JP4134080B2 - 磁気抵抗効果素子およびその製造方法、ならびに磁気抵抗効果装置、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 - Google Patents

Description

本発明は、磁気抵抗効果素子およびその製造方法、ならびに、磁気抵抗効果素子を有する磁気抵抗効果装置、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関する。

近年、磁気ディスク装置の面記録密度の向上に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能向上が求められている。薄膜磁気ヘッドとしては、基板に対して、読み出し用の磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ（Magnetoresistive）素子とも記す。）を有する再生ヘッドと書き込み用の誘導型電磁変換素子を有する記録ヘッドとを積層した構造の複合型薄膜磁気ヘッドが広く用いられている。

ＭＲ素子としては、異方性磁気抵抗（Anisotropic Magnetoresistive）効果を用いたＡＭＲ素子や、巨大磁気抵抗（Giant Magnetoresistive）効果を用いたＧＭＲ素子や、トンネル磁気抵抗（Tunnel-type Magnetoresistive）効果を用いたＴＭＲ素子等がある。

再生ヘッドの特性としては、高感度および高出力であることが要求される。この要求を満たす再生ヘッドとして、既に、スピンバルブ型ＧＭＲ素子を用いたＧＭＲヘッドが量産されている。最近では、面記録密度の更なる向上に対応するために、ＴＭＲ素子を用いた再生ヘッドの開発が進められている。

スピンバルブ型ＧＭＲ素子は、一般的には、互いに反対側を向く２つの面を有する非磁性導電層と、この非磁性導電層の一方の面に隣接するように配置されたフリー層と、非磁性導電層の他方の面に隣接するように配置されたピンド層と、このピンド層における非磁性導電層とは反対側の面に隣接するように配置された反強磁性層とを有している。フリー層は信号磁界に応じて磁化の方向が変化する層である。ピンド層は、磁化の方向が固定された強磁性層である。反強磁性層は、ピンド層との交換結合により、ピンド層における磁化の方向を固定する層である。

ところで、従来のＧＭＲヘッドでは、磁気的信号検出用の電流（以下、センス電流という。）を、ＧＭＲ素子を構成する各層の面に対して平行な方向に流す構造になっていた。このような構造は、ＣＩＰ（Current In Plane）構造と呼ばれる。これに対し、センス電流を、ＧＭＲ素子を構成する各層の面と交差する方向、例えばＧＭＲ素子を構成する各層の面に対して垂直な方向に流す構造のＧＭＲヘッドの開発も進められている。このような構造は、ＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造と呼ばれる。以下、ＣＰＰ構造の再生ヘッドに用いられるＧＭＲ素子をＣＰＰ−ＧＭＲ素子と呼び、ＣＩＰ構造の再生ヘッドに用いられるＧＭＲ素子をＣＩＰ−ＧＭＲ素子と呼ぶ。なお、前述のＴＭＲ素子を用いた再生ヘッドもＣＰＰ構造となる。

一般的なＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、それを構成する全ての層が金属材料によって構成されているため、ＴＭＲ素子に比べて、電気抵抗が非常に小さい。そのため、一般的なＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、電気抵抗と磁気抵抗変化率との積である磁気抵抗変化量が小さいという問題点があった。また、このようなＣＰＰ−ＧＭＲ素子を用いた再生ヘッドでは、磁気抵抗変化量に比例する出力電圧が小さくなる。このことが、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の実用上の問題となっている。この問題を解決するために、ピンド層やフリー層を多層化する種々の提案がなされている。

例えば、特許文献１には、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子におけるピンド層とフリー層の少なくとも一方を、強磁性層と非磁性層とを交互に積層した積層体を有する構造とする技術が記載されている。この技術は、強磁性層と非磁性層との界面を多く設け、この界面におけるスピンに依存した電子の散乱の効果により、磁気抵抗変化量を大きくする技術である。

また、特許文献２には、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子における強磁性層（ピンド層およびフリー層）の層中、あるいは強磁性層と非磁性導電層との界面に、酸化物、窒化物、酸窒化物、リン化物またはフッ化物を有する極薄の薄膜層を挿入する技術が記載されている。薄膜層は、薄膜層の近傍における強磁性層のバンド構造を変調させて、電子のスピンフィルタ作用を生じさせる。この技術は、素子抵抗を上昇させることなく、磁気抵抗変化率の大きなＣＰＰ−ＧＭＲ素子を実現することを目的としている。

また、特許文献３には、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子中に、センス電流の通路を横切る高抵抗層を設ける技術が記載されている。この技術は、素子抵抗を増加させることによって磁気抵抗変化量を大きくすることを目的としている。

特開２００２−９２８２６号公報 特開２００４−６５８９号公報 特開２００２−３５９４１２号公報

ピンド層やフリー層を多層化することにより、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の電気抵抗や磁気抵抗変化率を大きくすることは可能である。それでも、これまでのＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、磁気抵抗変化量が十分に大きいとは言えなかった。

また、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子には、大きな磁界感度（磁気抵抗変化／外部磁界変化）を有することも要求される。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子において、大きな磁界感度を実現するためには、フリー層が良好な軟磁気特性を有することが必要である。良好な軟磁気特性とは、具体的には、磁歪定数および保磁力が小さいことである。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、磁気抵抗効果素子を構成する各層の面と交差する方向に電流が流される磁気抵抗効果素子であって、磁気抵抗変化量が大きく、且つフリー層が良好な軟磁気特性を有する磁気抵抗効果素子およびその製造方法、ならびに、この磁気抵抗効果素子を有する磁気抵抗効果装置、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。

本発明の磁気抵抗効果素子は、互いに反対側を向く２つの面を有する非磁性導電層と、非磁性導電層における一方の面に隣接するように配置され、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するフリー層と、非磁性導電層の他方の面に隣接するように配置され、磁化の方向が固定されたピンド層とを備え、磁気的信号検出用の電流が、各層の面と交差する方向に流されるものである。本発明の磁気抵抗効果素子において、フリー層は、非磁性導電層における一方の面に接する位置に配置された第１層を含む複数の層を有し、第１層は、コバルトをａ原子％、鉄を（１００−ａ）原子％含み、ａが２０以上、５０以下である合金よりなり、フリー層の磁歪定数の絶対値は、１×１０^−６以下であり、フリー層の保磁力は、２０×７９．６Ａ／ｍ以下である。

本発明の磁気抵抗効果素子では、フリー層が、コバルトをａ原子％、鉄を（１００−ａ）原子％含み、ａが２０以上、５０以下である合金よりなる第１層を有することにより、磁気抵抗効果素子の磁気抵抗変化量を大きくし、且つ、フリー層の磁歪定数の絶対値が１×１０^−６以下となり、フリー層の保磁力が２０×７９．６Ａ／ｍ以下となるように、フリー層の軟磁気特性を良好にすることが可能になる。

本発明の磁気抵抗効果素子において、フリー層は、第１層における非磁性導電層とは反対側に配置された第２層を有し、第２層は、コバルトをｂ原子％、鉄を（１００−ｂ）原子％含み、ｂが７０以上、９０以下である合金によって形成され、且つ第２層における第１層とは反対側の面に酸化処理が施されていてもよい。

また、本発明の磁気抵抗効果素子において、フリー層は、第２層における第１層とは反対側に配置された第３層を有し、第３層は、ニッケルと鉄を含む合金よりなるものであってもよい。第３層は、ニッケルをｃ原子％、鉄を（１００−ｃ）原子％含み、ｃが８２以上、８５以下である合金よりなるものであってもよい。あるいは、第３層は、ニッケルをｃ原子％、鉄を（１００−ｃ）原子％含み、ｃが８２または８５である合金よりなるものであってもよい。

