JP4088641B2 - 磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドアームアセンブリ、磁気ディスク装置、磁気メモリセルおよび電流センサ - Google Patents

Description

本発明は、非磁性中間層を介して反強磁性結合した一対の強磁性層を有するシンセティック反強磁性磁化固着層を備えた磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドアームアセンブリ、磁気ディスク装置、磁気メモリセルおよび電流センサに関する。

ハードディスクなどの磁気記録媒体の情報を再生するにあたっては、磁気抵抗（ＭＲ：Magneto-resistive）効果を示すＭＲ素子を備えた薄膜磁気ヘッドが広く用いられている。近年では、磁気記録媒体の高記録密度化が進んでいることから、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Giant Magneto-resistive）効果を示す巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）利用した薄膜磁気ヘッドが一般的である。このようなＧＭＲ素子としては、例えば、スピンバルブ（ＳＶ：spin valve）型のＧＭＲ素子がある。

このＳＶ型のＧＭＲ素子は、非磁性の中間層を介して、磁化方向が一定方向に固着された磁性層（磁化固着層）と、磁化方向が外部からの信号磁場に応じて変化する磁性層（磁化自由層）とが積層されたＳＶ膜を有しており、再生動作の際には、例えば読出電流が積層面内方向に流れるように構成されている。このようなＧＭＲ素子は、特に、ＣＩＰ（Current in Plane）−ＧＭＲ素子と呼ばれる。この場合、ＳＶ膜の２つの磁性層（磁化固着層および磁化自由層）における磁化方向の相対角度に応じてセンス電流を流した際に電気抵抗（すなわち電圧）が変化するようになっている。

最近では、さらなる記録密度の向上に対応するため、再生動作の際に、読出電流がＳＶ膜の積層方向に流れるように構成されたＣＰＰ（Current Perpendicular to the Plane）−ＧＭＲ素子を有する薄膜磁気ヘッドの開発が進められている。このようなＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、一般的に、ＳＶ膜と、このＳＶ膜を、絶縁膜を介して再生トラック幅方向に対応する方向に挟んで対向するように配置された一対の磁区制御膜と、これらＳＶ膜および一対の磁区制御膜を積層方向に沿って挟むように形成された上部および下部電極とを有している。上部および下部電極は、上部および下部シールド膜を兼ねている。このような構成を有するＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、再生トラック幅方向の寸法を小さくした場合にＣＩＰ−ＧＭＲ素子と比べて高出力が得られるなどの利点を有している。具体的には、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子では、面内方向に読出電流を流すので、再生トラック幅方向の寸法が狭小化するのに伴い読出電流が通過する感磁部分が微小となり、電圧変化量が小さくなってしまうのに対し、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子であれば積層方向に読出電流を流すので、再生トラック幅方向の狭小化による電圧変化量に対する影響は少ないのである。このような背景から、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、さらなる記録密度の向上に対応可能なものとしての期待が高まっている。

特に、磁化固着層が、互いに反平行に固着された磁化方向を有する２つの強磁性層（第１および第２の強磁性層）とこの間に設けられた非磁性中間層とを有する３層構造のシンセティック型をなす場合には、そのネットモーメントが低減されて外部磁場が印加されても磁化方向は回転し難くなるうえ、２つの強磁性層同士の交換結合が生じるので、磁化方向が安定する。加えて、ネットモーメントが低減することにより、磁気ヘッド内の静磁場が小さくなり、出力波形の対称性が改善される。このようなシンセティック型の磁化固着層を備えたシンセティック型ＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、その構造上の特徴により、磁気記録情報の再生手段として優れた性能を発揮することができる。

シンセティック型の磁化固着層を備えたＣＰＰ−ＧＭＲ素子については、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１には、ルテニウム（Ｒｕ）および鉄（Ｆｅ）を含む合金からなる反強磁性結合膜（非磁性中間層）を２つの強磁性層によって挟んで構成された積層強磁性固定層を含む磁気抵抗効果センサが記載されている。ここでは上記のような構成をとることにより、２つの強磁性層間における交換結合（反強磁性結合）の結合強度を高めるようにしている。
特開２００５−１８９７３号公報

しかしながら、シンセティック型ＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、第１および第２の強磁性層の磁化が互いに逆平行に結合した構造を有していることから、ネットモーメントが低減されて磁化方向の安定化を図ることができる一方で、ＳＶ膜に対して積層方向に電流を流すことから、その構造上の特徴に起因して、その抵抗変化量の一部を損失してしまうという問題を生じていた。すなわち、第１の強磁性層と磁化自由層との間に生じるＧＭＲ効果による抵抗変化量（電圧変化量）と、第１の強磁性層とは反対向きの磁化方向を示す第２の強磁性層と磁化自由層との間に生じるＧＭＲ効果による抵抗変化量（電圧変化量）とが、互いにその一部を打ち消し合うこととなっていた。また、ルテニウム（Ｒｕ）および鉄（Ｆｅ）を含む合金からなる非磁性中間層を用いた場合には、例えばルテニウム単体からなる非磁性中間層を用いた場合よりも反強磁性結合の結合強度を高めることができるものの、今後の高記録密度化・高集積化に対応するにはさらなる磁場安定性が望まれる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、より大きな抵抗変化量を安定して発現し、高記録密度化に対応することが可能な磁気抵抗効果素子ならびにそれを搭載した薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドアームアセンブリおよび磁気ディスク装置を提供することにある。

本発明の第２の目的は、より大きな抵抗変化量を安定して発現し、高集積化に好適な磁気メモリセルを提供することにある。さらに、本発明の第３の目的は、より微小な電流を高精度に測定可能な電流センサを提供することにある。

本発明の第１および第２の磁気抵抗効果素子は、外部磁場に応じて磁化の向きが変化する磁化自由層と、この磁化自由層の一方の面と接する非磁性介在層と、この非磁性介在層を挟んで磁化自由層の反対側に位置すると共に、磁化自由層の側から、一定方向に固着された磁化の向きを示す第１の磁化固着層、ルテニウム銅合金（ＲｕＣｕ）からなる非磁性中間層、第１の磁化固着層の磁化の向きと逆向きに固着された磁化の向きを示す第２の磁化固着層が順に積層されたシンセティック反強磁性磁化固着層と、これらシンセティック反強磁性磁化固着層、非磁性介在層および磁化自由層からなる積層体を積層面と直交する積層方向に挟むと共にその積層方向に読出電流を流す一対の電極層とを含むようにしたものである。
ここで、本発明の第１の磁気抵抗効果素子は、第１の磁化固着層が、３６７ｋＡ以上１３１２ｋＡ以下の磁気膜厚を示すと共に非磁性中間層との界面を形成する第１の隣接層を有し、第２の磁化固着層が、２３０ｋＡ以上１１７５ｋＡ以下の磁気膜厚を示すと共に非磁性中間層との界面を形成する第２の隣接層を有し、非磁性中間層が、ルテニウムの含有率が６０ａｔ％以上８５ａｔ％以下であるルテニウム銅合金から構成されるものである。
一方、本発明の第２の磁気抵抗効果素子は、第１の磁化固着層が、３６７ｋＡ以上１３１２ｋＡ以下の磁気膜厚を示すと共に非磁性中間層との界面を形成する第１の隣接層を有し、第２の磁化固着層が、２３０ｋＡ以上１１７５ｋＡ以下の磁気膜厚を示すと共に非磁性中間層との界面を形成する第２の隣接層を有し、非磁性中間層が、ルテニウムの含有率が３４ａｔ％以上８５ａｔ％以下であるルテニウム銅合金からなり、かつ、０．６ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みを有するものである。
また、本発明の薄膜磁気ヘッドは上記の磁気抵抗効果素子を有するものであり、本発明のヘッドジンバルアセンブリは、そのような薄膜磁気ヘッドが一側面に設けられた磁気ヘッドスライダと、この磁気ヘッドスライダが一端に取り付けられたサスペンションとを有するものである。本発明のヘッドアームアセンブリは、上記のヘッドジンバルアセンブリと、上記のサスペンションの他端を支持するアームとを含むようにしたものである。さらに、本発明の磁気ディスク装置は、磁気記録媒体と、上記のヘッドアームアセンブリとを備えるようにしたものである。

本発明の磁気抵抗効果素子、電流センサ、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドアームアセンブリおよび磁気ディスク装置では、シンセティック反強磁性磁化固着層における非磁性中間層がルテニウム銅合金からなるようにしたので、非磁性中間層がルテニウム単体からなる場合と比べて積層方向に電流を流したときの抵抗値が増加し、スピン散乱長が短縮される。このため、第２の磁化固着層におけるスピンが磁化自由層に到達しにくくなる。また、非磁性中間層がルテニウム鉄合金からなる場合と比べ、より広範囲に亘る磁場において、より厚みの大きな第１および第２の磁化固着層を反強磁性結合させることができる。

本発明の磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドアームアセンブリおよび磁気ディスク装置では、いずれも、第１の隣接層および第２の隣接層が、７０原子パーセント以上１００原子パーセント未満のコバルト含有率であるコバルト鉄合金または、コバルト単体により構成されていることが望ましい。

本発明の磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドアームアセンブリおよび磁気ディスク装置では、非磁性中間層が、０．８×１０^-3Ｊ／ｍ²（０．８ｅｒｇ／ｃｍ²）以上の交換結合定数を示すと共に０．６ｎｍ以上の厚みを有するものであることが望ましい。

本発明の第１および第２の磁気メモリセルは、外部磁場に応じて磁化の向きが変化する磁化自由層と非磁性介在層とシンセティック反強磁性磁化固着層とが順に形成された磁気抵抗効果膜と、積層面と直交する積層方向に磁気抵抗効果膜を挟むと共にその積層方向に読出電流を流す一対の第１導線と、書込電流が流れることにより磁化自由層の磁化の向きを変化させる電流磁界を生じ、かつ、互いに直交するように延在する一対の第２導線とを備えるようにしたものである。ここで、シンセティック反強磁性磁化固着層は、磁化自由層の側から、一定方向に固着された磁化の向きを示す第１の磁化固着層と、ルテニウム銅合金からなる非磁性中間層と、第１の磁化固着層の磁化の向きと逆向きに固着された磁化の向きを示す第２の磁化固着層とが順に積層されるようにしたものである。
さらに、本発明の第１の磁気メモリセルは、第１の磁化固着層が、３６７ｋＡ以上１３１２ｋＡ以下の磁気膜厚を示すと共に非磁性中間層との界面を形成する第１の隣接層を有し、第２の磁化固着層が、２３０ｋＡ以上１１７５ｋＡ以下の磁気膜厚を示すと共に非磁性中間層との界面を形成する第２の隣接層を有し、非磁性中間層が、ルテニウムの含有率が６０ａｔ％以上８５ａｔ％以下であるルテニウム銅合金からなるものである。
一方、本発明の第２の磁気メモリセルは、第１の磁化固着層が、３６７ｋＡ以上１３１２ｋＡ以下の磁気膜厚を示すと共に非磁性中間層との界面を形成する第１の隣接層を有し、第２の磁化固着層が、２３０ｋＡ以上１１７５ｋＡ以下の磁気膜厚を示すと共に非磁性中間層との界面を形成する第２の隣接層を有し、非磁性中間層が、ルテニウムの含有率が３４ａｔ％以上８５ａｔ％以下であるルテニウム銅合金からなり、かつ、０．６ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みを有するものである。

