５】
図６において、実線で示す実施例はＦｅＣｏ(5nm) ／ＣｏＰｔ(25nm)の積層膜をバイアス磁界印加膜２１に用いた場合であり、比較例はＴｉＷ(10nm)／Ｃｏ Ｐｔ(40nm)の積層膜をバイアス磁界印加膜として用いた場合である。比較例の結果から、感磁層１５のＭｓが 800emu/cc以上になると、特にバルクハウゼンノイズの発生確率が高くなることが分かる。これに対して、高Μｓの磁性下地層２２を用いることによって、感磁層１５のＭｓが 800emu/cc以上と高い場合であっても、バルクハウゼンノイズを良好に抑制することができる。
【００４６】
また、前述したようにトラック幅が狭くなるほど、感磁層エッジ部における反磁界の影響が大きくなり、バルクハウゼンノイズが発生しやすくなる。本発明は狭トラック化によるバルクハウゼンノイズの増大を抑制したものであり、具体的にはスピンバルブＧＭＲ膜１４のトラック幅方向（ｘ）の長さが 3μm 以下である場合に、特に本発明は有効である。図７にトラック幅とバルクハウゼンノイズの発生確率との関係を示す。なお、図７における実施例はＦｅＣｏ(5nm) ／ＣｏＰｔ(25nm)の積層膜をバイアス磁界印加膜２１に用いた場合であり、比較例１はＴｉＷ(10nm)／ＣｏＰｔ(40nm)の積層膜、また比較例２はＣｏＰｔ膜(40nm)をそれぞれバイアス磁界印加膜として用いた場合である。
【００４７】
図７において、非磁性下地層を用いた比較例１では、狭トラック幅になるに従ってノイズが増大するバックリングモードのノイズがみられる。また、下地層を用いていない比較例２では、感磁層との交換結合による硬磁性層の不安定性に基くノイズがみられる。そして、これらのいずれにおいても、スピンバルブＧＭＲ膜１４のトラック幅方向（ｘ）の長さが 3μm 以下になると、特にバルクハウゼンノイズの発生確率が高くなることが分かる。これらに対して、高Μｓの磁性下地層２２を用いることによって、スピンバルブＧＭＲ膜１４のトラック幅方向（ｘ）の長さが 3μm 以下の領域であっても、バルクハウゼンノイズを良好に抑制することが可能となる。
【００４８】
ここで、磁性下地層２２自体は硬磁気特性を有していないため、硬磁性層２３との交換結合による十分な抑え込みが必要である。高Μｓの磁性下地層２２を抑え込むためには、磁性下地層２２と硬磁性層２３との間にある程度の磁気ボリューム比が必要であり、よって硬磁性層２３自体も高Ｍｓであることが望ましい。
具体的には、磁気ボリュームは厚さにも依存するため、磁性下地層２２の厚さをｔ^seed、硬磁性層２３の厚さをｔ^hardとしたとき、Ｍｓ^seed・ｔ^seed≦Ｍｓ^hard・ｔ^hardを満足させることが好ましい。また、磁性下地層２２の厚さがあまり厚いと、硬磁性層２３による抑え込みが不十分となるおそれがあるため、磁性下地層２２の厚さｔ^seedは20nm以下とすることが好ましい。
【００４９】
図８に、磁性下地層２２にＦｅＣｏ合金を用いると共に、硬磁性層２３にＣｏＰｔ合金を用いた場合の（Ｍｓ^seed・ｔ^seed）と（Ｍｓ^hard・ｔ^hard）との比 （（Ｍｓ^hard・ｔ^hard）／（Ｍｓ^seed・ｔ^seed））と、バルクハウゼンノイズの発生確率との関係を示す。磁性下地層２２と硬磁性層２３とがＭｓ^seed・ｔ^seed≦Ｍｓ^hard・ｔ^hardの関係を満足するときに、バルクハウゼンノイズの発生確率が低くなることが分かる。
【００５０】