また、本発明の磁気抵抗効果素子において、フリー層は、第３層における第２層とは反対側に順に配置された第４層、第５層および第６層を有し、第４層は、コバルトをｄ原子％、鉄を（１００−ｄ）原子％含み、ｄが７０以上、９０以下である合金よりなり、第５層は、ニッケルと鉄を含む合金よりなり、第６層は、コバルトをｆ原子％、鉄を（１００−ｆ）原子％含み、ｆが７０以上、９０以下である合金よりなるものであってもよい。第５層は、ニッケルをｅ原子％、鉄を（１００−ｅ）原子％含み、ｅが８２以上、８５以下である合金よりなるものであってもよい。あるいは、第５層は、ニッケルをｅ原子％、鉄を（１００−ｅ）原子％含み、ｅが８２または８５である合金よりなるものであってもよい。

本発明の製造方法によって製造される磁気抵抗効果素子は、互いに反対側を向く２つの面を有する非磁性導電層と、非磁性導電層における一方の面に隣接するように配置され、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するフリー層と、非磁性導電層の他方の面に隣接するように配置され、磁化の方向が固定されたピンド層とを備え、磁気的信号検出用の電流が、各層の面と交差する方向に流される磁気抵抗効果素子を製造する方法である。

本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法は、ピンド層、非磁性導電層、フリー層を形成する各工程を備えている。フリー層を形成する工程は、非磁性導電層における一方の面に接する位置に配置される第１層を含む複数の層を形成し、第１層は、コバルトをａ原子％、鉄を（１００−ａ）原子％含み、ａが２０以上、５０以下である合金よりなり、フリー層の磁歪定数の絶対値は、１×１０^−６以下であり、フリー層の保磁力は、２０×７９．６Ａ／ｍ以下である。

本発明の磁気抵抗効果装置は、本発明の磁気抵抗効果素子と、磁気的信号検出用の電流を、磁気抵抗効果素子に対して、磁気抵抗効果素子を構成する各層の面と交差する方向に流すための一対の電極とを備えたものである。

本発明の薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面と、記録媒体からの信号磁界を検出するために媒体対向面の近傍に配置された本発明の磁気抵抗効果素子と、磁気的信号検出用の電流を、磁気抵抗効果素子に対して、磁気抵抗効果素子を構成する各層の面と交差する方向に流すための一対の電極とを備えたものである。

本発明のヘッドジンバルアセンブリは、本発明の薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、スライダを弾性的に支持するサスペンションとを備えたものである。また、本発明のヘッドアームアセンブリは、本発明の薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、スライダを弾性的に支持するサスペンションと、スライダを記録媒体のトラック横断方向に移動させるためのアームとを備え、サスペンションがアームに取り付けられているものである。

本発明の磁気ディスク装置は、本発明の薄膜磁気ヘッドを含み、回転駆動される円盤状の記録媒体に対向するように配置されるスライダと、スライダを支持すると共に記録媒体に対して位置決めする位置決め装置とを備えたものである。

本発明では、磁気抵抗効果素子のフリー層が、コバルトをａ原子％、鉄を（１００−ａ）原子％含み、ａが２０以上、５０以下である合金よりなる第１層を有し、フリー層の磁歪定数の絶対値を１×１０^−６以下とし、フリー層の保磁力を２０×７９．６Ａ／ｍ以下としている。これにより、本発明によれば、磁気抵抗効果素子の磁気抵抗変化量を大きくし、且つ、フリー層の軟磁気特性を良好にすることが可能になるという効果を奏する。

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。始めに、図２および図３を参照して、本発明の一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成および製造方法の概略について説明する。図２は薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面および基板に垂直な断面を示す断面図、図３は薄膜磁気ヘッドの磁極部分のエアベアリング面に平行な断面を示す断面図である。

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、アルティック（Ａｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣ）等のセラミック材料よりなる基板１の上に、スパッタ法等によって、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の絶縁材料よりなる絶縁層２を、例えば１〜５μｍの厚さに形成する。次に、絶縁層２の上に、めっき法等によって、ＮｉＦｅ、ＦｅＡｌＳｉ等の磁性材料よりなる再生ヘッド用の第１のシールド層３を、所定のパターンに形成する。次に、図示しないが、全体に、例えばアルミナよりなる絶縁層を形成する。次に、例えば化学機械研磨（以下、ＣＭＰという。）によって、第１のシールド層３が露出するまで絶縁層を研磨して、第１のシールド層３および絶縁層の上面を平坦化する。

次に、第１のシールド層３の上に、再生用のＭＲ素子５を形成する。次に、図示しないが、ＭＲ素子５の２つの側部および第１のシールド層３の上面を覆うように絶縁膜を形成する。絶縁膜は、アルミナ等の絶縁材料によって形成される。次に、絶縁膜を介してＭＲ素子５の２つの側部に隣接するように２つのバイアス磁界印加層６を形成する。次に、ＭＲ素子５およびバイアス磁界印加層６の周囲に配置されるように絶縁層７を形成する。絶縁層７は、アルミナ等の絶縁材料によって形成される。

次に、ＭＲ素子５、バイアス磁界印加層６および絶縁層７の上に、磁性材料からなる、再生ヘッド用の第２のシールド層８を形成する。第２のシールド層８は、例えばめっき法またはスパッタ法によって形成される。次に、第２のシールド層８の上に、スパッタ法等によって、アルミナ等の非磁性材料よりなる分離層１８を形成する。次に、この分離層１８の上に、例えばめっき法またはスパッタ法によって、磁性材料よりなる、記録ヘッド用の下部磁極層１９を形成する。第２のシールド層８および下部磁極層１９に用いる磁性材料は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ、ＦｅＮ等の軟磁性材料である。なお、第２のシールド層８、分離層１８および下部磁極層１９の代わりに、下部磁極層を兼ねた第２のシールド層を設けてもよい。

次に、下部磁極層１９の上に、スパッタ法等によって、アルミナ等の非磁性材料よりなる記録ギャップ層９を、例えば５０〜３００ｎｍの厚みに形成する。次に、磁路形成のために、後述する薄膜コイルの中心部分において、記録ギャップ層９を部分的にエッチングしてコンタクトホール９ａを形成する。

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

次に、薄膜コイルの第１層部分１０およびその周辺の記録ギャップ層９を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機絶縁材料よりなる絶縁層１１を所定のパターンに形成する。次に、絶縁層１１の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１１の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。

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

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

トラック幅規定層１２ａを形成する際には、同時に、コンタクトホール９ａの上に磁性材料よりなる連結部分層１２ｂを形成すると共に、接続部１０ａの上に磁性材料よりなる接続層１３を形成する。連結部分層１２ｂは、上部磁極層１２のうち、下部磁極層１９に磁気的に連結される部分を構成する。

次に、磁極トリミングを行う。すなわち、トラック幅規定層１２ａの周辺領域において、トラック幅規定層１２ａをマスクとして、記録ギャップ層９および下部磁極層１９の磁極部分における記録ギャップ層９側の少なくとも一部をエッチングする。これにより、図３に示したように、上部磁極層１２の磁極部分、記録ギャップ層９および下部磁極層１９の磁極部分の少なくとも一部の各幅が揃えられたトリム（Trim）構造が形成される。このトリム構造によれば、記録ギャップ層９の近傍における磁束の広がりによる実効的なトラック幅の増加を防止することができる。