本発明の第１および第２の電流センサは、検出対象電流が供給される電流線と、この電流線に流れる検出対象電流により生ずる電流磁場に応じて磁化の向きが変化する磁化自由層と非磁性介在層とシンセティック反強磁性磁化固着層とを順に含む磁気抵抗効果膜と、磁気抵抗効果膜を積層面と直交する積層方向に挟むと共にその積層方向に読出電流を流す一対の電極層とを備えるようにしたものである。ここで、シンセティック反強磁性磁化固着層は、磁化自由層の側から、一定方向に固着された磁化の向きを示す第１の磁化固着層、ルテニウム銅合金からなる非磁性中間層、第１の磁化固着層の磁化の向きと逆向きに固着された磁化の向きを示す第２の磁化固着層が順に積層されるようにしたものである。
さらに、本発明の第１の電流センサは、第１の磁化固着層が、３６７ｋＡ以上１３１２ｋＡ以下の磁気膜厚を示すと共に非磁性中間層との界面を形成する第１の隣接層を有し、第２の磁化固着層が、２３０ｋＡ以上１１７５ｋＡ以下の磁気膜厚を示すと共に非磁性中間層との界面を形成する第２の隣接層を有し、非磁性中間層が、ルテニウムの含有率が６０ａｔ％以上８５ａｔ％以下であるルテニウム銅合金からなるものである。
一方、本発明の第２の電流センサは、第１の磁化固着層が、３６７ｋＡ以上１３１２ｋＡ以下の磁気膜厚を示すと共に非磁性中間層との界面を形成する第１の隣接層を有し、第２の磁化固着層が、２３０ｋＡ以上１１７５ｋＡ以下の磁気膜厚を示すと共に非磁性中間層との界面を形成する第２の隣接層を有し、非磁性中間層が、ルテニウムの含有率が３４ａｔ％以上８５ａｔ％以下であるルテニウム銅合金からなり、かつ、０．６ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みを有するものである。

本発明の磁気メモリセルおよび電流センサでは、シンセティック反強磁性磁化固着層における非磁性中間層がルテニウム銅合金からなるようにしたので、非磁性中間層がルテニウム単体からなる場合と比べて積層方向に電流を流したときの抵抗値が増加し、スピン散乱長が短縮される。このため、第２の磁化固着層におけるスピンが磁化自由層に到達しにくくなる。また、非磁性中間層がルテニウム鉄合金からなる場合と比べ、より広範囲に亘る磁場において、より厚みの大きな第１および第２の磁化固着層を反強磁性結合させることができる。

本発明の磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドアームアセンブリ、磁気ディスク装置、磁気メモリセルおよび電流センサによれば、シンセティック反強磁性磁化固着層における非磁性中間層をルテニウム銅合金により構成するようにしたので、ルテニウム単体により非磁性中間層を構成した場合と比べ、積層方向に電流を流したときの抵抗値を増加させ、磁化自由層に対する第２の磁化固着層におけるスピンの影響を低減することができる。その結果、第２の磁化固着層に起因する抵抗変化量の減少を抑制することができる。また、ルテニウム鉄合金を用いて非磁性中間層を構成した場合と比べ、より広範囲に亘る磁場において、より厚みの大きな第１および第２の磁化固着層を反強磁性結合させることができる。このため、抵抗変化量の増加と磁場安定性との両立を図ることができる。したがって、本発明の磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドアームアセンブリおよび磁気ディスク装置においては、外部ノイズの影響を低減して安定した再生動作を保持しつつ、全体としての抵抗変化量の増加により高記録密度化に対応することが可能となる。また、本発明の磁気メモリセルにおいては、外部ノイズの影響を低減して安定した読出・書込動作を確保しつつ、磁気抵抗効果膜の感度を高めることができ、高集積化に好適となる。さらに、本発明の電流センサにおいては、より微小な検出対象電流を高精度に測定することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
最初に、図１から図５を参照して、本発明の第１の実施の形態としてのシンセティック反強磁性磁化固着層、ならびにこれを備えた磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドアームアセンブリおよび磁気ディスク装置の構成について以下に説明する。

図１は、本実施の形態に係る磁気ディスク装置の内部構成を表す斜視図である。この磁気ディスク装置は駆動方式としてＣＳＳ（Contact-Start-Stop）動作方式を採用したものであり、図１に示したように、例えば筐体１００の内部に、情報が記録されることとなる磁気記録媒体としての磁気記録媒体２００と、この磁気記録媒体２００への情報の記録およびその情報の再生を行うためのヘッドアームアセンブリ（ＨＡＡ；Head Arm Assembly）３００とを備えるようにしたものである。ＨＡＡ３００は、ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ；Head Gimbals Assembly）２と、このＨＧＡ２の基部を支持するアーム３と、このアーム３を回動させる動力源としての駆動部４とを備えている。ＨＧＡ２は、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッド１（後出）が一側面に設けられた磁気ヘッドスライダ（以下、単に「スライダ」という。）２Ａと、このスライダ２Ａが一端に取り付けられたサスペンション２Ｂとを有するものである。このサスペンション２Ｂの他端（スライダ２Ａとは反対側の端部）は、アーム３によって支持されている。アーム３は、筐体１００に固定された固定軸５を中心軸としてベアリング６を介して回動可能なように構成されている。駆動部４は、例えばボイスコイルモータなどからなる。なお、通常、磁気ディスク装置は、図１に示したように複数（図１では４枚）の磁気記録媒体２００を備えており、各磁気記録媒体２００の記録面（表面および裏面）のそれぞれに対応してスライダ２Ａが配設されるようになっている。各スライダ２Ａは、各磁気記録媒体２００の記録面と平行な面内において、磁気記録媒体２００のトラック幅方向に対応する方向（Ｘ軸方向）に移動することができる。一方、磁気記録媒体２００は、筐体１００に固定されたスピンドルモータ７を中心とし、Ｘ軸方向に対してほぼ直交する方向に回転するようになっている。磁気記録媒体２００の回転およびスライダ２Ａの移動により磁気記録媒体２００に情報が記録され、または記録された情報が読み出されるようになっている。

図２は、図１に示したスライダ２Ａの構成を表すものである。このスライダ２Ａは、例えば、アルティック（Ａｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣ）よりなるブロック状の基体８を有している。この基体８は、例えば、ほぼ六面体状に形成されており、そのうちの一面が磁気記録媒体２００の記録面に近接して対向するように配置されている。磁気記録媒体２００の記録面と対向する面が記録媒体対向面（エアベアリング面ともいう。）９であり、磁気記録媒体２００が回転すると、記録面と記録媒体対向面９との間に生じる空気流に起因する揚力により、スライダ２Ａが記録面との対向方向（Ｙ軸方向）に沿って記録面から浮上し、記録媒体対向面９と磁気記録媒体２００との間に一定の隙間ができるようになっている。基体８の記録媒体対向面９に対する一側面には、薄膜磁気ヘッド１が設けられている。

図３は、薄膜磁気ヘッド１の構成を分解して表す斜視図である。図４は、図３に示したＩＶ−ＩＶ線に沿った矢視方向の構造を表す断面図である。図３および図４に示したように、薄膜磁気ヘッド１は、磁気記録媒体２００に記録された磁気情報を再生する再生ヘッド部１Ａと、磁気記録媒体２００の記録トラックに磁気情報を記録する記録ヘッド部１Ｂとが一体に構成されたものである。

図３および図４に示したように、再生ヘッド部１Ａは、積層方向にセンス電流が流れるように構成されたＣＰＰ（Current Perpendicular to the Plane）−ＧＭＲ（Giant Magneto-resistive）構造をなす磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子という。）１０を有している。具体的には、記録媒体対向面９に露出した面において、例えば基体８の上に、下部電極１１と、ＭＲ膜２０および一対の磁区制御膜１２と、絶縁膜１３と、上部電極１４とが順に積層された構造となっている。なお、図３および図４では図示しないが、後述するように、一対の磁区制御膜１２とＭＲ膜２０との間および一対の磁区制御膜１２と下部電極１１との間には一対の絶縁膜１５が設けられている。また、絶縁膜１３は、ＸＹ平面において、記録媒体対向面９を除くＭＲ膜２０の周囲を取り囲むように設けられており、詳細には、ＭＲ膜２０をＸ軸方向に挟んで対向する第１の部分１３Ａ（図３参照）と、ＭＲ膜２０を挟んで記録媒体対向面９とは反対側の領域を占める第２の部分１３Ｂ（図４参照）との２つの部分から構成されている。下部電極１１および上部電極１４は、例えば、厚みがそれぞれ１μｍ〜３μｍであり、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）などの磁性金属材料によりそれぞれ構成されている。これら下部電極１１および上部電極１４は、ＭＲ膜２０を積層方向（Ｚ軸方向）に挟んで対向し、ＭＲ膜２０に不要な磁場の影響が及ばないように機能する。さらに、下部電極１１はパッド１１Ｐと接続され、上部電極１４はパッド１４Ｐと接続されており、ＭＲ膜２０に対して積層方向（Ｚ方向）に電流を流す電流経路としての機能も有している。ＭＲ膜２０は、磁性材料を含む金属膜が多数積層されたスピンバルブ（ＳＶ）構造をなしている。一対の磁区制御膜１２は、磁気記録媒体２００のトラック幅方向に対応する方向（Ｘ軸方向）に沿ってＭＲ膜２０を挟んで対向するように配置されている。このような構成をなす再生ヘッド部１Ａでは、磁気記録媒体２００からの信号磁場に応じてＭＲ膜２０の電気抵抗が変化することを利用して、記録情報を読み出すようになっている。このＭＲ膜２０の詳細な構成については後述する。絶縁膜１３および絶縁層１６は、例えば厚みがそれぞれ１０ｎｍ〜１００ｎｍであり、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの絶縁材料によりそれぞれ構成されている。絶縁膜１３は、主に、下部電極１１と上部電極１４とを電気的に絶縁するためのものであり、絶縁層１６は、再生ヘッド部１Ａと記録ヘッド部１Ｂとを電気的に絶縁するものである。