また、図９に磁性下地層２２にＦｅＣｏ合金を用いた場合のその厚さｔ^seedとバルクハウゼンノイズの発生確率との関係を示す。なお、（Ｍｓ^hard・ｔ^hard）／（Ｍｓ^seed・ｔ^seed）は 2で一定とした。ｔ^seedが20nm以下のとき、特にバルクハウゼンノイズの発生確率が低くなることが分かる。さらに、図１０に積層膜としての残留磁化Ｍｒ^total の磁性下地層２２の厚さに対する依存性を、図１１に積層膜としての保磁力Ｈｃ^total の磁性下地層２２の厚さに対する依存性を示す。これらの図は磁性下地層２２にＦｅＣｏ合金（Ｆｅ₈₅Ｃｏ₁₅）を用いた場合の結果である。磁性下地層２２の膜厚増加によってＭｒが増大することは望ましいが、逆に保磁力は低下する。よって、上記したバルクハウゼンノイズの発生確率を考慮した上で、必要な保磁力に応じて磁性下地層２２の膜厚を決定することが好ましい。
【００５１】
上述したように、高Μｓの硬磁性層２３を用いることも重要であるが、硬磁性材料は通常Ｍｓがあまり大きくならない。これに対して、高Μｓの磁性下地層２２上に硬磁性層２３を形成することによって、バイアス磁界印加膜２１全体としてのＭｓを向上させることができる。このように、高Μｓの磁性下地層２２を用いてバイアス磁界印加膜２１全体としてのＭｓを高めることによっても、感磁層１５の磁化回転に伴うバイアス磁界印加膜２１の磁化不安定性を解消することができ、ノイズの発生を抑制することが可能となる。
【００５２】
このような状態を実現するためには、磁性下地層２２には硬磁性層２３の飽和磁化Ｍｓ^hard以上の飽和磁化、すなわちＭｓ^seed≧Ｍｓ^hardを満足する飽和磁化Ｍｓ^seedを有する磁性材料層を用いる。言い換えると、Ｍｓ^seed≧Ｍｓ^hardを満足する磁性下地層２２を使用することによって、磁性下地層２２の磁化不安定によるノイズ発生を抑制することが可能となる。
【００５３】
磁性下地層２２の具体的な飽和磁化Ｍｓ^seedは、その磁化方向の安定化やバイアス磁界印加膜２１全体としてのＭｓを高める上で、1000emu/cc以上であることが好ましい。図１２に、磁性下地層２２の飽和磁化Ｍｓ^seedとバルクハウゼンノイズの発生確率との関係を示す。Ｍｓ^seedが1000emu/cc以上であるとき、特にバルクハウゼンノイズの発生確率が低くなることが分かる。また、同様な理由から磁性下地層２２と硬磁性層２３との積層膜のトータルの残留磁化Ｍｒ^total が 600emu/cc以上であることが好ましい。図１３に、積層膜のトータルの残留磁化Ｍｒ^total とバルクハウゼンノイズの発生確率との関係を示す。Ｍｒ^total が 600emu/cc以上であるとき、特にバルクハウゼンノイズの発生確率が低くなることが分かる。
【００５４】
磁性下地層２２は、上記したＭｓ^seed≧Ｍｓ^free の条件、さらにＭｓ^seed≧Ｍｓ^hard の条件を満足する飽和磁化Ｍｓ^seedを有するものであり、バルクハウゼンノイズの抑制効果をより安定して得る上で、Ｍｓ^seed≧Ｍｓ^freeかつＭｓ^seed≧Ｍｓ^hardであることがより好ましい。また、磁性下地層２２の高Ｍｓ化と同時に、硬磁性層２３の高Ｈｋ^grain化も重要であるが、磁性下地層２２は硬磁性層２３の下地膜という点を兼ね備えているので、材料選択によりそのような特性を十分に満足させることができる。
【００５５】
さらに、高密度化により狭デプスになると、硬磁性層２３の磁化分散も問題になってくる。その様子を図１４に示す。図１４（ａ）に示すように、硬磁性層２３′の磁化分散により感磁層１５に磁壁ライクなものが形成されると、それがノイズの発生原因となることが考えられる。なお、図１４においてＤはデプス長であり、これが 1μm 以下というような場合に、上記したノイズが顕著となる。
【００５６】
このようなことから、硬磁性層２３の磁化方向分散を抑えること、つまり硬磁性層２３の角形比Ｓを高めることも重要になってくる。このような問題も磁性下地層２２を用いることで解決できる。すなわち、磁性下地層２２と硬磁性層２３とを積層すると、硬磁性層２３の保磁力Ｈｃは低下するが、角形比Ｓは増加する。つまり、磁化方向の面内での揺らぎが抑えられ、図１４（ｂ）に示す状態、すなわち硬磁性層２３の磁化方向を均一化した状態を実現することができる。なお、保磁力の低下に関しても、磁性下地層２２の効果により面内配向が促進され、また結晶性もよいため、特に問題とはならない1000Ｏe 程度を実現することができる。