次に、全体に、アルミナ等の無機絶縁材料よりなる絶縁層１４を、例えば３〜４μｍの厚みに形成する。次に、この絶縁層１４を、例えばＣＭＰによって、トラック幅規定層１２ａ、連結部分層１２ｂおよび接続層１３の表面に至るまで研磨して平坦化する。

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

次に、薄膜コイルの第２層部分１５およびその周辺の絶縁層１４を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機絶縁材料よりなる絶縁層１６を所定のパターンに形成する。次に、絶縁層１６の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１６の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。

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

次に、全体を覆うように、例えばアルミナよりなるオーバーコート層１７を形成する。最後に、上記各層を含むスライダの機械加工を行って、記録ヘッドおよび再生ヘッドを含む薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面２０を形成して、薄膜磁気ヘッドが完成する。

このようにして製造される薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面としてのエアベアリング面２０と再生ヘッドと記録ヘッドとを備えている。再生ヘッドの構成については、後で詳しく説明する。

記録ヘッドは、エアベアリング面２０側において互いに対向する磁極部分を含むと共に、互いに磁気的に連結された下部磁極層１９および上部磁極層１２と、この下部磁極層１９の磁極部分と上部磁極層１２の磁極部分との間に設けられた記録ギャップ層９と、少なくとも一部が下部磁極層１９および上部磁極層１２の間に、これらに対して絶縁された状態で配設された薄膜コイル１０，１５とを有している。この薄膜磁気ヘッドでは、図２に示したように、エアベアリング面２０から、絶縁層１１のエアベアリング面２０側の端部までの長さが、スロートハイトＴＨとなる。なお、スロートハイトとは、エアベアリング面２０から、２つの磁極層の間隔が大きくなり始める位置までの長さ（高さ）をいう。

次に、図１を参照して、再生ヘッドの構成について詳しく説明する。図１は再生ヘッドのエアベアリング面に平行な断面を示す断面図である。再生ヘッドは、本発明における磁気抵抗効果装置に対応する。

本実施の形態における再生ヘッドは、所定の間隔を開けて配置された第１のシールド層３および第２のシールド層８と、第１のシールド層３と第２のシールド層８との間に配置されたＭＲ素子５と、ＭＲ素子５の２つの側部および第１のシールド層３の上面を覆う絶縁膜４と、絶縁膜４を介してＭＲ素子５の２つの側部に隣接する２つのバイアス磁界印加層６とを備えている。絶縁膜４は、例えばアルミナによって形成される。バイアス磁界印加層６は、硬磁性層（ハードマグネット）や、強磁性層と反強磁性層との積層体等を用いて構成される。具体的には、バイアス磁界印加層６は、例えばＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔによって形成される。

本実施の形態における再生ヘッドは、ＣＰＰ構造の再生ヘッドである。第１のシールド層３と第２のシールド層８は、センス電流を、ＭＲ素子５に対して、ＭＲ素子５を構成する各層の面と交差する方向、例えばＭＲ素子５を構成する各層の面に対して垂直な方向に流すための一対の電極を兼ねている。なお、第１のシールド層３および第２のシールド層８とは別に、ＭＲ素子５の上下に一対の電極を設けてもよい。ＭＲ素子５は、スピンバルブ型ＧＭＲ素子である。ＭＲ素子５は、外部磁界、すなわち記録媒体からの信号磁界に応じて抵抗値が変化する。センス電流は、ＭＲ素子５を構成する各層の面と交差する方向、例えばＭＲ素子５を構成する各層の面に対して垂直な方向に流れる。ＭＲ素子５の抵抗値はセンス電流より求めることができる。このようにして、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。

ＭＲ素子５は、第１のシールド層３の上に順に積層された下地層２１、反強磁性層２２、ピンド層２３、非磁性導電層２４、フリー層２５および保護層２６を備えている。ピンド層２３は磁化の方向が固定された層であり、反強磁性層２２は、ピンド層２３との交換結合により、ピンド層２３における磁化の方向を固定する層である。下地層２１は、その上に形成される各層の結晶性や配向性を向上させ、特に、反強磁性層２２とピンド層２３との交換結合を良好にするために設けられる。フリー層２５は、外部磁界、すなわち記録媒体からの信号磁界に応じて磁化の方向が変化する層である。保護層２６は、その下の各層を保護するための層である。

下地層２１の厚さは、例えば２〜６ｎｍである。下地層２１としては、例えばＴａ層とＮｉＦｅＣｒ層との積層体が用いられる。

反強磁性層２２の厚さは、例えば５〜３０ｎｍである。反強磁性層２２は、例えば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｉｒ、ＣｒおよびＦｅからなる群のうちの少なくとも１種Ｍ_IIと、Ｍｎとを含む反強磁性材料により構成されている。このうちＭｎの含有量は３５原子％以上９５原子％以下、その他の元素Ｍ_IIの含有量は５原子％以上６５原子％以下であることが好ましい。この反強磁性材料には、熱処理しなくても反強磁性を示し、強磁性材料との間に交換結合磁界を誘起する非熱処理系反強磁性材料と、熱処理により反強磁性を示すようになる熱処理系反強磁性材料とがある。この反強磁性層２２は、そのどちらにより構成されていてもよい。

なお、非熱処理系反強磁性材料にはγ相を有するＭｎ合金等があり、具体的には、ＲｕＲｈＭｎ、ＦｅＭｎあるいはＩｒＭｎ等がある。熱処理系反強磁性材料には規則結晶構造を有するＭｎ合金等があり、具体的には、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎおよびＰｔＲｈＭｎ等がある。

ピンド層２３では、反強磁性層２２との界面における交換結合により、磁化の向きが固定されている。本実施の形態におけるピンド層２３は、反強磁性層２２の上に順に積層されたアウター層３１、非磁性中間層３２およびインナー層３３を有し、いわゆるシンセティックピンド層になっている。インナー層３３とアウター層３１は、例えば、ＣｏおよびＦｅからなる群のうちの少なくともＣｏを含む強磁性材料により構成された磁性層を含んでいる。インナー層３３とアウター層３１は、反強磁性的に結合し、磁化の方向が互いに逆方向に固定されている。インナー層３３の厚さは、例えば３〜７ｎｍである。アウター層３１の厚さは、例えば３〜７ｎｍである。

また、インナー層３３は、１つの磁性層によって構成されていてもよいし、磁性層の他にＣｕ層等の非磁性層を含む複数の層によって構成されていてもよい。インナー層３３を、磁性層の他にＣｕ層等の非磁性層を含む複数の層によって構成することにより、ＭＲ素子５の磁気抵抗変化を大きくすることが可能になる。

ピンド層２３における非磁性中間層３２の厚さは、例えば０．３５〜１．０ｎｍである。非磁性中間層３２は、例えば、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｃｒ、ＺｒおよびＣｕからなる群のうち少なくとも１種を含む非磁性材料により構成されている。この非磁性中間層３２は、インナー層３３とアウター層３１の間に反強磁性交換結合を生じさせ、インナー層３３の磁化とアウター層３１の磁化とを互いに逆方向に固定するためのものである。なお、インナー層３３の磁化とアウター層３１の磁化が互いに逆方向というのは、これら２つの磁化の方向が互いに１８０°異なる場合のみならず、２つの磁化の方向が１８０°±２０°異なる場合を含む。