続いて、記録ヘッド部１Ｂの構成について説明する。図３および図４に示したように、記録ヘッド部１Ｂは、再生ヘッド部１Ａの絶縁層１６の上に形成されており、下部磁極４１と、記録ギャップ層４２、ポールチップ４３、コイル４４、絶縁層４５、連結部４６および上部磁極４７を有している。

下部磁極４１は、例えば、ＮｉＦｅなどの磁性材料よりなり、絶縁層１６の上に形成されている。記録ギャップ層４２は、Ａｌ₂Ｏ₃などの絶縁材料よりなり、下部磁極４１の上に形成されている。この記録ギャップ層４２は、ＸＹ平面におけるコイル４４の中心部に対応する位置に、磁路形成のための開口部４２Ａを有している。記録ギャップ層４２の上には、記録媒体対向面９の側から順に、ポールチップ４３、絶縁層４５および連結部４６が同一平面内に形成されている。絶縁層４５にはコイル４４が埋設されている。コイル４４は、記録ギャップ層４２上に開口部４２Ａを中心とするように形成されており、例えば銅（Ｃｕ）または金（Ａｕ）により構成されたものである。なお、コイル４４の両端末はそれぞれ電極４４Ｓ，４４Ｅに接続されている。上部磁極４７は、例えば、ＮｉＦｅなどの磁性材料よりなり、記録ギャップ層４２、ポールチップ４３，絶縁層４５および連結部４６の上に形成されている（図４参照）。この上部磁極４７は、開口部４２Ａを介して下部磁極４１と接触しており、磁気的に連結している。なお、図示しないが、Ａｌ₂Ｏ₃などからなるオーバーコート層が記録ヘッド部１Ｂの上面全体を覆うように形成されている。

このような構成を有する記録ヘッド部１Ｂは、コイル４４に流れる電流により、主に下部磁極４１と上部磁極４７とによって構成される磁路内部に磁束を生じ、記録ギャップ層４２の近傍に生ずる信号磁場によって磁気記録媒体２００を磁化し、情報を記録するようになっている。

次に、図５を参照して、本実施の形態の薄膜磁気ヘッド１におけるＭＲ素子１０の詳細な構成について以下に説明する。図５は、ＭＲ素子１０の、図４におけるＶ矢視方向から眺めた構造を表す断面図である。

図５に示したように、ＭＲ素子１０は、下部電極１１の側から順に、下地層２１と、反強磁性層２２と、シンセティック反強磁性磁化固着層（以下、単にＳｙＡＰ層という。）２３と、非磁性介在層（スペーサ層）２４と、磁化自由層２５と、保護層２６とが積層されたＭＲ膜２０を有している。下地層（バッファ層ともいう。）２１は、例えば、１ｎｍの厚みを有するタンタル（Ｔａ）と５ｎｍの厚みを有するニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）とが下部電極１１の側から積層された積層構造からなり、反強磁性層２２と磁化ＳｙＡＰ層２３（より正確には、後述する第２の磁化固着層２３３）との交換結合が良好に行われるように機能するものである。反強磁性層２２は、例えば、白金マンガン合金（ＰｔＭｎ）またはイリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）等の反強磁性を示す材料により、例えば７ｎｍの厚みで構成される。反強磁性層２２は、ＳｙＡＰ層２３の磁化方向を固定する、いわゆるピンニング層として機能するものである。

ＳｙＡＰ層２３は、シンセティック構造と呼ばれる３層構造をなしており、第１の磁化固着層２３１と、第２の磁化固着層２３３と、これら第１および第２の磁化固着層２３１，２３３の間に設けられた非磁性中間層２３２とを有している。より詳細には、第１の磁化固着層２３１は、一定の向きに固着された磁化方向Ｊ２３１を示し、例えば５ｎｍ〜６ｎｍの厚みをなしている。第２の磁化固着層２３３は、磁化方向Ｊ２３１とは反対の向きに固着された磁化方向Ｊ２３３を示し、例えば４ｎｍ〜５ｎｍの厚みをなすものである。第１の磁化固着層２３１は、例えば、非磁性中間層２３２との界面を形成する第１の隣接層２３１Ａを含む複数の磁性層および非磁性層が積層された多層構造をなしており、その第１の隣接層２３１Ａにおける磁気膜厚が３６７ｋＡ以上１３１２ｋＡ以下となっている。一方の第２の磁化固着層２３３は、例えば、非磁性中間層２３２との界面を形成する第２の隣接層２３３Ａを含む複数の磁性層および非磁性層が積層された多層構造をなしており、その第２の隣接層２３３Ａにおける磁気膜厚が２３０ｋＡ以上１１７５ｋＡ以下となっている。これら第１の隣接層２３１Ａおよび第２の隣接層２３３Ａは、いずれも、例えば、コバルト（Ｃｏ）の含有率が７０原子パーセント（ａｔ％）以上１００原子パーセント（ａｔ％）未満であるコバルト鉄合金（以下、Ｃｏ_XＦｅ_1-X（０．７≦Ｘ＜１．０）と記す）、または、単体のコバルトにより構成されている。特に、コバルトと鉄との組成比が９：１であるＣｏＦｅ（すなわちＣｏ₉₀Ｆｅ₁₀）により構成されていることが望ましい。

非磁性中間層２３２については、６０ａｔ％以上８５ａｔ％以下のルテニウム含有率のＲｕＣｕ（すなわち、Ｒｕ_XＣｕ_1-X（０．６０≦Ｘ≦０．８５））を用いて、０．４ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みをなすように構成するとよい。あるいは、３４ａｔ％以上８５ａｔ％以下のルテニウム含有率のＲｕＣｕ（すなわち、Ｒｕ_XＣｕ_1-X（０．３４≦Ｘ≦０．８５））を用いて、０．６ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みをなすように構成してもよい。なお、非磁性中間層２３２には、ルテニウムおよび銅のほか、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、クロム（Ｃｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ロジウム（Ｒｈ）または白金（Ｐｔ）などの非磁性金属材料を含むようにしてもよい。ここで第２の磁化固着層２３３は、第１の磁化固着層２３１を挟んで磁化自由層２５とは反対側に形成されている。第１および第２の磁化固着層２３１，２３３は、非磁性中間層２３２を介して反強磁性的な交換結合をしており、それらの磁化方向Ｊ２３１，Ｊ２３３が反強磁性層２２によって互いに逆平行となるように固着されている。また、非磁性中間層２３２は、０．８×１０^-3Ｊ／ｍ²以上２．９９×１０^-3Ｊ／ｍ²以下の交換結合定数Ｊを示すものである。

非磁性介在層２４は、例えば銅や金などの高い電気伝導率を有する（電気抵抗の小さな）非磁性金属材料からなり、その厚みは例えば、３ｎｍである。非磁性介在層２４は、主に、磁化自由層２５とＳｙＡＰ層２３（特に第１の磁化固着層２３１）との磁気結合を切り離すように機能するものである。読出動作時に流れる読出電流は、下部電極１１から第１の磁化固着層２３１を経由したのち、この非磁性介在層２４を通過して磁化自由層２５に達する。このとき、その読出電流の受ける散乱を最小限に抑える必要があることから、上述した電気抵抗の小さな材料により非磁性介在層２４を構成することが好ましい。

磁化自由層２５は、外部磁場に応じて変化する磁化方向を示すものであり、第１の磁化固着層２３１を挟んで第２の磁化固着層２３３とは反対側に形成されている。磁化自由層２５は、例えば、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）やニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）などからなる強磁性膜と、銅などからなる非磁性膜とを含む多層構造をなしている。磁化自由層２５の厚みは、例えば７ｎｍ〜８ｎｍである。この磁化自由層２５における磁化方向は、外部磁場（本実施の形態では磁気記録媒体２００からの信号磁場）の向きや大きさに応じて変化するようになっている。なお、磁化自由層２５は、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）やニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）などの強磁性材料からなる単層構造であってもよい。

保護層２６は、例えば、厚みが５ｎｍの銅層と厚みが１０ｎｍのルテニウム層とが積層された２層構造となっており、製造過程において、成膜後のＭＲ膜２０を保護するように機能するものである。

一対の磁区制御膜１２は、下部電極１１の上に絶縁膜１５を介して形成された下地層１２１と、この上に形成された磁区制御層１２２とによって構成されたものである。磁区制御膜１２は、Ｘ軸方向においてＭＲ膜２０を挟むように対向配置され、磁化自由層２５に縦バイアス磁場を印加するものである。より詳細には、下地層１２１は、例えば、クロムチタン合金（ＣｒＴｉ）やタンタル（Ｔａ）からなり、製造過程において、磁区制御層１２２の成長性を向上させるように機能する。磁区制御層１２２は、例えば、コバルト白金合金（ＣｏＰｔ）などからなり、磁化自由層２５の単磁区化を促進し、バルクハウゼンノイズの発生を抑制するように機能する。ここで、一対の磁区制御膜１２とＭＲ膜２０との間および一対の磁区制御膜１２と下部電極１１との間には一対の絶縁膜１５が設けられている。一対の絶縁膜１５は、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃またはＡｌＮなどの電気絶縁性を有する材料によって構成され、ＭＲ膜２０の両端面Ｓ２０から下部電極１１の上面Ｓ１１にかけて連続的に覆うように形成されている。このため、一対の磁区制御膜１２と、ＭＲ膜２０および下部電極１１とは電気的に絶縁される。

図５に示したように、下部および上部電極１１，１４は、上記のような構成を有するＭＲ膜２０を積層面と直交する方向（Ｚ軸方向）に挟むように対向配置されており、磁気記録媒体２００の磁気情報を読み出す際には、ＭＲ膜２０に対してＺ軸方向に読出電流を流すための電流経路として機能する。