【００５７】
以上説明したような条件を満足させる上で、磁性下地層２２には飽和磁化が大きいＦｅＣｏ合金を使用することが好ましい。表１に各種組成のＦｅＣｏ合金の磁気特性（ＦｅＣｏ合金膜の膜厚を 5nmとした場合の保磁力Ｈｃおよび飽和磁化Ｍｓ）を示す。また、図１５および図１６にＦｅＣｏ合金の角形比ＳのＣｏ濃度依存性を示す。なお、図１５は厚さ 5nmのＦｅＣｏ合金膜上に厚さ22nmのＣｏ Ｐｔ膜を形成した場合の角形比Ｓ^total を示しており、図１６はＣｏ濃度を変えた場合のＦｅＣｏ合金膜の膜厚と角形比Ｓとの関係を示している。
【００５８】
【表１】

表１、図１５および図１６から、ＦｅＣｏ合金中のＣｏ濃度は、高Ｍｓおよび高角形比Ｓを得る上で 40at%以下とすることが好ましいことが分かる。また、 Ｃｏ濃度があまり低いと耐食性が低下することから、Ｃｏ濃度は5at%以上とすることが好ましい。このように、Ｃｏを 5〜 40at%の範囲で含むＦｅＣｏ合金が特に磁性下地層２２として好適である。
【００５９】
また、硬磁性層２３にはＣｏＰｔ合金やＣｏＣｒＰｔ合金等の各種Ｃｏ基硬磁性合金を使用することができる。これらＣｏ基硬磁性合金は硬磁性や耐食性等に優れるが、前述したように高Μｓの磁性下地層２２と交換結合して高Ｈｃや高 Μｒを実現するという点から、高Μｓの硬磁性材料を使用することが望ましい。
このような理由から、例えばＣｏＣｒＰｔ合金よりＣｏＰｔ合金の方が硬磁性層２３として好適である。
【００６０】
このように、本発明に好適なバイアス磁界付与膜２１の具体的構成としては、Ｆｅ₈₅Ｃｏ₁₅からなる磁性下地層２２とＣｏ₈₀Ｐｔ₂₀からなる硬磁性層２３との積層膜が挙げられる。例えば、ＡｌＯ_x からなるギャップ上に、Ｆｅ₈₅Ｃｏ₁₅ (5mm) ／Ｃｏ₈₀Ｐｔ₂₀(40nm)の 2層積層膜を同一真空中でマグネトロンスパッタ法で成膜した。この 2層積層膜の磁気特性は、 2層が交換結合して一体化したＭ−Ｈ曲線を示す。このとき、面内保磁力Ｈｃ^total は1050Ｏｅ、残留磁化Ｍｒ ^total は 980emu/cc、角形比Ｓは0.94であった。高ＭｓのＦｅＣｏ磁性下地層と高ΜｓのＣｏＰｔ硬磁性層とを組み合わせることによって、ＣｏＰｔ硬磁性層が磁性下地層上でも実用上問題ない保磁力を満たしながら、ＣｏＰｔ硬磁性層単層では実現しえない高Ｍｒと低分散（高Ｓ）を実現することが可能となる。
【００６１】
ここで、ＦｅＣｏ合金膜の膜厚は 5nmで一定とし、ＣｏＰｔ合金膜の膜厚を変化させたときの磁気特性を図１７〜図２０に示す。図１７から、ＣｏＰｔ合金の膜厚が厚くなると、40nm以上で若干Ｈｃが低下するが、下地としてのＦｅＣｏ合金膜の効果により実用上問題ない範囲にＨｃの低下が抑えられている。一方、 ＣｏＰｔ合金膜の膜厚が薄くなると、ＦｅＣｏ合金膜と交換結合したときの磁気ボリューム比の関係で保磁力が低下するが、図１７に示した範囲の保磁力であれば実用上問題はない。
【００６２】
図１８からは高ΜｓのＦｅＣｏ合金膜の効果によって、 2層積層膜のトータルのΜｒ^total はいずれの膜厚でも 800emu/cc以上の高Ｍｒが実現されていることが分かる。硬磁性膜単層の場合では実現し得ないような高Ｍｒのバイアス磁界付与膜が、高ＭｓのＦｅＣｏ下地膜との積層により得られている。図１９からは角形比Ｓ^total もＣｏＰｔ合金膜の膜厚が薄い領域では非常に高く、分散の小さい膜が得られていることが分かる。ＣｏＰｔ合金膜の膜厚が80nmまで厚くなっても 0.9と高い値を示しており、ＦｅＣｏ下地膜の効果によりＣｏＰｔ合金膜の膜厚増加によるｃ軸垂直配向が抑えられている。このことは図２０からも読み取れ、ＣｏＰｔ合金膜の膜厚とＭｒ・ｔ^(total) とは非常に線形性がよく、ＣｏＰｔ合金膜の膜厚の増加によるＭｒ・ｔ^(total) の直線性からのずれは見られない。