非磁性導電層２４の厚さは、例えば１．０〜４．０ｎｍである。非磁性導電層２４は、例えば、Ｃｕ、ＡｕおよびＡｇからなる群のうち少なくとも１種を８０重量％以上含む非磁性の導電性材料により構成されている。

フリー層２５は、非磁性導電層２４の上に順に積層された第１層５１、第２層５２、第３層５３、第４層５４、第５層５５および第６層５６を有している。これら各層については、後で詳しく説明する。

保護層２６の厚さは、例えば０．５〜１０ｎｍである。保護層２６としては、例えば、厚さ５．０ｎｍのＣｕ層と厚さ５．０ｎｍのＲｕ層との積層体が用いられる。

本実施の形態に係るＭＲ素子５の製造方法は、例えばスパッタ法によって、第１のシールド層３の上に順に下地層２１、反強磁性層２２、ピンド層２３、非磁性導電層２４、フリー層２５および保護層２６を形成する各工程を備えている。

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

再生ヘッドにおいて、バイアス磁界印加層６によるバイアス磁界の方向は、エアベアリング面２０に垂直な方向と直交している。ＭＲ素子５において、信号磁界がない状態では、フリー層２５の磁化の方向は、バイアス磁界の方向に揃えられている。ピンド層２３の磁化の方向は、エアベアリング面２０に垂直な方向に固定されている。

ＭＲ素子５では、記録媒体からの信号磁界に応じてフリー層２５の磁化の方向が変化し、これにより、フリー層２５の磁化の方向とピンド層２３の磁化の方向との間の相対角度が変化し、その結果、ＭＲ素子５の抵抗値が変化する。ＭＲ素子５の抵抗値は、第１および第２のシールド層３，８によってＭＲ素子５にセンス電流を流したときのシールド層３，８間の電位差より求めることができる。このようにして、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。

次に、本実施の形態に係るＭＲ素子５の特徴について説明する。本実施の形態に係るＭＲ素子５は、互いに反対側を向く２つの面を有する非磁性導電層２４と、非磁性導電層２４における一方の面（上面）に隣接するように配置され、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するフリー層２５と、非磁性導電層２４の他方の面（下面）に隣接するように配置され、磁化の方向が固定されたピンド層２３とを備えている。

本実施の形態におけるフリー層２５は、非磁性導電層２４の上に順に積層された第１層５１、第２層５２、第３層５３、第４層５４、第５層５５および第６層５６を有している。フリー層２５の磁歪定数の絶対値は、１×１０^−６以下である。なお、フリー層２５の磁歪定数の絶対値の下限値は０であり、フリー層２５の磁歪定数の絶対値は０に近いほど好ましい。また、フリー層２５の保磁力は、２０×７９．６Ａ／ｍ以下である。なお、フリー層２５の保磁力の下限値は０であり、フリー層２５の保磁力は０に近いほど好ましい。

第１層５１は、非磁性導電層２４における一方の面（上面）に接する位置に配置されている。第１層５１は、コバルトをａ原子％、鉄を（１００−ａ）原子％含み、ａが２０以上、５０以下である合金よりなる。

第２層５２は、第１層５１における非磁性導電層２４とは反対側に配置されている。第２層５２は、コバルトをｂ原子％、鉄を（１００−ｂ）原子％含み、ｂが７０以上、９０以下である合金によって形成されている。また、第２層５２における第１層５１とは反対側の面には、必要に応じて酸化処理が施されている。

第３層５３は、第２層５２における第１層５１とは反対側に配置されている。第３層５３は、ニッケルと鉄を含む合金よりなる。第３層５３は、ニッケルをｃ原子％、鉄を（１００−ｃ）原子％含み、ｃが８２以上、８５以下である合金よりなるものであってもよい。あるいは、第３層５３は、ニッケルをｃ原子％、鉄を（１００−ｃ）原子％含み、ｃが８２または８５である合金よりなるものであってもよい。

第４層５４、第５層５５、第６層５６は、第３層５３における第２層５２とは反対側に順に配置されている。第４層５４は、コバルトをｄ原子％、鉄を（１００−ｄ）原子％含み、ｄが７０以上、９０以下である合金よりなる。第５層５５は、ニッケルと鉄を含む合金よりなる。第６層５６は、コバルトをｆ原子％、鉄を（１００−ｆ）原子％含み、ｆが７０以上、９０以下である合金よりなる。第５層５５は、ニッケルをｅ原子％、鉄を（１００−ｅ）原子％含み、ｅが８２以上、８５以下である合金よりなるものであってもよい。あるいは、第５層５５は、ニッケルをｅ原子％、鉄を（１００−ｅ）原子％含み、ｅが８２または８５である合金よりなるものであってもよい。

本実施の形態に係るＭＲ素子５の製造方法において、フリー層２５を形成する工程は、例えばスパッタ法によって、非磁性導電層２４の上に順に、第１層５１、第２層５２、第３層５３、第４層５４、第５層５５および第６層５６を形成する各工程を含んでいる。また、フリー層２５を形成する工程は、必要に応じて、第２層５２における第１層５１とは反対側の面に酸化処理を施す工程を含んでいる。

ここで、下記の表１に、本実施の形態に係るＭＲ素子５の具体的な構成の一例を示す。以下、コバルト（Ｃｏ）をＸ原子％、鉄（Ｆｅ）をＹ原子％含むＣｏＦｅ合金を、Ｃｏ_ＸＦｅ_Ｙと表す。同様に、ニッケル（Ｎｉ）をＸ原子％、鉄（Ｆｅ）をＹ原子％含むＮｉＦｅ合金を、Ｎｉ_ＸＦｅ_Ｙと表す。また、表１中の“酸化処理”は、第２層５２における第１層５１とは反対側の面に酸化処理が施されていることを表す。

上記の表１において、フリー層２５の第３層５３を構成するＮｉ_cＦｅ_(100−c)におけるｃの値およびフリー層２５の第５層５５を構成するＮｉ_eＦｅ_(100−e)におけるｅの値は、例えば、８２以上８５以下である。

次に、本実施の形態におけるフリー層２５の構成の特徴について、実験の結果を交えて説明する。まず、第１の実験について説明する。第１の実験では、インナー層３３を構成する各層のうち、非磁性導電層２４に接する層と、フリー層２５の第１層５１を、いずれもＣｏＦｅ合金によって構成し、このＣｏＦｅ合金中のＣｏの割合とＭＲ素子の磁気抵抗変化量との関係を調べた。なお、ＣｏＦｅ合金は、スピン分極率が大きい合金である。このスピン分極率が大きいほど、ＭＲ素子の磁気抵抗変化量は大きくなる。第１の実験では、下記の表２に示す構成の複数の試料を作製した。この複数の試料において、インナー層３３を構成する各層のうち、非磁性導電層２４に接する層と、フリー層２５の第１層５１は、Ｃｏ_XＦｅ_(100-X)によって構成されている。このＣｏＦｅ合金中のＣｏの割合Ｘ（原子％）は、試料毎に異なっている。