次に、このように構成されたＭＲ素子１０および薄膜磁気ヘッド１の再生動作について、図３ないし図５を参照して説明する。

この薄膜磁気ヘッド１では、再生ヘッド部１Ａにより磁気記録媒体２００に記録された情報を読み出す。記録情報を読み出す際には、記録媒体対向面９が磁気記録媒体２００の記録面と対向しており、この状態で、磁気記録媒体２００からの信号磁場がＭＲ素子１０に到達する。この際、ＭＲ膜２０には予め、下部電極１１および上部電極１４を介して積層方向（Ｚ軸方向）に読出電流が流されている。すなわち、ＭＲ膜２０の内部を、下地層２１、反強磁性層２２、ＳｙＡＰ層２３、非磁性介在層２４、磁化自由層２５および保護層２６の順に、あるいは、その逆の順に読出電流が流されている。ＭＲ膜２０においては、信号磁場によって磁化方向が変化する磁化自由層２５と、反強磁性層２２によって磁化方向がほぼ一定方向に固定されて信号磁場の影響を受けないＳｙＡＰ層２３との間で、相対的な磁化の向きが変化する。その結果、伝導電子のスピン依存散乱の変化が起こり、ＭＲ膜２０の電気抵抗に変化が生じる。この電気抵抗の変化は出力電圧の変化をもたらし、この電流変化を検知することにより、磁気記録媒体２００の記録情報を読み出すようになっている。また、一対の絶縁膜１５を設けることにより、下部電極１１と上部電極１４との間を流れる読出電流が、一対の磁区制御膜１２に洩れにくくなる。すなわち、読出電流がＸ軸方向に広がることなく確実にＭＲ膜２０の幅に限定されて通過することとなるので、磁化自由層２５の磁化方向変化による読出電流の抵抗変化を、より高感度に検出することができる。なお、図５では、一対の絶縁膜１５が、ＭＲ膜２０における一対の端面Ｓ２０を覆うと共に、下部電極１１の上面Ｓ１１を、Ｘ軸方向に延在して覆うようにしたが、少なくとも一対の端面Ｓ２０Ｂを覆うようにすれば十分であり、これにより、上記の効果が得られる。

続いて、本実施の形態のＭＲ素子１０における作用を説明する。

ＭＲ素子１０におけるＭＲ膜２０は、積層面と直交する方向に読出電流が流れるように構成されている。そこで、図６に示したような水平断面積Ａを有すると共に厚みｈをなすＭＲ膜２０に対して、積層面と直交する方向（Ｚ軸方向）に読出電流Ｉを流す場合を考える。その際の電圧変化ΔＶは、比抵抗変化Δρと厚みｈとの積、すなわち、物体の体積に依存する。よって、
ΔＶ＝Δρ・ｈ・Ｄ ……（１）
と表される。ここで、「Ｄ」は電流密度である。式（１）は、ＭＲ膜２０の水平断面積Ａと、単位面積当たりの抵抗変化量ΔＲとを用いて、式（２）のように表すことができる。
ΔＶ＝Ａ・ΔＲ・Ｄ ……（２）
この式（２）より、電圧変化ΔＶは、ＭＲ膜２０全体の抵抗変化量ＡΔＲによって決まることがわかる。

ここで、ＭＲ膜２０について、図７（Ａ）に示したようにＭＲ膜２０全体として比較的、低抵抗な状態を示す場合と、図７（Ｂ）に示したようにＭＲ膜２０全体として比較的、高抵抗な状態を示す場合とを考える。図７（Ａ），（Ｂ）における各矢印は、各層の相対的な磁化の向きを示す。但し、反強磁性層２２では、互いに逆平行な磁化が打ち消し合うことにより巨視的には磁化の向きが現れない様子を示している。詳細には、図７（Ａ）では、磁化自由層２５の磁化の向きが＋Ｘ方向であり、第１の磁化固着層２３１における磁化の向きと平行（同じ向き）、かつ、第２の磁化固着層２３３における磁化の向きと逆平行（反対向き）となっている。一方、図７（Ｂ）では、磁化自由層２５の磁化の向きが−Ｘ方向であり、第１の磁化固着層２３１における磁化の向きと逆平行、かつ、第２の磁化固着層２３３における磁化の向きと平行となっている。ここで、図７（Ａ）の低抵抗状態と図７（Ｂ）の高抵抗状態との差として表れるものが、ＭＲ膜２０の抵抗変化量ＡΔＲである。

抵抗変化量ＡΔＲを、磁化自由層２５と第１の磁化固着層２３１との関係および磁化自由層２５と第２の磁化固着層２３３との関係の２つの関係に分けて考える。まず、磁化自由層２５と第１の磁化固着層２３１との関係においては、図７（Ａ）では互いに平行な磁化の向きとなるので比較的低い抵抗ｒ１を示す一方、図７（Ｂ）では互いに逆平行な磁化の向きとなるので比較的高い抵抗Ｒ１を示す（すなわち、ｒ１＜Ｒ１）。これに対し、磁化自由層２５と第２の磁化固着層２３３との関係においては、図７（Ａ）では互いに逆平行な磁化の向きとなるので比較的高い抵抗Ｒ２を示す一方、図７（Ｂ）では互いに平行な磁化の向きとなるので比較的低い抵抗ｒ２を示す（すなわち、Ｒ２＞ｒ２）。したがって、例えば図７（Ａ）の低抵抗状態から図７（Ｂ）の高抵抗状態へ移行するときの抵抗変化量ＡΔＲは、磁化自由層２５と第１の磁化固着層２３１との間に生じるＧＭＲ効果に起因する成分と、磁化自由層２５と第２の磁化固着層２３３との間に生じるＧＭＲ効果に起因する成分との和に比例するので、
ＡΔＲ∝Ａ（Ｒ１−ｒ１）＋Ａ（ｒ２−Ｒ２） ……（３）
と表すことができる。式（３）において、第１項「Ａ（Ｒ１−ｒ１）」が磁化自由層２５と第１の磁化固着層２３１との間に生じる、ＧＭＲ効果に伴う抵抗変化量を表し、第２項「Ａ（ｒ２−Ｒ２）」が磁化自由層２５と第２の磁化固着層２３３との間に生じる、ＧＭＲ効果に伴う抵抗変化量を表す。ここで、Ｒ１＞ｒ１であることから、第１項「Ａ（Ｒ１−ｒ１）」は正の値を示す。一方、第２項「Ａ（ｒ２−Ｒ２）」は、Ｒ２＞ｒ２であることから負の値を示すこととなる。これは、磁化自由層２５と第２の磁化固着層２３３との磁化方向の関係が、磁化自由層２５と第１の磁化固着層２３１との磁化方向の関係と常に反対の状態となることに起因している。したがって、磁化自由層２５と第１の磁化固着層２３１との間で生み出した抵抗変化量「Ａ（Ｒ１−ｒ１）」を最大限活かすには、磁化自由層２５と第２の磁化固着層２３３との間に生じる抵抗変化量「Ａ（ｒ２−Ｒ２）」の影響を可能な限り低減することが望ましい。

本実施の形態では、非磁性中間層２３２の構成材料としてＲｕＣｕを用いるようにしたので、従来、一般的であったルテニウム単体を用いた場合と比べて、以下の式（４）で表されるスピン散乱長Ｌ_S、すなわち、伝導電子がスピンを保持することのできる距離が短縮される。これについて以下に説明する。

Ｌ_S＝｛（Ｖ_F・λ_S・τ_SF）／３｝^0.5 ……（４）
ここで、Ｖ_Fはフェルミ速度（伝導電子の運動速度）を表し、λ_Sは平均自由行程（電気抵抗の尺度）を表し、τ_SFはスピン緩和時間（スピンが散乱される頻度）を表す。

まず、ＲｕＣｕを用いることにより、読出電流Ｉを流したときの（ＭＲ膜２０の）抵抗値Ｒが増加する。ＭＲ膜２０における抵抗値Ｒの増加は、非磁性中間層２３２における比抵抗ρの増加に起因するものである。例として、図８に、ＲｕＣｕ中のルテニウム（Ｒｕ）含有率と比抵抗ρとの相関を示す。横軸がルテニウム含有率［原子パーセント（ａｔ％）］を表し、縦軸が比抵抗ρ［μΩ・ｃｍ］を表す。図８では、ルテニウム含有率が０の場合は単体の銅であることを意味し、ルテニウム含有率が１００の場合は、単体のルテニウムであることを意味する。したがって、基本的には、単体のルテニウムよりもＲｕＣｕのほうが、比較的高い比抵抗ρとなっている。特に、１０ａｔ％以上９０ａｔ％以下であれば、十分に高い比抵抗ρが得られる。比抵抗ρの増加に伴い、平均自由行程λ_Sは減少すると考えられる。また、フェルミ速度Ｖ_Fについては、式（５）のように近似することができる。
Ｖ_F＝（２Ｅ_F／ｍ^*）^0.5 ……（５）
ここで、Ｅ_Fはフェルミエネルギーであり、ｍ^*は伝導電子の質量である。フェルミエネルギーＥ_Fは電子数の２／３乗に比例するので、電子数の比較的小さな銅原子に置換することにより、ルテニウム単体と比べて結果的にフェルミ速度Ｖ_Fが減少する。さらに、合金化することにより結晶構造の不規則性が増加するので、電子の散乱が増加する。したがって、ルテニウム単体の場合と比べてスピン緩和時間τ_SFが減少する。

以上のように、非磁性中間層２３２の構成材料としてルテニウム単体ではなくＲｕＣｕを用いることにより、平均自由行程λs、フェルミ速度ＶＦおよびスピン緩和時間τ_SFがいずれも低減されるので、スピン散乱長Ｌ_Sが短縮されることとなる。

このように、非磁性中間層２３２におけるスピン散乱長Ｌ_Sが短縮されることにより、第２の磁化固着層２３３のスピンの情報が磁化自由層２５に到達しにくくなる。その結果、磁化自由層２５と第２の磁化固着層２３３との間に生じる抵抗変化量「Ａ（ｒ２−Ｒ２）」（式（３）参照）の影響を低減し、ＭＲ膜２０における全体の抵抗変化量ＡΔＲを増加させることができる。

また、非磁性中間層２３２の構成材料としてＲｕＣｕを用いることにより、ルテニウム鉄合金（ＲｕＦｅ）を用いた場合よりも交換結合の強度を増大させることができる。この結果、より広範囲に亘る磁場において、より厚みの大きな第１および第２の磁化固着層を反強磁性結合させることができる。このため、第１の磁化固着層の磁気膜厚を増加させることができ、抵抗変化量の増加と磁場安定性との両立を図ることができる。さらに、非磁性中間層２３２を挟む第１の隣接層２３１Ａおよび第２の隣接層２３３Ａの構成材料として、面心立方（ｆｃｃ；face-centered cubic）構造を有するＣｏ_XＦｅ_1-X（０．７≦Ｘ＜１．０）を用いた場合、同じｆｃｃ構造を有するＲｕＣｕを非磁性中間層２３２の構成材料として用いることにより、例えば六方最密充填（ｈｃｐ；hexagonal close-packed）構造をなすＲｕＦｅを適用した場合よりも界面のミキシングの影響を受けにくい。このため、より大きな交換結合定数Ｊを実現しやすい。また、ＲｕＦｅを用いた場合には鉄（Ｆｅ）の拡散による交換結合定数Ｊの減少が懸念されるが、ＲｕＣｕを用いた本実施の形態ではそのような問題はない。