【００６３】
上述した実施形態のシールド型ＧＭＲヘッド２８は、バイアス磁界印加膜２１と電極２４とを一括成膜すると共に、 1回のＰＥＰ工程でパターニングしたものであるが、高密度化によりバイアス磁界印加膜２１と電極２４とを 2回のＰＥＰ工程でパターニングする場合においても、本発明は同様に適用することができる。この場合の構成を図２１に示す。
【００６４】
図２１に要部構成を示すシールド型ＧＭＲヘッド３２は、電極２４がスピンバルブＧＭＲ膜１４と一部重なるように形成されている。この場合、トラック幅は一対の電極２４間により規定されている。このような構成のシールド型ＧＭＲヘッド３２によれば、狭トラック化による感磁層１５中央部での静磁界バイアスが強すぎるのを避けることができると共に、電極２４とスピンバルブＧＭＲ膜１４との接触抵抗を下げることができる。なお、他の具体的な構成やそれによる効果等は、前述した実施形態と同様である。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の磁気抵抗効果ヘッドによれば、高飽和磁化を有する磁性下地層を硬磁性層の下地として用いているため、例えば高飽和磁化の感磁層を用いる場合において、また特に狭トラック化する場合において、バルクハウゼンノイズを有効に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 感磁層の飽和磁化Ｍｓが異なる磁気抵抗効果素子におけるトラック幅とバルクハウゼンノイズの発生確率との関係の一例を示す図である。
【図２】 本発明の磁気抵抗効果ヘッドを録再分離型磁気ヘッドに適用した一実施形態の要部構造を示す図である。
【図３】 図２に示す録再分離型磁気ヘッドの要部を拡大して示す断面図である。
【図４】 磁性下地層と硬磁性層が共に高飽和磁化の場合の感磁層の磁化回転に伴う磁化状態を模式的に示す図である。
【図５】 磁性下地層と硬磁性層が共に低飽和磁化の場合の感磁層の磁化回転に伴う磁化状態を模式的に示す図である。
【図６】 感磁層の飽和磁化Ｍｓ^freeとバルクハウゼンノイズの発生確率との関係を示す図である。
【図７】 トラック幅とバルクハウゼンノイズの発生確率との関係を示す図である。
【図８】 （Ｍｓ^hard・ｔ^hard）／（Ｍｓ^seed・ｔ^seed）比とバルクハウゼンノイズの発生確率との関係を示す図である。
【図９】 磁性下地層の厚さｔ^seedとバルクハウゼンノイズの発生確率との関係を示す図である。
【図１０】 バイアス磁界印加膜の積層膜としての残留磁化Ｍｒ^total の磁性下地層の厚さに対する依存性を示す図である。
【図１１】 バイアス磁界印加膜の積層膜としての保磁力Ｈｃ^total の磁性下地層の厚さに対する依存性を示す図である。
【図１２】 磁性下地層の飽和磁化Ｍｓ^seedとバルクハウゼンノイズの発生確率との関係を示す図である。
【図１３】 バイアス磁界印加膜の積層膜のトータルの残留磁化Ｍｒ^total とバルクハウゼンノイズの発生確率との関係を示す図である。
【図１４】 硬磁性層の磁化分散の状態を説明するための図である。
【図１５】 ＦｅＣｏ合金の角形比ＳのＣｏ濃度依存性を示す図である。
【図１６】 Ｃｏ濃度を変えた場合のＦｅＣｏ合金膜の膜厚と角形比Ｓとの関係を示す図である。
【図１７】 ＣｏＰｔ合金膜の膜厚と積層膜の保磁力Ｈｃ^total との関係を示す図である。
【図１８】 ＣｏＰｔ合金膜の膜厚と積層膜のトータルの残留磁化Μｒ^total との関係を示す図である。
【図１９】 ＣｏＰｔ合金膜の膜厚と積層膜のトータルの角形比Ｓ^total との関係を示す図である。
【図２０】 ＣｏＰｔ合金膜の膜厚とＭｒ・ｔ^(total) との関係を示す図である。