第１の実験では、ＣｏＦｅ合金中のＣｏの割合Ｘ（原子％）の異なる複数の試料の磁気抵抗変化量を測定した。この測定結果を図８に示す。図８は、ＣｏＦｅ合金中のＣｏの割合Ｘ（原子％）と磁気抵抗変化量（相対値）との関係を示している。ここで、磁気抵抗変化量（相対値）は、Ｘが９０の試料における磁気抵抗変化量を１として規格化した磁気抵抗変化量である。図８から、磁気抵抗変化量が最大となるときのＸの値は、３０〜５０の範囲内にあることが分かる。また、Ｘが３０〜５０の範囲では、磁気抵抗変化量が十分大きくなることが分かる。このことから、インナー層３３を構成する各層のうち、非磁性導電層２４に接する層と、フリー層２５の第１層５１は、Ｃｏの割合が３０〜５０原子％のＣｏＦｅ合金で構成するのが好ましい。

フリー層２５は、磁気抵抗変化量だけでなく、磁界感度（磁気抵抗変化／外部磁界変化）が大きいことも必要である。そのため、フリー層２５には、磁歪定数および保磁力が小さいことが要求される。具体的には、フリー層２５の磁歪定数の絶対値は、１×１０^−６以下であることが好ましく、フリー層２５の保磁力は、２０Ｏｅ（＝２０×７９．６Ａ／ｍ）以下であることが好ましい。そこで、本実施の形態では、フリー層２５における磁歪定数の許容範囲を、磁歪定数の絶対値が１×１０^−６以下である範囲とする。また、フリー層２５における保磁力の許容範囲を、０〜２０Ｏｅ（Ｏｅ＝７９．６Ａ／ｍ）とする。

第１の実験では、フリー層２５の第２層５２における第１層５１とは反対側の面に酸化処理を施した試料も作製した。酸化処理は、１sccmの酸素流量の雰囲気を用いて３０秒間行った。そして、このように酸化処理を施した試料と酸化処理を施さない試料の両方について、フリー層２５の保磁力を測定した。この測定結果を図９に示す。図９は、ＣｏＦｅ合金中のＣｏの割合Ｘ（原子％）とフリー層２５の保磁力との関係を示している。図９において、“酸化処理無し”は、上記の酸化処理を施さない試料についての測定結果を示し、“酸化処理有り”は、上記の酸化処理を施した試料についての測定結果を示している。

図１０は、フリー層２５に使われているＣｏＦｅ合金中のＣｏの割合Ｘ（原子％）と、このＣｏＦｅ合金の磁歪定数との関係を示している。

図９から分かるように、上記の酸化処理を施さない場合には、ＣｏＦｅ合金中のＣｏの割合が３０原子％以下になると、フリー層２５の保磁力が２０Ｏｅ（＝２０×７９．６Ａ／ｍ）を超えてしまう。しかし、上記の酸化処理を施した場合には、ＣｏＦｅ合金中のＣｏの割合が２０原子％以上の範囲で、フリー層２５の保磁力を２０Ｏｅ（＝２０×７９．６Ａ／ｍ）以下にすることができる。なお、図８から分かるように、ＣｏＦｅ合金中のＣｏの割合が２０原子％以上、３０原子％未満の範囲では、Ｃｏの割合が３０原子％の場合に比べて、磁気抵抗変化量が若干小さくなる。しかし、図１０から分かるように、ＣｏＦｅ合金中のＣｏの割合が２０原子％以上、３０原子％未満の範囲では、Ｃｏの割合が２０原子％に近づくに従って、ＣｏＦｅ合金の磁歪定数は大きく減少する。従って、ＣｏＦｅ合金中のＣｏの割合が２０原子％以上、３０原子％未満の範囲では、磁気抵抗変化量は若干小さくなるものの、軟磁気特性の優れたフリー層２５を実現できる。従って、ＣｏＦｅ合金中のＣｏの割合が２０原子％以上、３０原子％未満の範囲も有用である。

以上のことから、フリー層２５の第１層５１を構成するＣｏＦｅ合金中のＣｏの割合は２０原子％以上、５０原子％以下であることが好ましい。この範囲では、ＭＲ素子の磁気抵抗変化量を大きくでき、且つ必要に応じて第２層５２における第１層５１とは反対側の面に酸化処理を施すことにより、フリー層２５の保磁力を２０Ｏｅ（＝２０×７９．６Ａ／ｍ）以下にすることができる。なお、図１０から分かるように、ＣｏＦｅ合金中のＣｏの割合が２０原子％以上、５０原子％以下の範囲において、ＣｏＦｅ合金の磁歪定数の絶対値は１×１０^−６を超えている。しかし、後で説明するように、フリー層２５中の第１層５１以外の層の組成を制御することにより、フリー層２５の磁歪定数の絶対値を１×１０^−６以下にすることが可能である。

次に、第２の実験について説明する。第２の実験は、酸化処理の条件に関するものである。前述のように、第２層５２における第１層５１とは反対側の面に酸化処理を施すことにより、フリー層２５の保磁力を小さくすることが可能である。ただし、この酸化処理は、第１層５１を構成するＣｏＦｅ合金の磁化を減少させないことが必要である。なぜならば、このＣｏＦｅ合金の磁化を減少させると、ＣｏＦｅ合金中のＣｏの割合を減少させたことと同じことになり、ＭＲ素子の磁気抵抗変化量が減少するからである。そこで、第２の実験では、酸化処理の条件と、フリー層２５の保磁力およびフリー層２５の磁化との関係を調べた。第２の実験では、下記の表３に示す構成の複数の試料を作製した。この複数の試料において、第２層５２における第１層５１とは反対側の面に対する酸化処理の条件は、試料毎に異なっている。具体的には、酸化処理は、試料毎に酸素流量の異なる雰囲気を用いて３０秒間行った。

第２の実験の測定結果を図１１ないし図１３に示す。図１１は、酸化処理における酸素流量とフリー層２５の保磁力との関係を示している。図１２は、図１１における一部を拡大して示している。図１３は、酸化処理における酸素流量とフリー層２５の磁化との関係を示している。これらの図から、酸素流量を大きくしてゆくと、酸素流量が２sccmのときにフリー層２５の保磁力が最小になるが、このとき既にフリー層２５の磁化の減少が始まっていることが分かる。ただし、酸化処理を施さない場合（酸素流量が０sccmのとき）に比べて、酸素流量が２sccmのときのフリー層２５の磁化の減少はわずかである。一方、酸素流量が１sccmのときには、酸化処理を施さない場合（酸素流量が０sccmのとき）に比べてフリー層２５の磁化は減少せず、フリー層２５の保磁力は約１０Ｏｅ（＝１０×７９．６Ａ／ｍ）となっており、許容範囲内であり、且つ値も小さい。従って、酸化処理の時間を３０秒としたとき、酸素流量は１〜２sccmの範囲内であることが好ましく、特に１sccm程度であることが好ましい。

酸素流量を、２sccmよりも更に大きくしてゆくと、フリー層２５の保磁力は増加し、フリー層２５の磁化は減少する。そして、酸素流量１００sccmの付近でフリー層２５の保磁力は飽和する。図示しないが、フリー層２５の保磁力が飽和したときのフリー層２５の磁化は、酸化処理を施さない場合におけるフリー層２５の磁化の４分の１程度にまで減少していた。また、フリー層２５の保磁力が飽和したときのフリー層２５の面抵抗は、酸化処理を施さない場合におけるフリー層２５の面抵抗の２．３倍に増加していた。これらのことから分かるように、本実施の形態における酸化処理は、第２層５２および第１層５１を完全に酸化するものではなく、フリー層２５の磁化を減少させずにフリー層２５の保磁力を低下させるために、第２層５２における第１層５１とは反対側の面をわずかに酸化させる程度のものである。