続いて、図９から図１３を参照して、薄膜磁気ヘッド１の製造方法について説明する。ここでは、主にＭＲ素子１０を形成する部分について詳細に説明する。

本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの製造方法では、まず、図９に示したように、基体８の一側面上に下部電極１１を形成したのち、この下部電極１１上に全面に亘って多層膜２０Ｚを形成する。具体的には、スパッタリング等を用いて、下地層２１、反強磁性層２２、ＳｙＡＰ層２３、中間層２４、磁化自由層２５および保護層２６を順に積層する。さらに、２５０℃の温度下で１０×（２５０／π）Ａ／ｍの磁場を付与しながら４時間に亘ってアニール処理を施すことによりＳｙＡＰ層２３の磁化方向を固着させる。こののち、必要に応じて、ＳｙＡＰ層２３の磁化方向と直交する方向に所定の磁場を付与しながらアニール処理することにより磁化自由層２５の初期の磁化方向を設定する。この多層膜２０Ｚは、のちにＭＲ膜２０となるものである。なお、図９〜図１３においては、ＭＲ膜２０ならびにその形成過程における多層膜２０Ｚの内部構造については図示を省略するが、いずれも上記した図５に示したＭＲ膜２０と対応する内部構造を有している。

続いて、図１０に示したように、多層膜２０Ｚの上に、素子幅を規定する部分に対応する幅Ｗをなすように選択的にフォトレジストパターン６１を形成する。この場合、所定の溶剤を使用してフォトレジストパターン６１の端部を一部除去し、アンダーカットを形成するようにしてもよい。

こののち、多層膜２０Ｚを、例えば、イオンミリングやＲＩＥ等のドライエッチングによりフォトレジストパターン６１をマスクとして利用して選択的に除去する。この場合、下部電極１１に達するまでドライエッチングを行う。これにより、図１１に示したように、幅Ｔｗを有するＭＲ膜２０が形成される。この幅Ｔｗは、ＭＲ膜２０の平均的な素子幅である。ＭＲ膜２０を形成したのち、図１２に示したように、これをＸ軸方向に挟んで両側に隣接するように、一対の絶縁膜１５および一対の磁区制御膜１２を形成する。具体的には、例えばスパッタリング等により、全面に亘って絶縁膜１５と下地層１２１と磁区制御層１２２とを順に形成する。さらに、この磁区制御膜１２の上に、スパッタリングによって絶縁膜１３を形成する。さらに、フォトレジストパターン６１をリフトオフすることにより、ＭＲ膜２０と、これを挟んで対向する一対の絶縁膜１５と、下地層１２１および磁区制御層１２２からなる一対の磁区制御膜１２とが現れる。

フォトレジストパターン６１を除去したのち、図１３に示したように、全面に亘って上部電極１４を形成する。これにより、ＭＲ素子１０が一応完成する。こののち、図３および図４に示したように、全面に亘って絶縁層１６を形成することにより、再生ヘッド部１Ａが一応完成する。続いて、再生ヘッド部１Ａの上に、下部磁極４１と記録ギャップ層４２とを順に形成し、記録ギャップ層４２の上に選択的にコイル４４を形成する。こののち、記録ギャップ層４２の一部をエッチングすることにより開口部４２Ａを形成する。次いで、コイル４４を覆うように絶縁層４５を形成し、さらに、ポールチップ４３および連結部分４６を順次形成する。最後に全体を覆うように上部磁極４７を形成することにより記録ヘッド部１Ｂが一応完成する。こののち、例えば、スライダ２Ａをラッピング処理して記録媒体対向面９を形成するなど、所定の工程を経ることにより、薄膜磁気ヘッド１が完成する。

以上説明したように、本実施の形態のＭＲ素子１０では、非磁性中間層２３２の構成材料としてＲｕＣｕを用いるようにしたので、ルテニウム単体により非磁性中間層を構成した場合と比べて積層方向に電流を流したときの抵抗値を増加させ、磁化自由層２５に対する第２の磁化固着層２３３におけるスピン情報の影響を低減することができる。その結果、第２の磁化固着層２３３に起因する全体の抵抗変化量ＡΔＲの減少を抑制することができる。また、ＲｕＦｅにより非磁性中間層を構成した場合と比べて交換結合の強度を増大させることができる。この結果、より広範囲に亘る磁場において、より厚みの大きな第１および第２の磁化固着層２３１，２３３を反強磁性結合させることができる。このため、第１の磁化固着層２３１の磁気膜厚を増加させることができ、全体としての抵抗変化量ＡΔＲの増加と磁場安定性との両立を図ることができる。したがって、外部ノイズの影響を低減して安定した動作を保持しつつ、全体としての抵抗変化量ＡΔＲの増加により高記録密度化に対応することが可能となる。

特に、第１の隣接層２３１Ａおよび第２の隣接層２３３Ａを、いずれもＣｏ_XＦｅ_1-X（０．７≦Ｘ≦１．０）により構成した場合には、ＳｙＡＰ層２３において安定した反強磁性結合が得られ、安定した抵抗変化率（ＭＲ変化率）を発現するＭＲ素子１０とすることができる。特にＣｏ₉₀Ｆｅ₁₀により構成するようにした場合には、よりいっそう安定した抵抗変化率（ＭＲ変化率）を発現するＭＲ素子１０とすることができる。

［第２の実施の形態］
続いて、図１４〜図１６を参照して、本発明の第２の実施の形態としての磁気メモリセルおよびこれを備えた磁気メモリセルアレイついて以下に説明する。図１４は、本実施の形態の磁気メモリセル１０１がマトリクス状に複数配置された磁気メモリセルアレイ（以下、ＭＲＡＭアレイという）の平面構成の一部を拡大して表したものである。図１５は、図１４に示したＸＶ−ＸＶ切断線に沿った矢視方向の断面構造を表したものである。

図１４，１５に示したように、このＭＲＡＭアレイでは、第１の階層においてＬ軸方向へ延在すると共に互いに平行をなすようにＫ軸方向に配列された複数のワード線１２６と、第１の階層とは異なる第２の階層においてＫ軸方向へ延在すると共に互いに平行をなすようにＬ軸方向に配列された複数のビット線１２５とが設けられている。さらに、ワード線１２６とビット線１２５との各交差点には、ＭＲ膜１２４および下部電極１２３が１つずつ設けられており、各磁気メモリセル１０１を構成している。

各磁気メモリセル１０１は、基体１２１上に、所定形状（例えば矩形状）をなす下部電極１２３と、ＭＲ膜１２４と、Ｘ軸方向へ延在するビット線１２５と、Ｙ軸方向へ延在するワード線１２６とを順に備えている。なお、図１４においては、ＭＲ膜１２４を４つ示すと共にビット線１２５およびワード線１２６を２つずつ示している（すなわち、４つの磁気メモリセル１０１を示している）。ここで、基体１２１は、シリコン（Ｓｉ）やそのほかの半導体材料からなり、トランジスタやダイオードなど他のデバイスを含むものである。基体１２１上には、下部電極１２３との電気的な接続を図るための導電性の接続層１２２が、第１絶縁層１１１によって周囲を取り囲まれるように設けられている。接続層１２２の上に設けられた下部電極１２３は、自らを取り囲む第２絶縁層１１２と共に共平面を形成している。

接続層１２２はタングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）などにより構成され、下部電極１２３はタングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）のほか、タンタル（Ｔａ）やルテニウム（Ｒｕ）などにより構成されるものである。第１絶縁層１１１および第２絶縁層１１２は、例えば酸化珪素などの低誘電率材料により構成されている。

ＭＲ膜１２４は、自らの周囲を取り囲む第３絶縁層１１３と共に、下部電極１２３および第２絶縁層１１２の上層として設けられている。第３絶縁層１１３は珪素酸化物などの低誘電率材料により構成されている。ここで図１６に、ＭＲ膜１２４の詳細な構成例を示す。ＭＲ膜１２４は複数の層からなる柱状の積層体であり、磁性金属層と非磁性金属層とを含む、いわゆるＣＰＰ−ＧＭＲ素子である。ＭＲ膜１２４は、例えば下部電極１２３の上に、下地層１５１と、反強磁性層１５２と、シンセティック反強磁性磁化固着層（以下、ＳｙＡＰ層という。）１５３と、非磁性中間層１５４と、磁化自由層１５５と、保護層１５６とを順に有している。ここで下地層１５１、反強磁性層１５２、ＳｙＡＰ層１５３、非磁性介在層１５４、磁化自由層１５５および保護層１５６の各層は、上記第１の実施の形態における下地層２１、反強磁性層２２、ＳｙＡＰ層２３、非磁性介在層２４、磁化自由層２５および保護層２６の各層とそれぞれ同様の構成となっている。すなわち、ＳｙＡＰ層１５３は、ＲｕＣｕからなる非磁性中間層と、例えばＣｏ₉₀Ｆｅ₁₀からなる第１および第２の磁化固着層とによって構成される３層構造となっている。

各ビット線１２５は、Ｋ軸方向へ並ぶ複数のＭＲ膜１２４の上面と接するように延在しており、銅（Ｃｕ）または金（Ａｕ）などの高導電率の金属により構成されている。また、ビット線１２５どうしの間には、上面がビット線１２５と共平面を形成する誘電層（図示せず）が形成されている。

ワード線１２６は、ビット線１２５を含む階層の上に第４絶縁層１１４を介して配置され、Ｌ軸方向において互いに平行に延在している。ワード線１２６と同一階層には、ワード線１２６の周囲を取り囲むように第５絶縁層１１５が形成されている。ワード線１２６および第５絶縁層１１５は、共平面を構成している。

このような構成のＭＲＡＭアレイにおいて所望の磁気メモリセル１０１に情報の書き込みを行う際には、その磁気メモリセル１０１に対応した位置の交差点を形成する１組のビット線１２５およびワード線１２６の双方に対し、同時に書込電流を流すようにする。一方、所望の磁気メモリセル１０１に書き込まれた情報を読み出す際には、その磁気メモリセル１０１と連結した下部電極１２３およびビット線１２５に読出電流を流すようにすればよい。なお、本実施の形態では、ビット線１２５および下部電極１２３によって一対の読出線を構成すると共に、ビット線１２５およびワード線１２６によって一対の書込線を構成する（すなわち、ビット線１２５が読出線の一方および書込線の一方を兼ねる）ようにしたが、新たにワード線１２６と直交する他の書込線を設け、ビット線１２５を読出線としてのみ使用するようにしてもよい。