【図２１】 図２に示す磁気抵抗効果ヘッドの変形例の要部構造を示す断面図である。
【図２２】 従来のアバットジャンクション構造の磁気抵抗効果ヘッドの一構成例の要部構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１４………スピンバルブＧＭＲ膜
１５………感磁層
１５１……Ｃｏ含有強磁性層
１５２……ＮｉＦｅ合金層
１５３……アモルファスＣｏＺｒＮｂ合金層
１６………非磁性層
１７………磁化固着層
１８………反強磁性層
２１………バイアス磁界印加膜
２２………磁性下地層
２３………Ｃｏ系硬磁性層
２４………電極

Claims (7)

1. 外部磁界により磁化方向が変化する、Ｃｏ含有強磁性層からなる感磁層と、前記感磁層上に順に積層形成された非磁性層および磁化固着層とを有する磁気抵抗効果膜と、
   磁性下地層と、前記磁性下地層上に積層形成され、かつ前記磁性下地層を介して前記磁気抵抗効果膜の端部と隣接する硬磁性層とを有するバイアス磁界印加膜と、
   前記磁気抵抗効果膜にセンス電流を供給する電極とを具備し、
   前記磁性下地層の飽和磁化をＭｓ^seed、前記感磁層の飽和磁化をＭｓ^freeとしたとき、前記磁性下地層はＭｓ^seed≧Ｍｓ^freeの関係を満足することを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
2. 請求項１記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、
   前記硬磁性層の飽和磁化をＭｓ^hardとしたとき、前記磁性下地層はＭｓ^seed≧Ｍｓ^hardの関係を満足することを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
3. 請求項１または請求項２記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、
   前記バイアス磁界印加膜は、前記磁性下地層と前記硬磁性層との積層膜としての残留磁化Ｍｒ^totalが600emu/cc以上であることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
4. 請求項１または請求項２記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、
   前記磁性下地層はその飽和磁化Ｍｓ^seedが1000emu/cc以上であることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
5. 請求項１または請求項２記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、
   前記磁気抵抗効果膜のトラック幅方向の長さは3μm以下であることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
6. 請求項１または請求項２記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、
   前記Ｃｏ含有強磁性層はＦｅを 5 〜 40at ％の範囲で含有するＣｏＦｅ合金からなることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
7. 請求項１または請求項２記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、
   前記磁性下地層はＦｅＣｏ合金からなることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。

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