第１および第２実験から、磁気抵抗変化量が大きく、且つフリー層２５の保磁力が小さいＭＲ素子の構成の一例として、下記の表４に示す構成が考えられる。なお、表４中の“酸化処理”は、第２層５２における第１層５１とは反対側の面に対して、１sccmの酸素流量の雰囲気を用いて３０秒間の酸化処理を行うことを表している。

次に、第３の実験について説明する。第３の実験では、フリー層２５中の第１層５１以外の層の組成とフリー層２５の磁歪定数との関係を調べた。第３の実験では、まず、下記の表５に示す構成のフリー層２５の試料１〜７を作製し、各試料の磁歪定数と保磁力を測定した。なお、表５中の“層”の項目における数字１〜６は、フリー層２５の第１層ないし第６層を表している。また、表５中の“酸化処理”は、第２層５２における第１層５１とは反対側の面に対して、１sccmの酸素流量の雰囲気を用いて３０秒間の酸化処理を行ったことを表している。また、表５において、“←”が記載された欄は、その左側の欄と同じ内容であることを表している。また、表５には、各試料の磁歪定数と保磁力も記載している。

試料１〜７において、第２層５２の組成と第５層５５の組成以外の条件は同じである。第２層５２は、Ｃｏ₅₀Ｆｅ₅₀、Ｃｏ₇₀Ｆｅ₃₀、Ｃｏ₉₀Ｆｅ₁₀、Ｃｏのいずれかによって構成されている。第５層５５は、Ｎｉ₈₅Ｆｅ₁₅またはＮｉ₈₂Ｆｅ₁₈によって構成されている。Ｎｉ₈₂Ｆｅ₁₈の磁歪定数は、ほぼ０である。Ｎｉ₈₅Ｆｅ₁₅の磁歪定数は、絶対値の大きな負の値である。

上記の表５から分かるように、試料２〜５によれば、磁歪定数と保磁力の両方を許容範囲内とすることができる。また、上記の表５から、第２層５２の組成を、Ｃｏ₇₀Ｆｅ₃₀からＣｏ₉₀Ｆｅ₁₀に変えることにより、フリー層２５の保磁力はほとんど変わらずに、フリー層２５の磁歪定数が低下することが分かる。なお、ここでは測定結果を示さないが、第２層５２を構成するＣｏＦｅ合金中のＣｏの割合が７０〜９０原子％の範囲では、Ｃｏの割合が９０原子％に近づくに従って、フリー層２５の磁歪定数は単調に低下することが分かった。以上のことから、第２層５２を構成するＣｏＦｅ合金中のＣｏの割合が７０原子％以上、９０原子％以下であれば、フリー層２５の磁歪定数および保磁力を許容範囲内の値とすることが可能である。

第３の実験では、更に、下記の表６に示す構成のフリー層２５の試料１１〜１７を作製し、各試料の磁歪定数と保磁力を測定した。なお、表６中の“層”の項目における数字１〜６は、フリー層２５の第１層ないし第６層を表している。また、表６中の“酸化処理”は、第２層５２における第１層５１とは反対側の面に対して、１sccmの酸素流量の雰囲気を用いて３０秒間の酸化処理を行ったことを表している。また、表６において、“←”が記載された欄は、その左側の欄と同じ内容であることを表している。また、表６には、各試料の磁歪定数と保磁力も記載している。

試料１１〜１７が試料１〜７と異なる点は、第４層５４の組成だけである。すなわち、第４層５４の組成は、試料１〜７ではＣｏ₇₀Ｆｅ₃₀であるのに対し、試料１１〜１７ではＣｏ₉₀Ｆｅ₁₀になっている。上記の表６から分かるように、試料１２〜１５によれば、磁歪定数と保磁力の両方を許容範囲内とすることができる。この結果から、第４層５４の組成がＣｏ₉₀Ｆｅ₁₀のときも、第２層５２を構成するＣｏＦｅ合金中のＣｏの割合が７０原子％以上、９０原子％以下であれば、フリー層２５の磁歪定数および保磁力を許容範囲内の値とすることが可能であることが分かる。また、第４層５４の組成を、Ｃｏ₇₀Ｆｅ₃₀からＣｏ₉₀Ｆｅ₁₀に変えることにより、フリー層２５の保磁力はほとんど変わらずに、フリー層２５の磁歪定数が低下することが分かる。また、ここでは測定結果を示さないが、第４層５４の場合と同様に、第６層５６の組成を、Ｃｏ₇₀Ｆｅ₃₀からＣｏ₉₀Ｆｅ₁₀に変えた場合にも、フリー層２５の保磁力はほとんど変わらずに、フリー層２５の磁歪定数が低下することが分った。また、第２層５２の場合と同様に、第４層５４、第６層５６においても、ＣｏＦｅ合金中のＣｏの割合が７０〜９０原子％の範囲では、Ｃｏの割合が９０原子％に近づくに従って、フリー層２５の磁歪定数は単調に低下することが分かった。以上のことから、第２層５２、第４層５４、第６層５６を構成するＣｏＦｅ合金中のＣｏの割合が７０原子％以上、９０原子％以下であれば、フリー層２５の磁歪定数および保磁力を許容範囲内の値とすることが可能である。

また、ＮｉＦｅ合金の磁歪定数は、ＮｉＦｅ合金中のＮｉの割合によって変化することはよく知られている。従って、第３層５３、第５層５５を構成するＮｉＦｅ合金の組成を制御することによって、フリー層２５の磁歪定数を、０に近づくように制御することも可能である。特に、ＮｉＦｅ合金中のＮｉの割合が８２原子％のときＮｉＦｅ合金の磁歪定数は、ほぼ０であり、ＮｉＦｅ合金中のＮｉの割合が８５原子％のときＮｉＦｅ合金の磁歪定数は、絶対値の大きな負の値である。そして、ＮｉＦｅ合金中のＮｉの割合が８２〜８５原子％の範囲では、Ｎｉの割合が８５原子％に近づくに従って、ＮｉＦｅ合金の磁歪定数は単調に低下する。従って、第３層５３、第５層５５を構成するＮｉＦｅ合金としては、Ｎｉの割合が８２原子％以上、８５原子％以下の範囲内のＮｉＦｅ合金で、フリー層２５の磁歪定数が０に近づくようなものを選択すればよい。

以上の第１ないし第３の実験の結果から、フリー層２５の好ましい構成として、下記の表７に示す構成が考えられる。

上記の表７中の“酸化処理”は、第２層５２における第１層５１とは反対側の面に酸化処理が施されていることを表す。この酸化処理は、例えば、１sccmの酸素流量の雰囲気を用いて３０秒間行われる。また、第３層５３を構成するＮｉ_cＦｅ_(100−c)におけるｃの値および第５層５５を構成するＮｉ_eＦｅ_(100−e)におけるｅの値は、他の層の条件との組み合わせに応じて、フリー層２５の磁歪定数が０に近づくようなものが選択される。ｃ，ｄの値は、８２以上８５以下であることが好ましく、特に、８２または８５が好ましい。