以上のように、本実施の形態の磁気メモリセル１０１によれば、ＳｙＡＰ層１５３における非磁性中間層の構成材料としてルテニウム銅合金（ＲｕＣｕ）を用いるようにしたので、ＭＲ膜１２４全体の抵抗変化量ＡΔＲが増加し、抵抗変化率が向上することとなる。このため、さらなる高密度化、高集積化を図ることができる。

［第３の実施の形態］
次に、図１７および図１８を参照して、本発明の第３の実施の形態としての電流センサについて説明する。

図１７は、本実施の形態の電流センサ２１０の概略構成を示したものである。図１７（Ａ）は電流センサ２１０の平面構成を示し、図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）に示したXVII−XVII切断線の矢視方向における電流センサ２１０の断面構成を示す。図１７（Ｃ）は、図１７（Ａ）に対応する等価回路を表す。電流センサ２１０は、自らの近傍を流れる電流によって生じる電流磁場の大きさを検出することにより、その電流の大きさを測定するように機能するものである。

図１７（Ａ）に示したように、電流センサ２１０は、ＭＲ膜２２０と、これに隣接して設けられた検出対象となる電流が流れる電流ライン２３０とが図示しない基板上に形成されている。ＭＲ膜２２０は、後に詳述するように磁化方向が一定方向（図１７では＋Ｒ方向）に固定された固着層を有している。電流ライン２３０は、ＭＲ膜２２０の近傍において磁化固着膜２２３（後出）の磁化方向に延びるように配設されている。電流ライン２３０には、検出対象電流２３１が流れるようになっている。検出対象電流２３１は、図１７（Ａ），（Ｂ）に示したように、矢印の向き（ＭＲ膜２２０の近傍において＋Ｒ方向）に流すことが可能であるし、反対向き（ＭＲ膜２２０の近傍において−Ｒ方向）に流すことも可能である。なお、電流ライン２３０はＭＲ膜２２０とは電気的に絶縁されている。ＭＲ膜２２０には、電流ライン２３０とは別に導線が接続されており、端子Ｔ１，Ｔ２間に読出電流を流すことができるようになっている。ここで、ＭＲ膜２２０は抵抗体とみなすことができるので、電流センサ２１０は図１７（Ｃ）に示したような等価回路となる。

ＭＲ膜２２０は、磁性層を含む複数の機能膜が積層されたものであり、図１８に示したように、反強磁性層２２２と、シンセティック反強磁性磁化固着層（以下、ＳｙＡＰ層という。）２２３と、非磁性介在層２２４と、磁化自由層２２５とが積層されたものである。これら反強磁性層２２２、ＳｙＡＰ層２２３、非磁性介在層２２４、磁化自由層２２５の各層は、上記第１の実施の形態における下地層２１、反強磁性層２２、ＳｙＡＰ層２３、非磁性介在層２４、磁化自由層２５とそれぞれ同様の構成を有している。

具体的には、ＳｙＡＰ層２２３は、一定方向（例えば＋Ｒ方向）に沿って固着された磁化方向Ｊ２２３１を示す第１の磁化固着層２２３１と、これと逆平行をなすように（−Ｒ方向へ）固着された磁化方向Ｊ２２３３を示す第２の磁化固着層２２３３と、これらの間に挟まれた非磁性中間層２２３２とを有している。一方の磁化自由層２２５は、検出対象電流２３１によって生ずる電流磁場Ｈ２３１の大きさや向きに応じて変化し、かつ、この電流磁場Ｈ２３１が零（Ｈ２３１＝０）のときに第１の磁化固着層２２３１の磁化方向Ｊ２２３１と平行となる磁化方向Ｊ２２５を示すように構成されている。さらに磁化自由層２２５の磁化容易軸は、磁化方向Ｊ２２３１と平行をなすように形成されている。

また、電流ライン２３０は、例えば銅（Ｃｕ）や金（Ａｕ）などの高い導電性を有する金属材料により構成されている。

本実施の形態の電流センサ２１０を用いてセンシングを行う場合には、図１７に示したように、端子Ｔ１，Ｔ２間に読出電流を流しておき、その状態で電流ライン２３０に検出対象電流２３１を流すようにする。＋Ｒ方向に検出対象電流２３１を流すと、＋Ｑ方向の電流磁場Ｈ２３１が生じ、ＭＲ膜２２０に付与されることとなる。電流磁場Ｈ２３１と抵抗変化量との関係を予め把握しておくことにより、電流磁場Ｈ２３１の変化を検出することができる。なお、電流磁場Ｈ２３１と同方向にバイアス磁場を付与するようにすると、より高精度な検出が可能となる。

本実施の形態の電流センサ２１０によれば、特に、ＳｙＡＰ層２２３における非磁性中間層２２３２の構成材料としてＲｕＣｕ合金を用いるようにしたので、ＭＲ膜２２０全体の抵抗変化量が増加し、抵抗変化率が向上することとなる。このため、寸法を大型化することなく、感度が向上し、より微小な検出対象電流の測定が可能となる。

次に、本発明の具体的な実施例について説明する。

以下に述べる本発明の第１，第２の実施例（実施例１，２）は、上記第１の実施の形態において説明した製造方法に基づき、図５に示した断面構造を有するＭＲ素子１０のサンプルを形成し、これらのサンプルについて特性調査をおこなったものである。以下、表１〜表３および図１９，図２０を参照して詳細を説明する。

＜実施例１＞
実施例１のサンプルは、以下の表１に示す構成を有している。

実施例１では、非磁性中間層２３２の厚みＴと、抵抗変化量ＡΔＲ（Ａは、ＭＲ素子１０の水平断面積）との関係について、調査した。その結果を表２および図１９に示す。ここでは、ルテニウム（Ｒｕ）の含有率を変化させることで、組成の異なるＲｕＣｕを有する複数のサンプルを作製し、それぞれの抵抗変化量ＡΔＲを測定した。なお、比較データとして、非磁性中間層２３２を単体のルテニウムにより構成したものについても抵抗変化量ＡΔＲを測定し、併せて表２および図１９に掲載した。図１９では、非磁性中間層の厚みＴを横軸とすると共に抵抗変化量ＡΔＲを縦軸とした。

表２および図１９から明らかなように、ルテニウム含有率が６０ａｔ％以上８５ａｔ％以下であるＲｕＣｕであれば、単体のルテニウムにより非磁性中間層２３２を構成した場合よりも十分に大きな抵抗変化量ＡΔＲが得られることが確認できた。非磁性中間層２３２に関し、特に０．４ｎｍ以上０．８ｎｍ以下の厚みに限定すれば、より大きな抵抗変化量ＡΔＲを得ることができる。一方、Ｒｕ₃₉Ｃｕ₆₁およびＲｕ₃₄Ｃｕ₆₆の場合には、厚みが０．４ｎｍであると非磁性中間層として機能せず、第１の磁化固着層２３１と第２の磁化固着層２３３との反強磁性結合が生じないので０．６ｎｍ以上の厚みとする必要がある。なお、０．４ｎｍ未満の厚みをなす薄膜は、いずれの組成であっても実質的に作製が困難である。

また、図１９では、Ｒｕ₉₀Ｃｕ₁₀とＲｕ₈₅Ｃｕ₁₆との間において抵抗変化量ＡΔＲが大きく変化しているが、図８に示した比抵抗ρのルテニウム含有率依存性のグラフでは、そのような飛躍的な変化は見られない。したがって、式（４）で表されるスピン散乱長Ｌ_Sが、平均自由行程以外の要因によって短縮化されているものと考えられる。ここでフェルミ速度Ｖ_Fは、合金を構成する物質が同一であればほぼ一定であることから、Ｒｕ₉₀Ｃｕ₁₀とＲｕ₈₅Ｃｕ₁₆との間では、スピン緩和時間τ_SFが短縮されているものと推定される。

＜実施例２＞
実施例２のサンプルは、以下の表３に示す構成を有している。

実施例２では、非磁性中間層２３２と隣接し、ＣｏＦｅまたは単体のコバルト（Ｃｏ）からなる第１の隣接層２３１Ａおよび第２の隣接層２３３Ａの組成と、ＭＲ素子１０の抵抗変化率（ＭＲ比）との関係について調査した。その結果を図２０（Ａ）〜（Ｅ）に示す。ここでは第１の隣接層２３１Ａおよび第２の隣接層２３３Ａを構成するＣｏＦｅのコバルト含有率を変化させることで、組成の異なる複数のサンプルを作製し、それぞれの抵抗変化率ΔＲ／Ｒを測定した。具体的には、図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）、図２０（Ｃ）、図２０（Ｄ）、図２０（Ｅ）の順に、コバルト含有率を１００ａｔ％、９０ａｔ％、８０ａｔ％、７０ａｔ％、６０ａｔ％とした。ただし実施例１とは異なり、非磁性中間層２３２については素出てＲｕ₈₅Ｃｕ₁₅を用いて０．４ｎｍの厚みとなるように構成した。図２０（Ａ）〜（Ｅ）では、印加磁場Ｈ（×１０³／（４π）Ａ／ｍ）を横軸とし、抵抗変化率ΔＲ／Ｒ（％）を縦軸とした。

図２０（Ａ）〜（Ｅ）から明らかなように、正磁場の領域において、ＣｏＦｅの組成比に依存して抵抗変化率ΔＲ／Ｒの挙動が大きく異なっている。これは、コバルト含有率によって反強磁性結合の質、すなわち、磁化自由層２５と第１の磁化固着層２３１との相対角度が１８０度を保持するような磁場範囲が変化していることの表れである。コバルト含有率が低くなるほど（低磁場と比較した場合に）強磁場での抵抗変化率ΔＲ／Ｒの低下が顕著に見られるようになり、コバルト含有率６０％では、抵抗変化率ΔＲ／Ｒの絶対値そのものが顕著に劣化している。磁気抵抗効果素子としての安定した動作を確保するためには、抵抗変化率ΔＲ／Ｒが印加磁場Ｈの大きさに依存せず、安定していることが望ましい。このような観点から、非磁性中間層２３２を挟む第１の隣接層および第２の隣接層としては、Ｃｏ_XＦｅ_100-X（７０≦Ｘ≦１００）を用いるとよいといえる。さらに、このような組成の第１の隣接層および第２の隣接層を含むように第１の磁化固着層２３１および第２の磁化固着層２３３を形成すれば、第１の磁化固着層２３１および第２の磁化固着層２３３に含まれる他の膜構成に依存することなく、良好な反強磁性結合が形成されることも確認された。なお、印加磁場Ｈに対する抵抗変化率ΔＲ／Ｒの安定性の傾向は、非磁性中間層２３２のＲｕＣｕの組成に依存するものではなかった。

＜実施例３＞
さらに、交換結合定数Ｊの観点から、非磁性中間層の好ましい組成比および厚みに関して調査した。ここでは、以下の表４に示す構成の積層体サンプルを形成し、そのサンプルについて磁化測定をおこない、その結果に基づいて交換結合定数Ｊを求めた。ここでは非磁性中間層を構成するＲｕＣｕの組成の異なった複数の積層体サンプルを作製した。

磁化測定については、試料振動型磁力計（Vibrating Sample Magnetometers；ＶＳＭ）を用いて行い、例えば図２１に示したような磁化曲線を得るようにした。図２１では、横軸が印加磁場Ｈ（×１０³／（４π）Ａ／ｍ）を表し、縦軸が磁化と磁化固着膜の厚みとの積である磁気膜厚Ｍｓ・Ｔ（Ａ）を表す。この磁化曲線から、第１の磁化固着層と第２の磁化固着層との間における反強磁性結合の降伏磁場Ｈ_criticalまたは反強磁性結合の飽和磁場Ｈ_saturationを決定し（図２１参照）、数１または数２に示した式から交換結合定数Ｊ（Ａ）を求めるようにした。数１，数２において、Ｍ１は第１の磁化固着層の磁化、Ｍ２は第２の磁化固着層の磁化、Ｔ１は第１の磁化固着層の膜厚、Ｔ２は第２の磁化固着層の膜厚である。

このようにして求められる交換結合定数Ｊについての好ましい数値範囲は、以下のように決定される。まず、交換結合定数Ｊの下限は、検出対象とする外部磁場（例えば、磁気記録媒体からの信号磁場）によって磁化固着膜の磁化の向きが回転しない程度の強度として設定される。すなわち、ＭＲ素子として良好な性能を発揮するためには、信号磁場が印加されても十分に安定して磁化の向きを保持する必要がある。一般的には、信号磁場（絶対値）は５００Ｏｅ（＝１２５×１０³／π Ａ／ｍ）以下であるので、これに耐えうる大きさの交換結合定数Ｊが要求される。

図２２に、交換結合定数Ｊを０．８×１０^-3Ｊ／ｍ²（＝０．８ｅｒｇ／ｃｍ²）とした場合の、第１の磁化固着層および第２の磁化固着層の磁気モーメントから算出した第１の磁化固着層および第２の磁化固着層の各磁化の向きの回転角と印加磁場との関係を表す。図２２では、横軸が印加磁場（×１０³／（４π）Ａ／ｍ）を表し、縦軸が磁化の向きの回転角（deg）を表す。ここで、回転角が０°とは、磁化の向きが印加磁場と平行な状態を意味し、回転角が１８０°とは、磁化の向きが印加磁場と逆平行な状態を意味する。また、図２２では、上側半分に第１の磁化固着層における回転角を示すと共に、下側半分に第２の磁化固着層における回転角を示すようにした。図２２から明らかなように、第１の磁化固着層および第２の磁化固着層における磁化の向きは、いずれも５００Ｏｅ（＝１２５×１０³／π Ａ／ｍ）以下であれば回転せず、５００Ｏｅ（＝１２５×１０³／π Ａ／ｍ）を超えると回転を始めることとなった。

さらに、図２３に、図２２に基づいて算出した全体の抵抗値の磁場依存性を示す。図２３は、５００Ｏｅ（＝１２５×１０³／π Ａ／ｍ）を超えると磁気抵抗効果が徐々に損なわれることを表している。これらの結果から、交換結合定数Ｊの望ましい下限は０．８×１０^-3Ｊ／ｍ²であることが確認できた。

一方の上限については、製造工程においてアニール処理（磁化固着膜における磁化の向きの設定処理）を行う際の、アニール磁場強度によって設定される。このアニール磁場強度は、一般的には、最大で８ｋＯｅ（＝２×１０⁶／π Ａ／ｍ）である。これに対応する交換結合定数Ｊの大きさは、２．９９×１０^-3Ｊ／ｍ²（＝２．９９ｅｒｇ／ｃｍ²）である。

図２４に、交換結合定数Ｊを２．９９×１０^-3Ｊ／ｍ²とした場合の、第１の磁化固着層および第２の磁化固着層の磁気モーメントから算出した第１の磁化固着層および第２の磁化固着層の各磁化の向きの回転角と印加磁場との関係を表す。さらに図２５には、図２４に基づいて算出した全体の抵抗値の磁場依存性を示す。図２４，図２５の結果から、印加磁場が８ｋＯｅ（＝２×１０⁶／π Ａ／ｍ）となると、第１の磁化固着層および第２の磁化固着層における磁化の向きはいずれも印加磁場の方向と平行（回転角が０°）となり飽和することがわかった。したがって、交換結合定数Ｊの望ましい上限は２．９９×１０^-3Ｊ／ｍ²であることが確認できた。

さらに、交換結合定数Ｊと非磁性中間層の厚みＴとの関係についてまとめた結果を図２６に示す。ここでは、ＲｕＣｕ中のルテニウム含有率を３２ａｔ％〜９０ａｔ％の間で変化させることで、組成の異なる非磁性中間層を有する複数のサンプルを作製し、それぞれの交換結合定数Ｊを求めた。なお、比較データとして、非磁性中間層を単体のルテニウムにより構成したものについても交換結合定数Ｊを求め、併せて表５および図２６に掲載した。図２６では、非磁性中間層の厚みＴを横軸とすると共に交換結合定数Ｊを縦軸とした。

表５および図２６に示したように、非磁性中間層が、例えば０．４ｎｍの厚みを有し、かつ、ルテニウム含有率が７０ａｔ％〜９０ａｔ％のＲｕＣｕまたはルテニウム単体により構成される場合、あるいは、０．６ｎｍの厚みを有し、かつ、ルテニウム含有率が３４ａｔ％〜６０ａｔ％のＲｕＣｕにより構成される場合に、交換結合定数Ｊの特に好ましい範囲（０．８×１０^-3Ｊ／ｍ²以上２．９９×１０^-3Ｊ／ｍ²以下）に含まれることがわかった。但し、交換結合定数Ｊが０．８×１０^-3Ｊ／ｍ²未満であっても、ＭＲ素子としての機能が失われるわけではない。

以上、実施の形態および実施例（以下、実施の形態等）を挙げて本発明を説明したが、本発明は、これらの実施の形態等に限定されず、種々変形可能である。例えば、本実施の形態等では、再生ヘッド部および記録ヘッド部の双方を有する複合型の薄膜磁気ヘッドを例に挙げて説明するようにしたが、再生ヘッド部のみ備えた再生専用の薄膜磁気ヘッドであってもよい。

本発明の第１の実施の形態としての薄膜磁気ヘッドを備えたアクチュエータアームの構成を表す斜視図である。 図１に示したアクチュエータアームにおけるスライダの構成を表す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態としての薄膜磁気ヘッドの構成を表す分解斜視図である。 図３に示した薄膜磁気ヘッドのＩＶ−ＩＶ線に沿った矢視方向の構造を表す断面図である。 図４に示した薄膜磁気ヘッドのＶ矢視方向から眺めた要部構成を表す断面図である。 図５に示したＭＲ素子に、積層面と直交する方向にセンス電流を流した際の電圧変化を説明するための説明図である。 図５に示したＭＲ素子において、積層面と直交する方向にセンス電流を流した際の抵抗と磁化方向との関係を説明するための説明図である。 ＲｕＣｕ中のルテニウム（Ｒｕ）含有率と、比抵抗ρとの関係を表す特性図である。 図５に示した薄膜磁気ヘッドを製造する方法における一工程を表す要部断面図である。 図９に続く一工程を表す要部断面図である。 図１０に続く一工程を表す要部断面図である。 図１１に続く一工程を表す要部断面図である。 図１２に続く一工程を表す要部断面図である。 本発明の第２の実施の形態としての磁気メモリセルを備えたＭＲＡＭアレイの一部を拡大して表す平面構成の概略図である。 図１４に示したＭＲＡＭアレイの積層断面構成を表す概略図である。 図１４に示した磁気メモリセルに含まれるＭＲ膜の積層断面構成を表す概略図である。 本発明の第３の実施の形態としての電流センサの構成を表す概略図である。 図１７に示した電流センサに含まれる積層体の構成を表す斜視図である。 第１の実施例としての薄膜磁気ヘッドにおける非磁性中間層の厚みと抵抗変化量との関係を表す特性図である。 第２の実施例としての薄膜磁気ヘッドにおける第１の隣接層および第２の隣接層の組成とＭＲ素子の抵抗変化率との関係を表す特性図である。 第３の実施例における磁化測定の結果を表す磁化曲線である。 第３の実施例における第１および第２の磁化固着層について、磁化の向きの回転角と印加磁場との関係を表す特性図である。 図２２の結果に基づいて算出したＭＲ素子全体の抵抗値と印加磁場との関係を表す特性図である。 第３の実施例における第１および第２の磁化固着層について、磁化の向きの回転角と印加磁場との関係を表す他の特性図である。 図２４の結果に基づいて算出したＭＲ素子全体の抵抗値と印加磁場との関係を表す特性図である。 第３の実施例における非磁性中間層の交換結合定数と厚みとの関係を表す特性図である。

符号の説明

１…薄膜磁気ヘッド、２…ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）、２Ａ…スライダ、２Ｂ…サスペンション、３…アーム、４…駆動部、５…固定軸、６…ベアリング、７…スピンドルモータ、８…基体、９…記録媒体対向面、１０…磁気抵抗効果（ＭＲ）素子、１１，１２３…下部電極、１２…磁区制御膜、１３，１５…絶縁膜、１４…上部電極、１６…絶縁層、２０…ＭＲ膜、２１，１５１…下地層、２２，１５２…反強磁性層、２３，１５３…磁化固着膜、２３１…第１の磁化固着層、２３１Ａ…第１の隣接層、２３２…非磁性中間層、２３３…第２の磁化固着層、２３３Ａ…第２の隣接層、２４…非磁性介在層、２５…磁化自由層、２６…保護層、４１…下部磁極、４２…記録ギャップ層、４３…ポールチップ、４４…コイル、４５…絶縁層、４６…連結部、４７…上部磁極、１００…筐体、１０１…磁気メモリセル、１２４…ＭＲ膜、１２５…ビット線、１２６…ワード線、２００…磁気記録媒体、２１０…電流センサ、２２０…積層体、２３０…電流ライン、３００…ヘッドアームアセンブリ（ＨＡＡ）。