次に、第４の実験について説明する。第４の実験では、実施例のＭＲ素子と比較例１〜３のＭＲ素子とを作製して、それらについて、フリー層２５の磁歪定数、フリー層２５の保磁力、ＭＲ素子の直径、ＭＲ素子の電気抵抗、およびＭＲ素子の磁気抵抗変化量を測定した。実施例のＭＲ素子と比較例１〜３のＭＲ素子におけるフリー層２５以外の層の構成は、表１に示した構成と同様である。実施例のＭＲ素子におけるフリー層２５の構成を下記の表８に示す。この構成は、上記の表７に示したフリー層２５の好ましい構成に含まれるものである。なお、表８中の“層”の項目における数字１〜６は、フリー層２５の第１層ないし第６層を表している。また、表８中の“酸化処理”は、第２層５２における第１層５１とは反対側の面に対して、１sccmの酸素流量の雰囲気を用いて３０秒間の酸化処理を行ったことを表している。

次に、比較例１〜３におけるフリー層２５の構成を下記の表９ないし表１１に示す。なお、表９ないし表１１における“層”の項目における数字は、下側から数えた層の順番を表し、本実施の形態における第１層ないし第６層に対応するものではない。

比較例１〜３におけるフリー層２５は、いずれも、強磁性層と非磁性層との界面におけるスピンに依存した電子の散乱の効果により磁気抵抗変化量を大きくするために、Ｃｏ₇₀Ｆｅ₃₀層、Ｃｕ層およびＣｏ₇₀Ｆｅ₃₀層よりなる積層体を含んでいる。

下記の表１２に、比較例１〜３のＭＲ素子および実施例のＭＲ素子におけるフリー層２５の磁歪定数、フリー層２５の保磁力、ＭＲ素子の直径、ＭＲ素子の電気抵抗およびＭＲ素子の磁気抵抗変化量を示す。

実施例のＭＲ素子では、磁歪定数と保磁力の両方が許容範囲内にあり、且つ比較例１〜３のＭＲ素子に比べて磁気抵抗変化量が大きい。比較例１〜３のうちで最も磁歪定数の絶対値および保磁力が小さい比較例１と比較すると、実施例のＭＲ素子の磁気抵抗変化量は１７％増加している。

ここで、比較例１のＭＲ素子と実施例のＭＲ素子の発熱量について考察する。まず、比較例１のＭＲ素子の磁気抵抗変化量をΔＲ（Ω）とする。また、比較例１のＭＲ素子を使用した再生ヘッドにおける出力電圧、センス電流をそれぞれΔＶ（ｍＶ）、Ｉ（ｍＡ）とする。すると、オームの法則から、以下の式（１）が成り立つ。

ΔＶ＝ΔＲ×Ｉ …（１）

次に、実施例のＭＲ素子を使用した再生ヘッドにおける出力電圧、センス電流をそれぞれΔＶ（ｍＶ）、Ｉ´（ｍＡ）とする。実施例のＭＲ素子では、比較例１のＭＲ素子に比べて、磁気抵抗変化量は１７％増加していることから、実施例のＭＲ素子の磁気抵抗変化量は１．１７×ΔＲ（Ω）となる。そして、以下の式（２）が成り立つ。

ΔＶ＝１．１７×ΔＲ×Ｉ´ …（２）

式（１）、（２）から、Ｉ＝１．１７Ｉ´となる。比較例１のＭＲ素子の発熱量（ジュール熱）と実施例のＭＲ素子の発熱量（ジュール熱）をそれぞれＪ（ｍＷ）、Ｊ´（ｍＷ）とすると、これらの比は、次の式で表される。

Ｊ／Ｊ´＝ＩΔＶ／Ｉ´ΔＶ＝１．１７

このことから、比較例１のＭＲ素子は、実施例のＭＲ素子よりも発熱量が１７％大きいことが分かる。また、Ｊ´／Ｊの値は、０．８５となり、実施例のＭＲ素子では、比較例１のＭＲ素子よりも発熱量が１５％低減されると言える。従って、実施例のＭＲ素子によれば、比較例１のＭＲ素子に比べて、寿命が長くなることが期待できる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、磁気抵抗変化量が大きく、且つフリー層２５が良好な軟磁気特性を有するＭＲ素子５を実現することができる。

以下、本実施の形態に係る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ついて説明する。まず、図４を参照して、ヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダ２１０について説明する。磁気ディスク装置において、スライダ２１０は、回転駆動される円盤状の記録媒体である磁気ディスクに対向するように配置される。このスライダ２１０は、主に図２における基板１およびオーバーコート層１７からなる基体２１１を備えている。基体２１１は、ほぼ六面体形状をなしている。基体２１１の六面のうちの一面は、磁気ディスクに対向するようになっている。この一面には、エアベアリング面２０が形成されている。磁気ディスクが図４におけるｚ方向に回転すると、磁気ディスクとスライダ２１０との間を通過する空気流によって、スライダ２１０に、図４におけるｙ方向の下方に揚力が生じる。スライダ２１０は、この揚力によって磁気ディスクの表面から浮上するようになっている。なお、図４におけるｘ方向は、磁気ディスクのトラック横断方向である。スライダ２１０の空気流出側の端部（図４における左下の端部）の近傍には、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッド１００が形成されている。

次に、図５を参照して、本実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリ２２０について説明する。ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、スライダ２１０と、このスライダ２１０を弾性的に支持するサスペンション２２１とを備えている。サスペンション２２１は、例えばステンレス鋼によって形成された板ばね状のロードビーム２２２、このロードビーム２２２の一端部に設けられると共にスライダ２１０が接合され、スライダ２１０に適度な自由度を与えるフレクシャ２２３と、ロードビーム２２２の他端部に設けられたベースプレート２２４とを有している。ベースプレート２２４は、スライダ２１０を磁気ディスク２６２のトラック横断方向ｘに移動させるためのアクチュエータのアーム２３０に取り付けられるようになっている。アクチュエータは、アーム２３０と、このアーム２３０を駆動するボイスコイルモータとを有している。フレクシャ２２３において、スライダ２１０が取り付けられる部分には、スライダ２１０の姿勢を一定に保つためのジンバル部が設けられている。

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

図５は、本実施の形態に係るヘッドアームアセンブリを示している。このヘッドアームアセンブリでは、アーム２３０の一端部にヘッドジンバルアセンブリ２２０が取り付けられている。アーム２３０の他端部には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２３１が取り付けられている。アーム２３０の中間部には、アーム２３０を回動自在に支持するための軸２３４に取り付けられる軸受け部２３３が設けられている。

次に、図６および図７を参照して、ヘッドスタックアセンブリの一例と本実施の形態に係る磁気ディスク装置について説明する。図６は磁気ディスク装置の要部を示す説明図、図７は磁気ディスク装置の平面図である。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、複数のアーム２５２を有するキャリッジ２５１を有している。複数のアーム２５２には、複数のヘッドジンバルアセンブリ２２０が、互いに間隔を開けて垂直方向に並ぶように取り付けられている。キャリッジ２５１においてアーム２５２とは反対側には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２５３が取り付けられている。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、磁気ディスク装置に組み込まれる。磁気ディスク装置は、スピンドルモータ２６１に取り付けられた複数枚の磁気ディスク２６２を有している。各磁気ディスク２６２毎に、磁気ディスク２６２を挟んで対向するように２つのスライダ２１０が配置される。また、ボイスコイルモータは、ヘッドスタックアセンブリ２５０のコイル２５３を挟んで対向する位置に配置された永久磁石２６３を有している。

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

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

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

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、本発明において、ピンド層２３はシンセティックピンド層に限らない。

また、各実施の形態では、基体側に再生ヘッドを形成し、その上に、記録ヘッドを積層した構造の薄膜磁気ヘッドについて説明したが、この積層順序を逆にしてもよい。

また、読み取り専用として用いる場合には、薄膜磁気ヘッドを、再生ヘッドだけを備えた構成としてもよい。

また、本発明の磁気抵抗効果素子は、薄膜磁気ヘッドにおける再生ヘッドに限らず、磁気センサ等の他の用途にも用いることができる。

本発明の一実施の形態における再生ヘッドのエアベアリング面に平行な断面を示す断面図である。 本発明の一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面および基板に垂直な断面を示す断面図である。 本発明の一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの磁極部分のエアベアリング面に平行な断面を示す断面図である。 本発明の一実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダを示す斜視図である。 本発明の一実施の形態に係るヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る磁気ディスク装置の要部を説明するための説明図である。 本発明の一実施の形態に係る磁気ディスク装置の平面図である。 本発明の一実施の形態の特徴を説明するための第１の実験の結果を示す特性図である。 本発明の一実施の形態の特徴を説明するための第１の実験の結果を示す特性図である。 本発明の一実施の形態におけるフリー層に使われているＣｏＦｅ合金中のＣｏの割合とＣｏＦｅ合金の磁歪定数との関係を示す特性図である。 本発明の一実施の形態の特徴を説明するための第２の実験の結果を示す特性図である。 本発明の一実施の形態の特徴を説明するための第２の実験の結果を示す特性図である。 本発明の一実施の形態の特徴を説明するための第２の実験の結果を示す特性図である。

符号の説明

１…基板、２…絶縁層、３…第１のシールド層、４…絶縁膜、５…ＭＲ素子、６…バイアス磁界印加層、７…絶縁層、８…第２のシールド層、９…記録ギャップ層、１０…薄膜コイルの第１層部分、１２…上部磁極層、１５…薄膜コイルの第２層部分、１７…オーバーコート層、２０…エアベアリング面、２１…下地層、２２…反強磁性層、２３…ピンド層、２４…非磁性導電層、２５…フリー層、２６…保護層、５１…第１層、５２…第２層、５３…第３層、５４…第４層、５５…第５層、５６…第６層。

Claims (9)

1. 互いに反対側を向く２つの面を有する非磁性導電層と、
   前記非磁性導電層における一方の面に隣接するように配置され、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するフリー層と、
   前記非磁性導電層の他方の面に隣接するように配置され、磁化の方向が固定されたピンド層とを備え、
   磁気的信号検出用の電流が、前記各層の面と交差する方向に流される磁気抵抗効果素子であって、
   前記フリー層は、前記非磁性導電層における一方の面に接する位置に配置された第１層と、前記第１層における前記非磁性導電層とは反対側に配置された第２層と、前記第２層における前記第１層とは反対側に配置された第３層と、前記第３層における前記第２層とは反対側に順に配置された第４層、第５層および第６層を含む複数の層を有し、
   前記第１層は、コバルトをａ原子％、鉄を（１００−ａ）原子％含み、ａが２０以上、５０以下である合金よりなり、
   前記第２層は、コバルトをｂ原子％、鉄を（１００−ｂ）原子％含み、ｂが７０以上、９０以下である合金によって形成され、且つ前記第２層における前記第１層とは反対側の面に酸化処理が施されており、
   前記第３層は、ニッケルをｃ原子％、鉄を（１００−ｃ）原子％含み、ｃが８２以上、８５以下である合金よりなり、
   前記第４層は、コバルトをｄ原子％、鉄を（１００−ｄ）原子％含み、ｄが７０以上、９０以下である合金よりなり、
   前記第５層は、ニッケルをｅ原子％、鉄を（１００−ｅ）原子％含み、ｅが８２以上、８５以下である合金よりなり、
   前記第６層は、コバルトをｆ原子％、鉄を（１００−ｆ）原子％含み、ｆが７０以上、９０以下である合金よりなり、
   前記フリー層の磁歪定数の絶対値は、１×１０^−６以下であり、
   前記フリー層の保磁力は、２０×７９．６Ａ／ｍ以下であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
2. 前記第３層は、前記ｃが８２または８５である合金よりなることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
3. 前記第５層は、前記ｅが８２または８５である合金よりなることを特徴とする請求項１または２記載の磁気抵抗効果素子。
4. 互いに反対側を向く２つの面を有する非磁性導電層と、
   前記非磁性導電層における一方の面に隣接するように配置され、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するフリー層と、
   前記非磁性導電層の他方の面に隣接するように配置され、磁化の方向が固定されたピンド層とを備え、
   磁気的信号検出用の電流が、前記各層の面と交差する方向に流される磁気抵抗効果素子を製造する方法であって、
   前記ピンド層、非磁性導電層、フリー層を形成する各工程を備え、
   前記フリー層を形成する工程は、前記非磁性導電層における一方の面に接する位置に配置される第１層と、前記第１層における前記非磁性導電層とは反対側に配置される第２層と、前記第２層における前記第１層とは反対側に配置される第３層と、前記第３層における前記第２層とは反対側に順に配置される第４層、第５層および第６層を含む複数の層を形成し、
   前記第１層は、コバルトをａ原子％、鉄を（１００−ａ）原子％含み、ａが２０以上、５０以下である合金よりなり、
   前記第２層は、コバルトをｂ原子％、鉄を（１００−ｂ）原子％含み、ｂが７０以上、９０以下である合金によって形成され、且つ前記第２層における前記第１層とは反対側の面に酸化処理が施されており、
   前記第３層は、ニッケルをｃ原子％、鉄を（１００−ｃ）原子％含み、ｃが８２以上、８５以下である合金よりなり、
   前記第４層は、コバルトをｄ原子％、鉄を（１００−ｄ）原子％含み、ｄが７０以上、９０以下である合金よりなり、
   前記第５層は、ニッケルをｅ原子％、鉄を（１００−ｅ）原子％含み、ｅが８２以上、８５以下である合金よりなり、
   前記第６層は、コバルトをｆ原子％、鉄を（１００−ｆ）原子％含み、ｆが７０以上、９０以下である合金よりなり、
   前記フリー層の磁歪定数の絶対値は、１×１０^−６以下であり、
   前記フリー層の保磁力は、２０×７９．６Ａ／ｍ以下であることを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
5. 請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子と、
   磁気的信号検出用の電流を、前記磁気抵抗効果素子に対して、磁気抵抗効果素子を構成する各層の面と交差する方向に流すための一対の電極と
   を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果装置。
6. 記録媒体に対向する媒体対向面と、
   前記記録媒体からの信号磁界を検出するために前記媒体対向面の近傍に配置された請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子と、
   磁気的信号検出用の電流を、前記磁気抵抗効果素子に対して、磁気抵抗効果素子を構成する各層の面と交差する方向に流すための一対の電極と
   を備えたことを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
7. 請求項６記載の薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、
   前記スライダを弾性的に支持するサスペンションと
   を備えたことを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。
8. 請求項６記載の薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、
   前記スライダを弾性的に支持するサスペンションと、
   前記スライダを記録媒体のトラック横断方向に移動させるためのアームと
   を備え、前記サスペンションが前記アームに取り付けられていることを特徴とするヘッドアームアセンブリ。
9. 請求項６記載の薄膜磁気ヘッドを含み、回転駆動される円盤状の記録媒体に対向するように配置されるスライダと、
   前記スライダを支持すると共に前記記録媒体に対して位置決めする位置決め装置と
   を備えたことを特徴とする磁気ディスク装置。

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