Claims (13)

1. 外部磁場に応じて磁化の向きが変化する磁化自由層と、
   前記磁化自由層の一方の面と接する非磁性介在層と、
   前記非磁性介在層を挟んで前記磁化自由層の反対側に位置すると共に、前記磁化自由層の側から、一定方向に固着された磁化の向きを示す第１の磁化固着層、ルテニウム銅合金（ＲｕＣｕ）からなる非磁性中間層、前記第１の磁化固着層の磁化の向きと逆向きに固着された磁化の向きを示す第２の磁化固着層が順に積層されたシンセティック反強磁性磁化固着層と、
   前記シンセティック反強磁性磁化固着層、非磁性介在層および磁化自由層からなる積層体を積層面と直交する積層方向に挟むと共にその積層方向に読出電流を流す一対の電極層と
   を含み、
   前記第１の磁化固着層は、３６７ｋＡ以上１３１２ｋＡ以下の磁気膜厚を示すと共に前記非磁性中間層との界面を形成する第１の隣接層を有し、
   前記第２の磁化固着層は、２３０ｋＡ以上１１７５ｋＡ以下の磁気膜厚を示すと共に前記非磁性中間層との界面を形成する第２の隣接層を有し、
   前記非磁性中間層は、ルテニウム（Ｒｕ）の含有率が６０原子パーセント（ａｔ％）以上８５原子パーセント（ａｔ％）以下であるルテニウム銅合金からなる
   ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
2. 外部磁場に応じて磁化の向きが変化する磁化自由層と、
   前記磁化自由層の一方の面と接する非磁性介在層と、
   前記非磁性介在層を挟んで前記磁化自由層の反対側に位置すると共に、前記磁化自由層の側から、一定方向に固着された磁化の向きを示す第１の磁化固着層、ルテニウム銅合金（ＲｕＣｕ）からなる非磁性中間層、前記第１の磁化固着層の磁化の向きと逆向きに固着された磁化の向きを示す第２の磁化固着層が順に積層されたシンセティック反強磁性磁化固着層と、
   前記シンセティック反強磁性磁化固着層、非磁性介在層および磁化自由層からなる積層体を積層面と直交する積層方向に挟むと共にその積層方向に読出電流を流す一対の電極層と
   を含み、
   前記第１の磁化固着層は、３６７ｋＡ以上１３１２ｋＡ以下の磁気膜厚を示すと共に前記非磁性中間層との界面を形成する第１の隣接層を有し、
   前記第２の磁化固着層は、２３０ｋＡ以上１１７５ｋＡ以下の磁気膜厚を示すと共に前記非磁性中間層との界面を形成する第２の隣接層を有し、
   前記非磁性中間層は、ルテニウム（Ｒｕ）の含有率が３４原子パーセント（ａｔ％）以上８５原子パーセント（ａｔ％）以下であるルテニウム銅合金からなり、かつ、０．６ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みを有している
   ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
3. 前記第１の隣接層および第２の隣接層は、コバルト（Ｃｏ）の含有率が７０原子パーセント（ａｔ％）以上１００原子パーセント（ａｔ％）未満であるコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）または、コバルトからなる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気抵抗効果素子。
4. 前記非磁性中間層は、０．８×１０^-3Ｊ／ｍ²以上の交換結合定数を示すと共に０．６ｎｍ以上の厚みを有するものである
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子を有する
   ことを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
6. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッドが一側面に設けられた磁気ヘッドスライダと、
   この磁気ヘッドスライダが一端に取り付けられるサスペンションと
   を有することを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。
7. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッドが一側面に設けられた磁気ヘッドスライダと、
   この磁気ヘッドスライダが一端に取り付けられるサスペンションと、
   このサスペンションの他端を支持するアームと
   を含むことを特徴とするヘッドアームアセンブリ。
8. 磁気記録媒体と、ヘッドアームアセンブリとを備えた磁気ディスク装置であって、
   前記ヘッドアームアセンブリは、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッドが一側面に設けられた磁気ヘッドスライダと、
   この磁気ヘッドスライダが一端に取り付けられたサスペンションと、
   このサスペンションの他端を支持するアームと
   を含むことを特徴とする磁気ディスク装置。
9. 外部磁場に応じて磁化の向きが変化する磁化自由層と、非磁性介在層と、シンセティック反強磁性磁化固着層とを順に含む磁気抵抗効果膜と、
   この磁気抵抗効果膜を積層面と直交する積層方向に挟むと共にその積層方向に読出電流を流す一対の第１導線と、
   書込電流が流れることにより前記磁化自由層の磁化の向きを変化させる電流磁界を生じ、かつ、互いに直交するように延在する一対の第２導線と
   を備え、
   前記シンセティック反強磁性磁化固着層が、前記磁化自由層の側から、一定方向に固着された磁化の向きを示す第１の磁化固着層と、ルテニウム銅合金（ＲｕＣｕ）からなる非磁性中間層と、前記第１の磁化固着層の磁化の向きと逆向きに固着された磁化の向きを示す第２の磁化固着層とを順に積層してなるものであり、
   前記第１の磁化固着層は、３６７ｋＡ以上１３１２ｋＡ以下の磁気膜厚を示すと共に前記非磁性中間層との界面を形成する第１の隣接層を有し、
   前記第２の磁化固着層は、２３０ｋＡ以上１１７５ｋＡ以下の磁気膜厚を示すと共に前記非磁性中間層との界面を形成する第２の隣接層を有し、
   前記非磁性中間層は、ルテニウム（Ｒｕ）の含有率が６０原子パーセント（ａｔ％）以上８５原子パーセント（ａｔ％）以下であるルテニウム銅合金からなる
   ことを特徴とする磁気メモリセル。
10. 外部磁場に応じて磁化の向きが変化する磁化自由層と、非磁性介在層と、シンセティック反強磁性磁化固着層とを順に含む磁気抵抗効果膜と、
    この磁気抵抗効果膜を積層面と直交する積層方向に挟むと共にその積層方向に読出電流を流す一対の第１導線と、
    書込電流が流れることにより前記磁化自由層の磁化の向きを変化させる電流磁界を生じ、かつ、互いに直交するように延在する一対の第２導線と
    を備え、
    前記シンセティック反強磁性磁化固着層が、前記磁化自由層の側から、一定方向に固着された磁化の向きを示す第１の磁化固着層と、ルテニウム銅合金（ＲｕＣｕ）からなる非磁性中間層と、前記第１の磁化固着層の磁化の向きと逆向きに固着された磁化の向きを示す第２の磁化固着層とを順に積層してなるものであり、
    前記第１の磁化固着層は、３６７ｋＡ以上１３１２ｋＡ以下の磁気膜厚を示すと共に前記非磁性中間層との界面を形成する第１の隣接層を有し、
    前記第２の磁化固着層は、２３０ｋＡ以上１１７５ｋＡ以下の磁気膜厚を示すと共に前記非磁性中間層との界面を形成する第２の隣接層を有し、
    前記非磁性中間層は、ルテニウム（Ｒｕ）の含有率が３４原子パーセント（ａｔ％）以上８５原子パーセント（ａｔ％）以下であるルテニウム銅合金からなり、かつ、０．６ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みを有している
    ことを特徴とする磁気メモリセル。
11. 前記一対の第１導線のうちの一方が前記一対の第２導線における一方を兼ねている
    ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の磁気メモリセル。
12. 検出対象電流が供給される電流線と、
    この電流線に流れる検出対象電流により生ずる電流磁場に応じて磁化の向きが変化する磁化自由層と、非磁性介在層と、シンセティック反強磁性磁化固着層とを順に含む磁気抵抗効果膜と、
    前記磁気抵抗効果膜を積層面と直交する積層方向に挟むと共にその積層方向に読出電流を流す一対の電極層と
    を備え、
    前記シンセティック反強磁性磁化固着層が、
    前記磁化自由層の側から、一定方向に固着された磁化の向きを示す第１の磁化固着層と、ルテニウム銅合金（ＲｕＣｕ）からなる非磁性中間層と、前記第１の磁化固着層の磁化の向きと逆向きに固着された磁化の向きを示す第２の磁化固着層とを順に積層してなるものであり、
    前記第１の磁化固着層は、３６７ｋＡ以上１３１２ｋＡ以下の磁気膜厚を示すと共に前記非磁性中間層との界面を形成する第１の隣接層を有し、
    前記第２の磁化固着層は、２３０ｋＡ以上１１７５ｋＡ以下の磁気膜厚を示すと共に前記非磁性中間層との界面を形成する第２の隣接層を有し、
    前記非磁性中間層は、ルテニウム（Ｒｕ）の含有率が６０原子パーセント（ａｔ％）以上８５原子パーセント（ａｔ％）以下であるルテニウム銅合金からなる
    ことを特徴とする電流センサ。
13. 検出対象電流が供給される電流線と、
    この電流線に流れる検出対象電流により生ずる電流磁場に応じて磁化の向きが変化する磁化自由層と、非磁性介在層と、シンセティック反強磁性磁化固着層とを順に含む磁気抵抗効果膜と、
    前記磁気抵抗効果膜を積層面と直交する積層方向に挟むと共にその積層方向に読出電流を流す一対の電極層と
    を備え、
    前記シンセティック反強磁性磁化固着層が、
    前記磁化自由層の側から、一定方向に固着された磁化の向きを示す第１の磁化固着層と、ルテニウム銅合金（ＲｕＣｕ）からなる非磁性中間層と、前記第１の磁化固着層の磁化の向きと逆向きに固着された磁化の向きを示す第２の磁化固着層とを順に積層してなるものであり、
    前記第１の磁化固着層は、３６７ｋＡ以上１３１２ｋＡ以下の磁気膜厚を示すと共に前記非磁性中間層との界面を形成する第１の隣接層を有し、
    前記第２の磁化固着層は、２３０ｋＡ以上１１７５ｋＡ以下の磁気膜厚を示すと共に前記非磁性中間層との界面を形成する第２の隣接層を有し、
    前記非磁性中間層は、ルテニウム（Ｒｕ）の含有率が３４原子パーセント（ａｔ％）以上８５原子パーセント（ａｔ％）以下であるルテニウム銅合金からなり、かつ、０．６ｎｍ以上１．０ｎｍ以下の厚みを有している
    ことを特徴とする電流センサ。

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